JPH05307174A - 画像表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 複数の画素から画像を構成する画像表示装置
において、光学的ローパスフィルタとして働く位相型回
折格子の格子周期、デューティー比、格子断面のプロフ
ィール等を設計パラメータとすることにより、位相型回
折格子を最適設計できるようにする。 【構成】 位相型回折格子７３のデューティー比をａ＝
０.５とし、かつ、格子厚をｄ＝λ₀／｛２（ｎ−１）｝
とすることにより、１次回折光の回折効率を最大にす
る。但し、λ₀は設定波長、ｎは位相型回折格子の屈折
率である。カラー表示用の場合には、緑色光Ｇの波長λ
₂を設定波長λ₀として格子厚ｄを決める。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は画像表示装置に関する。
具体的にいうと、マトリックス画像表示装置の画質改良
技術に関する。

【０００２】

【従来の技術】マトリックス画像表示装置の構成例とし
ては、液晶表示パネル、液晶プロジェクタ、液晶ビュー
ファインダ等がある。これらは、いずれも２次元的に配
列された画素によって画像を再現する画像表示装置であ
る。

【０００３】液晶表示パネル 液晶による表示装置は、消費電力が小さく、平面パネル
化することが可能であるため、実用化が進んでいる。な
かでも、液晶によるテレビ表示装置の開発が盛んであ
り、２次元的に配列された画素をマトリックス駆動する
薄膜トランジスタ（以下、ＴＦＴという）を用いる方式
が主流となってきている。ＴＦＴを用いたカラー液晶表
示パネル１の構成を図１及び図２（ａ）（ｂ）に示す。

【０００４】図１はカラー液晶表示パネル１を模型的に
示した平面図であって、多数の画素２がマトリックス状
に配列されており、各画素２にはスイッチング用のＴＦ
Ｔ３が設けられており、ＴＦＴ３のドレイン電極４が画
素２に接続されている。縦１列に並んだ各画素２に設け
られているＴＦＴ３のソース電極５には、各走査電極Ｘ
₁，Ｘ₂，…，Ｘ_iが接続されており、横１列に並んだ各
画素２に設けられているＴＦＴ３のゲート電極６には、
各表示電極Ｙ₁，Ｙ₂，…，Ｙ_jが接続されている。

【０００５】図２（ａ）（ｂ）はカラー液晶表示パネル
１のほぼ１つの画素２の具体的構造を示す断面図であ
る。ガラス基板７の上には、各画素２のパターンが得ら
れるようマトリックス状に透明電極８を形成してあり、
各透明電極８間には横方向にゲート電極６（表示電極Ｙ
₁，Ｙ₂，…，Ｙ_j）を配線している。このゲート電極６
及び透明電極８は絶縁膜９で覆われており、透明電極８
間には絶縁膜９の上から縦方向にソース電極５（走査電
極Ｘ₁，Ｘ₂，…，Ｘ_i）を配線してある。ＴＦＴ部分で
は、絶縁膜９を介してゲート電極６の上に半導体層１０
が形成され、半導体層１０の上にドレイン電極４電極及
びソース電極５が対向させられており、ドレイン電極４
は絶縁膜９の窓を介して透明電極８に導通させている。
一方、対向ガラス基板１１の下面には対向透明電極１
２、絶縁膜１３及びカラーフィルタ１４を設け、ガラス
基板７と対向ガラス基板１１の間にはスペーサ１５を介
して液晶１６を封止している。カラーフィルタ１４は、
青、緑、赤の３色のうちいずれかが各透明電極８と対向
させて配設されている。さらに、液晶１６を封止した液
晶セル１７の両面には互いに偏光方向を直交させて偏光
フィルタを装荷する。

【０００６】このようなカラー液晶表示パネル１は、つ
ぎのようにして表示用動作を行なう。各画素２は、ゲー
ト電極６に画像信号を印加し、ソース電極５に駆動用印
加電圧を印加すると、ＴＦＴ３がオンになってソース電
極５とドレイン電極４間が導通し、ドレイン電極４と導
通している透明電極８と対向透明電極１２間に電界が生
じて液晶１６の偏光特性が変化し、当該画素２が表示を
行なう。したがって、走査電極Ｘ₁，Ｘ₂，…，Ｘ_iに走
査電圧を印加し、走査電圧と同期させながら表示電極Ｙ
₁，Ｙ₂，…，Ｙ_jに画像信号を送ることにより交点（選
択点）の画素２を表示させることができ、液晶表示パネ
ル１による２次元表示が可能となる。

【０００７】図３はカラー液晶表示パネル１を裏面側か
ら照らすバックライトの強度スペクトル（実線）とカラ
ーフィルタ１４の分光透過率（破線）を示す図である。
バックライトのスペクトルは、図３の実曲線αに示すよ
うに、青色光（Ｂ）、緑色光（Ｇ）、赤色光（Ｒ）に相
当する波長λ₁＝０.４４μｍ、λ₂＝０.５４μｍ、λ₃
＝０.６２μｍの３点で大きなピークを有している。一
方、３種のカラーフィルタ１４は、図３に破線で示すよ
うに、青色光（Ｂ）領域、緑色光（Ｇ）領域、赤色光
（Ｒ）領域でそれぞれ大きな透過率を有しており、バッ
クライト光源の光をこれらのカラーフィルタ１４を透過
させることによって青色、緑色、赤色に着色させること
ができ、これらの３色の画素２によって１つの表示点が
構成されている。なお、カラーフィルタ１４の材料とし
ては、有機材料と無機材料とがあるが、一般には有機材
料が用いられている。

【０００８】液晶プロジェクタ プロジェクタ方式のＴＶ（テレビ受像機）としては、こ
れまでブラウン管方式が主流であったが、ブラウン管方
式のＴＶは、大型で設置スペースが大きい、持ち運びが
不便、コストが高くつく、設置作業に手間がかかる等の
問題があった。このため、液晶プロジェクタは、今後一
般家庭でも画面サイズの大型化が進んでいく中で、従来
方式の問題点を解決する方式として注目されている。液
晶プロジェクタの光学系構成には、カラー液晶表示パネ
ル１を１枚用いた構成と、両面の高精細化を目的にモノ
クロ液晶表示パネル１Ａ，１Ｂ，１Ｃを３枚用いた構成
とがある。

【０００９】図４に示すものは、１枚のカラー液晶表示
パネル１を用いた液晶プロジェクタ２１の基本的構成で
ある。これは、画像形成部としてのカラー液晶表示パネ
ル１と、リフレクタ付きの白色ランプ２２及びコンデン
サレンズ２３からなるバックライト光源２４と、液晶表
示パネル１で形成された画像を拡大してスクリーン２７
に投影するための投射レンズ２５とから構成されてい
る。なお、１８ａ，１８ｂは偏光フィルタである。

【００１０】また、図５に示すものは３枚のモノクロ液
晶表示パネル１Ａ，１Ｂ，１Ｃを用いてカラー化した液
晶プロジェクタ３１の基本的構成である。３２は、赤色
光Ｒのみを反射させ、青色光Ｂ及び緑色光Ｇを透過させ
るダイクロイックミラー、３３は青色光Ｂを反射させ、
緑色光Ｇを透過させるダイクロイックミラー、３４は赤
色光Ｒを透過させ、青色光Ｂを反射させるダイクロイッ
クミラー、３５は赤色光Ｒ及び青色光Ｂを透過させ、緑
色光Ｇを反射させるダイクロイックミラー、３６，３７
は反射鏡である。

【００１１】しかして、バックライト光源２４から出射
された白色光は反射鏡３８によって反射された後、ダイ
クロイックミラー３２へ向かい、ダイクロイックミラー
３２によって赤色光Ｒのみが反射され、赤色光Ｒは反射
鏡３６で方向を変えられた後、モノクロ液晶表示パネル
１Ａを透過して画像を形成される。画像を形成された赤
色光Ｒはダイクロイックミラー３４及び３５を透過した
後、投射レンズ３９に入射する。また、ダイクロイック
ミラー３２を透過した青色光Ｂ及び緑色光Ｇのうち青色
光Ｂだけがダイクロイックミラー３３で反射される。ダ
イクロイックミラー３３で反射された青色光Ｂは、モノ
クロ液晶表示パネル１Ｂを透過して画像を形成される。
画像を形成された青色光Ｂはダイクロイックミラー３４
で反射された後、ダイクロイックミラー３５を透過して
投射レンズ３９に入射する。さらに、ダイクロイックミ
ラー３３を透過した緑色光Ｇは、モノクロ液晶パネル１
Ｃを透過して画像を形成された後、反射鏡３７で方向を
変えられ、ダイクロイックミラー３５で反射されて投射
レンズ３９に入射する。こうして投射レンズ３９からス
クリーン上に投影された赤色画像、青色画像及び緑色画
像はスクリーン上でカラー画像に合成される。

【００１２】また、図６に示す液晶プロジェクタ４１は
ダイクロイックプリズム４０を用いて図５の液晶プロジ
ェクタ３１をコンパクトに構成したものである。すなわ
ち、バックライト光源２４から出た白色光のうち、赤色
光Ｒはダイクロイックミラー３２及び反射鏡３６で反射
され、モノクロ液晶表示パネル１Ａで画像形成された
後、ダイクロイックプリズム４０に入射する。青色光Ｂ
はダイクロイックミラー３２を透過し、ダイクロイック
ミラー３３で反射され、モノクロ液晶表示パネル１Ｂで
画像形成された後、ダイクロイックプリズム４０に入射
する。緑色光Ｇはダイクロイックミラー３２及び３３を
透過し、反射鏡３７ａ，３７ｂで反射し、モノクロ液晶
表示パネル１Ｃで画像形成された後、ダイクロイックプ
リズム４０に入射する。ダイクロイックプリズム４０に
おいては、赤色光Ｒはイ面で反射され、緑色光Ｇはア面
で反射され、青色光Ｂは透過するので、画像形成された
赤色光Ｒ、青色光Ｂ及び緑色光Ｇは投射レンズ３９を透
過し、スクリーン上でカラー画像に合成される。

【００１３】液晶ビューファインダ 液晶ビューファインダ５１は、例えばビデオ録画装置の
ファインダ部分に用いられており、図７に示すように、
リフレクタ及び拡散板を備えた液晶表示パネル１とコリ
メート用の接眼レンズ５２とからなっている。接眼レン
ズ５２と観察者の眼５３とはコリメート型接続の関係に
あり、液晶表示パネル１の画像を眼球網膜上に結像させ
ている。なお、結像倍率Ｍは、接眼レンズ５２の焦点距
離をｆとすると、 Ｍ＝２５０（ｍｍ）／ｆ となっている。

【００１４】その他の用途 液晶表示パネルは、上記用途以外にも、液晶テレビ、パ
ソコン用液晶表示パネル等としても用いられている。ま
た、いわゆるフラットパネル表示装置として用いる場合
には、パネル上に画像を伝達する光学系はなく、観察者
は直接液晶表示パネルの画像を見ることになる。

【００１５】液晶表示パネルの画像特性 液晶表示パネル１は、上記説明のごとく、連続的な空間
情報を液晶画素２に対応して不連続にサンプリングして
画像を形成している。図８（ａ）（ｂ）は連続的に変化
する入力画像５６と液晶表示パネル１に表示された不連
続的な再生画像５７の強度分布の一例を１次元空間で模
式的に表わしたものであって、液晶表示パネル１は、図
８（ａ）に示すように連続的に変化している入力画像５
６から画素ピッチに応じた間隔のサンプル点５８で入力
画像５６をサンプリングし、図８（ｂ）に示すように不
連続な再生画像５７として表示している。

【００１６】しかしながら、これらの画素２の不連続的
な周期構造により再生画像５７が不連続性を持ち、しか
も、技術上の問題により画素２を高密度に配置すること
は困難であるため、再生された画面が粗いものとなり、
いわゆるサンプリングノイズと称されるノイズが発生し
て画質が極めて悪くなるという問題がある。これは画素
２間の隙間が認識されるということでもあるので、画素
２間の隙間を黒色に着色して目立ちにくくするブラック
マトリックス方式が用いられるが、これは画素２間の隙
間を目立ちにくくしているだけで、本質的な解決方法と
なっておらず、画質を向上させるものでなかった。

【００１７】このため液晶表示パネル１の表示品質を向
上させる方法として、液晶表示パネル１上に位相型回折
格子５９を装荷する方法が提案されている。これは位相
型回折格子５９を光学的ローパスフィルタとして用いる
ものであって、その原理図を図９に示す。図９におい
て、１はマトリックス状に配列された多数の画素２を有
する液晶表示パネル、５９は位相型回折格子、６０は観
察者の眼（水晶体）、６１は観察者の網膜である。位相
型回折格子５９は、図１０（ａ）（ｂ）に示すように、
デューティー比ａ＝０.５で縦方向及び横方向に山と溝
が周期Λで交互に繰り返す断面矩形波形状を有してお
り、全体としては山と溝とが碁盤目状に配置されてい
る。この位相型回折格子５９は、入射する光のうち一部
（０次回折光）を真っ直ぐに透過させ、残部（高次回折
光）を回折させるが、回折光の回折方向（回折角）は画
像の空間周波数成分に応じて異なる。なお、図９の説明
においては±２次以上の高次回折光は無視し、±１次回
折光のみを考慮する。

【００１８】図９において、いま１つの画素２に注目す
ると、観察者は位相型回折格子５９を通して当該画素２
を見ている。しかしながら、この画素２から出射する光
の一部は位相型回折格子５９によって、その出射方向を
１次回折光の回折角に対応する方向に曲げられるので、
観察者にとっては液晶表示パネル１上のｐ点及びｑ点に
当該画素２の虚像を見ることになる。この虚像ｐ，ｑが
画素２間の隙間に生じるようにすれば、網膜６１上には
０次回折光による画素２の画像Ｃに隣接して同じ画素２
の虚像ｐ，ｑによる画像Ｐ，Ｑが生じる。このため観察
者の網膜上においては、画素２間の隙間が虚像ｐ，ｑの
像Ｐ，Ｑによって埋められ、不連続的にサンプリングし
た画像の間が補間され、元の入力画像５６が疑似的に再
現される。すなわち、位相型回折格子５９は、入力画像
５６の空間周波数成分よりも高い画素２の配列による周
波数成分を光学的にフィルタリングするローパスフィル
タの機能を持つことになる。

【００１９】これを図８（ａ）（ｂ）の場合に当てはめ
ると、図８（ｃ）に示すように各サンプル点５８の強度
が一点鎖線５７ａのように補間されるので、これらを合
成すると折れ線５６ａのようになり、もとの滑らかな強
度分布が疑似的に再現される。

【００２０】図９の条件を数式で表わすとつぎのように
なる。１次回折光の回折方向（回折角）をθとすると、
その回折方向θは位相型回折格子５９の格子周期Λと設
定波長λ₀により、 sinθ＝λ₀／Λ で表わされるから、虚像ｐ，ｑの生じる点は中心の画素
２から Ｌsinθ≒（λ₀／Λ）Ｌ となる。但し、Ｌは画素２と位相型回折格子５９との間
の距離である。この虚像ｐ，ｑの点が画素２間の隙間内
に位置するためには、中心の画素２から虚像ｐ，ｑまで
の距離Ｌsinθが液晶表示パネルの画素周期Λ₁よりも小
さければよい。したがって、条件は、 Λ₁≧（λ₀／Λ）Ｌ ……(1) となる。

【００２１】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、従来の
液晶表示パネルに用いられている位相型回折格子はデュ
ーティー比ａが０.５の断面矩形波形状をしており、格
子周期Λは画素２間を補間するように液晶表示パネル
（画素）の周期によって決められており、格子厚につい
ては特に考慮されていなかった。

【００２２】このため従来の液晶表示装置にあっては最
適設計されておらず、以下に説明するような問題点があ
った。 光学的ローパスフィルタのＭＴＦ（Modulation Tra
nsfer Function：振幅変調度）特性は位相型回折格子の
断面形状によって一義的に決まり、断面のプロフィール
が矩形波形状となった従来の位相型回折格子において
は、再生画像の本来必要とする低い空間周波数領域での
ＭＴＦ値が低下する。 一般に、位相型回折格子は波長のスペクトル成分に
よって回折効率が変化するため、カラー方式の液晶表示
装置において光学的ローパスフィルタとして位相型回折
格子を用いた場合、画素２を透過する光線のスペクトル
成分によってフィルタリング特性がばらついたり、低下
したりする。 また、従来の位相型回折格子を装荷した液晶表示パ
ネルにあっては、画素間を補間して隙間（ブラックマト
リックス）を消去できるように位相型回折格子の周期を
決定した場合、画素の周期的配列と位相型回折格子の周
期的配列による干渉のため、図１１に示すようなモアレ
縞（干渉パターン）が画像に生じることがあった。 しかも、位相型回折格子を液晶表示パネルに対して
決められた条件で配置する場合、良好な光学的ローパス
フィルタ特性を持ち、かつ、モアレ縞が発生しないよう
な位相型回折格子の構造を実現する構造設計手段がなか
った。

【００２３】本発明は叙上の従来例の欠点に鑑みてなさ
れたものであり、その目的とするところは、複数の画素
から画像を構成する画像表示装置において、位相型回折
格子の構造を光学的ローパスフィルタとして最適化する
ことにより、上記問題点を解決することにある。

【００２４】

【課題を解決するための手段】本発明の画像表示装置
は、バックライト手段と、複数の画素が配列されている
液晶表示手段と、位相型回折格子とを備えた画像表示装
置において、前記位相型回折格子は、格子深さが連続的
に変化する部分を持った格子構造であることを特徴とし
ている。

【００２５】本発明の別な画像表示装置は、バックライ
ト手段と、複数の画素が配列されている液晶表示手段
と、位相型回折格子とを備えた画像表示装置において、
前記位相型回折格子は、所望の遮断周波数においてモア
レ縞が発生しないように、デューティー比を基準値＝
０.５より変化させて構成されていることを特徴として
いる。

【００２６】また、前記位相型回折格子の周期をΛ、前
記液晶表示手段の画素の配列の周期をΛ₁、前記画素と
前記位相型回折格子の格子構造との距離をＬ、前記バッ
クライト手段から発せられた光が前記画素を通過すると
きの波長スペクトルのほぼ中心波長をλ_cとしたとき、 Λ≧（λ_c／Λ₁）Ｌ の関係を満たすようにするとよい。

【００２７】また、前記位相型回折格子の周期をΛ、前
記液晶表示手段の画素の配列の周期をΛ₁、前記位相型
回折格子の周期構造と前記画素の配列の周期構造とによ
って発生するξ次のモアレ縞の周期をΛξとしたとき、 Λ＝２Λ₁／（２Ｍ＋１） の関係を満たすＭが、 １／Λξ＝｜（ξ／Λ₁）−（１／Λ）｜ の関係を満たすξに対して、 ξ＜Ｍ＜ξ＋１ の関係を満たすようにしてもよい。

【００２８】さらに、前記位相型回折格子は、前記液晶
表示手段の画素を透過する光の波長スペクトルのほぼ中
心波長の光に対して、１次回折光の強度が最大となるよ
うに格子厚を設定しても良い。

【００２９】

【作用】本発明の画像表示装置においては、光学的ロー
パスフィルタとして用いられている位相型回折格子の格
子厚やデューティー比、回折格子パターン（断面のプロ
フィール）等をパラメータとして変化させるようにした
ので、位相型回折格子を最適設計することができ、前記
の従来の問題点を解消することができる。

【００３０】例えば、位相型回折格子をその格子深さが
連続的に変化する部分を持った構造とすることにより、
位相型回折格子の光利用効率を向上させることができ、
ＭＴＦ値をより大きくすることができ、画像の鮮明度を
向上させることができる。

【００３１】また、 Λ＝２Λ₁／（２Ｍ＋１） を満たす正数Ｍが、 １／Λξ＝｜（ξ／Λ₁）−（１／Λ）｜ を満たすモアレ縞の次数ξに対して、 ξ＜Ｍ＜ξ＋１ の関係を満たすようにすれば、画像表示装置の画像に発
生するモアレ縞を除去することができる。

【００３２】また、、デューティー比を基準値＝０.５
から変化させ、格子周期及びデューティー比を適切な値
をとるように設計すれば、画素と位相型回折格子との光
学距離が制限される場合にも、モアレ縞を除去すると同
時に所望の遮断周波数が得られるように設計することが
できる。

【００３３】また、バックライト手段から発せられた光
が画素を通過するときの波長スペクトルのほぼ中心波長
をλ_cに関して、格子波長Λを Λ≧（λ_c／Λ₁）Ｌ となるように決めているので、カラーの画像表示装置の
各色について各画素間の隙間を均一に補間させることが
でき、高品質のカラー画像を得ることができる。

【００３４】また、画素を透過する光スペクトルのほぼ
中心波長の光に対して１次回折光の強度（回折効率）が
最大となるように格子厚を設計すれば、遮断周波数に対
する画素配列の強度を十分に小さくすることができる。
また、遮断周波数において、波長によるＭＴＦ値のバラ
ツキを小さくすることができ、さらに、各波長に対する
回折効率のバラツキが小さくなり、１次回折光によって
画素間の隙間を効果的に補間させることができる。

【００３５】

【実施例】図１２は本発明の一実施例による画像表示装
置７１の構成を示す断面図である。この画像表示装置７
１は、バックライト光源２４、液晶表示パネル１及び位
相型回折格子７３から構成されている。バックライト光
源２４は、リフレクタ付きの白色ランプ２２及びコンデ
ンサレンズ２３からなる。液晶表示パネル１は、液晶セ
ル１７の両面に偏光方向を互いに直交させて偏光フィル
タ１８ａ，１８ｂを重ねて装荷したものであり、図１及
び図２に示した液晶表示パネル１と同様な構造を有して
いる（したがって、詳細は省略する）。位相型回折格子
７３は偏光素子１８ｂの上に重ねて一体化されている
（位相型回折格子７３の構造については後述する）。

【００３６】この位相型回折格子７３を備えた画像表示
装置７１は、図１３〜図１５のような液晶プロジェクタ
７４〜７６や図１６のような液晶ビューファインダ７７
として用いられる。また、図１７に示す液晶ビューファ
インダ７７のように液晶表示パネル１と位相型回折格子
７３とは分離して配置しても良い。また、図１８に示す
液晶ビューファインダ７７のように接眼レンズ５２と観
察者５３の間に位相型回折格子７３を介在させてあって
も良い。また、図１３〜図１５の液晶プロジェクタ７４
〜７６においても、想像線で示した位置に位相型回折格
子７３を配置しても良い。

【００３７】位相型回折格子の種々の断面プロフィール つぎに本発明の画像表示装置７１に用いられている種々
の位相型回折格子７３について詳述する。図１９（ａ）
（ｂ）に示すものは位相型回折格子７３の一例を示す正
面図及び断面図であって、格子断面のプロフィールが矩
形波形状をしており、そのデューティー比がａ＝０.５
となっている。また、格子厚ｄがつぎの数式１のように
なっている。ここで、ｎは位相型回折格子７３の屈折
率、λ₀は設定波長である。

【００３８】

【数１】

【００３９】また、図２０（ａ）（ｂ）に示すものは別
な位相型回折格子７３を示す断面図であって、格子断面
のプロフィールが矩形波形状をしており、そのデューテ
ィー比がそれぞれａ＜０.５、ａ＞０.５となっている。

【００４０】図２１はさらに別な位相型回折格子７３を
示す断面図であって、格子断面のプロフィールが正弦波
状をしており、したがって、格子厚ｄ内で格子深さが連
続的に変化している。また、図２２（ａ）（ｂ）（ｃ）
（ｄ）は格子深さが連続的に変化する部分（例えば、図
２２（ａ）（ｂ）では傾斜面）を持つパターンの繰り返
しによって格子断面のプロフィールが構成されている位
相型回折格子７３を示す断面図である。

【００４１】なお、位相型回折格子７３のパターンは図
１９のように２次元状に変化する２次元回折格子に限ら
ず、１次元回折格子であっても差し支えない。

【００４２】位相型回折格子の格子周期 前記各種画像表示装置においても、画素間の隙間（ブラ
ックマトリックス）を消去するため、画素配列の周期を
Λ₁、画素２と位相型回折格子７３との距離をＬ、設定
波長（設計波長）をλ₀とするとき、格子周期Λが、 Λ≧（λ₀／Λ₁）Ｌ ……(3) の関係を満たすようにしている。

【００４３】しかし、カラー液晶表示パネルにおいて
は、設定波長λ₀として例えば青色光Ｂの波長λ₁、緑色
光Ｇの波長λ₂、赤色光Ｒの波長λ₃のうちいずれの波長
を選択するかによって、カラー液晶表示パネルの性能が
異なる。このため、本発明に係る画像表示装置にあって
は、設定波長λ₀をバックライト光源２４のスペクトル
のうちの略中心波長に選択している。具体的には、緑色
光Ｇの波長λ₂を設定波長λ₀＝λ₂としている。すなわ
ち、 Λ≧（λ₂／Λ₁）Ｌ ……(4) としている。これにより、青、緑、赤の各色について各
画素間の隙間を均一に補間させることができ、高品質の
カラー画像を得ることができる。

【００４４】１次回折光の回折効率を最大にした位相型回折格子 本発明にあっては、格子厚ｄ（格子深さの最大値）を設
計パラメータとしているので、格子厚ｄを最適設計する
ことにより１次回折光の回折効率を最大にすることがで
きる。そして、１次回折光の虚像が画素間の隙間に生じ
るようにしている場合、１次回折光の回折効率を高くす
れば、効果的に画素間の隙間を消去することができる。
以下、その設計手法を説明する。

【００４５】一般に、格子パターン（格子断面のプロフ
ィール）が関数ｇ(ｘ)で表わされる位相型回折格子７３
に単位強度の入射光が入射したとき、位相型回折格子７
３を通過したｍ次の回折光の複素振幅Ｓｍは、次の数式
２で表わされる。

【００４６】

【数２】

【００４７】ここで、ｘは位相型回折格子７３の表面と
平行な方向の座標、βは定数、Λは位相型回折格子７３
の周期、ｊ＝√（−１）である［Diffraction efficien
ciesof thin phase grating with arbitrary grating s
hape；J.Opt.Soc.Am.,Vol.68,No.6,June 1978］。

【００４８】βｇ（ｘ）＝ｆ（ｘ）とおくと、ｆ（ｘ）
はｇ（ｘ）で表わされる格子パターンを位相として表現
したものとなり、前記(5)式は次の数式３のようにな
る。

【００４９】

【数３】

【００５０】いま、図２３に示すようなデューティー比
ａ、位相に換算した格子厚ｄ_pの矩形波形状をした位相
型回折格子について、振幅Ｓｍを求め、これからｍ次回
折光の回折効率（＝ｍ次回折光の強度／入射光の強度）
η_mAを求めると、つぎの数式４が得られる。

【００５１】

【数４】

【００５２】上記(7)式によれば、１次回折光（ｍ＝±
１）については、ｄ_p＝πのときに回折効率η_1Aが最大
となる。また、同じく(7)式によれば、１次回折光はデ
ューティー比がａ＝０.５のときに回折効率η_1Aが最大
となる。すなわち、格子厚ｄ_p＝π、かつ、デューティ
ー比ａ＝０.５のとき、１次回折光の回折効率η_1Aが最
大値η_1A＝（２／π）²＝４０.５％となる。

【００５３】図２４はデューティー比をａ＝０.５とし
た場合の０次回折光（ｍ＝０）、１次回折光（ｍ＝±
１）及び３次回折光（ｍ＝±３）の各回折効率η_mAの格
子厚ｄに対する変化のようすを示している（(7)式、(8)
式）。図２４によれば、１次回折光の回折効率η_1Aはｄ
_p＝πに対応する格子厚ｄのとき最大値（４０.５％）と
なり、この近傍では各次数の回折光の回折効率、特に０
次回折光の回折効率η_0Aよりも大きくなっている。ま
た、図２５は格子厚ｄ_p＝πの場合の１次回折光の回折
効率η_1Aとデューティー比ａとの関係を示す図であっ
て、デューティー比ａが０.５のときに回折効率η_1Aが
最大となる。

【００５４】以上より、矩形波形状の断面プロフィール
を有する位相型回折格子７３の場合に、１次回折光の回
折効率η_1Aが最大となる条件は、格子厚ｄ_p＝π、か
つ、デューティー比ａ＝０.５の場合であって、このと
き回折効率η_1A＝（２／π）²＝４０.５％となる。この
ｄ_p＝πの条件は、格子厚ｄの部分で位相型回折格子７
３内を通過した光と空間を通過した光とでは位相が半波
長λ₀ずれることであるから、位相型回折格子７３の屈
折率をｎ、設定波長をλ₀とすると、 光路差＝ｎｄ−ｄ＝λ₀／２ という関係が得られ、格子厚ｄは、 ｄ＝λ₀／〔２（ｎ−１）〕 ……(9) となる。従って、格子厚ｄの設計厚を(9)式を満たすよ
うに決めてあり、これは図１９（ａ）（ｂ）に示した位
相型回折格子７３である。

【００５５】なお、図２４の横軸には、格子厚誤差ｋを
併せて示している。これは、実際の格子厚と設計格子厚
との比であって、最適格子厚ｄ_p0＝πとして位相型回折
格子を設計したが、実際には格子厚がｄ_pであった場合
には、格子厚誤差ｋは、 ｋ＝ｄ_p／ｄ_p0＝ｄ_p／π ……(10) となる。また、この格子厚誤差ｋは、位相エラー係数と
も呼ばれ、入射波長（設定波長）をλ₀として設計され
た位相型回折格子に波長λの光が入射した場合の波長誤
差ｋを ｋ＝実際の波長λ／設定波長λ₀ とすれば、波長誤差ｋの場合の回折効率η_mAは、図２４
において波長誤差ｋと等しい値の格子厚誤差ｋに対応す
る回折効率η_mAを読めば、当該波長誤差の場合の回折効
率η_mAを知ることができる。

【００５６】また、図２１のように断面のプロフィール
が正弦波状をしている位相型回折格子７３を考え、位相
に換算した格子厚をｄ_pとすると、ｍ次の回折効率η_mB
は、(6)式を用いて計算すると、次の数式５で表わされ
る。但し、Ｊｍはｍ次のベッセル関数、ｋは波長誤差で
ある。

【００５７】

【数５】

【００５８】このような正弦波状のプロフィールを持つ
位相型回折格子７３による１次回折光（ｍ＝１）の回折
効率η_1Bは、ｄ_p＝πの場合に最大値となる。この条件
は、設定波長をλ₀、位相型回折格子７３の屈折率をｎ
とすると、格子厚ｄが次の数式６を満たすことである。

【００５９】

【数６】

【００６０】カラー表示用の液晶表示パネルの場合 図１４や図１５のような液晶プロジェクタ７５，７６の
場合には、各使用波長に合わせて設計された単色用の位
相型回折格子７３を用いればよいが、例えば図１３のよ
うな液晶プロジェクタ７４の場合には３つの波長λ₁，
λ₂，λ₃の光線が１枚の位相型回折格子７３を通過する
ので、いずれの波長を設定波長λ₀とするかによって液
晶表示パネル１の特性が異なってくる。

【００６１】いま、液晶表示パネル１のバックライト光
源２４の青色光Ｂ、緑色光Ｇ、赤色光Ｒに対応するピー
ク波長λ₁，λ₂，λ₃をそれぞれ λ₁＝０.４４μｍ λ₂＝０.５４μｍ λ₃＝０.６２μｍ とする。断面が矩形波形状をした位相型回折格子７３の
厚みｄを(9)式を満たすように設定した場合、設定波長
をλ₀とすると、入射波長λ_i（ｉ＝１，２，３）に対す
る各波長誤差は、 ｋ_i＝λ_i／λ₀ となる。いま、設定波長λ₀をバックライト光源２４の
波長スペクトル帯域のほぼ中心値であるλ₂＝０.５４μ
ｍとしたときの各波長誤差は、 ｋ₁＝０.８１ ｋ₂＝１ ｋ₃＝１.１５ となる。一方、設定波長λ₀をλ₁＝０.４４μｍとした
ときの各波長誤差は、 ｋ₁＝１ ｋ₂＝１.２３ ｋ₃＝１.４１ となる。さらに、設定波長λ₀をλ₃＝０.６２μｍとし
たときの各波長誤差は、 ｋ₁＝０.７１ ｋ₂＝０.８７ ｋ₃＝１ となる。これらの１次回折光の回折効率η_1Aを図２４の
上で比較すると、バックライト光源２４の波長スペクト
ル帯域のほぼ中心（Ｇ帯域）の波長λ₂に設定波長λ₀を
設定して格子厚ｄを決定した方が、回折効率のバラツキ
が小さいことが分かる。

【００６２】ＭＴＦ特性の波長誤差（位相エラー係数）の依存性 位相型回折格子７３を配置した光学系のＭＴＦ特性は、
線像関数をフーリエ変換することで求められる。位相型
回折格子７３の線像関数Ｕ（ｘ）は、観測距離をｒとす
ると、次の数式７で表わされる。

【００６３】

【数７】

【００６４】ここで η_iはそれぞれの空間周波数に応じ
た回折効率、ｘは回折格子パターンに沿った距離、λ₀
は設定波長、Λは位相型回折格子７３の周期である。し
たがって、当該光学系のＭＴＦは、次の数式８となる。

【００６５】

【数８】

【００６６】ここで、ωは空間周波数である。この(14)
式から、ＭＴＦ特性、特に遮断周波数ω_cは位相型回折
格子７３の回折効率η_iに依存することが分かる。

【００６７】つぎに、液晶表示パネル１の空間周波数ω
における強度ｆ（ω）を求める。液晶表示パネル１の画
素２の周期をΛ₁として、フーリエ級数に展開すると、
液晶表示パネル１の画素配列の空間周波数ωにおける強
度ｆ（ω）は、次の数式９のようになる。ただし、δは
ディラックのデルタ関数、Ａは画素２の寸法である。

【００６８】

【数９】

【００６９】図２６は、液晶表示パネル１の画素配列の
空間周波数スペクトル分布（(15)式）を示しており、横
軸は空間周波数ω（line／mm）、縦軸は相対強度ｆ
（ω）を表わしている。図２６の空間周波数スペクトル
を求めるにあたっては、画素２の縦方向周期を３０μ
ｍ、横方向周期を５０μｍとし、画素２の寸法Ａを縦横
それぞれ２０μｍとし、横方向における空間周波数スペ
クトルを図２６に示した。空間周波数スペクトルに表わ
れる基本周波数の整数倍の高調波成分は、観察者にとっ
て光学的なノイズとなり、画質の低下を招く。例えば、
いまの場合、画素２間の隙間の空間周波数ωは、横方向
では２０line／mm、３色（３画素）で１点となる画素の
空間周波数ωは約７line／mmであるから、図２６のよう
に２０line／mmでの強度が大きいと、画素２間の隙間が
かなりはっきりと認識される。したがって、ノイズの少
ない良好な画像を得るためには、位相型回折格子７３の
ローパスフィルタの機能により２０line／mmあたりでの
強度をほぼ０まで低下させる必要があり、位相型回折格
子７３の遮断周波数ω_cを２０line／mmに設定する必要
がある。

【００７０】図２７は位相型回折格子７３の設定波長λ
₀を緑色光Ｇの波長λ₂と等しくして(9)式により格子厚
ｄを決めたときのＭＴＦ特性を示し、図２８は位相型回
折格子７３の設定波長λ₀を青色光Ｂの波長λ₁と等しく
して(9)式により格子厚ｄを決定したときのＭＴＦ特性
を示している。図２７及び図２８は、それぞれ設定波長
λ₂，λ₁に対して遮断空間周波数ω_cを等しくし、いず
れも遮断周波数ω_cを２０line／mmにしている（以下に
おいては、画素周期が５０μｍで、遮断周波数ω_cが２
０line／mmであるとして説明する）。図２７と図２８を
比較すると、設定波長をλ₁（Ｂ）にした場合の方が、
遮断周波数ω_c＝２０line／ｍｍに対する設定波長以外
（λ₂，λ₃）のＭＴＦ値が相対的に高くなり、ＭＴＦ値
のバラツキが大きくなっていることが分かる。なお、設
定波長λ₀を赤色光Ｒの波長λ₃と等しくした場合も図２
８と同様、遮断周波数ω_c＝２０line／ｍｍに対する設
定波長以外（λ₁，λ₂）のＭＴＦ値が相対的に高くな
り、ＭＴＦ値のバラツキが大きくなる。従って、設定波
長λ₀にほぼ中央の波長であるλ₂を用いることにより波
長間におけるＭＴＦ値のバラツキの小さな良好な結果が
得られる。

【００７１】図２９は位相型回折格子７３の設定波長λ
₀を緑色光Ｇの波長λ₂と等しくして(9)式により格子厚
ｄを決め、その光学的ローパスフィルタ（位相型回折格
子７３）を通した時の画素配列の空間周波数スペクトル
分布を示す。また、図３０は位相型回折格子７３の設定
波長λ₀を青色光Ｂの波長λ₁にして(9)式により格子厚
ｄを決定し、その光学的ローパスフィルタ（位相型回折
格子７３）を通した時の画素配列の空間周波数スペクト
ル分布を示す。図２９及び図３０の図を比較すると、設
定波長λ₀を緑色光Ｇの波長λ₂にした場合の方が、効果
的に高調波成分をカットできることが分かる。

【００７２】したがって、緑色光Ｇの波長λ₂を設定波
長λ₀として位相型回折格子７３を設計することによ
り、波長によるＭＴＦ特性のバラツキを小さくできると
共に遮断周波数ω_cにおける光強度を十分に小さくで
き、カラー方式の液晶表示装置において光学的ローパス
フィルタとして位相型回折格子を用いた場合、画素を透
過する波長のスペクトル成分によってフィルタリング特
性がばらついたり、低下したりすることを防止できる。

【００７３】モアレ縞の除去 モアレ縞の周期をΛξ、液晶表示パネルの画素配列の周
期をΛ_l、位相型回折格子の周期をΛとすると、次の数
式１０が成立している。但し、ξは正の整数で、モアレ
縞の高調波成分の次数を表わしている。

【００７４】

【数１０】

【００７５】(16)式はΛ₁で規格化すると、つぎの数式
１１のように変形される。

【００７６】

【数１１】

【００７７】(17)式で表わされるΛξ／Λ₁とΛ／Λ₁と
の関係（モアレ縞周期Λξの依存性）は図示すると、図
３１で表わされる。図３１によれば、モアレ縞を除去す
るためには、いずれかの次数ξ_iに対してΛ₁／Λ＝ξ_i
が成り立てば、この次数ξ₁のモアレ縞周期Λξは無限
大となって発生せず、それ以外の次数ξ≠ξ_iのモアレ
縞は画素周期Λ₁よりも小さくなって無視できる。モア
レ縞を除去するには、いずれかの次数のモアレ縞周期Λ
ξが必ずしも無限大である必要はなく、十分大きければ
よいから、モアレ縞を除去するための条件は、つぎのよ
うに言える。つまり、位相型回折格子の周期Λが、いず
れかの正整数ξ_iに対して、 ξ_i−１／２＜Λ₁／Λ＜ξ_i＋１／２ ……(18) を満たせば、次数ξ_iのモアレ縞周期Λξは十分大きく
なり、それ以外の次数ξ≠ξ_iのモアレ縞周期Λξは画
素周期Λ₁に対して十分小さくなり、モアレ縞が除去さ
れる。

【００７８】これを別な表現で表わせば、 Λ＝２Λ₁／（２Ｍ＋１） ……(19) の関係を満たす正数Ｍが、モアレ縞周期Λξを決める １／Λξ＝｜（ξ／Λ₁）−（１／Λ）｜ ……(20) の関係式を満たすξに対して、 ξ＜Ｍ＜ξ＋１ ……(21) の関係を満たせば良い。この表現と(18)式とが等価であ
ることは容易に確かめることができる。

【００７９】遮断周波数特性とモアレ縞が発生しない条件の設定 図３２は遮断周波数ω_cを一定値（２０line／mm）と
し、液晶表示パネル１の画素面からデューティー比ａ＝
０.５の位相型回折格子７３の形成されている面までの
光学距離をＬとした場合の位相型回折格子７３の周期Λ
を示す。これより、光学距離Ｌを自由に設定できる場合
は、所望の遮断周波数ω_cと、モアレ縞が発生しないよ
うな周期Λを比較的容易に設定可能なことが分かる。例
えば、モアレ縞が発生しないように位相型回折格子７３
の周期Λを決めた後、所望の遮断周波数ω_cが得られる
ように光学距離Ｌを決めることができる。

【００８０】しかしながら、位相型回折格子７３を用い
た光学的ローパスフィルタの光学系配置が制限される場
合も想定される。いま、光学距離Ｌが固定された場合を
考える。この場合、所望の遮断周波数ω_cを得るために
液晶表示パネル１の画素配列によって一義的に位相型回
折格子７３の周期Λは決定されてしまい、モアレ縞が発
生しない条件を満足しないことが生じる。この問題を解
決する手段として、図２０（ａ）（ｂ）のようにデュー
ティー比ａを０.５からずらせたａ≠０.５の位相型回折
格子７３に着目する。

【００８１】図３３は位相型回折格子７３のデューティ
ー比ａを変化させたときの空間周波数ωとＭＴＦ値との
関係を示すＭＴＦ特性図である。図３３の各曲線はデュ
ーティー比ａ＝０.５、格子周期Λ＝５１.５μｍの時に
遮断周波数ω_cが２０line／mmとなるように設定し、そ
こからデューティー比をａ＝０.６〜０.９まで変化させ
た時のＭＴＦ特性を示しており、かっこ内に示した値は
等価な格子周期Λを示している。例えば、ａ＝０.９
（Λ＝２０.４μｍ）と付記した曲線は、格子周期をΛ
＝５１.５μｍに保ったままでデューティー比をａ＝０.
９にした位相型回折格子７３のＭＴＦ特性を示してお
り、また、デューティー比をａ＝０.５に保ったままで
格子周期をΛ＝２０.４μｍにしたときのＭＴＦ特性と
等しいことを表わしている。

【００８２】このようにデューティー比ａを変化させる
ことにより、格子周期Λを変化させるのと等価に遮断周
波数ω_cの値を変化させることができるから、モアレ縞
が発生しないように格子周期Λを設定したうえで、所望
の遮断周波数ω_cを得るようにデューティー比ａを調整
することが可能となる。

【００８３】また、図３４は緑色光Ｇの波長λ₂を設定
波長λ₀として格子厚ｄを決めた〔すなわち、ｄ＝λ₂／
｛２（ｎ−１）｝〕位相型回折格子７３において、デュ
ーティー比ａに対する回折効率の依存性を示す。また、
図３５は青色光Ｂの波長λ₁を設定波長λ₀として格子厚
ｄを決めた〔すなわち、ｄ＝λ₁／｛２（ｎ−１）｝〕
位相型回折格子７３において、デューティー比ａに対す
る回折効率の依存性を示す。図３５では波長λ₁，λ₂，
λ₃による回折効率のバラツキが大きい（λ₀＝λ₃の場
合も同様）が、位相型回折格子７３の設定波長λ₀を波
長スペクトル帯域のほぼ中心波長λ₂に設定すれば、図
３４のようにデューティー比ａの変化に対しても各波長
λ₁，λ₂，λ₃に対応する回折効率のバラツキがほとん
ど変化せず、波長が変化しても光学的ローパスフィルタ
特性が低下することはない。

【００８４】光利用効率 ここでは、格子深さが連続的に変化する部分を持った位
相型回折格子７３の構造例として、断面のプロフィール
が正弦波形状である位相型回折格子７３を考え、矩形波
形状を持つ位相型回折格子７３とのＭＴＦ特性の比較を
行なう。トータルの光利用効率（ｍ次回折効率の総和）
に着目すると、矩形波形状を持つ位相型回折格子７３の
回折効率は、偶数次回折光を持たないといった特徴があ
る。一方、格子深さが連続的に変化する部分をもった位
相型回折格子７３の回折効率は高次の回折光にわたり連
続性を持つ。従って、ある遮断回折次数を決めた場合、
光利用効率は図２１及び図２２（ａ）〜（ｄ）のような
連続性を持つ位相型回折格子７３の方が高くなり、これ
がＭＴＦ特性に影響を与える。この結果、位相型回折格
子７３のＭＴＦ値を大きくすることができ、画像の鮮明
度を向上させることができる。

【００８５】ＭＴＦ特性の断面形状依存性 図３６には位相型回折格子７３の断面形状を矩形波形
状、正弦波形状にした場合のＭＴＦ特性の比較を示す。
両ＭＴＦ特性においては、遮断周波数ω_cを等しくして
ある。図３６に示されているように、断面形状を正弦波
形状にした場合の方が低い周波数領域でのＭＴＦ値が高
くなっている。すなわち、位相型回折格子７３の断面形
状を正弦波形状にした方が、より画面の解像度を高くす
ることができる。

【００８６】

【発明の効果】本発明によれば、光学的ローパスフィル
タとして用いられている位相型回折格子の格子厚やデュ
ーティー比、格子断面のプロフィール等を設計パラメー
タとすることにより位相型回折格子を最適設計すること
ができる。

【００８７】例えば、格子断面のプロフィールをその格
子深さが連続的に変化する部分を持った構造とすること
により、位相型回折格子の光利用効率を向上させてＭＴ
Ｆ値をより大きくすることができ、画像の鮮明度を向上
させることができる。

【００８８】また、位相型回折格子の格子周期をモアレ
縞周期（もしくはモアレ縞の次数）に対して適当な関係
を満たすようにすれば、画像表示装置の画像に発生する
モアレ縞を除去することができる。

【００８９】また、、デューティー比を設計パラメータ
とし、格子周期及びデューティー比を適切な値をとるよ
うに設計すれば、画素と位相型回折格子との光学距離が
制限される場合にも、モアレ縞を除去すると同時に所望
の遮断周波数が得られる。

【００９０】また、画素を通過する波長スペクトルのほ
ぼ中心波長の光について、１次回折光による虚像が画素
間の隙間に生じるように設計することにより、カラーの
画像表示装置の各色について各画素間の隙間を均一に補
間させることができ、高品質のカラー画像を得ることが
できる。

【００９１】さらに、画素を透過する光スペクトルのほ
ぼ中心波長の光に対して１次回折光の強度（回折効率）
が最大となるように格子厚を設計すれば、遮断周波数に
対する画素配列の強度を十分に小さくすることができ
る。また、遮断周波数において、波長によるＭＴＦ値の
バラツキを小さくすることができ、さらに、各波長に対
する回折効率のバラツキが小さくなり、１次回折光によ
って画素間の隙間を効果的に補間させることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】ＴＦＴを用いたカラー液晶表示パネルの構成を
模型的に示す平面図である。

【図２】（ａ）は同上のカラー液晶表示パネルを具体的
に示す断面図、（ｂ）は（ａ）のＸ−Ｘ線断面図であ
る。

【図３】同上のカラー液晶表示パネルにおけるバックラ
イトのスペクトルとカラーフィルタの分光透過率を示す
図である。

【図４】液晶プロジェクタの構成を示す概略構造図であ
る。

【図５】別な液晶プロジェクタの構成を示す概略構造図
である。

【図６】さらに別な液晶プロジェクタの構成を示す概略
構造図である。

【図７】液晶ビューファインダの構造を示す概略図であ
る。

【図８】（ａ）は空間情報の強度分布を示す図、（ｂ）
は液晶表示パネルにおける画像の強度分布を示す図、
（ｃ）は位相型回折格子によって補間された画像の強度
分布を示す図である。

【図９】液晶表示パネルに装荷された位相型回折格子の
働きを説明するための原理図である。

【図１０】（ａ）（ｂ）は従来例の位相型回折格子を示
す正面図及び断面図である。

【図１１】上記位相型回折格子を装荷した液晶表示パネ
ルに発生するモアレ縞を示す図である。

【図１２】本発明の一実施例による画像表示装置を示す
断面図である。

【図１３】本発明の画像表示装置を用いた液晶プロジェ
クタの構成を示す概略構造図である。

【図１４】本発明の画像表示装置を用いた別な液晶プロ
ジェクタの構成を示す概略構造図である。

【図１５】本発明の画像表示装置を用いたさらに別な液
晶プロジェクタの構成を示す概略構造図である。

【図１６】本発明の画像表示装置を用いた液晶ビューフ
ァインダの構造を示す概略図である。

【図１７】本発明の画像表示装置を用いた別な液晶ビュ
ーファインダの構造を示す概略図である。

【図１８】本発明の画像表示装置を用いたさらに別な液
晶ビューファインダの構造を示す概略図である。

【図１９】（ａ）（ｂ）は本発明の画像表示装置におい
て用いられる位相型回折格子の正面図及び断面図であ
る。

【図２０】（ａ）（ｂ）は、いずれも本発明の画像表示
装置において用いられる別な位相型回折格子の断面図で
ある。

【図２１】本発明の画像表示装置において用いられるさ
らに別な位相型回折格子の断面図である。

【図２２】（ａ）（ｂ）（ｃ）（ｄ）は、いずれも本発
明の画像表示装置において用いられるさらに別な位相型
回折格子の断面図である。

【図２３】断面が矩形波形状をした位相型回折格子のプ
ロフィールを位相に換算して示した図である。

【図２４】断面が矩形波形状をした位相型回折格子の０
次回折光、１次回折光及び３次回折光の各回折効率の格
子厚に対する変化のようすを示す図である。

【図２５】断面が矩形波形状をした位相型回折格子の１
次回折光の回折効率とデューティー比との関係を示す図
である。

【図２６】液晶表示パネルの空間周波数と相対強度との
関係を示す図である。

【図２７】緑色光の波長λ₂により格子厚を決定した場
合のＭＴＦ特性を示す図である。

【図２８】青色光の波長λ₁により格子厚を決定した場
合のＭＴＦ特性を示す図である。

【図２９】緑色光の波長λ₂により格子厚を決定した場
合の画素配列の空間周波数と強度との関係を示す図であ
る。

【図３０】青色光の波長λ₁により格子厚を決定した場
合の画素配列の空間周波数と強度との関係を示す図であ
る。

【図３１】モアレ縞周期と格子周期との関係を示す図で
ある。

【図３２】液晶表示パネルの画素面から位相型回折格子
の格子面までの光学距離と格子周期との関係を示す図で
ある。

【図３３】位相型回折格子のデューティー比を変化させ
たときの空間周波数とＭＴＦとの関係を示すＭＴＦ特性
図である。

【図３４】緑色光の波長λ₂により格子厚を決定した場
合のデューティー比と回折効率との関係を示す図であ
る。

【図３５】青色光の波長λ₁により格子厚を決定した場
合のデューティー比と回折効率との関係を示す図であ
る。

【図３６】位相型回折格子の断面のプロフィールを矩形
波形状及び正弦波形状にした場合の空間周波数とＭＴＦ
値との関係を示す図である。

【符号の説明】

１，１Ａ，１Ｂ，１Ｃ 液晶表示パネル ２ 画素 １７ 液晶セル １８ａ，１８ｂ 偏光フィルタ ２４ バックライト光源 ７３ 位相型回折格子 ７４，７５，７６ 液晶プロジェクタ ７７ 液晶ビューファインダ Λ 位相型回折格子の周期 ａ 位相型回折格子のデューティー比 Λ₁ 画素周期 λ₀ 設定波長 Ｌ 画素と位相型回折格子の間の距離

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 バックライト手段と、複数の画素が配列
   されている液晶表示手段と、位相型回折格子とを備えた
   画像表示装置において、 前記位相型回折格子は、格子深さが連続的に変化する部
   分を持った格子構造であることを特徴とする画像表示装
   置。
2. 【請求項２】 バックライト手段と、複数の画素が配列
   されている液晶表示手段と、位相型回折格子とを備えた
   画像表示装置において、 前記位相型回折格子は、所望の遮断周波数においてモア
   レ縞が発生しないように、デューティー比を基準値＝
   ０.５より変化させて構成されていることを特徴とする
   画像表示装置。
3. 【請求項３】 前記位相型回折格子の周期をΛ、前記液
   晶表示手段の画素の配列の周期をΛ₁、前記画素と前記
   位相型回折格子の格子構造との距離をＬ、前記バックラ
   イト手段から発せられた光が前記画素を通過するときの
   波長スペクトルのほぼ中心波長をλ_cとしたとき、 Λ≧（λ_c／Λ₁）Ｌ の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載
   の画像表示装置。
4. 【請求項４】 前記位相型回折格子の周期をΛ、前記液
   晶表示手段の画素の配列の周期をΛ₁、前記位相型回折
   格子の周期構造と前記画素の配列の周期構造とによって
   発生するξ次のモアレ縞の周期をΛξとしたとき、 Λ＝２Λ₁／（２Ｍ＋１） の関係を満たすＭが、 １／Λξ＝｜（ξ／Λ₁）−（１／Λ）｜ の関係を満たすξに対して、 ξ＜Ｍ＜ξ＋１ の関係を満たすことを特徴とする請求項１又は２に記載
   の画像表示装置。
5. 【請求項５】 前記位相型回折格子は、前記液晶表示手
   段の画素を透過する光の波長スペクトルのほぼ中心波長
   の光に対して、１次回折光の強度が最大となるように格
   子厚を設定したことを特徴とする請求項１又は２に記載
   の画像表示装置。