JPH06308332A

JPH06308332A - ホログラムを用いたカラーフィルター

Info

Publication number: JPH06308332A
Application number: JP9751793A
Authority: JP
Inventors: Nobuhiko Ichikawa; 市川信彦
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1993-04-23
Filing date: 1993-04-23
Publication date: 1994-11-04
Anticipated expiration: 2018-01-27
Also published as: JP3370133B2

Abstract

(57)【要約】【目的】ホログラムで白色光を分光して所定の位置に
照射させるようにして、カラーフィルターを用いない
で、液晶表示用バックライト等の利用効率を大幅に向上
させる。【構成】ホログラム５の各波長による回折角度の違い
を利用して、ホログラム５の背後に配置した液晶表示素
子１０の各液晶セルＲ、Ｇ、Ｂへ対応する表示色の波長
成分を回折して入射するようにし、これにより、バック
ライトの利用効率を大幅に向上させる。ホログラム５と
しては、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ない
集光性単位ホログラムをアレー状に配置してなるもの、
多重に記録された回折波長及び角度選択性のある集光性
単位ホログラムをアレー状に配置してなるもの、等を用
いる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、ホログラムを用いたカ
ラーフィターに係わり、例えば液晶表示装置において、
ホログラムを用いてバックライト等の利用効率向上を図
ったカラーフィターに関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来より、カラーフィルターを用いたカ
ラー液晶表示装置においては、表示のためにバックライ
トは必要不可欠なものである。しかしながら、カラー液
晶表示装置の背後から白色光をそのまま照射しただけで
は、その利用効率は非常に低い。その原因として、主に
下記に示す理由が挙げられる。

【０００３】各色のセル以外のブラック・マトリック
スが占める面積が広く、そこに当たった光は無駄にな
る。各画素へ入射する白色光の中、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、
Ｂ（青）のカラーフィルターを透過する色成分が１色に
制限されてしまうので、その他の補色成分は無駄となっ
てしまう。各カラーフィルターでの吸収による損失が伴う。

【０００４】このような問題を解決すべく、図１７に示
すように、例えばマイクロレンズアレー２をカラーフィ
ルター１の前面に設置し、白色光のバックライト３をそ
れぞれカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂへ集光させるよ
うにすることにより、バックライト３の利用効率を上げ
る方法が従来より知られている。なお、図１７におい
て、符号４はカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂ間に設け
られたブラック・マトリックスを示す。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、この方
法でも、白色光３を各カラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂ
へ分光して照射することはできないために、上記に示
す問題の解決はできない。また、依然としてカラーフィ
ルター１を用いるので、上記に示す問題の解決はでき
ない。

【０００６】本発明はこのような従来技術の問題点に鑑
みてなされたものであり、その目的は、ホログラムで白
色光を分光して所定の位置に照射させるようにして、カ
ラーフィルターを用いないで、液晶表示用バックライト
等の利用効率を大幅に向上させることである。

【０００７】

【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明のホログラムを用いたカラーフィルターは、入射光を
ホログラムにより回折分光して所定の空間的な周期で異
なる波長の光を所望の位置に出射することを特徴とする
ものである。

【０００８】この場合、そのホログラムは、回折効率の
波長依存性がないかもしくは少ない集光性単位ホログラ
ムをアレー状に配置してなるものであってもよく、ま
た、一様な回折効率の波長依存性がないかもしくは少な
い干渉縞からなり、そのホログラムの入射側又は出射側
にアレー状の集光素子が配置されているようなものであ
ってもよい。

【０００９】さらには、そのホログラムは、多重に記録
されるか重畳された回折波長及び角度選択性のある集光
性単位ホログラムをアレー状に配置してなるものであっ
てもよく、また、多重に記録されるか重畳された一様な
回折波長及び角度選択性のある干渉縞からなり、そのホ
ログラムの入射側又は出射側にアレー状の集光素子が配
置されているようなものであってもよい。

【００１０】このようなホログラムを用いたカラーフィ
ルターは、周期的に液晶セルが配置された液晶表示素子
のバックライト入射側に配置して用いることができ、そ
の場合、ホログラムの出射側の何れかの位置に光拡散手
段を配置することが望ましく、液晶表示素子には、液晶
セル間の領域に対応した位置に遮光手段を配置するのが
望ましい。さらには、このようなホログラムを用いたカ
ラーフィルターは、表示画像を投影する投影手段を備え
た液晶表示素子のバックライト入射側に配置して用いる
ことができる。

【００１１】また、このようなホログラムを用いたカラ
ーフィルターは、周期的に光検出素子が配置された撮像
素子の入射側に配置して用いることもできる。

【００１２】

【作用】本発明においては、入射光をホログラムにより
回折分光して所定の空間的な周期で異なる波長の光を所
望の位置に出射するので、カラーフィルターを通過させ
なくてもよくなり、吸収による損失がなくなり、明るい
表示、撮像が可能になる。また、効率良く分光した光を
所定位置に集光させることができるので、カラーフィル
ター用バックライト等の各波長成分を無駄なく利用で
き、その利用効率を大幅に向上させることができる。

【００１３】

【実施例】以下、本発明のホログラムを用いたカラーフ
ィルターの原理と実施例について、図面を参照にして説
明する。まず、本発明のカラーフィルターの原理図を図
１、図２に示す。まず、第１に、図１において、例えば
各画素についての赤、緑、青３色成分を表すべき隣接す
る３つの液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの繰り返しからなる液晶表
示素子１０のバックライト入射側に透過型ホログラム５
を配置する。透過型ホログラム５は、液晶表示素子１０
の１画素を構成する３つの液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの組各々
に対応して、画素と同じピッチでアレー状に構成されて
おり、各単位ホログラムは、ホログラム面にほぼ垂直に
入射する白色のバックライト３を回折して、対応する単
位ホログラムからオフセットした位置の液晶表示素子１
０の画素上に集光するようにフレネルゾーンプレート状
に形成されている。そして、ホログラム５としては、回
折効率の波長依存性がないかもしくは少ない、レリーフ
型、位相型、振幅型等のものが用いられる。ここで、回
折効率の波長依存性がないかもしくは少ないとは、リッ
プマンホログラムのように、特定の波長だけを回折し、
他の波長は回折しないタイプ（回折波長及び角度選択性
のあるホログラム）のものではなく、１つの回折格子で
何れの波長も回折するものを意味し、この波長依存性が
少ないない回折格子は、一般に、波長に応じて異なる回
折角で回折する。したがって、入射光３の波長に依存し
て単位ホログラムによる回折角は異なり、各波長に対す
る集光位置はホログラム５面に平行な方向に分散され
る。そのため、白色入射光３の赤の波長成分は液晶セル
Ｒの位置に、緑の成分は液晶セルＧの位置に、青の成分
は液晶セルＢの位置にそれぞれ回折集光され、それぞれ
の成分は各液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの状態に応じた色表示を
行う。

【００１４】このように、本発明の第１のものにおいて
は、ホログラム５の各波長による回折角度の違いを利用
して、ホログラム５の背後に配置した液晶表示素子１０
の各液晶セルＲ、Ｇ、Ｂへ対応する表示色の波長成分を
回折して入射するようにし、これにより、従来のバック
ライトの各波長成分を無駄なく各液晶セルへ直接入射さ
せることができるため、その利用効率を大幅に向上させ
ることができる。

【００１５】次に、図２を参照にして、もう一つのカラ
ーフィルターの原理を説明する。図２において、図１と
同様な液晶表示素子１０のバックライト入射側に透過型
ホログラム５′を配置する。この場合、透過型ホログラ
ム５′は、３枚のホログラム５１〜５３を重ね合わせて
なるものか、又は、３回多重記録してなるものであり、
図１の場合と同様、液晶表示素子１０の１画素を構成す
る３つの液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの組各々に対応して、画素
と同じピッチでアレー状に構成されている。この場合、
透過型ホログラム５′は、多重記録のからなる場合も、
１回記録のものを３枚重ねた場合も、何れも、ホログラ
ム面に対して所定角度で入射する白色のバックライト３
の中の所定波長成分のみを選択的に回折してその波長が
対応する色を表示する液晶セルＲ、Ｇ、Ｂへ集光するよ
うに波長及び角度選択性のあるフレネルゾーンプレート
状に形成されており、ここで、波長及び角度選択性のあ
る透過型ホログラムとは、リップマンホログラムのよう
に、特定の波長だけを回折し、他の波長は回折しないで
透過させるタイプのものである。図２の場合、各単位ホ
ログラムのホログラム面にほぼ垂直に入射する白色のバ
ックライト３中の赤の波長成分は、透過型ホログラム
５′の赤色用ホログラム５１又は多重記録中の赤色用ホ
ログラムにより選択的に回折されて液晶セルＲの位置に
集光される。同様に、白色のバックライト３中の緑の波
長成分は、透過型ホログラム５′の緑色用ホログラム５
２又は多重記録中の緑色用ホログラムにより選択的に回
折されて液晶セルＧの位置に、白色のバックライト３中
の青の波長成分は、透過型ホログラム５′の青色用ホロ
グラム５３又は多重記録中の青色用ホログラムにより選
択的に回折されて液晶セルＢの位置にそれぞれ集光さ
れ、それぞれの色成分は各液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの状態に
応じた色表示を行う。

【００１６】このように、本発明の第２のものにおいて
は、ホログラム５′の各成分ホログラムによる回折の波
長及び角度選択性を利用して、特定の３つの波長成分の
みをホログラム５′の出射側に配置した液晶表示素子１
０の各液晶セルＲ、Ｇ、Ｂへ対応する表示色の波長成分
を回折して入射するようにし、これにより、従来のバッ
クライトの各波長成分を無駄なく各液晶セルへ直接入射
させることができるため、その利用効率を大幅に向上さ
せることができる。

【００１７】上記の図１のものにおいては、バックライ
ト３がホログラム面にほぼ垂直に入射するものであった
が、図３に示すように、ホログラム面の法線に対して所
定の角度θをなしてバックライト３を入射させることも
できる。図の場合、法線に対して２５°で平行なバック
ライト３を入射させている。そして、図示の相対位置及
び寸法の画素に図示の角度でバックライト３の青波長
（４６０ｎｍ）、緑波長（５４５ｎｍ）、赤波長（６１
０ｎｍ）を集光回折している。

【００１８】ところで、図１、図３のものは、液晶セル
Ｒ、Ｇ、Ｂの組各々に対応して、波長分散をするフレネ
ルゾーンプレート状のマイクロホログラムアレーを整列
して配置するものであったが、波長分散する波長依存性
の少ない回折格子の作用をする一様なホログラムとマイ
クロレンズアレーを組み合わせて、同様にホログラムの
波長分散作用を利用して、バックライトの利用効率を大
幅に向上させることができる。そのためには、図４に示
すように、液晶表示素子１０の前面に、液晶表示素子１
０の画素ピッチに対応する径のマイクロレンズ７をガラ
ス基板８上に設けてなるマイクロレンズアレー９を配置
し、マイクロレンズアレー９の液晶表示素子１０側に、
一様な干渉縞からなる波長依存性の少ない透過型ホログ
ラム５を一体に設ける。このように構成すると、マイク
ロレンズ７で集光された白色バックライト３は、透過型
ホログラム５で波長に応じて異なる角度で回折され分光
される。したがって、図１、図３の場合と同様、各波長
に対する集光位置はホログラム５面に平行な方向に分散
され、白色入射光３の赤の波長成分は液晶セルＲの位置
に、緑の成分は液晶セルＧの位置に、青の成分は液晶セ
ルＢの位置にそれぞれ集光され、それぞれの色成分は各
液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの状態に応じた色表示を行う。この
構成においては、ホログラム５として、集光性でなく一
様な干渉縞からなる波長依存性の少ない透過型ホログラ
ムを用いることができるため、ホログラム５を液晶表示
素子１０と位置合わせする必要がない点、及び、マイク
ロレンズアレー９のピッチが図１７の従来の場合の３倍
になり、作りやすくかつ整列しやすい点に特長がある。

【００１９】また、図２の場合は、波長及び角度選択性
のある透過型ホログラム５′は、異なる３つの波長につ
いて回折する３枚のホログラム５１〜５３を重ね合わせ
てなるもの、又は、３回多重記録してなるものであった
が、これを２つの波長からなるものにすることもでき
る。図５にその場合の構成を示す。この場合は、波長及
び角度選択性のある回折格子の作用をする一様なホログ
ラムとマイクロレンズアレーを組み合わせて、図２の場
合と同様に、回折の波長及び角度選択性を利用して、バ
ックライトの利用効率を大幅に向上させることができる
もので、図５において、液晶表示素子１０の前面には、
液晶表示素子１０の画素ピッチに対応する径のマイクロ
レンズ７をガラス基板８上に設けてなるマイクロレンズ
アレー９が配置されており、マイクロレンズアレー９の
液晶表示素子１０側には、波長及び角度選択性のある一
様な干渉縞からなる青色用ホログラム５３、赤色用ホロ
グラム５１が一体に設けられている。このように構成す
ると、マイクロレンズ７で集光された白色バックライト
３中の青の波長成分の大部分は青色用ホログラム５３に
より回折されて液晶セルＢの位置に集光し、赤の波長成
分の大部分は赤色用ホログラム５１により回折されて液
晶セルＲの位置に集光し、また、ホログラム５′により
回折されない緑の成分は、ホログラム５３、５１を直進
通過して、液晶セルＧの位置に集光する。したがって、
白色入射光３の赤の波長成分は液晶セルＲの位置に、緑
の成分は液晶セルＧの位置に、青の成分は液晶セルＢの
位置にそれぞれ集光され、それぞれの色成分は各液晶セ
ルＲ、Ｇ、Ｂの状態に応じた色表示を行う。この構成に
おいては、ホログラム５１、５３として、集光性のない
一様な干渉縞からなる波長及び角度選択性のあるホログ
ラムを用いることができるため、ホログラム５１、５３
を液晶表示素子１０と位置合わせする必要がない点、及
び、マイクロレンズアレー９のピッチが図１７の従来の
場合の３倍になり、作りやすくかつ整列しやすい点に特
長がある。

【００２０】次に、上記のようなホログラム５又は５′
からなるカラーフィルターを組み込んだ液晶表示装置の
１例について、図６を参照にして説明する。液晶表示素
子１０は、例えば２枚のガラス基板１１、１１の間に挟
持されたツイストネマチック等の液晶層１５からなり、
一方のガラス基板１１内表面には一様な透明対向電極１
２が設けられ、他方のガラス基板１１内表面には液晶セ
ルＲ、Ｇ、Ｂ毎に独立に透明表示電極１３が設けられ、
透明表示電極１３間には、液晶セルＲ、Ｇ、Ｂ間を区切
り、迷光が隣接する液晶セルに入らないようにするブラ
ックマトリックス１４が配置されている。したがって、
セル毎に透明表示電極１３と透明表示電極１３間に印加
する電圧を制御してその透過状態を変化させることによ
り、一組の液晶セルＲ、Ｇ、Ｂからなる画素の表示色を
制御することができ、カラー表示が可能になる。観察側
ののガラス基板１１外表面には偏光板１６が貼り付けら
れ、バックライト３入射側のガラス基板１１外表面には
拡散板１７が貼り付けられている。そして、このような
液晶表示素子１０の入射側には、図１〜図５を用いて説
明した何れかの分光ホログラム５又は５′が配置されて
おり、この例の場合、その入射側にもう一方の偏光板１
８が、その透過軸が例えば偏光板１６の透過軸と直交す
るように配置されている。

【００２１】このような配置であるので、白色バックラ
イト３は、偏光板１８を通って直線偏光に変えられ、波
長依存性の少ないホログラム５又は波長及び角度選択性
のあるホログラム５′によってその中の赤成分は液晶セ
ルＲの位置へ、緑成分は液晶セルＧの位置へ、青成分は
液晶セルＢの位置へそれぞれ集光され、拡散板１７によ
り拡散されて、それぞれの色成分は対応する液晶セル
Ｒ、Ｇ、Ｂに入射し、その透過状態に応じて偏光面が回
転されて通過し、他方の偏光板１８によりその状態が強
度変調された光として顕在化し、観察者の眼に達する。
３つの液晶セルＲ、Ｇ、Ｂの組を１つの画素とし、その
中の通過波長成分の割合によって異なる色の画素として
表示される。

【００２２】なお、図６において、拡散板１７の配置位
置は、液晶表示素子１０の入射側でなく観察側であって
もよく、また、拡散度合いを高めるために、拡散板１７
の代わりにフレネルレンズとレンチキュラーレンズの組
み合わせからなるものを用いてもよい。また、偏光板１
８はホログラム５又は５′と液晶表示素子１０の間に配
置してもよい。さらに、ブラックマトリックス１４は、
迷光が隣接する液晶セルに入らないようにすると共に、
ホログラム５又は５′によって液晶セル間に入射する
Ｒ、Ｇ、Ｂ以外の波長の光をカットして、コントラスト
と彩度を上げるためのものであるが、省いてもよい。

【００２３】次に、上記のようなアレー状の集光性ホロ
グラム５及び５′の作製方法の例について説明する。そ
の第１は、本発明によるアレー状のホログラムの各微小
ホログラムを２光束干渉撮影により作製するものでり、
図７は、その１例として図３のようにバックライト３を
ホログラム５の法線に対して所定の角度をなして入射さ
せるものの撮影光学系を示すものであり、ホログラム感
材２２に対してほぼ垂直に収束レンズ２３からの集光光
束２４を、また、感材２２の法線に対して所定の角度θ
にほぼ等しい角度で平行光束２５を入射させて感材２２
中で両者を干渉させて１つの微小ホログラムを撮影し、
次いで液晶表示素子１０の画素ピッチＬ分だけ感材２２
を相対的に移動させて隣接する微小ホログラムを同様に
撮影し、これと同様にステップ・アンド・リピートして
ホログラム感材２２面全体にアレー状のホログラムを撮
影し、感材２２を現像して集光性ホログラム５又は５′
を作製することができる。集光光束２４と平行光束２５
とは、同一光源からの光をビームスプリッター等により
２分割したもので、相互に可干渉な光である。なお、ス
テップ・アンド・リピートの代わりに、同様な複数組の
撮影光学系を並列配置して同時に複数の微小ホログラム
を撮影するようにすることもできる。

【００２４】図７の場合は、集光光束２４と平行光束２
５とを所定角度でホログラム感材２２中に入射させて干
渉させて微小ホログラムを撮影する例であったが、図８
に示すように、発散光束２６と平行光束２５とを所定角
度θでホログラム感材２２中に入射させて干渉させて１
個の微小ホログラムを撮影し、同様にステップ・アンド
・リピートしてアレー状のホログラム５及び５′を作製
することもできる。この場合は、ホログラムに入射する
バックライト３は撮影の時とは反対の方向から入射させ
る。

【００２５】もう１つの上記のようなアレー状の集光性
ホログラム５及び５′の作製方法の例について説明す
る。この製造方法の基本は、アレー状の微小ホログラム
からなるホログラム５及び５′のホログラム干渉縞を計
算機によって計算し、例えば電子線レジスト上へ電子ビ
ームによって描画し、現像して、計算機ホログラム（Ｃ
ＧＨ：ＣｏｍｐｕｔｅｒＧｅｎｅｒａｔｅｄＨｏｌ
ｏｇｒａｍ）２７を作製する。次に、このようにして作
製した計算機ホログラム２７を、図９に示すように、ホ
ログラム感材２２に密着させるか若干ギャップをおいて
重ね合わせ、計算機ホログラム２７側からバックライト
３（図１）に相当するレーザー光２９を入射させ、計算
機ホログラム２７によって生じる集光回折光３０と直進
透過光３１とをホログラム感材２２中で干渉させ、複製
する。このような複製によるホログラムをアレー状の集
光性ホログラム５、５′として用いるか、又は、その複
製品を原版として、さらに同様に複製したものをアレー
状の集光性ホログラム５、５′として用いる。

【００２６】このように、計算機ホログラム２７を作製
し、次いでその複製を光学的に作製するようにすると、
液晶表示装置等の微細な画素に対応するアレー状のホロ
グラムを正確に容易に描画することができると共に、複
製によりアレー状のホログラムの回折効率を向上させる
ことができる。なお、このような複製の代わりに、紫外
線硬化樹脂等の光硬化性樹脂を計算機ホログラム２７の
レリーフ面に塗布し、その樹脂に紫外線等の光を照射し
て硬化させ、いわゆる２Ｐ法によりレリーフホログラム
として複製し、それをホログラム５、５′として用いる
か、又は、その複製品を原版として、さらに同様に複製
したものをホログラム５、５′として用いるようにする
こともできる。

【００２７】ここで、１つの具体例として、図７の作製
方法において、感材２２の感光材料としてフォトポリマ
ー（デュポン社オムニデックス３５２）の膜厚１０μ
ｍ、屈折率差Δｎ０．０３のものを用い、光源として波
長５１４．５ｎｍ、アルゴン５Ｗレーザー（スペクトラ
フィジック社製モデルＳＰ２０２０−０５５）を電流
３０Ａ、出力０．１Ｗの５１４．５ｎｍシングルモード
状態で用い、集光光束２４として、焦点距離１０６ｍｍ
の収束レンズ２３であって、その光軸が感材２２の法線
に対し０．６８°の角度をなし、感材２２を通しその背
後の厚さ１．０ｍｍの基板ガラス２１の背面上に焦点が
位置する収束レンズ２３によって集光される光を用い、
平行光束２５として、感材２２の法線に対して同じ側に
２４．３°の角度をなす平行光を用いて、以下の記録条
件で撮影及び後処理条件で後処理して作製した。

【００２８】記録条件：物体光強度（乾板面上）：０．５ｍＷ／ｃｍ^２参照光強度（乾板面上）：０．５ｍＷ／ｃｍ^２計：１．０ｍＷ／ｃｍ² 撮影時間：４０秒露光量：４０ｍＪ／ｃｍ² 後処理条件：紫外線照射：１０分、１００ｍＪ／ｃｍ² 加熱：１２０℃、２時間ホログラム寸法：縦４８ｍｍ×横３００μｍ（ストライプ状）これらの条件下において作製したホログラム５の回折効
率を分光測定器（島津（株）製 Recording Spectoroph
otometerＵＶ３６５）によって測定したところ、カラー
表示の液晶表示装置の各中心波長である下記の波長にお
いて次のような結果が得られた。

【００２９】青色（４６０ｎｍ）：７３％緑色（５４５ｎｍ）：９８％赤色（６１０ｎｍ）：９１％次に、このホログラム５を用いて、図１０に示すような
配置で実際のバックライト利用効率の向上度の確認実験
を行った。使用する装置として、バックライト３に、メ
タルハライドランプ（岩崎電気（株）製）３３を用い、
このランプ３３に放物面鏡３４を組み合わせ、平行光３
５をホログラム５に照射させるようになっている。この
平行光３５の平行度は、中心角度から約±５°の範囲に
納まっているものである。ホログラム５による分光光で
照明する液晶表示素子１０として、従来のＴＦＴ液晶表
示装置用のものを用いた。なお、この実験では、拡散板
は使用していない。

【００３０】このような系において、バックライトの利
用効率を測定した。使用した測定装置は、色彩輝度計
（トプコン（株）製モデルＢＭ−５）である。比較に
ために使用した従来型液晶表示装置用のカラーフィルタ
ーの仕様は、下記の通りである。

【００３１】開口率：各セルにつき３５％カラーフィルターの透過率：Ｒ：６７％Ｇ：６５％Ｂ：６３％カラーフィルターの寸法：対角３インチ（画素数６４
０×４８０）従来型との比較のため、カラーフィルター以外のバック
ライト照射装置は、同じものを使用した。双方の系での
バックライト利用効率を測定し、それらを比較した結果
は、次の表−１、表−２の通りである。

【００３２】

【００３３】なお、以上においては、本発明のホログラ
ム５又は５′を用いたカラーフィルターを直視用の液晶
表示装置に適用するものとして説明してきたが、図１１
に示すように、液晶表示素子１０と観察者の間に投影レ
ンズ３７と結像用スクリーン３８を配置して、液晶表示
素子１０を拡大投影して表示する液晶プロジェクターと
して用いることもできる。

【００３４】ところで、以上のようなカラーフィルター
として用いるホログラム５又は５′は、撮影時の条件通
りにバックライト３を入射させて再生した場合に、その
回折効率、回折角等の性能を十分発揮することができ
る。しかしながら、再生の条件が撮影時と異なってくる
と、その性能は急激に低下してしまう。このため、散乱
光である従来型の照明光では、ホログラム５、５′の使
用の効果は小さくなってしまう。

【００３５】そのため、次に説明するような均一な面発
光の平行光が照射可能な照明装置を用いて、例えば、撮
影時に平行光を参照光として用いるホログラムの再生時
の効率を高める。図１２はその１例の照明装置の構成を
示す図であり、液晶表示素子１０の３色用の液晶セル
Ｒ、Ｇ、Ｂの組からなる各画素に位置合わせされて、図
１、２等に示したような分光作用をするホログラム５
（又は５′）がバックライト３入射側に配置されてい
る。ホログラム５の入射側には、微小ホログラムアレー
に対応するピッチの微小凸レンズアレー４１が配置さ
れ、図１３に部分拡大図を示すように、微小凸レンズア
レー４１を構成する各微小凸レンズ４２の焦点位置に
は、光ファイバー４３の一方の端部が取り付けられてい
る。なお、各微小凸レンズ４２の焦点面の光ファイバー
４３の端部以外の面は、遮光膜４４で覆い、外光が入射
しないようになっている。各微小凸レンズ４２に対応す
る光ファイバー４３の他方の端は一体に束ねられ、メタ
ルハライドランプ等からなる光源４５に対向して取り付
けられている。

【００３６】このような構成において、光源４５から出
た照明光は、各光ファイバー４３の他方の端部に入射
し、光ファイバー４３中をガイドされて一方の端部に導
かれ、図１３に示すように、光ファイバー４３の一方の
端部を２次点光源にしてその端部から出た発散光は、微
小凸レンズ４２のレンズ面で平行光３に変換され、ホロ
グラム５の対応する微小ホログラムに入射し、ここで分
光された赤成分、緑成分、青成分の光は液晶セルＲ、
Ｇ、Ｂに入射して、明るいカラー表示を行う。このよう
に、ホログラム５が撮影時の条件通りに平行光で照射さ
れるので、その回折効率及び分光特性が十分発揮され、
照明光の高い利用効率が得られる。

【００３７】次に、光ファイバーの代わりに導波路を用
いる例について説明する。図１４の断面図及び図１５の
要部斜視図に示すように、微小凸レンズアレー４１の背
後に開口マスク４６を配置し、その背後に反射板４９で
裏打ちされた導波路４８を配置する。開口マスク４６
は、微小凸レンズアレー４１を構成する各微小凸レンズ
４２の焦点位置に微小な開口４７を有し、それ以外は遮
光性で導波路４８側が反射面になっている。そして、導
波路４８の１側面が光源４５に対向して取り付けられて
おり、光源４５からの照明光は導波路４８のこの対向す
る側面から導波路４８に入り、反射板４９と開口マスク
４６の反射面との間で多重反射して導波路４８中をガイ
ドされるが、その間開口マスク４６の開口４７から一部
の光が漏れる。この開口４７が２次点光源になってそこ
から出た発散光は、微小凸レンズ４２のレンズ面で平行
光３に変換され、ホログラム５の対応する微小ホログラ
ムに入射し、ここで分光された赤成分、緑成分、青成分
の光は液晶セルＲ、Ｇ、Ｂに入射して、明るいカラー表
示を行う。この場合も、ホログラム５は撮影時の条件通
りに平行光で照射されるので、その回折効率及び分光特
性が十分発揮され、照明光の高い利用効率が得られる。

【００３８】なお、図１４、図１５は液晶セルＲ、Ｇ、
Ｂが正方形、円等の等方的な形状の場合であるが、これ
がストライプ状の細長いものの場合、開口はその長さに
等しいスリット形状にする必要がある。その場合の要部
斜視図を図１６に示す。この場合は、微小凸レンズアレ
ーの代わりに、ストライプの方向に母線を有し、その長
さに等しい長さの微小円筒レンズからなる微小円筒レン
ズアレー４１′を用い、開口マスク４６′は各微小円筒
レンズの焦線位置にスリトット開口４７′を有するよう
にする。その他は図１４、図１５の場合と同様である。

【００３９】以上、本発明のホログラムを用いたカラー
フィルターをいくつかの実施例に基づいて説明してきた
が、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可
能である。例えば、液晶表示装置と同様に、１画素を構
成する３つの光検出器の前に３原色のカラーフィルター
を配置してカラー画像を撮像するＣＣＤ等の撮像素子に
本発明のホログラムを用いたカラーフィルターを適用す
ることもできる。

【００４０】

【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
のホログラムを用いたカラーフィルターによると、入射
光をホログラムにより回折分光して所定の空間的な周期
で異なる波長の光を所望の位置に出射するので、カラー
フィルターを通過させなくてもよくなり、吸収による損
失がなくなり、明るい表示、撮像が可能になる。また、
効率良く分光した光を所定位置に集光させることができ
るので、カラーフィルター用バックライト等の各波長成
分を無駄なく利用でき、その利用効率を大幅に向上させ
ることができる。

【００４１】さらに、このようなホログラムを用いたカ
ラーフィルターを液晶表示装置、撮像装置等に用いるこ
とにより、部品であるカラーフィルターが必要なくな
り、また、バックライト等を小型、低出力のものに変更
できるため、製造コストの低減、信頼性の向上等を図る
ことができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第１のホログラムを用いたカラーフィ
ルターの原理を説明するための図である。

【図２】本発明の第２のものの原理を説明するための図
である。

【図３】図１の変形の構成を示す図である。

【図４】図１の別の変形の構成を示す図である。

【図５】図２の変形の構成を示す図である。

【図６】本発明によるカラーフィルターを組み込んだ液
晶表示装置の１例の構成を示す図である。

【図７】図３のホログラムの撮影光学系を示す図であ
る。

【図８】図３のホログラムの別の撮影光学系を示す図で
ある。

【図９】本発明によるホログラムの別の作製方法を説明
するための図である。

【図１０】本発明によるホログラムのバックライト利用
効率の向上度を確認するための配置を示す図である。

【図１１】本発明によるホログラムを液晶プロジェクタ
ーに用いる場合の配置を示す図である。

【図１２】液晶表示装置用照明装置の１例の構成を示す
図である。

【図１３】図１２の部分拡大図である。

【図１４】別の液晶表示装置用照明装置の断面図であ
る。

【図１５】別の液晶表示装置用照明装置の要部斜視図で
ある。

【図１６】図１４の変形例の要部斜視図である。

【図１７】従来の液晶表示装置の照明方法を説明するた
めの図である。

【符号の説明】

Ｒ、Ｇ、Ｂ…液晶セル３…バックライト５、５′…透過型ホログラム７…マイクロレンズ８…ガラス基板９…マイクロレンズアレー１０…液晶表示素子１１…ガラス基板１２…透明対向電極１３…透明表示電極１４…ブラックマトリックス１５…液晶層１６、１８…偏光板１７…拡散板２１…基板ガラス２２…ホログラム感材２３…収束レンズ２４…集光光束２５…平行光束２６…発散光束２７…計算機ホログラム２９…レーザー光３０…集光回折光３１…直進透過光３３…メタルハライドランプ３４…放物面鏡３５…平行光３７…投影レンズ３８…結像用スクリーン４１…微小凸レンズアレー４２…微小凸レンズ４３…光ファイバー４４…遮光膜４５…光源４６…開口マスク４７…開口４８…導波路４９…反射板４１′…微小円筒レンズアレー４６′…開口マスク４７′…スリトット開口５１…赤色用ホログラム５２…緑色用ホログラム５３…青色用ホログラム

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】入射光をホログラムにより回折分光して
所定の空間的な周期で異なる波長の光を所望の位置に出
射することを特徴とするホログラムを用いたカラーフィ
ルター。
【請求項２】前記ホログラムが回折効率の波長依存性
がないかもしくは少ない集光性単位ホログラムをアレー
状に配置してなるものであることを特徴とする請求項１
記載のホログラムを用いたカラーフィルター。
【請求項３】前記ホログラムが一様な回折効率の波長
依存性がないかもしくは少ない干渉縞からなり、前記ホ
ログラムの入射側又は出射側にアレー状の集光素子が配
置されていることを特徴とする請求項１記載のホログラ
ムを用いたカラーフィルター。
【請求項４】前記ホログラムが多重に記録されるか重
畳された回折波長及び角度選択性のある集光性単位ホロ
グラムをアレー状に配置してなるものであることを特徴
とする請求項１記載のホログラムを用いたカラーフィル
ター。
【請求項５】前記ホログラムが多重に記録されるか重
畳された一様な回折波長及び角度選択性のある干渉縞か
らなり、前記ホログラムの入射側又は出射側にアレー状
の集光素子が配置されていることを特徴とする請求項１
記載のホログラムを用いたカラーフィルター。
【請求項６】周期的に液晶セルが配置された液晶表示
素子のバックライト入射側に配置されていることを特徴
とする請求項１から５の何れか１項記載のホログラムを
用いたカラーフィルター。
【請求項７】前記ホログラムの出射側の何れかの位置
に光拡散手段が配置されていることを特徴とする請求項
６記載のホログラムを用いたカラーフィルター。
【請求項８】前記液晶表示素子には液晶セル間の領域
に対応した位置に遮光手段が配置されていることを特徴
とする請求項６又は７記載のホログラムを用いたカラー
フィルター。
【請求項９】表示画像を投影する投影手段を備えた液
晶表示素子のバックライト入射側に配置されていること
を特徴とする請求項６から８の何れか１項記載のホログ
ラムを用いたカラーフィルター。
【請求項１０】周期的に光検出素子が配置された撮像
素子の入射側に配置されていることを特徴とする請求項
１から５の何れか１項記載のホログラムを用いたカラー
フィルター。