JPH08152631A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 光源（バックライト）の白色光の利用効率を
向上する。 【構成】 白色光を発する光源と、三原色に対応した画
素を周期的に配置し、背後から前期光源の前期白色光を
入射してカラー表示を行う液晶表示パネルとを備える液
晶表示装置において、前期光源として、前記白色光を平
行光として発する平行光光源を、前記白色光の入射方向
が前記画素に対して傾斜するように配置して設け、前記
液晶表示パネルの光入射側に、前期光源の前期白色光を
分離して前期液晶表示パネルの前期三原色に対応した画
素に入射するホログラムを、前記画素に対応して周期的
に、かつ、前記光源側へ傾斜した形で前記画素に対して
斜めに配置して、設ける。

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液
晶プロジェクター等の液晶表示装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】特開平６−２２２３６１号公報に開示さ
れた液晶表示装置においては、図８に示すように、回折
効率の波長依存性がないかもしくは少ないホログラム１
０５により、白色光Ｌを分光して、分光された赤、緑、
青の各波長の成分光線を対応する色のカラーフィルター
セルＲ、Ｇ、Ｂに入射させるようにして、バックライト
からの白色光の利用効率を向上させている。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】しかし、図８に示す液
晶表示装置においては、１枚の板状のホログラム１０５
を、カラーフィルター１０６に平行またはそれに近い状
態で配置する必要があるので、バックライトからの白色
光Ｌの入射方向、分光された各波長の成分光線の方向に
ついて、設計条件が制限されるという問題点があった。
また、厳密には、図９に示すように、ホログラム１０５
により分光された赤、緑、青の各波長の成分光線の集光
点ｒ、ｇ、ｂは、ホログラム１０５への白色光Ｌの入射
方向に平行な線分Ｓ上に位置し、カラーフィルター１０
６に対して平行には整列しない。従って、緑の波長の集
光点ｇがカラーフィルターセルＧ上に位置するように設
計すると、赤、青の波長の集光点ｒ、ｂはカラーフィル
ターセルＲ、Ｂからずれてしまい、カラーフィルター１
０６の開口率等によっては赤、青の波長の成分光線が遮
断され、それだけ効率が低下するという問題点があっ
た。

【０００４】

【課題を解決するための手段】請求項１に記載の発明
は、白色光（Ｌ）を発する光源と、三原色に対応した画
素（カラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂ（カラーフィルタ
ーを用いない場合は液晶表示パネル７上の画素））を周
期的に配置し、背後から前期光源の前記白色光を入射し
てカラー表示を行う液晶表示パネル（カラーフィルター
６、液晶表示パネル７）とを備える液晶表示装置（液晶
プロジェクター１）において、前記光源として、前記白
色光を平行光として発する平行光光源（平行光バックラ
イト２）を、前記白色光の入射方向が前記画素に対して
傾斜するように配置して設け、前期液晶表示パネルの光
入射側に、前期光源の前期白色光を三原色に分離して前
期液晶表示パネルの前期三原色に対応した画素に入射す
るホログラム（ホログラム部５ａ、１５ａ）を、前期画
素に対応して周期的に、かつ、前記光源側へ傾斜した形
で前記画素に対して斜めに配置して、設けた構成を特徴
とする。

【０００５】請求項２に記載の発明は、請求項１に記載
の発明において、前期液晶表示パネルの光入射側に、白
色光を三原色に分離して前期液晶表示パネルの前期三原
色に対応した画素に入射する補助光用ホログラム（ホロ
グラム部１５ｂ）を、前期ホログラムと交互に、前期画
素に対応して周期的に配置して、設けた構成を特徴とす
る。

【０００６】請求項３に記載の発明は、白色光（Ｌ）を
発する光源と、三原色に対応した画素（カラーフィルタ
ーセルＲ、Ｇ、Ｂ（カラーフィルターを用いない場合は
液晶表示パネル７上の画素））を周期的に配置し、背後
から前期光源の前記白色光を入射してカラー表示を行う
液晶表示パネル（カラーフィルター６、液晶表示パネル
７）とを備える液晶表示装置（液晶プロジェクター２
１、３１）において、前期液晶表示パネルの光入射側
に、前期光源の前期白色光を三原色に分離して前期液晶
表示パネルの前期三原色に対応した画素に入射するホロ
グラム（２５、３５）を、前期画素に対応して周期的に
特性が異なるように形成すると共に、かつ、前記画素に
対して斜めに配置して、設けた構成を特徴とする。

【０００７】請求項４に記載の発明は、請求項３に記載
の発明において、前記光源として、前記白色光を集光し
て発する集光系光源（集光系バックライト２２）を設け
た構成を特徴とする。

【０００８】請求項５に記載の発明は、請求項３に記載
の発明において、前記光源として、前記白色光を拡散し
て発する拡散系光源（拡散系バックライト３２）を設け
た構成を特徴とする。

【０００９】

【作用】請求項１に記載の発明によれば、平行光光源の
白色光が、ホログラムにより三原色に分離され、対応し
た画素に入射すると共に、各色の集光点が全て画素の位
置に接近する。

【００１０】請求項２に記載の発明によれば、２方向か
ら入射される白色光の両方が、ホログラムおよび補助光
用ホログラムにより三原色に分離され、対応する画素に
入射する。

【００１１】請求項３に記載の発明によれば、平行光光
源以外の光源であっても、光源の白色光が、ホログラム
により三原色に分離され、対応する画素に入射する。

【００１２】請求項４に記載の発明によれば、集光系光
源の白色光が、三原色に分離され、対応する画素に入射
する。

【００１３】請求項５に記載の発明によれば、拡散系光
源の白色光が、三原色に分離され、対応する画素に入射
する。

【００１４】

【実施例】本発明の一実施例である液晶プロジェクター
１は、図１に示すように、平行光バックライト２、入射
側偏光板３、ホログラムおよびカラーフィルター部４、
液晶表示パネル７、出射側偏光板８、投影レンズ９、冷
却ファン１０等により構成されている。平行光バックラ
イト２は、白色光Ｌを平行光として、ホログラムおよび
カラーフィルター部４に対して所定の角度で斜めに照射
するように配置されている。

【００１５】ホログラムおよびカラーフィルター部４に
は、図２に示すように、カラーフィルター６が、液晶表
示パネル７に対して平行に配置して設けられており、カ
ラーフィルター６には、一画素を構成する赤、緑、青の
３色のカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂが周期的に配置
されている。

【００１６】そして、カラーフィルター６の光入射側
（図中上方）には、ホログラム５が、カラーフィルター
６に対して、全体としては平行に配置して設けられてい
る。ホログラム５は、ホログラム部５ａと非ホログラム
部５ｂから成り、これらはカラーフィルター６の画素ピ
ッチと同じピッチで周期的に、交互にジャバラ状に配置
されている。すなわち、各ホログラム部５ａは、カラー
フィルター６に対してバックライト２側（図中右方）へ
所定角度だけ傾斜して斜めに配置され、各非ホログラム
部５ｂは、反対側へ所定角度だけ傾斜して斜めに配置さ
れている。

【００１７】各ホログラム部５ａには単位ホログラムが
形成されており、該単位ホログラムは、回折効率の波長
依存性がないかもしくは少ないレリーフ型、位相型、振
幅型等のホログラムである。すなわち、１つの回折格子
でいずれの波長の光も回折し、入射光の波長に依存して
回折角が異なるものである。

【００１８】そして、図１に示す平行光バックライト２
から発射された白色光Ｌが、入射側偏光板３を透過して
ホログラムおよびカラーフィルター部４に入射すると、
図２に示すように、白色光Ｌはホログラム部５ａによっ
て分光され、分光された赤、緑、青の波長の成分光線
が、それぞれ対応する色のカラーフィルターセルＲ、
Ｇ、Ｂの方向に回折集光される。そして、図１に示す液
晶表示パネル７を透過した画像光は、出射側偏光板８を
透過し、投光レンズ９を介してスクリーン（図示せず）
に拡大して投影される。

【００１９】従って、各カラーフィルターセルＲ、Ｇ、
Ｂには対応する色の波長の成分光線が入射するので、各
カラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂにおいて遮断される補
色成分の光線はほとんどなく、バックライト２からの白
色光Ｌの利用効率を向上することができる。更に、図２
に示すように、白色光Ｌは、カラーフィルター６に対し
て、斜めに即ち平行に近い形で、ホログラム５へ入射す
るので、白色光Ｌが垂直に入射する場合に比して、赤、
緑、青の各波長の成分光線の集光点ｒ、ｇ、ｂの全て
を、それぞれカラーフィルターセルＲ、Ｇ、Ｂの位置に
接近させることができ、バックライト２からの白色光Ｌ
の利用効率を一層向上することができる。

【００２０】また、ホログラム部５ａを平行光バックラ
イト２側へ傾斜して斜めに配置して、ホログラム部５ａ
に対する白色光Ｌの入射角度を小さくしているので、単
に白色光Ｌの入射方向を斜めにした場合に比して、分光
された各波長の成分光線のカラーフィルター６に対する
入射角度も小さくなる。従って、ホログラム５とカラー
フィルター６の距離を大きくすることができ、カラーフ
ィルター６の開口面積および厚さに対応して効率よく回
折光を導くことができる。

【００２１】上述のホログラム５においては、ホログラ
ム部５ａと非ホログラム部５ｂとが交互にジャバラ状に
配置されているが、非ホログラム部５ｂに相当する部分
をもホログラムとしてもよい。

【００２２】例えば、図３に示すホログラム１５は、ホ
ログラム部１５ａとホログラム部１５ｂから成り、これ
らは、カラーフィルター６の画素ピッチと同じピッチで
周期的に、交互にジャバラ状に配置されている。なお、
ホログラム部１５ａ、１５ｂには単位ホログラムが形成
されており、該単位ホログラムは、回折効率の波長依存
性がないかもしくは少ないレリーフ型、位相型、振幅型
等のホログラムである。

【００２３】そして、ホログラム部１５ａに対しては、
平行光バックライト２から白色光Ｌを照射し、ホログラ
ム部１５ｂに対しては、平行光バックライト２とは別個
に設けられた補助バックライト（図示せず）から白色光
Ｌ’を、前記白色光Ｌとはホログラム１５に対する入射
方向が異なる形で照射する。すると、両方の白色光Ｌ、
Ｌ’は、ホログラム部１５ａ、１５ｂによって分光さ
れ、分光された赤、青、緑の各波長の成分光線がカラー
フィルターセルＲ、Ｇ、Ｂの方向に回折集光される。従
って、２方向から白色光Ｌ、Ｌ’を照射する場合も、そ
の利用効率を向上することができる。

【００２４】なお、上述の例では補助バックライトを別
個に設けることとしたが、２方向性の光が発射されるバ
ックライトとしてもよく、更に、１つのバックライトか
らの光をｐ偏光とｓ偏光とに分離し、一方を他方と同
じ、偏光方向変換して使用するバックライトシステムと
してもよい。

【００２５】本発明の別の実施例である液晶プロジェク
ター２１は、図４に示すように、集光系バックライト２
２、入射側偏光板３、ホログラムおよびカラーフィルタ
ー部２４、液晶表示パネル７、出射側偏光板８、投光レ
ンズ９、冷却ファン１０等により構成されている。な
お、液晶プロジェクター２１の構成要素の中、前述の液
晶プロジェクター１と同様の構成要素については、同一
の符号を付して説明を省略する。集光系バックライト２
２は、白色光Ｌを集光して、ホログラムおよびカラーフ
ィルター部２４に対して照射するように構成されてい
る。

【００２６】ホログラムおよびカラーフィルター部２４
には、図５に示すように、カラーフィルター６が、液晶
表示パネル７に対して平行に配置して設けられており、
カラーフィルター６の光入射側（図中上方）には、ホロ
グラム２５が、カラーフィルター６に対して所定角度だ
け傾斜した形で斜めに配置して設けられている。ホログ
ラム２５には、単位ホログラムが、カラーフィルター６
の画素ピッチと同一のピッチで周期的に形成されてい
る。そして、各単位ホログラムは、回折効率の波長依存
性がないかもしくは少ないレリーフ型、位相型、振幅型
等のホログラムであり、また、相互に入射光の回折特性
が異なるものである。

【００２７】従って、図４に示す集光系バックライト２
２から発射された白色光Ｌは、ホログラムおよびカラー
フィルター部２４に入射すると、図５に示すように、ホ
ログラム２５によって分光され、分光された赤、緑、青
の各波長の成分光線は、それぞれ対応する色のカラーフ
ィルターセルＲ、Ｇ、Ｂの方向へ回折集光される。すな
わち、ホログラム２５をカラーフィルター６に対して斜
めに配置したので、ホログラムおよびカラーフィルター
部２４への白色光Ｌの入射方向を広範囲に設計すること
ができ、平行光バックライト２に限らず、集光系バック
ライト２２であっても、白色光Ｌの利用効率を向上する
ことができる。

【００２８】本発明の別の実施例である液晶プロジェク
ター３１は、図６に示すように、拡散系バックライト３
２、入射側偏光板３、ホログラムおよびカラーフィルタ
ー部３４、液晶表示パネル７、出射側偏光板８、投光レ
ンズ９、冷却ファン１０等により構成されている。な
お、液晶プロジェクター３１の構成要素の中、前述の液
晶プロジェクター１と同様の構成要素については、同一
の符号を付して説明を省略する。拡散系バックライト３
２は、白色光Ｌを拡散して、ホログラムおよびカラーフ
ィルター部３４に対して照射するように構成されてい
る。

【００２９】ホログラムおよびカラーフィルター部３４
には、図７に示すように、カラーフィルター６が、液晶
表示パネル７に対して平行に配置して設けられており、
カラーフィルター６の光入射側（図中上方）には、ホロ
グラム３５が、カラーフィルター６に対して所定角度だ
け傾斜した形で斜めに配置して設けられている。ホログ
ラム３５には、単位ホログラムが、カラーフィルター６
の画素ピッチと同一のピッチで周期的に形成されてい
る。そして、各単位ホログラムは、回折効率の波長依存
性がないかもしくは少ないレリーフ型、位相型、振幅型
等のホログラムであり、また、相互に入射光の回折特性
が異なるものである。

【００３０】従って、図６に示す拡散系バックライト３
２から発射された白色光Ｌは、ホログラムおよびカラー
フィルター部３４に入射すると、図７に示すように、ホ
ログラム３５によって分光され、分光された赤、緑、青
の各波長の成分光線は、それぞれ対応する色のカラーフ
ィルターセルＲ、Ｇ、Ｂの方向へ回折集光される。すな
わち、ホログラム３５をカラーフィルター６に対して斜
めに配置したので、ホログラムおよびカラーフィルター
部３４への白色光Ｌの入射方向を広範囲に設計すること
ができ、拡散系バックライト３２であっても、白色光Ｌ
の利用効率を向上することができる。

【００３１】なお、本発明に係る液晶表示装置の一実施
例として液晶プロジェクター１、２１、３１について述
べたが、本発明はこれらに限定されるものではない。ま
た、カラーフィルター６を用いて発色する場合について
述べたが、カラーフィルター６は必ずしも必要ではな
く、ホログラム５、１５、２５、３５自体によって発色
するように構成することも可能である。ただし、カラー
フィルター６を用いると、色純度を補正することが可能
である。また、その他の構成要素についても、適宜変更
可能であることは勿論である。

【００３２】

【発明の効果】請求項１に記載の発明によれば、光源の
白色光は、液晶表示パネルにおいて、ほとんど遮断され
ることがないので、該白色光の利用効率を向上すること
ができる。

【００３３】請求項２に記載の発明によれば、２方向か
らの白色光の両方の利用効率を向上することができる。

【００３４】請求項３に記載の発明によれば、平行光光
源以外の光源であっても、該光源の白色光の利用効率を
向上することができる。

【００３５】請求項４に記載の発明によれば、集光系光
源の白色光の利用効率を向上することができる。

【００３６】請求項５に記載の発明によれば、拡散系光
源の白色光の利用効率を向上することができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例である液晶プロジェクターの
構成を示す図である。

【図２】図１に示す液晶プロジェクターの中、ホログラ
ムおよびカラーフィルター部分の構成を示す図である。

【図３】図２に示すホログラムの別の構成例を示す図で
ある。

【図４】本発明の別の実施例である液晶プロジェクター
の構成を示す図である。

【図５】図４に示す液晶プロジェクターの中、ホログラ
ムおよびカラーフィルター部分の構成を示す図である。

【図６】本発明の別の実施例である液晶プロジェクター
の構成を示す図である。

【図７】図６に示す液晶プロジェクターの中、ホログラ
ムおよびカラーフィルター部分の構成を示す図である。

【図８】従来の液晶表示装置の中、ホログラムおよびカ
ラーフィルター部分の構成を示す図である。

【図９】従来の液晶表示装置の中、ホログラムおよびカ
ラーフィルター部分の構成を示す図である。

【符号の説明】

１ 液晶表示装置（液晶プロジェクター） ２ 平行光光源（平行光バックライト） Ｌ 白色光 ５ａ ホログラム（ホログラム部） ６ 液晶表示パネル（カラーフィルター） Ｒ、Ｇ、Ｂ 画素（カラーフィルターセル） ７ 液晶表示パネル １５ａ ホログラム（ホログラム部） １５ｂ 補助光用ホログラム（ホログラム部） ２１ 液晶表示装置（液晶プロジェクター） ２２ 集光系光源（集光系バックライト） ２５ ホログラム ３１ 液晶表示装置（液晶プロジェクター） ３２ 拡散系光源（拡散系バックライト） ３５ ホログラム

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】白色光を発する光源と、 三原色に対応した画素を周期的に配置し、背後から前期
   光源の前記白色光を入射してカラー表示を行う液晶表示
   パネルとを備える液晶表示装置において、 前記光源として、前記白色光を平行光として発する平行
   光光源を、前記白色光の入射方向が前記画素に対して傾
   斜するように配置して設け、 前期液晶表示パネルの光入射側に、前期光源の前期白色
   光を三原色に分離して前期液晶表示パネルの前期三原色
   に対応した画素に入射するホログラムを、前期画素に対
   応して周期的に、かつ、前記光源側へ傾斜した形で前記
   画素に対して斜めに配置して、設けたことを特徴とする
   液晶表示装置。
2. 【請求項２】前期液晶表示パネルの光入射側に、白色光
   を三原色に分離して前期液晶表示パネルの前期三原色に
   対応した画素に入射する補助光用ホログラムを、前期ホ
   ログラムと交互に、前期画素に対応して周期的に配置し
   て、設けたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示
   装置。
3. 【請求項３】白色光を発する光源と、 三原色に対応した画素を周期的に配置し、背後から前期
   光源の前記白色光を入射してカラー表示を行う液晶表示
   パネルとを備える液晶表示装置において、 前期液晶表示パネルの光入射側に、前期光源の前期白色
   光を三原色に分離して前期液晶表示パネルの前期三原色
   に対応した画素に入射するホログラムを、前期画素に対
   応して周期的に特性が異なるように形成すると共に、か
   つ、前記画素に対して斜めに配置して、設けたことを特
   徴とする液晶表示装置。
4. 【請求項４】前記光源として、前記白色光を集光して発
   する集光系光源を設けたことを特徴とする請求項３に記
   載の液晶表示装置。
5. 【請求項５】前記光源として、前記白色光を拡散して発
   する拡散系光源を設けたことを特徴とする請求項３に記
   載の液晶表示装置。