JPH08334752A - ホログラムを用いたカラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【目的】 体積位相型のホログラフィックミラーセルア
レイと画素に対応した開口部を有する反射手段を用いる
ことにより三原色のカラーフィルタにそれぞれに対応し
た色光成分を入射させることが出来、バックライト光の
利用効率の大幅向上と画素表示の明度およびコントラス
トの向上が出来るホログラムを用いたカラー液晶表示装
置を提供する。 【構成】 バックライトユニット２と、カラーフィルタ
６を設けた液晶表示パネル５との間にホログラフィック
ミラーセルアレイを作製したホログラム板４を設け、更
に、ホログラム板４とバックライトユニット２との間に
開口部１１と反射面部１２を有する反射手段３を介設す
る。バックライトユニット２からの白色光１９は反射手
段３とホログラフィックミラーセル１５ａ等の波長選択
的透過と反射により、液晶表示パネル５側の画素にそれ
ぞれ対応する色相の光のみを入射させる。波長選択的透
過と反射を繰り返すことによりすべての白色光１９が液
晶表示パネル５側に入射される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー液晶表示装置に
係り、特に、バックライトの利用効率の向上を図るホロ
グラムを用いたカラー液晶表示装置に関する。

【０００２】

【従来の技術】従来より、カラーフィルタを用いたカラ
ー液晶表示装置の光源には背面照明用のバックライト光
源が用いられている。このバックライトは例えば白色光
であるが、この白色光をカラー液晶表示装置の背後から
照射するのみでは光量の利用効率が非常に悪い。その理
由はカラーフィルタには三色に分かれた着色セル以外に
これを個々に区切るブラックマトリクスがかなり大きな
面積を占有しているため、このブラックマトリクスの部
分に照射された光が損失光量となるためである。また、
個々の画素に対応する液晶セルに入射される白色光のう
ち、着色セルを透過する色相以外の波長成分が着色セル
に吸収されてしまうためである。以上の問題点を解決す
るため、例えばマイクロレンズアレイをバックライトと
液晶セルとの間に設け、バックライトからの光をカラー
フィルタの各着色セルに集光する方法が採用されてい
る。しかしながら、この方法ではブラックマトリクスに
よる光量損失は低減できても着色セルを透過する色相と
補色関係にある光成分の吸収損失を除去することが出来
ない。このため、従来よりバックライトとカラーフィル
タとの間にホログラムを介在せしめ、ホログラムの持つ
分光素子としての機能を利用してバックライトからの白
色光をカラーフィルタの各着色セルに分光して入射する
ものが採用される。この公知技術としては、例えば、特
開平６−２２２３６１号公報および特開平６−２８１９
３２号公報に開示するものがある。

【０００３】特開平６−２２２３６１号公報に開示され
た「ホログラムを用いた液晶表示装置」は、三原色Ｒ，
Ｇ，Ｂの着色セルを周期的に配置したカラーフィルタと
バックライトとの間に、回折効率の波長依存性のないか
もしくは少ないホログラムを介設し、該ホログラムによ
って分光された光をその波長成分に対応する色相の着色
セルに入射させるようにしたものである。また、特開平
６−２８１９３２号公報の「ホログラムを用いた液晶表
示装置」は、カラーフィルタとバックライトとの間に、
特定の波長に対して回折波長選択性のある１枚以上のホ
ログラムを介設し、該ホログラムによって回折された特
定の波長成分の光をこれに対応する色相の着色セルに入
射させ、回折を受けない残りの補色関係の色相の光をそ
れに対応する着色セルに入射させるような構成である。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】前者の特開平６−２２
２３６１号公報の液晶表示装置では、ホログラムが波長
選択性を持たないためホログラムから回折する±１次回
折光のうちの（＋）又は（−）の一方側の回折光のみが
その回折光の色相に対応する着色セルに入射されるに過
ぎない。すなわち、（＋）１次の回折光が例えばＲの着
色セルに入射されたとしてもそれと共役の（−）１次の
回折光が入射されるカラーフィルタの着色セルはＲの着
色セルと異なるためである。以上によりバックライトの
光量の利用効率はあまり向上しない問題点を有する。ま
た、後者の特開平６−２８１９３２号公報に記載された
液晶表示装置の場合にはホログラムが波長選択性を有す
るものであるが、目的とする着色セルにその色相の回折
光を入射させるために高度な位置決め精度が必要とな
り、かつホログラムによる分光では回折角に限界がある
ためホログラムと液晶セルおよび着色セルとの間にある
程度のスペースを必要とし装置の厚み方向の寸法が大き
くなり、装置が大型化する問題点がある。また、ホログ
ラムで回折反射する光が有効に利用出来ないため光量損
失が発生する。

【０００５】本発明は、以上の問題点を解決するもの
で、バックライトから照射されるすべての光をカラーフ
ィルタ側に残らず入射し、光源光の利用効率を大幅に向
上させると共に、明るく、かつコントラストの高いカラ
ー表示が可能であり、消費電力の節約が可能なホログラ
ムを用いたカラー液晶表示装置を提供することを目的と
する。

【０００６】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するために、マトリクス状に配置された液晶セルを
有する液晶表示パネルと、個々の前記液晶セルに対応し
て三原色に分かれた着色セルを有するカラーフィルタ
と、前記液晶表示パネルに白色光を入射するバックライ
トユニットと、該バックライトユニットと前記カラーフ
ィルタとの間に介在するホログラム板とを備えたカラー
液晶表示装置であって、前記ホログラム板は、個々の前
記着色セルに対応して配列された体積位相型のホログラ
フィックミラーセルを有しており、該ホログラフィック
ミラーセルは、前記バックライトユニットから入射した
白色光を分光して、対応する前記着色セルの色相に一致
する必要波長成分を選択的に透過して前記着色セル側に
導くと共に対応する前記着色セルの色相と一致しない不
要波長成分を回折反射してバックライトユニット側に戻
すようにしたホログラムを用いたカラー液晶表示装置を
構成するものである。更に具体的に、前記ホログラム板
と前記バックライトユニットとの間には反射手段が介設
され、該反射手段は、個々の前記ホログラフィックミラ
ーセルの中央部および周辺部にそれぞれ対応する開口部
および反射面部を有することを特徴とする。また、前記
反射手段は、前記バックライトユニットに対面して前記
ホログラム板の裏面側に形成されることを特徴とする。
或は、前記反射手段は、前記ホログラム板に対面して前
記バックライトユニットの表面側に形成されることを特
徴とする。更に、前記ホログラフィックミラーセルは、
多重露光により形成された少なくとも２種類の体積位相
型干渉縞を有しており、少なくとも対応する前記着色セ
ルの色相と補色関係にある２つの不要波長成分をそれぞ
れ波長選択的に回折反射することを特徴とするものであ
る。

【０００７】

【作用】バックライトからの白色光は多重露光された体
積位相型のホログラフィックミラーセルからなるホログ
ラム板に照射されて分光される。ホログラフィックミラ
ーセルは分光された光のうち該ホログラフィックミラー
セルと対応する着色セルの色相と一致する必要波長成分
のみを選択的に透過して前記着色セル側に導入する。一
致しない不要波長成分は回折反射しバックライト側に戻
す。しかしながら戻された光は再びバックライトからの
白色光と共にホログラム板側に入射され、その波長と合
致する別のホログラフィックミラーセルを介して対応す
る色相の着色セル側に入射される。以上により、バック
ライトからの白色光のほぼすべてがカラーフィルタに入
射され有効利用できる。ホログラム板とバックライトユ
ニットとの間にホログラフィックミラーセルと相対向す
る位置に開口部を有する反射手段を介設することによ
り、ホログラムミラーセルへの白色光の導入が無駄なく
行われると共に、反射戻り光が積極的に水平方向に拡散
され白色光の所望の再入射が効率的に行われる。

【０００８】

【実施例】以下、本発明の実施例を図面に基づき説明す
る。図１は本実施例のカラー液晶表示装置における光の
透過および反射状態を説明する拡大断面図、図２は本実
施例の全体構造を示す断面図、図３は本実施例のホログ
ラム板の作製方法を説明するための拡大部分断面図、図
４はホログラム板の作製時に使用されるパターン状反射
部材の平面図である。

【０００９】図２に示すように、本実施例のカラー液晶
表示装置１は、大別してバックライトユニット２と、反
射手段３と、ホログラム板４と、液晶表示パネル５と、
カラーフィルタ６等を重ねた積層構造体からなる。

【００１０】バックライトユニット２は、例えば蛍光灯
のような白色光源７と、そのまわりに形成される反射面
８と、乱反射面９と、拡散面１０等からなる。以上の構
造によりバックライトユニット２からは拡散白色光が液
晶表示パネル５に照射される。

【００１１】反射手段３は、開口部１１と反射面部１２
を交互に形成するものからなる。なお、これ等は、後に
説明するホログラフィックミラーセル１５の中央部に対
応して開口部１１が形成され、ホログラフィックミラー
セル１５の周辺部に対応する部分に反射面部１２が形成
される。すなわち、開口部１１はホログラフィックミラ
ーセル１５と同数だけ形成される。反射手段３はホログ
ラム板４とバックライトユニット２間に介設されるが、
ホログラム板の裏面側又はバックライトユニット２の表
面側のいずれかに成膜される。

【００１２】ホログラム板４は、基板１３とその上に形
成されるホログラフィックミラーセルアレイ１４とから
なり、ホログラフィックミラーセルアレイ１４は画素単
位に分かれたホログラフィックミラーセル１５の集合体
から形成される。ホログラフィックミラーセル１５は、
多重露光によって形成された少なくとも２種類の体積位
相型干渉縞を有するものからなり、三原色Ｒ（赤），Ｇ
（緑），Ｂ（青）の色相の内必要波長成分を選択的に透
過させると共に透過させた色相と補色関係にある他の不
要波長成分を回折反射する。すなわち、Ｒ色用のホログ
ラフィックミラーセル１５ａ（図１参照）はＲの波長成
分のみを透過させ、これと補色関係にあるＧおよびＢの
波長成分は回折反射させるように形成され、Ｒ色用のホ
ログラフィックミラーセル１５ａと隣接するＧ色用のホ
ログラフィックミラーセル１５ｂおよびその隣りのＢ色
用のホログラフィックミラーセル１５ｃはそれぞれＧの
波長成分およびＢの波長成分のみを透過させ、Ｇおよび
Ｂと補色関係にあるＲとＢおよびＲとＧの波長成分を回
折反射するようにそれぞれ形成される。

【００１３】液晶表示パネル５は三原色の液晶セル１６
を画素としてマトリクス状に配置したものからなる。液
晶表示パネル５は一対のガラス基板の間に電気光学物質
として液晶を挟持したものである。一方のガラス基板に
画素電極およびスイッチング素子を形成し、他方の基板
に全面対向電極を形成したアクティブマトリックス組が
ある。或は、両基板に各々行電極と列電極を形成した単
純マトリックス型でもよい。

【００１４】カラーフィルタ６は液晶表示パネル５と重
ねて形成され、液晶セル１６と相対向する位置に対応す
る着色セル１７を配置するものからなる。なお、隣接す
る液晶セル１６および着色セル１７間には画素分離のた
めのブラックマトリクス１８が形成される。説明の都合
上、Ｒ，Ｇ，Ｂに対応する液晶セル１６および着色セル
１７を液晶セル１６ａ，１６ｂ，１６ｃおよび着色セル
１７ａ，１７ｂ，１７ｃとする。

【００１５】次に、本実施例にかかる液晶表示装置の動
作を図１により説明する。バックライトユニット２から
出射した白色光１９は反射手段３の反射面部１２で反射
する反射光２０（二点鎖線で示す）と開口部１１を透過
する透過光に分かれる。透過光は点線で表示する赤色光
２１（以下、Ｒ光２１という）と一点鎖線で表示する緑
色光２２（以下、Ｇ光という）および実線で表示する青
色光２３（以下、Ｂ光２３という）が含まれる。Ｒ光２
１，Ｇ光２２およびＢ光２３はホログラム板４に入射さ
れる。ホログラム板４の赤色が割り当てられたホログラ
フィックミラーセル１５ａに入射したＲ光２１，Ｇ光２
２，Ｂ光２３はＲ光２１のみ透過し、他のＧ光２２およ
びＢ光２３は回折反射され回折反射光２２ａ，２３ａと
なる。同様に、緑色用のホログラフィックミラーセル１
５ｂに入射したＲ光２１，Ｇ光２２，Ｂ光２３はＧ光２
２のみが透過し、他のＲ光２１とＢ光２３は回折反射さ
れ回折反射光２１ａ，２３ａとなる。また、青色用のホ
ログラフィックミラーセル１５ｃに入射したＲ光２１，
Ｇ光２２，Ｂ光２３はＢ光２３のみ透過し他のＲ光２
１，Ｇ光２２は回折反射して回折反射光２１ａ，２２ａ
となる。ホログラム板４を透過したＲ光２１，Ｇ光２
２，Ｂ光２３はホログラフィックミラーセル１５ａ，１
５ｂ，１５ｃとそれぞれ相対応して配置される液晶セル
１６ａ，１６ｂ，１６ｃに入射され、ここで画素毎に強
度変調された後、それぞれ着色セル１７ａ，１７ｂ，１
７ｃを透過する。以上により着色セル１７ａ，１７ｂ，
１７ｃにはそれぞれ対応した色相の光のみが入射される
極めて明るくコントラストの高い画像表示がなされる。

【００１６】一方、反射手段３で反射した反射光２０と
ホログラム板４から反射した回折反射光２１ａ，２２
ａ，２３ａはバックライトユニット２に戻り、バックラ
イトユニット２を構成する反射面８，乱反射面９および
拡散面１０等により反射，散乱し再び反射手段３を介し
てホログラム板４側に入射され、前記した反射および透
過を繰り返し行い、各色素成分はその色相と合致したホ
ログラフィックミラーセル１５，液晶セル１６を通り着
色セル１７に入射され表示が行われる。以上により、バ
ックライトユニット２から出射したすべての白色光１９
が波長選択的に対応する液晶表示パネル５の画素を照射
することにより光量損失が非常に低減される。

【００１７】次に、図３および図４を参照として本発明
に使用されるホログラム板４の作製方法を説明する。ホ
ログラム板４はマトリクス状に三原色Ｒ，Ｇ，Ｂが各々
割り当てられたホログラフィックミラーセル１５ａ，１
５ｂ，１５ｃ（図１）を隣接して配置したものからな
る。このホログラム板４の作製方法としては各種方法が
あるが、コンタクトコピー法によって作製する場合つい
て説明する。コンタクトコピー法では図４に示すように
１色分のホログラフィックミラーセルに対応する多数個
のレーザ光反射用の微小反射部２４をマトリクス状に形
成したパターン反射部材２５を用いる。これをホログラ
ム用感光材料４ａに裏面から密着させ、微小反射部２４
に対して単一波長のレーザ光を照射する。すなわち、所
定波長のレーザ光２６を傾斜角度θで微小反射部２４に
照射し、その反射光２７を物体光とし前記レーザ光２６
を参照光として両者の干渉により各微小反射部２４と対
応するホログラム用感光材料４ａの領域に１種類目の体
積位相型干渉縞が形成される。レーザ光の波長および傾
斜角度（入射角度）を適宜設定することにより、所望の
波長成分のみを選択的に回折反射する体積位相型の干渉
縞（回折格子）が形成出来る。そこで、更に別の波長お
よび傾斜角度のレーザ光を照射し、２種類目の干渉縞を
形成する。この２種類の干渉縞の多重露光によりＲ，
Ｇ，Ｂのうちの赤色波長のＲ光のみを透過させ他の残り
Ｇ光およびＢ光を透過させないで回折反射させるホログ
ラフィックミラーセルが形成される。以下、同様のこと
をパターン反射部材２５を１画素分それぞれずらしてＧ
およびＢについて行うことによりＲ，Ｇ，Ｂの光のそれ
ぞれに対応するホログラフィックミラーセル１５ａ，１
５ｂ，１５ｃを作製することが出来る。この時、図４に
示したパターン反射部材（マスク）は各色について共用
できる。更に具体的に説明するとＲ，Ｇ，Ｂの光のピー
ク波長は６１０ｎｍ，５４５ｎｍ，４６０ｎｍであり、
６１０ｎｍのＲ光のみを透過させＧ光およびＢ光を回折
反射させる場合には干渉縞の間隔が１５３ｎｍと１８２
ｎｍの干渉縞を多重露光すればよい。そのためには４５
７．９ｎｍの波長のレーザ光２６を傾斜角度θ＝８．２
３度で入射すると共に５１４．５ｎｍの波長のレーザ光
２６をθ＝２９．６５度に入射させればよい。また、５
４５ｎｍのＧ光のみを透過させる場合には干渉縞の間隔
が１５３ｎｍと２０３ｎｍの干渉縞を多重露光すればよ
い。そのためには４５７．９ｎｍの波長のレーザ光２６
を傾斜角度θ＝８．２３度で入射すると共に５１４．５
ｎｍの波長のレーザ光２６をθ＝５３．６９度で入射さ
せればよい。また、４６０ｎｍのＢ光のみを透過させる
場合には干渉縞の間隔が１８２ｎｍと２０３ｎｍの干渉
縞を多重露光すればよい。そのためには５１４．５ｎｍ
の波長のレーザ光２６をθ＝２９．６５度で入射すると
共に５１４．５ｎｍの波長のレーザ光２６をθ＝５３．
６９度で入射させればよい。なお、レーザ光２６の波長
および傾斜角度θの値は前記のものに限定するものでは
なく、前記した３種類の干渉縞の間隔１５３ｎｍ，１８
２ｎｍ，２０３ｎｍを実現出来る組み合わせであればよ
い。

【００１８】

【発明の効果】本発明によれば、次のような顕著な効果
を奏する。 １）バックライトユニットからの光を無駄なくカラーフ
ィルタに入射させることが出来るため、光源光の利用効
率が向上し、明るく、かつコントラストの高い画像表示
を実現することが出来る。 ２）光源光の利用効率が向上するため、バックライトユ
ニットからの白色光の輝度を従来より下げることが可能
になり、その分だけ消費電力の節約が出来る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例のカラー液晶表示装置の各構
成部の詳細構造を示す拡大部分断面図。

【図２】本発明の一実施例の全体構造を示す断面図。

【図３】本実施例のホログラフィックミラーセルアレイ
の作製方法を示す概要断面図。

【図４】図３の作製方法に使用されるパターン状反射部
材の平面図。

【符号の説明】

１ カラー液晶表示装置 ２ バックライトユニット ３ 反射手段 ４ ホログラム板 ４ａ ホログラム用感光材料 ５ 液晶表示パネル ６ カラーフィルタ ７ 白色光源 ８ 反射面 ９ 乱反射面 １０ 拡散面 １１ 開口部 １２ 反射面部 １３ 基板 １４ ホログラフィックミラーセルアレイ １５ ホログラフィックミラーセル １５ａ ホログラフィックミラーセル １５ｂ ホログラフィックミラーセル １５ｃ ホログラフィックミラーセル １６ 液晶セル １６ａ 液晶セル １６ｂ 液晶セル １６ｃ 液晶セル １７ 着色セル １７ａ 着色セル １７ｂ 着色セル １７ｃ 着色セル １８ ブラックマトリクス １９ 白色光 ２０ 反射光 ２１ 赤色光（Ｒ光） ２１ａ 回折反射光 ２２ 緑色光（Ｇ光） ２２ａ 回折反射光 ２３ 青色光（Ｂ光） ２３ａ 回折反射光 ２４ 微小反射部 ２５ パターン反射部材 ２６ レーザ光 ２７ 反射光

Claims (5)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 マトリクス状に配置された液晶セルを有
   する液晶表示パネルと、個々の前記液晶セルに対応して
   三原色に分かれた着色セルを有するカラーフィルタと、
   前記液晶表示パネルに白色光を入射するバックライトユ
   ニットと、該バックライトユニットと前記カラーフィル
   タとの間に介在するホログラム板とを備えたカラー液晶
   表示装置であって、前記ホログラム板は、個々の前記着
   色セルに対応して配列された体積位相型のホログラフィ
   ックミラーセルを有しており、該ホログラフィックミラ
   ーセルは、前記バックライトユニットから入射した白色
   光を分光して、対応する前記着色セルの色相に一致する
   必要波長成分を選択的に透過して前記着色セル側に導く
   と共に対応する前記着色セルの色相と一致しない不要波
   長成分を回折反射してバックライトユニット側に戻すこ
   とを特徴とするホログラムを用いたカラー液晶表示装
   置。
2. 【請求項２】 前記ホログラム板と前記バックライトユ
   ニットとの間には反射手段が介設され、該反射手段は、
   個々の前記ホログラフィックミラーセルの中央部および
   周辺部にそれぞれ対応する開口部および反射面部を有す
   るものである請求項１のホログラムを用いたカラー液晶
   表示装置。
3. 【請求項３】 前記反射手段は、前記バックライトユニ
   ットに対面して前記ホログラム板の裏面側に形成される
   ものである請求項２のホログラムを用いたカラー液晶表
   示装置。
4. 【請求項４】 前記反射手段は、前記ホログラム板に対
   面して前記バックライトユニットの表面側に形成される
   ものである請求項２のホログラムを用いたカラー液晶表
   示装置。
5. 【請求項５】 前記ホログラフィックミラーセルは、多
   重露光により形成された少なくとも２種類の体積位相型
   干渉縞を有しており、少なくとも対応する前記着色セル
   の色相と補色関係にある２つの不要波長成分をそれぞれ
   波長選択的に回折反射するものである請求項１のホログ
   ラムを用いたカラー液晶表示装置。