JPH10319217A - 色分離素子及び画像表示装置 - Google Patents

色分離素子及び画像表示装置

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JPH10319217A
JPH10319217A JP9150413A JP15041397A JPH10319217A JP H10319217 A JPH10319217 A JP H10319217A JP 9150413 A JP9150413 A JP 9150413A JP 15041397 A JP15041397 A JP 15041397A JP H10319217 A JPH10319217 A JP H10319217A
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color separation
separation element
diffraction grating
prism array
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Tomohiko Matsushita
智彦 松下
Masayuki Shinohara
正幸 篠原
Shigeru Aoyama
茂 青山
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Omron Corp
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 分光特性の高い色分離素子を提供する。 【解決手段】 面光源装置3から出射された白色平行光
を第1の回折格子4によって回折させ、これをプリズム
アレイ12を透過させた後、再び第2の回折格子13で
回折させる。色分離素子は、第1及び第2の回折格子
4,13とプリズムアレイ12からなり、第1の回折格
子4で1次回折されて分離された赤色光R、緑色光G及
び青色光Bは、プリズムアレイ12、第2の回折格子1
3でさらに光軸間の角度を広げられる。こうして大きな
光軸間角度に分離された赤色光R、緑色光G、青色光B
は、マイクロレンズアレイ5により液晶表示パネル6の
異なる画素8に集光され、画素8を通過した光は、拡散
板7で拡散される。

Description

【発明の詳細な説明】
【0001】
【発明の属する技術分野】本発明は色分離素子及び画像
表示装置に関する。具体的にいうと、本発明は、色分離
性能の高い色分離素子と、当該色分離素子を用いたカラ
ー表示用の画像表示装置に関する。
【0002】
【従来の技術】図1はカラー表示用の従来の画像表示装
置1を示している。この画像表示装置1は、光出射面2
からほぼ平行光を出射する面光源装置(バックライト)
3と、色分離素子として用いられる回折格子4と、液晶
表示パネル6の画素に光を集光させるためのマイクロレ
ンズアレイ5と、拡散板7とから構成されている。
【0003】しかして、この画像表示装置1にあって
は、面光源装置3の光出射面2から白色の平行光が出射
されると、この白色光Wは、回折格子4によって赤色光
Rと緑色光Gと青色光Bに分離され異なる方向へ回折さ
れる。回折格子4により異なる方向へ回折された赤色光
R、緑色光G及び青色光Bはマイクロレンズアレイ5を
通過することによって異なる位置に集光されるので、各
色光の集光位置に液晶表示パネル6の画素(画素開口)
8が位置するようにすれば、カラーフィルタを用いるこ
となくカラー表示用の画像表示装置1を構成することが
できる。なお、図では、赤色光Rの領域を破線のハッチ
ングを施して示し、緑色光の光線を太線で示している。
【0004】
【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このよ
うな画像表示装置1にあっては、1枚の回折格子4によ
って赤色光Rと緑色光Gと青色光Bを色分離させていた
ので、分光特性が不十分で、各色光の光軸間の角度が小
さかった。このため、図2に示すように、マイクロレン
ズアレイ5で集光された赤色光R、緑色光G、青色光B
が集光されるべき画素8の隣の画素8に入射してしま
い、色再現性が劣化するという問題があった。例えば、
マイクロレンズアレイ5で集光された赤色光Rが本来の
赤色画素8だけに集光されず、隣接する緑色画素や青色
画素にも入射し、色合いが悪くなって画質が低下してい
た。
【0005】また、回折格子4による分光特性が不十分
であると、マイクロレンズアレイ5で集光された赤色光
R、緑色光G、青色光Bがブラックマトリックス領域9
に当たるので、光量ロスが発生するという問題があっ
た。
【0006】このような原因による画質低下を抑えるた
めには、焦点距離の長いマイクロレンズアレイ5を用い
て赤色光R、緑色光G及び青色光Bの集光点を十分に離
間させる方法がある。しかし、この方法では、図3に示
すように、マイクロレンズアレイ5と液晶表示パネル6
の間の間隔が長くなるので、画像表示装置1の厚みが大
きくなり、薄型化の要求に応じられなくなる。
【0007】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、分光特性の
高い色分離素子を提供することにある。また、当該色分
離素子を用いることにより薄型化の要求を満たしながら
画質を良好にすることができるカラー表示用の画像表示
装置を提供することにある。
【0008】
【発明の開示】本発明による色分離素子は、プリズムを
配列させたプリズムアレイの両面側にそれぞれ回折格子
を配設したことを特徴としている。
【0009】本発明の色分離素子にあっては、2つの回
折格子による2回回折とプリズムアレイによる色分散と
によって色(波長)の異なる光を大きな角度で分離させ
ることができる。従って、例えば赤色光と緑色光と青色
光との分光特性の高い色分離素子を製作することができ
る。
【0010】このためには、前記回折格子による回折の
向きと前記プリズムアレイによる屈折の向きとが逆向き
になるようにするのが好ましい。
【0011】さらに、本発明の色分離素子にあっては、
回折格子間にプリズムアレイを配置しているので、プリ
ズム角度によって光の偏向方向と偏向の大きさを調整す
ることができる。
【0012】また、プリズムアレイの一方表面に一方の
回折格子を一体に形成すれば、色分離素子の部品点数を
削減し、色分離素子を薄型化できる。さらに、プリズム
アレイの両面にそれぞれ回折格子を一体に形成すれば、
色分離素子の部品点数をさらに削減し、色分離素子をさ
らに薄型化できる。
【0013】本発明による画像表示装置は、ほぼ平行光
を出射する光源、本発明の色分離素子、レンズアレイお
よび液晶表示パネルを備え、前記光源から出射され色分
離素子で色分離された各色の光が、レンズアレイによっ
て液晶表示パネルの対応する画素に集光されるようにし
たことを特徴としている。
【0014】本発明の画像表示装置によれば、色分離素
子によって赤色光、緑色光、青色光の分光特性を高くす
ることができるので、画像表示装置を厚くすることなく
画像の色再現性を良好にでき、画像表示装置の画質(色
合い)を向上させることができる。
【0015】
【発明の実施の形態】図4は本発明の一実施形態による
画像表示装置11の構成を示す概略図である。この画像
表示装置11は、面光源装置3、第1の回折格子4とプ
リズムアレイ12と第2の回折格子13からなる色分離
素子、マイクロレンズアレイ5、液晶表示パネル6、お
よび拡散板7から構成されている。
【0016】面光源装置3は、ポリカーボネイト樹脂や
メタクリル樹脂等の高屈折率透明樹脂によって形成され
た導光板14の端面に光源15を配置し、導光板14の
下面に反射シート16を配置したものである。しかし
て、光源15から白色光Wが出射されると、この光は導
光板14の入射端面17から導光板14内部に入射し、
導光板14内部を全反射しながら伝搬する。導光板14
内部を伝搬する光は、光出射面2(上面)に入射する際
の入射角が全反射の臨界角よりも小さくなると、光出射
面2から出射される。また、導光板14の下面から出射
した光は、反射シート16で反射されて再び導光板14
内部に入射する。この結果、光源15から導光板14内
部に入射した白色光Wは、導光板14の光出射面2のほ
ぼ全体からほぼ平行な光として出射される。
【0017】導光板14の光出射面2から出射されたほ
ぼ平行な白色光Wは、光出射面2に対向配置された第1
の回折格子4で回折される。ここで、回折格子4で回折
された1次回折光が回折格子4とほぼ垂直な方向へ向か
うよう、導光板14及び回折格子4が設計されている。
また、回折角は光の波長に依存するから、回折格子4で
回折された1次回折光は赤色光R、緑色光G、青色光B
に色分解される。
【0018】回折格子4で1次回折した赤色光R、緑色
光G及び青色光Bはプリズムアレイ12を透過する際、
プリズムアレイ12の各プリズム12aによって屈折さ
れる。プリズムアレイ12を透過した光の屈折角は光の
波長によって異なるので、プリズムアレイ12を透過す
ることによって、赤色光R、緑色光G及び青色光Bは異
なる角度屈折される。そこで、プリズムアレイ12は、
回折格子4で分離された赤色光R、緑色光G及び青色光
Bの光軸間の角度が一層広がるような向きに配置されて
いる。さらに、プリズムアレイ12のパターン角(プリ
ズム12aの底角)は、各色光をプリズムアレイ12と
ほぼ平行な方向へ偏向させるように設計されている。
【0019】プリズムアレイ12を透過した赤色光R、
緑色光G及び青色光Bは、さらに第2の回折格子13に
よって回折され、その1次光がマイクロレンズアレイ5
へ導かれる。ここで、第2の回折格子13からマイクロ
レンズアレイ5側へ回折された1次回折光は、第1の回
折格子4による1次回折光と同じ方向の回折光であるの
で、赤色光R、緑色光G及び青色光Bは、第2の回折格
子13で回折されることによって、さらに光軸間の角度
を大きく広げられる。
【0020】マイクロレンズアレイ5はマイクロレンズ
5aを2次元状に配列したものであって、液晶表示パネ
ル6の隣接する3画素に対して1つのマイクロレンズ5
aが対応している。マイクロレンズアレイ5に入射する
赤色光Rと緑色光Gと青色光Bは、光軸方向が異なって
いるから、マイクロレンズアレイ5を透過すると異なる
位置に集光する。すなわち、それぞれ隣接する3画素の
うち異なる画素8に集光するようになっており、赤色光
R、緑色光G及び青色光Bが透過する3画素が1組とな
って1描点を構成しているので、各画素8をオン、オフ
制御することによって画像のカラー表示を可能にしてい
る。
【0021】さらに、液晶表示パネル6の画素8を通過
した赤色光R、緑色光G及び青色光Bは、拡散板7で拡
散されて広い角度に出射される。
【0022】このように、赤色光R、緑色光G及び青色
光Bは、回折格子4、プリズムアレイ12及び回折格子
13によって光軸間の角度を次第に大きく広げられるの
で、マイクロレンズアレイ5と液晶表示パネル6の距離
が短くても、赤色光Rの集光点と緑色光Gの集光点と青
色光Bの集光点を十分に離すことができ、分光特性が良
好となる。よって、色再現性がよく、より良質の画像を
得ることができる。さらに、光がブラックマトリクス領
域9で遮断されにくくなるので、光量ロスも低減するこ
とができる。
【0023】また、プリズムアレイ12は、回折格子1
3に入射する光の方向を調整する働きも有している。そ
のため、プリズムアレイ12による偏向方向が回折格子
4,13による偏向方向と反対になるようにしている。
【0024】(第2、第3及び第4の実施形態)図5は
本発明の別な実施形態による色分離素子21を示す概略
図である。この色分離素子21にあっては、プリズムア
レイ12のパターン面と反対側の面に回折格子13を一
体に形成してあり、プリズムアレイ12のパターン面に
対向させて回折格子4を配置している。
【0025】また、図6は本発明のさらに別な実施形態
による色分離素子22を示す概略図である。この色分離
素子22にあっては、プリズムアレイ12のパターン面
に回折格子13を一体に形成してあり、プリズムアレイ
12のパターン面と反対側に対向させて回折格子4を配
置している。
【0026】さらに、図7は本発明のさらに別な実施形
態による色分離素子23を示す概略図である。この色分
離素子23にあっては、プリズムアレイ12のパターン
面及びその反対側の面にそれぞれ回折格子13,4を一
体に形成してある。
【0027】これらの実施形態のように、回折格子13
とプリズムアレイ12とを一体化すれば、光分離素子2
1,22,23の分光特性を向上させられるうえ、さら
に部品点数を削減できるので、光分離素子21,22,
23を薄型化することができる。特に、画像表示装置1
1に用いる場合には、画像表示装置11をより薄型化す
ることができる。
【0028】(その他)上記画像表示装置は、種々の機
器に用いることができる。例えば、図8に示すように、
撮影中の画像を映したり、撮影済の再生画像を映したり
するカラー画像表示部32を備えたビデオカメラ31に
おいて、カラー画像表示部32に本発明の画像表示装置
を用いることができる。また、図9は携帯端末機33の
画像表示部34に本発明の画像表示装置を用いた例を示
している。さらに、図示しないが、液晶テレビ、ノート
型パソコンの液晶ディスプレイ等に用いてもよい。これ
らの機器の表示部は、その使用用途から、カラー画像の
色再現性の良さが最も要求されるが、その画像表示部に
本発明の画像表示装置を用いれば、見る方向によって色
が違って見えることがなく、色再現性にすぐれ画質の良
好な画像表示部を具備させることができる。
【図面の簡単な説明】
【図1】従来の画像表示装置の構成を示す概略図であ
る。
【図2】同上の従来例の問題点を説明する図である。
【図3】同上の従来例の別な問題点を説明する図であ
る。
【図4】本発明の一実施形態による画像表示装置の構成
を示す概略図である。
【図5】本発明の別な実施形態による色分離素子を示す
概略図である。
【図6】本発明のさらに別な実施形態による色分離素子
を示す概略図である。
【図7】本発明のさらに別な実施形態による色分離素子
を示す概略図である。
【図8】ビデオカメラを示す斜視図である。
【図9】携帯端末機を示す斜視図である。
【符号の説明】
4 回折格子 5 マイクロレンズアレイ 6 回折格子 12 プリズムアレイ 13 回折格子

Claims (5)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項1】 プリズムを配列させたプリズムアレイの
    両面側にそれぞれ回折格子を配設したことを特徴とする
    色分離素子。
  2. 【請求項2】 前記回折格子による回折の向きと前記プ
    リズムアレイによる屈折の向きとが逆向きとなるように
    したことを特徴とする、請求項1に記載の色分離素子。
  3. 【請求項3】 前記プリズムアレイの一方表面に一方の
    回折格子を一体に形成したことを特徴とする、請求項1
    に記載の色分離素子。
  4. 【請求項4】 前記プリズムアレイの両面にそれぞれ回
    折格子を一体に形成したことを特徴とする、請求項1に
    記載の色分離素子。
  5. 【請求項5】 ほぼ平行光を出射する光源、請求項1な
    いし4に記載の色分離素子、レンズアレイおよび液晶表
    示パネルを備え、 前記光源から出射され色分離素子で色分離された各色の
    光が、レンズアレイによって液晶表示パネルの対応する
    画素に集光されるようにしたことを特徴とする画像表示
    装置。
JP9150413A 1997-05-22 1997-05-22 色分離素子及び画像表示装置 Pending JPH10319217A (ja)

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