JPH1062784A - 投写型液晶表示装置およびそれに用いるホログラム素子の作製方法 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 （修正有） 【課題】 色分離・結像手段としてホログラム素子を用
いることにより光利用効率が比較的良く、しかも光学系
への組み込みの制約が小さく、かつ安価な投写型液晶表
示装置およびそれに用いるホログラム素子を作製する。 【解決手段】 ホログラム素子１４は入射した白色光
を、赤，緑，青の３原色に分離し、液晶表示素子１５の
対応する各画素に入射させて、再生像（実像）を液晶表
示素子１５上に結像させる。ホログラム素子１４は、液
晶表示素子１５のうちの特定の色の画素を透過状態とす
ると共に他の色を非透過状態とし、この状態の液晶表示
素子から特定の色の光を透過させ、これを物体光とし
て、参照光と共にホログラム用基板に対して照射させる
ことにより干渉縞を形成し、次いで他の色の画素につい
ても同様にその色に対応する干渉縞を順次形成すること
により作製される。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、色分離手段としてホロ
グラム素子を用いた投写型液晶表示装置に係り、特にホ
ログラム素子に液晶表示素子の各画素に対して再生画像
を結像させる機能を持たせた投写型液晶表示装置および
それに用いるホログラム素子の作製方法に関する。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示デバイスには、液晶表示素子
（液晶ライトバルブ，液晶表示パネル）を直接見る直視
型表示装置と共にスクリーンに投影して表示を行う投写
型の表示装置（液晶プロジェクタ）がある。この投写型
液晶表示装置は、光源から放射される白色光をカラー表
示のための原色に分光し、それぞれの色光をその色に対
応する液晶表示素子の画素（液晶セル）に導き、ここで
再生画像に応じて変調した後、スクリーン上に投影拡大
させてカラー画像の表示を行うものである。このような
投写型液晶表示装置は、赤（ Red＝Ｒ），緑（Green ＝
Ｇ），青（Blue＝Ｂ）の３色の色分離手段付きの液晶表
示素子を１枚使った単板方式によるものと、モノクロ液
晶パネルを赤，緑および青の光路ごとに３枚使った３板
方式によるものとに大別される。

【０００３】このうち単板方式の投写型表示装置では、
直視型液晶表示装置用に開発された液晶表示素子を流用
する場合が多いが、この直視型液晶表示装置に適用され
る液晶表示素子は、一般に、カラー表示を実現するため
のカラーフィルタを貼り合わせた構成を有している。

【０００４】

【発明が解決しようとする課題】しかしながら、このカ
ラーフィルタを液晶表示素子に貼り合わせて構成した従
来の液晶表示装置には次のような問題があった。すなわ
ち、カラーフィルタを用いる場合、赤色を表示する画素
にあっては赤いカラーフィルタが配置されるが、この赤
いカラーフィルタでは他の色（緑，青）の光は吸収また
は反射される。これは緑および青のカラーフィルタの場
合も同様である。従って、カラーフィルタ方式では液晶
表示素子への入射光の三分の一しか利用できず、３板方
式で同じ光源を用いた場合に比べて光利用効率が低く、
また画面の明るさも同様に三分の一に低下するという問
題があった。明るくするためには光源の出力を上げれば
よいが、そうすると光吸収による温度上昇を招くことと
なる。すなわち、カラーフィルタを用いた方式の液晶表
示素子では、画面を明るくするには限界があった。

【０００５】このようなカラーフィルタの持つ欠点を解
消する方法として、カラーフィルタを貼り合わせること
なく、ダイクロイックミラーとマイクロレンズとを用い
てカラー表示を行う方法（例えば特開平４−６０５３８
号公報参照）がある。この方法は、白色光源から放射さ
れた白色光を、３原色毎に傾斜して配置されたダイクロ
イックミラーにより分離し、分離された各色の光をマイ
クロレンズを介して液晶表示素子の各画素に対して入射
させるものである。しかしながら、この方法では、セッ
ト（光学系）の構造が大きくなったり、混色（ノイズ）
が発生し、色純度が低下するなどの問題があった。ま
た、高価なマイクロレンズが必要であるため、液晶表示
装置全体としても高価になるという問題があった。

【０００６】本発明はかかる問題点に鑑みてなされたも
ので、その第１の目的は、色分離手段としてホログラム
素子を用いることにより、光利用効率が良く、しかもセ
ット構造を小型化でき、かつ混色による色純度の低下を
防止できる安価な投写型液晶表示装置を提供することに
ある。

【０００７】本発明は、また、上記のような投写型液晶
表示装置を容易に実現することができるホログラム素子
の作製方法を提供することを第２の目的とする。

【０００８】

【課題を解決するための手段】本発明に係る投写型液晶
表示装置は、白色光を放射する光源と、カラー表示用の
原色に対応する複数の画素を規則的に配列して構成され
た液晶表示素子と、この液晶表示素子の画素および色の
配列に適合した干渉縞を有するホログラム素子により構
成され、光源から放射された白色光を液晶表示素子の画
素および色の配列に適合するように複数の原色光に分離
させてその再生像を液晶表示素子に結像させる色分離・
結像手段とを備えている。

【０００９】本発明に係る投写型液晶表示装置に用いる
ホログラム素子の製造方法は、カラー表示用の原色に対
応する複数の画素を規則的に配列して構成される液晶表
示素子の画素および色の配列に適合した露光用マスクを
用いてホログラム素子用の基板を選択的に露光し、再生
像の色配列が前記液晶表示素子の画素および色の配列に
適合したホログラム素子を作製するものである。

【００１０】露光用マスクとしては、例えば、投写型液
晶表示装置用の液晶表示素子、または、液晶表示素子と
同じ画素および色の配列を有するカラーフィルタが用い
られる。露光用マスクとして液晶表示素子を用いる場合
には、液晶表示素子のうちの特定の色の画素を透過状態
とすると共に他の色を非透過状態とし、この状態の液晶
表示素子から特定の色の光を透過させ、これを物体光と
して、参照光と共にホログラム素子用の基板に照射させ
ることにより干渉縞を形成し、次いで他の色の画素につ
いても同様にその色に対応する干渉縞を順次形成すれば
よい。また、露光用マスクとしてカラーフィルタを用い
る場合には、このカラーフィルタを透過した光を物体光
として、参照光と共にホログラム素子用の基板に照射さ
せることにより各色に対応する干渉縞をそれぞれ形成す
ればよい。

【００１１】本発明による投写型液晶表示装置では、光
源から放射された白色光は、液晶表示素子の画素および
色の配列に適合する干渉縞が形成されたホログラム素子
において、各原色毎に分離され、その再生像が液晶表示
素子に結像される。

【００１２】

【実施の形態】以下、本発明の実施の形態について図面
を参照して詳細に説明する。

【００１３】図１は本発明の一実施の形態に係る投写型
液晶表示装置１０の概略構成を表すものである。本実施
の形態による投写型液晶表示装置１０は、白色光を放射
する白色光源１１、この白色光源１１の背面に配置され
た例えば球面鏡からなる反射鏡（リフレクタ）１２、白
色光源１１の前面に配置された集光レンズ１３、集光レ
ンズ１３の前面に配置された色分離・結像手段としての
ホログラム素子１４、ホログラム素子１４の前面に配置
された液晶表示素子（ＬＣＤ；Liquid CrystalDispla
y）１５、液晶表示素子１５の前面に配置された投影レ
ンズ１６および画像結像用のスクリーン１７により構成
されている。

【００１４】白色光源１１は赤，緑，青の３原色を含む
白色光を放射できるものであればよく、例えばメタルハ
ライドランプ，ハロゲンランプおよびキセノンランプ等
が用いられる。集光レンズ１３は白色光源１１から放射
された白色光を集光し、平行光としてホログラム素子１
４へ導くものである。

【００１５】ホログラム素子１４は、回折効率の波長依
存性のない方式（すなわち、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方
式のものではなく、いずれの波長も回折する方式）の透
過型のホログラム素子により構成されている。このよう
な方式のホログラム素子として例えばレリーフ方式，位
相方式、振幅方式等のものがある。ホログラム素子１４
を構成する素子材料としては、例えばフォトポリマー
（デュポン社製のオムニデックス352)が用いられ、後述
のような方法により液晶表示素子の画素および色の配列
に適合する色配列に応じた複数の干渉縞が形成されてい
る。本実施の形態によるホログラム素子１４は、図２に
取り出して示したように、集光レンズ１３により集光さ
れた白色光を、赤，緑，青の３原色それぞれについて液
晶表示素子１５の画素配列に適合した角度で分離して液
晶表示素子１５側に透過させると共に、その透過光をそ
れぞれ液晶表示素子１５の対応する各画素に入射させる
機能を有している。すなわち、このホログラム素子１４
は、入射した白色光を原色ごとに分離すると共にその再
生像（実像）を液晶表示素子１５に結像させる機能を有
するものである。

【００１６】液晶表示素子１５は、図３に示したよう
に、赤，緑，青の３色に対応する画素（液晶セル）１５
ａ，１５ｂ，１５ｃを例えばデルタ（トライアングル）
状に規則的に配列して構成したものである。この液晶表
示素子１５は、具体的には、２枚のガラス基板の間に液
晶層を封入したもので、この液晶層を駆動するためのマ
トリックス電極構造を構成する３種類の信号電極（すな
わち、図３に示した画素１５ａ〜１５ｃ）が対向するガ
ラス基板の内面に配列された構造を有している。画素１
５ａ〜１５ｃを構成する３種類の信号電極はそれぞれ透
明導電膜で形成されており、それぞれ赤，緑，青の各色
の駆動信号が入力されると共に上述のホログラム素子１
４を介して対応する色の光が入射されるようになってい
る。すなわち、３種類の信号電極それぞれに入射した各
色の光は、各信号電極への駆動信号の入力状態に応じて
その強度が変調されるようになっている。

【００１７】投影レンズ１６はこの液晶表示素子１５に
より変調され透過した光を合成してスクリーン１７上に
拡大して結像させるものである。

【００１８】次に、図４および図５（ａ）〜（ｃ）を参
照して本実施の形態に係るホログラム素子１４の具体的
な作製方法について説明する。この方法は、上述のカラ
ー表示用の原色に対応する複数の画素を規則的（本実施
の形態ではデルタ状）に配列して構成された液晶表示素
子１４の画素および色の配列に適合した構成を有する露
光用マスクを用意し、このマスクを用いてホログラム素
子用の基板を選択的に露光することにより、再生像の色
配列が液晶表示素子１５の画素および色の配列に適合し
たホログラム素子１４を作製するものである。

【００１９】露光用マスクとしては、例えば図４に示し
たような液晶表示素子１５自体が用いられる。この方法
は、まず、図５（ａ）に示したように、液晶表示素子１
５のうちの特定の色、例えば青色の画素１５ｃを透過状
態とすると共に他の色の画素１５ａ，１５ｂを非透過状
態とし、この状態の液晶表示素子１５から青色の光を透
過させ、これを物体光Ｏｂとし結像光学系１８を介して
ホログラム用基板１４ａに照射する。基板１４ａには物
体光Ｏｂと共に参照光Ｒｅｆを入射させ、これら２光束
の照射によって第１の干渉縞を形成する。次いで、他の
色の画素についても同様にその色に対応する干渉縞を順
次形成する。すなわち、図５（ｂ）に示したように、液
晶表示素子１５のうちの赤色の画素１５ａを透過状態と
すると共に他の色の画素１５ｂ，１５ｃを非透過状態と
し、この状態の液晶表示素子１５から赤色の光を透過さ
せ、これを物体光Ｏｂとして、参照光Ｒｅｆと共にホロ
グラム用基板１４ａに対して照射させることにより第２
の干渉縞を形成する。その後、図５（ｃ）に示したよう
に、液晶表示素子１５のうちの青色の画素１５ｃを透過
状態とすると共に他の色の画素１５ａ，１５ｂを非透過
状態とし、この状態の液晶表示素子１５から青色の光を
透過させ、これを物体光Ｏｂとして、参照光Ｒｅｆと共
にホログラム用基板１４ａに対して照射させることによ
り第３の干渉縞を形成する。以上により３原色それぞれ
についての干渉縞を有するホログラム素子１５が形成さ
れる。なお、各工程に用いる参照光Ｒｅｆとしては液晶
表示素子１５の透過光と同じものでもよく、また、図４
に示したように赤，緑，青の光を含む白色光を用いても
よい。

【００２０】上記実施の形態においては、露光用マスク
として液晶表示素子１５自体を用いるようにしたが、マ
スクとしては液晶表示素子１５と同じ画素および色の配
列を有するものであればよく、例えば図６に示したよう
にカラーフィルタを用いるようにしてもよい。すなわ
ち、液晶表示素子１５と同じ画素および色の配列を有す
るカラーフィルタ１９を用意し、このカラーフィルタ１
９を透過した光を物体光Ｏｂとして結像光学系１８を介
してホログラム用基板１４ａに照射する。基板１４ａに
は物体光Ｏｂと共に参照光Ｒｅｆを入射させ、これら２
光束の照射によって各色に対応する干渉縞をそれぞれ形
成するものである。この方法においても参照光Ｒｅｆと
しては、液晶表示素子１５を用いる場合と同様に、カラ
ーフィルタ１９の透過光と同じでもよく、赤，緑，青の
光を含む白色光を用いてもよい。

【００２１】このような方法により作製されたホログラ
ム素子１４を用いた本実施の形態の投写型液晶表示装置
１０においては、白色光源１１から放射され、また反射
鏡１２により反射された白色光は集光レンズ１３により
集光され平行光となった後にホログラム素子１４に入射
される。ホログラム素子１４に入射した白色光の赤，
緑，青の３原色成分はそれぞれ液晶表示素子１５の画素
配列に適合した角度で分離された後、液晶表示素子１５
側に透過し、液晶表示素子１５の対応する各画素１５ａ
〜１５ｃに入射される。すなわち、ホログラム素子１４
の再生像（実像）が液晶表示素子１５上に結像される。
液晶表示素子１５に入射した３原色の光は各色毎に空間
的な変調を受けた後、投影レンズ１６へ導かれる。投影
レンズ１６に入射した変調光はここで合成されてスクリ
ーン１７上に拡大して結像される。以上によってカラー
画像の表示が行われる。

【００２２】本実施の形態による投写型液晶表示装置１
０では、色分離・結像手段として、カラーフィルタや、
ダイクロイックミラー・マイクロレンズを用いることな
く、安価なホログラム素子１４を用いるようにしたの
で、カラーフィルタを用いた場合のように入射光が吸
収，反射により遮断されるようなことがなく、入射光を
効率良く利用することができる。また、セット（光学
系）の構成に制約を加えることなく、液晶表示素子の画
素配列（本実施の形態ではデルタ配列）に適合した色分
離を実現でき、色再現性の良好な明るいカラー画像表示
を行うことができるという効果がある。更に、ホログラ
ム素子１４により液晶表示素子１５上に再生像（実像）
を効率良く結像させることができるので、高価なマイク
ロレンズが不要であり、安価な投写型液晶表示装置１０
を実現することができるという効果もある。

【００２３】また、上記ホログラム素子の作製方法によ
れば、液晶表示素子１５の画素および色の配列に適合し
た露光用マスク（液晶表示素子１５自体またはカラーフ
ィルタ１９）を用いてホログラム素子１４を作製するよ
うにしたので、再生像の色配列が液晶表示素子１５の画
素および色の配列に適合した構成のホログラム素子１４
を容易に実現できる。また、ホログラム作成時の透過光
（物体光Ｏｂ）の波長を白色光源１１（図１）のスペク
トルに合わせれば、発光エネルギーを効率良く利用する
ことができるという効果もある。

【００２４】以上実施の形態を挙げて本発明を説明した
が、本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく
種々変形可能である。例えば、上記実施の形態において
は、液晶表示素子１５としてデルタ（トライアングル）
状の画素配列のものについて説明したが、その他の画素
配列（例えばストライプ状）のものでもよく、これら画
素および色の配列に応じてホログラム素子１４の干渉縞
を形成すればよい。

【００２５】また、上記実施の形態においてはホログラ
ム面を境界として光源と反対側に回折光が出る透過型の
ホログラム素子を適用した例について説明したが、光源
と同じ側に回折光が出る反射型のホログラム素子を用い
ることもできる。なお、この反射型のホログラム素子を
作製する際の参照光は、透過型のホログラム素子を作製
するときの参照光と共役の方向から入射させるようにす
ればよい。

【００２６】更に、上記実施の形態においては、ホログ
ラム素子１４の干渉縞を２光束干渉によって光学的に形
成するようにしたが、液晶表示素子の画素および色の配
列に適合した干渉縞を計算機によって求めることもでき
る。この計算機ホログラムでは計算時に上記実施の形態
で説明した条件を追加することにより上記実施の形態と
同様のホログラム素子を作製することができる。

【００２７】

【発明の効果】以上説明したように本発明に係る投写型
液晶表示装置によれば、色分離・結像手段として、液晶
表示素子の画素および色の配列に応じた干渉縞が形成さ
れたホログラム素子を用い、このホログラム素子により
入射光を原色毎に分離し、各色光をそれぞれ液晶表示素
子の対応する画素に入射させるようにしたので、入射光
を効率良く利用することができると共に安価な投写型液
晶表示装置を実現することができる。また、セット（光
学系）の構成に制約を加えることなく、液晶表示素子の
画素および色の配列に適合した色分離・結像を行うこと
ができ、色再現性の良好な明るいカラーの画像表示を行
うことができるという効果がある。

【００２８】また、本発明による投写型液晶表示装置用
のホログラム素子の作製方法によれば、液晶表示素子の
画素および色の配列に対応した構成を有する露光用マス
ク（液晶表示素子自体またはカラーフィルタ等）を用い
てホログラム素子を作製するようにしたので、再生像
（実像）の色配列が液晶表示素子の画素および色の配列
に適合し、色分離および結像機能を有するホログラム素
子を容易に作製することができる。また、ホログラム作
成時の透過光（物体光）の波長をセットの光源のスペク
トルに合わせれば、発光エネルギーを効率良く利用する
ことができるという効果もある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施の形態に係る投写型液晶表示装
置全体の概略構成を表す模式図である。

【図２】図１に示した表示装置に用いるホログラム素子
の機能を説明するための構成図である。

【図３】図１に示した表示装置に用いる液晶表示素子の
画素配列の一例を表す図である。

【図４】本発明の一実施の形態に係るホログラム素子の
作製過程を説明するための構成図である。

【図５】図４で説明するホログラム素子作製過程におけ
る液晶表示素子の工程毎の光透過状態を説明するための
図である。

【図６】本発明の他の実施の形態に係るホログラム素子
の作製過程を説明するための構成図である。

【符号の説明】

１１…白色光源、１２…反射鏡、１３…集光レンズ、１
４…ホログラム素子 １５…液晶表示素子（ＬＣＤ）、１６…投影レンズ、１
７…スクリーン

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (51)Int.Cl.⁶ 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｈ０４Ｎ 9/31 Ｃ

Claims (4)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 白色光を放射する光源と、 カラー表示用の原色に対応する複数の画素を規則的に配
   列して構成された液晶表示素子と、 この液晶表示素子の画素および色の配列に適合した干渉
   縞を有するホログラム素子により構成され、前記光源か
   ら放射された白色光を前記液晶表示素子の画素および色
   の配列に適合するように複数の原色光に分離させてその
   再生像を前記液晶表示素子に結像させる色分離・結像手
   段とを備えたことを特徴とする投写型液晶表示装置。
2. 【請求項２】 投写型液晶表示装置の色分離・結像手段
   として用いるホログラム素子の製造方法であって、 カラー表示用の原色に対応する複数の画素を規則的に配
   列して構成される液晶表示素子の画素および色の配列に
   適合した構成を有する露光用マスクを用いてホログラム
   素子用の基板を選択的に露光し、再生像の色配列が前記
   液晶表示素子の画素および色の配列に適合したホログラ
   ム素子を作製することを特徴とする投写型液晶表示装置
   に用いるホログラム素子の作製方法。
3. 【請求項３】 前記露光用マスクとして投写型液晶表示
   装置用の液晶表示素子を用い、前記液晶表示素子のうち
   の特定の色の画素を透過状態とすると共に他の色を非透
   過状態とし、この状態の液晶表示素子から特定の色の光
   を透過させ、これを物体光として、参照光と共にホログ
   ラム素子用の基板に照射させることにより干渉縞を形成
   し、次いで他の色の画素についても同様にその色に対応
   する干渉縞を順次形成することを特徴とする請求項２記
   載の投写型液晶表示装置に用いるホログラム素子の作製
   方法。
4. 【請求項４】 前記露光用マスクとして投写型液晶表示
   装置用の液晶表示素子と同じ画素および色の配列を有す
   るカラーフィルタを用い、このカラーフィルタを透過し
   た光を物体光として、参照光と共にホログラム素子用の
   基板に照射させることにより各色に対応する干渉縞をそ
   れぞれ形成することを特徴とする請求項２記載の投写型
   液晶表示装置に用いるホログラム素子の作製方法。