JP3613422B2 - 回折格子を用いたカラー表示装置 - Google Patents
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折格子を用いたカラー表示装置に関し、特に、照明光の利用効率を大幅に向上させ、明るく色再現性の良好な回折格子を用いたカラー表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、顔料、染料等による吸収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あげられる。
【０００３】
▲１▼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。
▲２▼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。
▲３▼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、例えばマイクロレンズアレーをカラーフィルターの前面に設置し、白色光のバックライト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、バックライトの利用効率を上げる方法が従来より知られている。
【０００５】
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▲２▼に示す問題の解決はできない。
【０００６】
さらに、このようなカラーフィルターを用いずに、ダイクロイックミラー３枚とマイクロレンズアレーを用いて、光の利用効率を向上させた液晶プロジェクターが特開平４−６０５３８号において提案されている。この場合、上記のような顔料、染料等による吸収カラーフィルターが不要になり、上記の▲１▼〜▲３▼の問題が解決され、カラー映像の輝度は向上するが、３枚のダイクロイックミラーを必要とするため、光学系・装置が大きくなり嵩張ってしまう。また、コストも高いものになってしまう問題がある。
【０００７】
そこで、本出願人は、特願平８−９４１２８号において、回折格子を用いたカラー液晶表示装置を提案した。この液晶表示装置は、略平行光束を照射する照明手段と、前記の略平行光束中に略垂直に配置された平行で一様なピッチの干渉縞あるいは格子からなる回折格子と、前記回折格子の回折側に前記回折格子の面に対して傾いて配置された集光性レンズアレーと、前記集光性レンズアレーの焦点面近傍に画素面が配置された液晶表示素子とからなり、前記回折格子で波長分散され前記集光性レンズアレーの各要素レンズにより異なる位置に集光された赤波長成分を前記液晶表示素子の赤色を表示すべき画素に、緑波長成分を緑色を表示すべき画素に、青波長成分を青色を表示すべき画素にそれぞれ入射させるようにしたものである。この液晶表示装置は、バックライト利用効率が極めて高く明るく、かつ、分光された３原色のカラーバランスが良好で色再現性が良く、しかも、少ない部品で組立製作が容易で、コンパクトでコストがかからないものである。
【０００８】
以下、この液晶表示装置を図４を参照にして説明する。
図４の液晶表示装置の要部断面図において、全体の構成は、不図示の白色照明光源からの略平行なバックライト１２に対して傾いて配置された液晶表示素子１と、バックライト１２入射側の何れかの位置に配置された入射側偏光板８と、液晶表示素子１の観察側に配置された観察側偏光板９と、液晶表示素子１のバックライト１２入射側でバックライト１２に対して略垂直に配置された一様なピッチの直線群（体積型の場合は平面群）の干渉縞あるいは格子からなるホログラムあるいは回折格子（以下、回折格子と言う。）１１と、液晶表示素子１と回折格子１１の間であって入射側偏光板８の入射側あるいは射出側（図の場合は射出側）に液晶表示素子１と平行に配置され、各微小凸レンズ１０′が液晶表示素子１のＲＧＢ３つの分色画素からなる組各々に整列して配置されているマイクロレンズアレー１０とからなっている。
【０００９】
液晶表示素子１は、例えば、２枚のガラス基板２、３の間に挟持されたツイストネマチック等の液晶層６からなり、バックライト側のガラス基板２の内表面には、ブラック・マトリックス７と一様な透明対向電極４が設けられ、表示面側のガラス基板３の内表面には画素Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に独立に透明画素電極５と不図示のＴＦＴが設けられている。また、電極４、５の液晶層６側には不図示の配向層も設けられて構成されている。また、入射側偏光板８と観察側偏光板９とは、例えばそれらの透過軸は相互に直交するように配置されている。なお、観察側偏光板９はガラス基板３の外表面に貼り付けてもよく、入射側偏光板８は、液晶表示素子１とマイクロレンズアレー１０の間に挟持して一体に貼り合わせてもよく、あるいは、回折格子１１のバックライト１２入射側に配置してもよい。さらに、マイクロレンズアレー１０は液晶表示素子１の一方のガラス基板２と一体に貼り合わせてもよい。
【００１０】
また、ホログラムあるいは回折格子１１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、振幅型等の透過型ホログラム又は回折格子からなる。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、他の波長はほとんど回折しないタイプのものではなく、１つの回折格子で何れの波長も回折するものを意味し、この回折効率の波長依存性が少ないホログラムあるいは回折格子１１は、波長に応じて異なる回折角で回折する。
【００１１】
ところで、マイクロレンズアレー１０とブラック・マトリックス７の間の距離は、マイクロレンズアレー１０を構成する微小凸レンズ１０′の焦点距離（ガラス基板２の屈折率も考慮して）と略等しく設定されており、したがって、平行光が微小凸レンズ１０′によって集光される位置はブラック・マトリックス７の開口の位置となる。なお、マイクロレンズアレー１０を構成する微小凸レンズ１０′は、ＲＧＢの分色画素の繰り返し周期の各周期毎、すなわち、液晶表示素子１の紙面内の方向に隣接する３つの画素の組各々に対応して整列して配置されている。
【００１２】
なお、ブラック・マトリックス７の間には、色純度を上げるため、従来のカラー液晶表示装置と同様に、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素に対応した色の光を通過する吸収型のカラーフィルターを付加的に配置するようにしてもよい。
【００１３】
ところで、液晶表示素子１の面に対する回折格子１１の面の傾き角αは次のような配置になっている。すなわち、回折格子１１に対して略垂直に入射するバックライト１２中の赤の波長成分１２Ｒは回折角θＲ で透過回折され、マイクロレンズアレー１０中の何れかの微小凸レンズ１０′に入射し、ブラック・マトリックス７の開口で規定されてＲ画素に集光する。同様に、バックライト１２中の緑の波長成分１２Ｇは回折角θＧ で透過回折され、マイクロレンズアレー１０中の何れかの微小凸レンズ１０′に入射し、ブラック・マトリックス７の開口で規定されてＧ画素に、バックライト１２中の青の波長成分１２Ｂは回折角θＢ で透過回折され、マイクロレンズアレー１０中の何れかの微小凸レンズ１０′に入射し、ブラック・マトリックス７の開口で規定されてＢ画素に、それぞれ集光する。このような位置関係になるように上記傾き角αが設定されている。
【００１４】
以上のような構成であるので、回折格子１１の液晶表示素子１と反対側の面から略垂直に白色バックライト１２を入射させると、波長に依存して異なる角度で回折され、回折格子１１の射出側に分散される。分散された各波長成分はマイクロレンズアレー１０中の各微小凸レンズ１０′に入射し、その中の、赤の波長成分１２Ｒは赤を表示する画素Ｒの位置に、緑の波長成分１２Ｇは緑を表示する画素Ｇの位置に、青の波長成分１２Ｂは青を表示するが画素Ｂの位置にそれぞれ集光される。したがって、液晶表示素子１の画素毎に透明画素電極４と透明対向電極５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、ＲＧＢ分色画素の組み合わせにより所望のカラー表示を行うことができる。
【００１５】
このような構成において、分光要素として一様なピッチの干渉縞あるいは格子からなる回折効率の波長依存性が少ない透過型回折格子１１を用いることができるため、回折格子１１の製作が容易でありコストが安い、回折格子１１の回折効率が高くバックライト１２利用効率が高い、回折格子１１をマイクロレンズアレー１０の各微小凸レンズ１０′と位置合わせする必要がない、及び、マイクロレンズアレー１０のピッチが各画素各々に対応して１個のマイクロレンズを配置する従来の場合の３倍になり、作りやすくかつ整列しやすい等の特長がある。
【００１６】
なお、回折格子１１をバックライト１２に対して斜めに配置することも考えられるが、上記のように回折格子１１をバックライト１２に対して略垂直に配置すると、回折格子１１が同じ寸法であるとして、バックライト１２の断面積が大きくなるので、バックライト１２の平行度がより高くでき、各画素ＲＧＢに入射する色成分の混色がより少なくなり、色再現性をより向上させることができる。また、バックライト１２を回折格子１１に略垂直に入射させると、斜め入射の場合より分散角が大きく取れるので、同じ分散角でよいとするなら回折格子１１のピッチをより大きくでき、回折格子１１の波長依存性をより少なくできる。そのため、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスがより良くなり、この点からも色再現性がより向上できる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図４のような配置においては、回折格子１１からの回折光１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは斜め方向に射出するので、より大きな分散角が得られるので望ましいが、回折格子１１を液晶表示素子１とマイクロレンズアレー１０に対して角度をなして離間して配置しなければならず、かつ、バックライト１２を液晶表示素子１とマイクロレンズアレー１０に対して斜めの方向から照明しなければならないため、表示装置２０全体の嵩が大きく大型なものとなってしまう。また、液晶表示素子１全体に回折格子１１で分散した各色の光１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが入射しなくてはならないが、離れた位置から斜めに射出するために見込み角分大きな面積の回折格子１１を用いなければならない。
【００１８】
本発明は本出願人の先の出願に係るカラー表示装置のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光の利用効率が極めて高いので明るく、かつ、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスが良く、しかも、光学系が少なく小さい部品で構成可能でコンパクトでコストがかからない回折格子を用いたカラー表示装置を提供することである。
【００１９】
【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回折格子を用いたカラー表示装置は、略平行光束を照射する照明手段と、前記の略平行光束中に略垂直に配置された平行で一様なピッチの干渉縞あるいは格子からなる回折格子と、その回折格子から斜め方向に射出する回折光を略垂直方向に角度変換する偏向素子と、略垂直方向に向けられた回折光に対して略垂直に配置された集光性レンズアレーと、その集光性レンズアレーの焦点面近傍に画素面が配置された空間光変調器とからなり、前記回折格子で波長分散され前記集光性レンズアレーの各要素レンズにより異なる位置に集光された赤波長成分を前記空間光変調器の赤色を表示すべき画素に、緑波長成分を緑色を表示すべき画素に、青波長成分を青色を表示すべき画素にそれぞれ入射させるようにしたことを特徴とするものである。
【００２０】
この場合、集光性レンズアレーの要素レンズは、空間光変調器の隣接する３つの画素を１組としてその組の繰り返し周期と同じ周期で配置されていることが望ましい。
【００２１】
また、空間光変調器としては、例えば液晶表示素子からなることが望ましい。
【００２２】
また、回折格子は、２枚以上あるいは２層以上の重畳あるいは多重記録されてなる回折格子からなっていてもよい。
【００２３】
また、空間光変調器に表示された画素群からなる映像を投影光学系により投影するように構成することもできる。
【００２４】
本発明においては、回折格子、偏向素子、集光性レンズアレー、空間光変調器を略一体に平行に配置することができ、それに略垂直に略平行光束を照射することができるので、表示装置全体を薄く小型のものとすることができ、しかも、分光手段として回折格子を用いているので、光の利用効率が極めて高く明るく、かつ、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスの良いものとなる。しかも、回折格子を空間光変調器等と略密着させているので小型のものとすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回折格子を用いたカラー表示装置のいくつかの実施例について図面を参照にして説明する。
本発明の原理は、図４のような配置において、回折格子１１とマイクロレンズアレー１０の間にシート状光偏向手段を配置して、回折格子１１と液晶表示素子１を平行に近接配置することにより、バックライト１２を背後から略垂直に照明するようにして、表示装置２０全体を薄く小型のものとすると共に、回折格子１１も小型でよいものとすることである。まず、シート状光偏向手段の１例のプリズムシート組立体について図１を参照にして説明する。
【００２６】
このプリズムシート組立体３０は２枚の近接配置したプリズムシート４０、５０からなり、プリズムシート組立体３０の入射側に平行に配置した回折格子１１によって斜めに回折分光された成分中の例えば中間の角度に回折された緑の波長成分１２Ｇを、プリズムシート組立体３０の射出側の面からに垂直に射出させる作用を有するものである。したがって、プリズムシート組立体３０の射出側に平行にマイクロレンズアレー１０と液晶表示素子１を配置することができる。
【００２７】
すなわち、プリズムシート組立体３０は、空気層２５を介して入射側から第１のプリズムシート４０と第２のプリズムシート５０とからなり、第１のプリズムシート４０は、同一形状の微小プリズム４１を密に並べてなるもので、入射側は平面４２からなり、第２のプリズムシート５０に面した射出側は断面鋸歯状の面からなる。その射出側の面は、入射側の平面４２で屈折された光束１２Ｇ’が略垂直に射出するストライプ状の斜面４３と、この光束１２Ｇ’が入射せず斜面４３に対して略垂直なストライプ状の壁面４４とが交互に角度をなして位置するように接続された面である。したがって、全ての斜面４３相互、壁面４４相互は平行に配置されている。
【００２８】
また、第２のプリズムシート５０は、同一形状の微小プリズム５１を密に並べてなるもので、射出側は平面５２からなり、第１のプリズムシート４０に面した入射側は断面鋸歯状の面からなる。その入射側の面は、第１のプリズムシート４０の入射側の平面４２で屈折され、斜面４３を略垂直に出た光束１２Ｇ’が斜めに入射するストライプ状の斜面５３と、平面５２に対して略垂直なストライプ状の壁面５４とが交互に角度をなして位置するように接続された面である。そして、斜面５３は、光束１２Ｇ’を平面５２に対して略垂直な方向に屈折するような傾き角度に設定されている（図１の場合、３５．５°）。したがって、全ての斜面５３相互、壁面５４相互は平行に配置されている。
【００２９】
このような配置であるので、第１のプリズムシート４０の入射側の平面４２に平行に回折格子１１を配置し、回折格子１１に略垂直に白色バックライト１２を入射させると、回折格子１１によって例えば回折角４０°（＝θＧ ）で回折された緑の波長成分の光束１２Ｇは、平面４２で第１のプリズムシート４０を構成する透明媒質の屈折率（図１の場合、１．５）に応じた屈折角（図１の場合、２５°）で屈折され、射出側の斜面４３から垂直に出る。第１のプリズムシート４０から射出された平行光束１２Ｇ’は、空気層２５を経て第２のプリズムシート５０の入射側の斜面５３に所定の入射角（図１の場合、６０．５°）で入射し、第２のプリズムシート５０を構成する透明媒質の屈折率（図１の場合、１．５）に応じた屈折角（図１の場合、斜面５３の法線に対して３５．５°）で屈折され、射出側の平面５２から垂直に平行光束１２Ｇ”として射出する。
【００３０】
回折格子１１で緑の波長成分１２Ｇと異なる回折角θＲ 、θＢ で回折されたそれぞれ赤の波長成分１２Ｒ、青の波長成分１２Ｂはそれぞれの回折角θＲ 、θＢ に応じた入射角で第１のプリズムシート４０の平面４２に入射し、その入射角に応じた射出角で第２のプリズムシート５０の平面５２から射出するが、第２のプリズムシート５０から垂直に射出する緑の波長成分１２Ｇ”の右側に所定角度なして赤の波長成分１２Ｒ”が、緑の波長成分１２Ｇ”の左側に所定角度なして青の波長成分１２Ｂ”が位置する。
【００３１】
したがって、このようなプリズムシート組立体３０を用いて、図２に示すように、バックライト１２入射側から順に、バックライト１２に略垂直に、図４と同様な回折格子１１、図１のプリズムシート組立体３０、入射側偏光板８、図４と同様なマイクロレンズアレー１０、図４と同様な液晶表示素子１、観察側偏光板９を平行に配置することにより表示装置２０を構成することができる。すなわち、図２の構成は、図４において、回折格子１１と入射側偏光板８の間に図１のプリズムシート組立体３０を挿入し、回折格子１１とプリズムシート組立体３０を入射側偏光板８、マイクロレンズアレー１０、液晶表示素子１、観察側偏光板９に平行に配置しただけで、その他は同じであり、液晶表示素子１、回折格子１１、マイクロレンズアレー１０等の構成も同じである。
【００３２】
このような構成において、回折格子１１の液晶表示素子１と反対側の面から略垂直に白色バックライト１２を入射させると、波長に依存して異なる斜めの角度で赤の波長成分１２Ｒ、緑の波長成分１２Ｇ、青の波長成分１２Ｂが回折され、回折格子１１の射出側に分散される。分散された各波長成分は、プリズムシート組立体３０により偏向され、緑の波長成分１２Ｇ”が第２のプリズムシート５０から略垂直に、緑の波長成分１２Ｇ”の右側に所定角度なして赤の波長成分１２Ｒ”が、左側に所定角度なして青の波長成分１２Ｂ”が位置するように角度変換され、マイクロレンズアレー１０中の各微小凸レンズ１０′に入射し、その中の、赤の波長成分１２Ｒは赤を表示する画素Ｒの位置に、緑の波長成分１２Ｇは緑を表示する画素Ｇの位置に、青の波長成分１２Ｂは青を表示するが画素Ｂの位置にそれぞれ集光される。したがって、液晶表示素子１の画素毎に透明画素電極４と透明対向電極５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、ＲＧＢ分色画素の組み合わせにより所望のカラー表示を行うことができる。
【００３３】
このような表示装置２０において、回折格子１１、プリズムシート組立体３０、入射側偏光板８、マイクロレンズアレー１０、液晶表示素子１、観察側偏光板９を略一体に平行に配置することができ、それに略垂直に白色バックライト１２を入射させるようにすることができるので、表示装置２０全体を薄く小型のものとすることができ、しかも、分光手段として回折格子１１を用いているので、光の利用効率が極めて高く明るく、かつ、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスの良いものとなる。しかも、回折格子１１を液晶表示素子１等と略密着させているので小型のものとすることができる。
【００３４】
ところで、図１のプリズムシート組立体３０の構成において、空気層２５の代わりにプリズムシート４０、５０の屈折率と異なる接着剤等の媒質を用いてもよい。また、回折格子１１と第１のプリズムシート４０の間に空気層を介さないで直接接着してもよい。なお、プリズムシート４０、５０の入射側、射出側の面、特に平面４２、５２、斜面４３、５３には反射防止膜をコーティングすることが望ましい。また、光学作用を行わない壁面４４、５４には光吸収膜をコーティングすることが望ましい。
【００３５】
なお、以上の実施例のプリズムシート組立体３０は単に例示のためのものであり、２枚のプリズムシート４０、５０の代わりに、第２のプリズムシート５０と同様な形状のプリズムシート１枚からなるものを用いてもよい。あるいは、同一形状の微小反射プリズムを密に並べてなるものを用いてもよい。
【００３６】
次に、図２に示したような構成の本発明の表示装置２０をそのまま用いて直視型の表示装置として、あるいは、投影表示用の空間光変調素子として利用して投影表示装置として用いることができる。直視型の表示装置として用いるには、液晶表示素子１の観察側に拡散層を設けることが望ましい。投影表示装置として用いるには、例えば図３に示すような配置にする。図３は図２の表示装置を投影表示装置として構成する場合の断面図であり、図３のカラー表示装置２０は、例えばメタルハライドランプ１５と放物面鏡１６の組み合わせからなる照明装置１４からの白色の平行なバックライト１２によって照明するようにし、そのバックライト１２が回折格子１１が略垂直に入射するようにインライン配置にされ、また、液晶表示素子１の入射側に一体にマイクロレンズアレー１０が配置されている。そして、カラー表示装置２０で変調された表示像は、表示装置２０の近傍に配置されたフィールドレンズ１７を経て、投影レンズ１８により拡大されてスクリーン１９上に拡大結像され、明るいカラー投影像を得ることができる。なお、図３中には、表示装置２０を通過した各原色成分の光路をＲ、Ｇ、Ｂで示してある。
【００３７】
ところで、以上の説明においては、回折格子１１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、振幅型等の単層あるいは１枚の透過型ホログラム又は回折格子からなるものを前提にしていたが、これに限らず、特願平７−２９０８１９号、同７−２９０８２０号記載のもののように、波長分散の空間的な波長分布は相互に略一致しており、かつ、回折効率のピーク波長が相互に異なっている２枚以上あるいは２層以上の重畳あるいは多重記録されてなる透過型ホログラム又は回折格子であってもよい。さらに、特願平８−２０８０７８号で提案したように、入射側の透過型ホログラム又は回折格子と射出側の透過型ホログラム又は回折格子は相互に波長分散による空間的な波長分布が異なり、かつ、回折効率分布が異なっている２枚の透過型ホログラム又は回折格子を重畳又は多重に記録されてなるものであってもよい。
【００３８】
以上、本発明の回折格子を用いたカラー表示装置を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、マイクロレンズアレー１０を構成する微小凸レンズ１０′は、液晶表示素子１の紙面内の方向に隣接する３つの画素の組各々に整列している必要は必ずしもない。要は、回折格子１１で分散された各色の波長成分を対応す色を表示する画素の位置に集光する配置であればよい。また、液晶表示素子の代わりに他の透過型空間光変調器を用いてもよい。さらに、回折格子１１、マイクロレンズアレー１０等の構成する光学素子の表面に反射防止膜等を設けることが望ましい。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の回折格子を用いたカラー表示装置によると、回折格子、偏向素子、集光性レンズアレー、空間光変調器を略一体に平行に配置することができ、それに略垂直に略平行光束を照射することができるので、表示装置全体を薄く小型のものとすることができ、しかも、分光手段として回折格子を用いているので、光の利用効率が極めて高く明るく、かつ、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスの良いものとなる。しかも、回折格子を空間光変調器等と略密着させているので小型のものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プリズムシート組立体の１例の構成と作用を示す断面図である。
【図２】本発明の回折格子を用いたカラー表示装置の１実施例の要部断面図である。
【図３】図２のカラー表示装置を用いた投影表示装置の断面図である。
【図４】本出願人が先に提案した液晶表示装置の要部断面図である。
【符号の説明】
１…液晶表示素子
２、３…ガラス基板
４…透明対向電極
５…透明画素電極
６…液晶層
７…ブラック・マトリックス
８…入射側偏光板
９…観察側偏光板
１０…マイクロレンズアレー
１０′…微小凸レンズ
１１…ホログラムあるいは回折格子
１２…バックライト
１２Ｇ、１２Ｇ’、１２Ｇ”…緑の波長成分
１２Ｒ、１２Ｒ”…赤の波長成分
１２Ｂ、１２Ｂ”…青の波長成分
１４…照明装置
１５…メタルハライドランプ
１６…放物面鏡
１７…フィールドレンズ
１８…投影レンズ
１９…スクリーン
２０…カラー表示装置
２５…空気層
３０…プリズムシート組立体
４０…第１のプリズムシート
４１…微小プリズム
４２…平面
４３…斜面
４４…壁面
５０…第２のプリズムシート
５１…微小プリズム
５２…平面
５３…斜面
５４…壁面
Ｒ、Ｇ、Ｂ…分色画素（画素）
【発明の属する技術分野】
本発明は、回折格子を用いたカラー表示装置に関し、特に、照明光の利用効率を大幅に向上させ、明るく色再現性の良好な回折格子を用いたカラー表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来より、顔料、染料等による吸収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あげられる。
【０００３】
▲１▼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。
▲２▼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。
▲３▼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、例えばマイクロレンズアレーをカラーフィルターの前面に設置し、白色光のバックライト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、バックライトの利用効率を上げる方法が従来より知られている。
【０００５】
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▲２▼に示す問題の解決はできない。
【０００６】
さらに、このようなカラーフィルターを用いずに、ダイクロイックミラー３枚とマイクロレンズアレーを用いて、光の利用効率を向上させた液晶プロジェクターが特開平４−６０５３８号において提案されている。この場合、上記のような顔料、染料等による吸収カラーフィルターが不要になり、上記の▲１▼〜▲３▼の問題が解決され、カラー映像の輝度は向上するが、３枚のダイクロイックミラーを必要とするため、光学系・装置が大きくなり嵩張ってしまう。また、コストも高いものになってしまう問題がある。
【０００７】
そこで、本出願人は、特願平８−９４１２８号において、回折格子を用いたカラー液晶表示装置を提案した。この液晶表示装置は、略平行光束を照射する照明手段と、前記の略平行光束中に略垂直に配置された平行で一様なピッチの干渉縞あるいは格子からなる回折格子と、前記回折格子の回折側に前記回折格子の面に対して傾いて配置された集光性レンズアレーと、前記集光性レンズアレーの焦点面近傍に画素面が配置された液晶表示素子とからなり、前記回折格子で波長分散され前記集光性レンズアレーの各要素レンズにより異なる位置に集光された赤波長成分を前記液晶表示素子の赤色を表示すべき画素に、緑波長成分を緑色を表示すべき画素に、青波長成分を青色を表示すべき画素にそれぞれ入射させるようにしたものである。この液晶表示装置は、バックライト利用効率が極めて高く明るく、かつ、分光された３原色のカラーバランスが良好で色再現性が良く、しかも、少ない部品で組立製作が容易で、コンパクトでコストがかからないものである。
【０００８】
以下、この液晶表示装置を図４を参照にして説明する。
図４の液晶表示装置の要部断面図において、全体の構成は、不図示の白色照明光源からの略平行なバックライト１２に対して傾いて配置された液晶表示素子１と、バックライト１２入射側の何れかの位置に配置された入射側偏光板８と、液晶表示素子１の観察側に配置された観察側偏光板９と、液晶表示素子１のバックライト１２入射側でバックライト１２に対して略垂直に配置された一様なピッチの直線群（体積型の場合は平面群）の干渉縞あるいは格子からなるホログラムあるいは回折格子（以下、回折格子と言う。）１１と、液晶表示素子１と回折格子１１の間であって入射側偏光板８の入射側あるいは射出側（図の場合は射出側）に液晶表示素子１と平行に配置され、各微小凸レンズ１０′が液晶表示素子１のＲＧＢ３つの分色画素からなる組各々に整列して配置されているマイクロレンズアレー１０とからなっている。
【０００９】
液晶表示素子１は、例えば、２枚のガラス基板２、３の間に挟持されたツイストネマチック等の液晶層６からなり、バックライト側のガラス基板２の内表面には、ブラック・マトリックス７と一様な透明対向電極４が設けられ、表示面側のガラス基板３の内表面には画素Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に独立に透明画素電極５と不図示のＴＦＴが設けられている。また、電極４、５の液晶層６側には不図示の配向層も設けられて構成されている。また、入射側偏光板８と観察側偏光板９とは、例えばそれらの透過軸は相互に直交するように配置されている。なお、観察側偏光板９はガラス基板３の外表面に貼り付けてもよく、入射側偏光板８は、液晶表示素子１とマイクロレンズアレー１０の間に挟持して一体に貼り合わせてもよく、あるいは、回折格子１１のバックライト１２入射側に配置してもよい。さらに、マイクロレンズアレー１０は液晶表示素子１の一方のガラス基板２と一体に貼り合わせてもよい。
【００１０】
また、ホログラムあるいは回折格子１１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、振幅型等の透過型ホログラム又は回折格子からなる。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、他の波長はほとんど回折しないタイプのものではなく、１つの回折格子で何れの波長も回折するものを意味し、この回折効率の波長依存性が少ないホログラムあるいは回折格子１１は、波長に応じて異なる回折角で回折する。
【００１１】
ところで、マイクロレンズアレー１０とブラック・マトリックス７の間の距離は、マイクロレンズアレー１０を構成する微小凸レンズ１０′の焦点距離（ガラス基板２の屈折率も考慮して）と略等しく設定されており、したがって、平行光が微小凸レンズ１０′によって集光される位置はブラック・マトリックス７の開口の位置となる。なお、マイクロレンズアレー１０を構成する微小凸レンズ１０′は、ＲＧＢの分色画素の繰り返し周期の各周期毎、すなわち、液晶表示素子１の紙面内の方向に隣接する３つの画素の組各々に対応して整列して配置されている。
【００１２】
なお、ブラック・マトリックス７の間には、色純度を上げるため、従来のカラー液晶表示装置と同様に、Ｒ、Ｇ、Ｂの分色画素に対応した色の光を通過する吸収型のカラーフィルターを付加的に配置するようにしてもよい。
【００１３】
ところで、液晶表示素子１の面に対する回折格子１１の面の傾き角αは次のような配置になっている。すなわち、回折格子１１に対して略垂直に入射するバックライト１２中の赤の波長成分１２Ｒは回折角θＲ で透過回折され、マイクロレンズアレー１０中の何れかの微小凸レンズ１０′に入射し、ブラック・マトリックス７の開口で規定されてＲ画素に集光する。同様に、バックライト１２中の緑の波長成分１２Ｇは回折角θＧ で透過回折され、マイクロレンズアレー１０中の何れかの微小凸レンズ１０′に入射し、ブラック・マトリックス７の開口で規定されてＧ画素に、バックライト１２中の青の波長成分１２Ｂは回折角θＢ で透過回折され、マイクロレンズアレー１０中の何れかの微小凸レンズ１０′に入射し、ブラック・マトリックス７の開口で規定されてＢ画素に、それぞれ集光する。このような位置関係になるように上記傾き角αが設定されている。
【００１４】
以上のような構成であるので、回折格子１１の液晶表示素子１と反対側の面から略垂直に白色バックライト１２を入射させると、波長に依存して異なる角度で回折され、回折格子１１の射出側に分散される。分散された各波長成分はマイクロレンズアレー１０中の各微小凸レンズ１０′に入射し、その中の、赤の波長成分１２Ｒは赤を表示する画素Ｒの位置に、緑の波長成分１２Ｇは緑を表示する画素Ｇの位置に、青の波長成分１２Ｂは青を表示するが画素Ｂの位置にそれぞれ集光される。したがって、液晶表示素子１の画素毎に透明画素電極４と透明対向電極５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、ＲＧＢ分色画素の組み合わせにより所望のカラー表示を行うことができる。
【００１５】
このような構成において、分光要素として一様なピッチの干渉縞あるいは格子からなる回折効率の波長依存性が少ない透過型回折格子１１を用いることができるため、回折格子１１の製作が容易でありコストが安い、回折格子１１の回折効率が高くバックライト１２利用効率が高い、回折格子１１をマイクロレンズアレー１０の各微小凸レンズ１０′と位置合わせする必要がない、及び、マイクロレンズアレー１０のピッチが各画素各々に対応して１個のマイクロレンズを配置する従来の場合の３倍になり、作りやすくかつ整列しやすい等の特長がある。
【００１６】
なお、回折格子１１をバックライト１２に対して斜めに配置することも考えられるが、上記のように回折格子１１をバックライト１２に対して略垂直に配置すると、回折格子１１が同じ寸法であるとして、バックライト１２の断面積が大きくなるので、バックライト１２の平行度がより高くでき、各画素ＲＧＢに入射する色成分の混色がより少なくなり、色再現性をより向上させることができる。また、バックライト１２を回折格子１１に略垂直に入射させると、斜め入射の場合より分散角が大きく取れるので、同じ分散角でよいとするなら回折格子１１のピッチをより大きくでき、回折格子１１の波長依存性をより少なくできる。そのため、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスがより良くなり、この点からも色再現性がより向上できる。
【００１７】
【発明が解決しようとする課題】
図４のような配置においては、回折格子１１からの回折光１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂは斜め方向に射出するので、より大きな分散角が得られるので望ましいが、回折格子１１を液晶表示素子１とマイクロレンズアレー１０に対して角度をなして離間して配置しなければならず、かつ、バックライト１２を液晶表示素子１とマイクロレンズアレー１０に対して斜めの方向から照明しなければならないため、表示装置２０全体の嵩が大きく大型なものとなってしまう。また、液晶表示素子１全体に回折格子１１で分散した各色の光１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂが入射しなくてはならないが、離れた位置から斜めに射出するために見込み角分大きな面積の回折格子１１を用いなければならない。
【００１８】
本発明は本出願人の先の出願に係るカラー表示装置のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、光の利用効率が極めて高いので明るく、かつ、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスが良く、しかも、光学系が少なく小さい部品で構成可能でコンパクトでコストがかからない回折格子を用いたカラー表示装置を提供することである。
【００１９】
【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回折格子を用いたカラー表示装置は、略平行光束を照射する照明手段と、前記の略平行光束中に略垂直に配置された平行で一様なピッチの干渉縞あるいは格子からなる回折格子と、その回折格子から斜め方向に射出する回折光を略垂直方向に角度変換する偏向素子と、略垂直方向に向けられた回折光に対して略垂直に配置された集光性レンズアレーと、その集光性レンズアレーの焦点面近傍に画素面が配置された空間光変調器とからなり、前記回折格子で波長分散され前記集光性レンズアレーの各要素レンズにより異なる位置に集光された赤波長成分を前記空間光変調器の赤色を表示すべき画素に、緑波長成分を緑色を表示すべき画素に、青波長成分を青色を表示すべき画素にそれぞれ入射させるようにしたことを特徴とするものである。
【００２０】
この場合、集光性レンズアレーの要素レンズは、空間光変調器の隣接する３つの画素を１組としてその組の繰り返し周期と同じ周期で配置されていることが望ましい。
【００２１】
また、空間光変調器としては、例えば液晶表示素子からなることが望ましい。
【００２２】
また、回折格子は、２枚以上あるいは２層以上の重畳あるいは多重記録されてなる回折格子からなっていてもよい。
【００２３】
また、空間光変調器に表示された画素群からなる映像を投影光学系により投影するように構成することもできる。
【００２４】
本発明においては、回折格子、偏向素子、集光性レンズアレー、空間光変調器を略一体に平行に配置することができ、それに略垂直に略平行光束を照射することができるので、表示装置全体を薄く小型のものとすることができ、しかも、分光手段として回折格子を用いているので、光の利用効率が極めて高く明るく、かつ、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスの良いものとなる。しかも、回折格子を空間光変調器等と略密着させているので小型のものとすることができる。
【００２５】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の回折格子を用いたカラー表示装置のいくつかの実施例について図面を参照にして説明する。
本発明の原理は、図４のような配置において、回折格子１１とマイクロレンズアレー１０の間にシート状光偏向手段を配置して、回折格子１１と液晶表示素子１を平行に近接配置することにより、バックライト１２を背後から略垂直に照明するようにして、表示装置２０全体を薄く小型のものとすると共に、回折格子１１も小型でよいものとすることである。まず、シート状光偏向手段の１例のプリズムシート組立体について図１を参照にして説明する。
【００２６】
このプリズムシート組立体３０は２枚の近接配置したプリズムシート４０、５０からなり、プリズムシート組立体３０の入射側に平行に配置した回折格子１１によって斜めに回折分光された成分中の例えば中間の角度に回折された緑の波長成分１２Ｇを、プリズムシート組立体３０の射出側の面からに垂直に射出させる作用を有するものである。したがって、プリズムシート組立体３０の射出側に平行にマイクロレンズアレー１０と液晶表示素子１を配置することができる。
【００２７】
すなわち、プリズムシート組立体３０は、空気層２５を介して入射側から第１のプリズムシート４０と第２のプリズムシート５０とからなり、第１のプリズムシート４０は、同一形状の微小プリズム４１を密に並べてなるもので、入射側は平面４２からなり、第２のプリズムシート５０に面した射出側は断面鋸歯状の面からなる。その射出側の面は、入射側の平面４２で屈折された光束１２Ｇ’が略垂直に射出するストライプ状の斜面４３と、この光束１２Ｇ’が入射せず斜面４３に対して略垂直なストライプ状の壁面４４とが交互に角度をなして位置するように接続された面である。したがって、全ての斜面４３相互、壁面４４相互は平行に配置されている。
【００２８】
また、第２のプリズムシート５０は、同一形状の微小プリズム５１を密に並べてなるもので、射出側は平面５２からなり、第１のプリズムシート４０に面した入射側は断面鋸歯状の面からなる。その入射側の面は、第１のプリズムシート４０の入射側の平面４２で屈折され、斜面４３を略垂直に出た光束１２Ｇ’が斜めに入射するストライプ状の斜面５３と、平面５２に対して略垂直なストライプ状の壁面５４とが交互に角度をなして位置するように接続された面である。そして、斜面５３は、光束１２Ｇ’を平面５２に対して略垂直な方向に屈折するような傾き角度に設定されている（図１の場合、３５．５°）。したがって、全ての斜面５３相互、壁面５４相互は平行に配置されている。
【００２９】
このような配置であるので、第１のプリズムシート４０の入射側の平面４２に平行に回折格子１１を配置し、回折格子１１に略垂直に白色バックライト１２を入射させると、回折格子１１によって例えば回折角４０°（＝θＧ ）で回折された緑の波長成分の光束１２Ｇは、平面４２で第１のプリズムシート４０を構成する透明媒質の屈折率（図１の場合、１．５）に応じた屈折角（図１の場合、２５°）で屈折され、射出側の斜面４３から垂直に出る。第１のプリズムシート４０から射出された平行光束１２Ｇ’は、空気層２５を経て第２のプリズムシート５０の入射側の斜面５３に所定の入射角（図１の場合、６０．５°）で入射し、第２のプリズムシート５０を構成する透明媒質の屈折率（図１の場合、１．５）に応じた屈折角（図１の場合、斜面５３の法線に対して３５．５°）で屈折され、射出側の平面５２から垂直に平行光束１２Ｇ”として射出する。
【００３０】
回折格子１１で緑の波長成分１２Ｇと異なる回折角θＲ 、θＢ で回折されたそれぞれ赤の波長成分１２Ｒ、青の波長成分１２Ｂはそれぞれの回折角θＲ 、θＢ に応じた入射角で第１のプリズムシート４０の平面４２に入射し、その入射角に応じた射出角で第２のプリズムシート５０の平面５２から射出するが、第２のプリズムシート５０から垂直に射出する緑の波長成分１２Ｇ”の右側に所定角度なして赤の波長成分１２Ｒ”が、緑の波長成分１２Ｇ”の左側に所定角度なして青の波長成分１２Ｂ”が位置する。
【００３１】
したがって、このようなプリズムシート組立体３０を用いて、図２に示すように、バックライト１２入射側から順に、バックライト１２に略垂直に、図４と同様な回折格子１１、図１のプリズムシート組立体３０、入射側偏光板８、図４と同様なマイクロレンズアレー１０、図４と同様な液晶表示素子１、観察側偏光板９を平行に配置することにより表示装置２０を構成することができる。すなわち、図２の構成は、図４において、回折格子１１と入射側偏光板８の間に図１のプリズムシート組立体３０を挿入し、回折格子１１とプリズムシート組立体３０を入射側偏光板８、マイクロレンズアレー１０、液晶表示素子１、観察側偏光板９に平行に配置しただけで、その他は同じであり、液晶表示素子１、回折格子１１、マイクロレンズアレー１０等の構成も同じである。
【００３２】
このような構成において、回折格子１１の液晶表示素子１と反対側の面から略垂直に白色バックライト１２を入射させると、波長に依存して異なる斜めの角度で赤の波長成分１２Ｒ、緑の波長成分１２Ｇ、青の波長成分１２Ｂが回折され、回折格子１１の射出側に分散される。分散された各波長成分は、プリズムシート組立体３０により偏向され、緑の波長成分１２Ｇ”が第２のプリズムシート５０から略垂直に、緑の波長成分１２Ｇ”の右側に所定角度なして赤の波長成分１２Ｒ”が、左側に所定角度なして青の波長成分１２Ｂ”が位置するように角度変換され、マイクロレンズアレー１０中の各微小凸レンズ１０′に入射し、その中の、赤の波長成分１２Ｒは赤を表示する画素Ｒの位置に、緑の波長成分１２Ｇは緑を表示する画素Ｇの位置に、青の波長成分１２Ｂは青を表示するが画素Ｂの位置にそれぞれ集光される。したがって、液晶表示素子１の画素毎に透明画素電極４と透明対向電極５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、ＲＧＢ分色画素の組み合わせにより所望のカラー表示を行うことができる。
【００３３】
このような表示装置２０において、回折格子１１、プリズムシート組立体３０、入射側偏光板８、マイクロレンズアレー１０、液晶表示素子１、観察側偏光板９を略一体に平行に配置することができ、それに略垂直に白色バックライト１２を入射させるようにすることができるので、表示装置２０全体を薄く小型のものとすることができ、しかも、分光手段として回折格子１１を用いているので、光の利用効率が極めて高く明るく、かつ、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスの良いものとなる。しかも、回折格子１１を液晶表示素子１等と略密着させているので小型のものとすることができる。
【００３４】
ところで、図１のプリズムシート組立体３０の構成において、空気層２５の代わりにプリズムシート４０、５０の屈折率と異なる接着剤等の媒質を用いてもよい。また、回折格子１１と第１のプリズムシート４０の間に空気層を介さないで直接接着してもよい。なお、プリズムシート４０、５０の入射側、射出側の面、特に平面４２、５２、斜面４３、５３には反射防止膜をコーティングすることが望ましい。また、光学作用を行わない壁面４４、５４には光吸収膜をコーティングすることが望ましい。
【００３５】
なお、以上の実施例のプリズムシート組立体３０は単に例示のためのものであり、２枚のプリズムシート４０、５０の代わりに、第２のプリズムシート５０と同様な形状のプリズムシート１枚からなるものを用いてもよい。あるいは、同一形状の微小反射プリズムを密に並べてなるものを用いてもよい。
【００３６】
次に、図２に示したような構成の本発明の表示装置２０をそのまま用いて直視型の表示装置として、あるいは、投影表示用の空間光変調素子として利用して投影表示装置として用いることができる。直視型の表示装置として用いるには、液晶表示素子１の観察側に拡散層を設けることが望ましい。投影表示装置として用いるには、例えば図３に示すような配置にする。図３は図２の表示装置を投影表示装置として構成する場合の断面図であり、図３のカラー表示装置２０は、例えばメタルハライドランプ１５と放物面鏡１６の組み合わせからなる照明装置１４からの白色の平行なバックライト１２によって照明するようにし、そのバックライト１２が回折格子１１が略垂直に入射するようにインライン配置にされ、また、液晶表示素子１の入射側に一体にマイクロレンズアレー１０が配置されている。そして、カラー表示装置２０で変調された表示像は、表示装置２０の近傍に配置されたフィールドレンズ１７を経て、投影レンズ１８により拡大されてスクリーン１９上に拡大結像され、明るいカラー投影像を得ることができる。なお、図３中には、表示装置２０を通過した各原色成分の光路をＲ、Ｇ、Ｂで示してある。
【００３７】
ところで、以上の説明においては、回折格子１１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、振幅型等の単層あるいは１枚の透過型ホログラム又は回折格子からなるものを前提にしていたが、これに限らず、特願平７−２９０８１９号、同７−２９０８２０号記載のもののように、波長分散の空間的な波長分布は相互に略一致しており、かつ、回折効率のピーク波長が相互に異なっている２枚以上あるいは２層以上の重畳あるいは多重記録されてなる透過型ホログラム又は回折格子であってもよい。さらに、特願平８−２０８０７８号で提案したように、入射側の透過型ホログラム又は回折格子と射出側の透過型ホログラム又は回折格子は相互に波長分散による空間的な波長分布が異なり、かつ、回折効率分布が異なっている２枚の透過型ホログラム又は回折格子を重畳又は多重に記録されてなるものであってもよい。
【００３８】
以上、本発明の回折格子を用いたカラー表示装置を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、マイクロレンズアレー１０を構成する微小凸レンズ１０′は、液晶表示素子１の紙面内の方向に隣接する３つの画素の組各々に整列している必要は必ずしもない。要は、回折格子１１で分散された各色の波長成分を対応す色を表示する画素の位置に集光する配置であればよい。また、液晶表示素子の代わりに他の透過型空間光変調器を用いてもよい。さらに、回折格子１１、マイクロレンズアレー１０等の構成する光学素子の表面に反射防止膜等を設けることが望ましい。
【００３９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の回折格子を用いたカラー表示装置によると、回折格子、偏向素子、集光性レンズアレー、空間光変調器を略一体に平行に配置することができ、それに略垂直に略平行光束を照射することができるので、表示装置全体を薄く小型のものとすることができ、しかも、分光手段として回折格子を用いているので、光の利用効率が極めて高く明るく、かつ、分光されたＲＧＢ３色のカラーバランスの良いものとなる。しかも、回折格子を空間光変調器等と略密着させているので小型のものとすることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】プリズムシート組立体の１例の構成と作用を示す断面図である。
【図２】本発明の回折格子を用いたカラー表示装置の１実施例の要部断面図である。
【図３】図２のカラー表示装置を用いた投影表示装置の断面図である。
【図４】本出願人が先に提案した液晶表示装置の要部断面図である。
【符号の説明】
１…液晶表示素子
２、３…ガラス基板
４…透明対向電極
５…透明画素電極
６…液晶層
７…ブラック・マトリックス
８…入射側偏光板
９…観察側偏光板
１０…マイクロレンズアレー
１０′…微小凸レンズ
１１…ホログラムあるいは回折格子
１２…バックライト
１２Ｇ、１２Ｇ’、１２Ｇ”…緑の波長成分
１２Ｒ、１２Ｒ”…赤の波長成分
１２Ｂ、１２Ｂ”…青の波長成分
１４…照明装置
１５…メタルハライドランプ
１６…放物面鏡
１７…フィールドレンズ
１８…投影レンズ
１９…スクリーン
２０…カラー表示装置
２５…空気層
３０…プリズムシート組立体
４０…第１のプリズムシート
４１…微小プリズム
４２…平面
４３…斜面
４４…壁面
５０…第２のプリズムシート
５１…微小プリズム
５２…平面
５３…斜面
５４…壁面
Ｒ、Ｇ、Ｂ…分色画素（画素）
Claims (5)
- 略平行光束を照射する照明手段と、前記の略平行光束中に略垂直に配置された平行で一様なピッチの干渉縞あるいは格子からなる回折格子と、その回折格子から斜め方向に射出する回折光を略垂直方向に角度変換する偏向素子と、略垂直方向に向けられた回折光に対して略垂直に配置された集光性レンズアレーと、その集光性レンズアレーの焦点面近傍に画素面が配置された空間光変調器とからなり、前記回折格子で波長分散され前記集光性レンズアレーの各要素レンズにより異なる位置に集光された赤波長成分を前記空間光変調器の赤色を表示すべき画素に、緑波長成分を緑色を表示すべき画素に、青波長成分を青色を表示すべき画素にそれぞれ入射させるようにしたことを特徴とする回折格子を用いたカラー表示装置。
- 前記集光性レンズアレーの要素レンズは、前記空間光変調器の隣接する３つの画素を１組としてその組の繰り返し周期と同じ周期で配置されていることを特徴とする請求項１記載の回折格子を用いたカラー表示装置。
- 前記空間光変調器が液晶表示素子からなることを特徴とする請求項１又は２記載の回折格子を用いたカラー表示装置。
- 前記回折格子は、２枚以上あるいは２層以上の重畳あるいは多重記録されてなる回折格子からなることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載の回折格子を用いたカラー表示装置。
- 前記空間光変調器に表示された画素群からなる映像を投影光学系により投影するように構成されていることを特徴とする請求項１から４の何れか１項記載の回折格子を用いたカラー表示装置。
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