JP3528994B2 - Parallel light source for liquid crystal display device and liquid crystal display device using the same - Google Patents
Parallel light source for liquid crystal display device and liquid crystal display device using the sameInfo
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Description
【0001】[0001]
【発明の属する技術分野】本発明は、液晶表示装置用平
行光源及びそれを用いた液晶表示装置に関し、特に、ホ
ログラムカラーフィルターを採用した液晶表示装置用の
奥行きが浅くコンパクトなバックライト用平行光源とそ
れを用いた液晶表示装置に関する。BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a parallel light source for a liquid crystal display device and a liquid crystal display device using the same, and more particularly, a shallow and compact parallel light source for a backlight for a liquid crystal display device employing a hologram color filter. And a liquid crystal display device using the same.
【0002】[0002]
【従来の技術】従来より、高輝度の液晶カラー表示装置
においては、表示用のバックライトが必要不可欠なもの
となっている。しかしながら、カラーフィルターを用い
た液晶表示装置においては、このバックライトの利用効
率の悪さが問題となっていた。その主な原因には、下記
のような理由があげられる。2. Description of the Related Art Conventionally, a backlight for display has been indispensable in a high-brightness liquid crystal color display device. However, in the liquid crystal display device using the color filter, the poor utilization efficiency of the backlight has been a problem. The main reasons are as follows.
【0003】各色のセル以外のブラック・マトリクス
の占める面積が広く、そこに当たった光は無駄になる。
各セルに入射する白色光の中、R(赤色)、G(緑
色)、B(青色)のカラーフィルターを透過する色成分
は各々一色に制限されてしまうので、その他の補色成分
は無駄になる。
各カラーフィルターで光の吸収により損失が生じる。The area occupied by the black matrix other than the cells of each color is large, and the light impinging on it is wasted. Of the white light that enters each cell, the color components that pass through the R (red), G (green), and B (blue) color filters are limited to one color, and the other complementary color components are wasted. . Each color filter causes a loss due to absorption of light.
【0004】これらの問題の中、の解決策として、図
16に示すように、例えばマイクロレンズアレー2をカ
ラーフィルター1の前面に設置し、白色光のバックライ
ト3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、ブラック・マトリックス
4を避けて照明してバックライト3の利用効率を上げる
方法が従来より知られている(例えば、「ディスプレイ
アンド イメージング」,1992,Vol.1,N
o.1,pp.33〜38)。As a solution to these problems, as shown in FIG. 16, for example, a microlens array 2 is installed in front of the color filter 1, and a white light backlight 3 is provided in the color filter cells R and G, respectively. , B to avoid the black matrix 4 to illuminate the backlight 3 to improve the efficiency of use of the backlight 3 (eg, “Display and Imaging”, 1992, Vol. .1, N
o. 1, pp. 33-38).
【0005】さらに、ホログラムによる分光を利用して
白色光を効率良くR、G、Bに分け、上記〜に対し
ても、ブラック・マトリックス、カラーフィルターでの
吸収を減らし、効率を上げる方法を、本出願人は、特願
平5−12170〜1号、同5−14573号、同5−
97517号、同5−149211号等において提案し
ている。例えば、回折波長依存性がなく分光機能を持つ
ホログラムと集光機能をもつマイクロレンズアレーを組
み合わせる方法や、多重化あるいは積層された回折波長
及び角度選択性のあるホログラムを用いる方法、分光機
能と集光機能の両方を持つホログラムを用いる方法等が
ある。Further, a method of efficiently dividing white light into R, G, and B by utilizing the spectrum of a hologram and reducing the absorption by the black matrix and the color filter for the above items (1) to (5), The applicants of the present invention filed Japanese Patent Application Nos. 5-12170-1, 5-14573, and 5-12573.
No. 97517, No. 5-149211, etc. For example, there is a method of combining a hologram having a spectral function without diffraction wavelength dependence and a microlens array having a condensing function, a method of using a hologram having a diffracted wavelength and angle selectivity which are multiplexed or laminated, and a method having a spectral function and a collective function. There is a method of using a hologram having both optical functions.
【0006】また、このようなホログラムカラーフィル
ターを用いた液晶表示装置用の奥行きが浅くコンパクト
なバックライト用平行光源として、本出願人は、特願平
5−12554号において、マイクロレンズアレーとそ
の各レンズの焦点に配置された微小二次光源からなるも
のを提案した。Further, as a parallel light source for a backlight having a small depth and a compact size for a liquid crystal display device using such a hologram color filter, the applicant of the present invention has disclosed a microlens array and its application in Japanese Patent Application No. 12554/1993. We proposed a micro secondary light source placed at the focal point of each lens.
【0007】[0007]
【発明の解決しようとする課題】しかし、上記のホログ
ラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置において、
現行の液晶フラットディスプレイ用のバックライトをそ
のまま用いると、期待した効果が得られない。これは、
ホログラムは、本来、厳しい入射角度選択性を有してい
るにもかかわらず、液晶フラットディスプレイのバック
ライトは凡そ±50°程度の散乱光であるため、高い回
折効率が得られず、また、所定の色のカラーフィルター
セルに本来の色の回折光が入射しなくなる等の現象が生
じ、期待通りにバックライトの利用効果を上げることが
できないためである。However, in the liquid crystal display device using the hologram color filter described above,
If the current backlight for liquid crystal flat display is used as it is, the expected effect cannot be obtained. this is,
Although the hologram originally has a strict incident angle selectivity, the backlight of the liquid crystal flat display is a scattered light of about ± 50 °, so that a high diffraction efficiency cannot be obtained and the hologram has a predetermined diffraction efficiency. This is because a phenomenon such that the diffracted light of the original color does not enter the color filter cell of the above color occurs and the effect of using the backlight cannot be improved as expected.
【0008】また、従来、プロジェクター型の液晶表示
装置等に利用されるバックライトとして平行光が用いら
れているが、これは光源と平行光までの距離が長いの
で、装置が大きく、嵩張ってしまうため、コンパクトで
あるべき液晶フラット型表示装置用としては使用できな
い。Conventionally, collimated light is used as a backlight used in a projector type liquid crystal display device or the like. However, since the distance between the light source and the collimated light is long, the device is large and bulky. Therefore, it cannot be used for a liquid crystal flat display device which should be compact.
【0009】また、上記した特願平5−12554号に
よる平行光源は、1つの提案であり、それ以外にも液晶
表示装置用の奥行きの浅い平行光源を構成できる可能性
がある。The parallel light source according to Japanese Patent Application No. 5-125454 described above is one proposal, and there is a possibility that a parallel light source with a shallow depth for a liquid crystal display device can be constructed.
【0010】したがって、本発明はこの可能性を探るべ
くなされたものであり、その目的は、ホログラムカラー
フィルターを用いた液晶表示装置用の奥行きが浅くコン
パクトなバックライト用平行光源のさらに別の形態とそ
れを用いた液晶表示装置を提案することである。Therefore, the present invention has been made in order to explore this possibility, and an object thereof is still another form of a parallel light source for a backlight, which is compact and has a small depth for a liquid crystal display device using a hologram color filter. And to propose a liquid crystal display device using the same.
【0011】[0011]
【0012】[0012]
【0013】[0013]
【課題を解決するための手段】上記目的を達成する本発
明の液晶表示装置用平行光源は、カラーフィルターとし
てほぼ平行光を回折分光して対応する色の分光画素に入
射させるホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示
装置用の平行光源において、微小収束レンズアレーと各
微小レンズの焦点又はその軸外れ位置に配置された微小
二次光源とからなり、前記微小二次光源は、高屈折率コ
アと低屈折率クラッドからなる導波路の低屈折率クラッ
ド中に設けた高屈折率部からなり、前記導波路の一端に
白色光源からの光を導入して前記高屈折率部から漏れた
光を前記微小収束レンズアレーによりホログラムカラー
フィルターに入射させるほぼ平行な光に変換することを
特徴とするものである。A parallel light source for a liquid crystal display device of the present invention that achieves the above object uses a hologram color filter as a color filter for diffracting and splitting substantially parallel light into a spectral pixel of a corresponding color. In a parallel light source for a liquid crystal display device, a fine converging lens array and a fine secondary light source arranged at a focal point of each fine lens or an off-axis position thereof are provided, and the fine secondary light source has a high refractive index core and a low refractive index core. It consists of a high-refractive-index part provided in the low-refractive-index clad of a waveguide consisting of a refractive-index clad. It is characterized in that it is converted into substantially parallel light which is made incident on the hologram color filter by a converging lens array.
【0014】[0014]
【0015】この場合に、高屈折率コアの材料又は導波
路の材料が、透明で光散乱性があり、屈折率の異なるド
メインが相分離してなる光散乱ポリマーからなることが
望ましい。In this case, it is desirable that the material of the high refractive index core or the material of the waveguide is a light scattering polymer which is transparent and has a light scattering property, and domains having different refractive indexes are phase-separated.
【0016】[0016]
【0017】[0017]
【0018】[0018]
【0019】[0019]
【0020】以上の液晶表示装置用平行光源は、もちろ
ん、ホログラムカラーフィルターを用いない他の液晶表
示装置用にも用いることができる。The above parallel light source for liquid crystal display devices can be used for other liquid crystal display devices which do not use the hologram color filter.
【0021】また、本発明による液晶表示装置は、光源
側から、平行光源、液晶表示パネルの順で配置され、前
記液晶表示パネルの入射側、前記液晶表示パネルの内
部、前記液晶表示パネルの出射側に拡散板が配置されて
なり、平行光源として、以上の液晶表示装置用平行光源
を用いたことを特徴とするものである。Further, in the liquid crystal display device according to the present invention, the parallel light source and the liquid crystal display panel are arranged in this order from the light source side, and the incident side of the liquid crystal display panel, the inside of the liquid crystal display panel, and the emission of the liquid crystal display panel. A diffuser plate is disposed on the side, and the above parallel light source for liquid crystal display device is used as a parallel light source.
【0022】もう1つの本発明による液晶表示装置は、
光源側から、平行光源、ほぼ平行光を回折分光して対応
する色の分光画素に入射させるホログラムカラーフィル
ター、液晶表示パネルの順で配置され、前記液晶表示パ
ネルの内部、前記ホログラムカラーフィルターと前記液
晶表示パネルの間、あるいは、前記液晶表示パネルの出
射側に拡散板が配置されてなり、平行光源として、以上
の液晶表示装置用平行光源を用いたことを特徴とするも
のである。Another liquid crystal display device according to the present invention is
From the light source side, a parallel light source, a hologram color filter for diffracting substantially parallel light to be incident on a spectral pixel of a corresponding color, and a liquid crystal display panel are arranged in this order. Inside the liquid crystal display panel, the hologram color filter and the A diffuser plate is disposed between the liquid crystal display panels or on the exit side of the liquid crystal display panel, and the parallel light source for a liquid crystal display device is used as a parallel light source.
【0023】[0023]
【0024】本発明おいては、平行光源を奥行きの浅い
平板状に構成できるので、これをホログラムカラーフィ
ルターを採用した液晶表示装置に組み込むことにより、
奥行きが浅くコンパクトで視角が広く明るいカラー液晶
表示装置を構成することができる。In the present invention, since the parallel light source can be formed in a flat plate shape with a shallow depth, by incorporating this into a liquid crystal display device employing a hologram color filter,
It is possible to configure a color liquid crystal display device having a shallow depth, a compact size, a wide viewing angle, and a bright color.
【0025】[0025]
【発明の実施の形態】本発明によるバックライト用平行
光源の実施例の説明に先立って、まず、本出願人が先に
提案したホログラムカラーフィルターの代表的なものの
原理について図面を参照に説明する。まず、図1の液晶
表示装置の断面図を参照にして先に提案した第1の形態
のカラーフィルターの原理と作用について説明する。同
図において、規則的に液晶セル6′に区切られた液晶表
示素子6のバックライト3入射側に先に提案したカラー
フィルターを構成するホログラムアレー5が離間して配
置される。液晶表示素子6背面には、各液晶セル6′と
整列した図16と同様なR、G、Bの着色セル1′及び
その間に設けられたブラック・マトリックス4からなる
カラーフィルター1が配置されるか、又は、着色セル
1′を省き、ブラック・マトリックス4のみが配置され
る。以上の他、図示しない偏光板が液晶表示素子6の両
側に配置される。BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION Prior to the description of embodiments of a parallel light source for a backlight according to the present invention, the principle of a typical hologram color filter proposed by the present applicant will be described with reference to the drawings. . First, the principle and operation of the previously proposed first embodiment color filter will be described with reference to the cross-sectional view of the liquid crystal display device of FIG. In the figure, a hologram array 5 that constitutes the previously proposed color filter is spaced apart from the side of the liquid crystal display element 6 on which the liquid crystal display element 6 is incident, which is regularly divided into the liquid crystal cells 6 '. On the back surface of the liquid crystal display element 6, there are arranged color filters 1'of R, G, B colors similar to FIG. 16 aligned with the respective liquid crystal cells 6'and a color filter 1 consisting of a black matrix 4 provided therebetween. Alternatively, the coloring cell 1'is omitted and only the black matrix 4 is arranged. In addition to the above, polarizing plates (not shown) are arranged on both sides of the liquid crystal display element 6.
【0026】ホログラムアレー5は、R、G、Bの分色
画素の繰り返し周期、すなわち、液晶表示素子6の紙面
内の方向に隣接する3つの液晶セル6′の組各々に対応
して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配
置された微小ホログラム5′からなり、微小ホログラム
5′は液晶表示素子6の紙面内の方向に隣接する3つの
液晶セル6′各組に整列して各々1個ずつ配置されてお
り、各微小ホログラム5′は、ホログラムアレー5の法
線に対して角度θをなして入射するバックライト3の中
の緑色の成分の光を、その微小ホログラム5′に対応す
る3つの分色画素R、G、Bの中心の着色セル1′又は
液晶セル6′上に集光するようにフレネルゾーンプレー
ト状に形成されているものである。そして、微小ホログ
ラム5′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ない回折格
子は、波長に応じて異なる回折角で回折する。The hologram array 5 corresponds to the repeating period of the R, G, and B color-separating pixels, that is, each set of three liquid crystal cells 6'adjacent to each other in the in-plane direction of the liquid crystal display element 6. It is composed of minute holograms 5'arranged in an array at the same pitch as the repeating pitch, and the minute holograms 5'are aligned in groups of three liquid crystal cells 6'adjacent to each other in the direction of the paper surface of the liquid crystal display element 6 to form one group. The micro holograms 5'are arranged one by one, and each micro hologram 5'corresponds to the micro hologram 5'the light of the green component in the backlight 3 which is incident at an angle θ with respect to the normal line of the hologram array 5. It is formed in a Fresnel zone plate shape so as to collect light on the colored cell 1 ′ or the liquid crystal cell 6 ′ at the center of the three color-dividing pixels R, G, and B. The minute hologram 5'is formed of a transmission hologram such as a relief hologram, a phase hologram, or an amplitude hologram, which has little or no wavelength dependency of diffraction efficiency. Here, the fact that the diffraction efficiency has no or little wavelength dependence means that it is not a type that diffracts only a specific wavelength and does not diffract other wavelengths like a Lippmann hologram. The wavelength also means that it is diffracted, and the diffraction grating having no wavelength dependence of the diffraction efficiency diffracts at different diffraction angles depending on the wavelength.
【0027】このような構成であるので、ホログラムア
レー5の液晶表示素子6と反対側の面からその法線に対
して角度θをなして入射する白色のバックライト3を入
射させると、波長に依存して微小ホログラム5′による
回折角は異なり、各波長に対する集光位置はホログラム
アレー5面に平行な方向に分散される。その中の、赤の
波長成分はカラーフィルターセルR又は赤を表示する液
晶セル6′の位置に、緑の成分はカラーフィルターセル
G又は緑を表示する液晶セル6′の位置に、青の成分は
カラーフィルターセルB又は青を表示する液晶セル6′
の位置にそれぞれ回折集光するように、ホログラムアレ
ー5を構成配置することにより、それぞれの色成分は各
カラーフィルターセルR、G、B及びブラック・マトリ
ックス4でほとんど減衰されずに各液晶セル6′を通過
し、対応する位置の液晶セル6′の状態に応じた色表示
を行うことができる。なお、ホログラムアレー5へのバ
ックライト3の入射角度θは、ホログラム記録条件、ホ
ログラムアレー5の厚み、ホログラムアレー5と液晶表
示素子6との距離等の種々の条件により定まるものであ
る。With such a configuration, when the white backlight 3 which is incident at an angle θ with respect to the normal line from the surface of the hologram array 5 on the side opposite to the liquid crystal display element 6 is incident, the wavelength is changed. The diffraction angles of the minute holograms 5'are different depending on the wavelengths, and the focusing positions for each wavelength are dispersed in the direction parallel to the surface of the hologram array 5. Among them, the red wavelength component is at the position of the color filter cell R or the liquid crystal cell 6'displaying red, the green component is at the position of the color filter cell G or the liquid crystal cell 6'displaying green, and the blue component. Is a color filter cell B or a liquid crystal cell 6'displaying blue
By arranging the hologram array 5 so as to diffract and collect light at respective positions, the respective color components are hardly attenuated by the respective color filter cells R, G, B and the black matrix 4, and the respective liquid crystal cells 6 are arranged. It is possible to perform color display according to the state of the liquid crystal cell 6'at the corresponding position after passing through the ??? The incident angle θ of the backlight 3 on the hologram array 5 is determined by various conditions such as hologram recording conditions, the thickness of the hologram array 5, and the distance between the hologram array 5 and the liquid crystal display element 6.
【0028】このように、ホログラムアレー5をカラー
フィルターとして用いることにより、従来のカラーフィ
ルター用バックライトの各波長成分を無駄なく各色セル
へ入射させることができるため、その利用効率を大幅に
向上させることができる。As described above, by using the hologram array 5 as a color filter, each wavelength component of the conventional color filter backlight can be made incident on each color cell without waste, and the utilization efficiency thereof is greatly improved. be able to.
【0029】また、上記の第1の形態を変形したものも
考えられる。これを図2を参照にして説明する。図2の
同様の断面図を参照にして先に提案した第1の形態の変
形のカラーフィルターの原理と作用について説明する。
同図において、規則的に液晶セル6′に区切られた液晶
表示素子6のバックライト3入射側にすでに提案したホ
ログラムを用いたカラーフィルター30が離間して配置
される。液晶表示素子6背面には、各液晶セル6′と整
列した図16と同様なR、G、Bの着色セル1′及びそ
の間に設けられたブラック・マトリックス4からなるカ
ラーフィルター1が配置されるか、又は、着色セル1′
を省き、ブラック・マトリックス4のみが配置される。
以上の他、図示しない偏光板が液晶表示素子6の両側に
配置される。Further, a modification of the above-mentioned first form can be considered. This will be described with reference to FIG. The principle and operation of the previously proposed modified color filter of the first embodiment will be described with reference to the same sectional view of FIG.
In the figure, color filters 30 using holograms already proposed are spaced apart from each other on the incident side of the backlight 3 of the liquid crystal display element 6 which is regularly divided into liquid crystal cells 6 '. On the back surface of the liquid crystal display element 6, there are arranged color filters 1'of R, G, B colors similar to FIG. 16 aligned with the respective liquid crystal cells 6'and a color filter 1 consisting of a black matrix 4 provided therebetween. Or colored cell 1 '
Is omitted, and only the black matrix 4 is arranged.
In addition to the above, polarizing plates (not shown) are arranged on both sides of the liquid crystal display element 6.
【0030】先に提案した第1の形態の変形のカラーフ
ィルター30は、ホログラム27とマイクロレンズアレ
ー28とからなり、マイクロレンズアレー28を構成す
るマイクロレンズ28′は、R、G、Bの分色画素の繰
り返し周期、すなわち、液晶表示素子6の紙面内の方向
に隣接する3つの液晶セル6′の組各々に対応して、そ
の繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配置されて
いる。また、ホログラム27は、回折格子の作用をする
一様な干渉縞からなり、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
型ホログラムからなる。The color filter 30 of the modification of the first embodiment proposed above comprises a hologram 27 and a microlens array 28, and the microlens 28 'constituting the microlens array 28 is divided into R, G, and B components. Corresponding to the repeating period of the color pixels, that is, each set of three liquid crystal cells 6'adjacent to each other in the direction of the paper surface of the liquid crystal display element 6, they are arranged in an array at the same pitch as the repeating pitch. Further, the hologram 27 is formed of uniform interference fringes acting as a diffraction grating, and is formed of a transmission hologram such as a relief type, a phase type, or an amplitude type which has little or no wavelength dependence of diffraction efficiency.
【0031】このような構成であるので、ホログラム2
7の液晶表示素子6と反対側の面からその法線に対して
角度θをなしてバックライト3を入射させると、波長に
依存して異なる角度で回折され、ホログラム27の出射
側に分散される。ホログラム27の入射側又は出射側に
配置されたマイクロレンズ28′により、この分散され
た光は、その焦点面に波長毎に分離されて集光する。そ
の中の、赤の波長成分はカラーフィルターセルR又は赤
を表示する液晶セル6′の位置に、緑の成分はカラーフ
ィルターセルG又は緑を表示する液晶セル6′の位置
に、青の成分はカラーフィルターセルB又は青を表示す
る液晶セル6′の位置にそれぞれ回折集光するように、
カラーフィルター30を構成配置することにより、それ
ぞれの色成分は各カラーフィルターセルR、G、B及び
ブラック・マトリックス4でほとんど減衰されずに各液
晶セル6′を通過し、対応する位置の液晶セル6′の状
態に応じた色表示を行うことができる。なお、ホログラ
ム27へのバックライト3の入射角度θは、ホログラム
記録条件、ホログラム27の厚み、ホログラム27と液
晶表示素子6との距離等の種々の条件により定まるもの
である。Due to such a configuration, the hologram 2
When the backlight 3 is made incident from the surface of the liquid crystal display 7 on the side opposite to the liquid crystal display element 6 at an angle θ, the light is diffracted at different angles depending on the wavelength and dispersed on the exit side of the hologram 27. It By the microlens 28 'arranged on the incident side or the emitting side of the hologram 27, the dispersed light is separated into wavelengths and condensed on its focal plane. Among them, the red wavelength component is at the position of the color filter cell R or the liquid crystal cell 6'displaying red, the green component is at the position of the color filter cell G or the liquid crystal cell 6'displaying green, and the blue component. So as to diffract and collect at the position of the color filter cell B or the liquid crystal cell 6'displaying blue,
By arranging the color filters 30, the respective color components pass through the respective liquid crystal cells 6 ′ with almost no attenuation in the respective color filter cells R, G, B and the black matrix 4, and the liquid crystal cells at the corresponding positions. Color display can be performed according to the state of 6 '. The incident angle θ of the backlight 3 on the hologram 27 is determined by various conditions such as the hologram recording condition, the thickness of the hologram 27, and the distance between the hologram 27 and the liquid crystal display element 6.
【0032】このような配置において、ホログラム27
として、集光性でなく一様な干渉縞からなる回折効率の
波長依存性がないかもしくは少ない透過型ホログラムを
用いることができるため、ホログラム27をマイクロレ
ンズアレー28の各マイクロレンズ28′と位置合わせ
する必要がない点、及び、マイクロレンズアレー28の
ピッチが図16の従来の場合の3倍になり、作りやすく
かつ整列しやすい点に特長がある。In such an arrangement, the hologram 27
As a transmission hologram, which has no or little wavelength dependence of diffraction efficiency, which is not a light-collecting property and has uniform interference fringes, can be used, the hologram 27 is aligned with each microlens 28 ′ of the microlens array 28. The features are that they do not need to be aligned, and that the pitch of the microlens array 28 is three times that of the conventional case of FIG. 16, making it easy to fabricate and align.
【0033】次に、図3の同様の断面図を参照にして先
に提案した第2の形態のカラーフィルターの原理と作用
について説明する。同図において、規則的に液晶セル
6′に区切られた液晶表示素子6のバックライト3入射
側にすでに提案したカラーフィルターを構成するホログ
ラムアレー15が離間して配置される。液晶表示素子6
背面には、各液晶セル6′と整列した図16と同様な
R、G、Bの着色セル1′及びその間に設けられたブラ
ック・マトリックス4からなるカラーフィルター1が配
置されるか、又は、着色セル1′を省き、ブラック・マ
トリックス4のみが配置される。以上の他、図示しない
偏光板が液晶表示素子6の両側に配置される。Next, the principle and operation of the previously proposed second embodiment color filter will be described with reference to the same sectional view of FIG. In the figure, the hologram array 15 constituting the already proposed color filter is spaced apart on the side of the liquid crystal display element 6 on which the liquid crystal display element 6 is incident, which is regularly divided into the liquid crystal cells 6 '. Liquid crystal display element 6
On the back side, a color filter 1 composed of R, G, B colored cells 1 ′ similar to FIG. 16 aligned with each liquid crystal cell 6 ′ and a black matrix 4 provided between them is arranged, or The coloring cell 1'is omitted and only the black matrix 4 is arranged. In addition to the above, polarizing plates (not shown) are arranged on both sides of the liquid crystal display element 6.
【0034】ホログラムアレー15は、2枚のホログラ
ム16、17を重畳したものか、又は、1枚の感光材料
中に2つのホログラム16、17を二重に重ねて多重記
録されてなるものであり、R、G、Bの分色画素の繰り
返し周期、すなわち、液晶表示素子6の紙面内の方向に
隣接する3つの液晶セル6′の組各々に対応して、その
繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配置された微
小ホログラム15′からなっている。微小ホログラム1
5′は液晶表示素子6の紙面内の方向に隣接する3つの
液晶セル6′各組に整列して各々1個ずつ配置されてお
り、各微小ホログラム15′の中のホログラム16に属
する部分は、ホログラムアレー15にほぼ垂直に入射す
る白色のバックライト3の中の赤の波長成分を選択的に
回折して、その微小ホログラム15′に対応する3つの
液晶セル6′の組のカラーフィルターセルR又は赤を表
示する液晶セル6′の位置に集光するように波長選択性
のあるフレネルゾーンプレート状に形成されており、ま
た、各微小ホログラム15′の中のホログラム17に属
する部分は、ホログラムアレー15にほぼ垂直に入射す
る白色のバックライト3の中の青の波長成分を選択的に
回折して、その微小ホログラム15′に対応する3つの
液晶セル6′の組のカラーフィルターセルB又は青を表
示する液晶セル6′の位置に集光するように波長選択性
のあるフレネルゾーンプレート状に形成されている。こ
こで、波長選択性があるホログラムとは、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
は回折しないで透過させるタイプのものである。したが
って、液晶表示装置の背後からカラーフィルター15に
垂直に入射する白色のバックライト3の中の青の波長成
分の大部分は青色用ホログラム17により回折集光され
てカラーフィルターセルB又は青を表示する液晶セル
6′の位置に入射し、赤の波長成分の大部分は赤色用ホ
ログラム16により回折集光されてカラーフィルターセ
ルR又は赤を表示する液晶セル6′の位置に入射する。
ホログラム17、16により回折集光されない緑の成分
は、ホログラムアレー15を通過して直進し、カラーフ
ィルターセルR、G、B又はそれらの色を表示する液晶
セル6′に3分の1ずつ入射するが、カラーフィルター
セルR、Bに入射した分はその位置のフィルターにより
遮断され(カラーフィルターの着色セル1′を省く場合
は、緑成分が青及び赤を表示する液晶セル6′の位置に
入射してしまうので、以下に述べるホログラム3枚重ね
又は三重に多重記録する方がより彩度が上がる。)、カ
ラーフィルターセルG又は緑を表示する液晶セル6′の
位置にのみに実効的に入射する。それぞれの波長成分は
ほとんど減衰されずに各液晶セル6′を通過し、対応す
る位置の液晶セル6′の状態に応じた色表示を行うこと
ができる。なお、この代わりに、同様に波長選択性のあ
るフレネルゾーンプレート状の緑色用ホログラムをさら
に加えるか三重に多重記録して、3枚のホログラムそれ
ぞれにより対応するカラーフィルターセル又は液晶セル
6′へ対応する波長成分を回折集光させて入射させるよ
うにしてもよい、この場合は、ホログラムの枚数又は多
重記録の回数は増えるが、バックライト3の各波長成分
を無駄なく各色セルR、G、B又は液晶セル6′へ入射
させることができるため、その利用効率はさらに向上す
る。The hologram array 15 is formed by superimposing two holograms 16 and 17, or is formed by superposing two holograms 16 and 17 in a single layer on a single photosensitive material so as to be multi-recorded. , R, G, B, the repetition cycle of the color-separated pixels, that is, each set of three liquid crystal cells 6'adjacent to each other in the direction of the paper surface of the liquid crystal display element 6, is arrayed at the same pitch as the repetition pitch. It is composed of minute holograms 15 'arranged in a circle. Micro hologram 1
5'are arranged in alignment with each set of three liquid crystal cells 6'adjacent to each other in the direction of the plane of the liquid crystal display element 6, and one portion is arranged in each minute hologram 15 '. , A color filter cell of a set of three liquid crystal cells 6'corresponding to the minute hologram 15 'by selectively diffracting the red wavelength component in the white backlight 3 which is incident on the hologram array 15 almost vertically. It is formed in a Fresnel zone plate having wavelength selectivity so as to collect light at the position of the liquid crystal cell 6'displaying R or red, and the portion of each minute hologram 15 'belonging to the hologram 17 is: A set of three liquid crystal cells 6'corresponding to the minute hologram 15 'is selectively diffracted by selectively diffracting the blue wavelength component in the white backlight 3 which is incident on the hologram array 15 almost vertically. It is formed in the Fresnel zone plate-like with a wavelength selectivity so as to condense the position of the liquid crystal cell 6 'to display a color filter cell B or blue. Here, the hologram having wavelength selectivity is a type in which only a specific wavelength is diffracted and other wavelengths are transmitted without being diffracted, like a Lippmann hologram. Therefore, most of the blue wavelength component in the white backlight 3 which is vertically incident on the color filter 15 from the back of the liquid crystal display device is diffracted and condensed by the blue hologram 17 to display the color filter cell B or blue. Then, most of the red wavelength component is diffracted and condensed by the red hologram 16 and enters the color filter cell R or the position of the liquid crystal cell 6'displaying red.
The green component which is not diffracted and condensed by the holograms 17 and 16 passes straight through the hologram array 15 and is incident on the color filter cells R, G and B or the liquid crystal cell 6'displaying those colors one by one. However, the light incident on the color filter cells R and B is blocked by the filter at that position (when the colored cell 1'of the color filter is omitted, the green component is located at the position of the liquid crystal cell 6'which displays blue and red. Since it will be incident, the saturation will be higher if three holograms described below are overlapped or triple-recorded.), And it is effective only at the position of the color filter cell G or the liquid crystal cell 6'displaying green. Incident. The respective wavelength components pass through the respective liquid crystal cells 6'with almost no attenuation, and color display can be performed according to the state of the liquid crystal cells 6'at the corresponding positions. Instead of this, a Fresnel zone plate-shaped hologram for green, which also has wavelength selectivity, is additionally added or triple-recorded, and each of the three holograms corresponds to a corresponding color filter cell or liquid crystal cell 6 '. The wavelength components may be diffracted and condensed and made incident. In this case, although the number of holograms or the number of times of multiple recording increases, each wavelength component of the backlight 3 is not wasted and each color cell R, G, B is lost. Alternatively, since it can be made incident on the liquid crystal cell 6 ', its utilization efficiency is further improved.
【0035】ところで、上記の図3のものにおいては、
紙面内の方向に隣接する3つのカラーフィルターセル
R、G、B又は3つの液晶セル6′の組各々に対応し
て、フレネルゾーンプレート状の微小ホログラム15′
を整列して配置するものであったが、図2の場合と同
様、波長選択性がある一様な回折格子状のホログラムを
2ないし3枚重ねるか多重記録したものに同様のマイク
ロレンズアレーを組み合わせて、同様に、ホログラムの
回折の波長選択性を利用して、液晶表示用バックライト
の利用効率を大幅に向上させることができる。By the way, in the above-mentioned FIG. 3,
A Fresnel zone plate-shaped micro hologram 15 'corresponding to each set of three color filter cells R, G, B or three liquid crystal cells 6'adjacent to each other in the direction of the paper.
2 are arranged side by side, but as in the case of FIG. 2, a similar microlens array is formed on two or three holograms in the shape of a uniform diffraction grating having wavelength selectivity or superposed. Similarly, in combination, the wavelength selectivity of diffraction of the hologram can be utilized to significantly improve the utilization efficiency of the liquid crystal display backlight.
【0036】ところで、以上のようなホログラムカラー
フィルター5、30、15を背後から照明するための白
色バックライト3に要求される光束の平行度としては、
カラーフルターのR、G、Bの分色画素の2次元配置が
ストライプ型の場合は、同じ色の分色画素が並んだX方
向については±40°程度でもよいが、R、G、Bの分
色画素が周期的に繰り返すY方向については±10°以
下、望ましくは5°以下であることが好ましい。また、
R、G、Bの分色画素の2次元配置がデルタ型あるいは
その他の型の場合は、X、Y何れの方向にも±10°以
下、望ましくは5°以下であることが好ましい。さて、
このような平行度を有する白色バックライト3用の本発
明による奥行きが浅くコンパクトな平行光源の実施例に
ついて、以下に説明する。By the way, the parallelism of the luminous flux required for the white backlight 3 for illuminating the hologram color filters 5, 30 and 15 as described above is as follows.
When the two-dimensional arrangement of the R, G, and B color separation pixels of the color filter is a stripe type, it may be about ± 40 ° in the X direction where the color separation pixels of the same color are arranged, but In the Y direction in which the color separation pixels are periodically repeated, it is preferably ± 10 ° or less, more preferably 5 ° or less. Also,
When the two-dimensional arrangement of the R, G, and B color separation pixels is a delta type or other type, it is preferably ± 10 ° or less, preferably 5 ° or less in either X or Y direction. Now,
An embodiment of a shallow and compact parallel light source according to the present invention for the white backlight 3 having such parallelism will be described below.
【0037】先に出願した特願平5−12554号によ
る平行光源は、マイクロレンズアレーの各レンズの焦点
に、光ファイバーの先端、導波路の反射面に設けた微小
開口を微小二次光源として配置し、マイクロレンズアレ
ーからバックライト用の白色平行光を発生させるもので
あったが、図4の例では、マイクロレンズアレー31の
背後に特殊な導波路32を平行に配置する。この導波路
32は、高屈折率のコア33をなす平板の両側に低屈折
率のクラッド34を被覆してなるものであるが、マイク
ロレンズアレー31の二次元ピッチと同じピッチでマイ
クロレンズアレー31側のクラッド34に、周期的に高
屈折率部35が設けられている。この高屈折率部35の
屈性率はコア33の屈性率と同じかより高くしておく。
こうすると、白色光源10から導波路32の一端に導入
された光は、コア33とクラッド34の界面で全反射さ
れ、外部に漏れないで導波路32中をコア33に沿って
ガイドされるが、マイクロレンズアレー31側のクラッ
ド34の高屈折率部35からそのガイド光が外に漏れ、
その高屈折率部35が二次光源となる。したがって、こ
の各高屈折率部35をマイクロレンズアレー31の各レ
ンズの焦点に一致させることにより、マイクロレンズア
レー31前方に平行なバックライト3を発生させること
ができる。The parallel light source according to Japanese Patent Application No. 5-12554 filed previously is arranged at the focal point of each lens of the microlens array with a minute aperture provided at the tip of the optical fiber and the reflecting surface of the waveguide as a minute secondary light source. However, the white parallel light for backlight is generated from the microlens array, but in the example of FIG. 4, a special waveguide 32 is arranged in parallel behind the microlens array 31. The waveguide 32 is formed by coating a flat plate forming a core 33 having a high refractive index with a clad 34 having a low refractive index on both sides. The microlens array 31 has the same pitch as the two-dimensional pitch of the microlens array 31. The high-refractive index portions 35 are periodically provided on the side clad 34. The refractive index of the high refractive index portion 35 is set equal to or higher than the refractive index of the core 33.
In this way, the light introduced from the white light source 10 to one end of the waveguide 32 is totally reflected at the interface between the core 33 and the clad 34, and guided inside the waveguide 32 along the core 33 without leaking to the outside. , The guide light leaks out from the high refractive index portion 35 of the clad 34 on the microlens array 31 side,
The high refractive index portion 35 serves as a secondary light source. Therefore, by making each high refractive index portion 35 coincide with the focal point of each lens of the microlens array 31, the parallel backlight 3 can be generated in front of the microlens array 31.
【0038】この場合、コア33の材料として、透明で
光伝送性があり光散乱性がある、屈折率の異なる数十μ
m以下の大きさのドメインが相分離してなるブロックポ
リマー、ポリマーブレンドのような光散乱ポリマーを用
いると、損失なくかつ一様で輝度の高い二次光源が高屈
折率部35に得られ、より明るいバックライト3を発生
させることができる。In this case, the material of the core 33 is transparent and has a light transmitting property and a light scattering property, and has a different refractive index of several tens of μm.
When a light-scattering polymer such as a block polymer or a polymer blend in which domains having a size of m or less are phase-separated, a secondary light source with no loss and uniform brightness is obtained in the high refractive index portion 35. A brighter backlight 3 can be generated.
【0039】次に、図5の場合は、マイクロレンズアレ
ー31の背後に配置する導波路36として、透明板37
の両面に、マイクロレンズアレー31の二次元ピッチと
同じピッチで、かつ、両面で半ピッチずれて微小凸面3
8を設け、マイクロレンズアレー31側のその各レンズ
の焦点に一致される谷部39を除いて、両面にアルミニ
ウム等の金属反射層40を蒸着してなる導波路36を用
いる例である。この場合も、白色光源10から導波路3
6の一端に導入された光は、導波路36中を透明板37
に沿ってガイドされるが、マイクロレンズアレー31側
の金属反射層40間の谷部39からそのガイド光が外に
漏れ、その谷部39がバックライト3用の二次光源とな
る。しかも、この場合、微小凸面38表面に設けた金属
反射層40が集光面となり、より効率的に谷部39から
光が漏れることになる。なお、この場合にも、透明板3
7の材料として、透明で光伝送性があり光散乱性があ
る、屈折率の異なる数十μm以下の大きさのドメインが
相分離してなるブロックポリマー、ポリマーブレンドの
ような光散乱ポリマーを用いると、損失なくかつ一様で
輝度の高い二次光源が谷部39に得られ、より明るいバ
ックライト3を発生させることができる。In the case of FIG. 5, a transparent plate 37 is provided as a waveguide 36 arranged behind the microlens array 31.
On both sides of the micro-lens array 31 at the same pitch as the two-dimensional pitch and on both sides by a half pitch shift
8 is provided, and a waveguide 36 formed by vapor-depositing a metal reflection layer 40 of aluminum or the like on both surfaces is provided except for the valley portion 39 on the side of the microlens array 31 which coincides with the focal point of each lens. Also in this case, the white light source 10 to the waveguide 3
The light introduced to one end of the waveguide 6 passes through the waveguide 36 through the transparent plate 37.
The guide light leaks out from the valleys 39 between the metal reflection layers 40 on the microlens array 31 side, and the valleys 39 serve as a secondary light source for the backlight 3. Moreover, in this case, the metal reflection layer 40 provided on the surface of the minute convex surface 38 serves as a light condensing surface, and light is more efficiently leaked from the valley portion 39. In this case also, the transparent plate 3
As the material of 7, a light-scattering polymer such as a block polymer or a polymer blend, which is transparent and has a light-transmitting property and a light-scattering property, in which domains having different refractive indexes and having a size of several tens of μm or less are phase-separated is used. As a result, a secondary light source that is uniform and has high brightness without loss is obtained in the valley portion 39, and the brighter backlight 3 can be generated.
【0040】ところで、マイクロレンズアレーの各レン
ズの焦点に、光ファイバーの先端、導波路の反射面に設
けた微小開口、上記のような高屈折率部35、谷部39
等の微小二次光源の代わりに、直接微小一次光源を配置
するようにしても、奥行きが浅くコンパクトな平行光源
を構成することができる。以下、この微小一次光源をマ
イクロレンズアレーの背後に配置するいくつかの例を示
す。By the way, at the focal point of each lens of the microlens array, the tip of the optical fiber, the minute aperture provided in the reflecting surface of the waveguide, the high refractive index portion 35 and the valley portion 39 as described above.
Even if the minute primary light sources are directly arranged instead of such minute secondary light sources as described above, a compact parallel light source with a shallow depth can be configured. Below, several examples of arranging this minute primary light source behind the microlens array will be shown.
【0041】図6は、R、G、B各色の光を発光する3
つのLEDを近接して配置して構成した白色LED42
を基板41上にマイクロレンズアレー31の二次元ピッ
チと同じピッチで配置し、この白色LED42をマイク
ロレンズアレー31の各レンズの焦点に配置して平行光
の白色バックライト3を得るものである。FIG. 6 shows a case where light of each color of R, G and B is emitted 3
White LED 42 configured by arranging two LEDs close to each other
Are arranged on the substrate 41 at the same pitch as the two-dimensional pitch of the microlens array 31, and the white LEDs 42 are arranged at the focal points of the respective lenses of the microlens array 31 to obtain the white backlight 3 for parallel light.
【0042】図7は、ハロリン酸カルシウム等の白色蛍
光体44、又は、(Y,Ge)BO3 :Eu等のR色蛍
光体とZn2 SiO4 :Mn等のG色蛍光体とBaMg
Al14O23:Eu等のB色蛍光体とを混合した白色蛍光
体44を、基板43上にマイクロレンズアレー31の二
次元ピッチと同じピッチで配置し、この白色蛍光体44
をマイクロレンズアレー31の各レンズの焦点に配置し
て平行光の白色バックライト3を得るものである。FIG. 7 shows a white phosphor 44 such as calcium halophosphate, or an R color phosphor such as (Y, Ge) BO 3 : Eu and a G color phosphor such as Zn 2 SiO 4 : Mn and BaMg.
A white phosphor 44 mixed with a B color phosphor such as Al 14 O 23 : Eu is arranged on the substrate 43 at the same pitch as the two-dimensional pitch of the microlens array 31, and the white phosphor 44 is formed.
Is arranged at the focal point of each lens of the microlens array 31, and the white backlight 3 for parallel light is obtained.
【0043】図8は、マイクロレンズアレー31の二次
元ピッチと同じピッチを有するピンホールアレー47を
各ピンホールがマイクロレンズアレー31の各レンズの
焦点に位置するように配置し、このピンホールアレー4
7を介してその背後の基板46上に設けた白色蛍光体層
48からの白色光をマイクロレンズアレー31に入射さ
せ、平行光の白色バックライト3を得るものである。In FIG. 8, a pinhole array 47 having the same pitch as the two-dimensional pitch of the microlens array 31 is arranged so that each pinhole is located at the focal point of each lens of the microlens array 31. Four
The white light from the white phosphor layer 48 provided on the substrate 46 behind it is made incident on the microlens array 31 via 7 and the parallel backlight white backlight 3 is obtained.
【0044】図9は、上記のような白色蛍光体50をキ
セノンガス中に保ち、その両側から電極51、51で挟
んで、キセノンガスから発生した紫外線により白色蛍光
体50を発光させる薄膜蛍光体アレー52を、基板49
上にマイクロレンズアレー31の二次元ピッチと同じピ
ッチで配置し、この薄膜蛍光体アレー52をマイクロレ
ンズアレー31の各レンズの焦点に合わせて配置して平
行光の白色バックライト3を得るものである。FIG. 9 shows a thin film phosphor in which the white phosphor 50 as described above is kept in xenon gas, sandwiched by electrodes 51, 51 from both sides thereof, and the white phosphor 50 is made to emit light by ultraviolet rays generated from the xenon gas. Array 52, substrate 49
The thin-film phosphor array 52 is arranged at the same pitch as the two-dimensional pitch of the microlens array 31, and the thin-film phosphor array 52 is arranged so as to match the focal points of the lenses of the microlens array 31 to obtain the white backlight 3 for parallel light. is there.
【0045】先に出願した特願平5−12554号によ
る、マイクロレンズアレーの各レンズの焦点に、光ファ
イバーの先端、導波路の反射面に設けた微小開口を微小
二次光源として配置する場合、及び、上記の図4〜図9
の場合を含め、用いた微小凸レンズからなるマイクロレ
ンズアレーの代わりに、商品名セルフォックとして知ら
れている屈折率分布レンズ(GRINレンズ)をアレー
状に配置したGRINレンズアレーを用いてもよい。図
10は、光ファイバー53の先端を二次光源とする場合
にGRINレンズアレー54を用いる例を示すもので、
光ファイバー53の一端をGRINレンズアレー54の
各レンズの焦点に合わせて配置し、その他端を他の光フ
ァイバー53の他端と共にまとめて白色光源10前面に
配置し、白色光源10から各光ファイバー53の他端に
導入された光は、各光ファイバー53中をガイドされ、
各光ファイバー53の一端から出射した光はGRINレ
ンズアレー54の各GRINレンズにより平行光に変換
され、白色の平行バックライト3を得るものである。According to the Japanese Patent Application No. 5-125454 filed previously, when arranging the tip of the optical fiber and the minute aperture provided on the reflecting surface of the waveguide at the focal point of each lens of the microlens array as a minute secondary light source, And FIG. 4 to FIG. 9 described above.
In the case of, the GRIN lens array in which the gradient index lenses (GRIN lenses) known as trade name SELFOC are arranged in an array may be used instead of the microlens array including the micro-convex lenses used. FIG. 10 shows an example of using the GRIN lens array 54 when the tip of the optical fiber 53 is used as the secondary light source.
One end of the optical fiber 53 is arranged so as to match the focus of each lens of the GRIN lens array 54, and the other end is arranged together with the other end of the other optical fiber 53 on the front surface of the white light source 10. The light introduced at the end is guided through each optical fiber 53,
The light emitted from one end of each optical fiber 53 is converted into parallel light by each GRIN lens of the GRIN lens array 54, and the white parallel backlight 3 is obtained.
【0046】なお、図1及び図2のホログラムカラーフ
ィルター5、30のように、バックライト3をその法線
に対して角度θをなして入射させる必要がある場合は、
レンズアレー31、54の各レンズの焦点に配置すべき
一次光源ないし二次光源は、偏心して軸外れで配置すれ
ば、レンズアレー31、54はホログラムカラーフィル
ター5、30に平行に配置することができる。When it is necessary to make the backlight 3 incident at an angle θ with respect to the normal line, as in the hologram color filters 5 and 30 of FIGS. 1 and 2,
If the primary light source or the secondary light source to be arranged at the focal point of each lens of the lens arrays 31 and 54 is eccentrically arranged off-axis, the lens arrays 31 and 54 can be arranged parallel to the hologram color filters 5 and 30. it can.
【0047】以上は、平行光3を得るのにレンズアレー
31、54を用いる例であったが、次にルーバーを用い
て平行なバックライト3を得る例を図11に示す。ルー
バー55は、空気中又はガラス等の透明媒体中に光吸収
層56を僅かな間隔を置いて平行に一次元状又は二次元
状に配置したものであり、この光吸収層56に沿う直進
成分のみを通過させ、光吸収層56と交差する成分を吸
収して通過させないものである。したがって、ルーバー
55の一方の側に発光面積の大きな蛍光灯等の白色光源
57を配置すると、ルーバー55の他方の側にはその光
吸収層56が向いている方向の直進成分、すなわち、平
行光のみが得られるので、これを白色平行バックライト
3として利用することができる。The above is an example of using the lens arrays 31 and 54 to obtain the parallel light 3, but an example of obtaining the parallel backlight 3 using a louver is shown in FIG. The louver 55 is formed by arranging the light absorption layers 56 in parallel in a one-dimensional or two-dimensional manner in the air or a transparent medium such as glass at a slight interval, and the straight-advancing component along the light absorption layer 56. Only the component that passes through is absorbed, and the component that intersects with the light absorption layer 56 is absorbed and not passed through. Therefore, when a white light source 57 such as a fluorescent lamp having a large light emitting area is arranged on one side of the louver 55, a rectilinear component in the direction in which the light absorption layer 56 faces the other side of the louver 55, that is, parallel light. Since it is obtained, it can be used as the white parallel backlight 3.
【0048】また、奥行きの浅い平行光源を構成するた
めに、フレネル反射鏡を用いることもできる。図12は
放物面をフレネル反射鏡として構成した放物面フレネル
反射鏡58を用いる例を示す図であり、図(a)は平行
光源の断面図、図(b)は放物面フレネル反射鏡58の
平面図である。図に示すように、放物面フレネル反射鏡
58は、放物面反射鏡を多数の輪帯状の微小反射面59
に切断して断面が鋸の歯状になるように組み合わせてな
るもので、放物面反射鏡と同様に点状の白色光源10か
ら発散する光を平行光3に変換して反射するものであ
る。したがって、この反射光を白色平行バックライト3
として利用することができる。Further, a Fresnel reflecting mirror can be used to form a parallel light source having a shallow depth. 12A and 12B are views showing an example in which a parabolic Fresnel reflecting mirror 58 having a parabolic surface as a Fresnel reflecting mirror is used. FIG. 12A is a sectional view of a parallel light source, and FIG. It is a top view of the mirror 58. As shown in the figure, the parabolic Fresnel reflecting mirror 58 is a parabolic reflecting mirror having a large number of annular fine reflecting surfaces 59.
It is a combination of the cut white and the sawtooth-shaped cross section, and converts the light diverging from the point-shaped white light source 10 into parallel light 3 and reflects it like a parabolic reflector. is there. Therefore, this reflected light is reflected by the white parallel backlight 3
Can be used as
【0049】また、図13に断面図を示すように、ガラ
ス等の透明体からなるテーパー状導光体65の斜面に断
面鋸歯状の全反射フレネル面66を設け、焦線に配置し
た直線状白色光源11からの光を樋状のパラボラ反射鏡
12により平行光にして、テーパー状導光体65の側面
からこの平行光を導入し、全反射フレネル面66で前方
へ反射させ、テーパー状導光体65のもう1つの側面か
ら所定の角度θで射出させて白色平行バックライト3と
することができる。Further, as shown in the sectional view of FIG. 13, a total reflection Fresnel surface 66 having a sawtooth-shaped cross section is provided on the slope of the tapered light guide 65 made of a transparent material such as glass, and the linear shape is arranged at the focal line. The light from the white light source 11 is converted into parallel light by the gutter-shaped parabolic reflector 12, the parallel light is introduced from the side surface of the tapered light guide 65, and is reflected forward by the total reflection Fresnel surface 66 to guide the tapered light. The white parallel backlight 3 can be obtained by emitting light from the other side surface of the light body 65 at a predetermined angle θ.
【0050】さて、以上に提案したような平行光源の何
れかと、図1〜図3に示したようなホログラムカラーフ
ィルター5、30、15を用いた液晶表示装置とを組み
合わせて、カラー液晶表示装置を構成すると、以下のよ
うになる。なお、以下の説明において、図4〜図13に
示したような平行光源の何れかのものを平行光源60、
図1〜図3に示したような、液晶表示素子6、その背面
に整列して設けられたカラーフィルター1(又は、ブラ
ック・マトリックス4のみ)及びそれらの両側に配置さ
れた偏光板からなる表示パネルをLCDパネル61と呼
ぶことにする。また、ホログラムカラーフィルター5、
30、15(変形を含めて)の何れかをホログラムカラ
ーフィルター62と呼ぶことにする。A color liquid crystal display device is obtained by combining any one of the parallel light sources proposed above with a liquid crystal display device using the hologram color filters 5, 30, and 15 as shown in FIGS. Is configured as follows. In the following description, any one of the parallel light sources shown in FIGS.
As shown in FIGS. 1 to 3, a display comprising a liquid crystal display element 6, a color filter 1 (or only a black matrix 4) provided on the back surface of the liquid crystal display element, and polarizing plates arranged on both sides thereof. The panel will be referred to as LCD panel 61. Also, the hologram color filter 5,
Any one of 30 and 15 (including deformation) will be referred to as a hologram color filter 62.
【0051】図14(a)は、ホログラムカラーフィル
ター62が斜め方向からのバックライト3を必要とする
場合に、平行光源60としてその出射面から斜めの方向
に平行光3を出射させるものを利用する場合のカラー液
晶表示装置全体の構成を示す配置を示す図であり、平行
光源60側から順に、平行光源60、ホログラムカラー
フィルター62、LCDパネル61、拡散板63を平行
に配置して奥行きを浅く、全体の厚さを薄く構成するこ
とができる。なお、拡散板63は、LCDパネル61の
内部あるいはホログラムカラーフィルター62とLCD
パネル61の間に配置してもよい。In FIG. 14A, when the hologram color filter 62 requires the backlight 3 from an oblique direction, a parallel light source 60 that emits the parallel light 3 from the emitting surface in an oblique direction is used. FIG. 6 is a diagram showing an arrangement showing the overall configuration of the color liquid crystal display device in the case of performing a parallel light source 60, a hologram color filter 62, an LCD panel 61, and a diffusion plate 63 arranged in parallel from the side of the parallel light source 60 in order to reduce the depth. It is shallow and can be made thin in overall thickness. The diffusion plate 63 is provided inside the LCD panel 61 or the hologram color filter 62 and the LCD.
It may be arranged between the panels 61.
【0052】図14(b)は、ホログラムカラーフィル
ター62が斜め方向からのバックライト3を必要とする
場合に、平行光源60としてその出射面から垂直方向に
平行光3を出射させるものを利用する場合の同様の図で
あり、平行光源60、ホログラムカラーフィルター6
2、LCDパネル61、拡散板63の配置順は同図
(a)と同様であるが、平行光源60とホログラムカラ
ーフィルター62は平行でなく、その間にくさび状のス
ペースを配置しなければならない。その分、全体の厚さ
は若干厚くなる。In FIG. 14B, when the hologram color filter 62 requires the backlight 3 from an oblique direction, a parallel light source 60 that emits the parallel light 3 in the vertical direction from its emission surface is used. It is the same figure in a case, and is a parallel light source 60 and the hologram color filter 6.
2. The arrangement order of the LCD panel 61 and the diffusion plate 63 is the same as that shown in FIG. 9A, but the parallel light source 60 and the hologram color filter 62 are not parallel to each other, and a wedge-shaped space must be arranged between them. As a result, the overall thickness becomes slightly thicker.
【0053】図14(c)は、ホログラムカラーフィル
ター62が垂直方向からのバックライト3を必要とする
場合、又は、特願平5−225614号で提案したよう
に、屈折又は反射を用いた偏向光学素子を利用してバッ
クライト3をホログラムカラーフィルター61に垂直に
入射させる構成の場合に、平行光源60としてその出射
面から垂直方向に平行光3を出射させるものを利用する
場合の同様の図であり、平行光源60、ホログラムカラ
ーフィルター62、LCDパネル61、拡散板63の配
置順は同図(a)と同様である。この場合は、平行光源
60はホログラムカラーフィルター62に平行に配置で
き、同図(a)と同様に、奥行きを浅く、全体の厚さを
薄く構成することができる。FIG. 14C shows the case where the hologram color filter 62 requires the backlight 3 from the vertical direction, or the deflection using refraction or reflection as proposed in Japanese Patent Application No. 5-225614. In a case where the backlight 3 is vertically incident on the hologram color filter 61 by using an optical element, a similar diagram when a parallel light source 60 that emits the parallel light 3 in the vertical direction from its emission surface is used. The arrangement order of the parallel light source 60, the hologram color filter 62, the LCD panel 61, and the diffusion plate 63 is the same as that shown in FIG. In this case, the parallel light source 60 can be arranged parallel to the hologram color filter 62, and the depth can be made shallow and the overall thickness can be made thin, as in the case of FIG.
【0054】なお、本発明による平行光源60と組み合
わせた液晶表示装置は、ホログラムカラーフィルター6
2からの0次光を遮断してLCDパネル61に入射しな
いようにすることもできる。図15はその1つの手段を
示しており、ホログラムカラーフィルター62とLCD
パネル61の間、すなわち、ホログラムカラーフィルタ
ー62の射出側に、所定方向の光のみをカットする構成
の0次光遮断ルーバー64を配置する。このような構成
にすると、不要な光が観察側に達しないため明るくコン
トラストの高い表示ができる。The liquid crystal display device combined with the parallel light source 60 according to the present invention is a hologram color filter 6
It is also possible to block the 0th-order light from 2 and prevent it from entering the LCD panel 61. FIG. 15 shows one of the means, that is, the hologram color filter 62 and the LCD.
Between the panels 61, that is, on the exit side of the hologram color filter 62, a 0th-order light blocking louver 64 configured to cut only light in a predetermined direction is arranged. With such a configuration, since unnecessary light does not reach the viewing side, bright and high-contrast display can be performed.
【0055】以上、本発明の液晶表示装置用平行光源及
びそれを用いた液晶表示装置をいくつかの実施例に基づ
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。The parallel light source for a liquid crystal display device of the present invention and the liquid crystal display device using the same have been described above based on some embodiments, but the present invention is not limited to these embodiments and various modifications can be made. It is possible.
【0056】[0056]
【発明の効果】以上の説明から明らかなように、本発明
の液晶表示装置用平行光源によると、平行光源を奥行き
の浅い平板状に構成できるので、これをホログラムカラ
ーフィルターを採用した液晶表示装置に組み込むことに
より、奥行きが浅くコンパクトで視角が広く明るいカラ
ー液晶表示装置を構成することができる。As is apparent from the above description, according to the parallel light source for a liquid crystal display device of the present invention, the parallel light source can be formed in the shape of a flat plate having a shallow depth. Therefore, the parallel light source adopts a hologram color filter. Incorporation into a color liquid crystal display device having a shallow depth, a compact size, and a wide viewing angle can be configured.
【図1】先に提案した第1の形態のカラーフィルターの
原理と作用を説明するための断面図である。FIG. 1 is a cross-sectional view for explaining the principle and operation of a color filter of a first mode proposed above.
【図2】第1の形態の変形のカラーフィルターの原理と
作用を説明するための断面図である。FIG. 2 is a cross-sectional view for explaining the principle and operation of the modified color filter of the first embodiment.
【図3】先に提案した第2の形態のカラーフィルターの
原理と作用を説明するための断面図である。FIG. 3 is a cross-sectional view for explaining the principle and operation of the previously proposed second embodiment color filter.
【図4】本発明による平行光源の第1実施例の断面図で
ある。FIG. 4 is a sectional view of a first embodiment of a parallel light source according to the present invention.
【図5】本発明による平行光源の第2実施例の断面図で
ある。FIG. 5 is a sectional view of a second embodiment of a parallel light source according to the present invention.
【図6】本発明による平行光源の第3実施例の断面図で
ある。FIG. 6 is a sectional view of a third embodiment of a parallel light source according to the present invention.
【図7】本発明による平行光源の第4実施例の断面図で
ある。FIG. 7 is a sectional view of a fourth embodiment of a parallel light source according to the present invention.
【図8】本発明による平行光源の第5実施例の断面図で
ある。FIG. 8 is a sectional view of a fifth embodiment of a parallel light source according to the present invention.
【図9】本発明による平行光源の第6実施例の断面図で
ある。FIG. 9 is a sectional view of a sixth embodiment of a parallel light source according to the present invention.
【図10】本発明による平行光源の第7実施例の断面図
である。FIG. 10 is a sectional view of a seventh embodiment of a parallel light source according to the present invention.
【図11】本発明による平行光源の第8実施例の断面図
である。FIG. 11 is a sectional view of an eighth embodiment of a parallel light source according to the present invention.
【図12】本発明による平行光源の第9実施例の断面図
とそれに用いる放物面フレネル反射鏡の平面図である。FIG. 12 is a cross-sectional view of a ninth embodiment of a parallel light source according to the present invention and a plan view of a parabolic Fresnel reflector used therein.
【図13】本発明による平行光源の第10実施例の断面
図である。FIG. 13 is a sectional view of a tenth embodiment of a parallel light source according to the present invention.
【図14】本発明による液晶表示装置の構成例を示す断
面図である。FIG. 14 is a cross-sectional view showing a configuration example of a liquid crystal display device according to the present invention.
【図15】本発明によりホログラムカラーフィルターか
らの0次光を遮断する構成の液晶表示装置の断面図であ
る。FIG. 15 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device configured to block 0th order light from a hologram color filter according to the present invention.
【図16】マイクロレンズアレーを用いる従来例の断面
図である。FIG. 16 is a sectional view of a conventional example using a microlens array.
R、G、B…カラーフィルターセル、分色画素
1…カラーフィルター(吸収型:従来型)
1′…着色セル
3…バックライト
4…ブラック・マトリックス
5…ホログラムアレー(先の提案)
5′…微小ホログラム
6…液晶表示素子
6′…液晶セル
10…白色光源
11…直線状白色光源
12…パラボラ反射鏡
15…ホログラムアレー(カラーフィルター:先の提
案)
15′…微小ホログラム
16、17…ホログラム
27…ホログラム
28…マイクロレンズアレー
28′…マイクロレンズ
30…カラーフィルター(先の提案)
31…マイクロレンズアレー
32…導波路
33…コア
34…クラッド
35…高屈折率部
36…導波路
37…透明板
38…微小凸面
39…谷部
40…金属反射層
41…基板
42…白色LED
43…基板
44…白色蛍光体
46…基板
47…ピンホールアレー
48…白色蛍光体層
49…基板
50…白色蛍光体
51…電極
52…薄膜蛍光体アレー
53…光ファイバー
54…屈折率分布レンズ(GRINレンズ)アレー
55…ルーバー
56…光吸収層
57…白色光源
58…放物面フレネル反射鏡
59…微小反射面
60…平行光源
61…LCDパネル
62…ホログラムカラーフィルター
63…拡散板
64…0次光遮断ルーバー
65…テーパー状導光体
66…全反射フレネル面R, G, B ... Color filter cell, color separation pixel 1 ... Color filter (absorption type: conventional type) 1 '... Coloring cell 3 ... Backlight 4 ... Black matrix 5 ... Hologram array (previous proposal) 5' ... Micro hologram 6 ... Liquid crystal display element 6 '... Liquid crystal cell 10 ... White light source 11 ... Linear white light source 12 ... Parabolic reflector 15 ... Hologram array (color filter: previous proposal) 15' ... Micro hologram 16, 17 ... Hologram 27 ... Hologram 28 ... Microlens array 28 '... Microlens 30 ... Color filter (previous proposal) 31 ... Microlens array 32 ... Waveguide 33 ... Core 34 ... Cladding 35 ... High refractive index portion 36 ... Waveguide 37 ... Transparent plate 38 ... Micro convex surface 39 ... Valley 40 ... Metal reflective layer 41 ... Substrate 42 ... White LED 43 ... Substrate 44 ... White phosphor 4 Substrate 47 ... Pinhole array 48 ... White phosphor layer 49 ... Substrate 50 ... White phosphor 51 ... Electrode 52 ... Thin film phosphor array 53 ... Optical fiber 54 ... Gradient index lens (GRIN lens) array 55 ... Louver 56 ... Light Absorption layer 57 ... White light source 58 ... Parabolic Fresnel reflecting mirror 59 ... Micro reflecting surface 60 ... Parallel light source 61 ... LCD panel 62 ... Hologram color filter 63 ... Diffuser 64 ... Zero-order light blocking louver 65 ... Tapered light guide 66 ... Total reflection Fresnel surface
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 岡 素裕 東京都新宿区市谷加賀町一丁目1番1号 大日本印刷株式会社内 (72)発明者 鶴岡美秋 東京都新宿区市谷加賀町一丁目1番1号 大日本印刷株式会社内 (72)発明者 森 陽一 東京都新宿区市谷加賀町一丁目1番1号 大日本印刷株式会社内 (56)参考文献 特開 平6−230384(JP,A) 特開 平6−196130(JP,A) 特開 平5−273941(JP,A) 特開 平7−43679(JP,A) 特開 平6−235917(JP,A) 実開 平6−55133(JP,U) (58)調査した分野(Int.Cl.7,DB名) G02F 1/13357 F21V 8/00 G02B 6/00 ─────────────────────────────────────────────────── ─── Continuation of front page (72) Inventor Motohiro Oka 1-1-1, Ichigaya-Kagacho, Shinjuku-ku, Tokyo Within Dai Nippon Printing Co., Ltd. (72) Inventor Miaki Tsuruoka 1-chome, Ichigaya-Kagacho, Shinjuku-ku, Tokyo 1-1-1 Dai Nippon Printing Co., Ltd. (72) Inventor Yoichi Mori 1-1-1 Ichigayaka-cho, Shinjuku-ku, Tokyo Dai Nippon Printing Co., Ltd. (56) Reference JP-A-6-230384 (JP, A) JP-A-6-196130 (JP, A) JP-A-5-273941 (JP, A) JP-A-7-43679 (JP, A) JP-A-6-235917 (JP, A) -55133 (JP, U) (58) Fields surveyed (Int.Cl. 7 , DB name) G02F 1/13357 F21V 8/00 G02B 6/00
Claims (5)
焦点又はその軸外れ位置に配置された微小二次光源とか
らなり、前記微小二次光源は、高屈折率コアと低屈折率
クラッドからなる導波路の低屈折率クラッド中に設けた
高屈折率部からなり、前記導波路の一端に白色光源から
の光を導入して前記高屈折率部から漏れた光を前記微小
収束レンズアレーにより液晶表示装置に入射させるほぼ
平行な光に変換することを特徴とする液晶表示装置用平
行光源。1. A micro-converging lens array and a micro secondary light source arranged at the focal point of each micro lens or at an off-axis position thereof, wherein the micro secondary light source comprises a high refractive index core and a low refractive index clad. A high-refractive-index portion provided in a low-refractive-index clad of the waveguide. Light from a white light source is introduced into one end of the waveguide, and light leaked from the high-refractive-index portion is converted into liquid crystal by the minute converging lens array. A parallel light source for a liquid crystal display device, which converts light into substantially parallel light to enter a display device.
折分光して対応する色の分光画素に入射させるホログラ
ムカラーフィルターを用いた液晶表示装置用の平行光源
において、微小収束レンズアレーと各微小レンズの焦点
又はその軸外れ位置に配置された微小二次光源とからな
り、前記微小二次光源は、高屈折率コアと低屈折率クラ
ッドからなる導波路の低屈折率クラッド中に設けた高屈
折率部からなり、前記導波路の一端に白色光源からの光
を導入して前記高屈折率部から漏れた光を前記微小収束
レンズアレーによりホログラムカラーフィルターに入射
させるほぼ平行な光に変換することを特徴とする液晶表
示装置用平行光源。2. In a parallel light source for a liquid crystal display device, which uses a hologram color filter as a color filter for diffracting and splitting substantially parallel light into incident spectral pixels of a corresponding color, a micro-converging lens array and focal points of each micro-lens. Or a minute secondary light source arranged at an off-axis position thereof, wherein the minute secondary light source is a high refractive index portion provided in a low refractive index clad of a waveguide including a high refractive index core and a low refractive index clad. And introducing light from a white light source into one end of the waveguide to convert the light leaked from the high refractive index portion into substantially parallel light that is made incident on the hologram color filter by the minute converging lens array. A parallel light source for liquid crystal displays.
乱性があり、屈折率の異なるドメインが相分離してなる
光散乱ポリマーからなることを特徴とする請求項1又は
2記載の液晶表示装置用平行光源。Wherein the material of the high refractive index core, there is a clear light scattering, claim 1 or different domains of refractive index, comprising the light-scattering polymer obtained by phase separation
2. A parallel light source for a liquid crystal display device according to 2 .
の順で配置され、前記液晶表示パネルの入射側、前記液
晶表示パネルの内部、あるいは、前記液晶表示パネルの
出射側に拡散板が配置されてなり、前記平行光源とし
て、請求項1から3の何れか1項記載の液晶表示装置用
平行光源を用いたことを特徴とする液晶表示装置。4. A parallel light source and a liquid crystal display panel are arranged in this order from the light source side, and a diffusion plate is arranged on the incident side of the liquid crystal display panel, the inside of the liquid crystal display panel, or the exit side of the liquid crystal display panel. Ri Na is, and the parallel light source
A liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 3.
A liquid crystal display device using a parallel light source .
折分光して対応する色の分光画素に入射させるホログラ
ムカラーフィルター、液晶表示パネルの順で配置され、
前記液晶表示パネルの内部、前記ホログラムカラーフィ
ルターと前記液晶表示パネルの間、あるいは、前記液晶
表示パネルの出射側に拡散板が配置されてなり、前記平
行光源として、請求項1から3の何れか1項記載の液晶
表示装置用平行光源を用いたことを特徴とする液晶表示
装置。5. A parallel light source, a hologram color filter for diffracting and splitting substantially parallel light into a spectral pixel of a corresponding color, and a liquid crystal display panel are arranged in this order from the light source side.
Interior of the liquid crystal display panel, between the hologram color filter and the liquid crystal display panel, or Ri Na and diffuser plate is disposed on the exit side of the liquid crystal display panel, said flat
The liquid crystal according to claim 1, as a row light source.
A liquid crystal display device using a parallel light source for a display device.
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