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JP2746263B2 - Color display - Google Patents
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JP2746263B2 - Color display - Google Patents

Color display

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JP2746263B2
JP2746263B2 JP8155249A JP15524996A JP2746263B2 JP 2746263 B2 JP2746263 B2 JP 2746263B2 JP 8155249 A JP8155249 A JP 8155249A JP 15524996 A JP15524996 A JP 15524996A JP 2746263 B2 JP2746263 B2 JP 2746263B2
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Description

【発明の詳細な説明】 【0001】 【発明の属する技術分野】本発明は液晶等の光変調素子
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】図1は従来の液晶を用いたフルカラー表
示装置の一例を示している。ガラス1,2上に電極5,
6を設け、液晶体7を駆動する。又カラー表示のため
(ロ)のような配置のカラーフイルタを有し下方から白
色光を投射することにより上方でカラー画像を得る。即
ち、下方の白色光源からの光を液晶がライ卜バルブとし
て働き、R,G,Bの各色画素の透過光を制御すること
によりフルカラー表示を実現するものである。この方式
は原理的には、液晶等の透過光量を電気的に制御する電
気光学素子とカラーフィルタ、光源の組み合わせにより
実現するものであり、発光型の表示体に比べてフルカラ
ー表示が容易にできることが特徴である。このライトバ
ルブ方式によるフルカラー表示については、例えば日経
エレク卜ロニクスl984年9月10日号、211ぺー
ジに詳細な説明があるので細かいことは省く。 【0003】この方式はフルカラー表示が容易に実現で
きるが、反面、バックライ卜(白色光源)の効率(消費
電力)やカラーフィルタ一の分光特性に大きく依存する
こととなる。例えばカラーフィルタとして染料を有機物
に染色して形成する方法にしても彩度を上げるために光
の吸収率をよくする(フィルタを暗くする)。その結果
バックライ卜の明るさを稼がねばならない。しかしこれ
は液晶の低電力性を犠牲にするものであり好ましくな
い。この欠陥はカラーフィルタが光の吸収によって色を
表現していることによる。 【0004】 【発明が解決しようとする課題】従って本発明の目的は
吸収によって色を発生するカラーフィルタに代えて、透
過率が高くかつ彩度の高い色表現の手段を提供すること
にある。 【0005】 【課題を解決するための手段】本発明は、複数の赤色光
用の画素、青色光用の画素、緑色光用の画素を有する単
一の液晶光変調素子を備えたカラー表示装置であって、
光源からの光を集光する複数のレンズと、前記複数のレ
ンズのそれぞれによって集光された光を、各々三原色の
光に分離して、対応する色光用の前記画素に導く複数の
分光手段とを備えてなることを特徴とする。 【0006】 【作用】本発明の基本概念図を図2に示す。ガラス1
0,11にスべーサ12を介して液晶16が封入されて
いる。勿論電極13,14はガラス10,11上に形成
されており、基本的には従来と同じである。基本的に異
なるのはカラーフィルタに代って、平面多画素分光板1
5を用いることにある。この分光板は、この図では液晶
パネルの外側に配置してあるが、ガラス11と兼用し
て、図1(イ)に近い形にするもとは可能である。この
平面多画素分光板15は、例えば下方からの白色光を
R,G,B成分に分波して、見かけ上図1(ロ)のよう
な平面配置を得る。この結果、従来、例えばR画素では
BとG成分を吸収してR成分のみ透過するので、BとG
成分は無駄になっている。一方本発明は、R,G,Bを
吸収なく分波によりR,G,Bの各画素を横成するの
で、同一の光量を入射した時の各画素の明るさが少なく
とも3倍、普通では約5倍明るくなる。 【0007】 【発明の実施の形態】 〔実施例1〕図3は、本発明の平面多画素分光板の一実
施例を示している。マイクロレンズアレイ22とそれに
対応するマイクロプリズムアレイ21、及び平面集積化
導波路20からできている。下方からの白色光はマイク
ロレンズアレイ22により光が中心方向に集束され、マ
イクロプリズムアレイ21に入射する。このプリズムア
レイでは波長による屈折率依存性によりR成分は曲がり
方が少なく、B成分は多くなる。従って分光された各成
分の位置に対応して、ロッドレンズアレイのような平面
集積化導波路20を置くと、この導波路の出口では白色
光がR,G,Bに分波された出力を得ることができ、こ
の方式は原理的にはこの光路中に何の吸収もない(ロス
がない)ので、従来のカラーフィルタより明るくなる。
この構成の基本はマイクロプリズムアレイ21を用いる
ことにあり、他の部分は効率を多少犠牲にすればなくて
もよいし、他の同等の働きをするものに置き代ることは
可能である。 【0008】ここに示す部品は主にプラスティック材料
をベースとすると容易に形成できる。材料はアクリル系
やポリカーボネイト系の樹脂であり、射出成形により形
づくる。この平面多画素分光板を上から見ると、R,
G,Bの色画素が形成され、これと画素を整合した液晶
表示体のようなライトバルブを重ねることにより、従来
より明るいカラー画像を再現できる。 【0009】〔実施例2〕もう一つの実施例を図4に示
す。マイクロレンズアレイ31と平面集積化導波路30
は、図3と同一であり、図3の例と同様、光の入射方向
が限定されていたり、見る方向が限定されている場合に
は省略したり、他のものに置き代えることができる。こ
の方式は分光ミラー34.35、及び両面ミラー32,
33からなる。まず入射した白色光は分光ミラー35に
よりR成分は反射し左方へ曲げられ両面ミラー32,3
3によりR画素へ出射する。一方B,G成分は分光ミラ
ー38を透過し、次の分光ミラー34に入射する。 【0010】この時G成分は分光ミラー34により左方
へ反射され、G成分として出射してゆく。一方B成分は
分光ミラー34を透過し、B成分として出射する。この
結果上方から観測すると入射した白色光が、R,G,B
の各成分に分波されて、細かい色画素を構成できる。こ
こに用いる分光ミラ一の基本的な構成は従来ダイクロイ
ックミラーと呼ばれているものと同一か、それよりやや
性能的に劣っていても十分である。ここに示す実施例の
平面他画素分光板はプラスティック材料により成形可能
である。例えば両面ミラー32,33はブロック36の
両面にアルミニウム等を蒸着すればよいし、ダイクロイ
ックミラー34,35はブロック37の両面に誘電体膜
を形成することにより得られる。 【0011】そして、ブロック36,37を合成するこ
とにより平面集積化分光板を実現することができる。以
上の実施例で示したように、RGBの各成分を分波分光
する作用を有する素子を平面上に複数個集積化した平面
多画素分光板を用いることにより、入射光をロスなく透
過させることができ、その結果、従来と同一の明るさの
フルカラー表示装置を得ようとすると、バックライトの
明るさを従来の約1/5にできる。この値は、通常の室
内光でも可能な範囲、すなわち受光型のフルカラー表示
が実現可能な範囲にある。又、従来と同一の明るさのバ
ックライトを用いれば、従来の5倍の明るさが得られる
ことは言うまでもない。 【0012】 【発明の効果】以上説明したように、本発明は、複数の
赤色光用の画素、青色光用の画素、緑色光用の画素を有
する単一の液晶光変調素子を備えたカラー表示装置であ
って、光源からの光を集光する複数のレンズと、前記複
数のレンズのそれぞれによって集光された光を、各々三
原色の光に分離して、対応する色光用の前記画素に導く
複数の分光手段と備えてなることにより、光の利用効率
を向上させることができ、また、色のにじみやコントラ
ストの低下を防ぐことができるため、画像が明るく画質
の高いカラー表示装置を得ることが可能となる。
Description: BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a color display device using a light modulation element such as a liquid crystal. [0002] Figure 1 full color table using the conventional liquid crystal
1 shows an example of a display device . Electrodes 5 on glass 1, 2
6 is provided, and the liquid crystal body 7 is driven. In addition, a color filter having the arrangement shown in (b) for color display is provided, and a white image is projected from below to obtain a color image from above. That is, the liquid crystal acts as a light valve using the light from the lower white light source to control the transmitted light of the R, G, and B color pixels, thereby realizing a full-color display. In principle, this method is realized by a combination of an electro-optical element that electrically controls the amount of transmitted light such as liquid crystal, a color filter, and a light source. Is the feature. The details of the full-color display by the light valve system are described in, for example, Nikkei Electronics, September 10, 1984, page 211, page 211, so that the details are omitted. Although this method can easily realize full-color display, it greatly depends on the efficiency (power consumption) of the backlight (white light source) and the spectral characteristics of the color filter. For example, even when a color filter is formed by dyeing an organic substance with a dye, the light absorption is improved (the filter is darkened) in order to increase the saturation. As a result, the brightness of the backlight must be gained. However, this sacrifices the low power of the liquid crystal and is not preferred. This defect is due to the fact that the color filter expresses a color by absorbing light. SUMMARY OF THE INVENTION Accordingly, an object of the present invention is to provide a means for expressing colors with high transmittance and high saturation, instead of a color filter that generates colors by absorption. SUMMARY OF THE INVENTION The present invention provides a color display device having a single liquid crystal light modulation element having a plurality of red light pixels, blue light pixels, and green light pixels. And
A plurality of lenses for condensing light from the light source, and a plurality of spectroscopic means for separating the light condensed by each of the plurality of lenses into light of three primary colors and leading the light to the pixel for the corresponding color light, It is characterized by comprising. FIG. 2 shows a basic conceptual diagram of the present invention. Glass 1
Liquid crystals 16 are sealed at 0 and 11 via a spacer 12. Of course, the electrodes 13 and 14 are formed on the glass 10 and 11, and are basically the same as the conventional one. The fundamental difference is that instead of the color filter, the flat multi-pixel spectral plate 1
5 is to be used. Although the light-splitting plate is disposed outside the liquid crystal panel in this figure, the light-splitting plate can be formed into a shape close to that shown in FIG. The flat multi-pixel dispersing plate 15 separates, for example, white light from below into R, G, and B components, and apparently obtains a planar arrangement as shown in FIG. As a result, conventionally, for example, the R pixel absorbs the B and G components and transmits only the R component.
The ingredients are wasted. On the other hand, in the present invention, since each pixel of R, G, and B crosses by demultiplexing without absorbing R, G, and B, the brightness of each pixel when the same amount of light is incident is at least three times, usually, About 5 times brighter. [Embodiment 1] FIG. 3 shows an embodiment of a flat multi-pixel spectral plate of the present invention. It consists of a microlens array 22, a corresponding microprism array 21, and a planar integrated waveguide 20. The white light from below is converged toward the center by the microlens array 22 and enters the microprism array 21. In this prism array, the R component bends less and the B component increases due to the refractive index dependence of the wavelength. Accordingly, when a planar integrated waveguide 20 such as a rod lens array is placed in accordance with the position of each component separated, white light is separated into R, G, and B outputs at the exit of this waveguide. This scheme is brighter than conventional color filters, since in principle there is no absorption (no loss) in this optical path.
The basis of this configuration lies in the use of the microprism array 21. The other portions do not have to sacrifice some efficiency, and can be replaced with other devices having the same function. The components shown here can be easily formed based primarily on plastic materials. The material is an acrylic or polycarbonate resin, which is formed by injection molding. Looking at this planar multi-pixel spectral plate from above, R,
G and B color pixels are formed, and by overlapping a light valve such as a liquid crystal display in which the pixels are aligned with the color pixels, a color image brighter than before can be reproduced. [Embodiment 2] FIG. 4 shows another embodiment. Microlens array 31 and planar integrated waveguide 30
3 is the same as that in FIG. 3, and when the incident direction of light is limited or the viewing direction is limited, as in the example of FIG. 3, it can be omitted or replaced with another one. This method uses a spectral mirror 34.35 and a double-sided mirror 32,
33. First, the incident white light reflects the R component by the spectroscopic mirror 35 and is bent to the left, so that the double-sided mirrors 32, 3
The light is emitted to the R pixel by 3. On the other hand, the B and G components pass through the spectral mirror 38 and enter the next spectral mirror 34. At this time, the G component is reflected to the left by the spectroscopic mirror 34 and exits as a G component. On the other hand, the B component passes through the spectral mirror 34 and is emitted as the B component. As a result, when observed from above, the incident white light is R, G, B
Are separated into the respective components, so that a fine color pixel can be formed. The basic configuration of the spectroscopic mirror used here is the same as that of a conventional dichroic mirror, or it is sufficient even if the performance is slightly inferior. The flat-panel and other-pixel dispersing plate of the embodiment shown here can be formed of a plastic material. For example, the double-sided mirrors 32 and 33 may be obtained by depositing aluminum or the like on both sides of the block 36, and the dichroic mirrors 34 and 35 may be obtained by forming dielectric films on both sides of the block 37. By combining the blocks 36 and 37, a planar integrated spectral plate can be realized. As shown in the above embodiment, the incident light can be transmitted without loss by using a planar multi-pixel spectral plate in which a plurality of elements having the function of demultiplexing and separating each component of RGB are integrated on a plane. As a result, in order to obtain a full-color display device having the same brightness as the conventional one, the brightness of the backlight can be reduced to about 1/5 of the conventional one. This value is in a range that can be achieved with ordinary room light, that is, a range in which light-receiving type full-color display can be realized. If a backlight having the same brightness as the conventional one is used, it is needless to say that five times the brightness of the conventional one can be obtained. As described above, the present invention is directed to a color display having a single liquid crystal light modulation element having a plurality of red light pixels, blue light pixels, and green light pixels. In a display device, a plurality of lenses for condensing light from a light source, and the light condensed by each of the plurality of lenses is separated into light of three primary colors, respectively, to the pixels for corresponding color light. By providing a plurality of light-splitting means for guiding, it is possible to improve the light use efficiency and to prevent color bleeding and decrease in contrast, so that a color display device with a bright image and high image quality is obtained. It becomes possible.

【図面の簡単な説明】 【図1】(イ)カラーフィルタを用いた従来のフルカラ
ー表示装置の実現例を示す図、(ロ)カラーフイルタを
示す図。 【図2】 本発明の液晶ライトバルプを用いた表示体の
基本構成図。 【図3】 本発明に用いる平面多画素分光板の一構成例
を示す図。 【図4】 本発明に用いる平面多画素分光板の他の実現
例を示す図。 【符号の説明】 1,2,10,11・・・ガラス 5,6,13,14・・・駆動電極 7,16・・・・・液晶 4・・・・・カラーフィルタ 17・・・・ライトバルプ 15・・・・平面多面素分光板 20,30・平面集積化導波路 21・・・・マイクロブリズムアレイ 22,31・マイクロレンズアレイ
BRIEF DESCRIPTION OF THE DRAWINGS FIG. 1 (a) conventional full color using a color filter
-A diagram showing an example of realizing the display device , and (b) a diagram showing a color filter. FIG. 2 is a basic configuration diagram of a display using a liquid crystal light valve of the present invention. FIG. 3 is a diagram showing a configuration example of a flat multi-pixel spectral plate used in the present invention. FIG. 4 is a diagram showing another example of realizing a flat multi-pixel spectral plate used in the present invention. [Description of Signs] 1, 2, 10, 11 ... Glass 5, 6, 13, 14 ... Driving electrodes 7, 16 ... Liquid crystal 4 ... Color filter 17 ... Light bulb 15: Planar polyhedral element dispersing plates 20, 30 Planar integrated waveguide 21: Microbrism arrays 22, 31, Micro lens array

Claims (1)

(57)【特許請求の範囲】 1.複数の赤色光用の画素、青色光用の画素、緑色光用
の画素を有する単一の液晶光変調素子を備えたカラー表
示装置であって、 光源からの光を集光する複数のレンズと、前記複数のレ
ンズのそれぞれによって集光された光を、各々三原色の
光に分離して、対応する色光用の前記画素に導く複数の
分光手段とを備えてなることを特徴とするカラー表示装
置。 2.請求項1において、前記分光手段はプリズムを備え
てなることを特徴とするカラー表示装置。 3.請求項1において、前記分光手段は分光ミラーを備
えてなることを特徴とするカラー表示装置。 4.請求項3において、前記分光手段は2つの分光ミラ
ーと1つの反射ミラーとを備えることを特徴とするカラ
ー表示装置。
(57) [Claims] A color display device including a single liquid crystal light modulation element having a plurality of pixels for red light, a pixel for blue light, and a pixel for green light, and a plurality of lenses for condensing light from a light source. A color display device comprising: a plurality of light splitting means for separating light condensed by each of the plurality of lenses into light of three primary colors, respectively, and leading the light to the pixel for a corresponding color light. . 2. 2. A color display device according to claim 1, wherein said spectral means comprises a prism. 3. 2. The color display device according to claim 1, wherein the spectral unit includes a spectral mirror. 4. 4. The color display device according to claim 3, wherein said light splitting means includes two light splitting mirrors and one reflection mirror.
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