JP3528994B2 - 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 - Google Patents

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。

【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。

【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。

【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）。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【００１１】

【００１２】

【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。

【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。

【００１６】

【００１７】

【００１８】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【図面の簡単な説明】

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【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。

【符号の説明】

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

───────────────────────────────────────────────────── 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

Claims (5)

(57)【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】 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。
2. 【請求項２】 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液晶表
   示装置用平行光源。
3. 【請求項３】 前記高屈折率コアの材料が、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。
4. 【請求項４】 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、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. 【請求項５】 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、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。