JP3568064B2

JP3568064B2 - Liquid crystal display using hologram color filter

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Publication number: JP3568064B2
Application number: JP31235995A
Authority: JP
Inventors: 豪堀田
Original assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Current assignee: Dai Nippon Printing Co Ltd
Priority date: 1995-11-30
Filing date: 1995-11-30
Publication date: 2004-09-22
Anticipated expiration: 2015-11-30
Also published as: JPH09152588A

Description

【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置に関し、特に、画素密度が高くなってもホログラムカラーフィルターが使用可能な液晶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】
このような状況に鑑み、本出願人は、特願平５−１２１７０号等において、液晶表示用バックライト等の利用効率を大幅に向上させるために、ホログラムを利用したカラーフィルター及びそれを用いた液晶表示装置を提案した。
【０００８】
さらに、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を投影型に変更して、スクリーン上で明るいカラー映像を表示する液晶投影表示装置も、特願平５−２４２２９２号等において提案した。
【０００９】
以下、簡単に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及び液晶投影表示装置について説明する。
まず、図４の断面図を参照にして第１のタイプ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ついて説明する。同図において、規則的に液晶セル６′（画素）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′の間に設けられたブラック・マトリックス４が配置される。以上の他、図示しない偏光板がホログラムアレー５の入射側と液晶表示素子６の射出側に配置される。なお、ブラック・マトリックス４の間には、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。
【００１０】
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の中心の液晶セルＧ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回折格子は、波長に応じて異なる回折角で回折する。
【００１１】
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、赤の波長成分は赤を表示する液晶セルＲの位置に、緑の成分は緑を表示する液晶セルＧの位置に、青の成分は青を表示する液晶セルＢ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。
【００１２】
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吸収なく各液晶セル６′へ入射させることができるため、その利用効率を大幅に向上させることができる。
【００１３】
次に、図５の断面図を参照にして第２のタイプ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ついて説明する。同図において、第２のタイプのホログラムカラーフィルター１０は、ホログラム７と集光性マイクロレンズアレー８とからなり、マイクロレンズアレー８を構成するマイクロレンズ８′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７は、回折格子の作用をする平行で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。液晶表示素子６背面には、各液晶セル６′の間に設けられたブラック・マトリックス４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。なお、ブラック・マトリックス４の間には、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。
【００１４】
このような構成であるので、ホログラム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７の射出側に分散される。ホログラム７の入射側又は出射側に配置されたマイクロレンズ８′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、赤の波長成分は赤を表示する液晶セルＲの位置に、緑の成分は緑を表示する液晶セルＧの位置に、青の成分は青を表示する液晶セルＢ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１０を構成配置することにより、それぞれの色成分はブラック・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。
【００１５】
このような配置において、ホログラム７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７をマイクロレンズアレー８の各マイクロレンズ８′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８のピッチが各液晶セル６′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点に特長がある。
【００１６】
また、図４及び図５に示したような構成のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置をそのまま用いて直視型の液晶表示装置として、あるいは、投影表示用の空間光変調素子として利用して液晶投影表示装置として用いることができる。図６は図４の液晶表示装置を液晶投影表示装置として構成する場合の断面図であり（図５の場合も同様）、ホログラムアレー５の入射側に近接あるいは一体に第１の偏光板１２が、液晶表示素子６の射出側に近接あるいは一体に第２の偏光板１３が配置されている。そして、このカラー液晶表示装置１１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３によって照明され、カラー液晶表示装置１１で変調された表示像は、液晶表示装置１１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、明るい投影像を得ることができる。
【００１７】
上記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においては、ブラック・マトリック４を含む液晶表示素子６は、実際には、例えば図７に断面を示すように、液晶表示素子６は、例えば、２枚のガラス基板２１、２２の間に挟持されたツイストネマチック等の液晶層２５からなり、バックライト側のガラス基板２１の内表面には、ブラック・マトリック４と一様な透明対向電極２３が設けられ、表示面側のガラス基板２２の内表面には液晶セルＲ、Ｇ、Ｂ毎に独立に透明画素電極２４と不図示のＴＦＴが設けられている。また、電極２３、２４の液晶層２５側には不図示の配向層も設けられて構成されている。そして、バックライト側のガラス基板２１に近接あるいは接着されて基板２６の液晶表示素子６側表面に設けられたホログラムカラーフィルター５あるいは１０が配置され、基板２６のバックライト側に偏光板１２が、液晶表示素子６の観察側ガラス基板２２外表面に偏光板１３がそれぞれ貼り付けられており、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。このような液晶表示素子６の画素毎に透明画素電極２４と透明対向電極２３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、カラー表示が可能となっている。
【００１８】
【発明が解決しようとする課題】
ところで、近年、液晶表示装置において、より高解像のものが要求されており、画素密度のより高いものが要求されている。それに伴ってホログラムカラーフィルター５、１０のピッチもより小さなものが要求されるが、特に、ホログラムカラーフィルター５の場合、ピッチが小さくなると、その原理上、微小ホログラム５′の焦点距離（ホログラム面から集光点までの距離）も短くせざるを得ない。仮に、ピッチが小さくなっても焦点距離を一定に維持するとすると、バックライト３の平行度に対する要求がより厳しくなり現実的ではない。
【００１９】
ところで、図７に示したような液晶表示素子６において、ガラス基板２１、２２の厚さは一定に設定されており、その厚さより薄くすることは受入れられない。それにも係わらず、ホログラムカラーフィルター５のピッチが小さくなり、その要素ホログラム５′の焦点距離が短くなると、ガラス基板２１の厚さより要素ホログラム５′の焦点距離が短くなり、分光された光の集光点の平面がブラック・マトリック４よりバックライト側となってしまい、隣接する画素から別の色を表す波長の成分が混入することになり、カラー液晶表示装置の色再現性が悪くなり、明るさも悪化してしまう。
【００２０】
本発明は従来技術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、画素密度が高くなるのに伴ってホログラムカラーフィルターの分光集光要素の焦点距離が液晶表示素子のガラス基板の厚さより短くなり、色分離性が悪化するのを防止した液晶表示装置を提供することである。
【００２１】
【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第１のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置は、少なくもバックライト側透明基板と表示側透明基板と両基板間に挟まれた液晶層とを備えた液晶表示素子と、その照明光入射側に設けられ、要素集光性ホログラムのアレーからなり、その各要素集光性ホログラムが、ホログラム記録面の法線に対して所定の角度をなして入射する照明光をホログラム記録面に略沿う方向に波長分散させて分光するホログラムカラーフィルター、あるいは、平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格子とその入射側あるいは射出側に配置された要素集光性レンズのアレーとからなり、その平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格子と要素集光性レンズの複合体各々が、ホログラム又は回折格子の記録面の法線に対して所定の角度をなして入射する照明光をホログラム又は回折格子の記録面に略沿う方向に波長分散させて分光するホログラムカラーフィルターと、前記ホログラムカラーフィルターに前記の所定の角度で照明光を入射させる照明光源とからなる液晶表示装置であって、前記の液晶表示素子のバックライト側透明基板の厚さが、前記の要素集光性ホログラムあるいは平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格子と要素集光性レンズの複合体の焦点距離より厚い液晶表示装置において、前記の液晶表示素子のバックライト側透明基板の内部に前記ホログラムカラーフィルターにより波長分散された回折光の赤成分、緑成分、青成分それぞれの波長域のみを開口を通して別々に通過させるブラック・マトリックスを備えていることを特徴とするものである。
【００２３】
本発明の第２のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置は、少なくもバックライト側透明基板と表示側透明基板と両基板間に挟まれた液晶層とを備えた液晶表示素子と、その照明光入射側に設けられ、要素集光性ホログラムのアレーからなり、その各要素集光性ホログラムが、ホログラム記録面の法線に対して所定の角度をなして入射する照明光をホログラム記録面に略沿う方向に波長分散させて分光するホログラムカラーフィルター、あるいは、平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格子とその入射側あるいは射出側に配置された要素集光性レンズのアレーとからなり、その平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格子と要素集光性レンズの複合体各々が、ホログラム又は回折格子の記録面の法線に対して所定の角度をなして入射する照明光をホログラム又は回折格子の記録面に略沿う方向に波長分散させて分光するホログラムカラーフィルターと、前記ホログラムカラーフィルターに前記の所定の角度で照明光を入射させる照明光源とからなる液晶表示装置であって、前記の液晶表示素子のバックライト側透明基板の厚さが、前記の要素集光性ホログラムあるいは平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格子と要素集光性レンズの複合体の焦点距離より厚い液晶表示装置において、前記照明光源からの照明光中の少なくとも赤成分と緑成分の間、緑成分と青成分の間の波長域をカットするフィルター手段を備えていることを特徴とするものである。
【００２４】
この場合、フィルター手段は、赤成分より長い波長域、青成分より短い波長域をカットする特性も備えていることが望ましい。
【００２５】
本発明の第３のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置は、少なくもバックライト側透明基板と表示側透明基板と両基板間に挟まれた液晶層とを備えた液晶表示素子と、その照明光入射側に設けられ、要素集光性ホログラムのアレーからなり、その各要素集光性ホログラムが、ホログラム記録面の法線に対して所定の角度をなして入射する照明光をホログラム記録面に略沿う方向に波長分散させて分光するホログラムカラーフィルター、あるいは、平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格子とその入射側あるいは射出側に配置された要素集光性レンズのアレーとからなり、その平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格子と要素集光性レンズの複合体各々が、ホログラム又は回折格子の記録面の法線に対して所定の角度をなして入射する照明光をホログラム又は回折格子の記録面に略沿う方向に波長分散させて分光するホログラムカラーフィルターと、前記ホログラムカラーフィルターに前記の所定の角度で照明光を入射させる照明光源とからなる液晶表示装置であって、前記の液晶表示素子のバックライト側透明基板の厚さが、前記の要素集光性ホログラムあるいは平行で一様な干渉縞からなるホログラム又は回折格子と要素集光性レンズの複合体の焦点距離より厚い液晶表示装置において、前記の液晶表示素子のバックライト側透明基板は、透明板と板状の等倍正立像を結像する１対１結像光学系との積層体からなることを特徴とするものである。
【００２６】
この場合、１対１結像光学系としては、屈折率分布レンズアレーからなることが望ましい。
【００２７】
なお、本発明には、これらの液晶表示装置に用いられる液晶表示素子及びその液晶表示素子用のバックライト側透明基板の層構成も含まれる。
【００２８】
本発明においては、液晶表示素子のバックライト側透明基板の内部にホログラムカラーフィルターにより波長分散された回折光の赤成分、緑成分、青成分それぞれの波長域のみを開口を通して別々に通過させるブラック・マトリックスを備えるか、照明光源からの照明光中の少なくとも赤成分と緑成分の間、緑成分と青成分の間の波長域をカットするフィルター手段を備えるか、又は、液晶表示素子のバックライト側透明基板を透明板と板状の等倍正立像を結像する１対１結像光学系との積層体から構成するので、画素密度が高くなってホログラムカラーフィルターの分光集光要素の焦点距離が液晶表示素子のバックライト側ガラス基板の厚さより短くなっても、色分離性が悪化するのが防止でき、色再現性良く明るいカラー表示が可能になる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置を実施例に基づいて説明する。
本発明において、ホログラムカラーフィルターの分光集光要素の焦点距離が液晶表示素子のガラス基板の厚さより短くなり、色分離性が悪化するのを防止するのに、３つの原理を用いる。その第１のものは、液晶表示素子のバックライト側ガラス基板の内部にブラック・マトリックスを設けて、その位置にホログラムカラーフィルターで分光された光を集光させるようにするものである。
【００３０】
図１にこのような液晶表示素子６を用いた液晶表示装置の断面図を示す。なお、この図は、液晶投影表示装置として構成した場合の図であるが、フィールドレンズ１７、投影レンズ１８、スクリーン１９を省いて直視型の液晶表示装置として用いることができる。また、この図では、図４の第１のタイプのホログラムカラーフィルター５を用いているが、この代わりに図５の第２のタイプのホログラムカラーフィルター１０を用いても同様である。以下の他の例においても同様である。
【００３１】
この原理による液晶表示装置の液晶表示素子６においては、ブラック・マトリックス４を、図７の従来のように、バックライト側ガラス基板２１の液晶層２５側表面に設けるのではなく、その内部に設けている。すなわち、比較的薄い２枚の透明ガラス２１１と２１２の間にブラック・マトリックス４を設けて一体に接着してバックライト側ガラス基板２１として構成し、その透明ガラス２１２側の表面に一様な透明対向電極２３を設け、その上に不図示の配向層を設ける。他方の表示面側ガラス基板２２には液晶セルＲ、Ｇ、Ｂ毎に独立に透明画素電極２４と不図示のＴＦＴとを設け、その上に不図示の配向層を同様に設ける。両ガラス基板２１、２２を電極２３、２４が対向するように配置してそれらの間にツイストネマチック等の液晶層２５を挟持することにより、液晶表示素子６が構成される。そのバックライト側に、基板２６上に設けられたホログラムカラーフィルター５をホログラムカラーフィルター５側で接着し、そのパネルの両側にバックライト側偏光板１２と観察側偏光板１３を例えばそれらの透過軸が相互に直交するように貼り付けて液晶表示装置が構成される。
【００３２】
このような構成において、透明ガラス２１１の厚さは、ホログラムカラーフィルター５で分光された光の集光位置がブラック・マトリックス４の位置になるように選ばれる。言葉を代えるなら、バックライト側ガラス基板のバックライト側表面から内部のブラック・マトリックスまでの距離は、ホログラムカラーフィルター５の要素ホログラム５′の焦点距離以下に選択される。
【００３３】
このように構成すると、ホログラムカラーフィルター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の各波長に対する集光位置はホログラムアレー５面に平行なブラック・マトリックス４の面に略一致し、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの色成分はブラック・マトリックス４でほとんど減衰されずに液晶層２５を通過し、対応する位置の画素状態に応じて色再現性が良く明るい色表示が行われる。
【００３４】
このような液晶表示装置を、図６のように、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３によって照明するようにし、かつその表示側近傍にフィールドレンズ１７を配置し、投影レンズ１８によりスクリーン１９上に表示像を拡大投影する場合は、その物体面をブラック・マトリックス４の面近傍になるように焦点を合わせると明るく解像度のよいカラー像を投影することができる。
【００３５】
このような液晶表示装置の具体的な構成例を２つ示す。第１例は、バックライト側ガラス基板２１の厚さを１．１ｍｍ、Ｒ、Ｇ、Ｂ各画素のピッチを４５μｍ（要素ホログラム５′のピッチは３倍になる。）とすると、要素ホログラム５′の最適な焦点距離は０．５ｍｍになる。そこで、厚さ０．５ｍｍの２枚の石英ガラス２１１と２１２の一方の表面に通常の方法でクロムからなるブラック・マトリックス４を形成し、その上に他方の石英ガラスを重ね、周辺を接着して、合計厚さ約１．１ｍｍのバックライト側ガラス基板２１とし、その後、通常の方法でバックライト側ガラス基板２１、表示面側ガラス基板２２それぞれに透明対向電極２３、透明画素電極２４とＴＦＴを設け、その上に配向層を設けて、両ガラス基板２１、２２の間にツイストネマチック液晶層２５を挟持して液晶表示素子６とした。次に、０．５ｍｍの石英ガラス基板２６上のフォトポリマー層に焦点距離０．５ｍｍのホログラムカラーフィルター５を複製し、ホログラムカラーフィルター５側でバックライト側ガラス基板２１に貼り合わせた。そして、図１の配置で、±４°の平行度のメタルハライドランプからのバックライト３を用いて投影評価をしたところ、次の表に示すように、顔料分散カラーフィルターを用いた場合と同等の色で約４倍の明るさになった。

【００３６】
もう１つの具体例は、バックライト側ガラス基板２１の厚さを１．１ｍｍ、Ｒ、Ｇ、Ｂ各画素のピッチを４０μｍ（要素ホログラム５′のピッチは３倍になる。）とすると、要素ホログラム５′の最適な焦点距離は０．５ｍｍになる。そこで、厚さ０．５ｍｍの２枚の無アルカリガラス（コーニング社７０５９）２１１と２１２の一方の表面に通常の方法でクロムからなるブラック・マトリックス４を形成し、その上に他方の無アルカリガラスを重ね、周辺を接着してバックライト側ガラス基板２１とし、次に、０．５ｍｍの無アルカリガラス（コーニング社７０５９）基板２６上のフォトポリマー層に焦点距離０．５ｍｍのホログラムカラーフィルター５を複製したものの表面にバリアー層（フォトポリマー層に接着剤の溶剤、モノマー、可塑剤等が拡散するのを防ぐ層）を設けたものを、ホログラムカラーフィルター５側でバックライト側ガラス基板２１に接着し、合計厚さ約１．６ｍｍの一方の複合基板とし、その後、通常の方法でこの複合基板と表示面側ガラス基板２２それぞれに透明対向電極２３、透明画素電極２４とＴＦＴを設け、その上に配向層を設けて、両基板の間にツイストネマチック液晶層２５を挟持して液晶表示素子６とした。そして、図１の配置で、±４°の平行度のメタルハライドランプからのバックライト３を用いて投影評価をしたところ、次の表に示すように、顔料分散カラーフィルターを用いた場合と同等の色で約３倍以上の明るさになった。

なお、この場合、何れかの透明ガラス２１１、２１２の表面にブラック・マトリックス４を形成し、また、一方の透明ガラス２１１の表面に基板２６上にホログラムカラーフィルター５とバリアー層を設けたものを接着し、その後に両透明ガラス２１１、２１２を重ねて接着するようにしてもよい。
【００３７】
次に、ホログラムカラーフィルター５の要素ホログラム５′の焦点距離が液晶表示素子６のバックライト側ガラス基板２１の厚さより短くなり、色分離性が悪化するのを防止するための本発明による第２のものの原理は、ブラック・マトリックス４でカットすべき波長帯域の成分をホログラムカラーフィルター５に入射させる前あるいは後にバックライトから除くようにして、ブラック・マトリックス４を不要にして省くものである。
【００３８】
すなわち、ブラック・マトリックス４によりＲ、Ｇ、Ｂの画素へ選択的に透過させている波長域は、概ね、Ｒ：６００〜７００ｎｍ，Ｇ：５３０〜５８０ｎｍ，Ｂ：４３０〜４９０ｎｍの波長範囲であり、また、ブラック・マトリックス４によりカットしている波長域は、概ね、４９０〜５３０ｎｍ，５８０〜６００ｎｍの波長域である。そこで、バックライト３からこの波長域４９０〜５３０ｎｍ，５８０〜６００ｎｍの成分を除いておくと、ブラック・マトリックス４によりＲ、Ｇ、Ｂの各色成分を分離する作用は不要になり、省くことができる。この場合は、図２に示すように、一様な透明対向電極２３を設け、その上に不図示の配向層を設けた、ホログラムカラーフィルター５の要素ホログラム５′の焦点距離以上の厚さのバックライト側ガラス基板２１と、Ｒ、Ｇ、Ｂ毎に独立に透明画素電極２４と不図示のＴＦＴとを設けその上に不図示の配向層を設けた表示面側ガラス基板２２とを、電極２３、２４が対向するように配置して、それらの間にツイストネマチック等の液晶層２５を挟持することにより、液晶表示素子６が構成される。そのバックライト側に、基板２６上に設けられたホログラムカラーフィルター５をホログラムカラーフィルター５側で接着し、そのパネルの両側にバックライト側偏光板１２と観察側偏光板１３を例えばそれらの透過軸が相互に直交するように貼り付けて液晶表示装置が構成される。そして、ホログラムカラーフィルター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をなして入射させるバックライト３中の概ね４９０〜５３０ｎｍ，５８０〜６００ｎｍの波長域、及び、短波長側の不要波長域である波長４３０ｎｍ以下の紫外線、長波長側の不要波長域である７００ｎｍ以上の赤外線をカットする特性を有する１枚又は複数枚からなるカットフィルター３０をバックライト３光路中に配置する。この配置位置は、図２の位置に限定されず、バックライト光源から観察者に到る光路中の何れの位置でもよい。
【００３９】
このように構成すると、ホログラムカラーフィルター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の各波長に対する集光位置は、バックライト側ガラス基板２１中のホログラムアレー５面に平行な面上となるが、そのＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの色成分は相互に分離されて液晶層２５の対応する画素域に達し、その位置の画素状態に応じて色再現性が良く明るい色表示が行われる。
【００４０】
このような液晶表示装置を、図６のように、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３によって照明するようにし、かつその表示側近傍にフィールドレンズ１７を配置し、投影レンズ１８によりスクリーン１９上に表示像を拡大投影する場合は、その物体面をホログラムカラーフィルター５の集光面近傍になるように焦点を合わせると明るく解像度のよいカラー像を投影することができる。
【００４１】
この液晶表示装置の具体的な構成例を２つ示す。第１例は、バックライト側ガラス基板２１の厚さを１．１ｍｍ、Ｒ、Ｇ、Ｂ各画素のピッチを４５μｍ（要素ホログラム５′のピッチは３倍になる。）とすると、要素ホログラム５′の最適な焦点距離は０．５ｍｍになる。そこで、厚さ１．１ｍｍの結晶化ガラス（日本電気硝子（株）ネオセラムＮ−０）をバックライト側ガラス基板２１とし、通常の方法でバックライト側ガラス基板２１、表示面側ガラス基板２２それぞれに透明対向電極２３、透明画素電極２４とＴＦＴを設け、その上に配向層を設けて、両ガラス基板２１、２２の間にツイストネマチック液晶層２５を挟持して液晶表示素子６とした。次に、０．５ｍｍの石英ガラス基板２６上のフォトポリマー層に焦点距離０．５ｍｍのホログラムカラーフィルター５を複製し、ホログラムカラーフィルター５側でバックライト側ガラス基板２１に貼り合わせた。そして、４９０〜５３０ｎｍ，５８０〜６００ｎｍ、４３０ｎｍ以下、７００ｎｍ以上の波長をカットする４枚のフィルターを組み合わせて構成したカットフィルター３０を±４°の平行度のメタルハライドランプからのバックライト３中に配置して投影評価をしたところ、次の表に示すように、顔料分散カラーフィルターを用いた場合と同等の色で約４倍の明るさになった。この場合、図１に関する第１例の場合より色が良好であった。

【００４２】
もう１つの具体例は、バックライト側ガラス基板２１の厚さを１．１ｍｍ、Ｒ、Ｇ、Ｂ各画素のピッチを４０μｍ（要素ホログラム５′のピッチは３倍になる。）とすると、要素ホログラム５′の最適な焦点距離は０．５ｍｍになる。そこで、厚さ１．１ｍｍの厚さの無アルカリガラス（コーニング社７０５９）をバックライト側ガラス基板２１とし、０．５ｍｍの無アルカリガラス（コーニング社７０５９）基板２６上のフォトポリマー層に焦点距離０．５ｍｍのホログラムカラーフィルター５を複製したものの表面にバリアー層（フォトポリマー層に接着剤の溶剤、モノマー、可塑剤等が拡散するのを防ぐ層）を設けたものを、ホログラムカラーフィルター５側でバックライト側ガラス基板２１に接着し、合計厚さ約１．６ｍｍの一方の複合基板とし、その後、通常の方法でこの複合基板と表示面側ガラス基板２２それぞれに透明対向電極２３、透明画素電極２４とＴＦＴを設け、その上に配向層を設けて、両基板の間にツイストネマチック液晶層２５を挟持して液晶表示素子６とした。そして、４９０〜５３０ｎｍ，５８０〜６００ｎｍ、４３０ｎｍ以下、７００ｎｍ以上の波長をカットする４枚のフィルターを組み合わせて構成したカットフィルター３０を±４°の平行度のメタルハライドランプからのバックライト３中に配置して投影評価をしたところ、次の表に示すように、顔料分散カラーフィルターを用いた場合と同等の色で約３倍以上の明るさになった。

【００４３】
次に、ホログラムカラーフィルター５の要素ホログラム５′の焦点距離が液晶表示素子６のバックライト側ガラス基板２１の厚さより短くなり、色分離性が悪化するのを防止するための本発明による第３のものの原理は、バックライト側ガラス基板２１中に等倍正立像を結像する屈折率分布レンズ（ＧＲＩＮレンズ）アレーのような１対１結像光学系を組み込んで、ホログラムカラーフィルター５の焦点距離がバックライト側ガラス基板２１の厚さより薄い分を補償するようにするものである。
【００４４】
この場合は、図３に示すように、バックライト側ガラス基板２１の構成を除いては、図７の従来例と同様である。すなわち、液晶表示素子６は、２枚のガラス基板２１、２２の間に挟持されたツイストネマチック等の液晶層２５からなり、バックライト側のガラス基板２１の内表面には、ブラック・マトリック４と一様な透明対向電極２３が設けられ、表示面側のガラス基板２２の内表面には液晶セルＲ、Ｇ、Ｂ毎に独立に透明画素電極２４と不図示のＴＦＴが設けられている。また、電極２３、２４の液晶層２５側には不図示の配向層も設けられて構成されている。そして、バックライト側のガラス基板２１に近接あるいは接着されて基板２６の液晶表示素子６側表面に設けられたホログラムカラーフィルター５あるいは１０が配置され、基板２６のバックライト側に偏光板１２が、液晶表示素子６の観察側ガラス基板２２外表面に偏光板１３がそれぞれ貼り付けられており、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。
【００４５】
そして、バックライト側ガラス基板２１は、図３の場合、バックライト側に配置されたホログラムカラーフィルター５の要素ホログラム５′の焦点距離以下の厚さの透明ガラス２１１と、これの表示面側に一体に設けられた等倍正立像を結像するＧＲＩＮレンズ３１のアレーからなるＧＲＩＮレンズアレー板２１３とからなる。この等倍正立像を結像するＧＲＩＮレンズ３１は、その入射側の面での光線の状態をそのまま射出側の面に移すことができるため、図３の場合は、ＧＲＩＮレンズアレー板２１３の入射側の面にホログラムカラーフィルター５で分光された光の集光位置を一致させると、その射出側の面に集光させるのと同じ作用になるので、ホログラムカラーフィルター５の焦点距離がバックライト側ガラス基板２１全体の厚さより短くても、その足らない分がＧＲＩＮレンズアレー板２１３で補償されたことになる。したがって、ＧＲＩＮレンズアレー板２１３の射出側の面（バックライト側ガラス基板２１の液晶層２５側の面）にブラック・マトリックス４を配置すれば、ホログラムカラーフィルター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の各波長に対する集光位置はブラック・マトリックス４の面になり、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの色成分はブラック・マトリックス４でほとんど減衰されずに液晶層２５を通過し、対応する位置の画素状態に応じて色再現性が良く明るい色表示が行われる。なお、ＧＲＩＮレンズ３１の配列ピッチは、ホログラムカラーフィルター５あるいはブラック・マトリックス４の配列ピッチと無関係でよい。
【００４６】
なお、透明ガラス２１１とＧＲＩＮレンズアレー板２１３の位置関係は反対でもよく、また、透明ガラス２１１を２枚に分割してＧＲＩＮレンズアレー板２１３の両側に配置しても同様の作用をする。
【００４７】
また、この原理の場合も、液晶表示素子６を組み立ててからバックライト側ガラス基板２１上に、基板２６上に設けたホログラムカラーフィルター５を貼り付けてもよく、液晶表示素子６を組み立てる前に透明ガラス２１１とＧＲＩＮレンズアレー板２１３からなるバックライト側ガラス基板２１にその表面にバリアー層を介するか介しないで（バックライト側ガラス基板２１にフォトポリマー層を設けてホログラムカラーフィルター５を複製する場合は必ずしもバリアー層は必要ない。）ホログラムカラーフィルター５を設けておいてもよい。また、ブラック・マトリックス４は、液晶表示素子６を組み立てる前にバックライト側ガラス基板２１表面に設けられる。
【００４８】
以上、本発明のホログラムカラーフィルターを用いた液晶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。
【００４９】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明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よると、液晶表示素子のバックライト側透明基板の内部にホログラムカラーフィルターにより波長分散された回折光の赤成分、緑成分、青成分それぞれの波長域のみを開口を通して別々に通過させるブラック・マトリックスを備えるか、照明光源からの照明光中の少なくとも赤成分と緑成分の間、緑成分と青成分の間の波長域をカットするフィルター手段を備えるか、又は、液晶表示素子のバックライト側透明基板を透明板と板状の等倍正立像を結像する１対１結像光学系との積層体から構成するので、画素密度が高くなってホログラムカラーフィルターの分光集光要素の焦点距離が液晶表示素子のバックライト側ガラス基板の厚さより短くなっても、色分離性が悪化するのが防止でき、色再現性良く明るいカラー表示が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による第１の原理によるホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の１実施例の断面図である。
【図２】本発明による第２の原理によるホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の１実施例の断面図である。
【図３】本発明による第３の原理によるホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の１実施例の断面図である。
【図４】第１のタイプのホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の概略断面図である。
【図５】第２のタイプのホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置の概略断面図である。
【図６】図４の液晶表示装置を用いた液晶投影表示装置の断面図である。
【図７】従来の液晶表示素子の断面図である。
【符号の説明】
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（ホログラムカラーフィルター）
６…液晶表示素子
５′…微小ホログラム
６′…液晶セル
７…ホログラム
８…集光性マイクロレンズアレー
８′…マイクロレンズ
９…ガラス基板
１０…ホログラムカラーフィルター
１１…カラー液晶表示装置
１２…第１の偏光板
１３…第２の偏光板
１４…照明装置
１５…メタルハライドランプ（線光源）
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
２１…バックライト側ガラス基板
２２…表示面側ガラス基板
２３…透明対向電極
２４…透明画素電極
２５…液晶層
２６…基板
３０…カットフィルター
３１…ＧＲＩＮレンズ
２１１、２１２…透明ガラス
２１３…ＧＲＩＮレンズアレー板[0001]
TECHNICAL FIELD OF THE INVENTION
The present invention relates to a liquid crystal display device using a hologram color filter, and more particularly to a liquid crystal display device that can use a hologram color filter even when the pixel density is high.
[0002]
[Prior art]
2. Description of the Related Art Conventionally, in a color liquid crystal display device using an absorption color filter using a pigment, a dye or the like, a backlight is indispensable for display. However, if white light is simply irradiated from behind the color liquid crystal display device, its utilization efficiency is very low. The main reasons are as follows.
[0003]
{Circle around (1)} The area occupied by the black matrix other than the cells of each color is large, and light hitting it is wasted.
{Circle around (2)} Of the white light incident on each pixel, the color components passing through the R (red), G (green), and B (blue) color filters are limited, and other complementary color components are wasted. Would.
(3) There is a loss due to absorption by the color filter.
[0004]
In order to solve such a problem, for example, a microlens array is installed in front of the color filter, and the backlight of white light is focused on the color filter cells R, G, and B, respectively. 2. Description of the Related Art A method for increasing the utilization efficiency has been conventionally known.
[0005]
However, even with this method, it is impossible to irradiate the white light 3 to each of the color filter cells R, G, and B in a spectral manner, so that the above-mentioned problem (2) cannot be solved.
[0006]
Further, a liquid crystal projector in which the use efficiency of light is improved by using three dichroic mirrors and a microlens array without using such a color filter is proposed in Japanese Patent Application Laid-Open No. H4-60538. In this case, the above-mentioned absorption color filters using pigments, dyes, etc. become unnecessary, and the above-mentioned problems (1) to (3) are solved, and the brightness of the color image is improved, but three dichroic mirrors are required. Because of the necessity, the optical system and the device become large and bulky. In addition, there is a problem that the cost becomes high.
[0007]
In view of such a situation, the present applicant has disclosed a color filter using a hologram and a color filter using the hologram in Japanese Patent Application No. 5-12170 and the like in order to greatly improve the use efficiency of a backlight for a liquid crystal display and the like. A liquid crystal display was proposed.
[0008]
Further, a liquid crystal display device using such a hologram color filter is changed to a projection type, and a liquid crystal projection display device for displaying a bright color image on a screen has been proposed in Japanese Patent Application No. 5-242292.
[0009]
Hereinafter, a liquid crystal display device and a liquid crystal projection display device using such a hologram color filter will be briefly described.
First, a liquid crystal display device using a hologram color filter of the first type will be described with reference to the sectional view of FIG. In the figure, a hologram array 5 constituting a color filter is spaced apart on the backlight 3 incident side of a liquid crystal display element 6 regularly partitioned into liquid crystal cells 6 '(pixels). On the back of the liquid crystal display element 6, a black matrix 4 provided between the liquid crystal cells 6 'is arranged. In addition to the above, polarizing plates (not shown) are arranged on the incident side of the hologram array 5 and on the exit side of the liquid crystal display element 6. In addition, between the black matrix 4, similarly to the conventional color liquid crystal display device, an absorption type color filter that transmits light of colors corresponding to R, G, and B color separation pixels is additionally arranged. You may do so.
[0010]
The hologram array 5 has a repetition cycle of R, G, and B color separation pixels, that is, a repetition pitch and a repetition pitch corresponding to each set of three liquid crystal cells 6 ′ adjacent to each other in the direction of the liquid crystal display element 6 in the paper plane. It consists of micro holograms 5 'arranged in an array at the same pitch, and the micro holograms 5' are arranged one by one in 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. Each of the micro holograms 5 ′ emits green component light in the backlight 3, which enters at an angle θ with respect to the normal of the hologram array 5, to three light beams corresponding to the micro hologram 5 ′. It is formed in a Fresnel zone plate shape so as to converge on the liquid crystal cell G at the center of the color separation pixels R, G, B. The minute hologram 5 'is formed of a transmission hologram such as a relief type, a phase type, and an amplitude type, which has little or no wavelength dependence of diffraction efficiency. Here, the fact that there is no or little wavelength dependence of the diffraction efficiency means that only a specific wavelength is diffracted and other wavelengths hardly diffract as in a Lippmann hologram. The diffraction grating having a small wavelength dependence of the diffraction efficiency diffracts at different diffraction angles according to the wavelength.
[0011]
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 opposite to the liquid crystal display element 6 is incident, depending on the wavelength, The diffraction angles of the minute holograms 5 'are different, and the condensing positions for each wavelength are dispersed in a direction parallel to the surface of the hologram array 5. Among them, the red wavelength component is located at the position of the liquid crystal cell R displaying red, the green component is located at the position of the liquid crystal cell G displaying green, and the blue component is located at the position of the liquid crystal cell B displaying blue. By arranging the hologram array 5 so as to diffract and condense, each color component passes through each liquid crystal cell 6 'with almost no attenuation by the black matrix 4 and the liquid crystal cell 6' at the corresponding position Color display according to the state can be performed. The incident angle θ of the backlight 3 to the hologram array 5 is determined by various conditions such as a hologram recording condition, a thickness of the hologram array 5, a distance between the hologram array 5 and the liquid crystal display element 6, and the like.
[0012]
As described above, by using the hologram array 5 as a color filter, each wavelength component of the conventional backlight for a color filter can be incident on each liquid crystal cell 6 ′ without waste and without absorption, so that the use efficiency is greatly improved. Can be improved.
[0013]
Next, a liquid crystal display device using a hologram color filter of the second type will be described with reference to the sectional view of FIG. In the figure, a hologram color filter 10 of the second type comprises a hologram 7 and a condensing microlens array 8, and microlenses 8 'constituting the microlens array 8 perform R, G, B color separation. The pixels are arranged in an array at the same pitch as the repetition period of the pixels, that is, the 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. The hologram 7 is formed of a parallel and uniform interference fringe acting as a diffraction grating, and is formed of a transmission hologram such as a relief type, a phase type, or an amplitude type having little or no wavelength dependence of diffraction efficiency. On the back of the liquid crystal display element 6, a black matrix 4 provided between the liquid crystal cells 6 'is arranged. In addition to the above, polarizing plates (not shown) are arranged on both sides of the liquid crystal display element 6. In addition, between the black matrix 4, similarly to the conventional color liquid crystal display device, an absorption type color filter that transmits light of colors corresponding to R, G, and B color separation pixels is additionally arranged. You may do so.
[0014]
With this configuration, when the backlight 3 is made incident on the hologram 7 from the surface of the hologram 7 opposite to the liquid crystal display element 6 at an angle θ with respect to the normal, the light is diffracted at different angles depending on the wavelength. Are dispersed on the exit side of the hologram 7. By the microlenses 8 'arranged on the incident side or the exit side of the hologram 7, the dispersed light is separated and focused on the focal plane for each wavelength. Among them, the red wavelength component is located at the position of the liquid crystal cell R displaying red, the green component is located at the position of the liquid crystal cell G displaying green, and the blue component is located at the position of the liquid crystal cell B displaying blue. By arranging the color filter 10 so as to diffract and condense, each color component passes through each liquid crystal cell 6 ′ with almost no attenuation by the black matrix 4, and the liquid crystal cell 6 ′ at the corresponding position is Color display according to the state can be performed.
[0015]
In such an arrangement, as the hologram 7, a transmission type hologram having a small wavelength dependence of diffraction efficiency consisting of uniform interference fringes instead of a light-collecting property can be used. There is no need to align with the lens 8 ', and the pitch of the microlens array 8 is three times that of the conventional case where one microlens is arranged corresponding to each liquid crystal cell 6', making it easy to manufacture. The feature is that it is easy to align.
[0016]
Further, a liquid crystal display device using a hologram color filter having a configuration as shown in FIGS. 4 and 5 is used as it is, as a direct-view type liquid crystal display device, or as a spatial light modulation device for projection display. It can be used as a projection display device. FIG. 6 is a cross-sectional view of the case where the liquid crystal display device of FIG. 4 is configured as a liquid crystal projection display device (the same applies to the case of FIG. 5), in which the first polarizing plate 12 is provided near or integrally with the incident side of the hologram array 5. A second polarizing plate 13 is arranged near or integrally with the emission side of the liquid crystal display element 6. The color liquid crystal display device 11 is illuminated by a white parallel backlight 3 from an illumination device 14 composed of, for example, a combination of a metal halide lamp 15 and a parabolic mirror 16, and is modulated by the color liquid crystal display device 11. The image is enlarged by a projection lens 18 via a field lens 17 arranged near the liquid crystal display device 11 and is enlarged and formed on a screen 19, so that a bright projected image can be obtained.
[0017]
In the liquid crystal display device using the hologram color filter as described above, the liquid crystal display element 6 including the black matrix 4 is actually, for example, as shown in a cross section in FIG. It consists of a liquid crystal layer 25 such as twisted nematic sandwiched between two

glass substrates

21 and 22. On the inner surface of the glass substrate 21 on the backlight side, a black matrix 4 and a uniform transparent counter electrode 23 are provided. A transparent pixel electrode 24 and a TFT (not shown) are provided independently for each of the liquid crystal cells R, G, and B on the inner surface of the glass substrate 22 on the display surface side. An alignment layer (not shown) is also provided on the liquid crystal layer 25 side of the

electrodes

23 and 24. Then, a hologram color filter 5 or 10 provided near or adhered to the glass substrate 21 on the backlight side and provided on the surface of the substrate 26 on the side of the liquid crystal display element 6 is arranged, and the polarizing plate 12 is provided on the backlight side of the substrate 26. The polarizers 13 are attached to the outer surface of the glass substrate 22 on the viewing side of the liquid crystal display element 6, for example, and their transmission axes are arranged to be orthogonal to each other. By controlling the voltage applied between the transparent pixel electrode 24 and the transparent counter electrode 23 for each pixel of the liquid crystal display element 6 to change the transmission state, color display is possible.
[0018]
[Problems to be solved by the invention]
By the way, in recent years, a liquid crystal display device having a higher resolution has been demanded, and a liquid crystal display device having a higher pixel density has been demanded. Accordingly, a smaller pitch of the hologram color filters 5 and 10 is required. In particular, in the case of the hologram color filter 5, if the pitch becomes smaller, the focal length of the minute hologram 5 '(from the hologram surface) The distance to the focal point) must also be shortened. If the focal length is kept constant even if the pitch becomes smaller, the requirement for the parallelism of the backlight 3 becomes more severe, which is not practical.
[0019]
By the way, in the liquid crystal display element 6 as shown in FIG. 7, the thickness of the

glass substrates

21 and 22 is set to be constant, and it is not acceptable to make the thickness smaller than the thickness. Nevertheless, when the pitch of the hologram color filter 5 becomes smaller and the focal length of the element hologram 5 'becomes shorter, the focal length of the element hologram 5' becomes shorter than the thickness of the glass substrate 21, so that the collected light is collected. The plane of the light spot is closer to the backlight than the black matrix 4, and a component of a wavelength representing another color is mixed in from an adjacent pixel, so that the color reproducibility of the color liquid crystal display device is deteriorated, and It gets worse.
[0020]
The present invention has been made in view of such problems of the prior art, and an object of the present invention is to reduce the focal length of the spectral condensing element of the hologram color filter as the pixel density increases, and to increase the glass length of the liquid crystal display element. An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device which is shorter than the thickness of a substrate and prevents color separation from being deteriorated.
[0021]
[Means for Solving the Problems]
A liquid crystal display device using the first hologram color filter of the present invention that achieves the above object has at least a liquid crystal display including a backlight-side transparent substrate, a display-side transparent substrate, and a liquid crystal layer interposed between the two substrates. An element and an array of element condensing holograms provided on the illumination light incident side thereof, each of the element condensing holograms being incident at a predetermined angle with respect to the normal to the hologram recording surface. Hologram color filter that disperses and disperses wavelengths in the direction substantially along the hologram recording surface, or a hologram or diffraction grating composed of parallel and uniform interference fringes and an element condensing lens disposed on the entrance side or exit side Hologram or diffraction grating composed of parallel and uniform interference fringes, and a complex of an element condensing lens are recorded on the hologram or diffraction grating. A hologram color filter that disperses and disperses the illumination light incident at a predetermined angle with respect to the normal line in a direction substantially along the recording surface of the hologram or diffraction grating, and the predetermined angle on the hologram color filter. In the liquid crystal display device comprising an illumination light source for illuminating the incident light, the thickness of the backlight-side transparent substrate of the liquid crystal display element, the element condensing hologram or parallel uniform interference fringes In a liquid crystal display device having a thickness greater than the focal length of a composite of a hologram or a diffraction grating and an element light-collecting lens, diffracted light wavelength-dispersed by the hologram color filter inside the backlight-side transparent substrate of the liquid crystal display element is used. It has a black matrix that allows only the red, green, and blue components to pass separately through the aperture. It is characterized in.
[0023]
A liquid crystal display device using the second hologram color filter according to the present invention includes a liquid crystal display element having at least a backlight-side transparent substrate, a display-side transparent substrate, and a liquid crystal layer sandwiched between both substrates; It is provided on the light incident side and consists of an array of element condensing holograms, and each of the element condensing holograms emits illumination light incident on the hologram recording surface at a predetermined angle with respect to the normal to the hologram recording surface. It consists of a hologram color filter that disperses and disperses wavelengths in substantially the direction, or a hologram or diffraction grating consisting of parallel and uniform interference fringes, and an array of element condensing lenses arranged on the entrance side or exit side. Each of the complex of the hologram or diffraction grating composed of parallel and uniform interference fringes and the element condensing lens is located at a position A hologram color filter that disperses the wavelength of the illumination light incident at an angle of approximately in the direction substantially along the recording surface of the hologram or diffraction grating, and an illumination that causes the illumination light to enter the hologram color filter at the predetermined angle. A liquid crystal display device comprising a light source, wherein the thickness of the backlight-side transparent substrate of the liquid crystal display element is such that the element condensing hologram or the hologram or diffraction grating composed of parallel and uniform interference fringes and the element In a liquid crystal display device thicker than the focal length of the composite of the condensing lenses, a filter means for cutting at least a wavelength range between a red component and a green component and a wavelength range between a green component and a blue component in illumination light from the illumination light source. It is characterized by having.
[0024]
In this case, it is desirable that the filter means also has a characteristic of cutting a wavelength range longer than the red component and a wavelength range shorter than the blue component.
[0025]
A liquid crystal display device using the third hologram color filter according to the present invention includes a liquid crystal display element having at least a backlight-side transparent substrate, a display-side transparent substrate, and a liquid crystal layer sandwiched between the two substrates; It is provided on the light incident side and consists of an array of element condensing holograms, and each of the element condensing holograms emits illumination light incident on the hologram recording surface at a predetermined angle with respect to the normal to the hologram recording surface. It consists of a hologram color filter that disperses and disperses wavelengths in substantially the direction, or a hologram or diffraction grating consisting of parallel and uniform interference fringes, and an array of element condensing lenses arranged on the entrance side or exit side. Each of the complex of the hologram or diffraction grating composed of parallel and uniform interference fringes and the element condensing lens is located at a position A hologram color filter that disperses the wavelength of the illumination light incident at an angle of approximately in the direction substantially along the recording surface of the hologram or diffraction grating, and an illumination that causes the illumination light to enter the hologram color filter at the predetermined angle. A liquid crystal display device comprising a light source, wherein the thickness of the backlight-side transparent substrate of the liquid crystal display element is such that the element condensing hologram or the hologram or diffraction grating composed of parallel and uniform interference fringes and the element In a liquid crystal display device thicker than the focal length of the composite of the condensing lenses, the backlight-side transparent substrate of the liquid crystal display element has a one-to-one imaging optics that forms a transparent plate and a plate-shaped equal-size erect image. It is characterized by comprising a laminate with a system.
[0026]
In this case, it is desirable that the one-to-one image forming optical system be composed of a gradient index lens array.
[0027]
Note that the present invention also includes a layer structure of a liquid crystal display element used for these liquid crystal display devices and a backlight-side transparent substrate for the liquid crystal display element.
[0028]
In the present invention, the black / white component that passes only the respective wavelength ranges of the red component, the green component, and the blue component of the diffracted light wavelength-dispersed by the hologram color filter through the opening inside the transparent substrate on the backlight side of the liquid crystal display element. Equipped with a matrix, at least between a red component and a green component in the illumination light from the illumination light source, a filter means for cutting a wavelength range between a green component and a blue component, or a backlight side of the liquid crystal display element Since the transparent substrate is composed of a laminated body of a transparent plate and a one-to-one imaging optical system that forms a plate-like equal-size erect image, the pixel density is increased, and the focal length of the spectral condensing element of the hologram color filter is increased. However, even if the thickness is shorter than the thickness of the glass substrate on the backlight side of the liquid crystal display element, it is possible to prevent the color separation from deteriorating, and to achieve a bright color display with good color reproducibility. .
[0029]
BEST MODE FOR CARRYING OUT THE INVENTION
Hereinafter, a liquid crystal display device using the hologram color filter of the present invention will be described based on examples.
In the present invention, three principles are used to prevent the focal length of the spectral condensing element of the hologram color filter from being shorter than the thickness of the glass substrate of the liquid crystal display element, thereby preventing color separation from being deteriorated. The first one is to provide a black matrix inside the backlight-side glass substrate of the liquid crystal display element and to condense the light dispersed by the hologram color filter at that position.
[0030]
FIG. 1 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device using such a liquid crystal display element 6. Note that this drawing is a diagram in the case of being configured as a liquid crystal projection display device, but can be used as a direct-view type liquid crystal display device without the field lens 17, the projection lens 18, and the screen 19. In this figure, the hologram color filter 5 of the first type in FIG. 4 is used. However, the same applies when the hologram color filter 10 of the second type in FIG. 5 is used instead. The same applies to other examples below.
[0031]
In the liquid crystal display element 6 of the liquid crystal display device according to this principle, the black matrix 4 is not provided on the surface of the backlight side glass substrate 21 on the side of the liquid crystal layer 25 as in the conventional case of FIG. ing. That is, a black matrix 4 is provided between two relatively thin

transparent glasses

211 and 212 and integrally adhered to form a backlight-side glass substrate 21. A counter electrode 23 is provided, and an orientation layer (not shown) is provided thereon. On the other display surface side glass substrate 22, a transparent pixel electrode 24 and a TFT (not shown) are provided independently for each of the liquid crystal cells R, G, and B, and an alignment layer (not shown) is similarly provided thereon. The liquid crystal display element 6 is configured by arranging the two

glass substrates

21 and 22 so that the

electrodes

23 and 24 face each other and sandwiching a liquid crystal layer 25 such as a twisted nematic between them. The hologram color filter 5 provided on the substrate 26 is adhered to the backlight side on the hologram color filter 5 side, and the backlight-side polarizing plate 12 and the observation-side polarizing plate 13 are provided on both sides of the panel with, for example, their transmission axes. Are attached so as to be orthogonal to each other to form a liquid crystal display device.
[0032]
In such a configuration, the thickness of the transparent glass 211 is selected such that the light condensing position of the light dispersed by the hologram color filter 5 is located at the position of the black matrix 4. In other words, the distance from the backlight-side surface of the backlight-side glass substrate to the internal black matrix is selected to be shorter than the focal length of the element hologram 5 'of the hologram color filter 5.
[0033]
With this configuration, the condensing position for each wavelength of the white backlight 3 that enters the hologram color filter 5 from the surface of the hologram color filter 5 opposite to the liquid crystal display element 6 at an angle θ with respect to the normal is set to the hologram array 5. The color components substantially coincide with the plane of the black matrix 4 parallel to the plane, and the respective color components of R, G, and B pass through the liquid crystal layer 25 without being attenuated by the black matrix 4 and become the pixel state at the corresponding position. Accordingly, bright color display with good color reproducibility is performed.
[0034]
As shown in FIG. 6, such a liquid crystal display device is illuminated by a white parallel backlight 3 from an illuminating device 14 composed of a combination of a metal halide lamp 15 and a parabolic mirror 16, for example. In the case where a field lens 17 is disposed in the vicinity and a display image is enlarged and projected on a screen 19 by a projection lens 18, the object surface is focused so as to be in the vicinity of the surface of the black matrix 4. Images can be projected.
[0035]
Two specific configuration examples of such a liquid crystal display device will be described. In the first example, assuming that the thickness of the backlight-side glass substrate 21 is 1.1 mm and the pitch of each of the R, G, and B pixels is 45 μm (the pitch of the element hologram 5 ′ is tripled), the element hologram 5 is formed. 'Is 0.5 mm. Therefore, a black matrix 4 made of chromium is formed on one surface of two

quartz glasses

211 and 212 having a thickness of 0.5 mm by a usual method, and the other quartz glass is overlaid thereon and the periphery is bonded. Then, a backlight-side glass substrate 21 having a total thickness of about 1.1 mm is formed. Thereafter, a transparent counter electrode 23, a transparent pixel electrode 24, and a TFT are provided on the backlight-side glass substrate 21 and the display surface-side glass substrate 22, respectively, by a normal method. Was provided thereon, and an alignment layer was provided thereon. A twisted nematic liquid crystal layer 25 was sandwiched between the two

glass substrates

21 and 22 to obtain a liquid crystal display element 6. Next, the hologram color filter 5 having a focal length of 0.5 mm was duplicated on the photopolymer layer on the quartz glass substrate 26 having a thickness of 0.5 mm, and the hologram color filter 5 was bonded to the glass substrate 21 on the backlight side. Then, in the arrangement shown in FIG. 1, when projection evaluation was performed using a backlight 3 from a metal halide lamp having a parallelism of ± 4 °, as shown in the following table, it was the same as the case where a pigment-dispersed color filter was used. The color was about four times brighter.

[0036]
As another specific example, if the thickness of the backlight-side glass substrate 21 is 1.1 mm and the pitch of each of the R, G, and B pixels is 40 μm (the pitch of the element hologram 5 ′ is tripled), The optimum focal length of the hologram 5 'is 0.5 mm. Therefore, a black matrix 4 made of chromium is formed on one surface of two alkali-free glasses (Corning 7059) 211 and 212 having a thickness of 0.5 mm by a usual method, and the other alkali-free glass is formed thereon. Then, the periphery is bonded to form a backlight side glass substrate 21. Next, a hologram color filter 5 having a focal length of 0.5 mm is provided on a photopolymer layer on a non-alkali glass (Corning 7059) substrate 26 having a thickness of 0.5 mm. A barrier layer (a layer for preventing a solvent, a monomer, a plasticizer, and the like of an adhesive from diffusing into a photopolymer layer) provided on the surface of the duplicated product is bonded to the backlight-side glass substrate 21 on the hologram color filter 5 side. Then, one composite substrate having a total thickness of about 1.6 mm is formed, and thereafter, the composite substrate and the display surface side glass substrate are formed in a usual manner. 22 respectively to the transparent counter electrode 23, a transparent pixel electrode 24 and the TFT, an orientation layer provided thereon and a liquid crystal display element 6 by sandwiching the twisted nematic liquid crystal layer 25 between both substrates. Then, in the arrangement shown in FIG. 1, when projection evaluation was performed using a backlight 3 from a metal halide lamp having a parallelism of ± 4 °, as shown in the following table, it was the same as the case where a pigment-dispersed color filter was used. The color was about three times brighter.

In this case, the black matrix 4 is formed on the surface of one of the

transparent glasses

211 and 212, and the hologram color filter 5 and the barrier layer are provided on the substrate 26 on the surface of one of the transparent glasses 211. After bonding, the

transparent glasses

211 and 212 may be overlapped and bonded.
[0037]
Next, the second embodiment of the present invention for preventing the focal length of the element hologram 5 'of the hologram color filter 5 from becoming shorter than the thickness of the backlight-side glass substrate 21 of the liquid crystal display element 6 and deteriorating color separation properties. The principle of this is that the component in the wavelength band to be cut by the black matrix 4 is removed from the backlight before or after the hologram color filter 5 is made incident thereon, so that the black matrix 4 is unnecessary and omitted.
[0038]
That is, the wavelength range selectively transmitted to the R, G, and B pixels by the black matrix 4 is generally a wavelength range of R: 600 to 700 nm, G: 530 to 580 nm, and B: 430 to 490 nm. The wavelength region cut by the black matrix 4 is approximately 490 to 530 nm and 580 to 600 nm. Therefore, if the components in the wavelength ranges of 490 to 530 nm and 580 to 600 nm are excluded from the backlight 3, the function of separating the R, G, and B color components by the black matrix 4 becomes unnecessary and can be omitted. . In this case, as shown in FIG. 2, a uniform transparent counter electrode 23 is provided, and an alignment layer (not shown) is provided thereon. A backlight-side glass substrate 21 and a display-side glass substrate 22 having a transparent pixel electrode 24 and a TFT (not shown) independently provided for each of R, G, and B, and an alignment layer (not shown) provided thereon, The liquid crystal display element 6 is configured by arranging the liquid crystal layers 23 and 24 so as to face each other and sandwiching a liquid crystal layer 25 such as a twisted nematic between them. The hologram color filter 5 provided on the substrate 26 is adhered to the backlight side on the hologram color filter 5 side, and the backlight-side polarizing plate 12 and the observation-side polarizing plate 13 are provided on both sides of the panel with, for example, their transmission axes. Are attached so as to be orthogonal to each other to form a liquid crystal display device. Then, a wavelength range of about 490 to 530 nm, 580 to 600 nm, and a short wavelength in the backlight 3 in which the hologram color filter 5 is incident from the surface of the hologram color filter 5 opposite to the liquid crystal display element 6 at an angle θ with respect to the normal line. In the backlight 3 optical path, one or more cut filters 30 having a property of cutting ultraviolet light having a wavelength of 430 nm or less, which is an unnecessary wavelength region on the wavelength side, and infrared light having a wavelength of 700 nm or more, which is an unnecessary wavelength region on the long wavelength side, are provided. Deploy. This arrangement position is not limited to the position shown in FIG. 2 and may be any position in the optical path from the backlight source to the observer.
[0039]
With this configuration, the light condensing position for each wavelength of the white backlight 3 that enters the hologram color filter 5 from the surface of the hologram color filter 5 opposite to the liquid crystal display element 6 at an angle θ with respect to its normal is On the surface parallel to the hologram array 5 surface in the side glass substrate 21, the R, G, and B color components are separated from each other and reach the corresponding pixel area of the liquid crystal layer 25, and Bright color display with good color reproducibility is performed according to the pixel state.
[0040]
As shown in FIG. 6, such a liquid crystal display device is illuminated by a white parallel backlight 3 from an illuminating device 14 composed of a combination of a metal halide lamp 15 and a parabolic mirror 16, for example. In the case where a field lens 17 is arranged in the vicinity and a display image is enlarged and projected on a screen 19 by the projection lens 18, the object surface is focused so as to be near the light-collecting surface of the hologram color filter 5 to obtain a bright and high-resolution image. A good color image can be projected.
[0041]
Two specific configuration examples of this liquid crystal display device are shown. In the first example, assuming that the thickness of the backlight-side glass substrate 21 is 1.1 mm and the pitch of each of the R, G, and B pixels is 45 μm (the pitch of the element hologram 5 ′ is tripled), the element hologram 5 is formed. 'Is 0.5 mm. Therefore, a 1.1 mm thick crystallized glass (NEOCERAM N-0, Nippon Electric Glass Co., Ltd.) is used as the backlight-side glass substrate 21, and the backlight-side glass substrate 21 and the display-surface-side glass substrate 22 are respectively formed by ordinary methods. A transparent counter electrode 23, a transparent pixel electrode 24, and a TFT are provided on the substrate, an alignment layer is provided thereon, and a twisted nematic liquid crystal layer 25 is sandwiched between the two

glass substrates

21 and 22, thereby forming a liquid crystal display element 6. Next, the hologram color filter 5 having a focal length of 0.5 mm was duplicated on the photopolymer layer on the quartz glass substrate 26 having a thickness of 0.5 mm, and the hologram color filter 5 was bonded to the glass substrate 21 on the backlight side. Then, a cut filter 30 configured by combining four filters that cut wavelengths of 490 to 530 nm, 580 to 600 nm, 430 nm or less, and 700 nm or more is disposed in the backlight 3 from a metal halide lamp having a parallelism of ± 4 °. As a result, as shown in the following table, the brightness was about four times higher in the same color as in the case where the pigment dispersion color filter was used. In this case, the color was better than in the first example of FIG.

[0042]
As another specific example, if the thickness of the backlight-side glass substrate 21 is 1.1 mm and the pitch of each of the R, G, and B pixels is 40 μm (the pitch of the element hologram 5 ′ is tripled), The optimum focal length of the hologram 5 'is 0.5 mm. Therefore, a 1.1 mm thick non-alkali glass (Corning 7059) is used as the backlight side glass substrate 21, and a 0.5 mm alkali-free glass (Corning 7059) substrate 26 has a focal length on the photopolymer layer. A 0.5 mm hologram color filter 5 is duplicated, and a barrier layer (a layer for preventing a solvent, a monomer, a plasticizer, and the like of an adhesive from diffusing on a photopolymer layer) is provided on the surface of the hologram color filter 5. To form a composite substrate having a total thickness of about 1.6 mm. Then, a transparent counter electrode 23 and a transparent pixel are formed on the composite substrate and the display surface side glass substrate 22, respectively, by an ordinary method. An electrode 24 and a TFT are provided, an alignment layer is provided thereon, and a twisted nematic liquid crystal layer 25 is sandwiched between the two substrates. It was 示素Ko 6. Then, a cut filter 30 configured by combining four filters that cut wavelengths of 490 to 530 nm, 580 to 600 nm, 430 nm or less, and 700 nm or more is arranged in the backlight 3 from a metal halide lamp having a parallelism of ± 4 °. As a result, as shown in the following table, the brightness was about three times or more in the same color as that in the case where the pigment dispersion color filter was used.

[0043]
Next, the third embodiment of the present invention for preventing the focal length of the element hologram 5 'of the hologram color filter 5 from becoming shorter than the thickness of the backlight-side glass substrate 21 of the liquid crystal display element 6 and deteriorating color separation properties. The principle of the hologram color filter 5 is to incorporate a one-to-one imaging optical system such as a refractive index distribution lens (GRIN lens) array that forms an equal-size erect image in the backlight-side glass substrate 21. This is to compensate for the distance that is smaller than the thickness of the backlight-side glass substrate 21.
[0044]
In this case, as shown in FIG. 3, except for the configuration of the backlight-side glass substrate 21, it is the same as the conventional example of FIG. That is, the liquid crystal display element 6 is composed of a liquid crystal layer 25 such as a twisted nematic sandwiched between two

glass substrates

21 and 22, and the black matrix 4 is formed on the inner surface of the glass substrate 21 on the backlight side. A uniform transparent counter electrode 23 is provided, and a transparent pixel electrode 24 and a TFT (not shown) are provided independently for each of the liquid crystal cells R, G, and B on the inner surface of the glass substrate 22 on the display surface side. An alignment layer (not shown) is also provided on the liquid crystal layer 25 side of the

electrodes

23 and 24. Then, a hologram color filter 5 or 10 provided near or adhered to the glass substrate 21 on the backlight side and provided on the surface of the substrate 26 on the side of the liquid crystal display element 6 is arranged, and the polarizing plate 12 is provided on the backlight side of the substrate 26. The polarizers 13 are attached to the outer surface of the glass substrate 22 on the viewing side of the liquid crystal display element 6, for example, and their transmission axes are arranged to be orthogonal to each other.
[0045]
In the case of FIG. 3, the backlight-side glass substrate 21 has a transparent glass 211 having a thickness equal to or less than the focal length of the element hologram 5 'of the hologram color filter 5 disposed on the backlight side, and a display surface side thereof. And a GRIN lens array plate 213 formed of an array of GRIN lenses 31 for forming an equal-size erect image. Since the GRIN lens 31 that forms this 1 × erect image can transfer the state of the light beam on the incident side surface to the exit side surface as it is, in the case of FIG. If the light condensing position of the light dispersed by the hologram color filter 5 coincides with the surface on the side of the hologram, the operation becomes the same as that of condensing the light on the surface on the emission side. Even if the thickness is shorter than the entire thickness of the glass substrate 21, the shortage is compensated by the GRIN lens array plate 213. Therefore, if the black matrix 4 is arranged on the surface on the emission side of the GRIN lens array plate 213 (the surface on the liquid crystal layer 25 side of the backlight side glass substrate 21), the hologram color filter 5 on the side opposite to the liquid crystal display element 6 is provided. The light condensing position for each wavelength of the white backlight 3 entering from the surface at an angle θ with respect to its normal is the surface of the black matrix 4, and the respective color components of R, G, and B are black. The light passes through the liquid crystal layer 25 without being attenuated by the matrix 4, and a bright color display with good color reproducibility is performed according to the pixel state at the corresponding position. Note that the arrangement pitch of the GRIN lenses 31 may be independent of the arrangement pitch of the hologram color filters 5 or the black matrix 4.
[0046]
It should be noted that the positional relationship between the transparent glass 211 and the GRIN lens array plate 213 may be reversed, and the same effect is obtained even if the transparent glass 211 is divided into two pieces and arranged on both sides of the GRIN lens array plate 213.
[0047]
Also in the case of this principle, the hologram color filter 5 provided on the substrate 26 may be attached to the backlight-side glass substrate 21 after the liquid crystal display element 6 is assembled. The backlight-side glass substrate 21 composed of the transparent glass 211 and the GRIN lens array plate 213 is provided with or without a barrier layer on its surface (a photopolymer layer is provided on the backlight-side glass substrate 21 to duplicate the hologram color filter 5). In this case, the barrier layer is not necessarily required.) The hologram color filter 5 may be provided. The black matrix 4 is provided on the surface of the backlight-side glass substrate 21 before assembling the liquid crystal display element 6.
[0048]
As described above, the liquid crystal display device using the hologram color filter of the present invention has been described based on the embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible.
[0049]
【The invention's effect】
As is apparent from the above description, according to the liquid crystal display device using the hologram color filter of the present invention, the red component of the diffracted light wavelength-dispersed by the hologram color filter inside the backlight-side transparent substrate of the liquid crystal display element, Either a black matrix that separately passes only the wavelength ranges of the green component and the blue component through the aperture, or at least a wavelength between the red component and the green component and a wavelength between the green component and the blue component in the illumination light from the illumination light source Either a filter means for cutting the area is provided, or the backlight-side transparent substrate of the liquid crystal display element is composed of a laminate of a transparent plate and a one-to-one imaging optical system for forming a plate-like 1 × erect image. As the pixel density increases, the focal length of the spectral focusing element of the hologram color filter becomes shorter than the thickness of the backlight-side glass substrate of the liquid crystal display device. Also, it is possible to prevent the color separation is deteriorated becomes possible color reproduction with good bright color display.
[Brief description of the drawings]
FIG. 1 is a sectional view of an embodiment of a liquid crystal display device using a hologram color filter according to the first principle according to the present invention.
FIG. 2 is a sectional view of one embodiment of a liquid crystal display device using a hologram color filter according to the second principle of the present invention.
FIG. 3 is a cross-sectional view of one embodiment of a liquid crystal display device using a hologram color filter according to the third principle of the present invention.
FIG. 4 is a schematic sectional view of a liquid crystal display device using a hologram color filter of a first type.
FIG. 5 is a schematic sectional view of a liquid crystal display device using a hologram color filter of a second type.
6 is a sectional view of a liquid crystal projection display device using the liquid crystal display device of FIG.
FIG. 7 is a sectional view of a conventional liquid crystal display device.
[Explanation of symbols]
3. Backlight
4: Black matrix
5 Hologram array (hologram color filter)
6. Liquid crystal display element
5 '... micro hologram
6 '... liquid crystal cell
7 Hologram
8: Condensing microlens array
8 '… Micro lens
9 ... Glass substrate
10. Hologram color filter
11 ... Color liquid crystal display
12: first polarizing plate
13: second polarizing plate
14. Lighting device
15 ... Metal halide lamp (linear light source)
16 ... Parabolic mirror
17… Field lens
18 Projection lens
19 ... Screen
21 ... Backlight side glass substrate
22 ... Display side glass substrate
23 ... Transparent counter electrode
24 ... Transparent pixel electrode
25 ... Liquid crystal layer
26 ... Substrate
30 ... cut filter
31… GRIN lens
211, 212 ... Transparent glass
213 GRIN lens array plate

Claims

At least a liquid crystal display element having a backlight-side transparent substrate, a display-side transparent substrate, and a liquid crystal layer sandwiched between the two substrates, and an array of element condensing holograms provided on the illumination light incident side thereof, Each element condensing hologram is a hologram color filter or a parallel hologram filter that disperses the wavelength of the illumination light incident at a predetermined angle with respect to the normal to the hologram recording surface in a direction substantially along the hologram recording surface. A hologram or diffraction grating composed of uniform interference fringes and an array of element condensing lenses arranged on the incident side or the exit side thereof, and a hologram or diffraction grating composed of parallel uniform interference fringes and elements Each of the light-collecting lens complexes emits illumination light incident at a predetermined angle with respect to the normal of the recording surface of the hologram or diffraction grating to the recording surface of the hologram or diffraction grating. A hologram color filter that splits by wavelength dispersion in the direction along the a liquid crystal display device comprising a lighting source to be incident illumination light at a predetermined angle of said the hologram color filter, a backlight of the liquid crystal display device of In a liquid crystal display device in which the thickness of the side transparent substrate is greater than the focal length of the composite of the element light-collecting hologram or the hologram or the diffraction grating and the element light-collecting lens formed of parallel and uniform interference fringes ,
A black matrix for separately passing only the respective wavelength ranges of the red component, the green component, and the blue component of the diffracted light wavelength-dispersed by the hologram color filter through the opening inside the backlight-side transparent substrate of the liquid crystal display element. A liquid crystal display device using a hologram color filter, comprising:

At least a liquid crystal display element having a backlight-side transparent substrate, a display-side transparent substrate, and a liquid crystal layer sandwiched between the two substrates, and an array of element condensing holograms provided on the illumination light incident side thereof, Each element condensing hologram is a hologram color filter or a parallel hologram filter that disperses the wavelength of the illumination light incident at a predetermined angle with respect to the normal to the hologram recording surface in a direction substantially along the hologram recording surface. A hologram or diffraction grating composed of uniform interference fringes and an array of element condensing lenses arranged on the incident side or the exit side thereof, and a hologram or diffraction grating composed of parallel uniform interference fringes and elements Each of the light-collecting lens complexes emits illumination light incident at a predetermined angle with respect to the normal of the recording surface of the hologram or diffraction grating to the recording surface of the hologram or diffraction grating. A hologram color filter that splits by wavelength dispersion in the direction along the a liquid crystal display device comprising a lighting source to be incident illumination light at a predetermined angle of said the hologram color filter, a backlight of the liquid crystal display device of In a liquid crystal display device in which the thickness of the side transparent substrate is greater than the focal length of the composite of the element light-collecting hologram or the hologram or the diffraction grating and the element light-collecting lens formed of parallel and uniform interference fringes ,
A liquid crystal display using a hologram color filter, comprising: filter means for cutting a wavelength region between at least a red component and a green component, and a green component and a blue component in the illumination light from the illumination light source. apparatus.

3. The liquid crystal display device using a hologram color filter according to claim 2 , wherein said filter means has a characteristic of cutting a wavelength range longer than a red component and a wavelength range shorter than a blue component.

At least a liquid crystal display element having a backlight-side transparent substrate, a display-side transparent substrate, and a liquid crystal layer sandwiched between the two substrates, and an array of element condensing holograms provided on the illumination light incident side thereof, Each element condensing hologram is a hologram color filter or a parallel hologram filter that disperses the wavelength of the illumination light incident at a predetermined angle with respect to the normal to the hologram recording surface in a direction substantially along the hologram recording surface. A hologram or diffraction grating composed of uniform interference fringes and an array of element condensing lenses arranged on the incident side or the exit side thereof, and a hologram or diffraction grating composed of parallel uniform interference fringes and elements Each of the light-collecting lens complexes emits illumination light incident at a predetermined angle with respect to the normal of the recording surface of the hologram or diffraction grating to the recording surface of the hologram or diffraction grating. A hologram color filter that splits by wavelength dispersion in the direction along the a liquid crystal display device comprising a lighting source to be incident illumination light at a predetermined angle of said the hologram color filter, back of the liquid crystal display device of a scaling In a liquid crystal display device in which the thickness of the side transparent substrate is greater than the focal length of the composite of the element light-collecting hologram or the hologram or the diffraction grating and the element light-collecting lens formed of parallel and uniform interference fringes ,
The backlight-side transparent substrate of the liquid crystal display element comprises a laminate of a transparent plate and a plate-shaped one-to-one imaging optical system that forms a 1: 1 erect image. Liquid crystal display device.

5. The liquid crystal display device using a hologram color filter according to claim 4, wherein said one-to-one imaging optical system comprises a gradient index lens array.

A liquid crystal display element used for a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 1 , wherein at least a display side transparent substrate, a transparent pixel electrode, a liquid crystal layer, a transparent counter electrode, a transparent glass, and black are arranged in order from the observation side. -A liquid crystal display element characterized by being laminated in the order of a matrix and a transparent glass.

A liquid crystal display element used for a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 1 , wherein at least a display side transparent substrate, a transparent pixel electrode, a liquid crystal layer, a transparent counter electrode, a transparent glass, and black are arranged in order from the observation side. A liquid crystal display device comprising a matrix, a transparent glass, a hologram color filter, and a transparent glass laminated in this order.

A liquid crystal display element used for a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 1 , wherein at least a display side transparent substrate, a transparent pixel electrode, a liquid crystal layer, a transparent counter electrode, a transparent glass, and black are arranged in order from the observation side. A liquid crystal display device comprising a matrix, a transparent glass, an adhesive layer, a barrier layer, a hologram color filter, and a transparent glass laminated in this order.

A liquid crystal display element used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 2 or 3 , wherein at least a display side transparent substrate, a transparent pixel electrode, a liquid crystal layer, a transparent counter electrode, and a transparent glass are arranged in order from the observation side. , A hologram color filter, and a transparent glass laminated in this order, without a black matrix.

A liquid crystal display element used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 2 or 3 , wherein at least a display side transparent substrate, a transparent pixel electrode, a liquid crystal layer, a transparent counter electrode, and a transparent glass are arranged in order from the observation side. A liquid crystal display device comprising: an adhesive layer, a barrier layer, a hologram color filter, and a transparent glass, which are laminated in this order, and having no black matrix.

A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display element used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 1 , characterized by being laminated in the order of transparent glass, black matrix, and transparent glass. Transparent substrate on the backlight side for liquid crystal display devices.

A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display device used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 1 , wherein the transparent glass, a black matrix, a transparent glass, a hologram color filter, and a transparent glass are laminated in this order. A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display element, comprising:

A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display device used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 1 , comprising a transparent glass, a black matrix, a transparent glass, an adhesive layer, a barrier layer, a hologram color filter, A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display device, which is laminated in the order of transparent glass.

A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display element used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 5 , wherein a black matrix, a transparent glass, and a gradient index lens array are laminated in this order. Characteristic backlight-side transparent substrate for liquid crystal display devices.

A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display element used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 5 , wherein a black matrix, a gradient index lens array, and a transparent glass are laminated in this order. Characteristic backlight-side transparent substrate for liquid crystal display devices.

A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display device used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 5 , wherein a black matrix, a transparent glass, a gradient index lens array, and a transparent glass are laminated in this order. A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display device, comprising:

A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display device used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 5 , wherein a black matrix, a transparent glass, a gradient index lens array, and a hologram color filter are laminated in this order. A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display element, comprising:

A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display element used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 5 , wherein a black matrix, a gradient index lens array, a transparent glass, and a hologram color filter are laminated in this order. A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display element, comprising:

A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display device used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 5 , comprising a black matrix, a transparent glass, a gradient index lens array, a transparent glass, and a hologram color filter. A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display element, which is laminated in order.

A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display element used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 5 , wherein the substrate is a black matrix, a transparent glass, a gradient index lens array, an adhesive layer, a barrier layer, and a hologram. A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display device, which is laminated in the order of color filters.

A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display device used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 5 , comprising a black matrix, a refractive index distribution lens array, a transparent glass, an adhesive layer, a barrier layer, and a hologram. A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display device, which is laminated in the order of color filters.

A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display element used in a liquid crystal display device using the hologram color filter according to claim 5 , wherein the substrate is a black matrix, a transparent glass, a gradient index lens array, a transparent glass, an adhesive layer, and a barrier. 1. A backlight-side transparent substrate for a liquid crystal display device, comprising a layer and a hologram color filter laminated in this order.