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JP3698321B2 - Parallel light source for liquid crystal display device and liquid crystal display device using the same - Google Patents
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Parallel light source for liquid crystal display device and liquid crystal display device using the same Download PDF

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Description

本発明は、液晶表示装置用平行光源及びそれを用いた液晶表示装置に関し、特に、ホログラムカラーフィルターを採用した液晶表示装置用の奥行きが浅くコンパクトなバックライト用平行光源とそれを用いた液晶表示装置に関する。   BACKGROUND OF THE INVENTION 1. Field of the Invention The present invention relates to a parallel light source for a liquid crystal display device and a liquid crystal display device using the same, and in particular, a liquid crystal display device using a hologram color filter and a shallow parallel light source for a backlight and a liquid crystal display using the same. Relates to the device.

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。   Conventionally, in a high-brightness liquid crystal color display device, a backlight for display has become indispensable. However, in the liquid crystal display device using the color filter, the poor utilization efficiency of the backlight has been a problem. The main reasons are as follows.

(1)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。   (1) The area occupied by the black matrix other than the cells of each color is large, and the light hit there is wasted.

(2)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。   (2) Among the white light incident on each cell, the color components that pass through the R (red), G (green), and B (blue) color filters are each limited to one color, so the other complementary color components are It becomes useless.

(3)各カラーフィルターで光の吸収により損失が生じる。   (3) A loss occurs due to light absorption in each color filter.

これらの問題の中、(1)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、非特許文献1)。   Among these problems, as a solution of (1), as shown in FIG. 16, for example, a microlens array 2 is installed on the front surface of the color filter 1, and a white light backlight 3 is provided in the color filter cells R and G, respectively. A method of increasing the utilization efficiency of the backlight 3 by illuminating the light by condensing it to B and avoiding the black matrix 4 is known (for example, Non-Patent Document 1).

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(1)〜(3)に対しても、ブラック・マトリックス、カラーフィルターでの吸収を減らし、効率を上げる方法を、本出願人は、特願平5−12170〜1号、同5−14573号、同5−97517号、同5−149211号等において提案している。例えば、回折波長依存性がなく分光機能を持つホログラムと集光機能をもつマイクロレンズアレーを組み合わせる方法や、多重化あるいは積層された回折波長及び角度選択性のあるホログラムを用いる方法、分光機能と集光機能の両方を持つホログラムを用いる方法等がある。   Further, white light is efficiently divided into R, G, and B by using the spectrum by hologram, and the above-mentioned (1) to (3) are also reduced in absorption by the black matrix and color filter to increase efficiency. The present applicant has proposed the method in Japanese Patent Application Nos. 5-12170-1, 5-14573, 5-97517, and 5-149 211. For example, a method of combining a hologram having a spectral function without diffraction wavelength dependence and a microlens array having a condensing function, a method using multiplexed or stacked holograms having diffraction wavelength and angle selectivity, a spectral function and a collection There is a method using a hologram having both optical functions.

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。
「ディスプレイ アンド イメージング」,1992,Vol.1,No.1,pp.33〜38
In addition, as a parallel light source for a backlight having a shallow depth for a liquid crystal display device using such a hologram color filter, the present applicant has disclosed a microlens array and its respective lenses in Japanese Patent Application No. 5-12554. We proposed a microsecondary light source placed at the focal point.
“Display and Imaging”, 1992, Vol. 1, No. 1 1, pp. 33-38

しかし、上記のホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置において、現行の液晶フラットディスプレイ用のバックライトをそのまま用いると、期待した効果が得られない。これは、ホログラムは、本来、厳しい入射角度選択性を有しているにもかかわらず、液晶フラットディスプレイのバックライトは凡そ±50°程度の散乱光であるため、高い回折効率が得られず、また、所定の色のカラーフィルターセルに本来の色の回折光が入射しなくなる等の現象が生じ、期待通りにバックライトの利用効果を上げることができないためである。   However, in the liquid crystal display device using the hologram color filter, the expected effect cannot be obtained if the current backlight for the liquid crystal flat display is used as it is. This is because, although the hologram originally has strict incident angle selectivity, the backlight of the liquid crystal flat display is scattered light of about ± 50 °, so high diffraction efficiency cannot be obtained. Further, a phenomenon such as that the diffracted light of the original color does not enter the color filter cell of a predetermined color occurs, and the use effect of the backlight cannot be improved as expected.

また、従来、プロジェクター型の液晶表示装置等に利用されるバックライトとして平行光が用いられているが、これは光源と平行光までの距離が長いので、装置が大きく、嵩張ってしまうため、コンパクトであるべき液晶フラット型表示装置用としては使用できない。   Conventionally, parallel light is used as a backlight used in projector-type liquid crystal display devices, etc., but since the distance between the light source and the parallel light is long, the device is large and bulky. It cannot be used for liquid crystal flat display devices that should be compact.

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。   Further, the parallel light source according to the above-mentioned Japanese Patent Application No. 5-12554 is one proposal, and there is a possibility that a parallel light source with a small depth for a liquid crystal display device can be configured.

したがって、本発明はこの可能性を探るべくなされたものであり、その目的は、ホログラムカラーフィルターを用いた液晶表示装置用の奥行きが浅くコンパクトなバックライト用平行光源のさらに別の形態とそれを用いた液晶表示装置を提案することである。   Therefore, the present invention has been made in order to explore this possibility, and its purpose is to provide still another form of a compact parallel light source for a backlight having a shallow depth for a liquid crystal display device using a hologram color filter. It is to propose a liquid crystal display device used.

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、両面に微小凸面を設け、一方の面の凸面間の谷部を除いて両面に金属反射層を設けた導波路の前記谷部からなり、前記導波路の一端に白色光源からの光を導入して前記谷部から漏れた光を前記微小収束レンズアレーによりホログラムカラーフィルターに入射させるほぼ平行な光に変換することを特徴とするものである。   A parallel light source for a liquid crystal display device according to the present invention that achieves the above object is a parallel light source for a liquid crystal display device using a hologram color filter that diffracts and divides substantially parallel light into a corresponding color spectral pixel as a color filter. And a micro-converging lens array and a micro-secondary light source disposed at the focal point of each micro-lens or an off-axis position thereof, the micro-secondary light source having a micro-convex surface on both sides and a valley between the convex surfaces of one surface The light is emitted from a white light source at one end of the waveguide and is leaked from the valley by the micro-converging lens array. The light beam is converted into substantially parallel light incident on the hologram color filter.

第1の液晶表示装置用平行光源において、高屈折率コアの材料又は導波路の材料が、透明で光散乱性があり、屈折率の異なるドメインが相分離してなる光散乱ポリマーからなることが望ましい。   In the first parallel light source for a liquid crystal display device, the material of the high refractive index core or the material of the waveguide may be made of a light scattering polymer that is transparent and has light scattering properties, and domains having different refractive indexes are phase-separated. desirable.

また、微小収束レンズアレーは、屈折率分布レンズアレーから構成してもよい。   Further, the minute convergence lens array may be composed of a gradient index lens array.

以上の液晶表示装置用平行光源は、もちろん、ホログラムカラーフィルターを用いない他の液晶表示装置用にも用いることができる。   The above parallel light source for liquid crystal display devices can of course be used for other liquid crystal display devices that do not use a hologram color filter.

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。   The liquid crystal display device according to the present invention is arranged in the order of the parallel light source and the liquid crystal display panel from the light source side, and diffuses to the incident side of the liquid crystal display panel, the inside of the liquid crystal display panel, and the emission side of the liquid crystal display panel. A plate is arranged, and the parallel light source for liquid crystal display device described above is used as a parallel light source.

もう1つの本発明による液晶表示装置は、光源側から、平行光源、ほぼ平行光を回折分光して対応する色の分光画素に入射させるホログラムカラーフィルター、液晶表示パネルの順で配置され、前記液晶表示パネルの内部、前記ホログラムカラーフィルターと前記液晶表示パネルの間、あるいは、前記液晶表示パネルの出射側に拡散板が配置されてなり、平行光源として、以上の液晶表示装置用平行光源を用いたことを特徴とするものである。   Another liquid crystal display device according to the present invention is arranged from the light source side in the order of a parallel light source, a hologram color filter for diffracting and splitting substantially parallel light into a corresponding color spectral pixel, and a liquid crystal display panel. A diffusion plate is disposed inside the display panel, between the hologram color filter and the liquid crystal display panel, or on the emission side of the liquid crystal display panel, and the above parallel light source for a liquid crystal display device is used as a parallel light source. It is characterized by this.

本発明おいては、平行光源を奥行きの浅い平板状に構成できるので、これをホログラムカラーフィルターを採用した液晶表示装置に組み込むことにより、奥行きが浅くコンパクトで視角が広く明るいカラー液晶表示装置を構成することができる。   In the present invention, since the parallel light source can be configured in a flat plate shape with a shallow depth, by incorporating this into a liquid crystal display device employing a hologram color filter, a compact color liquid crystal display device with a shallow depth and a wide viewing angle is constructed. can do.

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。   Prior to the description of the embodiment of the parallel light source for backlight according to the present invention, the principle of a typical hologram color filter previously proposed by the applicant will be described with reference to the drawings.

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。   First, the principle and action of the color filter of the first embodiment proposed above will be described with reference to the cross-sectional view of the liquid crystal display device of FIG. In the figure, the hologram array 5 constituting the previously proposed color filter is arranged at a distance from the incident side of the backlight 3 of the liquid crystal display element 6 regularly divided into liquid crystal cells 6 '. On the back surface of the liquid crystal display element 6, the color filter 1 composed of the R, G, B colored cells 1 'aligned with the respective liquid crystal cells 6' and the black matrix 4 provided therebetween is arranged. Alternatively, the colored cell 1 'is omitted and only the black matrix 4 is arranged. In addition to the above, polarizing plates (not shown) are disposed on both sides of the liquid crystal display element 6.

ホログラムアレー5は、R、G、Bの分色画素の繰り返し周期、すなわち、液晶表示素子6の紙面内の方向に隣接する3つの液晶セル6′の組各々に対応して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配置された微小ホログラム5′からなり、微小ホログラム5′は液晶表示素子6の紙面内の方向に隣接する3つの液晶セル6′各組に整列して各々1個ずつ配置されており、各微小ホログラム5′は、ホログラムアレー5の法線に対して角度θをなして入射するバックライト3の中の緑色の成分の光を、その微小ホログラム5′に対応する3つの分色画素R、G、Bの中心の着色セル1′又は液晶セル6′上に集光するようにフレネルゾーンプレート状に形成されているものである。そして、微小ホログラム5′は、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ない、レリーフ型、位相型、振幅型等の透過型ホログラムからなる。ここで、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ないとは、リップマンホログラムのように、特定の波長だけを回折し、他の波長は回折しないタイプのものではなく、1つの回折格子で何れの波長も回折するものを意味し、この回折効率の波長依存性がない回折格子は、波長に応じて異なる回折角で回折する。   The hologram array 5 corresponds to the repetition period of the color separation pixels of R, G, and B, that is, the repetition pitch corresponding to each set of three liquid crystal cells 6 'adjacent in the direction in the plane of the liquid crystal display element 6. The micro holograms 5 'are arranged in an array at the same pitch. The micro holograms 5' are arranged in groups of three liquid crystal cells 6 'adjacent to each other in the direction of the surface of the liquid crystal display element 6 and arranged one by one. Each of the micro-holograms 5 ′ has three components corresponding to the micro-hologram 5 ′ with the green component light in the backlight 3 incident at an angle θ with respect to the normal line of the hologram array 5. It is formed in a Fresnel zone plate shape so as to be condensed on the colored cell 1 ′ or the liquid crystal cell 6 ′ at the center of the color separation pixels R, G, B. The micro-hologram 5 'is formed of a transmission type hologram such as a relief type, a phase type, and an amplitude type, which has little or no wavelength dependency of diffraction efficiency. Here, the fact that the diffraction efficiency has no or little wavelength dependency means that the diffraction efficiency is not a type that diffracts only a specific wavelength and the other wavelengths do not diffract, such as a Lippmann hologram. The wavelength also means what is diffracted, and the diffraction grating having no wavelength dependency of the diffraction efficiency diffracts at different diffraction angles depending on the wavelength.

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。   Because of such a configuration, when the white backlight 3 incident at an angle θ with respect to the normal line is incident from the surface of the hologram array 5 opposite to the liquid crystal display element 6, it depends on the wavelength. The diffraction angles by the micro-hologram 5 ′ are different, and the condensing position for each wavelength is dispersed in a direction parallel to the surface of the hologram array 5. Among them, the red wavelength component is at the position of the color filter cell R or the liquid crystal cell 6 'for displaying red, and the green component is at the position of the color filter cell G or the liquid crystal cell 6' for displaying green. Are arranged in the hologram array 5 so as to be diffracted and condensed at the position of the color filter cell B or the liquid crystal cell 6 'for displaying blue, so that the respective color components are the color filter cells R, G, B and The black matrix 4 passes through each liquid crystal cell 6 'with almost no attenuation, and color display corresponding to the state of the liquid crystal cell 6' at the corresponding position can be performed. The incident angle θ of the backlight 3 on the hologram array 5 is determined by various conditions such as the hologram recording conditions, the thickness of the hologram array 5, and the distance between the hologram array 5 and the liquid crystal display element 6.

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。   Thus, by using the hologram array 5 as a color filter, each wavelength component of the conventional color filter backlight can be made incident on each color cell without waste, so that the utilization efficiency can be greatly improved. .

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。   A modification of the first embodiment is also conceivable. This will be described with reference to FIG. The principle and action of the modified color filter of the first embodiment proposed previously will be described with reference to the same sectional view of FIG. In the figure, the color filter 30 using the already proposed hologram is arranged at a distance from the incident side of the backlight 3 of the liquid crystal display element 6 regularly divided into liquid crystal cells 6 '. On the back surface of the liquid crystal display element 6, the color filter 1 composed of the R, G, B colored cells 1 'aligned with the respective liquid crystal cells 6' and the black matrix 4 provided therebetween is arranged. Alternatively, the colored cell 1 'is omitted and only the black matrix 4 is arranged. In addition to the above, polarizing plates (not shown) are disposed on both sides of the liquid crystal display element 6.

先に提案した第1の形態の変形のカラーフィルター30は、ホログラム27とマイクロレンズアレー28とからなり、マイクロレンズアレー28を構成するマイクロレンズ28′は、R、G、Bの分色画素の繰り返し周期、すなわち、液晶表示素子6の紙面内の方向に隣接する3つの液晶セル6′の組各々に対応して、その繰り返しピッチと同じピッチでアレー状に配置されている。また、ホログラム27は、回折格子の作用をする一様な干渉縞からなり、回折効率の波長依存性がないかもしくは少ない、レリーフ型、位相型、振幅型等の透過型ホログラムからなる。   The previously proposed modified color filter 30 of the first embodiment includes a hologram 27 and a microlens array 28, and the microlens 28 'constituting the microlens array 28 includes R, G, and B color separation pixels. Corresponding to each repetition period, that is, each set of three liquid crystal cells 6 ′ adjacent to each other in the direction of the surface of the liquid crystal display element 6, the liquid crystal display elements 6 are arranged in an array at the same pitch as the repetition pitch. The hologram 27 is composed of uniform interference fringes that act as a diffraction grating, and is composed of a relief type, phase type, amplitude type, or other transmission type hologram that has little or no wavelength dependency of diffraction efficiency.

このような構成であるので、ホログラム27の液晶表示素子6と反対側の面からその法線に対して角度θをなしてバックライト3を入射させると、波長に依存して異なる角度で回折され、ホログラム27の出射側に分散される。ホログラム27の入射側又は出射側に配置されたマイクロレンズ28′により、この分散された光は、その焦点面に波長毎に分離されて集光する。その中の、赤の波長成分はカラーフィルターセルR又は赤を表示する液晶セル6′の位置に、緑の成分はカラーフィルターセルG又は緑を表示する液晶セル6′の位置に、青の成分はカラーフィルターセルB又は青を表示する液晶セル6′の位置にそれぞれ回折集光するように、カラーフィルター30を構成配置することにより、それぞれの色成分は各カラーフィルターセルR、G、B及びブラック・マトリックス4でほとんど減衰されずに各液晶セル6′を通過し、対応する位置の液晶セル6′の状態に応じた色表示を行うことができる。なお、ホログラム27へのバックライト3の入射角度θは、ホログラム記録条件、ホログラム27の厚み、ホログラム27と液晶表示素子6との距離等の種々の条件により定まるものである。   Due to such a configuration, when the backlight 3 is incident on the hologram 27 from the surface opposite to the liquid crystal display element 6 at an angle θ with respect to the normal line, it is diffracted at different angles depending on the wavelength. And dispersed on the exit side of the hologram 27. The dispersed light is separated and condensed on the focal plane for each wavelength by the micro lens 28 ′ disposed on the incident side or the emission side of the hologram 27. Among them, the red wavelength component is at the position of the color filter cell R or the liquid crystal cell 6 'for displaying red, and the green component is at the position of the color filter cell G or the liquid crystal cell 6' for displaying green. The color filter 30 is constructed and arranged so as to diffract and condense at the position of the color filter cell B or the liquid crystal cell 6 'for displaying blue, so that each color component is each color filter cell R, G, B and The black matrix 4 passes through each liquid crystal cell 6 'with almost no attenuation, and color display corresponding to the state of the liquid crystal cell 6' at the corresponding position can be performed. The incident angle θ of the backlight 3 on the hologram 27 is determined by various conditions such as the hologram recording conditions, the thickness of the hologram 27, and the distance between the hologram 27 and the liquid crystal display element 6.

このような配置において、ホログラム27として、集光性でなく一様な干渉縞からなる回折効率の波長依存性がないかもしくは少ない透過型ホログラムを用いることができるため、ホログラム27をマイクロレンズアレー28の各マイクロレンズ28′と位置合わせする必要がない点、及び、マイクロレンズアレー28のピッチが図16の従来の場合の3倍になり、作りやすくかつ整列しやすい点に特長がある。   In such an arrangement, as the hologram 27, a transmission hologram having no or little wavelength dependency of diffraction efficiency composed of uniform interference fringes rather than light condensing can be used. There is a feature that it is not necessary to align with each of the microlenses 28 'and that the pitch of the microlens array 28 is three times that of the conventional case of FIG. 16, making it easy to make and align.

次に、図3の同様の断面図を参照にして先に提案した第2の形態のカラーフィルターの原理と作用について説明する。同図において、規則的に液晶セル6′に区切られた液晶表示素子6のバックライト3入射側にすでに提案したカラーフィルターを構成するホログラムアレー15が離間して配置される。液晶表示素子6背面には、各液晶セル6′と整列した図16と同様なR、G、Bの着色セル1′及びその間に設けられたブラック・マトリックス4からなるカラーフィルター1が配置されるか、又は、着色セル1′を省き、ブラック・マトリックス4のみが配置される。以上の他、図示しない偏光板が液晶表示素子6の両側に配置される。   Next, the principle and operation of the color filter of the second form proposed previously will be described with reference to the same sectional view of FIG. In the figure, hologram arrays 15 constituting a color filter already proposed are arranged apart from each other on the incident side of the backlight 3 of the liquid crystal display element 6 regularly divided into liquid crystal cells 6 '. On the back surface of the liquid crystal display element 6, the color filter 1 composed of the R, G, B colored cells 1 'aligned with the respective liquid crystal cells 6' and the black matrix 4 provided therebetween is arranged. Alternatively, the colored cell 1 'is omitted and only the black matrix 4 is arranged. In addition to the above, polarizing plates (not shown) are disposed on both sides of the liquid crystal display element 6.

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15′は液晶表示素子6の紙面内の方向に隣接する3つの液晶セル6′各組に整列して各々1個ずつ配置されており、各微小ホログラム15′の中のホログラム16に属する部分は、ホログラムアレー15にほぼ垂直に入射する白色のバックライト3の中の赤の波長成分を選択的に回折して、その微小ホログラム15′に対応する3つの液晶セル6′の組のカラーフィルターセルR又は赤を表示する液晶セル6′の位置に集光するように波長選択性のあるフレネルゾーンプレート状に形成されており、また、各微小ホログラム15′の中のホログラム17に属する部分は、ホログラムアレー15にほぼ垂直に入射する白色のバックライト3の中の青の波長成分を選択的に回折して、その微小ホログラム15′に対応する3つの液晶セル6′の組のカラーフィルターセルB又は青を表示する液晶セル6′の位置に集光するように波長選択性のあるフレネルゾーンプレート状に形成されている。ここで、波長選択性があるホログラムとは、リップマンホログラムのように、特定の波長だけを回折し、他の波長は回折しないで透過させるタイプのものである。したがって、液晶表示装置の背後からカラーフィルター15に垂直に入射する白色のバックライト3の中の青の波長成分の大部分は青色用ホログラム17により回折集光されてカラーフィルターセルB又は青を表示する液晶セル6′の位置に入射し、赤の波長成分の大部分は赤色用ホログラム16により回折集光されてカラーフィルターセルR又は赤を表示する液晶セル6′の位置に入射する。ホログラム17、16により回折集光されない緑の成分は、ホログラムアレー15を通過して直進し、カラーフィルターセルR、G、B又はそれらの色を表示する液晶セル6′に3分の1ずつ入射するが、カラーフィルターセルR、Bに入射した分はその位置のフィルターにより遮断され(カラーフィルターの着色セル1′を省く場合は、緑成分が青及び赤を表示する液晶セル6′の位置に入射してしまうので、以下に述べるホログラム3枚重ね又は三重に多重記録する方がより彩度が上がる。)、カラーフィルターセルG又は緑を表示する液晶セル6′の位置にのみに実効的に入射する。それぞれの波長成分はほとんど減衰されずに各液晶セル6′を通過し、対応する位置の液晶セル6′の状態に応じた色表示を行うことができる。なお、この代わりに、同様に波長選択性のあるフレネルゾーンプレート状の緑色用ホログラムをさらに加えるか三重に多重記録して、3枚のホログラムそれぞれにより対応するカラーフィルターセル又は液晶セル6′へ対応する波長成分を回折集光させて入射させるようにしてもよい、この場合は、ホログラムの枚数又は多重記録の回数は増えるが、バックライト3の各波長成分を無駄なく各色セルR、G、B又は液晶セル6′へ入射させることができるため、その利用効率はさらに向上する。   The hologram array 15 is obtained by superimposing two holograms 16 and 17 or by multiplex recording two holograms 16 and 17 in a single photosensitive material. Corresponding to each repetition period of G, B color separation pixels, that is, each set of three liquid crystal cells 6 'adjacent to each other in the direction of the surface of the liquid crystal display element 6, they are arranged in an array at the same pitch as the repetition pitch. It consists of a minute hologram 15 '. The minute holograms 15 'are arranged in groups of three liquid crystal cells 6' adjacent to each other in the direction of the liquid crystal display element 6 in the plane of the sheet, and belong to the hologram 16 in each minute hologram 15 '. The portion selectively diffracts the red wavelength component in the white backlight 3 incident on the hologram array 15 substantially perpendicularly, and the color of the set of three liquid crystal cells 6 'corresponding to the minute hologram 15' is obtained. It is formed in the shape of a Fresnel zone plate having wavelength selectivity so as to be condensed at the position of the filter cell R or the liquid crystal cell 6 'for displaying red, and the portion belonging to the hologram 17 in each micro-hologram 15' Selectively diffracts the blue wavelength component in the white backlight 3 incident on the hologram array 15 substantially perpendicularly, and the three corresponding to the micro-hologram 15 ' It is formed in the Fresnel zone plate-like with a wavelength selectivity so as to condense in the position of 'the liquid crystal cell 6 for displaying the set of color filter cell B or blue' crystal cell 6. Here, the hologram having wavelength selectivity is a type that diffracts only a specific wavelength and transmits other wavelengths without being diffracted like a Lippmann hologram. Therefore, most of the blue wavelength component in the white backlight 3 incident perpendicularly to the color filter 15 from behind the liquid crystal display device is diffracted and condensed by the blue hologram 17 to display the color filter cell B or blue. The most of the red wavelength component is diffracted and collected by the red hologram 16 and enters the color filter cell R or the position of the liquid crystal cell 6 'for displaying red. Green components that are not diffracted and collected by the holograms 17 and 16 pass straight through the hologram array 15 and enter the color filter cells R, G, B, or the liquid crystal cell 6 'for displaying their colors by one third. However, the amount incident on the color filter cells R and B is blocked by the filter at that position (if the colored cell 1 'of the color filter is omitted, the green component is positioned at the position of the liquid crystal cell 6' displaying blue and red. Therefore, the saturation increases when three or more holograms described below are overlapped or recorded in a triple manner.) Effectively only at the position of the color filter cell G or the liquid crystal cell 6 'displaying green. Incident. Each wavelength component passes through each liquid crystal cell 6 'with almost no attenuation, and color display corresponding to the state of the liquid crystal cell 6' at the corresponding position can be performed. Instead of this, a wavelength-selective Fresnel zone plate-shaped green hologram is further added or triple-recorded, and each of the three holograms corresponds to the corresponding color filter cell or liquid crystal cell 6 '. In this case, the number of holograms or the number of times of multiple recording increases, but each wavelength component of the backlight 3 can be used without waste in each color cell R, G, B. Or since it can inject into liquid crystal cell 6 ', the utilization efficiency improves further.

ところで、上記の図3のものにおいては、紙面内の方向に隣接する3つのカラーフィルターセルR、G、B又は3つの液晶セル6′の組各々に対応して、フレネルゾーンプレート状の微小ホログラム15′を整列して配置するものであったが、図2の場合と同様、波長選択性がある一様な回折格子状のホログラムを2ないし3枚重ねるか多重記録したものに同様のマイクロレンズアレーを組み合わせて、同様に、ホログラムの回折の波長選択性を利用して、液晶表示用バックライトの利用効率を大幅に向上させることができる。   By the way, in the above-mentioned thing of FIG. 3, it corresponds to each set of three color filter cells R, G, B or three liquid crystal cells 6 'adjacent to each other in the direction of the paper, and a Fresnel zone plate-shaped micro hologram. 15 'are arranged in an aligned manner, but as in the case of FIG. 2, the same microlens is used in which two or three uniform diffraction grating holograms having wavelength selectivity are overlapped or multiplexed. Similarly, the use efficiency of the backlight for liquid crystal display can be greatly improved by using the wavelength selectivity of diffraction of the hologram in combination with the array.

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。   By the way, the parallelism of the luminous flux required for the white backlight 3 for illuminating the hologram color filters 5, 30, and 15 from the back is 2 of the color filter R, G, and B color separation pixels. When the dimensional arrangement is a stripe type, it may be about ± 40 ° in the X direction in which color separation pixels of the same color are arranged, but ± 10 in the Y direction in which the color separation pixels of R, G, and B are periodically repeated. It is preferable that the angle is not more than 5 °, desirably 5 ° or less. When the two-dimensional arrangement of the R, G, and B color separation pixels is a delta type or other types, it is preferably ± 10 ° or less, preferably 5 ° or less in both the X and Y directions.

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。   Now, an embodiment of a compact parallel light source having a shallow depth according to the present invention for the white backlight 3 having such parallelism will be described below.

先に出願した特願平5−12554号による平行光源は、マイクロレンズアレーの各レンズの焦点に、光ファイバーの先端、導波路の反射面に設けた微小開口を微小二次光源として配置し、マイクロレンズアレーからバックライト用の白色平行光を発生させるものであったが、図4の例では、マイクロレンズアレー31の背後に特殊な導波路32を平行に配置する。この導波路32は、高屈折率のコア33をなす平板の両側に低屈折率のクラッド34を被覆してなるものであるが、マイクロレンズアレー31の二次元ピッチと同じピッチでマイクロレンズアレー31側のクラッド34に、周期的に高屈折率部35が設けられている。この高屈折率部35の屈性率はコア33の屈性率と同じかより高くしておく。こうすると、白色光源10から導波路32の一端に導入された光は、コア33とクラッド34の界面で全反射され、外部に漏れないで導波路32中をコア33に沿ってガイドされるが、マイクロレンズアレー31側のクラッド34の高屈折率部35からそのガイド光が外に漏れ、その高屈折率部35が二次光源となる。したがって、この各高屈折率部35をマイクロレンズアレー31の各レンズの焦点に一致させることにより、マイクロレンズアレー31前方に平行なバックライト3を発生させることができる。   The parallel light source according to Japanese Patent Application No. 5-12554 filed earlier has a microsecondary light source arranged at the focal point of each lens of the microlens array as a microsecondary light source at the tip of the optical fiber and the reflection surface of the waveguide. Although white parallel light for backlight is generated from the lens array, in the example of FIG. 4, a special waveguide 32 is arranged in parallel behind the microlens array 31. The waveguide 32 is formed by coating a low refractive index clad 34 on both sides of a flat plate forming a high refractive index core 33, and the microlens array 31 has the same pitch as the two-dimensional pitch of the microlens array 31. A high refractive index portion 35 is periodically provided on the clad 34 on the side. The refractive index of the high refractive index portion 35 is the same as or higher than the refractive index of the core 33. In this way, the light introduced from the white light source 10 to one end of the waveguide 32 is totally reflected at the interface between the core 33 and the clad 34 and is guided along the core 33 in the waveguide 32 without leaking outside. The guide light leaks out from the high refractive index portion 35 of the clad 34 on the microlens array 31 side, and the high refractive index portion 35 becomes a secondary light source. Therefore, by making each high refractive index portion 35 coincide with the focal point of each lens of the microlens array 31, the backlight 3 parallel to the front of the microlens array 31 can be generated.

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高屈折率部35に得られ、より明るいバックライト3を発生させることができる。   In this case, the material of the core 33 is transparent, light-transmitting, light-scattering, light such as a block polymer or polymer blend in which domains having a refractive index of several tens of μm or less are phase-separated. When the scattering polymer is used, a secondary light source having no loss, uniform and high brightness can be obtained in the high refractive index portion 35, and a brighter backlight 3 can be generated.

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38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36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37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。   Next, in the case of FIG. 5, as the waveguide 36 disposed behind the microlens array 31, the both sides of the transparent plate 37 have the same pitch as the two-dimensional pitch of the microlens array 31 and are shifted by a half pitch on both sides. In this example, a micro-convex surface 38 is provided, and a waveguide 36 formed by vapor-depositing a metal reflecting layer 40 such as aluminum on both sides is provided except for the valley 39 that matches the focal point of each lens on the micro-lens array 31 side. is there. Also in this case, the light introduced from the white light source 10 into one end of the waveguide 36 is guided along the transparent plate 37 in the waveguide 36, but the valley between the metal reflection layers 40 on the microlens array 31 side. The guide light leaks out from 39 and the valley 39 becomes a secondary light source for the backlight 3. In addition, in this case, the metal reflection layer 40 provided on the surface of the minute convex surface 38 becomes a condensing surface, and light leaks from the valley portion 39 more efficiently. In this case as well, the transparent plate 37 is made of a block polymer or polymer that is transparent, has light transmission properties, has light scattering properties, and has a phase separation of domains of several tens of micrometers or less having different refractive indexes. When a light scattering polymer such as a blend is used, a secondary light source having no loss and uniform and high brightness can be obtained in the valley portion 39, and a brighter backlight 3 can be generated.

ところで、マイクロレンズアレーの各レンズの焦点に、光ファイバーの先端、導波路の反射面に設けた微小開口、上記のような高屈折率部35、谷部39等の微小二次光源の代わりに、直接微小一次光源を配置するようにしても、奥行きが浅くコンパクトな平行光源を構成することができる。以下、この微小一次光源をマイクロレンズアレーの背後に配置するいくつかの例を示す。   By the way, instead of a micro secondary light source such as the tip of an optical fiber, a micro aperture provided on a reflection surface of a waveguide, a high refractive index portion 35, or a valley portion 39 as described above, at the focal point of each lens of the micro lens array, Even if the minute primary light source is directly arranged, a compact parallel light source having a shallow depth can be configured. Hereinafter, some examples in which the micro primary light source is arranged behind the microlens array will be described.

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。   In FIG. 6, white LEDs 42 configured by arranging three LEDs emitting light of R, G, and B in close proximity are arranged on the substrate 41 at the same pitch as the two-dimensional pitch of the microlens array 31. The white LED 42 is arranged at the focal point of each lens of the microlens array 31 to obtain the parallel white light backlight 3.

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BaMgAl1423:Eu等のB色蛍光体とを混合した白色蛍光体44を、基板43上にマイクロレンズアレー31の二次元ピッチと同じピッチで配置し、この白色蛍光体44をマイクロレンズアレー31の各レンズの焦点に配置して平行光の白色バックライト3を得るものである。 FIG. 7 shows a white phosphor 44 such as calcium halophosphate, or an R color phosphor such as (Y, Ge) BO 3 : Eu, a G color phosphor such as Zn 2 SiO 4 : Mn, and BaMgAl 14 O 23 : Eu. The white phosphor 44 mixed with the B-color phosphor such as is arranged on the substrate 43 at the same pitch as the two-dimensional pitch of the microlens array 31, and the white phosphor 44 is focused on each lens of the microlens array 31. To obtain a white backlight 3 of parallel light.

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47を介してその背後の基板46上に設けた白色蛍光体層48からの白色光をマイクロレンズアレー31に入射させ、平行光の白色バックライト3を得るものである。   In FIG. 8, pinhole arrays 47 having the same pitch as the two-dimensional pitch of the microlens array 31 are arranged so that each pinhole is located at the focal point of each lens of the microlens array 31. The white light from the white phosphor layer 48 provided on the substrate 46 behind it is made incident on the microlens array 31 to obtain the white backlight 3 of parallel light.

図9は、上記のような白色蛍光体50をキセノンガス中に保ち、その両側から電極51、51で挟んで、キセノンガスから発生した紫外線により白色蛍光体50を発光させる薄膜蛍光体アレー52を、基板49上にマイクロレンズアレー31の二次元ピッチと同じピッチで配置し、この薄膜蛍光体アレー52をマイクロレンズアレー31の各レンズの焦点に合わせて配置して平行光の白色バックライト3を得るものである。   FIG. 9 shows a thin-film phosphor array 52 in which the white phosphor 50 as described above is kept in xenon gas, sandwiched between electrodes 51 and 51 from both sides, and the white phosphor 50 emits light by ultraviolet rays generated from the xenon gas. The thin-film phosphor array 52 is arranged on the substrate 49 at the same pitch as the two-dimensional pitch of the microlens array 31, and the thin-film phosphor array 52 is arranged in accordance with the focal point of each lens of the microlens array 31, and the parallel white light backlight 3 is provided. To get.

先に出願した特願平5−12554号による、マイクロレンズアレーの各レンズの焦点に、光ファイバーの先端、導波路の反射面に設けた微小開口を微小二次光源として配置する場合、及び、上記の図4〜図9の場合を含め、用いた微小凸レンズからなるマイクロレンズアレーの代わりに、商品名セルフォックとして知られている屈折率分布レンズ(GRINレンズ)をアレー状に配置したGRINレンズアレーを用いてもよい。図10は、光ファイバー53の先端を二次光源とする場合にGRINレンズアレー54を用いる例を示すもので、光ファイバー53の一端をGRINレンズアレー54の各レンズの焦点に合わせて配置し、その他端を他の光ファイバー53の他端と共にまとめて白色光源10前面に配置し、白色光源10から各光ファイバー53の他端に導入された光は、各光ファイバー53中をガイドされ、各光ファイバー53の一端から出射した光はGRINレンズアレー54の各GRINレンズにより平行光に変換され、白色の平行バックライト3を得るものである。   According to the previously filed Japanese Patent Application No. 5-12554, when a micro aperture provided on the tip of an optical fiber and a reflection surface of a waveguide is arranged as a micro secondary light source at the focal point of each lens of the micro lens array, and the above 4 to 9, a GRIN lens array in which a refractive index distribution lens (GRIN lens) known as a product name SELFOC is arranged in an array is used instead of the microlens array composed of the microconvex lenses used. It may be used. FIG. 10 shows an example in which the GRIN lens array 54 is used when the tip of the optical fiber 53 is a secondary light source. One end of the optical fiber 53 is arranged in accordance with the focal point of each lens of the GRIN lens array 54, and the other end. Are arranged together with the other end of the other optical fiber 53 on the front surface of the white light source 10, and the light introduced from the white light source 10 to the other end of each optical fiber 53 is guided in each optical fiber 53, and from one end of each optical fiber 53. The emitted light is converted into parallel light by each GRIN lens of the GRIN lens array 54, and the white parallel backlight 3 is obtained.

なお、図1及び図2のホログラムカラーフィルター5、30のように、バックライト3をその法線に対して角度θをなして入射させる必要がある場合は、レンズアレー31、54の各レンズの焦点に配置すべき一次光源ないし二次光源は、偏心して軸外れで配置すれば、レンズアレー31、54はホログラムカラーフィルター5、30に平行に配置することができる。   When the backlight 3 needs to be incident at an angle θ with respect to the normal line as in the hologram color filters 5 and 30 in FIGS. 1 and 2, the lenses of the lens arrays 31 and 54 are arranged. If the primary light source or secondary light source to be arranged at the focal point is decentered and arranged off-axis, the lens arrays 31 and 54 can be arranged parallel to the hologram color filters 5 and 30.

以上は、平行光3を得るのにレンズアレー31、54を用いる例であったが、次にルーバーを用いて平行なバックライト3を得る例を図11に示す。ルーバー55は、空気中又はガラス等の透明媒体中に光吸収層56を僅かな間隔を置いて平行に一次元状又は二次元状に配置したものであり、この光吸収層56に沿う直進成分のみを通過させ、光吸収層56と交差する成分を吸収して通過させないものである。したがって、ルーバー55の一方の側に発光面積の大きな蛍光灯等の白色光源57を配置すると、ルーバー55の他方の側にはその光吸収層56が向いている方向の直進成分、すなわち、平行光のみが得られるので、これを白色平行バックライト3として利用することができる。   The above is an example in which the lens arrays 31 and 54 are used to obtain the parallel light 3. Next, an example in which the parallel backlight 3 is obtained using a louver is shown in FIG. The louver 55 is obtained by arranging a light absorption layer 56 in a one-dimensional or two-dimensional shape in parallel in a transparent medium such as air or glass at a slight interval, and a linear component along the light absorption layer 56. Only the component that passes through the light absorption layer 56 is absorbed and the component that crosses the light absorption layer 56 is not allowed to pass through. Therefore, when a white light source 57 such as a fluorescent lamp having a large light emitting area is disposed on one side of the louver 55, a straight component in the direction in which the light absorption layer 56 faces the other side of the louver 55, that is, parallel light. As a result, only the white parallel backlight 3 can be used.

また、奥行きの浅い平行光源を構成するために、フレネル反射鏡を用いることもできる。図12は放物面をフレネル反射鏡として構成した放物面フレネル反射鏡58を用いる例を示す図であり、図(a)は平行光源の断面図、図(b)は放物面フレネル反射鏡58の平面図である。図に示すように、放物面フレネル反射鏡58は、放物面反射鏡を多数の輪帯状の微小反射面59に切断して断面が鋸の歯状になるように組み合わせてなるもので、放物面反射鏡と同様に点状の白色光源10から発散する光を平行光3に変換して反射するものである。したがって、この反射光を白色平行バックライト3として利用することができる。   Further, a Fresnel reflector can be used to construct a parallel light source having a small depth. FIG. 12 is a diagram showing an example using a paraboloidal Fresnel reflector 58 in which the paraboloid is configured as a Fresnel reflector. FIG. 12A is a cross-sectional view of a parallel light source, and FIG. 6 is a plan view of the mirror 58. FIG. As shown in the figure, the paraboloidal Fresnel reflector 58 is formed by combining the paraboloidal reflector so that the cross-section is cut into a large number of ring-shaped micro-reflecting surfaces 59 so that the cross section becomes a sawtooth shape. Similar to the parabolic reflector, the light emitted from the spot-like white light source 10 is converted into parallel light 3 and reflected. Therefore, this reflected light can be used as the white parallel backlight 3.

また、図13に断面図を示すように、ガラス等の透明体からなるテーパー状導光体65の斜面に断面鋸歯状の全反射フレネル面66を設け、焦線に配置した直線状白色光源11からの光を樋状のパラボラ反射鏡12により平行光にして、テーパー状導光体65の側面からこの平行光を導入し、全反射フレネル面66で前方へ反射させ、テーパー状導光体65のもう1つの側面から所定の角度θで射出させて白色平行バックライト3とすることができる。   Further, as shown in the cross-sectional view of FIG. 13, a linear white light source 11 provided with a total reflection Fresnel surface 66 having a sawtooth cross section on the inclined surface of a tapered light guide body 65 made of a transparent material such as glass and arranged in the focal line. The parallel light is converted into parallel light by the bowl-shaped parabolic reflector 12, the parallel light is introduced from the side surface of the tapered light guide 65, reflected forward by the total reflection Fresnel surface 66, and tapered light guide 65. The white parallel backlight 3 can be emitted from the other side surface at a predetermined angle θ.

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。   When a color liquid crystal display device is configured by combining any of the parallel light sources proposed above and a liquid crystal display device using the hologram color filters 5, 30, and 15 as shown in FIGS. It becomes as follows. In the following description, one of the parallel light sources as shown in FIGS. 4 to 13 is aligned with the parallel light source 60, the liquid crystal display element 6 as shown in FIGS. A display panel composed of the color filter 1 (or only the black matrix 4) provided on the both sides and polarizing plates disposed on both sides thereof will be referred to as an LCD panel 61. Any one of the hologram color filters 5, 30, and 15 (including deformation) is referred to as a hologram color filter 62.

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。   FIG. 14A shows a case in which, when the hologram color filter 62 requires the backlight 3 from an oblique direction, a parallel light source 60 that emits the parallel light 3 in an oblique direction from its emission surface is used. It is a figure which shows the arrangement | positioning which shows the structure of the whole color liquid crystal display device, and arrange | positions the parallel light source 60, the hologram color filter 62, the LCD panel 61, and the diffuser plate 63 in order from the parallel light source 60 side in parallel, and has a shallow depth. The thickness can be made thin. The diffusion plate 63 may be disposed inside the LCD panel 61 or between the hologram color filter 62 and the LCD panel 61.

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62、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。   FIG. 14B is the same as the case where the parallel light source 60 that emits the parallel light 3 in the vertical direction is used as the parallel light source 60 when the hologram color filter 62 requires the backlight 3 from the oblique direction. The arrangement order of the parallel light source 60, the hologram color filter 62, the LCD panel 61, and the diffusion plate 63 is the same as that in FIG. 5A, but the parallel light source 60 and the hologram color filter 62 are not parallel, A wedge-shaped space must be arranged. Accordingly, the overall thickness is slightly increased.

図14(c)は、ホログラムカラーフィルター62が垂直方向からのバックライト3を必要とする場合、又は、特願平5−225614号で提案したように、屈折又は反射を用いた偏向光学素子を利用してバックライト3をホログラムカラーフィルター61に垂直に入射させる構成の場合に、平行光源60としてその出射面から垂直方向に平行光3を出射させるものを利用する場合の同様の図であり、平行光源60、ホログラムカラーフィルター62、LCDパネル61、拡散板63の配置順は同図(a)と同様である。この場合は、平行光源60はホログラムカラーフィルター62に平行に配置でき、同図(a)と同様に、奥行きを浅く、全体の厚さを薄く構成することができる。   FIG. 14C shows a deflecting optical element using refraction or reflection when the hologram color filter 62 requires the backlight 3 from the vertical direction or as proposed in Japanese Patent Application No. 5-225614. When the backlight 3 is vertically incident on the hologram color filter 61 using the parallel light source 60, the parallel light source 60 emits the parallel light 3 in the vertical direction. The arrangement order of the parallel light source 60, the hologram color filter 62, the LCD panel 61, and the diffusion plate 63 is the same as that shown in FIG. In this case, the parallel light source 60 can be arranged in parallel to the hologram color filter 62, and the depth can be reduced and the overall thickness can be reduced as in FIG.

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62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。   Note that the liquid crystal display device combined with the parallel light source 60 according to the present invention can block the zero-order light from the hologram color filter 62 so as not to enter the LCD panel 61. FIG. 15 shows one of the means, and a zero-order light blocking louver 64 configured to cut only light in a predetermined direction between the hologram color filter 62 and the LCD panel 61, that is, on the emission side of the hologram color filter 62. Place. With such a configuration, since unnecessary light does not reach the observation side, a bright and high-contrast display can be performed.

以上、本発明の液晶表示装置用平行光源及びそれを用いた液晶表示装置をいくつかの実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。   The parallel light source for a liquid crystal display device of the present invention and the liquid crystal display device using the same have been described based on several embodiments. However, the present invention is not limited to these embodiments, and various modifications are possible. .

以上の説明から明らかなように、本発明の液晶表示装置用平行光源によると、平行光源を奥行きの浅い平板状に構成できるので、これをホログラムカラーフィルターを採用した液晶表示装置に組み込むことにより、奥行きが浅くコンパクトで視角が広く明るいカラー液晶表示装置を構成することができる。   As is clear from the above description, according to the parallel light source for a liquid crystal display device of the present invention, the parallel light source can be configured in a flat plate shape with a shallow depth, and by incorporating this into a liquid crystal display device employing a hologram color filter, A color liquid crystal display device having a shallow depth, a compact size, a wide viewing angle, and a bright color can be configured.

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。It is sectional drawing for demonstrating the principle and effect | action of the color filter of the 1st form proposed previously. 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。It is sectional drawing for demonstrating the principle and effect | action of the color filter of the deformation | transformation of a 1st form. 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。It is sectional drawing for demonstrating the principle and effect | action of the color filter of the 2nd form proposed previously. 本発明による平行光源の第1実施例の断面図である。It is sectional drawing of 1st Example of the parallel light source by this invention. 本発明による平行光源の第2実施例の断面図である。It is sectional drawing of 2nd Example of the parallel light source by this invention. 本発明による平行光源の第3実施例の断面図である。It is sectional drawing of 3rd Example of the parallel light source by this invention. 本発明による平行光源の第4実施例の断面図である。It is sectional drawing of 4th Example of the parallel light source by this invention. 本発明による平行光源の第5実施例の断面図である。It is sectional drawing of 5th Example of the parallel light source by this invention. 本発明による平行光源の第6実施例の断面図である。It is sectional drawing of 6th Example of the parallel light source by this invention. 本発明による平行光源の第7実施例の断面図である。It is sectional drawing of 7th Example of the parallel light source by this invention. 本発明による平行光源の第8実施例の断面図である。It is sectional drawing of 8th Example of the parallel light source by this invention. 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。It is sectional drawing of 9th Example of the parallel light source by this invention, and a top view of the parabolic Fresnel reflector used therewith. 本発明による平行光源の第10実施例の断面図である。It is sectional drawing of 10th Example of the parallel light source by this invention. 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。It is sectional drawing which shows the structural example of the liquid crystal display device by this invention. 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。It is sectional drawing of the liquid crystal display device of the structure which interrupts | blocks the 0th-order light from a hologram color filter by this invention. マイクロレンズアレーを用いる従来例の断面図である。It is sectional drawing of the prior art example using a microlens array.

符号の説明Explanation of symbols

R、G、B…カラーフィルターセル、分色画素
1…カラーフィルター(吸収型:従来型)
1′…着色セル
3…バックライト
4…ブラック・マトリックス
5…ホログラムアレー(先の提案)
5′…微小ホログラム
6…液晶表示素子
6′…液晶セル
10…白色光源
11…直線状白色光源
12…パラボラ反射鏡
15…ホログラムアレー(カラーフィルター:先の提案)
15′…微小ホログラム
16、17…ホログラム
27…ホログラム
28…マイクロレンズアレー
28′…マイクロレンズ
30…カラーフィルター(先の提案)
31…マイクロレンズアレー
32…導波路
33…コア
34…クラッド
35…高屈折率部
36…導波路
37…透明板
38…微小凸面
39…谷部
40…金属反射層
41…基板
42…白色LED
43…基板
44…白色蛍光体
46…基板
47…ピンホールアレー
48…白色蛍光体層
49…基板
50…白色蛍光体
51…電極
52…薄膜蛍光体アレー
53…光ファイバー
54…屈折率分布レンズ(GRINレンズ)アレー
55…ルーバー
56…光吸収層
57…白色光源
58…放物面フレネル反射鏡
59…微小反射面
60…平行光源
61…LCDパネル
62…ホログラムカラーフィルター
63…拡散板
64…0次光遮断ルーバー
65…テーパー状導光体
66…全反射フレネル面
R, G, B ... color filter cell, color separation pixel 1 ... color filter (absorption type: conventional type)
1 '... colored cell 3 ... backlight 4 ... black matrix 5 ... hologram array (previous proposal)
5 '... micro hologram 6 ... liquid crystal display element 6' ... liquid crystal cell 10 ... white light source 11 ... linear white light source 12 ... parabolic reflector 15 ... hologram array (color filter: previous proposal)
15 '... micro hologram 16, 17 ... hologram 27 ... hologram 28 ... micro lens array 28' ... micro lens 30 ... color filter (previous proposal)
DESCRIPTION OF SYMBOLS 31 ... Microlens array 32 ... Waveguide 33 ... Core 34 ... Cladding 35 ... High refractive index part 36 ... Waveguide 37 ... Transparent plate 38 ... Minute convex surface 39 ... Valley part 40 ... Metal reflective layer 41 ... Substrate 42 ... White LED
43 ... substrate 44 ... white phosphor 46 ... substrate 47 ... pinhole array 48 ... white phosphor layer 49 ... substrate 50 ... white phosphor 51 ... electrode 52 ... thin film phosphor array 53 ... optical fiber 54 ... gradient index lens (GRIN) Lens) Array 55 ... Louver 56 ... Light absorption layer 57 ... White light source 58 ... Parabolic Fresnel reflector 59 ... Micro-reflecting surface 60 ... Parallel light source 61 ... LCD panel 62 ... Hologram color filter 63 ... Diffuser 64 ... Zero order light Blocking louver 65 ... Tapered light guide 66 ... Total reflection Fresnel surface

Claims (6)

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、両面に微小凸面を設け、一方の面の凸面間の谷部を除いて両面に金属反射層を設けた導波路の前記谷部からなり、前記導波路の一端に白色光源からの光を導入して前記谷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。 It consists of a micro-converging lens array and a micro secondary light source arranged at the focal point of each micro lens or its off-axis position, and the micro secondary light source has micro convex surfaces on both sides, and a valley between convex surfaces of one surface The light is emitted from the white light source into one end of the waveguide and the light leaked from the valley is liquid crystal by the micro-converging lens array. A parallel light source for a liquid crystal display device, wherein the light is converted into substantially parallel light incident on the display device. 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、両面に微小凸面を設け、一方の面の凸面間の谷部を除いて両面に金属反射層を設けた導波路の前記谷部からなり、前記導波路の一端に白色光源からの光を導入して前記谷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。 In a parallel light source for a liquid crystal display device using a holographic color filter that diffracts and splits almost parallel light into a corresponding color spectral pixel as a color filter, the focal point of each microlens and the focal point of each microlens or its off-axis position The microsecondary light source is provided with a microconvex surface on both sides, and a waveguide having a metal reflective layer on both sides except for a valley between the convex surfaces of one surface. It comprises a trough, and light from a white light source is introduced into one end of the waveguide, and light leaking from the trough is converted into substantially parallel light that is incident on a hologram color filter by the minute convergence lens array. A parallel light source for a liquid crystal display. 前記導波路の材料が、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。 3. The parallel light source for a liquid crystal display device according to claim 1, wherein the waveguide material is made of a light scattering polymer that is transparent and has light scattering properties, and domains having different refractive indexes are phase-separated. 前記微小収束レンズアレーが、屈折率分布レンズアレーからなることを特徴とする請求項1から3の何れか1項記載の液晶表示装置用平行光源。 The parallel light source for a liquid crystal display device according to any one of claims 1 to 3, wherein the minute converging lens array comprises a refractive index distribution lens array. 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4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。 From the light source side, arranged in the order of a parallel light source and a liquid crystal display panel, a diffusion plate is arranged on the incident side of the liquid crystal display panel, inside the liquid crystal display panel, or on the output side of the liquid crystal display panel, 5. A liquid crystal display device using the parallel light source for a liquid crystal display device according to claim 1 as a parallel light source. 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4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。 From the light source side, a parallel light source, a hologram color filter for diffracting and splitting substantially parallel light into a corresponding color spectral pixel, and a liquid crystal display panel are arranged in this order, and the inside of the liquid crystal display panel, the hologram color filter and the 5. The parallel light source for a liquid crystal display device according to claim 1, wherein a diffusion plate is disposed between the liquid crystal display panels or on an emission side of the liquid crystal display panel, and the parallel light source according to claim 1 is used as the parallel light source. A liquid crystal display device characterized by the above.
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