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JP2011085886A - Dual layer holographic color filter and transmissive liquid crystal display using the same - Google Patents

Dual layer holographic color filter and transmissive liquid crystal display using the same Download PDF

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JP2011085886A
JP2011085886A JP2010073822A JP2010073822A JP2011085886A JP 2011085886 A JP2011085886 A JP 2011085886A JP 2010073822 A JP2010073822 A JP 2010073822A JP 2010073822 A JP2010073822 A JP 2010073822A JP 2011085886 A JP2011085886 A JP 2011085886A
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hologram
color filter
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light
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JP2010073822A
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Eun-Seok Kim
セオク キム,エウン
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Individual
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Abstract

<P>PROBLEM TO BE SOLVED: To provide a dual layer holographic color filter which achieves a liquid crystal display having low power consumption and capable of superior color reproduction, and to provide a transmissive liquid crystal display using the dual layer holographic color filter. <P>SOLUTION: The dual layer holographic color filter 100 includes a first hologram 110, which is provided between a light source 60 and the liquid crystal display 200 to spatially split white light from a substrate at the side of the light source, and a second hologram 120, which allows the split light to have the same direction as that of the light from the light source, to receive only light having a spectral bandwidth corresponding to colored cells of a color filter 210 so that the luminance of the liquid crystal display is enhanced. Light passing through the first hologram including hologram pieces 111 is diffracted at different angles according to wavelengths. The second hologram recovers the traveling direction of the white light spatially split in the first hologram to an original direction of light from the light source. <P>COPYRIGHT: (C)2011,JPO&INPIT

Description

本発明は、2層式ホログラフィックカラーフィルタと、これを使用する透過型LCDに関し、特に、光学装置と光学装置を使用するLCDに適応可能な構造とを採用し、RGBカラーフィルタによって吸収された光の量を最小限化でき、RGBカラーフィルタ間で波長を互いに重ね合わすことを防ぐことによって色再生を向上できるように、RGBカラーフィルタに適切な波長帯域を有する光のみをLCDのRGBカラーフィルタに入射させることによって、光効率を向上できる、2層式ホログラフィックカラーフィルタと、これを使用する透過型LCDに関する。 The present invention relates to a two-layer holographic color filter and a transmissive LCD using the same, and in particular, adopts an optical device and a structure applicable to the LCD using the optical device, and is absorbed by the RGB color filter. The RGB color filter of the LCD only emits light having a wavelength band suitable for the RGB color filter so that the amount of light can be minimized and color reproduction can be improved by preventing the wavelengths from overlapping each other between the RGB color filters. The present invention relates to a two-layer holographic color filter that can improve light efficiency by being incident on the transmissive LCD and a transmissive LCD using the two-layer holographic color filter.

一般的に、バックライトから供給される光の90%が偏光板およびカラーフィルタによって吸収されるので、液晶ディスプレイ(LCD)の光効率は非常に低い。特に、染料や色素を使って製造されたRGBカラーフィルタは、RGBカラーフィルタに対応する白色光の波長を有する光だけを選択的に透過するので、最大効率は、せいぜい33%である。さらに、RGBカラーフィルタは適切にフィルタ機能を実施しないので、帯域が広がってしまう。 Generally, since 90% of the light supplied from the backlight is absorbed by the polarizing plate and the color filter, the light efficiency of the liquid crystal display (LCD) is very low. In particular, an RGB color filter manufactured using dyes or pigments selectively transmits only light having a wavelength of white light corresponding to the RGB color filter, so that the maximum efficiency is at most 33%. Furthermore, since the RGB color filter does not appropriately perform the filter function, the band is widened.

この問題を解決するために、特許文献1、2で提案されている方法は、レンズ機能を実行するユニットピクセルの大きさのホログラムアレイを準備し、空間的にRGB帯域を有する波長を色分散によって分割し、そして、該波長に対応するサブピクセルに波長を入射させる方法である。さらに、特許文献3で提案されている方法は、2つのホログラムと該ホログラムの間に配置したレンズのアレイとを準備し、各カラーセルに対応する各波長を有する光をピクセルの大きさを有するレンズによって集光し、もし白色光が一方のホログラムによって分散されたら、他方のホログラムによって光路を元の状態に修正する方法である。 In order to solve this problem, the methods proposed in Patent Documents 1 and 2 prepare a hologram array having a unit pixel size for performing a lens function, and spatially convert wavelengths having RGB bands by chromatic dispersion. In this method, the light is divided and the wavelength is incident on the sub-pixel corresponding to the wavelength. Further, the method proposed in Patent Document 3 prepares two holograms and an array of lenses arranged between the holograms, and has light having a wavelength corresponding to each color cell and a pixel size. In this method, the light is condensed by a lens, and if white light is dispersed by one hologram, the optical path is corrected to the original state by the other hologram.

特許文献4で提案されている方法は、1つのホログラムの回折格子を使って色を分散し、3層レンズを担うホログラムを行使し、RGB波長に対応して、RGB波長の光を集光し、その結果、該光を各カラーセルに入射させる方法である。 The method proposed in Patent Document 4 disperses color using a diffraction grating of one hologram, exercises a hologram serving as a three-layer lens, and collects light of RGB wavelength corresponding to RGB wavelength. As a result, the light is incident on each color cell.

図1に示すように、特許文献1に開示された方法によれば、バックライト3からの白色光がフレネルゾーンプレート(ピクセル1つ分の大きさを有し、レンズとして機能するホログラム5)を通過した後、RGB波長を有する光は、液晶10のカラーフィルタ1の各RGBカラーセル1’に選択的に入射する。この場合、フレネルゾーンプレートが使用されるので、円焦点がカラーフィルタ1の各カラーセル1’の周囲に形成される。従って、液晶10は、偏光を完璧に回転させることができない。そして、分割されたRGB波長が異なった方向に向かう色分散のために、色合成の際に問題が起こる場合がある。 As shown in FIG. 1, according to the method disclosed in Patent Document 1, white light from the backlight 3 is transferred to a Fresnel zone plate (a hologram 5 having a size of one pixel and functioning as a lens). After passing through, the light having RGB wavelengths selectively enters each RGB color cell 1 ′ of the color filter 1 of the liquid crystal 10. In this case, since a Fresnel zone plate is used, a circular focus is formed around each color cell 1 ′ of the color filter 1. Therefore, the liquid crystal 10 cannot rotate the polarization completely. A problem may occur in color synthesis due to color dispersion in which the divided RGB wavelengths are directed in different directions.

特許文献2には、カラーフィルタに対して光線が垂直方向ではなく斜めに入射することを除いて、特許文献1と同じ構造のものが開示される。詳細には、特許文献2によれば、レンズを担うマイクロホログラムのアレイが使用され、焦点は、液晶の周りに形成される。その結果、偏光が完璧に回転することができず、色分割後の色分散のために、色合成の際に問題が依然発生する。 Patent Document 2 discloses the same structure as Patent Document 1 except that light rays are incident on the color filter obliquely rather than in the vertical direction. Specifically, according to Patent Document 2, an array of micro-holograms that carry a lens is used, and the focal point is formed around the liquid crystal. As a result, the polarization cannot be rotated perfectly, and problems still occur during color synthesis due to color dispersion after color division.

図2に示すように、特許文献3に開示された方法によると、光源14からの白色光が波長に従って1つの典型的な回折格子16によって分割された後、RGB波長は、ピクセルの大きさを有するマイクロレンズ18を通過することによって、ピクセルの大きさに対応して分割され、そして、各波長は、もう一方の回折格子を通過することによって、回折格子16以前の元の方向に復元された後、LCD20に入射する。しかし、この方法が透過型LCDプロジェクタに適切な方法であるので、回折格子16と22との間にはかなりの距離が必要である。従って、回折格子16と22との間に介在されたマイクロレンズ18を製造するのは困難であり、該3つの装置を並べるのは難しい。 As shown in FIG. 2, according to the method disclosed in Patent Document 3, after white light from the light source 14 is divided by one typical diffraction grating 16 according to the wavelength, the RGB wavelength is the pixel size. By passing through the microlens 18, it is divided corresponding to the size of the pixel, and each wavelength is restored to its original direction before the diffraction grating 16 by passing through the other diffraction grating. Thereafter, the light enters the LCD 20. However, since this method is suitable for a transmissive LCD projector, a considerable distance is required between the diffraction gratings 16 and 22. Therefore, it is difficult to manufacture the microlens 18 interposed between the diffraction gratings 16 and 22, and it is difficult to arrange the three devices.

図3に示すように、特許文献4に開示された方法によると、バックライトからの白色光F1が第1ホログラム16を通過する一方、白色光F1の波長の進行方向は、光回折のために変化する。その後、レンズを担う第2ホログラム14に到着する波長のうち、赤色、緑色、青色波長は、赤色、緑色、青色ホログラム14R、14G、14Bによってそれぞれの目標位置にフォーカスされる。この方法によれば、赤色、緑色、青色波長が同じ方向にフォーカスされるので、色分散により発生する色合成に関する問題は解決される。しかし、この方法では、レンズを担いかつ3層を有する第2ホログラム14は、ピクセルの単位では実現できない。さらに、ホログラムとして、層が増え、また、光吸収も増加する。 As shown in FIG. 3, according to the method disclosed in Patent Document 4, the white light F1 from the backlight passes through the first hologram 16, while the traveling direction of the wavelength of the white light F1 is due to light diffraction. Change. Thereafter, among the wavelengths arriving at the second hologram 14 serving as a lens, red, green, and blue wavelengths are focused on their respective target positions by the red, green, and blue holograms 14R, 14G, and 14B. According to this method, since the red, green, and blue wavelengths are focused in the same direction, the problem relating to color composition caused by chromatic dispersion is solved. However, with this method, the second hologram 14 that carries a lens and has three layers cannot be realized in units of pixels. Furthermore, as a hologram, the number of layers increases and the light absorption also increases.

米国特許番号5506701US Patent No. 5,506,701 米国特許番号6473144B1US Patent No. 6473144B1 米国特許番号7046407B2US Patent No. 7046407B2 米国特許番号5894359US Pat. No. 5,894,359

上記問題を解決するため、本発明で提案する方法は、全波長を含む白色光の入射に代わって、赤色、緑色、青色波長だけを透過型液晶ディスプレイのカラーフィルタの各赤色(R)、緑色(G)、青色(B)のカラーセルに独占的に入射させることによって、カラーフィルタで2/3の光量が吸収されてしまう問題を解決し、光効率を向上させる方法を提案する。このために、ホログラムの対を含む2層式ホログラフィックカラーフィルタおよび2層式ホログラフィックカラーフィルタを使って液晶ディスプレイを構築する方法を提供する。 In order to solve the above problem, the method proposed in the present invention uses only red, green, and blue wavelengths for the red (R) and green colors of the transmissive liquid crystal display instead of white light including all wavelengths. (G) A method of improving the light efficiency by solving the problem that the color filter absorbs 2/3 of the light amount by exclusively entering the blue (B) color cell is proposed. To this end, a two-layer holographic color filter including a pair of holograms and a method for constructing a liquid crystal display using the two-layer holographic color filter are provided.

本発明の目的を達成するために、本発明の1つの観点によると、隣接し、かつユニットピクセルの大きさを有する空間に白色光の波長を分布する第1ホログラムと、該第1ホログラムを支持し、回折空間を提供する基板と、各カラーセルに対応する波長だけが該カラーセルに入射するように前記第1ホログラムによって分割された波長の方向を元の方向に復元するための第2ホログラムと、を備えることによって、色合成の際の問題を防ぐことを特徴とする2層式ホログラフィックカラーフィルタが設けられる。 In order to achieve the object of the present invention, according to one aspect of the present invention, a first hologram that distributes the wavelength of white light in a space that is adjacent and has the size of a unit pixel, and supporting the first hologram And a second hologram for restoring the direction of the wavelength divided by the first hologram so that only the wavelength corresponding to each color cell is incident on the color cell. By providing the above, a two-layer holographic color filter is provided that prevents problems during color synthesis.

本発明の他の観点によると、カラーフィルタを備える液晶ディスプレイにおいて、2層式ホログラフィックカラーフィルタは、光源とカラーフィルタとの間に介在される。 According to another aspect of the present invention, in a liquid crystal display including a color filter, the two-layer holographic color filter is interposed between the light source and the color filter.

本発明のさらに他の観点によると、カラーフィルタを備えない液晶ディスプレイにおいて、2層式ホログラフィックカラーフィルタは、光源と該液晶ディスプレイの液晶との間に介在される。 According to still another aspect of the present invention, in a liquid crystal display without a color filter, the two-layer holographic color filter is interposed between a light source and the liquid crystal of the liquid crystal display.

上記のように、本発明によると、低消費電力でかつ優れた色再生が可能な液晶ディスプレイが実現可能である。なぜならカラーフィルタに吸収された光を、波長の重なり合いを発生させずに、完全に使用可能だからである。さらに、本発明によれば、光学装置は、実際に実現可能なものであり、かつ従来の色分離型カラーフィルタで発生する問題を修正することによって、光学問題を解決できる光学装置を備える。本発明は、2層式ホログラフィックカラーフィルタおよびこれを使用する透過型LCDを備える。本発明は、光源の種類および特性に対して適切に設計および製造可能であるので、全ての液晶ディスプレイにおいて明度を向上させることができる。よって、消費電力を削減できる。また、カラーフィルタを代替する際、赤色、緑色、青色カラーフィルタを製造する3つの処理工程を、第1、第2ホログラムを製造する2つの処理工程で取り換えるので、工程数が削減され、装置を単純化できる。 As described above, according to the present invention, it is possible to realize a liquid crystal display capable of excellent color reproduction with low power consumption. This is because the light absorbed by the color filter can be completely used without causing overlapping of wavelengths. Furthermore, according to the present invention, the optical device includes an optical device that can be practically realized and that can solve the optical problem by correcting a problem that occurs in the conventional color separation type color filter. The present invention includes a two-layer holographic color filter and a transmissive LCD using the same. Since the present invention can be designed and manufactured appropriately for the type and characteristics of the light source, the brightness can be improved in all liquid crystal displays. Therefore, power consumption can be reduced. In addition, when replacing the color filter, the three processing steps for manufacturing the red, green, and blue color filters are replaced with two processing steps for manufacturing the first and second holograms. It can be simplified.

この発明の上述およびその他の目的、特徴、利点は、図面を参照して行う以下の実施例の詳細な説明から一層明らかとなろう。 The above and other objects, features, and advantages of the present invention will become more apparent from the following detailed description of embodiments with reference to the drawings.

従来技術を説明するために、特許文献1の参照図を示す図である。It is a figure which shows the reference figure of patent document 1 in order to demonstrate a prior art. 従来技術を説明するために、特許文献2の参照図を示す図である。It is a figure which shows the reference figure of patent document 2 in order to demonstrate a prior art. 従来技術を説明するために、特許文献3の参照図を示す図である。It is a figure which shows the reference figure of patent document 3 in order to demonstrate a prior art. 本発明による2層式ホログラフィックカラーフィルタを使用する透過型液晶ディスプレイを示す図である。1 is a diagram showing a transmissive liquid crystal display using a two-layer holographic color filter according to the present invention. FIG. 本発明によるホログラフィックカラーフィルタを製造したとき、多重層を有する面レリーフホログラムをCGHスキームを通して製造する方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method of manufacturing a surface relief hologram having multiple layers through a CGH scheme when manufacturing a holographic color filter according to the present invention. 本発明によるホログラフィックカラーフィルタを製造したとき、多重層を有する面レリーフホログラムをCGHスキームを通して製造する方法を示す図である。FIG. 5 is a diagram illustrating a method of manufacturing a surface relief hologram having multiple layers through a CGH scheme when manufacturing a holographic color filter according to the present invention. 本発明によるホログラフィックカラーフィルタを製造したとき、記録材の上に体積ホログラムを直接記録する方法を示す。A method for directly recording a volume hologram on a recording material when a holographic color filter according to the present invention is manufactured will be described. 本発明による2層式ホログラフィックカラーフィルタにおいて、波長が第1ホログラム片によって基板を通過した後、第2ホログラムの表面上の各波長の再構築画像の位置を示す図である。In the two-layer holographic color filter according to the present invention, after the wavelength passes through the substrate by the first hologram piece, the position of the reconstructed image of each wavelength on the surface of the second hologram is shown. 本発明による2層式ホログラフィックカラーフィルタにおいて、第1ホログラムによって分散される波長の進行方向を修正する第2ホログラムの動作特性を示す図である。It is a figure which shows the operating characteristic of the 2nd hologram which corrects the advancing direction of the wavelength disperse | distributed by a 1st hologram in the two-layer holographic color filter by this invention. 本発明の実施形態による2層式ホログラフィックカラーフィルタを示す図である。It is a figure which shows the two-layer type holographic color filter by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による2層式ホログラフィックカラーフィルタを示す図である。It is a figure which shows the two-layer type holographic color filter by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による2層式ホログラフィックカラーフィルタを示す図である。It is a figure which shows the two-layer type holographic color filter by embodiment of this invention. 本発明の実施形態による2層式ホログラフィックカラーフィルタを示す図である。It is a figure which shows the two-layer type holographic color filter by embodiment of this invention. 本発明による2層式ホログラフィックカラーフィルタの第1ホログラムの並びを示す図である。なお、前記第1ホログラムの再構築画像は、ストライプ形状で設けられるカラーフィルタを備える透過型LCDに適合する。It is a figure which shows the arrangement | sequence of the 1st hologram of the two-layer type holographic color filter by this invention. The reconstructed image of the first hologram is suitable for a transmissive LCD including a color filter provided in a stripe shape. 本発明による2層式ホログラフィックカラーフィルタの第1ホログラムの並びを示す図である。なお、前記第1ホログラムの再構築画像は、モザイク形状で設けられるカラーフィルタを備える透過型LCDに適合する。It is a figure which shows the arrangement | sequence of the 1st hologram of the two-layer type holographic color filter by this invention. The reconstructed image of the first hologram is suitable for a transmissive LCD having a color filter provided in a mosaic shape. 本発明による2層式ホログラフィックカラーフィルタの第1ホログラムの並びを示す図である。なお、前記第1ホログラムの再構築画像は、デルタ形状で設けられるカラーフィルタを備える透過型LCDに適合する。It is a figure which shows the arrangement | sequence of the 1st hologram of the two-layer type holographic color filter by this invention. The reconstructed image of the first hologram is suitable for a transmissive LCD including a color filter provided in a delta shape. 本発明による2層式ホログラフィックカラーフィルタを使用し、かつカラーフィルタを含む液晶ディスプレイを示す図である。FIG. 3 is a view showing a liquid crystal display using a two-layer holographic color filter according to the present invention and including a color filter. 本発明による2層式ホログラフィックカラーフィルタを使用し、かつカラーフィルタを含まない液晶ディスプレイを示す図である。FIG. 3 is a view showing a liquid crystal display using a two-layer holographic color filter according to the present invention and not including a color filter.

以下、本発明の好ましい実施形態を添付の図面を参照して詳細に説明する。 Hereinafter, preferred embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the accompanying drawings.

本実施形態によれば、波長は、液晶ディスプレイ(LCD)のR、G、Bカラーセル間の間隔に対応して互いに分割される。ホログラフィックカラーフィルタをバックライトユニットと該LCD間に介在させる。ここで、該ホログラフィックカラーフィルタが2つのホログラムを含むので、異なる光路を有する波長が修正される。その結果、該波長は、同じ方向へ進行する。 According to this embodiment, the wavelengths are divided from each other corresponding to the spacing between the R, G, B color cells of the liquid crystal display (LCD). A holographic color filter is interposed between the backlight unit and the LCD. Here, since the holographic color filter includes two holograms, wavelengths having different optical paths are corrected. As a result, the wavelength travels in the same direction.

図4に示すように、実施形態による2層式ホログラフィックカラーフィルタ100が光源60とLCD200との間に介在する。該ホログラフィックカラーフィルタ100は、光源60の側に設けられる第1ホログラム110と、LCD200の側に設けられた第2ホログラム120と、第1、第2ホログラム110、120の間のガラスまたはプラスチックを含む基板130とを備える。 As shown in FIG. 4, the two-layer holographic color filter 100 according to the embodiment is interposed between the light source 60 and the LCD 200. The holographic color filter 100 includes a first hologram 110 provided on the light source 60 side, a second hologram 120 provided on the LCD 200 side, and glass or plastic between the first and second holograms 110 and 120. Including the substrate 130.

LCD200が連結したカラーフィルタ210は、赤色、緑色、青色カラーセル210R、210G、210Bを含むユニットピクセルを有す。赤色カラーセル210Rは、入射光のうち赤色波長のみを透過させる。緑色カラーセル210Gは、入射光のうち緑色波長のみを透過させ、青色カラーセル210Bは、入射光のうち青色波長のみを透過させる。その後、入射光がLCD200を通過した後、色合成を通して色が実現される。 The color filter 210 connected to the LCD 200 includes unit pixels including red, green, and blue color cells 210R, 210G, and 210B. The red color cell 210R transmits only the red wavelength of the incident light. The green color cell 210G transmits only the green wavelength of the incident light, and the blue color cell 210B transmits only the blue wavelength of the incident light. Thereafter, after the incident light passes through the LCD 200, a color is realized through color synthesis.

前記第1ホログラム110は、複数の、透明な透過型第1ホログラム片111(その大きさはユニットピクセルの大きさである)を含む。前記第1ホログラム片111は、第2ホログラム120の表面上のユニットピクセルの大きさと正確に一致するように設計された、計算機合成ホログラム(computer−generated hologram: CGH)スキームを通して形成された多重層を有する面レリーフホログラム、または基板130の材料および厚さに従ってホログラフィック記録材の上に直接記録された体積ホログラムを含む。 The first hologram 110 includes a plurality of transparent transmissive first hologram pieces 111 (the size of which is the size of a unit pixel). The first hologram piece 111 is a multi-layer formed through a computer-generated hologram (CGH) scheme designed to exactly match the size of a unit pixel on the surface of the second hologram 120. A surface relief hologram having a volume hologram recorded directly on a holographic recording material according to the material and thickness of the substrate 130.

前記第1ホログラム110は、光源60の側に位置するが、直線型画像を再生するために設計された前記第1ホログラム片111を含む。なお、CGHスキームを設計し、または体積ホログラムを記録するために使用される緑色光を記録光として使用する場合、該画像は、第2ホログラム120の緑色カラーセル210Bの横側の長手方向に、緑色カラーセル210Gの長さよりも短い長さを有することになる。 The first hologram 110 is located on the light source 60 side, but includes the first hologram piece 111 designed to reproduce a linear image. In addition, when designing the CGH scheme or using the green light used for recording the volume hologram as the recording light, the image is in the longitudinal direction on the lateral side of the green color cell 210B of the second hologram 120, It has a length shorter than the length of the green color cell 210G.

緑色記録光と比較した場合、より長い波長を有する赤色光は、赤色サブピクセル210R上により長い画像が形成されるようにより大きな角度で回折する。より小さい波長を有する青色光は、青色カラーセル210B上により短い画像が形成されるようにより小さい角度で回折する。従って、RGB波長を有しかつ前記第1ホログラム110を通過した白色光は、各RGBカラーセルに対応する波長だけが第2ホログラム120の表面に入射するように光回折によって色分離を施される。 When compared to green recording light, red light having a longer wavelength diffracts at a larger angle so that a longer image is formed on the red subpixel 210R. Blue light having a smaller wavelength diffracts at a smaller angle so that a shorter image is formed on the blue color cell 210B. Accordingly, the white light having the RGB wavelength and having passed through the first hologram 110 is subjected to color separation by light diffraction so that only the wavelength corresponding to each RGB color cell is incident on the surface of the second hologram 120. .

第2ホログラム120は、複数の、透明な透過型第2ホログラム片121を含み、該片121は、ユニットピクセルの大きさを有し、前記第1ホログラム110によって色分離を施された後、異なった方向に進行するRGB波長の方向を修正するためのものである。従って、光は、2層式ホログラフィックカラーフィルタ100を通過した後、光源60の元の光と同じ方向で、LCD200に入射する。従って、2層式ホログラフィックカラーフィルタ100が透過型LCDに挿入されたときに発生した色分散および色合成に関連する問題が解決できる。前記第1ホログラム片111と同様、第2ホログラム片121は、CGHスキームに基づく多重層を有する面レリーフホログラムまたはホログラフィック記録材に直接記録される体積ホログラムを含む。 The second hologram 120 includes a plurality of transparent transmission-type second hologram pieces 121, each piece 121 having a size of a unit pixel, and different after being color-separated by the first hologram 110. This is for correcting the direction of the RGB wavelength traveling in the selected direction. Therefore, after passing through the two-layer holographic color filter 100, the light enters the LCD 200 in the same direction as the original light of the light source 60. Accordingly, the problems related to color dispersion and color synthesis that occur when the two-layer holographic color filter 100 is inserted into the transmissive LCD can be solved. Similar to the first hologram piece 111, the second hologram piece 121 includes a surface relief hologram having multiple layers based on the CGH scheme or a volume hologram recorded directly on a holographic recording material.

第2ホログラム片121は、R、G、B光(その進行方向は、第2ホログラム片121を通って修正された)がカラーセル210R、210G、210Bにそれぞれ入射できるように、カラーフィルタ210に対して、同軸線上に配置される必要がある。前記第1ホログラム片111は、回折された波長が対応する第2ホログラム片121に到達するように、RGB波長の回折角度に基づいて、第2ホログラム片121に対して、同軸外線上に配置される。第1、第2ホログラム片111、121の数は、設計および製造スキームに従って、ユニットピクセルの数の整数倍に対応する数であってよい。 The second hologram piece 121 is applied to the color filter 210 so that R, G, B light (its traveling direction is corrected through the second hologram piece 121) can enter the color cells 210R, 210G, 210B, respectively. On the other hand, it is necessary to arrange on the coaxial line. The first hologram piece 111 is arranged coaxially with respect to the second hologram piece 121 based on the diffraction angle of the RGB wavelength so that the diffracted wavelength reaches the corresponding second hologram piece 121. The The number of the first and second hologram pieces 111 and 121 may be a number corresponding to an integral multiple of the number of unit pixels according to the design and manufacturing scheme.

図5A、図6に示すように、本発明に従う第1ホログラム片111は、CGHスキームに基づいて多重層を有する面レリーフホログラムまたはホログラフィック記録材に直接記録された体積ホログラムを使って製造される。 As shown in FIGS. 5A and 6, the first hologram piece 111 according to the present invention is manufactured using a surface relief hologram having multiple layers or a volume hologram directly recorded on a holographic recording material based on the CGH scheme. .

以下、CGHスキームに基づいて多重層を有する面レリーフホログラムを製造する方法を図5Aを参照して詳細に説明する。 Hereinafter, a method of manufacturing a surface relief hologram having multiple layers based on the CGH scheme will be described in detail with reference to FIG. 5A.

RGB中央波長(λR、λG、λB)が光源60からの全可視光線の波長(λ)に対して回折角度(それぞれλR、λG、λBの回折角度θr、θg、θbを含むθ)を数式1(回折式)に従って有すると、最小ホログラムパターンの大きさdおよび目標画像80の中央部からの再構築画像81の位置は、光が厚さDを有する基板130を通過した後、θrとθbとの距離がカラーセル210R、210Bの中央位置間の距離となるように、決定される。 The RGB center wavelengths (λR, λG, λB) are diffraction angles (θ including λR, λG, λB diffraction angles θr, θg, θb, respectively) with respect to the wavelength (λ) of all visible rays from the light source 60. (Diffractive equation), the size d of the minimum hologram pattern and the position of the reconstructed image 81 from the center of the target image 80 are θr and θb after the light passes through the substrate 130 having the thickness D. Is determined to be the distance between the central positions of the color cells 210R and 210B.

再構築画像81を含む目標画像80の大きさは、単一ピクセルの大きさにセットされ、「m」は、多重層において「1」の値を有する回折次数を示す。図5Bに示すように、ホログラムパターン91は、CGHスキームを通して形成されるが、その際は、目標画像80の大きさ、パターンの大きさ、再構築画像81の位置を考慮に入れる。その後、多重層を有する典型的な面レリーフホログラムが各ピクセルの高さに従って形成される。
数式1
dsinθ=mλ
The size of the target image 80 including the reconstructed image 81 is set to the size of a single pixel, and “m” indicates the diffraction order having a value of “1” in multiple layers. As shown in FIG. 5B, the hologram pattern 91 is formed through the CGH scheme. In this case, the size of the target image 80, the size of the pattern, and the position of the reconstructed image 81 are taken into consideration. A typical surface relief hologram with multiple layers is then formed according to the height of each pixel.
Formula 1
dsin θ = mλ

図6は、体積ホログラムをホログラフィック記録材に直接記録する、本発明による方法を示す図である。 FIG. 6 shows a method according to the invention for recording a volume hologram directly on a holographic recording material.

図6を参照して、記録光が緑色波長λGのレーザ光であれば、アパーチャがレーザ光と反応するホログラフィック記録材31でコーティングされた基板130の上に配置される。これは、斜め方向に入射される物体ビーム34の影領域を考慮したものである。ここでは、アパーチャは、ユニットピクセルよりも若干広い透明領域を有し、残りの領域は光が通過しない。その後、レーザ光が物体ビーム34と参照ビーム33とに分けられた後、ホログラムは、参照ビーム33と物体ビーム34とを横切ることによって、ホログラフィック記録材の上に記録される。参照ビーム33は、光源60の光の進行方向を表し、一般的に、真っすぐ前進するが、参照ビーム33は、光の照射パターンに従って、発散形状または収束形状を有する場合がある。物体ビーム34の入射角度が決定することによって、物体ビーム34が記録光に対して特定の位置に向かって指向することができる。その際、物体ビーム34が厚さDを有する基板130を通過した後、赤色および青色波長λR、λBの再構築画像が数式1に従って、バーチャルカラーセル210R’、210B’の中心位置に配置される。実際、バーチャルカラーセル210R’、210G’、210B’は、第2ホログラム片121が配置される位置に設けられる。レーザ光から分岐する物体ビーム34は、全方向への光を集光するための、典型的なレンズ35と1つの方向へ進行する光を集光するためのレンチキュラーレンズ36とを組み合わせることによって、バーチャル緑色カラーセル210G’の中心に、線形フォーカスを形成する。従って、白色光がホログラムに入射すれば、赤色および青色波長は、1つのカラーセルの大きさに対応する間隔をおいて、記録用に使用される緑色波長の上および下にそれぞれ位置する。 Referring to FIG. 6, if the recording light is a laser light having a green wavelength λG, the aperture is disposed on a substrate 130 coated with a holographic recording material 31 that reacts with the laser light. This takes into account the shadow region of the object beam 34 incident in an oblique direction. Here, the aperture has a transparent area slightly wider than the unit pixel, and light does not pass through the remaining area. Thereafter, after the laser light is divided into the object beam 34 and the reference beam 33, the hologram is recorded on the holographic recording material by traversing the reference beam 33 and the object beam 34. The reference beam 33 represents the traveling direction of the light of the light source 60 and generally advances straight. However, the reference beam 33 may have a divergent shape or a convergent shape according to the irradiation pattern of light. By determining the incident angle of the object beam 34, the object beam 34 can be directed toward a specific position with respect to the recording light. In this case, after the object beam 34 passes through the substrate 130 having the thickness D, the reconstructed images of the red and blue wavelengths λR and λB are arranged at the center positions of the virtual color cells 210R ′ and 210B ′ according to Equation 1. . Actually, the virtual color cells 210 </ b> R ′, 210 </ b> G ′, and 210 </ b> B ′ are provided at positions where the second hologram pieces 121 are disposed. The object beam 34 that diverges from the laser light combines a typical lens 35 for collecting light in all directions and a lenticular lens 36 for collecting light traveling in one direction, A linear focus is formed at the center of the virtual green color cell 210G ′. Therefore, if white light is incident on the hologram, the red and blue wavelengths are located above and below the green wavelength used for recording, respectively, with an interval corresponding to the size of one color cell.

透過型LCDに使用される光のRGB中央波長は、互いに異なる波長間隔および強度を有する。従って、前記第1ホログラム片111を通過し、回折によって互いに空間的に分割され、その後、カラーフィルタ210の各カラーセルに入射される光は、偏心した中央波長と異なる強度とを有する場合がある。各カラーセルに入射する光の量は、ユーザの都合に合わせて調整すればよいが、調整は、前記第1ホログラム片111のデザインにおいて使用される基準光のための再構築画像の距離および位置を調整すればよい。なお、該調整は、光源60からの光のRGB中央波長の帯域および強度比に基づく。 The RGB central wavelengths of light used in the transmissive LCD have different wavelength intervals and intensities. Therefore, light that passes through the first hologram piece 111 and is spatially divided by diffraction and then incident on each color cell of the color filter 210 may have an intensity different from the decentered central wavelength. . The amount of light incident on each color cell may be adjusted according to the convenience of the user, but the adjustment is performed by adjusting the distance and position of the reconstructed image for the reference light used in the design of the first hologram piece 111. Can be adjusted. The adjustment is based on the band and intensity ratio of the RGB center wavelength of the light from the light source 60.

図7に示すように、上記方法によって製造された前記第1ホログラム110を通過した白色光は、波長距離に従って変化する回折角度を有するので、全再構築領域80の大きさおよび再構築画像81の位置は変化する。しかし、再構築画像81が全再構築領域80に対する比率は、波長に拘わらず一定である。従って、赤色再構築領域80Rおよび赤色再構築画像81Rは、赤色波長λRに対して形成される。緑色再構築領域80Gおよび緑色再構築画像81Gは、緑色波長λGに対して形成される。青色再構築領域80Bおよび青色再構築画像81Bは、青色波長λBに対して形成される。前記第1ホログラム片111の再構築画像81は、ユニットピクセルを通過する光が波長に拘わらず1本の線に収束するように形成される。従って、再構築画像81の絶対位置は、波長に従って、台形状に変化する。ここで、再構築画像81の絶対位置は、短波長λMINによって下部に形成される短収束線と、長波長λMAXによって上部に形成される長収束線とに対応して変化する。再構築画像81の分布は、白色光の可視光領域のスペクトル分布が空間スペクトルに変換されることによって、達成される。再構築画像81の分布が表わしているのは、光源60からの光の全波長の強度分布であって、ここでは、波長が重なることがない。なお、この場合、全光量は変化しない。太線で表された全波長のための再構築画像83の大きさは、ユニットピクセルの大きさと同じように設計されている。 As shown in FIG. 7, since the white light that has passed through the first hologram 110 manufactured by the above method has a diffraction angle that changes according to the wavelength distance, the size of the entire reconstructed region 80 and the reconstructed image 81 The position changes. However, the ratio of the reconstructed image 81 to the entire reconstructed area 80 is constant regardless of the wavelength. Accordingly, the red reconstruction area 80R and the red reconstruction image 81R are formed for the red wavelength λR. The green reconstructed region 80G and the green reconstructed image 81G are formed for the green wavelength λG. The blue reconstruction area 80B and the blue reconstruction image 81B are formed for the blue wavelength λB. The reconstructed image 81 of the first hologram piece 111 is formed so that light passing through the unit pixel converges to one line regardless of the wavelength. Therefore, the absolute position of the reconstructed image 81 changes to a trapezoidal shape according to the wavelength. Here, the absolute position of the reconstructed image 81 changes corresponding to a short convergence line formed in the lower part by the short wavelength λMIN and a long convergence line formed in the upper part by the long wavelength λMAX. The distribution of the reconstructed image 81 is achieved by converting the spectral distribution of the visible light region of white light into a spatial spectrum. The distribution of the reconstructed image 81 represents the intensity distribution of all wavelengths of light from the light source 60, and here, the wavelengths do not overlap. In this case, the total light quantity does not change. The size of the reconstructed image 83 for all wavelengths represented by bold lines is designed to be the same as the size of the unit pixel.

図4を参照して、前記第1ホログラム110によってピクセルユニットに回折し、その後、基板130を通過した光が、カラーフィルタ210またはLCD200に入射する波長に応じて、異なる方向に進行した場合、色分散が発生する場合がある。従って、色合成の際に問題が発生する場合がある。この問題を解決するために、光の各波長の進行方向を修正する必要がある。さらに、光学的特性の変化およびホログラフィックカラーフィルタ210を挿入することによって発生する輝度の増加を最小限に抑えるために、該光は、好ましくは、光源60からの光の光学的特性と同じ光学的特性を有することが望まれる。このような動作は、複数の第2ホログラム片121を含む第2ホログラム120によって行われる。 Referring to FIG. 4, when light diffracted into a pixel unit by the first hologram 110 and then passed through the substrate 130 travels in different directions depending on the wavelength incident on the color filter 210 or the LCD 200, the color Dispersion may occur. Therefore, a problem may occur during color synthesis. In order to solve this problem, it is necessary to correct the traveling direction of each wavelength of light. Furthermore, in order to minimize the change in optical properties and the increase in brightness caused by the insertion of the holographic color filter 210, the light is preferably optically identical to the optical properties of the light from the light source 60. It is desirable to have specific characteristics. Such an operation is performed by the second hologram 120 including a plurality of second hologram pieces 121.

図8に示すように、第2ホログラム120は、ユニットピクセルの大きさを有する第2ホログラム片121を含む。そのために、RGB中央波長λR、λG、λBは、第2ホログラム120の表面(x−y平面)に垂直な方向に進行できる。前記第1ホログラム片111によって分割された赤色、緑色、青色波長λR、λG、λBは、それぞれ、上、中央、下方向に回折される。例えば、回折角度θgで入射する緑色波長λGが第2ホログラム片121の表面に対して垂直な方向に進行するように第2ホログラム片121が構築された場合、第2ホログラム120は、同じ方向に異なった角度で入射するRGB中央波長を同じ方向に回折するが、これは、RGB中央波長を異なった角度で回折する前記第1ホログラム110と同様である。従って、もし図5〜6に示す方法で製造された第2ホログラム片121を含む第2ホログラム120が、基板130に対して、前記第1ホログラム110の反対側に形成されたら、色分散を防ぐことができる。さらに、RGB中央波長の進行方向は、光源60からの光のそれと同じであるので、従来型の色合成が可能である。 As shown in FIG. 8, the second hologram 120 includes a second hologram piece 121 having a unit pixel size. Therefore, the RGB center wavelengths λR, λG, and λB can travel in a direction perpendicular to the surface (xy plane) of the second hologram 120. The red, green, and blue wavelengths λR, λG, and λB divided by the first hologram piece 111 are diffracted upward, centrally, and downward, respectively. For example, when the second hologram piece 121 is constructed so that the green wavelength λG incident at the diffraction angle θg travels in a direction perpendicular to the surface of the second hologram piece 121, the second hologram 120 is in the same direction. The RGB central wavelengths incident at different angles are diffracted in the same direction, similar to the first hologram 110 diffracting the RGB central wavelengths at different angles. Accordingly, if the second hologram 120 including the second hologram piece 121 manufactured by the method shown in FIGS. 5 to 6 is formed on the opposite side of the first hologram 110 with respect to the substrate 130, color dispersion is prevented. be able to. Furthermore, since the traveling direction of the RGB central wavelengths is the same as that of the light from the light source 60, conventional color synthesis is possible.

本発明による2層式ホログラフィックカラーフィルタ100が行うフィルタリング動作は、カラーフィルタ210の色素層R、G、Bのフィルタリング動作に代わって、空間スペクトルの分布によるものである。従って、光は、カラーフィルタ210に吸収されず、RGB帯域は、互いに重ならない。よって、向上した輝度およびすぐれた色再生を有する透過型LCDが実現される。カラーフィルタ210の各色素層を通過する各波長の帯域および強度は、光源60からの波長のスペクトラル分布によって、前記第1ホログラム110の回折格子周期を変化させることによって調整可能である。対応する色素層から回折した波長は、より均一した波長の強度分布が得られるように隣接する色素層によって遮断される。 The filtering operation performed by the two-layer holographic color filter 100 according to the present invention is based on the spatial spectrum distribution instead of the filtering operation of the dye layers R, G, and B of the color filter 210. Therefore, light is not absorbed by the color filter 210 and the RGB bands do not overlap each other. Thus, a transmissive LCD with improved brightness and excellent color reproduction is realized. The band and intensity of each wavelength passing through each pigment layer of the color filter 210 can be adjusted by changing the diffraction grating period of the first hologram 110 according to the spectral distribution of the wavelength from the light source 60. The wavelength diffracted from the corresponding dye layer is blocked by the adjacent dye layer so that a more uniform wavelength intensity distribution is obtained.

上述のように、第1および第2ホログラム110、120は、面レリーフホログラムおよび体積ホログラムを使うことによって製造可能である。本発明による2層式ホログラフィックカラーフィルタ100は、図9A〜9Dに示すように、4種類存在してもよい。 As described above, the first and second holograms 110 and 120 can be manufactured by using surface relief holograms and volume holograms. The two-layer holographic color filter 100 according to the present invention may exist in four types as shown in FIGS.

図9Aは、第1、第2ホログラム110、120の両方ともが面レリーフホログラム111a、121aを含む場合を示す図であって、図9Bは、前記第1ホログラム110が面レリーフホログラム111aを含み、前記第2ホログラム120が体積ホログラム121bを含む場合の図である。図9Cは、前記第1ホログラム110が体積ホログラム111bを含み、第2ホログラム120が面レリーフホログラム121aを含む場合の図である。図9Dは、第1、第2ホログラムの両方ともが体積ホログラム111b、121bを含む場合の図である。2層式ホログラフィックカラーフィルタ100は、上記の組み合わせに拘わらず、同じ動作を行う。しかし、面レリーフホログラムの場合、層数が少ないと、効率が下がる。さらに、層数が多いと、面レリーフホログラムの製造が困難になる。従って、レーザを使用して記録材に直接記録された体積ホログラムは、効率および安定度において、すばらしい特性を発揮する。 FIG. 9A is a diagram illustrating a case where both the first and second holograms 110 and 120 include surface relief holograms 111a and 121a, and FIG. 9B illustrates that the first hologram 110 includes a surface relief hologram 111a; It is a figure in case the said 2nd hologram 120 contains the volume hologram 121b. FIG. 9C is a diagram in the case where the first hologram 110 includes a volume hologram 111b and the second hologram 120 includes a surface relief hologram 121a. FIG. 9D is a diagram in the case where both the first and second holograms include volume holograms 111b and 121b. The two-layer holographic color filter 100 performs the same operation regardless of the above combination. However, in the case of a surface relief hologram, the efficiency decreases when the number of layers is small. Furthermore, when the number of layers is large, it becomes difficult to manufacture a surface relief hologram. Thus, volume holograms recorded directly on a recording material using a laser exhibit excellent properties in efficiency and stability.

商業販売するLCDは、色合成を目的として、様々なカラーフィルタアレイを有し、該LCDに適切な2層式ホログラフィックカラーフィルタの製造手順を図10A〜10Cに示す。以下の説明では、同じ動作を実行する構成要素には同じ参照符号を付与し、第1、第2ホログラム片111、121は、同軸外線上では、1対1で互いに対応する。従って、2層式ホログラフィックカラーフィルタの動作特徴は、前記第1ホログラム片111の配置だけを使って説明される。全波長に対する再構築画像83では、色素層に入射する部分は、R、G、Bとして表現されるが、これは、色素層と同様のことである。さらに、色分離のための光学装置は、色素層の配置に従って、90度回転される。 Commercially sold LCDs have various color filter arrays for the purpose of color synthesis, and a manufacturing procedure of a two-layer holographic color filter suitable for the LCD is shown in FIGS. 10A to 10C. In the following description, the same reference numerals are given to components that perform the same operation, and the first and second hologram pieces 111 and 121 correspond to each other one-to-one on the coaxial outer line. Accordingly, the operational characteristics of the two-layer holographic color filter will be described using only the arrangement of the first hologram piece 111. In the reconstructed image 83 for all wavelengths, portions incident on the dye layer are expressed as R, G, and B, which is the same as the dye layer. Furthermore, the optical device for color separation is rotated 90 degrees according to the arrangement of the dye layer.

図10Aに示すのは、ストライプ形状で設けられるカラーフィルタを有するLCDに適切なストライプ型の第1ホログラム15である。前記第1ホログラム片111は、前記第1ホログラム片111の全波長の再構築画像83がRGB色素層の大きさと同じ大きさを有するように設計されたものであるが、カラーフィルタの形状と同じ形状で設けられる。図10Bが示すのは、モザイク形状で設けられるカラーフィルタを有するLCDに適切なモザイク型の第1ホログラム16である。前記第1ホログラム片111は、前記第1ホログラム片111の全波長の再構築画像83がRGB色素層の大きさと同じ大きさを有するように設計されたものであるが、モザイク状に設けられたカラーフィルタと同じ様態で、1つの色素層の幅に対応して、1行ずつシフトする。 FIG. 10A shows a stripe-type first hologram 15 suitable for an LCD having a color filter provided in a stripe shape. The first hologram piece 111 is designed such that the reconstructed image 83 of all wavelengths of the first hologram piece 111 has the same size as the RGB dye layer, but has the same shape as the color filter. Provided in shape. FIG. 10B shows a mosaic-type first hologram 16 suitable for an LCD having color filters provided in a mosaic shape. The first hologram piece 111 is designed so that the reconstructed image 83 of all wavelengths of the first hologram piece 111 has the same size as the RGB dye layer, but is provided in a mosaic shape. In the same manner as the color filter, the line is shifted line by line corresponding to the width of one dye layer.

図10Cが示すのは、デルタ形状で設けられるカラーフィルタを有するLCDに適切なデルタ型の第1ホログラム17である。前記第1ホログラム片111は、前記第1ホログラム片111の全波長のための再構築画像83がRGB色素層の大きさと同じ大きさを有するように設計されたものであるが、同片111は、デルタ形状で設けられるカラーフィルタと同様な態様で、前記第1ホログラム片111の全幅の半分だけ各行シフトして設けられる。モザイク型の第1ホログラムは、再構築画像中のRGB中央波長間の間隔が増加するので、モザイク型の第1ホログラム片は、最小パターンの大きさdが減少可能なように設計され、かつ再構築画像が可能な限り外側領域に配置されるように設計される必要がある。 FIG. 10C shows a first delta hologram 17 suitable for an LCD having a color filter provided in a delta shape. The first hologram piece 111 is designed such that the reconstructed image 83 for all wavelengths of the first hologram piece 111 has the same size as the RGB dye layer. In the same manner as a color filter provided in a delta shape, each row is shifted by half the full width of the first hologram piece 111. Since the spacing between the RGB center wavelengths in the reconstructed image increases in the mosaic-type first hologram, the mosaic-type first hologram piece is designed so that the size d of the minimum pattern can be reduced, and is reproduced. The constructed image needs to be designed to be arranged in the outer region as much as possible.

本発明による2層式ホログラフィックカラーフィルタ100がLCD200に近接しているが、ホログラフィックカラーフィルタ100は、ホログラフィックカラーフィルタ100とLCD200が単一モジュール内に構成されるように、LCD200と同時に製造される。図11、12は、カラーフィルタ210と、ホログラフィックカラーフィルタ100がLCD200のために使用された場合、カラーフィルタ210を含まない透過型LCDとを含む透過型LCDを示す断面図である。 Although the two-layer holographic color filter 100 according to the present invention is close to the LCD 200, the holographic color filter 100 is manufactured simultaneously with the LCD 200 so that the holographic color filter 100 and the LCD 200 are configured in a single module. Is done. 11 and 12 are cross-sectional views showing a transmissive LCD including a color filter 210 and a transmissive LCD that does not include the color filter 210 when the holographic color filter 100 is used for the LCD 200.

図11を参照して、本発明の第2実施形態によると、ホログラフィックカラーフィルタ100がカラーフィルタ210を含むLCD200のために使用される。基板130の1方側の光源60の側に前記第1ホログラム110を備え、かつLCD200の側に第2ホログラム120を備えた後、カラーフィルタ210をLCD200の第2ホログラム120と液晶250との間に備える。 Referring to FIG. 11, according to the second embodiment of the present invention, the holographic color filter 100 is used for the LCD 200 including the color filter 210. After the first hologram 110 is provided on the light source 60 side of the substrate 130 and the second hologram 120 is provided on the LCD 200 side, the color filter 210 is placed between the second hologram 120 of the LCD 200 and the liquid crystal 250. Prepare for.

図12を参照して、本発明の第3実施形態によると、2層式ホログラフィックカラーフィルタ100がカラーフィルタ210を含まないLCD200のために使用される。基板130の1方側の光源60の側に前記第1ホログラム110を備え、かつ液晶250に隣接する基板130の反対側に第2ホログラム120を備えることによって、2層式ホログラフィックカラーフィルタ100は、LCD200のカラーフィルタの役割を担う。 Referring to FIG. 12, according to a third embodiment of the present invention, a two-layer holographic color filter 100 is used for an LCD 200 that does not include a color filter 210. By providing the first hologram 110 on the side of the light source 60 on one side of the substrate 130 and the second hologram 120 on the opposite side of the substrate 130 adjacent to the liquid crystal 250, the two-layer holographic color filter 100 is provided. It plays the role of the color filter of LCD200.

上記のように、本発明の第2、第3実施形態による2層式ホログラフィックカラーフィルタ100は、白色光の波長を分布する。該光は、前記第1ホログラム110に入射したものである。なお、該分布は、ユニットピクセルの大きさを有する空間に渡って広がる。基板は、回折空間を備え、第2ホログラムは前記第1ホログラムによって分割された波長の方向を元の方向に復元する。従って、色合成の際の問題が発生しない。 As described above, the two-layer holographic color filter 100 according to the second and third embodiments of the present invention distributes the wavelength of white light. The light is incident on the first hologram 110. Note that the distribution extends over a space having the size of a unit pixel. The substrate has a diffraction space, and the second hologram restores the direction of the wavelength divided by the first hologram to the original direction. Therefore, there is no problem in color synthesis.

本発明の例示的な実施形態が説明のために記載されてきたが、本発明の精神及び範囲から逸脱することなく他の様々な変更、追加、置換を行えることが以下の請求項の開示を鑑みれば当業者には明白であろう。 While exemplary embodiments of the present invention have been described for purposes of illustration, various other changes, additions and substitutions may be made without departing from the spirit and scope of the present invention. In view of this, it will be apparent to those skilled in the art.

Claims (18)

光源に隣接し、かつユニットピクセルの大きさを有する空間に白色光の波長を分布するための、複数の第1ホログラム片を含む第1ホログラムと、
前記第1ホログラムを支持するための前記第1ホログラムに隣接し、かつ回折空間を備える基板と、
各カラーセルに対応する波長だけが該カラーセルに入射するように前記第1ホログラムによって分割された波長の方向を元の方向に復元するための、液晶ディスプレイに隣接する第2ホログラムと、を備えることによって、色合成の問題を防ぐことを特徴とする2層式ホログラフィックカラーフィルタ。
A first hologram including a plurality of first hologram pieces for distributing the wavelength of white light in a space adjacent to the light source and having a unit pixel size;
A substrate adjacent to the first hologram for supporting the first hologram and comprising a diffraction space;
A second hologram adjacent to the liquid crystal display for restoring the direction of the wavelength divided by the first hologram so that only the wavelength corresponding to each color cell is incident on the color cell. A two-layer holographic color filter characterized by preventing the problem of color synthesis.
前記第1ホログラムは、ユニットピクセルの大きさを有する、複数の透明な透過型ホログラム片を含むことを特徴とする請求項1に記載の2層式ホログラフィックカラーフィルタ。 2. The two-layer holographic color filter according to claim 1, wherein the first hologram includes a plurality of transparent transmissive hologram pieces having a unit pixel size. 前記第1ホログラムを構成する前記第1ホログラム片は、赤色、緑色、青色波長の1つが基準光として使われ、該基準光より長い波長は、より大きな角度で回折し、該基準光より短い波長は、小さい角度で回折するように、CGH設計スキームまたは体積ホログラム記録スキームによって製造されることを特徴とする請求項1または2に記載の2層式ホログラフィックカラーフィルタ。   In the first hologram piece constituting the first hologram, one of red, green, and blue wavelengths is used as reference light, and a wavelength longer than the reference light is diffracted at a larger angle and shorter than the reference light. The two-layer holographic color filter according to claim 1, wherein the two-layer holographic color filter is manufactured by a CGH design scheme or a volume hologram recording scheme so as to diffract at a small angle. 該第2ホログラムは、前記第1ホログラムを通過した後、異なる角度で入射し、かつ基板に回折した赤色、緑色、青色の中央波長が光源からの光の方向と同一の方向に回折するように、製造されたことを特徴とする請求項1に記載の2層式ホログラフィックカラーフィルタ。   The second hologram is incident at different angles after passing through the first hologram, and the red, green, and blue center wavelengths diffracted on the substrate are diffracted in the same direction as the light from the light source. The two-layer holographic color filter according to claim 1, wherein the two-layer holographic color filter is manufactured. 該液晶ディスプレイに隣接する該第2ホログラムは、ユニットピクセルの大きさを有する、複数の、透過型で透明な第2ホログラム片のアレイを含むことを特徴とする請求項1に記載の2層式ホログラフィックカラーフィルタ。   2. The two-layer type according to claim 1, wherein the second hologram adjacent to the liquid crystal display includes an array of a plurality of transmissive and transparent second hologram pieces having a unit pixel size. Holographic color filter. 該第2ホログラム片は、該液晶ディスプレイのピクセルとは、同軸線上に位置することを特徴とする請求項5に記載の2層式ホログラフィックカラーフィルタ。   6. The two-layer holographic color filter according to claim 5, wherein the second hologram piece is located on a coaxial line with the pixel of the liquid crystal display. 前記第1ホログラム片は、回折された波長が波長に対応する該第2ホログラム片に到達する回折角度に基づいて、該第2ホログラム片とは同軸外線上に位置することを特徴とする請求項2または5に記載の2層式ホログラフィックカラーフィルタ。   The first hologram piece is positioned on the same axis as the second hologram piece based on a diffraction angle at which the diffracted wavelength reaches the second hologram piece corresponding to the wavelength. The two-layer holographic color filter according to 2 or 5. 該第1、第2ホログラム片は、ユニットピクセルの整数倍に対応することを特徴とする請求項2または5に記載の2層式ホログラフィックカラーフィルタ。   6. The two-layer holographic color filter according to claim 2, wherein the first and second hologram pieces correspond to an integral multiple of a unit pixel. 該第1、第2ホログラム片はどちらも面レリーフホログラムを含むことを特徴とする請求項1に記載の2層式ホログラフィックカラーフィルタ。   2. The two-layer holographic color filter according to claim 1, wherein both the first and second hologram pieces include a surface relief hologram. 前記第1ホログラム片は、面レリーフホログラムを含み、該第2ホログラム片は、体積ホログラムを含むとこを特徴とする請求項1に記載の2層式ホログラフィックカラーフィルタ。   2. The two-layer holographic color filter according to claim 1, wherein the first hologram piece includes a surface relief hologram, and the second hologram piece includes a volume hologram. 前記第1ホログラム片は、体積ホログラムを含み、該第2ホログラム片は、面レリーフホログラムを含むことを特徴とする請求項1に記載の2層式ホログラフィックカラーフィルタ。   2. The two-layer holographic color filter according to claim 1, wherein the first hologram piece includes a volume hologram, and the second hologram piece includes a surface relief hologram. 該第1、第2ホログラム片はどちらも体積ホログラムを含むことを特徴とする請求項1に記載の2層式ホログラフィックカラーフィルタ。   2. The two-layer holographic color filter according to claim 1, wherein both the first and second hologram pieces include volume holograms. カラーフィルタを備え、請求項1に記載の構造を有する2層式ホログラフィックカラーフィルタは、光源とカラーフィルタとの間に介在されることを特徴とする液晶ディスプレイ。   A two-layer holographic color filter having a color filter and having the structure according to claim 1 is interposed between a light source and a color filter. 第1ホログラム片は、カラーフィルタの配置形状と同じ配置形状で設けられ、前記第1ホログラム片は、前記第1ホログラム片の全波長に対する再構築画像がRGB色素層の大きさと同じ大きさを有するように、設計されることを特徴とする請求項1または13に記載の液晶ディスプレイ。   The first hologram piece is provided in the same arrangement shape as the arrangement shape of the color filter, and the first hologram piece has a reconstructed image having the same size as the RGB dye layer for all wavelengths of the first hologram piece. The liquid crystal display according to claim 1, wherein the liquid crystal display is designed as described above. 第1ホログラム片は、モザイク形状に設けられるカラーフィルタと同一の様態で、各ラインごとに、1つの色素層の幅だけシフトして設けられ、前記第1ホログラム片は、前記第1ホログラム片の全波長に対する再構築画像がRGB色素層の大きさと同一の大きさを有するように、設計されることを特徴とする請求項1または13に記載の液晶ディスプレイ。   The first hologram piece is provided by shifting the width of one dye layer for each line in the same manner as the color filter provided in a mosaic shape, and the first hologram piece is the same as that of the first hologram piece. 14. The liquid crystal display according to claim 1, wherein the reconstructed image for all wavelengths is designed to have the same size as that of the RGB dye layer. 第1ホログラム片は、デルタ形状で設けられるカラーフィルタと同一の様態で、各ラインごとに、前記第1ホログラム片の全幅の半分だけシフトして設けられ、前記第1ホログラム片は、前記第1ホログラム片の全波長に対する再構築画像がRGB色素層の大きさと同一の大きさを有するように、設計されることを特徴とする請求項1または13に記載の液晶ディスプレイ。   The first hologram piece is provided in the same manner as the color filter provided in a delta shape, and is shifted for each line by a half of the entire width of the first hologram piece. 14. The liquid crystal display according to claim 1, wherein the reconstructed image for all wavelengths of the hologram piece is designed to have the same size as the RGB dye layer. カラーフィルタを備え、請求項1に記載の構造を有する2層式ホログラフィックカラーフィルタは、該液晶ディスプレイのカラーフィルタに隣接して形成されることを特徴とする液晶ディスプレイ。   2. A liquid crystal display comprising a color filter, wherein the two-layer holographic color filter having the structure according to claim 1 is formed adjacent to the color filter of the liquid crystal display. カラーフィルタを備えておらず、請求項1に記載の構造を有する2層式ホログラフィックカラーフィルタは、光源と該液晶ディスプレイの液晶との間に介在されることを特徴とする液晶ディスプレイ。   2. A liquid crystal display characterized in that the two-layer holographic color filter having no color filter and having the structure according to claim 1 is interposed between a light source and a liquid crystal of the liquid crystal display.
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* Cited by examiner, † Cited by third party
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JP2018180200A (en) * 2017-04-11 2018-11-15 国立研究開発法人情報通信研究機構 Color hologram recording apparatus and color hologram manufacturing method

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