JP2006510045A

JP2006510045A - 反射型カラーフィルタを有するディスプレイ基板

Info

Publication number: JP2006510045A
Application number: JP2004559250A
Authority: JP
Inventors: オルチャク，ユージーン
Original assignee: General Electric Co
Current assignee: General Electric Co
Priority date: 2002-12-11
Filing date: 2003-12-03
Publication date: 2006-03-23
Also published as: EP1573386A2; US20040114072A1; CN100409071C; WO2004053581A2; US20050212996A1; CA2509491A1; US7274417B2; US6909482B2; WO2004053581A3; BR0316772A; AU2003293343A1; CN1726422A

Abstract

光ディスプレイ装置（１００）は、複数の原色を含む光を発光する光源（１１２）を有する基板（１１０）を含む。装置はまた、光源（１１２）から受光した光を変調するように配置された複数の変調素子（１１６）を含む変調配列（１１４）を含み、各変調素子は液晶層（１３０）の一部を含む。装置はまた、複数のカラーフィルタ（１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ）を含む反射型カラーフィルタ配列（１２０）を含み、複数のカラーフィルタの各々が変調配列のそれぞれの変調素子に対応するように配置され、複数のカラーフィルタの各々が１つの原色の光を透過し、残りの他の原色の光を基板（１１０）方向に反射し、反射型カラーフィルタ配列（１２０）は基板（１１０）に対して、基板と反射型カラーフィルタ配列との間に原色の光を実質的に吸収する層が存在しないように配置されている。装置はさらに、原色の反射光を反射型カラーフィルタ配列方向に反射する反射パネル（１４０）を含む。

Description

本発明は一般に、反射型カラーフィルタ配列（ＲＣＦＡ）液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を含む光学ディスプレイに関する。

カラーＬＣＤは代表的にはカラーフィルタ配列（ＣＦＡ）マスクを含んでおり、カラー画像の発生に用いている。各画素（ピクセル）を例えば赤、青及び緑（ＲＧＢ）色に空間的に多重化することによって広い色域を実現することができる。

図１に、カラーフィルター配列を有する代表的なカラーＬＣＤの例を示す。カラーＬＣＤ１０は、ガス放電ランプのような光源１４を有する基板１２を含む。光源１４からの光はディスプレイ素子１６に入射し、ディスプレイ素子１６は画素内で光を変調するよう作用する。ディスプレイ素子１６は２枚の直線偏光板２０と２２の間に液晶層１８を含んでいる。

液晶層１８の領域は偏光板２０及び２２と共に、光源１４からＬＣＤの前面に光を選択的に透過させるライトバルブとして作用する。ノーマリーブラックＬＣＤの場合、層１８のある領域に電圧をかけてその領域をオンにすると、光がその領域を透過できるようになるが、それ以外は光は遮断され、その画素は遮断されたまま留まる。したがって、適切な電圧を印加することによって、光を液晶層１８の異なる領域に通すことができる。電圧を印加しなければ画素が光を通過するノーマリーホワイトＬＣＤも知られている。

ＣＦＡ２６のカラーフィルタ２４は各々液晶層１８の別々の位置に（画素パターン又はモザイク状に）配置されている。フィルタは画素としてグループ化され、画素に適当な色の光を透過するようになっている。各画素（ピクセル）は代表的には３つのサブピクセルからなり（トリプレット）、フィルタは赤、緑及び青光を透過するサブピクセルにそれぞれ対応する。したがって、各画素はフィルタのＲＧＢ（赤、青、緑）トリプレットを含む。

ＣＦＡ２６は、側面図において、赤、青及び緑色の光をそれぞれ透過する交互のフィルタ２４ｒ、２４ｂ及び２４ｇからなるものとして示されている。
米国特許第４９０６０７０号明細書米国特許第６０２５８９９号明細書米国特許第６１６３３５８号明細書米国特許第６１７２７２５号明細書米国特許第６４３７９２１号明細書特開平０６−１３０４２４号公報特開平０８−２９２４２８号公報特開平０８−３３４７５２号公報

本発明の第一の態様では、光ディスプレイ装置が提供される。この光ディスプレイ装置は、複数の原色を含む光を発光する光源を含む基板と、光源から受光した光を変調するように配置された複数の変調素子を含む変調配列と、各々上記変調配列のそれぞれの変調素子に対応するように配置され、各々１つの原色の光を透過して残りの他の原色の光を基板方向に反射する複数のカラーフィルタを含む反射型カラーフィルタ配列であって、基板と反射型カラーフィルタ配列との間に原色の光を実質的に吸収する層が存在しないように基板に対して配置された反射型カラーフィルタ配列と、原色の反射光を反射型カラーフィルタ配列方向に反射する反射パネルとを備える。

本発明の第二の態様では、光ディスプレイ装置が提供される。この光ディスプレイ装置は、複数の原色を含む光を発光する光源を含む基板と、光源から受光した光を変調するように配置された複数の変調素子を含む変調配列であって、各変調素子が液晶層の一部を含む変調配列と、各々上記変調配列のそれぞれの変調素子に対応するように配置され、各々１つの原色の光を透過して残りの他の原色の光を基板方向に反射する複数のカラーフィルタを含む反射型カラーフィルタ配列であって、基板と反射型カラーフィルタ配列との間に原色の光を実質的に吸収する層が存在しないように基板に対して配置された反射型カラーフィルタ配列と、原色の反射光を反射型カラーフィルタ配列方向に反射する反射パネルとを備える。

以下に、本発明の現時点で好ましい実施形態を詳細に説明する。同一又は類似の部品については図面全体を通してできるだけ同じ参照符号を用いる。

図１に示す代表的な設計のＣＦＡ２６は赤、青及び緑色の光を透過する作用をなすが、これらのフィルタ２４は透過光以外の光を反射する目的には設計も配置もされていない。本発明者は、反射型カラーフィルタ配列（ＲＣＦＡ）をカラーＬＣＤその他の光多重化ディスプレイにおいて吸収型偏光板（又はその他の実質的光吸収層）の下側の空間位置に配置することにより、カラーＬＣＤからの全照明を増加できることを見いだした。この配置では、（ＬＣＤ用の色として赤、青及び緑を選んだ場合）赤チャンネルに入射した青色又は緑色光は、光源を有する基板の方向に反射されてリサイクルされる（青及び緑チャンネルについても同様）ので、無駄になる光が減る。

リサイクルを実現するため、基板は、最初に反射された光を反射してＲＣＦＡの方へ戻す反射型パネルを含んでおり、反射光がフィルタ位置の１つを透過する可能性が生じる。

カラーＬＣＤの他にも、カラーフィルタ配列が用いられ、フィルタ配列の異なる色間で光を空間的に変調し、多重化する他の装置にもＲＣＦＡを使用できる。

図２は、本発明の一実施形態に係る光ディスプレイ装置１００の側面図である。この光ディスプレイ装置は、光源１１２を有する基板１１０を含む。光源１１２を含む基板１１０は、光ディスプレイ装置１００のバックライトとして機能する。基板１１０上に、基板１１０から受光した光を変調するように配置された複数の変調素子１１６を含む変調配列１１４が配置されている。変調素子１１６は、図２、図３及び図４では、破線で区画して示されている。図２に戻ると、光ディスプレイ装置１００はＲＣＦＡ１２０を含み、ＲＣＦＡ１２０は第１の原色Ａ、第２の原色Ｂ及び第３の原色Ｃを含む光をそれぞれ透過する多数のカラーフィルタ１２２Ａ、１２２Ｂ及び１２２Ｃを含む。カラーフィルタはコレステリックフィルタとするか、或いは例えば複数の有機又は無機薄膜から構成してもよい。カラーフィルタ１２２は３原色（原色の数が３の場合）のグループ毎にトリプレットとして配列して１画素を形成することができる。反射型カラーフィルタ配列は有機材料、無機材料いずれから形成してもよい。反射型カラーフィルタ配列はコレステリックフィルタ又は偏光感応性フィルタから構成することができる。

これらの原色は任意所望の色、例えば赤、緑及び青とすることができる。或いは、原色を、例えばシアン、マゼンタ及びイエローとしてもよい。原色の数、したがってＲＣＦＡ中のフィルタの異なるタイプの数は３である必要はない。原色の数は２でも、４以上でもよい。

光源１１２は、変調光ディスプレイに照明目的で用いられる従来の光源のいずれでもよい。光源１１２は、例えば蛍光器具、白熱光器具、ハロゲン光器具、その他の光源とすることができる。光源１１２はさらに、当該技術分野で周知のように、蛍光体が光器具からの光で活性化されるように配置した蛍光体の配置を含んでもよい。この場合、光器具は可視光を発光する必要はなく、例えば蛍光体を発光状態に励起するＵＶ光を放射してもよい。光源１１２は多数の異なるタイプの蛍光体を含んでもよく、この場合各タイプの蛍光体がＲＣＦＡ１２０のフィルタ１２２の原色の一つの光を発光する。

装置１１０がカラーＬＣＤである場合、変調配列１１４は、液晶層１３０及び液晶層の両側に配置された偏光板１３４及び１３６を含むことができる。偏光板１３４及び１３６は、偏光方向が好ましくは互いに９０°に配向された直線偏光板とすることができる。液晶層１３０は、通常のＬＣＤ駆動回路（図示せず）、例えば薄膜トランジスタよりなる回路により付勢するのが好ましい。液晶層１３０は、当該技術分野で周知のようにねじれネマチック材料から構成することができる。

図２の実施形態では、下側偏光板１３４、即ち基板１１０に近い偏光板は、反射型偏光板又は吸収型偏光板又は両者の組合せとすることができ、上側偏光板１３６、即ち基板１１０から遠い偏光板は、吸収型偏光板とすることができる。吸収型偏光板用の適当な材料にはヨウ素染色ポリビニルアルコールがある。吸収型偏光板では、所望の（直線）偏光は偏光板を透過し、望ましくない（直交）偏光成分は偏光板に吸収される。反射型偏光板では、望ましくない偏光は吸収されるのではなくて、反射される。

この実施形態では、ＲＣＦＡ１２０は偏光板１３４及び１３６両方の下側に配置されている。もしもＲＣＦＡ１２０が偏光板１３４及び１３６いずれかの上側に配置され、またもしもこれらの偏光板両方が吸収型であると、ＲＣＦＡ１２０から反射された光は下側偏光板により吸収され勝ちとなり、そうするとこの吸収された光をＲＣＦＡ１２０までリサイクルして戻し、光ディスプレイ装置１００の照明を増加することはできない。

この実施形態では、ＲＣＦＡ１２０は、フィルタの原色の光を実質的に吸収する光吸収層、例えば光吸収型偏光板より下側に位置する。そのため、本実施形態では、光吸収層がＲＣＦＡ１２０と基板光源１１２との間に配置されている場合にフィルタの原色の光を実質的に吸収する光吸収層がひとつもない。

さらに、ＲＣＦＡ１２０は、色クロストークを最小限に抑える、即ち変調配列での単一変調素子内で原色の混色が起こらないように、変調配列１１４に密接配置するのが好ましい。ＲＣＦＡ１２０を偏光変調素子１１６の外側に配置することで、反射光をＬＣＤのイメージ含量により変調する場合などに起こる、像のカラー含量がバックライト照明のカラー含量に影響する問題を回避する。

基板１１０は反射型バックパネル１４０も含む。反射型バックパネルは、例えば無機被覆又は充填材を有するポリマー膜などの材料から形成でき、メタライジングを施してもよい。反射型バックパネル１４０は、ＲＣＦＡ１２０から反射された光を反射する作用をなす。反射型バックパネル１４０はこの光を反射してＲＣＦＡ１２０に戻す作用をなす。反射型パネル１４０は、原色の反射率が好ましくは７５％超え、より好ましくは９０％超えである。こうして、反射型バックパネル１４０はＲＣＦＡ１２０から反射されて戻された光をリサイクルし、したがって光ディスプレイ装置１００の全照明を増加するよう作用することができる。

図２の実施形態は、下側偏光板１３４も上側偏光板１３６もＲＣＦＡ１２０より上にある例を示す。しかし、下側偏光板がＲＣＦＡ１２０からの原色の光を実質的に吸収しなければ、下側偏光板１３４はＲＣＦＡ１２０より上にある必要がない。

図３は、下側偏光板１３４が反射型偏光板であり、ＲＣＦＡ１２０より下にある実施形態を示す。図２の実施形態と同様に、ＲＣＦＡ１２０はやはり上側偏光板１３６（吸収型偏光板でもよい）及び液晶材料１３０の下側に位置する。下側偏光板１３４が原色の光を実質的に吸収しない反射型偏光板であるので、ＲＣＦＡ１２０から反射された光を、反射型パネル１４０で反射することにより、リサイクルすることができる。

光ディスプレイ装置１００はＲＣＦＡ１２０と反射型バックパネル１４０との間に層を、これらの層が原色の光を実質的に吸収しないならば、含んでもよい。図４は本発明の別の実施形態を示し、ここでは反射型偏光板である下側偏光板１３４及び中間層１４２両方がＲＣＦＡ１２０と反射型バックパネル１４０との間に配置されている。したがって、ＲＣＦＡ１２０と反射型バックパネル１４０の間の層による顕著な吸収なしに、ＲＣＦＡ１２０により反射された原色の光を反射してＲＣＦＡ１２０に戻す（したがってリサイクルする）ことができる。この場合、下側偏光板１３４及び中間層１４２は原色の光を実質的に吸収しない。中間層１４２は、例えば不動態層とすることができ、例えばポリマー、ＳｉＯ_２、ＴｉＯ_２及びポリシリコンなどの薄膜から構成することができる。

或いは、中間層１４２は、不動態化以外の機能もしくは不動態化に加えて他の機能を果たす層であってもよい。このような機能としては、電気もしくは熱伝導、電気もしくは熱遮蔽、環境バリヤ又はこれらの組合せがある。図４は、ＲＣＦＡ１２０と光源１１２を含む基板１１０との間に配置された中間層１４２を示すが、中間層１４２はその代わりに或いはそれに加えて、ＲＣＦＡ１２０の光源１１２とは反対の側に配置することもできる。さらに、図２及び図３に関して説明した装置に１つ以上の中間層を設けてもよい。

以上、本発明をその特定の実施形態について説明したが、本発明の要旨から逸脱することなく種々の変更や改変を加えうることが当業者に明らかである。したがって、本発明の範囲は上述した実施形態いずれにても限定されるべきでなく、特許請求の範囲によってのみ確定されるべきである。

カラーフィルタ配列を有する従来のカラーＬＣＤを示す線図である。本発明の一実施形態に係る光ディスプレイ装置の側面図である。本発明の別の実施形態に係る光ディスプレイ装置の側面図である。本発明の他の実施形態に係る光ディスプレイ装置の側面図である。

符号の説明

１００光ディスプレイ装置
１１０基板
１１２光源
１１４変調配列
１１６変調素子
１２０反射型カラーフィルタ配列
１３４偏光板
１３６偏光板
１４０反射型パネル
１４２中間層

Claims

複数の原色を含む光を発光する光源（１１２）を含む基板（１１０）と、
光源（１１２）から受光した光を変調するように配置された複数の変調素子（１１６）を含む変調配列（１１４）と、
各々上記変調配列のそれぞれの変調素子に対応するように配置され、各々１つの原色の光を透過して残りの他の原色の光を基板（１１０）方向に反射する複数のカラーフィルタ（１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ）を含む反射型カラーフィルタ配列（１２０）であって、基板（１１０）と反射型カラーフィルタ配列（１２０）との間に原色の光を実質的に吸収する層が存在しないように基板に対して配置された反射型カラーフィルタ配列（１２０）と、
原色の反射光を反射型カラーフィルタ配列（１２０）方向に反射する反射パネル（１４０）とを備える光ディスプレイ装置（１００）。
変調配列（１１４）が、反射型カラーフィルタ配列上に配置された光吸収型偏光板（１３４）を含む、請求項１記載の光ディスプレイ装置。
変調配列（１１４）が、反射型カラーフィルタ配列と基板間に配置された反射型偏光板（１３４）を含む、請求項１記載の光ディスプレイ装置。
変調配列（１１４）が、反射型カラーフィルタ配列（１２０）と基板（１１０）間に配置された反射型偏光板を含む、請求項２記載の光ディスプレイ装置。
変調配列（１１４）が反射型偏光板を含み、反射型カラーフィルタ配列（１２０）が反射型偏光板と基板との間に配置された、請求項１記載の光ディスプレイ装置。
変調配列（１１４）が反射型偏光板を含み、反射型カラーフィルタ配列（１２０）が反射型偏光板と基板との間に配置された、請求項２記載の光ディスプレイ装置。
さらに、原色の光を実質的に吸収しない中間層（１４２）が基板（１１０）と反射型カラーフィルタ配列（１２０）との間に配置された、請求項１記載の光ディスプレイ装置。
反射型カラーフィルタ配列（１２０）がコレステリックフィルタ及び偏光感応性フィルタの１つを含む、請求項１記載の光ディスプレイ装置。
複数の原色を含む光を発光する光源（１１２）を含む基板（１１０）と、
光源（１１２）から受光した光を変調するように配置された複数の変調素子（１１６）を含む変調配列（１１４）であって、各変調素子（１１６）が液晶層（１３０）の一部を含む、変調配列（１１４）と、
各々上記変調配列のそれぞれの変調素子に対応するように配置され、各々１つの原色の光を透過して残りの他の原色の光を基板（１１０）方向に反射する複数のカラーフィルタ（１２２Ａ、１２２Ｂ、１２２Ｃ）を含む反射型カラーフィルタ配列（１２０）であって、基板（１１０）と反射型カラーフィルタ配列（１２０）との間に原色の光を実質的に吸収する層が存在しないように基板に対して配置された反射型カラーフィルタ配列（１２０）と、
原色の反射光を反射型カラーフィルタ配列（１２０）方向に反射する反射パネル（１４０）
を備える光ディスプレイ装置（１００）。
さらに、原色の光を実質的に吸収しない中間層（１４２）が基板（１１０）と反射型カラーフィルタ配列（１２０）との間に配置された、請求項９記載の光ディスプレイ装置。