JP4507223B2 - カラー表示装置 - Google Patents

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Description

【0001】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー表示装置に関し、例えば、直視型の液晶表示装置であって外光若しくはフロントライトを反射するカラー表示とバックライトを透過する表示とが切り替え可能な直視型のカラー表示装置に関するものである。
【0002】
【従来の技術】
従来から外光を反射して行う反射型の表示とバックライトを透過して行う透過型の表示とが切り替えられる直視型のカラー液晶表示装置が知られている。明るい場所では反射型に、暗い場所では透過型に切り替えて使用している。
【0003】
この場合、カラーフィルターは顔料や染料等を用いた吸収型のものを用いており、一般には観察側から以下の構造を有している。偏光板、液晶用電極、駆動回路、位相補償板、散乱板等は省略している。
【0004】
▲1▼カラーフィルター/液晶層/ハーフミラー/バックライト
▲2▼カラーフィルター/液晶層/面積分割した開口ミラー/バックライト
上記の▲1▼の場合は、ハーフミラーが、▲2▼の場合は、面積分割した開口ミラーが、反射型と透過型の兼用を実現している。反射型の場合は、カラーフィルターと液晶層を透過した光がハーフミラー又は面積分割した開口ミラーで反射されて、逆経路を通って観察者に向かい、反射型のカラー表示を行う。透過型の場合は、バックライトからの光がハーフミラー又は面積分割した開口ミラーを通して液晶層とカラーフィルターを通って観察者に向かい、透過型のカラー表示を行う。なお、ここで、面積分割した開口ミラーとは、画素より小さい微小な開口が面内に分布していてその開口率に応じた透過率と反射率を示すハーフミラーと同様な半透過作用を行うミラーである。
【0005】
また、カラーフィルターとして多層膜ミラーを用いるものは既に実用化されており、また、リップマンホログラムを用いるものも本出願人により提案されている(特開平10−40726号(特願平8−197574号)、特開平10−111501号(特願平8−264437号)等)。
【0006】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のハーフミラーあるいは面積分割した開口ミラーを用いる場合、反射光の一部しか利用しないため、輝度が低下する。透過光についても同様である。特に透過光使用の場合はバックライトを用いるため、使用電力が増し、電池寿命が短くなるという問題がある。
【0007】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、明るく効率良く反射型のカラー表示と透過型のカラー表示が切り替え可能なカラー表示装置を提供することである。
【0008】
【課題を解決するための手段】
上記目的を達成する本発明のカラー表示装置は、画素の集合体からなり各画素毎に透過率、散乱状態若しくは偏光状態が制御可能な透過型空間光変調素子と、その背面側に配置され透過型空間光変調素子の画素に対応する領域毎に特性が異なるカラーフィルターとからなり、前記カラーフィルターは反射波長選択性を有し、かつ、その補色成分を透過する透過波長選択性を有するホログラムあるいはダイクロイックミラーのアレーからなり、前記透過型空間光変調素子の前面側からの光を前記カラーフィルターで反射させてカラー表示する場合の表示色と、前記カラーフィルターの背面側からの光を透過させてカラー表示する場合の表示色とは補色の関係にあり、反射光と透過光を切り替えるときに前記透過型空間光変調素子の表示信号を原色表示信号から補色表示信号にあるいはその逆に切り替えるようにしたことを特徴とするものである。
【0009】
この場合、そのカラーフィルターが、3原色反射フィルターからなり、赤色、緑色、青色を反射し、それらに対応してシアン、マゼンタ、イエローを透過するものであってもよく、その逆に、3原色の補色の反射フィルターからなり、シアン、マゼンタ、イエローを反射し、それらに対応して赤色、緑色、青色を透過するものであってもよい。
【0010】
また、そのカラーフィルターが光散乱機能を有するホログラムからなるものであってもよい。
【0011】
また、カラーフィルターと透過光照明手段との間にハーフミラー若しくは面積分割した開口ミラーを備えているように構成することもできる。
【0012】
本発明においては、カラーフィルターとして、反射波長選択性を有し、かつ、その補色成分を透過する透過波長選択性を有するホログラムあるいはダイクロイックミラーのアレーを用いて、透過型空間光変調素子の前面側からの光をそのカラーフィルターで反射させてカラー表示する場合の表示色と、カラーフィルターの背面側からの光を透過させてカラー表示する場合の表示色とは補色の関係にあり、反射光と透過光を切り替えるときに透過型空間光変調素子の表示信号を原色表示信号から補色表示信号にあるいはその逆に切り替えるようにしたので、ハーフミラーや面積分割した開口ミラーを用いる場合のように無駄な光が生じないので、反射型カラー表示とバックライト透過型カラー表示を切り替えて表示する場合に輝度の低下を抑えて効率良く明るい表示が可能になる。
【0013】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のカラー表示装置を実施例に基づいて説明する。
【0014】
図1に本発明に基づく反射型と透過型を兼用したカラー表示装置の断面図を示す。この実施例においては、用いる透過型空間光変調素子としてTN(ツイストネマチック)液晶を用いた液晶表示素子を想定しているが、本発明においては後記する本発明の原理より明らかなように、高分子分散型液晶表示素子等の公知のその他の透過型空間光変調素子を用いることができる。
【0015】
カラー液晶表示素子の一方のガラス基板2の内面に、反射型ホログラム(リップマンホログラム)からなり、R(赤色)、G(緑色)、B(青色)の繰り返し配列からなる反射型カラーフィルター4が設けられ、その上に図示しない共通電極、配向膜等が設けられている。対向ガラス基板1の内面には、図示しない画素電極、TFT、配線、配向膜等が設けられている。そして、ガラス基板1、2相互を配向膜が向き合うように配置してその間に液晶層3を挟んで封止することによりカラー液晶表示素子が構成される。そして、その両側に偏光板5、6が平行ニコルあるいは直交ニコルの状態に配置され、さらに偏光板6側には散乱板7が配置され、さらにその後方にバックライト用導光板8が配置され、そのバックライト用導光板8の一端に光源9が配置されている。
【0016】
このような配置であるので、反射型表示の場合、光源9が消灯されているので、カラー液晶表示素子の観察側から入射する外光の白色光10が、偏光板5、対向ガラス基板1、液晶層3を経て反射型カラーフィルター4に入射し、そのR画素に入射した白色光10はR成分のみが反射され、同様にG画素に入射した白色光10はG成分のみが反射され、B画素に入射した白色光10はB成分のみが反射される。したがって、カラー液晶表示素子の各画素の変調状態に応じてR画素からはRの反射光11R が、G画素からはGの反射光11G が、B画素からはBの反射光11B が反射され、RGB3原色の加法混色により所望のカラーパターンの表示が行われる。
【0017】
次に、暗い場所におけるバックライト透過型表示の場合は、光源9が点灯され、その照明光はバックライト用導光板8の一端からバックライト用導光板8内に入射し、その前面から均一になって放射される。そのバックライト照明光12は、散乱板7、偏光板6、ガラス基板2を経て反射型カラーフィルター4に入射し、そのR画素に入射した照明光12は、R成分のみが反射され、G成分とB成分を足し合わせたC(シアン)成分が透過し、液晶層3、ガラス基板1、偏光板5を経て透過光12R となる。同様に、G画素に入射した照明光12は、G成分のみが反射され、R成分とB成分を足し合わせたM(マゼンタ)成分が透過し、液晶層3、ガラス基板1、偏光板5を経て透過光12G となり、B画素に入射した照明光12は、B成分のみが反射され、R成分とG成分を足し合わせたY(イエロー)成分が透過し、液晶層3、ガラス基板1、偏光板5を経て透過光12B となる。したがって、この透過型表示の場合は、カラー液晶表示素子の各画素の変調状態に応じてR画素からはCの透過光12R が、G画素からはMの透過光12G が、B画素からはYの透過光12B が透過し、RGB3原色の補色CMYの加法混色により所望のカラーパターンの表示が行われる。なお、CMYの加法混色による表示は色の純度が低下する問題はあるが、RGB3原色の加法混色の表示より明るい表示が可能になるメリットがある。
【0018】
なお図1の配置において、偏光板6と散乱板7の配置順は逆にしてもよいし、散乱板7は省いてもよい。
【0019】
以上のように、反射型表示のRGBの加法混色による表示の場合と、バックライト透過型表示のCMYの加法混色による表示の場合とでは、カラー液晶表示素子の駆動回路は、RGB系表示とYMC系表示とを切り替えられる構成とする必要があり、各画素に印加する電圧は反射型と透過型で切り替える必要がある。一般のデータ信号やビデオ信号はRGB系が一般であるが、YMC系用の信号は下記の方法で合成することができる。
【0020】
(Y信号)=(R信号)+(G信号)
(M信号)=(B信号)+(R信号)
(C信号)=(B信号)+(G信号)
以上の実施例の反射型カラーフィルター4は、例えば本出願人による特開平10−40726号(特願平8−197574号)、特開平10−111501号(特願平8−264437号)に記載された二光束干渉による方法等で作製することができるが、反射型カラーフィルター4の代わりに、RGB各色のみを反射するダイクロイックミラーの繰り返し配列からなるダイクロイックミラーカラーフィルターを用いてもよい。このダイクロイックミラーカラーフィルターは、R反射ダイクロイックミラー、G反射ダイクロイックミラー、B反射ダイクロイックミラーが所定の配列でパターニングされた多層膜ミラーを作製することにより得られる。
【0021】
さらには、反射型カラーフィルター4の反射色特性と透過色特性を反対にしてもよい。すなわち、反射型カラーフィルター4のR画素に入射した白色光10はC成分が反射され、同様にG画素に入射した白色光10はM成分が反射され、B画素に入射した白色光10はY成分が反射され、R画素に入射した照明光12はR成分のみを透過し、G画素に入射した照明光12はG成分のみを透過し、B画素に入射した照明光12はB成分のみを透過するようにしても、同様に反射型カラー表示と透過型カラー表示とを切り替えて表示することができる。この場合も、各画素に印加する電圧は反射型と透過型でYMC系表示とRGB系表示とを切り替える必要がある。
【0022】
また、反射型カラーフィルター4を反射型ホログラムで構成する場合、各画素に入射した白色光10の中の選択した色成分を反射する方向は、いわゆる鏡面反射でなく、図2に示すように、所定の範囲内に散乱するように構成することが視野が制限され明るい表示を可能にする上で望ましい。そのためには、例えば、特開平10−111501号に開示されているように、反射型ホログラムを記録する際に相互に反対方向から入射する二光束の一方の光束を散乱性のものにして記録するようにすればよい。
【0023】
さらに、反射型カラー表示を相対的により明るくするには、図3に示すように、反射型カラーフィルター4の背面(バックライト側)にハーフミラー13(図3(a))、あるいは、画素サイズより小さい微小な開口15を面内に分布して設けてなる面積分割した開口ミラー14(図3(b))を配置し、ハーフミラー13の反射率あるいは面積分割した開口ミラー14の開口率を調節することにより、反射光11R 、11G 、11B の光量をより多くして明るい反射型カラー表示が可能になる。
【0024】
以上、本発明のカラー表示装置を実施例に基づいて説明してきたが、本発明はこれら実施例に限定されず種々の変形が可能である。
【0025】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のカラー表示装置によると、カラーフィルターとして、反射波長選択性を有し、かつ、その補色成分を透過する透過波長選択性を有するホログラムあるいはダイクロイックミラーのアレーを用いて、透過型空間光変調素子の前面側からの光をそのカラーフィルターで反射させてカラー表示する場合の表示色と、カラーフィルターの背面側からの光を透過させてカラー表示する場合の表示色とは補色の関係にあり、反射光と透過光を切り替えるときに透過型空間光変調素子の表示信号を原色表示信号から補色表示信号にあるいはその逆に切り替えるようにしたので、ハーフミラーや面積分割した開口ミラーを用いる場合のように無駄な光が生じないので、反射型カラー表示とバックライト透過型カラー表示を切り替えて表示する場合に輝度の低下を抑えて効率良く明るい表示が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図1】本発明に基づく反射型と透過型を兼用したカラー表示装置の1実施例の断面図である。
【図2】反射型ホログラムカラーフィルターの変形例を示す断面図である。
【図3】本発明の別の実施例のカラーフィルター部分の断面図である。
【符号の説明】
1…対向ガラス基板
2…ガラス基板
3…液晶層
4…反射型カラーフィルター
5、6…偏光板
7…散乱板
8…バックライト用導光板
9…光源
10…白色光(外光)
11R …Rの反射光
11G …Gの反射光
11B …Bの反射光
12…バックライト照明光
12R …Cの透過光
12G …Mの透過光
12B …Yの透過光
13…ハーフミラー
14…面積分割した開口ミラー
15…微小な開口

Claims (4)

  1. 画素の集合体からなり各画素毎に透過率、散乱状態若しくは偏光状態が制御可能な透過型空間光変調素子と、その背面側に配置され透過型空間光変調素子の画素に対応する領域毎に特性が異なるカラーフィルターとからなり、前記カラーフィルターは反射波長選択性を有し、かつ、その補色成分を透過する透過波長選択性を有するホログラムのアレーからなり、前記カラーフィルターは光散乱機能を有するホログラムからなり、前記透過型空間光変調素子の前面側からの光を前記カラーフィルターで反射させてカラー表示する場合の表示色と、前記カラーフィルターの背面側からの光を透過させてカラー表示する場合の表示色とは補色の関係にあり、反射光と透過光を切り替えるときに前記透過型空間光変調素子の表示信号を原色表示信号から補色表示信号にあるいはその逆に切り替えるようにしたことを特徴とするカラー表示装置。
  2. 前記カラーフィルターが3原色反射フィルターからなり、赤色、緑色、青色を反射し、それらに対応してシアン、マゼンタ、イエローを透過するものであることを特徴とする請求項1記載のカラー表示装置。
  3. 前記カラーフィルターが3原色の補色の反射フィルターからなり、シアン、マゼンタ、イエローを反射し、それらに対応して赤色、緑色、青色を透過するものであることを特徴とする請求項1記載のカラー表示装置。
  4. 前記カラーフィルターと透過光照明手段との間にハーフミラー若しくは面積分割した開口ミラーを備えていることを特徴とする請求項1からの何れか1項記載のカラー表示装置。
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