JPH08234192A - 液晶フィルターと連続的に連結したカラーディスプレイ - Google Patents

液晶フィルターと連続的に連結したカラーディスプレイ

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JPH08234192A
JPH08234192A JP7295535A JP29553595A JPH08234192A JP H08234192 A JPH08234192 A JP H08234192A JP 7295535 A JP7295535 A JP 7295535A JP 29553595 A JP29553595 A JP 29553595A JP H08234192 A JPH08234192 A JP H08234192A
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light
filter
display
lcds
liquid crystal
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JP7295535A
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Juerg Fuenfschilling
フュンフシーリング ユルク
Martin Schadt
シャット マルティン
Hubert Seiberle
ザイベルレ フーベルト
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F Hoffmann La Roche AG
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F Hoffmann La Roche AG
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Abstract

(57)【要約】 【課題】 本発明の課題は、高い光透過能力を有し、液
晶ディスプレイからの増大した速度を必要としない、非
常にコンパクトな線形光路を有するディスプレイを提供
することである。 【解決手段】 ディスプレイ装置において、各フィルタ
ーが三色のうちの一つを減衰する、３つの連続的に配置
され、電気制御されるカラーフィルターを透過する光を
案内することにより、色が発生する。カラーフィルター
は、２つのコレステリックフィルター、２つのλ／４波
長板及び１つの電気的に切替可能な液晶ディスプレイか
らなる。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、色が、連続して連
結した電気制御可能なコレステリックカラーフィルター
によって作られる、カラーディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、カラー液晶ディスプレイを作るの
に３つの方法が使われてきた。第一及び最も普通の方法
は、主に、（投影装置と対照的な）直視ディスプレイが
使用され、各画点（各ピクセル）が、それぞれ、赤、緑
又は青フィルターを備えた３つの隣接するサブフィルタ
ーに分けられた、カラーフィルターマトリックスに基づ
く。この種のカラーフィルターマトリックスは、光吸収
に基づき、低い光透過能力しか有さず、同じ解像度を有
する白黒ディスプレイの３倍の制御されるピクセルを必
要とする。第二の方法は、投影装置にのみ適用可能であ
る。投影ランプからの光は、三原色の光線の別々の光路
に分けられる。液晶ディスプレイは、３つの光路各々に
配置される。ディスプレイの３つの画像が、適切な光学
装置によって、スクリーンに整合される。この方法は、
サブピクセルへの更なる分割がないので、最初の方法の
約３倍の光透過能力を有し、また、ディスプレイは、対
応する白黒ディスプレイより高い解像度を必要としな
い。この方法の主な欠点は、光路の非線形性であり、そ
れは、調整が複雑なので、光学装置を大きくし、重く
し、それゆえ、高価である。
【０００３】第三の方法では、いまだ公開されていない
方法であって、照明ランプからの光が、電気切替可能な
フィルターにより、赤から緑へ青へ順次切替され、ディ
スプレイが、対応する色と相関した画像情報と同期して
与えられる。この装置は、前と同じように、光透過率が
３の要因だけ（この場合、色の時間的順序による）減衰
し、及び逐次画像形成のために高い速度が必要とされる
という不利益を有する。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、前述の方法
の不利益を共有せずに前述の方法の利益を結合する。さ
らに詳しくは、本発明は、高い光透過能力を有し、液晶
ディスプレイからの増大した速度を必要としない、非常
にコンパクトな線形光路を有するディスプレイに関す
る。
【０００５】
【課題を解決するための手段】コレステリック液晶フィ
ルターが、カラーフィルターと偏光フィルターの両方に
使われ、例えば、完全な装置は、吸収構成要素を含ま
ず、これが、その光安定性を大きく増す。コレステリッ
クフィルターは、大きな明るさ及びカラー純度を特徴と
する。本発明は、特に、投影装置に適し、特に、明空間
の投影機に取り付けられた投影装置に適するが、直視デ
ィスプレイを構成するためにも使われる。本発明の別の
利点は、本発明が、ＥＰ−Ａ−４０７に記載される高い
光透過能力を有する照明光学装置と組み合わせられるこ
とである。本発明の例示の実施形態を、添付図面を参照
して説明する。
【０００６】
【実施形態】図１は、ランプ１を備える投影ディスプレ
イ装置を示し、ランプからの光は、集光レンズ２を通し
て、マイクロレンズのマトリックス３に、平行なビーム
で投影される。この種のマトリックスは、Society for
Information Display (SID)Digest 1992 の269 頁に、
H. Hamada 等によって説明されている。レンズマトリッ
クスは、切替可能バンドブロックフィルター（ＳＢＢ
Ｆ）６の各ピクセルに光を焦点合わす。ＳＢＢＦの目的
は、後で詳細に説明するが、原色である赤、緑、青のう
ちの一つを、所望の画像情報に従って各ピクセルについ
て変化する程度まで消失させる（又は反射させる）こと
である。残った光は、マイクロレンズを通過して、次の
ＳＢＢＦ７に投影され、ＳＢＢＦ７は、第二の原色を変
化する程度まで消失させる。残った光は、再び、マイク
ロレンズマトリックス５によって、第三のＳＢＢＦ８に
焦点合わせされ、そこで、第三の原色は、投影レンズ９
を通過して、スクリーンに最後に投影される前に、画像
情報に従って消失される。マイクロレンズは、光効率を
増すためにある。ホログラフィー散乱パターン、フレネ
ルレンズ又は勾配屈折率レンズのマトリックス配列を、
列挙された種類のマイクロレンズの代替物として使うこ
とができる。ＳＢＢＦ間の間隔に対して、ピクセルが、
所望のビーム発散で起る容認できない視差誤差を防止す
る程に大きければ、マイクロレンズを省くことができ
る。例えば、フレネルレンズを有する明室の投影機の場
合のように、光が円錐形であれば、３つのＬＣＤに、光
路の最適な適用のために、わずかに異なる寸法を与える
ことができる。
【０００７】ＳＢＢＦと同様な装置が米国特許第4,726,
663 号に記載されている。本発明の新規な特徴は、ディ
スプレイを３倍の明るくし、しかも、液晶セルの速度に
困難な要求を課せない、各ピクセルについて色を切替る
ことである。本発明のこの基本的な利点を、以下に説明
する。各色を３つずつ、３つのサブピリオドに分割した
９つの部分からなる画像ピリオドに入射光を入れる。従
って、有効な合計の光は、３Ｒ＋３Ｇ＋３Ｂである（も
し、有効な偏光に制限されるならば、全ての方法はたっ
た１つの偏光で作動するので、議論になっている全ての
方法は、光の５０％を失う）。もし、明るい白が示され
るならば、本発明によれば、３つのＳＢＢＦ６乃至８
が、ピリオド全体の間、それらの透過範囲で作動され
る、即ち、透過された光は（３Ｒ＋３Ｇ＋３Ｂ）であ
り、これに対して、次々のフィルターの場合には、透過
は、第一のピリオドの３分の１でＲであり、第二のピリ
オドの３分の１でＧ、第三のピリオドの３分の１でＢで
あり、即ち、合計は（Ｒ＋Ｇ＋Ｂ）であり、これは、本
発明によるよりも３倍少ない。この場合は、ピクセルを
三色のサブピクセルに分割する場合と同じである。明か
るい白は、各ピクセルの３分の１が、それぞれ、赤、緑
及び青であり、即ち、全体の信号は、前と同様に、（Ｒ
＋Ｇ＋Ｂ）であり、これは、本発明によるよりも３倍少
ない。これは、又ＥＰ−Ａ−６００ ３４９に記載され
ている反射型ディスプレイにおけるように、サブピクセ
ルがコレステリックフィルターで形成される場合にあて
はまる。
【０００８】図２はＳＢＢＦの構造を示す。図面は、２
つの可能な切替状態、即ち、完全に暗い状態（図面の下
半分）及び完全に明るい状態（図面の上半分）を示す。
液晶セル１３に加えられる他の制御電圧は、要求される
如き中間色を与える。ＳＢＢＦは、コレステリックフィ
ルター１１、λ／４波長板１２及び１４、液晶セル１３
及びコレステリックフィルター１５からなる。コレステ
リックフィルター及び可能性のあるモノマー及びポリマ
ーのコレステリック液晶の構造が、例えば、M. Schadt
等によるJpn.J.Appl.Phys.29,No.10(1990)のページ1974
ff又はR.Maurer等によるSID 1990 Digest のページ110-
113 から知られている。コレステリックフィルターの最
も重要な特性は、（選択反射帯域の) 一定の波長範囲内
で、入射光の円偏光成分を反射させ、全ての他の光を実
質的に減衰なしに透過させることである。コレステリッ
ク液晶の回転方向によって、右又は左円偏光のどちらか
が反射される（それぞれＲ又はＬフィルター）。同様
に、選択帯域の位置及び幅は、コレステリック液晶のピ
ッチ及び複屈折を経て既知の方法で選ばれる。図２は、
選択帯域内の光の偏光状態のみを示し、選択帯域外の非
偏光自然光の偏光状態に変化はない。選択帯域内の非偏
光１０は、コレステリックＬフィルター１１に当たる。
Ｒ偏光のみが透過し、Ｌ偏光は反射され、ＥＰ−Ａ−４
０７８３０により光効率を増すのに使用することができ
る。透過したＲ光は、λ／４波長板によって直線偏光に
変換される（“ｐ”は垂直面に対し平行に偏光し、
“ｓ”はそれに直角に偏光する）。液晶セル１３は、光
を変化する程度まで、楕円に偏光させることができ、図
示した２つの限定する場合“ｐ”及び“ｓ”は、その特
別な場合である。この目的をかなえる液晶セルの多くの
ありうる種類を以下に列挙する。液晶セル１３の後、光
は、他のλ／４波長板及びコレステリックＲフィルター
１５に当たる。
【０００９】光線の上部進路では、液晶セル１３は、ｐ
−偏光をｓまで９０°回転させる。図面では、これは、
垂直面に対して４５°傾けられたλ／２波長板によって
指示され、或いは、代わりに、それは偏光伝達モードの
ねじれネマティック（ＴＮ）セルでもよい。セル１３後
のｓ−偏光は、λ／４波長板によって、Ｌ−円偏光に変
換され、このＬ−円偏光は、コレステリックＲ−フィル
ターによって減衰なしで透過され、即ち、フィルターは
明るい状態（１６）にある。光線の下部の進路では、ｐ
−偏光は、液晶セル１３の通過の間、保持される。図面
では、これは、複屈折の１つの主軸が、偏光に対して平
行であるという事実によって指示される。しかし、同じ
光学効果は、ホメオトロピック配向した液晶層から得ら
れる。セル１３の後、光は、λ／４波長板１４によっ
て、Ｒ−円偏光に変換される。この光は、コレステリッ
クＲ−フィルター１５を通過できない。それゆえ、光線
の２つの進路の下部は、フィルターの暗部に対応する。
中間状態は、灰色に対応し、又は種々の色が調整され
る。その結果、図２に示されるＳＢＢＦは、図１のフィ
ルター６、７及び８から要求される特性をまさに有して
いる。即ち、波長範囲を変化する程度まで、消失させる
ことができる。
【００１０】コントラストが大きく減少するので、フィ
ルター１５によって反射される非透過光は、特に、暗い
状態では、いかなる層（例えば、液晶セル１３の電極
層）から後に反射されないはずである。しかし、そのよ
うな反射は、決して完全には避けられないから、気を付
けなければならないのは、これが、偏光されているの
で、フィルター１５を通過できない、即ち、Ｒ−円偏光
されるように偏光させることである。λ／４波長板が、
いかなる反射も接触面で起る前に、反射されたＲ−偏光
を直線偏光に再び変換するので、これが、λ／４波長板
１４によってかなえられる目的である。もし、これらの
反射が、例えばセル１３で依然として起るならば、これ
らの反射は、依然として直線偏光され、そして、λ／４
波長板１４の通過の際に再度Ｒ−偏光される。もし、λ
／４波長板１４が省かれると、Ｒ−光は１３での反射の
際に、Ｌ−光に変換され、フィルター１５を通過でき
る。それゆえ、λ／４波長板１４は、高いコントラスト
を得るのに不可欠である。例えば、S.Sato及びM.Wada(I
EEE TRANSACTIONS ON ELECTRON DEVICES,Volume ED-21,
No.2,February1974,NEW YORK US,page 171-172) による
切替可能カラーフィルター装置はない。
【００１１】次々の駆動と対照的に、ＳＢＢＦを通過す
る光の偏光特性について要求はなされない、なぜなら
ば、光の強度が唯一重要な要因だからである。その結
果、ＳＢＢＦは、同じコレステリックフィルター１１及
び１５で作られる。明と暗との間の切替は、要素１２乃
至１４の選ばれた配向により起る。図２の実施形態と実
質的に同じ特性を有する、液晶セル１３及びλ／４波長
板１２及び１４の多くのありうる配向があることは、当
業者にとって明らかである。コレステリックフィルター
の特徴的な光学特性（鋭いフィルターエッジ、吸収のな
い純粋な誘電効果）により、優れた色彩度を有する、明
るく、光安定なディスプレイができる。これは、吸収に
よるより弱い色彩度、また、より低い光安定性を有する
２色のディスプレイ（ＥＰ−Ａ−５０９ ７２７参照）
と対照的である。多くの液晶セルが電気光学セル１３に
適している。それらは、与えられた直線偏光（図２の
ｐ）を（印加電圧により）変化する程度まで、楕円偏光
に変換できる条件を満たさなければならず、２つの限定
する値は、例えば、１）偏光の無変化、２）偏光の９０
°の回転のような光学的コントラストのために含まれ
る。加えて、所望の画像割合で適当な方法により、全て
の所望の画素（極端な場合、数百万のピクセルを含む２
次元マトリックス）を変調させることができなければな
らない。変調が、直接駆動又はマルチプレクス駆動（ア
クティブアドレスによるマルチプレクス駆動を含む）又
はアクティブマトリックスによってなされる。以下はこ
れらのＬＣＤの例である。TN-LCDs,STN-LCDs,ECB-LCDs,
DAP-LCDs, ポリマー分散LCDs又はセル、又はDHF-LCDs,
又は灰色を作れる他の強誘電性LCDs（例えば、電荷制御
SSF-LCDs,SBF-LCDs,又は反強誘電性LCDs）。
【００１２】図３は、非偏光の図２によるＳＢＢＦの透
過スペクトルを示す。コレステリックフィルター１２及
び１４は各々、間にコレステリック液晶混合物をはさむ
８μｍの間隔のポリイミド樹脂で被覆された２枚のすり
ガラスからなり、適当な複屈折とコレステリックらせん
のピッチを有する。そのようなセルの構造は、M. Schad
t 等によるJpn.J.Appl.Phys.29,No.10(1990)のページ19
74ffから知られている。液晶セル１３は、普通のTNセル
である。λ／４波長板は、140nm のピッチ差を有する市
販のリターダーフィルムである。全ての構成要素は、光
学的接着でくっついている。図３は、明状態（セルに１
０Ｖ）及び暗状態（セルに１０Ｖｐｐ，１ＫＨｚ矩形
波）での透過スペクトラムを示す。良好なコントラスト
及び鋭いフィルター特性が、はっきりと見ることができ
る。本発明の主要な適用は、一方では、とてもコンパク
トで、非常に有益な液晶投影ディスプレイであり、例え
ば、高解像度のＴＶ投影機（マイクロレンズを使用す
る）、又はより大きなピクセル又はマイクロレンズなし
の他の画像要素を有するディスプレイであり、本発明の
明るさ及び色の質は、大きく改善される。どちらの場合
も、現在既に市販されているディスプレイに要求される
要件以外の要件は、液晶セルに要求されない。これは、
現代のディスプレイの速度がいまだ不十分である、次々
に駆動されるディスプレイと対照的である。本発明に基
づく直視ディスプレイも可能であるが（図１の投影レン
ズ９を省く）、視野角の範囲は、角度の選択反射に依存
する性質により、いくらか制限されるだろう。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による投影ディスプレイのダイヤグラム
である
【図２】切替可能バンドブロックフィルター（ＳＢＢ
Ｆ）の詳細を示す。
【図３】ＳＢＢＦを透過する透過率の測定値を示す。
【符号の説明】
１ ランプ ２ 集光レンズ ３ マトリックス ４ マイクロレンズ ５ マイクロレンズマトリックス ６ ＳＢＢＦ ７ ＳＢＢＦ ８ ＳＢＢＦ ９ 投影レンズ １０ 非偏光 １１ コレステリックフィルター １２ λ／４波長板 １３ 液晶セル １４ λ／４波長板 １５ コレステリックフィルター １６ 明るい状態
フロントページの続き (51)Int.Cl.6 識別記号 庁内整理番号 ＦＩ 技術表示箇所 Ｇ０９Ｆ 9/00 ３２１ Ｇ０２Ｆ 1/137 ５１０ (72)発明者 マルティン シャット スイス ツェーハー4411 ゼルティスベル ク リーシュターレルシュトラーセ 77 (72)発明者 フーベルト ザイベルレ ドイツ連邦共和国 デー79595 リュンム リンゲン レーラッハーシュトラーセ 22

Claims (6)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 各々、２つのコレステリックフィルタ
    ー、２つのλ／４波長板及びセグメント電極を有する１
    つの電気的に切替可能な液晶ディスプレイからなる、連
    続して光学的に連結された３つの切替可能なカラーフィ
    ルターを備え、各フィルターは、電気制御により、３つ
    の異なる色のうちの１つを減衰するようになっている、
    コンパクトな直線光ガイダンスを備えた電気制御可能な
    明るいカラーディスプレイ。
  2. 【請求項２】 マイクロレンズ、ホログラフィーレン
    ズ、フレネルレンズ又は勾配屈折率レンズのマトリック
    スが、各フィルターの前に配置された、請求項１に記載
    のディスプレイ。
  3. 【請求項３】 フィルターに使われる液晶セルは、TN-L
    CD,STN-LCD,ECB-LCD,DAP-LCD, OMI-LCD,ポリマー分散LC
    D 又はセル、又はDHF-LCD,又は灰色を作れる他の強誘電
    性LCD （例えば、電荷制御SSF-LCDs,SBF-LCDs,又は反強
    誘電性LCDs）の中の１つである、請求項１又は２に記載
    のディスプレイ。
  4. 【請求項４】 投影ディスプレイである、請求項１乃至
    ３いずれかに記載のディスプレイ。
  5. 【請求項５】 明室の投影機用投影付属物である、請求
    項１乃至３いずれかに記載のディスプレイ。
  6. 【請求項６】 直視ディスプレイである、請求項１乃至
    ３いずれかに記載のディスプレイ。
JP7295535A 1994-11-14 1995-11-14 液晶フィルターと連続的に連結したカラーディスプレイ Pending JPH08234192A (ja)

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