JPS6095515A - カラーフイルタ - Google Patents

カラーフイルタ

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JPS6095515A
JPS6095515A JP59201421A JP20142184A JPS6095515A JP S6095515 A JPS6095515 A JP S6095515A JP 59201421 A JP59201421 A JP 59201421A JP 20142184 A JP20142184 A JP 20142184A JP S6095515 A JPS6095515 A JP S6095515A
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Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 〔技術分野〕 本発明はカラースイッチ、特に偏光系と1対の可変光学
リターダを含むスイッチャプルカラーフィルタ及びこれ
を使用して3原色の光出力状態を得てフルカラー画像を
形成するフィールPシーケンクヤル型カラー表示装置に
関する。
〔発明の背景〕
複屈折材料を含むスイッチャノルカラーフィルタ(以T
 SCFという)は周知であって、白黒陰極線管(CR
T )のスクリーン前面に配置してフルカラーの画像を
得るフィールドシーケンシャル型カラー表示装置が得ら
れる。この種の表示装置の1例はストルツアの米国特許
第2,638,816号に開示されておシ、これは白黒
TV受像機の光像を受けて異なる色?カラー画像を得る
アダプタである。このアダプタは受動複屈折シートを含
み異なる色の光像を生じる。半波光学リターデーション
デバイスは光r−)として動作し、白黒TVススクリー
ン上現われや画像情報のフレームに同期した正しいシー
ケンスで異なる色の光を伝達する。
この、<)ルツア装置に本質的な1つの欠点は、受動複
屈折シートを通過した光の色が一般に不純であって、し
かも視覚に応じて見かけが変化することである。このア
ダプタはまた櫛歯状電極を使用するので、表示スクリー
ン上に線パターンが現われる。従って、ストルツアの装
置は殆んどの画像表示用途には使用できない。
ヒルサム等による米国特許第4,003,081号には
光学的に能動であるねじれネマチック(TN)液晶セル
を使用している。この液晶セルは受動複屈折材料の分離
層を含んでおり、異なる色の光を生じる。
所望の色の光は液晶セルに印加する電界の強さ或は周波
数の変化に応じてニュートラル偏光子系を通して選択的
に伝達される。
シエーファの米国特許第4,019,808号にはヒル
サム等のカラー表示装置itと同様の装置が開示されて
いる。シエーファの装置は受動複屈折光学リターデーシ
ョン板又はシートと組合わせたTN液晶セルを使用し、
異なる色の光を得る。ヒルサム等及びシエーファのカラ
ー表示装置は共に受動複屈折材料により得る色の一般的
性質として色純度の悪い画像しか得られない。両装置で
TN液晶セルは通過光の偏光面の回転に使用している。
松本等の米国特許第4,097,128号とシャンクス
の米国特許第4,232,948号は可変光学リターダ
(VOR)として作用する同調複屈折液晶セルを使用す
るカラー表示装置を開示し、このvoRの複屈折は変化
して種々の色の光を生じる。いずれの装置も、液AセA
ij=ニー)ラル偏光子のアセンブリ内に組込まれてお
り、液晶セルの複屈折性の変化に応じて異なる色の光を
伝達してフルカラーの画像を生じる。複屈折の変化はセ
ルに印加する電圧の大きさを変えて行う。松本等の特許
の第4図に示す通り、液晶セルの複屈折を変化して得た
特定の原色の光の最高伝達塵は残少の2原色光の最低伝
達度の点で起らないので、松本等及びシャンクスの装置
では高純度の色の光像が得られない。更に、異なる色の
光を得るために液晶体の複屈折特性を使用する装置のス
イッチング応答は遅く、シかも視野角が狭い。
光学的に能動である偏光スイッチング素子な色選択偏光
フィルタと組合わせたものを含むSCFはまたフィール
ドシーケンシャル型のカラー表示装置に組込み使用され
ている。この種の表示装置の1例は1979年10月発
行のIBMテクニカルディスクロージャ!レチンVo 
1.22 A 5の第1769乃至1772頁のA、N
、ブリンソン及びA、D、エドガー著−Llquld 
Cryatal Apparatus for Con
v@rtlngBlack and Whit@CRT
 Display 1nto Co1oredDisp
lay ”に開示されておシ、ここには液晶デバイスを
SCFに組込んで白黒CRT画像をフルカラー画像に変
換している。
液晶素子はそれを通過するあらゆる色の光の偏光面を9
0°回転する。あらゆる波長の光線を90゜回転できれ
ば、8CFの設計作業を大幅に簡易化できる。その理由
は、同調、複屈折特性、液晶素子の厚さ等について、所
望色の出力光を得る偏光フィルタの偏光軸により伝達さ
れる色や方向の特定に際し注意を払う必要がなくなるか
らである。光学的に能動の液晶素子を使用すると、フル
カラーの画像を得る為にビデオ周期でその素子を切換え
(5) る為に2周波数の高電圧を印加する必要が生じるという
欠点を有する。
〔発明の目的〕
本発明の目的の1つは、フィールドシーケンシャル型表
示装置に使用して優れたカラーコントラスト及び解像度
のフルカラー光源を得る8CFを提供することである。
本発明の他の目的は、1個のカラー選択偏光系と1対の
0乃至略半波光学リターダとを用いて3つの異なる色の
出力状態を得る80Fを提供することである。
本発明の更に他の目的は、TN液晶セル形のVORを使
用してフルカラーで且つ広い視野角の表示装置が得られ
るSCFを提供することである。
本発明の別の目的は、2つの光学状態間の遷移時間が短
い1対の液晶VORを使用して少なくとも3つの異なる
色の光の出力状態間をビデオ周期でスイッチングするこ
とによりフルカラーの表示画像に合成する80Fを提供
することである。
本発明の更に別の目的は添付図を参照して行な(6) う本発明の好適実施例の説明を読めば当業者には明らか
になろう。
〔発明の概要〕
本発明のSCFは光源より光情報を受ける。このSCF
は光源に光学的に結合した3個の偏光手段を使用する。
3個の偏光手段のうち少くとも2個はカラー選択偏光フ
ィルタである。1対の708手段の各々は3個の偏光手
段の異なる対間に配置する。
この1対のVOR手段と共動する制御手段は少なくとも
3つの色の1つの光を選択的に通過させる。
例えば3原色又は3原色と白色であるを可とする所望色
の光を得る出力状態の特定のセット(組)は種々の方法
で合成できる。これはカラー選択偏光子の伝達スペクト
ラムの選択により行なうことができる。いずれの場合も
、VOaが同調する光の色仕様はカラー選択偏光フィル
タにより伝達された光線の色選択に依存する。後述する
本発明の第1好適実施例の説明は偏光フィルタの適当な
セットを決定する手順及びリニア偏光フィルタの軸が相
補的である特別の場合にvORの同調を特定する手順を
述べている。尚、偏光子の性質の制限は本発明の1好適
実施例の包括的な理解の為のみに示したものであること
をここに強調しておく。第2、第3及び第4実施例は実
験的に得たSCFの例であって、偏光フィルタの相補性
に関する制限は不要である。
この8CFの第1実施例では、3個の偏光手段の各々は
赤、緑及び青の3原色の光を吸収又は透過する第1及び
第2の略直交関係の偏光状態即ち軸を有するリニア偏光
フィルタより成る。3個の偏光フィルタのうち少なくと
も2個はカラー選択偏光軸を有し、3原色のうち少なく
とも1個の光を伝達し他の色の光は吸収する。偏光フィ
ルタの1つは3原色、即ち白色の光を伝達する第1偏光
軸と3原色の光を吸収する第2偏光軸とを有するニュー
トラル偏光フィルタである。3個の偏光フィルタの各々
の偏光軸は相補的であって、いずれの偏光軸も他の偏光
軸を通過した原色の光を通過させない。
708手段の各々は0乃至略半波の光学リターダより成
り、2個の光通過面を有し、特定の1色の光の略半波リ
ターデーションが可能である。各VORは、その光学軸
の両面への投影が3個の偏光フィルタの偏光軸に対して
略45°になるよう配置されている。
3つの異なる色の1つの光の伝達は1対のVORの夫々
に異なる出力スイッチング信号を印加する制御手段によ
り選択的に制御できる。制御手段の出力信号はvORに
命令を送ってそれを通過する光の光学リターデーション
を略0にする第1(オン)状態と素子の厚さで決まる色
又は波長の光に対し略半波の、リターデーションを生じ
る第2(オフ)状態に制御する。1対のvORのスイッ
チング状態の4つの組合せにより、4つの出力光状態を
有するSCFが得られる。可能な4出力状態のうち3つ
は3色の8CF出力光を得るよう選択されている。
SCFの第2好適実施例では、1対の708間に配置し
たリニア偏光フィルタのみが上述したと同様の相補偏光
状態又は軸を有する。他の2個の偏光フィルタの各々は
その偏光軸の両方を通過できる(9) 少なくとも1つの共通色を有し、3つの異なる色の出力
状態を得る。
第3の好適実施例では、3個のリニア偏光フィルタのい
ずれも相補偏光状態又は軸を有さす、各偏光フィルタは
白色光を伝達する1つの偏光軸を有する。4つの出力状
態は3つの異なる色の光と白色光を8CFの出力に選択
的に得ることができるようにする。
SCFの第4の好適実施例では、3個のリニア偏光フィ
ルタの各々は少なくとも2色の光を伝達する少なくとも
1個の偏光状態又は軸を有する。3つの出力状態は各々
偏光軸を通過した色の異なる1つを伝達し、第4の出力
状態は両側光軸を通過した2色の合成色の光を得る。
本発明のSCFの好適実施例に依ると、各vORは2つ
の光学リターデーション状態に切換えてセル内の液晶体
の面非接触ディレクタの方向を変えたときディスクリネ
ーション(dlselinatlon )なく、しかも
パウンドを生じることなくスイッチングできるネマチッ
ク液晶セルより成る。この様な構成(10) の液晶上ルをVORとして使用すると、単一周波数で高
速スイッチが得られるので、低電力回路を用いてフルカ
ラーの良好な画像が広い視野角で得られる。
本発明のいずれかの実施例による8CFの1つを用いて
フレームシーケンサに同期させるとフルカラーでシャー
プなコントラストと高解像度のフリッカ−のない画像が
得られる。
〔実施例〕
以下添付図を参照して本発明のSCFの好適実施例を説
明する。第1図は本発明によるSCF Ql)の第1の
好適実施例を組込んでいるフィールドシーケンシャル型
カラー表示装置α1を示し、偏光系に)を構成する3個
の偏光手段、即ちリニア偏光フィルタ(II 、 04
及びαQを含む。これら3個の偏光フィルタのうち少な
くとも2叫はカラー選択偏光フィルタであシ、その詳細
は後述する。
偏光フィルタα″4乃至(IIの各々は直交する偏光状
態又は軸を有する。各偏光フィルタの第1偏光軸は夫々
垂直偏光軸(ホ)、に)及び(ハ)であシ、第2偏光軸
は水平偏光軸(ハ)、(ハ)及び(至)である。
各偏光フィルタの垂直及び水平偏光軸は赤、緑及び青の
3原色のセットの光を伝達する。カラー選択フィルタの
場合には、垂直偏光軸を通過した光の色は3原色のセッ
トの第1サブセツトとな9、水平偏光軸を通過した光の
残りの色は3原色のセットの第2サブセツトとなる。ニ
ュートラル偏光フィルタの場合には、一方の偏光軸は3
原色のセット全部を通過させるが、他方の偏光軸はいず
れの色も通過させない。カラー選択偏光フィルタ又はニ
ュートラル偏光フィルタいずれの場合でも、両軸は上述
の定義による相補的である。
垂直及び水平両軸を色光線を通過させるカラー選択偏光
フィルタは白色光、例えば赤、緑及び背の3原色光を伝
達する第1偏光軸と予め選択した色の光を伝達する第2
偏光軸とを夫々有する2個の偏光フィルタ素子を組合わ
せることにより得られることが当業者には理解できよう
。白色光を通過する偏光軸が直交関係になるようフィル
タ素子を配置すると、両軸を色光線が伝達できる合成フ
ィルタが形成される。ここでカラー選択フィルタと言え
ば特定の伝達特性のフィルタを形成する特定素子数のも
のに限定するものではない。
第1好適実施例のSCFの3個の偏光フィルタの@1及
び第2偏光軸の夫々が伝達する光の色指定は、相補垂直
及び水平偏光軸を有する偏光フィルタにつき後述する4
つのプール論理式により決まる。
光源0′4から放射した光線は偏光系0呻の入力手段で
ある偏光フィルタ◇埠に入射する。この光線は偏光系0
峰を通る光学路←◆を形成する各偏光フィルタに光学的
に結合している。3原色の1つの光線が偏光系0榎の出
力手段である偏光フィルタ(lを介して出力される。
1対のVOR父はリターダ手段(ロ)、に)の各々を偏
光フィルタθ櫓乃至OQの隣9合った対間に配置する。
即ち、vOR(至)は偏光フィルタo′4− (14間
に、またvOR(ロ)は偏光フィルタ(14−01間に
配置する。VOR(ロ)、(ロ)はO乃至略半波リター
ダであって制御回路又は手段(/A1の出力信号に屯し
て選択的に略半波の(13) リターデーションを生じる。voR6→、(至)はいず
れもネマチック液晶セルであって、すべての色の光に対
して略Oの、また制御回路10によシセルに印加するA
CC電圧幅幅変化に応じて予め選択した色の光に対し略
半波のりメーデーショ/を生じる。
ここで複屈折につき言及する光学リターデーションは次
の説明により定義するものとする。複屈折デバイスに入
射する光線は常光波と異常波成分とに分解できることが
知られている。これら光成分は複屈折デバイスを異なる
速度で進み、デバイスを励起すると光線の一方の成分は
他方に対して遅延する。リターデーションは2つの励起
光線間の相対位相シフトであって、このリターデーショ
ンは励起光線の波長にも関連する。例えば、Δnφ=1
.々の関係が成立する実効複屈折デバイスは半波リター
ダという。ここに、Δnは実効複屈折率、dはデバイス
の厚さ、λは励起光線の波長である。
偏光フィルタ(ロ)乃至αQ及びVOR04,(ロ)で
構成した80F (liを、螢光スクリーン(6)から
3原色を含む(14) 多くの波長の光を放射する光源0′4の前面に配置して
、赤、緑及び育色の光像を作る。光源0埠はCRT又は
投影装置であって、白黒画像を作る。フレーム同期回路
又は手段0Iの出方の1つに応じてラスク発生器θ◆で
発生した信号はTVの如きラスク走査をして3インター
バルの反復シーケンスで画像情報フレームを作る。
第1インターバル中は、第1カラー、例えば赤色に見え
る画像と、赤及び第2、第3カラー(緑、りの合成色に
見える画像と9両方の情報を螢光スクリーンθ埠上に描
く。第2インターバル中は緑色に見える画像と赤、緑、
青の合成色に見える画像との両方の情報を螢光スクリー
ン(6)上に描く。
第3インターバル中は、w色に見える画像と、赤、緑、
青の合成色に見える画像との画情報を螢光スクリーン0
埠上に描く。
制御回路01は入力端にフレーム同期回路(ト)からの
出力信号を受け、出力信号線(L4→及びに)に2信号
を出力し、光源0′4が発生する画像情報のシーケンシ
ャルフレーム周期に同期して夫p voa 6(J e
(2)を駆動する。これにより、各インターバル中に光
源が出した画像情報に対応するカラーの光像が得られる
。観者の網膜の残光性により、Tvラスク信号の3フレ
ームに対応する3インターバル中に偏光フィルタαQが
出力する情報を積分してフルカラーの単一画像の如き印
象を観者に与える。光源の輝度を変調すると、可視光の
全スペクトル範囲のあらゆる色を得ることができる。
〔光学コンデーネントの方向性〕
次に第2図を参照する。同図は本発明の第1好適実施例
によるSCFを示しており、このSCFは3枚の偏光フ
ィルタに)乃至αQを含む。それらの両直交偏光軸はい
ずれか一方の軸を通った光の色は次の軸を通さないので
相補的である。8CFの第1好適実施例の4出力状態に
おける出力光伝達関数用のプール論理式を導出する目的
で、各偏光フィルタ(6)、 04 、 DIの垂直偏
光軸を夫々A、B、Cと表記し、水平偏光軸を夫々A/
 、 B/ 、 C/と表記することとする。
VOR%02面(54) 、、 (56) ヘtD V
OR% (D光学軸の投影(62)とvoa HO両面
(60) 、 (6g) ヘ(D VOR(4(D光学
軸の投影(58)とは、偏光フィルタ0埠乃至0→の各
偏光軸に対して略45°の角度で配置している。voa
(4(至)は各々2つの状態、即ち法線入射光に対して
光学リターデーションが略Oである「オン」状態と、予
め定めた特定波長の光に対する光学リターデーションが
略半波である「オフ」状態との間で切換えられる。2個
のvORのスイッチング状態の4つの組合わせにより、
このSCFは異なる色の光を伝達する4つの出力状態を
生じる。
80Fの各光出力状態の光出力伝達関数はブール論理代
数により表現できる。この表現を表I中「光出力伝達関
数」の欄に記してあり、その導き方については後述する
。ここに述べる総ての光出力状態につき、偏光フィルタ
0埠の入力において垂直軸A及び水平軸A′への入射光
線は赤、緑及び青の3原色の波長成分を含んでいると仮
定する。
光出力状態1 t’i VOR(ト)、(至)の両方が
制御回路(イ)の出力線@I 、に)の命令により共に
「オン」状態であって、それを通過する全波長に対する
リターデ(17) 一ジョンが略Oである場合の8CFの光出力伝達関数で
あると定義する。偏光フィルタ0埠の垂直軸人及び水平
軸A′への入射光は夫々垂直及び水平方向にリニアに偏
光され、SCFを通過する間その偏光方向を維持して偏
光フィルタαQから出力される。
偏光フィルタ0Qの水平偏光軸C′の出力から出る光の
色は偏光軸A/ 、 n/ 、 c/を伝達できる光の
色のセットの論理交差で表現できる。偏光フィルタαQ
の垂直偏光軸Cの出力から中る光の色は偏光軸A。
B、Cを伝達できる色のセットの論理交差で表わせる。
よって、例えば偏光軸A、B、Cが色ClIC,I C
,と、cla c、と、C1e c、とを夫々通過した
とすれば、色CIの光のみがこれら3つの垂直偏光軸に
共通であるので、これが偏光フィルタα・の出力から偏
光軸Cを介して伝達される。一般に垂直偏光された光線
の光出力伝達関数は論理関数ABCで表わせ、この例で
は垂直偏光軸A、B、Cに指定したカラーに対してC1
となる。
水平偏光された光の光出力伝達関数は一般項A′。
n/、 c/で表現される。光出力状態1の伝達関数は
(18) 偏光フィルタOQの水平偏光軸C′と垂直偏光軸Cから
来る光の論理式の重ね合わせであって、A’B’C’+
ABCと表現できる。
光出力状態2はvOR(ト)が制御回路出力線(ト)に
より「オン」状態としてこれを通る光のりタープ−ジョ
ンを略Oとし、VOR(ロ)が出力線に)により「オフ
」状態とされて、このリターダデバイスの厚すで決まる
色の光を約半波リタードするときSCFの光出力伝達関
数として定義される。
偏光フィルタa嗜の垂直偏光軸Aと水平偏光軸A′に入
射する光線は夫々垂直及び水平方向にIJ ニアに偏光
されるが、vott 6+6は「オン」状態であるので
、その偏光方向は維持されて偏光フィルタ(14に入射
する。vOR(ロ)は「オフ」状態であるので、その光
学軸の面(60) 、 (6■への投影を偏光フィルタ
0Qの両側光軸c 、 c’に対して略45°の方向で
ある。
VOR(至)を「オフ」状態にすると、予め定めた波長
の光を略半波リターデーションとして、それを通る他の
全波長又は色の光線を偏光フィルタ0Qの偏光軸と一致
する成分に分離する。従って、偏光フィルタへ◆の偏光
軸BとVORbeを伝達する光線は偏光フィルタ0→の
偏光軸C及びC′の両方に入射する成分を有する。同様
に、偏光フィルタ04の偏光軸B′とVOR(ト)を伝
達した光も偏光フィルタOQの偏光軸CとC′との両方
に入射する成分を有する。
「オフ」状態のvoa6→の関数で偏光フィルタOQに
入射し水平偏光軸C′を通る光線の伝達は次式で表わさ
れる。
A’B’に遥C’ + ABK、C’ ここで、Kg =gIn”δ/2 、 K≦=CQS”
δ力であり、δはvOR(至)の光学リターデーション
であって、2πΔnφである(Δnodeλについては
前述のとおり)。
A’B’に≦σの項は水平偏光軸B′を通過した色の光
線を表わし、ARK、C’の項は垂直偏光軸Bを通過し
た色の光線を表わす。
「オフ」状態のvoa6→の関数として偏光フィルタO
Qの垂直偏光軸Cに入射し、これを通過する光線の伝達
は次式で表わされる。
A’B’に、C十ARK≦C A’ B’ K 、Cの項は水平軸B′を通過した光線
を示し、ABK冨′Cの項は垂直偏光軸Bを通過する色
の光線を表わす。
光出力状態2の伝達関数は偏光フィルタ0Qの水平偏光
軸C′と垂ia偏光軸Cの出力光の論理式の重ね合わせ
であって、次式で辱えられる。
(A’B’に7C’+ABK鵞C’ ) +(A’ 1
1’に茸C+ABKIC)光出力状態3は制御11回路
出力線0→によりVOR(ト)を「オフ」状態としてそ
のデバイスの厚さで決まる色の光に対して略半波リター
デーションとなし、VOR(至)を制御出力線F4によ
り「オン」状態としてそれを通過する光の全波長に対し
て実質0リターデーシヨンとなるようにしたSCFの光
出力伝達関数として定義される。
偏光フィルタO1の垂直偏光軸Aと水平偏光軸A′に入
射する光線はこのフィルタを通過する際に夫夫垂直及び
水平方向にリニア偏光される。VOR(至)は「オフ」
とされているので、その光学軸の面(54)(56)へ
の投影を偏光フィルタ04の両側光軸B 、 B’に対
して略45°とする。
VOR00を「オフ」状態にすると、予め定めた光(2
1) に略半波リターデーションを生じ、これを通過する他の
総ての波長又は色は偏光フィルタ04の偏光軸と一致す
る。従って、偏光フィルタ0ネの偏光軸AからVOR(
至)へ伝達される光線は偏光フィルタ04の偏光軸R、
R’の両方に入射する成分が存する。
同様に、偏光フィルタ(6)の偏光軸A′からVOR(
至)への伝達光は偏光フィルタa4の両側光軸B 、 
B’に入射する成分を有する。
「オフ」状態のVOR(ハ)の関数で偏光フィルタ04
の水平偏光軸B′へ入射し通過する光線の伝達は次式で
与えられる。
A’KI’ B’ 十AKI B’ ここにに1”=s−δ2々、に1’=邸鵞δ々、またδ
は先に定義したVOR(ロ)の光学リターデーションで
ある。
A/K l/ B/の項は水平偏光軸A′を通過する色
の光線であり、AKIB’は垂直偏光軸Aを通過する色
の光線を表わす。
「オフ」状態のvoa O→の関数で偏光フィルタcA
4の垂直偏光軸に入射し、これを通過する光線の伝達は
次式で与えられる。
(22) A’KIB+AK1’B ここにA’KIBの項d水平軸にを通過する色の光線で
あり、AK1’Hの項は垂直偏光軸Aを通過する色の光
線を表わす。
水平偏光軸B′を通過する光線はその偏光方向を維持し
て偏光フィルタOQの水平偏光軸C′を通過する。それ
はVOR(lε)が「オン」状態である為偏光軸の回転
を生じないからである。よって、伝達関数は次式で与え
られる。
A’に1’B’C’−1−AKIB’C’同様に、垂直
偏光軸Bを通過した光線もその偏光方向を維持して偏光
フィルタ(10の垂直偏光軸Cを通過する。その伝達関
数は次式で与えられる。
A’KIBC+AK1’BC 光出力状態3の伝達関数は偏光フィルタaQの水平偏光
軸C′と垂直偏光軸Cから出力する光線の論理式の重ね
合わせであって、次式で与えられる。
(A’に、’B’C’+AK、 ll’c’ )→−(
A’に、 BC十AKl’ BC)光出力状態4は制御
出力線0→、−により両VOR6ユ、(ト)を夫々「オ
フ」状態としてリターダデバイスの厚さで決まる色の光
に対し略半波リターデーションを生じさせるときのSC
Fの光出力伝達関数と定義できる。
光出力状態3の場合と同様に、偏光フィルタα埠の垂直
偏光軸AとVOR64とを伝達する光線は偏光フィルタ
α◆の両側光軸αゆと一致する別個の光成分を有し、偏
光フィルタα埠の水平偏光軸A′とVOR(ロ)とを通
過する光線も偏光フィルタ04の両側光軸と一致の別個
の光線成分を有する。
「オフ」状態のVOR04の関数として偏光フィルタα
◆の水平偏光軸B′に入射しこれを通過する光線の伝達
は次式で与えられる。
A’に、B’+AKIB’ 「オフ」状態のVOR(ロ)の関数で偏光フィルタ04
の垂直偏光軸Bに入射し、これを通過する光線の伝達は
次式で与えられる。
AK1’B+にKIB 光出力状態2の場合のように、偏光フィルタα◆の垂直
偏光軸Bとvoa61Sを通過する光線は偏光フィルタ
αQの両側光軸と一致する別個の光成分な有し、偏光フ
ィルタ04の水平偏光軸B′とVORに)を通過する光
線は偏光フィルタ0Oの両側光軸と一致する別個の光成
分を有する。
[オフ、1状態のvoa (4の作用で偏光フィルタO
Qの水平偏光軸C′に入射し、これを通過する光線の伝
達は次式で与えられる。
(A’KI’ B’に7 C’十AK、 B’IC7C
’ ) +(AK1’BK、C’−1−A’に、 BK
鵞c/)この式の第1項は水平偏光軸B′を通過した色
の光線を表わし、第2項は垂直偏光軸Bを通過した色の
光線を表わす。
「オフ」状態のVOR(ロ)の作用により偏光フィルタ
a・の垂直偏光軸Cに入射し、これを通過する光線の伝
達は次式で与えられる。
(A’ K*’ B ’に雪C+AKIB’Kg C)
 + (AKI’ BKj C+A’ KI BKJ 
C)第1項は水平偏光軸B′を通過した色の光線であシ
、第2項は垂直偏光軸Bを通過した色の光線を表わす。
光出力状態4の伝達関数は偏光フィルタαQの水平偏光
軸C′と垂直偏光軸Cから出力される光の論理式の重ね
合わせであって、次式で表わされる。
(25) 〔(A’Kt’ B’に7 C’+AKI B’Kj 
C’) + (AKI’ BK! C’ + A’ K
I BK!σ)〕+ ((A’Kt’ B’Kg C+
 AKI B’に2 C) +(AKt’ BK7C+
A’ KI BKj C) )光出力状態l乃至4の光
出力伝達関数の論理式表示を変形して表■の4欄に示す
表 ■ VOR(ロ)、c34が略半波リターデーションを生じ
る光線のカラーは表Iに光出力状態の4つの伝達関数式
により決まる。本発明のカラー表示装置は異なる3色の
所望光出力を得るためSCFの4光出力状態のうち3つ
を使用すれば足りる。制御回路0I(26) を適当に設計することにより、VOR(ロ)、(至)が
使用しないスイッチング状態の組合わせとならないよう
に制御出力線002図から制御信号を出す。
上述したとおり、3先出力状態は、赤、緑及び背の3原
色光を出力する。voaO→、(至)の厚さは、後述の
手順で所定カラーの光線に対して略半波リターデーショ
ンとなるよう選択される。
表■を参照し、例えば光出力状態1,2及び4を使用し
て夫々CI、 C,及びC3のカラーの光出力を選択す
ると仮定する。
光出力状態1はABCの項がC1でにB′C′の項がO
のときカラーclの出力光を得る。光出力伝達式の他の
項の値の選択の場合も同様であるが、ABCの項にカラ
ーCIを指定し、A’ II’ C’の項のカラー指定
がないのは全く設計者の自由選択にすぎない。
光出力状態2ではABC’の項がC,でA’B’Cの項
が0のときカラーC,の出力光を得る。純粋のカラー〇
、の光を得るには、Klに関係する伝達式の両頂が0で
なければならない。従って、光出力状態1の伝達式のA
18702項は0にセットし、光出力状態2の伝達式の
A/ BIに7σの項も0である。ABCの項はカラー
〇1の光に対応するので、光出力状態2では「オフ」状
態になっているVOR(至)は同調してカラーC1の光
に対して略半波リターデーションを生じなければならな
い。これはVOR(至)のΔnの値を決める。光出力状
態1のカラーc1をvoR(至)が略半波リターデーシ
ョン時に選択したことは表■の4欄ケース2に示してい
る。
光出力状態4はAB’C項が03でA’ B C’項が
00ときカラーcmの光を得る。純粋のカラーc1を得
るには、伝達式の残りの6項は0でなければならない。
A/ BI C1項は光出力状態1の伝達式で0にセッ
トし、A’ B’ 0項は光出力状態2の伝達式で0に
セットしている。光出力状態4でVOR(至)は「オフ
」状態としているので、光出力状態2の伝達式に関して
選択されていたカラーCIの光に対して略半波リターデ
ーションを生じる。
光出力状態4の伝達式の残シの項はA’ncBK1とA
B’C’KIK7とABc’に*に1′である。光出力
状態1に対しABCが1であり、光出力状態2に対しA
BCがC3であり、各カラー選択偏光フィルタの垂直及
び水平偏光軸が相補である前の選択では、光出力状態4
に対する伝達式の両頂A’BCとAB′σとが0である
ことを要する。
ABCの項はvOR(ト)が「オン」状態とされた光出
力状態2ではカラーC諺の光を出力する。光出力状態4
ではvOR(ロ)は「オフ」状態にされており、カラー
〇sの光に対して略半波リターデーションを与えるよう
選択される。これはVOR(ト)のΔndの値を決める
。光出力状態2のカラーC3はVORo4が略半波リタ
ーデーションとなるとき選択され、これは表■の3欄ケ
ース2に示している。
表■はSCFの第1好適実施例が3つのカラーの光出力
状態を得る4つの事例をまとめたものである。表■の2
欄は選択された光出力状態を示し、3.4欄は夫々vo
tt(至)、(ロ)が略牛波光学リターデーションに同
調しなければならないカラーを示す。
ケース1,3.4の3欄に示すカラーは上述したものに
類似する次の手順で決まる。
(29) 表 ■ 次に表■は偏光フィルタH,64及びOQの各偏光軸の
カラー選択の例を示している。
表 ■ 偏光軸に指定したカラーはABC=自e ABC””C
8a(30) A’BC=Cs及び各カラー選択偏光フィルタ<14 
、αQが相補軸を有するという要件を満足する。偏光フ
ィルタ0望はニュートラル偏光フィルタであって当然相
補偏光軸を有する。
もしClIC,及びC3が夫々赤、緑、青であるとする
と、本発明のSCFは光出力状態1.2及び4で夫々赤
、緑及び育色の光を得る。VOR(ト)は緑光線に略半
波リターデーションを生じ、voa6→ハ赤光線に略半
波リターデーションを生じる。
3枚の偏光フィルタが総てカラー選択フィルタとなるよ
り偏光軸にカラー指定できることが理解できよう。
本発明のSCFの第2好適実施例を第3図に示す。
所望色の出力光に対応するスイッチング状態にVORを
制御する制御回路0Iを適当に変更することによシ、第
2実施例のSCFを第1実施例に置換して第1図のカラ
ー表示装置α1に使用できる。この第2実施例は1枚の
みが相補偏光状態又は軸を有するi枚のリニア偏光フィ
ルタを用いて3原色の光出力状態が得られる点を特徴と
する。第3図中、第1実施例のものと対応する素子には
同じ参照番号の末尾にraJを付して示す。
偏光フィルタ(12m) 、 (14a)及び(16a
)の偏光状態又は軸により伝達された光のカラー〇1 
a C2及びCsは第3図中に記入し、好ましくは赤、
緑及び青の3原色を表わす。
3枚の偏光フィルタ(12a) 、 (14a)及び(
16a)は夫夫カラー選択偏光軸(20m) 、 (2
2a) −(28a)及び(30a)を有する。偏光フ
ィルタ(12a)の水平偏光軸(26a)と偏光フィル
タ(16a)の垂直偏光軸(24a)とは3原色cl、
c!及びC3、即ち白色光を通過する。偏光フィルタ(
12a)の偏光軸(20a)と(26a)はカラーC。
の光を通過し、偏光フィルタ(16a)の偏光軸(24
m)と(30a)とはカラー〇sの光を通過する。従っ
て、偏光フィルタ(12a)又は偏光フィルタ(16a
)のいずれも相補偏光軸を有しない。
偏光フィルタ(14a)の垂直偏光軸(22a)はカラ
ーC1とCsの光線を通過させ、その水平偏光軸(28
a)はカラー03の光線を通過させる。偏光フィルタ(
14M)は両側光軸(22a) −(28m)のいずれ
も共通カラーの光線を通さないので相補的な偏光軸を有
する。
VOR(36a)はカラー〇、の光に略半波リターデー
ションを生じ、VOR(38a)はカラーCIの光に略
半波リターデーションを生じる。
光出力状態1では、・VOR(36a) 、 (38a
)は夫々制御出力線輪→、←)により「オン」状態とさ
れ、それを通過する光の偏光方向は不変である。従って
、偏光フィルタ(12m)の水平偏光軸(26a)と垂
直偏光軸(20m)に入射する光線は夫々水平・垂直方
向にIJ =ア偏光され、SCFを通過する際に偏光方
向の変化は生じない。カラーc、 a Cm及びCSの
光線はいずれも偏光フィルタ(12m) 、 (14a
) 、 (16a)の各水平偏光軸を通過しないので、
偏光フィルタ(16a)の水平偏光軸(30a)を通っ
てSCFから出力する光はない。偏光フィルタ(12m
) 、 (14a) 、 (16a)の各垂直偏光軸を
通ってカラー〇lの光のみが通過するので、これが偏光
フィルタ(16m)の垂直偏光軸(24a)を介してS
CFから出る。
光出力状態2では、制御信号線(48a)によりVOR
(36m)を「オン」状態に、また制御信号線(50a
)に(33) ヨり VOR(38a)を「オフ」状態にする。VOR
(36a)は「オン」状態であるので、それを通過する
光線の偏光方向は変化しない。従って、カラー自の光は
垂直偏光軸(22a)を通過し、カラーC3の光は偏光
フィルタ(14a)の水平偏光軸(28m)を通過する
一方、VOR(38m)は「オフ」状態であるので、カ
ラーC,の光に対して略半波リターデーションとなるよ
う同調し、カラー〇!の光線の偏光方向は90°回転さ
れ、その光線は偏光フィルタ(16a)の水平偏光軸(
30a)により完全に吸収される。
VOR(38a)は「オフ」状態であってCI以外のカ
ラー光線に対しては略半暉リターデーションを生じない
ので、voa (38m)を通過するカラーCりの光線
の偏光方向は90°以外の回転となる。よって、カラー
〇、の光線は偏光フィルタ(16a)の垂直及び水平偏
光軸に沿う成分に分離される。カラー〇、の巻線は垂直
偏光軸(24m)に入射しこれを通過するメジャ成分と
水平偏光軸(30m)に入射しこれに吸収されるマイナ
成分とを含む。カラー〇、の光は光出力状態2のSCF
から出力される。
(34) 光出力状態4では、VOR(36m)は制御出力線(4
8m)により「オフ」状態になされるので、カラーC2
の光に対して略半波リターデーションを生じる。また、
VOR(38a)は制御出力線(50a)により「オフ
」状態となってカラーC1の光に対し略半波のりタープ
−ジョンを生じる。カラーC,の光は垂直偏光軸(20
a)を通過し、カラー自、C3及びC3の光は偏光フィ
ルタ(12m)の水平偏光軸(26a)を通過する。
VOR(36&)は「オフ」状態でありカラーCIの光
に略半波リターデーションを生じるよう同調しているの
で、カラーC3の光線の偏光方向は90’回転し、この
光線は偏光フィルタ(14m)の垂直偏光軸(22m)
により完全に吸収される。カラー自とC3の光線は垂直
偏光軸(22m)に入射しこれを通過するメジャ光成分
と水平偏光軸(28m)に入射しこれに吸収されるマイ
ナ光成分とを含む成分に分離される。
カラーC1の光線は偏光フィルタ(14m)の水平偏光
軸(28m)に入射し吸収されるメジャ光成分とその垂
直偏光軸(22a)に入射し通過するマイナ光成分とを
含む成分に分離される。よって、垂直偏光軸(22a)
に入射し通過するカラーC1の光線は偏光フィルタ(1
2m)の垂直偏光軸(20a)と水平偏光軸(26a)
とを通過する光成分より成る。
カラー自とC3の光は、カラーCIの光に対し略半波の
りタープ−ジョンを与えるよう同調しているVOR(3
8a)を通過する。カラーCIの光線の偏光方向は90
°回転され、その光線は偏光フィルタ(16m)の水平
偏光軸(30a)により完全に吸収される。
カラー〇sの光線は偏光フィルタ(16a)の水平偏光
軸(30m)に入射し通過するメジャ光成分と、垂直偏
光軸(24m)に入射し通過するマイナ光成分とを含む
成分に分離される。従って、カラーC1の光は光出力状
態4の偏光フィルタ(16a)両側光軸から出る。
純粋な色の出力光を得る3つの光出力状態は表■に要約
して示す。
表 ■ 本発明の8CFの第3好適実施例を第4図に示す。
制御回路Onに適当な変更を加えてVORが所望出力光
の色と対応するスイッチング状態になして第3実施例の
8CFを第1図に示したカラー表示装置の第1実施例と
直接置換することもできる。この第3の実施例は、いず
れも相補偏光状態を有さず且つ白色光を通過する偏光軸
を有する3枚のリニア偏光フィルタを使用することによ
り、3原色と白色光の光出力状態が得られることを特徴
とする。
第4図中、第1実施例と対応するコンポーネントには同
じ参照番号の末尾にrbJを付している。
偏光フィルタ(12b) 、 (14b) 、 (16
b)の偏光状態、即ち軸により伝達される光の色CI 
r c、 a csも第4図中には示しており、それら
は好ましくは赤、緑及び青の3原色のセットである。
3枚の偏光フィルタ(12b) 、 (14b)及び(
16b)は夫々カラー選択性の偏光軸(20b) 、 
(28b)及び(24b)を有し、偏光軸(26b) 
、 (2zb)及び(30b)は夫々3原色cl。
Cs及びCS又は白色光を伝達する。偏光フィルタ(1
2b)の垂直偏光軸(2(lb)はカラーC1の光を通
過さく37) せ、偏光フィルタ(14b)の水平偏光軸(28b)は
カラーC,の光を通過させ、偏光フィルタ(16b)の
垂直偏光軸(24b)はカラーC3の光を通過させる。
どの偏光フィルタも相補偏光軸を有しない。VOR(3
6b)。
(38b)はカラーC鵞の光に対し略半波のりタープ−
ジョンを生じる。
光出力状態1では、VOR(36b)と(38b)とは
夫々制御信号線(48b) 、 (50b)によ!ll
「オン」状態とされて、それを通過する光の偏光方向は
不変である。
よって、偏光フィルタ(12b)の垂直偏光軸(20b
)及び水平偏光軸(26b)に入射する光線は夫々垂直
及び水平方向にリニア偏光されてSCFを通過するとき
偏光方向に何ら変化を生じない。カラーc11 C2及
びCSのいずれの光線も偏光フィルタ(12b)、(1
4b)及び(16b)の各垂直偏光軸を通過しないので
、偏光フィルタ(16b)の垂直偏光軸(24b)を通
って8CFから出力する光はない。カラー〇、の光のみ
が偏光フィルタ(12b) 、 (14b)及び(16
b)の各水平偏光軸を介して伝達されるので、偏光フィ
ルタ(16b)の水平偏光軸(30b)を介してSCF
から出力される。
(38) 光出力状態2では、VOR(36b)は制御出力線(4
8b)により「オン」状態に制御され、 VOR(38
b)は制御出力線(50b)により「オフ」状態に制御
される。VOR(36b)は「オン」状態であるので、
それを通過する光の偏光方向は不変である。よって、カ
ラーCIの光は偏光フィルタ(14b)の垂i!偏光軸
(22b)を通過し、カラーC2の光は水平偏光軸(2
8b)を通過する。
VOR(38b)は1オフ」状態であり、カラーC2の
光に対し略半波のりタープ−ジョンを生じるよう同調し
ているので、カラーCIの光線の偏光方向は90゜回転
して偏光フィルタ(16b)の垂直偏光軸(24b)に
より完全に吸収される。
「オフ」状態のVOR(38b)はC3以外のカラー光
線に略半波リターデーションは生じないので、W)R(
38b)を通過するカラーC1の光線の偏光方向は90
゜以外の角に回転する。従って、カラーc1の光線は偏
光フィルタ(16b)の垂直及び水平偏光軸に沿って成
分に分離される。カラー01 の光線は水平偏光軸(3
0b)に入射し伝達されるメジャ光成分と、垂直偏光軸
(211b)に入射して吸収されるマイナ光成分とを含
むカラー01の光線である。光出力状態2のSCFから
はカラーC1の光が出力される。
光出力状態3では、VOR(36b)を制御出力線(4
8b)により「オフ」状態になし、VOR(38b)を
制御出力線(50b)により「オン」状態にする。カラ
ーCIの光は垂直偏光軸(20b)を通過し、カラーc
l、c、。
Csの光は偏光フィルタ(12b)の水平偏光軸(26
b)を通過する。
VOR(38b)は「オフ」状態であってカラー08に
略半波リターデーションを生じるよう同調しているので
、カラーC,の光線の偏光方向は90°回転し、光線は
偏光フィルタ(14b)の垂直偏光軸(22b)のみを
介して伝達される。カラーC1の光線は偏光フィルタ(
14b)の水平偏光軸(28b)に入射し吸収されるメ
ジャ光成分と、垂直偏光軸(22b)に入射し伝達され
るマイナ光成分とを含む成分に分離される。同様にして
、カラー01とCSとの光線は偏光フィルタ(14b)
の垂直偏光軸(22b)に入射し伝達されるメジャ光成
分と、水平偏光軸(28b)に入射し吸収されるマイナ
光成分とを含む。「オフ」状態であり、カラー〇、の光
に略半波リターデーションを生じるべく同調しているV
OR(36b)の効果は、偏光フィルタ(14b)の垂
直偏光軸(22b)を介してカラーCI、C,。
Csの光を通過させ、水平偏光軸(28b)を介して光
を通過させないことである。
VOR(36b)は「オン」状態であるので、それを通
過する光線の偏光方向は不変である。よって、カラー0
3の光のみが偏光フィルタ(16b)の垂直偏光軸(2
4b)を通過する。カラーC3の光が光出力状態30S
CF’から出力される。
光出力状態4では、VO1’L (36b) 、 (3
8b)は夫々制御出力線(4sb) 、 (5ob)の
制御信号で「オフ」状態にされ、カラー不平衡の光に対
して略半波リターデーションを生じる。VOR(36b
)が「オフ」状態の光出力状態3では、力5− CI 
、 C寓* Cs、の光線は偏光フィルタ(14b)の
声直偏光軸(22b)を濃過するが、水平偏光軸(28
b) ’1通過する光はない。
VOR(38b)も「オフ」状態であり、カラー〇sの
光に略半波リターデーションを生じるよう同調している
ので、カラーCMの光線の偏光方向は90°回(41) 転し、光線は偏光フィルタ(16b)の水平偏光軸(3
0b)から伝達される。カラー〇、とC3の光線は偏光
フィルタ(16b)の水平偏光軸(30b)に入射しこ
れを通過するメジャ光成分と、垂直偏光軸(24b)に
入射するマイナ光成分とに分離される。カラーC8のマ
イナ光成分とカラーCIのマイナ光成分とは偏光フィル
タ(16b)の垂直偏光軸(24b)により夫々伝達及
び吸収される。カラーCI # C2h CI 、即ち
白色光は光出力状態4のSCFから出力される。
白色光をなすカラー〇1 p Cs a CHの光線の
選択吸収と分離により、僅かのカラー不平衡が存するこ
とが理解できよう。その不平衡を補償するには偏光フィ
ルタの製造工程中に多色染料の濃度を変えればよい。
純粋な3原色及び白色の光を得る4つの光出力(42) 表 V 本発明のSCFのm4好適実施例を第5図に示す。
制御回路OIに適当な変形を行ない所定カラーの出力光
が得られるようにvORを制御することによ広この第4
実施例のSCFを第1図に示すカラー表示装置OQの第
1実施例のSCFと直接置換できる。この第4実施例は
、3原色とこれら原色の2つの組合わせカラーの光出力
状態が得られる点を特徴とする。各々少なくとも2つの
カラーの光を伝達する少なくとも1つの偏光状態、即ち
軸を有する3枚のリニア偏光フィルタを使用して達成で
きる。
第5図中、第1実施例のコンポーネントに対応するもの
には同じ参照酢号を用い、末尾にrcJを附している。
偏光フィルタ(12c) 、 (14c)及び(16c
)の偏光状態又は軸により伝達される光のカラーC1,
C,及びCsは第5図中に示し、好ましくは赤、緑及び
青の3原色のセットである。
3枚の偏光フィルタ(12e) 、 (14a) 、 
(16c)の各々は、少なくとも1つのカラー選択偏光
軸を有する。偏光フィルタ(12a)の垂直偏光軸(2
0c)はカラーCI。
C冨の光を通過させ、その水平偏光軸(26c)はカラ
ー C,、Csの光を通過させる。偏光フィルタ(14
c)の垂直偏光軸(22e)はあらゆるカラーの光を吸
収し、その水平偏光軸(28c)は3原色c11 c、
 l am即ち白色光を通過する。偏光フィルタ(16
c)の垂直偏光軸(24e)はカラーCI * 04の
光を通過し、その水平偏光軸(30c)はカラーCI、
 Csの光を通過する。偏光フィルタ(14c)のみが
相補偏光軸を有する。VOR(36c) 、 (38c
)はカラーC3の光に対して略半波リターデーションを
生じる。
光出力状態1では、VOR(36c) 、 (38c)
は夫々制御出力線(48c) 、 (50c)により「
オン」状態にするので、そこを通過する光の偏光方向は
不変である。よって、偏光フィルタ(12a)の垂直偏
光軸(20c)と水平偏光軸(26c)に入射する光線
は夫々垂直及び水平方向にリニア偏光されSCFを通過
する際に偏光方向の変化は生じない。偏光フィルタ(1
4c)の垂直偏光軸(22c)を通過する光はないので
、偏光フィルタ(16c)の垂直側yt、軸(24c)
を通過してSCFから出力する光はない。カラー〇、の
光のみが偏光フィルタ(12c) 、 (14c) 、
 (16c) の水平偏光軸の各々を通過するので、こ
れが偏光フィルタ(16c)の水平偏光軸(30c)を
通って8CFから出力する。
光出力状態2では、制御出力線(48c)によ5VOR
(36a)は「オン」状態となっており、VOR(38
c)は制御出力線(5Qc)により「オフ」状態になっ
ている。
VOR(36c)が「オン」状態であると、それを通過
する光線の偏光方向は不変である。よって偏光フィルタ
(14e)の垂直偏光軸(22c)を通過する光はなく
、カラーc、 l Csの光線はその水平偏光軸(28
e)を通過する。一方、VOR(38c)は「オフ」状
態であり、カラーCIに対して略半波リターデーション
を生じるように同調しているので、カラーC3の光線の
偏(45) 光方向は90°回転し、その光線は偏光フィルタ(16
c)の垂直偏光軸(24c)により完全に吸収される。
「オフ」状態のVOR(38c)はC3以外のカラーに
ついては略半波リターデーションを生じ得ないので、V
OR(38a)を通過するカラー02の光線の偏光方向
は90°以外の回転となる。従って、カラーC寓の光線
は偏光フィルタ(16c)の垂直及び水平偏光軸に沿っ
て複数成分に分離される。カラー02の光線は垂直偏光
軸(24c)に入射し、これを通過するメソヤ光成分と
、水平偏光軸(30a)に入射してこれに吸収されるマ
イナ光成分とを含む。カラーC!の光は光出力状態2の
SCFから出力される。
光出力状態3では、VOR(36c)は制御出力線(4
8c)により「オフ」状態に、VOR(38c)は制御
出力線(SOC)により「オン」状態になされる。カラ
ー〇l。
C8の光線は偏光フィルタ(12c)の垂直偏光軸(2
0c)を通過し、カラー〇、 、 c、の光線は水平偏
光軸(26c)を通過する。
VOR(38c)が「オフ」状態でカラーC3の光に対
し略牛波リターデーションを与えるべく同調して(46
) いるので、カラーCSの光線の偏光方向は90°回転し
、この光線は垂直偏光軸(22c)によシ吸収される。
カラーC1の光線は偏光フィルタ(12c)の両側光軸
を通過するので、カラーC3の光線のメジャ及びマイナ
光成分は偏光フィルタ(14c)の垂直偏光軸(22c
)に入射して吸収され、水平偏光軸(28c)を通過す
る。
カラーCIの光線は開光フィルタ(14c)の水平偏光
軸(28a)に入射し伝達されるメジャ光成分と、垂直
偏光軸(22c)に入射し吸収されるマイナ光成分とを
含む。「オフ」状態であり、カラー〇3の光に略半波リ
ターデーションを生じるよう同調されているVOR(3
6a)の効果は、偏光フィルタ(14(+)の垂直偏光
軸(22c)には光を通さず、水平偏光軸(28c)に
カラーCIと03の光線を通すことである。
VOR(36(1)は「オン」状態であるので、それを
通る光の偏光方向は不変である。よって、カラー〇1の
光のみが偏光フィルタ(16c)の水平偏光軸(30o
)を通過する。カラーCIの光のみが光出力状態3のS
CFから出力される。
光出力状態4では、VOR(36c) 、 (38c)
が夫々制御出力線(48c) 、 (50a)の制御信
号で「オフ」状態にされ、カラーC3の光に略半波リタ
ーデーションを生じる。VOR(36c)が「オフ」状
態にある上述の光出力状態3の場合と同様に、偏光フィ
ルタ(14c)の垂直偏光軸(22c)を通過する光は
なく、水平偏光軸(28c)はカラーC1とC2の光線
が通過する。
この状態ではVOR(38c)が「オフ」状態でカラー
cmの光に対して半波リターデーションを生じるので、
カラーC1とC2の光線は偏光フィルタ(16c)の垂
直偏光軸(24e)に入射しこれを通過するメジャ光成
分と、水平偏光軸(30c)に入射するマイナ光成分と
を含む複数成分に分離される。カラー01のマイナ光成
分とカラー〇!のマイナ光成分とは夫々偏光フィルタ(
16e)の水平偏光軸(30c)を通過及びこれに吸収
される。カラーC1と02の光線は光出力状態4のSC
Fから出力される。
3つの純粋なカラーと2つのカラーの合成色の表 ■ もしC1に赤、C:に緑、C3に青を指定すると、本発
明のSCFは光出力状態1,2,3及び4で夫夫前、緑
、赤及び黄のカラー光を得る。VOR(36c)。
(38c)は青色に対して略半波リターデーションを生
じる。
SCFの第2,3及び4の実施例では、各偏光フィルタ
の偏光軸を通過し、また各VORにより略半波リターデ
ーションが生じた光のカラーは経験的に決められる。し
かし、第2.3.4好適実施例の光出力伝達関数は偏光
フィルタを伝達する光の色とVORによg4半波リター
デーションを生じ所望光出力状態を生じる光の色の決定
に役立つと思(49) われる。
ここで述べたSCFの4つの好適実施例は各々3原色の
1つの光を通過することを特徴とする偏光系を使用する
が、他のカラーの光及び偏光系の他の偏光フィルタを通
過したものと異なるカラーの光を通過する偏光フィルタ
を用いて3つの純粋カラーの光出力状態を得てもよい。
VORは3原色以外のカラーの光に対し略半波リターデ
ーションを生じるよう同調させることもできる。
液晶VOa 本発明の好適実施例はO乃至略牛波光学リターダとして
動作する1対の液晶セルを組込んでいる。
各液晶セルは、セル電極構体に印加した励起電圧により
生じる電界強度に応じて通過する光のりタープ−ジョン
を制御する。
第6図は略平行し互に離間した1対の電極構体(102
)及び(104)と、その間に注入したネマチック液晶
体(106)とを有する液晶セル(100)を含んでい
る。電極構体(102)はガラス製誘電基板(108)
より成り、その内部には酸化インジウム錫の如き透明(
50) 導電性の層(110)を有する。ダイレクタ配向層(1
1)を導電層(110)に設け、電極構体(102)と
液晶体(106)間の境界を形成する。液晶体(106
)と接触する層(112)の面は好適な2つの方法のう
ちの1つで処理し、それと接触する液晶体のダイレクタ
の好適配向を促進する。ダイレクタ配向層(112)の
材料と、これを処理する方法は後述する。電極構体(1
04)は電極構体(102)と同様構成であって、電極
構体(102)のコンポーネントと対応するものには同
じ参照符号にダッシュを附している。
電極構体(102) 、 (104)の短い端部を互に
ずらせて端子(113)の導体を制御回路に)の選択し
た1つに接続できるようにしている。ス4−サ(114
)はガラスファイバのような適当な材料で作り、電極構
体(102) 、 (104)間を相互に平行に保持す
る。
次に第7A図乃至@7D図を参照する。液晶セル(io
o)の層(112) 、 (112’)のネマチックデ
ィレクタ配向構造についてはディト等の米国特許第4,
333,708号の第7欄第48乃至55行に開示して
いる。しかし、ボイド等の特許の液晶セルは本発明のも
のと相違する。即ち、前者のセル(100)のディレク
タ配向け1部である交互傾斜構造である。ボイド等の特
許のセルはセル内でディスクリネーション運動を促進す
る構造であって、双安定スイッチング動作を得ようとし
ている。
電極構体(102)の薄膜層(112)は、電極構体の
面接触ディレクタ(116)が層(112)の面に対し
て反時計方向に測るとき傾斜バイアス勇士〇で平行配列
する。電極構体(104)の層(112’)は電極構体
面接触ディレクタ(118)が層(112’)の面から
時計方向に測定して一θの傾斜バイアス角で相互に平行
となるよう処理している。よって、液晶セル(100)
は電極構体(102) 、 (104)のディレクタ配
向層(112) 、 (112’)の対向面の面接触デ
ィレクタ(116) 、 (us)が互に逆方向に傾斜
バイアスするよう製造される。
面接触ディレクタを所望配向する第1好適実施例は、夫
々電極構体(102) 、 (104)上の配向層(1
12)。
(112’)の材料としてポリイミドを使用する。各配
向層を摩擦して、好ましくは2°乃至5°の範囲の傾斜
バイアス角1θ1を得る。第2好適実施例は電極構体(
102) 、 (104)上の配向層(112) 、 
(112’)の材料として一酸化珪素(Sin)を使用
する。810層を蒸発させ電極構体面から測って好まし
くは5°の角度で蒸着して、その着を加減して傾斜バイ
アス角:θ1がlθ°乃至30°、好ましくは15°乃
至25°の範囲となるようにする。
液晶分子を所定方向に配向する為にSIO又は他の配向
材料を被着する方法については他人により既に開示され
ているので当業者には周知であろう。
その1例として、ジャニングの米国特許第4,165.
923号がある。
第7A図は約2 kHzで20Vrm、のAC電圧V、
を夫夫電極構体(102) 、 (104)の導電層(
110) 、 (110’)間に印加した場合の面非接
触ディレクタ(120)の方向を図示している。導電層
(110’)に信号v1を印加すると、制御回路OIの
選択した出力に第1スイツチング状態が得られ、液晶セ
ル(100)内の電極構体002)・(104)間に交
流′電界Eが生じてセル(100)を「オン」状態にす
る。正の銹電異方性を有する液晶体(106)の面非接
触ディレクタ(120)の大半はその長袖をセ(53) ル内の電界の方向(121)に沿って配列する。この方
向は電極構体の処理面に対して法線方向である。
よって、セル(100)を「オン」状態に励起すると、
面非接触ディレクタ(120)はセルの面に垂直に配列
する。面接触ディレクタ(116) 、 (11B)は
夫々第7図A乃至Cに示す第1状態と第7図りに示す第
2状態とのセルの2つの状態下でもほぼその傾斜バイア
ス角1θ1を維持することに留意されたい。
第7B図は信号v1を除いた後の面非接触ディレクタ(
120)の方向を図示したものであり、面非接触ディレ
クタ(120)の方向はセル(100)内の電極構体(
102) 、 (104)間に生じる電界によって影響
を受けないが、分子間の弾性力により面非接触ディレク
タを上述した「オン」状態からリラックスさせる。
信号vlを除くと、制御回路に)の選択出力により第2
スイツチング状態が得られる。第7B図のディレクタ方
向はセルの「オフ」状態のそれを示す。
セル(ioo)を「オフ」状態にスイッチングするには
、制御回路−の出力を信号71未満で一般には約0.1
 &ルトの電圧レベルのAC信号電圧v雪とするこ(5
4) とにより達成可能である。信号v3の周波数は一般に信
号v1のそれと同じであってもよい。
液晶セル(100)の「オン」から「オフ」状態の遷移
中、面非接触ディレクタは電極構体面に法線方向の配列
から後退して隣接するディレクタが略平行関係になろう
とする。よって、面非接触ディレクタ(120m) 、
 (120b) #i矢印(122m)で示す時計方向
に回転して夫々ディレクタ(116) 、 (120a
)が略平行となり、また面非接触ディレクタ(120e
) + (120d)が矢印(122b)で示す反時計
方向に回転してディレクタ(118)と(120c)が
夫々略平行関係を実現する。よって、セル(100)が
「オフ」状態にリラックスすると、大半の面非接触ディ
レクタは各々セル表面にディレクタ成分を投影するIう
に配列する。しかし、面非接触ディレクタはセル面に略
垂直の面にとどまる。
セル(100)の面形状は傾酬バイアス角が電極構体内
面から測って同じ回転方向であるC、F、パン トーン
著「Transient Behavior of T
wisted NematiaLiquid−Crys
tal Lay@r 1.’n an Electri
c Field J(ジャーナル デ フイジーク、第
36巻C1−261乃至Cl−263頁)に開示する如
き従来の液晶VORとは異なる点に留意されたい。セル
(100)の面接触ディレクタ形状により、「オン」か
ら「オフ」状態への遷移時に光学的パウンドを生じるこ
となく迅速に面非接触ディレクタのりラクセーションヲ
生じる。この光学パウンドのない迅速なディレクタのり
ラクセーションは液晶体がセルの処理した両面に沿って
同一方向(124)に流れることに起因すると現在のと
ころ考えられている。この単方向流動は従来品では生じ
ることがなく、上述のパントーンのセルは処理した両面
に沿って液晶体が互に逆方向へ流れる。このセル内での
単方向流動の作用効果として、リラックス中のセルにお
ける流れの結果、中央部の面非接触ディレクタ(120
・)に「逆」トルクが作用せず、よって、パウンドがな
く、高速の電子光学スイッチングが実現できる。
第7C図は液晶セル(lOのを第7B図の「オフ」状態
から更にリラックスさせた場合の時刻Tl後のディレク
タの方向を示す。これは、電界を除いた後約50mg間
セル内に電界を再び印加しなければ生じる現象である。
第7C図に示すセルのディレクタ形状は、面非接触ディ
レクタ(120)がその面形状を放棄してπラジアンね
じれ又はら旋形状と呼ばれる状態をとることな特徴とす
る。リラクセーションが更に進行すると、πラジアンね
じれ形態のセルはディスクリネーション運動を生じ約数
分の期間T諺を経て第7D図に示すスジレイ(散乱)状
態となる。約1がルトのAC信号v3を周期的にセルに
印加すれば、面非接触ディレクタなπラジアンねじれ状
態から更にリラックスするのを防止できることに注目さ
れたい。
液晶セル(100)を0乃至略半波の光学リターダとし
て動作する方法は、ディスクリネーションのない面非接
触ディレクタを第7A図に示す如き電界整列、即ち「オ
ン」状態から第7B図に示す平面即ち「オフ」状態にリ
ラックスさせる・ 本発明では、液晶セル(100)を0乃至略半波光学リ
ターダとして動作させ、その光学軸を面非接触ディレク
タ(120)の整列方向とする。
(57) 電極構体(102) 、 (104)の表面に法線方向
(126)に伝搬するリニア偏光光線は、液晶セルが「
オン」状態であれば面非接触ディレクタ(120)の方
向と一致する。ディレクタ(120)が「オン」状態で
あれば、その光軸の電極構体面への投影は実質的に無視
でき、方向(126)へ伝搬する入射光線の光学リター
デーションは大幅に減少する。
液晶セル(100)が「オフ」状態のときは、電極構体
(102) 、 (104)の面に法線方向(126)
に伝搬するリニア偏光光線は面非接触ディレクタの配列
方向とは一致しない。ディレクタ(120)が「オフ」
状態の配列では、大半のディレクタのセル電極構体面へ
の投影は相当大きくなる。この状態では、液晶セル(1
00)は略法線入射光に対して実効複屈折を生じる。面
非接触ディレクタ(120)の方向は、次式を満足する
波長(λ)の光に対して略半波光学リターデーションを
生じる。
Δnd/7λ=l/2 ここで、dはセルの厚さく128) 、Jnはセルの実
効複屈折を表わす。
(58) 次に第8図を参照する。同図は透過軸を平行に配置した
1対のニュートラル偏光フィルタ間に配置した液晶セル
の光学特性を示し、このセルの「オン」、「オフ、1状
態間の遷移時間は約1msの高速であることを示してい
る。この応答時間は英国プール市のBDHケミカルズ 
リミテッド製E−44型液晶体を3μの厚さとし、2 
kHz +20Vrmsのノ9ルス駆動時のものである
。この高速光学応答の原因は、セルの「オン」状態から
「オフ」状態への遷移時に生じる面非接触ディレクタの
自記列中で液晶体の単方向性流動を促進し、光学パウン
ドを排除する為である。
以上、本発明を好適実施例につき説明したが、本発明は
何らこれら実施例のみに限定すべきでなく、当業者は本
発明の要旨を逸脱することなく用途に応じて各種変更変
形が可能である。
〔発明の効果〕
本発明のカラーフィルタに依ると、3枚の偏光フィルタ
、2枚の可変光学リターダ(VOR)及びVORの制御
回路を使用するのみであり、構成が簡単であるので安価
であるのみならず入射光量に対する出力光量比が十分高
くdっ出力光のカラー純度が高い。しかも偏光フィルタ
とvoRの光出方状態を選択することにより、本発明の
いずれの実施例でも3つのカラー(例えば赤、緑及び青
の3原色)状態が得られ、更に第3、第4実施例では夫
夫白色及び黄色等の混合色の出力光が得られる。
従って、本発明のカラーフィルタはフレーム又ハフイー
ルド順次でカラー情報を表示する白黒CRT等のスクリ
ーン前面に配置してフルカラー画像情報を得るフィール
ド(又はフレーム)順次画像表示装置に使用するのに好
適であり、その場合の制御回路は単一周波数で簡単且つ
低消費電力となる。
特に、VORとして内面が互に内側に微少角θで傾斜バ
イアスするよう配向処理した所謂πセル型ねじれネマチ
ック液晶を使用することにより、高速スイッチング動作
が可能となるので、標準TV方式の高解像度フルカラー
表示装置が実現できる。
【図面の簡単な説明】
第1図は本発明のカラーフィルタの第1実施例を使用す
るカラー表示装置の簡略!ロック図、第2図乃至第5図
は本発明のカラーフィルタの第2乃至第4実施例を示す
構成図、第6図は本発明のカラーフィルタに使用し得る
略半波光学リターダの拡大断面図、第7図は本発明のカ
ラーフィルタのvORに使用可能なπセル型液晶リター
ダの動作説明図、第8図は第7図のVORの1例の動作
応答特性図である。 図中、onはカラーフィルタ、0呻は偏光系、0埠。 αゆ、0時は偏光手段、(ロ)、(至)は可変光学リタ
ーデーション手段(volt ) 、に)は制御手段を
示す。 (61) FIG、7D(才)+T2:スデしイ )120S−一

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 l)互に離間して略平行に配置した第1.第2及び第3
    偏光手段と、夫々該第1と第2偏光手段及び第2と第3
    偏光手段間に配置した可変光学リターデーション手段と
    、該可変光学リターデーション手段の光学状態を制御す
    る制御手段とを具えるカラーフィルタ。 2)上記偏光手段の1つはニュートラル偏光フィルタで
    ある特許請求の範囲第1項記載のカラーフィルタ。 3)上記偏光手段は夫々異なるカラーを通過する色選択
    フィルタである特許請求の範囲第1項記載のカラーフィ
    ルタ。 4)上記可変光学リターデーション手段として、πラジ
    アンのね1れネマチック液晶デバイスを用いる特許請求
    の範囲第1項記載のカラーフィルタ。
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