JPS63194285A - カラ−表示装置 - Google Patents

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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は人間に視覚情報を伝達するカラー表示装置に関
するものであり、さらに詳しくは、可変色選択手段とし
てファブリペロ−型可変干渉装置を用いたカラー表示装
置に関する。

〈従来の技術〉 情報あるいは画像を機械から人間へ伝達するための手段
としてカラー表示は非常に有効なものであり、各種のカ
ラー表示装置が各方面にわたって広く用いられている。

簡単な例を挙げると、機器類の動作状態を、緑なら正常
、赤なら異常という様に表示をするカラーパイロットラ
ンプがある。

複雑なものの例としては、画像あるいはコンピュータ利
用機器の出力を表示するカラー液晶ディスプレイ、カラ
ー液晶ディスプレイ等がある。

この様な各種カラー表示装置のほとんどは、固定色すな
わち赤、緑、青の光源２発光体もしくはフィルター等の
表示体を組合せた構成となっている。この場合、表示体
が発する固定色以外の色を直接的に表示することができ
ないため、以下の方式によって各種の色を表示していた
。すなわち、各表示体をカラー表示装置視認者の目視時
における空間分解能によって分離しうる距離よりも近接
させて配置し、この各表示体の光強度を表示する色に応
じて設定する方式が採られていた。

〈発明が解決しようとする問題点〉 固定色の表示体を用いた従来型のカラー表示装置におい
ては、任意の色を発する１画素を表示するのに３つの表
示体を必要としている。そのため、以下に述べる様な問
題点を有していた。

１つは、表示体の数が画素数の３倍あるため、１画素１
表示体の場合に比ベカラー表示装置全体が複雑かつ高価
なものに′なってしまうことである。

なかでも、カラー液晶ディスプレイの様に各表示体毎に
配線を必要とするものについては、配線数も画素数の３
倍となり、さらに構成が複雑なものとなる。

第２の問題点は、視認者が従来型カラー表示装置に接近
した場合、表示すべき色以外に表示体の固定色が見えて
しまうことである。例えばコンピュータ出力端末として
用いられるカラー表示装置には文字等を読みとるために
視認者がかなり接近する。そのため仮にそのカラー表示
装置に白色の微細な縦横が表示されているものとすると
、固定色の表示体のためにその線の左側が赤味を帯び、
右側が青味を帯びる現象が起こり、色が正［［示されな
くなる。

く問題を解決するための手段〉 本発明は、上述の問題点を解決するため、光源と、印加
電圧もしくは電流によって分光透過率もしくは分光反射
率の変化するファブリーペロー型可変干渉装置を組み合
せ、光源を発して可変干渉装置を透過した光を利用する
ことによりカラー表示を行なうものである。この構成に
よれば、１画素１表示体のカラー表示装置を実現するこ
とができる。ここで、表示体となるファブリーペロー型
可変干渉装置は可変色フィルターとしての働きを有し、
印加される電気信号に応じて彩度の高い原色例えば赤、
黄、緑、青、紫などを透過させることができこれによっ
て多色カラー表示が実行される。また、これらの原色を
時分割的に混合することにより、任意の色を表示するこ
とも可能となる。

本発明のカラー表示装置は、従来型カラー表示装置と比
べ、１画素当りの表示体数が１／３であるので、構造が
簡単なものとなる。また、視認者が本発明カラー表示装
置に接近した場合にも表示色以外の色が見えたり色のに
じみが生じることもなく、高品質の色表示を行なうこと
ができる。

〈実施例〉 以下、本発明を実施例に基いて詳細に説明する。

第１図は本発明の第１の実施例であるカラー表示装置の
構成図である。可視全域に発光スペクト／Ｌ／を有する
光源１を発した光はレンズ２によって平行光線となり、
８行８列のファブリーペロー型可変干渉装置群からなる
可変干渉装置マトリクス３０を透過し、その直後に拡散
板４によってさまざまな方向へ拡散される。ここで各可
変干渉装置は、それぞれ可変色フィルターとして働く。

第１図においては、可変干渉装置マトリクス３０を透過
した光を用いてカラー表示を行うものとしたが、可変干
渉装置マトリクス３０を反射した光を用いてもよい。可
変干渉装置マトリクス３０を出射した光をスクリーンに
投影し、スクリーンからの反射散乱光を用いてカラー表
示を行ってもよく、これにより大面積表示が容易に実現
できる。

光源１、レンズ２を、それぞれ各可変干渉装置に１個づ
つ配置するものとしてもよく、この構成によれば本カラ
ー表示装置の奥行きを小さくし、またカラー表示部の光
強度のムラを押えるのが容易になる。可変干渉装置マト
リクス３０にはカラー信号伝送回路５１と垂直走査回路
５６が連結され電気的に駆動される。

ここで、光源１としては、白熱灯、ハロゲンランプ、キ
セノンランプ、螢光灯等を用いることができる。この光
源１の形状は、点状、線状あるいは面状のいずれでもよ
い。レンズ２は、光源１から発した光を平行にし、同一
の入射角で可変干渉装置マトリクス３（ＨＣ入射させる
ために用いられる。この様に可変干渉装置マトリクス３
０に平行光線を入射する理由は、可変干渉装置の分光透
過率が最大となる波長がその入射角に依存するためであ
る。レンズ２としては、ガラスレンズ、プラスチックレ
ンズの他、分布屈折率型のレンズ、フレネル型レンズ等
を用いることができる。レンズ２の代わりに光源１の背
面（可変干渉装置マトリクス３０と反対の方向）に球面
鏡、放物面鏡等の反射鏡を設置してもよい。レンズ２あ
るいは反射鏡を用いることなく、光源ｌと可変干渉装置
マトリクス３０との距離を離すことによって、可変干渉
装置マトリクス３０への入射光を平行に近くすることも
できる。拡散板４はスリガラス、マイクロプリズムアレ
イ等の光散乱性物体が用いられる。

これは可変干渉装置３を８射した光を多方面に散乱する
ことによって、視認者が本カラー表示装置を見ることの
できる場所を広くする働きをする。

視認者の位置が一定とみなせる場合には、拡散板４を省
略することもできる。

以下、ファブリーペロー型可変干渉装置の原理について
説明する。

この干渉装置は、対向する反射膜間における光の繰り返
し多重反射による干渉すなわちファブリーペロー干渉を
利用している。この干渉によって、光の透過率（または
反射率）に波長依存性が生じ、いくつかの特定の波長に
おいては高い透過率を、その他の波長においては低い透
過率を示す。

干渉装置の分光透過率が最大となる波長、すなわち中心
波長λｐは主として対向する反射膜の間隔ｄ及び反射膜
間の媒質の屈折率ｎによって決定される。即ち、中心波
長λｐは可変干渉装置の光路長ｎｄ　（ｎとｄの積）に
比例する。ここで、中心波長λｐが１次のファブリーペ
ロー干渉ピークであるものとし、また反射膜の特性がフ
ァブリーペロー干渉に与える効果を無視すると、中心波
長λｐ　は次式で表わされる。

λｐ＝２ｎｄ ここで媒質が中空、窒素あるいは真空等の場合、屈折率
ｎ　＝　ｌとおくことができ、このときλｐを４０００
〜７８００Ａの全可視領域で変化させるものとすると、
反射膜間隔ｄは２０００〜３９００Ａの範囲で変化させ
る必要がある（実際には上式カ反射膜特性）効果を無視
した近似式である事から、ｄの変化範囲はここに挙げた
ものとは若干具なる）。

逆に、ｄを固定とし、ｎを変化させても中心波゛　長λ
ｐを変化させることができる。

例えばＰＬＺＴ（Ｐｂ　、Ｌａ　、Ｚｒ　、Ｔｉ　、０
の化合物）の様に、印加電圧に応じて屈折率の変化する
いわゆる電気光学効果を有する材料を用いる事により、
高速性に富み、また作製の容易なファブリーペロー型可
変干渉装置を実現することがでざる。

次に、本実施例に用いたファブリーペロー型可変干渉装
置の構造及び光学特性について述べる。

これは、反射膜間隔ｄを可変とすることにより中心波長
λｐを可変とするものであり、そのための方式として、
電歪効果を利用する方式及び静電引力を利用する方式に
ついて検討した。

第２図（ａｌは電歪効果を利用した可変干渉装置の断面
図である。この可変干渉装置の原理は、特開昭５８−１
７３４３９号などで公知である。平坦なガラス板１１及
び周囲に段差をつけたガラス板　　　　−１２の中央部
に、それぞれ半透性反射膜１３ａ。

１３ｂが蒸着されている。反射膜１３ａ、１３ｂとして
は、銀、アルミニウム等の金属膜、ＴｉＯ□。

ＳｉＯ３，ＺｎＳ、ＭｇＦ２　　などの誘電体膜又はそ
の多層膜を用いることができる。ガラス板１１と１２は
、この反射膜１３ａと１３ｂとが対向する様に、スペー
サー１４を介して結合されている。このスペーサー１４
は、電歪材料からできており、その両端にある電極１５
ａと１５ｂの間に各可変干渉装置に付随する駆動回路５
からリード線を介して電圧が印加されると、その電圧に
応じて伸縮する。

このスペーサー１４の伸縮によって、ガラス基板１１と
１２さらには対向する反射膜１３ａと１３ｂの間隔ｄが
変化する。ここで電歪材料としては、ＰＺＴ（Ｐｂ　、
Ｚｒ　、Ｔｉ　、０（１’）化合物）、ＰＶＤＦ（ポリ
フッ化ビニリデン）、ＺｎＯなど数多くの材料が使用に
供される。

第２図（ｂｌは、既に出願された特願昭６１−１０２９
８９号に記載されている静電引力を利用したファブリー
ペロー型可変干渉装置の断面図である。比較的厚いガラ
ス板２１及び比較的薄いガラス板２２に銀などの金属膜
２３ａ　、２３ｂをそれぞれ蒸着し、この２枚のガラス
板をスペーサ２４を介して結合する。金属膜２３ａ、２
３ｂは、半透光性反射膜と、静電気力印加用電極を兼ね
ている。駆動回路５から金属膜２３ａと２３ｂの間に電
圧Ｖが印加されると、その静電引力Ｆによってガラス基
板２２の中央部がたわみ、金属膜２３ａと２３ｂの間隔
が減少する。なおここに示した静電方式に限らず１両端
を固定長のスペーサーで支持し中央部に力を印加するこ
とにより対向する反射膜の間隔を変化させる空洞型ファ
ブリーペロー干渉装置を本実施例のカラー表示装置に用
いることもできる。

以上の様な構造を有するファブリーペロー型可変干渉装
置に電圧を印加した時の分光透過率を第３図に示す。第
３図の横軸は波長、縦軸は透過率であり、電圧ｖ１　、
Ｖ２　、ｖ３を印加した時の分光透過率曲線がそ：Ｆｂ
ぞれ実線１点線、一点鎖線で示されている。この図より
、ファブリーペロー型可変干渉装置は電圧ｖ１　、ｖ２
　、ｖ３が印加されたときそれぞれ青、緑、赤の光を透
過させることが読みとれる。

ここで、カラー表示装置用として適した分光透過率曲線
を得るため、反射膜１３ａ、１３ｂ及び反射膜２３ａ　
、２３ｂの反射率は約６０％とした。

反射率がこの値に比べて極端に低い場合には、中心波長
λｐ以外の各波長の光に対しても透過率が高くなり、全
体として白味を帯びた彩度の低い色が透過することにな
る。逆に反射率が極端に高いと、中心波長λｐ近傍以外
の波長の光はほとんど通さなくなり、全体として透過光
量が少なくなってしまう。適度に彩度の高い色の光をな
るべく多く透過させるためには、適当な反射率を選定す
る必要がある。

次に、上記可変干渉装置の駆動法について述べる。可変
干渉装置に一定の電圧例えばｖ　、ｖ２あるいはｖ３　
を印加する方式では第３図に示された分光透過率曲線と
同様なスパクトル分布の色、いわゆる原色しか表示する
ことができない。ここでこの原色を時間的に混ぜ合わせ
る駆動法を用いることにより、任意の色の表示を行なう
ことかできる。この駆動方法について、第４図を用いて
説明する。第４図は横軸に時間、縦軸に可変干渉装置へ
の印加電圧をとったものである。実線は１周期Ｔ１　の
間に電圧ｖ１．ｖ２９．ｖ３ヲ一定時間ずつ印加しまた
それを繰り返す場合を示す。ここで周期Ｔ１　　は、視
認者の色識別時間よりも短い時間となる様に１／６０秒
とした。本カラー表示装置は、電圧Ｖ、　　、Ｖ２．Ｖ
８の各印加時間に、それぞれ青、緑、赤を表示しており
、視認者には、との３色をそれぞれの表示時間に応じた
割合で混ぜ合わせた色が見えることになる。第４図の実
線の例では、青の表示時間が緑、赤の表示時間に比べ長
いため、青みがかった白（水色）が表示される。

なお、駆動電圧の印加法としては、実線に示す様にステ
ップ状に印加する方法の外、破線に示す様に連続的に走
査する方法もある。いずれの方法によっても、任意の色
を表示することが可能である。

次に、マトリクス化した可変干渉装置の構造を示す。第
５図（ａｌは電歪方式可変干渉装置マトリクスの平面図
、第５図ｔｂｌはその断面図である。ガラス板１１．１
２は、各可変干渉装置について共通となっている。本マ
トリクスの駆動時においては、各可変干渉装置毎にスペ
ーサ１４の高さが異なっている。従って、各可変干渉装
置の境界において、上部ガラス１２が曲げられる。各可
変干渉装置の内部は基本的に第２図（ａｌに示したもの
と同じであるが、光が可変干渉装置全面に入射すること
から、度光膜３５を形成して光が素通りする部分をなく
した。なお度光膜３５と電極１５ａを一体化し、これを
Ａ１等の金属で形成することもできる。

第５図（ａｌ　、　（ｂｌには、電歪素子１４を駆動す
るための配線は省略されている。配線については後はど
第７図を用いて後述する。

第６図（ａｌは静電方式可変干渉装置マトリクスの平面
図、第６区側はその断面図である。先はどの電歪方式の
ものと比べると、スペーサ２４の形状が異なっている。

平面図よりスペーサ２４は上下に隣接する各可変干渉装
置について連続しており、また左右に隣接する各可変干
渉装置について共通であることがわかる。たたし、スペ
ーサ２４を、配線（図示せず）の都合などにより電歪方
式のものと同様、各可変干渉装置毎に分離することも可
能である。ガラス板２１と２２は、各可変干渉装置につ
いて共通である。その池については各可変干渉装置の内
部は、基本的には第２図（ｂｌに示したものと同様であ
る。たたし光が可変干渉装置全面に入射することから、
度光膜３５を形成して光が素通りする部分をなくしであ
る。

次に、可変干渉装置マトリクス３０の駆動回路系につい
て、第７図に基いて説明する。この図は、各可変干渉装
置、その駆動回路、各駆動回路にカラー信号を与える外
部回路とそれらの間の配線を示す等価回路図である。こ
の図で可変干渉装置Ｔ２１に注目すると、これは駆動回
路Ｄ２＋からの信号を受けて動作するものである。

この駆動回路Ｄ２．　［は、カラー信号伝送回路５１か
ら配線Ｘ２　を通って表示すべきカラーに関するデータ
が送られる。ただし、このデータは連続的に送られてい
るものではない。垂直走査回路５６が配線Ｙ１　　に読
み出し信号を与えた時、ゲート素子Ｇ２１がオンになり
、配線Ｘ２　と駆動回路Ｄ２□とが接続される。データ
はその際にカラー信号伝送回路５１から駆動回路Ｄ２＋
に与えられる。与えられた信号は、ゲート素子Ｇ２１が
オフになった後、再びオンになるまで、駆動回路Ｄ２１
の内部で保持される。

配線Ｙ、　ＶＣ読み出し信号が与えられると、ゲー”　
Ｇｌｌ　＝　Ｇ２１　ｔ　ｃａｔ・・・がすべてオンに
なり、１行目の駆動回路ＤＩＩ　’　Ｄ２１　’・・・
に−斉にデータが与えられる。このとき配線Ｙ２　、Ｙ
３　・・・には読み出し信号は与えられない。次に配線
Ｙ２　に読み出し信号が与えられると２行目の駆動回路
Ｄ２１　”　２゜・・・にデータが与えられる。以上の
走査が一巡する毎に、１フレーム（１画面）の画像が各
駆動回路Ｉ）ｉｊ（ｉ＝１．２．・・・８、ｊ＝１．２
．・・・８）に与えられる。ここで、各ゲートＧｉｊ及
び各［動回路Ｄｉｊは個別回路部品によって構成しても
よいが、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）によって構成する
方がコスト、小型化等の面でより有利であろう。

このカラー表示装置の可変干渉装置数、すなわち画素数
をさらに大きく、例えば６４０Ｘ４００画素のものとす
ることにより、高精細度のカラー表示装置とすることが
でき、特にコンピュータ応用機器のディスプレイ用とし
て適したものになる。

次に本発明の第２の実施例に係るカラー数字表示装置を
第８図に示す。表示すべきものが数字。

英字の様に限定されている場合、表示体の形状及び配列
をセグメント状にパターン化することにより、マトリク
ス状配列に比べて少ない表示体数で数字、英字などを表
示することが可能となる。第８図は本実施例のカラー数
字表示装置の外観図である。この表示装置においては、
各桁毎ＶＣ８個の可変干渉装置を用いている。そのうち
７個は細長い表示部形状をもち、「日」の字形に組合せ
られていて、「０」〜「９」のうちの１つの数字を表示
できる様になっている。残りの１個の可変干渉装置は、
小数点を衣わすドツトを表示する。

この表示装置の背景部、すなわち可変干渉装置ノ周囲は
固定色のフィルりよりなっている。この色は、可変干渉
装置が表示する１つの色、例えば白と同じ色調及び明度
となる様に決められる。そして、本表示装置の第１桁に
数字「１」を表示する場合、第８図における可変干渉装
置１ａ〜１ｈのうち、１ｂと１ｃについては例えば水色
、その他のものについては背景と同じ色（この場合白色
）となる様に駆動される。この駆動信号は、第６図に示
す様に、赤、緑、青を表示する３種類の電圧の時分割信
号である。

本実施例の表示装置において、表示色が可変であること
から、種々の新しい表示方法が考えられる。その１つは
、表示する数字の種類に応じて表示色を変える方法であ
る。例えば多機能時計においで、時刻９日付、アラーム
セット時間などの各機能毎に違った表示色を用いること
ができる。これにより、各機能の区別が解り易くなる。

２つめは、表示する数値の大きさに応じて表示色を変え
る方法である。例えばある機器に付随する温度計で、そ
のｍ器の温度が８０℃以上なら注意を払う必要があり、
１００℃以上ならオーバーヒートであることを示す場合
、温度計の表示色は８０℃までは緑、８０〜１００℃は
黄、１００℃以上は赤とする。この様に数値の大きさに
応じて表示色を変えることにより、数値の大きさを感覚
的に把え易くすることができる。

以上の様に、上記カラー数字表示装置は、時計。

温度計のほか、速度計、タコメーター（回転計）。

電流電圧計１重量計など各種計器類の表示装置として極
めて有用である。

〈発明の効果〉 以上詳説した如く本発明に係るカラー表示装置は、一つ
の画素に一つの表示体を用いて任意の色を表示させるこ
とができるため、従来の固定三原色の表示体を用いたカ
ラー表示装置に比べ、表示体数が１／３に減少する。従
って本発明によれば、簡素化された構造のカラー表示装
置を構成することができる。また、本発明では固定色の
表示体を用いていないため、視認者が十分接近しても色
のにじみ等を生じない。従って従来のカラー表示装置に
比べ、高品質のカラー表示を行なうことができる。

本発明は以上の様な利点を有しているため、今後、各種
機器の簡単な動作表示、各種計器類の表示から、電子機
器特にコンピュータ応用機器の文字、グラフィック表示
に至るまで、幅広く利用されるものと期待される。

【図面の簡単な説明】

第１図は、本発明の第１の実施例を示すカラー表示装置
の構成図である。 第２図はファブリーペロー型可変干渉装置の構造を説明
するための断面図である。 第３図はファブリーペロー型可変干渉装置の分光透過率
をパラメータとして印加電圧を用いて表わしたものであ
る。 ＄４図はカラー表示装置に用いるファブリーペロー型可
変干渉装置の駆動法を説明するための説明図である。 第５図及び第６図は本発明の第１の実施例に用いた可変
干渉装置マトリクスの構造図である。 第７図は本発明の第１の実施例における駆動回路系を説
明するための説明図である。 第８図は本発明の第２の実施例を示すカラー表示装置の
外観図である。 １・・・光源、２・・・レンズ、３０・・・可変干渉装
置マトリクス、４・・・拡散板、５１・・・カラー信号
伝送回路、５６・・・垂直走査回路。 代理人　弁理士　杉　山　毅　至（他１名）丈 第１図 （ａ） ２！１ａ （ｂ） 第２Ｎ！２ 、、、　　４＆（ｎｍ） ＯＴ、　　　　　　２　Ｔ、　　　　　　３　Ｔ。 や。。　　　−向 第５図 （旦） （い 第６図

Claims (1)

1. 【特許請求の範囲】 １、光半透過性反射膜を透明体上に形成して成る２枚の
   反射鏡が互いに前記反射膜を相対して配置されかつ印加
   される電気信号に応じて反射鏡間の間隔もしくは反射鏡
   間屈折率を変化させる変位機構が具設され、該変位機構
   の変化に伴なって分光透過率もしくは分光反射率の最大
   となる波長が変化する複数のファブリーペロー型可変干
   渉装置群と、 可視領域に発光スペクトルを有する光源と、前記可変干
   渉装置群の駆動回路と、を具備して成り、 前記光源より出力された光が前記可変干渉装置群を経由
   することを特徴とするカラー表示装置。 ２、複数の可変干渉装置群は縦横に配列されている特許
   請求の範囲第１項記載のカラー表示装置。 ３、複数の可変干渉装置群は、数字、英字もしくは記号
   を表わす要素片の配列体から成る特許請求の範囲第１項
   記載のカラー表示装置。