(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
拡散周辺光によって照明可能な液晶ディスプレイ装置であって：前記拡散周辺光は、第１の方向で前記液晶ディスプレイ装置を照明する第１の光線と、前記第１の方向とは異なる第２の方向で前記液晶ディスプレイ装置を照明する第２の光線とを含み、該液晶ディスプレイ装置は、
見る者によって直接見られるときにディスプレイを形成するための液晶パネルであって、前記ディスプレイを見るための表側と、前記表側とは反対の裏側とを有し、かつ前記表側を照明する前記第１および第２の光線が当該液晶パネルを通って前記裏側へと通過する透明状態を有する少なくとも１つの領域からなる液晶パネル；および
前記パネル裏側に光学的に結合され、前記液晶パネルを通過する前記第１および第２の光線を受光する反射ホログラフ光素子であって、前記反射ホログラフ光素子は、複数の反射部位からなり、各前記反射部位は、軸を有し、前記軸を中心として対象的な断面を有する反射パターン外の前記第１の光線及び前記反射パターン内の前記第２の光線を前記反射パターン内に前記液晶パネルに向けて再配向する、反射ホログラフ光素子；
によって構成されることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
【請求項２】
前記反射ホログラフ光素子は、容量ホログラフ光素子であることを特徴とする請求項１記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項３】
拡散周辺光によって照明可能な液晶ディスプレイ装置であって：前記拡散周辺光は、第１の方向で前記液晶ディスプレイ装置を照明する第１の光線と、前記第１の方向とは異なる第２の方向で前記液晶ディスプレイ装置を照明する第２の光線とを含み、該液晶ディスプレイ装置は、
見る者によって直接見られるときにディスプレイを形成するための液晶パネルであって、前記ディスプレイを見るための表側と、前記表側とは反対の裏側とを有し、かつ前記表側を照明する前記第１および第２の光線から得られる第１の偏光および第２の偏光が前記液晶パネルを通過する透明状態を有する少なくとも１つの領域からなる液晶パネル；および
前記裏側に光学的に結合され、前記液晶パネルを通過する第１の偏光および第２の偏光を受光する反射ホログラフ光素子であって、前記反射ホログラフ光素子は、複数の反射部位からなり、各前記反射部位は、軸を有し、前記軸を中心として対象的な断面を有する反射パターン外の前記第１の編光及び前記反射パターン内の前記第２の編光を前記反射パターン内で前記液晶パネルに向けて再配向し、前記領域に向けて反射された前記第１及び第２の偏光が、前記液晶パネルを通過して、前記ディスプレイの明画素を形成する、反射ホログラフ光素子；
によって構成されることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
【請求項４】
前記反射パターンは、６０度以下の前記軸に対する角度内に制限され、前記角度よりも大きい角度で前記反射部位で受光される偏光が、前記反射パターン内で再配向されることを特徴とする請求項３記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項５】
前記反射パターンは、前記軸を中心として円錐形であることを特徴とする請求項３記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項６】
前記軸は、前記反射部位に対して一般に垂直であることを特徴とする請求項３記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項７】
前記反射ホログラフ光素子は、前記裏側に向く正面と、前記正面とは反対の背面とによって構成され、前記液晶ディスプレイ装置は、前記背面に隣接し、前記反射ホログラフ光素子を介して透過される光を前記液晶パネルの前記裏側に向けて反射する不透明反射素子をさらに含んで構成されることを特徴とする請求項３記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項８】
拡散周辺光によって照明可能な液晶ディスプレイ装置であって：前記拡散周辺光は、第１の方向で前記液晶ディスプレイ装置を照明する第１の光線と、前記第１の方向とは異なる第２の方向で前記液晶ディスプレイ装置を照明する第２の光線とを含み、該液晶ディスプレイ装置は、
ディスプレイを見るための表側と、前記表側とは反対の裏側とを有し、複数の領域からなる液晶パネルであって、各領域は、前記表側を照明する前記第１および第２の光線が前記パネルを前記裏側へと通過する透明状態を有する、液晶パネル；
前記液晶パネルを通過する前記第１および第２の光線によって照明される正面であって前記パネル裏側に向く正面と、前記正面とは反対の背面とを有する反射ホログラフ光素子から形成されたトランスフレクタであって、前記反射ホログラフ光素子は、複数の反射部位からなり、各前記反射部位は、軸を有し、前記正面を照明する前記第１および第２の光線であって、前記軸を中心として対象的な断面を有する反射パターン外の前記第１の光線及び前記反射パターン内の前記第２の光線を前記反射パターン内で前記液晶パネルの前記裏側に向けて再配向する、トランスフレクタ；および
前記反射ホログラフ光素子の前記背面を照明する光源；
によって構成されることを特徴とする液晶ディスプレイ装置。
【請求項９】
前記反射ホログラフ光素子は、さまざまな屈折率の領域を有し、かつ光を前記反射パターンで再配向する働きをする感光材料からなる容積ホログラフ光素子であることを特徴とする請求項８記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項１０】
前記トランスフレクタは、スペクトル通過帯域からなり、前記スペクトル通過帯域内の周波数で前記光源によって発光される光は、前記トランスフレクタを介して通過されて、前記パネルの裏側を照明し、前記液晶パネルを横断する前記スペクトル通過帯域外の周波数を有する周辺光は、前記トランスフレクタによって前記液晶パネルに向けて再配向されることを特徴とする請求項８記載の液晶ディスプレイ装置。
【請求項１１】
前記反射ホログラフ素子はトランスフレクタであり、前記正面を照明する前記第１および第２の光線が前記液晶パネルに向けて再配向される反射状態と、前記背面を照明する光が前記トランスフレクタを通過して、前記液晶パネルを照明する透明状態との間でスイッチング可能であることを特徴とする請求項８記載の液晶ディスプレイ装置。
【発明の詳細な説明】
発明の分野
本発明は、周辺光(ambient light)によって照明するために適応される液晶ディスプレイに関する。さらに詳しくは、本発明は、好適な反射パターンで液晶パネルを介して拡散光(diffuse light)を再配向する反射ホログラフ光素子(reflective holographic optical element)を含むかかる液晶ディスプレイ装置に関する。本発明の一形態では、反射ホログラフ光素子は、液晶ディスプレイを交互にバックライトするトランスフレクタ(transflector)である。
一般的な液晶ディスプレイ装置は、パネルの表側から見られる表示を形成する液晶パネルからなる。液晶パネルは、正面と背面の透明ポリマまたはガラス板の間、および垂直な偏光軸を有する正面偏光子(front polarizer)と背面偏光子(back polarizer)との間に挟まれた液晶材料の層からなる。透明電極は、透明板の内面に固定され、パネルの隣接領域における液晶材料の光透過特性を変える。このように、電極は、表示を形成する画素を定める。本明細書で用いられるように、画素(pixel)とは、表示の明部または暗部を形成する液晶パネルの領域を表す。一般的なディスプレイは、規則的なアレイで配置されたドットである画素からなる。別の一般的な種類のディスプレイは、「８の字」に配置された画素からなり、英数字を形成するため選択的にスイッチングされる。
印加電界がない場合、偏光(polarized light)は１つの偏光子を介して入光され、液晶層によって再配向されて、反対の偏光子を通過し、それによりパネルは透明になり、表示のため明るい画素となる。しかし、電極間に印加される電位は、中間の液晶材料を変化させ、光がパネルを通過することを防ぎ、それにより暗画素として現れる不透明領域をパネルに生成する。従って、電極に電流を選択的に印加することにより、画素は透明すなわち明状態と半透明すなわち暗状態との間で個別にスイッチングされる。
液晶パネルは画素の光透過特性を局所的に変化させることによって表示を行うが、液晶パネルは表示を見るために必要な光を発生しない。表示用の光を提供するため２つの基本的な方法がある。１つの方法は、周辺光(ambient light)を利用し、液晶パネルの裏側に向いたリフレクタ(reflector)からなる。透明領域において、周辺光は正面偏光子によって濾光され、パネルを横断し、リフレクタによって反射され、パネルを再度横断して、明画素を生成する。もちろん、不透明な領域では、光はパネルを横断せず、暗画素を生成する。第２の方法では、装置は液晶パネルの裏側を照明する光源からなり、光は背面偏光子によってスクリーニングされ、液晶パネルの透明領域を横断して、明画素を生成する。液晶パネルの裏側と光源との間にトランスフレクタ(transflector)を採用することにより、装置においてこれら２つの方法を組み合わせる試みがなされている。トランスフレクタは、周辺光条件下の動作のために周辺光を反射し、このモードの動作のために光源からの光を透過させる。従来のトランスフレクタの１つの問題点は、反射の効率、すなわち、入射光に対する反射光の比率がトランスフレクタの透過特性によって必然的に低減され、また同様に、透過効率がトランスフレクタの反射特性によって低減され、そのため、例えば、５０パーセント／５０パーセント透過性のトランスフレクタは、光の約５０パーセントしか反射せず、そのため両方のモードにおいて見える光の割合が低減することである。
バックライト方式では、所望の明るさは所定の光度の光源を設けることによって達成されるが、周辺光は周辺の光の明るさに依存し、この周辺の光はあらゆる方向から発生し、光度はさまざまである。このように変化する条件下で適切な明るさを提供するため、拡散反射(diffuse reflection)を行うリフレクタが開発された。光の入射角に基づいて方向性の高い反射を行うミラーとは対照的に、拡散リフレクタは、広い範囲の角度で光を均等に反射し、そのため反射光の光度は周辺光の方向から比較的独立する。しかし、かかる拡散反射は、見る者によって知覚される光度を必然的に低減する。さらに、ディスプレイの見かけの明るさは、例えば、偏光子による二重の透過における損失によってさらに低減される。その結果、周辺照明では、見る者によって知覚される見かけの明るさが低減する。これは、低周辺光の状況で特に顕著である。従って、ディスプレイを見るために利用可能な反射光の効率を向上させて、見る者によって知覚される見かけの明るさを向上させる必要がある。
発明の概要
本発明は、装置をさまざまな方向およびさまざまな光度で照明する室内の光など、拡散周辺光によって照明可能な液晶ディスプレイ装置に関する。この液晶ディスプレイ装置は、液晶パネルおよび反射ホログラフ光素子によって構成される。液晶パネルは、ディスプレイを見るための表側と、裏側とを含み、さらに透明状態を有する少なくとも１つの領域からなり、表側を照明する拡散周辺光がパネルを横断し、裏側から放射する。反射ホログラフ光素子は、パネルの裏側に光学的に結合され、１つまたはそれ以上の反射部位からなり、この反射部位は液晶パネルから放射する光を受光し、この光を反射パターンでパネルに向けて再度配向する。従って、液晶パネルの透明領域では、表側を照明する拡散周辺光はパネルから反射ホログラフ光素子に横断し、この領域を再度横断するように再配向され、それにより明画素を生成する。
本発明の一形態では、反射ホログラフ光素子は、好適な視角をなす好適な軸を中心にして、絞られた反射パターンで光を再配向する。反射パターン外の入射角度で反射部位において受光された拡散周辺光は、このパターン内で再配向され、ディスプレイの見かけの明るさを向上させる。
本発明の別の形態では、反射ホログラフ光素子はトランスフレクタである。液晶ディスプレイ装置はさらに、反射ホログラフ光素子が光源と液晶パネルの裏側との間に挟まれるような配置で光源を含む。液晶パネルを横断する周辺光は、反射ホログラフ光素子によって再配向され、液晶パネルを再度横断し、ディスプレイの明るさを提供する。あるいは、光源からの光は、液晶パネルの裏側を照明するため反射ホログラフ光素子を介して透過され、そして液晶パネルを横断して、ディスプレイの補足的な明るさを提供する。
【図面の簡単な説明】
本発明について、添付の図面を参照してさらに詳しく説明する。
第１図は、拡散リフレクタと、本発明で用いられる反射ホログラフ光素子について、反射角度の関数としての反射光度を示すグラフである。
第２図は、本発明の好適な実施例による反射パターンを概略的に示す図である。
第３図は、本発明の第１実施例による反射ホログラフ素子からなる液晶ディスプレイ装置の断面図である。
第４図は、第３図の液晶ディスプレイ装置で用いられる反射ホログラフ光素子を形成する際に感光層(photographic layer)を露光するための配置を示す概略図である。
第５図は、第３図の液晶ディスプレイ装置で用いられる反射ホログラフ光素子を形成する際に感光材料を露光するための別の配置を示す概略図である。
第６図は、本発明の別の実施例による反射ホログラフ光素子からなる液晶ディスプレイ装置の断面図である。
第７図は、本発明のさらに別の実施例による反射ホログラフ素子からなる液晶ディスプレイ装置の断面図である。
第８図は、第７図における反射ホログラフ素子について、周波数の関数としての反射光度を示すグラフである。
第９図は、本発明のさらに別の実施例による反射ホログラフ素子からなる液晶ディスプレイ装置の断面図である。
好適な実施例の詳細な説明
リフレクタは複数の反射部位(reflection site)からなり、個々の光線は特定の部位においてリフレクタによって受光され、この部位の特性によって決定されるように再配向されることを認識することは、本発明を理解する上で役立つ。また、光線は鏡面の部位によって、鏡面に垂直な軸に対して特定の方向で反射され、反射角は入射角に等しいことを想起すると役立つ。液晶ディスプレイ装置内で一般に用いられる種類の拡散リフレクタは、ある角度の範囲で光を散乱させ、そのため明るさは入射角または反射角とは一般に無関係である。第１図は、所定の部位に垂直な軸に対して測定される反射角の関数として、リフレクタの所定の部位から放射する反射光の光度を示すグラフである。曲線Ａは、拡散リフレクタの部位によって生成される好適な反射パターンを示す。対照的に、本発明は、拡散周辺光によって照明され、この光を所定の反射パターン内で再配向するように適応される反射ホログラフ光素子を採用する。好適な反射パターンは、曲線Ｂによって表され、軸を中心とした角空間内に制限される光を示し、このパターン内では、光の光度は増加し、その結果、明るさが向上する。
第２図を参照して、本発明で用いられる好適な反射ホログラフ光素子１０、またはホログラフ・リフレクタは、反射部位の連続からなり、そのうち部位１２を代表として示す。好適な実施例では、反射素子は、異なる屈折率の領域を有する感光膜(photographic film)からなる容積ホログラフ光素子であり、これら異なる屈折率の領域は、回折格子(diffraction grating)と同様に、協調して、反射パターンと呼ばれる干渉パターンで光を再配向する。本明細書で用いられるように、反射部位(reflection site)とは、干渉パターンが発生すると考えられるリフレクタの領域を表す。好ましくは、素子１０は、実質的に均等な反射特性を有する部位からなる。この例では、反射パターンは、部位１２において素子１０に対して垂直な軸を中心にして、軸１４に対して角度ａで部位１２と交差する境界線１６によって区切られる円錐空間を介して放射する。角度ａは、好ましくは６０度以下であり、パターン内で明るさを大幅に向上させるために拡散光を集中させる働きをする。
本発明の重要な特徴は、拡散周辺光から導出される偏光を受光し、かつ第２図における軸１４に相当する好適な視角でディスプレイの視認性を向上させるため、反射ホログラフ素子１０が液晶パネルに光学的に結合されることである。本明細書で用いられるように、拡散周辺光(diffuse ambient lighting)とは、照明の明るい室内における光や、複数の方向およびさまざまな光度で光が部位を照明する傾向にある光を表す。反射ホログラフ素子１０が拡散周辺光に露光されると、部位１２を照明する光線は、反射パターン外の矢印１８によって表される光線と、反射パターン内の矢印２０によって表される光線とを含むことがある。好適な実施例により、これらの光線は、例えば、矢印２２によって表される方向で、反射パターン内で再配向される。所望の反射パターン外の矢印２４の方向でも光を反射する拡散リフレクタとは対照的に、部位１２から放射する光は反射パターン内に実質的に制限される。その結果、矢印１８のような、反射パターン外の光は、ホログラフ・リフレクタによって反射パターン内で再配向され、それにより光を反射パターン内に集中させる。これにより、第１図の曲線Ｂによって示されるように、反射パターン内の視認のために利用できる光度が増加する。これは、見る者によって知覚されるディスプレイの見かけの明るさを増大させる。
この例では、反射ホログラフ素子１０のいくつかの反射部位が素子に垂直な軸を中心とした反射パターンを生成し、この軸はディスプレイの好適な視角に相当する。また、この例では、反射パターンは軸を中心とした円形である。ただし、本発明は、ディスプレイが見る者に対して傾けられたときに最適な視認性を得るため、例えば、素子に対して垂直でない軸に沿って光が優先的に再配向される反射パターンを生成する素子を適宜採用できる。さらに、異なる部位からの反射パターンの軸は平行でなくてもよい。また、干渉パターンの特性は、円形でない反射パターンを生成するため適宜修正してもよい。例えば、ホログラフ・リフレクタは、好適な視角を中心にして対称的であるが、楕円形の断面を有する反射パターンを生成して、視角の範囲を水平に増加し、視認範囲を垂直に狭めることができる。
第３図を参照して、本発明の第１の好適な実施例では、液晶ディスプレイ装置３０は、液晶パネル３２および反射ホログラフ光素子３４によって構成される。
液晶パネル３２は、簡単に入手できる種類のものであり、表側３６から見るディスプレイを形成するように適応される。パネル３２は、平坦な積層(laminar)構造を特徴とし、表側３６とは反対の裏側３８を含む。このパネルは、正面透明ポリマ板４２と背面透明ポリマ板４４との間に挟まれた、例えば、ツイスティッド・ネマチック液晶(twisted namatic liquid crystal)材料からなる。パネル３２はさらに、板４２の外面に固定された正面偏光子と、背面版４４の外面に固定された背面偏光子４８とを含んでなる。偏光子４６，４８は、直交方向に配置された偏光軸を有する。
液晶パネル３２は、いくつかの素子に一般に直交する軸５０を有し、軸５０を中心にして、参照番号５１によって表される領域を含み、この領域で、素子は協調してディスプレイの画素を定め、この画素は透明状態と不透明状態との間でスイッチング可能である。従来の液晶パネルの一例として、パネル３２は、液晶層４０に隣接して、板４２，４４の内面にそれぞれ固定された透明電極５２，５４からなる。適切な電極は、透明な酸化インジウム錫材料からなる。電極５２，５４に印加される電位がない場合、パネル表側３６を照明する拡散周辺光は、正面偏光子４６によって濾光され、偏光をパネルに通過させる。偏光は、液晶層４０によって再配向され、背面偏光子４８の偏光軸に平行な偏光を調整する。このように、領域５１は偏光に対して透過的である。また、電極５２，５４に対する電位の印加は、液晶層４０を変化させ、偏光は背面偏光子４８を通過するように再配向されない。このモードでは、領域５１は不透明である。図面に限り、この実施例は、対置表示上に配置された単純な電極を採用する。しかし、これらの電極は、所望の設計のディスプレイを生成するため任意の構成に適切にパターニングしてもよい。別の例では、正面板に固定される電極を行(row)に配列し、背面板上の電極を列(column)に配列して、画素は行が列と交わる交点で定められる。
リフレクタ３４は、正面透明板６２と背面透明板６４との間に挟まれた感光材料の層６０からなる容積ホログラフ光素子である。リフレクタ３４は、反射光が放射するように見える反射正面６３と、背面６５とによって構成される。正面６３は、複数の実質的に均等な反射部位からなり、そのうち部位６６を代表として示す。この実施例では、部位６６を照明する光は、ライン６８によって表される円錐反射パターンで放射する。適切なホログラフ光素子は、"Mirage Hologram"という商標でPolaroid Corporationから入手可能であり、"DMP-128"という商標のフォトポリマ(photopolymer)からなる層６０を含み、この層はレーザ光に露光・現像され、さまざまな屈折率の領域を形成し、これらの領域は装置３０で用いられる好適な反射パターンに相当する干渉パターンで光を再配向する働きをする。
第４図は、適切な反射パターンを形成するため、感光層６０をレーザ・イメージングする一般的な構成を示す。露光・現像中に、層６０は１つの板６２上に搭載されるが、その後現像液で処理することを可能にするため被覆されない。適切なレーザ・デバイス７２から放射される光のビーム７０は、ビーム・スプリッタ(beam splitter)７４によって分離される。光の第１部分７６は、白いリフレクタなどの適切なパターン７８で反射され、感光層６０を照明する。第２部分８２は、ミラー８４によって反射され、同時に層６０を照明し、それにより干渉パターンを形成し、このパターンは感光材料に記録される。その後、層６０は、均等な白光にフラッド露光(flood expose)され、層内に干渉パターンを永久的に定着させるため現像され、第２板６４によって被覆される。
あるいは、第５図に示すように感光層９０を露光することにより、反射パターンを形成してもよい。層９０は、１つの板９１上に搭載され、対置する表面９２，９３からなり、これらの表面は分離したレーザ・ビーム９４，９５に同時に露光される。液晶パネルの背面に向く表面に相当する一方の表面９２は、大口径および短い焦点距離を有するレンズ９６によって集光されるレーザ・ビームによって走査され、このレーザ・ビームは、均等な拡散周辺光と同様に、各反射部位を広い範囲の角度で露光する。反射側の表面９３は、所望の反射パターンに相当する放射パターンを形成する透過性光拡散体(transmissive optical diffuser)９７を介してレーザ光に露光される。感光材料内に所望の干渉パターンを形成するため露光した後、層９０はフラッド露光され、現像され、第２透明板で被覆され、反射ホログラフ光素子を完成する。
次に、反射ホログラフ光素子３４は、液晶パネル３２と組み合わされ、第１図の液晶ディスプレイ装置３０を形成する。この構成では、反射面６３はパネル３２の裏側３８に向き、部位６６は領域５１と軸整合され、よってホログラフ・リフレクタ３４は液晶パネル３２に光学的に結合され、パネルを介して透過された光を受光し、かつこの光をパネルに向けて再配向する。従って、電極５２と５４との間で印加される電界がない場合、面３６を照明する拡散周辺光は正面偏光子４２によって濾光され、液晶層４０によって再配向され、背面偏光子４８を通過する。パネル裏側３８から放射する偏光は、ホログラフ素子３４の部位６６を照明し、ライン６８によって表される反射パターン内でホログラフ素子によって再配向され、このとき、光は背面偏光子４８を横断し、液晶層４０によって再配向され、正面偏光子を通過して、ディスプレイの明画素を形成する。もちろん、電極５２と５４との間に電位が印加されると、パネルは領域５１において不透明となり、周辺光は部位６６を照明するためパネル３２を横断せず、よって部位６６によって反射される光、例えば、液晶パネル３２の隣接領域を介して受光される光は、パネルを横断せず、それによりディスプレイの暗画素を形成する。しかしながら、本発明の重要な特徴は、矢印６９によって表されるような反射パターン外の角度でパネルから部位６６に横断する光は、反射パターン内で再配向されることである。このような光は、所望の画素を中心とした領域を介してパネルを通過する光と、鋭角でこの領域からパネルに横断する光とを含む。この点について、第３図におけるいくつかの素子の厚さは図示のため誇張されていることを指摘しておく。いずれにせよ、かかる拡散光は反射パターン内で再配向され、その結果、好適な視認方向に相当する軸５０付近で見る際に画素の見かけの明るさが実質的に増加する。この明るさの増加は、拡散反射を行うリフレクタに比べて特に顕著である。
第３図では、液晶パネル３２および反射ホログラフ光素子３４は離間されているが、反射素子はパネル裏側３８上に積層して、一体構造を形成できる。
第６図を参照して、本発明の別の実施例による液晶ディスプレイ装置１００を示す。装置１００は、第３図の液晶パネル３２と同様で、ディスプレイを見るための表側１０４と、裏側１０６とを有する液晶パネル１０２からなる。本発明により、装置１００は、液晶パネル１０２の裏側１０６を向く正面１１０を有する反射ホログラフ光素子１０８をさらに含んでなる。反射素子１０８は、複数の部位からなり、そのうち反射部位１１２を代表として示す。反射部位１１２は、拡散光を受光し、かつライン１１４によって表される反射パターン内に光を再配向するように適応される。反射素子１０８は、正面１１０とは反対の背面１１６を含む。本実施例により、装置１００はさらに、光を拡散パターンで受光・反射するため面１１６に向く面１２０を有する拡散リフレクタ１１８を含む。
本実施例により、装置１００は、表示を形成する際に面１０４を照明する拡散周辺光を利用する。拡散周辺光は、偏光子および中間液晶材料によって濾光され、偏光を透過させて、部位１１２を照明する。反射部位１１２において、拡散光の大部分は所望の反射パターンでパネル１０２を介して再配向される。リフレクタの有効スペクトル範囲外の光など、リフレクタ１０８によって反射されない光は、拡散反射素子１１８によってパネル１０２に向けて反射され、ディスプレイの明るさをさらに向上させる。
第７図を参照して、本発明のさらに別の実施例による液晶ディスプレイ装置１５０を示す。装置１５０は、第３図のパネル３２と同様で、ディスプレイを見るための表側１５４と、表側１５４とは反対の裏側１５６とからなる液晶パネル１５２によって構成される。装置１５０は、本実施例ではトランスフレクタである反射ホログラフ光素子１５８をさらに含んでなる。トランスフレクタ１５８は、パネル裏側１５６に向く正面１６０と、背面１６２とによって構成される。トランスフレクタ１５８は、複数の反射部位からなり、そのうち反射部位１６４を代表として示す。第１の動作方法において、装置１５０は、反射周辺光を利用して表示を形成するために適応される。よって、表側１５４は、拡散周辺光によって照明され、かかる光の偏光部分は液晶パネル１５２を横断し、部位１６４を含むトランスフレクタ１５８を照明する。部位１６４において、周辺光は、ライン１６６によって表される反射パターンで裏側１５６に向けて再配向される。また、装置１５０は、例えば、低周辺光の条件下で、バックライトを利用して表示を形成するよるように適応される。この目的のため、装置１５０は、トランスフレクタ１５８の背面１６２を照明する光源１７０をさらに含んでなる。光源１７０からの光は、トランスフレクタ１５８を透過して、裏側１５６を照明し、液晶パネル１５２を横断して表示を形成する。従って、表示は、反射周辺光または内部光源１７０からの光、あるいはこれら２つの組合せを利用して形成でき、所望の明るさを達成できる。
好ましくは、光源１７０は、トランスフレクタ１５８の有効反射スペクトル範囲内にない周波数で光を発光するように選択される。好適な例では、第８図を参照して、ａよりも小さくかつｂよりも大きい周波数を有する可視光に感光材料を適切に露光することによって、トランスフレクタ１５８を形成することができ、その結果得られるホログラフ・リフレクタは、ａよりも小さくかつｂよりも大きいが、ａとｂとの間の範囲内にない周波数で光を反射するように働く干渉パターンを形成する。この範囲は、スペクトル通過帯域(spectral passband)またはスペクトル・ホール(spectral hole)という。このスペクトル・ホール内で光を発光する光源を利用することにより、光の高い成分はディスプレイを照明するためトランスフレクタを介して透過され、それによりバックライトの効率を向上させる。
また、ホログラフ・トランスフレクタは、多数のスペクトル・ホールによって構成してもよく、複数のホール内の周波数を有する光を発光する１つまたはそれ以上の光源と共に利用でき、それによりディスプレイのカラー最適化を可能にする。
第９図を参照して、本発明のさらに別の実施例による液晶ディスプレイ装置２００を示す。装置２００は、第３図のパネル３２と同様で、ディスプレイを見るための表側２０４と、裏側２０６とからなる液晶パネル２０２によって構成される。装置２００は、本実施例ではトランスフレクタである反射ホログラフ光素子２０８をさらに含んでなる。反射素子２０８は、パネル裏側２０６に向く正面２１０と、背面２１２とによって構成される。パネル２０８は、複数の反射部位からなり、そのうち反射部位２１４を代表として示す。
本実施例により、トランスフレクタ２０８は、部位２１４がライン２１８によって表される反射パターンで拡散光を裏側２０６に向けて再配向する第１状態と、光がパネルを介して透過される第２状態との間で電気的にスイッチング可能である。適切なホログラフ材料は、ポリマ・マトリクス(polymeric matrix)に分散された液晶材料の粒子(droplet)からなり、Richard T. IngwallおよびTimothy Adamsによる論文”Hologram: Liquid Crystal Composites,”SPIE, Vol. 1555, p. 279-290, (1991)において説明され、これは参考として含まれる。面２１０，２１２は、透明な導電層２１６，２１８によって被覆され、これらの導電層２１６，２１８は、例えば、酸化インジウム錫化合物からなる。層２１４と２１６との間に印加される電位がない場合、液晶粒子はホログラフ反射パターン２１８を生成する干渉パターンを形成する。しかし、層２１６と２１８との間に印加される電気２１９は、液晶材料を変化させて、干渉パターンを消去し、そのときトランスフレクタ２０８は透明になる。
従って、装置２００は、反射周辺光またはバックライトのいずれかを利用して表示を形成するように適応され、またトランスフレクタ２０８の背面２１２を照明する光源からなる。第１モードでは、層２１４，２１６に印加される電位２１９がない場合、パネル２０２からトランスフレクタ２０８の部位２１４に横断する拡散周辺光は、パターン２１８で反射され、ディスプレイの明画素を形成する。また、電位２１９は層２１４，２１６に印加され、ホログラフ反射パターンを消去し、光源２２０は起動される。光源２２０からの光は、トランスフレクタ２０８を介して透過され、パネル裏側２０６を照明し、表示を形成する光を与える。
本発明について特定の実施例の観点から説明してきたが、本発明は上記の説明に限定されず、むしろ請求の範囲に規定する範囲に限定すべきである。
独占所有権が請求される発明の実施例は、請求の範囲で定められる。
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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