(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも２色以上の波長帯域の光を反射するカラーフィルターが並列されている反射型カラーフィルターにおいて、
前記カラーフィルターは、基板の上に順に設けられた、白色照明光を正反射方向とは異なる反射方向へ回折する指向性白色反射板と、その上に設けられた少なくとも２色以上の並列されている吸収型フィルターとを有することを特徴とする反射型カラーフィルター。
【請求項２】
前記指向性白色反射板が、像空間の複素振幅分布を波面変換して記録面で振幅を一定とし位相のみを記録してなる計算機位相板からなる白色反射板であることを特徴とする請求項１記載の反射型カラーフィルター。
【請求項３】
前記指向性白色反射板が、透過型の拡散ホログラムとその背面に設けた反射層とからなる白色反射板であることを特徴とする請求項１記載の反射型カラーフィルター。
【請求項４】
前記指向性白色反射板が、二光束干渉による干渉縞を計算機により計算してその干渉縞のレリーフパターンを電子線描画等により形成してなる計算機ホログラムからなる白色反射板であることを特徴とする請求項１記載の反射型カラーフィルター。
【請求項５】
前記指向性白色反射板が、格子間隔が２次元的に連続的に変化する２次元回折格子のアレーからなる白色反射板であることを特徴とする請求項１記載の反射型カラーフィルター。
【請求項６】
前記指向性白色反射板と前記吸収型フィルターとの間に透明層が介在していることを特徴とする請求項１から５の何れか１項記載の反射型カラーフィルター。
【請求項７】
前記吸収型フィルターの上に透明電極層が設けられていることを特徴とする請求項１から６の何れか１項記載の反射型カラーフィルター。
【請求項８】
画素毎に区切られた画素電極と対向電極の間に挟持され、画素毎に透過率が制御可能な液晶層を備えた反射型液晶表示装置において、観察側と反対側の基板として請求項１から７の何れか１項記載の反射型カラーフィルターを備えていることを特徴とする反射型カラー液晶表示装置。
【請求項９】
前記指向性白色反射板の反射層を半透明反射層として構成し、反射型カラー液晶表示装置の背面側に配置したバックライト光源によりバックライト照明が可能となっていることを特徴とする請求項８記載の反射型カラー液晶表示装置。
【請求項１０】
反射型カラー液晶表示装置の観察側に照明用の導光板を備えていることを特徴とする請求項８記載の反射型カラー液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型カラーフィルター及びそれを用いた反射型カラー液晶表示装置に関し、特に、反射型カラー液晶表示装置に用いられる反射型カラーフィルターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
反射型カラー液晶表示装置用のホログラムを用いた反射型カラーフィルターとしては、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）３色のホログラムミラーをアレー状に並列配置してなる反射型ホログラムカラーフィルターが、特開平８−３１３８９８号等において知られている。
【０００３】
ところで、本出願人により、白色照明光を正反射方向とは異なる反射方向へ回折するホログラム白色反射板（特開平９−２２２５１２号）、計算機ホログラム（特開平１０−１２３９１９号）からなる計算機ホログラム白色反射板、像空間の振幅分布をフーリエ変換して記録面で振幅を一定とし位相のみを記録してなる計算機位相板からなる白色反射板（特開平１１−１８３７１６号、特開平１１−２９６０５４号、特願２０００−１５９９１４）、格子間隔が２次元的に連続的に変化する２次元回折格子のアレーからなる複合回折格子白色反射板（特願２０００−３０９３３４）を提案している。
【０００４】
【発明が解決しようとする課題】
上記のようなＲＧＢの反射型ホログラムからなるカラーフィルターの場合、反射型ホログラムの性質上、回折の帯域幅が狭く、照明光を有効に使用できない問題がある。
【０００５】
一方、上記のような本出願人により提案された種々の白色反射板は、何れも回折の帯域幅が体積型反射ホログラムに比べて広いものである。
【０００６】
本発明は従来技術のこのような状況に鑑みてなされたものであり、その目的は、白色照明光を正反射方向とは異なる反射方向へ回折する指向性白色反射板を用いて照明光を有効に利用できる反射型カラーフィルターとそれを用いた反射型カラー液晶表示装置を提供することである。
【０００７】
【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反射型カラーフィルターは、少なくとも２色以上の波長帯域の光を反射するカラーフィルターが並列されている反射型カラーフィルターにおいて、
前記カラーフィルターは、背面基板の上に順に設けられた、白色照明光を正反射方向とは異なる反射方向へ回折する指向性白色反射板と、その上に設けられた少なくとも２色以上の並列されている吸収型フィルターとを有することを特徴とするものである。
【０００８】
この場合に、指向性白色反射板としては、例えば、
像空間の複素振幅分布を波面変換して記録面で振幅を一定とし位相のみを記録してなる計算機位相板からなる白色反射板、
透過型の拡散ホログラムとその背面に設けた反射層とからなる白色反射板、
二光束干渉による干渉縞を計算機により計算してその干渉縞のレリーフパターンを電子線描画等により形成してなる計算機ホログラムからなる白色反射板、
あるいは、
格子間隔が２次元的に連続的に変化する２次元回折格子のアレーからなる白色反射板、
の何れもが使用可能である。
【０００９】
なお、指向性白色反射板と吸収型カラーフィルターとの間に透明層が介在していてもよい。
【００１０】
また、吸収型フィルターの上に透明電極層が設けられていてもよい。
【００１１】
本発明は、画素毎に区切られた画素電極と対向電極の間に挟持され、画素毎に透過率が制御可能な液晶層を備えた反射型液晶表示装置において、観察側と反対側の基板として上記の何れかの反射型カラーフィルターを備えている反射型カラー液晶表示装置を含むものである。
【００１２】
その際、指向性白色反射板の反射層を半透明反射層として構成し、反射型カラー液晶表示装置の背面側に配置したバックライト光源によりバックライト照明が可能となっていてもよい。
【００１３】
あるいは、反射型カラー液晶表示装置の観察側に照明用の導光板を備えていてもよい。
【００１４】
本発明においては、少なくとも２色以上の波長帯域の光を反射するカラーフィルターが、白色照明光を正反射方向とは異なる反射方向へ回折する指向性白色反射板と、その上に設けられた少なくとも２色以上の並列されている吸収型フィルターとからなるので、指向性白色反射板の回折の帯域幅が広い分、照明光を有効に使用することができ、また、液晶層を透過してきた光を正反射方向とは異なる方向に回折反射するため、液晶表示装置の表面反射に妨げられることなく、液晶表示を見ることができ、さらに、液晶表示装置内に反射板を設けるので、視差のない表示が得られる。特に、指向性白色反射板を構成する透過型ホログラムあるいは位相板、回折格子は回折の帯域幅が広いので、照明光を有効に使用することができ、明るい反射型カラー液晶表示装置を構成することができる。
【００１５】
【発明の実施の形態】
本発明の反射型カラーフィルターとそれを用いた反射型カラー液晶表示装置を実施例に基づいて説明する。
【００１６】
図１に、本発明に基づく１実施例の反射型カラーフィルターの断面図を示す。図１の例の場合は、白色照明光を正反射方向とは異なる反射方向へ回折する指向性白色反射板として、特開平１１−１８３７１６号、特開平１１−２９６０５４号、特願２０００−１５９９１４、特に特願２０００−１５９９１４による白色反射板を用いる実施例である。この白色反射板は、像空間の複素振幅分布を波面変換して記録面で振幅を一定とし位相のみを記録してなる計算機位相板からなる白色反射板である。
【００１７】
図１（ａ）において、基板１上に、樹脂層からなる位相板形成層２を設け、その表面に位相分布を表すレリーフパターン３をスタンパー等により形成し、そのレリーフパターン３上にアルミニウム等の薄い反射層４を蒸着等により形成する。この実施例の場合は、位相板形成層２とレリーフパターン３上の反射層４が指向性白色反射板（指向性白色反射散乱板）を形成している。そして、その反射層４上に、フォトリソグラフィー、印刷等の手法により、吸収型のＲＧＢ３色の繰り返しパターンからなる吸収フィルター層５が設けられており、その吸収フィルター層５の上に保護層等の透明樹脂層６を成膜し、その上にＩＴＯ等の透明電極層７を成膜して、反射型カラー液晶表示装置用の反射型カラーフィルター１０が構成される。
【００１８】
この構成において、計算機位相板の位相分布は、反射層４の上に設けられる吸収フィルター層５の屈折率を考慮してそのレリーフパターン３の深さの分布が決められる。
【００１９】
図１（ｂ）は図１（ａ）の変形であり、レリーフパターン３上の反射層４の上に直接吸収フィルター層５を設けるのではなく、反射層４の上に透明樹脂層８を設けて表面を平滑面とし、その上に吸収フィルター層５を成膜する点で異なっている。この場合は、計算機位相板の位相分布は、反射層４の上に設けられる透明樹脂層８の屈折率を考慮してそのレリーフパターン３の深さの分布が決められる。この構成では、吸収フィルター層５を並列して構成しているＲＧＢ層間に屈折率の差があっても何ら影響がない点で優れている。
【００２０】
以上の例では、反射型カラーフィルター中に組み込む白色照明光を正反射方向とは異なる反射方向へ回折する指向性白色反射板として、像空間の振幅分布をフーリエ変換して記録面で振幅を一定とし位相のみを記録してなる計算機位相板からなる白色反射板を用いるものとしたが、その代わりに、特開平９−２２２５１２号等で提案されている透過型の拡散ホログラムとその背面に設けた反射層とからなる白色反射板を用いてもよい。その場合は、図１（ｂ）の層配置で、透明樹脂層８が透過型の拡散ホログラムとなり、反射層４がその背面の反射層となる。
【００２１】
また、図１の構成の反射型カラーフィルター中に組み込む上記のような指向性白色反射板として、二光束干渉による干渉縞を計算機により計算してその干渉縞のレリーフパターンを電子線描画等により形成してなる計算機ホログラム（例えば、特開平１０−１２３９１９号）からなる白色反射板を用いてもよい。その場合は、図１（ａ）、（ｂ）の何れの層構成も可能である。
【００２２】
さらに、反射型カラーフィルター中に組み込む白色照明光を正反射方向とは異なる反射方向へ回折する指向性白色反射板として、特願２０００−３０９３３４による格子間隔が２次元的に連続的に変化する２次元回折格子のアレーからなる複合回折格子白色反射板を用いてもよい。その場合も、図１（ａ）、（ｂ）の何れの層構成も可能である。
【００２３】
次に、以上のような反射型カラーフィルター１０を組み込んだ反射型カラー液晶表示装置の１例の断面図を図２に示す。観察側と反対側には、例えば図１（ａ）に示したような本発明の反射型カラーフィルター１０が配置され、その観察側に、スペーサ２１を介して、透明ガラス基板１１の内表面にＲ、Ｇ、Ｂのカラー画素毎に独立に透明画素電極１２とＴＦＴ１３が設けられてなる観察側透明基板２０が配置され、その反射型カラーフィルター１０と観察側透明基板２０の間に、ツイストネマチック等の液晶層２２が挟持されている。なお、観察側透明基板２０の表面には図示しない偏光板が積層されている。また、透明電極層７、透明画素電極１２、ＴＦＴ１３の液晶層２２側には不図示の配向層も設けて構成されている。
【００２４】
このような反射型カラー液晶表示装置において、その前面（観察側）から所定角度で照明光３１が入射すると、照明光３１はＲ、Ｇ、Ｂ各画素のＴＦＴ１３で制御される透明画素電極１２と透明電極層７の間の電圧印加状態に応じた変調を液晶層２２で受けて反射型カラーフィルター１０側へ透過する。その透過光は吸収フィルター層５の対応する色のフィルターを透過して対応する色の光のみが透過し、その着色光は、指向性白色反射板を構成している反射層４で反射回折光３２として正面方向の限定された角度範囲内に回折され、再度吸収フィルター層５の同じ色のフィルターを透過し、液晶層２２で再度同じ変調を受けて背面側から前面側へ透過し、表示光となる。そのため、カラー表示単位中の画素Ｒ、Ｇ、Ｂの変調状態の組み合わせによって３つ色の表示光の加法混色により任意の色が任意の輝度で表示可能になり、２次元的に配置されたカラー表示単位の表示状態の組み合わせで、指向性白色反射板の回折光３２の角度範囲内の任意の方向から観察可能な明るいカラー画像表示ができるようになる。
【００２５】
なお、上記の例では、照明光３１としては環境光等の外光を想定しているが、反射型カラー液晶表示装置の観察側に、特開平１１−１０９３３８号に開示されているような導光板４０あるいは特願２０００−３１９２６０で本出願人が提案しているような導光板４０をフロント照明光源として配置して人工的な照明光３１で図２の反射型カラー液晶表示装置を照明するようにしてもよい。
【００２６】
また、図２の構成において、反射型カラーフィルター１０の基板１と位相板形成層２を透明なもので構成し、かつ、反射層４を半透明反射層として構成し、反射型カラー液晶表示装置の背面側にバックライト光源を配置することにより、バックライト照明も可能なカラー液晶表示装置とすることもできる。
【００２７】
以上、本発明の反射型カラーフィルター及びそれを用いた反射型カラー液晶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。例えば、吸収型フィルターの上に透明層を設けて、吸収型フィルターの凹凸を平均化させた後、ＩＴＯからなる透明電極層を形成してもよい。
【００２８】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明の反射型カラーフィルター及びそれを用いた反射型カラー液晶表示装置によると、少なくとも２色以上の波長帯域の光を反射するカラーフィルターが、白色照明光を正反射方向とは異なる反射方向へ回折する指向性白色反射板と、その上に設けられた少なくとも２色以上の並列されている吸収型フィルターとからなるので、指向性白色反射板の回折の帯域幅が広い分、照明光を有効に使用することができ、また、液晶層を透過してきた光を正反射方向とは異なる方向に回折反射するため、液晶表示装置の表面反射に妨げられることなく、液晶表示を見ることができ、さらに、液晶表示装置内に反射板を設けるので、視差のない表示が得られる。特に、指向性白色反射板を構成する透過型ホログラムあるいは位相板、回折格子は回折の帯域幅が広いので、照明光を有効に使用することができ、明るい反射型カラー液晶表示装置を構成することができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく１実施例の反射型カラーフィルターの断面図である。
【図２】図１の反射型カラーフィルターを組み込んだ反射型カラー液晶表示装置の１例の断面図である。
【符号の説明】
１…基板
２…位相板形成層
３…レリーフパターン
４…反射層
５…吸収フィルター層
６…透明樹脂層
７…透明電極層
８…透明樹脂層
１０…反射型カラーフィルター
１１…透明ガラス基板
１２…透明画素電極
１３…ＴＦＴ
２０…観察側透明基板
２１…スペーサ
２２…液晶層
３１…照明光
３２…反射回折光
４０…導光板
【図１】
0004683446.tif 000002
【図２】
0004683446.tif 000003