(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透過するカラーフィルターが並列して透明基板に設けられた反射型カラー液晶表示装置用カラーフィルターにおいて、
前記カラーフィルターは、白色照明光を直進方向とは異なる透過方向へ回折する指向性拡散板と、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し、前記指向性拡散板が、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拡散板であることを特徴とする反射型カラー液晶表示装置用カラーフィルター。
【請求項２】
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記載の反射型カラー液晶表示装置用カラーフィルター。
【請求項３】
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、観察側の基板として請求項１又は２記載の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４】
観察側と反対側の基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３記載の反射型カラー液晶表示装置。
【請求項５】
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３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、反射型カラー液晶表示装置用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、指向性拡散板と一体化したカラーフィルターに関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
透過型カラー液晶表示装置の表示面側に表示光を拡散透過するホログラム拡散板を配置することは特開平９−１５２６０２号において公知である。
【０００３】
一方、白色照明光を直進方向とは異なる透過方向へ回折する拡散板としては、本出願人は、このようなホログラム拡散板以外に、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拡散板、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拡散板（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拡散板（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】
上記のような指向性の拡散板を反射型カラー液晶表示装置に適用する場合、その指向性により明るい表示が可能になるが、特開平９−１５２６０２号のように表示面側の透明基板上にこの指向性の拡散板を配置すると、拡散板と表示面側透明基板内面に設けられたＲＧＢのカラーフィルターとの間に間隔がある分視差が生じ、分解能が低下すると共に色の純度が低下してしまう。
【０００５】
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、白色照明光を直進方向とは異なる透過方向へ回折する指向性拡散板を用いて、分解能、色純度の低下が起きず明るい反射型カラー液晶表示装置用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。
【０００６】
【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液晶表示装置用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透過するカラーフィルターが並列して透明基板に設けられた反射型カラー液晶表示装置用カラーフィルターにおいて、
前記カラーフィルターは、白色照明光を直進方向とは異なる透過方向へ回折する指向性拡散板と、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。
【０００７】
この場合に、指向性拡散板としては、例えば、
透過型の拡散ホログラム、
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拡散板、
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拡散板、
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拡散板、
の何れもが使用可能である。
【０００８】
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。
【０００９】
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、観察側の基板として上記の何れかの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。
【００１０】
その際、観察側と反対側の基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。
【００１１】
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。
【００１２】
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透過するカラーフィルターが、白色照明光を直進方向とは異なる透過方向へ回折する指向性拡散板と、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、視差の発生がなく高分解能で色純度の良好な明るいカラー画像表示ができるようになる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
本発明の反射型カラー液晶表示装置用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。
【００１４】
図１に、本発明に基づく１実施例の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断面図を示す。図１の例の場合は、白色照明光を直進方向とは異なる透過方向へ回折する指向性拡散板として、例えば特開平９−１５２６０２号に示されたような透過型ホログラム拡散板を用いる実施例である。
【００１５】
図１において、透明基板１上に透過型ホログラム拡散層２が設けられ、その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３が設けられており、その吸収フィルター層３の上に保護層等の透明樹脂層４を成膜し、その上にＩＴＯ等の透明電極層５を成膜して、反射型カラー液晶表示装置用のカラーフィルター１０が構成される。
【００１６】
図２のカラーフィルター１０の構成も図１の場合と同様であるが、透過型ホログラム拡散層２’の特性が若干異なる。
【００１７】
ここで、透過型ホログラム拡散層２、２’を記録するには、例えば図３に示したような配置で撮影することにより作製できる。透明基板１上に成膜したフォトポリマー等のホログラム感光材料４０に面して間隔をおいてガラスあるいは乳白色板のような透過拡散板４１を略平行に配置し、透過拡散板４１の裏面側から所定波長の照明光４２で照明し、透過拡散板４１の透過側に拡散光４３を発生させ、その拡散光４３を物体光としてホログラム感光材料４０の１面に入射させる。同時に、反射型カラー液晶表示装置の照明光３１の入射角と同じ入射角で可干渉な参照光４４を同じ側からホログラム感光材料４０に入射させてその物体光４３と参照光４４を干渉させて記録する。この場合、例えば最適膜厚に近い膜厚の透過体積ホログラムのように、ホログラム感光材料４０中に記録されたホログラムの再生照明光の入射角の角度依存性が高い場合に、図１の透過型ホログラム拡散層２となり、例えば、膜厚の薄い透過体積ホログラムやレリーフホログラムのように、相対的にその角度依存性が低い場合に、図２のホログラム透過拡散板２’となる。
【００１８】
さて、図１、図２に戻って、このような本発明によるカラーフィルター１０は、観察側基板として反射型カラー液晶表示装置に組み込まれる。そして、そのカラーフィルター１０に対向して観察側と反対側には、スペーサ２１を介して、基板１１の内表面にＲ、Ｇ、Ｂのカラー画素毎に独立に反射面を兼ねる画素電極１２とＴＦＴ１３が設けられてなる対向基板２０が配置され、そのカラーフィルター１０と対向基板２０の間に、ツイストネマチック等の液晶層２２が挟持される。なお、カラーフィルター１０の観察側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５、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。
【００１９】
このようなカラーフィルター１０を備えた反射型カラー液晶表示装置は、その前面（観察側）から所定角度で照明光３１が入射すると、図１の場合、透過型ホログラム拡散層２は再生照明光の角度依存性が高いため、照明光３１は透過型ホログラム拡散層２を直通して、吸収フィルター層３のＲＧＢ各色のフィルターを透過してそれぞれ対応する色の光のみが透過し、それぞれ対応する色の画素のＴＦＴ１３で制御される透明画素電極１２と透明電極層５の間の電圧印加状態に応じた変調を液晶層２２で受けて、反射面を兼ねる画素電極１２に入射しそこで正反射され、液晶層２２で再度同じ変調を受けて、吸収フィルター層３の対応する色のフィルターを再び透過して、透過型ホログラム拡散層２に背面側から入射する。この入射角は再生照明光の入射角に略一致するように設定されているので、今度は各着色光は透過型ホログラム拡散層２で観察側正面方向を中心とした一定の角度範囲内に回折され、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、指向性拡散板２の回折光の角度範囲内の任意の方向から観察可能で、視差がなく高分解能で色純度の良好な明るいカラー画像表示ができるようになる。
【００２０】
図２の場合は、透過型ホログラム拡散層２’は図１の場合に比較して再生照明光の角度依存性が相対的に低いため、反射型カラー液晶表示装置に入射する照明光３１は透過型ホログラム拡散層２で拡散され、その拡散光が吸収フィルター層３のＲＧＢ各色のフィルターを透過して行き、画素電極１２で正反射された戻りの光が再度透過型ホログラム拡散層２で拡散される点で若干異なるが、同様に、指向性拡散板２’の回折光の角度範囲内の任意の方向から観察可能で、視差がなく高分解能で色純度の良好な明るいカラー画像表示ができるようになる点では略同様である。
【００２１】
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５０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５０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１、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。
【００２２】
また、図１、図２の構成において、対向基板２０の基板１１を透明なもので構成し、かつ、画素電極１２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。
【００２３】
以上の実施例では、白色照明光を直進方向とは異なる透過方向へ回折する指向性拡散板として、透過型ホログラム拡散板を用いているが、その代わりに、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拡散板（特開平１１−１８３７１６号、特開平１１−２９６０５４号、特願２０００−１５９９１４）を用いてもよい。その場合は、レリーフ面で所定の位相差を発生させるために、レリーフ面の上に位相板の基板と屈折率差のある透明樹脂層を設けて表面を平滑面とし、その上に吸収フィルター層３を成膜するようにする。
【００２４】
また、図１、図２の透過型ホログラム拡散板２、２’の代わりに、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）からなる拡散板を用いてもよい。その場合も、レリーフ面で所定の位相差を発生させるために、レリーフ面の上に位相板の基板と屈折率差のある透明樹脂層を設けて表面を平滑面とし、その上に吸収フィルター層３を成膜するようにする。
【００２５】
さらに、図１、図２の指向性拡散板として、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拡散板を用いてもよい。その場合も、レリーフ面で所定の位相差を発生させるために、レリーフ面の上に位相板の基板と屈折率差のある透明樹脂層を設けて表面を平滑面とし、その上に吸収フィルター層３を成膜するようにする。
【００２６】
以上、本発明の反射型カラー液晶表示装置用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。
【００２７】
【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液晶表示装置用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透過するカラーフィルターが、白色照明光を直進方向とは異なる透過方向へ回折する指向性拡散板と、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、視差の発生がなく高分解能で色純度の良好な明るいカラー画像表示ができるようになる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく１実施例の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断面図である。
【図２】図１の変形の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断面図である。
【図３】図１、図２の透過型ホログラム拡散層を作製するための配置を示す図である。
【符号の説明】
１…透明基板
２、２’…透過型ホログラム拡散層
３…吸収フィルター層
４…透明樹脂層
５…透明電極層
１０…カラーフィルター
１１…基板
１２…反射面兼用画素電極
１３…ＴＦＴ
２０…対向基板
２１…スペーサ
２２…液晶層
３１…照明光
４０…ホログラム感光材料
４１…透過拡散板
４２…照明光
４３…拡散光
４４…参照光
５０…導光板
【図１】
0004816840.tif 000002
【図２】
0004816840.tif 000003
【図３】
0004816840.tif 000004