(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素の集合体からなり各画素毎に透過率、散乱状態若しくは偏光状態が制御可能な透過型空間光変調素子と、その背面側に配置され透過型空間光変調素子の画素に対応する領域毎に特性が異なるカラーフィルターとからなり、前記カラーフィルターは反射波長選択性を有し、かつ、その補色成分を透過する透過波長選択性を有するホログラムのアレーからなり、前記カラーフィルターは光散乱機能を有するホログラムからなり、前記透過型空間光変調素子の前面側からの光を前記カラーフィルターで反射させてカラー表示する場合の表示色と、前記カラーフィルターの背面側からの光を透過させてカラー表示する場合の表示色とは補色の関係にあり、反射光と透過光を切り替えるときに前記透過型空間光変調素子の表示信号を原色表示信号から補色表示信号にあるいはその逆に切り替えるようにしたことを特徴とするカラー表示装置。
【請求項２】
前記カラーフィルターが３原色反射フィルターからなり、赤色、緑色、青色を反射し、それらに対応してシアン、マゼンタ、イエローを透過するものであることを特徴とする請求項１記載のカラー表示装置。
【請求項３】
前記カラーフィルターが３原色の補色の反射フィルターからなり、シアン、マゼンタ、イエローを反射し、それらに対応して赤色、緑色、青色を透過するものであることを特徴とする請求項１記載のカラー表示装置。
【請求項４】
前記カラーフィルターと透過光照明手段との間にハーフミラー若しくは面積分割した開口ミラーを備えていることを特徴とする請求項１から３の何れか１項記載のカラー表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、カラー表示装置に関し、例えば、直視型の液晶表示装置であって外光若しくはフロントライトを反射するカラー表示とバックライトを透過する表示とが切り替え可能な直視型のカラー表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来から外光を反射して行う反射型の表示とバックライトを透過して行う透過型の表示とが切り替えられる直視型のカラー液晶表示装置が知られている。明るい場所では反射型に、暗い場所では透過型に切り替えて使用している。
【０００３】
この場合、カラーフィルターは顔料や染料等を用いた吸収型のものを用いており、一般には観察側から以下の構造を有している。偏光板、液晶用電極、駆動回路、位相補償板、散乱板等は省略している。
【０００４】
▲１▼カラーフィルター／液晶層／ハーフミラー／バックライト
▲２▼カラーフィルター／液晶層／面積分割した開口ミラー／バックライト
上記の▲１▼の場合は、ハーフミラーが、▲２▼の場合は、面積分割した開口ミラーが、反射型と透過型の兼用を実現している。反射型の場合は、カラーフィルターと液晶層を透過した光がハーフミラー又は面積分割した開口ミラーで反射されて、逆経路を通って観察者に向かい、反射型のカラー表示を行う。透過型の場合は、バックライトからの光がハーフミラー又は面積分割した開口ミラーを通して液晶層とカラーフィルターを通って観察者に向かい、透過型のカラー表示を行う。なお、ここで、面積分割した開口ミラーとは、画素より小さい微小な開口が面内に分布していてその開口率に応じた透過率と反射率を示すハーフミラーと同様な半透過作用を行うミラーである。
【０００５】
また、カラーフィルターとして多層膜ミラーを用いるものは既に実用化されており、また、リップマンホログラムを用いるものも本出願人により提案されている（特開平１０−４０７２６号（特願平８−１９７５７４号）、特開平１０−１１１５０１号（特願平８−２６４４３７号）等）。
【０００６】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、従来のハーフミラーあるいは面積分割した開口ミラーを用いる場合、反射光の一部しか利用しないため、輝度が低下する。透過光についても同様である。特に透過光使用の場合はバックライトを用いるため、使用電力が増し、電池寿命が短くなるという問題がある。
【０００７】
本発明は従来技術のこのような問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、明るく効率良く反射型のカラー表示と透過型のカラー表示が切り替え可能なカラー表示装置を提供することである。
【０００８】
【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カラー表示装置は、画素の集合体からなり各画素毎に透過率、散乱状態若しくは偏光状態が制御可能な透過型空間光変調素子と、その背面側に配置され透過型空間光変調素子の画素に対応する領域毎に特性が異なるカラーフィルターとからなり、前記カラーフィルターは反射波長選択性を有し、かつ、その補色成分を透過する透過波長選択性を有するホログラムあるいはダイクロイックミラーのアレーからなり、前記透過型空間光変調素子の前面側からの光を前記カラーフィルターで反射させてカラー表示する場合の表示色と、前記カラーフィルターの背面側からの光を透過させてカラー表示する場合の表示色とは補色の関係にあり、反射光と透過光を切り替えるときに前記透過型空間光変調素子の表示信号を原色表示信号から補色表示信号にあるいはその逆に切り替えるようにしたことを特徴とするものである。
【０００９】
この場合、そのカラーフィルターが、３原色反射フィルターからなり、赤色、緑色、青色を反射し、それらに対応してシアン、マゼンタ、イエローを透過するものであってもよく、その逆に、３原色の補色の反射フィルターからなり、シアン、マゼンタ、イエローを反射し、それらに対応して赤色、緑色、青色を透過するものであってもよい。
【００１０】
また、そのカラーフィルターが光散乱機能を有するホログラムからなるものであってもよい。
【００１１】
また、カラーフィルターと透過光照明手段との間にハーフミラー若しくは面積分割した開口ミラーを備えているように構成することもできる。
【００１２】
本発明においては、カラーフィルターとして、反射波長選択性を有し、かつ、その補色成分を透過する透過波長選択性を有するホログラムあるいはダイクロイックミラーのアレーを用いて、透過型空間光変調素子の前面側からの光をそのカラーフィルターで反射させてカラー表示する場合の表示色と、カラーフィルターの背面側からの光を透過させてカラー表示する場合の表示色とは補色の関係にあり、反射光と透過光を切り替えるときに透過型空間光変調素子の表示信号を原色表示信号から補色表示信号にあるいはその逆に切り替えるようにしたので、ハーフミラーや面積分割した開口ミラーを用いる場合のように無駄な光が生じないので、反射型カラー表示とバックライト透過型カラー表示を切り替えて表示する場合に輝度の低下を抑えて効率良く明るい表示が可能になる。
【００１３】
【発明の実施の形態】
以下、本発明のカラー表示装置を実施例に基づいて説明する。
【００１４】
図１に本発明に基づく反射型と透過型を兼用したカラー表示装置の断面図を示す。この実施例においては、用いる透過型空間光変調素子としてＴＮ（ツイストネマチック）液晶を用いた液晶表示素子を想定しているが、本発明においては後記する本発明の原理より明らかなように、高分子分散型液晶表示素子等の公知のその他の透過型空間光変調素子を用いることができる。
【００１５】
カラー液晶表示素子の一方のガラス基板２の内面に、反射型ホログラム（リップマンホログラム）からなり、Ｒ（赤色）、Ｇ（緑色）、Ｂ（青色）の繰り返し配列からなる反射型カラーフィルター４が設けられ、その上に図示しない共通電極、配向膜等が設けられている。対向ガラス基板１の内面には、図示しない画素電極、ＴＦＴ、配線、配向膜等が設けられている。そして、ガラス基板１、２相互を配向膜が向き合うように配置してその間に液晶層３を挟んで封止することによりカラー液晶表示素子が構成される。そして、その両側に偏光板５、６が平行ニコルあるいは直交ニコルの状態に配置され、さらに偏光板６側には散乱板７が配置され、さらにその後方にバックライト用導光板８が配置され、そのバックライト用導光板８の一端に光源９が配置されている。
【００１６】
このような配置であるので、反射型表示の場合、光源９が消灯されているので、カラー液晶表示素子の観察側から入射する外光の白色光１０が、偏光板５、対向ガラス基板１、液晶層３を経て反射型カラーフィルター４に入射し、そのＲ画素に入射した白色光１０はＲ成分のみが反射され、同様にＧ画素に入射した白色光１０はＧ成分のみが反射され、Ｂ画素に入射した白色光１０はＢ成分のみが反射される。したがって、カラー液晶表示素子の各画素の変調状態に応じてＲ画素からはＲの反射光１１R が、Ｇ画素からはＧの反射光１１G が、Ｂ画素からはＢの反射光１１B が反射され、ＲＧＢ３原色の加法混色により所望のカラーパターンの表示が行われる。
【００１７】
次に、暗い場所におけるバックライト透過型表示の場合は、光源９が点灯され、その照明光はバックライト用導光板８の一端からバックライト用導光板８内に入射し、その前面から均一になって放射される。そのバックライト照明光１２は、散乱板７、偏光板６、ガラス基板２を経て反射型カラーフィルター４に入射し、そのＲ画素に入射した照明光１２は、Ｒ成分のみが反射され、Ｇ成分とＢ成分を足し合わせたＣ（シアン）成分が透過し、液晶層３、ガラス基板１、偏光板５を経て透過光１２R となる。同様に、Ｇ画素に入射した照明光１２は、Ｇ成分のみが反射され、Ｒ成分とＢ成分を足し合わせたＭ（マゼンタ）成分が透過し、液晶層３、ガラス基板１、偏光板５を経て透過光１２G となり、Ｂ画素に入射した照明光１２は、Ｂ成分のみが反射され、Ｒ成分とＧ成分を足し合わせたＹ（イエロー）成分が透過し、液晶層３、ガラス基板１、偏光板５を経て透過光１２B となる。したがって、この透過型表示の場合は、カラー液晶表示素子の各画素の変調状態に応じてＲ画素からはＣの透過光１２R が、Ｇ画素からはＭの透過光１２G が、Ｂ画素からはＹの透過光１２B が透過し、ＲＧＢ３原色の補色ＣＭＹの加法混色により所望のカラーパターンの表示が行われる。なお、ＣＭＹの加法混色による表示は色の純度が低下する問題はあるが、ＲＧＢ３原色の加法混色の表示より明るい表示が可能になるメリットがある。
【００１８】
なお図１の配置において、偏光板６と散乱板７の配置順は逆にしてもよいし、散乱板７は省いてもよい。
【００１９】
以上のように、反射型表示のＲＧＢの加法混色による表示の場合と、バックライト透過型表示のＣＭＹの加法混色による表示の場合とでは、カラー液晶表示素子の駆動回路は、ＲＧＢ系表示とＹＭＣ系表示とを切り替えられる構成とする必要があり、各画素に印加する電圧は反射型と透過型で切り替える必要がある。一般のデータ信号やビデオ信号はＲＧＢ系が一般であるが、ＹＭＣ系用の信号は下記の方法で合成することができる。
【００２０】
（Ｙ信号）＝（Ｒ信号）＋（Ｇ信号）
（Ｍ信号）＝（Ｂ信号）＋（Ｒ信号）
（Ｃ信号）＝（Ｂ信号）＋（Ｇ信号）
以上の実施例の反射型カラーフィルター４は、例えば本出願人による特開平１０−４０７２６号（特願平８−１９７５７４号）、特開平１０−１１１５０１号（特願平８−２６４４３７号）に記載された二光束干渉による方法等で作製することができるが、反射型カラーフィルター４の代わりに、ＲＧＢ各色のみを反射するダイクロイックミラーの繰り返し配列からなるダイクロイックミラーカラーフィルターを用いてもよい。このダイクロイックミラーカラーフィルターは、Ｒ反射ダイクロイックミラー、Ｇ反射ダイクロイックミラー、Ｂ反射ダイクロイックミラーが所定の配列でパターニングされた多層膜ミラーを作製することにより得られる。
【００２１】
さらには、反射型カラーフィルター４の反射色特性と透過色特性を反対にしてもよい。すなわち、反射型カラーフィルター４のＲ画素に入射した白色光１０はＣ成分が反射され、同様にＧ画素に入射した白色光１０はＭ成分が反射され、Ｂ画素に入射した白色光１０はＹ成分が反射され、Ｒ画素に入射した照明光１２はＲ成分のみを透過し、Ｇ画素に入射した照明光１２はＧ成分のみを透過し、Ｂ画素に入射した照明光１２はＢ成分のみを透過するようにしても、同様に反射型カラー表示と透過型カラー表示とを切り替えて表示することができる。この場合も、各画素に印加する電圧は反射型と透過型でＹＭＣ系表示とＲＧＢ系表示とを切り替える必要がある。
【００２２】
また、反射型カラーフィルター４を反射型ホログラムで構成する場合、各画素に入射した白色光１０の中の選択した色成分を反射する方向は、いわゆる鏡面反射でなく、図２に示すように、所定の範囲内に散乱するように構成することが視野が制限され明るい表示を可能にする上で望ましい。そのためには、例えば、特開平１０−１１１５０１号に開示されているように、反射型ホログラムを記録する際に相互に反対方向から入射する二光束の一方の光束を散乱性のものにして記録するようにすればよい。
【００２３】
さらに、反射型カラー表示を相対的により明るくするには、図３に示すように、反射型カラーフィルター４の背面（バックライト側）にハーフミラー１３（図３（ａ））、あるいは、画素サイズより小さい微小な開口１５を面内に分布して設けてなる面積分割した開口ミラー１４（図３（ｂ））を配置し、ハーフミラー１３の反射率あるいは面積分割した開口ミラー１４の開口率を調節することにより、反射光１１R 、１１G 、１１B の光量をより多くして明るい反射型カラー表示が可能になる。
【００２４】
以上、本発明のカラー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。
【００２５】
【発明の効果】
以上の説明から明らかなように、本発明のカラー表示装置によると、カラーフィルターとして、反射波長選択性を有し、かつ、その補色成分を透過する透過波長選択性を有するホログラムあるいはダイクロイックミラーのアレーを用いて、透過型空間光変調素子の前面側からの光をそのカラーフィルターで反射させてカラー表示する場合の表示色と、カラーフィルターの背面側からの光を透過させてカラー表示する場合の表示色とは補色の関係にあり、反射光と透過光を切り替えるときに透過型空間光変調素子の表示信号を原色表示信号から補色表示信号にあるいはその逆に切り替えるようにしたので、ハーフミラーや面積分割した開口ミラーを用いる場合のように無駄な光が生じないので、反射型カラー表示とバックライト透過型カラー表示を切り替えて表示する場合に輝度の低下を抑えて効率良く明るい表示が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明に基づく反射型と透過型を兼用したカラー表示装置の１実施例の断面図である。
【図２】反射型ホログラムカラーフィルターの変形例を示す断面図である。
【図３】本発明の別の実施例のカラーフィルター部分の断面図である。
【符号の説明】
１…対向ガラス基板
２…ガラス基板
３…液晶層
４…反射型カラーフィルター
５、６…偏光板
７…散乱板
８…バックライト用導光板
９…光源
１０…白色光（外光）
１１R …Ｒの反射光
１１G …Ｇの反射光
１１B …Ｂの反射光
１２…バックライト照明光
１２R …Ｃの透過光
１２G …Ｍの透過光
１２B …Ｙの透過光
１３…ハーフミラー
１４…面積分割した開口ミラー
１５…微小な開口
【図１】
0004507223.tif 000002
【図２】
0004507223.tif 000003
【図３】
0004507223.tif 000004