(57)【要約】本発明は、吸収カラー・フィルタ（４０１）と拡散反射器（４０４）との組合せだけでなくホログラフィック反射器（４０３）も備える反射型カラー液晶ディスプレイ（４００）を提供する。ホログラフィック反射器（４０３）は、ディスプレイが特定の方向から見られたとき純色を提供し、吸収フィルタ（４０１）／拡散反射器（４０４）の組合せは、ディスプレイが他の方向から見られたとき許容される色の飽和度を提供する。それによって、吸収フィルタ／拡散反射器の組合せだけを有する従来ＬＣＤの利点が、ホログラフィック反射器だけを有するＬＣＤの利点と組み合わされる。
2006527862.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
液晶層と、吸収カラー・フィルタと、広帯域反射器とを備えた反射型液晶ディスプレイであって、前記液晶層と前記広帯域反射器との間に配置されたホログラフィック反射器をさらに備える液晶ディスプレイ。
【請求項２】
前記吸収カラー・フィルタが、前記ホログラフィック反射器の観察者側に配置される、請求項１に記載の反射型液晶ディスプレイ。
【請求項３】
前記広帯域反射器が拡散反射器である、請求項１に記載の反射型液晶ディスプレイ。
【請求項４】
前記吸収カラー・フィルタが、赤、緑及び青のサブピクセルを画定する構造化ＲＧＢフィルタであり、従って前記液晶ディスプレイがＲＧＢディスプレイである、請求項１に記載の反射型液晶ディスプレイ。
【請求項５】
前記ホログラフィック反射器が、白色ホログラフィック反射器である、請求項１に記載の反射型液晶ディスプレイ。
【請求項６】
前記ホログラフィック反射器が、前記吸収カラー・フィルタに対応する赤、緑及び青サブピクセルを画定する構造化ホログラフィック反射器である、請求項４に記載の反射型液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は反射型カラー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）に関する。
【背景技術】
【０００２】
反射型液晶ディスプレイでは、入射光は吸収カラー・フィルタによってフィルタ処理され、次いでＩＤＲ（内部拡散反射器）によって拡散する形で反射される。ＩＤＲは、一般に、粗面の頂部上に堆積された金属層で構成されており、その結果、正反射方向だけでなく、この方向の周りで、ある角度範囲にも光を反射する鏡として働く。それによって、ディスプレイの視角特性が改善される。
【０００３】
従来の反射型カラーＬＣＤの反射率及び輝度を高めるために、それらの吸収カラー・フィルタは、広いＲＧＢ（赤、緑、青）反射帯域を有するように設計される。Ｒ、Ｇ及びＢカラー・フィルタの吸収帯域の縁は、できるだけ多くの光を反射しＬＣＤの反射率を高めるために、互いに近接して位置決めされる。しかし、高い色純度、又は純色は、狭いスペクトル帯域を必要とするので、広いスペクトル帯域幅（〜１００ｎｍ）はまた、三原色Ｒ、Ｇ及びＢの色純度を低下させる。従って、純色は、従来の反射型カラーＬＣＤで得ることができない。
【０００４】
高輝度の方が重要なので、結果として得られるどちらかと言えば不十分な色純度は、一般に、（携帯電話、ＰＤＡなどで使用されるような）反射型ＬＣＤの使用者によって当然のことと思われている。しかし、色純度は画質に関して重要な側面であるので、この妥協は非常に望ましくない。従って、ディスプレイの輝度を実質的に損なうことなく色純度を改善する改良型ＬＣＤが求められている。
【０００５】
色純度を高める１つの方法は、吸収カラー・フィルタの吸収帯域をずっと狭くすることである。例えば、吸収帯域をたったの１０ｎｍ幅にすることで、優れた純色が可能になる。しかし、この手法の明らかな欠点は、可視スペクトルのほんの小部分だけがディスプレイから反射されることであり（可視スペクトルにわたる可能な４００ｎｍ−７００ｎｍ＝３００ｎｍの範囲からせいぜい３×１０ｎｍ＝３０ｎｍ）、従って、結果としてディスプレイの反射率全体が非常に低くなる。
【０００６】
色純度を改善し、高輝度を維持するより良い方法は、ホログラフィック・カラー・フィルタ又はホログラフィック反射器（ＨＲ）を使用することである。ＨＲは、干渉フィルタとして働く誘電体層の積み重ねからなるカラー・フィルタである。すなわち、ＨＲは、特定の入射角に関して強め合う干渉を受ける特定の狭い波長帯域を有する光のために設計される。他の入射角及び／又は他の波長の下では、ＨＲは実質的に透明となる。従って、ＨＲは、非常に狭いスペクトル幅（すなわち、非常に飽和した光）の光を反射する。
【０００７】
ＨＲの強い波長選択性は、全ての干渉フィルタの一般的な特徴であり、強め合う干渉の条件が波長に強く依存することに起因する。反射の非拡散性は、反射率が高いことを保証する。すなわち、観察者が見ていない方向に光が反射されない。
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
しかし、この手法の欠点は、反射光の強い角度依存性である。すなわち、１つの特定の視角だけ輝度が高く、他の方向全てについて、反射率はほぼゼロであり、結果として、ディスプレイはこれらの視角では役に立たない。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明は、反射型ＬＣＤにおいてホログラフィック反射器を色吸収フィルタ及び内部拡散反射器と組み合わせることを提案する。かかる組合せは、２つの当面の利益を提供する。すなわち、全ての色の拡散反射率は従来のＬＣＤの場合と同じままであり、従って通常（制限された）色純度を可能にし、また、１つの特定の視角（使用されるホログラフィック反射器に依存した）下では、ＬＣＤは、はるかに大きな色純度及び輝度を有する。
【００１０】
従って、本発明の一態様によれば、液晶層、吸収カラー・フィルタ及び広帯域反射器を備えた反射型液晶ディスプレイが提供される。本発明のＬＣＤは、さらに、前記液晶層と前記広帯域反射器との間に配置されたホログラフィック反射器を備える。
【００１１】
このようにして、このＬＣＤは、顧客が慣れている既存のディスプレイ性能を損なうことなく、特別の特徴、すなわち１つの特定の視角について改善された輝度及び色純度向上を備える。
【００１２】
観察者にとっての全体的な効果は、ディスプレイを見る角度に依存する。すなわち、ＨＲが設計された角度（例えば、標準の３０°、好都合な読取り向き）を除いて、全ての入射角について、反射光は、吸収カラー・フィルタによって決定される広帯域スペクトルを有する。このことは、従来のカラー・フィルタ設計と同じである。すなわち、どちらかと言えば不十分なが、一般的に受け入れられる色純度である。
【００１３】
入射角が３０°のもとでは、反射光は、広帯域光と飽和光とを混合したものである。この混合物の色純度は、先の場合の光の色純度よりはるかに高い。
【００１４】
従って、エンドユーザは以下を経験することになる。すなわち、輝度及び色純度がはるかに優れている特定の角度（例えば、３０°）を除いて、ディスプレイは、通常のＬＣＤとして動作する。
【００１５】
これを全ての色について達成するために２つの方法、すなわち、白色ＨＲ（事実上、全て同じ角度に設計された３つのパターン化されないＨＲ赤、緑及び青を互いに積み重ねたもの）による、又は、ＲＧＢ−パターン化ＨＲによる方法がある。
【００１６】
従って、白色ＨＲは、おそらくは３つの異なる色を反射するが、構造化された吸収カラー・フィルタを同時に使用すると、１つの（広帯域）色だけが任意の与えられた点でＨＲに入射し、従って、１つの（純）色だけがＨＲによって確実に反射される。コストの理由で、白色ＨＲは、多数の応用例にとって好ましい選択肢である。
【００１７】
本発明のＬＣＤは、移動電話、ＰＤＡ、ポータブル・コンピュータなど反射型ＬＣＤを有する任意のデバイスで使用されることができる。
【００１８】
上述のように、ホログラフィック反射器は、他のタイプのＬＣＤ応用例から知られている。ＨＲは、正反射角で、又は他の角度で反射するように設計されることができる。しかし、この発明に関して、ＨＲが基本的に単一の方向に（又は、広がりが非常に狭く、実際的な目的では「１つの」方向と考られることができる、ある範囲の方向に）反射することが重要である。波長幅が増大することにより、反射された角度での輝度は増大するが、色純度は減少する。典型的な応用例では、たとえ角度幅は好ましくは２°未満とするべきであるとしても、１０°未満の角度幅は許容される。角度幅が増大すると、輝度及び色純度に関して良い効果が感じられる角度が広がるが、当然ながら、その効果の量は減少する。大抵の応用例では、５０ｎｍ未満の波長幅は許容されるが、通常１０ｎｍ未満の波長幅が好ましい。
【００１９】
１つの好ましい実施形態によれば、吸収カラー・フィルタは、前記のホログラフィック反射器の観察者側に配置される。従って、ＨＲに入射する光は、既に一度フィルタ処理されており、それによって吸収カラー・フィルタは、ＨＲに到達する望ましくない色を防止するのを助ける。
【００２０】
白色ＨＲが使用される場合には、どの望ましくない色もＨＲに到達することが無いようにするために、吸収カラー・フィルタは、実際には、ＨＲの観察者側に堆積しなければならない。
【００２１】
下記において、本発明は例示的な図面を参照してさらに説明される。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２２】
図１に従来の反射型ＬＣＤ１００が示され、吸収カラー・フィルタ１０１、液晶層１０２及び内部拡散反射器（ＩＤＲ）１０３を有する。この特定のディスプレイでは、吸収フィルタは、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）及び青（Ｂ）のサブピクセルを画定するように構造化される。従って、ディスプレイに入射する光線は、吸収フィルタ内で、そのフィルタの局部的な特性に応じてフィルタ処理される。従って、赤の周波数を有するものを除いた全ての光線は、フィルタの赤部分で吸収され、以下同様である。例えば、青フィルタ部分でディスプレイに入射する青色光線１０４は、そのピクセルがオン状態ならば、液晶層１０２だけでなく青部分を通って透過され、拡散反射器１０３で拡散的に反射される。
【００２３】
図２に、構造化吸収カラー・フィルタの吸収特性が示されている。破線２０１は青（Ｂ）部分の特性を示し、実線２０２は緑部分（Ｇ）に対応し、点線２０３は赤（Ｒ）部分に対応する。図に示すように、それぞれのフィルタ部分の透過スペクトルは、透過光の量を最大にするように、ほとんど重なり合っている。従って、全体で、入射する光の約３分の１が、構造化吸収フィルタを通って透過される。
【００２４】
図３は、液晶層３０１の後に配置され、且つ図１の拡散反射器だけでなく吸収カラー・フィルタにも取って代わるホログラフィック反射器３０２を有するＬＣＤ３００を示す。ホログラフィック反射器は、特定の角度α０の光を反射するように設計される。見やすくするために、赤サブピクセルだけが示されている。このように、角度α０からディスプレイに入射する赤色光線「Ａ」は、ホログラフィック反射器で全反射を受けることになり、一方、異なる角度から入射する光線「Ｂ」はホログラフィック・フィルタによって影響を受けず、従って全て透過される。また、たとえ異なる色の光線が、必要とされる角度α０で入射しても、この異なる色の光線では当然ながら全透過が起こる。
【００２５】
図４は、ホログラフィック反射器４０３、吸収カラー・フィルタ４０１及び拡散反射器４０４を有する本発明のディスプレイ４００を概略的に示す。カラー・フィルタ４０１は、液晶層４０２の表面側に配置され、一方、ホログラフィック反射器４０３及び拡散反射器４０４は、液晶層４０２の裏側に配置される。
【００２６】
色純度、視角及び輝度に関するディスプレイ特性は、赤ピクセルに入射する２つの赤色光線（図４の光線Ａ及びＢ）を考察することによって、推定されることができる。
光線Ａ：この光線は、ホログラフィック反射器が設計されたちょうどその角度でそのホログラフィック反射器に当たる。これは、スペクトルの飽和部分（この場合には、純粋な赤）が矢印Ａ’で示された方向に正反射されることを意味する。この反射は拡散でなく、従って高振幅である。（一番上の吸収カラー・フィルタによって透過される）スペクトルの残り部分は、光線Ｂとして挙動することになる。
光線Ｂ：この光線は、ＨＲが透明である角度の下で入り、従ってＨＲを通って透過され、代わりに小さな矢印Ｂ’で示された方向にＩＤＲによって拡散的に反射される。しかし、反射率は、拡散であるので光線Ａほど高くない。
【００２７】
ホログラフィック反射器を使用して得られる定量的な改善は、次のように評価されることができる。
【００２８】
明確な平行周囲照明の場合を考え、次の２つの状況を比較する。
ケース１：従来のＩＤＲだけによる反射。このＩＤＲは、角度範囲−３０°〜＋３０°にわたって平坦な反射特性を有する。
ケース２：ＨＲとＩＤＲとの組合せによる反射。ＨＲは可視スペクトルの小部分（光スペクトルのおおよそ３％、すなわち、全赤色光の約１０％）を角度範囲−２．５°〜＋２．５°に反射すると仮定する。
【００２９】
今、上の吸収赤カラー・フィルタを通過した光を考え、この光の量を１００％と示す。この問題は、何パーセントが最終的に観察者の目に達するかである。
【００３０】
ケース１では、ＩＤＲは１００％を角度範囲−３０°〜＋３０°に反射する。使用者によって有効に見られる範囲、おおよそ−２．５°〜＋２．５°には、約０．６９％が反射されるだけである（３０°で見渡されると解される立体角は、２．５°の立体角の約（３０°／２．５°）２＝１４４倍であり、１／１４４＝０．６９％である）。
【００３１】
ケース２では、ＨＲとＩＤＲの組合せは、小帯域幅スペクトルの１００％を５°の角度範囲、すなわち１／１０×１００％＝１０％に反射する。
【００３２】
ＨＲとＩＤＲとの組合せは、完全平行光の場合に、ＩＤＲだけより１０／０．６９＝１４倍有効である。しかし、現実には、照明は決して完全平行ではなく、従って、この推定量は、実際には、いくらか低くなる。しかし依然として、改善は著しい。
【００３３】
図５は、構造化ホログラフィック反射器５０３、構造化吸収カラー・フィルタ５０１及び拡散反射器５０４を有する本発明のＲＧＢディスプレイ５００を概略的に示す。カラー・フィルタ５０１は、液晶層５０２の表面側に配置されるが、ホログラフィック反射器５０３及び拡散反射器５０４は液晶層５０２の裏側に配置される。
【００３４】
カラー・フィルタ及びホログラフィック反射器を構造化することで、多色ディスプレイが得られる。
【００３５】
図６は、白色ホログラフィック反射器６０３、吸収カラー・フィルタ６０１及び拡散反射器６０４を有する同様な構造化ディスプレイ６００を概略的に示す。カラー・フィルタ６０１は、液晶層６０２の表面側に配置されているが、ホログラフィック反射器６０３及び拡散反射器６０４は、再び液晶層６０２の裏側に配置される。
【００３６】
最後に、本発明は、吸収カラー・フィルタと拡散反射器との組合せだけでなくホログラフィック反射器も備える反射型カラー液晶ディスプレイ（ＬＣＤ）を提供する。ホログラフィック反射器は、ディスプレイが特定の方向から見られたとき純色を提供し、吸収フィルタ／拡散反射器の組合せは、ディスプレイが他の方向から見られたとき、許容できる色の飽和度を提供する。それによって、吸収フィルタ／拡散反射器の組合せだけを有する従来ＬＣＤの利点は、ホログラフィック反射器だけを有するＬＣＤの利点と組み合わされる。
【図面の簡単な説明】
【００３７】
【図１】従来の反射型ＬＣＤを概略的に示す。
【図２】従来の吸収カラー・フィルタの吸収スペクトルを示す。
【図３】ホログラフィック反射器をベースにしたカラー・フィルタ、この場合には、モノクロ・ディスプレイ用を概略的に示す。
【図４】吸収フィルタとホログラフィック反射器の両方を有する発明のＬＣＤを概略的に示す。
【図５】吸収フィルタとホログラフィック反射器の両方を有する発明のＬＣＤを概略的に示す。
【図６】吸収フィルタとホログラフィック反射器の両方を有する発明のＬＣＤを概略的に示す。
【符号の説明】
【００３８】
４００、５００、６００  反射型液晶ディスプレイ
４０１、５０１、６０１  吸収カラー・フィルタ
４０４、５０４、６０４  拡散反射器
４０３、５０３、６０３  ホログラフィック反射器
５０２、６０２  液晶層
【図１】
2006527862.tif 000003
【図２】
2006527862.tif 000004
【図３】
2006527862.tif 000005
【図４】
2006527862.tif 000006
【図５】
2006527862.tif 000007
【図６】
2006527862.tif 000008
【国際調査報告】
2006527862.tif 000009
2006527862.tif 000010
2006527862.tif 000011