(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
画素の集合体からなり、画素毎に透過率が制御可能な透過型空間光変調器と、その背面に配置された反射型ホログラムカラーフィルターとからなり、
前記反射型ホログラムカラーフィルターは、前記透過型空間光変調器の画素位置毎に反射回折する波長が異なる体積型ホログラム要素が周期的に配列されたものからなり、
前記反射型ホログラムカラーフィルターの背面に吸収層が配置されていることを特徴とする反射型カラー表示装置。
【請求項２】
画素の集合体からなり、画素毎に透過率が制御可能な透過型空間光変調器と、その背面に配置された反射型ホログラムカラーフィルターとからなり、
前記反射型ホログラムカラーフィルターは、前記透過型空間光変調器の画素位置毎に反射回折する波長が異なる体積型ホログラム要素が周期的に配列されたものからなり、
前記反射型ホログラムカラーフィルターの背面に、吸収型カラーフィルターとそのさらに背面側にバックライト光源が配置されており、前記バックライト光源点灯時に前記透過型空間光変調器の各画素に表示する色情報が切り換え可能になっていることを特徴とする反射型カラー表示装置。
【請求項３】
前記透過型空間光変調器が液晶表示素子からなることを特徴とする請求項１又は２記載の反射型カラー表示装置。
【請求項４】
前記透過型空間光変調器が高分子分散型液晶表示素子からなることを特徴とする請求項１又は２記載の反射型カラー表示装置。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型カラー表示装置に関し、特に、ホログラム反射層をカラーフィルターとして用い、バックライト光源の必要がないカラー液晶表示装置等の反射型カラー表示装置に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来、バックライトを用いないで周囲の環境光等のみを照明光として用いる反射型の液晶表示装置において、カラー表示を行わせることは容易ではなかった。その理由は、カラーフィルターとして吸収型のフィルターを用いる必要があるため、明るいカラー表示を行わせることが容易でないためである。
【０００３】
【発明が解決しようとする課題】
本発明は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、ホログラム反射層をカラーフィルターとして用いて、バックライト光源を用いないカラー液晶表示装置等の反射型カラー表示装置を提供することである。
【０００４】
【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表示装置は、画素の集合体からなり、画素毎に透過率が制御可能な透過型空間光変調器と、その背面に配置された反射型ホログラムカラーフィルターとからなり、
前記反射型ホログラムカラーフィルターは、前記透過型空間光変調器の画素位置毎に反射回折する波長が異なる体積型ホログラム要素が周期的に配列されたものからなり、
前記反射型ホログラムカラーフィルターの背面に吸収層が配置されていることを特徴とするものである。
【０００５】
本発明のもう１つの反射型カラー表示装置は、画素の集合体からなり、画素毎に透過率が制御可能な透過型空間光変調器と、その背面に配置された反射型ホログラムカラーフィルターとからなり、
前記反射型ホログラムカラーフィルターは、前記透過型空間光変調器の画素位置毎に反射回折する波長が異なる体積型ホログラム要素が周期的に配列されたものからなり、
前記反射型ホログラムカラーフィルターの背面に、吸収型カラーフィルターとそのさらに背面側にバックライト光源が配置されており、前記バックライト光源点灯時に前記透過型空間光変調器の各画素に表示する色情報が切り換え可能になっていることを特徴とするものである。
【０００８】
なお、透過型空間光変調器としては、例えば、液晶表示素子、高分子分散型液晶表示素子等を用いることができる。
【０００９】
本発明においては、画素の集合体からなり、画素毎に透過率が制御可能な透過型空間光変調器と、その背面に配置された反射型ホログラムカラーフィルターとを組み合わせて用いることにより、バックライト光源を用いなくとも、環境光を利用して明るいカラー液晶表示装置等の反射型カラー表示装置を得ることができる。さらには、周囲が明るいときに環境光を、また、周囲が暗いときにバックライトを照明に用いてカラー画像の表示ができる。
【００１０】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の反射型カラー表示装置の実施例について説明する。
実施例の説明に先立って、ホログラム反射層に用いられる体積型の反射ホログラムについて説明する。図２は体積型反射ホログラムの撮影方法とその作用を説明するための図であり、同図（ａ）において、フォトポリマー等の厚みのあるホログラム感光材料１０の両側からそれぞれ入射角θ1 、θ2 で波長λB （添字Ｂは青色領域の波長を表す。以下、同様に、添字Ｇは緑色領域の波長、添字Ｒは赤色領域の波長を表す。）の可干渉で平行な物体光１と参照光２を入射させると、感光材料１０中には両者が干渉して平行な一様な干渉縞が記録される。このようにして記録されたホログラム１０’は、同図（ｂ）に示すように、記録の時の物体光１と同じ入射角θ1 の照明光あるいは環境光３中の波長λB 及びその近傍の波長の光のみを、記録の時の参照光２と略同じ方向に進む射出角θ2 の光４として選択的に反射回折し、照明光あるいは環境光３中の他の波長λG 、λR の光５、及び、入射角がθ1 以外の光は通過してしまう。他の波長λG 、λR を用いて同様に記録したホログラムも同様である。
【００１１】
このように、体積型反射ホログラムは波長選択性及び角度選択性に優れたものであり、感光材料の厚さ、記録条件、後処理条件等を選択することにより、回折波長域の半値幅、回折方向の範囲等をある程度制御可能である。
【００１２】
さて、以上のような回折波長がそれぞれ青色領域、緑色領域、赤色領域にある３つの微小なホログラムをアレー状に周期的に配置してなる複合反射ホログラム１１を作製すると、図３に示すように、所定方向から入射する照明光あるいは環境光１２は複合反射ホログラム１１により所定方向に反射回折光１３として反射回折されるが、複合反射ホログラム１１中の青色反射回折ホログラム要素１１Ｂはその方向に青色領域の波長λB のみを回折する。同様に、複合反射ホログラム１１中の緑色反射回折ホログラム要素１１Ｇはその方向に緑色領域の波長λG のみを、赤色反射回折ホログラム要素１１Ｒはその方向に赤色領域の波長λR のみを回折する。すなわち、複合反射ホログラム１１は、Ｒ、Ｇ、Ｂ三原色の反射フィルター要素１１Ｒ、１１Ｇ、１１Ｂからなる反射型ホログラムカラーフィルターとしての作用を有していることになる。
【００１３】
図１はこのような反射型ホログラムカラーフィルター１１を用いた本発明による反射型カラー表示装置の１実施例の模式的分解斜視図を示す。同図において、規則的に画素１５’に区切られた液晶表示素子、高分子分散型液晶（ＰＤＬＣ）表示素子等からなる透過型空間光変調器１５の背面に、上記のような反射型ホログラムカラーフィルター１１が配置され、さらに、その反射型ホログラムカラーフィルター１１の背面に吸収層１７が配置されて構成されている。これら透過型空間光変調器１５、反射型ホログラムカラーフィルター１１及び吸収層１７は相互に近接するか一体に配置される。透過型空間光変調器１５の各画素１５’の間にはブラック・マトリックス１６が配置されている。また、透過型空間光変調器１５の隣接する３つの画素１５’は１つのカラー表示単位１８を構成しており、その中の画素Ｂは青色表示画素、画素Ｇは緑色表示画素、画素Ｒは赤色表示画素となっている。そして、透過型空間光変調器１５のこれら青色表示画素Ｂ、緑色表示画素Ｇ、赤色表示画素Ｒは、それぞれ反射型ホログラムカラーフィルター１１の青色反射フィルター要素１１Ｂ、緑色反射フィルター要素１１Ｇ、赤色反射フィルター要素１１Ｒに対応するように、反射型ホログラムカラーフィルター１１の要素配列が行われている。
【００１４】
このような構成であるので、透過型空間光変調器１５の表面側から入射する照明光あるいは環境光の中、所定の角度で入射する環境光１２は、透過型空間光変調器１５の各画素Ｂ、Ｇ、Ｒをそれらの状態に応じた強度変調を受けて透過する。この状態では、各画素Ｂ、Ｇ、Ｒにつき、環境光１２中の波長成分λB 、λG 、λR は同じ割合で強度変調を受けている。各画素Ｂ、Ｇ、Ｒを強度変調を受けて透過した光１２は、青を表示する画素Ｂについては、青色反射フィルター要素１１Ｂに入射し、その中の青色波長成分λB のみが選択的に所定方向へ反射回折され、再度青を表示する画素Ｂを同じ変調を受けて背面側から表面側へ透過し、青色画素表示光１９Ｂとなる。フィルター要素１１Ｂで回折されなかった波長成分λG 、λR は通過し、反射型ホログラムカラーフィルター１１の背面に配置された吸収層１７により吸収される。同様に、緑を表示する画素Ｇについては、その画素Ｇで強度変調を受けて透過した光１２は、緑色反射フィルター要素１１Ｇに入射し、その中の緑色波長成分λG のみが選択的に所定方向へ反射回折され、再度緑を表示する画素Ｇを同じ変調を受けて背面側から表面側へ透過し、青色画素表示光１９Ｂと略同じ方向に進む緑色画素表示光１９Ｇとなる。また、赤を表示する画素Ｒについては、その画素Ｒで強度変調を受けて透過した光１２は、赤色反射フィルター要素１１Ｒに入射し、その中の赤色波長成分λR のみが選択的に所定方向へ反射回折され、再度赤を表示する画素Ｒを同じ変調を受けて背面側から表面側へ透過し、青色画素表示光１９Ｂ及び緑色画素表示光１９Ｇと略同じ方向に進む赤色画素表示光１９Ｒとなる。
【００１５】
したがって、カラー表示単位１８中の画素Ｒ、Ｇ、Ｂの変調状態の組み合わせによって３つの表示光１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒ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１８の表示状態の組み合わせで表示光１９Ｂ、１９Ｇ、１９Ｒの方向から観察可能なカラー画像が表示できる。
【００１６】
図４は図１の実施例の表示装置をバックライトによる照明によっても表示可能にした変形例の断面図であり、図１の場合と異なる点は、反射型ホログラムカラーフィルター１１の背面の吸収層１７の代わりに吸収フィルター２０を配置し、さらにその背面側にバックライト光源２１を配置したことである。この吸収フィルター２０は、反射型ホログラムカラーフィルター１１の青色反射フィルター要素１１Ｂの位置においては、緑色領域の光あるいは緑色領域と青色領域の光のみを透過する吸収フィルター要素２０Ｇを、緑色反射フィルター要素１１Ｇの位置においては、赤色領域の光あるいは赤色領域と緑色領域の光のみを透過する吸収フィルター要素２０Ｒを、赤色反射フィルター要素１１Ｒの位置においては、青色領域の光あるいは青色領域と赤色領域の光のみを透過する吸収フィルター要素２０Ｒをアレー状に備えるものであり、これに対応して、透過型空間光変調器１５の各画素１５’に表示される色情報は、環境光１２による照明の場合に青色情報Ｂであるものをバックライト光源２１を点灯すると自動的に緑色情報Ｇに、環境光１２による照明の場合に緑色情報Ｇであるものをバックライト光源２１を点灯すると自動的に赤色情報Ｒに、環境光１２による照明の場合に赤色情報Ｒであるものをバックライト光源２１を点灯すると自動的に青色情報Ｂに切り換わるように表示装置駆動回路が構成されている。
【００１７】
したがって、バックライト光源２１を消灯しているときは、図１で説明したように、環境光１２による照明によってカラー画像が表示できる。バックライト光源２１を点灯すると、Ｂ、Ｇ、Ｒの画素はＧ、Ｒ、Ｂの画素になり、それぞれの画素に表示される色情報が切り換わる。そして、反射型の場合にＢ画素を表示していた位置においては、バックライト光源２１からの白色光が吸収フィルター要素２０Ｇを経て緑色領域の光あるいは緑色領域と青色領域の光のみになり、次いで、青色反射フィルター要素１１Ｂにより青色領域の光はカットされ、緑色領域の光のみが吸収フィルター２０と反射型ホログラムカラーフィルター１１を通り、この時点で画素Ｂが画素Ｇになっているので、緑色画素表示光２２Ｇとなる。同様に、反射型の場合にＧ画素を表示していた位置においては、バックライト光源２１からの白色光が吸収フィルター要素２０Ｒを経て赤色領域の光あるいは赤色領域と緑色領域の光のみになり、次いで、緑色反射フィルター要素１１Ｇにより緑色領域の光はカットされ、赤色領域の光のみが吸収フィルター２０と反射型ホログラムカラーフィルター１１を通り、この時点で画素Ｇが画素Ｒになっているので、赤色画素表示光２２Ｒとなる。さらに、同様に、反射型の場合にＲ画素を表示していた位置においては、青色画素表示光２２Ｂとなる。したがって、バックライト光源２１の点灯後のカラー表示単位１８中の画素Ｒ、Ｇ、Ｂの変調状態の組み合わせによって３つの表示光２２Ｂ、２２Ｇ、２２Ｒ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１８の表示状態の組み合わせでカラー画像が表示できる。
【００１８】
このように、この実施例においては、周囲が明るいときに環境光を、また、周囲が暗いときにバックライトを照明に用いてカラー画像の表示ができるので、好都合である。なお、図４の場合、反射型ホログラムカラーフィルター１１の各色要素と吸収フィルター２０の各色要素の組み合わせは上記に限定されず、他の組み合わせも可能である。
【００１９】
ところで、反射型ホログラムカラーフィルター１１の反射回折ホログラム要素１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒの２次元配置は、反射照明光を用いる場合の透過型空間光変調器１５の画素Ｂ、Ｇ、Ｒと対応するように配置する訳であるが、その配置には、図５に示すように基本的に３つの方式がある。すなわち、第１は、図５（ａ）のストライプ型と呼ばれる配置で、ホログラム要素Ｂ、Ｇ、Ｒ（それぞれ１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒを表す。）の繰り返しが各行で揃って配置されている場合であり、図の点線の境は実際上は必要ない。第２は、図５（ｂ）のモザイク型と呼ばれる配置で、ホログラム要素Ｂ、Ｇ、Ｒの繰り返し周期が、隣接する上手の行から１／３周期進んでいるか遅れて配置されている場合である。第３は、図５（ｃ）のトライアングルあるいはデルタ型と呼ばれる配置で、ホログラム要素Ｂ、Ｇ、Ｒの繰り返し周期が、隣接する上手の行から１／２周期遅れて配置されている場合である。カラーフィルター作製方法の点からは、３種類のストライプ状のホログラムを１次元的に繰り返し配置すればよいストライプ型配置が好ましい。
【００２０】
また、上記のような反射回折ホログラム要素１１Ｂ、１１Ｇ、１１Ｒの２次元配置からなる反射型ホログラムカラーフィルター１１は、１枚のホログラム感光材料を領域分けして、図２（ａ）のような方法で、各領域毎に記録波長をλB 、λG 、λR の中で変えて干渉記録する方法もあるが、本出願人が特願平５−１２００１６号において提案したように、まず、フォトポリマーのようなホログラム感光材料全面に図２（ａ）のような方法で一様な干渉縞を記録し、バインダーポリマー中にモノマー又はオリゴマー、光開始剤等を混合してなる膨潤フィルムをその一様な干渉縞が記録されているホログラム感光材料密着し、領域分けされた位置毎に干渉縞記録済みの感光材料中に膨潤フィルムから拡散するモノマー又はオリゴマーの量を制御して干渉縞間の距離を所定量に調節して作製する方法を用いてもよい。また、本出願人が特願平８−１９２０２０号において提案した方法を用いることもできる。
【００２１】
以上説明したように、本発明に基づいて、画素の集合体からなる液晶表示素子、高分子分散型液晶表示素子等の透過型空間光変調器１５と反射型ホログラムカラーフィルター１１とを組み合わせて用いることにより、バックライト光源を用いなくとも、環境光を利用して明るいカラー液晶表示装置等の反射型カラー表示装置を得ることができる。
【００２２】
以上、本発明の反射型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。例えば、従来の吸収型のＲＧＢカラーフィルターを透過型空間光変調器１５の何れかの側に付加的に配置するようにしてもよい。
【００２３】
【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表示装置によると、画素の集合体からなり、画素毎に透過率が制御可能な透過型空間光変調器と、その背面に配置された反射型ホログラムカラーフィルターとを組み合わせて用いることにより、バックライト光源を用いなくとも、環境光を利用して明るいカラー液晶表示装置等の反射型カラー表示装置を得ることができる。さらには、周囲が明るいときに環境光を、また、周囲が暗いときにバックライトを照明に用いてカラー画像の表示ができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明による反射型カラー表示装置の１実施例の模式的分解斜視図である。
【図２】体積型反射ホログラムの撮影方法とその作用を説明するための図である。
【図３】本発明において用いる反射型ホログラムカラーフィルターの構成と作用を説明するための図である。
【図４】図１の表示装置をバックライトによる照明によっても表示可能にした変形例の断面図である。
【図５】反射型ホログラムカラーフィルターのホログラム要素の２次元配置方式を示す図である。
【符号の説明】
１…物体光
２…参照光
３…照明光、環境光
４…反射回折光
５…透過光
１０…ホログラム感光材料
１０’…ホログラム
１１…複合反射ホログラム（反射型ホログラムカラーフィルター）
１１Ｂ…青色反射回折ホログラム要素（青色反射フルター要素）
１１Ｇ…緑色反射回折ホログラム要素（緑色反射フルター要素）
１１Ｒ…赤色反射回折ホログラム要素（赤色反射フルター要素）
１２…照明光、環境光
１３…反射回折光
１５…透過型空間光変調器
１５’…画素
１６…ブラック・マトリックス
１７…吸収層
１８…カラー表示単位
１９Ｂ…青色画素表示光
１９Ｇ…緑色画素表示光
１９Ｒ…赤色画素表示光
２０…吸収フィルター
２０Ｂ…青色領域の光あるいは青色領域と赤色領域の光のみを透過する吸収フィルター要素
２０Ｇ…緑色領域の光あるいは緑色領域と青色領域の光のみを透過する吸収フィルター要素
２０Ｒ…赤色領域の光あるいは赤色領域と緑色領域の光のみを透過する吸収フィルター要素
２１…バックライト光源
２２Ｂ…青色画素表示光
２２Ｇ…緑色画素表示光
２２Ｒ…赤色画素表示光
Ｂ…青を表示する画素
Ｇ…緑を表示する画素
Ｒ…赤を表示する画素
【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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