(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
赤、緑、青の３色光を順次各色の光源から直接机上あるいは室内に照射するＲＧＢ照明装置と、該ＲＧＢ照明装置の３色光の照射に同期して、それぞれの色光の反射輝度を全部の画素の各々に対応させモノクロ画像として２次元表示する反射型方式の液晶表示素子を有するフラットディスプレイとからなり、該フラットディスプレイは前記ＲＧＢ照明装置から分離独立可能な可搬型のものであり、該分離独立した状態では外光を光源とした白黒の反射型表示装置として用いられる、反射型フルカラー液晶ディスプレイ。
【請求項２】
前記反射型方式の液晶表示素子の液晶セルがＨＡＮ配向液晶セルまたはベンド配向液晶セルまたは平行配向ＥＣＢ液晶セルのいずれかであり、前記液晶セルの前面に位相差板と偏光子と拡散板とを配置し、前記液晶セルの液晶層の背面に鏡面反射板を配置して構成したことを特徴とする請求項１記載の反射型フルカラー液晶ディスプレイ。
【請求項３】
前記反射型方式の液晶表示素子の液晶セルがＨＡＮ配向液晶セルまたはベンド配向液晶セルまたは平行配向ＥＣＢ液晶セルのいずれかであり、前記液晶セルの前面に位相差板と偏光子とを配置し、前記液晶セルの液晶層の背面に拡散反射板を配置して構成したことを特徴とする請求項１記載の反射型フルカラー液晶ディスプレイ。
【請求項４】
前記同期のための信号が電磁波または光の信号であり、前記ＲＧＢ照明装置の同期信号送信部から発せられた信号を前記フラットディスプレイの同期信号受信部で受信することを特徴とする請求項１または２または３記載の反射型フルカラー液晶ディスプレイ。
【請求項５】
前記同期のための信号が電磁波または光の信号であり、前記フラットディスプレイの同期信号送信部から発せられた信号を前記ＲＧＢ照明装置の同期信号受信部で受信することを特徴とする請求項１または２または３記載の反射型フルカラー液晶ディスプレイ。
【請求項６】
前記電磁波または光の信号が赤外線信号であることを特徴とする請求項４または５記載の反射型フルカラー液晶ディスプレイ。
【請求項７】
前記同期のための信号が赤、緑、青の３色光の１色以上の光に重畳された信号であることを特徴とする請求項１または２または３記載の反射型フルカラー液晶ディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、テレビジョン、コンピュータのモニタ等電子表示装置一般に多用される液晶ディスプレイに関し、詳しくは、反射型に好適な液晶ディスプレイに関する。
【０００２】
【従来の技術】
液晶ディスプレイ（以下、適宜ＬＣＤと略記）は、本来、白黒表示が基本であったが、液晶セル内の各画素に赤、緑、青のマイクロカラーフィルタを付けてそれぞれの色の画素の透過率を液晶によって制御する方式（マイクロカラーフィルタ方式）が開発され、任意の色を表示することができるようになった（日本学術振興会第142 委員会：液晶デバイスハンドブック(1990), p.492,日刊工業新聞社）。
【０００３】
図４に、従来のマイクロカラーフィルタを適用した透過型フルカラー液晶ディスプレイ装置の模式図を示す。
図４（ａ）は、従来の透過型フルカラー液晶ディスプレイ装置を上から見た平面図である。図示のように赤、緑、青の3 色であるＲＧＢを表示する各ブロックが繰り返しパターンとして一面に配置されており、この一組のＲＧＢによりひとつの画素が構成される。
【０００４】
図４（ｂ）は、従来の透過型フルカラー液晶ディスプレイ装置の断面を模式的に示した断面図である。一面に電圧印加用の微細なカラーフィルタ36と透明導電膜（ＩＴＯ）で形成された電極33を附したガラス板32と透明導電膜（ＩＴＯ）で形成された電極35を附したガラス板37の間に液晶34がサンドイッチ状に挟み込まれている。図示しない駆動回路によりＲＧＢ各ブロックの透過率が制御され、裏面からの白色光を選択透過させてフルカラー画像表示が行われている。
【０００５】
一方、表面からの白色光を選択反射させてフルカラー画像表示を行う反射型フルカラー液晶ディスプレイも同様に開発されている。
図２に、その反射型フルカラー液晶ディスプレイの断面図を示す。本反射型液晶ディスプレイは、ガラス22,22 の間に、カラーフィルタ23、透明導電膜（ＩＴＯ）24、液晶25、鏡面反射板を兼ねた金属電極（ミラー電極）26がそれぞれ層となってサンドイッチ状に挟み込まれ、上面には拡散板41が設けられている。そして、表面側からの白色の入射光がこの本液晶ディスプレイで選択的に反射されることでフルカラー画像が得られるのである。ここで、本図においては、説明の簡単化のため、偏光子、位相差板の記載は省略している。
【０００６】
この反射型フルカラー液晶ディスプレイに適用される液晶セルの詳細構造の一例を図３（ａ）に示す。この反射タイプの液晶セルは、上から拡散板41、偏光板42、位相差板43、ガラス22、透明導電膜（ＩＴＯ）24、液晶25、ミラー電極44、ガラス22の積層構造となっている。ただし、図３においてはカラーフィルタの記載は省略しているが、図２に示すようにカラーフィルタを付加することによって容易にカラー化することが可能である。ここで、図３（ａ）はＨＡＮ（hybrid aligned nematic）配向液晶セルであるが、図３（ｂ）に示すベンド配向液晶セル、図３（ｃ）に示す平行配向ＥＣＢ（electrically controlled birefringence ）液晶セルなども同様に適用することが可能である。なお、位相差板43は２枚以上を組み合わせてもよい。また、偏光板と拡散板の順番を入れ替えてもよい。更に、ミラー電極44の代わりに拡散反射板を兼ねた金属電極を用いても良いし、あるいは、拡散反射板と透明な平坦化膜と透明電極を用いても良い。このような拡散反射板を用いた場合は拡散板41は除いても良い。
【０００７】
しかし、以上のようなマイクロカラーフィルタ方式には、次のような問題がある。
(1) 各色のカラーフィルタは入射光の2/3 以上のスペクトルの光を吸収して無駄にしている。例えば赤のカラーフィルタは青、緑のスペクトルを吸収するために光のエネルギーの70〜90％を無駄にする。
(2) 赤、緑、青の３つの画素セットによって本来の１画素を表示するために、解像度の点でも駆動回路の点でも３倍のロスを伴う。
【０００８】
そこで、本発明者はすでに、透過型フルカラー液晶ディスプレイ装置に対して以上の問題点を解決するため、特願平9-324386号において、光のエネルギーの無駄がなく従来の３倍の高解像度を実現する透過型フルカラー液晶ディスプレイ装置を提案している。
【０００９】
【発明が解決しようとする課題】
本発明者は、特開平7-84254 号公報にて、ベンド配向液晶セル（セル中央部にねじれ配向が存在する液晶セルも含める。以下適宜ベンドセルと略記）と位相差板を用いる液晶表示素子を提案しているが、鋭意研究を重ねた結果、この本発明者が開発した液晶表示素子を適用することにより上記透過型フルカラー液晶ディスプレイ装置を実現できることを見出したのである。この素子は、ベンドセルの上に、そのリタデーションを３次元的に補償する２軸性の位相差板を重ねて視角依存性を抑え、視野角を著しく広くしたものである。ある低い電圧での液晶の配向を光学的に補償するように位相差板を設計することで、ベンドセルをＴＮセルと同程度の電圧で駆動できるようになるから、同素子を駆動する集積回路（ＩＣドライバ）は通常の半導体製造プロセスで実現できる。このベンドセルの応答時間は２〜８msと、現在高品位のアクティブマトリクス（ＡＭ）ＬＣＤに用いられているＴＮ型（ねじれネマティック型）液晶セルの1/10以下の応答時間を達成したものであり、本発明者は、この技術の適用によって上記透過型フルカラー液晶ディスプレイ装置を実現している。
【００１０】
しかしながら、透過型フルカラー液晶ディスプレイ装置は、必然的に液晶の背面からのバックライト光源が必要となり、装置本体にバックライト光源を組み込む必要から、装置が大きくなり、薄型、軽量の装置を実現することができなかった。また、液晶自身はほとんど電力を必要としないにもかかわらず、バックライト用の光源は大きな電力を消費することから、重くて大きい電池を搭載する必要があり、装置の可搬性、簡便性に対する大きな障害となっていた。
【００１１】
そのため、薄型、軽量のためには、バックライト光源を必要としない反射型液晶ディスプレイ装置が最適であると言える。しかし、従来、反射型液晶ディスプレイ装置において、カラーフィルタを用いることなくフルカラー表示を行うことは実現されていなかった。
【００１２】
【課題を解決するための手段】
本発明は、上記透過型フルカラー液晶ディスプレイ装置に適用しているベンドセルが反射型液晶ディスプレイ装置においても同様に適用することができ、応答速度の高速化と解像度の向上が実現できることに着目してなされたものであり、かつ、反射型液晶ディスプレイ装置とすることで薄型・軽量の装置とすることができる点に着目してなされたものである。
【００１３】
すなわち、本発明は、赤、緑、青の３色光を順次各色の光源から直接机上あるいは室内に照射するＲＧＢ照明装置と、該ＲＧＢ照明装置の３色光の照射に同期して、それぞれの色光の反射輝度を全部の画素の各々に対応させモノクロ画像として２次元表示する反射型方式の液晶表示素子を有するフラットディスプレイとからなり、該フラットディスプレイは前記ＲＧＢ照明装置から分離独立可能な可搬型のものであり、該分離独立した状態では外光を光源とした白黒の反射型表示装置として用いられる、反射型フルカラー液晶ディスプレイを提供することで上記課題を解決したものである。
【００１４】
ここで、反射型方式の液晶表示素子の液晶セルがＨＡＮ配向液晶セルまたはベンド配向液晶セルまたは平行配向ＥＣＢ液晶セルのいずれかであり、前記液晶セルの前面に位相差板と偏光子と拡散板とを配置し、前記液晶セルの液晶層の背面に鏡面反射板を配置して構成することが好適である。
また、前記反射型方式の液晶表示素子の液晶セルがＨＡＮ配向液晶セルまたはベンド配向液晶セルまたは平行配向ＥＣＢ液晶セルのいずれかであり、前記液晶セルの前面に位相差板と偏光子とを配置し、前記液晶セルの液晶層の背面に拡散反射板を配置して構成することが好適である。
【００１５】
さらに、前記フラットディスプレイの反射型方式の液晶表示素子の液晶セルがベンド配向液晶セルの前面に位相差板を配置し該セルと位相差板と偏光子とで構成され反射光を制御する液晶セルであることが好適である。
また、前記同期のための信号が電磁波または光の信号であり、前記ＲＧＢ照明装置の同期信号送信部から発せられた信号を前記フラットディスプレイの同期信号受信部から受信するようにしてＲＧＢ切替の同期をとることが好適である。一方、これとは逆に、前記フラットディスプレイの同期信号送信部から発せられた信号を前記ＲＧＢ照明装置の同期信号受信部で受信するようにしてＲＧＢ切替の同期をとるようにしてもよい。なお、前記電磁波または光の信号を赤外線信号としてＲＧＢ切替の同期をとるようにすることが好適である。
【００１６】
さらに、前記同期のための信号を赤、緑、青の３色光の１色以上の光に重畳された信号とすることも好適であることを見出したのである。
【００１７】
【発明の実施の形態】
本発明の好適な実施の形態を図１に基づいて説明する。ここで、図１（ａ）は、本発明を説明する斜視図であり、図１（ｂ）は、図１（ａ）に対応させた本発明の機能ブロック図であり、図１（ｃ）は、本発明に適用する反射型液晶ディスプレイの模式的な構造を示す断面図である。図１（ｃ）においては、簡単のため、偏光子、位相差板などの記載を省略している。
【００１８】
フラットディスプレイ１は、図示しない小さな電池で駆動される可搬型の装置であり、反射型液晶ディスプレイ２とＲＧＢ制御装置14と同期信号受信部３から構成される。反射型液晶ディスプレイ２は、図１（ｃ）に示す断面構造を有するモノクロ（単色）型の液晶ディスプレイであり、液晶セルとしてはベンドセルを採用することが好適である。そして、フラットディスプレイ１をこのように構成することできわめて軽量・薄型の装置とすることができるのである。
【００１９】
フラットディスプレイ１は、次の機能を有する。
（１）同期信号受信部３で受信されるＲＧＢ切替の同期信号に応じ、ＲＧＢ制御装置14で対応するＲＧＢの一色を決定する。
（２）ＲＧＢ制御装置14で決定された色の反射輝度を各画素に対応させ、反射型液晶ディスプレイ２に対応する色のモノクロ画像として表示する。
（３）ＲＧＢ切替の同期信号に対応させ、高速で画像切り替えを行いながら、上記のモノクロ画像表示を順次行う。
【００２０】
以上のようにすることで、ＲＧＢそれぞれの色が高速で切り替わりながら、それぞれの単色画像が表示される。この画像を人間が見ると、各色が渾然一体となりフルカラー表示として見えることになる。
ＲＧＢ照明装置６は、Ｒ色蛍光灯７、Ｇ色蛍光灯８、Ｂ色蛍光灯９が、背面の反射板11と前面の偏光拡散板12で構成されるひとつの傘に収納された照明部と、ＲＧＢ切替制御装置10と、同期信号送信部５とから構成され、電源13に接続されている。
【００２１】
ＲＧＢ照明装置６は、次の機能を有する。
（１）ＲＧＢ切替制御装置10でＲ、Ｇ、Ｂが高速に切り替えられ、各色の蛍光灯がその切替タイミングに応じて順次に高速点灯される。
（２）上記の高速切替に対応して、同期信号送信部５からＲＧＢ切替の同期信号が赤外線同期信号４として発信される。
【００２２】
そして、この赤外線同期信号４で同期させながら、ＲＧＢ照明装置６の蛍光灯色の切替と、反射型液晶ディスプレイ２のモノクロ画像の切替を行うことでフラットディスプレイ１のフルカラー表示を実現している。
なお、同期信号の送信部をフラットディスプレイ１側に設け、受信部をＲＧＢ照明装置６側に設けてＲＧＢ切替制御を行うようにしてもよいことは説明するまでも無いことである。
【００２３】
ここで、フラットディスプレイ１は、必要に応じて演算機能、メモリ機能、データ通信機能等パーソナルコンピュータの必須機能を有するものであってもよいし、また、テレビジョンモニタ等であってもよいが、ここでは詳細を省略し、画像表示に限定して説明している。
また、同期信号については、赤外線同期信号４に替えて、ＲＧＢ光のいずれか一色以上の光に同期信号を重畳させ、その重畳した同期信号をフラットディスプレイ１の同期信号受信部３で受信してＲＧＢ切替のトリガとするようにしても良い。また、赤外線に代えて微弱電波方式や有線方式としても良いことは言うまでもない。
【００２４】
本発明を構成するフラットディスプレイ１は、屋外や、ＲＧＢ照明装置６のない通常の照明下においては、通常の白黒の表示装置として機能させることができる点が大きな特徴である。
図１においては、机15の上においたフラットディスプレイ１と、机15に固定したＲＧＢ照明装置６の組み合わせとして本発明を説明したが、これに限定されるものではなく、例えば、ＲＧＢ照明装置６を天井灯等の部屋全体の照明装置とすれば、フラットディスプレイ１をその部屋の中のどこにおいてもフルカラーディスプレイとして機能させることができるのである。また、その際、フラットディスプレイ１は台数の制限をされることなく、その室内に置かれたすべてのフラットディスプレイがフルカラーディスプレイとして機能することになる。
【００２５】
照明と画像のちらつきを解消するため、ＲＧＢ照明装置６のＲＧＢの切替は、180Hz 以上（すなわち、ＲＧＢ各色では、60Hz以上）であることが望ましい。
180Hz 以上であれば、人間がフラットディスプレイの画像のちらつきを感じることもなく、自然なフルカラー画像として認識することができる。また、ＲＧＢ照明装置６は、通常の白色照明と変わることなく机上や室内の通常の照明装置として機能するのである。
【００２６】
そして、液晶素子を180Hz 以上の高速で切り替えるためには、ＨＡＮ配向液晶セルあるいはベンド配向液晶セルあるいは平行配向ＥＣＢ液晶セルが好適なのである。
これらの液晶セルの液晶構造そのものはすでに良く知られており、それぞれ図３に示すような構造となっている。ここで、本発明においては、カラーフィルタは不要であり、それぞれ、図３に示した構造のセルをそのまま適用することが可能である。
【００２７】
このうち、図３（ｂ）のベンド配向液晶セルの構造について補足説明する。このベンド配向液晶セルは、上下の基板22表面における液晶分子を逆向きに傾斜させたものである。ある電圧をこのセルに印加すると、液晶はベンド配向をとるか、または、セル中央部にねじれ配向が存在する配向をとる。このいずれの配向でも電気光学的にはほとんど等価であるため、この型の液晶セルを「ベンド配向液晶セル（ベンドセル）」なる用語で代表した。
【００２８】
なお、偏光子は、電界による液晶の配向の変化を可視化させるために設ける必要があるが、波長依存性の小さい光学特性を有するものを選択するのがよい。
本発明を構成する表示パネルを用いてＬＣＤを構成する場合、液晶を励起する駆動方式は、カラーフィルタ付きＴＮセルで汎用されており、透過型にも反射型にも適用できて高品位の画質が得られるＴＦＴによるアクティブマトリクス（ＡＭ）駆動方式を採用するのが望ましい。
【００２９】
図５は、３端子素子型ＡＭ駆動ＬＣＤの説明図であり、基本構造は、図５（ａ）に示すように、基板上にソース、ゲート、ドレインからなる３端子素子をマトリクス状に設け且つソースにミラー機能のある表示電極およびキャパシタを接続してなる３端子素子マトリクスの上に液晶層を配置したものである。通常、３端子素子マトリクス電極基板に対向している透明電極としては、パターン化しない全面（共通）電極基板が用いられる。
【００３０】
本発明を構成する表示パネルを用いる場合、図５（ａ）の液晶51が図３の液晶25に、図５（ａ）の表示電極60と透明全面電極55が図３のミラー電極44と透明電極（ＩＴＯ）24に相当し、図示しないが、偏光子と位相差板はガラス基板52の直前、拡散板は偏光子の直前または偏光子と位相差板の間に夫々配置される。すなわち、表示パネルはこれを駆動するアクティブマトリクスによって行列配置の画素に区画される。
【００３１】
この種のＬＣＤの動作原理を図５（ｂ）に示す。走査行電極（ゲートバス、走査線）Ｘ1 ，Ｘ2 ，…，Ｘn を線順次駆動方式の走査回路により順々に走査し、一つのゲートバス上の全３端子素子を一時一斉に導通（ｏｎ）状態にし、この走査に同期してホールド回路から信号列電極（ドレインバス、信号線）Ｙ1 ，Ｙ2 ，…，Ｙm を介し、この導通状態の３端子素子に結合している全キャパシタに信号電荷を供給する（これをリフレッシュ（書込）という）。この信号電荷は、次のフレームの走査時までこのゲートバス上の全画素の液晶を励起し続ける。
【００３２】
なお、図５（ｂ）には「線順次駆動方式」と呼ばれる書込方式を示したが、これ以外に、ホールド回路を設ける代わりに、ゲートバスに接続している走査回路に相当する回路を設けて、各画素毎に順次書込を行う「点順次駆動方式」を採用することもできる。
【００３３】
【発明の効果】
本発明によって、きわめて薄型、軽量のフラットディスプレイを実現することができた。また、３色カラーフィルタを用いないため、３分の１の画素数で同じ精細度（画像のきめ細かさ）を得ることができ、また、カラーフィルタによる入射光の吸収もなくなり、極めて明るい画像のフラットディスプレイを実現することができた。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の反射型フルカラー液晶ディスプレイを説明する、（ａ）は斜視図であり、（ｂ）は全体の機能ブロック図であり、（ｃ）は本発明に適用する反射型液晶ディスプレイの構造を示す断面図である。
【図２】従来の反射型フルカラー液晶ディスプレイの構造を示す断面図である。
【図３】反射型液晶ディスプレイの液晶構造を示す模式図であり、（ａ）はＨＡＮ配向液晶セル、（ｂ）はベンド配向液晶セル、（ｃ）は平行配向ＥＣＢセルの各構造を示す。
【図４】従来の透過型フルカラー液晶ディスプレイ装置を示す模式図であり、（ａ）は平面図、（ｂ）は断面図である。
【図５】３端子素子型ＡＭ駆動ＬＣＤの説明図である。
【符号の説明】
１    フラットディスプレイ
２    反射型液晶ディスプレイ
３    同期信号受信部
４    赤外線（同期信号）
５    同期信号送信部
６    ＲＧＢ照明装置
７    Ｒ色蛍光灯
８    Ｇ色蛍光灯
９    Ｂ色蛍光灯
10    ＲＧＢ切替制御装置
11    反射板
12    拡散板
13    電源
14    ＲＧＢ制御装置
15    机
22    ガラス
23    カラーフィルタ
24    透明導電膜（ＩＴＯ）
25    液晶
26    ミラー電極
32、37    ガラス板
33、35    電極
34    液晶
36    カラーフィルタ
41    拡散板
42    偏光板
43    位相差板
44    ミラー電極
【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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