(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カラーフィルターと、前記透過型空間光変調器の前面に配置されたルーバーとからなり、前記反射カラーフィルターは、裏面が断面鋸歯状をなす着色透明体と、該着色透明体の裏面の断面鋸歯状の面に設けられた反射層とからなり、前記ルーバーは、吸収層が一定間隔で平行に配置されたものからなり、前記ルーバーは、所定の角度範囲の環境光を通し、その環境光が前記反射カラーフィルターの断面鋸歯状の面に設けられた反射層により反射され前記透過型空間光変調器を透過してなる表示光を通し、かつ、前記所定の角度範囲より大きな環境光を制限するように、前記吸収層が、前記ルーバーの面の法線に対して前記断面鋸歯状の面の傾き方向と同じ方向に傾くように構成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】
前記着色透明体は複数の領域に分割され領域毎に異なる色の光を透過させるように異なる色に着色さ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表示装置。
【請求項３】
前記着色透明体は前記透過型空間光変調器の画素に対応して小領域に分割され、前記の分割された小領域は一定周期で繰り返し領域毎に異なる色の光を透過させるように異なる色に着色さ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、着色透明体と反射層からなる反射カラーフィルターを用いて、画面全体を同じ色で表示、又は、領域毎あるいは画素毎に異なる色の表示を行う、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、画面全体を特定の一色で表示したり、画面をいくつかの領域に分け領域毎に別々の色で表示したり、あるいは、画素毎にＲ、Ｇ、Ｂ３原色で表示可能にして画像等をカラー表示するために、液晶表示装置の前面にカラーフィルターを配置したり、液晶のねじれ角の違いによる干渉色の変化を利用するもの等が知られている。
【０００３】
また、本出願人は、反射型の液晶表示装置等において、ホログラムをカラーフィルターとして用いることも提案している（特願平８−９２５１８号、同８−１９７５７４号、同８−２６４４３７号）。
【０００４】
【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、着色透明体と反射層からなる反射カラーフィルターを用いて、画面全体を同じ色で表示、又は、領域毎あるいは画素毎に異なる色の表示を行う、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を提供することである。
【０００５】
【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カラーフィルターと、前記透過型空間光変調器の前面に配置されたルーバーとからなり、前記反射カラーフィルターは、裏面が断面鋸歯状をなす着色透明体と、該着色透明体の裏面の断面鋸歯状の面に設けられた反射層とからなり、前記ルーバーは、吸収層が一定間隔で平行に配置されたものからなり、前記ルーバーは、所定の角度範囲の環境光を通し、その環境光が前記反射カラーフィルターの断面鋸歯状の面に設けられた反射層により反射され前記透過型空間光変調器を透過してなる表示光を通し、かつ、前記所定の角度範囲より大きな環境光を制限するように、前記吸収層が、前記ルーバーの面の法線に対して前記断面鋸歯状の面の傾き方向と同じ方向に傾くように構成されていることを特徴とするものである。
【０００６】
この場合、着色透明体は複数の領域に分割され領域毎に異なる色の光を透過させるように異なる色に着色されていてもよい。
【０００７】
また、着色透明体は透過型空間光変調器の画素に対応して小領域に分割され、その分割された小領域は一定周期で繰り返し領域毎に異なる色の光を透過させるように異なる色に着色されていてもよい。
【００１８】
本発明においては、透過型空間光変調器の背面に、裏面が断面鋸歯状をなす着色透明体と、着色透明体の裏面の断面鋸歯状の面に設けられた反射層とからなる反射カラーフィルターが配置され、透過型空間光変調器の前面に、所定の角度範囲の環境光を通し、その環境光が反射カラーフィルターの断面鋸歯状の面に設けられた反射層によって入射光とは異なる角度で反射され透過型空間光変調器を透過してなる表示光を通し、かつ、その所定の角度範囲より大きな環境光を制限するように構成されているルーバーが配置されているので、バックライト光源を用いなくとも、環境光を利用して、画面全体を同じ色で表示、又は、領域毎あるいは画素毎に異なる色の表示を行う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。
【００１９】
【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。
まず、本発明において用いる着色透明体と反射層からなる反射カラーフィルターについて説明する。図２はその１つの形態の反射カラーフィルター１の断面図であり、表面が平面、裏面が断面鋸歯状をなす面（以下、ブレーズド面３と呼ぶ。）からなる着色透明体２と、そのブレーズド面３に設けられた反射層４とからなる。着色透明体２としては、アクリル樹脂等の透明体中に所望の色の染料、顔料等を混入して着色したものである。そのブレーズド面３は、繰り返しピッチが波長より十分大きく、回折により色分散しないものであり、また、その傾き角は図の左上からの入射光を正面あるいは若干右上方向に正反射する角度に設定される。また、ブレーズド面３設ける反射層４としては、例えばアルミニウム等の反射金属を蒸着した膜からなる。
【００２０】
さて、本発明の第１の実施例においては、図１に断面を示したように、透過型空間変調器としての液晶表示素子１０の観察側と反対側（裏面）に図２の反射カラーフィルター１を配置して構成した反射型液晶表示装置である。このように構成すると、液晶表示素子１０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５は、液晶表示素子１０の各画素の状態に応じた強度変調を受けて透過し、裏面の反射カラーフィルター１に達し、所定の波長域、例えば緑色あるいはピンク色の光のみが着色透明体２を透過し、反射層４で反射されて、再度液晶表示素子１０の同じ画素で変調を受けて背面側から表面側へ透過し、表示光６となって観察者に達する。したがって、観察者は、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所定の色、例えば緑色あるいはピンク色等の見やすい色で表示が可能な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。
【００２１】
なお、図１において、透過型空間変調器として用いた液晶表示素子１０は、例えば、２枚のガラス基板１１、１２の間に挟持されたツイストネマチック等の液晶層１６からなり、観察側のガラス基板１１の内表面には、画素を区切るブラック・マトリックス１３と一様な透明対向電極１４が設けられ、反射カラーフィルター１側のガラス基板１２の内表面には画素毎に独立に透明画素電極１５と不図示のＴＦＴが設けられている。また、電極１１、１２の液晶層１６側には不図示の配向層も設けられて構成されている。そして、ガラス基板１１の観察側には偏光板１７が、ガラス基板１２の背面には偏光板１８がそれぞれ貼り付けられており、例えばそれらの透過軸が相互に直交するように配置されている。このような液晶表示素子１０の画素毎に透明画素電極１５と透明対向電極１４間に印加する電圧を制御してその透過状態を変化させることにより、画像等の表示が可能となっている。
【００２２】
なお、表示光６が観察者に達する視域を広げるために、図３（ａ）に示すように、液晶表示素子１０の表面に散乱層３０を設けて表示光６を散乱させるようにしてもよい。また、図３（ｂ）に示すように、反射カラーフィルター１の構成として、着色透明体２のブレーズド面３を粗面にしてその上に反射層４を設けるようにしても、同様に表示光６を散乱させて視域を広げることができる。さらに、図３（ｂ）に示すように、着色透明体２中に屈折率の異なるビーズ等の粒状物３１を混入して散乱効果を持たせて視域を広げることもできる。
【００２３】
また、図４（ａ）、（ｂ）に示すように、着色透明体２のブレーズド面３を凹状又は凸状の楕円面の一部とし、その曲率、離心率の大きさを選択して表示光６の拡散度合いを制御することにより視域を広げることもできる。
【００２４】
さて、もう１つの実施例として、図５に反射カラーフィルター１の平面図を示すように、液晶表示素子１０の表示領域、例えば、時計、電子手帳等の日付、時刻、データ等の表示領域に対応して、反射カラーフィルター１を複数の領域１Ｒ、１Ｇ、１Ｂに分割し、それぞれの領域の反射波長が例えば赤色、緑色、青色と異なる色となるように、着色透明体２を領域１Ｒ、１Ｇ、１Ｂに分けて異なる色に着色し、図１のように配置することにより、液晶表示素子１０の表示領域に対応して異なる色で画像、データ等を表示することができる。
【００２５】
この実施例の延長の実施例としては、図６に断面図を示すように、透過型空間変調器としての液晶表示素子１０に周期的に配置された赤色情報を表示する赤色表示画素１０Ｒ、緑色情報を表示する緑色表示画素１０Ｇ、青色情報を表示する青色表示画素１０Ｂに対応して、反射カラーフィルター１の着色透明体２を透過波長域がそれぞれ赤色、緑色、青色になるように繰り返し小領域１Ｒ、１Ｇ、１Ｂに分けて着色することにより、次のようなカラー画像表示が可能になる。
【００２６】
すなわち、液晶表示素子１０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５は、液晶表示素子１０の各画素１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ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１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂにつき、環境光５中の赤色、緑色、青色波長成分は同じ割合で強度変調を受けている。各画素１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂを強度変調を受けて透過した光は、赤色を表示する画素１０Ｒについては、反射カラーフィルター１の赤色反射領域１Ｒに入射し、その中の赤色波長成分のみが選択的に所定方向へ反射され、再度赤色を表示する画素１０Ｒを同じ変調を受けて背面側から表面側へ透過し、赤色画素表示光６Ｒとなる。同様に、緑色を表示する画素１０Ｇ、青色を表示する画素１０Ｇについては、それぞれ画素１０Ｇ、１０Ｂで強度変調を受けて透過した光は、反射カラーフィルター１の緑色反射領域１Ｇ、青色反射領域１Ｂに入射し、その中の緑色波長成分、青色波長成分のみが選択的に所定方向へ反射され、再度緑色を表示する画素１０Ｇ、青色を表示する画素１０Ｂを同じ変調を受けて背面側から表面側へ透過し、赤色画素表示光６Ｒと略同じ方向に進む緑色画素表示光６Ｇ、青色画素表示光６Ｂとなる。したがって、隣接する赤色表示画素１０Ｒ、緑色表示画素１０Ｇ、青色表示画素１０Ｂの３画素からなるカラー表示単位１９中の各画素１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂの変調状態の組み合わせによって３つの表示光６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ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１９の表示状態の組み合わせで表示光６Ｒ、６Ｇ、６Ｂの方向から観察可能なカラー画像が表示できる。
【００２７】
なお、反射カラーフィルター１の繰り返し小領域１Ｒ、１Ｇ、１Ｂに着色する色としては、赤色、緑色、青色の代わりに、シアン、マゼンタ、イエローを用いても、若干色純度は低下するが、それらの加法混色により任意の色が任意の輝度で表示可能となり、同様にカラー画像が表示できる。
【００２８】
ところで、以上の何れの実施例の表示装置においても、バックライトによる照明による表示も可能にできる。そのためには、反射カラーフィルター１のブレーズド面３に設けられる反射層４を半透過反射層４’（図７）に変更し、反射カラーフィルター１の背面にバックライト光源を配置するように変更すればよい。図７は図１の表示装置を上記に従って変更した変形例の断面図であり、図１の場合と異なる点は、反射カラーフィルター１のブレーズド面３に設けられる反射層を半透過反射層４’にし、その背面側にバックライト光源２０を配置した点である。なお、半透過反射層４’の反射率としては、限定するものではないが、例えば７０％で、透過率は３０％である。このような配置であるので、バックライト光源２０を消灯しているときは、図１で説明したように、環境光５による照明によって明るい所定の色、例えば緑色あるいはピンク色等の見やすい色で表示ができ、また、バックライト光源２０を点灯すると、その光源２０からの光が半透過反射層４’を透過し、上記の所定の色の光のみが着色透明体２を透過し、液晶表示素子１０の画素で変調を受けて背面側から表面側へ透過し、表示光６’となって観察者に達する。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５、図６の実施例の場合にも同様に適用できることは明らかであろう。
【００２９】
次に、図１、図５、図６、図７で用いている反射カラーフィルター１の変形例について説明する。その典型例として、図６の反射カラーフィルター１の変形例の断面図を図８に示す。この例においては、図２の着色透明体２の代わりにアクリル樹脂等の透明体２’を用い、そのブレーズド面３に反射層４を設けている。そして、透明体２’の反射層４と反対側の表面に着色層２１を設けている。この図の場合、着色層２１は、図６の場合の小領域１Ｒ、１Ｇ、１Ｂに対応した位置の赤色着色層２１Ｒ、緑色着色層２１Ｇ、青色着色層２１Ｂからなっている。なお、図１の反射カラーフィルター１の変形例の場合は、着色層２１は１色の着色層からなる。このように、着色透明体２の代わりに透明体２’を用い、その表面に着色層２１を設けた反射カラーフィルター１を用いても同様なカラー表示ができる。なお、着色層２１、２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂとしては、通常の吸収型のカラーフィルターと同様に、公知の顔料分散法、染色法、印刷法、電着法の何れかを用いて作製することができる。
【００３０】
また、以上の何れの実施例の表示装置においても、環境光５入射側（観察側）にその入射角を制限するためのルーバーを配置することができる。図９は、図７の配置において、液晶表示素子１０の観察側に入射角が所定の角度より大きな環境光５を制限するルーバー２２を配置した実施例の断面図である。ルーバー２２は透明板２３内に黒色の平面状の薄い吸収層２４を一定間隔で平行に配置してなるものであり、一定入射角度以上及び一定入射角度以下の光が吸収層２４に当たって吸収され透過できなくなるもので、透明板２３の厚さと吸収層２４間の間隔と透明板２３の平面に対する吸収層２４がなす角度とに応じて所定範囲の入射角度、例えば２５°±３０°の間の光のみを通す。したがって、ブレーズド面３の傾き角を例えば２５°に設定した反射カラーフィルター１の場合には、このルーバー２２によって、表示光６を遮断することなく、画面のぎらつきの原因となる入射角が例えば５５°より大きな環境光５を制限することができる。
【００３１】
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。なお、透過型空間光変調器としては、液晶表示素子以外にも公知の種々の透過型空間光変調器を用いることができるし、液晶表示素子としては、偏光板を用いたり偏光板を用いないでよい各種の液晶、例えば、ＴＮ、ＳＴＮ、反射型ＳＴＮ、電界誘起複屈折モード、Optically Compensated Bendモード、Heilmeier 型ゲストホストモード、二層型ゲストホストモード、αゲストホストモード、コレステリック・ネマチック相転移モード、高分子分散型モード等の液晶を用いた液晶表示素子であってもよい。
【００３２】
【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、透過型空間光変調器の背面に、裏面が断面鋸歯状をなす着色透明体と、着色透明体の裏面の断面鋸歯状の面に設けられた反射層とからなる反射カラーフィルターが配置され、透過型空間光変調器の前面に、所定の角度範囲の環境光を通し、その環境光が反射カラーフィルターの断面鋸歯状の面に設けられた反射層によって入射光とは異なる角度で反射され透過型空間光変調器を透過してなる表示光を通し、かつ、その所定の角度範囲より大きな環境光を制限するように構成されているルーバーが配置されているので、バックライト光源を用いなくとも、環境光を利用して、画面全体を同じ色で表示、又は、領域毎あるいは画素毎に異なる色の表示を行う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。
【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第１の実施例の断面図である。
【図２】図１の反射型カラー表示装置に用いられる反射カラーフィルターの断面図である。
【図３】視域を広げるための変形例を説明するための図である。
【図４】視域を広げるための別の変形例を説明するための図である。
【図５】第２の実施例の反射型カラー表示装置に用いられる反射カラーフィルターの平面図である。
【図６】第３の実施例の反射型カラー表示装置の断面図である。
【図７】第４の実施例の反射型カラー表示装置の断面図である。
【図８】反射カラーフィルターの変形例の断面図である。
【図９】第５の実施例の反射型カラー表示装置の断面図である。
【符号の説明】
１…反射カラーフィルター
１Ｒ、１Ｇ、１Ｂ…反射カラーフィルターの領域
２…着色透明体
２’…透明体
３…断面鋸歯状をなす面（ブレーズド面）
４…反射層
４’…半透過反射層
５…環境光
６、６Ｒ、６Ｇ、６Ｂ、６’…表示光
１０…液晶表示素子
１０Ｒ、１０Ｇ、１０Ｂ…画素
１１、１２…ガラス基板
１３…ブラック・マトリックス
１４…透明対向電極
１５…透明画素電極
１６…液晶層
１７、１８…偏光板
１９…カラー表示単位
２０…バックライト光源
２１、２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂ…着色層
２２…ルーバー
２３…透明板
２４…吸収層
３０…散乱層
３１…粒状物
【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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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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