(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
光変調素子の一方の側に反射膜を設けると共に、表示側となる他方の側に、複数色をシーケンシャルにフィルタリングする可変波長フィルタを設け、前記光変調素子を前記可変波長フィルタに同期させて光変調する反射型カラーディスプレイであって、
前記光変調素子は、ディスプレイの１画素を単位として設けられ、電圧印加により電極に生じる静電気力と該電極の弾性復帰により入射光、反射光の透過・吸収を行う電気機械式の光変調素子であることを特徴とする反射型カラーディスプレイ。
【請求項２】
前記可変波長フィルタは、第１カラー偏光板と直線偏光板に挟まれた第１ＴＮ液晶セルと、前記直線偏光板と第２カラー偏光板に挟まれた第２ＴＮ液晶セルとの２つのセルを一体とした構成であり、少なくとも黒(不透明）を出力する機能を有することを特徴とする請求項１記載の反射型カラーディスプレイ。
【請求項３】
前記可変波長フィルタは、第１カラー偏光板と直線偏光板に挟まれた第１可変位相差セルと、前記直線偏光板と第２カラー偏光板に挟まれた第２可変位相差セルとの２つのセルを一体とした構成であり、少なくとも黒（不透明）を出力する機能を有することを特徴とする請求項１記載の反射型カラーディスプレイ。
【請求項４】
前記可変波長フィルタは、第１直線偏光板とカラー偏光板に挟まれた第１可変位相差セルと、前記カラー偏光板と固定位相差板及び第２直線偏光板に挟まれた第２可変位相差セルとの２つのセルを一体とした構成であり、少なくとも黒（不透明）を出力する機能を有することを特徴とする請求項１記載の反射型カラーディスプレイ。
【請求項５】
前記可変位相差セルは、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、電傾効果液晶のいずれかの液晶からなることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の反射型カラーディスプレイ。
【請求項６】
前記可変位相差セルは、ネマチック液晶からなることを特徴とする請求項３又は請求項４記載の反射型カラーディスプレイ。
【請求項７】
前記可変波長フィルタは、赤、緑、青、非透過の少なくとも２つ以上の透過色を制御することを特徴とする請求項１〜請求項６のいずれか１項記載の反射型カラーディスプレイ。
【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、反射型カラーディスプレイに関し、特にディスプレイ構造を簡略化して低コストで高輝度、高精細なカラー表示を実現する技術に関する。
【０００２】
【従来の技術】
従来の反射型ディスプレイは、反射型ＬＣＤが代表的であり、ＧＨ−ＬＣＤ（ゲストホスト液晶）型、反射ＴＮ型等が知られている。
図２１は反射型ＧＨ−ＬＣＤの構成例である。反射側基板９１上には各画素に電位を供給するＴＦＴ９２が設けられ、絶縁性を有する平坦化膜９３を介してＲＧＢ３色対応の画素電極９４に夫々接続されている。画素電極９４（散乱性反射画素電極）はアルミ等の反射金属で形成され、更に見やすさを向上させるために電極表面に凹凸を設ける等して散乱性を付与してあり、散乱性反射機能も備えている。その上にＰＩ（ポリイミド）、ＳｉＯ膜等の配向膜９５が設けられている。
【０００３】
一方、表示側基板１０１には画素電極に対応してＲＧＢのカラーフィルタ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃが設けられ、画素間隙にはコントラストを強調するブラックマスク１０３を設けている。これらカラーフィルタ１０２ａ、１０２ｂ、１０２ｃ及びブラックマスク１０３の表示側基板１０１の反対面に、透明共通電極１０４と配向膜１０５が形成される。
以上の反射側基板９１と反対側の表示側基板１０１を対向させ、スペーサ（図示せず）を介して貼り合わせ、そのギャップに二色性色素が添加された液晶１０６が注入される。この液晶は、例えばツイスト配向ネマテック液晶、ＰＣ（コレステリック・ネマティック相転移）型液晶等が使用される。
【０００４】
図２２は図２１に示す反射型ＬＣＤの動作説明図である。この場合、中央の画素の電極間のみ電圧が印加され、左右の画素の電極間電圧はゼロとしている。このとき、左右の画素の液晶分子が基板に対して平行にツイスト配向しているため、添加された色素分子も同様に配列し、入射光は吸収される。
一方、中央の画素の液晶分子は基板に対して垂直に配向し、色素分子も同様に配列することにより入射光は透過して反射電極９４により散乱反射して再び表示側に出射される。このため、任意のカラー画像を反射表示させることができる。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】
しかしながら、上記従来の反射型ＬＣＤの構成にあっては、カラーフィルタにより入射光の約２／３が吸収されてしまい、有効な光は約１／３に減少することになる。また、カラーフィルタは当然必要となるので、パネル製造工程での負担が大きいという問題があった。
更に、Ｒ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタを平行配置しているため、１画素内を３つの画素変調要素に分割する必要性がある。このため、表示面積、画素数が一定の場合は、画素変調要素の数が３倍となって、より高精細な素子形成が要求されるため、製造コストが上昇するという問題があった。
そして、開口率が低下するために反射光が低減し、また、画素変調要素の数が３倍となることから、画像信号駆動回路も３倍となり駆動回路のコストも大幅に増大するという問題があった。
【０００６】
本発明は、このような従来の問題点に鑑みてなされたもので、ディスプレイ構造を簡略化し、パネル作製工程の簡素化、低コスト化を可能にし、高輝度、高精細なカラー表示が可能となる反射型カラーディスプレイを提供することを目的としている。
【０００７】
【課題を解決するための手段】
上記目的達成のため、請求項１の反射型カラーディスプレイは、光変調素子の一方の側に反射膜を設けると共に、表示側となる他方の側に、複数色をシーケンシャルにフィルタリングする可変波長フィルタを設け、前記光変調素子を前記可変波長フィルタに同期させて光変調する反射型カラーディスプレイであって、前記光変調素子は、ディスプレイの１画素を単位として設けられ、電圧印加により電極に生じる静電気力と該電極の弾性復帰により入射光、反射光の透過・吸収を行う電気機械式の光変調素子であることを特徴としている。
【０００８】
この構成によれば、透過色が変更可能な可変波長フィルタによりシーケンシャルにフィルタリングすると共に、光変調素子を可変波長フィルタに同期させることで、カラー表示を可能にすることができる。また、従来カラーフィルタにより３分割されていた画素領域を１個の光変調素子でカバーすることによって、広い開口率によるカラー表示とパネル作製の低コスト化を実現することができる。そして、前記変調素子が電気機械式の光変調素子であることにより、入射光、反射光の透過・吸収を電気機械式の光変調素子のオン・オフに同期して行うことで、可変波長フィルタによるカラー表示を行うことができる。
【００１７】
請求項２の反射型カラーディスプレイは、前記可変波長フィルタが、第１カラー偏光板と直線偏光板に挟まれた第１ＴＮ液晶セルと、前記直線偏光板と第２カラー偏光板に挟まれた第２ＴＮ液晶セルとの２つのセルを一体とした構成であり、少なくとも黒(不透明）を出力する機能を有することを特徴としている。
【００１８】
この構成によれば、第１及び第２カラー偏光板の分光透過特性と、第１及び第２ＴＮ液晶セルの透過・吸収による二重変調によって、少なくとも黒（不透明）を出力することができ、さらに、カラー透過光を出射させることができる。
【００１９】
請求項３の反射型カラーディスプレイは、前記可変波長フィルタが、第１カラー偏光板と直線偏光板に挟まれた第１可変位相差セルと、前記直線偏光板と第２カラー偏光板に挟まれた第２可変位相差セルとの２つのセルを一体とした構成であり、少なくとも黒（不透明）を出力する機能を有することを特徴としている。
【００２０】
この構成によれば、第１、第２カラー偏光板の分光透過特性と、第１、第２の可変位相差セルの透過・吸収による二重変調により、少なくとも黒（不透明）を出力することができ、さらに、カラー透過光を出射させることができる。
【００２１】
請求項４の反射型カラーディスプレイは、前記可変波長フィルタが、第１直線偏光板とカラー偏光板に挟まれた第１可変位相差セルと、前記カラー偏光板と固定位相差板及び第２直線偏光板に挟まれた第２可変位相差セルとの２つのセルを一体とした構成であり、少なくとも黒（不透明）を出力する機能を有することを特徴としている。
【００２２】
この構成によれば、カラー偏光板の分光透過特性と、第１、第２の可変位相差セルの透過・吸収による二重変調により、少なくとも黒（不透明）を出力することができ、さらに、カラー透過光を出射させることができる。
【００２３】
請求項５の反射型カラーディスプレイは、前記可変位相差セルが、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、電傾効果液晶のいずれかの液晶からなることを特徴としている。
【００２４】
この構成によれば、印加電圧の極性に応じて高速に液晶分子の光軸を変化させることができるため、より高速なカラー表示が可能となる。
【００２５】
請求項６の反射型カラーディスプレイは、前記可変位相差セルが、ネマチック液晶からなることを特徴としている。
【００２６】
この構成によれば、可変位相差セルをネマチック液晶により構成することで、強誘電性液晶であるために、素子化における配向処理が比較的容易となり、温度依存性を小さくすることができる。
【００２７】
請求項７の反射型カラーディスプレイは、前記可変波長フィルタが、赤、緑、青、非透過の少なくとも２つ以上の透過色を制御することを特徴としている。
【００２８】
この構成によれば、可変波長フィルタの第１、第２液晶セルへの印加電圧を適宜選択することにより、透過色を赤、緑、青、非透過としてカラー光の出射・非出射を制御することができる。
【００２９】
【発明の実施の形態】
以下、本発明の各実施形態について図面を参照して説明する。
図１は本発明の第１実施形態に係る反射型カラーディスプレイの構成図で、図２は図１に示す可変波長フィルタの動作を説明する図である。
本実施形態の反射型カラーディスプレイ１においては、図１に示すように可変波長フィルタ２と反射型ＬＣＤ３を備えている。
【００３０】
可変波長フィルタ２は、従来のＲ、Ｇ、Ｂカラーフィルタに代わるものであり、詳細は後述する。この可変波長フィルタ２は、反射型ＬＣＤ３の表示面側に設けられている。
反射型ＬＣＤ３の、反射側基板１０上に配置されたＴＦＴ１１、平坦化膜（絶縁膜）１２、散乱性反射画素電極１３、配向膜１４、表示側基板２０上に配置されたブラックマスク２１、透明共通電極２２、配向膜２３、及び液晶層２４の各構成要素は周知技術のもので構成することができる。
ここで、図２１に示す反射型ＬＣＤと明らかに異なる点は、Ｒ、Ｇ、Ｂ各色毎のカラーフィルタを備えず、画素がＲ、Ｇ、Ｂ各色に分離されず１画素に対して１つの画素変調要素で構成されている点である。従って、図１の場合は全体の表示面積が等しく、画素数が等しい場合、１つの画素変調要素は図２１の構成の反射型ＬＣＤと比較すると約３倍の面積となる。
【００３１】
次に、本実施形態の可変波長フィルタ２ａを説明する。
図２(a)は可変波長フィルタの動作を説明する図であり、図２(b)は可変波長フィルタの波長に対する透過率を示す図である。可変波長フィルタ２ａは、図２(a)に示すように制御電圧Ｖcの印加によってフィルタ自身の透過波長が変化する素子である。本実施形態では、図２(b)に示すように、Ｖc＝ＶBの印加で青色が透過し、Ｖc＝ＶGの印加で緑色が透過し、Ｖc＝ＶRの印加で赤色が透過し、Ｖc＝ＶKの印加で可視光を非透過にするように動作する可変波長フィルタ２を使用する。この可変波長フィルタ２ａは、表示全面に亘ってその透過波長が変化するものであり、画素等に分離される構成ではない。
【００３２】
次に、反射型カラーディスプレイの動作原理について説明する。
図３に、図１及び図２に示す反射型カラーディスプレイ１の動作を説明するタイミングチャートを示した。図３によれば、１フィールド内を赤の表示、緑の表示、青の表示の３つの期間に分割している。即ち、フィールドシーケンシャル表示を行う。
具体的には、まず、可変波長フィルタ２を非透過（Ｖc＝ＶK）に制御し、その期間内にＬＣＤ３には赤の画像データを書き込む。通常、行順次に走査しながら各画素にデータが書き込まれる。次に、液晶の応答時間（遷移期間）を待って、可変波長フィルタ２の透過波長を赤（Ｖc＝ＶR）に制御する。これにより、赤の画像表示が行われる。
赤の表示期間の後、同様な手順で可変波長フィルタ２の透過波長を、緑（Ｖc＝ＶG）、青（Ｖc＝ＶB）にそれぞれ制御して、緑、青の表示を行う。
このような原理で、カラーフィルタ無しで、マルチカラーやフルカラーの反射型表示が可能となる。
【００３３】
通常、フリッカ（チラツキ）を発生させないためには、フィールド期間を１７ms（１／６０sec）以下に設定する必要がある。従って、各色の書き込み、表示期間は約６ｍｓ以下とする必要がある。このため実際には、データ書き込み期間を１ms以下、液晶の応答を２〜３ms以下にする必要があり、ＴＦＴにはポリシリコンのような高速スイッチトランジスタを用いることが好ましく、このような液晶として、Ｒ−ＯＣＢ配向モード液晶(Digest of AM-LCD '95, p.27, 1995参照）、コレステリック液晶、強誘電性液晶、反強誘電性液晶等の高速応答液晶が好ましい。
【００３４】
ここで、上記Ｒ−ＯＣＢ配向モード液晶による反射型カラーディスプレイの構成例を図４に示した。
このＲ−ＯＣＢ配向モード液晶による反射型ＬＣＤ４は、表示側透明基板２０の外側に、位相差フィルム３１、偏光板３２を積層した構成になっている。液晶として、反射電極１０側が基板に垂直な配向、透明電極２２側が基板に平行な配向となったハイブリッド配向を用いる。
この例では電界印加により見かけの複屈折率が変化し、付加された位相差フィルム３１、偏光板３２により透過率を波長依存性なく変化させることが可能である。
【００３５】
本実施形態によれば、可変波長フィルタ２の採用によってＲ、Ｇ、Ｂのカラーフィルタが不要になるので、パネル構成が簡素化されると共に開口率が拡大され、高輝度、高精細なカラー表示が可能となる。
尚、可変波長フィルタ２の動作原理として、図３に示すように加法混色によるＲＧＢのフィールドシーケンシャル表示を示したが、減法混色によるＹＭＣのフィールドシーケンシャル表示でも良く、また、これらの組合わせであっても良い。
さらに、液晶モードは上記以外のものでも良く、ＬＣＤの構成も各種液晶モードに適した構成であれば何れでもよい。
【００３６】
次に、電気機械式の光変調素子を用いた本発明の第２実施形態を説明する。
図５は本実施形態に係る電気機械式の光変調素子の斜視図であり、図６は図５に示す光変調素子の動作説明図である。第１実施形態では光変調素子として反射型ＬＣＤを用いたが、本実施形態においては、光変調素子としてマイクロマシンプロセスにより形成される電気機械式の反射型光変調素子アレイで構成している。
【００３７】
具体的には、図５に示すように光変調素子は、クロム等の金属、又は透明導電膜にカーボン樹脂等を積層した構造の光吸収性電極５１、該光吸収性電極を支持する片持ち梁５２、絶縁性支柱５３、光吸収膜５４、透明絶縁膜５５、入射光を散乱させることができる散乱性反射電極５６が基板５７上に形成され、さらに個々の光変調素子が一次元又は二次元に配列される。
この光変調素子の動作としては、まず、図６(a)に示すように両電極間に電圧を印加しない場合は、光吸収電極５１により入射光は吸収される。一方、図６(b)に示すように両電極間に電圧を印加した場合は、両電極間に働く静電気力により光吸収電極５１が撓み、入射光は散乱性反射電極５６（表面凹凸形状のアルミ等で形成）により反射される。また、再度電圧をゼロにすると梁の弾性により光吸収電極５１は元の位置に復帰する。このようにして、光変調素子５は反射型ＬＣＤと同様な素子として動作する。
また、上記以外の素子であっても、同等な光変調機能があれば如何なる反射形光変調素子でも適用可能であり、本実施形態によっても、前記第１実施形態と同様な作用効果を奏することができる。
【００３８】
次に、可変波長フィルタを用いた本発明の第３実施形態を説明する。
図７に本実施形態の可変波長フィルタ２ｂの構成を示した。可変波長フィルタ２ｂは、入射光側から第１カラー偏光板６１、第１ＴＮ液晶セル６２、直線偏光板６３、第２ＴＮ液晶セル６４、第２カラー偏光板６５を備えており、実際には各構成部材は貼合わせられて一体化されている。尚、入射光は白色の自然光とする。
【００３９】
図７に示す第１カラー偏光板６１及び第２カラー偏光板６５は、ヨウ素、染料等の２色性色素が透明基材に配向された偏光フィルタである。第１カラー偏光板６１の特性は、図８(a)に示すように偏光軸が紙面に垂直な成分の光は青色が透過し、その他の波長は吸収される。また、偏光軸が紙面に平行な成分の光はイエローが透過し、その他の波長は吸収される。従って、入射光が白色光線である場合、第１カラー偏光板６１を透過する光は青又はイエローの着色光となる。
第２カラー偏光板６５の特性は図８(b)に示すように、偏光軸が紙面に垂直な成分の光は赤色が透過し、その他の波長は吸収される。また、偏光軸が紙面に平行な成分の光はシアンが透過し、その他の波長は吸収される。
【００４０】
直線偏光板６３は可視光の波長領域全体においてニュートラルな透過特性を有する直線偏光板であって、その透過偏光軸は紙面に垂直である。通常、モノカラー偏光板を２枚使用して吸収軸を９０°回転させて貼り合わせた２色カラー偏光板、例えば、青とイエロー、又は赤とシアン等のカラー偏光板は、ニュートラルな直線偏光板と組合わせてカラー表示に使用される。
第１ＴＮ液晶セル６２、第２ＴＮ液晶セル６４は、画素分割されていない透過型のＴＮ液晶セルである。各々のＴＮ液晶セルの電極には液晶駆動用の交流電源が接続されており、その印加電圧をＶ１、Ｖ２とする。
【００４１】
第１ＴＮ液晶セル６２は、Ｖ１＝０のとき、入射側の液晶配向方向が紙面に平行で、出射側の液晶配向方向が紙面に垂直になるように配置する。また、第２ＴＮ液晶セル６４は、Ｖ２＝０のとき、入射側の液晶配向方向が紙面に垂直で、出射側の液晶配向方向が紙面に平行になるように配置する。
これらの第１ＴＮ液晶セル６２と、第２ＴＮ液晶セル６４は共に、電圧無印加時（ＯＦＦ）には入射光の紙面に垂直な成分の光は偏光軸が９０°回転し、出射光は紙面に平行な成分の光となる。同様に、入射光の紙面に平行な成分の光は、その出射光が紙面に垂直な成分の光となる。
また、適当な電圧を印加すると（ＯＮ）、液晶分子は基板に垂直な配向となり、入射光は光学的変化することなく出射される。
【００４２】
この場合の各液晶セルの駆動条件は、「ＯＦＦ」と「ＯＮ」の２通りであり、第１ＴＮ液晶セル６２、第２ＴＮ液晶セル６４の駆動条件の組合わせは全部で４通りである。
即ち、第１カラー偏光板６１、第１ＴＮ液晶セル６２、直線偏光板６３の構成で、第１ＴＮ液晶セル６２の駆動条件が「ＯＦＦ」のときにイエローを選択通過し、「ＯＮ」のときに青を選択通過する。また、直線偏光板６３、第２ＴＮ液晶セル６４、第２カラー偏光板６５の構成で、第２ＴＮ液晶セル６４の駆動条件が「ＯＦＦ」のときにシアンを選択透過し、「ＯＮ」のときに赤を選択透過する。
【００４３】
本実施形態の可変波長フィルタ２ｂは、これら２つのダブルの構成要素が直列に構成されたものであり、従って、各々のＴＮ液晶セル６２、６４の駆動条件と可変波長フィルタ２ｂの出射光の状態は、図９に示す各状態に纏めることができる。
即ち、第１ＴＮ液晶セル６２、第２ＴＮ液晶セル６４共に「ＯＦＦ」の場合は出射光は緑、第１ＴＮ液晶セル６２が「ＯＦＦ」で、第２ＴＮ液晶セル６４が「ＯＮ」の場合は出射光は赤、第１ＴＮ液晶セル６２が「ＯＮ」で、第２ＴＮ液晶セル６４が「ＯＦＦ」の場合は出射光は青、両方共に「ＯＮ」の場合は不透明、となる。このように、第１ＴＮ液晶セル６２と第２ＴＮ液晶セル６４を制御することによって、可変波長フィルタ２ｂの透過スペクトルを色の３原色である赤、緑、青に任意選択でき、また、不透明とすることもできる。
【００４４】
尚、図１に示す本発明に使用する反射光に関しては、カラーディスプレイの全体的な動作としてみると、本実施形態の図７における第２カラー偏光板６５からの出射光は、図１に示すような反射型ＬＣＤ３の構成要素である光変調部の散乱性反射画素電極で反射される。そして、その反射光は再度、図７の右側から第２のカラー偏光板６５、第２ＴＮ液晶セル６４、直線偏光板６３、第１ＴＮ液晶セル６２、第１カラー偏光板６１、の順に透過することになる。
この場合であっても先の場合と同様な透過スペクトル特性が得られ、表示が可能なことは自明である。但し、この反射の場合は、往復の透過であるため、透過スペクトルは１回の透過スペクトルに比べて透過率は多少低下することもあるが、カラー偏光板の透過率を十分に高く設定すれば問題はない。
また、液晶セルの駆動電圧を十分高めることにより、応答時間を速めることが可能である。
【００４５】
また、図７に示す可変波長フィルタ２ｂの更なる高速化のためには、例えば液晶素子として表面安定化強誘電性液晶ＳＳＦＬＣ等の利用が可能である。
図１０は図７に示すＴＮ液晶セルを可変位相差セルであるＳＳＦＬＣに置き換えた場合の、液晶セルを入射側から見た平面図である。図１０(a)はＳＳＦＬＣ適当な電圧＋Ｖｄを印加した場合の液晶分子の配向方向７１と、可変位相差セルの光軸方向７２を示している。液晶分子の配向方向７１は、図７における紙面に平行な軸から４５°の角度となるように設定されており、このような配向方向となるように可変位相差セルが調整されている。
一方、図１０(b)はＳＳＦＬＣに極性が反対の適当な電圧−Ｖｄを印加した場合の液晶分子の配向方向７１と、可変位相差セルの光軸方向７２を示しており、図７における紙面に平行な軸に配向方向が一致する（０゜の角度となる）ように液晶が配向され、可変位相差セルが調整されている。
【００４６】
このＳＳＦＬＣは、印加電圧が＋Ｖｄの場合、液晶セルのリターデーションＲ（＝Δｎｄ、但し、ｄ：セルギャップ、Δｎ：液晶の複屈折率）を２５０[nm]に設定することにより、液晶セル６は複屈折板として機能する。従って、図７における紙面に平行な成分の光が入射された場合、透過光の殆どが紙面に垂直な成分の光となる。これとは逆に、紙面に垂直な成分の光が入射された場合、透過光の殆どが紙面に平行な成分の光となる。
一方、印加電圧が−Ｖｄの場合、見かけの複屈折はゼロとなり、セルの入射光は、その性質を変えずにセルを透過する。
上記の原理から、各ＳＳＦＬＣの（＋Ｖｄ、−Ｖｄ）の駆動条件と可変波長フィルタの出射光の状態は図１１に示すようになり、緑、赤、青、不透明を任意選択することができる。  また、この例では液晶素子としてＳＳＦＬＣを使用したが、単安定ＦＬＣ、反強誘電性液晶、電傾（エレクトロクリニック）効果液晶等、印加電圧の極性に応じて高速に液晶分子の光軸を変化できる液晶も使用可能である。
【００４７】
尚、この場合の可変波長フィルタをカラーディスプレイに使用する場合、可変波長フィルタの偏光軸によって透過スペクトルが異なるので、光変調素子としての反射型ＬＣＤには偏光に依存しない方式のものが望ましい。具体的には、前述のような反射型ＧＨ−ＬＣＤ等が好ましい。
また、前述のような光変調素子として偏光に依存しない反射型の電気機械式の光変調素子が好ましい。
【００４８】
次に、他の可変波長フィルタを用いた本発明の第４実施形態を説明する。
図１２は本実施形態に係る可変波長フィルタ２ｃの構成図である。可変波長フィルタ２ｃは、入射光側から第１直線偏光板８１、第１可変位相差セル８２、カラー偏光板８３、第２可変位相差セル８４、固定位相差板８５、第２直線偏光板８６、の順に構成されている。実際にはこれら８１〜８６の各構成部材が貼り合わせられて一体化されている。尚、入射光は白色の自然光とする。
【００４９】
図１３は図１２に示す第１可変位相差セルの入射側から見た平面図である。
第１可変位相差セル８２はネマチック液晶の複屈折特性を利用する。電圧無印加時は第１可変位相差セル８２の液晶は基板に平行に配向し、その配向方向７３は第１直線偏光板８１の偏光軸７４から４５°の方向である。液晶分子は複屈折体であり先の配向方向と複屈折の光軸と一致する。
ここで、液晶セルの複屈折をΔｎ、セル厚ｄ[nm]、光の波長をλ[nm]とし、第１可変位相差セル８２を偏光軸が互いに直交する直線偏光板で挟んで配置したときの透過スペクトルＴｓは、（１）式で表される。
Ｔｓ＝ｓｉｎ2（πΔｎｄ／λ）          ……（１）
【００５０】
電圧無印加時のセルのリターデーションＲ（＝Δｎｄ）を２５０[nm]に設定すると、可変位相差セルに入射された光は可視光全域において略均一に透過する。図１４はその透過スペクトルを示す図である。
また、第１可変位相差セル８２に適当な電圧を印加すると、液晶分子は殆ど基板に垂直に配向し、見かけの複屈折Δｎは略ゼロになる。従って、入射光は性質を殆ど変えることなくセル８２を透過する。
このように、入射光は、第１直線偏光板８１により紙面に平行な成分の光のみとなり、第１可変位相差セル８２によって、第１可変位相差セル８２の電圧無印加時は偏光軸が９０°回転し、紙面に垂直な成分の光が透過する。一方、第１可変位相差セル８２の電圧印加時は紙面に平行な成分の光が透過する。
【００５１】
図１５は図１２に示すカラー偏光板８３の透過スペクトルである。カラー偏光板８３の透過スペクトルは、紙面に平行な成分の光は５５０[nm]より短波長域を透過し、紙面に垂直な成分の光は４８０[nm]より長波長域を透過する。
図１６は図１２に示す第２可変位相差セル８４の入射側から見た平面図である。この第２可変位相差セル８４の基本構成は第１の可変位相差セル８２と同じであり、第２可変位相差セルの光軸７５は第１直線偏光板の偏光軸から４５゜の方向である。但し、電圧無印加時のセルのリターデーションＲ（＝Δｎｄ）は１６０[nm]に設定してある。ここで、第２可変位相差セル８４に適当な電圧を印加すると、液晶分子は基板に対して垂直に配向し、見かけの複屈折Δｎは略ゼロになる。従って、入射光は性質を殆ど変えることなく第２可変位相差セル８４を透過する。
【００５２】
図１７は図１２に示す固定位相差板８５の入射側から見た平面図である。固定位相差板８５の光軸７６は第１可変位相差セル８２と同じく、第１直線偏光板８１の偏光軸７４から４５°の方向である。また、このリターデーションＲ（＝Δｎｄ）は１１００[nm]に設定している。
以上のことに基づいて、第２可変位相差セル８４と固定位相差板８５を偏光軸が互いに直交、又は平行する直線偏光板で挟んで配置したときの透過スペクトルを図１８に示す。
ここで、図１８(a)に示すように、第２可変位相差セル８４がＯＦＦ（Ｖ２：無印加）のとき、両者の総合リターデーションＲは、１６０[nm]＋１１００[nm]＝１２６０[nm]となる。また、図１８(b)に示すように、第２可変位相差セル８４がＯＮ（Ｖ２：印加）のとき、両者の総合リターデーションＲは固定位相差板８５のリターデーションである１１００[nm]となる。
また、直線偏光板が直交配置の場合は、その透過率Ｔｓが（１）式に従い、平行配置の場合は、その透過率Ｔｐは（２）式で表されるものとなる。
Ｔｐ＝１−Ｔｓ              ……（２）
【００５３】
図１９は各要素原理に基づいた総合的な可変波長フィルタの透過スペクトルである。図１９(a)の場合は、第１可変位相差セル８２がＯＮ（Ｖ１：印加）、第２可変位相差セル８４もＯＮ（Ｖ２：印加）のときに、青色領域の波長を透過する。図１９(b)の場合は、第１可変位相差セル８２がＯＦＦ（Ｖ１：無印加）で第２可変位相差セル８４がＯＮ（Ｖ２：印加）のときに、緑色領域の波長を透過する。また、図１９(c)の場合は、第１可変位相差セル８２がＯＦＦ（Ｖ１：無印加）で第２可変位相差セル８４がＯＦＦ（Ｖ２：無印加）のときで、赤色領域の波長を透過する。
【００５４】
上記特性の可変波長フィルタ２ｃにより、第１可変位相差セル８２及び第２可変位相差セル８４の印加電圧を制御することで、３原色である赤、緑、青を任意に選択できる。尚、印加電圧を高めることで高速化が可能である。また、先に挙げた液晶の他にもＴＮ液晶、ハイブリット配向ネマチック液晶等で見かけの複屈折変化を利用した液晶で構成することも可能である。
【００５５】
尚、更なる高速化のためには、液晶としてＳＳＦＬＣ等の利用も可能である。
図２０にＳＳＦＬＣを用いた場合の可変位相差セルを入射側から見た平面図を示した。これは即ち、図１２に示した第１可変位相差セル８２と、第２可変位相差セル８４をＳＳＦＬＣで置き換えた例である。
図２０(a)はセルに適当な電圧＋Ｖｄを印加した場合の液晶分子の配向方向７１、即ち光軸の位置を示している。液晶分子の配向方向７１は、第１直線偏光板８１の偏光軸７４から４５°の方向となるように設定されており、このような配向方向となるように可変位相差セルが調整されている。
一方、図２０(b)はセルに極性が反対の適当な電圧−Ｖｄを印加した場合の液晶分子の配向方向、即ち光軸の位置を示している。液晶分子の配向方向７１は、第１直線偏光板８１の偏光軸７４に一致する（０°の角度となる）ように液晶が配向され、可変位相差セルが調整されている。
【００５６】
このＳＳＦＬＣを用いた可変位相差セルによれば、印加電圧＋Ｖｄの場合、セルのリターデーションＲ（＝Δｎｄ）を前述のように選択することによって複屈折板として機能させることができる。一方、印加電圧が−Ｖｄの場合、第１直線偏光板８１の偏光軸７４とセルの光軸７７が一致するため、入射光は性質を殆ど変えることなく透過する。従って、前述と同様に可変波長フィルタ２ｃの構成原理が適用できる。
また、この例では液晶素子としてＳＳＦＬＣを使用したが、単安定ＦＬＣ、反強誘電性液晶、電傾（エレクトロクリニック）効果液晶等、印加電圧の極性に応じて高速に液晶分子の光軸を変化できる液晶も使用可能である。
【００５７】
尚、図１２に示す構成のような可変波長フィルタ２ｃによれば、対象とする光の偏光軸が固定されているので、光変調素子としては、偏光を利用するタイプが好ましい。例えば、光変調素子として偏光板を表面に配置させるＲ−ＯＣＢ液晶素子や、反射ＴＮ型液晶素子等がより好ましく、これらの液晶素子の直線偏光板と、可変波長フィルタの直線偏光板との兼用が可能であり、経済的な構成とすることができる。
【００５８】
上記説明においては、ＴＦＴ駆動の反射型ＬＣＤを用いる例について言及してきたが、これ以外にも、例えば、より低価格の表示ディスプレイ等に用いられる２端子型アクティブエレメントであるＭＩＭ(Metal Insulator Metal)を用いたＬＣＤ等を変調素子に適用することも可能である。
また、強誘電性液晶、反強誘電性液晶、コレステリック液晶等の高速液晶を用いた単純マトリクス型のＬＣＤ等を変調素子に適用することも可能である。
【００５９】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明によれば、反射型ＬＣＤあるいは電気機械式変調素子アレイ等を用いた変調素子の前面にカラー偏光板、液晶素子、直線偏光板等で構成する可変波長フィルタを設け、複数色をシーケンシャルにフィルタリングし、可変波長フィルタと同期させつつ、１画素毎に設けられた光変調素子を設けた反射型ディスプレイを構成したので、各色毎のカラーフィルタが不要になり光変調素子の製造工程コストを低減することができる。
【００６０】
また、表示面積、画素数を一定とした場合、光変調素子の画素変調要素の数が１／３で済み、開口率を拡大できると共に画像信号ドライバーＩＣの数を１／３に低減できるため、発光効率が向上し、コストが低減され、変調素子の配線パターン密度の低減による歩留まりを向上させることができる。
さらに、従来と同じ画素変調要素サイズ、配線パターン密度であれば、３倍の高精細表示が可能になる。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の第１実施形態に係る反射型ディスプレイの構成図である。
【図２】図１に示す可変波長フィルタの説明図である。
【図３】図１に示す反射型ディスプレイの動作を説明するタイミングチャートである。
【図４】図１に示す反射型ＬＣＤにＲ−ＯＣＢ配向モード液晶を用いた例を示す図である。
【図５】本発明の第２実施形態に係る電気機械式反射変調素子の斜視図である。
【図６】図５に示す電気機械式反射変調素子の動作説明図である。
【図７】本発明の第３実施形態に係る可変波長フィルタの構成図である。
【図８】図７に示すカラー偏光板の分光特性を示す図である。
【図９】図７に示す可変波長フィルタの出射光の状態を示す図である。
【図１０】表面安定化強誘電性液晶を用いた液晶セルを入射側から見た平面図である。
【図１１】図１０に示す液晶セルの出射光の状態を示す図である。
【図１２】本発明の第４実施形態に係る可変波長フィルタの構成図である。
【図１３】図１２に示す第１可変位相差セルの入射側から見た平面図である。
【図１４】図１２に示す第１可変位相差セルを偏光軸が互いに直交する直線偏光板で挟んで配置したときの透過スペクトルを示す図である。
【図１５】図１２に示すカラー偏光板の透過スペクトルを示す図である。
【図１６】図１２に示す第２可変位相差セルの入射側から見た平面図である。
【図１７】図１２に示す固定位相差板の入射側から見た平面図である。
【図１８】図１２に示す第２可変位相差セルと固定位相差板を偏光軸が互いに直交、または平行する直線偏光板で挟んで配置したときの透過スペクトルを示す図である。
【図１９】図１２に示す可変波長フィルタの透過スペクトルを示す図である。
【図２０】表面安定化強誘電性液晶を用いた可変位相差セルを入射側から見た平面図である。
【図２１】従来の反射型ＬＣＤディスプレイの構成図である。
【図２２】図２１に示す反射型ＬＣＤの動作説明図である。
【符号の説明】
１  反射型カラーディスプレイ
２，２ａ，２ｂ，２ｃ  可変波長フィルタ
３、４  反射型ＬＣＤ
５  電気機械式変調素子アレイ
６１  第１カラー偏光板
６２  第１ＴＮ液晶セル
６３  直線偏光板
６４  第２ＴＮ液晶セル
６５  第２カラー偏光板
８１  第１直線偏光板
８２  第１可変位相差セル
８３  カラー偏光板
８４  第２可変位相差セル
８５  固定位相差板
８６  第２直線偏光板
【図１】
0003787742.tif 000002
【図２】
0003787742.tif 000003
【図３】
0003787742.tif 000004
【図４】
0003787742.tif 000005
【図５】
0003787742.tif 000006
【図６】
0003787742.tif 000007
【図７】
0003787742.tif 000008
【図８】
0003787742.tif 000009
【図９】
0003787742.tif 000010
【図１０】
0003787742.tif 000011
【図１１】
0003787742.tif 000012
【図１２】
0003787742.tif 000013
【図１３】
0003787742.tif 000014
【図１４】
0003787742.tif 000015
【図１５】
0003787742.tif 000016
【図１６】
0003787742.tif 000017
【図１７】
0003787742.tif 000018
【図１８】
0003787742.tif 000019
【図１９】
0003787742.tif 000020
【図２０】
0003787742.tif 000021
【図２１】
0003787742.tif 000022
【図２２】
0003787742.tif 000023