JPH09138396A

JPH09138396A - 反射型液晶表示装置

Info

Publication number: JPH09138396A
Application number: JP7295570A
Authority: JP
Inventors: Atsushi Sato; 敦佐藤; Susumu Takahashi; 進高橋; Takashi Nishihara; 隆西原; Norihiro Kou; 徳寛康; Takashi Mizobuchi; 隆溝渕
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1995-11-14
Filing date: 1995-11-14
Publication date: 1997-05-27

Abstract

(57)【要約】【課題】液晶パネルの入射光を正反射光からずれた方
向に回折反射させて表示画像と外部光源光との重なりを
なくし、明るく、且つコントラストの高い表示画像を得
る反射型液晶表示装置を提供する。【解決手段】反射型液晶表示装置１は印加電圧に応じ
て入射光を変調する液晶パネル２と、その背面に、入射
光４の正反射光５の反射方向からずれた方向に入射光４
の大部分を回折反射させる体積位相反射型ホログラム３
とを配置したものからなる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】本発明は、反射型液晶テレ
ビ，反射型液晶モニタ等の反射型液晶パネルを使った画
像表示装置に利用でき、特に電卓，携帯電話，ポケット
ベル，機器インジケータ等の液晶表示装置において機器
本体の消費電力を増やすことなく表示画像の視認性，明
るさ及びコントラストを向上し得る反射型液晶表示装置
に関する。

【０００２】

【従来の技術】反射型液晶表示装置は液晶パネルの背面
に光散乱性の反射板もしくは反射フイルム等の反射体を
擁し、入射光を散乱反射させて液晶パネル上の表示画像
等を観察者に視認させるように構成されている。この反
射体は明るく、且つコントラストの高い画像を表示する
ため反射率が高く、且つある程度の指向性を持つことが
好ましい。そのため、従来の反射体はマット状に加工し
た金属面を有するものから形成されていた。

【０００３】

【発明が解決しようとする課題】然し乍ら、従来の金属
面を有する反射体の場合、入射光の正反射方向に最も強
い反射光が生ずる。従って、正反射方向では照明光源の
反射像が液晶パネルの表示画像と重なり、画像の視認性
が低下する問題点がある。そのため、従来では正反射方
向と少しずれた方向で画像を観察せざるを得ない。従っ
て、従来の技術では明るい画像を観察することができな
い問題点がある。また、反射型液晶表示装置は機器のメ
ータ表示やインジケータ等に使用される場合が多く、カ
ラーフィルタを用いたカラー画像表示が機能上およびコ
スト上採用できない問題点がある。

【０００４】本発明は、以上の問題点を解決するもの
で、照明光源の反射像と表示画像とを視角的に分離し、
且つ最も明るい位置で観察者が表示画像を観察すること
ができる反射型液晶表示装置を提供することを目的とす
る。

【０００５】

【課題を解決するための手段】本発明は、以上の目的を
達成するために、印加電圧に応じて入射光を変調する液
晶パネルと、その背面に配置され変調された入射光を反
射して前記液晶パネル側に出射する反射板とを備えた反
射型液晶表示装置であって、前記反射板は、体積位相反
射型ホログラムからなる回折反射層を含んでおり、正反
射方向からずれた方向に入射光を回折反射する反射型液
晶表示装置を構成するものである。前記回折反射層は、
異なる空間周波数を有する複数の体積位相反射型ホログ
ラムを多重化又は多層化した複合構造を有し、白色入射
光を回折反射することを特徴とする。また、前記回折反
射層は、異なる空間周波数を有する複数の体積位相反射
型ホログラムを面積分割的に配置して部分部分で異なる
色の入射光を回折反射しカラー表示を可能にすることを
特徴とする。前記反射板は、前記回折反射層の背部に黒
色層を備えており、回折反射されなかった入射光の不要
部分を吸収することを特徴とする。また、前記体積位相
反射型ホログラムは、入射光の回折反射方向を所望の視
域に限定する機能を有することを特徴とするものであ
る。

【０００６】液晶パネルの背面に体積位相反射型ホログ
ラムを設けることにより、入射した光は正反射方向から
ずれた方向に回折反射し、照明光源の反射像と表示画像
とが視角的に分離する。そのため、照明光源の反射像と
重なることなく、正反射方向からづれた最も明るい位置
で観察者が表示画像を観察することができる。また、異
なる空間周波数を有する体積位相反射型ホログラムを多
重化又は多層化することにより、正反射方向からずれた
方向に複数の波長成分を反射回折することで各色の画像
が明るく、且つ見やすい状態で観察される。また、前記
体積位相反射型ホログラムを画素に対応して面積分割的
に配置することにより、例えば、ＲＣＢ３領域で表示画
像の一画素とするカラー画像を明るく、且つ見やすい状
態で観察することができる。更に、体積位相反射型ホロ
グラムの背面に黒色層を形成することにより反射回折し
ない透過光成分やホログラムの裏面での反射光等の余計
な光を吸収又は減衰させ、画像表示のコントラストを向
上することができる。また、体積位相反射型ホログラム
の回折方位を最終的な製品である液晶表示装置の観察者
の視域とほぼ整合させることにより実質的に集光パワー
を持たせて表示画像の明るさを増すことができる。

【０００７】

【発明の実施の形態】以下、本発明に係る反射型液晶表
示装置の実施の形態を図面を参照にして詳述する。図１
に示すように、本発明の反射型液晶表示装置１は、液晶
パネル２と、その背面に配置された体積位相反射型ホロ
グラム３からなる反射板とで構成されている。

【０００８】液晶パネル２は、一般的な構造のものから
なり、印加電圧の有無に応じて入射光を変調し白，黒の
切り替え表示をするものからなる。一方、体積位相反射
型ホログラム３は図示のように入射光４の内のある特定
波長域の単色光を予め記録されている干渉縞のピッチに
従って正反射方向の正反射光５と異なる方向に反射回折
光６を反射するように構成される。なお、反射回折光６
は液晶パネル２の表面から距離ａだけ離れた観察位置７
にほぼ向かうように形成される。以上により観察位置７
で観察することにより正反射光５に含まれる光源像と重
ならない鮮明で明るい画像を視認することができる。

【０００９】図２は図１に示した体積位相反射型ホログ
ラムの作製する光学系を示す構成図である。アルゴンレ
ーザ８からのレーザ光９は反射鏡１０，１１からハーフ
ミラー１２などのビームスプリッタ（ＢＳ）で分割され
る。分割された一方のレーザ光９ａは反射鏡１３，空間
フィルタ（ＳＦ）１４および凹面鏡１５により参照光１
６となる。一方、分割された他方のレーザ光９ｂは反射
鏡１７，１８および空間フィルタ１９を介し参照光１６
と交差する照明光２０となる。照明光２０はこれに対応
して配置された被写体の拡散板２１を照射する。拡散板
２１の参照光１６側の表面には感光材料２２が当接して
配置される。以上の光学系により、感光材料２２にはリ
ップマンホログラムと同様な体積位相反射型ホログラム
３が形成される。この体積位相反射型ホログラム３には
参照光１６の照射角度とレーザ光９ａ，９ｂの波長に依
存したピッチを有する干渉縞が形成される。この体積位
相反射型ホログラム３に前記の参照光１６と共役な再生
光（入射光）を照射すると、形成された干渉縞の回折角
に基づく方向に正反射角とずれた反射回折光が出射され
る。

【００１０】図３は赤（Ｒ），緑（Ｇ），青（Ｂ）の光
をそれぞれ反射回折する体積位相反射型ホログラム３
ａ，３ｂ，３ｃを有する複合構造の体積位相反射型ホロ
グラム３Ａを液晶パネル２の背面に設けた反射型液晶表
示装置１ａを示す。体積位相反射型ホログラム３Ａは図
２に示した作製方法に従って夫々作られた３枚のＲ，
Ｇ，Ｂの体積位相反射型ホログラム３ａ，３ｂ，３ｃを
互いに貼着して多層化して形成される。以上により、白
色光に含まれるＲＧＢ成分を正反射方向からずれた所定
方向に反射回折して明瞭な表示画像の観察を可能にす
る。

【００１１】図４は空間周波数の異なる体積位相反射型
ホログラムをアレイ状或いはストライブ状（図示せず）
に配置して形成された体積位相反射型ホログラム３Ｂを
示す。なお、図４は平面図であり、赤（Ｒ），緑
（Ｇ），青（Ｂ）の三原色の体積位相反射型ホログラム
３ａ，３ｂ，３ｃを夫々一領域として形成し、該領域を
一画素に対応させてカラー画像を形成するものからな
る。即ち、図示した赤（Ｒ）の領域の体積位相反射型ホ
ログラム３ａから赤の色の光だけが反射回折され、同様
に緑（Ｇ）の領域からは緑の色の光が、青（Ｂ）の領域
からは青の色の光のみが夫々反射回折され、この反射光
のＲＧＢ配列に合わせて液晶パネルがオン・オフし、
Ｒ，Ｇ，Ｂ領域でカラー表示画像の一画素とすることで
フルカラー画像表示を可能としている。即ち、本例では
体積位相反射型ホログラムがカラーフィルタを兼ねてい
る。

【００１２】図５は体積位相反射型ホログラム３の背面
に黒色フイルム２３（又は黒色シート）を貼着し液晶パ
ネル２と一体化した反射型液晶表示装置１ｂを示す。こ
の体積位相反射型ホログラム３の代りに前記した体積位
相反射型ホログラム３Ａ，３Ｂを用いてもよい。黒色フ
ィルム２３を設けることにより反射回折しない透過光成
分や体積位相反射型ホログラム３等の裏面での反射光等
の余計な光を吸収又は減衰させて画像表示のコントラス
トを向上させることができる。即ち、本例では反射板は
反射型ホログラム３からなる回折反射層と黒色フイルム
２３からなる黒色層とを重ねた構造となっている。

【００１３】前記したように、本発明の体積位相反射型
ホログラム３，３Ａ，３Ｂ等を用いることにより入射光
４の大部分を正反射方向からずれた所定の方向の反射回
折光６とすることができ明るく、且つコントラストの高
い表示画像を可能にするが、観察位置７の視域から外れ
た反射回折光６がないほうがよい。即ち、反射回折光６
を観察者の視域に相当する一定の範囲に集光し、表示画
像の明るさを増すことが望ましい。このため、体積位相
反射型ホログラム３，３Ａ，３Ｂ等は入射光の回折反射
方向を所望の視域に限定する形態のものにすることが必
要になる。図６，図７はそのような限定機能を有する体
積位相反射型ホログラムを作製するための光学系を示
す。この光学系は第１ステップで被写体を拡散板とした
フレネル型ホログラムを作製した後、このフレネル型ホ
ログラムをマスターホログラムとしてリップマンホログ
ラムを第２のステップで作製する。以下、図６，図７の
光学系を詳説する。

【００１４】図６に示すように、被写体の拡散板２４と
感光材料２５は図１に示した距離ａだけ離れ、相対向し
て配置される。アルゴンレーザ２６からのレーザ光２７
はハーフミラー２８で分割される。分割された一方のレ
ーザ光２７ｂは反射鏡２９，３０，３１および空間フィ
ルタ３２を介し照明光３３となり、拡散板２４を照射
し、拡散された物体光３３ａは感光材料２５を照射す
る。一方、ハーフミラー２８で分割された他方のレーザ
光２７ａは反射鏡３４，空間フィルタ３５，凹面鏡３６
を介し参照光３７となり感光材料２５を照射する。な
お、参照光３７は物体光３３ａと交差する。以上の物体
光３３ａと参照光３７の干渉により感光材料２５にはフ
レネル型ホログラム３８が形成される。

【００１５】図７に示すように、前記のフレネル型ホロ
グラム３８をマスターホログラム３８ａとし、これと距
離ａだけ離れた位置に感光材料３９を配置する。なお、
マスターホログラム３８ａと感光材料３９との関係位置
は図６に示した拡散板２４とフレネル型ホログラム３８
の関係位置と同一であり相対向して距離ａだけ離れて配
置される。また、マスターホログラム３８ａの感光材料
３９側の表面にはマスク板４０が当接して配置される。
また、必要に応じて感光材料３９のマスターホログラム
３８ａ側の表面にはカラーフィルタ４１が配置される。
なお、カラーフィルタ４１は図４に示したＲ，Ｇ，Ｂの
体積位相反射型ホログラムと３Ｂを作製する場合に必要
なものである。

【００１６】アルゴンレーザ４２からのレーザ光４３は
ハーフミラー４４で分割される。分割された一方のレー
ザ光４３ａは反射鏡４５，空間フィルタ４６，凹面鏡４
７を介し、照明光４８となりマスターホログラム３８ａ
を照射する。一方、分割された他方のレーザ光４３ｂは
反射鏡４９，５０，空間フィルタ５１を介し参照光５２
となり感光材料３９を照射する。照射光４８で照射され
たマスターホログラム３８ａからはマスク板４０の開口
面積（図略）に相当する範囲の再生光５３が出射され
る。この再生光５３と参照光５２の干渉により感光材料
３９に所望の干渉縞を有する体積位相反射型ホログラム
が形成される。なお、この体積位相反射型ホログラムの
形成される位置は図６における拡散板２４の実像位置に
相当する。また、図７のマスク板４０の位置を観察位置
とするとマスク板４０で制限された開口面積に相当する
範囲の視域を設定することができる。また、カラーフィ
ルタ４１は図４に示した体積位相反射型ホログラム３Ｂ
を作製する場合に使用するものである。また、以上の説
明においてマスク板４０をマスターホログラム３８ａの
直後に配置したが直前に配置してもよい。

【００１７】次に、図４に示した体積位相反射型ホログ
ラム３Ｂで、且つ一定の視域に光を集光するパワーを持
つ場合の具体的な実施例を説明する。図６に示した光学
系によりフレネルホログラム３８を赤（Ｒ），緑
（Ｇ），青（Ｂ）について夫々１枚ずつ３枚作製する。
この場合、光源には赤用としてはヘリウムネオンレーザ
の６３２．８［ｎｍ］の波長のレーザ光２７を用い、緑
用としてはアルゴンイオンレーザの５１４．５［ｎｍ］
の波長のレーザ光２７を用い、青用にはアルゴンイオン
レーザの波長４５７．９［ｎｍ］の波長のレーザ光２７
を用いた。被写体の拡散板２４としてはオパールガラス
を用い、感光材料としてはアグファゲバルト社製の赤
用，緑用，青用のホログラム用銀塩感光材料を用いた。
夫々のレーザ光２７の波長を変える毎に別の感光材料２
５を所定位置に置き、３つの前記波長に関して同様の手
順で３枚のＲ，Ｇ，Ｂ用のマスターホログラム３８ａを
記録する。この場合、拡散板２４と感光材料２５との距
離ａは最終的に反射型液晶表示装置１を観察する際の視
域に直接関係するため、最も一般的に液晶表示装置を観
察する際の観察距離である４００［ｍｍ］を設定した。
感光材料２５の大きさは８インチ×１０インチとし、拡
散板２４の大きさは４インチ×５インチとした。マスタ
ーホログラム３８ａの露光後、現像にはＣＷＣ現像液を
用い、漂白にはＰＢＱ２漂白液を夫々用いて現像，漂
白，水洗，乾燥を行ない、Ｒ，Ｇ，Ｂについて夫々のマ
スターホログラム３８ａを作製した。

【００１８】次に、図７の光学系にてマスターホログラ
ム３８ａを共役再生させて拡散板２４の実像を結像さ
せ、この実像位置に感光材料３９を置いて感光材料の裏
面からの参照光５２と拡散板２４の実像再生光５３とで
干渉させて体積位相反射型ホログラム３を撮影する。第
１のステップと同様にレーザ光４３の波長をＲ，Ｇ，Ｂ
の３種類で変えて３回露光するが、図４に示した体積位
相反射型ホログラム３Ｂの場合には１枚の感光材料３９
中にＲ，Ｇ，Ｂの３種類のホログラムをパターン状に面
積分割して露光する。このため、感光材料３９の直前に
液晶テレビ用のカラーフィルタ４１を配置する。このカ
ラーフィルタ４１により、Ｒ，Ｇ，Ｂの夫々の波長の光
は、その色に相当するカラーフィルタセルの領域しか透
過しないため感光材料３９にはＲ，Ｇ，Ｂの夫々異なる
パターンでアレイ状の露光が行なわれる。感光材料３９
としてはフルカラー銀塩感光材料を用いた。また、マス
タ板４０の開口の大きさは人間の両眼間隔を６５［ｍ
ｍ］とし、その倍の１３０［ｍｍ］を横方向にとり縦方
向はやや小さめの１００［ｍｍ］とした。この大きさの
開口部を有するマスク板４０をマスターホログラム３８
ａの直後に配置した。以上により、アレイ状にパターン
化された体積位相反射型ホログラム３Ｂを作製すること
ができた。

【００１９】本発明では、以上の実施例において説明し
たレーザ光の波長の組み合わせや感光材料の種類に限定
するものではなく、各部の寸法も前記の内容に限定する
ものではない、また、前記の実施例は図４の体積位相反
射型ホログラム３Ｂの作製方法について説明したが、ア
レイ状のパターンニングとレーザ光の波長を変える等の
作業を省略することにより、図１および図３等に示した
ものも同様に作製することができる。

【００２０】

【発明の効果】本発明によれば、次のような顕著な効果
を奏する。１）ホログラムに入射した光が正反射方向からずれた方
向に反射回折するため、照明光源の反射像と表示画像と
がずれ、最も明るい位置で観察者が表示画像を観察する
ことができる。２）異なる空間周波数を有する体積位相反射型ホログラ
ムを多重化又は多層化することにより白色入射光を正反
射方向からずれた特定方向に回折反射することができ、
明るく見やすい表示が可能になる。３）空間周波数の異なる体積位相反射型ホログラムを画
素に応じて面積分割してアレイ状或いはストライブ状に
配置することによりカラーフィルタの機能を兼ねること
ができフルカラー画像の表示が可能となる。４）ホログラムの背面に黒色のフィルタ又はシート貼着
することにより、画像表示のコントラストの向上が図れ
る。５）観察者の視域に相当する一定の範囲に集光させるパ
ワーを反射型ホログラムに持たせることにより表示画像
の明るさを増すことが可能になる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の反射型液晶表示装置の概要図。

【図２】図１に示した反射型液晶表示装置の体積位相反
射型ホログラムを作製する光学系の構成図。

【図３】複数の体積位相反射型ホログラムを多層化して
なる本発明の反射型液晶表示装置の概要図。

【図４】空間周波数の異なる体積位相反射型ホログラム
をアレイ状に配置してなる体積位相反射型ホログラムの
平面図。

【図５】体積位相反射型ホログラムの背面に黒色フイル
ム或いはシートを貼着してなる本発明の反射型液晶表示
装置の概要図。

【図６】図４に示した体積位相反射型ホログラムを作製
するための第１ステップの光学系を示す構成図。

【図７】図４に示した体積位相反射型ホログラムを作製
するための第２のステップ光学系を示す構成図。

【符号の説明】

１反射型液晶表示装置１ａ反射型液晶表示装置１ｂ反射型液晶表示装置２液晶パネル３体積位相反射型ホログラム３Ａ体積位相反射型ホログラム３Ｂ体積位相反射型ホログラム３ａ体積位相反射型ホログラム３ｂ体積位相反射型ホログラム３ｃ体積位相反射型ホログラム４入射光５正反射光６反射回折光７観察位置８アルゴンレーザ９レーザ光９ａレーザ光９ｂレーザ光１０反射鏡１１反射鏡１２ハーフミラー１３反射鏡１４空間フィルタ１５凹面鏡１６参照光１７反射鏡１８反射鏡１９空間フィルタ２０照明光２１拡散板２２感光材料２３黒色フイルム２４拡散板２５感光材料２６アルゴンレーザ２７レーザ光２７ａレーザ光２７ｂレーザ光２８ハーフミラー２９反射鏡３０反射鏡３１反射鏡３２空間フィルタ３３照明光３３ａ物体光３４反射鏡３５空間フィルタ３６凹面鏡３７参照光３８フレネル型ホログラム３８ａマスターホログラム３９感光材料４０マスク板４１カラーフィルタ４２アルゴンレーザ４３レーザ光４３ａレーザ光４３ｂレーザ光４４ハーフミラー４５反射鏡４６空間フィルタ４７凹面鏡４８照明光４９反射鏡５０反射鏡５１空間フィルタ５２参照光５３再生光

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者康徳寛東京都台東区台東１丁目５番１号凸版印刷株式会社内 (72)発明者溝渕隆東京都台東区台東１丁目５番１号凸版印刷株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】印加電圧に応じて入射光を変調する液晶
パネルと、その背面に配置され変調された入射光を反射
して前記液晶パネル側に出射する反射板とを備えた反射
型液晶表示装置であって、前記反射板は、体積位相反射
型ホログラムからなる回折反射層を含んでおり、正反射
方向からずれた方向に入射光を回折反射することを特徴
とする反射型液晶表示装置。
【請求項２】前記回折反射層は、異なる空間周波数を
有する複数の体積位相反射型ホログラムを多重化又は多
層化した複合構造を有し、白色入射光を回折反射するも
のである請求項１に記載の反射型液晶表示装置。
【請求項３】前記回折反射層は、異なる空間周波数を
有する複数の体積位相反射型ホログラムを面積分割的に
配置して部分部分で異なる色の入射光を回折反射しカラ
ー表示を可能にするものである請求項１に記載の反射型
液晶表示装置。
【請求項４】前記反射板は、前記回折反射層の背部に
黒色層を備えており、回折反射されなかった入射光の不
要部分を吸収するものである請求項１に記載の反射型液
晶表示装置。
【請求項５】前記体積位相反射型ホログラムは、入射
光の回折反射方向を所望の視域に限定する機能を有する
ものである請求項１乃至４のいずれかに記載の反射型液
晶表示装置。