JP5533079B2 - カラーフィルタ - Google Patents
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Description
まず、本発明のカラーフィルタについて説明する。
本発明のカラーフィルタは、透明基板と、上記透明基板上に形成された複数色の着色層とを有するものであり、上記着色層が、上記着色層表面に複数の凹凸を有することを特徴とするものである。
図2に示すように、カラーフィルタに用いられる着色層2は、遮光部3の開口部に形成されるものである。また通常、着色層2の端部には、着色層2の形成時に着色層形成用塗工液が遮光部3の端部に付着することにより形成される凸部を有する着色層角部領域nが存在するものである。また本発明においては、説明のため、遮光部3の開口部に形成された着色層2のうち、着色層角部領域nを除いた領域を着色層中央部mとする。
本発明における「着色層表面の複数の凹凸」は、図3に示すように、着色層中央部mの着色層2表面に形成される複数の凹凸を指し、着色層角部領域nに形成される着色層表面の凸部については含まないものとする。また、図3に示すように、本発明における上記着色層表面の複数の凹凸の凸部の高さtは、透明基板表面からの凹凸の最大高さt1と最小高さt2との差(t1−t2)を指すものとする。
図4は、液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。図4(a)に示すように、通常、液晶表示装置は、入射側の偏光板102Aと、出射側の偏光板102Bと、2枚の偏光板の間に形成され、透明基板1、透明基板1上に形成された複数色の着色層2(図4では赤色着色層2R、緑色着色層2G、および青色着色層2B)、および各着色層2間に形成された遮光部3を有するカラーフィルタ、カラーフィルタと対向するように配置された対向基板20、および、カラーフィルタおよび対向基板20の間に形成された液晶層30からなる液晶セル101と、バックライト40とを有するものである。また、図4(b)は、図4(a)のB部分の拡大図である。なお、図4(b)においては、説明のため、バックライトおよび偏光板については省略して示している。
図4(b)に示すように、バックライトからの光は、液晶セル101の対向基板20を通って液晶層30に入射する。黒表示時においては、カラーフィルタの垂直方向へと進むバックライトからの光L1については、液晶層30中の液晶のシャッター特性や、出射側偏光板の特性により遮断されるため、画像観察側からは観察されないものとなる。
しかしながら、カラーフィルタの垂直方向に対してある程度の角度を有して進むバックライトからの光L2については、液晶層30中の液晶のシャッター特性や、出射側偏光板の特性によっても完全に遮断することが困難であるため、液晶表示装置の外部に漏れてしまう場合がある。このような光L2がカラーフィルタの斜め方向では観察されることから、黒表示が明るく見える黒浮きが発生するのである。
図5は、本発明のカラーフィルタを用いた液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。また、図5(b)および図5(c)は、図5(a)のC部分の拡大図である。なお、図5において用いられるカラーフィルタについては図1と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。また、カラーフィルタのその他の部材については、図4と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
一方、図示はしないが、上記カラーフィルタの垂直方向に対してある程度の角度を有して液晶層中を進む光については、上記着色層表面に形成された複数の凹凸によって、種々の方向へと進行方向が変化されるため、上記着色層表面に複数の凹凸を有しない場合に比べて、液晶表示装置の外部へと漏れる光が少なくなる。したがって、本発明においては黒浮きの発生を防止することができるものと考えられる。
すなわち、図5(b)に示すように、カラーフィルタの垂直方向に対してある程度の角度を有して進むバックライトからの光L4は、対向基板20を透過して液晶層30中を進み、着色層2へと入射する。ここで、本発明においては、着色層2表面に複数の凹凸を有することから、光L4は液晶層30から着色層2への入射および着色層2から液晶層30への出射を繰り返すこととなる。これにより、光L4の屈折回数が増加するため、図4(b)に示すように液晶層30から着色層2へ1回のみ入射した光L2に比べて、着色層2を透過する光L4の角度は大きくなることから、バックライトからの光L4が液晶層30および着色層2を透過して外部へ出射されるまでの距離(光路長)は長いものとなる。よって、光路長が長くなることにより、光L4は減衰されることから、斜め方向から観察されにくいものとなると考えられる。
以上から、本発明のカラーフィルタを用いることにより、黒浮きを抑制することが可能となると考えられる。
本態様のカラーフィルタは、透明基板と、上記透明基板上に形成された複数色の着色層とを有するカラーフィルタであって、上記着色層が、上記着色層表面に複数の凹凸を有し、上記複数の凹凸が、規則的なパターン状に形成されていることを特徴とするものである。
以下、本態様に用いられる各部材について説明する。
本態様に用いられる着色層は、後述する透明基板上に形成されるものであり、上記着色層表面に複数の凹凸を有するものである。また、上記複数の凹凸は規則的なパターン状に形成されているものである。
まず、上記着色層表面に形成される複数の凹凸について説明する。
本態様において、上記着色層表面の複数の凹凸(以下、単に凹凸と称する場合がある。)は、規則的なパターン状に形成されているものである。
ここで、「規則的なパターン」とは、同一図形の繰り返しによるものであり、各凸部の高さ、ピッチ幅等が一定の値となるように形成されているものである。
本態様においては、なかでも上記凹凸がストライプ状に形成されていることが好ましい。上記凹凸を規則的に形成することが容易であるからである。
なお、図6〜図9は、本態様のカラーフィルタの一例を示す概略平面図であり、説明のため、着色層2に形成される凹凸の凸部については白抜きで示している。また、説明していない符号については、図1と同様であるため、ここでの説明は省略する。
なお、上記凹凸の凸部の高さとは、上述したように、透明基板表面からの凹凸の最大高さと最小高さとの差を指すものである。
なお、上記半値幅は、Zygo(NewViewTM7300s;Canon社製)により測定された値とする。
なお、上記凹凸のピッチ幅とは、図3に示すように、着色層2表面に形成される複数の凹凸のうち、1の凸部の中心から隣接する凸部の中心までの距離uの平均値、もしくは、1の凹部の中心から隣接する凹部の中心までの距離の平均値vを指すものである。また、図6〜図9においては、規則的なパターンの凸部の中心から隣接する凸部の中心までの距離uの平均値を指すものである。
次に、本態様に用いられる着色層について説明する。
本態様に用いられる着色層は、後述する透明基板上に形成されるものであり、通常、赤色、緑色、青色の3色からなる。
本態様に用いられる透明基板は、上記透明基板上に上述した着色層を形成することができるものであれば特に限定されるものではない。
本態様のカラーフィルタは、上述した着色層および透明基板を有しているのであれば特に限定されるものではなく、必要な部材を適宜追加することが可能である。このような部材としては、上記着色層上に形成される透明保護層や透明電極層等を挙げることができる。以下、それぞれについて説明する。
本態様に用いられる透明保護層は、上記着色層上に形成されるものであり、上記着色層を保護し、かつ平坦性を付与するものである。
本態様のカラーフィルタにおいては、上記着色層上に透明電極層を有していてもよい。このような透明電極層は、上記カラーフィルタを液晶表示装置に用いた際に液晶を駆動させるために用いるものである。
本態様のカラーフィルタは上記透明保護層や上記透明電極層の他にも、必要な部材を適宜追加することができる。このような部材としては、例えば、画素を区画するために各着色層間に形成される遮光部等を挙げることができる。上記遮光部については、一般的なカラーフィルタに用いられるものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
なお、図10は、本発明のカラーフィルタの一例を示す概略断面図であり、図10において説明していない符号については図1と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
本態様のカラーフィルタの製造方法としては、上記着色層を有するカラーフィルタを製造することができる方法であれば特に限定されるものではない。具体的には、インクジェット法を用いて、着色層形成用塗工液を複数回吐出することにより上記着色層を形成する方法や、フォトリソグラフィー法を用いて上記着色層を形成する方法等を挙げることができる。本態様においては、なかでもフォトリソグラフィー法を用いた方法であることが好ましい。
本態様のカラーフィルタは、透明基板と、上記透明基板上に形成された複数色の着色層とを有するカラーフィルタであって、上記着色層が、上記着色層表面に複数の凹凸を有し、上記複数の凹凸が、上記カラーフィルタ平面の垂直方向に対して45°の角度を有する光が上記着色層へ入射した際に、上記光が上記着色層表面を少なくとも2回通るように形成されていることを特徴とするものである。
本態様における着色層2表面に形成される複数の凹凸は、図11に示すように、カラーフィルタ平面の垂直方向Yに対して45°の角度を有する光L6が着色層2へ入射した際に、光L6が着色層2表面を2回通るように形成されるものである。なお、図11においては、カラーフィルタ10の水平方向を水平方向Xで示している。
また、ここで、「光が着色層表面を少なくとも2回通る」とは、図12に示すように、上述した光L6が、カラーフィルタの着色層2表面において、少なくとも1回、凹凸状に形成された着色層2の凸部へ入射したのち、再び着色層2表面側の外部へと出射されることを指すものである。
なお、上記複数の凹凸が規則的なパターンを有する態様については、「1.第1態様のカラーフィルタ」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。以下、本態様においては、上記複数の凹凸がランダムに形成されている態様について説明する。
ここで、上記複数の凹凸の平均半値幅は、上記カラーフィルタの任意の位置の50×50ピクセルでの半値幅の平均値を指す。なお、半値幅については、「1.第1態様のカラーフィルタ」の項で説明したものと同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
なお、上記複数の凹凸の平均ピッチ幅は、カラーフィルタの任意の位置の50×50ピクセルにおける着色層表面に形成される複数の凹凸のうち、1の凸部の中心から隣接する凸部の中心までの距離の平均値、もしくは、1の凹部の中心から隣接する凹部の中心までの距離の平均値を指すものである。
本発明の液晶表示装置は、「A.カラーフィルタ」の項で説明したカラーフィルタを有することを特徴とするものである。
真空注入方式では、例えば、あらかじめカラーフィルタおよび対向基板を用いて液晶セルを作製し、液晶を加温することにより等方性液体とし、キャピラリー効果を利用して液晶セルに液晶を等方性液体の状態で注入し、接着剤で封鎖することにより液晶層を形成することができる。その後、液晶セルを常温まで徐冷することにより、封入された液晶を配向させることができる。
また液晶滴下方式では、例えば、カラーフィルタの周縁にシール剤を塗布し、このカラーフィルタを液晶が等方相になる温度まで加熱し、ディスペンサー等を用いて液晶を等方性液体の状態で滴下し、カラーフィルタおよび対向基板を減圧下で重ね合わせ、シール剤を介して接着させることにより、液晶層を形成することができる。その後、液晶セルを常温まで徐冷することにより、封入された液晶を配向させることができる。
本発明のカラーフィルタの製造方法は、透明基板上に、着色層形成用塗工液を塗布し、着色層形成用層を形成する着色層形成用層形成工程と、上記着色層形成用層をマスクを用いて露光した後、現像することにより着色層を形成する着色層形成工程と、を有するカラーフィルタの製造方法であって、上記着色層形成工程では、上記マスクとしてスリットマスクを用いて、上記着色層表面に規則的なパターン状に複数の凹凸を形成することを特徴とする製造方法である。
図13は、本発明のカラーフィルタの製造方法の一例を示す工程図である。図13に示すように、本発明のカラーフィルタの製造方法は、遮光部3が形成された透明基板1上に、赤色着色層形成用塗工液を塗布して、赤色着色層形成用層2R’を形成する(図13(a))着色層形成用層形成工程と、所定のパターンを有するスリットマスク5を用いて、赤色着色層形成用層2R’に露光光6を照射して露光を行い(図13(b))、次いで現像することによって、赤色着色層2Rを形成する(図13(c))着色層形成工程とを有する製造方法である。また、形成された赤色着色層2Rは、赤色着色層2R表面に、規則的なパターン状に形成された複数の凹凸を有するものである。
他の色の着色層についても、上記赤色着色層2Rと同様に形成することにより、複数色の着色層2(図13(d)では、赤色着色層2R、緑色着色層2G、および青色着色層2B)を有するカラーフィルタを製造することができる。
本工程は、透明基板上に、着色層形成用塗工液を塗布し、着色層形成用層を形成する工程である。
本工程は、上記着色層形成用層をマスクを用いて露光した後、現像することにより着色層を形成する工程であり、上記マスクとしてスリットマスクを用いて、上記着色層表面に規則的な複数の凹凸を有する上記着色層を形成する工程である。
本発明のカラーフィルタの製造方法は、上述した着色層形成用層形成工程、および着色層形成工程を有する製造方法であれば特に限定されず、必要な工程を適宜追加することができる。このような工程としては、例えば、透明基板上に遮光部を形成する工程、上記着色層上に透明有機膜または透明無機膜を形成する工程等を挙げることができる。これらの工程については、一般的なカラーフィルタの製造方法に用いられる工程と同様とすることができるので、ここでの説明は省略する。
(共重合樹脂溶液の調製)
重合槽中にメタクリル酸メチル(MMA)を63質量部、アクリル酸(AA)を12質量部、メタクリル酸−2−ヒドロキシエチル(HEMA)を6質量部、ジエチレングリコールジメチルエーテル(DMDG)を88質量部仕込み、攪拌し溶解させた後、2,2’−アゾビス(2−メチルブチロニトリル)を7質量部添加し、均一に溶解させた。その後、窒素気流下、85℃で2時間攪拌し、更に100℃で1時間反応させた。得られた溶液に、更にメタクリル酸グリシジル(GMA)を7質量部、トリエチルアミンを0.4質量部、及びハイドロキノンを0.2質量部添加し、100℃で5時間攪拌し、共重合樹脂溶液(固形分50%)を得た。
次に下記材料を室温で攪拌、混合して硬化性樹脂組成物を得た。
<硬化性樹脂組成物の組成>
・上記共重合樹脂溶液(固形分50%) 16質量部
・ジペンタエリスリトールペンタアクリレート(サートマー社 SR399) 24質量部
・オルソクレゾールノボラック型エポキシ樹脂(油化シェルエポキシ社 エピコート180S70) 4質量部
・2−メチル−1−(4−メチルチオフェニル)−2−モルフォリノプロパン-1−オン
4質量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル 52質量部
まず、下記分量の成分を混合し、サンドミルにて十分に分散し、黒色顔料分散液を調整した。
<黒色顔料分散液の組成>
・黒色顔料 23質量部
・高分子分散剤(ビックケミー・ジャパン(株) Disperbyk111) 2質量部
・溶剤(ジエチレングリコールジメチルエーテル) 75質量部
<遮光部用組成物の組成>
・上記黒色顔料分散液 61質量部
・硬化性樹脂組成物 20質量部
・ジエチレングリコールジメチルエーテル 30質量部
上記のようにして遮光部を形成した透明基板上に、下記組成の赤色着色層形成用塗工液をスピンコーティング法により塗布(塗布厚み1.5μm)し、その後、70℃のオーブン中で3分間乾燥して赤色着色層形成用層を得た。次いで、赤色着色層形成用層から100μmの距離にスリットマスク(凹凸形成用遮光部幅10μm)を配置してプロキシミティアライナにより2.0kWの超高圧水銀ランプを用いて赤色着色層の形成領域に相当する領域のみに紫外線を10秒間照射した。次いで、0.05wt%水酸化カリウム水溶液(液温23℃)中に1分間浸漬してアルカリ現像し、赤色着色層形成用層の未硬化部分のみを除去した。その後、上記透明基板を180℃の雰囲気下に30分間放置することにより、加熱処理を施して図9(b)に示すような凹凸パターンを有する赤色着色層を形成した。なお、赤色着色層表面に形成された複数の凹凸の凸部の高さは、0.20μm、半値幅は10μmである。
次に、下記組成の緑色着色層形成用塗工液を用いて、赤色着色層と同様の工程で、図9(b)に示すような凹凸パターンを有する緑色着色層を形成した。
さらに、下記組成の青色着色層形成用塗工液を用いて、赤色着色層と同様の工程で、図9(b)に示すような凹凸パターンを有する青色着色層を形成した。これにより、赤色着色層、緑色着色層、および青色着色層を有するカラーフィルタを得た。
・C.I.ピグメントレッド177(Chromofine Red 6605、大日精化工業社製) 10質量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤 3質量部
・硬化性樹脂組成物 5質量部
・酢酸-3-メトキシブチル 82質量部
・C.I.ピグメントグリーン36(Heliogen Green D9360、BASF社製) 10質量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤 3質量部
・硬化性樹脂組成物 5質量部
・酢酸−3−メトキシブチル 82質量部
・C.I.ピグメントブルー15:6(Fastogen Blue EP-7、DIC社製) 10質量部
・ポリスルホン酸型高分子分散剤 3質量部
・硬化性樹脂組成物 5質量部
・酢酸−3−メトキシブチル 82質量部
スリットマスクを変更して、各色の着色層について図9(c)に示す凹凸パターンを形成したこと以外は実施例1と同様にしてカラーフィルタを作製した。なお、各色の着色層表面に形成された複数の凹凸の凸部の高さ、および半値幅については実施例1と同様である。
スリットマスクを変更して、各色の着色層について図9(d)に示す凹凸パターンを形成したこと以外は実施例1と同様にしてカラーフィルタを作製した。なお、各色の着色層表面に形成された複数の凹凸の凸部の高さ、および半値幅については実施例1と同様である。
スリットマスクの凹凸形成用遮光部幅を20μmに変更したこと以外は実施例1と同様にしてカラーフィルタを作製した。なお、各色の着色層表面に形成された複数の凹凸の凸部の高さは0.40μm、半値幅は20μmである。
スリットマスクをフォトマスクに変更して、着色層表面に凹凸の無い着色層を形成したこと以外は実施例1と同様にしてカラーフィルタを作製した。
得られたカラーフィルタについて以下に説明する斜め輝度測定を行った。図11に示すように、カラーフィルタ平面の垂直方向Yに対して45°の角度に輝度計(SR-3、トプコンテクノハウス社製)を設置し、カラーフィルタを挟んで反対側にバックライト(東芝株式会社製、商品名:メロウ5D FL10EX−D−H、色温度6500K)を設置した。カラーフィルタの上下に各1枚ずつ偏光板(SEG1425DU、日東電工株式会社製)を設置し、バックライトを点灯して偏光板の偏光軸が直交したときの輝度(L-cross)を測定した。結果を表1に示す。
2 … 着色層
3 … 遮光部
4 … 透明凹凸部材
5 … スリットマスク
6 … 露光光
10 … カラーフィルタ
Claims (7)
- 透明基板と、前記透明基板上に形成された複数色の着色層とを有するカラーフィルタであって、
前記着色層が、前記着色層表面に複数の凹凸を有し、
前記複数の凹凸が、規則的なパターン状に形成されており、
前記複数の凹凸のピッチ幅が5μm〜50μmの範囲内であり、
前記着色層は、前記着色層の端部に位置する着色層角部領域と、前記着色層角部領域を除いた領域である着色層中央部とを有し、
前記複数の凹凸は、前記着色層中央部の全域に形成されていることを特徴とするカラーフィルタ。 - 前記複数の凹凸の凸部の高さが、0.05μm〜1.00μmの範囲内であることを特徴とする請求項1に記載のカラーフィルタ。
- 前記複数の凹凸が、ストライプ状に形成されていることを特徴とする請求項1または請求項2に記載のカラーフィルタ。
- 前記複数の凹凸の凸部の半値幅が、5μm〜50μmの範囲内であることを特徴とする請求項1から請求項3までのいずれかの請求項に記載のカラーフィルタ。
- 透明基板と、前記透明基板上に形成された複数色の着色層とを有するカラーフィルタであって、
前記着色層が、前記着色層表面に複数の凹凸を有し、
前記複数の凹凸の凸部の平均半値幅が、5μm〜50μmの範囲内であり、
前記複数の凹凸が、前記カラーフィルタ平面の垂直方向に対して45°の角度を有する光が前記着色層へ入射した際に、前記光が前記着色層表面を少なくとも2回通るように形成されていることを特徴とするカラーフィルタ。 - 透明基板と、前記透明基板上に形成された複数色の着色層とを有するカラーフィルタを有する液晶表示装置であって、
前記着色層が、前記着色層表面に複数の凹凸を有しており、
前記複数の凹凸が、規則的なパターン状に形成されており、
前記複数の凹凸のピッチ幅が5μm〜50μmの範囲内であり、
前記着色層は、前記着色層の端部に位置する着色層角部領域と、前記着色層角部領域を除いた領域である着色層中央部とを有し、
前記複数の凹凸は、前記着色層中央部の全域に形成されていることを特徴とする液晶表示装置。 - 透明基板と、前記透明基板上に形成された複数色の着色層とを有するカラーフィルタを有する液晶表示装置であって、
前記着色層が、前記着色層表面に複数の凹凸を有しており、
前記複数の凹凸の凸部の平均半値幅が、5μm〜50μmの範囲内であり、かつ、
前記複数の凹凸が、前記カラーフィルタ平面の垂直方向に対して45°の角度を有する光が前記着色層へ入射した際に、前記光が前記着色層表面を少なくとも2回通るように形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
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