JPH0310221A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】本公報は電子出願前の出願データであるた
め要約のデータは記録されません。

Description

【発明の詳細な説明】 ［概要］ 液晶表示装置、さらに詳しく述べるとオーバーへラドプ
ロジェクタの画像源に使用する液晶表示素子のカラーフ
ィルタに関し、 色あいをある程度保ちつつ透過率の制御が可能、であり
、かつ、歩留りの高い液晶表示装置を提供することを目
的とし、 カラーフィルタによりカラー表示を可能とする液晶表示
装置において、カラーフィルタの色調により、その面積
を、液晶表示素子の対向する２枚の透明基板の対向面に
設置された透明電極によって構成される画素の面積より
も小なるものに調整して光透過率の制御を行い、画像の
明るさを調整する構成としたことを特徴とする液晶表示
装置を含み構成する。

〔産業上の利用分野〕

本発明は液晶表示装置、さらに詳しく述べるとオーバー
へラドプロジェクタの画像源に使用する液晶表示素子の
カラーフィルタに関する。

〔従来の技術〕

教育、会議の場、宣伝広告などに用いる大型の画像表示
として、画像を描いた透明なシートに光を透過し、この
画像を拡大してスクリーンに投写する装置、即ちオーバ
ーヘッドプロジェクタ（○ＨＰ）が知られている。

本出願人は、ＯＨＰの画像源としてネマティック−コレ
ステリック相転移型液晶を使用した投写拡大用の液晶表
示装置を提案した［特開昭６１−１９８２７０号公報〕
。

相転移型の液晶は、電圧変化によるネマティック相とコ
レステリック相の相転移に伴い、光透過率に履歴を有す
る。そしてその履歴幅が大きいため、電圧変動による光
透過量の変化が少なく、しかも、ネマティック相では液
晶が透明となるので光源の光がほとんど透過しく約８０
％）、スクリーン」二を明るくする。一方、コレステリ
ック相ではら旋構造を有し、このら旋構造によって入射
光を散乱するため、偏向板を用いずにスクリーン上を１
１ａ＜できる。このように、相転移の液晶パネルを０１
−Ｉ　Ｐの画像源として使用すると、偏向板を必要とし
ないので、明るく鮮明な画像を得ることができる。

また本出願人は、この装置を改良して４色のカラー表示
ができる装置を提案した〔特開昭６１−２９４９３１号
公報〕。この装置は、相転移型液晶を用いた２枚の液晶
パネルを重ね合わせ、相転移型液晶のコレステリック相
のら旋構造に起因する回折散乱を利用し、各パネル中の
液晶が、それぞれ赤、緑の波長の光を選択的に透過させ
るように構成したものである。

さらに本出願人は、相転移型液晶を用いた液晶パネル（
液晶プレート）の外表面にカラーフィルタを取り付け、
カラー表示を可能とする装置を開発した。この装置は、
本発明実施例を示す第１図を参照すると、２枚の透明基
板３．４の対向面に対向電極６ａ、６ｂを設け、該対向
面により相転移型液晶５を挟み込んで液晶プレート２（
液晶表示素子）を形成するとともに、該液晶プレー１〜
２の外表面にカラーフィルタ８Ｒ１８Ｇ、８Ｂを取付け
る一方、該カラーフィルタ８Ｒ８８Ｇ、８Ｂを取付けた
」１記液晶プレート２の光入射面側に、入射光を平行に
屈折させるレンズ１３を設げたことを特徴とするもので
ある。この装置は、カラーフィルタをパネルの外表面に
設置しているので、歩留りが優れている。

上記した装置において、上記した液晶パネル２ば、２枚
の透明基板３．４によって形成される間隙に相転移型液
晶５を封入したもので、これらの基板３．４のそれぞれ
の対向面には、第７図を参照すると、ストライプ状の走
査用透明電極６ａと信号用透明電極６ｂが互いに立体交
差する方向に別々に形成され、また、これらの透明電極
６ａ、６ｂには、相転移型液晶５を挟む分子配向膜７が
積層されており、透明電極６ａ、６ｂの交差領域が画素
を構成するようになっている。

また、カラーフィルタパネル１０は、第８図に見られる
ように、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のフィルタ８Ｒ
１８Ｇ、　８Ｂを透明基板１１−トにモザイク状に形成
したもので、このＲＯＢのフィルタ８Ｒ１８Ｇ、８Ｂは
、基板１１表面に塗布されたポリマー樹脂膜を、液晶パ
ネル２の透明電極６ａ、、６ｂの交差領域と同一位置と
なるように７トリクス状にバクーニングし、さらにこの
上からＲＯＢの各染料をモザイク状に染み込ませて構成
されており、このカラーフ、イルタパネル１０の透明基
板１１は、ＲＧＢのフィルタ８Ｒ１８Ｇ、８Ｂが透明電
極６ａ、６ｂの所定の交差領域に重なるように液晶パネ
ル２の一方の透明基板３外面に密着されている。

〔発明が解決しようとする課題］ カラーフィルタを用いたカラー表示装置は、カラーフィ
ルタによって表示色の特性がほぼ決定されてしまう。

一般にカラーフィルタの光透過率は、その膜厚に依存し
ている。そして同し膜厚のカラーフィルタであっても、
色調によって光透過率が異なるため、フィルタ内で透過
率に差を生しる。このため、投写画像の明るさにむらが
生じ、明るいフィルタの色あいが強い表示となってしま
う。

カラーフィルタ内の明るさのむらを解消するにば、色調
によりカラーフィルタの膜厚を変えて光透過率の制御を
行い、明るさを調整すればよいが、カラーフィルタの色
調によって膜厚を制御することは製造」二困難であり、
歩留りを低下させる。またフィルタの膜厚を薄くすると
色あいが悪くなるといった問題も生しる。

そこで本発明は、色あいをある程度保ちつつ透過率の制
御が可能であり、かつ、歩留りの高い液晶表示装置を提
供することを目的とする。

〔課題を解決するための手段〕

上記課題は、カラーフィルタによりカラー表示を可能と
する液晶表示装置において、力′ラーフィルタの色調に
より、その面積を、液晶表示素子の対向する２枚の透明
基板の対向面に設置された透明電極によって構成される
画素の面積よりも小なるものに調整して光透過率の制御
を行い、画像の明るさを調整する構成としたことを特徴
とする液晶表示装置によって解決される。

透明基板の対向面に設置された透明電極によって構成さ
れる画素の面積よりも小さくして光透過率を制御卸し、
明るさの調整を行うものである。

相転移型液晶を用いた投写型表示装置は、入射光の散乱
、透過を利用している。カラーフィルタによる着色は、
相転移型液晶が透明状態（入射光は透過）のときに起こ
り、散乱状態のときに６Ｊ、入射光が散乱され光透過率
が極端に低下するので、スクリーン上は黒（あるいは暗
）くなる。従って、液晶パネルの画素面積よりもフィル
タの面積を小さくしても、液晶が散乱状態のときスクリ
ーン上は黒（なる。一方、液晶が透明状態のときには、
フィルタの色調にＯＨＰの光源（背景色）がかぶさって
見える。よって、カラーフィルタの面積を最適化するこ
とにより、ある程度の色あいを保うつつ明るさの調整が
できる。

（作用〕 ずなわら本発明は、カラーフィルタの色調により、その
面積を、液晶表示素子の対向する２枚の〔実施例〕 以下、本発明を口承の実施例により具体的に説明する。

第１図は本発明の一実施例を示ずオーバーヘッドプロジ
ェクタ用カラー液晶表示装置の断面図であり、図中、１
は、液晶表示素子２とカラーフィルタパネル１０とを重
ね合わせて一体的に固定したカラー液晶表示装置である
。

一１＝記した液晶表示素子２は、２枚の透明基板３．４
によって形成される隙間に相転移型液晶型液晶５を封入
したもので、これらの基板３．４のそれぞれの対向面に
は、ストライプ状の走査用透明電極６ａと信号用透明電
極６ｂが第２図に見られるように互いに立体交差する方
向に別々に形成され、また、これらの例えばＩＴＯの透
明電極６ａ、６ｂには、相転移型液晶５を挟む液晶配向
膜７が積層されており、透明電極６ａ、６ｂの交差領域
が画素を形成するようになっている。

またカラーフィルタパネル１０は、第３図に見られるよ
うに、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のフィルタ８Ｒ１
８Ｇ、８Ｂを透明基板１１」−にモザイク状に形成され
たもので、このＲＧＢのフィルタ８Ｒ１８Ｇ、８Ｂは、
基板１１表面に塗布された樹脂膜を７トリクス状にバタ
ーニングし、さらにこの」二からＲＯＢの各染料をモザ
イク状に染み込ませて構成されている　（染色フィルタ
）。なお、樹脂膜を７１〜リクス状にバターニングする
際、ＲＧ　１３の各色調によって、光透過率を制御し画
像の明るさを調節づるため、それぞれのＲＯＢに相当す
る箇所“の７トリクスの形状を変えてフィルタ面積を調
整し、後述する０ＨＰ３０の光源３１がかふさるよ・う
にした。また、それぞれの７トリクスの中心と、液晶パ
ネル２の透明電極６ａ、６ｂの交差領域によって形成さ
れる画素の中心が同一となるようにした。そしてこのカ
ラーフィルタパネル１０の透明基板１１は、ＲＧＢのフ
ィルタ８Ｒ１８Ｇ、８Ｂの中心が透明電極６、」、６）
１の所定の交差領域からなる画素の中心と重なるように
液晶表示素子２の一方の透明基板３外面に密着されてい
る。

同図中、１３．１４ば、カラー液晶表示装置］の両面に
取イ」けたフレネルレンズで、液晶表示素ｒ２の下側に
取付りたフレ不ルレンス１３にＬｊ凹型のものが使用さ
れ、また、他側に取イ」番ノたソレネルレンズ１４には
凸型のものが用いられていて、後述する０ＨＰ３０の光
＃、３１から入射した光を凹型のフレネルレンズ１３に
よって平行光とする一方、カラーフィルタパネル１０か
ら出る光を凸型フレネルレンズ１４により収束するよう
に構成されている。

さらに同図中、１５は液晶表示素子２における２枚の透
明基板３．４をはり合わせ、相転移型液晶５を封止する
ための封着剤を示している。

第４図は、一般に使用されているオーバーへラドプロジ
ェクタ（○ＨＰ）に本発明の液晶表示装置を設置した一
例を示す構成図で、透明な原稿載置台３２の下方には、
凸型のフレネルレンズ３３と光源３１が底部に向かって
順に配置され、また、原稿載置台３２の上方には、原稿
載置台３２と本発明の液晶表示装置１を透過した光を収
束する拡大レンズ３４と、この拡大レンズ３４から出た
光の光路を偏向するミラー３５が取付けられていて、原
稿載置台３２に載置した液晶表示装Ｗ１により形成され
る画像を拡大レンズ３４により拡大するとともに、画像
をミラー３５により反射させて０ＨＰ３０の側方に設置
したスクリーン３６に映写するよう構成されている。

なお、同図中、３７ば拡大レンス３４用のレンズ枠、３
８は、レンズ枠３７と原稿載置台３２との距離を調整す
るためのレンス位置調整棒を示している。また、托は、
透明電極６ａ、６１）に画像信号を伝送する駆動回路を
示している。

次に」−記した本発明の一実施例装置の作用について説
明する。

上述した実施例において、０Ｉ−ＩＰ３０の原稿載置台
３２にカラー液晶表示装置１を載置して、光源３１を点
灯させると、光源３１から出た光は、その上に配置した
凸型のフレネルレンズ３３を透過して僅かに収束し、透
明な原稿載置台３２を通してカラー液晶表示装置１の凹
型フレネルレンズ１３により平行光に屈折されてカラー
液晶表示装置１内に進入する。

ところで、駆動回路１６により液晶表示素子２の透明電
極６ａ、６ｂにカラー画像信号を送ると、各透明電極６
ａ、６ｂの各交差領域からなる画素において、画像信号
に基づいて電界が加わり、電界の加わり冊 ２ 方により相転移型液晶５がネマテイ・ンク相となった画
素はら旋構造が解消して光源３１からの光を透過する。

一方、電界の印加方法により相転移型液晶５がコレステ
リック相となった画素においては、コレステリック相の
ら旋構造により光が散乱されて光源３１からの光を遮断
する。よって、マトリクス状の各画素は光を透過するも
のと遮断するものに別れ、画像を形成する。

従って、液晶表示素子２を透過した光はＲＯＢのフィル
タ８Ｒ１８Ｇ、８Ｂを透過して着色され、画像信号に応
じたカラー画像となる。またこのとき、各ＲＧＢのフィ
ルタ８Ｒ１８Ｇ、８Ｂの面積は、明るさのむらが生じな
いようにそれぞれ構成されているので、むらのない鮮明
なカラー画像が得られる。

したがって、カラー液晶表示装置１を透過して形成され
た画像は、凸型フレネルレンズ１４とその上方の拡大レ
ンズ３４によって拡大され、ミラー３５を反射して側方
のスクリーン３６に拡大投写される。

」１記した本発明を次により具体的に説明する。

６４０　Ｘ　４００の画素を有する１２インチ（画素の
大きさは、長辺が３５０μｍで、短辺が３３０μｍであ
、る）の液晶表示素子２を用い、この液晶表示素子２に
密着させるカラーフィルタパネル１０（染色フィルタ　
日本化薬社製）のＲＧＢのフィルタ８Ｒ１８Ｇ、８Ｂの
一辺を３３０　μｍと一定にし、他の一辺を３５０　３
３０、３００．２８０μｍとしてフィルタ面積を変化さ
せた。なお、フィルタの膜厚は１．５μｒｎとした。そ
して、第４図の本発明装置を適用したＯ　ＨＰの概要構
成図において、それぞれのＲＯＢのフィルタにおける光
透過率ＣＩＥ色度図におｉＪる色度を輝度計（商品名Ｔ
ＯＰＣＯＮ　ＢＭ−５’）で測定した。

第５図に光透過率を、第６図に色度図を示す。

第５図より、光透過率は８Ｇ→８Ｒ→８Ｂの順に低く、
フィルタ面積を小さくすると光透過率を高くできること
がわかる。

また、第６図に示した色度図から、フィルタ面積が小さ
くなると色再現域（色度図−トの三角形）が狭くなる傾
向にあるが、フィルタサイスか３５０×３３０μｍから
３００　Ｘ　３３０μｍの範囲ではそれほど変化しない
ことがわかる。

以」−の結果および、人間の視感度（緑→赤→青の順に
弱くなる）を考慮して、本発明においては明るさにむら
が生じないようカラーフィルタの面積を、緑→赤→青の
順に小さくした。つまり８Ｇのサイズを３５０　Ｘ　３
３０μｍと、８Ｒのサイズを３３０×３３０μｍに、８
Ｂのサイズを３５０　Ｘ　３００μｍとした。

上記の面積を有するカラーフィルタを、液晶表示素子２
に密着させて表示を行ったところ、８０インチ対角で色
むらがなく、鮮明な画像をスクリーン３６に拡大投写す
ることができた。

なお、」二連した実施例では、液晶表示素子２と凸型の
フレネルレンズ１４との間にカラーフィルタパネル１０
を介在させたが、液晶表示素子２と凹型のフレネルレン
ズ１３との間にカラーフィルタパネル１０を介在させる
ことも可能である。

また、上述の本発明実施例では、相転移型液晶を使用し
た投写型カラー液晶表示装置であったが、本発明はカラ
ーフィルタでカラー表示を行う液晶表示装置であれば、
液晶の表示形式（相転移型液晶、ＴＮ型液晶、ＳＴＮ型
液晶等）によらず、投写型と直視型のどちらにも適用で
きる。

また、上記したカラーフィルタはＲＧＢフィルタをモザ
イク状に形成したが、ストライブ状に形成することもで
きる。

さらに、上記したカラーフィルタは染色フィルタにより
構成したが、電界によって形成する電着フィルタや、金
属薄膜の多層膜、即ち干渉フィルタにより構成すること
もでき、この干渉フィルタによれば、さらに光透過率が
高くて鮮明な映像を得ることができる。

〔発明の効果〕

以上述べたように本発明によれば、カラーフィルタの色
調により、その面積を、液晶表示素子の対向する２枚の
透明基板の対向面に設置された透明電極によって構成さ
れる画素の面積よりも小さくして光透過率を制御し、明
るさの調整を行ったので、むらのない鮮明な画像が得ら
れる。

【図面の簡単な説明】

５ ■６ 第１図は、本発明の一実施例の断面図、第２図は、本発
明の装置に用いる対向電極の一例を示す平面図、 第３図は、本発明の装置に用いるカラーフィルタの一例
を示す平面図、 第４図は、本発明装置を適用するＯＨＰの一例を示す構
成図、 第５図は、本発明実施例の測定結果であるフィルタ幅と
光透過率の関係を示す線図、 第６図は、本発明実施例の測定結果であるフィルタ幅と
色再現域の関係を示す線図、 第７図は本出願人が開発した装置に用いる対向電極の一
例を示す平面図、 第８図は本出願人が開発した装置に用いるカラーフィル
タの一例を示す平面図である。 図中、 １はカラー液晶表示装置、 ２は液晶表示素子、 ３と４は透明基板、 ５は相転移型液晶、 ６ａと６ｂは透明電極、 ７は配向膜、 ８Ｒ２８Ｇ、８Ｂはカラーフィルタ、 １０はカラーフィルタパネル、 １１は透明基板、 １３は凹型のフレネルレンズ、 １４は凸型のフレネルレンズ、 １５は封着材、 １６は駆動回路、 ３０はＯＨＰ、 ３１は光源、 ３２は原稿載置台、 ３３はフレネルレンズ、 ３４は拡大レンズ、 ３５はミラー ３６はスクリーン、 ３７はレンズ枠、 ３８はレンズ位置調整棹 を示す。

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. カラーフィルタ（８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）によりカラー表示
   を可能とする液晶表示装置（１）において、カラーフィ
   ルタ（８Ｒ、８Ｇ、８Ｂ）の色調により、その面積を、
   液晶表示素子（２）の対向する２枚の透明基板（３、４
   ）の対向面に設置された透明電極（６ａ、６ｂ）によっ
   て構成される画素の面積よりも小なるものに調整して光
   透過率の制御を行い、画像の明るさを調整する構成とし
   たことを特徴とする液晶表示装置。