JPH06160621A

JPH06160621A - 液晶表示パネル用カラーフィルタ

Info

Publication number: JPH06160621A
Application number: JP31386592A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Mochizuki; 昭宏望月; Shigeo Kasahara; 滋雄笠原; Tetsuya Makino; 哲也牧野; Masashi Watanabe; 真史渡▲辺▼
Original assignee: Fujitsu Ltd
Current assignee: Fujitsu Ltd
Priority date: 1992-11-25
Filing date: 1992-11-25
Publication date: 1994-06-07

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶表示パネル用カラーフィルタに関し、印
刷で設けたカラーフィルタ層の蒲鉾形の単色層のレンズ
効果を低減することを目的とする。【構成】カラーフィルタ10は、透明な基板１と、該基
板１に被着されたカラーフィルタ層２から構成されてお
り、前記カラーフィルタ層２は、赤（Ｒ）または緑
（Ｇ）または青（Ｂ）の少なくとも二つの単色層2aが交
互にストライプ配列しているものであり、かつ該単色層
2aのそれぞれの表面が、レンズ効果が抑制されるように
平坦化処理されているものであるように構成する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示パネル用カラー
フィルタに係わり、相転移型の液晶を用いたカラー拡大
投影装置において、カラーフィルタの単色層のレンズ効
果を低減し、明瞭な投影画像が得られる液晶表示パネル
用カラーフィルタに関する。

【０００２】近年、オフィスオートメーションとダウン
サイジングの進展に伴い、ワードプロセッサやパーソナ
ルコンピュータ、ワークステーションといった情報処理
装置が広く普及するようになった。これらの情報処理装
置は、半導体装置を中心とした電子デバイスの小形、高
性能化によって、処理できる情報の種類や量がますます
増加している。また、光ディスクのような大容量の記憶
手段の発展によって、映像のような膨大な情報が容易に
処理できるようになっている。

【０００３】こうした膨大な情報を卓上で表示する場合
には、情報の増大に対しては高精細なＣＲＴ表示装置に
よって行うことができ、情報の多様化に対してもカラー
化によって対応できており、ＯＡやＣＡＤなどの進展に
寄与している。

【０００４】ところが、大きなスクリーンに表示しよう
とすると表示装置が大袈裟になり、簡便な投影型とか投
射型と呼ばれる表示装置の出現が望まれている。そし
て、カラー表示を実現するには、カラーフィルタを如何
に構成するかが重要な課題となっている。

【０００５】

【従来の技術】投影型の表示装置は、レーザ光線のよう
な指向性が強くて強力な光源や半導体技術の進展や、液
晶表示装置のような解像度が高くて表示面が平面な表示
素子が得られるようになって、再び注目されるようにな
っている。

【０００６】従来からＣＲＴの画面をスクリーンに拡大
投影する表示装置が知られており、輝度の高い蛍光体が
開発されるにつれて、商用ＴＶ（テレビジョン）の動画
をスクリーンに拡大投影する方式が普及してきている。

【０００７】一方、液晶表示装置は、液晶表示素子の進
展が著しい。すなわち、ＴＮ（捻じれネマチック）型液
晶を用い、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）を画素ごとに配
列したいわゆるアクティブマトリックス方式の駆動が実
用となり、カラーフィルタの製造技術も進んで、フルカ
ラーの表示素子ができるようになった。そして、この表
示素子を光バルブとして用い、拡大投影する方式が実現
している。

【０００８】ところが、大容量の情報を表示しようとす
ると、数千×数千で数百万個の画素が必要となり、従来
のＴＶや液晶表示装置の拡大投影では、走査線の数や走
査方式などの制約などによって、明るくて鮮明な画面を
得ることが難しい。そこで、このような不具合を解決す
るものとして、記憶機能をもった相転移型の液晶表示装
置が着目されている。

【０００９】図６は相転移型の液晶の表示原理の説明図
で、図６（Ａ）は相転移型液晶表示装置の表示原理図、
図６（Ｂ）は参考例のＴＮ型液晶表示装置の表示原理、
図７は相転移型液晶を用いたカラー拡大投影装置の一例
の構成図である。図において、10はカラーフィルタ、20
は液晶表示パネル、21はフレネルレンズ、22は投写レン
ズ、30はカラー拡大投影装置、31は筺体、32は光源、33
は赤外線カットフィルタ、34は紫外線カットフィルタで
ある。

【００１０】まず、図６（Ｂ）において、ＴＮ型液晶表
示装置用の表示パネルは、例えば、ＩＴＯ（酸化インジ
ウム−錫）膜製の縞状の透明電極が設けられたガラス基
板の上に、透明電極が直交するように重ねた際に、液晶
が90°捻じれるように配向膜が形成される。そして、２
枚の基板を封着して液晶を封入する。そして、基板の両
側に偏光板を張り合わせる。この構成が単純マトリック
ス構成と呼ばれる。

【００１１】それに対して、一方の基板にＴＦＴを画素
ごとに並設し、他方の基板に共通の全面電極を被着した
２枚の基板を封着して、液晶を封入する。この構成はア
クティブマトリックス構成と呼ばれる。

【００１２】このＴＮ型表示装置の場合には、電圧が印
加されていない状態では、一方の偏光板を通過した直線
偏光が液晶の中で捻じれながら通って他方の偏光板を通
過する。従って、電圧が印加されていない状態が明（ホ
ワイト）状態である。

【００１３】それに対して、所定の電圧を印加すると液
晶の配向が解けて電界方向に揃ってしまい、一方の偏光
板を通過した偏光が液晶の中を通過しても他方の偏光板
を通過することができない。つまり、電圧を印加した状
態が暗（ブラック）状態である。そして、閾値電圧：Ｖ
₀より低い電圧と高い電圧の印加を断続すると、明／暗
の反転が起こりいろいろな影像の表示ができる。

【００１４】従って、ＴＮ型の液晶表示装置は、背面に
照明（バックライト）を設けて光バルブ方式の表示装置
とすれば、カラーフィルタと組み合わせて、ＴＶ動画の
カラー表示も可能である。

【００１５】一方、図６（Ａ）において、相転移型液晶
表示装置の表示パネルは、縞状に形成された透明電極が
直交するように重ねた２枚の基板の間に相転移型の液晶
を封止した構成になっている。

【００１６】いま、基準電圧：Ｖ₀とすると、透過モー
ド（明状態）から散乱モード（暗状態）にするときに
は、まず、印加電極：０Ｖにして散乱状態にしたあと基
準電圧：Ｖ₀にする。そうすると、散乱モードが保持さ
れ暗状態が記憶される。

【００１７】次いで、散乱モードから透過モードにする
ときは、まず、印加電圧：２Ｖ₀を印加して透過モード
にしたあと基準電圧：Ｖ₀にする。そうすると、透過状
態が保持され明状態が記憶される。

【００１８】ところで、相転移型の液晶は、透過モード
がネマチック相に、散乱モードがコレステリック相にな
っている。そして、この相転移には、例えば、１ライン
当たり、透過→散乱（ネマチック相→コレステリック
相）の転移に数ｍｓ、散乱→透過（コレステリック相→
ネマチック相）の転移に数十ｍｓ掛かる。

【００１９】このように、相転移型の液晶には印加電圧
と光透過率の関係に履歴がある。そこで、透過／散乱の
それぞれのモード転移を行ったあと駆動電圧：Ｖ₀にす
れば、二つのモードを安定に保持することができる。

【００２０】この相転移型液晶の表示原理を用いれば、
従来の液晶表示装置の数倍の大表示容量、例えば 2,000
×2,000 画素といった数百万画素の大容量の表示を行う
ことができる。そして、画面の書き換えには数秒〜数十
秒の時間が掛かるが、一旦表示画面を保持したあとは固
定された画面がオリジナル画面（原画）となって光学系
を用いて拡大投影することが容易に可能である。こうし
た装置は、発明者らが“投影形液晶表示装置およびシス
テム”（特開昭61-198270)として既に提案している。

【００２１】図７において、こゝで例示したカラー拡大
投影装置30は、発明者らが“投写型カラー表示装置”
（特開平１-179990)として既に提案しているものであ
る。投影に用いる光学系は、いわゆるＯＨＰ（オーバー
ヘッドプロジェクタ）で、筺体31の中には光源32と赤外
線カットフィルタ33と紫外線カットフィルタ34が組み込
まれている。そして、筺体31の上のステージに液晶表示
パネル20が載置された構成になっている。

【００２２】液晶表示パネル20の上面にはパネルに設け
られた数百万画素のピッチに合わせて赤（Ｒ）・緑
（Ｇ）・青（Ｂ）の３色が交互に縞状に設けられたカラ
ーフィルタ10が重ねられる。また、液晶表示パネル20の
両面は、明るさを一様にするためにフレネルレンズ21で
挟まれている。

【００２３】光源32から照射された光は、赤外線と紫外
線をカットされたあと液晶表示パネル20とカラーフィル
タ10によって透光／散光されてカラー映像化され、投写
レンズ22で拡大されて図示してないスクリーンに投影さ
れる。

【００２４】ところで、高精細、大容量表示、大面積表
示が実現できる相転移型の液晶表示パネル20を用いたカ
ラー拡大投影装置30は、数百万画素の表示容量をもたせ
ることができるので、高精細で高品位な投影画像が得ら
れる。

【００２５】ところが、このカラー拡大投影装置30で用
いるカラーフィルタ10は、液晶表示パネル20の画素が数
十μｍの細かいピッチなので、直接目視する現示型の液
晶表示装置よりも数倍ピッチが微細であるばかりでなく
数百ｍｍの大面積となる。そこで、製造原価が低減でき
る印刷によってフィルタを作ることが望ましい。ところ
が、印刷によって作られたカラーフィルタにはいろいろ
な不具合がある。

【００２６】

【発明が解決しようとする課題】図８は印刷によって作
られたフィルタの説明図で、図８（Ａ）は拡大平面図、
図８（Ｂ）は拡大断面図、図９はカラーフィルタを通過
した透光の振る舞いを説明する模式図である。図におい
て、１は基板、２はカラーフィルタ層、2aは単色層、４
は透光、５は光軸、その他の番号と名称は図７と同じで
ある。

【００２７】こゝで用いられるカラーフィルタ10は、基
板１の上にカラーフィルタ層２が設けられた構成になっ
ている。また、カラーフィルタ層２は、液晶表示パネル
の透明電極のピッチに合わせたＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれの
単色層2aが順次縞状に並んだストライプ配列と呼ばれる
構成になっている。そして、ピッチが細かいのでスクリ
ーン印刷では解像し難いのでオフセット印刷によって作
られる。

【００２８】単色層2aは、例えば透明なガラスやプラス
チックなどの基板１の上に、Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの着
色インクを交互に印刷して作る。印刷インクは、例え
ば、可視光を透過するアクリル系の基材にＲ、Ｇ、Ｂそ
れぞれの着色を行うための顔料を分散させた組成となっ
ている。

【００２９】ところで、ガラス板のような基板１にはイ
ンクを吸収乾燥する性質がないために、インクが印刷版
によって押し広げられる。そのため、カラーフィルタ層
２のそれぞれの単色層2aの間の境界線が鮮明にならず、
図８（Ａ）に示したように凹凸が激しく不明瞭になるこ
とが避けられない。

【００３０】また、それぞれの単色層2aの断面は、イン
クの粘性や濡れの悪さなどのために図８（Ｂ）に示した
ように蒲鉾形に膨らんだ凸レンズ状となる。実測した結
果によれば、例えば、60μｍピッチで設けた単色層2a
は、頭頂部が高さ３μｍの山なりに膨らむ。

【００３１】こうして、図９において、液晶表示パネル
20によって透光／散光されカラーフィルタ10を通過した
透光４の一部は、単色層2aの凸レンズ効果によって光軸
５が曲げられ、投写レンズ22に入射しなくなってしま
う。

【００３２】そのため、投影した画像の明るさや鮮明さ
が損なわれたり、隣接する単色層2a同士が混色して滲
み、図２の色度図に破線で示したように色純度が低下し
たりする問題があった。

【００３３】そこで本発明は、相転移型の液晶を用いた
カラー拡大投影装置において、カラーフィルタの単色層
のレンズ効果を低減し、明瞭な拡大投影画像が得られる
液晶表示パネル用カラーフィルタを提供することを目的
としている。

【００３４】

【課題を解決するための手段】上で述べた課題は、透明
な基板と、該基板に被着されたカラーフィルタ層を有
し、前記カラーフィルタ層は、赤（Ｒ）または緑（Ｇ）
または青（Ｂ）の少なくとも二つの単色層が交互にスト
ライプ配列しているものであり、かつ単色層のそれぞれ
の表面が、レンズ効果が抑制されるように平坦化処理さ
れているものであるように構成された液晶表示パネル用
カラーフィルタによって解決される。

【００３５】

【作用】本発明においては、安価に構成できる印刷法に
よって得られるカラーフィルタにおいて、Ｒ、Ｇ、Ｂの
それぞれの単色層が蒲鉾形になってレンズ効果をもち、
投影画像に不具合を生じることを抑制するようにしてい
る。その抑制手段としては、単色層の頭頂部の膨らみを
緩和する平坦化処理を行うようにしている。

【００３６】そうすると、カラーフィルタを透った光
が、レンズ効果によって有らぬ方向に異状に屈折して、
隣接する単色層の透光が混ざり合って投影画像の色純度
が下がったり、外乱光となって投影画像のルミナンス比
を低くしたりすることを防ぐことができる。

【００３７】

【実施例】図１は本発明の第一の実施例の説明図で、図
１（Ａ）は構成の断面図、図１（Ｂ）は要部の拡大断面
図、図２は本発明の効果に示す色度図、図３は本発明の
第二の実施例の断面図で、図３（Ａ）は単色の塗着状
態、図３（Ｂ）は平坦化処理した状態、図４は本発明の
第三の実施例の断面図、図５は本発明の第四の実施例の
断面図である。図において、１は基板、２はカラーフィ
ルタ層、2aは単色層、2bは重積部、３は被覆層、10はカ
ラーフィルタ、20は液晶表示パネルである。

【００３８】実施例：１図１において、基板１は硬質一級のケイ酸塩ガラス（白
ガラス）で、表面を研磨して平坦にした 250×190 ｍ
ｍ、厚さ 1.0ｍｍのガラス板である。

【００３９】この基板１の上に設けるカラーフィルタ層
２は、65μｍピッチ、１μｍの層厚で 3,520ラインの
Ｒ、Ｇ、Ｂの単色層2aが交互に並設されるようにオフセ
ット印刷して形成する。印刷インクはアクリル系の樹脂
を基材とし、顔料を分散させてＲ、Ｇ、Ｂのそれぞれを
発色させている。そして、それぞれのＲ、Ｇ、Ｂの単色
層2aの側端部は、８μｍずつ重なり合って重積部2bとな
っている。

【００４０】基板１に対して、印刷インクは粘度と濡れ
の悪さから接触角が大きくなるが、重積部2bではよく濡
れるので接触角が小さくなり、図１（Ｂ）に示したよう
に単色層2aの膨らみが緩和され、平坦化処理がなされ
る。そして、単色層2aのレンズ効果が抑制されるように
なる。

【００４１】こうして作ったカラーフィルタ10は、既に
発明者らが“液晶組成物および液晶表示装置”（特公昭
62-34799）として既に提案している相転移型の液晶表示
パネル20の上に重ねる。そして、図７に示したようにカ
ラー拡大投影装置30に取付けて 1.2ｍ離れた白色のスク
リーンに投射する。カラー拡大投影装置30の光源は、57
5Ｗのメタルハライド光源である。

【００４２】スクリーンに投影したカラー画像の色純度
を分光光度計で測定し、従来のカラーフィルタと比較し
て評価を行った。その結果、色純度については、図２に
示したように実線で示した本発明になるカラーフィルタ
10は、破線で示した従来のカラーフィルタに比較して、
Ｒ、Ｇ、Ｂのそれぞれの色純度が２倍程度よくなってい
る。また、投影画像の明るさの比（ルミナンス比）につ
いては、表１に示したように本発明になる実施例が、従
来例に比べて約３倍強改善されている。つまり、スクリ
ーン上に投影された画像の明／暗のコントラストが大き
く見やすいということである。

【００４３】

【表１】

【００４４】こうして、本発明になるカラーフィルタ10
は、従来のカラーフィルタのようなそれぞれの単色層2a
が蒲鉾形に膨らんでレンズ効果が現れることを抑制して
いることが分かる。また、重積部2bはＲ、Ｇ、Ｂのそれ
ぞれの少なくとも２色が減色混合されているので黒ず
み、投影されたスクリーン上ではブラックマトリックス
となって、画素間の漏光を遮光する効果を示している。
従って、重積部2bを設けると、単色層2aを塗着する工程
によってブラックマトリックスも同時に形成できる大き
な利点がある。

【００４５】こゝでは、単色層2aが65μｍピッチに対し
て８の重積部2bを設けたが、重積部2bの幅を大きくする
と、相対的に透光する部分が狭くなってルミナンスが低
くなってくる。そこで、単色層2aの幅に対する重積部2b
の幅は、10〜20％程度がよく、10％以下では平坦化処理
の効果が薄らぎ、20％以上では投影画像のルミナンスが
損なわれてくる。

【００４６】実施例：２図３（Ａ）において、基板１の上にピッチが60μｍで、
層厚が３μｍの単色層2aを塗着してカラーフィルタ層２
を構成する。そして、単色層2aの頭頂部を層厚が 1.5μ
ｍになるようにラップ盤で研磨して平坦にする。

【００４７】こうような平坦化処理の場合には、単色層
2aの隙間が空いているので、例えばブラックマトリック
スを別工程で設ける必要がある。しかし、色純度やルミ
ナンス比などは従来例に比べて向上し、実施例１と同等
の光学特性が得られる。

【００４８】実施例：３図４において、３基板１の上にピッチが60μｍで、層厚
が１μｍの単色層2aを塗着してカラーフィルタ層２を構
成する。そして、単色層2aの隙間を埋めるように被覆層
３を塗って蒲鉾形に膨らんだ単色層2aの頭頂部を平坦化
処理する。この被覆層３は、単色層2aの基材と同等の屈
折率をもっていることが望ましく、こゝでは基材と同じ
アクリル系の透明な樹脂を用いて被覆層３とする。

【００４９】こうような平坦化処理を行えば、実施例１
とほゞ同等の色純度やルミナンス比などの光学特性を得
ることができる。実施例：４図５において、単色層2aの基材と同等の屈折率をもって
いる被覆層３によって、基板１の上に設けられた単色層
2aが埋め込まれるように覆って平坦化した構成になって
いる。

【００５０】こうような平坦化処理は、１μｍの層厚の
単色層2aに対して、例えば２μｍの層厚になるように被
覆層３を設ければよく、被覆層３の層厚の調整が実施例
４よりも容易である。そして、えば、実施例１とほゞ同
等の色純度やルミナンス比などの光学特性を得ることが
できる。

【００５１】単色層のピッチは、対応する液晶表示パネ
ルの電極ピッチに合わせ、単色層の層厚は、印刷インク
の濃さや印刷方式によるので、種々の変形が可能であ
る。また、こゝではフルカラーの投影を想定して、単色
層をＲ、Ｇ、Ｂの光の三原色としたが、少なくとも２色
のカラーフィルタならば適用できる。

【００５２】

【発明の効果】本発明によれば、相転移型の液晶表示パ
ネルを用いたカラー拡大投影装置において、印刷によっ
て作ったカラーフィルタのそれぞれの単色層を平坦化処
理してレンズ効果を抑制することができる。

【００５３】その結果、色純度が大きく、ルミナンス比
の大きなカラーフィルタを廉価に作ることができるよう
になり、カラー画像のような膨大な情報のカラー拡大投
影の実現に対して、本発明は寄与するところが大であ
る。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の第一の実施例の説明図で、（Ａ）は
構成の断面図、（Ｂ）は要部の拡大断面図である。

【図２】本発明の効果に示す色度図である。

【図３】本発明の第二の実施例の断面図で、図３
（Ａ）は単色の塗着状態、図３（Ｂ）は平坦化処理した
状態である。

【図４】本発明の第三の実施例の断面図である。

【図５】本発明の第四の実施例の断面図である。

【図６】相転移型の液晶の表示原理の説明図で、
（Ａ）は相転移型液晶表示装置の表示原理図、（Ｂ）は
参考例のＴＮ型液晶表示装置の表示原理である。

【図７】相転移型液晶を用いたカラー拡大投影装置の
一例の構成図である。

【図８】印刷によって作られたフィルタの説明図で、
（Ａ）は拡大平面図、（Ｂ）は拡大断面図である。

【図９】カラーフィルタを通過した透光の振る舞いを
説明する模式図である。

【符号の説明】

１基板２カラーフィルタ層 2a 単色層 2b
重積部３被覆層 10 カラーフィルタ 20 液晶表示パネル 30 カラー拡大投影装置

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者渡▲辺▼ 真史神奈川県川崎市中原区上小田中1015番地富士通株式会社内

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明な基板(1) と、該基板(1) に被着さ
れたカラーフィルタ層(2) を有し、前記カラーフィルタ層(2) は、赤（Ｒ）または緑（Ｇ）
または青（Ｂ）の少なくとも二つの単色層(2a)が交互に
ストライプ配列しているものであり、かつ該単色層(2a)
のそれぞれの表面が、レンズ効果が抑制されるように平
坦化処理されているものであることを特徴とする液晶表
示パネル用カラーフィルタ。
【請求項２】前記単色層(2a)が、印刷手段によって形
成される請求項１記載の液晶表示パネル用カラーフィル
タ。
【請求項３】前記単色層(2a)が、それぞれの側端部を
重ね合わせた重積部(2b)を有する請求項１記載の液晶表
示パネル用カラーフィルタ。
【請求項４】前記重積部(2b)が、ブラックマトリック
スをなす請求項３記載の液晶表示パネル用カラーフィル
タ。
【請求項５】前記単色層(2a)のそれぞれの頭頂部が平
坦に研磨されている請求項１記載の液晶表示素子用カラ
ーフィルタ。
【請求項６】前記カラーフィルタ層(2) が、単色層(2
a)と同等の屈折率を具えた透明な被覆層(3) によって被
覆されている請求項１記載の液晶表示パネル用カラーフ
ィルタ。