JPH06337410A - カラー液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

(57)【要約】 【構成】対向面に電極を有する一対の基板間に挟持され
た該電極に印加する電圧により偏光状態が変化する液晶
層と該液晶層の両側に配置された一対の偏光膜を有する
カラー液晶表示装置において、少なくても該対向する一
対の基板の表示面側基板が厚さ方向に光を導く光変換素
子アレイ基板であり、該光路変換素子アレイ基板の外面
側にカラーフィルタが画素毎に配置されたカラー液晶表
示装置。 【効果】表示面側基板として光路変換素子アレイを適用
した上記構成とすることにより、プロセス上の信頼性や
平坦性が必要ない安価なカラーフィルタが製造でき、視
差レス，広視野角の高画質なカラー液晶表示装置を得る
ことができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、光ファイバープレート
を用いた透過型及び反射型カラー液晶表示装置に関す
る。

【０００２】

【従来の技術】従来の透過型カラー液晶表示装置の一例
を図７に示す。従来のカラー液晶表示装置は、透明電極
３０，３１が形成された２枚の透明ガラス基板１５の間
に液晶層４０を挟持し、更に一対の透明ガラス基板１５
の両側に一対の偏光膜２１を有する。更に、出射側透明
ガラス基板１５の内側にカラーフィルタ２３，ブラック
マトリクス２２，平坦化膜２５を配置する。電極３０，
３１に画像信号によって決まる電圧を印加することによ
り、入射光５１を制御して画像の表示を行う。つまり、
カラーフィルタ２３を透過する光を画素毎に制御してカ
ラー表示を得ることができる。

【０００３】図８に反射型カラー液晶表示装置の従来例
を示す。図７の透過型カラー液晶表示装置に拡散反射板
１６を偏光膜２１の裏面に配置することにより構成す
る。

【０００４】また、特開平3−2723 号には、出射側の透
明ガラス基板１５を光ファイバープレートに置き換え、
厚さ方向に光を導く液晶表示装置が記載されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】上記従来技術では、図
７，図８に示すようにカラーフィルタ２３，ブラックマ
トリクス２２を出射側の透明ガラス基板１５の内側に配
置する。カラー液晶表示装置では、面内の明るさの均一
性を得るために液晶層４０の厚さを均一にすることが重
要であり、液晶層４０の厚さを均一にするために、カラ
ーフィルタ２３，ブラックマトリクス２２の上部に平坦
化膜２５を塗布し、基板の平坦性を高めている。また、
画素の大きさに対して透明ガラス基板の厚みは通常０.
５mmから１.１mm と大きいために、画素間のクロストー
クのない良好なカラー表示を得るためには、基板の内部
にカラーフィルタやブラックマトリクスを配置しなけれ
ばならなかった。更に、液晶装置作製プロセス上、カラ
ーフィルタの耐熱性等の信頼性も重要となる。従って、
ブラックマトリクス，カラーフィルタの平坦化及びカラ
ーフィルタの耐熱性向上のための複雑な工程が必要であ
り、歩留まりが下がり信頼性が低下するばかりか、その
工程のためにカラーフィルタ側基板が高価なものにな
る。

【０００６】また、液晶表示装置の出射側ガラス基板の
厚みのために、見る方向により画像の誤認識を起こす。
例えば、ペン入力コンピュータに使用する液晶ディスプ
レイでは、その視差が誤認識を導くために改善が要求さ
れている。更に、ＴＮ型液晶ディスプレイでは、見る角
度により画像の輝度，色が変化してしまう視野角依存性
の問題もある。

【０００７】一方、反射型液晶表示装置においては、上
記問題以外に、図８に示すように、画素間のクロストー
クや、写り込みを防止するために拡散反射板を使用して
いるために、反射率が低下する問題があった。写り込み
とは、画像を見る人が画像情報以外に、表示装置の回り
の物や人がガラス基板上や裏面の反射板上に写ったもの
として見える現象を言う。

【０００８】本発明の目的は、上記問題点を解決し良好
な画像の得られる液晶表示装置を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】上記問題点を解決するた
めに、透過型カラー液晶表示装置の場合は、図１のよう
に透明電極３０を配置した光路変換素子アレイ１０と、
一方の面に透明電極３１を配置し、他方の面に偏光膜２
１を配置した透明ガラス基板１５の間に透明電極３０，
３１が互いに向かい合うようにして、液晶層４０を挟持
し、該光路変換素子アレイ１０の外面側には、画素毎に
カラーフィルタ２３、及び偏光膜２１を配置した構成と
する。好ましくは、画素間のクロストークを排除するた
めにブラックマトリクス２２を光路変換素子アレイの外
面側に配置する。また、反射型カラー液晶表示装置の場
合は、図１のカラーフィルタの無い透明ガラス基板の偏
光膜の外面に反射板を配置した構成とする。

【００１０】更に、光路変換素子アレイとして、光ファ
イバープレートを適用した透過型及び反射型カラー液晶
表示装置の一例を図３，図４に示す。光ファイバープレ
ートを光変換素子アレイに適用したときには、ファイバ
ーにより光の偏光状態が崩れるために、ファイバープレ
ートの内側に偏光膜を配置した構成とする。つまり、内
部偏光膜２０と該内部偏光膜２０の上部に透明電極３０
を配置した光ファイバープレート１１と、一方の面に透
明電極３１を配置し、他方の面に偏光膜２１を配置した
透明ガラス基板１５の間に透明電極３０，３１が互いに
向かい合うようにして、液晶層４０を挟持し、該光ファ
イバープレート１１の外面側には、画素毎にカラーフィ
ルタ２３を配置した構成とする。好ましくは、画素間の
クロストークを排除するためにブラックマトリクス２
２，カラーフィルタの汚染を防ぐために保護膜２４を配
置する。また、反射型カラー液晶表示装置は、図４のカ
ラーフィルタの無い透明ガラス基板の偏光膜の外面に反
射板１７を配置した構成とする。更には、該光変換素子
アレイ１０として図６のマイクロレンズアレイ１４を適
用することができる。

【００１１】

【作用】対向面に電極を有する一対の基板間に挟持され
た液晶層を有するカラー液晶表示装置において、少なく
ても該対向する一対の基板の表示面側基板が厚さ方向に
光を導く光変換素子アレイ基板であり、該光路変換素子
アレイ基板の外面側にカラーフィルタを具備したカラー
液晶表示装置とする構成により、光路変換素子アレイが
基板の厚さ方向に光を導くものであるために、基板の厚
さによる画素のずれがなく良好なカラー表示を得ること
ができる。視差が無くなるために、カラーフィルタ，ブ
ラックマトリクスを基板の外側に配置することができ
る。また、カラーフィルタを光変換素子アレイの外面側
に配置するために、基板表面での発色となり、視野角が
広くなる。従って、従来のカラー液晶表示装置のよう
に、液晶層の均一性を図るための平坦性や、液晶作製プ
ロセスに耐え得る耐熱性が必要なく、プロセス上の信頼
性が向上し、安価で製造することができる。光路変換素
子アレイが、光の偏光状態を崩すものでなければ、例え
ば、マイクロレンズアレイや偏光制御光ファイバー（Ｇ
Ｉファイバー）であれば、偏光膜を外部に貼付すること
ができるために、更に、製造工程も簡潔になり、プロセ
ス上の信頼性が向上し、カラー液晶表示装置を安価で製
造できる。

【００１２】上記構成の光路変換素子アレイとして、光
ファイバープレートを適用したときには、光の偏光状態
が崩れるために、光ファイバープレートの内部側に偏光
膜を配置する必要がある。この構成により、基板の厚さ
方向に光を導くために視差が無く、また、ファイバー内
で光が散乱されてファイバーのＮＡで決まる開口角内に
出射されるために、視野角依存性が低減できる。

【００１３】カラーフィルタを透明なポリマーシート
で、製造すれば、張り替え可能な安価で、かつ、色調を
変化が可能なカラーフィルタを製造できる。

【００１４】

【実施例】以下本発明の実施例について図面を用いて説
明する。

【００１５】〔実施例１〕本発明の一実施例の概略図を
図１に示す。図１は本発明の透過型カラー液晶表示装置
の構成を示す断面図である。本発明の透過型カラー液晶
表示装置は、ブラックマトリクス２２，カラーフィルタ
２３，偏光膜２１、及び、透明電極３０を有する光路変
換素子アレイ１０と、一方の面に透明電極３１を配置
し、他方の面に偏光膜２１を配置した透明ガラス基板１
５の間に透明電極３０，３１が互いに向かい合うように
して、液晶層４０を挟持している。また、該光路変換素
子アレイ１０の外部側には、画素毎にカラーフィルタ２
３を配置する。ブラックマトリクス２２，偏光膜２１
は、光路変換素子アレイ側のどちらの面に配置しても同
じ効果が得られる。上記構成で、基板の厚さ方向に光を
導く光変換素子アレイ１０として、光の偏光状態が崩れ
ない基板を適用すると、偏光膜２１は、図１のように外
部に配置することができる。偏光膜を外部に付けること
ができれば、偏光膜の耐熱性，耐薬品性等の問題が排除
される。

【００１６】上記構成にすることで、液晶層の光を厚さ
方向に導くために、図７に示すように、見る方向によっ
て画素がずれるという視差の問題が低減できる。また、
カラーフィルタを光路変換素子アレイの外面側に配置す
ると、液晶表示装置を製造するに当って、カラーフィル
タは高温プロセスを通過しないために、従来のような２
００℃まで耐熱性が必要がなく、カラー液晶表示装置の
使用温度範囲内の耐熱性が有れば良く、耐熱性の低い、
色純度の良いカラーフィルタを使用することができる。
また、カラーフィルタの製造プロセスで使用する薬品に
対する耐久性等の問題も排除することができる。液晶製
造の高温プロセス通過後に透明ポリマーフィルムのカラ
ーフィルタを貼付することもでき、かつ、基板にゼラチ
ン染色法，顔料分散法，電着法，印刷法，干渉法等で積
層することもでき、製造プロセス上の信頼性が向上す
る。なお、製造方法は限定しない。従って、カラーフィ
ルタの使用材料範囲が拡がり、カラーフィルタを表面に
配置した時の反射防止の対策が容易にできる。また、カ
ラーフィルタの耐熱性の問題もなく、製造プロセス上の
信頼性が向上し、安価なカラー液晶表示装置が製造でき
る。更に、光路変換素子アレイ基板の内側の構成が簡潔
になり、液晶層４０のギャップを均一にするための基板
の平坦性の問題が低減できる。従って、面内の明るさの
均一性が向上し、表示特性の良好なカラー液晶表示装置
を得ることができる。また、熱工程を通過しないため
に、ブラックマトリクス２２，カラーフィルタ２３，光
路変換素子アレイの熱膨張による合わせのずれが低減で
きる。

【００１７】従来素子図７のように内部にカラーフィル
タ２３，ブラックマトリクス２２を配置すると、斜めか
らの入射光はそのまま屈折して斜めに出射される。従っ
てカラー表示を得るためには、液晶層４０の近傍にカラ
ーフィルタを配置する必要があった。しかしながら、本
願発明のようにファイバープレート１１を基板に用いた
場合、光ファイバーで図５に示すように入射光５１をフ
ァイバー内の界面で反射させ、ファイバー１２の特性で
決まる開口角５２内に出射光５０として出射される。つ
まり、各画素に入射した光を厚さ方向に導くために画素
間のクロストークをなくすことが出来る。従って、外面
側にカラーフィルタ２３，ブラックマトリクス２２を配
置しても、画素間のクロストークをなくすることができ
る。

【００１８】カラーフィルタ２３は、光路変換素子アレ
イ基板１０の外面側に配置されているために、表面によ
る散乱であり、視野角が拡大する。

【００１９】また、図１の光路変換素子アレイ１０に図
５のマイクロレンズアレイ１４を適用することができ
る。更に、通常のファイバーは図７に示す様にコアーと
クラッドの二層からなり、境界面で屈折率がステップ状
に変化し、この界面における全反射を利用して光を導
く。従って全反射の過程でモード変換や散乱の現象が置
きて偏光状態が崩れる。

【００２０】一方、ＧＩファイバーは、ファイバー中心
部の屈折率が高く、中心から遠ざかるに従って屈折率が
徐々に小さくなるように作られており、通常のステップ
インデックス型のファイバーの様に偏光状態は、乱れな
い。従ってＧＩファイバーを用いた光ファイバープレー
トを適用することができる。

【００２１】光路変換素子アレイ１０としては、上記以
外にロットレンズアレイ，レンチキュラーレンズアレイ
等、厚さ方向に光を導くことができるものであれば限定
しない。

【００２２】上記構成において、液晶層４０にネマチッ
ク液晶を使用したツイスト角９０度のＴＮ（ツイストネ
マチック）型液晶やツイスト角１８０度から２７０度の
STN（スーパーツイストネマチック）型液晶を用いるこ
とができる。また、ポリマー中に液晶を分散したＰＤＬ
Ｃ（ポリマー分散型液晶）を用いることもでき、この時
は、偏光板を使用する必要がない。

【００２３】図１の電極３１としてアクティブ素子（例
えば薄膜トランジスタ）をマトリクス状に配置したカラ
ー液晶表示装置に利用することもできる。更には、ペン
入力の為のセンサを液晶表示装置上に設けたペン入力コ
ンピュータに本実施例の液晶表示装置を応用すると、殆
ど視差が存在しないために入力ミスのない高性能なペン
入力コンピュータを得ることができる。

【００２４】また、反射型カラー液晶表示装置は、図１
のカラーフィルタの無い透明ガラス基板の偏光膜の外面
に反射板を配置した構成とすることができる。

【００２５】〔実施例２〕本発明の他の実施例の概略図
を図３に示す。図３は本発明の透過型カラー液晶表示装
置の構成を示す断面図である。本発明の透過型カラー液
晶表示装置は、ブラックマトリクス２２，カラーフィル
タ２３，偏光膜２１、及び、透明電極３０を有する光フ
ァイバープレート１１と、一方の面に透明電極３１を配
置し、他方の面に偏光膜２１を配置した透明ガラス基板
１５の間に透明電極３０，３１が互いに向かい合うよう
にして、液晶層４０を挟持している。また、該光ファイ
バープレート１１の外部側には、画素毎にカラーフィル
タ２３，ブラックマトリクス２２を配置する。偏光膜２
０は、光ファイバープレート１１の内側に配置する。好
ましくは、カラーフィルタの汚染を防ぐために保護膜２
４を配置する。

【００２６】上記構成にすることで、液晶層の光を厚さ
方向に導くために、図７のように見る方向によって画素
がずれるという、視差の問題が低減できる。また、カラ
ーフィルタを光ファイバープレート１１の外面側に配置
すると、液晶表示装置の高温プロセスを通過しないため
に、従来のような２００℃まで耐熱性が必要がなく、カ
ラー液晶表示装置の使用温度範囲内の耐熱性が有れば良
く、色純度の良いカラーフィルタを使用することができ
る。また、カラーフィルタの耐薬品性等の問題も排除す
ることができる。液晶製造の高温プロセス通過後に透明
ポリマーフィルムのカラーフィルタを貼付することも、
基板にゼラチン染色法，顔料分散法，電着法，印刷法，
干渉法等で積層することもでき、製造プロセス上の信頼
性が向上する。なお、製造方法は限定しない。従って、
カラーフィルタの耐熱性の問題がなくなり、製造プロセ
ス上の信頼性が向上し、安価なカラー液晶表示装置が製
造ができる。

【００２７】更に、光ファイバープレート１１の内側の
構成が簡潔になり、液晶層４０のギャップを均一にする
ための基板の平坦性の問題が低減できる。従って、面内
の明るさの均一性が向上し、表示特性の良好なカラー液
晶表示装置を得ることができる。また、熱工程を通過し
ないために、ブラックマトリクス２２，カラーフィルタ
２３，光ファイバープレート１１等の熱膨張による合わ
せのずれの問題が低減できる。

【００２８】先の実施例と同様、カラーフィルタ２３，
ブラックマトリクス２２を外部に配置しても、画素間の
クロストークをなくすることができる。

【００２９】光ファイバープレート１１は、図２で示す
構造をしており、ファイバー１３数十本を束ねてファイ
バー束１２とし、そのファイバー束１２を数本から数十
本束ね切断することにより、ファイバープレート１１が
形成される。カラーフィルタ２３は、光ファイバープレ
ート１１の外面側に配置されているために、表面による
散乱であり、視野角が拡大する。ファイバーからの光の
挙動は、図５に示すように、開口角θ５２内の入射光５
１は、光ファイバーのコアーとクラッドの境界で全反射
し、開口角θ５２内に散乱出射される。

【００３０】上記構成において、液晶層４０にネマチッ
ク液晶を使用したツイスト角９０度のＴＮ（ツイストネ
マチック）型液晶やツイスト角１８０度から２７０度の
STN（スーパーツイストネマチック）型液晶を用いるこ
とができる。また、ポリマー中に液晶を分散したＰＤＬ
Ｃ（ポリマー分散型液晶）を用いることもでき、このＰ
ＤＬＣ等のように偏光状態を制御するものでなければ、
偏光板を使用する必要がない。

【００３１】図３の電極３１としてアクティブ素子（例
えば薄膜トランジスタ）をマトリクス状に配置したカラ
ー液晶表示装置に利用することもできる。更には、ペン
入力の為のセンサを液晶表示装置上に配設したペン入力
コンピュータに本実施例の液晶表示装置を応用すると殆
ど視差が存在しないために入力ミスのない高性能なペン
入力コンピュータを得ることができる。

【００３２】また、反射型カラー液晶表示装置は、図４
のカラーフィルタの無い透明ガラス基板の偏光膜の外面
に鏡面反射板１７を配置することにより構成する。光フ
ァイバープレート１１を適用した図４の構成において
は、従来装置図８のように拡散反射板１６としなくて
も、ファイバープレート１１により光を散乱するため
に、像の写り込みを防ぐことができるために、反射率の
高い鏡面反射板を使用することができる。従って、明る
い反射型カラー液晶表示装置を得ることができる。

【００３３】

【発明の効果】表示面側基板として光を厚さ方向に導く
光路変換素子アレイを利用し、光路変換素子アレイの外
面側にカラーフィルタを配置し、光路変換素子アレイが
光の偏光状態を崩すときには、内面側の偏光膜を配置
し、光の偏光状態を崩さないときには、外面部に偏光膜
を配置することにより、製造プロセス上の信頼性の高
く、低コストでカラーフィルタが製造できる。また、視
差がなく、広視野角の表示特性の良好なカラー液晶表示
装置を得ることができる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の透過型カラー液晶表示装置の一実施例
を示す断面図である。

【図２】本発明に使用した光ファイバープレートの概要
を示す図である。

【図３】本発明の透過型カラー液晶表示装置の一実施例
を示す断面図である。

【図４】本発明の反射型カラー液晶表示装置の一実施例
を示す断面図である。

【図５】本発明に使用した光ファイバー中の光の挙動を
示す図である。

【図６】本発明のカラー液晶表示装置に適用する光路変
換素子アレイの一実施例を示す図である。

【図７】従来の透過型カラー液晶表示装置を示す図であ
る。

【図８】従来の反射型カラー液晶表示装置を示す図であ
る。

【符号の説明】

１０…光路変換素子アレイ、１１…光ファイバープレー
ト、１２…光ファイバー束、１３…光ファイバー、１４
…マイクロレンズアレイ、１５…透明ガラス基板、１６
…拡散反射板、１７…鏡面反射板、１８…ペン、１９…
ポイント領域、２０…内部偏光膜、２１…偏光膜、２２
…ブラックマトリクス、２３…カラーフィルタ、２４…
保護膜、２５…平坦化膜、３０，３１…透明電極、４０
…液晶層、５０…出射光、５１…入射光、５２…光路変
換素子アレイの開口角θ。

Claims (8)

【特許請求の範囲】
1. 【請求項１】対向面に電極を有する一対の基板間に挟持
   された液晶層を有するカラー液晶表示装置において、 前記対向する一対の基板の表示面側基板に厚さ方向に光
   を導く光変換素子アレイ基板を用い、前記光路変換素子
   アレイ基板の外面側にカラーフィルタを具備したことを
   特徴とするカラー液晶表示装置。
2. 【請求項２】対向面に電極を有する一対の基板間に挟持
   された液晶層を有するカラー液晶表示装置において、 前記対向する一対の基板の表示面側基板に厚さ方向に光
   を導く光ファイバープレートを用い、前記光ファイバー
   プレートの外面側にカラーフィルタを具備したことを特
   徴とするカラー液晶表示装置。
3. 【請求項３】請求項１又は２において、前記電極に電圧
   を印加することにより偏光状態が変化する液晶層と、前
   記液晶層の両側に配置された一対の偏光膜を有すること
   を特徴とするカラー液晶表示装置。
4. 【請求項４】対向面に電極を有する一対の基板間に挟持
   された前記電極に電圧を印加することにより偏光状態が
   変化する液晶層と、前記液晶層の両側に配置された一対
   の偏光膜を有するカラー液晶表示装置において、 前記対向する一対の基板の表示面側基板に厚さ方向に光
   を導く光ファイバープレートを用い、前記光ファイバー
   プレートと前記液晶層の間に前記偏光膜が少なくとも１
   枚配置され、前記光ファイバープレートの外面側にカラ
   ーフィルタを具備したことを特徴とするカラー液晶表示
   装置。
5. 【請求項５】請求項３又は４において、前記液晶層がネ
   マチック液晶層で、その捩れ角が１８０度から２７０度
   であるＳＴＮ型液晶層であることを特徴とするカラー液
   晶表示装置。
6. 【請求項６】請求項３又は４において、前記液晶層がネ
   マチック液晶層で、その捩れ角が９０度以下であるＴＮ
   型液晶層でありことを特徴とするカラー液晶表示装置。
7. 【請求項７】請求項３又は４において、該液晶層がネマ
   チック液晶層で、その捩れ角が９０度以下であるＴＮ型
   液晶層であり、各画素にアクティブ素子を配置したこと
   を特徴とするカラー液晶表示装置。
8. 【請求項８】請求項１又は２において、該液晶層が散乱
   性を制御できる液晶層であり、各画素にアクティブ素子
   を配置したことを特徴とするカラー液晶表示装置。