JPH0762723B2

JPH0762723B2 - 液晶表示装置

Info

Publication number: JPH0762723B2
Application number: JP60071614A
Authority: JP
Inventors: 佳治栄木; 雅巳村田
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1985-04-04
Filing date: 1985-04-04
Publication date: 1995-07-05
Anticipated expiration: 2010-07-05
Also published as: JPS61230101A

Description

【発明の詳細な説明】〔産業上の利用分野〕本発明は、透明な有機膜を染料で着色してなるカラーフ
ィルタおよびそれを用いた液晶表示装置の構造に関する
ものである。

〔発明の概要〕

本発明は、有機膜を着色したカラーフィルタにおいて、
透明又は半透明な部分を設けることにより、耐光性を劣
化させることなく、フィルタ全体を明るくしたものであ
る。

〔従来の技術〕

透明な有機膜を染料によって着色したカラーフィルタ
は、比較的安価で優れた光学特性を持つところから多方
面にわたって利用されている。例えば、着色されたゼラ
チンフィルタは、色温度補正や赤外線、紫外線又は可視
光カット等の目的で、カメラ、ビデオ等の写真・映像分
野で広く用いられている。

また、ガラス等の透明基板上にゼラチン，カゼイン，グ
リュー等の有機膜を線ストライプ状あるいは４角形等の
パターンに形成し、かつ染料によって赤、緑、青の光の
３原色に規則正しく染め分けたいわゆる染色法カラーフ
ィルタは、カラー撮像装置の分色フィルタとして、干渉
フィルタと共に多く利用されている。

更に最近では、この染色法カラーフィルタは、液晶ディ
スプレーの進歩と相まって、これと組み合わせた液晶フ
ルカラーディスプレーとしての応用が実用化され普及し
つつある。

この染色法カラーフィルタは、パターンの形成をフォト
リソグラフィによって行うため、液晶フルカラーディス
プレー用として提唱されている他の方式のカラーフィル
タ（例えば印刷法）より高いパターン形成精度を有し、
また、彩度の高い有機染料で直接染めるため、やはり他
の方式のカラーフィルタ（例えば印刷法、写真フィルム
法、電着法）に較べ、優れた光学特性を持つ。

染色法カラーフィルタによる液晶フルカラーディスプレ
ーの代表的な構造を第２図（ａ）と第２図（ｂ）に示
す。第２図（ａ）は平面図、第２図（ｂ）はこの平面図
をＡ−Ａ′面で切断した断面図である。この構造は、薄
膜トランジスタ（以下TFTと略す。）液晶ディスプレー
での例である。

両図において、１〜３はカラーフィルタのパターンで、
各々赤、緑、青に染め分けられている。パターンの大き
さは、縦横ともに画素のピッチに等しく、パターン間に
隙間はない。赤色パターン１、緑色パターン２及び青色
パターン３の境界はTFT基板側のソースライン４と、ゲ
ートライン５（第２図（ｂ）には示していない。）の中
心を通るように組まれ、透明画素電極６及び６′の真上
に各色パターン１〜３が配置される。

この液晶ディスプレーは、通常のツイステッド・ネマチ
ックモードで表示を行う。例えば赤を表示する場合、第
２図（ｂ）において、緑色パターン２と青色パターン３
に対向する透明画素電極６に信号を送ることにより、カ
ラーフィルタ上の透明共通電極７に挟まれた液晶材料８
に電圧が印加され白色光９がカットされて黒を表示す
る。一方、赤色パターン１に対向する透明画素電極６′
には信号を送らないため、その部分の液晶材料８は白色
光９を通過し、赤色パターン１を通過して赤く見える。
ここで、10,11は各々偏光子と検光子、12と13はガラス
基板である。

このように液晶フルカラーディスプレーは、偏光板を用
いていること、白色光をカラーフィルタで分光している
こと、液晶をシャッタとして透過光を制御していること
の３つの理由から、背後の白色光の明るさが充分利用さ
れておらず、画面が暗い。

そこで、液晶フルカラーディスプレー用の染色法カラー
フィルタは、明るく染める、即ち薄く染めるのが通例で
あった。明るく染める方法としては透明有機膜の膜厚を
薄くする、染色時間を短くする、染色槽温度を下げる、
染色槽の染料濃度を下げる等種々考えられる。

〔発明が解決しようとする課題〕

ところが、前述のような明るく染めた染色法カラーフィ
ルタは光による劣化、即ち耐光性が良くないという欠点
があった。

第３図に従来の薄染め染色カラーフィルタの緑色パター
ンの分光特性を示す。初期値14のピークの透過率が高い
ので、明るいカラーフィルタとなっている。しかし、日
光暴露試験後（約10日）の値15は、左右のベースライン
が大きく上昇しているので、肉眼で見ると色が薄くなり
くすんだように見える。

そこで本発明はこのような問題点を解決するもので、そ
の目的は耐光性を劣化させることなく液晶フルカラーデ
ィスプレーに適した明るい染色法カラーフィルタを提供
することにある。

〔課題を解決するための手段〕

本発明は、透明な有機物質膜を染料で染色することによ
り複数種類の着色部を表示装置の各画素毎に対応させて
配設して成るカラーフィルタにおいて、前記着色部に対応する前記画素の各領域内に、前記複数
種類の着色部毎に対応して形成された規則形状の非着色
部を設け、該非着色部の面積を前記着色部の面積の10〜50％とした
ものである。

また、上記のカラーフィルタを液晶表示装置に用いるも
のである。

〔作用〕

第４図は普通に染めた（即ち液晶フルカラーディスプレ
ー用の薄染めカラーフィルタよりは濃く染めた）染色法
カラーディスプレーの分光特性（透過率）であるが、第
３図に示す分光特性を有するカラーフィルタよりも濃い
めに染めてあるために、初期値16′のベースラインが０
％まで充分に下がっている。そのために、日光暴露によ
ってベースラインが上昇し、０％以上にもち上がるまで
に時間がかかり、日光暴露試験後の値17′に示すように
殆ど分光特性が変化しない。勿論、このカラーフィルタ
は暗いので液晶フルカラーディスプレーにはまず使用で
きない。

一方、本発明の染色法カラーフィルタにおいては、各パ
ターンの間又は内部等のように表示装置の画素に対応し
た領域内において各着色部毎に対応して設けた透明部又
は半透明部等の非着色部から光が抜けてくるために、第
５図に示すように透過率の初期値16が全波長域にわたっ
て第４図の16′より数％持ち上がっている。着色部の面
積を適切に選ぶことによりその持ち上がり量を制御する
ことができ、第３図に示す従来の薄染め染色法カラーフ
ィルタと等価の明るさにすることができる。

具体的には、非着色部の面積を着色部（パターン）の10
〜50％にすることにより、薄染めカラーフィルタと同等
の明るさが得られることを確認した。即ち非着色部が10
％以下の面積ならば本発明の効果が充分得られず、又50
％以上の場合は明るくなりすぎて著しく彩度が低下する
のである。

また、各着色部及び非着色部は、線ストライプ状、４角
形、３角形、円形等の微細な規則正しい形状になってい
るので、一つ一つの形が見えることはなく、均一な明る
さが得られる。

そして、第５図の本発明のカラーフィルタが、第４図の
カラーフィルタと同じ濃さに染めてあるならば、その耐
光性は、日光暴露試験（10日）後の値17に示すように第
４図の17′と全く同じ挙動を示し、分光特性はほとんど
変化しない。

〔実施例〕

実施例−１第１の実施例として、従来の技術の項で引用したTFT液
晶ディスプレーに、本発明を応用した例を説明する。

第１図（ａ）は、カラーフィルタのパターンの平面図
で、ゼラチンを染料で着色してなる各色のパターン１〜
３は、透明画素電極の形状とほぼ一致させてある。この
形状は、４角形や３角形といった単純なものではない
が、微細な上に規則正しく並んでいるので、人の目に個
別に見えることはない。ここで、微細とは概ね数百μｍ
以下のことをいう。本実施例のパターンの大きさはおよ
そ150μｍである。パターン間は透明部18になってお
り、本実施例の場合、その面積は着色部（各パターン１
〜３の面積の合計）の約25％である。これは最も好まし
い面積比率に属する。

第５図の分光特性は正に本実施例のものであり、カラー
フィルタは充分明るくなっており（初期値16）、日光暴
露試験後の特性17においても殆ど劣化が見られない。

第１図（ｂ）は、本実施例のカラーフィルタをTFTディ
スプレーに組み込んだ平面図である。各色パターン１〜
３は、透明画素電極６の形状にぴったり一致させて組み
込む。こうすると、液晶がシャッタとして働く部分だけ
着色されていて効率がよい。

カラーフィルタの透明部18は、ソースライン４とトラン
ジスタ部19上に配置され、この部分を透過してくる白色
光（図示していない）が、前述の第５図における分光特
性のベースラインの持ち上がり部分となって、カラーフ
ィルタ全体を明るくする役目を果たしている。透明部18
の面積比率が25％と最適条件なので、このTFT液晶フル
カラーディスプレーでは充分な明るさと彩度が得られ
る。特に白色光として太陽光などの外部光を彩色して用
いる場合に有効である。

第１図（ｃ）は、第１図（ｂ）の平面図をＡ−Ａ′でカ
ットした断面図である。透明部18の上下に位置する部材
（偏光込10、ガラス基板12及び13、ソースライン４、液
晶材料８、透明共通電極７、検光子11）は、透明あるい
は無色の半透明になっていて、白色光９の効率良く透過
させる。

本実施例のTFT液晶ディスプレーの画面表示の方法は、
従来例のそれと同じである。

実施例−２第２の実施例を第６図に示す。この例の透明部18の面積
は着色部の約11％であり、本発明の下限の面積に属す
る。これは実施例−１よりも暗いが、その分彩度が高
い。白色光として蛍光灯等の人工照明を用いるならば、
ある程度明るい白色光が自由に得られるので、カラーフ
ィルタが少々暗くても特に問題はない。

実施例−３第３の実施例として、上限の面積比率に属する例を第７
図に示す。この例で透明部18は着色部の約48％である。
実施例−１よりもかなり明るく、白色光として室内光な
どの比較的暗い外部光を用いる場合に適している。

実施例−４第４の実施例として、透明部18を各色パターン１〜３の
内部に設けた例を第８図に示す。この例では、透明部18
は着色部の約16％であり、その効果は、各色パターン間
に透明部を設けたものと同じである。

実施例−その他本発明のカラーフィルタは、前述４例のような３色のカ
ラーフィルタである必要はなく、２色、あるいは４色以
上が配置されたカラーフィルタにも適用でき、その効果
は３色のときと何ら変わりない。

また、本発明のカラーフィルタは、TFT液晶ディスプレ
ーだけでなく、MIM（メタル・インシュレート・メタ
ル）等のダイオード特性を応用した液晶ディスプレー、
マルチプレクシング液晶ディスプレー、固体撮像素子、
撮像管等と組合せが可能である。

さらに、このようなデバイスとの組み合わせでなく、単
に色フィルタとして使用する場合でも有効である。

〔発明の効果］以上説明したように本発明によれば、表示装置の画素に
対応した領域内において、着色部と、この着色部毎に対
応した規則的な透明部又は半透明部からなる非着色部と
を設けることにより、表示の精細度を犠牲にすることな
く明るさを確保できるので、染色を薄くする必要がない
ことから、着色部の耐光性に優れ、均一で明るく、しか
も明るさと彩度の調和のとれた品位及び耐久性の高いカ
ラーフィルタを得ることができる。

【図面の簡単な説明】

第１図（ａ）は本発明に係る第１の実施例の染色法カラ
ーフィルタのパターンを示す平面図、第１図（ｂ）は同
カラーフィルタを用いたTFT液晶フルカラーディスプレ
ーを示す平面図、第１図（ｃ）は同断面図である。第２図（ａ）は従来の染色法カラーフィルタを用いたTF
T液晶フルカラーディスプレーを示す平面図、第２図
（ｂ）は同断面図である。第３図は従来の薄染め染色法カラーフィルタの分光特性
を示すグラフである。第４図は普通に染めた染色法カラーフィルタの分光特性
を示すグラフである。第５図は本発明に係る染色法カラーフィルタの分光特性
を示すグラフである。第６図は本発明に係る第２の実施例の染色法カラーフィ
ルタのパターンの平面図である。第７図は本発明に係る第３の実施例の染色法カラーフィ
ルタのパターンの平面図である。第８図は本発明に係る第４実施例の染色法カラーフィル
タのパターンの平面図である。〔符号の説明〕１……赤色パターン２……緑色パターン３……青色パターン 16……（分光特性の）初期値 17……（分光特性の）日光暴露試験後の値 18……透明部

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】一対の基板間に液晶が挟持され、一方の基
板上にはマトリクス状に複数の透明画素電極が形成さ
れ、他方の基板上には透明な有機物質膜を染料で染色し
た複数種類の着色部からなるカラーフイルタが形成され
てなり、前記複数種類の着色部は前記複数の透明画素電
極と対応して配設されてなる液晶表示装置において、他方の基板上に形成された前記着色部は、前記透明画素
電極と相対向して形成されてなり、かつ前記着色部の周
囲には非着色部が形成されてなり、前記非着色部の面積
を前記着色部の面積の10〜50％としたことを特徴とする
液晶表示装置。
【請求項２】一対の基板間に液晶が挟持され、一方の基
板上にはマトリクス状に複数の透明画素電極が形成さ
れ、他方の基板上には透明な有機物質膜を染料で染色し
た複数種類の着色部からなるカラーフイルタが形成され
てなり、前記複数種類の着色部は前記複数の透明画素電
極と対応して互いに密接して配設されてなる液晶表示装
置において、前記複数種類の着色部内に規則形状の非着色部を設け、
前記非着色部の面積を前記着色部の面積の10〜50％とし
たことを特徴とする液晶表示装置。