JPH10170716A

JPH10170716A - カラーフィルタおよび反射型カラー液晶表示装置、ならびに評価方法

Info

Publication number: JPH10170716A
Application number: JP35283196A
Authority: JP
Inventors: Tadahiro Furukawa; 忠宏古川; Tatsuhiko Murai; 達彦村井; Atsushi Takahashi; 敦高橋
Original assignee: Kyodo Printing Co Ltd
Current assignee: Kyodo Printing Co Ltd
Priority date: 1996-12-13
Filing date: 1996-12-13
Publication date: 1998-06-26

Abstract

(57)【要約】【課題】イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）およびシア
ン（Ｃ）の各色画素を含む反射型カラー液晶表示装置用
のカラーフィルタを提供する。【解決手段】反射型のものでは、カラーフィルタを光
が２回通過するので、明るさが優先されるべきである。
そうした明るい範囲では、ＹＭＣ系の方が、ＲＧＢ系の
ものよりも色再現範囲が広く有利である。また、２回通
過した光について、各色のＸＹＺ表色系における明度Ｙ
値の平均値を、次のＡ〜Ｂの範囲に設定すべきである。
Ａは、色画素の色濃度の大きさを変化させるとき、ある
色濃度を境にして色目が変わることを基にして規定した
値であり、たとえば標準の光Ｃのときの６８％に相当す
る。また、Ｂは、各色画素がカラー表示のために少なく
とも必要とする色濃度から規定した値であり、たとえば
標準の光Ｃのときの４６％が相当する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、イエロー、マゼ
ンタおよびシアンの各色画素を含む反射型液晶表示装置
のためのカラーフィルタ、ならびに、そのカラーフィル
タを備える反射型カラー液晶表示装置に関する。

【０００２】

【発明の背景】一般に、反射型の液晶表示装置は、バッ
クライトを用いずに装置周囲の自然光を利用する点で、
透過型の液晶表示装置に比べてより小型化することがで
きる。この反射型のものをカラー表示する手法の一つと
して、カラーフィルタを用いる方法がある。カラーフィ
ルタを含む反射型のカラー液晶表示装置自体は、たとえ
ば特開平８−３０４８１６号公報が示すように、光シャ
ッタとしての液晶層の一面にカラー表示のためのカラー
フィルタ、その液晶層の他面に光反射機能をもつ反射層
を備えている。こうしたカラーフィルタを用いる方式
は、背景色をペーパーホワイトにし、広い色表示範囲を
目指す上で、カラーフィルタを用いない他の方式に比べ
て有利である。

【０００３】このような反射型のカラー液晶表示装置で
は、装置の周囲から入射する光が、カラーフィルタを２
回通過（透過）するため、カラーフィルタとしてできる
だけ明るいものが要求される。明るさを向上する観点か
らすれば、反射層の反射機能の改善、またはカラーフィ
ルタの明るさの向上が有効である。ここでは、特にカラ
ーフィルタの明るさの向上に着目した。カラーフィルタ
の明るさの向上については、たとえば別の特開平７−２
８７１１５号公報が示すように、透過型のカラー液晶表
示装置で主流のレッド、グリーン、ブルーを３原色とし
たものよりも、それらの補色であるイエロー、マゼンタ
およびシアンの補色系の各色画素を含むカラーフィルタ
が期待される。

【０００４】

【発明の課題】イエロー、マゼンタおよびシアンの補色
系を採用するにしても、より明るくするために色濃度を
薄くすれば色純度は悪くなってしまう。実用に適した反
射型のカラー液晶表示装置用のカラーフィルタをどのよ
うに設計すべきか、別にいうと、明るく、しかもまた色
の表示範囲をある程度広くとることができるカラーフィ
ルタをいかに得るかが問題である。この発明は、多くの
視感実験とその解析および検討の結果に基づいてなされ
たものであり、イエロー、マゼンタおよびシアンの各色
画素を含む反射型カラー液晶表示装置用のカラーフィル
タとして好適な技術を提供することを目的とする。ま
た、この発明は、明るく、しかも、色の表示範囲が広い
カラーフィルタを含む反射型カラー液晶表示装置を提供
することをも目的とする。さらに、この発明は、反射型
カラー液晶表示装置用カラーフィルタの良否を有効に判
定することができる評価技術を提供することを他の目的
とする。

【０００５】

【課題を解決するための手段】

ａ．色画素として、イエロー（Ｙ）、マゼンタ（Ｍ）、
シアン（Ｃ）のＹＭＣ系を用いる。反射型液晶表示装置
用のカラーフィルタの場合、表示光はカラーフィルタを
２回通過するため、２回通過した光のデータに基づいて
特性を評価するのが妥当である。また、測色に際して
は、人の視感度を考慮して標準の光を選定すべきであ
り、ここでは、ＪＩＳのＺ８７２０に規定される標準の
光Ｃの下で各種のデータをとった。しかし、その標準の
光Ｃの下でのデータが、分光分布を考慮しつつ同じＪＩ
Ｓに規定される他の標準の光の下でのデータに変換でき
ることは勿論である。こうした測色に対する基本的な考
えの下で、まず、レッド（Ｒ）、グリーン（Ｇ）、ブル
ー（Ｂ）のＲＧＢ系、あるいはイエロー（Ｙ）、マゼン
タ（Ｍ）、シアン（Ｃ）のＹＭＣ系のいずれが反射型液
晶表示装置用として妥当であるかを検討した。そのため
に、ＲＧＢ系およびＹＭＣ系のそれぞれについて、視感
的に良好と思われる反射型装置用のカラーフィルタをそ
れぞれ開発した。

【０００６】次の表１および表２は、その開発によるＲ
ＧＢ系のもの、ＹＭＣ系のものについての、ＣＩＥ（国
際照明委員会）によるＸＹＺ表色系における各色から求
めたホワイトバランスの色度（ｘ，ｙ）および明度Ｙを
示している。また、図１および図２は、それぞれＲＧＢ
系、ＹＭＣ系の各分光特性を示す図であり、さらに、図
３および図４は、それぞれＲＧＢ系、ＹＭＣ系の色度図
を示している。なお、ＸＹＺ表色系において、各色から
ホワイトバランスのｘ、ｙおよびＹの各値については、
ＪＩＳのＺ８７０１によって、次の式１、式２および式
３から求めることができる。

【式１】

【式２】

【式３】これらの式の中で、３刺激値Ｘ、ＹおよびＺに添えた
ｃ、ｍおよびｙは、それぞれシアン、マゼンタ、イエロ
ーに対応し、したがって、たとえばＸｃはシアンのＸ刺
激値、ＹｍはマゼンタのＹ刺激値、ＺｙはイエローのＺ
刺激値を示すのは勿論である。

【０００７】

【表１】

【表２】

【０００８】これらの結果から、特に明るさが優先され
る反射型のものにおいては、３色の明度Ｙ値の平均、す
なわち全体の明るさが５０％以上において考えると、色
度図上でＹＭＣ系の方がＲＧＢ系のものよりも色再現範
囲が広くなり有利であることが分かる。そのことは、Ｒ
ＧＢ系における１回通過のデータとＹＭＣ系における２
回通過のデータの明度Ｙ値がほぼ同じになることからも
理解できる。したがって、明るさが要求される反射型の
液晶表示装置用カラーフィルタとしては、明るい範囲で
演色範囲が大きいＹＭＣ系が、ＲＧＢ系のものよりも適
している。そこで、この発明では、ＹＭＣ系を採用す
る。

【０００９】ｂ．カラー表示を可能とするためには、各
色画素の色濃度として、各色画素を１回通過したときの
透過率を４０％以下に設定、つまりはそれよりも色濃度
を濃くすることが必要である。これは、色度図上の３角
形の広がりを考慮しつつ、人の視感の面から経験的に割
り出される数値であり、実際の測色に際しては、各色画
素の色に応じて適正な波長域の分光透過率をもって把握
するのが良い。イエローについては４２０〜４７０ｎ
ｍ、マゼンタについては５２０〜５８０ｎｍ、シアンに
ついては５９０〜６１０ｎｍの各波長域における分光透
過率の最小値が４０％以下になるように設定するのが好
ましい。このｂの内容は、標準の光Ｃを用いたときの明
度Ｙ値が６８％以下であることに対応する。

【００１０】ｃ．各色画素の色濃度の大きさを変化させ
るとき、ある色濃度を境にして色目が変わるため、その
色目の変換点または色相を越えない範囲の色濃度にすべ
きである。表３、表４、表５、表６および表７が、各色
画素の色濃度を変化させたときの色度（ｘ，ｙ）および
明度Ｙについて、各色画素を光が１回通過したとき（以
下、この場合を「１回通過」という。）のデータと、光
が２回通過したとき（以下、この場合を「２回通過」と
いう。）のデータとを示している。また、図５は、表
３、４および６に対応する「１回通過」の色度図、図６
は、表３、４および６に対応する「２回通過」の色度
図、さらに、図７は、表５および表７に対応する「１回
通過」の色度図、図８は、表５および表７に対応する
「２回通過」の色度図である。これらのデータを得ると
き、「１回通過」については、各色画素の分光透過率を
測定し、その分光透過率からＪＩＳのＺ８７０１に規定
される計算式によってｘ、ｙおよびＹの各値を求め、
「２回通過」については、測定した各波長の分光透過率
を２乗し、それら２乗した分光透過率からやはりＪＩＳ
のＺ８７０１に規定される計算式によってｘ、ｙおよび
Ｙの各値を求める。

【００１１】

【表３】

【００１２】この表３に示すイエローについてのデータ
は、イエロー染料VALIFAST YELLOW1101（オリエント
社）をポリイミド樹脂溶液に溶解した塗布材料を用いて
形成した色画素に対するものである。図９は、特に、こ
の結果をｘを横軸、ｙを縦軸にとってプロットした特性
図であり、Ｓが「１回通過」について、Ｗが「２回通
過」についての各特性をそれぞれ示している。また、図
中、Ｙ40、Ｙ30、…、Ｙ1は、添字で示す40、30、…、1
の各透過率（％）における色度（ｘ，ｙ）の座標位置を
示している。なお、イエローの透過率自体は、４２０〜
４７０ｎｍの波長域における分光透過率である。「１回
通過」の結果を見ただけでは定かではないが、「２回通
過」の結果が示すように、このイエローについては、点
Ｙ5 のあたりから色目がオレンジ色の方向に変化し始め
てしまう。

【００１３】

【表４】

【００１４】また、表４は、キサンテン系のマゼンタ染
料（C.I. Acid Red 87）をポリイミド樹脂溶液に溶解し
た塗布材料を用いて形成した色画素に対するものであ
り、図１０が、イエローについて示す図９と同様に、そ
のマゼンタについて示す特性図である。ここでも、図
中、Ｍ40、Ｍ30、…、Ｍ1は、添字で示す40、30、…、1
の各透過率（％）における色度（ｘ，ｙ）の座標位置を
示している。なお、マゼンタの透過率自体は、５２０〜
５８０ｎｍの波長域における分光透過率である。このマ
ゼンタについても、「２回通過」の結果がより明らかに
している。このマゼンタについては、点Ｍ10よりも濃く
なると、色目が赤の方向に変化し純度が低下する傾向が
ある。

【００１５】

【表５】

【００１６】一方、表５は、キサンテン系の別のマゼン
タ染料（C.I. Acid Red 289）をポリイミド樹脂溶液に
溶解した塗布材料を用いて形成した色画素に対するもの
であり、図１１が、図１０と同様に、その別のマゼンタ
について示す特性図である。ここでも、図中、Ｍ40、Ｍ
30、…、Ｍ1は、添字で示す40、30、…、1の各透過率
（％）における色度（ｘ，ｙ）の座標位置を示してい
る。なお、マゼンタの透過率自体は、前と同様に５２０
〜５８０ｎｍの波長域における分光透過率である。この
別のマゼンタについても、「２回通過」の結果がより明
らかにしている。このマゼンタについては、点Ｍ5 より
も濃くなると、色目が赤の方向に変化し純度が低下する
傾向がある。

【００１７】

【表６】

【００１８】さらに、表６は、トリフェニルメタン系の
シアン染料（C.I. Acid Blue 9）をポリイミド樹脂溶液
に溶解した塗布材料を用いて形成した色画素に対するも
のであり、図１２が、前のものと同様に、そのシアンに
ついて示す特性図である。ここでも、図中、Ｃ40、Ｃ3
0、…、Ｃ1、Ｃ1uは、添字で示す40、30、…、1、1以下
の各透過率（％）における色度（ｘ，ｙ）の座標位置を
示している。なお、シアンの透過率自体は、５９０〜６
１０ｎｍの波長域における分光透過率である。このシア
ンについても、「１回通過」の結果では明らかではない
が、「２回通過」の結果によると、点Ｃ3 よりも濃くな
ると、色純度の動きの割には暗くなる傾向がある。

【００１９】

【表７】

【００２０】さらにまた、表７は、フタロシアニン系の
シアン顔料をポリイミド樹脂溶液に分散させた塗布材料
を用いて形成した色画素に対するものであり、図１３
が、前のものと同様に、そのシアンについて示す特性図
である。ここでも、図中、Ｃ40、Ｃ30、…、Ｃ1は、添
字で示す40、30、…、1の各透過率（％）における色度
（ｘ，ｙ）の座標位置を示している。なお、シアンの透
過率自体は、５９０〜６１０ｎｍの波長域における分光
透過率である。このシアンの着色材は顔料であり、着色
材として染料を用いた他のものに比べると、「１回通
過」および「２回通過」の両結果ともに、大きな変化点
は見られない。しかし、色を濃くしたときの変化は、
「２回通過」では始めから青色方向への変化であり
（「１回通過」の値も参酌すると、色相の変化点は、２
０％近辺となっている。）、色が濃い場合には、シアン
の色相を示すのは、概ね２０％までであり、それ以上で
は色相が青となっている。

【００２１】以上の結果から、着色材として染料を用い
た場合、イエロー、マゼンタおよびシアンのいずれにお
いても、ある色濃度を境にして色目が変化する傾向があ
る。そうした変化する点における、３色の明度Ｙの平均
値は４６％の値である。そして、それに対応する各色画
素の特定波長域における透過率は、ほぼ４％である。な
お、前記のような色目が変化する傾向は、染料を主成分
とするかぎり、各種の添加剤、たとえば色補正のための
他の着色材、表面改質剤、シランカップリング剤等を含
むものに共通して生じる現象である。なお、視感実験の
結果からすると、各色画素の特定波長域における透過率
は、５〜２５％の範囲が好ましい。

【００２２】なお、カラー表示するためのカラーフィル
タにとって、３色のバランスが重要であることはいうま
でもない。図４に示すＹＭＣ系のカラーフィルタの色度
図から分かるように、カラーフィルタを１回通過する場
合と、２回通過する場合との各色度は互いに異なる。各
色度への影響する要因として、イエロー、マゼンタおよ
びシアンの各色画素の最適とされる波長域における光の
透過率が大事になる。なぜなら、１回の透過に基づく透
過率の最大値がそれぞれ９０％、８０％としたとき、２
回の透過（通過）では８１％、６４％となり、各場合に
おける差が倍近くになるからである。そこで、最適とさ
れる波長域における光の透過率として、１回通過したと
きに、イエローについては５００〜７００ｎｍ、マゼン
タについては４００〜５００ｎｍおよび５８０〜７００
ｎｍ、シアンについては４００〜５６０ｎｍの各波長域
における分光透過率の最大値が８０％以上にすることが
好ましい。

【００２３】

【カラーフィルタの具体例】図１４にカラーフィルタを
含む反射型のカラー液晶表示装置の断面構造を示す。カ
ラー液晶表示装置１０は、ホストゲスト液晶２０の一面
にカラーフィルタ３０、また、その他方の面に反射層４
０を備えている。カラーフィルタ３０自体は、ガラス等
の透明基板３２と、その基板３２上に形成したＹＭＣ３
色の色画素３６とからなる。これらの色画素３６につい
ては、透過型のカラーフィルタの製造において良く知ら
れた、たとえばフォトリソグラフィ技術などによって形
成することができる。ＹＭＣ系の各色画素３６を作成す
る上での塗布材料の組成および塗布条件、ならびにそれ
による色画素の膜厚および透過率の例を次に示す。イエローの塗布材料の組成：ポリイミド前駆体の２８％溶液４．０メチルセロソルブ３５．０ VALIFAST YELLOW 1101（オリエント社）０．６表面改質剤０．０２シランカップリング剤０．０２回転数：５００ｒｐｍ膜厚：０．３２μｍ透過率：２３％マゼンタの塗布材料の組成：ポリイミド前駆体の２８％溶液４．０メチルセロソルブ３０．０キサンテン系染料（Acid Red 87）０．３０表面改質剤０．０２シランカップリング剤０．０２回転数：６００ｒｐｍ膜厚：０．３０μｍ透過率：２０％シアンの塗布材料の組成：ポリイミド前駆体の２８％溶液４．０メチルセロソルブ３５．０トリフェニルメタン系染料（Acid Blue 9）０．２５表面改質剤０．０２シランカップリング剤０．０２回転数：５００ｒｐｍ膜厚：０．３０μｍ透過率：１３．５％

【図面の簡単な説明】

【図１】この発明をする上で作成したＲＧＢ系のカラフ
ィルタの分光特性図である。

【図２】この発明をする上で作成したＹＭＣ系のカラフ
ィルタの分光特性図である。

【図３】図１のＲＧＢ系のものの色度図である。

【図４】図２のＹＭＣ系のものの色度図である。

【図５】表３、４および６に対応する「１回通過」の色
度図である。

【図６】表３、４および６に対応する「２回通過」の色
度図である。

【図７】表５および７に対応する「１回通過」の色度図
である。

【図８】表５および７に対応する「２回通過」の色度図
である。

【図９】イエローについての特性図である。

【図１０】マゼンタについての特性図である。

【図１１】別のマゼンタについての特性図である。

【図１２】シアンについての特性図である。

【図１３】別のシアンについての特性図である。

【図１４】反射型のカラー液晶表示装置の一例を示す断
面図である。

【符号の説明】

１０反射型のカラー液晶表示装置２０液晶３０カラーフィルタ４０反射層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】イエロー、マゼンタおよびシアンの各色
画素を含む反射型液晶表示装置のためのカラーフィルタ
であって、前記カラーフィルタを２回通過した光につい
て、前記イエロー、マゼンタおよびシアンの各色のＸＹ
Ｚ表色系における明度Ｙ値の平均値を、次に示すＡ〜Ｂ
の範囲に設定したことを特徴とする、反射型液晶表示装
置用のカラーフィルタ。Ａは、前記の色画素の色濃度の
大きさを変化させるとき、ある色濃度を境にして色目が
変わることを基にして規定した値。Ｂは、前記の各色画
素がカラー表示のために少なくとも必要とする色濃度か
ら規定した値
【請求項２】前記明度Ｙ値の平均値が、ＪＩＳのＺ８
７２０における標準の光Ｃを用いたときに４６％〜６８
％である、請求項１のカラーフィルタ。
【請求項３】前記色目の変化を、ＸＹＺ表色系におけ
る色度座標の変化から知る請求項１のカラーフィルタ。
【請求項４】イエロー、マゼンタおよびシアンの各色
画素を含む反射型液晶表示装置のためのカラーフィルタ
であって、イエロー、マゼンタおよびシアンの各色画素
を光が１回通過したときに、イエローについては４２０
〜４７０ｎｍ、マゼンタについては５２０〜５８０ｎ
ｍ、シアンについては５９０〜６１０ｎｍの各波長域に
おける分光透過率の最小値が４〜４０％になるように設
定したことを特徴とする、反射型液晶表示装置用のカラ
ーフィルタ。
【請求項５】前記最小値の望ましい値は、５〜２５％
である、請求項４のカラーフィルタ。
【請求項６】前記イエロー、マゼンタおよびシアンの各
色画素を光が１回通過したときに、イエローについては
５００〜７００ｎｍ、マゼンタについては４００〜５０
０ｎｍおよび５８０〜７００ｎｍ、シアンについては４
００〜５６０ｎｍの各波長域における分光透過率の最大
値が８０％以上である、請求項４あるいは５のカラーフ
ィルタ。
【請求項７】前記色画素は、着色材とその着色材を保
持する樹脂とからなり、前記着色材が染料を含む、請求
項１〜６のカラーフィルタ。
【請求項８】光シャッタとしての液晶層の一面にカラ
ー表示のためのカラーフィルタ、その液晶層の他面に光
反射機能をもつ反射層を備える反射型カラー液晶表示装
置において、前記カラーフィルタの色画素がイエロー、
マゼンタおよびシアンであり、しかも、各色画素を２回
通過した光について、前記イエロー、マゼンタおよびシ
アンの各色のＸＹＺ表色系における明度Ｙ値の平均値
が、ＪＩＳのＺ８７２０における標準の光Ｃを用いたと
きに４６％〜６８％であることを特徴とする、反射型カ
ラー液晶表示装置。
【請求項９】イエロー、マゼンタおよびシアンの各色
画素を含む反射型カラー液晶表示装置用のカラーフィル
タの良否を評価するに際し、前記の各色画素を２回通過
した光について、前記イエロー、マゼンタおよびシアン
の各色のＸＹＺ表色系における明度Ｙ値の平均値の大き
さを求め、それが次に示すＡ〜Ｂの範囲にあるとき良と
判定することを特徴とする、カラーフィルタの評価方
法。Ａは、前記の色画素の色濃度の大きさを変化させる
とき、ある色濃度を境にして色目が変わることを基にし
て規定した値。Ｂは、前記の各色画素がカラー表示のた
めに少なくとも必要とする色濃度から規定した値
【請求項１０】前記明度Ｙ値の平均値が、ＪＩＳのＺ
８７２０における標準の光Ｃを用いたときに４６％〜６
８％であるとき、良と判定する、請求項９の評価方法。