JPH0342620A - 多色カラーフィルター装置 - 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】 〈産業上の利用分野〉 本発明は、多色カラーフィルター装置、とくに強誘電性
液晶を、高速スイッチング可能な、偏光面制御板として
使用し、多様な表示色を連続的に可変できる多色フィル
ター装置に関する。

〈従来技術およびその問題点〉 通常、電気的可変多色フィルターとしては、ツィステッ
ド・ネマチック型（以下単にＴＮという）液晶とカラー
偏光板の組合せによる多色フィルター（変色表示装置、
特開昭５８−１２６５１５号公報）ＴＮ液晶素子の替わ
りにパイ・セル呼ばれる液晶セルとカラー偏光板の組合
せによる多色フィルター（カラー表示装置、特開昭６０
−２３３６２５号公報）、カラー２色性染料をゲストと
したゲスト・ホスト型液晶を用いた多色フィルター、電
界制御型複屈折（以下単にＥＣＢという）モードの液晶
セルを用いた多色フィルターが提案、使用されている。

しかしＴＮ液晶とカラー偏光板、パイ・セルとカラー偏
光板、ＧＨ液晶を使用したフィルターは、基本的に１枚
の液晶パネルにより２色の色選択、２枚の液晶パネルに
より４色の色選択しか出来ない。この槽底で、よく多く
の色を表示する方法としては、液晶パネルの枚数を増や
して表示色を増やすか、人間の目では識別出来ない速さ
で２色または３色を切りかえて混色による多色表示をす
る時分割方法が考えられる。時分割方法とは、人間の視
覚で、光源の原点周波数が３０〜５０　Ｈｚ以上の明暗
は識別できず、平均化された光として視認せれる特性を
利用している。つまり３３〜２０ｍ５ｅＣの間に基本的
な２または３色の色状前の時間割合を切り替えて多色表
示にする方法である。

以上の多色化する方法の内、前者の液晶パネルを増やす
方法は、液晶セルのコストが高く非現実的であるし、後
者の時分割方法も光源側で細かい発光時間のコントロー
ルをしない場合には液晶セルの応答速度が十分に速くな
いために限られた色しか表示出来ない。光源側で細かい
発光時間のコントロールをする場合、色により未点灯時
間が出来て明るさが損なわれるという問題がある。

先に掲げた３種類の液晶セル（ＴＮ液晶　Ｇ　Ｈ液晶、
パイ・セル）のうち最も応答速度の速いパイ・セルでも
、２色の切り替えに必要な応答平均時間は、１．１ｍ５
ｅｃであり、この液晶の応答時間中は、表示色の色管理
が出来ないので表示時間の５〜１０％が不必要な色成分
となり表示色純度を低下さセる（第３図参照）。またパ
イ・セルは、その特性から一方の表示色の保持時間に制
限があり実用的に表示可能な色は限定されてしまう。ま
たＴＮ液晶の応答速度は、十数ｍ５ｅｃと遅く使用でき
ない。

次にＥＣＢモードの液晶セルの場合、１枚の液晶パネル
で各色が出せるがその視野角は狭く、ある程度限られる
。また外部温度による色変化も大きいので、あまり実用
に使用されていない。

〈発明が解決しようとする課題〉 光源の色を種々変化させる、電気的光学効果素子として
、ＴＮ液晶、ＯＨ液晶、パイ・セル、ＥＢＣモードの液
晶が従来使用されていたが、液晶の応答速度が遅いなど
の問題から時分割カラー表示できる色の範囲が限定され
ていた。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたもので、光源の光
を電気的に連続かつ多様な色に変化させるようにした多
色フィルター装置を提供する事を目的とする。

〈課題を解決するための手段〉 本発明の多色フィルター装置は、連続スペクトルを発す
る発光体の前面に複数枚のカラー偏光板及び中性色偏光
板と、強誘電性液晶層を挟持した１枚以上の可変偏光面
制御板を、光学的に組合せたカラーフィルター装置であ
って、該可変偏光面制御板に電気信号を印加する事によ
り任意の色相の光を選択して透過し、かつ残像効果の期
待できる単位時間内に前記色相の光の通過時間の比率を
電気信号により任意に設定することにより、光が、多数
の色を呈することを特徴とする多色カラーフィルター装
置である。

このような本発明を実現するひとつの例としては、３つ
のカラー偏光板と２つの可変偏光面制御板（可変１／２
波長板）を有しており、３つのカラー偏光は、うち２つ
の偏光軸が平行関係であり、πりの１つが他の２つと直
交状態にする。可変偏光面ｑＮＩ御板は、このカラー偏
光板の間に１つずつ配置する。

本発明は、人間の網板上の残像を利用する。網膜上で平
均化された光として視認される３３〜２Ｑ　ｍ５ｅｃ以
下の単位時間内に基本的な２または３色の色状前の時間
割合を連続的に切り替えて多色表示にする。

本発明の可変偏光面制御板は、第２図（Ｖ）　（［＋）
に示すように、２枚のガラス基板（６１）　（７１）の
内面に、透明電極（６２）　（７２）やラビング処理し
た配向膜（６３）　（７３）を積層し、強誘電性液晶（
６７）を挟持したものである。強誘電性液晶（６７）の
層は、表示面に散在したスペーサー（６５）と、外周部
のシール層（６６）により、保、持されている。第２図
（Ｉり　に示すように、透明電極（６２）、（７２）は
対向して、表示面全面をベタ状に占めている。

透明電極（６２）　（７２）間に電圧を印加、その電圧
印加方向により強誘電性液晶（６７）の分子の方向が従
来のＴＮ液晶より２０倍高速に変化する。該液晶分子は
、その分子長軸方向と短軸方向で屈折率が異なる複屈折
性を示す。この性質から該液晶セルの液晶（６７）層の
厚みを最適化すると、該液晶セルは光源からの光の波長
を１７２ずらせる１／２波長板となる。この１／２波長
板は、液晶分子軸と略４５度方向の偏光面を持った光を
入射させると、出てくる光の偏光面は略９０度回転して
いる。１／２波長板の液晶分子軸と略Ｏ度方向の偏光面
を持った光を入射させると、出てくる光の偏光面は変化
しない。液晶分子が透明電極に印加する電圧により変化
する液晶分子軸の角度が略４５度の強誘電性液晶を用い
た１／２波長板を可変偏光面制御板とした。

またカラー偏光板とは、一方の偏光面だけが、特定の色
（波長〉を吸収し、もう一方の偏光面は特定の色吸収を
示さない。今回、色吸収を示す偏光面方向を偏光軸方向
とした。

第１図に、本発明の多色カラーフィルター装置の実施例
を模式的に示す。図において、第一可変偏光面制御板（
１１２−Ａ）と第２可変偏光制御板（１１２Ｂ）は、カ
ラー偏光板（１１０）　（１１１）　（１１３）の間に
挿入される形態で、構成されている。各部品は互いに離
間した状態で設置されているが、実際的には、互いに密
着した形態でも良い。

連続スペクトルを有する光（９）が、光源（図示せず）
より発せられ、最終的にカラー偏光板（１１３）を通過
した光を（１１４）を、観察者が見ることになる。図中
、ＸＹで示された方向は、カラー偏光板の偏光方向であ
る。

可変偏光面制御板の一方の液晶分子軸を第１図（＋１）
のようにカラー偏光板の偏光酊に一致させて、以下の様
にして各基本色を表示する。

この第１図（ロ）の状態では、入射した光（９）が、そ
のままの偏光面を保持したまま各カラー偏光板（１１０
）　（１１１）　（１１３）を通過する。一方の可変偏
光面制御板（１１２Ａ）の印加電圧を逆転して液晶分子
軸の角度が略４５度傾けさせると（第１図（ハ）参照）
この液晶パネル通過後の光０□□□は、偏光面が９０度
入れ替わり、後のカラー偏光板を通過する。これらの各
状態を表にし、カラー偏光板（１１０）　（１１１）　
（１１３）の各着色を赤、青、緑の３原色にした場合の
出射光０（１）の色を表１に示す。

表 この様にして作られる赤、青、緑の三原色光を用いて以
下のようにして多色フィルターを構成した。人間の視覚
では、光源の点滅周波数が３０〜５０Ｈｚ以上の明暗が
識別できず、平均化された光として視認される３３〜２
０ｍ５ｅｃ以下の単位時間内に基本的な二または三色の
色状態の時間割合を連続的に切り替えて多色表示にする
。

第４図に、横軸に時間をとり、縦軸に第一可変偏光面制
御板（１１２−Ａ）および第二可変偏光面制御板（１１
２−Ｂ）に対する印加電圧の（Ｖ）を示し、そのタイミ
ングの一例を示す。第４図に示すように、赤表示の時間
をｔｌ、青表示の時間をｔ２、線表示の時間をｔ３、白
表示の時間をｔ４とし、混色の単位時間をＴとすると、
式（１）の関係がある。

Ｔ＝ｔ　１＋ｔ２＋ｔ３＋ｔ４・・・・・・（１）この
条件の中でｔｌ、ｔ２．ｔ３．ｔ４の比率を自由に変え
てることにより多色表示するのである。

く作用〉 本発明は、帯スペクトルまたは複数の輝線よりなる光源
の前面に取り付ける透過型で電気的高速光学スイッチン
グ可能な強誘電性液晶パネルとカラー偏光板を光学的に
組み合わせたフィルター装置で、強誘電性液晶パネルに
より人間の目では識別出来ない程十分高速な表示周期の
中でも、色純度に問題無い応答速度でカラー偏光板の２
色または３色を切りかえて、時分割方法による混色で多
色表示をする多色フィルター装置である。該装置を透過
し、視認される光の表示色を電気的に連続的かつ多様に
可変できるようにしたものである。

〈実施例〉 第１図の（０）　（＋１）は、本発明の構成を示す一実
施例の図である。

赤、青、緑のカラー偏光板５ＣＣ２Ｒ−１８，５ＣＣ２
Ｂ−１８゜５ＣＣ２Ｇ−ｆｉｌｌ　（−ザンリッ製）　
（１１０）　（ＩＩＩ）　（１１３）と強誘電性液晶Ｃ
５１０１４（■チッソ製）を挟持した液晶層の厚みが、
１．７ミクロンの液晶パネル（１１２−Ａ）、（１１２
−Ｂ）　　と液晶パネルを駆動コントロールする制御部
からなる。

本液晶セルの製造法を第３図を用いて以下に説明する。

８インチ角厚み１．１ｍｍのガラス基板を光学研磨し平
面の平坦性を゛２μｍ以内に加工して透明基ｔｒ１ｉ、
（６１）を得た。該透明基板（６１）上に４００人の酸
化インジウム−酸化スズの透明導電膜（以下ＩＴＯ膜と
いう）をスパッタリング法□で製膜し、常法のフォトエ
ツチング法に従って画素電極（６２）を形１ 威した。更に絶縁膜（６４）をＳｉｎ、のスパッタリン
グ法により形威しその上に、配向膜としてポリイミド樹
脂ＰＩＸ−１４００（日立化或工業株式会社製）を３０
０Ｏｒｐｍで２分間スピンナーコート後８０’Ｃ１５分
、２００°Ｃ３０分、３００　°Ｃ３０分加熱した。次
にラビング装置をもちいて配向処理を行なって配向膜（
６３）を設けて、第１パネル（Ａ）を製造した。他方光
学研磨した厚み１．１ｍｍ、８インチ角のガラス基板の
表面にＩＴＯｆｐＪをスパッタリング法で製膜し、前記
同様に対向電極（７２）を形成し、この上に配向膜とし
て、第一基板と同様にＰＩＸ−１４００（日立化成工業
■製）を、コーティング、キユアリングする。以上の様
にして作った第２パネル（Ｂ）のようにノボラック系レ
ジストＭＰ−１４００−２３（米国シュプレイ製商品名
）溶液を２０００ｐｐｍで１５秒間回転塗布し、常法の
フォトエツチング法に従って、サイズ５０μｍ角、ピッ
チ１５０　μｍのドツトパターンと外シール部を露光現
像し、接着層（６５）と封止部（６６）を設けた。この
とき現像後の膜厚は、１．５μｍであった。次に第１パ
ネル（ハ）と第２パネル（Ｂ）を密着させ１ｋｇ／ｃ＋
ｆｌの圧力で加圧し、常温より５°Ｃ／　１　ｍｉｎの
昇温速度で１６０°Ｃまで昇温し１時間保持する。引き
続いて冷却し圧力をはずして液晶封入用セルを製造した
。これにより接着層（６５）および封止部（６６）によ
り両パネルが接着した。このときのセル間隔は、表示面
の全域にわたり、１，４μｍであった。この後、封止部
（６６）を他の接着材で補強する事もある。

また、液晶に封入するときは、液晶封入用セルを加熱オ
ープン中で強誘電性液晶としてＣ５−１０１４（チッソ
株式会社製商品名）を１２０°Ｃに加熱し、封入口より
該フェロ液晶を封入した。

第５図に、ハロゲン球（オランダ国フィリップス社製）
を光源とした本実施例による再現可能な色範囲をＵ’−
Ｖ’室空間色度図として示す。

この３点（Ｇ、Ｂ、Ｒ）に囲まれた範囲の色は自由に表
示出来る。

〈発明の効果〉 以上の如く、本発明の強誘電性液晶を利用した多色フィ
ルターによれば、簡単な構成で良好な色再現性を有する
着色フィルターが得られる。また液晶パネル、とカラー
偏光板の組合せにより色表示の幅は、自由に設計できか
つ表示面積にも制限が無い。フィルター自身が時分割カ
ラー化を指定るので、光源の制限が少なく、蛍光灯、電
球、蛍光表示管、ＣＲＴ、ＦＤＰ、エレクトロ・ルミネ
ッセンス、発光ダイオード、スポットライトの光、画像
をフルカラーで着色出来る。

また、液晶パネルの電極を分割、ＸＹマトリックス等に
することで分割着色する事もできる。

この様に応用範囲の広い多色フィルター装置を作ること
が出来た。

【図面の簡単な説明】

第１図（イ）は、本発明の多色カラーフィルター装置の
一実施例を示す説明図であり、第１図（Ｉ＋）は、本発
明の実施例の一状態を示す説明図であり、第１図（ハ）
は、本発明の実施例の他の状態を示す説明図である。 第２図（イ）は、本発明に用いる強誘電性液晶パネルの
断面構成図であり、第２図（０は、同しくその平面図で
ある。 第３図は、従来液晶のセルと強誘電性液晶を用いた場合
の通過させた光の偏光の変化を示した説明図である。 第４図は、本発明の実施例から色表示する駆動信号の一
例を示す説明図である。 第５図は、本発明の実施例から色表示出来る色の範囲を
色度図で示したグラフ図である。 特　　許　　出　　願　　人 凸版印刷株式会社 代 表 者 鈴 木 和 夫

Claims (1)

【特許請求の範囲】
1. （１）連続スペクトルを発する発光体の前面に複数枚の
   カラー偏光板及び中性色偏光板と、強誘電性液晶層を挟
   持した１枚以上の可変偏光面制御板を、光学的に組合せ
   たカラーフィルター装置であって、該可変偏光面制御板
   に電気信号を印加する事により任意の色相の光を選択し
   て透過し、かつ残像効果の期待できる単位時間内に前記
   色相の光の通過時間の比率を電気信号により任意に設定
   することにより、透過光が、多数の色を呈することを特
   徴とする多色カラーフィルター装置。