JPH0444250B2 - - Google Patents

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JPH0444250B2
JPH0444250B2 JP62204967A JP20496787A JPH0444250B2 JP H0444250 B2 JPH0444250 B2 JP H0444250B2 JP 62204967 A JP62204967 A JP 62204967A JP 20496787 A JP20496787 A JP 20496787A JP H0444250 B2 JPH0444250 B2 JP H0444250B2
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JP
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color
liquid crystal
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Toshihiro Ueki
Yasuhisa Oana
Motoji Kajimura
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International Business Machines Corp
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Toshiba Corp
International Business Machines Corp
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Priority to EP88111847A priority patent/EP0303852B1/en
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Priority to US07/471,016 priority patent/US4946259A/en
Publication of JPH0444250B2 publication Critical patent/JPH0444250B2/ja
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    • G—PHYSICS
    • G02—OPTICS
    • G02F—OPTICAL DEVICES OR ARRANGEMENTS FOR THE CONTROL OF LIGHT BY MODIFICATION OF THE OPTICAL PROPERTIES OF THE MEDIA OF THE ELEMENTS INVOLVED THEREIN; NON-LINEAR OPTICS; FREQUENCY-CHANGING OF LIGHT; OPTICAL LOGIC ELEMENTS; OPTICAL ANALOGUE/DIGITAL CONVERTERS
    • G02F1/00—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics
    • G02F1/01—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour 
    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/1335—Structural association of cells with optical devices, e.g. polarisers or reflectors
    • G02F1/133509—Filters, e.g. light shielding masks
    • G02F1/133514—Colour filters
    • Y—GENERAL TAGGING OF NEW TECHNOLOGICAL DEVELOPMENTS; GENERAL TAGGING OF CROSS-SECTIONAL TECHNOLOGIES SPANNING OVER SEVERAL SECTIONS OF THE IPC; TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
    • Y10—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC
    • Y10S—TECHNICAL SUBJECTS COVERED BY FORMER USPC CROSS-REFERENCE ART COLLECTIONS [XRACs] AND DIGESTS
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  • Liquid Crystal (AREA)
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  • Devices For Indicating Variable Information By Combining Individual Elements (AREA)

Description

【発明の詳細な説明】 ［産業上の利用分野］ 本発明は、カラーフイルタを有しカラー表示が
行えるカラー液晶表示装置およびそその製造方法
に関する。
［従来の技術］ 一般に、液晶表示装置は、対向配置されたガラ
ス基板の対向面に多数の画素を構成するように透
明電極を形成し、これら電極の内側に液晶組成物
を挟持させた構造を有する。
こうした液晶表示装置をカラー化しようとした
場合には、ガラス基板上の名画素に対応する位置
にＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のカラーフイルタを
形成し、１つの表示画素がＲ、Ｇ、Ｂの３画素か
らなるものとする技術が広く知られている。
特開昭60−263122号には、赤画素、緑画素およ
び青画素といつた有彩色画素（カラー画素）のほ
かに黒色および灰色等の無彩色画素（無色画素）
を有するカラー表示パネルが開示されている。
特開昭56−140324号には、赤、緑および青のカ
ラー・フイルタをそれらの周縁領域において重ね
合せて遮光層を形成することが開示されている。
［発明が解決しようとする問題点］ 上記特開昭56−140324号のようにカラー・フイ
ルタを重ね合せて形成される遮光層はかなりの厚
さを有するから、遮光層とカラー・フイルタとの
段差が大きくなるので、液晶層の厚みをこの段差
以下にできず、また液晶の厚さを自由に設定でき
るようにするには、上記段差をなくすためにカラ
ー・フイルタ上にかなり厚い透明物を積層する必
要がある。
また、上記特開昭60−263122号は、無彩色画素
を開示しているのみでフイルタおよび遮光層には
言及していない。
本発明は、色再現範囲が広いだけでなく、表示
画像のコントラストが高く、しかも遮光層を薄く
できるカラー液晶表示装置およびその製造方法を
提供することを目的とする。
［問題点を解決するための手段］ 本発明のカラー液晶表示装置は、有彩色画素に
対応する位置に形成され所定の波長に光透過域を
有するカラーフイルタと、無彩色画素に対応する
位置および前記カラーフイルタと重なるようにこ
のカラーフイルタが形成された画素に対応する位
置の外周近傍に形成された半透明フイルタとを具
備してなるものである。
またその製造方法は、基板上に半透明フイルタ
を構成する物質を形成する工程と、この半透明フ
イルタを構成する物質が形成された基板からカラ
ーフイルタが形成されるべき画素に対応する位置
の半透明フイルタを構成する物質を除去する工程
と、前記基板上のカラーフイルタが形成されるべ
き画素に対応する位置およびこの位置の近傍で前
記半透明フイルタを構成する物質と重なる位置に
カラーフイルタを構成する物質を形成する工程と
を具備している。
［作 用］ 本発明では、カラーフイルタを透過した光と半
透明フイルタを透過した光とを組合せた色を得る
ことができるため、より多色の表示が行える。
また、カラーフイルタとを半透明フイルタとを
重ねることによつて遮光層が形成されているた
め、高コントラストが得られ、遮光層を薄くでき
る。
［実施例］ 以下、本発明の実施例の詳細を図面に基づいて
説明する。
第１図は本発明の一実施例に係るカラー液晶表
示装置の縦断正面図である。
第１図に示すカラー液晶表示装置は、対向配置
されたガラス基板１，２の対向面に多数の画素を
構成するように透明電極３，６を形成し、これら
電極３，６の内側にTN（twisted−nematic）液
晶５を挟持させた基本構造を有する。
ガラス基板２上には、縦横に多数の画素を有す
る画面を構成するために透明電極である画素電極
６と非品質シリコン薄膜トランジスタ（ａ−
SiTFT、図示せず）とを有する各画素に対する
回路が画面全体に縦横に配置され、TFTのゲー
トおよびソースには各々横と縦に走るゲート電極
配線７およびソース電極配線（図示せず）が行単
位、列単位で接続され、そしてこれらを覆うよう
に配向膜８が形成されている。
ガラス基板１上には、フイルタ層９が形成さ
れ、この上に保護膜１０、透明電極３であるITO
（indium−tin−oxide）からなる共通電極１１が
積層されている。
第２図はフイルタ層９の構造をさらに詳細に示
すガラス基板１上の平面図である。
このカラー液晶表示装置では、１つの表示要素
が４色の画素すなわち正方形の赤色フイルタ１２
を有する赤画素１３、正方形の緑色フイルタ１４
を有する緑画素１５、正方形の青色フイルタ１６
を有する青画素１７および正方形の半透明（灰
色）フイルタ１８を有する画素１９を１つの正方
形の左上四半部、右上四半部、右下四半部およよ
び左下四半部に配置することによつて構成され
る。
赤、緑および青色フイルタ１２，１４，１６を
それぞれ有する赤、緑および青画素１３，１５，
１７すなわち有彩色画素のフイルタ層９の構造
は、ガラス基板２上に形成された画素電極６に対
応する位置より若干（２〜5μm）内側に各色のフ
イルタ１２，１４，１６のみを形成し、それ以外
の位置すなわちガラス基板２上に形成された画素
電極６に対応する位置より若干内側より外側の位
置に半透明フイルタ１８と各色のフイルタ１２，
１４，１６とを積層したものである。
半透明フイルタ１８を有する無彩色画素１９の
フイルタ層９の構造は、半透明フイルタ１８と透
明物質２０とを積層させたものである。
なお、赤、緑および青色フイルタ１２，１４，
１６たとえばゼラチン染色法によつて該当する色
に染色されたゼラチンからなり、半透明フイルタ
１８はCrからなり、透明物質２０は染色がなさ
れないゼラチンからなる。
また、各フイルタの分光透過率特性は、第３図
に示すようにされている。ここで、赤、緑および
青色フイルタ１２，１４，１６の波長400nm乃至
650nmの範囲における平均透過率は、それぞれ10
％、７％、８％である。半透明フイルタ１８のこ
れらの範囲における透過率は、39.8％（光学的濃
度0.D.＝0.4）である。このように半透明フイル
タ１８の透過率を設定することによつて多色化が
実現される。すなわち、半透明フイルタ１８の透
過率が低過ぎるときには、赤、緑もしくは青色フ
イルタ１２，１４，１６またはこれらの組合せに
よる色をこの半透明フイルタ１８によつてその色
より薄い色とすることはできない。たとえば、赤
色フイルタ１２と半透明フイルタ１８との組合せ
によつて赤色をピンクにすることができず、その
まままほぼ赤色となる。一方、半透明フイルタ１
８の透過率が高過ぎるときには、赤、緑もしくは
青色フイルタ１２，１４，１６またはこれらの組
合せによる色は半透明フイルタ１８との組合せに
よつてほぼ光源（図示せず）の色となつてしま
う。たとえば、赤色フイルタ１２と半透明フイル
タ１８との組合せによつて赤色をピンクにするこ
とができず、そのままほぼ光源の色となる。な
お、人間の目による画像に対する視認性の評価試
験によれば、半透明フイルタ１８の光学的濃度0.
D.が0.3乃至1.5の範囲内にあれば、上述したよう
なこの半透明フイルタ１８による他の色のフイル
タ１２，１４，１６への加色が可能であることが
確認された。そして、さらに以下に示す結論を得
た。すなわち、第４図は開口効率が50％であり、
フイルタ１２，１４，１６のみ存在する場合、及
び更に半透明フイルタ１８が存在してその光学的
濃度0.D.が1.0と0.4の場合の色度図であり、赤、
緑、青のみの色度三角形、更に光学的濃度0.D.が
異なる半透明フイルタ１８を透過した白色光を加
色した場合の色度三角形が示されている。ここ
で、開口効率とは画素のうち光が透過すべき部分
の面積の割合を示す。同図からわかるように、
赤、緑、青に白色光を加色することによつて、そ
れぞれの座標は、用いた光源の色温度（この実施
例では7000K）に近づいていくが、その度合は半
透明フイルタ１８の光学的濃度0.D.で制御でき
る。色の三要素である明度の違いによつて、色の
差異を明確に識別できる条件を複数の被験者の評
価から求めたところ、この実施例の場合には、光
学的濃度0.D.＝0.4の加色が視認性に優れている
ことが分つた。例えば青に加色する場合、0.D.＝
1.0の白色光の加色では、青とライトブルーの区
別がつかず、見誤る率が大きかつた。これに対
し、0.D.＝0.4の加色では、青、ライトブルー及
び白色（7000K）の識別が確実にでき、見誤る率
は０％であつた。この実施例では、液晶を光シヤ
ツターとして使用すれば、RGBの三角形上の６
色（赤、黄、緑、青緑、青、ピンク（purplish
pink））、RGBWの三角形上の６色（上記色相に
明度を明るくしたもの）、黒、黒＋Ｗ（light
black）、白（赤＋緑＋青）、白＋Ｗ（intensified
white）の合計16色が表示できる。このように、
開口効率が50％のときは光学的濃度0.D.が0.4が
最適である。ここで、開口効率が50％より高くな
るときには、光学的濃度0.D.を0.4より大きくし
ても実用上支障はない。
次に、フイルタ層９の厚さであるが、0.5〜
2.0μmの範囲内にあることが好適である。この理
由は、一般にフイルタ層９の厚さにより染色され
る濃度が決つてくるが、これが0.5μmより薄いと
きにはＲ、Ｇ、Ｂの所定の分光透過率特性が得ら
れなくなり、また2.0μmより厚いときには液晶層
を光が透過する状態でフイルタ層９が暗くなり、
コントラストが低下するからである。
また、フイルタ層９の厚さのばらつきである
が、これは小さい方が望ましい。
ここで、第５図ａに示すように、液晶層の厚さ
ｄと偏光板の偏光面が互いに平行でかつ液晶層に
電圧が印加されない状態（オフ状態）で液晶を透
過する光の透過率との関係は光の波長すなわちこ
こでは各色のフイルタの色に依存しており、これ
らを積算したときの液晶層の厚さと液晶を透過す
る光の透過率との関係は第５図ｂに示すようにな
る。
第５図ａにおけるグラフについてより詳しく説
明すると、透過する液晶層の屈折率異方性△ｎは
0.1325であり、Ｂは波長4460Åの青色光、Ｇは波
長5460Åの緑色光、Ｒは波長6110Åの赤色光の特
性を表している。また、光の透過率Ｔが０％とな
る液晶層の厚さｄ（μm）はＢが2.92、6.52……、
Ｇが3.57、7.98……、Ｒが3.99、8.93……である。
この実施例では液晶層の厚さを、第５図ｂにおけ
るグラフの谷に相当する点の１つであるｄ＝
8.98μmに設定している。そして、この実施例に
おいて透明物質２０が存在しない場合には、各色
のフイルタ１２，１４，１６の部分の液晶層の厚
さと半透明フイルタ１８の部分の液晶層の厚さと
の差が1.5μm程度にまでなる結果、第５図から明
らかなように、電圧無印加時に光が透過しないよ
うに設定した場合、半透明フイルタ部分から光が
漏れてしまい、コントラストが激減する。
したがつて、この実施例では、比較的薄膜とな
る半透明フイルタ１８上には、透明物質２０を積
層することによつて各色フイルタ１２，１４，１
６、半透明フイルタ１８間の厚さのばらつきを
0.1μmとしている。なお、この厚さのばらつきは
最大0.5μmまで実用上支障がないことが実験によ
つて確認された。
さらに、液晶層の厚さについて述べれば、この
実施例において、厚さを同じく第５図ｂにおける
グラフの谷に相当する点の１つである例えばｄ＝
3.51μmに設定していない理由は次の通りである。
一般に、フイルタを製造するうえで、各色のフイ
ルタ１２，１４，１６の厚さを均一にすることは
難しく、厚さにばらつきが生じる。そして、第５
図ａにおいて、ｄ＝3.51μm近辺のＲ、Ｇ、Ｂの
光の透過率は、ｄ＝8.98μm近辺のそれに比べ変
化が急激である。従つて、通常、各色のフイルタ
１２，１４，１６の厚さはばらつくので、液晶層
の厚さを3.51μmより8.98μmに設定した方が、各
色のフイルタ１２，１４，１６間の光の透過率の
差が小さくなり、コントラストのばらつきが少な
くなる。一方、液晶層の厚さが厚いほど液晶の応
答速度が低くなるので、液晶層の厚さとして許容
できる範囲はこの実施例の場合、11μm以下であ
り、ｄ＝8.98μm近辺に液晶層の厚さを設定する
のが最もよいといえる。ただし、フイルタの厚み
制御を精度良く行えるのなら、ｄ＝3.51μmに設
定してもよい。
また、半透明フイルタ１８に対応する無彩色画
素１９以外の赤、緑および青画素１３，１５，１
７すなわち有彩色画素は、上述の如く各色のフイ
ルタ１２，１４，１６をそれぞれ有する画素１
３，１５，１７のフイルタ層９のガラス基板２上
に形成された画素電極６に対応する位置より若干
内側より外側の位置に半透明フイルタ１８と各色
のフイルタ１２，１４，１６とを積層してなる遮
光層２１…を有する。こうした遮光層２１では、
上述した透過率を有する各色のフイルタ１２，１
４，１６と半透明フイルタ１８とによつてその透
過率は１％以下になる。これにより、隣接する画
素からの光漏れや画素間での光漏れがなくなり、
高コントラスト表示が得られる。
次に、このカラー液晶表示装置におけるガラス
基板１の製造方法を説明する。
まず、ガラス基板１上に、厚さ300Å（光学的
濃度0.D.＝0.4）のCrをスパツタ法によつて蒸着
する。
次に、第６図に示すように、赤、緑および青色
フイルタ１２，１４，１６が形成されるべき画素
１３，１５，１７では、ガラス基板２上に形成さ
れる画素電極６に対応する位置より若干（２〜
5μm）内側のCrをフオトリソグラフイによつて
除去する。なお、その際、半透明フイルタ１８が
形成されるべき画素１９のCrは除去しない。
さらに、赤、緑および青色フイルタ１２，１
４，１６が形成されるべき画素１３，１５，１７
には、赤、緑、青色フイルタ１２，１４，１６と
してたとえばゼラチン染色法によつてそれぞれ該
当する色のカラーフイルタをガラス基板１上およ
び残存するるCr上に形成する。
一方、半透明フイルタ１８が形成されるべき画
素１９では、透明物質２０として染色処理を行わ
ないゼラチンを残存するCr上に形成する。
しかる後、保護層１０、共通電極１１を積層し
てなる。
このように上述した製造方法では、遮光層２１
を形成する工程を他のフイルタを形成する工程と
同時に行え、工数削減を図ることができる。
なお、以上説明した実施例では、遮光層２１が
Crと各色のフイルタ１２，１４，１６とを重ね
合せてなるものであつたが、これがたとえば第７
図に示すように、遮光層２１がCrとすべての色
のフイルタ、たとえばこの場合Crと赤色のフイ
ルタ１２と緑色のフイルタ１４と青色のフイルタ
１６とを重ね合せてなるものであつてもよい。こ
の場合、遮光層２１の光学的濃度0.D.は3.65とな
り、さらに高コントラストが得られることにな
る。また、製造時のフオトマスクが１枚でよいこ
とになる。さらに、各遮光層２１の厚さのばらつ
きが小さくなる。
また、半透明フイルタ１８としてCrを用いる
ものであつたが、これがMo、Ti、Ta、Ni等の
他の金属であつてもよい。
また、フイルタ１２，１４，１６の周囲が半透
明フイルタ１８と重なるときの段差を考慮し、半
透明フイルタ１８の厚さはフイルタ１２，１４，
１６の厚さより充分薄いことが望ましい。
また、上記実施例は、共通電極側にフイルタを
設けているが、画素電極側にフイルタを設けても
よい。
さらに、１つの表示単位が４色の正方形の画素
からなる正方形状のものであつたが、本発明はこ
うした形状や数等を限定するものではない。たと
えば１つの表示単位が２画素からなるものであつ
たり、各画素が長方形であつたり、画素ピツチを
１／２ずらしたりするものであつてもよい。
［発明の効果］ 以上説明したように本発明のカラー液晶表示装
置によれば、半透明フイルタとの組合せによつて
より多色の表示が行え、またカラーフイルタと半
透明フイルタとを重ねた遮光層によつて高コント
ラストが得られ、さらに、遮光層を薄くすること
ができる。また、本発明の製造方法によれば、こ
のような高コントラストで多色表示ができるカラ
ー液晶表示装置が効率よく製造される。
【図面の簡単な説明】
第１図は本発明の一実施例に係るカラー液晶表
示装置の縦断正面図、第２図は第１図の一部平面
図、第３図は各フイルタの分光透過率特性を示す
図、第４図は半透明フイルタの光学的濃度の最適
値を説明するための色度図、第５図ａ，ｂは液晶
層の厚さと液晶を透過する光の透過率との関係を
示す図、第６図は本発明の一実施例に係る製造方
法を説明するためのカラー液晶表示装置の一部平
面図、第７図は本発明の他の実施例に係るカラー
液晶表示装置の一部平面図である。 １，２……ガラス基板、５……液晶組成物、６
……画素電極、９……フイルタ層、１２……赤色
フイルタ、１４……緑色フイルタ、１６……青色
フイルタ、１８……灰色フイルタ、２０……透明
物質、２１……遮光層。

Claims (1)

  1. 【特許請求の範囲】 １ 有彩色画素および無彩色画素を有するカラー
    液晶表示装置において、前記有彩色画素に対応す
    る位置に形成され所定の波長に光透過域を有する
    カラーフイルタと、前記無彩色画素に対応する位
    置および前記カラーフイルタと重なるように前記
    有彩色画素に対応する位置の外周近傍に形成され
    た半透明フイルタとを具備するカラー液晶表示装
    置。 ２ 半透明フイルタの光学的濃度が、0.3乃至1.5
    である特許請求の範囲第１項記載のカラー液晶表
    示装置。 ３ カラーフイルタが、それぞれ赤、緑、青に光
    透過域を有する３組のフイルタである特許請求の
    範囲第１項または第２項記載のカラー液晶表示装
    置。 ４ 半透明フイルタの厚さが、カラーフイルタの
    厚さより薄い特許請求の範囲第１項乃至第３項の
    いずれか１項記載のカラー液晶表示装置。 ５ 少なくとも前記無彩色画素に対応する位置に
    ある半透明フイルタ上には、カラーフイルタとほ
    ぼ同一厚さとするための透明物質が形成されてい
    る特許請求の範囲第１項乃至第４項のいずれか１
    項記載のカラー液晶表示装置。 ６ 透明物質の厚さを含む半透明フイルタおよび
    カラーフイルタの厚さが0.5〜2.0μmであり、これ
    らの厚さの差が最大0.5μmである特許請求の範囲
    第５項記載のカラー液晶表示装置。 ７ 基板上に半透明フイルタを構成する物質を形
    成する工程と、この半透明フイルタを構成する物
    質が形成された基板からカラーフイルタが形成さ
    れるべき画素に対応する位置の半透明フイルタを
    構成する物質を除去する工程と、前記基板上のカ
    ラーフイルタが形成されるべき画素に対応する位
    置およびこの位置の近傍で前記半透明フイルタを
    構成する物質と重なる位置にカラーフイルタを構
    成する物質を形成する工程とを具備するカラー液
    晶表示装置の製造方法。 ８ 半透明フイルタを構成する物質が、クロムで
    ある特許請求の範囲第７項記載のカラー液晶表示
    装置の製造方法。
JP20496787A 1987-08-18 1987-08-18 Color liquid crystal display device and manufacture thereof Granted JPS6459318A (en)

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JP20496787A JPS6459318A (en) 1987-08-18 1987-08-18 Color liquid crystal display device and manufacture thereof
DE88111847T DE3884313T2 (de) 1987-08-18 1988-07-22 Farbige Flüssigkristallanzeige und Verfahren zu deren Herstellung.
CA000572879A CA1283473C (en) 1987-08-18 1988-07-22 Color liquid crystal display and method for manufacturing it
EP88111847A EP0303852B1 (en) 1987-08-18 1988-07-22 Color liquid crystal display and method for manufacturing it
US07/471,016 US4946259A (en) 1987-08-18 1990-01-24 Color liquid crystal display and method of manufacture

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JP20496787A JPS6459318A (en) 1987-08-18 1987-08-18 Color liquid crystal display device and manufacture thereof

Publications (2)

Publication Number Publication Date
JPS6459318A JPS6459318A (en) 1989-03-07
JPH0444250B2 true JPH0444250B2 (ja) 1992-07-21

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