JPH07281168A

JPH07281168A - 液晶カラーフィルター

Info

Publication number: JPH07281168A
Application number: JP7503994A
Authority: JP
Inventors: Yasuhiko Kondo; 康彦近藤; Atsushi Ochi; 淳越智; Jun Nishibayashi; 純西林
Original assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Current assignee: Sumitomo Rubber Industries Ltd
Priority date: 1994-04-13
Filing date: 1994-04-13
Publication date: 1995-10-27

Abstract

(57)【要約】【構成】透明基板の片面にカラーフィルター層を設
け、他面に印刷により透明インキからなる微細凸レンズ
を設けた液晶カラーフィルターである。【効果】バックライトの消費電力を上げることなく高
輝度化を達成でき、しかも簡単にかつ低コストで微細凸
レンズを形成することができる。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は、カラー液晶ディスプレ
イに使用する液晶カラーフィルターに関する。

【０００２】

【従来の技術および発明が解決しようとする課題】フラ
ットパネルディスプレイの代表である液晶ディスプレイ
（ＬＣＤ）は、軽量、省電力、薄型等の利点があり、従
来のＣＲＴ（ブラウン管）に代わってパーソナルコンピ
ューター、電子式卓上計算器、時計、テレビ等の非常に
広い分野で使用されている。

【０００３】さらに、液晶ディスプレイは、従来の白黒
表示からカラー表示に変わりつつあり、液晶ディスプレ
イのフルカラー化はアクティブマトリックス駆動方式、
とりわけ薄膜トランジスター（ＴＦＴ）駆動方式を中心
に急速に伸びている。液晶ディスプレイのフルカラー化
は、１画素ごとにパターン化されたレッド、グリーン、
ブルーの３色の透過カラーフィルターに対して液晶を光
学的シャッターとして駆動させる。

【０００４】図３にアクティブ・マトリックス駆動方式
に基づく液晶ディスプレイ装置を示す。この装置は、ガ
ラスなどの透明基板１０上に、薄膜トランジスタ（ＴＦ
Ｔ）１１を有する駆動電極（ＩＴＯ膜）１２、配向膜１
３、液晶層１４、配向膜１５、共通電極（ＩＴＯ膜）１
６、オーバーコート層１７にて被覆されたレッド、グリ
ーンおよびブルーの各カラーフィルター層１８ａ，１８
ｂ，１８ｃおよびガラスなどの透明基板１９をこの順に
設けて構成され、各画素は薄膜トランジスタにより独立
に制御される。各カラーフィルター層１８ａ，１８ｂ，
１８ｃの境界部にはブラックマトリックス２２が設けら
れ、さらに前面と背面にはそれぞれ偏光板（偏光フィル
ム）２０，２１が配置される。

【０００５】かかる液晶ディスプレイ装置は、蛍光管と
異なり、自己発色の機能がないために殆どは液晶の裏面
にバックライトと呼ばれる発光体を置き、透過型にて表
示する方式が一般的である。この場合、バックライトの
光はまず偏光板２０にて減衰し、さらに液晶層１４、カ
ラーフィルター層１８ａ，１８ｂ，１８ｃを通過し、最
後の偏光板２１を通過すると、もとの光の５％以下に減
衰してしまう。そのため、画像のコントラストを上げ、
明るい画面を得るためには強力なバックライトが必要に
なるが、消費電力が大きくなるという欠点が生じる。

【０００６】そこで、液晶ディスプレイの画面輝度を向
上させる方法が従来より各種検討されている。例えばア
クリル樹脂板などに光が均一に散乱するようにドットを
印刷した導光板などをバックライトとして用い、さらに
その上にポリカーボネートからなる光拡散板やプリズム
シートを設置する等して、冷陰極管から出た光を効率よ
く液晶ディスプレイに集める技術が開発され、この方法
に基づく液晶ディスプレイも生産されている。

【０００７】また、カラーフィルター層１８ａ，１８
ｂ，１８ｃの光透過率をできるだけ向上させるために、
顔料の分散を極めて小さくするような改良やブラックマ
トリックスの線幅をできる限り小さくして開口率を大き
くするような改良も進められている（特開昭６０−１２
９７３８号公報など）。しかし、カラーフィルターにつ
いての従来の改良では画面輝度を大きく向上させること
には限界があり、せいぜい１０〜３０％程度が改良され
る程度であった。

【０００８】本発明の目的は、画面輝度を大きく向上さ
せることができる液晶カラーフィルターを提供すること
である。

【０００９】

【課題を解決するための手段および作用】本発明者らは
上記課題を解決し液晶ディスプレイの画面輝度を向上さ
せるべく鋭意研究を重ねた結果、片面にカラーフィルタ
ー層を設けた透明基板の他面に光を集合させる作用のあ
るレンズ機能を設けるときは、効率よく光を集合させる
ことができ、非常に明るい液晶ディスプレイを得ること
ができるという新たな事実を見いだし、本発明を完成す
るに至った。

【００１０】すなわち、本発明の液晶カラーフィルター
は、透明基板の片面にカラーフィルター層を設けたもの
であって、前記透明基板の他面に微細凸レンズを設けた
ことを特徴とする。図１は本発明の液晶カラーフィルタ
ーの一例を示す断面図である。同図に示すように、本発
明の液晶カラーフィルターは、ガラス、プラスチックフ
ィルムなどからなる透明基板１の片面にカラーフィルタ
ー層２ａ，２ｂ，２ｃを設け、他面に微細凸レンズ３を
設けた構造を有する。各カラーフィルター層２ａ，２
ｂ，２ｃの境界部にはブラックマトリックス４が設けら
れている。

【００１１】このように、本発明によれば、微細凸レン
ズ３を透明基板１の他面に設けているので、図２に示す
ように、透明基板１を通過した光（矢印で示す）は微細
凸レンズ３によってその焦点Ｆで集合するので、非常に
明るいカラー表示が可能となる。前記カラーフィルター
層２ａ，２ｂ，２ｃは、従来より使用されているフォト
リソグラフィー法や印刷法にて作製される厚さ１〜３μ
ｍの着色層である。各カラーフィルター層２ａ，２ｂ，
２ｃの配列によって形成される画素は、通常一辺が５０
〜３００μｍ程度である。

【００１２】前記微細凸レンズ３は、印刷された透明イ
ンキからなるのが好ましい。すなわち、一般に印刷され
たパターンはそのインキの表面張力で自然と凸レンズ形
状になる性質を有するので、印刷により微細凸レンズを
簡単にかつ低コストで作製することができる。さらに、
透明インキの粘度、表面張力を調整することでレンズの
曲率などをうまくコントロールできることができる。

【００１３】前記透明インキは、透明な樹脂からなり、
これに印刷適性に応じて各種溶剤や透明な体質顔料等を
使用することができる。前記樹脂としては、特に材質が
限定されるものではないが、印刷性、透明性、接着性、
強度等の面から熱硬化性アクリル樹脂、エポキシ樹脂、
ポリエステル樹脂、フェノール樹脂、ウレタン樹脂、メ
ラミン樹脂等の熱硬化性樹脂、シリコーン樹脂、フッ素
樹脂などの耐熱性樹脂、紫外線硬化型樹脂、電子線硬化
型樹脂なども使用可能である。

【００１４】また、透明性の高い体質顔料としては、例
えば微粉末状の硫酸バリウム粉末、シリカ粉末、炭酸カ
ルシウム粉末などがあげられる。また、本発明において
使用可能な溶剤としては、例えばセチルアルコール、ス
テアリルアルコール、オレイルアルコール、オクチルア
ルコール、デシルアルコール、ラウリルアルコール、ト
リデシルアルコール（トリデカノール）、ｎ−ブチルア
ルコール、シクロヘキシルアルコール、２−メチルシク
ロヘキシルアルコール、またはＣ₁₀〜Ｃ₁₅のアルキルア
ルコールの混合物などの高沸点の高級アルコール；メチ
ルセロソルブ、エチルセロソルブ、ブチルセロソルブ、
ブチルカルビトール、セロソルブアセテート、ブチルセ
ロソルブアセテート、カルビトールアセテート、ブチル
カルビトールアセテートなどのアルキルエーテル；トル
エン、キシレン、テトラリンなどの芳香族炭化水素；シ
クロヘキサノン、メチルシクロヘキサノン、イソホロ
ン、ジアセトンアルコールなどのケトン等があげられる
が、これらに限定されるものではなく、印刷適性（イン
キ転移性等）、作業性などを考慮して適宜選択すればよ
い。また、高級アルコールを使用する場合は、インキの
乾燥性や流動性を考慮して、これよりも乾燥速度の速い
ブチルカルビトール（ジエチレングリコールモノブチル
エーテル）、ブチルセロソルブ、エチルカルビトール、
ブチルセロソルブアセテート、ブチルカルビトールアセ
テート、テルピネオールなどのアルコールまたはエステ
ル類を併用してもよい。溶剤の添加量は使用する混合樹
脂などの成分の溶解性または分散性、作業性、印刷適性
などを考慮して適宜決定すればよく、通常、インキ総量
に対して５〜８０重量％、好ましくは１５〜５０重量％
程度である。

【００１５】透明インキの粘度は約１〜１０，０００
Ｐ、好ましくは約５００〜５，０００Ｐであるのが適当
である。また、透明インキの表面張力は１０〜７０dyn/
cm、好ましくは２０〜５０dyn/cmであるのが適当であ
る。微細凸レンズ３を作製するための印刷法としては、
各種印刷法が採用可能であるが、インキの膜厚をある程
度厚くする必要があるので、例えばスクリーン印刷や凹
版オフセット印刷などが好適である。ただし、１回印刷
でのインキ膜厚みが薄い水無平版オフセットなどであっ
ても、数回重ね印刷すれば目的とする微細凸レンズ３を
得ることができる。

【００１６】印刷される微細凸レンズ３の形状は特に制
限されるものではなく、ストライプ形状やドット形状な
どがあげられる。一般的にストライプ形状の印刷には凹
版印刷が適しており、ドット形状の印刷にはスクリーン
印刷が適していると言える。微細凸レンズ３を形成する
ための透明インキの印刷パターンの大きさは、画素の大
きさに応じて適宜決定されるが、良好な集光効果を得る
うえで一般には幅１０〜３０００μｍ、好ましくは５０
〜３００μｍのストライプパターンまたは直径１０〜３
０００μｍ、好ましくは５０〜３００μｍのドットパタ
ーンで、かつ線幅または直径と最大膜厚みとの比（膜厚
み／線幅または直径、以下この比をアスペクト比とい
う）が０．０２〜１の範囲にあるのが好ましい。

【００１７】すなわち、ストライプパターンの幅または
ドットパターンの直径が３０００μｍを超えると、表示
が不鮮明となる、いわゆる表示むらが発生する。一方、
ストライプパターンの幅またはドットパターンの直径が
１０μｍを下回っても、効果は大きく変わらないが、現
在の印刷法では忠実に形状を再現することが非常に困難
になる。

【００１８】なお、ストライプパターンの幅やドットパ
ターンの直径は小さければ小さいほど良いというもので
はなく、レッド、グリーン、ブルーの各画素の線幅に応
じて所定の範囲であれば画像むらのない良好な集光効果
が得られる。具体的には各画素の線幅１００に対して、
ストライプパターンの幅やドットパターンの直径は約５
０〜３００、好ましくは同一幅である約１００の割合で
ある。通常、一辺が５０〜１５０μｍ程度の画素であれ
ば、幅２０〜３００μｍ程度のストライプパターンのレ
ンズを設計すれば、良好な集光性が得られる。

【００１９】また、微細凸レンズの線幅または直径と最
大膜厚みとの比（膜厚み／線幅または直径）は微細凸レ
ンズの曲率を決定するものであって、この比が０．０２
より小さいと、フラットに近い状態となり、集光機能が
少なくなる。一方、前記比が１を超えると、印刷法では
作製が困難であり、またレンズの光が散乱して集光性が
低下する、いわゆる画素むらが起こり、場合によっては
視野角により画素むらが起こりやすくなる。

【００２０】また、各ストライプパターンおよびドット
パターンの間隙は０〜３００μｍ程度、好ましくは０〜
１００μｍ程度であるのが適当であり、間隙がこの範囲
よりも大きいと、表示むらとなる。かくして得られる本
発明の液晶カラーフィルターは、図３に示す通常の液晶
ディスプレイ装置と同様に、オーバーコート層１７で各
カラーフィルター層２ａ，２ｂ，２ｃを被覆した状態
で、液晶層１４の表面に配向膜１５および共通電極（Ｉ
ＴＯ膜）１６を介して積層され、高輝度な液晶ディスプ
レイとしてパーソナルコンピューター、電子式卓上計算
器、時計、テレビ等の様々な分野で好適に使用される。

【００２１】なお、以上の説明ではもっぱら微細凸レン
ズ３を印刷法にて作製する場合について説明したが、カ
ラーフィルターを金型でプレス成形する際に、金型面に
凹凸を設けて、成形と同時に微細凸レンズが形成される
ようにしてもよい。また、他の方法として、カラーフィ
ルターの表面を研磨することにより微細凸レンズを形成
することもできる。これらの方法によって得られる液晶
カラーフィルターも本発明の請求項の範囲に包含される
ことはいうまでもないが、金型が不用でかつ高度な研磨
技術を要せず、しかも印刷法、インキ材質、インキ粘度
等を調整することにより容易に所望形状の微細凸レンズ
が得られる印刷法が最も好適な方法である。

【００２２】

【実施例】

実施例１透明基板として、日本板ガラス（株）製のソーダライム
ガラス（表面ＳｉＯ₂浸漬処理品、厚さ１．１ｍｍ）を
使用し、この基板の片面に１００μｍ幅のストライプを
３００μｍピッチで、レッド、グリーン、ブルーのパタ
ーンを順に印刷してカラーフィルター層を形成した。印
刷後、クリーンオーブン中にて２２０℃で１時間加熱し
た。

【００２３】ついで、透明基板の他面に、モノマーとし
て２−ヒドロキシエチルメタクリレートに共架橋剤とし
てメチル化メラミン樹脂を混合して作成した熱硬化性ア
クリル樹脂を酢酸ｎ−ブチルに溶解させて得た透明イン
キを用いてグラビアオフセット印刷によりストライプパ
ターンの微細凸レンズを形成し、液晶カラーフィルター
を得た。形成された微細凸レンズは線幅１０μｍ、厚さ
４μｍ、アスペクト比０．４０であり、レンズ間の間隙
は１００μｍであった。なお、使用した透明インキは粘
度が５００Ｐ、表面張力が４０dyn/cmであった。実施例２〜１３実施例１と同じカラーフィルター層を片面に有する透明
基板の他面に、表１，表２に示す製法にて種々のレンズ
形状を有する微細凸レンズを設けた液晶カラーフィルタ
ーを作製した。

【００２４】なお、表１，表２において、インキ材料で
「アクリル」と記載のものは実施例１と同じインキであ
ることを意味している。また、「エポキシ」と記載のも
のはエポキシ樹脂（油化シェルエポキシ社製の商品名
「エピコート１００１」）をブチルセロソルブに溶解さ
せて得た透明インキを用いたことを意味している。さら
に「ポリエステル」と記載のものは、無水トリメリット
酸とネオペンチルグリコールをエステル化して作成した
ポリエステル樹脂をオレイルアルコールに溶解させて得
た透明インキを用いたことを意味している。比較例透明基板上に微細凸レンズを形成しなかったほかは実施
例１と同様にして液晶カラーフィルターを作製した。

【００２５】得られた各液晶カラーフィルターを用い
て、画素むらおよび画面輝度を測定した。画素むらの有
無は、３波長蛍光灯からなるバックライトにて照らした
ときに色の濃淡があるか否かを目視にて観察することに
より判定した。画面輝度は、比較例のそれを１．００と
したときの指数で表した。画面輝度の測定は、３波長蛍
光灯のバックライトにて液晶ディスプレイのパネルを組
み込んで、液晶カラーフィルターを通過した光を照度計
にて輝度を測定した。レンズを設置しない比較例での輝
度を２０００ｃｄ／ｍ²に設定し、これを１としたとき
の相対値で各実施例の輝度を表した。

【００２６】

【表１】

【００２７】

【表２】

【００２８】表１，表２から明らかなように、実施例の
液晶カラーフィルターは比較例のそれに比較して画面輝
度が向上しており、とくにサイズが１０〜３００μｍで
アスペクト比が０．０２〜１の範囲にあるときに、画素
むらがなく画面輝度が著しく高くなっていることがわか
る。

【００２９】

【発明の効果】本発明の液晶カラーフィルターは、透明
基板に微細凸レンズを設けたため、バックライトの消費
電力を上げることなく、高輝度化を達成できるという効
果がある。また、本発明では、前記微細凸レンズを印刷
による透明インキで形成するときは、簡単にかつ低コス
トで液晶カラーフィルターを製造することができるとい
う効果がある。

【００３０】さらに、本発明では、微細凸レンズのサイ
ズを規定することにより表示むらや画素むらのない良好
な集光効果が得られる。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の液晶カラーフィルターの一実施例を示
す断面図である。

【図２】本発明における微細凸レンズの作用を説明する
ための説明図である。

【図３】通常のアクティブ・マトリックス駆動方式に基
づく液晶ディスプレイ装置を示す断面図である。

【符号の説明】

１透明基板２ａカラーフィルター層２ｂカラーフィルター層２ｃカラーフィルター層３微細凸レンズ４ブラックマトリックス

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板の片面にカラーフィルター層を設
けた液晶カラーフィルタ−において、前記透明基板の他
面に微細凸レンズを設けたことを特徴とする液晶カラー
フィルター。
【請求項２】前記微細凸レンズが、印刷された透明イン
キからなる請求項１記載の液晶カラーフィルター。
【請求項３】前記透明インキの印刷パターンが、線幅１
０〜３０００μｍのストライプパターンまたは直径１０
〜３０００μｍのドットパターンであり、かつ線幅また
は直径と最大膜厚みとの比（膜厚み／線幅または直径）
が０．０２〜１の範囲にある請求項２記載の液晶カラー
フィルター。