JP2650630B2

JP2650630B2 - 電気光学素子

Info

Publication number: JP2650630B2
Application number: JP7130514A
Authority: JP
Inventors: 礼宮崎; 治奥村
Original assignee: Seiko Epson Corp
Current assignee: Seiko Epson Corp
Priority date: 1987-04-30
Filing date: 1995-05-29
Publication date: 1997-09-03
Anticipated expiration: 2012-09-03
Also published as: JPH07325284A

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は電気光学素子に関する。
更に詳しくは、対向させて配置した一対の基板間にネマ
チック液晶を挟持してなる液晶セルを用いた液晶表示装
置等の電気光学素子に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】従来のスーパーツイステッドネマチック
モード（以下、ＳＴＮモードと略記する）を利用した液
晶表示装置は、例えば特開昭６０ー５０５１１号公報に
記載のように、電圧無印加状態及び選沢電圧印加状態で
着色してしまうため、そのままでのフルカラー化は因難
であった。

【０００３】そこで本出願人は先に、特願昭６２ー１２
１７０１号等において、一対の偏光板間に介在させた表
示用の液晶セルのほかに、該液晶セルの複屈折で生じた
着色を除くための光学的異方体を上記一対の偏光板間に
少なくとも一層備えることにより、電圧無印加状態およ
び選択電圧印加状態における外観の色相がそれぞれ黒色
および白色に近い色相になるようにした液晶表示装置を
提案した（本出願人はこれをニュートラライズドツイス
トネマチックモードと称しており、以下、本書ではＮＴ
Ｎモードと略称する）。

【０００４】上記のＮＴＮモードの液晶表示装置にカラ
ーフィルタを少なくとも一層備えることにより良好な多
色化もしくはフルカラー化を実現することが可能となっ
た。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところが、従来のカラ
ーフィルタは、液晶セルの基板内面にゼラチンやポリマ
ー等の媒染層を設け、その上に所望のパターンを有する
マスクを被せて媒染層上に選択的に着色してからマスク
を除去し、それを例えば赤、緑、青の色毎に所定回数繰
り返して形成するもので、同濃度の染色剤の量が赤、
緑、青によって異なるため、カラーフィルタの色濃度を
同程度にしようとすると、色により染色剤の量に差が生
じ、それに従ってカラーフィルタの厚みにも差が生じ
る。媒染層として上記のゼラチンを用いるもの（以下、
ゼラチン染色法という）は３〜５０００Å、ポリマー等
を用いるものは１μｍ程度の段差が生じるのは避けられ
ない。ゼラチン染色法で段差が生じるのはゼラチン膜が
染色の際に膨潤するためである。

【０００６】そのため、上記のカラーフィルタを表示用
液晶セルに用いると液晶層の厚さがカラーフィルタの色
毎に異なってしまう。この液晶の厚さの違いは、特に前
記のＮＴＮモードで重要な表示用液晶セルにおける屈折
率異方性△ｎとセル厚（液晶層厚）ｄとの積△ｎ・ｄ
と、前記の光学的異方体における△ｎ・ｄとのマッチン
グに色ごとの差を生む。また、電圧無印加状態のもれ光
量の色ごとの差を生み、コントラスト比の差となってし
まう。

【０００７】以下、上下に配置した偏光板間に、光学的
異方体としての液晶セル（以下、補償セルという）と、
表示用の液晶セル（以下、表示セルという）とを上下に
配置し、補償セルのセル厚を一定（５．０μｍ）とし、
表示セルのセル厚を４．６μｍから５．４μｍまで０．
２μｍづつ変化させた場合の実験データをもとに具体的
に説明する。

【０００８】図８は上記の実験により得られた電圧透過
率曲線の変化を示す。なお、表示セルおよび補償セルの
液晶としてロディック社（日本ロシュ社）製Ｍ８０１２
（△ｎ＝０．１８）を用い、液晶分子のツイスト角を上
から下に向かって表示セルは２１０°の左ねじれ、補償
セルは２１０°の右ねじれとした。また、印加電圧とし
て１ｋＨｚの矩形波を用い、透過率は２枚の偏光板を偏
光軸方向を揃えて貼り合わせたときの透過率を１００％
とした。

【０００９】上記図８から明らかなように表示セルのセ
ル厚に差がある。即ち、カラーフィルタの色ごとの厚み
の差により表示セルのセル厚に差が生じると、しきい値
（Ｖｔｈ）むらや選択時（選択電圧印加時）の光量む
ら、および非選択時（非選択電圧印加時）の光漏れ等が
生じる。

【００１０】図９に選択時および非選択時の透過率の表
示セル厚依存性を示した。また、図１０にコントラスト
比（≡選択時の透過率／非選択時の透過率）の表示セル
厚依存性を示した。

【００１１】上記図９および図１０から明らかなように
表示セルのセル厚にむら（即ち、カラーフィルタに段
差）があると非選択時の透過率が大きくなってコントラ
ストが低下することがわかる。

【００１２】また、図１１にコントラスト比を１０以上
に取れる上下方向の視角範囲を示したが、この範囲も表
示セルのセル厚にむらがあると狭くなる。

【００１３】以上のようにＮＴＮモードに用いるカラー
フィルタの色ごとの厚さの違いにより表示セルのセル厚
にむらが生じると、色ごとにＶｔｈやコントラスト比な
どにバラツキが生じるため、例えば、ＮＴＮモードのフ
ルカラーテレビに用いた場合には一様できれいな画像が
得られないという問題があった。

【００１４】本発明は上記の問題点を解決することを目
的とする。

【００１５】

【課題を解決するための手段】本発明の電気光学素子
は、基板内面に電極を有する一対の基板間にＳＴＮ液晶
を挟持してなる液晶セルと、少なくとも一層の光学的異
方体とを、一対の偏光板間に配置してなり、前記液晶セ
ルの複屈折で生じた着色を前記光学的異方体によって除
去し得るように前記液晶セルの液晶層のねじれ角と△ｎ
・ｄの値に応じて前記光学的異方体の光軸方向と△ｎ・
ｄの値とを所定の条件に設定し、前記液晶セルの少なく
とも一方の前記基板には複数色の色要素からなるカラー
フィルタが配置されてなり、前記カラーフィルタの前記
液晶層側の面がほぼ平坦であることを特徴とする。

【００１６】

【作用】上記のように液晶セルの電極基板の少なくとも
一方に、液晶層側の面が平坦となるカラーフィルタを備
えたことにより、上記液晶セルの液晶層厚（セル厚）を
可及的に均一化することが可能となり、上記の液晶セル
とは別に更に少なくとも一層の光学的異方体を備えたこ
とと相まって色ごとのＶｔｈやコントラストのバラツキ
のない、しかも一様できれいな表示画像を得ることが可
能となる。

【００１７】

【実施例】以下、図に示す実施例に基づいて本発明を具
体的に説明する。

【００１８】〔実施例１〕図１は、本発明の一実施例を
示す電気光学素子としての液晶表示装置の概略構成の断
面図である。

【００１９】図１において１は下側偏光板、２は上側偏
光板、１０は表示を行う液晶セル（以下、表示セルとい
う）であり、上面側にカラーフィルタ１４と電極１１ａ
を有する下側電極基板１１と、下面側に電極１２ａを有
する上側電極基板１２との間にねじれ配向したネマチッ
ク液晶１３を挟持させた。２０は光学的異方体としての
液晶セル（以下、補償セルという）を用いたものであ
り、下側基板２１と、上側基板２２との間に、ねじれ配
向したネマチック液晶２３を挟持させた。

【００２０】図２は、図１における液晶表示装置の各軸
の関係を示す平面図であり、基板に接する液晶分子の分
子軸の方向をラビング方向として示す。

【００２１】図２において、Ｒ１１、Ｒ１２はそれぞれ
表示セル１０の下側電極基板１１および上側電極基板１
２のラビング方向、Ｒ２１、Ｒ２２はそれぞれ補償セル
２０の下側基板２１および上側基板２２のラビング方
向、Ｔ１は表示セル１０内の液晶分子が上から下に向か
ってねじれる方向とその角度、Ｔ２は補償セル２０内の
液晶分子が上から下に向かってねじれる方向とその角
度、Ｐ１、Ｐ２はそれぞれ下側偏光板１および上側偏光
板２の偏光軸（吸収軸）の方向、θは補償セル２０の下
側基板２１のラビング方向Ｒ２１に対する表示セル１０
の上側電極基板１２のラビング方向のなす角度、θ１は
表示セルの下側電極基板１１のラビング方向Ｒ１１に対
する下側偏光板１の偏光軸の方向Ｐ１のなす角度、θ２
は上側偏光板２の偏光軸の方向Ｐ２に対する補償セルの
上側基板２２のラビング方向Ｒ２２のなす角度を表す。
以下、上記角度θ、θ１、θ２は左固りを正として示
す。

【００２２】上記表示セル１０と補償セル２０の液晶１
３・２３として本例においてはＰ型ネマチック液晶が用
いられており、その具体的なミクスチャーの１つは、Ｓ
−４００８（チッソ社製）である。

【００２３】また上記図２に示した各軸の関係について
は表示セル１０の液晶の複屈折で生じた着色を補償セル
が元に戻す関係となるようにするものとし、例えば表示
セルの液晶のねじれ角Ｔ１を約２１０度の左ねじれと
し、液晶の屈折率異方性△ｎとセル厚ｄとの積△ｎ・ｄ
を約０．９μｍとする。また、補償セルの液晶のねじれ
角Ｔ２を約２１０度の右ねじれとし、△ｎ・ｄを約０．
９μｍとする。更に、角度θを８０度から１００度の範
囲、角度θ２を−４０度から−５０度の範囲、角度θ１
を４０度から５０度の範囲とする。

【００２４】カラーフィルタ１４は、本例においては表
示セル１０の下側電極基板１１上にポリマー等の媒染層
を設けその上に希望するパターンを持つマスクを被せて
媒染層を選択的に着色してからマスクを除去し、それを
赤、緑、青の各色毎に所定回数繰り返してフィルタ本体
１４ａを形成したもので、その色ごとの染色剤の量の違
いにより段差が生じている。そして、その段差のあるフ
ィルタ本体１４ａの表面に、物理的および化学的な保護
層を兼ねてオーバーコート層１４ｂを形成することによ
って表示セル１０の液晶層１３の厚さが一定となるよう
にしたものである。

【００２５】そのオーバーコート層１４ｂは、本例にお
いては透明で硬質な有機薄膜材料を上記フィルタ本体１
４ａに塗布することにより透明有機薄膜層を形成したも
のである。その透明有機薄膜層の具体的な作成法として
は、例えば“ＧＣＭ−６４１”（日本合成ゴム社製）を
回転数１５００ｒｐｍで２０秒のスピンコートを２回繰
り返した後に焼成する。あるいは“ＧＣＭ−６４１”を
回転数１０００ｒｐｍで２０秒スピンコートした後に焼
成するものである。

【００２６】以上のようにして表示セル１０の液晶層１
３側にオーバーコート層１４ｂを有するカラーフィルタ
１４を備えたことにより上記液晶層１３の厚さを略一定
にすることが可能となり、色ごとのＶｔｈやコントラス
ト比のバラツキのない一様できれいな画像品位が得られ
るものである。

【００２７】なお、上記実施例において、必要に応じて
前記補償セル２０の両基板２１、２２にも電極を設けて
もよい。さらに光学的異方体としては前記のような補償
セル（液晶セル）に限らず、フィルム状高分子物質等を
用いることもできる。また、光学的異方体を２層以上設
けることもある。

【００２８】〔実施例２〕図３は本発明の一実施例を示す電気光学素子としての液
晶表示装置の概略構成の断面図であり、カラーフィルタ
１５として表示セル１０の下側電極基板１１上に活性膜
層１５ａを形成してその活性膜層１５ａに染色を施し、
その表面にオーバーコート層１５ｂを形成したものであ
る。他の構成は前記実施例１の場合と同様であり同一の
部材には同一の符号を付して再度の説明を省略する。

【００２９】上記カラーフィルタ１５の製造方法および
構成部材の材質等は適宜であるが、その一例を図４
（ａ）〜（ｅ）に示す工程説明図にもとづいて順をおっ
て説明する。

【００３０】活性膜層の形成透明ガラス基板に、アルミナゾル５２０（日産化学社
製）をロールコートし、７０℃で５分間乾燥した後、５
５０℃で４５分間焼成して、層厚約２μｍの活性膜層を
得た（図４（ａ））。この活性膜層は透明で、かつ微細
孔が多数形成されている。この活性膜層の層厚は０．５
μｍ〜１０μｍ、好ましくは１．５μｍ〜５μｍの層厚
のものが望ましい。これは活性膜層の層厚が厚すぎる
と、白化して不透明になり易く、反対に薄すぎると、染
料の受容性が減少して、充分な染色濃度が得られないた
めである。

【００３１】転写シートの作成昇華性あるいは熱溶融蒸気化する染料を含むインキをシ
ート上にスクリーン印刷し、赤、緑、青の転写シートを
得た（不図示）。インキの成分は次の通りである。

【００３２】イ）赤色インキエチルセルロースＮ−７（ハーキュレス社製）１５Ｗｔ％エチルセルロースＮ−２２（ハーキュレス社製）５Ｗｔ％ミケトンポリエステルスカーレットＲＣＳ（三井東圧社製）８Ｗｔ％ブチセルソルブ２２Ｗｔ％プチセルソルブアセテート２０Ｗｔ％ソルぺック１５０３０Ｗｔ％ロ）縁色インキエチルセルロースＮ−７１５Ｗｔ％エチルセルロースＮ−２２５Ｗｔ％ミケトンポリエステルイエロー４Ｇ（三井東圧社製）６Ｗｔ％ミケトンポリエステルブリリアントブルーＢＧ（三井東圧社製）４Ｗｔ％ブチルセルソルブ２０Ｗｔ％ブチセルソルブアセテート２０Ｗｔ％ソルぺック１５０３０Ｗｔ％ハ）青色インキエチルセルロースＮ−７１５Ｗｔ％エチルセルロースＮ−２２５Ｗｔ％ミケトンポリエステルブルー３ＲＳＦ（三井東圧社製）１ＯＷｔ％ブチルセルソルブ２０Ｗｔ％ブチルセルソルブアセテート２０Ｗｔ％ソルべック１５０３０Ｗｔ％転写上記で作成した活性膜層付ガラス基板を１８０℃に予
熱し、青色インク用のメ夕ルマスクＭをガラス基板１１
上の所定の位置に載置し、その上に青色インキにて印刷
された転写シートＳを、その印刷面がメタルマスクと接
するように載置し、２００℃に加熱されたシリコンゴム
Ｒで、１分間加熱加圧した（図４（ｂ））。

【００３３】しかる後、転写シートＳ及びメタルマスク
Ｍを除去するとメタルマスクが抜けた部分の青色のドッ
トパターンが転写された（図４（Ｃ））。

【００３４】以上の工程を、緑色、赤色についても、同
様に繰り返すことによって、三原色のドットパターンを
転写した（図４（ｄ））。

【００３５】封孔処理上記で染色した活性膜層上に例えば透明のアクリル樹
脂（具体的には例えば日本合成ゴム社製ＪＳＳ−１６）
をロールコートし、１８０℃で３０分間乾燥してオーバ
ーコート層１５ｂを形成した（図４（ｅ））。そのオー
バーコート層はカラーフィルタ表面を平坦化するだけで
なく、（１）活性膜中の微細孔中に捕捉された染料分子
が、再び気化するのを防止する、（２）不必要な物質に
より、汚染されるのを防ぐ、（３）後に、このカラーフ
ィルタ上に、透明導電膜を形成する場合に、カラーフィ
ルタと透明導電膜の密着性を向上させる、等の役割をも
果たす。

【００３６】以上の工程により得られたカラーフィルタ
１５は平坦性に優れ、隣合う画素間の段差は最大でも５
００Åより小さい。これは、ほかのカラーフィルタ作成
法（ゼラチン染色、印刷等）に比べ、一桁小さい値であ
る。実際に測定した結果を図５に示す。同図中（ａ）は
上記の工程により得られたカラーフィルタの測定結果、
（ｂ）はゼラチン染色法により作成したカラーフィルタ
（オーバーコート層のない状態）の測定結果である。

【００３７】上記のようにして得られた平坦なカラーフ
ィルタ１５を表示セル１０に備えたことにより該セル１
０の液晶層１３の厚さを極力均一化することが可能とな
り、上記表示セル１０とは別に光学的異方体としての補
償セル２０を設けることによってＮＴＮモードに構成し
たことと相いまって良好な電気光学素子としての液晶表
示装置が得られるものである。

【００３８】なお、上記実施例においては液晶層側にオ
ーバーコート層を有するカラーフィルタを用いたが、オ
ーバーコート層を設けることなく平坦化されたカラーフ
ィルタを用いることによっても上記と同様の効果が得ら
れる。

【００３９】以上のように本発明はＮＴＮモードの電気
光学素子に平坦化したカラーフィルタを用いたことに特
に意義があるもので、例えば従来公知のツイストネマチ
ックモード（以下、ＴＮモードという）の場合、カラー
フィルタを平坦にすることは、むしろ特性面で不利にな
る。

【００４０】図６に、（ａ）ＮＴＮモード、（ｂ）ＴＮ
モードの各電気光学特性を、光の波長別（Ｒ：６５０ｎ
ｍ、Ｇ：５５０ｎｍ、Ｂ：４５０ｎｍ）に示した。ＮＴ
Ｎモードでは、光の波長に関係なく、電圧無印加時に暗
黒になる。ところがＴＮモードではある特定波長を除い
ては必ず漏れ光が存在する。従って、ＴＮモードではカ
ラーフィルタが平坦だと充分なコントラストを取ること
ができない。

【００４１】この問題を解決したのがマルチギャップで
ある。

【００４２】この手法は、上記の漏れ光が液晶の屈折率
の波長分散によるものであることを基に、色ごとにセル
厚を変化させることによって補償するものである。

【００４３】例えば、液晶にメルク社製ＺＬ−３２７０
（△ｎ＝０．０８５）を用い、セル厚Ｒ＝６．４μｍ、
Ｇ＝５．６μｍ、Ｂ＝４．５μｍとしたとき、上記図６
（ｂ）のＲおよびＢのカーブにほぼ一致する。従って、
ＴＮモードに用いるカラーフィルタは図７のように段差
があることが望ましい。

【００４４】

【発明の効果】以上説明したように本発明によれば、表
示用の液晶セルのほかに更に光学的異方体を備えること
によって、液晶セルの複屈折で生じた着色を除去すると
共に、上記液晶セルの液晶層側の面が平坦となるカラー
フィルタを備えることによって上記液晶セルの液晶層を
一定にすることが可能となり、色ごとのバラツキのない
一様できれいな画像品位のカラー電気光学素子が得られ
る効果がある。

【図面の簡単な説明】

【図１】本発明の一実施例を示す電気光学素子としての
液晶表示装置の概略構成の断面図。

【図２】液晶表示装置の各軸の関係を示す平面図。

【図３】本発明の一実施例を示す電気光学素子としての
液晶表示装置の慨略構成の断面図。

【図４】（ａ）〜（ｅ）はカラーフィルタの製造工程の
説明図。

【図５】（ａ）、（ｂ）は上記の製造工程で得られたカ
ラーフィルタと、ゼラチン染色法により作成したカラー
フィルタの段差の測定結果を示すグラフ。

【図６】（ａ）、（ｂ）はＮＴＮモードとＴＮモードの
電気光学特性図。

【図７】ＴＮモードに適する段差の一例を示す断面図。

【図８】表示セルのセル厚を異ならせた場合における印
加電圧に対する透過率曲線図。

【図９】選択時および非選択時における透過率のセル厚
依存性を示すグラフ。

【図１０】コントラスト比のセル厚依存性を示すグラ
フ。

【図１１】コントラスト比を１０以上に取れる上下方向
の視角範囲を示すグラフ。

【符号の説明】

１、２・・・・・偏光板１０・・・・・・液晶セル（表示セル）１１、１２・・・電極基板１１ａ、１２ａ・電極１３・・・・・・液晶１４、１５・・・カラーフィルタ１４ｂ、１５ｂ・オーバーコート層２０・・・・・・光学的異方体（補償セル）

Claims

(57)【特許請求の範囲】

【請求項１】基板内面に電極を有する一対の基板間にＳ
ＴＮ液晶を挟持してなる液晶セルと、少なくとも一層の
光学的異方体とを、一対の偏光板間に配置してなり、前
記液晶セルの複屈折で生じた着色を前記光学的異方体に
よって除去し得るように前記液晶セルの液晶層のねじれ
角と△ｎ・ｄの値に応じて前記光学的異方体の光軸方向
と△ｎ・ｄの値とを所定の条件に設定し、前記液晶セル
の少なくとも一方の前記基板には複数色の色要素からな
るカラーフィルタが配置されてなり、前記カラーフィル
タの前記液晶層側の面がほぼ平坦であることを特徴とす
る電気光学素子。