JPH07270771A

JPH07270771A - 液晶表示装置用カラーフィルター基板

Info

Publication number: JPH07270771A
Application number: JP6058449A
Authority: JP
Inventors: Kenzo Fukuyoshi; 健蔵福吉
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 1994-03-29
Filing date: 1994-03-29
Publication date: 1995-10-20

Abstract

(57)【要約】【目的】液晶表示装置に入射された光線の有効利用が
図れ明るい画面表示を可能にするカラーフィルター基板
を提供すること。【構成】このカラーフィルター基板１は、ガラス基板
11と、この基板上の絵素部に対応する部位に設けられ赤
色、緑色及び青色の三色のカラーフィルター層12R、12G、
12B と、上記基板の絵素間部に対応する部位に設けられ
た光散乱層13とでその主要部が構成されている。そして
絵素間部に入射された光線は光散乱層13により散乱され
るため入射された光線の一部についてその出射方向を絵
素部方向へ変化させることが可能となる。従って、絵素
間部に入射された光線の一部をカラーフィルター層に入
射させて画面表示に利用できため表示画面の明るさが向
上する。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【産業上の利用分野】本発明は液晶表示装置用カラーフ
ィルター基板に係り、特に、液晶表示装置に入射された
光線の有効利用が図れる液晶表示装置用カラーフィルタ
ー基板の改良に関するものである。

【０００２】

【従来の技術】液晶表示装置は、絵素毎に電圧の印加を
行える電極がそれぞれ配設されかつ少なくとも一方が透
明である一対の基板とこれ等基板間に封入された液晶物
質とでその主要部が構成され、上記電極間に電圧を印加
することにより液晶物質の配向状態を絵素毎に変化させ
てこの液晶物質を透過する光の偏光面を制御すると共
に、偏光フィルムによりその透過・不透過を制御して画
面表示を行うもので、家庭用又は業務用のディスプレ
イ、ビデオカメラ、あるいは入出力装置等に広く利用さ
れている。

【０００３】また、透明基板上にカラーフィルター層を
備えるカラーフィルター基板を上記基板のいずれか一方
に適用することにより画面表示のカラー化が図れる。

【０００４】そして、このカラーフィルター基板ａは、
図３に示すように透明基板ａ１と、各絵素部に対応する
部位に各々設けられ各絵素部を透過する透過光をそれぞ
れ対応する色に着色させる複数のカラーフィルター層ａ
３Ｒ、ａ３Ｇ、ａ３Ｂと、これ等カラーフィルター層ａ
３Ｒ、ａ３Ｇ、ａ３Ｂの間隙部（透明基板の絵素間部に
対応する）に設けられた遮光膜ａ２と、上記カラーフィ
ルター層ａ３Ｒ、ａ３Ｇ、ａ３Ｂ上に設けられた平坦化
層ａ４とで主要部が構成され、この平坦化層ａ４の表面
に透明電極ｂと配向膜（図示せず）をそれぞれ配設して
上記カラーフィルター基板として適用されている。

【０００５】

【発明が解決しようとする課題】ところで、画面表示の
ために一対の電極間に電圧を印加した場合、隣接する絵
素と絵素との間の電圧印加状態は不安定になり易いため
絵素間部に対応する上記液晶物質もその配向が乱れ易く
なる。そして、これに起因して絵素間部を透過する透過
光の透過率も安定しなくなるため絵素間のコントラスト
や色純度を劣化させる原因になり易かった。そこで、上
述したように上記透明基板ａ１の絵素間部に対応する部
位に遮光膜ａ２を設けこの部位の光透過を防止して表示
画面のコントラストや色純度を向上させる方法が採られ
ていた。

【０００６】しかし、この遮光膜ａ２の存在により入射
光線の有効利用が図れなくなるため表示画面の明るさを
低下させる問題があった。例えば、画面表示領域中の上
記遮光膜ａ２が存在しない部位（光透過可能な部位）の
面積Ｘ’と上記画面表示領域の全面積Ｘとの比を開口率
（％）としたとき、ＴＦＴ（Thin Film Transister）を
利用したアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置
においては４０〜５０％程度の極めて低い開口率であ
り、また、ＳＴＮ（super Twisted Nematic ）液晶を利
用した単純マトリクス駆動方式の液晶表示装置において
もせいぜい７０〜８０％程度の開口率に過ぎない。従っ
て、入射光線の約５０〜８０％が画面表示に利用される
に過ぎず、その分、表示画面の明るさが低下してしまう
問題点があった。

【０００７】このため、液晶表示装置の背面側に蛍光灯
等の強い光源を配置して表示画面の明るさを増大させる
方法が通常採られている。しかし、このような強い光源
はその消費電力が大きいため携帯先での長時間の駆動を
困難にし、また、液晶表示装置が大型かつ重量化して携
帯そのものを困難にさせる問題点があった。

【０００８】本発明はこのような問題点に着目してなさ
れたもので、その課題とするところは、液晶表示装置に
入射された光線の有効利用が図れる液晶表示装置用基板
を提供することにある。

【０００９】

【課題を解決するための手段】すなわち、請求項１に係
る発明は、透明基板と、この透明基板上の各絵素部に対
応する部位に各々設けられ各絵素部を透過する透過光を
それぞれ対応する色に着色させる複数のカラーフィルタ
ー層を備える液晶表示装置用カラーフィルター基板を前
提とし、上記透明基板における絵素間部に対応する部位
に、この部位を透過する透過光を散乱させる光散乱層を
設けたことを特徴とするものである。

【００１０】そして、請求項１に係る発明によれば、上
記絵素間部に入射された光線は光散乱層により散乱され
るため入射された光線の一部の出射方向が絵素部方向へ
変化される。そして、絵素間部に入射された光線の一部
を上記カラーフィルター層に入射させて画面表示に利用
できるため、入射光線の有効利用が図れ明るい画面表示
を可能とする。

【００１１】このような技術的手段において上記光散乱
層としては、透明樹脂とこの透明樹脂中に分散され透明
樹脂とその屈折率が異なる散乱材料を含有する塗膜を利
用することができる。

【００１２】尚、本発明に係るカラーフィルター基板を
組込む液晶表示装置が偏光板を使用しない［高分子分散
型液晶を使用する液晶表示装置やゲストホスト液晶を使
用する液晶表示装置等が例示される］場合には特に問題
ないが、上記液晶表示装置が偏光板を使用する［ＳＴＮ
型液晶表示装置、ＴＦＴ（ＴＮ）液晶表示装置、ＯＣＢ
型液晶表示装置あるいはＥＣＢ型液晶表示装置等が例示
される］場合、上記散乱材料が光学的異方性を有する
と、これ等異方性散乱材料に入射された光線が偏光分離
しかつそれぞれの偏光がその屈折率に応じた速度で進行
することになるため、偏光板からの出射光線に着色を生
じることがある。このような着色現象を回避するため、
上記散乱材料としては光学的に等方性を有する材料が望
ましい。請求項２及び請求項３に係る発明はこのような
技術的理由によりなされている。

【００１３】すなわち、請求項２に係る発明は、請求項
１記載の発明に係る液晶表示装置用カラーフィルター基
板を前提とし、上記光散乱層が、透明樹脂とこの透明樹
脂中に分散されかつ透明樹脂とその屈折率が異なる散乱
材料を含有することを特徴とし、また、請求項３に係る
発明は、この請求項２記載の発明に係る液晶表示装置用
カラーフィルター基板を前提とし、上記散乱材料が、光
学的に等方性を有する材料により構成されていることを
特徴とするものである。

【００１４】これ等請求項２〜３に係る発明において上
記透明樹脂としては、例えば、アクリル樹脂、アクリル
エポキシ樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポア
ミド樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、あるいはこ
れ等の共重合樹脂等が利用できる。また、エポキシ樹脂
にメラミン樹脂を添加したものを利用することも可能で
ある。また、これ等の樹脂は熱硬化型樹脂、紫外線硬化
型樹脂、電子線硬化型樹脂あるいはこれ等硬化方式を併
用する樹脂であってよい。

【００１５】また、光学的に等方性を有する上記散乱材
料としては無機物から成る微粒子や有機ポリマーから成
る微粒子等が例示できる。無機物から成る微粒子として
は、等軸晶と呼ばれる立方晶構造を有する微粒子、この
等軸晶に似て複屈折の小さい正方晶構造を有する微粒
子、あるいは非晶質の微粒子が適用でき、等軸晶を有す
る無機微粒子として、例えば、ＣａＦ₂、ＭｇＦ₂、Ｓｒ
Ｆ₂、ＬｉＦ、ＮａＦ等のフッ素化合物、ＭｇＯ、Ｃｅ
Ｏ等の酸化物が利用できる。また、非晶質の微粒子とし
て、例えば、ＳｉＯ₂やガラス粉末が利用できる。ま
た、有機物から成る微粒子としては、アモルファスシリ
コンの他、ポリテトラフルオロエチレン、ペルフルオロ
アルコキシ樹脂、テトラフルオロエチレン−ヘキサフル
オロプロピレン共重合体、ポリフルオロビニリデン、エ
チレン−テトラフルオロエチレン共重合体、ポリフルオ
ロビニル等の含フッ素ポリマーを利用でき、またその他
のポリマーにフッ素原子やフッ化アルキル基を導入させ
たものであってもよい。また、これ等フッ素化合物や含
フッ素ポリマーの表面に適当な表面処理を施したものを
上記微粒子として適用することも可能である。このよう
な表面処理としては、例えば、ＳｉＯ₂、ＺｒＯ₂、Ａｌ
₂Ｏ₃、ＺｎＯ、透明樹脂、カップリング剤又は界面活性
剤等を塗布し被覆する処理が挙げられる。また、この
他、アルコールあるいはアミン、有機酸等で表面反応を
生じさせたりする処理も例示できる。

【００１６】尚、この他、光学的に等方性を有する散乱
材料としては相溶性と屈折率が異なる２種以上のポリマ
ーを利用することができる。例えば、光硬化性エポキシ
樹脂中に光硬化性フッ素系アクリルポリマーを分散させ
かつ光照射することにより上記エポキシ樹脂中にフッ素
系アクリルポリマーがエポキシ樹脂から相分離した状態
で分散された光散乱層を形成することができる。

【００１７】また、上記光散乱層のパターンとしては、
マトリクス状（格子状）あるいはストライプ状が例示で
きる。また、これ等パターンの形成方法としては、例え
ば、印刷法や電着法が利用できる。あるいは、フォトリ
ソグラフィ法に従い、感光性樹脂を上記透明樹脂として
使用し、スピンコート法やカーテンコート法等を利用し
て基板上にコートした後、パターン状に露光・現像して
上記光散乱層を形成することも可能である。

【００１８】次に、上記カラーフィルター層としては、
透明樹脂バインダーとこの透明樹脂バインダー中に混合
された着色剤とを主成分とするものが利用できる。この
ような透明樹脂バインダーとしては、波長分散の小さい
ものが好ましく、例えば、アクリル樹脂、アクリルエポ
キシ樹脂、エポキシ樹脂、ポリエステル樹脂、ポアミド
樹脂、ウレタン樹脂、ポリイミド樹脂、あるいはこれ等
の共重合樹脂が利用できる。また、エポキシ樹脂にメラ
ミン樹脂を添加したものを利用することも可能である。
また、これ等の樹脂は熱硬化型樹脂、紫外線硬化型樹
脂、電子線硬化型あるいはこれ等硬化方式を併用する樹
脂であってよい。

【００１９】また、上記着色剤としては染料若しくは顔
料が適用でき、顔料を適用する場合には透明性の高い微
粒子状の有機顔料が好ましい。このような顔料として
は、例えば、光の三原色の下記赤色顔料、緑色顔料、青
色顔料が使用できる。

【００２０】尚、いずれもＣ．Ｉ．ナンバー（Color In
dex No.）でもって例示する。

【００２１】『赤色顔料』C.I.No. ９７、１２２、１４
９、１６８、１７７、１８０、１９２、２１５『緑色顔料』C.I.No. ７、３６『青色顔料』C.I.No. １５、１５と１の混合物、１５と
４の混合物、１５と６の混合物、２２、６０、６４また、上記着色顔料としては、上述した赤色顔料、緑色
顔料、青色顔料に限られず、その補色のシアン、マゼン
タ、イエローの三色の顔料を使用することも可能であ
る。また、これ等顔料は有機樹脂による被覆処理が施さ
れたものや表面処理剤による表面処理が施されたもので
あってもよい。表面処理剤としては、例えば、カップリ
ング剤、アルコール、アミン、有機酸等が利用できる。

【００２２】また、上記カラーフィルター層は、透明樹
脂バインダーと着色剤の他、この着色剤を微粒子状で均
一に透明樹脂バインダー中に分散させる分散助剤や界面
活性剤を含有するものであってもよい。そして、上記カ
ラーフィルター層を形成する方法としては、例えば、グ
ラビアオフセット印刷法等の印刷法が適用できる。ま
た、フォトリソグラフィ法を利用することも可能であ
る。すなわち、透明樹脂バインダーとして感光性樹脂を
使用し、これに着色剤を混合して着色感光性樹脂組成物
を調製し、この着色感光性樹脂組成物を透明基板上に塗
布した後露光・現像して透明基板上の各絵素部に対応す
る部位に着色感光性樹脂組成物層を選択的に形成する方
法である。あるいは、透明樹脂バインダーに着色剤を混
合して電着する方法によって形成することも可能であ
る。

【００２３】尚、このカラーフィルター層が、各絵素部
の中央から絵素間部まで延設されたマイクロレンズ形状
を有する場合、絵素部に入射した光線は勿論、絵素間部
に入射した光線も各絵素部方向へ屈折させることができ
るため、液晶表示の画面表示に利用することが可能にな
る。そして、上記マイクロレンズ形状としては、その表
面が球面の一部を構成する形状が望ましい。この場合、
上記マイクロレンズ形状のカラーフィルター層が球面レ
ンズの機能を有し、各絵素部に向けて入射された入射光
線と絵素間部に向けて入射された入射光線の全体を各絵
素部の中央方向へ屈折させることが可能となる。また、
その開口率を増大させてより明るい画面表示を可能にさ
せかつマイクロレンズ形状のカラーフィルター層の収率
や生産性を増大させるため、その表面が円柱側面の一部
を構成する形状（かまぼこ形状）にすることも可能であ
る。この場合、マイクロレンズ形状のカラーフィルター
層は円柱レンズの機能を有し、各絵素部に向けて入射さ
れた入射光線と絵素間部に向けて入射された入射光線の
全体を上記円柱形状レンズの軸方向へ屈折させることが
可能となる。また、上記マイクロレンズ形状のカラーフ
ィルター層を形成する方法としては、例えば、印刷法や
フォトリソグラフィー法により透明基板上の各絵素部に
対応した部位にカラーフィルター層を形成した後、この
カラーフィルター層を溶融させてその表面張力によりマ
イクロレンズ形状に変形させる方法が利用できる。

【００２４】次に、本発明に係る透明基板としてはガラ
ス板の他、プラスチックフィルム、プラスチックボード
等が利用できる。また、この透明基板上に上記カラーフ
ィルター層を形成するに先立って、その絵素間部に対応
する部位に遮光膜を設けることもできる。この遮光膜と
しては、アルミニウムやクロム等の金属薄膜が利用でき
る。また、透明基板側から、順次、酸化クロム薄膜と上
記金属薄膜とを積層して成る二層構成の遮光膜を利用す
ることも可能である。また、上記遮光膜として、合成樹
脂中に不透明顔料を分散させて構成される塗膜を適用す
ることも可能である。

【００２５】そして、本発明に係る液晶表示装置用カラ
ーフィルター基板は、このカラーフィルター基板上に平
坦化層を介し透明電極を形成することにより液晶表示装
置を構成する一対の電極板の内の一方として利用するこ
とができる。尚、この電極板に対向する他方の電極板と
しては、アクティブマトリクス駆動素子（ＴＦＴ、ＭＩ
Ｍ等）を備えるものであってもよく、また単純マトリク
ス駆動用のストライプ状電極を備えるものであってもよ
い。また、これ等駆動用電極が光反射性金属（例えば、
アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金）から成
る場合には、反射型液晶表示装置を構成することにな
る。

【００２６】

【作用】請求項１〜３に係る発明によれば、透明基板に
おける絵素間部に対応する部位にこの部位を透過する透
過光を散乱させる光散乱層を設けており、上記絵素間部
に入射された光線はこの光散乱層により散乱されるため
入射された光線の一部の出射方向を絵素部方向へ変化さ
せることができる。このため、絵素間部に入射された光
線の一部をカラーフィルター層に入射させて画面表示に
利用することができ入射光線の有効利用が図れる。

【００２７】

【実施例】以下、図面を参照して本発明の実施例につい
て詳細に説明する。

【００２８】［実施例１］この実施例に係る液晶表示装
置用カラーフィルター基板１は、図１に示すように厚さ
０．７ｍｍのガラス基板１１と、このガラス基板１１上
の各絵素部中央から絵素間部に対応する部位まで延設さ
れると共に絵素部中央の膜厚が最も大きく（中央の膜
厚；２．５μｍ）周辺部に向けてその膜厚がなだらかに
減少するマイクロレンズ形状を有しかつ赤色、緑色及び
青色のそれぞれ三色に着色された複数のカラーフィルタ
ー層１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂと、絵素間部に対応する部
位に設けられた光散乱層１３（膜厚；約２μｍ）とでそ
の主要部が構成され、この光散乱層１３及びカラーフィ
ルター層１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂ上に、これ等光散乱層
１３とカラーフィルター層１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂを被
覆してその表面を平坦にする平坦化層１ａ（膜厚；約
０．５μｍ）と厚さ０．１４μｍの透明電極１ｂとが設
けられている。

【００２９】尚、上記カラーフィルター層１２Ｒ、１２
Ｇ、１２Ｂは、屈折率１．５７のエポキシ樹脂中に各色
の有機顔料を分散させたもので構成されている。また、
上記光散乱層１３は屈折率１．５のアクリル樹脂に粒径
０．２μｍ、屈折率１．４３のフッ化カルシウム微粒子
を分散させたもので構成されている。

【００３０】そして、このカラーフィルター基板は以下
の方法により製造されている。

【００３１】まず、ガラス基板１１上の各赤色の絵素部
に対応する部位にエポキシ樹脂と赤色顔料とを主成分と
する印刷インキで印刷し、かつ、加熱溶融させた後、固
化させて赤色のカラーフィルター層１２Ｒを形成した。
尚、印刷直後のインキ被膜は中央部が厚い断面凸の形状
をしていたが、加熱溶融によりその膜厚がなだらかに変
化するレンズ形状に変形された。続いて、同様の方法に
より緑色カラーフィルター層１２Ｇ及び青色カラーフィ
ルター層１２Ｂを順次形成した。

【００３２】次に、フッ化カルシウム微粒子を分散させ
た上記アクリル樹脂をスピンコート法により塗布し、加
熱硬化させた後、その表面を約０．２μｍ研磨して上記
カラーフィルター層１２Ｒ、１２Ｇ、１２Ｂの中央部を
露出させ、これ等カラーフィルター層１２Ｒ、１２Ｇ、
１２Ｂの間隙部に光散乱層１３を形成した。

【００３３】次いで、上記平坦化層１ａをスピンコート
法により塗布すると共に透明電極１ｂをスパッタリング
法により形成して上記カラーフィルター基板１を得た。

【００３４】［実施例２］この実施例に係る液晶表示装
置用カラーフィルター基板２は、図２に示すように厚さ
０．７ｍｍのガラス基板２１と、このガラス基板２１上
の各絵素部に対応する部位に設けられかつ赤色、緑色及
び青色のそれぞれ三色に着色されたカラーフィルター層
２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ（膜厚；約２μｍ）と、絵素間
部に対応する部位に設けられカラーフィルター層２２
Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂとその膜厚が同一の光散乱層２３と
でその主要部が構成され、この光散乱層２３及びカラー
フィルター層２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ上に、これ等光散
乱層２３とカラーフィルター層２２Ｒ、２２Ｇ、２２Ｂ
を被覆してその表面を平坦にする平坦化層２ａ（膜厚；
１μｍ）と厚さ０．２５μｍのストライプ状透明電極２
ｂが設けられている。

【００３５】尚、上記カラーフィルター層２２Ｒ、２２
Ｇ、２２Ｂは、感光性アクリル樹脂中に各色の有機顔料
を分散させたもので構成されている。また、上記光散乱
層２３は感光性アクリル樹脂に、粒径０．２μｍ、屈折
率１．４３のフッ化カルシウム微粒子を分散させたもの
で構成されている。

【００３６】そして、このカラーフィルター基板は以下
の方法により製造されている。

【００３７】まず、ネガ型の感光性アクリル樹脂に赤色
顔料を分散させて着色感光性アクリル樹脂を調整し、こ
の着色感光性アクリル樹脂をガラス基板２１上に塗布し
てその被膜を形成した後、各赤色の絵素部に対応する部
位を選択的に露光、現像してこの部位に着色感光性アク
リル樹脂を残存させ上記赤色のカラーフィルター層２２
Ｒを形成した。続いて、同様の方法により緑色カラーフ
ィルター層２２Ｇ及び青色カラーフィルター層２２Ｂを
順次形成した。

【００３８】次に、フッ化カルシウム微粒子を分散させ
た上記感光性アクリル樹脂をスピンコート法により塗布
し、かつ、ガラス基板２２側から紫外線を照射して絵素
間部に対応する部位の上記感光性アクリル樹脂を選択的
に硬化させ現像して光散乱層２３を形成した。

【００３９】次いで、上記平坦化層２ａをスピンコート
法により塗布すると共に透明電極２ｂをスパッタリング
法により形成して上記カラーフィルター基板２を得た。

【００４０】

【発明の効果】請求項１〜３に係る発明によれば、絵素
間部に入射された光線は光散乱層により散乱されるため
入射された光線の一部についてその出射方向を絵素部方
向へ変化させることができる。

【００４１】従って、絵素間部に入射された光線の一部
をカラーフィルター層に入射させて画面表示に利用する
ことができるため、表示画面の明るさを向上できる効果
を有している。

【図面の簡単な説明】

【図１】実施例１に係る液晶表示装置用カラーフィルタ
ー基板の断面図。

【図２】実施例２に係る液晶表示装置用カラーフィルタ
ー基板の断面図。

【図３】従来例に係る液晶表示装置用カラーフィルター
基板の断面図。

【符号の説明】

１カラーフィルター基板１１ガラス基板１２Ｒカラーフィルター層１２Ｇカラーフィルター層１２Ｂカラーフィルター層１３光散乱層２カラーフィルター基板２１ガラス基板２２Ｒカラーフィルター層２２Ｇカラーフィルター層２２Ｂカラーフィルター層２３光散乱層

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】透明基板と、この透明基板上の各絵素部に
対応する部位に各々設けられ各絵素部を透過する透過光
をそれぞれ対応する色に着色させる複数のカラーフィル
ター層を備える液晶表示装置用カラーフィルター基板に
おいて、上記透明基板における絵素間部に対応する部位に、この
部位を透過する透過光を散乱させる光散乱層を設けたこ
とを特徴とする液晶表示装置用カラーフィルター基板。
【請求項２】上記光散乱層が、透明樹脂とこの透明樹脂
中に分散されかつ透明樹脂とその屈折率が異なる散乱材
料を含有することを特徴とする請求項１記載の液晶表示
装置用カラーフィルター基板。
【請求項３】上記散乱材料が、光学的に等方性を有する
材料により構成されていることを特徴とする請求項２記
載の液晶表示装置用カラーフィルター基板。