JP2007304391A - カラーフィルタ及び液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】カラーフィルタの着色画素の膜厚が、着色画素の側面にオーバーハングを発生させない膜厚で、ＥＢＵ方式の色再現域を満たす液晶表示装置を可能とするカラーフィルタ、及び液晶表示装置を提供する。
【解決手段】青色発光のＬＥＤと黄色発光の蛍光体で構成される疑似白色ＬＥＤで、青色発光の発光ピーク強度と黄色発光の発光ピーク強度の比が１：（０．２０〜０．５０）である疑似白色ＬＥＤと、各色着色画素の膜厚が１．０μｍ〜２．０μｍの範囲で、緑色着色画素に顔料としてＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ ７、及びＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １８５を含有する色再現カラーフィルタを具備すること。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶表示装置に関するものであり、特に、光源として疑似白色ＬＥＤを用いた、ＮＴＳＣ方式の規格値の色再現域を満たすことのできる液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は自発光型の表示装置ではないので、その表示には他からの光を必要とし、例えば、その後方にバックライトを設け、後方からの光によって表示を行っている。このような透過型の液晶表示装置においては、その後方に設けられたバックライトからの白色光はカラーフィルタの着色画素を透過して色光となり、観視される液晶表示装置の前方外部へ射出されるようになっている。この着色画素の細分化が十分になされていれば、目の分解能を超えるため赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の各々の色として認識されず、混合した色として認識される。
所謂、並置加法混色によってカラー表示を行っている。

透過型の液晶表示装置では、光源であるバックライトとして、一般に白色光源が用いられている。液晶表示素子を無彩色の白黒シャッターとして機能させ、各画素の白黒シャッターの開閉の度合いを電気的に制御することによって、各画素の透過光量を変化させ中間調を表現し、フルカラーのカラー表示を行っている。
この透過型の液晶表示装置の色再現域、色温度、白表示時の明度などは、バックライトの発光スペクトル、カラーフィルタの分光透過率、及び液晶の電気光学特性によってほぼ定まる。

バックライトの光源としては、演色性に優れた陰極線蛍光管が広く用いられ、またカラーフィルタとしては、耐熱性、耐光性などに優れた顔料分散型カラーフィルタが広く用いられている。
疑似白色ＬＥＤは、小型、軽量といった長所からして、携帯電話をはじめモバイル機器の光源として使用されている。

モバイル機器では、消費電力を少なくするために、モバイル機器に用いる液晶表示装置のカラーフィルタには、高い明度であることが要求されている。このため、モバイル機器に用いる液晶表示装置のカラーフィルタの場合には、例えば、カラーフィルタの着色画素の膜厚を薄くし、緑（Ｇ）の色相を黄味にして、彩度を低下させて、明度を上げるていた。

これにより、モバイル機器に用いる液晶表示装置では、明度を低下させることなく、消費電力の少ないものとすることができた。しかし、この液晶表示装置の色再現域は、ＮＴＳＣ比にて、約４８％（ＥＢＵ比にて約６７％）程度のものとなっていた。
尚、ＮＴＳＣ比とは、液晶表示装置において、ＮＴＳＣ方式の規格値の色度図上の色再現域に対する液晶表示装置の色再現域の割合を指している。同様に、ＥＢＵ比とは、液晶表示装置において、ＥＢＵ方式の規格値の色再現域に対する液晶表示装置の色再現域の割合を指している。

近年、疑似白色ＬＥＤの輝度が大幅に改善されたために、上記のように、着色画素の膜厚を薄くせずに、すなわち、着色画素の膜厚をＴＶに用いるカラーフィルタの着色画素の膜厚に戻し、彩度を戻したカラーフィルタをモバイル機器用の液晶表示装置に使用することが可能となってきた。
これにより、モバイル機器に用いる液晶表示装置では、消費電力を増やさずに明度を保持
し、且つ色再現域は上記ＮＴＳＣ比約４８％に比較して向上したものとなり、ＮＴＳＣ比約７２％（ＥＢＵ比にて約１００％）程度のものとなった。

しかし、携帯電話における、例えば、デジタルカメラに匹敵する解像度、ＴＶ動画に対応した応答速度など、また、ネットワーク環境の整備、コンテンツの充実などからして、モバイル機器にはネット端末としての用途が拡大しつつあり、モバイル機器に用いる液晶表示装置には、ＴＶに用いる液晶表示装置と同等の色再現域が要望されるようになってきた。

さて、ＴＶに用いる液晶表示装置の色再現域を、ＮＴＳＣ規格に対照してみると、バックライトの光源として陰極線蛍光管（ＣＣＦＬ）を用い、この陰極線蛍光管のスペクトル分布にカラーフィルタの分光透過率を合わせるように調整したカラーフィルタ（ＣＦ−１）を用いることによって、ＮＴＳＣ規格を満たした液晶表示装置が得られている（表１、表２、ＬＣＤ−１参照）。
尚、本発明において、ＮＴＳＣ規格を満たすとは、ＮＴＳＣ比にて７２％以上（ＥＢＵ比にて１００％以上）のことを指している。

図１には、液晶表示装置のバックライトの光源として広く用いられている陰極線蛍光管（ＣＣＦＬ）の一例の発光スペクトルを示してある。図１に示すように、この陰極線蛍光管の発光スペクトルのピーク波長は、青色の波長領域で４４０ｎｍ付近、緑色の波長領域で５５０ｎｍ付近、赤色の波長領域で６１０ｎｍ付近にあり、輝線のピークを有している。
尚、図１において、縦軸は発光スペクトルの強度を表している。

また、図２には、ＴＶに用いる液晶表示装置のカラーフィルタとして広く使用されている顔料分散型カラーフィルタの一例の分光透過率を示してある。
図２に示すように、このカラーフィルタ（ＣＦ−１）を構成する赤色画素の分光透過率は、波長５８５ｎｍにおいて透過率３５程度、緑色画素は、波長６００ｎｍにおいて透過率２０％程度、且つ波長４９５ｎｍにおいて透過率７０％程度、また、青色画素は、波長５３０ｎｍにおいて透過率２０％程度のものである。

このカラーフィルタ（ＣＦ−１）は、陰極線蛍光管の輝線、すなわち、各色の波長領域内での上記ピーク波長及び第二のピーク波長に合わせるために、カラーフィルタの青色及び赤色のピーク波長を調整し、また、緑色はＮＴＳＣ規格に合わせるために、その色度座標を調整したものである。
図１に示す陰極線蛍光管をバックライトの光源とし、図２に示す、ＴＶに用いる液晶表示装置のカラーフィルタ（ＣＦ−１）を色再現のカラーフィルタとして用いた液晶表示装置（ＬＣＤ−１）の色再現域は、ＮＴＳＣ比で約７４．６％であり、ＴＶに用いる液晶表示装置として優れた表示品質のものである。

ここで、バックライトの光源として、陰極線蛍光管（ＣＣＦＬ）に代えて、前記輝度が大幅に改善された疑似白色ＬＥＤを用い、色再現のカラーフィルタとして、上記カラーフィルタ（ＣＦ−１）を用いてみると、ＮＴＳＣ比で約６６．８％であり、ＮＴＳＣ規格を満たした液晶表示装置を得ることはできない。（表１、表２、ＬＣＤ−２参照）。

図５は、モバイル機器に用いる液晶表示装置などのバックライトの光源として実用されている、前記輝度が大幅に改善された疑似白色ＬＥＤの一例の発光スペクトルを示したも
のである。この疑似白色ＬＥＤを構成する青色ＬＥＤの材料としては、主にＩｎＧａＮが用いられ、また黄色蛍光体の材料としては、ＹＡＧ（Ｉｔｔｒｉｕｍ Ａｌｕｍｉｎｕｍ
Ｇａｒｎｅｔ）が用いられている。
この疑似白色ＬＥＤは、青色ＬＥＤに蛍光体を塗布し、青色光で蛍光体を励起させて黄色光とし、この黄色光と青色光との混色により白色光になるようにしている。図５に示すように、この疑似白色ＬＥＤは、波長４６０ｎｍ近辺に青色発光のピーク波長を有し、波長５６５ｎｍ近辺に黄色発光のピーク波長を有し、この混色により白色が得られる。

この疑似白色ＬＥＤをバックライトの光源とし、色再現のカラーフィルタとして、上記カラーフィルタ（ＣＦ−１）を用いた際には、疑似白色ＬＥＤにおいては、前記陰極線蛍光管での各色の波長領域内での第二のピーク波長がないために、上記カラーフィルタ（ＣＦ−１）の分光透過率では透過する波長領域が幅広いものとなり、彩度を低下させてしまうこととなる。すなわち、単なる転用ではＮＴＳＣ規格を満たした液晶表示装置を得ることはできない。

図３は、上記カラーフィルタ（ＣＦ−１）における各色の波長領域を狭くしたカラーフィルタ（ＣＦ−２）の分光透過率を示したものである。
このカラーフィルタ（ＣＦ−２）は、上記カラーフィルタ（ＣＦ−１）の形成に用いた着色組成物と同一の着色組成物を用いて形成したものである。着色画素の膜厚を１．８μｍから２．１μｍに厚くすることによって、波長領域を狭くし、彩度を向上させた試みである（表３参照）。

図３に示すように、着色画素の膜厚を厚くすることによって、青色の波長領域は狭くなり、短波長側へシフトしたものとなっている。緑色の波長領域は狭くなっている。また、赤色の波長領域は狭くなり、長波長側へシフトしたものとなっている。
前記疑似白色ＬＥＤをバックライトの光源として用い、色再現のカラーフィルタとして、図３に示すカラーフィルタ（ＣＦ−２）を用いた液晶表示装置（ＬＣＤ−３）の色再現域はＮＴＳＣ比で約７２％であり、ＮＴＳＣ規格を満たした液晶表示装置が得られている（表１、表２、ＬＣＤ−３参照）。

しかし、このカラーフィルタ（ＣＦ−２）を構成する着色画素の断面形状は、図６に示すように、オーバーハング状（１４）になっている。これは、着色画素（１２）を形成する着色組成物の膜厚が厚いために、着色画素を形成する際の露光光が着色組成物（フォトレジスト）中で減衰し、着色組成物の底部に十分な光量が達せず、現像処理によって着色画素の底部に近い側面が溶解されてしまったためである。

着色画素の側面が、このようなオーバーハング状（１４）となると、着色画素（１２）上に設けられる透明導電膜（１３）には亀裂や断線（１５）が発生し、液晶表示装置の表示品質に悪影響を及ぼすことになる。
尚、図７は、着色画素の膜厚が薄い場合であり、着色画素（２）の側面がオーバーハング状にならずに正常に形成された着色画素の断面形状を示したものである。着色画素の側面はオーバーハング状ではないので、透明導電膜（３）には亀裂や断線が発生していない。
特開２００２−２４４１２２号公報

本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、バックライトの光源として疑似白色ＬＥＤを用い、色再現のカラーフィルタとして顔料分散型カラーフィルタを用いた際に、
カラーフィルタの着色画素の膜厚が、着色画素の側面にオーバーハングを発生させない膜厚、すなわち、２．１μｍより薄い膜厚であって、ＮＴＳＣ方式の規格値の色再現域を満たす液晶表示装置を可能とするカラーフィルタを提供することを課題とするものである。また、疑似白色ＬＥＤと上記カラーフィルタを用い、ＮＴＳＣ方式の規格値の色再現域を満たした液晶表示装置を提供することを課題とする。

本発明は、三原色の着色画素で構成される色再現カラーフィルタであって、各色着色画素の膜厚が１．０μｍ〜２．０μｍの範囲で、緑色着色画素に顔料としてＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ ７、及びＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １８５を含有することを特徴とするカラーフィルタである。

また、本発明は、青色発光のＬＥＤと黄色発光の蛍光体で構成される疑似白色ＬＥＤであって、波長４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲に青色発光の発光ピーク、波長５５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に黄色発光の発光ピークを有し、青色発光の発光ピーク強度と黄色発光の発光ピーク強度の比が１：（０．２０〜０．５０）である疑似白色ＬＥＤと、
請求項１記載のカラーフィルタを具備することを特徴とする液晶表示装置である。

本発明は、三原色の着色画素で構成される色再現カラーフィルタであって、各色着色画素の膜厚が１．０μｍ〜２．０μｍの範囲で、緑色着色画素に顔料としてＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ ７、及びＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １８５を含有するカラーフィルタであるので、該カラーフィルタと、青色発光のＬＥＤと黄色発光の蛍光体で構成される疑似白色ＬＥＤであって、波長４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲に青色発光の発光ピーク、波長５５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に黄色発光の発光ピークを有し、青色発光の発光ピーク強度と黄色発光の発光ピーク強度の比が１：（０．２０〜０．５０）である疑似白色ＬＥＤとを具備する液晶表示装置は、カラーフィルタの着色画素の膜厚が、着色画素の側面にオーバーハングを発生させない膜厚であって、ＥＢＵ方式の規格値の色再現域を満たすことのできる色再現域を備えた液晶表示装置となる。

以下に、本発明の実施の形態を詳細に説明する。
図４は、本発明によるカラーフィルタの実施例の分光透過率を示したものである。図４に示すように、この実施例に示すカラーフィルタ（ＣＦ−３）を構成する赤色画素の波長６１０ｎｍにおける透過率は８９％程度、且つ波長６５０ｎｍにおける透過率は９６％程度であり、緑色画素の波長４５０ｎｍにおける透過率が０％程度、波長５２５ｎｍにおける透過率が８２％程度、且つ波長６５０ｎｍにおける透過率が７％程度であり、青色画素の波長４５０ｎｍにおける透過率が７０％程度、且つ波長５５０ｎｍにおける透過率が０％程度である。

このようなカラーフィルタ（ＣＦ−３）は、図１に示す分光透過率を有する赤色画素、緑色画素、青色画素を形成する際に用いる各色フォトレジストの顔料組成（表３に示す着色組成物１、表４に示す組成）を基本組成とし、上記図４に示す分光透過率を具現させるため、上記基本組成における組成比の調整を行い、或いは好ましい顔料への変更、添加を行うことによって得ることができる。

赤色画素においては、赤色画素の形成に用いる顔料分散型赤色フォトレジストを調製する際に、用いている数種類の赤色顔料の一部を変更し、組成比を調整し、赤色画素としての色純度を向上させ、黄色味を低減させたものとしている。
表４は、着色組成物１において用いる顔料、及び組成比を表したものである。また、表５
は、上記基本組成における組成比の調整を行い、或いは好ましい顔料への変更、添加を行った着色組成物２にける顔料、及び組成比を表したものである。

また、緑色画素においては、緑色画素の形成に用いる顔料分散型緑色フォトレジストを調製する際に、用いている数種類の赤色顔料に、好ましい顔料の添加を行い、組成比を調整し、緑色画素としての色純度を向上させ、黄色味を低減させたものとしている。具体的には、表５に示すように、表４に示す着色組成物１の組成に、Ｃ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ ７、及びＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １８５を添加し４種の組成比を調整した。

また、青色画素においては、青色画素の形成に用いる顔料分散型青色フォトレジストを調製する際に、用いている青色顔料の組成比の調整を行うことによって青色画素としての色純度を向上させたものとしている。

表５に示す着色組成物２を用いて、各色の着色画素を膜厚１．７５μｍにて形成したカラーフィルタ（ＣＦ−３）には、その側面にオーバーハングは発生していない。また、その着色画素上に設けた透明導電膜には亀裂や断線は発生しておらず、透明導電膜の抵抗値は２３Ω／□と良好なものである（表６参照）。

図５に示す疑似白色ＬＥＤは、前記のように、波長４６０ｎｍ近辺に青色発光のピーク波長を有し、波長５６５ｎｍ近辺に黄色発光のピーク波長を有し、この混色により白色が得られる。この青色発光の発光ピーク強度と黄色発光の発光ピーク強度の比は１：０．３５程度のものである。
尚、本発明に用いられる疑似白色ＬＥＤとしては、例えば、日亜化学工業（株）製、ＬＥＤ−ｂ５（品番）があげられる。

図５に示す疑似白色ＬＥＤをバックライトの光源として用い、色再現のカラーフィルタとして、図４に示すカラーフィルタ（ＣＦ−３）を用いた液晶表示装置（ＬＣＤ−４）の色再現域は、ＮＴＳＣ比で約７２％であり、ＮＴＳＣ規格を満たした液晶表示装置が得られている（表１、表２、ＬＣＤ−４参照）。

液晶表示装置のバックライトの光源として広く用いられている陰極線蛍光管（ＣＣＦＬ）の一例の発光スペクトルを示したものである。 ＴＶに用いる液晶表示装置のカラーフィルタの一例の分光透過率を示したものである。 波長領域を狭くしたカラーフィルタ（ＣＦ−２）の分光透過率を示したものである。 本発明におけるカラーフィルタの実施例の分光透過率を示したものである。 モバイル機器に用いる液晶表示装置の疑似白色ＬＥＤの一例の発光スペクトルを示したものである。 着色画素のオーバーハング状の側面の説明図である。 着色画素の正常な側面の説明図である。

符号の説明

１・・・ブラックマトリックス
２、１２・・・着色画素
３、１３・・・透明導電膜
１０・・・ガラス基板
１４・・・オーバーハング状
１５・・・断線
ＣＣＦＬ・・・陰極線蛍光管
ＬＥＤ・・・疑似白色ＬＥＤ
Ｒ・・・赤色画素の分光透過率
Ｇ・・・緑色画素の分光透過率
Ｂ・・・青色画素の分光透過率

Claims (2)

1. 三原色の着色画素で構成される色再現カラーフィルタであって、各色着色画素の膜厚が１．０μｍ〜２．０μｍの範囲で、緑色着色画素に顔料としてＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ ７、及びＣ．Ｉ．Ｐｉｇｍｅｎｔ Ｙｅｌｌｏｗ １８５を含有することを特徴とするカラーフィルタ。
2. 青色発光のＬＥＤと黄色発光の蛍光体で構成される疑似白色ＬＥＤであって、波長４５０ｎｍ〜４７０ｎｍの範囲に青色発光の発光ピーク、波長５５０ｎｍ〜６００ｎｍの範囲に黄色発光の発光ピークを有し、青色発光の発光ピーク強度と黄色発光の発光ピーク強度の比が１：（０．２０〜０．５０）である疑似白色ＬＥＤと、
   請求項１記載のカラーフィルタを具備することを特徴とする液晶表示装置。

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