JP2017049409A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【解決手段】青色LEDと赤色蛍光体及び緑色蛍光体とを組み合わせて混色化した白色LEDを備えるバックライト4、及び透明基板15に赤色画素、緑色画素及び青色画素を含む複数色の着色画素を備えるカラーフィルタ7を具備する液晶表示装置20であって、白色LEDの発光スペクトルが、440nm以上470nm以下に第1のピーク波長、520nm以上550nm以下に第2のピーク波長、610nm以上700nm以下に第3のピーク波長、及び第4のピーク波長、並びに第5のピーク波長を有するとともに、赤色画素の形成に用いる赤色感光性着色組成物は、固形分中の全有機顔料中の40wt%以上90wt%以下をC.I.ピグメントナンバー254とする。
【選択図】図1
Description
(以下、適宜、発光蛍光体を蛍光体と略記する)
体を成長させることにより形成する。
赤:x=0.64;y=0.34
緑:x=0.21;y=0.71
青:x=0.15;y=0.06
かつ、前記カラーフィルタの前記赤色画素の形成に用いる赤色感光性着色組成物中の有機顔料は、少なくともC.I.ピグメントナンバー254を含み、前記赤色感光性着色組成物の固形分中の全有機顔料中の40wt%以上90wt%以下がC.I.ピグメントナンバー254であり、
かつ前記液晶表示装置のXYZ表色系における色度座標(x、y)が、前記赤色画素は4点(0.630、0.320)、(0.630、0.350)、(0.650、0.350)、(0.650、0.320)を結ぶ色度座標内にあり、かつ前記緑色画素は4点(0.200、0.700)、(0.200、0.720)、(0.220、0.720)、(0.220、0.700)を結ぶ色度座標内にあり、かつ前記青色画素は4点(0.140、0.050)、(0.140、0.070)、(0.160、0.070)、(0.160、0.050)を結ぶ色度座標内にあることを特徴とする液晶表示装置としたものである。
1.0≦Max(第3のピーク波長における強度値、第4のピーク波長における強度値、第5のピーク波長における強度値)/第1のピーク波長における強度値)≦2.0
・・・(数式1)
ここでMax(A、B、C)は、A,B,Cのうちの最大値を示す。
再現性を有するとともに、表示ムラのない液晶表示装置を実現することができる。
[全体構成]
本発明の液晶表示装置のバックライトにおける白色LEDの設置方式としては、図1のようなエッジライト方式に限定されるものではなく、直下方式を採ることもできる。
図6のような発光特性をもつ2波長白色LEDでは、500nmより長い波長域において鋭いピークを持たないため、緑色及び赤色の再現性が著しく低くなり、高色再現性の液晶表示装置を実現することは難しい。
1.0≦Max(第3のピーク波長における強度値、第4のピーク波長における強度値、第5のピーク波長における強度値)/第1のピーク波長における強度値)≦2.0
・・・(数式1)
ここでMax(A、B、C)は、A,B,Cのうちの最大値を示す。
さらに、(数式2)を満たすことが望ましい。
1.2≦Max(第3のピーク波長における強度値、第4のピーク波長における強度値、第5のピーク波長における強度値)/第1のピーク波長における強度値)≦1.8
・・・(数式2)
赤色蛍光体としては、440〜470nmの波長範囲内に発光ピークを有する1次光により励起されて、610〜700nmの波長範囲内に発光ピークを有する赤色光を発光する蛍光体を用いる。
(A)AがLi、Na、K、Rb、Cs、NH4、及びその組み合わせから選択され、MがAl、Ga、In及びその組み合わせから選択されるA2[MF5]:Mn4+、
(B)AがLi、Na、K、Rb、Cs、NH4、及びその組み合わせから選択され、MがAl、Ga、In及びその組み合わせから選択されるA3[MF6]:Mn4+、
(C)MがAl、Ga、In、及びその組み合わせから選択されるZn2[MF7]:Mn4+、
(D)AがLi、Na、K、Rb、Cs、NH4、及びその組み合わせから選択されA[In2F7]:Mn4+、
(E)AがLi、Na、K、Rb、Cs、NH4、及びその組み合わせから選択され、MがGe、Si、Sn、Ti、Zr及びその組み合わせから選択されるA2[MF6]:Mn4+、
(F)EがMg、Ca、Sr、Ba、Zn、及びその組み合わせから選択され、MがGe、Si、Sn、Ti、Zr、及びその組み合わせから選択されるE[MF6]:Mn4+、(G)Ba0.65Zr0.35F2.70:Mn4+:及び
(H)AがLi、Na、K、Rb、Cs、NH4、及びその組み合わせから選択されるA3[ZrF7]:Mn4+、
から成る群から選択される、少なくとも1つの蛍光体を含むことが好ましい。
現在よく使用されている赤色発光蛍光体として、Eu3+を添加した赤色発光蛍光体があるが、Mn4+を添加した本発明の蛍光体と比較して、近紫外〜青色領域(370〜480nm)の光を吸収しない。そのため、蛍光体による散乱のため受容できない波長域があり、光の損失に繋がる。
緑色蛍光体としては、360〜460nmの波長範囲内に発光ピークを有する1次光により励起されて、520〜560nmの波長範囲内に発光ピークを有する緑色光を発光する蛍光体を用いる。
(Sr2−x−y−z−uBaxMgyEuzMnu)SiO4・・・(化学式1)
(式中、x、y、z及びuは、0.1<x<1.0≦y<0.21、0.05<z<0.3、0≦u<0.04を満たす値である)
(Sr3−xEux)SiyAlzOvNw・・・(化学式2)
(式中、x、y、z、v及びwは、0<x≦3、12<y<14、2<z<3.5、
1<v<3、20<w<22を満たす数である)
(Si,Al)6(O,N)8:Eux・・・(化学式3)
(式中、xは0<x<0.3を満たす数である)
gO)、酸化ユーロピウム(Eu2O3)及び二酸化珪素(SiO2)を(化学式1)に示した組成となるように所定量秤量し、これらを焼結助剤とともに、十分に粉体混合する。この原料混合物をルツボ等の耐火物に入れ、1100〜1300℃の温度で、2〜5時間程度焼成する。この後、得られた焼成物を純水にて洗浄し、不要な可溶成分を除去する。その後粉砕工程を経た後、ろ過乾燥すると、目的とする緑色蛍光体が得られる。尚、緑色蛍光体としては、上記以外の一般的な製造方法によるものや、(化学式1)〜(化学式3)を満たす組成の市販品を用いることも可能である。
次に、本発明の液晶表示装置の色再現性への寄与が高い透過スペクトル特性を有するカラーフィルタ基板を作製するための感光性着色組成物(以下、適宜「感光性」を略する)について、以下に記述する。
本実施形態に係るカラーフィルタに用いる赤色着色組成物では、C.I.ピグメントナンバー254を含み、C.I.ピグメントナンバー254を前記赤色着色組成物の固形分中の全有機顔料中40wt%以上90wt%以下含むことが好ましい。さらに好ましくは、40wt%以上80wt%以下である。
本実施形態に係るカラーフィルタに用いる緑色着色組成物では、C.I.ピグメントナンバー58及びC.I.ピグメントナンバー15:3を含み、C.I.ピグメントナンバー58を前記緑色着色組成物の固形分中の全有機顔料中30wt%以上70wt%以下であることが好ましい。
カラーフィルタを敷設するための透明基板は可視光に対してある程度の透過率を有するものが好ましく、より好ましくは80%以上の透過率を有するものである。一般に液晶表示装置に用いられているものでよく、PETなどのプラスチック基板やガラス基板も用いられるが、通常はガラス基板を用いる。遮光パターンを付ける場合はあらかじめ透明基板上にクロム等の金属薄膜や遮光性樹脂によるパターンを公知の方法で付けたものを用いればよい。
(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシエチル(メタ)アクリレート、2-ヒドロキシプロピル(メタ)アクリレート、シクロヘキシル(メタ)アクリレート、β-カルボキシエチル(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジ(メタ)アクリレート、トリエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、トリメチロールプロパントリ(メタ)アクリレート、ペンタエリスリトールトリ(メタ)アクリレート、1,6-ヘキサンジオールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ビスフェノールAジグリシ
ジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジグリシジルエーテルジ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート、トリシクロデカニル(メタ)アクリレート、エステルアクリレート、メチロール化メラミンの(メタ)アクリル酸エステル、エポキシ(メタ)アクリレート、ウレタンアクリレート等の各種アクリル酸エステル及びメタクリル酸エステル、(メタ)アクリル酸、スチレン、酢酸ビニル、ヒドロキシエチルビニルエーテル、エチレングリコールジビニルエーテル、ペンタエリスリトールトリビニルエーテル、(メタ)アクリルアミド、N-ヒドロキシメチル(メタ)アクリルアミド、N-ビニルホルムアミド、アクリロニトリル等が挙げられる。これらについても、単独でまたは2種類以上混合して用いることができる。
パノールアミン、4-ジメチルアミノ安息香酸メチル、4-ジメチルアミノ安息香酸エチル、4-ジメチルアミノ安息香酸イソアミル、安息香酸2-ジメチルアミノエチル、4-ジメチルアミノ安息香酸2-エチルヘキシル、N,N-ジメチルパラトルイジン、4,4'-ビス(ジメチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4'-ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノン、4,4'-ビス(エチルメチルアミノ)ベンゾフェノン等のアミン系化合物を併用することもできる。これらの増感剤は単独または2種以上混合して用いることができる。増感剤の使用量は、光重合開始剤と増感剤の合計量を基準として0.5〜60wt%が好ましく、より好ましくは3〜40wt%である。
繰り返すことで必要な色数が組み合わされた着色パターン、すなわち複数色の画素を備えるカラーフィルタ基板を得ることができる。
図2の構造の白色LEDを以下のように作製した。
正及び負の一対の外部電極がインサートされて閉じられた金型内に、筐体の主面に対抗する下面側にあたるゲートから、溶融したポリフタルアミド樹脂を流しこみ、硬化させて筐体を形成した。筐体は、発光素子を収納可能な開口部を有し、この開口部底面から正及び負の外部電極が一方の主面から露出されるように一体的に成形した。
(顔料分散体の作製)
実施例、及び比較例のカラーフィルタ基板作製に用いる、着色組成物を生成するための着色剤となる顔料には以下のものを使用した。
赤色用顔料:C.I.Pigment Red 254(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「イルガーフォーレッド B−CF」)、C.I.Pigment Red 177(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製「CROMOPHTAL RED A2B」)及びC.I.Pigment Yellow 150(バイエル社製「ファンチョンファーストイエロー Y−5688」)
表3に示す組成(wt%)の混合物を均一になるように攪拌混合した後、1μmのフィルタで濾過して赤色感光性着色組成物R−1を作製した。同様にして赤色感光性着色組成R−2〜R−5、緑色感光性着色組成物G−1〜G−6、及び青色感光性着色組成物B−1を作製した。
光重合開始剤1:2−ジメチルアミノ−2−(4−メチル−ベンジル)−1−(4−モルフォリン−4−イル−フェニル)−ブタン−1−オン(チバ・スペシャルティー・ケミカルズ社製「イルガキュア379」)、
光重合開始剤2:エタノン,1−[9−エチル−6−[2−メチル−4−(2,2−ジメ
チル−1,3−ジオキソラニル)メトキシベンゾイル]−9.H.−カルバゾール−3−イル]−,1−(O−アセチルオキシム)((株)ADEKA製「N−1919」)
添加剤:ビッグケミー社製 「BYK−379」
ブラックマトリックスを作製するための黒色感光性樹脂組成物を以下のように作製した。樹脂:V259−ME(新日鐵化学社製、固形分50.0wt%)12.1gに対し、ジペンタエリスリトールペンタ/ヘキサアクリレート混合物(日本化薬社製「KAYARADDPHA」)1.89g、光ラジカル重合開始剤(ADEKA社製「NCI−831」)0.63g、表面調整剤(ビックケミー社製「BYK−323」)の1wt%プロピレングリコールモノメチルアセテート溶液0.66g、カーボンブラック分散液(固形分22.7wt%)32.14g、シランカップリング剤(信越化学「KBE−9007」)の10wt%プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート溶液0.66g、熱ラジカル重合開始剤(和光純薬工業社製「V−59」)0.13g及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート51.79gを加えてよく攪拌し、黒色感光性樹脂組成物(固形分13.39wt%、カーボンブラック顔料濃度45.57wt%)を得た。
オーバーコートに用いる感光性樹脂組成物を以下のように作製した。
攪拌装置及び冷却管のついた丸底フラスコに、トリスフェノールメタン型エポキシ樹脂(日本化薬(株)製、EPPN−503、エポキシ当量200、軟化点83℃)200部、アクリル酸72部、メチルハイドロキノン0.2部及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート169.1部を仕込み、90℃に昇温、溶解した。ついで、60℃まで冷却しトリフェニルホスフィン1.2部を仕込み、95℃で32時間反応させた後、テトラヒドロ無水フタル酸112.6部を仕込み、95℃で15時間反応させバインダーポリマーAを得た。
フォトスペーサ形成に用いる感光性樹脂組成物を以下のように作製した。
セパラブルフラスコ中で、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテートを686g、グリシジルメタクリレートを332g、アゾビスイソブチロニトリルを6.6g加え、窒素雰囲気下において80℃で6時間加熱し、樹脂溶液を作製した。次に、樹脂溶液に、アクリル酸を168G、メトキノンを0.05g、トリフェニルフォスフィンを0.5g加え、空気を吹き込みながら100℃で24時間加熱し、アクリル酸付加樹脂溶液を生成する。さらに、生成されたアクリル酸付加樹脂溶液に、テトラヒドロフタル酸無水物を186g部加え、70℃で10時時間加熱し、バインダーポリマーB溶液を得た。
得られたバインダーポリマーB溶液200g、光重合性モノマー:ジペンタエリスリトールヘキサアクリレート100g、光重合開始剤:OXE−02(チバ・スペシャルティ・ケミカルズ社製)100g、溶剤(プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート)450gを混合したフォトスペーサ用感光性樹脂組成物を得た。
スピンコーターを使用してベーク後の膜厚が1.50μmになるよう回転数を調整し、ガ
ラス基板(コーニング社製「EAGLE XG」)上に上記黒色組成物の塗膜を形成した。乾燥後、90℃のホットプレートで1分間プリベイクした。次に、所定のパターンを有するフォトマスクを介し、超高圧水銀ランプ(照度26mW/cm2)を用いて黒色組成物の塗膜に紫外光を100mJ/cm2照射した。続いて、2.5wt%炭酸ナトリウム水溶液で現像し、230℃のクリーンオーブンで20分間ベークすることでガラス基板上にブラックマトリックスを作製した。
まず、前記のブラックマトリックスを作製した基板上にスピンコート法により、上記表3の赤色着色組成物R−1の塗膜を形成した。乾燥後、ブラックマトリックスの開口部に対応した所定のパターンを有するフォトマスクを介し、超高圧水銀ランプ(照度26mW/cm2)を用いて赤色感光性樹脂組成物の塗膜に紫外光を100mJ/cm2照射した。続いて、2.5wt%炭酸ナトリウム水溶液で現像し、230℃のクリーンオーブンで20分間ベークすることで前記ブラックマトリックスを作製した基板上に赤色画素を形成した。同様の操作を上記表3の緑色着色組成物G−1、青色着色組成物B−1を用いて行い、緑色画素、青色画素を形成した。さらに上記オーバーコート形成用感光性樹脂組成物の塗膜を形成し、乾燥後、所定のパターンを有するフォトマスクを介し、超高圧水銀ランプ(照度26mW/cm2)を用いてオーバーコートの塗膜に紫外光を100mJ/cm2照射した。続いて、2.5wt%炭酸ナトリウム水溶液で現像し、230℃のクリーンオーブンで30分間ベークすることでオーバーコートを形成した。オーバーコートと同様にして、前述のフォトスペーサ用感光性樹脂組成物を用いて、フォトスペーサを形成し、カラーフィルタ基板CF−1を得た。
表1の白色LED−1〜LED−6を具備するエッジライト方式のバックライトと、表4のカラーフィルタ基板CF−1〜CF−10、及び別途作製したTFTアレイ基板を組み合わせて、表5に示す液晶表示装置LCD−1〜15を作製した。
得られた液晶表示装置を顕微分光測光装置OSP−2000(オリンパス光学工業社製)を使用して、赤色画素、緑色画素、青色画素の色度、明度を測定した。結果を表5に示す。赤色画素の色度座標(x、y)が4点(0.630、0.320)、(0.630、0.350)、(0.650、0.350)及び(0.650、0.320)を結ぶ色度座標内にある場合、赤色画素の表示を○、それ以外を×とした。緑色画素の色度座標(x、y)が4点(0.200、0.700)、(0.200、0.720)、(0.220、0.720)及び(0.220、0.700)を結ぶ色度座標内にある場合、緑色画素の表示を○、それ以外を×とした。青色画素の色度座標(x、y)が4点(0.140、0.050)、(0.140、0.070)、(0.160、0.070)及び(0.160、0.050)を結ぶ色度座標内にある場合、青色画素の表示を○、それ以外を×とした。さらに、得られた液晶表示装置を白色蛍光光のもとで観察し、白黒フラッグパターン等を表示させて表示ムラを評価した。結果を表5に示す。
示装置が得られた。
13.6/(13.6+26.4)x100wt%≒34wt%
と、40wt%より少なく、赤色画素の色度yが大きくなってしまい、Adobe規格に適合することができなかった。
16.9/(16.9+1.1)x100wt%≒94wt%
と、90wt%より多く、赤色画素の色度yが小さくなってしまい、Adobe規格に適合することができなかった。
12.8/(12.8+7.0+5.3)x100wt%≒51wt%
と、40wt%より多く、赤色画素の位相差が小さいことに起因する。
9.6/(9.6+16.0+14.4)x100wt%≒24wt%
と、30wt%より少なく、緑色画素の色度xが小さくなってしまい、Adobe規格に適合することができなかった。
40.2/(40.2+11.0+3.9)x100wt%≒73wt%
と、70wt%より多く、緑色画素の色度xが大きくなってしまい、Adobe規格に適合することができなかった。
5:3(すなわちPB−1、表2参照)を含有しないため表示ムラが発生した。これは、緑色着色画素の形状が悪く、緑色画素内で色が薄い領域があったためである。
2 ・・・ 液晶層
3 ・・・ TFTアレイ基板
4 ・・・ バックライト
5 ・・・ 液晶パネル
7 ・・・ カラーフィルタ
8 ・・・ オーバーコート
9、10・・・白色LED
11 ・・・ 偏光フィルム
12 ・・・ 接着層
13 ・・・ 導光板
14 ・・・ 反射板
15 ・・・ 基板
16 ・・・ TFTアレイ部
17 ・・・ 基板
20 ・・・ 液晶表示装置
51 ・・・ 発光素子搭載筐体
52 ・・・ 発光素子
53 ・・・ 発光蛍光体
54 ・・・ 透光性樹脂
55 ・・・ 第1のワイヤ
56 ・・・ 第1の外部電極
57 ・・・ 第2のワイヤ
58 ・・・ 第2の外部電極
59 ・・・ 光反射材
60 ・・・ 白色LED
Claims (4)
- 青色LEDと赤色蛍光体及び緑色蛍光体とを組み合わせて混色化した白色LEDを備えるバックライト、及び透明基板に赤色画素、緑色画素及び青色画素を含む複数色の着色画素を備えるカラーフィルタを具備する液晶表示装置であって、前記白色LEDの発光スペクトルが、440nm以上470nm以下に第1のピーク波長、520nm以上550nm以下に第2のピーク波長、610nm以上700nm以下に第3のピーク波長、及び第4のピーク波長、並びに第5のピーク波長を有し、
かつ、前記カラーフィルタの前記赤色画素の形成に用いる赤色感光性着色組成物中の有機顔料は、少なくともC.I.ピグメントナンバー254を含み、前記赤色感光性着色組成物の固形分中の全有機顔料中の40wt%以上90wt%以下がC.I.ピグメントナンバー254であり、
かつ前記液晶表示装置のXYZ表色系における色度座標(x、y)が、前記赤色画素は4点(0.630、0.320)、(0.630、0.350)、(0.650、0.350)、(0.650、0.320)を結ぶ色度座標内にあり、かつ前記緑色画素は4点(0.200、0.700)、(0.200、0.720)、(0.220、0.720)、(0.220、0.700)を結ぶ色度座標内にあり、かつ前記青色画素は4点(0.140、0.050)、(0.140、0.070)、(0.160、0.070)、(0.160、0.050)を結ぶ色度座標内にあることを特徴とする液晶表示装置。 - 前記白色LEDの発光スペクトルの第3のピーク波長における強度値、第4のピーク波長における強度値、第5のピーク波長における強度値のうちの最大値と、第1のピーク波長における強度値が下記(数式1)を満たすことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
1.0≦Max(第3のピーク波長における強度値、第4のピーク波長における強度値、第5のピーク波長における強度値)/第1のピーク波長における強度値)≦2.0
・・・(数式1)
ここでMax(A、B、C)は、A,B,Cのうちの最大値を示す。 - 前記赤色蛍光体はMn4+で活性化された複合フッ化物蛍光体を含む蛍光体材料であることを特徴とする、請求項1、2のいずれかに記載の液晶表示装置。
- 前記カラーフィルタの前記緑色画素の形成に用いる緑色感光性着色組成物中の有機顔料は、少なくともC.I.ピグメントナンバー58及びC.I.ピグメントナンバー15:3を含み、前記緑色感光性着色組成物の固形分中の全有機顔料中の30wt%以上70wt%以下がC.I.ピグメントナンバー58であることを特徴とする、請求項1〜3のいずれかに記載の液晶表示装置。
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