JP2002277870A

JP2002277870A - 液晶表示装置、表示装置

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Publication number: JP2002277870A
Application number: JP2001061120A
Authority: JP
Inventors: Akihiro Horibe; 晃啓堀部; Masaru Suzuki; 優鈴木; Takashi Fujita; 崇藤田; Naoya Kushida; 直也櫛田
Original assignee: International Business Machines Corp
Current assignee: International Business Machines Corp
Priority date: 2001-03-06
Filing date: 2001-03-06
Publication date: 2002-09-25

Abstract

(57)【要約】【課題】高ＮＴＳＣ比を実現しつつ、十分な輝度を確
保することができるカラー液晶表示装置を得る。【解決手段】光源としての冷陰極蛍光管と、冷陰極蛍
光管からの光の透過を制御して、画像を表示する液晶表
示パネルとを有している液晶表示装置である。液晶表示
パネルは、赤、緑、そして青のカラーフィルタ層を有す
るカラーフィルタ基板と、ＴＦＴアレイ基板と、ＴＦＴ
アレイ基板とカラーフィルタ基板との間に封入された液
晶材料とを有している。冷陰極蛍光管は３波長蛍光管で
あり、その緑の蛍光体としてＺｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎを利用
している。冷陰極蛍光管と前記カラーフィルタ層とは、
冷陰極蛍光管から前記カラーフィルタ層を通って出射し
た光の色再現領域が、ＮＴＳＣ比８５％以上であるよう
に最適化されている。

Description

【発明の詳細な説明】

【０００１】

【発明の属する技術分野】この発明は、表示装置及び液
晶表示装置に関するものであり、特に、光源からの光を
カラーフィルタ層を通して出射することによりカラー表
示を行う、表示装置及び液晶表示装置に関するものであ
る。

【０００２】

【従来の技術】近年、コンピュータやテレビ等に使用さ
れる中・大型のディスプレイから、カーナビゲーション
や携帯電話に使用される小型のディスプレイに至るま
で、幅広い分野において液晶表示装置が利用されてい
る。液晶表示装置は、バックライト・ユニットと、液晶
表示パネルとを有している。液晶表示装置は、バックラ
イト・ユニットからの光を、液晶表示パネルがその透過
を制御することにより、画像の表示を行う。その中で、
表示特性の優秀さから、ＴＦＴ（Thin Film Transisto
r）やＭＩＭ（Metal Insulator Metal）といったアクテ
ィブ素子を用いたアクティブ・マトリックス液晶表示装
置が注目を集めている。アクティブ・マトリックス液晶
表示装置は、通常、マトリックス状に配置されたアクテ
ィブ素子としてのＴＦＴを有するＴＦＴアレイ基板と、
ＴＦＴアレイ基板に対向する対向基板とを有し、その２
つの基板の間に液晶が封入されている。

【０００３】液晶表示装置は複数の画素から構成される
表示領域を有し、各画素が表示電極とＴＦＴを有する。
この表示電極によって液晶に電界を印加することによ
り、光の透過率を変化させて画像表示を行う。カラー液
晶表示装置においては、カラー表示を行うためのカラー
フィルタ層が、通常、対向基板に設けられる。カラーフ
ィルタ層は、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）の三色の層から
構成され、それらカラーフィルタ層の間にブラックマト
リックス層が形成されている。各カラーフィルタ層は所
定の波長範囲の光のみを透過することにより、所望の色
を表示する。各画素のそれぞれは、ＲＧＢいずれかの色
表示を行い、表示画面全体が、所望のカラー画像を表示
することができる。

【０００４】液晶表示装置を含むカラー表示装置におい
ては、表示品位の観点から、２つの点が重要であること
が知られている。一つは表示装置の輝度であり、もう一
つは色の再現性の範囲である。高品位の表示を行うに
は、輝度が大きく、さらに、色の再現性の範囲が広いこ
とが必要とされる。特に、色の再現性の範囲において
は、その色再現性を、出きる限り、ＮＴＳＣ（National
Television system Committee）のカラーＴＶ方式の三
原色想定色度座標に近づけることが求められている。つ
まり、ＮＴＳＣ比を１００％に近づけることが理想とさ
れていた。ここで、ＮＴＳＣ比とは、色度座標系におけ
る、ＮＴＳＣの色再現領域が形成する三角形の面積に対
する、表示装置の実現する色再現領域の三角形の面積の
比である。

【０００５】しかし、従来の液晶表示装置においては、
ＮＴＳＣ比１００％の色再現性を実現することは不可能
と考えられていた。これは、色再現性の範囲を広くする
ためには、カラーフィルタを非常に厚くするか、カラー
フィルタ層に含まれる感光性顔料の濃度を非常に大きく
しなければならなかったからである。カラーフィルタ層
の膜厚を大きくすることは、２つの問題を起こす。一つ
は、カラーフィルタ層の膜厚を大きくする（もしくは顔
料の濃度を大きくする）ことにより、光の透過率が大き
く減少し、十分な輝度を確保することができないという
問題があった。このため、一般に使用されている液晶表
示装置においては、輝度を確保するために、ノート型Ｐ
Ｃに使用されるＬＣＤのＮＴＳＣ比が４０％程度、据え
置き型の液晶表示モニタのＮＴＳＣ比は、およそ７０％
が限界であった。

【０００６】又、従来の蛍光管とカラーフィルタ層にお
いて、ＮＴＳＣ比を１００％にするためには、実験の結
果、カラーフィルタ層の厚みが約８μｍ必要であった。
これは、実用的に製造できるカラーフィルタ層の限界を
超えるものである。もちろん顔料の濃度を大きくすれば
厚みを小さくできるが、カラーフィルタ層の基材（アク
リル等）の硬化させるために、顔料の濃度にも一定の制
限が存在する。又、ランプへの供給エネルギーを大きく
すればランプの輝度を上げることができるが、発熱や電
極の耐性の問題などにより、供給できるエネルギーにも
制限がある。従って、高ＮＴＳＣ比を実現し、かつ十分
な輝度を確保するためには、より発光効率の大きい蛍光
管が必要であると考えられていた。

【０００７】図１０は、従来のバックライト・ユニット
における、冷陰極蛍光管からの放射エネルギー・スペク
トルと、カラーフィルタ層の分光透過率を示すグラフで
ある。図のグラフは、ＮＴＳＣ比７０％の従来の液晶表
示装置に相当する。図１０において、Ｘ軸は光の波長で
ある。左のＹ軸は、ランプの放射エネルギー・スペクト
ルに対応し、その単位は任意単位である。右のＹ軸は、
カラーフィルタ層の透過率を示している。図の１００
１、１００２、及び１００３は、それぞれ、青のカラー
フィルタ層の分光透過率、緑のカラーフィルタ層の分光
透過率、そして赤のカラーフィルタ層の分光透過率であ
る。

【０００８】従来の液晶表示装置においては、バックラ
イト・ユニットの光源として、３波長蛍光管が使用され
ている。この蛍光管は、ＲＧＢに相当する光を発光する
３種類の蛍光体をその内面に塗布されている。バックラ
イト・ユニットは、この蛍光体を発光させることによ
り、光源（ランプ）からの光を得ている。従来の蛍光体
として広く利用されているものは以下の通りである。青
の蛍光体がＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ、緑の蛍光体が
ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、赤の蛍光体がＹ₂Ｏ₃：Ｅｕな
どである。

【０００９】図１０は、３つの蛍光体、ＢａＭｇ₂Ａｌ
₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕ
の放射エネルギー・スペクトルを示している。図１０に
おいて、１００４、１００５及ぶ１００６は、それぞ
れ、青の蛍光体の放射エネルギー・スペクトル、緑の蛍
光体の放射エネルギー・スペクトル、そして赤の蛍光体
の放射エネルギー・スペクトルである。青の蛍光体は、
４５０ｎｍ付近にスペクトルの最大ピークを有してい
る。４０５及び４３５ｎｍ付近のピークは、蛍光管内に
封入されたＨｇの発光である。緑の蛍光体は、５４５ｎ
ｍ付近に最大ピークを有しており、さらに、４９０ｎｍ
付近、５９０ｎｍ付近、及び６２０ｎｍ付近にサブ・ピ
ークを有している。尚、５８０ｎｍ付近にはＨｇの発光
も認められる。赤の蛍光体は、６１０ｎｍ付近にメイン
ピークを有している。

【００１０】

【発明が解決しようとする課題】発明者らは、特に、従
来の緑の蛍光体の放射エネルギー・スペクトルに注目し
た。緑の蛍光体は、最大ピークのほかに、２つのサブピ
ークを有している。そして、短波長側のサブピークは、
青のカラーフィルタ層と緑のカラーフィルタ層の分光透
過率曲線が重なる波長領域のほぼ中心に位置している。
又、長波長側のサブピークは、緑のカラーフィルタ層と
赤のカラーフィルタ層の分光透過率曲線が重なる波長領
域のほぼ中心に位置している。これらサブピークのそれ
ぞれ光は、青カラーフィルタ層と緑カラーフィルタ層の
双方、又は、緑カラーフィルタ層と赤カラーフィルタ層
の双方から強く出射されるため、液晶表示装置の色純度
を阻害する大きな要因であると認識される。

【００１１】従って、上記のサブピークを有さず、輝度
の大きな緑の蛍光体を使用することができれば、高ＮＴ
ＳＣ比、高輝度の液晶表示装置を得ることができると考
えられる。しかし、従来の緑の蛍光体よりも発光効率が
高く、上記のサブピークに相当する発光をしない蛍光体
は、これまで見出されていない。そこで、発明者らは、
さらに、カラーフィルタ層の透過率と膜厚（あるいは感
光性材料の量）との関係に着目した。カラーフィルタ層
の透過率は、その厚さに対して指数的に減少する。つま
り、Ｘの厚さのカラーフィルタの透過率がＹ％の時、２
Ｘの厚さのカラーフィルタ層の透過率は、Ｙ²となる。
従って、カラーフィルタ層の厚みを大きくすることによ
って、輝度の減少率はますます大きくなる。以上のこと
は、感光性材料の濃度もしくは量についても当てはま
る。

【００１２】図１１は、従来のカラーフィルタ層と光源
としての冷陰極蛍光管において、カラーフィルタ層の厚
さを大きくすることによりＮＴＳＣ比を大きくした場合
に、カラーフィルタ層を透過した光の輝度が減少する様
子を示したグラフである。図１１において、Ｙ軸は輝度
比をあらわし、単位は任意単位である。Ｘ軸は色再現領
域のＮＴＳＣ比を示している。この図から理解されるよ
うに、ＮＴＳＣ比が増加するに従い輝度が減少してお
り、特に、ＮＴＳＣ比が約８５％以上においては、その
輝度の減少率が大きく増加し、急激に輝度が減少するこ
とが分かる。

【００１３】つまり、冷陰極管としての発光効率は小さ
くとも、カラーフィルタ層の厚さを従来の厚さよりも十
分に薄くできるのであれば、同じＮＴＳＣ比を有する従
来の液晶表示装置よりも、カラーフィルタ層を透過する
光の輝度は、大きくすることができることを、発明者ら
は見出した。従って、本発明の一つの目的は、高ＮＴＳ
Ｃ比を実現しつつ、十分な輝度を確保することができる
カラー表示装置を提供することである。

【００１４】

【課題を解決するための手段】発明者らは、従来不可能
とされていた、高ＮＴＳＣ比、特に、ＮＴＳＣ比が約１
００％であり、かつ十分な輝度を確保できる液晶表示装
置を実現するために、鋭意研究を重ねた結果、以下の点
を見出した。高ＮＴＳＣ比において、表示装置の十分な
輝度を確保するためには、蛍光管自体の発光効率を高く
することに代えて、蛍光管の放射エネルギー・スペクト
ル分布、発光効率、そしてカラーフィルタ層の透過特性
の要素をバランスさせることが、極めて重要である。つ
まり、従来の蛍光管と比較してその発光効率は劣る蛍光
管であっても、表示装置のＮＴＳＣ比が高い領域におい
ては、従来の液晶表示装置よりも大きな輝度を得ること
ができることを、発明者らは初めて見出した。

【００１５】本発明における第１の態様は、光源として
の蛍光管と、蛍光管からの光の透過を制御して、画像を
表示する液晶表示パネルとを有している液晶表示装置で
ある。液晶表示パネルは、赤、緑、そして青のカラーフ
ィルタ層を有するカラーフィルタ基板と、カラーフィル
タ基板に対向する対向基板と、前記対向基板と前記カラ
ーフィルタ基板との間に封入された液晶材料とを有てい
る。蛍光管は、緑の蛍光体として、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，
Ｔｂと比較して８０％以下の発光効率を有する蛍光体を
有している。蛍光体の放射エネルギー・スペクトルの最
大ピークは、緑のカラーフィルタ層の分光透過領域内に
含まれている。さらに、蛍光体の放射エネルギー・スペ
クトルは、青と緑とのカラーフィルタ層の分光透過領域
が重なる波長領域内に、最大ピークと異なるサブピーク
を実質的に有していない。蛍光管と前記カラーフィルタ
層とは、蛍光管から前記カラーフィルタ層を通って出射
した光の色再現領域が、ＮＴＳＣ比８５％以上である関
係を有する

【００１６】蛍光体の放射エネルギー・スペクトルは、
緑のカラーフィルタ層と赤のカラーフィルタ層との分光
透過領域が重なる波長領域内に、最大ピークと異なるサ
ブピークを実質的に有していないことが好ましい。又、
緑の蛍光体の放射エネルギー・スペクトルの最大ピーク
の波長は、緑のカラーフィルタ層の最大透過率の９０％
以上の透過率を有する波長領域内に含まれていることが
好ましい。あるいは、緑のカラーフィルタ層の光の最大
透過率は５５％以上であり、青のカラーフィルタ層の光
の最大透過率は４０％以上であることが好ましい。

【００１７】本発明における第２の態様は、バックライ
ト・ユニットと、バックライト・ユニットからの光の透
過を制御して画像を表示する液晶表示パネルと、を有す
る液晶表示装置である。液晶表示パネルは、赤、緑、そ
して青のカラーフィルタ層を有するカラーフィルタ基板
と、カラーフィルタ基板に対向する対向基板と、対向基
板と前記カラーフィルタ基板との間に封入された液晶材
料とを有ている。バックライト・ユニットは複数の冷陰
極管を有しており、この複数の冷陰極管は、液晶表示パ
ネルの背面に配置され、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ、又は、３
（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）０．８Ａｌ₂Ｏ₃を、緑の蛍
光体として有する。この液晶表示装置は、さらに、複数
の冷陰極管と液晶表示パネルとの間に配置され、冷陰極
管からの光を拡散する拡散板を有する。

【００１８】好ましくは、複数の冷陰極管とカラーフィ
ルタ層とは、複数の冷陰極管からカラーフィルタ層を通
って出射した光の色再現領域が、ＮＴＳＣ比８５％以上
である関係を有する。

【００１９】本発明における第３の態様は、３波長蛍光
管と、３波長蛍光管からの光の透過を制御する光学素子
と、赤、緑、そして青のカラーフィルタ層を有する基板
とを有している、表示装置である。３波長蛍光管は、
青、緑、そして、赤の光をそれぞれ放射する３種類の蛍
光体を有し、その発光効率が、ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：
Ｅｕ、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕを蛍光体
として有する３波長蛍光管の９０％以下である。さら
に、青と緑のカラーフィルタ層の分光透過率曲線が交差
する波長における、３波長蛍光管の放射エネルギーは、
青の蛍光体の放射エネルギーの最大ピークの５０％以下
である。３波長蛍光管とカラーフィルタ層とは、３波長
蛍光管からカラーフィルタ層を通って出射した光の色再
現領域が、ＮＴＳＣ比８５％以上である関係を有する。

【００２０】本発明における第４の態様は、Ｚｎ₂Ｓｉ
Ｏ₄：Ｍｎ、又は、３（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）０．
８Ａｌ₂Ｏ₃を、緑の蛍光体として有する蛍光管と、蛍光
管からの光の透過を制御する光学素子と、赤、緑、そし
て青のカラーフィルタ層を有する基板と、を有する表示
装置である。蛍光管とカラーフィルタ層とは、蛍光管か
らカラーフィルタ層を通って出射した光の色再現領域
が、ＮＴＳＣ比８５％以上である関係を有する

【００２１】好ましくは、カラーフィルタ層通って出射
した光の色再現領域が、ＮＴＳＣ比１００％以上であ
る。好ましくは、緑の蛍光体の放射エネルギー・スペク
トルの最大ピークの波長は、緑のカラーフィルタ層の最
大透過率の９０％以上の透過率を有する波長領域内に含
まる。、あるいは、緑のカラーフィルタ層の光の最大透
過率は５５％以上であり、青のカラーフィルタ層の光の
最大透過率は４０％以上であることが好ましい。表示装
置は、液晶表示装置とすることも可能である。この液晶
表示装置は、第１の透明基板と、第２の透明基板と、第
１及び第２の透明基板との間に封入された液晶材料を前
記光学素子として有する液晶表示パネルを有する。この
液晶表示パネルは、カラーフィルタ層と、マトリックス
状に配置された透明電極であって、液晶材料に電界を印
加する複数の画素電極とを有する。

【００２２】

【発明の実施の形態】以下、本発明を適用した一実施形
態として、液晶表示装置を例に説明する。本実施形態
は、高ＮＴＳＣ比の液晶表示装置において、従来の蛍光
体と比較して発光効率の小さい蛍光体を利用する。発光
効率が小さいランプであっても、高ＮＴＳＣ比の液晶表
示装置においては、従来のものよりも高輝度の液晶表示
装置を得ることができる。ここで発光効率とは、特定量
の電力（例えば１Ｗ）を供給した場合の、発光輝度であ
る。輝度の単位としては、光束の単位であるルーメン
（ｌｍ）が使用される。

【００２３】図１は本発明の一実施形態である液晶表示
装置の斜視図である。各構成部品は分離した状態で示さ
れている。液晶表示装置１０１は、ベゼル１０２、液晶
表示パネル１０３及びバックライト・ユニット１０４か
らなり、バックライトユニット１０４は直下型面状光源
装置である。液晶表示パネル１０３が、バックライト・
ユニット１０４の光出射面から出射された光の透過量を
制御することにより、画像が表示される。

【００２４】バックライト・ユニット１０４は、フロン
トフレーム１０５とリアフレーム１０６とを有し、これ
らの間に拡散板１０７が設置されている。リアフレーム
１０６内であって、拡散板１０７の裏面と対向する位置
に、光源としての複数の冷陰極蛍光管１０８が設置され
ている。冷陰極蛍光管１０８は、液晶表示パネル１０３
の背面に設置される。光源から発せられた光は、拡散板
１０７を通ってほぼ一様に拡散し、拡散板１０７の光出
射面から出射される。拡散板１０７は、フロントフレー
ム１０５とリアフレーム１０６との間に挟まれ、保持さ
れている。拡散板１０７はアクリルなどの樹脂で形成さ
れ、光源からの光の輝度を一様にする機能を有する。

【００２５】複数の冷陰極蛍光管１０８は、両端がラン
プ保持部材１０９に固定されている。複数の冷陰極管が
使用されることにより、輝度を向上させる。ランプ保持
部材１０９はリアフレーム１０６の内面にネジによって
固定されている。リアフレーム１０６の内面には光反射
シートが張られており、冷陰極蛍光管１０８からの光を
有効に液晶パネル側に反射する。またリアフレームの底
面部の裏面には、冷陰極蛍光管１０８に接続される回路
基板１１０が設けられている。回路基板１１０は、ＤＣ
−ＤＣコンバータやインバータ回路等の電源回路を含
む。

【００２６】液晶表示パネル１０３はシール剤によって
固定された２つの透明基板を有し、基板の間には液晶材
料が封入されている。一つの基板はスイッチング素子が
マトリックス状に配置されたアレイ基板であり、もう一
方は、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）のカラーフィルタ層を
有するカラーフィルタ基板である。液晶表示パネル１０
３は、スイッチング素子を有していないタイプのものも
ある。液晶表示パネル１０３は、フロントフレーム１０
５に、弾性を有する両面テープによって固定されてい
る。アレイ基板の２つの側縁にＴＣＰ(tape carrier pa
ckage)１１１が、ＡＣＦ（Anisotropic Conductive Fil
m）によって接続されている。通常、信号線用の複数の
ソース・ドライバＩＣが、ＴＦＴアレイの１つの側に設
けられ、ゲート電圧を制御するゲート線用の複数のゲー
ト・ドライバＩＣが、他の側に設けられる。ＴＣＰ１１
１は、配線が形成されたフィルム１１２と、フィルム１
１２上に配置されたドライバＩＣ１１３とを有してい
る。尚、ドライバＩＣをアレイ基板上に直接設置するこ
とも可能である。

【００２７】バックライト・ユニットとしては、上記の
直下型バックライト・ユニットの他に、サイドライト型
バックライト・ユニットがある。サイドライト型バック
ライト・ユニットは、一般に、導光板、反射シート、拡
散シート、集光機能を有するプリズム・シート、そして
光源としての冷陰極管を有している。冷陰極管は導光板
の側面に面して配置される。反射シートは、導光板の背
面に設置され、導光板の背面から出射した光を反射す
る。導光板のの上に通常、拡散シートが配置され、導光
板から出射した光を拡散し、均一化する。プリズム・シ
ートは拡散シートの上に配置され、入射した光を視野角
内に集光するように出射する。光源を出た光は導光板の
側面から導光板内に入射し、導光板内を伝播し、そして
導光板の上面から、拡散シートとプリズム・シートを介
して、液晶表示パネルに向かって出射する。

【００２８】各画素は、ドライバＩＣ１１３から入力さ
れるゲート電圧と、表示信号電圧に基づき、選択された
画素の液晶に、所定強度の電界を印加する。ソース・ド
ライバＩＣから入力される電圧が、ＴＦＴのソース／ド
レインを介して表示電極に送られ、表示電極が液晶に電
界を印加する。この電圧を変えることにより液晶への印
加電圧を変化させることができ、液晶材料層における、
バックライト・ユニットからの光の透過率を制御する。
各画素は、ＲＧＢいずれかの色表示を行うので、画面全
体として、所望のカラー画像を表示することができる。

【００２９】図２はＴＦＴ液晶表示パネル３の表示領域
の一部で、４つの画素を含む領域を示したものである。
図は、カラー・フィルタ基板２０１とＴＦＴアレイ基板
２０２を有しており、これら基板はスペーサによって約
５μｍの間隙をおいて配置され、この間隙に液晶材料が
封入される。カラー・フィルタ基板２０１は、透過光の
偏光を行う偏光板２０３、ガラス基板２０４、赤
（Ｒ）、青（Ｂ）、緑（Ｇ）の３色のカラー・フィルタ
層を備える。又、液晶に電界をかける表示電極としての
ＩＴＯ（インジウム・スズ酸化物）透明電極薄膜層２０
５を有している。カラーフィルタ層は、ＴＦＴアレイ基
板２０２上に形成することも可能である。

【００３０】ＴＦＴアレイ基板２０２は、ＩＴＯ透明表
示電極２０６、スイッチング素子としての薄膜トランジ
スタ（ＴＦＴ）２０７、表示信号を伝送するデータ線２
０８、ゲート電圧を制御するゲート線２０９、補助容量
２１０、ガラス基板２１１、透過光の偏向を行う偏向板
２１２を有している。両基板の内面には、液晶の配向を
行う配向膜が設けられている。尚、本形態はＴＮ（Twis
ted Nematic）方式を説明しているが、１枚の基板上に
共通電極と表示電極とを有するＩＰＳ（In Plane Switc
hig）方式に本発明を適用することももちろん可能であ
る。

【００３１】カラー・フィルタ層は、アクリルの基材に
顔料を分散させたものである。カラーフィルタ層として
は、このほかに、基材としてポリイミドやエポキシを利
用したり、感光性材料として顔料のほかに染料を使用す
るものなどがある。顔料の例としては、キクナリドン顔
料（赤）、ジスアゾイエロー（黄）、フタロシアニング
リーン（緑）、ジオキサンバイオレット、フタロシアニ
ンブルー等が知られており、これらを混合することによ
り、所望の色のカラーフィルタ層を得る。又、カラーフ
ィルタ層の製造方法としては、顔料分散法、染色法、電
着法など様々なものが知られている。これらは、既に広
く知られた技術であり、本明細書においては説明を省略
する。

【００３２】本実施形態においては、従来の緑の蛍光体
に比較して発光効率が低いため、これまで表示装置の光
源として使用されることのなかった緑の蛍光体を利用す
る。発光効率の小さい蛍光体は、通常の使用において
は、液晶表示装置には不向きの蛍光体である。特に、液
晶表示装置は、カラー液晶表示装置において、光源から
の光の透過率が３〜６％程度と極めて小さいため、光源
の輝度は極めて重要な要素であるからである。

【００３３】図３は、本発明において使用される緑の蛍
光体の一例である、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎの放射エネルギ
ー・スペクトルを示すグラフである。図３において、３
０１はＺｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎの放射エネルギー・スペクト
ルであり、３０２は従来の蛍光体であるＬａＰＯ₄：Ｃ
ｅ，Ｔｂの放射エネルギー・スペクトルである。図３
は、同じエネルギーを蛍光体に与えた場合の、放射エネ
ルギー・エネルギーの比を示している。Ｘ軸は光の波長
をあらわしている。Ｙ軸はエネルギー比であり、単位は
任意単位である。Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎは約５３０ｎｍに
最大ピークを有しており、他の波長にはサブピークを有
していない。約４０５、４３５、５４５、５８０ｎｍに
見られるピークは、冷陰極蛍光管に封入されているＨｇ
の発光である。蛍光体の放射エネルギー・スペクトル
は、緑色のカラーフィルタ層の分光透過波長領域内にメ
インピークを有し、このほかにサブピークを有していな
いことが好ましい。尚、蛍光管は熱陰極管を使用するこ
とも可能である。しかし、発熱の問題を考慮すると、冷
陰極管が好ましい。又、蛍光管内に封入される気体とし
ては、ＨｇのほかにＡｒ、Ｎｅ等がある。ＬａＰＯ₄：
Ｃｅ，Ｔｂの放射エネルギー・スペクトルについては既
に説明を行っているので、ここでは説明を省略する。

【００３４】図３から理解されるように、Ｚｎ₂Ｓｉ
Ｏ₄：Ｍｎの発光効率は、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂの発光
効率よりも小さく、それは、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂの
発光効率のおよそ７２％である。これは、同じ型の冷陰
極蛍光管に同量の蛍光体を塗布し、同じエネルギーの電
力を供給して、発光輝度を比較することにより得られ
る。蛍光体の発光効率は、大きけれ大きいほど良いが、
ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂと比較して８０％以下の発光効
率を有する蛍光体であっても、カラーフィルタ層との間
で最適化を行うことにより、高ＮＴＳＣ比において、従
来液晶表示装置よりも輝度が大きく、十分な輝度を有す
る液晶表示装置を得ることができる。ただし、発光効率
は、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，Ｔｂと比較して、好ましくは、
５０％以上であり、約６０％以上であることがさらに好
ましい。緑の蛍光体としては、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎの他
に、３（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）０．８Ａｌ₂Ｏ₃など
を利用することができる。

【００３５】図４は、青と赤の蛍光体としては従来の、
ＢａＭｇ2Ａｌ16Ｏ27：Ｅｕ、と、Ｙ2Ｏ3：Ｅｕとを使
用し、緑の蛍光体として、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎを使用し
た冷陰極蛍光管と、緑の蛍光体としてＬａＰＯ₄：Ｃ
ｅ，Ｔｂを使用した、従来の冷陰極管の発光スペクトル
を比較するグラフである。図４において、４０１は本形
態の冷陰極蛍光管の発光スペクトルであり、４０２が従
来の冷陰極蛍光管の発光スペクトルである。座標軸につ
いては、図３と同様である。尚、冷陰極蛍光管の発光ス
ペクトルは、各蛍光体の組成比を変えることによって、
ある程度変更することが可能である。

【００３６】ランプとしての発光効率は、３つの蛍光体
の総合によって決まる。冷陰極蛍光管の発光効率は、従
来の蛍光体を有する冷陰極蛍光管と比較して、９０％以
下のものであっても、カラーフィルタ層との間で最適化
を行うことにより、高ＮＴＳＣ比において、従来液晶表
示装置よりも輝度が大きく、十分な輝度を有する液晶表
示装置を得ることができる。ただし、発光効率は、従来
の冷陰極蛍光管と比較して、約７５％以上であることが
好ましい。

【００３７】図５は、緑の蛍光体の発行スペクトルとカ
ラーフィルタ層の透過率スペクトルとの関係を示す図で
ある。図５においては、Ｘ軸は光の波長である。左のＹ
軸は発光スペクトルのエネルギー比を示し、その単位は
任意単位である。右のＹ軸はカラーフィルタ層の透過率
である。このカラーフィルタ層は、本実施形態の冷陰極
蛍光管を使用して、ＮＴＳＣ比１００％を実現するカラ
ーフィルタ層の透過率である。図において、５０１はＺ
ｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎの発光スペクトル、５０２はＬａＰＯ
₄：Ｃｅ，Ｔｂの発光スペクトルである。５０３、５０
４、５０５は、それぞれ、青、緑、赤のカラーフィルタ
層の分光透過率である。

【００３８】青のカラーフィルタ層５０３は、約４６５
ｎｍに透過率のピークを有し、その透過率は約５０％で
ある。又、透過率が約２５％において、短波長側の波長
は約４３０、長波長側の波長は約４９０ｎｍであり、半
値幅は約６０ｎｍである。緑のカラーフィルタ層５０４
は、約５２５ｎｍに透過率のピークを有し、その透過率
は約７０％である。又、透過率が約３５％において、短
波長側の波長は約４９０ｎｍ、長波長側の波長は約５７
０ｎｍであり、半値幅は約８０ｎｍである。赤のカラー
フィルタ層５０５は、約５８０ｎｍから長波長側の光を
透過する。７００ｎｍよりも長波長の領域は示されてい
ない。カラーフィルタ層の透過率スペクトルは、材料の
選択や各色の顔料の組成比の変更によって、小さい範囲
で変更することが可能である。

【００３９】図５から理解されるように、本形態の緑蛍
光体の発光スペクトルは、緑のカラーフィルタ層５０４
の透過率ピークにほぼ一致する位置に最大ピークを有
し、それ以外のサブピークを有していない。緑の蛍光体
の最大ピーク波長は、緑のカラーフィルタ層の最大透過
率の９０％以上の透過率を有する波長領域内に含まれて
いることが好ましい。青と緑のカラーフィルタ層の透過
率スペクトルが重なる波長領域と、赤と緑のカラーフィ
ルタ層の透過率スペクトルが重なる波長領域とに、サブ
ピークを有していないこと、あるいは、それらの領域に
大きなサブピークを有していないこと、は重要である。

【００４０】特に、青と緑のカラーフィルタ層の透過率
スペクトルが重なる波長領域に大きなサブピークを有し
ていなことは重要である。一つには、青と緑のカラーフ
ィルタ層の分光透過率曲線が交差する点、すなわち、分
光透過率曲線が重なる領域内の最大透過率（２つのカラ
ーフィルタ層の透過率が同じ点）が大きいからである。
従来の緑の蛍光体においては、この最大透過率波長とサ
ブピークの波長がほぼ一致し、大きなエネルギー放射が
あったため、高ＮＴＳＣ比実現の大きな阻害要因となっ
ていた。従って、この透過率が最大の波長において、サ
ブピークの有無にかかわらず、緑蛍光体の放射エネルギ
ーが、青の蛍光体の最大ピークの２０％以下が好まし
い。

【００４１】図６は、本実施形態の冷陰極蛍光管と従来
の冷陰極蛍光管の発光スペクトルと、カラーフィルタ層
の分光透過率との関係を示す図である。このカラーフィ
ルタ層は、本実施形態の冷陰極蛍光管を使用して、ＮＴ
ＳＣ比１００％を実現するカラーフィルタ層の透過率で
ある。青と緑のカラーフィルタ層の透過率スペクトルが
重なる波長領域に、発光スペクトルのサブピークがな
い。青と緑のカラーフィルタ層の分光透過率曲線が交差
する点における、蛍光管の放射エネルギーは、サブピー
クの有無にかかわらず、好ましくは、青の蛍光体の最大
ピークの５０％以下であり、さらに好ましくは、４０％
以下である。赤と緑のカラーフィルタ層の透過率スペク
トルが重なる波長領域には、赤の蛍光体のサブピークが
見られる。しかし、ピーク値が小さいこと、又、カラー
フィルタ層の透過率が約１０％と小さいことから、高Ｎ
ＴＳＣ比の実現に、大きく影響することがない。

【００４２】図７は、カラーフィルタ層の分光透過率を
示している。図７において、各グラフは、透過率の大き
い順に、本形態の冷陰極蛍光管を使用しＮＴＳＣ比を７
０％にした場合の分光透過率（New 070）、従来の冷陰
極管を使用しＮＴＳＣ比を７０％にした場合の分光透過
率（Current 070）、本形態の冷陰極蛍光管を使用しＮ
ＴＳＣ比を１００％にした場合の分光透過率（New 10
0）、従来の冷陰極管を使用しＮＴＳＣ比を１００％に
した場合の分光透過率（Current 100）である。各分光
透過率は、青（Ｂ）、緑（Ｇ）、赤（Ｒ）のカラーフィ
ルタ層を有している。従来の冷陰極蛍光管を使用した場
合には、ＮＴＳＣ比１００％を実現するために、カラー
フィルタ層の透過率が大きく減少していることが認めら
れる。特に、青色カラーフィルタ層の最大透過率は３０
％程度まで減少し、緑のカラーフィルタ層の最大透過率
は約５０％に低下している。

【００４３】一方、本形態の表示装置において、ＮＴＳ
Ｃ比７０％のカラーフィルタ層の透過率と、ＮＴＳＣ比
１００％の透過率とを比較すると、その透過率の減少量
が小さい。ＮＴＳＣ比１００％を実現するために、青の
カラーフィルタ層の最大透過率は約５０％、緑のカラー
フィルタ層の最大透過率は約７０％である。これは、本
形態の表示装置は、高ＮＴＳＣ比において、カラーフィ
ルタ層の透過率を大きく犠牲にすることがない範囲で、
冷陰極蛍光管とカラーフィルタ層とが組み合わされてい
ることを示している。カラーフィルタ層の透過率が急激
に減少する前に、ＮＴＳＣ比を１００％まで上げること
ができていることが、その理由である。液晶表示装置と
しての十分な輝度を確保するためには、高ＮＴＳＣ比、
特に、ＮＴＳＣ比８５％以上において、緑のカラーフィ
ルタ層の最大透過率が５５％以上であることが望まし
い。又、青のカラーフィルタ層の最大透過率が４０％以
上であることが好ましい。より透過率を小さくするに
は、カラーフィルタ層の膜厚を大きくしなければなら
ず、量産性の観点において問題が生ずるからである。

【００４４】図８は、従来の液晶表示装置と、本実施形
態の液晶表示装置との間において、ＮＴＳＣ比に対する
輝度変化を説明するグラフである。Ｘ軸はＮＴＳＣ比を
示しており、Ｙ軸は輝度比を示している。図８におい
て、８０１は従来の液晶表示装置の輝度を示し、８０２
は本形態の液晶表示装置の輝度を示している。Ｙ軸の単
位は任意単位である。ＮＴＳＣ比が小さい領域、例え
ば、ＮＴＳＣ比７０％においては、従来の液晶表示装置
が、本実施形態より大きい輝度を実現している。しか
し、高ＮＴＳＣ比の領域、つまりＮＴＳＣ比８５％以上
の領域においては、本実施形態の液晶表示装置の方が、
従来の液晶表示装置よりも、その輝度が大きいことが認
識される。つまり、本実施形態の冷陰極蛍光管の輝度
が、従来の冷陰極蛍光管より小さいために、低ＮＴＳＣ
比においては、本形態の液晶表示装置の輝度が従来の液
晶表示装置より小さい。しかし、高ＮＴＳＣ比において
は、従来の液晶表示装置に比較して、カラーフィルタ層
の厚さが十分小さい（もしくは感光性材料の量が少な
い）ので、カラーフィルタ層における透過率を大きく減
少させることなく、高ＮＴＳＣ比を実現することができ
る。

【００４５】図９は、色再現領域を示す色度座標であ
る。図９において、９０１はＮＴＳＣ色再現領域、９０
２は従来のＮＴＳＣ比７０％の液晶表示装置の色再現領
域、そして、９０３は本実施形態における液晶表示装置
の色再現領域である。色度座標いおいて、面積が大きい
ほど、色の再現性の範囲が広いことを意味する。図から
理解されるように、本実施形態の色再現領域９０３は、
ＮＴＳＣ比１００％以上を実現している。本形態の液晶
表示装置は、緑の色純度と青の色純度が、従来の液晶表
示装置と比較して、改善されていることが認められる。
又、本実施形態の液晶表示装置は、十分な輝度を確保す
ることができる。このように、本実施形態は、従来は不
可能とされていた高ＮＴＳＣ比、高輝度の液晶表示装置
を実現することを可能としている。

【００４６】本発明の範囲が上記実施形態に限定される
ものではないことは、言うまでもない。当業者にとっ
て、上記実施形態における要素を、本発明の範囲内にお
いて、変更、入替することは容易である。例えば、本実
施形態は液晶表示装置について説明したが、本発明の適
用は、液晶表示装置に限られない。カラーフィルタと、
光源としての蛍光管を有する他のカラー表示装置に、本
発明を適用することも可能である。又、液晶表示装置
は、アクティブ・マトリックス・タイプに限らず、ＳＴ
Ｎ（Super Twisted Nematic）タイプなどにも適用可能
である。青と赤の蛍光体としては、言及した蛍光体材料
以外の蛍光体を使用することも可能である。

【図面の簡単な説明】

【図１】本実施形態における液晶表示装置の構造を説
明する、分解斜視図である。

【図２】本実施形態における液晶表示装置の液晶表示
パネルの構造を説明する、分解斜視図である。

【図３】本実施形態における緑蛍光体の発光スペクト
ルと、従来の緑蛍光体の発光スペクトルとを比較する図
である。

【図４】本実施形態における冷陰極管の発光スペクト
ルと、従来の冷陰極管の発光スペクトルとを比較する図
である。

【図５】本実施形態における緑蛍光体の発光スペクト
ルと、従来の緑蛍光体の発光スペクトルと、本実施形態
におけるカラーフィルタ層の分光透過率とを示す、図で
ある。

【図６】本実施形態における冷陰極管の発光スペクト
ルと、カラーフィルタ層の分光透過率とを示す、図であ
る。

【図７】本実施形態におけるカラーフィルタ層の分光
透過率と、従来の液晶表示装置におけるカラーフィルタ
層の分光透過率とを比較する図である。

【図８】従来の液晶表示装置と、本実施形態の液晶表
示装置との間において、ＮＴＳＣ比に対する輝度変化を
説明する、図である。

【図９】色再現領域を示す色度座標である。

【図１０】従来液晶表示装置における、冷陰極管の発
光スペクトルとカラーフィルタ層の分光透過率を示す図
である。

【図１１】従来の液晶表示装置における、ＮＴＳＣ比
と輝度との関係を示す、図である。

【符号の説明】

１０１液晶表示装置、１０２ベゼル、１０３液晶
表示パネル、１０４バックライト・ユニット、１０５
フロントフレーム、１０６リアフレーム、１０７拡
散板、、１０８冷陰極蛍光管、１０９ランプ保持部
材、２０１カラー・フィルタ基板、２０２ＴＦＴア
レイ基板、２０３偏光板、２０４ガラス基板、２０
５透明電極薄膜層、２０７ＴＦＴ、２０８データ
線、２０９ゲート線、２１０補助容量、２１１ガ
ラス基板、２１２偏向板、３０１Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍ
ｎの放射エネルギー・スペクトル、３０２ＬａＰ
Ｏ₄：Ｃｅ，Ｔｂの放射エネルギー・スペクトル、４０
１本形態の冷陰極蛍光管の発光スペクトル、４０２
従来の冷陰極蛍光管の発光スペクトル、５０１Ｚｎ₂
ＳｉＯ₄：Ｍｎの発光スペクトル、５０２ＬａＰＯ₄：
Ｃｅ，Ｔｂの発光スペクトル、５０３青のカラーフィ
ルタ層の分光透過率、５０４緑のカラーフィルタ層の分
光透過率、５０５赤のカラーフィルタ層の分光透過
率、８０１従来の液晶表示装置の輝度、８０２本形
態の液晶表示装置の輝度、９０１ＮＴＳＣ色再現領
域、９０２従来のＮＴＳＣ比７０％の液晶表示装置の
色再現領域、９０３本実施形態の色再現領域

───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者堀部晃啓神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本アイ・ビー・エム株式会社大和事業所内 (72)発明者鈴木優神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本アイ・ビー・エム株式会社大和事業所内 (72)発明者藤田崇神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本アイ・ビー・エム株式会社大和事業所内 (72)発明者櫛田直也神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本アイ・ビー・エム株式会社大和事業所内Ｆターム(参考） 2H048 BA45 BA47 BB02 BB08 BB42 2H091 FA02Y FA42Z FB06 LA15 5C094 AA08 BA03 BA43 CA19 CA24 EA04 EA07 ED03 JA01

Claims

【特許請求の範囲】

【請求項１】光源としての蛍光管と、前記蛍光管からの
光の透過を制御して、画像を表示する液晶表示パネルと
を有し、前記液晶表示パネルは、赤、緑、そして青のカラーフィ
ルタ層を有するカラーフィルタ基板と、前記カラーフィ
ルタ基板に対向する対向基板と、前記対向基板と前記カ
ラーフィルタ基板との間に封入された液晶材料とを有
し、前記蛍光管は、緑の蛍光体として、ＬａＰＯ₄：Ｃｅ，
Ｔｂと比較して８０％以下の発光効率を有する蛍光体を
有し、前記蛍光体の放射エネルギー・スペクトルの最大ピーク
は、前記緑のカラーフィルタ層の分光透過領域内に含ま
れ、前記蛍光体の放射エネルギー・スペクトルは、前記青と
緑とのカラーフィルタ層の分光透過領域が重なる波長領
域内に、前記最大ピークと異なるサブピークを実質的に
有しておらず、前記蛍光管と前記カラーフィルタ層とは、前記蛍光管か
ら前記カラーフィルタ層を通って出射した光の色再現領
域が、ＮＴＳＣ比８５％以上である関係を有する、液晶
表示装置。
【請求項２】前記蛍光体の放射エネルギー・スペクトル
は、前記緑のカラーフィルタ層と前記赤のカラーフィル
タ層との分光透過領域が重なる波長領域内に、前記最大
ピークと異なるサブピークを実質的に有していない、請
求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】前記緑の蛍光体の放射エネルギー・スペク
トルの最大ピークの波長は、前記緑のカラーフィルタ層
の最大透過率の９０％以上の透過率を有する波長領域内
に含まれている、請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】前記緑のカラーフィルタ層の光の最大透過
率は５５％以上であり、前記青のカラーフィルタ層の光
の最大透過率は４０％以上である、請求項１に記載の液
晶表示装置。
【請求項５】バックライト・ユニットと、前記バックラ
イト・ユニットからの光の透過を制御して画像を表示す
る液晶表示パネルと、を有する液晶表示装置において、前記液晶表示パネルは、赤、緑、そして青のカラーフィルタ層を有するカラーフ
ィルタ基板と、前記カラーフィルタ基板に対向する対向基板と、前記対向基板と前記カラーフィルタ基板との間に封入さ
れた液晶材料とを有し、前記バックライト・ユニットは、前記液晶表示パネルの背面に配置され、Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：
Ｍｎ、又は、３（Ｂａ，Ｍｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）０．８Ａｌ
₂Ｏ₃を、緑の蛍光体として有する複数の冷陰極管と、前記複数の冷陰極管と前記液晶表示パネルとの間に配置
され、前記複数の冷陰極管からの光を拡散する拡散板
と、を有する、液晶表示装置。
【請求項６】前記複数の冷陰極管と前記カラーフィルタ
層とは、前記複数の冷陰極管から前記カラーフィルタ層
を通って出射した光の色再現領域が、ＮＴＳＣ比８５％
以上である関係を有する、請求項５に記載の液晶表示装
置。
【請求項７】青、緑、そして、赤の光をそれぞれ放射す
る、３種類の蛍光体を有する３波長蛍光管であって、そ
の発光効率が、ＢａＭｇ₂Ａｌ₁₆Ｏ₂₇：Ｅｕ、ＬａＰ
Ｏ₄：Ｃｅ，Ｔｂ、Ｙ₂Ｏ₃：Ｅｕを蛍光体として有する
３波長蛍光管の９０％以下の３波長蛍光管と、前記３波長蛍光管からの光の透過を制御する光学素子
と、赤、緑、そして青のカラーフィルタ層を有する基板と、
を有し、前記青と緑のカラーフィルタ層の分光透過率曲線が交差
する波長における、前記３波長蛍光管の放射エネルギー
は、前記青の蛍光体の放射エネルギーの最大ピークの５
０％以下であり、前記３波長蛍光管と前記カラーフィルタ層とは、前記３
波長蛍光管から前記カラーフィルタ層を通って出射した
光の色再現領域が、ＮＴＳＣ比８５％以上である関係を
有する、表示装置。
【請求項８】Ｚｎ₂ＳｉＯ₄：Ｍｎ、又は、３（Ｂａ，Ｍ
ｇ，Ｅｕ，Ｍｎ）０．８Ａｌ₂Ｏ₃を、緑の蛍光体として
有する蛍光管と、前記蛍光管からの光の透過を制御する光学素子と、赤、緑、そして青のカラーフィルタ層を有する基板と、
を有し、前記蛍光管と前記カラーフィルタ層とは、前記蛍光管か
ら前記カラーフィルタ層を通って出射した光の色再現領
域が、ＮＴＳＣ比８５％以上である関係を有する、表示
装置。
【請求項９】前記カラーフィルタ層通って出射した光の
色再現領域が、ＮＴＳＣ比１００％以上である、請求項
８に記載の表示装置。
【請求項１０】前記緑の蛍光体の放射エネルギー・スペ
クトルの最大ピークの波長は、前記緑のカラーフィルタ
層の最大透過率の９０％以上の透過率を有する波長領域
内に含まれている、請求項８に記載の表示装置。
【請求項１１】前記緑のカラーフィルタ層の光の最大透
過率は５５％以上であり、前記青のカラーフィルタ層の
光の最大透過率は４０％以上である、請求項８に記載の
表示装置。
【請求項１２】前記表示装置は、第１の透明基板と、第
２の透明基板と、前記第１及び第２の透明基板との間に
封入された液晶材料を前記光学素子として有する液晶表
示パネルを有し、前記液晶表示パネルは、前記カラーフ
ィルタ層と、マトリックス状に配置された透明電極であ
って、前記液晶材料に電界を印加する複数の画素電極と
を有する、請求項８に記載の表示装置。