JP2007178683A

JP2007178683A - 液晶ディスプレイ及びカラーフィルタ

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Publication number: JP2007178683A
Application number: JP2005376564A
Authority: JP
Inventors: Takao Taguchi; 貴雄田口
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2005-12-27
Filing date: 2005-12-27
Publication date: 2007-07-12
Anticipated expiration: 2025-12-27
Also published as: JP4929715B2

Abstract

【課題】高い色純度と充分な輝度の両者を満足する画像を表示することを可能とする液晶ディスプレイを提供することを目的とする。
【解決手段】ＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する無機ＥＬ発光層を備えるバックライト、カラーフィルタ、及び液晶素子を具備する液晶ディスプレイであって、Ｃ光源における前記カラーフィルタの色度が、赤、緑、及び青の少なくとも１色について、赤についてはｘ＞０．６７、ｙ＜０．３３、緑についてはｙ＞０．７１、青についてはｘ＞０．１４、ｙ＜０．０８の条件を満たすことを特徴とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶ディスプレイ、及びそれに用いるカラーフィルタに係り、特に、高い輝度を示す無機ＥＬをバックライトとして用いた液晶表示装置に関する。

カラー液晶ディスプレイは、２枚の偏光板の間に液晶セル及びカラーフィルタを配置し、液晶セルの電極に印加する電圧を画素ごとに調整することにより、１枚目の偏光板を透過したバックライトからの光の偏光を制御し、２枚目の偏光板を透過する光の光量を制御することにより、カラー表示を可能にしている。従って、バックライトの発光スペクトルとカラーフィルタの分光特性が、カラー液晶表示装置の色特性を決定する重要な因子となっている。

従来、カラーフィルタとしては、耐熱性、耐光性などの諸特性に優れた顔料分散型カラーフィルタが用いられ、バックライトとしては、演色性に優れた蛍光ランプが広く用いられている。特に、顔料分散型カラーフィルタとしては、青色画素用として、染料と銅フタロシアニン顔料の混合物を用いた着色組成物により形成されたものが知られている（例えば、特許文献１参照）。

しかし、このような顔料分散型カラーフィルタには、色純度と光透過率がトレードオフの関係にあり、色純度を上げると明度が下がってしまう。そのため、従来のバックライトでは充分な輝度を得ることができないという問題がある。

また、蛍光ランプは、厚く、フレキシブル化が出来ず、また色純度が低いという問題がある。これに対し、バックライトとして有機ＥＬや無機ＥＬを用いることが考えられるが、有機ＥＬは寿命と輝度の両立が困難であり、劣化により光量が１／１０に低下してしまうため、バックライトとしては不向きである。一方、無機ＥＬは、長寿命ではあるが、輝度が低く、上記カラーフィルタとの組合せでの使用は困難であった。
特開２００１−１２４９１５

本発明は、以上のような事情の下になされ、高い色純度と充分な輝度の両者を満足する画像を表示することを可能とする液晶ディスプレイを提供することを目的とする。

本発明の他の目的は、そのような液晶ディスプレイに好適に使用されるカラーフィルタを提供することにある。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、ＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する無機ＥＬ発光層を備えるバックライト、カラーフィルタ、及び液晶素子を具備する液晶ディスプレイであって、Ｃ光源における前記カラーフィルタの色度が、赤、緑、及び青の少なくとも１色について、赤についてはｘ＞０．６７、ｙ＜０．３３、緑についてはｙ＞０．７１、青についてはｘ＞０．１４、ｙ＜０．０８の条件を満たすことを特徴とする液晶ディスプレイを提供する。

このような液晶ディスプレイにおいて、前記無機ＥＬ発光層は、薄膜形成法により形成されたものとすることができる。また、前記無機ＥＬ発光層は、ＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する粒子を形成し、それをバインダー樹脂及び溶剤に分散し、塗布することにより形成されたものとすることができる。

本発明の第２の態様は、ＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する無機ＥＬ発光層と黄色蛍光体層とを含む白色無機ＥＬ素子を光源とした場合の色度が、赤についてはｘ＞０．６７、ｙ＜０．３３、緑についてはｙ＞０．７１、青についてはｘ＞０．１４、ｙ＜０．０８の条件を満たすことを特徴とするカラーフィルタを提供する。

本発明の液晶ディスプレイによると、ＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する無機ＥＬ発光層を備えるバックライトと、所定の色度を示すカラーフィルタとを組合わせることにより、高い色純度と充分な輝度の両者を満足する画像を表示することが可能である。また、本発明のカラーフィルタによると、無機ＥＬ発光層を備えるバックライトと組合わせることにより、高い色純度と充分な輝度の両者を満足する画像を表示することを可能とする液晶ディスプレイを構成することができる。

以下、発明を実施するための最良の形態について説明する。

図１は、本発明の一実施形態に係る液晶ディスプレイの概略を示す断面図である。図１において、対向して配置された一対のガラス基板１０，１１のうち、ガラス基板１０上には、画素電極１２が形成され、ガラス基板１１上には、カラーフィルタ１３が形成され、更に保護膜１４を介して共通電極１５が形成されている。このようなガラス基板１０，１１間には、液晶層１６が介在している。また、ガラス基板１０の外側には、偏光板１７及びバックライト１８が配置され、ガラス基板１１の外側には、偏光板１９が配置されている。

以上のように構成される発明の一実施形態に係る液晶ディスプレイにおいて、バックライトは、図２に示すような構成を有する。即ち、図２に示すように、透明基板２１上に蛍光体層２２、透明電極２３、無機ＥＬ発光層２４、及び対向電極２５を順次積層することにより、バックライトが構成されている。

透明基板２１としては、透光性を有し、ある程度の強度を有するものであれば、任意の材質を使用することができる。そのようなものとして、例えば、ガラス板、プラスティックフィルム、プラスティックシートを用いることができる。

蛍光体層２２としては、ＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する無機ＥＬが青色発光であるので、白色光を得るために、黄色蛍光体を用いることができる。黄色蛍光体としては、ＹＡＧ（イットリウム・アルミニウム・ガーネット）が挙げられる。なお、ＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する青色発光無機ＥＬとＹＡＧ黄色蛍光体とを組合せたバックライトの発光スペクトルを図３に示す。

透明電極２３としては、ＩＴＯを用いることができる。
対向電極２５としては、Ａｌ、Ｍｇ等の金属を用いることができる。
発光層２４を構成するＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する無機ＥＬは、ＺｎＳを付活剤や共付活剤により付活した後、Ｍｎの存在下で、ＧａＡｓと反応させることにより生成することができる。付活剤としては、銅を、共付活剤としては、ＣｌやＢｒのようなハロゲンを用いることができる。

より具体的には、ＺｎＳ粉末と付活剤、例えばＣｕＯ_４とを混合して、焼成し、次いで焼成体を粉砕し、更にＧａＡｓ粉末を加えて焼成し、洗浄し、乾燥することにより得ることができる。ＺｎＳとＧａＡｓの混合物の焼成温度は、３００〜１０００℃程度であるのが好ましい。また、ＺｎＳとＧａＡｓの混合割合は、１：９〜９：１であるのが好ましい。

このようにして得た無機ＥＬを用いて無機ＥＬ発光層２４を形成する方法としては、気相法蒸着法及び印刷法がある。

気相法としては、蒸着法、ＣＶＤ法、スパッタリング法を用いることができるが、蒸着法が好ましい。蒸着は、従来公知の通常の条件で行うことができる。蒸着法によると、極めて高輝度の無機ＥＬ発光層を得ることができる。蒸着により形成された無機ＥＬ発光層の膜厚は、例えば、０．０１〜５μｍであるのが好ましい。

印刷法は、上記無機ＥＬを含むインキを印刷するものであり、印刷には、凸版印刷、オフセット印刷等があるが、凸版印刷用インキを用いた凸版印刷による方法が好ましい。凸版印刷用インキは、上記無機ＥＬをバインダー樹脂とともに溶剤に溶解したものである。インキの粘度は、例えば１５〜５０ｍＰａｓであるのが望ましい。溶剤としては、テトラリン、シクロヘキシルベンゼン、安息香酸メチル、安息香酸エチル、トルエン、アセトン、メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、メタノール、エタノール等を用いることができる。バインダー樹脂としては、例えば、ポリスチレン、ポリビニルカルバゾール等を用いることができる。なお、インキには、必要に応じて、界面活性剤、酸化防止剤、紫外線吸収剤等を添加してもよい。

印刷に用いる凸版は、金属製でもよいが、被印刷体が脆性材料である場合には、印刷時の押圧で被印刷体にクラックが生じる場合があるため、樹脂製であることが望ましい。また、インキに含まれる溶剤が油溶性の有機溶剤であり、この溶剤による凸版の膨潤を防止して画線の正確な印刷を可能とするため，版面が親水性の凸版を用いることが望ましい。

このような水現像性硬化型感光性樹脂としては、親水性ポリマーと不飽和結合を有するポリマーの混合物を挙げることができる。また、不飽和結合としては、ビニル結合が挙げられ、ビニル結合を有する化合物として、メタクリレート系ポリマーが挙げられる。また、光反応開始剤を混合したものでもよい。光反応開始剤としては、芳香族カルボニル化合物を挙げることができる。

印刷により形成された無機ＥＬ発光層の膜厚は、例えば、０．１〜５０μｍであるのが好ましい。

本発明の一実施形態に係る液晶ディスプレイに用いるカラーフィルタ１３は、Ｃ光源における色度が赤、緑、及び青の少なくとも１色について、赤についてはｘ＞０．６７、ｙ＜０．３３、緑についてはｙ＞０．７１、青についてはｘ＞０．１４、ｙ＜０．０８の条件を満たすようなものである。

ＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する無機ＥＬ発光層と黄色蛍光体層とを含む白色無機ＥＬ素子を光源とした場合にも、そのような白色光源における色度が赤、緑、及び青の少なくとも１色について、赤についてはｘ＞０．６７、ｙ＜０．３３、緑についてはｙ＞０．７１、青についてはｘ＞０．１４、ｙ＜０．０８の条件を満たすようなものである。

このようなカラーフィルタは、具体的には、青色画素として、油溶性染料、分散染料、塩基性染料のうち少なくとも一種を含む染料と、銅フタロシアニン顔料の混合物からなり、染料と銅フタロシアニン顔料の混合比が重量比で１０：９０〜５０：５０である着色組成物を用いることが出来る。そのような着色組成物として、銅フタロシアニン顔料の８０重量％以上が、Ｃ．ＩＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５：６であるものを用いることが出来る。

また、赤色画素に用いられる顔料としては、Ｃ．ＩＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ２５４とＣ．ＩＰｉｇｍｅｎｔＲｅｄ１７７の混合物を、緑色画素に用いられる顔料としては、Ｃ．ＩＰｉｇｍｅｎｔＧｒｅｅｎ３６とＣ．ＩＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ１５０またはＣ．ＩＰｉｇｍｅｎｔＹｅｌｌｏｗ１３９との混合物を用いることができる。

以下、このようなカラーフィルタについて、より詳細に説明する。

着色組成物に含まれる染料としては、油溶性染料、分散染料、塩基性染料のうち少なくとも一種を含むものであり、一種を単独で使用しても、二種または三種を混合しても良い。具体的にはカラーインデックス記載の油溶性染料または分散染料または塩基性染料などが挙げられる。例えば油溶性染料としてはＣ．ＩＳｏｌｖｅｎｔＢｌｕｅ２、５、２５、４４、４９、７３、Ｃ．ＩＳｏｌｖｅｎｔＶｉｏｌｅｔ１３、分散染料としてはＣ．ＩＤｉｓｐｅｒｓｅＶｉｏｌｅｔ２６，２８、塩基性染料としては、Ｃ．ＩＢａｓｉｃＶｉｏｌｅｔ３，１４，２５、Ｃ．ＩＢａｓｉｃＢｌｕｅ１、５、７、２６などが挙げられる。上記例示の染料は、一種のみ使用してもよく、複数種合わせて使用しても良い。

染料と顔料の混合比が重量比で１０：９０〜５０：５０の範囲で使用する。好ましくは２０：８０〜４０：６０で使用するのが望ましい。染料の混合比が１０未満であると透明性が低下し、５０を越えると耐熱性および耐光性が低下する。

銅フタロシアニン顔料としては、α型、β型、ε型などの結晶系の銅フタロシアニン顔料を用いることが出来る。なかでも、最大透過波長が最も短波長にあるため、ε型銅フタロシアニン（Ｃ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５：６）が好適に用いられる。特に、銅フタロシアニン顔料の８０重量％以上がＣ．Ｉ．ＰｉｇｍｅｎｔＢｌｕｅ１５：６であることが好ましい。Ｃ．ＩＰｉｇｍｅｎｔ１５：６の比率が銅フタロシアニン顔料の８０重量％未満の場合には、ｙ値が大きくなり、ＥＢＵ規格のｙ＝０．０６に合わせにくくなる。

樹脂としては、熱可塑性樹脂、熱硬化性樹脂、感光性樹脂や放射線照射により硬化して樹脂と同様の塗膜を形成するモノマーもしくはオリゴマーなどがあり、これらを単独または２種以上混合して用いることができる。本発明のカラーフィルタ用着色組成物には、該組成物を紫外線照射により硬化するときに、光開始剤、ガラス基板上に乾燥膜厚が２μｍ以下、好ましくは１〜２μｍとなるように塗布して形成するために溶剤などが添加される。厚さが２μｍ以上となると、各色で厚みにばらつきが生じたり、色の間の部分で平滑性が失われ、液晶の配向を乱し、画像品質を低下させる恐れがある。

熱可塑性樹脂としては、例えばブチラール樹脂、スチレン−マレイン酸共重合体、塩素化ポリエチレン、塩素化ポリプロピレン、ポリ塩化ビニル、塩化ビニル−酢酸ビニル共重合体、ポリ酢酸ビニル、ポリウレタン系樹脂、フェノール樹脂、ポリエステル樹脂、アクリル系樹脂、アルキッド樹脂、スチレン樹脂、ポリアミド樹脂、ゴム系樹脂、環化ゴム、セルロース類、ポリブタジエン、ポリイミド樹脂などが挙げられる。また、熱硬化性樹脂としては、例えばエポキシ樹脂、ベンゾグアナミン樹脂、メラミン樹脂、尿素樹脂などが挙げられる。

感光性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基などの反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基を介入して、（メタ）アクリル化合物、ケイ皮酸などの光架橋性基を導入した樹脂が用いられる。また、スチレン−無水マレイン酸共重合物やα−オレフィン−無水マレイン酸共重合物などの酸無水物を含む線状高分子をヒドロキシアルキル（メタ）アクリレートなどの水酸基を有する（メタ）アクリル化合物によりハーフエステル化した重合物も用いられる。

モノマー、オリゴマーとしては、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、ポリエチレングリコールジ（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、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、メラミン（メタ）アクリレート、エポキシ（メタ）アクリレートなどの各種アクリル酸エステルおよ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、（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、アクリロニトリルなどが挙げられる。

光開始剤としては、４−フェノキシジクロロアセトフェノン、４−ｔ−ブチルジクロロアセトフェノン、ジエトキシアセトフェノン、１−（４−イソプロピルフェニル）−２−ヒドロキシ−２−メチルプロパン−１オン、１−ヒドロキシシクロヘキシルフェニルケトン、２−ベンジル−２−ジメチルアミノ−１−（４−モルフォリノフェニル）−ブタン−１−オンなどのアセトフェノン系光開始剤、ベンゾイン、ベンゾインメチルエーテル、ベンゾインエチルエーテル、ベンゾインイソプロピルエーテル、ベンジルジメチルケタールなどのベンゾイン系光開始剤、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベンンゾイル安息香酸メチル、４−フェニルベンゾフェノン、ヒドロキシベンゾフェノン、アクリル化ベンゾフェノン、４−ベンゾイル−４’−メチルジフェニルサルファイドなどのベンゾフェノン系光開始剤、チオキサンソン、２−クロルチオキサンソン、２−メチルチオキサンソン、イソプロピルチオキサンソン、２，４，６−トリクロロ−ｓ−トリアジン、２−フェニル−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（ｐ−メトキシフェニル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（トリル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−ピペニル−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２，４−ビス（トリクロロメチル）−６−スチリル−ｓ−トリアジン、２−（４−メトキシ−ナフト−１−イル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２−（ナフト−１−イル）−４，６−ビス（トリクロロメチル）−ｓ−トリアジン、２，４−トリクロロメチル（ピペロニル）−６−トリアジン、２，４−トリクロロメチル（４’−メトキシスチリル）−６−トリアジンなどのトリアジン系光開始剤およびカルバゾール系光開始剤、イミダゾール系光開始剤の化合物が用いられる。

上記開始剤は、単独あるいは２種以上混合して用いるが、増感材としてα−アシロキシムエステル、アシルフォスフィンオキサイド、メチルフェニルグリオキシレート、ベンジル、９，１０−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアンスラキノン、４，４’−ジエチルイソフタロフェノン、３，３’、４，４’−テトラ（ｔ−ブチルパーオキシカルボニル）ベンゾフェノン、４，４’−ジエチルアミノベンゾフェノンなどの化合物も併用することが出来る。

溶剤としては、シクロヘキサノン、エチルセロソルブアセテート、ブチルセロソルブアセテート、１−メトキシ−２−プロピルアセテート、ジエチレングリコールジメチルエーテル、エチルベンゼン、エチレングリコールジエチルエーテル、キシレン、エチルセロソルブ、メチル−ｎ−アミルケトン、プロピレングリコールモノメチルエーテルトルエン、メチルエチルケトン、酢酸エチル、メタノール、エタノール、イソプロピルアルコール、ブタノール、イソブチルケトン、石油溶剤などが挙げられ、これらを単独にもしくは混合して用いる。

以上のように、本発明の一実施形態に係る液晶表示装置は、ＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する無機ＥＬ発光層を含むバックライトと、このバックライトとの組合せにより所定の色度を示す特定のカラーフィルタを組合せたものであって、高い色純度と充分な輝度の両者を満足する画像を表示することを可能とする。

本発明の一実施形態に係るEL素子の断面図である。本発明の一実施形態に係るEL素子の断面図である。青色発光無機ＥＬと黄色蛍光体とを組合わせたバックライトの発光スペクトルを示す特性図。

符号の説明

１０，１１・・・ガラス基板、１２・・・画素電極、１３・・・カラーフィルタ、１４・・・保護膜、１５・・・共通電極、１６・・・液晶層、１７，１９・・・偏光板、１８・・・バックライト、２１・・・透明基板、２２・・・蛍光体層、２３・・・透明電極、２４・・・無機ＥＬ発光層、２５・・・対向電極。

Claims

ＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する無機ＥＬ発光層を備えるバックライト、カラーフィルタ、及び液晶素子を具備する液晶ディスプレイであって、Ｃ光源における前記カラーフィルタの色度が、赤、緑、及び青の少なくとも１色について、赤についてはｘ＞０．６７、ｙ＜０．３３、緑についてはｙ＞０．７１、青についてはｘ＞０．１４、ｙ＜０．０８の条件を満たすことを特徴とする液晶ディスプレイ。
前記無機ＥＬ発光層が、薄膜形成法により形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
前記無機ＥＬ発光層が、ＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する粒子を形成し、それをバインダー樹脂及び溶剤に分散し、塗布することにより形成されてなることを特徴とする請求項１に記載の液晶ディスプレイ。
ＺｎＳ及びＧａＡｓを含有する無機ＥＬ発光層と黄色蛍光体層とを含む白色無機ＥＬ素子を光源とした場合の色度が、赤についてはｘ＞０．６７、ｙ＜０．３３、緑についてはｙ＞０．７１、青についてはｘ＞０．１４、ｙ＜０．０８の条件を満たすことを特徴とするカラーフィルタ。