JP2011166057A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】緑色光を効率的に透過させ、色再現性を高める液晶装置を提供すること。
【解決手段】バックライトから発せられた白色光を青色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、赤色のカラーフィルタの各々により透過させて所望のカラー画像を表示する液晶表示装置において、バックライトは、青色発光素子の発光光、及び、青色発光素子の発光光を励起光とする緑色蛍光体，赤色蛍光体の波長変換光の混色により白色を発光する。緑色蛍光体は硫化物系蛍光体からなり、緑色カラーフィルタは臭素化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を含有させている。
【選択図】図１

Description

本発明は、バックライトから発光光をカラーフィルタにより透過させ所望の表示を行う液晶表示装置に関するものである。

発光強度の強い青色光を発光可能な窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｉｎ_ＸＧａ_ＹＮ、０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｘ＋Ｙ≦１）を用いた発光ダイオードチップ（以下、ＬＥＤチップと略す。）が実用化されている。また、このＬＥＤチップを保護する封止材中に発光光と、これを励起光とする一種又は複数種の蛍光体によりＬＥＤチップの発光光より長波長の波長変換光との混色光させて、白色光を発光する発光ダイオード（以下、ＬＥＤと略す。）が液晶ディスプレイのバックライトに利用されている。

液晶ディスプレイでは、一画素毎に光の３原色である赤色、緑色、青色のカラーフィルタを配置し、バックライトから照射される白色光から必要なスペクトルの光を抽出する。従って、バックライト用の白色光には、カラーフィルタを透過する光の３原色の要素が効率よく取り出せるスペクトルが要求される（例えば、特許文献１、２参照。）。

特開２００４−３２７４９２号公報 特開２００９−２１２５０８号公報

特に、一般的に、赤色光と青色光との間の波長の光を透過させる緑色カラーフィルタは、赤色光、青色光カラーフィルタと比較して、透過光の半値幅が狭いことが求められ、これにより、液晶ディスプレイの色再現性が高まる。しかしながら、透過光の半値幅が低いため、緑色蛍光体にも半値幅が狭いことが求められる。

本発明は、このような従来技術の課題を鑑みてなされたものであって、緑色光を効率的に透過させ、色再現性を高める液晶装置を提供することを目的とする。

上記の課題は、バックライトから発せられた白色光を青色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、赤色のカラーフィルタの各々により透過させて所望のカラー画像を表示する液晶表示装置において、前記バックライトは、青色発光素子の発光光、及び、前記青色発光素子の発光光を励起光とする緑色蛍光体，赤色蛍光体の波長変換光の混色により前記白色光を発光し、前記緑色蛍光体は硫化物系蛍光体からなり、前記緑色カラーフィルタは臭素化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を含有させていることを特徴とする液晶表示装置により解決される。

本発明では、緑色の光源として、一般的に、硫化物蛍光体は波長変換光の半値幅が狭い硫化物系蛍光体の波長変換光を使用する。また、この波長変換光を透過する緑色カラーフィルタとして、透過光の半値幅の狭い臭素化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を含有させたフィルタ（Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン５８）を使用する。このような波長変換光とカラーフィルタを使用することにより、波長変換光を効率的に透過させることができる。また、透過光の半値幅が狭いため、色再現性の高い液晶表示装置を得ることができる。

図１は、本発明の第１の実施の形態に係る液晶表示装置の一画素分の光透過制御部１０の断面図を示している。 図２は、本発明の第１の実施の形態に係るバックライトを示す図であり、図２（ａ）は、バックライト全体を示す側面図であり、図２（ｂ）は、導光板に白色光を照射するＬＥＤランプの正面図であり、図２（ｃ）は、図２（ｂ）のＸ−Ｘ線での断面を示す断面図である。 図３は、本発明の第２の実施の形態に係るバックライトを示す図であり、図３（ａ）は、バックライト全体を示す側面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＹ部を拡大した拡大断面図である。 図４は、本発明の第３の実施の形態に係るバックライトを示す図であり、図４（ａ）は、バックライト全体を示す側面図であり、図４（ｂ）は、バックライトに使用されるＬＥＤランプを拡大した拡大断面図である。 図５は、本発明のＬＥＤランプの発光スペクトルを示すグラフである。

以下に、添付の図面に基づいて、本発明を実施するための最良の形態について説明する。

（第１の実施の形態）
図１は、本実施の第１の形態に係る液晶表示装置の一画素分の光透過制御部１０の断面図を示している。

本実施の形態の液晶表示装置は、バックライトを受光する側から、所定の方向性を持った白色光のみを透過させる第１の偏光板１１と、各赤色カラーフィルタＲ，緑色カラーフィルタＧ、及び、青色カラーフィルタＢの対応箇所毎に個別に設けられ透過光した白色光を遮光しない透明電極（図示せず。）を表面に有する第１のガラス基板１２、第１のガラス基板上に液晶分子の特定の方向に配向させる配向板（図示せず。）により挟み込まれた液晶層１３と、赤色カラーフィルタＲ，緑色カラーフィルタＧ、青色カラーフィルタＢ及びブラックマトリクスＢＭとこれらの上に共通して設けられた透明電極（図示せず。）を表面に有する第２ガラス基板上１４と、カラーフィルタを透過した赤色光、緑色光、青色光の偏光方向に平行に配置される第２の偏光板１５とを備えている。

そして、第１のガラス基板に形成された個別電極と第２のガラス基板間の間に独立して電圧を印加することにより、液晶層１３の白色光の透過率を成業することにより所望の色を表示するようになっている。

ブラックマトリクスＢＭは、赤色カラーフィルタＲ，緑色カラーフィルタＧ、青色カラーフィルタＢの隙間を埋めるように、金属クロムをスパッタリング蒸着させ、フォトリソグラフィ技術を使ったエッチングによってカラーフィルタに対応する部分が除去して形成する。金属クロムの他にもカーボンやチタン、ニッケルを使用し、低反射用に金属クロムに加えて酸化クロムの2層構造も使用することが好ましい。

カラーフィルタは、各色顔料をアクリル樹脂等のバインダに含有させることにより形成する。

本実施の形態では、緑色カラーフィルタＧの顔料として、臭素化亜鉛フタロシアニン緑色顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン５８）を用いる。
赤色カラーフィルタＲの顔料としては、アントラキノン系赤色顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１７７）、ペリレン系赤色顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド１５５、Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２２４）、ジケトピロロピロール系赤色顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントレッド２５４）等が挙げられる。
青色カラーフィルタＢの顔料としては、フタロシアニン系青色顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントブルー１５）、ジオキサジン系紫色顔料（Ｃ．Ｉ．ピグメントバイオレット２３）等が挙げられる。

次に、本実施の形態のバックライトについて、図２を参照して説明する。
本実施の形態のバックライトは、白色光の光源であるＬＥＤランプ２１と、ＬＥＤランプから照射された所定の方向に導く導光板２２と、導光板２２の裏面に設けられた白色シートやアルミ薄膜からなる反射膜２３と、導光板２２の表面に設けられた拡散板２４とを備えている。

ＬＥＤランプ２１から照射された白色光は、導光板２２に入射する。導光板２２の表面方向に向かう光は導光板２２の表面に直接入射し、導光板２２の裏面方向に向かう光は、反射膜２３により反射させて導光板２２の表面に入射する。そして、導光板２２の表面に設けられた拡散板により、白色光からなる均一な面状光源となる。

ＬＥＤランプ２１は、所謂サイドビュー型ＬＥＤランプであり、図２（ｂ）及び図２（ｃ）に示すように、青色光を発光する窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｉｎ_ＸＧａ_ＹＮ、０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｘ＋Ｙ≦１）からなるＬＥＤチップｂと、ＬＥＤチップｂを収納する凹部を有するケース２１ａと、ケース２１ａの凹部を充填してＬＥＤチップｂを保護する封止材２１ｃと、ＬＥＤチップｂと電気的に接続される外部接続端子２１ｂとを備えている。

封止材２１ｃは、エポキシ樹脂、シリコン樹脂等の透明樹脂材料や、ゾルゲルガラスや低融点ガラス等の透明無機材料からなる。この封止材２１ｃ中に、緑色蛍光体ｇ及び赤色蛍光体ｒが混合されている。

緑色蛍光体ｇは、波長変換光の半値幅の狭い硫化物系蛍光体を用いる。このような緑色蛍光体として、（Ｃａ，Ｓｒ）Ｇａ_２Ｓ_４：Ｅｕ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ，Ａｌ、（Ｚｎ，Ｃｄ）Ｓ：Ｃｕ、等が挙げられる。赤色蛍光体としては、特に限定はされないが、温度特性が良好な窒化物系蛍光体が望ましい。このような蛍光体として、（Ｍｇ，Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）ＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕ、（Ｃａ，Ｓｒ，Ｂａ）_ｘＳｉ_ｙＮ_{(２／3ｘ＋４／３ｙ)}：Ｅｕ、等が挙げられる。

一例として、図５に、青色ＬＥＤチップ、緑色蛍光体及び赤色蛍光体を用いたＬＥＤランプの発光スペクトルを比較した。ここでは、発光スペクトルにおいて、発光強度ピークの最も強い青色領域（４５０ｎｍ付近）を１とした相対強度を示している。２つの発光スペクトルの内、太線は緑色蛍光体として硫化物系蛍光体である（Ｃａ，Ｓｒ）Ｇａ_２Ｓ_４：Ｅｕを用いたＬＥＤランプの発光スペクトルであり、細線は緑色蛍光体として他種蛍光体である（Ｂａ，Ｓｒ）_２ＳｉＯ_４：Ｅｕを用いたＬＥＤランプの発光スペクトルである。尚、赤色蛍光体として双方のＬＥＤランプとしてＣａＡｌＳｉＮ_３：Ｅｕを用いた。これらの発光スペクトルの比較から、硫化物系の波長変換光は半値幅が狭いことがわかる。

そして、外部接続端子２１ｂを介してＬＥＤチップｂに電流を流すことにより、緑色蛍光体ｇ及び赤色蛍光体ｒが励起されて、青色光の一部が各々緑色光及び赤色光からなる波長変換光に変換され、これらの混合光により白色光が生成される。ＬＥＤランプの凹部は生成された白色光が導光板２２に照射される配光となるような形状に形成されている。

このような構成を有する本実施の形態の液晶ディスプレイでは、緑色の光源として、一般的に、半値幅が狭い硫化物系蛍光体の波長変換光を使用し、この波長変換光を透過する緑色カラーフィルタとして、透過光の半値幅の狭い臭素化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を含有させたフィルタ（Ｃ．Ｉ．ピグメントグリーン５８）を使用する。そのため、緑色光を効率的に透過させることができる。また、透過光の半値幅が狭いため、色再現性の高い液晶表示装置を得ることができる。

（第２の実施の形態）
図３は、本発明の第２の実施の形態に係るバックライトを示す図であり、図３（ａ）は、バックライト全体を示す側面図であり、図３（ｂ）は、図３（ａ）に示すＹ部を拡大した拡大断面図である。

本実施の形態のバックライトは、第１の実施の形態では、所謂エッジライト式のバックライトであったのに対し、本実施の形態では、所謂直下型のバックライトである点が異なる。

本実施のバックライト３０は、複数の青色ＬＥＤチップｂを規則的に搭載した配線基板３１と、各青色ＬＥＤチップｂを半球状に封止した封止材３３と、配線基板３１に対向して設けられた拡散板３２とを備えている。

配線基板３１は、フレキシブル基板、ガラエポ基板、又は、セラミック基板からなり、母材３１ａの表層に配線３１ｂが形成されている。そして、配線３１ｂは、ＬＥＤチップｂとワイヤ３４を介して電気的に接続されている。配線基板は、白色光の反射率を高めるために、母材３１ａの素地が白いか、母材３１ａの表面に１３に白色レジストを設けたものが好ましい。

ＬＥＤチップｂから出射された青色光は、封止材３３に均一に混入された第１の実施の形態と同様の緑色蛍光体ｇ及び赤色蛍光体ｒを励起し、青色光の一部が各々緑色光及び赤色光からなる波長変換光に変換され、これらの混合光により白色光が生成される。そして、封止材３３から出射された光は、配線基板３１と対向する拡散板に入射して拡散され、均一な面状光源となる。

このような構成を有する本実施の形態の液晶ディスプレイにおいても、第１の実施の形態と同様に、緑色光を効率的に透過させることができる。また、透過光の半値幅が狭いため、色再現性の高い液晶表示装置を得ることができる。

（第３の実施の形態）
図４は、本発明の第３の実施の形態に係るバックライトを示す図であり、図４（ａ）は、バックライト全体を示す側面図であり、図４（ｂ）は、バックライトに使用されるＬＥＤランプを拡大した拡大断面図である。

本実施の形態のバックライトは、第２の実施の形態と同様に、直下型のバックライトである。相違点は、第２の実施の形態では、ＬＥＤチップｂを直接的に配線基板３１に搭載したのに対し、本実施の形態では、ＬＥＤチップｂをＬＥＤランプ４３に組み込んで、配線基板に搭載した点にある。

ＬＥＤランプ４３は、所謂トップビュー型ＬＥＤランプであり、図４（ｂ）に示すように、青色光を発光する窒化ガリウム系化合物半導体（Ａｌ_{１−Ｘ−Ｙ}Ｉｎ_ＸＧａ_ＹＮ、０≦Ｘ≦１，０≦Ｙ≦１，０≦Ｘ＋Ｙ≦１）からなるＬＥＤチップｂと、ＬＥＤチップｂを収納する凹部を有するケース４３ａと、ケース４３ａの凹部を充填してＬＥＤチップｂを保護する封止材４３ｃと、ＬＥＤチップｂと電気的に接続される外部接続端子４３ｂとを備えている。封止材４３ｃ及びこれに混入させる緑色蛍光体ｇ及び赤色蛍光体ｒは、第１の実施の形態と同様の材料中である。

このような構成を有する本実施の形態の液晶ディスプレイにおいても、第１,２の実施の形態と同様に、緑色光を効率的に透過させることができる。また、透過光の半値幅が狭いため、色再現性の高い液晶表示装置を得ることができる。

（その他の実施の形態）
本発明の液晶ディスプレイは、第１及び第２の実施の形態に限定されるものではない。
第１及び第２の実施の形態では、封止材２１ｃ，３３，４３ｃに蛍光体ｇ，ｒを含有させたが、拡散板２４，３２の裏面に蛍光体層を設けてもよい。
また、青色発光素子として、ＬＥＤチップｂを採用したが、発光サイリスタ等、その他青色を発光する発光素子に置換してもよい。
更に、光源が青色光、緑色光、赤色光を含み、緑色光の光源が硫化物系蛍光体であって、透過させる緑色カラーフィルタが臭素化亜鉛フタロシアニン緑色顔料であれば、バックライトの形態は問わない。

本発明の液晶ディスプレイは、色再現性の高い液晶表示装置を得ることができるため、美術品等の表示等に好適である。

１０ 光透過制御部
１１ 第１の偏光板
１２ 第１のガラス基板
１３ 液晶層
１４ 第２のガラス基板
１５ 第２の偏光板
２０，３０ バックライト
２１ ＬＥＤランプ
２１ａ，４３ａ ケース
２１ｂ，４３ｂ 外部接続端子
２１ｃ，３３，４３ｃ 封止材
２２ 導光板
２３ 反射膜
２４，３２ 拡散板
２５ 配線基板
３１ａ 母材
３１ｂ 配線
Ｒ 赤色カラーフィルタ
Ｇ 緑色カラーフィルタ
Ｂ 青色カラーフィルタ
ＢＭ ブラックマトリクス
ｒ 赤色蛍光体
ｇ 緑色蛍光体
ｂ 青色ＬＥＤチップ

Claims (3)

1. バックライトから発せられた白色光を青色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、赤色カラーフィルタの各々により透過させて所望のカラー画像を表示する液晶表示装置において、
   前記バックライトは、青色発光素子の発光光、及び、前記青色発光素子の発光光を励起光とする緑色蛍光体，赤色蛍光体の波長変換光の混色により前記白色光を発光し、
   前記緑色蛍光体は硫化物系蛍光体からなり、前記緑色カラーフィルタは臭素化亜鉛フタロシアニン緑色顔料を含有させている
   ことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記青色発光素子は窒化ガリウム系化合物半導体からなる発光ダイオードチップであることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記赤色蛍光体は窒化物系蛍光体であることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。