JP4041814B2 - カラーフィルタ及びそれを備えた液晶表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、カラーフィルタ及びそれを備えた液晶表示装置に関する。
カラー表示可能な液晶表示装置には、表示側の基板に、赤、緑及び青のそれぞれの着色層が規則的に多数配列したカラーフィルタが設けられている。そして、カラーフィルタの製造方法としては、耐熱性、耐光性及びコストに優れる顔料分散法が主流となっている。ところが、顔料分散法では、染料を使った染色法に比べて顔料粒子の消偏性が悪いという問題がある。
例えば、特許文献1には、顔料分散法で製造したカラーフィルタでは、顔料粒子や表面形状による光の散乱の影響により染色法で製造したものに比べて消偏性が悪いこと、また、その光の散乱のために透過光量が低下して同一色度での明るさが十分に得られないこと、さらに、光の散乱の程度によっては赤青緑の1色でも透過率が低下するとその合成色の色度がずれること、が記載されている。そして、これに対し、感光性樹脂組成物からなるインク受容層をパターン露光して非着色部を形成し、未露光部にインクジェットヘッドにより着色インクを付与し、その未露光部を着色した後、着色部表面に送風するか、或いは、真空乾燥を施した後、インク受容層全体を硬化させる技術が開示されている。
また、特許文献2には、レッド、グリーンに添加するイエローに着目し、分散剤にベンズイミダゾロン系誘導体を用いることにより着色組成物中の顔料粒径を細かくし、レッド、グリーンの着色組成物にイエローを添加したカラーレジストを用いることによってカラーフィルタのコントラスト比を向上させ、階調表示の低下を改善することが開示されている。しかしながら、同文献には、具体的な階調表示データが開示されておらず、黒表示の色度についても記載がない。
特許文献3には、少なくとも顔料と、ポリマーと、溶剤とから構成されるカラーフィルター用着色組成物において、顔料成分中の黄顔料の含有量が30重量%以上であり、かつ、黄顔料の比表面積が70m2/g以上であるものが開示されている。そして、これによれば、黄顔料の比表面積を最適化することによりコントラスト比の高い着色膜が形成され、表示品位の高いカラーフィルターを得ることができる、と記載されている。
特許文献4には、互いに対向する一対の基板と、それらの間に封入された液晶とを備えた液晶表示装置であって、一方の基板に、赤、緑および青の各色の色パターンを含むカラーフィルタが形成されており、各色パターンのうち、コントラスト比が最大となる色パターンのコントラスト比をCR1、コントラスト比が最小となる色パターンのコントラスト比をCR2としたとき、CR1/CR2≦1.6なる関係が成立するよう調整し、且つ、パネルのコントラスト比を400以上とすることにより色再現性を改善することが開示されている。
特開平11−6911号公報 特開平08−171014号公報 特開2001−188120号公報 特開2001−194658号公報
ところで、近年、液晶表示装置の高コントラスト化及び高輝度化が進み、それに伴って黒表示時に漏れ光による発色として例えばマゼンタが観察され、かかるマゼンタの発色が非常に目立つという問題が生じている。このような問題は、コントラスト比が高く且つバックライト輝度が高い液晶表示装置、例えば液晶テレビ等で特に顕著である。
なお、上記特許文献2では、赤及び緑の着色層のことのみを述べているのみであり、青の着色層について限定が無く、そのため良好な黒表示を得ることは困難である。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、黒表示時において、漏れ光による目立った発色を防止しうるカラーフィルタ及びそれを備えた液晶表示装置を提供することにある。
本発明者らは、鋭意研究の結果、黒表示時の色付きの原因が、カラーフィルタの着色層を構成する各色毎の消偏性の違いに起因するものであることをつきとめた。例えば、赤、緑及び青の3色の着色層を有するカラーフィルタを用いた液晶表示装置において、黒表示時にマゼンタが観察されるのは、緑の消偏性が他色に比べて優れている、つまり、表1に示すように、緑のみコントラスト比が高いため、黒表示時に赤や青の漏れ光よりも緑の漏れ光が少なくなり、補色としてマゼンタが観察されるためである。
Figure 0004041814
本発明は、単にカラーフィルタの消偏性を改善してコントラスト比を向上させるもの、或いは、カラーフィルタの散乱による透過率低下を改善するものとは異なり、カラーフィルタを構成する複数の色の着色層において、黒表示時の各単色の光量比が実質上一定範囲内となるように調整することで、黒表示時の色付きを改善するようにしたものである。
具体的には、本発明のカラーフィルタは、複数の色の着色層が規則的に多数配列したものであって、
フィルタ単体に光が照射されて白表示したときのCIE1931色度図における色度を(xWH,yWH)とし、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときのCIE1931色度図における色度を(xB,yB)としたとき、
Figure 0004041814
である。
上記のように調整されたカラーフィルタでは、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されたときの色度が、白に近い色度乃至青味の暗い色度であって目立った色付きを起こさない。液晶表示装置の色表示はカラーフィルタによるものが支配的であることから、これを液晶表示装置に用いれば、結果として、黒表示時に白に近い色度乃至青味の暗い色度となり、目立った発色を防止することができる。
ここで、CIE1931色度図とは、CIE(Commission Internationale d'Eclairage:国際照明委員会)で1931年に採択された等色関数によるCIE表色系に基づいた色度図である。
また、クロスニコル状態に配置された一対の偏光板は、偏光度が99.98%以上のものであることにより、カラーフィルタ自体の漏れ光の評価にその影響を及ぼさない。一方、偏光度が小さい偏光板であると、カラーフィルタ自体の漏れ光の評価に偏光板による影響が及び、実際の漏れ光よりも漏れ光量が大きくなり、正確な評価が困難となる。
一般的に、液晶表示装置では、白表示が黒体輻射軌跡上にくるように設計されており、その多くが色温度5500Kから20000Kまでの範囲である。図1はCIE1931色度図上に黒体輻射軌跡を示したものであり、図2はその色温度5500Kから20000Kに対応する部分の拡大図である。これらの図に示すように、CIE1931色度図では、その色温度5500Kから20000Kまでの範囲が(0.332,0.342)と(0.256,0.258)とを結ぶ傾きがほぼ1に近い直線に相当する。黒体輻射軌跡付近の色度座標領域では、特別な着色は感じられず、例えば、色温度5500Kであれば黄色っぽい白が観察され、色温度20000Kであれば青っぽい白が観察される。そして、CIE1931色度図の黒体輻射軌跡から離れるに従い特別な色付きが感じられるようになり、その色付き傾向は、黒体輻射軌跡から上側で緑色、下側でマゼンタである。これらのことから、液晶表示装置では、白表示から黒表示への切替時に、CIE1931色度図において、黒体輻射軌跡に沿った方向でシフトしている方が目立った発色を起こしにくい。
本発明のカラーフィルタは、
Figure 0004041814
であれば、黒表示時にほとんどニュートラルな黒が視認される。そして、より好ましくは、
Figure 0004041814
であるのがよい。
さらに、本発明のカラーフィルタは、
Figure 0004041814
であるのがより好ましい。
このような条件を満たすカラーフィルタは、白表示から黒表示までの色度差が小さく、しかも、その変化の軌跡が黒体輻射軌跡により近いために黒表示が完全な無彩色として認識される。
本発明のカラーフィルタは、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をYWHとし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をYBとしたとき、
Figure 0004041814
であることが好ましい。
上記の構成によれば、カラーフィルタによる黒輝度上昇を実用充分なレベルに抑えることができる。図3は、カラーフィルタが無く、コントラスト比の異なる6種の液晶表示モジュールのそれぞれにYWH/YBの異なる6種のカラーフィルタのそれぞれを取り付けたときのコントラスト比を示すが、これからも分かるように、カラーフィルタの無い状態でのコントラスト比が1000以上の液晶表示装置に対し、このYWH/YB≧4000のカラーフィルタを用いれば、一般に液晶テレビ等の高コントラスト比を有する液晶表示装置に要求されるコントラスト比600以上を容易に達成することができる。
より好ましくは、YWH/YB≧4400のカラーフィルタを、カラーフィルタが無い状態でのコントラスト比が1200以上である液晶表示装置と組み合わせることでコントラスト比700程度のカラー液晶表示装置を得ることができる。
本発明のカラーフィルタは、典型的には、上記複数の色が赤、緑及び青の3色のものである。
本発明の他のカラーフィルタは、n色の着色層が規則的に多数配列したものであって、
フィルタ単体に光が照射されたときの上記n色のそれぞれの着色層の輝度をYi(i=1〜n)とすると共に、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときの該n色のそれぞれの着色層の輝度をYi’(i=1〜n)とし、Yi/Yi’の最大値をYmax/Ymax’及び最小値をYmin/Ymin’としたとき、
Figure 0004041814
であり、且つ、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をYWHとし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をYBとしたとき、
Figure 0004041814
である。
このような構成のカラーフィルタによれば、n色の着色層間で、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されたときの輝度に対するフィルタ単体での輝度の比に大きな差がないので、それによって黒表示時における漏れ光によりいずれかの色の着色層が目立って発色するのを防止することができる。
また、カラーフィルタによる黒輝度上昇を実用充分なレベルに抑えることができると共に、図3に示すように、カラーフィルタの無い状態でのコントラスト比が1000以上の液晶表示装置に対して用いれば、一般に液晶テレビ等の高コントラスト比を有する液晶表示装置に要求されるコントラスト比600以上を容易に達成することができる。
より好ましくは、YWH/YB≧4400のカラーフィルタを、カラーフィルタが無い状態でのコントラスト比が1200以上である液晶表示装置と組み合わせることでコントラスト比700程度のカラー液晶表示装置を得ることができる。
本発明の他のカラーフィルタにおいて、上記n色が赤、緑及び青の3色であるとすると、フィルタ単体に光が照射されたときの赤、緑及び青のそれぞれの着色層の透過率をTR、TG及びTBとし、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときの赤、緑及び青のそれぞれの着色層の透過率をTR’、TG’及びTB’としたとき、
Figure 0004041814
であり、且つ、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をYWHとし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をYBとしたとき、
Figure 0004041814
である。
上記の構成によれば、赤、緑及び青のそれぞれの着色層間で、クロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されたときの透過率に対するフィルタ単体での透過率の比に大きな差がないので、それによって黒表示時における漏れ光によりいずれかの色の着色層が目立って発色するのを防止することができる。
ここで、透過率TR、TG、TB、TR’、TG’及びTB’のそれぞれは、測定光源の輝度をY0、その測定光源の上にフィルタ単体を置いて測定された赤、緑及び青のそれぞれの着色層の輝度をYR、YG及びYB、並びに、測定光源の上に各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されたカラーフィルタを置いて測定された赤、緑及び青のそれぞれの着色層の輝度をYR’、YG’、及びYB’としたときに、
R、=YR/Y0、TG、=YG/Y0、及び、TB、=YB/Y0
並びに、TR’=YR’/Y0、TG’=YG’/Y0、及び、TB’=YB’/Y0
と定義される。
そして、第1基板と、該第1基板に対向するように設けられた第2基板と、該第1及び第2基板の間に設けられた液晶層と、を有する液晶セルと、
上記液晶セルを狭持するように設けられクロスニコル状態に配置された一対の偏光板と、を備えた液晶表示装置において、
上記第1基板に本発明のカラーフィルタ、他のカラーフィルタを設けることにより、本発明の液晶表示装置を構成することができる。
本発明の液晶表示装置は、上記液晶セルの液晶層が垂直配向型のものであるとき、或いは、表示面に対する法線方向における黒表示時の透過率に対する白表示時の透過率の比であるコントラスト比が400以上、さらには600以上のものであるときに漏れ光による発色が著しく、従って、上記カラーフィルタによる作用効果が顕著となる。
なお、カラーフィルタにおいて輝度を確保するために着色層に代わって無色透明の樹脂層(ホワイト)が設けられている場合があり、また、一般にカラーフィルタにはブラックマトリクスが設けられる。本発明のカラーフィルタ及び本発明の他のカラーフィルタは、そのような樹脂層やブラックマトリクスが設けられているものであってもよい。但し、そのような樹脂層やブラックマトリクスは、本発明のカラーフィルタ及び本発明の他のカラーフィルタにおける着色層には含まれない。
以上の通り、本発明によれば、黒表示時における漏れ光による目立った発色を防止することができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。
図4は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置10を示す。
この液晶表示装置10は、TFT基板11と、TFT基板11に対向するように設けられたカラーフィルタ基板(以下「CF基板」という。)12と、それらの両基板に狭持するように設けられた液晶層21と、からなる液晶セルCを備え、その液晶セルCの両側に偏光板13,14が設けられ、さらに、液晶セルCのTFT基板11側後方にバックライト15が設けられた構成のものである。
TFT基板11は、透明基板16上に走査線及び信号線が格子を形成するように設けられ(図示せず)、それらの各交差部にスイッチング素子としてのTFT(薄膜トランジスタ)を介してITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium Zinc Oxide)等の透明電極からなる画素電極17が設けられた構成のものであり、透明基板16が外側となるように配置されている。画素電極17は、全体としてマトリクスを構成するように配設されており、各々が1つの画素を規定する。なお、TFT基板11の液晶層21との接触面には配向膜が設けられていてもよい。透明基板16としては、耐熱性、長寸法安定性の観点からガラス基板を用いるのが好適である。
CF基板12は、透明基板18上にカラーフィルタ19が層を形成するように設けられ、さらにその上にITOやIZO等の透明電極からなる対向電極20が層を形成するように設けられた構成のものであり、透明基板18が外側となるように配置されている。カラーフィルタ19は、n色(例えば、赤(R)、緑(G)及び青(B)の3色)の着色層が規則的に多数配列しており、各着色層が1つの画素に対応している。なお、CF基板12の液晶層21との接触面には配向膜が設けられていてもよい。透明基板18としては、耐熱性、長寸法安定性の観点からガラス基板を用いるのが好適である。カラーフィルタ19には、輝度を確保するために着色層に代わって無色透明の樹脂層(ホワイト)が設けられていても、また、ブラックマトリクスが設けられていてもよいが、それらは着色層には含まれない。
液晶層21は、例えば、ネマチック液晶からなり、垂直配向型のものである。
偏光板13,14は、例えば、ヨウ素や染料をポリビニルアルコール等の透明フィルムに混ぜたものを一方向に延伸したものからなる。液晶セルCの両側の一対の偏光板13,14は、クロスニコル状態に、つまり、偏光軸が直交するように配置されている。偏光板13,14には、偏光度が99%以上のものが好適に用いられる。
バックライト15は、例えば、蛍光ランプ、導光板、反射板及び拡散板で構成されており、これらによって蛍光ランプからの発光を面発光とし、液晶セルCの全面に対して均一な光を供給する。
この液晶表示装置10は、画素電極17で規定される各画素において、画素電極17と対向電極20との間に所定の電圧を印加して液晶層21の液晶分子の配向状態を変調させ、それによってバックライト15からの光の透過度を調節し、全体として画像の表示を行うものである。つまり、液晶セルCはライトバルブとして機能する。また、カラー表示は、相互に隣接する一組のn色(例えば、赤(R)、緑(G)及び青(B)の3色)の発光の組み合わせによって行う。さらに、液晶セルCの液晶層21が垂直配向型のものであることから、表示面に対する法線方向における黒表示時の透過率に対する白表示時の透過率の比であるコントラスト比が400以上(条件によっては600以上乃至700以上)の高コントラスト表示を行う。
次に、上記液晶表示装置10のカラーフィルタ19について詳細に説明する。
図5は、赤(R)、緑(G)及び青(B)の3色の着色層が規則的に多数配列した例のカラーフィルタ19を示す。
このカラーフィルタ19は、詳細には、ガラス基板18上に各画素に対応した開口が形成されたブラックマトリクス22が設けられ、また、そのブラックマトリクス22の各開口に赤(R)、緑(G)又は青(B)の着色層23R,23G,23Bが設けられた構成のものである。赤(R)、緑(G)及び青(B)の着色層23R,23G,23Bの配列は、例えば、ストライプ配列であっても、また、モザイク配列等、特に限定されない。
各着色層23R,23G,23Bは、例えばノボラック樹脂やフェノール樹脂にフタロシアニン系顔料を分散させたもので形成されている。
第1の構成では、このカラーフィルタ19は、図6(a)に示すように、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときのCIE1931色度図における色度を(xWH,yWH)とし、図6(b)に示すように、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときのCIE1931色度図における色度を(xB,yB)としたとき、
Figure 0004041814
である。つまり、図7にCIE1931色度図で示すように、(xB,yB)が点線で囲んだ範囲、すなわち、(xWH,yWH)周辺乃至(xWH,yWH)から左下方向にあることとなる。CIE1931色度図において(xB,yB)が上記範囲にあるということは、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態の一対の偏光板で狭持されたときの色度が白に近い色度乃至青味の暗い色度であるということである。従って、液晶表示装置10において、黒表示時には漏れ光による発色がその色となるので、黒表示時における漏れ光による目立った発色を防止することができる。
また、カラーフィルタ19は、
Figure 0004041814
であれば、黒表示時にほとんどニュートラルな黒が視認される。そして、より好ましくは、
Figure 0004041814
であるのがよい。
さらに、カラーフィルタ19は、
Figure 0004041814
であるのがより好ましく、この場合には、白表示から黒表示までの色度差が小さく、しかも、その変化の軌跡がCIE1931色度図における黒体輻射軌跡により近いために黒表示が完全な無彩色として認識される。
また、カラーフィルタ19は、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をYWHとし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をYBとしたとき、
Figure 0004041814
であることが好ましい。この場合には、フィルタ単体でのコントラスト比が極めて高いので、カラーフィルタ19による黒輝度上昇を実用充分なレベルに抑えることができると共に、液晶表示装置10のカラーフィルタ19の無い状態でのコントラスト比が1000以上であれば、一般に液晶テレビ等の高コントラスト比を有する液晶表示装置に要求されるコントラスト比600以上を容易に達成することができる。
また、
Figure 0004041814
であることがより好ましく、この場合、液晶表示装置10のカラーフィルタ19が無い状態でのコントラスト比が1200以上であれば、コントラスト比700程度のカラー液晶表示装置10を得ることができる。
第2の構成では、このカラーフィルタ19は、フィルタ単体に光が照射されたときの各着色層23R,23G,23Bの輝度をYR,YG,YBとすると共に、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときの各着色層23R,23G,23Bの輝度をYR’,YG’,YB’とし、それらのうちの最大値をYmax/Ymax’及び最小値をYmin/Ymin’としたとき、
Figure 0004041814
であり、且つ、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をYWHとし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をYBとしたとき、
Figure 0004041814
である。
そして、これは、フィルタ単体に光が照射されたときの赤、緑及び青のそれぞれの着色層の透過率をTR、TG及びTBとし、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときの赤、緑及び青のそれぞれの着色層の透過率をTR’、TG’及びTB’としたとき、
Figure 0004041814
であり、且つ、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をYWHとし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をYBとしたとき、
Figure 0004041814
であるのと同じである。
ここで、透過率TR、TG、TB、TR’、TG’及びTB’のそれぞれは、測定光源の輝度をY0、その測定光源の上にフィルタ単体を置いて測定された赤、緑及び青のそれぞれの着色層の輝度をYR、YG及びYB、並びに、測定光源の上に各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されたカラーフィルタを置いて測定された赤、緑及び青のそれぞれの着色層の輝度をYR’、YG’、及びYB’としたときに、
R、=YR/Y0、TG、=YG/Y0、及び、TB、=YB/Y0
並びに、TR’=YR’/Y0、TG’=YG’/Y0、及び、TB’=YB’/Y0
と定義される。
この場合には、赤(R)、緑(G)及び青(B)のそれぞれの着色層23R,23G,23B間で、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されたときの輝度に対するフィルタ単体での輝度の比に大きな差がないので、それによって黒表示時における漏れ光によりいずれかの色の着色層23R,23G,23Bが目立って発色するのを防止することができる。
また、フィルタ単体でのコントラスト比が極めて高いので、カラーフィルタ19による黒輝度上昇を実用充分なレベルに抑えることができると共に、液晶表示装置10のカラーフィルタ19の無い状態でのコントラスト比が1000以上であれば、一般に液晶テレビ等の高コントラスト比を有する液晶表示装置に要求されるコントラスト比600以上を容易に達成することができる。
また、
Figure 0004041814
であることがより好ましく、この場合、液晶表示装置10のカラーフィルタ19が無い状態でのコントラスト比が1200以上であれば、コントラスト比700程度のカラー液晶表示装置10を得ることができる。
以上のような第1及び第2の各構成のカラーフィルタ19は、スピンコート法、スリットコート法、或いは、ドライフィルム法等の公知の方法により製造することができ、また、上記のような特性は、赤(R)、緑(G)及び青(B)のそれぞれの着色層23R,23G,23Bを構成する着色材の選定及び組み合わせにより実現することができる。
そして、黒表示時における漏れ光による発色の問題は、高コントラスト表示の場合に特に顕著となるが、上記液晶表示装置10では、液晶セルCの液晶層21が垂直配向型のものであり、コントラスト比400以上(条件によっては600以上乃至700以上)の高コントラスト表示を行うので、上記のようなカラーフィルタ19を用いることにより黒表示時に目立った発色を防止するという作用効果が特に顕著に営まれることとなる。
なお、上記実施形態では、第1及び2構成のカラーフィルタ19ともに、赤(R)、緑(G)及び青(B)の3色構成のものとしたが、特にこれに限定されるものではなく、特開2002−286927号公報に開示されているように、自然な中間色を発色させるために赤(R)、緑(G)、青(B)、黄(Y)、シアン(C)及びマゼンタ(M)の6色構成としたものであってもよい。つまり、カラーフィルタ19は、より一般化するとn色構成のものであってもよい。
このとき、第1の構成では、3色構成の場合と同様に、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときのCIE1931色度図における色度を(xWH,yWH)とし、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときのCIE1931色度図における色度を(xB,yB)としたとき、
Figure 0004041814
である。
第2の構成では、フィルタ単体に光が照射されたときの上記n色のそれぞれの着色層の輝度をYi(i=1〜n)とすると共に、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときの該n色のそれぞれの着色層の輝度をYi’(i=1〜n)とし、Yi/Yi’の最大値をYmax/Ymax’及び最小値をYmin/Ymin’としたとき、
Figure 0004041814
であり、且つ、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をYWHとし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をYBとしたとき、
Figure 0004041814
である。
また、上記実施形態では、アクティブマトリクス方式の液晶表示装置10としたが、特にこれに限定されるものではなく、カラーフィルタが設けられる液晶表示装置であれば、単純マトリクス方式のものであってもよい。
また、上記実施形態では、垂直配向型の液晶層21としたが、特にこれに限定されるものではなく、水平配向型のものであってもよい。
[試験評価1]
(着色レジストの評価)
垂直配向型の液晶層を備えた液晶表示装置に用いるカラーフィルタは、その特性として高色純度で且つ高透過率であることが求められる。まず、これらを満足する着色顔料レジストとして、赤(R)、緑(G)及び青(B)の3色のそれぞれについて表2に示すものを選定した。
Figure 0004041814
選定した3種の赤(R)レジストはそれぞれR1、R2及びR3であり、3種の緑(G)レジストはそれぞれG1、G2及びG3であり、3種の青(B)レジストはそれぞれB1、B2及びB3であった。
R1、G1及びB1の組み合わせは市販されており、黒表示時のマゼンタの色付きが顕著なものである。
R2とR3とは、R1よりも消偏性改善及び色純度アップを図るために顔料種を変更したものである。特に、R3は、微細化顔料が用いられて消偏性改善が図られている。
一般に、緑(G)の顔料は フタロシアニングリーンの顔料とイエローの顔料とを組み合わせたものが用いられるが、フタロシアニングリーン及びイエローのそれぞれの顔料の粒径とそれらの組合せ量とにより、消偏性及び色度がそれぞれ調整される。
例えば、G2は、G1をベースとしてイエローの顔料比を下げてCIE1931色度図におけるxを下げつつ色濃度を上げたものである。イエローは消偏性が良好であるため、結果として、G2では、消偏性が悪く、G1に比べてコントラスト比Y/Y’が低い。
G3は、赤(R)や青(B)と同等のコントラスト比となるように、グリーン及びイエローと共に、意図的に消偏性を大きくする粒径の大きい顔料のレジストである。
一般に、青(B)の顔料は フタロシアニンブルーの顔料とバイオレットの顔料を組み合わせたものが用いられるが、バイオレットは消偏性が悪いので、その含有量が多くなるに従ってコントラスト比が低くなる。B1、B2、B3は、このの順にバイオレットの顔料の含有量が多い。
B2は、B1よりもバイオレットの顔料の含有量が多いために消偏性が劣る。
B3は、消偏性が悪化するのを防ぐため、フタロシアニンブルーの顔料及びバイオレットの顔料のいずれにも微細化顔料を使用し、それによってB2同等のコントラスト比を維持している。
なお、上記のレジストは全てスピンコート用のネガ型顔料分散レジストである。
(試験評価用単色基板の作製)
R1〜R3、G1〜G3及びB1〜B3の9種のネガ型顔料分散レジストのそれぞれについて以下の様にして試験評価用単色基板を作製した。
まず、透明なガラス基板上に評価用レジストをスピンコーターで塗布した後、減圧乾燥を行った。その後、レジスト全面表面全体に紫外線照射を行って硬化させてから現像を行った。そして、焼成を行ってレジストをさらに完全に硬化させたものを試験評価用単色基板とした。
このとき、スピンコートの条件は、焼成後の色純度が所望の値になるように調整を行った。また、ガラス基板として、ガラス自体の着色の影響と表面状態差による散乱の影響を排除するため、一般に液晶表示装置に用いるガラス基板と同等のものを用いた。減圧乾燥、紫外線照射及び現像のそれぞれの条件は、液晶表示装置のカラーフィルタを作製するときと同一とした。それらの条件がカラーフィルタ作製時のものと異なった場合、結果として評価用着色層の表面の凹凸がカラーフィルタのものと異なり、正確な測定値が得られない場合があるからである。なお、試験評価用単色基板の作成条件を表3に示す。
Figure 0004041814
(試験評価方法)
図8〜10に基づいて試験評価方法を説明する。
各試験評価用単色基板について、図8に示すように、試験評価用単色基板32をバックライトユニット31上に並行になるように置き、その上にさらに周辺の漏れ光を防止する為の遮光物33を置き、それらの上方に分光放射計34(TOPCON社製 SR−3)を固定し、バックライトユニット31を発光させて分光放射計34で輝度YWHと色度(xWH,yWH)とを測定した。バックライトユニット31は、液晶表示装置に用いる光源に近いものを使用した。具体的には、3波長管の蛍光灯で輝度Yが5087で、CIE1931色度図における色度が(x,y)=(0.300,0.270)のものであった。なお、色度を測定したのは、所望の色濃度を満足していることの確認のためである。
次に、各試験評価用単色基板について、図9に示すように、試験評価用単色基板32に裏面用偏光板35及び表面用偏光板36をクロスニコル状態に貼り付け、それをバックライトユニット31上に並行になるように置き、その上にさらに周辺の漏れ光を防止する為の遮光物33を置き、それらの上方に分光光度計34(TOPCON社製 SR−3)を固定し、バックライトユニット31を発光させて分光放射計34で輝度Y’を測定した。
このとき、図10に示すように、試験評価用単色基板32に対し、クロスニコル状態となるように、裏側用偏光板35をレジスト着色面側に、表側用偏光板36をガラス面側にそれぞれ直接貼り付けた。裏側用偏光板35及び表側用偏光板36として、表4に示す特性を有する偏光度99.98%の垂直配向液晶用の偏光板(日東電工社製)を用いた。
Figure 0004041814
(試験評価結果)
R1〜R3、G1〜G3及びB1〜B3の9種のネガ型顔料分散レジストのそれぞれの輝度Y、色度(x,y)及び輝度Y’を表2に示す。
R1〜R3より赤、G1〜G3より緑、及び、B1〜B3から青をそれぞれ選定して組み合わせて構成した例1(R1,G1,B1)、例2(R2,G2,B2)、例3(R2,G3,B3)及び例4(R3,G3,B3)の4種のカラーフィルタについて、
Figure 0004041814
の条件を満たすか否かについての判定を行った。その判定結果を表5に示す。
Figure 0004041814
表5より、例2、3及び4のいずれも上記条件を満たしているのが分かるが、各色のY/Y’の差が小さいことから例2よりも例3及び4が優れるといえる。
次に、例1〜4のカラーフィルタについて、フィルタ単体に光を照射して白表示させたときの輝度YWH及びCIE1931色度図における色度(xWH,yWH)、並びに、各々の偏光度が99.98%であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときの輝度YB及びCIE1931色度図における色度(xB,yB)を測定した。そして、それらについて、
Figure 0004041814
の条件を満たすか否かについての判定を行った。その判定結果を図11に示すと共にそれを上記の測定結果と併せて表6に示す。
Figure 0004041814
例1のカラーフィルタでは、yB−yWH=−0.063であって、絶対値で0.05を越えており、実際の目視で確認した結果、黒表示時にはマゼンタの強い色付きが観察された。
これに対して、例2のカラーフィルタでは、yB−yWH=−0.044と小さくなっており、実際の目視で確認した結果、黒表示時の色付きが緩和されて実表示上は問題ないレベルであった。
例3のカラーフィルタでは、xB−xWH=0.006、yB−yWH=−0.011と充分に小さく、実際の目視で確認した結果、黒表示時の色付きがほとんど感じられず、極めて無彩色に近い黒色であった。
例4のカラーフィルタでは、xB−xWH=−0.019、yB−yWH=−0.018と例3よりもxB−xWHの絶対値が大きいものの、
Figure 0004041814
の条件を満たしており、実際の目視で確認した結果、黒表示時の色付きがほとんど感じられず、極めて無彩色に近い黒色であった。
例1、2、3及び4の各カラーフィルタを用いて液晶表示装置を作製した。液晶層には垂直配向型のものを用いた。バックライトには、上記の試験評価に用いたものとは異なり、CIE1931色度図における色度が(0.29,0.30)付近に調整されたものを用いた。一対の偏光板には、偏光度が99.98%のものを用いた。いずれの液晶表示装置も、コントラスト比が600以上で、且つ、白表示時の輝度が450cd以上であった。
各液晶表示装置の白表示色度及び黒表示色度を図12に示すと共に、それらとxB−xWH、yB−yWH 及び目視判定結果を表7に示す。
Figure 0004041814
例3及び4のそれぞれのカラーフィルタを用いた液晶表示装置では、いずれも黒表示時に無彩色に近い黒表示を行うことができた。特に、例4のカラーフィルタを用いた液晶表示装置では、黒表示時に完全に無彩色で且つ白表示色度に近い黒表示を行うことができた。
比較対照例として、例1〜4よりもYWH/YBの低い例5のカラーフィルタを用いた液晶表示装置を作製した。そして、液晶表示装置としてのコントラスト比を測定した。その結果を図13及び表8に示す。
Figure 0004041814
WH/YB>4000である例1〜4のそれぞれのカラーフィルタを用いた液晶表示装置では、コントラスト比がいずれも600以上となり、黒の締まった表示品位の良好な液晶表示装置が得られた。特に、YWH/YB>4400である例1、2及び4のものでは、650以上の高コントラスト比を得ることができた。これに対し、YWH/YB=3520と低い例5のものでは、コントラスト比が600に満たずに黒の締まりが悪く、例1〜4のものよりも表示品位が劣っていた。
[試験評価2]
次に、試験評価2について説明する。
(試験評価サンプル)
赤(R)、緑(G)及び青(B)のそれぞれの着色層を構成する着色材の選定及び組み合わせを変えた4種類のカラーフィルタを作成し、それらを例6〜9とした。
(試験評価方法)
<色度>
例6〜9のそれぞれについて、フィルタ単体に光を照射して白表示させたときのCIE1931色度図における色度(xWH,yWH)及びクロスニコル状態に配置された偏光度99.9%以上の一対の偏光板で狭持して同一の光を照射したときのCIE1931色度図における色度(xB,yB)を求めた。
<透過率比>
例6〜9のそれぞれについて、フィルタ単体に光を照射したときの赤(R)、緑(G)及び青(B)のそれぞれの着色層の透過率(TR、TG及びTB)及びクロスニコル状態に配置された偏光度99.9%以上の偏光板で狭持して同一の光を照射したときの赤(R)、緑(G)及び青(B)のそれぞれの着色層の透過率(TR’、TG’及びTB’)を計測し、TR/TR’、TG/TG’及びTB/TB’をそれぞれ算出した。
(試験評価結果)
図14(a)〜(d)は、例6〜9のそれぞれの(xWH,yWH)及び(xB,yB)を示すCIE1931色度図である。なお、図中、破線で囲まれた範囲は、下記式の条件を満たす範囲である。また、○が(xWH,yWH)であり、×が(xB,yB)である。
Figure 0004041814
同図によれば、例6は上記式の条件を満たしていないが、例7〜9は上記式の条件を満たしている。個別には、例6は、(xB,yB)が(xWH,yWH)の右下にあり、従って、これを液晶表示装置に用いて黒表示させたときには、やや赤系の発色が観察されることとなる。例7は、(xB,yB)が(xWH,yWH)の真下乃至左下にあり、従って、これを液晶表示装置に用いて黒表示させたときには、青系の発色が観察されることとなる。例8及び9は、(xB,yB)が(xWH,yWH)の周辺にあり、従って、これを液晶表示装置に用いて黒表示させたときには、白表示と色度変化のない発色が観察されることとなる。
これらの結果より、黒表示時における漏れ光による目立った発色を防止するのには、例7〜9のカラーフィルタを用いることが好ましい。
表9は、例6〜9のTR/TR’、TG/TG’及びTB/TB’を示す。また、表10は、TR/TR’=1と規格化したときのTR/TR’、TG/TG’及びTB/TB’を示す。
Figure 0004041814
Figure 0004041814
表9及び10によれば、例6は、TG/TG’及びTB/TB’がTR/TR’よりも2倍以上大きく、例7は、TG/TG’がTR/TR’よりも2倍以上大きい。一方、例8及び9は、TG/TG’及びTB/TB’のいずれもがTR/TR’の2倍よりも小さく、下記式の条件を満たしている。また、図14(c)及び(d)によれば、例8及び9は、(xB,yB)が(xWH,yWH)の周辺にある。
Figure 0004041814
これらの結果より、白・黒は本来無彩色で色度の変化がなく、輝度変化だけであり、絵作りにおいては白・黒の色度変化がないことが好ましいので、(xB,yB)が(xWH,yWH)に近いことが望ましいという観点からは、例8及び9のカラーフィルタを用いることが好ましい。
以上説明したように、本発明は、液晶表示装置に設けられるカラーフィルタについて有用である。
黒体輻射軌跡を示したCIE1931色度図である。 図1の部分拡大図である。 カラーフィルタのYWH/YBと液晶表示モジュールのコントラスト比との関係を示すグラフである。 本発明の実施形態に係る液晶表示装置の断面図である。 本発明の実施形態に係るカラーフィルタの断面図である。 カラーフィルタの色度及び透過率比を求める方法を説明するための説明図である。 本発明の実施形態に係るカラーフィルタの色度を示すCIE1931色度図である。 カラーフィルタのフィルタ単体の輝度及び色度の試験評価方法を示す説明図である。 偏光板を取り付けたカラーフィルタの輝度及び色度の試験評価方法を示す説明図である。 カラーフィルタ及び一対の偏光板の配置を示す説明図である。 例1〜4のカラーフィルタの白表示時及び黒表示時のそれぞれの色度を示すCIE1931色度図である。 例1〜4のカラーフィルタを用いた液晶表示装置の白表示時及び黒表示時のそれぞれの色度を示すCIE1931色度図である。 カラーフィルタのYWH/YBと液晶表示装置のコントラスト比との関係を示すグラフである。 例6〜9の(xWH,yWH)及び(xB,yB)を示すCIE1931色度図である。
符号の説明
10 液晶表示装置
11 TFT基板
12 カラーフィルタ基板(CF基板)
13,14 偏光板
15 バックライト
16,18 ガラス基板
17 画素電極
19 カラーフィルタ
20 対向電極
21 液晶層
22 ブラックマトリクス
23R,23G,23B 着色層
31 バックライトユニット
32 試験評価用単色基板
33 遮光物
34 分光放射計
35 裏面用偏光板
36 表面用偏光板
C 液晶セル

Claims (14)

  1. 複数の色の着色層が規則的に多数配列したカラーフィルタであって、
    フィルタ単体に光が照射されて白表示したときのCIE1931色度図における色度を(xWH,yWH)とし、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときのCIE1931色度図における色度を(x,y)としたとき、
    Figure 0004041814
    であり、且つ、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をY WH とし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をY としたとき、
    Figure 0004041814
    となるように上記複数の色の着色層を構成する顔料の組み合わせが設定されている、カラーフィルタ。
  2. 請求項1に記載されたカラーフィルタにおいて、
    Figure 0004041814
    である、カラーフィルタ。
  3. 請求項2に記載されたカラーフィルタにおいて、
    Figure 0004041814
    である、カラーフィルタ。
  4. 請求項3に記載されたカラーフィルタにおいて、
    Figure 0004041814
    である、カラーフィルタ。
  5. 請求項1乃至のいずれかに記載されたカラーフィルタにおいて、
    上記複数の色が赤、緑及び青である、カラーフィルタ。
  6. n色の着色層が規則的に多数配列したカラーフィルタであって、
    フィルタ単体に光が照射されたときの上記n色のそれぞれの着色層の輝度をY(i=1〜n)とすると共に、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときの該n色のそれぞれの着色層の輝度をY’(i=1〜n)とし、Y/Y’の最大値をYmax/Ymax’及び最小値をYmin/Ymin’としたとき、
    Figure 0004041814
    であり、且つ、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をYWHとし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をYとしたとき、
    Figure 0004041814
    となるように上記n色の着色層を構成する顔料の組み合わせが設定されている、カラーフィルタ。
  7. 赤、緑及び青のそれぞれの着色層が規則的に多数配列したカラーフィルタであって、
    フィルタ単体に光が照射されたときの赤、緑及び青のそれぞれの着色層の透過率をT、T及びTとし、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときの赤、緑及び青のそれぞれの着色層の透過率をT’、T’及びT’としたとき、
    Figure 0004041814
    であり、且つ、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をYWHとし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をYとしたとき、
    Figure 0004041814
    となるように上記赤、緑及び青の着色層を構成する顔料の組み合わせが設定されている、カラーフィルタ。
  8. 請求項1乃至7のいずれかに記載されたカラーフィルタにおいて、
    Figure 0004041814
    である、カラーフィルタ。
  9. 複数の色の着色層が規則的に多数配列したカラーフィルタが設けられた第1基板と、該第1基板に対向するように設けられた第2基板と、該第1及び第2基板の間に設けられた液晶層と、を有する液晶セルと、
    上記液晶セルを狭持するように設けられクロスニコル状態に配置された一対の偏光板と、
    を備えた液晶表示装置であって、
    上記カラーフィルタは、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときのCIE1931色度図における色度を(xWH,yWH)とし、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときのCIE1931色度図における色度を(x,y)としたとき、
    Figure 0004041814
    であり、
    且つ、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をY WH とし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をY としたとき、
    Figure 0004041814
    となるように上記複数の色の着色層を構成する顔料の組み合わせが設定されている、液晶表示装置。
  10. n色の着色層が規則的に多数配列したカラーフィルタが設けられた第1基板と、該第1基板に対向するように設けられた第2基板と、該第1及び第2基板の間に設けられた液晶層と、を有する液晶セルと、
    上記液晶セルを狭持するように設けられクロスニコル状態に配置された一対の偏光板と、
    を備えた液晶表示装置であって、
    上記カラーフィルタは、フィルタ単体に光が照射されたときの上記n色のそれぞれの着色層の輝度をY(i=1〜n)とすると共に、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときの該n色のそれぞれの着色層の輝度をY’(i=1〜n)とし、Y/Y’の最大値をYmax/Ymax’及び最小値をYmin/Ymin’としたとき、
    Figure 0004041814
    であり、且つ、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をYWHとし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をYとしたとき、
    Figure 0004041814
    となるように上記n色の着色層を構成する顔料の組み合わせが設定されている、液晶表示装置。
  11. 赤、緑及び青のそれぞれの着色層が規則的に多数配列したカラーフィルタが設けられた第1基板と、該第1基板に対向するように設けられた第2基板と、該第1及び第2基板の間に設けられた液晶層と、を有する液晶セルと、
    上記液晶セルを狭持するように設けられクロスニコル状態に配置された一対の偏光板と、
    を備えた液晶表示装置であって、
    上記カラーフィルタは、フィルタ単体に光が照射されたときの赤、緑及び青のそれぞれの着色層の透過率をT、T及びTとし、各々の偏光度が99.98%以上であるクロスニコル状態に配置された一対の偏光板で狭持されて同一の光が照射されたときの赤、緑及び青のそれぞれの着色層の透過率をT’、T’及びT’としたとき、
    Figure 0004041814
    であり、フィルタ単体に光が照射されて白表示したときの輝度をYWHとし、各々の偏光度が99.98%以上であり且つパラレル状態に配置されたときの透過率が36%である一対の偏光板がクロスニコル状態に配置されて狭持されて同一の光が照射されたときの輝度をYとしたとき、
    Figure 0004041814
    となるように上記赤、緑及び青の着色層を構成する顔料の組み合わせが設定されている、液晶表示装置。
  12. 請求項乃至1のいずれかに記載された液晶表示装置において、
    上記液晶セルの液晶層は、垂直配向型である、液晶表示装置。
  13. 請求項乃至12のいずれかに記載された液晶表示装置において、
    表示面に対する法線方向における黒表示時の透過率に対する白表示時の透過率の比であるコントラスト比が400以上である、液晶表示装置。
  14. 請求項1に記載された液晶表示装置において、
    上記コントラスト比が600以上である、液晶表示装置。
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