JP5216256B2

JP5216256B2 - カラーフィルタおよび液晶表示装置

Info

Publication number: JP5216256B2
Application number: JP2007170670A
Authority: JP
Inventors: 徳子旭; 佐々木　　寛
Original assignee: Toyo Ink SC Holdings Co Ltd; Toppan Inc
Current assignee: Toppan Inc; Artience Co Ltd
Priority date: 2007-06-28
Filing date: 2007-06-28
Publication date: 2013-06-19
Anticipated expiration: 2027-06-28
Also published as: JP2009008920A

Description

本発明は、カラーフィルタ、およびこのカラーフィルタを備えた液晶表示装置に関する。

カラー液晶表示装置は、基本的に、第１の透明電極層が形成された第１の透明基板と、第２の透明電極層が形成された第２の透明基板とを、第１及び第２の透明電極層を対向させて配置し、これらの間に液晶層及びカラーフィルタを介在させてなるものである。第１および第２の透明基板の外側には、それぞれ第１および第２の偏光板が設けられており、第１の偏光板の外側にはバックライト光源を含むバックライトユニットが設置されている。

このように構成される液晶表示装置では、第１および第２の透明電極層間に印加する電圧を画素毎に調整し、第１の偏光板を通過したバックライトユニットからの光の偏光度合いを制御して、第２の偏光板を通過する光量をコントロールすることにより表示が行われる。従って、カラーフィルタおよび偏光板の色特性は、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。

カラーフィルタは、ガラス等の透明基板の表面に、遮光パターンであるブラックマトリックスと赤色、緑色および青色の微細な帯（ストライプ）状の画素を平行または交差させて配置したもの、あるいは微細な画素を縦横一定の配列で配置したものから構成されている。

液晶表示装置は、近年その薄型であることゆえの省スペース性、軽量性、また省電力性などが評価され、大型のテレビやモニタにも用途が急速に拡大してきていることから、液晶表示装置の色特性を決定するカラーフィルタに対して、高輝度化、高色再現性、高コントラスト化の要求が高まっている(例えば、特許文献１、２、３参照)。

高色再現化の手段としては、カラーフィルタに赤色、緑色および青色の画素に加えて、第４の画素を追加することが有効であり、第４の画素としては、高輝度化の点でも有利な黄色画素を用いることが効果的である。

このように、４色の画素で色再現することにより、３色で構成するカラーフィルタよりも色再域を拡大することができ、また、赤色、緑色および青色に比べ高い輝度を有する黄色を加えることにより、カラーフィルタの高輝度化を図ることができる。

しかしながら、下記表１及び図６に示すように、黄色画素において、彩度とコントラストはトレードオフの関係にあり、即ち、コントラストの高い顔料Ｙ−１（イエロー１）は彩度が低く、彩度が高い顔料Ｙ−２（イエロー２）はコントラストが低く、高いコントラストと高い彩度を両立することは困難であった。

なお、図６は、イエロー１及びイエロー２について、色度ｘを横軸に、コントラストを縦軸にプロットした特性図を示す。色度ｘが大きいほど彩度が高い。
特開２００１−１９４６５８号公報特開２００２−２１４４３６号公報特開２００５−３１６４３９号公報

本発明は、以上のような事情の下になされ、高コントラスト及び高色再現性を実現することの可能なカラーフィルタ、及びこのカラーフィルタを備える液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記課題を解決するため、本発明の第１の態様は、黄色画素を含む複数色の画素を具備するカラーフィルタであって、前記黄色画素は、少なくとも黄色顔料、赤色顔料、顔料分散剤、および顔料担体を含む黄色組成物を用いて形成された膜厚２μｍ以下の画素であって、ＸＹＺ表色系色度図における色度座標（ｘ、ｙ）が、（０．４４０,０．４００）、（０．５５０,０．４５０）、（０．４６５,０．５３５）、（０．３８０,０．４４０）で囲まれる四角形内に位置し、前記黄色顔料は、C.I. Pigment Yellow１５０であり、前記赤色顔料は、C.I. Pigment Red １７７、及び２５４の少なくとも１種であり、前記赤色顔料の重量（Ｐ _ＲＥＤ）と黄色顔料の重量（Ｐ _{ＹＥＬＬＯＷ} ）の重量比（Ｐ _ＲＥＤ／Ｐ _{ＹＥＬＬＯＷ} ）は、０．２０以下であり、かつ、前記黄色画素のコントラスト比が９８００から１１１００の範囲にあることを特徴とするカラーフィルタを提供する。

本発明の第２の態様は、以上のカラーフィルタを備えたことを特徴とする液晶表示装置を提供する。

本発明によれば、高コントラストと高い彩度を両立させた黄色組成物を用いて黄色画素を形成することにより、高コントラスト及び高色再現性を実現することの可能なカラーフィルタ、及びこのカラーフィルタを備える液晶表示装置を得ることが可能である。

以下、本発明の実施の形態について説明する。

本発明の一実施形態に係るカラーフィルタは、黄色画素を含む複数色の着色画素を具備する。黄色画素以外の画素としては、例えば、赤色画素、緑色画素、青色画素が挙げられる。これらの画素は、顔料、顔料分散剤、顔料担体等を含有する着色組成物を用いて形成される。

着色組成物に含まれる顔料としては、有機または無機の顔料を、単独でまたは２種類以上混合して用いることができる。顔料のなかでは、発色性が高く、且つ耐熱性の高い顔料、特に耐熱分解性の高い顔料が好ましく、通常は有機顔料が用いられる。

本実施形態に係るカラーフィルタに用いられる黄色画素は、黄色顔料とともに赤色顔料を含有する黄色組成物を用いて形成された膜厚２μｍ以下の画素であって、ＸＹＺ表色系色度図における色度座標（ｘ、ｙ）が、図１に示すように、（０．４４０,０．４００）、（０．５５０,０．４５０）、（０．４６５,０．５３５）、（０．３８０,０．４４０）で囲まれる四角形内に位置している。

また、このような黄色画素の分光透過率は、波長６５０ｎｍ以上の透過率の平均値をＴ（６５０）とし、波長４５０以下の透過率をＴ（４５０）とした時、波長５００ｎｍから６００ｎｍの範囲内に、Ｔ（６５０）より１０％以上透過率が低く、かつＴ（４５０）より１０％以上透過率が高い領域を５０ｎｍ幅以上有し、４５０ｎｍ以下の透過率が１０％以下で、かつ６００ｎｍ以上の透過率が８０％以上である。このような黄色画素の色特性は、顔料として黄色顔料に対して赤色顔料を重量比にして０．２０以下含ませることで、実現される。

このような分光透過率特性の３つの具体例（例１〜３）を図２及び下記表２に示す。

以上のように、黄色顔料及び赤色顔料をともに含有する黄色組成物を用いて形成され、上記のような色度又は分光透過率を示す黄色画素は、コントラスト及び彩度がともに高く、例えば、赤色、緑色及び青色の画素に、このような黄色画素を加えたカラーフィルタは、高コントラスト及び高色再現性を実現することができる。

即ち、黄色顔料のみでは、コントラストと彩度を両立することはできないが、彩度は低いがコントラストの高い黄色顔料に赤色顔料を混合した黄色組成物を用いることにより、コントラストと彩度がともに高い黄色画素を得ることができる。

黄色顔料としてはC.I. Pigment Yellow １、２、３、４、５、６、１０、１２、１３、１４、１５、１６、１７、１８、２４、３１、３２、３４、３５、３５：１、３６、３６：１、３７、３７：１、４０、４２、４３、５３、５５、６０、６１、６２、６３、６５、７３、７４、７７、８１、８３、９３、９４、９５、９７、９８、１００、１０１、１０４、１０６、１０８、１０９、１１０、１１３、１１４、１１５、１１６、１１７、１１８、１１９、１２０、１２３、１２６、１２７、１２８、１２９、１４７、１５１、１５２、１５３、１５４、１５５、１５６、１６１、１６２、１６４、１６６、１６７、１６８、１６９、１７０、１７１、１７２、１７３、１７４、１７５、１７６、１７７、１７９、１８０、１８１、１８２、１８７、１８８、１９３、１９４、１９８、１９９、２１３、２１４等が挙げられる。

これらの中では特に、C.I. Pigment Yellow １３８、１３９、１５０、１８５を好ましく用いることができる。なお、以上の黄色顔料の２種以上を混合して用いることもできる。

黄色顔料に加えられる赤色顔料としては、例えばC.I. Pigment Red ７、９、１４、４１、４８：１、４８：２、４８：３、４８：４、８１：１、８１：２、８１：３、１２２、１２３、１４６、１４９、１６８、１７７、１７８、１７９、１８４、１８５、１８７、１９２、２００、２０２、２０８、２１０、２１６、２２０、２２３、２２４、２２８、２４０、２５４、２５５、２６４、２７２等の赤色顔料の１種又は２種以上を用いることができる。

これらの中では特に、C.I. Pigment Red １７７、２５４を好ましく用いることができる。

赤色顔料の重量（Ｐ_ＲＥＤ）と黄色顔料の重量（Ｐ_{ＹＥＬＬＯＷ}）の重量比（Ｐ_ＲＥＤ／Ｐ_{ＹＥＬＬＯＷ}）は、０．２０以下であることが望ましい。０．２０を超えると、色度が図１に示す四角形内に入らなくなり、好ましくない。

黄色画素以外の画素、例えば、赤色画素、緑色画素、青色画素を形成するための着色組成物に使用可能な有機顔料の具体例を、以下に示す。

赤色画素を形成するための赤色着色組成物には、上述した赤色顔料を用いることが出来る。また、これら赤色顔料に上述した黄色顔料、C.I. Pigment Orange ３６、４３、５１、５５、５９、６１、７１、７３等の橙色顔料を添加することができる。

緑色画素を形成するための緑色着色組成物には、例えばC.I. Pigment Green ７、１０、３６、３７等の緑色顔料を用いることができる。緑色着色組成物には、上述した黄色顔料を添加することができる。

青色画素を形成するための青色着色組成物には、例えばC.I. Pigment Blue １５、１５：１、１５：２、１５：３、１５：４、１５：６、１６、６０、６４、８０等の青色顔料、好ましくはC.I. Pigment Blue １５：６を用いることができる。青色着色組成物には、C.I. Pigment Violet １、１９、２３、２７、２９、３０、３２、３７、４０、４２、５０等の紫色顔料、好ましくはC.I. Pigment Violet ２３を併用することができる。

着色組成物は、顔料を、必要に応じて光重合開始剤と共に、透明樹脂および有機溶剤中に、種々の分散手段を用いて微細に分散させることにより製造することができる。顔料を透明樹脂および有機溶剤中に分散する際には、適宜、樹脂型顔料分散剤、界面活性剤、色素誘導体等の分散助剤を含有させることができる。

着色組成物には、組成物の経時粘度を安定化させるために貯蔵安定剤を含有させることができ、また、透明基板との密着性を高めるためにシランカップリング剤等の密着向上剤を含有させることもできる。

なお、前記黄色画素のコントラスト比が８０００以上であると、このカラーフィルタを装着した液晶表示装置の表示が、鮮明になるので好ましい。さらに、前記黄色画素の膜厚が２μｍ以下であると、画素の端部がオーバーハング状態になりにくく、画線精度が向上するという利点がある。

本実施形態に係るカラーフィルタは、透明基板上に、ブラックマトリックスを形成した後、このブラックマトリックスに区分された領域に、印刷法またはフォトリソグラフィー法により、上記の各色着色組成物層を設け、各画素を形成することにより得ることができる。

透明基板としては、ソーダ石灰ガラス、低アルカリ硼珪酸ガラス、無アルカリアルミノ硼珪酸ガラスなどのガラス板や、ポリカーボネート、ポリメタクリル酸メチル、ポリエチレンテレフタレートなどの樹脂板が用いられる。また、ガラス板や樹脂板の表面には、液晶パネル化後の液晶駆動のために、酸化インジウム、酸化錫などからなる透明電極が形成されていてもよい。

図３は、本発明の一実施形態に係るカラーフィルタを備えた液晶表示装置を示す。図３において、液晶表示装置１０は、ノート型パソコン用のＴＦＴ駆動型液晶表示装置の典型例であって、離間対向して配置された一対の透明基板１１および２１を備え、それらの間には、液晶（ＬＣ）が封入されている。

第１の透明基板１１の内面には、ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）アレイ１２が形成されており、その上には例えばＩＴＯからなる透明電極層１３が形成されている。透明電極層１３の上には、配向層１４が設けられている。また、透明基板１１の外面には、偏光板１５が形成されている。

他方、第２の透明基板２１の内面には、本実施形態に係るカラーフィルタ２２が形成されている。カラーフィルタ２２を構成する赤色、緑色および青色の画素は、ブラックマトリックス（図示せず）により分離されている。カラーフィルタ２２を覆って、必要に応じて透明保護膜（図示せず）が形成され、さらにその上に、例えばＩＴＯからなる透明電極層２３が形成され、透明電極層２３を覆って配向層２４が設けられている。また、透明基板２１の外面には、偏光板２５が形成されている。なお、偏光板１５の下方には、三波長ランプ３１を備えたバックライトユニット３０が設けられている。

実施例
〔黄色画素のコントラスト比測定用乾燥塗膜の作製〕
黄色顔料Ｙ−１、Ｙ−２、赤色顔料Ｒ−１、Ｒ−２を用い、下記表３に示す配合割合及び下記表４〜６に示す顔料割合で、黄色組成物を調製した。

なお、使用した黄色顔料及び赤色顔料は、カラーインデックス・ナンバーで下記のものである。

Ｙ−１：（C.I. Pigment Yellow １５０）
Ｙ−２：（C.I. Pigment Yellow １３９）
Ｒ−１：（C.I. Pigment Red １７７）
Ｒ−２：（C.I. Pigment Red ２５４）
また、有機樹脂は、以下のようにして調製されたアクリル樹脂溶液である。

反応容器にシクロヘキサノン３７０部を入れ、容器に窒素ガスを注入しながら８０℃に加熱して、同温度で下記モノマーおよび熱重合開始剤の混合物を１時間かけて滴下して重合反応を行った。

メタクリル酸２０．０部
メチルメタクリレート１０．０部
ｎ−ブチルメタクリレート３５．０部
２−ヒドロキシエチルメタクリレート１５．０部
２，２’−アゾビスイソブチロニトリル４．０部
パラクミルフェノールエチレンオキサイド変性アクリレート２０．０部
（東亜合成株式会社製「アロニックスＭ１１０」）
滴下終了後、８０℃で３時間反応させた後、アゾビスイソブチロニトリル１．０部をシクロヘキサノン５０部に溶解させたものを添加し、さらに８０℃で１時間反応を続けて、アクリル樹脂の溶液を得た。アクリル樹脂の重量平均分子量は、約４００００であった。

室温まで冷却した後、樹脂溶液約２ｇをサンプリングして１８０℃、２０分加熱乾燥して不揮発分を測定し、先に合成した樹脂溶液に不揮発分が２０重量％になるようにシクロヘキサノンを添加してアクリル樹脂溶液を調製した。

また、モノマー、開始剤１、開始剤２、開始剤３、溶剤は、それぞれ以下のものを用いた。

モノマー：トリメチロールプロパントリアクリレート（新中村化学社製「ＮＫエステルＡＴＭＰＴ」）
開始剤１：イルガキュアＯＸＥ−０２（商品名：チバ・スペシャルケミカル社製）
開始剤２：イルガキュア３７９（商品名：チバ・スペシャルケミカル社製）
開始剤３：２,４−ジエチルチオキサントン
溶剤：シクロヘキサノン
以上の組成の各成分を混合することにより調製された黄色組成物をスピンコート法によりガラス基板に塗工した後、クリーンオーブン中で、７０℃で２０分間プリベークした。次いで、この基板を室温に冷却した後、超高圧水銀ランプを用い、紫外線露光を行った。その後、クリーンオーブン中で、２３０℃で４０分間ポストベークを行い、下記表４〜６に示すように、３３種の黄色画素のコントラスト比測定用乾燥塗膜（実施例１〜１６、比較例１〜１７）を作製した。

これらの塗膜試料について、以下のように評価を行った。

〔平行透過光及の色度測定〕
得られた試料の色度座標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、２°視野の条件下でC光源を用いて測定した。結果を表4〜６に示す。

〔コントラスト比の測定〕
まず、図４（ａ）に示すように、試料４の前後に、偏光版２,３を、その偏光軸を互いに平行にして配置した。一方の偏光板３の側からバックライト６を照射して、他方の偏光板２を透過した光７の輝度Lp（平行透過光の輝度）を色彩輝度計ＢＭ−５Ａ（トプコン社製）１を使用して、２°の視野の条件で測定した（ＣＩＥ１９３１表色系）。

次に、図４（ｂ）に示すように、偏光版２,３の偏光軸を互いに直交させて、一方の偏光板３の側からバックライト６を照射して、他方の偏光板２を透過した光８の輝度Lc（直交透過光の輝度）を色彩輝度計１で測定した。

上記方法にて測定して得られた測定値を用いて、コントラスト比Ｌｐ／Ｌｃを算出した。

なお、バックライトは、図５に示すような発光スペクトルを有し、輝度＝１９３７ｃｄ／ｍ２、ＸＹＺ表色系色度図における色度座標（ｘ,ｙ）が（０．３１６,０．３０１）、色温度＝６５２０Ｋ、色度偏差ｄｕｖ＝−０．０１３６の特性のものを用いた。また、偏光版は、ＮＰＦ−ＳＥＧ１２２４ＤＵ（日東電工社製）を用いた。

これらの結果を下記表４〜６Ｂに示す。

これに対し、Ｙ−１（９５重量部）にＲ−１（５重量部）を添加した黄色組成物（イエロー４）を用いて得た黄色画素（実施例１〜１６）は、色度は、図１に示すように、本発明の範囲内にあり、彩度が良好であるとともに、コントラストもいずれも８０００以上（９８００〜１１１００）と高い。

なお、黄色顔料と赤色顔料を等量含む黄色組成物（イエロー７，１１）を用いて得た黄色画素（比較例１０〜１２、１５〜１７）、及びＹ−１とＲ−２を８０：２０の割合で含む黄色組成物（イエロー１０）を用いて得た黄色画素（比較例１３、１４）は、色度が、図１に示すように、本発明の範囲外にあり、彩度が低い。

本発明の一実施形態に係るカラーフィルタに用いられる黄色画素のＸＹＺ表色系色度図における色度座標（ｘ、ｙ）の範囲を示す図。本発明の一実施形態に係るカラーフィルタに用いられる黄色画素の分光透過率特性を示す図。本発明の一実施形態に係るカラーフィルタを備える液晶表示装置の構成を示す図。コントラストの測定方法を説明するための図。バックライトの発光スペクトルを示す特性図。イエロー１及びイエロー２の色度ｘを横軸に、コントラストを縦軸にプロットした特性図。

符号の説明

１…色彩輝度計、２,３,１５…偏光版、６…バックライト、７,８…光、１０…液晶表示装置、１１,２１…透明基板、１２…ＴＦＴ（薄膜トランジスタ）アレイ、１３,２３…透明電極層、１４,２４…配向層、１５…偏光板、２２…カラーフィルタ、３０…バックライトユニット、３１…三波長ランプ。

Claims

黄色画素を含む複数色の画素を具備するカラーフィルタであって、前記黄色画素は、少なくとも黄色顔料、赤色顔料、顔料分散剤、および顔料担体を含む黄色組成物を用いて形成された膜厚２μｍ以下の画素であって、ＸＹＺ表色系色度図における色度座標（ｘ、ｙ）が、（０．４４０,０．４００）、（０．５５０,０．４５０）、（０．４６５,０．５３５）、（０．３８０,０．４４０）で囲まれる四角形内に位置し、
前記黄色顔料は、C.I. Pigment Yellow１５０であり、前記赤色顔料は、C.I. Pigment Red １７７、及び２５４の少なくとも１種であり、前記赤色顔料の重量（Ｐ _ＲＥＤ）と黄色顔料の重量（Ｐ _{ＹＥＬＬＯＷ} ）の重量比（Ｐ _ＲＥＤ／Ｐ _{ＹＥＬＬＯＷ} ）は、０．２０以下であり、
かつ、前記黄色画素のコントラスト比が９８００から１１１００の範囲にあることを特徴とするカラーフィルタ。
請求項１に記載のカラーフィルタを備えたことを特徴とする液晶表示装置。