(57)【要約】【課題】  濃淡のない画像を表示でき、装置内部の温度上昇を抑えることができ、装置の厚さを薄くできる液晶表示装置を提供する。【解決手段】  カラーフィルタ３３およびブラックマトリックス３２を備えた液晶表示パネル１０と、液晶表示パネル１０から離間して配置された反射体２０とを有する液晶表示装置１において、液晶表示パネル１０が、ブラックマトリックス３２に対応した反射体２０側の位置に紫外線発光ダイオード４７を有し、反射体２０が、紫外線発光ダイオードからの紫外線により励起されて可視光を発し、かつ可視光を反射するものである。【選択図】        図１
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
カラーフィルタおよびブラックマトリックスを備えた液晶表示パネルと、該液晶表示パネルから離間して配置された反射体とを有する液晶表示装置において、
前記液晶表示パネルが、ブラックマトリックスに対応した反射体側の位置に紫外線発光ダイオードを有し、
前記反射体が、紫外線発光ダイオードからの紫外線により励起されて可視光を発し、かつ可視光を反射するものであることを特徴とする液晶表示装置。
【請求項２】
前記反射体が、金属基材と、該金属基材上に形成された、紫外線発光ダイオードからの紫外線により励起されて可視光を発する層と、可視光を反射する層とを有する、請求項１に記載の液晶表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
液晶表示装置における照明方式としては、現在、冷陰極管または熱陰極管を用いたサイドライトまたはバックライト方式が主流である。ところで、最近の液晶表示装置の大画面化に伴って、陰極管の本数が増えており、陰極管からの発熱対策のために放熱空間を広くとる必要がある。そのため、液晶表示装置が厚くなり、薄型、軽量、省スペースという液晶表示装置本来の特徴を生かせない問題が発生している。
【０００３】
また、照明方式としてバックライト方式を採用した場合、陰極管がその円筒周方向に発光するため、液晶表示パネルを通過する光と反射体からの反射光とが作る光束に密度差が生じ、表示される画像に濃淡が発生しやすい問題がある。
サイドライト方式は、拡散板により光束の均一化が図られているが、陰極管より発生する紫外線が徐々に拡散板を劣化させ、均一な光束が得られなくなる問題がある。
また、バックライトおよびサイドライト方式ともに、陰極管より発生する紫外線がカラーフィルタ色素を劣化、退色させ、品質を悪化させる問題がある。
【０００４】
陰極管を用いない照明装置として、発光ダイオードを用いた照明装置が、たとえば特許文献１〜４に提案されている。
特許文献１には、内面に蛍光体を有し、少なくとも一方向が開口した箱状、樋状またはドーム状の反射体と、該反射体を照射する発光ダイオードと、前記反射体の開口部を覆う透光体とを有する照明装置が提案されている。しかし、箱状、桶状、ドーム状の反射板を利用するため、副次反射によって光束が減衰する問題がある。
【０００５】
特許文献２には、ピーク波長を５００ｎｍ以下に有する発光ダイオードと、発光ダイオードからの光を受けて可視光を放射する蛍光体を塗布した反射面と、発光ダイオードを反射面内に固定する光透過性部材とを有する照明装置が提案されている。しかし、発光ダイオードが光透過性部材中に設けられているため、光が光透過性部材中を往復することにより光が減衰する問題、光透過性部材が発熱する問題、発光ダイオードが遮光体として機能し、発光ダイオードの影によって出射光に濃淡が発生しやすい問題がある。また、蛍光体の透過光と蛍光体表面からの反射光との光束密度の違いによって出射光に濃淡が発生する問題がある。
【０００６】
特許文献３には、凹部の表面に反射材を配置し、反射材を覆うように蛍光体層を形成した基材と、該基材の凹部上方に配置された発光ダイオードと、前記基材の凹部および前記発光ダイオードを包含したかたちで基材上面より上方に突出した略球形ドームを形成した透明樹脂とを有する照明装置が提案されている。しかし、反射材が凹状であるため、副次反射による光束の減衰の問題、および略球形ドーム状であり照明装置が厚い問題がある。
【０００７】
特許文献４には、発光ダイオード半導体発光素子から放射された基本波長光を吸収し、これよりも波長の長い波長変換光に変換する波長変換部を備えた照明装置が提案されている。しかし、波長変換部の透過光と波長変換部からの反射光との光束密度の違いによって出射光に濃淡が発生する問題がある。
【０００８】
また、特許文献１〜４のいずれの照明装置においても、透光部分の劣化を抑えるために、透光部分に紫外線吸収剤を添加する必要がある。そして、紫外線吸収剤が紫外光を吸収することによって波長変換された赤外線が、筐体温度を上昇させ、これら照明装置が設けられた機器に熱による影響を及ぼす問題がある。
【特許文献１】特開２００１−２４３８２１号公報
【特許文献２】特開２００１−３４５４８３号公報
【特許文献３】特開２００２−２９９６９２号公報
【特許文献４】特開２００４−５６０７５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
本発明の目的は、濃淡のない画像を表示でき、装置内部の温度上昇を抑えることができ、装置の厚さを薄くできる液晶表示装置を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１０】
本発明の液晶表示装置は、カラーフィルタおよびブラックマトリックスを備えた液晶表示パネルと、該液晶表示パネルから離間して配置された反射体とを有する液晶表示装置において、前記液晶表示パネルが、ブラックマトリックスに対応した反射体側の位置に紫外線発光ダイオードを有し、前記反射体が、紫外線発光ダイオードからの紫外線により励起されて可視光を発し、かつ可視光を反射するものであることを特徴とする。
前記反射体は、金属基材と、紫外線発光ダイオードからの紫外線により励起されて可視光を発する層と、可視光を反射する層とを有することが好ましい。
【発明の効果】
【００１１】
本発明の液晶表示装置は、濃淡のない画像を表示でき、装置内部の温度上昇を抑えることができ、装置の厚さを薄くできる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
図１は、本発明の液晶表示装置の一実施形態を示す概略断面図である。この液晶表示装置１は、液晶表示パネル１０と、該液晶表示パネル１０から離間して配置された反射体２０とを有するものである。
【００１３】
（液晶表示パネル）
液晶表示パネル１０は、離間して配置された第１の基板１１および第２の基板１２と、これらの間に設けられた液晶層１３と、液晶層１３とは反対側の第１の基板１１および第２の基板１２の表面に設けられた偏光板１４、１５とを有するものである。
【００１４】
第１の基板１１は、ガラス基板３１と、液晶層１３側のガラス基板３１の表面に形成された格子状のブラックマトリックス３２と、ブラックマトリックス３２の格子の目に埋め込まれたカラーフィルタ３３と、カラーフィルタ３３表面に形成された透明電極３４と、透明電極３４表面に形成された配向膜３５とを有するものである。
【００１５】
第２の基板１２は、ガラス基板４１と、液晶層１３側のガラス基板４１の表面に形成された透明電極４４および薄膜トランジスタ（図示略）と、透明電極４４表面に形成された配向膜４５と、液晶層１３とは反対側の第２の基板１２の表面に形成された透明電極４６と、透明電極４６表面に形成された複数の紫外線発光ダイオード４７とを有するものである。
【００１６】
ガラス基板３１、４１、ブラックマトリックス３２、カラーフィルタ３３、透明電極３４、４４、４６、配向膜３５、４５の材料、および液晶層１３の液晶材料としては、公知の材料が挙げられる。
紫外線発光ダイオード４７とは、ピーク波長を４５０ｎｍ以下に有するものである。紫外線発光ダイオード４７の材料としては、公知の材料が挙げられる。
【００１７】
紫外線発光ダイオード４７は、ブラックマトリックス３２に対応した反射体２０側の位置に形成される必要がある。すなわち、紫外線発光ダイオード４７は、ブラックマトリックス３２よりも反射体２０側であって、かつ液晶表示パネル１０の第１の基板１１側の正面から見たとき、ブラックマトリックス３２によって完全に隠れる位置に形成される。
【００１８】
液晶表示パネル１０は、たとえば、以下のようにして製造される。
ガラス基板３１の表面に金属膜またはブラックマトリックス用樹脂組成物からなる格子状のブラックマトリックス３２を形成し、ブラックマトリックス３２の格子の目に、赤、緑、または青のカラーフィルタ用樹脂組成物を埋め込んでカラーフィルタ３３を形成する。カラーフィルタ３３表面に蒸着等によってＩＴＯ（酸化インジウムと酸化スズとの混合物）等からなる膜を製膜して透明電極３４を形成する。透明電極３４表面にポリイミド等の塗膜を形成し、この表面に、液晶分子を一定方向に揃えるための細かい溝を形成して、配向膜３５とし、第１の基板１１を得る。
【００１９】
ガラス基板４１表面に、蒸着等によってＩＴＯ等の膜を製膜し、フォトリソグラフィによって電極パターンを形成し、透明電極４４とする。また、製膜およびフォトリソグラフィを繰り返すことによって、ガラス基板４１表面に、薄膜トランジスタ（図示略）、薄膜トランジスタと透明電極４４とを接続する配線等を形成する。透明電極４４等の表面にポリイミド等の塗膜を形成し、この表面に、液晶分子を一定方向に揃えるための細かい溝を形成して、配向膜４５とする。
【００２０】
さらに、ガラス基板４１裏面に、蒸着等によってＩＴＯ等の膜を製膜し、透明電極４６を形成する。また、製膜およびフォトリソグラフィを繰り返すことによって、液晶表示パネル１０を組み立てた際に第１の基板１１のブラックマトリックス３２に対応した位置となるように、透明電極４６表面に複数の紫外線発光ダイオード４７を形成し、第２の基板１２を得る。
【００２１】
第１の基板１１と第２の基板１２との間にスペーサ（図示略）を配置し、第１の基板１１と第２の基板１２との位置合わせを行う。第１の基板１１と第２の基板１２との間に液晶材料を注入し、周縁を封止して液晶層１３を形成する。液晶層１３とは反対側の第１の基板１１および第２の基板１２の表面に、接着剤等を介して偏光板１４、１５を貼り付け、液晶表示パネル１０とする。
【００２２】
（反射体）
反射体２０は、基板２１と、基板２１表面に形成された反射層２２と、反射層２２上に形成された蛍光層２３とを有するものである。
【００２３】
基板２１としては、液晶表示装置１内の熱を外部に放出しやすい点で、金属基板が好ましい。金属基板としては、アルミニウム、アルミニウム合金、マグネシウム、マグネシウム合金、チタン、チタン合金等からなる基板が挙げられる。これらのうち、成形性の点から、アルミニウムまたはその合金からなる基板（以下、アルミニウム基板と記す。）が特に好ましい。アルミニウム基板は、表面処理されたものであってもよい。該表面処理としては、クロメート処理、プライマー塗装等が挙げられる。
【００２４】
反射層２２は、可視光を反射する層である。反射層２２としては、樹脂と白色材料とを含有する反射層用樹脂組成物からなる層が好ましい。
樹脂としては、含フッ素樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。これらのうち、紫外線に対して耐性がある点、比較的屈折率が小さく、白色材料との屈折率の差が大きくなり、高拡散反射率が得られる点から、含フッ素樹脂が好ましい。
【００２５】
含フッ素樹脂としては、含フッ素単量体と他の単量体とからなる非晶質な共重合体、フッ素化環状脂肪族部を主鎖に有する非晶質な重合体等が挙げられる。
含フッ素単量体としては、テトラフルオロエチレン、クロロトリフルオロエチレン、フッ化ビニリデン、フッ化ビニル、ヘキサフルオロプロピレン等が挙げられる。
【００２６】
他の単量体としては、ビニルエーテル系単量体、ビニルエステル系単量体、アクリル系単量体、アリルエーテル系単量体等が挙げられる。
ビニルエーテル系単量体としては、アルキルビニルエーテル類、シクロアルキルビニルエーテル類、ヒドロキシアルキルビニルエーテル類等が挙げられる。
ビニルエステル系単量体としては、バーサテック酸ビニル、酢酸ビニル、プロピオン酸ビニル、シクロヘキサンカルボン酸ビニル等が挙げられる。
アクリル系単量体としては、（メタ）アクリル酸アルキルエステル、（メタ）アクリル酸ヒドロキシアルキルエステル等が挙げられる。本発明における「（メタ）アクリル酸」は、アクリル酸またはメタクリル酸を意味する。
また、他の単量体の水素原子が部分的にフッ素原子に置換された化合物を用いてもよい。
【００２７】
含フッ素単量体と他の単量体とからなる非晶質な共重合体としては、溶剤に可溶であり、かつ実質的に透明である点から、テトラフルオロエチレンまたはクロロトリフルオロエチレン（以下、これらをまとめてフルオロエチレン系単量体と記す。）とビニルエーテル系単量体との共重合体、フルオロエチレン系単量体とビニルエステル系単量体との共重合体、フルオロエチレン系単量体とアクリル系単量体との共重合体が好ましい。
【００２８】
フッ素化環状脂肪族部を主鎖に有する非晶質な重合体としては、旭硝子（株）製の「サイトップ」、デュポン社製の「テフロン（登録商標）ＡＦ」等が挙げられる。
含フッ素樹脂としては、後述の硬化剤（ポリイソシアネート樹脂）と併用することにより強靱な塗膜が形成できることから、水酸基を有する含フッ素樹脂が好ましい。水酸基を有する含フッ素樹脂の水酸基価は、３０〜１３０ＫＯＨｍｇ／ｇが好ましい。
【００２９】
樹脂の含有量は、後述の顔料体積濃度に応じて適宜決定され、例えば、樹脂組成物（固形分）の１００質量％中に１０〜２５質量％が好ましい。本発明における「固形分」とは、溶剤を除いた成分を意味する。
【００３０】
白色材料としては、二酸化チタン、酸化亜鉛、酸化アルミニウム、酸化ジルコニウム、酸化マグネシウム等の金属酸化物；炭酸カルシウム、炭酸鉛、硫酸バリウム等の金属塩；Ｎ，Ｎ’−ビス（４，６−ジアミノ−１，３，５−トリアジン−２−イル）エチレンジアミン等の白色有機物が挙げられる。これら白色材料のうち、金属酸化物、金属塩等の白色顔料が好ましく、比較的屈折率が高く、樹脂との屈折率の差が大きくなり、高拡散反射率が得られる点から、二酸化チタンを主成分とする顔料が特に好ましい。本発明における「二酸化チタンを主成分とする顔料」とは、顔料（１００質量％）中に二酸化チタンを９５質量％以上含有するものを意味する。二酸化チタンを主成分とする顔料としては、塩素法で作られたルチル型二酸化チタンをアルミナ、シリカ、チタニア等で表面処理したものが好ましい。
【００３１】
白色顔料の顔料体積濃度は、５０〜７０％が好ましく、５０〜６５％がより好ましい。白色顔料の顔料体積濃度を５０％以上とすることにより、反射層２２を薄くしても、高い拡散反射率を得ることができる。白色顔料の顔料体積濃度を７０％以下とすることにより、塗工後の成膜性がよくなる。
顔料体積濃度は、以下の式で求められる。
顔料体積濃度（％）＝（樹脂組成物（固形分）１００ｇ中の白色顔料の体積）／（樹脂組成物（固形分）１００ｇの体積）
【００３２】
反射層用樹脂組成物には、必要に応じて、硬化剤、界面活性剤、顔料分散剤、触媒、皮張り防止剤、シランカップリング剤、レベリング剤等、通常、塗料組成物に使用する添加剤等が含まれていてもよい。
硬化剤は、塗工後の成膜性をよくし、反射層３０の強度を高めるものである。硬化剤としては、ポリイソシアネート樹脂、アミノ樹脂等が挙げられる。
【００３３】
蛍光層２３は、紫外線発光ダイオード４７からの紫外線により励起されて可視光を発する層である。蛍光層２３としては、樹脂と蛍光材料とを含有する蛍光層用樹脂組成物からなる層が好ましい。
樹脂としては、上述の含フッ素樹脂、アクリル樹脂等が挙げられる。これらのうち、紫外線に対して耐性がある点から、含フッ素樹脂が好ましい。
【００３４】
発光材料は、紫外線発光ダイオード４７からの紫外線により励起されて可視光を発する材料である。発光材料としては、ハロリン酸カルシウム等が挙げられる。また、発光色に要求される色調に応じて、３原色蛍光体の他、補正色を持つ蛍光体を併用してもよい。
【００３５】
反射体２０は、たとえば、基板２１表面に反射層用樹脂組成物を含む塗工剤を塗工し、塗工剤からなる塗膜を乾燥させて反射層２２を形成し、該反射層２２表面に蛍光層用樹脂組成物を含む塗工剤を塗工し、塗工剤からなる塗膜を乾燥させて蛍光層２３を形成することにより製造される。
【００３６】
塗工剤は、各樹脂組成物を溶剤に溶解または分散させることにより調製される。溶剤としては、トルエン、キシレン、ｎ−ヘキサン等の炭化水素系溶剤；メチルエチルケトン、メチルイソブチルケトン、シクロヘキサノン、イソホロン等のケトン系溶剤；酢酸エチル、酢酸ｎ−ブチル、エチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、ジエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート等のエステル系溶剤；メタノール、エタノール、ｎ−ブタノール等のアルコール系溶剤；エチレングリコールモノエチルエーテル、エチレングリコールモノｎ−ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノｎ−ブチルエーテル等のエーテルアルコール系溶剤等が挙げられる。これら溶剤は、単独で用いてもよく、２種以上を混合して用いてもよい。
【００３７】
塗工方法としては、カーテン塗工法、ロール塗工法、浸漬塗工法、スプレー塗工法、ダイコート法等が挙げられる。
塗膜の乾燥温度は、室温以上が好ましく、乾燥時間は、溶剤が蒸発する時間以上が好ましい。
【００３８】
（液晶表示装置）
液晶表示装置１は、筐体（図示略）内に、液晶表示パネル１０および反射体２０を、離間させた状態で配置、固定し、配線等を行うことによって製造される。
液晶表示パネル１０と反射体２０との間の間隔ａは、５〜１２ｍｍが好ましく、５〜１０ｍｍがより好ましい。間隔ａが該間隔にあると、反射体２０から発光される可視光にムラが出にくく、液晶表示装置１が厚くならない。
【００３９】
該液晶表示装置１の動作は、たとえば、以下の通りである。
紫外線発光ダイオード４７から反射体２０の方向に発せられた紫外線は、蛍光層２３中の発光材料を励起させる。励起された発光材料は、可視光を発する。蛍光層２３から基板２１に向かう可視光は、反射層２２によって反射され、液晶表示パネル１０の方向に向かう。このように、紫外線発光ダイオード４７からの紫外線による蛍光層２３の面発光および反射層２２の反射によって、反射体２０から均一な可視光が液晶表示パネル１０に向かって発せられる。なお、紫外線発光ダイオード４７から直接、第１の基板１１に向かう紫外線は、ブラックマトリックス３２によって遮蔽される。
【００４０】
反射体２０からの可視光は、偏光板１５、第２の基板１２、液晶層１３、第１の基板１１を通過し、透明電極３４、４４間の印加の状態に応じて、偏光板１４を通過する、または偏光板１４で遮蔽される。
【００４１】
以上説明した液晶表示装置１にあっては、液晶表示パネル１０が、反射体２０側に紫外線発光ダイオード４７を有し、かつ反射体２０が、蛍光層２３および反射層２２を有するため、紫外線発光ダイオード４７からの紫外線によって反射体２０が可視光を面発光し、結果、反射体２０からの均一な可視光（白色光）が液晶表示パネル１０を通過することになり、濃淡のない画像を表示できる。また、紫外線発光ダイオード４７が、ブラックマトリックス３２に対応した反射体２０側に位置している、すなわちブラックマトリックス３２の裏側に隠れるように位置しているため、反射体２０からの可視光によって生ずる紫外線発光ダイオード４７の影がブラックマトリックス３２によって隠蔽される。結果、紫外線発光ダイオード４７の影の影響を受けることなく、濃淡のない画像を表示できる。
【００４２】
また、液晶表示装置１にあっては、陰極管等を設ける必要がなく、装置内部の温度上昇を抑えることができる。また、陰極管等を設ける空間が必要なく、また、放熱のための空間を広くする必要がないため、装置の厚さを薄くできる。結果、装置の軽量化、省スペース化が図れる。
蛍光層２３において紫外線が波長変換される際、未変換の紫外線は反射層２２に一部吸収され、ここで波長変換され赤外線になる。また、蛍光層２３で波長変換される際にも赤外線が発生する。そのため、反射体２０自体が発熱する。しかし、各層と、放熱の役割を果たす基板２１との距離が従来の照明装置に比べ非常に短いため、放熱が効率的に行われる。したがって、液晶表示装置１内の温度上昇が小さく、装置の寿命の向上が期待できる。
【００４３】
（他の実施形態）
なお、本発明の液晶表示装置は、図１に示す液晶表示装置１には限定はされない。たとえば、カラーフィルタ３３およびブラックマトリックス３２が第２の基板１２に設けられていてもよい。また、第２の基板１２に透明電極４６および紫外線発光ダイオード４７を設けず、別途、第３の基板に透明電極４６および紫外線発光ダイオード４７を設け、該第３の基板を、偏光板１５の表面（反射体２０側）に設けてもよい。
【００４４】
また、紫外線発光ダイオード４７の設置は、透明電極４６上にフォトリソグラフィによって直接、形成してもよく、別途、製造された紫外線発光ダイオードを透明電極４６上に実装してもよい。
また、反射体２０においては、反射層２２および蛍光層２３の代わりに、反射層の機能と蛍光層の機能とを１つの層に併せ持つ層を、基板２１に形成してもよい。また、基板２１の上に蛍光層２３を形成し、蛍光層２３の上に反射層２２を形成してもよい。
【産業上の利用可能性】
【００４５】
本発明の液晶表示装置によれば、従来の陰極管を用いたサイドライトまたはバックライト方式を採用した液晶表示装置に比べ、濃淡のない画像を表示でき、しかも装置の薄型化、軽量化、省スペース化が図れる。
【図面の簡単な説明】
【００４６】
【図１】本発明の液晶表示装置の一例を示す概略断面図である。
【符号の説明】
【００４７】
１  液晶表示装置
１０  液晶表示パネル
２０  反射体
３２  ブラックマトリックス
３３  カラーフィルタ
４７  紫外線発光ダイオード
２１  基材（金属基材）
２２  反射層（可視光を反射する層）
２３  蛍光層（紫外線発光ダイオードからの紫外線により励起されて可視光を発する層）
【図１】
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