JP6197788B2 - 液晶表示装置及び表示装置用基板 - Google Patents

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Description

本発明は、銅配線を含む液晶表示装置及び表示装置用基板に関する。
本願は、2013年4月30日に日本に出願された特願2013−095723号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
液晶表示装置又は有機EL表示装置では、画質を向上させる目的で、TFT(薄膜トランジスタ)などのアクティブ素子と電気的に接続される配線として、アルミニウム配線ではなく銅配線を用いる技術が検討されている。
例えば、特許文献1(日本国特開平10−307303号公報)は、銅配線をアルカリ性の酸化性溶液で形成する技術を開示している。特許文献2(日本国特開2011−135061号公報)は、酸化物半導体を用いて形成されたアクティブ素子の配線に、銅配線を用いる技術を開示している。
日本国特開平10−307303号公報 日本国特開2011−135061号公報
銅配線を備える液晶表示装置においては、この銅配線によって光が反射され、表示品質が低下する場合がある。上記の特許文献1,2においては、色材又は顔料を用いて銅配線の反射色を抑制し、表示色を最適化する技術が開示されていない。
本発明は、上記実情に鑑みてなされたものであり、色材又は顔料を用いて銅配線の反射色を抑制し、表示色を最適化する液晶表示装置及び表示装置用基板を提供することを目的とする。
本発明の第1の態様において、液晶表示装置は、表示装置用基板とアレイ基板とを対向させ、液晶層を介して、貼り合わせることによって形成される。表示装置用基板は、透明基板の上に、複数の画素開口部を持つブラックマトリクスと、透明樹脂層とを備える。アレイ基板は、複数の画素開口部のそれぞれに対応する複数のアクティブ素子と、複数のアクティブ素子と電気的に接続される銅配線とを備える。液晶表示装置は、観察者側からの平面視で、銅配線の少なくとも一部の上に重なり、銅の反射率の高い光波長域で低透過率を示すとともに銅の反射率の低い光波長域で高透過率を示す透過率特性を持つ色調整層をさらに備える。
また、液晶表示装置は、透明基板と、複数の画素開口部を持つとともに前記透明基板の上に設けられたブラックマトリクスと、透明樹脂層とを備える表示装置用基板と、液晶層と、前記複数の画素開口部のそれぞれに対応する複数のアクティブ素子と、前記複数のアクティブ素子と電気的に接続される銅配線とを備え、前記液晶層を介して前記表示装置用基板に対向するように貼り合わされたアレイ基板と、観察者から見た平面視で前記銅配線の少なくとも一部の上に重なり、銅の反射率の高い光波長域で低透過率を示すともに前記銅の反射率の低い光波長域で高透過率を示す透過率特性を持つ色調整層とを具備してもよい。
また、液晶表示装置は、透明基板と、複数の画素開口部を持つとともに前記透明基板の上に設けられたブラックマトリクス層と、透明樹脂層とを備える表示装置用基板と、液晶層と、前記複数の画素開口部のそれぞれに対応する複数のアクティブ素子と、前記複数のアクティブ素子と電気的に接続される銅配線とを備え、前記液晶層を介して前記表示装置用基板に対向するように貼り合わされたアレイ基板と、前記表示装置用基板の前記ブラックマトリクス層に積層され、ブラックマトリクスを構成し、平面視で前記銅配線の少なくとも一部の上に重なり、銅の反射率の高い光波長域で低透過率を示すともに前記銅の反射率の低い光波長域で高透過率を示す透過率特性を持つ色調整層とを具備してもよい。
上記第1の態様において、銅配線は、平面視で、複数の画素開口部に位置する部分を含むとしてもよい。色調整層のパターンの少なくとも一部は、平面視で、銅配線のパターンのうちのブラックマトリクスと重ならない部分の上に重なる。
上記第1の態様において、色調整層は、透明基板と透明樹脂層との間に形成されてもよい。
上記第1の態様において、液晶表示装置は、透明基板とブラックマトリクスとの間に、密着改善樹脂層をさらに備えてもよい。ブラックマトリクスのパターンと密着改善樹脂層のパターンとは、平面視で、同じ形状を持つとしてもよい。
上記第1の態様において、色調整層の少なくとも一部は、透明基板とブラックマトリクスとの間、と、ブラックマトリクスと透明樹脂層との間、の少なくとも1つに、備えられる、としてもよい。
上記第1の態様において、表示装置用基板は、複数の画素開口部のそれぞれに割り当てられる赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタをさらに備えてもよい。
上記第1の態様において、ブラックマトリクスは、遮光性色材の主材として有機顔料を含むとしてもよい。
上記第1の態様において、液晶表示装置は、平面視で、表示部と、表示部を囲む額縁部とを備えてもよい。額縁部は、遮光性色材の主材としてカーボンを含むとしてもよい。
本発明の第2の態様において、表示装置用基板は、銅配線を備えるアレイ基板と対向し、かつ、液晶層を介して貼り合わされる。表示装置用基板は、透明基板の上に、複数の画素開口部を持つブラックマトリクス及び複数の画素開口部のそれぞれに割り当てられる赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタと、透明樹脂層とを具備する。表示装置用基板は、観察者側からの平面視で、銅配線の少なくとも一部の上に重なり、銅の反射率の高い光波長域で低透過率を示すとともに銅の反射率の低い光波長域で高透過率を示す透過率特性を持つ色調整層をさらに備える。
また、表示装置用基板は、銅配線を備えるアレイ基板と対向し、かつ、液晶層を介して貼り合わされる表示装置用基板であって、透明基板と、複数の画素開口部を持つとともに前記透明基板の上に設けられたブラックマトリクスと、前記複数の画素開口部のそれぞれに割り当てられる赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタと、透明樹脂層と、観察者から見た平面視で前記銅配線の少なくとも一部の上に重なり、銅の反射率の高い光波長域で低透過率を示すとともに前記銅の反射率の低い光波長域で高透過率を示す透過率特性を持つ色調整層とを具備してもよい。
また、表示装置用基板は、銅配線を備えるアレイ基板と対向し、かつ、液晶層を介して貼り合わされる表示装置用基板であって、透明基板と、複数の画素開口部を持つとともに前記透明基板の上に設けられたブラックマトリクス層と、前記複数の画素開口部のそれぞれに割り当てられる赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタと、透明樹脂層と、前記ブラックマトリクス層に積層され、観察者から見た平面視で前記銅配線の少なくとも一部の上に重なり、銅の反射率の高い光波長域で低透過率を示すとともに前記銅の反射率の低い光波長域で高透過率を示す透過率特性を持つ色調整層とを具備してもよい。
上記第2の態様において、色調整層は、ブラックマトリクスと赤フィルタと緑フィルタと青フィルタとよりも液晶層の近くに形成されてもよい。
上記第2の態様において、表示装置用基板は、透明基板とブラックマトリクスとの間に、密着改善樹脂層をさらに備えてもよい。
上記第2の態様において、色調整層の少なくとも一部は、透明基板とブラックマトリクスとの境界面に、ブラックマトリクスとほぼ同じパターンで形成されてもよい。
上記第2の態様において、透明基板の上に、赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタが形成される。赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタの上に、ブラックマトリクスが形成される。
上記第2の態様において、色調整層は、およそ光の波長620nmでの透過率が、およそ30%以上、80%以下である、としてもよい。
上記第2の態様において、密着改善樹脂層は半透明樹脂層としてもよい。
上記第2の態様において、密着改善樹脂層は、およそ光の波長550nmでの透過率が、およそ30%以上、95%以下である、としてもよい。
上記第2の態様において、密着改善樹脂層はカーボンを含む、としてもよい。
上記第2の態様において、色調整層は、主な主材として、アルミニウムフタロシアン顔料を含む、としてもよい。
上記第2の態様において、ブラックマトリクスは、遮光性色材の主材として有機顔料を含む、としてもよい。
上記第2の態様において、表示装置用基板は、平面視で、表示部と、表示部を囲む額縁部とを備えてもよい。額縁部は、遮光性色材の主材としてカーボンを含むとしてもよい。
本発明の態様においては、色材又は顔料を用いて銅配線の反射色を抑制し、表示色を最適化する液晶表示装置及び表示装置用基板を提供することができる。
第1の実施形態に係る液晶表示装置のアレイ基板を観察者から見た一例を示す平面図である。 第1の実施形態に係る液晶表示装置のカラーフィルタ基板を観察者から見た一例を示す平面図である。 第1の実施形態に係る液晶表示装置の第1の断面の一例を示す図である。 第2の実施形態に係る液晶表示装置の第2の断面の一例を示す図である。 銅の反射率の一例を示すグラフである。 色調整層の光透過特性の例を示すグラフである。 第2の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す断面図である。 第3の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す断面図である。 第4の実施形態に係る液晶表示装置のアレイ基板を観察者から見た一例を示す平面図である。 第4の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す断面図である。 第5の実施形態に係るカラーフィルタ基板を観察者から見た一例を示す平面図である。 第5の実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す断面図である。 第5の実施形態に係るカラーフィルタ基板の一例を示す断面図である。 第5の実施形態に係るブラックマトリクス及びカラーフィルタを配向膜側から見た一例を示す平面図である。 第6の実施形態に係る色調整層感光性レジスト2を用いて形成された色調整層の光透過特性の例を示すグラフである。 第6の実施形態に係る色調整層感光性レジスト3を用いて形成された色調整層の光透過特性の例を示すグラフである。 第6の実施形態に係る色調整層感光性レジスト4を用いて形成された色調整層の光透過特性の例を示すグラフである。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素については、同一符号を付し、説明を省略するか又は必要な場合のみ説明を行う。
各実施形態においては、特徴的な部分についてのみ説明し、通常の液晶表示装置の構成要素と差異のない部分については説明を省略する。
各実施形態においては、液晶表示装置の表示単位が1画素(又は絵素)である場合を説明する。しかしながら、表示単位は、1サブピクセルでもよいし、他にも、複数のピクセル数(画素数)が表示単位を構成してもよいし、任意に定義されたピクセルや画素が表示単位を構成してもよい。画素は、少なくとも2つの平行な辺を持つ多角形であるとする。
平面視で、画素の横方向は、観察者の右目と左目との並び方向と平行とする。
平面視で、画素の横方向と垂直な方向は、画素の縦方向とする。
各実施形態は、液晶表示装置を例として説明するが、有機EL表示装置のような他の表示装置についても同様である。
[第1の実施形態]
本実施形態においては、例えば、初期配向が垂直配向の液晶分子を備え、ノーマリーブラックの特性を持つ液晶表示装置について説明する。本実施形態に係る液晶表示装置は、液晶表示パネルの表面及び裏面に、およそ90度のクロスニコルの関係にある偏光板を備える。本実施形態においては、液晶表示装置に備えられる偏光板及び位相差板の説明を省略する。本実施形態に係る液晶表示装置は、負の誘電率異方性を持つ液晶分子を備えるとする。
図1は、本実施形態に係る液晶表示装置のアレイ基板を観察者から見た一例を示す平面図である。
液晶表示装置1は、画素開口部2において、アクティブ素子3と、ソース線4と、ゲート線5と、補助容量線6と、延線33aとを備える。
アクティブ素子3は、例えば、薄膜トランジスタである。アクティブ素子3は、例えば、酸化物半導体によって形成される透明チャネル層31、ソース電極32、ゲート電極、ドレイン電極33を備える。酸化物半導体は、インジウム、ガリウム、亜鉛から構成されてもよい。本実施形態において、アクティブ素子3は、画素開口部2のコーナー部に備えられる。図1の例では、アクティブ素子3は、画素開口部2の左上に配置されている。
ソース線4は、画素開口部2の側辺部に配置されており、縦方向に延びる。ソース線4は、アクティブ素子3のソース電極32に対して電気的に接続される。
ゲート線5は、画素開口部2の上辺部及び下辺部に配置されており、横方向に延びる。ゲート線5は、アクティブ素子3のゲート電極に対して電気的に接続される。
補助容量線6は、横方向に延び、画素開口部2のほぼ中央部を横切るように配置される。
画素電極7は、液晶表示装置1のアレイ基板に設けられた導電性酸化膜であり、例えば、透明導電膜(ITO、Indium Tin Oxide)とする。画素電極7は、画素開口部2に備えられる。画素電極7は、アクティブ素子3のドレイン電極33及びドレイン電極33の延線33aを介して、例えば、画素中央部のコンタクトホール8から、液晶駆動電圧を供給される。画素電極7は、補助容量線6との間で、液晶駆動のための補助容量を持つとしてもよい。
例えば、ガラスなどの透明基板の上に、複数のアクティブ素子3、延線33a、ソース線4、ゲート線5、補助容量線6、画素電極7が形成され、これにより、例えば、1920×1080の画素を持つアレイ基板が形成される。
観察者から見ると、第1の層に、ソース線4、アクティブ素子3のソース電極32及びドレイン電極33、延線33aが配置され、第1の層の下の第2の層に、アクティブ素子3のゲート電極、ゲート線5、補助容量線6が配置される。
ソース線4は、例えば、チタンの上に、銅を形成した2層構造とする。本実施形態においては、ゲート線5、補助容量線6、延線33aも、例えば、チタンの上に、銅を形成した2層構造とする。
図2は、本実施形態に係る液晶表示装置1のカラーフィルタ基板を観察者から見た一例を示す平面図である。この図2は、カラーフィルタ基板のうち、上記の図1に示されている画素開口部2に重なる部分に相当する。
カラーフィルタ基板(表示装置用基板)に形成されるブラックマトリクスBM(ブラックマトリクス層)は、平面視で、上記図1に示されるソース線4、ゲート線5、アクティブ素子3を覆う位置に形成される。
色調整層18は、平面視で、ブラックマトリクスBM、補助容量線6、及び延線33aの上で重なるように配置される。
なお、色調整層18は、ブラックマトリクスBMの下に配置されてもよい。色調整層18は、ブラックマトリクスBM(ブラックマトリクス層)に直接接するように形成されてもよい。ブラックマトリクスの構造として、色調整層18及びブラックマトリクス層によって構成された2層構造が採用されてもよい。
図3は、液晶表示装置1の第1の断面の一例を示す図であり、上記の図1及び図2のA−A’断面に相当する。
液晶表示装置1は、液晶パネル9を備える。液晶パネル9は、アレイ基板10と、液晶層11と、カラーフィルタ基板12とを備える。アレイ基板10とカラーフィルタ基板12とは、液晶層11を介して、向き合っている。
アレイ基板10は、透明基板13と、絶縁層(透明樹脂)14a〜14cと、アクティブ素子3と、延線33aと、画素電極15と、配向膜16とを備える。
透明基板13としては、例えば、ガラス板が用いられる。
透明基板13の第1の平面(液晶層11に向く面)の上には、絶縁層14aが形成される。絶縁層14aの上には、アクティブ素子3のゲート電極34が形成される。ゲート電極34の形成された絶縁層14aの上には、絶縁層14bが形成される。絶縁層14bの上には、アクティブ素子3のソース電極32及びドレイン電極33、ドレイン電極33の延線33aが形成される。ソース電極32、ドレイン電極33、延線33aの形成された絶縁層14bの上には、絶縁層14cが形成される。絶縁層14cの上には、画素電極15が形成される。
アレイ基板10の配向膜16は、液晶層11の近くに位置する。アレイ基板10の透明基板13の第2の平面(第1の平面とは反対の面)は、液晶表示装置1の内部に面している。
カラーフィルタ基板12は、透明基板17と、色調整層18と、ブラックマトリクスBMと、カラーフィルタ19と、オーバーコート層(透明樹脂層)20と、対向電極(共通電極)21と、配向膜22とを備える。
透明基板11としては、例えば、ガラスが用いられる。
透明基板17の第1の平面(液晶層11に向く面)の上には、色調整層18が形成される。色調整層18の上には、ブラックマトリクスBMが形成される。色調整層18及びブラックマトリクスBMの形成された透明基板17の上には、カラーフィルタ19が形成される。カラーフィルタ19は、画素ごとに、赤フィルタRF、緑フィルタGF、青フィルタBFのいずれかが配置される。カラーフィルタ19の上には、オーバーコート層20が形成される。オーバーコート層20の上には、対向電極21が形成される。対向電極21の上には、配向膜22が形成される。
カラーフィルタ基板12の配向膜22は、液晶層11の近くに位置する。カラーフィルタ基板12の透明基板17の第2の平面(第1の平面とは反対の面)は、観察者に向く面である。
液晶層11の液晶分子は、本実施形態においては、初期垂直配向であり、負の誘電率異方性を持つ。
図3で、アクティブ素子3のトランジスタ構造は、ボトムゲート構造を例に示している。しかしながら、アクティブ素子3のトランジスタ構造は、トップゲート構造、ダブルゲート構造、デュアルゲート構造、又は、ボトムコンタクト構造などでもよい。
図4は、液晶表示装置1の第2の断面の一例を示す図であり、上記の図1及び図2のB−B’断面に相当する。
アレイ基板10の絶縁層14bの上に、ソース線4と延線33aとが形成される。ソース線4と延線33aとの形成された絶縁層14bの上に、絶縁層14cが形成される。
カラーフィルタ19の上には、オーバーコート層20が形成される。
上記の図1〜図4において、ソース電極32、ドレイン電極33、ゲート電極34、ソース線4、ゲート線5、補助容量線6、延線33aなどのメタル配線は、チタン層23と銅層24(銅配線)とを含む2層構造とする。
アクティブ素子3の透明チャネル層31(チャネル層)の酸化物は、ガリウム(Ga)、インジウム(In)、亜鉛(Zn)、ハフニウム(Hf)、錫(Sn)、イットリウム(Y)、ゲルマニウム(Ge)から選択される2種以上の混合酸化物とする。2種以上又は3種以上の複合酸化物で形成された透明チャネル層31は、非晶質の状態となる。透明チャネル層31形成後、又は、透明チャネル層31のパターン形成後に、およそ250℃以上、500℃以下の範囲内の熱処理が行われ、複合酸化物が結晶化されることにより、トランジスタのそれぞれの電気特性を安定化かつ均質化することができる。レーザ光でのアニールを同一基板に形成された複数のトランジスタ(透明チャネル層31)の一部に実施することで、複数のトランジスタの間で、例えば、しきい値電圧Vthなど電気特性を変えることができる。複合酸化物の熱処理条件は、およそ500℃以上の高温域が好ましい。ソース電極32、ドレイン電極33、ゲート電極34、ソース線4、ゲート線5、補助容量線6、延線33aなどを形成するメタルである銅の耐熱性で制限を受ける。RTA(Rapid Thermal Anneal)手法により、500℃以上で熱処理を短時間で行うことができる。
上記のように、アクティブ素子3は、透明チャネル層31を上記の複合酸化物とし、ソース電極32、ドレイン電極33、ゲート電極34などの金属配線をチタン層23と銅層24の2層構成としている。チタンは、モリブデン又はタングステンなどのような高融点金属に代替できる。
図4に示されるゲート線4及び延線33aは、絶縁層14bの上に、例えば、およそ膜厚8nmのチタン層23とおよそ膜厚250nmの銅層24とによって形成される。絶縁層14a〜14cは、例えば、窒化シリコン、酸化シリコン、又は、これら材料の混合物で形成されてもよい。絶縁層14a〜14cは、例えば、窒化シリコンと透明樹脂の2層としてもよい。
従来の液晶表示装置に対して銅配線を用いた場合、銅配線によって光反射が発生する。
図5は、銅の反射率の一例を示すグラフである。このグラフの縦軸は反射率(%)を表す。横軸は光の波長(nm)を表す。銅の反射率は、光の波長が低い波長域で低く、光の波長が高い波長域で高い。例えば、銅の反射率は、およそ550nm以降の長波長側で高い反射率を持つ。従来の液晶表示装置において、例えば、アクティブ素子3からの延線33aは、画素開口部2に位置するため、この延線33aが銅の場合に、表示色に銅の光反射固有の赤味が加わる。補助容量線6が銅の場合も、同様に、表示色に銅の光反射固有の赤味が加わる。
本実施形態において、銅は、およそ3%未満の異種金属又は不純物を含有してもよい。銅に添加されてもよい異種金属としては、例えば、マグネシウム、アルミニウム、インジウム、錫がある。このような異種金属の添加量が少ないほど、銅の反射率は好ましい状態となる。
これに対して、本実施形態においては、上記の図2に示されるように色調整層18が形成される。この色調整層18とブラックマトリクスBMとは、2層構成を持つ。
本実施形態に係る液晶表示装置1の画素において、色調整層18のパターンの少なくとも一部は、平面視で、補助容量線6、延線33aなどとほぼ同じ形状で形成される。
図6は、色調整層18の光透過特性の例を示すグラフである。このグラフの縦軸は透過率(%)を表す。横軸は光の波長(nm)を表す。
本実施形態において、色調整層18の透過率は、光の波長が低い波長域において高く、光の波長が高い波長域において低い。したがって、上記図5で示される銅の反射率色の特性と、図6で示される色調整層18の透過率の特性とは、光の波長の変化に対して逆の相関を持つ。例えば、色調整層18の透過率は、およそ光波長430nm以上、550nm未満の範囲で高透過率である。色調整層18の透過率は、およそ550nm以上、700nm以下の範囲で光を吸収する特徴を持ち、低透過である。この透過率特性は、一般に、シアンと呼称されるカラーフィルタの透過率特性に近い。カラーフィルタで通常採用される青フィルタは、およそ500nm以上、550nm未満の波長域にも吸収域を持つ。銅の薄膜は、緑の光波長域よりも短波長域で反射が弱くなる。このため、主な色材として青色色材を含む色調整層又は密着改善樹脂層が形成される場合には、緑色の反射成分が低くなりすぎ、銅の光反射固有の赤の補償には適さない。ここで、主な色材とは、色調整層又は密着改善樹脂層に分散又は添加される色材総量に対する質量比率が50%以上の色材とする。しかしながら、青色色材を色調整層に含める場合であっても、色調整層の赤の波長領域での透過率を、およそ30%以上又は40%以下とすることにより、ほぼシアン色とすることができる。
なお、色調整層18の透過率特性は、銅の反射率に代えて、銅配線の反射率特性と逆相関としてもよい。
図2〜図4のそれぞれの画素開口部2には、平面視で、赤フィルタRF、緑フィルタGF、青フィルタBFが備えられる。これらの赤フィルタRF、緑フィルタGF、青フィルタBFを備えるカラーフィルタ19は、省略されてもよい。赤フィルタRF、緑フィルタGF、青フィルタBFを含むカラーフィルタ19が省略される場合には、赤色、緑色、青色のそれぞれで発光するカラーLED光源を備えるバックライトユニットが、液晶表示装置1のアレイ基板10の裏面に、備えられる。カラーLED光源を備えるバックライトユニットが用いられる場合、画素ごとの液晶層11と各色のカラーLED光源とは、時分割駆動され、これによりカラー表示が実現される。赤色、緑色、青色のそれぞれで発光する有機EL表示装置が用いられる場合も、カラーフィルタ19は省略される。
色調整層18の色材又は膜厚は、後述する。なお、後述の第2及び第3の実施態様に係る色調整層18の透過率特性は、上記の図6の透過率特性よりも、およそ光波長550nm以上、700nm以下の範囲の吸収が少なくより高い透過率でもよい。したがって、後述の第2及び第3の実施態様においては、色調整層18の膜厚を薄くすることができる。
色調整層18は、紫外線吸収剤を含むとしてもよい。色調整層18に紫外線吸収剤が加えられた場合、液晶パネル9内での紫外線の再反射を緩和させ、酸化物半導体が用いられたトランジスタのしきい値電圧Vthの変動を防止することができる。紫外線吸収剤としては、例えば、ベンゾトリアゾール系化合物、ベンゾフェノン系化合物、サリチル酸系化合物、クマリン系化合物などが用いられる。これら紫外線吸収剤に、例えば、ヒンダードミン系化合物のような光安定化剤又はクエンチャー(例えば、一重項酸素クエンチャー)が添加されてもよい。
本実施形態において、およそ光波長550nm以上、700nm以下の可視光領域に吸収を持つことは、およそ光波長550nmより短波長側であるおよそ430nm以上、550nm未満の透過率が、およそ光波長550nm以上、700nm以下の透過率を上回る透過率特性を意味し、S字のような透過率特性を意味する。典型的には、色調整層18として、補色のシアンフィルタを用いることができる。しかしながら、色調整層18としては、銅の反射色である赤味を打ち消す他のカラーフィルタを用いてもよい。上記の図6では、4つの代表的な透過率特性が示されている。
銅の反射率が高くなる光波長域のうちの代表的光波長が620nmの場合、色調整層18の透過率は、およそ光波長30%以上、80%以下の範囲に含まれてもよい。
銅の反射率の高い領域の代表波長をおよそ620nmとする場合、色調整層18の透過率は、およそ30%以上、80%以下の範囲としてもよい。
色調整層18が、より液晶層11に近いブラックマトリクスBMの上に形成される場合、色調整層18は、色材の添加量を減らして、およそ40%以上、80%以下の透過率としてもよい。40%以上の透過率は、光学濃度換算で0.4以下となる。
色調整層18のおよそ620nm近傍の透過率が、例えば、およそ30%未満のように、低くなりすぎると、反射色は赤味を通り越して青味が強くなりすぎる。色調整層18のおよそ620nm近傍の透過率が、例えば、およそ85%を越えて高い場合、銅の反射色の補正が不十分となり、反射色に赤味が残る場合がある。
後述される密着改善樹脂層は、透明基板17とブラックマトリクスBMとの界面に形成されるため、可視域でニュートラルな反射色であることを優先することができる。そのため、代表的光波長がおよそ550nmの場合の透過率は、およそ30%以上、95%以下の範囲としてもよい。
なお、本実施形態において、透過率は、液晶表示装置1に用いられる透明な無アルカリガラスをレファレンスとする。
反射率は、酸化マグネシウム標準白色板の反射率をレファレンスとする。
本実施形態においては、複数のアクティブ素子3への電気信号を伝達する銅配線を備える液晶表示装置1において、銅の反射色が表れることを抑制することができる。
銅配線からの反射光は、バックライトユニットからの出射光の内部反射光、又は、液晶表示装置1の表示面に入射する外部光の再反射光を含む。
本実施形態においては、銅配線の反射色に基づく表示色の変化、及び、銅配線を用いた液晶表示装置1内からの反射光及び液晶パネル9内での再反射光の影響を解消することができる。また、本実施形態においては、偏光版などのような液晶パネル9の構成部材の影響を解消することができる。
本実施形態においては、液晶パネル9のセルギャップなどの光学条件に応じて若干の赤味を帯びた液晶表示装置1の黒表示(液晶駆動電圧オフ時の表示)の品質を改善することができる。
したがって、本実施形態においては、色材又は顔料を用いて銅配線の反射色を抑制することができ、表示色を最適化することができる。
本実施形態においては、導電率の高い銅配線を備えることで、高速で応答ムラのない液晶表示装置1を実現することができる。
[第2の実施形態]
本実施形態においては、上記第1の実施形態の変形例について説明する。
図7は、本実施形態に係る液晶表示装置1Aの一例を示す断面図である。
液晶表示装置1Aのカラーフィルタ基板12Aにおいては、カラーフィルタ19の上に、オーバーコート層20aが形成される。オーバーコート層20aの上に、色調整層18aが形成される。色調整層18aの形成されたオーバーコート層20aの上に、オーバーコート層20bが形成される。オーバーコート層20bの上に、対向電極21が形成される。色調整層18aのパターンの少なくとも一部は、平面視で、銅配線24のパターンのうちのブラックマトリクスBMと重ならない部分に重なる(ブラックマトリクスBMと重ならない部分に位置する)。換言すると、平面視において、色調整層18a(色調整層18aのパターン)は、銅配線である延線33aに重なるように位置している。また、色調整層18aは、平面視において、ブラックマトリクスBMと重ならない部分である補助容量線6に重なっている。
本実施形態に係る液晶表示装置1Aは、透明基板17とブラックマトリクスBMとの界面に、色調整層18が形成される。
色調整層18aは、平面視で、ブラックマトリクスBMと、カラーフィルタ19及びオーバーコート層20aを介して重なる位置に形成される。さらに、色調整層18aは、平面視で、画素開口部2において、カラーフィルタ19(図7では緑フィルタGF)と、オーバーコート層20aを介して対向する位置に形成される。
色調整層18aは、観察者から見た平面視で、ソース線4及び延線33aを覆うように、配置される。
色調整層18,18aの主な役割は、延線33a及びソース線4などに含まれる銅配線からの斜め方向を含む反射光及び再反射光に基づく赤味を緩和することにある。
また、後述の第4の実施形態で説明されるように、色調整層18,18aは、シアン色の顔料を用いて着色されてもよい。また、色調整層18,18aは、およそ18質量%以下のカーボン色材が添加されることにより、ブラックマトリクスBMの液晶パネル9Aの外部への反射光を抑制することができる。
本実施形態においては、色調整層18aの位置を、延線33a及びソース線4などの銅配線の位置に近づけることができるため、銅配線からの再反射光を効率的に抑制することができる。
[第3の実施形態]
本実施形態においては、上記第1及び第2の実施形態の変形例について説明する。
図8は、本実施形態に係る液晶表示装置1Bの一例を示す断面図である。
色調整層18は、カラーフィルタ基板12における透明基板17とブラックマトリクスBMとの界面に形成される。
さらに、色調整層18bは、アレイ基板10Bにおけるソース線4に含まれる銅配線と、延線33aに含まれる銅配線との上に形成される。
アレイ基板10Bにおいては、絶縁層14cの上に、絶縁層14dが形成される。絶縁層14dの上に、色調整層18bが形成される。色調整層18bの形成された絶縁層14dの上に、絶縁層14eが形成される。絶縁層14eの上に、画素電極15が形成される。画素電極15の形成された絶縁層14eの上に、配向膜16が形成される。
アレイ基板10Bにおける色調整層18bは、平面視で、すなわち、表示面に垂直な方向において、ソース線4、延線33aの上に、絶縁層14c,14dを介して重なるように形成される。
絶縁層14c,14dにスルーホールが形成されており、画素電極15は、ドレイン電極33の延線33aと電気的に接続されてもよい。
本実施形態においては、色調整層18bが、膜厚方向において、上記の実施形態と比較して、銅配線と最も近い位置に形成される。このため、斜め方向の反射光成分が表示面から出射されることを防止することができる。
[第4の実施形態]
本実施形態においては、上記第1〜第3の実施形態の変形例について説明する。
本実施形態において、配向膜16,22に対する配向処理は、光配向を用いているが、ラビングなど機械的配向を用いてもよい。配向膜16,22の配向方向は、偏光板の光軸に対して、およそ15度傾斜した角度を持つ。以下において、偏光板及び位相差板の説明は省略する。
本実施形態において、液晶分子は、負の誘電率異方性を持つとしてもよく、正の誘電率異方性を持つとしてもよい。
図9は、本実施形態に係る液晶表示装置1Cのアレイ基板10Cを観察者から見た一例を示す平面図である。
アレイ基板10Cは、ソース線4、ゲート線5、補助容量線61を備える。
ソース線4は、画素開口部2の側辺部に配置されており、縦方向に延びる。ソース線4は、アクティブ素子3のソース電極32に対して電気的に接続される。
ゲート線5は、画素開口部2の下辺部に配置されており、横方向に延びる。ゲート線5は、アクティブ素子3のゲート電極34に対して電気的に接続される。
補助容量線61は、画素開口部2の上辺部に配置されており、横方向に延びる。補助容量線61は、上記第1の実施形態と同様に、およそ膜厚8nmのチタン層23とおよそ膜厚250nmの銅層24とによって形成される。
本実施形態においては、ソース線4よりも上の層に、共通電極25が形成される。共通電極25よりも上の層に、櫛歯状の画素電極26が形成される。
画素電極26は、図9に示されるように、縦方向に軸を持つ櫛歯状パターンとして形成される。
アクティブ素子3は、画素の左下部に形成される。アクティブ素子3の透明チャネル層31は、例えば、膜厚およそ30nmのIGZO(登録商標、インジウム酸化物、ガリウム酸化物、亜鉛酸化物の混合酸化物)としてもよい。
共通電極25は、補助容量線61とコンタクトホール81を介して電気的に接続されている。共通電極25と画素電極26とは、絶縁層を介して補助容量を持つとしてもよい。
図10は、液晶表示装置1Cの一例を示す断面図であり、上記の図9のC−C’断面に相当する。
本実施形態に係る液晶表示装置1Cの液晶パネル9Cは、アレイ基板10Cとカラーフィルタ基板12Cとが、液晶層11を介して、向かい合う。
アレイ基板10Cは、透明導電膜(ITO)である共通電極25、画素電極26を備える。
アレイ基板10Cの透明基板13の第1の平面(液晶層11に向く面)の上に、絶縁層14aが形成される。絶縁層14aの上に、ソース線4が形成される。ソース線4の形成された絶縁層14aの上に、絶縁層14bが形成される。絶縁層14bの上に、共通電極25が形成される。共通電極25の形成された絶縁層14bの上に、絶縁層14cが形成される。絶縁層14cの上に、櫛歯状の画素電極26が形成される。画素電極26の形成された絶縁層14cの上に、配向膜16が形成される。
アレイ基板10Cの配向膜16は、液晶層11の近くに位置する。アレイ基板10Cの透明基板13の第2の平面(第1の平面とは反対の面)は、液晶表示装置1Cの内部に面している。
カラーフィルタ基板12Cの透明基板17の第1の平面(液晶層11に向く面)の上であり、平面視で、画素の境界部に、密着改善樹脂層27が形成される。密着改善樹脂層27の上に、ブラックマトリクスBMが形成される。ブラックマトリクスBMの上に、色調整層18cが形成される。密着改善樹脂層27、ブラックマトリクスBM、色調整層18cの形成された透明基板17の上には、カラーフィルタ19が形成される。カラーフィルタ19の上にはオーバーコート層20と配向膜22とが形成される。
カラーフィルタ基板12Cの配向膜22は、液晶層11の近くに位置する。カラーフィルタ基板12Cの透明基板17の第2の平面(第1の平面とは反対の面)は、観察者に向く面である。
例えば、密着改善樹脂層27は、半透明樹脂としてもよい。密着改善樹脂層27は、カーボンを含む半透明樹脂としてもよい。
ブラックマトリクスBMは、それぞれおよそ膜厚0.3μmの色調整層18cと密着改善樹脂層27とで挟持される。
通常、ブラックマトリクスBMは、液晶の配向に悪影響を与えないため、例えば、およそ1.5μm以下の薄膜で形成される。ブラックマトリクスBMは、高い遮光性を持ち、カーボンなどのような遮光性色材の含有率が高い。ブラックマトリクスBMは、固形比の質量%で、およそ40%以上、60%以下のカーボンを含有する。このため、露光及び現像を含むフォトリソグラフィ工程において、剥がれを生じ易い。本実施形態に係る色調整層18c、又は、密着改善樹脂層27に含まれる色材又は顔料の比率は、およそ35%以下としてもよい。これにより、高濃度のカーボンを含むブラックマトリクスBMの現像時の剥がれを解消することができる。
密着改善樹脂層27に含まれる色材は、シアン色を示す顔料の組み合わせとしてもよい。
本実施形態において、色調整層18cは、ブラックマトリクスBMの上面及び下面を挟持する構成を持つとしてもよい。
なお、本実施形態で例示された各種の膜厚などの数値はこれに限定されず、適宜変更可能である。
[第5の実施形態]
本実施形態においては、上記第4の実施形態の変形例について説明する。
図11は、本実施形態に係るカラーフィルタ基板を観察者から見た一例を示す平面図である。
この図11では、赤フィルタRF、緑フィルタGF、青フィルタBF、及びブラックマトリクスBMが示されている。
図12は、本実施形態に係る液晶表示装置1Dの一例を示す断面図である。
図13は、本実施形態に係るカラーフィルタ基板12Dの一例を示す断面図である。
本実施形態に係る液晶表示装置1Dのカラーフィルタ基板12Dは、表示部28と額縁部29とを備える。
カラーフィルタ基板12Dの透明基板17の第1の平面(液晶層11に向く面)の上に、カラーフィルタ19が形成される。カラーフィルタ19の上であり、平面視で、画素の境界部に、ブラックマトリクスBMが形成される。ブラックマトリクスBMの上に、色調整層18cが形成される。ブラックマトリクスBm及び色調整層18cの形成されたカラーフィルタ19の上に、オーバーコート層20及び配向膜22が形成される。
カラーフィルタ基板12Dの配向膜22は、液晶層11の近くに位置する。カラーフィルタ基板12Dの透明基板17の第2の平面(第1の平面とは反対の面)は、観察者に向く面である。
ブラックマトリクスBMに用いられる遮光部材は、後述される遮光性レジスト2が用いられる。この遮光性レジスト2は、透明樹脂に複数種の有機顔料を混合分散して形成され、可視域について遮光性を持つ。色調整層18cは、例えば、上記第1の実施形態と同様に、およそ400nm以上、550nm未満の光波長域よりも、およそ550nm以上、700nm以下の光波長域で、吸収性を持つ。
本実施形態において、ブラックマトリクスBMの位置は、カラーフィルタ基板12Dの構成要素のうち、オーバーコート層20及び配向膜22を除き、液晶層11に最も近い位置に配置される。この位置にブラックマトリクスBMを形成することにより、IPS(In−Plane−Switching)駆動方式(水平配向の液晶分子を用いた横電界方式)の液晶表示装置1Dにおいて、隣接画素からの混色を抑制することができる。
IPS駆動方式の液晶表示装置1Dにおいては、液晶分子の横方向の動作伝播距離が長く、隣接する画素がオフ状態(駆動電圧印加なし)の場合であっても、駆動電圧のオン状態の画素の影響を受け、光漏れを起こしやすい。換言すれば、ブラックマトリクスBMの位置を液晶層11の近くとすることは、隣接画素駆動時のクロストークによる光漏れを抑制することができる。およそ300ppi(pixels per inch)、又は、400ppi以上の高精細の液晶表示装置においては、大きな画素では生じにくかった斜め方向の光漏れを隣接画素に与えやすい。ブラックマトリクスBMの位置を液晶層11に近くすることで、さらに、画素の微細化によって生じる斜め方向の光漏れを抑制できる。
ブラックマトリクスBMは、透明樹脂に複数種の有機顔料を混合分散することによって形成され、光の可視域において遮光性を持つ。液晶層11に近い位置にブラックマトリクスBMが形成される場合、カーボン色材を含むブラックマトリクスの比誘電率は高くなる。このため、カーボン色材を含むブラックマトリクスBM近傍においては、液晶層11に印加される駆動電圧の等電位線が歪み、光漏れが発生しやすい。ゆえに、本実施形態に係るカラーフィルタ基板1Dにおいては、遮光性色材の主材を有機顔料とすることが好ましい。
図14は、本実施形態に係るブラックマトリクスBM及びカラーフィルタ19を配向膜22から見た一例を示す平面図である。
額縁部29は、光学濃度およそ4.5のカーボン色材の遮光層と、光学濃度およそ1.0の顔料色材との2層で構成される。
ブラックマトリクスBMは、上述のように、顔料色材を含む遮光層の単層構成で、カラーフィルタ19(赤フィルタRF、緑フィルタGF、青フィルタBF)の上に形成されている。
なお、カラーフィルタ19又は顔料色材の遮光層のアライメントに必要なアライメントマークは、カーボン色材の遮光層形成時にカーボン色材の遮光層と同じ材料で、同一工程で、形成される。額縁部29は、液晶表示装置1Dの裏面に備えられるバックライトからの光を十分に遮光する必要があり、例えば、4以上の光学濃度が要求されている。遮光性色材が顔料であるブラックマトリクスBMは、近赤外域の赤外線を透過するため、カーボン色材で形成されたアライメントマークは、近赤外光と近赤外カメラを用いてアライメントできる。カーボン色材を用いて形成されたアライメントマークは、近赤外光を透過しにくい。
[第6の実施形態]
本実施形態においては、上記各実施形態で説明された表示装置用基板(アレイ基板10,10B,10C及びカラーフィルタ基板12,12A,12C,12D)で用いられる材料について説明する。
(色調整層18,18a,18b,18c及び密着改善樹脂層27用色材のうち少なくとも一つを構成する層について)
以下に、色調整層18,18a,18b,18c及び密着改善樹脂層27のうち少なくとも一つを構成する層に適用される色材を示す。
本実施形態に係る色調整層18,18a,18b,18c及び密着改善樹脂層27のうち少なくとも一つを構成する層に適用される顔料の分光特性は、概ね、分光カーブのボトムが浮いており、かつ、シアン色と呼称されるブロードな高い透過率を持つとしてもよい。このような分光特性を持つ顔料は、例えば、有機顔料を組み合わせて作成される。これに対して、青色と呼称され、短波長側に透過率の高い部分を持つ分光特性の色調整層は適当でない。色調整層18,18a,18b,18c及び密着改善樹脂層27のうち少なくとも一つを構成する層の透過域は、およそ青色と緑色との2つの透過域にわたる(属する)ことが好ましい。色調整層18,18a,18b,18c及び密着改善樹脂層27のうち少なくとも一つを構成する層は、緑色の透過ピークに対応する光波長およそ550nm以降から700nm以下の可視光域、すなわち、銅の高い反射率の領域で吸収性能を持つことが望ましい。換言すれば、色調整層18,18a,18b,18cの半値(例えば、ピーク透過率の半分の透過率に対応する光波長)が、およそ550nmより長波長側にあることが望ましい。
例えば、色調整層18,18a,18b,18c及び密着改善樹脂層27のうち少なくとも一つを構成する層は、光学濃度がおよそ0.4以下の少量のカーボンを色材として含むとしてもよい。例えば、密着改善樹脂層27が、光学濃度がおよそ0.4以下の少量のカーボンを含む場合、透明基板17から見たブラックマトリクスBMの光の反射による干渉色などによる色付きを抑制することができ、ニュートラルな反射色を表示することができる。
色調整層18,18a,18b,18c及び密着改善樹脂層27のうち少なくとも一つを構成する層の色材として、アルミニウムフタロシアニン、銅フタロシアニン、亜鉛フタロシアニン、などが用いられる。これらフタロシアニン顔料は、フタロシアニン構造を持つブロム(Br)と塩素(Cl)との量で色調を調整することができる。アルミニウムフタロシアニン顔料は、およそ400nmから550nmの光の波長域を越えるブロードな透過域を持つため、シアン色を再現する色材として用いられる。アルミニウムフタロシアニン顔料としては、例えば、日本国特許第3837037号公報で説明されている顔料を適用することができる。銅フタロシアニン顔料としては、例えば、C.I.ピグメントグリーン7、C.I.ピグメントグリーン36を用いることができる。亜鉛フタロシアニン顔料としては、例えば、C.I.ピグメントグリーン58を用いることができる。上記の色材は、色調整層18,18a,18b,18cの主な色材として、透明樹脂を含む固形比の質量%についておよそ5質量%以上、35質量%以下の範囲で加えられてもよい。調整される光の波長は、可視域とする。銅反射色抑制の観点から、調整される光は、例えば、およそ光波長620nmで、およそ光学濃度0.5未満であることが望ましい。調整される光は、例えば、およそ光波長620nmで、およそ光学濃度0.5以上となると、添加された色材の色が強く出すぎて逆効果となる。
銅の高い反射率の領域に吸収性能を持たせるために、色調整層18,18a,18b,18c及び密着改善樹脂層27のうち少なくとも一つを構成する層に、少量のブルー顔料を添加してもよい。ブルー顔料としては、例えば、C.I.ピグメントブルー15:3、C.I.ピグメントブルー15:4、C.I.ピグメントブルー15:6、C.I.ピグメントグリーン7、C.I.ピグメントグリーン36、C.I.ピグメントグリーン58を用いることができる。これら補助の顔料は、上記のフタロシアニン顔料の色を調整するために加えることができる。
色調整層18,18a,18b,18cは、周知のフォトリスグラフィ法により、例えば、およそ膜厚0.1μm以上、0.8μm以下で形成される。色調整層18,18a,18b,18cがおよそ0.8μmより厚くなると、色調整層18,18a,18b,18cとブラックマトリクスBMとの合計膜厚が厚くなりすぎ、液晶の配向に悪影響を与える。色調整層18,18a,18b,18cがおよそ0.8μmより厚く、かつ、色調整層18,18a,18b,18c及び密着改善樹脂層27のうち少なくとも一つを構成する層の透過率が高い場合、透明基板17とブラックマトリクスBMとの間で光の虹色の干渉が生じやすく、表示品位を低下させる。およそ0.1μm以下の薄い膜厚は、膜厚精度の確保が難しい。感光性樹脂組成物に用いられる樹脂、重合成モノマー、光重合開始剤、溶剤などは後で説明される。カラーフィルタ19の赤フィルタRF、緑フィルタGF、青フィルタBFに用いられる顔料などについても後で説明される。
(色調整層レジスト調整の例)
<色調整層感光性レジスト1>
色調整層感光性レジスト1は、A.着色材としてアルミニウムフタロシアニンとC.I.ピグメントブルー15:4との質量比81/19の混合物を35質量部、B.アルカリ可溶性樹脂として、メタクリル酸/ベンジルメタクリレート/2−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体(共重合重量比=15/70/15、Mw=28,000)を60質量部、C.多官能性単量体として、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを40質量部、D.光重合開始剤として、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾールを10質量部、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンを10質量部、溶剤として、3−エトキシプロピオン酸エチルを1100質量部、を混合して調製する。
色調整層18,18a,18b,18cの透過率は、溶剤の添加量を調整することによる膜厚の調整、主な色材であるアルミニウムフタロシアニンの顔料比率の調整、後述される顔料の少量の添加、で調整できる。上記の図6では、色調整層感光性レジスト1を用いて形成された色調整層の代表的な透過率特性1a,1b,1c,1dが示されている。上記の図6に示されるような透過率特性1a,1b,1c,1dは、着色剤の濃度、又は、色調整層の膜厚を調整することにより調整可能である。
<色調整層感光性レジスト2>
色調整層感光性レジスト2は、A.着色材として、C.I.ピグメントブルー15:3の単体顔料(33質量部)を含む。色調整層感光性レジスト2における他の要素である、B.アルカリ可溶性樹脂、C.多官能単量体、D.光重合開始剤は、上記の色調整層感光レジスト1と同様とする。
図15は、色調整層感光性レジスト2を用いて形成された色調整層の光透過特性の例を示すグラフである。
この図15では、色調整層感光性レジスト2を用いて形成された色調整層の代表的な透過率特性2a,2b,2c,2dが示されている。図15に示されるような透過率特性2a,2b,2c,2dは、着色材の濃度、又は、色調整層の膜厚を調整することにより調整可能である。
<色調整層感光レジスト3>
色調整層感光性レジスト3は、A.着色材として、C.I.ピグメントグリーン7とC.I.ピグメントブルー15:3との質量比50/50の混合物を35質量部、B.アルカリ可溶性樹脂として、メタクリル酸/ベンジルメタクリレート/2−ヒドロキシエチルメタクリレート共重合体(共重合重量比=15/70/15、Mw=28,000)を60質量部、C.多官能性単量体として、ジペンタエリスリトールヘキサアクリレートを40質量部、D.光重合開始剤として、2,2’−ビス(2,4−ジクロロフェニル)−4,4’,5,5’−テトラフェニルビイミダゾールを10質量部、4,4’−ビス(ジエチルアミノ)ベンゾフェノンを10質量部、溶剤として、3−エトキシプロピオン酸エチルを1100質量部、を混合して調製する。
図16は、色調整層感光性レジスト3を用いて形成された色調整層の光透過特性の例を示すグラフである。
この図16では、色調整層感光性レジスト3を用いて形成された色調整層の代表的な透過率特性3a,3b,3c,3dが示されている。図16に示されるような透過率特性3a,3b,3c,3dは、着色材の濃度、又は、色調整層の膜厚を調整することにより調整可能である。
<色調整層感光性レジスト4>
色調整層感光性レジスト4は、A.着色材として、アルミニウムフタロシアニン、C.I.ピグメントブルー15:4、C.I.ピグメントイエロー138の混合物を35質量部として用いる。色調整層感光性レジスト4における他の要素である、B.アルカリ可溶性樹脂、C.多官能単量体、D.光重合開始剤は、上記の色調整層感光レジスト1と同様とする。
図17は、色調整層感光性レジスト4を用いて形成された色調整層の光透過特性の例を示すグラフである。
この図17では、色調整層感光性レジスト4を用いて形成された色調整層の代表的な透過率特性4a,4b,4c,4dが示されている。図17に示されるような透過率特性4a,4b,4c,4dは、着色材の濃度、又は、色調整層の膜厚を調整することにより調整可能である。
樹脂、開始剤、モノマーなどは、後述される種々の材料から選択される。可視域の広い範囲で、均一に、透過率を下げるため、色調整層18,18a,18b,18cは、遮光性色材のカーボンを、全色材での固形比10質量%以下の量で添加してもよい。換言すれば、色調整層18,18a,18b,18cに遮光性色材のカーボンを少量加えることで、ブラックマトリクスBM表面からの反射光を、可視域の広い範囲でおよそ0.5%以下に抑えることができる。
(密着改善樹脂層レジスト調整の一例)
ビスフェノールフルオレン型エポキシ樹脂(新日鉄住金化学社製「V259−ME」固形分56.1%)16.48gに対し、ジペンタエリスリトールペンタ/ヘキサアクリレート混合物(日本化薬社製「KAYARAD DPHA」)2.02g、光重合開始剤(ADEKA社製「NCI−831」)0.21g、カーボンブラック(カーボン色材)のプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート分散液(固形分26.0%、固形分中のカーボンブラック濃度75.0質量%)9.69g及びプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート71.59g、を加えてよく攪拌し、密着改善樹脂層レジスト、100g(固形分14.0%、カーボンブラック濃度13.5質量%、光学濃度1.0/μm)が作成される。
上記の各実施形態において、密着改善樹脂層27の硬膜後の膜厚は、およそ0.3μmとする。実効的な光学濃度は約0.3とする。
(感光性樹脂組成物)
本実施形態の色調整層18,18a,18b,18c及び密着改善樹脂層27は、少なくとも、樹脂、重合性モノマー、光重合開始剤及び溶剤を含有する感光性樹脂組成物に、遮光性色材又は顔料を添加して作成される。赤フィルタRF、緑フィルタGF、青フィルタBFを含むカラーフィルタ19は、感光性樹脂組成物に、後述される顔料を添加して着色させてもよい。
<樹脂>
樹脂としては、例えば、アクリル酸、メタクリル酸、メチルアクリレート、メチルメタクリレート、エチルアクリレート、エチルメタクリレート、ブチルアクリレート、ブチルメタクリレートなどのアルキルアクリレート又はアルキルメタクリレート、環状のシクロヘキシルアクリレート又はメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレート又はメタクリレート、スチレン、などの内から3〜5種類程度のモノマーを用いて合成した、分子量5000〜100000程度の樹脂が用いられる。
アクリル系樹脂の一部に不飽和二重結合を付加した樹脂として、上記のアクリル樹脂、イソシアネート基と1個以上のビニル基を有するイソシアネートエチルアクリレート、メタクリロイルイソシアネート、などの化合物を反応させて得られる、酸価50以上、150以下の感光性共重合体が、耐熱性、現像性等の点から好ましく使用される。
樹脂としては、ビスフェノールA型エポキシ樹脂、ビスフェノールF型エポキシ樹脂、ノボラック型エポキシ樹脂、ポリカルボン酸グリシジルエステル、ポリオールポリグリシジルエステル、脂肪族又は脂環式エポキシ樹脂、アミンエポキシ樹脂、トリフェノールメタン型エポキシ樹脂、ジヒドロキシベンゼン型エポキシ樹脂などのエポキシ樹脂と(メタ)アクリル酸を反応させて得られるエポキシ(メタ)アクリレート、等の通常の光重合可能な樹脂、カルド樹脂も使用できる。
<重合性モノマー>
光重合性モノマーとしては、例えば、エチレングリコール(メタ)アクリレート、ジエチレングリコールジ(メタ)アクリレート、プロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ジプロピレングリコールジ(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、ポリプロピレングリコールジ(メタ)アクリレート、ヘキサンジ(メタ)アクリレート、ネオペンチルグリコールジ(メタ)アクリレート、グリセリンジ(メタ)アクリレート、グリセリントリ(メタ)アクリレート、グリセリンテトラ(メタ)アクリレート、テトラトリメチロールプロパントリ(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、ペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレート等が用いられる。これらの成分は単独又は混合物として使用される。光重合性モノマーとして、例えば、各種変性(メタ)アクリレート、ウレタン(メタ)アクリレート等を用いることもできる。特に、二重結合当量が小さく高感度化が達成できるペンタエリスリトールテトラ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールペンタ(メタ)アクリレート、ジペンタエリスリトールヘキサ(メタ)アクリレートが好適に用いられる。
光重合性モノマーの含有量としては、感光性樹脂組成物の固形分中およそ5重量%以上、20重量%以下であることが好ましい。光重合性モノマーの含有量は、より好ましくは、およそ10重量%以上、15重量%以下の範囲である。光重合性モノマーの含有量がこの範囲の場合、感光性樹脂組成物の感度、現像速度を、生産上好適な水準に調整することができる。光重合性モノマーの含有量は、およそ5重量%未満の場合、黒色感光性樹脂組成物の感度は不足する。
<光重合開始剤>
光重合開始剤として、従来公知の化合物が適宜使用されてもよい。光重合開始剤としては、オキシムエステル化合物が用いられることが好ましい。オキシムエステル化合物は、光を透過しない黒色感光性樹脂組成物に用いられる場合に、高感度化を実現することができる。
オキシムエステル系化合物の具体例としては、2−(O−ベンゾイルオキシム)−1−[4−(フェニルチオ)フェニル]−1,2−オクタンジオン、1−(O−アセチルオキシム)−1−[9−エチル−6−(2−メチルベンゾイル)−9H−カルバゾール−3−イル]エタノン(共にBASFジャパン社製)等が用いられる。
光重合開始剤の含有量は、感光性樹脂組成物の固形分中およそ0.5重量%以上、10.0重量%以下であることが好ましく、より好ましくはおよそ1.0重量%以上、およそ5.0重量%以下の範囲である。光重合開始剤の含有量がおよそ1重量%未満の場合、感光性樹脂組成物の感度が不足する。光重合開始剤の含有量がおよそ10重量%より大きい場合、ブラックマトリックスのパターン線幅が太くなりすぎる。
本実施形態に用いられる感光性樹脂組成物には、上記の光重合開始剤と共に、他の光重合開始剤を併用することができる。
他の光重合開始剤としては、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−メチル−1[4−(メチルチオ)フェニル]−2−モルフォリノプロパン−1−オン、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−オン等のアセトフェノン系化合物、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等のベンゾイン系化合物、ベンゾフェノン、ベンゾイル安息香酸、ベ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、3,3’,4,4’−テトラ(t−ブチルパーオキシカルボニル)ベンゾフェノン等のベンゾフェノン系化合物、チオキサントン、2−クロルチオキサントン、2−メチルチオキサントン、イソプロピルチオキサントン、2,4−ジイソプロピルチオキサントン、2,4−ジエチルチオキサントン等のチオキサントン系化合物、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−(p−トリル)−4,6−ビス(トリクロロメチル)−s−トリアジン、2−ピペロニル−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−(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−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、2,4−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−トリアジン等のトリアジン系化合物、ビス(2,4,6−トリメチルベンゾイル)フェニルホスフィンオキサイド、2,4,6−トリメチルベンゾイルジフェニルホスフィンオキサイド等のホスフィン系化合物、9,10−フェナンスレンキノン、カンファーキノン、エチルアントラキノン等のキノン系化合物、ボレート系化合物、カルバゾール系化合物、イミダゾール系化合物、チタノセン系化合物等が用いられる。これらの光重合開始剤は1種または必要に応じて任意の比率で2種以上混合して用いられる。他の光重合開始剤の含有量は、感光性樹脂組成物の固形分中およそ0.1重量%以上、1重量%以下であることが好ましく、より好ましくはおよそ0.2重量%以上、0.5重量%以下の範囲である。
<溶剤>
溶剤としては、メタノール、エタノール、エチルセロソルブ、エチルセロソルブアセテート、ジグライム、シクロヘキサノン、エチルベンゼン、キシレン、酢酸イソアミル、酢酸nアミル、プロピレングリコールモノメチルエーテル、プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、プロピレングリコールモノエチルエーテル、プロピ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、ジエチレングリコールモノメチルエーテル、ジエチレングリコールモノメ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、ジ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ブチルエーテル、ジエチレングリコールモノブチルエーテルアセテート、トリエチレングリコール、トリエチレングリコールモノメチルエーテル、トリエチレングリコールモノメチルエーテルアセテート、トリエチレングリコールモノエチルエーテル、トリエチレングリコールモノエチルエーテルアセテート、液体ポリエチレングリコール、ジプロピレングリコールモノメチルエーテル、ジプロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート、ジプロピレングリコールモノエチルエーテル、ジプロピレングリコールモノエチルエーテルアセテート、乳酸エステル、エチルエトキシプロピオネートなどが用いられる。
<遮光性色材>
本実施形態に係る遮光性色材としては、カーボンブラック(各実施形態ではカーボンとも表記される)が好ましい。カーボンブラックとしては、ランプブラック、アセチレンブラック、サーマルブラック、チャンネルブラック、又は、ファーネスブラック等が用いられてもよい。
<顔料>
赤フィルタRFの形成に用いられる赤色顔料としては、例えば、C.I.PigmentRed 7、9、14、41、48:1、48:2、48:3、48:4、81:1、81:2、81:3、97、122、123、146、149、168、177、178、179、180、184、185、187、192、200、202、208、210、215、216、217、220、223、224、226、227、228、240、246、254、255、264、272、279等が用いられてもよい。赤フィルタRFの色相を調整するために、赤色顔料と、黄色顔料と橙色顔料との少なくとも一方とを併用してもよい。
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、20、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、86、93、94、95、97、98、100、101、104、106、108、109、110、113、114、115、116、117、118、119、120、123、125、126、127、128、129、137、138、139、144、146、147、148、150、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、185、187、188、193、194、199、213、214等が用いられてもよい。
橙色顔料としては、C.I.Pigment Orange 36、43、51、55、59、61、71、73等が用いられてもよい。
緑フィルタGFを形成するための緑色顔料としては、例えば、C.I.PigmentGreen 7、10、36、37、58等が用いられてもよい。緑フィルタGFの色相を調整するために、緑色顔料と黄色顔料とが併用されてもよい。黄色顔料としては、赤フィルタRFの色相を調整するために併用可能な黄色顔料を適宜用いてもよい。
青フィルタBFを形成するための青色顔料には、例えば、C.I.ピグメントブルー15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、22、60、64等が用いられてもよい。青フィルタBFの色相を調整するために、青色顔料と紫色顔料とが併用されてもよい。紫色顔料の具体例としては、C.I.ピグメントバイオレット1、19、23、27、29、30、32、37、40、42、50等が用いられてもよい。
先に列記された顔料は、色調整層18,18a,18b,18cの色材として用いられてもよい。以下において、C.I.Pigment Yellow 139はY139、C.I.ピグメントブルー15:6はB15:6、C.I.ピグメントバイオレット23はV23と略記する場合がある。
(額縁部29に適用される遮光性レジスト1の例)
液晶表示装置1Dにおいては、額縁部に高い遮光性が要求される。このため、遮光性色材の主材は、カーボンであることが好ましい。
また、カーボンを遮光性色材の主材とする額縁部29は、比誘電率が高い。このため、額縁部29は、膜厚方向において、液晶層から遠い位置に形成されることが望ましい。
下記の組成の混合物が均一に攪拌混合され、ビーズミル分散機にて攪拌され、黒色ペーストが作成される。混合物の組成は質量部で表される。
カーボン顔料 20部
分散剤 8.3部
銅フタロシアニン誘導体 1.0部
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 71部
上記の黒色ペーストを用いて、下記の組成の混合物が均一になるように攪拌混合され、およそ5μmのフィルタで濾過され、遮光層18に適用される遮光性レジスト1が調製される。本実施形態において、レジストとは、カーボン又は有機顔料を含む感光性着色組成物を指す。
黒色ペースト 25.2部
アクリル樹脂溶液 18部
ジペンタエリスリトールペンタ及びヘキサアクリレート 5.2部
光重合開始剤 1.2部
増感剤 0.3部
レベリング剤 0.1部
シクロヘキサノン 25部
プロピレングリコールモノメチルエーテルアセテート 25部
本実施形態において、黒色レジスト1又はカラーレジストにおける主な色材(顔料)とは、そのレジストに含まれる色材(顔料)の全質量比(%)に対して50%を越える色材を意味する。例えば、黒色レジスト1は、カーボンが色材の100%を占め、カーボンが主な色材となる。また、カーボンを主な色材とする黒色レジスト1では、その色調又は反射色を調整するため、全質量比にて10%以下を目安に、赤色、黄色、青色などの有機顔料を添加してもよい。目的とする塗布膜厚は、シクロヘキサノンなどの溶剤添加量で調整できる。
(第5の実施形態のブラックマトリクスBMに適用される遮光性レジスト2の例)
第5の実施形態は、IPS又はFFS(Fringe Field Switching)と呼称される駆動方式の液晶表示装置1Dである。
IPS駆動方式の液晶表示装置1Dは、初期水平配向の液晶分子を備え、かつ、アレイ基板10Cの画素電極26の並ぶ平面の上で液晶分子の回転動作を行わせる。したがって、液晶分子の回転動作に影響しないように、ブラックマトリクスBMは低い比誘電率であることが望ましい。
ブラックマトリクスBMの比誘電率を低くするためには、カーボンを用いない又はカーボン添加量を減らし、遮光性レジストが複数の有機顔料主体の組み合わせを含むとすればよい。
カラーレジスト(着色組成物)が作成される前に、顔料は、樹脂又は溶液中に分散され、顔料ペースト(分散液)が作成される。例えば、黄色顔料Y139単体を樹脂又は溶液に分散させるためには、黄色顔料Y139の7部(質量部)に対して以下の材料が混合される。
アクリル樹脂溶液(固形分20%) 40部
分散剤 0.5部
シクロヘキサノン 23.0部
なお、赤色、紫色、青色などの他の顔料についても、同じ樹脂又は溶液に分散され、顔料分散ペーストが作成されてもよい。
以下に、上記の顔料分散ペーストに基づいて遮光性レジスト2を作成するための組成比を例示する。
Y139ペースト 13部
B15:6ペースト 5部
V23ペースト 20部
アクリル樹脂溶液 14部
アクリルモノマー 4.2部
開始剤 0.7部
増感剤 0.4部
シクロヘキサノン 27部
PGMAC 11部
上記の組成比により第3の実施形態に係るブラックマトリクスに用いられる遮光性レジスト2が形成される。
液晶表示装置1Dでは、黒表示(液晶駆動電圧オフ状態のときの表示)で偏光板などの他の液晶パネル構成要素の影響により、又は、液晶セルのセルギャップなどの光学条件に応じて、黒表示が若干の赤味を帯びることがある。観察者は、赤味を帯びた黒表示よりも、寒色系(若干、青味のある)の黒表示を好む。
上記の各実施形態に係る表示装置用基板は、上記のように銅配線に基づいて生じる赤味を解消することができる。なお、例えば、アルミニウム配線など銅配線でない他の材質で形成される配線を備える液晶表示装置に対しても、上記各実施形態を適用してもよい。
上記の各実施形態に係る液晶表示装置は、垂直配向及び縦電界のVA(Virtical Alignment)、及び、水平配向及び横電界のIPSのいずれの液晶駆動方式でもよく、他の液晶駆動方式でもよい。他の液晶駆動方式としては、例えば、ECB(Electrically Controlled Birefringence)、FFS、OCB(Optically Compensated Bend)、又は、ブルーフェーズなどが用いられる。
上記の各実施形態に係る表示装置用基板板は、銅配線を含む液晶表示装置及び有機EL表示装置に適用できる。
上記の各実施形態は、発明の趣旨が変わらない範囲で様々に変更して適用することができる。上記の各実施形態は、自由に組み合わせて用いることができる。
1,1A〜1D…液晶表示装置,2…画素開口部、3…アクティブ素子、31…透明チャネル層、32…ソース電極、33…ドレイン電極、33a…延線、34…ゲート電極、4…ソース線、5…ゲート線、6,61…補助容量線、7…画素電極、8,81…コンタクトホール、BM…ブラックマトリクス、9,9A,9C…液晶パネル、10,10B…アレイ基板、11…液晶層、12,12A,12C,12D…カラーフィルタ基板(表示装置用基板)、13…透明基板、14a〜14e…絶縁層、15,26…画素電極、16,22…配向膜、17…透明基板、18,18a〜18c…色調整層、19…カラーフィルタ、RF…赤フィルタ、GF…緑フィルタ、BF…青フィルタ、20,20a,20b…オーバーコート層(透明樹脂層)、21…対向電極、23…チタン層、24…銅層(銅配線)、25…共通電極,27…密着改善樹脂層、28…表示部、29…額縁部。

Claims (19)

  1. 表示装置用基板とアレイ基板とを対向させ、液晶層を介して、貼り合わせることによって形成される液晶表示装置において、
    前記表示装置用基板は、透明基板の上に、複数の画素開口部を持つブラックマトリクスと、透明樹脂層とを備え、
    前記アレイ基板は、前記複数の画素開口部のそれぞれに対応する複数のアクティブ素子と、前記複数のアクティブ素子と電気的に接続される銅配線とを備え、
    観察者側からの平面視で、前記銅配線の少なくとも一部の上に重なり、銅の反射率の高い光波長域で低透過率を示すとともに前記銅の反射率の低い光波長域で高透過率を示す透過率特性を持つ色調整層を具備し、
    前記銅配線は、前記平面視で、前記複数の画素開口部に位置する部分を含み、
    前記色調整層のパターンの少なくとも一部は、前記平面視で、前記銅配線のパターンのうちの前記ブラックマトリクスと重ならない部分の上に重なる、液晶表示装置。
  2. 前記色調整層は、前記透明基板と前記透明樹脂層との間に形成されている、請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 前記透明基板と前記ブラックマトリクスとの間に、密着改善樹脂層をさらに具備し、
    前記ブラックマトリクスのパターンと前記密着改善樹脂層のパターンとは、前記平面視で、同じ形状を持つ、請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 前記色調整層の少なくとも一部は、前記透明基板と前記ブラックマトリクスとの間、と、前記ブラックマトリクスと前記透明樹脂層との間、の少なくとも1つに、備えられる、請求項1に記載の液晶表示装置。
  5. 前記表示装置用基板は、前記複数の画素開口部のそれぞれに割り当てられる赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタをさらに具備する、請求項1に記載の液晶表示装置。
  6. 前記ブラックマトリクスは、遮光性色材の主材として有機顔料を含む、請求項1に記載の液晶表示装置。
  7. 前記平面視で、表示部と、前記表示部を囲む額縁部とを備え、
    前記額縁部は、遮光性色材の主材としてカーボンを含む、請求項1に記載の液晶表示装置。
  8. 請求項1に記載の液晶表示装置に具備される表示装置用基板において、
    透明基板の上に、複数の画素開口部を持つブラックマトリクス及び前記複数の画素開口部のそれぞれに割り当てられる赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタと、透明樹脂層とを具備し、
    観察者側からの平面視で、前記銅配線の少なくとも一部の上に重なり、銅の反射率の高い光波長域で低透過率を示すとともに前記銅の反射率の低い光波長域で高透過率を示す透過率特性を持つ色調整層をさらに具備する、表示装置用基板。
  9. 前記色調整層は、前記ブラックマトリクスと前記赤フィルタと前記緑フィルタと前記青フィルタとよりも前記液晶層の近くに形成される、請求項9に記載の表示装置用基板。
  10. 前記透明基板と前記ブラックマトリクスとの間に、密着改善樹脂層をさらに具備する、請求項9に記載の表示装置用基板。
  11. 前記色調整層の少なくとも一部は、前記透明基板と前記ブラックマトリクスとの境界面に、前記ブラックマトリクスとほぼ同じパターンで形成される、請求項9に記載の表示装置用基板。
  12. 前記透明基板の上に、前記赤フィルタ、前記緑フィルタ、前記青フィルタが形成され、
    前記赤フィルタ、前記緑フィルタ、前記青フィルタの上に、前記ブラックマトリクスが形成される、請求項9に記載の表示装置用基板。
  13. 前記色調整層は、およそ光の波長620nmでの透過率が、およそ30%以上、80%以下である、請求項9に記載の表示装置用基板。
  14. 前記密着改善樹脂層は半透明樹脂層である、請求項11に記載の表示装置用基板。
  15. 前記密着改善樹脂層は、およそ光の波長550nmでの透過率が、およそ30%以上、95%以下である、請求項11に記載の表示装置用基板。
  16. 前記密着改善樹脂層はカーボンを含む、請求項11に記載の表示装置用基板。
  17. 前記色調整層は、アルミニウムフタロシアン顔料を含む、請求項9に記載の表示装置用基板。
  18. 前記ブラックマトリクスは、遮光性色材の主材として有機顔料を含む、請求項9に記載の表示装置用基板。
  19. 前記平面視で、表示部と、前記表示部を囲む額縁部とを備え、
    前記額縁部は、遮光性色材の主材としてカーボンを含む、請求項9に記載の表示装置用基板。
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