JP7369338B2 - ブラックマトリクス基板及びこれを備えた表示装置 - Google Patents

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Description

本発明は、ブラックマトリクス基板、およびこのブラックマトリクス基板を備えた表示装置に関する。
特許文献1は、青色発光素子から発せられた光の波長を変換する波長変換シートと、青色発光素子と、光の反射隔壁を備えるバックライトユニットを開示している。
しかしながら、反射隔壁に用いる反射材料の記載がなく、また、反射隔壁の構造を明らかにしていない。ゆえ、反射隔壁の形成手段が不明瞭となり、第三者による特許文献1に記載された技術の再現が難しくなっている。
特許文献2には、透光性の基板の厚さ方向に貫通する貫通孔を有する隔壁部と、貫通孔の内側に設けられた光の色変換物質を含む色変換部などの技術が開示されている。
その図2などに開示されているカラーフィルタ10には、赤色着色部131R、緑色着色部131G、青色着色部131Bと色変換部132の構成が開示されている。図示されている遮光部122は、図示からは赤色着色部121Rと色変換部132の高さを含む厚さがT2であり、段落0017に10μm程度と記載されている。カーボンブラックなど遮光性の黒色色素を含む厚みのある遮光部122の、具体的な形成手段はさほど明確でない。遮光部122の光学濃度は不明であるが、入射光が隣接画素へ入射することを抑制する際に通常の光学濃度4前後のブラックマトリクスでの10μm厚み形成は、露光・現像工程を含む周知のフォトリソグラフィの手法では、厚み方向に露光での光が透過しにくいため、厚みのあるブラックマトリクスの形成は難しい。特許文献2には、光反射膜形成の技術は開示されていない。
特許文献3には、蛍光体層と蛍光体層を囲む反射性の隔壁とを有し、励起光が本来入射すべき箇所の隣接画素へ入射することを抑制する蛍光体基板の技術が開示されている。
その段落0010から0013には樹脂と光散乱性粒子とを含む材料で形成される光散乱層と光吸収層を積層した隔壁構造について開示されている。その図1に記載されている光散乱層の膜厚は段落0077に1μmから100μm程度と記載されており、段落0080に記載の製造方法ではフォトリソグラフィ法が望ましいと記載されている。特許文献2同様に光学濃度は不明であるが、通常求められる光学濃度4前後の感光性の光散乱材料で10μm以上の厚みの光散乱層および隔壁の形成は、露光・現像工程を含む周知のフォトリソグラフィの手法では、厚み方向に露光での光が透過しにくくかつ散乱性粒子によって露光光は拡散されフォトマスクの開口寸法よりも大きなパターンとなるため、高解像のパターンを形成することは難しい。
特許文献4には紫外発光素子、青色発光素子から発せられた光の波長を変換する蛍光体基板と、青色発光素子と、光の反射隔壁を備えるバックライトユニットを開示している。
その段落0018、0021、0022には、光の吸収であるか反射であるか不明だがアルミニウムやアルミニウム合金等が金属膜として開示されている。段落0021では、金属膜のパターン形成(開口底部の除去)にレーザーアブレーションの手段が開示されているが、レーザー照射による高熱の影響やアルミニウム飛散による汚染などの、例えば、配線基板やLEDへの予想されるダメージは記載されていない。段落0022には、金属膜のリフトオフ除去の方法が開示されているが、隔壁の高さ(凹凸)を考慮したリフトオフのためのレジスト塗布や露光、現像などその技術詳細は記載されていない。
国際公開第2017/191714号 特開2018-189920号公報 特開2015―064391号公報 国際公開第2019/026826号
本発明は、マイクロLEDやミニLEDなどのLEDディスプレイ、さらには有機ELディスプレイでの、発光素子からの発光が迷光として隣接画素に入ることによるコントラスト低下や色純度低下を緩和した明るい表示装置を提供できるブラックマトリクス基板及びこれを用いた表示装置に関わる。
本発明の第1態様に関わるブラックマトリクス基板は、透明基板と、前記透明基板の一の面に、平面視、第1方向に線幅Ax、第2方向に線幅Ayとで第1格子状パターンに形成されたブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを覆う第1透明樹脂層と、前記透明基板の一の面に向かう方向の平面視、前記第1透明樹脂層上に、前記第1方向に前記線幅Axより小さい線幅Dxで前記線幅Axと同じ中心軸にて、かつ、前記第2方向に線幅Ayより小さい線幅Dyで前記線幅Ayと同じ中心軸にて、第2格子状パターンに積層された樹脂壁と、前記透明基板の一の面に向かう方向の平面視、前記第1方向に線幅Dxより大きい線幅Cxで前記線幅Axと同じ中心軸にて、かつ前記第2方向に線幅Dyより大きい線幅Cyで前記線幅Ayと同じ中心軸にて、前記樹脂壁を覆うように積層された光反射層とを備え、前記光反射層は、前記第1方向に沿い、前記線幅Axの内側に、かつ、前記線幅Axの中心軸から対称につば(brim)をそれぞれ幅Exで具備し、前記第2方向に沿い、前記線幅Ayの内側に、かつ、前記線幅Ayの中心軸から対称につば(brim)をそれぞれ幅Eyで具備し、前記透明基板の一の面に向かう方向の平面視、前記第1方向に線幅Cxと前記幅Exを持つ2つの前記つばを含む線幅Bxで、かつ前記第2方向に線幅Cyと前記幅Eyを持つ2つの前記つばを含む線幅Byで、前記光反射層を覆うように積層された透明保護層を具備するブラックマトリクス基板である。
本発明に関わるブラックマトリクス基板は、前記線幅Bxは、前記線幅Axより小さいか等しく、かつ、前記線幅Byは、前記線幅Ayより小さいか等しいブラックマトリクス基板とすることができる。
本発明に関わるブラックマトリクス基板は、断面視にて、前記透明基板と前記ブラックマトリクスの間にカラーフィルタを配設することができる。
本発明に関わるブラックマトリクス基板は、断面視にて、前記ブラックマトリクスと前記第1透明樹脂層との間にカラーフィルタを配設することができる。
本発明のブラックマトリクス基板に具備される前記樹脂壁は、前記透明基板の一の面から離れる方向の前記樹脂壁の高さを、2μm以上200μm以下とすることができる。アスペクト比や隔壁の幅は、画素ピッチや波長変換層の厚みで大きく変動する。
本発明に関わるブラックマトリクス基板は、前記線幅Bxと前記線幅Byの前記樹脂壁で囲まれた、それぞれの領域に光の波長変換層を具備することができる。
本発明に関わるブラックマトリクス基板は、前記線幅Bxと前記線幅Byの前記樹脂壁で囲まれた、それぞれの領域に光の散乱層を具備することができる。
本発明のブラックマトリクス基板に具備される前記光反射層は、アルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成された光反射層とすることができる。
本発明のブラックマトリクス基板に具備される前記光反射層は、銀あるいは銀合金を、第1導電性酸化物と第2導電性酸化物で挟持する構成の光反射層とすることができる。
さらに前記第1導電性酸化物と前記第2導電性酸化物を、少なくとも酸化インジウムと酸化亜鉛を含有する導電性酸化物とすることができる。
さらに前記第1導電性酸化物と前記第2導電性酸化物のそれぞれ膜厚を異なるものとすることができる。
さらに前記第1導電性酸化物と前記第2導電性酸化物は、少なくとも酸化インジウムを含み、それぞれ酸化インジウムの含有量を異ならせることができる。
本発明のブラックマトリクス基板に具備される前記透明樹脂層は、イエロー顔料、紫外線吸収剤、透明微粒子のいずれかを少なくとも含む透明樹脂層とすることができる。
本発明は、本発明に関わるブラックマトリクス基板を備えた表示装置を提供できる。
本発明は、マイクロLEDやミニLEDなどのLEDディスプレイ、さらには有機ELディスプレイでの、発光素子が迷光として隣接画素に入ることによるコントラスト低下や色純度低下を緩和し、視認性と光利用効率とを改善した、明るい表示装置を提供できる。
本発明の第1実施形態に関わるブラックマトリクス基板の部分断面図である。 図1に示すA部の拡大図であり、図3のB-B‘線に沿う断面図である。 本発明の第1実施形態に関わるブラックマトリクス基板の部分平面図であり、図2のD方向(基板100の一の面)から見た平面図である。 本発明の第1実施形態の変形例3に関わるブラックマトリクス基板の部分断面図である。 図4に示すC部の部分拡大図である。 本発明の第1実施形態の変形例1に関わるブラックマトリクス基板の部分断面図である。 本発明の第1実施形態の変形例2に関わるブラックマトリクス基板の部分断面図である。 本発明の第2実施形態に関わる表示装置の部分断面図である。 本発明の第2実施形態の変形例1に関わる表示装置の部分断面図である。 本発明の第2実施形態の変形例2に関わる表示装置の部分断面図である。 本発明のブラックマトリクス基板の最初の工程での形態を示し、1の面の全面に黒色膜を形成した透明基板の断面図である。 本発明のブラックマトリクス基板の一工程での形態を示し、前記黒色膜をパターン形成して形成したブラックマトリクスの断面図である。 本発明のブラックマトリクス基板の一工程での形態を示し、ブラックマトリクス上に第1透明樹脂層を形成後のブラックマトリクスの断面図である。 本発明のブラックマトリクス基板の一工程での形態を示し、第1透明樹脂層上に感光性の樹脂膜を形成したブラックマトリクスの部分断面図である。 本発明のブラックマトリクス基板の一工程での形態を示し、前記感光性の樹脂膜をパターン形成した樹脂壁の部分断面図である。 本発明のブラックマトリクス基板の一工程での形態を示し、第1透明樹脂層と樹脂壁を覆うように金属薄膜を形成した構成を示す部分断面図である。 本発明のブラックマトリクス基板の一工程での形態を示し、光反射層上に感光性保護膜を形成した構成を示す部分断面図である。 本発明のブラックマトリクス基板の一工程での形態を示し、感光性保護膜を透明保護層としてパターン形成した構成を示す部分断面図である。 本発明のブラックマトリクス基板の最終工程での形態を示し、透明保護層のパターン間にある金属薄膜を除去して、光反射層としてのパターンを形成したブラックマトリクス基板の断面図である。
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。
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は、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化し、或いは、必要な場合のみ説明を行う。また、必要に応じて、図示が難しい要素、例えば、薄膜トランジスタなどの構成、また、導電層を構成する複数層の構造、回路部への配線接続やスイッチング素子(トランジスタ)等の図示や一部の図示が省略されている。
以下に述べる各実施形態においては、特徴的な部分について説明し、例えば、通常の表示装置に用いられている構成要素と本実施形態に係る表示装置との差異がない部分については説明を省略する。
第1基板や第2基板、第1透明樹脂層、第2透明樹脂層、第3透明樹脂層など「第1」や「第2」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付しており、数量を限定しない。また、発光素子のマトリクス配置とは、発光素子を1個以上含む発光ユニットが平面視、一定のピッチでマトリクス状に並ぶ配置を指す。発光素子をマトリクス配置したものを以下の記載において、光モジュールと呼ぶことがある。発光ユニットは、表示装置としたときの平面視、格子状(第1格子状)パターンのブラックマトリクスで囲まれる。平面視、ブラックマトリクスで囲まれる発光ユニットは、発光ダイオードである発光素子をそれぞれ1個以上含む。後述するローカルディミング技術を用いる表示装置では、発光素子を例えば1個以上含む発光ユニットの単位、あるいは複数の発光ユニットにて駆動のオンオフ、発光の明るさを調整できる。なお、ローカルディミング技術では、平面視、発光ユニットに含まれる発光素子数と画素数は、画素数の方を多くすることができる。換言すれば、画素数に対し、発光素子数が少ないことによる効率的な表示装置駆動がローカルディミングのメリットとも言える。
なお、明細書記載の文言「平面視」とは、透明基板の一の面から見た「平面視」と、透明基板の二の面(前記一の面と反対側の面)から法線方向に見た「平面視」である場合がある。前者の「平面視」は、「観察者方向から見た平面視」と記載することがある。
また、本発明に関わるブラックマトリクス、樹脂壁、光反射層、透明保護層は、それぞれ線幅方向に線対称となる同じ中心線で重なり、この中心線のことを「中心軸」と呼称している。図示上、一点鎖線で中心軸を示す。
[第1実施形態]
以下、図1から図3を用いて、本発明に関わるブラックマトリクス基板の説明を行う。
図1は、本発明に関わるブラックマトリクス基板100の部分断面図であり、図2は図1のA部拡大図である。図3は、図2を透明基板110の一の面(光反射性隔壁6を見るD方向)から見た平面図である。なお、図1から図3において、請求項1に記載の第1方向はX方向、第2方向はY方向となる。Z方向は、光反射隔壁6の高さ(厚み)方向と言い換えることができる。
ブラックマトリクス基板100は、図1に示すように、透明基板110と、透明基板110上に形成されたブラックマトリクス1と、第1透明樹脂層2と、第1透明樹脂層2上に光反射性隔壁6を具備する構成である。
光反射性隔壁6は、図2、図3に示されるように 樹脂壁3と、光反射層4と、透明保護層5で構成される。また、樹脂壁3は第1方向(図示上、X方向)に線幅Dxを持ち、第2方向(図示上、Y方向)に線幅Dyを持つ。
光反射層4は樹脂壁3上に形成され、樹脂壁3の線幅Dxを含む形で第1方向(図示上、X方向)に線幅Cxを、第2方向(Y方向)に線幅Cyを持つ。
透明保護層5は光反射層4を覆うように形成され、光反射層4の線幅Cxを含む形で第1方向(X方向)に線幅Bxを、第2方向(Y方向)に線幅Byを持つ。
ブラックマトリクス1は、同様、第1方向(X方向)に線幅Axを、第2方向(Y方向)に線幅Ayを持つ。線幅Bxは線幅Axより小さいか等しくすることができる。線幅Byは線幅Ayより小さいか等しくすることができる。
ブラックマトリクス1、透明保護層5、光反射層4、樹脂壁3は、ともに図示されるように中心軸12を共有し、それぞれの格子状パターンは、図3に示すように、平面視、重なる。図示にて理解できるように、それぞれ線幅は、ブラックマトリクス1が最も大きく、ブラックマトリクス1、透明保護層5、光反射層4、樹脂壁3の順で小さくなる。
光反射層4は、第1方向に中心軸16から対称の両側につば(brim)4aを線幅Exにて、第2方向に中心軸から対称の両側につば(brim)4aを線幅Eyにて具備する。
上記した線幅の関係をまとめれば、下記の関係になる。
Ax ≧ Bx > Cx > Dx ・・・・・ (1)
Bx = Cx + 2Ex ・・・・・ (2)
y ≧ By > Cy > Dy ・・・・・ (3)
By = Cy + 2Ey ・・・・・ (4)
[本発明に関わるブラック基板の製造方法]
ブラックマトリクス1、透明保護層5、光反射層4、樹脂壁3の形成手段は、以下、図11から図19を用いて説明する。図11から図19は、本発明のブラックマトリクス基板のそれぞれ工程での中間構成を示す部分断面図である。
図11は、透明基板110上に黒色感光性レジスト(例えば、アルカリ可溶性のネガ型レジスト)を用いて塗布、形成された黒色膜7を示している。
黒色膜7は周知のフォトリソグラフィの技術をもちいて露光・現像・硬膜され、図12に示されるブラックマトリクス1として形成される。このとき、ブラックマトリクス1の光学濃度は、1から3の範囲にあれば十分となる。光学濃度1以下であっても良い。なぜなら、後の工程で示されるように、光反射層4はその膜厚方向に遮光性の高いアルミニウム、銀、あるいは他元素を含むこれらの合金で形成するため、ブラックマトリクス1を低い光学濃度で形成できる。換言すれば、平面視、ブラックマトリクスの下部に配設される光反射層4の遮光性を活用してブッラクマトリクス1の膜厚は、例えば、0.3μm以上1.0μm以下、あるいは1.5μm未満と言った薄膜とすることができる。ブラックマトリクス1の膜厚は、1.5μm以上となると、次工程で形成する第1透明樹脂層2に膜厚の凹凸ができ、光反射性隔壁6の高さや形状のばらつきを生じる原因となり好ましくない。0.3μm未満となれば、ブラックマトリクス1の下地である光反射層からの反射光(外部入射光の反射光)が漏れ出てくることになり、表示品質を低下しやすい。
なお、上記、黒色感光性レジストの塗布から黒色膜7を形成し、周知のフォトリソグラフィの技術を用いてブラックマトリクス1として形成する工程を、「ブラックマトリクスを形成する工程」と呼称する。
図13は、ブラックマトリクス1を覆うように第1透明樹脂層2を積層した構成を示す。
図14は、第1透明樹脂層2上にさらに感光性の樹脂膜8を積層した構成を示す。感光性の樹脂膜8は、周知のフォトリソグラフィの技術を用いて露光・現像・硬膜することで、図15に示される樹脂壁3が得られる。
前記感光性の樹脂膜8には、白色顔料や黒色顔料等の着色顔料を含まない透明なネガ型レジスト又はポジ型レジストを適用できる。
樹脂壁3の高さ(膜厚)は、たとえば、2μm以上200μm以下とすることができる。なお、樹脂壁3の高さは、光反射性隔壁6の高さとして、2μm以上200μm以下とすることができる。なお、本発明に関わるブラックマトリクス基板100を表示装置として適用する場合に、LEDチップ等の発光素子の高さを加えて光反射性隔壁6の高さを200μmより大きくしても良い。この光反射性隔壁6の高さについて、後の表示装置の実施形態にて詳述する。なお、図14から図15に示される、感光性の樹脂膜8を積層から、周知のフォトリソグラフィの技術をもちいて樹脂壁3を形成する工程を、「樹脂壁3を形成する工程」と呼称する。
次に図16に示すように、樹脂壁3と第1透明樹脂層2を覆う光反射性の金属薄膜9を、真空蒸着やスパッタリング等の真空成膜の手法で形成する。金属薄膜9には、アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金などの光反射性の薄膜を適用できる。金属薄膜9は、以降の工程で光反射層4としてパターン形成する。アルミニウム、アルミニウム合金、銀、銀合金の薄膜の膜厚は、例えば、0.1μmから0.3μmとすることができる。0.1μm以上の膜厚があれば十分な可視光の反射が及び光学濃度4以上の遮光性が得られる。光の反射率観点では、0.1μm以上の膜厚としても反射率の向上は得にくい。樹脂壁3の側面に着膜される金属薄膜9の膜厚は、図示上樹脂壁3のトップに着膜される膜厚より薄く着膜される傾向にある。樹脂壁3の側面に着膜される金属薄膜9の膜厚を少なくとも0.1μm以上とすることが好ましい。
図17に示すように、金属薄膜9及び樹脂壁3を覆う感光性保護膜10を塗布、積層する。感光性保護膜10は、周知のフォトリソグラフィの技術をもちいて露光・現像・硬膜され図18に示す透明保護層5として形成する。前記感光性保護膜10には、白色顔料や黒色顔料等の着色顔料を含まない透明なネガ型レジスト又はポジ型レジストを適用できる。図17に、現像し取り除かれる感光性保護膜10を、現像除去部Dvとして示す。現像除去部Dvでは、下地の金属薄膜9が表出され露出部Et(図18参照)となる。
次に、透明保護層5をウェットエッチング時のマスクとしてそのまま残すことで、金属薄膜9をウェットエッチングして、金属薄膜の露出部Etをエッチング除去し、図19に示す光反射層4とした。図19に示す工程では、ウェットエッチングの簡便な方法、かつ、熱的ダメージのない手法で露出部Etを除去し、画素開口部11(図4参照)が確保でき、本発明に関わる光反射性隔壁を備えるブラックマトリクス基板100となる。
ウェットエッチングに用いるエッチャントには、硝酸―酢酸系のエッチング液、塩化第2鉄を含むエッチング液、さらには、これらに硝酸セリウムアンモニウムやフッ化アンモニウム、有機スルホン酸等の酸化剤を加えたエッチング液や水酸化ナトリウムや水酸化カリウムといったアルカリ性のエッチング液を用いることができる。
以上の製造方法において、前記ブラックマトリクスを形成する工程と、前記ブラックマトリクス上に第1透明樹脂層を形成する工程との間に、赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタを含む後述する図6に記載のカラーフィルタ50を形成する工程を加えた、光反射性隔壁を備えるブラックマトリクス基板の製造方法とすることができる。
あるいは、前記ブラックマトリクスを形成する工程の前に、前記透明基板上に、赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタを含む後述する図7に記載のカラーフィルタ50を形成する工程を加えた、光反射性隔壁を備えるブラックマトリクス基板の製造方法とすることができる。
[第1実施形態の変形例1]
図6は、本発明に関わり、ブラックマトリクス1と第1透明樹脂層2との間に、赤フィルタR、緑フィルタG、青フィルタBを含むカラーフィルタ50を挿入したブラックマトリクス基板100Aの部分断面図である。赤フィルタR、緑フィルタG、青フィルタBの入色順は、限定するものでない。
後述するように、光反射性隔壁で囲まれた領域Bwには、波長変換層あるいは光散乱層、さらには波長変換材料と光散乱材料との混合層を配設できる。
[第1実施形態の変形例2]
図7は、本発明に関わり、透明基板110とブラックマトリクス1との間に、赤フィルタR、緑フィルタG、青フィルタBを含むカラーフィルタ50を挿入したブラックマトリクス基板100Bの部分断面図である。赤フィルタR、緑フィルタG、青フィルタBの入色順は、限定するものでない。赤フィルタR、緑フィルタG、青フィルタBの形成前に、凹凸のあるブラックマトリクスがなく、平坦な透明基板上にカラーフィルタを形成するので、変形例2のカラーフィルタの平坦性が向上する。
後述するように、光反射性隔壁で囲まれた領域Bwには、波長変換層あるいは光散乱層、さらには波長変換材料と光散乱材料との混合層を配設できる。
本発明は、上記したように、ブラックマトリクス1と第1透明樹脂層2との間に、あるいは、透明基板110とブラックマトリクス1との間に、赤フィルタR、緑フィルタG、青フィルタBを含むカラーフィルタを挿入できる。
ブラックマトリックスに適用可能な着色材料としては、有機顔料と無機顔料があり、有機顔料としてはカーボンブラック、黒鉛、アニリンブラックおよびシアニンブラックなどが挙げられる。一方、無機顔料としては酸化チタン、窒化チタン、酸化鉄などが挙げられる。これらの顔料は単独、または複数を適宜に混合して使用することで所望の遮光性が得られる。その中で遮光性材料として特に好適なものはカーボンブラックである。
赤フィルタRに適用できる赤色の有機顔料は、例えば、C.I.Pigment Red 7、14、41、48:2、48:3、48:4、81:1、81:2、81:3、81:4、146、168、177、178、179、184、185、187、200、202、208、210、246、254、255、264、270、272、279等の赤色顔料を用いることができる。赤フィルタRには黄色顔料や橙色顔料を併用することもできる。
本発明に適用できる黄色の有機顔料は、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、199、198、213、214等が挙げられる。
緑フィルタGに適用できる緑色顔料には、C.I.Pigment Green 7、10、36、37等の緑色顔料を用いることができ、黄色顔料を併用することもできる。ハロゲン化亜鉛フタロシアニン緑色顔料やハロゲン化アルミニウムフタロシアニン緑色顔料を好適に用いることができる。
青フィルタBに適用できる青色の顔料には、例えば、C.I.Pigment Blue 15、15:1、15:2、15:3、15:4、15:6、16、22、60、64等の青色顔料を用いることができ、紫色顔料を併用することもできる。紫色顔料としては、C.I.PigmentViolet 1、19、23、27、29、30、32、37、40、42、50等が挙げられる。
これら顔料は、有機溶剤や分散剤とともに透明樹脂に分散して用いる。透明樹脂は、可視域の透過率が90%以上の透明樹脂であることが望ましく、樹脂の前駆体を含むアルカリ可溶性の感光性樹脂であることが望ましい。前記顔料は、樹脂に対し、15質量%から65質量%の範囲内で含有させることができる。
感光性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基、シラノール基等の反応性置換基を有する(メタ)アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、(メタ)アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を該線状高分子に導入したポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、オキセタン樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂等が挙げられる。光の波長365nmなどの紫外線照射により硬化する場合には、光重合開始剤等がさらに添加される。
[第1実施形態の変形例3]
図4及び図5を用いて、本発明に関わるブラックマトリクス基板の変形例3を説明する。
図4は、本発明に関わるブラックマトリクス基板100Cの部分断面図である。図5は、図4のC部の部分拡大図である。
銀は、光の波長420nmから700nmの範囲内でアルミニウムより10%ほど光の反射率が高い。ゆえ、光反射層として銀あるいは銀合金を用いる方が、後述するLEDなど発光素子からの発光をより有効に活用できる。
しかしながら、銀は樹脂やガラス基板に対する密着性が低く、この観点から実用レベルの光反射層を提供しづらい。
図5は、銀あるいは銀合金を第一導電性酸化物41Aおよび第二導電性酸化物41Bで挟持する光反射層4を示している。酸化インジウムや酸化亜鉛、酸化錫、あるいはこれらを含む複合酸化物は導電性であるとともに、銀(あるいは銀合金)と、樹脂やガラス基板に対する密着性を強固にできる。酸化インジウムと酸化亜鉛の添加量を調整することで銀(あるいは銀合金)とのエッチングレートを調整でき、銀あるいは銀合金を導電性酸化物41Aおよび41Bで挟持する光反射層4の、ウェットエッチングでのパターン形成は可能である。酸化インジウムや酸化亜鉛、酸化錫、あるいはこれらを含む複合酸化物の可視域透過率は高い。
当変形例3は、光反射率の高い銀(あるいは銀合金)の活用手段を提案する。
当変形例3での光反射層4は、上記したように、銀あるいは銀合金を導電酸化物で挟持する構成である。銀あるいは銀合金の膜厚は樹脂壁の側面に着膜される金属薄膜の膜厚t2にて、たとえば、0.1μm以上0.3μm以下とすることができる。樹脂壁のトップに着膜される金属薄膜の膜厚t1は、側面に着膜される金属薄膜の膜厚t2より厚くなる傾向にある。第一導電性酸化物41Aおよび第二導電性酸化物41Bの膜厚t3、t4は、例えば、0.01μm~0.05μmとすることができる。
後述するように、光反射性隔壁で囲まれた領域Bwには、波長変換層あるいは光散乱層を配設できる。
[第2実施形態、表示装置A]
図8は、本発明の表示装置に関わり、第1実施形態のブラックマトリクス基板100を適用した表示装置200の部分断面図である。なお、光反射性隔壁6の間、光反射性隔壁で囲まれた領域Bwには、光散乱層30が配設されている。
図8に示される光モジュール20aは、光モジュール基板120上にLEDである発光素子を備え、それぞれ発光素子は、図示を省略した薄膜トランジスタでそれぞれ駆動される。図8に示した表示装置200の構成では、発光素子には、赤色発光素子21、緑色発光素子22、青色発光素子23、をそれぞれ開口部に配設できる。なお、これら発光素子は、白色発光素子であってもよい。
透明基板110や光モジュール基板120に適用できる基板の材料としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、プラスチック基板など透明な基板を用いることができる。透明基板110と光モジュール基板120を構成する基板材料の熱膨張率とが同じであることが望ましい。異なる基板材料を光モジュール基板(アレイ基板)120と透明基板110に用いる場合、熱膨張率の観点から、基板の反りや剥がれなど不具合が生じる恐れがある。なお、アレイ基板とは、発光素子や液晶層など表示機能層を駆動する薄膜トランジスタがマトリクス状に配設された基板を指す。この場合、表示の最小単位である一画素に1個以上の薄膜トランジスタが配設される。液晶層の駆動には通常一画素に1個、有機ELのような発光素子では一画素に7個配設されることがある。
光反射性隔壁6の高さH1は、光散乱層の厚みH30と発光素子21、22、23の高さH2を含む。発光素子21、22、23の高さH2が高くなる場合は、高さH2を加算して光反射性隔壁6の高さH1を発光素子21、22、23の高さH2より大きくすることが望ましく、その高さは例えば2μmから200μmの範囲内とすることができる。図示上、発光素子の構成の詳細を省いているが、例えば、上部電極、n型半導体層、発光層、p型半導体層、下部電極、フリップチップ実装のための低融点合金層、反射電極などを含む。発光素子の発光層を含む半導体層は、GaN、AlGaN,InGaN,InAlN、AlInGaN、ZnSe、GaP、AlGaP、AlGaAs、AlInGaPなどのいずれかの半導体あるいはこれらの積層で構成できる。
光反射性隔壁の高さH1は、光反射性隔壁内に波長変換層を充填する場合には波長変換層の厚みと同じかもしくは波長変換層の厚みよりも厚いことが求められ、例えば2μmから200μmの範囲内とすることができる。
なお、光吸収性隔壁の高さH1は、200μm以上の高さとしても良いが、カーテンコーターやスリットコーターなど一般的な塗布装置を用いる場合、乾燥後の膜厚で厚みのある塗膜で形成はむずかしいので、200μmを上限とすることが適切である。
本発明の実施形態において、表示装置が備える「表示機能層」には、LED(Light Emitting Diode)と呼称される複数の発光ダイオード素子、OLED(Organic Light Emitting Diode)とも呼称される複数の有機EL(有機エレクトロルミネセンス)素子、或いは液晶層のいずれかを用いることができる。
発光素子であるLEDチップは、その厚み方向に電極(n側電極及びp側電極)が上下に分かれている垂直型のLEDチップが高精細用途に好ましい。TVなど大型サイズの表示装置では、水平型のLEDチップを用いてワイヤーボンディングの実装を用いても良い。また、前記した発光素子のフリップチップ実装は、異方性導電膜を用いた実装に置き換えても良い。
LEDは、一般にサファイア基板やシリコン基板上にバッファ層を介してMOCVDなどの手法でエピタキシャル成長させて製造される。LEDはレーザーアブレーションにて、前記のサファイア基板あるいはシリコン基板などから剥離し、LEDチップとして用いることができる。
光散乱粒子30aには、光学的に等方な透明微粒子と金属酸化物粒子を用いることができる。光散乱層には、例えば、平均粒径が0.03μm以上5.0μm以下のミクロン単位の大きさの光散乱粒子を用いることが好ましい。後述の光散乱層に、これら平均粒径が0.03μm以上5.0μm以下のミクロン単位の大きさの粒子を適用できる。
光学的に等方な透明微粒子の「光学的に等方」とは、本発明の実施形態に適用される透明微粒子が、a軸、b軸、c軸が各々等しい結晶構造を有するか、もしくは、アモルファスであって、光の伝播が結晶軸あるいは結晶構造に影響を受けず等方であることを意味する。シリカ微粒子は、非晶質構造(アモルファス)を有する。樹脂ビーズ等の樹脂の微粒子として、屈折率を含めて様々な性質を有する微粒子が知られておりこれらの微粒子を合わせ用いることができる。アクリル、スチレン、ウレタン、ナイロン、メラミン、ベンゾグアナミンなどの樹脂の微粒子を併用してもよい。
金属酸化物にはLi、Be、B、Na、Mg、Al、Si、K、Ca、Sc、V、Cr、Mn、Fe、Ni、Cu、Zn、Ga、Ge、Rb、Sr、Y、Mo、Cs、Ba、La、Hf、W、Tl、Pb、Ce、Pr、Nd、Pm、Sm、Eu、Gd、Tb、Dy、Ho、Er、Tm、Yb、Ti、Sb、Sn、Zr、Nb、Ce、Ta、In、およびこれらの組み合わせからなる群より選択された1種の金属を含む酸化物であることを特徴とする。具体的には、Al、SiO、ZnO、ZrO、BaTiO、TiO、Ta、Ti、ITO、IZO、ATO、ZnO-Al、Nb、SnO、MgOおよびこれらの組み合わせからなる群より選択された1種が可能である。必要な場合、アクリレートなどの不飽和結合を有する化合物で表面処理された材質も使用可能である。
これら蛍光体や量子ドットや光散乱粒子は、有機溶剤や分散剤とともに透明樹脂に分散して用いる。透明樹脂は、可視域の透過率が90%以上の透明樹脂であることが望ましく、樹脂の前駆体を含むアルカリ可溶性の感光性樹脂であることが望ましい。前記蛍光体や量子ドットや光散乱粒子は、樹脂に対し、15質量%から65質量%の範囲内で含有させることができる。
感光性樹脂としては、水酸基、カルボキシル基、アミノ基等の反応性の置換基を有する線状高分子にイソシアネート基、アルデヒド基、エポキシ基、シラノール基等の反応性置換基を有する(メタ)アクリル化合物やケイヒ酸を反応させて、(メタ)アクリロイル基、スチリル基等の光架橋性基を該線状高分子に導入したポリイミド樹脂、エポキシ樹脂、アクリル樹脂、メラミン樹脂、フェノール樹脂、オキセタン樹脂、シロキサン樹脂、ベンゾオキサジン樹脂等が挙げられる。光の波長365nmなどの紫外線照射により硬化する場合には、光重合開始剤等がさらに添加される。
[第2実施形態、表示装置B]
図9は、本発明の表示装置に関わり、第1実施形態、変形例1のブラックマトリクス基板100Aを適用した表示装置300の部分断面図である。光反射性隔壁6の間、光反射性隔壁で囲まれた領域Bwには、波長変換層31、32、33が配設されている。波長変換層31には赤色無機蛍光体31r、波長変換層32には緑色無機蛍光体32g、波長変換層33には青色無機蛍光体33bを用いることができる。
光モジュール20bは、光モジュール基板120上にLEDである発光素子24を備え、それぞれの発光素子は、図示を省略した薄膜トランジスタで駆動される。発光素子24は、例えば300nmから400nmの範囲内の波長の光を発する近紫外光発光素子であり、それぞれの開口部に配置されている。
光反射性隔壁6の高さH3は、波長変換層の厚みH4と発光素子24の高さH5を含み、H4とH5を加算した高さと同じかその高さよりも高くすることが望ましい。光反射性隔壁6の高さH3は、例えば2μmから200μmの範囲内とすることができる。
波長変換層31、32、33には、量子ドットや有機蛍光色素を用いることもできるが、LEDが発する励起光や熱による分解及び発光特性の劣化がいちじるしく、高い耐熱性と耐光性を有する無機蛍光体を用いることが好ましい。また、波長変換層に適用する無機蛍光体粒子の粒形は、1.0μm以上10.0μm以下の範囲内であると波長変換効率や塗膜中の分散性が良い。波長変換層には量子ドット材料を用いても、あるいは併用してもよい。波長変換層の厚さは無機蛍光体や量子ドット材料が光源から発せられる励起光を十分に吸収し、変換することが求められ、その厚さは例えば2μmから200μmの範囲内とすることができる。
赤色無機蛍光体31rとして、YS:Eu3+、YAlO:Eu3+、Ca(SiO:Eu3+、LiY(SiO:Eu3+、YVO:Eu3+、CaS:Eu3+、Gd:Eu3+、GdS:Eu3+、Y(P,V)O:Eu3+、MgGeO5.5F:Mn4+、MgGeO:Mn4+、KEu2.5(WO6.25、NaEu2.5(WO6.25、KEu2.5(MoO6.25、NaEu2.5(MoO4)6.25等が挙げられる。
緑色無機蛍光体32gとして、(BaMg)Al1017:Eu2+,Mn2+、SrAl1425:Eu2+、(SrBa)Al12Si:Eu2+、(BaMg)SiO:Eu2+、YSiO:Ce3+、Sr-Sr:Eu3+、(BaCaMg)(POCl:Eu2+、SrSi-2SrCl:Eu2+、ZrSiO、MgAl1119:Ce3+,Tb3+、BaSiO:Eu2+、SrSiO:Eu2+、(BaSr)SiO:Eu2+等が挙げられる。
青色無機蛍光体33bとして、Sr:Sn4+、SrAl1425:Eu2+、BaMgAl1017:Eu2+、SrGa:Ce3+、CaGa:Ce3+、(Ba、Sr)(Mg、Mn)Al1017:Eu2+、(Sr、Ca、Ba、Mg)10(POCl:Eu2+、BaAlSiO:Eu2+、Sr:Eu2+、Sr(POCl:Eu2+、(Sr,Ca,Ba)(POCl:Eu2+、BaMgAl1627:Eu2+、(Ba,Ca)(POCl:Eu2+、BaMgSi:Eu2+、SrMgSi:Eu2+等が挙げられる。
[第2実施形態、表示装置C]
図10は、本発明の表示装置に関わり、第1実施形態、変形例1のブラックマトリクス基板100Aを適用した表示装置400の部分断面図である。光反射性隔壁6の間、光反射性隔壁で囲まれた領域Bwには、波長変換層31、32及び光散乱層30が配設されている。波長変換層31には赤色無機蛍光体31r、波長変換層32には緑色無機蛍光体32g、光散乱層30には光散乱粒子30aを用いることができる。
光モジュール20cは、光モジュール基板120上にLEDである発光素子23を備え、それぞれの発光素子は、図示を省略した薄膜トランジスタで駆動される。発光素子23は、例えば400nmから500nmの範囲内の波長の光を発する青色発光素子であり、それぞれ開口部に配置されている。
光反射性隔壁6の高さH6は、波長変換層31、32及び光散乱層30の厚みH7と発光素子23の高さH8を含み、H7とH8を加算した高さと同じかその高さよりも高くすることが望ましい。光反射性隔壁6の高さH3は例えば2μmから200μmの範囲内とすることができる。
上述の実施形態に係るブラックマトリクス基板を具備した表示装置は、種々の応用が可能である。上述の実施形態に係る表示装置が適用可能な電子機器としては、携帯電話、携帯型ゲーム機器、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤ等)、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、自動販売機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、個人認証機器、光通信機器、ICカードなどの電子デバイス等が挙げられる。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。本発明の実施形態に係る表示装置が搭載された電子デバイスには、さらにアンテナを搭載して通信や非接触での受電給電を行うことが望ましい。
本発明の好ましい実施形態を説明し、上記で説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、請求の範囲によって規定されている。
1 ブラックマトリクス
2 第1透明樹脂層
3 樹脂壁
4 光反射層
4a つば(brim)
5 透明保護層
6 光反射性隔壁
7 黒色膜
8 感光性の樹脂膜
9 金属薄膜
10 感光性保護膜
11 画素開口部
12 中心軸
20a、20b、20c 光モジュール
21、22、23、24 発光素子
30 光散乱層
30a 光散乱粒子
31、32、33 波長変換層
31r 赤色無機蛍光体
32g 緑色無機蛍光体
33b 青色無機蛍光体
41A 第一導電性酸化物
41B 第二導電性酸化物
50 カラーフィルタ層
100、100A、100B、100C ブラックマトリクス基板
110 透明基板
120 光モジュール基板
200、300、400 表示装置
Ax、Ay ブラックマトリクスの線幅
Bx、By 透明保護層の線幅
Cx、Cy 光反射層の線幅
Dx、Dy 樹脂壁の線幅
Ex、Ey つば(brim)の幅
R 赤フィルタ
G 緑フィルタ
B 青フィルタ
Bw 光反射性隔壁で囲まれた領域
t1、t2 光反射層の厚み
t3、t4 導電性酸化物の厚み
H1、H3、H6 光反射隔壁の高さ
H2、H5、H8 発光層の高さ
H4 波長変換層の高さ
H7 波長変換層及び光散乱層の高さ
H30 光散乱層の高さ

Claims (16)

  1. 透明基板と、
    前記透明基板の一の面に、平面視、第1方向に線幅Ax、第2方向に線幅Ayとで第1格子状パターンに形成されたブラックマトリクスと、
    前記ブラックマトリクスを覆う第1透明樹脂層と、
    前記透明基板の一の面に向かう方向の平面視、前記第1透明樹脂層上に、前記第1方向に前記線幅Axより小さい線幅Dxで前記線幅Axと同じ中心軸にて、かつ、前記第2方向に線幅Ayより小さい線幅Dyで前記線幅Ayと同じ中心軸にて、第2格子状パターンに積層された樹脂壁と、
    前記透明基板の一の面に向かう方向の平面視、前記第1方向に線幅Dxより大きい線幅Cxで前記線幅Axと同じ中心軸にて、かつ前記第2方向に線幅Dyより大きい線幅Cyで前記線幅Ayと同じ中心軸にて、前記樹脂壁を覆うように積層された光反射層と、
    を備え、
    前記光反射層は、
    前記第1方向に沿い、前記線幅Axの内側に、かつ、前記線幅Axの中心軸から対称につば(brim)をそれぞれ幅Exで具備し、
    前記第2方向に沿い、前記線幅Ayの内側に、かつ、前記線幅Ayの中心軸から対称につば(brim)をそれぞれ幅Eyで具備し、
    前記透明基板の一の面に向かう方向の平面視、前記第1方向に線幅Cxと前記幅Exを持つ2つの前記つばを含む線幅Bxで、かつ前記第2方向に線幅Cyと前記幅Eyを持つ2つの前記つばを含む線幅Byで、前記光反射層を覆うように積層された透明保護層を具備する、
    ブラックマトリクス基板。
  2. 前記線幅Bxは、前記線幅Axより小さいか等しく、かつ、前記線幅Byは、前記線幅Ayより小さいか等しい、
    請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
  3. 断面視にて、前記透明基板と前記ブラックマトリクスの間に、赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタを含むカラーフィルタを配設した、
    請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
  4. 断面視にて、前記ブラックマトリクスと前記第1透明樹脂層との間に、赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタを含むカラーフィルタを配設した、
    請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
  5. 前記透明基板の一の面から離れる方向の前記樹脂壁の高さが、2μm以上200μm以下である、
    請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
  6. 前記線幅Bxと前記線幅Byの前記樹脂壁で囲まれた、それぞれの領域に光の波長変換層を具備した、
    請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
  7. 前記線幅Bxと前記線幅Byの前記樹脂壁で囲まれた、それぞれの領域に光の散乱層を具備した、
    請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
  8. 前記光反射層が、アルミニウムあるいはアルミニウム合金で形成された光反射層である、
    請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
  9. 前記光反射層が、銀あるいは銀合金を、第1導電性酸化物と第2導電性酸化物で挟持する構成の光反射層である、
    請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
  10. 前記第1導電性酸化物と前記第2導電性酸化物が、少なくとも酸化インジウムと酸化亜鉛を含有する導電性酸化物である、
    請求項9に記載のブラックマトリクス基板。
  11. 前記第1導電性酸化物と前記第2導電性酸化物のそれぞれ膜厚が異なる、
    請求項9に記載のブラックマトリクス基板。
  12. 前記第1導電性酸化物と前記第2導電性酸化物は、少なくとも酸化インジウムを含み、それぞれ酸化インジウムの含有量が異なる、
    請求項9に記載のブラックマトリクス基板。
  13. 前記第1の透明樹脂層が、イエロー顔料、紫外線吸収剤、透明微粒子のいずれかを少なくとも含む、請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
  14. 請求項1から請求項12に記載のブラックマトリクス基板を備えた表示装置。
  15. 表示装置に用いるブラックマトリクス基板の製造方法であって、少なくとも 以下の(1)から(7)の工程が含まれることを特徴とする、ブラックマトリクス基板の製造方法。
    (1)透明基板の一の面上に、ブラックマトリクスを形成する工程。
    (2)前記ブラックマトリクス上に第1透明樹脂層を形成する工程。
    (3)前記第1透明樹脂層上に樹脂壁を形成する工程。
    (4)前記樹脂壁と前記第1透明樹脂層を覆うように金属薄膜を形成する工程。
    (5)前記金属薄膜を覆うように感光性保護膜を形成する工程。
    (6)前記感光性保護膜を露光・現像・硬膜し、かつ、前記金属薄膜の一部を露出させるように透明保護層を形成する工程。
    (7)前記透明保護層をマスクとして、ウェットエッチングにて前記金属薄膜の一部を除去して光反射層を形成し、前記樹脂壁と前記光反射層と前記透明保護層からなる光反射性隔壁を形成する工程。
  16. 請求項15に記載のブラックマトリクス基板の製造方法であって、さらに赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタ層を形成する工程を含むことを特徴とする、ブラックマトリクス基板の製造方法。
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