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1. WO2020115837 - SUBSTRAT DE MATRICE DE COULEUR NOIRE ET DISPOSITIF D'AFFICHAGE MUNI D'UN SUBSTRAT DE MATRICE DE COULEUR NOIRE

Document

明 細 書

発明の名称 ブラックマトリクス基板、及びブラックマトリクス基板を備えた表示装置

技術分野

0001  

背景技術

0002   0003   0004   0005   0006   0007   0008   0009   0010  

先行技術文献

特許文献

0011  

発明の概要

発明が解決しようとする課題

0012  

課題を解決するための手段

0013   0014   0015   0016   0017   0018   0019   0020   0021   0022  

発明の効果

0023  

図面の簡単な説明

0024  

発明を実施するための形態

0025   0026   0027   0028   0029   0030   0031   0032   0033   0034   0035   0036   0037   0038   0039   0040   0041   0042   0043   0044   0045   0046   0047   0048   0049   0050   0051   0052   0053   0054   0055   0056   0057   0058   0059   0060   0061   0062   0063   0064   0065   0066   0067   0068   0069   0070   0071   0072   0073   0074   0075   0076   0077   0078   0079   0080   0081   0082   0083   0084   0085   0086   0087   0088   0089   0090   0091   0092   0093   0094   0095   0096   0097   0098   0099   0100   0101   0102   0103   0104   0105   0106   0107  

符号の説明

0108  

請求の範囲

1   2   3   4   5   6   7   8   9  

図面

1   2   3   4   5   6   7   8   9   10   11   12  

明 細 書

発明の名称 : ブラックマトリクス基板、及びブラックマトリクス基板を備えた表示装置

技術分野

[0001]
 本発明は、液晶表示装置、マイクロLED(LEDディスプレイ)、及び有機EL表示装置などに用いられるブラックマトリクス基板、さらにはブラックマトリクス基板を備えた表示装置に関する。

背景技術

[0002]
 液晶表示装置は、LED(Light Emitting Diode)を光源としたバックライトを用い、光の透過・非透過を切り替える表示機能層として液晶を用いる表示装置である。
 近年、およそ5μmから100μmサイズのLEDチップをマトリクス状に複数並べた構成を有するミニLEDと呼称される直下型のバックライトを液晶表示装置に用いる技術が注目されている。ミニLEDでは、通常、赤色発光、緑色発光、青色発光の3種類のLEDチップが用いられている。
[0003]
 また、表示画面における表示部位の位置に応じて、3種類のLEDチップの発光輝度を部分的に調整し、あるいは、部分的に発光を停止させるローカルディミングを併用する技術が注目されている。
 このようなローカルディミングを用いる液晶表示装置においては、表示画面における発光を部分的にオフにすることができるため、表示のコントラストを大きく改善できる。従来の液晶表示装置では、バックライトを常時点灯とするため、液晶の黒表示のときに、僅かな光漏れが発生し、有機EL並みのコントラストを得ることが困難であった。
[0004]
 マイクロLEDは、およそ2μmから50μmサイズのLEDチップがマトリクス状に配列した構造を有し、複数のLEDチップの各々を個別駆動することによって表示を行う表示装置である。このようなマイクロLEDは、液晶を用いずに表示を行うことができる。
 マイクロLEDは、上述したミニLEDと同様に赤色発光、緑色発光、青色発光の3種類のLEDチップを用いる方式と、青色から近紫外の波長域の光を発する発光LEDチップなどの単色発光LEDチップのみを用いる方式とに大別される。マイクロLEDにおいては、個々のLEDチップが表示機能層の役割を果たす。
 単色発光LEDチップを用いる方式では、複数の単色発光LEDチップの各々に、発光波長を赤色、緑色、及び青色のいずれかへ波長を変換する波長変換素子(例えば、量子ドットなど)を積層することで、カラー表示を実現している。
[0005]
 有機ELとは、有機エレクトロルミネセンス(Organic Electroluminescence)の略称である。有機EL表示装置は、表示機能層として、有機化合物中に注入された電子と正孔の再結合による発光を表示に用いる表示装置である。有機EL表示装置は、赤色、緑色、及び青色に発光する3種類の発光層を用いる方式と、白色に発光する白色発光層にカラーフィルタを組み合わせる方式とに大別される。
[0006]
 液晶表示装置、マイクロLED、及び有機EL表示装置においては、いずれも、表示機能層からの出射光が画素開口部に向かう光の直線性が十分に得られていなかった。従って、隣接する画素に対する迷光(斜め出射光)が発生してしまい、表示コントラストが低下していた。
 特に、画素サイズの微細化が進むに従って、迷光に起因する表示コントラスト低下が問題となる。また、表示装置が明るい環境下で使用される際、外部から表示装置に入射する入射光に起因する表示コントラスト低下も問題となる。
[0007]
 有機EL表示装置やマイクロLEDでは、外部から表示装置に入射する入射光に起因するコントラスト低下を避けるため、円偏光板が用いられている。有機EL表示装置やマイクロLEDにおいて、円偏光板は、光反射性を有する画素電極での外光の反射を消して視認性を改善する目的で、表示装置の上面に搭載されている。しかしながら、円偏光板は高価であることから、表示装置の構造の点で、円偏光板を省略することが強く要求されている。
[0008]
 特許文献1は、2層構成のブラックマトリクスを開示している(図1参照)。しかしながら、特許文献1の技術は、裸眼の観察者に対して立体画像を表示する技術である。特許文献1は、種々の表示機能層を用いる表示装置でのコントラスト低下を課題としていない。特許文献1では、高価な円偏光板を省く構成を提案しておらず、加えて、ブラックマトリクスの表面反射を抑える技術を開示していない。
[0009]
 特許文献2には、第1遮光層と第2遮光層を用いたカラーフィルタが記載されている。しかしながら、特許文献2では、高価な円偏光板を省く構成を提案しておらず、加えて、第1遮光層の表面反射を抑える技術を開示していない。さらに、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子を具備するマイクロLEDでは、カラーフィルタを必要としない。また、同様に、色純度を向上させた有機EL表示装置もカラーフィルタを必要としない。液晶表示装置においても、LEDバックライトの赤色発光、緑色発光、青色発光を順次点灯させて表示するフィールドシーケンシャルでは、カラーフィルタを必要としない。特許文献2は、カラーフィルタを備えない構成を考慮していない。
[0010]
 しかしながら、特許文献2において、第2遮光層が着色層の端部を覆う特徴、及び、請求項3の第2遮光層の幅に関する特徴は、特許文献1の図16に示されるカラーフィルタとほぼ同一である。特許文献1には、第1遮光層と第2遮光層のアライメントの課題も記載されている。特許文献2の第2遮光層に関わる[0034]から[0036]の技術も、例えば、特許文献1の[0105]段落に記載されている。

先行技術文献

特許文献

[0011]
特許文献1 : 日本国特許第5804196号公報
特許文献2 : 日本国特許第6225524号公報

発明の概要

発明が解決しようとする課題

[0012]
 本発明は、上記の背景技術や課題に鑑みてなされたものであって、高精細化がさらに要求される液晶表示装置、マイクロLED(LEDディスプレイ)、及び有機EL表示装置などの表示装置において、表示コントラストを改善することができるブラックマトリクス基板、及び、ブラックマトリクス基板を備えた表示装置を提供する。

課題を解決するための手段

[0013]
 本発明の第1態様に係るブラックマトリクス基板は、透明基板と、前記透明基板上に形成された半透過膜と、前記半透過膜の厚み方向において、前記半透過膜と接触するように前記半透過膜上に形成され、複数の第1開口部を具備する第1ブラックマトリクス層と、前記第1ブラックマトリクス層を覆うように前記半透過膜上に形成された透明樹脂層と、前記透明樹脂層上に形成され、複数の第2開口部を具備する第2ブラックマトリクス層と、を備え、前記半透過膜が形成された前記透明基板の面とは反対側の面から見た平面視において、前記半透過膜は、複数の前記第1開口部と前記第1ブラックマトリクス層とに重なり、平面視において、複数の前記第2開口部の位置は、複数の前記第1開口部の位置に対応している。
[0014]
 本発明の第1態様に係るブラックマトリクス基板において、前記半透過膜は、顔料としてカーボンを含有し、可視光に対する前記半透過膜の透過率は、98%から60%の範囲内にあってもよい。
[0015]
 本発明の第1態様に係るブラックマトリクス基板において、前記半透過膜は、カーボンと、光学的に等方な微粒子と、前記カーボン及び前記微粒子が分散された樹脂とを有する分散体であってもよい。
[0016]
 本発明の第1態様に係るブラックマトリクス基板において、前記微粒子は、シリカの微粒子であってもよい。
[0017]
 本発明の第1態様に係るブラックマトリクス基板において、前記樹脂と、前記カーボンと、前記微粒子とを含む全固形分を100質量%として、前記カーボンの量は、0.5質量%から15質量%の範囲内にあり、前記微粒子の量は、1質量%から30質量%の範囲内にあってもよい。
[0018]
 本発明の第1態様に係るブラックマトリクス基板において、前記第2ブラックマトリクス層の線幅は、第1ブラックマトリクス層の線幅より小さくてもよい。
[0019]
 本発明の第1態様に係るブラックマトリクス基板において、前記第2ブラックマトリクス層は、近赤外域に対する光透過性を有してもよい。
[0020]
 前記第1ブラックマトリクス層の複数の前記第1開口部の各々は、着色層を有してもよい。
[0021]
 本発明の第1態様に係るブラックマトリクス基板において、前記着色層は、赤色層、青色層、及び緑色層であり、複数の前記第1開口部における3つの第1開口部に対応するように、前記赤色層、前記緑色層、及び前記青色層が第1開口部に設けられてもよい。
[0022]
 本発明の第2態様に係る表示装置は、上記第1態様に係るブラックマトリクス基板と、表示機能層と、複数のアクティブ素子を具備するアレイ基板とを備える。

発明の効果

[0023]
 本発明は、高精細化がさらに要求される液晶表示装置、マイクロLED(LEDディスプレイ)、及び有機EL表示装置などの表示装置において、表示コントラストを改善することができるブラックマトリクス基板、及び、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。

図面の簡単な説明

[0024]
[図1] 本発明の第1実施形態に係るブラックマトリクス基板を部分的に示す断面図である。
[図2] 本発明の第1実施形態に係るブラックマトリクス基板を示す平面図である。
[図3] 本発明の第1実施形態に係るブラックマトリクス基板を備えた表示装置を部分的に示す断面図であり、かつ、本発明の実施形態によって得られる一つの効果を説明する図である。
[図4] 従来のブラックマトリクス基板を備えた表示装置の一例を部分的に示す断面図であり、図3に示すブラックマトリクス基板と従来のブラックマトリクス基板とを比較して説明する図である。
[図5] 本発明の第1実施形態に係るブラックマトリクス基板を備えた表示装置を部分的に示す断面図であり、かつ、本発明の実施形態によって得られる一つの効果を説明する図である。
[図6] 従来のブラックマトリクス基板を備えた表示装置の一例を部分的に示す断面図であり、図5に示すブラックマトリクス基板と従来のブラックマトリクス基板とを比較して説明する図である。
[図7] 本発明の第1実施形態に係るブラックマトリクス基板の変形例1を部分的に示す断面図である。
[図8] 本発明の第1実施形態に係るブラックマトリクス基板の変形例2を部分的に示す断面図である。
[図9] 本発明の第2実施形態に係るブラックマトリクス基板を備えた表示装置を部分的に示す断面図である。
[図10] 本発明の第2実施形態に係るブラックマトリクス基板を備えた表示装置のアレイ基板に設けられた薄膜トランジスタ等の部材を部分的に示す拡大図である。
[図11] 本発明の第3実施形態に係るブラックマトリクス基板を備えた表示装置を部分的に示す断面図である。
[図12] 本発明の第4実施形態に係るブラックマトリクス基板を備えた表示装置を部分的に示す断面図である。

発明を実施するための形態

[0025]
 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。各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。画素数、画素開口部の数、画素開口部の形状は、以下に説明する図面によって制限されない。また、本発明の実施形態を分かり易く説明するため、断面図や平面図では、表示装置を構成する部材の数を少なくし、表示装置の構造を説明する場合がある。表示装置を構成する表示機能層などの図示を簡略化することがある。
[0026]
 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ことがある。
[0027]
 なお、明細書中において、文言「平面視」とは、半透過膜やブラックマトリクス層が形成されていない透明基板の面を、観察者が、法線方向に見た平面視を意味する。
[0028]
 また、明細書中において、「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。第1透明樹脂層や第2透明樹脂層は、単に透明樹脂層と呼称することがある。また、第1ブラックマトリクス層と第2ブラックマトリクス層は、単にブラックマトリクス層、あるいはブラックマトリクスと呼称することがある。
[0029]
 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。
[0030]
(第1実施形態)
(ブラックマトリクス基板)
 図1は、本発明の第1実施形態に係るブラックマトリクス基板を部分的に示す断面図である。
 ブラックマトリクス基板150は、透明基板102と、透明基板102上に形成された半透過膜10と、半透過膜10の厚み方向において半透過膜10と接触するように半透過膜10上に形成された第1ブラックマトリクス層11と、第1ブラックマトリクス層11を覆うように半透過膜10上に形成された第1透明樹脂層21(透明樹脂層)と、第1透明樹脂層21上に形成された第2ブラックマトリクス層12と、第2ブラックマトリクス層12を覆うように第1透明樹脂層21上に形成された第2透明樹脂層22と、を備える。
 即ち、ブラックマトリクス基板150は、透明基板102上に、半透過膜10、第1ブラックマトリクス層11、第1透明樹脂層21、第2ブラックマトリクス層12、及び第2透明樹脂層22がこの順で積層された構造を有する。
 図1においては、第2透明樹脂層22を形成しなくともよい。
[0031]
 図2は、図1に示したブラックマトリクス基板150を示す平面図であり、半透過膜10が形成されていない透明基板102の面を見た図である。すなわち、図2は、図1の符号OBに示す方向でブラックマトリクス基板150を観察した場合の平面図である。このため、図2においては、半透過膜10の下部に、第1ブラックマトリクス層11及び第2ブラックマトリクス層12が重なって配設されている。第1ブラックマトリクス層11と第2ブラックマトリクス層12との重なりは、ブラックマトリクス基板150が表示装置に適用された場合における有効表示領域を形成する。平面視において、この有効表示領域を覆うように半透過膜10が形成されている。
[0032]
(透明基板)
 ブラックマトリクス基板150に適用できる透明基板102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。
 なお、表示機能層及び表示機能層を駆動するアレイ基板とブラックマトリクス基板150とを貼り合わせして表示装置を構成する場合には、アレイ基板及びブラックマトリクス基板150の各々の基板材料は同じであることが好ましい。
 特に、アレイ基板を構成する基板材料の熱膨張率と、ブラックマトリクス基板150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。異なる基板材料をアレイ基板とブラックマトリクス基板150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。
[0033]
(第1ブラックマトリクス層、第2ブラックマトリクス層)
 第1ブラックマトリクス層11は、複数の第1画素開口部11S(第1開口部)を有する。第2ブラックマトリクス層12は、複数の第2画素開口部12S(第2開口部)を有する。
 半透過膜10が形成された透明基板120の面とは反対側の面(符号OBによって示された面)から見た平面視において、半透過膜10は、複数の第1画素開口部11Sと第1ブラックマトリクス層11とを覆うように重なる。平面視において、複数の第2画素開口部12Sの位置は、複数の第1画素開口部11Sの位置に対応する。
[0034]
(ブラックマトリクス層の構成材料)
 第1ブラックマトリクス層11及び第2ブラックマトリクス層12の構成材料は、同じであってもよいし、あるいは異なってもよい。例えば、第1ブラックマトリクス層11及び第2ブラックマトリクス層12の製造工程に関し、第2ブラックマトリクス層12は、第1ブラックマトリクス層11を形成した後に、通常のフォトリソグラフィの手法で形成する。このため、例えば、フォトリソグラフィ工程における透明基板102のアライメントが可能なように、観察光の透過率を高くすることができる。
[0035]
 第1ブラックマトリクス層11及び第2ブラックマトリクス層12の構成材料として、遮光性を有するカーボンが分散されたアルカリに可溶な感光性レジストを用いることが簡便である。第1ブラックマトリクス層11の光学濃度(ΔOD)は、2以上4以下であればよい。第1ブラックマトリクス層11の光学濃度を4以上としてもよいが、本発明の実施形態の構成では、第1ブラックマトリクス層11と第2ブラックマトリクス層12とが重なるため、第1ブラックマトリクス層11及び第2ブラックマトリクス層12の各々の単独の遮光性を高くする必要はない。カーボンは、カーボンブラックとも呼称される。
[0036]
 また、第2ブラックマトリクス層12は、近赤外域に対する光透過性を有してもよい。この場合、フォトリソグラフィ工程において透明基板102のアライメントを行う際、観察光として近赤外域も併用することが可能となる。具体的に、第2ブラックマトリクス層12に用いる顔料として、例えば、赤色あるいは黄色の有機顔料と、青色あるいは紫色の有機顔料を加えて近赤外光を透過する顔料を用いれば、近赤外領域の光を用いて透明基板102のアライメントを行うことが可能である。有機顔料を用いて可視域における遮光性を得る場合、第2ブラックマトリクス層12に対するカーボンの添加を少なくする、あるいはカーボンの添加をなくしてもよい。
[0037]
 あるいは、第1ブラックマトリクス層11を形成する際に基板の端面に形成されたアライメントマークを読み取るために、第2ブラックマトリクス層の塗布形成工程に、EBR(Egde Bead Removal)の技術を用いてもよい。EBRとは、レジスト塗布時に生じやすい基板端部(端面)のレジストの盛り上がりを除去する技術である。例えば、塗布された第2ブラックマトリクス層のうち、基板端部に塗布された部分のみを取り除くことで、下地である第1ブラックマトリクス層11を形成する際に端面に形成されたアライメントマークを読み取ることが可能となる。
[0038]
 第1ブラックマトリクス層11及び第2ブラックマトリクス層12に用いるカーボンの粒子径は、10nmから100nmとすることができる。好ましくは、20nmから60nmである。カーボンをレジストに均一に分散させるため、Sp値(溶解度パラメータ)が、例えば、10以上である分散剤を用いることが好ましい。カーボンがレジストに均一に分散することで、ブラックマトリクス層の比誘電率を低下させやすいため、レジストにおいてカーボンの分散性を高めることが好ましい。ブラックマトリクス層の比誘電率を小さくすることで、表示機能層として液晶層を備えた表示装置に、ブラックマトリクス基板150を有効に適用することができる。
[0039]
(ブラックマトリクス層の膜厚)
 本発明の実施形態に適用できるブラックマトリクス層の膜厚は、特に規定しなくてもよいが、例えば、標準的な膜厚として、1μmから2μmの範囲から選択できる。
[0040]
(ブラックマトリクス層に添加可能な無機材料)
 ブラックマトリクスのレジストに、例えば、チタンブラックなどの他の遮光性顔料を加えてもよい。分散性を改善する目的で、酸化チタン、炭酸カルシウム、シリカなどの微粒子をレジストに加えてもよい。
[0041]
(ブラックマトリクス層の線幅)
 第1ブラックマトリクス層11及び第2ブラックマトリクス層12の各々の線幅BW1、BW2は特に規定しなくてもよいが、例えば、第2ブラックマトリクス層12の線幅BW2は、第1ブラックマトリクス層11の線幅BW1よりも小さくてもよいし、線幅BW2と線幅BW1とが等しくてもよい。
 本発明の実施形態に係るブラックマトリクス基板150は、300ppi以上、さらには500ppi以上2000ppiなどの高精細画素の表示装置に適用することが可能である。高精細画素を有する表示装置では、画素の開口率が重要である。従って、線幅BW1が極力細くなるように第1ブラックマトリクス層11を形成することが好ましい。第2ブラックマトリクス層12の線幅BW2が、第1ブラックマトリクス層11の線幅BW1よりも広くなると、画素の開口率が低下し、好ましくない。
[0042]
 第1ブラックマトリクス層11及び第2ブラックマトリクス層12の各々の線幅BW1、BW2や膜厚、あるいは、ブラックマトリクス基板150の厚み方向における第1ブラックマトリクス層11と第2ブラックマトリクス層12とが離間する距離は、表示装置の画面の大きさやコントラストの向上の目的によって変えることができる。
[0043]
 あるいは、フォトリソグラフィ工程におけるアライメント精度を考慮して、第2ブラックマトリクス層12の線幅BW2を第1ブラックマトリクス層11の線幅BW1より狭くすることが好ましい。例えば、アライメント精度が±1.5μmであれば、第2ブラックマトリクス層12の線幅BW2を第1ブラックマトリクス層11の線幅BW1より、片側1.5μm狭くすればよい(両側で3μm)。アライメント許容量を考慮して、第2ブラックマトリクス層12の線幅BW2を細くする。
[0044]
 膜厚に関し、第1ブラックマトリクス層11の膜厚より第2ブラックマトリクス層12の膜厚を薄くしてもよい。第2ブラックマトリクス層12を形成するアルカリ可溶性感光性レジスト(後述するカーボン分散体)の透過率は調整可能である。第2ブラックマトリクス層12のレジストは、例えば、露光波長での透過率や近赤外域における波長での透過率を調整することができる。近赤外域の透過率の調整(後述)においては、例えば、有機顔料である黄色顔料と紫色顔料などの反対色の顔料などとを混合して、可視域において“黒”を得ることができ、有機顔料の赤外線に対する透過性を活用することができる。
[0045]
(半透過膜)
 半透過膜10は、カーボンと、光学的に等方な微粒子と、カーボン及び微粒子が分散された樹脂とを有する分散体である。
 半透過膜10に用いる材料としては、基本的に上記のブラックマトリクスの材料とほぼ同じ材料が適用できる。カーボンを主な顔料として含有する樹脂分散体で半透過膜10を形成することが好ましい。可視光に対する半透過膜10の透過率を98%から60%の範囲とすることが好ましく、この透過率の観点で、カーボンの樹脂分散体への添加量を調整する。
[0046]
 マイクロLEDや有機EL表示装置では、発光素子であるLEDあるいは有機EL層の下部に光反射性の電極を備えていることが多い。このような構造を有するマイクロLEDや有機EL表示装置では、光反射性の電極による外部入射光の再反射光が、視認性を低下させる。通常、外部入射光の再反射光をなくすため、高価な円偏光板が表示装置に併用されている。あるいは、液晶表示装置の多くでは、クロスニコルでの(偏光軸が直交する)2枚の偏光板を用いている。このような円偏光板や偏光板を用いる場合には、分散性を改善する目的あるいは半透過膜の屈折率を低下させる目的で、偏光くずれを発生させない、光学的に等方で、かつ、可視域において透明な無機微粒子を、半透過膜に加えることが望ましい。
[0047]
 半透過膜10には、光学的に等方な微粒子13が分散されている。光学的に等方な微粒子13には、固形比18質量%のシリカ微粒子が適用されている。
 なお、「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適用することができる。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用いてもよい。
[0048]
 光学的に等方で、かつ、可視域において透明な無機微粒子の代表として、二酸化ケイ素(シリカ)の微粒子が知られている。シリカの微粒子の粒径は、例えば、5nmから300nmの範囲から選ぶことができる。可視域において透明であり、かつ、粒径の異なる2種以上の無機微粒子を、カーボンとともに半透過膜10に分散させてもよい。シリカ微粒子の併用はカーボン単体では生じやすい2次粒子の生成を妨げ、カーボンの分散性を改善できる。
[0049]
 なお、半透過膜10に対する上記微粒子13の添加は、半透過膜10に光散乱を付与するためではない。表示装置に多く適用されている散乱膜が粒子を含有する場合、特許第3531615号公報の請求項1に記載されるように、平均粒径が1.5μm以上3.0μm以下のミクロン単位の大きさの粒子を用いる必要がある。つまり、可視域光の波長より大きな粒子径を有する粒子を用いないと、散乱膜として適切な光散乱性が得られない。
[0050]
 また、二酸化ケイ素の屈折率はカーボンより小さいため、二酸化ケイ素は半透過膜10の屈折率を下げる効果を有する。低い屈折率を有する半透過膜10は、半透過膜10と第1ブラックマトリクス層11との界面における光の反射を抑制し、視認性を向上できる効果を有する。
[0051]
 例えば、半透過膜10の光透過率が、98%から95%などの高い透過率の領域にある場合は、第1ブラックマトリクス層11と半透過膜10との界面における光反射に干渉によるリップルが生じることがあり、第1ブラックマトリクス層11が僅かに着色して観察されることがある。反射光に起因するこのような僅かな着色は、表示装置の表示をオフとした黒表示のときに観察されやすい。
 これに対し、シリカ微粒子とカーボンとを併用して半透過膜10を形成することで、このようなリップルの発生を防ぐ効果が得られる。上記のような観点からも、光学的に等方で、かつ、可視域において透明な無機微粒子を含む半透過膜は有用である。
[0052]
 なお、上述した第2ブラックマトリクス層12の材料構成のように、主な顔料成分として有機顔料を含有する半透過膜と第1ブラックマトリクス層11との界面における外部光の反射光は、黄色に着色して見えることがある。
 これに対し、主な顔料成分としてカーボンを含有する半透過膜10は、反射光がフラットであり、着色することは殆どない。反射光がフラットとは、400nmから700nmの可視域の範囲において、例えば、100nmなどの小さいレンジで、透過率が2%以上の凹凸(変動)がなく、ほぼ直線で示される透過率曲線が得られていることを意味する。
[0053]
 本発明の実施形態に適用できる半透過膜10の形成方法としては、全面塗布膜(有効表示領域内で凹凸を有するパターンが形成されていない平坦な膜)となるように半透過膜10を形成することが好ましい。これにより、簡便に半透過膜10を形成することができる。半透過膜10の膜厚は、特に規定しなくてもよいが、例えば、0.5μmから1.5μmの範囲から選択できる。表示装置の画素開口部の大きさに合わせて、半透過膜10の一部に画素開口部を設けることもできる。
[0054]
 可視光に対する半透過膜10の透過率(代表的に、光の波長が550nmである場合の透過率)は、98%から60%の範囲から選択できる。透過率が99%以上である半透過膜は、上述したように外光反射での干渉によるリップルが生じやすく、「黒表示」における表示品質を損なう。半透過膜の透過率が60%を下回ると、表示装置の明るさの低下を招くため、好ましくない。また、透過率が60%未満になると、低反射率が得られない。
 半透過膜10の透過率は、ブラックマトリクス基板に用いられる半透過膜の膜厚に応じて、98%から60%の範囲に調整すればよい。
 また、ブラックマトリクス基板150が上述した半透過膜10を備えることにより、透明基板102と半透過膜10との界面にて、0.3%から1%の低い反射率が得られる。
 半透過膜10に添加されるカーボン量を増加させてカーボン濃度を高くすると、半透過膜10の屈折率が高くなり、半透過膜10の反射率が増加する。半透過膜10の透過率が60%未満になると、屈折率が高くなり、反射率が高くなる。
[0055]
 半透過膜10の透過率の調整に関し、半透過膜10の分散体を構成する樹脂、光学的に等方な微粒子13、及びカーボンを含む全固形分を100質量%とした場合、カーボン量は、例えば、0.5質量%から15質量%の範囲から選択できる。カーボン量が0.4質量%以下である半透過膜は、低反射の効果が小さくなり、また、上述したリップルによる干渉色が出やすい。カーボン量が、15質量%を超えると、半透過膜の光学濃度が上がり、低反射の効果が得られ難くなる。
[0056]
 また、上述した樹脂、微粒子13、及びカーボンを含む全固形分を100質量%とした場合、シリカ微粒子の添加量は、例えば、1質量%から30質量%の範囲から選択できる。シリカ微粒子が1質量%以下であればリップルによる干渉色が出やすい。カーボン及びシリカ微粒子の添加量が45質量%さらには50質量%を超えてくると、後述するレジストの塗布適性が低下しやすい。カーボン及びシリカ微粒子の添加量が少なくすぎると、半透過膜に期待される特性が得られない。
[0057]
 半透過膜10あるいはブラックマトリクス層11、12を形成する際に用いられるレジストに適用できるアルカリ可溶性樹脂としては、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また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またはメタクリレート、ヒドロキシエチルアクリレートまたはメタクリレート、スチレンなどから選択される1~5種類程度のモノマーを用いて、分子量5000~100000程度に合成した樹脂を用いることができる。さらにエポキシ(メタ)アクリレート等の通常の光重合可能な樹脂等も使用することができる。パターニング特性、耐熱性に優れたカルド樹脂を用いてもよい。
[0058]
 半透過膜10あるいはブラックマトリクス層11、12を形成する際に用いられるレジストに適用される光重合開始剤としては、従来より公知である化合物を適宜使用することができるが、光を透過しない黒色感光性樹脂組成物に用いた際にも高感度化を達成することができるオキシムエステル化合物を用いることが好ましい。
[0059]
 半透過膜10あるいはブラックマトリクス層11、12を形成する際に用いられるレジストに使用される溶剤は、例えば、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挙げられる。
 さらに、レジストの塗布性を向上させるための界面活性剤、基板に対するレジストの密着性を向上させるためのシランカップリング剤等を併用することができる。
[0060]
(本実施形態に係るブラックマトリクス基板によって得られる効果1)
 図3は、本発明の第1実施形態に係るブラックマトリクス基板150を備えた表示装置250を部分的に示す断面図であり、かつ、本発明の実施形態によって得られる一つの効果を説明する図である。
[0061]
 図3に示す表示装置250は、ブラックマトリクス基板150とアレイ基板201とを向かい合うよう貼り合わせることで構成されている。
 ブラックマトリクス基板150は、図1及び図2を参照して説明した構造を有する。アレイ基板201は、基板202と、基板202上に形成された複数の反射電極121と、複数の反射電極121の各々に形成された有機ELなどの発光素子122と、反射電極121に接続されたアクティブ素子とを備える。アレイ基板201上において、アクティブ素子は、マトリクス状に配列されており、図3においては省略されている。
[0062]
 図4は、従来のブラックマトリクス基板300を備えた表示装置350を部分的に示す断面図であり、図3に示すブラックマトリクス基板と従来のブラックマトリクス基板とを比較して説明する図である。
 ブラックマトリクス基板300は、図1及び図2に示すブラックマトリクス基板150とは異なり、透明基板310上に半透過膜が形成されておらず、1層のブラックマトリクス層30が透明基板310上に形成された構造を有する。アレイ基板301は、基板302と、基板302上に形成された複数の反射電極31と、複数の反射電極31の各々に形成された有機ELなどの発光素子32と、反射電極31に接続されたアクティブ素子とを備える。アレイ基板301上において、アクティブ素子は、マトリクス状に配列されており、図4においては省略されている。
[0063]
 図3及び図4を参照する以下の説明において、反射電極121、31の光の反射率は100%とし、おおよそ、反射電極121、31から平行光が発生していることを前提としている(拡散光の発生は考慮していない)。また、図3及び図4においては、いずれも、偏光板を用いない構成を説明し、透明基板の表面の反射成分を含まない場合を説明している。反射光の説明のため、偏光板などの部材は、簡略化している。
 また、以下に説明する透過率は、ガラスなどの透明基板をレファレンスとした場合において顕微分光測定器を用いた可視光(400nm~700nm)の透過率である。
[0064]
 図3において、表示装置250の上面より外部光IL1、IL2が入射する(図1における符号OBに示す方向)。例えば、半透過膜10の光透過率が70%であると、画素開口部205を通過した外部光IL1の光量は半透過膜10によって減少し、70%の光量となって反射電極121に到達する。この光は反射電極121によって反射し、反射光RL1が発生し、反射光RL1は、半透過膜10を透過する。半透過膜10を透過した反射光RL2の光量は、外部光IL1の光量(100%)に対して49%となり、半透過膜10によって反射光を抑制することができる。
[0065]
 半透過膜10の透過率を設定することで、反射光の光量を抑え、目的とする視認性が得られる。発光素子122の発光強度に応じて、半透過膜10の透過率を調整してもよい。なお、図3には示されていないが、透明基板102の外面102Tに対して斜め方向に表示装置250の外部から内部に入射した光は、第1ブラックマトリクス層11及び第2ブラックマトリクス層12の積層構成でカットされる。従って、上述した再反射光の抑制よりも優れた効果が得られ、視認性を大きく向上できる。
[0066]
 これに対し、図4に示す従来のブラックマトリクス基板300を備えた表示装置350においては、半透過膜が形成されていないので、画素開口部305を通過した外部光IL3は、光量が減少することなく反射電極31に到達し、反射電極31でそのまま反射されて、同様に光量が減少することなく、100%の光量を有する反射光RL3が生じる。
[0067]
 また、図3に示す第1ブラックマトリクス層11に入射する外部光IL2は、第1ブラックマトリクス層11上の半透過膜10を往復するように透過し、光吸収される。これにより、例えば、反射率を1%以下に押さえることができる。
 これに対し、図4に示す半透過膜が形成されていないブラックマトリクス基板300の場合、ブラックマトリクス層30と透明基板310との界面における反射率は、通常、3%程度である。図3に示す半透過膜10を備える構成では、第1ブラックマトリクス層11と透明基板310との界面における反射率は、従来の1/3以下となる。
[0068]
(本実施形態に係るブラックマトリクス基板によって得られる効果2)
 図5は、本発明の第1実施形態に係るブラックマトリクス基板150を備えた表示装置250を部分的に示す断面図であり、かつ、本発明の実施形態によって得られる一つの効果を説明する図である。図5に示す表示装置250は、図3に対応しているため、表示装置250の構造の説明を省略する。
 図6は、従来のブラックマトリクス基板300を備えた表示装置350を部分的に示す断面図であり、図5に示すブラックマトリクス基板と従来のブラックマトリクス基板とを比較して説明する図である。図6に示す表示装置350は、図4に対応しているため、表示装置350の構造の説明を省略する。
 図5及び図6は、発光素子122、32が発光した場合において、隣接画素に対する光の影響を説明する説明図である。
[0069]
 図5及び図6において、発光素子122、32は、マイクロLED(LED発光素子)、有機EL素子、あるいはバックライトとしてのミニLEDを簡略化して図示した素子である。
 図5において発光素子122から出射した出射光は、符号E10、E11、E12、E13、E14で示されている。図6において、発光素子32から出射した出射光は、符号E20、E21、E22、E23、E24で示されている。
[0070]
 図5において符号E10、E11、E13で示された出射光は、隣接画素に影響を与えることなく、画素開口部205を通じて、表示装置250の外部に向けて正当に出射され、表示の役割を担う。
 同様に、図6において符号E20、E21、E23で示された出射光は、隣接画素に影響を与えることなく、画素開口部305を通じて、表示装置350の外部に向けて正当に出射され、表示の役割を担う。
[0071]
 透明基板102の外面102Tに対して斜め方向に表示装置250の外部から内部に光が入射する場合、光の入射時及び光の反射時の両方において、図5に示す第2ブラックマトリクス層12によって再反射抑制の効果が得られる。半透過膜10の透過率が55%以上と高い場合でも、計算値以上に反射光抑制の効果が得られる。
[0072]
 図6では図示されていないが、表示機能層として例えば、液晶層が用いられ、発光素子32がバックライトに具備されるミニLEDであると想定すれば、発光素子32から発生した出射光E22、E24が迷光として隣接画素に入り込み、表示コントラストが低下することを理解できる。
[0073]
 図6に示す発光素子32がマイクロLEDもしくは有機EL発光層である場合であっても、従来のブラックマトリクス基板300が用いられているため、同様に、発光素子32から発生した出射光E22、E24が迷光として隣接画素に入り込み、表示コントラストが低下することを理解できる。
[0074]
 これに対し、図5に示す本発明の第1実施形態に係るブラックマトリクス基板150を具備する表示装置250では、第2ブラックマトリクス層12が出射光E12、E14(迷光)をカットし、迷光が隣接画素に影響を与えないことが理解できる。
[0075]
(変形例1)
 図7は、本発明の実施形態に係るブラックマトリクス基板の変形例1を部分的に示す断面図である。半透過膜10に光学的に等方な微粒子13が添加されていない半透過膜が用いられている点で、図7に示すブラックマトリクス基板550は、図1に示すブラックマトリクス基板150とは異なる。
 このようなブラックマトリクス基板550によれば、上述した第1実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、半透過膜10に微粒子13を添加されていないため、半透過膜10の構造が簡易になり、ブラックマトリクス基板のコスト低減に寄与する。
[0076]
(変形例2)
 図8は、本発明の実施形態に係るブラックマトリクス基板の変形例2を部分的に示す断面図である。赤色層R、緑色層G、及び青色層Bの着色層が設けられている点で、図8に示すブラックマトリクス基板650は、図1に示すブラックマトリクス基板150とは異なる。
[0077]
 第1ブラックマトリクス層11の複数の第1画素開口部11Sの各々は、着色層CFを有する。着色層CFは、赤色層R、緑色層G、及び青色層Bで構成されている。3つの第1画素開口部11Sに対応するように、赤色層R、緑色層G、及び青色層Bが第1画素開口部11Sに設けられている。
[0078]
 特に、赤色層R、緑色層G、及び青色層Bは、第1透明樹脂層21と半透過膜10との間において、第1ブラックマトリクス層11の第1画素開口部11Sに設けられている。つまり、ブラックマトリクス基板650は、着色層CFを加えたブラックマトリクス基板(カラーフィルタ基板)である。
 このようなブラックマトリクス基板650によれば、上述した第1実施形態と同様の効果が得られるだけでなく、カラーフィルタ基板としての機能を有するブラックマトリクス基板を実現することができる。
[0079]
(表示装置)
 上述した第1実施形態、変形例1、及び変形例2に係るブラックマトリクス基板150、550、650が適用される表示装置を構成する表示機能層として、液晶層、有機EL素子、及びマイクロLED素子から選択することができる。表示機能層は、アレイ基板上にマトリクス状に配列させたTFTと呼称される複数の薄膜トランジスタ(アクティブ素子)で駆動される。
 以下、本発明の実施形態に係る表示装置について説明するが、薄膜トランジスタの図示を省略している。また、第1実施形態、変形例1、及び変形例2と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
[0080]
(第2実施形態)
(マイクロLED表示装置)
 図9は、本発明の第2実施形態に係る表示装置を示す図であって、第1実施形態の変形例1に係るブラックマトリクス基板550が適用されたマイクロLED表示装置750を部分的に示す断面図である。
 図10は、第2実施形態に係るマイクロLED表示装置750が備えるアレイ基板501を部分的に示す拡大図であって、薄膜トランジスタ68の位置を示す図である。
[0081]
 アレイ基板501の表面43上には、第4絶縁層47が形成されている。第4絶縁層47上には、薄膜トランジスタ68、第4絶縁層47及び薄膜トランジスタ68を覆うように形成された第3絶縁層148、薄膜トランジスタ68のチャネル層58に対向するように第3絶縁層148上に形成されたゲート電極55、第3絶縁層148及びゲート電極55を覆うように形成された第6絶縁層49、及び第6絶縁層49を覆うように形成された第1平坦化層96が、順に積層されている。
[0082]
 第1平坦化層96、第6絶縁層49、及び第3絶縁層148には、薄膜トランジスタ68のドレイン電極56に対応する位置にコンタクトホール93が形成されている。また、第1平坦化層96上には、チャネル層58に対応する位置にバンク94(図10参照)が形成されている。断面視において互いに隣り合うバンク94の間の領域には、即ち、平面視においてバンク94に囲まれた領域には、第1平坦化層96の上面、コンタクトホール93の内部、及びドレイン電極56を覆うように反射電極89(画素電極)が形成されている。なお、反射電極89は、バンク94の上面には形成されていなくてもよい。反射電極89は、導電性の接合層77を介して発光素子CHIPの下部電極88と電気的に接続されている。
[0083]
 コンタクトホール93の内部を埋めるように、かつ、反射電極89及び発光素子CHIPを覆うように、第2平坦化層95が形成されている。第2平坦化層95上には、ITO(Indium Tin Oxide)と呼称される透明導電膜76が形成されており、透明導電膜76には、発光素子CHIPを構成する上部電極87が接続されている。さらに、透明導電膜76上には補助導体75が形成されており、透明導電膜76は補助導体75と電気的に接続されている。また、透明導電膜76の表面には、補助導体75を覆うように封止層109(接着層)が形成されている。補助導体75は、平面視において、透明導電膜76の抵抗値を減少させるための導体である。
[0084]
 バンク94の材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ノボラックフェノール樹脂等の有機樹脂を用いることができる。バンク94には、更に、酸化シリコン、酸窒化シリコン等の無機材料を積層してもよい。
[0085]
 第1平坦化層96及び第2平坦化層95の材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂等を用いてもよい。低誘電率材料(low-k材料)を用いることもできる。
[0086]
 発光素子CHIPは、上部電極87、n型半導体層90、発光層92、p型半導体層91、及び下部電極88が、この順で積層された構造を有する。換言すると、発光素子CHIPは、下部電極88上に、p型半導体層91、発光層92、n型半導体層90、及び上部電極87がこの順で積層された構成を有する。図10に示すように、LED発光に用いられる電極は、異なる面に形成され、互いに対向する面に形成されている。また、互いに平行となるように積層されているn型半導体層90及びp型半導体層91の各々に対向する面の外側に上部電極87及び下部電極88が配置されている。このような構造を有する発光素子CHIPを本実施形態では、垂直型発光ダイオードと呼称している。断面視において、LED構造が、角錐形状等の異型である場合、本発明の垂直型発光ダイオードに含めない。LED構造において片側の面に電極が並ぶように形成される構造、あるいは、水平方向に電極が並ぶように形成される構造は、水平型発光ダイオードと呼ぶ。
[0087]
 カラー表示を行うため、発光素子CHIPとして、赤色発光、緑色発光、青色発光のLED素子(マイクロLED)を用いることができる。こうしたLED発光は、赤色、緑色、及び青色の色純度が極めて高いため、カラーフィルタを省くことができる。あるいは、青色から近紫外の波長域の光を発する1種のLED素子のマトリクスを用いてもよい。この場合、LED素子から発光される青色から近紫外の波長域の光を、可視域の赤色、緑色、及び青色への波長変換する3種類の量子ドットの層を用い、カラー表示が行われる。
[0088]
 発光素子CHIPの形状は、例えば、平面視において、1辺の長さが2μm~50μmの正方形形状が適用できる。ただし、正方形や矩形以外の形状が適用されてもよい。あるいは、1辺の大きさを50μm以上としてもよい。また、平面視において、それぞれ画素には、1個、あるいは2個以上の発光素子を実装し冗長性を付与できる。発光素子CHIPの実装では、例えば、正方形形状の発光素子CHIPの向きを、90度単位でランダムに回転させて実装することができる。ランダム実装することで、LED結晶成長の僅かなバラツキから生じる画面全体の色ムラ、輝度ムラを軽減できる。
[0089]
 接合層77は、例えば、150℃から340℃の温度範囲内で、発光素子CHIPの下部電極88と反射電極89とを融着させ、電気的な接続ができる導電性材料を適用できる。この導電性材料には、銀、カーボン、グラファイト等の導電性骨材(conductive filler)を熱フロー性樹脂に分散してもよい。あるいは、接合層77を、In(インジウム)、InBi合金、InSb合金、InSn合金、InAg合金、InGa合金、SnBi合金、SnSb合金など、あるいはこれら金属の3元系、4元系である低融点金属を用いて形成できる。あるいは、異方性導電膜のような厚み方向のみに電気的導通持つ材料を用いてもよい。
[0090]
(第3実施形態)
(有機EL表示装置)
 図11は、本発明の第3実施形態に係る表示装置を示す図であって、第1実施形態の変形例2に係るブラックマトリクス基板650が適用された有機EL表示装置850を部分的に示す断面図である。
[0091]
 有機EL表示装置850は、ブラックマトリクス基板650と有機EL層80を具備したアレイ基板801とを向かい合うように貼り合わせて構成されている。有機EL層80は、青色発光の有機エレクトロルミネセンスの発光層である。ブラックマトリクス基板650は、赤色変換層CR、緑色変換層CG、及び青色変換層CBなどの色変換層を備えている。色変換層は、青色発光(近紫外域を含んでもよい)を、この発光波長より長い波長の光、例えば、赤色、緑色、及び青色の光に変換する変換層である。色変換層の材料には、無機蛍光体、蛍光染料、量子ドットなどが提示できる。
[0092]
 色変換層(赤色変換層CR、緑色変換層CG、及び青色変換層CB)と半透過膜10との間にカラーフィルタを挿入してもよい。色変換層のうち、青色変換層CBが省かれた構成が採用されてもよい。なお、発光色の色純度の改善が進む有機EL表示装置では、色変換層を省き、赤色、緑色、及び青色などのカラーフィルタを配設する構成とすることができる。
[0093]
 次に、有機EL表示装置850の構造について説明する。
 アレイ基板801の基板802としては、透明基板に限定する必要はなく、例えば、適用可能な基板として、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板、シリコン、炭化シリコンやシリコンゲルマニウムなどの半導体基板、あるいはプラスチック基板等が挙げられる。
[0094]
 アレイ基板801の基板802上には、第4絶縁層47が形成されている。第4絶縁層47上には、薄膜トランジスタ(不図示)、第4絶縁層47及び薄膜トランジスタを覆うように形成された第5絶縁層248、薄膜トランジスタのチャネル層に対向するように第5絶縁層248上に形成されたゲート電極、第5絶縁層248及びゲート電極を覆うように形成された第6絶縁層49、及び第6絶縁層49上に形成された第1平坦化層96が、順に積層されている。
 なお、基板802上に形成される薄膜トランジスタとしては、図10に示す構造を有する薄膜トランジスタ68が採用されてもよい。
[0095]
 第1平坦化層96、第6絶縁層49、及び第5絶縁層248には、薄膜トランジスタのドレイン電極に対応する位置にコンタクトホールが形成されている。また、第1平坦化層96上には、チャネル層に対応する位置にバンク94が形成されている。断面視において互いに隣り合うバンク94の間の領域においては、即ち、平面視においてバンク94に囲まれた領域においては、第1平坦化層96の上面、コンタクトホール93の内部、及びドレイン電極156を覆うように下部電極189(画素電極)が形成されている。なお、下部電極189は、バンク94の上面には形成されていなくてもよい。
 更に、下部電極189、バンク94、及び第1平坦化層96を覆うようにホール注入層191が形成されている。ホール注入層191上には、順に、発光層192、上部電極187、及び封止層195が積層されている。
 下部電極189(反射電極)は、後述するように、銀あるいは銀合金層が導電性酸化物層によって挟持された構成を有する。
[0096]
 下部電極189は、導電性金属酸化物層によって銀合金層が挟持された3層積層構造を有してもよい。上記複合酸化物層を導電性金属酸化物層に適用し、銀合金層の膜厚を、例えば、100nmから250nmの範囲内、あるいは、300nm以上の膜厚に設定し、導電性金属酸化物層によって銀合金層が挟持された3層積層構造を採用してもよい。この場合、可視光に対して高い反射率を有する下部電極189を実現することができる。例えば、銀合金層の膜厚を、例えば、9nmから15nmの範囲内として、可視光透過性のある3層積層膜を上部電極として用いても良い。なお、導電性金属酸化物は、酸化インジウムあるいは酸化亜鉛の複合酸化物が挙げられる。導電性酸化物として代表的なITO(酸化インジウム及び酸化錫を含む混合酸化物)は、酸化物が銀合金層(あるいは銅合金層)より貴(noble)である。このため、選択的に銀合金(あるいは銅合金層)がエッチングされてしまい、3層の線幅が異なるものとなりやすい。そこで、酸化インジウムに、酸化亜鉛、酸化ガリウム、酸化アンチモンなどの易溶性の酸化物を添加することで腐食電位を調整し、銀合金層(あるいは銅合金層)と腐食電位が揃った混合酸化物層としても良い。これら導電性金属酸化物で銀などを挟持する3層積層膜は、マイクロLEDや液晶表示装置の電極や導電配線として用いることができる。
[0097]
 バンク94の材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ノボラックフェノール樹脂等の有機樹脂を用いることができる。バンク94には、更に、酸化シリコン、酸窒化シリコン等の無機材料を積層してもよい。
[0098]
 第1平坦化層96の材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂等を用いてもよい。低誘電率材料(low-k材料)を用いることもできる。
[0099]
(第4実施形態)
(液晶表示装置)
 図12は、本発明の第4実施形態に係る表示装置を示す図であって、第1実施形態の変形例2に係るブラックマトリクス基板650が適用された液晶表示装置950を部分的に示す断面図である。
 図12において、偏光板を含む光学フィルムや拡散板など光制御素子、配向膜等の図示は省略している。
[0100]
 液晶表示装置950は、ブラックマトリクス基板650と、アレイ基板901と、アレイ基板901との間に配置された液晶層LCと、カバーガラス904と、バックライトユニット903とを備える。カバーガラス904とブラックマトリクス基板650との間に、タッチパネルを加えてもよい。
[0101]
 図12において、バックライトユニット903は、5μmから100μmサイズのLEDチップをマトリクス状に配列した直下型のバックライトユニット(以下、BLU)であり、ミニLEDと呼称される。ミニLEDの方式では、通常、液晶表示装置950が表示する映像に合わせて、表示領域においてBLUの発光を部分的に落としたり、暗めの発光としたり、あるいは、高輝度に発光したり、といったローカルディミングの手法がとられる。なお、ミニLEDに用いられるLEDチップサイズ、上記以外のサイズでもよい。
[0102]
 従来の液晶表示装置では、表示機能層として液晶層のみを用いて、表示面からの発光(明るさ)をコントロールし、画像表示を行う。従来の液晶表示装置では、映像表示の間、バックライトは点灯状態を維持するため、液晶層からの光漏れが生じやすい。このため、黒表示の状態であっても、完全な黒表示とならず、コントラストが低下する欠点があった。ミニLEDの方式では、表示される映像の内容によって、例えば、表示領域における発光を部分的にオフとし、完全な黒表示を得ることができる。
[0103]
 ミニLEDを含むLEDの発光効率は有機ELよりはるかに良好である。完全な黒表示を得ることが可能な、ローカルディミング技術を含むミニLEDは有機ELを凌駕する可能性がある。
[0104]
 なお、ミニLEDに用いるLEDのチップサイズとしては、5μmから100μmのサイズが挙げられるが、サイネージなど大型の表示装置では、100μmより大きいLEDチップを用いてもよい。
 さらに、赤色発光、緑色発光、青色発光のそれぞれLEDチップを用いる代わりに、白色発光のLEDチップによるミニLEDのBLUとカラーフィルタとを合わせて用いてもよい。この場合、BLU制御がそのBLUの配線を含めて簡便になる。
[0105]
 また、赤色発光、緑色発光、青色発光を時分割で順次行うフィールドシーケンシャル技術を適用する液晶表示装置では、カラーフィルタを省くことができる。
[0106]
 上述の実施形態に係るブラックマトリクス基板、あるいは、このブラックマトリクス基板を備えた表示装置は、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ブラックマトリクス基板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。
[0107]
 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。

符号の説明

[0108]
10・・・半透過膜
11・・・第1ブラックマトリクス層(ブラックマトリクス層)
12・・・第2ブラックマトリクス層(ブラックマトリクス層)
13・・・微粒子
21・・・第1透明樹脂層
22・・・第2透明樹脂層
43・・・表面
47・・・第4絶縁層
49・・・第6絶縁層
55・・・ゲート電極
56・・・ドレイン電極
58・・・チャネル層
68・・・薄膜トランジスタ
75・・・補助導体
76・・・透明導電膜
77・・・接合層
80・・・有機EL層
88・・・下部電極
90・・・n型半導体層
91・・・p型半導体層
93・・・コンタクトホール
94・・・バンク
95・・・第2平坦化層
96・・・第1平坦化層
148・・・第3絶縁層
156・・・ドレイン電極
189・・・下部電極
191・・・ホール注入層
248・・・第5絶縁層
750・・・マイクロLED表示装置
850・・・有機EL表示装置
903・・・バックライトユニット
904・・・カバーガラス
950・・・液晶表示装置
87、187・・・上部電極
92、192・・・発光層
102、310・・・透明基板
109、195・・・封止層
205、305・・・画素開口部
202、302、802・・・基板
150、300、550、650・・・ブラックマトリクス層
250、350、750、850・・・表示装置
201、301、501、801、901・・・アレイ基板
102T・・・外面
11S・・・第1画素開口部
12S・・・第2画素開口部
31、89、121・・・反射電極
32、122、CHIP・・・発光素子
B・・・青色層(着色層)
BW1、BW2・・・線幅
CB・・・青色変換層
CF・・・着色層
CG・・・緑色変換層
CR・・・赤色変換層
G・・・緑色層(着色層)
IL1、IL2、IL3・・・外部光
LC・・・液晶層
R・・・赤色層(着色層)
RL1、RL2、RL3・・・反射光

請求の範囲

[請求項1]
 透明基板と、
 前記透明基板上に形成された半透過膜と、
 前記半透過膜の厚み方向において、前記半透過膜と接触するように前記半透過膜上に形成され、複数の第1開口部を具備する第1ブラックマトリクス層と、
 前記第1ブラックマトリクス層を覆うように前記半透過膜上に形成された透明樹脂層と、
 前記透明樹脂層上に形成され、複数の第2開口部を具備する第2ブラックマトリクス層と、
 を備え、
 前記半透過膜が形成された前記透明基板の面とは反対側の面から見た平面視において、前記半透過膜は、複数の前記第1開口部と前記第1ブラックマトリクス層とを覆うように重なり、
 平面視において、複数の前記第2開口部の位置は、複数の前記第1開口部の位置に対応している、
 ブラックマトリクス基板。
[請求項2]
 前記半透過膜は、顔料としてカーボンを含有し、
 可視光に対する前記半透過膜の透過率は、98%から60%の範囲内にある、
 請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
[請求項3]
 前記半透過膜は、
 カーボンと、光学的に等方な微粒子と、前記カーボン及び前記微粒子が分散された樹脂とを有する分散体である、
 請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
[請求項4]
 前記微粒子は、シリカの微粒子である、
 請求項3に記載のブラックマトリクス基板。
[請求項5]
 前記樹脂と、前記カーボンと、前記微粒子とを含む全固形分を100質量%として、
 前記カーボンの量は、0.5質量%から15質量%の範囲内にあり、
 前記微粒子の量は、1質量%から30質量%の範囲内にある、
 請求項3又は請求項4に記載のブラックマトリクス基板。
[請求項6]
 前記第2ブラックマトリクス層の線幅は、第1ブラックマトリクス層の線幅より小さい、
 請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
[請求項7]
 前記第2ブラックマトリクス層は、近赤外域に対する光透過性を有する、
 請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
[請求項8]
 前記第1ブラックマトリクス層の複数の前記第1開口部の各々は、着色層を有する、
 請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
[請求項9]
 請求項1から請求項8のいずれか一項に記載のブラックマトリクス基板と、
 表示機能層と、
 複数のアクティブ素子を具備するアレイ基板と
 を備える表示装置。

図面

[ 図 1]

[ 図 2]

[ 図 3]

[ 図 4]

[ 図 5]

[ 図 6]

[ 図 7]

[ 図 8]

[ 図 9]

[ 図 10]

[ 図 11]

[ 図 12]