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JP7683340B2 - Black matrix substrate and display device including black matrix substrate - Google Patents
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JP7683340B2 - Black matrix substrate and display device including black matrix substrate - Google Patents

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Description

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。 The present invention relates to a black matrix substrate used in liquid crystal display devices, micro LEDs (LED displays), organic EL display devices, etc., and also to a display device equipped with a black matrix substrate.

液晶表示装置、マイクロLED(Light Emitting Diode)ディスプレイ、有機EL表示装置等の情報表示装置は、図1(a)のように、ブラックマトリクス基板および表示機能層からなるとみることができる。表示機能層は電気信号により画素ごとに、液晶のように透過光量を制御する、あるいは有機ELやマイクロLEDのように電気信号に対応する強度で発光することにより、画像情報を色彩と光強度の分布として表示する機能を有する。ブラックマトリクス基板は、画素と画素の間隙から隣接画素からの漏光が入り込むこと、間隙の制御されない領域の透過光、および外光の反射によるコントラストの低下を抑える機能を有する。本発明は後述する図1(b)に示すブラックマトリクス基板の層構成とそれを用いた表示装置に関する。 Information display devices such as liquid crystal display devices, micro LED (Light Emitting Diode) displays, and organic electroluminescence (EL) display devices can be considered to be composed of a black matrix substrate and a display function layer, as shown in FIG. 1(a). The display function layer has the function of displaying image information as a distribution of colors and light intensity by controlling the amount of transmitted light for each pixel using an electric signal, as in liquid crystal, or by emitting light at an intensity corresponding to the electric signal, as in organic electroluminescence (EL) and micro LED. The black matrix substrate has the function of suppressing the leakage of light from adjacent pixels through the gaps between pixels, the transmission of light through uncontrolled areas of the gaps, and the decrease in contrast due to the reflection of external light. The present invention relates to the layer structure of a black matrix substrate shown in FIG. 1(b) described later, and a display device using the same.

後述のように、図5には、表示機能層がマイクロLEDの場合の表示装置の断面を示す。また図6には表示機能層がミニLED光源としたバックライトと光量を変調する液晶との組み合わせを用いた液晶表示装置の断面を示す。 As described below, FIG. 5 shows a cross section of a display device in which the display function layer is a micro LED. FIG. 6 shows a cross section of a liquid crystal display device in which the display function layer uses a combination of a backlight with a mini LED light source and a liquid crystal that modulates the amount of light.

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(以下、発光素子と記載することがある)が用いられている。 In recent years, attention has been focused on a technology for LCD displays that uses direct-lighting backlights called mini-LEDs, which are made up of multiple LED chips with sizes of approximately 5 μm to 100 μm arranged in a matrix. Mini-LEDs typically use three types of LED chips (hereinafter sometimes referred to as light-emitting elements) that emit red, green, and blue light.

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。
Also attracting attention is a technology that uses local dimming in which the light emission brightness of three types of LED chips is partially adjusted or light emission is partially stopped depending on the position of the display portion on the display screen.
In such a liquid crystal display device using local dimming, the light emission on the display screen can be partially turned off, so the contrast of the display can be greatly improved. In a conventional liquid crystal display device, the backlight is always on, so a small amount of light leaks when the liquid crystal displays black, making it difficult to obtain a contrast comparable to that of an organic EL display.

マイクロLEDは、およそ2μmから100μm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。 Micro LEDs are displays that have a structure in which LED chips with sizes of approximately 2 μm to 100 μm are arranged in a matrix, and display images by individually driving each of the multiple LED chips. Such micro LEDs can display images without using liquid crystal.

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層(例えば、量子ドットや蛍光体などの分散体)を積層することで、カラー表示を実現している。
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。
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。
Micro LEDs are roughly divided into a system using three types of LED chips, red, green, and blue, as in the case of the mini LEDs described above, and a system using only a monochromatic LED chip, such as a light-emitting LED chip that emits light in the blue to near-ultraviolet wavelength range. In micro LEDs, each LED chip plays the role of a display function layer.
In a method using monochromatic LED chips, color display is achieved by stacking a wavelength conversion layer (e.g., a dispersion of quantum dots or phosphors) on each of multiple monochromatic LED chips, which converts the emission wavelength to either red, green, or blue.
Organic EL is an abbreviation of organic electroluminescence. Organic EL display devices are display devices that use light emitted by recombination of electrons and holes injected into an organic compound as a display function layer for display. Organic EL display devices are broadly classified into a type that uses three types of light-emitting layers that emit red, green, and blue light, and a type that combines a white light-emitting layer that emits white light with a color filter.
In the liquid crystal display device, the micro LED, and the organic EL display device, the light emitted from the display function layer does not have sufficient linearity toward the pixel aperture, which results in stray light (obliquely emitted light) toward adjacent pixels, resulting in a decrease in display contrast.

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。
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。
In particular, as pixel size becomes smaller, degradation of display contrast caused by stray light becomes a problem. In addition, when a display device is used in a bright environment, degradation of display contrast caused by external incident light entering the display device becomes a problem.
In organic EL display devices and micro LEDs, a circular polarizer is used to prevent contrast degradation caused by incident light entering the display device from the outside. In organic EL display devices and micro LEDs, the circular polarizer is mounted on the upper surface of the display device in order to eliminate reflection of external light at light-reflective pixel electrodes and improve visibility. However, since the circular polarizer is expensive, there is a strong demand for the omission of the circular polarizer in terms of the structure of the display device.

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(特許文献1の図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。 Patent Document 1 discloses a black matrix with a two-layer structure (see FIG. 1 of Patent Document 1). However, the technology of Patent Document 1 is a technology for displaying a stereoscopic image to a naked-eye observer. Patent Document 1 does not address the issue of contrast reduction in display devices that use various display function layers. Patent Document 1 does not propose a configuration that omits an expensive circular polarizer, and in addition, it does not disclose a technology for suppressing surface reflection of the black matrix.

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。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。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、あるいは、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子と液晶層とを用いたミニLEDでは、カラーフィルタを省くことができる。また、同様に、色純度を向上させた有機EL表示装置であれば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、カラーフィルタを省くことができる。 Patent Document 2 describes a color filter using a first light-shielding layer and a second light-shielding layer. However, Patent Document 2 does not propose a configuration that omits an expensive circular polarizer, and does not disclose a technology for suppressing surface reflection of the first light-shielding layer. Patent Document 2 does not consider a configuration that does not include a color filter. In a micro LED having red light-emitting elements, green light-emitting elements, and blue light-emitting elements, or in a mini LED using red light-emitting elements, green light-emitting elements, and blue light-emitting elements and a liquid crystal layer, the color filter can be omitted. Similarly, an organic EL display device with improved color purity does not require a color filter. In a liquid crystal display device, the color filter can also be omitted in a field sequential display in which the red, green, and blue emissions of an LED backlight are sequentially turned on to display the image.

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。
特許文献1及び特許文献2、いずれも、光散乱層による視認性向上及び、バックライトやLED発光素子など光源からの出射光をブラックマトリクス部位で反射させ光源側へ戻し再利用する技術をあわせ、ともに開示も示唆もしていない。
However, in Patent Document 2, the feature that the second light-shielding layer covers the end of the colored layer, and the feature regarding the width of the second light-shielding layer in claim 3 are almost the same as the color filter shown in Fig. 16 of Patent Document 1. Patent Document 1 also describes a problem regarding the alignment of the first light-shielding layer and the second light-shielding layer. The technology from [0034] to [0036] related to the second light-shielding layer in Patent Document 2 is also described in, for example, paragraph [0105] of Patent Document 1.
Neither Patent Document 1 nor Patent Document 2 discloses or suggests a technology for improving visibility by using a light scattering layer, nor a technology for reflecting light emitted from a light source such as a backlight or an LED light-emitting element at the black matrix and returning it to the light source for reuse.

特許第5804196号公報Patent No. 5804196 特許第6225524号公報Patent No. 6225524

図10に、青色LEDを発光素子51とする直下型バックライトユニット55を具備する表示装置の従来例を示す。この従来例では、直下型バックライトユニット55の上部に液晶パネル50を表示機能部分として例示している。液晶パネル50は、ブラックマトリ
クスを含むカラーフィルタが配設されている。画素位置を示すため、a、b、c、d、eの画素を模式的に液晶パネル内に図示した。
10 shows a conventional example of a display device equipped with a direct type backlight unit 55 having blue LEDs as light emitting elements 51. In this conventional example, a liquid crystal panel 50 is shown as a display functional part above the direct type backlight unit 55. A color filter including a black matrix is disposed on the liquid crystal panel 50. To indicate pixel positions, pixels a, b, c, d, and e are shown in a schematic diagram within the liquid crystal panel.

直下型バックライトユニット55は、複数の発光素子と、発光素子の並びの上に拡散板52と、波長変換シート53と、例えば直交する2枚のプリズムシート54を備える。上記発光素子は、金属の筐体で個々パッケージ化された複数のLEDチップを配設することが多い。波長変換シートは、発光素子の青色発光の一部を赤色及び緑色に変換させ、赤・緑・青の3色をえるためのものである。 The direct type backlight unit 55 comprises a number of light emitting elements, a diffusion plate 52 above the arrangement of the light emitting elements, a wavelength conversion sheet 53, and, for example, two orthogonal prism sheets 54. The light emitting elements are often a number of LED chips individually packaged in a metal case. The wavelength conversion sheet is used to convert part of the blue light emitted by the light emitting elements into red and green, thereby obtaining the three colors red, green, and blue.

これらLEDチップの発光部上には、蛍光体や光散乱粒子をシリコーン樹脂とともに充填されたものが一般的である。LEDの発光は、直線性の高い、LEDチップの中央寄りの発光であるため、これら蛍光体や光散乱粒子は、視野拡大のために光散乱をさせることが一つの役割である。しかし、このようにパッケージ化されたLEDチップをバックライトユニットに配設する構成では、LEDチップからの出射光が散乱された形となり、画素開口に具備されるカラーフィルタに出射光が届くまでに拡散されコントラストを低下させ、好ましくない。換言すれば、ローカルディミングを適用するときに十分な効果を得にくくなる。 The light-emitting portion of these LED chips is generally filled with phosphors and light-scattering particles together with silicone resin. Since LED light is highly linear and emitted from the center of the LED chip, one of the roles of these phosphors and light-scattering particles is to scatter the light in order to expand the field of view. However, in a configuration in which LED chips packaged in this way are arranged in a backlight unit, the light emitted from the LED chip is scattered, and is diffused before it reaches the color filter provided in the pixel aperture, reducing the contrast, which is undesirable. In other words, it becomes difficult to obtain a sufficient effect when applying local dimming.

拡散板52と波長変換シートは、ともに光を拡散させる。例えば、c画素の直下に位置するc-LED(青色LED)の出射光は、c画素のみでなく周囲のa、b、d、eなど隣接画素に回り込み、ローカルディミングの効果をさらに低下させることになる。
液晶表示装置に限らず、マイクロLEDと呼称されるLEDディスプレイでもこうした光散乱による、あるいは、隣接画素への迷光によるコントラス低下の課題は解決されていない。
Both the diffusion plate 52 and the wavelength conversion sheet diffuse light. For example, the light emitted from a c-LED (blue LED) located directly below a c pixel will travel not only to the c pixel but also to the surrounding adjacent pixels a, b, d, e, etc., further reducing the effect of local dimming.
This problem of reduced contrast due to light scattering or stray light into adjacent pixels has not been solved not only in liquid crystal display devices but also in LED displays known as micro LEDs.

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とともに、表示の明るさを向上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。 The present invention has been made in consideration of the above-mentioned background technology and problems, and provides a black matrix substrate and a display device equipped with a black matrix substrate that can improve the display contrast and brightness in display devices such as liquid crystal display devices, micro LEDs (LED displays), and organic EL display devices, which require even higher definition.

本発明の第1態様に関わるブラックマトリクス基板は、透明基板の1の面に、カーボンブラック、透明微粒子、および樹脂の分散体である透過率調整層と、平面視、第1方向に線幅Ax、第2方向に線幅Ayとで区画された複数の開口部を具備する第1ブラックマトリクスと、前記複数の開口部と前記第1ブラックマトリクスを覆う光散乱層と、前記光散乱層上に、前記第1ブラックマトリクスの前記線幅Ax、前記線幅Ayのそれぞれ中心で重なるよう区画され、第1方向に線幅Bx、第2方向に線幅Byで区画された複数の開口部を持つ第2ブラックマトリクスと、前記第2ブラックマトリクス上に、前記線幅Bx、前記線幅Byのそれぞれ中心で重なるよう区画され、第1方向に線幅Cx、第2方向に線幅Cyで区画された複数の開口部を持つ光反射性マトリクスと、を少なくとも備え、前記線幅Ax、前記線幅Cx、前記線幅Ay、前記線幅Cyは、下式(1)、(2)の関係にあるブラックマトリクス基板である。
Ax>Bx≧Cx・・・(1)
Ay>By≧Cy・・・(2)
本発明のブラックマトリクス基板の構成に含まれる光散乱層は、光学的に等方な透明粒子を含む光散乱層とすることができる。
A black matrix substrate according to a first aspect of the present invention at least comprises: a transmittance adjusting layer which is a dispersion of carbon black, transparent fine particles, and a resin, on one surface of a transparent substrate; a first black matrix having a plurality of openings which are defined in a plan view by a line width Ax in a first direction and a line width Ay in a second direction; a light scattering layer which covers the plurality of openings and the first black matrix; a second black matrix which is defined on the light scattering layer so as to overlap at the centers of the line width Ax and the line width Ay of the first black matrix, respectively, and has a plurality of openings which are defined by a line width Bx in the first direction and a line width By in the second direction; and a light reflective matrix which is defined on the second black matrix so as to overlap at the centers of the line width Bx and the line width By, respectively , and has a plurality of openings which are defined by a line width Cx in the first direction and a line width Cy in the second direction, wherein the line width Ax, the line width Cx, the line width Ay, and the line width Cy satisfy the relationship of the following formulas (1) and (2).
Ax>Bx≧Cx...(1)
Ay>By≧Cy... (2)
The light scattering layer included in the configuration of the black matrix substrate of the present invention can be a light scattering layer containing optically isotropic transparent particles.

本発明のブラックマトリクス基板の構成に含まれる光散乱層は、酸化亜鉛の粒子を含む光散乱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の構成に含まれる光散乱層は、カーボンブラックと青色顔料を含む光散乱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の構成に含まれる光散乱層は、紫外線吸収剤を含む光散乱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の構成に含まれる光反射性マトリクスは、前記第2ブラックマトリクス上に、チタンあるいは窒化チタンの薄膜と、ネオジムを添加したアルミニウム合金の薄膜との2層構成で積層された構成とすることができる。
本発明のブラックマトリクス基板の構成に含まれる光反射性マトリクスは、前記第2ブラックマトリクス上に、第1導電性酸化物の薄膜と、銀あるいは銀合金の薄膜と、第2導電性酸化物の薄膜との3層構成で積層された構成であるブラックマトリクス基板とすることができる。
The light scattering layer included in the configuration of the black matrix substrate of the present invention may be a light scattering layer containing zinc oxide particles.
The light scattering layer included in the configuration of the black matrix substrate of the present invention may be a light scattering layer containing carbon black and a blue pigment.
The light scattering layer included in the configuration of the black matrix substrate of the present invention may be a light scattering layer containing an ultraviolet absorbing agent.
The light-reflective matrix included in the configuration of the black matrix substrate of the present invention can be configured in a two-layer configuration in which a thin film of titanium or titanium nitride and a thin film of an aluminum alloy containing neodymium are laminated on the second black matrix.
The light-reflective matrix included in the configuration of the black matrix substrate of the present invention can be a black matrix substrate having a three-layer configuration including a thin film of a first conductive oxide, a thin film of silver or a silver alloy, and a thin film of a second conductive oxide laminated on the second black matrix.

本発明の第1態様に関わるブラックマトリクス基板は、光散乱層と前記第2ブラックマトリクスの間に、第1透明樹脂層を挿入した構成とすることができる。
本発明の第1態様に関わるブラックマトリクス基板は、光反射性マトリクス上に、第2透明樹脂層を積層することができる。
本発明の第2態様に関わる表示装置は、上記第1態様に関わるブラックマトリクス基板と、少なくとも、表示機能層を備える表示装置とすることができる。
本発明の第2態様に関わる表示装置は、前記表示機能層を、それぞれ薄膜トランジスタで駆動される、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子とすることができる。
本発明の第2態様に関わる表示装置は、前記表示機能層を、それぞれ薄膜トランジスタで駆動される、赤色発光ダイオードと青色発光ダイオードと緑色発光ダイオードとすることができる。
The black matrix substrate according to the first aspect of the present invention may have a configuration in which a first transparent resin layer is inserted between the light scattering layer and the second black matrix.
In the black matrix substrate according to the first embodiment of the present invention, a second transparent resin layer can be laminated on the light reflective matrix.
A display device according to a second aspect of the present invention can be a display device including the black matrix substrate according to the first aspect and at least a display function layer.
In the display device according to the second aspect of the present invention, the display function layer may be a red light emitting element, a green light emitting element, and a blue light emitting element, each of which is driven by a thin film transistor.
In the display device according to the second aspect of the present invention, the display function layer may be a red light emitting diode, a blue light emitting diode, and a green light emitting diode, each of which is driven by a thin film transistor.

本発明の第2態様に関わる表示装置は、前記表示機能層をそれぞれ薄膜トランジスタで駆動される液晶層とし、赤色発光ダイオードと青色発光ダイオードと緑色発光ダイオードを備える複数の光モジュールをバックライトユニットとして具備することができる。 The display device according to the second aspect of the present invention can have the display function layers as liquid crystal layers each driven by a thin film transistor, and can have a backlight unit including a plurality of optical modules each having a red light emitting diode, a blue light emitting diode, and a green light emitting diode.

本発明に採用することの望ましい発光素子(あるいは発光ダイオード)は、指向性のある発光素子が好ましい。例えば、赤色、緑色、青色とそれぞれLEDチップを、個別の筐体に実装した発光素子では、その筐体内のLEDチップ上に光散乱粒子や波長変換蛍光体を積層しない発光素子が好ましい。 The light-emitting element (or light-emitting diode) that is preferably used in the present invention is preferably a light-emitting element with directionality. For example, in a light-emitting element in which red, green, and blue LED chips are mounted in separate housings, it is preferable for the light-emitting element to have no light-scattering particles or wavelength-converting phosphors stacked on the LED chips in the housing.

本発明は、シンプルな構成でありながら、表示装置としたきに表示品質の高いブラックマトリクス基板、及びこれを具備する表示装置を提供できる。 The present invention provides a black matrix substrate that has a simple configuration but provides high display quality when used as a display device, and a display device equipped with the same.

本発明の第1実施形態に関わる、(a)表示装置の断面図、(b)ブラックマトリクス基板の断面図、(c)A部断面図、(d)B部断面図である。1A is a cross-sectional view of a display device according to a first embodiment of the present invention, FIG. 1B is a cross-sectional view of a black matrix substrate, FIG. 1C is a cross-sectional view of part A, and FIG. 本発明の第2実施形態に関わる、(a)ブラックマトリクス基板の断面図、(b)A部断面図である。10A is a cross-sectional view of a black matrix substrate, and FIG. 10B is a cross-sectional view of part A according to a second embodiment of the present invention. 図1の断面図の方向C(光反射性マトリクス5から見た方向)からの平面図である。2 is a plan view from direction C (as viewed from light-reflective matrix 5) of the cross-sectional view of FIG. 1. FIG. 光源からの出射光L6の進む経路を示したブラックマトリクス基板の断面図である。4 is a cross-sectional view of a black matrix substrate showing the path along which light L6 emitted from a light source travels. FIG. 本発明の第2実施形態に関わるLEDディスプレイの断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of an LED display according to a second embodiment of the present invention. 本発明の第2実施形態に関わる液晶表示装置の断面図である。FIG. 11 is a cross-sectional view of a liquid crystal display device according to a second embodiment of the present invention. 図7は、光モジュール510の断面図である。FIG. 7 is a cross-sectional view of the optical module 510. 画素電極用駆動回路の等価回路図である。4 is an equivalent circuit diagram of a pixel electrode driving circuit. FIG. LED用駆動回路の等価回路図である。FIG. 2 is an equivalent circuit diagram of an LED driver circuit. 直下型バックライトユニットを備える従来の表示装置の模式断面図である。FIG. 1 is a schematic cross-sectional view of a conventional display device equipped with a direct type backlight unit. 本発明の実施形態に関わる、透明基板とブラックマトリクスの間に透過率調整層を配設した表示装置の反射率スペクトルである。13 is a reflectance spectrum of a display device according to an embodiment of the present invention, in which a transmittance adjustment layer is provided between a transparent substrate and a black matrix. 従来のブラックマトリクスを用いた表示装置の反射率スペクトルである。1 is a reflectance spectrum of a display device using a conventional black matrix.

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、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。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。
Hereinafter, an embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings.
In the following description, the same or substantially the same functions and components are denoted by the same reference numerals, and their description is omitted or simplified, or is described only when necessary. In each drawing, the dimensions and ratios of each component are appropriately changed from the actual ones in order to make each component large enough to be recognized on the drawing. In addition, as necessary, elements that are difficult to illustrate, such as the configuration of thin film transistors, the structure of multiple layers that constitute a conductive layer, wiring connections to circuit parts, switching elements (transistors), etc., are omitted or partially illustrated.

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。 In each of the embodiments described below, we will explain the characteristic parts, and will omit explanations of parts that are the same as those in the display device according to this embodiment and the components used in a normal display device.

第1ブラックマトリクスや第2ブラックマトリクス、第1基板、第2基板、第3基板など「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。基板上に発光素子をマトリクス配置したもの、あるいは発光ユニットを一定のピッチでマトリクス状に配列した基板を以下の記載において、光モジュールと呼ぶことがある。前記基板には、発光素子や発光ユニットを駆動する薄膜トランジスタをあわせ配設することが望ましい。表示機能層が液晶層である場合、この光モジュールを直下型バックライトと呼ぶ。発光ユニットは、表示装置としたときの 平面視、格子状パターンの隔壁で囲まれることがある。平面視、格子状の隔壁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。以下の図面(断面図)において、隔壁内に1個の発光素子を図示する場合もこの隔壁内に複数個の発光素子の配設を想定している。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することができる。なお、平面視、マトリクス状(格子状)の隔壁は、例えばストライプ状の隔壁より隣接画素への迷光の悪い影響を少なくすることができる。 Ordinal numbers such as "first" and "second" in the first black matrix, second black matrix, first substrate, second substrate, and third substrate are used to avoid confusion of components and do not limit the quantity. The matrix arrangement of light-emitting elements refers to an arrangement in which light-emitting units containing one or more light-emitting elements are arranged in a matrix at a certain pitch in a plan view. In the following description, a substrate on which light-emitting elements are arranged in a matrix, or a substrate on which light-emitting units are arranged in a matrix at a certain pitch, may be called an optical module. It is preferable to also arrange thin-film transistors that drive the light-emitting elements and light-emitting units on the substrate. When the display function layer is a liquid crystal layer, this optical module is called a direct-type backlight. The light-emitting units may be surrounded by partitions in a grid pattern in a plan view when used as a display device. The light-emitting units surrounded by grid-shaped partitions in a plan view each include one or more light-emitting elements that are light-emitting diodes. In the following drawings (cross-sectional views), even when one light-emitting element is illustrated in a partition, it is assumed that multiple light-emitting elements are arranged in the partition. In a display device using the local dimming technology described below, the on/off driving and brightness of light emission can be adjusted for each light-emitting unit, which includes, for example, one or more light-emitting elements, or for multiple light-emitting units. Note that with local dimming technology, the number of pixels can be greater than the number of light-emitting elements included in a light-emitting unit in a planar view. In other words, the advantage of local dimming is that the display device can be driven more efficiently because the number of light-emitting elements is smaller than the number of pixels. Note that in a planar view, a matrix-shaped (lattice-shaped) partition wall can reduce the adverse effects of stray light on adjacent pixels more than, for example, a stripe-shaped partition wall.

なお、本発明の記載において、ブラックマトリクス基板と光モジュールを向かい合うよう貼り合わせる構成では、たとえば、液晶層と液晶を駆動する薄膜トランジスタが配置されるアレイ基板を、ブラックマトリクス基板と光モジュールとの間に挿入する構成を含む。この液晶層を含む構成では、光モジュールは直下型のバックライトユニットとしての役目を果たす。 In the description of the present invention, the configuration in which the black matrix substrate and the optical module are bonded to face each other includes, for example, a configuration in which an array substrate on which a liquid crystal layer and thin-film transistors that drive the liquid crystal are arranged is inserted between the black matrix substrate and the optical module. In this configuration including a liquid crystal layer, the optical module functions as a direct-type backlight unit.

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。あるいは、後述する光反射性マトリクスや隔壁構造の説明のため、光反射性マトリクスの膜面から見た「平面視」である場合がある。 The term "planar view" in the specification can refer to a "planar view" seen from one surface of the transparent substrate, or a "planar view" seen in the normal direction from a second surface of the transparent substrate (the surface opposite to the first surface). Alternatively, for the purposes of explaining the light-reflecting matrix and the partition structure described below, it can refer to a "planar view" seen from the film surface of the light-reflecting matrix.

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。LED、LEDチップ、発光ダイオード素子は、以下の記載において、単に 発光素子と記載することがある。 In an embodiment of the present invention, the "display function layer" of the display device can be made up of a plurality of light-emitting diode elements called LEDs (Light Emitting Diodes), a plurality of organic EL (organic electroluminescence) elements also called OLEDs (Organic Light Emitting Diodes), or a liquid crystal layer. In the following description, LEDs, LED chips, and light-emitting diode elements may be simply referred to as light-emitting elements.

なお、本発明に関わる第1ブラックマトリクスあるいは第2ブラックマトリクスの開口部、あるいは一部の発光素子(発光ダイオード)は、それぞれ中心位置の中心線で重なる。 In addition, the openings of the first black matrix or the second black matrix, or some of the light-emitting elements (light-emitting diodes) in the present invention overlap with the center lines of their respective central positions.

LEDは、発光ダイオード (Light Emitting Diode)であり、アルミニウムガリウムヒ素 (AlGaAs) 、ガリウムヒ素リン (GaAsP) 、インジウム窒化ガリウム (InGaN) /窒化ガリウム (GaN) /アルミニウム窒化ガリウム (AlGaN) 、リン化ガリウム (GaP)、セレン化亜鉛 (ZnSe) 、アルミニウムインジウムガリウムリン (AlGaInP)などの化合物がLEDに適用されている。単色発光LEDとして後述する青色発光ダイオードは、主に窒化ガリウム (GaN)が適用されている。本発明に適用する発光ダイオード素子は、その発光ピーク波長が430nm以上460nm以下の青色発光ダイオードであることが好ましい。青色発光ダイオードは、365nm、385nm、395nmなどの近紫外域の光の発光を含むものであっても良い。 LED is a light emitting diode (Light Emitting Diode), and compounds such as aluminum gallium arsenide (AlGaAs), gallium arsenide phosphide (GaAsP), indium gallium nitride (InGaN) / gallium nitride (GaN) / aluminum gallium nitride (AlGaN), gallium phosphide (GaP), zinc selenide (ZnSe), and aluminum indium gallium phosphide (AlGaInP) are applied to LED. As a monochromatic light emitting LED, blue light emitting diodes, which will be described later, are mainly applied with gallium nitride (GaN). The light emitting diode element applied to the present invention is preferably a blue light emitting diode whose emission peak wavelength is 430 nm or more and 460 nm or less. The blue light emitting diode may also include light emission in the near ultraviolet region, such as 365 nm, 385 nm, and 395 nm.

ミニLEDでは、例えば、40μmから200μmサイズのLEDチップを用いることができる。マイクロLEDでは、例えば、2μmから60μmサイズのLEDチップを用いることができる。LEDチップの構造は、n側電極とp側電極が同じ側にある水平型LEDを用いても良いが、LEDの厚み方向にn側電極とp側電極が異なる面 (向かい合う平行な面)にある垂直型LEDを用いることもできる。以下の記載において上部電極、下部電極は、垂直型LEDのn側電極あるいはp側電極のいずれかを指す。
(第1実施形態)
[透明基板]
本発明のブラックマトリクス基板110に適用できる透明基板(第1透明基板)100の材料としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、ポリイミドフィルムを含む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複数の薄膜トランジスタをマトリクス状に配設するアレイ基板とブラックマトリクス基板110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の各々の基板材料は同じであることが好ましい。
In the mini-LED, for example, an LED chip of 40 μm to 200 μm in size can be used. In the micro-LED, for example, an LED chip of 2 μm to 60 μm in size can be used. The structure of the LED chip may be a horizontal LED in which the n-side electrode and the p-side electrode are on the same side, but it may also be a vertical LED in which the n-side electrode and the p-side electrode are on different surfaces (opposite parallel surfaces) in the thickness direction of the LED. In the following description, the upper electrode and the lower electrode refer to either the n-side electrode or the p-side electrode of the vertical LED.
First Embodiment
[Transparent substrate]
The material of the transparent substrate (first transparent substrate) 100 applicable to the black matrix substrate 110 of the present invention may be a transparent substrate such as a glass substrate, a quartz substrate, a sapphire substrate, or a plastic substrate including a polyimide film.
In addition, when constructing a display device by bonding together an array substrate having a display function layer and a plurality of thin film transistors that drive the display function layer arranged in a matrix form and a black matrix substrate 110, it is preferable that the substrate materials of the array substrate and the black matrix substrate are the same.

なお、図5、図6に図示される、複数の発光素子がマトリクス状に配設された第2基板200、300は、上記 透明基板100の材料と同じであってよいが、黒やその他の色に着色した基板であっても良い。第2基板200、300は、サファイア基板であってよく、CMOS素子(トランジスタなど)を配設したシリコン基板であっても良い。バッファー層を介して、結晶成長させたLED素子(発光素子)を配設したシリコン基板であっても良い。発光素子24(青色LED21、緑色LED22、赤色LED23)の実装は、低融点合金を用いたフリップチップ実装、異方性導電膜を用いた実装、あるいは金線などを用いたワイヤーボンディングなどであっても良い。第2基板には、LED素子あるいは液晶層を駆動する複数の薄膜トランジスタを配設しても良い。
[透過率調整層]
透過率調整層とは、後述するように、視認性向上のために透過率を調整し、あわせ反射率を低減させる役割を持つ、前記透明基板の1の面に形成するレイヤーである。
透過率調整層2は、少なくともカーボンブラックと、透明微粒子と、樹脂との分散体である。透過率調整層2は、カーボンブラックを主な顔料として含有する樹脂分散体であり、可視光に対する透過率調整層2の透過率を70%以上99.7%以下の範囲とすることが好ましく、この透過率の観点から、カーボンブラックの樹脂分散体への添加量を調整する。
The second substrate 200, 300 on which a plurality of light-emitting elements are arranged in a matrix as shown in FIG. 5 and FIG. 6 may be made of the same material as the transparent substrate 100, but may be a substrate colored black or other colors. The second substrate 200, 300 may be a sapphire substrate, or a silicon substrate on which CMOS elements (transistors, etc.) are arranged. It may be a silicon substrate on which crystal-grown LED elements (light-emitting elements) are arranged via a buffer layer. The light-emitting elements 24 (blue LED 21, green LED 22, red LED 23) may be mounted by flip-chip mounting using a low-melting-point alloy, mounting using an anisotropic conductive film, or wire bonding using gold wires. The second substrate may be provided with a plurality of thin-film transistors for driving the LED elements or the liquid crystal layer.
[Transmittance adjustment layer]
The transmittance adjusting layer is a layer formed on one surface of the transparent substrate, which has the role of adjusting the transmittance to improve visibility and also reducing the reflectance, as described later.
The transmittance adjusting layer 2 is a dispersion of at least carbon black, transparent fine particles, and a resin. The transmittance adjusting layer 2 is a resin dispersion containing carbon black as a main pigment, and it is preferable that the transmittance of the transmittance adjusting layer 2 for visible light is in the range of 70% or more and 99.7% or less. From the viewpoint of this transmittance, the amount of carbon black added to the resin dispersion is adjusted.

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観察者の目に入り、視認性を低下させる。マイクロLEDや有機EL表示装置では、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。円偏光板の可視光透過率は、約50%である。 Micro LEDs and organic EL display devices often have a light-reflective electrode underneath the LED or organic EL layer, which is the light-emitting element. In micro LEDs and organic EL display devices with this structure, external incident light is reflected back by the light-reflective electrode and enters the observer's eyes, reducing visibility. In micro LEDs and organic EL display devices, an expensive circular polarizer is usually used in combination with the display device to eliminate the re-reflection of external incident light. The visible light transmittance of a circular polarizer is approximately 50%.

本発明に関わる透過率調整層2の役割は、2つある。一つめは、上記、光反射性の電極による外部入射光の再反射光の抑制である。透過率調整層2の透過率を70%以上99.7%以下の範囲とすることで、外部入射光の再反射光の抑制を行う。このような透過率調整層の透過率調整は、黒色顔料であるカーボンブラックの添加量を、樹脂固形分に対し、例えば、0.2wt%から8wt%の範囲内で容易に実現できる。9wt%、さらには10wt%を超えるカーボンブラック添加量では透過率調整層の透過率が低下しすぎる。 The transmittance adjustment layer 2 in the present invention has two roles. The first role is to suppress re-reflected light of externally incident light by the light-reflective electrode. By setting the transmittance of the transmittance adjustment layer 2 in the range of 70% to 99.7%, re-reflected light of externally incident light is suppressed. Such transmittance adjustment of the transmittance adjustment layer can be easily achieved by adding carbon black, a black pigment, in the range of, for example, 0.2 wt% to 8 wt% relative to the resin solid content. Adding carbon black in an amount exceeding 9 wt% or even 10 wt% reduces the transmittance of the transmittance adjustment layer too much.

加えて、光散乱機能を具備する散乱膜2をブラックマトリクス基板110に配設することで、外部入射光の再反射光の正反射成分を解消させることができる(観察者の目に正反射光が入らなくなる)。本発明に関わる透過率調整層2の、2つめの役割は第1ブラックマトリクスの低反射化である。第1ブラックマトリクスの低反射化については、図11、図12を用いて、次に説明する。なお、あとの実施例記載において、さらに詳述する。第1ブラックマトリクスの低反射化は、上記のカーボンブラック添加の希薄側(例えば、0.2wt%から2wt%)の塗布液を用いて、ガラスなど透明基板と第1ブラックマトリクスの界面に透過率調整層を挿入することで、簡単に実現できる。 In addition, by disposing a scattering film 2 having a light scattering function on the black matrix substrate 110, the specular reflection component of the re-reflected light of the external incident light can be eliminated (specular reflection light will not enter the observer's eyes). The second role of the transmittance adjustment layer 2 in the present invention is to reduce the reflectance of the first black matrix. The reduction in reflectance of the first black matrix will be explained below with reference to Figures 11 and 12. This will be described in more detail in the following examples. The reduction in reflectance of the first black matrix can be easily achieved by inserting a transmittance adjustment layer at the interface between the transparent substrate such as glass and the first black matrix using a coating solution with a dilute side of the carbon black addition (for example, 0.2 wt% to 2 wt%).

図11は、本発明に関わる透過率調整層を、ガラスなどの透明基板とブラックマトリクス(第1ブラックマトリクス)との界面に配設したときの反射率を示す。図12は、従来構成である透明基板とブラックマトリクスの界面の反射率を示す。図11の反射率BL1と図12の反射率BL2に示されるように、透過率調整層を配設することで低反射率が得られる。透過率調整層にさらに少量の青顔料を加えることで光の波長600nm以降の(赤色側の)透過率をさらに下げることができる。 Figure 11 shows the reflectance when the transmittance adjustment layer according to the present invention is disposed at the interface between a transparent substrate such as glass and a black matrix (first black matrix). Figure 12 shows the reflectance at the interface between a transparent substrate and a black matrix in a conventional configuration. As shown by reflectance BL1 in Figure 11 and reflectance BL2 in Figure 12, a low reflectance can be obtained by disposing the transmittance adjustment layer. By further adding a small amount of blue pigment to the transmittance adjustment layer, the transmittance for light wavelengths of 600 nm and above (on the red side) can be further reduced.

表示面への外光入射を想定したとき、その外光は透過率調整層2を1回、透過した後、光反射性の電極で反射されたのち、再度、透過率調整層2を通過して観察者側に出射される。この光の2回通過で外光反射は急減できる。透過率調整層2の可視光透過率が、70%以上あれば、仮にLEDなど発光素子からの出射光強度が円偏光板を用いる表示装置と同等であれば、本発明に関わる表示装置の方が明るい表示とすることができる。 When external light is assumed to be incident on the display surface, the external light passes through the transmittance adjustment layer 2 once, is reflected by the light-reflective electrode, and then passes through the transmittance adjustment layer 2 again to be emitted to the viewer side. This double passage of light can rapidly reduce the reflection of external light. If the visible light transmittance of the transmittance adjustment layer 2 is 70% or more, and if the intensity of the light emitted from a light-emitting element such as an LED is equivalent to that of a display device using a circular polarizer, the display device according to the present invention can provide a brighter display.

また、多くの液晶表示装置では、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微粒子を、透過率調整層に加えることができる。 Moreover, many LCD displays use two polarizing plates in a crossed Nicol configuration (with orthogonal polarization axes). When using such a circular polarizing plate or polarizing plate, fine particles that do not cause polarization distortion, are optically isotropic, and are transparent in the visible range can be added to the transmittance adjustment layer in order to improve dispersion or reduce the refractive index of the semi-transparent film.

例えば、2を、透明無機膜あるいは可視光の100%透過率に近い樹脂膜とした場合、第1ブラックマトリクス1との界面での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1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。また、こうした場合、観察者からの斜め方向からの視認で虹色に見えることがあり視認性を低下しやすい。 For example, if 2 is a transparent inorganic film or a resin film with nearly 100% transmittance of visible light, ripples due to interference may occur in the light reflection at the interface with the first black matrix 1, and the first black matrix 1 may be observed to be slightly colored. Such slight coloring caused by reflected light is easily observed when the display device is turned off and black is displayed. In such cases, it may appear rainbow-colored when viewed from an oblique direction by an observer, which may reduce visibility.

これに対し、シリカ微粒子とカーボンブラックとを併用して、透過率調整層2を形成することで、このようなリップルの大きさを小さくする効果が得られる。上記のような観点からも、可視域において透明な微粒子を含む透過率調整層2は有用である。シリカ微粒子を含ませず、低濃度のカーボンブラックを含ませても同様な効果が得られる。
シリカ微粒子など透明粒子の粒径は規定するものでないが、例えば、平均1次粒子径3nmから100nmの透明粒子を適用することができる。透過率調整層の膜厚は、たとえば、0.1μmから1μmの範囲が好ましいが、1μm以上の膜厚としても良い。
In contrast, by using silica fine particles and carbon black in combination to form the transmittance adjusting layer 2, the effect of reducing the size of such ripples can be obtained. From the above viewpoint, the transmittance adjusting layer 2 containing fine particles that are transparent in the visible range is useful. The same effect can be obtained by not containing silica fine particles and by containing a low concentration of carbon black.
The particle size of the transparent particles such as silica fine particles is not specified, but for example, transparent particles having an average primary particle size of 3 nm to 100 nm can be applied. The film thickness of the transmittance adjusting layer is preferably in the range of, for example, 0.1 μm to 1 μm, but may be 1 μm or more.

なお、透過率調整層を、有機顔料を主な顔料成分として形成した場合、第1ブラックマトリクスとの界面での外部光の反射光は、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ブラックを含有する透過率調整層2は、反射光がほぼフラットであり、着色することは殆どない。反射光がフラットとは、光の波長400nmから700nmの可視域の範囲において、例えば、50nm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、直線に近い透過率曲線が得られることを意味する。換言すれば、400nmから700nmの可視域の範囲内を50nm単位で区分した場合、その50nm単位内での反射率変動(リップル)の大きさは1.0%以下にできる。また、光の波長400nmから700nmの可視域の範囲において、第1ブラックマトリクスとの界面での反射率は、0.01%以上1.0%以下の範囲内とすることができる。なお、反射率変動(リップル)は、光の波長400nmから700nmの可視域の範囲にて測定される反射率の、上記した50nm単位内での反射率分光カーブの山谷の差であるが、簡易的な評価として50nm単位内での反射率ピークの値を用いても良い。後者の簡易評価では、見かけ上 反射率変動の値は大きめの値となる。 In addition, when the transmittance adjustment layer is formed with an organic pigment as the main pigment component, the reflected light of external light at the interface with the first black matrix may appear yellow. In contrast, the transmittance adjustment layer 2 containing carbon black as the main pigment component has almost flat reflected light and is hardly colored. Flat reflected light means that in the visible range of light wavelengths from 400 nm to 700 nm, for example, in a small range such as 50 nm, there is no unevenness (fluctuation) of 2% or more in transmittance, and a transmittance curve close to a straight line is obtained. In other words, when the visible range of 400 nm to 700 nm is divided into 50 nm units, the magnitude of the reflectance fluctuation (ripple) within the 50 nm unit can be 1.0% or less. In addition, in the visible range of light wavelengths from 400 nm to 700 nm, the reflectance at the interface with the first black matrix can be in the range of 0.01% to 1.0%. The reflectance fluctuation (ripple) is the difference between the peaks and valleys of the reflectance spectral curve within the 50 nm unit described above for the reflectance measured in the visible range of light wavelengths from 400 nm to 700 nm, but as a simple evaluation, the reflectance peak value within the 50 nm unit may also be used. In the latter simple evaluation, the apparent reflectance fluctuation value will be a large value.

ここでの反射率は、アルミニウム膜の反射率を基準(100%)として、透明基板及び透過率調整層を介して測定される反射率である。測定は、例えば、顕微分光光度計を用いて容易に測定できる。なお、ここで光学的に等方な透明微粒子は、反射率変動抑制の役割が重要となる。さらなる反射率変動抑制の効果と低反射率化する目的で、透明粒子とともに微量のカーボンブラックや青顔料を樹脂に含有させた透過率調整層としても良い。 The reflectance here is the reflectance measured through the transparent substrate and the transmittance adjustment layer, with the reflectance of the aluminum film as the standard (100%). Measurements can be easily performed using, for example, a microspectrophotometer. Note that the optically isotropic transparent fine particles play an important role in suppressing reflectance fluctuations. To further suppress reflectance fluctuations and achieve low reflectance, the transmittance adjustment layer may contain trace amounts of carbon black or blue pigment in the resin along with the transparent particles.

上記樹脂は、透過率調整層2として耐熱性など必要な信頼性を付与できるものであれば良い。アルカリ現像可能な感光性樹脂を用いてもよく、熱硬化樹脂を用いても良い。熱硬化性樹脂として、例えば、エポキシ基含有化合物又は樹脂、メチロール基、アルコキシメチル基あるいはアシロキシメチル基から選ばれる少なくも一つの基を有する樹脂とすることができる。これら樹脂は、透明粒子と有機溶剤とともに分散させた塗液として用い、透明基板上に塗布し、最終的に硬化させて透過率調整層2とする。
[ブラックマトリクス]
本発明に関わる第1ブラックマトリクス及び第2ブラックマトリクス(以下、たんにブラックマトリクスと呼称することがある)は、樹脂にカーボンブラックなど可視光吸収機能を持つ黒色顔料を分散させて用いることができる。
The resin may be any resin that can provide the necessary reliability, such as heat resistance, for the transmittance adjusting layer 2. An alkali-developable photosensitive resin or a thermosetting resin may be used. The thermosetting resin may be, for example, an epoxy group-containing compound or resin, or a resin having at least one group selected from a methylol group, an alkoxymethyl group, or an acyloxymethyl group. These resins are used as a coating liquid dispersed together with transparent particles and an organic solvent, coated on a transparent substrate, and finally cured to form the transmittance adjusting layer 2.
[Black matrix]
The first and second black matrices (hereinafter sometimes simply referred to as black matrices) according to the present invention can be made by dispersing a black pigment having a visible light absorbing function, such as carbon black, in a resin.

本発明に関わるブラックマトリクス基板では、アルミニウムなどの金属薄膜を後述する光反射性マトリクスとして用いる構成を提案している。アルミニウムなどの金属薄膜は、遮光性が高い。光反射性マトリクスの膜厚を、例えば、0.15μm以上0.8μm以下
の膜厚に設定することで膜厚方向の光透過をなくすことができる。
ゆえ、本発明に関わるブラックマトリクスには高い遮光性を要求しなくて良い。光学濃度ODで、たとえば、2以上3以下の範囲で十分である。光学濃度4以上としても良いが、露光時間等の工程負荷を増やすことになる。光学濃度1以下の場合、外光の、アルミニウムなどの金属薄膜からの反射を視認しやすいため、表示装置の画質低下につながる恐れが出てくる。カーボンブラックなど黒色顔料濃度やその膜厚は、上記光学濃度の範囲に設定できるカーボンブラック濃度とすることができる。
In the black matrix substrate according to the present invention, a metal thin film such as aluminum is used as a light reflective matrix, which will be described later. A metal thin film such as aluminum has high light blocking properties. By setting the thickness of the light reflective matrix to, for example, 0.15 μm or more and 0.8 μm or less, light transmission in the film thickness direction can be eliminated.
Therefore, the black matrix according to the present invention does not need to have a high light-shielding property. For example, an optical density OD in the range of 2 to 3 is sufficient. An optical density of 4 or more may be used, but this increases the process load such as exposure time. If the optical density is 1 or less, the reflection of external light from a thin metal film such as aluminum is easily visible, which may lead to a deterioration in the image quality of the display device. The concentration of black pigment such as carbon black and its film thickness can be set to a carbon black concentration that can be set in the above optical density range.

以上のブラックマトリクスに関わる特徴は、第1ブラックマトリクス、第2ブラックマトリクスに共通である。第1ブラックマトリクスと第2ブラックマトリクスは、それぞれ平面視、格子状のパターンであり、第1方向(X方向)、第2方向(Y方向)それぞれ線幅中心を同じくして重なる。換言すれば、それぞれ複数の開口部の、平面視、中心位置も重なっている。第1ブラックマトリクスと後述する光反射性マトリクスのパターン、それぞれも開口部を区画する格子状パターンとすることで、第1方向(X方向)、第2方向(Y方向)それぞれ隣接画素への迷光影響を少なくして表示品位を向上できる。マトリクスパターンの両方がストライプパターンである場合は、そのストライプパターンの延線方向の隣接画素に迷光の悪影響が出やすい。
ブラックマトリクスの開口部には、必要に応じて、青色、緑色、赤色などのカラーフィルタを配設しても良い。
[散乱膜]
本発明では、図1や図4等に示すように、光散乱層10を配設できる。
光散乱層10は、基本的には透明樹脂と透明粒子8の分散体である。透明粒子8には、前記したように、例えば、平均粒径が1μm以上3.0μm以下の透明粒子を適用できる。透明粒子8には、光学的に等方な透明粒子を用いることができる。「光学的に等方」とは、本発明の実施形態に適用される透明粒子が、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粒子として、屈折率を含めて様々な性質を有する粒子が知られており、これらの粒子を合わせ用いることができる。アクリル樹脂、ポリスチレン、ポリウレタン、ナイロン、メラミン樹脂、ベンゾグアナミン樹脂などの樹脂の粒子を併用してもよい。光散乱層10には、例えば、平均粒径が1.0μm以上3.0μm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。つまり、可視光の波長より大きな粒子径を有する粒子を用いることにより、散乱膜10として適切な光散乱性を得やすい。また、平均粒径が0.2μm前後、あるいは0.1μm以下の透明微粒子を分散助剤の観点で併用しても良い。上記透明粒子8や透明微粒子を透明樹脂に、あるいは紫外線吸収剤を含む樹脂に分散させて光散乱層10とすることができる。可視域透明で、390nm以下の紫外線を吸収できる酸化亜鉛の透明粒子、透明微粒子を用いることもできる。なお、本発明の記載において、平均1次粒径1μm以上の大きさの粒子を透明粒子とし、平均1次粒子径0.2μm以下の大きさの粒子を透明微粒子としている。
The above features of the black matrix are common to the first black matrix and the second black matrix. The first black matrix and the second black matrix are each a lattice pattern in a plan view, and overlap with the same line width center in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction). In other words, the center positions of the openings in the plan view are also overlapped. By making the first black matrix and the pattern of the light reflective matrix described later into a lattice pattern that divides the openings, the influence of stray light on adjacent pixels in the first direction (X direction) and the second direction (Y direction) can be reduced, thereby improving the display quality. When both matrix patterns are stripe patterns, the adverse effect of stray light is likely to occur on adjacent pixels in the extension direction of the stripe patterns.
If necessary, color filters of blue, green, red, etc. may be disposed in the openings of the black matrix.
[Scattering film]
In the present invention, as shown in FIG. 1, FIG. 4, etc., a light scattering layer 10 can be provided.
The light scattering layer 10 is basically a dispersion of transparent resin and transparent particles 8. As described above, for example, transparent particles having an average particle size of 1 μm or more and 3.0 μm or less can be used as the transparent particles 8. Optically isotropic transparent particles can be used as the transparent particles 8. "Optical isotropic" means that the transparent particles applied to the embodiment of the present invention have a crystal structure in which the a-axis, b-axis, and c-axis are equal to each other, or are amorphous, and the propagation of light is isotropic without being affected by the crystal axis or crystal structure. Silica particles have a non-crystalline structure (amorphous). As resin particles such as resin beads, particles having various properties including refractive index are known, and these particles can be used in combination. Resin particles such as acrylic resin, polystyrene, polyurethane, nylon, melamine resin, and benzoguanamine resin may be used in combination. For example, light scattering particles having an average particle size of 1.0 μm or more and 3.0 μm or less in microns are preferably used for the light scattering layer 10. In other words, by using particles having a particle diameter larger than the wavelength of visible light, it is easy to obtain suitable light scattering properties for the scattering film 10. Also, transparent fine particles having an average particle diameter of about 0.2 μm or 0.1 μm or less may be used in combination from the viewpoint of a dispersion assistant. The above transparent particles 8 or transparent fine particles can be dispersed in a transparent resin or a resin containing an ultraviolet absorber to form the light scattering layer 10. Transparent particles or transparent fine particles of zinc oxide that are transparent in the visible range and can absorb ultraviolet rays of 390 nm or less can also be used. In the description of the present invention, particles having an average primary particle diameter of 1 μm or more are referred to as transparent particles, and particles having an average primary particle diameter of 0.2 μm or less are referred to as transparent fine particles.

紫外線吸収剤には、ベンゾフェノン系化合物、ベンゾトリアゾール系化合物、トリアジン系化合物が挙げられる。紫外線吸収剤は、フェノール水酸基を持つことが好ましい。フェノール水酸基を持たせることにより、熱処理時にアルコキシメチル基やメチロール基などを有する化合物と架橋が可能となる。架橋させることで、硬膜後の長期保管で紫外線吸収剤のブリードアウトを抑制し、信頼性を向上させることができる。紫外線吸収剤の添加量は、透明樹脂の固形分に対して、例えば、0.05質量%以上10質量%以下とすることができる。 Examples of ultraviolet absorbers include benzophenone compounds, benzotriazole compounds, and triazine compounds. The ultraviolet absorber preferably has a phenolic hydroxyl group. By providing a phenolic hydroxyl group, crosslinking with a compound having an alkoxymethyl group or a methylol group can be performed during heat treatment. Crosslinking can suppress bleeding out of the ultraviolet absorber during long-term storage after hardening, improving reliability. The amount of ultraviolet absorber added can be, for example, 0.05% by mass or more and 10% by mass or less based on the solid content of the transparent resin.

光散乱層10の厚みは、光の波長の長さより大きい透明粒子8の分散体であり、この関係で1μm以上50μm以下とすることができる。50μmより厚く形成することもでき
るが、50μmより厚くすることによる散乱性の向上は少ない。むしろ、厚く形成することによる工程負荷、例えば塗布・乾燥などの作業時間に無駄を発生しやすい。
The thickness of the light scattering layer 10 is a dispersion of transparent particles 8 that are larger than the wavelength of light, and in this respect can be set to 1 μm or more and 50 μm or less. It can be formed to be thicker than 50 μm, but there is little improvement in scattering properties by making it thicker than 50 μm. On the contrary, forming it thick tends to increase the process load, for example, wasteful work time for coating and drying.

光の散乱は、透明樹脂への透明粒子の分散だけに限定する必要はない。たとえば、屈折率の異なる2種の樹脂を有機溶剤などに溶解させた分散液を用いて、塗布・乾燥することで、2種の樹脂の相分離を行い光散乱性を付与することも可能である。 Light scattering does not have to be limited to the dispersion of transparent particles in a transparent resin. For example, it is possible to apply and dry a dispersion liquid in which two types of resin with different refractive indexes are dissolved in an organic solvent, thereby causing phase separation between the two types of resin and imparting light scattering properties.

円偏光板や偏光板を用いない表示装置では、透明粒子8が光学的等方である必要性はなくなり、透明粒子8の選択範囲を広げることができる。例えば、散乱膜10に添加できる透明粒子8に、酸化亜鉛の粒子を用いることができる。酸化亜鉛は、400nmから700nmの可視域において、高い透過率を持つとともに390nm以下の紫外線を吸収できる。こうした観点から、円偏光板を用いない表示装置では、酸化亜鉛の透明粒子、透明微粒子をもちいることは意味がある。 In a display device that does not use a circular polarizer or a polarizer, the transparent particles 8 do not need to be optically isotropic, and the range of choices for the transparent particles 8 can be expanded. For example, zinc oxide particles can be used as the transparent particles 8 that can be added to the scattering film 10. Zinc oxide has high transmittance in the visible range of 400 nm to 700 nm and can absorb ultraviolet rays of 390 nm or less. From this perspective, it makes sense to use zinc oxide transparent particles and transparent fine particles in a display device that does not use a circular polarizer.

後述する透過率調整層2や、光散乱層10に、さらに紫外線吸収剤を加えることができる。波長変換層に用いる蛍光体や量子ドットの多くは、短い波長領域の光により2次光を励起しやすい。このことは、マイクロLEDなどLEDディスプレイの画面に、太陽光など強い外光入射で目的としない発光を生じ、視認性低下させる恐れがある。外光による、波長変換層の目的としない発光を抑えるために、紫外線吸収剤を透過率調整層2や光散乱層10に添加することができる。また、光散乱層10に添加した紫外線吸収剤は、青色LEDなど発光素子の発光に紫外線が含まれる場合に、これを吸収し、観察者の目に入ることを防止できる。 An ultraviolet absorbing agent can be further added to the transmittance adjusting layer 2 and the light scattering layer 10 described later. Many of the phosphors and quantum dots used in the wavelength conversion layer are easily excited by secondary light with light in the short wavelength region. This can cause unintended emission of light on the screen of an LED display such as a micro LED when strong external light such as sunlight is incident, which can reduce visibility. In order to suppress unintended emission of light from the wavelength conversion layer due to external light, an ultraviolet absorbing agent can be added to the transmittance adjusting layer 2 and the light scattering layer 10. In addition, the ultraviolet absorbing agent added to the light scattering layer 10 can absorb ultraviolet light when it is contained in the emission of a light emitting element such as a blue LED, and prevent it from entering the viewer's eyes.

さらに、光散乱のために平均粒径が1.0μm以上3.0μm以下のミクロン単位の大きさの光散乱粒子(透明粒子)を用いる場合、光散乱層10の表面凹凸が大きくなり、これを平坦にする必要がある。即ち、本発明に関わる光散乱層10は、紫外線吸収剤を含む樹脂層での平坦化膜としての透過率調整層2との、積層構成とすることができる、
[光反射性マトリクス]
光反射性マトリクス5は、ブラックマトリクスの一の面に光反射性をもつ金属薄膜をブラックマトリクスに重畳し、かつ、ブラックマトリクスと同様の格子状パターンで積層する構造を持つ。
前記したように、アルミニウムやアルミニウム合金の金属薄膜は、0.1μmを超える膜厚とすることで高い遮光性を持つ。また、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の金属薄膜は、高い光の反射率を持っている。本発明に関わる光反射性マトリクス5は、この光反射を活用し、発光ダイオードなどの光源からの発光を、光源側に戻し再利用するものである。
Furthermore, when light scattering particles (transparent particles) having an average particle size of 1.0 μm to 3.0 μm in micron units are used for light scattering, the surface unevenness of the light scattering layer 10 becomes large and needs to be flattened. That is, the light scattering layer 10 according to the present invention can have a laminated structure with the transmittance adjusting layer 2 as a flattening film made of a resin layer containing an ultraviolet absorbing agent.
[Light-reflecting matrix]
The light-reflective matrix 5 has a structure in which a light-reflective metal thin film is superimposed on one surface of the black matrix, and is laminated in the same lattice pattern as the black matrix.
As described above, a metal thin film made of aluminum or an aluminum alloy has a high light-shielding effect when the thickness of the metal thin film is more than 0.1 μm. In addition, a metal thin film made of aluminum or an aluminum alloy has a high light reflectance. The light-reflective matrix 5 according to the present invention utilizes this light reflection to return light emitted from a light source such as a light-emitting diode to the light source side for reuse.

液晶表示装置やLEDディスプレイの高精細化に伴い、開口部面積に対しブラックマトリクスの面積比率は増加している。600ppi、800ppi、さらには1000ppi以上の高精細化に伴って、ブラックマトリクス面積比率は、60%を超え、70%を超えてくるものがある(開口部面積比率は低下)。
本発明では、第1ブラックマトリクスと向かいあう第2ブラックマトリクスの裏面(第1ブラックマトリクスと反対側の面)に光反射性マトリクスを配設する構成を提案している。
図4は、直下型バックライトユニットあるいは発光ダイオードなどの光源から出射される光L6が、光反射性マトリクス5で反射された光L7が光源側に戻る様子を示す断面図である。図7は、発光ダイオード21、22、23が配設された直下型バックライトユニット510の断面図である。
As the resolution of liquid crystal display devices and LED displays increases, the area ratio of the black matrix to the aperture area increases. With the increase in resolution to 600 ppi, 800 ppi, and even 1000 ppi or more, the black matrix area ratio exceeds 60% and in some cases exceeds 70% (the aperture area ratio decreases).
The present invention proposes a configuration in which a light reflective matrix is provided on the rear surface (the surface opposite to the first black matrix) of the second black matrix facing the first black matrix.
Fig. 4 is a cross-sectional view showing how light L6 emitted from a direct type backlight unit or a light source such as a light emitting diode is reflected by a light reflective matrix 5 and returns to the light source side as light L7. Fig. 7 is a cross-sectional view of a direct type backlight unit 510 in which light emitting diodes 21, 22, and 23 are arranged.

このようにして反射された光(例えばL7)は、図7に示す反射電極18や隔壁28、
あるいは発光ダイオードなど種々の部材にあたって再反射する。再反射光を活用することで表示装置の明るさ向上に寄与できる。前記したように、青色光は反射や散乱により吸収されやすく、反射を繰り返すことにより表示に黄色みを帯びやすい。光散乱層10や透過率調整層、第1透明樹脂層など、ブラックマトリクス基板側の樹脂層に黄色みを弱める目的で青色顔料を添加することは、この観点からも有用である。なお、直下型バックライトユニットに、光反射性の金属薄膜や増反射膜、反射シートを別途、設置しても良い。
The light reflected in this manner (for example, L7) is guided to the reflective electrode 18, the partition wall 28,
Or it hits various components such as light-emitting diodes and is reflected again. Utilizing the reflected light can contribute to improving the brightness of the display device. As mentioned above, blue light is easily absorbed by reflection and scattering, and repeated reflection tends to make the display yellowish. From this point of view, it is also useful to add a blue pigment to the resin layer on the black matrix substrate side, such as the light scattering layer 10, the transmittance adjustment layer, and the first transparent resin layer, in order to reduce the yellowish color. In addition, a light-reflective metal thin film, an increased reflection film, or a reflective sheet may be separately installed in the direct backlight unit.

図4には、散乱膜10に斜め方向から入射する光L1が、反射を繰り返して隣接画素P2への光L5(迷光)として悪影響を与える状況が示されている。こうした図示、横方向の光の拡散は、散乱機能部分の光散乱層10あるいは紫外線吸収機能部分としての役割も担う透過率調整層2に、カーボンブラックや青色顔料をあわせ分散させることで改善される。第1ブラックマトリクス1、第2ブラックマトリクス4の2層による光吸収も、迷光の悪影響を改善する。 Figure 4 shows a situation in which light L1 incident on the scattering film 10 from an oblique direction is repeatedly reflected and adversely affects the adjacent pixel P2 as light L5 (stray light). As shown, the horizontal diffusion of light is improved by dispersing carbon black or a blue pigment in the light scattering layer 10, which is the scattering functional part, or in the transmittance adjustment layer 2, which also serves as the ultraviolet absorbing functional part. The light absorption by the two layers, the first black matrix 1 and the second black matrix 4, also improves the adverse effects of stray light.

図1、図4は、第1ブラックマトリクス1、第2ブラックマトリクス4、光反射性マトリクス5の図示を含むブラックマトリクス基板の断面図である。図3は、図1をB方向(光反射性マトリクス5からの方向)から見た平面図である。散乱膜10の図示は省いている。
第1ブラックマトリクス1及び第2ブラックマトリクス4、あるいは第1ブラックマトリクスの線幅を、光反射性マトリクス5の線幅より広めに形成することが好ましい。第2ブラックマトリクス4の配設がない場合、観察者20の方向(Zで示す方向)の斜めから光反射性マトリクス5が視認されることがある。光反射性マトリクス5が、観察者20で視認されると表示装置の表示品位を低下させる。斜め方向からの視認性改善のため、第2ブラックマトリクス4を配設するが、第1ブラックマトリクス1の線幅Axが光反射性マトリクス5の線幅Cxと比較して十分に広い場合に第2ブラックマトリクス4の形成を省いても良い。第1ブラックマトリクス1の線幅Axが光反射性マトリクス5の線幅Cxと比較して広い場合に、第2ブラックマトリクス4の線幅Bxと光反射性マトリクス線幅Cxを等しくしても良い。
上記した線幅の関係をまとめれば、下式の関係になる。
Ax>Bx≧Cx・・・・・(1)
Ay>By≧Cy・・・・・(2)
アルミニウム合金には、MoやTiなど高融点金属、Si、あるいはNd(ネオジム)など希土類を少量添加したアルミニウム合金が採用できる。反射率の観点から Ndを 0.2質量%以上3質量%以下(残部、不可避不純物)のアルミニウム合金が好ましい。Ndが0.2質量%未満では、アルミニウムの結晶が粗大化あるいはヒロック形成のため反射率を低下しやすい。また、Ndが3質量%を超えてくると反射率が低下する傾向となる。Ndが0.2質量%以上3質量%以下の範囲にて、高い反射率を安定して再現しやすい。
1 and 4 are cross-sectional views of a black matrix substrate including illustrations of a first black matrix 1, a second black matrix 4, and a light-reflective matrix 5. Fig. 3 is a plan view of Fig. 1 as viewed from direction B (the direction from the light-reflective matrix 5). The scattering film 10 is not shown.
It is preferable to form the line width of the first black matrix 1 and the second black matrix 4, or the first black matrix, wider than the line width of the light-reflective matrix 5. If the second black matrix 4 is not provided, the light-reflective matrix 5 may be viewed obliquely in the direction of the observer 20 (direction indicated by Z). If the light-reflective matrix 5 is viewed by the observer 20, the display quality of the display device is reduced. In order to improve visibility from an oblique direction, the second black matrix 4 is provided, but if the line width Ax of the first black matrix 1 is sufficiently wider than the line width Cx of the light-reflective matrix 5, the formation of the second black matrix 4 may be omitted. If the line width Ax of the first black matrix 1 is wider than the line width Cx of the light-reflective matrix 5, the line width Bx of the second black matrix 4 may be made equal to the line width Cx of the light-reflective matrix.
The above-mentioned line width relationships can be summarized as follows:
Ax>Bx≧Cx・・・(1)
Ay>By≧Cy・・・(2)
The aluminum alloy may be one to which a small amount of high melting point metal such as Mo or Ti, Si, or rare earth such as Nd (neodymium) is added. From the viewpoint of reflectivity, an aluminum alloy containing 0.2% by mass or more and 3% by mass or less of Nd (the remainder being unavoidable impurities) is preferable. If Nd is less than 0.2% by mass, the reflectivity is likely to decrease due to coarsening of aluminum crystals or formation of hillocks. Furthermore, if Nd exceeds 3% by mass, the reflectivity tends to decrease. If Nd is in the range of 0.2% by mass or more and 3% by mass or less, a high reflectivity is likely to be reproduced stably.

なお、光反射性マトリクス5の金属薄膜として銀や銀合金を用いても良い。銀や銀合金は密着性が低いため、インジウム酸化物や亜鉛酸化物などを含む導電性酸化物で挟持する構成を適用できる。
なお、光反射性マトリクス上に、例えば第2光散乱層など光散乱要素を積層しても良い。
Silver or a silver alloy may be used as the thin metal film of the light reflective matrix 5. Since silver and silver alloys have low adhesion, a configuration in which they are sandwiched between conductive oxides including indium oxide, zinc oxide, or the like can be applied.
In addition, a light scattering element, such as a second light scattering layer, may be laminated on the light reflecting matrix.

<実施例1>
図1、図3を用いて、ブラックマトリクス基板である実施例1を説明する。
図1(a)は、当実施例1のブラックマトリクス基板110の断面図である。
ブラックマトリクス基板110は、透明基板100上に透過率調整層2と第1ブラックマトリクス層1と光散乱層10、さらに第2ブラックマトリクス層4、第2ブラックマトリクス層4上に光反射性マトリクス5とをこの順で積層する構成である。光散乱層10は、
透明粒子8を分散する光散乱機能を具備している。光散乱層10は、樹脂に紫外線吸収剤を分散させた第1透明樹脂層3の2層構成とすることができる。光散乱機能部分にも紫外線吸収剤を添加、あるいは分散させても良い。
Example 1
Example 1, which is a black matrix substrate, will be described with reference to FIGS.
FIG. 1A is a cross-sectional view of a black matrix substrate 110 according to the first embodiment.
The black matrix substrate 110 is configured by laminating, in this order, a transmittance adjusting layer 2, a first black matrix layer 1, a light scattering layer 10, a second black matrix layer 4, and a light reflective matrix 5 on the second black matrix layer 4 on the transparent substrate 100. The light scattering layer 10 is
It has a light scattering function of dispersing transparent particles 8. The light scattering layer 10 can have a two-layer structure of a first transparent resin layer 3 in which an ultraviolet absorbing agent is dispersed in a resin. An ultraviolet absorbing agent may also be added or dispersed in the light scattering functional portion.

光反射性マトリクス5を覆うようにブラックマトリクス基板110上に透明樹脂層を積層することができる。透明樹脂層の厚みは、本発明に関わるブラックマトリクス基板を液晶表示装置に適用する場合に重要となることがある。 A transparent resin layer can be laminated on the black matrix substrate 110 so as to cover the light-reflective matrix 5. The thickness of the transparent resin layer can be important when the black matrix substrate of the present invention is applied to a liquid crystal display device.

図1のCの矢印で示す方向は、LEDなどの発光素子である光源からの光の照射方向を示す。
図1(d)は、光反射性マトリクス5の拡大図であり、断面図である。第2ブラックマトリクス層4上に、チタンあるいは窒化チタンの金属薄膜6と、アルミニウムあるいはアルミニウム合金の薄膜7の2層が積層されている。これら金属薄膜6、薄膜7の膜厚は限定するものでない。たとえば、金属薄膜6は100nmから300nmの膜厚にて、薄膜7は10nmから40nmの膜厚にて形成できる。
The direction indicated by the arrow C in FIG. 1 indicates the direction of irradiation of light from a light source which is a light emitting element such as an LED.
1(d) is an enlarged view and a cross-sectional view of the light-reflective matrix 5. On the second black matrix layer 4, two layers are laminated: a metal thin film 6 of titanium or titanium nitride, and a thin film 7 of aluminum or an aluminum alloy. The film thicknesses of these metal thin films 6 and 7 are not limited. For example, the metal thin film 6 can be formed to a thickness of 100 nm to 300 nm, and the thin film 7 can be formed to a thickness of 10 nm to 40 nm.

図1(c)は、透過率調整層2上に形成された第1ブラックマトリクス層1の拡大図である。図3は、図1(b)をC方向(光反射性マトリクス5からの方向)から見た平面図である。散乱膜10の図示は省いている。 Figure 1(c) is an enlarged view of the first black matrix layer 1 formed on the transmittance adjusting layer 2. Figure 3 is a plan view of Figure 1(b) seen from direction C (from the light-reflecting matrix 5). The scattering film 10 is not shown.

<実施例2>
図2(a)は、当実施例2のブラックマトリクス基板120の断面図である。
実施例1と同様、ブラックマトリクス基板120は、透明基板100上に透過率調整層2と第1ブラックマトリクス層1と光散乱層10、さらに第2ブラックマトリクス層4、第2ブラックマトリクス層4上に光反射性マトリクス39とをこの順で積層する構成である。光散乱層10は、透明樹脂中に透明粒子8を分散する光散乱機能を具備している。光散乱層10は、樹脂に紫外線吸収剤を分散させた第1透明樹脂層3の2層構成とすることができる。光散乱機能部分にも紫外線吸収剤を添加、あるいは分散させても良い。
Example 2
FIG. 2A is a cross-sectional view of a black matrix substrate 120 according to the second embodiment.
As in the first embodiment, the black matrix substrate 120 has a structure in which a transmittance adjusting layer 2, a first black matrix layer 1, and a light scattering layer 10 are laminated in this order on a transparent substrate 100, a second black matrix layer 4, and a light reflective matrix 39 is laminated on the second black matrix layer 4. The light scattering layer 10 has a light scattering function of dispersing transparent particles 8 in a transparent resin. The light scattering layer 10 can have a two-layer structure of a first transparent resin layer 3 in which an ultraviolet absorbing agent is dispersed in a resin. An ultraviolet absorbing agent may also be added or dispersed in the light scattering functional portion.

図2(b)の部分拡大図に示される光反射性マトリクス39は、第2ブラックマトリクス層4上に、第1導電性酸化物の薄膜36、銀あるいは銀合金の薄膜37、第2導電性酸化物の薄膜38の3層構成となっている。第1導電性酸化物及び第2導電性酸化物は酸化インジウムを50wt%以上含む導電性酸化物である。第1導電性酸化物及び第2導電性酸化物、それぞれの膜厚は、10nmから60nmの範囲とすることができるが、60nmを超える膜厚であってよい。第1導電性酸化物及び第2導電性酸化物、それぞれは異なる膜厚であってよい。37の膜厚は、100nmから300nmの範囲とすることができるが、300nmを超える膜厚であってよい。銀あるいは銀合金の薄膜は、アルミニウムの薄膜より反射率が高く、好適に用いることができる。
第1導電性酸化物及び第2導電性酸化物には、酸化インジウムのほか、酸化亜鉛、酸化錫、酸化アンチモン、酸化チタンなど金属酸化物を加えた複合酸化物とすることができる。(第2実施形態)
第2実施形態は、上記、本発明のブラックマトリクス基板をLEDディスプレイや液晶表示装置などの表示装置に適用したものである。以下、第2実施形態の実施例3、実施例4につき、詳述する。
The light-reflective matrix 39 shown in the partially enlarged view of FIG. 2(b) has a three-layer structure of a first conductive oxide thin film 36, a silver or silver alloy thin film 37, and a second conductive oxide thin film 38 on the second black matrix layer 4. The first conductive oxide and the second conductive oxide are conductive oxides containing 50 wt % or more of indium oxide. The first conductive oxide and the second conductive oxide may have respective thicknesses in the range of 10 nm to 60 nm, but may be greater than 60 nm. The first conductive oxide and the second conductive oxide may have respective thicknesses different from each other. The thickness of 37 may be in the range of 100 nm to 300 nm, but may be greater than 300 nm. The silver or silver alloy thin film has a higher reflectance than the aluminum thin film, and can be preferably used.
The first conductive oxide and the second conductive oxide may be composite oxides containing metal oxides such as zinc oxide, tin oxide, antimony oxide, and titanium oxide in addition to indium oxide.
In the second embodiment, the above-mentioned black matrix substrate of the present invention is applied to a display device such as an LED display, a liquid crystal display device, etc. Examples 3 and 4 of the second embodiment will be described in detail below.

<実施例3>
図5、図7及び図9を用いて当実施例を説明する。図5は、実施例1のブラックマトリクス基板110と、赤色LED21、緑色LED22、青色LED23が実装されたアレイ基板210を向かい合うように貼り合わせてなるLEDディスプレイの断面図である。ブラックマトリクス基板110とアレイ基板210は、例えば、シリコーン系樹脂を介して接着されている。
Example 3
This embodiment will be described with reference to Figures 5, 7 and 9. Figure 5 is a cross-sectional view of an LED display formed by bonding together the black matrix substrate 110 of the first embodiment and the array substrate 210 on which red LEDs 21, green LEDs 22 and blue LEDs 23 are mounted, so as to face each other. The black matrix substrate 110 and the array substrate 210 are bonded together, for example, via a silicone-based resin.

発光ユニットのマトリクス状配列のあるアレイ基板210は、あとの記載で光モジュールと呼称することがある。個々の発光ユニットには、それぞれ複数の、赤色LED21、緑色LED22、青色LED23である発光素子が含まれている。 The array substrate 210 with the matrix arrangement of light-emitting units may be referred to as an optical module in the following description. Each light-emitting unit includes multiple light-emitting elements, which are red LEDs 21, green LEDs 22, and blue LEDs 23.

実施例2において、発光素子の全体の個数は、全画素数のそれぞれ1/3の個数にて画素ピッチに合わせて配設されている。一画素には少なくとも2個の薄膜トランジスタがそれぞれ配設されている。発光素子(赤色LED21、緑色LED22、青色LED23)は、隔壁28などで区分することができる。光反射性マトリクス5にあたった発光素子からの光は、光源(発光素子)側で反射され、再利用される。 In Example 2, the total number of light-emitting elements is 1/3 of the total number of pixels, and is arranged according to the pixel pitch. At least two thin-film transistors are arranged in each pixel. The light-emitting elements (red LED 21, green LED 22, blue LED 23) can be divided by partitions 28 or the like. The light from the light-emitting elements that hits the light-reflective matrix 5 is reflected on the light source (light-emitting element) side and reused.

個々の発光素子は、図7に示すような構造をとることができる。例えば、青色LED23は下部電極17を介して反射電極18上に実装される。青色LED23の上部電極16は、コンタクトホール15を介してLED共通電極と連携される。なお、こうした発光素子の実装は、図7の構成をとらずに、金線やアルミニウム線を用いたワイヤーボンディングなど他の実装技術を用いても良い。発光素子(赤色LED21、緑色LED22、青色LED23)が配設されたアレイ基板を光モジュールと呼ぶ。たとえば、本発明で提案する技術は、ブラックマトリクス基板と、仕様の異なる光モジュールを組み合わせることで種々の表示装置を提供できる柔軟性を持つ。 Each light-emitting element can have a structure as shown in FIG. 7. For example, a blue LED 23 is mounted on a reflective electrode 18 via a lower electrode 17. The upper electrode 16 of the blue LED 23 is connected to the LED common electrode via a contact hole 15. Note that the mounting of such light-emitting elements may use other mounting techniques such as wire bonding using gold or aluminum wires, instead of the configuration shown in FIG. 7. An array substrate on which light-emitting elements (red LED 21, green LED 22, blue LED 23) are arranged is called an optical module. For example, the technology proposed in this invention has the flexibility to provide a variety of display devices by combining a black matrix substrate with optical modules of different specifications.

図7において薄膜トランジスタは第4絶縁層41上にそれぞれ配設されるが、図7では薄膜トランジスタの図示を省略している。図9は、発光素子40(赤色LED21、緑色LED22、青色LED23のいずれかに相当)を、2つの薄膜トランジスタでの駆動する等価回路図である。2つの薄膜トランジスタのうち、選択トランジスタ45はゲート線G9からの選択信号とソース線S9からの映像信号を受け、駆動トランジスタ46を駆動する。駆動トランジスタ46は、電源線VD7から電流を発光素子40に供給し、発光させる。後述の実施例4では、個々の発光素子の駆動でなく、発光ユニット毎、あるいは、発光ユニット内の発光色毎に明るさを変えた駆動としても良い。 In FIG. 7, the thin-film transistors are disposed on the fourth insulating layer 41, but are omitted from FIG. 7. FIG. 9 is an equivalent circuit diagram in which a light-emitting element 40 (corresponding to any one of the red LED 21, green LED 22, and blue LED 23) is driven by two thin-film transistors. Of the two thin-film transistors, the selection transistor 45 receives a selection signal from the gate line G9 and a video signal from the source line S9, and drives the drive transistor 46. The drive transistor 46 supplies a current from the power line VD7 to the light-emitting element 40 to cause it to emit light. In Example 4 described below, instead of driving each individual light-emitting element, the drive may be performed with different brightness for each light-emitting unit or for each light-emitting color within the light-emitting unit.

散乱膜10の厚み方向に、第1ブラックマトリクス1と光反射性マトリクス5(および第2ブラックマトリクス4)が向かい合うように位置するため、隣接画素への迷光の影響を抑制できる。言い換えれば、隣接画素へ入射する斜め光を減らすことができる。たとえば、図5に示す開口部方向に出射される光Gcは、緑色LED22からの光がそのまま出射される。しかしながら、隣接画素方向に向かう光GL、GRは、光反射性マトリクス5でカットされ、隣接画素への影響をなくすことができる。
散乱膜10の厚み、ブラックマトリクス1の線幅(or画素開口率)、散乱膜10の厚み、散乱粒子密度は、当LEDディスプレイの全体サイズや用途により適宜 調整される。カバーガラスや、タッチパネル、さらには充電や通信用のアンテナを当LEDディスプレイに実装しても良い。
Since the first black matrix 1 and the light-reflective matrix 5 (and the second black matrix 4) are positioned to face each other in the thickness direction of the scattering film 10, the influence of stray light on adjacent pixels can be suppressed. In other words, the oblique light incident on adjacent pixels can be reduced. For example, the light Gc emitted in the direction of the opening shown in FIG. 5 is emitted as is from the green LED 22. However, the light GL, GR heading toward the adjacent pixels is cut by the light-reflective matrix 5, and the influence on the adjacent pixels can be eliminated.
The thickness of the scattering film 10, the line width (or pixel aperture ratio) of the black matrix 1, the thickness of the scattering film 10, and the scattering particle density are appropriately adjusted depending on the overall size and use of the LED display. A cover glass, a touch panel, and even an antenna for charging and communication may be mounted on the LED display.

<実施例4>
図6、図7及び図8を用いて実施例4を説明する、
図6は、実施例1で説明したブラックマトリクス基板110と、液晶層30を介してアレイ基板310とを貼り合わせてなり、かつ、液晶パネル710の下部にバックライトユニットである光モジュール510を配設してなる液晶表示装置700である。ここでは、液晶パネル710は光モジュール510を含まない構成を指す。アレイ基板310には、液晶を駆動する薄膜トランジスタが、それぞれの画素電極26にそれぞれ少なくとも1個 接続されている。液晶層30は、画素電極26と共通電極17間のフリンジ電界で駆動するFFS(フリンジフィールドスイッチング)方式である。なお、液晶は、FFSに限らずVA(垂直配向)ほかの液晶であっても良い。図7は、複数の発光ユニット24を具備する光モジュール510の部分拡大図である。
Example 4
A fourth embodiment will be described with reference to FIGS. 6, 7 and 8.
FIG. 6 shows a liquid crystal display device 700 in which the black matrix substrate 110 described in the first embodiment is bonded to the array substrate 310 via the liquid crystal layer 30, and an optical module 510, which is a backlight unit, is disposed below the liquid crystal panel 710. Here, the liquid crystal panel 710 refers to a configuration that does not include the optical module 510. In the array substrate 310, at least one thin film transistor for driving the liquid crystal is connected to each pixel electrode 26. The liquid crystal layer 30 is of the FFS (fringe field switching) type that is driven by the fringe electric field between the pixel electrode 26 and the common electrode 17. The liquid crystal is not limited to FFS, and may be VA (vertically aligned) or other liquid crystal. FIG. 7 is a partial enlarged view of the optical module 510 having a plurality of light-emitting units 24.

発光ユニット24は、隔壁28で区画される発光ユニット24内に複数の赤色LED21、緑色LED22、青色LED23を具備する。発光ユニット24内の複数の赤色LED21、緑色LED22、青色LED23は、その発光ユニット内で表示すべき色、明るさで、赤色、緑色、青色の強度を調整した発光を行う。発光ユニットでの個別駆動のため、個々、発光ユニットのそれぞれは薄膜トランジスタで駆動することが望ましい。ひとつの発光ユニット内のそれぞれ複数の赤色LED21、緑色LED22、青色LED23は色毎にまとめて駆動することができる。 The light-emitting unit 24 is partitioned by partitions 28 and includes multiple red LEDs 21, green LEDs 22, and blue LEDs 23 within the light-emitting unit 24. The multiple red LEDs 21, green LEDs 22, and blue LEDs 23 within the light-emitting unit 24 emit light with the intensity of red, green, and blue adjusted according to the color and brightness to be displayed within the light-emitting unit. For individual driving of the light-emitting units, it is preferable that each light-emitting unit is driven by a thin-film transistor. The multiple red LEDs 21, green LEDs 22, and blue LEDs 23 within one light-emitting unit can be driven collectively by color.

図7は説明のため簡略化しているが、発光ユニット24内の赤色LED21、緑色LED22、青色LED23の数(あるいは青色LED25の数)は、合計3個に限定するものでない。発光ユニット24の単位でローカルディミング駆動されるが、この時のローカルディミング対象の画素は、数百個~数千個とこれも画素数を限定するものではない。対象画素数が多いほうが、発光ユニット形成のためのコストを下げることができる。ローカルディミング対象の画素が、その区画内で均一な表示となるよう、赤色LED21、緑色LED22、青色LED23の個数(あるいは青色LED25の個数)、配置位置、大きさを調整する。発光素子の実装手段も限定するものでなく、フリップチップボンディングやワイヤーボンディング、異方性導電膜の手段で実装しても良い。図示は、図7で示すようにLED共通電極14を、コンタクトホール15を介して上部電極と接続する方法をとっている。赤色LED21、緑色LED22、青色LED23の厚みが異なる場合、コンタクトホールの深さや下部電極等の厚みで調整することができる。 Although FIG. 7 is simplified for the purpose of explanation, the number of red LEDs 21, green LEDs 22, and blue LEDs 23 (or the number of blue LEDs 25) in the light-emitting unit 24 is not limited to a total of three. Local dimming is performed in units of light-emitting units 24, but the number of pixels targeted for local dimming at this time can be several hundred to several thousand, and this does not limit the number of pixels. The more the number of targeted pixels, the lower the cost of forming the light-emitting unit. The number, arrangement position, and size of the red LEDs 21, green LEDs 22, and blue LEDs 23 (or the number of blue LEDs 25) are adjusted so that the pixels targeted for local dimming are displayed uniformly within the section. The mounting means of the light-emitting elements is also not limited, and may be mounted by flip chip bonding, wire bonding, or anisotropic conductive film means. In the figure, the LED common electrode 14 is connected to the upper electrode through a contact hole 15 as shown in FIG. 7. If the red LED 21, green LED 22, and blue LED 23 have different thicknesses, this can be adjusted by adjusting the depth of the contact holes and the thickness of the lower electrodes, etc.

一般にLED発光素子は、図7の赤色LED21、緑色LED22、青色LED23のそれぞれn型半導体層とp型半導体層との間に発光層となる活性層47を備えている。活性層47で発光した光の大半は、上部電極を介して上方に出射される。このとき、一部の光は、活性層47から図示横方向に出射される。横方向の光48を有効に使うため、活性層47近傍に透明粒子8を配置させることは好ましい。透明粒子8で散乱された光は、反射電極18や隔壁28で反射され活用される。 In general, LED light-emitting elements have an active layer 47, which serves as a light-emitting layer, between the n-type semiconductor layer and the p-type semiconductor layer of each of the red LED 21, green LED 22, and blue LED 23 in FIG. 7. Most of the light emitted by the active layer 47 is emitted upward through the upper electrode. At this time, some of the light is emitted from the active layer 47 in the lateral direction as shown in the figure. To effectively use the lateral light 48, it is preferable to place transparent particles 8 near the active layer 47. The light scattered by the transparent particles 8 is reflected by the reflective electrode 18 and the partition wall 28 and utilized.

図6では、薄膜トランジスタの図示を省いているが、薄膜トランジスタは第1絶縁層上に配設される。
図8は、液晶パネル710部分での、アレイ基板310を用いた液晶駆動の等価回路図である。図8の等価回路図において、一つの画素電極26は、ひとつの薄膜トランジスタ44に電気的に連携され、図6の液晶表示装置710に示す液晶層30はアレイ基板310に具備される薄膜トランジスタで駆動される。ソース線Sからの映像信号と、ゲート線G8からの選択信号を受けて、画素電極26に液晶駆動電圧が印加され、液晶層30が駆動される。なお、補助容量CS8及び補助容量線CSの形成は省いても良い。
当実施例3は、カラーフィルタと波長変換層を省くことが可能なシンプルな液晶表示装置を提供できる。
Although the thin film transistor is not shown in FIG. 6, the thin film transistor is disposed on the first insulating layer.
Fig. 8 is an equivalent circuit diagram of a liquid crystal drive using the array substrate 310 in the liquid crystal panel 710 portion. In the equivalent circuit diagram of Fig. 8, one pixel electrode 26 is electrically connected to one thin film transistor 44, and the liquid crystal layer 30 shown in the liquid crystal display device 710 of Fig. 6 is driven by the thin film transistor provided on the array substrate 310. Upon receiving a video signal from the source line S and a selection signal from the gate line G8, a liquid crystal drive voltage is applied to the pixel electrode 26, and the liquid crystal layer 30 is driven. Note that the formation of the auxiliary capacitance CS8 and the auxiliary capacitance line CS may be omitted.
The third embodiment can provide a simple liquid crystal display device that can omit the color filter and the wavelength conversion layer.

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。 The display device having the black matrix substrate according to the above-mentioned embodiment can be used in various applications. Examples of electronic devices to which the display device according to the above-mentioned embodiment can be applied include electronic devices such as mobile phones, portable game devices, portable information terminals, personal computers, electronic books, video cameras, digital still cameras, head-mounted displays, navigation systems, audio playback devices (car audio, digital audio players, etc.), copiers, facsimiles, printers, printer-combination devices, vending machines, automated teller machines (ATMs), personal authentication devices, optical communication devices, and IC cards. The above-mentioned embodiments can be used in any combination. It is desirable that an antenna is further installed in an electronic device equipped with a display device according to the embodiment of the present invention to perform communication and contactless power reception and supply.

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。 While preferred embodiments of the present invention have been described and illustrated above, it should be understood that these are illustrative of the present invention and should not be considered as limiting. Additions, omissions, substitutions, and other modifications can be made without departing from the scope of the present invention. Thus, the present invention should not be considered as limited by the foregoing description, but is defined by the claims.

1 ・・・第1ブラックマトリクス層
2 ・・・透過率調整層
3 ・・・第1透明樹脂層
4 ・・・第2ブラックマトリクス層
5、39・・・光反射性マトリクス(金属薄膜)
6 ・・・チタンあるいは窒化チタンの金属薄膜
7 ・・・アルミニウムあるいはアルミニウム合金の薄膜
8 ・・・透明粒子
9 ・・・第2透明樹脂層
10 ・・・光散乱層
14 ・・・LED共通電極
15 ・・・コンタクトホール
16 ・・・上部電極
17 ・・・下部電極
18 ・・・反射電極
19 ・・・画素開口部
20 ・・・観察者
21 ・・・青色LED
22 ・・・緑色LED
23 ・・・赤色LED
24 ・・・発光ユニット
26 ・・・画素電極
27 ・・・共通電極
28 ・・・隔壁
29 ・・・プリズムシート
30 ・・・液晶層
31 ・・・第1偏光板
32 ・・・第2偏光板
33 ・・・第1絶縁層
34 ・・・第2絶縁層
35 ・・・第3絶縁層
36 ・・・第1導電性酸化物の薄膜
37 ・・・銀あるいは銀合金の薄膜
38 ・・・第2導電性酸化物の薄膜
40 ・・・ダイオード(LED)
41 ・・・第4絶縁層
42 ・・・第5絶縁層
43 ・・・第6絶縁層
44 ・・・薄膜トランジスタ
45 ・・・選択トランジスタ(薄膜トランジスタ)
46 ・・・駆動トランジスタ(薄膜トランジスタ)
47 ・・・活性層
48 ・・・横方向の光
50 ・・・液晶パネル
51 ・・・青色LED
52 ・・・拡散板
53 ・・・波長変換シート
54 ・・・プリズムシート
100・・・透明基板
110、120・・・ブラックマトリクス基板
200・・・第2基板
210・・・アレイ基板
300・・・第3基板
310、320、330・・・アレイ基板
400・・・第4基板
410、510・・・光モジュール
500・・・第5基板
600、610・・・LEDディスプレイ
700・・・液晶表示装置
710・・・液晶パネル
800・・・従来の液晶表示装置
900・・・表示機能層
Ax、Ay・・・第1ブラックマトリクスの線幅
Bx、By・・・光反射マトリクスの線幅
Cx、Cy・・・第2ブラックマトリクスの線幅
c-LED・・・c画素直下にある発光素子
B ・・・ 光源からの光の照射方向
L1、L2、L3、L4、L5、L6、L7・・・光(入射光、反射光、迷光など)
LB1・・・透明基板と透過率調整層、第1ブラックマトリクス構成での反射率
LB2・・・透明基板と第1ブラックマトリクス構成での反射率
CS ・・・補助容量線
CS8・・・補助容量
VD7・・・電源線
G8、G9・・・ゲート線
S8、S9・・・ソース線
P1 ・・・P1画素
P2 ・・・P2画素 (隣接画素)
REFERENCE SIGNS LIST 1: First black matrix layer 2: Transmittance adjusting layer 3: First transparent resin layer 4: Second black matrix layer 5, 39: Light reflective matrix (metal thin film)
Reference Signs List 6 titanium or titanium nitride metal thin film 7 aluminum or aluminum alloy thin film 8 transparent particles 9 second transparent resin layer 10 light scattering layer 14 LED common electrode 15 contact hole 16 upper electrode 17 lower electrode 18 reflective electrode 19 pixel opening 20 observer 21 blue LED
22 ...Green LED
23...Red LED
24 ... Light-emitting unit 26 ... Pixel electrode 27 ... Common electrode 28 ... Partition wall 29 ... Prism sheet 30 ... Liquid crystal layer 31 ... First polarizing plate 32 ... Second polarizing plate 33 ... First insulating layer 34 ... Second insulating layer 35 ... Third insulating layer 36 ... First conductive oxide thin film 37 ... Silver or silver alloy thin film 38 ... Second conductive oxide thin film 40 ... Diode (LED)
41: Fourth insulating layer 42: Fifth insulating layer 43: Sixth insulating layer 44: Thin film transistor 45: Selection transistor (thin film transistor)
46...Drive transistor (thin film transistor)
47: Active layer 48: Lateral light 50: Liquid crystal panel 51: Blue LED
52 ... Diffusion plate 53 ... Wavelength conversion sheet 54 ... Prism sheet 100 ... Transparent substrate 110, 120 ... Black matrix substrate 200 ... Second substrate 210 ... Array substrate 300 ... Third substrate 310, 320, 330 ... Array substrate 400 ... Fourth substrate 410, 510 ... Optical module 500 ... Fifth substrate 600, 610 ... LED display 700 ... Liquid crystal display device 710 ... Liquid crystal panel 800 ... Conventional liquid crystal display device 900 ... Display function layer Ax, Ay ... Line width of first black matrix Bx, By ... Line width of light reflection matrix Cx, Cy ... Line width of second black matrix c-LED ... Light-emitting element B directly below c pixel ... Irradiation direction of light from light source L1, L2, L3, L4, L5, L6, L7 ... Light (incident light, reflected light, stray light, etc.)
LB1: Reflectance in the transparent substrate, transmittance adjustment layer, and first black matrix configuration LB2: Reflectance in the transparent substrate and first black matrix configuration CS: Storage capacitance line CS8: Storage capacitance VD7: Power supply line G8, G9: Gate lines S8, S9: Source line P1: P1 pixel P2: P2 pixel (adjacent pixels)

Claims (13)

透明基板の1の面に、
カーボンブラック、透明微粒子、および樹脂の分散体である透過率調整層と、
平面視、第1方向に線幅Ax、第2方向に線幅Ayとで区画された複数の開口部を具備する第1ブラックマトリクスと、
前記複数の開口部と前記第1ブラックマトリクスを覆う光散乱層と、
前記光散乱層上に、前記第1ブラックマトリクスの前記線幅Ax、前記線幅Ayのそれぞれ中心で重なるよう区画され、第1方向に線幅Bx、第2方向に線幅Byで区画された複数の開口部を持つ第2ブラックマトリクスと、
前記第2ブラックマトリクス上に、前記線幅Bx、前記線幅Byのそれぞれ中心で重なるよう区画され、第1方向に線幅Cx、第2方向に線幅Cyで区画された複数の開口部を持つ光反射性マトリクスと、を少なくとも備え、
前記線幅Ax、前記線幅Cx、前記線幅Ay、前記線幅Cyは、下式(1)、(2)の関係にある、
ブラックマトリクス基板。
Ax>Bx≧Cx・・・・・(1)
Ay>By≧Cy・・・・・(2)
On one surface of the transparent substrate,
a transmittance adjusting layer which is a dispersion of carbon black, transparent fine particles, and a resin ;
a first black matrix including a plurality of openings defined by a line width Ax in a first direction and a line width Ay in a second direction in a plan view;
a light scattering layer covering the plurality of openings and the first black matrix;
a second black matrix on the light scattering layer, the second black matrix being partitioned so as to overlap with the center of the line width Ax and the center of the line width Ay of the first black matrix, the second black matrix having a plurality of openings partitioned by a line width Bx in a first direction and a line width By in a second direction;
a light-reflecting matrix having a plurality of openings, which are partitioned on the second black matrix so as to overlap at the center of the line width Bx and the center of the line width By, and which are partitioned by a line width Cx in a first direction and a line width Cy in a second direction;
The line width Ax, the line width Cx, the line width Ay, and the line width Cy are related by the following formulas (1) and (2):
Black matrix substrate.
Ax>Bx≧Cx・・・(1)
Ay>By≧Cy・・・(2)
前記光散乱層が、透明粒子を含む光散乱層である、
請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
The light scattering layer is a light scattering layer containing transparent particles.
The black matrix substrate according to claim 1 .
前記光散乱層が、酸化亜鉛の粒子を含む光散乱層である、
請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
The light-scattering layer is a light-scattering layer containing zinc oxide particles.
The black matrix substrate according to claim 1 .
前記光散乱層が、カーボンブラック及び青色顔料を含む光散乱層である、
請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
The light-scattering layer is a light-scattering layer containing carbon black and a blue pigment.
The black matrix substrate according to claim 1 .
前記光散乱層が、紫外線吸収剤を含む光散乱層である、
請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
The light scattering layer is a light scattering layer containing an ultraviolet absorber.
The black matrix substrate according to claim 1 .
前記光反射性マトリクスは、前記第2ブラックマトリクス上に、チタンあるいは窒化チタンの薄膜と、ネオジムを添加したアルミニウム合金の薄膜との2層構成で積層された構成である、
請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
the light-reflective matrix is configured by laminating a thin film of titanium or titanium nitride and a thin film of an aluminum alloy containing neodymium on the second black matrix in a two-layer configuration;
The black matrix substrate according to claim 1 .
前記光反射性マトリクスは、前記第2ブラックマトリクス上に、第1導電性酸化物の薄膜と、銀あるいは銀合金の薄膜と、第2導電性酸化物の薄膜との3層構成で積層された構成である、
請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
the light-reflective matrix is configured to have a three-layer structure including a first conductive oxide thin film, a silver or silver alloy thin film, and a second conductive oxide thin film laminated on the second black matrix;
The black matrix substrate according to claim 1 .
前記光散乱層と前記第2ブラックマトリクスの間に、第1透明樹脂層を挿入した構成である、
請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
a first transparent resin layer is inserted between the light scattering layer and the second black matrix;
The black matrix substrate according to claim 1 .
前記光反射性マトリクス上に、第2透明樹脂層を積層した、
請求項1に記載のブラックマトリクス基板。
A second transparent resin layer is laminated on the light-reflective matrix.
The black matrix substrate according to claim 1 .
請求項1から請求項8に記載のブラックマトリクス基板と、
少なくとも、
表示機能層と、
を具備する表示装置。
A black matrix substrate according to any one of claims 1 to 8 ,
at least,
A display function layer;
A display device comprising:
前記表示機能層が、それぞれ薄膜トランジスタで駆動される、赤色発光素子、緑色発光素子、青色発光素子である、
請求項10に記載の表示装置。
The display function layer is a red light emitting element, a green light emitting element, and a blue light emitting element, each of which is driven by a thin film transistor.
The display device according to claim 10 .
前記表示機能層が、それぞれ薄膜トランジスタで駆動される、赤色発光ダイオードと青色発光ダイオードと緑色発光ダイオードである、
請求項10に記載の表示装置。
The display function layer is a red light emitting diode, a blue light emitting diode, and a green light emitting diode, each of which is driven by a thin film transistor.
The display device according to claim 10 .
前記表示機能層がそれぞれ薄膜トランジスタで駆動される液晶層であり、赤色発光ダイオードと青色発光ダイオードと緑色発光ダイオードを備える複数の光モジュールをバックライトユニットとして具備する、請求項10に記載の表示装置。 11. The display device according to claim 10 , wherein the display function layers are liquid crystal layers driven by thin film transistors, and the display device comprises a backlight unit including a plurality of optical modules each including a red light emitting diode, a blue light emitting diode, and a green light emitting diode.
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