JP2006119270A - 表示装置用基板 - Google Patents

Abstract

【課題】 液晶表示装置のカラーフィルタ基板における着色層、有機エレクトロルミネセンス表示装置における発光層や正孔輸送層等の有機層等の機能膜をインクジェット法等の塗布法により形成する際に、液状の機能膜材料（インク）が充填されない領域の発生を抑制して表示品位を向上させることができる表示装置用基板、及び、それを備えた液晶表示パネル、液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス表示装置を提供する。
【解決手段】 基板上にバンクが形成された表示装置用基板であって、上記バンクは、隅部が面取りされた構造を有する表示装置用基板である。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示装置用基板、液晶表示パネル、液晶表示装置及び有機エレクトロルミネセンス表示装置に関する。より詳しくは、カラー液晶表示装置等に用いられるカラーフィルタ基板として好適な表示装置用基板、及び、それを備えた液晶表示パネル、液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス表示装置に関するものである。

近年、液晶ＴＶの市場の拡大に伴い、液晶ディスプレイ、とりわけカラー液晶ディスプレイの需要が増加している。このカラー液晶ディスプレイの今後のより一層の普及のためには、製造コストを低減することが求められ、特に安価なカラーフィルタ（ＣＦ）基板が求められている。
これに対して、ＣＦ基板における着色層の形成方法として、インクジェット法の適用が検討されている。
インクジェット法によるＣＦの形成では、例えば、まず、ブラックマトリクスを基板上に形成し、次に、ブラックマトリクスの間隙の画素（絵素）領域にインクジェット印刷装置を用いてインクを塗布することにより、着色層（カラー層）を形成する。このようなインクジェット法による着色層の形成は、フォトリソグラフィ技術を用いないことから、コストが低いというメリットがある。

しかしながら、図６に示すように、基板上の液滴の形状は、球の一部となることから、図７に示すように、ＣＦ基板の絵素領域内に塗布された液滴は、絵素領域の中央部（図７（ｃ））では、充分な膜厚を確保することができても、絵素領域の周辺部、特に長方形の絵素領域の四隅の部分（図７（ｂ））では、膜厚が薄くなる。このため、絵素内で色濃度のムラを生じ、表示画像の表示品位が低下してしまう場合があった。なお、図７（ｂ）中の白抜き矢印は光抜けが起こる様子を表している。また、光抜けを抑制するために、液滴量を増やしてブラックマトリクス上に乗り上げるようにすると、図８に示すように、隣接画素間でインク液滴同士が混合（リーク）して混色が発生する可能性が増大してしまう。

なお、特許文献１には、フォトプロセスでＣＦ（着色層）を作製した際にＣＦのコーナ部が盛り上がる現象を抑制するための技術として、塗布形成したＣＦをエッチングする際にＣＦのコーナ部を面取りした形状にする技術が記載されている。しかしながら、特許文献１に記載の技術は、着色層の形成プロセスとしてインクジェット法を想定していない点、表示品位の改善手法として表示品位を悪化させる部分を着色層から取り除く手法を用いている点、解決しようとする課題がセルギャップ不良を防止してセルギャップを均一化することである点等から、上述の課題を解決するのに適した技術ではなかった。

また、特許文献２には、樹脂製ブラックマトリクスを作製する場合において、パターンの隅の部分に突起状のレジスト残りが発生することを防止するための技術として、パターン形成用フォトマスクのパターンの角の先端部に予め面取り部を設ける技術が記載されている。しかしながら、特許文献２に記載の技術は、解決しようとする課題が突起状のレジスト残りの大きさばらつきによる表示ムラを防止することである点等から、上述の課題を解決するのに適した技術ではなかった。

更に、特許文献３には、平滑性の優れた着色の抜けの少ないＣＦ（ＣＦ基板）として、実質的に矩形である開口部の４つの角部のうちの少なくとも１つが実質的に円弧状であり、かつ異色で着色された隣接する開口部同士が混色防止壁によって仕切られた構成のＣＦが記載されている。しかしながら、特許文献３では、上述の課題を解決するのに適した混色防止壁の構成については特に記載されていない。

特開平８−２２０３３１号公報 特開平８−１０６０８４公報 特開平８−２７１７２０公報

本発明は、上記現状に鑑みてなされたものであり、インクジェット法等の塗布法による機能膜の形成に際し、液状の機能膜材料が充填されない領域の発生を抑制して表示品位を向上させることができる表示装置用基板、及び、それを備えた液晶表示パネル、液晶表示装置、有機エレクトロルミネセンス表示装置を提供することを目的とするものである。

本発明者らは、インクジェット法等の塗布法による機能膜の形成に際し、未充填領域の発生を抑制することができる手段について種々検討したところ、基板上に形成されるバンク（混色防止壁）の構成に着目した。そして、バンクの隅部を面取りすることにより、液状にされた機能膜材料を基板上に塗布して機能膜を形成する際に、バンク内の隅部での未充填領域の発生を抑制することができることを見いだし、上記課題をみごとに解決することができることに想到し、本発明に到達したものである。

すなわち、本発明は、基板上にバンクが形成された表示装置用基板であって、上記バンクは、隅部が面取りされた構造を有する表示装置用基板である。なお、本発明において、バンク（土手）は、複数の機能膜形成領域同士を隔てる構造物（凸部）であれば特に限定されるものではない。また、バンクは、隅部の一部又は全部が面取りされた構造を有するが、全ての隅部が面取りされた構造を有することが好ましい。
基板上に吐出された液滴では、表面張力が液滴形状を球形にするように働くため、バンク内領域（機能膜形成領域）の平面形状が長方形等の多角形で構成される場合には、バンク内領域の中心部では充分な機能膜の厚さを確保することができるものの、バンク内領域の隅に当たる部分（隅部）では、液滴が充分に入り込まないため機能膜の厚さを充分に確保することができない。例えば、インクジェット法によりカラーフィルタ基板に機能膜として着色層を形成する場合であれば、着色層の平面形状は必ずエッジが丸まった形状となり、この形状のために絵素領域（バンク内領域）の隅部で光漏れが生じ、表示品位の低下を招いてしまう。これに対し、絵素領域の隅部で生じる着色層（インク）の膜厚減少を防ぐためには、単純に液滴の量を増やしバンク（ブラックマトリクス）の上にまで乗り上げるようにすればよいが、この場合には隣り合った絵素領域間でインクが混色して混色不良絵素が形成されてしまう可能性が増大してしまう。そこで、本発明では、球形になる傾向のある液滴の形状に合わせてバンクの隅部を直線や曲線で面取りした形状とすることで、膜厚不足で光抜けが生じる部分を予めバンクで塞ぎ、着色層の膜厚をより均一にすることができる。その結果、絵素領域の隅部からの光抜けを防ぐことができ、このカラーフィルタ基板を用いた表示装置の表示品位を向上することができる。

なお、従来、ブラックマトリクス（ＢＭ）において隅部の面取りが行われる場合には、それらはラビング時のムラの問題を解決することが主で、ラビングの方向に合わせて面取りが行われることになる。このため、インクジェット（ＩＪ）プロセスによるカラーフィルタ基板の着色層作製の際に生じる光抜けの問題を充分に解決することができるものではない。

本発明の表示装置用基板は、更に機能膜がバンク内に設けられたものであることが好ましい。機能膜は、インクジェット法等の塗布法により液状材料をバンク内に滴下して形成されたものであることが好ましく、この場合には、（１）インク固化物により構成されたものである点、（２）断面形状が略半楕円形状である点、（３）等高線パターンが周囲のバンク輪郭と略相似形である点等において特徴を有することとなる。このような（１）〜（３）の機能膜の形態は、いずれも本発明の好ましい形態である。これらの形態によれば、本発明の作用効果を充分に奏することが可能である。なお、機能膜としては、着色材、導電性材料等の機能性材料を含有するものであれば特に限定されず、例えば、液晶表示装置のカラーフィルタ基板における着色層、有機エレクトロルミネセンス表示装置における発光層や正孔輸送層等の有機層、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）アレイ基板等の配線基板における配線や画素電極等が挙げられる。インク固化物は、インクジェット装置により吐出可能な液状材料（インク）を乾燥固化させて得られる固材料であれば特に限定されるものではない。断面形状が略半楕円形状であるとは、中央部が頂部となり両端部に向かって傾斜する断面形状を有することをいう。機能膜の等高線パターンが周囲のバンク輪郭と略相似形であるとは、機能膜の等高線の形状と、機能膜を囲むバンクの内周を構成する輪郭の形状とが実質的に相似形であることをいう。

上記バンクは、全体が遮光性材料により形成されたものであることが好ましい。これにより、互いに異なる色の絵素を構成する機能膜同士を隔てる遮光部材（ブラックマトリクス）としてバンクを利用することができる。また、バンクが遮光部材を兼ねる場合において、上記バンクの好ましい形態としては、ストライプ状（縞状）に形成され、かつ櫛歯状の張出し部を有するものであり、上記櫛歯状の張出し部は、隅部が面取りされた構造を有する形態が挙げられる。遮光部材を兼ねるバンクがストライプ状（縞状）の平面パターンで設けられる場合には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）等のスイッチング素子等を遮光するための張出し部（突出部分）が櫛歯状に設けられるが、この張出し部の隅部においても機能膜の未充填領域が発生してしまうおそれがある。そこで、櫛歯状の張出し部の隅部を面取りしておくことで、未充填領域の発生を効果的に抑制することができる。

上記バンクの好ましい形態としては、（４）全ての隅部の内角が９０°を超えて、２７０°未満である形態、（５）全ての隅部の輪郭が半径１０μｍ以上の円の一部で構成されたものである形態、（６）全ての隅部の輪郭が短径１０μｍ以上及び長径と短径との比が０．７以上、１．０未満の楕円の一部で構成されたものである形態等が挙げられる。上記（４）〜（６）の形態によれば、本発明の作用効果を充分に奏することが可能である。なお、上記（４）の形態において、隅部の内角θは、図５（ａ）〜（ｄ）に基づいて決定することができ、上記（５）の形態において、隅部の輪郭を構成する円の半径Ｒは、図５（ｃ）に基づいて決定することができ、上記（６）の形態において、隅部の輪郭を構成する楕円の長径Ｒ１及び短径Ｒ２は、図５（ｄ）に基づいて決定することができる。図中の点線に囲まれた部分は、面取り部である。

本発明の表示装置用基板は、面取り部の面積割合が面取り部の面積とバンク内の面積（開口面積）との合計に対して５％以上であることが好ましい。なお、面取り部の面積とは、面取り構造に対応するバンク領域の面積のことをいう。このような形態によれば、本発明の作用効果を充分に奏することが可能である。面取り部の面積割合は、面取り部の面積と開口面積との合計に対して１０％以上であることがより好ましい。また、開口率を確保する観点から、面取り部の面積割合は、面取り部の面積と開口面積との合計に対して２０％以下であることが好ましい。

本発明の表示装置用基板は、撥インク性を有する部位と親インク性を有する部位とを有するものであり、かつ撥インク性を有する部位とインク材料との接触角は、５０°以上であり、親インク性を有する部位とインク材料との接触角は、３５°以下であることが好ましい。このような形態によれば、本発明の作用効果を充分に奏することが可能である。撥インク性を有する部位とインク材料との接触角は、６０°以上であることがより好ましく、親インク性を有する部位とインク材料との接触角は、２０°以下であることがより好ましい。

本発明の表示装置用基板は、カラーフィルタ基板であることが好ましく、この場合には、インクジェット法等の塗布法による着色層の形成に際し、バンク内の隅部に着色層の未充填領域が発生することを抑制して絵素の周辺領域での光抜けを防止することが可能である。
本発明の表示装置用基板の構成としては、上述した特徴を備えるとともに表示装置用基板が通常有する構成要素を備えたものであればよく、その他の構成において特に限定されるものではない。例えば、カラーフィルタ基板であれば、通常では、基板上の画素毎にそれぞれ赤色、緑色及び青色の３色の着色層と、各着色層同士を隔てるバンクとが設けられ、その上層に保護膜、対向電極、配向膜等が積層配置された基板構成を有する。

本発明はまた、上記表示装置用基板を備えてなる液晶表示パネル及び液晶表示装置でもある。このような本発明の液晶表示パネル及び液晶表示装置によれば、着色層の形成にインクジェット法等の塗布法を用いて、絵素の周辺領域での光抜けが防止された高表示品位の液晶表示パネル及び液晶表示装置を提供することができる。
本発明は更に、上記表示装置用基板を用いてなる有機エレクトロルミネセンス表示装置でもある。このような本発明の有機エレクトロルミネセンス表示装置によれば、発光層等の有機層の形成にインクジェット法等の塗布法を用いて、絵素の周辺領域での表示ムラが防止された高表示品位の有機エレクトロルミネセンス表示装置を提供することができる。

本発明の表示装置用基板によれば、バンクの隅部が面取りされた構造を有し、バンクに囲まれる開口部の平面形状が基板上の液滴の平面形状に対応していることから、インクジェット法等の塗布法による機能膜の形成に際し、開口部のエッジ部分（絵素の四隅）で液状の機能膜材料が充填されずに光漏れが発生することを防止して、表示画像の表示品位の低下を防止することができる。

以下に実施例を掲げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施例のみに限定されるものではない。

〔実施例１〕
図１（ａ）は、実施例１のカラーフィルタ（ＣＦ）基板の構成を示す平面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＣＦ基板の線分Ａ−Ａ’における切断面を示す断面模式図である。なお、（ａ）の図中の点線は各着色層１３の等高線を表す。
インクジェット（ＩＪ）法でインクを吐出すると、インク液滴は球形になるように拡がるため、矩形の絵素領域の四隅では、インク厚が薄くなることが知られている。これを踏まえ、本実施例のＣＦ基板では、図１（ａ）に示すように、絵素領域の四隅（隅部）が半径１０μｍ以上の円形状に面取りされており、図１（ｂ）に示すように、インク厚が薄くなる部分がブラックマトリクス（ＢＭ、バンク）１１で予め塞がれている。従って、本実施例のＣＦ基板によれば、絵素領域の四隅からの光抜けを抑制し、表示品位を向上させることができる。なお、ＩＪ法にて形成された着色層１３は、一般的に図１に示すような等高線パターンを有する。そこで、絵素領域の四隅の面取りによる開口率の減少を最小限に抑えるべく、着色層１３の等高線パターンとＢＭ１１の平面形状パターンとが略相似形になるように面取りされていることが好ましい。具体的には、液滴が球形状になろうとするので、四隅の面取り形状を円形又は多角形にすると、開口面積を確保しやすい。また、面取りの形状としては円形に限定されず、例えば、楕円形や多角形であってもよい。

〔実施例２〕
図２は、実施例２のＣＦ基板の構成を示す平面模式図である。なお、図中の点線は各着色層１３の等高線を表す。
本実施例のＣＦ基板では、図２に示すように、ストライプ状のＢＭ（バンク）１１のうち、櫛歯状の張出し部の角が円（曲線）で面取りされている。すなわち、絵素領域中に突き出ている部分（櫛歯状の張出し部）の形状が台形にされ、更にその角が曲線状に面取りされている。櫛歯状の張出し部は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）を遮光するためや、スペーサを配置するために設けられる。従って、本実施例のＣＦ基板によれば、張出し部周辺からの光抜けを抑制し、表示品位を向上させることができる。なお、面取り形状の好適な形態等については実施例１と同様である。

〔実施例３〕
図３は、実施例３のＣＦ基板の構成を示す平面模式図である。なお、図中の点線は各着色層１３の等高線を表す。
本実施例のＣＦ基板では、図３に示すように、絵素領域の四隅が予め直線で面取りされており、インク厚が薄くなる部分がＢＭ（バンク）１１で予め塞がれている。従って、本実施例のＣＦ基板によれば、絵素領域の四隅からの光抜けを抑制することができる。

〔実施例４〕
図４は、実施例４のＣＦ基板の構成を示す平面模式図である。なお、図中の点線は各着色層１３の等高線を表す。
本実施例のＣＦ基板では、図４に示すように、ストライプ状のＢＭ１１のうち、ＴＦＴ等を遮光するために設けられた櫛歯状の張出し部の角が、予め直線で面取りされている。従って、本実施例のＣＦ基板によれば、張出し部周辺からの光抜けを抑制することができる。

なお、実施例３、４のように、ＢＭ（バンク）１１の隅部を直線で面取りした場合の絵素領域の内角と表示品位との関係を下記表１に示す。

表１に示すように、絵素領域の内角が９０°以下の場合には、隅部にインクが入り込まず、光抜けが起き、コントラストの低下が見られた。一方、２７０°以上の場合には、ＢＭ１１上にインクが乗り上がり、混色不良、セル厚不良等の原因となる。従って、直線で面取りする場合には、絵素領域の内角が全て９０°よりも大きく、２７０°よりも小さくなるように設計することが好ましい。

（ａ）は、実施例１のカラーフィルタ（ＣＦ）基板における絵素構成を示す平面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＣＦ基板の線分Ａ−Ａ’における切断面を示す断面模式図である。なお、（ａ）の図中の点線は各着色層１３の等高線を表す。 実施例２のＣＦ基板における絵素構成を示す平面模式図である。なお、図中の点線は各着色層１３の等高線を表す。 実施例３のＣＦ基板における絵素構成を示す平面模式図である。なお、図中の点線は各着色層１３の等高線を表す。 実施例４のＣＦ基板における絵素構成を示す平面模式図である。なお、図中の点線は各着色層１３の等高線を表す。 （ａ）は、直線面取りを示す説明図であり、（ｂ）は、ＴＦＴ等の遮光部周辺での直線面取りを示す説明図であり、（ｃ）は、円面取りを示す説明図であり、（ｄ）は、楕円面取りを示す説明図である。 （ａ）は、基板上の小液滴の形状を示す平面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示す小液滴の線分Ａ−Ａ’における切断面を示す断面模式図である。 （ａ）は、従来のＣＦ基板の絵素構成の一例を示す平面模式図であり、（ｂ）は、（ａ）に示すＣＦ基板の線分Ａ−Ａ’における切断面を示す断面模式図であり、（ｃ）は、（ａ）に示すＣＦ基板の線分Ｂ−Ｂ’における切断面を示す断面模式図である。なお、図中の点線は各着色層５３の等高線を表す。 （ａ）は、ＣＦ基板における混色が発生していない絵素を示す断面模式図であり、（ｂ）は、混色が発生した絵素を示す断面模式図である。

符号の説明

１０、５０：ガラス基板
１１、５１：ブラックマトリクス（ＢＭ）
１２：小液滴（インク）
１３、５３：着色層
１３ａ、５３ａ：第一色層（赤；Ｒ）
１３ｂ、５３ｂ：第二色層（緑；Ｇ）
１３ｃ、５３ｃ：第三色層（青；Ｂ）
５４：混色した層

Claims (16)

1. 基板上にバンクが形成された表示装置用基板であって、
   該バンクは、隅部が面取りされた構造を有することを特徴とする表示装置用基板。
2. 前記表示装置用基板は、更に機能膜がバンク内に設けられたものであることを特徴とする請求項１記載の表示装置用基板。
3. 前記機能膜は、インク固化物により構成されたものであることを特徴とする請求項２記載の表示装置用基板。
4. 前記機能膜は、断面形状が略半楕円形状であることを特徴とする請求項２又は３記載の表示装置用基板。
5. 前記機能膜は、等高線パターンが周囲のバンク輪郭と略相似形であることを特徴とする請求項２〜４のいずれかに記載の表示装置用基板。
6. 前記バンクは、全体が遮光性材料により形成されたものであることを特徴とする請求項１〜５のいずれかに記載の表示装置用基板。
7. 前記バンクは、ストライプ状に形成され、かつ櫛歯状の張出し部を有するものであり、
   該張出し部は、隅部が面取りされた構造を有する
   ことを特徴とする請求項６記載の表示装置用基板。
8. 前記バンクは、全ての隅部の内角が９０°を超えて、２７０°未満であることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の表示装置用基板。
9. 前記バンクは、全ての隅部の輪郭が半径１０μｍ以上の円の一部で構成されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の表示装置用基板。
10. 前記バンクは、全ての隅部の輪郭が短径１０μｍ以上及び長径と短径との比が０．７以上、１．０未満の楕円の一部で構成されたものであることを特徴とする請求項１〜７のいずれかに記載の表示装置用基板。
11. 前記表示装置用基板は、面取り部の面積割合が面取り部の面積とバンク内の面積との合計に対して５％以上であることを特徴とする請求項１〜１０のいずれかに記載の表示装置用基板。
12. 前記表示装置用基板は、撥インク性を有する部位と親インク性を有する部位とを有するものであり、かつ撥インク性を有する部位とインク材料との接触角は、５０°以上であり、親インク性を有する部位とインク材料との接触角は、３５°以下であることを特徴とする請求項１〜１１のいずれかに記載の表示装置用基板。
13. 前記表示装置用基板は、カラーフィルタ基板であることを特徴とする請求項１〜１２のいずれかに記載の表示装置用基板。
14. 請求項１〜１３のいずれかに記載の表示装置用基板を備えてなることを特徴とする液晶表示パネル。
15. 請求項１〜１３のいずれかに記載の表示装置用基板を備えてなることを特徴とする液晶表示装置。
16. 請求項１〜１３のいずれかに記載の表示装置用基板を用いてなることを特徴とする有機エレクトロルミネセンス表示装置。

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