(57)【要約】【課題】発電機能を有するカラーフィルタ基板であって、比較的簡易な構成で十分な発電量を実現することができるカラーフィルタ基板を提供する。【解決手段】カラーフィルタ基板（１０Ａ）は、透明基板（１）と、透明基板上に設けられた第１透明導電層（２）と、第１透明導電層上に設けられた第１導電型の第１透明酸化物半導体層（３）と、第１透明酸化物半導体層上に設けられた第２導電型の第２透明酸化物半導体層（４）と、第２透明酸化物半導体層上に設けられた第２透明導電層（５）と、第２透明導電層上に設けられ、ブラックマトリクス（７）を含むカラーフィルタ層（６）とを備える。第１透明導電層、第１透明酸化物半導体層、第２透明酸化物半導体層および第２透明導電層が太陽電池として機能する。【選択図】図１
2017097238.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板と、
前記透明基板上に設けられた第１透明導電層と、
前記第１透明導電層上に設けられた第１導電型の第１透明酸化物半導体層と、
前記第１透明酸化物半導体層上に設けられた第２導電型の第２透明酸化物半導体層と、
前記第２透明酸化物半導体層上に設けられた第２透明導電層と、
前記第２透明導電層上に設けられ、ブラックマトリクスを含むカラーフィルタ層と、を備え、
前記第１透明導電層、前記第１透明酸化物半導体層、前記第２透明酸化物半導体層および前記第２透明導電層が太陽電池として機能するカラーフィルタ基板。
【請求項２】
前記カラーフィルタ層上に設けられた第３透明導電層をさらに備える請求項１に記載のカラーフィルタ基板。
【請求項３】
透明基板と、
前記透明基板上に設けられた第１透明導電層と、
前記第１透明導電層上に設けられた第１導電型の第１透明酸化物半導体層と、
前記第１透明酸化物半導体層上に設けられた第２導電型の第２透明酸化物半導体層と、
前記第２透明酸化物半導体層上に設けられ、ブラックマトリクスを含むカラーフィルタ層と、を備え、
前記ブラックマトリクスは、導電材料から形成されており、
前記第１透明導電層、前記第１透明酸化物半導体層、前記第２透明酸化物半導体層および前記ブラックマトリクスが太陽電池として機能するカラーフィルタ基板。
【請求項４】
前記カラーフィルタ層上に設けられた第２透明導電層をさらに備える請求項３に記載のカラーフィルタ基板。
【請求項５】
前記第１透明酸化物半導体層および前記第２透明酸化物半導体層のそれぞれは、少なくとも表示領域の全体にわたって配置されている請求項１から４のいずれかに記載のカラーフィルタ基板。
【請求項６】
前記第１透明酸化物半導体層および前記第２透明酸化物半導体層のそれぞれは、前記表示領域の周囲に位置する周辺領域にも配置されている請求項５に記載のカラーフィルタ基板。
【請求項７】
前記第１透明酸化物半導体層および前記第２透明酸化物半導体層の一方は、ｎ型であり、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系半導体またはＺｎ−Ｏ系半導体から形成されており、
前記第１透明酸化物半導体層および前記第２透明酸化物半導体層の他方は、ｐ型であり、ＣｕＡｌＯ2またはＮｉＯから形成されている請求項１から６のいずれかに記載のカラーフィルタ基板。
【請求項８】
請求項１から７のいずれかに記載のカラーフィルタ基板を備えた表示装置。
【請求項９】
前記カラーフィルタ基板に対向するように配置されたアクティブマトリクス基板をさらに備える請求項８に記載の表示装置。
【請求項１０】
液晶表示装置である請求項８または９に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、カラーフィルタ基板に関する。また、本発明は、表示装置にも関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、液晶表示装置の低消費電力化のための様々な提案がなされている。例えば、バックライトの光源として発光ダイオード（ＬＥＤ）を用いたり、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）の活性層として高移動度の半導体材料を用いたりすることが提案されている。
【０００３】
また、特許文献１には、太陽電池を備えた携帯電話機が提案されている。特許文献１の携帯電話機では、液晶表示装置が表示部として用いられており、表示部の周囲に太陽電池が配置されている。太陽電池で発生した電力は、携帯電話機の駆動のための電力として用いることができるので、低消費電力化を図ることができる。
【０００４】
しかしながら、現在一般的であるシリコン系の太陽電池は、可視光を吸収して発電するので、黒色である。従って、シリコン系の太陽電池を表示部に重ねて配置すると、表示部に表示される画像を視認できなくなる。そのため、シリコン系の太陽電池を用いる場合、特許文献１に開示されているように、表示部以外の領域にしか太陽電池を配置することができない。それ故、太陽電池の面積を十分に確保することができず、発電量を十分に多くすることができない。また、表示部以外の領域を黒色の太陽電池で覆ってしまうことは、デザインの観点から好ましくないことが多い。
【０００５】
特許文献２には、太陽電池として機能するカラーフィルタ基板が開示されている。図１０に、特許文献２に開示されているカラーフィルタ基板４００を示す。
【０００６】
このカラーフィルタ基板４００では、図１０に示すように、透明基板４０１上に、透明導電膜４０２が設けられている。透明導電膜４０２上に、ブラックマトリクス４０３および着色画素層４０４が設けられている。ブラックマトリクス４０３によって、複数の画素領域が区画されており、着色画素層４０４は、各画素領域に形成された赤色着色画素部４０４Ｒ、緑色着色画素部４０４Ｇおよび青色着色画素部４０４Ｂを含む。ブラックマトリクス４０３および着色画素層４０４を覆うように、透明導電膜４０５が設けられている。
【０００７】
透明導電膜４０２および４０５は、それぞれｐ型の半導体材料から形成されている。また、着色画素層４０４は、顔料およびｎ型の半導体ポリマーを含む樹脂組成物から形成されている。
【０００８】
上述した構成を有するカラーフィルタ基板４００では、透明導電膜４０２、着色画素層４０４および透明導電膜４０５から構成される積層構造が、太陽電池として機能する。
【０００９】
特許文献３には、表示部の前面側に配置された太陽電池部を備えた電子機器が開示されている。図１１に、特許文献３に開示されている電子機器５００を示す。
【００１０】
この電子機器５００では、図１１に示すように、表示部５０１の前面側に、太陽電池部５０２および入力部５０３がこの順で積層されている。太陽電池部５０２は、透明な太陽電池であり、可視光を透過させる。入力部５０３は、透明なタッチパネルであり、表示領域内のどの領域が操作されたかを検出する。表示部５０１、太陽電池部５０２および入力部５０３は、筐体５０４によって保持されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】特開２００１−２９２２１４号公報
【特許文献２】特開２０１３−８８４５１号公報
【特許文献３】特開２０１１−１８６３５９号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
特許文献２のカラーフィルタ基板４００や特許文献３の電子機器５００では、特許文献１の携帯電話機に比べると、太陽電池の面積を大きくできるので、発電量の増加を図ることができると考えられる。
【００１３】
ただし、特許文献２のカラーフィルタ４００では、着色画素層４０４が形成されている領域のみが発電に寄与する。つまり、ブラックマトリクス４０３は形成されているが着色画素層４０４は形成されていない領域や、表示領域の周囲に位置する周辺領域は発電に寄与しない。そのため、発電量を十分に多くすることは難しい。
【００１４】
また、特許文献３の電子機器５００では、表示部５０１とは別途に太陽電池部５０２を設けるので、機器構成が複雑化し、製造コストの増加や重量の増加、歩留りの低下などを招いてしまう。
【００１５】
本発明は、上記問題に鑑みてなされたものであり、その目的は、発電機能を有するカラーフィルタ基板であって、比較的簡易な構成で十分な発電量を実現することができるカラーフィルタ基板を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１６】
本発明の実施形態によるカラーフィルタ基板は、透明基板と、前記透明基板上に設けられた第１透明導電層と、前記第１透明導電層上に設けられた第１導電型の第１透明酸化物半導体層と、前記第１透明酸化物半導体層上に設けられた第２導電型の第２透明酸化物半導体層と、前記第２透明酸化物半導体層上に設けられた第２透明導電層と、前記第２透明導電層上に設けられ、ブラックマトリクスを含むカラーフィルタ層と、を備え、前記第１透明導電層、前記第１透明酸化物半導体層、前記第２透明酸化物半導体層および前記第２透明導電層が太陽電池として機能する。
【００１７】
ある実施形態において、前記カラーフィルタ基板は、前記カラーフィルタ層上に設けられた第３透明導電層をさらに備える。
【００１８】
ある実施形態において、前記第３透明導電層は、前記第１透明導電層および／または前記第２透明導電層と同じ透明導電材料から形成されている。
【００１９】
本発明の実施形態によるカラーフィルタ基板は、透明基板と、前記透明基板上に設けられた第１透明導電層と、前記第１透明導電層上に設けられた第１導電型の第１透明酸化物半導体層と、前記第１透明酸化物半導体層上に設けられた第２導電型の第２透明酸化物半導体層と、前記第２透明酸化物半導体層上に設けられ、ブラックマトリクスを含むカラーフィルタ層と、を備え、前記ブラックマトリクスは、導電材料から形成されており、前記第１透明導電層、前記第１透明酸化物半導体層、前記第２透明酸化物半導体層および前記ブラックマトリクスが太陽電池として機能する。
【００２０】
ある実施形態において、前記カラーフィルタ基板は、前記カラーフィルタ層上に設けられた第２透明導電層をさらに備える。
【００２１】
ある実施形態において、前記第２透明導電層は、前記第１透明導電層と同じ透明導電材料から形成されている。
【００２２】
ある実施形態において、前記第１透明酸化物半導体層および前記第２透明酸化物半導体層のそれぞれは、少なくとも表示領域の全体にわたって配置されている。
【００２３】
ある実施形態において、前記第１透明酸化物半導体層および前記第２透明酸化物半導体層のそれぞれは、前記表示領域の周囲に位置する周辺領域にも配置されている。
【００２４】
ある実施形態において、前記第１透明酸化物半導体層および前記第２透明酸化物半導体層の一方は、ｎ型であり、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系半導体またはＺｎ−Ｏ系半導体から形成されており、前記第１透明酸化物半導体層および前記第２透明酸化物半導体層の他方は、ｐ型であり、ＣｕＡｌＯ2またはＮｉＯから形成されている。
【００２５】
本発明の実施形態による表示装置は、前記カラーフィルタ基板を備える。
【００２６】
ある実施形態において、前記表示装置は、前記カラーフィルタ基板に対向するように配置されたアクティブマトリクス基板をさらに備える。
【００２７】
ある実施形態において、前記アクティブマトリクス基板は、少なくとも１つの酸化物半導体層を有し、前記第１透明酸化物半導体層および／または第２透明酸化物半導体層は、前記アクティブマトリクス基板の前記少なくとも１つの酸化物半導体層と同じ酸化物半導体材料から形成されている。
【００２８】
ある実施形態において、前記表示装置は、液晶表示装置である。
【００２９】
ある実施形態において、前記表示装置は、有機ＥＬ表示装置である。
【発明の効果】
【００３０】
本発明の実施形態によると、発電機能を有するカラーフィルタ基板であって、比較的簡易な構成で十分な発電量を実現することができるカラーフィルタ基板が提供される。
【図面の簡単な説明】
【００３１】
【図１】本発明の実施形態によるカラーフィルタ基板１０Ａを模式的に示す断面図である。
【図２】（ａ）、（ｂ）および（ｃ）は、太陽電池の発電原理を説明するための図である。
【図３】カラーフィルタ基板１０Ａを模式的に示す断面図である。
【図４】カラーフィルタ基板１０Ａを備えた液晶表示装置１００を模式的に示す断面図である。
【図５】本発明の実施形態によるカラーフィルタ基板１０Ｂを模式的に示す断面図である。
【図６】本発明の実施形態によるカラーフィルタ基板１０Ｃを模式的に示す断面図である。
【図７】本発明の実施形態によるカラーフィルタ基板１０Ｄを模式的に示す断面図である。
【図８】カラーフィルタ基板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃまたは１０Ｄを備えた表示装置が搭載される電子機器の例としてスマートフォン２００を示す平面図である。
【図９】カラーフィルタ基板３１０の外側に別途に太陽電池部３２０が設けられた構成を示す断面図である。
【図１０】特許文献２に開示されているカラーフィルタ基板４００を示す断面図である。
【図１１】特許文献３に開示されている電子機器５００を示す断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００３２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態を説明する。なお、本発明は以下の実施形態に限定されるものではない。
【００３３】
（実施形態１）
図１を参照しながら、本実施形態におけるカラーフィルタ基板１０Ａを説明する。図１は、カラーフィルタ基板１０Ａを模式的に示す断面図である。
【００３４】
カラーフィルタ基板１０Ａは、図１に示すように、透明基板１、第１透明導電層２、第１透明酸化物半導体層３、第２透明酸化物半導体層４、第２透明導電層５、および、カラーフィルタ層６を備える。
【００３５】
透明基板１は、典型的には、ガラス基板である。もちろん、透明基板１は、ガラス基板に限定されず、例えばプラスチック基板であってもよい。透明基板１の厚さに特に制限はない。透明基板１の厚さは、例えば、０．１ｍｍ以上１ｍｍ以下である。
【００３６】
第１透明導電層２は、透明基板１上に設けられている。第１透明導電層２は、電気抵抗が十分に低く、且つ、可視光透過率が十分に高ければよく、その材料や厚さは特に限定されない。第１透明導電層２の材料は、例えば、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）やＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）である。第１透明導電層２の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。
【００３７】
第１透明酸化物半導体層３は、第１透明導電層２上に設けられている。第１透明酸化物半導体層３は、ｎ型の半導体層である。第１透明酸化物半導体層３は、可視光を透過させ、且つ、導電型がｎ型であればよく、その材料や厚さは特に限定されない。第１透明酸化物半導体層３は、例えば、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体（インジウム、ガリウムおよび亜鉛を含む酸化物）、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体（インジウム、錫および亜鉛を含む酸化物）、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系半導体（インジウムおよびガリウムを含む酸化物）またはＺｎ−Ｏ系半導体（亜鉛酸化物）から形成されている。第１透明酸化物半導体層３の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。第１透明酸化物半導体層３の可視光透過率は、８０％以上であることが好ましい。
【００３８】
第２透明酸化物半導体層４は、第１透明酸化物半導体層３上に設けられている。第２透明酸化物半導体層４は、ｐ型の半導体層である。第２透明酸化物半導体層４は、可視光を透過させ、且つ、導電型がｐ型であればよく、その材料や厚さは特に限定されない。第２透明酸化物半導体層４は、例えば、ＣｕＡｌＯ2（銅およびアルミニウムを含む酸化物）またはＮｉＯ（ニッケル酸化物）から形成されている。第２透明酸化物半導体層４の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。第２透明酸化物半導体層４の可視光透過率は、８０％以上であることが好ましい。
【００３９】
第１透明酸化物半導体層３および第２透明酸化物半導体層４のそれぞれは、表示領域の全体にわたって配置されている。また、第１透明酸化物半導体層３および第２透明酸化物半導体層４のそれぞれは、表示領域の周囲に位置する周辺領域（額縁領域）にも配置されている。
【００４０】
第２透明導電層５は、第２透明酸化物半導体層４上に設けられている。第２透明導電層５は、電気抵抗が十分に低く、且つ、可視光透過率が十分に高ければよく、その材料や厚さは特に限定されない。第１透明導電層２の材料は、例えば、ＩＴＯ（インジウム・錫酸化物）やＩＺＯ（インジウム・亜鉛酸化物）である。第２透明導電層５の厚さは、例えば、１００ｎｍ以上１０００ｎｍ以下である。
【００４１】
カラーフィルタ層６は、第２透明導電層５上に設けられている。カラーフィルタ層６は、赤カラーフィルタ６Ｒ、緑カラーフィルタ６Ｇおよび青カラーフィルタ６Ｂと、ブラックマトリクス（遮光層）７とを含む。赤カラーフィルタ６Ｒ、緑カラーフィルタ６Ｇおよび青カラーフィルタ６Ｂは、それぞれ入射光のうちの所定の波長域の光（具体的には赤色の光、緑色の光および青色の光）を透過させる。ブラックマトリクス７は、遮光性材料から形成されている。ブラックマトリクス７の材料としては、クロムなどの金属材料や、黒色の樹脂材料が用いられる。ブラックマトリクス７は、格子状に形成されている。なお、カラーフィルタ層６に含まれるカラーフィルタの種類は、ここで例示したものに限定されない。例えば、カラーフィルタ基板１０Ａが、４つ以上の原色を用いて表示を行う表示装置（多原色表示装置）用である場合、カラーフィルタ層６は、赤カラーフィルタ６Ｒ、緑カラーフィルタ６Ｇおよび青カラーフィルタ６Ｂに加え、シアンカラーフィルタ、マゼンタカラーフィルタおよび黄カラーフィルタのうちの少なくとも１つを含む。
【００４２】
第１透明導電層２、第１透明酸化物半導体層３、第２透明酸化物半導体層４および第２透明導電層５は、太陽電池として機能する。ここで、図２（ａ）、（ｂ）および（ｃ）を参照しながら、太陽電池の発電原理を説明する。
【００４３】
ｎ型の半導体層１１とｐ型の半導体層１２とを接合すると、ｎ型の半導体層１１からｐ型の半導体層１２へ電子が逃げ出して正孔と打ち消し合い、その結果、図２（ａ）に示すように、接合部付近に空乏層（キャリアの少ない領域）１３が形成される。この空乏層１３に光Ｌが照射されると、図２（ｂ）に示すように、半導体中の価電子が光によって励起されて伝導電子（光電子）となる（その跡には正孔が残る）。そして、図２（ｃ）に示すように、内部電界によって伝導電子はｎ型の半導体層１１へ移動し、正孔はｐ型の半導体層１２へ移動する。その結果、起電力が生じ、外部の電気回路に電力が供給される。
【００４４】
ここで、外部から照射される光Ｌのエネルギーが半導体のバンドギャップより大きいと、光Ｌは半導体に吸収され、半導体中の価電子が励起される。しかしながら、光Ｌのエネルギーがバンドギャップより小さいと、半導体中の価電子を励起することができないので、光Ｌは吸収されず、半導体を透過する。
【００４５】
本実施形態におけるカラーフィルタ基板１０Ａでは、ｎ型の第１透明酸化物半導体層３と、ｐ型の第２透明酸化物半導体層４とが積層されていることにより、ｐｎ接合が形成されている。図３に示すように、このｐｎ接合に外部から光が照射されると、上述した原理により、伝導電子（光電子）が発生し、発電が行われる。第１透明導電層２および第２透明導電層５は、生じた起電力（光電流）を取り出すための電極として機能する。第１透明酸化物半導体層３および第２透明酸化物半導体層４を構成する半導体材料（例えば上記の説明において例示した半導体材料）は、そのバンドギャップが約３ｅＶ以上であり、可視光のエネルギーよりも大きい。そのため、第１透明酸化物半導体層３および第２透明酸化物半導体層４は可視光を透過させる一方で、可視光よりエネルギーが高い紫外光を吸収して発電する。
【００４６】
このように、本実施形態におけるカラーフィルタ基板１０Ａは、発電機能を有する。そのため、カラーフィルタ基板１０Ａを表示装置に用いることにより、自己発電型の表示装置を実現することができる。また、第１透明導電層２、第１透明酸化物半導体層３、第２透明酸化物半導体層４および第２透明導電層５は、いずれも透明である（可視光を透過させる）ので、表示装置の視認性を損なうことがない。さらに、ｐｎ接合を形成する第１透明酸化物半導体層３および第２透明酸化物半導体層４を配置する領域に制約がないので、第１透明酸化物半導体層３および第２透明酸化物半導体層４のそれぞれを、表示領域の全体にわたって（つまりブラックマトリクス７が形成されている領域にも）配置したり、周辺領域に配置したりすることができる。そのため、発電量の向上を図る（効率よく発電を行う）ことができる。また、カラーフィルタ基板１０Ａ自体が発電機能を有しているので、表示部とは別途に太陽電池部を設ける構成に比べ、簡易な構成を実現することができる。
【００４７】
上述したように、本実施形態におけるカラーフィルタ基板１０Ａは、比較的簡易な構成で十分な発電量を実現することができる。
【００４８】
なお、本実施形態では、第１透明酸化物半導体層３がｎ型で、第２透明酸化物半導体層４がｐ型である構成を例示したが、これとは逆に、第１透明酸化物半導体層３がｐ型で、第２透明酸化物半導体層４がｎ型であってもよい。
【００４９】
図４に、本実施形態におけるカラーフィルタ基板１０Ａを備えた液晶表示装置１００を示す。液晶表示装置１００は、図４に示すように、カラーフィルタ基板１０Ａと、アクティブマトリクス基板２０と、液晶層３０とを備える。また、液晶表示装置１００は、バックライト（照明装置）４０をさらに備える。
【００５０】
アクティブマトリクス基板２０は、カラーフィルタ基板１０Ａに対向するように配置されている。ここでは図示しないが、アクティブマトリクス基板２０は、複数の画素のそれぞれに設けられた薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、ＴＦＴに電気的に接続された画素電極とを有する。
【００５１】
液晶層３０は、カラーフィルタ基板１０Ａとアクティブマトリクス基板２０との間に設けられている。カラーフィルタ基板１０Ａおよびアクティブマトリクス基板２０の液晶層３０側の最表面には、配向膜（ここでは不図示）が形成されている。
【００５２】
バックライト４０は、アクティブマトリクス基板２０の背面側（観察者とは反対側）に設けられている。バックライト４０は、エッジライト型であってもよいし、直下型でもよい。カラーフィルタ基板１０Ａの赤カラーフィルタ６Ｒ、緑カラーフィルタ６Ｇおよび青カラーフィルタ６Ｂは、それぞれ、バックライト４０から出射した光（白色光）Ｌｗのうちの、赤色光Ｌｒ、緑色光Ｌｇおよび青色光Ｌｂを透過させる。
【００５３】
カラーフィルタ基板１０の太陽電池の出力は、液晶表示装置１００の（または液晶表示装置１００が搭載される電子機器の）の蓄電素子の入力に接続されている。ここで、蓄電素子は、いわゆる蓄電池（２次電池）だけでなく、大容量キャパシターを含む。
【００５４】
液晶表示装置１００は、発電機能を有するカラーフィルタ基板１０Ａを備えているので、必要な電力の一部または全部を、カラーフィルタ基板１０Ａで発生した電力によって賄うことができる。また、既に説明したように、カラーフィルタ基板１０Ａの太陽電池（太陽電池として機能する積層構造）は、液晶表示装置１００の視認性を損なうことがない。
【００５５】
また、最近では、ＴＦＴの活性層の材料として、高移動度の酸化物半導体を用いることが提案されている。アクティブマトリクス基板２０が少なくとも１つの酸化物半導体層を有する場合には、第１透明酸化物半導体層３および／または第２透明酸化物半導体層４の材料を、アクティブマトリクス基板２０の酸化物半導体層の材料と同じにすることにより、製造コストの低減や生産性の向上を図ることができる。
【００５６】
なお、ここでは、カラーフィルタ基板１０Ａが用いられる表示装置として液晶表示装置１００を例示したが、カラーフィルタ基板１０Ａは、他の表示装置に用いられてもよい。カラーフィルタ基板１０Ａは、例えば、有機ＥＬ（エレクトロルミネッセンス）表示装置に用いられてもよい。
【００５７】
ここで、発電機能を有するカラーフィルタ基板１０Ａによる発電量を試算した結果を説明する。
【００５８】
太陽電池の理論短絡電流密度Ｊｓｃは、下記式（１）で表わされる。
【数１】
2017097238.tif 000003
【００５９】
式（１）において、ｑは電気素量であり、１．６×１０-19Ｃである。Ｓ（λ）は、太陽光の波長λにおける電力であり、ＡＭ１．５（日本付近の緯度の地上における平均的な太陽光スペクトル）を参照する。Ａｂｓ（λ）は、太陽電池の発電領域での光吸収率である。ｈはプランク定数であり、６．６３×１０-34ｍ2ｋｇ／ｓである。ｃは真空中の光速度であり、３．０×１０8ｍ／ｓである。なお、カラーフィルタ基板１０Ａの太陽電池として機能する部分は透明であり、可視光は発電に寄与しないので、以下の計算においては、太陽電池が３００ｎｍ〜４００ｎｍの光を吸収して発電すると仮定した。
【００６０】
各波長におけるＳ（λ）およびＡｂｓ（λ）の値から、（Ｓ（λ）・Ａｂｓ（λ））／（ｈｃ／λ）を算出し、式（１）の積分計算を行って、理論短絡電流密度Ｊｓｃを算出した。また、開放電圧Ｖｏｃを３．７Ｖ（ＮｉＯのバンドギャップ）とし、形状因子ｆｆを０．８として理論発電電力（Ｊｓｃ×Ｖｏｃ×ｆｆで表わされる）を算出した。さらに、算出された理論発電電力を、太陽光スペクトルの全領域積分値（０．１Ｗ／ｃｍ2）で除算することによって、理論変換効率を算出した。算出された理論短絡電流密度、理論発電電力および理論変換効率を、下記表１に示す。
【表１】
2017097238.tif 000004
【００６１】
表１に示した数値を用い、発電機能を有するカラーフィルタ基板１０Ａを、画面サイズが５．５インチのスマートフォン（シャープ株式会社製：AQUOS CRYSTAL X）に搭載した場合の試算結果を説明する。
【００６２】
画面全体での理論発電電力は、１６９．９ｍＷ（＝２．０４（ｍＷ／ｃｍ2）×８３．２０（ｃｍ2））となる。実際には理論発電電力の半分が発電可能であると仮定し、さらに液晶パネル（液晶表示装置）の偏光板の透過率を４０％と仮定すると、太陽光の下で見込まれる発電量は、３３．９９ｍＷ（＝（１６９．９／２）×０．４）となる。なお、表示部が有機ＥＬ表示装置である場合には、偏光板が不要であるので、見込まれる発電量は、８４．９６ｍＷ（＝１６９．９／２）となる。
【００６３】
上記のスマートフォンでは、バッテリ容量が２６１０ｍＡｈであり、連続待ち受け時間が６５０ｈであり、バッテリとして用いられているリチウムイオン電池の電圧が３．７Ｖであるので、待ち受け時の消費電力は、１４．８６ｍＷ（＝（２６１０／６５０）×３．７）である。そのため、待ち受け時の消費電力は、カラーフィルタ基板１０Ａによる発電で十分に賄うことが可能である。
【００６４】
（実施形態２）
図５を参照しながら、本実施形態におけるカラーフィルタ基板１０Ｂを説明する。図５は、カラーフィルタ基板１０Ｂを模式的に示す断面図である。以下では、本実施形態のカラーフィルタ基板１０Ｂが、実施形態１におけるカラーフィルタ基板１０Ａと異なる点を中心に説明を行う。
【００６５】
図５に示すように、カラーフィルタ基板１０Ｂは、第２透明酸化物半導体層４とカラーフィルタ層６との間に透明導電層を有していない。カラーフィルタ層６は、第２透明酸化物半導体層４上に設けられている。つまり、カラーフィルタ基板１０Ｂでは、実施形態１のカラーフィルタ基板１０Ａにおける第２透明導電層５が省略されている。
【００６６】
また、カラーフィルタ基板１０Ｂのカラーフィルタ層６が有するブラックマトリクス７’は、導電材料から形成されている。ブラックマトリクス７’は、例えば、クロムなどの金属材料から形成されている。
【００６７】
カラーフィルタ基板１０Ｂでは、第１透明導電層２、第１透明酸化物半導体層３、第２透明酸化物半導体層４およびブラックマトリクス７’が太陽電池として機能する。ｎ型の第１透明酸化物半導体層３と、ｐ型の第２透明酸化物半導体層４との積層により形成されているｐｎ接合に外部から光が照射されると、伝導電子（光電子）が発生し、発電が行われる。第１透明導電層２およびブラックマトリクス７’は、生じた起電力（光電流）を取り出すための電極として機能する。つまり、本実施形態では、導電材料から形成されているブラックマトリクス７’が、光電流の取り出しのための一対の電極の一方として機能する。
【００６８】
上述したように、本実施形態のカラーフィルタ基板１０Ｂでは、実施形態１のカラーフィルタ基板１０Ａにおける第２透明導電層５の代わりに、ブラックマトリクス７’が太陽電池の電極として機能する。そのため、実施形態１のカラーフィルタ基板１０Ｂよりもさらに安価で簡易な構成を実現することができる。
【００６９】
ただし、本実施形態におけるブラックマトリクス７’は、金属などの導電材料から形成されている必要がある。金属製のブラックマトリクスとしては、反射率を低くする観点から、低反射クロム膜がよく用いられてきたが、近年、ＲｏＨＳ指令によってカラーフィルタにクロムが含有されていることが懸念されるようになってきている。実施形態１におけるカラーフィルタ基板１０Ａでは、ブラックマトリクス７が導電材料から形成されている必要がなく、ブラックマトリクス７の材料として樹脂材料を用いることができる。つまり、より環境に配慮した構成を採用することができる。
【００７０】
本実施形態のカラーフィルタ基板１０Ｂも、実施形態１におけるカラーフィルタ基板１０Ａと同様に、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの各種表示装置に好適に用いられる。
【００７１】
（実施形態３）
図６を参照しながら、本実施形態におけるカラーフィルタ基板１０Ｃを説明する。図６は、カラーフィルタ基板１０Ｃを模式的に示す断面図である。以下では、本実施形態のカラーフィルタ基板１０Ｃが、実施形態１におけるカラーフィルタ基板１０Ａと異なる点を中心に説明を行う。
【００７２】
図６に示すように、カラーフィルタ基板１０Ｃは、カラーフィルタ層６上に設けられた第３透明導電層８をさらに備える点において、実施形態１のカラーフィルタ基板１０Ａと異なっている。第３透明導電層８は、アクティブマトリクス基板の画素電極に対向する対向電極として機能し得る。
【００７３】
そのため、本実施形態におけるカラーフィルタ基板１０Ｃは、縦電界方式の液晶表示装置に好適に用いられる。
【００７４】
対向電極として機能する第３透明導電層８を、第１透明導電層２および／または第２透明導電層５と同じ透明導電材料から形成することにより、製造コストの低減や生産性の向上を図ることができる。
【００７５】
（実施形態４）
図７を参照しながら、本実施形態におけるカラーフィルタ基板１０Ｄを説明する。図７は、カラーフィルタ基板１０Ｄを模式的に示す断面図である。以下では、本実施形態のカラーフィルタ基板１０Ｄが、実施形態２におけるカラーフィルタ基板１０Ｂと異なる点を中心に説明を行う。
【００７６】
図７に示すように、カラーフィルタ基板１０Ｄは、カラーフィルタ層６上に設けられた第２透明導電層５をさらに備える点において、実施形態２のカラーフィルタ基板１０Ｂと異なっている。第２透明導電層５は、アクティブマトリクス基板の画素電極に対向する対向電極として機能し得る。
【００７７】
そのため、本実施形態におけるカラーフィルタ基板１０Ｄは、縦電界方式の液晶表示装置に好適に用いられる。
【００７８】
また、本実施形態のカラーフィルタ基板１０Ｂでは、実施形態３のカラーフィルタ基板１０Ｃにおける第２透明導電層５の代わりに、ブラックマトリクス７’が太陽電池の電極として機能する。そのため、実施形態３のカラーフィルタ基板１０Ｃよりもさらに安価で簡易な構成を実現することができる。
【００７９】
対向電極として機能する第２透明導電層５を、第１透明導電層２と同じ透明導電材料から形成することにより、製造コストの低減や生産性の向上を図ることができる。
【００８０】
上述したように、本発明の実施形態によれば、比較的簡易な構成で十分な発電量を実現することができるカラーフィルタ基板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄが得られる。本発明の実施形態によるカラーフィルタ基板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃまたは１０Ｄを備えた表示装置は、テレビ受像機、モニタ、タブレット端末、スマートフォン、携帯電話機などの電子機器に好適に用いられ、従来よりも発電量の多い自己発電型の電子機器を実現することができる。
【００８１】
図８に、カラーフィルタ基板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃまたは１０Ｄを備えた表示装置が搭載される電子機器の例として、スマートフォン２００を示す。図８に示すスマートフォン２００は、表示部２０１と、ホームボタン２０２とを有する。
【００８２】
シリコン系の太陽電池を用いる場合には、表示部２０１以外の領域２０３に太陽電池を配置する必要がある。これに対し、表示部２０１として、カラーフィルタ基板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃまたは１０Ｄを備えた表示装置が搭載される場合、太陽電池を表示部２０１全体に配置することができるので、従来よりも発電量を多くすることができる。そのため、表示装置やスマートフォン２００の駆動に必要な電力の一部または全部を賄うことができるので、バッテリの長寿命化を実現することができる。
【００８３】
また、既に説明したように、本発明の実施形態では、カラーフィルタ基板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄそのものが発電機能を有する（いわば太陽電池が一体化されている）。これに対し、カラーフィルタ基板の外側に別途に太陽電池を設けると、太陽電池の保護のために、透明基板をもう１枚増やす必要がある。
【００８４】
図９に、カラーフィルタ基板３１０の外側に別途に太陽電池部３２０が設けられた構成を示す。
【００８５】
図９に示すカラーフィルタ基板３１０は、透明基板３１１と、透明基板３１１上に設けられたカラーフィルタ層３１６とを備える。カラーフィルタ層３１６は、赤カラーフィルタ３１６Ｒ、緑カラーフィルタ３１６Ｇおよび青カラーフィルタ３１６Ｂと、ブラックマトリクス３１７とを含む。
【００８６】
太陽電池部３２０は、透明基板３２１と、透明基板３２１上に積層された第１透明導電層３２２、第１透明酸化物半導体層３２３、第２透明酸化物半導体層３２４および第２透明導電層３２５とを備える。
【００８７】
図９と図１とを比較すればわかるように、図９に示す構成では、図１に示す構成に比べ、透明基板が１枚多い。また、太陽電池部３２０をカラーフィルタ基板３１０に貼り付ける工程も必要となる。
【００８８】
これに対し、本発明の実施形態によるカラーフィルタ基板１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃおよび１０Ｄでは、透明基板の枚数を増やすことなく、発電機能を付与することができるので、製造コストを抑えることができる。
【００８９】
本明細書は、以下の項目に記載のカラーフィルタ基板および表示装置を開示している。
【００９０】
［項目１］
透明基板と、
前記透明基板上に設けられた第１透明導電層と、
前記第１透明導電層上に設けられた第１導電型の第１透明酸化物半導体層と、
前記第１透明酸化物半導体層上に設けられた第２導電型の第２透明酸化物半導体層と、
前記第２透明酸化物半導体層上に設けられた第２透明導電層と、
前記第２透明導電層上に設けられ、ブラックマトリクスを含むカラーフィルタ層と、を備え、
前記第１透明導電層、前記第１透明酸化物半導体層、前記第２透明酸化物半導体層および前記第２透明導電層が太陽電池として機能するカラーフィルタ基板。
【００９１】
［項目２］
前記カラーフィルタ層上に設けられた第３透明導電層をさらに備える項目１に記載のカラーフィルタ基板。
【００９２】
［項目３］
前記第３透明導電層は、前記第１透明導電層および／または前記第２透明導電層と同じ透明導電材料から形成されている項目２に記載のカラーフィルタ基板。
【００９３】
［項目４］
透明基板と、
前記透明基板上に設けられた第１透明導電層と、
前記第１透明導電層上に設けられた第１導電型の第１透明酸化物半導体層と、
前記第１透明酸化物半導体層上に設けられた第２導電型の第２透明酸化物半導体層と、
前記第２透明酸化物半導体層上に設けられ、ブラックマトリクスを含むカラーフィルタ層と、を備え、
前記ブラックマトリクスは、導電材料から形成されており、
前記第１透明導電層、前記第１透明酸化物半導体層、前記第２透明酸化物半導体層および前記ブラックマトリクスが太陽電池として機能するカラーフィルタ基板。
【００９４】
［項目５］
前記カラーフィルタ層上に設けられた第２透明導電層をさらに備える項目４に記載のカラーフィルタ基板。
【００９５】
［項目６］
前記第２透明導電層は、前記第１透明導電層と同じ透明導電材料から形成されている項目５に記載のカラーフィルタ基板。
【００９６】
［項目７］
前記第１透明酸化物半導体層および前記第２透明酸化物半導体層のそれぞれは、少なくとも表示領域の全体にわたって配置されている項目１から６のいずれかに記載のカラーフィルタ基板。
【００９７】
［項目８］
前記第１透明酸化物半導体層および前記第２透明酸化物半導体層のそれぞれは、前記表示領域の周囲に位置する周辺領域にも配置されている項目７に記載のカラーフィルタ基板。
【００９８】
［項目９］
前記第１透明酸化物半導体層および前記第２透明酸化物半導体層の一方は、ｎ型であり、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ｓｎ−Ｚｎ−Ｏ系半導体、Ｉｎ−Ｇａ−Ｏ系半導体またはＺｎ−Ｏ系半導体から形成されており、
前記第１透明酸化物半導体層および前記第２透明酸化物半導体層の他方は、ｐ型であり、ＣｕＡｌＯ2またはＮｉＯから形成されている項目１から８のいずれかに記載のカラーフィルタ基板。
【００９９】
［項目１０］
項目１から９のいずれかに記載のカラーフィルタ基板を備えた表示装置。
【０１００】
［項目１１］
前記カラーフィルタ基板に対向するように配置されたアクティブマトリクス基板をさらに備える項目１０に記載の表示装置。
【０１０１】
［項目１２］
前記アクティブマトリクス基板は、少なくとも１つの酸化物半導体層を有し、
前記第１透明酸化物半導体層および／または第２透明酸化物半導体層は、前記アクティブマトリクス基板の前記少なくとも１つの酸化物半導体層と同じ酸化物半導体材料から形成されている項目１１に記載の表示装置。
【０１０２】
［項目１３］
液晶表示装置である項目１０から１２のいずれかに記載の表示装置。
【０１０３】
［項目１４］
有機ＥＬ表示装置である項目１０から１２のいずれかに記載の表示装置。
【産業上の利用可能性】
【０１０４】
本発明の実施形態によると、発電機能を有するカラーフィルタ基板であって、比較的簡易な構成で十分な発電量を実現することができるカラーフィルタ基板が提供される。本発明の実施形態によるカラーフィルタ基板は、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの各種表示装置に好適に用いられ、自己発電型の表示装置を実現することができる。
【符号の説明】
【０１０５】
１    透明基板
２    第１透明導電層
３    第１透明酸化物半導体層
４    第２透明酸化物半導体層
５    第２透明導電層
６    カラーフィルタ層
６Ｒ    赤カラーフィルタ
６Ｇ    緑カラーフィルタ
６Ｂ    青カラーフィルタ
７、７’    ブラックマトリクス
８    第３透明導電層
１０Ａ、１０Ｂ、１０Ｃ、１０Ｄ    カラーフィルタ基板
２０    アクティブマトリクス基板
３０    液晶層
４０    バックライト
１００    液晶表示装置
２００    スマートフォン
２０１    表示部
２０２    ホームボタン
２０３    表示部以外の領域
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
2017097238.tif 000009
【図６】
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【図７】
2017097238.tif 000011
【図８】
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【図９】
2017097238.tif 000013
【図１０】
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【図１１】
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