JP2011075809A

JP2011075809A - 液晶表示パネル

Info

Publication number: JP2011075809A
Application number: JP2009226856A
Authority: JP
Inventors: Hideki Cho; 英樹張; Yoshimitsu Okuda; 能充奥田
Original assignee: Toppan Printing Co Ltd
Current assignee: Toppan Inc
Priority date: 2009-09-30
Filing date: 2009-09-30
Publication date: 2011-04-14

Abstract

【課題】電極構造が複雑な静電容量式タッチパネル層にも適用可能な構造のタッチパネルと一体化した液晶表示パネルの構造を提案することによって、全体の基板数を減らして薄型化でき、タッチパネルと表示パネルとの接合のための工程を減らし、しかも接合に伴う貼り合わせ精度の影響を受けない液晶表示パネルを提供すること。
【解決手段】液晶が２枚の無色透明な基材に挟まれ、カラー表示のためのカラーフィルタ層を一方の基材の内面側に有する構造の液晶表示パネルであって、該カラーフィルタ層を有する基材と該カラーフィルタ層との間に、静電容量式タッチパネル層を有する。
【選択図】図１

Description

本発明は、静電容量式のタッチパネル機能を有する表示パネル、特にカラー液晶表示パネルに関する。

タッチパネルは、表示画面上の透明な面を操作者が指またはペンでタッチすることにより、接触した位置を検出してデータ入力できる入力装置の構成要素となるものであって、キー入力より直接的、かつ直感的な入力を可能とすることから、近年、多用されるようになってきた。特に前記タッチパネルを液晶等の表示パネルと組み合わせて、情報の入出力を一体で行うことが多い。

タッチパネルの検出方式には、抵抗式、静電容量式、超音波式、光学式等多種あるが、中でも抵抗式は、製造コストと検出精度の点で比較的優れており、広く使用されている。しかし、２枚の透明導電膜の間に空気層を設ける構造を有する抵抗式タッチパネルは、光学特性（透過率）が低く、耐久性や動作温度特性においても充分とは言えないため、改良が求められてきた。

一方、可動部分を有しない静電容量式タッチパネルは、光学特性（透過率）が高く、耐久性や動作温度特性においても抵抗式より優れているため、特に車載用等の高信頼性用途に向けて開発が進んでいる（特許文献１および特許文献２参照）。
前記静電容量式タッチパネルは、表面型（ｓｕｒｆａｃｅｃａｐａｃｉｔｉｖｅｔｙｐｅ）と投影型（ｐｒｏｊｅｃｔｅｄｃａｐａｃｉｔｉｖｅｔｙｐｅ）に大別でき、１０型（２５．４ｃｍサイズ）以上の大型品に表面型が、携帯機器向けの６型以下の小型品に投影型が使われる場合が多い。電極板の構造が単純な表面型は、大型化し易いが、２点以上の接触点を同時に検知することは困難である。一方、電極板の構造が複雑な投影型は、大型化には不利であるが、２点以上の接触点を同時に検知することが可能である。

また、上述のように、前記タッチパネルを液晶等の表示パネルと組み合わせて使う場合、タッチパネル自体を表示パネルの前面に貼り合せたり、装着したりしなければならない。このため、組み合わせた装置の厚みが増してデザイン上の制約となったり、接合のための工程が加わって品質管理上の負荷やコストが増大する。

上記の問題を解決するために、特許文献３が提案するように、表示パネルとタッチパネルとの電極板を共有して、薄型のパネルを低コストで製造することが試みられている。

特開昭６３−１７４１２０号公報特開２００６−２３９０４号公報特開２００３−９９１９２号公報

上述のように、前記タッチパネルを液晶等の表示パネルと組み合わせて、電極板を共有し、薄型の一体パネルをできるだけ短い工程で製造することが望ましい。しかし、近年、タッチパネルと表示パネルそれぞれの性能を高く要求されることが多く、それぞれの性能を満足させて電極板を共有することは、容易ではない。特に前記投影型の静電容量式タッ
チパネルのように、複雑な電極構造を実現しつつ、表示パネルと一体化したパネルとするには、電極板の共有を前提とすることは却って仕様上の制約を大きくする。

本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、電極構造が複雑な静電容量式タッチパネル層にも適用可能な構造のタッチパネルと一体化した液晶表示パネルの構造を提案することによって、全体の基板数を減らして薄型化でき、タッチパネルと表示パネルとの接合のための工程を減らし、しかも接合に伴う貼り合わせ精度の影響を受けない液晶表示パネルを提供することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、液晶が２枚の無色透明な基材に挟まれ、カラー表示のためのカラーフィルタ層を一方の基材の内面側に有する構造の液晶表示パネルであって、該カラーフィルタ層を有する基材と該カラーフィルタ層との間に、静電容量式タッチパネル層を有することを特徴とする液晶表示パネルである。

また、請求項２に記載の発明は、前記静電容量式タッチパネル層が、その基材側から順に、第一の透明電極層と、金属電極層と、第一の絶縁層と、第二の透明電極層と、第二の絶縁層と、がそれぞれパターニングされて積層されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネルである。

本発明のタッチパネル機能を有する液晶表示パネルは、カラーフィルタ層を有する基材と該カラーフィルタ層との間に、静電容量式タッチパネル層を設けることによって、電極構造が複雑な静電容量式タッチパネルと一体化した液晶表示パネルの新たな構造を提案する。これによって、全体の基板数を減らして薄型化および軽量化ができ、タッチパネルと表示パネルとの接合のための工程を減らし、しかも接合に伴う貼り合わせ精度の影響を受けない液晶表示パネルを提供することができる。

本発明の液晶表示パネルのセル構成を説明するための断面模式図である。本発明の液晶表示パネルのカラーフィルタ側の層構成を説明するための積層模式図である。タッチパネル層の構成の一例を示す断面模式図である。タッチパネル層の構成の他の一例を示す断面模式図である。

本発明の液晶表示パネルの構成に関して、以下、図面に従って説明する。図１は、本発明の液晶表示パネルのセル構成を説明するための断面模式図である。

本発明の液晶表示パネルは、ガラス、プラスチックフィルム等の２枚の無色透明な基材１に液晶５が挟まれた構造を有する。前記透明基材１に挟まれた構造外に偏光板や保護膜や照明用部材等も有することは、通常の液晶表示パネルと同様であり、説明は省略する。

前記透明基材１の一方の内面側には、カラー表示のための着色透明画素とブラックマトリクスとを含むカラーフィルタ層２と、共通電極層３ａと、液晶配向膜４ａとを有し、前記透明基材１の他方の内面側には、画素電極層３ｂと、液晶配向膜４ｂとを有し、液晶５を両側から挟みこむ構造を有することは、一般の画素分割駆動を行うカラー液晶表示パネルと同様である。しかし、本発明は、前記カラーフィルタ層２を有する一方の基材１と該カラーフィルタ層２との間に、静電容量式タッチパネル層６を有することを特徴とする。

図２は、本発明の液晶表示パネルのカラーフィルタ側の層構成を説明するための積層模式図であって、図１の上側主要部の詳細な積層状態の例を、上下逆向きに模式的に示す。基材１上のタッチパネル層６を形成する各層は、その基材側から順に、第一の透明電極層６ａ、金属層６ｂ、第一の絶縁層６ｃ、第二の透明電極層６ｄ、第二の絶縁層６ｅがそれぞれパターン形成されており、静電容量式タッチパネルの機能に応じて各層の仕様を設定する。

金属層６ｂは、通常は電極端子部を設けるためにパネル外縁部付近に導くパターンが形成される。この場合、透明電極層の各層との接続可能な配置パターンを考慮すれば、形成順は必ずしも上記の記述順に限定されない。

図３は、タッチパネル層６の構成のさらに具体的な一例を示す断面模式図である。
基材１上の第一の透明電極層６ａは、図の紙面に垂直な方向に複数本平行配置され、金属層６ｂでパターン形成される電極端子部の一部に接続する。電極端子部を露出し前記第一の透明電極層６ａの主要部を覆うように第一の絶縁層６ｃを形成後、その上に図で左右に伸びる第二の透明電極層６ｄが複数本平行配置され、金属層６ｂでパターン形成される電極端子部の他の一部に接続する。その後、第二の絶縁層６ｅにより必要な領域を広く覆ってタッチパネル層６が形成される。

図４は、タッチパネル層６の構成のさらに具体的な他の一例を示す断面模式図である。例えば、第一の透明電極層６ａのパターンを、同一平面上で連続する一方向に並列した複数のパターン群６ａｘと、前記複数のパターン群の間隙に前記方向と直交して同一平面上に離散的に配置される他の複数のパターン群６ａｙとからなるように形成し、次に第一の絶縁層６ｃに、前記離散的に配置される他の複数のパターン群６ａｙを連結するためのスルーホールパターンを形成後、その上から、形成済みの第一の透明電極層６ａの前記離散的に配置される他の複数のパターン群６ａｙを部分的に連結する構造として、連結用電極層６ｆを設ける。連結用電極層６ｆは、前記第二の透明電極層６ｄを利用しても良いが、電極端子部を形成する金属層６ｂを利用して一括して形成することもできる。このように、各層の形成順やその目的が変化することもあるが、静電容量式タッチパネルの機能を実現するための構造であれば、限定されない。

次に、上記各層の形成方法について説明する。
第一および第二の透明電極層６ａ、６ｄとしては、一般的に多く使用されるＩＴＯ（インジウム錫酸化物）が好適であるが限定されない。静電容量式タッチパネル機能の具体的な仕様により、ＩＴＯの特性、また、透明電極パターンとしての特性を選択する。例えば、ＩＴＯ膜として、膜厚２５ｎｍでシート抵抗値２００Ω／□程度の膜をスパッタリング装置等の薄膜形成手段により成膜する。次いで、耐エッチング性の感光性樹脂を用いて、レジスト塗布、露光、現像の一連の工程を含むフォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成する。その後、ＩＴＯエッチング、レジスト剥膜工程を経て、パターン形成される。例えば、幅数ｍｍのパターンを多数形成する。

金属層６ｂの素材としては、例えば、液晶表示装置のＴＦＴ電極配線等に使用される、モリブデン（Ｍｏ）／アルミニウム（Ａｌ）／モリブデン（Ｍｏ）の３層構造積層膜をスパッタリング装置等の薄膜形成手段により成膜し、前記フォトリソグラフィー法によりレジストパターンを形成する。その後、金属エッチング、レジスト剥膜工程を経て、パターン形成される。金属層６ｂを構成する薄膜の厚さは、本例の３層構造積層膜では下層から順に、５０ｎｍ／１００ｎｍ／５０ｎｍとすることができ、それらの層のパターンエッチングには、リン酸、硝酸、酢酸を含むエッチング液を用いてウェットエッチングすることができる。

前記金属層６ｂは、上記以外のＡｌ系、Ａｇ系等の金属薄膜をフォトリソ・エッチングプロセスにより、パターン形成しても良いが、導電性インキを用いて印刷形成するなど、電極板のパターン精度や導電性やサイズ等により、適宜選ぶことができる。

前記金属層６ｂを、透明基材１上に早い段階でパターン形成する場合は、透過光に対する充分な遮光性を有するので、光学的にパターンを検出し認識することは容易である。従って、金属電極パターン自身を以後のパターン形成される層に対する位置合わせの指標とすることができる。また、前記金属層と同一層内に電極パターン以外に位置合わせマークを独立に設けることもできる。独立に位置合わせのためのマークを設ける方が、一般に、パターンの認識から位置補正量を決めて、位置補正させる動きを出力する位置合わせのための工程では、高い精度を得ることができる。

次に第一の絶縁層６ｃを、前記第一の透明電極層６ａの有効領域を含む範囲に被せて形成する。第一の絶縁層６ｃとしては、ＳｉＯ_２膜を厚さ１００ｎｍ以上形成して絶縁機能を得ることはできるが、さらに容易な製造方法として、有機絶縁膜をフォトリソグラフィー法で形成することもできる。例えば、屈折率１．５３、体積固有抵抗値２×１０^１５Ω・ｃｍ、の感光性材料を膜厚１〜２μｍでパターン形成し、透過率９７％を超えるパターン状の絶縁層６ｃとすることができる。パターン形成のための露光時の位置合わせには、前記金属層６ｂ内の位置合わせマークを活用することができる。

また、第二の絶縁層６ｅを、前記第一の透明電極層６ａ、前記第一の絶縁層６ｃ、および前記第二の透明電極層６ｄの有効領域を含む範囲に被せて形成する。第二の絶縁層６ｅとしては、前記第一の絶縁層６ｃの説明で述べた材料および方法を用いることができる。なお、第二の絶縁層６ｅは、静電容量式タッチパネル層６の最外層を形成するとともに、その上に形成されるカラーフィルタ層２の下地となるので、保護層および平坦化層を兼ねて、できるだけ広く配置することが望ましい。また、形成された端子電極となる金属層６ｂの一部に重なる構造も可能である。

上述のタッチパネル層６の形成後、引き続いてカラーフィルタ層２を、前記金属層６ｂ内の位置合わせマークを活用して、正確な位置に形成する。カラーフィルタ層２は、図２の上部に示すように、ブラックマトリクス（ＢＭ）２ａ、着色透明樹脂層２ｂ、透明な共通電極層３ａ、固定スペーサ（ＰＳ）層２ｃから成る。各層の形成方法は限定されないが、ブラックマトリクス（ＢＭ）２ａと着色透明樹脂層２ｂは、感光性樹脂を用いてそれぞれ遮光領域と赤色、緑色、青色の３色の着色領域に塗り分ける形にフォトリソグラフィー法により形成する顔料分散方式が一般的である。

固定スペーサ（ＰＳ）層２ｃは、液晶セルの大型化、狭ギャップ化に伴って、セルギャップ制御用に従来はセル化工程で散布していたビーズスペーサに代わり、使われるようになった突起形状パターンであって、フォトスペーサ、ポストスペーサなどと呼ばれる。これも感光性樹脂によるフォトリソグラフィー法により選択的に形成する方法が一般的である。

タッチパネル層６とカラーフィルタ層２とを上述のように引き続きフォトリソグラフィー法で形成することにより、パネル貼り合わせ方式より、基材１が１枚節約できて薄型軽量となり、接着剤の省略により透明性の改良が図られる。また、位置合わせの精度も貼り合わせ工程での精度より改善できるので、総合的に高品質なパネルを得ることができる。特に、図４に示した例で、連結用電極層６ｆを離散的に配置される透明電極層をつなぐ小サイズの金属パターンとした場合でも、連結用電極層６ｆを前記ＢＭの下に隠すように位置合わせすることにより、透明性を損なわずに高品質の電気的接続を保持することができる。

透明な共通電極層３ａは、前述のタッチパネル層の透明電極層と同様にスパッタリング装置等の薄膜形成手段により成膜する。但し、パターニング手段としてフォトリソグラフィー法を使わなくても、基板周辺部をマスキングするだけの方法で成膜時にパターン形成を同時に行うことができる。

本発明の液晶表示パネルを製造するには、図１の構成を得るために、タッチパネルおよびカラーフィルタ側の基材上の積層部の最表層に液晶配向膜（ＣＦ側）４ａをポリイミド樹脂薄膜で形成する一方、他の基材１に画素電極層３ｂおよび液晶配向膜（画素電極側）４ｂを形成し、両基材の間に液晶５を封じるためのセル化工程を行うが、従来の技術を利用して容易に行うことができる。なお、画素電極層３ｂは、簡略化して示してあり、画素選択のためのスイッチング素子を含む構造を広く指している。

１・・・基材
２・・・カラーフィルタ層
２ａ・・ブラックマトリクス（ＢＭ）
２ｂ・・着色透明樹脂層
２ｃ・・固定スペーサ（ＰＳ）層
３ａ・・共通電極層
３ｂ・・画素電極層
４ａ・・液晶配向膜（ＣＦ側）
４ｂ・・液晶配向膜（画素電極側）
５・・・液晶
６・・・タッチパネル層
６ａ・・第一の透明電極層
６ａｘ・・・第一の透明電極層のパターン群
６ａｙ・・・第一の透明電極層のパターン群
６ｂ・・金属層
６ｃ・・第一の絶縁層
６ｄ・・第二の透明電極層
６ｅ・・第二の絶縁層
６ｆ・・連結用電極層

Claims

液晶が２枚の無色透明な基材に挟まれ、カラー表示のためのカラーフィルタ層を一方の基材の内面側に有する構造の液晶表示パネルであって、該カラーフィルタ層を有する基材と該カラーフィルタ層との間に、静電容量式タッチパネル層を有することを特徴とする液晶表示パネル。
前記静電容量式タッチパネル層が、その基材側から順に、第一の透明電極層と、金属電極層と、第一の絶縁層と、第二の透明電極層と、第二の絶縁層と、がそれぞれパターニングされて積層されたことを特徴とする請求項１に記載の液晶表示パネル。