JP2006119446A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】座標入力のための突起に起因した製造コストの増大および信頼性の低下を防止する。
【解決手段】液晶表示装置は略マトリクス状に配置される複数の画素電極ＰＥを含むアレイ基板ＡＲと、複数の画素電極ＰＥに対向する共通電極ＣＥを含む対向基板ＣＴと、基板ＡＲ，ＣＴ間に挟持され、液晶分子の配列がアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴからの電界により制御される液晶組成物を含む液晶層ＬＱと、アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴの一方に配置され、複数の画素電極ＰＥに対応して並ぶ複数の着色層Ｒ，Ｇ，ＢからなるカラーフィルタＣＦと、局所的な加圧によるアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間の距離変化を検出する複数のセンサ部とを備える。特に、各センサ部はカラーフィルタＣＦ上に配置されカラーフィルタＣＦと同一材料からなる突起Ｐを有する。
【選択図】図１

Description

本発明はタッチパネルのような座標入力機能を持った液晶表示装置に関する。

液晶表示装置は、例えばノートパソコンやＰＤＡ（Personal Digital Assistance）のような携帯情報機器のモニタディスプレイとして広く利用されている。

一般的な液晶表示装置は２枚の電極基板間に液晶層を挟持した表示パネルである。一方の電極基板はガラス基板上にマトリクス状に配置される複数の画素電極を有し、他方の電極基板はこれら複数の画素電極に対向してガラス基板上に形成される共通電極を有する。複数の画素電極および共通電極はこれら電極間に配置される液晶層と協力して複数の画素を構成し、各画素内の液晶分子配列を画素電極および共通電極間の電圧に対応した電界によって制御する。

近年では、タッチパネル（あるいはタブレット）と呼ばれる入力ツールがキーボードやマウスポインタに代わって文字および図形の手書き入力やメニュー選択を行うために表示パネルに重ねて携帯情報機器に設けられる（例えば特許文献１を参照）。例えば透過型タッチパネルは表示パネルに表示された画像を透過するように構成され、ユーザはこの画像を見ながらポインタ部材をタッチパネルに接触させて座標入力操作を行う。
特開２００３−２８７７３９号公報

ところで、上述のタッチパネルは表示パネルに重ねて用いられるため、表示パネルの明るさがタッチパネルの厚さによって低下する。また、表示パネル以外にタッチパネルの製造コストを必要とするため、タッチパネル自体が携帯情報機器の価格を上昇させる原因になる。このため、局所的な加圧による電極基板間の距離変化を検出する複数のセンサ部を表示パネルに設けることが考えられる。各センサ部が例えば画素電極の製造工程および共通電極の製造工程を利用して互いに対向するようにそれぞれの電極基板上に形成される一対の導電膜であれば、これら導電膜の接触あるいは容量変化から電極基板間の距離変化を検出できる。この場合、一対の導電膜の接触あるいは容量変化を補助するために、一方の導電膜の下地として液晶層側に突出する突起を設けることが好ましい。しかし、この突起を独立した製造工程で形成すると、製造コストを増大させることになる。また、一方の導電膜が突起によって部分的に隆起した構造になるため、突起の側面形状によっては導電膜の段切れが生じてしまう。

本発明はこのような問題点に鑑みてなされたものであり、座標入力のための突起に起因した製造コストの増大および信頼性の低下を防止できる液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明によれば、複数の画素を規定して略マトリクス状に配置される複数の画素電極を含む第１電極基板と、複数の画素電極に対向する共通電極を含む第２電極基板と、第１および第２電極基板間に挟持され、液晶分子の配列が第１および第２電極基板からの電界により制御される液晶組成物を含む液晶層と、第１および第２電極基板の一方に配置され、複数の画素電極に対応して並ぶ複数の着色層からなるカラーフィルタと、局所的な加圧による第１および第２電極基板間の距離変化を検出する複数のセンサ部とを備え、各センサ部はカラーフィルタ上に配置されカラーフィルタと同一材料からなる突起を有する液晶表示装置が提供される。

この液晶表示装置では、突起がカラーフィルタと同一材料からなるため、カラーフィルタの製造工程で形成することが可能である。さらに、画素電極や共通電極と同等の導電膜で突起を覆う場合に突起の側面形状によって導電膜の段切れを生じることがあるが、カラーフィルタが複数の着色層からなるため、これら着色層の重なりを利用して段切れの原因となる逆テーパ状あるいは急峻な傾斜面にならないようにできる。従って、座標入力のための突起に起因した製造コストの増大および信頼性の低下を防止できる。

以下、本発明の第１実施形態に係るカラーアクティブマトリクス液晶表示装置について添付図面を参照して説明する。図１はこの液晶表示装置の表示パネルの断面構造を概略的に示し、図２は図１に示す液晶表示装置の回路構造を概略的に示す。液晶表示装置は、座標入力機能を有する表示パネルＤＳＰおよび表示パネルＤＳＰを制御する制御ユニットＣＮＴを備える。制御ユニットＣＮＴは例えば表示パネルＤＳＰの外部に設けられる回路基板上に配置される。

表示パネルＤＳＰはアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間に液晶層ＬＡを挟持した構造である。アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴは光透過性の電極基板である。アレイ基板ＡＲは、例えばガラス等の透明絶縁基板１上にマトリクス状に配置される複数の画素電極ＰＥ、およびこれら画素電極ＰＥを覆う配向膜２を有する。また、対向基板ＣＴは例えばガラス等の透明絶縁基板３上に配置されるカラーフィルタＣＦ、このカラーフィルタＣＦ上に配置され複数の画素電極ＰＥに対向する共通電極ＣＥ、および画素電極アレイを取り囲む額縁領域に対向して配置される遮光層ＢＫ、および共通電極ＣＥを覆う配向膜４を有する。

配向膜２および４の配向軸は、ラビング処理により所定角度互いにずれるように設定される。アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴは、配向膜２および４を内側にして外縁シール部材ＳＬにより貼り合わされる。液晶層ＬＱはアレイ基板ＡＲと対向基板ＣＴとの貼合わせ後に外縁シール部材ＳＬの開口部である液晶注入口からネマチック液晶組成物を注入し、この注入後に封止部材により封止することにより得られる。ネマチック液晶組成物は例えば正の誘電率異方性を有し、アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間でねじれて配向される。さらに、偏光板５が配向膜２とは反対側においてアレイ基板ＡＲに貼り付けられ、偏光板６が配向膜４とは反対側において対向基板ＣＴに貼り付けられる。

尚、アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴの間隙は例えば柱状スペーサＳＰにより一定に維持される。各画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥは、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）のような透明な導電性抵抗膜からなり、画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥ間に配置されてこれら電極ＰＥ，ＣＥからの電界に対応した液晶分子配列に制御される液晶層ＬＱの領域と共に液晶画素ＰＸを構成する。これら画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥ間には、液晶容量ＣＬＣが存在する。カラーフィルタＣＦは複数の画素電極ＰＥの列に対向してストライプ状に並べられた赤、緑、および青の着色層Ｒ，Ｇ，Ｂからなる。これにより、各行の画素電極ＰＥが３列毎に１個のカラー画素を構成する。また、アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間の距離は座標入力時に加えられる局所的な圧力によって変化する。この距離変化は所定数の液晶画素ＰＸに対して１個の割合で均一に配置される複数のセンサ部によって検出される。各センサ部はカラーフィルタＣＦと同一材料からなる突起ＰをカラーフィルタＣＦ上に配置することにより得られる。具体的には、着色層Ｒ，Ｇ，ＢがカラーフィルタＣＦだけでなく突起Ｐも構成するように部分的に重ねて形成される。この突起Ｐは共通電極ＣＥの一部を画素電極ＰＥに近接するように隆起させ、局所的な加圧による距離変化に対する画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥ間の液晶容量ＣＬＣの変化量を大きく設定する。従って、センサ部は画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ、および突起Ｐにより構成される。ここでは、センサ部が基板間の距離変化を液晶容量ＣＬＣの変化として検出するが、例えば複数の画素電極ＰＥの間隙にＩＴＯ等の導電性抵抗膜を独立に配置して、局所的な加圧により共通電極ＣＥの一部をこの導電性抵抗膜に接触させるように構成されてもよい。この場合、センサ部はスイッチとして作用する。

図２に示すように、実際のアレイ基板ＡＲは複数の画素電極ＰＥの行に沿って配置される複数の走査線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）、複数の画素電極ＰＥの列に沿って配置される複数の信号線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）、およびこれら走査線Ｙおよび信号線Ｘの交差位置近傍に配置される画素スイッチング素子Ｗを有するアクティブマトリクス基板であり、さらに複数の走査線Ｙを１水平走査期間に１本の割合で順次駆動する垂直ドライバＹＤ、各走査線Ｙが駆動される間に複数の信号線Ｘを駆動する水平ドライバＸＤ、およびアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間の距離が座標入力用の局所的な加圧により変化した位置を画素容量ＣＬＣの分布に基づいて検出する位置検出回路ＰＤを有する。各画素スイッチング素子Ｗは例えばポリシリコン薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）であり、ゲートが１走査線Ｙに接続され、ソース−ドレインパスが１信号線Ｘおよび１画素電極ＰＥ間に接続される。尚、垂直ドライバＹＤは画素スイッチング素子Ｗと同一工程で同時に形成されるポリシリコン薄膜トランジスタを用いて構成される。また、水平ドライバＸＤおよび位置検出回路ＰＤはＣＯＧ（Chip On Glass）技術によりアレイ基板ＡＲにマウントされた集積回路（ＩＣ）チップである。また、全ての画素ＰＸはそれぞれ液晶容量ＣＬＣに加えて補助容量Ｃｓを有する。これら補助容量Ｃｓはアレイ基板ＡＲ側において複数行の画素電極ＰＥにそれぞれ容量結合した複数の補助容量線を共通電極ＣＥに電気的に接続することにより得られる。

制御ユニットＣＮＴはコントローラ１５、コモン電圧発生回路１６、および階調基準電圧発生回路１７を有する。コントローラ１５はコモン電圧発生回路１６、階調基準電圧発生回路１７、垂直ドライバＹＤ、水平ドライバＸＤ、および位置検出回路ＰＤに接続され、外部から供給されるアナログＲＧＢ映像信号をデジタル化した映像信号VIDEOに変換し、これを画像として表示パネルＤＳＰに表示させる制御、並びに表示画像に従って行われる座標入力に対する位置検出タイミングの制御を行う。コモン電圧発生回路１６は対向基板ＣＴ上の共通電極ＣＥに対してコモン電圧Ｖcomを発生する。階調基準電圧発生回路１７はデジタル映像信号VIDEOから各画素ＰＸに対して得られるデジタル表示信号を画素電圧に変換するために用いられる第１所定数の階調基準電圧VREFを発生する。画素電圧は共通電極ＣＥの電位を基準として画素電極ＰＥに印加される電圧である。

コントローラ１５は、１垂直走査期間毎に順次複数の走査線Ｙを選択するための制御信号ＣＴＹおよび、１水平走査期間（１Ｈ）毎に映像信号VIDEOに含まれる１行分の画素ＰＸに対する表示信号を複数の信号線Ｘにそれぞれ割り当てるための制御信号ＣＴＸ等を発生する。ここで、制御信号ＣＴＸは１水平走査期間（１Ｈ）毎に発生されるパルスである水平スタート信号、各水平走査期間において信号線数分発生されるパルスである水平クロック信号を含む。制御信号ＣＴＹはコントローラ１５から垂直ドライバＹＤに供給され、制御信号ＣＴＸはデジタル映像信号VIDEOと共にコントローラ１５から水平ドライバＸＤに供給される。また、制御信号ＣＴＸ，ＣＴＹは位置検出回路ＰＤにも供給される。

垂直ドライバＹＤは制御信号ＣＴＹに制御により複数の走査線Ｙを順次選択し、画素スイッチング素子Ｗを導通させる走査信号を選択走査線Ｙに供給する。本実施形態においては、１水平走査期間に複数の画素ＰＸが１行ずつ順次選択状態となる。

他方、水平ドライバＸＤは、制御信号ＣＴＸの制御によりデジタル映像信号VIDEOを順次直並列変換し、階調基準電圧VREFを参照して１行分の画素ＰＸに対する表示信号をアナログ画素電圧に変換する。

すなわち、表示パネルＤＳＰでは、垂直ドライバＹＤが１水平走査期間毎に１本の走査線Ｙに走査信号を出力し、水平ドライバＸＤが１水平走査期間毎に１行分の画素ＰＸに対する画素電圧を並列的に信号線Ｘ１〜Ｘｎに出力する。これら信号線Ｘ１〜Ｘｎ上の画素電圧は走査信号によって駆動された１行分の画素スイッチング素子Ｗを介して対応する画素電極ＰＥにそれぞれ供給される。コモン電圧Ｖcomは画素電圧の出力タイミングに同期してコモン電圧発生回路１６から共通電極ＣＥに出力される。このコモン電圧発生回路１６では、コモン電圧Ｖcomは例えば１水平走査期間毎に交互に極性反転される。これに伴い、水平ドライバＸＤでは、画素電圧がコモン電圧Ｖcomの中心レベルを基準にして極性反転させる。表示パネルＤＳＰはこのように映像信号に対応して画素単位に液晶層の透過率を制御することによりバックライト光を液晶層ＬＱで光変調して表示画面となる偏光板６上に画像を表示する。

また、位置検出回路ＰＤは信号線Ｘ１〜Ｘｎに接続され、例えば各水平走査期間毎に一定量の電荷を信号線Ｘ１〜Ｘｎに供給して対応行の画素電極ＰＥをプリチャージし、このときに信号線Ｘ１〜Ｘｎに得られる電位を画素容量ＣＬＣの分布として測定し、アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間の距離が座標入力用の局所的な加圧により変化した位置の座標を測定結果から検出する。尚、センサ部が上述のように導電性抵抗膜を用いたスイッチとして構成される場合には、例えば行方向および列方向において導電性抵抗膜の両端に接続される４個の電極を用いて、共通電極ＣＥのコモン電圧Ｖcomを印加した状態で接触点を介して行方向および列方向の各々について電流を流し、このときの電極電圧をそれぞれ測定して、この電圧比と導電性抵抗膜の抵抗との関係から接触点位置の座標を検出すればよい。

ここで、表示パネルＤＳＰの製造例を以下に述べる。通常の薄膜トランジスタ形成プロセスと同様に成膜と、パターニングを繰り返し、薄膜トランジスタと電極配線を形成したＸＧＡ用アクティブマトリクス基板としてアレイ基板ＡＲを形成する。画素スイッチング素子Ｗの薄膜トランジスタと画素電極ＰＥの間には、感光性アクリル樹脂で絶縁層８を形成し、コンタクトホールＨを介して導通をとるような構造とした。つぎに、画素電極ＰＥとしてＩＴＯ膜を５００Åスパッタ法にて成膜し、所望の電極形状にパターニングした。その後、感光性アクリル性透明樹脂（ＪＳＲ株式会社製ＮＮ６００）を５μｍの高さにスピンナー塗布して９０℃で１０分間乾燥させ、さらに露光波長３６５ｎｍおよび露光量１００ｍＪ／ｃｍ^２でフォトマスクを介して露光した。このあと、ｐＨ１１．５のアルカリ水溶液にて現像して１５μｍ×１５μｍのスペーサＳＰを形成した。

一方、対向基板ＣＴには、赤色の顔料を分散させた紫外線硬化型アクリル樹脂レジスト（富士フイルムアーチ株式会社製ＣＲＹ−Ｓ６２３Ｃ）をピンナーにて全面塗布し、赤に着色したい部分に光が照射されるようなフォトマスクを介して露光波長３６５ｎｍおよび露光量１００ｍＪ／ｃｍ^２で露光し、ＫＯＨの１％水溶液で２０秒間現像し、その部分に赤の着色層Ｒを形成する。このとき、着色層Ｒの膜厚は３．２μｍとした。同様に緑の着色層Ｇを３．２μｍの膜厚で形成し、続いて青の着色層Ｂを３．２μｍの膜厚で形成する。着色層Ｇの一部は突起Ｐを構成するために２５μｍ×２５μｍの面積で着色層Ｒに重ねられ、着色層Ｂの一部は突起Ｐを構成するために１５μｍ×１５μｍの面積で着色層Ｇに重ねられる。着色層Ｇの形成には紫外線硬化型アクリル樹脂レジスト（富士フイルムアーチ株式会社製ＣＧＹ−Ｓ６２４Ｄ）を用い、着色層Ｂの形成には紫外線硬化型アクリル樹脂レジスト（富士フイルムアーチ株式会社製ＣＢＶ−Ｓ６２５Ｃ）を用いた。次に黒色顔料を添加した同様の感光性アクリル樹脂で額縁領域用の遮光膜ＢＫを形成した。この後、共通電極ＣＥとしてＩＴＯ膜を５００Åスパッタ法にて成膜し、所望の電極形状および突起上形状になるようにパターニングした。

こうして得られたアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴには、配向膜材料（ＪＳＲ株式会社製ＡＬ−３０４６）を全面に８００Å塗布して配向膜２，４を形成した。この後、接着剤である外縁シール部材ＳＬを液晶注入口を残して対向基板ＣＴの配向膜４の外縁に沿って印刷し、アクティブマトリクス基板であるアレイ基板ＡＲから共通電極ＣＥにコモン電圧Ｖcomを供給するための電極転移材を外縁シール部材ＳＬの外側に配置される電極転移電極上に形成した。次に、配向膜２，４が対向するように配置したアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴを接着剤の熱硬化により貼り合わせた。次に通常の方法で液晶注入口から誘電率異方性が製である液晶組成物（ＭＥＲＣＫ社製ＺＬＩ−１５６５）を注入し、この後液晶注入口を紫外線硬化樹脂で封止した。カラーアクティブマトリクス液晶表示装置は上述のようにして製造した。

この液晶表示装置は高い表示品位に加えて、タッチパネルと同等の座標入力機能を持つことができる。突起ＰはカラーフィルタＣＦと同一材料からなるため、カラーフィルタＣＦの製造工程で形成することが可能である。さらに、突起Ｐは共通電極ＣＥの導電膜で覆われるが、突起Ｐの側面が図３に示すように着色層Ｒ，Ｇ，Ｂの重なりを利用してなだらかに傾斜した形状となる。すなわち、突起Ｐの側面が逆テーパ状あるいは急峻な傾斜面である場合と違って、図４に示すような導電膜の段切れを生じることがない。従って、座標入力のための突起に起因した製造コストの増大および信頼性の低下を防止できる。

図５は図１に示す突起Ｐの第１変形例の平面構造を示し、図６は図５に示すVI−VI線に沿った断面構造を示す。第１変形例は、突起Ｐが着色層Ｒ，Ｇ，Ｂの積層構造で画素境界付近に存在する点で上述の実施形態と同様であるが、着色層Ｇが行方向において画素境界を越えて延出し、着色層Ｒに重なるように形成されている。この場合、積層構造の最下層である着色層Ｒを下地とする着色層Ｇの部分が着色層ＧのカラーフィルタＣＦ用部分に対して連続的となる。このため、突起Ｐの側面の傾斜をより緩やかにすることができる。尚、突起Ｐは行方向において単一の液晶画素ＰＸの一端側に配置され、列方向において単一の液晶画素ＰＸの中央に配置される。しかし、突起Ｐは例えば図７に示すように行方向に加えて列方向においても単一の液晶画素ＰＸの一端側に配置されてもよい。

図８は図１に示す突起Ｐの第２変形例の平面構造を示し、図９は図８に示すIX-IX線に沿った断面構造を示す。第２変形例は、突起Ｐが着色層Ｒ，Ｇ，Ｂの積層構造で画素境界付近に存在する点で上述の実施形態と同様であるが、着色層Ｒが行方向において画素境界を越えて延出するように形成され、着色層Ｇがこの着色層Ｒの延出部分に重ねて形成されている。この場合でも、着色層Ｒの延出部分を下地とする着色層Ｇの部分が着色層ＧのカラーフィルタＣＦ用部分に対して連続的となる。このため、突起Ｐの側面の傾斜をより緩やかにすることができる。尚、突起Ｐは行方向において単一の液晶画素ＰＸの一端側に配置され、列方向において単一の液晶画素ＰＸの中央に配置される。しかし、突起Ｐは例えば図１０に示すように行方向に加えて列方向においても単一の液晶画素ＰＸの一端側に配置されてもよい。

図１１は図１に示す突起Ｐの第３変形例の平面構造を示し、図１２は図１１に示すXII-XII線に沿った断面構造を示す。第３変形例は、突起Ｐが着色層Ｒ，Ｇ，Ｂの積層構造で画素境界付近に存在する点で上述の実施形態と同様であるが、突起Ｐが列方向において隣接し同一着色層ＲをカラーフィルタＣＦ用に割り当てた２個の液晶画素ＰＸの画素境界上に配置されている。この配置は列方向において隣接する２個の画素電極ＰＥ間で光変調に寄与せず配線に用いられる間隙を覆い開口率の低下をこれら液晶画素ＰＸ間で分散させることができる。

図１３は図１に示す突起Ｐの第４変形例の平面構造を示し、図１４は図１３に示すXIV-XIV線に沿った断面構造を示す。第４変形例は、突起Ｐが着色層Ｒ，Ｇ，Ｂの積層構造で画素境界付近に存在する点で上述の実施形態と同様であるが、突起Ｐが列方向において隣接し同一着色層ＧをカラーフィルタＣＦ用に割り当てた２個の液晶画素ＰＸの画素境界上に配置されている。この配置は列方向において隣接する２個の画素電極ＰＥ間で光変調に寄与せず配線に用いられる間隙を覆い開口率の低下をこれら液晶画素ＰＸ間で分散させることができる。

図１５は図１に示す突起Ｐの第５変形例の平面構造を示し、図１６は図１５に示すXVI-XVI線に沿った断面構造を示す。第５変形例は、突起Ｐが着色層Ｒ，Ｇ，Ｂの積層構造で画素境界付近に存在する点で上述の実施形態と同様であるが、突起Ｐが行方向において隣接する２個の液晶画素ＰＸの画素境界上に配置されている。着色層Ｒ，Ｇは互いに行方向において画素境界を越えて延出して重なるように形成される。この場合でも、着色層Ｒを下地とする着色層Ｇの部分が着色層ＧのカラーフィルタＣＦ用部分に対して連続的となる。このため、突起Ｐの側面の傾斜をより緩やかにすることができる。また、この配置は列方向において隣接する２個の画素電極ＰＥ間で光変調に寄与せず配線に用いられる間隙を覆い開口率の低下をこれら液晶画素ＰＸ間で分散させることができる。尚、突起Ｐは例えば図１７に示すように列方向においてこれら液晶画素ＰＸの一端側に配置され、行方向に細長く形成されてもよい。

図１８は図１に示す突起Ｐの第６変形例の平面構造を示し、図１９は図１８に示すXIX-XIX線に沿った断面構造を示す。第６変形例は、突起Ｐが着色層Ｒ，Ｇ，Ｂの積層構造で画素境界付近に存在する点で上述の実施形態と同様であるが、突起Ｐが行方向の画素境界および列方向の画素境界の交差位置に配置されている。着色層Ｒ，Ｇは互いに行方向において画素境界を越えて延出して重なるように形成される。この場合でも、着色層Ｒを下地とする着色層Ｇの部分が着色層ＧのカラーフィルタＣＦ用部分に対して連続的となる。このため、突起Ｐの側面の傾斜をより緩やかにすることができる。また、この配置は列方向において隣接する４個の画素電極ＰＥ間で光変調に寄与せず配線に用いられる間隙を覆い開口率の低下をこれら液晶画素ＰＸ間で分散させることができる。

図２０は図１に示す突起Ｐの第７変形例の平面構造を示し、図２１は図２０に示すXXI-XXI線に沿った断面構造を示す。第７変形例は、突起Ｐが着色層Ｒ，Ｇ，Ｂの積層構造で画素境界付近に存在する点で上述の実施形態と同様であるが、突起Ｐが行方向の画素境界および列方向の画素境界の交差位置に配置され、さらに配向膜４のラビング方向に沿って細長く形成されている。着色層Ｒ，Ｇは互いに行方向において画素境界を越えて延出して重なるように形成される。この場合でも、着色層Ｒを下地とする着色層Ｇの部分が着色層ＧのカラーフィルタＣＦ用部分に対して連続的となる。このため、突起Ｐの側面の傾斜をより緩やかにすることができる。また、この配置は列方向において隣接する４個の画素電極ＰＥ間で光変調に寄与せず配線に用いられる間隙を覆い開口率の低下をこれら液晶画素ＰＸ間で分散させることができる。さらに、突起Ｐが配向膜４のラビング方向に沿って細長く形成されているため、ラビング処理において突起Ｐの影になるためにラビングされない領域を低減できる。

図２２は図１に示す突起Ｐの第８変形例の断面構造を示す。第８変形例は、突起Ｐが着色層Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの２つからなる積層構造で形成される点で上述の実施形態と相違する。この構造であっても、突起ＰはカラーフィルタＣＦの製造工程で形成することが可能である。また、突起Ｐの側面は着色層Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの２つの重なりを利用してなだらかに傾斜した形状となる。さらに、図２２に示すように着色層Ｒ，Ｇ，Ｂのうちの２つを積層するという構成は上述の第１〜第７変形例のいずれにも適用可能である。

図２３は本発明の第２実施形態に係るカラーアクティブマトリクス液晶表示装置の表示パネルＤＳＰの断面構造を示す。この液晶表示装置は以下に説明する事項を除いて第１実施形態と同様である。この液晶表示装置の表示パネルＤＳＰはＣＯＡ(Color filter On Array substrate)構造を採用して突起Ｐをアレイ基板ＡＲ側に配置したものである。図２３では、第１実施形態と同様な部分を同一参照符号で表し、重複する説明を簡略化あるいは省略する。

表示パネルＤＳＰでは、液晶層ＬＱが第１実施例と同様にアレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間に液晶層ＬＡを挟持される。アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴは光透過性の電極基板である。アレイ基板ＡＲは、例えばガラス等の透明絶縁基板１上に配置されるカラーフィルタＣＦ、このカラーフィルタＣＦ上にマトリクス状に配置される複数の画素電極ＰＥ、およびこれら画素電極ＰＥを覆う配向膜２を有する。また、対向基板ＣＴは例えばガラス等の透明絶縁基板３上に配置され複数の画素電極ＰＥに対向する共通電極ＣＥ、および画素電極アレイを取り囲む額縁領域に対向して配置される遮光層ＢＫ、および共通電極ＣＥを覆う配向膜４を有する。

アレイ基板ＡＲおよび対向基板ＣＴ間の距離は座標入力時に加えられる局所的な圧力によって変化する。この距離変化は所定数の液晶画素ＰＸに対して１個の割合で均一に配置される複数のセンサ部によって検出される。各センサ部はカラーフィルタＣＦと同一材料からなる突起ＰをカラーフィルタＣＦ上に配置することにより得られる。具体的には、着色層Ｒ，Ｇ，ＢがカラーフィルタＣＦだけでなく突起Ｐも構成するように部分的に重ねて形成される。この突起Ｐは画素電極ＰＥの一部を共通電極ＣＥに近接するように隆起させ、局所的な加圧による距離変化に対する画素電極ＰＥおよび共通電極ＣＥ間の液晶容量ＣＬＣの変化量を大きく設定する。この場合、センサ部は画素電極ＰＥ、共通電極ＣＥ、および突起Ｐにより構成される。ここでは、センサ部が第１実施形態と同様に基板間の距離変化を液晶容量ＣＬＣの変化として検出するが、例えば複数の画素電極ＰＥの間隙にＩＴＯ等の導電性抵抗膜を独立に配置して、局所的な加圧によりこの導電性抵抗膜の一部を共通電極ＣＥに接触させるように構成されてもよい。この場合、センサ部はスイッチとして作用する。

上述の表示パネルＤＳＰは実際に製造した。画素スイッチング素子Ｗの薄膜トランジスタと画素電極ＰＥとを接続するコンタクトホールＨはアレイ基板ＡＲに設けられるカラーフィルタＣＦに２０μｍ×２０μｍのサイズで形成された。この場合、画素開口率を従来の５０％から６０％に向上させることができた。さらに完成した液晶表示装置を動作させてみると、第１実施形態と同様に高い表示品位が得られた。また、開口率が１０％向上した分、明るくなって視認性を高めることができた。

本実施形態の液晶表示装置では、カラーフィルタＣＦがアレイ基板ＡＲ側に配置される。従って、カラーフィルタＣＦを対向基板ＣＴ側に配置して基板ＡＲおよびＣＴを貼り合わせる場合において必要とされるカラーフィルタＣＦの着色層Ｒ，Ｇ，Ｂと複数の画素電極ＰＥの列との位置合せを不要にできる。

また、この液晶表示装置は高い表示品位に加えて、タッチパネルと同等の座標入力機能を持つことができる。突起ＰはカラーフィルタＣＦと同一材料からなるため、カラーフィルタＣＦの製造工程で形成することが可能である。さらに、突起Ｐは共通電極ＣＥの導電膜で覆われるが、突起Ｐの側面が着色層Ｒ，Ｇ，Ｂの重なりを利用してなだらかに傾斜した形状となる。すなわち、突起Ｐの側面が逆テーパ状あるいは急峻な傾斜面である場合と違って、導電膜の段切れを生じることがない。従って、座標入力のための突起に起因した製造コストの増大および信頼性の低下を防止できる。

尚、本発明は上述の実施形態に限定されず、その要旨を逸脱しない範囲でさらに様々に変形可能である。

上述の実施形態では、各センサ部が画素電極ＰＥ、対向電極ＣＥ、および突起Ｐを組み合わせて構成されたが、例えばアレイ基板ＡＲ側および対向基板ＣＴ側に配置される２つの電極のいずれか一方の下地として突起Ｐを形成しこれら電極間に圧電素子を挟持した構造であってもよい。この場合、これら電極に接続される配線を介して圧電素子からの電気信号が位置検出用に取り出される。

本発明の第１実施形態に係るカラーアクティブマトリクス液晶表示装置の表示パネルの断面構造を概略的に示す図である。 図１に示す液晶表示装置の回路構造を概略的に示す図である。 図１に示す突起の形状を詳細に示す図である。 図３に示す突起に対する比較例を示す図である。 図１に示す突起の第１変形例の平面構造を示す図である。 図５に示すVI−VI線に沿った断面構造を示す図である。 図５に示す突起の配置を変更した例を示す図である。 図１に示す突起の第２変形例の平面構造を示す図である。 図８に示すIX-IX線に沿った断面構造を示す図である。 図８に示す突起の配置を変更した例を示す図である。 図１に示す突起の第３変形例の平面構造を示す図である。 図１１に示すXII-XII線に沿った断面構造を示す図である。 図１に示す突起の第４変形例の平面構造を示す図である。 図１３に示すXIV-XIV線に沿った断面構造を示す図である。 図１に示す突起の第５変形例の平面構造を示す図である。 図１５に示すXVI-XVI線に沿った断面構造を示す図である。 図１５に示す突起の配置および形状を変更した例を示す図である。 図１に示す突起の第６変形例の平面構造を示す図である。 図１８に示すXIX-XIX線に沿った断面構造を示す図である。 図１に示す突起の第７変形例の平面構造を示す図である。 図２０に示すXXI-XXI線に沿った断面構造を示す図である。 図１に示す突起の第８変形例の断面構造を示す図である。 本発明の第２実施形態に係るカラーアクティブマトリクス液晶表示装置の表示パネルの断面構造を示す。

符号の説明

ＡＲ…アレイ基板、ＣＴ…対向基板、ＬＱ…液晶層、ＰＥ…画素電極、ＣＥ共通電極、ＰＸ…液晶画素、ＣＦ…カラーフィルタ、Ｒ，Ｇ，Ｂ…着色層、Ｐ…突起、ｗ…画素スイッチング素子、Ｘ…信号線、Ｙ…走査線、２，４…配向膜。

Claims (9)

1. 複数の画素を規定して略マトリクス状に配置される複数の画素電極を含む第１電極基板と、前記複数の画素電極に対向する共通電極を含む第２電極基板と、前記第１および第２電極基板間に挟持され、液晶分子の配列が前記第１および第２電極基板からの電界により制御される液晶組成物を含む液晶層と、前記第１および第２電極基板の一方に配置され、前記複数の画素電極に対応して並ぶ複数の着色層からなるカラーフィルタと、局所的な加圧による前記第１および第２電極基板間の距離変化を検出する複数のセンサ部とを備え、各センサ部は前記カラーフィルタ上に配置され前記カラーフィルタと同一材料からなる突起を有することを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記突起は前記複数の着色層の部分的な重なりによって得られる積層構造を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記積層構造の最上層は最下層よりも狭い面積に設定されることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記複数の着色層のいずれかは、前記積層構造の最下層を下地とする部分をカラーフィルタ用部分に対して連続させて形成されることを特徴とする請求項３に記載の液晶表示装置。
5. 前記複数の画素電極および前記共通電極はそれぞれ第１および第２配向膜でそれぞれ覆われ、前記突起は前記第１および第２配向膜のうちの隣接する一方のラビング方向に略平行な方向に細長い平面形状を有することを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
6. 前記突起は隣接画素の境界付近に配置されることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
7. 前記第１電極基板はさらに前記複数の画素電極の行に沿って配置される複数の走査線、前記複数の画素電極の列に沿って配置される複数の信号線、前記複数の走査線、および信号線の交差位置近傍に配置され各々１走査線からの制御により１信号線を１画素電極に電気的に接続する複数のスイッチ素子を含むアクティブマトリクス基板であることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
8. 前記カラーフィルタは前記アクティブマトリクス基板において前記複数の画素電極の下地として形成されることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。
9. さらに前記複数のセンサ部に接続され、前記第１および第２電極基板間の距離が前記局所的な加圧によって変化した位置を検出する位置検出回路を備えることを特徴とする請求項７に記載の液晶表示装置。

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