JP2010198182A - 入力機能付き液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】静電容量結合方式のタッチセンサを液晶表示装置側の基板に形成して機能内蔵することで厚みを低減した液晶表示装置は、タッチセンサ回路に液晶表示回路が近接しており、液晶駆動の電界に影響されて指に結合された静電容量の変化を高感度で検出できず、正常な機能を実現できない問題がある。
【解決手段】液晶層１１３を挟持した一対の透明基板の一方の基板１０１上にカラーフィルタ層１０７を有する横電界により液晶を駆動させる液晶表示回路を形成し、対向する他方の基板１１６において、液晶とは反対側に静電容量結合方式のタッチセンサ回路層１１７を有することで、タッチセンサ回路に液晶表示回路が近接せずに、タッチセンサの静電容量の変化を高感度で検出することが可能となる。これにより、タッチセンサとしての機能、性能を維持しつつ、機器を生産性良く実現できる静電容量結合方式タッチセンサを組み込んだ液晶表示装置を得ることが可能となる。
【選択図】図１
【解決手段】液晶層１１３を挟持した一対の透明基板の一方の基板１０１上にカラーフィルタ層１０７を有する横電界により液晶を駆動させる液晶表示回路を形成し、対向する他方の基板１１６において、液晶とは反対側に静電容量結合方式のタッチセンサ回路層１１７を有することで、タッチセンサ回路に液晶表示回路が近接せずに、タッチセンサの静電容量の変化を高感度で検出することが可能となる。これにより、タッチセンサとしての機能、性能を維持しつつ、機器を生産性良く実現できる静電容量結合方式タッチセンサを組み込んだ液晶表示装置を得ることが可能となる。
【選択図】図１
Description
本発明は、入力機能付き液晶表示装置に係り、特に静電容量結合方式のタッチセンサ機能を内蔵実装する液晶表示装置に関する。
静電容量結合方式タッチセンサは、表示装置と組み合わせることで、表示装置の表示領域に対応するタッチセンサ画面を指で触れることにより、指先と位置検出電極との間での静電容量の変化を捉えて位置を検知して、位置座標などを表示装置に入力する機能を有する機器である。
近年、携帯電話や超小型のパーソナルコンピュータなどのモバイル機器に搭載されて、表示装置と組み合わせ入力装置として用いられている。
静電容量結合方式のタッチセンサは、表示装置表示領域に対応するタッチセンサ基板上のタッチセンサ画面に、タッチされた位置を検出するパターン化させた透明電極が形成され、タッチセンサ画面周辺には透明電極からの位置検出信号を取り出す配線が形成され、位置検出信号を外部の検出回路に出力するための配線回路などを備えている。
静電容量結合方式のタッチセンサ装置と液晶表示装置とを貼り合わせたタッチセンサ付き液晶表示装置の例としては、特許文献１が知られている。
静電容量結合方式のタッチセンサ機能を液晶表示装置に内蔵した例としては、横電界駆動方式の液晶表示装置に関する特許文献２、ＴＮ方式や垂直配向方式の液晶表示装置に関する特許文献３が知られている。
近年、モバイル機器の薄型化競争が激しく、特に携帯電話では、液晶パネルのガラス基板やバックライト機器を薄くして、機器の薄型化を進めている。
ところで、静電容量結合方式のタッチセンサ装置と液晶表示装置とを貼り合わせたタッチセンサ付き液晶表示装置では、タッチセンサの基板と液晶表示装置の基板とを貼り合わせているために、全体に厚いものとなっている。
また、これを改善するために、タッチセンサ機能を果たす回路を液晶表示装置側の基板に形成して機能内蔵することで、タッチセンサの基板分の厚みを低減した液晶表示装置については、特許文献２、３に記載されている。
液晶表示装置の駆動方式は、一般的に下記の３種類の方式に分けられる。
一つは、一対の液晶挟持基板に対して、片側の基板に液晶駆動用の画素電極と共通電極が存在する横電界駆動方式である。また、その他は、一対の液晶挟持基板に対して、一方の基板の液晶挟持面に液晶駆動用の画素電極が、もう一方の基板の液晶挟持面に共通電極が形成されていることを特徴とするTwisted Nematic（ＴＮ）方式、垂直配向方式である。
この中で、従来の横電界駆動方式の液晶表示装置では、一定電位となっているシールド電極層や導体層が液晶駆動用の画素電極と共通電極の対向基板面に形成されている。
一般的に、横電界駆動方式では、画素電極と共通電極の対向基板面に一定電位となっている導体が存在すると、画素電極と共通電極との電界が正常に印加されず、電界による液晶分子配列の動きが影響され、液晶配向の乱れが発生することで、いわゆる表示斑の原因となり表示性能が劣ることになる。対向基板面に存在し得る抵抗値の高い材料に関しては、特許文献４〜７などに記載があり、対向基板面には抵抗性の高い材料が用いられている。
このため、従来の横電界駆動方式の液晶表示器では、電界駆動方式において画素電極と共通電極の対向基板面に一定電位となっているシールド電極層や導体層が存在することで、液晶表示装置としての性能が著しく劣る問題がある。
また、タッチセンサ電極が形成された基板の裏面に対して、シールド電極層や導体層、カラーフィルタ層が形成されている。このため、先にタッチセンサ電極を形成した後に、シールド電極層や導体層、カラーフィルタ層を形成するか、あるいはその逆の工程を取る必要があり、一方の面を裏面側を形成する間に保護する必要があり、工程が煩雑になる問題がある。
一方、従来のＴＮ方式や垂直配向方式の液晶表示装置では、液晶駆動用の電極が液晶挟持菱面に形成されており、その電極間の電界により液晶が駆動する。このとき、静電容量結合方式のタッチセンサ電極と液晶駆動用の電極がカラーフィルタ層を介して絶縁されるだけの構造となっている。タッチセンサ機能としては、液晶パネル画面を指で触れることでタッチセンサ電極により指に結合された静電容量の変化を捉えて位置を検知して画像表示に反映することになる。
しかし、近接している液晶駆動の電界に影響されて、指に結合された静電容量の変化を高感度で検出できず、タッチセンサとしての正常な機能を実現できない問題がある。また、逆に近接しているタッチセンサ電極を流れる電流信号に影響されて、近接している液晶駆動電極に印加される電界が乱れて、液晶分子配列の動きが影響され、液晶配向の乱れが発生することで、表示性能に問題が生じる問題がある。
本発明の目的は、タッチセンサとしての機能、性能を維持しつつ、機器を生産性良く実現できる静電容量結合方式タッチセンサ機能を組み込んだ液晶表示装置を提供することにある。
上述の目的を達成するために、本発明の静電容量結合方式タッチセンサ機能を組み込んだ液晶表示装置は、以下の特徴を有している。
本発明の液晶表示装置は、液晶を挟持した一対の透明基板の一方の基板上に、マトリックス状に配され薄膜トランジスタから成るスイッチング素子とスイッチング素子の配線部と、薄膜トランジスタに電気的に接続された透光性の画素電極と、画素電極と絶縁膜を介して配置された共通電極を有し、液晶を挟持する最表面に液晶配向膜を有し、対向する他方の基板において、液晶を挟持する面に液晶配向膜を有し、その基板の液晶とは反対側に静電容量結合方式のタッチセンサ機能の電極を有している。
このとき、本液晶表示装置では、画素電極と共通電極との間の横電界により液晶を電極に対して水平に配向駆動を行うことで画像表示機能を発現する。
また、本発明の液晶表示装置では、液晶を挟持した一対の透明基板の内、薄膜トランジスタを有する基板側にカラーフィルタを有することで、カラー表示を実現している。また、薄膜トランジスタを有する基板と対向する他方の基板において、液晶を挟持する面に液晶配向膜を有し、その基板裏面側に、透明電極からなるＸＹ位置座標電極が設けられた静電容量結合方式によりタッチされた位置を検出するタッチセンサ回路を有している。
このとき、タッチセンサ回路を有する基板では、片側に液晶配向膜しか存在せず、液晶を駆動させる横電界に影響を与える導電層が存在せず、電界による液晶分子配列の動きが乱されることない表示性能が得ることが可能となる。
片側に液晶配向膜とセルギャップスペーサ（セルギャップスペーサは薄膜トランジスタ回路基板側にあっても同じ機能を果たす）を形成すれば、液晶表示装置としての基本性能を実現できる、製造工程も簡単とすることが可能となる。
さらに、タッチセンサ回路を有する基板の厚みを、０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下とすれば、十分に厚い絶縁物となり、タッチセンサ回路も基板自体が厚い絶縁物となって液晶を駆動させる横電界から隔絶され、タッチセンサ電極と指との間で結合された静電容量の変化を高感度で検出することが可能となる。
本発明では、タッチセンサとしての機能、性能を維持しつつ、機器を生産性良く実現できる静電容量結合方式タッチセンサ機能を組み込んだ液晶表示装置を実現することができる。
以下、本発明の実施の形態について、図１ないし７を用いて説明する。
図１の断面図に示す実施例１の液晶表示装置を以下の条件で作製した。
本実施例の液晶表示装置は、対向する透明基板である第１の基板１０１と第２の基板１１６とで液晶層１１３を挟持しており、第１の基板１０１上に薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子とする表示回路が設けられている。
第１の基板１０１上に、所望のパターン形状からなる導電体のゲート電極１０２を形成し、この上面に窒化シリコン膜からなると絶縁層１０３を形成する。次に、薄膜トランジスタ１０５を形成し、これに接続するソース電極１０４とドレイン電極１０６を形成する。次に、顔料カラーフィルタ材料を用いて、カラーフィルタ層１０７を形成する。このとき、カラーフィルタ層にはソース配線まで貫通する接続開口１１１を形成する。次に、透明共通電極１０８を形成する。次に、この上面に、窒化シリコン膜からなる絶縁層１０９を形成する。このとき、絶縁層１０９にはソース配線まで貫通する接続開口１１１を形成する。次に、所望の形状にパターン化した透明画素電極１１０を形成する。このとき、接続開口１１１より、画素電極１１０は、ソース電極１０４に接続されている。次に、ポリイミド材料を主成分とする液晶用の配向膜１１２を形成する。
第２の基板１１６上には、静電容量タッチセンサ回路層１１７を形成する。その裏面（液晶を挟持する側）に、液晶層１１３の厚みを規定するためのセルギャップスペーサ１１４を形成する。次に、ポリイミド材料を主成分とする液晶用の配向膜１１５を形成する。
第１の基板１０１と第２の基板１１６とで液晶層１１３を挟持した後、偏光板フィルムを両外側に貼り付けて、外付け偏光板１１８、１１９を形成する。
以上により形成された液晶挟持セルと光源となるバックライトユニット（表示せず）と組み合わせて、液晶表示装置ができる。
以下、製作工程を具体的に説明する。
第１の基板１０１として、可視光領域で透明性が良好な厚さ略０．４ｍｍの無アルカリガラスを用い、この上にゲート電極となる電極材料を成膜し、ホトレジストを用いたホトリソグラフィ技術によりパターン形成し、ゲート電極１０２を形成する。本構成例では、ゲート電極１０２としてはスパッタ法にてアルミニウムとモリブデンを順次積層して、厚さ略１００ｎｍで形成してある。
次に、ゲート電極１０２を被覆するように基板全面に、プラズマＣＶＤ（化学的気層成長）法により厚さ略３００ｎｍの窒化シリコン膜を絶縁層１０３として成膜する。さらに、ゲート電極上には、窒化シリコン絶縁膜を介し薄膜トランジスタ１０５をホトリソグラフィ技術にて形成する。薄膜トランジスタ１０５は、本構成例では、アモルファスシリコン膜あるいは多結晶シリコン膜を用いて厚さ略３００ｎｍで形成してある。
次に、ソース電極１０４とドレイン電極１０６を薄膜トランジスタパターンの一部に重複するように形成する。これらは、スパッタ法により厚さ略３００ｎｍのモリブデン、アルミニウム、モリブデンを順次積層成膜する。続いて、周知のホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストパターン形成し、得られたホトレジストパターンをマスクとして、電極をエッチングによりパターンを形成し、ホトレジストを除去して、所望のソース電極とドレイン電極のパターンを形成する。
次に、カラーフィルタ顔料を含有するアルカリ現像型の感光性カラーフィルタ材料をスピンまたはスリット方式にて塗布し、ホットプレートやオーブン炉を用いて９０℃で加熱し、所定のホトマスクを用いホトリソグラフィ技術によって露光し、アルカリ現像液にてパターン形成して、接続開口１１１を形成する。続いて、オーブン炉を用いて２３０℃で３０分間加熱し硬化させることで厚さ約１．５μｍのカラーフィルタ層１０７を形成する。カラー表示には赤色、緑色、青色の３色の画素を組み合わせることが必要であるので、３色のカラーフィルタを形成する。
次に、インジウム酸化スズ膜をよく知られる真空中のスパッタリング法を用いて厚さ７０ｎｍ成膜する。次に、周知のホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストを塗布し、露光、現像により所望のパターンを形成する。次に、得られたホトレジストパターンをマスクとして、透明電極をエッチングによりパターンを形成し、ホトレジストを除去して、所望の透明共通電極１０８のパターンを得る。
透明電極としては、電導度がある程度高く，可視光を透過させるという機能を有するインジウム酸化スズ膜の他に、酸化インジウム酸化亜鉛膜、酸化亜鉛などの酸化物透明電極が適している。電極の厚みは、電導度と透明性との相関から任意に設定される。酸化物透明電極膜は、エッチングする際には酸性系液を用いればよい。
引き続き、上層にこれら下層膜を保護被覆する絶縁層１０９を形成する。本構成例の場合、プラズマＣＶＤ法により厚さ略５００ｎｍの窒化シリコン膜で形成される。この他に、酸化窒化シリコン膜も用いることができる。このとき、窒化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜の形成温度は室温以上から２８０℃以下が望ましく、顔料カラーフィルタの耐熱性と保護膜としての窒化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜の物性的な膜質との両立から、特には１８０℃以上２３０℃以下が望ましい。
次に、ホトレジスト材料を塗布し、ホットプレートやオーブン炉を用いて９０℃で加熱し、所定のホトマスクを用いホトリソグラフィ技術によって露光し、アルカリ現像液にてパターン形成して、開口を形成してレジスト下層の窒化シリコン膜を露出させる。続いて、レジストをマスクとして露出部の窒化シリコン膜をエッチングにより除去して開口を形成し、下層のソース電極を露出させる接続開口１１１を形成する。このとき、窒化シリコン膜はカラーフィルタ層を被覆して、接続開口１１１内ではカラーフィルタ層は露出していない。
次に、インジウム酸化スズ膜をよく知られる真空中のスパッタリング法を用いて厚さ７０ｎｍ成膜する。次に、周知のホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストを塗布し、露光、現像により所望のパターンを形成する。次に、得られたホトレジストパターンをマスクとして、透明電極をエッチングによりパターンを形成し、ホトレジストを除去して、所望の透明画素電極１１０のパターンを得る。
引き続き、液晶表示装置の表示領域の表層に液晶を配向させるための液晶配向膜１１２を形成する。液晶配向膜は、ポリイミド系材料溶液をフレキソ印刷やインクジェット塗布成膜方法を用いて成膜し、９０℃で加熱し、その後２３０℃で加熱硬化膜とした後、ラビング手法等で膜表面をラビング処理し、水洗浄して配向膜とする。
第２の基板１１６として、可視光領域で透明性が良好な、無アルカリガラス、ソーダガラスや、ホウケイ酸ガラスなどのアルカリガラスや、また化学強化ガラスといったガラス基板を用いてもよい。また、透明性を有するポリエチレンテレフタラート、ポリエチレンナフレタートなどのポリエステルフィルム、耐熱性と透明性の高いポリイミドフィルムも知られており、このような透明性を有する樹脂系基板を用いてもよい。
基板の厚さとしては、０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下が望ましい。このとき、第２の基板１１６は、液晶表示装置と静電容量タッチセンサ回路層との間の十分に厚い絶縁物となる。
ここでは第２の基板１１６として、０．８ｍｍ厚の無アルカリガラスを用いて、静電容量タッチセンサ回路層１１７を形成する。
静電容量タッチセンサ回路層１１７には、表示画面内は透明電極を用いて回路が形成されている。透明電極としては、電導度がある程度高く，可視光を透過させるという機能を有するインジウム酸化スズ膜や、酸化インジウム酸化亜鉛膜、酸化亜鉛などの酸化物透明電極が適している。透明電極は、例えば、インジウム酸化スズ膜をよく知られる真空中のスパッタリング法を用いて成膜する。次に、周知のホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストを塗布し、露光、現像により所望のパターンを形成する。次に、得られたホトレジストパターンをマスクとして、透明電極をエッチングによりパターンを形成し、ホトレジストを除去して、所望の透明電極パターンを得る。電極の厚みは、電導度と透明性との相関から任意に設定される。
第２の基板１１６の裏面（液晶を挟持する側）に、液晶層１１３の厚みを規定するためのセルギャップスペーサ１１４を形成する。
セルギャップスペーサの材料としては、感光性材料が適している。アクリル系樹脂やアクリルエポキシ系樹脂をベースポリマに感光剤と組み合わせることで、光照射された部分が現像溶解して除去されるポジ型感光性材料や光照射されていない部分が現像溶解して除去されるネガ型感光性材料が知られており、これらを用いることが可能である。現像液としては、それぞれの感光性材料に依存して、アルカリ水溶液や有機溶剤を用いることが可能である。
このような感光性材料溶液をスピンまたはスリット方式にて塗布し、ホットプレートやオーブン炉を用いて９０℃で加熱し、所定のホトマスクを用いホトリソグラフィ技術によって露光し、現像液にてパターンを形成する。続いて、オーブン炉を用いて２３０℃で３０分間加熱し硬化させることで、セルギャップスペーサ１１４を形成する。
次に、液晶表示装置の表示領域の表層に液晶を配向させるための液晶配向膜１１５を形成する。液晶配向膜１１５は、ポリイミド系材料溶液をフレキソ印刷やインクジェット塗布成膜方法を用いて成膜し、９０℃で加熱し、その後２３０℃で加熱硬化膜とした後、ラビング手法等で膜表面をラビング処理し、水洗浄して配向膜とする。
以上により形成した第１の基板と第２の基板とを貼り合わせて、液晶層１１３を挟持する。液晶層の厚みは、セルギャップスペーサ１１４の高さで規定されており、ここでは０．４μｍ厚とした。
次に、第１の基板と第２の基板の外面にフィルム偏光板を貼り合わせて、外付け偏光板１１８と１１９を設けた。
以上により、静電容量結合方式タッチセンサ機能を組み込んだ液晶表示装置を得る。本液晶表示装置においては、液晶を挟持した一対の透明基板の一方の基板上に、マトリックス状に配され薄膜トランジスタから成るスイッチング素子とスイッチング素子の配線部と、薄膜トランジスタのソース電極に電気的に接続された透光性の画素電極と、画素電極と絶縁膜を介して配置された共通電極を有し、液晶を挟持する最表面に液晶配向膜を有し、対向する他方の基板において、液晶を挟持する面に液晶配向膜を有し、その基板裏面側に静電容量結合方式のタッチセンサ機能の電極を有している。
このとき、本液晶表示装置では、画素電極と共通電極との間の横電界により液晶を電極に対して水平に配向駆動を行うことで画像表示機能を発現し、また、薄膜トランジスタを有する基板側にカラーフィルタを有することで、液晶表示装置としてのカラー表示を実現している。本実施例においてはカラーフィルタ層１０７を絶縁層１０３上に形成したが、カラーフィルタ層１０７は薄膜トランジスタ１０５を有する基板側にあればどこに配置してもよい。例えば、第１の基板１０１上にカラーフィルタ層１０７を形成し、その上に窒化シリコン膜や酸化窒化シリコン膜を用いて保護膜を形成した後、その上にゲート電極１０２や絶縁層１０３を形成するようにしてもよい。
ここで、第１の基板１０１上に形成される薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子とする表示回路は、その液晶表示画素の１サブピクセルを示す図２の平面図のように、ドレイン電極２０１、ゲート電極２０２、薄膜トランジスタ２０３、ソース電極２０４、接続開口２０５、透明画素電極２０６、透明共通電極２０８から構成されている。透明画素電極２０６は、透明共通電極２０８との間の横電界により液晶を電極に対して水平に配向駆動を行うために、画素電極スリット開口２０７を有するスリット形状となっている。透明画素電極２０６は、その形状から、櫛歯状電極と呼ばれることもある。
また、第１の基板上に薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子とする表示回路は、図３の平面図に示すように、赤、緑、青の原色カラーフィルタをサブピクセルとして３原色を組み合わせて１画素として、液晶表示装置としてのカラー表示を実現している。
図３において、３０１は接続開口、３０２は透明画素電極、３０３は画素電極スリット開口、３０４は透明共通電極層、３０５はカラーフィルタ（赤）、３０６はカラーフィルタ（緑）、３０７はカラーフィルタ（青）である。
図４に、実施例１の静電容量結合方式タッチセンサ機能を組み込んだ液晶表示装置の斜視図を示す。図４に示す液晶表示装置を以下の条件で作製した。
薄膜トランジスタ回路をスイッチング素子とする表示回路を形成した第１の基板４０１とタッチセンサ回路を内蔵した第２の基板４０３を画像表示画面（タッチセンサ画面）４０４を外面にして貼り合わせて液晶層４０２を挟持する。第１の基板４０１と第２の基板４０２の外側にはフィルム偏光板（図示せず）が貼り合わせている。
第２の基板４０３には、タッチセンサ位置検出回路制御用ＩＣ４０５を実装したフレキシブルプリント配線基板４０６が接続されている。このフレキシブルプリント配線基板４０６は、信号を液晶表示装置に入力する目的で第１の基板４０１に接続されている。第１の基板４０１には、液晶表示用制御ＩＣ４０８を実装し、フレキシブルプリント配線基板４０７を接続している。フレキシブルプリント配線基板４０７を、例えば携帯電話の信号回路と接続することで、液晶表示装置に表示画像信号を送る働きをする。
このとき、断面ａ−ａ’は、図５に示すように、第１の基板５０２、液晶層５０４を挟持するための表示画面周辺をシールする液晶シール部５０３、第２の基板５０５、タッチセンサ回路層５０６と、それぞれの基板外側に貼り付けられた外付け偏光板５０１、５０７とから構成される。
以上により、静電容量結合方式タッチセンサ機能を組み込んだ液晶表示装置を得る。本液晶表示装置においては、液晶を挟持した一対の透明基板の一方の基板上に、マトリックス状に配され薄膜トランジスタから成るスイッチング素子とスイッチング素子の配線部と、薄膜トランジスタのソース電極に電気的に接続された透光性の画素電極と、画素電極と絶縁膜を介して配置された共通電極を有し、液晶を挟持する最表面に液晶配向膜を有し、対向する他方の基板において、液晶を挟持する面に液晶配向膜を有し、その基板裏面側（液晶とは反対側）に静電容量結合方式のタッチセンサ回路層を有している。
図６に、実施例１のタッチセンサ回路層の基板平面図を示す。図６に示すタッチセンサ回路層を以下の条件で作製した。
第２の基板６０１片面上に、位置座標を検出するためのタッチ位置座標検出回路層が形成されている。この回路層は、画像表示画面（タッチセンサ画面）６０２には、タッチ位置座標検出透明電極６０３と６０４（それぞれタッチ位置のＸ座標、Ｙ座標を検出する）と、画像表示画面外に透明電極からの信号を取り出す電極回路信号配線６０５が設けられている。電極回路信号配線６０５は、タッチセンサ回路接続端子６０６に接続されており、この接続端子に対して実施例２に記載したフレキシブルプリント配線基板４０６が接続される。
以下、製作工程を具体的に説明する。
第２の基板６０１として、０．８ｍｍ厚の無アルカリガラスを用いている。
座標電極６０３と６０４となる透明電極としては、電導度がある程度高く，可視光を透過させるという機能を有するインジウム酸化スズ膜や、酸化インジウム酸化亜鉛膜、酸化亜鉛などの酸化物透明電極が適している。座標電極の厚みは、電導度と透明性との相関から任意に設定される。また、座標電極の形状も、検出回路としての静電容量結合の信号と雑音の比からの位置信号検出が良好に行える性能を得るために、任意に設定される。座標電極６０３と６０４のそれぞれは、タッチパネル装置において、Ｘ位置座標とＹ位置座標に対応する座標電極となる。座標電極６０３と６０４の上下関係がＸＹに固有となる必要はない。
座標電極６０３と６０４となる透明電極は、インジウム酸化スズ膜をよく知られる真空中のスパッタリング法を用いて、５ｎｍから５０ｎｍの任意の厚みで成膜する。次に、周知のホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストを塗布し、露光、現像により所望の座標電極パターンを形成する。次に、得られたホトレジストパターンをマスクとして、透明電極をエッチングによりパターンを形成し、ホトレジストを除去して、透明電極からなる所望の座標電極パターン６０３と６０４を得る。
電極回路信号配線６０５とタッチセンサ回路接続端子６０６は、導電性の高い金属配線、例えば銀、アルミニウム、あるいは金属化合物であるアルミニウム・パラジウム・銅などの材質を用いて、上述のホトリソグラフィ技術を用いてパターン形成する。
このとき、座標電極６０３と６０４となる透明電極は、図７に示すように絶縁膜７０４と７０６により絶縁されている。図７において、７０１は第２の基板、７０２はタッチ位置座標検出回路層、７０３はタッチ位置座標検出透明電極、７０４は絶縁膜、７０５はタッチ位置座標検出透明電極、７０６は絶縁膜である。絶縁膜７０４と７０６としては、光透過性のある絶縁膜材料が適している。膜厚は、光透過率や絶縁膜材料の誘電率を考慮して選択することができる。絶縁膜を比誘電率３〜４とした場合に、膜厚は１〜２０マイクロｍが適している。
絶縁膜層の材料としては、感光性材料を用いると上述のタッチ位置座標検出回路層７０２を形成する際の開口パターンの形成に適している。アクリル系樹脂やアクリルエポキシ系樹脂、シロキサン系樹脂をベースポリマに感光剤と組み合わせることで、光照射された部分が現像溶解して除去されるポジ型感光性材料や光照射されていない部分が現像溶解して除去されるネガ型感光性材料が知られており、これらを用いることが可能である。現像液としては、それぞれの感光性材料に依存して、アルカリ水溶液や有機溶剤を用いることが可能である。
絶縁膜は、画像表示装置の性能を下げないために、透過率８０％以上の光透過性を有することが必要である。上述の絶縁膜材料において、ネガ型感光性材料では、ベースポリマと感光剤などの成分が可視光領域（４００ｎｍ〜８００ｎｍ）での光吸収が少ないものを選択すれば、光透過性を実現できる。また、ポジ型感光性材料ではベースポリマが可視光領域での光吸収が少ないものを選択すると共に、感光剤は、光脱色（ホトブリーチング）処理を行い、可視光領域での光透過性を向上させることが可能である。
具体的に、タッチ位置座標検出回路層７０２は以下の工程で形成することが可能である。
インジウム酸化スズ膜をスパッタリング法を用いて厚さ２０ｎｍを第２の基板７０１上に成膜する。次に、周知のホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストを塗布し、露光、現像により、下層のインジウム酸化スズが露出した所望のパターンを形成する。次に、ホトレジストパターンをマスクとして、露出したインジウム酸化スズを臭化水素酸水溶液を用いてエッチングにより除去する。次にホトレジストを除去して、透明電極からなる所望のタッチ位置座標検出透明電極７０３を得る。
アルカリ水溶液現像可能なアクリル系ネガ型感光性材料を用いる場合の絶縁膜層形成では、次のような工程を取る。まず、タッチ位置座標検出透明電極７０３が形成された第２の基板７０１上に材料溶液を塗布する。次に、ホットプレートにて９０℃、５分間加熱してプリベーク膜を得る。次に、所望のパターンを形成するためのホトマスクを介して、絶縁膜として開口する箇所を除いた面に光照射して光硬化させる。次に、水酸化テトラメチルアンモニウム２．３８ｗｔ％のアルカリ水溶液を用いて、プリベーク膜を現像し、光照射されていない部分を溶解除去して、絶縁膜に所望の開口を形成する。次いで、ホットプレートにて２３０℃、１０分間加熱硬化して、２マイクロｍ厚の絶縁膜７０４を得る。
次に、インジウム酸化スズ膜をスパッタリング法を用いて厚さ２０ｎｍを第２の基板７０１上の絶縁膜７０４を含めて、その上に成膜する。次に、周知のホトリソグラフィ技術を用いて、ホトレジストを塗布し、露光、現像により、下層のインジウム酸化スズが露出した所望のパターンを形成する。次に、ホトレジストパターンをマスクとして、露出したインジウム酸化スズを臭化水素酸水溶液を用いてエッチングにより除去する。次にホトレジストを除去して、透明電極からなる所望のタッチ位置座標検出透明電極７０５を得る。
次に、下層の座標電極層が形成された基板上にアルカリ水溶液現像可能なアクリル系ネガ型感光性材料溶液を塗布する。次に、ホットプレートにて９０℃、５分間加熱してプリベーク膜を得る。次に、所望のパターンを形成するためのホトマスクを介して、絶縁膜として開口する箇所を除いた面に光照射して光硬化させる。次に、水酸化テトラメチルアンモニウム２．３８ｗｔ％のアルカリ水溶液を用いて、プリベーク膜を現像し、光照射されていない部分を溶解除去して、絶縁膜に所望の開口を形成する。次いで、ホットプレートにて２３０℃、１０分間加熱硬化して、２マイクロｍ厚の絶縁膜７０６を得る。
１０１・・・第１の基板、１０２・・・ゲート電極、１０３・・・絶縁層、
１０４・・・ソース電極、１０５・・・薄膜トランジスタ、１０６・・・ドレイン電極、
１０７・・・カラーフィルタ層、１０８・・・透明共通電極、１０９・・・絶縁層、
１１０・・・画素電極、１１１・・・接続開口、１１２・・・液晶配向膜、
１１３・・・液晶層、１１４・・・セルギャップスペーサ、１１５・・・液晶配向膜、
１１６・・・第２の基板、１１７・・・タッチセンサ回路層、
１１８、１１９・・・外付け偏光板
２０１・・・ドレイン電極、２０２・・・ゲート電極、２０３・・・薄膜トランジスタ、
２０４・・・ソース電極、２０５・・・接続開口、
２０６・・・透明画素電極、２０７・・・画素電極スリット開口、
２０８・・・透明共通電極、
３０１・・・接続開口、３０２・・・透明画素電極、
３０３・・・画素電極スリット開口、３０４・・・透明共通電極層、
３０５・・・カラーフィルタ（赤）、３０６・・・カラーフィルタ（緑）、
３０７・・・カラーフィルタ（青）、
４０１・・・第１の基板、４０２・・・液晶層、４０３・・・第２の基板（タッチセンサ回路内蔵）、４０４・・・画像表示画面（タッチセンサ画面）、
４０５・・・タッチ位置検出回路制御用ＩＣ、
４０６・・・フレキシブルプリント配線基板、
４０７・・・フレキシブルプリント配線基板、
４０８・・・液晶表示用制御ＩＣ、
５０１・・・外付け偏光板、５０２・・・第１の基板、５０３・・・液晶シール部、
５０４・・・液晶層、５０５・・・第２の基板、５０６・・・タッチセンサ回路層、
５０７・・・外付け偏光板、
６０１・・・第２の基板、６０２・・・画像表示画面（タッチセンサ画面）、
６０３・・・タッチ位置座標検出透明電極（Ｘ座標）、
６０４・・・タッチ位置座標検出透明電極（Ｙ座標）、
６０５・・・電極回路信号配線、６０６・・・タッチセンサ回路接続端子、
７０１・・・第２の基板、７０２・・・タッチ位置座標検出回路層、
７０３・・・タッチ位置座標検出透明電極、７０４・・・絶縁膜、
７０５・・・タッチ位置座標検出透明電極、７０６・・・絶縁膜
１０４・・・ソース電極、１０５・・・薄膜トランジスタ、１０６・・・ドレイン電極、
１０７・・・カラーフィルタ層、１０８・・・透明共通電極、１０９・・・絶縁層、
１１０・・・画素電極、１１１・・・接続開口、１１２・・・液晶配向膜、
１１３・・・液晶層、１１４・・・セルギャップスペーサ、１１５・・・液晶配向膜、
１１６・・・第２の基板、１１７・・・タッチセンサ回路層、
１１８、１１９・・・外付け偏光板
２０１・・・ドレイン電極、２０２・・・ゲート電極、２０３・・・薄膜トランジスタ、
２０４・・・ソース電極、２０５・・・接続開口、
２０６・・・透明画素電極、２０７・・・画素電極スリット開口、
２０８・・・透明共通電極、
３０１・・・接続開口、３０２・・・透明画素電極、
３０３・・・画素電極スリット開口、３０４・・・透明共通電極層、
３０５・・・カラーフィルタ（赤）、３０６・・・カラーフィルタ（緑）、
３０７・・・カラーフィルタ（青）、
４０１・・・第１の基板、４０２・・・液晶層、４０３・・・第２の基板（タッチセンサ回路内蔵）、４０４・・・画像表示画面（タッチセンサ画面）、
４０５・・・タッチ位置検出回路制御用ＩＣ、
４０６・・・フレキシブルプリント配線基板、
４０７・・・フレキシブルプリント配線基板、
４０８・・・液晶表示用制御ＩＣ、
５０１・・・外付け偏光板、５０２・・・第１の基板、５０３・・・液晶シール部、
５０４・・・液晶層、５０５・・・第２の基板、５０６・・・タッチセンサ回路層、
５０７・・・外付け偏光板、
６０１・・・第２の基板、６０２・・・画像表示画面（タッチセンサ画面）、
６０３・・・タッチ位置座標検出透明電極（Ｘ座標）、
６０４・・・タッチ位置座標検出透明電極（Ｙ座標）、
６０５・・・電極回路信号配線、６０６・・・タッチセンサ回路接続端子、
７０１・・・第２の基板、７０２・・・タッチ位置座標検出回路層、
７０３・・・タッチ位置座標検出透明電極、７０４・・・絶縁膜、
７０５・・・タッチ位置座標検出透明電極、７０６・・・絶縁膜
Claims (6)
- 静電容量結合方式タッチセンサを組み込んだ液晶表示装置において、
液晶を挟持した一対の透明基板のうち、第１の透明基板上に、マトリックス状に配され薄膜トランジスタから成るスイッチング素子と、該スイッチング素子の配線部と、該薄膜トランジスタに電気的に接続された透光性の画素電極と、該画素電極と絶縁膜を介して配置された共通電極が設けられ、
前記第１の透明基板上にカラー表示のためのカラーフィルタ層が設けられ、
前記第１の透明基板の液晶を挟持する最表面に液晶配向膜が設けられ、
前記第１の透明基板に対向する第２の基板において、液晶を挟持する面に液晶配向膜が設けられ、
前記第２の透明基板の前記液晶とは反対側に前記静電容量結合方式のタッチセンサの透明電極が設けられていることを特徴とする静電容量結合方式タッチセンサを組み込んだ液晶表示装置。 - 前記第１の透明基板に設けられた前記画素電極と前記共通電極との間の電界により前記液晶を横電界駆動方式で駆動させて画像表示することを特徴とする請求項１記載の静電容量結合方式タッチセンサを組み込んだ液晶表示装置。
- 前記第２の透明基板において、前記静電容量結合方式のタッチセンサの透明電極はＸＹ位置座標電極からなり、前記ＸＹ位置座標電極によって静電容量結合方式によりタッチされた位置を検出すると共に、前記第２の透明基板および前記ＸＹ位置座標電極を通して画像を表示することを特徴とする請求項１記載の静電容量方式タッチセンサを組み込んだ液晶表示装置。
- 前記第２の透明基板において、前記ＸＹ位置座標電極のうちの一方の位置座標電極である第１の透明導電膜と、前記ＸＹ位置座標電極のうちの他方の位置座標電極である第２の透明導電膜と、前記第１の透明導電膜および前記第２の透明導電膜の間に介在する絶縁膜を備えることを特徴とする請求項３記載の静電容量方式タッチセンサを組み込んだ液晶表示装置。
- 前記第１の透明基板において、前記共通電極が前記カラーフィルタ層上に形成され、
前記画素電極が前記共通電極と絶縁膜を介して設けられていることを特徴とする請求項１記載の静電容量方式タッチセンサを組み込んだ液晶表示装置。 - 前記第２の透明基板の厚さは０．４ｍｍ以上１．２ｍｍ以下であることを特徴とする請求項１記載の静電容量方式タッチセンサを組み込んだ液晶表示装置。
Priority Applications (5)
| Application Number | Priority Date | Filing Date | Title |
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