JP2011008775A - タッチパネル - Google Patents

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Abstract

【課題】表示部と一体形成できるタッチセンサ（タッチパネル）を提供することを課題とする。また、表示部に表示される画像の画質の劣化を起こさないタッチセンサ（タッチパネル）を提供することを課題とする。
【解決手段】対向する一対の電極が絶縁性材料によって隔離された微小構造体と、発光素子とを有するタッチパネルであって、該絶縁性材料は、可動部が動作する際に該絶縁性材料により形成された充填層が変形できるように空孔を有する材料又は弾性を有する材料を用いる。好ましくは、形成後に所定の処理（例えば熱処理、薬液処理等）を行うことにより、軟化又は硬化する材料を用いる。
【選択図】図１

Description

本発明はタッチセンサと表示部とを有するタッチパネルに関する。
近年、タッチセンサを搭載した表示装置が注目されている。タッチセンサを搭載した表示装置は、タッチパネルまたはタッチスクリーン等と呼ばれる（以下、これらを単に「タッチパネル」と呼ぶ）。タッチセンサには、抵抗膜方式、音響パルス認識方式、超音波表面弾性波方式、赤外遮光方式、静電容量方式、電磁誘導方式、画像認識方式などの種類があり、その違いは動作原理によるものである。いずれの方式であっても被検出物となる物が表示装置に接触することでデータを入力することができる。
従来のタッチセンサは発光層を含むＥＬ層の上層又は下層に形成されていた。特許文献１のようにタッチセンサがＥＬ層の上層に形成される場合、表示面に保護膜や保護基板を設ける必要があるため、いくら高精細な表示装置を作製したとしても視認性が低下し、画質が劣化する。一方、特許文献２のようにタッチセンサがＥＬ層の下層に形成される場合には、表示の高精細化は実現できるが、タッチセンサに圧力をかけることが困難であるため、タッチセンサの精度の低下が問題であった。
特開２０００−３３１５５７号公報 特開２００３−２９６０２２号公報
本発明の一態様は、表示部と一体形成できるタッチセンサを提供することを課題とする。また、本発明の一態様は、表示部に表示される画像の画質の劣化を起こさないタッチセンサを提供することを課題とする。
本発明の一態様は、微小構造体と、薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに電気的に接続された発光素子と、スペーサとを有するタッチパネルであって、前記微小構造体は、下部電極と、前記下部電極と対向して設けられ、圧力の印加により前記下部電極に向かう方向に可動する上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた充填層とを有し、前記下部電極は、前記薄膜トランジスタのゲート電極と同材料で形成され、前記上部電極は、前記発光素子の第１の電極と同材料で形成され、前記充填層は、前記圧力により可逆変形可能な多孔質の絶縁性材料からなり、前記スペーサは、前記発光素子の第１の電極を覆う隔壁よりも硬い材料を用いて前記上部電極上に形成され、前記隔壁は、前記充填層よりも硬い材料で形成されることを特徴とするタッチパネルである。
本発明の一態様は、微小構造体と、薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに電気的に接続された発光素子と、スペーサとを有するタッチパネルであって、前記微小構造体は、下部電極と、前記下部電極と対向して設けられ、圧力の印加により前記下部電極に向かう方向に可動する上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた充填層とを有し、前記下部電極は、前記薄膜トランジスタのソース電極又はドレイン電極と同材料で形成され、前記上部電極は、前記発光素子の第１の電極と同材料で形成され、前記充填層は、前記圧力により可逆変形可能な多孔質の絶縁性材料からなり、前記スペーサは、前記発光素子の第１の電極を覆う隔壁よりも硬い材料を用いて前記上部電極上に形成され、前記隔壁は、前記充填層よりも硬い材料で形成されることを特徴とするタッチパネルである。
前記充填層の空隙率は２０％以上８０％以下であることが好ましい。
前記多孔質の絶縁性材料はブロックコポリマーにより形成されると好ましい。
本発明の一態様は、微小構造体と、薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに電気的に接続された発光素子と、スペーサとを有するタッチパネルであって、前記微小構造体は、下部電極と、前記下部電極と対向して設けられ、圧力の印加により前記下部電極に向かう方向に可動する上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた充填層とを有し、前記下部電極は、前記薄膜トランジスタのゲート電極と同材料で形成され、前記上部電極は、前記発光素子の第１の電極と同材料で形成され、前記充填層は、前記圧力により可逆変形可能な弾性を有する絶縁性材料からなり、前記スペーサは、前記発光素子の第１の電極を覆う隔壁よりも硬い材料を用いて前記上部電極上に形成され、前記隔壁は、前記充填層よりも硬い材料で形成されることを特徴とするタッチパネルである。
本発明の一態様は、微小構造体と、薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに電気的に接続された発光素子と、スペーサとを有するタッチパネルであって、前記微小構造体は、下部電極と、前記下部電極と対向して設けられ、圧力の印加により前記下部電極に向かう方向に可動する上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた充填層とを有し、前記下部電極は、前記薄膜トランジスタのソース電極又はドレイン電極と同材料で形成され、前記上部電極は、前記発光素子の第１の電極と同材料で形成され、前記充填層は、前記圧力により可逆変形可能な弾性を有する絶縁性材料からなり、前記スペーサは、前記発光素子の第１の電極を覆う隔壁よりも硬い材料を用いて前記上部電極上に形成され、前記隔壁は、前記充填層よりも硬い材料で形成されることを特徴とするタッチパネルである。
前記弾性を有する絶縁性材料はエラストマー又は熱可塑性エラストマーであることが好ましい。
本発明の一態様は、タッチセンサが発光素子と並置されているため、画質劣化の少ない、薄型のタッチパネルを提供することができる。
本発明の一態様は、充填層、隔壁、及びスペーサに硬さの異なる材料を用いることによって、効率的にタッチセンサに入力ができ、且つ、発光素子に圧力が加わりにくい構造のタッチパネルを提供することができる。また、スペーサをタッチセンサの上部に設けることで、タッチセンサの耐久度及びセンサ感度を向上することができる。
本発明の一態様に係る断面図。 本発明の一態様に係る断面図。 本発明の一態様に係る回路図。 本発明の一態様に係る位置検出方法を説明する図。 本発明の一態様に係る回路図。 本発明の一態様に係る位置検出方法を説明する図。 本発明の一態様に係るブロックコポリマーを説明する図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る断面図。 本発明の一態様に係る断面図。 本発明の一態様に係る断面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る上面図。 本発明の一態様に係る断面図。 本発明の一態様に係る断面図。 本発明の一態様に係る断面図。 本発明の一態様に係る外観図。
以下では、本発明の実施の形態について図面を用いて詳細に説明する。ただし、本発明は以下の説明に限定されず、本発明の趣旨及びその範囲から逸脱することなくその形態及び詳細を様々に変更し得ることは、当業者であれば容易に理解される。したがって、本発明は以下に示す実施の形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。なお、以下に説明する本発明の一態様の構成において、同一部分又は同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。
（実施の形態１）
本実施の形態では、本発明の一態様のタッチパネルの構造について図１（Ａ）、図１（Ｂ）及び図２を用いて説明する。
タッチセンサは、上部電極と下部電極との接触又は距離の変化などによってデータが入力される装置である。本発明の一態様は、タッチセンサとしてＭＥＭＳ（Ｍｉｃｒｏ Ｅｌｅｃｔｒｏ Ｍｅｃｈａｎｉｃａｌ Ｓｙｓｔｅｍ）を用いる。
ＭＥＭＳは、微小電気機械システムの略称であり、単にマイクロマシンと呼ばれることもある。マイクロマシンとは、一般的には、半導体微細加工技術を用いて作製した「立体構造を有し、可動する微小構造体」と「半導体素子を有する電子回路」とを集積した微細デバイスを指す。上記の微小構造体は半導体素子とは異なり、可動部を有することが一般的である。
上記の微小構造体は構造層と中空部とを有し、構造層は可動部を有する。構造層の可動部が動作するため、上記の微小構造体には十分な機械的な強度が必要とされる。従来の微小構造体は、可動部の動作領域を確保するために、中空部を有する。中空部の形成は、まず中空部となる箇所に犠牲層を形成し、構造層等を形成後にこの犠牲層をエッチング等により除去することで行う。例えば、構造層の可動部が基板表面と垂直な方向に動作する微小構造体では、微小構造体の下部を形成し、この微小構造体の下部上に犠牲層を形成し、この犠牲層上に微小構造体の上部を形成し、微小構造体の上部形成後に犠牲層をエッチング等により除去する。このようにして、中空部を有する微小構造体を形成している。
しかし、上記のように犠牲層を用いて中空部を形成すると、作製工程中に微小構造体の上部電極と微小構造体の下部電極とが強く接触すること等で破損し、又は破壊されやすくなるといった問題がある。また、上部電極と下部電極との間にスティッキングを生じることで、正常な動作ができなくなるといった問題があった。ここで、スティッキングとは、微小構造体の可動部の動作によって、上部電極と下部電極とが強く接触して離れることができない状態となる現象をいう。
更には、犠牲層を用いて中空部を形成する場合には、犠牲層が完全にエッチングされず、エッチング残りが生じることも問題となっていた。または、作製された微小構造体の上部が動作することで、微小構造体が破損し、又は破壊されることがある。これは中空部の高さが高い場合又は構造層の靭性が十分でない場合に特に顕著である。更には、中空部を設けることで、その中空部を有する構造体が反り等により変形してしまい、所望の構造が得られないという問題がある。
そこで、本発明の一態様で用いる微小構造体（ＭＥＭＳ）は、相対する一対の電極が空間により隔離され、可動する構造体に少なくとも一方の電極が設けられている微小構造体において、該空間に絶縁材料が充填された構成を有する。該絶縁材料は、可動部が動作する際に該絶縁材料により形成された充填材料層が変形できるよう空孔を有する材料を用いる。好ましくは、形成後に所定の処理（熱、薬液処理等）を行うことにより、軟化又は硬化する材料を用いる。
図１（Ａ）及び図１（Ｂ）は本発明の一態様のタッチパネルを模式的に示した断面図である。
基板１００上に下地膜１０１及び薄膜トランジスタ１０２が形成されている。薄膜トランジスタ１０２は、例えばゲート電極１０３、ゲート絶縁膜１０４、第１の半導体層１０５、第２の半導体層（半導体層１０６及び半導体層１０７）、導電層１０８、導電層１０９で構成される。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）では、導電層１０８及び導電層１０９と同材料でタッチセンサの下部電極１１０が形成されている。下部電極１１０は、薄膜トランジスタ１０２を構成する材料のうちいずれか一つを用いて形成すればよく、上記材料に限定されない。
薄膜トランジスタ１０２を覆うように絶縁層１１１が形成されている。タッチセンサの下部電極１１０上には充填層１１２が形成されている。ＥＬ素子の第１の電極１１３と導電層１０８とを電気的に接続する配線１１４が形成されている。第１の電極１１３と同材料でタッチセンサの上部電極１１５が形成されている。なお、充填層１１２は変形可能な多孔質材料や弾性を有する絶縁性材料を用いることができる。また、第１の電極１１３と配線１１４とは同材料を用いて同時に形成することも可能である。
図１（Ａ）に示すように、充填層１１２は上部に膨らみを有していてもよい。また、図１（Ｂ）に示すように、充填層１１２の上部が平坦であってもよい。
さらに、第１の電極１１３の端部及び上部電極１１５を覆い、且つ、上部電極１１５に達する開口を有する隔壁１１６が形成されている。前記開口にはスペーサ１１７が形成されている。スペーサ１１７は、上部電極１１５を介して下部電極１１０及び充填層１１２と重なる位置に設けられている。第１の電極１１３に接してＥＬ層１１８が形成され、ＥＬ層１１８及び隔壁１１６上に第２の電極１１９が形成されている。
ここで、充填層１１２、隔壁１１６、及びスペーサ１１７に用いる材料のうち、スペーサ１１７に用いる材料が最も硬い材料であり、充填層１１２に用いる材料が最も柔らかい材料である。硬さ及び柔らかさを示すものとして、弾性率などがあげられる。弾性率は変形しにくさを表す物性値である。弾性率で硬さ及び柔らかさを表す場合には、スペーサ１１７に用いる材料の弾性率は隔壁１１６に用いる材料の弾性率よりも高く、隔壁１１６に用いる材料の弾性率は充填層１１２に用いる材料の弾性率よりも高いといえる。
続いて封止を行う。例えば、薄膜トランジスタ１０２等が形成された素子基板１２０の端部にシール材（図示しない）を設け、シール材によって素子基板１２０と封止基板１２１とを貼り合わせることによって封止する。図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示すタッチパネルは、素子基板１２０、封止基板１２１、及びシール材で囲まれた空間１２２に面して発光素子が備えられた構造になっている。空間１２２には、不活性気体（例えば窒素やアルゴン等）が充填される。また、不活性気体の代わりにシール材を充填してもよい。
次に、タッチパネルに指が接触した時の様子を図２に示す。
図２のように、封止基板１２１の表面を指１２３で触れると、封止基板１２１が撓む。このとき、隔壁１１６の上部が押されて凹むが、隔壁１１６に用いる材料よりも硬い（弾性率が高い）スペーサ１１７が下に押し下げられる。スペーサ１１７の下層に設けられた充填層１１２は、スペーサ１１７よりも柔らかい（弾性率が低い）ため、スペーサ１１７は変形することなく下に押し下げられる。スペーサ１１７が下に押し下げられることによって、タッチセンサの上部電極１１５の位置が下に下がるので、タッチセンサの下部電極１１０と上部電極１１５とが接触する、もしくは下部電極１１０と上部電極１１５との距離に変化が生じる。これにより、データを入力することができる。
本発明の一態様によれば、タッチセンサが発光素子と並置されているため、発光素子の上若しくは下にタッチセンサが設けられた場合と比べて、画質劣化の少ない、薄型のタッチパネルを提供することができる。
本発明の一態様によれば、充填層、隔壁、及びスペーサに硬さの異なる材料を用いることによって、効率的にタッチセンサに入力ができ、且つ、発光素子に圧力が加わりにくい構造のタッチパネルを提供することができる。また、スペーサをタッチセンサの上部に設けることで、タッチセンサの耐久度及びセンサ感度を向上することができる。
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した構成と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態２）
本実施の形態では、静電容量方式のタッチパネルの動作について説明する。
静電容量方式のタッチセンサは、上部電極と下部電極との距離の変化によってデータが入力される。本発明の一態様は、タッチセンサとして微小構造体（ＭＥＭＳ）を用いる。
タッチセンサの構造は、図１（Ａ）、図１（Ｂ）、及び図２に示したとおりであるため、ここでは省略する。
静電容量方式のタッチパネルは、上部電極と下部電極との間に誘電体となる絶縁性材料が設けられている。充填層１１２には、変形可能な多孔質材料や弾性を有する絶縁性材料を用いており、これが誘電体となる。
図３（Ａ）は、静電容量方式のタッチパネルの一画素の一態様を示したものである。図３（Ａ）の上面図は、図１２又は図２２に一例として示している。
スイッチング用トランジスタ２００のゲートは、ゲート線２０１に電気的に接続している。スイッチング用トランジスタ２００のソース及びドレインの一方は、ソース線２０２に電気的に接続している。第１の容量素子２０３の第１の端子は、スイッチング用トランジスタ２００のソース及びドレインの他方に電気的に接続している。第１の容量素子２０３の第２の端子は、電源線２０４に電気的に接続している。駆動用トランジスタ２０５のゲートは、スイッチング用トランジスタ２００のソース及びドレインの他方に電気的に接続している。駆動用トランジスタ２０５のソース及びドレインの一方は、発光素子２０６の一方の電極に電気的に接続している。発光素子２０６の他方の電極は、電源線２０７に電気的に接続している。駆動用トランジスタ２０５のソース及びドレインの他方は、電源線２０４に電気的に接続している。第２の容量素子２０８の第１の端子は、電源線２０４に電気的に接続している。第２の容量素子２０８の第２の端子は、カラム線２０９に電気的に接続している。第３の容量素子２１０の第１の端子は、電源線２０４に電気的に接続している。第３の容量素子２１０の第２の端子は、ロー線２１１に電気的に接続している。なお、第２の容量素子２０８及び第３の容量素子２１０は、タッチパネルに指等が接触することにより、容量値が変化する容量素子である。ここでは、駆動用トランジスタ２０５としてｐ型トランジスタを図示したが、ｎ型トランジスタを用いてもよい。
図４は、タッチパネルに指等が接触した位置を検出するためのカラム線（ｘ座標検出線）及びロー線（ｙ座標検出線）を示したものである。カラム線２０９は、図４に示すｘ１〜ｘｎ（ｎは１以上の整数）のいずれか一であり、ロー線２１１は、図４に示すｙ１〜ｙｍ（ｍは１以上の整数）のいずれか一である。
タッチセンサは上部電極、誘電体（本発明の一態様においては充填層）、及び下部電極からなる。タッチセンサの容量値は、充填層に用いた材料の誘電率と、上部電極あるいは下部電極の面積と、上部電極と下部電極との距離とによって決まる。上部電極と下部電極との距離が縮まると、容量値は大きくなる。上部電極と下部電極との距離が広がると、容量値は小さくなる。
また、タッチセンサにたまる電荷量は、容量値と、上部電極と下部電極との間の電圧とを掛け合わせたものである。上部電極と下部電極との間の電圧は変化しないので、上部電極と下部電極との距離が変化したことによって容量値に変化があったとき、タッチセンサにたまる電荷量が変化する。電荷量の変化によってカラム線２０９及びロー線２１１に電流が流れるので、電流が流れる先に検出器（検出回路）２５０を配置しておくことでタッチ位置２５１を検出することができる。
静電容量方式のタッチパネルは、上部電極と下部電極との距離の変化によってデータが入力される方式であるため、軽くタッチするだけでデータ入力を行うことができる。
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した構成と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態３）
本実施の形態では、実施の形態２と異なる静電容量方式のタッチパネルの動作について説明する。
図３（Ｂ）は、静電容量方式のタッチパネルの一画素の一態様を示したものである。図３（Ｂ）の上面図は、図１３又は図２３に一例として示している。
スイッチング用トランジスタ２００、ゲート線２０１、ソース線２０２、第１の容量素子２０３、電源線２０４、駆動用トランジスタ２０５、発光素子２０６、及び電源線２０７については、図３（Ａ）と同様である。第２の容量素子２１２の第１の端子は、電源線２０４に電気的に接続している。第２の容量素子２１２の第２の端子は、カラム線２１３に電気的に接続している。カラム線２１３は、ロー線２１４と電気的に接続している。
図３（Ａ）では容量値が変化する容量素子（タッチセンサ）が２つ存在したが、図３（Ｂ）では、容量値が変化する容量素子（タッチセンサ）は１つであり、タッチパネルに指等が接触した位置を検出するためのカラム線（ｘ座標検出線）とロー線（ｙ座標検出線）とが電気的に接続している。したがって、図３（Ａ）の構成では、タッチ位置をｘ座標、ｙ座標それぞれで検出するが、図３（Ｂ）の構成では、ｘ座標及びｙ座標を１つのタッチセンサで検出する。
静電容量方式のタッチパネルは、上部電極と下部電極との距離の変化によってデータが入力される方式であるため、軽くタッチするだけでデータ入力を行うことができる。
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した構成と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態４）
本実施の形態では、抵抗膜方式のタッチパネルの動作について説明する。
抵抗膜方式のタッチセンサは、上部電極と下部電極との接触によりデータが入力される。本発明の一態様は、タッチセンサとして微小構造体（ＭＥＭＳ）を用いる。
タッチセンサの構造は、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）、図２に示したとおりであるため、ここでは省略する。
抵抗膜方式のタッチパネルは、上部電極と下部電極との間に絶縁性材料が設けられている。充填層１１２には、変形可能な多孔質材料や弾性を有する絶縁性材料を用いるとよい。
図５（Ａ）は抵抗膜方式のタッチパネルの一画素の一態様を示したものである。図５（Ａ）の上面図は、図１２又は図２２に一例として示している。
スイッチング用トランジスタ３００のゲートは、ゲート線３０１に電気的に接続している。スイッチング用トランジスタ３００のソース及びドレインの一方は、ソース線３０２に電気的に接続している。容量素子３０３の第１の端子は、スイッチング用トランジスタ３００のソース及びドレインの他方に電気的に接続している。容量素子３０３の第２の端子は、電源線３０４に電気的に接続している。駆動用トランジスタ３０５のゲートは、スイッチング用トランジスタ３００のソース及びドレインの他方に電気的に接続している。駆動用トランジスタ３０５のソース及びドレインの一方は、発光素子３０６の一方の電極に電気的に接続している。発光素子３０６の他方の電極は、電源線３０７に電気的に接続している。駆動用トランジスタ３０５のソース及びドレインの他方は、電源線３０４に電気的に接続している。スイッチ３０８の第１の端子は、電源線３０４に電気的に接続している。スイッチ３０８の第２の端子は、カラム線３０９に電気的に接続している。スイッチ３０８の第３の端子は、ロー線３１０に電気的に接続している。ここでは、駆動用トランジスタ３０５としてｐ型トランジスタを図示したが、ｎ型トランジスタを用いてもよい。
図６は、タッチパネルに指等が接触した位置（タッチ位置３５１）を検出するためのカラム線（ｘ座標検出線）及びロー線（ｙ座標検出線）を示したものである。
指等でタッチパネルに触れると、上部電極と下部電極とが接触して、カラム線３０９及びロー線３１０にそれぞれ接続された検出器３５０に信号が入力される。検出器が電流計の場合、検出器には電流が流れる。検出器が電圧計の場合、検出器には電圧が印加される。図５（Ａ）においては、ｘ座標をカラム線で、ｙ座標をロー線で検出する。
本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した構成と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態５）
本実施の形態では、実施の形態４と異なる抵抗膜方式のタッチパネルの動作について説明する。
図５（Ｂ）は、抵抗膜方式のタッチパネルの一画素の一態様を示したものである。図５（Ｂ）の上面図は、図１４又は図２４に一例として示している。
スイッチング用トランジスタ３００、ゲート線３０１、ソース線３０２、容量素子３０３、電源線３０４、駆動用トランジスタ３０５、発光素子３０６、及び電源線３０７については、図５（Ａ）と同様である。スイッチ３１１の第１の端子は、カラム線３１２に電気的に接続している。スイッチ３１１の第２の端子は、電源線３１３に電気的に接続している。図５（Ａ）ではタッチセンサの上部電極が電源線３０４に電気的に接続しているが、図５（Ｂ）では接続していない。
指等でタッチパネルに触れると、上部電極が下部電極に接触して、カラム線３１２に接続された検出器に電源線３１３から信号が入力される。電源線３１３の電位や検出器の構成はｘ座標及びｙ座標を検出できるよう工夫が必要である。これにより、タッチ位置を知ることができる。
本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した構成と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態６）
本実施の形態では、図１（Ａ）及び図１（Ｂ）に示した充填層１１２に用いる材料について説明する。実施の形態１に記載したように、充填層１１２には、変形可能な多孔質材料や弾性を有する絶縁性材料を用いることができる。
変形可能な多孔質材料としては、形成後に所定の処理（例えば熱処理や薬液処理等）を行うことにより、軟化又は硬化する材料が好ましい。このような材料として、例えばミクロ相分離構造を形成する、ブロックコポリマー又はグラフトコポリマーを用いることができる。
ブロックコポリマーとは、複数のホモポリマー鎖がブロックとして結合した直鎖コポリマーをいう。例えば、ジブロックコポリマーが挙げられる。また、トリブロックコポリマーに代表される、３種以上のポリマー鎖が結合したブロックコポリマーを用いてもよい。
グラフトコポリマーとは、ポリマーの主鎖に、他のポリマー鎖が側鎖として結合した構造のコポリマーをいう。側鎖として結合するポリマー鎖は、異なる種類のものであってもよい。
充填層１１２を形成する材料としては、ブロックコポリマーを用いることが好ましい。ブロックコポリマーは、分子量分布の狭いポリマーを得やすく、組成比の制御も比較的容易だからである。充填層１１２を形成する材料の組成比を制御することで、充填層１１２の単位体積あたりに空孔が占める体積を制御することができる。そのため、単位荷重あたりの充填層１１２の変形量を異ならせることができる。以下に、本発明の一態様に適用することのできるブロックコポリマーについて説明する。
ブロックコポリマーは、ナノメートルスケールのミクロ相分離構造を自発的に形成することが知られている。例えば、ＡＢ型ブロックコポリマーではミクロ相分離により、ブロックコポリマーを構成する高分子の組成比に応じて、球構造、シリンダー構造、ジャイロイド構造又はラメラ構造といった周期構造を形成する。なお、一方の成分の比率が概ね２０％以下で球構造（図７（Ａ）又は図７（Ｅ））となり、概ね２０％以上３５％以下でシリンダー構造（図７（Ｂ）又は図７（Ｄ））となり、概ね３５％以上４０％以下でジャイロイド構造（図７（Ｆ）又は図７（Ｇ））となり、概ね４０％以上でラメラ構造（図７（Ｃ））となる。なお、球構造では、ウエットエッチングにおいて薬液が達し難く、除去すべき一方の材料の除去が困難なため、シリンダー構造、ジャイロイド構造又はラメラ構造とすることが好ましい。
ブロックコポリマーの作製には、例えばリビング重合法を用いることができる。リビング重合法は、アニオン又はカチオンを生成する重合開始剤により一種のモノマーの重合を開始させ、他のモノマーを逐次的に添加することによって合成し、ブロックコポリマーを作製する方法である。その作製方法について以下に説明する。
まず、ブロックコポリマーを構成する材料を溶媒に溶解させる。この溶媒は、ブロックコポリマーを構成する複数種のポリマーのすべてに対して良溶媒であることが好ましい。ここで、良溶媒とは、ブロックコポリマーを構成するポリマーの均一溶液を作製することができる溶媒をいう。ここでは、２種類のポリマーを用いるため、２種類のポリマーの均一溶液を作製できればよい。例えば、ブロックコポリマーの約５重量％のトルエン溶液を、スピンコート法等により充填層１１２が形成される領域に塗布する。なお、スピンコート法では溶液が基板全面に塗布されるが、例えば液滴吐出法を用いることで所望の領域にのみ溶液が塗布されるため、後の工程が簡素化し、更には材料の利用効率が向上する。
次に、該溶液が塗布された基板に対して加熱処理を行い、ミクロ相分離を誘起する。加熱処理の温度は、ブロックコポリマーを構成する成分のガラス転移点以上であり、且つ相転移温度以下に設定する。
なお、ブロックコポリマーには様々な種類があるが、代表的にはスチレン−ブタジエン系ＡＢ型又はスチレン−イソプレン系ＡＢ型が挙げられる。その他には、ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｍｅｔｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）のブロックコポリマー等の、異なる材料により構成されたブロックコポリマーや、スチレン−イソプレン系のブロックコポリマーの末端に修飾基をつけたもの等がある。ブロックコポリマーの高分子セグメントとしては、例えば、ポリスチレン若しくはポリフルオレン等の疎水性芳香族炭化水素鎖、ポリブタジエン若しくはポリイソプレン等の疎水性脂肪族不飽和炭化水素鎖、ポリビニルアルコール若しくはポリエチレングリコール等の親水性脂肪族炭化水素鎖、若しくはポリスチレンスルホン酸等の親水性芳香族炭化水素鎖、ポリジメチルシロキサン等の疎水性シロキサン類又はポリフェロセン等の金属錯体等が挙げられる。そして、ブロックコポリマーは、これら高分子セグメントの二種以上が一点以上の結合点において共有結合することによって、線状、分岐状又は環状となっている。
上記の材料には、更に溶媒を含んでいても良い。溶媒としては、例えば、ヘキサン、ヘプタン若しくはオクタン等の脂肪族炭化水素、四塩化炭素、クロロホルム若しくはジクロロメタン等のハロゲン化炭化水素、ベンゼン、トルエン若しくはキシレン等の芳香族炭化水素、アセトン若しくはメチルエチルケトン等のケトン類、ジメチルエーテル若しくはジエチルエーテル等のエーテル類、メタノール若しくはエタノール等のアルコール類又は水等が挙げられる。これらの溶媒は、形成する材料の性質又は状態に合わせて選択することができる。
本実施の形態においては、充填層１１２を形成することができ、ブロックコポリマーを構成する成分の一方をエッチングで選択的に除去することができればよい。また、ＡＢＡ型やＢＡＢ型でも、ブロックコポリマーの組成に応じて、球構造からラメラ構造までの様々な構造を採りうる。なお、上記したように本発明においてはシリンダー構造、ジャイロイド構造又はラメラ構造をとることが好ましい。
なお、本実施の形態において、充填層１１２に適用することのできる材料は、上記材料に限定されず、複数種の物質からなり、いずれかの物質を後の工程でエッチング等により除去することができる材料であればよい。また、エッチング等で除去される物質は必ずしも一の物質でなくともよいが、エッチング等によりいずれかの物質を除去した後に、充填層１１２の少なくとも一の物質が除去されずに残存できることが最低限必要である。また、充填層１１２形成後の工程に耐えうる程度の耐熱性及び耐薬品性を要する。ここで、充填層１１２に除去されずに残存する物質は、弾性変形が可能な物質であることが好ましい。
なお、本実施の形態において、上記したように充填層１１２はブロックコポリマーにより形成することができる。ブロックコポリマーにより充填層１１２を形成する場合には、充填層１１２を構成する一方の材料が占める体積を２０％以上８０％以下にすることで空隙率を概ね２０％以上８０％以下にすることができ、充填層１１２自体の形成又は充填層１１２が有する空孔の形成を良好に行うことができる。好ましくは空隙率を２０％以上６０％以下とする。空隙率を２０％以上６０％以下とすることで、充填層１１２はシリンダー構造、ジャイロイド構造又はラメラ構造となる。空隙率を２０％以上６０％以下とすると、シリンダー構造又はジャイロイド構造の場合であっても空孔の占める体積が充填層１１２の材料の占める体積よりも小さく、充填層１１２が密になるため、十分な機械的強度を確保することができる。更に好ましくは、空隙率を２０％以上３５％以下とする。空隙率を２０％以上３５％以下とすると、充填層１１２においてこれを構成する材料の占める体積が大きくなり、十分な機械的強度を有するシリンダー構造となるためである。
上記説明したように、充填層１１２は変形可能な多孔質材料により形成することができる。ただし、これに限定されない。例えば、充填層１１２を弾性を有する絶縁性材料により形成してもよい。弾性を有する絶縁性材料により充填層１１２を形成する場合について以下に説明する。
弾性を有する絶縁性材料としては、形成後に所定の処理（熱、薬液処理等）を行うことにより、軟化し、又は硬化する材料を用いることが好ましい。このような材料として、例えば、エラストマー又は熱可塑性エラストマーが挙げられる。エラストマー又は熱可塑性エラストマーを用いると、形成が行いやすいため好ましい。
なお、エラストマーとは、柔軟性及び反発弾性を有する有機系樹脂材料をいい、そのヤング率が約１．０×１０６Ｐａ以上１．０×１０７Ｐａ以下のものをいう。エラストマーの対義語としてプラストマーがある。
充填層１１２を形成する材料としては、高分子エラストマーを用いることが好ましい。高分子エラストマーとしては、ポリウレタン樹脂、エチレン−酢酸ビニル樹脂、エチレン−エチルアクリレート樹脂、ポリエステル系樹脂、ポリアミド系樹脂、ブタジエンゴム、ブチルゴム、スチレンブタジエンゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、クロロプレンゴム若しくはシリコーンゴム等の合成ゴム類、又はそれらの変形体が挙げられるが、これらに限定されない。また、これらの材料の一又は複数種を組み合わせてもよいし、可塑剤等を添加して弾性率を調整してもよい。
高分子エラストマーの形成方法としては、例えば、含漬法、コーティング法、スクリーン法、グラビア法、スプレー法又は液滴吐出法等を用いればよい。これらの方法により形成する場合には、高分子エラストマーの材料を溶質として含む溶液を形成した後に、エラストマーを固化する必要がある。従って、充填層１１２として用いる高分子エラストマーは、常温乾燥型エラストマー又は常温架橋型エラストマーであることが好ましい。常温乾燥型エラストマー又は常温架橋型エラストマーを用いると、エラストマーの固化を目的とした処理（加熱処理又は乾燥処理等）が不要であり、作製工程が簡略化するからである。
なお、常温乾燥型エラストマー又は常温架橋型エラストマーとしては、常温で乾燥するもの又は常温で架橋を形成するもののみならず、常温よりやや高い温度で乾燥するもの又は常温よりやや高い温度で架橋を形成するものも含まれる。また、常温乾燥型エラストマーにおける溶媒は、沸点が常温と同程度のものよりも常温よりやや高い程度の温度のものを用いることが好ましい。沸点が常温に近いものでは形成時に沸騰が起こる可能性があるからである。例えば、塩化メチレン（沸点：４０℃）又はアセトン（沸点：５６℃）等よりもベンゼン（沸点：８０℃）又はクロロホルム（沸点：６１℃）を用いることが好ましい。更には、一定時間以上放置することで蒸発しうる溶媒すべてを用いることができる。
なお、常温とは、一般には概ね１５℃以上２５℃以下の温度範囲をいうが、本発明はこれに限定されない。常温乾燥型エラストマー又は常温架橋型エラストマーとしては、約０℃以上約１００℃以下で乾燥するもの又は約０℃以上約１００℃以下で架橋を形成するものを用いればよい。勿論、乾燥又は架橋の形成が上記温度範囲内で低温であることが好ましい。
充填層１１２として用いるエラストマー又は熱可塑性エラストマーの形成方法として、最も好ましくはスピンコーティング法を用いる。スピンコーティング法を用いることで、充填層１１２の厚さ及び膜質にむらを生じることなく形成できるからである。充填層１１２の厚さ及び膜質の均一性を高くすることで、充填層１１２の強度分布におけるむらの発生を防止することができるため、歩留まり及び信頼性が向上し、好ましい。
常温乾燥型エラストマーは、常温で揮発する有機溶剤に高分子エラストマーの固形物を溶解させることで作製することができる。例えば、溶剤希釈型ウレタン又は溶剤希釈型アクリル等を用いればよい。
常温架橋型エラストマーは、空気中の水分を吸収して硬化する湿気硬化型又は紫外光（ＵＶ）、電子ビーム（ＥＢ）若しくは可視光等のエネルギーによって硬化するもの（ＵＶ硬化型、ＥＢ硬化型若しくは可視光硬化型）を用いればよい。可視光硬化型を用いる場合には、可視光を遮断した空間にて所定の処理を行い、エラストマーの硬化時にのみ可視光に暴露すればよい。可視光硬化型を用いることで、既に形成している層に紫外光又は電子ビーム等を照射することなく充填層１１２を形成することができるため、紫外光又は電子ビーム等を照射するための設備が不要であり、好ましい。これらは、エラストマーを有機溶剤等に溶解させ、またはエラストマーを水に分散させ、または溶剤等の媒体を用いることなく作製することができる。
高分子エラストマーの固形物を水に分散させて塗布する場合には、均一に形成することが困難である。ソリッドインクは疎水性の成分が多いためである。従って、エラストマーを水に分散させることなく形成することが好ましい。常温架橋型としては、例えば湿気硬化ウレタン樹脂又は紫外線硬化アクリル樹脂等を用いることができる。常温乾燥型エラストマー及び常温架橋型エラストマーでは特に高温にすることなく形成することができ、既に形成している層を変質等させることなく充填層１１２を形成することができる。
また、エラストマーは所望の形状に加工することが困難であるため熱可塑性エラストマーを用いてもよい。熱可塑性エラストマーを用いることで、成形が容易になるため好ましい。すなわち、様々な形状に加工することや、精度よく加工することが容易になるため好ましい。
なお、熱可塑性エラストマーとは、常温では柔軟性及び反発弾性等を有し、加熱により塑性を発現するエラストマーをいう。熱可塑性エラストマーには、ウレタン系、スチレン系、ビニル系又はエステル系等があるが、特定の材料に限定されない。または、所定の処理を行うことにより可塑性を発現する材料を用いてもよい。
なお、充填層１１２として多孔質材料を用いる場合には、ブロックコポリマーに含まれる材料のいずれかをエッチング除去する必要がある。以下に、ブロックコポリマーに含まれる材料のいずれかをエッチング除去する工程について説明する。
ブロックコポリマーの一方の成分の除去には、ドライエッチング又はウエットエッチングを用いることができる。例えば、酸素ガス雰囲気におけるＲＩＥ（Ｒｅａｃｔｉｖｅ Ｉｏｎ Ｅｔｃｈｉｎｇ）法を用いることができる。ブロックコポリマー中における、除去すべき成分と残存させるべき成分との間のエッチングレートが大きく異なる条件を採用することが好ましい。一般に、ポリマーの分子鎖に含まれる単位分子あたりの炭素分子の含有率が高いほどエッチング耐性が高く、セグメントあたりの酸素分子の含有率が高いほどエッチング耐性が低い。例えば、ＰＳ−ＰＭＭＡ（Ｐｏｌｙｓｔｙｒｅｎｅ−Ｐｏｌｙｍｅｔｈｙｌｍｅｔｈａｃｒｙｌａｔｅ）のブロックコポリマーでは、ＰＳ（ポリスチレン）が芳香環を含んでいるため炭素分子の含有率が高い。そのためエッチング耐性が高く、ＰＡＡＭ（Ｐｏｌｙａｃｒｙｌａｍｉｄｅ）は酸素分子の含有率が高いためエッチング耐性が低い。ＲＩＥ法を用いた場合には、一般には、この２種類の間に４倍近いエッチングレートの差がある。
なお、上記のエッチングに用いるガスは酸素ガスに限定されず、ＣＦ４、Ｈ２、Ｃ２Ｆ６、ＣＨＦ３、ＣＨ２Ｆ２、ＣＦ３Ｂｒ、ＮＦ３、Ｃｌ２、ＣＣｌ４、ＨＢｒ、ＳＦ６等を用いてもよい。
なお、エッチングレートは、ブロックコポリマーのモノマー単位により決定される。モノマー単位の総原子数をＮ、モノマー単位の炭素原子数をＮｃ、モノマー単位の酸素原子数をＮｏと表すと、エッチングレートはＮ／（Ｎｃ−Ｎｏ）に比例することが知られている。
しかし、上記のドライエッチング法では、シリンダー構造等の場合には問題ないが、球構造ではエッチングされない部分が多く存在するおそれがある。そこで、球構造の場合には、ウエットエッチング法を用いるとよい。ウエットエッチング法では、形成したブロックコポリマーの材料に応じて一方の成分をエッチングすることが可能であり、且つ他方の成分に対しては、エッチング耐性の高い条件によりエッチングを行えばよい。しかし、上記の事情を勘案して、より好ましくは、充填層１１２にシリンダー構造、ジャイロイド構造又はラメラ構造を用いる。
また、除去すべき成分の除去方法は、必ずしもエッチングに限定されない。可能であれば、除去すべき一方の成分を加熱処理等により蒸発又は昇華させる等により除去しても良い。
ブロックコポリマーを用いた場合には、上記工程により充填層１１２の作製が完了する。
なお、図１（Ａ）及び（Ｂ）において、充填層１１２は、充填層１１２に用いる材料を絶縁層１１１の開口部に充填して形成される。または、充填層１１２に用いる材料を絶縁層１１１上に形成した後、所望の形状に加工することによって形成される。
本発明の一態様の微小構造体は、従来の微小構造体とは異なり、上部電極と下部電極との間に変形が可能な材料が充填されている。そのため、中空部を有する従来の微小構造体よりも機械的強度の高い微小構造体を作製することができる。機械的強度が向上することで、作製工程中又は動作中の不良の発生を防ぐことができるため、歩留まりが向上し、信頼性が向上する。
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した構成と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態７）
本実施の形態では、本発明の一態様であるタッチパネルの構造について、図８〜図１２、図１５〜図１７を用いて説明する。図８〜図１２は本発明の一態様であるタッチパネルの一画素分の上面図であり、図１５〜図１７は図１２のＡ−Ｂ断面図である。なお、図の簡略化のため、図８〜１２には、ゲート電極４０２、４０３、配線４０４、下部電極４０５、ロー線（ｙ座標検出線）４５０、第１の半導体層４０７及び４０８、導電層４１３〜４１６、カラム線（ｘ座標検出線）４５１、充填層４１９、第１の電極４２０、配線４２１、及び上部電極４２２を図示する。また、本実施の形態で説明するタッチパネルは、実施の形態２で説明した静電容量方式のタッチセンサ、又は実施の形態４で説明した抵抗膜方式のタッチセンサを用いたタッチパネルである。
基板４００上に下地膜４０１を形成する（図１５（Ａ））。基板４００は、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、もしくはアルミノシリケートガラスなど、ヒュージョン法やフロート法で作製されるガラス基板、セラミック基板の他、トランジスタの処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、ステンレス合金などの金属基板の表面に絶縁膜を設けた基板を適用しても良い。
下地膜４０１は、酸化シリコン系材料膜又は窒化シリコン系材料膜等により絶縁膜を単層で、又は積層して形成する。なお、酸化シリコン系材料とは、酸素とシリコンとを主成分とする酸化シリコン、又は酸化シリコンが窒素を含有し、且つ、酸素の含有量が窒素の含有量よりも多い酸化窒化シリコンをいう。窒化シリコン系材料とは、窒素とシリコンとを主成分とする窒化シリコン、又は窒化シリコンが酸素を含有し、窒素の含有量が酸素の含有量よりも多い窒化酸化シリコンをいう。
下地膜４０１上にトランジスタを形成する。トランジスタはどのような形状であってもよく、また、どのような方法で作製されていてもよい。本実施の形態ではボトムゲート型（逆スタガ型）構造であり、特にチャネルエッチ型と呼ばれる構造のトランジスタについて説明する。
下地膜４０１上にゲート電極４０２及び４０３、配線４０４、及び微小構造体（ＭＥＭＳ）の下部電極４０５を形成する（図８及び図１５（Ａ））。下地膜４０１上に導電膜を形成した後、図８のようにエッチングする。したがって、ゲート電極４０２及び４０３、配線４０４、及び下部電極４０５は同材料で形成されている。ゲート電極４０２及び４０３、配線４０４、及び下部電極４０５はチタン、モリブデン、タンタル、クロム、タングステン、アルミニウム、ネオジム、銅、銀、金、白金、ニオブ、シリコン、亜鉛、鉄、バリウム、ゲルマニウムなどの導電性を有する金属もしくは半導体材料、又はこれらの合金材料を用いて、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することができる。また、２種以上の導電性を有する材料を積層することで形成してもよい。また、ゲート電極４０２及び４０３の側面をテーパ形状にエッチングしてもよい。なお、図８において、４５０はロー線（ｙ座標検出線）である。ロー線４５０はゲート電極４０２及び４０３、配線４０４、及び下部電極４０５と同材料で形成される。
ゲート電極４０２及び４０３、配線４０４、及び下部電極４０５上に絶縁膜４０６を形成する（図１５（Ａ））。絶縁膜４０６は酸化シリコン系材料又は窒化シリコン系材料等を用いて、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等により形成することができる。また、絶縁膜４０６は高密度プラズマ処理によって形成することもできる。ここで、高密度プラズマ処理とは、プラズマ密度が１×１０１１ｃｍ−３以上、好ましくは１×１０１１ｃｍ−３以上９×１０１５ｃｍ−３以下で、マイクロ波（例えば周波数２．４５ＧＨｚ）等の高周波を用いたプラズマ処理をいう。このような条件でプラズマを発生させると、低電子温度が０．２ｅＶ以上２．０ｅＶ以下となる。このように低電子温度の高密度プラズマは、活性種の運動エネルギーが低いためプラズマダメージが少なく、欠陥の少ない膜を形成することを可能とする。このように、高密度プラズマ処理により形成された絶縁膜は、当該絶縁膜と絶縁膜に接触する層との間の界面状態が良好になる。そのため、高密度プラズマ処理を用いて絶縁膜４０６を形成すると、半導体層との界面状態を良好にすることができる。その結果、半導体素子の電気的特性を向上させることができる。
絶縁膜４０６上に第１の半導体層４０７及び４０８を形成する（図９及び図１５（Ａ））。第１の半導体層４０７は、絶縁膜４０６を介してゲート電極４０２と重なる位置に形成する。第１の半導体層４０８は、絶縁膜４０６を介してゲート電極４０３と重なる位置に形成する。第１の半導体層４０７及び４０８は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）等の非結晶性を有する半導体層、微結晶シリコン（μ−Ｓｉ：Ｈ）、多結晶シリコン、単結晶シリコン、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）等の化合物半導体又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系等の酸化物半導体等を用いて、フォトリソグラフィ法、インクジェット法又は印刷法等により形成することができる。なお、第１の半導体層４０７及び４０８は、トランジスタのチャネル領域として機能する部分を含む。
アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）または微結晶シリコンを第１の半導体層４０７及び４０８として用いる場合は、トランジスタの特性の均一性が高く、かつ、製造コストが小さいという利点がある。特に、対角の長さが５００ｍｍを超えるような大型の基板にトランジスタを作製する場合に有効である。
第１の半導体層４０７及び４０８として、多結晶シリコンを用いる場合は、トランジスタの移動度が高く、かつ、製造コストが小さいという利点がある。さらに、特性の経年劣化が小さいため、信頼性の高い装置を得ることができる。
第１の半導体層４０７及び４０８として、酸化物半導体を用いる場合は、アモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタよりも高い電界効果移動度を得ることができる。酸化物半導体膜はスパッタ法などによって３００℃以下の温度で膜形成が可能であり、多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタよりも製造工程が簡単である。
なお、本明細書中で用いることができる酸化物半導体の一例としては、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記されるものがある。ここで、Ｍは、ガリウム（Ｇａ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びコバルト（Ｃｏ）から選ばれた一の金属元素又は複数の金属元素を示す。例えばＭとしてＧａが選択される場合には、Ｇａのみの場合の他に、ＧａとＮｉや、ＧａとＦｅなど、Ｇａ以外の上記金属元素が選択される場合を含む。また、上記酸化物半導体において、Ｍとして含まれる金属元素の他に、不純物元素としてＦｅ、Ｎｉその他の遷移金属元素、又は該遷移金属の酸化物が含まれているものがある。本明細書においては、上記酸化物半導体のうち、Ｍとして少なくともガリウムを含むものをＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体と呼び、当該材料を用いた薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜と呼ぶことがある。
第１の半導体層４０７上に第２の半導体層４０９及び４１０を形成し、第１の半導体層４０８上に第２の半導体層４１１及び４１２を形成する（図１５（Ａ））。第２の半導体層４０９はソース及びドレインの一方として機能する部分を含む。第２の半導体層４１０はソース及びドレインの他方として機能する部分を含む。第２の半導体層４１１はソース及びドレインの一方として機能する部分を含む。第２の半導体層４１２はソース及びドレインの他方として機能する部分を含む。なお、第２の半導体層としては、リン等を含んだシリコン、第１の半導体層よりも導電率の高い半導体材料、第１の半導体層よりもキャリア濃度の高い酸化物半導体等を用いることができる。第２の半導体層は、その機能により、バッファ層又はｎ＋層と表すこともできる。
第２の半導体層４０９、４１０、４１１及び４１２上に導電層４１３、４１４、４１５及び４１６を形成する（図１０及び図１５（Ｂ））。導電層４１３はソース及びドレインの一方として機能する部分を含む。導電層４１４はソース及びドレインの他方として機能する部分を含む。導電層４１５はソース及びドレインの一方として機能する部分を含む。導電層４１６はソース及びドレインの他方として機能する部分を含む。導電層４１３、４１４、４１５及び４１６は、チタン、モリブデン、タンタル、クロム、タングステン、アルミニウム、ネオジム、銅、銀、金、白金、ニオブ、シリコン、亜鉛、鉄、バリウム、ゲルマニウムなどの導電性を有する金属もしくは半導体材料、又はこれらの合金材料を用いて、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することができる。なお、図１０において、４５１はカラム線（ｘ座標検出線）である。カラム線４５１は導電層４１３、４１４、４１５及び４１６と同材料で形成される。
導電層４１３、４１４、４１５及び４１６上にパッシベーション膜４１７を形成する（図１５（Ｂ））。パッシベーション膜４１７としては窒化シリコン等の絶縁膜を用いることができる。
パッシベーション膜４１７上に絶縁層４１８を形成する（図１５（Ｂ））。絶縁層４１８は、酸化シリコン系材料膜又は窒化シリコン系材料膜により形成する。また、絶縁層４１８としては、ポリイミド、ポリアミド、アクリル（感光性アクリルを含む）、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）といった有機樹脂を用いることもできる。また、絶縁層４１８は単層構造でも積層構造でもよい。
絶縁層４１８をエッチングすることによって、導電層４１４の一部及び下部電極４０５の一部を露出させ、コンタクトホールを形成する。次に、形成したコンタクトホールを埋めるように、充填層４１９を形成する（図１１及び図１５（Ｂ））。充填層４１９としては、変形可能な多孔質材料や弾性を有する絶縁性材料が挙げられ、実施の形態６に記載した材料を用いることができる。
なお、充填層４１９は、充填層４１９に用いる材料を絶縁層４１８のコンタクトホールに充填して形成される。または、充填層４１９に用いる材料を絶縁層４１８上に形成した後、所望の形状に加工することによって形成される。
絶縁層４１８及び充填層４１９上に導電層を形成し、所望の形状にエッチングすることで第１の電極４２０、配線４２１、及び微小構造体（ＭＥＭＳ）の上部電極４２２となる（図１２及び図１５（Ｃ））。上部電極４２２は充填層４１９を介して下部電極４０５と重なる位置に形成される。第１の電極４２０、配線４２１、及び上部電極４２２はチタン、モリブデン、タンタル、クロム、タングステン、アルミニウム、ネオジム、銅、銀、金、白金、ニオブ、シリコン、亜鉛、鉄、バリウム、ゲルマニウムなどの導電性を有する金属もしくは半導体材料、又はこれらの合金材料を用いて、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することができる。
第１の電極４２０の端部を覆い、且つ、上部電極４２２に達する開口を有する隔壁４２３を形成する（図１５（Ｃ））。隔壁４２３としては、有機樹脂膜、無機絶縁膜、又は有機ポリシロキサンを用いることができる。具体的には、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、アクリル、ベンゾシクロブテン系樹脂を用いて形成すると良い。特に、感光性の材料を用いて、第１の電極４２０及び上部電極４２２上に開口を形成し、その開口の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
上部電極４２２に達する隔壁４２３の開口を埋めるようにスペーサ４２４を形成する（図１５（Ｃ））。スペーサ４２４としては紫外線硬化型樹脂等を用いることができる。具体的には、紫外線硬化型アクリル樹脂等を用いて形成するとよい。なお、スペーサ４２４は下部電極４０５と重なる位置に形成する。
ここで、充填層４１９、隔壁４２３、及びスペーサ４２４に用いる材料のうち、スペーサ４２４に用いる材料が最も硬い材料であり、充填層４１９に用いる材料が最も柔らかい材料である。硬さ及び柔らかさを示すものとして、弾性率などがあげられる。弾性率は変形しにくさを表す物性値である。弾性率で硬さ及び柔らかさを表すならば、スペーサ４２４に用いる材料の弾性率は隔壁４２３に用いる材料の弾性率よりも高く、隔壁４２３に用いる材料の弾性率は充填層４１９に用いる材料の弾性率よりも高いといえる。
第１の電極４２０上にＥＬ層４２５を形成する（図１５（Ｃ））。ＥＬ層４２５には、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、正孔阻止層等が含まれる。ＥＬ層４２５に用いる材料は適宜選択すればよい。
ＥＬ層４２５及び隔壁４２３上に第２の電極４２６を形成する（図１５（Ｃ））。第１の電極４２０、ＥＬ層４２５、及び第２の電極４２６で発光素子を構成している。第２の電極４２６は透光性を有する導電性材料により形成することができる。透光性を有する導電性材料としては、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯという）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、又は酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等が挙げられる。透光性を有する導電性材料の膜の形成はスパッタリング法又はＣＶＤ法等により行えばよいが、特定の方法に限定されるものではない。また、第２の電極４２６は単層構造でもよいし、積層構造としてもよい。
以上の工程により、素子基板が作製できる。続いて、素子基板の端部にシール材（図示せず）を設け、シール材によって素子基板と封止基板４２７とを貼り合わせることによって封止する（図１６）。本発明の一態様であるタッチパネルは、素子基板、封止基板４２７、及びシール材で囲まれた空間４２８に発光素子が備えられた構造になっている。空間４２８には、不活性気体（例えば窒素やアルゴン等）が充填される。また、不活性気体の代わりにシール材を充填してもよい。
なお、シール材にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板４２７にはガラス基板、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステル又はアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
次に、タッチパネルに指が接触した時の様子を図１７に示す。
図１７のように、封止基板４２７を指４２９で押すと、封止基板４２７が撓む。このとき、隔壁４２３の上部が押されて凹むが、隔壁４２３に用いる材料よりも硬い（弾性率が高い）スペーサ４２４が下に押し下げられる。スペーサ４２４の下層に設けられた充填層４１９は、スペーサ４２４よりも柔らかい（弾性率が低い）ため、スペーサ４２４は変形することなく下に押し下げられる。スペーサ４２４が下に押し下げられることによって、微小構造体（ＭＥＭＳ）の上部電極４２２の位置が下に下がる。静電容量方式の場合、微小構造体（ＭＥＭＳ）の下部電極４０５と上部電極４２２との間の距離が変化することにより、データを入力することができる。抵抗膜方式の場合、微小構造体（ＭＥＭＳ）の下部電極４０５と上部電極４２２とが接触することにより、データを入力することができる。
本発明の一態様によれば、薄膜トランジスタ及び発光素子を作製する工程において、タッチセンサを作製することができる。
本発明の一態様によれば、タッチセンサが発光素子と並置されているため、発光素子の上下にタッチセンサが設けられた場合と比べて、画質劣化の少ない、薄型のタッチパネルを提供することができる。
本発明の一態様によれば、充填層、隔壁、及びスペーサに硬さの異なる材料を用いることによって、効率的にタッチセンサに入力ができ、且つ、発光素子に圧力が加わりにくい構造のタッチパネルを提供することができる。また、スペーサをタッチセンサの上部に設けることで、タッチセンサの耐久度及びセンサ感度を向上することができる。
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した構成と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態８）
本実施の形態では、実施の形態７と異なるタッチパネルの構造について、図１８〜図２２、図２５〜図２７を用いて説明する。図１８〜図２２は本発明の一態様であるタッチパネルの一画素分の上面図であり、図２５〜図２７は図２２のＣ−Ｄ断面図である。なお、図の簡略化のため、図１８〜図２２では、ゲート電極５０２及び５０３、配線５０４、ロー線（ｙ座標検出線）５５０、第１の半導体層５０６及び５０７、導電層５１２〜５１５、下部電極５１６、カラム線（ｘ座標検出線）５５１、充填層５１９、第１の電極５２０、配線５２１、及び上部電極５２２を図示する。また、本実施の形態で説明するタッチパネルは、実施の形態２で説明した静電容量方式のタッチセンサ、又は実施の形態４で説明した抵抗膜方式のタッチセンサを用いたタッチパネルである。
基板５００上に下地膜５０１を形成する（図２５（Ａ））。基板５００は、バリウムホウケイ酸ガラス、アルミノホウケイ酸ガラス、もしくはアルミノシリケートガラスなど、ヒュージョン法やフロート法で作製されるガラス基板、セラミック基板の他、トランジスタの処理温度に耐えうる耐熱性を有するプラスチック基板等を用いることができる。また、ステンレス合金などの金属基板の表面に絶縁膜を設けた基板を適用しても良い。
下地膜５０１は、酸化シリコン系材料膜又は窒化シリコン系材料膜等により絶縁膜を単層で、又は積層して形成する。なお、酸化シリコン系材料とは、酸素とシリコンとを主成分とする酸化シリコン、又は酸化シリコンが窒素を含有し、且つ、酸素の含有量が窒素の含有量よりも多い酸化窒化シリコンをいう。窒化シリコン系材料とは、窒素とシリコンとを主成分とする窒化シリコン、又は窒化シリコンが酸素を含有し、窒素の含有量が酸素の含有量よりも多い窒化酸化シリコンをいう。
下地膜５０１上にトランジスタを形成する。トランジスタはどのような形状であってもよく、また、どのような方法で作製されていてもよい。本実施の形態ではボトムゲート型（逆スタガ型）構造であり、特にチャネルエッチ型と呼ばれる構造のトランジスタについて説明する。
下地膜５０１上にゲート電極５０２及び５０３と、配線５０４とを形成する（図２５（Ａ））。下地膜５０１上に導電膜を形成した後、図１８のようにエッチングする。ゲート電極５０２及び５０３と、配線５０４とはチタン、モリブデン、タンタル、クロム、タングステン、アルミニウム、ネオジム、銅、銀、金、白金、ニオブ、シリコン、亜鉛、鉄、バリウム、ゲルマニウムなどの導電性を有する金属もしくは半導体材料、又はこれらの合金材料を用いて、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することができる。また、２種以上の導電性を有する材料を積層することで形成してもよい。また、ゲート電極５０２及び５０３の側面をテーパ形状にエッチングしてもよい。なお、図１８において、５５０はロー線（ｙ座標検出線）である。ロー線５５０はゲート電極５０２及び５０３と、配線５０４と同材料で形成される。
ゲート電極５０２及び５０３、及び配線５０４上に絶縁膜５０５を形成する（図２５（Ａ））。絶縁膜５０５は酸化シリコン系材料又は窒化シリコン系材料等を用いて、プラズマＣＶＤ法又はスパッタリング法等により形成することができる。また、絶縁膜５０５は高密度プラズマ処理によって形成することもできる。ここで、高密度プラズマ処理とは、プラズマ密度が１×１０１１ｃｍ−３以上、好ましくは１×１０１１ｃｍ−３以上９×１０１５ｃｍ−３以下で、マイクロ波（例えば周波数２．４５ＧＨｚ）等の高周波を用いたプラズマ処理をいう。このような条件でプラズマを発生させると、低電子温度が０．２ｅＶ以上２．０ｅＶ以下となる。このように低電子温度の高密度プラズマは、活性種の運動エネルギーが低いためプラズマダメージが少なく、欠陥の少ない膜を形成することを可能とする。このように、高密度プラズマ処理により形成された絶縁膜は、当該絶縁膜と絶縁膜に接触する層との間の界面状態が良好になる。そのため、高密度プラズマ処理を用いて絶縁膜５０５を形成すると、半導体層との界面状態を良好にすることができる。その結果、半導体素子の電気的特性を向上させることができる。
絶縁膜５０５上に第１の半導体層５０６及び５０７を形成する（図１９及び図２５（Ａ））。第１の半導体層５０６は、絶縁膜５０５を介してゲート電極５０２と重なる位置に形成する。第１の半導体層５０７は、絶縁膜５０５を介してゲート電極５０３と重なる位置に形成する。第１の半導体層５０６及び５０７は、アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）等の非結晶性を有する半導体層、微結晶シリコン（μ−Ｓｉ：Ｈ）、多結晶シリコン、単結晶シリコン、ヒ化ガリウム（ＧａＡｓ）等の化合物半導体又は酸化亜鉛（ＺｎＯ）、Ｉｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系等の酸化物半導体等を用いて、フォトリソグラフィ法、インクジェット法又は印刷法等により形成することができる。なお、第１の半導体層５０６及び５０７は、トランジスタのチャネル領域として機能する部分を含む。
第１の半導体層５０６及び５０７としてアモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）または微結晶シリコンを用いる場合は、トランジスタの特性の均一性が高く、かつ、製造コストが小さいという利点がある。特に、対角の長さが５００ｍｍを超えるような大型の基板にトランジスタを作製する場合に有効である。
第１の半導体層５０６及び５０７として多結晶シリコンを用いる場合は、トランジスタの移動度が高く、かつ、製造コストが小さいという利点がある。さらに、特性の経年劣化が小さいため、信頼性の高い装置を得ることができる。
第１の半導体層５０６及び５０７として、酸化物半導体を用いる場合は、アモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタよりも高い電界効果移動度を得ることができる。酸化物半導体膜はスパッタ法などによって３００℃以下の温度で膜形成が可能であり、多結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタよりも製造工程が簡単である。
なお、本明細書中で用いることができる酸化物半導体の一例としては、ＩｎＭＯ３（ＺｎＯ）ｍ（ｍ＞０）で表記されるものがある。ここで、Ｍは、ガリウム（Ｇａ）、鉄（Ｆｅ）、ニッケル（Ｎｉ）、マンガン（Ｍｎ）及びコバルト（Ｃｏ）から選ばれた一の金属元素又は複数の金属元素を示す。例えばＭとしてＧａが選択される場合には、Ｇａのみの場合の他に、ＧａとＮｉや、ＧａとＦｅなど、Ｇａ以外の上記金属元素が選択される場合を含む。また、上記酸化物半導体において、Ｍとして含まれる金属元素の他に、不純物元素としてＦｅ、Ｎｉその他の遷移金属元素、又は該遷移金属の酸化物が含まれているものがある。本明細書においては、上記酸化物半導体のうち、Ｍとして少なくともガリウムを含むものをＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系酸化物半導体と呼び、当該材料を用いた薄膜をＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ系非単結晶膜と呼ぶことがある。
第１の半導体層５０６上に第２の半導体層５０８及び５０９を形成し、第１の半導体層５０７上に第２の半導体層５１０及び５１１を形成する（図２５（Ａ））。第２の半導体層５０８はソース及びドレインの一方として機能する部分を含む。第２の半導体層５０９はソース及びドレインの他方として機能する部分を含む。第２の半導体層５１０はソース及びドレインの一方として機能する部分を含む。第２の半導体層５１１はソース及びドレインの他方として機能する部分を含む。なお、第２の半導体層としては、リン等を含んだシリコン、第１の半導体層よりも導電率の高い半導体材料、第１の半導体層よりもキャリア濃度の高い酸化物半導体等を用いることができる。第２の半導体層は、その機能により、バッファ層又はｎ＋層と表すこともできる。
絶縁膜５０５及び第２の半導体層５０８、５０９、５１０、５１１上に導電層５１２、５１３、５１４、５１５、及び微小構造体（ＭＥＭＳ）の下部電極５１６を形成する（図２０及び図２５（Ｂ））。導電層５１２はソース及びドレインの一方として機能する部分を含む。導電層５１３はソース及びドレインの他方として機能する部分を含む。導電層５１４はソース及びドレインの一方として機能する部分を含む。導電層５１５はソース及びドレインの他方として機能する部分を含む。導電層５１２、５１３、５１４、５１５、及び下部電極５１６は、チタン、モリブデン、タンタル、クロム、タングステン、アルミニウム、ネオジム、銅、銀、金、白金、ニオブ、シリコン、亜鉛、鉄、バリウム、ゲルマニウムなどの導電性を有する金属もしくは半導体材料、又はこれらの合金材料を用いて、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することができる。なお、図２０において、５５１はカラム線（ｘ座標検出線）である。カラム線５５１は導電層５１２、５１３、５１４、５１５、及び下部電極５１６と同材料で形成される。
導電層５１２、５１３、５１４、５１５、及び下部電極５１６上にパッシベーション膜５１７を形成する（図２５（Ｂ））。パッシベーション膜５１７としては窒化シリコン等を用いることができる。
パッシベーション膜５１７上に絶縁層５１８を形成する（図２５（Ｂ））。絶縁層５１８は、酸化シリコン系材料膜又は窒化シリコン系材料膜により形成する。また、絶縁層５１８としては、ポリイミド、ポリアミド、アクリル（感光性アクリルを含む）、ＢＣＢ（ベンゾシクロブテン）といった有機樹脂を用いることもできる。また、絶縁層５１８は単層構造でも積層構造でもよい。
絶縁層５１８をエッチングすることによって、導電層５１３及び下部電極５１６を露出させ、コンタクトホールを形成する。次に、形成したコンタクトホールを埋めるように、充填層５１９を形成する（図２１及び図２５（Ｂ））。充填層５１９としては変形可能な多孔質材料や弾性を有する絶縁性材料が挙げられ、実施の形態６に記載した材料を用いることができる。
絶縁層５１８及び充填層５１９上に導電層を形成し、所望の形状にエッチングすることで第１の電極５２０、配線５２１及び微小構造体（ＭＥＭＳ）の上部電極５２２となる（図２２及び図２５（Ｃ））。上部電極５２２は充填層５１９を介して下部電極と重なる位置に形成される。第１の電極５２０、配線５２１及び上部電極５２２はチタン、モリブデン、タンタル、クロム、タングステン、アルミニウム、ネオジム、銅、銀、金、白金、ニオブ、シリコン、亜鉛、鉄、バリウム、ゲルマニウムなどの導電性を有する金属もしくは半導体材料、又はこれらの合金材料を用いて、スパッタリング法又はＣＶＤ法等により形成することができる。
第１の電極５２０の端部を覆い、且つ、上部電極５２２に達する開口を有する隔壁５２３を形成する（図２５（Ｃ））。隔壁５２３としては、有機樹脂膜、無機絶縁膜、又は有機ポリシロキサンを用いることができる。具体的には、ポリイミド、ポリアミド、ポリイミドアミド、アクリル、ベンゾシクロブテン系樹脂を用いて形成すると良い。特に、感光性の材料を用いて、第１の電極５２０及び上部電極５２２上に開口を形成し、その開口の側壁が連続した曲率を持って形成される傾斜面となるように形成することが好ましい。
上部電極５２２に達する隔壁５２３の開口を埋めるようにスペーサ５２４を形成する（図２５（Ｃ））。スペーサ５２４としては紫外線硬化型樹脂等を用いることができる。具体的には、紫外線硬化型アクリル樹脂等を用いて形成するとよい。なお、スペーサ５２４は下部電極５１６と重なる位置に形成する。
ここで、充填層５１９、隔壁５２３、及びスペーサ５２４に用いる材料のうち、スペーサ５２４に用いる材料が最も硬い材料であり、充填層５１９に用いる材料が最も柔らかい材料である。硬さ及び柔らかさを示すものとして、弾性率などがあげられる。弾性率は変形しにくさを表す物性値である。弾性率で硬さ及び柔らかさを表すならば、スペーサ５２４に用いる材料の弾性率は隔壁５２３に用いる材料の弾性率よりも高く、隔壁５２３に用いる材料の弾性率は充填層５１９に用いる材料の弾性率よりも高いといえる。
第１の電極５２０上にＥＬ層５２５を形成する（図２５（Ｃ））。ＥＬ層５２５には、正孔注入層、正孔輸送層、発光層、電子輸送層、電子注入層、正孔阻止層等が含まれる。ＥＬ層５２５に用いる材料は適宜選択すればよい。
ＥＬ層５２５及び隔壁５２３上に第２の電極５２６を形成する（図２５（Ｃ））。第１の電極５２０、ＥＬ層５２５、及び第２の電極５２６で発光素子を構成している。第２の電極５２６は透光性を有する導電性材料により形成することができる。透光性を有する導電性材料としては、インジウム錫酸化物（以下、ＩＴＯという）、酸化タングステンを含むインジウム酸化物、酸化タングステンを含むインジウム亜鉛酸化物、酸化チタンを含むインジウム酸化物、酸化チタンを含むインジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、又は酸化シリコンを添加したインジウム錫酸化物等が挙げられる。透光性を有する導電性材料の膜の形成はスパッタリング法又はＣＶＤ法等により行えばよいが、特定の方法に限定されるものではない。また、第２の電極５２６は単層構造でもよいし、積層構造としてもよい。
以上の工程により、素子基板が作製できる。続いて、素子基板の端部にシール材（図示せず）を設け、シール材によって素子基板と封止基板５２７とを貼り合わせることによって封止する（図２６）。本発明の一態様であるタッチパネルは、素子基板、封止基板５２７、及びシール材で囲まれた空間５２８に発光素子が備えられた構造になっている。空間５２８には、不活性気体（例えば窒素やアルゴン等）が充填される。また、不活性気体の代わりにシール材を充填してもよい。
なお、シール材にはエポキシ系樹脂を用いるのが好ましい。また、これらの材料はできるだけ水分や酸素を透過しない材料であることが望ましい。また、封止基板５２７にはガラス基板、ＦＲＰ（Ｆｉｂｅｒｇｌａｓｓ−Ｒｅｉｎｆｏｒｃｅｄ Ｐｌａｓｔｉｃｓ）、ＰＶＦ（ポリビニルフロライド）、ポリエステル又はアクリル等からなるプラスチック基板を用いることができる。
次に、タッチパネルに指が接触した時の様子を図２７に示す。
図２７のように、封止基板５２７を指５２９で押すと、封止基板５２７が撓む。このとき、隔壁５２３の上部が押されて凹むが、隔壁５２３に用いる材料よりも硬い（弾性率が高い）スペーサ５２４が下に押し下げられる。スペーサ５２４の下層に設けられた充填層５１９は、スペーサ５２４よりも柔らかい（弾性率が低い）ため、スペーサ５２４は変形することなく下に押し下げられる。スペーサ５２４が下に押し下げられることによって、微小構造体（ＭＥＭＳ）の上部電極４２２の位置が下に下がる。静電容量方式の場合、微小構造体（ＭＥＭＳ）の下部電極５１６と上部電極５２２との間の距離が変化することにより、データを入力することができる。抵抗膜方式の場合、微小構造体（ＭＥＭＳ）の下部電極５１６と上部電極５２２とが接触することにより、データを入力することができる。
本発明の一態様によれば、薄膜トランジスタ及び発光素子を作製する工程において、タッチセンサを作製することができる。
本発明の一態様によれば、タッチセンサが発光素子と並置されているため、発光素子の上下にタッチセンサが設けられた場合と比べて、画質劣化の少ない、薄型のタッチパネルを提供することができる。
本発明の一態様によれば、充填層、隔壁、及びスペーサに硬さの異なる材料を用いることによって、効率的にタッチセンサに入力ができ、且つ、発光素子に圧力が加わりにくい構造のタッチパネルを提供することができる。また、スペーサをタッチセンサの上部に設けることで、タッチセンサの耐久度及びセンサ感度を向上することができる。
なお、本実施の形態は、本明細書の他の実施の形態で示した構成と適宜組み合わせて実施することができる。
（実施の形態９）
本発明の一態様に係るタッチパネルはさまざまな電子機器に適用することができる。電子機器としては、例えば、テレビジョン装置（テレビ、またはテレビジョン受信機ともいう）、コンピュータ用などのモニタ、デジタルカメラ、デジタルビデオカメラなどのカメラ、デジタルフォトフレーム、携帯電話機（携帯電話、携帯電話装置ともいう）、携帯型ゲーム機、携帯情報端末、電子ペーパー、音響再生装置、パチンコ機などの大型ゲーム機などが挙げられる。電子機器の一例を図２８に示す。
図２８（Ａ）は電子書籍６００の一例を示している。例えば、電子書籍６００は、筐体６０１及び筐体６０２の２つの筐体で構成されている。筐体６０１及び筐体６０２は、軸部６０３により一体とされており、該軸部６０３を軸として開閉動作を行うことができる。このような構成により、紙の書籍のような動作を行うことが可能となる。
筐体６０１には表示部６０４が組み込まれ、筐体６０２には表示部６０５が組み込まれている。表示部６０４および表示部６０５は本発明の一態様であるタッチセンサを有している。表示部６０４および表示部６０５は、続き画面を表示する構成としてもよいし、異なる画面を表示する構成としてもよい。異なる画面を表示する構成とすることで、例えば右側の表示部（図２８（Ａ）では表示部６０４）に文章を表示し、左側の表示部（図２８（Ａ）では表示部６０５）に画像を表示することができる。
また、図２８（Ａ）では、筐体６０１に操作部などを備えた例を示している。例えば、筐体６０１において、電源６０６、操作キー６０７、スピーカ６０８などを備えている。なお、筐体の表示部と同一面にキーボードやポインティングデバイスなどを備える構成としてもよい。また、筐体の裏面や側面に、外部接続用端子（イヤホン端子、ＵＳＢ端子、またはＡＣアダプタおよびＵＳＢケーブルなどの各種ケーブルと接続可能な端子など）、記録媒体挿入部などを備える構成としてもよい。さらに、電子書籍６００は、電子辞書としての機能を持たせた構成としてもよい。
また、電子書籍６００は、無線で情報を送受信できる構成としてもよい。無線により、電子書籍サーバから、所望の書籍データなどを購入し、ダウンロードする構成とすることも可能である。
本発明の一態様によれば、発光素子の上又は下にタッチセンサが設けられたものと比べて、画質劣化が少なく、薄型の電子書籍を提供することができる。
また、本発明の一態様によれば、充填層、隔壁、及びスペーサに硬さの異なる材料を用いることによって、効率的にタッチセンサに入力することができ、且つ、発光素子に圧力が加わりにくい構造のタッチパネルを提供することができる。また、スペーサをタッチセンサの上部に設けることによって、タッチセンサの耐久度が高く、センサ感度の良い電子書籍を提供することができる。
図２８（Ｂ）は、デジタルフォトフレーム７００の一例を示している。例えば、デジタルフォトフレーム７００は、筐体７０１に表示部７０２が組み込まれている。表示部７０２は、各種画像を表示することが可能であり、例えばデジタルカメラなどで撮影した画像データを表示させることで、通常の写真立てと同様に機能させることができる。
本発明の一態様であるタッチセンサを適用すると、発光素子の上又は下にタッチセンサが設けられたものと比べて、画質劣化が少なく、薄型のデジタルフォトフレームを提供することができる。
また、本発明の一態様によれば、充填層、隔壁、及びスペーサに硬さの異なる材料を用いることによって、効率的にタッチセンサに入力することができ、且つ、発光素子に圧力が加わりにくい構造のタッチパネルを提供することができる。また、スペーサをタッチセンサの上部に設けることによって、タッチセンサの耐久度が高く、センサ感度の良いデジタルフォトフレームを提供することができる。
１００ 基板
１０１ 下地膜
１０２ 薄膜トランジスタ
１０３ ゲート電極
１０４ ゲート絶縁膜
１０５ 第１の半導体層
１０６ 半導体層
１０７ 半導体層
１０８ 導電層
１０９ 導電層
１１０ 下部電極
１１１ 絶縁層
１１２ 充填層
１１３ 第１の電極
１１４ 配線
１１５ 上部電極
１１６ 隔壁
１１７ スペーサ
１１８ ＥＬ層
１１９ 第２の電極
１２０ 素子基板
１２１ 封止基板
１２２ 空間
１２３ 指
２００ スイッチング用トランジスタ
２０１ ゲート線
２０２ ソース線
２０３ 第１の容量素子
２０４ 電源線
２０５ 駆動用トランジスタ
２０６ 発光素子
２０７ 電源線
２０８ 第２の容量素子
２０９ カラム線
２１０ 第３の容量素子
２１１ ロー線
２１２ 第２の容量素子
２１３ カラム線
２１４ ロー線
２５０ 検出器（検出回路）
２５１ タッチ位置
３００ スイッチング用トランジスタ
３０１ ゲート線
３０２ ソース線
３０３ 容量素子
３０４ 電源線
３０５ 駆動用トランジスタ
３０６ 発光素子
３０７ 電源線
３０８ スイッチ
３０９ カラム線
３１０ ロー線
３１１ スイッチ
３１２ カラム線
３１３ 電源線
３５０ 検出器
３５１ タッチ位置
４００ 基板
４０１ 下地膜
４０２ ゲート電極
４０３ ゲート電極
４０４ 配線
４０５ 下部電極
４０６ 絶縁膜
４０７ 第１の半導体層
４０８ 第１の半導体層
４０９ 第２の半導体層
４１０ 第２の半導体層
４１１ 第２の半導体層
４１２ 第２の半導体層
４１３ 導電層
４１４ 導電層
４１５ 導電層
４１６ 導電層
４１７ パッシベーション膜
４１８ 絶縁層
４１９ 充填層
４２０ 第１の電極
４２１ 配線
４２２ 上部電極
４２３ 隔壁
４２４ スペーサ
４２５ ＥＬ層
４２６ 第２の電極
４２７ 封止基板
４２８ 空間
４２９ 指
４５０ ロー線（ｙ座標検出線）
４５１ カラム線（ｘ座標検出線）
５００ 基板
５０１ 下地膜
５０２ ゲート電極
５０３ ゲート電極
５０４ 配線
５０５ 絶縁膜
５０６ 第１の半導体層
５０７ 第１の半導体層
５０８ 第２の半導体層
５０９ 第２の半導体層
５１０ 第２の半導体層
５１１ 第２の半導体層
５１２ 導電層
５１３ 導電層
５１４ 導電層
５１５ 導電層
５１６ 下部電極
５１７ パッシベーション膜
５１８ 絶縁層
５１９ 充填層
５２０ 第１の電極
５２１ 配線
５２２ 上部電極
５２３ 隔壁
５２４ スペーサ
５２５ ＥＬ層
５２６ 第２の電極
５２７ 封止基板
５２８ 空間
５２９ 指
５５０ ロー線（ｙ座標検出線）
５５１ カラム線（ｘ座標検出線）
６００ 電子書籍
６０１ 筐体
６０２ 筐体
６０３ 軸部
６０４ 表示部
６０５ 表示部
６０６ 電源
６０７ 操作キー
６０８ スピーカ
７００ デジタルフォトフレーム
７０１ 筐体
７０２ 表示部

Claims (8)

  1. 微小構造体と、薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに電気的に接続された発光素子と、スペーサとを有し、
    前記微小構造体は、下部電極と、前記下部電極と対向して設けられた上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた充填層とを有し、
    前記下部電極は、前記薄膜トランジスタのゲート電極と同材料で形成され、
    前記上部電極は、前記発光素子の第１の電極と同材料で形成され、
    前記スペーサは、前記発光素子の第１の電極を覆う隔壁よりも硬い材料を用いて、前記上部電極上に前記充填層と重なるように形成され、
    前記隔壁は、前記充填層よりも硬い材料で形成されることを特徴とするタッチパネル。
  2. 微小構造体と、薄膜トランジスタと、前記薄膜トランジスタに電気的に接続された発光素子と、スペーサとを有し、
    前記微小構造体は、下部電極と、前記下部電極と対向して設けられた上部電極と、前記下部電極と前記上部電極との間に設けられた充填層とを有し、
    前記下部電極は、前記薄膜トランジスタのソース電極またはドレイン電極と同材料で形成され、
    前記上部電極は、前記発光素子の第１の電極と同材料で形成され、
    前記スペーサは、前記発光素子の第１の電極を覆う隔壁よりも弾性率の高い材料を用いて、前記上部電極上に前記充填層と重なるように形成され、
    前記隔壁は、前記充填層よりも弾性率の高い材料で形成されることを特徴とするタッチパネル。
  3. 請求項１または２において、
    第１の基板と、第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板との間に前記微小構造体、前記薄膜トランジスタ、前記発光素子、及び前記スペーサを有し、
    前記微小構造体は、前記上部電極が前記下部電極に向かう方向に可動することによって前記第２の基板上の圧力を感知することを特徴とするタッチパネル。
  4. 請求項１乃至３のいずれか一において、
    前記充填層は、圧力により可逆変形可能な多孔質の絶縁性材料を用いて形成されることを特徴とするタッチパネル。
  5. 請求項４において、
    前記多孔質の絶縁性材料はブロックコポリマーであることを特徴とするタッチパネル。
  6. 請求項１乃至４のいずれか一において、
    前記充填層の空隙率は２０％以上８０％以下であることを特徴とするタッチパネル。
  7. 請求項１乃至３のいずれか一において、
    前記充填層は、圧力により可逆変形可能な弾性を有する絶縁性材料を用いて形成されることを特徴とするタッチパネル。
  8. 請求項７において、
    前記弾性を有する絶縁性材料はエラストマーまたは熱可塑性エラストマーであることを特徴とするタッチパネル。
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