JP2012078483A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶表示装置の表示領域内にタッチパネル等のセンサーを組み込む場合、遮光層としては、第一に十分な遮光性を有することが求められるが、一方では液晶注入を妨げずさらにはギャップムラが発生しにくいように膜厚を薄くすることが望まれる。形成するセンサー特性によっては遮光層の誘電率がある程度高いことが望ましい。また画素間の狭い領域に形成できる加工性を有し、さらに低コストで生産性の高い材料およびプロセスが求められる。
【解決手段】センサー電極上および周囲の遮光層、スペーサを高誘電率黒色フォトレジスト材料により同時形成することにより、低コストで歩留りが良く、センサー感度の良い液晶表示装置を提供する。
【選択図】 図６

Description

本発明の実施形態はセンサーを内蔵した液晶表示装置に関する。

表示領域内にタッチパネル等のセンサーを組み込んだ液晶表示装置があるが、対向基板ではなくアレイ基板上に着色層を形成する場合には、センサー部等配線の隙間からの光漏れが問題となる。このため表示領域外周の額縁部分と同様に配線の隙間には遮光層を形成する必要がある。（例えば、特許文献１参照）

特開２００５−１０７３８３号公報

遮光層としては、第一に十分な遮光性を有することが求められるが、一方では液晶注入を妨げず、更にはギャップムラが発生しにくいように遮光層部の膜厚は液晶層キ゛ャッフ゜よりも小さいことが望まれる。形成するセンサー特性によっては遮光層の誘電率がある程度高いことが望ましい。また画素間の狭い領域に形成できる加工性を有し、さらに低コストで生産性の高い材料およびプロセスが求められる。

本発明の実施形態は、アレイ基板上に設けられた複数の走査線及び信号線と、前記走査線及び信号線の交差部に設けられたスイッチング素子と、表示領域内に形成されたセンサー電極と、センサー用の走査線及びスイッチング素子と、前記走査線及び前記信号線及び前記スイッチング素子を覆うように前記アレイ基板上に形成され、レジストによりそれぞれ異なる色に着色された第一、第二、及び第三の着色層からなる有機絶縁膜と、前記有機絶縁膜上に形成された表示領域を形成する画素電極と、前記画素電極と前記スイッチング素子を電気的に接続するよう前記有機絶縁膜に設けられたスルーホールと、表示領域周囲（額縁部）およびセンサー電極上または周囲に形成された遮光層と、前記アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と対向基板の間に配置され、両基板間を保持するスペーサと、前記アレイ基板と前記対向基板に挟持された液晶層とを備える液晶表示装置であって、
前記表示領域周囲およびセンサー電極周囲の遮光層、基板を保持するスペーサを同一黒色レジスト材料のパターニングによって形成することで上記課題を解決する。

本発明の実施形態による液晶表示装置の構成を示す斜視図である。 本発明の実施形態による液晶表示装置を示す平面図である。 図２のＡ−Ａ線に沿う拡大断面図である。 本発明の実施形態のセンサー部の構造を示す平面図である。 本発明の実施形態のセンサー周辺の着色層構造を示す拡大平面図である。 図５のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。 本発明の実施形態について説明する簡易図である。

以下、本発明の実施形態による液晶表示装置の実施の形態を、図面を参照し説明する。

（実施の形態１）
本発明の実施形態による液晶表示装置の実施の形態１を図１から図４を参照して説明する。また同一部分は同一符号で示す。

図１は本発明による液晶表示装置の構成を示す斜視図であり、図２は図１の液晶パネル部分を示す平面図である。また図３は図２の破線部での拡大断面図であり、各着色層２４ａ、２４ｂ、２４ｃとスルーホール１５の関係を示す。図４はセンサー部の構造を説明する平面図であり、一部の着色層２４を省略している。

液晶表示装置は表示領域２５を有するアレイ基板１１０と、このアレイ基板１１０に所定の隙間を保持して対向配置された対向基板１２０と、を備え、アレイ基板１１０下面には光源となるLED等からなるバックライトユニット１３が配置される。

アレイ基板１１０はガラス等からなる基板１０と、この基板１０上に形成された着色層２４と図示しない配向膜を備えている。基板１０上には図３または図４に示す複数本の信号線１２及び走査線１１が多層薄膜を介して格子状に配置されている。また各走査線１１に沿って補助容量１６が配列され、補助容量１６と信号線１２がなすマス目上の画素開口にほぼ対応するようIndium-Tin-Oxide（以下ITOという）等の透明導電材料からなり表示領域２５を構成する画素電極３０が配設される。

走査線１１及び信号線１２の各交点部分には、画素電極３０を制御するためのスイッチング素子１４が形成され、スイッチング素子１４上に多層薄膜の一部である有機絶縁膜２４が皮膜されている。

有機絶縁膜２４はR、G、Bのうちのいずれかのレジストによって着色され、第一着色層２４ａ、第二着色層２４ｂ、第三着色層２４ｃを形成している。

また有機絶縁膜２４は表示領域２５以外の部分（以下非表示領域という）に形成される場合もある。

各着色層２４ａ、２４ｂ、２４ｃ上には画素電極３０が配される。画素電極３０は各着色層２４ａ、２４ｂ、２４ｃに形成されたスルーホール１５を介し、スイッチング素子と電気的に接続される。

ここで、スイッチング素子はゲート電極１４ｂ、ソース電極１４a、ドレイン電極１４ｃから構成される薄膜トランジスタ１４（以下TFTという）を用いる。ゲート電極１４ｂは走査線１１と、またソース電極１４aは信号線１２と夫々電気的に接続される。

走査線１１と接続されたゲート電極１４ｂに電圧が印加されると、ソース電極１４aとドレイン電極１４ｃ間が導通し、TFT１４が一定期間オン状態になる。この期間に画像表示に必要な信号が信号線１２から供給され所定のタイミングで書き込まれる。

ドレイン電極１４ｃは画素電極３０と有機絶縁膜２４の各着色層２４a、２４ｂ、２４ｃに形成されたスルーホール１５を介し電気的に接続される。

一方、表示領域２５内にはタッチパネル用センサーが形成されており、センサー電極５４は図４に示すように信号線１１と平行方向に配置されている。またセンサー制御のためにセンサー用走査線５０、センサー読み出し用走査線５１、センサー制御回路５２、センサー読み出し線５３、センサープリチャージ線５５が配置されている。センサー電極５４にはプリチャージ線５５からセンサー制御回路５２を通して電圧が印加され、一定の電荷がチャージされる。電圧印加タイミングはセンサー用走査線５０によって制御されている。印加された電圧は制御回路中のアンプによって増幅され、センサー読み出し線５３によって信号が戻される。読み出しタイミングはセンサー読み出し用走査線５１によって制御されている。表示領域５０上の対向基板１２０を指で触った部分では容量が変化し、制御回路５２で読み取る電圧に変化が生じる。この電圧変化を検知することにより表示領域２５にタッチパネル機能を付加することが可能となる。

対向基板１２０はガラス等からなる透明基板２１を有し、アレイ基板１１０と対向に配置される。また対向基板１２０は液晶層７０側にITOからなる透明電極２２と図示しない配向膜を有する。

アレイ基板１１０と対向基板１２０とは表示領域２５の周縁である額縁領域２７においてシール材２６を用いて接合され、アレイ基板１１０と対向基板１２０とシール材２６とで囲まれた領域に液晶層７０が形成されている。

シール材２６は液晶層７０を封止し、シール材２６内側にはブラックマトリクス層２７（以下BM層２７という）が遮光層として配置される。また表示領域２５内に形成されたセンサー電極５４周囲の光漏れを防止するために、センサー電極５４周囲にも遮光層が配置される。

アレイ基板１１０と対向基板１２０間の距離はスペーサ３１によって保持される。スペーサ３１は遮光層と同一の樹脂材料からなり、所望する距離に合わせて３〜７μm程度の高さで形成されることが多い。

さらにアレイ基板１１０及び対向基板１２０の夫々液晶層７０側と反対に位置する面には図示しない偏光板が夫々配設されている。

以下、本実施の形態の特徴的部分である額縁領域BM層２７及びセンサー電極５４周囲、スペーサ３１の同一黒レジストのパターニング形成について図５から図７を参照し詳細に説明する。なお同一部分は同一符号で示す。

図５は本発明のセンサー周辺の着色層構造を示す拡大平面図である。また図６は図５のＢ−Ｂ線に沿う拡大断面図である。

TFT１４形成後のアレイ基板１１０上に第一着色層２４a、第二着色層２４ｂ、第三着色層２４ｃと順次形成する。その後、ＩＴＯパターニングを行った後、感光性黒レジストを用いて、所望するスペーサの高さが得られる膜厚で基板全面塗布後、適切な露光マスクを用いて、額縁領域BM層２７及びセンサー電極５４周囲、スペーサ31部分を一括露光・現像して、１工程でパターン形成して、焼成することにより、ＢＭ層２７及びセンサー電極５４周辺遮光部、スペーサが得られる。

感光性黒レジストを用いると、工程及びマスクの削減が可能となり、より安価に生産することが可能となる。

感光性黒レジストには十分な遮光性を持たせるため、顔料濃度やカーボン濃度が高くなる。タッチパネルセンサーとして容量変動を検出する場合には、誘電率の高い遮光材料を用いることが望ましい。

図７に示すように、センサー電極による容量をＣ１、プリチャージによる電荷をＱとした場合、電圧Ｖは Ｖ＝Ｑ／Ｃ１ となる。一方、センサー電極上にインクジェットにより誘電率の高い材料を塗布して遮光層を形成した場合、遮光層単体の容量をＣ２とする。仮にＣ２がＣ１の２倍の容量とすると、Ｃ２＝２×Ｃ１となる。Ｃ１とＣ２の合成容量をＣ‘とすると、Ｃ’＝（２／３）Ｃ１となる。プリチャージによる電荷Ｑが一定の場合、電圧Ｖ‘はＶ’＝Ｑ／Ｃ＝Ｑ／（（２／３）Ｃ１）＝（３／２）Ｑ／Ｃ１＝（３／２）Ｖ となることから、電圧が約１．５倍となる。このことから、誘電率の高い遮光層材料を使用することにより容量変動による電圧変化をより感度良く検出することが可能となる。

こうして本発明の様にタッチパネル用センサー電極上に遮光層を額縁ＢＭ及びスペーサを同時に形成するプロセス構造を適用したところ、表示領域内に感度の良いタッチパネルを組み込むことができ、歩留り良く低コストで液晶表示装置を作製することができた。

なお、この発明は、上記実施形態そのものに限定されるものではなく、その実施の段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。例えば、タッチパネルセンサー電極上に全て黒レジストで遮光層を形成するのではなく、適度に透過率の低い着色層２４を形成しても良い。

１０…基板
１１…走査線
１２…信号線
１３…バックライト
１４…スイッチング素子（薄膜トランジスタ）
１５…スルーホール
１６…補助容量
２１…透明基板
２２…透明電極
２４…着色層
２５…表示領域
２６…シール材
２７…ブラックマトリクス（BM）層
３０…画素電極
３１…スペーサ
５０…センサー用走査線
５１…センサー読み出し用走査線
５２…センサー用制御回路
５３…センサー読み出し線
５４…センサー電極
５５…プリチャージ線
７０…液晶層
１１０ … アレイ基板
１２０ …対向基板

Claims (4)

1. アレイ基板と、
   前記アレイ基板に対向して配置された対向基板と、
   前記アレイ基板上に設けられた複数の走査線及び信号線と、
   前記走査線及び信号線の交差部に設けられたスイッチング素子と、
   前記走査線、前記信号線及び前記スイッチング素子を覆うように前記アレイ基板上に形成され、レジストによりそれぞれ異なる色に着色された第一、第二、及び第三の有機絶縁膜と、
   前記第一、第二、及び第三の有機絶縁膜上に形成され表示領域を形成する画素電極と、
   前記アレイ基板上で前記表示領域内に形成されたセンサー電極と、
   前記アレイ基板と対向基板の間に配置され、両基板間を保持するスペーサと、
   前記画素電極及び前記センサー電極を遮光する遮光層と、
   を備える液晶表示装置であって、
   前記遮光層及び前記スペーサは同一材料で形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
   
2. 前記遮光層及び前記スペーサは黒色樹脂からなることを特徴とする請求項１に記載の液晶表示装置。
   
3. 前期黒色樹脂は感光性フォトレジストであることを特徴とする請求項２に記載の液晶表示装置。
   
4. アレイ基板と、
   前記アレイ基板に対向して配置された対向基板と、
   前記アレイ基板上に設けられた複数の走査線及び信号線と、
   前記走査線及び信号線の交差部に設けられたスイッチング素子と、
   前記走査線、前記信号線及び前記スイッチング素子を覆うように前記アレイ基板上に形成され、レジストによりそれぞれ異なる色に着色された第一、第二、及び第三の有機絶縁膜と、
   前記第一、第二、及び第三の有機絶縁膜上に形成され表示領域を形成する画素電極と、
   前記アレイ基板上で前記表示領域内に形成されたセンサー電極と、
   前記アレイ基板と対向基板の間に配置され、両基板間を保持するスペーサと、
   前記画素電極及び前記センサー電極を遮光する遮光層と、
   を備える液晶表示装置の製造方法であって、
   前記遮光層及び前記スペーサは同一工程で同時に形成されることを特徴とする液晶表示装置の製造方法。

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