JP2013007769A - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】製造歩留まりが高く、表示品位の良好な液晶表示装置を提供する。
【解決手段】マトリクス状に配置された複数の表示画素PXを含む表示領域と、マトリクス状に配置された複数の第1電極30と、第1電極30上において列方向に延びた複数の第1センサ41と列方向と略直交する行方向に延びて第1センサと電気的に接続された複数の第2センサ42と、を備えたアレイ基板110と、アレイ基板110と対向して配置された対向基板120と、アレイ基板110と対向基板120との間に挟持された液晶層70と、を備え、第1センサ41は、第1センサ41と第2センサ42とに囲まれた隣接した領域A1、A2を接続する欠落部40Aを備えている液晶表示装置。
【選択図】図4
Description
本発明の実施形態は、液晶表示装置に関する。
近年、平面表示装置が盛んに開発されており、中でも液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、各種分野に適用されている。このような液晶表示装置は、一対の基板間に液晶層を保持した構成であり、画素電極と共通電極との間の電界によって液晶層を通過する光に対する変調率を制御し、画像を表示するものである。
液晶表示装置は、一対の基板の基板面と略直交する方向の縦電界を液晶層に印加して液晶の配向状態を制御する方式と、一対の基板の基板面と略平行な方向の横電界(フリンジ電界も含む)を液晶層に印加して液晶の配向状態を制御する方式とが知られている。
横電界を利用した液晶表示装置は、広視野角化の観点から特に注目されている。In-Plane Switching(IPS)モードや、Fringe Field Switching(FFS)モードなどの横電界方式の液晶表示装置は、アレイ基板に形成された画素電極と共通電極とを備え、アレイ基板の主面に対してほぼ平行な横電界で液晶分子をスイッチングするように構成されている。
また、表示部にユーザの指やペン先が接触したことを検出する接触センサを有する液晶表示装置が提案されている。接触センサは液晶表示装置の表示部にさらにセンサ電極を有するセンサ基板を重ねて形成される場合や、液晶表示装置の一対の基板の一方にセンサ電極が一体に形成される場合がある。
基板上に導電層を成膜した後、パターンニングする際に、ウェットエッチング方法によりパターンニングする場合、導電層に囲まれた切れ目の無い部分がある場合、エッチングの際に発生するガスが導電層に囲まれた領域に留まりやすくなり、エッチング不良が発生することがあった。例えば表示画素の開口部でエッチング不良が発生すると、光が遮光されて透過率が低下し、表示品位が低下する可能性があった。
本発明は上記事情を鑑みて成されたものであって、製造歩留まりが高く、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することを目的とする。
実施形態によれば、マトリクス状に配置された複数の表示画素を含む表示領域と、マトリクス状に配置された複数の第1電極と、前記第1電極上において列方向に延びた複数の第1センサと前記列方向と略直交する行方向に延びて前記第1センサと電気的に接続された複数の第2センサと、を備えたアレイ基板と、前記アレイ基板と対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板との間に挟持された液晶層と、を備え、前記第1センサは、前記第1センサと前記第2センサとに囲まれた隣接した領域を接続する欠落部を備えた液晶表示装置が提供される。
以下、実施形態の液晶表示装置について、図面を参照して説明する。
図1に、本実施形態の液晶表示装置の一例を概略的に示す。液晶表示装置は、アレイ基板110とアレイ基板110と所定の間隙をおいて対向配置された対向基板120と、アレイ基板110と対向基板120との間に挟持された液晶層70(図2に示す)と、マトリクス状に配置された表示画素PXを含む表示領域25と、を備える液晶表示パネルと、液晶表示パネルを背面側から照明するバックライトユニット130と、を備えている。
図1に、本実施形態の液晶表示装置の一例を概略的に示す。液晶表示装置は、アレイ基板110とアレイ基板110と所定の間隙をおいて対向配置された対向基板120と、アレイ基板110と対向基板120との間に挟持された液晶層70(図2に示す)と、マトリクス状に配置された表示画素PXを含む表示領域25と、を備える液晶表示パネルと、液晶表示パネルを背面側から照明するバックライトユニット130と、を備えている。
図2に、図1に示す液晶表示パネルのII−IIにおける断面の一例を示す。本実施形態の液晶表示装置は、横電界を利用して液晶層の配向状態を制御するFFSモードの液晶表示装置である。
アレイ基板110は、ガラス等の透明絶縁性基板10と、透明絶縁性基板10上に配置された画素駆動配線と、スイッチング素子14と、絶縁膜L1、50と、平坦化膜20と、共通電極(第1電極)30と、センサ電極(第2電極)40と、画素電極(第3電極)60と、図示しない配向膜と、駆動回路と、を備えている。画素駆動配線は、複数の表示画素PXが配列する行方向に沿って延びる走査線11と、複数の表示画素PXが配列する列方向に沿って延びる信号線12と、を備えている。
駆動回路は、表示領域25の周囲を囲む額縁領域に配置された複数の走査線11を駆動する走査線駆動回路YDと、複数の信号線12を駆動する信号線駆動回路XDと、を備えている。
走査線駆動回路YDは走査線11が延びる方向における表示領域25の両脇に配置され、走査線駆動回路YDには表示領域25から延びる複数の走査線11が電気的に接続されている。信号線駆動回路XDには表示領域25から延びる複数の信号線12が電気的に接続されている。
アレイ基板110の端部には図示しないフレキシブル基板が接続され、走査線駆動回路YDおよび信号線駆動回路XDには、フレキシブル基板を介して図示しない信号源から制御信号および映像信号が供給される。
走査線11は、表示領域25においてマトリクス状に配置された表示画素PXの行に沿って延びている。信号線12は、表示領域25においてマトリクス状に配置された表示画素PXの列に沿って延びている。
スイッチング素子14は、走査線11と信号線12とが交差する位置近傍に配置されている。スイッチング素子14は、透明絶縁性基板10上に配置された図示しないアンダーコート層上に配置され、アモルファスシリコンあるいはポリシリコンの半導体層SCと、ゲート電極14bと、ソース電極14aと、ドレイン電極14cと、を含む薄膜トランジスタを備えている。
スイッチング素子14の半導体層SCの上層にはゲート絶縁膜が配置され、ゲート絶縁膜上にスイッチング素子14のゲート電極14bが配置されている。スイッチング素子14のソース電極14aとドレイン電極14cとは絶縁膜L1に設けられたコンタクトホールにおいて半導体層SCと接続されている。
スイッチング素子14のゲート電極14bは、対応する走査線11と電気的に接続されている(あるいは一体に形成されている)。スイッチング素子14のソース電極14aは、対応する信号線12と電気的に接続されている(あるいは一体に形成されている)。スイッチング素子のドレイン電極14cは、後述するコンタクトホール21、51において対応する画素電極60と電気的に接続されている。
走査線駆動回路YDにより走査線11が駆動されてスイッチング素子14のゲート電極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との間が導通し、スイッチング素子14が一定期間オン状態となる。スイッチング素子14がオン状態である期間に、信号線12からスイッチング素子14を介して画素電極60へ映像信号が供給される。
スイッチング素子14上には平坦化膜20が配置されている。本実施形態では、平坦化膜20は透明有機絶縁膜であって、平坦化膜20の膜厚は略3μmである。平坦化膜20は、コンタクトホール21を除いて表示領域25の全体に渡って配置されている。スイッチング素子14のドレイン電極14c上の平坦化膜20には、後述する画素電極60と電気的接続を取るためのコンタクトホール21が設けられている。平坦化膜20上には共通電極30が配置されている。
図3に、アレイ基板110の表示領域25の構成の一例を示す。なお、図3では、画素電極60とセンサ電極40とを一部省略して共通電極30の形状を示している。
カラー表示タイプの液晶表示装置である場合、複数の表示画素PXは複数種類の色画素PX1、PX2、PX3を含んでいる。本実施形態では、複数の表示画素PXは、例えば、赤色を表示する赤色表示画素と、緑色を表示する緑色表示画素と、青色を表示する青色表示画素と、含む場合、赤色表示画素と緑色表示画素と青色表示画素との3種類の色画素により、1絵素が構成される。
カラー表示タイプの液晶表示装置である場合、複数の表示画素PXは複数種類の色画素PX1、PX2、PX3を含んでいる。本実施形態では、複数の表示画素PXは、例えば、赤色を表示する赤色表示画素と、緑色を表示する緑色表示画素と、青色を表示する青色表示画素と、含む場合、赤色表示画素と緑色表示画素と青色表示画素との3種類の色画素により、1絵素が構成される。
表示領域25には第1色画素PX1と、第2色画素PX2と、第3色画素PXBとが走査線11の延びる方向に周期的に並んで配置され、信号線12が延びる方向には同種類の色画素が並んで配置されている。
共通電極30は例えばITO(indium tin oxide)やIZO(indium zinc oxide)等の透明電極材料により形成されている。表示領域25の端部に配置された共通電極30は額縁領域へ延びて配置され、例えば外部の信号源からフレキシブル基板を介して共通電圧が印加されている。
共通電極30は後述のセンサ電極40との重ね合せ精度を考慮した同じパターンも盛り込み形成する。すなわち、共通電極30は複数の画素電極60と対向するようにマトリクス状に配置されている。共通電極30は、1絵素に配置された3つの画素電極60と対向するように配置されている。
また、コンタクトホール21には共通電極30と同じ材料で形成された接続電極31が配置されている。スイッチング素子14のドレイン電極14cと接続電極31とはコンタクトホール21において電気的に接続している。
図4に、表示領域25に配置されたセンサ電極40の一構成例を説明するための平面図を示す。なお、図4には画素電極60、走査線11、および、信号線12のパターン形状を破線で記載している。共通電極30上にはセンサ電極40が配置され、共通電極30と電気的に接続されている。センサ電極40は、例えばアルミニウムとモリブデンとの多層電極である。
センサ電極40は、信号線12と略平行に延びたセンサ用第1電極である第1センサ41と、走査線11と略平行に延びたセンサ用第2電極である第2センサ42とを備えている。本実施形態では、第1センサ41は、1絵素を構成する第1色画素PX1と第2色画素PX2と第3色画素PX3との、所定の2つの色画素間において、信号線12の上層に配置されている。
例えば、本実施形態では、第1色画素PX1と第2色画素PX2との間と、第2色画素PX2と第3色画素PX3との間に第1センサ41が配置されている。
第2色画素PX2と第3色画素PX3との間に配置された第1センサ41は欠落部40Aを備えている。第1色画素PX1と第2色画素PX2との間に配置された第1センサ41には欠落部40Aが設けられていない。すなわち、行方向において、欠落部40Aを有する第1センサ41と欠落部40Aを有していない第1センサ41とが交互に並んで配置されている。
欠落部40Aは、走査線11と信号線12とが交差する位置に設けられている。第2緋色画素PX2においてセンサ電極40に囲まれた第1領域A1と、第1色画素PX1および第3色画素PX3においてセンサ電極40に囲まれた第2領域A2とは、欠落部40Aにより互いに接続されている。
第2センサ42は後述する画素電極60の下層に配置され、行方向に隣り合う第1センサ41を電気的に接続している。第2センサ42は、列方向に並ぶ複数の表示画素PXにおいて1表示画素PX置きに配置され、行方向に隣り合う表示画素PXの列に配置された第2センサ42は、列方向において異なる位置で第1センサ41を電気的に接続している。本実施形態では、第2色画素PX2に第2センサ42が配置される表示画素PXの行と、第1色画素PX1および第3色画素PX3に渡って第2センサ42が配置される表示画素PXの行とは、信号線12が延びる方向において交互に並んでいる。
センサ電極40は額縁領域へ延びて配置され、例えば外部に設けられた図示しない感知回路と電気的に接続されている。本実施形態の液晶表示装置で接触位置を検出する場合、感知回路はセンサ電極40へ所定波形の信号を供給する。ユーザの指先やペン先とセンサ電極40と距離に応じて、指先等とセンサ電極40との間に生じる容量の大きさが変化する。感知回路は、指先等とセンサ電極40との間の容量の変化によるセンサ電極40の電位の変化を、センサ電極40から出力された信号の出力波形から検出して、ユーザの指先やペン先等が接触した位置に対応するセンサ電極40の座標位置を検出する。
センサ電極40上には絶縁膜50が配置されている。絶縁膜50は、画素電極60と接続電極31とを電気的に接続するためのコンタクトホール51を備えている。
絶縁膜50上には画素電極60が配置され、コンタクトホール51において接続電極31と電気的に接続している。画素電極60は、例えばITOやIZO等の透明電極材料により形成されている。画素電極60の上層には図示しない配向膜が配置されている。
図3に示すように、画素電極60は、互いに略平行に延びたスリット60Sを備えている。本実施形態では、複数のスリット60Sは信号線12が延びる方向と略平行に延びている。
画素電極60と共通電極30との間、あるいは、画素電極60の端部とセンサ電極40との間に生じる電界により液晶層70の配向状態が制御される。画素電極60にスリット60Sを設けることにより、表示画素PXの中央部分においても画素電極60と共通電極30との間に電界が生じて、液晶層70の配向状態を制御することが可能となる。
対向基板120は、ガラス等の透明絶縁性基板28と、透明樹脂平坦化膜29と、複数の着色層と、図示しない配向膜とを備えている。
複数の着色層は、有機絶縁膜である例えば赤(R)、緑(G)、青(B)のうちのいずれかのレジストによって着色された第1着色層24a、第2着色層24b、第3着色層24cと、黒色の第4着色層27a、第5着色層27bと、を備えている。
第1着色層24aは第1色画素PX1に配置され、第2着色層24bは第2色画素PX2に配置され、第3着色層24cは第3色画素PX3に配置されている。第4着色層27aは表示領域25を囲むように配置され、額縁領域における光抜けを防止する遮光層である。第5着色層27bは、アレイ基板110の走査線11および信号線12と対向する位置に格子状に配置され、表示画素PX間における光抜けを防止する遮光層である。
アレイ基板110と対向基板120とは、互いの配向膜が対向するように配置されシール剤26により固定される。アレイ基板110と対向基板120との間には、柱状スペーサ22が配置されている。柱状スペーサ22によりアレイ基板110と対向基板120との距離は一定に保持される。本実施形態では、柱状スペーサ22の高さは2μm以上6μm以下で任意に制御している。
液晶層70は、アレイ基板110、対向基板120、およびシール剤26により囲まれた領域に配置されている。
アレイ基板110および対向基板120の液晶層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。
続いて、本実施形態の液晶表示装置の製造方法の一例について説明する。
まず、アレイ基板110を形成する方法について説明する。複数のアレイ基板110を切り出す第1透明絶縁性基板上に成膜とパターンニングとを繰り返してスイッチング素子14、走査線11、信号線12、絶縁膜L1、および、アレイ基板110上の他のスイッチング素子や各種配線を形成する。
まず、アレイ基板110を形成する方法について説明する。複数のアレイ基板110を切り出す第1透明絶縁性基板上に成膜とパターンニングとを繰り返してスイッチング素子14、走査線11、信号線12、絶縁膜L1、および、アレイ基板110上の他のスイッチング素子や各種配線を形成する。
続いて、露光レジストを塗布、露光、現像して透明有機絶縁膜からなる平坦化膜20を形成する。このとき、露光レジストは表示領域25および額縁領域の全面に塗布される。本実施形態では露光レジストは光硬化性のものを採用し、露光マスクを介してフォトレジストを露光し、現像してコンタクトホール21を有する所定パターンの平坦化膜20となるように形成する。
平坦化膜20の上にITO等の透明電極材料を成膜し、透明電極材料上にさらに露光レジストを塗布する。露光レジストを露光および現像して接続電極31および共通電極30の所定のパターンにパターンニングする。続いて、エッチングにより透明電極材料をパターンニングして、露光レジストを剥離して所定パターンの共通電極30を形成する。
続いて、共通電極30の上層に、順次モリブデンの成膜、アルミニウムの成膜、モリブデンの成膜を行い、その後、露光レジストの成膜・露光・現像を行い、モリブデン/アルミニウム/モリブデンに積層された金属層をウェットエッチング処理によりパターンニングを行う。これにより、共通電極30の第1電極30Aおよび第2電極30B上に配置されたアルミニウムとモリブデンからなる積層構造の電極パターンであるセンサ電極40が形成される。
ここで、ウェットエッチング処理を用いる理由は、有機絶縁膜からなる平坦化膜20の表面を荒らさないためである。すなわち、ドライエッチング処理を行うと平坦化膜20の表面が傷ついてしまう。このため、このセンサ電極40を形成する工程ではウェットエッチング処理が選択される。
図5に比較例の液晶表示装置の表示領域25の一構成例を概略的に示す。比較例の液晶表示装置では、センサ電極40の欠落部40Aを形成していない。この場合、センサ電極40を形成する際にアルミニウムの膜をウェットエッチング処理によりパターンニングすると、パターンニングの際に発生したガスがアルミニウム膜、モリブデン膜からなる多層配線および露光レジストで囲まれた領域に留まりやすくなり、ガスによりエッチング液がアルミニウム膜、モリブデン等からなる多層配線上に流れにくくなり、パターンニングにより除去したい部分にアルミニウム膜、モリブデン膜からなる積層された金属層が残ることがあった。
図5に示すように、センサ電極40で囲まれた領域のアルミニウム膜、モリブデン膜からなる金属層が除去されずに残ると、表示画素PXにおいて光が遮光され開口率が低下し、表示品位が低下することがあった。
これに対し、本実施形態では、青色表示画素PXBと緑色表示画素PXGとの間において信号線12と略平行に延びたセンサ電極40に欠落部40Aを形成する。このため、ウェットエッチング処理において発生したガスは、第1領域A1と第2領域A2とを相互に移動することが可能となり、ガスが留まることを抑制することができる。ガスはエッチング液の流れに応じて第1領域A1と第2領域A2とを移動するため、エッチング液の流れがガスにより妨げられることが無くなり、アルミニウム膜等からなる金属層のパターンニング不良が発生することを回避することができる。
続いて、センサ電極40上に露光レジストを塗布、露光、現像してコンタクトホール51を有する絶縁膜50を形成する。続いて、絶縁膜50上にITO等の透明電極材料を成膜し、スリット60Sを備える所定のパターンにパターンニングして画素電極60を形成する。その後、画素電極60の表面には所定方向にラビング処理を施した配向膜を形成する。
次に、対向基板120を形成する方法について説明する。複数の対向基板120を切り出す第2透明絶縁性基板上に、着色された露光レジストの塗布、露光、現像を繰り返して、第1着色層24a、第2着色層24b、第3着色層24c、第4着色層27a、および、第5着色層27bを形成する。さらに、複数の着色層上に透明樹脂平坦化膜29となる透明樹脂材料を塗布し、所定パターンにパターンニングして透明樹脂平坦化膜29を形成する。その後、透明樹脂平坦化膜29の表面に所定方向にラビング処理を施した配向膜を形成する。
柱状スペーサ22は、第1透明絶縁性基板あるいは第2透明絶縁性基板の上層に、例えば樹脂材料を塗布し、所定パターンにパターンニングすることにより形成される。
続いて、表示領域25を囲むように第1透明絶縁性基板上あるいは第2透明絶縁性基板上に例えば紫外線硬化樹脂からなるシール剤26を塗布し、複数のアレイ基板110となる透明絶縁性基板と複数の対向基板120となる透明絶縁性基板とを互いの配向膜が向かい合うように対向させて位置あわせし、シール剤26に紫外線を照射して硬化させて固定する。
液晶材料は、シール剤26が開口した注入口から表示領域25に注入されてもよく、第1透明絶縁性基板と第2透明絶縁性基板とを貼り合わせる前に、シール剤26に囲まれた領域に滴下されてもよい。注入口から液晶材料を注入する場合は、注入後に注入口を封止剤により封止して液晶層70が形成される。液晶材料を滴下する場合には、滴下した後に第1透明絶縁性基板と第2透明絶縁性基板とを貼り合わせて液晶層70が形成される。
第1透明絶縁性基板と第2透明絶縁性基板とが貼り合わされた状態で、複数のアレイ基板110と、アレイ基板110と対向する第2透明絶縁性基板の部分とを切り出し、さらに第2透明絶縁性基板を割断して対向基板120を切り出す。
続いて、アレイ基板110および対向基板120の液晶層70側と反対に位置する面に偏光板を配設して、液晶表示装置を形成する。
上記のように、本実施形態の液晶表示装置では、センサ配線40に欠落部40Aを設けることで、ウェットエッチング処理において発生したガスが第1領域A1あるいは第2領域A2に留まることが回避され、エッチング不足が解消されることでパターン残り不良が無く、高歩留りで良質なセンサ配線40をもった液晶表示装置を提供することが出来る。
すなわち、本実施形態の液晶表示装置によれば、製造歩留まりが高く、表示品位の良好な液晶表示装置を提供することができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
PX…表示画素、L1、50…絶縁膜、10…透明絶縁性基板、11…走査線、12…信号線、14…スイッチング素子、20…平坦化膜、21…コンタクトホール、22…柱状スペーサ、25…表示領域、26…シール剤、28…透明絶縁性基板、30…共通電極(第1電極)、40…センサ電極(第2電極)、41…第1センサ、42…第2センサ、40A…欠落部、A1…第1領域、A2…第2領域、50…絶縁膜、51…コンタクトホール、60…画素電極(第3電極)、60S…スリット、70…液晶層、110…アレイ基板、120…対向基板、130…バックライトユニット。
Claims (3)
- マトリクス状に配置された複数の表示画素を含む表示領域と、
マトリクス状に配置された複数の第1電極と、前記第1電極上において列方向に延びた複数の第1センサと前記列方向と略直交する行方向に延びて前記第1センサと電気的に接続された複数の第2センサと、を備えたアレイ基板と、
前記アレイ基板と対向して配置された対向基板と、
前記アレイ基板と前記対向基板との間に挟持された液晶層と、を備え、
前記第1センサは、前記第1センサと前記第2センサとに囲まれた隣接した領域を接続する欠落部を備えた液晶表示装置。 - 前記行方向に隣り合う前記表示画素の列に配置された前記第2センサは、前記列方向において異なる位置で前記第1センサと電気的に接続している請求項1記載の液晶表示装置。
- 前記アレイ基板は、前記第1センサおよび前記第2センサの上層に配置された絶縁層を介して前記第1電極と対向するように配置された第3電極をさらに備え、
前記第3電極は、互いに略平行に延びる複数のスリットを有している請求項1又は請求項2記載の液晶表示装置。
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