JP2014002195A - タッチパネル機能付きカラーフィルタ基板とそれを備えた表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】抵抗膜式のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板において、タッチパネル機能のための電気的接点で繋がる導体の電気抵抗を小さくするようなカラーフィルタ基板を提供することにより、それを表示装置に使用する際のタッチパネル機能を改善すること。
【解決手段】透明基材と、透明基材上に設けたブラックマトリクス層と、ブラックマトリクス層のパターン間に設けた複数色の着色透明層と、ブラックマトリクス層のパターン上に設けた金属配線層と、金属配線層上に設けた突起部と、ブラックマトリクス層、着色透明層、金属配線層、突起部を覆うように設けた透明電極層を備える。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネル機能付きカラーフィルタ基板とそれを備えたタッチパネル機能付きの表示装置に関する。

カラー液晶表示装置等に用いられるカラーフィルタ基板は、カラー表示装置に不可欠な部材で、表示装置の画質を向上させたり、各画素にそれぞれの原色の色彩を与えたりする役割を有している。このカラーフィルタ基板を構成する要素は、支持材としてのガラス基板などの透明基材と、画素区画を与えるブラックマトリックス層、および画素単位の色選択を与える複数色の着色透明層からなる。透明基材上に感光性材料を塗布し、余剰の溶剤を乾燥除去したあと、画素パターン形成のためのフォトマスクを介し、プロキシミティ露光（近接露光）などで超高圧水銀灯を使用して活性エネルギー線を選択的に照射し、硬化(ネガ型)またはアルカリ溶解度を高め(ポジ型)、アルカリ溶液などで溶解する部分を除去することによりパターン形成されている。これをブラックマトリクス層および各色の着色透明層について繰り返すことにより、カラーフィルタ基板が作製される。

カラーフィルタ基板を備えた表示装置の例として、以下、垂直配向型のアクティブマトリックス方式のカラー液晶表示装置について説明する。上記表示装置を構成する主要部となる表示セルは、ガラス基板上に各画素ごとにアクティブ素子（薄膜トランジスタ：ＴＦＴ）を形成したアレイ基板と、ガラス基板上に上記ブラックマトリクス層および着色透明層パターンとそれらの上を一様に覆う透明電極層とを形成したカラーフィルタ基板との各表面に液晶配向膜による配向処理を施し、両基板間に液晶を挟んで対向して配置される。なお、アレイ基板の各ＴＦＴ素子のスイッチング作用によって各画素の液晶のシャッター作用を制御している。

ＴＦＴを用いたカラー液晶表示装置の表示セルは、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板を所定の間隔を設けて平行に対向させて配置し、エポキシ樹脂等に補強用の繊維を混合したシール剤によってこれら基板を液晶を挟持するように貼り合わせて構成される。カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との間には液晶が封入されているが、カラーフィルタ基板とＴＦＴ基板との間隔を正確に保持しないと、液晶層の厚みに差異が出て、液晶の旋光特性差による着色を生じたり、あるいは部分的な色むらが生じて、正しく表示されなくなるという現象が発生する。従来、液晶表示装置においては、ＴＦＴ基板とカラーフィルタ基板との間に均一なセルギャップを確保するために、スペーサーと呼ぶガラス、又は、樹脂の透明球状体粒子（ビーズ）をこれら基板間に介在させていたが、均一にスペーサーが分散せずに、スペーサーが一部に偏るという現象が生じることがある。このような現象が生じると、スペーサーが集まった部分の表示品質が悪化し、また間隔の正確な保持の面でも問題があった。

そこで、液晶表示装置にスペーサーと称する直径数μｍ〜１０μｍ、最大５０μｍの柱状突起からなる支持パターンをフォトリソグラフィーの手法でブラックマトリクス層上に形成する方法が提案されている。また、同様の液晶表示装置用スペーサーを着色透明層の重ね合わせにより形成する技術が開示されている。以下、フォトリソグラフィ法を用いて形成した上記柱状突起からなる支持パターンをフォトスペーサー（ＰＳ）と記す。

近年、カラー液晶表示装置は、液晶カラーテレビやカーナビゲーション用および液晶表示装置一体型のノートパソコン用として大きな市場を形成するに至っている。応用分野が拡大するにつれて、タッチパネルを液晶表示パネルと一体型で構成した、モバイルオーデ
ィオプレーヤーや携帯ゲーム機などのタッチパネル式液晶ディスプレイが市場に普及してきた。タッチパネルは、指またはペン等が接触した位置で、指示される内容を入力信号として受け取り、液晶表示装置を駆動することができる。

特許文献１には、液晶等の表示素子上に取り付けられて、表示内容と対応しながらペンで手書き入力、ポイント入力、または指で入力する抵抗膜（感圧）方式の透明タッチパネルが開示されている。しかし、上記したようにディスプレイ部とは別に入力部を貼り合わせるアウトセル（Ｏｕｔ−Ｃｅｌｌ）方式では、タッチパネルを具備した製品の厚さと大きさとが増加するという問題点がある。また、タッチパネルのストライプとカラーフィルタのストライプの微妙なズレによる干渉縞の発生や、タッチパネル表面とカラーフィルタ表面との距離により斜め表示で視差が発生する等表示性能面での問題点があった。

そこで、ディスプレイの中にタッチパネル機構を組み込んだインセル（Ｉｎ−Ｃｅｌｌ）方式が開発された。タッチパネルは液晶表示パネルの最上面側に具備され、液晶表示パネルの画面上に表示されたアイコンなどに人が指またはペン等で直接触れることで、所望する指示内容が選択される。このインセル方式にも光学方式と抵抗膜方式、静電容量方式があり、中でも抵抗膜方式が、製造コストと検出精度の点で比較的優れており、広く使用されている。

特許文献２（第６−９頁）には、タッチパネル機能を有するカラー表示パネルの表示基板（カラーフィルタ基板）として、ベース基板上に第１長さで直接形成され、アレイ基板との隔離距離を一定に保持する支持パターンと、前記ベース基板上に第２長さで直接形成され、タッチ位置で、アレイ基板に設けられた第１信号ライン及び第２信号ラインとそれぞれ電気的に接触する第１突起パターン及び第２突起パターンを有し、第１長さは第２長さより長く、第１突起パターン及び第２突起パターンには導電性膜が形成されている表示基板が開示されている。ここで、支持パターンと第１・第２突起パターンはブラックマトリクス層上に形成されている。以下、本明細書の説明では、上記支持パターンと同様に均一なセルギャップを確保する柱の役割を果たすものをフォトスペーサ（ＰＳ）、第１突起パターン及び第２突起パターンと同様に変動性接点の役割を果たすものを突起部、この突起部に導電性が付与されたものを突起電極と呼称する。

図２は、従来の抵抗膜式のタッチパネル入力機能を内蔵した液晶表示装置（インセル型液晶表示装置）に用いられる、タッチパネル機能付きカラーフィルタ基板の一例を説明するための部分拡大模式図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
このカラーフィルタ基板には、ガラス基板等の透明基材１上にブラックマトリックス層（ＢＭ）２、ＢＭのパターン間に例えば赤色画素３ｒ、緑色画素３ｇ、青色画素３ｂのように複数色の画素からなる着色透明層３が規則的に配置され、ＢＭ２のパターン上の所定の位置に突起部４が配置され、さらにその上に上記の各要素を覆う透明電極層５が順次に形成されたものである。その結果、突起部４を透明電極層５が覆って導電性が付与された突起電極６が形成され、タッチパネル機能のための電気的接点となる。なお、必要に応じて、図示しないフォトスペーサ（ＰＳ）が透明電極層５を介して、ＢＭ２上に所定の間隔で形成されている。

また、上記抵抗膜式のタッチパネル機能を有するカラーフィルタ基板において、タッチパネル電極として突起電極を形成するための形状を与える突起部を独立した製造工程で作製するのではなく、少なくとも２色の着色透明層を積層した構造とすることにより、製造工程を短縮できることが、特許文献３により開示されている。

特開平６−１３９００５号公報 特開２００７−１２８０９１号公報 特開２０１１−１７５００２号公報

抵抗膜式のタッチパネル入力機能を内蔵したインセル型表示装置に用いられる、カラーフィルタ基板は、上述のように、均一なセルギャップを確保する柱の役割を果たすＰＳと変動性接点の役割を果たす突起部との２種類の突起形状体を所定の配置に設けることにより、一定の機能が得られる。変動性接点の役割を果たす突起部に導電性を付与して電気的接点となる突起電極を形成することで抵抗膜式のタッチパネル機能を与えることができるが、表示のために設計された１０〜３０Ω／□程度のシート抵抗値を有する透明電極層を突起部に覆うことで得られる導電性は、タッチパネル用接点およびそれに連なる導体として充分な導電性を有するとは言えず、抵抗膜式のタッチパネル機能における位置検出精度に課題が残る。

透明電極層の低抵抗化を図ることにより、上記の問題は改善するものの、透明電極層として通常用いるＩＴＯ（インジウム錫酸化物）膜の特性改善は容易ではない。単に膜厚を厚くして低抵抗にすることは可能であるが、透明電極層に本来求められている表示装置の表示部の透明性を損ねてしまう。また、使用材料を工夫して突起部を形成する感光性樹脂材料に導電性を付与することもできるが、それだけでは大きな効果は期待できない。

本発明は、前記の問題点に鑑みて提案するものであり、本発明が解決しようとする課題は、抵抗膜式のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板において、タッチパネル機能のための電気的接点で繋がる導体の電気抵抗を小さくするようなカラーフィルタ基板を提供することにより、それを表示装置に使用する際のタッチパネル機能を改善することである。

上記の課題を解決するための手段として、請求項１に記載の発明は、抵抗膜式のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板であって、透明基材と、透明基材上に設けたブラックマトリクス層と、ブラックマトリクス層のパターン間に設けた複数色の着色透明層と、ブラックマトリクス層のパターン上に設けた金属配線層と、金属配線層上に設けた突起部と、ブラックマトリクス層、着色透明層、金属配線層、突起部を覆うように設けた透明電極層を備えることを特徴とするタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板である。

また、請求項２に記載の発明は、抵抗膜式のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板であって、透明基材と、透明基材上に設けたブラックマトリクス層と、ブラックマトリクス層のパターン間に設けた複数色の着色透明層と、ブラックマトリクス層のパターン上に設けた突起部と、突起部を覆ってブラックマトリクス層のパターン上に設けた金属配線層と、ブラックマトリクス層、着色透明層、突起部、金属配線層を覆うように設けた透明電極層を備えることを特徴とするタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板である。

また、請求項３に記載の発明は、金属配線層が、モリブデン／アルミニウム／モリブデンの積層構造または銀−パラジウム−銅の合金材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板である。

また、請求項４に記載の発明は、抵抗膜式のタッチパネル機能付き表示装置であって、請求項１〜３のいずれかに記載のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板と、位置検出用電極と表示用電極とを有する対向基板とを備えることを特徴とする表示装置である。

本発明は、抵抗膜式のタッチパネル機能付き表示装置に用いるカラーフィルタ基板であって、透明基材と、透明基材上に設けたブラックマトリクス層と、ブラックマトリクス層のパターン間に設けた複数色の着色透明層と、ブラックマトリクス層のパターン上に設けた金属配線層と、金属配線層上に設けた突起部と、ブラックマトリクス層、着色透明層、金属配線層、突起部を覆うように設けた透明電極層を備えるので、
タッチパネル機能のための電気的接点で繋がる導体の電気抵抗を小さくするようなカラーフィルタ基板を提供することができ、それを表示装置に使用する際のタッチパネル機能を改善することができる。
また、請求項２によれば、抵抗膜式のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板であって、透明基材と、透明基材上に設けたブラックマトリクス層と、ブラックマトリクス層のパターン間に設けた複数色の着色透明層と、ブラックマトリクス層のパターン上に設けた突起部と、突起部を覆ってブラックマトリクス層のパターン上に設けた金属配線層と、ブラックマトリクス層、着色透明層、突起部、金属配線層を覆うように設けた透明電極層を備えるので、
タッチパネル機能のための電気的接点で繋がる導体の電気抵抗を小さくするようなカラーフィルタ基板を提供することができ、それを表示装置に使用する際のタッチパネル機能を改善することができる。

本発明のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板の一例を説明するための部分拡大模式図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 従来のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板の一例を説明するための部分拡大模式図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板の他の一例を説明するための部分拡大模式図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。 本発明のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板の製造工程の一例を説明するための工程順の部分拡大模式断面図である。

以下、図面に従って、本発明を実施するための形態について説明する。
図１は、本発明のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板の一例を説明するための部分拡大模式図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。

本発明は、抵抗膜式のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板であって、透明基材１と、透明基材上に設けたブラックマトリクス層２と、ブラックマトリクス層のパターン間に設けた例えば赤色画素３ｒ、緑色画素３ｇ、青色画素３ｂのような複数色の着色透明層３と、ブラックマトリクス層２のパターン上に設けた金属配線層７１と、金属配線層７１上に設けた突起部４１と、ブラックマトリクス層２、着色透明層３、金属配線層７１、突起部４１を覆うように設けた透明電極層５を備える。金属配線層７１上の突起部４１とそれを覆う透明電極層５により、抵抗膜式のタッチパネルの電気的接点となる突起電極６１が形成される。また、必要に応じて、図示しない支持パターンとしてのフォトスペーサ（ＰＳ）が透明電極層５を介して、ＢＭ２上に所定の間隔で形成されることは、従来と同様である。

上記透明基材１、ブラックマトリクス層２、着色透明層３は、従来のカラーフィルタ基板に使用する材料と同様の材料により、同様の方法で形成できる。また、突起部４１は、従来のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板に使用する突起部４と同様に形成できる。すなわち、感光性のアクリル樹脂等の突起パターンをフォトリソグラフィー法により形成でき、さらに、突起部を形成する感光性樹脂材料に導電性フィラーを分散させるなどにより、導電性を付与した突起部とすることができる。

金属配線層７１は、ブラックマトリクス層２のパターンからはみ出さない平面配置をとることにより、表示装置用のカラーフィルタ基板としての開口部を狭めることなく、カラーフィルタ基板の表面のシート抵抗値を大幅に下げることができる。
金属配線層７１として、モリブデン／アルミニウム／モリブデンの金属膜を３層重ねた積層構造の配線パターンを用いることができる。金属配線層を３層構造とすることにより、機械的、電気的、化学的に耐性を向上することができ、タッチパネル機能のための電気的接点で繋がる導体の電気抵抗を安定的に小さくすることができる。上記積層構造の膜厚の例としては、例えば、順に５０ｎｍ／２００ｎｍ／５０ｎｍ、合計３００ｎｍとすることができる。上記の金属配線層７１を透明電極層５の下層に設けることにより、例えば、カラーフィルタ基板の表面のシート抵抗値を３０Ω／□から２Ω／□とすることができる。シート抵抗値の測定は、例えば、エヌピイエス（株）製の４探針法による抵抗率測定器で計測できる。

金属配線層７１として、また、銀−パラジウム−銅の合金材料からなる膜厚２００ｎｍ程度の配線パターンを用いることができる。本例の材料使用により、機械的、電気的、化学的に耐性を向上することができ、タッチパネル機能のための電気的接点で繋がる導体の電気抵抗を安定的に小さくすることができる。

透明電極層５は、従来のカラーフィルタ基板に使用する材料と同様の材料により、同様の方法で形成できる。すなわち、一般に、ＩＴＯ（インジウム錫酸化物）のスパッタ法により成膜される層を、１００〜２００ｎｍ程度の膜厚で用いることができる。

図４は、図１に示した本発明のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板の製造工程の一例を説明するための工程順の部分拡大模式断面図である。透明基材１の片面にブラックマトリクス層２に引き続いて、赤色画素３ｒ、緑色画素３ｇ、青色画素３ｂのような複数色の着色透明層３を所定の位置に配置できるように、順次、フォトリソグラフィー法により形成する（ａ）。
次に、ブラックマトリクス層２上に、ブラックマトリクス層２のパターンからはみ出さない平面配置で、前述の金属配線層７１を形成する。金属配線層７１を形成するための金属膜は、通常のスパッタリング法により、全面均一に成膜する。その後、エッチングレジストパターンをフォトリソグラフィー法により形成し、レジストパターン開口部をエッチング後、レジスト剥離する（ｂ）。
次に、金属配線層７１上に突起部４１を前述の方法で設ける（ｃ）。
最後に、前述の透明電極層５を、前述の方法で、上記ブラックマトリクス層、着色透明層、金属配線層、突起部を覆うように設ける（ｄ）。
この結果、ブラックマトリクス層のパターンにより仕切られた複数色の着色透明層３とその表面に均一な一方の表示電極としての透明電極層５を有するとともに、抵抗膜式のタッチパネルの電気的接点となる突起電極６１を表面の所定の位置に備えるタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板を提供することができる。

図３は、本発明のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板の他の一例を説明するための部分拡大模式図であって、（ａ）は断面図、（ｂ）は平面図である。
本発明は、抵抗膜式のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板であって、透明基材１と、透明基材上に設けたブラックマトリクス層２と、ブラックマトリクス層のパターン間に設けた例えば赤色画素３ｒ、緑色画素３ｇ、青色画素３ｂのような複数色の着色透明層３と、ブラックマトリクス層のパターン上に設けた突起部４２と、突起部を覆ってブラックマトリクス層のパターン上に設けた金属配線層７２と、ブラックマトリクス層２、着色透明層３、突起部４２、金属配線層７２を覆うように設けた透明電極層５を備える。突起部４２を覆う金属配線層７２とそれを覆う透明電極層５により、抵抗膜式のタッチパネルの電気的接点となる突起電極６２が形成される。

本例においては、前述の図１に示した例に較べて、突起部と金属配線層との構成が逆の関係になっていることを除き、他は同様である。また、その製造工程も突起部と金属配線層との工程が逆順であること以外は、同様である。

本発明は、また、上述したタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板と、位置検出用電極と表示用電極とを有する対向基板とを備えることにより、抵抗膜式のタッチパネル機能付き表示装置を提供することができる。位置検出用電極は、本発明のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板の突起電極６１、６２を電気的接点として機能させる配置とする。また、表示用電極は、本発明のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板の各色の着色透明層３に対応する画素電極として、従来の表示装置と同様に配置することができる。

１・・・透明基材
２・・・ブラックマトリクス層（ＢＭ）
３・・・着色透明層
３ｒ・・・赤色画素
３ｇ・・・緑色画素
３ｂ・・・青色画素
４、４１、４２・・・突起部
５・・・透明電極層
６、６１、６２・・・突起電極
７１、７２・・・金属配線層

Claims (4)

1. 抵抗膜式のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板であって、
   透明基材と、
   透明基材上に設けたブラックマトリクス層と、
   ブラックマトリクス層のパターン間に設けた複数色の着色透明層と、
   ブラックマトリクス層のパターン上に設けた金属配線層と、
   金属配線層上に設けた突起部と、
   ブラックマトリクス層、着色透明層、金属配線層、突起部を覆うように設けた透明電極層を備えることを特徴とするタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板。
2. 抵抗膜式のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板であって、
   透明基材と、
   透明基材上に設けたブラックマトリクス層と、
   ブラックマトリクス層のパターン間に設けた複数色の着色透明層と、
   ブラックマトリクス層のパターン上に設けた突起部と、
   突起部を覆ってブラックマトリクス層のパターン上に設けた金属配線層と、
   ブラックマトリクス層、着色透明層、突起部、金属配線層を覆うように設けた透明電極層を備えることを特徴とするタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板。
3. 金属配線層が、モリブデン／アルミニウム／モリブデンの積層構造または銀−パラジウム−銅の合金材料からなることを特徴とする請求項１または２に記載のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板。
4. 抵抗膜式のタッチパネル機能付き表示装置であって、請求項１〜３のいずれかに記載のタッチパネル機能付きカラーフィルタ基板と、位置検出用電極と表示用電極とを有する対向基板とを備えることを特徴とする表示装置。