JP2016038503A - 液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチセンサー配線抵抗を低減するためのメタル配線を設けた場合であっても、高品質の画像が得られる液晶表示装置を提供する。
【解決手段】平坦化膜１３５と配向膜１７０との間であって、鉛直上方から見てブラックマトリクスと重なるように配置されたメタル配線１６０を有し、メタル配線は、配向膜側に形成された平坦化膜の溝内に上面が溝外部の平坦化膜の上面と高さが揃うように埋め込まれている液晶表示装置とする。
【選択図】図１

Description

本発明は、液晶表示装置に関する。

タッチパネルは、タッチパネルにペンや指が触れた位置を認識し、この位置情報を入力信号として駆動するように構成されている。タッチパネルを有する表示装置は、キーボードやマウスのような外付けの入力装置が不要なため普及してきており、液晶表示パネルにタッチセンサーを内蔵する液晶表示装置も開発されている（例えば、特許文献１参照）。又、溝内に電極を埋め込む技術に関しては、例えば特許文献２に開示されている。

特開２００９−１５１１３８号公報 特開２０１０−２５９０号公報

発明者等は、タッチセンサーを内蔵した液晶表示装置において、タッチセンサー配線として用いている透明電極（ＩＴＯ）の抵抗を低減するために、ブラックマトリクスで遮光されている領域にメタル配線（以下、第３メタル配線と呼ぶ）を設けた構造の液晶表示装置を作製した。その結果、ブラックマトリクス近傍において画像不良が発生する場合のあることが判明した。

本発明の目的は、タッチセンサー配線抵抗を低減するためのメタル配線を設けた場合であっても、高品質の画像が得られる液晶表示装置を提供することにある。

上記目的を達成するための一実施形態として、
平坦化膜と、
前記平坦化膜の上部に配置された配向膜と、
前記平坦化膜と前記配向膜との間であって、鉛直上方から見てブラックマトリクスと重なるように配置されたメタル配線を有し、
前記メタル配線は、前記配向膜側に形成された前記平坦化膜の溝内に上面が前記溝外部の前記平坦化膜の上面と高さが揃うように埋め込まれていることを特徴とする液晶表示装置とする。

また、平坦化膜と、
前記平坦化膜の上部に配置された配向膜と、
前記平坦化膜と前記配向膜との間であって、鉛直上方から見てブラックマトリクスと重なるように配置されたメタル配線を有し、
前記メタル配線は、前記配向膜側に形成された前記平坦化膜の溝内に、前記平坦化膜を覆って形成された透明導電膜を介して上面が前記溝外部の前記透明導電膜の上面と高さが揃うように埋め込まれていることを特徴とする液晶表示装置とする。

また、走査信号線と、前記走査信号線直交するように配置された映像信号線と、前記走査信号線及び前記映像信号線を覆って形成された平坦化膜と、前記平坦化膜上に形成された透明電極と、前記透明電極上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された配向膜と、を備えたＴＦＴ基板と、前記走査信号線及び前記映像信号線と鉛直上方から見て重なるように配置されたブラックマトリクスを備えた対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に挟持された液晶とを有する液晶表示装置において、
前記平坦化膜は、前記配向膜側に形成され鉛直上方から見て前記ブラックマトリクスと重なるように配置された溝を有し、
前記溝内には、前記透明電極と電気的に接続されたメタル配線が埋め込まれていることを特徴とする液晶表示装置とする。

本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の要部断面図である。 発明者等が検討した、また各実施例に係る液晶表示装置におけるＴＦＴ基板の概略平面図および画素領域の平面図である。 発明者等が検討した、また各実施例に係る液晶表示装置における画素領域の平面図である。 発明者等が検討した液晶表示装置における画素領域（図２Ｂに示すＡ−Ｂライン）の断面図である。 発明者等が検討した液晶表示装置の製造工程（ラビング工程）を説明するための要部断面図である。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造工程を説明するための要部断面図である（ＨＲＣ形成工程）。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造工程を説明するための要部断面図である（ＨＲＣパターニング工程(露光)）。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造工程を説明するための要部断面図である（ＨＲＣパターニング工程(現像)）。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造工程を説明するための要部断面図である（第３メタル配線形成）。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造工程を説明するための要部断面図である（コモン電極形成）。 本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置の製造工程を説明するための要部断面図である（層間絶縁膜形成）。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の要部断面図である。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造工程を説明するための要部断面図である（ＨＲＣ形成工程）。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造工程を説明するための要部断面図である（ＨＲＣパターニング工程(露光)）。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造工程を説明するための要部断面図である（ＨＲＣパターニング工程(現像)）。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造工程を説明するための要部断面図である（コモン電極形成）。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造工程を説明するための要部断面図である（第３メタル配線形成）。 本発明の第２の実施例に係る液晶表示装置の製造工程を説明するための要部断面図である（層間絶縁膜形成）。 本発明の各実施例に係る液晶表示装置の概略平面図の一例である。

発明者等は、タッチセンサー配線抵抗を低減するための第３メタル配線を設けた場合にブラックマトリクス近傍において画像不良が発生する原因について検討した。図２Ａに液晶表示装置におけるＴＦＴ基板１１０の概略平面図と画素領域１０１の拡大平面図を示す。本液晶表示装置のＴＦＴ基板は複数の走査信号線（ゲート線）１２０が図の水平方向に、複数の映像信号線（ソース線）１３０が図の縦方向に形成された表示領域１０５と、駆動用ＩＣが配置された駆動回路部１０６とを有する。表示領域１０５には複数の画素領域１０１が形成されており、画素領域内部にはタッチセンサー配線を兼ねたコモン電極１４０、ＴＦＴのドレイン電極（図示せず）に接続された画素電極１５０、タッチセンサー配線の抵抗を低減するための第３メタル配線１６０が形成されている。

図２Ｂにブラックマトリクスを含む画素領域の平面図を、図３Ａには図２ＢのＡ−Ｂライン部の概略断面図を示す。図２Ｂ及び図３Ａに示すようにブラックマトリクス（ＢＭ）２２０は、走査信号線１２０、映像信号線１３０、及び第３メタル配線１６０を覆うように（鉛直上方から見て重なるように）配置されている。なお、符号１３５は有機平坦化膜（ＨＲＣ）、符号１６５は層間絶縁膜、符号１７０は配向膜、符号２３０はカラーフィルタ（ＣＦ）、符号３００は液晶層を示す。カラーフィルタ２３０と液晶層３００との間にはオーバーコート層や配向膜等が配置されているがここでは省略されている。

図３Ａに示すように、配向膜１７０は第３メタル配線を覆って形成されており、段差が形成されている。図３Ｂに配向膜１７０をラビングにより配向させるラビング工程を説明するための画素領域の概略断面図を示す。配向膜１７０はラビングローラー４００との摩擦により配向されため、第３メタル配線の段差部では非配向領域１７１が形成される。しかしながら、第３メタル配線１６０が形成された領域はブラックマトリクス２２０で覆われているため、この非配向領域１７１の影響は無視し得ると当初考えられた。そこで、他の原因について検討したが原因が見当たらないことから、この第３メタル配線部における配向膜の平坦化を試みた。その結果、画像不良が改善されことが判明した。本発明はこの新たな知見により生まれたものである。なお、ブラックマトリクスの形成領域を大きくすることにより画像不良を改善することができるが、画素の光透過面積が小さくなるため好ましくない。

以下、実施例を用いて本発明を詳細に説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等につて模式的に表わされる場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本発明はＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式やＩＰＳ（In Plane Switching）方式等各種方式の液晶表示装置に適用することができる。
また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。

本発明の第１の実施例に係る液晶表示装置ついて図１、図４Ａ〜図４Ｆ、図７を用いて説明する。

図７は、本実施例に係る液晶表示装置の概略平面図である。図７に示すように、液晶表示装置１００はＴＦＴ基板（アレイ基板）１１０と、対向基板（ＣＦ基板）２１０と、ＴＦＴ基板と対向基板との間に液晶層とを備える。ＴＦＴ基板１１０と対向基板２１０とはシール材１０４により接着されている。ＴＦＴ基板１１０の表示領域１０５には走査信号線や映像信号線、マトリクス状に配置された画素が形成されている。画素はＴＦＴや画素電極、共通電極及び共通電極の抵抗を下げるための第３メタル配線を含む。走査信号配線はＴＦＴのゲート電極と接続されており、同一工程、同一材料で形成されている。また、映像信号線はＴＦＴのソース電極と接続されており、同一工程、同一材料で形成されている。また、画素電極はＴＦＴのドレイン電極と接続されている。但し、ソース、ドレイン等の呼称は便宜的なものであり、一方をソースとした場合、他方をドレインと呼ぶことができる。ソース電極及びドレイン電極には、例えばアルミニウムシリコン合金（ＡｌＳｉ合金）やモリブデンタングステン合金（ＭｏＷ合金）を用いることができる。また、画素電極及び共通電極には、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明導電膜を用いることができる。対向基板２１０は、映像信号線や走査信号線、第３メタル配線等に対応する位置に配置されたブラックマトリクスや、画素の透過領域に対応する位置に配置されたカラーフィルタ等を有する。

ＴＦＴ基板１１０は対向基板２１０よりも大きく、ＴＦＴ基板が１枚となっている領域を有し、当該領域にはＩＣドライバ１０２やフレキシブル配線基板が接続されている基板端子部１０３が配置されている。用途に応じ、バックライトや外枠等を組み合わせることができる。

次に、本実施例に係る液晶表示装置の第３メタル配線近傍の断面図を図１に示す。本実施例では、図１に示すように第３メタル配線１６０を有機平坦化膜１３５に形成した溝内に埋め込み、それを覆うようにコモン電極１４０、層間絶縁膜１６５及び配向膜１７０を形成した。これにより、配向膜１７０は第３メタル配線１６０の上部においても平坦に形成することができる。

次に、図１に示す構造体の製造方法について図４Ａ〜図４Ｆを用いて説明する。
先ず、ＴＦＴや走査信号線、映像信号線等が形成された基板１１０’の上に有機平坦化膜１３５が形成されたＴＦＴ基板を準備する（図４Ａ）。有機平坦化膜１３５は、ポジ型の感光材料を用いて、約３μｍの厚さとなるように形成する。次に、遮光部５００ａとハーフトーン部５００ｂ、透過部（図示せず）とを有するホトマスク５００に露光光５２０を照射して有機平坦化膜１３５を露光する（図４Ｂ）。

次いで、露光された有機平坦化膜１３５を現像する（図４Ｃ）。この現像により、ホトマスク５００の遮光部５００ａに対応する部分の有機平坦化膜は露光されないためそのまま残り、ホトマスク５００のハーフトーン部５００ｂに対応する部分の有機平坦化膜は上部が部分的に露光されるため、上部が部分的に除去されて溝１３６が形成される。この溝の深さは第３メタル配線の厚さに揃える。本実施例では、２３０ｎｍとした。溝の深さは露光量（露光時間や露光光の強度、ハーフトーン部の透過率等で変更可能）により調整することができる。なお、ホトマスクの透過部に対応する部分の有機平坦化膜は完全に除去されてスルーホール（図示せず）が形成される。即ち、有機平坦化膜１３５に溝を形成する工程は、従来から行われている有機平坦化膜１３５へのスルーホール形成工程の際にハーフトーン部を含むホトマスク（ハーフトーンマスク）５００を用いることにより同時に行うことができる。

引き続き、有機平坦化膜１３５に形成した溝１３６内にメタルを２３０ｎｍの厚さで成膜し第３メタル配線１６０を形成する（図４Ｄ）。次に、５０ｎｍの厚さのＩＴＯ膜を成膜し、コモン電極１４０を形成する（図４Ｅ）。次いで、層間絶縁膜１６５を例えば窒化シリコン膜（ＳｉＮｘ膜）で１８０ｎｍの厚さとなるように成膜する（図４Ｆ）。その後、配向膜１７０を形成することにより図１の構造を得ることができる。

なお、本実施例では、タッチセンサー配線（ここでは、ＩＴＯコモン配線）の抵抗を低減する第３メタル配線を例に説明したが、第３メタル配線は他の目的で形成されたものであっても本発明を適用することができる。また、本実施例では有機平坦化膜に配線形成用の溝を形成したが、他の膜に配線形成用溝を形成することもできる。

図４Ａ〜図４Ｆの工程を含むように図７に示すような液晶表示装置を作製したところ、第３メタル配線上部におけるラビング時の配向乱れが抑制され、画像不良を低減、防止することができた。また、今後画素部の遮光領域に対する透過領域の面積の割合を大きくする際に、第３メタル配線の影響を考慮することなくブラックマトリクスの面積を低減することができる。
以上、本実施例によれば、タッチセンサー配線抵抗を低減するためのメタル配線を設けた場合であっても、配向乱れが抑制されるため、高品質の画像が得られる液晶表示装置を提供することができる。また、有機平坦化膜に形成した溝内に直接第３メタル配線を埋め込むため平坦性に優れる。

本発明の第２の実施例について図５、図６Ａ〜図６Ｆを用いて説明する。なお、実施例１に記載され本実施例に未記載の事項は特段の事情が無い限り本実施例にも適用することができる。

本実施例の液晶表示装置の概略平面図は図７と同様なので説明を省略する。
本実施例に係る液晶表示装置の第３メタル配線近傍の断面図を図５に示す。本実施例では、図５に示すようにコモン電極１４０を介して第３メタル配線１６０が有機平坦化膜１３５に形成した溝内に埋め込まれ、それを覆うように層間絶縁膜１６５及び配向膜１７０が配置されている。これにより、配向膜１７０は第３メタル配線１６０の上部においても平坦性に優れる。

次に、図５に示す構造体の製造方法について図６Ａ〜図６Ｆを用いて説明する。但し、図６Ａ〜図６Ｃは、図４Ａ〜図４Ｃと同様の工程のため説明を省略する。

図６Ａ〜図６Ｃで示す工程により有機平坦化膜１３５に深さ２３０ｎｍの溝１３６を形成した後、溝１３６が形成された有機平坦化膜１３５上に、５０ｎｍの厚さのＩＴＯ膜を成膜しコモン電極１４０を形成する（図４Ｄ）。次に、有機平坦化膜１３５の溝１３６を覆って形成されたコモン電極１４０を介して溝１３６内にメタルを２３０ｎｍの厚さで成膜し第３メタル配線１６０を形成する（図４Ｅ）。その後、配向膜１７０を形成することにより図５の構造を得ることができる。

図６Ａ〜図６Ｆの工程を含むように図７に示すような液晶表示装置を作製したところ、第３メタル配線上部におけるラビング時の配向乱れが抑制され、画像不良を低減、防止することができた。また、コモン電極を形成後、第３メタル配線を形成した第３メタル配線上の平坦性は実施例１の製造工程を用いた場合の平坦性に比べて若干劣るが、平坦化膜上にコモン電極を形成している従来の製造工程の順序を変更することなく第３メタル配線を形成することができる利点がある。また、今後画素部の遮光領域に対する透過領域の面積の割合を大きくする際に、第３メタル配線の影響を考慮することなくブラックマトリクスの面積を低減することができる。
以上、本実施例によれば、タッチセンサー配線抵抗を低減するためのメタル配線を設けた場合であっても、配向乱れが抑制されるため、高品質の画像が得られる液晶表示装置を提供することができる。また、コモン電極形成後に第３メタル配線を形成するため、従来の製造工程の変更を最小限に抑えることができる。

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。

本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、前述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除若しくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１００…液晶表示装置、１０１…画素領域、１０２…ＩＣドライバ（駆動回路）、１０３…フレキシブル配線基板用端子部、１０４…シール材、１０５…表示領域、１０６…駆動回路部、１１０…ＴＦＴ基板（アレイ基板）、１１０’…ＴＦＴや走査信号線、映像信号線が形成された基板、１２０…ゲート線（走査信号線）、１３０…ソース線（映像信号線）、１３５…有機平坦化膜（ＨＲＣ）、１３６…有機平坦化膜の溝、１４０…コモン電極（１ｓｔＩＴＯ）、１５０…画素電極（２ｎｄＩＴＯ）、１６０…第３メタル配線、１６５…層間絶縁膜（ＳｉＮｘ）、１７０…配向膜、１７１…非配向領域、２１０…対向基板、２２０…ブラックマトリクス（ＢＭ）、２３０…カラーフィルタ（ＣＦ）、３００…液晶層、４００…ラビングローラー、５００…ホトマスク、５００ａ…ホトマスク遮光部、５００ｂ…ホトマスクハーフトーン部、５２０…露光光。

Claims (13)

1. 平坦化膜と、
   前記平坦化膜の上部に配置された配向膜と、
   前記平坦化膜と前記配向膜との間であって、鉛直上方から見てブラックマトリクスと重なるように配置されたメタル配線を有し、
   前記メタル配線は、前記配向膜側に形成された前記平坦化膜の溝内に上面が前記溝外部の前記平坦化膜の上面と高さが揃うように埋め込まれていることを特徴とする液晶表示装置。
2. 請求項１記載の液晶表示装置において、
   前記メタル配線は透明導電膜で覆われ、前記透明導電膜に電気的に接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
3. 請求項２記載の液晶表示装置において、
   前記透明導電膜はタッチセンサー用であり、前記メタル配線はタッチセンサーの抵抗を低減するための配線であることを特徴とする液晶表示装置。
4. 平坦化膜と、
   前記平坦化膜の上部に配置された配向膜と、
   前記平坦化膜と前記配向膜との間であって、鉛直上方から見てブラックマトリクスと重なるように配置されたメタル配線を有し、
   前記メタル配線は、前記配向膜側に形成された前記平坦化膜の溝内に、前記平坦化膜を覆って形成された透明導電膜を介して上面が前記溝外部の前記透明導電膜の上面と高さが揃うように埋め込まれていることを特徴とする液晶表示装置。
5. 請求項４記載の液晶表示装置において、
   前記メタル配線は、前記透明導電膜に電気的に接続されていることを特徴とする液晶表示装置。
6. 請求項５記載の液晶表示装置において、
   前記透明導電膜はタッチセンサー用であり、前記メタル配線はタッチセンサーの抵抗を低減するための配線であることを特徴とする液晶表示装置。
7. 走査信号線と、前記走査信号線直交するように配置された映像信号線と、前記走査信号線及び前記映像信号線を覆って形成された平坦化膜と、前記平坦化膜上に形成された透明電極と、前記透明電極上に形成された絶縁膜と、前記絶縁膜上に形成された配向膜とを備えたＴＦＴ基板と、前記走査信号線及び前記映像信号線と鉛直上方から見て重なるように配置されたブラックマトリクスを備えた対向基板と、前記ＴＦＴ基板と前記対向基板との間に挟持された液晶とを有する液晶表示装置において、
   前記平坦化膜は、前記配向膜側に形成され鉛直上方から見て前記ブラックマトリクスと重なるように配置された溝を有し、
   前記溝内には、前記透明電極と電気的に接続されたメタル配線が埋め込まれていることを特徴とする液晶表示装置。
8. 請求項７記載の液晶表示装置において、
   前記メタル配線は前記平坦化膜に接して形成されており、前記メタル配線の上面は前記溝外部の前記平坦化膜の上面の高さと揃うように形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
9. 請求項７記載の液晶表示装置において、
   前記メタル配線は前記透明電極を介して前記平坦化膜の前記溝内に形成されており、前記メタル配線の上面は前記溝外部の前記透明電極の上面の高さと揃うように形成されていることを特徴とする液晶表示装置。
10. 請求項７記載の液晶表示装置において、
    前記透明電極はタッチセンサー用であり、前記メタル配線はタッチセンサーの抵抗を低減するための配線であることを特徴とする液晶表示装置。
11. 請求項７記載の液晶表示装置において、
    前記メタル配線は、鉛直上方から見て前記走査信号線及び/又は映像信号線と重なるように配置されていることを特徴とする液晶表示装置。
12. 請求項７記載の液晶表示装置において、
    前記配向膜は、ラビング処理により配向されたものであることを特徴とする液晶表示装置。
13. 請求項７記載の液晶表示装置において、
    前記平坦化膜は、ポジ型感光性材料を用いて形成されたものであり、
    前記平坦化膜の前記溝は、ハーフトーンマスクを用いて形成されたものであることを特徴とする液晶表示装置。

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