JP2017102177A - 電極付きカラーフィルタ基板、これを用いた表示装置、およびこれらの製造方法 - Google Patents

Abstract

【課題】導線が微細なため視認し難く、表示性能の悪化を抑制することが可能な電極付きカラーフィルタ基板、これを用いた表示装置、およびこれらの製造方法を提供する。【解決手段】電極付きカラーフィルタ基板は、第１面と、第１面と反対側の第２面とを有し、第１面にパターン状の溝を有する透明基板と、透明基板の第２面に形成されたカラーフィルタと、パターン状の溝内に金属材料により形成された複数の金属配線と、透明基板の第１面にパターン状に形成された複数の透明電極と、を含む。【選択図】図１

Description

本発明は、電極付きカラーフィルタ基板、これを用いた表示装置、およびこれらの製造方法に関する。好適には、本発明は、静電容量方式で動作するタッチセンサが一体となった電極付きカラーフィルタ基板、これを用いた表示装置、およびこれらの製造方法に関する。

近年、カラー液晶表示装置は、液晶カラーテレビおよびノート型パーソナルコンピュータなどの用途において、大きな市場を形成するに至っている。また、携帯電話機、携帯情報端末、カーナビゲーションシステムなどの用途において、タッチパネルを液晶表示パネルと一体型で構成して、タッチパネルを画像情報の入力装置として使用する、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、その構造および検出方式の差異により、抵抗膜方式、静電容量方式、超音波方式、光学方式などの様々なタイプに分類される。静電容量方式タッチパネルは、１枚の基板上に配置され、複数の部分に分割された透光性導電膜（透光性電極）を有する。静電容量方式タッチパネルは、指またはペンが接触（タッチ）することによって形成される静電容量を介して流れる微弱電流量の変化を検出して、接触位置を特定する。タッチパネルは接触位置を入力信号として処理装置（パーソナルコンピュータ）に送信し、処理装置の出力信号に応じた内容を液晶表示装置に表示する。可動部分が存在しない静電容量型タッチパネルは、動作時の変形を伴う抵抗膜方式タッチパネルに比較して、優れた光学特性（高い透過率）、高い耐久性、優れた動作温度特性を有する。

従来のタッチパネル式液晶ディスプレイは、タッチパネル電極を有するタッチパネル基板と、カラーフィルタを有するカラーフィルタ基板とを別個に作製し、それら基板を貼り合わせて製造されることが一般的であった（たとえば、特許文献１参照）。しかしながら、ストライプ状に形成されるタッチパネル電極と、ストライプ状に形成されるカラーフィルタとの微妙なズレによる干渉縞の発生、あるいは、タッチパネル電極とカラーフィルタとが異なる深さに形成されることに起因する斜め方向から操作したときの視差の発生のような表示性能面での問題点があった。タッチパネル基板とカラーフィルタ基板との貼り合わせ工程の削減、貼り合わせの際に発生する空隙による光学特性低下の抑制などを目的として、タッチパネル電極およびカラーフィルタを同一のガラス基板の表裏面に形成する技術が検討されてきている（たとえば、特許文献２および３参照）。

タッチパネル式液晶ディスプレイには、液晶素子（ＬＣＤセル）内（具体的には、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板上）にタッチパネル機能を内蔵したインセル（Ｉｎ−Ｃｅｌｌ）型と、ＬＣＤセル外（たとえば、偏向板とカラーフィルタ基板との間）にタッチパネル機能を内蔵したオンセル（Ｏｎ−Ｃｅｌｌ）型とがある。インセル型タッチパネル式液晶ディスプレイには、ＴＦＴ基板上の画素内部にタッチセンサ機能を組み込むことによるＬＣＤセルの歩留りの低下、ならびに画素内のタッチセンサ用電極に起因する有効表示領域の面積の減少による表示画質の劣化が起こる懸念がある。一方、オンセル型タッチパネル式液晶ディスプレイでは、偏光板とカラーフィルタ基板との間にタッチセンサ用の電極パターンを形成するため、ＬＣＤセルの歩留まりの維持が可能である。また、ＬＣＤセル（ＴＦＴ基板）の画素内の有効表示領域の面積が減少しないため、表示画質の劣化はほとんどない。

特開２００７−１７８７５８号公報 特開２００８−９７５０号公報 特開２０１０−７２５８４号公報

従来のオンセル型タッチパネル式液晶ディスプレイでは、タッチパネル用の電極パターンは、透明導電性酸化物（インジウム−スズ酸化物（ＩＴＯ）など）により形成されるセンサ部と、低抵抗金属により形成される配線部とで構成されている。センサ部は２方向に配列され、１方向のセンサ部は透明導電性酸化物膜で接続され、もう１方向のセンサ部は絶縁膜上に形成した導線により接続される。この際、導線の幅が大きいと操作者から視認されやすくなるため表示性能が悪化する。導線は一般的にフォトリソグラフィー手法を用いて形成されるため、その幅を小さくすることには限界があり、表示性能の悪化を回避することは困難であった。

本発明は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、１方向のセンサ部を透明導電性酸化物膜で接続し、もう１方向の導線は溝の内部に形成された微細な金属膜を用いることで、導線を視認しづらく表示性能を悪化させないタッチパネル式ディスプレイを提供することを目的とする。また、本発明は、配線部についても溝の内部に微細な金属膜で形成することによって額縁領域を狭く表示領域を広く設けることを目的とする。加えて、本発明は、配線および導線を溝の内部に設けることでマイグレーションによる絶縁不良の発生を抑制することを目的とする。

本発明は、第１面と、第１面と反対側の第２面とを有し、第１面にパターン状の溝を有する透明基板と、透明基板の第２面に形成されたカラーフィルタと、パターン状の溝内に金属材料により形成された複数の金属配線と、透明基板の第１面にパターン状に形成された複数の透明電極と、を含むことを特徴とする電極付きカラーフィルタ基板である。

透明基板は、ガラスおよび有機樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の材料を含むことが好ましい。

また、透明基板は、複数のサブ基板の積層構造を有してもよい。

また、金属配線は、金、銀、銅、アルミニウム、鉄、チタンおよびモリブデンからなる群から選択される１種または複数種の元素を含む金属材料で形成されていることが好ましい。

また、透明電極は、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、アルミニウム亜鉛酸化物およびアンチモン錫酸化物からなる群から選択される１種または複数種の材料で形成されていることが好ましい。

また、透明電極は、タッチ位置を検出するタッチセンサの構成要素の一部であることが好ましい。

また、本発明は、上記電極付きカラーフィルタ基板と、液晶素子およびＥＬ素子からなる群から選択される表示素子とを含む表示装置である。

また、本発明は、第１面と、第１面と反対側の第２面とを有する透明基板を準備する工程と、透明基板の第２面にカラーフィルタを形成する工程と、透明基板の第１面にパターン状の溝を形成する工程と、溝内に金属材料を付着させて、複数の金属配線を形成する工程と、透明基板の第１面にパターン状に複数の透明電極を形成する工程と、を含む電極付きカラーフィルタ基板の製造方法である。

透明基板は、ガラスおよび有機樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の材料を含むことが好ましい。

また、透明基板は、複数のサブ基板の積層構造を有してもよい。

また、金属配線は、金、銀、銅、アルミニウム、鉄、チタンおよびモリブデンからなる群から選択される１種または複数種の元素を含む金属材料で形成されていることが好ましい。

また、透明電極は、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、アルミニウム亜鉛酸化物およびアンチモン錫酸化物からなる群から選択される１種または複数種の材料で形成されていることが好ましい。

また、透明電極は、タッチ位置を検出するタッチセンサの構成要素の一部であることが好ましい。

また、本発明は、上記電極付きカラーフィルタ基板を製造する工程と、電極付きカラーフィルタ基板のカラーフィルタ形成面側に、液晶素子およびＥＬ素子からなる群から選択される表示素子を取り付ける工程と、を含むことを特徴とする表示装置の製造方法である。

また、上記表示装置の製造方法は、金属配線をタッチセンサの駆動回路に電気的に接続する工程を更に含んでもよい。

本発明の電極付きカラーフィルタ基板は、タッチセンサ用電極のセンサ間の導線が微細なため視認しづらく、良好な表示性能を得られる。また、本発明の電極付きカラーフィルタ基板は、配線部についても溝の内部に微細な金属膜で形成することによって額縁領域を狭く表示領域を広く設けることができる。加えて、本発明の電極付きカラーフィルタ基板は、配線および導線を溝の内部に設けることでマイグレーションによる絶縁不良の発生を抑制することができる。

本発明の第１の実施形態の電極付きカラーフィルタ基板の模式的上面図である。 図１の電極付きカラーフィルタ基板の切断線ＩＩ−ＩＩに沿った模式的断面図である。 図１の電極付きカラーフィルタ基板の切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態の液晶表示装置の模式的断面図である。 本発明の第２の実施形態の変形例の液晶表示装置の模式的断面図である。

（第１の実施形態）
本発明の第１の実施形態の電極付きカラーフィルタ基板は、第１面と、第１面と反対側の第２面とを有し、第１面にパターン状の溝を有する透明基板と、透明基板の第２面に形成されたカラーフィルタと、パターン状の溝内に金属材料を設けることで形成された１つまたは複数の金属配線と、透明基板の第１面上にパターン状に形成された複数の透明電極（第１電極、第２電極）とを含む。第１電極のそれぞれは、複数のパッド部と１つまたは複数の導電部とを有するセンサ部、および配線部を含み、隣接する２つのパッド部は導電部により接続され、導電部および配線部は、透明基板の第１面に形成された溝内に存在する。また、第２電極のそれぞれは、複数のパッド部と１つまたは複数の導電部とを有するセンサ部、および配線部を含み、隣接する２つのパッド部は、第１電極の導電部の上に設けられた絶縁膜の上に形成された導電部により接続され、配線部は、透明基板の第１面に形成された溝内に存在する。第１電極および第２電極は、第１電極の導電部および第２電極の導電部において交差し、第２電極の導電部は、絶縁膜をまたいで形成されている。

本実施形態の電極付きカラーフィルタ基板の構成例を図１〜図３に示した。

図１は、第１の実施形態の電極付きカラーフィルタ基板の模式的上面図であり、図２は、図１の電極付きカラーフィルタ基板の切断線ＩＩ−ＩＩに沿った模式的断面図であり、図３は、図１の電極付きカラーフィルタ基板の切断線ＩＩＩ−ＩＩＩに沿った模式的断面図である。

図１〜図３の構成例において、透明基板１０の第１面１１０ａに、複数行の第１電極２０ａと、複数行の第２電極２０ｂとが形成され、第１面１１０ａの反対側の第２面１１０ｂにカラーフィルタ３０が形成されている。各行の第１電極２０ａは、行方向（図１の左右方向）に整列する複数のパッド部２５ａと、隣接するパッド部２５ａの間を接続する導電部２６とからなるセンサ部２１ａと、配線部２２ａとからなる。各行の第２電極２０ｂは、列方向（図１の上下方向）に隣接する第１電極２０ａの行間に設けられ、行方向（図１の左右方向）に整列する複数のパッド部２５ｂと、隣接するパッド部２５ｂを列方向に接続する導電部２４とからなるセンサ部２１ｂと、配線部２２ｂとからなる。導電部２４は、行方向に隣接するパッド部２０ａを接続する導電部２６上の絶縁膜２３を跨ぐように形成されている。

本実施形態の透明基板１０は、無色であっても有色であってもよい。本発明における「透明」とは、可視領域全体にわたって８０％以上、好ましくは９５％以上の透過率を有することを意味する。特段の制限なしに、液晶表示装置に一般的に用いられている基板を、本発明の透明基板１０として使用することができる。透明基板１０の非制限的な例は、ガラスなどの無機基板、およびポリカーボネート、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、環状オレフィンコポリマー（ＣＯＰ）などの有機樹脂基板を含む。本実施形態の電極付きカラーフィルタ基板１１０をタッチパネルの構成要素として用いる場合、タッチパネルは静電容量方式のものとなる。抵抗膜方式のタッチパネルのように、外力の印加によるひずみを考慮する必要がないため、透明基板１０の材料および厚さの選択肢が広くなる。製造過程における耐熱性を考慮すると、透明基板１０をガラスで形成することが望ましい。

本実施形態の透明基板１０は、複数のサブ基板の積層構造であってもよい。それぞれのサブ基板は、前述の材料を用いて形成した自立性基板であってもよい。たとえば２つのサブ基板の積層構造を用いる場合、溝、第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂを形成する第１面１１０ａ側のサブ基板を、溝の形成に適した材料で形成し、その上にカラーフィルタを設ける第２面１１０ｂ側のサブ基板を、カラーフィルタの形成に適した特性を有する材料で形成することができる。複数のサブ基板の積層構造を有する透明基板１０において、少なくとも１つのサブ基板は自立性を有することが望ましい。その他のサブ基板は、非自立性のいわゆる「層」であってもよい。言い換えると、本実施形態の透明基板１０は、自立性サブ基板の上に１つまたは複数の層を設けた積層構造であってもよい。

本実施形態の配線部２２ａ、２２ｂ、および導電部２６は、金、銀、銅、アルミニウム、鉄、チタンおよびモリブデンからなる群から選択される１種または複数種の元素を含む金属材料を含む。また、配線部２２ａ、２２ｂ、および導電部２６は、全てが透明基板１０の第１面１１０ａに形成された溝の内部に形成される。導電部２６は視認領域に位置し、前述のような不透明の金属材料を用いるため、所望の導電性が得られる限りにおいては、できるだけ細くして不可視化を図ることが望ましい。導電部２６は、０．１〜３μｍ、好ましくは０．５〜１μｍの幅で形成することが望ましい。この範囲内の幅を有することによって、静電気などの過渡電圧が生じた際の断線の防止、細線の不可視性の維持、センサ部の高い可視光透過率、ならびに細線の電気抵抗値の低減を実現することが可能となる。また、導電部２６は、１〜２０μｍ、好ましくは３〜１０μｍの厚さで形成することが望ましい。この範囲内の厚さを有することによって、導通不良を防止するとともに、透明基板１０が割れることを防止することができる。一方、配線部２２（２２ａ、２２ｂ）は、センサ部２１ａおよび２１ｂを外部回路（不図示）に電気的に接続する機能を有する。配線部２２は、視認領域には位置しないため、導電部２６より太い幅でも視認性に問題はないが、額縁領域を狭くして視認領域を広く確保するため、１〜２０μｍ、好ましくは３〜１０μｍの幅で形成することが望ましい。また、導電部２６と同様の厚さを有しても良い。

本実施形態のパッド部２５ａ、２５ｂ、および導電部２４は、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、アルミニウム亜鉛酸化物（ＡＺＯ）およびアンチモン錫酸化物（ＡＴＯ）からなる群から選択される１種または複数種の材料で形成される。透明材料を使用するため、導電部２４は細線で形成する必要はないが、１０〜１００００μｍ、好ましくは１００〜１０００μｍの幅で形成することが望ましい。この範囲内の幅を有することによって、静電気などの過渡電圧が生じた際の断線の防止、ならびに細線の電気抵抗値の低減を実現することが可能となる。また、導電部２４は、１０〜１００ｎｍ、好ましくは２０〜５０ｎｍの厚さで形成することが望ましい。この範囲内の厚さを有することによって、導通不良を防止するとともに、良好な透明性を維持することができる。パッド部２５ａおよび２５ｂは、表示領域全体にムラなく配置されるような、四角形または六角形の形状を有することが望ましい。たとえば、図１に示す四角形のパッド部２５ａは、各辺の寸法が１〜２０ｍｍの範囲内とすることができる。

本発明のカラーフィルタ３０は、当該技術において知られている任意の材料を用いて形成することができる。カラーフィルタ３０は、異なる色領域の光を透過させる複数の部分を有してもよい。たとえば、カラーフィルタ３０は、赤色（Ｒ）着色層、緑色（Ｇ）着色層、および青色（Ｂ）着色層を有してもよい。各着色層は、たとえば、各色の顔料を分散させたアクリル系樹脂を用いて形成することができる。各着色層は、典型的には、０．５〜３．０μｍの膜厚を有する。また、本発明のカラーフィルタ３０は、高いコントラストの実現および混色の防止を目的として、可視領域の光を遮断するブラックマトリクス（ＢＭ）をさらに有してもよい。ブラックマトリクスは、黒色顔料を分散させたアクリル系樹脂を用いて形成することができる。黒色顔料分散アクリル系樹脂を用いる場合、ブラックマトリクスは、典型的には、０．５〜３．０μｍの膜厚を有する。あるいはまた、ブラックマトリクスは、１０〜２００ｎｍの膜厚を有する金属膜であってもよい。当該技術において知られているように、カラーフィルタ３０においては、組み合わせられる表示素子の画素（副画素）部に対応してそれぞれの着色層が配置され、その間隙にブラックマトリクスが配置される。

絶縁膜２３は、第１電極２０ａと第２電極２０ｂとが電気的に接触することを防止するために、第１電極２０ａの導電部２６上に設けられる。絶縁膜２３は、表示領域内に設けられるため、可視領域の光に対して透明であることが望ましい。また、絶縁膜２３は、後述するパターニングを行う必要性から、感光性材料を用いて形成することが望ましい。可視領域の光に対して透明である感光性材料の例として、重合性基含有オリゴマー、モノマー、紫外線重合開始剤および添加剤を含有するＵＶ硬化型コーティング組成物などが挙げられる。あるいは、感光性材料は、光照射により可溶性が増大するポジ型感光性材料であってもよい。

次に、第１の実施形態の電極付きカラーフィルタ基板１１０を製造するための方法を説明する。

電極付きカラーフィルタ基板１１０の製造方法は、第１面と、第１面と反対側の第２面とを有する透明基板を準備する工程と、透明基板の第２面にカラーフィルタを形成する工程と、透明基板の第１面にパターン状の溝を形成する工程と、溝内に金属材料を付着させて、１つまたは複数の金属配線を形成する工程と、透明基板の第１面にパターン状に複数の透明電極を形成する工程とを含む。なお、第１面に対する溝の形成の後に溝内への金属材料の付着を行うことを条件として、各工程を任意の順序で実施することができる。

最初に、第１面と、第１面と反対側の第２面とを有する透明基板１０を準備する。透明基板１０については、上述した通りである。透明基板１０は、単一材料からなる自立性基板であってもよいし、２つの異種の自立性のサブ基板を貼り合わせた積層構造であってもよいし、自立性サブ基板に１つまたは複数のコーティングを施した多層構造であってもよい。

透明基板１０の第２面に対するカラーフィルタ３０の形成は、当該技術において知られている任意の方法により形成することができる。たとえば、感光性を有するコーティング組成物を用いてカラーフィルタ３０の各着色層およびブラックマトリクスの形成を行う場合、第２面に対するコーティング組成物の塗布、フォトマスクを通した露光、および現像を含む方法を用いることができる。必要に応じて、ポストベークなどの追加工程を実施してもよい。

透明基板１０の第１面に対する溝の形成は、当該技術において知られている任意の化学的手段または物理的手段により実施することができる。用いることができる化学的手段の例として、エッチング、インプリントリソグラフィー、感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィーなどが挙げられる。また、用いることができる物理的手段の例として、ダイシング加工、ホイールスクライブ加工、ウォータージェット加工、エアーブラスト加工、サンドブラスト加工、レーザー加工、エンボス加工などが挙げられる。溝は、配線部２２ａ、２２ｂ、および導電部２６に相当する位置に、所定の深さおよび幅で形成される。

続いて、第１面に形成された溝内に金属材料を付着させて、配線部２２ａ、２２ｂ、および導電部２６を形成する。金属材料の付着は、金属材料および有機結合剤を含む導電性ペーストなどを第１面に塗布し、溝以外の部分に付着した導電性ペーストを除去した後に、溝内の導電性ペーストを加熱処理することによって実施することができる。導電ペースト中に含まれる金属材料は、金、銀、銅、アルミニウム、鉄、チタンおよびモリブデンからなる群から選択される１種または複数種の元素を含む。有機結合剤は、当該技術において知られている任意の材料を含んでもよい。導電性ペーストは、ビヒクル、無機結合剤などの当該技術において知られている任意の材料をさらに含んでもよい。

導電性ペーストの塗布は、透明基板１０の第１面に導電性ペーストを均一な膜厚で塗布し、溝を導電性ペーストで完全に充填することが可能である限り、任意の手段で実施することができる。たとえば、スピンコート、ロールコート、ディップコートなどの手段を用いることができる。また、溝以外の部分に付着した導電性ペーストの除去は、透明基板１０の第１面にドクターブレードなどを押圧しながら移動させることによって実施することができる。第１面の溝以外の部分にわずかに残存する導電性ペーストを除去するために、ワイプ処理などをさらに実施してもよい。溝内の導電性ペーストの加熱は、導電ペースト中の有機結合剤を除去するのに充分な時間および温度で実施することができる。

本実施形態の方法では、第１面に形成された溝の中に配線部２２ａ、２２ｂ、および導電部２６が一括で形成される。また、配線部２２ａ、２２ｂ、および導電部２６のパターニングは、基板上に均一に形成された導電性材料のエッチングではなく、透明基板１０の第１面に溝を形成することによって行われる。このため、導電性材料のエッチングを行う場合に比較して、高い精細度（細い線幅および狭い間隔）の線を形成することができる。さらに、形成された配線部２２ａ、２２ｂ、および導電部２６は、透明基板の溝内に形成されているため、電圧を印加した際のマイグレーションによる絶縁不良の発生を抑制することが可能となる。

次に、第１電極２０ａの導電部２６の上に絶縁膜２３を形成する。絶縁膜２３は、上述した感光性材料を透明基板１０の第１面全体に塗布し、導電部２６直上を含む所定の領域に感光性材料が残存するようなパターン状に光を照射し、次いで現像を行うことによって形成される。たとえば、ＵＶ硬化型コーティング組成物を用いる場合、導電部２６直上を含む領域にＵＶ光を照射する。一方、ポジ型感光性材料を用いる場合、導電部２６直上を含む領域を除く第１面の大部分に所与の波長の光を照射する。現像は、用いた感光性材料に応じて、適当な液体を用いて実施することができる。

次に、透明基板１０の第１面上および絶縁膜２３上に透明金属材料を付着させて、パッド部２５ａ、２５ｂ、および絶縁膜２３をまたぐ導電部２４を形成する。パッド部２５ａと導電部２６と配線２２ａとが接続されることで第１電極２０ａが構成され、パッド部２５ｂと導電部２４と配線２２ｂとが接続されることで第２電極２０ｂが構成される。透明金属材料の付着は、蒸着法、スパッタ法などによって透明基板１０の全面（絶縁膜２３の上面および側面を含む）に対して透明金属材料を堆積させ、次いでパターニングを行って不要部分の透明金属材料を除去することにより実施することができる。必要に応じて、透明金属材料の堆積は、複数種の透明金属材料を用いて、積層構造を有する透明金属膜を形成してもよい。パターニングは、たとえばポジ型フォトレジストを用いるフォトリソグラフィー法などの当該技術において知られている任意の手段により実施することができる。

（第２の実施形態）
本発明の第２の実施形態は、第１の実施形態の電極付きカラーフィルタ基板と表示素子とを含むことを特徴とする表示装置である。表示素子は、液晶素子およびＥＬ（エレクトロルミネッセンス）素子からなる群から選択される。

最初に、第１の実施形態の電極付きカラーフィルタ基板と、表示素子として液晶素子とを用いる表示装置を説明する。図４に、本実施形態の表示装置の１つの構成例を示した。

図４は、第２の実施形態の液晶表示装置の模式的断面図である。図４に示すように、表示装置１０００は、第１の実施形態の電極付きカラーフィルタ基板１１０の第１面１１０ａ側に第２偏光板７００およびカバー８００が積層され、第２面１１０ｂ側に液晶素子２００、第１偏光板４００およびバックライト５００が積層されて構成されている。

液晶素子２００は、１対の基板２１０および２２０の間に液晶層２３０を配置した構造を有する。基板２１０および２２０は、液晶に電界を印加するための電極、ならびに液晶を配向させるための配向膜（不図示）をさらに含んでもよい。

たとえば、基板２１０の上に、第１の方向に延びる複数のストライプ状部分電極からなる電極を設け、基板２２０の上に、第１の方向と交差する第２の方向に延びる複数のストライプ状部分電極からなる電極を設けて、パッシブマトリクス駆動型の液晶素子を形成することができる。好ましくは、第１の方向は、第２の方向と直交する。

あるいはまた、基板２１０の上に、スイッチング素子と接続された複数の画素電極を設け、基板２２０の上に、表示領域全体にわたって一体に形成される共通電極を設けることによって、アクティブマトリクス駆動型の液晶素子２００を得ることができる。スイッチング素子は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）など当該技術分野において知られている任意の素子を含んでもよい。基板２１０の上には、スイッチング素子を駆動するための走査線および信号線などの配線、ならびに液晶のスイッチング状態を維持するためのキャパシタなどをさらに設けることができる。

配向膜は、液晶層２３０と接触するように、基板２１０および２２０の最内面を構成することが好ましい。配向膜は、ポリイミドなどの当該技術において知られている任意の材料を用いて形成することができる。配向膜にラビング処理を行うことによって、液晶層２２０中の液晶分子を所定の方向に配向させることができる。

液晶素子２００は、ＴＮ型、ＳＴＮ型、ＶＡ型、ＭＶＡ型、ＩＰＳ型、ＯＣＢ型などの当該技術で知られている任意の方式の素子であってもよい。液晶層２３０を構成する液晶材料は、素子の方式に適合することが当該技術において知られている任意の材料を含む。

ここで、液晶分子を平面内でスイッチングするＩＰＳ型の素子においては、基板２１０または基板２２０の一方のみに電極を設け、他方の基板の電極を省略することができる。また、ＩＰＳ型の素子では、電極を省略した他方の基板を、本発明の電極付きカラーフィルタ基板１００で代替することができる。この場合、カラーフィルタ３０の上に配向膜を設けて、配向膜を液晶層２３０と接触させる構成が好ましい。

図５は、第２の実施形態の変形例の液晶表示装置の模式的断面図である。
第２の実施形態の変形例として、図４に示した液晶表示素子２００の基板２２０を省略して、図５に示す表示装置１１００のように、本発明の電極付きカラーフィルタ基板１１０のカラーフィルタ３０の上に液晶駆動用電極および配向膜を設けて、画素電極を含む基板２１０、液晶層２３０、および、液晶スイッチング用の電極および配向膜を含む電極付きカラーフィルタ基板１１０を順に積層した積層構成としてもよい。なお、カラーフィルタ３０と液晶駆動用電極との間に、カラーフィルタ３０に起因する凹凸を解消するための平坦化層をさらに設けてもよい。

液晶素子２００は、基板２１０および／または２２０上に設けた電極と外部駆動回路とを接続するためのフレキシブルプリント回路（ＦＰＣ）基板、異方性導電膜（ＡＣＦ）、ＴＡＢモジュール、ＣＯＦモジュール、ＣＯＧモジュールなどをさらに含んでもよい。

第１偏光板４００および第２偏光板７００は、特定方向に偏光した光を選択的に透過させる特性を有する。液晶表示装置に用いる場合、第１偏光板４００および第２偏光板７００は、特定方向の直線偏光を透過させる特性を有する。また、第１偏光板４００を透過する直線偏光の偏光方向と、第２偏光板７００を透過する直線偏光の偏光方向となす角度は、使用する液晶材料の配向状態および素子の方式に依存して決定することができる。また、上記角度は、表示装置を、電界無印加状態でバックライトの光を透過させるノーマリー・ホワイト・モードで動作させるか、電界無印加状態でバックライトの光を透過させないノーマリー・ブラック・モードで動作させるかにも依存する。たとえば、ＴＮ方式またはＳＴＮ方式の表示装置をノーマリー・ホワイト・モードで動作させる場合、第１偏光板４００の偏光方向と第２偏光板７００の偏光方向とのなす角は、通常９０°に設定される。

第１偏光板４００および第２偏光板７００は、ヨウ素化合物、二色性分子などを含む、当該技術において知られている任意の材料で形成することができる。

バックライト５００は、当該技術において知られている任意の光源を含む。たとえば、冷陰極蛍光管（ＣＣＦＬ）、発光ダイオード（ＬＥＤ）などをバックライト５００として用いることができる。バックライト５００は、表示装置の表示領域に配置してもよいし（直下型）、表示装置の周縁部に配置してもよい（サイドライト型またはエッジライト型）。サイドライト型またはエッジライト型の場合、導光板、プリズムシートなどを用いてバックライト５００が発する光を、表示装置の表示領域全体に導くことができる。また、バックライト５００は、単一の光源であってもよいし、複数の光源からなってもよい。複数の光源からなるバックライト５００を用いる場合、表示内容に依存して、各光源のオン・オフを独立的に制御してもよい。

カバー８００は、その下に存在する各層を保護することを目的とする。また、カバー８００を通して表示素子２００の表示内容を視認することになるため、カバー８００は、可視光領域において透明であることが望ましい。カバー８００は、ガラス、有機樹脂（ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）、ポリメチルメタクリレート（ＰＭＭＡ）など）などの材料で形成することができる。

本実施形態において、電極付きカラーフィルタ基板１１０に形成された第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂは、静電容量方式タッチパネルのセンサ電極として機能する。

一方、第１の実施形態の電極付きカラーフィルタ基板１１０と、表示素子としてＥＬ素子とを用いる表示装置においては、電極付きカラーフィルタ基板１１０の第２面１１０ｂにＥＬ素子が取り付けられる。必要に応じて、電極付きカラーフィルタ基板１１０の第１面１１０ａにカバーを取り付けてもよい。

ＥＬ素子は、１対の基板の間に有機活性層が挟まれた構造を有する。１対の基板のそれぞれは、独立的に駆動可能な複数の発光部を形成するような配置で電極が形成されている。１対の基板のそれぞれに、交差する方向に延びる複数のストライプ状電極を設けて、パッシブマトリクス駆動型のＥＬ素子を形成してもよい。あるいは、一方の基板にスイッチング素子と１対１で接続される複数の画素電極を設け、他方の基板に一体型の共通電極を設けて、アクティブマトリクス駆動型のＥＬ素子を形成してもよい。さらに、有機活性層は、少なくとも発光層を含み、任意選択的に正孔注入層、正孔輸送層、電子輸送層、電子注入層などを含んでもよい。また、有機活性層は、白色に発光する１つの層であってもよいし、複数の色（たとえば、ＲＧＢ）に発光する複数の区域がマトリクス状に配列された層であってもよい。

この場合にも、電極付きカラーフィルタ基板１１０に形成された第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂは、静電容量方式タッチパネルのセンサ電極として機能する。

次に、第２の実施形態の表示装置１０００の製造方法を説明する。表示装置１０００の製造方法は、上述した第１の実施形態に記載の方法によって電極付きカラーフィルタ基板を製造する工程と、電極付きカラーフィルタ基板のカラーフィルタ形成面側に、液晶素子およびＥＬ素子からなる群から選択される表示素子を取り付ける工程とを含む。また、表示装置１０００の製造方法は、更に、透明基板１０の溝内に形成された金属配線をタッチセンサの駆動回路に電気的に接続する工程を含む。

電極付きカラーフィルタ基板の第２面側に対する表示素子の取り付けは、接着剤による貼り合わせなどを含む当該技術において知られている任意の手段で実施することができる。また、第１および第２偏光板、バックライト、カバーなど任意選択的要素についても、当該技術において知られている任意の手段による製造および取り付けが可能である。

尚、本実施形態において、１つの透明基板１０の上に分割可能な複数の素子領域を形成した構造体を用いてもよい。この場合、たとえば、前述の構造体に対して複数の表示素子を取り付け、その後に透明基板１０を断裁して個片化することで、複数の表示装置を製造することができる。あるいはまた、１つの透明基板１０の上に複数の表示素子が形成された表示素子構造体を取り付けて、透明基板１０および表示素子構造体の基板の断裁を行って、複数の表示装置を製造してもよい。表示素子構造体の基板の断裁は、透明基板１０の断裁と同様の手段で実施してもよい。

また、本実施形態に係る表示装置の製造方法の変形例として、透明基板１０にカラーフィルタ３０を形成した後であって、透明基板１０の第１面における溝形成および溝内への金属付着の前に、カラーフィルタ３０の上（透明基板１０の第２面側）に表示素子を取り付けてもよい。この変形例では、表示素子を組み合わせた後にタッチセンサ用電極である第１電極および第２電極を形成することにより、カラーフィルタ基板の透明基板１０と表示素子の基板２１０とを貼り合わせた状態で、透明基板１０および基板２１０のスリミング加工を実施することができるという利点を有する。スリミング加工とは、基板の膜厚を減少させる工程を意味する。表示素子を組み合わせる前にタッチセンサ用電極である第１電極および第２電極を形成すると、カラーフィルタ基板の透明基板１０、表示素子の基板２１０の両方に対して、スリミング加工が適用できなくなる。

（実施例１）
厚さ７００μｍのアルミノシリケートガラス製の透明基板１０の第２面に、スピンコーターを用いて黒色感光性組成物を塗布した。得られた塗膜を、ホットプレート上で５分間にわたって１００℃に加熱し、塗膜を乾燥させた。次いで、所望するパターンを有するフォトマスクを介して露光量１００ｍＪ／ｃｍ^２で高圧水銀灯光を照射した後に、０．２質量％の炭酸水素ナトリウム水溶液を用いて３０秒間にわたるシャワー現像を行った。水洗後、熱風循環式オーブン中で３０分間にわたる２３０℃での加熱乾燥を実施して、ブラックマトリクスを形成した。続いて、黒色感光性組成物に代えて赤色感光性組成物、緑色感光性組成物または青色感光性組成物を用いたこと、および各色に対応したフォトマスクを用いたことを除いて同様の手順により、赤色着色層、緑色着色層、および青色着色層を順次形成し、第２面上にカラーフィルタ３０を得た。

次に、レーザー加工によって、透明基板１０の第１面に溝を形成した。後に導電部２６が形成される箇所の溝は、１μｍの幅および３μｍの深さを有した。後に配線部２２ａ、２２ｂが形成される箇所の溝は、１０μｍの幅および１０μｍの深さを有した。

続いて、スピンコーターを用いて、５０ｎｍの平均粒径を有する銀粒子を主成分とする導電性材料を塗布した後に、溝以外の部分に付着した導電性材料をドクターブレードで掻き取ることによって、溝内に導電性材料を充填した。続いて、ホットプレート上で３０分間にわたって１２０℃に加熱し、配線部２２ａ、２２ｂ、導電部２６を形成した。

続いて、スピンコーターを用いて透明基板１０の第１面全面にネガ型レジストを塗布した。得られた塗膜を、ホットプレート上で５分間にわたって１００℃に加熱し、塗膜を乾燥させた。次いで、導電部２６の位置に開口部を有するフォトマスクを介して露光量１００ｍＪ／ｃｍ^２で高圧水銀灯光を照射した後に、０．２質量％の炭酸水素ナトリウム水溶液を用いて３０秒間にわたるシャワー現像を行った。水洗後、熱風循環式オーブン中で３０分間にわたる２３０℃での加熱乾燥を実施して、絶縁膜２３を形成した。得られた絶縁膜２３は、導電部２６の上に配置され、６０μｍの幅および１００μｍの長さ、ならびに１μｍの膜厚を有した。

続いて、スパッタ法を用いて、膜厚３０ｎｍのＩＴＯ膜を、透明基板１０の第１面の全面に形成した。その後、スピンコーターを用いて第１面全面にポジ型レジストを塗布した。得られた塗膜を、ホットプレート上で５分間にわたって１００℃に加熱し、塗膜を乾燥させた。次いで、導電部２４および隣接するパッド部２５ａ、２５ｂの一部に相当する位置に遮光部を有するフォトマスクを介して露光量１００ｍＪ／ｃｍ^２で高圧水銀灯光を照射した後に、２．３質量％のテトラメチルアンモニウムヒドロキシド（ＴＭＡＨ）水溶液を用いて６０秒間にわたるシャワー現像を行った。水洗を行い、導電部２４および隣接するパッド部２５ａ、２５ｂの一部に相当する位置に配置された複数の部分からなるレジスト膜を形成した。次いで、シュウ酸のエッチング液を用い、露出したＩＴＯ膜を除去した。続いて、２％水酸化カリウム水溶液であるレジスト剥離液を用いてレジスト膜を除去した後に、熱風循環式オーブン中で３０分間にわたる２３０℃での結晶化加熱を実施して、導電部２４、パッド部２５ａ、２５ｂを得た。得られた導電部２４は、絶縁膜２３をまたいで隣接するパッド部２５ａおよび２５ｂに接続され、５０μｍの幅、１５０μｍの長さ、および絶縁膜２３上において３０ｎｍの膜厚を有した。また、得られた導電部２４は、５０Ω／□のシート抵抗値を得た。以上の方法により、電極付きカラーフィルタ基板１１０が得られた。

（実施例２）
実施例１で得られた電極付きカラーフィルタ基板１１０の透明基板１０の第２面１１０ｂ側に、印刷法を用いて配向膜を形成した。次に、ＴＦＴを含むスイッチング回路および液晶駆動用電極を有する基板２１０を準備した。基板２１０の電極側の面に、印刷法を用いて配向膜を形成した。続いて、両基板の配向膜にラビング処理を行った。さらに、シール材を用いて電極付きカラーフィルタ基板１１０および基板２１０を、配向膜が対向するように貼り合わせ、両基板の間隙に液晶材料を注入して液晶層２３０を形成し、電極付きカラーフィルタ基板１１０に取り付けられた液晶素子２００を得た。

続いて、基板２１０の液晶駆動用電極の液晶駆動用外部回路への接続、ならびに電極付きカラーフィルタ基板１１０の第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂのタッチセンサ駆動用外部回路への接続を行った。

さらに、電極付きカラーフィルタ基板１１０の透明基板１０の第１面１１０ａ側に、接着剤を用いて、第２偏光板７００およびアルミノシリケートガラス製のカバー８００をこの順に貼り合わせた。次に、液晶素子２００の電極付きカラーフィルタ基板１１０とは反対側の面に、接着剤を用いて第１偏光板４００およびバックライト５００をこの順に貼り合わせて、ＩＰＳ液晶素子を用いた表示装置を得た。得られた表示装置は、不良部分を含まず、正常な表示およびタッチ位置検出機能を提供した。

（実施例３）
実施例１と同様の手順を用いて、厚さ７００μｍのアルミノシリケートガラス製基板の一方の面に、ブラックマトリクスおよびＲＧＢ着色層からなるカラーフィルタ３０を形成した。

別途、厚さ５０μｍのＣＯＰフィルムを準備した。ＣＯＰフィルムの一方の面にレーザー加工を行い、溝を形成した。溝の形成位置、ならびに形成される溝の幅および深さは実施例１と同様である。その後、実施例１と同様の手順を用いて、第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂを形成した。

最後に、接着剤を用いて、アルミノシリケートガラス製基板の他方の面と、ＣＯＰフィルムの他方の面とを貼り合わせて、アルミノシリケートガラス／ＣＯＰの積層構造を有する透明基板１０を含む電極付きカラーフィルタ基板１１０を得た。

（実施例４）
実施例３で得られた電極付きカラーフィルタ基板１１０を用いたことを除いて実施例２と同様の手順により、ＩＰＳ液晶素子を含む表示装置を形成した。得られた表示装置は、不良部分を含まず、正常な表示およびタッチ位置検出機能を提供した。

（実施例５）
実施例１と同様の手順を用いて、厚さ７００μｍのアルミノシリケートガラス製の透明基板１０の第２面に、カラーフィルタ３０を形成した。続いて、第２面のカラーフィルタ３０の上に、印刷法を用いて配向膜を形成した。

次に、ＴＦＴを含むスイッチング回路および液晶駆動用電極を有する基板２１０を準備した。基板２１０の電極側の面に、印刷法を用いて配向膜を形成した。続いて、両基板の配向膜にラビング処理を行った。さらに、シール材を用いて透明基板１０および基板２１０を、配向膜が対向するように貼り合わせ、両基板の間隙に液晶材料を注入して液晶層２３０を形成し、カラーフィルタ基板に取り付けられた液晶素子２００を得た。

続いて、透明基板１０の第１面に、実施例１と同様の手順を用いて、第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂを形成し、液晶素子２００が取り付けられた電極付きカラーフィルタ基板１１０を得た。

次に、実施例２と同様の手順を用いて、基板２１０の液晶駆動用電極の液晶駆動用外部回路への接続と、電極付きカラーフィルタ基板１１０の第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂのタッチセンサ駆動用外部回路への接続と、接着剤による第１偏光板４００、第２偏光板７００、バックライト５００、およびアルミノシリケートガラス製のカバー８００の貼り合わせとを行い、ＩＰＳ液晶素子を含む表示装置を得た。得られた表示装置は、不良部分を含まず、正常な表示およびタッチ位置検出機能を提供した。

（実施例６）
実施例１と同様の手順を用いて、厚さ７００μｍのアルミノシリケートガラス製基板の一方の面に、ブラックマトリクスおよびＲＧＢ着色層からなるカラーフィルタ３０を形成した。続いて、カラーフィルタ３０の上に、印刷法を用いて配向膜を形成した。

次に、ＴＦＴを含むスイッチング回路および液晶駆動用電極を有する基板２１０を準備した。基板２１０の電極側の面に、印刷法を用いて配向膜を形成した。続いて、両基板の配向膜にラビング処理を行った。さらに、シール材を用いてアルミノシリケートガラス製基板および基板２１０を、配向膜が対向するように貼り合わせ、両基板の間隙に液晶材料を注入して液晶層２３０を形成し、アルミノシリケートガラス製基板に取り付けられた液晶素子２００を得た。

別途、厚さ５０μｍのＣＯＰフィルムを準備した。ＣＯＰフィルムの一方の面にレーザー加工を行い、溝を形成した。溝の形成位置、ならびに形成される溝の幅および深さは実施例１と同様である。その後、実施例１と同様の手順を用いて、第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂを形成した。

最後に、接着剤を用いて、アルミノシリケートガラス製基板の他方の面と、ＣＯＰフィルムの他方の面とを貼り合わせて、アルミノシリケートガラス／ＣＯＰの積層構造を有する透明基板１０を含む電極付きカラーフィルタ基板１１０に取り付けられた液晶素子２００を得た。

次に、実施例２と同様の手順を用いて、基板２１０の液晶駆動用電極の液晶駆動用外部回路への接続と、電極付きカラーフィルタ基板１１０の第１電極２０ａおよび第２電極２０ｂのタッチセンサ駆動用外部回路への接続と、接着剤による第１偏光板４００、第２偏光板７００、バックライト５００、およびアルミノシリケートガラス製のカバー８００の貼り合わせとを行い、ＩＰＳ液晶素子を含む表示装置を得た。得られた表示装置は、不良部分を含まず、正常な表示およびタッチ位置検出機能を提供した。

本発明に係る電極付きカラーフィルタ基板、これを用いた表示装置、およびこれらの製造方法は、タッチパネル式ディスプレイなどに好適に利用できる。

１０ 透明基板
２０ 電極
２０ａ 第１電極
２０ｂ 第２電極
２１ センサ部
２２（ａ，ｂ） 配線部
２３ 絶縁膜
２４ 導電部
２５（ａ，ｂ） パッド部
２６ 導電部
１１０ 電極付きカラーフィルタ基板
１１０ａ 第１面
１１０ｂ 第２面
２００ 液晶素子
２１０、２２０ 基板
２３０ 液晶層
４００ 第１偏光板
５００ バックライト
７００ 第２偏光板
８００ カバー
１０００、１１００ 表示装置

Claims (15)

1. 第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有し、前記第１面にパターン状の溝を有する透明基板と、
   前記透明基板の第２面に形成されたカラーフィルタと、
   前記パターン状の溝内に金属材料により形成された複数の金属配線と、
   前記透明基板の第１面にパターン状に形成された複数の透明電極と、
   を含むことを特徴とする電極付きカラーフィルタ基板。
2. 前記透明基板は、ガラスおよび有機樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする請求項１に記載の電極付きカラーフィルタ基板。
3. 前記透明基板は、複数のサブ基板の積層構造を有することを特徴とする請求項１または２に記載の電極付きカラーフィルタ基板。
4. 前記金属配線は、金、銀、銅、アルミニウム、鉄、チタンおよびモリブデンからなる群から選択される１種または複数種の元素を含む金属材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜３のいずれかに記載の電極付きカラーフィルタ基板。
5. 前記透明電極は、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、アルミニウム亜鉛酸化物およびアンチモン錫酸化物からなる群から選択される１種または複数種の材料で形成されていることを特徴とする請求項１〜４のいずれかに記載の電極付きカラーフィルタ基板。
6. 前記透明電極は、タッチ位置を検出するタッチセンサの構成要素の一部である、請求項１〜５のいずれかに記載の電極付きカラーフィルタ基板。
7. 請求項１〜６のいずれかに記載の電極付きカラーフィルタ基板と、液晶素子およびＥＬ素子からなる群から選択される表示素子とを含むことを特徴とする表示装置。
8. 第１面と、前記第１面と反対側の第２面とを有する透明基板を準備する工程と、
   前記透明基板の第２面にカラーフィルタを形成する工程と、
   前記透明基板の第１面にパターン状の溝を形成する工程と、
   前記溝内に金属材料を付着させて、複数の金属配線を形成する工程と、
   前記透明基板の第１面にパターン状に複数の透明電極を形成する工程と、
   を含む電極付きカラーフィルタ基板の製造方法。
9. 前記透明基板は、ガラスおよび有機樹脂からなる群から選択される少なくとも１種の材料を含むことを特徴とする請求項８に記載の電極付きカラーフィルタ基板の製造方法。
10. 前記透明基板は、複数のサブ基板の積層構造を有することを特徴とする請求項８または９に記載の電極付きカラーフィルタ基板の製造方法。
11. 前記金属配線は、金、銀、銅、アルミニウム、鉄、チタンおよびモリブデンからなる群から選択される１種または複数種の元素を含む金属材料で形成されていることを特徴とする請求項８〜１０のいずれかに記載の電極付きカラーフィルタ基板の製造方法。
12. 前記透明電極は、インジウム錫酸化物、インジウム亜鉛酸化物、アルミニウム亜鉛酸化物およびアンチモン錫酸化物からなる群から選択される１種または複数種の材料で形成されていることを特徴とする請求項８〜１１のいずれかに記載の電極付きカラーフィルタ基板の製造方法。
13. 前記透明電極は、タッチ位置を検出するタッチセンサの構成要素の一部である、請求項８〜１２のいずれかに記載の電極付きカラーフィルタ基板の製造方法。
14. 請求項８〜１３のいずれかに記載の方法により電極付きカラーフィルタ基板を製造する工程と、
    前記電極付きカラーフィルタ基板の前記第２面側に、液晶素子およびＥＬ素子からなる群から選択される表示素子を取り付ける工程と、
    を含むことを特徴とする表示装置の製造方法。
15. 前記金属配線をタッチセンサの駆動回路に電気的に接続する工程を更に含むことを特徴とする、請求項１４に記載の表示装置の製造方法。

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