JP2020067766A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】タッチ検出精度が向上されたタッチセンサ付きの表示装置を提供する。【解決手段】表示装置1は、各々が画素を構成する複数の発光素子220が2次元配列された画素電極層200と、タッチセンサを構成する複数のタッチセンサ電極が2次元配列されたタッチセンサ層500と、画素電極層200とタッチセンサ層500の間に配置され、画素電極層200とタッチセンサ層500の間に画素電極層200とタッチセンサ層500とを容量結合する状態で配置された光学的に透明なタッチバッファ層400とを備える。タッチバッファ層400は、ベース材料及びベース材料に分散された中空粒子405を含む。【選択図】図4

Description

本発明は、概略として表示装置に関し、特にタッチセンサ付きの表示装置に関する。
従来のタッチセンサ付きの表示装置では、画素基板上に表示機能のための画素電極層が形成され、センサ基板上にタッチセンサ機能のためのタッチセンサ層が形成され、これらの基板が相互に貼り合わされる。具体的には、センサ基板の背面、すなわちタッチセンサ層が配置されない側の基板面と、画素基板の前面、すなわち画素電極層が形成される側の面とが接着剤により貼り合わされる。このような構成においては、タッチセンサ層と画素電極層の間に低誘電率のセンサ基板が介在するため、両層が容量結合されることがなく、相互の動作は干渉しない。しかし、この構成では、両基板の接着工程のために製造コストが増加してしまう。このセンサ基板の接着工程を省略するために、特許文献1は、画素基板上において画素電極層の上部にタッチバッファ層を介してタッチセンサ層を形成する構成を開示する。
米国特許出願公開第2018/0061899号明細書
しかし、特許文献1の表示装置では、詳細を後述するように、タッチセンサ層と画素電極層とがタッチバッファ層によって容量結合されるため、タッチバッファ層の容量成分に起因してタッチ検出におけるノイズが発生し得る。この検出ノイズは、タッチセンサのタッチ検出性能、すなわちタッチ検出精度を低下させ得る。
そこで、本発明は、タッチ検出精度が向上されたタッチセンサ付きの表示装置を提供することを目的とする。
本開示の表示装置は、各々が画素を構成する複数の発光素子が2次元配列された画素電極層と、タッチセンサを構成する複数のタッチセンサ電極が2次元配列されたタッチセンサ層と、画素電極層とタッチセンサ層の間に画素電極層とタッチセンサ層とを容量結合する状態で配置された光学的に透明なタッチバッファ層であってベース材料及び前記ベース材料に分散された中空粒子を含むタッチバッファ層とを備える。
本発明の表示装置によると、タッチ検出精度が向上されたタッチセンサ付きの表示装置が実現される。
図1は、第1の実施形態による表示装置の模式分解上面図である。 図2は、第1の実施形態による表示装置の画素の等価回路図である。 図3は、タッチセンサに関する動作を説明する等価回路図である。 図4は、第1の実施形態による表示装置の模式断面図である。 図5は、第1の実施形態の効果の評価方法を説明する図である。 図6は、第1の実施形態の効果の評価結果を示すグラフである。 図7は、第2の実施形態による表示装置の模式断面図である。 図8は、第3の実施形態によるタッチセンサの概略的な平面図である。 図9は、第3の実施形態によるタッチセンサの概略的な平面拡大図である。 図10は、第3の実施形態によるタッチセンサの第1電極層の概略的な平面図である。 図11は、第3の実施形態によるタッチセンサの第2電極層の概略的な平面図である。 図12は、第3の実施形態によるタッチセンサの概略的な端面図である。 図13は、第3の実施形態によるタッチセンサの概略的な端面図である。
[第1の実施形態]
図1に、本発明の第1の実施形態による表示装置1のアクティブ領域の模式分解上面図を示す。なお、本開示において、各図面は説明のための模式図であり、寸法通りではない。特に、反復される多数の構成要素は、図示の明瞭化のためにその数量を大幅に減少して図示する。
表示装置1は、基板100、画素電極層200、封止層300、タッチバッファ層400及びタッチセンサ層500を有し、例えば、スマートフォン、タブレットコンピュータなどのタッチセンサ機能付きの端末の表示画面を構成する。画素電極層200、封止層300、タッチバッファ層400及びタッチセンサ層500は、この順で基板100上に積層され、図1には各層の一部が示される。なお、以降の説明において、表示装置1の表示面を画定する2辺の方向をそれぞれX方向及びY方向といい、表示面に垂直な方向(すなわち、X−Y平面に垂直な方向)をZ方向という。また、本開示において、「上(又は上層)」又は「下(又は下層)」という表現は、現実の使用における位置関係を限定するものではない。ただし、説明の便宜上、「上」方向とは、基板100からタッチセンサ層500に向かう方向を意味し、「下」方向とは、タッチセンサ層500から基板100に向かう方向を意味する。
画素電極層200は、基板100上に2次元配列された複数の画素PXを有する画素面を構成する。複数の画素PXは、赤色(R)画素、緑色(G)画素、青色(B)画素及び白色(W)画素を含み、所定の配列規則で行列状に配列される。詳細を後述するように、本実施形態では、画素電極層200の各画素PXは、有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)を利用した有機発光素子である有機発光ダイオード(以下、「OLED」という)で構成される。各画素PXは、そのOLEDの駆動制御のための駆動制御回路(不図示)に接続される。
封止層300は、画素電極層200への水分、酸素などの侵入を遮断する多層の保護層である。すなわち、封止層300は、画素電極層200に対する封止機能を有する。また、封止層300は、画素電極層200の上面の凹凸を平坦化する平坦化機能を有していてもよい。
タッチセンサ層500は、投影型静電容量方式のタッチセンサを構成する。すなわち、タッチセンサ層500は、2次元配列された複数のタッチセンサ電極からなるタッチセンサ面を構成し、ユーザによるタッチ操作を検出する。タッチセンサは、複数のX電極列510及び複数のY電極列520を備える。複数のX電極列510はX方向に平行に配列され、複数のY電極列520はY方向に平行に配列される。各X電極列510はY方向にブリッジ512を介して接続された複数のX電極511(タッチセンサ電極)を含み、各Y電極列520はX方向にブリッジ522を介して接続された複数のY電極521(タッチセンサ電極)を含む。複数のX電極511と複数のY電極521とは、X−Y平面視において、アクティブ領域の異なる部分を交番的態様で覆うように配置される。ブリッジ512とブリッジ522とは、X−Y平面視において交差し、Z方向において絶縁膜(不図示)を介して相互に絶縁されている。言い換えると、複数のX電極列510を含むX層と、複数のY電極列520を含むY層とは、所定の静電容量を有する絶縁膜を介して相互に絶縁された2つの層を形成する。各X電極列510及び各Y電極列520は、各行又は各列の一端部に接続された各配線Wを介してタッチ操作検出用の検出処理回路(不図示)に接続される。なお、画素電極層200、タッチセンサ層500等の含まれる電極は、例えば、ITO、IZOなどの透明導電膜であり得る。
タッチバッファ層400は、封止層300の凹部を充填してタッチセンサ層500との界面を平坦化する平坦化層として機能するとともに、封止層300とタッチセンサ層500の間に生じ得る応力を吸収する緩衝層としても機能する。すなわち、タッチバッファ層400は、平坦化機能及び緩衝機能を備える。タッチバッファ層400は、画素電極層200及びタッチセンサ層500が(独立した別個の基板ではなく)同一の基板100上に形成されることに伴って必要となる層である。なお、封止層300、タッチバッファ層400及びタッチセンサ層500は、それぞれ光学的に実質的に透明な層を形成する。
図2に、本実施形態の画素PX(画素電極層200)の等価回路を示す。各画素PXは、選択トランジスタTr1、駆動トランジスタTr2、容量Cs及び発光素子220を有する。また、画素PXはデータラインDL、走査ラインSL、高電位側の電源電圧VDD及び低電位側の電源電圧VSSに接続され、これらは駆動制御回路250に接続される。発光素子220は、OLEDからなり、本実施形態では画素面を構成する赤色(R)、緑色(G)、青色(B)又は白色(W)のいずれかの発光色を有する。発光素子220のアノードは駆動トランジスタTr2を介して電源電圧VDDに接続され、発光素子220のカソードは電源電圧VSSに接続される。選択トランジスタTr1はMOSFET(酸化金属半導体電界効果トランジスタ)からなり、そのドレインはデータラインDLに接続され、ゲートは走査ラインSLに接続され、ソースは駆動トランジスタTr2のゲートに接続される。駆動トランジスタTr2はMOSFETからなり、そのゲートは選択トランジスタTr1のソースに接続され、ドレインは電源電圧VDDに接続され、ソースは発光素子220のアノードに接続される。容量Csは、駆動トランジスタTr2のゲート−ソースに並列接続される。
走査ラインSLのレベルによって発光素子220の駆動又は停止が決定され、発光素子220が駆動される場合にはデータラインDLの電圧によってその輝度が決定される。発光素子220が走査(駆動)される場合に走査ラインSLのレベルはハイレベルとなり、それ以外の場合には走査ラインSLのレベルはローレベルとなる。走査ラインSLのレベルがハイレベルとなると、選択トランジスタTr1がオンされ、データラインDLの電圧に基づく電圧が容量Csに充電される。容量Csの電圧が駆動トランジスタTr2のオン閾値を超えると、駆動トランジスタTr2がオンされる。オン状態の駆動トランジスタTr2は、ゲート電圧、すなわち、データラインDLの電圧に応じたドレイン電流を電源電圧VDDから発光素子220に供給する。このドレイン電流に応じて、発光素子220が発光する。容量Csは、いわゆるストレージキャパシタとして機能し、ある走査フレームにおける駆動トランジスタTr2のゲート−ソース電圧を次の走査フレームまで保持して発光素子220の発光状態又は消灯状態を維持する。
図3に、タッチセンサに関する動作を説明する等価回路図を示す。図3は、第i行のX電極列510iのうちのX電極511及び第j列のY電極列520jのうちのY電極521の部分(すなわち、アクティブ領域の座標点(i,j))の等価回路である。X電極511とY電極521の間の電位差をV0、X電極511とY電極521の間の静電容量をC0とする。増幅器AMP及び容量Cfが、静電容量C0に接続される。具体的には、増幅器AMPにおいて、一方の入力端子が静電容量C0に接続され、他方の入力端子が基準電位(例えば電源電圧VSS)に接続され、一方の入力端子と出力端子との間に容量Cfが接続される。一例として、増幅器AMPは、差動増幅回路であり、この場合、上述の一方の入力端子は反転入力端子であり、上述の他方の入力端子は非反転入力端子である。増幅器AMPの出力端子における出力電圧Voutは、検出処理回路550に接続される。概略として、検出処理回路550は、パルス状の電圧V0をX電極列510i(X電極511)に供給しつつ、出力電圧Voutの変化を検出する。静電容量C0の変化に起因して出力電圧Voutが変化した場合に、検出処理回路550は、座標点(i,j)にタッチ操作があったものと判定する。なお、タッチ操作に伴う静電容量C0の変化は、人体に起因する容量成分が等価的に静電容量C0に並列接続されることによって発生する。
ここで、例えば、タッチセンサ層500が基板100から独立した別基板上に形成されている場合、すなわち、タッチバッファ層400の代わりに極めて低い誘電率の基板が配置された場合など、理想的な場合には、出力電圧Voutは、以下の式で表される。
Vout=(C0/Cf)×V0
しかし、タッチセンサ層500と画素電極層200との間に、基板などの低誘電率材料が介在せずに容量結合される場合、すなわち、タッチバッファ層400が介在する場合には、画素電極層200の電位変化が出力電圧Voutに影響を及ぼし得る。画素電極層200の電位がV1であり、画素電極層200とタッチセンサ層500の間の容量がC1である場合、出力電圧Voutは、以下の式で表される。
Vout=(C0/Cf)×V0+(C1/Cf)×V1
このため、第2項の(C1/Cf)×V1がタッチ操作検出における検出ノイズとして作用し、これにより、タッチセンサとしての検出精度又は検出性能が低下し得る。
したがって、上記第2項の影響を抑制するために、容量C1を低減することが望ましい。一般に、コンデンサなどの容量要素において、電極間材料の比誘電率をε、電極面積をS、電極間距離をd、真空の誘電率をεとすると、コンデンサの容量Cは、C=ε×ε×S/dで表される。したがって、封止層300又はタッチバッファ層400の厚さ(Z方向距離)を増大させれば容量C1を低下させることにはなるが、これは表示装置1の全体の厚さの増加をもたらすため、好ましくない。そこで、本発明では、詳細を後述するように、タッチバッファ層400が、その誘電率を低減する機能を備えるように構成される。これにより、容量C1が低減される。
図4に、本実施形態の表示装置1の一部模式断面図を示す。上述したように、表示装置1は、基板100上に順に積層された画素電極層200、封止層300、タッチバッファ層400及びタッチセンサ層500を備える。図4において、画素電極層200については駆動トランジスタTr2及び発光素子220付近を示し(図2参照)、タッチセンサ層500についてはY電極521、ブリッジ512及びブリッジ522付近を示す(図1参照)。
画素電極層200は、駆動素子210及び発光素子220(OLED)を含む。
駆動素子210において、シリコン系基板などの基板100上に、ゲート電極211、及びゲート電極211を覆うようにゲート絶縁膜212が形成される。ゲート絶縁膜212上において、ゲート電極211を覆う所定の領域に半導体層213が形成される。半導体層213上には保護膜214が形成され、保護膜214上から保護膜214を貫通して半導体層213に達するドレイン電極215及びソース電極216が形成される。保護膜214、ドレイン電極215及びソース電極216を覆う保護膜217が形成される。
発光素子220において、保護膜217上にアノード電極221が形成され、ソース電極216上において、アノード電極221が保護膜217を貫通してソース電極216に接続される。アノード電極221上に有機発光層222(有機EL層)が形成され、有機発光層222上にカソード電極223が形成される。なお、有機発光層222において、アノード電極221とカソード電極223の間には、部分的にスペーサとしてのバンク224が形成される。
封止層300は、カソード電極223上に、下層から無機材料層310、有機材料層320及び無機材料層330を含み、表示装置1の外部の水分、酸素などが発光素子220(特に有機発光層222)に到達するのを防止する。無機材料層310は、窒化シリコン(SiNx)、酸化シリコン(SiOx)、酸化窒化シリコン(SiON)、酸化アルミニウム(Al)などの低温での蒸着が可能な無機絶縁材料で形成される。この無機材料の選択は、耐熱性の低い有機発光層222に熱的影響を与えない工程によって封止層300を形成可能とするためのものである。有機材料層320は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂、ポリイミド、ポリエチレン、シリコンオキシカーボン(SiOC)などの有機材料で形成される。比較的柔軟な有機材料層320は、無機材料層310と無機材料層330の間に生じ得る応力を緩和する役割を担う。無機材料層330は、窒化シリコン(SiNx)、酸化シリコン(SiOx)、酸化窒化シリコン(SiON)、酸化アルミニウム(Al)などの無機材料で形成される。
タッチバッファ層400は、無機材料層330上に形成される。タッチバッファ層400は、本実施形態では、透明性の高いアクリル系有機材料樹脂のベース材料で構成され、そのベース材料中にナノサイズの中空粒子405を含む。なお、ベース材料に使用される有機材料は、高い平坦化機能を有しかつ光学的に透明な有機絶縁材料であり、アクリル系樹脂以外でも、エポキシ系樹脂、シロキサン(siloxane)系樹脂などで形成されてもよい。中空粒子405の誘電率は、その内部が中空であるため、ベース材料の誘電率よりも充分に低い。したがって、タッチバッファ層400が中空粒子405を含むことにより、タッチバッファ層400が中空粒子405を含まない場合と比較して、タッチバッファ層400の誘電率が低下する。そして、中空粒子405の含有態様によって、タッチバッファ層400の誘電率が可変となる。
タッチバッファ層400の視覚的な光学特性を保持するために、中空粒子405の粒径は、可視光波長域の実質的な下限値400nm程度以下であり、より好ましくは確実な下限値360nm程度以下であり、さらに好ましくは300nm以下である。タッチバッファ層400がこのようなナノサイズの中空粒子405を含むことにより、タッチバッファ層400の透明性を維持しつつ、その誘電率を低減させることができる。なお、中空粒子405の粒径を可視光波長以下とするのは、可視光の散乱を回避するためである。
さらに、中空粒子405は、有機シェルを有する。この有機シェルは、透明性、耐久性の観点から、アクリル系樹脂(PMMA)で形成されることが好ましい。中空粒子405が有機シェルを有することにより、有機材料からなるベース材料内での中空粒子405の樹脂分散性が確保される。さらに、中空粒子405が有機シェルを有することにより、タッチバッファ層400における低ヘイズ性が保持される。中空粒子405の適切な配合などについては後述する。
また、タッチバッファ層400のベース材料を有機樹脂材料で形成することにより、そのフレキシブル性が確保され、ユーザのタッチ操作に起因してタッチセンサ層500から画素電極層200に作用し得る応力を軽減することができる。なお、タッチバッファ層400のフレキシブル性が確保される限り、又は高いフレキシブル性が不要である場合には、ベース材料は無機材料であってもよい。また、ベース材料が有機材料である場合には、相互の反応を回避する観点などから、封止層300の最上層は無機材料層であることが望ましい(本実施形態では、無機材料層330が封止層300の最上層となる)。また逆に、ベース材料が無機材料である場合には、封止層300の最上層は有機材料層であることが望ましい。
タッチセンサ層500は、タッチバッファ層400上に形成される。絶縁膜506及びブリッジ522がタッチバッファ層400上に形成され、ブリッジ512がブリッジ522上に絶縁膜507を介して形成される。Y電極521が、絶縁膜506上に絶縁膜507及びブリッジ512を挟んで形成され、絶縁膜507の側部のコンタクトホールを介してブリッジ522に接続される。タッチ保護膜530が、Y電極521、絶縁膜507及びブリッジ512上に形成される。
上述したように、中空粒子405の含有量に応じてタッチバッファ層400の誘電率が可変となる。ここで、タッチバッファ層400のサンプルを作製し、各サンプルの誘電率などについて評価を行った。図5に、測定方法を説明する図を示す。各サンプルにおいて、ガラス基板10上にITO電極12が形成され、ITO電極12上にタッチバッファ層と同等のサンプル層14が形成され、サンプル層14上にアルミニウム電極16が形成された。サンプル層14のベース材料にはアクリル系ポリマー(熱硬化性樹脂)が使用され、中空粒子にはアクリル系樹脂(PMMA樹脂)のシェルを有する粒径80nmの粒子が使用された。なお、サンプル層14のベース材料には熱硬化性樹脂が用いられるが、現実の実施におけるタッチバッファ層400のベース材料にはUV硬化樹脂が採用され得る。サンプル層14は、スピンコーティングによりITO電極12上に形成された。その後、サンプル層14は熱硬化され、アルミニウム電極16がサンプル層14上に蒸着された。そして、ITO電極12とアルミニウム電極16の間の容量が容量法によって測定器18を用いて測定され、測定された容量に基づいてサンプル層14の誘電率の算出及び比較が行われた。
測定サンプルとして、サンプル層14の中空粒子の添加量が0wt%の(すなわち、中空粒子を含まない)比較サンプル、サンプル層14の中空粒子の添加量が30wt%のサンプル1、及びサンプル層14の中空粒子の添加量が50wt%のサンプル2を準備した。測定は、比較サンプル、サンプル1及びサンプル2について、それぞれ周波数1kHz、10kHz及び100kHzにおいて実施された。
図6に、比較サンプル、サンプル1及びサンプル2の誘電率の測定結果を、比較サンプルの誘電率に対する規格化誘電率として示す。図6に示すように、比較サンプルの誘電率を1とした場合に、サンプル1の規格化誘電率は各周波数において約0.85(比較サンプルに対して約15%減)となり、サンプル2の規格化誘電率は各周波数において約0.80(比較サンプルに対して約20%減)となった。すなわち、サンプル層14に中空粒子を含有させることによってサンプル層14の誘電率が低減されることが確認された。なお、測定結果として明記していないが、図6からも分かるように、所望の誘電率(例えば、比較サンプルの誘電率に対する規格化誘電率0.9程度)は、サンプル層14の中空粒子の添加量が約20wt%以上である場合に得られることが確認された。また、サンプル層14の中空粒子の添加量が80wt%である場合に、サンプル層14の白濁が観察された。
したがって、タッチバッファ層400において、ベース材料に対する中空粒子の添加量は、誘電率低減効果の確保の観点から20wt%以上であることが好ましく、透明性の確保の観点から80wt%未満であることが好ましい。さらに、ベース材料に対する中空粒子の添加量は、誘電率低減効果の確保と透明性の確保の観点のバランスを考慮して、30wt%以上50wt%以下であることがより好ましい。
また、比較サンプル、サンプル1及びサンプル2について、光学特性(透過率、ヘイズ及び色度)の評価も行った。サンプル1及びサンプル2の光学特性については、比較サンプルに対して大幅な変化がなければ良判定となる。表1に、光学特性の評価結果を示す。なお、各光学特性の測定において、光学測定装置として、分光測色計CM3600A(コニカミノルタ製)が用いられた。
Figure 2020067766
表1に示すように、透過率は、比較サンプルにおいて89.9%、サンプル1において89.0%、サンプル2において89.7%となり、中空粒子の添加は透過率に影響しないことが確認された。また、ヘイズは、比較サンプルにおいて0.22、サンプル1において0.60、サンプル2において0.45となり、中空粒子の添加とヘイズとの間に相関は確認されなかった。すなわち、中空粒子の添加がヘイズに影響せずに、低ヘイズ性が保持されることが確認された。色度(D65)の座標は、比較サンプルにおいて(0.317,0.333)、サンプル1において(0.318,0.336)、サンプル2において(0.319,0.337)となり、中空粒子の添加が色度に影響しないことが確認された。すなわち、中空粒子405はナノサイズであることから、中空粒子405の添加がタッチバッファ層400の光学特性に悪影響を及ぼさないことが上記結果から確認された。
以上のように、本実施形態の表示装置1は、基板100上に形成され、各々が画素PXを構成する複数の発光素子220が2次元配列された画素電極層200と、タッチセンサを構成する複数のタッチセンサ電極(X電極511、Y電極521)が2次元配列されたタッチセンサ層500と、画素電極層200とタッチセンサ層500の間に画素電極層200とタッチセンサ層500とを容量結合する状態で配置された光学的に透明なタッチバッファ層400とを備え、タッチバッファ層400は、ベース材料に分散された中空粒子405を含む。
すなわち、画素電極層200とタッチセンサ層500の間に両層を容量結合する状態で配置された光学的に透明なタッチバッファ層400に、その容量結合の領域における誘電率を低減可能な中空粒子405が含まれる。これにより、画素電極層200及びタッチセンサ層500を同一基板100上に形成することに起因して生じ得る検出ノイズを抑制し、低コスト性と高いタッチ検出精度とを両立できるタッチセンサ付きの表示装置1が実現される。また、別の観点として、タッチバッファ層400の容量が許容範囲となる範囲で、タッチバッファ層400の厚さを減少させることが可能となる。この場合、タッチバッファ層400の薄型化によって、表示装置1の薄型化及び軽量化が可能となる。例えば、タッチバッファ層400の厚さを2〜3μm程度とすることができる。
また、上述したように、タッチバッファ層400のベース材料が有機材料であり、中空粒子405が有機シェルを有することが好ましい。これにより、ベース材料内での中空粒子405の樹脂分散性が確保される。さらに、中空粒子405が有機シェルを有することにより、タッチバッファ層400における低ヘイズ性が保持される。特に、有機シェルは、透明性などの観点から、アクリル系樹脂からなることが好ましい。
また、タッチバッファ層400において、中空粒子405の添加量は、20wt%以上80wt%未満であることが好ましい。中空粒子405の添加量が20wt%以上であればタッチバッファ層400における所望の誘電率低減効果が確保され、中空粒子405の添加量が80wt%未満であればタッチバッファ層400の透明性が確保される。特に、タッチバッファ層400において、中空粒子405の添加量は、30wt%以上50wt%以下であることがより好ましい。これにより、タッチバッファ層400における誘電率低減効果と透明性とが確実に両立される。
中空粒子405の粒径は、400nm以下であり、より好ましくは360nm以下であり、さらに好ましくは300nm以下である。このように、中空粒子405の粒径が可視光波長域以下であることにより、タッチバッファ層400の視覚的な光学特性(散乱回避)が保持される。
また、タッチバッファ層400は、画素電極層200の形状に起因する凹部を充填するように形成された平坦化膜としても機能する。このように、平坦化膜としてのタッチバッファ層400が、画素電極層200とタッチセンサ層500の間の誘電率低減のための層を兼ねることにより、誘電率低減のための別途の層の追加が不要となり、これは表示装置1の薄型化、軽量化、低コスト化などに貢献し得る。
また、表示装置1は、画素電極層200とタッチバッファ層400の間に、積層された無機材料層310、330及び有機材料層320を含む封止層300をさらに備える。これにより、画素電極層200についての、外部環境に対する封止効果が確実に得られる。
さらに、画素電極層200の発光素子220がOLEDからなり、OLEDが有機発光層222並びに有機発光層222を挟んで積層されるアノード電極221及びカソード電極223を含み、画素電極層200が、発光素子220と基板100の間に、アノード電極221とカソード電極223の間に所定の電圧を印加するための駆動素子210を含む。このように、本実施形態は、OLEDを用いる表示装置1に好適に適用することができる。
[第2の実施形態]
上記第1の実施形態では、タッチバッファ層が中空粒子を含む構成を示したが、第2の実施形態では、タッチバッファ層だけでなく封止層を構成する層の一部も中空粒子を含む構成を示す。
図7に、本実施形態の表示装置1の一部模式断面図を示す。なお、本実施形態の表示装置1において、第1実施形態の表示装置1のものと同様の構成要素には同じ符号を付し、その説明を省略又は簡略化する。表示装置1は、基板100上に順に積層された画素電極層200、封止層350、タッチバッファ層400及びタッチセンサ層500を備える。本実施形態の表示装置1では、封止層350が、第1実施形態の表示装置1の封止層300と異なる。
封止層350は、画素電極層200のカソード電極223上に、下層から無機材料層310、有機材料層360及び無機材料層330を含む。封止層350は、第1の実施形態の封止層300と同様に、表示装置1の外部の水分、酸素などが発光素子220に到達するのを防止する封止機能を有する。有機材料層360は、アクリル系有機材料樹脂のベース材料で構成され、そのベース材料中にナノサイズの中空粒子365を含む。なお、有機材料層360のベース材料に使用される有機材料は、アクリル系樹脂以外でも、エポキシ系樹脂、シロキサン系樹脂などであってもよい。中空粒子365の誘電率は、有機材料層360のベース材料の誘電率よりも充分に低い。したがって、有機材料層360が中空粒子365を含むことにより、有機材料層360が中空粒子365を含まない場合と比較して、封止層350全体の誘電率が低下する。なお、封止層350は、所望の封止性能(例えば、封止層300とほぼ同等の封止性能)を実現可能なものとする。
また、タッチバッファ層400の中空粒子405と同様に、中空粒子365の粒径は、可視光波長域の実質的な下限値400nm程度以下であり、より好ましくは確実な下限値360nm程度以下であり、さらに好ましくは300nm以下である。封止層350(有機材料層360)がこのようなナノサイズの中空粒子365を含むことにより、封止層350の透明性を維持しつつ、その誘電率を低減させることができる。また、中空粒子405と同様に、中空粒子365は、有機シェルを有する。
また、中空粒子の誘電率は、無機材料層310及び330の誘電率よりも低い。したがって、本実施形態では、有機材料層360が中空粒子365を含む構成を示すが、所望の封止効果が得られる範囲において、無機材料層310又は330が中空粒子を含んでいてもよい。すなわち、本実施形態は、封止層350を構成する層のうちの少なくとも一層が、中空粒子365を含む層であることを要件とする。
以上のように、本実施形態の表示装置1においては、封止層350のうちの少なくとも1つの所定層が、ベース材料に分散された中空粒子365を含む。これにより、第1の実施形態の各効果が得られることに加えて、画素電極層200とタッチセンサ層500との容量結合に対する誘電率低減効果が一層高められ得る。
特に、本実施形態では、上記所定層が有機材料層360であり、中空粒子365が有機シェルを有する。これにより、ベース材料内での中空粒子365の樹脂分散性が確保される。さらに、中空粒子365が有機シェルを有することにより、封止層350における低ヘイズ性が保持される。特に、有機シェルは、透明性などの観点から、アクリル系樹脂からなることが好ましい。
また、タッチバッファ層400の構成と同様の観点から、有機材料層360における中空粒子365の添加量は、20wt%以上80wt%未満であることが好ましい。これにより、中空粒子405に対する条件と同様に、中空粒子365の添加量が20wt%以上であれば封止層350における所望の誘電率低減効果が確保され、中空粒子365の添加量が80wt%未満であれば封止層350の透明性が確保される。特に、封止層350において、中空粒子365の添加量は、30wt%以上50wt%以下であることがより好ましい。これにより、封止層350における誘電率低減効果と透明性とが確実に両立される。
中空粒子365の粒径は、400nm以下であり、より好ましくは360nm以下であり、さらに好ましくは300nm以下である。中空粒子405に対する条件と同様に、中空粒子365の粒径が可視光波長域以下であることにより、封止層350の視覚的な光学特性(散乱回避)が保持される。
なお、上記所定層(本実施形態では有機材料層360)は、タッチバッファ層400と同一の材料で形成されることが好ましい。このように上記所定層(有機材料層360)の材料及びタッチバッファ層400の材料を標準化することにより、当該材料の調達、作製などのコストが低減される。
[第3の実施形態]
図8は、本発明の第3の実施形態に係る表示装置に含まれるタッチセンサの概略的な平面図である。図8に示すように、本発明の第3の実施形態に係るタッチセンサは、複数のX電極列1510及び複数のY電極列1520を備える。複数のX電極列1510は、X方向に離隔して平行に配列され、複数のY電極列1520は、Y方向に離隔して平行に配列される。各X電極列1510は、Y方向に第1ブリッジ1512を介して接続された複数のX電極1511(タッチセンサ電極又は第1電極)を含み、各Y電極列1520は、X方向に第2ブリッジ1522を介して接続された複数のY電極1521(タッチセンサ電極又は第2電極)を含む。複数のX電極1511及び複数のY電極1521は、X−Y平面視において、アクティブ領域の互いに異なる部分を交番的態様で覆うように配置される。各X電極列1510及び各Y電極列1520は、各行又は各列の端部に接続された各配線Wrを介して、タッチ操作検出用の検出処理回路(不図示)に接続される。ここで、各配線Wrの端部には、感知処理回路との接続のための端子TPが形成される。
ここで、複数のX電極1511と複数のY電極1521は、同一の材料により同一の層に形成される。また、第2ブリッジ1522は、複数のY電極1521と同一の材料により同一の層に形成されている。すなわち、第2ブリッジ1522と、これを介して接続される複数のY電極1521は、一体の電極である。
一方、第1ブリッジ1512は、複数のX電極1511とは異なる層に形成される。このとき、Z方向において、第1ブリッジ1512と複数のX電極1511との間にはタッチ絶縁膜(不図示)が形成され、複数のX電極1511は、タッチ絶縁膜に形成されたコンタクトホール(不図示)を介して第1ブリッジ1512に接続される。また、第1ブリッジ1512と第2ブリッジ1522とは、互いに交差しており、第1ブリッジ1512と第2ブリッジ1522との間にはタッチ絶縁膜が配されている。
一方、各配線Wrは、第1ブリッジ1512と同一の材料により同一の層に形成され、タッチ絶縁膜に形成されたコンタクトホール(不図示)を介して、各X電極列1510及び各Y電極列1520の端部に接続される。これとは異なり、各配線Wrは、複数のX電極1511及び複数のY電極1521と同一の材料により同一の層に形成されてもよい。
なお、本発明の第3の実施形態において、各X電極1511及び各Y電極1521は、メッシュ形状であってもよい。かかる本発明の第3の実施形態に係るタッチセンサの構成について、図面を参照しながら詳細に説明する。
図9は、本発明の第3の実施形態に係るタッチセンサの概略的な拡大平面図であって、図8のA1領域を拡大した図面であり、図10は、本発明の第3の実施形態に係るタッチセンサの第1電極層の概略的な平面図である。図11は、本発明の第3の実施形態に係るタッチセンサの第2電極層の概略的な平面図であり、図12は、本発明の第3の実施形態に係るタッチセンサの概略的な端面図であって、図9のXII−XII線に対応し、図13は、本発明の第3の実施形態に係るタッチセンサの概略的な端面図であって、図9のXIII−XIII線に対応する。
図9乃至図13に示すように、タッチバッファ層1400上には、第1電極層として第1ブリッジ1512が形成される。ここで、タッチバッファ層1400は、第1の実施形態のタッチバッファ層(図4の400)と同一の構成を有することができるが、これに限定されるものではない。また、タッチバッファ層1400の下部には、第1実施形態と同じ構成の画素電極層(図4の200)及び封止層(図4の300)を形成することができる。
第1ブリッジ1512は、少なくとも1つのパターンを含むことができる。図9乃至図11に示した例では第1ブリッジ1512は直線状であるが、第1ブリッジ1512は、少なくとも1つの屈曲部を有する折れ線型あるいはジグザグ型であってもよい。また、図9乃至図11に示した例では第1ブリッジ1512は1つであるが、第1ブリッジ1512は複数であってもよい。第1ブリッジ1512は、金属材料からなり、多層構造を有することができる。一例に、第1ブリッジ1512は、第1層a1、第2層a2及び第3層a3を含む3層構造を有するが、これに限定されるものではない。第2層a2は、第1層a1及び第3層a3とは異なる材料からなり、第1層a1と第3層a3とは、同一の材料からなり得る。第2層a2の材料は、第1層a1の材料及び第3層a3の材料より低い比抵抗を有することができる。一例として、第2層a2は、アルミニウム(Al)又はアルミニウム合金(Al alloy)からなり、第1層a1および第3層a3は、チタン(Ti)又はチタン合金(Ti alloy)からなり得るが、これに限定されるものではない。第2層a2の厚さは、第1層a1及び第3層a3のそれぞれの厚さより大きくてもよく、第2層a2の厚さは、第1層a1の厚さと第3層a3の厚さの合計より大きくてもよい。そのとき、第1層a1の厚さは、第3層a3の厚さと同一であってもよい。
第1ブリッジ1512の上部には、タッチ絶縁膜1506が形成される。タッチ絶縁膜1506は、無機絶縁材料からなり得る。一例に、タッチ絶縁膜1506は、窒化シリコン(SiNx)からなり得るが、これに限定されるものではない。
タッチ絶縁膜1506は、第1ブリッジ1512の両端の上面を露出するコンタクトホールCHを有する。第1ブリッジ1512の一端は、少なくとも1つのコンタクトホールCHによって露出される。一例に、第1ブリッジ1512の一端は、2つのコンタクトホールCHによって露出され得るが、これに限定されるものではない。
タッチ絶縁膜1506の上部には、第2電極層として、X電極1511、Y電極1521及び第2ブリッジ1522が形成される。X電極1511、Y電極1521及び第2ブリッジ1522のそれぞれは、複数の線部が互いに交差してなるメッシュ形状を有する。これと異なり、第2ブリッジ1522は、X方向に伸びた単一線からなってもよく、複数の線からなってもよい。
X電極1511、Y電極1521及び第2ブリッジ1522の各線部は、バンク(図4の224)に対応して位置する。ここで、メッシュ形状の1つの開口部は、少なくとも1つの画素(図1のPX)に対応することができるが、これに限定されるものではない。
Y方向に隣接した2つのX電極1511は、タッチ絶縁膜1506に形成されたコンタクトホールCHを介して第1ブリッジ1512の両端とそれぞれ接続される。また、X方向に隣接した2つのY電極1521は、第2ブリッジ1522と一体となり、第2ブリッジ1522の両端とそれぞれ接続される。ここで、Y電極1521の線部は、第1ブリッジ1512のパターンと重なって位置する。
X電極1511、Y電極1521及び第2ブリッジ1522のそれぞれは、金属材料からなり、多層構造を有することができる。一例に、X電極1511、Y電極1521及び第2ブリッジ1522のそれぞれは、第1層b1、第2層b2及び第3層b3を含む3層構造であるが、これに限定されるものではない。第2層b2は、第1層b1及び第3層b3とは異なる材料からなり、第1層b1及び第3層b3は、同一の材料からなり得る。第2層b2の材料は、第1層b1の材料及び第3層b3の材料より低い比抵抗を有することができる。一例に、第2層b2は、アルミニウム(Al)やアルミニウム合金(Al alloy)からなり、第1層b1及び第3層b3は、チタン(Ti)やチタン合金(Ti alloy)からなり得るが、これに限定されるものではない。第2層b2の厚さは、第1層b1及び第3層b3のそれぞれの厚さより大きくてもよく、第2層b2の厚さは、第1層b1の厚さと第3層b3の厚さの合計より大きくてもよい。そのとき、第1層b1の厚さは、第3層b3の厚さと同一であってもよい。
タッチ保護膜1530は、X電極1511、Y電極1521及び第2ブリッジ1522の上部に形成される。
本発明の第3実施形態では、第1ブリッジ1512が、複数のX電極1511とは異なる層に形成され、第2ブリッジ1522が、複数のY電極1521と同じ層に形成されるものと説明したが、これに限定されるものではない。すなわち、第1ブリッジ1512が複数のX電極1511と同じ層に形成されて、複数のX電極1511と一体となり、第2ブリッジ1522が複数のY電極1521と異なる層に形成され、複数のY電極1521がコンタクトホールを介して第2ブリッジ1522に接続されてもよい。
本実施形態のX電極1511、Y電極1521、第1ブリッジ1512、第2ブリッジ1522は、上述のようにメッシュ状にパターニングされた金属材料によるものであり得るが、これ以外の構成であってもよい。例えば、X電極1511、Y電極1521、第1ブリッジ1512、第2ブリッジ1522のうちの少なくとも1つは、第1実施形態のように透明導電膜を用いた板状(プレート状)の電極であってもよい。あるいは、X電極1511、Y電極1521、第1ブリッジ1512、第2ブリッジ1522のうちの少なくとも1つは、板状の透明導電膜とメッシュ状の金属膜を積層したものであってもよい。
[変形例]
以上に本発明の好適な実施形態を示したが、本発明を適用しうるいくつかの態様を例示したものに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正や変形を行うことを妨げるものではない。また、上述の異なる実施形態の構成を適宜組み合わせ、実施してもよい。本発明は、例えば以下に示すように種々の態様に変形可能である。
(1)表示装置1の方式に関する変形
上記各実施形態では、OLEDを用いる画素電極層200及び投影型静電容量方式のタッチセンサ層500を採用する表示装置1を示したが、画素電極層200及びタッチセンサ層500の形式はこれに限られない。本発明は、画素電極層とタッチセンサ層との容量結合部分の誘電率の低減を課題とする種々の表示装置に適用可能である。例えば、マイクロLED及びその駆動回路を備える画素電極層などの他の発光構造を有する表示装置にも本発明は適用可能である。また、表面型静電容量方式のタッチセンサ層を有する表示装置にも本発明は適用可能である。
(2)発光素子220(画素PX)に関する変形
上記各実施形態では、画素PXについて、発光色が赤色の発光素子220、発光色が緑色の発光素子220、発光色が青色の発光素子220及び発光色が白色の発光素子220が設けられる構成を示したが、画素PXの発光素子構造はこれに限られない。例えば、全ての発光素子220が同じ発光色(例えば白色又は青色)であり、画素PX毎に必要なカラーフィルタが付加された構成が採用されてもよい。また、各画素PXにおいて、発光素子220として、赤色発光有機EL層、緑色発光有機EL層及び青色発光有機EL層が保護層を介して積層されたSOLED(transparent Stacked OLED)構成が採用されてもよい。この場合、発光素子220の駆動回路の構成も適宜変更される。
(3)封止層300又は350及びタッチバッファ層400の物性に関する変形
上記各実施形態では、封止層300又は350からタッチバッファ層400に掛けて、無機材料層(310)、有機材料層(320、360)、無機材料層(330)及び有機材料層(400)の順に配列された。一方、有機材料及び無機材料の配列はこれに限られない。例えば、封止層300又は350は、有機材料層と無機材料層とが合計4層以上にわたって積層された層であってもよい。あるいは、封止層300又は350は、1層の有機材料層と1層の無機材料層の2層で構成されていてもよい。いずれの場合であっても、タッチバッファ層400が有機材料層の場合には、封止層300又は350の最上層(すなわち、タッチバッファ層400と接する層)は無機材料層であることが望ましい。また、タッチバッファ層400が無機材料層の場合には、封止層300又は350の最上層は有機材料層であることが望ましい。
(4)封止層300又は350及びタッチバッファ層400の配置に関する変形
上記各実施形態では、封止層300又は350とタッチバッファ層400とを区分けし、封止層300又は350上にタッチバッファ層400が積層される構成を示したが、封止層300又は350とタッチバッファ層400とが混在配置されてもよい。すなわち、画素電極層200とタッチセンサ層500の間に交番的態様で積層される多数の有機材料層及び無機材料層のうちの少なくとも一層がタッチバッファ層400であると定義されてもよい。言い換えると、封止層300又は350及びタッチバッファ層400が全体として上述の封止機能、平坦化機能、緩衝機能及び誘電率低減機能を備える限り、相互が混在配置されてもよい。
(5)中空粒子405又は365の粒径に関する変形
上記各実施形態では、中空粒子405の粒径は、可視光の散乱回避の観点から可視光波長下限値以下であるものとした。一方、タッチバッファ層400の厚さが比較的大きく、かつ所望の光学特性が得られることを条件として、中空粒子405の粒径は可視光波長上限値(約760〜830nm)以上であってもよい。封止層350における中空粒子365についても同様のことがいえる。
1 表示装置
100 基板
200 画素電極層
210 駆動素子
220 発光素子
221 アノード電極
222 有機発光層
223 カソード電極
300 封止層
310 無機材料層
320 有機材料層
330 無機材料層
350 封止層
360 有機材料層
365 中空粒子
400 タッチバッファ層
405 中空粒子
500 タッチセンサ層
511 X電極(タッチセンサ電極)
521 Y電極(タッチセンサ電極)
PX 画素

Claims (18)

  1. 表示装置であって、
    各々が画素を構成する複数の発光素子が2次元配列された画素電極層と、
    タッチセンサを構成する複数のタッチセンサ電極が2次元配列されたタッチセンサ層と、
    前記画素電極層と前記タッチセンサ層の間に前記画素電極層と前記タッチセンサ層とを容量結合する状態で配置された光学的に透明なタッチバッファ層であって、ベース材料及び前記ベース材料に分散された中空粒子を含むタッチバッファ層と
    を備える表示装置。
  2. 前記タッチバッファ層の前記ベース材料が有機材料であり、前記中空粒子が有機シェルを有する、請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記有機シェルがアクリル系樹脂からなる、請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記タッチバッファ層において、前記中空粒子の添加量が20wt%以上80wt%未満である、請求項1から3のいずれか一項に記載の表示装置。
  5. 前記タッチバッファ層において、前記中空粒子の添加量が30wt%以上50wt%以下である、請求項1から3のいずれか一項に記載の表示装置。
  6. 前記中空粒子の粒径が400nm以下である、請求項1から5のいずれか一項に記載の表示装置。
  7. 前記画素電極層と前記タッチバッファ層の間に、有機材料層及び無機材料層が積層された封止層をさらに備える請求項1から6のいずれか一項に記載の表示装置。
  8. 前記封止層の前記有機材料層又は前記無機材料層の少なくとも1つの所定層が、ベース材料及び前記ベース材料に分散された中空粒子を含む、請求項7に記載の表示装置。
  9. 前記所定層が前記有機材料層であり、前記所定層に含まれる中空粒子が有機シェルを有する、請求項8に記載の表示装置。
  10. 前記所定層の前記中空粒子の有機シェルがアクリル系樹脂からなる、請求項9に記載の表示装置。
  11. 前記所定層における前記中空粒子の添加量が20wt%以上80wt%未満である、請求項8から10のいずれか一項に記載の表示装置。
  12. 前記所定層における前記中空粒子の添加量が30wt%以上50wt%以下である、請求項8から10のいずれか一項に記載の表示装置。
  13. 前記所定層の前記中空粒子の粒径が400nm以下である、請求項8から12のいずれか一項に記載の表示装置。
  14. 前記所定層が、前記タッチバッファ層と同じ材料で形成された、請求項8に記載の表示装置。
  15. 前記タッチバッファ層は、前記画素電極層の形状に起因する凹部を充填するように形成された平坦化膜である、請求項1から14のいずれか一項に記載の表示装置。
  16. 前記画素電極層の前記発光素子が有機発光素子を含み、
    前記有機発光素子が有機発光層並びに前記有機発光層を挟んで積層されるアノード電極及びカソード電極を含み、
    前記画素電極層が、前記アノード電極と前記カソード電極の間に所定の電圧を印加するための駆動素子を含む、請求項1から15のいずれか一項に記載の表示装置。
  17. 前記複数のタッチセンサ電極は、板状の透明電極及びメッシュ状の金属電極のうちの少なくとも1つを含む、請求項1から16のいずれか一項に記載の表示装置。
  18. 前記複数のタッチセンサ電極は、
    複数の第1電極と、
    複数の第2電極と、
    前記複数の第1電極を互いに電気的に接続する第1ブリッジと、
    前記複数の第2電極を互いに電気的に接続する第2ブリッジと、
    を含み、
    前記第1ブリッジと前記第2ブリッジは互いに異なる層に配置されており、
    前記第1ブリッジと前記第2ブリッジは、平面視において、互いに交差するように配置されている、請求項1から17のいずれか一項に記載の表示装置。
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