JP5450516B2 - 液晶表示装置 - Google Patents

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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。
特開２０１０−２３１７７３号公報
センサ電極を一対の基板の一方に一体に形成する場合、センサ電極の下層に配置される導電層等のパターン端部に段差が生じ、上層に配置されたセンサ電極が切れたり、空洞化したりする場合があった。センサ電極が切れたり空洞化したりすると、センサ電極の抵抗が大きくなり接触位置の検出精度が低下したり、ショート不良が発生する場合があった。
本発明は上記事情を鑑みて成されたものであって、接触位置の検出感度が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共通電極と、前記第１共通電極と同層に配置され前記第１共通電極が配列した行方向および列方向に隣接した前記第１共通電極同士を接続する第２共通電極と、前記第１共通電極および前記第２共通電極上に格子状に配置されたセンサ電極と、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、を備えた液晶表示装置が提供される。
実施形態の液晶表示装置の一構成例を説明するための斜視図である。 図１に示す液晶表示装置の線ＩＩ−ＩＩにおける断面の一例を示す図である。 図１に示す液晶表示装置の表示領域の一構成例を説明するための平面図である。 図１に示す液晶表示装置の表示領域に配置された共通電極の一構成例を説明するための平面図である。 図１に示す液晶表示装置の表示領域に配置されたセンサ電極の一構成例を説明するための平面図である。 図３に示す線ＶＩ−ＶＩにおける断面の一例を示す図である。 比較例の液晶表示装置の表示領域の一構成例を説明するための平面図である。 比較例の液晶表示装置の表示領域に配置された共通電極の一構成例を説明するための平面図である。 図７に示す線ＶＩＩ−ＶＩＩにおける断面の一例を示す図である。
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、第２電極）３０と、センサ電極（第３電極）４０と、画素電極（第４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を含んでいる。本実施形態では、複数の表示画素ＰＸは、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、含んでいる。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絵素が構成されている。表示領域２５には赤色表示画素と、緑色表示画素と、青色表示画素と、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。
図４に、共通電極３０の一構成例を説明するための平面図を示す。
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と対向するように配置された複数の第１電極３０Ａと、第１電極３０Ａ同士を電気的に接続する第２電極３０Ｂとを備えている。第１電極３０Ａと第２電極３０Ｂとは同層に配置されている。
第１電極３０Ａ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。第２電極３０Ｂは、第１電極３０Ａ間において後述するセンサ配線４０の下層に配置されている。第２電極３０Ｂの幅Ｗ２は、センサ配線４０の幅Ｗ１と略等しく略５μｍである。ここで、第２電極３０Ｂの幅Ｗ２は、走査線１１と略平行に延びる電極の信号線１２が延びる方向の幅、および、信号線１２と略平行に延びる電極の走査線１１が延びる方向の幅である。
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５に、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５には共通電極３０および接続電極３１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は走査線１１が延びる方向と略平行に延びた第１センサと信号線１２が延びる方向と略平行に延びた第２センサとを含む格子状に配置され、複数の共通電極３０を電気的に接続している。本実施形態では、走査線１１が延びる方向の第２センサの幅Ｗ１および信号線１２が延びる方向の第１センサの幅Ｗ１は、略５μｍである。
本実施形態では、信号線１２と略平行に延びたセンサ電極４０は、表示領域２５において走査線１１の延びる方向に周期的に並んで配置された赤色表示画素と、緑色表示画素と、青色表示画素との所定の２種類の色画素間において、信号線１２の上層に配置されている。
図６に、図３の線ＶＩ−ＶＩにおけるアレイ基板１１０の断面の一例を示す。センサ電極４０は、表示領域２５において共通電極３０上の段差のない平坦な部分に配置されることが望ましい。本実施形態では、センサ電極４０は、共通電極３０の第１電極３０Ａと第２電極３０Ｂとの上に配置されている。
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。
図７に比較例の液晶表示装置の表示領域の一構成例を概略的に示す。
図８に比較例の液晶表示装置の共通電極３０および接続電極３１の一構成例を説明する平面図を示す。比較例の液晶表示装置では、共通電極３０は、島状の第１電極３０Ａを複数備えている。すなわち、比較例の液晶表示装置では共通電極３０が第１電極３０Ａ同士を接続する第２電極３０Ｂを備えず、センサ電極４０が島状の第１電極３０Ａ同士を電気的に接続するように、共通電極３０上に配置されている。このように、島状の第１電極３０Ａをセンサ電極４０により電気的に接続することにより、表示領域２５に配置された第１電極３０Ａを略同電位としている。表示領域２５全体に一体の共通電極を配置すると、共通電極の抵抗が大きくなり表示ムラが発生し、表示品位が低下するが、上記のように共通電極３０を複数の島状の第１電極３０Ａとすると、表示ムラの発生を回避し、良好な表示品位の液晶表示装置を提供することができる。
図９に、図７の線ＩＸ−ＩＸにおける断面の一例を示す。
しかしながら、上記のように共通電極３０を複数の島状の第１電極３０Ａとすると、共通電極３０上に配置されるセンサ電極４０は、第１電極３０Ａのパターン端部を横切って配置され、第１電極３０Ａのパターン端部に生じる段差上で電極が切れたり、空洞化が生じたりして、センサ電極４０の抵抗が大きくなることがあった。
これに対し、本実施形態の液晶表示装置では、第１電極３０Ａ間においてセンサ配線４０が配置される下層には第２電極３０Ｂが配置されているため、センサ配線４０が第１電極３０Ａのパターン端部を横切って配置されることがなくなる。したがって、本実施形態の液晶表示装置では、センサ電極４０が切れたり、空洞化が生じたりすることがなくなり、センサ電極４０の抵抗が大きくなることが回避される。すなわち、本実施形態の液晶表示装置によれば、低抵抗で良質のセンサ電極をもった液晶表示装置を提供することができる。
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。
赤色の第１着色層２４ａは赤色表示画素に配置され、緑色の第２着色層２４ｂは緑色表示画素に配置され、青色の第３着色層２４ｃは青色表示画素に配置されている。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。
続いて、露光レジストを塗布、露光、現像して平坦化膜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、モリブデンの成膜およびパターンニングを行い、アルミニウムの成膜およびパターンニング行い、さらにモリブデンの成膜およびパターンニングを行い、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との電極パターンを複数回形成し、センサ電極４０を形成する。
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は、共通電極３０とセンサ電極４０とが同電位で構成され、共通電極３０の第１電極３０Ａ間においてセンサ配線４０の下層に配置された第２電極３０Ｂを設けることにより、センサ電極４０が第１電極３０Ａのパターン端部の段差上を横切って配置されることを回避してセンサ電極４０が切れたり、空洞化したりすることを防止しすることを可能としている。すなわち、本実施形態によれば、低抵抗で良質なセンサ電極を有し、接触位置の検出感度が良好な液晶表示装置を提供することができる。
なお、第２電極３０Ｂの第１電極３０Ａ間に延びる方向と略直交する方向の幅Ｗ２は、列方向における第１センサの幅Ｗ１、および、行方向における第２センサの幅Ｗ１と略同一であったが、第２電極３０Ｂの幅Ｗ２は、第１センサおよび第２センサの幅Ｗ１以上であれば上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。このとき、第２電極３０Ｂの幅Ｗ２を広くすることにより、共通電極３０の抵抗が大きくなり表示ムラが生じることが無いように調整すべきである。
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、３０Ａ…第１電極、３０Ｂ…第２電極、４０…センサ電極（第３電極）、５０…絶縁膜、５１…コンタクトホール、６０…画素電極（第４電極）、６０Ｓ…スリット、７０…液晶層、１１０…アレイ基板、１２０…対向基板、１２０Ｃ…割断部、１３０…バックライトユニット。

Claims (3)

  1. 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共通電極と、前記第１共通電極と同層に配置され前記第１共通電極が配列した行方向および列方向に隣接した前記第１共通電極同士を接続する第２共通電極と、前記第１共通電極および前記第２共通電極上に格子状に配置されたセンサ電極と、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、を備えた液晶表示装置。
  2. 前記センサ電極は、前記複数の表示画素が配列する行方向に延びる第１センサと、前記複数の表示画素が配列する列方向に延びる第２センサと、を備え、
    前記第２共通電極は、前記第１センサおよび前記第２センサの下層に配置され、
    前記第２共通電極の前記第１共通電極間に延びる方向と略直交する方向の幅は、前記列方向における前記第１センサの幅、および、前記行方向における前記第２センサの幅と略同一である請求項１記載の液晶表示装置。
  3. 前記アレイ基板は、前記センサ電極の上層に配置された絶縁層を介して前記第１共通電極と対向するように配置された画素電極をさらに備え、
    前記画素電極は、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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