JP5673782B1 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Abstract
Description
表示のコントラストを確保する目的で画素を囲う形で配設されるブラックマトリクスは、高い遮光性を得るため、通常、ガラスなど透明基板上に、カーボンなどの色材を樹脂に分散させた黒色樹脂で1μm以上の厚い膜厚に形成される。特に、複数画素をマトリクス状に配した表示面の周囲の4辺にある額縁部、つまり額縁状のブラックマトリクスには、透過測定での光学濃度にて、5以上、あるいは6以上の高い遮光性が要求される。額縁部からは、バックライトユニットの光が漏れやすく、額縁部には、表示面に形成されたブラックマトリクスよりも高い光学濃度が要求される。
携帯電話など小型モバイル機器用の表示装置では、200ppi(pixel per inch)以上、さらには300ppi以上の高精細化に伴い、ブラックマトリクスの細線化が、高い遮光性とともに要求されている。ブラックマトリクスを高精細化することで、画素幅は30μm以下と狭くなることから、ブラックマトリクスの膜厚に起因したカラーフィルタの平坦性の悪化が露呈してきている。300ppi以上の高精細な表示装置のブラックマトリクスは、細線の幅が4μm以下である必要がある。
カラーフィルタなどの一般的工程では、大型の透明基板上に複数画面を形成するため、通常、±2μmといったアライメントマージンが必要であり、ブラックマトリクスをフォトリソグラフィの2回の工程で形成することは、困難であった。
ところで、液晶表示装置や有機EL表示装置に直接入力する手段として、これら表示装置に静電容量方式のタッチパネルを貼り付ける手段や、表示装置の、例えば液晶層に接する部位にタッチセンシングに対応した素子を設ける手段などがある。後者はインセル方式と呼称される。このインセル方式には、静電容量方式や光センサを用いる方式などがある。
表示装置自体で指やペンなどポインターでの入力可能なインセル方式でのタッチセンシング技術には、静電容量方式が適用されることが多い。この静電容量方式では、特許文献1から5に開示される、静電容量を検知するための2組の電極群が複数必要である。
特許文献1には、段落〔0018〕、〔0019〕に開示があるように、Al(アルミニウム)、Cr(クロム)などの金属による静電容量結合を利用して空間座標を入力できる2組の電極群が開示されている。
しかしながら、特許文献1の技術は、多くの欠点を抱えている。段落〔0019〕には、2組の遮光性の電極がブラックマトリクスとしての機能を果たすことが記載されている。遮光性を持つ導電体はAl、Cr等の金属と記載されているが、これらの金属は高い反射率をもつため、明るい室内や太陽光のある戸外では反射光が目立ち、表示品位を大きく低下させる。しかも特許文献1には、表示装置のコントラストを得るために多くの表示装置に適用されている黒色色材を用いた黒色層のパターンおよびカラーフィルタと、前述の2組の電極と、についての表示装置の厚み方向での位置関係が開示されておらず、透過・反射を含むカラー表示についての十分な記載がない。
Crについては、パターン形成のため、ウエットエッチング工程を採用した場合には、Crイオンによる環境汚染が懸念され、ドライエッチング工程を採用した場合には、使用するハロゲンガスの危険性などがある。
また、特許文献2の段落〔0056〕にあるように、対向電極および検出電極は、ITOやIZO、有機導電膜などから形成との記載であり、いずれかの電極を、例えば遮光層と銅合金膜の2層構成にて形成する技術は開示されていない。特許文献2には、TFTのチャネル材料や配線材料の開示はない。
特許文献3には、いずれかの電極を、例えば遮光層と銅合金膜の2層構成にて形成する技術は開示されていない。特許文献3には、TFTのチャネル材料や配線材料の開示はない。特許文献3には、対向基板の液晶と接する面に、たとえば、透明樹脂層などの絶縁層を介して、厚み方向に第1電極と第2電極を積層する構成は開示されていない。特許文献3の段落〔0079〕には、IPSやAFFSの液晶モードは開示されているが、VA方式(垂直配向の液晶分子を用いた縦電界方式)の適用可能性は、開示されていない。
図2では、絶縁性遮光層6の幅が広いため画素の開口部の開口率を低下させる問題がある。逆に、図1では、導電層7が、透明絶縁基板を介して視認されるため、導電層7の反射光が観察者の目に入り、視認性を大きく低下してしまう問題がある。また、導電層7は、その段落〔0071〕に記載されているように、コンタクトホールを介して、可視光を透過させる位置検出電極9と電気的に接続する役割を持ち、導電層7そのものが静電容量による検出を行う役割でない。
特許文献4に開示される技術は、コンタクトホール形成も含め、構成が極めて複雑である問題を抱えている。開口率観点からも視認性の良好なタッチパネル基板を提案しているとは言えない。
図2は、この技術に関わるTFT基板の、平面視、水平方向と垂直方向に配列される画素配列が示され、図4及び図24には、約45度方向にスリットで分割された菱形形状の第1電極、第2電極が開示されている。
例えば、光吸収性樹脂層のパターンと銅合金膜のパターンが、同一形状、同一寸法で積層される黒色電極は開示されていない。
また、表示装置に適用するための前記複数の電極群は、「低反射率」であるか、あるいは「高透過率」であることが必要である。「低反射率」の要請は、太陽光など明るい外光が表示装置の表示面に入射したときに、前記複数の電極群の光反射率が高いと、大きく表示品位を低下することになる。例えば、アルミニウムやクロムの単層で、あるいはこれら金属と酸化クロムの2層構成で、1組の電極群を形成したときは、外光の反射率が大きく、表示の視認性を損なってしまう。
本発明の第1の態様に係る液晶表示装置は、表示基板とアレイ基板とが液晶層を介して積層された表示部と、前記表示部を制御する制御部と、を備える液晶表示装置において、前記表示基板は、第1の透明基板の前記液晶層側に、開口部が形成された複数の光吸収性樹脂層パターン、複数の銅合金膜パターン、透明樹脂層、および複数の透明電極パターンがこの順で積層して構成され、前記アレイ基板は、第2の透明基板の前記液晶層側に、金属配線、複数の画素電極、複数の薄膜トランジスタ、および絶縁層を具備し、複数の前記光吸収性樹脂層パターンおよび複数の前記銅合金膜パターンは、前記表示基板、前記液晶層および前記アレイ基板が積層された積層方向に見たときに同一形状に形成されて重なり、複数の前記銅合金膜パターンは、互いに絶縁された状態で前記積層方向に直交する第1方向に並べて配置され、複数の前記透明電極パターンは、互いに絶縁された状態で前記積層方向および前記第1方向にそれぞれ直交する第2方向に並べて配置され、複数の前記光吸収性樹脂層パターンは、黒色色材を含む光吸収性樹脂層で形成され、前記制御部は、前記透明電極パターンと前記画素電極との間に前記積層方向に電圧を印加することで前記液晶層が有する液晶を駆動する液晶駆動と、複数の前記銅合金膜パターンと複数の前記透明電極パターンとの間の静電容量の変化の検出とを、時分割で行うことを特徴としている。
以下、光吸収性樹脂層パターンおよび銅合金膜パターンの積層構成、または、第1の光吸収性樹脂層パターン、銅合金膜パターン、および第2の光吸収性樹脂層パターンの積層構成を黒色電極と呼称する。
また、第2の態様に関わる本発明は、銅合金膜パターン上に第2の光吸収性樹脂層パターンが具備されるため、液晶セル内での光の再反射を防ぐことができる。例えば、アレイ基板の第2の透明基板での複数の金属配線(ソース線、ゲート線などを含む)が、銅やアルミニウムなどの金属配線である場合、第1の透明基板に配設される銅合金膜パターン間での光の再反射や乱反射を防ぐことができる。薄膜トランジスタが、光に対し、感度を持っている場合、この薄膜トランジスタへの斜め光入射を緩和できる。
各実施形態においては、特徴的な部分について説明し、例えば通常の表示装置の構成要素と差異のない部分などについては説明を省略する。
また各実施形態は、液晶表示装置を主たる例として説明するが、各実施形態でも部分的に記載していることがあるように、有機EL表示装置のような他の表示装置についても同様に適用可能である。
以下、本発明に係る液晶表示装置の第1実施形態を、図1から図10を参照しながら説明する。なお、以下の全ての図面においては、図面を見やすくするため、各構成要素の厚さや寸法の比率は適宜異ならせてある。
図1に示すように、本実施形態の液晶表示装置100は、表示部110と、表示部110を制御するための制御部120とを備えている。
図2に示すように、表示部110は、液晶表示装置用基板(表示基板)22とアレイ基板23とが液晶層24を介して積層されて構成されている。すなわち、表示部110は、液晶表示装置用基板22の後述する第1の透明基板10と、アレイ基板23の後述する第2の透明基板20とを液晶層24を介して向かい合うように貼り合わせて構成されている。
なお、「向かい合う」とは、それぞれ透明基板10、20の銅合金膜パターン2などのタッチ電極が形成された面と、後述する画素電極25や薄膜トランジスタ45などの機能素子などが形成された面とが向かい合うことを意味する。液晶表示装置用基板22、液晶層24およびアレイ基板23が積層された方向を、積層方向Zとする。
液晶表示装置用基板22は、第1の透明基板10の液晶層24側に、複数の光吸収性樹脂層パターン(第1の光吸収性樹脂層パターン)1、複数の銅合金膜パターン2、透明樹脂層5、および複数の透明電極パターン6が、光吸収性樹脂層パターン1、複数の銅合金膜パターン2、透明樹脂層5、および複数の透明電極パターン6の順で積層して構成されている。前述したように、光吸収性樹脂層パターン1および銅合金膜パターン2で黒色電極4を構成する。
第1の透明基板10としては、例えばガラス基板が用いられる。
図3に示すように、複数の光吸収性樹脂層パターン1および複数の銅合金膜パターン2は、積層方向Zに平行に見たときに(平面視において)同一形状に形成されて重なっている。すなわち、複数の光吸収性樹脂層パターン1および複数の銅合金膜パターン2は、同一寸法である。複数の光吸収性樹脂層パターン1、複数の銅合金膜パターン2、および複数の光吸収性樹脂層パターン1と複数の銅合金膜パターン2とが重ねられた複数の黒色電極4の形状は互いに等しいため、以下では、複数の銅合金膜パターン2の形状で代表して説明する。
一つの銅合金膜パターン2には、積層方向Zに直交する第1方向Xに例えば6個の画素開口部(開口部)2aが並べて形成され、積層方向Zおよび第1方向Xにそれぞれ直交する第2方向Yに例えば480個の画素開口部2aが並べて形成されている。これら第1方向X、第2方向Yは、第1の透明基板10の主面10a(図2参照)に沿う方向である。銅合金膜パターン2は、第2方向Yに延びている。
画素開口部2aは、例えば、少なくとも2辺が平行である多角形状とすることができる。2辺が平行である多角形状として、長方形、六角形、くの字形状などが例示できる。これら多角形画素の周囲を囲う額縁形状として、電気的に閉じた形状とすることができる。これらパターン形状は、平面視において、電気的に閉じたパターンであるか、一部を開放した(外観的に、つながっていない部分を設ける)パターンであるかによって、液晶表示装置周辺の電気的ノイズの拾い方が異なる。あるいは、銅合金膜パターン2のパターン形状や面積によって、液晶表示装置周辺の電気的ノイズの拾い方が異なる。
ガラス基板や樹脂との密着を得るため、銅合金膜パターン2に銅以外に含まれる合金元素は、マグネシウム、カルシウム、チタン、モリブデン、インジウム、錫、亜鉛、アルミニウム、ベリリウム、ニッケルから選択される1以上の元素であることが好ましい。すなわち、銅は耐アルカリ性に優れ、電気抵抗の小さい優れた導体であるが、ガラスや樹脂に対する密着性が十分でないものの、合金化することでその密着性を改善できる。
銅合金の成膜は、例えばスパッタリングでの真空成膜によって実施することができる。添加する合金元素は、銅合金の積層方向Zに濃度勾配があっても良い。銅合金膜パターン2の積層方向Zの中央部分は、99.8at%以上、銅であっても良い。銅合金膜パターン2の厚み方向の光吸収性樹脂層パターン1と接触する面、あるいは、銅合金膜パターン2におけるその面とは反対側の面の合金元素の量を、銅合金膜パターン2の積層方向Zの中央部分より高くする濃度勾配としても良い。
酸素の含有量は、15at%で密着性向上への寄与が飽和する。この2nmから20nmの部分の合金膜を含み、銅合金である銅合金膜パターン2の合計膜厚は、例えば、102nmから320nmとすることができる。酸素を含む銅合金膜を、銅合金膜パターン2の表面に形成することで、銅合金膜パターン2自体の反射率も低下させることができ、黒色電極4としての低反射効果を増長できる。
銅−ニッケル合金に酸素を5at%以上含有させることで黒い反射色となる。光吸収性樹脂層パターン1を第1の透明基板10と、銅−ニッケル合金である銅合金膜パターン2との界面に挿入することで、2%以下の反射率とすることができる。
液晶表示装置用基板22では、表示面側、すなわち第1の透明基板10側から見れば、黒色電極4が低反射のブラックマトリクスの役目を担う。
銅合金膜パターン2が、第1方向Xに320個並べられることで、液晶表示装置用基板22の画素数は1920×480となる。区分する画素単位は、タッチセンシングの精度や使用目的に応じて調整できる。
銅合金膜パターン2は、タッチセンシングで発生する静電容量の変化を検出する検出電極として、あるいは、タッチセンシングの走査電極(駆動電極)として用いることができる。なお以下では、主に走査電極として用いる場合について説明する。
複数の黒色電極4は、図2に示すように第1の透明基板10と透明樹脂層5との界面に配置されている。
光吸収性樹脂層パターン1は、例えば電気的には絶縁体であり、光吸収性の黒色色材としてカーボンを用いることができる。光吸収性樹脂層パターン1は、観察者側の面での光の反射の防止をし、観察者の眼には「黒」と視認される。
光吸収性樹脂層パターン1に色調整のため複数種の有機顔料をさらに加えてもよい。
光吸収性樹脂層パターン1の透過測定での光学濃度は、例えば2未満とすることができる。例えば、光吸収性樹脂層パターン1の透過測定による光学濃度が、1μm(マイクロメートル)の単位膜厚あたり0.4から1.8の範囲にあり、かつ、光吸収性樹脂層パターン1の膜厚が0.1μmから0.8μmの範囲にあることが好ましい。ただし、必要に応じ、光学濃度や膜厚は、これらの数値外に設定できる。
感光性の黒色塗布液は、例えば、有機溶剤と光架橋可能なアクリル樹脂と開始剤、および/あるいは加熱硬化による硬化剤とを混合したものにカーボンを分散して作製される。光による開始剤を含有させず、加熱硬化による硬化剤のみを添加して熱硬化タイプの黒色塗布液を用いることができる。本発明でのカーボンが主たる黒色色材とは、全顔料比率でカーボンが50重量%を超える比率で添加されている黒色塗布液を言う。
透明電極パターン6は、ITOと呼称される導電性金属酸化物で形成されていて、この例では、透明電極パターン6の膜厚は140nmであるが、この膜厚に限定されない。透明電極パターン6は、銅合金膜パターン2と対となるもう一方のタッチ電極である。
なお、透明電極パターン6には、後述するように、パターンの長手方向(ストライプの長さ方向、第1方向X)に延在する金属膜の細線を補助導体として具備させることができる。
透明電極パターン6は、タッチセンシング時の検出電極として用いることができる。
本発明では、タッチセンシングに関わる黒色電極4、透明電極パターン6のいずれも、液晶層24に接する面側に具備される。
複数の銅合金膜パターン2は、全てをタッチ信号の走査電極として用いる必要はなく、例えば、第1方向Xに3本おきの銅合金膜パターン2を用いる(2本の銅合金膜パターン2を間引く)など、銅合金膜パターン2を間引いて走査することができる。走査電極として用いない銅合金膜パターン2は、電気的に浮いた形(フローティングパターン)としても良い。
透明電極パターン6は、液晶駆動時には共通電位とすることができる。
銅合金膜パターン2の間引きを少なくして高密度での走査を行うことで、高い精度のセンシングを可能とし、例えば指紋認証などに活用できる。
第2の透明基板20は、第1の透明基板10と同様に形成することができる。
各画素電極25は公知の構成のものであり、絶縁層28の液晶層24側の面に黒色電極4の画素開口部4aに対向するように配置されている。金属配線40を、複数の層を有する多層構成としてもよい。この場合、複数の層の少なくとも1つは銅層や銅合金層であり、他の層はチタンやモリブデンなどの高融点金属の層となる。
各薄膜トランジスタ45は、酸化物半導体であるチャネル層46を有している。薄膜トランジスタ45は、チャネル層46が、IGZOなどのガリウム、インジウム、亜鉛、錫、ゲルマニウムのうちの2種以上の金属酸化物を含む酸化物半導体であることが好ましい。このような薄膜トランジスタ45はメモリー性が高い(リーク電流が少ない)ため、液晶駆動電圧印加後の画素容量を保持しやすい。このため、補助容量線43を省いた構成としても良い。
また、酸化物半導体をチャネル層46に用いる薄膜トランジスタ45は、前述のようにリーク電流が少ないため、画素電極25に印加した駆動電圧を長い時間保持できる。アクティブ素子の信号線や走査線、補助容量線などをアルミニウム配線より配線抵抗の小さい銅配線とし、さらに、アクティブ素子を短時間で駆動できるIGZOを用いることで、タッチセンシングの走査での時間的マージンが広がり、発生する静電容量の変化を高精度で検出できる。IGZOなどの酸化物半導体をアクティブ素子に適用することで液晶などの駆動時間を短くでき、従って、表示画面全体の映像信号処理の中で、タッチセンシングに適用できる時間に十分な余裕ができる。
当実施形態では、液晶分子は負の異方性誘電率を持っている。図示していない偏光板はクロスニコルでノーマリーブラックとしている。液晶分子は、透明電極パターン6と画素電極25との間に積層方向Zに電圧が印加されることで、初期配向で積層方向Zに配向されていた液晶分子が積層方向Zに交差する方向に倒れ、オン表示(白表示)を行う。
なお、液晶分子は正の異方性誘電率を持っていてもよい。配向膜の配向処理には、光配向を用いることができる。
複数の透明電極パターン6上に、低抵抗化のために補助導体を形成できる。補助導体は、前記銅合金膜パターン2と同じ材料で形成しても良く、あるいはアルミニウム合金の薄膜で形成しても良い。アルミニウム合金は、アルミニウムに0.2at%〜3at%の範囲内の合金元素を添加した合金とすることができる。合金元素は、マグネシウム、カルシウム、チタン、インジウム、錫、亜鉛、ネオジウム、ニッケル、銅などから1以上選択できる。補助導体の抵抗率は、透明電極パターン6の抵抗率よりも小さい。
あるいは、図7に示す平面視において、補助導体16を光吸収性樹脂層パターン1と銅合金膜パターン2とによるタッチ電極のパターン位置、言い換えればブラックマトリクスの位置に形成しても良い。ブラックマトリクスの下部(第2の透明基板20側)には、通常、アレイ基板23の信号線(ソース線)41、走査線(ゲート線)42、および補助容量線43である金属配線40が配置される。このため、この位置に補助導体16を形成することで、積層方向Zに見たときに補助導体16が金属配線40と重なり、開口率低下を抑えられる。
映像信号タイミング制御部121は、アレイ基板23の信号線41および走査線42に信号を送り、透明電極パターン6と画素電極25との間に積層方向Zに電圧を印加することで液晶層24が有する液晶分子を駆動する液晶駆動を行う。これにより、アレイ基板23上に画像を表示させる。
タッチセンシング・走査信号制御部122は、走査電極である黒色電極4に信号を送り、検出電極である透明電極パターン6から送信される信号を検出する。これにより、銅合金膜パターン2と透明電極パターン6との間の静電容量の変化の検出を行う。
システム制御部123は、映像信号タイミング制御部121およびタッチセンシング・走査信号制御部122を制御し、液晶駆動と静電容量の変化の検出とを交互に、すなわち時分割で行う。
次に、以上のように構成された表示部110における液晶表示装置用基板22の製造方法について説明する。図8は、液晶表示装置用基板22の製造方法を示すフローチャートである。
光吸収性樹脂層の塗布形成では、上記した熱硬化タイプの黒色塗布液を用いた。光吸収性樹脂層の250℃の熱処理後の膜厚は、0.7μmである。この光吸収性樹脂層は、前述の光吸収性樹脂層パターン1が形状をパターン化される前のものである。光吸収性樹脂層の膜厚は、0.7μmより厚く形成してもよい。光吸収性樹脂層の膜厚とカーボンである黒色色材との濃度を調整することで、第1の透明基板10と光吸収性樹脂層パターン1との界面に生じる光反射を調整できる。換言すれば、光吸収性樹脂層パターン1の膜厚と黒色色材の濃度とを調整することで、その界面に生じる光反射を2%以下の低反射率にすることができる。
次に、アルカリ可溶な感光性レジストをもちいて、図3に示す3.5μm画線幅のマトリクス状の銅合金膜パターン2の形状のレジストパターンを形成した。ウエットエッチングにて、銅合金膜を画素開口部2aが形成された銅合金膜パターン2とした。感光性レジストは、次工程のドライエッチングにて除去する。
ウエットエッチングで形成した銅合金膜パターン2を用いて、アルゴン導入ガスベースに酸素を含むガスを導入して、異方性のドライエッチングを行い、光吸収性樹脂層パターン1と銅合金膜パターン2とを、平面視において同一形状で重なるように形成した。光吸収性樹脂層パターン1と銅合金膜パターン2とは、同一寸法となる。この異方性エッチングでは、上記の感光性レジストのパターンは除去される。
透明樹脂層5の形成後、スパッタリング装置を用いて透明樹脂層5上にITOと呼称される透明導電膜を成膜した。透明導電膜から、周知のフォトリソグラフィの手法を用いて、透明電極パターン6を形成した。透明電極パターン6と銅合金膜パターン2とは、それぞれ電気的に独立した複数パターンの並びであり、透明樹脂層5を介して互いに直交する方向に配列されている。
以上の手順により、液晶表示装置用基板22が製造される。
次に、以上のように構成された表示部110の特にタッチ電極の作用について説明する。
この表示部110によれば、透明電極パターン6をタッチセンシング時の検出電極として用い、黒色電極4は、一定の周波数での電圧を印加する走査電極として用いることができる。
具体的に説明すると、図9に示すように、タッチセンシングのための静電容量は、黒色電極4と透明電極パターン6との間に保持されている。通常状態では、黒色電極4と透明電極パターン6との間に一定の周波数での定電圧が印加され、黒色電極4の近傍に均一な電気力線Lが形成されている。
本実施形態に関わる黒色電極4は、抵抗値の低い銅合金で形成された銅合金膜パターン2を含み、タッチセンシング時の走査電極とすることができる。本実施形態に関わる透明電極パターン6は、低抵抗化のためにそのパターン幅を広くし、加えて、透明電極パターン6上に低抵抗化のために前述の補助導体16を具備させることができる。ゆえ、本実施形態による静電容量方式における2組の複数の電極群は、これらに付随する時定数を大幅に低減でき、タッチセンシング時の検出精度を大きく向上できる。
各画素の周囲には光吸収性樹脂層パターン1が設けられているため、画素の周囲が黒色で認識され、表示のコントラストを向上させて視認性を高めることができる。
液晶表示装置用基板22の隣り合う黒色電極4の間に画素電極25が設けられていないため、タッチ電極の静電容量を高めてポインターPの位置検出を高めることができる。
透明電極パターン6が黒色電極4側と画素電極25側とで共有されているため、表示部110が備える電極の数を低減させ表示部110の構成を簡単にすることができる。
次に、本発明の第2実施形態について図11および図12を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図11に示すように、本実施形態の表示部111は、第1実施形態の表示部110の黒色電極4に代えて黒色電極4Aを備えている。
黒色電極4Aは、複数の光吸収性樹脂層パターン1および複数の銅合金膜パターン2で構成された黒色電極4における各銅合金膜パターン2の光吸収性樹脂層パターン1とは反対側に第2の光吸収性樹脂層パターン3をそれぞれ備えている。すなわち、黒色電極4Aは3層構成となっている。
第2の光吸収性樹脂層パターン3は、例えば電気的には絶縁体であり、光吸収性の黒色色材としてカーボンを用いることができる。第2の光吸収性樹脂層パターン3に加えてよい有機顔料、透過測定での光学濃度などについても光吸収性樹脂層パターン1と同様である。
しかしながら、用いる樹脂の屈折率に限度があることから、反射率は0.2%が下限となる。黒色塗布液に含まれるアクリル樹脂などの樹脂の固形分が例えば14質量%であるとき、黒色塗布液でのカーボン量をおよそ6質量%から25質量%の範囲内とすると、光吸収性樹脂層パターン1、3の光学濃度を、1μmの単位膜厚あたり0.4から1.8とすることができる。光吸収性樹脂層パターン1、3の膜厚が、0.3μmであるとき、実効の光学濃度は0.12から0.54となる。光吸収性樹脂層パターン1、3の膜厚が、0.7μmであるとき、実効の光学濃度は0.28から1.26となる。
次に、以上のように構成された表示部110における液晶表示装置用基板22Aの製造方法について説明する。図12は、液晶表示装置用基板22Aの製造方法を示すフローチャートである。
光吸収性樹脂層の塗布形成では、上記した黒色塗布液を用い、形成する膜厚は、0.4μmとしている。第2の光吸収性樹脂層の塗布形成では、後工程のドライエッチングでの膜減りを考慮し、形成する膜厚は、0.7μmとしている。
これ以降の製造方法は、前述の液晶表示装置用基板22の製造方法である液晶表示装置用基板の製造方法−1と同じであるので、説明を省略する。
次に、本発明の第3実施形態について図13から図17を参照しながら説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
図13に示すように、本実施形態の表示部112は、第1実施形態の表示部110の液晶表示装置用基板22に代えて液晶表示装置用基板22Bを備えたものである。液晶表示装置用基板22Bは、液晶表示装置用基板22の黒色電極4の各画素開口部4aに、赤層で形成された赤画素R、緑層で形成された緑画素G、および青層で形成された青画素Bのいずれかが具備されて構成されている。これら赤画素R、緑画素Gおよび青画素Bは、積層方向Zに見た平面視において、銅合金膜パターン2と透明樹脂層5との間に互いに隣接して配設されている。
換言すれば、赤色と緑色と青色の発光成分を含む白色LED素子をバックライトに備え、赤色と緑色と青色のカラーフィルタをあわせ具備することでカラー表示を行う表示部112を前提としている。
図15に示すように、第1の透明基板10上および黒色電極4上には、赤画素R、緑画素Gおよび青画素Bのいずれかがカラーフィルタとして隙間なく配設されている。赤画素R、緑画素Gおよび青画素Bは、アクリル樹脂などの透明樹脂にそれぞれ複数の有機顔料を分散して、周知のフォトリソグラフィの手法で形成した。
当実施形態において、透明電極パターン6は、例えば、タッチセンシング時、すなわち静電容量の変化の検出時にはその検出電極として用い、液晶駆動時には、画素電極25との間で液晶を駆動する電圧が印加される共通電極として用いる。液晶駆動と静電容量の変化の検出とは、交互に行われる。すなわち、異なるタイミングで時分割でなされる。
複数の信号線からのソース信号を、たとえば、奇数行と偶数行と交互に正極性の信号と負極性の信号とに入れ替えて付与し、隣接する画素のドット反転駆動を行うことができる。あるいは、透明電極パターン6は駆動電極(走査電極)として、プラスとマイナスの極性を反転させるコモン電極反転駆動を行っても良い。
図示していないが、こうした離間部15が設けられた位置には、平面視において、アレイ基板23に具備される信号線(ソース線)41、走査線(ゲート線)42、および補助容量線43のいずれか、あるいはこれらと同じ金属配線のパターンを、離間部15を塞ぐように配設されていて、バックライトユニットからの光漏れをなくすことができる。
表示部113は、表示部112の黒色電極4に代えて、第2の光吸収性樹脂層パターン3を有する3層構成の黒色電極4Aを備えている。この他の構成、また、これら構成要素の作用は前記したので説明を省略する。
このように構成された表示部113を製造するときには、赤画素R、緑画素G、および青画素Bは、第2の光吸収性樹脂層パターン3と透明樹脂層5との間に挿入される。
次に、本発明の第4実施形態について説明するが、前記実施形態と同一の部位には同一の符号を付してその説明は省略し、異なる点についてのみ説明する。
本実施形態は、黒色電極4の構成である銅合金膜パターン2の構成を除いて、第1実施形態と同様であるため、図2を緩用する。ただし、重複する説明は省略し、差異のある銅合金膜パターン2につき、説明を行う。
酸素を実質的に含まないことは、銅合金膜の成膜時に酸素ガスを導入しないことを意味する。酸素を含む銅合金膜は、この部分の成膜時に、たとえば、アルゴンベースガスに対して、10at%の酸素ガスを導入して成膜することを意味する。
先に形成した2層の銅合金膜(第1の銅合金膜および第2の銅合金膜)は、0.5at%のマグネシウムと0.5at%のアルミニウム(残部は銅)の銅合金を用いた。
銅インジウム合金膜は、78at%の銅に22at%のインジウムを含む銅合金とした。なお、微量の不可避不純物がこれら銅合金に含まれている。インジウムの銅合金への添加量は、0.5%〜40at%とすることができる。単体でのインジウムは、融点が低い。50at%を超える量でのインジウムでの銅合金には、耐熱性の懸念がある。
銅インジウム合金膜は、銅合金膜パターン2の液晶層24側の表面に設けられている。
また、銅インジウム合金膜の表面の反射色は、白に近い色となり、銅単体に起因する赤い呈色を回避できる。反射色のニュートラル化は、インジウムに限らず、上記に例示した合金元素でも添加割合を調整することで可能である。本発明で開示した、これら銅合金に関わる技術は、アレイ基板23の金属配線40に適用することができる。
例えば、銅チタン合金を表面層とし、銅合金内部を希薄合金(合金元素が3at%以下の銅合金)とする2層構成の銅合金膜では、銅に対し、チタンが10at%を超えてくると、ウエットエッチング時のエッチングレートが遅くなり、チタンリッチな表面部位の銅合金膜が庇状に残ってしまうエッチング不良につながる。銅インジウム合金では、合金元素の量が、その銅合金膜の膜厚方向に異なってもこのようなエッチング不良を生じにくい。インジウムの銅合金の添加量が0.5%〜40at%である銅インジウム合金は、およそ500℃までの耐熱性を備えるので、例えば、IGZOをチャネル層とする薄膜トランジスタを具備するアレイ基板の、350℃から500℃の範囲のアニール処理には十分対応できる。アレイ基板23の金属配線40を、銅インジウム合金とすることができる。
上記した各実施形態に関わる黒色電極は、例えばタッチセンシング時の走査電極とすることができる。透明電極を走査電極とすると液晶の駆動条件(走査周波数)と同じにすることが望ましい。
しかし、黒色電極を走査電極とすることで、要求される応答性にあわせて静電容量検出の走査周波数を任意に調整できる。速い応答性を得るために、前記したように黒色電極を間引いて走査することができる。あるいは、黒色電極は、一定の周波数での電圧を印加する走査電極(駆動電極)とすることができる(なお走査電極に印加する電圧(交流信号)は、反転駆動方式であっても良い)。
また、印加する交流信号の電圧幅を小さくすることで、走査電極と検出電極との役割を入れ替えても良い。
透明電極上に配設される、細い線幅の黒色電極のパターンのフリンジ効果により、パターンエッジ近傍での静電容量(フリンジ容量)が増え、静電容量を大きくすることができる。換言すれば、指などポインターのタッチの有無での静電容量の差を大きくでき、S/N比を上げ、検出精度を高くすることができる。
さらに、本発明の黒色電極は、銅合金膜、あるいは、第2の光吸収性樹脂層を母型(マスク)として光吸収性樹脂層パターンをドライエッチングにて加工するため、光吸収性樹脂層パターンの画線幅と銅金属膜パターンの画線幅や形状がほぼ同じである特徴を持つ。光吸収性樹脂層パターンの画線幅と銅合金膜のパターンの画線幅がほぼ同じであるため、画素の開口率を落とすことがない。
例えば、前記第1実施形態から第4実施形態では、薄膜トランジスタ45が酸化物半導体をチャネル層46に用いる薄膜トランジスタ45であるとしたが、シリコン半導体をチャネル層に用いる薄膜トランジスタであってもよい。
黒色電極すなわち銅合金膜パターン2が走査電極であって、透明電極パターン6が検出電極であるとした。しかし、透明電極パターン6が走査電極であって、黒色電極が検出電極であるというように、走査電極と検出電極との役割を入れ替えて用いてもよい。
1a 画素開口部(開口部)
2 銅合金膜パターン
3 第2の光吸収性樹脂層パターン
5 透明樹脂層
6 透明電極パターン
10 第1の透明基板
16 補助導体
22、22A、22B 液晶表示装置用基板(表示基板)
23 アレイ基板
24 液晶層
25 画素電極
28 絶縁層
40 金属配線
43 補助容量線
45 薄膜トランジスタ
46 チャネル層
100 液晶表示装置
110、111、112、113 表示部
120 制御部
B 青画素
G 緑画素
R 赤画素
X 第1方向
Y 第2方向
Z 積層方向
Claims (13)
- 表示基板とアレイ基板とが液晶層を介して積層された表示部と、
前記表示部を制御する制御部と、
を備える液晶表示装置において、
前記表示基板は、第1の透明基板の前記液晶層側に、開口部が形成された複数の光吸収性樹脂層パターン、複数の銅合金膜パターン、透明樹脂層、および複数の透明電極パターンがこの順で積層して構成され、
前記アレイ基板は、第2の透明基板の前記液晶層側に、金属配線、複数の画素電極、複数の薄膜トランジスタ、および絶縁層を具備し、
複数の前記光吸収性樹脂層パターンおよび複数の前記銅合金膜パターンは、前記表示基板、前記液晶層および前記アレイ基板が積層された積層方向に見たときに同一形状に形成されて重なり、
複数の前記銅合金膜パターンは、互いに絶縁された状態で前記積層方向に直交する第1方向に並べて配置され、
複数の前記透明電極パターンは、互いに絶縁された状態で前記積層方向および前記第1方向にそれぞれ直交する第2方向に並べて配置され、
複数の前記光吸収性樹脂層パターンは、黒色色材を含む光吸収性樹脂層で形成され、
前記制御部は、前記透明電極パターンと前記画素電極との間に前記積層方向に電圧を印加することで前記液晶層が有する液晶分子を駆動する液晶駆動と、複数の前記銅合金膜パターンと複数の前記透明電極パターンとの間の静電容量の変化の検出とを、時分割で行うことを特徴とする液晶表示装置。 - 表示基板とアレイ基板とが液晶層を介して積層された表示部と、
前記表示部を制御する制御部と、
を備える液晶表示装置において、
前記表示基板は、第1の透明基板の前記液晶層側に、開口部が形成された複数の第1の光吸収性樹脂層パターン、複数の銅合金膜パターン、複数の第2の光吸収性樹脂層パターン、透明樹脂層、および複数の透明電極パターンがこの順で積層して構成され、
前記アレイ基板は、第2の透明基板の前記液晶層側に、金属配線、複数の画素電極、複数の薄膜トランジスタ、および絶縁層を具備し、
複数の前記第1の光吸収性樹脂層パターンおよび複数の前記銅合金膜パターンは、前記表示基板、前記液晶層および前記アレイ基板が積層された積層方向に見たときに同一形状に形成されて重なり、
複数の前記銅合金膜パターンは、互いに絶縁された状態で前記積層方向に直交する第1方向に並べて配置され、
複数の前記透明電極パターンは、互いに絶縁された状態で前記積層方向および前記第1方向にそれぞれ直交する第2方向に並べて配置され、
複数の前記第1の光吸収性樹脂層パターンおよび複数の前記第2の光吸収性樹脂層パターンは、黒色色材を含む光吸収性樹脂層で形成され、
前記制御部は、前記透明電極パターンと前記画素電極との間に前記積層方向に電圧を印加することで前記液晶層が有する液晶分子を駆動する液晶駆動と、複数の前記銅合金膜パターンと複数の前記透明電極パターンとの間の静電容量の変化の検出とを、時分割で行うことを特徴とする液晶表示装置。 - 前記黒色色材がカーボンであることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 複数の前記薄膜トランジスタは、ガリウム、インジウム、亜鉛、錫、ゲルマニウムのうちの2種以上の金属酸化物を含むチャネル層を備えることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記金属配線が、複数の補助容量線を含むことを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記金属配線が、複数の層で構成され、複数の前記層の少なくとも1つが銅合金層であることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 複数の前記銅合金膜パターンに含まれる合金元素が、マグネシウム、カルシウム、チタン、モリブデン、インジウム、錫、亜鉛、アルミニウム、ベリリウム、ニッケルから選択される1以上の元素であることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 複数の前記銅合金膜パターンの前記液晶層側の表面に銅インジウム合金膜が設けられていることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 複数の前記透明電極パターン上に、抵抗率が前記透明電極パターンの抵抗率よりも小さい補助導体が具備されていることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記補助導体は、前記積層方向に見たときに前記金属配線と重なる位置に具備されていることを特徴とする請求項9に記載の液晶表示装置。
- 前記液晶分子は、初期配向が垂直配向であることを特徴とする請求項1または2に記載の液晶表示装置。
- 前記開口部には、赤層で形成された赤画素、緑層で形成された緑画素、および青層で形成された青画素のいずれかが具備され、
これら赤画素、緑画素および青画素は、前記積層方向において複数の前記銅合金膜パターンと前記透明樹脂層との間に挿入され、かつ、前記積層方向に見たときにそれぞれが隣接して配設されることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記開口部には、赤層で形成された赤画素、緑層で形成された緑画素、および青層で形成された青画素のいずれかが具備され、
これら赤画素、緑画素および青画素は、前記積層方向において複数の前記第2の光吸収性樹脂層パターンと前記透明樹脂層との間に挿入され、かつ、前記積層方向に見たときにそれぞれが隣接して配設されることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
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