JP5834488B2 - タッチパネルセンサー付液晶表示装置及びその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネルを備えるカラー液晶表示装置に関し、特にはタッチパネルセンサーの容量検出用電極に使用する材料及びその組成に関する。

近年、携帯電話機や、携帯情報端末、カーナビゲーションシステムを始め、様々な電子機器の操作部にタッチパネル型入力装置（以下、単にタッチパネルと記す。）が採用されている。タッチパネルは、液晶表示装置等の表示用パネルの表示面上に、指先やペン先の接触位置を検出する入力装置として貼り合わせて使用されるものである。タッチパネルセンサーには、その構造及び検出方式の違いにより、抵抗膜型や静電容量型等の様々なタイプがある。

静電容量型のタッチパネルセンサーは、図１に示すように一枚のガラス基板上にマトリック状の透光性電極パターンを形成し、電極間部分に指等が接触することによって誘起される静電容量の変化を、微弱な電流変化として検出することでタッチパネル上の被接触位置を特定するものであり、従来より使用されていた抵抗膜型入力装置に比べて、より高い透過率を有するという利点がある。

タッチパネルを備える液晶表示装置では、タッチパネルが、液晶表示装置の表示用パネルの偏光板上に位置合わせの上で搭載固定されている（例えば、特許文献１、特許文献２参照）。すなわち、タッチパネルが液晶表示装置とは独立に製造され、しかる後一体化される。タッチパネルを液晶表示装置に固定する方法としては、表示用パネルの外周に約０．５ｍｍ以上の厚みの粘着剤付きクッションゴムを敷設してタッチパネルを固定する方法や表示パネルとタッチパネルとを透明接着剤で全面貼り付けする方法などが採用されている。

ところで、完成した２組のパネル同士を積層する形態のタッチパネル付液晶表示装置には次のような問題がある。先ず、重ねた分だけ厚く重くなるという問題がある。次に、液晶表示装置もタッチパネルもガラス基板が使われるのでガラス基板間の光の散乱や反射による光学的ロスが大きく表示特性が悪くなるという問題がある。

そこで液晶パネルを構成する２枚のガラス基板の一方のガラス基板、一般にはカラーフィルタが形成される側のガラス基板をタッチパネル用の支持基板として共用する技術が開示されている（特許文献３参照）。この場合にはタッチパネルセンサーと記載するが、特許文献３にはタッチパネルセンサー側の容量検出用透明電極の材質について特に記述はないが、液晶駆動用透明電極材料として常用されているＩＴＯを使用すると、高透過率で低抵抗という所望の特性を得るためには、ＩＴＯ電極を２００℃以上の高温でアニールする必要がある。

カラー液晶表示装置を構成する部材には、図４に示すようにカラーフィルタ５を備えるガラス基板１、ＴＦＴ基板２、これら対抗する基板を接着するシール材６、液晶４がある。液晶４については、液晶パネルを製造した後、すなわちＩＴＯのアニール後に封入することも可能であるが、その場合でもシール材６がダメージを受けるのは避けられない。

また、一枚のガラス基板１の表裏に、カラーフィルタ５とタッチパネルセンサー１０を形成してからＴＦＴ基板２と張り合わせてパネル化することも可能である。しかしながら、パネルの厚みを薄くするためフッ化水素酸でガラス基板をエッチングするのが好ましいが、この手順を採用すると、ガラス基板１の表裏のいずれかでエッチングが実施できず、パネル全体を薄くできないという問題がある。先行して形成した機能膜がフッ化水素酸でダメージを受けるからである。

最初から薄いガラス基板を投入することも考えられるが、薄いガラス基板は、それ自体では工程を回流させるのが困難である。したがって、一般には液晶パネルを完成させてから一対のガラス基板１とガラス基板２の外側をエッチングするする処理を行い、しかる後タッチパネルセンサー加工をする必要がある。

その場合、ＩＴＯのような電極材料をタッチパネルセンサーに使用するとなると、液晶パネル自体も高温中に曝露せざるを得ず、液晶パネルを構成する一対のガラス基板を接着しているシール材や狭持されている液晶材料が劣化してしまうという問題がある。

特開２００７−１７８７５８号公報 特開平２−１３５３１７号公報 特開平５−１９２３３号公報

そこで、本発明は、液晶を狭持する一対のガラス基板のうちカラーフィルタを備える側のガラス基板をタッチパネルセンサーの支持基板として使用する形式のタッチパネルセンサー付液晶表示装置であって、液晶表示装置部分を、容量検出用電極材料をアニールすることが必要なために２００℃以上の高温に曝露せずとも、容量検出用電極について所定の抵抗特性や光学特性が得られる電極材料を見出すことを直接の目的とし、該電極材料を使用した極めて薄いタッチパネルセンサー付液晶表示装置を提供することを課題とした。

上記課題を達成するための請求項１記載の発明は、液晶を狭持する一対のガラス基板のうちカラーフィルタを備える側のガラス基板をタッチパネルセンサーの支持基板として共用し、前記タッチパネルセンサーの容量検出用電極が１２０℃以下の低温で形成された金属酸化物からなるタッチパネルセンサー付液晶表示装置において、
前記共用するガラス基板のカラーフィルタから見て裏面側に直接一体的に形成された静電容量方式のタッチパネルセンサーの容量検出用電極の前記金属酸化物がＩｎ _２ Ｏ _３ とＺｎＯの混合比が重量％で９０：１０から８０：２０の範囲のＩＺＯ金属酸化物であることを特徴とするタッチパネルセンサー付液晶表示装置としたものである。

請求項２に記載の発明は、前記ＩＺＯ金属酸化物のシート抵抗が３００Ω／□以下で、透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネルセンサー付液晶表示装置としたものである。

請求項３に記載の発明は、少なくとも、カラー液晶表示装置を製造する工程と、前記液晶表装置を構成する２枚のガラス基板をウエットエッチングにより薄くする工程と、カラーフィルタを裏面に備えるガラス基板の表面に静電容量型タッチパネルセンサーを形成する工程と、をこの順で有するタッチパネルセンサー付液晶表示装置の製造方法であって、前記タッチパネルセンサーの形成工程は、スパッタ法でＩｎ２Ｏ３とＺｎＯの混合比が重量％で９０：１０から８０：２０の範囲のスパッタ用ターゲットをスパッタしてＩＺＯ金属酸化物を成膜する工程と、ＩＺＯ金属酸化物を１２０℃以下の温度でアニールする工程と、ＩＺＯ金属酸化物をパターニング処理する工程と、を有することを特長とするタッチパネルセンサー付液晶表示装置の製造方法としたものである。

本発明になるタッチパネルセンサー付液晶表示装置は、ガラス基板の枚数が少なく光学的ロスが低減される結果、視覚特性が良好で薄くて軽いという特徴を有する。
特に、液晶パネルの表裏からフッ化水素酸でウエットエッチングが可能となるので薄いタッチパネルセンサー付液晶表示装置が提供できる。
また、容量検出用電極材料であるＩＺＯ（インジウム亜鉛酸化物）のスパッタ成膜は、ＩＴＯ(インジウム錫酸化物）に比べると１２０℃以下の低温で堆積できるので、液晶表示装置自体に与えるダメージが低減され、特にシール材の接着力を劣化させることがない。また，ＩＺＯはスパッタ装置内でのノジュール発生が少なくメンテンスフリーで実施できる結果、タッチパネルセンサー部の製造コストを下げられるという効果を奏する。

タッチパネルセンサーの電極配置の一例を説明する上面視の図である。 図１に示すＩＩ−ＩＩラインの拡大断面視の図である。 スルーホールの拡大した上面視の図である。 タッチパネルセンサー付液晶表示装置の構成の概略を示す断面視の図である。 表面抵抗率と透過率をＩｎ_２Ｏ_３とＺｎＯの混合比の関数としてプロットした図である。

以下、タッチパネルセンサー付液晶表示装置の製造工程に即して本発明を説明する。

タッチパネルセンサー１０をその基板裏面に形成するカラーフィルタ基板は、４０ｃｍ×５０ｃｍで厚さ０．５ｍｍのガラス基板１を使用して、定法のフォトリソグラフィー法を適用して製造した（図４参照）。着色した感光性樹脂をガラス基板１上にスリットコーティングした後、露光・現像処理等所定の手順を踏んで着色パターンを形成する工程を繰り返す方法である。

カラーフィルタ５が形成されたガラス基板１に対してＴＦＴ基板２を位置合わせの上、エポキシ系接着剤をシール材６として貼り合わせて液晶パネル化した後、ネマチック液晶４を減圧封入し、図４の下側に示すカラー液晶表示装置７を得た。エポキシ系のシール材６は、１２０℃以上に昇温すると融解・変質して接着力が低下したり変形するので、この後のタッチパネルセンサー工程では液晶表示装置７を高温中に曝露するのは好ましくない。昇温できる温度はシール材６の許容上限温度に依存して決める必要がある。

次に、カラーフィルタ５が形成されたガラス基板１の裏面側表面に、スクリーン印刷により黒色インキを用いて枠状加飾部(図示せず）の印刷を行った。枠状加飾部の大きさは携帯電話の表示部外周程度である。印刷インキには帝国インキ社製ＧＬＳ−９１２を使用し、乾燥後の厚みが２μｍ程度となるように２３０メッシュ版を用いた。印刷後、１２０℃で３０分間オーブン乾燥を行った。

次に、同じ裏面側にアクリル系のＵＶ硬化型オーバーコート用樹脂（ＪＳＲ社製 ＮＮ９０１）を、スリットコート法を使用して４μｍの厚みで塗布しオーバーコート層（図せ
ず）を形成し、ＵＶ硬化させた。オーバーコートの目的は、枠状加飾部の凸状を低減して平坦化することと、均一に加飾部を被覆して加飾部からの出ガスを防止することである。オーバーコート材は、エポキシ系の熱硬化樹脂、もしくは可視光領域において高透過率を有するノボラック系のポジ型材料を使用することもできる。但し、オーバーコート層は必ずしも必須ということはなく、そのため図面上では省略してある。

次に、タッチパネルセンサーを前記オーバーコート層の上に形成するが、図１は、静電容量型のタッチパネル単体の電極配置の概略構成を示す上面視の図であり、図２は、図１に示すＩＩ−ＩＩラインの拡大断面視図である。また、図３は、図１に示すスルーホール１７近傍の拡大図である。加飾部は端にあるため省略されている。

静電容量型のタッチパネルセンサー１０は、前述したオーバーコート層の上かガラス基板１上に、複数のジャンパー線１８と、絶縁膜１６と、複数の第１の透明電極１３と、複数の第２の透明電極１４とを備えている。ジャンパー線１８、絶縁膜１６、透明電極（第１の透明電極１３は孤立して形成され、第２の透明電極１４はくびれた接続部１５を介してＹ方向に接続して形成されている）は、オーバーコート層５上かガラス基板１上にこの順序で形成される。

ジャンパー線１８は、導電性を有する材料によって形成され、オーバーコート層５の表面にマトリックス状に配置されている。ジャンパー線１８の各々は、それぞれが孤立した第１の透明電極１３をＸ軸方向に接続するためのものであり、両端部がＸ軸方向に隣接する一対の第１の透明電極１３の各々と重なり合うような位置及び寸法に形成されている。ジャンパー線１８は、例えば、透明電極材料、Ｍｏ／Ａｌ／Ｍｏの積層体、Ａｇ、Ａｇ合金、導電性高分子等から選択して形成することができる。本実施形態では後述するＩＺＯを用いた。

絶縁膜１６は、透明絶縁性材料（製品名：ＪＳＲ社製 ＮＮ９０１）をジャンパー線１８及びオーバーコート層５の表面全体を覆うように積層することにより形成し、第１の透明電極１３とジャンパー線８とが重なり合う部分には、ジャンパー線１８の表面にまで達するスルーホール１７が、定法のフォトリソ法を用いて設けてある。絶縁性材料としては、誘電率が２〜４の光透過性の高いアクリル系材料が好ましい。

第1の透明電極１３及び第２の透明電極１４は、絶縁膜上の同一レイヤ内に、Ｘ軸方向及びこれと直交するＹ軸方向に図１に示すようにマトリクス状に配列され、第１の透明電極１３及び第２の透明電極１４は、本実施形態では透光性のＩＺＯ導電材料を用いてスパッタ法で２μｍ厚に生膜し、しかる後定法のフォトリソ法を適用して同一工程でパタニングして形成した。ＩＺＯは成膜したものをそのまま高温アニールなしで使用した。エッチング液にはシュウ酸を用いた。

第１のＩＺＯ透明電極（以下、単にＩＺＯ電極と記す。）１３の各々は、図１に示されるように、絶縁膜１６上においてはＸ軸方向及びＹ軸方向のいずれにも相互に接続されていないが、スルーホール１７を介してオーバーコート層上のジャンパー線１８に接続されている。この結果、Ｘ軸方向に整列する第１の透明電極１３が相互に電気的に接続された状態となる。

一方、第２のＩＺＯ電極１４の各々は、第１のＩＺＯ電極１３の行間及び列間に配置され、絶縁膜６上において、第２のＩＺＯ電極１４と同時にパターニングされるくびれた接続部１５を介してＹ軸方向に相互に連結されている。

Ｘ軸方向に接続される第１のＩＺＯ電極１３と、Ｙ軸方向に接続される第２のＩＺＯ電
極１４とを同一レイヤに配列する場合、交差部分が生じるため、いずれか一方向の接続を行うためにジャンパー線１８のような配線部が必要となる。本実施形態に係る静電容量型タッチパネルでは、ジャンパー線１８をオーバーコート層５の表面に形成し、その上方に絶縁膜１６と第１及び第２のＩＺＯ電極１３及びＩＺＯ透明１４を形成しているため、表面側から見た際にジャンパー線８を目立ちにくくすることができる。

本実施形態では、スルーホール１７の開口部全体が第１のＩＺＯ電極１３によって覆われているため、例えば、図３に示す矢印の範囲に絶縁膜のオーバーハングが生じた場合でも、オーバーハングのないスルーホール１７の内壁に沿って第１のＩＺＯ電極１３がジャンパー線１８の表面に到達することができる。したがって、スルーホール１７内壁の断面形状にかかわらず、ジャンパー線１８の断線を防止することができる。

ジャンパー線１８を金属系の遮光性材料で形成することが可能であれば、ジャンパー線１８のパターニングと同一工程で、ジャンパー線１８と同一材料を用いて基板上に位置決め用のアライメントマーク及び端子用電極を形成することができる。この結果、アライメントマーク形成プロセスを省略することができると共に、２層目以降の膜を形成するために用いる露光機に特段の改造を施すことなく、標準的な読み取り機構を用いて露光時の位置決めをすることが可能となる。

また、２層目以降の膜形成時に顕微鏡等で目視確認して位置合わせを行う場合、１層目のジャンパー線１８が遮光性材料で形成されていることによって、視認性が向上するので、位置合わせを容易に行うことが可能となる。

導電性高分子材料は、透光性と導電性がトレードオフの関係にあるが、ジャンパー線１８が形成される限られた範囲であれば遮光性があっても入力装置全体の光透過性に与える影響は小さい。また、導電性についても、ＩＺＯやＩＴＯ程度の抵抗値を有する材料であれば良いため、導電性高分子の使用は生産効率が高まるという利点がある。

次に、保護層として前述の透明絶縁材料を用いてタッチパネルセンサーを被覆した後、多面付けされている液晶表示装置郡を個々の装置に断裁し、偏光フィルム、位相差フィルム等を貼り付けてタッチパネルセンサー付液晶表装置として完成した。

最後に、Ｉｎ_２Ｏ_３とＺｎＯの混合比を変えたＩＺＯターゲットを用いてスパッタ成膜したＩＺＯ金属酸化物の表面抵抗値及び光線透過率（λ＝５５０ｎｍ）の測定結果について述べる。比較として標準的な組成Ｉｎ_２Ｏ_３：ＳｎＯ_２＝９０：１０のＩＴＯ膜についても測定を行った。組成と結果の一覧は表１に、表面抵抗と透過率をグラフ化したものを図５に示した。

先ず，ＩＺＯの表面抵抗の組成依存は、図５から明らかなように、Ｉｎ_２Ｏ_３成分が９０重量％から８０重量％の範囲で２５０Ω／□程度の最小値をとり，ＺｎＯ成分が増えると急激に増大することがわかる。この値はＩＺＯの高温アニールなしの成膜後室温（２５℃程度）での値である。
尚、ＩＺＯは、アニール温度に対する表面抵抗と透過率の変化が少なく、１００℃で表面抵抗２１０Ω／□、透過率は８７％（λ＝５５０ｎｍ)程度であった。

一方、ＩＴＯの表面抵抗は、アニール温度が２３０℃なら１５０Ω／□とＩＺＯより低抵抗であるが、アニールしないと１０５０Ω／□とＩＺＯの４倍程度になり高抵抗であった。また２３０℃アニールではシール材が溶解する現象が見られた。
尚、ＩＴＯは、アニール温度１００℃で表面抵抗４００Ω／□、透過率は８９％（λ＝５５０ｎｍ)程度であった。
したがって、ＩＺＯは、容量検出用電極としてアニール処理を格段行わずとも２５０Ω／□程度の表面抵抗を有しており十分実用的であった。

透過率については、ＩＺＯはＩｎ_２Ｏ_３成分が多いほど高透過率であり，ＩＴＯの下限程度かそれに近い値であった。
以上から総合的に判断して、ＩＺＯの、ＩＴＯのような高温アニールが不要であるというメリットは、表面抵抗値と透過率が若干ＩＴＯを下回るデメリットを凌ぐものであった。

１、ガラス基板
２、ＴＦＴ側基板
３、ＴＦＴ(Thin film Transistor)
４、液晶
５、カラーフィルタ
６、シール材
７、カラー液晶表示装置
１０、タッチパネルセンサー
１２、基板
１３、第１の透明電極
１４、第２の透明電極
１５、接続部
１６、（透明）絶縁膜
１７、スルーホール
１８、ジャンパー線

Claims (3)

1. 液晶を狭持する一対のガラス基板のうちカラーフィルタを備える側のガラス基板をタッチパネルセンサーの支持基板として共用し、前記タッチパネルセンサーの容量検出用電極が１２０℃以下の低温で形成された金属酸化物からなるタッチパネルセンサー付液晶表示装置において、
   前記共用するガラス基板のカラーフィルタから見て裏面側に直接一体的に形成された静電容量方式のタッチパネルセンサーの容量検出用電極の前記金属酸化物がＩｎ _２ Ｏ _３ とＺｎＯの混合比が重量％で９０：１０から８０：２０の範囲のＩＺＯ金属酸化物であることを特徴とするタッチパネルセンサー付液晶表示装置。
2. 前記ＩＺＯ金属酸化物のシート抵抗が３００Ω／□以下で、透過率が８０％以上であることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネルセンサー付液晶表示装置。
3. 少なくとも、カラー液晶表示装置を製造する工程と、前記液晶表装置を構成する２枚のガラス基板をウエットエッチングにより薄くする工程と、カラーフィルタを裏面に備えるガラス基板の表面に静電容量型タッチパネルセンサーを形成する工程と、をこの順で有するタッチパネルセンサー付液晶表示装置の製造方法であって、前記タッチパネルセンサーの形成工程は、スパッタ法でＩｎ_２Ｏ_３とＺｎＯの混合比が重量％で９０：１０から８０：２０の範囲のスパッタ用ターゲットをスパッタしてＩＺＯ金属酸化物を成膜する工程と、ＩＺＯ金属酸化物を１２０℃以下の温度でアニールする工程と、ＩＺＯ金属酸化物をパターニング処理する工程と、を有することを特長とするタッチパネルセンサー付液晶表示装置の製造方法。