JP6183493B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
本願は、2014年2月28日に日本に出願された特願2014−038822号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。
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(マイクロメートル)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。
また、遮光性を向上させる目的で、細線の幅が4μm以下のブラックマトリクスをフォトリソグラフィの2回工程、つまり2層で形成することは、アライメントの観点できわめて難しい。ブラックマトリクスの2回工程での形成は、アライメントの誤差のために線幅の変化や表示ムラの発生につながりやすい。
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る。このため、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。タッチセンシングに対応した素子を設ける手段は、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〕に開示されているように、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。例えば、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光の反射率を有するため、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。
より具体的には、着色感光性樹脂を用いて、赤画素等の着色パターンをアルカリ現像する通常のカラーフィルタ工程では、アルカリ現像液にAlが溶解するため、カラーフィルタ工程への適用が困難である。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る。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等がある。
特許文献2の技術の骨子は、特許文献1の請求項1〜3にある程度記載されているが、タッチセンシングに関わるタッチ要素の具体的構成を明示している点で、特許文献2の技術は重要な技術である。なお、特許文献1の段落〔0015〕のほかに、電荷検出によるペン入力方式のための、電極手段がAMLCD(Active Matrix Liquid Crystal Display)の構成要素の役割を兼ねることが記載されている。
加えて、ブラックマトリクスの裏配置された複数の金属タッチ感知電極に関して、ブラックマトリクスのパターンと複数の金属タッチ感知電極のパターンの詳述がない。特許文献2の図57や図72からは、ブラックマトリクスと符号M1で示される金属等のパターンは、大きさが異なると判断できる。特許文献2には、ブラックマトリクスと金属等のパターンを同じ線幅で形成する技術は開示されていない。例えば、300ppi以上の画素の高精細化についての具体的記述はない。
特許文献2の技術は、液晶表示装置として機能するための透過率、観察者の視認性、タッチセンシング時のノイズ低下やS/N比の観点から、十分な技術となっていない。
特許文献3には、指等ポインターにより近い位置に配置される電極をタッチセンシングに関わる駆動電極として用いる構成は開示されていない。さらに、タッチに関わる駆動電極を、観察者に近い位置から順に光吸収性樹脂層、および銅合金を積層して構成する技術も開示されていない。特許文献3の技術は、液晶表示装置として機能するための透過率、観察者の視認性、タッチセンシング時のノイズ低下やS/N比の観点から最適化されていない。
さらに図3(a)のA−A’断面図である図1に示されるように、絶縁性遮光層6の形成されていない部分と、図3(a)のB−B’断面図である図2に示されるように絶縁性遮光層6上に導電層7の形成されている部分が、それぞれ含まれていることが開示されている。
特許文献4の図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、特許文献4の段落〔0071〕に記載されているように、導電層7は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が静電容量による検出を行う役割を有していない。
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。開口率の観点からも、特許文献4では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。
位置検出部には、複数の第1電極と複数の第2電極が交差するように設けられている。特許文献5の図4あるいは図24に示されるように、平面視において、複数の第1電極および複数の第2電極はそれぞれ隣接し、特許文献5の請求項3に記載されているように隣接する箇所で、容量で結合されている。
図2には、特許文献5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および図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。
以下に示す本発明の実施形態における構成では、開口率の高い駆動電極と、透過率を確保できる検出電極(透明電極)と、縦電界で駆動する垂直配向の液晶層をその厚さ方向の全体にわたり活用することで液晶表示の透過率を高くしている。
また本発明の第2の目的は、指などポインターの位置検出についての性能が高い液晶表示装置を、簡単な構成で、かつ、高い精度で提供することにある。
本発明の一態様の液晶表示装置であって、表示基板と液晶層とアレイ基板とがこの順で積層された表示部と、前記表示部及びタッチセンシング機能を制御する制御部と、を備え、前記表示基板は、第1の透明基板の前記液晶層に対向する面に、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と、開口部が形成された複数の金属層パターンと、開口部が形成された複数の第2の光吸収性樹脂層パターンと、透明樹脂層と、電気的に独立した複数の透明電極パターンとがこの順で積層され、複数の前記第1の光吸収性樹脂層パターン、複数の前記金属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、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、互いに等しい画線幅を有し、かつ、同一形状に形成されて重なり、複数の前記金属層パターンは、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、前記第1の光吸収性樹脂層パターンの前記開口部、前記金属層パターンの前記開口部、および前記第2の光吸収性樹脂層パターンの前記開口部には、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金属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、それぞれの前記金属層パターンは、複数の層で構成されるとともに、銅に合金元素が0.2at%以上、3at%以下添加された合金層を有し、前記アレイ基板は、第2の透明基板の前記液晶層に対向する面に、画素電極、薄膜トランジスタ、金属配線、および複数層の絶縁層を有し、それぞれの前記金属層パターンにおける複数の前記層のうち最も前記第2の透明基板に近い層が、銅インジウム合金層であり、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、前記液晶層が有する液晶分子は、負の誘電率異方性を持ち、前記液晶分子の初期配向方向は、垂直方向であり、前記液晶層は、前記透明電極パターンを有する透明電極と前記画素電極との間の縦電界で駆動され、前記タッチセンシング機能において、前記透明電極は、高抵抗体を介在させて接地して定電位を有する検出電極であり、複数の前記金属層パターンは、駆動電極であり、複数の前記透明電極パターンと複数の前記金属層パターンの間にタッチ駆動電圧が印加され、複数の前記金属層パターンと複数の前記透明電極パターンと間の静電容量の変化が検出され、定電位である前記透明電極と前記画素電極との間に印加される液晶駆動電圧の周波数と、前記タッチ駆動電圧の周波数とが異なる。
駆動電極は、以下に詳述するように、第1の光吸収性樹脂層と金属層と第2の光吸収性樹脂層との3層構成を有する。以下の記載では、上記3層構成の駆動電極を黒色電極、また、黒色電極のパターンを黒色パターンと呼称することがある。
また、本発明の一態様は、金属層パターン上に第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金属層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に再反射した光が入射することを緩和できる。
加えて、本発明の一態様は、高精細化された画素サイズまで柔軟に対応できるタッチ電極を提案しており、外付けのタッチパネルと異なり、ペン入力にも対応できる。
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13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と液晶層24とアレイ基板23とが、液晶表示装置用基板22、液晶層24、アレイ基板23の順で積層されて構成され、ノーマリブラックモードで表示を行う。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の後述する金属層パターン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(垂直方向)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に対向する主面(面)10aに、複数の第1の光吸収性樹脂層パターン1と、複数の金属層パターン2と、複数の第2の光吸収性樹脂層パターン3と、透明樹脂層5と、複数の透明電極パターン6とが、複数の第1の光吸収性樹脂層パターン1、複数の金属層パターン2、複数の第2の光吸収性樹脂層パターン3、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、3、および光吸収性樹脂層パターン1、3で挟持された金属層パターン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、複数の第1の光吸収性樹脂層パターン1、複数の金属層パターン2および複数の第2の光吸収性樹脂層パターン3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、一部がずれることなく完全に重なっている。
すなわち、複数の第1の光吸収性樹脂層パターン1、複数の金属層パターン2および複数の第2の光吸収性樹脂層パターン3は、同一寸法を有する。
複数の第1の光吸収性樹脂層パターン1、複数の金属層パターン2、複数の第2の光吸収性樹脂層パターン3、および複数の第1の光吸収性樹脂層パターン1と複数の金属層パターン2と複数の第2の光吸収性樹脂層パターン3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、複数の金属層パターン2の形状で代表して説明する。
一つの金属層パターン2には、積層方向Zに直交する第1方向Xに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に沿う方向である。複数の金属層パターン2は、互いに電気的に絶縁された状態で第1方向Xに並べて配置されている。それぞれの金属層パターン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、V字形状(doglegged shape)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変わる。あるいは、金属層パターン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変わる。
金属層パターン2を合金層の薄膜で形成する場合、膜厚(厚さ、積層方向Zの長さ)を100nm(ナノメートル)以上、あるいは150nm以上とすると、金属層パターン2は、可視光をほとんど透過しなくなる。したがって、本実施形態に関わる金属層パターン2の膜厚は、例えば、100nmから200nm程度であれば十分な遮光性を得ることができる。なお、後述するように、金属層パターン2の積層方向Zの一部を、酸素を含む金属層として形成することができる。
それぞれの金属層パターン2が合金層を有している場合には、合金層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。このように構成することで、金属層パターン2と、ガラス基板や樹脂(例えば、光吸収性樹脂層)との密着性を高めることができる。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。銅を合金化して銅を主材とする合金層とすることで、金属層パターン2とガラス基板や樹脂との密着性を改善できる。
合金層は、例えば、スパッタリング法を用いた真空成膜で形成することができる。合金元素は、合金層の積層方向Zに濃度勾配が生じるように銅に添加されも良い。合金層の積層方向Zの中央部分は、99.8at%以上、銅であっても良い。金属層パターン2の積層方向Zにおいて、第1の光吸収性樹脂層パターン1と接触する面における合金元素の量を、あるいは、第1の光吸収性樹脂層パターン1と接触する面とは反対側の面(第2の光吸収性樹脂層パターン3と接触する面)における合金元素の量を、金属層パターン2の積層方向Zの中央部分における合金元素の量よりも高くなる濃度勾配が生じても良い。
ベースガス中の酸素の含有量を15at%から15at%を超える値としても、密着性は向上しなくなる。この合金層の接触層を含む金属層パターン2の合計膜厚は、例えば、102nmから320nmとすることができる。酸素を含む接触層を、金属層パターン2の表面に形成することで、金属層パターン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、銅−ニッケル合金の表面における反射光が黒色となる。第1の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金属層パターン2との界面に挿入することで、黒色電極4の反射率を2%以下にすることができる。
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。
なお、交流電圧や矩形波による電圧にオフセットをかける(バイアス電圧を与える)場合、定電位は、交流電圧などの中央値の電圧とすることができる。このため、定電位は0(ゼロ)ボルトに限定されない。低い駆動電圧とすることで、消費電力を削減できる。
例えば、上記した特許文献4の図11に示される、互いに隣接し、同一平面上に配設される2組のタッチ電極構造では、本発明の実施形態のように大きなフリンジ容量の差、あるいはタッチセンシグ前後の静電容量の変化を得ることが難しく、かつ、高精細画素でのペン入力対応が難しい。
金属層パターン2が、例えば、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。
金属層パターン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駆動電極(走査電極)として用いることができる。なお以下では、主に駆動電極として用いる場合について説明する。
画素開口部4aにおいては、画素開口部1a、画素開口部2aおよび画素開口部3aが積層方向Zに重ねられている。
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。
第1の光吸収性樹脂層パターン1および第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る。光吸収性樹脂層パターン1、3が有する光吸収性の主な黒色色材として、カーボン、カーボンナノチューブ(以下、「CNT」と称する)、金属微粒子などを用いることができる。第1の光吸収性樹脂層パターン1の膜厚方向にカーボンやCNTの濃度を変えても良い。第1の光吸収性樹脂層パターン1を、カーボンを主たる光吸収材とする光吸収樹脂層と、CNTを主たる光吸収材とする光吸収性樹脂層との2層構成としても良い。黒色色材には、色調整のため種々の有機顔料を添加しても良い。カーボンを「主たる光吸収材」として用いることは、黒色色材の顔料の重量比率でカーボンが51%以上であることを意味する。第1の光吸収性樹脂層パターン1は、観察者に光が反射するのを防止する。観察者の眼には、第1の光吸収性樹脂層パターン1は「黒」色と視認される。
界面での光反射率が2%を超えてくると、ノーマリーブラックの液晶表示装置における表示画面の黒の色と、額縁(ベゼル)の色(通常、黒色)との目視での色の差を生じる。意匠性の観点から、第1の透明基板10と第1の光吸収性樹脂層パターン1の界面での光反射率が2%未満となるように、黒色色材の色やカーボン量を調整することが望ましい。また、黒色色材の濃度を光吸収性樹脂層の膜厚方向に変えても良いし、光吸収性樹脂層を黒色色材の濃度の異なる複数の層で形成しても良い。また、光吸収性樹脂層を、屈折率が互いに異なる樹脂による複数の層で形成しても良い。光吸収性樹脂層に用いる樹脂の屈折率は低いことが望ましい。
例えば、第2の光吸収性樹脂層パターン3は、感光性の黒色塗布液を、金属層が形成された第1の透明基板10に塗布して所望のパターンに露光、現像し、さらに熱処理などで硬膜して得ることができる。第2の光吸収性樹脂層パターン3の塗布時の膜厚は、後述するドライエッチング工程での膜減りをあらかじめ考慮して、目標とする膜厚より厚めに形成する。
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混合材料にカーボンなど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作製することができる。本発明の実施形態における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51重量%を超える比率で添加されている黒色塗布液を言う。
第2の光吸収性樹脂層パターン3は、例えば、図4に示される端子部61の一部である領域Cにおいて、端子部61の部分のみ除去することが好ましい。端子部61での第2の光吸収性樹脂層パターン3の除去は、透明樹脂層5とともに、ドライエッチングで除去し、さらに、透明電極パターン6(ITOなどの導電膜)を積層して端子カバーを積層することができる。
本発明に関わる黒色電極4は、遮光性の高い金属層パターン2をその構成に用いるため、光吸収性樹脂層の膜厚を薄く、あるいは光学濃度を低くできる。薄い膜厚の光吸収性樹脂層の場合、あるいは、低い光学濃度の光吸収性樹脂層の場合、フォトリソグラフィでの解像度が向上するため、例えば、1μm〜4μmと言った細線で形成することができる。
上記した黒色電極は、例えば、液晶表示装置100のタッチセンシング時の駆動電極(走査電極)とすることができる。黒色電極をタッチセンシングでの駆動電極とし、透明電極パターン6を検出電極すると、タッチセンシングの駆動条件と液晶の駆動条件(周波数や電圧など)とを異ならせることができる。タッチセンシングの駆動周波数と液晶の駆動周波数とを異ならせることで、タッチセンシング駆動及び液晶駆動の互いの影響を低減することができる。たとえば、タッチセンシングの駆動周波数を数KHz〜数十KHzとし、液晶駆動の周波数を60Hz〜240Hzとすることができる。さらには、タッチセンシング駆動と液晶駆動を時分割で行うこともできる。
黒色電極を駆動電極(走査電極)に用いる場合に、要求されるタッチの入力の速さ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。さらには、速い応答性を得るために、複数の黒色電極の全てを走査するのではなく、全ての黒色電極から選択された黒色電極(選択された黒色電極の数は、全ての黒色電極の数よりも少ない)を走査することもができる(間引き走査)。
あるいは、黒色電極は、一定の周波数での電圧を印加する駆動電極(走査電極)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、正負の電圧を反転する反転駆動方式であっても良い。
あるいは、タッチ駆動電圧として、印加する交流信号の電圧幅(電圧の高低の幅、ピークツーピーク)を小さくすることで液晶表示への影響を軽減できる。走査電極と検出電極との役割を入れ替えても良い。
透明電極パターン6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、液晶表示装置100のタッチセンシングに関わるS/N比を高め、検出精度を高くすることができる。
また黒色電極は、例えば、表示部110の表示面から見れば低反射のブラックマトリクスの役目を担い、視認性を向上できる。第1の光吸収性樹脂層パターン1に含まれる黒色色材の濃度、光吸収性樹脂層の膜厚、光吸収性樹脂層に含まれる樹脂の屈折率を調整することで、第1の透明基板10と第1の光吸収性樹脂層パターン1の界面に生じる光の反射率を低減できる。加えて、黒色電極に用いる金属層パターン2は、薄膜であっても可視光を完全に遮断でき、バックライトからの光漏れを解消できる。
光吸収性樹脂層パターン1、3の画線幅と金属層パターン2の画線幅とがほぼ同じであるため、画素の開口率が低くなることがない。光吸収性樹脂層パターン1、3および金属層パターン2をドライエッチングで形成できるため、これらを他の形成方法よりも細い線幅で形成できる。たとえば、TFT(薄膜トランジスタ)に用いる金属配線並みの細い線で形成できる。
なお、例えば、300ppi以上の高精細の液晶表示装置において、図4に示す積層方向Zに見たとき、それぞれの透明電極パターン6は、第2方向Yにおいて金属層パターン2の3以上の画素開口部2aと重なることが好ましい。透明電極パターン6が第2方向Yに重なる画素開口部2aの数は、3以外にも6や9などでもよい。
このように構成することで、第2方向Yにおいて3以上の画素開口部2aをまとめて走査するため、表示部110全体を走査するのに要する時間を短縮させることができる。
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、金属層パターン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、抵抗値を下げるため、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。
本発明の実施形態では、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、第1の透明基板10の液晶層24に接する面(主面10a)に具備される。上記電極のいずれかを第1の透明基板10の表面(主面10aとは反対側の面)に形成することは、第1の透明基板10の厚さが影響し、黒色電極4と透明電極パターン6との間のフリンジ容量形成に悪影響を与える。形成されるフリンジ容量が小さいと、タッチ検出時のS/N比を低下させる。
複数の金属層パターン2は、全てをタッチ信号の駆動電極として用いる必要はなく、例えば、第1方向Xに3本おきの金属層パターン2を用いる(3本のうち2本の金属層パターン2を間引いて(除いて)、1本の金属層パターン2を走査できる)など、金属層パターン2を間引いて駆動(走査)することができる。
駆動電極として用いない金属層パターン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。
金属層パターン2の間引きの数を増やして走査線数を減らすことで、駆動周波数を低くでき消費電力の削減を行うことができる。逆に、高い密度での走査にて、高い精度を確保するとともに高精細化することで、例えば、指紋認証などに活用できる。タッチセンシングにおける走査線数は、その制御部で調整しても良い。定電位は、必ずしも“0(ゼロ)”ボルトを意味しておらず、駆動電圧の高低の中間値としても良い。オフセットさせた駆動電圧にしても良い。透明電極パターン6は、定電位であるため、液晶を駆動する画素電極の駆動周波数と異なる周波数で、タッチ電極(黒色電極)を駆動しても良い。
液晶駆動とタッチセンシングのための駆動を時分割とすることもできるが、透明電極パターン6は定電位であるため、液晶駆動とタッチセンシングのための駆動を時分割駆動とせず、それぞれ異なる周波数で駆動しても良い。ただし、後述するように、薄膜トランジスタ45のチャネル層46をIGZO(登録商標)などの酸化物半導体とするときは、容易に時分割駆動とすることができる。
金属配線40は、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を複数有している。信号線41、走査線42および補助容量線43は、いずれもチタンと銅との2層構成を有する。なお、後述する第4実施形態の図18には、信号線41および遮光パターン73を示した。
各画素電極25は公知の構成を有し、絶縁層28の液晶層24に対向する面に黒色電極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は、複数の層を有する多層構成で形成されてもよい。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することができる。また、金属配線40を、水平配向のCNT上に銅などの良導電率の金属を積層して構成しても良い。
酸化物半導体をチャネル層として用いる薄膜トランジスタは、例えば、ボトムゲート型構造を持つ。薄膜トランジスタに、トップゲート型、又は、ダブルゲート型のトランジスタ構造が用いられてもよい。光センサ、又は、その他のアクティブ素子を酸化物半導体のチャネル層を備えた薄膜トランジスタとてもよい。
ドレイン電極36は、薄膜トランジスタ45から画素中央まで延線され、コンタクトホール44を介して、透明電極である画素電極25と電気的に接続されている。ソース電極35は、薄膜トランジスタ45から延びて信号線41に電気的に接続されている。
以下に説明する実施形態では、いずれも液晶層24の厚さ方向、すなわち積層方向Zに、透明電極パターン6と画素電極25との間に液晶駆動電圧を印加する。
一般的に、液晶層の厚さ方向に駆動電圧がかかる形を、縦電界方式と呼ぶ。縦電界方式での液晶層は、横電界方式(IPS:In Plane Switching)やFFS(Fringe Field Switching)と呼ばれる水平配向、水平方向に液晶を回転させる方式)よりも、およそ20%ほど正面透過率が高い。この正面透過率は、液晶表示装置をその表示面に対する法線方向(本実施形態における積層方向Z)から観察したときの輝度を意味する。
図6は、IPSあるいはFFSと呼称される横電界駆動方式の従来の表示部200を模式的に示す断面図である。液晶層206は、初期配向が透明基板207の面に平行な水平配向である。液晶層206の下部にある画素電極208と、絶縁層209を介して画素電極208の下部にある共通電極210との間に印加される液晶駆動電圧で液晶層206を駆動する。この結果、画素電極208と共通電極210との間に電気力線L1が形成される。
なお、液晶層206の上部には、透明樹脂層213、カラーフィルタ214、および透明基板215がこの順で配置されている。
このとき、液晶層206の実効厚さは表示部200の液晶層206の実効厚さに比べて薄くなり、表示部200Aの輝度(透過率)は大きく低下する。
このため、前述の特許文献2の請求項1〜5に記載されたタッチスクリーンは、透過率の問題があるために横電界駆動方式の表示部には適用しづらい。従って、特許文献2の請求項1〜5に関わるタッチスクリーンの主たる対象の表示部は、縦電界駆動方式の液晶表示装置と推定される。しかし、縦電界駆動での液晶層に関わる詳述が特許文献2には無く、特許文献2ではタッチスクリーン構成の表示部の輝度(透過率)への影響の検討がなされていない。
液晶層24の図示しない液晶分子は、負の誘電率異方性を持っている。液晶表示装置100は図示しない偏光板を備えている。この偏光板はクロスニコルで、ノーマリーブラックである。液晶セルのギャップは3.6μmとしたが、これに限定されない。
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、液晶分子は正の誘電率異方性を持つとともにノーマリブラックモードで表示を行うとしてもよいが、この場合には、水平配向処理が必要となる。負の誘電率異方性の液晶を用い、配向処理の簡便な垂直配向とすることが簡便である。
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、電極の抵抗を低下させるために補助導体を形成できる。補助導体は、金属層パターン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ことが好ましい。
図9に示す平面視において、補助導体16を第1方向Xに延びるとともに、画素開口部4aの第2方向Yの中央部を通る線状(ストライプ状)パターンにて形成しても良い。この場合、例えば、積層方向Zに見たときに、補助導体16をアレイ基板23の補助容量線43に重なる位置に形成することが望ましい。このように構成することで、開口率低下を抑えられる。
本実施形態において、透明電極パターン6は、例えば、タッチセンシング時には、タッチセンシングの検出電極として用い、液晶駆動時には、画素電極25と透明電極パターン6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。タッチセンシングと液晶駆動とは異なるタイミングで、時分割で行われても良く、異なる周波数で駆動されても良い。
映像信号タイミング制御部121は、複数の透明電極パターン6を定電位とするとともに、アレイ基板23の信号線41および走査線42に信号を送る。透明電極パターン6と画素電極25との間に積層方向Zに画素電極25に表示用の液晶駆動電圧を印加することで、液晶層24の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、複数の透明電極パターン6を定電位とし、複数の金属層パターン2(黒色電極4)に検出駆動電圧を印加して、金属層パターン2と透明電極パターン6と間の静電容量(フリンジ容量)の変化を検出し、タッチセンシングを行う。
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ことができる。
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22の製造方法について説明する。図11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。
第1の光吸収性樹脂層の塗布形成(ステップS11)では、上記した熱硬性を有する黒色塗布液を用いた。この第1の光吸収性樹脂層は、前述の第1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樹脂層である。第1の光吸収性樹脂層の250℃の熱処理後の膜厚は、0.7μmである。黒色色材には、カーボン微粒子を用いた。
第1の光吸収性樹脂層を0.7μm以外の膜厚で形成してもよい。第1の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と第1の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、第1の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1.8%以下にすることができる。
塗布形成した第1の光吸収性樹脂層に対して250℃の熱処理を行い、第1の光吸収性樹脂層を硬膜させる。
次に、アルカリ現像可能な感光性樹脂とカーボンである黒色色材を有機溶剤とともに分散した黒色塗布液を用いて、第2の光吸収性樹脂層を塗布形成した(ステップS13)。80℃での乾燥のあと、黒色電極のパターン形状に露光・現像し、さらに、250℃での熱処理を行い、1.1μm膜厚の黒色パターンとした。後に記述するように、この黒色パターンは、後述するドライエッチング(ステップS16)を経て最終的に第2の光吸収性樹脂層パターン3となる。
ウエットエッチングにて、金属層を画素開口部2aが形成された金属層パターン2とした(ステップS15)。
次に、酸素とフロン系ガスを導入ガスとして、ドライエッチング装置にて、異方性ドライエッチングを行った(ステップS16)。ドライエッチングは、第1の光吸収性樹脂層を、その膜厚方向に、平面視、金属層パターン2と同じ線幅、形状となるように第1の透明基板10の表面が露出するまでほぼ垂直に加工する。この工程で、第1の光吸収性樹脂層から第1の光吸収性樹脂層パターン1が形成される。
このとき、ドライエッチングにより金属層パターン2上の第2の光吸収性樹脂層パターン3の厚さが薄くなる。第2の光吸収性樹脂層パターン3を、0.4μmの薄い膜厚にして残す。
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(ステップS18)。透明導電膜を、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として形成した(ステップS19)。透明電極パターン6と金属層パターン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。なお、端子部61の領域にもITOである透明導電膜(透明電極の膜)を積層している。
しかしながら、樹脂の屈折率に限度があることから、前述の界面から反射される光の反射率は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、第1の光吸収性樹脂層パターン1の厚さ1μmあたりの光学濃度を、0.4から1.8とすることができる。
第1の光吸収性樹脂層パターン1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。第1の光吸収性樹脂層パターン1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の範囲内となる。
このように構成された表示部110では、例えば、液晶セル内での光の再反射や乱反射を第2の光吸収性樹脂層パターン3により低減させる。例えば、不図示のバックライトから出射され第2の透明基板20から入射した光が、金属層パターン2の表面で再反射することを防ぎ、TFTなどアクティブ素子への入射を減らすことができる。加えて、銅合金の赤味がかった反射色が液晶表示に悪い影響を及ぼすのを避けることができる。
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12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検出駆動電圧が印加され、黒色電極4の近傍にフリンジ電界が形成されている。
本実施形態に関わる黒色電極4は、抵抗値の低い銅を主材とする合金層および銅層の少なくとも一方で形成された金属層パターン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、電極の抵抗を低下させるために、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、電極の抵抗を低下させる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。
各画素の周囲には第1の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の位置検出の精度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と画素電極25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。
液晶表示がオフである「黒」のときに、黒色電極の駆動電圧を、各タッチセンシングの電極駆動の全フレームに供給するのでなく、間引きして、複数フレームに1回印加しタッチ位置検出を行うことで、液晶表示装置100の消費電力を低減できる。
例えば、タッチ電極の駆動周波数を、液晶駆動の周波数より高い駆動周波数とすることができる。
本実施形態では、黒色電極4、すなわち金属層パターン2が第2方向Yに延び、かつ透明電極パターン6が第1方向Xに延びる。しかし、黒色電極4が第1方向Xに延び、かつ透明電極パターン6が第2方向Yに延びるように構成してもよい。
赤色発光、緑色発光、青色発光の3波長成分を含む白色LEDを用いる場合は、例えば、次の実施形態のカラーフィルタを具備する液晶表示装置用基板を用いることでカラー表示が可能である。
次に、本発明の第2実施形態について図14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14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の液晶表示装置用基板22に代えて液晶表示装置用基板22Aを備える。液晶表示装置用基板22A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において金属層パターン2と透明樹脂層5との間に挿入され、かつ、積層方向Zに見たときに互いに隣接して配設されている。液晶層24は、第1の実施形態と同様、垂直配向の液晶とした。
換言すれば、表示部111は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。
図16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。
本実施形態において、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、タッチセンシング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、時分割で検出が行われる。
複数の信号線から供給されるソース信号を、例えば、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うことも可能である。
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が、離間部15を塞ぐように配設されている。これによって、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。
この場合、図11に示すフローチャートにおいて、ステップS16の第1の光吸収性樹脂層パターンのドライエッチング工程と、ステップS17の透明樹脂層の塗布形成工程との間に、カラーフィルタ(R、G、B)の形成工程が挿入される。
次に、本発明の第3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の構成である金属層パターン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、差異のある金属層パターン2につき、説明を行う。なお、本実施形態の黒色電極4は、前記第2実施形態および後述する第4実施形態の黒色電極として用いることができる。
酸素を実質的に含まないことは、銅合金の成膜時に酸素ガスを導入しないことを意味する。酸素を含む銅合金は、この部分の成膜時に、例えば、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層の金属層(第1の金属層および第2の金属層)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。
銅インジウム合金層は、78at%の銅に22at%のインジウムを含む銅合金とした。
22at%のインジウムなどインジウムリッチな銅インジウム合金層を備える銅合金膜は、成膜後の熱処理工程や経時変化で酸化銅の形成に先立って酸化インジウムを形成し、酸化銅の形成を抑制する。酸化インジウムは良好な導電膜になり得るため、電気的なコンタクトを損なうことがほとんどない。酸化銅の形成が少ない場合、カバー端子部での透明導電膜との電気的接続を容易にし、製造工程や実装に関わる信頼性を向上できる。
また、銅インジウム合金層の表面の反射色は、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。本発明の実施形態で開示した、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る。この場合、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るように分布してい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0.5at%〜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、銅インジウム合金で形成することができる。
次に、本発明の第4実施形態について図18および図19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18に示すように、本実施形態の表示部112は、カラーフィルタ(R、G、B)を具備する液晶表示装置用基板22Bと、液晶層24と、アレイ基板23Bとを備える。
液晶表示装置用基板22Bは、透明電極パターン6と液晶層24との間に配向膜71を有している。
符号を省略した画素は、平面視で、多角形状に形成された画素開口部2aの側辺と平行であり画素を2分する中央線Mに対して線対称である。
画素電極25a、25b、および補助容量電極56a、56bは、中央線Mに対してそれぞれ線対称に配置されている。補助容量電極56a、56bは、複数の液晶層24の中で最も液晶層24に近い絶縁層28である絶縁層28aの画素電極25a、25bとは反対側に配置される。すなわち、補助容量電極56a、56bは、積層方向Zにおいて、画素電極25a、25bよりも液晶層24から離れた位置に絶縁層28aを介して形成されている。
中央線Mに対して、画素電極25aよりも補助容量電極56aの方が離間している。すなわち、補助容量電極56aの重畳部R6よりもはみ出し部R7の方が中央線Mから離間している。
透明電極パターン6は定電位であるため、補助容量電極56a、56bに異なる電位を短時間、印加することで、液晶の焼きつき防止、あるいは、液晶応答の高速化に利用することができる。
絶縁層28の間における積層方向Zに見たときに凹部6aに重なる位置には、遮光パターン73が設けられている。遮光パターン73は、信号線41と同一の材料で形成されている。
補助容量電極56a、56bおよび画素電極25a、25bは、ともにITOなど透明導電膜で形成する。画素電極25a、25bは、図示していない薄膜トランジスタ45と電気的に接続され、薄膜トランジスタ45を介して液晶駆動電圧が印加される。
配向膜71、72は、液晶分子24a〜24lの長手方向を、積層方向Zから補助容量電極56a、56bが画素電極からずれる方向に(第1の透明基板10に近い端部が中央線Mから離間するように)傾斜させるように、液晶分子にプレチルト角θを付与する。
表示部112は、通常の表示部と同様に、偏光板、位相差板などを備えるが、この図18では図示を省略している。
なお、表示部112は、偏光板に貼り合わせた、1枚から3枚の位相差板を備えるとしてもよい。
本実施形態の以下の記載では、補助容量電極56a、56bを透明電極パターン6と同電位の共通電極として用いる場合を説明する。
本実施形態の表示部112は、例えば、液晶表示装置用基板22Bとアレイ基板23Bとを液晶層24を介して貼り合わせることにより形成される。配向処理では、画素電極25a、25bに液晶駆動電圧(例えば、1Vから20Vの交流又は直流の電圧)を印加しながら、垂直配向の配向膜71、72に光などの電磁波を照射し、プレチルト角θを付与することができる。配向処理に用いる光は、偏光でもよく、非偏光でもよい。
例えば、斜め電界により液晶分子24a〜24lを傾斜させることにより、およそ0.1°から0.9°の範囲の小さなプレチルト角θであっても液晶分子24a〜24lを高速に動作させることができる。なお、垂直配向の液晶表示において、プレチルト角の大きな液晶分子は倒れやすいが、大きいプレチルト角を持つために黒表示のときでも光漏れがありコントラストが低下する傾向にある。
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に用いる薄膜トランジスタであるとしたが、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4すなわち金属層パターン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、駆動電極と検出電極との役割を入れ替えて用いてもよい。あるいは、それぞれの形成方向を90度入れ替えた直交配置としても良い。
1a、2a、3a 画素開口部(開口部)
2 金属層パターン
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
10a 主面(面)
16 補助導体
22、22A、22B 液晶表示装置用基板(表示基板)
23、23B アレイ基板
24 液晶層
25、25a、25b 画素電極
28、28a 絶縁層
40 金属配線
45 薄膜トランジスタ
46 チャネル層
56a、56b 補助容量電極
100 液晶表示装置
110、111、112 表示部
120 制御部
B 青画素
G 緑画素
R 赤画素
R6、R8 重畳部(一部)
R7、R9 はみ出し部(残部)
X 第1方向
Y 第2方向
Z 積層方向
Claims (3)
- 液晶表示装置であって、
表示基板と液晶層とアレイ基板とがこの順で積層された表示部と、
前記表示部及びタッチセンシング機能を制御する制御部と、
を備え、
前記表示基板は、第1の透明基板の前記液晶層に対向する面に、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と、開口部が形成された複数の金属層パターンと、開口部が形成された複数の第2の光吸収性樹脂層パターンと、透明樹脂層と、電気的に独立した複数の透明電極パターンとがこの順で積層され、
複数の前記第1の光吸収性樹脂層パターン、複数の前記金属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、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、互いに等しい画線幅を有し、かつ、同一形状に形成されて重なり、
複数の前記金属層パターンは、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、
前記第1の光吸収性樹脂層パターンの前記開口部、前記金属層パターンの前記開口部、および前記第2の光吸収性樹脂層パターンの前記開口部には、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金属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、
それぞれの前記金属層パターンは、複数の層で構成されるとともに、銅に合金元素が0.2at%以上、3at%以下添加された合金層を有し、
前記アレイ基板は、第2の透明基板の前記液晶層に対向する面に、画素電極、薄膜トランジスタ、金属配線、および複数層の絶縁層を有し、
それぞれの前記金属層パターンにおける複数の前記層のうち最も前記第2の透明基板に近い層が、銅インジウム合金層であり、
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、
前記液晶層が有する液晶分子は、負の誘電率異方性を持ち、
前記液晶分子の初期配向方向は、垂直方向であり、
前記液晶層は、前記透明電極パターンを有する透明電極と前記画素電極との間の縦電界で駆動され、
前記タッチセンシング機能において、前記透明電極は、高抵抗体を介在させて接地して定電位を有する検出電極であり、複数の前記金属層パターンは、駆動電極であり、複数の前記透明電極パターンと複数の前記金属層パターンの間にタッチ駆動電圧が印加され、複数の前記金属層パターンと複数の前記透明電極パターンと間の静電容量の変化が検出され、
定電位である前記透明電極と前記画素電極との間に印加される液晶駆動電圧の周波数と、前記タッチ駆動電圧の周波数とが異なる液晶表示装置。 - それぞれの前記金属層パターンにおける複数の前記層の少なくとも1つが前記合金層である請求項1に記載の液晶表示装置。
- 前記合金層の前記合金元素が、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以上の元素である請求項1に記載の液晶表示装置。
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