JP6330975B1 - 表示装置及び表示装置基板 - Google Patents

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Abstract

本発明の表示装置は、第1面を有する第1基板と、前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に位置する表示機能層とを備える。前記第1基板の前記第1面上には、少なくとも、有効表示領域と前記有効表示領域を囲む額縁領域とを具備するブラックマトリクスと、第1導電配線と、第2導電配線と、複数の第1アクティブ素子と、第1アンテナユニットと、第2アンテナユニットと、第1タッチセンシング配線ユニットと、第2タッチセンシング配線ユニットとが設けられている。前記第2基板の前記第2面上には、少なくとも、第3導電配線と、第4導電配線と、前記表示機能層を駆動する複数の第2アクティブ素子と、前記第2アクティブ素子に電気的に接続されるゲート配線及びソース配線と、第3アンテナユニットと、第4アンテナユニットとが設けられている。前記第1アンテナユニットと前記第3アンテナユニットとが重なる第1重畳部は、タッチセンシング信号の送受信機能を有する。前記第2アンテナユニットと前記第4アンテナユニットとの重なる第2重畳部は、電力信号の受給機能を有する。前記第1基板から前記第2基板に向かう方向から見た平面視において、前記第1重畳部及び前記第2重畳部は、前記額縁領域内に配置されている。

Description

本発明は、表示装置及び表示装置基板に係る。
静電容量方式によるタッチセンシング機能を備えたスマートフォンやタブレット端末等、指やポインタで、直接、表示画面に入力できる表示装置が一般的になりつつある。タッチセンシング機能として、液晶や有機EL(有機エレクトロルミネセンス)等のディスプレイ表面にタッチパネルを貼り付けたオンセル方式や、液晶や有機ELの表示装置の内側にタッチセンシング機能を持たせたインセル方式が知られている。近年では、オンセル方式からインセル方式に移行しつつある。
インセル方式の代表的な技術として、特許文献1に開示された技術が挙げられる。特許文献1の請求項1に示されるように、特定領域(第3領域)を横切る導電性経路が形成され、導電性経路は前記領域における回路素子を電気的にバイパスするように形成され、タッチスクリーンに用いられる第1の線セグメント及び第2の線セグメントが電気的に接続されている。このように、特許文献1では、極めて複雑な構成が採用されている。
このような複雑な構成を採用せざるを得ない理由は、タッチスクリーンが形成される基板の同一面に、マトリクス状に配置されるトランジスタ、及び、これらトランジスタを駆動する複数のゲート線や複数のソース線が設けられているためである。ゆえに、タッチスクリーンに用いられる配線の一部は、バイパス等の配線構造により、ゲート線やソース線に対して電気的な接触を避ける必要がある。
また、液晶等を駆動する薄膜トランジスタの形成面に一部のタッチ配線を形成する従来のインセル技術においては、タッチ配線の周囲に想定しにくい寄生容量が生じ、タッチセンシングのS/N比が低下してしまうことが懸念される。換言すれば、トランジスタ形成面に存在するX方向及びY方向に延線されるゲート配線やソース配線と、X方向及びY方向に略平行に延線されるタッチ配線との間に寄生容量が発生しやすい。
寄生容量の発生は、上述したようにS/N比の低下を招き、十分なタッチセンシング解像度を得ることが難しくなる。例えば、タッチセンシング面積が大きい“指”と、タッチセンシング面積が小さいペンとを識別し難くなる。加えて、従来のインセル技術は十分な解像度が得られないため、指紋認証等の個人認証技術にタッチスクリーンを適用し難いという問題がある。したがって、指紋認証専門のデバイスを表示画面とは異なる場所に設ける必要がある。
タッチ配線と、トランジスタを駆動するゲート線及びソース線との間に生じる寄生容量を少なくするためには、第1タッチセンシングユニット及び第2タッチセンシングユニットが形成される面と、ゲート線及びソース線が形成される面との間の空間的な距離を確保することが好ましい。このような空間的な距離が確保された構成が、特許文献2に開示されている。特許文献2の図12や図13に示されるように、タッチセンシング機能を備える表示基板22と、薄膜トランジスタを備えるアレイ基板23とは、液晶層24で空間的に隔てられている。特許文献2には、銅を主材とする合金層を用いてタッチ配線である金属層パターンを形成する技術が開示されている。
特許文献2が開示する構成では、表示基板22に設けられた複数の金属層パターン(第1のタッチセンシング配線に相当)の端子部61と、表示基板22に設けられた複数の透明電極パターン(第2のタッチセンシング配線に相当)の端子部とが、アレイ基板の液晶シール部に位置する接続端子に導通されている。しかしながら、有効表示領域の拡大のためにアレイ基板の液晶シール部は狭額縁化されており、金属層パターン及び透明電極パターンの端子部を液晶シール部に導通することは極めて難しい。
金属球や金ビーズ等の導電粒子を用いて上記端子部をアレイ基板の液晶シール部の接続端子に導通させる場合、数百あるいは数千を超える本数の微細な端子部を、厚み方向に均一に、液晶シール部の接続端子に導通させることは困難である。表示装置の端子部が存在する辺のみ、基板を延長させてFPC等のフレキシブルな回路基板を使って導通を得ることは可能であるが、このような導通構造では狭額縁は得られない。近年、表示装置の有効表示領域の周囲に設けられた遮光性の額縁領域の幅としては、5mm以下の狭い幅であることが要求されている。
指によるタッチ入力の他、ペンによるタッチ入力、或いは、指紋認証を実現可能とするには、例えば、X方向及びY方向のそれぞれに延線される複数のタッチ配線の配線密度を高めた構造が必要となる。この場合、高精細の液晶表示装置と同程度、例えば、2100画素×3800画素といった画素数が必要になってくる。また、上記したようにペンによるタッチ入力が可能なタッチスクリーンを実現するためには、X方向及びY方向のそれぞれに延線される複数のタッチ配線の配線密度を高めた構造が必要となる。さらに、上述した狭額縁構造に適用できる構造も必要となる。
特許文献3においては、可撓性基板である第1の基板は第1のアンテナを有し、可撓性基板である第3の基板は第2のアンテナを有し、第1のアンテナと第2のアンテナとが第3の基板を介して重なる構成が開示されている。第1の基板及び第2の基板は、画素部と対向電極との間に液晶を挟む構成を有する。特許文献3においては、第1の基板側にタッチセンシング機能を備えることは、開示されていない。タッチセンシング配線に対してソース配線やゲート配線を近接させた場合における寄生容量の発生やタッチセンシングに係るS/N比低下等の悪影響は開示されていない。
特許文献4においては、パネルの外周部に配置され、パネルに近づく物体の座標位置を検出するループコイルと、物体の座標位置を検出するセンサマトリクスとが開示されている。特許文献3及び特許文献4には、額縁領域の幅に収まるアンテナユニットで、タッチセンシングに関わる信号や、タッチセンシング機能部に対して電力を供給する技術は開示されていない。銅合金層を導電性金属酸化物層で挟持する3層構成の導電配線の技術も開示されていない。特許文献3及び特許文献4には、第1タッチセンシング配線ユニットと第2タッチセンシング配線ユニットを表示装置全面の第1基板(対向基板)の一方の面にのみ、配設する構成も開示されていない。
特許文献5には、基板210の一方の面に、タッチパネル駆動回路250を酸化物半導体のTFT回路で形成する技術が開示されている。また、特許文献5の[0070]、[0071]段落には、タッチパネルを構成する電極群とタッチパネル駆動回路250とが形成されたカラーフィルタ基板と、さらに対向電極260が積層されたインセル構造のタッチパネルが、実施例3として開示されている。
しかしながら、タッチパネルやタッチパネル駆動回路に対してタッチ駆動電圧もしくは電力をどのような手段で供給するのかについては明記されていない。タッチ位置検出の信号がどの経路を通り、実際のタッチ位置の検出がどこで処理されるか明記されていない。特許文献5の[0074]段落から[0077]段落には、実施例4として、TFTガラス基板310にタッチパネル駆動回路250を形成する例が開示されている。特許文献5の実施例5では[0077]段落に、シール材に金ビーズ等を混入することで、CFガラス基板215とTFTガラス基板310との電気的な接続(導通の転移)が実現できるとされている。
しかしながら、上述したようなペンによるタッチ入力を実現する高密度タッチ配線構造において、シール材に金ビーズ等を混入することにより、多数本のタッチ配線の導通の転移を安定して行うことができるか否かは明記されていない。特許文献5には、額縁領域の幅に収まるアンテナユニットで、タッチセンシングに関わる信号や、タッチセンシング機能部に対して電力を供給する技術は開示されていない。特許文献5には、銅合金層を導電性金属酸化物層で挟持する3層構成の導電配線の技術も開示されていない。
日本国特許第6016286号 日本国特許第6020571号 日本国特許第5917748号 日本国特許第4915232号 国際公開2014/042248号パンフレット
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたものであって、指によるタッチ入力及びペンによるタッチ入力も可能な高い解像度を実現する表示装置及び表示装置基板を提供する。さらに、本発明は、タッチセンシング配線ユニットを備える基板と、液晶層や有機EL層等の表示機能層を駆動するアクティブ素子が配設された基板との間で、信号の送受信及び電力供給を容易かつ非接触で実現できる表示装置及び表示装置基板を提供する。
本発明の第1態様に係る表示装置であって、第1面を有する第1基板と、前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、前記第1基板と前記第2基板との間に位置する表示機能層とを備え、前記第1基板の前記第1面上には、少なくとも、矩形状の有効表示領域と前記有効表示領域を囲む額縁領域とを具備するブラックマトリクスと、第1導電配線と、第2導電配線と、複数の第1アクティブ素子と、第1アンテナユニットと、第2アンテナユニットと、第1タッチセンシング配線ユニットと、第2タッチセンシング配線ユニットとが設けられ、前記第2基板の前記第2面上には、少なくとも、第3導電配線と、第4導電配線と、前記表示機能層を駆動する複数の第2アクティブ素子と、前記第2アクティブ素子に電気的に接続されるゲート配線及びソース配線と、第3アンテナユニットと、第4アンテナユニットとが設けられ、前記有効表示領域内において、前記第1タッチセンシング配線ユニットは、第1方向に延在する互いに平行な複数の第5導電配線を含み、前記第2タッチセンシング配線ユニットは、前記第1方向と直交する第2方向に延在する互いに平行な複数の第6導電配線を含み、前記第5導電配線は、前記第1導電配線と同一のレイヤに位置し、前記第1導電配線と同じ層構成を有し、前記第6導電配線は、前記第2導電配線と同一のレイヤに位置し、前記第2導電配線と同じ層構成を有し、前記第1導電配線と、前記第1アンテナユニットと、前記第2アンテナユニットと、第1タッチセンシング配線ユニットとは、前記第1基板の厚み方向において、第1導電性金属酸化物層と第2導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された3層構成の導電層で構成され、同一のレイヤに位置し、前記第2導電配線は、第1基板側絶縁層を介して、前記3層構成の前記導電層を覆うように積層され、第3導電性金属酸化物層と第4導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された3層構成の導電層で構成され、前記第1アンテナユニット及び前記第2アンテナユニットの各々は、1以上のループアンテナを有し、前記ループアンテナの内側には、第1接続用パッドが設けられ、前記第1接続用パッドは、前記第1基板側絶縁層に設けられたスルーホールを介して前記第2導電配線の一部に接続され、前記第3導電配線と、前記第3アンテナユニットと、前記第4アンテナユニットとは、前記第2基板の厚み方向において、第5導電性金属酸化物層と第6導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された3層構成の導電層で構成され、同一のレイヤに位置し、前記第4導電配線は、第2基板側絶縁層を介して、前記3層構成の前記導電層を覆うように積層され、第7導電性金属酸化物層と第8導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された3層構成の導電層で構成され、前記第3アンテナユニット及び前記第4アンテナユニットの各々は、1以上のループアンテナを有し、前記ループアンテナの内側には、第2接続用パッドが設けられ、前記第2接続用パッドは、前記第2基板側絶縁層に設けられたスルーホールを介して前記第4導電配線の一部に接続され、前記第1基板から前記第2基板に向かう方向から見た平面視において、前記第1アンテナユニットと前記第3アンテナユニットとは、前記ループアンテナが形成されている部分において、±3μm以内の位置精度で重なり、前記第2アンテナユニットと前記第4アンテナユニットとは、前記ループアンテナが形成されている部分において、±3μm以内の位置精度で重なり、前記第1アンテナユニットと前記第3アンテナユニットとが重なる第1重畳部は、タッチセンシング信号の送受信機能を有し、前記第2アンテナユニットと前記第4アンテナユニットとの重なる第2重畳部は、電力信号の受給機能を有し、前記第1基板から前記第2基板に向かう方向から見た平面視において、前記第1重畳部及び前記第2重畳部は、前記額縁領域内に配置されており、前記第1導電配線の一部と、前記第2導電配線の一部と、前記複数の第1アクティブ素子は、タッチセンシングを制御する回路を構成する。
ここで、「タッチセンシングを制御する回路」とは、第1タッチセンシング配線ユニット及び第2タッチセンシング配線ユニットのうちいずれか一方の配線ユニットにタッチ駆動電圧を印加し、他方の配線ユニットからタッチ検知に関わる信号を抽出する回路であって、第1基板の第1面に形成された回路を意味する。
本発明の第1態様に係る表示装置においては、前記第1アンテナユニット及び前記第2アンテナユニットの前記ループアンテナの各々は、巻き方向が互いに逆であり、かつ、巻き数が2以上のループアンテナ対を含んでもよく、前記第3アンテナユニット及び前記第4アンテナユニットの前記ループアンテナの各々は、巻き方向が互いに逆であり、かつ、巻き数が2以上のループアンテナ対を含んでもよい。
本発明の第1態様に係る表示装置は、前記第1アンテナユニット及び前記第2アンテナユニットの周囲を部分的に囲い、かつ、前記第1導電性金属酸化物層と前記第2導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された導体パターンを有してもよい。
本発明の第1態様に係る表示装置は、前記第3アンテナユニットと前記第4アンテナユニットの周囲を部分的に囲い、かつ、前記第3導電性金属酸化物層と前記第4導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された導体パターンを有してもよい。
本発明の第1態様に係る表示装置においては、前記第1アクティブ素子は酸化物半導体で構成されたチャネル層を有してもよい。
本発明の第1態様に係る表示装置においては、前記酸化物半導体は、酸化インジウム、酸化ガリウムを含有し、さらに、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化亜鉛から構成される群より選択される1種以上を含有してもよい。
本発明の第1態様に係る表示装置においては、前記銅合金層は、銅に固溶する第1元素と、銅及び前記第1元素より電気陰性度が小さい第2元素とを含み、前記第1元素及び前記第2元素は、銅に添加する場合の比抵抗上昇率が1μΩcm/at%以下の元素であり、前記銅合金層の比抵抗は、1.9μΩcmから6μΩcmの範囲内にあってもよい。
本発明の第2態様に係る表示装置基板であって、少なくとも、矩形状の有効表示領域と前記有効表示領域を囲む額縁領域とを具備するブラックマトリクスと、第1導電配線と、第2導電配線と、複数の第1アクティブ素子と、第1アンテナユニットと、第2アンテナユニットと、第1タッチセンシング配線ユニットと、第2タッチセンシング配線ユニットとを、第1面上に備え、前記有効表示領域内において、前記第1タッチセンシング配線ユニットは第1方向に延在する互いに平行な複数の第5導電配線を含み、前記第2タッチセンシング配線ユニットは、前記第1方向と直交する第2方向に延在する互いに平行な複数の第6導電配線を含み、前記第5導電配線は、前記第1導電配線と同一のレイヤに位置し、前記第1導電配線と同じ層構成を有し、前記第6導電配線は、前記第2導電配線と同一のレイヤに位置し、前記第2導電配線と同じ層構成を有し、前記第1導電配線と、前記第1アンテナユニットと、前記第2アンテナユニットと、第1タッチセンシング配線ユニットとは、前記表示装置基板の厚み方向において、第1導電性金属酸化物層と第2導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された3層構成の導電層で構成され、同一のレイヤに位置し、前記第2導電配線は、絶縁層を介して、前記3層構成の前記導電層を覆うように積層され、第3導電性金属酸化物層と第4導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された3層構成の導電層で構成され、前記第1アンテナユニット及び前記第2アンテナユニットの各々は、1以上のループアンテナを有し、前記ループアンテナの内側には、第1接続用パッドが設けられ、前記第1接続用パッドは、前記絶縁層に設けられたスルーホールを介して前記第2導電配線の一部に接続され、前記第1アンテナユニットと前記第2アンテナユニットとは、前記額縁領域内に配置され、前記第1導電配線、前記第1アンテナユニット、前記第2導電配線、及び前記第2アンテナユニットが形成された前記第1面において、前記有効表示領域が、透明樹脂層で覆われている。
本発明の第2態様に係る表示装置基板は、前記第1アンテナユニットと前記第2アンテナユニットの周囲を部分的に囲い、かつ、前記第1導電性金属酸化物層と前記第2導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された導体パターンを有してもよい。
本発明の第2態様に係る表示装置基板においては、前記第1アンテナユニット及び前記第2アンテナユニットの前記ループアンテナの各々は、巻き方向が互いに逆であり、かつ、巻き数が2以上のループアンテナ対を含んでもよい。
本発明の第2態様に係る表示装置基板においては、第1タッチセンシング配線ユニットは、前記第1方向に延在する複数の第1タッチセンシング配線を含み、第2タッチセンシング配線ユニットは、前記第2方向に延在する複数の第2タッチセンシング配線を含んでもよい。
本発明の態様によれば、多数本の導電配線(タッチセンシング配線)を備えたタッチセンシング配線ユニットが設けられた第1基板から、第2基板に対し、アンテナユニットを介して非接触で信号(タッチセンシング信号・電力信号)の送受信を行うことができる。また、第1基板に形成された多数本の導電配線と第2基板との電気的接続に関し、例えば、金ビーズ等の導電性粒子を用いて接続するといった高難度の技術を用いる必要がない。
本発明の第1実施形態に係る表示装置を構成する制御部(映像信号制御部、システム制御部、及びタッチセンシング制御部)及び表示部を示すブロック図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置を部分的に示す断面図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置を構成する表示装置基板に形成された、第1導電配線、第2導電配線、第1アンテナユニット、第2アンテナユニット、制御部等の回路を示す平面図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置を構成するアレイ基板に形成された、第3アンテナユニット、第4アンテナユニット、ソース信号スイッチング回路、ゲート信号スイッチング回路等の回路を示す平面図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置を構成する表示装置基板の第1面に形成された第1導電配線の断面図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置を構成する表示装置基板に形成された第1アンテナユニットを拡大して示す部分平面図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置を構成する表示装置基板に形成された第1アンテナユニットを示す図であって、図6のA−A’線に沿う断面図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置を構成する表示装置基板に形成された第1アンテナユニットと、アレイ基板に形成された第3アンテナユニットの重なりを示す斜視図である。 ループアンテナの周囲を導体で囲った場合において渦電流の発生を説明するための説明図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置を構成する表示装置基板に形成されたアクティブ素子を部分的に示す断面図である。 本発明の第1実施形態に係る表示装置を構成するアレイ基板に形成されたアクティブ素子を部分的に示す断面図である。 本発明の第2実施形態に係る表示装置の断面図である。 本発明の第2実施形態に係る表示装置を構成するアレイ基板を部分的に示す断面図であり、アレイ基板に形成されたアクティブ素子及び有機ELの発光層の説明図である。 本発明の第2実施形態に係る表示装置を構成する表示装置基板に形成された第1アンテナユニットと、アレイ基板に形成された第3アンテナユニットの重なりを示す斜視図である。
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素には、同一の符号を付し、その説明を省略又は簡略化し、或いは、必要な場合のみ説明を行う。各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。また、必要に応じて、図示が難しい要素、例えば、表示装置を構成する絶縁層、バッファ層、半導体のチャネル層を形成する複数層の構成、また、導電層を形成する複数層の構成、液晶層に初期配向を付与する配向膜、偏光フィルム、位相差フィルム等の光学フィルム、保護用のカバーガラス、バックライト等の図示が省略されている。
本発明の実施形態に係る第1基板や第2基板等に用いることの可能な基板としては、ガラス基板、石英基板、サファイア基板、セラミック基板、シリコン、炭化シリコン、シリコンゲルマニウム等の半導体基板、あるいはプラスチック基板等が適用できる。
例えば、第1基板としてガラス基板等の可視域透明な基板を用い、第2基板としてシリコン基板等を用いて反射型の表示装置を構成することができる。
第1基板や第2基板に用いられる「第1」及び〜「第2」の序数詞、第1導電配線〜第6導電配線に用いられる「第1」〜「第6」等の序数詞、第1導電性金属酸化物層〜第8導電性金属酸化物層等に用いられる「第1」〜「第8」等の序数詞は、構成要素の混同を避けるために付しており、数量を限定しない。第1導電配線〜第6導電配線は、以下の記載で、単に導電配線と称することがある。第1導電性金属酸化物層〜第8導電性金属酸化物層は、以下の記載で、単に導電性金属酸化物層と称することがある。
本発明の実施形態に係る表示装置は、静電容量方式によるタッチセンシング機能を有することができる。後述するように、第1導電配線や第2導電配線等の導電配線は、タッチセンシング検出配線やタッチセンシング駆動配線として用いることができる。以下の記載において、タッチセンシングに関わる導電配線、電極、及び信号を、単に、タッチ配線、タッチ駆動配線、タッチ検出配線、タッチ電極、及びタッチ駆動信号と呼称することがある。タッチセンシング配線にタッチセンシングの駆動のために印加される電圧をタッチ駆動電圧と呼び、表示機能層である液晶層の駆動のために共通電極と画素電極間に印加される電圧を液晶駆動電圧と呼称する。有機EL層を駆動する電圧を有機EL駆動電圧と呼称する。共通電極に接続される導電配線はコモン配線と呼称することがある。本発明の実施形態に係る表示機能層には、マイクロLEDと呼称される発光素子を採用できる。
(第1実施形態)
(表示装置DSP1の機能構成)
以下、本発明の第1実施形態に係る表示装置DSP1を、図1から図11を参照しながら説明する。
以下に述べ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、通常の液晶表示装置に用いられている構成要素と本実施形態に係る表示装置との差異がない部分については説明を省略する。
本発明の実施形態に係る表示装置DSP1において、表示機能層は液晶層であり、第2アクティブ素子は薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)であり、液晶層を駆動する。
また、本発明の実施形態に係る表示装置は、インセル方式を用いている。ここで、「インセル方式」とは、タッチセンシング機能が液晶表示装置に内蔵された表示装置、或いは、タッチセンシング機能を表示装置と一体化した表示装置を意味する。通常、液晶層を介して表示装置基板とアレイ基板(TFT基板)を貼り合わせた液晶表示装置においては、表示装置基板及びアレイ基板の各々の外側の面に偏光フィルムが貼付されている。換言すれば、本発明の実施形態に係るインセル方式の液晶表示装置とは、互いに対向する2つの偏光フィルムの間に位置するとともに厚み方向において液晶表示装置を構成するいずれかの部位に、タッチセンシング機能を具備する液晶表示装置である。なお、本発明に用いる技術用語として、形容詞としての「タッチセンシング」を単に「タッチ」と略称することがある。
図1は、本発明の第1実施形態に係る表示装置DSP1を示すブロック図である。図1に示すように、本実施形態に係る表示装置DSP1は、表示部110と、表示部110及びタッチセンシング機能を制御するための制御部120とを備えている。
制御部120は、公知の構成を有し、映像信号制御部121(第一制御部)と、タッチセンシング制御部122(第二制御部)と、システム制御部123(第三制御部)とを備えている。タッチセンシング制御部122とシステム制御部123との間には、アンテナユニット11〜14が設けられている。
映像信号制御部121は、アレイ基板200に設けられた共通電極を定電位とするとともに、アレイ基板200に設けられたゲート配線33(後述、走査線)及びソース配線31(後述、信号線)に信号を送る。映像信号制御部121が共通電極と画素電極49(後述)との間に表示用の液晶駆動電圧を印加することで、アレイ基板200上で電界が発生し、電界に沿って液晶分子が回転し、液晶層4が駆動される。これにより、アレイ基板200上に画像が表示される。複数の画素電極49の各々には、ソース配線(信号線)を介して、例えば、矩形波の映像信号が個別に印加される。また、矩形波としては、正又は負の直流矩形波或いは交流矩形波でもよい。映像信号制御部121は、このような映像信号をソース配線に送る。
タッチセンシング制御部122は、タッチセンシング駆動配線にタッチセンシング駆動電圧を印加し、タッチセンシング駆動配線とタッチセンシング検出配線との間に生じる静電容量の変化を検出し、タッチセンシングを行う。タッチセンシング制御部122は、後述する電力受電部15、電源制御部16、タッチ駆動制御部17、タッチ駆動スイッチング回路18、タッチ検知スイッチング回路19、タッチ信号送受信制御部20、及び検波・AD変換部30を含む。
システム制御部123は、映像信号制御部121及びタッチセンシング制御部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、即ち、時分割で行うことが可能である。また、システム制御部123は、液晶駆動周波数とタッチセンシング駆動周波数とを異なる周波数で、或いは、異なる電圧で、液晶を駆動する機能を有してもよい。
このような機能を有するシステム制御部123においては、例えば、表示装置DSP1が拾ってしまう外部環境からのノイズの周波数を検知し、ノイズ周波数とは異なるタッチセンシング駆動周波数を選択してもよい。これによって、ノイズの影響を軽減することができる。また、このようなシステム制御部123においては、指やペン等のポインタの走査速度に合わせたタッチセンシング駆動周波数を選定することもできる。
図1に示す構成を有する表示装置DSP1において、制御部120は、画素電極49に表示用の液晶駆動電圧を印加して液晶を駆動する機能と、タッチセンシング駆動配線とタッチセンシング検出配線との間に生じる静電容量の変化を検出するタッチセンシング機能とを併せ持つ。本発明の実施形態に係るタッチセンシング配線は、導電率の良い金属層で形成することができるため、タッチセンシング配線の抵抗値を下げてタッチ感度を向上させることができる(後述)。
制御部120は、映像表示の安定期間、及び、映像表示後の黒表示安定期間の少なくとも一方の安定期間で、タッチセンシング駆動を行う機能を有することが好ましい。
(表示装置DSP1の構造)
本実施形態に係る液晶表示装置は、後述する実施形態に係る表示装置基板を具備することができる。また、以下に記載する「平面視」とは、第1基板から前記第2基板に向かう方向から見た平面視を意味し、すなわち、観察者が液晶表示装置の表示面(表示装置基板の平面)を観察する方向から見た平面を意味する。本発明の実施形態に係る液晶表示装置の表示部の形状、又は画素を規定する画素開口部の形状、液晶表示装置を構成する画素数は限定されない。ただし、以下に詳述する実施形態では、平面視、画素開口部の短辺の方向をX方向と規定し、長辺の方向(長手方向)をY方向と規定し、更に、透明基板の厚さ方向をZ方向と規定し、液晶表示装置を説明する。以下の実施形態において、上記のように規定されたX方向とY方向を入れ替えて、液晶表示装置を構成してもよい。
図2は、本発明の第1実施形態に係る表示装置を部分的に示す断面図である。
表示装置DSP1は、第1面101を有する第1透明基板1を備える表示装置基板100(第1基板)と、第1面101に対向する第2面201を有する第2透明基板2を備えるアレイ基板200(第2基板)と、第1透明基板1と第2透明基板2との間に位置する液晶層4(表示機能層)を備える。換言すると、表示装置DSP1は、第1透明基板1と第2透明基板2とが向かい合うように、液晶層4を介して表示装置基板100とアレイ基板200とを貼り合わせた構造を有する。
表示装置基板100において、第1透明基板1の第1面101上には、少なくとも、ブラックマトリクス3、下部絶縁層41、第1導電配線21、第1基板側絶縁層42(ゲート絶縁層)、第2導電配線22、上部絶縁層43(透明樹脂層)等が積層されている。第1透明基板1の外周部には、後述するタッチ駆動スイッチング回路18が設けられている。表示装置基板100においては、第1タッチセンシング配線ユニットを構成する複数の第5導電配線55と、第2タッチセンシング配線ユニットを構成する複数の第6導電配線56とが設けられている。第1導電配線21、第1アンテナユニット11、第2導電配線22、及び第2アンテナユニット12が形成された第1面101において、有効表示領域71が、上部絶縁層43で覆われている。
第1透明基板1に形成された第5導電配線55は、第1導電配線21の一部をタッチセンシング配線として適用した配線である。第1透明基板1に形成された第6導電配線56は、第2導電配線22の一部をタッチセンシング配線として適用した配線である。平行な複数の第5導電配線55を、第1タッチセンシング配線ユニットと呼称し、平行な複数の第6導電配線56を、第2タッチセンシング配線ユニットと呼称している。
本発明における「第1タッチセンシング配線ユニット」とは、第1方向に平行に延線された複数本数の導電配線を意味する。本発明における「第2タッチセンシング配線ユニット」とは、第1方向と直交する第2方向に平行に延線された複数本数の導電配線を意味する。第1タッチセンシング配線ユニット及び第2タッチセンシング配線ユニットは、静電容量変化による指等のポインタの位置を検出するタッチセンシングに用いられる。
有効表示領域71内において、複数の第5導電配線55(第1タッチセンシング配線)は、互いに平行であり、X方向(第1方向)に延在しており、複数の第6導電配線56(第2タッチセンシング配線)は、互いに平行であり、X方向と直交するY方向(第2方向)に延在している。タッチセンシングに係る静電容量C1は、第5導電配線55と第6導電配線56との間に生じる。静電容量C1の変化でタッチの有無及びタッチ位置を検出する。タッチ配線は、タッチ検出の後、あるいは一定周期のタッチ駆動の後、表示装置の筐体に接地させ、タッチに係る静電容量をリセットすることが望ましい。
アレイ基板200において、第2透明基板2の第2面201上には、ゲート配線33(ゲート電極、第3導電配線23)、第2基板側絶縁層44(ゲート絶縁層)、ソース配線31(第4導電配線24)、絶縁層45、46等が積層されている(図11参照)。第2透明基板2の外周部には、後述するゲート信号スイッチング回路27が設けられている。アレイ基板200の外端には、FPCが設けられている。FPCには、タッチセンシングを含む表示装置全体を制御するCPU(制御部120、図1参照、図2において不図示)、電源を供給するバッテリー等が接続されている。表示装置基板100とアレイ基板200とは、液晶層4及び配向膜(不図示)を介して貼り合わされている。
(表示装置基板100)
図3は、本発明の第1実施形態に係る表示装置を構成する表示装置基板100を示す平面図である。なお、図3は、観察者から表示装置基板100を見た平面図であるが、遮光性を有するブラックマトリクス3を透視するように表示装置基板100の構成要素が示されている。
図3に示すように、表示装置基板100における第1透明基板1の第1面101上には、ブラックマトリクス3、第1導電配線21、第2導電配線22、第1アンテナユニット11、第2アンテナユニット12、電力受電部15、電源制御部16、タッチ駆動制御部17、タッチ駆動スイッチング回路18、タッチ検知スイッチング回路19、タッチ信号送受信制御部20、及び検波・AD変換部30が設けられている。第1アンテナユニット11、第2アンテナユニット12、タッチ駆動スイッチング回路18、タッチ検知スイッチング回路19等の回路を電気的に接続する引き回し配線は、第1導電配線21の一部及び第2導電配線22の一部が用いられている。ブラックマトリクス3は、矩形状の有効表示領域71と、有効表示領域71を囲む額縁領域72とを具備する。図3に示される電力受電部15、電源制御部16、タッチ駆動制御部17、タッチ駆動スイッチング回路18、タッチ検知スイッチング回路19、タッチ信号送受信制御部20、検波・AD変換部30等は、本発明の「タッチセンシングを制御する回路」を意味する。また、第1導電配線21の一部と、第2導電配線22の一部と、第1アクティブ素子は、タッチセンシングを制御する回路を構成する。電力受電部15は、受信電圧を平滑化、定電圧化し、タッチ駆動電圧として電源制御部16に出力する。
なお、第1導電配線21、第2導電配線22、第1アンテナユニット11、第2アンテナユニット12、タッチ信号送受信制御部20、タッチ駆動スイッチング回路18、タッチ検知スイッチング回路19等は、必ずしもブラックマトリクス3上に配設されなくてもよい。この場合、例えば、第1導電配線21及び第2導電配線22を、タッチセンシング配線として有効表示領域内のブラックマトリクス3上に形成し、額縁の外側のブラックマトリクス3が形成されていないガラス面(第1基板の第1面101)上にタッチ信号送受信制御部20、タッチ駆動スイッチング回路18、タッチ検知スイッチング回路19等を形成することができる。なお、第1導電配線21と第2導電配線22の一部は、下部絶縁層41を介して、第1アンテナユニット11や第2アンテナユニット12の、2層の導電配線構造に適用することができる。第1アンテナユニット11及び第2アンテナユニット12は、巻き方向が互いに逆であり、かつ、巻き数が2以上のループアンテナ対を含む。
ブラックマトリクス3は、例えば、黒色の色材を分散させた着色樹脂で形成することができる。あるいは、低反射率の金属酸化物や金属酸窒化物を用いてブラックマトリクス3を形成してもよい。黒色の色材としては、カーボン、カーボンナノチューブ、カーボンナノホーン、或いは、複数の有機顔料の混合物が適用可能である。例えば、色材全体の量に対して51質量%以上の割合で、即ち、主な色材として、カーボンを用いる。反射色を調整するため、青もしくは赤等の有機顔料を黒色の色材に添加して用いることができる。例えば、出発材料である感光性黒色塗布液に含まれるカーボンの濃度を調整する(カーボン濃度を下げる)ことにより、ニュートラルな黒色及び低反射率を得ることができる。このような工夫を施すことにより、ブラックマトリクス3とガラス等の第1透明基板1との間の界面における可視光の反射率は略3%以下に抑えられ、高い視認性を得ることができる。
(アレイ基板200)
図4は、本発明の第1実施形態に係る表示装置を構成するアレイ基板200を示す平面図である。
図4に示すように、アレイ基板200における第2透明基板2の第2面201上には、第3アンテナユニット13、第4アンテナユニット14、ソース信号スイッチング回路26、ゲート信号スイッチング回路27、電力送電部28、信号送受信部29等の回路、及びFPCが設けられている。アレイ基板200において画素開口部10に相当する位置には薄膜トランジスタが設けられている。第3アンテナユニット13及び第4アンテナユニット14は、巻き方向が互いに逆であり、かつ、巻き数が2以上であるループアンテナ対を含む。
表示装置基板100とアレイ基板200とを貼り合わせる際には、第1アンテナユニット11と第3アンテナユニット13は、平面視において、重なるように配置される(第1重畳部51)。また、第2アンテナユニット12と第4アンテナユニット14は、平面視において、重なるように配置される(第2重畳部52)。第1重畳部51は、タッチセンシング信号の送受信機能を有し、第2重畳部52は、電力信号の受給機能を有する。第1重畳部51を形成する第1アンテナユニット11と第3アンテナユニット13、及び、第2重畳部52を形成する第2アンテナユニット12と第4アンテナユニット14は、額縁領域72内に配置されている。
(導電配線)
次に、上述した第1導電配線21、第2導電配線22、第5導電配線55、及び第6導電配線56、及び、後述する第3導電配線23及び第4導電配線24の構造について説明する。これらの導電配線のうち、代表として、第1導電配線21を参照して導電配線の構造について説明する。第1導電配線21の構造及び構成材料は、第2導電配線22、第3導電配線23、第4導電配線24、第5導電配線55、及び第6導電配線56に適用することができる。
図5に示すように、第1透明基板1上にブラックマトリクス3が形成され、ブラックマトリクス3上に下部絶縁層41が形成され、下部絶縁層41上に第1導電配線21が形成されている。第1導電配線21は、第1導電性金属酸化物層7と第2導電性金属酸化物層9とによって銅合金層8(あるいは銅層)が挟持された構成を有する。第1導電性金属酸化物層7及び第2導電性金属酸化物層9の各々の膜厚は、例えば、10nmから100nmの範囲から選択できる。銅合金層8の膜厚は、例えば、50nmから500nmの範囲から選択できる。これら導電性金属酸化物層7、9や銅合金層8の成膜方法としては、スパッタリング等の真空成膜法を用いることが好ましい。銅合金層8の形成にメッキ法を併用する場合、上記膜厚より厚く形成してもよい。
このような配線構造は、第1透明基板1に形成されている第1導電配線21だけでなく、第2透明基板2上に形成された各種配線にも適用することができる。また、第3導電配線23に対応するゲート配線33(図2、図11参照)、第4導電配線24に対応するソース配線31(図2、図11参照)、あるいはコモン配線(不図示)等においても、上述した配線構造と同じ配線構造を採用することができる。例えば、第1導電性金属酸化物層7及び第2導電性金属酸化物層9と同じ材料で形成された金属酸化物層によって、上述した銅合金層8と同じ組成を有する銅合金層が挟持された配線構造を適用することができる。
次に、銅合金層8について具体的に説明する。
銅合金層8は、銅に固溶する第1元素と、銅及び第1元素より電気陰性度が小さい第2元素とを含む。第1元素及び前記第2元素は、銅に添加する場合の比抵抗上昇率が1μΩcm/at%以下の元素である。銅合金層の比抵抗は、1.9μΩcmから6μΩcmの範囲内にある。本実施形態において、銅と固溶する元素とは、例えば、車載向けを含む電子機器の使用範囲である−(マイナス)40℃から+(プラス)80℃の温度領域で、銅に対して安定した置換型固溶が得られる元素であると言い換えることができる。また、元素(複数種でもよい)の銅への添加量は、その銅合金の電気抵抗率(比抵抗と同義)が6μΩcmを超えない範囲であればよい。マトリクス母材を銅とする場合に、銅に対し、広い固溶域を持つ金属は、金(Au)、ニッケル(Ni)、亜鉛(Zn)、ガリウム(Ga)、パラジウム(Pd)、マンガン(Mn)が例示できる。アルミニウム(Al)は広くはないが、銅への固溶域を持つ。
電気抵抗率の小さい元素(銅の合金元素)は、パラジウム(Pd)、マグネシウム(Mg)、ベリリウム(Be)、金(Au)、カルシウム(Ca)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)が挙げられる。これら元素は、純銅に対し1at%添加したときに電気抵抗率の増加が、ほぼ1μΩcm以下となる。カルシウム(Ca)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)はその電気抵抗率の増加が、0.3μΩcm/at%以下であるので、合金元素として好ましい。経済性及び環境負荷を考慮すると、亜鉛及びカルシウムを合金元素として用いることが好ましい。亜鉛及びカルシウムは、各々、5at%まで、銅への合金元素として添加できる。
上記添加量の範囲に基づき、カルシウムの添加量を増やしたり、亜鉛の添加量を減らしたり、亜鉛及びカルシウムの添加量を増減してもよい。銅に対する亜鉛及びカルシウムの添加に起因する効果に関し、各々、0.2at%以上の添加量において、顕著な効果が得られる。
純粋な銅に対して亜鉛及びカルシウムを合計0.4at%添加された銅合金の電気抵抗率は、約1.9μΩcmとなる。従って、本発明の実施形態に係る銅合金層8の電気抵抗率の下限は、1.9μΩcmとなる。なお、カルシウム(Ca)、カドミウム(Cd)、亜鉛(Zn)、銀(Ag)を合金元素として用いた場合において、銅に対する添加量が5at%を超えてくると、銅合金の電気抵抗率が顕著に増加するので、少なくとも5at%以下の添加量であることが好ましい。
亜鉛は、100℃以下の温度で、銅に対し少なくとも30at%の固溶領域を有する。亜鉛は、銅と置換固溶し、銅のグレイン(結晶粒)の中で銅の動きを抑制し、銅の拡散を抑制する効果を有する。
電気陰性度は、原子(元素)が電子を引き寄せる強さの相対尺度である。この値の小さい元素ほど、陽イオンになりやすい。銅の電気陰性度は、1.9である。酸素の電気陰性度は、3.5である。電気陰性度の小さい元素には、アルカリ土類元素、チタン族元素、クロム族元素等が挙げられる。アルカリ元素の電気陰性度も小さいが、銅の近くにアルカリ元素や水分が存在すると、銅の拡散が増長される。このため、ナトリウムやカリウム等のアルカリ元素は、銅の合金元素としては使えない。
カルシウムの電気陰性度は、1.0と小さい。カルシウムを銅の合金元素として用いた場合、熱処理時などにおいてカルシウムが銅よりも先に酸化され、酸化カルシウムとなり、銅の拡散を抑えることが可能となる。本発明の実施形態に係る導電配線では、導電性金属酸化物層で覆われない銅合金層の露出面や、銅合金層と導電性金属酸化物層との界面に、選択的にカルシウム酸化物を形成させることが可能である。特に、導電性金属酸化物層で覆われない銅合金層の露出面にカルシウム酸化物を形成することが、銅の拡散の抑制、及び信頼性の向上に寄与する。本発明の実施形態に係る導電配線や銅合金層の導電率は、熱処理等アニーリングによって向上する。上述した電気陰性度は、ポーリングの電気陰性度の値で示した。本発明の実施形態に係る導電配線においては、導電配線の熱処理工程等によって、第2元素は、銅及び第1元素よりも先に酸化されて酸化物を形成することが好ましい。また、銅や銅合金に対する水素・酸素の混入を防ぐことが好ましい。
なお、本発明の実施形態において、「第1元素」は、銅より電気陰性度が小さくてもよい。「第2元素」は、銅に固溶域を持っていてもよい。銅よりも電気陰性度が小さく、かつ、銅に固溶域を持っているという2つの性質を持つ2種以上の元素を用いる場合、2種以上の元素のうち電気陰性度の小さい元素を「第2元素」とする。
例えば、第1元素は亜鉛であり、第2元素はカルシウムが挙げられる。銅合金層8の具体的な組成に関し、銅合金層8は、カルシウム2at%、亜鉛0.5at%、残部が銅である銅合金を用いる。銅合金層8の電気抵抗率は、2.6μΩcmである。
銅合金層8の電気抵抗率は、銅合金層8の成膜方法やアニール条件によって、±30%前後の変化があり得る。例えば、ガラス基板等に銅合金層が直接形成された構成では、成膜時の熱処理で、さらには、成膜後の熱処理で、銅合金層が酸化され(CuO、酸化銅を形成する)、抵抗値が悪化する。また、銅合金層を構成する合金元素が低い濃度で添加されている銅合金、即ち、希薄合金においては、酸化銅の形成と共に、銅合金のグレインが大きくなり過ぎてしまう。このため、隙間を有する粗大なグレインバウンダリー(結晶粒界)が形成されてしまい、併せ銅合金層の表面が粗くなり、抵抗値を悪化させることがある。
本発明の実施形態においては、銅合金層8が第1導電性金属酸化物層7と第2導電性金属酸化物層9によって挟持された構成を採用している。この構成では、熱処理(アニール)により電気抵抗率が改善されることが多い。換言すれば、本発明の実施形態において、銅合金層8が導電性金属酸化物で覆われることにより、銅合金層8の表面酸化が抑制される。また、銅合金層8の表面及び裏面に形成された導電性金属酸化物層による規制(アンカリング)によって、銅合金層8のグレインが極端に粗大化することがなく、銅合金層8の表面が粗くならない。銅合金層8を構成する合金元素が低い濃度(例えば、0.2at%前後)で添加されている銅合金層8であっても、結晶粒(グレイン)が大きくなりにくく、粗大化したグレインバウンダリーによるキャリア散乱(電気抵抗率の悪化)を抑制することができる。
電気抵抗率の悪化を抑制する効果に関し、特に、銅に添加される合金元素の比抵抗上昇率が1μΩcm/at%以下の元素の場合であって、かつ、銅合金層8が第1導電性金属酸化物層7と第2導電性金属酸化物層9によって挟持された構成の場合に、顕著な効果が得られやすい。本実施形態は、銅合金層が大気雰囲気、窒素雰囲気、酸素雰囲気、水素雰囲気等に曝される場合とは全く異なり、銅合金層の表面及び裏面に形成された導電性金属酸化物層による規制(アンカリング)によって、銅合金層における緻密なグレインによる再結晶化が進み、銅合金層は低抵抗化しやすい。
本発明の実施形態に係るタッチセンシング配線において、銅合金層8と第1導電性金属酸化物層7との界面に、及び、銅合金層8と第2導電性金属酸化物層9との界面に、また、銅合金層8の側面に、カルシウム酸化物が形成されることがある。カルシウム酸化物は、後述する低温アニーリングや熱処理にて形成されることが多い。銅合金層8の表面や導電性金属酸化物層との界面にカルシウム酸化物が形成されることにより、銅の拡散が抑制され、信頼性の向上に寄与する。
また、本発明の実施形態に係る銅合金層においては、意図的に酸素(O)を含ませる必要はない。酸素を多く含む銅合金層は、例えば、水やアルカリの存在で、銅合金層にボイドを発生させ、銅合金層の信頼性を低下する懸念がある。
そこで、第1導電性金属酸化物層と銅合金層と第2導電性金属酸化物層の3層を、例えば、室温(25℃)から200℃未満の基板温度で連続成膜を行う。更に、チャネル層のパターンを形成した後における後工程で、例えば、200℃〜300℃の低温アニーリングを施す。あるいは、300℃を超え、600℃までの高温アニーリングを施してもよい。これにより、電気抵抗率を含む電気特性改善が可能である。
本発明の実施形態に係る銅合金層は、Cu−Ca合金系の合金である。Cu−Ca合金系において、カルシウムは、銅に固溶しにくい。例えば、銅合金層の出発材料であるスパッタリングターゲットでは、CuCa等の析出物としてスパッタリングターゲット中に分散しやすい。Cu−Ca−Zn合金においても、同様に、カルシウムは銅に固溶しにくい。
CuCaや、熱処理時において銅合金の表面又は導電性金属酸化物と銅合金との界面に形成されるCaO等は、銅の拡散を抑制し、銅配線の信頼性の向上に寄与する。
亜鉛を銅合金に添加することによって、銅に亜鉛が固溶し、銅のグレインにおける格子位置に亜鉛を置換させて銅の動きが抑えられ、主として、銅のマイグレーションを防止することができる。
カルシウムを銅合金に添加することによって、主として、CaOやCuCa等の析出物が形成されることによる銅の拡散を防止することができる。
本発明の実施形態において、銅合金層を挟持する導電性金属酸化物層は、銅合金薄膜に対する密着性の向上、電気的実装におけるオーミックコンタクトの改善、耐擦傷性の向上、銅マイグレーションの防止、銅合金層及び導電性金属酸化物層の積層構造による信頼性の向上等、の機能を有する。
(導電性金属酸化物層)
次に、上述した第1導電性金属酸化物層7及び第2導電性金属酸化物層9、及び後述する第3導電性金属酸化物層、第4導電性金属酸化物層、第5導電性金属酸化物層、及び第6導電性金属酸化物層の構造について説明する。以下、第1〜第6導電性金属酸化物層を単に導電性金属酸化物層と呼称する。
導電性金属酸化物層の材料としては、例えば、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化ガリウム、酸化錫から選択される2種以上の金属酸化物を含む複合酸化物を採用することができる。
導電性金属酸化物層に含まれるインジウム(In)の量は、80at%より多く含有させる必要がある。インジウム(In)の量は、80at%より多いことが好ましい。インジウム(In)の量は、90at%より多いことがさらに好ましい。インジウム(In)の量が80at%より少ない場合、形成される導電性金属酸化物層の比抵抗が大きくなり、好ましくない。亜鉛(Zn)の量が20at%を超えると、導電性金属酸化物(混合酸化物)の耐アルカリ性が低下するので好ましくない。上記の導電性金属酸化物層においては、いずれも、混合酸化物中の金属元素でのアトミックパーセント(酸素元素をカウントしない金属元素のみのカウント)である。酸化アンチモンは、金属アンチモンが銅との固溶域を形成しにくく、積層構成での銅の拡散を抑制するため、上記導電性金属酸化物層に加えることができる。混合酸化物中には、チタン、ジルコニウム、マグネシウム、アルミニウム、ゲルマニウム等の他の元素を少量、添加することもできる。
銅層或いは銅合金層は、透明樹脂やガラス基板(第1透明基板、第2透明基板に適用)に対する密着性が低い。このため、銅層或いは銅合金層をこのまま表示装置基板に適用した場合、実用的な表示装置基板を実現することは難しい。しかし、上述した複合酸化物は、ブラックマトリクス、透明樹脂及びガラス基板等に対する密着性を十分に有しており、かつ、銅層や銅合金層に対する密着性も十分である。このため、上記複合酸化物を用いた銅層或いは銅合金層を表示装置基板に適用した場合、実用的な表示装置基板を実現することが可能となる。
銅、銅合金、銀、銀合金、或いはこれらの酸化物、窒化物は、ガラス等の透明基板やブラックマトリクスBM等に対する十分な密着性を一般的に有していない。そのため、導電性金属酸化物層を設けない場合、導電配線とガラス等の透明基板との界面、或いは、導電配線とブラックマトリクスあるいはSiO等で形成される絶縁層との界面で剥がれが生じる可能性がある。細い配線パターンを有する導電配線として銅或いは銅合金を用いる場合、導電配線の下地層として導電性金属酸化物層が形成されていない表示装置基板においては、剥がれによる不良以外にも、表示装置基板の製造工程の途中で導電配線に静電破壊による不良が生じる場合があり、実用的ではない。このような静電破壊は、カラーフィルタを基板上に積層するといった後工程や、表示装置基板とアレイ基板とを貼り合わせる工程や、洗浄工程等によって配線パターンに静電気が蓄積され、静電破壊によりパターン欠け、断線等を生じる現象である。
加えて、銅層や銅合金層の表面には、導電性を有しない銅酸化物が経時的に形成され、電気的なコンタクトが困難となることがある。その一方、酸化インジウム、酸化亜鉛、酸化アンチモン、酸化ガリウム、酸化錫等の複合酸化物層は、安定したオーミックコンタクトを実現することができ、このような複合酸化物を用いる場合では、導通転移(トランスファ)やコンタクトホールを介しての電気的実装を容易に行うことができる。
(アンテナユニット)
次に、図6〜図10を参照し、図3に示す第1アンテナユニット11の具体的な構造について説明する。
図6は、本発明の第1実施形態に係る表示装置基板100に形成された第1アンテナユニットを拡大して示す部分平面図である。図7は、図6のA−A’線に沿う断面図である。図8は、表示装置基板100に形成された第1アンテナユニット11と、アレイ基板200に形成された第3アンテナユニット13の重なりを示す斜視図である。図9は、ループアンテナの周囲を導体で囲った場合において渦電流の発生を説明するための説明図である。図10は、表示装置基板100に形成されたアクティブ素子を部分的に示す断面図である。
以下の説明では、第1アンテナユニット11、第2アンテナユニット12、第3アンテナユニット13、及び第4アンテナユニット14のうち、代表として、第1アンテナユニット11の構造について説明するが、他のアンテナユニットにおいても、同様の構造を採用することができる。また、以下の説明では、単に「アンテナユニット」と称する場合がある。
本発明における「アンテナユニット」とは、タッチセンシング信号の送受信や電力の受電及び給電等の目的で、1以上のアンテナが基板上に配置された構成を意味する。アンテナユニットの構成として、アンテナがループ(同一平面に形成されたコイル、螺旋状のパターン)形状のアンテナである場合、互いに逆向き方向に巻かれた2つのアンテナを隣接させた構成が、通信の安定性確保の観点で好ましい。逆向き方向に巻かれたアンテナを交互に2以上隣接させて、そのうち1組のアンテナを選択して用いることも可能である。
図8に示すように、表示装置基板100の第1アンテナユニット11とアレイ基板200の第3アンテナユニット13は、平面視、同じループアンテナ形状であり、位置が整合され、重なっている(第1重畳部51)。同様に、表示装置基板100の第2アンテナユニット12とアレイ基板200の第4アンテナユニット14は、平面視、同じループアンテナ形状であり、位置が整合され、重なっている(第2重畳部52)。
第1重畳部51及び第2重畳部52において、アンテナを形成する導電配線の線幅が例えば1μmから20μmといった細い線幅であること、及び、狭い額縁領域72内にアンテナユニットを収める必要があることから、アンテナの位置精度は、±3μm以内の精度が好ましい。位置整合の精度が高くなると、信号の送信や受信を効率の良く行うことが可能となる。2以上のループアンテナを並列に接続することで、アンテナの小型化と、非接触データ転送の高速化が可能となる。なお、図6〜図8においては、第1アンテナユニット11と第2アンテナユニット12の各々と、第3アンテナユニット13と第4アンテナユニット14の各々のとの共振回路を形成するためのコンデンサや他の部品の図示は省略されている。
アンテナを形成する導電配線の構造としては、上述した銅合金層を導電性金属酸化物層で挟持する3層構成の導電配線を用いることができる。例えば、第1アンテナユニット11と第2アンテナユニット12は、第1導電配線21と同じレイヤで同じ工程で形成することができる。第3アンテナユニット13と第4アンテナユニット14は、第3導電配線23(あるいは第4導電配線24)と同じレイヤで同じ工程で形成することができる。
第1アンテナユニット11、第2アンテナユニット12、第3アンテナユニット13、及び第4アンテナユニット14の各々は、逆巻きのループアンテナの対で構成されている。逆巻きのループアンテナの磁界の発生方向が逆方向となることで、ノイズ発生の少ない、安定した送受信が可能となる。換言すれば、逆巻きのループアンテナには、それぞれ方向の異なる磁界形成により外部磁界の遮蔽効果が得られ、外部ノイズの影響を低減できる。
ループアンテナの巻き数は、2以上、あるいは3以上が好ましい。アンテナの外形が5mm以下と小さいサイズの場合、巻き線数を3以上20以下とすることができる。第1実施形態での巻き数は、3巻とした。ここで、巻き数が2以上のループアンテナの平面視形状は、同一平面上で旋回するに従い中心に近づく曲線となる。線間がほぼ等間隔となるアルキメデスの螺旋を典型的に例示できる。
一般に、RFIDに代表されるループアンテナは、長い通信距離を得るため、次の3つ点が必要である。
(a)巻き数を増やすこと
(b)例えば、13.56MHz等の周波数を前提にカードサイズ等の大きなアンテナ径を確保すること
(c)導電配線の導電率を確保すること等
なお、アンテナ径とは、アンテナの平面視、長軸と短軸との平均値を目安としている。その一方、本発明の実施形態に係るループアンテナの通信距離は、有機EL層に用いる封止層の厚みや液晶層の厚みであり、例えば、0.5μm〜5μm程度の短い距離でよいため、上述した制限は、殆どなくなる。換言すれば、本発明の実施形態に係るループアンテナの通信距離は、一般的なRFIDと異なり、0.5μmから5μm程度の短い距離でよいため、液晶層等の駆動回路へのノイズ影響を極めて小さくできる。本発明の実施形態に係るループアンテナの遠方放射強度は小さく、通常のアンテナの共振周波数の法的制限を殆ど受けない。
本発明の実施形態に係るループアンテナの共振周波数は、例えば、タッチセンシング駆動周波数のn倍(nは1以上の整数)としてタッチセンシングに都合のよい周波数を選択できる。
逆に、液晶層等の駆動回路、バックライトユニット駆動、100V等の外部電源等から受けるノイズの影響を減らすため、本実施形態では図6や図8に示す略U字形状の導体パターン25A、25Bでアンテナユニット11、12、13、14を平面的に囲った。
なお、導体パターンの形状として、例えば、図9に示すような電気的に閉じた形状W(電気的につながった形状)を採用する場合、ループアンテナを流れる電流とは逆向きに流れる電流が導体パターンに流れてしまい、ループアンテナの効率を低下させてしまう。このため、導体パターン25A、25Bの形状としては、環状の導電パターンでアンテナユニットを囲うのではなく、略U字形状の導電パターンによりアンテナユニット(ループアンテナ)の周囲を部分的に囲うことが好ましい。導体パターン25A、25Bは、表示装置の筐体等に接地することが好ましい。
導体パターン25A、25Bの構造としては、上述したように、第1導電性金属酸化物層と第2導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された構成が好ましい。
例えば、アンテナユニット11、12、13、14の各々は、平面視、逆巻き方向のアンテナの対とすることができる。逆巻きとは、図6に示される上下の配置(あるいは左右の配置)のループアンテナ164、165が、中心166にて平面視、線対称となる巻き方向と定義できる。
第1アンテナユニット11と第3アンテナユニット13との重なり部(第1重畳部51)では、例えば、CPUからのタッチ駆動信号の受信、あるいは、タッチ検知スイッチング回路19からタッチ信号送受信制御部20を経て出力されるタッチ検出信号の送信が行われる。タッチ駆動信号は、タッチ駆動制御部17を経てタッチ駆動スイッチング回路18を駆動する。換言すれば、第1アンテナユニット11と第3アンテナユニット13との第1重畳部51は、タッチセンシング信号の送受信機能を有する。
第2アンテナユニット12と第4アンテナユニット14との重なり部(第2重畳部52)では、例えば、第4アンテナユニット14から共振周波数の電磁波の発生により生じた電力を第2アンテナユニット12が受電する。換言すれば、第2アンテナユニット12と第4アンテナユニット14との第2重畳部52は、電力信号の受給機能を有する。
なお、第1アンテナユニット11と第3アンテナユニット13との重なり部の役割と、第2アンテナユニット12と第4アンテナユニット14との重なり部の役割は、入れ替えることができる。
図7に示すように、第1透明基板1上にブラックマトリクス3が形成され、ブラックマトリクス3上に下部絶縁層41が形成され、下部絶縁層41上に第1アンテナユニット11及び第2アンテナユニット12が形成されている。図3、図5、及び図7を比較すると明らかなように、下部絶縁層41上に、第1導電配線21、第5導電配線55、第1アンテナユニット11、及び第2アンテナユニット12が形成されている。即ち、第1導電配線21、第5導電配線55、第1アンテナユニット11、及び第2アンテナユニット12は、同一のレイヤに位置する。
より具体的に説明すると、下部絶縁層41上に、第1導電性金属酸化物層7、銅合金層8(あるいは銅層)、及び第2導電性金属酸化物層9(3層構成の導電層)が成膜された後、周知のフォトリソグラフィの手法で、3層構成の導電層をパターニングすることで、第1導電配線21、第5導電配線55、第1アンテナユニット11、及び第2アンテナユニット12の各々のパターンが形成される。即ち、本発明における「同一のレイヤに位置する」とは、3層構成の導電層を基板上に形成した後に、パターニングによって、各々の配線層(導電配線、アンテナユニット)を同一層として配設することを意味しており、配線やアンテナ等が、同じ層構成、同じ材料で、同一のレイヤに設けられていることを意味する。
同じ層構成の導電配線(第1導電配線21)で形成された第1アンテナユニット11、第2アンテナユニット12の各々は、第1接続用パッド60、61を介して、異なる導電配線(第2導電配線22)に電気的に接続されている。また、例えば、第1アクティブ素子38を構成するゲート電極54(ゲート配線、図10参照)は、同じ層構成の導電配線(第1導電配線)と同一のレイヤにあり、第1アクティブ素子38を構成するソース配線53とソース電極58は第2導電配線22と同一のレイヤに位置する。また、第1タッチセンシング配線ユニットは第1導電配線と同一のレイヤに位置する第5導電配線55で形成されており、第2タッチセンシング配線ユニットは第6導電配線56で形成されている。上述したように、本発明の実施形態では、第1導電配線21と第2導電配線22の2層配線を、アンテナやアクティブ素子に活用している。
後述するタッチ駆動スイッチング回路18やゲート信号スイッチング回路27等には、アクティブ素子(薄膜トランジスタ)や第1導電配線と第2導電配線との2層配線を含んでいるが、図2及び図12ではその詳細を省略している。
(第1アクティブ素子38)
表示装置基板100に形成されている電力受電部15、電源制御部16、タッチ駆動制御部17、タッチ駆動スイッチング回路18、タッチ検知スイッチング回路19、タッチ信号送受信制御部20、及び検波・AD変換部30は、スイッチング素子として、第1アクティブ素子38を備えている。
図10に示すように、第1アクティブ素子38は、ボトムゲート構造を有しており、第1透明基板1の額縁領域72に形成されている。第1アクティブ素子38は、ブラックマトリクス3と下部絶縁層41を介して第1透明基板1の第1面101に形成される。なお、第1アクティブ素子38を形成する部位は、下地のブラックマトリクス3を省き、下部絶縁層41上に形成してもよい。
第1アクティブ素子38において、ゲート電極54は、第1導電配線21と同じ構成の導電配線で形成され、第1導電配線21と同じ工程で形成される。ゲート電極54上には、ゲート絶縁層42(第1基板側絶縁層)、チャネル層59及びドレイン電極57、ソース電極58が積層されている。ゲート電極54は、ゲート電極54に接続されているゲート配線と電気的につながり、ソース電極58はソース配線53と電気的につながっている。
複数の第1アクティブ素子38と、導電性金属酸化物層あるいは酸化物半導体の膜のパターニングによって形成された抵抗素子とで、図3に示したタッチ駆動スイッチング回路18、タッチ検知スイッチング回路19、タッチ信号送受信制御部20、検波・AD変換部30、電力受電部15、電源制御部16、タッチ駆動制御部17等の回路が構成されている。第1アンテナユニット11や第2アンテナユニット12等に必要なコンデンサは、第1導電配線21及び第2導電配線22を形成する際に形成することができる。具体的に、第1導電配線21及び第2導電配線22と同じ構成を有すると共に同じレイヤに位置する導電層を、第1基板側絶縁層42の上下に所望の大きさを有するように、パターニングによって、コンデンサを形成することができる。第1アクティブ素子38を構成するチャネル層35は、酸化物半導体で構成されている。
(酸化物半導体)
酸化物半導体は、例えば、酸化インジウム、酸化ガリウムを少なくとも含有する。さらに、酸化物半導体は、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化亜鉛のうちいずれか1種以上を含む。このような酸化物半導体は、上記と同様の200℃〜350℃の低温アニーリングにより、結晶化を進め、半導体特性を安定化できる。このような低温プロセスは、有機樹脂や有機顔料をベースとするカラーフィルタや、ポリイミド樹脂やアラミド樹脂等の樹脂基板への適合性を向上させる。例えば、基板上に、樹脂にカーボンが分散されたブラックマトリクスを形成し、更に、チャネル層として酸化物半導体を用いたアクティブ素子を形成する場合がある。この場合であっても、前記ブラックマトリクスが耐熱性を持つ200℃〜300℃の範囲の低温アニーリングを実施でき、酸化物半導体の信頼性を向上できるメリットがある。
酸化物半導体は、非晶質から結晶質に変化させることで、キャリア移動度の改善や信頼性の向上を実現することができる。酸化インジウムや酸化ガリウムの酸化物としての融点は高い。酸化アンチモン(Sb)や酸化ビスマス(Bi)の融点はいずれも1000℃以下で、酸化物の融点が低い。例えば、酸化インジウム(In)と酸化ガリウム(Ga)と酸化アンチモンの3元系複合酸化物を採用した場合、融点の低い酸化アンチモンの効果で、この複合酸化物の結晶化温度を低くすることができる。換言すれば、非晶質状態から、微結晶状態などに結晶化させ易い酸化物半導体を提供できる。酸化物半導体は、その結晶性を高めることで、キャリア移動度を向上させることができる。微結晶の酸化物半導体膜とは、TEMなどの観察方法により、少なくとも1nmから3nm前後、或いは、3nmより大きい結晶粒を観察することができる酸化物半導体膜である。
酸化物半導体は、後工程のウエットエッチングにおいて易溶性が求められることから、酸化亜鉛、酸化ガリウムあるいは酸化アンチモンリッチな複合酸化物を用いることができる。例えば、スパッタリングに用いる金属酸化物ターゲットの金属元素の原子比(酸素をカウントしない原子比)としては、In:Ga:Sb=1:2:2、In:Ga:Sb=1:3:3、In:Ga:Sb=2:1:1、In:Ga:Sb=1:1:1、或いはIn:Ga:Sb=1:0.25:1を例示することができる。ここでSbは、例えば、Zn(亜鉛)やBi(ビスマス)に置き換えることができる。
また、In:Sb=1:1の原子比で、酸化インジウム及び酸化アンチモンの2元系複合酸化物としてもよい。例えば、In:Bi=1:1の原子比で、酸化インジウム及び酸化ビスマスの2元系複合酸化物としてもよい。また、上記原子比においては、Inの含有量を更に増やしてもよい。
例えば、上記の複合酸化物にさらにSnを添加してもよい。この場合、In、Ga、Sb、及びSnOを含む4元系の組成を含む複合酸化物が得られ、あるいは、In、Sb、及びSnOを含む3元系の組成を含む複合酸化物が得られ、キャリア濃度を調整することが可能となる。In、Ga、Sb、Biと価数の異なるSnOは、キャリアドーパントの役割を果たす。
チャネル層として酸化物半導体を用いたアクティブ素子(薄膜トランジスタ)は、電気的な耐圧が極めて高い。第3アンテナユニットと第4アンテナユニットとの間のノイズに起因する電圧変動、さらには、タッチ配線が外部から拾うノイズに伴う電圧変動に耐えることができ、チャネル層として酸化物半導体を用いたアクティブ素子(薄膜トランジスタ)でのタッチセンシングに係る回路形成は、極めて好ましい。
これら酸化物半導体をチャネル層として用い、本発明の実施形態に係る導電配線を適用したソース電極、ドレイン電極、及びゲート電極を用いることで、n型の薄膜トランジスタ(アクティブ素子)を提供できる。チャネル層をp型とすることでp型の薄膜トランジスタを提供できる。
(第2アクティブ素子48)
次に、アレイ基板200の有効表示領域71に形成された第2アクティブ素子48について説明する。図11は、アレイ基板200に形成された第2アクティブ素子48を部分的に示す断面図である。
第2アクティブ素子48は、ボトムゲート構造を有しており、ゲート電極33(ゲート配線)、ソース配線31、ソース電極32、チャネル層35、ドレイン電極37を備える。ゲート配線及びソース配線は、第2アクティブ素子48に電気的に接続されている。第2アクティブ素子48のドレイン電極37は、コンタクトホール90を介して画素電極49に電気的に接続され、液晶層4の駆動を行う。アレイ基板200では、第2アクティブ素子48と同じ構成を有するアクティブ素子が、アレイ基板200の額縁領域にも形成されている。アレイ基板200の額縁領域において、複数の第2アクティブ素子48と、導電性金属酸化物層あるいは酸化物半導体の膜のパターニングにより形成された抵抗素子とによって、図4に示したソース信号スイッチング回路26、ゲート信号スイッチング回路27、及び電力送電部28、信号送受信部29が構成されている。電力送電部28は、第4アンテナユニット14を駆動し、第2アンテナユニット12に対する送電を行う。信号送受信部29は、第3アンテナユニット13を駆動し、第1アンテナユニット11と第3アンテナユニット13との間で、タッチ信号の送受信を行う。
視認性向上のため、有効表示領域の外側に、遮光性のブラックマトリクスによって額縁を形成することが好ましい。しかし、額縁領域の全てに額縁を形成する必要はなく、タッチ駆動スイッチング回路等の第1アクティブ素子を形成する領域では、遮光性のブラックマトリクスによる額縁の形成を省いてもよい。また、観察面である第1透明基板1の表面に保護ガラスとして積層されるカバーガラスの裏面等に、額縁状の遮光パターンを形成してもよい。
なお、アレイ基板200の額縁領域に形成された、ソース信号スイッチング回路26、ゲート信号スイッチング回路27、電力送電部28、信号送受信部29の電源は、FPCを経由して、図示されていないバッテリー、あるいはアダプターを介して100V等の外部電源と接続される。
また、第1透明基板1の画素開口部10、もしくは、第2透明基板2の画素開口部10に、例えば、赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタ等のカラーフィルタを配設してもよい。
なお、第1実施形態において、チャネル層35に用いる酸化物半導体は、In:Ga:Sb=1:0.25:1の元素比の複合酸化物を用い、280℃の低温アニールを行い、微結晶の酸化物半導体とした。第1実施形態での銅合金層には、Cu:Ca:Zn=97.5:2:0.5の元素比の銅合金を用いた。
(タッチセンシング)
第1タッチセンシング配線ユニットや第2タッチセンシング配線ユニットに含まれるタッチセンシング配線の全てをタッチセンシングに用いなくてもよい。間引き駆動を行ってもよい。タッチセンシング配線を間引き駆動させる場合について説明する。まず、全てのタッチセンシング配線を複数のグループに区分する。グループの数は、全てのタッチセンシング配線の数より少ない。一つのグループを構成する配線数が、例えば、6本であるとする。ここで、全ての配線(配線数は6本)のうち、例えば、2本の配線を選択する(全ての配線の本数よりも少ない本数、2本<6本)。一つのグループにおいては、選択された2本の配線を用いてタッチセンシングが行われ、残りの4本の配線における電位がフローティング電位に設定される。タッチセンシングの機能が定義されているグループ毎にタッチセンシングを行うことができる。
タッチに用いられるポインタが、指である場合とペンである場合とは、接触あるいは近接するポインタの面積や容量が異なる。こうしたポインタの大ききによって、間引く配線の本数を調整できる。ペンや針先などの先端が細いポインタでは、配線の間引き本数を減らして高密度のタッチセンシング配線のマトリクスを用いることができる。指紋認証時には高密度のタッチセンシング配線としてタッチセンシングを行うことができる。間引き駆動により、タッチセンシングに関わる消費電力を減らすことができる。
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。要求されるタッチ入力の速さに合わせてタッチ駆動の周波数を調整してもよい。タッチ駆動周波数は、液晶駆動周波数より高い周波数を採用することができる。指等のポインタが表示装置の観察者側の表面に接触或いは近接するタイミングは不定期であり、かつ、短時間であることから、タッチ駆動周波数は高いことが望ましい。タッチ駆動周波数と液晶駆動周波数とを異ならせる方法は、いくつか挙げられる。例えば、ノーマリオフの液晶駆動にて、黒表示(オフ)のときにバックライトもオフとし、この黒表示の期間(液晶表示に影響のない期間)にタッチセンシングを行ってもよい。この場合、タッチ駆動の周波数を種々、選択できる。
(アクティブ素子による回路形成)
上述した実施形態においては、導電性金属酸化物層あるいは酸化物半導体の膜を所望のパターンに形成することで抵抗素子を形成することができる。また、アレイ基板200上にポリシリコン半導体をチャネル層とする薄膜トランジスタ(アクティブ素子)のマトリクスを形成した後、絶縁層にスルーホールを形成し、スルーホールを介して、前記チャネル層として酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ(アクティブ素子)のマトリクスを積層することができる。
抵抗素子やn型の薄膜トランジスタを用いた周知の技術で、インバーター回路やSRAMを構成することができる。同様、ROM回路、NAND回路、NOR回路、フリップフロップ、シフトレジスタ等の論理回路を構成することができる。酸化物半導体は、漏れ電流が極めて少ないため、低消費電力の回路を形成することができる。また、シリコン半導体にはないメモリー性(電圧保持性)を有するため、良好なメモリー素子を提供できる。あるいは、アレイ基板200において、ポリシリコン半導体をチャネル層とするアクティブ素子のマトリクスを1層目に形成し、チャネル層として酸化物半導体を用いたアクティブ素子のマトリクスを2層目に形成する積層構成にて、上記メモリーや論理回路を形成することもできる。必要に応じて、チャネル層をポリシリコン半導体やアモルファスシリコン半導体で形成することもできる。
(第2実施形態)
以下、本発明の第2実施形態に係る表示装置DSP2を、図12から図14を参照しながら説明する。
第2実施形態においては、第1実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
図12は、本発明の第2実施形態に係る表示装置DSP2を部分的に示す断面図である。図13は、本発明の第2実施形態に係る表示装置DSP2を構成するアレイ基板を部分的に示す断面図であり、アレイ基板に形成されたアクティブ素子及び有機ELの発光層の説明図である。図14は、本発明の第2実施形態に係る表示装置DSP2を構成する表示装置基板に形成された第1アンテナユニットと、アレイ基板に形成された第3アンテナユニットの重なりを示す斜視図である。
図12に示すように、表示装置DSP2は、接着層である透明樹脂層97を介して第1透明基板1と第2透明基板2とを貼り合わせた有機エレクトロルミネセンス(以下、有機EL)表示装置である。
本発明の実施形態に係る表示装置DSP2において、表示機能層は発光層92(有機EL層)及びホール注入層91であり、第2アクティブ素子は薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)であり、発光層92を駆動する。
平面視における表示装置DSP2の構造は、第1実施形態と同様であるので、図示を省略している。第1実施形態と同様に、画素開口部10に赤フィルタ、緑フィルタ、青フィルタ等のカラーフィルタを配設してもよい。
表示装置基板100における第1透明基板1の額縁領域には、ブラックマトリクス3は形成されておらず、アクティブ素子(不図示)等を用い、下部絶縁層41上にタッチ駆動スイッチング回路18等の回路が形成されている。このような回路形成は、第1実施形態と同様であるので説明を省く。
第1透明基板1の第1面101には、X方向(第1方向)に第5導電配線55からなる第1タッチセンシング配線ユニットと、Y方向(第2方向)に第6導電配線56からなる第2タッチセンシング配線ユニットとが具備されている。これらタッチセンシング配線ユニットは、第1実施形態と同様、タッチセンシングを制御する回路の構成要素として、第1アクティブ素子38と第1導電配線21と第2導電配線22とを含む。なお、第1導電配線21と第5導電配線55とは、同じ導電配線の構造であり同一のレイヤとして形成される。第2導電配線22と第6導電配線56とは、同じ導電配線の構造であり同一のレイヤとして形成される。
図12においてタッチ駆動スイッチング回路の紙面奥には、図示されていない第1アンテナユニット11と第2アンテナユニット12が、第1透明基板1の第1面101に配設されている。図12において図示されていない有機EL駆動スイッチング回路、第3アンテナユニット13、及び第4アンテナユニット14は、第1透明基板1と向かい合う基板2の面に配設されている。
図14に示すように、第1アンテナユニット11、第2アンテナユニット12、第3アンテナユニット13、及び第4アンテナユニット14を構成するループアンテナの巻き数は、いずれも5巻とした。外部からのノイズ影響を緩和するため、各アンテナユニットの3方に、略U字形状の導体パターン25A、25Bを形成した。表示装置基板100の第1アンテナユニット11とアレイ基板200の第3アンテナユニット13は、平面視、同じループアンテナ形状であり、位置が整合され、重なっている(第1重畳部51)。同様に、表示装置基板100の第2アンテナユニット12とアレイ基板200の第4アンテナユニット14は、平面視、同じループアンテナ形状であり、位置が整合され、重なっている(第2重畳部52)。
アンテナを形成する導電配線の線幅は、6μmであり、位置精度(アライメント精度)は、±2μm以内とした。これら導電配線の構造は、第1実施形態と同様、銅合金層を導電性金属酸化物層で挟持する3層構成である。
第1実施形態と同様に、第1アンテナユニット11と第3アンテナユニット13との重なり部(第1重畳部51)では、例えば、CPUからのタッチ駆動信号の受信、あるいは、タッチ検知スイッチング回路19からタッチ信号送受信制御部20を経て出力されるタッチ検出信号の送信が行われる。タッチ駆動信号は、タッチ駆動制御部17を経てタッチ駆動スイッチング回路18を駆動する。
第2アンテナユニット12と第4アンテナユニット14との重なり部(第2重畳部52)では、例えば、第4アンテナユニット14から共振周波数の電磁波の発生により生じた電力を第2アンテナユニット12が受電する。電力受電部15は、受信電圧を平滑化、定電圧化し、タッチ駆動電圧として電源制御部16に出力する。
第1アンテナユニット11と第2アンテナユニット12は、第1導電配線21と同じ構成を有するとともに同じレイヤに位置する。第1アンテナユニット11と第2アンテナユニット12の各々の内側には第1接続用パッド60、61が設けられている。第1アンテナユニット11と第2アンテナユニット12の各々の内側には、第1接続用パッド60、61が形成されている。第1接続用パッド60、61上の絶縁層42(第1基板側絶縁層)に設けられたスルーホールを介して、第1アンテナユニット11と第2アンテナユニット12の各々は、第2導電配線22の一部に接続されている。第1導電配線21及び第2導電配線22は、絶縁層42(第1基板側絶縁層)を介した2層の導電配線構造を構成している。
第3アンテナユニット13と第4アンテナユニット14は、第3導電配線23と同じ構成を有するとともに同じレイヤに位置する。第3アンテナユニット13と第4アンテナユニット14の各々の内側には第2接続用パッド62、63が設けられている。第3アンテナユニット13と第4アンテナユニット14の各々の内側には、第2接続用パッド62、63が形成されている。第2接続用パッド62、63上の絶縁層113(第2基板側絶縁層)に設けられたスルーホールを介して、第3アンテナユニット13と第4アンテナユニット14の各々は、第4導電配線24の一部に接続されている。第3導電配線23及び第4導電配線24は、絶縁層を介した2層配線構造を形成している。
次に、第2実施形態の表示装置を構成する第2透明基板2の構造について、図12及び図13を用いて説明する。
アレイ基板300の基板としては、透明基板に限定する必要はなく、例えば、ガラス基板、セラミック基板、石英基板、サファイア基板、あるいはシリコン、炭化シリコンやシリコンゲルマニウム等の半導体基板、さらにはプラスチック基板等を適用できる。例えば、表示装置基板100の基板としてガラス基板等の透明基板を用い、アレイ基板300の基板としてシリコン基板を用い、反射型の表示装置を構成することができる。
アレイ基板300において、下部絶縁層114、下部絶縁層114上に形成されたアクティブ素子68(第2アクティブ素子)、下部絶縁層114及びアクティブ素子68を覆うように形成された絶縁層(第2基板側絶縁層)113、アクティブ素子68のチャネル層65に対向するように絶縁層113上に形成されたゲート電極95、絶縁層113及びゲート電極95を覆うように形成された上部絶縁層112、及び上部絶縁層112上に形成された平坦化層96が、基板2上に、順に積層されている。チャネル層65は、酸化物半導体で形成されている。
平坦化層96には、アクティブ素子68のドレイン電極66に対応する位置にコンタクトホール93が形成されている。また、平坦化層96上には、チャネル層65に対応する位置にバンク94が形成されている。断面視において互いに隣り合うバンク94の間の領域においては、即ち、平面視においてバンク94に囲まれた領域においては、平坦化層96の上面、コンタクトホール93の内部、及びドレイン電極66を覆うように下部電極88(画素電極)が形成されている。
なお、下部電極88は、バンク94の上面には形成されていなくてもよい。
更に、下部電極88、バンク94、及び平坦化層96を覆うようにホール注入層91が形成されている。ホール注入層91上には、順に、発光層92、上部電極87、及び封止層109が積層されている。
下部電極88は、後述するように、銀あるいは銀合金層が導電性金属酸化物層によって挟持された構成を有する。
上部電極87は、例えば、膜厚11nmの銀合金層が膜厚40nmの複合酸化物で挟持された透明導電膜である。下部電極88は、膜厚250nmの銀合金層が膜厚30nmの複合酸化物で挟持された構成を有する。なお、上記複合酸化物層を導電性金属酸化物層に適用し、銀合金層の膜厚を、例えば、9nmから15nmの範囲に設定し、導電性金属酸化物層によって銀合金層が挟持された3層積層構造を用いることが好ましい。この場合、高い透過率の透明導電膜を実現することができる。
また、上記複合酸化物層を導電性金属酸化物層に適用し、銀合金層の膜厚を、例えば、100nmから250nmの範囲内、あるいは、300nm以上の膜厚に設定し、導電性金属酸化物層によって銀合金層が挟持された3層積層構造を採用してもよい。この場合、可視光に対して高い反射率を有する反射電極を実現することができる。
バンク94の材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ノボラックフェノール樹脂等の有機樹脂を用いることができる。バンク94には、更に、酸化シリコン、酸窒化シリコン等の無機材料を積層してもよい。
平坦化層96の材料としては、アクリル樹脂、ポリイミド樹脂、ベンゾシクロブテン樹脂、ポリアミド樹脂等を用いてもよい。低誘電率材料(low−k材料)を用いることもできる。
なお、視認性向上のため、平坦化層96や封止層109、あるいは、基板のいずれかが、光散乱の機能を有してもよい。あるいは、基板の上方に光散乱層を形成してもよい。
図13は、本発明の第2実施形態に係る表示装置を部分的に示す拡大図である。また、図13は、画素電極に接続されているアクティブ素子68として用いられるトップゲート構造を有する薄膜トランジスタ(TFT)の構造の一例を示している。なお、図13においては、第1透明基板1と封止層109を省略している。
アクティブ素子68は、チャネル層65と、チャネル層65の一端(第一端、図13におけるチャネル層65の左端)に接続されたドレイン電極66と、チャネル層65の他端(第2端、図13におけるチャネル層65の右端)に接続されたソース電極64と、絶縁層113を介してチャネル層65に対向配置されたゲート電極95とを備える。後述するように、チャネル層65は、酸化物半導体で構成され、ゲート絶縁層と接触している。アクティブ素子68は、発光層を駆動する。
図13は、アクティブ素子68を構成するチャネル層65、ドレイン電極66、及びソース電極64が下部絶縁層114上に形成されている構造を示しているが、本発明はこのような構造を限定しない。下部絶縁層114を設けずに、基板上にアクティブ素子68を直接形成してもよい。また、ボトムゲート構造の薄膜トランジスタを適用してもよい。
第2実施形態では、第3導電配線23の一部を用いて、ソース配線67、ソース電極64、及びドレイン電極66が形成されている。ソース配線67、ソース電極64、ドレイン電極66、及び第3導電配線23は、同一のレイヤに位置する。
また、第4導電配線24を用いて、ゲート配線69及びゲート電極95が形成されている。ゲート配線69、ゲート電極95、及び第4導電配線24は、同一のレイヤに位置する。
上述したように、第3導電配線23及び第4導電配線24は、いずれも、銅層あるいは銅合金層を導電性金属酸化物層で挟持する3層構成を有する。
ゲート電極95の下部に位置する絶縁層113(第2基板側絶縁層)は、ゲート電極95と同じ幅を有する絶縁層であってもよい。この場合、例えば、ゲート電極95をマスクとして用いたドライエッチングを行い、ゲート電極95の周囲の絶縁層113を除去する。これによって、ゲート電極95と同じ幅を有する絶縁層を形成することができる。ゲート電極95をマスクとして用いて絶縁層をドライエッチングにて加工する技術は、一般に自己整合と称される。
なお、第2実施形態において、チャネル層65に用いる酸化物半導体は、In:Ga:Sb=1:1:1の元素比の複合酸化物を用い、280℃の低温アニールを行い、微結晶の酸化物半導体とした。第実施形態での銅合金層には、Cu:Ca:Zn=97:2.5:0.5の元素比の銅合金を用いた。
例えば、上述の実施形態に係る表示装置は、種々の応用が可能である。上述の実施形態に係る表示装置が適用可能な電子機器としては、携帯電話、携帯型ゲーム機器、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、ナビゲーションシステム、音響再生装置(カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤ等)、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、自動販売機、現金自動預け入れ払い機(ATM)、個人認証機器、光通信機器等が挙げられる。上記の各実施形態は、自由に組み合わせて用いることができる。
本発明の好ましい実施形態を説明し、上記で説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、請求の範囲によって制限されている。
1 第1透明基板
2 第2透明基板(基板)
3 ブラックマトリクス
4 液晶層
7 第1導電性金属酸化物層
8 銅合金層
9 第2導電性金属酸化物層
10 画素開口部
11 第1アンテナユニット
12 第2アンテナユニット
13 第3アンテナユニット
14 第4アンテナユニット
15 電力受電部
16 電源制御部
17 タッチ駆動制御部
18 タッチ駆動スイッチング回路
19 タッチ検知スイッチング回路
20 タッチ信号送受信制御部
21 第1導電配線
22 第2導電配線
23 第3導電配線
24 第4導電配線
25A,25B 導体パターン
26 ソース信号スイッチング回路
27 ゲート信号スイッチング回路
28 電力送電部
29 信号送受信部
30 検波・AD変換部
31,53,67 ソース配線
32,58,64 ソース電極
33 ゲート配線(ゲート電極)
34,95,54 ゲート電極
35,59,65 チャネル層
37,57,66 ドレイン電極
38 第1アクティブ素子
41,114 下部絶縁層
42 第1基板側絶縁層(ゲート絶縁層)
43,112 上部絶縁層
44 第2基板側絶縁層(ゲート絶縁層)
45、46 絶縁層
48 第2アクティブ素子
49 画素電極
51 第1重畳部
52 第2重畳部
55 第5導電配線
56 第6導電配線
60,61 第1接続用パッド
62,63 第2接続用パッド
68 アクティブ素子(第2アクティブ素子)
69 ゲート配線
71 有効表示領域
72 額縁領域
87 上部電極
88 下部電極
90,93 コンタクトホール
91 ホール注入層
92 発光層
94 バンク
96 平坦化層
97 透明樹脂層
100 表示装置基板
101 第1面
109 封止層
110 表示部
113 絶縁層(第2基板側絶縁層)
120 制御部
121 映像信号制御部
122 タッチセンシング制御部
123 システム制御部
164,165 ループアンテナ
166 中心
200,300 アレイ基板
201 第2面
DSP1,DSP2 表示装置

Claims (11)

  1. 表示装置であって、
    第1面を有する第1基板と、
    前記第1面に対向する第2面を有する第2基板と、
    前記第1基板と前記第2基板との間に位置する表示機能層と
    を備え、
    前記第1基板の前記第1面上には、少なくとも、矩形状の有効表示領域と前記有効表示領域を囲む額縁領域とを具備するブラックマトリクスと、第1導電配線と、第2導電配線と、複数の第1アクティブ素子と、第1アンテナユニットと、第2アンテナユニットと、第1タッチセンシング配線ユニットと、第2タッチセンシング配線ユニットとが設けられ、
    前記第2基板の前記第2面上には、少なくとも、第3導電配線と、第4導電配線と、前記表示機能層を駆動する複数の第2アクティブ素子と、前記第2アクティブ素子に電気的に接続されるゲート配線及びソース配線と、第3アンテナユニットと、第4アンテナユニットとが設けられ、
    前記有効表示領域内において、前記第1タッチセンシング配線ユニットは、第1方向に延在する互いに平行な複数の第5導電配線を含み、前記第2タッチセンシング配線ユニットは、前記第1方向と直交する第2方向に延在する互いに平行な複数の第6導電配線を含み、
    前記第5導電配線は、前記第1導電配線と同一のレイヤに位置し、前記第1導電配線と同じ層構成を有し、
    前記第6導電配線は、前記第2導電配線と同一のレイヤに位置し、前記第2導電配線と同じ層構成を有し、
    前記第1導電配線と、前記第1アンテナユニットと、前記第2アンテナユニットと、第1タッチセンシング配線ユニットとは、前記第1基板の厚み方向において、第1導電性金属酸化物層と第2導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された3層構成の導電層で構成され、同一のレイヤに位置し、
    前記第2導電配線は、第1基板側絶縁層を介して、前記3層構成の前記導電層を覆うように積層され、第3導電性金属酸化物層と第4導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された3層構成の導電層で構成され、
    前記第1アンテナユニット及び前記第2アンテナユニットの各々は、1以上のループアンテナを有し、前記ループアンテナの内側には、第1接続用パッドが設けられ、
    前記第1接続用パッドは、前記第1基板側絶縁層に設けられたスルーホールを介して前記第2導電配線の一部に接続され、
    前記第3導電配線と、前記第3アンテナユニットと、前記第4アンテナユニットとは、前記第2基板の厚み方向において、第5導電性金属酸化物層と第6導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された3層構成の導電層で構成され、同一のレイヤに位置し、
    前記第4導電配線は、第2基板側絶縁層を介して、前記3層構成の前記導電層を覆うように積層され、第7導電性金属酸化物層と第8導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された3層構成の導電層で構成され、
    前記第3アンテナユニット及び前記第4アンテナユニットの各々は、1以上のループアンテナを有し、前記ループアンテナの内側には、第2接続用パッドが設けられ、
    前記第2接続用パッドは、前記第2基板側絶縁層に設けられたスルーホールを介して前記第4導電配線の一部に接続され、
    前記第1基板から前記第2基板に向かう方向から見た平面視において、
    前記第1アンテナユニットと前記第3アンテナユニットとは、前記ループアンテナが形成されている部分において、±3μm以内の位置精度で重なり、
    前記第2アンテナユニットと前記第4アンテナユニットとは、前記ループアンテナが形成されている部分において、±3μm以内の位置精度で重なり、
    前記第1アンテナユニットと前記第3アンテナユニットとが重なる第1重畳部は、タッチセンシング信号の送受信機能を有し、
    前記第2アンテナユニットと前記第4アンテナユニットとの重なる第2重畳部は、電力信号の受給機能を有し、
    前記第1基板から前記第2基板に向かう方向から見た平面視において、
    前記第1重畳部及び前記第2重畳部は、前記額縁領域内に配置されており、
    前記第1導電配線の一部と、前記第2導電配線の一部と、前記複数の第1アクティブ素子は、タッチセンシングを制御する回路を構成する
    表示装置。
  2. 前記第1アンテナユニット及び前記第2アンテナユニットの前記ループアンテナの各々は、巻き方向が互いに逆であり、かつ、巻き数が2以上のループアンテナ対を含み、
    前記第3アンテナユニット及び前記第4アンテナユニットの前記ループアンテナの各々は、巻き方向が互いに逆であり、かつ、巻き数が2以上のループアンテナ対を含む
    請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記第1アンテナユニット及び前記第2アンテナユニットの周囲を部分的に囲い、かつ、前記第1導電性金属酸化物層と前記第2導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された導体パターンを有する
    請求項1に記載の表示装置。
  4. 前記第3アンテナユニットと前記第4アンテナユニットの周囲を部分的に囲い、かつ、前記第3導電性金属酸化物層と前記第4導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された導体パターンを有する
    請求項1に記載の表示装置。
  5. 前記第1アクティブ素子は酸化物半導体で構成されたチャネル層を有する
    請求項1に記載の表示装置。
  6. 前記酸化物半導体は、酸化インジウム、酸化ガリウムを含有し、さらに、酸化アンチモン、酸化ビスマス、酸化亜鉛から構成される群より選択される1種以上を含有する
    請求項5に記載の表示装置。
  7. 前記銅合金層は、銅に固溶する第1元素と、銅及び前記第1元素より電気陰性度が小さい第2元素とを含み、
    前記第1元素及び前記第2元素は、銅に添加する場合の比抵抗上昇率が1μΩcm/at%以下の元素であり、
    前記銅合金層の比抵抗は、1.9μΩcmから6μΩcmの範囲内にある
    請求項1に記載の表示装置。
  8. 表示装置基板であって、
    少なくとも、矩形状の有効表示領域と前記有効表示領域を囲む額縁領域とを具備するブラックマトリクスと、第1導電配線と、第2導電配線と、複数の第1アクティブ素子と、第1アンテナユニットと、第2アンテナユニットと、第1タッチセンシング配線ユニットと、第2タッチセンシング配線ユニットとを、第1面上に備え、
    前記有効表示領域内において、前記第1タッチセンシング配線ユニットは第1方向に延在する互いに平行な複数の第5導電配線を含み、前記第2タッチセンシング配線ユニットは、前記第1方向と直交する第2方向に延在する互いに平行な複数の第6導電配線を含み、
    前記第5導電配線は、前記第1導電配線と同一のレイヤに位置し、前記第1導電配線と同じ層構成を有し、
    前記第6導電配線は、前記第2導電配線と同一のレイヤに位置し、前記第2導電配線と同じ層構成を有し、
    前記第1導電配線と、前記第1アンテナユニットと、前記第2アンテナユニットと、第1タッチセンシング配線ユニットとは、前記表示装置基板の厚み方向において、第1導電性金属酸化物層と第2導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された3層構成の導電層で構成され、同一のレイヤに位置し、
    前記第2導電配線は、絶縁層を介して、前記3層構成の前記導電層を覆うように積層され、第3導電性金属酸化物層と第4導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された3層構成の導電層で構成され、
    前記第1アンテナユニット及び前記第2アンテナユニットの各々は、1以上のループアンテナを有し、前記ループアンテナの内側には、第1接続用パッドが設けられ、
    前記第1接続用パッドは、前記絶縁層に設けられたスルーホールを介して前記第2導電配線の一部に接続され、
    前記第1アンテナユニットと前記第2アンテナユニットとは、前記額縁領域内に配置され、
    前記第1導電配線、前記第1アンテナユニット、前記第2導電配線、及び前記第2アンテナユニットが形成された前記第1面において、前記有効表示領域が、透明樹脂層で覆われている
    表示装置基板。
  9. 前記第1アンテナユニットと前記第2アンテナユニットの周囲を部分的に囲い、かつ、前記第1導電性金属酸化物層と前記第2導電性金属酸化物層とによって銅層あるいは銅合金層が挟持された導体パターンを有する
    請求項8に記載の表示装置基板。
  10. 前記第1アンテナユニット及び前記第2アンテナユニットの前記ループアンテナの各々は、巻き方向が互いに逆であり、かつ、巻き数が2以上のループアンテナ対を含む
    請求項8に記載の表示装置基板。
  11. 第1タッチセンシング配線ユニットは、前記第1方向に延在する複数の第1タッチセンシング配線を含み、
    第2タッチセンシング配線ユニットは、前記第2方向に延在する複数の第2タッチセンシング配線を含む
    請求項8に記載の表示装置基板。
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