KR101199053B1 - 입력 기능을 갖는 액정 표시 장치 - Google Patents

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KR101199053B1
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Abstract

정전 용량 결합 방식의 터치 센서를 액정 표시 장치측의 기판에 형성하여 기능 내장함으로써 두께를 저감한 액정 표시 장치는, 터치 센서 회로에 액정 표시 회로가 근접하고 있어, 액정 구동의 전계에 영향을 받아 손가락에 결합된 정전 용량의 변화를 고감도로 검출할 수 없어, 정상적인 기능을 실현할 수 없는 문제가 있다. 액정층(113)을 협지한 한 쌍의 투명 기판의 한쪽의 기판(101) 상에 컬러 필터층(107)을 갖는 횡전계에 의해 액정을 구동시키는 액정 표시 회로를 형성하고, 대향하는 다른 쪽의 기판(116)에서, 액정과는 반대측에 정전 용량 결합 방식의 터치 센서 회로층(117)을 가짐으로써, 터치 센서 회로에 액정 표시 회로가 근접하지 않아, 터치 센서의 정전 용량의 변화를 고감도로 검출하는 것이 가능하게 된다. 이에 의해, 터치 센서로서의 기능, 성능을 유지하면서, 기기를 생산성 좋게 실현할 수 있는 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치를 얻는 것이 가능하게 된다.

Description

입력 기능을 갖는 액정 표시 장치{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE HAVING INPUT FUNCTION}
본 출원은 2009년 2월 24일자로 출원된 일본 특허 출원 번호 제2009-40700호에 기초한 것으로, 그 내용은 본원에 참조로서 인용된다.
본 발명은, 입력 기능을 갖는 액정 표시 장치에 관한 것으로, 특히 정전 용량 결합 방식의 터치 센서 기능을 내장 실장하는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
정전 용량 결합 방식 터치 센서는, 표시 장치와 조합함으로써, 표시 장치의 표시 영역에 대응하는 터치 센서 화면을 손가락으로 접촉함으로써, 손가락끝과 위치 검출 전극 사이에서의 정전 용량의 변화를 포착하여 위치를 검지하고, 위치 좌표 등을 표시 장치에 입력하는 기능을 갖는 기기이다.
최근, 휴대 전화나 초소형의 퍼스널 컴퓨터 등의 모바일 기기에 탑재되어, 표시 장치와 조합되어 입력 장치로서 이용되고 있다.
정전 용량 결합 방식의 터치 센서는, 표시 장치 표시 영역에 대응하는 터치 센서 기판 상의 터치 센서 화면에, 터치된 위치를 검출하는 패턴화시킨 투명 전극이 형성되고, 터치 센서 화면 주변에는 투명 전극으로부터의 위치 검출 신호를 취출하는 배선이 형성되고, 위치 검출 신호를 외부의 검출 회로에 출력하기 위한 배선 회로 등을 구비하고 있다.
정전 용량 결합 방식의 터치 센서 장치와 액정 표시 장치를 접합한 터치 센서를 갖는 액정 표시 장치의 예로서는, JP2006-023904A가 알려져 있다.
정전 용량 결합 방식의 터치 센서 기능을 액정 표시 장치에 내장한 예로서는, 횡전계 구동 방식의 액정 표시 장치에 관한 JP2008-185785A, TN 방식이나 수직 배향 방식의 액정 표시 장치에 관한 JP2008-32756A가 알려져 있다.
최근, 모바일 기기의 박형화 경쟁이 심하고, 특히 휴대 전화에서는, 액정 패널의 글래스 기판이나 백라이트 기기를 얇게 하여, 기기의 박형화를 진행시키고 있다.
그런데, 정전 용량 결합 방식의 터치 센서 장치와 액정 표시 장치를 접합한 터치 센서를 갖는 액정 표시 장치에서는, 터치 센서의 기판과 액정 표시 장치의 기판을 접합하고 있기 때문에, 전체적으로 두꺼운 것으로 되어 있다.
또한, 이것을 개선하기 위해, 터치 센서 기능을 하는 회로를 액정 표시 장치측의 기판에 형성하여 기능 내장함으로써, 터치 센서의 기판분의 두께를 저감한 액정 표시 장치에 대해서는, JP2008-185785A, JP2008-32756A에 기재되어 있다.
액정 표시 장치의 구동 방식은, 일반적으로 하기의 3 종류의 방식으로 나누어진다.
하나는, 한 쌍의 액정 협지 기판에 대해, 편측의 기판에 액정 구동용의 화소 전극과 공통 전극이 존재하는 횡전계 구동 방식이다. 또한, 그 밖에는, 한 쌍의 액정 협지 기판에 대해, 한쪽의 기판의 액정 협지면에 액정 구동용의 화소 전극이, 다른 한쪽의 기판의 액정 협지면에 공통 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 Twisted　Nematic(TN) 방식, 수직 배향 방식이다.
이 중에서, 종래의 횡전계 구동 방식의 액정 표시 장치에서는, 일정 전위로 되어 있는 실드 전극층이나 도체층이 액정 구동용의 화소 전극과 공통 전극의 대향 기판면에 형성되어 있다.
일반적으로, 횡전계 구동 방식에서는, 화소 전극과 공통 전극의 대향 기판면에 일정 전위로 되어 있는 도체가 존재하면, 화소 전극과 공통 전극의 전계가 정상으로 인가되지 않아, 전계에 의한 액정 분자 배열의 움직임이 영향을 받아, 액정 배향의 흐트러짐이 발생함으로써, 소위 표시 불균일의 원인으로 되어 표시 성능이 뒤떨어지게 된다. 대향 기판면에 존재할 수 있는 저항값이 높은 재료에 관해서는, JP1997-5763A,　JP1998-73810A, JP1998-82998A, JP1998-170958A 등에 기재가 있고, 대향 기판면에는 저항성이 높은 재료가 이용되고 있다.
이 때문에, 종래의 횡전계 구동 방식의 액정 표시기에서는, 전계 구동 방식에서 화소 전극과 공통 전극의 대향 기판면에 일정 전위로 되어 있는 실드 전극층이나 도체층이 존재함으로써, 액정 표시 장치로서의 성능이 현저하게 뒤떨어지는 문제가 있다.
또한, 터치 센서 전극이 형성된 기판의 이면에 대해, 실드 전극층이나 도체층, 컬러 필터층이 형성되어 있다. 이 때문에, 먼저 터치 센서 전극을 형성한 후에, 실드 전극층이나 도체층, 컬러 필터층을 형성하거나, 혹은 그 반대의 공정을 취할 필요가 있으며, 한쪽의 면을 이면측을 형성하는 동안에 보호할 필요가 있어, 공정이 번잡하게 되는 문제가 있다.
한편, 종래의 TN 방식이나 수직 배향 방식의 액정 표시 장치에서는, 액정 구동용의 전극이 액정 협지 능면에 형성되어 있고, 그 전극간의 전계에 의해 액정이 구동한다. 이 때, 정전 용량 결합 방식의 터치 센서 전극과 액정 구동용의 전극이 컬러 필터층을 개재하여 절연되는 것만의 구조로 되어 있다. 터치 센서 기능으로서는, 액정 패널 화면을 손가락으로 접촉함으로써 터치 센서 전극에 의해 손가락에 결합된 정전 용량의 변화를 포착하여 위치를 검지하여 화상 표시에 반영하게 된다.
그러나, 근접하고 있는 액정 구동의 전계에 영향을 받아, 손가락에 결합된 정전 용량의 변화를 고감도로 검출할 수 없어, 터치 센서로서의 정상적인 기능을 실현할 수 없는 문제가 있다. 또한, 반대로 근접하고 있는 터치 센서 전극을 흐르는 전류 신호에 영향을 받아, 근접하고 있는 액정 구동 전극에 인가되는 전계가 흐트러져, 액정 분자 배열의 움직임이 영향을 받아, 액정 배향의 흐트러짐이 발생함으로써, 표시 성능에 문제가 생기는 문제가 있다.
본 발명의 목적은, 터치 센서로서의 기능, 성능을 유지하면서, 기기를 생산성 좋게 실현할 수 있는 정전 용량 결합 방식 터치 센서 기능을 내장한 액정 표시 장치를 제공하는 데에 있다.
전술한 목적을 달성하기 위해, 본 발명의 정전 용량 결합 방식 터치 센서 기능을 내장한 액정 표시 장치는, 이하의 특징을 갖고 있다.
본 발명의 액정 표시 장치는, 액정을 협지한 한 쌍의 투명 기판의 한쪽의 기판 상에, 매트릭스 형상으로 배치되며 박막 트랜지스터로 이루어지는 스위칭 소자와 스위칭 소자의 배선부와, 박막 트랜지스터에 전기적으로 접속된 투광성의 화소 전극과, 화소 전극과 절연막을 개재하여 배치된 공통 전극을 갖고, 액정을 협지하는 최표면에 액정 배향막을 갖고, 대향하는 다른 쪽의 기판에서, 액정을 협지하는 면에 액정 배향막을 갖고, 그 기판의 액정과는 반대측에 정전 용량 결합 방식의 터치 센서 기능의 전극을 갖고 있다.
이 때, 본 액정 표시 장치에서는, 화소 전극과 공통 전극 사이의 횡전계에 의해 액정을 전극에 대해 수평으로 배향 구동을 행함으로써 화상 표시 기능을 발현한다.
또한, 본 발명의 액정 표시 장치에서는, 액정을 협지한 한 쌍의 투명 기판 중, 박막 트랜지스터를 갖는 기판측에 컬러 필터를 가짐으로써, 컬러 표시를 실현 하고 있다. 또한, 박막 트랜지스터를 갖는 기판과 대향하는 다른 쪽의 기판에서, 액정을 협지하는 면에 액정 배향막을 갖고, 그 기판 이면측에, 투명 전극으로 이루어지는 XY 위치 좌표 전극이 형성된 정전 용량 결합 방식에 의해 터치된 위치를 검출하는 터치 센서 회로를 갖고 있다.
이 때, 터치 센서 회로를 갖는 기판에서는, 편측에 액정 배향막만 존재하고, 액정을 구동시키는 횡전계에 영향을 주는 도전층이 존재하지 않아, 전계에 의한 액정 분자 배열의 움직임이 흐트러지지 않는 표시 성능을 얻는 것이 가능하게 된다.
편측에 액정 배향막과 셀 갭 스페이서(셀 갭 스페이서는 박막 트랜지스터 회로 기판측에 있어도 동일한 기능을 함)를 형성하면, 액정 표시 장치로서의 기본 성능을 실현할 수 있고, 제조 공정도 간단하게 하는 것이 가능하게 된다.
또한, 터치 센서 회로를 갖는 기판의 두께를, 0.4㎜ 이상 1.2㎜ 이하로 하면, 충분히 두꺼운 절연물로 되고, 터치 센서 회로도 기판 자체가 두꺼운 절연물로 되어 액정을 구동시키는 횡전계로부터 격리되어, 터치 센서 전극과 손가락 사이에서 결합된 정전 용량의 변화를 고감도로 검출하는 것이 가능하게 된다.
본 발명에서는, 터치 센서로서의 기능, 성능을 유지하면서, 기기를 생산성 좋게 실현할 수 있는 정전 용량 결합 방식 터치 센서 기능을 내장한 액정 표시 장치를 실현할 수 있다.
도 1은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명하기 위한 단면도.
도 2는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제1 기판 상의 화소 회로를 설명하기 위한 평면도.
도 3은 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치의 제1 기판 상의 컬러 필터를 설명하기 위한 평면도.
도 4는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명하는 사시도.
도 5는 본 발명의 실시예에 따른 액정 표시 장치를 설명하는 도 4의 액정 표시 화면부 a-a'의 단면도.
도 6은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 회로를 설명하기 위한 기판 평면도.
도 7은 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서 회로를 설명하기 위한 도 6의 터치 센서 회로부 b-b'의 단면도.
이하, 본 발명의 실시 형태에 대해서, 도 1 내지 도 7을 이용하여 설명한다.
<실시예 1>
도 1의 단면도에 도시한 실시예 1의 액정 표시 장치를 이하의 조건에서 제작하였다.
본 실시예의 액정 표시 장치는, 대향하는 투명 기판인 제1 기판(101)과 제2 기판(116) 사이에 액정층(113)을 협지하고 있고, 제1 기판(101) 상에 박막 트랜지스터 회로를 스위칭 소자로 하는 표시 회로가 형성되어 있다.
제1 기판(101) 상에, 원하는 패턴 형상으로 이루어지는 도전체의 게이트 전극(102)을 형성하고, 이 상면에 질화 실리콘막으로 이루어지는 절연층(103)을 형성한다. 다음으로, 박막 트랜지스터(105)를 형성하고, 이에 접속하는 소스 전극(104)과 드레인 전극(106)을 형성한다. 다음으로, 안료 컬러 필터 재료를 이용하여, 컬러 필터층(107)을 형성한다. 이 때, 컬러 필터층에는 소스 배선까지 관통하는 접속 개구(111)를 형성한다. 다음으로, 투명 공통 전극(108)을 형성한다. 다음으로, 이 상면에, 질화 실리콘막으로 이루어지는 절연층(109)을 형성한다. 이 때, 절연층(109)에는 소스 배선까지 관통하는 접속 개구(111)를 형성한다. 다음으로, 원하는 형상으로 패턴화한 투명 화소 전극(110)을 형성한다. 이 때, 접속 개구(111)로부터, 화소 전극(110)은, 소스 전극(104)에 접속되어 있다. 다음으로, 폴리이미드 재료를 주성분으로 하는 액정용의 배향막(112)을 형성한다.
제2 기판(116) 상에는, 정전 용량 터치 센서 회로층(117)을 형성한다. 그 이면(액정을 협지하는 측)에, 액정층(113)의 두께를 규정하기 위한 셀 갭 스페이서(114)를 형성한다. 다음으로, 폴리이미드 재료를 주성분으로 하는 액정용의 배향막(115)을 형성한다.
제1 기판(101)과 제2 기판(116) 사이에 액정층(113)을 협지한 후, 편광판 필름을 양 외측에 접착하여, 외장 편광판(118, 119)을 형성한다.
이상에 의해 형성된 액정 협지 셀과 광원으로 되는 백라이트 유닛(표시하지 않음)을 조합하여, 액정 표시 장치가 완성된다.
이하, 제작 공정을 구체적으로 설명한다.
제1 기판(101)으로서, 가시광 영역에서 투명성이 양호한 두께 대략 0.4㎜의 무알칼리 글래스를 이용하고, 이 위에 게이트 전극으로 되는 전극 재료를 성막하고, 포토레지스트를 이용한 포토리소그래피 기술에 의해 패턴 형성하고, 게이트 전극(102)을 형성한다. 본 구성예에서는, 게이트 전극(102)으로서는 스퍼터법에 의해 알루미늄과 몰리브덴을 순차적으로 적층하여, 두께 대략 100㎚로 형성되어 있다.
다음으로, 게이트 전극(102)을 피복하도록 기판 전체면에, 플라즈마 CVD(화학적 기상 성장)법에 의해 두께 대략 300㎚의 질화 실리콘막을 절연층(103)으로서 성막한다. 또한, 게이트 전극 상에는, 질화 실리콘 절연막을 개재하여 박막 트랜지스터(105)를 포토리소그래피 기술에 의해 형성한다. 박막 트랜지스터(105)는, 본 구성예에서는, 아몰퍼스 실리콘막 혹은 다결정 실리콘막을 이용하여 두께 대략 300㎚로 형성되어 있다.
다음으로, 소스 전극(104)과 드레인 전극(106)을 박막 트랜지스터 패턴의 일부에 중복되도록 형성한다. 이들은, 스퍼터법에 의해 두께 대략 300㎚의 몰리브덴, 알루미늄, 몰리브덴을 순차적으로 적층 성막한다. 계속해서, 주지의 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트 패턴 형성하고, 얻어진 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 전극을 에칭에 의해 패턴을 형성하고, 포토레지스트를 제거하여, 원하는 소스 전극과 드레인 전극의 패턴을 형성한다.
다음으로, 컬러 필터 안료를 함유하는 알칼리 현상형의 감광성 컬러 필터 재료를 스핀 또는 슬릿 방식에 의해 도포하고, 핫 플레이트나 오븐로를 이용하여 90℃에서 가열하고, 소정의 포토마스크를 이용하여 포토리소그래피 기술에 의해 노광하고, 알칼리 현상액으로 패턴 형성하여, 접속 개구(111)를 형성한다. 계속해서, 오븐로를 이용하여 230℃에서 30분간 가열하여 경화시킴으로써 두께 약 1.5㎛의 컬러 필터층(107)을 형성한다. 컬러 표시에는 적색, 녹색, 청색의 3색의 화소를 조합하는 것이 필요하므로, 3색의 컬러 필터를 형성한다.
다음으로, 인듐 산화 주석막을 잘 알려진 진공 중의 스퍼터링법을 이용하여 두께 70㎚ 성막한다. 다음으로, 주지의 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트를 도포하고, 노광, 현상에 의해 원하는 패턴을 형성한다. 다음으로, 얻어진 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 투명 전극을 에칭에 의해 패턴을 형성하고, 포토레지스트를 제거하여, 원하는 투명 공통 전극(108)의 패턴을 얻는다.
투명 전극으로서는, 전도도가 어느 정도 높고, 가시광을 투과시킨다고 하는 기능을 갖는 인듐 산화 주석막 외에, 산화 인듐 산화 아연막, 산화 아연 등의 산화물 투명 전극이 적합하다. 전극의 두께는, 전도도와 투명성과의 상관으로부터 임의로 설정된다. 산화물 투명 전극막은, 에칭할 때에는 산성계 액을 이용하면 된다.
계속해서, 상층에 이들 하층막을 보호 피복하는 절연층(109)을 형성한다. 본 구성예의 경우, 플라즈마 CVD법에 의해 두께 대략 500㎚의 질화 실리콘막으로 형성된다. 이 밖에, 산화 질화 실리콘막도 이용할 수 있다. 이 때, 질화 실리콘막이나 산화 질화 실리콘막의 형성 온도는 실온 이상 내지 280℃ 이하가 바람직하고, 안료 컬러 필터의 내열성과 보호막으로서의 질화 실리콘막이나 산화 질화 실리콘막의 물성적인 막질과의 양립으로부터, 특히는 180℃ 이상 230℃ 이하가 바람직하다.
다음으로, 포토레지스트 재료를 도포하고, 핫 플레이트나 오븐로를 이용하여 90℃에서 가열하고, 소정의 포토마스크를 이용하여 포토리소그래피 기술에 의해 노광하고, 알칼리 현상액으로 패턴 형성하고, 개구를 형성하여 레지스트 하층의 질화 실리콘막을 노출시킨다. 계속해서, 레지스트를 마스크로 하여 노출부의 질화 실리콘막을 에칭에 의해 제거하여 개구를 형성하고, 하층의 소스 전극을 노출시키는 접속 개구(111)를 형성한다. 이 때, 질화 실리콘막은 컬러 필터층을 피복하여, 접속 개구(111) 내에서는 컬러 필터층은 노출되어 있지 않다.
다음으로, 인듐 산화 주석막을 잘 알려진 진공 중의 스퍼터링법을 이용하여 두께 70㎚ 성막한다. 다음으로, 주지의 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트를 도포하고, 노광, 현상에 의해 원하는 패턴을 형성한다. 다음으로, 얻어진 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 투명 전극을 에칭에 의해 패턴을 형성하고, 포토레지스트를 제거하여, 원하는 투명 화소 전극(110)의 패턴을 얻는다.
계속해서, 액정 표시 장치의 표시 영역의 표층에 액정을 배향시키기 위한 액정 배향막(112)을 형성한다. 액정 배향막은, 폴리이미드계 재료 용액을 플렉소 인쇄나 잉크젯 도포 성막 방법을 이용하여 성막하고, 90℃에서 가열하고, 그 후 230℃에서 가열 경화막으로 한 후, 러빙 방법 등으로 막 표면을 러빙 처리하고, 수세정하여 배향막으로 한다.
제2 기판(116)으로서, 가시광 영역에서 투명성이 양호한, 무알칼리 글래스, 소다 글래스나, 붕규산 글래스 등의 알칼리 글래스나, 또한 화학 강화 글래스 등의 글래스 기판을 이용하여도 된다. 또한, 투명성을 갖는 폴리에틸렌테레프탈레이트, 폴리에틸렌나프탈레이트 등의 폴리에스테르 필름, 내열성과 투명성이 높은 폴리이미드 필름도 알려져 있고, 이와 같은 투명성을 갖는 수지계 기판을 이용하여도 된다.
기판의 두께로서는, 0.4㎜ 이상 1.2㎜ 이하가 바람직하다. 이 때, 제2 기판(116)은, 액정 표시 장치와 정전 용량 터치 센서 회로층 사이의 충분히 두꺼운 절연물로 된다.
여기서는 제2 기판(116)으로서, 0.8㎜ 두께의 무알칼리 글래스를 이용하여, 정전 용량 터치 센서 회로층(117)을 형성한다.
정전 용량 터치 센서 회로층(117)에는, 표시 화면 내는 투명 전극을 이용하여 회로가 형성되어 있다. 투명 전극으로서는, 전도도가 어느 정도 높고, 가시광을 투과시킨다고 하는 기능을 갖는 인듐 산화 주석막이나, 산화 인듐 산화 아연막, 산화 아연 등의 산화물 투명 전극이 적합하다. 투명 전극은, 예를 들면, 인듐 산화 주석막을 잘 알려진 진공 중의 스퍼터링법을 이용하여 성막한다. 다음으로, 주지의 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트를 도포하고, 노광, 현상에 의해 원하는 패턴을 형성한다. 다음으로, 얻어진 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 투명 전극을 에칭에 의해 패턴을 형성하고, 포토레지스트를 제거하여, 원하는 투명 전극 패턴을 얻는다. 전극의 두께는, 전도도와 투명성과의 상관으로부터 임의로 설정된다.
제2 기판(116)의 이면(액정을 협지하는 측)에, 액정층(113)의 두께를 규정하기 위한 셀 갭 스페이서(114)를 형성한다.
셀 갭 스페이서의 재료로서는, 감광성 재료가 적합하다. 아크릴계 수지나 아크릴 에폭시계 수지를 베이스 폴리머에 감광제와 조합함으로써, 광 조사된 부분이 현상 용해하여 제거되는 포지티브형 감광성 재료나 광 조사되어 있지 않은 부분이 현상 용해하여 제거되는 네가티브형 감광성 재료가 알려져 있고, 이들을 이용하는 것이 가능하다. 현상액으로서는, 각각의 감광성 재료에 의존하여, 알칼리 수용액이나 유기 용제를 이용하는 것이 가능하다.
이와 같은 감광성 재료 용액을 스핀 또는 슬릿 방식에 의해 도포하고, 핫 플레이트나 오븐로를 이용하여 90℃에서 가열하고, 소정의 포토마스크를 이용하여 포토리소그래피 기술에 의해 노광하고, 현상액으로 패턴을 형성한다. 계속해서, 오븐로를 이용하여 230℃에서 30분간 가열하여 경화시킴으로써, 셀 갭 스페이서(114)를 형성한다.
다음으로, 액정 표시 장치의 표시 영역의 표층에 액정을 배향시키기 위한 액정 배향막(115)을 형성한다. 액정 배향막(115)은, 폴리이미드계 재료 용액을 플렉소 인쇄나 잉크젯 도포 성막 방법을 이용하여 성막하고, 90℃에서 가열하고, 그 후 230℃에서 가열 경화막으로 한 후, 러빙 방법 등으로 막 표면을 러빙 처리하고, 수세정하여 배향막으로 한다.
이상에 의해 형성한 제1 기판과 제2 기판을 접합하여, 액정층(113)을 협지한다. 액정층의 두께는, 셀 갭 스페이서(114)의 높이로 규정되어 있고, 여기서는 0.4㎛ 두께로 하였다.
다음으로, 제1 기판과 제2 기판의 외면에 필름 편광판을 접합하여, 외장 편광판(118과 119)을 형성하였다.
이상에 의해, 정전 용량 결합 방식 터치 센서 기능을 내장한 액정 표시 장치를 얻는다. 본 액정 표시 장치에서는, 액정을 협지한 한 쌍의 투명 기판 중 한쪽의 기판 상에, 매트릭스 형상으로 배치되며 박막 트랜지스터로 이루어지는 스위칭 소자와 스위칭 소자의 배선부와, 박막 트랜지스터의 소스 전극에 전기적으로 접속된 투광성의 화소 전극과, 화소 전극과 절연막을 개재하여 배치된 공통 전극을 갖고, 액정을 협지하는 최표면에 액정 배향막을 갖고, 대향하는 다른 쪽의 기판에서, 액정을 협지하는 면에 액정 배향막을 갖고, 그 기판 이면측에 정전 용량 결합 방식의 터치 센서 기능의 전극을 갖고 있다.
이 때, 본 액정 표시 장치에서는, 화소 전극과 공통 전극 사이의 횡전계에 의해 액정을 전극에 대해 수평으로 배향 구동을 행함으로써 화상 표시 기능을 발현하고, 또한, 박막 트랜지스터를 갖는 기판측에 컬러 필터를 가짐으로써, 액정 표시 장치로서의 컬러 표시를 실현하고 있다. 본 실시예에서는 컬러 필터층(107)을 절연층(103) 상에 형성하였지만, 컬러 필터층(107)은 박막 트랜지스터(105)를 갖는 기판측에 있으면 어디에 배치하여도 된다. 예를 들면, 제1 기판(101) 상에 컬러 필터층(107)을 형성하고, 그 위에 질화 실리콘막이나 산화 질화 실리콘막을 이용하여 보호막을 형성한 후, 그 위에 게이트 전극(102)이나 절연층(103)을 형성하도록 하여도 된다.
여기서, 제1 기판(101) 상에 형성되는 박막 트랜지스터 회로를 스위칭 소자로 하는 표시 회로는, 그 액정 표시 화소의 1 서브 픽셀을 나타내는 도 2의 평면도와 같이, 드레인 전극(201), 게이트 전극(202), 박막 트랜지스터(203), 소스 전극(204), 접속 개구(205), 투명 화소 전극(206), 투명 공통 전극(208)으로 구성되어 있다. 투명 화소 전극(206)은, 투명 공통 전극(208)과의 사이의 횡전계에 의해 액정을 전극에 대해 수평으로 배향 구동을 행하기 위해, 화소 전극 슬릿 개구(207)를 갖는 슬릿 형상으로 되어 있다. 투명 화소 전극(206)은, 그 형상으로부터, 빗살 형상 전극으로 불리는 경우도 있다.
또한, 제1 기판 상에 박막 트랜지스터 회로를 스위칭 소자로 하는 표시 회로는, 도 3의 평면도에 도시한 바와 같이, 적, 녹, 청의 원색 컬러 필터를 서브 픽셀로 하고 3원색을 조합하여 1 화소로 하여, 액정 표시 장치로서의 컬러 표시를 실현하고 있다.
도 3에서, 참조 부호 301은 접속 개구, 참조 부호 302는 투명 화소 전극, 참조 부호 303은 화소 전극 슬릿 개구, 참조 부호 304는 투명 공통 전극층, 참조 부호 305는 컬러 필터(적), 참조 부호 306은 컬러 필터(녹), 참조 부호 307은 컬러 필터(청)이다.
<실시예 2>
도 4에, 실시예 1의 정전 용량 결합 방식 터치 센서 기능을 내장한 액정 표시 장치의 사시도를 도시한다. 도 4에 도시한 액정 표시 장치를 이하의 조건에서 제작하였다.
박막 트랜지스터 회로를 스위칭 소자로 하는 표시 회로를 형성한 제1 기판(401)과 터치 센서 회로를 내장한 제2 기판(403)을 화상 표시 화면(터치 센서 화면)(404)을 외면으로 하여 접합하여 액정층(402)을 협지한다. 제1 기판(401)과 제2 기판(402)의 외측에는 필름 편광판(도시 생략)이 접합되어 있다.
제2 기판(403)에는, 터치 센서 위치 검출 회로 제어용 IC(405)를 실장한 플렉시블 프린트 배선 기판(406)이 접속되어 있다. 이 플렉시블 프린트 배선 기판(406)은, 신호를 액정 표시 장치에 입력할 목적으로 제1 기판(401)에 접속되어 있다. 제1 기판(401)에는, 액정 표시용 제어 IC(408)를 실장하고, 플렉시블 프린트 배선 기판(407)을 접속하고 있다. 플렉시블 프린트 배선 기판(407)을, 예로 들면 휴대 전화의 신호 회로와 접속함으로써, 액정 표시 장치에 표시 화상 신호를 보내는 기능을 한다.
이 때, 단면 a-a'는, 도 5에 도시한 바와 같이, 제1 기판(502), 액정층(504)을 협지하기 위한 표시 화면 주변을 시일하는 액정 시일부(503), 제2 기판(505), 터치 센서 회로층(506)과, 각각의 기판 외측에 접착된 외장 편광판(501, 507)으로 구성된다.
이상에 의해, 정전 용량 결합 방식 터치 센서 기능을 내장한 액정 표시 장치를 얻는다. 본 액정 표시 장치에서는, 액정을 협지한 한 쌍의 투명 기판 중 한쪽의 기판 상에, 매트릭스 형상으로 배치되며 박막 트랜지스터로 이루어지는 스위칭 소자와 스위칭 소자의 배선부와, 박막 트랜지스터의 소스 전극에 전기적으로 접속된 투광성의 화소 전극과, 화소 전극과 절연막을 개재하여 배치된 공통 전극을 갖고, 액정을 협지하는 최표면에 액정 배향막을 갖고, 대향하는 다른 쪽의 기판에서, 액정을 협지하는 면에 액정 배향막을 갖고, 그 기판 이면측(액정과는 반대측)에 정전 용량 결합 방식의 터치 센서 회로층을 갖고 있다.
<실시예 3>
도 6에, 실시예 1의 터치 센서 회로층의 기판 평면도를 도시한다. 도 6에 도시한 터치 센서 회로층을 이하의 조건에서 제작하였다.
제2 기판(601)의 한쪽 면 상에, 위치 좌표를 검출하기 위한 터치 위치 좌표 검출 회로층이 형성되어 있다. 이 회로층은, 화상 표시 화면(터치 센서 화면)(602)에는, 터치 위치 좌표 검출 투명 전극(603과 604)(각각 터치 위치의 X 좌표, Y 좌표를 검출함)과, 화상 표시 화면 밖에 투명 전극으로부터의 신호를 취출하는 전극 회로 신호 배선(605)이 설치되어 있다. 전극 회로 신호 배선(605)은, 터치 센서 회로 접속 단자(606)에 접속되어 있고, 이 접속 단자에 대해 실시예 2에 기재한 플렉시블 프린트 배선 기판(406)이 접속된다.
이하, 제작 공정을 구체적으로 설명한다.
제2 기판(601)으로서, 0.8㎜ 두께의 무알칼리 글래스를 이용하고 있다.
좌표 전극(603과 604)으로 되는 투명 전극으로서는, 전도도가 어느 정도 높고, 가시광을 투과시킨다고 하는 기능을 갖는 인듐 산화 주석막이나, 산화 인듐 산화 아연막, 산화 아연 등의 산화물 투명 전극이 적합하다. 좌표 전극의 두께는, 전도도와 투명성과의 상관으로부터 임의로 설정된다. 또한, 좌표 전극의 형상도, 검출 회로로서의 정전 용량 결합의 신호와 잡음의 비로부터의 위치 신호 검출을 양호하게 행할 수 있는 성능을 얻기 위해, 임의로 설정된다. 좌표 전극(603과 604)의 각각은, 터치 패널 장치에서, X 위치 좌표와 Y 위치 좌표에 대응하는 좌표 전극으로 된다. 좌표 전극(603과 604)의 상하 관계가 XY에 고유로 될 필요는 없다.
좌표 전극(603과 604)으로 되는 투명 전극은, 인듐 산화 주석막을 잘 알려진 진공 중의 스퍼터링법을 이용하여, 5㎚ 내지 50㎚의 임의의 두께로 성막한다. 다음으로, 주지의 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트를 도포하고, 노광, 현상에 의해 원하는 좌표 전극 패턴을 형성한다. 다음으로, 얻어진 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 투명 전극을 에칭에 의해 패턴을 형성하고, 포토레지스트를 제거하여, 투명 전극으로 이루어지는 원하는 좌표 전극 패턴(603과 604)을 얻는다.
전극 회로 신호 배선(605)과 터치 센서 회로 접속 단자(606)는, 도전성이 높은 금속 배선, 예를 들면 은, 알루미늄, 혹은 금속 화합물인 알루미늄ㆍ팔라듐ㆍ구리 등의 재질을 이용하여, 전술한 포토리소그래피 기술을 이용하여 패턴 형성한다.
이 때, 좌표 전극(603과 604)으로 되는 투명 전극은, 도 7에 도시한 바와 같이 절연막(704과 706)에 의해 절연되어 있다. 도 7에서, 참조 부호 701은 제2 기판, 참조 부호 702는 터치 위치 좌표 검출 회로층, 참조 부호 703은 터치 위치 좌표 검출 투명 전극, 참조 부호 704는 절연막, 참조 부호 705는 터치 위치 좌표 검출 투명 전극, 참조 부호 706은 절연막이다. 절연막(704과 706)으로서는, 광 투과성이 있는 절연막 재료가 적합하다. 막 두께는, 광 투과율이나 절연막 재료의 유전율을 고려하여 선택할 수 있다. 절연막을 비유전률 3～4로 한 경우에, 막 두께는 1～20 마이크로 미터가 적합하다.
절연막층의 재료로서는, 감광성 재료를 이용하면 전술한 터치 위치 좌표 검출 회로층(702)을 형성할 때의 개구 패턴의 형성에 적합하다. 아크릴계 수지나 아크릴 에폭시계 수지, 실록산계 수지를 베이스 폴리머에 감광제와 조합함으로써, 광 조사된 부분이 현상 용해하여 제거되는 포지티브형 감광성 재료나 광 조사되어 있지 않은 부분이 현상 용해하여 제거되는 네가티브형 감광성 재료가 알려져 있고, 이들을 이용하는 것이 가능하다. 현상액으로서는, 각각의 감광성 재료에 의존하여, 알칼리 수용액이나 유기 용제를 이용하는 것이 가능하다.
절연막은, 화상 표시 장치의 성능을 떨어뜨리지 않기 위해, 투과율 80％ 이상의 광 투과성을 갖는 것이 필요하다. 전술한 절연막 재료에서, 네가티브형 감광성 재료에서는, 베이스 폴리머와 감광제 등의 성분이 가시광 영역(400㎚～800㎚)에서의 광 흡수가 적은 것을 선택하면, 광 투과성을 실현할 수 있다. 또한, 포지티브형 감광성 재료에서는 베이스 폴리머가 가시광 영역에서의 광 흡수가 적은 것을 선택함과 함께, 감광제는, 광 탈색(포토 블리칭) 처리를 행하여, 가시광 영역에서의 광 투과성을 향상시키는 것이 가능하다.
구체적으로, 터치 위치 좌표 검출 회로층(702)은 이하의 공정에서 형성하는 것이 가능하다.
인듐 산화 주석막을 스퍼터링법을 이용하여 두께 20㎚를 제2 기판(701) 상에 성막한다. 다음으로, 주지의 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트를 도포하고, 노광, 현상에 의해, 하층의 인듐 산화 주석이 노출된 원하는 패턴을 형성한다. 다음으로, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 인듐 산화 주석을 브롬화 수소산 수용액을 이용하여 에칭에 의해 제거한다. 다음으로 포토레지스트를 제거하여, 투명 전극으로 이루어지는 원하는 터치 위치 좌표 검출 투명 전극(703)을 얻는다.
알칼리 수용액 현상 가능한 아크릴계 네가티브형 감광성 재료를 이용하는 경우의 절연막층 형성에서는, 다음과 같은 공정을 취한다. 우선, 터치 위치 좌표 검출 투명 전극(703)이 형성된 제2 기판(701) 상에 재료 용액을 도포한다. 다음으로, 핫 플레이트에서 90℃, 5분간 가열하여 프리베이크막을 얻는다. 다음으로, 원하는 패턴을 형성하기 위한 포토마스크를 개재하여, 절연막으로서 개구하는 개소를 제외한 면에 광 조사하여 광 경화시킨다. 다음으로, 수산화 테트라메틸 암모늄 2.38wt％의 알칼리 수용액을 이용하여, 프리베이크막을 현상하고, 광 조사되어 있지 않은 부분을 용해 제거하여, 절연막에 원하는 개구를 형성한다. 다음으로, 핫 플레이트에서 230℃, 10분간 가열 경화하여, 2 마이크로 미터 두께의 절연막(704)을 얻는다.
다음으로, 인듐 산화 주석막을 스퍼터링법을 이용하여 두께 20㎚를 제2 기판(701) 상의 절연막(704)을 포함하여, 그 위에 성막한다. 다음으로, 주지의 포토리소그래피 기술을 이용하여, 포토레지스트를 도포하고, 노광, 현상에 의해, 하층의 인듐 산화 주석이 노출된 원하는 패턴을 형성한다. 다음으로, 포토레지스트 패턴을 마스크로 하여, 노출된 인듐 산화 주석을 브롬화 수소산 수용액을 이용하여 에칭에 의해 제거한다. 다음으로 포토레지스트를 제거하여, 투명 전극으로 이루어지는 원하는 터치 위치 좌표 검출 투명 전극(705)을 얻는다.
다음으로, 하층의 좌표 전극층이 형성된 기판 상에 알칼리 수용액 현상 가능한 아크릴계 네가티브형 감광성 재료 용액을 도포한다. 다음으로, 핫 플레이트에서 90℃, 5분간 가열하여 프리베이크막을 얻는다. 다음으로, 원하는 패턴을 형성하기 위한 포토마스크를 개재하여, 절연막으로서 개구하는 개소를 제외한 면에 광 조사하여 광 경화시킨다. 다음으로, 수산화 테트라메틸 암모늄 2.38wt％의 알칼리 수용액을 이용하여, 프리베이크막을 현상하고, 광 조사되어 있지 않은 부분을 용해 제거하여, 절연막에 원하는 개구를 형성한다. 다음으로, 핫 플레이트에서 230℃, 10분간 가열 경화하여, 2 마이크로 m 두께의 절연막(706)을 얻는다.
101 : 제1 기판
102 : 게이트 전극
103 : 절연층
104 : 소스 전극
105 : 박막 트랜지스터
106 : 드레인 전극
107 : 컬러 필터층
108 : 투명 공통 전극
109 : 절연층
110 : 화소 전극
111 : 접속 개구
112 : 액정 배향막
113 : 액정층
114 : 셀 갭 스페이서
115 : 액정 배향막
116 : 제2 기판
117 : 터치 센서 회로층
118, 119 : 외장 편광판
201 : 드레인 전극
202 : 게이트 전극
203 : 박막 트랜지스터
204 : 소스 전극
205 : 접속 개구
206 : 투명 화소 전극
207 : 화소 전극 슬릿 개구
208 : 투명 공통 전극
301 : 접속 개구
302 : 투명 화소 전극
303 : 화소 전극 슬릿 개구
304 : 투명 공통 전극층
305 : 컬러 필터(적)
306 : 컬러 필터(녹)
307 : 컬러 필터(청)
401 : 제1 기판
402 : 액정층
403 : 제2 기판(터치 센서 회로 내장)
404 : 화상 표시 화면(터치 센서 화면)
405 : 터치 위치 검출 회로 제어용 IC
406 : 플렉시블 프린트 배선 기판
407 : 플렉시블 프린트 배선 기판
408 : 액정 표시용 제어 IC
501 : 외장 편광판
502 : 제1 기판
503 : 액정 시일부
504 : 액정층
505 : 제2 기판
506 : 터치 센서 회로층
507 : 외장 편광판
601 : 제2 기판
602 : 화상 표시 화면(터치 센서 화면)
603 : 터치 위치 좌표 검출 투명 전극(X 좌표)
604 : 터치 위치 좌표 검출 투명 전극(Y 좌표)
605 : 전극 회로 신호 배선
606 : 터치 센서 회로 접속 단자
701 : 제2 기판
702 : 터치 위치 좌표 검출 회로층
703 : 터치 위치 좌표 검출 투명 전극
704 : 절연막
705 : 터치 위치 좌표 검출 투명 전극
706 : 절연막

Claims (11)

  1. 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치로서,
    액정을 협지(挾持)한 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판을 구비하고,
    상기 제1 투명 기판 상에,
    매트릭스 형상으로 배치되며 박막 트랜지스터로 이루어지는 스위칭 소자와,
    상기 스위칭 소자의 배선부와,
    상기 박막 트랜지스터에 전기적으로 접속된 투광성의 화소 전극과,
    상기 화소 전극과 절연막을 개재하여 배치된 공통 전극과,
    컬러 표시를 위한 컬러 필터층과,
    상기 액정을 협지하는 최표면에 액정 배향막이 형성되고,
    상기 제2 투명 기판 상에,
    상기 제1 투명 기판과는 반대측의 면에 형성된 상기 정전 용량 결합 방식의 터치 센서의 투명 전극과,
    상기 투명 전극과는 반대의 면에 형성된 액정 배향막이 형성되고,
    상기 제1 투명 기판 및 제2 투명 기판은 직사각형이고, 3 방향에서 그 끝을 동일하게 하는 것과 함께, 다른 1 방향에서 상기 제1 투명 기판은 상기 제2 투명 기판보다 돌출하고,
    상기 제1 투명 기판은, 상기 돌출한 부분의 상기 제2 투명 기판측에, 상기 제2 투명 기판의 복수의 전극에 접속되어 상기 터치 센서와 전기적으로 접속되는 제1 플렉시블 기판과, 외부와 접속되는 제2 플렉시블 기판이 접속되어 있는 것과 함께, 상기 제2 투명 기판에는, 상기 투명 전극을 갖는 면에 상기 제1 플렉시블 기판이 접속되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명 기판에 형성된 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이의 전계에 의해 상기 액정을 구동시켜 화상 표시하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치.
  3. 제1항에 있어서,
    상기 제2 투명 기판에서, 상기 정전 용량 결합 방식의 터치 센서의 투명 전극은 XY 위치 좌표 전극으로 이루어지고, 상기 XY 위치 좌표 전극에 의해 정전 용량 결합 방식에 의해 터치된 위치를 검출함과 함께, 상기 제2 투명 기판 및 상기 XY 위치 좌표 전극을 통하여 화상을 표시하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치.
  4. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명 기판에서, 상기 공통 전극이 상기 컬러 필터층 상에 형성되고,
    상기 화소 전극이 상기 공통 전극과 절연막을 개재하여 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치.
  5. 제1항에 있어서,
    상기 제2 투명 기판 상의 액정 배향막은, 상기 제2 투명 기판 상의 상기 터치 센서의 투명 전극을 형성한 면의 반대면에, 직접 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치.
  6. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명 기판 상에서는, 상기 컬러 필터보다 위에 상기 화소 전극 및 상기 공통 전극이 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치.
  7. 제1 투명 기판 상에, 박막 트랜지스터로 이루어지는 스위칭 소자와, 그 스위칭 소자의 배선부와, 컬러 표시를 위한 컬러 필터층과, 그 박막 트랜지스터에 전기적으로 접속된 투광성의 화소 전극과, 상기 화소 전극과 절연막을 개재하여 배치된 공통 전극과, 액정 배향막을 형성하는 공정과,
    제2 투명 기판 상에, 정전 용량식 터치 센서의 투명 전극과, 상기 투명 전극의 반대면에 형성되는 액정 배향막을 형성하는 공정과,
    직사각형의 상기 제1 투명 기판과 상기 제2 투명 기판을, 3 방향에서 그 끝을 동일하게 하는 것과 함께, 다른 1 방향에서 상기 제1 투명 기판은 상기 제2 투명 기판보다 돌출하도록 액정을 협지하여 접합시키는 공정과,
    상기 제1 투명 기판의 상기 돌출한 부분의 상기 제2 투명 기판측에, 상기 제2 투명 기판의 복수의 전극에 접속되어 상기 터치 센서와 전기적으로 접속되는 제1 플렉시블 기판과, 외부와 접속되는 제2 플렉시블 기판을 접속하고, 상기 제2 투명기판의 상기 투명 전극을 갖는 면에, 상기 제1 플렉시블 기판을 접속하는 공정
    을 포함하는 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치의 제조 방법.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 제2 투명 기판 상에 상기 정전 용량식 터치 센서의 투명 전극을 형성한 후에, 상기 제2 투명 기판 상의 액정 배향막을 형성하는 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치의 제조 방법.
  9. 제7항에 있어서,
    상기 제2 투명 기판 상의 액정 배향막은, 상기 제2 투명 기판에 직접 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치의 제조 방법.
  10. 제1항에 있어서,
    상기 제2 투명 기판은, 표시 영역보다 상기 제1 투명 기판이 돌출한 측에, 상기 터치 센서를 상기 제1 플렉시블 기판을 통해 상기 제1 투명 기판과 접속하기 위한 복수의 전극을 나란히 형성한 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치.
  11. 제1항에 있어서,
    상기 제1 투명 기판의 상기 돌출한 부분에, 상기 액정 표시를 제어하는 액정 표시용 제어 IC를 구비하고,
    상기 제1 플렉시블 기판은, 그 위에, 상기 터치 센서를 제어하는 터치 센서용 제어 IC를 구비하고 있는 것을 특징으로 하는 정전 용량 결합 방식 터치 센서를 내장한 액정 표시 장치.
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