KR101935187B1 - 표시 장치 기판, 표시 장치 기판의 제조 방법, 및 이것을 사용한 표시 장치 - Google Patents

표시 장치 기판, 표시 장치 기판의 제조 방법, 및 이것을 사용한 표시 장치 Download PDF

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Abstract

실시형태에 의한 표시 장치 기판은, 투명 기판과, 투명 기판 상에 있어서, 복수의 화소 사이에 배치되고, 제 1 도전성 금속 산화물층과, 제 1 도전성 금속 산화물층 상에 배치된 금속층과, 금속층 상에 배치된 제 2 도전성 금속 산화물층과, 제 2 도전성 금속 산화물층 상에 배치된 흑색층을 포함하는 흑색 배선을 구비한다. 흑색 배선은 제 1 방향으로 연장되고, 제 1 방향과 직교하는 제 2 방향으로 소정의 간격을 두고 복수의 흑색 배선이 배치되고, 흑색 배선은, 복수의 화소를 포함하는 표시 영역의 밖까지 연장된 단부에 있어서 제 2 도전성 금속 산화물층이 노출된 단자부를 구비한 인회 배선을 포함한다. 금속층은 구리 혹은 구리 합금으로 형성되고, 흑색층은 카본을 주된 색재로 한다. 제 1 및 제 2 도전성 금속 산화물층은, 산화인듐과 산화아연과 산화주석의 혼합 산화물로 형성되어 있다. 제 1 도전성 금속 산화물층, 금속층, 제 2 도전성 금속 산화물층, 및 흑색층은, 동일한 선폭이다.

Description

표시 장치 기판, 표시 장치 기판의 제조 방법, 및 이것을 사용한 표시 장치{DISPLAY DEVICE SUBSTRATE, METHOD FOR MANUFACTURING DISPLAY DEVICE SUBSTRATE, AND DISPLAY DEVICE USING SAME}
본 발명은, 표시 장치 기판, 표시 장치 기판의 제조 방법, 및 이것을 사용한 표시 장치에 관한 것이다.
스마트 폰이나 타블렛 등 휴대 기기에, 표시 장치의 표시면측에 터치 패널을 첩부 (貼付) 한 구성이 일반적으로 되고 있다. 터치 패널은, 손가락 등 포인터의 접촉 등의 입력 수단으로서 사용된다. 터치 패널의 포인터의 검출은, 그 터치 부분에서의 정전 용량 변화로서 실시되는 방식이 주류이다.
그러나, 터치 패널은 두께·중량 증가의 관점에서 표시 장치의 여분의 부재이다. 최근에는 터치 패널은, 스마트 폰이나 타블렛 등 휴대 기기에 탑재되고 있지만, 역시 기기의 두께 증가를 회피하는 것이 곤란하였다. 또, 표시 장치의 해상도를 높게 하여 고정세 화소로 했을 때에, 터치 패널의 입력이 곤란해지는 경우가 있었다.
예를 들어, 표시 장치의 해상도를 300 ppi (pixel per inch), 나아가서는 500 ppi 이상으로 하여 고정세 화소로 했을 때, 화소 피치는 8 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하 전후가 되어 미세한 입력 (예를 들어 펜 입력) 이 필요해진다. 그 때문에, 입력펜의 필압이나 펜 끝에 필요한 해상도에 응하고, 또한 빠른 입력에의 대응, 및 고정세화에 충분히 응하는 터치 패널의 실현이 요망되고 있다. 예를 들어, 300 ppi, 나아가서는 500 ppi 이상의 고정세 화소로 한 터치 패널에 있어서의 블랙 매트릭스의 선폭은, 1 ㎛ 이상 6 ㎛ 이하 정도의 세선으로 하는 것이 바람직하다.
한편으로, 최근 터치 패널을 사용하지 않고, 터치 센싱 기능을 액정 셀 내, 혹은 표시 장치에 갖게 하는 "인 셀" 이라고 호칭되는 터치 센싱 기술의 개발이 진행되고 있다.
상기한 바와 같이, 컬러 필터를 구비하는 표시 장치 기판이나, 박막 트랜지스터 (TFT) 등 액티브 소자를 내설하는 어레이 기판의 어느 것에, 혹은 양방에 터치 전극군을 형성하고, 터치 전극군 사이에서 생기는 정전 용량의 변화로 터치 센싱을 실시하는 인 셀화가 시도되고 있다. 그러나, 유기 필름 베이스의 터치 패널에서는 기재의 신축 (예를 들어, 열팽창 계수) 이 커, 적 화소, 녹 화소, 청 화소나 블랙 매트릭스의 패턴을 포함하는 8 ㎛ 이상 30 ㎛ 이하 정도의 미세 화소의 위치 맞춤 (얼라인먼트) 이 곤란하여, 표시 장치 기판으로서의 채용은 할 수 없다.
특허문헌 1 은, 플라스틱 필름 상에 투명 도전막과 차광성 금속막의 적층 구성을 개시하고 있다. 그러나, 이 구성에서는 "인 셀" 로서 사용할 수 없고, 필름인 기재 때문에 고정세의 컬러 필터로서 채용할 수 없다. 특허문헌 1 은, 인 셀 기술 및 컬러 필터와의 일체화는 시사하고 있지 않다. 예를 들어, 특허문헌 1 에는, 차광성 금속막층으로서 알루미늄이 예시되어 있다. 적 화소, 녹 화소, 청 화소나 블랙 매트릭스의 제조 공정에서는, 알칼리 현상액을 사용한 포토리소그래피의 수법이 이용되지만, 알루미늄의 금속 배선에서는, 알칼리 현상액에 부식되어 컬러 필터를 형성하는 것이 곤란하다.
또한 특허문헌 1 은, 차광성 금속막의 표면의 광 반사가, 표시 장치로 했을 때에 어레이 기판에 구비되는 트랜지스터의 채널층에 입사하여, 트랜지스터의 오동작이 될 가능성을 고려한 기술을 개시하고 있지 않다.
특허문헌 2 는, 전반사율이 낮은 흡광층과 도전층의 적층 구성 및 이 적층 구성을 구비하는 터치 패널을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 2 는, 인 셀 기술 및 컬러 필터와의 일체화에 대해 시사하고 있지 않다. 예를 들어, 특허문헌 2 에는, 도전성 패턴 (혹은 도전층) 의 재료로서 알루미늄이 예시되어 있다. 적 화소, 녹 화소, 청 화소나 블랙 매트릭스의 제조 공정에서는, 알칼리 현상액을 사용한 포토리소그래피의 수법이 이용되지만, 알루미늄의 금속 배선에서는, 알칼리 현상액에 부식되어 컬러 필터를 형성하는 것이 곤란하다.
또, 특허문헌 2 는, 도전층의 금속이 구리 (Cu) 인 것도 개시하고 있다. 그러나, 예를 들어 기재를 무알칼리 유리 등의 유리 기판으로 했을 때에, 구리나 구리 산화물, 구리 산질화물은 기판에 대한 충분한 밀착성이 없어, 셀로판 테이프 등을 첩부하고 벗기는 정도의 점착력에 의해 간단하게 박리되어 버리기 때문에 실용적이지 않다. 특허문헌 2 에는, 도전층을 구리로 했을 때의 밀착성 개선의 구체적 기술은 개시되어 있지 않다. 또, 구리는 시간 경과적으로 그 표면에 구리의 산화물을 형성하기 쉬워, 전기적인 실장에서는 신뢰성이 낮다. 특허문헌 2 에는, 실장을 고려한 컨택트 저항의 개선책이나, 터치 센싱용 배선의 패턴 형성 수단에 관련된 기술을 개시하고 있지 않다.
특허문헌 3 은, 인듐 (In) 과 주석 (Sn) 과 아연 (Zn) 의 산화물로 이루어지는 투명 도전막을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 3 에는, 안정적인, 높은 신뢰성 있는 전기적 접속을 위한 터치 센싱용 배선 구조, 예를 들어 투명 기판 상에 제 1 도전성 금속 산화물층과, 구리층 혹은 구리 합금층으로 이루어지는 금속층과, 제 2 도전성 금속 산화물층과, 카본을 주된 색재로 하는 흑색층을, 이 순서로 각각 동일한 선폭으로 적층한 구성의 흑색 배선을, 터치 센싱용 배선으로서 형성하는 기술은 개시되어 있지 않다. 즉, 특허문헌 3 에 개시된 기술은, 터치 센싱용 배선으로서 필요한 전기적 실장의 안정성과 표시 장치로서의 시인성을 고려하고 있지 않다.
특허문헌 4 는, 액정 구동의 선 순차 주사를 실시하는 경우의 화질 저하를 억제하는 수단을 개시하고 있다. 특허문헌 4 는, 액정을 구동하는 액티브 소자 (TFT : Thin Film Transistor) 에 폴리실리콘 반도체를 사용하고 있다. 이 기술은, 오프 리크 전류가 많은 폴리실리콘의 TFT 고유라고도 말할 수 있는 주사 신호선의 전위 저하를, 래치부를 포함하는 전송 회로를 구비시켜 전위 유지를 실시하는 연구에 의해 방지함과 함께, 액정 표시의 화질 저하를 방지하는 기술이다.
일본 공개특허공보 2011-65393호 일본 공표특허공보 2013-540331호 일본 공개특허공보 2012-26039호 일본 공개특허공보 2014-182203호
본 발명은, 상기 사정을 감안하여 이루어진 것으로, 본 발명의 제 1 목적은, 무알칼리 유리인 기판과 밀착성이 높은 상태이고, 또한 시인성이 양호한 터치 센싱용 배선을 구비하는 표시 장치 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 2 목적은, 고해상도이고, 또한 고속의 터치 입력에 응할 수 있는 표시 장치, 및 이것에 사용하는 표시 장치 기판, 컬러 필터를 구비하는 표시 장치 기판을 제공하는 것이다.
본 발명의 제 3 목적은, 안정적인 전기적 실장이 가능한 표시 장치 기판을 제공하는 것이다.
상기 목적을 달성하기 위해서 본 발명의 제 1 관점은, 이하와 같은 구성 요소를 구비하고 있다. 즉, 무알칼리 유리인 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 있어서, 복수의 화소 사이에 배치되고, 제 1 도전성 금속 산화물층과, 상기 제 1 도전성 금속 산화물층 상에 배치된 금속층과, 상기 금속층 상에 배치된 제 2 도전성 금속 산화물층과, 상기 제 2 도전성 금속 산화물층 상에 배치된 흑색층을 포함하는 흑색 배선을 구비하고, 상기 흑색 배선은 제 1 방향으로 연장되고, 상기 제 1 방향과 대략 직교하는 제 2 방향으로 소정의 간격을 두고 복수의 상기 흑색 배선이 배치되고, 상기 흑색 배선은, 상기 복수의 화소를 포함하는 표시 영역의 밖까지 연장된 단부에 있어서 상기 제 2 도전성 금속 산화물층이 노출된 단자부를 구비한 인회 배선을 포함하고, 상기 금속층은 구리 혹은 구리 합금으로 형성되고, 상기 흑색층은 카본을 주된 색재로 하고, 상기 제 1 및 제 2 도전성 금속 산화물층은, 산화인듐과 산화아연과 산화주석의 혼합 산화물로 형성되고, 상기 제 1 도전성 금속 산화물층, 상기 금속층, 상기 제 2 도전성 금속 산화물층, 및 상기 흑색층은, 동일한 선폭인, 표시 장치 기판이 제공된다.
또, 본 발명의 제 2 관점은 이하와 같은 실시양태를 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 무알칼리 유리인 투명 기판 상에 복수의 화소를 구비하는 표시 영역에, 상기 복수의 화소를 구분하고, 상기 표시 영역 밖으로 연장된 단부 (端部) 에 단자부를 갖는 흑색 배선을 구비한 표시 장치 기판의 제조 방법으로서, 무알칼리 유리인 투명 기판 상에 제 1 도전성 금속 산화물층과, 구리층 혹은 구리 합금층으로 이루어지는 금속층과, 제 2 도전성 금속 산화물층을 형성하는 성막 공정과, 적어도 카본과 알칼리 가용인 아크릴 수지를 포함하는 흑색 감광액을 상기 제 2 도전성 금속 산화물층 상에 도포하고, 건조시켜 흑색막으로 하는 도포 공정과, 상기 흑색 배선의 제 1 패턴과, 상기 제 1 패턴과 광 투과율이 상이한 상기 단자부의 제 2 패턴을 구비하는 하프톤 마스크를 개재하여 노광하고, 알칼리 현상액을 사용하여 투명 기판 상의 상기 흑색막을 선택적으로 제거함과 함께, 상기 흑색 배선의 패턴으로서 두꺼운 흑색막을 남기고, 상기 단자부의 패턴으로서 얇은 흑색막을 형성하는 흑색막의 패턴 형성 공정과, 웨트 에칭의 수법으로, 상기 제 1 도전성 금속 산화물층과, 상기 구리층 혹은 구리 합금층으로 이루어지는 금속층과, 상기 제 2 도전성 금속 산화물층의 3 층의 흑색막으로 덮여 있지 않은 부분을 제거하는 공정과, 드라이 에칭의 수법으로, 상기 흑색 배선의 패턴으로서 두꺼운 흑색막의 표면의 일부를 막두께 방향으로 제거함과 함께, 상기 단자부의 패턴으로서 얇은 흑색막을 제거하여 상기 단자부의 제 2 도전 산화물층의 표면을 노출시키는 드라이 에칭 공정을 구비하고, 상기 투명 기판 상에 제 1 도전성 금속 산화물층과, 구리층 혹은 구리 합금층으로 이루어지는 금속층과, 제 2 도전성 금속 산화물층과, 카본을 주된 색재로 하는 흑색층을, 이 순서로 각각 동일한 선폭으로 적층한 흑색 배선을 형성하는, 표시 장치 기판의 제조 방법이 제공된다.
또, 본 발명의 제 3 관점은 이하와 같은 실시양태를 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 무알칼리 유리인 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 있어서, 복수의 화소 사이에 배치되고, 제 1 도전성 금속 산화물층과, 상기 제 1 도전성 금속 산화물층 상에 배치된 금속층과, 상기 금속층 상에 배치된 제 2 도전성 금속 산화물층과, 상기 제 2 도전성 금속 산화물층 상에 배치된 흑색층을 포함하는 흑색 배선을 구비하고, 상기 흑색 배선은 제 1 방향으로 연장되고, 상기 제 1 방향과 대략 직교하는 제 2 방향으로 소정의 간격을 두고 복수의 상기 흑색 배선이 배치되고, 상기 흑색 배선은, 상기 복수의 화소를 포함하는 표시 영역의 밖까지 연장된 단부에 있어서 상기 제 2 도전성 금속 산화물층이 노출된 단자부를 구비한 인회 배선을 포함하고, 상기 금속층은 구리 혹은 구리 합금으로 형성되고, 상기 흑색층은 카본을 주된 색재로 하고, 상기 제 1 및 제 2 도전성 금속 산화물층은, 산화인듐과 산화아연과 산화주석의 혼합 산화물로 형성되고, 상기 제 1 도전성 금속 산화물층, 상기 금속층, 상기 제 2 도전성 금속 산화물층, 및 상기 흑색층은, 대략 동일한 선폭인 표시 장치 기판을 구비하고, 상기 표시 장치 기판과 대향하여 고정된 어레이 기판과, 상기 표시 장치 기판과 상기 어레이 기판 사이에 배치된 액정층을 구비한 표시 장치로서, 상기 어레이 기판은, 평면으로 볼 때에 있어서 복수의 화소의 인접 위치 및 상기 흑색 배선과 겹치는 위치에 배치된 액티브 소자와, 상기 액티브 소자와 전기적으로 접속된 금속 배선과, 상기 흑색 배선과 교차하는 방향으로 연장된 터치 금속 배선을 구비한 표시 장치가 제공된다.
또, 본 발명의 제 4 관점은 이하와 같은 실시양태를 구비하는 것을 특징으로 한다. 즉, 무알칼리 유리인 투명 기판과, 상기 투명 기판 상에 있어서, 복수의 화소 사이에 배치되고, 제 1 도전성 금속 산화물층과, 상기 제 1 도전성 금속 산화물층 상에 배치된 금속층과, 상기 금속층 상에 배치된 제 2 도전성 금속 산화물층과, 상기 제 2 도전성 금속 산화물층 상에 배치된 흑색층을 포함하는 흑색 배선을 구비하고, 상기 흑색 배선은 제 1 방향으로 연장되고, 상기 제 1 방향과 대략 직교하는 제 2 방향으로 소정의 간격을 두고 복수의 상기 흑색 배선이 배치되고, 상기 흑색 배선은, 상기 복수의 화소를 포함하는 표시 영역의 밖까지 연장된 단부에 있어서 상기 제 2 도전성 금속 산화물층이 노출된 단자부를 구비한 인회 배선을 포함하고, 상기 금속층은 구리 혹은 구리 합금으로 형성되고, 상기 흑색층은 카본을 주된 색재로 하고, 상기 제 1 및 제 2 도전성 금속 산화물층은, 산화인듐과 산화아연과 산화주석의 혼합 산화물로 형성되고, 상기 제 1 도전성 금속 산화물층, 상기 금속층, 상기 제 2 도전성 금속 산화물층, 및 상기 흑색층은, 대략 동일한 선폭이고, 적어도 상기 표시 영역을 덮도록 상기 흑색 배선 상에 투명 수지층을 적층한 표시 장치 기판을 구비하고, 상기 표시 장치 기판과, 어레이 기판을 마주 보도록 액정층을 개재하여 첩합 (貼合) 한 표시 장치로서, 상기 표시 장치 기판은, 상기 투명 수지층 상에, 평면으로 볼 때에 있어서 상기 흑색 배선과 교차하는 복수의 투명 도전막 배선을 추가로 구비하고, 상기 어레이 기판은, 평면으로 볼 때에 있어서 복수의 화소의 인접 위치 및 상기 흑색 배선과 겹치는 위치에 액티브 소자를 구비한, 표시 장치가 제공된다.
본 발명에 의하면, 무알칼리 유리인 기판과 밀착성이 높은 상태이고, 또한 시인성이 양호한 터치 센싱용 배선을 구비하는 표시 장치 기판을 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 고해상도이고, 또한 고속의 터치 입력에 응할 수 있는 표시 장치, 및 이것에 사용하는 표시 장치 기판, 컬러 필터를 구비하는 표시 장치 기판을 제공할 수 있다.
또, 본 발명에 의하면, 안정적인 전기적 실장이 가능한 표시 장치 기판을 제공할 수 있다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 부분 단면도이다.
도 2 는, 본 실시형태의 표시 장치 기판의 다른 예를 설명하는 부분 단면도이다.
도 3 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 모식 평면도이고, 적 화소, 녹 화소, 청 화소 등의 화소와, 이들 화소를 구분하고, 또한 장변의 방향으로 배치 형성된 흑색 배선의 일례를 나타내는 도면이다.
도 4 는, 일 실시형태의 표시 장치 기판에 있어서의 흑색 배선의 단자부의 일례를 설명하는 모식 평면도이다.
도 5 는, 일 실시형태의 표시 장치 기판에 있어서의 흑색 배선의 단자부의 부분 단면도이다.
도 6 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치의 부분 단면도이다.
도 7 은, 도 6 에 나타내는 어레이 기판의 평면도이고, 터치 금속 배선과 차광 패턴 위치를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 도 7 에 나타내는 어레이 기판의 선 C-C' 에 있어서의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 9 는, 도 7 에 나타내는 어레이 기판의 터치 금속 배선과, 표시 장치 기판의 흑색 배선 사이에 유지되는 정전 용량에 대해 설명하는 단면도이다.
도 10 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판에 있어서, 흑색 배선 상에 컬러 필터층과 투명 수지층을 적층한 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11 은, 도 10 에 나타내는 표시 장치 기판을 구비하는, 표시 장치의 부분 단면도이다.
도 12 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 부분 단면도이다.
도 13 은, 도 12 에 나타낸 표시 장치 기판 (100) 을 구비한 표시 장치의 부분 단면도이다.
도 14 는, 도 13 에 나타내는 표시 장치 기판을, 관찰자 방향 V 로부터 본 평면도이다.
도 15 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 각각의 제조 공정을 나타내는 부분 단면도이다.
도 16 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 부분 단면도이다.
도 17 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 부분 단면도이다.
도 18 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 각각의 제조 공정을 나타내는 부분 단면도이다.
도 19 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 20 은, 도 19 에 나타내는 표시 장치 기판을 구비하는, 일 실시형태의 표시 장치의 부분 단면도이다.
도 21 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 다른 예를 설명하기 위한 도면이다.
도 22 는, 도 21 에 나타내는 표시 장치 기판을 구비하는, 일 실시형태의 표시 장치의 부분 단면도이다.
이하, 도면을 참조하여 본 발명에 관련된 실시형태를 설명한다.
이하에 설명하는 각 실시형태에서는, 특징적인 부분에 대해 설명하고, 예를 들어 통상적인 표시 장치의 구성 요소와 차이가 없는 부분에 대해서는 설명을 생략한다. 또, 각각 실시형태는, 본 발명의 표시 장치 기판, 혹은 이것을 구비하는 액정 표시 장치의 예로서 설명하지만, 본 발명의 표시 장치 기판은 유기 EL 표시 장치와 같은 다른 표시 장치에 적용 가능하다.
이하, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판 (100) 을, 도면을 이용하여 설명한다. 또한, 이하의 모든 도면은, 이해의 용이함을 우선하여 각 구성 요소의 두께나 치수의 비율은 적절히 조정하고 있다.
도 1 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 부분 단면도이다.
본 실시형태의 표시 장치 기판은, 투명 기판 (15) 과, 흑색 배선 (6) 을 가지고 있다. 흑색 배선 (6) 은, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과, 금속층 (2) 과, 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 과, 흑색층 (4) 을 가지고 있다.
도 1 에 나타내는 바와 같이, 투명 기판 (15) 상에, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 금속층 (2) 과 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 과 흑색층 (4) 으로 구성되는 흑색 배선 (6) 이 구비되어 있다. 흑색 배선 (6) 은, 예를 들어 지면에 대해 수직 방향의 스트라이프 패턴으로 복수, 배치 형성되어 있다. 제 1 도전성 산화물층 (1) 과 금속층 (2) 과 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 과 흑색층 (4) 은 주지의 포토리소그래피 수법을 사용하여 패턴 형성된다. 흑색 배선 (6) 을 형성하는 방법에 대해서는 후에 상세하게 설명한다. 또한, 상기 도전성 금속 산화물은, 혼합 산화물, 혹은 복합 산화물이라고 기재하는 경우가 있다.
도 2 는, 본 실시형태의 표시 장치 기판의 다른 예를 설명하는 부분 단면도이고, 도 1 에 나타내는 표시 장치 기판에, 추가로 투명 수지층 (9) 을 적층한 표시 장치 기판의 부분 단면도이다.
도 2 에 나타내는 표시 장치 기판 (100) 은, 흑색 배선 (6) 상에 투명 수지층 (9) 을 적층하고 있다. 투명 수지층 (9) 은, 열경화성을 갖는 아크릴 수지 등으로 형성할 수 있다. 투명 수지층 (9) 의 막두께는 임의로 설정할 수 있다. 흑색층 (4) 이나 투명 수지층 (9) 은, 예를 들어 굴절률 등 광학 특성이 서로 상이한 복수의 층을 적층하는 구성이어도 된다. 또한 여기서는, 후술하는 표시 장치 (예를 들어 도 6, 도 16 에 나타낸다) 의 설명의 관계로, 흑색 배선 (6) 이 형성되어 있는 막면의 위치를 도 1 과 상하 반대로 하고 있다.
투명 기판 (15) 의 기재는, 열팽창률이 작은 무알칼리 유리이다. 후술하는 어레이 기판에 사용하는 투명 기판 (25) 과 동일하게, 유리 재질의 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 예를 들어 박막 트랜지스터 (TFT) 라고 호칭되는 트랜지스터 등의 액티브 소자를 형성하고, 유기 EL 표시 장치나 액정 표시 장치에 사용되는 유리 기판을 적용할 수 있다. 본 실시형태에서 투명 기판 (15, 25) 의 기재로서 채용하는 무알칼리 유리는, 표시 장치용의 기판 재료이고, 알칼리 성분을 실질적으로 포함하지 않는 알루미노규산염 유리로 대표된다. 무알칼리 유리란, 나트륨 (Na) 이나 칼륨 (K) 과 같은 알칼리 금속 혹은 이들의 산화물이 알칼리 원소로서 1000 ppm 이하의 함유율인 것을, 알칼리 성분을 실질적으로 포함하지 않는다고 규정한다. 알칼리 원소의 함유율은 낮은 것이 바람직하다. 또한, 이하의 설명에서는, 액정 구동용의 트랜지스터를 형성한 기판을 어레이 기판이라고 부른다. 또, 트랜지스터를, 박막 트랜지스터 혹은 액티브 소자라고 호칭하는 경우가 있다.
흑색 배선 (6) 은, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 의 선폭과, 금속층 (2) 의 선폭과, 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 의 선폭과, 카본을 주된 색재로 하는 흑색층 (4) 의 선폭이, 각각 대략 동일한 선폭인 것이 바람직하다.
인듐을 포함하는 제 1 도전성 금속 산화물층 (접착층)(1) 과, 구리층 혹은 구리 합금층으로 이루어지는 금속층 (2) 과, 흑색층 (4) 으로 구성되는 흑색 배선 (6) 의 두께는, 합계로 1 ㎛ 이하로 할 수 있다. 흑색 배선 (6) 의 두께는, 2 ㎛ 를 초과하면 그 요철이 액정 배향에 악영향을 주기 때문에, 1.5 ㎛ 이하로 하는 것이 바람직하다.
본 실시형태의 기술은, 예를 들어 300 ppi (pixel per inch), 나아가서는 500 ppi 이상의 고정세 화소의 표시 장치를 대상으로 하고 있다. 본 실시형태의 표시 장치 기판을 고정세 화소의 표시 장치에 채용했을 때에, 흑색 배선 (6) 에 상당하는 블랙 매트릭스의 선폭은, 1 ㎛ 이상 6 ㎛ 이하의 범위 내의 세선으로 패턴 형성할 필요가 있다. 예를 들어, 표시 장치 기판에 있어서, 흑색 배선의 4 ㎛ 의 선폭에 대해 ±1 ㎛ 이상의 편차가 있으면, 표시 품질면에서의 불균일이 발생하기 때문에, 또 화소 개구율의 저하가 생기기 때문에, 표시 장치의 기판으로서 사용할 수 없다.
또, 흑색 배선 (6) 을 구성하는 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과, 금속층 (2) 과, 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 과, 흑색층 (4) 을, 각각의 제조 공정에서 서로 위치 맞춤하는 것도 현실적이지 않다. 제조 공정에서 각 상 (相) 을 서로 위치 맞춤한 경우, 대략 ±1.5 ㎛ 이상의 편차가 생길 가능성이 있다. 따라서, 표시 장치의 화소의 개구율에 영향을 주지 않도록 복수층 (복수 공정) 에서 동일한 패턴을 형성하도록 위치 맞춤하는 것은 세선 형성의 관점에서 매우 곤란하다.
본 실시형태에서 말하는 「동일한 선폭」이란, 흑색 배선 (6) 을 형성하는 각 층의, 선폭의 중심 위치 (배선이 연장되는 방향과 대략 직교하는 방향에 있어서의 중심 위치) 및 선폭의 각각 편차가, ±0.4 ㎛ 의 범위 내에 들어가는 것을 의미하고 있다. 또한, 「동일한 선폭」이란, 도 1 이나 도 17 에 나타내는 바와 같이, 흑색층 (4), 도전성 산화물층 (3), 금속층 (2), 도전성 산화물층 (1), 흑색층 (18) 의 단면 형상이, 수직 방향 Z (혹은 두께 방향) 으로 대략 일치하고 있는 것을 말한다. 예를 들어, 500 ppi 의 고정세 화소에서는, 적 (R) 녹 (G) 청 (B) 의 3 색에서의 화소 피치가 17 ㎛ 전후가 되지만, 예를 들어 4 ㎛ 선폭의 블랙 매트릭스 (차광층) 에, 2 층의 금속의 각각 위치 맞춤 허용차를 고려하면, 그 선폭은 대략 10 ㎛ 가 된다. 이 경우, 화소 개구율은 35 ％ 정도가 되어, 표시 장치로서 사용할 수 없게 된다. 예를 들어, 블랙 매트릭스의 선폭이 4±0.4 ㎛ 인 경우에는, 화소 개구율은 약 60 ％ 가 된다.
도 1 및 도 2 에서는, 흑색 배선 (6) 은 지면에 대해, 수직인 방향 Y 로 장척인 스트라이프 형상으로 배치 형성되어 있다. 단, 블랙 매트릭스를 형성하는 경우에는 흑색 배선 (6) 은, 블랙 매트릭스와 무아레를 발생시키지 않는 형상으로 여러 가지 패턴으로 형성할 수 있다.
표시 장치 기판의 사각형 표시 영역 (19) 내 (도 3 에 나타낸다) 에는, 복수의 화소 개구부가 형성된다. 화소 개구부는, 스트라이프 형상이어도 되지만, 적어도 2 변이 평행한 다각형으로 할 수 있다. 2 변이 평행한 다각형으로서, 예를 들어 장방형, 육각형, V 자 형상 (doglegged shape) 등으로 할 수 있다. 흑색 배선 (6) 의 패턴을, 이들 다각형 화소의 주위의 적어도 일부를 둘러싸는 액자 형상으로 하여, 전기적으로 폐쇄된 (closed) 형상으로 할 수도 있다. 이들 패턴 형상은, 평면으로 볼 때에 있어서, 전기적으로 폐쇄된 패턴인지, 일부를 개방한 (외관적으로, 이어져 있지 않은 부분을 형성한다) 패턴인지에 따라, 표시 장치 주변의 전기적 노이즈의 받아들이는 방법이 바뀐다. 혹은, 흑색 배선 (6) 의 패턴 형상이나 면적에 따라, 표시 장치 주변의 전기적 노이즈의 받아들이는 방법이 바뀐다.
또한, 사각형 표시 영역 (19) 에 있어서 화소의 개구부는, 흑색 배선 (6) 과, 어레이 기판측의 금속 배선이나 터치 금속 배선으로 구분하고, 평면으로 볼 때 다각형으로의 화소 형상을 얻을 수 있다. 혹은, 후의 실시형태에서 나타내는 바와 같이 별도 블랙 매트릭스 (BM) 를 형성할 수도 있다. 본 실시형태에서는, 화소의 개구부는 적어도 2 변이 평행한 다각형이고, 흑색 배선 (6) 은, 이 2 변의 길이 방향으로 화소를 구분하는 대략 직선상으로 연장되어 있다. 이와 같이 형성함으로써, 흑색 배선 (6) 이 받아들이는 전기적 노이즈를 억제할 수 있다.
이하, 흑색 배선 (6) 의 각 층 (1) ∼ (4) 및 투명 수지층 (9) 의 구성예에 대해 설명한다.
(흑색층)
흑색층 (4) 은, 예를 들어 흑색의 색재를 분산시킨 착색 수지로 구성되어 있다. 구리의 산화물이나 구리 합금의 산화물로는 충분한 흑의 색이나 낮은 반사율이 얻어지지 않지만, 본 실시형태에 관련된 흑색 배선 (6) 표면에서의 가시광의 반사율은 7 ％ 이하로 억제되고, 또한 후술하는 금속층 (2) 을 협지하는 구성이기 때문에, 높은 차광성이 동시에 얻어진다.
또, 흑색 배선 (6) 을, 대략 굴절률 1.5 의 투명 수지층 (9) 으로 덮는 구성으로 함으로써, 투명 수지와의 계면에서의 반사율은, 가시광의 파장의 범위 내에서 3 ％ 이하의 저반사로 할 수 있다. 예를 들어, 투명 수지와의 계면에서의 반사율을, 광의 파장 430 ㎚, 540 ㎚, 620 ㎚ 에서의 반사율을 포함하고, 가시역 400 ㎚ 이상 700 ㎚ 이하에서, 0.1 ％ 이상 3 ％ 이하의 범위 내의 저반사율로 할 수 있다.
흑색의 색재는, 카본, 카본 나노 튜브 혹은, 복수의 유기 안료의 혼합물을 적용할 수 있다. 카본을, 예를 들어 색재 전체의 양에 대해 51 질량％ 이상의 주된 색재로서 사용하고, 반사색의 조정을 위해 청 혹은 적 등의 유기 안료를 첨가하여 사용할 수 있다. 예를 들어, 출발 재료로서의 감광성의 흑색 도포액 중의 카본의 농도를 조정하는 (카본 농도를 낮춘다) 것에 의해 흑색층 (4) 의 재현성을 향상시킬 수 있다.
표시 장치용 대형 노광 장치를 사용해도, 흑색 배선 (6) 의 화선폭으로서, 예를 들어 1 ㎛ 이상 6 ㎛ 이하의 세선으로 패턴 가공할 수 있다. 또한, 본 실시형태에서는, 수지나 경화제와 안료를 포함한 전체의 고형분에 대해, 4 이상 50 이하의 질량％ 카본 농도의 범위 내로 하고 있다. 여기서, 카본 농도가 50 질량％ 를 초과하는 카본량으로 해도 되지만, 전체의 고형분에 대해 카본 농도가 50 질량％ 를 초과하면 도막 적성이 떨어지는 경향이 있다. 또, 카본 농도가 4 질량％ 이하로 했을 때에는, 충분한 흑색을 얻을 수 없어, 하지의 금속층 (2) 의 반사가 크게 시인성을 저하시키는 경우가 있었다. 이하의 실시형태에서, 흑색층 (4) 의 카본 농도의 표기가 없는 경우 이 카본 농도는, 전체 고형분에 대해 대략 40 질량％ 로 하고 있는 것으로 한다.
흑색층 (4) 은, 후공정인 포토리소그래피에서의 노광이나 패턴의 위치 맞춤 (얼라인먼트) 을 우선하여, 예를 들어 투과 측정에서의 광학 농도를 2 이하로 할 수 있다. 흑색층 (4) 을, 카본 이외에 흑색의 색 조정으로서 복수의 유기 안료의 혼합물을 사용하여 형성해도 된다. 흑색층 (4) 의 반사율은, 유리나 투명 수지 등의 기재의 굴절률 (약 1.5) 을 고려하여, 흑색층 (4) 과 그들 기재의 계면의 반사율이 3 ％ 이하가 되도록, 흑색 색재의 함유량이나 종류, 사용하는 수지, 막두께를 조정하는 것이 바람직하다. 이들 조건의 최적화로, 굴절률이 대략 1.5 인 유리 등의 기재와의 계면의 반사율을, 가시광의 파장 영역 내에서 3 ％ 이하의 저반사율로 할 수 있다. 흑색층 (4) 의 반사율은, 백라이트 유닛으로부터의 광의 재반사 방지나 관찰자의 시인성 향상을 배려하여, 3 ％ 이하로 하는 것이 바람직하다. 또한, 통상 컬러 필터에 사용되는 아크릴 수지, 또 액정 재료의 굴절률은, 대략 1.5 이상 1.7 이하의 범위에 들어가는 것이다. 예를 들어, 표시 장치의 커버 유리 (보호 유리) 와 표시 장치를 첩합하는, 대략 1.5 이상 1.7 이하의 범위 내의 굴절률의 접착층을 상기 수지로서 사용할 수도 있다.
(금속층)
금속층 (2) 을 형성하는 금속은, 구리 혹은 구리 합금이다. 구리의 박막이나 구리 합금의 박막을 사용하는 경우, 금속층 (2) 의 막두께를 100 ㎚ 이상, 혹은 150 ㎚ 이상으로 하면, 금속층 (2) 은, 가시광을 거의 투과하지 않게 된다. 따라서, 본 실시형태에 관련된 표시 장치 기판에 있어서, 흑색 배선 (6) 은, 금속층 (2) 의 막두께가 예를 들어 100 ㎚ 이상 300 ㎚ 이하 정도이면 충분한 차광성을 얻을 수 있다.
금속층 (2) 은, 알칼리 내성이 있는 구리나 구리 합금 등의 금속층을 적용할 수 있다. 알칼리 내성이 필요한 경우는, 예를 들어 후공정에서 알칼리 현상액을 사용하는 현상 공정이 있는 경우이다. 구체적으로는, 예를 들어 흑색 배선 (6) 을 형성한 후에, 컬러 필터나, 블랙 매트릭스 등을 형성하는 경우 등이다. 후술하는 흑색 배선 (6) 에 단자부를 형성하는 경우에도 알칼리 내성이 필요하다.
또한, 크롬은 알칼리 내성이 있어 흑색 배선 (6) 의 금속층 (2) 으로서 적용 가능하다. 그러나, 크롬은 저항값이 크고, 제조 공정에서 생기는 크롬 이온이 유해하기 때문에 실제 생산에의 적용은 곤란하다. 구리나 구리 합금은, 낮은 저항값이라고 하는 관점에서 금속층 (2) 으로서 바람직하다. 구리나 구리 합금은, 도전성이 양호하므로 금속층 (2) 으로서 바람직하다.
금속층 (2) 은, 구리 합금으로서 3 at％ 이하의 합금 원소를 함유시킬 수 있다. 합금 원소는, 예를 들어 마그네슘, 칼슘, 티탄, 몰리브덴, 인듐, 주석, 아연, 알루미늄, 베릴륨, 니켈로부터 1 이상의 원소를 선택할 수 있다. 구리의 합금화에 의해, 구리의 확산을 억제하고, 구리 합금으로서 내열성 등을 개선할 수 있다. 금속층 (2) 에 3 at％ 를 초과하는 합금 원소를 첨가하면, 흑색 배선 (6) 의 저항값이 커진다. 흑색 배선 (6) 의 저항값이 높아지면, 터치 검출에 관련된 구동 전압의 파형 일그러짐이나 신호 지연을 일으킬 가능성이 있기 때문에 바람직하지 않다. 구리는, 마이그레이션을 일으키기 쉬워, 신뢰성의 면에서의 불충분함이 있지만, 상기 합금 원소를 0.1 at％ 이상 첨가함으로써 구리 합금으로서 신뢰성을 향상시킬 수 있다. 합금 원소의 함유 비율은, 구리에 대해 0.1 at％ 이상 3 at％ 이하로 할 수 있다.
(도전성 금속 산화물층)
제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 은, 예를 들어 인듐을 포함하는 도전성의 금속 산화물로 형성된다. 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 은, 예를 들어 산화인듐과 산화아연과 산화주석의 혼합 산화물 (복합 산화물) 이다.
제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 및 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 은, 주로 투명 기판 (15) 과 흑색 배선 (6) 의 밀착성 향상과, 금속층 (2) 과 흑색층 (4) 의 밀착성 향상과, 금속층 (2) 에 찰상이 생겼을 때의 단선 방지의 기능을 갖는다.
구리, 구리 합금, 혹은 이들의 산화물, 질화물은, 유리 등 투명 기판이나 흑색 색재의 분산체인 흑색층 (4) 과의 밀착성이 일반적으로 나쁘다. 그 때문에, 도전성 금속 산화물층을 형성하지 않는 경우, 금속층 (2) 과 투명 기판 (15) 의 계면, 및 금속층 (2) 과 흑색층 (4) 의 계면에서 박리를 일으킬 가능성이 있다. 구리 혹은 구리 합금을 터치 센싱 용도의 금속 배선 (금속층을 가는 배선으로 해서 패턴 형성한 것) 으로서 사용하는 경우, 제 1 도전 산화물층 (1) 을 하지층으로서 형성하지 않은 표시 장치 기판은, 박리에 의한 불량 이외에도 금속 배선에 정전 파괴에 의한 불량이 생기는 경우가 있어, 실용적이지 않다. 이 정전 파괴는, 컬러 필터 적층 등의 후공정이나, 어레이 기판과의 첩합이나, 세정 공정 등에서 배선 패턴에 정전기가 축적되어, 정전 파괴에 의해 패턴 결손, 단선 등을 일으키는 현상이다.
또한, 구리, 구리 합금, 혹은 이들의 산화물, 질화물은, 통상 전기적인 접속이 불안정하여 신뢰성이 부족하다. 예를 들어, 구리 표면에 시간 경과적으로 형성되는 산화구리나 황화구리는 절연체에 가까워, 전기적인 실장에 문제를 일으킨다. 흑색 배선 (6) 의 단부에 형성하는 단자부 (5)(도 3 에 나타낸다) 에 있어서, 전기적 실장의 재실시나 취급 시의 문제로 금속층 (2) 에 찰상이 생기기 쉽다. 인듐을 포함하는 도전성의 금속 산화물은 단단한 세라믹이기도 하기 때문에, 금속층에 흠집이 생겨도 도전성 금속 산화물층은 단선하는 일이 적다.
또, 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 은, 상기 서술한 바와 같은 구리나 구리 합금의 표면의 시간 경과적 변화 (구리 산화물의 형성) 에 의한 전기적 컨택트 불량 개선의 기능을 갖는다. 단자부 (5) 의 표면은, 예를 들어 산화인듐과 산화아연과 산화주석의 혼합 산화물로 형성한 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 이 노출되게 되기 때문에, 단자부 (5) 의 컨택트 저항이 낮아져, 전기적 실장에 적절한 것이 된다.
또, 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 을 형성하는 혼합 산화물 중의 산화인듐을, 인듐과 주석과 아연의 원자비로 0.8 이상으로 함으로써, 배선으로서의 저항값을 낮출 수 있다. 또한, 인듐의 원자비는, 0.9 이상으로 하는 것이 더욱 바람직하다.
또, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 의 각각은, 산화물로서 약간 산소 부족의, 광 흡수를 갖게 한 막으로서 성막할 수 있다.
또한, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 을 형성하는 혼합 산화물 중의 산화아연과 산화주석의 양은, 인듐의 원자비로 0.01 이상 0.08 미만의 범위 내인 것이 바람직하다.
주석의 혼합 산화물 중의 양은, 원자비로 0.01 을 초과하는 양을 첨가하지 않으면 도전성 금속 산화물층의 낮은 저항이 얻어지지 않는다. 주석의 혼합 산화물 중의 양은, 원자비로 0.08 을 초과하면 도전성 금속 산화물층에 에칭이 들어가기 어려워지고, 결과적으로 후술하는 제조 방법에 있어서 금속층 (2) 의 패턴 형성이 곤란해질 가능성이 있다.
또한, 아연의 혼합 산화물 중의 양이란, 인듐의 원자비로 0.02 이상 0.2 미만의 범위 내인 것이 바람직하다. 아연의 원자비가 0.2 를 초과하고, 또한 주석의 원자비가 0.01 미만이 되면, 흑색 배선으로서의 「동일한 선폭」으로의 패턴 형성이 어려워진다. 산화아연의 양이 증가하면, 웨트 에칭 공정에서 이 혼합 산화물로 형성된 층이 선택적으로 에칭되어, 금속층의 선폭이 상대적으로 크게 되어 버린다. 반대로, 산화주석의 양이 증가하면, 웨트 에칭 공정에서 금속층이 선택적으로 에칭되어, 도전성 금속 산화물층의 선폭이 상대적으로 크게 되어 버린다. 산화주석의 양이 지나치게 많으면 도전성 금속 산화물층에 에칭이 들어가지 않게 되어 버린다. 아연의 혼합 산화물 중의 양은, 인듐의 원자비로 0.02 이상 0.13 이하의 범위 내인 것이 바람직하다.
즉, 혼합 산화물에 포함되는 인듐 (In) 과 아연 (Zn) 과 주석 (Sn) 의 In/(In ＋ Zn ＋ Sn) 으로 나타내는 원자비는, 0.8 보다 크고, 또한 Zn/Sn 의 원자비는 1 보다 큰 것이, 「동일한 선폭」으로의 흑색 배선을 재현할 수 있는 조건이 된다.
다음으로, 본 실시형태에 관련된 표시 장치 기판을 포함하는 표시 장치에 대해 도면을 참조해 설명한다.
도 3 은, 본 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 모식 평면도이고, 적 화소 R, 녹 화소 G, 청 화소 B 등의 화소와, 이들 화소를 구분하고, 또한 장변의 방향으로 배치 형성된 흑색 배선 (6) 의 일례를 나타내는 도면이다.
도 3 에서는, 후에 설명하는 도 6 의 표시 장치를 관찰자 방향 V 로부터 본 사각형 표시 영역 (19) 의 평면도이다. 또한, 본 실시양태의 표시 장치 기판은 컬러 필터층을 포함하지 않는 구성이다. 도 3 에 나타내는 R, G, B 의 기호는, 화소 위치를 나타내기 위해 표기한 것이고, 컬러 필터를 생략한 구성이어도 상관없다.
본 실시형태의 표시 장치 기판을 사용한 표시 장치, 혹은 액정 표시 장치는, 영상 표시와 터치 센싱의 각각의 제어를 실시하는 제어부 (도시 생략) 를 구비한다. 이하의 기재에 있어서 터치 센싱은, 예를 들어 제 1 방향으로 연장된 복수 개수의 배선의 배열과, 이들 배선과 소정 혹은 일정한 간격 두고 (절연하여) 배치된, 제 1 방향과 직교한 제 2 방향으로 연장된 복수 개수의 배선의 배열의, 각각의 배선의 교차부에 생기는 정전 용량의 변화로, 손가락 등 포인터의 터치의 유무를 판단하는 정전 용량 방식을 전제로 하고 있다.
도 3 에서는, 사각형 표시 영역 (19) 및 그 주위의 영역에 있어서의, 흑색 배선 (6) 및 금속 배선 (42)(이하, 이 금속 배선을, 터치 센싱을 실시할 때에 사용하는 일방의 전극이라고 하는 의미로, 터치 금속 배선 (42) 이라고 부른다) 의 배치 위치를 나타내고 있다. 흑색 배선 (6) 과 터치 금속 배선 (42) 으로 둘러싸인 영역은 화소 개구 영역이 된다. 도 3 에 있어서, 예를 들어 흑색 배선 (6) 을 제 1 방향 (Y 방향) 으로 연선 (延線) 하는 배선으로 하고, 이것과 직교하는 터치 금속 배선 (42) 을 제 2 방향 (X 방향) 의 배선으로 한다. 도 3 에 나타내는 바와 같이, 평면으로 볼 때 흑색 배선 (6) 은 복수 개수의 배선의 배열을 일정한 간격으로, 제 2 방향 (X 방향) 으로 가진다. 터치 금속 배선 (42) 은, 평면으로 볼 때 복수 개수의 배선의 배열을 제 1 방향 (Y 방향) 으로 가진다.
흑색 배선 (6) 은, Y 방향으로 서로 대략 평행으로 연장되어 배치 형성된다. 흑색 배선 (6) 은, 사각형 표시 영역 (19) 의 일단으로부터 타단의 밖까지 연장된 인회 배선 (제 1 배선)(6a) 과, 사각형 표시 영역 (19) 의 일단으로부터 타단까지 연장된 더미 배선(제 2 배선)(6b) 을 가지고 있다. 본 실시형태에서는, 인회 배선 (6a) 사이에 2 개의 더미 배선 (6b) 이 형성되어 있다. 더미 배선 (6b) 은, 전기적으로 뜬 플로팅 패턴으로 한다. 인회 배선 (6a) 의 솎아냄수 (인회 배선 (6a) 사이의 더미 배선 (6b) 의 개수) 나, 인회 배선 (6a) 의 개수와 더미 배선 (6b) 의 개수의 비는, 표시 장치의 사용 목적 등에 맞춰 적절히 설정해야 한다.
또한, 터치 센싱의 구동 전압을 인가하는 구동 전극의 역할은, 흑색 배선 (6) 과 터치 금속 배선 (42) 의 어느 것이라도 되고, 그 역할을 바꿀 수 있다.
터치 금속 배선 (42) 은, 평면으로 볼 때에 있어서 흑색 배선 (6) 과 직교하여 배치되어 있다. 터치 금속 배선 (42) 은, 후술하는 어레이 기판에 형성되고, 사각형 표시 영역 (19) 의 일단으로부터 타단의 밖까지 연장되어 있다.
또한, 표시 장치 기판에 컬러 필터층을 형성하는 경우에는, 예를 들어 Y 방향으로 동일한 색을 표시하는 화소가 배열되고, X 방향으로 서로 상이한 색을 표시하는 화소가 이웃하도록 컬러 필터층이 형성된다.
또, 표시 장치 기판에 컬러 필터층을 형성하지 않는 경우라도, 예를 들어 백라이트 유닛에 적색 발광, 녹색 발광, 청색 발광의 LED 를 구비시키고, 각각의 시분할 발광과, 이것에 동기시키는 액정층의 구동으로 컬러 표시를 실시할 수 있다. 시분할 발광의 백라이트 유닛을 사용하는 경우에는, 도 3 에 나타내는 바와 같이, 예를 들어 Y 방향으로 동일한 색을 표시하는 화소가 배열되고, X 방향으로 서로 상이한 색을 표시하는 화소가 이웃하도록 구성된다.
도 4 는, 일 실시형태의 표시 장치 기판에 있어서의 흑색 배선의 단자부의 일례를 설명하는 모식 평면도이다.
도 5 는, 일 실시형태의 표시 장치 기판에 있어서의 흑색 배선의 단자부의 선 A-A' 에 있어서의 부분 단면도이다.
사각형 표시 영역 (19) 과 그 주변의 일부는, 투명 수지층 (9) 으로 덮여 있다. 흑색 배선 (6) 이 사각형 표시 영역 (19) 의 밖까지 연장된 끝에는 단자부 (5) 가 형성되어 있다.
도 5 에 나타내는 바와 같이, 단자부 (5) 는, 표면에 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 이 노출되어, 전기적인 컨택트나 실장을 취할 수 있는 형태로 되어 있다. 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 의 표면은, 구리나 구리 합금 표면과 달리, 새로운 산화물을 형성하여 전기적 컨택트 불량을 초래하지 않는다. 구리나 구리 합금의 표면에는 시간 경과적으로 산화물이나 황화물이 형성되기 쉽다. 혼합 산화물로 형성된 제 2 도전성 금속 산화층은 시간 경과적으로도 안정적이어서, 전기적인 실장에서의 옴 컨택트를 가능하게 한다.
또한, 단자부 (5) 의 평면으로 볼 때의 형상은 도 4 로 한정하지 않는다. 예를 들어, 투명 수지층 (9) 으로 단자부 (5) 상을 덮은 후에, 드라이 에칭 등의 수단으로 단자부 (5) 상부를 원형상, 사각형상으로 제거하여 단자부 (5) 표면의 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 을 노출시켜도 된다. 이 경우, 표시 장치의 기판끼리를 첩합하는 시일부에 있어서, 표시 장치 기판으로부터 어레이 기판으로의 도통의 전이 (트랜스퍼) 를, 시일부의 두께 방향으로 실시하는 것도 가능하다. 이 도통의 전이는, 이방성 도전막, 미소한 금속구, 혹은 금속막으로 덮은 수지구 등에서 선택되는 도체를 시일부에 배치함으로써 가능해진다.
도 6 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치의 부분 단면도이다.
도 6 은, 도 7 의 어레이 기판 (35) 과 표시 장치 기판 (100) 을, 액정층 (30) 을 개재하여 대향한 상태에서 첩합했을 때의, D-D' 방향의 단면도이기도 하다. 또한, D-D' 단면에서는, 터치 금속 배선 (42) 은 엄밀하게는 도시되지 않지만, 도 6 에서는, 지면 안쪽에 터치 금속 배선 (42) 이 있는 것으로 하고, 파선으로 그 위치를 나타냈다. 또, 도 6 에서는, 편광판, 위상차판, 배향막, 백라이트 유닛, 트랜지스터인 액티브 소자에 연결되는 게이트선이나 소스선 등의 도시를 생략하고 있다.
본 실시형태의 표시 장치는, 표시 장치 기판 (100) 과, 어레이 기판 (35) 과, 액정층 (30) 을 구비하고 있다. 본 실시형태의 표시 장치는, 예를 들어 FFS 모드의 액정 표시 장치이다.
어레이 기판 (35) 은, 투명 기판 (25) 과, 절연층 (21, 22, 23) 과, 공통 전극 (32) 과, 화소 전극 (36) 과, 터치 금속 배선 (42) 을 가지고 있다.
투명 기판 (25) 은, 예를 들어 열팽창률이 작은 무알칼리 유리를 사용하는 것이 바람직하다.
투명 기판 (25) 의 기재는, 예를 들어 열팽창률이 작은 무알칼리 유리이고, 유리 재질의 기판을 사용하는 것이 바람직하다. 본 실시형태에서 투명 기판 (15, 25) 의 기재로서 채용하는 무알칼리 유리는, 표시 장치용의 기판 재료이고, 알칼리 성분을 실질적으로 포함하지 않는 알루미노규산염 유리로 대표된다.
투명 기판 (25) 상에는, 절연층 (21, 22) 을 개재하여, 공통 전극 (32) 이 배치되어 있다. 공통 전극 (32) 은, 예를 들어 Y 방향으로 연장된 스트라이프상으로 배치되고, 서로 전기적으로 접속되어 있다. 공통 전극 (32) 은, 예를 들어 ITO 나 IZO 등의 투명 도전 재료에 의해 형성되어 있다.
공통 전극 (32) 상에는, 절연층 (23) 을 개재하여 화소 전극 (36) 및 터치 금속 배선 (42) 이 배치되어 있다. 화소 전극 (6) 은, 예를 들어 ITO 나 IZO 등의 투명 도전 재료에 의해 형성되어 있다.
액정층 (30) 의 액정은, 어레이 기판 (35) 의 기판면과 대략 수평으로 배향되고 액정 분자를 포함한다. 액정의 구동은, 화소 전극 (36) 과 공통 전극 (32) 사이에 생기는 프린지 전계로 구동한다. 이 액정 구동 방식은, FFS (fringe field switching), 혹은 IPS (in plane switching) 로 불리고 있다. 액정층 (30) 을 구동하기 위한 구동 전압은, 어레이 기판 (35) 의 기판면에 대략 평행한 방향의 전계, 이른바 횡전계를 형성한다.
도 7 은, 도 6 에 나타내는 어레이 기판 (25) 의 평면도이고, 터치 금속 배선 (42) 과 차광 패턴 위치를 나타내는 도면이다. 도 7 은, 도 6 에 도시한 어레이 기판 (35) 의, 관찰자 방향 V 로부터 평면으로 본 것이다.
도 7 에서는, 터치 금속 배선 (42) 과 차광 패턴 (43) 의 위치를 나타내고 있다. 어레이 기판 (35) 은, 화소 전극 (36) 및 터치 금속 배선 (42) 과 동일 층에 배치된 차광 패턴 (43) 과, 소스선 (40) 과, 게이트선 (41) 과, 트랜지스터 (액티브 소자)(46) 를 추가로 구비하고 있다.
화소 전극 (36) 은, 각 화소에 배치되어 있다. 화소 전극 (36) 은, 예를 들어 Y 방향으로 연장되는 복수의 띠상 패턴을 구비하고 있다. 환언하면, 화소 전극 (36) 은, 공통 전극 (32) 과 대향하는 위치에 형성된 슬릿을 가지고 있다. 복수의 띠상 패턴은, 차광 패턴 (43) 에 의해 서로 전기적으로 접속되어 있다.
소스선 (40) 은, 화소 전극 (36) 사이에 있어서 Y 방향으로 연장되어 배치되어 있다. 소스선 (40) 은, 도시하지 않은 구동 회로와 전기적으로 접속되어 있다. 소스선 (40) 에는, 영상 신호가 인가된다. 구동 회로는 도시하지 않은 상기 제어부에 포함되고, 이 제어부는, 영상 표시에 관련된 영상 신호와 게이트 신호와, 후술하는 터치 센싱에 관련된 구동 신호와 터치 검출 신호를 제어한다.
게이트선 (41) 은, 화소 전극 (36) 사이에 있어서 X 방향으로 연장되어 배치되어 있다. 게이트선 (41) 은, 도시하지 않은 구동 회로와 전기적으로 접속되어 있다. 게이트선 (41) 에는, 후술하는 트랜지스터의 게이트 신호가 인가된다.
터치 금속 배선 (42) 은, 절연층 (21, 22, 23) 을 개재하여, 게이트선 (41) 의 상층에 배치되어 있다. 터치 금속 배선 (42) 은, 게이트선 (41) 및 소스선 (40) 과는 전기적으로 독립되어 있다. 즉, 터치 금속 배선 (42) 은, 화소 전극 (36) 사이에 있어서 X 방향으로 연장되어 배치되어 있다. 터치 금속 배선은, 도시하지 않은 구동 회로와 전기적으로 접속되어 있다. 터치 센싱을 실시할 때에는, 터치 금속 배선 (42) 에는, 예를 들어 일정 전압이 인가되거나, 혹은 소정의 펄스 전압이 인가된다.
또한, 어레이 기판 (35) 의 게이트선 (41) 혹은 소스선 (40) 등의 금속 배선과, 터치 금속 배선 (42) 은 동일한 금속 재료, 구성으로, 동일한 공정으로 형성되어도 된다. 이 경우, 동일한 공정으로 형성되는 금속 배선과 터치 금속 배선 (42) 은 전기적으로 독립되어 있다.
흑색 배선 (6) 과 터치 금속 배선 (42)(혹은 게이트선 (41)) 은, 표시의 콘트라스트 향상의 목적으로 표시 장치에 다용되는 블랙 매트릭스의 대체로서 사용할 수 있다. 모두, 금속의 배선으로 형성할 수 있으므로, 도시되어 있지 않은 백라이트 유닛으로부터의 광의 차광성은 높다.
차광 패턴 (43) 은, 각 화소에 배치되어 있다. 차광 패턴 (43) 은, 터치 금속 배선 (42) 과 동일한 층에 배치되고, 동일한 공정으로 형성된다. 차광 패턴 (43) 은, 복수 적층한 금속층이어도 되고, 차광 패턴 (43) 상에 추가로 반사 방지막이나 광 흡수층을 적층해도 된다.
차광 패턴 (43) 은, 후술하는 액티브 소자의 채널층 (49) 상에 형성되고, 채널층 (49) 으로의 광의 입사를 방지하고 있다. 이것에 의해, 트랜지스터 (46) 의 오동작을 방지할 수 있다.
도 8 은, 도 7 에 나타내는 어레이 기판의 선 C-C' 에 있어서의 단면의 일례를 나타내는 도면이다.
도 8 은, 본 실시형태의 표시 장치의 액티브 소자로서, 산화물 반도체 (In-Ga-Zn-O 계의 혼합 산화물) 로 형성된 채널층 (49) 을 구비하는 트랜지스터 (46) 의 구성을 나타내고 있다. 트랜지스터 (46) 는, 박막 트랜지스터이다. 이 트랜지스터 (46) 에 전기적으로 제휴되는 금속 배선 (게이트선 (41) 및 소스선 (40)), 또한 게이트선 (41) 상에 복수층의 절연층 (21, 22, 23) 을 개재하고, 또한 게이트선과 평행으로 뻗는 터치 금속 배선 (42) 등을 나타내고 있다.
또한, 도 8 은 어레이 기판 (35) 에 포함되는 절연층의 층수를 한정하는 것이 아니다. 또, 도시한 트랜지스터 (46) 는 보텀 게이트 구조이지만, 본 실시형태의 표시 장치에 채용하는 액티브 소자는, 보텀 게이트 구조의 트랜지스터로 한정되는 것은 아니다.
트랜지스터 (46) 는, 게이트 전극 (GE) 과, 소스 전극 (SE) 과, 드레인 전극 (DE) 과, 채널층 (49) 을 구비하고 있다.
게이트 전극 (GE) 은, 투명 기판 (25) 상에 형성되어 있다. 게이트 전극 (GE) 은, 게이트선 (41) 과 동일한 층에 배치되고, 대응하는 게이트선 (41) 과 전기적으로 접속되어 있다 (혹은 일체로 형성되어 있다). 게이트 전극 (GE) 은, 절연층 (21) 으로 덮여 있다.
소스 전극 (SE) 은, 절연층 (21) 상의 채널층 (49) 상에 배치되어 있다. 소스 전극 (SE) 은, 소스선 (40) 과 동일한 층에 배치되고, 대응하는 소스선 (40) 과 전기적으로 접속되어 있다 (혹은 일체로 형성되어 있다). 소스 전극 (SE) 은, 절연층 (22) 으로 덮여 있다.
드레인 전극 (DE) 은, 절연층 (21) 상의 채널층 (49) 상에 배치되어 있다. 드레인 전극 (DE) 은, 소스선 (40) 및 소스 전극 (SE) 과 동일한 층에 배치되고, 절연층 (22, 23) 을 관통하는 컨택트홀 (47) 을 통하여, 화소 전극 (36) 과 전기적으로 접속되어 있다.
채널층 (49) 은, 절연층 (21) 상에 있어서, 게이트 전극 (GE) 과 대향하는 위치에 배치되어 있다. 채널층 (49) 은, 폴리실리콘 등 실리콘계 반도체, 혹은 산화물 반도체로 형성할 수 있다.
트랜지스터 (46) 는, 채널층 (49) 이 IGZO 등이라고 호칭되는, 갈륨, 인듐, 아연, 주석, 게르마늄, 마그네슘, 알루미늄 중 2 종 이상의 금속 산화물을 포함하는 산화물 반도체인 것이 바람직하다. 이와 같은 트랜지스터 (46) 는 메모리성이 높으므로 (리크 전류가 적으므로), 액정 구동 전압 인가 후의 화소 용량을 유지하기 쉽다. 이 때문에, 표시 장치의 유지 용량선 (혹은 화소마다 구비되는 유지 용량) 을 생략한 구성으로 할 수 있다.
예를 들어, 후술하는 도트 반전 구동의 경우에, 메모리성이 양호한 IGZO 를 채널층 (49) 에 사용한 트랜지스터 (액티브 소자) 를 채용하면, 투명 전극 패턴을 일정한 전압 (정전위) 으로 할 때의, 정전압 구동에 필요한 유지 용량 (스토리지 캐패시터) 을 생략하는 것도 가능하다. IGZO 를 채널층으로 하는 트랜지스터는, 실리콘 반도체를 사용한 트랜지스터와 달리 리크 전류가 매우 작기 때문에, 예를 들어 선행 기술 문헌의 특허문헌 4 에 기재된 래치부를 포함하는 전송 회로를 생략할 수 있어, 단순한 배선 구조로 할 수 있다. 또, IGZO 등 산화물 반도체를 채널층으로서 사용한 트랜지스터를 구비하는 어레이 기판을 사용한 액정 표시 장치는 트랜지스터의 리크 전류가 작기 때문에, 액정 구동 전압 인가 후의 전압을 유지할 수 있고, 그 투과율을 유지할 수 있다.
IGZO 등 산화물 반도체를 채널층 (49) 에 사용하는 경우, 트랜지스터 (46) 는 전자 이동도가 높아, 예를 들어 2 msec (밀리초) 이하의 단시간에 필요한 영상 신호에 대응하는 구동 전압을 화소 전극 (36) 에 인가할 수 있다. 예를 들어, 배속 구동 (1 초간의 표시 프레임수가 120 프레임인 경우) 의 1 프레임은 약 8.3 msec 이고, 예를 들어 6 msec 를 터치 센싱에 할당할 수 있다.
투명 전극 패턴인 구동 전극이 정전위일 때에는, 액정 구동과 터치 전극 구동을 시분할 구동하지 않아도 된다. 액정의 구동 주파수와 터치 금속 배선의 구동 주파수는 다르게 할 수 있다. 예를 들어 IGZO 등 산화물 반도체를 채널층 (49) 에 사용한 트랜지스터 (46) 에서는 액정 구동 전압 인가 후, 투과율 유지 (혹은 전압 유지) 를 위해서 폴리실리콘 반도체의 트랜지스터와 달리 투과율 유지를 위한 영상의 리프레쉬 (재차의 영상 신호 기록) 가 필요없다. 따라서, IGZO 등 산화물 반도체를 채용한 표시 장치는, 저소비 전력 구동이 가능해진다.
IGZO 등 산화물 반도체는, 전기적인 내압이 높기 때문에, 높은 전압으로 액정을 고속 구동할 수 있어, 3D 표시가 가능한 3 차원 영상 표시에 유력하다. IGZO 등 산화물 반도체를 채널층 (49) 에 사용하는 박막 트랜지스터 (46) 는, 상기 서술한 바와 같이 메모리성이 높기 때문에, 예를 들어 액정 구동 주파수를 0.1 Hz 이상 30 Hz 이하 정도의 저주파수로 해도 플리커 (표시 깜빡임) 를 일으키기 어려운 장점이 있다. IGZO 를 채널층으로 하는 트랜지스터 (46) 를 이용하여, 저주파로의 도트 반전 구동과, 또한 이것과 상이한 주파수로의 터치 구동을 병용함으로써, 저소비 전력으로, 고화질의 영상 표시와 고정밀도의 터치 센싱을 함께 얻을 수 있다.
또, 산화물 반도체를 채널층 (49) 에 사용하는 트랜지스터 (46) 는, 전술한 바와 같이 리크 전류가 적기 때문에, 화소 전극 (36) 에 인가한 구동 전압을 긴 시간 유지할 수 있다. 액티브 소자의 소스선 (40) 이나 게이트선 (41)(및 유지 용량선) 등을 알루미늄 배선보다 배선 저항이 작은 구리 배선으로 형성하고, 또한 액티브 소자로서 단시간에 구동할 수 있는 IGZO 를 사용함으로써, 터치 센싱의 주사를 실시하기 위한 기간을 충분히 형성할 수 있게 된다. 즉, IGZO 등의 산화물 반도체를 액티브 소자에 적용함으로써 액정 등의 구동 시간을 짧게 할 수 있어, 표시 화면 전체의 영상 신호 처리 중에서, 터치 센싱에 적용하는 시간에 충분한 여유가 생긴다. 이것에 의해, 발생하는 정전 용량의 변화를 고정밀도로 검출할 수 있다.
또한, 채널층 (49) 을 IGZO 등 산화물 반도체로 함으로써, 도트 반전 구동이나 칼럼 반전 구동에서의 커플링 노이즈의 영향을 거의 해소할 수 있다. 이것은, 산화물 반도체를 사용한 액티브 소자는, 영상 신호에 대응하는 전압을 매우 짧은 시간 (예를 들어, 2 msec) 에 화소 전극 (36) 에 인가할 수 있고, 또 그 영상 신호 인가 후의 화소 전압을 유지하는 메모리성이 높고, 그 유지 기간에 새로운 노이즈 발생은 없어, 터치 센싱에 대한 영향을 경감할 수 있기 때문이다.
화소 전극 (36) 은, 컨택트홀 (47) 을 통하여 드레인 전극 (DE) 과 전기적으로 접속되어 있다. 화소 전극 (36) 은, 터치 금속 배선 (42) 및 차광 패턴 (43) 과 동일한 층에 배치되어 있다. 본 실시형태에서는, 화소 전극 (36) 과 차광 패턴 (43) 은 일체로 형성되어 있다. 환언하면, 화소 전극 (36) 의 채널층 (49) 의 상층에 위치하는 일부가 차광 패턴 (43) 이다.
도 9 는, 어레이 기판 (35) 의 터치 금속 배선 (42) 과, 표시 장치 기판 (100) 의 흑색 배선 (6) 사이에 유지되는 정전 용량 C1 에 대해 설명하는 단면도이다.
평면으로 볼 때에 있어서, 겹치는 위치에 있는 터치 금속 배선 (42) 과 게이트선 (41) 은, 도 9 에서는 지면에 대해 수직 방향 (X 방향) 으로 연선되어, 서로 평행하게 뻗어 있다. 또한, 흑색 배선 (6) 은, 실제는 지면의 안쪽에 위치하여, 단면도로서 도시되지 않는 것이지만, 설명을 위해 파선으로 나타내고, 정전 용량 C1 이 형성되는 것을 모식적으로 나타내고 있다.
도 6 이나 도 7 에 나타내는 표시 장치의 구성에서는, 공통 전극 (32) 의 액정 구동과, 터치 센싱에서의 터치 금속 배선 (42) 의 구동은 시분할 구동이라도 되고, 혹은 시분할 구동하지 않고 터치 금속 배선 (42) 의 구동을 액정 구동과 상이한 주파수로 구동해도 된다. 터치 금속 배선 (42) 은, 구동 전극 혹은 검출 전극으로서 사용할 수 있다.
터치 검출에 관련된 정전 용량 C1 은, 흑색 배선 (6) 과, 이 흑색 배선 (6) 과 평면으로 볼 때에 있어서 직교하는 터치 금속 배선 (42) 사이에 형성된다. 이 정전 용량 C1 의 변화에 의해 손가락 등의 포인터의 표시 화면에 대한 근접이나 터치 위치를 검출할 수 있다.
흑색 배선 (6) 과 터치 금속 배선 (42) 은, 도 3 에 나타내는 바와 같이 대략 직교함과 함께, 각각 복수 개수 배치 형성되어 있다. 그러나, 모든 흑색 배선 (6) 및 터치 금속 배선 (42) 이, 구동, 혹은 검출을 위해서 터치 센싱 컨트롤러 (도시 생략) 와 제휴되지 않아도 된다. 터치 센싱 컨트롤러는, 도시하지 않은 상기 제어부에 포함된다.
예를 들어, 도 3 에 있어서 설명한 바와 같이, 흑색 배선 (6) 은 더미 배선 (6b) 을 구비하고 있어도 되고, 흑색 배선 (6) 및 터치 금속 배선 (42) 의 구동, 혹은 검출은, 3 개 걸러, 9 개 걸러, 18 개 걸러 등, 소정 개수 솎아내고 실시되어도 상관없다. 솎아냄 개수가 많은 편이 터치 센싱 주사 시간을 짧게 할 수 있어, 고속의 터치 검출이 용이해진다.
다음으로, 상기 본 실시형태의 표시 장치 기판 및 표시 장치에 있어서의 흑색 배선 (6) 이 담당할 수 있는 역할에 대해 설명한다.
상기 서술한 바와 같이 흑색 배선 (6) 은, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 금속층 (2) 과 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 과 흑색층 (4) 을 적층한 4 층 구성의 도전성 배선이다. 본 실시형태 및 이하에 설명하는 실시형태에 있어서, 흑색 배선 (6) 은, 정전 용량 방식의 터치 센싱에서의 터치 전극으로서 사용할 수 있다. 터치 전극이란, 터치 센싱에 사용하는 구동 전극 및 검출 전극의 총칭이다. 또한, 본 발명의 기재에 있어서, 구동 전극, 검출 전극을 각각 구동 배선, 검출 배선, 혹은 흑색 배선, 터치 금속 배선이나 투명 도전막 배선이라고 기재하는 경우가 있다.
터치 전극은, 예를 들어 평면으로 볼 때에 있어서 복수의 검출 전극을 제 1 방향 (예를 들어 방향 X) 으로 배열하여 배치 형성하고, 적층 방향 (방향 Z) 에 있는 절연층을 개재하여, 복수의 구동 전극을 제 2 방향 (예를 들어 Y 방향) 으로 배열하여 배치 형성한 구성을 취할 수 있다. 구동 전극에는, 예를 들어 1 KHz 이상 100 KHz 이하의 주파수로 교류 펄스 신호가 인가된다. 통상, 이 교류 펄스 신호의 인가에 의해, 검출 전극에는 일정한 출력 파형이 유지된다. 손가락 등 포인터의 접촉이나 근접이 있으면, 그 부위의 검출 전극의 출력 파형에 변화가 나타나고, 터치의 유무가 판단된다. 손가락 등 포인터의 표시면까지의 거리는, 포인터의 근접으로부터 접촉할 때까지의 시간 (통상, 수백 μsec 이상 수 msec 이하) 이나, 그 시간 내에 카운트되는 출력 펄스수 등으로 측정할 수 있다.
흑색 배선 (6) 은, 상기 서술한 구동 전극, 혹은 검출 전극으로서 사용할 수 있다. 흑색 배선 (6) 의 쌍이 되는 터치 전극으로서, 투명 수지층 (9) 등의 절연층을 개재하여 흑색 배선 (6) 이 연장되는 방향 (예를 들어 Y 방향) 에 대해 대략 직교하는 터치 금속 배선 (42)(혹은 투명 도전막 배선) 을 형성할 수 있다. 터치 금속 배선 (42) 은, 흑색 배선 (6) 의 쌍이 되는 터치 전극이고, 어레이 기판측에 배치 형성된다. 투명 도전막 배선은, 흑색 배선 (6) 의 쌍이 되는 터치 전극이고, 표시 기판측에 배치 형성된다. 터치 금속 배선 (42)(혹은 투명 도전막 배선) 을 형성하는 구성에서는, 이들 배선을 구동 전극, 혹은 검출 전극으로서 사용할 수 있다. 후술하는 제 3 실시형태에 있어서, 흑색 배선 (6) 이 연장된 방향에 대해 대략 직교하여 연장된 투명 도전막 배선을 구비하는 구성을 구체적으로 설명한다.
흑색 배선 (6) 을 구성하는 흑색층 (4) 과 금속층 (2) 의 선폭 혹은 패턴 형상이 동일한 경우, 흑색층 (4) 을 레지스트 패턴으로서 이용하고, 인듐을 포함하는 제 2 도전성 금속 산화물층 (3), 금속층 (2) 및 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 을 맞춰 웨트 에칭하여, 흑색층 (4) 과 선폭이 동일한 금속층 (2) 의 패턴을 얻을 수 있다. 이와 같이, 흑색층 (4) 과 금속층 (2) 의 선폭 혹은 패턴 형상이 동일한 흑색 배선 (6) 을, 간이한 공정으로 컬러 필터 기판을 제조할 수 있다. 또한, 상기 공정에 의해, 흑색 배선 (6) 을 구성하는 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 금속층 (2) 과 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 과 흑색층 (4) 의 선폭은 동일하게 할 수 있다.
흑색 배선 (6) 은, 흑색층 (4) 으로 금속층 (2) 을 덮는, 가시광 반사가 적은 구성이기 때문에, 액정 표시 장치로 했을 때에 표시 장치의 백라이트 유닛으로부터의 광을, 금속층 (2) 에서 반사하지 않는다. 이 때문에, 어레이 기판 (35) 측으로부터 입사한 백라이트의 광이, 트랜지스터 (46) 의 채널층 (49) 에 재입사하는 것을 방지하여, 트랜지스터 (46) 의 오동작을 방지할 수 있다.
상기와 같이, 본 실시형태에 의하면, 저저항이고 알칼리 내성이 있는 흑색 배선 (6) 이고, 무알칼리 유리인 기판과 밀착성이 높은 상태, 또한 백라이트 등 표시 장치의 광원으로부터의 광의 재반사를 저감하는 터치 센싱용 배선을 구비하는 표시 장치 기판을 제공할 수 있다. 즉, 무알칼리 유리인 기판과 밀착성이 높은 상태이고, 또한 시인성이 양호한 터치 센싱용 배선을 구비하는 표시 장치 기판을 제공할 수 있다. 또, 본 실시형태에 의하면, 고해상도이고, 또한 고속의 터치 입력에 응할 수 있는 표시 장치, 및 이것에 사용하는 표시 장치 기판을 제공할 수 있다. 또, 본 실시형태에 의하면, 안정적인 전기적 실장이 가능한 표시 장치 기판을 제공할 수 있다.
다음으로, 제 2 실시형태의 표시 장치 기판 및 표시 장치에 대해 도면을 참조해 설명한다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 상기 서술한 실시형태와 동일한 구성에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고 설명을 생략한다.
도 10 은, 본 실시형태에 관련된 표시 장치 기판에 있어서, 흑색 배선 (6) 상에 컬러 필터층과 투명 수지층 (9) 을 적층한 구성의 일례를 나타내는 도면이다.
도 11 은, 도 10 에 나타내는 표시 장치 기판을 구비하는, 표시 장치의 부분 단면도이다. 또한, 도 11 에서는, 표시 장치의 편광판, 위상차판, 배향막, 백라이트 유닛, 액티브 소자인 트랜지스터에 연결되는 게이트선이나 소스선 등의 도시를 생략하고 있다.
제 2 실시형태는, 상기 서술한 실시형태의 표시 장치 기판에 있어서, 추가로 컬러 필터층 (적 화소 R, 녹 화소 G, 청 화소 B) 을 적층한 구성에 관련되고, 액정층 (30) 이나 액정 구동에 관련된 기술은 제 1 실시형태와 동일하다.
본 실시형태의 표시 장치를 관찰자 방향 V 로부터 본 평면도는, 도 3 과 동일하다. 극세선의 흑색 배선 (6) 과, 컬러 필터층 (적 화소 R, 녹 화소 G, 청 화소 B) 을 간극 없고, 또한 평탄하게 형성하는 수단은, 예를 들어 WO14/115367호 공보의, 열리플로우를 병용하는 착색층 형성 기술을 적용할 수 있다.
본 실시형태에서는, 표시 장치 기판 (100) 은, 흑색 배선 (6) 상에 배치된 컬러 필터층 (적 화소 R, 녹 화소 G, 청 화소 B) 을 추가로 구비하고 있다. 컬러 필터층은, 적 화소 R 에 대응하여 적색의 주파장의 광을 투과하도록 착색된 수지로 이루어지는 적색의 착색층과, 녹 화소 G 에 대응하여 녹색의 주파장의 광을 투과하도록 착색된 수지로 이루어지는 녹색의 착색층과, 청 화소 B 에 대응하여 청색의 주파장의 광을 투과하도록 착색된 수지로 이루어지는 청색의 착색층을 구비하고 있다.
적 화소 R, 녹 화소 G, 청 화소 B 의 각각을 형성하는 적색의 착색층, 녹색의 착색층, 청색의 착색층 등의 착색층은, 예를 들어 유기 안료를 감광성의 투명 수지에 분산시켜, 포토리소그래피의 수법으로 형성한다. 컬러 필터층에는, 적색의 착색층, 녹색의 착색층, 청색의 착색층의 착색층 이외에, 담색층, 보색층, 백층 (투명층) 등의 다른 색을 추가해도 된다.
본 실시형태의 표시 장치 기판 (100) 에서는, Y 방향으로 연장된 흑색 배선 (6) 이 X 방향으로 배열된 스트라이프 패턴 형상으로 형성되기 때문에, 적 화소 R, 녹 화소 G, 청 화소 B 의 각각도, 동일한 색으로 Y 방향으로 연속한 패턴을 X 방향으로 복수 배열한 스트라이프 패턴 형상으로 할 수 있다. 적 화소 R, 녹 화소 G, 청 화소 B 를 스트라이프 패턴으로 형성하면, 흑색 배선 (6) 과 터치 금속 배선 (42)(혹은 게이트선 (41)) 에서, 평면으로 볼 때에 있어서 직교하는 격자상의 블랙 매트릭스를 형성할 수 있다.
상기 표시 장치 기판 (100) 과 어레이 기판 (35) 을 첩합할 때에는, 흑색 배선 (6) 과, 터치 금속 배선 (42)(혹은 게이트선 (41)) 의 각각이 스트라이프 패턴이므로 고정밀도의 위치 맞춤 (얼라인먼트) 이 불필요해져, 표시 장치의 수율 개선에 기여할 수 있다.
컬러 필터층 상에는, 투명 수지층 (9) 이 적층되어 있다.
도 10 및 도 11 에 있어서, 흑색 배선 (6) 은, 지면에 대해 수직 방향 (Y 방향) 으로 연선되고, 서로 대략 평행하게 배치되어 있다. 또한, 터치 금속 배선 (42) 은, 지면의 안쪽에 위치하기 때문에 본래 도시되지 않지만, 설명을 위해 파선으로 나타내고, 정전 용량 C2 가 형성되는 것을 모식적으로 나타내고 있다. 본 실시형태의 표시 장치에 있어서도, 상기 서술한 실시형태와 동일하게, 흑색 배선 (6) 과 터치 금속 배선 (42) 을 구동하고, 이들 사이에 생기는 정전 용량 C2 의 변화를 검출함으로써, 손가락끝이나 펜 등과 표시 장치의 화면의 거리나 접촉을 검출할 수 있다.
평면으로 볼 때에 있어서, Y 방향으로 평행하게 배치 형성되는 흑색 배선 (6) 은, 터치 금속 배선 (42) 과 직교하고 있다. 터치 금속 배선 (42) 은, 절연층 (21, 22, 23) 을 개재하여, 게이트선 (41) 상에 형성되고, 게이트선 (41) 및 소스선 (40) 과는 전기적으로 독립되어 있다.
흑색 배선 (6) 과 터치 금속 배선 (42)(혹은 게이트선 (41)) 은, 표시의 콘트라스트 향상의 목적으로 표시 장치에 다용되는 블랙 매트릭스의 대체로서 사용할 수 있다. 모두, 금속의 배선으로 형성할 수 있으므로, 도시되어 있지 않은 백라이트 유닛으로부터의 광의 차광성은 높다.
상기와 같이, 본 실시형태의 표시 장치 기판 및 표시 장치에 의하면, 상기 서술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다. 즉, 본 실시형태에 의하면, 저저항이고 알칼리 내성이 있는 흑색 배선 (6) 이고, 무알칼리 유리인 기판과 밀착성이 높은 상태, 또한 백라이트 등 표시 장치의 광원으로부터의 광의 재반사를 저감하는 터치 센싱용 배선을 구비하는 표시 장치 기판을 제공할 수 있다. 즉, 무알칼리 유리인 기판과 밀착성이 높은 상태이고, 또한 시인성이 양호한 터치 센싱용 배선을 구비하는 표시 장치 기판을 제공할 수 있다. 또, 본 실시형태에 의하면, 고해상도이고, 또한 고속의 터치 입력에 응할 수 있는 표시 장치, 및 이것에 사용하는 표시 장치 기판을 제공할 수 있다. 또, 본 실시형태에 의하면, 안정적인 전기적 실장이 가능한 표시 장치 기판을 제공할 수 있다.
다음으로, 제 3 실시형태의 표시 장치 기판 및 표시 장치에 대해 도면을 참조하여 설명한다.
도 12 는, 제 3 실시형태에 관련된 표시 장치 기판 (200) 의 부분 단면도이다.
도 13 은, 도 12 에 나타낸 표시 장치 기판 (200) 을 구비한 액정 표시 장치의 부분 단면도이다. 또한, 도 13 에 있어서, 표시 장치의 편광판, 위상차판, 배향막, 백라이트 유닛, 트랜지스터인 액티브 소자에 연결되는 게이트선이나 소스선 등의 도시는 생략하고 있다.
본 실시형태에서는, 표시 장치 기판 (200) 은, 흑색 배선 (6) 상에 배치된 컬러 필터층 (적 화소 R, 녹 화소 G, 청 화소 B) 과, 컬러 필터층 상에 배치된 투명 수지층 (9) 과, 투명 수지층 (9) 상에 배치된 투명 도전막 배선 (7) 을 추가로 구비하고 있다.
본 실시형태가 제 2 실시형태와 다른 점은, 표시 장치 기판 (200) 의 투명 수지층 (9) 상에 투명 도전막 배선 (7) 을 형성한 구조이고, 어레이 기판 (45) 이 공통 전극을 구비하고 있지 않은 점이다.
흑색 배선 (6) 의 각각은, 상기 서술한 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태와 동일하게, 지면에 대해 수직인 방향 (Y 방향) 으로 연장되고, 복수의 흑색 배선 (6) 이 X 방향으로 배열된 스트라이프 패턴으로 형성되어 있다.
컬러 필터층은, 적 화소 R 에 대응하여 적색의 주파장의 광을 투과하도록 착색된 수지로 이루어지는 적색의 착색층과, 녹 화소 G 에 대응하여 녹색의 주파장의 광을 투과하도록 착색된 수지로 이루어지는 녹색의 착색층과, 청 화소 B 에 대응하여 청색의 주파장의 광을 투과하도록 착색된 수지로 이루어지는 청색의 착색층을 구비하고 있다. 컬러 필터층 상에는, 투명 수지층 (9) 이 적층되어 있다.
투명 수지층 (9) 은, 열경화성을 갖는 아크릴 수지 등으로 형성할 수 있다. 이 예에서는, 투명 수지층 (9) 의 막두께는 1.5 ㎛ 로 하였다. 투명 수지층 (9) 의 막두께는, 흑색 배선 (6) 과 투명 도전막 배선 (7) 이 전기적으로 절연되는 범위에서 임의로 설정할 수 있다. 흑색층 (4) 이나 투명 수지층 (9) 은, 예를 들어 굴절률 등 광학 특성이 서로 상이한 복수의 층을 적층하는 구성이라도 된다. 상기 서술한, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에서도 동일하게, 흑색층 (4) 이나 투명 수지층 (9) 을 다층 구성으로 해도 상관없다.
투명 도전막 배선 (7) 은, 투명 수지층 (9) 상에 배치되어 있다. 투명 도전막 배선 (7) 은, 예를 들어 ITO 나 IZO 등의 투명 도전 재료에 의해 형성되어 있다. 또한, 투명 도전막 배선 (7) 에는, 이것과 전기적으로 접촉시키는 형태로 금속 배선 등의 보조 도체를 적층해 구성해도 상관없다.
본 실시형태의 표시 장치 기판 및 표시 장치에서는, 흑색 배선 (6) 과 투명 도전막 배선 (7) 은, 유전체인 투명 수지층 (9) 을 개재하여 직교하고 있다. 예를 들어, 방향 X 의 화소 피치를 21 ㎛, 흑색 배선폭을 4 ㎛, 투명 도전막 배선 (7) 의 폭을 123 ㎛ (투명 도전막 배선 (7) 의 피치는 126 ㎛) 로 설정할 수 있다.
본 실시형태에서는, 터치 센싱에 관련된 정전 용량 C3 은, 흑색 배선 (6) 과 투명 도전막 배선 (7) 사이에 형성된다. 즉, 당 실시형태에 있어서, 투명 도전막 배선 (7) 은 공통 전극이고, 또한 터치 전극의 검출 전극의 역할을 담당하고, 흑색 배선 (6) 은, 터치 센싱에서의 구동 전극으로서 이용할 수 있다. 흑색 배선 (6) 과 투명 도전막 배선 (7) 사이에는, 대략 일정한 정전 용량 C3 이 형성되어 있지만, 손가락 등 포인터의 접촉 혹은 근접에 의해 그 부위의 정전 용량 C3 이 변화하고, 터치 위치를 검출한다. 투명 도전막 배선 (7) 이나 흑색 배선 (6) 은, 터치 센싱 시에 솎아내어 터치 신호의 검출을 실시함으로써, 터치 센싱의 고속화를 도모할 수 있다.
또, 액정층 (30) 은, 화소 전극 (36) 과, 투명 도전막 배선 (7) 사이의 전압으로 구동된다. 즉, 투명 도전막 배선 (7) 은, 액정 구동에서의 공통 전극이 된다. 따라서, 본 실시형태의 액정 표시 장치에서는, 액정 구동 전압은 Z 방향 (액정층 (30) 의 두께 방향) 으로 인가된다. 즉, 본 실시형태의 액정 표시 장치에서는, 이른바 종전계에 의해 액정이 구동된다. 액정 구동은, 커먼 반전 구동에 의한 액정 구동이어도 되고, 혹은 공통 전극을 정전위로 하여 화소 전극 (36) 을 반전 구동해도 된다.
어레이 기판 (45) 은, 공통 전극을 구비하고 있지 않다. 화소 전극 (36) 은 각 화소에 배치된 대략 사각형상의 전극이다. 화소 전극 (36) 은, 상기 서술한 제 1 실시형태와 동일하게, 컨택트홀을 통하여 액티브 소자와 전기적으로 접속된다.
도 14 는, 도 13 에 나타내는 표시 장치 기판 (200) 을, 관찰자 방향 V 로부터 본 평면도이다.
흑색 배선 (6) 은, 도 3 에 나타낸 예와 동일하게, 인회 배선 (6a) 과, 더미 배선 (6b) 을 가지고 있다. 인회 배선 (6a) 은, 사각형 표시 영역 (19) 의 일단으로부터 타단의 밖까지 연장되어 있다. 더미 배선 (6b) 은, 사각형 표시 영역 (19) 의 일단으로부터 타단까지 연장되어 있다. 인회 배선 (6a) 의 사이에는, 2 개의 더미 배선 (6b) 이 배치되어 있다.
투명 도전막 배선 (7) 은, 흑색 배선 (6) 이 연장된 방향 (Y 방향) 과 대략 직교한 방향 (X 방향) 으로 연장되어 배치되고, 복수의 투명 도전막 배선 (7) 이 Y 방향으로 배열된 스트라이프 패턴으로 형성된다. 도 14 에서는, 투명 도전막 배선 (7) 의 선폭 (Y 방향의 폭) 은, X 방향으로 배열된 화소의 행의 3 행분의 폭과 대략 동일하게 되어 있다. 투명 도전막 배선 (7) 은, 사각형 표시 영역 (19) 의 일단으로부터 타단의 밖까지 연장되어 배치되어 있다.
흑색 배선 (6) 과 투명 도전막 배선 (7) 은, 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태와 동일하게, 터치 센싱 제어에 사용하는 전극 (이하, 터치 전극 혹은 터치 배선이라고 생략하는 경우가 있다) 으로서 솎아내어 구동할 수 있다. 솎아낸 배선은, 예를 들어 전기적으로 뜬 형태 (플로팅 패턴) 로 해도 된다.
플로팅 패턴은, 스위칭 소자에 의해 검출 전극이나 구동 전극으로 전환하여 고정세한 터치 센싱을 실시해도 된다. 혹은, 플로팅 패턴은, 그라운드 (하우징에 접지) 와 전기적으로 접속하도록 전환할 수도 있다. 터치 센싱의 S/N 비 개선을 위해, 터치 센싱의 신호 검출 시에 TFT 등 액티브 소자의 신호 배선을 일시 그라운드 (하우징 등) 에 접지해도 된다.
또, 터치 센싱 제어로 검출하는 정전 용량 C3 의 리셋에 시간을 필요로 하는, 터치 배선, 즉 터치 센싱에서의 시정수 (용량과 저항값의 곱) 가 큰 터치 배선에서는, 예를 들어 홀수행과 짝수행을 교대로 센싱에 이용하여, 시정수의 크기를 조정한 구동을 실시해도 된다. 혹은, 복수 개수의 터치 배선을 그룹핑하여 구동이나 검출을 실시해도 된다. 복수 개수의 터치 배선의 그룹핑은, 선 순차로 하지 않고, 그 그룹 단위로 셀프 검출 방식이라고도 호칭되는, 일괄 검출의 수법을 취해도 된다. 그룹 단위로의, 병렬 구동을 실시해도 된다. 혹은 기생 용량 등의 노이즈 캔슬을 위해, 근접, 인접하는 터치 배선의 검출 신호의 차를 취하는 차분 검출 방식을 취할 수 있다.
상기 서술한 제 1 실시형태 및 제 2 실시형태에서도 동일하게, 흑색 배선 (6) 이나 투명 도전막 배선 (7) 은, 터치 센싱에서의, 검출 전극 혹은 구동 전극으로 할 수 있다. 흑색 배선 (6) 과 투명 도전막 배선 (7) 의 어느 일방이 검출 전극이고, 타방이 구동 전극이면 된다.
투명 도전막 배선 (7) 은, 터치 센싱 구동 시 및 액정 구동 시에는 정전위의 공통 전위로 할 수 있다. 혹은, 모든 투명 도전막 배선 (7) 을, 고저항을 개재시켜서 접지할 수 있다. 또, 터치 센싱 구동 시 및 액정 구동 시에는 정전위의 공통 전위로 한 투명 도전막 배선 (7) 은, 터치 센싱 구동과 액정 구동의 각각 구동 신호를 구분하는, 말하자면 실드막의 역할을 담당할 수 있다. 상기 고저항의 값은, 예를 들어 수기가옴 이상 수페타옴 이하의 범위로 할 수 있다. 대표적으로는, 1 테라옴 이상 50 테라옴 이하로 할 수 있다. 그러나, 표시 장치의 박막 트랜지스터의 채널층 (49) 을 IGZO 등 산화물 반도체로 하는 경우, 표시 장치의 화소의 번인이 생기기 쉬운 상태를 완화하기 위해, 1 기가옴보다 낮은 저항을 사용해도 된다. 또, 터치 센싱에 있어서, 정전 용량 C3 의 리셋 회로를 형성하지 않는 간이 제어에서는, 이 정전 용량 C3 의 리셋의 목적으로, 1 기가옴보다 낮은 저항을 사용해도 된다. IGZO 등 산화물 반도체를 액티브 소자의 채널층 (49) 에 사용하는 표시 장치에서는, 터치 센싱 제어에 있어서의, 상기 여러 가지 연구가 가능해진다.
또, 흑색 배선 (6) 의 솎아냄을 많이 하여 저밀도로의 주사를 실시하면, 구동 주파수를 낮게 할 수 있어 높은 정밀도의 센싱, 소비 전력의 삭감을 실시할 수 있다. 반대로 흑색 배선 (6) 의 솎아냄을 적게 하는 고밀도로의 주사에 의해, 예를 들어 지문 인증이나 터치 펜에 의한 입력 등에 활용할 수 있다.
터치 센싱 구동 시 및 액정 구동 시에 투명 도전막 배선 (7) 에 인가하는 정전위는, 반드시 "0 (제로)" 볼트를 의미하는 것이 아니고, 구동 주파수의 고저의 중간의 정전위로 해도 되고, 오프셋시킨 구동 전압으로 해도 된다. 터치 센싱 구동 시 및 액정 구동 시에 있어서, 투명 도전막 배선 (7) 은 정전위이기 때문에, 액정을 구동하는 화소 전극 (36) 의 구동 주파수와 상이한 주파수로, 투명 도전막 배선 (7) 을 구동해도 된다.
또한, 액정 구동의 공통 전극으로서의 공통 전위 Vcom 은, 일반적으로 액정 구동에서의 프레임 반전을 포함하는 교류 구형 (矩形) 신호이고, 예를 들어 ±2.5 V, 혹은 ±5 V 의 교류 전압을 프레임마다 인가한다. 본 실시형태에서는, 이러한 구동에 필요한 교류 전압은 정전위로서 취급하지 않는다. 본 실시형태의 기술에서의 정전위의 전압 변동은, 적어도 액정 구동의 임계값 (Vth) 보다 작은 일정한 전압 변동 이내의 정전위일 필요가 있다.
본 실시형태에 있어서, 투명 도전막 배선 (7) 의 전위를, 터치 센싱 구동 및 액정 구동과도 동일한 정전위로 함으로써, 터치 센싱 구동과 액정 구동을 상이한 주파수로 구동할 수 있다. 정전위의 투명 도전막 배선 (7) 은, 액정 구동 신호와 터치 센싱 구동 신호를 전기적으로 분리하는 실드의 역할을 담당할 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치 기판 (200) 에서는, 큰 프린지 용량을 얻을 수 있어, 높은 S/N 비를 유지하면서도, 터치 센싱에서의 구동 전압을 낮춤으로써 소비 전력을 줄일 수 있다.
또, 흑색 배선 (6) 을 터치 센싱에서의 구동 전극으로 하고, 투명 도전막 배선 (7) 을 검출 전극으로 하면, 터치 센싱의 구동 조건과 액정의 구동 조건 (주파수나 전압 등) 을 상이한 것으로 할 수 있다. 터치 센싱의 구동 주파수와 액정의 구동 주파수를 상이한 것으로 함으로써, 각각 구동의 영향을 받기 어렵게 할 수 있다. 터치 센싱의 구동 주파수를 1 KHz 이상 100 KHz 이하로 하고, 액정 구동의 주파수를 0.1 Hz 이상 480 Hz 이하로 할 수 있다. IGZO 등 산화물 반도체를 채널층으로 하는 TFT 어레이 기판을 사용한 액정 표시 장치로 함으로써, 예를 들어 0.1 Hz 이상 30 Hz 이하의 저주파 구동으로 해도 플리커 (영상의 깜빡임) 가 없는 표시를 저소비 전력으로 실시할 수 있다.
나아가서는, 터치 센싱 구동과 액정 구동을 시분할로 할 수도 있다. 흑색 배선 (6) 을 구동 전극 (주사 전극) 으로 하는 경우에, 요구되는 터치 입력의 속도에 맞춰 정전 용량 검출의 주사 주파수를 임의로 조정할 수 있다.
나아가서는, 빠른 응답성을 얻기 위해서, 흑색 배선 (6) 을 솎아내어 주사할 수 있다. 또, 터치 센싱에서의 구동 전극과 검출 전극을 바꾸고, 투명 도전막 배선 (7) 을 일정한 주파수로의 전압을 인가하는 구동 전극 (주사 전극) 으로 해도 된다. 또한, 터치 센싱이나 액정 구동에서의, 구동 전극에 인가하는 전압 (교류 신호) 은, 정부의 전압을 반전하는 반전 구동 방식이어도 된다. 터치 센싱 구동과 액정 구동은 시분할로 실시되어도 되고, 시분할이 아니어도 된다.
또, 구동 전극에 인가하는 전압 (교류 신호) 으로서, 인가하는 교류 신호의 전압폭 (진폭) 을 작게 함으로써 액정 표시에 대한 영향을 경감할 수 있다.
상기와 같이, 본 실시형태의 표시 장치 기판 및 표시 장치에서는, 투명 도전막 배선 (7) 의 전위가 정전위이기 때문에, 터치 전극으로서의 흑색 전극의 구동 주파수나 신호 검출의 타이밍을, 액정의 구동 주파수나 타이밍에 의존하는 일 없이 설정할 수 있다. 터치 전극의 구동 주파수를, 액정 구동의 주파수와 상이한 주파수, 혹은 보다 높은 구동 주파수로 할 수 있다.
일반적으로, 액정 구동의 주파수는, 60 Hz, 혹은 이 정수배의 구동 주파수이다. 통상, 터치 센싱 부위는, 액정 구동의 주파수에 수반하는 노이즈의 영향을 받는다. 또한, 통상적인 가정 전원은 50 Hz 혹은 60 Hz 의 교류 전원이고, 이러한 외부 전원으로 동작하는 전기 기기로부터의 노이즈를, 터치 센싱 부위가 받아들이기 쉽다. 따라서, 터치 구동의 주파수를 50 Hz 나 60 Hz 의 주파수로부터, 혹은 이들 주파수의 정수배로부터 약간 시프트시킨 상이한 주파수로 함으로써, 액정 구동이나 외부의 전자 기기로부터의 노이즈의 영향을 크게 저감할 수 있다. 시프트량은, 약간량이면 되고, 예를 들어 노이즈 주파수로부터 ±3 ％ 이상 ±17 ％ 이하의 시프트량이면 되고, 노이즈 주파수와의 간섭을 저감할 수 있다. 예를 들어, 터치 구동의 주파수는, 1 Hz 이상 100 kHz 이하의 범위로부터, 상기 액정 구동 주파수나 전원 주파수와 간섭하지 않는 상이한 주파수를 선택할 수 있다. 액정 구동 주파수나 전원 주파수와 간섭하지 않는 상이한 주파수를 선택함으로써, 예를 들어 도트 반전 구동에서의 커플링 노이즈 등 노이즈의 영향을 경감할 수 있다.
3D (입체 영상) 표시를 실시하는 표시 장치의 경우, 통상적인 2 차원 화상의 표시에 추가로, 3 차원적으로 앞의 화상이나 안쪽에 있는 화상을 표시하기 위해서 복수의 영상 신호 (예를 들어 우목용의 영상 신호와 좌목용의 영상 신호) 가 필요로 된다. 이 때문에, 액정 구동의 주파수는, 예를 들어 240 Hz 혹은 480 Hz 등의 고속 구동 및 많은 영상 신호가 필요로 된다. 이때, 터치 구동의 주파수를 액정 구동의 주파수와 상이한 것으로 할 수 있는 본 실시형태의 장점은 커진다. 예를 들어, 본 실시형태에 의해 3D 표시의 게임 기기에 있어서, 고속·고정밀도의 터치 센싱을 가능하게 한다. 본 실시형태에서는, 게임 기기나 현금 자동 지급기 등 손가락 등의 터치 입력 빈도가 높은 디스플레이에 있어서도 특히 유용하다.
또, 터치 센싱 구동에 있어서, 구동 전압을, 흑색 배선 (구동 전극)(6) 모두에 공급하지 않고, 솎아내어 터치 위치 검출을 실시함으로써, 터치 센싱에서의 소비 전력을 저감할 수 있다.
도시하지 않은 액티브 소자 (TFT) 의 트랜지스터의 채널층은, 산화물 반도체나 폴리실리콘 반도체를 사용할 수 있다. 산화물 반도체는, IGZO 등이라고 호칭되는 금속 산화물로 할 수 있다.
채널층을 IGZO 등 갈륨, 인듐, 아연, 주석, 게르마늄, 마그네슘, 알루미늄 중 2 종 이상의 금속 산화물을 포함하는 산화물 반도체로 함으로써, 도트 반전 구동에서의 커플링 노이즈의 영향을 거의 해소할 수 있다. 이것은, IGZO 등 산화물 반도체를 사용한 액티브 소자는, 영상 신호인 액정 구동의 구형 신호를 매우 짧은 시간 (예를 들어 2 msec) 에 처리할 수 있고, 또 영상 신호 인가 후의 액정 표시의 화소에서의 전압을 유지할 수 있는 메모리성이 있기 때문에, 그 유지 기간 동안에는 새로운 노이즈 발생은 없고, 액정 구동에서의 노이즈의 영향을 더욱 감소시킬 수 있기 때문이다.
또, IGZO 등 산화물 반도체는, 전기적인 내압이 높기 때문에, 높은 전압으로 액정을 고속 구동할 수 있어, 3D 등 3 차원 영상 표시에 유력하다. IGZO 등 산화물 반도체를 채널층에 사용하는 트랜지스터는, 메모리성이 높기 때문에, 예를 들어 액정 구동 주파수를 0.1 Hz 이상 30 Hz 이하 정도의 저주파로 해도 플리커 (표시의 깜빡임) 를 일으키기 어려운 장점이 있다.
또, IGZO 를 채널층으로 하는 트랜지스터를 사용한 경우, 저주파로의 도트 반전 구동 혹은 칼럼 반전 구동과, 또한 이것과 상이한 주파수로의 터치 구동을 병용함으로써, 저소비 전력으로, 고화질의 영상 표시와 고정밀도의 터치 센싱을 함께 얻을 수 있다. 또한, 채널층을 IGZO 등 산화물 반도체로 하는 트랜지스터를 구비하는 어레이 기판은, FFS 등의 횡전계의 액정 표시 장치, VA 등 종전계의 액정 표시 장치, 혹은 유기 EL 표시 장치에 적용할 수 있다.
또, 액정 구동을, 화소 전극에서의 도트 반전 구동이나 칼럼 반전 구동으로 할 때에, 메모리성이 양호한 IGZO 를 이용하면, 투명 전극 패턴을 일정한 전압 (정전위) 으로 하여, 정전압 구동에 필요한 유지 용량 (스토리지 캐패시터) 을 생략할 수도 있다. 액정 구동은, 도트 반전 구동 외 공통 전극인 투명 도전막 배선 (7) 을 정전위로 하는 칼럼 반전 구동 (소스 반전 구동) 이어도 된다. 혹은, 투명 도전막 배선 (7) 을 정전위로 하는 칼럼 반전 구동과, 투명 도전막 배선 (7) 을 정전위로 하는 도트 반전 구동을 조합해도 된다.
당 실시형태의 액정 표시 장치는, 액정층 (30) 을, 공통 전극인 투명 도전막 배선 (7) 과 어레이 기판에 구비되는 화소 전극 (36) 사이에, 액정의 구동 전압을 인가하여 액정층 (30) 을 구동한다. 액정층 (30) 이나 투명 기판 (15, 25) 의 두께 방향 (세로 방향) Z 로 전압이 인가되고, 종전계 방식이라 불리는 액정 구동 방식을 당 실시형태에서 적용하고 있다.
종전계 방식에 적용 가능한 액정 구동 방식에는, VA (Vertical Alig㎚ent), HAN (Hybrid-aligned Nematic), TN (Twisted Nematic), OCB (Optically Compensated Bend), CPA (Continuous Pinwheel Alig㎚ent), ECB (Electrically Controlled Birefringence), TBA (Transverse Bent Alig㎚ent) 등을 들 수 있고, 적절히 선택하여 사용할 수 있다. 또한, VA 모드는, 노멀리 블랙 표시가 우수하기 때문에, 흑 표시를 살리기 위해서 VA 모드를 채용하는 것이 바람직하다. 또, 수직 배향의 액정 (VA) 은, 수평 배향의 액정 (FFS) 보다 정면 휘도의 높음, 및 흑 표시의 흑 레벨의 높음의 관점에서 우수하다.
계속해서, 상기 서술한 제 1 내지 제 3 실시형태의 표시 장치 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 15 는, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 각각의 제조 공정을 나타내는 부분 단면도이다.
도 15 에 나타내는 바와 같이, 투명 기판 (15) 상에, 산화인듐과 산화아연과 산화주석을 포함하는 3 원계 혼합 산화물막 (도전성의 복합 산화물층) 인 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 금속층 (2) 과 제 2 도전 산화물층 (3) 을 연속 성막하여, a 에 나타내는 구성으로 한다 (성막 공정).
제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과, 금속층 (2) 과, 제 2 도전성 산화물층 (3) 은, 투명 기판 (15) 의 표면을 거의 덮도록 막형성된다. 성막 장치는 스퍼터링 장치를 이용하고, 진공을 깨지 않고 연속 성막한다.
제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 의 각각 산화인듐과 산화아연과 산화주석, 및 구리 합금인 금속층의 조성은, 하기로 하였다. 모두, 혼합 산화물 중의 금속 원소에서의 아토믹 퍼센트 (산소 원소를 카운트하지 않는 금속 원소만의 카운트. 이하, at％ 로 표기) 이다.
·제 1 도전성 금속 산화물층 ; In : Zn : Sn ⇒ 90 : 8 : 2
·제 2 도전성 금속 산화물층 ; In : Zn : Sn ⇒ 91 : 7 : 2
·금속층 ; Cu : Mg ⇒ 99.5 : 0.5
제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 에 포함되는 인듐 (In) 의 양은, 80 at％ 보다 많이 함유시킬 필요가 있다. 인듐 (In) 의 양은, 80 at％ 보다 많은 편이 바람직하다. 인듐 (In) 의 양은, 90 at％ 보다 많은 편이 더욱 바람직하다. 인듐 (In) 의 양은, 90 at％ 보다 많은 편이 바람직하다. 인듐 (In) 의 양은, 80 at％ 보다 적으면 형성하는 도전성 금속 산화물층의 비저항이 커져 바람직하지 않다. 아연 (Zn) 의 양은, 20 at％ 를 초과하면 도전성 금속 산화물 (혼합 산화물) 의 내알칼리성이 저하하므로 바람직하지 않다.
제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 에 포함되는 아연 (Zn) 의 양은, 주석 (Sn) 의 양보다 많게 할 필요가 있다. 주석의 함유량이 아연 함유량을 초과하면, 후공정에서의 웨트 에칭에서 지장이 생긴다. 바꾸어 말하면, 구리 혹은 구리 합금인 금속층의 에칭이 도전성 금속 산화물층보다 들어가기 쉬워져, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 금속층 (2) 과 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 의 선폭에 차가 생기기 쉬워진다.
제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 에 포함되는 주석 (Sn) 의 양은, 0.5 at％ 이상 6 at％ 이하의 범위 내가 바람직하다. 주석은, 인듐 원소와의 비교로, 0.5 at％ 이상 6 at％ 이하를 함유시킴으로써, 상기 인듐과 아연과 주석의 3 원계 혼합 산화물막 (도전성의 복합 산화물층) 의 비저항을 작게 할 수 있다. 주석의 양이 7 at％ 를 초과하면, 아연의 첨가도 수반함으로써 3 원계 혼합 산화물막 (도전성의 복합 산화물층) 의 비저항이 지나치게 커진다. 상기 범위 내에서 아연 및 주석의 양을 조정함으로써, 비저항을 대략 혼합 산화물막의 단층막의 비저항으로서 5 × 10-4 Ω㎝ 이상 3 × 10-4 Ω㎝ 이하의 작은 범위 내로 할 수 있다. 상기 혼합 산화물 중에는, 티탄, 지르코늄, 마그네슘, 알루미늄, 게르마늄 등 다른 원소를 소량 첨가할 수도 있다.
다음으로, 투명 기판 (15) 상에, 주된 색재로서 카본을 함유하는 알칼리 현상성과 감광성을 구비하는 흑색 도포액을 도포하고, 건조시켜, 흑색층 (4) 을 형성하여, b 에 나타내는 구성으로 하였다 (도포 공정). 흑색층 (4) 의 건조 후의 도포 막두께는, 약 1.1 ㎛ 로 하였다.
다음으로, 투과율 100 ％ 의 영역과, 투과율 40 ％ 의 단자부 패턴의 영역과, 투과율 0 ％ 의 흑색 배선 패턴의 영역을 갖는 하프톤 마스크를 사용하여, b 에 나타내는 구성의 기판을 노광한다. 또한, 당해 마스크의 기판은 인공 석영 기판이고, 투과율은 그 인공 석영 기판을 레퍼런스로 하는 투과율이다. 노광 후, 알칼리 현상하여, c 에 나타내는 구성으로 하였다 (패턴 형성 공정). 즉, 약 2 ㎛ 막두께의 흑색 배선 패턴 (4a) 과, 약 1 ㎛ 막두께의 단자부 패턴 (4b) 을 갖는 기판으로 하였다. 이 상태에서는, 흑색 배선 패턴 (4a) 사이나 기판 주변에는, 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 이 노출되어 있다.
다음으로, 노출된 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 을 옥살산계 에첸트로 웨트 에칭하고, 인산계 에첸트로 금속층 (2) 을 웨트 에칭하고, 또한 옥살산계 에첸트로 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 을 웨트 에칭하여, d 에 나타내는 구성의 기판으로 하였다 (웨트 에칭 공정). 이 상태에서 흑색 배선 패턴 (4a) 사이의 제 1 도전성 금속 산화물층 (1), 금속층 (2), 및 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 이 제거되고, 이 영역에서는 투명 기판 (15) 이 노출된다.
다음으로, 드라이 에칭 장치를 사용하여, 흑색층의 두께로 0.6 ㎛ 에칭하는 조건으로 드라이 에칭을 실시하였다. 드라이 에칭 장치에 도입하는 가스는, 아르곤의 베이스 가스에 8 vol％ 의 산소를 더한 것으로 하였다. 드라이 에칭으로 단자부 (5) 상의 단자부 패턴 (4b) 은 완전히 제거되어, 단자부 (5) 에 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 이 노출되고, 또 흑색 배선 패턴 상에는 약 0.5 ㎛ 두께의 흑색층 (4) 이 남겨진 e 에 나타내는 구성의 기판으로 하였다 (드라이 에칭 공정). 흑색 배선 패턴 (4a) 의 선폭은 약 4 ㎛ 이고, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 금속층과 제 2 도전 산화물층의 선폭은 ±0.2 ㎛ 이내의 각각 동일한 선폭이었다.
또한, 본 실시형태에 관련된 기술에서는, 흑색층 (4) 과, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과, 금속층 (2) 과, 제 2 도전 산화물층 (3) 의 얼라인먼트 (위치 맞춤) 가 불필요하기 때문에, 표시 장치 기판 등에서 통상 필요한 각각 ±1.5 ㎛ 의 얼라인먼트 마진을 고려하지 않아도 된다. 그 때문에, 높은 개구율을 얻을 수 있다.
또한, 이 예에서는, 흑색 배선 (6) 의 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 의 막두께는 약 0.025 ㎛, 금속층 (2) 의 막두께는 약 0.15 ㎛, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 의 막두께는 약 0.025 ㎛ 로 했지만, 흑색층 (4) 의 막두께를 포함하여, 이들 막두께는 여러 가지 설정이 가능하다.
흑색 배선 (6) 을 구성하는 흑색층 (4) 에 사용하는 색재는, 주로 카본인 것이 바람직하다. 흑색층 (4) 으로부터 생기는 반사색을 조정하기 위해서, 유기 안료를 소량 감광성 흑색 도포액에 첨가해도 된다. 그러나, 대부분의 유기 안료에 있어서는, 안료 구조 중에 금속이 배위되어 있다. 이와 같은 유기 안료를 함유하는 막을 드라이 에칭하면, 그 금속에서 기인하는 콘테미네이션이 발생하는 경우가 있다. 이 점을 고려하여 감광성 흑색 도포액의 배합이 조정된다. 혹은, 유기 안료를 포함하지 않고, 드라이 에칭성이 양호한 카본만의 색재로 하는 것은 바람직하다. 유기 안료를 많이 포함하는 흑색층은, 드라이 에칭 시에 큰 표면 거칠어짐을 일으키는 경향이 있다.
이상과 같이, 본 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 제조 방법에서는, 포토마스크를 사용하는 공정은 1 회로 끝나, 마스크 비용의 삭감과, 공정 삭감의 장점이 있다.
다음으로, 제 4 실시형태에 관련된 표시 장치 기판, 표시 장치 및 표시 장치 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 16 은, 제 4 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 부분 단면도이다.
본 실시형태의 표시 장치 기판에서는, 상기 서술한 제 1 실시형태의 표시 장치 기판 (100) 의 도전성 금속 산화물층 (1) 과 금속층 (2) 의 계면에 흑색 산화물층 (8) 을 삽입하고 있다. 또한, 본 실시형태의 표시 장치 기판은, 상기 서술한 복수의 실시양태의 변형예로서 제공할 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치 기판은, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 금속층 (2) 의 계면에, 금속을 산화시킨 흑색 산화물층 (8) 을 구비하고 있다. 흑색 산화물층 (8) 은, 가시광을 일부라도 흡수할 수 있는 금속 산화물로 형성된다. 흑색 산화물층 (8) 을 구성하는 금속 산화물은, 여러 가지 광 흡수성이 있는 금속 산화물에서 선택할 수 있지만, 금속층에 사용하는, 구리 혹은 구리 합금의 산화물로 하는 것이 간편하다. 이 금속을 산화시킨 흑색 산화물층 (8) 은, 스퍼터링이나 이온 플레이팅 등의 진공 성막 시에 산소 가스를 도입함으로써 용이하게 성막할 수 있다. 흑색 산화물층 (8) 의 재료로 사용하는 금속은, 상기 외에 구리니켈 합금, 티탄 합금 등을 산화시킴으로써 광 흡수의 기능을 부여할 수 있는 금속 재료를 적용할 수 있다. 흑색 산화물층 (8) 의 막두께는, 예를 들어 10 ㎚ 이상 200 ㎚ 이하로 해도 된다.
또한, 본 실시형태에서는, 제 1 도전성 금속 산화물층을 20 ㎚ 막두께로, 금속층 (2) 을 마그네슘 (Mg) 0.5 at％ 포함하는 구리마그네슘 합금으로 150 ㎚ 의 막두께로, 또한 제 2 도전성 금속 산화물층을 20 ㎚ 막두께의 박막으로 형성하고 있다. 제 1 및 제 2 도전성 금속 산화물층은, 실온에서의 스퍼터링으로 아모르퍼스로 성막함으로써 용이하게 웨트 에칭 가공할 수 있다. 금속층 (2) 은 구리 합금이 아닌 순구리로 형성해도 된다.
금속층을 흑색 산화물층 (8) 으로 하는 경우, 구리나 구리 합금의 스퍼터링 등에 의한 성막 시에, 산소 가스를 도입하여 금속 산화막으로 하는 수단이 제조 공정상 간편하다. 제 1 도전성 금속 산화물층을 ITZO (In-Sn-Zn-O) 의 타겟을 사용하여 스퍼터링 성막 후, 구리 합금의 스퍼터링 타겟을 이용하고, 또한 아르곤 가스에 추가로 산소 가스를 더하고, 예를 들어 20 ㎚ 이상 200 ㎚ 이하의 막두께로 흑색 산화물층 (8) 을 성막한다. 다음으로, 산소 가스만의 도입을 정지하고, 아르곤 가스만으로, 구리 합금으로 금속층 (2) 을 성막한다. 다음으로 진공을 깨지 않고, 계속해서 제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 을, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 동일하게, ITZO (In-Sn-Zn-O) 의 타겟을 사용하여 스퍼터링 성막함으로써, 제 1 도전성 금속 산화물층 (1)/흑색 산화물층 (8)/금속층 (2)/제 2 도전성 금속 산화물층 (3) 의 순서로 성막이 가능하다.
상기와 같이 성막한 후는, 상기 서술한 제 1 내지 제 3 실시형태의 제조 방법과 동일하게, 하프톤 마스크를 사용하여 노광하고, 알칼리 현상하고, 웨트 에칭을 실시한 후, 드라이 에칭을 실시하여, 본 실시형태의 표시 장치 기판을 형성할 수 있다.
예를 들어, 도 6 에 나타내는 표시 장치에서는, 관찰자 방향 V 로부터 본 경우에, 금속층 (2) 으로부터의 광 반사 (실내광이나 태양광 등 외광의 반사) 가 있어, 시인성을 저하시키는 경우가 있다. 본 실시형태에서는, 흑색 산화물층 (8) 을 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 과 금속층 (2) 의 계면에 삽입함으로써 상기 광 반사를 억제할 수 있다.
즉, 본 실시형태의 표시 장치 기판, 표시 장치, 및 표시 장치 기판의 제조 방법에 의하면, 상기 서술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있음과 함께, 더욱 시인성의 저하를 회피하는 것이 가능해진다.
다음으로, 제 5 실시형태에 관련된 표시 장치 기판, 표시 장치 및 표시 장치 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 17 은, 제 5 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 부분 단면도이다.
본 실시형태의 표시 장치 기판은, 예를 들어 도 1 에 나타내는 표시 장치 기판의 투명 기판 (15) 과 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 사이에, 제 2 흑색층 (18) 을 배치하고 있다. 본 실시형태의 표시 장치 기판은, 상기 서술한 복수의 실시양태의 변형예로서 제공할 수 있다.
제 2 흑색층 (18) 의 형성에는, 흑색층 (4) 과 동일한 색재나 투명 수지를 사용할 수 있다. 투명 기판 (15) 과 제 2 흑색층 (18) 의 계면의 반사율은, 그 색재의 양이나 막두께의 조정으로, 광의 가시역에서 3 ％ 이하로 억제하는 것이 가능하다.
본 실시형태의 제조 방법과, 상기 서술한 제 4 실시형태의 차이는, 최초의 공정으로서 제 2 흑색층 (18) 의 도포와 그 경막 공정이 더해질 뿐이고, 주요한 공정은 제 4 실시형태와 동일하다.
도 18 은, 본 발명의 일 실시형태에 관련된 표시 장치 기판의 각각의 제조 공정을 나타내는 부분 단면도이다.
도 18 의 o 에 나타내는 바와 같이, 투명 기판 (15) 상에 제 2 흑색층 (18) 을 도포, 경막한다. 경막은, 광을 병용해도 되지만, 예를 들어 250 ℃ 의 열처리로 경막시키는 것이 간편하다. 제 2 흑색층 (18) 의 재료는, 제 1 실시형태의 흑색층 (4) 과 동일한 재료면 된다. 본 실시형태에서는, 제 2 흑색층 (18) 의 막두께는, 약 0.5 ㎛ 로 하였다.
도 18 의 a 부터 c 에 나타내는 공정은, 상기 서술한 제 1 내지 제 3 실시형태의 표시 장치의 제조 방법과 동일하다.
도 18 의 d 에 나타내는 흑색 배선 패턴 (4a) 의 막두께는, 1.1 ㎛ 이고, 하프톤 마스크의 40 ％ 투과율 부분의 단자부 (5) 에 상당하는 단자부 패턴 (4b) 의 막두께는 0.5 ㎛ 이다. 도 18 의 d 에 나타내는 흑색 배선 패턴 (4a) 의 패턴 사이에 노출된 제 2 흑색층 (18) 의 막두께는 0.5 ㎛ 이다. 이 상태의 표시 장치 기판에 대해 드라이 에칭량을 0.6 ㎛ 로 설정함으로써, 단자부 (5) 에 상당하는 단자부 패턴 (4b) 과 흑색 배선 패턴 (4a) 의 패턴 사이에 노출되는 제 2 흑색층 (18) 을 드라이 에칭 공정에 의해 완전히 제거할 수 있다. 도 18 의 e 에 나타내는 표시 장치 기판은, 이 드라이 에칭 공정을 거친 표시 장치 기판이다.
예를 들어, 도 6 에 나타내는 액정 표시 장치에서는, 관찰자 방향 V 로부터 보았을 경우에, 금속층 (2) 으로부터의 광 반사 (실내광이나 태양광 등 외광의 반사) 가 있어, 시인성을 저하시키는 경우가 있었다. 본 실시형태에서는, 투명 기판 (15) 과 제 1 도전성 금속 산화물층 (1) 사이에 제 2 흑색층 (18) 을 더한 구성에서는, 관찰자 방향 V 로부터 보았을 때에, 투명 기판 (15) 과 제 2 흑색층 (18) 의 계면의 광의 반사율을 3 ％ 이하로 할 수 있기 때문에, 시인성 관점에서 우수한 구성이라고 할 수 있다.
즉, 본 실시형태의 표시 장치 기판, 표시 장치, 및 표시 장치 기판의 제조 방법에 의하면, 상기 서술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있음과 함께, 더욱 시인성의 저하를 회피하는 것이 가능해진다.
다음으로, 제 6 실시형태의 표시 장치 기판, 표시 장치, 및 표시 장치 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 19 는, 제 6 실시형태에 관련된 표시 장치 기판을 설명하기 위한 도면이고, 흑색 배선 (6) 과, 컬러 필터층의 적 화소 R, 녹 화소 G, 청 화소 B 가 상이한 면에 배치 형성되어 있는 표시 장치 기판의 부분 단면도이다.
본 실시형태의 표시 장치 기판 (100) 은, 투명 기판 (15) 과, 흑색 배선 (6) 과, 블랙 매트릭스 (BM) 와, 컬러 필터층 (적 화소 R, 녹 화소 G, 청 화소 B) 과, 투명 수지층 (9) 을 가지고 있다.
본 실시형태를 포함하여, 여기에 설명하는 복수의 실시형태에 관련된 표시 장치에서는, 표시 장치 기판 표면 (액정 표시 장치에서는 편광판 상) 에 접착제 등을 개재하여, 강도 보강을 위한 커버 유리, 혹은 편광판을 첩합한 구성을 적용할 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치 기판의 변형예이고, 흑색 배선 (6) 과 컬러 필터층은, 투명 기판 (15) 의 상이한 면의 상층에 배치 형성되어 있다. 즉, 투명 기판 (15) 은 대향한 1 쌍의 주면을 갖고, 일방의 주면 상에 흑색 배선 (6) 이 배치되고, 타방의 주면 상에 컬러 필터층이 배치되어 있다. 본 실시양태에서는, 컬러 필터층이 액정층측에 위치하고, 투명 기판 (15) 을 개재하여 흑색 배선 (6) 은 흑색층 (4) 이 관찰자 방향 V 로부터 시인할 수 있는 위치에 배치되어 있다.
흑색층 (4) 의 표면은, 예를 들어 접착제를 개재하여 편광판 (도시 생략) 등으로 덮이게 된다. 이 경우, 흑색층 (4) 의 표면이 공기로 덮여 있을 때와 비교하면, 흑색층 (4) 자체의 표면 반사가 대략 절반의 반사율이 된다. 예를 들어 접착제의 굴절률은, 대략 1.5 이다. 흑색층 (4) 과 접착제의 계면의 반사율은, 광의 파장 400 ㎚ 이상 700 ㎚ 이하의 가시역에서, 3 ％ 이하의 낮은 반사율이 된다. 또한, 반사율의 측정은, 현미분광계를 이용하고, 레퍼런스는 알루미늄판이다.
블랙 매트릭스 (BM) 는, 투명 기판 (15) 상에 있어서 격자상으로 배치되어 있다. 블랙 매트릭스 (BM) 의 Y 방향으로 연장된 부분은, 투명 기판 (15) 을 개재하여 흑색 배선 (6) 과 대향하고 있다. 본 실시형태의 표시 장치 기판의 상기 이외의 구성은, 제 1 실시형태의 표시 장치 기판과 동일한 구성이다.
도 20 은, 도 19 에 나타내는 표시 장치 기판을 구비하는, 일 실시형태의 표시 장치의 부분 단면도이다.
어레이 기판 (35) 및 액정층 (30) 의 구성은, 터치 금속 배선 (37) 의 구성 이외는 상기 서술한 제 1 실시형태의 표시 장치와 동일하다. 터치 금속 배선 (37) 은, 예를 들어 도시되어 있지 않은 트랜지스터 (액티브 소자) 의 게이트 전극 혹은 소스 전극 (또는 드레인 전극) 과 동일한 금속 배선의 제조 공정으로 동시에 형성할 수 있다.
액정층 (30) 은, 어레이 기판 (35) 에 구비된 화소 전극 (36) 과 공통 전극 (32) 에 인가되는 전압에 의해 생기는 전계에 의해 배향 제어된다. 액정 구동은, 제 1 실시형태와 동일한 FFS 방식이고, 액정층 (30) 은 어레이 기판 (35) 의 면과 평행한 배향이 되어 있다.
본 실시형태의 액정 표시 장치에서는, 터치 센싱을 위한 정전 용량 C4 는, 흑색 배선 (6) 과, 어레이 기판 (35) 에 구비되는 터치 금속 배선 (37) 사이에 형성된다. 트랜지스터가 탑 게이트 구조인 경우, 트랜지스터의 채널층을 커버하는 차광층을 형성하는 금속층에서, 터치 금속 배선 (37) 과 동시에 형성해도 된다. 도시를 생략한 액티브 소자의 채널층은, 산화물 반도체 혹은 폴리실리콘 반도체를 사용할 수 있다.
흑색 배선 (6) 과 터치 금속 배선 (37) 은 터치 센싱 구동에 있어서, 검출 전극과 구동 전극의 역할을 바꿔 사용해도 된다.
또한, 본 실시형태에 있어서, 투명 기판 (15) 에 흑색 배선 (6) 을 형성하는 방법은 제 1 내지 제 3 실시형태와 동일하기 때문에 설명을 생략한다.
본 실시형태의 표시 장치 기판, 표시 장치, 및 표시 장치 기판의 제조 방법에 의하면, 상기 서술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
다음으로, 제 7 실시형태에 관련된 표시 장치 기판, 표시 장치, 및 표시 장치 기판의 제조 방법에 대해 설명한다.
도 21 은, 제 7 실시형태에 관련된 표시 장치 기판을 설명하기 위한 도면이고, 흑색 배선 (6) 과, 컬러 필터층의 적 화소 R, 녹 화소 G, 청 화소 B 가 상이한 면에 배치 형성되어 있는 표시 장치 기판의 부분 단면도이다.
본 실시형태의 표시 장치 기판 (200) 은, 투명 수지층 (9) 상에 배치된 투명 도전막 배선 (7) 을 추가로 가지고 있는 점 이외는, 도 19 에 나타내는 표시 장치 기판 (100) 과 동일한 구성이다.
도 22 는, 도 21 에 나타내는 표시 장치 기판을 구비하는, 일 실시형태의 표시 장치의 부분 단면도이다. 또한, 도 22 에 있어서, 편광판, 위상차판, 배향막, 백라이트 유닛, 트랜지스터인 액티브 소자에 연결되는 게이트선이나 소스선 등의 표기는 생략하였다.
본 실시형태의 표시 장치의 어레이 기판 (45) 및 액정층 (30) 은, 예를 들어 도 13 에 나타내는 제 2 실시형태의 표시 장치에 있어서의 어레이 기판 (45) 과 동일한 구성이다. 즉, 액정층 (30) 은, 화소 전극 (36) 과, 공통 전극인 투명 도전막 배선 (7) 사이에 인가되는 전압에 의해 구동된다. 화소 전극 (36) 과 투명 도전막 배선 (7) 사이에 인가되는 액정 구동 전압은, Z 방향 (액정층 (30) 의 두께 방향) 으로 인가되는, 이른바 종전계이다. 투명 도전막 배선 (7) 은, ITO 라고 호칭되는 투명 도전막으로 형성된다.
터치 센싱에 관련된 정전 용량 C5 는, 예를 들어 흑색 배선 (6) 과 투명 도전막 배선 (7) 사이에 형성된다. 흑색 배선 (6) 의 배열은 지면에 대해 수직인 Y 방향으로 스트라이프 패턴 형상으로 배열된다. 관찰자 방향 V 로부터 본 표시 장치 기판 (200) 을 평면으로 볼 때는, 도 14 와 동일하다. 도시를 생략한 액티브 소자의 채널층은, 산화물 반도체 혹은 폴리실리콘 반도체를 사용할 수 있다.
본 실시형태의 표시 장치 기판, 표시 장치, 및 표시 장치 기판의 제조 방법에 의하면, 상기 서술한 실시형태와 동일한 효과를 얻을 수 있다.
즉, 상기 서술한 복수의 실시형태에 의하면, 저저항이고 알칼리 내성이 있는 흑색 배선이고, 무알칼리 유리인 기판과 밀착성이 높은 상태, 또한 백라이트 등 표시 장치의 광원으로부터의 광의 재반사를 저감하는 터치 센싱용 배선을 구비하는 표시 장치 기판을 제공할 수 있다.
또, 상기 서술한 복수의 실시형태에 의하면, 고해상도이고, 또한 고속의 터치 입력에 응할 수 있는 표시 장치, 및 이것에 사용하는 표시 장치 기판, 컬러 필터를 구비하는 표시 장치 기판을 제공할 수 있다.
또, 상기 서술한 복수의 실시형태에 의하면, 안정적인 전기적 실장이 가능한 표시 장치 기판을 제공할 수 있다.
상기 복수의 실시형태의 표시 장치 기판, 표시 장치, 및 표시 장치 기판의 제조 방법은, 발명의 취지가 변하지 않는 범위에서 여러 가지로 변경하여 적용할 수 있다.
예를 들어, 상기 서술한 복수의 실시형태에 관련된 표시 장치는, 여러 가지 응용이 가능하다. 상기 서술한 복수의 실시형태의 표시 장치가 대상으로 할 수 있는 전자 기기로서, 휴대 전화, 휴대형 게임 기기, 휴대 정보 단말, 퍼스널 컴퓨터, 전자 서적, 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라, 헤드 마운트 디스플레이, 내비게이션 시스템, 음향 재생 장치 (카 오디오, 디지털 오디오 플레이어 등), 복사기, 팩시밀리, 프린터, 프린터 복합기, 자동 판매기, 현금 자동 입출금기 (ATM), 개인 인증 기기, 광 통신 기기 등을 들 수 있다. 상기 각 실시형태는, 자유롭게 조합하여 사용할 수 있다.
요컨대 본 발명은, 상기 실시형태 그 자체에 한정되는 것이 아니고, 실시 단계에서는 그 요지를 일탈하지 않는 범위에서 구성 요소를 변형하여 구체화할 수 있다. 또, 상기 실시형태에 개시되어 있는 복수의 구성 요소의 적절한 조합에 의해 다양한 발명을 형성할 수 있다. 예를 들어, 실시형태에 나타내는 전체 구성 요소로부터 몇가지 구성 요소를 삭제해도 된다. 또한, 상이한 실시형태에 걸치는 구성 요소를 적절히 조합해도 된다.
1 : 제 1 도전성 금속 산화물층
2 : 금속층
3 : 제 2 도전성 금속 산화물층
4 : 흑색층
4a : 흑색 배선 패턴
4b : 단자부 패턴
5 : 단자부
6 : 흑색 배선
6a : 인회 배선 (제 1 배선)
6b : 더미 배선 (제 2 배선)
7 : 투명 도전막 배선
8 : 흑색 산화물층
9 : 투명 수지층
15, 25 : 투명 기판
18 : 흑색층
19 : 사각형 표시 영역
21 ∼ 23 : 절연층
25, 35, 45 : 어레이 기판
30 : 액정층
32 : 공통 전극
36 : 화소 전극
37, 42 : 터치 금속 배선
40 : 소스선
41 : 게이트선
43 : 차광 패턴
SE : 소스 전극
DE : 드레인 전극
GE : 게이트 전극
49 : 채널층
46 : 트랜지스터 (액티브 소자)
47 : 컨택트홀
100, 200 : 표시 장치 기판
C1 ∼ C5 : 정전 용량

Claims (15)

  1. 무알칼리 유리인 투명 기판과,
    상기 투명 기판 상에 있어서, 복수의 화소 사이에 배치되고, 제 1 도전성 금속 산화물층과, 상기 제 1 도전성 금속 산화물층 상에 배치된 금속층과, 상기 금속층 상에 배치된 제 2 도전성 금속 산화물층과, 상기 제 2 도전성 금속 산화물층 상에 배치된 흑색층을 포함하는 흑색 배선을 구비하고,
    상기 흑색 배선은 제 1 방향으로 연장되고, 상기 제 1 방향과 대략 직교하는 제 2 방향으로 소정의 간격을 두고 복수의 상기 흑색 배선이 배치되고,
    상기 흑색 배선은, 상기 복수의 화소를 포함하는 표시 영역의 밖까지 연장된 단부에 있어서 상기 제 2 도전성 금속 산화물층이 노출된 단자부를 구비한 인회 배선을 포함하고,
    상기 금속층은 구리 혹은 구리 합금으로 형성되고,
    상기 흑색층은 카본을 주된 색재로 하고,
    상기 제 1 및 제 2 도전성 금속 산화물층은, 산화인듐과 산화아연과 산화주석의 혼합 산화물로 형성되고,
    상기 제 1 도전성 금속 산화물층, 상기 금속층, 상기 제 2 도전성 금속 산화물층, 및 상기 흑색층은, 동일한 선폭인, 표시 장치 기판.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 혼합 산화물에 포함되는 인듐 (In) 과 아연 (Zn) 과 주석 (Sn) 의 In/(In ＋ Zn ＋ Sn) 으로 나타내는 원자비는, 0.8 보다 크고, 또한 Zn/Sn 의 원자비는 1 보다 큰, 표시 장치 기판.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 흑색층에 포함되는 카본의 함유량이 4 질량％ 이상 50 질량％ 이하의 범위 내에 있는, 표시 장치 기판.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 도전성 금속 산화물층과 상기 금속층의 계면에, 금속을 산화시킨 흑색 산화물층을 추가로 구비한 것을 특징으로 하는 표시 장치 기판.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 투명 기판과 상기 제 1 도전성 금속 산화물층의 계면에, 제 2 흑색층을 추가로 구비하고,
    상기 제 2 흑색층은 상기 흑색 배선과 동일한 선폭인, 표시 장치 기판.
  6. 제 1 항에 있어서,
    적어도 상기 표시 영역을 덮도록, 상기 흑색 배선 상에 투명 수지층을 적층한, 표시 장치 기판.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 흑색 배선의 상층에 있어서, 상기 복수의 화소의 각각에 배치된 적색의 착색층, 청색의 착색층, 및 녹색의 착색층을 포함하는 컬러 필터층과, 상기 컬러 필터층 상에 상기 표시 영역을 덮도록 투명 수지층을 적층한, 표시 장치 기판.
  8. 무알칼리 유리인 투명 기판 상에 복수의 화소를 구비하는 표시 영역에, 상기 복수의 화소를 구분하고, 상기 표시 영역 밖으로 연장된 단부에 단자부를 갖는 흑색 배선을 구비한 표시 장치 기판의 제조 방법으로서,
    무알칼리 유리인 투명 기판 상에 제 1 도전성 금속 산화물층과, 구리층 혹은 구리 합금층으로 이루어지는 금속층과, 제 2 도전성 금속 산화물층을 형성하는 성막 공정과,
    적어도, 카본과 알칼리 가용인 아크릴 수지를 포함하는 흑색 감광액을 상기 제 2 도전성 금속 산화물층 상에 도포하고, 건조시켜 흑색막으로 하는 도포 공정과,
    상기 흑색 배선의 제 1 패턴과, 상기 제 1 패턴과 광 투과율이 상이한 상기 단자부의 제 2 패턴을 구비하는 하프톤 마스크를 개재하여 노광하고, 알칼리 현상액을 사용하여 투명 기판 상의 상기 흑색막을 선택적으로 제거함과 함께, 상기 흑색 배선의 패턴으로서 두꺼운 흑색막을 남기고, 상기 단자부의 패턴으로서 얇은 흑색막을 형성하는 흑색막의 패턴 형성 공정과,
    웨트 에칭 수법으로, 상기 제 1 도전성 금속 산화물층과, 상기 구리층 혹은 구리 합금층으로 이루어지는 금속층과, 상기 제 2 도전성 금속 산화물층의 3 층의 흑색막으로 덮여 있지 않은 부분을 제거하는 웨트 에칭 공정과,
    드라이 에칭 수법으로, 상기 흑색 배선의 패턴으로서 두꺼운 흑색막의 표면의 일부를 막두께 방향으로 제거함과 함께, 상기 단자부의 패턴으로서 얇은 흑색막을 제거하여 상기 단자부의 제 2 도전 산화물층의 표면을 노출시키는 드라이 에칭 공정을 구비하고,
    상기 투명 기판 상에 제 1 도전성 금속 산화물층과, 구리층 혹은 구리 합금층으로 이루어지는 금속층과, 제 2 도전성 금속 산화물층과, 카본을 주된 색재로 하는 흑색층을, 이 순서로, 각각 동일한 선폭으로 적층한 흑색 배선을 형성하는, 표시 장치 기판의 제조 방법.
  9. 제 1 항 내지 제 7 항 중 어느 한 항에 기재된 표시 장치 기판과, 상기 표시 장치 기판과 대향하여 고정된 어레이 기판과, 상기 표시 장치 기판과 상기 어레이 기판 사이에 배치된 액정층을 구비한 표시 장치로서,
    상기 어레이 기판은, 평면으로 볼 때에 있어서, 복수의 화소의 인접 위치 및 상기 흑색 배선과 겹치는 위치에 배치된 액티브 소자와, 상기 액티브 소자와 전기적으로 접속한 금속 배선과, 상기 흑색 배선과 교차하는 방향으로 연장된 터치 금속 배선을 구비한, 표시 장치.
  10. 제 9 항에 있어서,
    상기 액티브 소자가, 갈륨, 인듐, 아연, 주석, 게르마늄, 마그네슘, 알루미늄의 2 종 이상의 혼합 금속 산화물로 형성되는 채널층을 구비하는 트랜지스터인, 표시 장치.
  11. 제 10 항에 있어서,
    상기 어레이 기판은 상기 채널층을 덮는 차광 패턴을 추가로 구비하고,
    상기 터치 금속 배선과 상기 차광 패턴은 동일한 층에 배치되어 있는, 표시 장치.
  12. 제 9 항에 있어서,
    상기 액정층의 배향이, 상기 어레이 기판의 면에 평행인, 표시 장치.
  13. 제 6 항 또는 제 7 항에 기재된 표시 장치 기판과, 어레이 기판을 마주 보도록, 액정층을 개재하여 접합한 표시 장치로서,
    상기 표시 장치 기판은, 상기 투명 수지층 상에, 평면으로 볼 때에 있어서, 상기 흑색 배선과 교차하는 복수의 투명 도전막 배선을 추가로 구비하고,
    상기 어레이 기판은, 평면으로 볼 때에 있어서, 복수의 화소의 인접 위치 및 상기 흑색 배선과 겹치는 위치에 액티브 소자를 구비한, 표시 장치.
  14. 제 13 항에 있어서,
    상기 액티브 소자가, 갈륨, 인듐, 아연, 주석, 게르마늄, 마그네슘, 알루미늄의 2 종 이상의 혼합 금속 산화물로 형성되는 채널층을 구비하는 트랜지스터인, 표시 장치.
  15. 제 13 항에 있어서,
    상기 액정층의 배향이, 상기 어레이 기판의 면에 수직인, 표시 장치.
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