KR102438966B1 - 블랙 매트릭스 기판 및 표시 장치 - Google Patents

Abstract

본 발명의 블랙 매트릭스 기판은, 제1, 제2면을 갖는 투명 기판과, 상기 제2면 상의 흑색 유전체층과, 제1 절연층과, 해당 제1 절연층 상에서, 합금층 등이 도전성 산화물층으로 집힌 제1 도전 패턴을 포함하는 제1 도전층과, 그 위에 제2 절연층과, 해당 제2 절연층 상의 산화물 반도체층과, 이들 위에서, 해당 제1 도전 패턴과 동일한 구조의 제2 도전 패턴을 포함하는 제2 도전층과, 해당 제2 도전층 상에 투명 수지층과, 해당 수지층 상에 광흡수층과, 박막 트랜지스터를 구비한다. 흑색 유전체층 등은 카본을 포함하고, 평면 뷰에 있어서 제1 및 제2 도전 패턴을 덮고, 제1 도전 패턴의 일부는 박막 트랜지스터의 게이트 전극, 박막 트랜지스터를 구동하는 주사선 및 상기 게이트 전극에 접속된 용량 패턴을, 제2 도전 패턴의 일부는 박막 트랜지스터의 소스 전극, 드레인 전극, 제1 박막 트랜지스터의 출력선을, 산화물 반도체층의 일부는 박막 트랜지스터의 채널층을 구성하고, 상기 용량 패턴은 복수의 개구부를 구비하고, 제2 절연층의 일부는 게이트 절연층을 구성한다.

Description

블랙 매트릭스 기판 및 표시 장치

본 발명은, 터치 센싱 기능을 구비한 블랙 매트릭스 기판, 및 이 블랙 매트릭스 기판을 사용한 표시 장치에 관한 것이다.

정전 용량 방식에 의한 터치 센싱 기능을 구비한 스마트폰이나 태블릿 단말기 등, 손가락이나 포인터로, 직접 표시 화면에 입력할 수 있는 표시 장치가 일반화되어 있다. 터치 센싱 기능으로서, 액정, 마이크로 LED(미소한 LED 칩이 매트릭스형으로 배열된 LED 디스플레이), 유기 EL(유기 일렉트로루미네센스) 등의 디스플레이 표면에 터치 패널을 첩부한 온셀 방식이나, 액정이나 유기 EL의 표시 장치 내측에 터치 센싱 기능을 갖게 한 인셀 방식이 알려져 있다. 근년에는, 온셀 방식으로부터 인셀 방식으로 이행하고 있다.

손가락이나 펜 등의 포인터에 의한 터치 센싱에 있어서는, 휴대 단말 기기 등에 있어서의 일반적인 터치 센싱 외에도, 지문의 요철 형상의 검지에 의한 지문 인증, 펜 입력, 페더 터치 입력(비접촉에 가까운 가벼운 터치 입력), 기판에 대하여 큰 압박력을 부여하는 터치 입력이라는, 각종 검출이 가능하며, 또한 기판에 대한 압박력의 허용 범위가 넓은 터치 센싱이 요구되고 있다.

터치 센싱의 방식에는, 자기 용량 타입의 터치 센싱 방식과, 상호 용량 타입의 터치 센싱 방식이 알려져 있다. 자기 용량 타입의 터치 센싱 방식은, ITO 등의 투명 도전막으로 형성된 복수의 전극 등이 전기적으로 독립되어 형성된 개개의 전극 패턴을 사용하여, 각 전극에 발생하는 정전 용량을 검출하는 방식이다. 상호 용량 타입의 터치 센싱 방식은, X 방향 및 Y 방향으로 터치 센싱 배선(이하, 터치 배선이라 약칭함)을 배열하여, X 방향 배선과 Y 방향 배선 사이에서 발생하는 정전 용량을 검출하는 방식이다.

인셀 방식은, 표시 장치에 외장된 터치 패널과는 달리, 액정층 등의 표시 기능층에 가까운 위치에 터치 배선이 형성된 구조를 갖는다. 인셀 방식은, 터치 패널과 같은 여분의 부재가 불필요하기 때문에, 얇고 경량인 표시 장치나 전자 기기를 제공할 수 있다. 특히, TFT(박막 트랜지스터)를 구비하는 어레이 기판에 터치 배선을 접합한 인셀 방식에서는, 터치 배선이 액정층 등의 표시 기능층에 가까운 위치에 마련되어 있다. 이 때문에, 표시 기능층을 구동하는 박막 트랜지스터를 구성하는 게이트 배선이나 소스 배선 등의 배선과, 터치 배선 사이에서 기생 용량이 생성되기 쉬워, 박막 트랜지스터가 노이즈의 영향을 받기 쉽다.

손가락에 의한 터치 입력 외에도, 펜에 의한 터치 입력, 혹은 지문 인증을 실현 가능하게 하기 위해서는, 예를 들어 X 방향 및 Y 방향의 각각으로 연선(延線)되는 복수의 터치 배선의 배선 밀도를 높인 구조가 필요해진다. 이 경우, 고정밀의 액정 표시 장치와 동일 정도, 예를 들어 2400화소×1200화소와 같은 화소수가 필요하게 된다. 또한, 상기한 바와 같이 펜에 의한 터치 입력이 가능한 터치 스크린을 실현하기 위해서는, X 방향 및 Y 방향의 각각으로 연선되는 복수의 터치 배선의 배선 밀도를 높인 구조가 필요해진다. 이 구조는, 유효 표시 화면의 면적을 증가시키는 협폭 프레임 구조에 적용할 수 있다.

또한, 펜 입력의 터치 센싱에 대하여, 예를 들어 표시 장치 내에 전자기 유도 센서 기판이 배치되고, 전지를 구비한 스타일러스 펜을 사용하여 표시 장치의 표시면에 펜 입력을 행하는 태블릿 단말기 등이 시판되고 있다. 그러나, 전자기 유도 방식의 펜 입력에서는, 전자기 유도 센서 기판이나 스타일러스 펜 등의 여분의 부재가 필요해지는 문제가 있다.

정전 용량 방식의 터치 센싱 기술은 지문 인증 기술로서 오래전부터 검토되어 왔다. 특허문헌 1에는, 격자 형상으로 배치한 MOS-FET를 사용한 지문 입력 장치가 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 1은 투명 기판 상에 형성되는 터치 패널 구성을 개시하고 있지 않다.

특허문헌 2는, 복수의 트랜지스터를 사용한 터치 센싱 기술이 적용된 액정 표시 장치를 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 2에 있어서는, 단락 [0026] 내지 [0030] 및 도 2에 도시한 바와 같이, 센서 회로(45)는 트랜지스터 M3과 용량 소자 CS1을 갖는다. 전극 ECS는 전극 COM과 겹치고, 전극 CS1은 전극 ECS, 전극 COM 및 절연층(65)으로 구성된다. 전극 ECS 및 전극 COM은 투광성을 갖는 도전막이며, 구성이 복잡하다. 액정 구동을 행하는 표시 장치에 있어서 전극 ECS 및 전극 COM이 투광성을 갖는 도전막으로 형성되어 있는 경우, 다른 문제가 있다. 이 점에 대하여는, 후술한다.

특허문헌 3에 있어서는, 청구항 3 및 단락 [0040] 내지 [0043]에 개시되는 바와 같이, 제1 라인과 제2 라인 사이에 있어서의 정전 용량 결합에 의해 터치 센싱을 행한다. 또한, 단락 [0066]에 기재되어 있는 바와 같이, 제1 라인의 주요부인 제1 블록, 및 제2 라인의 주요부인 제2 블록의 각각은, 투명 도전층을 패터닝함으로써 형성되어 있다. 투명 도전층으로서는, ITO, IZO, ITZO가 예시되어 있다. 특허문헌 3에 개시된 기술은, 제1 라인과 제2 라인 사이에 있어서의 정전 용량의 변화를 검출하는 상호 용량 방식의 터치 센싱 기술이라고 바꾸어 말할 수 있다. 특허문헌 3이 개시하는 방법에 있어서, 제1 라인 및 제2 라인의 패턴 형성 공정과, 제2 브릿지의 패턴 형성이 필요하여, 형성 공정이 복잡하다. 또한, 제1 라인 및 제2 라인의 주요부는, 높은 저항값을 갖는 투명 도전층인 점에서, 시상수가 큰 터치 센싱이 행해지기 때문에, 바람직하지 않다. 터치 신호의 응답이 느려지고, 또한 높은 S/N비(시그널과 노이즈의 비)를 기대하기 어렵다. 제1 블록과 제2 블록이 투명 도전층(혹은 투광성을 갖는 도전막)인 경우에는, 다른 문제가 있다. 이 점에 대하여는, 후술한다.

특허문헌 4에 있어서는, 청구항 17에 개시되는 바와 같이, 1쌍의 배선 중 한 쪽이 검출 배선으로서 기능하고, 다른 쪽이 구동 배선으로서 기능하는 터치 센싱 기술을 개시하고 있다. 특허문헌 4의 도 4, 도 5, 및 단락 [0108]의 개시가 대표적인 배선 사례이다. 바꾸어 말하면, 특허문헌 3 및 특허문헌 4는, 모두 상호 용량 방식의 터치 센싱 기술을 개시하고 있다. 그러나, 특허문헌 4는, 구리층 혹은 구리 합금층이 도전성 산화물로 협지된 구성을 갖는 도전 패턴을 개시하고 있지 않고, 1개 이상의 개구부를 구비하는 캐패시터 패턴에 도전 패턴이 사용된 구조를 개시하고 있지 않고, 또한 캐패시터 패턴이 연선하여 박막 트랜지스터의 게이트 전극을 구성하는 구조도 개시하고 있지 않다.

일본 특허 제3418479호 공보 일본 특허 공개 제2015-215606호 공보 일본 특허 공개 제2013-222202호 공보 일본 특허 공개 제2017-54926호 공보

본 발명은 상기 과제를 감안하여 이루어진 것이며, 손가락이나 펜 등의 포인터에 의한 일반적인 터치 센싱 외에도, 지문의 요철 형상의 검지에 의한 지문 인증 등이 가능한 터치 센싱 기능을 구비한 블랙 매트릭스 기판, 이 블랙 매트릭스 기판을 사용한 표시 장치를 제공한다. 또한, 투명 도전막(투명 전극)을 사용하지 않고, 또한 여분의 부재를 사용하지 않고 간단한 구성을 갖는 블랙 매트릭스 기판을 제공한다.

본 발명의 제1 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판은, 제1면과 제2면을 갖는 투명 기판과, 상기 제2면 상에 마련된 흑색 유전체층과, 상기 흑색 유전체층 상에 마련된 제1 절연층과, 상기 제1 절연층 상에 마련되고, 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물층으로 협지된 구성을 갖는 제1 도전 패턴을 포함하는 제1 도전층과, 상기 제1 도전 패턴 상에 마련된 제2 절연층과, 상기 제2 절연층 상에 마련된 산화물 반도체층과, 상기 산화물 반도체층 및 상기 제2 절연층 상에 마련되고, 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물층으로 협지된 구성을 갖는 제2 도전 패턴을 포함하는 제2 도전층과, 상기 제2 도전 패턴 상에 마련된 투명 수지층과, 상기 투명 수지층 상에 마련된 광흡수층과, 제1 게이트 전극, 제1 소스 전극, 제1 드레인 전극, 제1 채널층, 및 게이트 절연층을 갖는 제1 박막 트랜지스터를 구비하고, 상기 흑색 유전체층은 카본을 포함하며, 또한 상기 제1면으로부터 본 평면 뷰에 있어서 상기 제1 도전 패턴 및 상기 제2 도전 패턴을 덮는 구성을 갖고, 상기 광흡수층은 카본을 포함하며, 또한 상기 제2면으로부터 본 평면 뷰에 있어서 상기 제1 도전 패턴 및 상기 제2 도전 패턴을 덮는 구성을 갖고, 상기 제1 도전 패턴의 일부는 상기 제1 게이트 전극을 구성하고, 상기 제2 도전 패턴의 일부는 상기 제1 소스 전극 및 상기 제1 드레인 전극을 구성하고, 상기 산화물 반도체층의 일부는 상기 제1 채널층을 구성하고, 상기 제1 도전 패턴의 일부는 상기 제1 박막 트랜지스터를 구동하는 주사선을 구성하고, 상기 제2 도전 패턴의 일부는 상기 제1 박막 트랜지스터의 출력선을 구성하고, 상기 제1 도전 패턴의 일부는 상기 제1 게이트 전극에 접속된 캐패시터 패턴을 구성하고, 상기 캐패시터 패턴은 평면 뷰에 있어서 1개 이상의 제1 개구부를 구비하고, 상기 제2 절연층의 일부는 상기 게이트 절연층을 구성한다.

본 발명의 제1 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판은, 상기 제1 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 제2 게이트 전극, 제2 소스 전극, 상기 제2 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 제2 드레인 전극, 제2 채널층 및 게이트 절연층을 갖는 제2 박막 트랜지스터를 구비하고, 상기 제1 도전 패턴의 일부는 상기 제2 게이트 전극을 구성하고, 상기 제2 도전 패턴의 일부는 상기 제2 소스 전극 및 상기 제2 드레인 전극을 구성하고, 상기 산화물 반도체층의 일부는 상기 제2 채널층을 구성하고, 상기 제2 절연층의 일부는 상기 제2 박막 트랜지스터의 상기 게이트 절연층을 구성해도 된다.

본 발명의 제1 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판에 있어서는, 평면 뷰에 있어서, 상기 주사선은 제1 방향에 평행하게 연선하고, 상기 출력선은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 평행하게 연선하고, 상기 캐패시터 패턴은 상기 주사선과 상기 출력선으로 구획되는 영역 내에 배치되어도 된다.

본 발명의 제1 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판에 있어서는, 상기 제1 개구부는 직사각형 혹은 평행사변형의 형상을 갖는 개구부이며, 상기 흑색 유전체층 및 상기 광흡수층의 각각은, 상기 제1 개구부와 상사(相似, 서로 모양이 비슷함)인 직사각형 혹은 평행사변형인 제2 개구부를 갖고, 상기 제2 개구부의 중심 위치는 상기 제1 개구부의 중심 위치와 겹쳐도 된다.

본 발명의 제1 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판에 있어서는, 상기 흑색 유전체층은 카본과, 적어도 금속 산화물로 구성된 유전체의 미립자를 포함하는 수지 분산체여도 된다.

본 발명의 제1 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판에 있어서는, 상기 금속 산화물로 구성된 유전체는 포르스테라이트, 산화알루미늄 및 산화티타늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 상유전체의 미립자를 적어도 포함해도 된다.

본 발명의 제1 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판에 있어서는, 상기 흑색 유전체층은 카본과, 적어도 산화티타늄, 질화티타늄 및 산질화 티타늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 미립자를 포함해도 된다.

본 발명의 제1 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판에 있어서는, 상기 흑색 유전체층은 카본 농도가 다른 2층의 수지 분산체로 구성되고, 상기 2층의 수지 분산체 중 적어도 어느 한쪽의 수지 분산체는, 금속 산화물로 구성된 유전체를 포함해도 된다.

본 발명의 제1 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판에 있어서는, 상기 도전성 산화물층은 산화인듐을 포함해도 된다.

본 발명의 제1 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판에 있어서는, 상기 산화물 반도체층은 산화인듐과, 산화안티몬 및 산화비스무트 중 적어도 어느 하나를 포함해도 된다.

본 발명의 제1 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판에 있어서는, 상기 산화물 반도체층은 산화세륨 및 산화주석 중 적어도 어느 하나를 포함해도 된다.

본 발명의 제2 형태에 따른 표시 장치는, 제1 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판과, 박막 트랜지스터 어레이가 배치된 기판면을 갖는 어레이 기판과, 표시 기능층을 구비하고, 상기 표시 기능층을 통해, 상기 블랙 매트릭스 기판의 제2면과 상기 어레이 기판의 상기 기판면이 서로 마주보도록 접합하여 이루어진다.

본 발명의 양태에 의하면, 손가락이나 펜 등의 포인터에 의한 일반적인 터치 센싱 외에도, 지문의 요철 형상의 검지에 의한 지문 인증 등이 가능한 터치 센싱 기능을 구비한 블랙 매트릭스 기판, 이 블랙 매트릭스 기판을 사용한 표시 장치를 제공한다. 또한, 투명 도전막(투명 전극)을 사용하지 않고, 또한 여분의 부재를 사용하지 않고 간단한 구성을 갖는 블랙 매트릭스 기판을 제공할 수 있다.

도 1은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판의 구성을 나타내는 부분 확대도이며, 캐패시터 패턴 및 박막 트랜지스터(제1 박막 트랜지스터)를 포함하는 센서 유닛(단위 셀)을 나타내는 회로도이다.
도 2는 도 1에 나타내는 A-A'선에 따른 센서 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 3은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판의 구성을 나타내는 부분 확대도이며, 흑색 유전체층 상에 배치되는 제1 도전층의 제1 도전 패턴 및 제2 도전층의 제2 도전 패턴의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 4는 도 3에 나타내는 B-B'선에 따른 센서 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 5는 도 3에 나타내는 C-C'선에 따른 센서 유닛을 나타내는 단면도이다.
도 6은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판을 나타내는 부분 확대도이며, 흑색 유전체층 상에 있어서 제1 절연층 상에 배치되는 도전층의 구조를 나타내는 단면도이다.
도 7은 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판의 구성을 나타내는 부분 확대도이며, 블랙 매트릭스 기판의 제1면에 손가락 등의 포인터가 접촉하였을 때의 상황을 설명하는 단면도이다.
도 8은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예에 따른 블랙 매트릭스 기판을 나타내는 도면이며, 카본 농도가 다른 수지 분산체의 층을, 제2면과 흑색 유전체층 사이에 삽입한 경우에 있어서, 가시광의 반사의 상황을 설명하는 단면도이다.
도 9는 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예에 따른 블랙 매트릭스 기판을 구성하는 센서 유닛을 나타내는 회로도이다.
도 10은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예에 따른 블랙 매트릭스 기판을 구성하는 센서 유닛을 나타내는 회로도이다.
도 11은 본 발명의 제1 실시 형태의 변형예에 따른 블랙 매트릭스 기판을 나타내는 부분 확대도이며, 흑색 유전체층 상에 배치되는 제1 도전층의 제1 도전 패턴 및 제2 도전층의 제2 도전 패턴의 배치를 나타내는 평면도이다.
도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 표시 장치를 나타내는 도면이며, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판이 적용된 마이크로 LED 표시 장치를 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 13은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 표시 장치를 나타내는 도면이며, 마이크로 LED를 탑재한 어레이 기판의 부분 단면도이다.
도 14는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 표시 장치를 나타내는 도면이며, 도 13의 부호 C로 나타난 영역의 확대 단면도이다.
도 15는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 표시 장치를 나타내는 도면이며, 도 13에 나타내는 제1 박막 트랜지스터의 확대 단면도이다.
도 16은 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 표시 장치에 적용되는 마이크로 LED를 구동하는 박막 트랜지스터를 구비한 대표적인 회로도이다.
도 17은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 표시 장치를 나타내는 도면이며, 블랙 매트릭스 기판이 적용된 유기 EL 표시 장치를 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 18은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 표시 장치를 나타내는 도면이며, 유기 EL층을 탑재한 어레이 기판의 부분 단면도이다.
도 19는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 표시 장치를 나타내는 도면이며, 블랙 매트릭스 기판이 적용된 액정 표시 장치를 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 20은 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 표시 장치에 적용되는 액정층을 구동하는 박막 트랜지스터를 구비한 대표적인 회로도이다.
도 21은 종래의 수평 배향 액정(FFS 모드)을 채용한 액정 표시 장치를 부분적으로 나타내는 단면도이며, 화소 전극과 공통 전극 사이에 액정 구동 전압을 인가하였을 때의, 등전위선의 상황을 설명하는 단면도이다.
도 22는 종래의 수평 배향 액정(FFS 모드)을 채용한 액정 표시 장치를 부분적으로 나타내는 단면도이며, 기판의 투명 수지층 상에 투명 전극이 배치되었을 경우의 등전위선의 상황을 설명하는 단면도이다.

이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대하여 설명한다.

이하의 설명에 있어서, 동일하거나 또는 실질적으로 동일한 기능 및 구성 요소에는, 동일한 부호를 부여하고, 그 설명을 생략 또는 간략화하거나, 혹은 필요한 경우만 설명을 행한다. 각 도면에 있어서는, 각 구성 요소를 도면 상에서 인식할 수 있을 정도의 크기로 하기 위해서, 각 구성 요소의 치수 및 비율을 실제의 것과는 적절하게 다르게 되어 있다. 필요에 따라서, 도시가 어려운 요소, 예를 들어 반도체의 채널층을 형성하는 복수층의 구성, 또한 도전층을 형성하는 복수층의 구성 등의 도시나 일부의 도시가 생략되어 있다.

또한, 본 발명의 실시 형태를 이해하기 쉽게 설명하기 위해서, 전기적인 회로 요소, 표시 기능층 등의 도시를 간략화하는 경우가 있다.

이하에 설명하는 각 실시 형태에 있어서는, 특징적인 부분에 대하여 설명하고, 예를 들어 통상의 전자 기기에 사용되고 있는 구성 요소와 본 실시 형태에 따른 전자 기기와의 차이가 없는 부분에 대하여는 설명을 생략하는 경우가 있다.

또한, 명세서 중에 있어서, 문언 「제1면으로부터 본 평면 뷰」는, 투명 기판의 제2면(이면)에 적층된 흑색 유전체층, 도전 패턴 및 광흡수층을, 관찰자가 제1면으로부터 본 평면 뷰를 의미한다. 또한, 문언 「제2면으로부터 본 평면 뷰」는, 투명 기판의 제2면에 적층된 도전 패턴 및 흑색 유전체층을, 제2면(관찰자의 시인면과는 반대의 면)에서 본 평면 뷰를 의미한다. 문언 「제1면으로부터 본 평면 뷰」와 문언 「제2면으로부터 본 평면 뷰」가, 실질적으로 등가인 경우에는, 간단히 「평면 뷰」라 한다.

또한, 명세서 중에 있어서, 「제1」이나 「제2」 등의 서수사는, 구성 요소의 혼동을 피하기 위해 첨부하고 있으며, 수량을 한정하지 않는다. 제1 도전 패턴과 제2 도전 패턴은, 간단히 도전 패턴 혹은 도전층이라 호칭하는 경우가 있다. 또한, 상기 도전층(도전 패턴)은 모두, 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물층으로 협지된 3층 구성을 갖는다.

본 발명의 실시 형태에 있어서, 표시 장치가 구비하는 「표시 기능층」에는, LED(Light Emitting Diode)라 호칭되는 복수의 발광 다이오드 소자, OLED라고도 호칭되는 복수의 유기 EL(유기 일렉트로루미네센스) 소자, 혹은 액정층 중 어느 것을 사용할 수 있다.

(제1 실시 형태)

(블랙 매트릭스 기판의 회로 구성)

도 1은, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판의 구성을 나타내는 부분 확대도이며, 캐패시터 패턴 및 박막 트랜지스터(제1 박막 트랜지스터)를 포함하는 센서 유닛(단위 셀)을 나타내는 회로도이다. 도 1에 나타내는 회로도에 있어서는, 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 구획 영역(19)의 구성으로서, 최소의 소자 구성이 나타나 있다. 즉, 도 1은 구획 영역(19) 내에 제1 박막 트랜지스터(31)를 하나만을 포함하는 최소의 소자 구성을 예시하고 있다.

또한, 도 1은 회로도를 나타내고 있지만, 후의 설명을 이해하기 쉽게 하기 위해서, 3개의 개구부(9)에 의해 캐패시터 패턴(12)이 구성되어 있는 실제의 형상, 즉, 센서 유닛의 개략 구성을 나타내고 있다. 캐패시터 패턴(12)은 주사선과 출력선으로 구획되는 구획 영역(19)(영역) 내에 배치되어 있다.

(구획 영역)

구획 영역(19)은, 박막 트랜지스터를 구동하는 주사선(13)과, 박막 트랜지스터로부터 출력 신호가 부여되는 출력선(21)에 의해 구획되는 영역이다. 또한, 후술하는 바와 같이, 표시 영역의 최외주에 한정하면, 주사선(13) 혹은 출력선(21)의 한쪽이 배치되어 있지 않은 센서 유닛도 존재하지만, 본 발명의 실시 형태에서는, 이러한 센서 유닛도 마찬가지로 「센서 유닛」으로서 취급한다. 또한, 센서 유닛은 「터치 센싱에 관계되는 검지 유닛」이라 칭할 수도 있다.

또한, 후술하는 바와 같이, 흑색 유전체층, 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물로 협지된 도전층(도전 패턴), 광흡수층, 박막 트랜지스터, 1개의 캐패시터 패턴 등으로 구성되는 센서 유닛을 단위 셀이라 정의하고 있다. 블랙 매트릭스 기판 상에는, 복수의 단위 셀이 매트릭스형으로 배열되어 있다. 이하의 설명에서는, 센서 유닛 혹은 단위 셀을 설명의 기술 용어로서 사용하는 경우가 있다. 센서 유닛 혹은 단위 셀은, 캐패시터가 형성되는 영역, 즉, 주사선과 출력선으로 구획되는 영역과 동의이다.

평면 뷰에 있어서, 주사선은 제1 방향에 평행하게 연선하고, 출력선은 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 평행하게 연선하고 있다.

(센서 유닛)

도 1에 도시한 바와 같이, 센서 유닛(SU)은 제1 도전 패턴(10), 제2 도전 패턴(20) 및 제1 박막 트랜지스터(31)를 포함한다.

제1 박막 트랜지스터(31)는 제1 게이트 전극(11), 제1 소스 전극(22), 제1 드레인 전극(23), 제1 채널층(16)(후술, 산화물 반도체층) 및 게이트 절연층(후술, 제2 절연층(48))을 갖는다. 제1 소스 전극(22)은 콘택트 홀(29)을 통해, 주사선(13)에 접속되어 있다. 제1 드레인 전극(23)은 출력선(21)과 연결되어 있다.

제1 드레인 전극(23)은 출력선(21)과 접속되어 있다. 출력선(21), 제1 소스 전극(22) 및 제1 드레인 전극(23)은 제2 도전 패턴(20)을 구성한다. 바꾸어 말하면, 제2 도전 패턴(20)은 제2 도전층으로 형성되고, 제1 도전 패턴(10)은 제1 도전층으로 형성된다.

제1 도전 패턴(10), 제2 도전 패턴(20)은 간단히 도전 패턴이라 호칭하는 경우가 있다. 제1 도전층 및 제2 도전층은 간단히 도전층이라 호칭하는 경우가 있다. 도전층은 후술하는 바와 같이, 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물층으로 협지된 구성을 가리킨다.

(제1 도전층)

제1 게이트 전극(11), 캐패시터 패턴(12)(캐패시터 전극) 및 주사선(13)은, 제1 도전 패턴(10)을 갖는 제1 도전층을 구성한다. 캐패시터 패턴(12)은 평면 뷰에 있어서, 1개 이상의 개구부(9)(제1 개구부)를 구비한다.

개구부(9)의 형상은 도 1에 나타내는 직사각형에 한정되지 않고, 평행사변형이어도 된다.

캐패시터 패턴(12)은 제1 게이트 전극(11)과 접속되어 있다. 캐패시터 패턴(12)은, 손가락 등의 포인터가 제1면(1)에 접촉 또는 근접하였을 때의 정전 용량 변화를, 신호로서 제1 박막 트랜지스터(31)에 공급한다. 이 의미에서, 캐패시터 패턴(12)을 캐패시터 전극이라 바꾸어 말해도 된다.

도 1에 있어서, 부호 R, G, B는, 블랙 매트릭스 기판이 컬러 표시를 행하는 표시 장치에 적용된 경우에 있어서, 블랙 매트릭스 기판에 대향하는(블랙 매트릭스 기판에 접합되는) 어레이 기판의 적색 화소 R, 녹색 화소 G 및 청색 화소 B에 각각 대응한다. 즉, 캐패시터 패턴(12)은 표시에 사용되는 1개 이상의 화소의 크기에 대응한 크기를 갖는다. 예를 들어, 적색·녹색·청색의 3 화소에 의한 화상 표시의 경우에는, 캐패시터 패턴의 크기는 3의 정수배이면 된다. 예를 들어, 적색·녹색·청색·백색의 4 화소에 의한 화상 표시의 경우에는, 캐패시터 패턴의 크기를 4의 정수배로 할 수 있다. 후술하는 제4 실시 형태에 있어서는, 블랙 매트릭스 기판의 개구부(9)에 적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소를 포함하는 컬러 필터가 배치된 구성이 예시되어 있다.

(제2 도전층)

출력선(21), 제1 소스 전극(22) 및 제1 드레인 전극(23)은, 제2 도전 패턴(20)을 갖는 제2 도전층을 구성한다. 또한, 주사선 및 출력선의 역할(기능)은 바꿀 수 있다. 또한, 소스 전극 및 드레인 전극의 역할(기능)은 바꿀 수 있다. 즉, 도 1에 있어서, 부호 13이 출력선, 부호 21이 주사선, 부호 22가 제1 드레인 전극, 부호 23이 제1 소스 전극이어도 된다.

(제1 도전층 및 제2 도전층의 구조)

제1 도전층 및 제2 도전층은, 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물층으로 협지된 구성을 갖는다.

제1 도전층을 구성하는 제1 게이트 전극(11), 캐패시터 패턴(12), 주사선(13), 및 제2 도전층을 구성하는 출력선(21)은, 도전성이 우수한 금속 혹은 합금으로 구성되어 있기 때문에, 정전 용량 검지의 응답성, S/N비를 개선할 수 있다. 상술한 바와 같이 높은 도전율을 갖는 금속으로서는, 은, 구리, 알루미늄 등을 들 수 있다. 신뢰성을 고려하여, 은 합금, 구리 합금, 알루미늄 합금이 채용되어도 된다. 캐패시터 패턴(12), 주사선(13) 및 출력선(21)의 구성으로서, 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물층으로 협지된 도전층(도전 패턴)을 사용함으로써, 이하에 나타내는 복수의 장점이 얻어진다.

제1 장점:

예를 들어, 도전층의 구조로서 구리 합금의 단층을 갖는 배선(구리 합금 배선)이 채용되어 있는 경우(도전성 산화물을 사용하지 않는 구성의 경우), 손가락 등의 포인터가 갖는 정전 용량의 크기에 따라서는, 정전 파괴가 발생하고, 구리 합금 배선의 절결이나 박리를 일으키는 경우가 있다. 또한, 은, 구리, 또는 구리 합금은, 수지나 유리에 대한 밀착력이 불충분하다.

이에 비해, 본 실시 형태에 있어서는, 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물층으로 협지된 도전층이 채용되고 있다. 도전성 산화물은 은, 구리, 또는 구리 합금 등에 대한 밀착성이 매우 높고, 또한 수지나 유리에 대한 밀착성이 매우 높다. 이 때문에, 정전 파괴에서 기인하는 구리 합금 배선의 절결이나 박리를 일으키는 일은 거의 없다.

제2 장점:

예를 들어, 도전층의 구조로서 은 합금 배선 혹은 구리 합금 배선이 채용되어 있는 경우(도전성 산화물을 사용하지 않는 구성의 경우), 은이나 구리가 수지나 유리 기재에 대하여 확산되어, 신뢰성의 저하를 초래하는 경우가 있다. 특히 제조 공정이 250℃를 초과하는 처리 공정을 갖는 경우에는, 구리나 구리 합금이 산화되기 쉽다.

이에 비해, 본 실시 형태와 같이 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물층으로 협지된 도전층이 채용되어 있는 경우, 도전성 산화물층이 은이나 구리의 유리 기재에 대한 확산을 억제하여, 구리의 산화를 억제한다.

제3 장점:

은, 구리, 또는 구리 합금은 비교적 유연한 금속이다. 이 때문에, 은, 구리, 또는 구리 합금으로 구성되는 배선은, 터치 패널 단부에 있어서의 전기적 실장 시에, 흠집이 생기기 쉽다.

이에 비해, 본 실시 형태와 같이 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물층으로 협지된 도전층이 채용되어 있는 경우, 도전성 산화물은 세라믹 재료의 하나이기 때문에, 도전성 산화물층이 구리, 은 합금, 또는 구리 합금을 협지함으로써, 단단하게 확실한 실장이 가능해진다.

제4 장점:

본 실시 형태에서는, 콘택트 홀(29)을 통해, 제1 소스 전극(22)이 주사선(13)에 전기적으로 접속되어 있다. 도전성 산화물층에 의해, 콘택트 홀(29)에 있어서의 양호한 전기적 접속이 얻어진다. 상술한 바와 같이, 구리나 구리 합금의 표면에 있어서는, 구리의 산화물이 형성되기 쉽다. 구리 산화물은 경시적으로 두께를 증가시켜, 전기적 실장을 불안정하게 한다. 마찬가지로, 은의 표면에 있어서는, 산화물이나 황화물이 형성되기 쉽다. 구리나 구리 합금이 도전성 산화물층으로 협지된 구성에 있어서는, 도전층(도전 패턴)의 표면에 도전성 산화물층이 형성되어, 오믹 콘택트가 가능해진다. 마찬가지로, 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물층으로 협지된 구성을 갖는 도전층을 박막 트랜지스터의 구성에 적용하는 것도 유효하다. 바꾸어 말하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 도전층은, 각종 TFT(박막 트랜지스터)의 소스 배선, 소스 전극, 드레인 전극, 게이트 전극, 게이트 배선, 나아가 터치 센싱 배선 등에 적용할 수 있다.

(도전성 산화물층)

도전성 산화물층의 재료로서는, 산화인듐을 50at％ 이상 포함하는 혼합 산화물을 적용할 수 있다. 2층의 도전성 산화물층에 의해 구리층이나 구리 합금층이 협지된 3층 구성을 형성하는 방법으로서는, 먼저 예를 들어 유리 등의 기판 상에, [혼합 산화물층 A/구리 합금층 B/혼합 산화물층 C]로 구성되는 3층을 성막한다. 그 후, 습식 에칭 공정에 의해, 3층이 동등한 선 폭을 갖도록 가공한다. 혹은, 습식 에칭 공정에 의해, 유리 기판의 표면 상에 순서대로 형성되는 혼합 산화물층 A, 구리 합금층 B 및 혼합 산화물층 C의 선 폭이, 조건 「혼합 산화물층 A의 선 폭>구리 합금층 B의 선 폭>혼합 산화물층 C의 선 폭」을 충족하도록, 선 폭이 순서대로 작아지도록 가공할 필요가 있다.

통상 ITO(산화인듐 및 산화주석을 포함하는 혼합 산화물)는, 산화물이 구리나 구리 합금보다 귀(noble)하다. 이 때문에, 선택적으로 구리가 에칭되어버려, 3층의 선 폭이 상기 조건을 충족하지 않는다. 그래서, 산화인듐에, 산화아연, 산화갈륨, 산화안티몬 등의 용해 용이성 산화물을 첨가함으로써, 부식 전위를 조정하여, 부식 전위가 균일한 혼합 산화물층을 얻는다.

(금속층, 합금층)

이하, 금속층 혹은 합금층에 대하여 구체적으로 설명한다.

본 발명의 실시 형태에 따른 도전층(제1 도전층, 제2 도전층)은, 상술한 바와 같이 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물로 협지된 3층 구성을 갖는다. 금속층 혹은 합금층으로서는, 도전성이 우수한 은, 구리, 알루미늄, 아연 등의 금속, 혹은 상기 금속의 합금층을 적용할 수 있다. 이하, 구리, 구리 합금을 전형례로 하여 설명하지만, 본 발명의 실시 형태에 따른 기본적인 기술 수단은, 은이나 아연 등의 금속에도 적용할 수 있다.

구리에 첨가하는 합금 원소로서는, 구리 합금층의 비저항 상승률이 1μΩcm/at％ 이하인 합금 원소를 선택할 수 있다. 구리 합금층의 비저항(전기 저항률)은 1.9μΩcm 내지 6μΩcm의 범위 내로 할 수 있다.

구리 합금에 첨가되는 원소로서, 구리 합금의 전기 저항률에의 영향이 작은 전기 저항률이 작은 첨가 원소(구리의 합금 원소)는, 팔라듐(Pd), 마그네슘(Mg), 베릴륨(Be), 금(Au), 칼슘(Ca), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 은(Ag)을 들 수 있다. 이러한 원소를 순구리에 대하여 1at％ 첨가하였을 때의 전기 저항률의 증가는, 대략 1μΩcm 이하가 된다. 칼슘(Ca), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 은(Ag)을 순구리에 대하여 첨가하였을 때의 전기 저항률의 증가는, 0.4μΩcm/at％ 이하이다. 이 때문에, 칼슘(Ca), 카드뮴(Cd), 아연(Zn), 은(Ag)을 합금 원소로서 사용하는 것이 바람직하다. 경제성 및 환경 부하를 고려하면, 아연 및 칼슘을 합금 원소로서 사용하는 것이 바람직하다. 아연 및 칼슘은 각각 5at％까지, 구리에의 합금 원소로서 첨가할 수 있다.

구리층 혹은 구리 합금층의 막 두께를 100nm 이상 혹은 150nm 이상으로 하면, 도전층은 가시광을 거의 투과하지 않게 된다. 따라서, 본 실시 형태에 따른 도전층을 구성하는 구리층 혹은 구리 합금층은, 예를 들어 100nm 내지 500nm의 막 두께를 갖고 있으면, 충분한 차광성을 얻을 수 있다. 구리 합금층의 막 두께는 500nm를 초과해도 된다. 또한, 후술하는 바와 같이, 상기 도전층의 재료는 후술하는 어레이 기판에 마련되는 배선이나 전극에도 적용할 수 있다. 또한, 본 실시 형태에 있어서는, 능동 소자(박막 트랜지스터)와 전기적으로 연계하는 배선의 구조로서, 예를 들어 게이트 전극이나 게이트 배선의 구조로서, 도전성 금속 산화물층에 의해 구리 합금층이 협지된 적층 구조를 채용할 수 있다. 바꾸어 말하면, 본 발명의 실시 형태에 따른 도전층(도전 패턴)에, 도전성 금속 산화물층에 의해 구리 합금층이 협지된 적층 구조를 채용할 수 있다.

(블랙 매트릭스 기판의 단면 구조)

도 2는 도 1에 나타내는 A-A'선에 따른 센서 유닛(SU)(단위 셀)을 나타내는 단면도이다. 도 2는 본 발명의 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판(100)을 나타내는 단면도로 바꾸어 말할 수 있다.

블랙 매트릭스 기판(100)은 제1면(1)과 제2면(2)을 구비하는 투명 기판(102)(제1 기판)을 갖는다.

블랙 매트릭스 기판(100)에 적용할 수 있는 투명 기판(102)의 구체적인 기판 재료는, 가시 영역에 있어서 투명한 재료라면 특별히 한정되지 않는다. 사파이어 기판, 알루미노규산염 유리제 등의 기판, 아크릴 기판, 폴리에스테르 필름, 폴리이미드 필름, 혹은 편광판에 사용되는 TAC 필름이나, IC 카드에 사용되는 염화비닐을 라미네이트한 수지 기판 등, 각종 투명 기판을 사용할 수 있다. 그러나, 블랙 매트릭스 기판(100)이 지문 인증을 행하는 장치에 사용되는 경우, 유리 기판과 같이 강성이고, 평면성이나 평탄도의 정밀도가 높은 표면을 갖는 기판인 것이 바람직하다.

투명 기판(102)의 제2면(2) 상에는, 흑색 유전체층(3)과 제1 절연층(17)이 이 순서대로 적층되어 있다. 즉, 제2면(2) 상에 흑색 유전체층(3)이 마련되어 있고, 제2면(2)의 노출면(표면)과 흑색 유전체층(3)의 표면을 덮도록, 흑색 유전체층(3) 상에 제1 절연층(17)이 마련되어 있다. 또한, 제1 절연층(17) 상에는, 제1 도전 패턴(10)이 마련되어 있다.

제1 도전 패턴(10)으로서, 제1 게이트 전극(11), 캐패시터 패턴(12) 및 주사선(13)이 흑색 유전체층(3) 상에 형성되어 있다. 제1 도전 패턴(10)(제1 게이트 전극(11), 캐패시터 패턴(12), 주사선(13)을 포함함) 및 제1 절연층(17)의 노출면(표면)을 덮도록 제2 절연층(48)이 적층되어 있다. 즉, 제1 도전 패턴(10) 상에 제2 절연층(48)이 마련되어 있다.

제2 절연층(48) 상에는, 제1 투명 수지층(37)(투명 수지층)이 배치되어 있다. 즉, 제2 도전 패턴(20)(제2 도전층) 상에 투명 수지층이 마련되어 있다. 제1 투명 수지층(37) 상에는, 광흡수층(8), 제2 투명 수지층(38)(수지층, 접착층)이 적층되어 있다. 제2 투명 수지층(38)은 제1 투명 수지층(37)의 노출면(표면)과 광흡수층(8)을 덮고 있다.

(제1 절연층)

제1 절연층(17)의 재료로서는, 후술하는 바와 같이 이산화규소, 질화규소, 혹은 고유전율의 투명 무기 산화물, 투명 질화물을 적용할 수 있다. 제1 투명 수지층(37)이나 제2 투명 수지층(38)의 재료로서는, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 벤조시클로부텐 수지, 폴리아미드 수지 등을 사용해도 된다. 혹은, 저유전 재료(low-k 재료)를 사용할 수 있다. 제1 투명 수지층(37)과 광흡수층(8)의 계면에, 평면 뷰에 있어서, 제1 투명 수지층(37)과 같은 패턴을 갖는 도체층이 삽입되어도 된다. 이 도체층은 필요에 따라서 접지되고, 도체층과 캐패시터 패턴(12) 사이에서, 보조적인 용량을 형성해도 된다.

제1 절연층(17)은, 예를 들어 1nm 내지 1000nm의 막 두께를 가져도 된다. 제1 절연층(17)의 재료로서, 이산화규소, 산화질화 규소, 산화세륨이나 산화티타늄의 1 이상을 포함하는 산화물층으로 해도 된다. 캐패시터 패턴(12)과 제1 절연층(17) 사이의 계면에 있어서 높은 비유전율을 갖는 재료로 제1 절연층(17)이 형성되어도 된다.

제1 절연층(17)을 구성하는 재료는, 특별히 한정할 필요는 없지만, 산화규소, 산화질화 규소, 질화규소 등을 예시할 수 있다. 제1 절연층(17)의 두께에 대해서도 한정할 필요가 없지만, 예를 들어 1nm 내지 1000nm의 범위를 예시할 수 있다.

(흑색 유전체층)

본 발명의 실시 형태에 따른 흑색 유전체층(3)은 카본을 포함한다. 구체적으로, 흑색 유전체층(3)은 카본을 수지에 분산된 분산체, 혹은 카본에 대하여 또한 금속 산화물 등의 미립자인 유전체가 분산된 분산체로 구성되어 있다. 즉, 흑색 유전체층(3)은 카본과, 적어도 금속 산화물로 구성된 유전체의 미립자를 포함하는 수지 분산체로 구성되어도 된다. 흑색 유전체층(3)은 평면 뷰에 있어서 제1 도전 패턴(10) 및 상기 제2 도전 패턴(20)을 덮는 구성을 갖는다. 또한, 이하의 기재에 있어서, 미립자를 간단히 분말이라 호칭하는 경우가 있다.

흑색 유전체층(3)에 있어서의 카본 등의 분산 상태, 농도, 조성, 막 두께 등을 조정함으로써, 예를 들어 10 내지 700이라는 높은 비유전율을 갖도록, 흑색 유전체층(3)의 전기 특성을 조정하는 것이 가능하다. 카본의 분산 상태를 조정하거나, 강유전체의 미립자나 상유전체의 미립자를 흑색 유전체층(3)에 첨가하거나 함으로써, 흑색 유전체층(3)의 비유전율을 150 이상으로 할 수 있다.

그러나, 흑색 유전체층(3)의 유전 손실(tanδ)에 의해 소비 전력의 증가가 문제가 되는 전자 기기에 본 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판이 적용되는 경우(예를 들어, 모바일 기기), 흑색 유전체층(3)의 비유전율을 15 내지 100의 범위로 억제해도 된다.

본 발명의 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판(100)은, 투명 기판(102)의 제2면(2)과 캐패시터 패턴(12) 사이에 흑색 유전체층(3)이 삽입된 구성을 갖는다. 본 발명의 실시 형태에 따른 흑색 유전체층(3)을 구성하는 재료로서는, 흑색 안료인 카본을, 아크릴, 에폭시, 폴리이미드 등의 수지에 분산시킨 분산체를 사용할 수 있다. 나아가, 카본 나노튜브, 카본 나노혼, 카본 나노브러시 등을 수지에 혼합 분산해도 된다. 혹은, 흑색 유전체층(3)의 구성의 일부를 카본과 치환하여, 카본 나노튜브를 수지에 분산시켜도 된다. 흑색 유전체층(3)은 이하, 간단히 흑색 유전체라 칭하는 경우가 있다.

본 발명의 실시 형태에 따른 흑색 유전체층(3)에는, 카본 외에도, 카본의 분산 상태를 조정할 목적과 비유전율의 조정 등의 목적으로, 산화칼슘, 탄산칼슘, 황산바륨, 이산화규소, 카올린, 클레이 등의 체질 안료를 흑색 유전체층(3)에 첨가할 수 있다. 혹은, 카본 외에도, 산화티타늄, 티타늄산바륨, 티타늄 블랙, 지르콘산바륨, 티타늄산마그네슘, 황산칼슘 등의 고유전율을 갖는 유전체의 분말이 첨가된 수지의 분산체를 사용할 수 있다.

나아가, 카본 외에도, 산화티타늄, 질화티타늄 및 산질화 티타늄 중 어느 것을 갖는 유전체의 분말이 첨가된 수지의 분산체를 사용할 수 있다.

상기 유전체에 관하여, 흑색 유전체층(3) 중의 카본의 분산 상태의 개선과, 유전 손실을 크게 하지 않을 목적으로 상유전체를 채용하는 것이 바람직하다. 상유전체는 전기장을 가하지 않는 상태에서는 전기 분극을 갖지 않고, 유전 손실이 작은 유전체이다. 상유전체인 포르스테라이트(MgSiO₂), 산화알루미늄(Al₂O₃), 산화티타늄(TiO₂) 등의 금속 산화물을 상기 흑색 유전체에 첨가할 수 있다.

수지에 강유전체를 첨가하여 분산시킨 흑색 유전체의 유전율은 높아지지만, 터치 검출을 행하는 터치 구동에서는 소비 전력을 증가시키게 된다. 수지에 상유전체를 첨가하여 분산시킨 흑색 유전체는, 정전 용량의 변화량(리셋 시 용량과 터치 시 용량의 차)을 크게 할 수 있으며, 또한 소비 전력을 억제할 수 있다. 또한, 본 발명의 실시 형태에 있어서 상유전체의 금속 산화물은, 비유전율이 110 이하, 유전 손실이 0.00001 내지 0.1의 범위 내에 있는 금속 산화물 혹은 금속 산화물의 분말이라 정의한다. 여기서, 이들 전기 특성의 측정 주파수는 이하의 설명하는 터치 센싱 주파수이며, 20℃의 실온에서 측정된 주파수이다.

본 발명의 실시 형태에 따른 흑색 유전체층(3)은, 카본이나 산화티타늄 등의 금속 산화물의 미립자가 수지에 분산되고, 10 내지 700, 혹은 15 내지 100의 비유전율을 갖는 분산체로 구성되어 있다. 흑색 유전체층(3)의 분산체(고형)의 유전 손실(tanδ)은, 예를 들어 200Hz 내지 500KHz의 범위의 터치 센싱 주파수에 있어서, 0.005 내지 0.2의 범위 내에 있으면 된다. 또한, 유전 손실의 값은 0.08 이하인 것은 바람직하다. 후술하는 캐패시터 패턴(12)의 리셋 시에, 리셋이 종료하도록 흑색 유전체층(3)의 저항률을 조정해도 된다. 바꾸어 말하면, 그라운드 등의 리셋 전위로 설정하기 위해서, 예를 들어 흑색 유전체의 저항률을 1×10¹³Ωcm 미만으로 설정하고, 완화 시간(혹은 시상수)을 짧게 할 수 있다.

또한, 터치에 의한 정전 용량을 유지할 목적으로, 예를 들어 흑색 유전체의 저항률을 1×10¹³Ωcm 이상으로 해도 된다.

그러나, 흑색 유전체의 저항률을 1×10¹⁴Ωcm 이상으로 하는 경우, 상기 완화 시간에 악영향을 미칠 가능성이 있다. 따라서, 흑색 유전체의 저항률을 1×10¹⁴Ωcm 이상으로 하는 기술 가치는 낮다. 흑색 유전체의 전기적 특성은 상기와 같이 터치 센싱의 내용에 따라서 다양하게 조정할 수 있다. 또한, 상기 미립자는 평균 입경이 0.02 내지 2㎛의 범위에 있는 미립자이다.

(광흡수층)

본 발명의 실시 형태에 따른 광흡수층(8)은, 예를 들어 광학 농도가 1 내지 4의 범위를 갖는 광흡수층이면 된다. 예를 들어, 아크릴 수지 등의 투명 수지에 카본 등의 흑색 안료를 분산시킨 분산체가 광흡수층(8)으로서 사용되고 있으면 된다. 광흡수층의 유전율 등의 전기 특성은, 상술한 흑색 유전체층(3)과 달라도 되고, 동일해도 된다. 광흡수층(8)은 평면 뷰에 있어서 제1 도전 패턴(10) 및 상기 제2 도전 패턴(20)을 덮는 구성을 갖는다.

어레이 기판을 갖는 표시 장치에 블랙 매트릭스 기판(100)이 적용된 구성에 있어서, 도 2에 나타내는 광흡수층(8)은, 어레이 기판에 마련된 박막 트랜지스터의 채널층이나 다이오드 등의 발광 소자에 대하여, 금속층인 도전 패턴으로부터의 반사광이 입사되는 것을 방지할 목적으로 배치된다.

채널층이나 발광 소자는, 광을 감지하는 반도체로 구성되어 있기 때문에, 채널층이나 발광 소자의 오동작을 방지할 목적으로 광흡수층(8)이 배치된다. 광흡수층(8)은 카본이나 유기 안료 등의 광흡수제를 포함한다. 기생 용량을 저감시키기 위해서, 광흡수층의 구성에는, 강유전체가 포함되지 않는 것이 바람직하다.

도 2에 도시한 바와 같이, 흑색 유전체층(3) 및 광흡수층(8)은, 복수의 개구부(OP)(제2 개구부)를 구비한 개구 패턴을 갖도록 형성되어 있다. 개구부(OP)는 개구부(9)와 상사인 형상을 갖고 있다. 즉, 본 실시 형태에서는 개구부(OP)는, 개구부(9)와 마찬가지로, 직사각형 형상을 갖는다. 개구부(9)의 형상이 평행사변형이면, 개구부(OP)의 형상도 평행사변형이 된다. 개구부(OP)의 중심 위치는 개구부(9)의 중심 위치와 겹친다.

(제1 박막 트랜지스터)

제1 박막 트랜지스터(31)는 제1 게이트 전극(11)(도 1 참조)과 함께 제1 절연층(17) 상에 형성되어 있다. 제1 게이트 전극(11)(제1 도전 패턴(10)) 상에는, 게이트 절연층으로서 기능하는 제2 절연층(48)이 마련되어 있다.

제2 절연층(48) 상에는, 제1 채널층(16), 제1 소스 전극(22)(제2 도전 패턴(20)) 및 제1 드레인 전극(23)(제2 도전 패턴(20))이 마련되어 있다. 제1 소스 전극(22) 및 제1 드레인 전극(23)은 제2 절연층(48) 상뿐만 아니라, 제1 채널층(16) 상에도 형성되어 있다. 구체적으로, 제1 소스 전극(22) 및 제1 드레인 전극(23)은 제1 채널층(16)의 양측에 위치하는 부위를 덮도록 형성되어 있다. 도 2에 나타내는 예에서는, 제1 소스 전극(22)은 제1 채널층(16)의 좌측 단부를 덮고 있고, 제1 드레인 전극(23)은 제1 채널층(16)의 우측 단부를 덮고 있다. 제1 채널층(16)은 산화물 반도체로 형성된다.

도 2에 나타내는 제1 박막 트랜지스터(31)는 보텀 게이트 구조를 갖지만, 톱 게이트 구조를 가져도 된다. 제1 박막 트랜지스터(31)의 형성 공정에 있어서, 제1 도전 패턴(10)이나 제2 도전 패턴(20) 등을 형성하는 순서를 바꿈으로써, 톱 게이트 구조를 갖는 제1 박막 트랜지스터를 형성할 수 있다.

(제1 채널층)

산화물 반도체층을 구성하는 제1 채널층(16)에 적용할 수 있는 산화물 반도체에는, 산화인듐, 산화아연, 산화갈륨, 산화실리콘, 산화안티몬, 산화비스무트, 산화세륨, 산화주석 등으로부터 2 이상 선택되는 산화물 반도체가 있다. 예를 들어, 산화물 반도체층은 산화인듐과, 산화안티몬 및 산화비스무트 중 적어도 어느 하나를 포함해도 된다. 또한, 산화물 반도체층은 산화세륨 및 산화주석 중 적어도 어느 하나를 포함해도 된다.

산화인듐에, 산화안티몬 및 산화비스무트 중 적어도 어느 하나를 첨가한 산화물 반도체는, 340℃ 이하의 저온 어닐로 결정화할 수 있는 장점이 있다. 350℃를 초과하는 열처리에서는, 상기 도전층(도전 패턴)의 구성에 포함되는 구리의 확산이 발생하는 문제가 있다. 구리의 확산은, 구리 배선의 저항값이 증가하는 문제나 박막 트랜지스터의 특성을 손상시킨다. 이 때문에, 350℃ 이하의 어닐로 결정화하는 산화물 반도체의 채용은 바람직하다.

제1 박막 트랜지스터(31)는, 제1 채널층(16)을 저온에서 성막하여 형성할 수 있는 산화물 반도체를 사용하고 있다. 이 때문에, 상술한 바와 같은 내열성이 떨어지는 수지 기판을 투명 기판(102)에 적용할 수 있다. 한편, 제1 채널층(16)이 폴리실리콘 반도체로 구성되어 있는 경우에는, 반도체의 형성 공정에 600℃ 전후에서 가열하는 레이저 어닐 공정이 포함되기 때문에, 수지 기판을 적용하는 것이 곤란하다.

또한, 일반적으로 박막 트랜지스터의 구성으로서, 채널층이 아몰퍼스 실리콘 반도체로 구성된 구조, 또는 폴리실리콘 반도체로 구성된 구조가 알려져 있다. 아몰퍼스 실리콘 반도체를 사용하는 구조의 경우, 전자 이동도가 낮아, 터치 센서 용도의 반도체로서는 불충분하다. 폴리실리콘 반도체를 사용하는 구조의 경우, 폴리실리콘 반도체는 높은 전자 이동도를 갖지만, 트랜지스터의 성능으로서 누설 전류가 커져, 터치 센싱시의 정전 용량을 유지하기 어렵다는 결점이 있다. 특히 아몰퍼스 실리콘 반도체, 폴리실리콘 반도체, 모두 전기적인 내압(耐壓)이 낮고, 터치 센싱 시의 정전 용량의 변화 정도에 따라서는, 트랜지스터가 파괴되어버리는 결점이 있다.

이에 비해, 본 실시 형태에 따른 산화물 반도체는, 전기적인 내압이, 실리콘계 반도체와 비교하면 100배 이상 높고, 전자 이동도도 높다. 산화물 반도체는, 터치 센서를 구동하는 박막 트랜지스터의 채널층으로서 바람직하다.

(블랙 매트릭스 기판의 평면 구조)

도 3은 블랙 매트릭스 기판(100)의 구성을 나타내는 부분 확대도이며, 흑색 유전체층(3) 상에 적층되는 제1 도전 패턴(10)을 구성하는 캐패시터 패턴(12) 및 주사선(13)과, 제2 도전 패턴을 구성하는 출력선(21)을 나타내는 평면도이다. 도 3은, 투명 기판(102)의 제2면(2)에서 본 평면도이지만, 광흡수층(8) 및 제1 박막 트랜지스터(31)의 도시를 생략하고 있다.

도 3에 나타내는 복수의 개구부(9)는, 블랙 매트릭스 기판(100)이 적용된 표시 장치의 광 출사 부분에 상당한다. 구체적으로, 본 발명의 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판(100)과, 표시 기능층을 통해, TFT(Thin Film Transistor) 등의 능동 소자가 형성된 어레이 기판을 접합하여 구성된 표시 장치에 있어서, 복수의 개구부(9)는 광의 출사 부분이다.

캐패시터 패턴(12)은 주사선(13)과 출력선(21)으로 구획되는 구획 영역(19) 내에 형성된다. 또한, 표시 장치에 있어서의 표시 유효 영역의 최외주부에 위치하는 캐패시터 패턴(12')은, 주사선(13)과 출력선(21)으로 완전히 구획되지 않아도 된다.

도 4는 도 3에 나타내는 B-B'선에 따른 센서 유닛(SU)을 나타내는 단면도이다. 도 5는 도 3에 나타내는 C-C'선에 따른 센서 유닛(SU)을 나타내는 단면도이다.

도 4 및 도 5의 각각은, 폭 Px 및 길이 Py를 갖는 하나의 표시 유닛을 나타내고 있다. 도 4에 있어서는, 예를 들어 표시 유닛이 3개의 개구부(9)를 포함한다.

상술한 바와 같이, 캐패시터 패턴(12)에 포함되는 개구부(9)의 수는, 예를 들어 3이나 4의 배수로 할 수 있다. 또한, 개구부(9)의 수는 1개 이상 있으면 되고, 후술하는 변형예에 나타내는 바와 같이, 하나의 구획 영역(19) 내에 2개의 개구부(9)를 마련해도 된다. 캐패시터 패턴(12)의 정전 용량은, 캐패시터 패턴(12)의 면적에 비례하기 때문에, 2개 이상, 나아가 3이나 4의 배수로 개구부(9)의 수를 설정할 수 있다.

통상, 표시 장치에 있어서의 컬러 표시는 RGB(적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소)의 3 화소로, 혹은 RGBW(적색 화소, 녹색 화소, 청색 화소에 추가로 백색 화소)의 4 화소로, 하나의 표시 유닛을 구성하는 경우가 많다. 따라서, 3이나 4의 배수로 개구부(9)의 수를 설정하는 것은, 표시 유닛과 캐패시터 패턴(12) 사이의 관계에서 바람직하다. 혹은, 후술하는 바와 같이, 터치 센싱을 행하는 주사선(13)과 캐패시터 패턴(12)의 기생 용량을 저감시킬 필요성(환언하면 배선간 거리를 조정할 필요성)에 따라서, 개구부(9)의 수를 1개 이상이나 2개 이상으로 해도 된다.

또한, 본 발명의 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판(100)에 있어서는, 복수의 개구부(9)의 각각에, 적색 화소 R, 녹색 화소 G 및 청색 화소 B의 컬러 필터를 첨가함으로써 컬러 필터 기판을 실현할 수 있다.

또한, 도 4에 나타내는 블랙 매트릭스 기판(100) 상에, 제2 투명 수지층(38)(접착층)을 통해, 보호 유리(커버 유리)를 적층하고, 블랙 매트릭스 기판(100)을 터치 패널로서 사용하는 것도 가능하다.

또한, 캐패시터 패턴(12)의 전체에, 또한 ITO 등의 투명 도전성 산화물을 투명 전극으로서 적층하는 기술적 수단을 적용하는 것이 가능하다. 그러나, ITO에 포함되는 인듐이 고가인 것, 또한 ITO의 성막과, ITO막을 패터닝하기 위한 공정수가 증가하기 때문에, 제조 비용의 증가의 요인이 된다.

일반적으로, ITO 등의 투명 전극을 지지하는 지지체인 유리나 수지의 기재의 비유전율은, 대략 3 내지 6의 범위 내인 경우가 많다. 예를 들어, 특허문헌 2의 도 2에 개시되는 전극 ECS(투광성을 갖는 도전막)는, 단락 [0054]에 기재되어 있는 바와 같이, 유리나 수지의 기판(62)과 접해 있다. ITO 등의 투명 전극을 정전 용량 검출 소자인 캐패시터 전극(캐패시터 패턴)으로서 사용하는 경우, 이 투명 전극의 근처에 배치되는 기재로서, 높은 유전율을 갖는 기재를 사용하는 것이 바람직하다. 그러나, 유리나 수지의 비유전율은 작아, 바람직한 재료는 아니다. 또한, ITO 등의 투명 전극의 형성에 소요되는 비용의 증가에 의한 장점은 얻어지기 어렵다. 또한, ITO는 대략 2×10^-4Ωcm 전후의 저항률을 갖는다.

이에 비해, 금속인 구리는, 예를 들어 1.6×10^-6Ωcm의 저항률을 갖고 있으며, ITO의 100배 우수한 도전성을 갖는다. 이 때문에, 정전 용량 검출 소자인 캐패시터 전극(캐패시터 패턴), 주사선, 출력선의 재료로서는, 은, 구리, 알루미늄, 아연 등의 금속, 혹은 상기 재료를 포함하는 합금을 사용하는 것이 바람직하다.

도 6을 사용하여, 본 발명의 실시 형태에 따른 도전층(7)(제1 도전층)의 구성에 대하여 설명한다.

도 6은 블랙 매트릭스 기판(100)을 나타내는 부분 확대도이며, 투명 기판(102) 상에, 흑색 유전체층(3), 제1 절연층(17), 도전층(7)을 이 순서대로 적층한 구성을 나타내는 부분 단면도이다. 도전층(7)은 금속층(5)이 도전성 산화물층(4)으로 협지된 3층 구성을 갖는다. 도 6에 나타내는 금속층(5)은 합금층이어도 된다. 상술한 바와 같이, 금속층(5)이나 합금층은 구리층 혹은 구리 합금층으로 할 수 있다. 도전성 산화물층(4)의 상하에 위치하는 2층의 막 두께는 달라도 된다.

또한, 도전층(7)의 구성은, 상술한 제2 도전층에 적용할 수 있다.

(터치 검출 프로세스)

도 7은 블랙 매트릭스 기판(100)의 구성을 나타내는 부분 확대도이며, 블랙 매트릭스 기판(100)의 제1면(1)에 손가락(F) 등의 포인터가 접촉하였을 때의 상황을 설명하는 단면도이다. 이하, 도 1 내지 도 7을 참조하여, 터치 검출 프로세스에 대하여 설명한다.

먼저, 도 7에 나타내는 블랙 매트릭스 기판(100)에 있어서는, 손가락(F) 등의 포인터가 제1면(1)에 접촉 또는 근접하면, 캐패시터 패턴(12)은 흑색 유전체층(3)과 함께, 정전 용량의 변화를 검지한다. 캐패시터 패턴(12)은 제1 박막 트랜지스터(31)를 통해, 출력선(21)에 터치 검출 신호를 보낸다. 구체적으로, 캐패시터 패턴(12)에서 검출된 정전 용량의 변화(정전 용량의 변화량, 전위의 변화값)는, 제1 박막 트랜지스터(31)의 제1 게이트 전극(11)에 입력된다. 주사선(13)(주사선은, 전원선이라 바꾸어 말할 수 있음)은 센서 유닛(SU)에 마련되어 있는 제1 박막 트랜지스터(31)에 선택 신호를 보낸다. 제1 게이트 전극(11)에 입력된 정전 용량의 변화량은, 제1 박막 트랜지스터(31)에 의해 증폭되어, 출력선(21)으로 출력된다. 이에 의해, 출력선(21)에 접속된 제어부(도시하지 않음)는 터치 검출 신호를 검출하여, 터치 센싱이 행해진다.

일반적으로, 손가락의 지문의 밀도는 3개/mm 정도이다. 예를 들어, 10개/mm 내지 100개/mm 정도의 해상도의 터치 패널이면 지문 인증이 가능하다. 본 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판(100)은, 100개/mm 이상의 해상도를 가져도 된다. 펜 입력의 경우, 펜 선단에 상당하는 수십마이크로미터의 해상도가 있으면 된다. 400ppi를 초과하는 화소 해상도에 상당하는 스마트폰이나 태블릿 단말기 등에 본 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판(100)이 적용되는 경우, 100개/mm를 초과하는 터치 해상도가 가능해진다.

예를 들어, 도 3 및 도 4에 도시한 바와 같이 적색 화소 R, 녹색 화소 G 및 청색 화소 B 각각 화소 피치를 15㎛로 할 때, 이들 3개의 화소에 대응하는 캐패시터 패턴(12)의 폭 Px는, 3화소분에 45㎛ 상당이 된다. 터치 센서의 단위 셀 폭(단위 셀의 피치, 혹은 상기 표시 유닛의 크기와 동의)이 45㎛이면, 충분히 지문 인증이나 펜 입력이 가능해진다. 지문의 요철(지문의 능선, 골짜기 선)의 피치는 대략 3개/mm이기 때문에, 캐패시터 패턴(12)은, 예를 들어 10개/mm 내지 100개/mm 정도의 해상도를 갖고 있으면 된다. 이에 의해, 지문 인증이 가능하다.

도 7에 나타내는 바와 같이, 제1면(1)에 손가락(F) 등의 포인터가 접촉 또는 근접하면, 흑색 유전체층(3)은 전하를 축적하여, 정전기의 캐패시터(용량) 소자로서 기능한다. 포인터가 펜 선단이면, 펜 선단의 면적에 가까운 사이즈의 흑색 유전체층(3)에 정전 용량의 변화가 발생한다. 손가락(F)가 제1면(1)을 강한 압력으로 눌렀을 경우에는, 손가락(F)의 접촉 면적에 대응한 개수의 흑색 유전체층(3)에 정전 용량의 변화가 발생한다. 손가락(F)의 지문은 지문의 요철(골짜기 선: valley line, 능선: ridge line)에 따라서, 지문 모양이 2차원적으로 검출된다.

도 7에 나타내는, 흑색 유전체층(3)으로부터 손가락(F)까지의 거리 Pz는, 실용적으로는 0.1mm 내지 1.5mm 정도의 범위이면 된다. 이 거리 Pz에는, 예를 들어 보호를 위한 커버 유리의 두께, 편광판이나 위상차판의 두께를 포함해도 된다. 본 발명의 실시 형태에 따른 높은 비유전율을 갖는 흑색 유전체층(3)과, 높은 도전율을 갖는 금속층(5)(혹은 합금층)의 구성에 의해, 투명 기판(102)이 0.4mm를 초과한 두께라도, 지문 인증은 가능하다. 가장 대표적인 금속층(5)(혹은 합금층)의 재료는 구리 및 구리 합금이다.

(제1 실시 형태의 변형예)

이어서, 상술한 제1 실시 형태의 변형예 1 내지 4에 대하여 설명한다.

이하에 설명하는 변형예에 있어서, 상술한 제1 실시 형태와 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명은 생략 또는 간략화한다.

(변형예 1)

도 8은 제1 실시 형태의 변형예에 따른 블랙 매트릭스 기판을 구성하는 흑색 유전체층(3)을 나타내는 단면도이며, 카본 농도가 다른 수지 분산체의 층을, 제2면(2)과 흑색 유전체층(3) 사이에 삽입한 경우에 있어서, 가시광의 반사의 상황을 설명하는 단면도이다.

본 변형예 1에 있어서는, 흑색 유전체층은 카본 농도가 다른 2층의 수지 분산체(흑색 유전체층(3), 저농도 카본층(6))로 구성되어 있다. 2층의 수지 분산체 중 적어도 어느 한쪽의 수지 분산체는, 금속 산화물을 포함하는 유전체를 포함하고 있다.

저농도 카본층(6) 및 흑색 유전체층(3)의 카본 농도를 엄밀하게 규정할 필요는 없다. 저농도 카본층(6)의 실효적인 광학 농도는, 예를 들어 0.05 내지 0.4의 범위 내로 설정되어 있다. 저농도 카본층(6)의 막 두께를 0.1㎛ 내지 0.7㎛의 범위 내로 설정하면 된다. 흑색 유전체층(3)의 실효적인 광학 농도는, 예를 들어 0.5 이상 3 미만의 범위 내로 설정되어 있다. 흑색 유전체층(3)의 막 두께를 0.5㎛ 내지 2㎛의 범위 내로 설정하면 된다. 흑색 유전체층(3)의 광학 농도를, 3을 초과하는 값으로 해도 되지만, 금속층이나 합금층과 접촉하는 흑색 유전체층(3)의 광학 농도를 3 이상으로 설정하는 것에는 기술적인 의미는 없다. 저농도 카본층(6)의 막 두께를 0.8㎛보다도 두껍게 해도 되지만, 저농도 카본층(6)의 막 두께를 크게 하는 것에는 기술적인 의미가 희박하다.

도 8에 나타내는 저농도 카본층(6)을 마련함으로써, 제1면(1)(시인 방향)에서 본 제2면(2)과 흑색 유전체층(3) 사이에서의 가시광 반사율을 0.4％ 이하로 할 수 있다. 이 0.4％ 이하의 저반사율은, 광의 파장 400nm 내지 700nm 사이에서 대략 편평한 반사율이며, 통상의 광학 다층의 저반사막과는 다르다. SiO₂/TiO₂ 등이 적층된 구성을 갖는 광학 다층의 저반사막에서는, 넓은 파장 영역에서 편평한 저반사율을 얻는 것은 어렵다.

여기서, 반사율이란, 외부로부터의 입사광(33)에 대한 반사광(34)의 비율이다. 반사광(34)은 입사광(33)이 저농도 카본층(6)과 제2면(2)의 계면에서 반사하는 광이다. 반사율의 측정은 현미 분광기를 사용하여 행할 수 있다. 또한, 흑색 유전체층(3)과 제2면(2) 사이에서 관찰되는 색도 및 저농도 카본층(6) 및 흑색 유전체층(3)의 2층 사이에서 관찰되는 색도(즉, 동일하게 제2면(2)에서 관찰되는 색도)는, ±2.0 이하의 작은 수치 내에 수렴되고, 착색이 없는 뉴트럴색이 된다. 또한, 흑색 유전체층(3)의 단층과 제2면 계면에서의 반사율은, 약 3％로 설정할 수 있다.

흑색 유전체층(3)의 구성으로서는, 비유전율이나 저항률 등의 전기적 특성이 다른 다층 구성을 채용할 수 있다. 혹은, 손가락(F) 등의 포인터로부터의 법선 방향, 즉, 흑색 유전체층(3)의 막 두께 방향으로 비유전율이나 저항률 등의 전기적 특성을 변화시킬 수 있다. 그의 막 두께 방향에 있어서, 캐패시터 패턴(12)의 근처에 위치하는 흑색 유전체의 비유전율을 높게 하고, 캐패시터 패턴으로부터 이격된 위치에 있는 흑색 유전체의 비유전율을 낮게 해도 된다. 이들 관점에서, 흑색 유전체층(3)에 포함되는 카본 농도를, 흑색 유전체층(3)의 두께 방향으로 조정해도 된다. 나아가, 카본의 분산 상태를, 흑색 유전체층(3)의 두께 방향을 따라서 변화시켜도 된다.

흑색 유전체층(3)은 두께 방향을 따라서 유전율의 구배를 가져도 된다. 캐패시터 패턴(12)과 제1 절연층(17) 사이의 계면의 근처에 있어서, 흑색 유전체층(3)이 부분적으로 높은 비유전율을 가져도 된다.

투명 기판(102)으로서는, 비유전율이 낮은 기판, 비유전율이 8 이하인 재료를 사용할 수 있다. 투명 기판(102)의 비유전율은, 예를 들어 비유전율 5 이하여도 된다. 또한, 투명 기판(102)과 캐패시터 패턴(12)의 계면에 위치하는 부재의 비유전율이 높은 것이 바람직하다. 바꾸어 말하면, 투명 기판(102)과 캐패시터 패턴(12)의 계면에 위치하는 흑색 유전체층(3)의 비유전율이 높은 것이 좋다.

또한, 예를 들어 흑색 유전체층이 1×10¹⁴Ωcm 이상 또한 1×10¹⁵Ωcm 이상의 저항률을 갖는 경우, 손가락(F) 등의 포인터에 의한 터치 센싱 후의 리셋 기간 내에, 리셋(예를 들어, 그라운드 전위로 되돌림)을 완전히 행하는 것이 어려운 경우가 있다. 흑색 유전체층(3)의 저항률을 10⁸Ωcm 이상 10¹³Ωcm 미만으로 함으로써, 리셋 기간을 단축할 수 있다. 흑색 유전체층이 10⁷Ωcm보다 작은 저항률을 갖는 경우, 충분한 정전 용량을 확보할 수 없어, 터치 센싱 정밀도를 저하시킬 우려가 있다.

(변형예 2)

도 9는 제1 실시 형태의 변형예 2에 따른 블랙 매트릭스 기판을 구성하는 센서 유닛을 나타내는 회로도이다. 도 9에 나타내는 바와 같이, 본 변형예 2에 따른 블랙 매트릭스 기판은, 센서 유닛(SU1)을 구비한다. 센서 유닛(SU1)은, 도 1에 나타내는 제1 박막 트랜지스터(31)를 구비하는 센서 유닛(SU)의 구성에 더하여, 리셋 트랜지스터(32)(제2 박막 트랜지스터)를 구비하고 있다.

리셋 트랜지스터(32)는, 제1 게이트 전극(11)과 전기적으로 연결되는 제2 게이트 전극(27), 제2 소스 전극(25), 제2 게이트 전극(27)과 전기적으로 연결되는 제2 드레인 전극(26)(제2 게이트 전극(27)에 단락되어 있는 제2 드레인 전극(26)), 제2 채널층(24A) 및 게이트 절연층(24B)을 구비한다.

제1 도전 패턴(10)의 일부는 제2 게이트 전극(27)을 구성한다. 제2 도전 패턴(20)의 일부는 제2 소스 전극(25) 및 제2 드레인 전극(26)을 구성한다. 산화물 반도체층의 일부는 제2 채널층(24A)을 구성한다. 제2 절연층(48)의 일부는 제2 박막 트랜지스터의 게이트 절연층(24B)을 구성한다. 제2 채널층(24A)은 제1 채널층(16)을 형성할 때에 동시에 형성된다. 마찬가지로, 게이트 절연층(24B)은 제2 절연층(48)을 형성할 때에 동시에 형성된다.

본 변형예 2에 있어서는, 주사선(13)은 제1 박막 트랜지스터(31)의 제1 소스 전극(22)에 주사 신호를 공급할 뿐만 아니라, 리셋 트랜지스터(32)에 리셋 신호(예를 들어, 그라운드 전위)를 공급한다. 이러한 주사 신호의 공급 및 리셋 신호의 공급은, 시분할에 의해 행해진다.

리셋 트랜지스터(32)는 주사선(13)으로부터 리셋 신호를 받고, 캐패시터 패턴(12)의 전위를 리셋한다.

(변형예 3)

도 10은 제1 실시 형태의 변형예 3에 따른 블랙 매트릭스 기판을 구성하는 센서 유닛을 나타내는 회로도이다. 도 10에 있어서, 도 9에 나타내는 센서 유닛(SU1)과 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명은 생략 또는 간략화한다.

도 10에 도시한 바와 같이, 본 변형예 3에 따른 블랙 매트릭스 기판은, 센서 유닛(SU2)을 구비한다. 센서 유닛(SU2)은, 도 1에 나타내는 제1 박막 트랜지스터(31)를 구비하는 센서 유닛(SU)의 구성에 더하여, 도 9에 나타내는 리셋 트랜지스터(32)와, 리셋 트랜지스터(32)의 제2 소스 전극(25)을 연선한 소스 연선(28)과, 리셋선(15)을 구비하고 있다.

리셋선(15)은 제2 소스 전극(25) 및 소스 연선(28)을 통해, 리셋 트랜지스터(32)에 리셋 신호를 공급한다.

소스 연선(28)은 주사선(13)에 접속되어 있지 않고, 리셋선(15)과 콘택트 홀(29)을 통해 접속되어 있다. 도 10에 도시되는 회로도에 있어서는, 센서 유닛(SU2)은 주사선(13)로부터의 주사 신호와는 독립적으로, 리셋선(15)으로부터의 리셋 신호를 받을 수 있다.

센서 유닛(SU2)에 있어서는, 도 9에 나타내는 바와 같은 주사 신호 및 리셋 신호의 공급을 시분할로 행할 필요가 없다. 도 1에 나타내는 센서 유닛(SU)과 마찬가지로, 주사선(13)은 주사 신호만을 제1 박막 트랜지스터(31)에 공급하면 된다.

도 1은, 하나의 센서 유닛이 하나의 박막 트랜지스터를 구비한 회로도이다. 도 9 및 도 10은, 하나의 센서 유닛이 2개의 박막 트랜지스터를 구비한 회로도이다. 단, 하나의 센서 유닛에 있어서의 박막 트랜지스터의 개수는, 필요에 따라서 증가시킬 수 있다.

(변형예 4)

도 11은 제1 실시 형태의 변형예 4에 따른 블랙 매트릭스 기판을 나타내는 부분 확대도이며, 흑색 유전체층(3) 상에 배치되는 제1 도전 패턴(10) 및 제2 도전 패턴(20)의 배치를 나타내는 평면도이다. 또한, 도 11은, 도 3에 나타내는 캐패시터 패턴(12)의 변형예를 나타내고, 구획 영역(19) 내에 2개의 개구부(9)가 형성되어 있는 경우를 나타낸다.

캐패시터 패턴(12)의 일부를 구성하는 도전선(B1, B2, B3)의 선 폭은, 각각 다르게 해도 된다.

(제2 실시 형태)

(마이크로 LED 표시 장치)

도 12는 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 표시 장치를 나타내는 도면이며, 제1 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판(100)이 적용된 마이크로 LED 표시 장치(200)를 부분적으로 나타내는 단면도이다.

도 12에 있어서는, 상술한 제1 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판(100)의 센서 유닛(SU)이 형성되어 있는 제2면(2)이 제2 어레이 기판(201)에 대향하고 있다. 제2면(2)에 대향하는 제2 어레이 기판(201)의 면에는, 발광 소자(CHIP)가 배열되어 있다. 투명 수지인 접착층(108)을 통해, 블랙 매트릭스 기판(100)과 제2 어레이 기판(201)이 접합되어 있다.

또한, 블랙 매트릭스 기판(100)에 있어서는, 정전 용량 검지 방식이 채용되고 있으며, 상술한 흑색 유전체층(3)이 사용되고 있다. 블랙 매트릭스 기판(100)의 센서 유닛(SU)(단위 셀, 도 1 참조)은, 캐패시터 패턴(12)과 제1 박막 트랜지스터(31)를 구비하고, 개별 판독 방식이 채용되고 있다. 이러한 개별 판독 방식을 사용하는 기술은, 자기 용량 방식에 가까운 기술이다.

표시 장치의 선행 기술로서 예시한 특허문헌 3, 특허문헌 4가 개시하는 기술은, 모두, X 방향의 배선과 Y 방향의 배선을 사용한 상호 용량 방식을 사용하고 있으며, 터치 센싱에 의한 정전 용량의 검지 방식이라는 점에서, 제2 실시 형태와는 크게 다르다. 또한, 특허문헌 2가 개시하는 기술에서는, 정전 용량의 용량 소자 CS1이, 투광성을 갖는 도전막인 전극 ECS, 전극 COM 및 절연층으로 구성된다. 특허문헌 2에 있어서는, 구리 배선 상에 흑색 유전체가 적층된 구성이 개시되어 있지 않다.

(제2 어레이 기판)

이어서, 도 13 내지 도 15를 참조하여, 마이크로 LED 표시 장치(200)가 구비하는 제2 어레이 기판(201)의 구조에 대하여 설명한다.

도 13은, 제2 실시 형태에 따른 마이크로 LED 표시 장치(200)가 구비하는 제2 어레이 기판(201)을 부분적으로 나타내는 확대도이며, 제3 박막 트랜지스터(68)를 부분적으로 나타내는 단면도이다.

도 14는, 제2 실시 형태에 따른 마이크로 LED 표시 장치(200)에 탑재되는 발광 소자(마이크로 LED)를 나타내는 단면도이며, 도 13의 부호 C의 영역을 부분적으로 나타내는 확대도이다.

도 15는 제2 실시 형태에 따른 마이크로 LED 표시 장치(200)를 나타내는 확대 단면도이며, 도 13에 나타내는 제3 박막 트랜지스터(68)의 제3 채널층(58) 상에 적층된 제3 소스 전극(54)과 제3 드레인 전극(56)의 적층 구조를 설명하는 도면이다.

제2 어레이 기판(201)의 제2 기판(202)을 구성하는 재료는, 투명 기판에 한정할 필요는 없다. 예를 들어, 제2 기판(202)에 적용 가능한 기판으로서, 유리 기판, 세라믹 기판, 석영 기판, 사파이어 기판, 실리콘, 탄화실리콘이나 실리콘 게르마늄 등의 반도체 기판, 혹은 플라스틱 기판 등을 들 수 있다. 제2 기판(202)은 투명 기판이어도 되고, 불투명한 기판, 혹은 착색한 기판이어도 된다.

제2 기판(202)의 표면(43) 상에는, 제4 절연층(47)이 형성되어 있다. 제4 절연층(47) 상에는, 제3 박막 트랜지스터(68), 제4 절연층(47) 및 제3 박막 트랜지스터(68)를 덮도록 형성된 제3 절연층(148), 제3 박막 트랜지스터(68)의 제3 채널층(58)에 대향하도록 제3 절연층(148) 상에 형성된 제3 게이트 전극(55), 제3 절연층(148) 및 제3 게이트 전극(55)을 덮도록 형성된 제6 절연층(49) 및 제6 절연층(49)을 덮도록 형성된 제1 평탄화층(96)이 순서대로 적층되어 있다.

제1 평탄화층(96), 제6 절연층(49) 및 제3 절연층(148)에는, 제3 박막 트랜지스터(68)의 제3 드레인 전극(56)에 대응하는 위치에 콘택트 홀(93)이 형성되어 있다. 또한, 제1 평탄화층(96) 상에는, 제3 채널층(58)에 대응하는 위치에 뱅크(94)(도 13 참조)가 형성되어 있다. 단면으로 보아 서로 인접하는 뱅크(94) 사이의 영역에는, 즉, 평면 뷰에 있어서 뱅크(94)에 둘러싸인 영역에는, 제1 평탄화층(96)의 상면, 콘택트 홀(93)의 내부 및 제3 드레인 전극(56)을 덮도록 반사 전극(89)(화소 전극)이 형성되어 있다. 또한, 반사 전극(89)은 뱅크(94)의 상면에는 형성되어 있지 않아도 된다. 반사 전극(89)은 도전성의 접합층(77)을 통해 발광 소자(CHIP)의 하부 전극(88)과 전기적으로 접속되어 있다.

콘택트 홀(93)의 내부를 매립하도록, 또한 반사 전극(89) 및 발광 소자(CHIP)를 덮도록, 제2 평탄화층(95)이 형성되어 있다. 제2 평탄화층(95) 상에는, ITO라 호칭되는 투명 도전막(76)이 형성되어 있고, 투명 도전막(76)(제2 전원선(52)과 동의)에는, 발광 소자(CHIP)를 구성하는 상부 전극(87)이 접속되어 있다. 또한, 투명 도전막(76) 상에는 보조 도체(75)가 형성되어 있고, 투명 도전막(76)은 보조 도체(75)와 전기적으로 접속되어 있다. 또한, 투명 도전막(76)의 표면에는, 보조 도체(75)를 덮도록 밀봉층(109)(접착층)이 형성되어 있다. 보조 도체(75)는 평면 뷰에 있어서, 투명 도전막(76)의 저항값을 감소시키기 위한 도체이다.

뱅크(94)의 재료로서는, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 노볼락페놀 수지 등의 유기 수지를 사용할 수 있다. 뱅크(94)에는, 또한 산화실리콘, 산질화실리콘 등의 무기 재료를 적층해도 된다.

제1 평탄화층(96) 및 제2 평탄화층(95)의 재료로서는, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 벤조시클로부텐 수지, 폴리아미드 수지 등을 사용해도 된다. 저유전율 재료(low-k 재료)를 사용할 수도 있다.

또한, 시인성을 향상시키기 위해서, 제1 평탄화층(96), 제2 평탄화층(95), 밀봉층(109) 중 어느 것이, 광산란의 기능을 가져도 된다.

도 13 및 도 15에 나타내는 콘택트 홀(93)에 있어서는, 반사 전극(89)이 제3 드레인 전극(56)(제4 배선)과 접촉하고 있다. 반사 전극(89)은 상층으로서 도전성 금속 산화물층을 구비하고 있고, 제3 드레인 전극(56)과 도전성 금속 산화물층이 접촉하고 있다.

도 15에 도시한 바와 같이, 반사 전극(89)은 은 합금이 도전성 금속 산화물층으로 협지된 3층 구성을 갖는다. 반사 전극(89)의 도전성 금속 산화물층 및 제3 드레인 전극(56)의 도전성 금속 산화물층의 각각은, 도전성 금속 산화물로 형성되어 있어, 오믹 콘택트가 가능하다.

가령, 도 15에 나타내는 구성에 있어서, 콘택트 홀(93) 내에서 반사 전극(89)과 접촉하는 면이, 산화된 구리 표면이거나, 혹은 알루미늄이거나 하는 경우에서는, 오믹 콘택트를 얻는 것이 어렵다. 알루미늄은 ITO 등의 도전성 금속 산화물에 대한 물리적인 밀착성이 불충분하다. 제2 실시 형태에 따른 마이크로 LED 표시 장치(200)에서 채용되고 있는 구성은, 이렇게 오믹 콘택트가 가능한 배선 구조를 제공할 수 있다.

(발광 소자(CHIP)의 구조)

본 실시 형태에 있어서, 발광 소자(CHIP)는 표시 기능층으로서 기능하는 수직형 발광 다이오드이며, 제2 기판(202) 상에 위치하는 복수의 화소의 각각에 마련되어 있다.

발광 소자(CHIP)는, 상부 전극(87), n형 반도체층(90), 발광층(92), p형 반도체층(91) 및 하부 전극(88)이 이 순서대로 적층된 구조를 갖는다. 환언하면, 발광 소자(CHIP)는, 하부 전극(88) 상에, p형 반도체층(91), 발광층(92), n형 반도체층(90) 및 상부 전극(87)이 이 순서대로 적층된 구성을 갖는다. 도 13에 나타내는 바와 같이, LED 발광에 사용되는 전극은, 다른 면에 형성되고, 서로 대향하는 면에 형성되어 있다. 또한, 서로 평행해지도록 적층되어 있는 n형 반도체층(90) 및 p형 반도체층(91)의 각각에 대향하는 면의 외측에 상부 전극(87) 및 하부 전극(88)이 배치되어 있다. 이러한 구조를 갖는 발광 소자(CHIP)를 본 실시 형태에서는, 수직형 발광 다이오드라 호칭하고 있다. 단면으로 보아, LED 구조가 각뿔 형상 등의 이형인 경우, 본 발명의 수직형 발광 다이오드에 포함하지 않는다. LED 구조에 있어서 편측의 면에 전극이 배열되도록 형성되는 구조, 혹은 수평 방향으로 전극이 배열되도록 형성되는 구조는, 수평형 발광 다이오드라고 칭한다.

도 14에 도시한 바와 같이, 발광 소자(CHIP) 상에 있어서, 투명 도전막(76)은 상부 전극(87)과 겹쳐 있고, 전기적으로 접속되어 있다. 발광 소자(CHIP)의 코너부(74)는 제2 평탄화층(95)으로 덮여 있다. 발광 소자(CHIP) 상에는, 제2 평탄화층(95)과 상부 전극(87)이 겹치는 겹침부(71)가 형성되어 있다. 상부 전극(87)의 양단에 겹침부(71)가 형성되어 있으므로, 상부 전극(87) 상에 있어서 제2 평탄화층(95)은 오목부 형상을 갖고 있다.

도 14에 있어서는, 투명 도전막(76)의 단선의 리스크를 저감시킬 목적으로, 상부 전극(87) 상에 형성되는 제2 평탄화층(95)은 각도 θ의 테이퍼를 갖고 있다. 제2 평탄화층(95)의 테이퍼면을 따라서 투명 도전막(76)이 형성되어 있다.

구체적으로, 겹침부(71)는 코너부(74)에 있어서 투명 도전막(76)과 상부 전극(87) 사이에 위치하고 있으며, 예를 들어 5° 내지 70°의 각도 θ로 상부 전극(87)의 면에 대하여 경사져 있다. 이렇게 겹침부(71)가 경사를 가짐으로써, 투명 도전막(76)의 단선을 방지할 수 있다.

발광 소자(CHIP)의 상면(78)(표층)이, 제2 평탄화층(95)으로부터 돌출되어 제2 평탄화층(95)과 겹치지 않는 상태가 되면, 즉, 겹침부(71)가 형성되어 있지 않은 상태에서는, 투명 도전막(76)이 단선되기 쉬워져, 발광 소자(CHIP)의 점등 불량이 발생할 우려가 있다.

상기와 같은 오목부 형상을 갖는 제2 평탄화층(95)을 형성하는 방법이나, 발광 소자(CHIP)에 겹치는 겹침부(71)를 형성하는 방법으로서는, 주지된 포토리소그래피가 채용된다. 또한, 주지된 포토리소그래피 방법에 더하여, 건식 에칭 기술을 적용해도 된다.

발광 소자(CHIP)의 형상은, 예를 들어 평면 뷰에 있어서, 1변의 길이가 3㎛ 내지 500㎛인 정사각형 형상을 적용할 수 있다. 단, 정사각형이나 직사각형 이외의 형상이 적용되어도 된다. 혹은, 1변의 크기를 500㎛ 이상으로 해도 된다. 또한, 평면 뷰에 있어서, 제3 게이트 배선(69)과 제3 소스 배선(66)(도 16 참조)으로 구획되는 화소에는, 1개 혹은 2개 이상의 발광 소자를 실장할 수 있다. 발광 소자(CHIP)의 실장에서는, 예를 들어 정사각형 형상의 발광 소자(CHIP)의 방향을, 90도 단위로 랜덤하게 회전시켜 실장할 수 있다. 랜덤 실장함으로써, LED 결정 성장의 약간의 변동으로부터 발생하는 화면 전체의 색 불균일, 휘도 불균일을 경감시킬 수 있다.

하부 전극(88)의 구성 재료로서는, 은, 은 합금, 알루미늄, 알루미늄 합금을 적용할 수 있다. 또한, 하부 전극(88)의 구성으로서, 후술하는 바와 같이, 은 혹은 은 합금층이 도전성 금속 산화물층에 의해 협지된 구성이 적용되어도 된다. 하부 전극(88)의 구성의 일부에는, Ti층, Cr층, Pt층, AuGe층, Pd층, Ni층, TiW층, Mo층 등의 금속층이나, 상술한 도전성 금속 산화물층을 포함하는 다층 구성을 도입해도 된다. 또한, 평면 뷰에 있어서 하부 전극(88)의 면적 비율을 저감시킴으로써, 반투과형이나 투과형의 표시 장치를 실현할 수 있다.

상부 전극(87)은, 도전성 금속 산화물로 형성된 층을 포함하는 구성이 바람직하다. 특히, 적어도 상부 전극(87)의 표층이 도전성 금속 산화물로 형성되어 있는 것이 바람직하다. 또한, 상부 전극(87)의 표층을 구성하는 도전성 금속 산화물이, 도전성 금속 산화물로 구성된 도전층과 전기적으로 접속되어 있는 것이 바람직하다.

접합층(77)은, 예를 들어 150℃ 내지 340℃의 온도 범위 내에서, 발광 소자(CHIP)의 하부 전극(88)과 반사 전극(89)을 융착시켜, 전기적인 접속이 가능한 도전성 재료를 적용할 수 있다. 이 도전성 재료에는, 은, 카본, 그래파이트 등의 도전성 골재(conductive filler)를 열플로우성 수지에 분산해도 된다. 혹은, 접합층(77)을, In(인듐), InBi 합금, InSb 합금, InSn 합금, InAg 합금, InGa 합금, SnBi 합금, SnSb 합금 등, 혹은 이들 금속의 3원계, 4원계인 저융점 금속을 사용하여 형성할 수 있다.

이들 저융점 금속은, 상술한 도전성 금속 산화물에 대한 습윤성이 높기 때문에, 하부 전극(88)과 반사 전극(89)의 대략의 얼라인먼트를 행한 후, 하부 전극(88)과 반사 전극(89)을 자기 정합적으로 융착시킬 수 있다. 융착에 필요한 에너지로서는, 열, 가압, 전자파, 레이저광이나 이들과 초음파의 병용 등 다양한 에너지가 사용된다. 또한, 수직형 발광 다이오드는, 접합 불량이 발생한 경우, 리페어를 행하기 쉽다는 이점이 있다. 융착 시에, 하부 전극(88) 및 반사 전극(89)과, 가열 용융하는 접합층(77)의 접촉각(습윤성)을 작게 함으로써, 자기 정합(셀프 얼라인먼트)에 의해, 발광 다이오드(발광 소자(CHIP))의 위치 정렬이 가능하다. 하부에 있어서 동일한 방향으로 전극이 배열되는 수평형 발광 다이오드에서는, 개개 다이오드의 접합 검사를 하기 어려운 것과, 리페어(불량 다이오드의 교환 등) 시에, 전극이 단락되기 쉽다는 문제가 있다. 이 관점에서, 수직형 발광 다이오드가 바람직하게 사용된다. 접합층(77)은 진공 성막 등의 막 형성 후, 주지된 포토리소그래피 방법이나, 리프트 오프의 수단으로 패턴 형성할 수 있다.

(제3 박막 트랜지스터)

도 13 및 도 15는, 반사 전극(89)(화소 전극)에 접속되어 있는 제3 박막 트랜지스터(68)로서 사용되는 톱 게이트 구조를 갖는 박막 트랜지스터(TFT)의 구조의 일례를 나타내고 있다. 제3 박막 트랜지스터(68)의 구조는, 후술하는 제4 박막 트랜지스터(67)에도 적용된다.

제3 박막 트랜지스터(68)는, 제3 채널층(58) 상에, 제3 소스 전극(54) 및 제3 드레인 전극(56)이 적층된 구성을 갖는다. 구체적으로, 제3 박막 트랜지스터(68)는, 제3 채널층(58)의 일단부(도 15에 있어서의 제3 채널층(58)의 좌측 단부)에 접속된 제3 드레인 전극(56)과, 제3 채널층(58)의 타단부(도 15에 있어서의 제3 채널층(58)의 우측 단부)에 접속된 제3 소스 전극(54)과, 게이트 절연층(제3 절연층(148))을 통해 제3 채널층(58)에 대향 배치된 제3 게이트 전극(55)을 구비한다.

제3 게이트 전극(55)은 도 6에 나타내는 도전층(7)과 마찬가지의 구성을 갖는다. 즉, 제3 게이트 전극(55)은, 금속층(5)(합금층)이 도전성 산화물층(4)으로 협지된 3층 구성을 갖는다.

제3 박막 트랜지스터(68)의 구성에 있어서는, 제3 채널층(58)과 제3 소스 전극(54)이 접촉하는 계면인 중첩부(161), 및 제3 채널층(58)과 제3 드레인 전극(56)이 접촉하는 계면인 중첩부(162)가 형성되어 있다. 제3 채널층(58)과 도전성 산화물층(4)의 계면에서의 콘택트 저항은 작아, 오믹 콘택트가 얻어진다. 도전성 산화물층(4)의 도전율이 높기 때문에, 실질적으로 고이동도의 도전성 금속 산화물이 제3 채널층(58) 상에 형성되어 있다. 이 결과, 트랜지스터 특성을 향상시킬 수 있다. 도 15에서는, 도전성 산화물층(4)이 제3 채널층(58)의 고이동도의 반도체층 역할을 한다.

후술하는 바와 같이, 제3 채널층(58)은 산화물 반도체로 구성되고, 게이트 절연층인 제3 절연층(148)과 접촉해있다. 제3 박막 트랜지스터(68)는 발광 소자(CHIP)를 구동한다.

또한, 도 13이나 도 15에 도시되는 제3 채널층(58)의 중첩부(161, 162)의 단면, 제3 소스 전극(54), 제3 드레인 전극(56) 및 제3 게이트 전극(55)의 각각이 도시되어 있는 단면도에는 테이퍼면이 형성되어 있지 않다. 단선 등을 피할 목적으로, 제3 박막 트랜지스터(68)를 구성하는 전극이나 채널층에는, 테이퍼면(경사면)이 형성되어 있는 것이 바람직하다.

도 13은, 제3 박막 트랜지스터(68)를 구성하는 제3 채널층(58), 제3 소스 전극(54) 및 제3 드레인 전극(56)이 제4 절연층(47) 상에 형성되어 있는 구조를 나타내고 있지만, 본 발명은 이러한 구조를 한정하지 않는다. 제4 절연층(47)을 마련하지 않고, 제2 기판(202) 상에 제3 박막 트랜지스터(68)를 직접 형성해도 된다. 또한, 보텀 게이트 구조의 박막 트랜지스터가 적용되어도 된다.

도 13에 나타내는 제3 소스 전극(54) 및 제3 드레인 전극(56)은, 동일 공정에 있어서 동시에 형성된다. 또한, 제3 소스 전극(54) 및 제3 드레인 전극(56)은 동일한 구성을 갖는 도전층을 구비한다. 즉, 제2 실시 형태에서는, 제3 소스 전극(54) 및 제3 드레인 전극(56)의 구조로서, 모두 구리 혹은 구리 합금층을 도전성 산화물층으로 협지하는 3층 구성을 채용하였다. 또한, 제3 소스 전극(54) 및 제3 드레인 전극(56)의 구조로서, 티타늄/알루미늄 합금/티타늄, 몰리브덴/알루미늄 합금/몰리브덴 등의 3층 구조를 채용할 수 있다. 여기서, 알루미늄 합금은, 알루미늄-네오디뮴이 대표적인 합금이다.

제3 박막 트랜지스터(68)의 역치 전압(Vth)의 안정화, 혹은 안정된 노멀리 오프의 트랜지스터 특성을 얻기 위해서, 백 게이트 전극을 마련해도 된다. 백 게이트 전극은, 도 13에 나타내는 제3 게이트 전극(55)에 대향하도록 제3 채널층(58)의 반대측, 예를 들어 제4 절연층(47)과 제2 기판(202)의 계면에, 금속막을 패터닝함으로써, 백 게이트 전극을 형성할 수 있다. 백 게이트 전극을 금속막으로 형성함으로써, 제3 채널층(58)을 향하는 외부광의 입사를 방지하고, 안정된 「정(플러스)」의 Vth를 얻을 수 있다. 또한, 백 게이트 전극에는, 통상 부의 전압을 인가한다. 제3 게이트 전극(55)과 백 게이트 전극 사이에 형성되는 전계에 의해, 제3 채널층(58)을 전기적으로 둘러쌀 수 있다. 이 전계에 의해, 제3 박막 트랜지스터(68)의 드레인 전류를 크게 할 수 있어, 제3 박막 트랜지스터(68)의 오프 전류인 누설 전류를 더욱 작게 할 수 있다. 따라서, 제3 박막 트랜지스터(68)에 요구되는 드레인 전류에 대하여, 제3 박막 트랜지스터(68)의 상대적인 크기를 작게 할 수 있어, 반도체 회로로 해서의 집적도를 향상시킬 수 있다.

산화물 반도체로 형성된 채널층을 구비하는 박막 트랜지스터는 누설 전류가 매우 적기 때문에, 주사 신호나 영상 신호의 입력 후의 안정성이 높다. 폴리실리콘 반도체로 형성된 채널층을 구비하는 박막 트랜지스터는, 산화물 반도체의 트랜지스터와 비교하여 2자릿수 이상 누설 전류가 크다. 이 누설 전류가 적은 것은, 고정밀도의 터치 센싱에 기여하기 때문에 바람직하다.

산화물 반도체의 대표적인 복합 산화물인, IGZO(산화인듐과 산화아연과 산화갈륨)를 본 실시 형태에 따른 박막 트랜지스터의 채널층에 적용할 수 있다. IGZO라 칭해지는 산화물 반도체는, 스퍼터링 등의 진공 성막으로 일괄하여 형성된다. 산화물 반도체가 성막된 후에 있어서는, TFT 등의 패턴 형성 후의 열처리도 일괄하여 행해진다. 이 때문에, 채널층에 관계되는 전기적 특성(예를 들어, Vth)의 변동이 매우 적다. LED의 구동은 그 휘도의 변동을 억제하기 위해서, 박막 트랜지스터의 Vth의 변동을 작은 범위로 억제할 필요가 있다. 단, IGZO라 칭해지는 산화물 반도체는, 결정화에 의한 신뢰성을 확보하기 위해서, 400℃ 내지 700℃의 온도 범위(고온 어닐)에서 열처리를 행하는 경우가 많다. 액정 표시 장치 등의 제조 공정에서는, 이 열처리 시에 구리의 확산이 발생하여, 구리 배선의 도전율이 대폭 악화되는 경우가 많다.

350℃를 초과하는 어닐링은, 구리의 확산을 심하게 하고, 경우에 따라서 산화물 반도체의 특성을 열화시킬 가능성이 있다. 구리 배선이 Mo/Cu, Ti/Cu인 종래 구성에서는, 400℃를 초과하는 열처리에서는 구리와 티타늄 등의 상호 확산이 일어나서, 구리 배선의 전기 저항률을 악화시키는 경우가 있다.

180℃ 내지 340℃의 온도 범위에서의 저온 어닐이 가능한 산화인듐과 산화안티몬의 2종 산화물을 중심으로 하는 복합 산화물의 산화물 반도체를 적용할 수 있다. 또한, 제3 채널층(58)을 구성하는 산화물 반도체는, 산화물 반도체 중에 산화세륨을 포함시킬 수 있다. 이 때, 산소를 카운트하지 않는 원소의 합계를 100at％로 하면(금속 원소 환산), 0.2at％ 이상 10at％ 이하의 세륨의 양으로 한다. 보다 구체적으로는, 산화물 반도체는 산화인듐과, 산화안티몬과, 산화인듐 및 산화안티몬의 각각의 양보다 적은 양을 갖는 산화세륨을 포함하는 복합 산화물이며, 또한 산소를 카운트하지 않는 원소의 합계를 100at％로 하면, 인듐 및 안티몬의 각각의 양은 40at％ 이상이 된다. 예를 들어, 이 산화물 반도체에 있어서 산소를 카운트하지 않는 원소의 합계를 100at％로 하면, 인듐 및 안티몬의 각각의 양을 48at％로 하고, 세륨의 양을 4at％로 한다. 또한, 산화안티몬이나 산화세륨은 산화갈륨이나 산화인듐과는 달리, 염가로 입수할 수 있으므로 산업 가치가 높다.

산화물 반도체의 전기적 특성이나 이동도를 조정하기 위해서, 제3 채널층(58)의 두께 방향으로, 예를 들어 산화인듐 농도나 산화세륨의 농도를 바꾸어도 된다. 혹은 산화세륨의 농도가 다른 복수층을 사용하여 제3 채널층(58)을 형성해도 된다. 혹은, 소스 전극 등의 습식 에칭 가공성을 넓히기 위해서, 제3 채널층(58)의 표면층에 있어서의 조성을 산화세륨 리치로 함으로써, 제3 채널층(58)의 내산성을 높일 수 있다. 제3 채널층(58) 상에 에칭 스토퍼층을 적층해도 되지만, 산화세륨을 포함하는 복합 산화물 박막은, 180℃ 이상의 어닐링으로 내산성이 높은 막이 되기 때문에, 에칭 스토퍼층의 적극적인 삽입은 불필요하여, 에칭 스토퍼층 형성 공정을 생략할 수 있다. 이 내산성은 복합 산화물막 내의 산화세륨의 농도를 올리는 것으로도 얻어진다.

산화물 반도체층이 산화주석을 포함하는 경우도, 상기와 마찬가지이다. 주 재료로서 산화인듐을 포함하는 복합 산화물에 있어서, 산화주석의 농도를 올리는 것에 의해, 복합 산화물의 내산성이 향상된다. 산화물 반도체층이 산화세륨을 포함하는 경우와 마찬가지로, 180℃ 이상의 어닐링을 행함으로써, 내산성을 더욱 향상시킬 수 있다. 주재로서 산화인듐을 포함하는 복합 산화물에, 산화세륨과 산화주석의 양자를 첨가한 경우에도, 마찬가지로, 내산성을 향상시킬 수 있어, 에칭 스토퍼층을 불필요하게 할 수 있다.

또한, 이 어닐링 온도는 180℃ 내지 340℃의 범위이면 되고, 200℃보다 높은 온도가 보다 바람직하다. 소스 전극 등의 패턴을 형성하기 전에, 예를 들어 220℃ 전후의 프리어닐을 실시함으로써, 산화물 반도체층(복합 산화물막)의 에천트에 대한 내성을 향상시킬 수 있다. 이 프리어닐은 소스 전극을 형성하기 위한 도전층 성막 전에 실시해도 된다.

(발광 다이오드 소자의 구동)

도 16은 마이크로 LED를 구동하는 박막 트랜지스터를 구비한 대표적인 회로도이다. 제2 실시 형태에서는 발광 다이오드 소자로서, 발광 소자(CHIP)를 예시하고 있다. 복수의 화소(PX)는 매트릭스 형상으로 배치되어 있다. 이하, 화소(PX)를 화소 개구부(PX)라 기재하는 경우가 있다.

또한, 도 16에 나타내는 회로도는, 후술하는 제3 실시 형태에 따른 유기 EL 표시 장치(300)에도 적용 가능하다. 이 경우, 발광 다이오드 소자로서 유기 EL층이 사용된다.

도 16에 있어서는, 복수의 화소(PX)가 모식적으로 도시되어 있으며, 각 화소(PX)는 영상의 신호선인 소스 배선(66)(제3 소스 배선)과, 주사선인 게이트 배선(69)(제3 게이트 배선)으로 구획된 화소 개구부(PX)이다.

제3 박막 트랜지스터(68)는 제3 소스 전극(54)을 통해 제1 전원선(51)과 접속되어 있다. 제1 전원선(51)은 발광 소자(86)(발광 소자(CHIP))에 전력을 공급하는 전원선이다. 제2 전원선(52)은 투명 도전막(76) 및 보조 도체(75)를 통해, 발광 소자(86)를 구성하는 상부 전극(87)과 접속되어 있다. 제2 전원선(52)은 정전위로 유지되어 있으며, 예를 들어 그라운드(하우징 등)에 접지해도 된다. 보조 도체(75)는 도전성 양호한 금속 배선을 사용할 수 있고, 화소 개구부(화소(PX))를 피한 위치에 형성할 수 있다. 도 13에 나타내는 보조 도체(75)는 도전성 금속 산화물과 구리 합금과 도전성 금속 산화물의 적층 구성으로 하고 있다. 보조 도체(75)의 구성의 일부에 열전도성이 높은 구리나 구리 합금을 사용함으로써, 발광 다이오드 소자의 열방산을 도와, 안정된 발광을 얻을 수 있다.

도 16에 나타내는 바와 같이, 소스 배선(66)과 게이트 배선(69)으로 구획되는 화소(PX)(화소 개구부) 내에는, 제3 박막 트랜지스터(68), 제4 박막 트랜지스터(67), 발광 소자(86), 용량 소자(79) 등이 배치되어 있다.

제4 박막 트랜지스터(67)는 소스 배선(66)과 게이트 배선(69)에 전기적으로 연계되어 있다. 제3 박막 트랜지스터(68)는 제4 박막 트랜지스터(67) 및 제1 전원선(51)과 전기적으로 연계되어 있다. 제3 박막 트랜지스터(68)는 제4 박막 트랜지스터(67)로부터의 신호를 받아 수직형 발광 다이오드인 발광 소자(86)를 구동한다. 제3 박막 트랜지스터(68)의 제3 게이트 전극(55)은 용량 소자(79)를 통해, 제1 전원선(51)과 접속되어 있다. 제3 박막 트랜지스터(68) 및 제4 박막 트랜지스터(67)는 박막 트랜지스터 어레이를 구성한다.

도 16은, 제1 전원선(51)을 포함하고, 제2 기판(202)의 표면(43)에 배치되는 주된 전기적 요소를 나타낸다. 매트릭스형으로 배열된 복수의 화소(PX)는, 표시 장치의 유효 표시 영역을 형성하고 있다. 도 16에 나타나고 있는 박막 트랜지스터(67, 68) 외에도, 또한 용량의 리셋 처리를 행하는 박막 트랜지스터 등을, 별도로 스위칭 소자로서 마련해도 된다. 이 경우, 리셋 처리를 행하는 스위칭 소자는, 제2 기판(202)의 표면(43) 상에 형성된 리셋 신호선에 접속된다.

게이트 배선(69)은 시프트 레지스터를 포함하는 주사 구동 회로(82)(게이트 신호 스위치 회로)에 접속되어 있다. 소스 배선(66)은 시프트 레지스터, 비디오 라인, 아날로그 스위치를 포함하는 소스 신호 회로(81)(소스 신호 스위칭 회로)에 접속되어 있다. 소스 신호 회로(81) 및 주사 구동 회로(82)는, 표시 제어부로부터의 신호를 받아 표시 기능층인 발광 소자(86)를 제어한다.

본 실시 형태에서는, 제1 전원선(51) 및 소스 배선(66)은 Y 방향(제2 방향)으로 연장되어 있다. 게이트 배선(69)은 X 방향(제1 방향)으로 연장되어 있다.

또한, 본 실시 형태에 있어서는, 소스 배선(66), 게이트 배선(69), 제1 전원선(51) 및 제2 전원선(52)의 위치 관계를 한정하지 않는다.

하나의 화소(PX) 내에 있어서의 박막 트랜지스터 개수, 혹은 보조 도체(75)의 방향에 의해, 투명 도전막(76)의 패턴의 방향을 바꿀 수도 있다.

복수의 화소(PX)의 각각에 있어서는, 게이트 배선(69)으로부터의 게이트 신호 및 소스 배선(66)으로부터의 영상 신호를 받아 제4 박막 트랜지스터(67)가 온이 되면, 스위칭 트랜지스터로서 기능하는 제4 박막 트랜지스터(67)로부터의 신호(드레인 전극으로부터의 출력)는 제3 게이트 전극(55)으로 출력된다. 즉, 화소(PX)에 전력을 공급하는 제3 박막 트랜지스터(68)의 제3 게이트 전극(55)에 온의 신호가 입력된다. 구동 트랜지스터로서 기능하는 제3 박막 트랜지스터(68)는, 제3 게이트 전극(55)로부터의 신호를 받아, 제1 전원선(51)으로부터 발광 소자(86)에 전원 공급한다. 이 때, 제3 박막 트랜지스터(68)의 제3 채널층(58)을 통해, 제1 전원선(51)으로부터 발광 소자(86)에 전류가 공급되고, 그 전류량에 따라서 화소(PX)(발광 소자(86))가 발광한다.

(제3 실시 형태)

(유기 EL 표시 장치)

도 17은 본 발명의 제3 실시 형태에 따른 표시 장치를 나타내는 도면이며, 제3 블랙 매트릭스 기판(303)이 적용된 유기 EL 표시 장치(300)를 부분적으로 나타내는 단면도이다.

도 18은 제3 실시 형태에 따른 유기 EL 표시 장치(300)에 있어서, 유기 EL층을 탑재한 제3 어레이 기판(301)의 부분 단면도이다.

유기 EL 표시 장치(300)는, 제3 블랙 매트릭스 기판(303)과 유기 EL층(80)을 구비한 제3 어레이 기판(301)을 마주보도록 접합하고 있다. 제3 블랙 매트릭스 기판(303)은 적색 화소 R, 녹색 화소 G 및 청색 화소 B를 포함하는 컬러 필터를 구비하고 있다. 적색 화소 R, 녹색 화소 G 및 청색 화소 B는 광흡수층(8)의 개구부에 마련되어 있다.

제3 블랙 매트릭스 기판(303)의 다른 구성은, 제1 실시 형태에 있어서 설명한 블랙 매트릭스 기판(100)과 동일하다. 발광층(92)을 포함하는 유기 EL층(80)에 대하여는, 후에 상세하게 설명한다.

이어서, 유기 EL 표시 장치(300)의 구조에 대하여 설명한다.

제3 어레이 기판(301)의 제3 기판(302)로서는, 투명 기판에 한정할 필요는 없고, 예를 들어 적용 가능한 기판으로서, 유리 기판, 세라믹 기판, 석영 기판, 사파이어 기판, 실리콘, 탄화실리콘이나 실리콘 게르마늄 등의 반도체 기판, 혹은 플라스틱 기판 등을 들 수 있다.

제3 어레이 기판(301)의 제3 기판(302)에는, 제4 절연층(47)이 형성되어 있다. 제4 절연층(47) 상에는, 제5 박막 트랜지스터(70), 제4 절연층(47) 및 제5 박막 트랜지스터(70)를 덮도록 형성된 제5 절연층(248), 제5 박막 트랜지스터(70)의 제3 채널층(58)에 대향하도록 제5 절연층(248) 상에 형성된 제5 게이트 전극(155), 제5 절연층(248) 및 제5 게이트 전극(155)을 덮도록 형성된 제6 절연층(49), 및 제6 절연층(49) 상에 형성된 제1 평탄화층(96)이, 순서대로 적층되어 있다.

제1 평탄화층(96), 제6 절연층(49) 및 제5 절연층(248)에는, 제5 박막 트랜지스터(70)의 제5 드레인 전극(156)에 대응하는 위치에 콘택트 홀(93)이 형성되어 있다. 또한, 제1 평탄화층(96) 상에는, 제3 채널층(58)에 대응하는 위치에 뱅크(94)가 형성되어 있다. 단면으로 보아 서로 인접하는 뱅크(94) 사이의 영역에 있어서는, 즉, 평면 뷰에 있어서 뱅크(94)에 둘러싸인 영역에 있어서는, 제1 평탄화층(96)의 상면, 콘택트 홀(93)의 내부 및 제5 드레인 전극(156)을 덮도록 하부 전극(189)(화소 전극)이 형성되어 있다. 또한, 하부 전극(189)은 뱅크(94)의 상면에는 형성되어 있지 않아도 된다.

또한, 하부 전극(189), 뱅크(94) 및 제1 평탄화층(96)을 덮도록 홀 주입층(191)이 형성되어 있다. 홀 주입층(191) 상에는, 순서대로 발광층(92), 상부 전극(87) 및 밀봉층(195)이 적층되어 있다.

하부 전극(189)은 후술하는 바와 같이, 은 혹은 은 합금층이 도전성 산화물층에 의해 협지된 구성을 갖는다.

상부 전극(87)은, 예를 들어 막 두께 11nm의 은 합금층이 막 두께 40nm의 복합 산화물로 협지된 투명 도전막이다. 하부 전극(88)은, 막 두께 250nm의 은 합금층이 막 두께 30nm의 복합 산화물로 협지된 구성을 갖는다. 또한, 상기 복합 산화물층을 도전성 금속 산화물층에 적용하고, 은 합금층의 막 두께를, 예를 들어 9nm로부터 15nm의 범위로 설정하고, 도전성 금속 산화물층에 의해 은 합금층이 협지된 3층 적층 구조를 사용하는 것이 바람직하다. 이 경우, 높은 투과율의 투명 도전막을 실현할 수 있다.

또한, 상기 복합 산화물층을 도전성 금속 산화물층에 적용하고, 은 합금층의 막 두께를, 예를 들어 100nm 내지 250nm의 범위 내, 혹은 300nm 이상의 막 두께로 설정하고, 도전성 금속 산화물층에 의해 은 합금층이 협지된 3층 적층 구조를 채용해도 된다. 이 경우, 가시광에 대하여 높은 반사율을 갖는 반사 전극을 실현할 수 있다.

뱅크(94)의 재료로서는, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 노볼락페놀 수지 등의 유기 수지를 사용할 수 있다. 뱅크(94)에는, 또한 산화실리콘, 산질화실리콘 등의 무기 재료를 적층해도 된다.

제1 평탄화층(96)의 재료로서는, 아크릴 수지, 폴리이미드 수지, 벤조시클로부텐 수지, 폴리아미드 수지 등을 사용해도 된다. 저유전율 재료(low-k 재료)를 사용할 수도 있다.

또한, 시인성을 향상시키기 위해서, 제1 평탄화층(96), 밀봉층(109) 혹은 제3 기판(302) 중 어느 것이, 광 산란의 기능을 가져도 된다. 혹은, 제3 기판(302)의 상방에 광산란층을 형성해도 된다.

제5 박막 트랜지스터의 구조는, 제2 실시 형태와 마찬가지이기 때문에, 설명을 생략한다.

(제4 실시 형태)

(액정 표시 장치)

도 19는 본 발명의 제4 실시 형태에 따른 표시 장치를 나타내는 도면이며, 제4 블랙 매트릭스 기판(403)이 적용된 액정 표시 장치(400)를 부분적으로 나타내는 단면도이다.

도 20은, 제4 실시 형태에 따른 표시 장치에 적용되는 액정층을 구동하는 박막 트랜지스터를 구비한 대표적인 회로도이다.

도 21은 종래의 수평 배향 액정(FFS 모드)을 채용한 액정 표시 장치를 부분적으로 나타내는 단면도이며, 화소 전극과 공통 전극 사이에 액정 구동 전압을 인가하였을 때의, 등전위선의 상황을 설명하는 단면도이다.

도 22는 종래의 수평 배향 액정(FFS 모드)을 채용한 액정 표시 장치를 부분적으로 나타내는 단면도이며, 대향하는 기판의 투명 수지층 상에 투명 전극이 배치되었을 경우의 등전위선의 상황을 설명하는 단면도이다.

액정 표시 장치(400)는 액정층(60)을 통해, 제4 블랙 매트릭스 기판(403)의 센서 유닛(SU)이 형성되어 있는 제2면(2)과, 제4 어레이 기판(401)이 접합된 구성을 갖는다.

도 19에 있어서, 편광판을 포함하는 광학 필름, 배향막, 백라이트 유닛 등의 도시는 생략하고 있다. 또한, 통상의 액정 표시 장치에서는, 박막 트랜지스터 등의 능동 소자는 주지되어 있으므로, 박막 트랜지스터의 도시도 생략하고 있다.

제4 블랙 매트릭스 기판(403)은 제3 실시 형태의 제3 블랙 매트릭스 기판(303)과 마찬가지의 구성을 갖는다. 광흡수층(8)의 개구부 각각에는, 적색 화소 R, 녹색 화소 G 및 청색 화소 B의 컬러 필터가 배치되어 있다.

본 실시 형태에 있어서 액정층(60)은, FFS 방식이라 호칭되는 수평 배향 액정이 사용되고 있지만, 본 실시 형태는 수평 배향이나 FFS 구동에 한정되지 않는다. 수직 배향의 액정을 채용하여, 이 액정을 종전계(액정층의 두께 방향으로 걸리는 구동 전압)로 구동해도 된다.

액정층(60)을 구동하는 화소 전극 및 공통 전극은, 모두 투명 도전막을 전극 형상으로 패터닝함으로써 형성되어 있다.

도 20에 나타내는 바와 같이, 능동 소자는 제6 박막 트랜지스터(171)로서 적색 화소 R, 녹색 화소 G 및 청색 화소 B의 각각에 1개 배치되어 있다. 액정은 도 20에 있어서 용량(63)으로서 기재된다. 제6 박막 트랜지스터(171)는 주사 신호 회로(72)로부터 연선되는 게이트 배선(164), 영상 신호 회로(73)로부터 연선되는 소스 배선(165)으로 구동된다.

그런데, 상술한 특허문헌 2나 특허문헌 3은, 투명 도전성 산화물 혹은 투광성을 갖는 도전막(이하, 투명 전극이라 호칭함)을 터치 센서로서 사용하는 액정 표시 장치를 개시하고 있다. 특허문헌 2나 특허문헌 3에서 나타나는 터치 센서에 있어서는, 터치 센서와 마주보도록 배치된 어레이 기판에 의해, 액정층이 구동한다. 바꾸어 말하면, 터치 센서에 사용하는 투명 전극은, 액정층과 대략 접하는 구조가 된다.

근년 액정 방식으로서는, 시야각, 콘트라스트, 응답성의 관점에서, FFS(혹은 IPS)라 호칭되는 수평 배향의 액정 방식이 주로 채용되고 있다.

일반적인 구성으로서, 도 21에 나타내는 바와 같은 FFS 방식의 액정 표시 장치(700)가 알려져 있다. 액정 표시 장치(700)는, 어레이 기판(605)과 컬러 필터 기판(500)에 의해 액정층(607)이 협지된 구조를 갖는다.

어레이 기판(605)은, 기판(606) 상에 형성된 절연층(604), 절연층(604) 상에 형성된 공통 전극(602), 공통 전극(602) 상에 형성된 절연층(603) 및 절연층(603) 상에 형성된 화소 전극(601)을 구비한다.

어레이 기판(605)과 대향하는 컬러 필터 기판(500)에 있어서는, 투명 기판(501) 상에, 전기가 흐르지 않는 재료(부도체)로 형성된 컬러 필터(CF)나 투명 수지층(614) 등이 적층되어 있다. 또한, 도 21에 나타내는 예에서는, 배향막의 도시는 생략되어 있다.

액정 표시 장치(700)의 어레이 기판(605)에 있어서는, 화소 전극(601)과 공통 전극(602) 사이에 인가되는 전압에 의해 액정층(607)은 구동된다. 이 때, 도 21에 나타내는 바와 같이, 화소 전극(601)으로부터 발생하는 전계를 나타내는 등전위선(609)은, 액정층(607)을 관통하도록, 화소 전극(601)으로부터 컬러 필터(CF)를 향하여 연장하고, 액정층(607)의 수평 배향의 액정은, 등전위선(609)을 중심으로 수평으로 회전하고, 액정 표시 장치(700)는 표준적인 표시를 행한다.

한편, 도 22에 나타내는 바와 같이, FFS 방식의 액정 표시 장치로서, 투명 수지층(614)을 덮도록 투명 전극(612)을 갖는 컬러 필터 기판(500)을 구비한 액정 표시 장치(800)도 알려져 있다. 투명 전극(612)은 터치 센싱의 구동 전극이나 검출 전극으로서 사용된다.

액정 표시 장치(800)에 있어서는, 투명 전극(612)과 화소 전극(601) 사이에 액정층(607)이 배치되어 있다. 또한, 투명 전극(612)이 컬러 필터 기판(500)에 형성되어 있는 점에서, 액정 표시 장치(800)는 액정 표시 장치(700)와는 다르다. 액정 표시 장치(800)가 구비하는 기타 구성은, 액정 표시 장치(700)와 동일하다.

도 22에 나타내는 바와 같이 투명 전극(612)이 컬러 필터 기판(500)에 형성되어 있는 구성에서는, FFS 방식의 액정 구동에 지장이 발생한다. 컬러 필터 기판(500)을 향해 화소 전극(601)으로부터 연장하는 등전위선(610)은, 도전막인 투명 전극(612)을 통과할 수 없다. 이 때문에, 도 22에 나타낸 바와 같이, 등전위선(610)의 형상은, 컬러 필터 기판(500)과 어레이 기판(605) 사이에 등전위선(610)이 갇히도록 변형된 형상이 된다. 이러한 형상을 갖는 등전위선(610)에 있어서는, 도 21에서 설명한 바와 같은, 등전위선(609)을 중심으로 수평으로 회전하는 표준적인 액정 회전을 할 수 없어, 액정 표시 장치로서 충분한 투과율을 확보할 수 없다.

덧붙여, 컬러 필터 기판(500)의 표시면에 손가락 등의 전하를 갖는 포인터가 접촉하면, 수평 배향의 액정 분자는, 포인터를 향하도록 상승되어버리는 경우가 있다. 액정 분자는 분자의 장축 방향(상승되는 방향)과 단축 방향에서 유전율이 다르고, 표시 화소의 용량이 변화하게 된다. 따라서, 표시 화소를 포함하는 크기를 갖는 투명 전극을 터치 센싱의 용량 소자(구동 전극이나 검출 전극)로서 사용하는 경우에, 이 표시 화소의 용량 변동이 터치의 용량 변동(노이즈)으로 된다.

상술한 특허문헌 2나 특허문헌 3에 개시된 기술은 이러한 노이즈 발생의 리스크를 수반한다. 따라서, 특허문헌 2나 특허문헌 3에서 나타나는 터치 센서는, FFS 방식의 액정 표시 장치에 적용하기 위해서는 상기의 문제가 있다.

이에 비해, 제4 실시 형태에 따른 제4 블랙 매트릭스 기판(403)에 있어서는, 화소의 크기에 상당하는 투명 전극이 개구부(9)에 마련되어 있지 않은 구조가 가능하다. 이 때문에, 상술한 바와 같이 액정 분자가 투명 전극을 향해 상승되는 일이 없다. 또한, 특허문헌 2나 특허문헌 3에 있어서 문제가 될 수 있는 표시 화소의 용량 변동도 발생하지 않는다. 제4 실시 형태에 따른 제4 블랙 매트릭스 기판(403)은, FFS 방식의 액정 표시 장치뿐만 아니라, 다른 표시 장치에도 적용 가능하다. 또한, 상술한 실시 형태에 있어서도, 터치의 용량 소자로서 투명 전극을 사용하고 있지 않다.

제4 실시 형태에서는, 적색 화소 R, 녹색 화소 G 및 청색 화소 B의 각각의 컬러 필터의 액정층(60)에 접하는 면에는, 투명 전극 등의 도전성의 부재(도체)가 존재하지 않으므로, FFS 방식으로 구동되는 액정층(60)의 투과율에 큰 악영향 없이, 높은 투과율의 액정 표시가 가능해진다.

상술한 실시 형태에 따른 블랙 매트릭스 기판, 혹은 이 블랙 매트릭스 기판을 구비한 표시 장치는, 각종 응용이 가능하다. 상술한 실시 형태에 따른 표시 장치가 적용 가능한 전자 기기로서는, 휴대 전화, 휴대형 게임 기기, 휴대 정보 단말기, 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, 광통신 기기, IC 카드 등의 전자 디바이스 등을 들 수 있다. 상기 각 실시 형태는 자유롭게 조합하여 사용할 수 있다.

본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하고, 상기에서 설명했지만, 이들은 본 발명의 예시적인 것이며, 한정하는 것으로서 고려되어서는 안되는 것을 이해해야 한다. 추가, 생략, 치환 및 기타 변경은 본 발명의 범위로부터 일탈하지 않고 행할 수 있다. 따라서, 본 발명은 전술한 설명에 의해 한정된다고 간주되어서는 안되고, 청구범위에 의해 규정되고 있다.

1: 제1면, 2: 제2면, 3: 흑색 유전체층, 4: 도전성 산화물층, 5: 금속층, 6: 저농도 카본층, 7: 도전층, 8: 광흡수층, 9: 개구부(제1 개구부), 10: 제1 도전 패턴, 11: 제1 게이트 전극, 12, 12': 캐패시터 패턴, 13: 주사선, 15: 리셋선, 16: 제1 채널층, 17: 제1 절연층, 19: 구획 영역, 20: 제2 도전 패턴, 21: 출력선, 22: 제1 소스 전극, 23: 제1 드레인 전극, 24A: 제2 채널층, 24B: 게이트 절연층, 25: 제2 소스 전극, 26: 제2 드레인 전극, 27: 제2 게이트 전극, 28: 소스 연선, 29, 93: 콘택트 홀, 31: 제1 박막 트랜지스터, 32: 리셋 트랜지스터, 33: 입사광, 34: 반사광, 37: 제1 투명 수지층, 38: 제2 투명 수지층, 43: 표면, 45: 센서 회로, 47: 제4 절연층, 48: 제2 절연층, 49: 제6 절연층, 51: 제1 전원선, 52: 제2 전원선, 54: 제3 소스 전극, 55: 제3 게이트 전극, 56: 제3 드레인 전극, 58: 제3 채널층, 60, 607: 액정층, 62, 606: 기판, 63: 용량, 65, 603, 604: 절연층, 66, 165: 소스 배선(제3 소스 배선), 67: 제4 박막 트랜지스터(박막 트랜지스터), 68: 제3 박막 트랜지스터(박막 트랜지스터), 69, 164: 게이트 배선(제3 게이트 배선), 70: 제5 박막 트랜지스터, 71: 겹침부, 72: 주사 신호 회로, 73: 영상 신호 회로, 74: 코너부, 75: 보조 도체, 76: 투명 도전막, 77: 접합층, 78: 상면, 79: 용량 소자, 80: 유기 EL층, 81: 소스 신호 회로, 82: 주사 구동 회로, 86: CHIP 발광 소자, 87: 상부 전극, 88, 189: 하부 전극, 89: 반사 전극, 90: n형 반도체층, 91: p형 반도체층, 92: 발광층, 94: 뱅크, 95: 제2 평탄화층, 96: 제1 평탄화층, 100: 블랙 매트릭스 기판, 102, 501: 투명 기판, 108: 접착층, 109, 195: 밀봉층, 148: 제3 절연층, 155: 제5 게이트 전극, 156: 제5 드레인 전극, 161, 162: 중첩부, 171: 제6 박막 트랜지스터, 191: 홀 주입층, 200: 마이크로 LED 표시 장치, 201: 제2 어레이 기판, 202: 제2 기판, 248: 제5 절연층, 300: 유기 EL 표시 장치, 301: 제3 어레이 기판, 302: 제3 기판, 303: 제3 블랙 매트릭스 기판, 400, 700, 800: 액정 표시 장치, 401: 제4 어레이 기판, 403: 제4 블랙 매트릭스 기판, 500: 컬러 필터 기판, 601: 화소 전극, 602: 공통 전극, 605: 어레이 기판, 609, 610: 등전위선, 612: 투명 전극, 614: 투명 수지층, B: 청색 화소, B1, B2, B3: 도전선, CF: 컬러 필터, F: 손가락, G: 녹색 화소, OP: 개구부(제2 개구부), PX: 화소(화소 개구부), R: 적색 화소, SU, SU1, SU2: 센서 유닛.

Claims (12)

1. 제1면과 제2면을 갖는 투명 기판과,
   상기 제2면 상에 마련된 흑색 유전체층과,
   상기 흑색 유전체층 상에 마련된 제1 절연층과,
   상기 제1 절연층 상에 마련되고, 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물층으로 협지된 구성을 갖는 제1 도전 패턴을 포함하는 제1 도전층과,
   상기 제1 도전 패턴 상에 마련된 제2 절연층과,
   상기 제2 절연층 상에 마련된 산화물 반도체층과,
   상기 산화물 반도체층 및 상기 제2 절연층 상에 마련되고, 금속층 혹은 합금층이 도전성 산화물층으로 협지된 구성을 갖는 제2 도전 패턴을 포함하는 제2 도전층과,
   상기 제2 도전 패턴 상에 마련된 투명 수지층과,
   상기 투명 수지층 상에 마련된 광흡수층과,
   제1 게이트 전극, 제1 소스 전극, 제1 드레인 전극, 제1 채널층, 및 게이트 절연층을 갖는 제1 박막 트랜지스터
   를 구비하고,
   상기 흑색 유전체층은 카본을 포함하며, 또한 상기 제1면으로부터 본 평면 뷰에 있어서 상기 제1 도전 패턴 및 상기 제2 도전 패턴을 덮는 구성을 갖고,
   상기 광흡수층은 카본을 포함하며, 또한 상기 제2면으로부터 본 평면 뷰에 있어서 상기 제1 도전 패턴 및 상기 제2 도전 패턴을 덮는 구성을 갖고,
   상기 제1 도전 패턴의 일부는 상기 제1 게이트 전극을 구성하고,
   상기 제2 도전 패턴의 일부는 상기 제1 소스 전극 및 상기 제1 드레인 전극을 구성하고,
   상기 산화물 반도체층의 일부는 상기 제1 채널층을 구성하고,
   상기 제1 도전 패턴의 일부는 상기 제1 박막 트랜지스터를 구동하는 주사선을 구성하고,
   상기 제2 도전 패턴의 일부는 상기 제1 박막 트랜지스터의 출력선을 구성하고,
   상기 제1 도전 패턴의 일부는 상기 제1 게이트 전극에 접속된 캐패시터 패턴을 구성하고,
   상기 캐패시터 패턴은 평면 뷰에 있어서 1개 이상의 제1 개구부를 구비하고,
   상기 제2 절연층의 일부는 상기 게이트 절연층을 구성하는,
   블랙 매트릭스 기판.
2. 제1항에 있어서, 상기 제1 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 제2 게이트 전극, 제2 소스 전극, 상기 제2 게이트 전극과 전기적으로 연결되는 제2 드레인 전극, 제2 채널층 및 게이트 절연층을 갖는 제2 박막 트랜지스터를 구비하고,
   상기 제1 도전 패턴의 일부는 상기 제2 게이트 전극을 구성하고,
   상기 제2 도전 패턴의 일부는 상기 제2 소스 전극 및 상기 제2 드레인 전극을 구성하고,
   상기 산화물 반도체층의 일부는 상기 제2 채널층을 구성하고,
   상기 제2 절연층의 일부는 상기 제2 박막 트랜지스터의 상기 게이트 절연층을 구성하는,
   블랙 매트릭스 기판.
3. 제1항에 있어서, 평면 뷰에 있어서, 상기 주사선은 제1 방향에 평행하게 연선하고, 상기 출력선은 상기 제1 방향과 직교하는 제2 방향에 평행하게 연선하고,
   상기 캐패시터 패턴은 상기 주사선과 상기 출력선으로 구획되는 영역 내에 배치되는,
   블랙 매트릭스 기판.
4. 제1항에 있어서, 상기 제1 개구부는 직사각형 혹은 평행사변형의 형상을 갖는 개구부이며,
   상기 흑색 유전체층 및 상기 광흡수층의 각각은, 상기 제1 개구부와 상사(相似)인 직사각형 혹은 평행사변형인 제2 개구부를 갖고,
   상기 제2 개구부의 중심 위치는 상기 제1 개구부의 중심 위치와 겹치는,
   블랙 매트릭스 기판.
5. 제1항에 있어서, 상기 흑색 유전체층은 카본과, 적어도 금속 산화물로 구성된 유전체의 미립자를 포함하는 수지 분산체인,
   블랙 매트릭스 기판.
6. 제5항에 있어서, 상기 금속 산화물로 구성된 유전체는 포르스테라이트, 산화알루미늄 및 산화티타늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 상유전체의 미립자를 적어도 포함하는,
   블랙 매트릭스 기판.
7. 제1항에 있어서, 상기 흑색 유전체층은
   카본과,
   적어도 산화티타늄, 질화티타늄 및 산질화 티타늄으로 이루어지는 군에서 선택되는 1 이상의 미립자
   를 포함하는,
   블랙 매트릭스 기판.
8. 제1항에 있어서, 상기 흑색 유전체층은 카본 농도가 다른 2층의 수지 분산체로 구성되고,
   상기 2층의 수지 분산체 중 적어도 어느 한쪽의 수지 분산체는, 금속 산화물로 구성된 유전체를 포함하는,
   블랙 매트릭스 기판.
9. 제1항에 있어서, 상기 도전성 산화물층은 산화인듐을 포함하는,
   블랙 매트릭스 기판.
10. 제1항 또는 제2항에 있어서, 상기 산화물 반도체층은
    산화인듐과,
    산화안티몬 및 산화비스무트 중 적어도 어느 하나
    를 포함하는,
    블랙 매트릭스 기판.
11. 제10항에 있어서, 상기 산화물 반도체층은
    산화세륨 및 산화주석 중 적어도 어느 하나를 포함하는,
    블랙 매트릭스 기판.
12. 제1항 또는 제2항에 기재된 블랙 매트릭스 기판과,
    박막 트랜지스터 어레이가 배치된 기판면을 갖는 어레이 기판과,
    표시 기능층
    을 구비하고,
    상기 표시 기능층을 통해, 상기 블랙 매트릭스 기판의 제2면과 상기 어레이 기판의 상기 기판면이 서로 마주보도록 접합하여 이루어지는 표시 장치.

Images