TWI685781B - 顯示裝置及顯示裝置基板 - Google Patents

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TWI685781B
TWI685781B TW105130282A TW105130282A TWI685781B TW I685781 B TWI685781 B TW I685781B TW 105130282 A TW105130282 A TW 105130282A TW 105130282 A TW105130282 A TW 105130282A TW I685781 B TWI685781 B TW I685781B
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日商凸版印刷股份有限公司
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Abstract

本發明的顯示裝置包含:顯示功能層;陣列基板,驅動前述顯示功能層;顯示裝置基板,具備:透明基板,具有與前述陣列基板對向的第1面和與前述第1面為相反側的第2面;第1感測圖案,具有在從前述第2面朝向前述第1面的觀察方向上依序積層了第1黑色層和第1導電層的結構,且包含在前述第2面上以在第1方向上排列的方式相互平行地延伸的複數條第1觸控感測配線;第2感測圖案,具有在前述觀察方向上依序積層了第2黑色層和第2導電層的結構,且包含位於前述複數條第1觸控感測配線與前述陣列基板之間,同時以在俯視下在與前述第1方向正交的第2方向上排列的方式相互平行地延伸的複數條第2觸控感測配線;第1遮光導電圖案,用與前述第1觸控感測配線相同的材料所形成,且在剖視下設置在與前述第1觸控感測配線相同的位置,且位於前述第1感測圖案的外側;第2遮光導電圖案,用與前述第2觸控感測配線相同的材料所形成,且在剖視下設置在與前述第2觸控感測配線相同的位置,且位於前述第2感測圖案的外側;顯示部,與前述 顯示功能層對向;及遮光性的邊框部,圍繞前述顯示部,同時利用前述第1感測圖案的一部分、前述第1遮光導電圖案、及前述第2遮光導電圖案所構成;及控制部,偵測第1觸控感測配線與第2觸控感測配線之間的靜電電容變化以進行觸控感測。

Description

顯示裝置及顯示裝置基板
本發明涉及能夠減輕靜電等的外部雜訊或來自驅動液晶層等的顯示功能層的控制系統等產生的內部雜訊的顯示裝置及顯示裝置基板,特別是,涉及具備觸控感測功能的顯示裝置、和該顯示裝置中所使用的顯示裝置基板。
近年來,液晶顯示裝置,或者是發光元件被排列成矩陣狀的顯示裝置(有機電致發光顯示裝置、LED矩陣顯示裝置)的解析度提升,並趨向薄型化。此外,市面上販售具備具有5吋、8吋這種畫面尺寸且可以實現高畫質的顯示裝置的可攜式機器,例如,智慧型手機、平板電腦。特別是,有機電致發光顯示裝置(以下,稱為有機EL)能對這樣的可攜式機器的薄型化作出貢獻。
在有機EL顯示裝置中,有使用具備白色有機EL的有機EL基板、和具備實現彩色顯示的彩色濾光片且與有機EL基板對向配置的對向基板的情形。為了得到更高畫質,例如,也正進行將紅色發光LED晶片、綠色發光LED晶片、及藍色發光LED晶片載置於小的發光單元,將複數個發光單元在陣列基板上排列成矩陣狀的LED矩陣顯示裝置的開發。作為LED,已知有發光效率 高的藍色發光二極體,而有使用在藍色LED晶片上配置綠色螢光體及紅色螢光體的白色LED的情形。
顯示裝置的顯示功能層包含液晶層、有機EL層(Organic Electroluminescence)、源自LED晶片(Light Emitting Diode)的LED矩陣層,還包含用電性要素和機械要素所構成的EMS(Electro Mechanical System),或者是MEMS(Micro-Electro-Mechanical System)。MEMS包含致動器、變換器(transducer)、感測器、微鏡(micro-mirror)、MEMS開關、及光學薄膜等光學零件、以及光干涉調變器(IMOD:Interferometric Modulation)。
在這樣的顯示裝置中,具備可以利用手指等指示器(pointer)輸入的觸控感測功能的顯示裝置逐漸普及。
除此之外,為了加大可攜式機器的顯示畫面,展開了將位於有效顯示區域(顯示畫面)的周圍的邊框部寬度縮小的”窄邊框技術”的開發。在此邊框部中,一般而言,形成有利用多晶矽TFT、氧化物半導體TFT(薄膜電晶體,以下稱為主動元件)所形成的周邊電路。
然而,在顯示裝置中,上述的窄邊框化、附加觸控感測功能等,導致電性雜訊產生源增加,產生各種問題。例如,手、人體的靜電係容易對具備觸控感測功能的顯示裝置造成不良影響。有因手、手指碰到顯示裝置而引起觸控感測誤動作的情形。除此之外,有人體中所累積的靜電傳導至與顯示有關的控制系統的配 線、位於邊框部的驅動IC(Integrated Circuit),造成顯示裝置的顯示不良的情況。
在專利文獻1中,公開了下述結構:用透明導電材料所形成的導電膜具備遮蔽(shield)功能,還具有地線(ground)電位(被接地)。另外,藉由併用第2導電膜,也實現了耐腐蝕性。然而,由於透明導電材料的電阻值高,因此容易形成源自靜電的電容,電荷容易傳導至驅動液晶的配線(特別是共同配線)、觸控面板中所設置的觸控感測配線。此外,由於透明導電材料的電阻值高,因此就其電阻值而言,不足以遮蔽高頻率的雜訊。
專利文獻2提出下述結構:具備設置在第1基板的第1觸控驅動電極、和設置在第2基板的第2觸控驅動電極及觸控檢測電極。作為雜訊減低技術,如專利文獻2的第8圖所示,將第2觸控驅動電極52配置成遠離雜訊產生源的周邊電路80。然而,僅增加周邊電路80到第2觸控驅動電極52的距離,就雜訊對策而言,不能說是足夠的。例如,在專利文獻2中,並未考慮從手指、人體等產生的靜電等的外部雜訊的影響。除此之外,就車載用顯示裝置等之要求高可靠性的顯示裝置而言,靜電放電的耐壓規格是嚴格的。在專利文獻2中,並未考慮這樣的外部雜訊對策。又,在專利文獻2中,包含與主動元件的驅動有關的切換元件等的周邊電路係設置在位於顯示區域周圍的邊框部,專利文獻2公開了顯示裝置的窄邊框化的技術。形成在周邊電路的電晶體等主動元件大多是具備用多晶矽半導體所形成的通道層的薄膜電晶體。
專利文獻3涉及觸控感測器和顯示裝置一體化的液晶顯示裝置。專利文獻3公開了使用旁路通道(by-pass tunnel)等而將觸控螢幕做在陣列基板中的技術。
在專利文獻3中,不僅是與多晶矽電晶體連接的訊號線(閘極線和源極線)、像素電極,也必須將與觸控感測有關的感測區域和驅動-感測接地區域及旁路通道等配設在同一陣列基板上。因此,在專利文獻3中,陣列構造極為複雜,容易導致寄生電容的增加,且在陣列基板的製造步驟的負擔大。
專利文獻4涉及面內切換(IPS)液晶顯示裝置,公開了在同一平面內設置觸控驅動電極、用於觸控感應的電極對的技術。在專利文獻3及專利文獻4中,在陣列基板(形成主動元件的面)配設了觸控感測用配線(以下,觸控配線)。就此結構而言,在將映像訊號、閘極訊號傳達至主動元件的TFT配線附近配置了觸控配線,有肇因於映像訊號的雜訊容易傳導至此觸控配線這種問題。
專利文獻5公開了下述構造:具備輸出將特定的閘極線切換為選擇或非選擇的狀態的選擇訊號的閘極線驅動部。各閘極線驅動部係形成在顯示區域內,例如,能夠根據控制訊號而用不同的驅動頻率進行各種顯示。在該顯示區域內,能夠部分地顯示靜止畫面,或者是為了低消耗電力化而降低驅動頻率。例如,在顯示靜止畫面、用低驅動頻率顯示影像的情況下,以在複數 個幅(frame)當中的一部分幅的期間使閘極線成為選擇狀態的方式,此外,以在其他幅的期間使閘極線成為非選擇狀態的方式,切換閘極線的選擇狀態,從而降低消耗電力,能提升畫質。就這樣的觀點而言,專利文獻5記載的技術是優異的。然而,如專利文獻5的第6A圖至第7圖等中所公開般,除了驅動像素(PIX)的主動元件TFT-PIX外,還必須新增TFT-D、TFT-E、TFT-F等切換元件。對這些所追加的切換元件進一步設置了配線13N。
專利文獻6公開了用包含氧化銦和氧化錫的導電性金屬氧化物挾持含銅層的銅配線作為觸控感測配線。然而,並未考慮觸控感測的肇因於手指等指示器的雜訊(包含觸控感測的誤動作)、如上述的由周邊電路產生的雜訊的對策。
先前技術文獻 專利文獻
專利文獻1 日本特開2011-95451號公報
專利文獻2 日本特開2014-53000號公報
專利文獻3 日本專利第5746736號公報
專利文獻4 日本專利第4584342號公報
專利文獻5 國際公開2014/142183公開公報
專利文獻6 日本專利第5807726號公報
如上所述,在顯示裝置中,肇因於觸控感測功能的附加、窄邊框化、供低消耗電力化、畫質提升用的切換元件的追加等,陣列基板的構造變得複雜。隨著陣列基板的構造的複雜化,雜訊產生源增加,漸漸變得很難在觸控感測中確保S/N比。
本發明係有鑑於上述課題所完成的發明,提供實現高觸控感測精度,具備觸控感測功能的顯示裝置及顯示裝置基板。
本發明的第1態樣的顯示裝置包含:顯示功能層;陣列基板,驅動前述顯示功能層;顯示裝置基板,具備:透明基板,具有與前述陣列基板對向的第1面和與前述第1面為相反側的第2面;第1感測圖案,具有在從前述第2面朝向前述第1面的觀察方向上依序積層了第1黑色層和第1導電層的結構,且包含在前述第2面上以在第1方向上排列的方式相互平行地延伸的複數條第1觸控感測配線;第2感測圖案,具有在前述觀察方向上依序積層了第2黑色層和第2導電層的結構,且包含位於前述複數條第1觸控感測配線與前述陣列基板之間,同時以在俯視下在與前述第1方向正交的第2方向上排列的方式相互平行地延伸的複數條第2觸控感測配線;第1遮光導電圖案,用與前述第1觸控感測配線相同的材料所形成,且在剖視下設置在與前述第1觸控感測配線相同的位置,且位於前述第1感測圖案的外側;第2遮光導電圖案,用與前述第2觸控感測配 線相同的材料所形成,且在剖視下設置在與前述第2觸控感測配線相同的位置,且位於前述第2感測圖案的外側;顯示部,與前述顯示功能層對向;和遮光性的邊框部,圍繞前述顯示部,同時利用前述第1感測圖案的一部分、前述第1遮光導電圖案、及前述第2遮光導電圖案所構成;以及控制部,偵測第1觸控感測配線與第2觸控感測配線之間的靜電電容變化以進行觸控感測。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是前述第1觸控感測配線及前述第2觸控感測配線係形成在前述第2面上,在前述第1觸控感測配線和前述第2觸控感測配線之間設置絕緣層,前述第1觸控感測配線及前述第2觸控感測配線係彼此電性絕緣。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是前述第1觸控感測配線係形成在前述第2面上,前述第2觸控感測配線係形成在前述第1面上。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是在前述第1面上,在前述觀察方向上,依序形成前述第1觸控感測配線及前述第2觸控感測配線,在前述第1觸控感測配線和前述第2觸控感測配線之間設置絕緣層,前述第1觸控感測配線及前述第2觸控感測配線係彼此電性絕緣。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以具有圍繞前述陣列基板及前述顯示裝置基板的框體,前述第1遮光導電圖案係與前述框體接地。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是前述第2遮光導電圖案具有由狹縫所分割的複數個遮光導電部。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是前述陣列基板具備具有與閘極絕緣層接觸且用氧化物半導體所構成的通道層,且驅動前述顯示功能層的主動元件。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是前述氧化物半導體包含含有由鎵、銦、鋅、錫、鋁、鍺、及鈰所構成的群組所選出的1種以上的金屬氧化物、以及至少含有銻、鉍當中任一者的金屬氧化物。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是前述閘極絕緣層係用包含氧化鈰的複合氧化物形成。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是與前述主動元件電性聯結的複數條配線當中,至少閘極配線具有銅合金層被導電性金屬氧化物層挾持的3層構造。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是前述陣列基板具備挾持前述顯示功能層的上部電極及下部電極,前述顯示功能層係發光二極體層,利用施加在前述上部電極與前述下部電極之間的驅動電壓發光。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是前述陣列基板具備挾持前述顯示功能層的上部電極及下部電極,前述顯示功能層係有機電致發光層,利用施加在前述上部電極與前述下部電極之間的驅動電壓發光。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是前述上部電極及前述下部電極中至少一者具有銀合金層被導電性金屬氧化物層挾持的構造。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是前述顯示功能層係液晶層,前述陣列基板具備挾持前述液晶層的共同電極及像素電極,前述液晶層係利用前述共同電極與前述像素電極之間的電位差驅動。
在本發明的第1態樣的顯示裝置中,可以是在剖視下,前述共同電極係設置在比前述像素電極還靠近前述顯示裝置基板的位置。
本發明的第2態樣的顯示裝置基板,具備:透明基板,具有第1面、和與前述第1面為相反側的第2面;第1感測圖案,形成在前述第1面及前述第2面中任一者,具有在從前述第2面朝向前述第1面的觀察方向上依序積層了第1黑色層和第1導電層的結構,同時包含在前述第2面上以在第1方向上排列的方式相互平行地延伸的複數條第1觸控感測配線;第2感測圖案,形成在前述第1面及前述第2面中任一者,具有在前述觀察方向上依序積層了第2黑色層和第2導電層的結構,同時以在俯視下在與前述第1方向正交的第2方向上排列的方式相互平行地延伸的複數條第2觸控感測配線;第1遮光導電圖案,用與前述第1觸控感測配線相同的材料形成,在剖視下設置在與前述第1觸控感測配線相同的位置,位於前述第1感測圖案的外側;第2遮光導電圖案,用與前述第2觸控感測配線相同的材料形 成,在剖視下設置在與前述第2觸控感測配線相同的位置,位於前述第2感測圖案的外側;及遮光性的邊框部,利用前述第1感測圖案的一部分、前述第1遮光導電圖案、及前述第2遮光導電圖案構成。
在本發明的第2態樣的顯示裝置中,可以是前述透明基板在俯視下具有短邊和長邊,前述第1遮光導電圖案係設置成與前述長邊平行。
在本發明的第2態樣的顯示裝置中,可以是前述第2遮光導電圖案具有與前述第1觸控感測配線平行的複數個狹縫,在俯視下,形成有前述複數條第1觸控感測配線和前述複數個狹縫重疊的重疊部,前述重疊部構成前述邊框部。
在本發明的第2態樣的顯示裝置中,可以是前述第1導電層及前述第2導電層至少具有銅合金層被導電性金屬氧化物層挾持的3層構造。
在本發明的第2態樣的顯示裝置中,可以具備在俯視下,由前述複數條第1觸控感測配線和前述複數條第2觸控感測配線所區隔的複數個像素,前述複數個像素具備彩色濾光片。
根據本發明的態樣,便能提供降低由周邊電路產生的內部雜訊或者是來自顯示裝置的外部的外部雜訊,具備實現高精度的觸控感測的功能的顯示裝置及顯示裝置基板。
1‧‧‧第1觸控感測配線
2‧‧‧第2觸控感測配線
2A‧‧‧感測配線
2B‧‧‧拉出配線
3‧‧‧重疊部
9‧‧‧第2閘極配線
10‧‧‧第1閘極配線
11‧‧‧第1絕緣層
11H、12H、93、CH‧‧‧接觸孔
12‧‧‧第2絕緣層
13‧‧‧第3絕緣層
14‧‧‧第4絕緣層
15‧‧‧第1導電層
16‧‧‧第1黑色層
17、50‧‧‧共同電極
20‧‧‧金屬層
21、97‧‧‧第1導電性金屬氧化物層
22、98‧‧‧第2導電性金屬氧化物層
24‧‧‧源極電極
25、95‧‧‧閘極電極
26、56‧‧‧汲極電極
27、58‧‧‧通道層
28、68‧‧‧主動元件
28a‧‧‧第1主動元件
28b‧‧‧第2主動元件
29、59、88‧‧‧像素電極(下部電極)
29s‧‧‧貫穿孔
30‧‧‧共同配線
31‧‧‧第1源極配線
32‧‧‧第2源極配線
35、75‧‧‧第2導電層
36、76‧‧‧第2黑色層
40、41、42、44‧‧‧透明基板
45‧‧‧基板
60‧‧‧彩色濾光片
80‧‧‧周邊電路
87‧‧‧上部電極
89‧‧‧反射層
91‧‧‧電洞注入層
92‧‧‧發光層
94‧‧‧堤壩
96‧‧‧平坦化層
100、350、550‧‧‧對向基板(顯示裝置基板)
101‧‧‧異向性導電膜
102‧‧‧導電性粒子
103‧‧‧間隔物
104‧‧‧密封層
105‧‧‧第2透明樹脂層
107‧‧‧連接端子
108‧‧‧第1透明樹脂層
109‧‧‧封裝層
110‧‧‧顯示部
120‧‧‧控制部
121‧‧‧映像訊號控制部(第一控制部)
122‧‧‧觸控感測控制部(第二控制部)
123‧‧‧系統控制部(第三控制部)
200、600‧‧‧陣列基板
200F、600F‧‧‧邊框部分
290‧‧‧發光區域
300、506‧‧‧液晶層
B‧‧‧藍著色層
F‧‧‧邊框部
G‧‧‧綠著色層
I‧‧‧絕緣層
K‧‧‧框體
P‧‧‧觀察者
R‧‧‧紅著色層
MF‧‧‧第1面
MS‧‧‧第2面
OB‧‧‧觀察方向
PX‧‧‧像素
F21‧‧‧第1遮光導電圖案
F22‧‧‧第2遮光導電圖案
FPC‧‧‧可撓性印刷電路基板
PT1‧‧‧第1感測圖案
PT2‧‧‧第2感測圖案
TM1‧‧‧第1端子
TM2‧‧‧第2端子
F22A‧‧‧第1遮光導電部(遮光導電部)
F22B‧‧‧第2遮光導電部(遮光導電部)
F21L‧‧‧長邊部
F21S‧‧‧短邊部
S、CS‧‧‧狹縫
H1、SW‧‧‧寬度
P1、PS‧‧‧配置間距
C1、C2、C3‧‧‧靜電電容
DSP1、DSP2、DSP3‧‧‧顯示裝置
第1圖係顯示構成本發明的第1實施形態的顯示裝置的控制部(映像訊號控制部、系統控制部、及觸控感測控制部)及顯示部的方塊圖。
第2圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置的剖面圖。
第3圖係顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置具備的對向基板的圖,從觀察者側觀看顯示裝置的平面圖。
第4圖係顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置具備的對向基板的圖,顯示設置在對向基板的具有複數條第1觸控感測配線的第1感測圖案、和位於第1感測圖案的外側的第1遮光導電圖案的平面圖。
第5圖係顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置具備的對向基板的圖,顯示設置在對向基板的具有複數條第2觸控感測配線的第2感測圖案、和位於第2感測圖案的外側的第2遮光導電圖案的平面圖。
第6圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置具備的對向基板的邊框部的平面圖,說明由第2遮光導電圖案的狹縫和第1觸控感測配線重疊的重疊部所得到的遮光性的圖。
第7圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置具備的液晶層、和對向基板的邊框部的圖,沿著第3圖的A-A’線的剖面圖。
第8圖係顯示設置在本發明的第1實施形態的對向基板的第1觸控感測配線、絕緣層、及第2觸控感測配線的圖,顯示第2圖中的用符號W1所表示的部分的放大剖面圖。
第9圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置具備的陣列基板的平面圖。
第10圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置具備的陣列基板的剖面圖,沿著第9圖所示的C-C’線的剖面圖。
第11圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置的電路圖,顯示在利用列(column)反轉驅動來驅動液晶顯示裝置的情況下,各像素中的液晶驅動電壓的狀況的說明圖。
第12圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置的電路圖,顯示在利用點反轉驅動來驅動液晶顯示裝置的情況下,各像素中的液晶驅動電壓的狀況的說明圖。
第13圖係部分地顯示本發明的第2實施形態的顯示裝置的剖面圖。
第14圖係部分地顯示本發明的第2實施形態的顯示裝置具備的液晶層、和對向基板的邊框部的剖面圖。
第15圖係顯示設置在本發明的第2實施形態的對向基板的第2觸控感測配線的圖,顯示第14圖中的用符號W2所表示的部分的放大剖面圖。
第16圖係顯示本發明的第2實施形態的顯示裝置具備的對向基板的圖,從觀察者側觀看顯示裝置的平面圖。
第17圖係部分地顯示本發明的第3實施形態的顯示裝置的剖面圖。
第18圖係部分地顯示本發明的第3實施形態的顯示裝置具備的對向基板的邊框部的剖面圖。
第19圖係顯示本發明的第3實施形態的顯示裝置具備的對向基板的圖,從觀察者側觀看顯示裝置的平面圖。
第20圖係部分地顯示本發明的第3實施形態的陣列基板的剖面圖。
第21圖係部分地顯示構成本發明的第3實施形態的陣列基板的像素電極的圖,顯示第20圖中的用符號W3所表示的部分的放大剖面圖。
第22圖係部分地顯示構成本發明的第3實施形態的陣列基板的閘極電極的剖面圖。
[用於實施發明的形態]
以下,一邊參照圖式一邊針對本發明的實施形態進行說明。
在以下的說明中,對相同或實質上相同的功能及構成要素給予相同的元件符號,省略或簡化其說明,或者是只在必要的情況下進行說明。在各圖中,由於將各構成要素畫成可在圖式上辨識的程度的大小,因此適宜地使各構成要素的尺寸及比率與實物不同。此外,根據需要,省略了很難圖示的要素,例如,形成半導體的通道 層的複數層的結構,還有形成導電層的複數層的結構等的圖示、一部分圖示。
在以下所述的各實施形態中,針對特徵部分進行說明,例如,對於通常顯示裝置中所使用的構成要素與本實施形態的顯示裝置沒有差異的部分,省略說明。
在以下的記載中,有將與觸控感測有關的配線、電極、及訊號簡稱為觸控驅動配線、觸控檢測配線、觸控配線、觸控電極、及觸控訊號的情形。此外,有將第1觸控感測配線及第2觸控感測配線簡稱為觸控感測配線的情形。將為了進行觸控感測驅動而施加於觸控感測配線的電壓稱為觸控驅動電壓。
有將第1黑色層及第2黑色層簡稱為黑色層的情形,此外,有將第1導電層及第2導電層簡稱為導電層的情形。
在使用液晶層作為顯示功能層的實施形態中,省略了背光單元、偏光板等光學功能膜、配向膜等的圖示。此外,有將為了驅動液晶層而施加在共同電極與像素電極之間的電壓稱為液晶驅動電壓的情形。液層驅動電壓,有稱為像素驅動電壓的情形。
在使用發光層(有機EL、LED)作為顯示功能層的實施形態中,將為了驅動發光層(有機EL、LED)而施加在上部電極與下部電極(以下,有將下部電極稱為像素電極或者反射電極的情況)之間的電壓稱為像素驅動電壓。有將發光層的驅動簡稱為像素驅動的情形。
(第1實施形態) (顯示裝置DSP1的功能結構)
以下,一邊參照第1圖至第12圖一邊說明本發明的第1實施形態的顯示裝置DSP1。
第1圖係顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置DSP1的方塊圖。如第1圖所示,本實施形態的顯示裝置DSP1具備顯示部110、和供控制顯示部110及觸控感測功能用的控制部120。
控制部120具有公知的結構,具備映像訊號控制部121(第一控制部)、觸控感測控制部122(第二控制部)、和系統控制部123(第三控制部)。
映像訊號控制部121將設置在陣列基板200的共同電極17(後述)設為定電位,並且將訊號送至設置在陣列基板200的閘極配線9、10(後述,掃描線)及源極配線31、32(後述,訊號線)。映像訊號控制部121係藉由在共同電極17與像素電極29(後述)之間施加顯示用的液晶驅動電壓來在陣列基板200上產生邊緣電場,液晶分子沿著邊緣電場旋轉,液晶層300被驅動。藉此,在陣列基板200上顯示影像。複數個像素電極29係各自透過源極配線31、32(訊號線),個別地施加例如具有矩形波的映像訊號。此外,作為矩形波,可以是正或負的直流矩形波或交流矩形波。映像訊號控制部121將這樣的映像訊號送至源極配線。
觸控感測控制部122係對第2觸控感測配線2(後述)施加觸控感測驅動電壓,檢測在第1觸控感測 配線1與第2觸控感測配線2之間產生的靜電電容的變化,進行觸控感測。
系統控制部123控制映像訊號控制部121及觸控感測控制部122,可以交替地,即分時地進行液晶驅動和靜電電容的變化的檢測。
此外,系統控制部123可以具有使液晶驅動及觸控感測驅動的頻率彼此不同以進行上述的驅動的功能,也可以具有使液晶驅動及觸控感測驅動的驅動電壓彼此不同以進行上述的驅動的功能。在具有這樣的功能的系統控制部123中,例如,偵測顯示裝置DSP1偶然得到的來自外部環境的雜訊的頻率,選擇與雜訊頻率不同的觸控感測驅動頻率。藉此,能減輕雜訊的影響。此外,在這樣的系統控制部123中,也能選定與手指、筆等指示器的掃描速度匹配的觸控感測驅動頻率。
具備上述控制部120的顯示裝置DSP1係兼具觸控感測功能和影像顯示功能的觸控感測功能一體型的顯示裝置。顯示裝置DSP1係利用使用透過絕緣層所配置的2個配線群組,即複數條第1觸控感測配線1和複數條第2觸控感測配線2的靜電電容方式的觸控感測技術。例如,偵測在手指等指示器接觸或接近對向基板100(後述)之際,在第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2的交點產生的靜電電容變化,偵測手指等指示器的位置。此外,第1圖中的符號K表示本實施形態的顯示裝置DSP1的框體K。陣列基板200及對向基板100係由框體K圍起來,陣列基板200及對向基板100被一體化。
(顯示裝置DSP1的構造)
第2圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置DSP1的剖面圖。
本實施形態的顯示裝置DSP1具備後述的實施形態的顯示裝置基板。此外,以下記載的「俯視」意指從觀察者觀察顯示裝置DSP1的顯示面(顯示裝置基板的平面)的方向觀看的平面。本發明的實施形態的顯示裝置的顯示部的形狀、或規定像素的像素開口部的形狀、構成顯示裝置的像素數沒有限定。
在以下詳述的實施形態中,將沿著顯示部的短邊的方向規定為X方向(第1方向),將沿著顯示部的長邊的方向規定為Y方向(第2方向),另外,將透明基板的厚度方向規定為Z方向,說明顯示裝置。
又,在以下的實施形態中,也可以將如上述所規定的X方向和Y方向交換,即將X方向定義為第2方向且將Y方向定義為第1方向,構成顯示裝置。
如第2圖所示,顯示裝置DSP1具備:對向基板100(顯示裝置基板)、以面對對向基板100的方式貼合的陣列基板200、和被挾持在對向基板100與陣列基板200之間的液晶層300。又,在第2圖所示的顯示裝置DSP1中,省略了具有各種光學功能的光學薄膜、保護對向基板100的蓋玻璃(cover glass)等。
(對向基板100的構造)
如第2圖所示,對向基板100具備具有第1面MF、和與第1面MF為相反側的第2面MS的透明 基板40(第1透明基板)。第1面MF係與陣列基板200對向的面。第2面MS係與觀察者對向的面。
可用於透明基板40的基板,若為在可見光區域內透明的基板的話即可,能使用玻璃基板、陶瓷基板、石英基板、藍寶石基板、塑膠基板等。
(感測圖案及遮光導電圖案)
第3圖係顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置DSP1具備的對向基板100的圖,從觀察者側P觀看顯示裝置DSP1的平面圖。即,觀看透明基板40的第2面MS的平面圖。
在透明基板40的第2面MS的上方,設置有包含複數條第1觸控感測配線1的第1感測圖案PT1、包含複數條第2觸控感測配線2的第2感測圖案PT2、第1遮光導電圖案F21、和第2遮光導電圖案F22。
在複數條第1觸控感測配線1和複數條第2觸控感測配線2之間,設置有絕緣層I(觸控配線絕緣層),第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2係藉由絕緣層I而彼此電性絕緣。
第1遮光導電圖案F21係用與第1觸控感測配線1相同的材料形成,在剖視下設置在與第1觸控感測配線1相同的位置,位於第1感測圖案PT1的外側。
第2遮光導電圖案F22係用與第2觸控感測配線2相同的材料形成,在剖視下設置在與第2觸控感測配線2相同的位置,位於第2感測圖案PT2的外側。
第1遮光導電圖案F21及第2遮光導電圖案F22構成遮光性的邊框部F,邊框部F圍繞與液晶層(顯示功能層)對向的顯示部110。
如後所述,第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2具有積層了黑色層及導電層的結構,因此第1遮光導電圖案F21的層結構與第1觸控感測配線1的層結構相同,第2遮光導電圖案F22的層結構與第2觸控感測配線2的層結構相同。
具體而言,第1遮光導電圖案F21及第1感測圖案PT1係在同一步驟中同時進行圖案化而形成。第2遮光導電圖案F22及第2感測圖案PT2係在同一步驟中同時進行圖案化而形成。
第4圖係顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置DSP1具備的對向基板100的圖,顯示設置在對向基板100的具有複數條第1觸控感測配線1的第1感測圖案PT1、和位於第1感測圖案PT1的外側的第1遮光導電圖案F21的平面圖。
在第4圖中,省略了第3圖所示的第2遮光導電圖案F22及第2感測圖案PT2。
如第2圖及第4圖所示,複數條第1觸控感測配線1位於第2面MS的上方,在X方向上排列,彼此平行地在Y方向上延伸。在Y方向上的第1觸控感測配線1的端部設置有第1端子TM1。複數條第1觸控感測配線1形成了第1感測圖案PT1。
在第1感測圖案PT1的外側,配設有以圍繞第1感測圖案PT1的方式形成為U字狀的第1遮光導電圖案F21。具體而言,第1遮光導電圖案F21的長邊部F21L位於X方向上的第1感測圖案PT1的兩側。長邊部F21L係在Y方向上延伸。即,透明基板40的長邊及短邊當中第1遮光導電圖案F21的長邊部F21L係設置成與透明基板40的長邊平行。第1遮光導電圖案F21的短邊部F21S位於Y方向上的第1感測圖案PT1的端部(第4圖中的左側)。短邊部F21S係在X方向上延伸。此外,第1遮光導電圖案F21係與框體K接地。
第5圖係顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置DSP1具備的對向基板100的圖,顯示設置在對向基板100的具有複數條第2觸控感測配線2的第2感測圖案PT2、和位於第2感測圖案PT2的外側的第2遮光導電圖案F22的平面圖。第2遮光導電圖案F22係各自電性獨立的。
在第5圖中,省略了第3圖所示的第1遮光導電圖案F21及第1感測圖案PT1。
如第2圖及第5圖所示,複數條第2觸控感測配線2位於複數條第1觸控感測配線1與陣列基板200之間,在本實施形態中位於第2面MS的上方。第2觸控感測配線2具有感測配線2A、和拉出配線2B。感測配線2A係在Y方向上排列,彼此平行地在X方向上延伸。感測配線2A係在顯示部110的外側(邊框部F)中與拉出配線2B連接。拉出配線2B係在X方向上排列, 彼此平行地在Y方向上延伸。在Y方向上的拉出配線2B的端部設置有第2端子TM2。複數條第2觸控感測配線2形成了第2感測圖案PT2。
第2遮光導電圖案F22具有在第5圖中位於對向基板100的左側(Y方向上的基板前端)的複數個第1遮光導電部F22A(遮光導電部)、和位於對向基板100的右側(Y方向上的基板基端)的複數個第2遮光導電部F22B(遮光導電部)。此外,彼此相鄰的第1遮光導電部F22A及彼此相鄰的第2遮光導電部F22B係由狹縫S分割、區隔。區隔第2遮光導電部F22B的複數個狹縫S係與第1觸控感測配線1平行。此外,在複數個第1遮光導電部F22A中,任一個遮光導電部被十字型的狹縫CS分割。換言之,第2遮光導電圖案F22係由狹縫圖案分割為複數個遮光導電部(複數個圖案),第2遮光導電圖案F22具有大小複數個遮光導電部。
依此方式,第2遮光導電圖案F22較佳為由區隔第2遮光導電圖案F22的狹縫分割為複數個圖案。依此方式所分割的遮光導電圖案的種類、遮光導電圖案的大小可以是複數種。
在俯視下,以與第1遮光導電圖案F21重疊的方式形成第2遮光導電圖案F22,從而能夠在第2遮光導電圖案F22與第1遮光導電圖案F21之間設置電性疑似的電容器。藉由形成此電容器,頻率低的雜訊(例如,由驅動器電路等產生的雜訊)變得很難在第2遮光導電圖案F22和第1遮光導電圖案F21的厚度方向上透射。這樣 的電容器較佳為具有複數種特性,換言之,較佳為具備大小不同的遮光導電部的第2遮光導電圖案F22。在俯視下,遮光導電部的形狀可任意設定。又,頻率高的雜訊透過經接地的第1遮光導電圖案F21消散至地線(ground),很難通過導電圖案。
由上述的第2遮光導電圖案F22和第1遮光導電圖案F21所得到的功效,係無法由具有高電阻值的ITO等透明導電膜圖案充分得到的。作為第2遮光導電圖案F22、第1遮光導電圖案F21的一部分,較佳為使用以銅、銀、銅合金、銀合金所形成的薄膜。第2遮光導電圖案F22及第1遮光導電圖案F21能夠在形成第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2的步驟中同時形成,因此具有不用增加製造步驟,便能形成第2遮光導電圖案F22及第1遮光導電圖案F21這種優點。藉由使用本實施形態的第2遮光導電圖案F22和第1遮光導電圖案F21,能夠實現具有對包含靜電雜訊在內的各種雜訊的遮蔽效果的顯示裝置。
第6圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置DSP1具備的對向基板100的邊框部F的平面圖,說明由第2遮光導電圖案F22的狹縫S和第1觸控感測配線1重疊的重疊部所得到的遮光性的圖。
第6圖(a)係部分地顯示第4圖所示的第1端子TM1、和從第1端子TM1朝向顯示部110延伸的第1觸控感測配線1的一部分(符號1’)的平面圖。第1端子TM1係將後述的第1黑色層16除去而露出第1導電層15的露出部,發揮Pad(端子部)的功能的部位。
第6圖(b)係部分地顯示第5圖所示的第2遮光導電部F22B的平面圖。彼此相鄰的第2遮光導電部F22B(第2遮光導電圖案F22)係由狹縫S區隔。在第6圖(a)及第6圖(b)中,狹縫S的寬度WS係與第1觸控感測配線1的寬度H1相同。配置複數個狹縫S的X方向的配置間距PS與配置第1觸控感測配線1的X方向的配置間距P1相同。
因此,如第6圖(c)所示,若將第6圖(a)所示的第1觸控感測配線1的一部分和第6圖(b)所示的狹縫S重疊在一起,則第1觸控感測配線1的位置與狹縫S的位置一致,形成複數個重疊部3。此重疊部3構成遮光性的邊框部F。
此外,在對向基板100的整體構造中,如第3圖、第4圖、及第6圖所示,利用第1觸控感測配線1的一部分(重疊部3)、第1遮光導電圖案F21(長邊部F2 1L及短邊部F21S)、和第2遮光導電部F22B(第2遮光導電圖案F22)構成邊框部F。
此處,複數個第2遮光導電部F22B係以不產生大寄生電容的方式細分割化。若將狹縫S的寬度WS設定成變得比由第7圖所示的周邊電路80產生的雜訊的平均頻率的波長短的話,則變得很難受到雜訊的影響。
如上所述,利用構成第2遮光導電圖案F22的複數個第2遮光導電部F22B和複數條第1觸控感測配線1的一部分形成重疊部3。重疊部3能防止雜訊洩露的產生、及從背光單元(未圖示)的漏光的產生。
理想的是第1遮光導電圖案F21、第2遮光導電圖案F22的電阻值低。在第1遮光導電圖案F21或第2遮光導電圖案F22各自的層結構的一部分中,較佳為使用導電率高的金屬。又,可以在第1遮光導電圖案F21形成狹縫,但理想的是為了減少肇因於靜電的雜訊的影響而將第1遮光導電圖案F21接地。例如,理想的是依本實施形態的方式,將第1遮光導電圖案F21接地於框體K。
在顯示裝置DSP1的使用中,有來自顯示裝置DSP1的外部的靜電等的高電位施加於顯示裝置DSP1,或者是,在用手、手指等拿著顯示裝置DSP1的情況下來自手指等的靜電施加於顯示裝置DSP1的情形。即使是在這樣的情況下,也能藉由將第1遮光導電圖案F21接地來減輕靜電的影響。作為將第1遮光導電圖案F21接地於構成顯示裝置DSP1的構件的構造,在許多情況下,可使用將第1遮光導電圖案F21連接於顯示裝置DSP1的框體K的構造,但可以將在液晶驅動等的顯示之際所使用的地線電位用作接地電位。
第7圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置DSP1具備的液晶層300、和對向基板100的邊框部F的圖,沿著第3圖的A-A’線的剖面圖。
如第7圖所示,在陣列基板200形成有與液晶驅動有關的周邊電路80。周邊電路80位於第6圖所示的邊框部F下。周邊電路80,係例如,將驅動陣列基板200的主動元件的TFT、電容元件、電阻元件等設置在陣列 基板200的邊框部分200F(在俯視下,與邊框部F一致的區域)的表面。由周邊電路80產生的電性雜訊被邊框部F截斷(cut),能減少對觸控檢測電極的第1觸控感測配線1的雜訊的影響。液晶層300的晶胞間隙(cell gap)(厚度)係用間隔物(spacer)103控制。在液晶層300的周圍設置有密封層104。液晶層300係由對向基板100、陣列基板200、及密封層104圍起來。
第3圖~第6圖所示的複數個第1端子TM1及複數個第2端子TM2係與觸控感測控制部122連接。例如,如第7圖所示,第1觸控感測配線1的第1端子TM1係透過異向性導電膜101,與設置在可撓性印刷電路基板FPC的端子電性連接。又,可以使用微小的金屬球、或用金屬膜覆蓋的樹脂球等導體取代異向性導電膜101。觸控感測控制部122係通過可撓性印刷電路基板FPC,通過第1端子TM1及第2端子TM2,與第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2電性連接。
複數條第1觸控感測配線1中的各條配線、和複數條第2觸控感測配線2中的各條配線係電性獨立的。第1觸控感測配線1和感測配線2A係在從觀察者側P觀看的俯視下正交。由複數條第1觸控感測配線1和複數個感測配線2A所區隔的區域係像素PX。複數個像素PX係在顯示部110中配置成矩陣狀。像素PX中的開口部的形狀可以是正方形圖案、長方形圖案、平行四邊形圖案等。另外,像素PX中的開口部的排列可以是施予干涉條紋(moare)對策的排列、鋸齒狀的排列。
複數個第1端子TM1及複數個第2端子TM2係與觸控感測控制部122連接。藉此,觸控感測控制部122係通過第1端子TM1及第2端子TM2,與第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2電性連接。
例如,能夠使用第1觸控感測配線1作為觸控檢測電極,使用第2觸控感測配線2作為觸控驅動電極。觸控感測控制部122檢測在第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2之間產生的靜電電容C1的變化作為觸控訊號。
此外,可以將第1觸控感測配線1的角色和第2觸控感測配線2的角色調換。具體而言,可以使用第1觸控感測配線1作為觸控驅動電極,使用第2觸控感測配線2作為觸控檢測電極。
又,可以不將全部的第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2用於觸控感測。可以將複數條第1觸控感測配線1及複數條第2觸控感測配線2當中除了用於觸控感測的配線以外的未用於觸控感測的配線進行減省。即,可以進行減省驅動。
接著,針對使第1觸控感測配線1進行減省驅動的情況進行說明。首先,將全部的觸控感測配線1區分為複數個群組。群組的數量比全部的第1觸控感測配線1的數量少。構成一個群組的配線數,例如,設為6條。此處,全部的配線(配線數為6條)當中,例如,選擇2條配線(比全部的配線的條數少的條數,2條<6條)。在一個群組中,使用所選擇的2條配線進行觸控感 測,將剩下的4條配線中的電位設定為浮動(floating)電位。顯示裝置DSP1具有複數個群組,因此能按如上述定義配線的功能的群組進行觸控感測。同樣地,在第2觸控感測配線2方面,也可以進行減省驅動。
觸控所使用的指示器為手指的情況和為筆的情況,接觸或接近的指示器的面積、電容是不同的。能依這樣的指示器的大小來調整減省的配線的條數。就筆或針尖等前端細的指示器而言,能夠減少配線的減省條數而使用高密度的觸控感測配線的矩陣。指紋認證時也能使用高密度的觸控感測配線的矩陣。
依此方式按群組進行觸控感測驅動,從而減少掃描或檢測所使用的配線數,因此能提升觸控感測速度。另外,在上述的例子,構成一個群組的配線數為6條,但例如,也可以用10以上的配線數形成一個群組,在一個群組中使用所選擇的2條配線進行觸控感測。即,增加所減省的的配線的數量(成為浮動電位的配線的數量),藉此使觸控感測所使用的選擇配線的密度(選擇配線對全部配線數的密度)降低,利用選擇配線進行掃描或檢測,從而有助於消耗電力的削減、觸控檢測精度的提升。相反的,減少所減省的配線的數量,提高觸控感測所使用的選擇配線的密度,利用選擇配線進行掃描或檢測,從而例如,能活用於指紋認證、利用觸控筆的輸入。
被減省的配線(未用於觸控感測的配線),例如,成為電性浮動的狀態,即電位成為浮動狀態。為 了得到顯示裝置DSP1的表面(面對觀察者的面)和手指等指示器的接近距離,也能將第1觸控感測配線1或第2觸控感測配線2的電位設為浮動狀態。在檢測手指等指示器的位置後,為了使下一個檢測訊號的精度提升,而可以使第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2中任一者接地以進行重置(reset)(將電位設為0V)。此外,為了使檢測訊號的精度提升,可以採用將觸控驅動電壓的相位交替反轉這樣的電壓。這樣的使觸控檢測訊號的精度提升的手段,即使是在指示器為主動指示器(active pointer)(例如,從筆形狀的指示器產生檢測的指示訊號的指示器)的情況下也是有效的。
關於上述的減省驅動中的浮動模式(floating pattern),在第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2中,可以利用切換元件的驅動切換檢測電極和驅動電極以進行高精細的觸控感測。
此外,上述的減省驅動中的浮動模式,也能以與地線(接地於框體)電性連接的方式切換。為了改善觸控感測的S/N比,可以在檢測到觸控感測的訊號之際暫時將TFT(薄膜電晶體)等主動元件的訊號配線接地於地線(框體等)。
此外,有為了將以觸控感測控制所檢測的靜電電容重置,而使用需要時間比較長的的觸控配線,即,觸控感測中的時間常數(電容和電阻值的積)大的觸控配線的情況。在此情況下,例如,可以在觸控配線的排列中,交替地將奇數行的配線和偶數行的配線用於感測,進行調整過時間常數的大小的驅動。
此外,可以將複數條數的觸控配線分組(grouping)以進行驅動、檢測。在複數條數的觸控配線的分組的驅動方面,可以不採用線循序驅動,而是基於群組單位而採用被稱為自我檢測方式的一次性檢測的驅動方法。此外,可以基於群組單位而進行並聯驅動(parallel driving)。此外,可以為了將寄生電容等的雜訊消除而採用取得彼此接近或鄰接的觸控配線的檢測訊號的差的差分檢測方式。與位於顯示部110的中央的觸控感測配線相比,位於靠近邊框部的區域(顯示部110的外側區域、不進行影像顯示的區域)的觸控感測配線有觸控感測的感度低的傾向。因此,可以調整觸控感測配線的寬度、形狀以減少感度差異。
在觸控感測控制部122及映像訊號控制部121中,也能利用分時驅動來控制觸控感測驅動和液晶驅動(像素驅動)。可以根據所要求的觸控輸入的速度調整觸控驅動的頻率。觸控驅動頻率能設為比液晶驅動頻率高的頻率。源自手指等指示器的觸控時序(touch timing)是不定期且短時間的,因此理想的是觸控驅動頻率高。
使觸控感測驅動和像素驅動各自的頻率不同的手段已知有好幾個。例如,能夠在常閉(normally off)的液晶驅動方面,在黑顯示(off)時,將背光的發光設為關閉而進行黑顯示,在此黑顯示的期間(對液晶顯示沒有影響的期間)進行觸控感測驅動。在此情況下,能選擇各種觸控驅動的頻率。
(觸控感測配線的積層結構)
第8圖係顯示設置在本發明的第1實施形態的對向基板100的第1觸控感測配線1、絕緣層I、及第2觸控感測配線2的圖,顯示第2圖中的用符號W1所表示的部分的放大剖面圖。
在本實施形態中,將觀察者P觀察顯示裝置DSP1的方向,即從透明基板40的第2面MS朝向第1面MF的方向稱為觀察方向OB。
複數條第1觸控感測配線1具有在觀察方向OB上依序積層了第1黑色層16和第1導電層15的結構。複數條第2觸控感測配線2具有在觀察方向OB上依序積層了第2黑色層36和第2導電層35的結構。第2黑色層36具有與第1黑色層16相同的結構。第2導電層35具有與第1導電層15相同的結構。即,第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2具有相同的層構造。
絕緣層I係設置在第2面MS的上方,配置在第1觸控感測配線1與第2觸控感測配線2之間。
第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2各自具備黑色層,因此正交成格子狀的第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2發揮作為黑色矩陣的功能,使顯示對比度提升。
在第7圖中,第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2各自具有用黑色層和導電層所構成的2層積層結構,但本發明不限於此構造。第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2各自可以用具有比2層多的層數的積 層結構形成。此外,也可以採用導電層被2個黑色層挾持的3層積層結構。
第1導電層15,例如,能具有金屬層20的銅合金層被第1導電性金屬氧化物層21及第2導電性金屬氧化物層22挾持的3層構造。
在剖視下,能將各自構成第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2的黑色層及導電層的線寬設為約略相同。具體而言,使用公知的光微影手法,形成導電層後,進行使用經圖案化的導電層作為遮罩的乾式蝕刻,從而能夠以黑色層和導電層的剖視下的線寬成為約略相同的方式形成觸控感測配線。例如,能應用日本特開2015-004710號公報記載的技術。
(導電性金屬氧化物層)
能用導電性金屬氧化物層21、22挾持構成第1導電層15及第2導電層35的至少一部分的金屬層20。換言之,作為第1導電層15、第2導電層35的構造,能採用以第1導電性金屬氧化物層21、金屬層20、及第2導電性金屬氧化物層22所構成的3層構造。可以在第1導電性金屬氧化物層21與金屬層20的界面、或者第2導電性金屬氧化物層22與金屬層20的界面,進一步插入鎳、鋅、銦、鈦、鉬、鎢等的與銅不同的金屬、這些金屬的合金層。
具體而言,作為第1導電性金屬氧化物層21及第2導電性金屬氧化物層22的材料,例如,能採用包含從由氧化銦、氧化鋅、氧化銻、氧化錫、氧化鎵、及氧化鉍 所構成的群組所選出的2種以上的金屬氧化物的複合氧化物。藉由調整這些金屬氧化物的組成,能調整功函數的值,能調整在採用有機EL作為發光層的情況下的載子釋出性。
第1導電性金屬氧化物層21及第2導電性金屬氧化物層22中所包含的銦(In)的量,必須含有比80at%多。
即,導電性金屬氧化物層係用包含氧化銦、氧化鋅、及氧化錫的複合氧化物形成,複合氧化物中所含的銦(In)、鋅(Zn)和錫(Sn)的用In/(In+Zn+Sn)所表示的原子比比0.8大且Zn/Sn的原子比比1大。
銦(In)的量較佳為比80at%多。銦(In)的量更佳為比90at%多。在銦(In)的量比80at%少的情況下,所形成的導電性金屬氧化物層的比電阻變大,這是不佳的。若鋅(Zn)的量超過20at%,則導電性金屬氧化物(混合氧化物)的耐鹼性降低,因而是不佳的。在上述的第1導電性金屬氧化物層21及第2導電性金屬氧化物層22方面,皆為混合氧化物中的金屬元素的原子百分比(不計數氧元素而僅計數金屬元素)。氧化銻、氧化鉍,由於金屬銻、氧化鉍很難形成與銅的固溶域,抑制積層結構中的銅的擴散,因此能加到上述導電性金屬氧化物層。
第1導電性金屬氧化物層21及第2導電性金屬氧化物層22,在包含氧化錫和氧化鋅的情況下,鋅(Zn)的量必須設得比錫(Sn)的量多。若錫的含量超過含鋅量,則在後續步驟的濕式蝕刻造成阻礙。換言之,銅或 銅合金的金屬層變得比導電性金屬氧化物層更容易被蝕刻,第1導電性金屬氧化物層21和金屬層20、第2導電性金屬氧化物層22和金屬層20的寬度變得容易產生差異。
在第1導電性金屬氧化物層21及第2導電性金屬氧化物層22包含氧化錫和氧化鋅的情況下,第1導電性金屬氧化物層21及第2導電性金屬氧化物層22中所包含的錫(Sn)的量較佳為在0.5at%以上6at%以下的範圍內。在相對於銦元素的比較上,將0.5at%以上6at%以下的錫添加至導電性金屬氧化物層,從而能減小上述銦、鋅、及錫的3元系混合氧化物膜(導電性的複合氧化物層)的比電阻。若錫的量超過6at%,則由於伴有對導電性金屬氧化物層添加鋅,因此3元系混合氧化物膜(導電性的複合氧化物層)的比電阻變得過大。藉由在上述的範圍(0.5at%以上6at%以下)內調整鋅及錫的量,能將比電阻,以混合氧化物膜的單層膜的比電阻而言,納入大約3×10-4Ωcm以上5×10-4Ωcm以下的小範圍內。在上述混合氧化物中,也能少量添加鈦、鋯、鎂、鋁、鍺等其他元素。但是,在本實施形態中,混合氧化物的比電阻不限於上述的範圍。
(導電層)
第1導電層15及第2導電層35能用金屬層20等的導電材料形成。作為金屬層20,例如,能採用銅層、銅合金層,銀層、銀合金層,或者是,含有鋁的鋁合金層(含鋁層),還能採用金、鈦、鉬、或它們的 合金。鎳為強磁性體,因此成膜速率下降,但能用濺鍍等真空成膜來形成。鉻具有環境污染的問題、電阻值大這種缺點,但能用作本實施形態的金屬層的材料。為了得到導電層對透明基板40、透明樹脂層的緊貼性,較佳為採用對鋁添加了從由鎂、鈣、鈦、鉬、銦、錫、鋅、釹、鎳、鋁、銻所構成的群組所選出的1種以上的金屬元素的合金。
作為各自構成第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2的第1導電層15及第2導電層35中所使用的金屬層,能使用添加了相對於銀為1.5at%鈣的銀合金。在第1導電層15及第2導電層35的任一者中,能使用由包含氧化銦、氧化鋅和氧化錫的複合氧化物層挾持上述銀合金層的3層構造。
在被導電性金屬氧化物層挾持的3層的積層構造中,例如,銅、銀中所添加的鎂、鈣在熱處理時被選擇性地氧化,而容易在導電性金屬氧化物與金屬層的界面析出。或者是,氧化鎂、氧化鈣因氧化而在銅合金、銀合金的表面、剖面析出。這樣的選擇性氧化、析出抑制銅、銀的遷移,其結果,能提升上述3層積層構造的可靠性。添加金屬元素至金屬層20的量,若為4at%以下的話,便不會使銅合金、銀合金的電阻值大幅上升,因而較佳。作為銅合金、銀合金、及導電性金屬氧化物的成膜方法,例如,能使用濺鍍等真空成膜法。
作為金屬層20,在採用銅合金薄膜、銀合金薄膜、或鋁合金的薄膜的情況下,若將膜厚設為100nm 以上或150nm以上,則變得幾乎無法透射可見光。由此,本實施形態的金屬層20,例如,若具有100nm~300nm的膜厚的話,便能得到充分的遮光性。金屬層20的膜厚可以超過300nm。又,如後所述,上述導電層的材料也能應用於設置在後述的陣列基板的配線、電極。此外,在本實施形態中,作為與主動元件電性聯結的配線的構造,例如,作為閘極電極、閘極配線、共同電極、共同配線(後述)的構造,能採用由導電性金屬氧化物層挾持金屬層的積層構造。
在金屬層20為銅層、銅合金層,或者是銀層、銀合金的情況下,上述的導電性金屬氧化物層,理想的是包含從氧化銦、氧化鋅、氧化銻、氧化鎵、氧化鉍及氧化錫所選出的2種以上的金屬氧化物的複合氧化物。銅層、銅合金層,或者是銀層、銀合金對構成彩色濾光片的透明樹脂層、玻璃基板(透明基板)的緊貼性低。因此,在直接將銅層、銅合金層,或者是銀層、銀合金銅層應用於顯示裝置基板的情況下,很難實現實用的顯示裝置基板。然而,上述的複合氧化物充分具有對彩色濾光片(複數色的著色圖案)、黑色矩陣BM(黑色層)、及玻璃基板(透明基板)等的緊貼性,且對銅層、銅合金層的緊貼性也是足夠的。因此,在使用複合氧化物以將銅合金層或銀合金層應用於顯示裝置基板的情況下,便可實現實用的顯示裝置基板。
此外,作為構成薄膜電晶體的閘極電極和閘極配線中所使用的金屬層20,能使用添加了相對於銀 為例如1.5at%鈣的銀合金。能使用由包含氧化銦、氧化鋅和氧化錫的複合氧化物層挾持上述銀合金層的3層構造。
銅、銅合金、銀、銀合金、或它們的氧化物、氮化物一般不具有對玻璃等透明基板、黑色矩陣等充分的緊貼性。因此,在沒有設置導電性金屬氧化物層的情況下,有可能在觸控感測配線與玻璃等透明基板的界面、或者是觸控感測配線與黑色層的界面產生剝離。在使用銅或銅合金作為具有細配線圖案的第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2的情況下,在沒有形成導電性金屬氧化物層作為金屬層(銅或銅合金)的基底層的顯示裝置基板(對向基板)方面,除了由剝離所造成的不良外,還有在顯示裝置基板的製造步驟的途中,觸控感測配線中產生因靜電破壞所造成的不良的情況,是不實用的。這樣的第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2中的靜電破壞,係因將彩色濾光片積層在透明基板上這種後續步驟、或貼合顯示裝置基板與陣列基板的步驟、或洗淨步驟等而靜電累積在配線圖案,因靜電破壞而產生圖案缺損、斷線等的現象。
銅、銅合金或者是銀、銀合金的導電率高,以配線材料而言是較佳的。然而,在銅合金的表面,隨著時間經過而形成不具有導電性的銅氧化物,有電性接觸變困難的情形。銀、銀合金容易形成硫化物、氧化物。另一方面,藉由氧化銦、氧化鋅、氧化銻、氧化錫等複合氧化物層覆蓋銅合金層、銀合金層,能實現穩定的歐 姆接觸,在使用這樣的複合氧化物層的情況下,能容易地進行後述的第3實施形態中的轉移(transfer)等的電性構裝。
作為用可應用於本發明的實施形態的第1導電性金屬氧化物層21、金屬層20、及第2導電性金屬氧化物層22所構成的層構造,可舉出如下的變形例。例如,在含有氧化銦作為中心基材的ITO(Indium Tin Oxide)、IZTO(Indium Zinc Tin Oxide,Z為氧化鋅)方面,在氧不足的狀態下,例如,可舉出:藉由在銅合金層等金屬層上成膜導電性金屬氧化物層所得到的層構造,或者是藉由將氧化鉬、氧化鎢、氧化鎳和氧化銅的混合氧化物、氧化鈦等,和將這些金屬氧化物積層在鋁合金、銅合金等金屬層上所得到的層構造等。用導電性金屬氧化物層挾持金屬層的3層構造具有能在濺鍍裝置等真空成膜裝置中進行連續成膜這種優點。
例如,從將銀合金層和導電性金屬氧化物層一次性蝕刻的觀點出發,能使用挾持銀合金的導電性金屬氧化物層中包含氧化鋅、氧化鎵的複合氧化物。這樣的銀合金層和導電性金屬氧化物層的積層構造能夠以周知的光微影手法,以1液型蝕刻劑,用1次蝕刻來形成圖案。例如,作為後述的有機EL的光反射性的像素電極,能應用氧化銦、氧化鎵和氧化銻的複合氧化物作為導電性金屬氧化物層。氧化銦、氧化鎵和氧化銻的複合氧化物係功函數高。作為有機EL顯示裝置的陽極,氧化銦、氧化鎵和氧化銻的複合氧化物和銀合金層的積層構造適合像素電極。
第1導電性金屬氧化物層21及第2導電性金屬氧化物層22具有對銅、銀的阻隔性。在由導電性金屬氧化物挾持銅配線、銀配線的構造方面,能夠抑制因銅、銀的遷移等所造成的主動元件的劣化,以主動元件用的高導電性配線而言是較佳的。
(黑色層)
第1黑色層16及第2黑色層36發揮作為顯示裝置DSP1的黑色矩陣的功能。黑色層係例如用分散有黑色的色材的著色樹脂構成。銅的氧化物、銅合金的氧化物很難得到充分的黑色、低反射率。例如,在用金屬氧化物形成黑色層的情況下,可見光區域的光反射率大約為10%至30%,並且很難在可見光區域中得到平坦的反射率而可看到著色產生。本實施形態的在黑色層與玻璃等基板、透明樹脂層之間的界面的可見光的反射率係抑制為約略3%以下,可得到高可見度。前述透明樹脂包含供保護玻璃貼附至顯示裝置用的接著層。
作為黑色的色材,可應用碳、奈米碳管、奈米碳角、奈米碳刷、或複數個有機顏料的混合物。例如,以相對於整體黑色色材的量為51質量%以上的比例,即,作為主色材使用碳。為了調整反射色,能將藍或紅等有機顏料添加至黑色的色材來使用。例如,能藉由調整起始材料的感光性黑色塗布液中所包含的碳的濃度(降低碳濃度)來使光微影步驟中的黑色層的再現性提升。
在使用顯示裝置DSP1的製造裝置的大型曝光裝置的情況下,例如,能形成有具有1~9μm寬度(細線)的圖案的黑色層(圖案化)。又,本實施形態中的碳濃度的範圍係設定在相對於包含樹脂、硬化劑和顏料的整體固體成分為4以上50以下的質量%的範圍內。此處,作為碳量,碳濃度可以超過50質量%,但若相對於整體的固體成分碳濃度超過50質量%,則有塗膜適合性降低的傾向。此外,在將碳濃度設定為小於4質量%的情況下,無法得到充分的黑色,有可輕易看見在位於黑色層下的基底的金屬層產生的反射光,使可見度降低的情況。
在在後續步驟的光微影法中進行曝光處理的情況下,進行曝光對象的基板和遮罩的對位(alignment)。此時,優先進行對位,例如,能將基於透射測定的黑色層的光學濃度設為2以下。除了碳以外,也可以使用複數個有機顏料的混合物作為黑色的色調整來形成黑色層。考慮玻璃、透明樹脂等基材的折射率(約1.5),以在黑色層與那些基材之間的界面的反射率成為3%以下的方式設定黑色層的反射率。在此情況下,理想的是調整黑色色材的含量、種類、色材中所使用的樹脂、膜厚。藉由將這些條件最適化,能夠在可見光的波長區域內,將在折射率約1.5的玻璃等基材與黑色層之間的界面的反射率設為3%以下,能實現低反射率。考量防止肇因於從背光單元所射出的光的反射光再度反射的必要性,或者是提升觀察者P的可見度,理想的是黑色層的反射率設為3%以下。
又,通常,彩色濾光片中所使用的丙烯酸樹脂或液晶材料的折射率大約在1.5以上1.7以下的範圍內。
黑色層不僅配設在與導電層接觸的單側(靠近觀察者P的面),也可以形成在靠近與液晶層300相接的面的位置。
換言之,本實施形態中的觸控感測配線可以具有「黑色層/導電性金屬氧化物層/銀合金層/導電性金屬氧化物層/黑色層」的5層構造。此處,銀合金層能取代為銀、銅、銅合金。
在陣列基板具備的主動元件在可見光區域具有感度的情況下,有來自導電層的背面的反射光射入主動元件,造成主動元件的誤動作的情形。藉由一起在靠近顯示功能層的相反側(導電層的背面)配設黑色層,能防止因反射光的射入所造成的主動元件的誤動作。
(液晶層300)
在第1實施形態中,本發明的顯示功能層係液晶層300,包含具有正的介電率異向性的液晶分子。液晶分子的初期配向係相對於對向基板100或陣列基板200的基板面為平行的。在使用液晶層300的第1實施形態的液晶驅動方面,在俯視下,以橫跨液晶層的方式將驅動電壓施加於液晶分子,因此液晶係由稱為FFS(Fringe Field Switch)的橫電場驅動。液晶層300的液晶分子的介電率異向性可以是正的也可以是負的。在液晶層300的液晶分子為負的介電率異向性的情況下,例如,很難受到手指等指示器接觸或接近對向基板之際 的指示器的電荷的影響。因此,理想的是負的液晶。換言之,在液晶分子為負的介電率異向性的情況下,液晶分子受到指示器接近對向基板之際的電荷的影響,而在液晶層的厚度方向上翹起而產生漏光的情形少。
(陣列基板200的構造)
接著,針對構成顯示裝置DSP1的陣列基板200的構造進行說明。第9圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置DSP1具備的陣列基板200的平面圖。第10圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置DSP1具備的陣列基板200的剖面圖,沿著第9圖所示的C-C’線的剖面圖。第10圖顯示具有頂閘構造的薄膜電晶體(TFT)的一個例子。又,在第10圖中,用虛線表示在沿著第9圖的C-C’線的剖面中未顯示的像素電極29、接觸孔CH、位於像素電極29上方的共同電極17。又,接觸孔CH係如第9圖所示使形成在第2絕緣層12上的像素電極29和汲極電極26導通。
如第2圖、第9圖、及第10圖所示,陣列基板200具備:透明基板41(第2透明基板)、以覆蓋透明基板41的表面的方式所形成的第4絕緣層14、形成在第4絕緣層14上的第1源極配線31及第2源極配線32、以覆蓋第1源極配線31及第2源極配線32的方式形成在第4絕緣層14上的第3絕緣層13、形成在第3絕緣層13上的第1閘極配線10及第2閘極配線9、形成在第3絕緣層13上的共同配線30、以覆蓋第1閘極配線10、第2閘極配線9及共同配線30的方式形成在 第3絕緣層13上的第2絕緣層12、形成在第2絕緣層12上的像素電極29、以覆蓋像素電極29的方式形成在第2絕緣層12上的第1絕緣層11、和形成在第1絕緣層11上的共同電極17。共同配線30係通過第9圖所示的貫穿孔29s、接觸孔11H、12H而與共同電極17連接。
(主動元件28)
如第10圖所示,主動元件28具備:通道層27、與通道層27的一端(第一端,第10圖中的通道層27的左端)連接的汲極電極26、與通道層27的另一端(第二端,第10圖中的通道層27的右端)連接的源極電極24、透過第3絕緣層13而與通道層27對向配置的閘極電極25。第10圖顯示構成主動元件28的通道層27、汲極電極26、及源極電極24係形成在第4絕緣層14上的構造,但本發明不限於這樣的構造。可以不設置第4絕緣層14而在透明基板41上直接形成主動元件28。此外,也可以應用底閘構造的薄膜電晶體。
用高頻率對第1源極配線31及第2源極配線32供給映像訊號,容易從第1源極配線31及第2源極配線32產生雜訊。在頂閘構造方面,有能使也是雜訊產生源的第1源極配線31及第2源極配線32遠離前述的觸控感測配線的優點。
第10圖所示的源極電極24和汲極電極26係在相同的步驟中用相同結構的導電層形成。在第1實施形態中,採用鈦/鋁合金/鈦、鉬/鋁合金/鉬等的3層結構作為源極電極24和汲極電極26的構造。此處,鋁合金係鋁-釹的合金。
位於閘極電極25的下部的第3絕緣層13可以是具有與閘極電極25相同的寬度的絕緣層。在此情況下,例如,進行使用閘極電極25作為遮罩的乾式蝕刻,除去閘極電極25周圍的第3絕緣層13。藉此,能形成具有與閘極電極25相同的寬度的絕緣層。使用閘極電極25作為遮罩而用乾式蝕刻來加工絕緣層的技術,一般被稱為自我對準(self-alignment)。
源自具備用氧化物半導體所形成的通道層的薄膜電晶體的有機EL、LED的驅動,係比源自具備用多晶矽半導體所形成的通道層的薄膜電晶體的驅動佳。
例如,被稱為IGZO的氧化物半導體係用濺鍍等的真空成膜一次性形成。在將氧化物半導體成膜後,形成TFT等的圖案後的熱處理也是一次性進行。因此,與通道層有關的電性特性(例如,Vth)的變異極少。有機EL、LED的驅動,係為了抑制其輝度的變異而必須將前述薄膜電晶體的Vth的變異抑制在小範圍內。
另一方面,在具備用多晶矽半導體所形成的通道層的薄膜電晶體中,必須對各個電晶體將薄膜電晶體的前驅物的非晶矽施加雷射退火,各自的雷射退火會造成薄膜電晶體的Vth的變異。從此觀點出發,具備有機EL、LED的顯示裝置中所使用的薄膜電晶體較佳為具備用氧化物半導體所形成的通道層的薄膜電晶體。
此外,具備用氧化物半導體所形成的通道層的薄膜電晶體係漏電流極少,因此掃描訊號、映像訊號輸入後的穩定性高。與氧化物半導體的電晶體相比, 具備用多晶矽半導體所形成的通道層的薄膜電晶體的漏電流係大2位數以上。此漏電流少便有助於高精度的觸控感測,這是較佳的。
作為通道層27的材料,例如,能使用被稱為IGZO的氧化物半導體。作為構成通道層27的氧化物半導體的材料,能使用包含含有從由鎵、銦、鋅、錫、鋁、鍺、及鈰所構成的群組所選出的1種以上的金屬氧化物、和至少含有銻及鉍當中任一者的金屬氧化物的材料。
在本實施形態中,使用包含氧化銦、氧化鎵、及氧化鋅的氧化物半導體。用氧化物半導體所形成的通道層27的材料可以是單結晶、多結晶、微結晶、微結晶和非晶形(amorphous)的混合體、或者非晶形中任一者。作為氧化物半導體的膜厚,能設為2nm~50nm的範圍內的膜厚。通道層27可以用多晶矽半導體形成。
另外,可以採用積層了2個薄膜電晶體的構造。在此情況下,使用具備用多晶矽半導體所形成的通道層的薄膜電晶體作為位於下層的薄膜電晶體。使用具備用氧化物半導體所形成的通道層的薄膜電晶體作為位於上層的薄膜電晶體。在這樣的積層了2個薄膜電晶體的構造中,在俯視下,將薄膜電晶體配置成矩陣狀。在此構造中,可藉由多晶矽半導體得到高移動率,藉由氧化物半導體能實現低漏電流。即,能夠將多晶矽半導體的優點和氧化物半導體的優點兩者一起活用。
能將氧化物半導體或者多晶矽半導體用於例如具有p/n接面的互補型的電晶體的結構,或者是能用於僅具有n型接面的單通道型電晶體的結構。作為氧化物半導體的積層構造,例如,可以採用積層n型氧化物半導體、和與此n型氧化物半導體電性特性不同的n型氧化物半導體的積層構造。被積層的n型氧化物半導體可以用複數層來構成。在被積層的n型氧化物半導體中,能夠使基底的n型半導體的帶隙(band gap)與位於上層的n型半導體的帶隙不同。
可以採用通道層的上表面,例如,被不同的氧化物半導體覆蓋的結構。
或者是,例如,可以採用在結晶性的n型氧化物半導體上積層微結晶的(接近非晶質)氧化物半導體的積層構造。此處,微結晶係指例如,在180℃以上450℃以下的範圍內將用濺鍍裝置所成膜的非晶質的氧化物半導體進行熱處理的微結晶狀的氧化物半導體膜。或者是指在將成膜時的基板溫度設定在200℃左右的狀態下所成膜的微結晶狀的氧化物半導體膜。微結晶狀的氧化物半導體膜係能夠利用TEM等觀察方法觀察至少1nm到3nm左右、或者比3nm大的結晶粒的氧化物半導體膜。
氧化物半導體,能藉由使其從非晶質改變成結晶質來實現載子移動率的改善、可靠性的提升。以氧化物而言,氧化銦、氧化鎵的熔點高。氧化銻、氧化鉍的熔點皆為1000℃以下,氧化物的熔點低。例如,在採用氧化銦、氧化鎵和氧化銻的3元系複合氧化物的情況下,藉 由熔點低的氧化銻的效果,能降低此複合氧化物的結晶化溫度。換言之,能提供容易使其從非晶質狀態結晶化為微結晶狀態等的氧化物半導體。氧化物半導體,藉由提高其結晶性,可使載子移動率提高。
作為氧化物半導體,由於要求在後續步驟的濕式蝕刻的易溶性,因此能使用富含氧化鋅、氧化鎵或者是氧化銻的複合氧化物。例如,作為濺鍍使用的靶材的金屬元素的原子比,能例示In:Ga:Zn=1:2:2、In:Ga:Zn=1:3:3、In:Ga:Zn=2:1:1、或者是In:Ga:Zn=1:1:1。此處,Zn能取代為例如Sb(銻)、Bi(鉍)。
例如,可以以In:Sb=1:1的原子比,製成氧化銦及氧化銻的2元系複合氧化物。例如,可以以In:Bi=1:1的原子比,製成氧化銦及氧化鉍的2元系複合氧化物。
此外,在上述原子比方面,可以進一步增加In的含量。
又,複合氧化物的組成不限於上述組成。
例如,可以進一步將Sn添加於上述的複合氧化物。在此情況下,便可得到含有包含In2O3、Ga2O3、Sb2O3、及SnO2的4元系的組成的複合氧化物,或者是,可得到含有包含In2O3、Sb2O3、及SnO2的3元系的組成的複合氧化物,可以調整載子濃度。In2O3、Ga2O3、Sb2O3、Bi2O3和價數不同的SnO2扮演了載子掺雜劑的角色。
例如,使用將氧化錫添加於包含氧化銦、氧化鎵、及氧化銻的3元系金屬氧化物所得到的靶材進行濺鍍成 膜。藉此,能形成載子濃度提高的複合氧化物的膜。同樣地,例如,使用將氧化錫添加於氧化銦、氧化鎵、氧化鉍的3元系金屬氧化物所得到的靶材進行濺鍍成膜,從而能形成載子濃度提高的複合氧化物的膜。
但是,若載子濃度變得過高,則具有用複合氧化物所形成的通道層的電晶體的臨界值Vth容易變成負的(容易變成常開(normally on))。因此,理想的是以使載子濃度小於1×1018cm-3的方式調整氧化錫添加量。此外,針對載子濃度、載子移動率,藉由調整上述複合氧化物的成膜條件(導入氣體中所使用的氧氣、基板溫度、成膜速率等)、成膜後的退火條件、及複合氧化物的組成等,能得到所要的載子濃度、載子移動率。例如,提高氧化銦的組成比容易提升載子移動率。例如,藉由在250℃至700℃的溫度條件下進行熱處理的退火步驟,能夠展開上述複合氧化物的結晶化,使複合氧化物的載子移動率提升。
另外,也能夠以在同一像素中各配設1個具有用n型氧化物半導體所形成的通道層的薄膜電晶體(主動元件)、和具有用n型矽半導體所形成的通道層的薄膜電晶體(主動元件),活用各薄膜電晶體的通道層的特性的方式,驅動LED、有機EL(OLED)這種發光層。在使用液晶層、有機EL(OLED)作為顯示功能層的情況下,能夠採用n型多晶矽薄膜電晶體作為對發光層施加電壓(電流)的驅動電晶體,採用n型氧化物半導體的薄膜電晶體作為將訊號送至此多晶矽薄膜電晶體的切換電晶體。
汲極電極26及源極電極24(源極配線31、32)能採用相同的構造。例如,能將多層的導電層用於汲極電極26及源極電極24。例如,能採用以鉬、鈦、鉭、鎢、導電性金屬氧化物層等挾持鋁、銅、或它們的合金層的電極構造。可以在第4絕緣層14上,先形成汲極電極26及源極電極24,以積層在這2個電極的方式形成通道層27。電晶體的構造可以是雙閘構造等的多閘構造。或者是,作為陣列基板內的電晶體的構造,可以是在通道層的上下配置電極的雙閘構造。
半導體層或通道層可以在其厚度方向上調整移動率、電子濃度。半導體層或通道層可以是積層不同的氧化物半導體的積層構造。由源極電極和汲極電極的最小間隔所決定的電晶體的通道長度能設為10nm以上10μm以下,例如20nm到0.5μm。
第3絕緣層13發揮作為閘極絕緣層的功能。作為這樣的絕緣層材料,可採用矽酸鉿(HfSiOx)、氧化矽、氧化鋁、氮化矽、氧化氮化矽、氧化氮化鋁、氧化鋯、氧化鎵、氧化鋅、氧化鉿、氧化鈰、氧化鑭或者是混合這些材料所得到的絕緣層等。氧化鈰係介電率高,且鈰與氧原子的結合是牢固的。因此,較佳為將閘極絕緣層設為包含氧化鈰的複合氧化物。在採用氧化鈰作為構成複合氧化物的氧化物之一的情況下,在非晶質狀態下也容易保持高介電率。氧化鈰具備氧化力。氧化鈰可以進行氧的貯存和釋出。因此,能用氧化物半導體和氧化鈰接觸的構造來將氧從氧化鈰供給至氧化物半導 體以避免氧化物半導體的缺氧,能實現穩定的氧化物半導體(通道層)。將氮化物用於閘極絕緣層的結構並未顯現出如上所述的作用。此外,閘極絕緣層的材料可以包含以矽酸鈰(CeSiOx)為代表的鑭系金屬矽酸物。或者是,可以包含鑭鈰複合氧化物,甚至是矽酸鑭鈰
作為第3絕緣層13的構造,可以是單層膜、混合膜、或多層膜。在混合膜、多層膜的情況下,能利用從上述絕緣層材料所選出的材料形成混合膜、多層膜。第3絕緣層13的膜厚,例如為可從2nm以上300nm以下的範圍內選出的膜厚。在用氧化物半導體形成通道層27的情況下,在包含許多氧的狀態(成膜氣體環境)下,能形成與通道層27接觸的第3絕緣層13的界面。
在薄膜電晶體的製造步驟中,具有頂閘構造的薄膜電晶體能夠在形成氧化物半導體後,在包含氧的導入氣體中形成包含氧化鈰的閘極絕緣層。此時,能使位於閘極絕緣層下的氧化物半導體的表面氧化,且能調整該表面的氧化程度。具有底閘構造的薄膜電晶體係閘極絕緣層的形成步驟比氧化物半導體的步驟還先進行,因此很難調整氧化物半導體的表面的氧化程度。在具有頂閘構造的薄膜電晶體方面,相較於底閘構造的情況,更能促進氧化物半導體的表面的氧化,很難產生氧化物半導體的缺氧。
包含第1絕緣層11、第2絕緣層12、第3絕緣層13、及氧化物半導體的基底的絕緣層(第4絕緣層14)的複數個絕緣層能使用無機絕緣材料或有機絕緣材 料形成。作為絕緣層的材料,能使用氧化矽、氧化氮化矽、氧化鋁,作為絕緣層的構造,能使用包含上述材料的單層或複數層。可以是積層了用不同的絕緣材料所形成的複數個層的結構。為了得到將絕緣層的上表面平坦化的效果,可以將丙烯酸樹脂、聚醯亞胺樹脂、苯并環丁烯樹脂、聚醯胺樹脂等用於一部分的絕緣層。也能使用低介電率材料(low-k材料)。
在通道層27上,透過第3絕緣層13,配設閘極電極25。閘極電極25(閘極配線10)能夠以使用與共同電極17、共同配線30相同的材料,具有相同的層結構的方式,在相同的步驟中形成。此外,閘極電極25也可以以使用與上述的汲極電極26及源極電極24相同的材料,具有相同的層結構的方式形成。作為閘極電極25的構造,能採用以導電性金屬氧化物挾持銅層或銅合金層的結構,或者是以導電性金屬氧化物挾持銀或銀合金的結構。
也能用包含銦的複合氧化物覆蓋在閘極電極25的端部露出的金屬層20的表面。或者是,可以用氮化矽、氮化鉬等氮化物覆蓋如包含閘極電極25的端部(剖面)的閘極電極25整體。或者是,可以用比50nm還厚的膜厚積層具有與上述的閘極絕緣層相同的組成的絕緣膜。
作為閘極電極25的形成方法,也能夠在形成閘極電極25之前,僅對位於主動元件28的通道層27的正上方的第3絕緣層13實施乾式蝕刻等,將第3絕緣層13的厚度減薄。
可以在與第3絕緣層13接觸的閘極電極25的界面,進一步插入電性性質不同的氧化物半導體。或者是,也可以用包含氧化鈰、氧化鎵的絕緣性的金屬氧化物層形成第3絕緣層13。
具體而言,為了抑制肇因於供給至源極配線31的映像訊號的雜訊傳到共同配線30,必須將第3絕緣層13增厚。另一方面,第3絕緣層13具有作為位於閘極電極25與通道層27之間的閘極絕緣膜的功能,要求考慮過主動元件28的切換特性的適切膜厚。如此一來,為了實現相反的2個功能,而在大幅維持在共同配線30與源極配線31之間的第3絕緣層13的膜厚下,將位於通道層27正上方的第3絕緣層13的厚度減薄,從而能抑制肇因於供給至源極配線的映像訊號的雜訊傳到共同配線30,同時能在主動元件28中實現所要的切換特性。
此外,也可以在通道層27的下部形成遮光膜。作為遮光膜的材料,能使用鉬、鎢、鈦、鉻等高熔點金屬。
閘極配線10係與主動元件28電性聯結。具體而言,與閘極配線10連接的閘極電極25和主動元件28的通道層27係透過第3絕緣層13而對向。根據從映像訊號控制部121供給至閘極電極25的掃描訊號,在主動元件28中進行切換驅動。
對源極配線31、32賦予來自映像訊號控制部121的作為映像訊號的電壓。對源極配線31、32賦予 例如±2.5V至±5的正或負電壓的映像訊號。作為施加於共同電極17的電壓,例如,能設在按幅反轉進行變化的±2.5V的範圍內。此外,也可以將共同電極17的電位設為液晶驅動的臨界值Vth以下至0V的範圍的定電位。在將此共同電極應用於後述的定電位驅動的情況下,理想的是將氧化物半導體用於通道層27。用氧化物半導體所構成的通道層的耐電壓性高,可以藉由使用氧化物半導體的電晶體來將超越±5V範圍(range)的高驅動電壓施加於電極部,將液晶的響應高速化。液晶驅動,能應用幅反轉驅動、列反轉(垂直線)反轉驅動、水平線反轉驅動、點反轉驅動等各種驅動方法。
在閘極電極25的結構的一部分採用銅合金的情況下,能添加相對於銅為0.1at%以上4at%以下的範圍內的金屬元素或半金屬元素。藉由依此方式將元素添加至銅,可得到能夠抑制銅的遷移這樣的效果。特別是,較佳為將藉由在銅層的結晶(晶粒(grain))內與一部分銅原子進行取代而能配置在銅的晶格位置的元素、和在銅層的結晶粒界析出而抑制銅的晶粒附近的銅原子的行動的元素一起添加於銅。或者是,較佳為為了抑制銅原子的行動而將比銅原子重(原子量大)的元素添加於銅。除此之外,較佳為選擇在相對於銅為0.1at%至4at%的範圍內的添加量下,銅的導電率很難降低的添加元素。另外,若考慮濺鍍等真空成膜,則較佳為濺鍍等的成膜速率接近銅的元素。如上所述將元素添加於銅的技術,在假如將銅取代為銀、鋁的情況下也能適用。換言之,可以使用銀合金、鋁合金來取代銅合金。
將在銅層的結晶(晶粒)內與一部分銅原子進行取代而能配置在銅的晶格位置的元素添加於銅,換言之,是將在常溫附近與銅形成固溶體的金屬、半金屬添加於銅。容易與銅形成固溶體的金屬可舉出:錳、鎳、鋅、鈀、鎵、金(Au)等。將在銅層的結晶粒界析出以抑制銅的晶粒附近的銅原子的行動的元素添加於銅,換言之,是添加在常溫附近不與銅形成固溶體的金屬、半金屬。不與銅形成固溶體或很難與銅形成固溶體的金屬、半金屬可舉出各種材料。例如,能舉出:鈦、鋯、鉬、鎢等的高熔點金屬;矽、鍺、銻、鉍等的被稱為半金屬的元素等。上述合金元素能用作添加於銀合金的添加元素。
就遷移的觀點而言,銅、銀在可靠性面上有問題。藉由將上述的金屬、半金屬添加於銅,能補充可靠性面。藉由添加相對於銅、銀為0.1at%以上的上述金屬、半金屬,可得到抑制遷移的效果。然而,在以相對於銅或銀超過4at%的含量添加上述金屬、半金屬的情況下,銅、銀的導電率惡化變顯著,無法得到選定銅合金或銀合金的優點。
在第1實施形態及後述的其他實施形態中,在顯示裝置的剖視下,能夠將驅動顯示功能層的共同電極17配設在比像素電極的配設位置還上面的地方。換言之,在那些顯示裝置的剖視下,能夠將主動元件、TFT的配線配置在共同電極17的下部。即,共同電極17係設置在比像素電極29還靠近對向基板100的位置。以下,將這樣的結構稱為像素電極下部結構。
像素電極下部結構,能透過電阻而將共同電極17接地,例如,能將共同電位設為0V(伏特)的定電位。如以下的說明,在顯示功能層為液晶層的情況下,像素電極下部結構具有較大的優點。
(像素電極下部結構的液晶層驅動)
像素電極下部結構係共同電位實質上不變動,因此使賦予映像訊號的源極配線的電位變動。在顯示功能層為液晶層的情況下,將施加在源極配線的電壓切換為正和負的極性。又,關於本實施形態的源極配線係區別為極性為負的第1源極配線31、和極性為正的第2源極配線32。
參照第11圖及第12圖,說明源自閘極配線9、10及源極配線31、32的反轉驅動,具體而言,源自列反轉驅動或點反轉驅動的液晶驅動方法。第11圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置DSP1的電路圖,顯示在利用列反轉驅動來驅動液晶顯示裝置的情況下,各像素中的液晶驅動電壓的狀況的說明圖。第12圖係部分地顯示本發明的第1實施形態的顯示裝置DSP1的電路圖,顯示在利用點反轉驅動來驅動液晶顯示裝置的情況下,各像素中的液晶驅動電壓的狀況的說明圖。
本實施形態,如上所述,第2源極配線32的電位具有正的極性,第1源極配線31具有負的極性,在各像素中進行像素反轉驅動。在反轉驅動之際所選擇的閘極配線,可以是選擇顯示畫面的全體閘極配線的幅 反轉,也可以選擇全部線當中的一半條數的閘極配線進行反轉驅動,另外,也可以進行依序選擇水平線的反轉驅動、間歇選擇水平線進行反轉驅動。
例如,第11圖顯示在選擇複數條閘極配線(複數線)當中的偶數線的閘極配線,被選到的閘極配線將閘極訊號送至主動元件的情況下每個像素的極性。此處,第2源極配線32的極性是正的,第1源極配線31的極性是負的。在此情況下,具有相同極性的像素排列在垂直方向(Y方向)上。例如,在下一幅選擇奇數線的閘極配線,被選到的閘極配線將閘極訊號送至主動元件的情況下,具有與第11圖所示的極性為相反的極性的像素一樣排列在縱方向上,進行垂直線反轉驅動。在按幅將垂直線反轉的情況下,雜訊的產生頻率變得更低,對觸控感測的影響變少。
在第11圖中,第1源極配線31及第2源極配線32和第1閘極配線10係與第1主動元件28a電性連接,第1源極配線31及第2源極配線32和第2閘極配線9係與第2主動元件28b電性連接。第1源極配線31係負的極性,第2源極配線32成為正的極性,因此像素的極性係藉由選擇第1閘極配線10或第2閘極配線9決定。
例如,第12圖顯示在選擇複數條閘極配線(複數線)當中每隔2條且2條一組的閘極配線9、10,被選到的閘極配線9、10將閘極訊號送至主動元件的情況下,每個像素的極性。此處,第2源極配線32的極性是 正的,第1源極配線31的極性是負的。在此情況下,具有正和負的極性的像素交替地排列在垂直方向及水平方向中的任一方向上。在下一個幅,選擇不同的2條一組的閘極配線,被選到的閘極配線9、10將閘極訊號送至主動元件,從而具有與第12圖所示的極性為相反的極性的像素一樣交替地排列,進行點反轉驅動。第11圖及第12圖所示的像素的反轉驅動也能在以下的實施形態中同樣地進行。又,在第1實施形態及後述的第2實施形態中,也可以實施使共同電壓正負地反轉的一般幅反轉驅動。
例如,本實施形態中的正電壓設為0V至+5V,負電壓設為0V至-5V。又,在通道層27係用氧化物半導體(例如,被稱為IGZO的銦、鎵、鋅的複合氧化物半導體)形成的情況下,就這樣的氧化物半導體而言係耐電壓性高,因此能使用比上述還高的電壓。
又,本發明並非將正電壓及負電壓限定於上述的電壓。例如,可以將正電壓設為0V至+2.5V,將負電壓設為0V至-2.5V。即,可以將正電壓的上限設定為+2.5V,將負電壓的下限設定為-2.5V。在此情況下,可得到減低消耗電力的效果、減低雜訊的產生的效果、或者是抑制液晶顯示的烙印的效果。
例如,若採用使用記憶性良好的IGZO作為通道層27的電晶體(主動元件),則也可以省略將共同電極17設為一定的電壓(定電位)時的定電壓驅動所需的輔助電容(storage capacitor)。使用IGZO作為通道層27 的電晶體係與使用矽半導體的電晶體不同,漏電流極小,因此能省略例如如先前技術文獻的專利文獻4中所記載的包含閂部的轉移電路,能作成單純的配線構造。此外,在使用具備使用IGZO等氧化物半導體作為通道層的電晶體的陣列基板200的顯示裝置DSP1中,由於電晶體的漏電流小,因此能夠在對像素電極29施加液晶驅動電壓後保持電壓,能維持液晶層300的透射率。
在將IGZO等氧化物半導體用於通道層27的情況下,主動元件28中的電子移動率高,例如,能夠以2msec(毫秒)以下的短時間,將與需要的映像訊號相對應的驅動電壓施加於像素電極29。例如,倍速驅動(1秒鐘的顯示格數為120幅的情況)的1幅為約8.3msec,例如,能將6msec分派至觸控感測。
當具有透明電極圖案的共同電極17為定電位時,可以不將液晶驅動和觸控電極驅動進行分時驅動。能使液晶的驅動頻率和觸控金屬配線的驅動頻率不同。例如,在將IGZO等氧化物半導體用於通道層27的主動元件28(第1主動元件28a、第2主動元件28b)方面,係與在將液晶驅動電壓施加於像素電極29後必須保持透射率(或保持電壓)的使用多晶矽半導體的電晶體不同,不需要為了保持透射率而刷新(refresh)映像(再度寫入映像訊號)。由此,在採用IGZO等氧化物半導體的顯示裝置DSP1方面,變得可以進行低消耗電力驅動。
IGZO等氧化物半導體係耐電壓性高,因此能以高的電壓高速驅動液晶,變得可以用於可以3D顯示 的3維映像顯示。如上所述,將IGZO等氧化物半導體用於通道層27的主動元件28係記憶性高,因此有例如,即使將液晶驅動頻率設為0.1Hz以上30Hz以下左右的低頻率,也很難產生閃爍(flicker)(顯示的閃爍)的優點。使用以IGZO作為通道層的主動元件28,藉由一起進行源自低頻率的點反轉驅動、和源自與點反轉驅動不同的頻率的觸控驅動,能夠以低消耗電力,一起得到高畫質的映像顯示和高精度的觸控感測。
此外,如前所述,將氧化物半導體用於通道層27的主動元件28係漏電流少,因此能長時間保持施加於像素電極29的驅動電壓。用配線電阻比鋁配線小的銅配線形成主動元件28的源極配線31、32、閘極配線9、10等,進一步使用能以短時間驅動的IGZO作為主動元件,從而變得可以充分設立供進行觸控感測的掃描用的期間。即,能藉由將IGZO等氧化物半導體應用於主動元件來縮短液晶等的驅動時間,在顯示畫面整體的映像訊號處理之中,使得應用於觸控感測的時間十分充裕。藉此,能以高精度檢測產生的靜電電容的變化。
另外,藉由採用IGZO等的氧化物半導體作為通道層27,能約略解消在點反轉驅動、列反轉驅動下的偶合雜訊(coupling noise)。這是使用氧化物半導體的主動元件28,能夠以極短的時間(例如,2msec)將與映像訊號相對應的電壓施加於像素電極29,此外,保持該映像訊號施加後的像素電壓的記憶性高,在活用該記憶性的保持期間內沒有新的雜訊產生,能減輕對觸控感測的影響。
作為氧化物半導體,能採用包含銦、鎵、鋅、錫、鋁、鍺、銻、鉍、鈰當中2種以上的金屬氧化物的氧化物半導體。
(第2實施形態)
以下,一邊參照圖式一邊對本發明的第2實施形態進行說明。
在第2實施形態中,對與第1實施形態相同的構件給予相同的元件符號,省略或簡化其說明。
第13圖係部分地顯示本發明的第2實施形態的顯示裝置DSP2的圖,沿著第16圖中的D-D’線的剖面圖。
第14圖係部分地顯示本發明的第2實施形態的顯示裝置具備的液晶層506、和對向基板350的邊框部F的圖,沿著第16圖中的A-A’線的剖面圖。
第15圖係顯示設置在本發明的第2實施形態的對向基板的第2觸控感測配線的圖,顯示第14圖中的用符號W2所表示的部分的放大剖面圖。
第16圖係顯示本發明的第2實施形態的顯示裝置具備的對向基板的圖,從觀察者側觀看顯示裝置的平面圖。
在第13圖~第16圖中,省略了偏光板、相位差板、背光單元的圖示。
如第14圖所示,對第1觸控感測配線1的導通,係例如,設為用可撓性印刷電路基板FPC進行的例子,用虛線表示。第1觸控感測配線1和可撓性印刷電路基板FPC的連接係,例如,使用異向性導電膜101。
第2實施形態的顯示裝置DSP2具備的顯示功能層係垂直配向的液晶層506,利用被稱為VA(Vertical Alignment)的縱電場進行液晶驅動。
此外,在本實施形態中,觸控感測控制部122係檢測在第1觸控感測配線1與第2觸控感測配線2的交點的第1觸控感測配線1與第2觸控感測配線2之間的靜電電容C2的變化作為觸控訊號。
構成第2實施形態的顯示裝置DSP2的對向基板350具備具有第1面MF、和與第1面MF為相反側的第2面MS的透明基板42。第2面MS中設置有複數條第1觸控感測配線1。第1面MF中設置有複數條第2觸控感測配線2。複數條第2觸控感測配線2及第1面MF被彩色濾光片60覆蓋。另外,在彩色濾光片60上設置有第2透明樹脂層105,在第2透明樹脂層105上設置有共同電極50。
具體而言,在第14圖中,利用與第6圖同樣的結構,用第1觸控感測配線1的一部分和第2遮光導電圖案F22構成遮光性的邊框部F。如第14圖所示,在位於邊框部F的下部的陣列基板200的邊框部分200F形成有與液晶驅動有關的周邊電路80。周邊電路80係例如,將驅動陣列基板200的主動元件的TFT、電容元件、電阻元件等配設在陣列基板200的邊框部分200F的表面。雖然省略圖示,但第2遮光導電圖案F22係以不產生大寄生電容的方式細分割化。以包含由第1觸控感測配線1的一部分和第2遮光導電圖案F22的重疊所形 成的重疊部3的邊框部F,減少來自周邊電路80的雜訊對觸控感測的影響。導電性的邊框部F減少顯示裝置DSP2的來自外部(手、手指等)的靜電雜訊的影響,防止誤動作。
如上所述,第2實施形態係利用縱電場的液晶驅動來驅動液晶層506。如第13圖及第14圖所示,共同電極50係配置在像素電極59的上方。共同電極50係設置在比像素電極59還靠近對向基板350的位置。即,由共同電極50及像素電極59挾持液晶層506。液晶層506的晶胞間隙(厚度)係用間隔物控制。
在本實施形態中,能利用第1實施形態中所示的像素電極下部結構來驅動顯示功能層的液晶層506。
具體而言,能夠將共同電極50透過高電阻進行接地,設為0V的地線電位,將源極配線固定為正或負的極性,進行雜訊少的液晶驅動。此像素電極下部結構的顯示功能層的驅動大幅抑制雜訊對觸控感測驅動的影響,且能減少與液晶驅動有關的消耗電力。另外,經接地的共同電極50也達成電性雜訊的遮蔽層的任務,有助於觸控感測精度的提升。
與第1實施形態同樣地,主動元件係形成在陣列基板200。主動元件的通道層係用氧化物半導體形成。氧化物半導體能應用包含鎵、銦、鋅、錫、鋁、鍺、銻、鉍、鈰當中2種以上的金屬氧化物的氧化物半導體。閘極絕緣膜能製成用包含氧化鈰的複合氧化物所形成的閘極絕緣膜。例如,作為主動元件的構造,能採用第10圖所示的頂閘構造的主動元件(TFT)。
如第16圖所示,顯示裝置DSP2具備有彩色濾光片60。由第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2形成像素,在各像素設置有構成彩色濾光片60的紅著色層R、綠著色層G、及藍著色層B。即,第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2發揮作為區隔紅著色層R、綠著色層G、及藍著色層B的黑色矩陣的功能。在第2實施形態中,紅著色層R、綠著色層G、及藍著色層B係以條紋狀的圖案配置。
第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2係與第1實施形態相同,分別具有積層黑色層和導電層的構造。形成第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2的導電層係與第1實施形態相同,具有積層導電性金屬氧化物層、銅合金層和導電性金屬氧化物的3層構造。
特別是,如第15圖所示,第2觸控感測配線2具有在觀察方向OB上依序積層第2黑色層76和第2導電層75的結構。第2黑色層76具有與第1實施形態的第2黑色層相同的結構。第2導電層75具有與第1實施形態的第2導電層相同的結構。
在第13圖中,由像素電極59和共同電極50所挾持的液晶層506係由施加在像素電極59與共同電極50之間的液晶驅動電壓控制。液晶層506的液晶較佳為介電率異向性為負的液晶,但也可以使用介電率異向性為正的液晶。
(第3實施形態)
以下,一邊參照圖式一邊對本發明的第3實施形態進行說明。
在第3實施形態中,對與第1實施形態及第2實施形態相同的構件給予相同的元件符號,省略或簡化其說明。
第17圖係部分地顯示本發明的第3實施形態的顯示裝置DSP3的剖面圖。
第18圖係部分地顯示本發明的第3實施形態的顯示裝置DSP3具備的對向基板550的邊框部F的剖面圖。
第19圖係顯示本發明的第3實施形態的顯示裝置DSP3具備的對向基板550的圖,從觀察者側觀看顯示裝置DSP3的平面圖。
第20圖係部分地顯示本發明的第3實施形態的陣列基板600的剖面圖。
第21圖係部分地顯示構成本發明的第3實施形態的陣列基板600的像素電極88的圖,顯示第20圖中的用符號W3所表示的部分的放大剖面圖。
第22圖係部分地顯示構成本發明的第3實施形態的陣列基板600的閘極電極的剖面圖。
構成第3實施形態的顯示裝置DSP3的對向基板550具備具有第1面MF、和與第1面MF為相反側的第2面MS的透明基板44。第2面MS中並未設置觸控感測配線。第1面MF中,在觀察方向OB(與Z方向為相反方向)上依序形成有複數條第1觸控感測配線 1、和複數條第2觸控感測配線2。即,第2觸控感測配線2位於第1觸控感測配線1與陣列基板600之間。複數條第2觸控感測配線2及第1面MF被第2透明樹脂層105覆蓋。
在複數條第1觸控感測配線1與複數條第2觸控感測配線2之間設置有絕緣層I(觸控配線絕緣層),第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2係藉由絕緣層I而彼此電性絕緣。
在第17圖所示的構造中,將第1透明樹脂層108和第2透明樹脂層105貼合。
如第18圖所示,在位於邊框部F的下部的陣列基板600的邊框部分600F形成有與有機EL層的驅動(有機EL層的發光)有關的周邊電路80。周邊電路80係例如,將驅動陣列基板600的主動元件的TFT、電容元件、電阻元件等配設在陣列基板600的邊框部分600F的表面。在周邊電路80產生的電性雜訊被邊框部F截斷,能減少對檢測電極的第1觸控感測配線1的影響。該顯示裝置的晶胞間隙(厚度)係用間隔物的導電性粒子102控制。導電性粒子102可以是金屬球,能應用以樹脂為核而被覆無機氧化物及金屬的導電性粒子。或者是,可以使用異向性導電膜。在陣列基板600的邊框部分600F的表面設置有連接端子107,導電性粒子102被夾在連接端子107與第1觸控感測配線1之間。藉此,第1觸控感測配線1係通過陣列基板600的連接端子107,與觸控感測控制部122連接。
第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2係在俯視下正交。例如,能夠使用第1觸控感測配線1作為觸控檢測電極,使用第2觸控感測配線2作為觸控驅動電極。觸控感測控制部122係檢測在第1觸控感測配線1與第2觸控感測配線2的交點的第1觸控感測配線1與第2觸控感測配線2之間的靜電電容C3的變化作為觸控訊號。
此外,可以將第1觸控感測配線1的角色和第2觸控感測配線2的角色調換。具體而言,可以使用第1觸控感測配線1作為觸控驅動電極,使用第2觸控感測配線2作為觸控檢測電極。
作為第1觸控感測配線1及第2觸控感測配線2各自的構造,能採用與在第1實施形態說明的第8圖所示的剖面構造相同的構造。第1觸控感測配線1具有依序積層第1黑色層16和導電層15的結構。作為第1導電層15的構造,例如,能作成金屬層20的銅合金層或銀合金層被第1導電性金屬氧化物層21及第2導電性金屬氧化物層22挾持的3層構造。正交成格子狀的第1觸控感測配線1和第2觸控感測配線2也兼任使顯示對比度提升的黑色矩陣的角色。
(陣列基板600的構造)
接著,針對構成顯示裝置DSP3的陣列基板600的構造進行說明。
作為陣列基板600的基板45,不一定要使用透明基板,例如,作為可適用於陣列基板600的基板,可舉出: 玻璃基板、陶瓷基板、石英基板、藍寶石基板、矽、碳化矽、矽鍺等半導體基板,或塑膠基板等。
在陣列基板600中,第4絕緣層14、形成在第4絕緣層14上的主動元件68、以覆蓋第4絕緣層14及主動元件68的方式所形成的第3絕緣層13、以與主動元件68的通道層58對向的方式形成在第3絕緣層13上的閘極電極95、以覆蓋第3絕緣層13及閘極電極95的方式所形成的第2絕緣層12、及形成在第2絕緣層12上的平坦化層96,係依序積層在基板45上。
在平坦化層96中,在主動元件68的與汲極電極56對應的位置形成接觸孔93。此外,在平坦化層96上,在與通道層58對應的位置形成堤壩(bank)94。在剖視下,在彼此相鄰的堤壩94之間的區域中,即,在俯視下被堤壩94圍繞的區域中,以覆蓋平坦化層96的上面、接觸孔93的內部、及汲極電極56的方式形成下部電極88(像素電極)。又,下部電極88可以不形成在堤壩94的上面。
另外,以覆蓋下部電極88、堤壩94、及平坦化層96的方式形成電洞注入層91。在電洞注入層91上,依序積層有發光層92、上部電極87、及封裝層109。
如後所述,下部電極88具有銀或銀合金層被導電性金屬氧化物層挾持的結構。
作為堤壩94的材料,能使用丙烯酸樹脂、聚醯亞胺樹脂、酚醛酚樹脂等有機樹脂。可以進一步在堤壩94積層氧化矽、氧氮化矽等無機材料。
作為平坦化層96的材料,可以使用丙烯酸樹脂、聚醯亞胺樹脂、苯并環丁烯樹脂、聚醯胺樹脂等。也能使用低介電率材料(low-k材料)。
又,為了提升可見度,平坦化層96、封裝層109或者是基板45中任一者可以具有光散射的功能。或者是,可以在基板45的上方形成光散射層。
又,在第17圖中,元件符號290表示用下部電極88、電洞注入層91、發光層92、及上部電極87所構成的發光區域。
(發光層92)
如第20圖所示,陣列基板600包含顯示功能層的發光層92(有機EL層)。發光層92係當將電場賦予在一對電極間時,從陽極(例如,上部電極)所注入的電洞、和從陰極(例如,下部電極、像素電極)所注入的電子再結合,從而受到激發而進行發光的顯示功能層。
發光層92至少含有具有發光性質的材料(發光材料),同時較佳為含有具有電子輸送性的材料。發光層92係在陽極與陰極之間所形成的層,於在下部電極88(陽極)上形成電洞注入層91的情況下,在電洞注入層91與上部電極87(陰極)之間形成發光層92。此外,於在陽極上形成電洞輸送層的情況下,在電洞輸送層與陰極之間形成發光層92。能夠將上部電極87和下部電極88的角色調換。
發光層92的膜厚,只要不會明顯損害本發明的效果,便可以是任意的膜厚,但從膜中較難產生缺 陷的方面考量,較佳為膜厚大。另一方面,在膜厚小的情況下,驅動電壓變低,因而較佳。因此,發光層92的膜厚較佳為3nm以上,更佳為5nm以上,此外,另一方面,通常較佳為200nm以下,更佳為100nm以下。
發光層92的材料,只要是以所要的發光波長發光且不會損害本發明的效果,便沒有特別的限制,可以應用公知的發光材料。發光材料可以是螢光發光材料,也可以是磷光發光材料,但較佳為發光效率良好的材料,從內部量子效率的觀點出發,較佳為磷光發光材料。
作為賦予藍色發光的發光材料,例如,可舉出:萘、苝、芘、蒽、香豆素、苯并菲(chrysene)、對-雙(2-苯基乙烯基)苯及它們的衍生物等。作為賦予綠色發光的發光材料,例如,可舉出:喹吖酮衍生物、苯并菲衍生物、Al(C9H6NO)3等的鋁錯合物等。
作為賦予紅色發光的發光材料,例如,可舉出:DCM(4-(二氰基亞甲基)-2-甲基-6-(對-二甲基胺基苯乙烯基)-4H-吡喃(4-(dicyanomethylene)-2-methyl-6-(p-dimethylaminostyryl)-4H-pyran))系化合物、苯并吡喃衍生物、玫瑰紅衍生物、苯并硫
Figure 105130282-A0202-12-0068-23
(benzothioxanthene)衍生物、氮雜苯并硫
Figure 105130282-A0202-12-0068-25
衍生物等。
上述的構成發光層92的有機EL的結構、發光材料等不限於上述材料。
如第20圖所示,發光層92係形成在電洞注入層91上,用施加在上部電極87與下部電極88之間的驅動電壓驅動。
下部電極88具有積層反射層89和導電性金屬氧化物層97、98的構造。又,在上部電極87與下部電極88之間,除了發光層92外,還可以插入電子注入層、電子輸送層、電洞輸送層等。
能夠將氧化鎢、氧化鉬等高熔點金屬氧化物用於電洞注入層91。能夠將光的反射率高的銀合金、鋁合金等適用於反射層89。又,ITO等的導電性金屬氧化物係與鋁的緊貼性不佳。電極、接觸孔等的界面,例如,在ITO和鋁合金的情況下,容易產生電性連接不良。銀、銀合金係與ITO等的導電性金屬氧化物的緊貼性良好,且ITO等的導電性金屬氧化物容易得到歐姆接觸。
如第21圖所示,在本實施形態中,為了抑制銀的遷移,下部電極88具有銀或銀合金層(反射層89)被導電性金屬氧化物層97、98挾持的3層構造。作為導電性金屬氧化物層97、98的材料,能使用在第1實施形態說明的構成導電性金屬氧化物層21、22的導電性金屬氧化物。
在將銀合金層應用於光反射性的像素電極(下部電極)的情況下,銀合金層的膜厚,能從例如100nm至500nm的範圍選出。根據需要,膜厚可以形成得比500nm還厚。此外,若將銀合金層的膜厚設為例如9nm至15nm的話,便能將銀合金層用於光透射性的上部電極或者對向電極。
此外,關於顯示功能層,在使用液晶層取代發光層92(有機EL層)的情況下,將銀合金層的膜厚設為100nm 至500nm膜厚,從而能將銀合金層用於像素電極(下部電極),能實現反射型的液晶顯示裝置。
在本實施形態中,使用氧化銦、氧化鎵、氧化銻的複合氧化物作為導電性金屬氧化物。作為銀合金層的材料,能應用發揮作為導電層的功能的銀合金。作為添加至銀的添加元素,能使用從由鎂、鈣、鈦、鉬、銦、錫、鋅酞青素綠色顏料、釹、鎳、銻、鉍、銅等所構成的群組所選出的1個以上的金屬元素。本實施形態的銀合金層使用添加了相對於銀為1.5at%鈣的銀合金。在銀合金被上述導電性金屬氧化物挾持的結構中,鈣被後續步驟中的熱處理等選擇性地氧化。藉由這樣的氧化物的形成,能使銀合金層被導電性金屬氧化物層挾持的構造的可靠性提升。另外,利用氮化矽、氮化鉬等氮化物覆蓋銀合金層被導電性金屬氧化物層挾持的構造,從而能進一步使可靠性提升。
在第3實施形態中,主動元件68具有與第1實施形態相同的頂閘構造。第3實施形態的通道層也與第1實施形態相同,用氧化物半導體形成。另外,從電晶體的電子移動率的觀點出發,較佳為採用積層了用具備用多晶矽半導體所形成的通道層的主動矩陣所構成的第1層、和用具備用氧化物半導體所形成的通道層的主動矩陣所構成的第2層的構造。在依此方式積層了第1層和第2層的構造中,例如,具備用多晶矽半導體所形成的通道層的主動元件(第1層)係用於供對發光層92的有機EL層注入載子(電子或電洞)用的驅動元件。此 外,具備用氧化物半導體所形成的通道層的主動元件(第2層)係用作選擇具備用多晶矽半導體所形成的通道層的主動元件的切換元件。供使與此驅動元件電性聯結的有機EL層發光用的電源線,能使用被導電性金屬氧化物層挾持的銀合金層或銅合金層。這樣的構造,例如,可使用第22圖所示的配線構造。較佳為將導電率良好的銀合金、銅合金應用於電源線等的與主動元件聯結的配線。
在第3實施形態中,將銅合金的金屬層20用於閘極電極95。如第22圖所示,構成閘極電極95的金屬層20被第1導電性金屬氧化物層97和第2導電性金屬氧化物層98挾持。第3絕緣層13的閘極絕緣層使用的材料與第1實施形態相同。
(第3實施形態的變形例)
又,在上述實施形態中,說明了採用有機電致發光層(有機EL)作為發光層92的構造。發光層92可以是無機的發光二極體層。此外,發光層92可以具有將無機的LED晶片排列成矩陣狀的構造。在此情況下,可以將紅色發光、綠色發光、藍色發光的各個微小LED晶片安裝在陣列基板200上。作為將LED晶片構裝在陣列基板200的方法,可以進行基於面朝下(face-down)的構裝。
在發光層92係用無機LED構成的情況下,將作為發光層92的藍色發光二極體或藍紫色發光二極體配設在陣列基板200(基板45)。在形成氮化物半導體層和上部電極後,在綠色像素積層綠色螢光體,在紅色 發光的像素積層紅色螢光體。藉此,能簡便地在陣列基板200形成無機LED。在使用這樣的螢光體的情況下,利用由從藍紫色發光二極體產生的藍色光所造成的激發,能夠分別從綠色螢光體及紅色螢光體得到綠色發光及紅色發光。
或者是,可以將作為發光層92的紫外發光二極體配設在陣列基板200(基板45)。在此情況下,在形成氮化物半導體層和上部電極後,在藍色像素積層藍色螢光體,在綠色像素積層綠色螢光體,在紅色像素積層紅色螢光體。藉此,能簡便地在陣列基板200形成無機LED。在使用這樣的螢光體的情況下,例如,能用印刷法等簡便的手法形成綠色像素、紅色像素或藍色像素。這些像素,從各色的發光效率、色均衡的觀點出發,理想的是調整像素的大小。
例如,上述的實施形態的顯示裝置可以有各種應用。作為可以應用上述的實施形態的顯示裝置的電子機器,可舉出:行動電話、攜帶型遊戲機器、可攜式資訊終端機、個人電腦、電子書、攝影機、數位相機、頭戴式顯示器、導航系統、音響播放裝置(汽車音響、數位音響播放器等)、影印機、傳真機、印表機、印表機複合機、自動販賣機、自動櫃員機(ATM)、個人認證機器、光通訊機器等。上述各實施形態能夠自由組合使用。
以上說明了本發明的較佳實施形態,但上述說明是本發明的例示,應理解的是不該將它們用於限定本發明。能在不脫離本發明的範圍下進行追加、省略、 取代、及其他變更。由此,本發明不應被視為受限於前述的說明,而是受限於申請專利範圍。

Claims (20)

  1. 一種顯示裝置,包含:顯示功能層;陣列基板,驅動該顯示功能層;顯示裝置基板,具備:透明基板,具有與該陣列基板對向的第1面和與該第1面為相反側的第2面;第1感測圖案,具有在從該第2面朝向該第1面的觀察方向上依序積層了第1黑色層和第1導電層的結構,且包含在該第2面上以在第1方向上排列的方式相互平行地延伸的複數條第1觸控感測配線;第2感測圖案,具有在該觀察方向上依序積層了第2黑色層和第2導電層的結構,且包含位於該複數條第1觸控感測配線與該陣列基板之間,同時以在俯視下在與該第1方向正交的第2方向上排列的方式相互平行地延伸的複數條第2觸控感測配線;第1遮光導電圖案,用與該第1觸控感測配線相同的材料所形成,且在剖視下設置在與該第1觸控感測配線相同的位置,且位於該第1感測圖案的外側;第2遮光導電圖案,用與該第2觸控感測配線相同的材料所形成,且在剖視下設置在與該第2觸控感測配線相同的位置,且位於該第2感測圖案的外側;顯示部,與該顯示功能層對向;及遮光性的邊框部,圍繞該顯示部,同時利用該第1感測圖案的一部分、該第1遮光導電圖案、及該第2遮光導電圖案所構成,及 控制部,偵測第1觸控感測配線與第2觸控感測配線之間的靜電電容變化以進行觸控感測。
  2. 如請求項1的顯示裝置,其中該第1觸控感測配線及該第2觸控感測配線係形成在該第2面上,在該第1觸控感測配線和該第2觸控感測配線之間設置絕緣層,該第1觸控感測配線及該第2觸控感測配線係彼此電性絕緣。
  3. 如請求項1的顯示裝置,其中該第1觸控感測配線係形成在該第2面上,該第2觸控感測配線係形成在該第1面上。
  4. 如請求項1的顯示裝置,其中在該第1面上,在該觀察方向上,依序形成該第1觸控感測配線及該第2觸控感測配線,在該第1觸控感測配線和該第2觸控感測配線之間設置絕緣層,該第1觸控感測配線及該第2觸控感測配線係彼此電性絕緣。
  5. 如請求項1的顯示裝置,其具有圍繞該陣列基板及該顯示裝置基板的框體,該第1遮光導電圖案係與該框體接地。
  6. 如請求項1的顯示裝置,其中該第2遮光導電圖案具有由狹縫所分割的複數個遮光導電部。
  7. 如請求項1的顯示裝置,其中該陣列基板具備具有與閘極絕緣層接觸且用氧化物半導體所構成的通道層,驅動該顯示功能層的主動元件。
  8. 如請求項7的顯示裝置,其中該氧化物半導體包含含有從由鎵、銦、鋅、錫、鋁、鍺、及鈰所構成的群組所選出的1種以上的金屬氧化物、及至少含有銻、鉍當中任一者的金屬氧化物。
  9. 如請求項7的顯示裝置,其中該閘極絕緣層係用包含氧化鈰的複合氧化物形成。
  10. 如請求項7的顯示裝置,其中與該主動元件電性聯結的複數條配線當中,至少閘極配線具有銅合金層被導電性金屬氧化物層挾持的3層構造。
  11. 如請求項1的顯示裝置,其中該陣列基板具備挾持該顯示功能層的上部電極及下部電極,該顯示功能層係發光二極體層,利用施加在該上部電極與該下部電極之間的驅動電壓發光。
  12. 如請求項1的顯示裝置,其中該陣列基板具備挾持該顯示功能層的上部電極及下部電極,該顯示功能層係有機電致發光層,利用施加在該上部電極與該下部電極之間的驅動電壓發光。
  13. 如請求項11或12的顯示裝置,其中該上部電極及該下部電極中至少一者具有銀合金層被導電性金屬氧化物層挾持的構造。
  14. 如請求項1的顯示裝置,其中該顯示功能層係液晶層,該陣列基板具備挾持該液晶層的共同電極及像素電極,該液晶層係利用該共同電極與該像素電極之間的電位差驅動。
  15. 如請求項14的顯示裝置,其中在剖視下,該共同電極係設置在比該像素電極還靠近該顯示裝置基板的位置。
  16. 一種顯示裝置基板,具備:透明基板,具有第1面、和與該第1面為相反側的第2面;第1感測圖案,形成在該第1面及該第2面中任一者,具有在從該第2面朝向該第1面的觀察方向上依序積層了第1黑色層和第1導電層的結構,同時包含在該第2面上以在第1方向上排列的方式相互平行地延伸的複數條第1觸控感測配線;第2感測圖案,形成在該第1面及該第2面中任一者,具有在該觀察方向上依序積層了第2黑色層和第2導電層的結構,同時包含以在俯視下在與該第1方向正交的第2方向上排列的方式相互平行地延伸的複數條第2觸控感測配線;第1遮光導電圖案,用與該第1觸控感測配線相同的材料形成,在剖視下設置在與該第1觸控感測配線相同的位置,位於該第1感測圖案的外側;第2遮光導電圖案,用與該第2觸控感測配線相同的材料形成,在剖視下設置在與該第2觸控感測配線相同的位置,位於該第2感測圖案的外側;及遮光性的邊框部,利用該第1感測圖案的一部分、該第1遮光導電圖案、及該第2遮光導電圖案所構成。
  17. 如請求項16的顯示裝置基板,其中該透明基板在俯視下具有短邊和長邊, 該第1遮光導電圖案係設置成與該長邊平行。
  18. 如請求項16的顯示裝置基板,其中該第2遮光導電圖案具有與該第1觸控感測配線平行的複數個狹縫,在俯視下,形成有該複數條第1觸控感測配線和該複數個狹縫重疊的重疊部,該重疊部構成該邊框部。
  19. 如請求項16的顯示裝置基板,其中該第1導電層及該第2導電層至少具有銅合金層被導電性金屬氧化物層挾持的3層構造。
  20. 如請求項16的顯示裝置基板,其具備在俯視下,由該複數條第1觸控感測配線和該複數條第2觸控感測配線所區隔的複數個像素,該複數個像素具備彩色濾光片。
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