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JP4730443B2 - 表示装置 - Google Patents

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JP4730443B2
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Description

本発明は、表示装置、タッチセンサ、および、表示装置の製造方法に関する。特に、凸状に突出している弾性部材が形成されると共に、その弾性部材上に電極が形成されている、表示装置、タッチセンサ、および、表示装置の製造方法に関する。
液晶表示装置,有機EL表示装置などの表示装置は、薄型、軽量、低消費電力といった利点を有する。
このような表示装置において、液晶表示装置は、一対の基板の間に液晶層が封入された液晶パネルを、表示パネルとして有している。液晶パネルは、たとえば、透過型であって、液晶パネルの背面に設けられたバックライトなどの照明装置が出射した照明光を、その液晶パネルが変調して透過させる。そして、その変調した照明光によって画像の表示が、液晶パネルの正面にて実施される。
この液晶パネルは、たとえば、アクティブマトリクス方式であり、画素スイッチング素子として機能する薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)が、複数形成されているTFTアレイ基板を含む。そして、液晶パネルにおいては、そのTFTアレイ基板に対向するように対向基板が配置されており、TFTアレイ基板および対向基板の間に液晶層が設けられている。このアクティブマトリクス方式の液晶パネルにおいては、画素スイッチング素子が画素電極に電位を入力することによって、液晶層に電圧を印加して、その画素を透過する光の透過率を制御することで、画像の表示が実施される。
上記のような表示装置においては、表示パネルの画面に表示されたアイコン等の画像を利用して、ユーザが操作データの入力を可能にするために、タッチパネルを表示パネル上に設けることが行われている。
しかし、タッチパネルを表示パネル上に、外付けによって設置した場合には、全体の厚みが厚くなり、薄型の利点が損なわれる場合がある。また、タッチパネルによって、表示領域において透過する光が減少する場合や、その光が干渉される場合があるために、表示画像の品質が低下する場合がある。さらに、製造効率の低下や、製造コストの上昇などの不具合が生ずる場合がある。
このため、タッチパネル機能が表示パネルに内蔵された表示装置が、提案されている。
たとえば、電極間の接触による電圧変化で読み出しを行う「接触式」等のタッチセンサを液晶パネルに内蔵した液晶表示装置が提案されている。
ここでは、液晶パネルを構成する一対の基板のそれぞれにタッチ電極が設けられており、液晶パネルが押されて変形したときに、その一対のタッチ電極が電気的に接続するように構成されている。この液晶パネルにおいては、小さな外圧によって一対のタッチ電極が電気的に接続するように、凸状に突出している弾性部材上にタッチ電極を設けている(例えば、特許文献1、特許文献2、特許文献3参照)。
特開2001−75074号公報 特開2007−52368号公報 特開2007−95044号公報
上記の表示装置では、表示パネルの薄型化に伴い、外圧によって、電極などの部材が破損する場合があり、装置の信頼性が低下する場合がある。
特に、タッチセンサが内蔵された液晶パネルにおいて、凸状に突出している弾性部材上に、剛体であるタッチ電極を設けた場合には、この不具合の発生が顕在化する場合がある。たとえば、タッチ電極が断線して、タッチパネル機能が損なわれる場合がある。
図31は、タッチセンサが内蔵された液晶パネル200Jの要部を示す断面図である。
図31(a)に示すように、TFTアレイ基板201J上においては、凸状に突出している弾性部材211J上に第1タッチ電極212Jを設けられている。一方で、対向基板202J上においては、第2タッチ電極221Jが設けられている。
この場合において、図31(b)に示すように、対向基板202JがTFTアレイ基板201の側へ押されて変形した場合には、第2タッチ電極221Jが、第1タッチ電極212Jに接触する。このとき、凸状の弾性部材211Jは、図31(b)に示すように、上面部分から側面部分に渡って変曲する部分が大きく変形する。このため、第1タッチ電極212Jにおいて、その弾性部材211Jの部分上に形成された部分が、その変形によって破断される場合がある。
よって、図31(c)に示すように、第1タッチ電極212Jが断線して、上述したような不具合が生ずる場合がある。
このような不具合を解消するために、凸状に突出している弾性部材においてタッチ電極を設ける面の面積を大きくすることが考えられるが、その場合には、液晶パネルの開口率が低下することになるので、表示画像の品質が低下する場合がある。
また、上記のタッチ電極の他に、画素電極についても破損が生じて、同様な不具合が生ずる場合がある。たとえば、半透過型の液晶パネルにおいて、凸状に突出している弾性部材上に、画素電極を形成する場合には、この不具合の発生が顕在化する場合がある。
このように、表示装置においては、開口率の低下に伴う画像品質の低下や、装置の信頼性の低下などの不具合が生ずる場合がある。
よって、本発明は、画像品質の向上、および、装置の信頼性の向上を実現可能な表示装置、タッチセンサ、および、表示装置の製造方法を提供する。
本発明の表示装置は、表示領域において画像を表示する表示パネルを具備しており、前記表示パネルは、凸状に突出している弾性部材と、前記弾性部材上に設けられている電極とが前記表示領域に形成されている基板を有し、前記弾性部材は、前記基板の面に垂直な方向に、複数の段が設けられており、前記電極は、前記複数の段の表面を被覆する部分を含むように前記弾性部材上に設けられている。
本発明の表示装置は、画像を表示する表示領域にタッチセンサが設けられている表示パネルを具備しており、前記表示パネルは、基板と、前記基板にスペースを隔てて対向している対向基板とを有し、前記タッチセンサは、前記基板において前記対向基板に対向する面に設けられている第1タッチ電極と、前記対向基板において前記基板に対向する面に前記第1タッチ電極からスペースを隔てて対面するように設けられている第2タッチ電極とを有し、前記表示パネルが外圧によって変形し、前記第1タッチ電極と前記第2タッチ電極とが接触するように構成されており、前記基板は、前記対向基板に対向する面上において、前記対向基板に対向する方向へ凸状に突出している弾性部材を含み、前記弾性部材は、前記対向基板へ対向する方向に複数の段が設けられており、前記第1タッチ電極は、前記弾性部材において複数の段の表面を被覆する部分を含むように、前記弾性部材にて前記対向基板に対向する面上に設けられている。
本発明のタッチセンサは、基板と、前記基板に対向するように配置された対向基板とを有し、前記基板は、前記対向基板に対向する面上において、前記対向基板に対向する方向へ凸状に突出している弾性部材と、前記弾性部材にて前記対向基板に対向する面上に設けられている第1タッチ電極とを含み、前記対向基板は、前記基板に対向する面において前記第1タッチ電極からスペースを隔てて対面するように設けられている第2タッチ電極を含み、前記基板と前記対向基板との少なくとも一方が外圧によって変形し、前記第1タッチ電極と前記第2タッチ電極とが接触するように構成されており、前記弾性部材は、前記対向基板へ対向する方向に複数の段が設けられており、前記第1タッチ電極は、前記弾性部材において複数の段の表面を被覆する部分を含むように、前記弾性部材上に設けられている。
本発明の表示装置の製造方法は、表示領域において画像を表示する表示パネルを製造する工程を含み、前記表示パネルを製造する工程は、凸状に突出している弾性部材を基板に形成する弾性部材形成工程と、前記弾性部材上に電極を形成する電極形成工程とを具備しており、前記弾性部材形成工程においては、前記基板の面に垂直な方向に、複数の段を設けるように、前記弾性部材を形成し、前記電極形成工程においては、前記弾性部材において複数の段の表面を被覆するように、前記弾性部材上に前記電極を設ける。
本発明においては、凸状に突出している弾性部材を基板に形成する。ここでは、基板の面に垂直な方向に、複数の段を設けるように、この弾性部材を形成する。つまり、最も高い第1の高さで形成された第1段と、その第1の高さよりも低い第2の高さで形成された第2段とを含むように、弾性部材を形成する。そして、その弾性部材上に電極を形成する。ここでは、弾性部材において複数の段の表面を被覆するように、その弾性部材上に、その電極を設ける。つまり、電極が弾性部材上において第1段と第2段との表面を被覆する部分を含むように弾性部材上に電極を設ける。このため、電極の上方から外圧が加えられた場合に、弾性部材が大きく変形することを防止できる。よって、電極が断線することを防止できる。
本発明によれば、画像品質の向上、および、装置の信頼性の向上を実現可能な表示装置、タッチセンサ、および、表示装置の製造方法を提供することができる。
図1は、本発明の実施形態1にかかる液晶表示装置100の構成を示す断面図である。 図2は、本発明の実施形態1にかかる液晶パネル200を示す平面図である。 図3は、本発明の実施形態1にかかる液晶パネル200の要部を示す図である。 図4は、本発明の実施形態1にかかる液晶パネル200の要部を示す図である。 図5は、本発明の実施形態1にかかる液晶パネル200の要部を示す図である。 図6は、本発明の実施形態1にかかる液晶パネル200の要部を示す図である。 図7は、本発明の実施形態1にかかる液晶表示装置100を動作させる際に、制御部401が、各部に供給する制御信号の波形図である。 図8は、本発明の実施形態1にかかる液晶表示装置100において、被検知体Fが液晶パネル200の表示領域PAに接触した際の様子を示す断面図である。 図9は、本発明にかかる実施形態1において、弾性部材63を形成する工程を示す断面図である。 図10は、本発明の実施形態2にかかる液晶表示装置において、弾性部材63bの部分を拡大して示す図である。 図11は、本発明にかかる実施形態2において、弾性部材63bを形成する工程を示す断面図である。 図12は、本発明の実施形態3において、弾性部材63bの段差部分における変形量を示す図である。 図13は、本発明の実施形態3にかかる液晶表示装置において、弾性部材63cの部分を拡大して示す図である。 図14は、本発明にかかる実施形態3において、弾性部材63cを形成する工程を示す断面図である。 図15は、本発明の実施形態4にかかる液晶表示装置において、弾性部材63dの部分を拡大して示す図である。 図16は、本発明にかかる実施形態4において、弾性部材63dを形成する工程を示す断面図である。 図17は、本発明の実施形態5にかかる液晶表示装置において、弾性部材63eの部分を拡大して示す図である。 図18は、本発明の実施形態5の変形例にかかる液晶表示装置において、弾性部材63ebの部分を拡大して示す図である。 図19は、本発明にかかる実施形態6において、弾性部材63を形成する工程を示す断面図である。 図20は、本発明の実施形態にかかる液晶表示装置において、弾性部材の部分を拡大して示す図である。 図21は、本発明にかかる実施形態において、弾性部材63と各スペーサSP,SPLとを形成する工程を示す断面図である。 図22は、本発明の実施形態にかかる液晶パネルにおいて、表示領域に設けられた画素の概略を模式的に示す断面図である。 図23は、本発明の実施形態にかかる液晶パネルにおいて、弾性部材63fの上面図である。 図24は、本発明の実施形態にかかる液晶パネルにおいて、表示領域PAに設けられた画素Pの概略を模式的に示す断面図である。 図25は、本発明にかかる実施形態において、弾性部材を示す断面図である。 図26は、本発明にかかる実施形態の液晶表示装置を適用した電子機器を示す図である。 図27は、本発明にかかる実施形態の液晶表示装置を適用した電子機器を示す図である。 図28は、本発明にかかる実施形態の液晶表示装置を適用した電子機器を示す図である。 図29は、本発明にかかる実施形態の液晶表示装置を適用した電子機器を示す図である。 図30は、本発明にかかる実施形態の液晶表示装置を適用した電子機器を示す図である。 図31は、タッチセンサが内蔵された液晶パネル200Jの要部を示す断面図である。
本発明にかかる実施形態の一例について説明する。
説明は、下記の手順で行う。
1.実施形態1(弾性部材の低い段の位置が上面において端部にある場合)
2.実施形態2(弾性部材の低い段の位置が上面において中央にある場合)
3.実施形態3(弾性部材の低い段の平面形状が三角形の場合)
4.実施形態4(弾性部材が3段の場合)
5.実施形態5(弾性部材の複数の段が、コンタクトの周囲に設けられている場合)
6.実施形態6(弾性部材の複数の段のそれぞれを複数の部材を積層して設ける場合)
7.変形例
<1.実施形態1(弾性部材が2段の場合)>
(液晶表示装置の構成)
図1は、本発明の実施形態1にかかる液晶表示装置100の構成を示す断面図である。
本実施形態の液晶表示装置100は、図1に示すように、液晶パネル200と、バックライト300と、データ処理部400とを有する。各部について順次説明する。
液晶パネル200は、アクティブマトリクス方式であり、図1に示すように、TFTアレイ基板201と対向基板202と液晶層203とを有する。液晶パネル200においては、TFTアレイ基板201と対向基板202とが、互いにスペースを隔てて対向している。そして、そのTFTアレイ基板201と対向基板202との間に挟まれるように、液晶層203が設けられている。
液晶パネル200は、図1に示すように、液晶パネル200を構成するTFTアレイ基板201において、対向基板202に対向する面に対して反対側の面には、第1の偏光板206が配置されている。そして、対向基板202において、TFTアレイ基板201に対向する面に対して反対側の面には、第2の偏光板207が配置されている。
そして、液晶パネル200においては、TFTアレイ基板201の側に、バックライト300が配置されており、TFTアレイ基板201において対向基板202に対面している面に対して反対側の面に、バックライト300から出射された照明光Rが照射される。
この液晶パネル200は、複数の画素(図示無し)が配置されている表示領域PAを含む。この表示領域PAにおいては、液晶パネル200の背面側に設置されたバックライト300が出射した照明光Rを、第1の偏光板206を介して背面から受け、その背面から受けた照明光Rを、その表示領域PAにおいて変調する。
ここでは、TFTアレイ基板201において画素に対応するように、複数のTFTが画素スイッチング素子(図示無し)として設けられており、その画素スイッチング素子が制御されることによって、背面から受けた照明光を変調する。そして、その変調された照明光Rが、第2の偏光板207を介して、正面側に出射し、表示領域PAにおいて画像が表示される。たとえば、液晶パネル200の正面の側においてカラー画像が表示される。つまり、液晶パネル200は、透過型である。
また、詳細については後述するが、本実施形態においては、この液晶パネル200は、電極間の接触による電圧変化で読み出しを行う「接触式」のタッチセンサ(図示なし)が形成されている。このタッチセンサは、液晶パネル200においてバックライト300が設置された背面に対して反対側となる正面に、ユーザーの指などの被検知体Fが接触した位置に応じて異なる電位の信号を出力するように構成されている。
バックライト300は、図1に示すように、液晶パネル200の背面に対面しており、その液晶パネル200の表示領域PAに照明光Rを出射する。
具体的には、バックライト300は、液晶パネル200を構成するTFTアレイ基板201と対向基板202とにおいて、TFTアレイ基板201の側に位置するように配置されている。そして、TFTアレイ基板201において対向基板202に対面している面に対して反対側の面に、照明光Rを照射する。つまり、バックライト300は、TFTアレイ基板201の側から対向基板202の側へ向かうように照明光Rを照明する。ここでは、バックライト300は、液晶パネル200の面の法線方向zに沿うように照明光Rを出射する。
データ処理部400は、図1に示すように、制御部401と、位置検出部402とを有する。データ処理部400は、コンピュータを含み、プログラムによってコンピュータが各部として動作するように構成されている。
データ処理部400の制御部401は、液晶パネル200とバックライト300との動作を制御するように構成されている。制御部401は、液晶パネル200に制御信号を供給することによって、液晶パネル200に複数設けられた画素スイッチング素子(図示無し)の動作を制御する。たとえば、線順次駆動を実行させる。また、制御部401は、バックライト300に制御信号を供給することによって、バックライト300の動作を制御し、バックライト300から照明光Rを照射する。このように、制御部401は、液晶パネル200とバックライト300との動作を制御することによって、液晶パネル200の表示領域PAに画像を表示する。
このほかに、制御部401は、液晶パネル200に制御信号を供給することによって、液晶パネル200に設けられたタッチセンサの動作を制御し、そのタッチセンサからデータを収集する。
データ処理部400の位置検出部402は、液晶パネル200の正面側において、表示領域PAに接触した人体の指などの被検知体Fの位置を検出するように構成されている。本実施形態においては、位置検出部402は、液晶パネル200に設けられたタッチセンサ素子(図示無し)から得たデータに基づいて、位置の検出を実施する。
(液晶パネルの全体構成)
液晶パネル200の全体構成について説明する。
図2は、本発明の実施形態1にかかる液晶パネル200を示す平面図である。
図2に示すように、液晶パネル200は、表示領域PAと、周辺領域CAとを有する。
液晶パネル200において表示領域PAには、図2に示すように、複数の画素Pが面に沿って配置されている。具体的には、表示領域PAにおいては、複数の画素Pが水平方向xと垂直方向yとのそれぞれにマトリクス状に並ぶように配置されており、画像が表示される。詳細については後述するが、画素Pは、画素スイッチング素子(図示無し)を含む。そして、この複数の画素Pに対応するように、複数のタッチセンサ(図示無し)が設けられている。
液晶パネル200において周辺領域CAは、図2に示すように、表示領域PAの周辺を囲うように位置している。この周辺領域CAにおいては、図2に示すように、垂直駆動回路11と、水平駆動回路12とが形成されている。たとえば、上記の画素スイッチング素子(図示無し)などと同様にして形成された半導体素子によって、この各回路が構成されている。
そして、画素Pに対応するように設けられた画素スイッチング素子を、垂直駆動回路11および水平駆動回路12が駆動し、表示領域PAにおいて画像表示を実行する。
また、これと共に、表示領域PAに設けられたタッチセンサ(図示なし)を、垂直駆動回路11および水平駆動回路12が駆動し、タッチセンサからデータの取得を実行する。そして、液晶パネル200の表示領域PAにユーザーの指などの被検知体が接触した位置を、そのタッチセンサから取得したデータに基づいて、位置検出部402が検出する。
(液晶パネルの詳細構成)
液晶パネル200の詳細な構成について説明する。
図3から図6は、本発明の実施形態1にかかる液晶パネル200の要部を示す図である。
ここで、図3と図4は、本発明の実施形態1にかかる液晶パネル200において、表示領域PAに設けられた画素Pの概略を模式的に示す断面図である。
また、図5は、本発明にかかる実施形態1において、液晶パネル200の表示領域PAに設けられた画素Pの概略を模式的に示す上面図である。図5において、(a)は、画素Pの全体を示しており、(b)は、画素P内に設けられた弾性部材63を拡大して示している。なお、図3は、図5のX1−X2部分について示している。また、図4は、図5のY1−Y2部分について示している。
そして、図6は、本発明の実施形態1にかかる液晶パネル200において、表示領域PAに設けられた画素Pの概略を示す回路図である。
画素Pは、赤と緑と青の3原色のサブ画素が1組となって形成されているが、ここでは、一のサブ画素の要部に関して説明する。
液晶パネル200は、図3と図4とに示すように、TFTアレイ基板201と対向基板202との間には、スペーサSPが介在しており、シール材(図示無し)で貼り合わされている。そして、そのTFTアレイ基板201と対向基板202との間には、液晶層203が封入されている。
また、本実施形態においては、図3と図4と図5とに示すように、液晶パネル200は、タッチセンサSWsが内蔵されている。このタッチセンサSWsは、図3と図4と図5とに示すように、一対のタッチ電極62t,25によって構成されている。
液晶パネル200を構成する各部について説明する。
TFTアレイ基板201について下記に示す。
TFTアレイ基板201は、光を透過する絶縁体の基板であり、たとえば、ガラスにより形成されている。このTFTアレイ基板201においては、図3と図4とに示すように、対向基板202に対向する側の面に、画素スイッチング素子31と、画素電極62pと、タッチセンサSWsを構成する一方のタッチ電極62tとが形成されている。
TFTアレイ基板201に設けられた各部について示す。
TFTアレイ基板201において、画素スイッチング素子31は、図3に示すように、TFTアレイ基板201にて対向基板202に対向する側の面に設けられている。画素スイッチング素子31は、ゲート電極45と、ゲート絶縁膜46gと、半導体層48とを含み、たとえば、ボトムゲート型TFTとして形成されている。
画素スイッチング素子31において、ゲート電極45は、図3,図4に示すように、TFTアレイ基板201上に形成されている。そして、ゲート電極45は、図6に示すように、ゲート線GLに電気的に接続されている。
ここでは、図3,図4,図5に示すように、ゲート線GLは、x方向に沿うように、延在しており、ゲート電極45は、このゲート線GLと一体になるように形成されている。たとえば、ゲート電極45およびゲート線GLは、モリブデンなどの金属材料を用いて形成されている。
また、ゲート線GLは、図6に示すように、垂直駆動回路11に電気的に接続されており、ゲート電極45は、垂直駆動回路11からゲート線GLを介して、走査信号Vgateが垂直駆動回路11から供給される。
画素スイッチング素子31において、ゲート絶縁膜46gは、図3,図4に示すように、ゲート電極45上に設けられている。このゲート絶縁膜46gは、たとえば、シリコン酸化膜などの絶縁材料を用いて形成されている。
画素スイッチング素子31において、半導体層48は、図3,図4に示すように、ゲート絶縁膜46gを介してゲート電極45に対面する部分を含むように形成されている。たとえば、半導体層48は、ポリシリコンなどの半導体材料を用いて形成されている。この半導体層48においては、ゲート絶縁膜46gを介してゲート電極45が対面するチャネル形成領域(図示なし)を挟むように、ソース・ドレイン領域(図示なし)が一対で形成されている。
そして、半導体層48において、一方のソース・ドレイン領域(図示なし)は、図6に示すように、信号線SLに電気的に接続されている。
ここでは、信号線SLは、図3に示すように、画素スイッチング素子31を被覆するようにTFTアレイ基板201上に形成された層間絶縁膜Sz内に設けられている。この信号線SLは、図5に示すように、y方向に延在するように形成されている。そして、層間絶縁膜Sz内に設けられた導電層(図示なし)を介して、上記の一方のソース・ドレイン領域(図示なし)は、信号線SLに電気的に接続されている。
なお、信号線SLは、図6に示すように、画素スイッチング素子31に接続された側に対して反対側においては、水平駆動回路12に電気的に接続するように構成されている。本実施形態では、水平駆動回路12は、書き込み回路WCと、読み出し回路RCとを含む。信号線SLは、書き込み回路WCとの間に、スイッチSWwが介在しており、スイッチSWwがオン状態になったときに、書き込み回路WCに電気的に接続する。また、信号線SLは、読み出し回路RCとの間に、スイッチSWrが介在しており、スイッチSWrがオン状態になったときに、読み出し回路RCに電気的に接続する。詳細については後述するが、この2つのスイッチSWw,SWrは、差動的に動作し、同時にオン状態にならないように、動作が制御される。このため、スイッチSWwがオン状態にされたときには、信号線SLは、書き込み回路WCに電気的に接続し、書き込み回路WCからライト信号(WRIRHT)が供給される。そして、スイッチSWrがオン状態になったときには、信号線SLは、読み出し回路RCに電気的に接続し、読み出し回路RCからリード信号(READ)が供給される。
一方で、半導体層48において、他方のソース・ドレイン領域(図示なし)は、図6に示すように、画素電極62pに電気的に接続されている。また、これと共に、半導体層48において、他方のソース・ドレイン領域(図示なし)は、図6に示すように、タッチセンサSwsを構成する一対のタッチ電極25,62tのうち、一方のタッチ電極62tに電気的に接続されている。
詳細については後述するが、図4に示すように、画素電極62pと一方のタッチ電極62tとは、TFTアレイ基板201の層間絶縁膜Sz上において、一体的に形成されている。このため、他方のソース・ドレイン領域(図示なし)は、この層間絶縁膜Sz内に設けられたコンタクト(図示なし)を介して、画素電極62pと一方のタッチ電極62tとのそれぞれに電気的に接続されている。
TFTアレイ基板201において、画素電極62pとタッチ電極62tとのそれぞれは、図3と図4とに示すように、TFTアレイ基板201にて対向基板202に対面する面上に、層間絶縁膜Szを介して設けられている。画素電極62pとタッチ電極62tのそれぞれは、いわゆる透明電極であって、たとえば、ITOを用いて形成されている。そして、画素電極62pとタッチ電極62tのそれぞれは、一体になるように形成されており、互いに電気的に接続している。
ここでは、画素電極62pは、図5に示すように、xy面において、ゲート線GLと信号線SLとによって区画される領域に対応するように、矩形パターンで形成されている。
そして、この画素電極62pは、図6に示すように、画素スイッチング素子31の一方の端子に電気的に接続されており、液晶層203に電位を与えるように構成されている。
これに対して、タッチ電極62tは、図5に示すように、xy面において、矩形形状であるが、画素電極62pよりも、x方向における幅が、狭くなるように形成されている。そして、このタッチ電極62tは、図3と図4とに示すように、弾性部材63の表面を被覆するように設けられている。
図3と図4とに示すように、弾性部材63は、ゲート線GLの上方において、層間絶縁膜Szを介在して設けられている。たとえば、弾性部材63は、アクリル系樹脂を用いて形成されている。そして、弾性部材63は、この層間絶縁膜Sz上において、対向基板202へ向かう方向へ、凸状に突出するように設けられている。ここでは、図3に示すように、弾性部材63は、セルギャップを保持するスペーサSPよりも、高さが低くなるように形成されている。
本実施形態においては、弾性部材63は、図4に示すように、TFTアレイ基板201のxy面に垂直なz方向に、複数の段が設けられている。
具体的には、弾性部材63は、図4に示すように、TFTアレイ基板201のxy面上において、第1の高さH1になるように形成された第1段D1と、その第1の高さH1よりも低い第2の高さH2で形成された第2段D2とを含む。
ここでは、図5(b)に示すように、弾性部材63の第1段D1は、xy面において、x方向に延在する面D1aと、そのx方向に延在する面の両端部から上方へ延在する面D1bとを含んでおり、xy面での平面形状が、コの字状になるように形成されている。また、弾性部材63の第2段D2は、xy面において、x方向に延在する矩形状の面D2aを含み、この面D2aが、第1段D1の各面D1a,D1bに囲われている。
ここでは、弾性部材63においては、図5(b)に示すように、高い第1段D1の面積が、低い第2段D2の面積よりも広くなるように形成されている。
そして、図4に示すように、タッチ電極62tは、この弾性部材63に設けられた複数の段の表面を被覆する部分を含むように、弾性部材63の上に形成されている。具体的には、タッチ電極62tは、この弾性部材63上において、第1段D1と第2段D2との表面を被覆する部分を含むように設けられており、画素電極62pと一体になるように形成されている。ここでは、図4に示すように、タッチ電極62tは、弾性部材63において、画素電極62pが設けられている側面とは反対側の側面を被覆しないように形成されている。
このタッチ電極62tは、図6に示すように、スイッチであるタッチセンサSWsの一方の端子として機能するように、構成されている。
この他に、TFTアレイ基板201においては、図3と図4とに示すように、液晶配向膜HM1が画素電極62p上に設けられている。
本実施形態においては、この液晶配向膜HM1は、タッチ電極62tの表面が露出するように形成されている。たとえば、この液晶配向膜HM1は、ポリイミドによって形成されている。
対向基板202について下記に示す。
対向基板202は、TFTアレイ基板201と同様に、光を透過する絶縁体の基板であり、たとえば、ガラスにより形成されている。この対向基板202は、図3と図4とに示すように、TFTアレイ基板201に対してスペースを隔てて、対向している。そして、対向基板202において、TFTアレイ基板201に対応する面においては、図3と図4とに示すように、カラーフィルタ層21と、対向電極23と、タッチ電極25とが形成されている。
対向基板202に設けられた各部について示す。
対向基板202において、カラーフィルタ層21は、図3と図4とに示すように、対向基板202にてTFTアレイ基板201に対向する側の面に形成されている。図示を省略しているが、カラーフィルタ層21は、赤と緑と青の3原色のフィルタを1組として画素Pごとに設けられており、それぞれの色が、x方向に並ぶように形成されている。カラーフィルタ層21は、たとえば、顔料や染料などの着色剤を含有するポリイミド樹脂を用いて形成されている。このカラーフィルタ層21においては、バックライト300から照射された白色光が着色されて出射される。
そして、カラーフィルタ層21の周囲においては、図4に示すように、各色のカラーフィルタ層21を区画するように、ブラックマトリクス層21Kが設けられている。このブラックマトリクス層21Kは、たとえば、黒色の顔料を含んだ樹脂層によって形成されており、光を遮光する。
そして、カラーフィルタ層21とブラックマトリクス層21Kとのそれぞれにおいては、図3と図4とに示すように、TFTアレイ基板201に対向する側の面に、平坦化膜22が被覆されている。この平坦化膜22は、光透過性の絶縁材料によって形成されており、対向基板202にてTFTアレイ基板201に対面する面側を平坦化している。
対向基板202において、対向電極23は、図3と図4とに示すように、対向基板202にてTFTアレイ基板201に対面する側の面に形成されている。ここで、対向電極23は、平坦化膜22を被覆するように形成されている。対向電極23は、いわゆる透明電極であって、たとえば、ITOを用いて形成されている。そして、対向電極23は、図6に示すように、Vcom線CLに電気的に接続されており、共通電位が印加される。つまり、対向電極23は、表示領域PAにおいて、複数の画素Pに対応するように形成された複数の画素電極62pのそれぞれに対向しており、各画素Pにおいて共通な共通電極として機能するように構成されている。
そして、対向電極23上においては、図3と図4とに示すように、液晶配向膜HM2が設けられている。ここでは、対向電極23の表面全面を被覆するように、液晶配向膜HM2が設けられている。たとえば、液晶配向膜HM2は、ポリイミドによって形成されている。
対向基板202において、タッチ電極25は、図4に示すように、液晶配向膜HM2上に設けられている。タッチ電極25は、対向基板202において、TFTアレイ基板201に設けられた弾性部材63に対向する部分に設けられている。
そして、このタッチ電極25は、図6に示すように、Vcom線CLに電気的に接続されている。ここでは、図5に示すように、Vcom線CLは、ゲート線GLの上方において、x方向に沿うように延在しており、タッチ電極25は、このVcom線CLと一体になるように形成されている。
また、このタッチ電極25は、図4,図5,図6に示すように、TFTアレイ基板201に設けられたタッチ電極62tと共に、タッチセンサSWsとして機能するように構成されている。
具体的には、タッチセンサSWsは、図6に示すように、制御端子がない2端子のスイッチであり、等価回路上において、液晶層203を誘電体としたキャパシタに対して、並列になるように設けられている。そして、タッチセンサSWsは、たとえば、人の指が対向基板202を押して変形させて、一対のタッチ電極62t,25のそれぞれが接触することで、オン状態になるように構成されている。
液晶層203について示す。
液晶層203は、図3と図4とに示すように、TFTアレイ基板201と対向基板202との間にて挟持されている。
ここでは、液晶層203は、TFTアレイ基板201に形成された液晶配向膜HM1と、対向基板202に形成された液晶配向膜HM2とによって、液晶分子(図示なし)が配向されている。たとえば、液晶分子が垂直配向するように液晶層203が形成されている。
この液晶層203は、図6に示すように、TFTアレイ基板201の画素電極62pと、対向基板202の対向電極23とによって、キャパシタを構成している。
(動作)
以下より、上記の液晶表示装置100において、ユーザーの指などの被検知体Fが液晶パネル200の表示領域PAに接触した位置を検出する際の動作について説明する。
図7は、本発明の実施形態1にかかる液晶表示装置100を動作させる際に、制御部401が、各部に供給する制御信号の波形図である。図7において、(A)は、ゲート線GLに供給する走査信号(Vgate)を示している。(B)は、信号線SLに供給するデータ信号(Vsig)を示している。(C)は、Vcom線CLに供給する共通電圧(Vcom)の波形図である。(D)は、スイッチSWwに供給するライト信号(Write)を示している。(E)は、スイッチSWrに供給するリード信号(Read)を示している。
まず、T1においては、図7の(B)と(D)とに示すように、データ信号(Vsig)とライト信号(Write)とが、ローレベルからハイレベルになる。このため、ハイレベルのライト信号(Write)によって、スイッチSWwがオンになり、ハイレベルのデータ信号(Vsig)が、スイッチSWwを介して、書き込み回路WCから信号線SLへ供給される(図5参照)。
つぎに、T2においては、図7の(D)に示すように、ライト信号(Write)がローレベルになって、スイッチSWwがオフになり、信号線SLが、フローティング状態になる。この状態で、T2においては、図7の(A)に示すように、走査信号(Vgate)が、ローレベルからハイレベルになる。このため、画素スイッチング素子31のゲートがオン状態になり、画素スイッチング素子31においては、チャネルが形成されて、データ信号(Vsig)の電荷の放電経路が生ずる(図5参照)。
このとき、タッチセンサSWsがオン状態にされた場合には、大きな容量のVcom線CLに、フローティング状態の信号線SLの電荷が放電される。このため、図7の(B)にて実線で示すように、データ信号(Vsig)の電位が、大きく低下する。
一方で、タッチセンサSWsがオフ状態である場合には、図7の(B)にて破線で示すように、データ信号(Vsig)の電位は、ほぼ保持されて、変化が少ない。
つぎに、T3においては、図7の(E)に示すように、リード信号(Read)が、ローレベルからハイレベルになる。このため、ハイレベルのリード信号(Read)によって、スイッチSWrがオンになり、データ信号(Vsig)が、スイッチSWrを介して、信号線SLから読み出し回路RCへ読み出される(図5参照)。
ここで、タッチセンサSWsがオン状態である場合には、図7の(B)にて実線で示したように、低い電位のデータ信号(Vsig)が読み出される。一方で、タッチセンサSWsがオフ状態である場合には、図7の(B)にて破線で示したように、高い電位のデータ信号(Vsig)が読み出される。
そして、このとき、この読み出したデータ信号(Vsig)の電位に基づいて、データ処理部400の位置検出部402(図1参照)が、位置検出を行う。
具体的には、位置検出部402は、読み出したデータ信号(Vsig)の電位と参照電位との比較処理を実行し、参照電位よりも大きい場合には、タッチセンサSWsがオフ状態であると判断する。一方で、読み出したデータ信号(Vsig)の電位が、参照電位に対して小さい場合には、タッチセンサSWsがオン状態であると判断する。そして、位置検出部402は、タッチセンサSWsがオン状態であると判断した画素Pの位置を、指などの被検知体Fが接触した位置として検出する。
つまり、位置検出部402は、タッチセンサSWsがオン状態の場合と、オフ状態の場合との間において、変化する電位に基づいて、液晶パネル200にて、指などの被検知体Fが接触した位置を検出する。
つぎに、T4においては、図7の(E)に示すように、リード信号(Read)を、ローレベルにし、スイッチSWrをオフ状態にする。そして、ライト信号(Write)を、ローレベルからハイレベルとして、スイッチSWwをオン状態にすると共に、信号線SLにハイレベルのデータ信号(Vsig)を印加する。その後、共通電圧Vcomの電位を反転して、表示の制御を続行する。
図8は、本発明の実施形態1にかかる液晶表示装置100において、被検知体Fが液晶パネル200の表示領域PAに接触した際の様子を示す断面図である。図8では、要部を示しており、一部の部材については、表示を省略している。
図8に示すように、対向基板202において液晶層203とは反対側の面に被検知体Fが接触して、対向基板202が押された場合には、対向基板202が変形してTFTアレイ基板201の側へ移動する。このとき、この対向基板202の変形に伴って、対向基板202において液晶層203側の面に設けられたタッチ電極25が、TFTアレイ基板201の側へ移動される。そして、このタッチ電極25は、TFTアレイ基板201に設けられたタッチ電極62tに接触する。このように、対向基板202に設けられたタッチ電極25が、TFTアレイ基板201に設けられたタッチ電極62tに接触することで、タッチセンサSWsがオン状態になる。
図8に示すように、一対のタッチ電極62t,25のそれぞれが接触した際には、被検知体Fによる押圧によって、弾性部材63が変形する。このため、タッチ電極62tは、この弾性部材63の変形に伴って、xy面の方向に応力が加わり、破断のおそれが生じ得る。
しかしながら、本実施形態においては、弾性部材63に複数の段D1,D2が設けられているので、前述した図31の場合と比較してわかるように、弾性部材63の変形に伴う応力が分散される。このため、弾性部材63上に形成されたタッチ電極62tには、大きな応力が加わらない。
よって、本実施形態においては、弾性部材63上に形成されたタッチ電極62tが、破断することを防止することができる。
(製造方法)
以下より、上記の液晶表示装置100において、弾性部材63を形成する方法について説明する。
図9は、本発明にかかる実施形態1において、弾性部材63を形成する工程を示す断面図である。図9では、要部を示しており、一部の部材については、表示を省略している。
まず、図9(a)に示すように、下地層UNを形成する。
ここでは、層間絶縁膜Sz上にて、弾性部材63を形成する領域を被覆するように、感光性樹脂膜(図示なし)を形成した後、フォトリソグラフィ技術によって、その感光性樹脂膜をパターン加工することで、下地層UNを形成する。
本実施形態では、弾性部材63に形成する複数の段D1,D2のうち、高さが高い段D1を形成する部分に対応するように、下地層UNを形成する。
つぎに、図9(b)に示すように、弾性部材63を形成する。
ここでは、弾性部材63を形成する領域を被覆するように、下地層UNの上に感光性樹脂膜(図示なし)を形成する後、フォトリソグラフィ技術によって、その感光性樹脂膜をパターン加工することで、弾性部材63を形成する。
そして、上述したように、弾性部材63を被覆する部分を含むように、画素電極62pとタッチ電極62tを形成する。
(まとめ)
以上のように、本実施形態において、液晶パネル200は、電極間の接触による電圧変化で読み出しを行う「接触式」のタッチセンサSWsが内蔵されている。ここでは、タッチセンサSWsは、TFTアレイ基板201にて弾性部材63上に形成されたタッチ電極62tと、対向基板202に設けられたタッチ電極25とを、一対の電極として含む。このタッチセンサSWsは、液晶パネル200が外圧によって変形されて、その一対のタッチ電極62t,25が互いに接触するように構成されている。本実施形態では、弾性部材63は、TFTアレイ基板201のxy面に垂直なz方向に、複数の段D1,D2が形成されている。つまり、最も高い第1の高さH1で形成された第1段D1と、その第1の高さH1よりも低い第2の高さH2で形成された第2段D2とを含むように、弾性部材63が形成されている。そして、タッチ電極62tは、弾性部材63において複数の段D1,D2の表面を被覆するように設けられている。つまり、タッチ電極62tが弾性部材63の上において、第1段D1と第2段D2との表面を被覆する部分を含むように設けられている。
図8に示したように、本実施形態において、一対のタッチ電極62t,25が互いに接触するように外圧が加えられた場合には、弾性部材63の第1段D1の部分は、大きく変形するが、弾性部材63の第2段D2の部分は、大きく変形しない。よって、タッチ電極62tは、弾性部材63の第2段D2に設けられた部分が、外圧によって変形しにくくなるので、弾性部材63においてタッチ電極25が接触する面を大きくすることなく、断線することを防止できる。
したがって、本実施形態は、画像品質の向上、および、装置の信頼性の向上を実現することができる。
また、本実施形態の弾性部材63においては、高い第1段D1の面積が、低い第2段D2の面積よりも広くなるように形成されている(図5(b)など参照)。つまり、弾性部材63に形成された複数の段D1,D2のうち、頂面に位置する段D1の方が、他の段よりも広くなるように形成されている。このように、弾性部材63において、対向基板202に設けられたタッチ電極25が直接的に接触する第1段D1の方が、第2段D2よりも広い面積であるので、外圧が加えられた際に、第1段D1へ圧力が集中しにくくなる。よって、上記の効果を更に奏することができる。
また、本実施形態では、液晶配向膜HM2上にタッチ電極25が形成されている。このため、接触した際に生ずる電気抵抗が小さいので、高い感度で接触位置を検知することができる。
また、本実施形態では、画素電極62pと一体になるように、タッチ電極62tを形成している。このため、液晶パネル200の開口率を向上させることができるので、表示画像の画像品質を向上できる。
<2.実施形態2(弾性部材の低い段の位置が上面において中央にある場合)>
以下より、本発明にかかる実施形態2について説明する。
(液晶パネルの詳細構成)
図10は、本発明の実施形態2にかかる液晶表示装置において、弾性部材63bの部分を拡大して示す図である。図10において、(a)は、上面図であり、(b)は、断面図である。(b)は、(a)のX1b−X2b部分を示している。
図10に示すように、本実施形態は、弾性部材63bの形状が、実施形態1の弾性部材63の形状と異なる。この点、および、これに関連する点を除き、実施形態1と同様である。このため、重複する個所については、説明を省略する。
図10に示すように、弾性部材63bは、凹状に形成されたスリットによって、複数の段D1,D2が設けられている。
ここでは、図10(a)に示すように、弾性部材63bは、xy面において、矩形状であって、x方向の辺がy方向の辺よりも長くなるように形成されている。そして、x方向における中心部分に、y方向へ延在するスリットSTが設けられている。
また、図10(b)に示すように、xz面においては、弾性部材63bは、第1の高さH12である第1段D12と、その第1の高さH12よりも低い第2の高さH22である第2段D22とを含むように、形成されている。
つまり、図10(a)に示すように、弾性部材63bの第1段D12は、xy面において、一対の面D12a,D12bを含んでおり、この一対の面D12a,D12bが、第2段D22を挟んでいる。そして、弾性部材63bの第2段D22は、xy面において、y方向に延在する矩形状の面D22aを含み、この面D22aが、x方向において、第1段D1の各面D1a,D1bに挟まれている。
そして、図示を省略しているが、タッチ電極62tは、実施形態1の場合と同様に、この複数の段の表面を被覆する部分を含むように、弾性部材63bの上に設けられている。つまり、タッチ電極62tは、この弾性部材63b上において、第1段D12と第2段D22との表面を被覆する部分を含むように、設けられている。
(製造方法)
以下より、上記の弾性部材63bを形成する方法について説明する。
図11は、本発明にかかる実施形態2において、弾性部材63bを形成する工程を示す断面図である。図11では、要部を示しており、一部の部材については、表示を省略している。
まず、図11(a)に示すように、感光性樹脂膜PR1bを形成する。
ここでは、弾性部材63bを形成する領域を被覆するように、感光性樹脂膜PR1bを形成する。本実施形態では、ネガ型のフォトレジスト材料(たとえば、JSR製のNN系)を用いて、この感光性樹脂膜PR1bを形成する。
つぎに、図11(b)に示すように、感光性樹脂膜PR1bについて露光処理を実施する。
ここでは、マスクパターンが設けられたフォトマスクPMbを介して、露光光Lを感光性樹脂膜PR1bに照射することで、この露光処理を実施する。本実施形態では、弾性部材63bにおいて第1段D12に対応する部分から露光光Lが透過し、第2段D22に対応する部分で露光光Lが遮光されるように、マスクパターンが形成されたフォトマスクPMbを用いる。
その後、現像処理を実施することによって、図10に示したように、弾性部材63bが完成される。
なお、ポジ型のフォトレジスト材料(たとえば、JSR製PCレジン)を用いて、上記の感光性樹脂膜PR1bを形成した場合には、図11(c)に示すような露光処理を実施して、弾性部材63bを形成する。
この場合には、図11(c)に示すように、弾性部材63bにおいて第1段D12に対応する部分で露光光Lが遮光され、第2段D22に対応する部分で露光光Lが透過されるように、マスクパターンが形成されたフォトマスクPMbを用いる。
(まとめ)
以上のように、本実施形態においては、弾性部材63bは、TFTアレイ基板201のxy面に垂直なz方向に、複数の段D12,D22が形成されている。つまり、最も高い第1の高さH12で形成された第1段D12と、その第1の高さH12よりも低い第2の高さH22で形成された第2段D22とを含むように、弾性部材63bが形成されている。そして、画素電極62pbは、弾性部材63bにおいて複数の段D12,D22の表面を被覆するように設けられている。つまり、画素電極62pbが弾性部材63bの上において、第1段D12と第2段D22との表面を被覆する部分を含むように設けられている。
このため、実施形態1の場合と同様に、弾性部材63bが、外圧によって変形しにくくなるので、弾性部材63bにおいてタッチ電極25が接触する面を大きくすることなく、画素電極62pが断線することを防止できる。
特に、本実施形態では、弾性部材63bは、凹状に形成されたスリットによって、複数の段D1,D2が設けられているので、弾性部材63bの変形を効果的に抑制することができる。
図12は、本発明の実施形態3において、弾性部材63bの段差部分における変形量を示す図である。
図12において、(a)は、スリットSTの幅を、3μmとした場合において、スリット深さを変化させた場合の結果を示している。これに対して、(a)は、スリットSTの深さを、1μmとした場合において、スリット深さを変化させた場合の結果を示している。
図12に示すように、弾性部材63bにスリットを設けない場合(図12の点線)と比較して、スリットを設けた場合の方が、変形量が小さい。スリットの深さは、0.5〜1.5μmの範囲で好適な結果が得られており、浅い方が、より好適であった。また、スリットの幅は、1.5〜6μmの範囲で好適な結果が得られており、幅が狭い方が、より好適であった。
なお、この変形量は、以下の条件の下でシミュレートした結果である。
・弾性部材63bのヤング率:3.5GPa
・弾性部材63bのポアソン比:0.38
・弾性部材63bのテーパー角:60°
・弾性部材63bの大きさ
xy面における長辺の長さ:35μm(35umで計算)
xy面における短辺の長さ:15μm(15umで計算)
高さ:2.5um
・加えた圧:1.1×10Pa
このように、本実施形態では、弾性部材63bは、段差部分において変形量が小さいので、画素電極62pが断線することを防止できる。
したがって、本実施形態は、画像品質の向上、および、装置の信頼性の向上を実現することができる。
<3.実施形態3(弾性部材の低い段の平面形状が三角形の場合)>
以下より、本発明にかかる実施形態3について説明する。
(液晶パネルの詳細構成)
図13は、本発明の実施形態3にかかる液晶表示装置において、弾性部材63cの部分を拡大して示す図である。図13において、(a)は、上面図であり、(b)は、断面図である。(b)は、(a)のX1c−X2c部分を示している。
本実施形態においては、弾性部材63cの形状が、実施形態1の弾性部材63の形状と異なる。この点、および、これに関連する点を除き、実施形態1と同様である。このため、重複する個所については、説明を省略する。
図13に示すように、弾性部材63cは、TFTアレイ基板201のxy面に対して傾斜している傾斜面KSを含むように形成されている。
ここでは、図13(a)に示すように、弾性部材63cは、xy面において、矩形状であって、x方向の辺がy方向の辺よりも長くなるように形成されている。
そして、図13(b)に示すように、弾性部材63bは、xz面においては、xy面に沿った面D13を含み、その面D13の一端に傾斜面KSが設けられている。この傾斜面KSは、図13(b)に示すように、TFTアレイ基板201のxy面に垂直なxz面の断面の幅(x方向での辺の長さ)が、xy面からz方向の上方へ離れるに伴って、狭くなるように形成されている。
また、この傾斜面KSは、図13(a)に示すように、TFTアレイ基板201の面に水平なxy面において、傾斜面KSの幅(y方向での辺の長さ)が、内側から外側へ向かって広がるように形成されている。つまり、図13(a)に示すように、xy面の形状が、三角形状になるように、傾斜面KSが形成されている。
そして、図示を省略しているが、タッチ電極62tは、実施形態1と同様に、この複数の面D13,KSの表面を被覆する部分を含むように、弾性部材63cの上に設けられている。つまり、弾性部材63cにおいて高さが異なる複数の面D13,KSの上に、タッチ電極62tが形成されている。
(製造方法)
以下より、上記の弾性部材63cを形成する方法について説明する。
図14は、本発明にかかる実施形態3において、弾性部材63cを形成する工程を示す断面図である。図14では、要部を示しており、一部の部材については、表示を省略している。
まず、図14(a)に示すように、感光性樹脂膜PR1cを形成する。
ここでは、弾性部材63cを形成する領域を被覆するように、感光性樹脂膜PR1cを形成する。本実施形態では、ポジ型のフォトレジスト材料(たとえば、JSR製のPCレジン)を用いて、この感光性樹脂膜PR1cを形成する。
つぎに、図14(b)に示すように、感光性樹脂膜PR1cについて露光処理を実施する。
ここでは、マスクパターンが設けられたフォトマスクPMcを介して、露光光Lを感光性樹脂膜PR1cに照射することで、この露光処理を実施する。
本実施形態では、図14(c)に示すように、弾性部材63cにおいて傾斜面KSに対応する部分から露光光Lが透過し、他の部分で露光光が遮光されるように、マスクパターンが形成されたフォトマスクPMcを用いる。つまり、三角形状の開口がマスクパターンとして設けられたフォトマスクPMcを用いる。
この場合には、三角形状の開口において、解像限界よりも狭い幅の部分が存在するので、上述したように、その幅に対応して、露光の深さが変化する。
このため、この露光処理後に現像処理を実施することによって、図13に示したように、傾斜面KSを含むように、弾性部材63cが完成される。
(まとめ)
以上のように、本実施形態においては、弾性部材63cは、傾斜面KSが形成されている。そして、画素電極62pbは、この傾斜面KSの表面を被覆するように設けられている。
このため、実施形態1の場合と同様に、弾性部材63cが、外圧によって変形しにくくなるので、弾性部材63cにおいてタッチ電極25が接触する面を大きくすることなく、画素電極62pが断線することを防止できる。
特に、本実施形態では、弾性部材63cは、傾斜面KSが設けられているので、弾性部材63cの変形を効果的に抑制することができる。
したがって、本実施形態は、画像品質の向上、および、装置の信頼性の向上を実現することができる。
<4.実施形態4(弾性部材が3段の場合)>
以下より、本発明にかかる実施形態4について説明する。
(液晶パネルの詳細構成)
図15は、本発明の実施形態4にかかる液晶表示装置において、弾性部材63dの部分を拡大して示す図である。図15において、(a)は、上面図であり、(b)は、断面図である。(b)は、(a)のX1d−X2d部分を示している。
図15に示すように、本実施形態は、弾性部材63dの形状が、実施形態1の弾性部材63の形状と異なる。この点、および、これに関連する点を除き、実施形態1と同様である。このため、重複する個所については、説明を省略する。
図15に示すように、弾性部材63dは、複数の段D14,D24,D34が設けられている。
ここでは、図15(a)に示すように、弾性部材63dは、xy面において、矩形状であって、x方向の辺がy方向の辺よりも長くなるように形成されている。そして、y方向における中心部分に、x方向へ延在するスリットが設けられている。
また、図15(b)に示すように、xz面においては、弾性部材63dは、第1の高さH14である第1段D14と、その第1の高さH14よりも低い第2の高さH24である第2段D24とが、スリット部分に設けられている。この他に、弾性部材63dは、その第2の高さH24よりも低い第3の高さH344である第3段D34を、さらに含む。このように、階段状に、複数の段D14,D24,D34が設けられている。
つまり、図15(a)に示すように、弾性部材63dの第1段D14は、xy面において、一対の面D14a,D14bを含んでおり、この一対の面D14a,D14bが、y方向において、第2段D24,第3段D34を挟んでいる。そして、弾性部材63dの第2段D24は、xy面において、x方向に延在する矩形状の面D24aを含み、この面D24aが、第1段D1の各面D14a,D14bに挟まれている。そして、弾性部材63dの第3段D34は、xy面において、x方向に延在する矩形状の面D34aを含み、この面D24aが、第1段D1の各面D14a,D14bに挟まれている。
そして、図示を省略しているが、タッチ電極62tは、実施形態1の場合と同様に、この複数の段の表面を被覆する部分を含むように、弾性部材63dの上に設けられている。つまり、タッチ電極62tは、この弾性部材63d上において、第1段D14と第2段D24と第3段D34の表面を被覆する部分を含むように、設けられている。
(製造方法)
以下より、上記の弾性部材63dを形成する方法について説明する。
図16は、本発明にかかる実施形態4において、弾性部材63dを形成する工程を示す断面図である。図16では、要部を示しており、一部の部材については、表示を省略している。
まず、図16(a)に示すように、感光性樹脂膜PR1dを形成する。
ここでは、弾性部材63dを形成する領域を被覆するように、感光性樹脂膜PR1dを形成する。本実施形態では、ポジ型のフォトレジスト材料を用いて、この感光性樹脂膜PR1dを形成する。
つぎに、図16(b)に示すように、感光性樹脂膜PR1dについて露光処理を実施する。
ここでは、マスクパターンが設けられたフォトマスクPMbを介して、露光光Lを感光性樹脂膜PR1bに照射することで、この露光処理を実施する。本実施形態では、弾性部材63dにおいて第1段D14に対応する部分で露光光Lを遮光し、第3段D34に対応する部分で露光光Lが遮光されるように、マスクパターンが形成されたフォトマスクPMdを用いる。そして、第2段D24に対応する部分においては、第1段D14と第3段D34との中間の強度で露光光Lが透過するように、ハーフトーンになっているフォトマスクPMdを用いる。
その後、現像処理を実施することによって、図15に示したように、弾性部材63dが完成される。
(まとめ)
以上のように、本実施形態においては、弾性部材63dは、TFTアレイ基板201のxy面に垂直なz方向に、複数の段D14,D24,D34が形成されている。そして、画素電極62pbは、弾性部材63dにおいて複数の段D12,D22の表面を被覆するように設けられている。
このため、実施形態1の場合と同様に、弾性部材63dが、外圧によって変形しにくくなるので、弾性部材63dにおいてタッチ電極25が接触する面を大きくすることなく、断線の発生を防止できる。
<5.実施形態5(弾性部材の複数の段が、コンタクトの周囲に設けられている場合)>
以下より、本発明にかかる実施形態5について説明する。
(液晶パネルの詳細構成)
図17は、本発明の実施形態5にかかる液晶表示装置において、弾性部材63eの部分を拡大して示す図である。図17において、(a)は、上面図であり、(b)は、断面図である。(b)は、(a)のX1e−X2e部分を示している。
本実施形態においては、弾性部材63eの形状が、実施形態1の弾性部材63の形状と異なる。また、弾性部材63eの位置が、実施形態1と異なる。この点、および、これに関連する点を除き、実施形態1と同様である。このため、重複する個所については、説明を省略する。
図17に示すように、弾性部材63eは、TFTアレイ基板201の面に水平なxy面において、複数の段D15,D25が、コンタクトCTの周りを囲うように設けられている。
ここでは、図示を省略しているが、画素スイッチング素子31を構成するソース・ドレイン領域(図示なし)に、電気的に接続しているコンタクトCTの全ての周りに、段D15,D25が設けられている。
そして、図示を省略しているが、タッチ電極62tは、実施形態1と同様に、この段D15,D25の表面を被覆する部分を含むように、弾性部材63eの上に設けられており、コンタクトCTと電気的に接続されている。
(まとめ)
以上のように、本実施形態の弾性部材63eにおいては、複数の段D15,D25が、コンタクトCTの周りを囲うように設けられている。そして、この複数の段D15,D25の表面を被覆するように、タッチ電極62tが設けられて、コンタクトCTに電気的に接続されている。
このため、本実施形態においては、コンタクトCTとタッチ電極62tとの間の断線の発生を、効果的に防止することができる。
なお、上記においては、弾性部材63eは、xy面において複数の段D15,D25がコンタクトCTの周りの全てを囲う場合について説明したが、これに限定されない。
図18は、本発明の実施形態5の変形例にかかる液晶表示装置において、弾性部材63ebの部分を拡大して示す図である。図18において、(a)は、上面図であり、(b)は、断面図である。(b)は、(a)のX1eb−X2eb部分を示している。
図18に示すように、たとえば、複数の段D15b,D25bが、コンタクトCTの周りにおいて、コの字を描くように、弾性部材63ebを形成しても良い。
<6.実施形態6(弾性部材の複数の段のそれぞれを複数の部材を積層して設ける場合)>
以下より、本発明にかかる実施形態6について説明する。
(製造方法)
図19は、本発明にかかる実施形態6において、弾性部材63を形成する工程を示す断面図である。図19では、要部を示しており、一部の部材については、表示を省略している。
図19に示すように、本実施形態においては、弾性部材63を形成する工程が、実施形態1と異なる。この点、および、これに関連する点を除き、実施形態1と同様である。このため、重複する個所については、説明を省略する。
弾性部材63を形成する際には、まず、図19(a)に示すように、第1弾性部材631を形成する。
ここでは、図19(a)に示すように、弾性部材63に形成する複数の段D1,D2のうち、高さが低い段D2を含むように、第1弾性部材631を形成する。
具体的には、第1弾性部材631を形成する領域を被覆するように、第1感光性樹脂膜(図示なし)を形成後、フォトリソグラフィ技術によって第1感光性樹脂膜をパターン加工することで、この第1弾性部材631を形成する。
つぎに、図19(b)に示すように、第2弾性部材632を形成する。
ここでは、図19(b)に示すように、弾性部材63に形成する複数の段D1,D2のうち、第1弾性部材631よりも高さが高い段D1を含むように、第2弾性部材632を形成する。
具体的には、第2弾性部材632を形成する領域を被覆するように、第1弾性部材631上に第2感光性樹脂膜(図示なし)を形成後、フォトリソグラフィ技術によって第2感光性樹脂膜をパターン加工することで、この第2弾性部材632を形成する。
このようにすることによって、第1弾性部材631と第2弾性部材632とを、弾性部材63として設ける。
(まとめ)
以上のようにすることで、実施形態1と同様に、弾性部材63において複数の段D1,D2の表面を被覆するように、タッチ電極62tを設けることができる。このため、本実施形態は、実施形態1と同様に、画像品質の向上、および、装置の信頼性の向上を実現することができる。
<7.変形例>
本発明の実施に際しては、上記の実施形態に限定されるものではなく、種々の変形形態を採用することができる。
(1)弾性部材の形状について
弾性部材の形状は、上述した形態に限らない。
図20は、本発明の実施形態にかかる液晶表示装置において、弾性部材の部分を拡大して示す図である。図20においては、いずれも上面図を示しており、下段部分と上段部分とにおいて、異なるハッチングを付して示している。
図20に示すように、弾性部材には、さまざまな形状で複数の段を設けても良い。たとえば、弾性部材の表面を横断するスリットや、端部に溝を設けることで、複数の段を形成しても良い。ここでは、タッチ電極の形状や材質に対応して、任意に、弾性部材の形状を設定することができる。なお、上記のほかに、台形状や、スリットによってグラディエーションを設けることで、複数の段を形成しても良い。
(2)液晶パネルの全体構成について
上記の液晶パネル200においては、TFTアレイ基板201と対向基板202との間の距離を保持するために、この距離に対応する高さのスペーサSPを設けているが、このスペーサSPよりも高さが低いスペーサSPLを、別途、設けても良い。
図21は、本発明にかかる実施形態において、弾性部材63と各スペーサSP,SPLとを形成する工程を示す断面図である。図21では、要部を示しており、一部の部材については、表示を省略している。
各部の形成においては、図21(a),(b),(c)に示すように、感光性樹脂膜PR1fについて露光処理を、複数回、順次、実施する。
まず、この露光処理に先立って、感光性樹脂膜PR1fを形成する。
ここでは、弾性部材63fとスペーサSPf,SPLとを形成する領域を被覆するように、感光性樹脂膜PR1fを形成する。具体的には、ポジ型のフォトレジスト材料を用いて、この感光性樹脂膜PR1fを形成する。
つぎに、図21(a)に示すように、フォトマスクPMf1を用いて、露光処理をする。
ここでは、感光性樹脂膜PR1fにおいて、弾性部材63fとスペーサSPf,SPLとを形成する領域へ照射されないように、露光光Lを遮光し、他の部分に露光光Lを照射する。
つぎに、図21(b)に示すように、フォトマスクPMf2を用いて、露光処理をする。
ここでは、感光性樹脂膜PR1fにおいて、弾性部材63fとスペーサSPLとを形成する領域に、露光光Lを照射し、他の部分については、遮光する。
つぎに、図21(c)に示すように、フォトマスクPMf3を用いて、露光処理をする。
ここでは、弾性部材63fのうち、高さが低い第2段D2fを形成する領域に、露光光Lを照射し、他の部分については、遮光する。
その後、現像処理を実施することによって、図21(d)に示すように、弾性部材63fを完成させる。
このように、弾性部材63fとスペーサSPf,SPLとを、一括で形成することで、製造効率を向上させることができる。
(3)タッチ電極以外の電極への適用について
上記の実施形態においては、複数の段が形成された弾性部材上に、タッチ電極を形成する場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、画素電極を、複数の段が形成された弾性部材上に形成しても良い。
図22は、本発明の実施形態にかかる液晶パネルにおいて、表示領域に設けられた画素の概略を模式的に示す断面図である。
本実施形態は、図22に示すように、画素電極62pfの構成が実施形態1の画素電極62pと異なる。この点、および、これに関連する点を除き、本実施形態は、実施形態1と同様に構成されている。このため、主要部について示し、その他の部分については、省略する。
図22に示すように、画素電極62pは、透明電極62Tと反射電極62Hとを含み、コンタクトCTを介して画素スイッチング素子31に電気的に接続されている。つまり、液晶パネルは、半透過型として構成されている。
画素電極62pにおいて、透明電極62Tは、図22に示すように、TFTアレイ基板201において、層間絶縁膜Sz上に形成されている。透明電極62Tは、たとえば、ITOを用いて形成されており、バックライト(図示無し)から照射された光が、透過するように構成されている。
画素電極62pにおいて、反射電極62Hは、図22に示すように、TFTアレイ基板201において、層間絶縁膜Sz上に設けられた弾性部材63fの上に形成されている。反射電極62Hは、たとえば、Agを用いて形成されており、対向基板202の側からTFTアレイ基板201の側へ入射する光を反射するように構成されている。
ここでは、弾性部材63fは、図22に示すように、TFTアレイ基板201のxy面に垂直なz方向に、高さが異なる第1段D1fと、第2段D2fとを含む。
図23は、本発明の実施形態にかかる液晶パネルにおいて、弾性部材63fの上面図である。上記の図22は、図23のX1f−X2f部分を示している。
弾性部材63fにおいて、第1段D1fは、図22および図23に示すように、表面に凹凸が形成されている。そして、図23に示すように、第1段D1fは、コンタクトCTの周りにおいて、コの字を描くように設けられている。
一方で、弾性部材63fにおいて、第2段D2fは、図22に示すように、第1段Df1よりも高さが低くなるように形成されている。
そして、第1段D1fと第2段D2fとの両者の表面を被覆するように、反射電極62Hが設けられている。
上記のような液晶パネルにおいても、外圧が印加された場合には、反射電極62Hに応力が加わり、断線する場合がある。
しかしながら、弾性部材63fが複数の段D1f,D2fを含み、この複数の段D1f,D2f上に反射電極62Hを設けている。このため、実施形態1で示したタッチ電極62tの場合と同様に、上記の不具合の発生を防止することができる。
なお、弾性部材63fが、TFTアレイ基板201の側に設けられた場合に、限らない。
図24は、本発明の実施形態にかかる液晶パネルにおいて、表示領域PAに設けられた画素Pの概略を模式的に示す断面図である。
図24に示すように、対向基板202の側に弾性部材63fbを設ける場合に適用しても良い。つまり、図24に示すように、弾性部材63fbに、高さが異なる第1段D1fbと、第2段D2fbとを設け、この表面を被覆するように、対向電極23fを形成する場合に適用してもよい。
(4)弾性部材の複数段の形成について
上記の実施形態1においては、弾性部材63に複数の段D1,D2を形成するために、下地層UNを、感光性樹脂膜を用いて形成する場合について説明したが、これに限定されない(図9参照)。
図25は、本発明にかかる実施形態において、弾性部材を示す断面図である。
図25(a)に示すように、たとえば、金属配線層KHを、上記の下地層として形成し、その金属配線層KH上に平坦化膜HTを設けることで、弾性部材63に複数の段D1,D2を形成しても良い。
また、対向基板202の側に、上記のような弾性部材63を設ける際には、カラーフィルタ層21の形成工程において、上記の下地層を形成してもよい。この場合には、図25(b)に示すように、たとえば、赤フィルタ21R上に、緑フィルタ21Gを、上記の下地層として積層する。そして、この赤フィルタ21Rと緑フィルタ21Gとの積層体上に、弾性部材63を形成し、複数の段D1,D2を設けても良い。
この他、図25(c)に示すように、層間絶縁膜Szをパターン加工することで、上記の下地層を形成してもよい。
このように、他の部材を下地層として兼用することで、製造コストを低減させることができる。
(6)その他
上記の実施形態においては、タッチ電極62tを、画素電極62pと一体になるように形成する場合について説明したが、これに限定されない。タッチ電極62tと画素電極62pとを分離して形成しても良い。そして、この場合には、画素スイッチング素子31の他に、TFT(図示なし)を設け、そのTFTの動作を画素スイッチング素子の動作と独立させて駆動させることで、タッチセンサの検出動作を制御するように回路を構成してもよい。
また、上記の実施形態においては、弾性部材をTFTアレイ基板側に設ける場合について説明したが、これに限定されない。対向基板側に、弾性部材を形成しても良い。
また、上記の実施形態においては、対向基板側においてタッチ電極を液晶配向膜上に形成する場合について説明したが、これに限定されない。タッチ電極を液晶配向膜の下層に形成してもよい。そして、この場合には、タッチ電極の表面部分が露出するように、液晶配向膜の一部を除去しても良い。
また、上記の実施形態においては、互いに対面する一対のタッチ電極が接触することで位置検出が行われる一点接触方式のタッチスイッチに適用する場合について説明したが、これに限定されない。たとえば、二点接触方式のタッチスイッチの場合に適用してもよい。
また、上記の実施形態においては、対向基板側において、タッチ電極25と共通電極23とのそれぞれを、独立に形成する場合について示したが、これに限定されない。たとえば、タッチ電極25と共通電極23とを一体的に同一層で形成しても良い。
また、上記のほかに、IPS方式,FFS方式などのように、横電界方式の液晶パネルに適用しても良い。
また、有機ELディスプレイなどのように、液晶パネル以外の表示パネルに適用しても良い。
また、表示パネルに内蔵する場合以外に、装置に外付けするタッチセンサに適用しても良い。
また、上記においては、「接触式」のタッチセンサに、本発明を適用する場合について説明したが、これに限定されない。「抵抗膜式」,「容量式」など、他の方式の場合に、適用してもよい。
また、本実施形態の液晶表示装置100は、さまざまな電子機器の部品として適用することができる。
図26から図30は、本発明にかかる実施形態の液晶表示装置100を適用した電子機器を示す図である。
図26に示すように、テレビジョン放送を受信し表示するテレビにおいて、その受信した画像を表示画面に表示すると共に、オペレータの操作指令が入力される表示装置として液晶表示装置100を適用することができる。
また、図27に示すように、デジタルスチルカメラにおいて、その撮像画像などの画像を表示画面に表示すると共に、オペレータの操作指令が入力される表示装置として液晶表示装置100を適用することができる。
また、図28に示すように、ノート型パーソナルコンピュータにおいて、操作画像などを表示画面に表示すると共に、オペレータの操作指令が入力される表示装置として液晶表示装置100を適用することができる。
また、図29に示すように、携帯電話端末において、操作画像などを表示画面に表示すると共に、オペレータの操作指令が入力される表示装置として液晶表示装置100を適用することができる。
また、図30に示すように、ビデオカメラにおいて、操作画像などを表示画面に表示すると共に、オペレータの操作指令が入力される表示装置として液晶表示装置100を適用することができる。
なお、上記の実施形態において、タッチ電極25は、本発明の電極,第2タッチ電極に相当する。また、上記の実施形態において、反射電極62Hは、本発明の電極に相当する。また、上記の実施形態において、画素電極62p,62pb,62pfは、本発明の電極、画素電極に相当する。また、上記の実施形態において、タッチ電極62tは、本発明の電極、第1タッチ電極に相当する。また、上記の実施形態において、弾性部材63,63b,63c,63d,63e,63eb,63f,63fbは、本発明の弾性部材に相当する。また、上記の実施形態において、液晶表示装置100は、本発明の表示装置に相当する。また、上記の実施形態において、液晶パネル200は、本発明の表示パネルに相当する。また、上記の実施形態において、TFTアレイ基板201は、本発明の基板に相当する。また、上記の実施形態において、対向基板202は、本発明の対向基板に相当する。また、上記の実施形態において、液晶層203は、本発明の液晶層に相当する。また、上記の実施形態において、コンタクトCTは、本発明のコンタクトに相当する。また、上記の実施形態において、傾斜面KSは、本発明の傾斜面に相当する。また、上記の実施形態において、表示領域PAは、本発明の表示領域に相当する。また、上記の実施形態において、スリットST,STdは、本発明のスリットに相当する。また、上記の実施形態において、タッチセンサSWsは、本発明のタッチセンサに相当する。
22:平坦化膜、23,23f:対向電極、25:タッチ電極(第2タッチ電極)、31:画素スイッチング素子、45:ゲート電極、46g:ゲート絶縁膜、48:半導体層、62H:反射電極、62T:透明電極、62p,62pb,62pf:画素電極(電極、画素電極)、62t:タッチ電極(電極、第1タッチ電極)、63,63b,63c,63d,63e,63eb,63f,63fb:弾性部材(弾性部材)、100:液晶表示装置(表示装置)、200:液晶パネル(表示パネル)、201:TFTアレイ基板(基板)、202:対向基板(対向基板)、203:液晶層、206:第1の偏光板、207:第2の偏光板、300:バックライト、400:データ処理部、401:制御部、402:位置検出部、631:第1弾性部材、632:第2弾性部材、CA:周辺領域、CL:Vcom線、CT:コンタクト(コンタクト)、D1,D12,D14,D15,D1f,Df1,D1fb:第1段、D2,D22,D24,D2f,D2fb:第2段、F:被検知体、GL:ゲート線、HT:平坦化膜、KH:金属配線層、KS:傾斜面(傾斜面)、L:露光光、P:画素、PA:表示領域(表示領域)、PMb,PMc,PMd,PMf:フォトマスク、R:照明光、RC:読み出し回路、SL:信号線、SP,SPL,SPf:スペーサ、ST,STd:スリット(スリット)、SWr,SWw:スイッチ、SWs:タッチセンサ(タッチセンサ)、Sz:層間絶縁膜、UN:下地層、WC:書き込み回路

Claims (7)

  1. 基板と、前記基板にスペースを隔てて対向している対向基板とを有し、画像を表示する表示領域にタッチセンサが設けられている表示パネル
    を具備しており、
    前記タッチセンサは、
    前記基板において前記対向基板に対向する面に設けられている第1タッチ電極と、
    前記対向基板において前記基板に対向する面に前記第1タッチ電極からスペースを隔てて対面するように設けられている第2タッチ電極と
    を有し、
    前記表示パネルが外圧によって変形し、前記第1タッチ電極と前記第2タッチ電極とが接触するように構成されており、
    前記基板は、
    前記対向基板に対向する面において、前記対向基板に対向する方向へ凸状に突出しており、外圧によって前記第1タッチ電極と前記第2タッチ電極とが接触した際に変形する弾性部材
    を含み、
    前記弾性部材は、凹状に形成されたスリットによって、前記基板の面に垂直な方向であって前記対向基板へ対向する方向に、複数の段が設けられており、
    前記第1タッチ電極は、前記第2タッチ電極に対面する部分において、前記複数の段の表面を被覆する部分を含むように、前記弾性部材にて前記対向基板に対向する面に設けられており
    前記複数の段のうち、前記第1タッチ電極において前記第2タッチ電極に直接的に接触する部分が被覆された頂面に位置する段は、他の段よりも広くなるように形成されており、
    表示装置。
  2. 前記基板は、前記表示領域において前記対向基板に対向する面に設けられた画素電極を有し、
    前記第1タッチ電極は、前記画素電極と一体になるように設けられている、
    請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記弾性部材は、前記基板において前記画素電極が設けられた面から、前記対向基板に対向する方向へ凸状に突出するように形成されており、
    前記複数の段は、前記弾性部材が前記基板において前記画素電極が形成された面から凸状に突出した部分に設けられている、
    請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記表示パネルは、前記基板と前記対向基板との間に設けられた液晶層を含む液晶パネルである、
    請求項1から3のいずれかに記載の表示装置。
  5. 前記対向基板は、前記基板に対面する側の面に設けられている液晶配向膜を有し、
    前記第2タッチ電極は、前記液晶配向膜において前記基板に対面する側の面に設けられている、
    請求項4に記載の表示装置。
  6. 前記複数の段のうち、前記頂面に位置する段は、一対の面が、前記他の段を挟むように形成されている、
    請求項1から5のいずれかに記載の表示装置。
  7. 前記基板は、
    前記第1タッチ電極に電気的に接続しているコンタクトを有し、
    前記弾性部材は、前記コンタクトよりも前記対向基板の側に形成されており、前記複数の段が、前記基板の面に水平な面において、前記コンタクトの周りを囲うように設けられている、
    請求項1から6のいずれかに記載の表示装置。
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