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KR102142844B1 - 액정 표시 장치 및 표시 장치용 기판 - Google Patents

액정 표시 장치 및 표시 장치용 기판 Download PDF

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KR102142844B1
KR102142844B1 KR1020177005396A KR20177005396A KR102142844B1 KR 102142844 B1 KR102142844 B1 KR 102142844B1 KR 1020177005396 A KR1020177005396 A KR 1020177005396A KR 20177005396 A KR20177005396 A KR 20177005396A KR 102142844 B1 KR102142844 B1 KR 102142844B1
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liquid crystal
display device
wiring
wiring layer
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유키히로 기무라
겐조 후쿠요시
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도판 인사츠 가부시키가이샤
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Abstract

본 발명은, 제 1 투명 기판 (10) 과, 흑색층 (1) 및 제 1 금속층 (2) 의 적층 구조를 갖는 제 1 배선층 (3) 및 복수의 단자부 (11) 를 갖는 대향 기판 (100) 과, 액정층 (30) 과, 제 2 투명 기판 (20) 과, 액티브 소자 (51) 와, 제 2 금속층으로 형성된 제 2 배선층 (23) 및 차광 패턴 (59) 을 가진 어레이 기판 (200) 을 가진 액정 표시 장치로서, 대향 기판 (100) 에는, 제 1 배선층 (3) 과, 블랙 매트릭스 (4) 와, 제 1 투명 수지층 (6) 이 이 순서로 적층되고, 블랙 매트릭스 (4) 는, 선폭이 제 1 배선층 (3) 의 선폭 (M1W) 보다 크고, 또한 제 1 배선층 (3) 의 패턴을 포함하도록 제 1 배선층 (3) 과 겹치고, 액티브 소자 (51) 는, 제 1 절연층을 개재하여 차광 패턴 (59) 으로 덮이고, 제 1 배선층 (3) 과 제 2 배선층 (23) 사이에 생기는 정전 용량의 변화를 검출함으로써 터치 센싱을 실시한다.

Description

액정 표시 장치 및 표시 장치용 기판{LIQUID CRYSTAL DISPLAY DEVICE AND DISPLAY DEVICE SUBSTRATE}
본 발명은, 시인성을 개선함과 함께 저저항의 배선 패턴을 구비하고, 또한 액티브 소자에 발생하는 노이즈를 저감하는 것이 가능한 액정 표시 장치에 관한 것이다. 본 발명은, 정전 용량 방식 터치 센싱 기능을 액정 셀 내에 내장하는 인셀이라 불리는 액정 표시 장치에 관한 것이다.
스마트 폰 또는 타블렛 등의 휴대 기기에 설치된 표시 장치의 표시면에 터치 패널이 배치된 구성이 일반적으로 알려져 있다. 터치 패널은, 손가락 또는 포인터 등과 터치 패널의 접촉을 검출하는 입력 수단으로서 사용된다. 터치 패널에 있어서의 손가락 또는 포인터 등의 위치 검출은, 터치 패널과 손가락 또는 포인터 등의 접촉에 의해 생긴 정전 용량의 변화를 검출함으로써 실시되는 방식이 주류이다.
그러나, 터치 패널을 표시 장치에 설치하는 구조는, 표시 장치 전체의 두께 또는 중량의 증가를 초래하고, 이 때문에 표시 장치의 구조에 있어서 터치 패널은 여분의 부재라고 말할 수 있다. 터치 패널을 구비한 표시 장치를 경량화하기 위해서, 유기 필름을 주로 이용한 터치 패널을 사용하는 것이 알려져 있지만, 이와 같은 터치 패널의 경우라도, 표시 장치 전체의 두께 증가를 피하는 것이 어렵다. 또한, 표시 장치가 상기 터치 패널 및 고정세 화소를 구비하는 경우에는, 터치 패널에의 필요한 입력 (예를 들어, 펜 입력) 이 곤란하다는 결점이 있다.
구체적으로, 표시 장치가 300 ppi (pixel per inch), 나아가서는 400 ppi 이상의 고정세 화소를 구비하는 경우, 화소 피치는 10 ∼ 30 ㎛ 전후이다. 이와 같이, 표시 장치가 상기 터치 패널 및 고정세 화소를 구비하는 경우에는, 많은 터치 패널이 펜의 필압에 견딜 수 없을 뿐만 아니라, 표시 장치의 고정세화에 충분히 대응한 터치 패널의 해상도를 실현하는 것이 어렵다는 문제가 있다. 이 때문에, 터치 패널에 있어서의 터치 센싱 기술의 고도화가 요구되고 있다.
최근, 터치 패널을 이용하지 않고, 터치 센싱 기능을 액정 셀 내, 혹은 표시 장치에 갖게 하는 "인셀" 이라고 칭해지는 터치 센싱 기술의 개발이 진행되고 있다 (이하, 인셀 표시 장치라고 칭한다).
상기 서술한 표시 장치의 구성으로는, 복수의 착색층이 규칙적으로 배열된 컬러 필터 기판 및 TFT (Thin Film Transistor) 등의 액티브 소자가 내설된 어레이 기판이 설치된 구성이 일반적으로 알려져 있다.
인셀 표시 장치에 있어서는, 컬러 필터 기판 및 어레이 기판의 어느 일방에, 또는 컬러 필터 기판 및 어레이 기판의 양방에, 1 조의 터치 센싱 전극군이 형성된 인셀 구조가 시도되어 있다. 이 구조에 의하면, 터치 센싱 전극군 사이에 생기는 정전 용량의 변화를 검출함으로써, 손가락 또는 포인터 등의 입력 위치를 검출하는 터치 센싱 기능을 실현할 수 있다.
또, 스마트 폰 또는 타블렛 등의 휴대 기기 용도의 액정 표시 장치에서는, 어레이 기판에 형성된 화소 전극과 공통 전극 사이에서 발생하는 프린지 전계를 이용하여, 수평 배향의 액정을 횡전계 방향으로 구동시키는 방식이 일반적으로 이용되고 있다. 이 방식은, FFS 방식 (Fringe Field Switching) 혹은 IPS 방식 (In-Plane Switching) 이라고 호칭되고, 종전계 방향으로 액정을 구동시키는 방식 (종전계 방식) 보다, 넓은 시야각을 확보할 수 있다는 특징을 갖는다. FFS 방식을 이용하는 액정 표시 장치의 어레이 기판에 형성되는 화소 전극의 패턴은, 빗살상, 혹은 슬릿을 갖는 복수의 스트라이프 패턴이다. 화소 전극의 하부에는, 공통 전극이 배치 형성되어 있다.
또, 종래의 표시 장치 또는 터치 패널로는, 예를 들어 특허문헌 1 ∼ 5 에 기재된 표시 장치 또는 터치 패널이 알려져 있다.
일본 공개특허공보 평7-36017호 일본 공표특허공보 2013-540331호 일본 공개특허공보 2013-242432호 일본 공개특허공보 2014-109904호 일본 공표특허공보 2009-540375호
특허문헌 1 은, 대향 전극으로서 투명 도전막을 갖는 절연성 기판과, 액정과, 액티브 소자 기판을 구비하는 구성에 있어서, 상기 절연성 기판 상에 절연막을 개재하여 직교하는 2 조의 전극군을 개시하고 있다. 2 조의 전극군은, 실시예 또는 도 1 에 나타내는 바와 같이 구성되고, 정전 용량 결합 방식을 이용한 펜 입력에 사용된다.
그러나, 일반적으로 대향 전극으로서 투명 도전막을 사용하는 액정 표시 장치에 있어서는, 많은 액정 표시 장치가 종전계로 액정을 구동시키고 있어 시야각이 좁다는 문제가 있다. 특허문헌 1 의 도 1 또는 도 3 에 나타내는 화소 전극 형상을 고려하면, 특허문헌 1 에 개시된 액정 표시 장치는 종전계 방식이라고 추찰할 수 있다. 특허문헌 1 에 관한 보다 중요한 포인트는, 단락 [0020] 에 기재되어 있는 바와 같이, 펜 입력이 실시되는 입력면으로부터 발생하는 입력 신호를 대향 전극이 실드해 버린다. 이 때문에, 액티브 소자 기판 (어레이 기판) 에 터치 센싱 용도의 전극군을 형성해도, 터치 센싱에 필요한 충분한 감도를 확보하는 것이 어렵다. 또한, 특허문헌 1 에 개시된 기술에 있어서는, 외광 또는 백라이트 유닛으로부터 장치 내로 입사하는 입사광에서 기인하여 액티브 소자에 생기는 노이즈를 억제하는 기술이 고려되어 있지 않다. Al 또는 Cr 등의 금속으로 형성된 터치 센싱용 전극은, 백라이트 유닛으로부터 출사된 출사광을 반사하기 때문에, TFT 등 액티브 소자에 광이 입사하기 쉽다. TFT 등의 액티브 소자는, 입사광에 의한 영향을 받아 표시에 큰 악영향을 준다. 이와 같은 Al 또는 Cr 등의 금속으로 형성된 전극군으로부터 생기는 반사광에서 기인하는 악영향은, 특허문헌 1 에 있어서는 거의 고려되어 있지 않다.
특허문헌 2 는, 전반사율이 낮은 흡광층과 도전층이 적층된 구성을 개시하고, 또한 터치 패널을 개시하고 있다 (예를 들어, 특허문헌 2 의 청구항 25 등). 그러나, 특허문헌 2 는, 1 조의 터치 센싱 전극을 액정 셀 내에 장착하는 인셀 기술을 고려하고 있지 않고, 또한 터치 센싱 전극과 컬러 필터를 일체화하는 것을 시사하고 있지 않다. 예를 들어, 특허문헌 2 의 단락 [0071], [0096] 및 실험예 2 에는, 도전성 패턴 (혹은, 도전층) 의 재료로서 알루미늄이 예시되어 있다. 적 화소, 녹 화소, 청 화소, 또는 블랙 매트릭스의 제조 공정에서는, 알칼리 현상액을 사용한 포토리소그래피의 수법이 사용되지만, 알루미늄의 금속 배선은, 알칼리 현상액에 부식되기 쉬워, 컬러 필터를 형성하는 것이 어렵다. 예를 들어, 특허문헌 2 의 청구항 14 에 있어서는, 기재와 접하는 면의 반대면에 흡광층이 구비되는 구성에 있어서의 전반사율이 3 ％ 이하인 것을 규정하고 있다. 그러나, 실험예 1 ∼ 7 에 있어서, 전반사율의 측정 파장은 550 ㎚ 이다. 또, 특허문헌 2 의 도 11, 도 16, 또는 도 18 에 개시되어 있는 바와 같이, 가시역 400 ㎚ ∼ 700 ㎚ 의 광의 파장역에서, 3 ％ 이하의 전반사율을 실현하는 구성을 구체적으로 개시하고 있지 않다. 예를 들어, 도 18 의 반사율은, 400 ㎚ ∼ 500 ㎚ 의 청 영역의 반사율이 크기 때문에, 흡광층의 색은 흑색으로서 관찰되지 않고, 청색으로서 관찰되어 버려, 시인성이 저하한다.
특허문헌 2 의 청구항 24 또는 실험예 3 에 있어서는, 도전층을 형성하는 금속이 구리 (Cu) 인 것이 개시되어 있다. 그러나, 무알칼리 유리 등의 유리, 또는 표면이 수지인 기판을 기재로서 사용한 경우, 구리, 구리 산화물, 혹은 구리 산질화물에 대한 기재의 밀착성이 충분히 얻어지지 않는다는 문제가 있다. 예를 들어, 기재 상에 이들 재료로 구리막을 형성하고, 구리막에 셀로테이프 (등록상표) 등을 부착하고, 셀로테이프를 벗겼을 경우, 구리막이 기재로부터 간단하게 벗겨져 버린다는 실용상의 문제가 있다. 이 때문에, 특허문헌 2 는, 구리를 함유하는 도전층을 기재 상에 형성한 구성에 있어서, 밀착성을 개선하기 위한 구체적인 기술을 개시하고 있지 않다. 특허문헌 2 는, 외장형의 터치 패널에 관한 기술을 개시하고 있다. 특허문헌 2 는, 터치 센싱 기능이 표시 장치 내에 장착된 인셀 구조를 개시하고 있다. 그러나, 장치의 외부로부터 내부로 입사하는 외광에서 기인하여 액티브 소자에 생기는 노이즈, 혹은 백라이트 유닛으로부터 장치 내로 입사하는 입사광 또는 반사광에서 기인하여 액티브 소자에 생기는 노이즈를 억제하는 것이 전혀 시사되어 있지 않다.
특허문헌 3 은, 화소 전극 간을 분리하는 경계 영역에 제 1 전극이 형성되고, 상기 경계 영역에 대향하는 영역에 제 2 전극이 형성되고, 이들 전극 중 일방의 전극을 구동 전극으로서 기능시키고, 타방의 전극을 검지 전극으로서 기능시키는 정전 용량 방식을 이용한 접촉 센서를 구비한 액정 표시 장치를 개시하고 있다. 또, 특허문헌 3 의 단락 [0050] 에는, 금속을 사용하여 검지 전극을 형성하는 것이 개시되어 있다. 그러나, 특허문헌 3 에 개시되어 있는 바와 같이, 검지 전극 등이 금속으로 형성된 구조에 있어서는, 장치의 외부로부터 내부로 입사하는 외광에서 기인하여 액티브 소자에 생기는 노이즈, 혹은 백라이트 유닛으로부터 장치 내로 입사하는 입사광 또는 반사광에서 기인하여 액티브 소자에 생기는 노이즈를 억제하는 것이 고려되어 있지 않다. 300 ppi 등의 고정세 화소를 실현하는 액정 표시의 고정세화에 있어서는, 화소의 개구율을 확보하기 위해 블랙 매트릭스의 선폭이 가늘어지고, 이 때문에 액티브 소자에 입사하는 입사광 또는 반사광에서 기인하는 표시 품질에 대한 영향이 커진다. 표시 장치에 있어서의 고정세화에서는, 화소 사이즈도 작아지고, 이것에 부수하여 백라이트 유닛의 휘도가 높아진다. 특히, 금속으로 형성된 검지 전극 또는 구동 전극으로부터 반사된 광이 액티브 소자에 입사하는 것을, 나아가서는 액티브 소자의 채널층으로서 사용되는 반도체층이 화소 개구부에 노출되는 것을 피할 필요가 있다.
예를 들어, 특허문헌 3 의 도 7 에 나타내는 TFT (46) 의 우측 단부 (端部) 는, 외광 또는 백라이트 유닛으로부터 장치 내로 입사하는 입사광에 대해 노출되고, 채널부인 반도체 (48) 에는 경사광이 입사하도록 구성되어 있다. 이와 같은 구성에 있어서는, 표시 품질에 대한 악영향이 생각된다. 특허문헌 3 에 있어서는, 실시 형태로 IPS 방식이 개시되어 있다. 액정 분자가 기판면에 수평으로 회전하는 IPS 방식 또는 FFS 방식과 같은 액정 구동 방식에서는, 액정 분자의 회전 동작이 전파하는 거리가 길다. 이 때문에, 액정층에 구동 전압을 인가한 경우에, 구동 전압이 인가되어 있지 않은 인접 화소에 대해 액정 분자의 회전 동작에서 기인하는 영향이 미치게 되고, 인접 화소의 단부에서 광 누출이 발생한다. 이와 같은 이유로부터, IPS 방식 또는 FFS 방식을 사용한 액정 표시의 관점에서는, 구동 대상의 화소의 색에, 인접 화소의 색이 섞인다는 혼색이 발생하기 쉽다는 문제가 있다. 특히, 이와 같은 혼색의 발생은, 300 ppi 이상의 고정세 화소를 실현하는 액정 표시의 고정세화에서는 큰 문제가 되고 있다. 특허문헌 3 의 단락 [0057] 에 기재된 바와 같이, 유리 기판면에 블랙 매트릭스를 형성한 후에 컬러 필터가 형성되는 구성에서는, 이 혼색 발생의 문제를 해소하기 어렵다.
특허문헌 4 에 있어서는, TFT 를 구동시키기 위한 신호선이 연장되는 방향을 따라, 금속 배선 등을 사용하여 구동 전극을 형성하는 기술이 개시되어 있다. 특허문헌 4 의 주요부는, 특허문헌 1 과 유사하다. 특허문헌 4 에 개시된 기술에 있어서는, 터치 검출 전극 혹은 구동 전극 등을 금속 배선으로 형성한 구조에 있어서, 외광 또는 백라이트 유닛으로부터 장치 내로 입사하는 입사광 또는 반사광에서 기인하여 액티브 소자에 생기는 노이즈를 억제하는 것이 고려되어 있지 않다. 300 ppi 등의 고정세 화소를 실현하는 액정 표시의 고정세화에 있어서는, 화소의 개구율을 확보하기 위해 블랙 매트릭스의 선폭이 가늘어지고, 이 때문에 액티브 소자에 입사하는 입사광 또는 반사광에서 기인하는 표시 품질에 대한 영향이 커진다. 표시 장치에 있어서의 고정세화에서는, 화소 사이즈도 작아지고, 이것에 부수하여 백라이트 유닛의 휘도가 높아진다. 특히, 금속으로 형성된 검지 전극 또는 구동 전극으로부터 반사된 광이 액티브 소자로 입사하는 것에서 기인하는 화질의 저하가 고려되어 있지 않다.
특허문헌 4 에 있어서는, FFS 방식 또는 IPS 방식을 이용한 액정 구동이라고 추정되는 다양한 실시 형태가 개시되어 있다. 예를 들어, 도 20, 도 21, 도 22 에 있어서, 구동 전극 COML 은, 단락 [0051] 에 기재되어 있는, 액정 표시 디바이스의 공통 전극으로서 기능함과 함께 터치 검출의 구동 전극으로서도 기능한다. 이때, 검출 전극 TDL 과 구동 전극 COML 사이에는, 그 두께 방향으로, 화소 신호선 SGL, 주사 신호선 GCL, 화소 전극 (22) 등과 같은, 터치 검출에 대해 노이즈를 발생시키는 발생원을 상당수 포함하므로 바람직한 구성이라고는 할 수 없다. 또한, 특허문헌 4 의 도 20 ∼ 도 22, 또 도 9, 도 23 에 나타내는 바와 같이, 검출 전극 TDL 과 구동 전극 COML 사이에는 두께가 있는 유리 기판 (31) 이 존재하기 때문에, 검출 전극 TDL 과 구동 전극 COML 사이의 터치 검출에 관한 정전 용량이 작아진다는 문제가 있다. 이 때문에, 이와 같은 구조에 있어서는, 부유하는 노이즈를 받아들이기 쉬워지고, 또한 검출 가능한 정전 용량이 작은 경우에는 터치 검출의 정밀도가 떨어진다.
또한, 특허문헌 4 의 도 9 에 상당하는 실시 형태 1 에서는, 특허문헌 4 의 단락 [0045] 에 개시되어 있는 바와 같이, VA 방식 (Vertical Alignment) 및 ECB 방식 (Electrically Controlled Birefringence) 으로 구동하는 액정층 (6) 이 개시되어 있고, 또한 구동 전극 COML 이 대향 기판 (3) 에 구비되어 있다. 이와 같은 개시로부터, 특허문헌 4 는, FFS 방식 또는 IPS 방식을 이용한 횡전계 방식을 이용하지 않고, 종전계 방식을 이용한 액정 표시 장치를 개시하고 있다고 판단할 수 있다. 종전계 방식으로서 알려진 VA 방식 및 ECB 방식을 이용한 액정 표시 장치는, FFS 방식 또는 IPS 방식과 같은 횡전계 방식을 이용한 액정 표시 장치와 비교하면, 상기 서술한 바와 같이 경사 시인성이 열등하다는 특성을 갖는다. 또한 특허문헌 4 의 개시에 있어서는, 시인성 향상을 위해, 구동 전극 COML 등의 금속 배선을, 흑색층 및 블랙 매트릭스로 협지하는 구성이 제안되어 있지 않다.
특허문헌 5 에는, 특허문헌 5 의 청구항 1 ∼ 청구항 3, 청구항 33, 청구항 45, 청구항 60 등에 기재되어 있는 바와 같이, 제 1 기판인 TFT 플레이트의 제 2 기판에 대향하는 면에, 적어도 1 개의 터치 센싱 요소가 배치되는 구성이 제안되어 있다. 특허문헌 5 의 청구항 4 에는, 블랙 매트릭스의 이면에 배치된 복수의 금속 터치 감지 전극이 형성된 구성이 기재되어 있다.
그러나, 특허문헌 5 에 있어서는, 액정 표시 장치의 최적화가 고려되어 있지 않고, 특히 투과율이 고려되어 있지 않다. 또, 터치 센싱 시의 노이즈 저감에 관련된 기술이 고려되지 않거나, 또는 관찰자가 액정 표시 장치를 보았을 경우의 시인성 개선이 고려되어 있지 않다.
또한, 블랙 매트릭스의 이면에 배치된 복수의 금속 터치 감지 전극에 관해서, 블랙 매트릭스의 패턴과 복수의 금속 터치 감지 전극의 패턴이 상세하게 기재되어 있지 않다. 특허문헌 5 의 도 57 또는 도 72 에 있어서는, 블랙 매트릭스와 부호 M1 로 나타내는 금속 등의 패턴은, 크기가 상이하다고 판단할 수 있다. 특허문헌 5 에는, 블랙 매트릭스 및 금속 등의 패턴을 동일한 선폭으로 형성하는 기술은 개시되어 있지 않다. 예를 들어, 300 ppi 이상의 화소를 구비하는 액정 표시 장치의 고정세화 기술이, 구체적으로 개시되어 있지 않다.
또, 부호 M1 로 나타내는 금속 등의 패턴과, 터치 센싱에 사용하는 ITO 등의 대향 전극 간의 정전 용량을 유지하는 방법, 및 터치 센싱 시의 노이즈 저하 혹은 S/N 비의 향상을 위한 구체책이 특허문헌 5 에는 거의 개시되어 있지 않다. 또한 예를 들어, 도 36 으로 나타내는 구성에서는, ITO 또는 금속 BM 으로부터 반사된 광이 관찰자의 눈에 입사하여 버리는 것을 방지하는 기술, 혹은 도 57 로 나타내는 블랙 매트릭스의 반사율을 낮춰 저반사율을 실현한다는 시인성 개선의 기술은, 특허문헌 5 에서는 고려되어 있지 않다. 도 57 의 부호 M1 의 액정에 반사하는 반사광 (액정 셀 내에서의 재반사) 도 고려되어 있지 않다. 도 57 또는 도 58 에 나타내는 바와 같이, 블랙 매트릭스의 선폭은, M1 (금속 1) 의 선폭보다 넓게 되어 있다. 그러나, 통상적인 포트리소그래피 공정에서는 ±2 ㎛ 정도의 얼라인먼트 정밀도를 허용할 필요가 있어, 블랙 매트릭스와 M1 의 선폭을 동일하게 형성하는 것은 일반적으로 곤란하다.
특허문헌 5 의 [0150] 단락에는, 60 fps 라는 디스플레이·프레임 갱신 레이트와, 120 fps 의 터치 주사 레이트가 기재되어 있다. 그러나, 120 fps 의 터치 주사 레이트로 실시되는 터치 센싱 주사는, 60 fps 의 디스플레이·프레임 갱신 레이트 내에 2 회 포함되어 있다 (120 fps 는 60 fps 의 2 배). 이 때문에, 60 fps 의 디스플레이·프레임이 갱신될 때에, 표시에 관련된 노이즈가, 이 타이밍으로 받아들어져 버린다. 액정 구동의 노이즈를 받아들이기 쉬운 디스플레이·프레임 갱신 레이트의 정수배인 터치 주사 레이트는 바람직하지 않다. 특허문헌 5 는, 액정 표시 장치로서 기능하기 위한 투과율, 관찰자의 시인성, 터치 센싱 시의 노이즈 저하, S/N 비의 관점에서 많은 문제를 갖는다.
다음으로, FFS 방식을 이용한 액정 표시 장치에 있어서 생기기 쉬운 다른 과제를 다음으로 설명한다. 도 17 은, FFS 방식을 이용한 액정 표시 장치를 모식적으로 나타내는 단면도이다. 도 17 에 나타내는 바와 같이 FFS 방식을 이용한 액정 표시 장치에서는, 액정 구동을 실시하기 위한 전극으로서 빗살상 전극인 화소 전극 (21) 과, 공통 전극 (22) 이, 통상 절연막을 개재하여 어레이 기판 (200) 상에 형성되어 있다. 화소의 개구율을 낮추지 않기 위해 화소 전극 (21) 및 공통 전극 (22) 의 각각은, ITO (Indium Tin Oxide) 등으로 호칭되는 재료로 형성된 투명 전극이다. 액정층 (30) 의 액정 분자는, 화소 전극 (21) 과 공통 전극 (22) 사이에 생기는 프린지 전계에 의해 구동된다. 또, 액정층과 컬러 필터 (16) 사이에는, 절연층 (6) 이 형성되어 있다. 이와 같은 구성을 구비하는 표시 장치용 기판 (100) 에 있어서, 화소 전극 (21) 과 공통 전극 (22) 사이에 형성되는 등전위선 (42) 은, 컬러 필터 (16) 등이 절연체이기 때문에, 도 17 에 나타내는 바와 같이 대략 표시 장치용 기판의 면에 대해 수직 방향으로 신장한다. 등전위선 (42) 의 형상에 큰 왜곡이 없으면, 액정층 (30) 의 기판면에 수평으로 배향된 액정 분자는, 액정층 (30) 의 두께 방향에 직교하는 방향 (수평 방향) 에 대해 균일하게 평행으로 회전하고, 높은 투과율을 확보할 수 있다.
도 18 은, FFS 방식을 이용한 액정 표시 장치를 나타내는 모식적으로 나타내는 단면도이고, 예를 들어 투명 기판 (10) 상에 컬러 필터 (16) 가 형성되고, 컬러 필터 (16) 상에 절연층 (6) 이 형성되고, 절연층 (6) 상에 투명 전극 (17) 이 형성되고, 투명 전극 (17) 상에 액정층 (30) 이 위치하는 액정 표시 장치를 나타내고 있다.
도 19 는, FFS 방식을 이용한 액정 표시 장치를 나타내는 모식적으로 나타내는 단면도이고, 예를 들어 투명 기판 (10) 상에 투명 전극 (17) 이 형성되고, 투명 전극 (17) 상에 컬러 필터 (16) 가 형성되고, 컬러 필터 (16) 상에 절연층 (6) 이 형성되고, 절연층 (6) 상에 액정층 (30) 이 위치하는 액정 표시 장치를 나타내고 있다.
도 18 및 도 19 에 있어서는, 도전막인 투명 전극 (17) 에 의해, 등전위선이 액정 표시 장치의 내부에 갇히는 상황이 나타나 있다. 특히, 도 18 에서는, 액정층 (30) 에 인접하는 위치에 투명 전극 (17) 이 형성되어 있고, 액정층 (30) 내에서 등전위선이 변형되어, 액정 분자의 동작 또는 배향 상태의 변화는 불균일해진다. 따라서, 액정층 (30) 의 액정 분자는 동일한 방향으로 일치하지 않고, 광의 투과율이 크게 저하한다.
특허문헌 3 의 도 7 또는 도 8 에 나타내는 바와 같이, 검지 전극 (36) 이 액정층 (60) 으로부터 먼 위치인 외측에 배치되어 있는 이유는, 도전체인 검지 전극 (36) 을 액정층 (60) 에 가까운 위치에 배치 형성하면 액정 표시 장치의 투과율에 악영향을 줄 가능성이 높기 때문이다.
또, 액티브 소자 (TFT) 의 신호선 (소스 배선) 은, 표시 동작 동안, 계속해 영상 신호를 액티브 소자에 보내기 때문에, 영상 신호의 공급에 부수하는 노이즈가 소스 배선의 주위에 필연적으로 발생한다. 이 때문에, 예를 들어 특허문헌 3 의 도 3 ∼ 도 6 에서는, 구동 전극 (48) 또는 검지 전극의 배선이, 영상 신호선 Px 와 겹치는 망형의 매트릭스상으로 배치 형성되어 있기 때문에, 영상 신호선 Px 와 겹치는 패턴 형상을 갖는 구조는, 노이즈를 받아들이기 쉽다.
또한, 특허문헌 3 의 단락 [0033] 에는, 「시분할로 할 수도 있다」라고 기재되어 있지만, 터치 센싱 구동에 있어서는, 액정 구동 주파수에 좌우되지 않고, 또한 액정 구동보다 높은 주파수로 고속 구동을 실시하는 것이 바람직하다.
액티브 소자 (TFT) 에서는, 액티브 소자의 채널부에의 광 입사를 방지하는 대책 또는 오프 리크 전류를 저감시키는 대책을 고려할 필요가 있다. 이 이유는, 광 입사 또는 오프 리크 전류에서 기인하여, 구동하지 않는 화소에 구동 신호가 누출되어 들어가는 경우가 있고, 크로스토크 또는 플리커 등에 의해 표시 화질이 저하하기 쉽기 때문이다. 300 ppi (pixel per inch), 나아가서는 400 ppi 이상의 고정세 화소를 구비하는 표시 장치에서는, 블랙 매트릭스 등의 세선화 또는 액티브 소자에 접속되는 배선의 세선화가 요구된다. 이 때문에, 상기 블랙 매트릭스 또는 액티브 소자의 접속 배선 등의 세선화에서 기인하는, TFT 에의 광 입사, 배선 저항의 증대, 화질 저하를 방지하는 대책을 검토해야 한다. 특허문헌 3 또는 특허문헌 4 에서는, 이와 같은 고정세화가 초래하는 문제점에 대한 고려가 거의 되어 있지 않다.
본 발명은, 상기 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 노이즈를 받아들이기 어려워져, 구동 대상 화소의 색에 인접 화소의 색이 섞인다는 혼색을 줄여, 액정 표시의 투과율 또는 표시 품질을 확보할 수 있어, 300 ppi 이상의 고정세 화소를 실현하는 액정 표시 장치 및 표시 장치용 기판을 제공한다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 액정 표시 장치는, 표시 영역과, 상기 표시 영역의 외측에 위치하는 단자 영역을 갖는 제 1 투명 기판과, 흑색층 및 제 1 금속층의 적층 구조를 갖는 제 1 배선층을 상기 제 1 투명 기판의 제 1 면 상에 구비하는 대향 기판과, 액정층과, 제 2 투명 기판과, 상기 제 2 투명 기판 상에 형성되고 또한 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터 구조를 갖는 액티브 소자와, 상기 제 1 배선층에 직교하는 제 2 배선층을 갖고, 상기 액정층을 개재하여 상기 제 1 투명 기판의 상기 제 1 면에 마주 보도록 첩합 (貼合) 된 어레이 기판을 구비한다. 본 발명의 제 1 양태에 관련된 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 단자 영역에는, 상기 흑색층 및 상기 제 1 금속층의 적층 구조를 갖는 복수의 단자부가 형성되고, 상기 대향 기판에는, 상기 제 1 배선층과, 상기 표시 영역 내에 형성된 복수의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스를 덮는 제 1 투명 수지층이, 이 순서로 상기 제 1 면 상에 적층되고, 상기 블랙 매트릭스는, 상기 제 1 배선층의 선폭보다 큰 선폭을 갖고, 또한 평면으로 볼 때 상기 제 1 배선층의 패턴을 포함하도록 겹쳐져 있고, 상기 제 2 배선층은 제 2 금속층으로 형성됨과 함께, 상기 제 2 금속층으로 형성되는 차광 패턴을 갖고, 상기 액티브 소자는, 상기 액티브 소자 상에 형성된 제 1 절연층을 개재하여, 상기 차광 패턴으로 덮이고, 상기 제 1 배선층과 상기 제 2 배선층 사이에 생기는 정전 용량의 변화를 검출함으로써 터치 센싱을 실시한다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 개구부는 장변과 단변을 갖고, 평면으로 볼 때에 있어서 상기 제 2 배선층이, 상기 개구부의 상기 단변에 평행이 되도록 형성되어도 된다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 어레이 기판은, 상기 게이트 전극과 전기적으로 접속되는 게이트 배선을 갖고, 평면으로 볼 때에 있어서 상기 제 2 배선층이, 상기 게이트 배선을 따라 평행하게 연장되도록, 상기 제 1 절연층 상에 형성되어도 된다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 제 2 배선층의 전위는 정전위여도 된다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 액정 표시 장치는, 상기 제 1 금속층과 상기 제 1 투명 수지층 사이에 형성된 컬러 필터층을 구비해도 된다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 제 1 투명 수지층은, 상기 블랙 매트릭스와 상기 액정층 사이에 형성되어도 된다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 블랙 매트릭스의 비유전율은 3.0 ∼ 4.4 의 범위에 있어도 된다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 액티브 소자는, 갈륨, 인듐, 아연, 주석, 게르마늄의 각각의 산화물로 구성되는 2 종 이상의 금속 산화물을 포함하는 채널층을 구비하는 트랜지스터여도 된다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 어레이 기판은, 화소 전극과, 상기 화소 전극과 상기 제 2 투명 기판 사이에 형성된 공통 전극과, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 형성된 제 2 절연층을 갖고, 상기 액티브 소자는, 상기 화소 전극과 전기적으로 접속되고, 상기 액정층은, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 인가되는 전압으로 구동되어도 된다.
본 발명의 제 1 양태에 관련된 액정 표시 장치에 있어서는, 상기 액정층의 초기 배향은, 상기 제 2 투명 기판의 면에 평행이어도 된다.
본 발명의 제 2 양태에 관련된 표시 장치용 기판은, 제 1 면과, 상기 제 1 면과는 반대측인 제 2 면과, 표시 영역과, 상기 표시 영역의 외측에 위치함과 함께 상기 제 1 면에 형성된 단자 영역을 갖는 투명 기판과, 상기 제 1 면 상에 형성되고, 서로 동일한 선폭을 갖는 흑색층 및 금속층의 적층 구조를 갖는 배선층과, 상기 단자 영역에 형성되고, 상기 흑색층 및 상기 금속층의 적층 구조를 갖는 복수의 단자부와, 상기 배선층을 덮도록 형성되고, 상기 표시 영역 내에 형성된 복수의 개구부를 갖고, 평면으로 볼 때에 상기 배선층의 선폭보다 큰 선폭을 가짐과 함께 상기 표시 영역 내에서 상기 배선층의 패턴을 포함하도록 겹쳐져 있는 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스를 덮는 제 1 투명 수지층을 포함한다.
본 발명의 제 2 양태에 관련된 표시 장치용 기판에 있어서는, 상기 금속층과 상기 블랙 매트릭스 사이에 형성된 제 2 투명 수지층을 포함해도 된다.
본 발명의 제 3 양태에 관련된 표시 장치용 기판은, 제 1 면과, 상기 제 1 면과는 반대측인 제 2 면과, 표시 영역과, 상기 표시 영역의 외측에 위치함과 함께 상기 제 1 면에 형성된 단자 영역을 갖는 투명 기판과, 상기 제 1 면 상에 형성되고, 서로 동일한 선폭을 갖는 흑색층 및 금속층의 적층 구조를 갖는 배선층과, 상기 단자 영역에 형성되고, 상기 흑색층 및 상기 금속층의 적층 구조를 갖는 복수의 단자부와, 상기 배선층을 덮도록 형성되고, 상기 표시 영역 내에 형성된 복수의 개구부를 갖고, 평면으로 볼 때에 상기 배선층의 선폭보다 큰 선폭을 가짐과 함께 상기 표시 영역 내에서 상기 배선층의 패턴을 포함하도록 겹쳐져 있는 블랙 매트릭스와, 상기 표시 영역 내에 있어서 상기 금속층과 상기 블랙 매트릭스 사이에 형성된 컬러 필터층과, 상기 블랙 매트릭스를 덮는 제 1 투명 수지층을 포함한다.
본 발명의 제 3 양태에 관련된 표시 장치용 기판에 있어서는, 상기 컬러 필터층과 상기 블랙 매트릭스 사이에 형성된 제 2 투명 수지층을 포함해도 된다.
본 발명의 제 2 양태 및 제 3 양태에 관련된 표시 장치용 기판에 있어서는, 상기 블랙 매트릭스의 비유전율은 3.0 ∼ 4.4 의 범위에 있어도 된다.
본 발명에 관련된 상기 양태에 의하면, 터치 패널과 같은 두께를 갖는 부재를 이용하지 않고, 흑색층을 구비하고, 높은 시인성이 얻어지고, 300 ppi 이상의 고정세화가 가능하고, 또한 고정밀도의 터치 센싱 기능을 구비하는 액정 표시 장치를 제공할 수 있다. 또, 본 발명에 관련된 상기 양태에 의하면, 고정밀도의 터치 센싱 기능을 갖는 표시 장치에 사용되는, 높은 시인성을 갖는 표시 장치용 기판을 제공할 수 있다.
또한, 본 발명에 관련된 상기 양태에 의하면, 고정밀도의 터치 센싱 기능을 갖는 표시 장치에 사용되는, 컬러 필터층을 구비한 높은 시인성을 갖는 표시 장치용 기판을 제공할 수 있다. 또한, 본 발명에 관련된 상기 양태에 있어서의 제 1 배선층과 제 2 배선층의 거리는, 액정층의 두께와 액정 셀 내에 형성된 투명 수지층 등의 절연체 두께의 합계 두께에 상당하고, 종래의 액정 표시 장치에 비해 작다. 이 때문에, 정전 용량을 충분히 확보하기 쉬워진다는 효과가 얻어진다. 본 발명에 관련된 상기 양태에 있어서의 제 1 배선층과 제 2 배선층은, 모두 직선 형상이므로, 굴곡 패턴 또는 망목상 패턴과 비교하여, 전기적인 노이즈를 받아들이기 어려워져, S/N 비를 향상시킬 수 있다.
도 1 은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치를 부분적으로 나타내는 단면도이고, 도 7 에 나타내는 A-A' 선을 따른 단면도이다.
도 2 는 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치에 구비되는 표시 장치용 기판의 투명 기판의 면으로부터 본 평면도이다.
도 3 은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치에 구비되는 제 1 배선층과 제 2 배선층의 일례를 나타내는 평면도이다.
도 4 는 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치의 표시 장치용 기판을 부분적으로 나타내는 평면도이고, 도 1 에 나타내는 액정 표시 장치의 평면도를 부분적으로 확대한 평면이며, 블랙 매트릭스와 제 1 배선층의 관계를 설명하는 도면이다.
도 5 는 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치에 구비되는 어레이 기판을 부분적으로 확대한 평면도이고, 액티브 소자, 게이트 배선, 및 소스 배선의 위치 관계의 일례를 나타내며, 도 4 에 나타내는 표시 장치용 기판 상에 형성된 블랙 매트릭스의 개구부의 위치와 정합하는 어레이 기판의 개구부를 나타낸다.
도 6 은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치에 구비되는 어레이 기판을 부분적으로 확대한 평면도이고, 도 5 에 나타내는 어레이 기판의 개구부 상에 화소 전극이 적층된 구조를 나타내는 도면이다.
도 7 은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치에 구비되는 어레이 기판을 부분적으로 확대한 평면도이고, 도 6 에 나타내는 어레이 기판 상에 제 2 배선층 및 차광층이 적층된 구조를 나타내는 도면이다.
도 8 은 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치에 구비되는 어레이 기판을 부분적으로 나타내는 단면도이고, 도 7 에 나타내는 B-B' 선을 따른 단면도이다.
도 9 는 본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치에 구비되는 표시 장치용 기판을 부분적으로 나타내는 단면도이고, 도 2 에 나타내는 C-C' 선을 따른 단면도이다.
도 10 은 본 발명의 제 2 실시 형태에 관련된 표시 장치용 기판을 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 11 은 본 발명의 제 3 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치를 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 12 는 본 발명의 제 3 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치에 구비되는 표시 장치용 기판을 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 13 은 본 발명의 제 3 실시 형태에 관련된 표시 장치용 기판의 단부를 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 14 는 본 발명의 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치의 블록도이다.
도 15 는 본 발명의 실시 형태에 관련된 표시 장치용 기판에 구비되는 블랙 매트릭스에 의해 얻어지는 효과를 설명하기 위한 모식 단면도이다.
도 16 은 종래의 표시 장치용 기판에 구비되는 블랙 매트릭스의 문제점을 설명하기 위한 모식 단면도이다.
도 17 은 FFS 방식을 사용한 액정 표시 장치에 있어서의 등전위선을 설명하기 위한 모식 단면도이다.
도 18 은 FFS 방식을 사용한 액정 표시 장치에 있어서, 컬러 필터와 액정층 사이에 투명 전극 (도전막) 이 구비되었을 때의 문제를 설명하기 위한 모식 단면도이다.
도 19 는 FFS 방식을 사용한 액정 표시 장치에 있어서, 컬러 필터와 투명 기판 사이에 투명 전극 (도전막) 이 구비되었을 때의 문제를 설명하기 위한 모식 단면도이다.
이하, 도면을 참조하면서 본 발명의 실시 형태에 대해 설명한다.
또한, 이하의 설명에 있어서, 동일 또는 실질적으로 동일한 기능 및 구성 요소에 대해서는, 동일한 부호를 붙이고, 설명을 생략하거나 또는 필요한 경우만 설명을 실시한다.
각 도면에 있어서는, 각 구성 요소를 도면 상에서 인식할 수 있는 정도의 크기로 하기 위해, 각 구성 요소의 치수 및 비율을 실제의 것과는 적절히 다르게 하고 있다.
각 실시 형태에 있어서는, 특징적인 부분에 대해 설명하고, 예를 들어 통상적인 표시 장치의 구성 요소와 본 실시 형태에 관련된 표시 장치가 차이가 없는 부분에 대해서는 설명을 생략한다. 또, 각 실시 형태에 있어서는, 액정 표시 장치, 혹은 표시 장치용 기판의 예를 설명하지만, 본 실시 형태에 관련된 표시 장치용 기판은, 유기 EL 표시 장치와 같은, 액정 표시 장치 이외의 표시 장치에도 적용 가능하다.
또한, 이하의 기재에 있어서, 터치 센싱용 배선인 제 1 배선층과 제 2 배선층의 양방, 혹은 편방을 터치 센싱 배선 혹은 터치 센싱 전극이라고 호칭하는 경우가 있다.
[제 1 실시 형태]
제 1 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치를 도 1 ∼ 도 9 를 사용하여 설명한다. 또한, 본 실시 형태에 있어서 설명하는 액정 표시 장치는, 본 발명에 실시 형태에 관련된 표시 장치용 기판을 구비하고 있다. 또, 이하에 기재하는 「평면으로 볼 때」란, 관찰자가 액정 표시 장치의 표시면 (표시 장치용 기판의 평면) 을 관찰하는 방향으로부터 본 평면을 의미한다. 본 발명에 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치의 표시부의 형상, 또는 화소를 규정하는 개구부의 형상, 액정 표시 장치를 구성하는 화소수는 한정되지 않는다. 단, 이하에 상세히 서술하는 실시 형태에서는, 평면으로 볼 때, 화소의 단변의 방향을 X 방향이라고 규정하고, 긴 변의 방향을 Y 방향이라고 규정하고, 또한 투명 기판의 두께 방향을 Z 방향이라고 규정하여, 액정 표시 장치를 설명한다. 이하의 실시 형태에 있어서, 상기와 같이 규정된 X 방향과 Y 방향을 바꿔 넣어, 액정 표시 장치를 구성해도 된다.
도 1 은, 본 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치 (LCD) 를 부분적으로 나타내는 단면도이다.
본 발명의 제 1 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치 (LCD) 는, 표시 장치용 기판 (100)(대향 기판) 과, 표시 장치용 기판 (100) 을 마주 보도록 첩합된 어레이 기판 (200) 과, 표시 장치용 기판 (100) 및 어레이 기판 (200) 에 의해 협지된 액정층 (30) 을 구비한다. 액정 표시 장치 (LCD) 에 내부에 광을 공급하는 백라이트 유닛은, 액정 표시 장치 (LCD) 를 구성하는 어레이 기판 (200) 의 이면 (액정층 (30) 이 배치되는 어레이 기판 (200) 의 면과는 반대면) 에 설치되어 있다. 또한, 백라이트 유닛은, 액정 표시 장치 (LCD) 의 측면에 설치해도 된다. 이 경우, 예를 들어 백라이트 유닛으로부터 출사된 광을 액정 표시 장치 (LCD) 에 내부를 향하여 반사시키는 반사판, 도광판, 혹은 광 확산판 등이 어레이 기판 (200) 의 이면에 설치된다.
도 1 에 있어서는, 액정층 (30) 에 초기 배향을 부여하는 배향막, 편광 필름 등의 광학 필름, 보호용의 커버 유리 등은, 생략되어 있다.
(표시 장치용 기판)
도 1 에 나타내는 바와 같이, 표시 장치용 기판 (100)(대향 기판) 은, 제 1 면 (10b) 과 제 1 면 (10b) 과는 반대측인 제 2 면 (10a) 을 갖는 투명 기판 (10)(제 1 투명 기판) 을 구비한다. 제 2 면 (10a) 은, 액정 표시 장치 (LCD) 의 외측을 향하여 노출되는 면이고, 터치 센싱 입력면으로서 기능한다. 제 1 면 (10b) 은, 어레이 기판 (200) 에 대향하는 면이다. 표시 장치용 기판 (100) 은, 투명 기판 (10) 의 제 1 면 (10b) 상에 형성된 제 1 배선층 (3) 과, 제 1 배선층 (3) 을 덮도록 투명 기판 (10) 상에 형성된 투명 수지층 (5)(제 2 투명 수지층) 과, 투명 수지층 (5) 상에 형성된 블랙 매트릭스 (4) 와, 블랙 매트릭스 (4) 를 덮도록 투명 수지층 (5) 상에 형성된 투명 수지층 (6)(제 1 투명 수지층) 을 구비한다. 환언하면, 투명 수지층 (6) 은, 블랙 매트릭스 (4) 와 액정층 (30) 사이에 형성되어 있다. 즉, 표시 장치용 기판 (100) 에는, 제 1 배선층 (3) 과, 블랙 매트릭스 (4) 와, 투명 수지층 (6) 이, 이 순서로 제 1 면 (10b) 상에 적층되어 있다. 제 1 금속층 (2) 과 블랙 매트릭스 (4) 사이에 투명 수지층 (5) 이 형성되어 있다.
제 1 배선층 (3)(배선층) 은, 투명 기판 (10) 의 제 1 면 (10b) 상에 형성된 흑색층 (1) 과 흑색층 (1) 상에 형성된 제 1 금속층 (2)(도전층, 금속층) 에 의해 구성된 적층 구조를 갖는다.
도 1 또는 도 2 에 나타내는 바와 같이, 제 1 배선층 (3) 의 선폭은, 제 1 배선층 (3) 의 구성 요소인 흑색층 (1) 및 제 1 금속층 (2) 의 선폭을 동일하게 할 수 있다. 또한, 흑색층 (1) 및 제 1 금속층 (2) 의 선폭은 서로 달라도 되고, 예를 들어 흑색층 (1) 의 선폭이 제 1 금속층 (2) 의 선폭보다 넓어도 된다. 화소의 개구율을 향상시키는 관점에서, 흑색층 (1) 의 선폭과 제 1 금속층 (2) 의 선폭은 동일한 것이 바람직하다. 제 1 금속층 (2) 은, 1 층 이상의 금속의 박막으로 형성할 수 있다. 금속 박막에 의해 제 1 금속층 (2) 이 형성되어 있는 구성에서는, 액티브 소자 (51)(후술) 에 광이 입사하는 것을 억제할 수 있다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 투명 기판 (10) 은, 유효 표시 영역 (15)(표시 영역) 과, 유효 표시 영역 (15) 의 외측에 위치함과 함께 제 1 면 (10b) 에 형성된 단자 영역 (11a) 과, 프레임부 (Fx, Fy) 를 갖는다. 단자 영역 (11a) 에는, 후술하는 바와 같이, 복수의 단자부 (11) 가 형성된다.
도 2 에 나타내는 바와 같이, 프레임부 (Fx, Fy) 는, 유효 표시 영역 (15) 을 둘러싸도록 투명 기판 (10) 의 제 1 면 (10b) 상에 형성되어 있다. 프레임부 (Fx, Fy) 에는, 백라이트 유닛으로부터 출사된 광을 완전 차광하기 위해서, 차광 박막 패턴이 배치 형성되어도 된다. 이와 같은 차광 박막 패턴을 프레임부 (Fx, Fy) 에 형성하는 경우에는, 예를 들어 제 1 금속층 (2) 혹은 차광층 (59)(후술) 의 형성에 사용되는 동일한 금속 박막을 사용하여, 제 1 금속층 (2) 으로부터 전기적으로 독립하도록 차광 박막 패턴이 프레임부 (Fx, Fy) 에 형성된다.
유효 표시 영역 (15) 내에는, 형성된 복수의 개구부 (12) 를 갖는 블랙 매트릭스 (4) 가 형성되어 있다.
도 2 및 도 3 을 참조하여, 표시 장치용 기판 (100) 에 배치 형성된 제 1 배선층 (3) 과, 어레이 기판 (200) 상에 배치 형성되는 제 2 배선층 (23)(후술) 에 대해 설명한다. 또한, 도 3 에 있어서는, 제 1 배선층 (3) 과 제 2 배선층 (23) 의 위치 관계를 이해하기 쉽게 하기 위해서, 제 1 배선층 (3) 과 제 2 배선층 (23) 만이 추출되어 기재되어 있다.
표시 장치용 기판 (100) 에 배치 형성된 제 1 배선층 (3) 은, 어레이 기판 (200) 상에 배치 형성되는 제 2 배선층 (23)(후술) 과 평면으로 볼 때 직교한다. 제 1 배선층 (3) 및 제 2 배선층 (23) 은, 액정 표시 장치 (LCD) 의 외측으로부터 표시 장치용 기판 (100) 의 제 2 면 (10a) 에 근접하는 손가락 등의 포인터를 검출하는 터치 센싱 전극으로서 기능한다.
도 3 에 나타내는 예에 있어서는, 접속 배선 (3b(3)) 에 의해 3 개의 제 1 배선 (3a) 이 서로 전기적으로 접속되어 있다. 접속 배선 (3b) 은, X 방향으로 연장되어 있다. 제 1 배선 (3a) 은, Y 방향으로 연장되어 있다. 접속 배선 (3b) 및 3 개의 제 1 배선 (3a) 에 의해 하나의 제 1 배선 그룹 (G1) 이 형성되어 있다. 하나의 제 1 배선 그룹 (G1) 은, 도 2 에 나타내는 바와 같이, 배선 (3c) 을 개재하여 하나의 단자부 (11) 에 전기적으로 접속되어 있다. 또, 복수의 제 1 배선 그룹 (G1) 은, X 방향을 따라 등간격으로, 투명 기판 (10) 의 제 1 면 (10b) 상에 형성되어 있다. 또한, 복수의 제 1 배선 그룹 (G1) 의 수에 따른 수의 복수의 단자부 (11) 는, X 방향을 따라 등간격으로, 단자 영역 (11a) 에 형성되어 있다.
또, 표시 장치용 기판 (100) 에는, 제 1 배선 (3a) 과 평행하게 Y 방향으로 연장되는 플로팅 패턴 (27) 이 형성되어 있다. 이 플로팅 패턴 (27) 은, 제 1 배선층 (3) 을 형성할 때에 동시에 투명 기판 (10) 상에 형성되고, 제 1 배선층 (3) 과 동일한 적층 구조를 갖는다. 플로팅 패턴 (27) 은, 전기적으로 뜬 도전 패턴이고, 제 1 배선층 (3) 에 전기적으로 접속되어 있지 않다.
도 3 에 나타내는 예에 있어서는, 접속 배선 (23b(23)) 에 의해 3 개의 제 2 배선 (23a) 이 서로 전기적으로 접속되어 있다. 접속 배선 (23b) 은, Y 방향으로 연장되어 있다. 제 2 배선 (23a) 은, X 방향으로 연장되어 있다. 접속 배선 (23b) 및 3 개의 제 2 배선 (23a) 에 의해 하나의 제 2 배선 그룹 (G2) 이 형성되어 있다. 하나의 제 2 배선 그룹 (G2) 은, 어레이 기판 (200) 상에 형성된 단자에 접속되어 있다. 복수의 제 2 배선 그룹 (G2) 의 수에 따른 수의 복수의 단자부가 어레이 기판 (200) 상에 형성되어 있다. 이로써, 단자부를 통해서, 터치 센싱 제어부 (122)(후술) 가 제 2 배선 그룹 (G2) 으로부터 출력되는 검출 신호를 검출하거나, 터치 센싱 제어부 (122) 가 제 2 배선 그룹 (G2) 에 구동 신호를 공급하거나 하는 것이 가능하게 되어 있다.
또, 어레이 기판 (200) 에는, 제 2 배선 (23a) 과 평행하게 X 방향으로 연장되는 플로팅 패턴 (28) 이 형성되어 있다. 이 플로팅 패턴 (28) 은, 제 2 배선층 (23) 을 형성할 때에 동시에 투명 기판 (20) 상에 형성되고, 제 2 배선층 (23) 과 동일한 구조를 갖는다. 플로팅 패턴 (28) 은, 전기적으로 뜬 도전 패턴이고, 제 2 배선층 (23) 에 전기적으로 접속되어 있지 않다.
제 1 배선층 (3) 을 구성하는 복수의 제 1 배선 (3a(3)) 과 제 2 배선층 (23) 을 구성하는 복수의 제 2 배선 (23a(23)) 이, 복수의 교점에 있어서 교차하고 있다. 복수의 교점 중 어느 교점에 포인터가 근접하면, 이 교점에서 서로 교차하는 제 1 배선 (3a) 과 제 2 배선 (23a) 사이에 생기는 정전 용량이 변화한다. 이와 같은 정전 용량의 변화를 검출함으로써 터치 센싱 구동이 실시된다 (후술).
또한, 제 1 배선층 (3) 이 터치 센싱 구동에 있어서의 구동 전극으로서 기능하는 경우에는, 도 3 에 나타내는 바와 같이 제 2 배선층 (23)(제 2 배선 (23a)) 의 선폭 (M2W) 을 제 1 배선층 (3)(제 1 배선 (3a)) 의 선폭 (M1W) 보다 크게 함으로써, 제 1 배선층 (3) 과 제 2 배선층 (23) 사이에 생기는 프린지 용량 (정전 용량) 을 증가시킬 수 있다. 또한, 제 2 배선층 (23) 을 게이트 배선 (52)(후술) 상에 형성함으로써, 제 2 배선층 (23) 의 폭을 넓힐 수 있다.
평면으로 볼 때에 있어서, 제 1 배선층 (3) 및 제 2 배선층 (23) 은, 블랙 매트릭스 (4) 에 의해 덮여 있는 것이 바람직하다. 즉, 제 1 배선층 (3) 의 선폭 및 제 2 배선층 (23) 의 선폭은, 블랙 매트릭스 (4) 의 선폭보다 작은 것이 바람직하다. 구체적으로, 도 2 ∼ 도 4 에 나타내는 바와 같이, 블랙 매트릭스 (4)(제 2 차광부 (4b)) 의 선폭 (BMsW) 은, 제 1 배선층 (3) 의 선폭 (M1W) 보다 크고, 블랙 매트릭스 (4)(제 1 차광부 (4a)) 의 선폭 (BMgW) 은, 제 2 배선층 (23)(제 2 배선 (23a)) 의 선폭 (M2W) 보다 크다. 즉, 평면으로 볼 때에 제 1 배선층 (3) 의 패턴 (제 1 배선 패턴) 을 포함하도록, 블랙 매트릭스 (4) 는 제 1 배선층 (3) 과 겹쳐져 있다.
이와 같이 선폭을 규정하는 이유는, 제 1 배선층 (3) 과 제 2 배선층 (23) 의 각각을 금속의 박막 등을 사용하여 형성하는 경우에, 제 1 배선층 (3) 또는 제 2 배선층 (23) 으로부터 생기는 반사광이 관찰자의 눈 또는 액티브 소자 (51) 의 채널층 (50) 에 입사하는 것을 방지하기 위해서이다. 광 반사성이 높은 금속의 세선 (제 1 금속층 (2)) 을, 흑색층 (1) 과 블랙 매트릭스 (4) 로 협지함으로써, 액정 표시의 시인성 또는 표시 화질을 크게 향상시킬 수 있다.
또한, 본 발명에 실시 형태에 있어서는, 제 1 배선층 (3) 을 구성하는 제 1 배선 (3a) 의 갯수, 제 2 배선층 (23) 을 구성하는 제 2 배선 (23a) 의 갯수, 복수의 제 1 배선 (3a) 이 하나로 모여 있는 그룹의 수 (예를 들어, 서로 전기적으로 접속되어 있는 3 개의 제 1 배선 (3a) 이 모여 하나의 그룹이 형성되고, 복수의 그룹이 형성되어 있다), 복수의 제 2 배선 (23a) 이 하나로 모여 있는 그룹의 수 (예를 들어, 서로 전기적으로 접속되어 있는 3 개의 제 2 배선 (23a) 이 모여 하나의 그룹이 형성되고, 복수의 그룹이 형성되어 있다), 이와 같은 배선층 그룹을 형성하는 방법, 솎아냄 구동 (모든 배선층을 구동하지 않고, 선택된 배선을 구동시킨다) 등의 구동 방법, 제 1 배선 (3a) 의 폭, 제 2 배선 (23a) 의 폭, 플로팅 패턴 (27, 28) 의 갯수, 플로팅 패턴 (27, 28) 의 폭 등은, 한정되지 않는다.
예를 들어, 제 1 배선층 (3) 을 구성하는 18 개의 제 1 배선 (3a) 중, 12 개의 제 1 배선 (3a) 을 제외하고 (12 개의 제 1 배선 (3a) 에 있어서 신호 공급을 실시하지 않고, 신호 검출도 실시하지 않는다), 나머지 6 개에 의해 하나의 그룹이 규정된 복수의 그룹을 형성 (그룹핑) 해도 된다. 혹은, 제 2 배선층 (23) 을 구성하는 18 개의 제 2 배선 (23a) 중, 12 개의 제 2 배선 (23a) 을 제외하고 (12 개의 제 2 배선 (23a) 에 있어서 신호 공급을 실시하지 않고, 신호 검출도 실시하지 않는다), 나머지 6 개에 의해 하나의 그룹이 규정된 복수의 그룹을 형성 (그룹핑) 해도 된다. 이 경우, 이와 같이 그룹핑된 제 1 배선 (3a) 및 제 2 배선 (23a) 을 사용하여, 터치 센싱 구동 혹은 구동 신호의 검출을 실시할 수 있고, 터치 센싱 속도의 고속화를 도모할 수 있다. 도 3 에서는, 3 개의 제 1 배선 (3a) 에 의해 하나의 그룹이 형성되고, 또한 3 개의 제 2 배선 (23a) 에 의해 하나의 그룹이 형성된 구성예가 도시되어 있다.
도 4 는, 도 2 에 나타내는 표시 장치용 기판 (100) 의 평면도를 부분적으로 확대한 평면도이고, 블랙 매트릭스 (4) 와 제 1 배선층 (3) 의 관계를 설명하는 도면이다. 도 4 는, 어레이 기판 (200) 과 첩합되는 표시 장치용 기판 (100) 의 화소 구성을 나타내고 있다.
블랙 매트릭스 (4) 는, X 방향으로 연장되는 제 1 차광부 (4a) 와, Y 방향으로 연장되는 제 2 차광부 (4b) 를 갖는다. 제 1 차광부 (4a) 와 제 2 차광부 (4b) 는 서로 교차하고 있고, 블랙 매트릭스 (4) 는, 제 1 차광부 (4a) 및 제 2 차광부 (4b) 에 의해 둘러싸인 개구부 (12) 를 갖는다. 제 1 차광부 (4a) 는, 개구부 (12) 의 단변을 형성하고, 제 2 차광부 (4b) 는, 개구부 (12) 의 장변을 형성하고 있다.
또한, 도 4 에 나타내는 예에서는, 개구부 (12) 의 Y 방향 (장변) 의 길이는, X 방향 (단변) 의 길이보다 크지만, 개구부 (12) 의 X 방향의 길이가 Y 방향의 길이보다 커도 된다. 블랙 매트릭스 (4) 에는, 액정 표시 장치 (LCD) 의 표시면을 구성하는 복수의 화소의 수에 따른 수의 복수의 개구부 (12) 가 형성되어 있다. 복수의 개구부 (12) 는, 유효 표시 영역 (15) 내에 있어서, X 방향 및 Y 방향을 따라 배열되어 있고, 즉 매트릭스상으로 형성되어 있다.
제 1 차광부 (4a) 는, 평면으로 볼 때에 게이트 배선 (52)(후술) 과 겹치도록 연장되어 있고, 선폭 BMgW (Y 방향을 따른 폭) 를 갖는다. 제 2 차광부 (4b) 는, 평면으로 볼 때에 소스 배선 (54)(후술) 과 겹치도록 연장되어 있고, 선폭 BMsW (X 방향을 따른 폭) 를 갖는다.
도 1 및 도 4 에 나타내는 바와 같이, 평면으로 볼 때에 있어서, 블랙 매트릭스 (4) 의 제 2 차광부 (4b) 는, 제 1 배선층 (3) 과 겹쳐져 있고, 제 2 차광부 (4b) 의 선폭 (BMsW) 은, 제 1 배선층 (3) 의 선폭 (M1W) 보다 크다. 또한, 제 1 배선층 (3) 의 선폭 (M1W) 의 중심 위치와, 블랙 매트릭스 (4) 의 제 2 차광부 (4b) 의 선폭 (BMsW) 의 중심 위치는, 중심선 (CW) 에 일치하고 있다. 또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 배선층 (3) 및 제 2 차광부 (4b) 는, 화소의 측변부 (예를 들어, 소스 배선 (54) 과 겹치는 위치) 에 형성되어 있고, 하나의 화소에 있어서의 화소 중심 (CL) 에 대해 선대칭으로 배치되어 있다.
제 1 배선층 (3) 을 구성하는 제 1 금속층 (2) 의 재료로는, 구리, 은, 금, 티타늄, 몰리브덴, 알루미늄, 혹은 이들 금속을 함유하는 합금을 적용할 수 있다. 니켈은 강자성체이기 때문에, 니켈을 사용하여 제 1 금속층 (2) 을 성막하는 공정에서는, 성막 레이트가 낮아진다. 니켈을 사용하여 제 1 금속층 (2) 을 성막하는 방법으로서 스퍼터링 등의 진공 성막법을 채용할 수 있다. 또한, 표시 장치용 기판 (100) 등의 제조 공정에 있어서, 컬러 필터를 형성하지 않는 경우, 알루미늄 및 알루미늄 합금을 사용하여 제 1 금속층 (2) 을 형성할 수 있다. 크롬은, 환경오염의 문제 또는 저항값이 크다는 마이너스면을 갖지만, 밀착성을 향상시키기 위해서 제 1 금속층 (2) 의 하지막으로서 사용할 수 있다. 또, 밀착성을 향상시키기 위해서, 산화인듐을 포함하는 금속 산화물을, 제 1 금속층 (2) 의 하지층 또는 표면층으로서 적용할 수 있다. 동일하게, 밀착성의 향상 또는 신뢰성의 향상을 실현하기 위해서, 상기 금속 또는 합금에, 추가로 구리 혹은 알루미늄, 마그네슘, 칼슘, 베릴륨, 스칸듐, 갈륨, 이트륨, 티타늄, 몰리브덴, 인듐, 주석, 아연, 네오디뮴, 니켈, 알루미늄에서 선택되는 1 이상의 금속 원소를 첨가한 합금을 적용할 수 있다. 제 1 금속층 (2) 은, 금속의 복수층으로 구성되어도 된다.
제 1 금속층 (2) 으로서 구리 합금 박막 또는 알루미늄 합금 박막을 채용하는 경우, 막두께를 100 ㎚ 이상, 혹은 150 ㎚ 이상으로 하면, 가시광을 거의 투과하지 않게 된다. 따라서, 제 1 금속층 (2) 은, 예를 들어 100 ㎚ ∼ 300 ㎚ 의 막두께로 충분한 차광성을 얻을 수 있다. 제 1 금속층 (2) 은, 인듐구리 합금/마그네슘구리 합금/인듐구리 합금의 3 층 구성으로 구성되어도 되고, 각각 10 ㎚/120 ㎚/15 ㎚ 의 막두께여도 된다. 이 경우, 예를 들어 인듐의 구리에 대한 첨가량은 18 at％ 이고, 마그네슘의 구리에 대한 첨가량은 0.5 at％ 이다.
제 1 금속층 (2) 을 성막하는 방법에 대해 설명한다. 투명 기판 (10) 과 제 1 금속층 (2) 의 밀착성, 또는 제 1 금속층 (2) 의 하지막과 제 1 금속층 (2) 의 밀착성을 향상시키기 위해, 투명 기판 (10) 과 제 1 금속층 (2) 의 계면, 또는 하지막과 제 1 금속층 (2) 의 계면에 성막을 실시할 때에, 산소 가스를 도입하여 제 1 금속층 (2) 을 성막할 수 있다. 성막 장치로는, 스퍼터링 장치 등의 진공 성막 장치를 사용할 수 있다. 예를 들어, 2 ㎚ 내지 30 ㎚ 정도의 막두께를 갖는 산소를 많이 포함하는 금속층을, 제 1 금속층 (2) 의 표면 또는 계면에 형성해도 된다.
제 1 배선층 (3) 을 구성하는 흑색층 (1) 의 재료로는, 예를 들어 광 흡수성의 색재로서 기능하는 카본 또는 카본나노튜브를 사용할 수 있다. 흑색층 (1) 에는, 색조정을 위해 복수종의 유기 안료를 추가로 첨가해도 된다. 투과 측정에 의해 얻어지는 흑색층 (1) 의 광학 농도는, 예를 들어 2 미만으로 할 수 있다. 예를 들어, 투과 측정에 의해 얻어지는 흑색층 (1) 의 광학 농도가, 1 ㎛ 의 단위 막두께당 0.4 내지 1.8 의 범위에 있고, 또한 흑색층 (1) 의 막두께가 0.1 ㎛ 내지 0.7 ㎛ 의 범위에 있는 것이 바람직하다.
예를 들어, 카본만을 색재로서 사용하여 흑색층 (1) 을 형성하는 경우, 광학 농도가 2, 혹은 3 이상이 되면, 투명 기판 (10) 과 흑색층 (1) 의 계면에서 생기는 광의 반사율이 3 ％ 를 초과하는 경우가 있다. 흑색층 (1) 의 광학 농도, 반사색, 또는 투명 기판 (10) 과 흑색층 (1) 의 계면에 있어서의 반사율을, 카본 등의 흑색 색재를 적절히 선택하는 것, 혹은 카본에 첨가되는 복수의 유기 안료나 수지의 양을 조정함으로써, 적절히 설정할 수 있다. 예를 들어, 가시역 400 ㎚ 내지 700 ㎚ 의 파장역에 있어서, 투명 기판 (10) 과 흑색층 (1) 의 계면에서의 반사율을 3 ％ 이하로 할 수 있다.
다음으로, 흑색층 (1) 의 패턴 형성 방법에 대해 설명한다.
먼저, 예를 들어 감광성의 흑색 도포액을, 투명 기판 (10)(제 1 면 (10b)) 에 도포한다. 다음으로, 흑색층 (1) 의 패턴에 대응하는 마스크를 사용하여, 투명 기판 (10) 상에 도포된 흑색 도포액을 노광하여, 패터닝된 흑색층 (1) 을 형성한다. 그 후, 현상 공정, 열처리 공정 등을 실시하여, 경막된 흑색층 (1) 이 얻어진다. 흑색 도포액은, 예를 들어 유기 용제와 광 가교 가능한 아크릴 수지와 개시제를 혼합한 도포액에 카본을 분산함으로써 제작된다. 또한, 흑색층 (1) 의 형성 방법은, 상기 서술한 방법에 한정되지 않는다.
다음으로, 흑색층 (1) 을 형성하는 다른 방법에 대해 설명한다.
먼저, 투명 기판 (10) 상에 흑색 도포액을 도포하여, 흑색막을 형성한다. 그 후, 상기 서술한 성막 방법 및 성막 장치를 사용하여, 제 1 금속층 (2) 의 형성 재료를 함유하는 금속 박막을, 흑색막 상에 성막한다. 다음으로, 웨트 에칭의 수법에 의해 금속 박막을 패터닝함으로써, 제 1 금속층 (2) 을 형성한다. 이로써, 패터닝된 제 1 금속층 (2) 이 흑색막 상에 형성되고, 제 1 금속층 (2) 의 사이로부터 흑색막이 부분적으로 노출된다. 그 후, 흑색막 상에 형성된 제 1 금속층 (2) 의 패턴을 마스크로서 이용하여 하지의 흑색막을 드라이 에칭함으로써, 흑색층 (1) 의 패터닝이 실시된다. 이 방법에 의하면, 제 1 금속층 (2) 의 선폭과 흑색층 (1) 의 선폭을 대략 동일하게 할 수 있고, 고정세화 패턴으로 가공할 수 있다. 흑색 도포액으로는, 아크릴 등의 감광성 수지, 혹은 열경화성 수지를, 경화제, 개시제, 모노머, 분산제 등과, 상기 카본 또는 유기 안료가 분산된 유기 용제가 사용된다. 저굴절률의 수지를 흑색 도포액에 적용함으로써, 투명 기판 (10) 과 흑색층 (1) 의 계면의 반사율을 낮출 수 있다.
다음으로, 단자부 (11) 의 구조에 대해 설명한다.
도 9 는, 도 2 에 나타내는 C-C' 선을 따른 단면도이고, 단자 영역 (11a)(유효 표시 영역 (15) 의 외측) 에 형성된 단자부 (11) 의 단면 구조를 나타내는 도면이다. 단자부 (11) 는, 제 1 배선층 (3) 을 구성하는 제 1 금속층 (2) 및 흑색층 (1) 과 마찬가지로, 제 1 금속층 (2) 및 흑색층 (1) 의 적층 구조 (2 층) 를 갖는다. 유효 표시 영역 (15) 의 외측에 있어서는, 투명 수지층 (6) 은, 블랙 매트릭스 (4) 에 단부와 투명 수지층 (5) 의 단부를 덮고 있고, 단자부 (11) 를 구성하는 제 1 금속층 (2) 을 단자 영역 (11a) 에 노출시키고 있다. 도 2 에 나타내는 바와 같이, 복수의 단자부 (11) 가 X 방향을 따라 배치되어 있다. 단자부 (11) 는, 전기적 실장에 사용된다. 표시 장치용 기판 (100) 에 이와 같은 단자부 (11) 가 형성되어 있으므로, 표시 장치용 기판 (100) 이 액정 표시 장치 (LCD) 에 장착된 구조에 있어서는, 터치 센싱 제어부 (122)(후술) 가 단자부 (11) 를 통해서 제 1 배선 그룹 (G1) 에 구동 신호를 공급하거나, 터치 센싱 제어부 (122) 가 단자부 (11) 를 통해서 제 1 배선 그룹 (G1) 으로부터 출력되는 검출 신호를 검출하거나 하는 것이 가능하게 되어 있다.
본 실시 형태에 관계되는 블랙 매트릭스 (4) 의 비유전율은, 3.0 ∼ 4.4 의 범위에 있는 것이 바람직하다. 이하에, 블랙 매트릭스 (4) 의 비유전율이 3.0 ∼ 4.4 의 범위에 있는 것이 바람직한 이유에 대해 서술한다.
도 17 에 나타내는 바와 같이 FFS 방식을 이용한 액정 표시 장치에 있어서, 예를 들어 빗살상의 화소 전극 (21) 과 화소 전극 (21) 의 하부에 위치하는 공통 전극 (22) 사이에 형성되는 프린지 전계에 의해, 액정을 구동한다. 프린지 전계에 있어서의 등전위선은, 액정층 (30) 으로부터 컬러 필터 (16) 를 향한 방향으로 균일하게 형성되는 것이 바람직하다. 액정층 (30) 에 가까운 레이어에 높은 비유전율을 갖는 패턴이 형성되어 있는 경우, 등전위선의 분포가 왜곡되어 버려, 광 누출 또는 암부의 형성 등과 같은 화질의 저하를 초래하기 쉽다. 그런데, 블랙 매트릭스의 흑색 색재로서 다용되는 카본이 분산된 흑색막 (경막된 블랙 매트릭스) 은, 비유전율이 대략 10 ∼ 20 으로 매우 높다. 횡전계 방식이라고 호칭되는 IPS 방식 또는 FFS 방식을 이용한 액정 분자의 구동에 있어서는, 높은 비유전율을 갖는 블랙 매트릭스가, 액정 구동에 큰 영향을 주어 버린다.
따라서, 본 발명의 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치 또는 표시 장치용 기판에 있어서는, 3.0 ∼ 4.4 의 범위에 있는 낮은 비유전율의 블랙 매트릭스를 적용하는 것이 바람직하다. 비유전율의 측정은, 임피던스 애널라이저 등의 측정기를 사용하여, 액정의 구동 주파수인 60 Hz 내지 480 Hz 의 주파수로 실시한다. 아크릴 등의 투명 수지를 모재로 하는 착색막 (흑색막을 포함한다) 에 있어서는, 실효적인 차광성 또는 착색성을 확보하기 위해서, 어느 정도의 양을 갖는 색재 또는 안료를 흑색막 또는 착색막에 분산시킬 필요가 있다. 착색막에 분산되는 안료의 양이 고려된 비유전율의 하한값은, 3.0 이다. 착색막의 비유전율이 2.9 이하인 경우, 착색 혹은 차광에 충분한 색재를 착색막에 첨가할 수 없다. 또, 초기 배향이 수평이고 유전율 이방성이 정 (正) 인 액정을 사용하는 FFS 방식을 이용한 액정 표시 장치에 있어서는, Δε 을 예를 들어 4.5 내지 6.5 와 같은 약간 높은 유전율 이방성의 범위에서 선택하고, 선택된 유전율 이방성을 갖는 액정을 본 실시 형태에 적용한다. 이로써, 복수의 메리트가 얻어진다. 구체적으로, 액정 구동에 관한 임계값 전압을 저하시키는 것, 및 액정의 응답성 (상승) 을 개선하는 것이 가능하다는 메리트가 있다. 바꾸어 말하면, 표시 장치용 기판 혹은 컬러 필터 구성 부재의 비유전율의 값을 4.4 이하로 함으로써, 액정의 비유전율의 값보다 작게 할 수 있어 액정 구동에 지장 없는 조건을 얻을 수 있다. 블랙 매트릭스 (4) 로서 복수의 유기 안료를 조합한 혼합 색재의 차광성막을 사용하거나, 또 상기 복수의 안료에 색재 고형비로 10 ％ 이하의 소량의 카본을 첨가한 차광막을 사용함으로써, 블랙 매트릭스 (4) 의 비유전율을 4.4 이하로 할 수 있다. 블랙 매트릭스 (4) 의 분산 모재로서 사용되는 수지로서 낮은 굴절률의 수지를 사용하는 것도 바람직하다.
또, 블랙 매트릭스 (4)(제 2 차광부 (4b)) 는, 서로 인접하는 2 개의 화소 사이에 형성되어 있다. 구체적으로, 도 1 의 중앙에 위치하는 제 1 화소와, 제 1 화소의 좌측에 위치하는 제 2 화소 사이에 위치하는 경계 영역에 대향하도록 블랙 매트릭스 (4) 는 배치되어 있다. 환언하면, 제 1 화소를 구성하는 화소 전극 (21) 과 제 2 화소를 구성하는 화소 전극 (21) 사이에 위치하는 경계 영역에 대향하도록 블랙 매트릭스 (4) 는 형성되어 있다. 이 경계 영역에는, 표시 장치용 기판 (100) 과 어레이 기판 (200) 사이에 액정층 (30) 이 존재한다. 또, 이 경계 영역은, 후술하는 도 15 의 부호 40 으로 나타낸 배향 불량 영역에 상당한다.
동일하게, 블랙 매트릭스 (4) 의 제 1 차광부 (4a) 는, 서로 인접하는 2 개의 화소 사이에 위치하는 경계 영역에 대향하도록 형성되어 있다.
(어레이 기판)
도 1 및 도 5 ∼ 도 8 에 나타내는 바와 같이, 어레이 기판 (200) 은, 액정층 (30) 을 개재하여 투명 기판 (10) 의 제 1 면 (10b) 에 마주 보도록 첩합되어 있다. 어레이 기판 (200) 은, 투명 기판 (20)(제 2 투명 기판) 과, 투명 기판 (20) 상에 형성된 게이트 배선 (52) 및 게이트 전극 (53) 과, 게이트 배선 (52) 및 게이트 전극 (53) 을 덮도록 투명 기판 (20) 상에 형성된 제 3 절연층 (26) 과, 제 3 절연층 (26) 상에 형성된 소스 배선 (54), 소스 전극 (55), 드레인 전극 (56), 및 채널층 (50) 과, 소스 배선 (54), 소스 전극 (55), 드레인 전극 (56), 및 채널층 (50) 을 덮도록 제 3 절연층 (26) 상에 형성된 제 2 절연층 (25) 과, 제 2 절연층 (25) 상에 형성된 공통 전극 (22) 과, 공통 전극 (22) 을 덮도록 제 2 절연층 (25) 상에 형성된 제 1 절연층 (24) 과, 제 1 절연층 (24) 상에 형성된 화소 전극 (21) 을 구비한다.
이와 같은 어레이 기판 (200) 에 있어서는, 소스 배선 (54), 소스 전극 (55), 드레인 전극 (56), 및 채널층 (50) 에 의해 구성된 트랜지스터 구조를 갖는 액티브 소자 (51)(TFT, 후술) 가 형성되어 있다.
도 5 는, 어레이 기판 (200) 상에 화소 전극 (21) 을 형성하기 전의 구조를 나타내는 평면도이고, 액티브 소자 (51), 소스 배선 (54), 게이트 배선 (52), 드레인 전극 (56), 컨택트홀 (60), 공통 전극 (22) 등의 위치 관계를 설명하는 도면이다. 도 6 은, 컨택트홀 (60) 을 통해 드레인 전극 (56) 에 접속된 화소 전극 (21) 을 형성한 후의 구조를 나타내는 평면도이고, 제 2 배선층 (23) 및 차광층 (59) 을 형성하기 전의 구조를 나타내는 도면이다. 도 7 은, 제 2 배선층 (23) 및 차광층 (59) 을 형성한 후의 구조를 나타내는 평면도이다. 도 8 은, 도 7 에 나타내는 B-B' 선을 따른 단면도이다.
도 5 ∼ 도 7 에 나타내는 부분 확대도에 있어서, 공통 전극 (22) 은, 화소의 개구부 (12) 내에 배치 형성되어 있다. 액티브 소자 (51) 는, 게이트 배선 (52) 으로부터 Y 방향으로 연장되어 있는 게이트 전극 (53) 과, 소스 배선 (54) 으로부터 X 방향으로 연장되어 있는 소스 전극 (55) 이 겹치는 위치에 형성되어 있다. 도 5 에 나타내는 예에서는, 화소의 우상의 코너부에 위치하고 있다. 도 8 에 나타내는 바와 같이, 액티브 소자 (51) 는, 컨택트홀 (60) 을 통해 화소 전극 (21) 에 전기적으로 접속되는 드레인 전극 (56) 과, 소스 배선 (54) 에 전기적으로 접속되는 소스 전극 (55) 과, 드레인 전극 (56) 과 소스 전극 (55) 사이에서 양 전극 (55, 56) 에 부분적으로 겹치도록 형성된 채널층 (50) 과, 제 3 절연층 (26) 을 개재하여 채널층 (50) 에 대향하도록 배치된 게이트 전극 (53) 을 갖는다. 소스 배선 (54) 은, Y 방향으로 평행하게 배열되고, 게이트 배선 (52) 은 X 방향으로 평행하게 배열된다. 또한, 본 실시 형태에서는, 투명 기판 (20) 상에 게이트 배선 (52)(게이트 전극 (53)) 을 직접 형성하고 있지만, 투명 기판 (20) 상에 미리 절연층이 형성되고, 이 절연층 상에 게이트 배선 (52)(게이트 전극 (53)) 이 형성되어도 된다. 액티브 소자 (51) 에 있어서는, 게이트 전극 (53) 에 공급되는 신호에 따라, 채널층 (50) 과 게이트 전극 (53) 사이에 전계가 생기고 (전계 효과), 트랜지스터의 스위칭 동작이 실시된다.
화소 전극 (21) 은, 제 1 절연층 (24) 을 개재하여, 공통 전극 (22) 에 대향하도록 형성되어 있다. 화소 전극 (21) 은, 산화인듐, 또는 산화주석의 혼합 산화물인 ITO 로 형성되어 있다. 화소 전극 (21) 은, 매트릭스상으로 배치 형성되어 있는 복수의 개구부 (12) 의 각각에 대응하도록 형성되고, 빗살상으로 형성되어 있다 (도 6 참조). 구체적으로, 하나의 화소에 있어서, 화소 전극 (21) 은, 3 개의 빗살 전극부 (21a) 와, 전극 기부 (21b) 를 구비한다. 전극 기부 (21b) 는, X 방향으로 연장되어 있고, 컨택트홀 (60) 과 겹치는 위치에 형성되어 있고, 컨택트홀 (60) 을 통해 드레인 전극 (56) 과 전기적으로 접속되어 있다. 3 개의 빗살 전극부 (21a) 는, 전극 기부 (21b) 로부터 Y 방향으로 연장되어 있다. 서로 인접하는 빗살 전극부 (21a) 의 사이에 있어서는, 도 1 에 나타내는 바와 같이 제 1 절연층 (24) 이 액정층 (30) 에 노출되어 있고 (배향막은 생략되어 있다), 액티브 소자 (51) 가 구동할 때에 횡전계가 발생한다.
도 7 에 나타내는 바와 같이, 제 2 배선층 (23) 및 차광층 (59) 은 늘어서도록 배열되어 있다. 제 2 배선층 (23)(제 2 배선 패턴) 은, 게이트 배선 (52) 에 대응하는 위치 (게이트 배선 (52) 과 겹치는 위치) 이고, 게이트 배선 (52) 의 상방에 형성되어 있다. 제 2 배선층 (23) 은, 선폭 M2W 를 가지고 있고, 개구부 (12) 의 단변에 평행하게, 게이트 배선 (52) 을 따라 (X 방향으로 평행) 연장되어 있다.
차광층 (59) 은, 액티브 소자 (51) 에 대응하는 위치에 형성되고, 도 8 에 나타내는 바와 같이 제 1 절연층 (24) 을 개재하여 액티브 소자 (51) 를 덮도록 형성되어 있다. 또, 차광층 (59) 은, 도 6 및 도 7 에 나타내는 바와 같이, 화소 전극 (21) 의 전극 기부 (21b) 를 덮도록 형성되어 있다. 차광층 (59) 은, 제 2 배선층 (23) 을 구성하는 재료와 동일한 재료인 금속을 사용하여 형성된다. 차광층 (59) 은, 제 2 배선층 (23) 에 평행하게, X 방향으로 연장되어 있다.
차광층 (59) 및 제 2 배선층 (23) 은, 동일한 형성 공정에 있어서, 동일한 금속층을 사용하여 형성되어 있다. 형성 방법으로는, 공지된 패터닝 기술이 사용된다. 제 2 배선층 (23) 및 차광층 (59) 의 형성 재료로는, 네오디뮴을 포함하는 알루미늄 합금 (제 2 금속층) 이 사용된다. 어레이 기판 (200) 의 적층 방향에 있어서, 차광층 (59) 및 제 2 배선층 (23) 은, 위치적으로 동일한 층을 형성해도 된다. 즉, 제 2 배선층 (23) 은 제 2 금속층으로 형성됨과 함께, 제 2 금속층으로 형성되는 차광 패턴 (차광층 (59)) 을 갖는다. 이 차광 패턴에 의해, 제 1 절연층 (24) 을 개재하여 액티브 소자 (51) 가 덮여 있다.
차광층 (59) 및 제 2 배선층 (23) 은, 전기적으로 접속되어도 되지만, 이 경우 노이즈를 받아들이기 쉬워진다. 따라서, 차광층 (59) 및 제 2 배선층 (23) 은, 서로 이간되어, 전기적으로 절연되어 있는 것이 바람직하다.
또한, 차광층 (59) 은, 제 1 절연층 (24) 의 상방에 위치함과 함께 화소 전극 (21)(전극 기부 (21b)) 상에 직접 형성되어도 된다. 혹은, 제 1 절연층 (24) 상이고 화소 전극 (21)(전극 기부 (21b)) 하에 차광층 (59) 이 형성되어도 된다. 본 실시 형태에서는, 일례로서 화소 전극 (21) 상에 차광층 (59) 이 형성된 구조가 도 8 에 나타나 있다. 또, 차광층 (59) 의 평면 패턴은, 광 입사를 방지할 필요가 있는 부위에 따라, 적절히 결정된다. 바꾸어 말하면, 본 발명의 실시 형태에 관련된 차광층 (59) 은, 제 2 배선층 (23) 과 동일한 금속층을 사용하여, 제 2 배선층 (23) 과 동시에 형성할 수 있음과 함께, 차광을 목적으로 하는 차광 패턴을 자유롭게 설계할 수 있다는 이점을 갖는다.
터치 센싱 배선의 일방의 배선인 제 2 배선층 (23) 을, 게이트 배선 (52) 의 상방에 형성하지 않고, 소스 배선 (54) 의 상방에 형성하는 것이 생각된다. 그러나, 이 경우 제 2 배선층 (23) 은, 영상 신호에서 기인하는 노이즈를 받아들이기 쉬워진다. 영상 신호에서 기인하는 노이즈를 경감하기 위해서, 제 2 배선층 (23) 을, 제 1 절연층 (24) 상에 형성하는 것이 바람직하다. 또, 투명 기판 (20) 상에 형성되는 절연층의 층수 또는 두께를 늘려도 된다. 제 2 배선층 (23) 의 상면 또는 하면, 및 차광층 (59) 의 상면 또는 하면에는, 별도 절연층을 형성해도 된다. 이와 같이 제 2 배선층 (23) 및 차광층 (59) 의 면에 접촉하도록 형성되는 절연층은, SOG (Spin On Glass) 라고 호칭되는 무기 절연층, 혹은 아크릴 수지 등의 유기 절연층이어도 된다. 이 경우, 무기 절연층 혹은 유기 절연층은, 제 2 배선층 (23) 의 형성에 앞서, 제 1 절연층 (24) 상에 적층된다.
게이트 배선 (52) 과 소스 배선 (54) 은, 구리 합금 및 티타늄의 2 층 구조로 형성된 금속 배선이다. 이와 같은 금속 배선의 2 층 구조에 있어서는, 구리 합금이 상층에 위치하고 있다. 채널층 (50) 은, InGaZnO 계의 산화물 반도체로 형성되어 있다. 단, 본 발명의 실시 형태는, 상기 구조를 구성하는 재료를 한정하지 않는다. 터치 센싱 배선을 구성하는 금속 또는 합금의 재료로는, 상기 서술한 여러 가지 재료를 사용해도 된다. 또, 터치 센싱 배선의 구조는, 단층 구조로 한정되지 않고, 복수층의 금속층으로서 금속 산화물이 적층된 적층 구조를 채용할 수 있다.
액티브 소자 (51) 의 채널층 (50) 은, 폴리실리콘 등의 실리콘계 반도체, 혹은 산화물 반도체로 형성할 수 있다. 채널층 (50) 은, IGZO (등록상표) 등의 갈륨, 인듐, 아연, 주석, 게르마늄 중 2 종 이상의 금속 산화물을 포함하는 산화물 반도체인 것이 바람직하다. 예를 들어, 채널층 (50) 은, InGaZnO 계의 금속 산화물로 형성되어 있다.
IGZO 등의 산화물 반도체를 채널층 (50) 에 사용하는 액티브 소자 (51) 는, 전자 이동도가 높아, 예를 들어 2 msec (밀리초) 이하의 단시간에 필요한 구동 전압을 화소 전극 (21) 에 인가할 수 있다. 예를 들어, 배속 구동 (1 초 동안의 표시 프레임수가 120 프레임인 경우) 의 1 프레임은 약 8.3 msec 이다. 예를 들어, 액정 구동과 터치 센싱 구동을 시분할로 실시하는 경우, 액정 구동의 2 msec 를 뺀 나머지 약 6 msec 를 터치 센싱 구동에 할당할 수 있다.
또, 산화물 반도체를 채널층 (50) 에 사용하는 액티브 소자 (51) 는, 전술한 바와 같이 리크 전류가 적기 때문에, 화소 전극 (21) 에 인가한 구동 전압을 긴 시간 유지할 수 있다. 터치 센싱 구동과 액정 구동이 시분할인 경우, 예를 들어 액티브 소자의 신호선, 주사선, 보조 용량선 등을, 알루미늄 배선보다 배선 저항이 작은 구리 배선으로 형성하고, 또한 액티브 소자의 채널층 (50) 의 재료로서 단시간에 구동할 수 있는 IGZO 를 사용할 수 있다. 이 경우, 터치 센싱 구동에 있어서의 주사에 있어서, 시간적 마진이 넓어지고, 발생하는 정전 용량의 변화를 고정밀도로 검출할 수 있다. IGZO 등의 산화물 반도체를 액티브 소자에 적용함으로써 액정 등의 구동 시간을 짧게 할 수 있고, 표시 화면 전체의 영상 신호 처리 중에서, 터치 센싱에 적용하는 시간에 충분한 여유가 생긴다. 또한, 산화물 반도체를 채널층 (50) 에 사용하는 액티브 소자 (51) 는, 화상 표시 시에 있어서의 액티브 소자 (51) 의 전기적인 리크가 거의 없어, 안정적인 화상 표시를 확보하면서, 액정 구동과 병행하여 터치 센싱 구동을 실시하는 것이 가능해진다.
또한, 터치 센싱에 대한 니즈 또는 인터페이스 등은 다양화되고 있고, 예를 들어 지문 등을 검출하여 판정을 실시하는 개인 인증 또는 미세한 펜끝에 의한 입력 등을 실현하기 위해서, 높은 정밀도가 요구되고 있다. 이때, 터치 센싱 구동 신호의 진폭을 넓히는 것, 즉 신호의 전압폭 (피크 투 피크) 을 넓히는 것 (고진폭화) 이 요구되는 경우가 있다. 산화물 반도체를 채널층 (50) 에 사용하는 액티브 소자 (51) 는, 실리콘계 반도체보다 전기적인 내압성이 높아, 이와 같은 고진폭화에 적합하다.
산화물 반도체를 채널층 (50) 으로서 사용하는 박막 트랜지스터는, 예를 들어 보텀 게이트형 구조를 가진다. 박막 트랜지스터에, 탑 게이트형, 또는 더블 게이트형의 트랜지스터 구조가 이용되어도 된다. 또한, 박막 트랜지스터의 구조로서 탑 게이트형 구조가 채용된 경우, 박막 트랜지스터의 채널층은, 백라이트 유닛에 가까운 어레이 기판의 면을 향한다. 이 구성에서는, 백라이트 유닛의 광이 채널층에 입사하기 쉬워져, 불리한 구조라고 말할 수 있다. 단면 구조에 있어서, 백라이트 유닛을 향한 채널층을 덮도록, 투명 기판 (20) 상에 차광층 (차광 패턴) 을 형성할 수도 있다. 이 경우, 차광층은, 어레이 기판 (200) 의 적층 구조에 있어서의 최하층으로서 형성된다. 그러나, 이 구성에서는, 차광층 (59) 과 동일한 금속층으로서 동시에 형성되는 제 2 배선층 (23) 도 최하층에 위치한다. 즉, 어레이 기판 (200) 의 두께 방향에 있어서의 제 2 배선층 (23) 과 제 1 배선층 (3) 사이의 거리가 길어진다. 이 때문에, 전기적인 노이즈의 증가 등과 같은 터치 센싱에 대한 영향이 염려된다.
광 센서, 또는 그 밖의 액티브 소자를 구성하는 액티브 소자로서 산화물 반도체의 채널층을 구비한 박막 트랜지스터가 채용되어도 된다. 이와 같은 구조를 갖는 액티브 소자는, 메모리성이 높으므로 (리크 전류가 적다), 액정 구동 전압을 인가한 후의 화소 용량을 유지하기 쉽다.
투명 기판 (20) 상에, 유효 표시 영역 (15) 의 외측에 형성된 프레임부 (Fx, Fy) 에 대응하는 위치에, 액정 구동 또는 터치 구동을 제어하는 드라이버 회로가 형성되어도 된다. 이 드라이버 회로를 구성하는 액티브 소자는, IGZO 등의 산화물 반도체에 의해 형성된 채널층 (50) 을 구비해도 된다. 평면으로 볼 때에 있어서 프레임부 (Fx, Fy) 와 겹치도록, 투명 기판 (20) 상에 드라이버 회로를 형성함으로써, 베젤이라 불리는 프레임의 면적을 작게 하여, 액정 표시 장치 (LCD) 에 있어서의 표시 면적의 비율을 늘릴 수 있다.
(액정층)
액정층 (30) 은, 마주 보도록 첩합된 표시 장치용 기판 (100) 과 어레이 기판 (200) 사이에 배치되어 있다. 액정층 (30) 의 액정 분자는, 액티브 소자 (51) 의 스위칭 동작에 수반하여 화소 전극 (21) 과 공통 전극 (22) 사이에 생기는 프린지 전계에 의해 구동된다. 액정은, 정의 유전율 이방성을 가지고 있고, 액정의 초기 배향은 수평 배향이다. 또한, 러빙 혹은 광 배향에 의한 배향 처리의 방향은, 정의 유전율 이방성 액정의 경우, 평면으로 볼 때에 빗살상의 화소 전극의 배열 방향에 대해, 예를 들어 5°내지 20°경사진 방향으로 실시하면 된다.
(액정 표시 장치 (LCD) 의 기능)
다음으로, 도 14 를 참조하여, 본 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치 (LCD) 의 블록도이다.
도 14 는, 본 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치의 기능을 설명하기 위한 블록도이다. 본 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치 (LCD) 는, 유효 표시 영역 (15) 에 대응하는 위치에 형성된 표시부 (110) 와, 표시부 (110) 및 터치 센싱 기능을 제어하기 위한 제어부 (120) 를 구비하고 있다. 제어부 (120) 는, 공지된 구성을 갖고, 영상 신호 타이밍 제어부 (121) 와, 터치 센싱 제어부 (122) 와, 시스템 제어부 (123) 를 구비하고 있다. 제어부 (120) 에 의해, 액정 구동과 터치 센싱 구동이 제어된다. 시스템 제어부 (123) 는, 영상 신호 타이밍 제어부 (121) 및 터치 센싱 제어부 (122) 를 제어한다.
또, 액정 표시 장치 (LCD) 에 있어서는, 예를 들어 적색 발광, 녹색 발광, 청색 발광 등을 발광하는 LED 발광 소자가 백라이트 유닛의 광원으로서 이용되고 있다. 제어부 (120) 는, 필드 시퀀셜의 수법으로 컬러 표시를 제어하고 있다.
상기 제어부 (120) 를 구비하는 액정 표시 장치 (LCD) 에 있어서는, 제 1 배선층 (3) 과 제 2 배선층 (23) 의 어느 일방과 공통 전극 (22) 사이에, 혹은 제 1 배선층 (3) 및 제 2 배선층 (23) 의 각각과 공통 전극 사이에, 액정 구동 전압과는 상이한 전압을 인가하는 제어를 실시해도 된다. 이 제어 방법에 의하면, 액정 분자의 상승 (ON) 및 하강 (OFF) 의 고속화 또는 배향 제어 등과 같은 액정 구동을 보조하는 것이 가능해진다.
액정 구동과 터치 센싱 구동을 시분할 구동하지 않아도 된다. 예를 들어, 제 2 배선층 (23) 을 정전위의 검출 전극으로 이용하고, 또한 제 1 배선층 (3) 을 터치 센싱의 구동 전극으로 이용할 수 있다. 이 경우, 액정 구동에 대한 터치 센싱 구동의 간섭의 정도가 적어져, 액정을 구동하는 화소 전극의 구동 주파수와 터치 센싱 전극의 구동 주파수를, 다르게 할 수 있다. 제 2 배선층 (23) 을, 예를 들어 고저항을 통하여 그라운드에 접속하는 것에 의해, 제 2 배선층 (23) 의 전위를 정전위로 할 수 있다. 또, 터치 센싱의 구동 전압을, 예를 들어 액정 구동에 영향을 주기 어려운 낮은 전압, 예를 들어 액정의 임계값 Vth 이하로 설정하는 것이 바람직하다. 이로써, 터치 센싱 구동이 액정 구동에 영향을 주는 일이 없어져, 소비 전력을 저감할 수 있다.
터치 센싱의 구동 주파수로는, 외부 노이즈를 받아들이기 어려운 주파수를 선택할 수 있다. 또한, 제어부 (120) 가, 외부 노이즈 주파수를 검지하는 기능과, 검지된 외부 노이즈 주파수와는 상이하도록 터치 센싱의 구동 주파수의 대역을 조정하는 조정 기능을 가져도 된다. 예를 들어, 터치 센싱의 구동 주파수를 수 KHz ∼ 수십 KHz 로 하고, 액정 구동의 주파수를 60 Hz ∼ 480 Hz 로 할 수 있다. 나아가서는, 터치 센싱 구동과 액정 구동을 시분할로 할 수도 있다. 제 1 배선층 (3) 을 구동 전극 (터치 센싱 구동 주사 전극) 으로 하는 경우에, 요구되는 터치 입력의 속도에 맞춰서, 정전 용량을 검출하기 위한 주사 신호의 주파수를 임의로 조정할 수 있다. 터치 센싱의 구동 주파수는, 상기 서술한 바와 같이 액정 구동 주파수보다 높은 주파수인 것이 바람직하다. 또한, 액정 표시 장치의 외부로부터 내부로 들어가는 외부 노이즈, 혹은 액정 표시 장치의 내부로부터 발생하는 내부 노이즈의 각각의 주파수에 대해, 터치 센싱의 구동 주파수를 다르게 하는 것이 바람직하다. 혹은, 터치 센싱 구동에 있어서, 제 2 배선층 (23) 을 구동 전극으로서 기능시키고, 제 1 배선층 (3) 을 검출 전극으로서 기능시켜도 된다. 이 경우, 예를 들어 제 2 배선층 (23) 은, 일정한 주파수로 교류 펄스를 인가하는 구동 전극 (주사 전극) 이다.
또한, 터치 센싱 구동 및 액정 구동에 있어서는, 구동 전극에 인가하는 전압 (교류 신호) 은, 정부의 전압을 반전하는 반전 구동 방식이어도 된다. 또, 화소 전극을 화소마다 구동시키는 도트 반전 구동 방식이 이용되어도 된다.
혹은, 터치 센싱 구동 전압에 관하여, 인가하는 교류 신호의 전압폭 (피크 투 피크) 을 작게 함으로써, 액정 표시에 대한 터치 센싱 구동 전압의 영향을 경감할 수 있다.
또한, 터치 센싱 구동 전압 (터치 센싱 구동 전압) 으로서, 교류 전압 또는 구형파에 의한 전압에 오프셋을 거는 (바이어스 전압을 준다) 경우, 정전위로서 설정되는 전위 (전압) 는, 교류 전압 등의 중앙값인 전압 (평균값) 으로 설정할 수 있다. 터치 센싱 구동 전압은, 예를 들어 제 1 배선층 (3) 에 인가된다. 제 1 배선층 (3) 과 대향하는 제 2 배선층 (23) 의 전위는 정전위이지만, 0 (제로) 볼트로 한정하지 않는다. 화상 표시 구동 동안, 또는 터치 센싱 구동 동안, 일정한 전위로 유지되고 있으면 된다.
제 1 배선층 (3) 혹은 제 2 배선층 (23) 을, 액정 구동 시 또는 터치 센싱 시에 정전위로 할 수 있다. 혹은, 모든 제 2 배선층 (23) 을, 고저항을 개재시켜 접지할 수 있다. 고저항의 값은, 예를 들어 수 기가옴 내지 수 페타옴의 범위로 할 수 있다. 대표적으로는, 1 테라옴 내지 50 테라옴으로 할 수 있다. 그러나, 액정 표시 장치 (LCD) 의 액티브 소자 (51) 를 구성하는 채널층을 IGZO 등의 산화물 반도체로 형성하는 경우, 액정 표시 화소의 번인의 용이함의 정도를 저감하기 위해, 1 기가옴보다 낮은 저항을 사용해도 된다. 또, 터치 센싱에 있어서, 정전 용량을 리셋하는 리셋 회로를 설치하지 않는 간이 제어에서는, 정전 용량을 리셋할 목적으로, 1 기가옴보다 낮은 저항을 사용해도 된다.
또한, 액정 구동에 사용되는 공통 전극의 전압 Vcom 은, 일반적으로 액정 구동에 있어서의 프레임 반전 동작을 실시하기 위한 신호를 포함하는 교류 단형파 신호이고, 예를 들어 ±2.5 V 의 교류 전압이 프레임마다 인가된다. 본 실시 형태에서는, 정전위로서 상기와 같은 구동에 필요한 교류 전압을 이용하지 않는다. 본 실시 형태에 있어서의 「정전위」는, 적어도 액정 구동의 임계값 (Vth) 보다 작고, 또한 일정 범위 이내에서 생기는 전압 변동이 허용되는 전압일 필요가 있다.
예를 들어, 제 1 배선층 (3) 또는 제 2 배선층 (23) 에 인가되는 터치 센싱 전극의 구동 주파수를, 액정 구동의 주파수와 다른 주파수, 혹은 보다 높은 구동 주파수로 할 수 있다.
일반적으로 액정 구동의 주파수는, 60 Hz, 혹은, 60 Hz 의 정수배로 정의된 구동 주파수이다. 통상, 터치 센싱이 실시되는 부위 (터치 센싱 부위) 는, 액정 구동의 주파수에 수반하는 노이즈의 영향을 받는다. 또한, 통상적인 가정 전원은 50 Hz 또는 60 Hz 의 교류 전원이고, 이러한 외부 전원에 의해 동작하는 전기 기기로부터 발생하는 노이즈를, 터치 센싱 부위가 받아들이기 쉽다. 따라서, 터치 센싱 구동의 주파수를, 50 Hz 또는 60 Hz 의 주파수로부터 약간 시프트시킨, 50 Hz 또는 60 Hz 와는 상이한 주파수로 설정함으로써, 액정 구동에서 기인하여 발생하는 노이즈, 또는 외부의 전자 기기로부터 발생하는 노이즈의 영향을 크게 저감할 수 있다. 시프트량은, 약간량이면 되고, 예를 들어 노이즈 주파수로부터 ±3 ％ ∼ ±17 ％ 의 시프트량이면 되고, 이로써 노이즈 주파수의 간섭을 저감할 수 있다. 예를 들어, 노이즈 저감을 위해서, 터치 센싱 구동의 주파수로는, 수 kHz ∼ 수백 kHz 의 범위에서 상기 액정 구동 주파수 또는 전원 주파수와 간섭하지 않는 다른 주파수를 선택할 수 있다.
(액정 표시 장치 (LCD) 의 동작)
다음으로, 상기 구성을 갖는 액정 표시 장치 (LCD) 에 있어서의 동작을 설명한다.
제어부 (120) 에 의해 액정 표시 장치 (LCD) 가 구동되고 있을 때, 표시 장치용 기판 (100) 의 제 2 면 (10a) 에 있어서의 손가락 또는 포인터 등의 입력 위치를 검출하는 터치 센싱이 실시된다. 구체적으로, 터치 센싱 제어부 (122) 는, 제 2 배선층 (23) 을 정전위로 하고, 제 1 배선층 (3) 에 검출 구동 전압을 인가하여, 제 1 배선층 (3) 및 제 2 배선층 (23) 사이에 생기는 정전 용량 (프린지 용량) 의 변화를 검출한다. 예를 들어, 손가락 또는 포인터가 제 2 면 (10a) 에 근접 또는 접촉하면, 손가락 또는 포인터의 평면 위치에 대응하는 제 1 배선층 (3) 과 제 2 배선층 (23) 의 교점에 있어서, 제 1 배선층 (3) 및 제 2 배선층 (23) 사이의 정전 용량이 변화한다. 터치 센싱 제어부 (122) 는, 이 정전 용량의 변화가 생긴 위치를 검출하고, 손가락 또는 포인터의 위치가 특정된다.
한편, 영상 신호 타이밍 제어부 (121) 는, 매트릭스상으로 배열된 복수의 화소의 각각의 표시를 제어한다. 구체적으로, 영상 신호 타이밍 제어부 (121) 는, 액티브 소자 (51) 를 구성하는 소스 전극 (55) 에 접속되어 있는 소스 배선 (54) 에 영상 신호를 보내고, 액티브 소자 (51) 를 구성하는 게이트 전극 (53) 에 접속되어 있는 게이트 배선 (52) 에 주사 신호를 보낸다. 이로써, 게이트 배선 (52) 은 영상 신호 타이밍 제어부 (121) 에 의해 순차 주사되고, 소스 배선 (54) 은 영상 신호 타이밍 제어부 (121) 로부터 영상 신호를 받는다. 주사 신호 및 영상 신호의 수신에 수반하여, 액티브 소자 (51) 가 구동하고, 액정을 구동시키는 액정 구동 전압이 공통 전극 (22) 과 화소 전극 (21) 사이에 인가되고, 액정층 (30) 의 액정 분자를 구동하는 액정 구동이 실시된다. 이로써, 표시부 (110) 상에 화상이 표시된다.
이와 같이 액정 구동이 실시되고 있는 동안에 있어서, 백라이트 유닛으로부터 출사된 광은 어레이 기판 (200) 에 입사한다. 액티브 소자 (51) 는 차광층 (59) 으로 덮이기 때문에, 차광층 (59) 은, 백라이트 유닛으로부터 출사된 광에서 기인하는 반사광이 액티브 소자에 입사하는 것을 방지할 수 있어, 액정 표시 장치 (LCD) 의 외부로부터 내부로 입사하는 광이 액티브 소자에 입사하는 것을 방지할 수 있다. 또, 백라이트 유닛으로부터 출사되어 액티브 소자 (51) 의 이면을 향하는 광은, 게이트 전극 (53) 에 의해 차광된다. 차광층 (59) 은, 터치 센싱 전극의 일방의 전극인 제 2 배선층 (23) 과 동시에 형성할 수 있으므로, 차광에 의한 화질 향상을 실현할 수 있어, 제조 공정을 늘리지 않고 터치 센싱 기능을 액정 표시 장치 (LCD) 에 부여할 수 있다.
또, 도 1 에 나타내는 바와 같이, 제 1 배선층 (3) 및 제 2 차광부 (4b) 는, 화소의 측변부에 위치하고 있고, 화소 중심 (CL) 에 대해 선대칭으로 배치되어 있다. 액정층 (30) 의 구동 시에 액정층을 투과한 광은, 개구부 (12) 를 통과하고, 서로 인접하는 제 1 배선층 (3) 사이에 형성된 개구부를 투과하고, 액정 표시 장치의 표시면을 통해서, 액정 표시 장치의 외부로 출사된다. 즉, 화소 중심 (CL) 에 대해 선대칭으로 각 화소로부터 경사광을 출사할 수 있고, 시야각을 균일하게 할 수 있다.
액정 표시 장치 (LCD) 에 있어서는, 도 15 에 나타내는 바와 같이, 표시 장치용 기판 (100) 과 어레이 기판 (200) 사이, 또한 서로 인접하는 화소 A 와 화소 B 사이에 위치하는 액정층 (30) 중에 생기는 배향 불량 영역 (40) 에 대향하도록 블랙 매트릭스 (4) 가 형성되어 있다. 이하, 도 15 및 도 16 을 참조하여, 블랙 매트릭스 (4) 에 의해 얻어지는 효과를 설명한다.
도 16 은, FFS 구동 방식을 이용한 종래의 액정 표시 장치 (600) 의 구성을 나타내는 단면도이다. 액정 표시 장치 (600) 에 있어서는, 투명 기판 (70) 상에 블랙 매트릭스 (9) 가 형성되고, 블랙 매트릭스 (9) 상에 도전층 (8)(금속층) 이 형성되고, 블랙 매트릭스 (9) 및 도전층 (8) 을 덮도록 투명 수지층 (7) 이 투명 기판 (70) 상에 형성되어 있다. 액정 표시 장치 (600) 에 있어서는, 블랙 매트릭스 (9) 와 어레이 기판 (200) 의 거리가 크다. 액정 표시 장치 (600) 는, 서로 인접하는 화소 A' 및 화소 B' 를 구비한다. 액정 표시 장치 (600) 의 화소 전극 (21) 과 공통 전극 (22) 의 구성은, 액정 표시 장치 (LCD) 와 동일하다.
도 15 는, 액정 표시 장치 (LCD) 를 부분적으로 나타내는 단면도이다. 블랙 매트릭스 (4) 는, 제 1 배선층 (3) 과 어레이 기판 (200) 사이에 형성되어 있다. 블랙 매트릭스 (4) 와 어레이 기판 (200) 의 거리는, 액정 표시 장치 (600) 의 블랙 매트릭스 (9) 와 어레이 기판 (200) 의 거리보다 작다. 즉, 액정 표시 장치 (LCD) 에 있어서는, 액정층 (30) 에 보다 가까운 위치에 블랙 매트릭스 (4) 가 형성되어 있다. 액정 표시 장치 (LCD) 는, 서로 인접하는 화소 A 및 화소 B 를 구비한다.
액정 표시 장치 (LCD) 및 액정 표시 장치 (600) 의 양방에 있어서는, 예를 들어 화소 A(A') 가 ON 상태 또한 화소 B(B') 가 OFF 상태인 액정 구동 시에, 화소 전극 (21) 과 공통 전극 (22) 사이의 전계에서 기인하여, 액정 분자가 충분히 제어되어 있지 않은 배향 불량 영역 (40) 이 발생한다.
도 16 에 나타내는 종래의 액정 표시 장치 (600) 의 경우, 블랙 매트릭스 (9) 가 액정층 (30) 으로부터 먼 위치에 형성되어 있으므로, 백라이트 유닛으로부터 출사되어 화소 A' 를 통과한 경사광 (41) 은, 화소 B' 로 들어가기 쉽다. 바꾸어 말하면, 화소 A' 를 구동하면, 배향 불량 영역 (40) 을 통해서 구동하고 있지 않은 화소 B' 로 광이 누출되어 버려, 화소 A' 의 색이 화소 B' 의 색에 섞여 버리는 혼색이 발생하여, 콘트라스트가 저하해 버린다. 상기 서술한 바와 같이, 300 ppi 이상의 고정세 화소를 구비하는 액정 표시 장치에서는, 이 혼색이 큰 기술 과제가 되고 있다. 또한, 종래의 액정 표시 장치 (600) 에 있어서 도전층 (8) 을 금속 박막으로 형성한 경우, 백라이트 유닛으로부터 출사된 광 (42) 은, 도전층 (8) 에서 반사되고, 도시하지 않은 액티브 소자의 채널부에 반사광이 입사하는 경우가 있다. 액티브 소자에 광이 입사해 버리면, 액티브 소자의 오동작이 생기기 쉬워지고, 표시 품질에 악영향을 초래한다.
한편, 도 15 에 나타내는 액정 표시 장치 (LCD) 에서는, 블랙 매트릭스 (4) 가 액정층 (30) 에 가까운 위치에 형성되어 있으므로, 백라이트 유닛으로부터 출사되어 화소 A 를 통과한 경사광 (41) 은, 블랙 매트릭스 (4) 에서 컷되어, 화소 B 로 들어가는 일이 적다. 화소 A 를 온 (백색) 상태로 해도, 화소 B 에 대한 영향을 적게 할 수 있다. 또, 블랙 매트릭스 (4) 를 형성함으로써, 제 1 금속층 (2) 으로부터 생기는 반사광이 액티브 소자에 입사하는 일이 거의 없어, 화질의 저하를 초래하지 않는다. 또한, 상기 구조를 갖는 액정 표시 장치 (LCD) 에서는, 액정 셀의 두께를 작게 하는 것이 가능해져, 인접 화소에 대한 광 누출을 억제할 수 있고, 블랙 매트릭스의 선폭을 작게 할 수 있다.
[제 2 실시 형태]
다음으로, 도 10 을 참조하여, 본 발명의 제 2 실시 형태에 관련된 표시 장치용 기판을 설명한다. 제 2 실시 형태에 있어서, 상기 서술한 제 1 실시 형태와 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명은 생략 또는 간략화한다.
도 10 은, 본 발명에 관련된 표시 장치용 기판을 부분적으로 나타내는 단면도이다.
제 2 실시 형태에 관련된 표시 장치용 기판은, 흑색층 (1) 및 제 1 금속층 (2) 으로 이루어지는 적층 구조를 가짐과 함께 투명 기판 (10) 상에 형성된 제 1 배선층 (3) 과, 제 1 배선층 (3) 의 측면 및 표면을 덮도록 투명 기판 (10) 상에 형성된 블랙 매트릭스 (4') 와, 블랙 매트릭스 (4') 를 덮도록 투명 기판 (10) 상에 형성된 투명 수지층 (6) 을 구비한다. 블랙 매트릭스 (4') 는, 유효 표시 영역 (15) 내에 복수의 개구부 (12) 를 갖는다. 이 구성에서는, 도 15 에 나타낸 배향 불량 영역 (40) 을 통해서 인접 화소에 입사하는 경사 출사광의 영향을 피하기 위해, 블랙 매트릭스 (4') 의 선폭 (BMsW') 은, 도 1 에 나타내는 블랙 매트릭스 (4) 의 선폭 (BMsW) 보다 크다. 선폭 (BMsW') 을 크게 함으로써 개구율은 저하하지만, 도 1 에 나타내는 바와 같은 투명 수지층 (5) 을 형성하는 공정을 생략할 수 있기 때문에, 제조 공정수를 삭감할 수 있다. 또, 제 2 실시 형태에 관련된 표시 장치용 기판을 액정 표시 장치 (LCD) 에 적용함으로써, 제 1 실시 형태와 동일한 효과가 얻어진다.
[제 3 실시 형태]
다음으로, 도 11 ∼ 도 13 을 참조하여, 본 발명의 제 3 실시 형태에 관련된 표시 장치용 기판 및 액정 표시 장치를 설명한다. 제 3 실시 형태에 있어서, 상기 서술한 제 2 실시 형태 및 제 1 실시 형태와 동일 부재에는 동일 부호를 붙이고, 그 설명은 생략 또는 간략화한다.
도 12 는, 본 발명의 제 3 실시 형태에 관련된 표시 장치용 기판 (100A) 을 부분적으로 나타내는 단면도이다. 표시 장치용 기판 (100A) 은, 도 11 에 나타내는 액정 표시 장치 (LCD') 에 사용된다. 표시 장치용 기판 (100A) 에 있어서는, 투명 기판 (10) 상에, 제 1 배선층 (3), 컬러 필터 (CF)(컬러 필터층), 투명 수지층 (5), 블랙 매트릭스 (4), 및 투명 수지층 (6) 이 이 순서로 형성되어 있다. 즉, 제 1 금속층 (2) 과 투명 수지층 (5) 사이에 컬러 필터 (CF) 가 형성되어 있다. 컬러 필터 (CF) 에 있어서는, 적 화소를 구성하는 착색층 R, 녹 화소를 구성하는 착색층 G, 청 화소를 구성하는 착색층 B 가 X 방향을 따라 배열되어 있다. 복수의 착색층 R, G, B 는, 풀 컬러 표시를 실시하는 액정 표시 장치의 화소 배열에 따른 위치에 형성되어 있다.
표시 장치용 기판 (100A) 은, 액정 표시 장치에 한정하지 않고, 유기 EL 표시 장치 등의 표시 장치에 적용할 수 있다.
제 1 배선층 (3) 을 구성하는 흑색층 (1) 은, 제 1 실시 형태와 마찬가지로, 카본을 주된 색재로 하는 차광층이다. 제 1 금속층 (2) 은, 흑색층 (1) 과 동일한 선폭을 가짐과 함께 흑색층 (1) 상에 적층되어 있다. 제 1 금속층 (2) 은, 예를 들어 3 층의 구리 합금으로 구성되고, 마그네슘을 0.5 at％ 포함하는 구리 합금이, 인듐을 18 at％ 포함하는 구리 합금으로 협지된 구조를 갖는다. 인듐 구리 합금 또는 ITO 등의 인듐 산화물을 포함하는 인듐 함유층은, 유리 또는 수지에 대한 밀착성이 높고, 또한 신뢰성이 높은 전기적 접속을 실현할 수 있다.
도 13 은, 표시 장치용 기판 (100A) 의 단부를 부분적으로 나타내는 단면도이다.
도 13 에 나타내는 바와 같이, 표시 장치용 기판 (100A) 은, 유효 표시 영역 (15) 의 외측에 형성되고 전기적 실장에 사용되는 단자부 (11) 를 구비한다. 단자부 (11) 는, 흑색층 (1) 과 제 1 금속층 (2) 의 2 층 구성이다. 단자부 (11) 의 표층에는, 금속층인 제 1 금속층 (2) 이 노출되어 있다. 제 1 금속층 (2) 의 최표면은, 상기 서술한 바와 같이 인듐을 포함하는 금속 합금으로 형성되어 있다.
도 11 은, 본 발명의 제 3 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치 (LCD') 를 부분적으로 나타내는 단면도이다. 액정 표시 장치 (LCD') 에 있어서는, 도 12 에 나타내는 컬러 필터 (CF) 를 구비하는 표시 장치용 기판 (100A) 이 적용되어 있다. 어레이 기판 (200) 은, 제 1 실시 형태와 동일한 구성을 갖는다. 액정층 (30) 은, 어레이 기판 (200) 의 면에 평행하게 배향되어 있고, 화소 전극 (21) 과 공통 전극 (22) 사이의 프린지 전계에 의해 구동된다. 또, 제 3 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치 (LCD') 에 의하면, 제 1 실시 형태와 동일한 효과가 얻어진다. 또, 컬러 필터 (CF) 를 구비하므로, 백색광을 출사하는 백라이트 유닛을 액정 표시 장치 (LCD') 에 사용함으로써, 풀 컬러 표시를 실현할 수 있다. 이 때문에, 필드 시퀀셜의 수법을 사용할 필요가 없다.
본 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치는, 여러 가지 응용이 가능하다. 본 실시 형태에 관련된 액정 표시 장치가 적용 가능한 전자 기기로는, 휴대전화, 휴대형 게임 기기, 휴대 정보 단말, 퍼스널 컴퓨터, 전자 서적, 비디오 카메라, 디지털 스틸 카메라, 헤드 마운트 디스플레이, 액정 프로젝터, 네비게이션 시스템, 음향 재생 장치 (카 오디오, 디지털 오디오 플레이어 등), 복사기, 팩시밀리, 프린터, 프린터 복합기, 자동 판매기, 현금 자동 입출금기 (ATM), 개인 인증 기기, 웨어러블 전자 기기, 차재용 표시 기기, 광 통신 기기 등을 들 수 있다. 상기 각 실시 형태는, 자유롭게 조합하여 사용할 수 있다.
본 발명의 바람직한 실시 형태를 설명하고, 상기에서 설명해 왔지만, 이들은 본 발명의 예시적인 것이고, 한정하는 것으로서 고려되어야 하는 것이 아닌 것을 이해해야 한다. 추가, 생략, 치환, 및 그 밖의 변경은, 본 발명의 범위로부터 일탈하는 일 없이 실시할 수 있다. 따라서, 본 발명은, 전술한 설명에 의해 한정되어 있다고 간주되어야 하는 것이 아니고, 청구의 범위에 의해 제한되어 있다.
1 : 흑색층
2 : 제 1 금속층
3 : 제 1 배선층
4', 4 : 블랙 매트릭스
5 : 제 2 투명 수지층
6 : 제 1 투명 수지층
10 : 투명 기판 (제 1 투명 기판)
10a : 제 2 면
10b : 제 1 면
11 : 단자부
11a : 단자 영역
12 : 개구부
15 : 유효 표시 영역 (표시 영역)
20 : 투명 기판 (제 2 투명 기판)
21 : 화소 전극
22 : 공통 전극
23 : 제 2 배선층
24 : 제 1 절연층
25 : 제 2 절연층
26 : 제 3 절연층
27, 28 : 플로팅 패턴
50 : 채널층
51 : 액티브 소자
52 : 게이트 배선
53 : 게이트 전극
54 : 소스 배선
55 : 소스 전극
59 : 차광 패턴 (차광층)
60 : 컨택트홀
100, 100A : 표시 장치용 기판 (대향 기판)
200 : 어레이 기판
R : 적 화소 (착색층)
G : 녹 화소 (착색층)
B : 청 화소 (착색층)
CF : 컬러 필터
Fx, Fy : 프레임부

Claims (15)

  1. 표시 영역과, 상기 표시 영역의 외측에 위치하는 단자 영역을 갖는 제 1 투명 기판과, 흑색층 및 제 1 금속층의 적층 구조를 갖는 제 1 배선층을 상기 제 1 투명 기판의 제 1 면 상에 구비하는 대향 기판과,
    액정층과,
    제 2 투명 기판과, 상기 제 2 투명 기판 상에 형성되고 또한 게이트 전극을 포함하는 트랜지스터 구조를 갖는 복수의 액티브 소자들과, 상기 제 1 배선층에 직교하는 제 2 배선층을 갖고, 상기 액정층을 개재하여 상기 제 1 투명 기판의 상기 제 1 면에 마주 보도록 첩합된 어레이 기판
    을 구비하는 액정 표시 장치로서,
    상기 대향 기판에는, 상기 제 1 배선층과, 상기 표시 영역 내에 형성된 복수의 개구부를 갖는 블랙 매트릭스와, 상기 블랙 매트릭스를 덮는 제 1 투명 수지층이, 이 순서로 상기 제 1 면 상에 적층되고,
    상기 블랙 매트릭스는, 상기 제 1 배선층의 선폭보다 큰 선폭을 갖고, 또한 평면으로 볼 때에 상기 제 1 배선층의 패턴을 포함하도록 겹쳐져 있고,
    상기 제 2 배선층은 제 2 금속층으로 형성됨과 함께, 상기 제 2 금속층으로 형성되는 차광 패턴을 갖고,
    상기 액티브 소자는, 상기 액티브 소자 상에 형성된 제 1 절연층을 개재하여, 상기 차광 패턴으로 덮이고,
    상기 제 1 배선층과 상기 제 2 배선층 사이에 생기는 정전 용량의 변화를 검출함으로써 터치 센싱을 실시하고,
    상기 액정 표시 장치는,
    상기 단자 영역에는, 상기 흑색층 및 상기 제 1 금속층의 적층 구조를 갖는 복수의 단자부가 형성되고,
    상기 블랙 매트릭스의 상기 개구부들의 수가 상기 어레이 기판 상의 액티브 소자의 수를 따르고,
    상기 블랙 매트릭스는 제 1 차광부들 및 제 2 차광부들이 서로 교차하도록 제 1 방향으로 연장되는 상기 제 1 차광부들 및 제 2 방향으로 연장되는 상기 제 2 차광부들을 포함하고,
    상기 개구부들이 각각 제 1 차광부들 중 두 개의 차광부 및 제 2 차광부들 중 두 개의 차광부로 둘러싸여 있고,
    상기 제 1 차광부들이 각각 평면으로 볼 때에 대응되는 게이트 전극과 겹쳐져 있는 것을 특징으로 하는, 액정 표시 장치.
  2. 제 1 항에 있어서,
    상기 개구부는 장변과 단변을 갖고,
    평면으로 볼 때에 있어서 상기 제 2 배선층이, 상기 개구부의 상기 단변에 평행이 되도록 형성되어 있는, 액정 표시 장치.
  3. 제 1 항에 있어서,
    상기 어레이 기판은, 상기 게이트 전극과 전기적으로 접속되는 게이트 배선을 갖고,
    평면으로 볼 때에 있어서 상기 제 2 배선층이, 상기 게이트 배선을 따라 평행하게 연장되도록, 상기 제 1 절연층 상에 형성되어 있는, 액정 표시 장치.
  4. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 2 배선층의 전위는 정전위인, 액정 표시 장치.
  5. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 금속층과 상기 제 1 투명 수지층 사이에 형성된 컬러 필터층을 구비하는, 액정 표시 장치.
  6. 제 1 항에 있어서,
    상기 제 1 투명 수지층은, 상기 블랙 매트릭스와 상기 액정층 사이에 형성되어 있는, 액정 표시 장치.
  7. 제 1 항에 있어서,
    상기 블랙 매트릭스의 비유전율은, 3.0 ∼ 4.4 의 범위에 있는, 액정 표시 장치.
  8. 제 1 항에 있어서,
    상기 액티브 소자는, 갈륨, 인듐, 아연, 주석, 게르마늄의 각각의 산화물로 구성되는 2 종 이상의 금속 산화물을 포함하는 채널층을 구비하는 트랜지스터인, 액정 표시 장치.
  9. 제 1 항에 있어서,
    상기 어레이 기판은, 화소 전극과, 상기 화소 전극과 상기 제 2 투명 기판 사이에 형성된 공통 전극과, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 형성된 제 2 절연층을 갖고,
    상기 액티브 소자는, 상기 화소 전극과 전기적으로 접속되고,
    상기 액정층은, 상기 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 인가되는 전압으로 구동되는, 액정 표시 장치.
  10. 제 1 항에 있어서,
    상기 액정층의 초기 배향은, 상기 제 2 투명 기판의 면에 평행인, 액정 표시 장치.
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