(57)【特許請求の範囲】
【請求項１】
表示領域と、前記表示領域の外側に位置する端子領域とを有する第１透明基板と、黒色層及び第１金属層の積層構造を有する第１配線層とを前記第１透明基板の第１面上に具備する対向基板と、
液晶層と、
第２透明基板と、前記第２透明基板上に設けられかつゲート電極を含むトランジスタ構造を有するアクティブ素子と、前記第１配線層に直交する第２配線層とを有し、前記液晶層を介して前記第１透明基板の前記第１面に向かい合うように貼り合わされたアレイ基板と、
を具備する液晶表示装置であって、
前記端子領域には、前記黒色層及び前記第１金属層の積層構造を有する複数の端子部が設けられ、
前記対向基板には、前記第１配線層と、前記表示領域内に形成された複数の開口部を有するブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを覆う第１透明樹脂層とが、この順で前記第１面上に積層され、
前記ブラックマトリクスは、前記第１配線層の線幅よりも大きい線幅を有し、かつ、平面視にて前記第１配線層のパターンを含むように重なっており、
前記第２配線層は第２金属層で形成されるとともに、前記第２金属層で形成される遮光パターンを有し、
前記アクティブ素子は、前記アクティブ素子上に設けられた第１絶縁層を介して、前記遮光パターンで覆われ、
前記第１配線層と前記第２配線層との間に生じる静電容量の変化を検出することによってタッチセンシングを行う液晶表示装置。
【請求項２】
前記開口部は長辺と短辺とを有し、
平面視において前記第２配線層が、前記開口部の前記短辺に平行となるように設けられている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項３】
前記アレイ基板は、前記ゲート電極と電気的に接続されるゲート配線を有し、
平面視において前記第２配線層が、前記ゲート配線に沿って平行に延在するように、前記第１絶縁層上に設けられている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項４】
前記第２配線層の電位は、定電位である請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項５】
前記第１金属層と前記第１透明樹脂層との間に設けられたカラーフィルタ層を具備する請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項６】
前記第１透明樹脂層は、前記ブラックマトリクスと前記液晶層との間に設けられている請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項７】
前記ブラックマトリクスの比誘電率は、３．０〜４．４の範囲にある請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項８】
前記アクティブ素子は、ガリウム、インジウム、亜鉛、錫、ゲルマニウムの各々の酸化物から構成される２種以上の金属酸化物を含むチャネル層を備えるトランジスタである請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項９】
前記アレイ基板は、画素電極と、前記画素電極と前記第２透明基板との間に設けられた共通電極と、前記画素電極と前記共通電極との間に設けられた第２絶縁層とを有し、
前記アクティブ素子は、前記画素電極と電気的に接続され、
前記液晶層は、前記画素電極と前記共通電極との間に印加される電圧で駆動される請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１０】
前記液晶層の初期配向は、前記第２透明基板の面に平行である請求項１に記載の液晶表示装置。
【請求項１１】
請求項１に記載の液晶表示装置に用いられる表示装置用基板であって、
第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、表示領域と、前記表示領域の外側に位置するとともに前記第１面に設けられた端子領域とを有する透明基板と、
前記第１面上に設けられ、互いに等しい線幅を有する黒色層及び金属層の積層構造を有する配線層と、
前記端子領域に設けられ、前記黒色層及び前記金属層の積層構造を有する複数の端子部と、
前記配線層を覆うように設けられ、前記表示領域内に形成された複数の開口部を有し、平面視にて、前記配線層の線幅よりも大きい線幅を有するとともに前記表示領域内で前記配線層のパターンを含むように重なっているブラックマトリクスと、
前記ブラックマトリクスを覆う第１透明樹脂層と、
を含む表示装置用基板。
【請求項１２】
前記金属層と前記ブラックマトリクスとの間に設けられた第２透明樹脂層を含む請求項１１に記載の表示装置用基板。
【請求項１３】
請求項１に記載の液晶表示装置に用いられる表示装置用基板であって、
第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、表示領域と、前記表示領域の外側に位置するとともに前記第１面に設けられた端子領域とを有する透明基板と、
前記第１面上に設けられ、互いに等しい線幅を有する黒色層及び金属層の積層構造を有する配線層と、
前記端子領域に設けられ、前記黒色層及び前記金属層の積層構造を有する複数の端子部と、
前記配線層を覆うように設けられ、前記表示領域内に形成された複数の開口部を有し、平面視にて、前記配線層の線幅よりも大きい線幅を有するとともに前記表示領域内で前記配線層のパターンを含むように重なっているブラックマトリクスと、
前記表示領域内において前記金属層と前記ブラックマトリクスとの間に設けられたカラーフィルタ層と、
前記ブラックマトリクスを覆う第１透明樹脂層と、
を含む表示装置用基板。
【請求項１４】
前記カラーフィルタ層と前記ブラックマトリクスの間に設けられた第２透明樹脂層を含む請求項１３に記載の表示装置用基板。
【請求項１５】
前記ブラックマトリクスの比誘電率は、３．０〜４．４の範囲にある請求項１１又は請求項１３に記載の表示装置用基板。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、視認性を改善するとともに低抵抗の配線パターンを備え、かつ、アクティブ素子に発生するノイズを低減することが可能な液晶表示装置に関する。本発明は、静電容量方式タッチセンシング機能を液晶セル内に内蔵するインセルと呼ばれる液晶表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
スマートフォン又はタブレット等の携帯機器に設けられた表示装置の表示面にタッチパネルが配置された構成が一般的に知られている。タッチパネルは、指又はポインタ等とタッチパネルとの接触を検出する入力手段として用いられる。タッチパネルにおける指又はポインタ等の位置の検出は、タッチパネルと指又はポインタ等との接触によって生じた静電容量の変化を検出することによって行われる方式が主流である。【０００３】
しかしながら、タッチパネルを表示装置に設ける構造は、表示装置の全体の厚さ又は重量の増加を招き、このため、表示装置の構造においてタッチパネルは余分な部材であると言える。タッチパネルを備えた表示装置を軽量化するために、有機フィルムを主に利用したタッチパネルを用いることが知られているが、このようなタッチパネルの場合であっても、表示装置の全体の厚さの増加を避けることが難しい。更に、表示装置が上記タッチパネル及び高精細画素を備える場合では、タッチパネルへの必要な入力（例えば、ペン入力）が困難であるという欠点がある。【０００４】
具体的に、表示装置が３００ｐｐｉ（ｐｉｘｅｌ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）、更には、４００ｐｐｉ以上の高精細画素を備える場合、画素ピッチは１０〜３０μｍ前後である。このように、表示装置が上記タッチパネル及び高精細画素を備える場合では、多くのタッチパネルがペンの筆圧に耐えられないばかりでなく、表示装置の高精細化に十分に対応したタッチパネルの解像度を実現することが難しいという問題がある。このため、タッチパネルにおけるタッチセンシング技術の高度化が求められている。
近年、タッチパネルを用いずに、タッチセンシング機能を液晶セル内、或いは、表示装置に持たせる“インセル”と称されるタッチセンシング技術の開発が進んでいる（以下、インセル表示装置と称する）。【０００５】
上述の表示装置の構成としては、複数の着色層が規則的に配列されたカラーフィルタ基板及びＴＦＴ（Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）等のアクティブ素子が内設されたアレイ基板が設けられた構成が一般的に知られている。
インセル表示装置においては、カラーフィルタ基板及びアレイ基板のいずれか一方に、または、カラーフィルタ基板及びアレイ基板の両方に、１組のタッチセンシング電極群が設けられたインセル構造が試みられている。この構造によれば、タッチセンシング電極群間に生じる静電容量の変化を検出することによって、指又はポインタ等の入力位置を検出するタッチセンシング機能を実現することができる。【０００６】
また、スマートフォン又はタブレット等の携帯機器用途の液晶表示装置では、アレイ基板に設けられた画素電極と共通電極との間で発生するフリンジ電界を利用して、水平配向の液晶を横電界方向に駆動させる方式が一般的に用いられている。この方式は、ＦＦＳ方式（Ｆｒｉｎｇｅ  Ｆｉｅｌｄ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）或いはＩＰＳ方式（Ｉｎ−Ｐｌａｎｅ  Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）と呼称され、縦電界方向に液晶を駆動させる方式（縦電界方式）よりも、広い視野角が確保することができるという特徴を有する。ＦＦＳ方式を利用する液晶表示装置のアレイ基板に設けられる画素電極のパターンは、櫛歯状、或いは、スリットを有する複数のストライプパターンである。画素電極の下部には、共通電極が配設されている。
また、従来の表示装置又はタッチパネルとしては、例えば、特許文献１〜５に記載された表示装置又はタッチパネルが知られている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００７】
【特許文献１】日本国特開平７−３６０１７号公報
【特許文献２】日本国特表２０１３−５４０３３１号公報
【特許文献３】日本国特開２０１３−２４２４３２号公報
【特許文献４】日本国特開２０１４−１０９９０４号公報
【特許文献５】日本国特表２００９−５４０３７５号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００８】
特許文献１は、対向電極として透明導電膜を有する絶縁性基板と、液晶と、アクティブ素子基板とを備える構成において、前記絶縁性基板上に絶縁膜を介して直交する２組の電極群を開示している。２組の電極群は、実施例又は図１に示されるように構成され、静電容量結合方式を利用したペン入力に用いられる。
しかしながら、一般的に対向電極として透明導電膜を用いる液晶表示装置においては、多くの液晶表示装置が縦電界で液晶を駆動させており、視野角が狭いという問題がある。特許文献１の図１又は図３に示す画素電極形状を考慮すると、特許文献１に開示された液晶表示装置は縦電界方式であると推察することができる。特許文献１に関するより重要なポイントは、段落［００２０］に記載されているように、ペン入力が行われる入力面から生じる入力信号を対向電極がシールドしてしまう。このため、アクティブ素子基板（アレイ基板）にタッチセンシング用途の電極群を形成しても、タッチセンシングに必要な十分な感度を確保することが難しい。加えて、特許文献１に開示された技術においては、外光又はバックライトユニットから装置内に入射する入射光に起因してアクティブ素子に生じるノイズを抑制する技術が考慮されていない。Ａｌ又はＣｒ等の金属で形成されたタッチセンシング用電極は、バックライトユニットから出射された出射光を反射するため、ＴＦＴ等アクティブ素子へ光が入射し易い。ＴＦＴ等のアクティブ素子は、入射光による影響を受け、表示に大きな悪影響を与える。このようなＡｌ又はＣｒ等の金属で形成された電極群から生じる反射光に起因する悪影響は、特許文献１においては殆ど考慮されていない。【０００９】
特許文献２は、全反射率の低い吸光層と導電層とが積層された構成を開示し、更に、タッチパネルを開示している（例えば、特許文献２の請求項２５等）。しかしながら、特許文献２は、１組のタッチセンシング電極を液晶セル内へ組み込むインセル技術を考慮しておらず、加えて、タッチセンシング電極とカラーフィルタとを一体化することを示唆していない。例えば、特許文献２の段落［００７１］、［００９６］及び実験例２には、導電性パターン（或いは、導電層）の材料としてアルミニウムが例示されている。赤画素、緑画素、青画素、又はブラックマトリクスの製造工程では、アルカリ現像液を用いたフォトリソグラフィの手法が用いられるが、アルミニウムの金属配線は、アルカリ現像液に腐食され易く、カラーフィルタを形成することが難しい。例えば、特許文献２の請求項１４においては、基材と接する面の反対面に吸光層が備えられる構成における全反射率が３％以下であることを規定している。しかし、実験例１〜７において、全反射率の測定波長は５５０ｎｍである。また、特許文献２の図１１、図１６、又は図１８に開示されているように、可視域４００ｎｍ〜７００ｎｍの光の波長域で、３％以下の全反射率を実現する構成を具体的に開示していない。例えば、図１８の反射率は、４００ｎｍ〜５００ｎｍの青の領域の反射率が大きいため、吸光層の色は黒色として観察されず、青色として観察されてしまい、視認性が低下する。【００１０】
特許文献２の請求項２４又は実験例３においては、導電層を形成する金属が銅（Ｃｕ）であることが開示されている。しかし、無アルカリガラス等のガラス、又は、表面が樹脂である基板を基材として用いた場合、銅、銅酸化物、或いは、銅酸窒化物に対する基材の密着性が十分に得られないといった問題がある。例えば、基材上にこれら材料で銅膜を形成し、銅膜にセロテープ（登録商標）等を付着し、セロテープを剥がした場合、銅膜が基材から簡単に剥がれてしまうといった実用上の問題がある。このため、特許文献２は、銅を含有する導電層を基材上に形成した構成において、密着性を改善するための具体的な技術を開示していない。特許文献２は、外付けのタッチパネルに関する技術を開示している。特許文献２は、タッチセンシング機能が表示装置内へ組み込まれたインセル構造を開示している。しかしながら、装置の外部から内部に入射する外光に起因してアクティブ素子に生じるノイズ、或いは、バックライトユニットから装置内に入射する入射光又は反射光に起因してアクティブ素子に生じるノイズ、を抑制することがおよそ示唆されていない。【００１１】
特許文献３は、画素電極間を分離する境界領域に第１電極が形成され、前記境界領域に対向する領域に第２電極が形成され、これら電極のうち一方の電極を駆動電極として機能させ、他方の電極を検知電極として機能させる静電容量方式を利用した接触センサを備えた液晶表示装置を開示している。また、特許文献３の段落［００５０］には、金属を用いて検知電極を形成することが開示されている。しかしながら、特許文献３に開示されているように、検知電極等が金属で形成された構造においては、装置の外部から内部に入射する外光に起因してアクティブ素子に生じるノイズ、或いは、バックライトユニットから装置内に入射する入射光又は反射光に起因してアクティブ素子に生じるノイズ、を抑制することが考慮されていない。３００ｐｐｉ等の高精細画素を実現するような液晶表示の高精細化においては、画素の開口率を確保するためブラックマトリクスの線幅が細くなり、このため、アクティブ素子へ入射する入射光又は反射光に起因する表示品質への影響が大きくなる。表示装置における高精細化では、画素サイズも小さくなり、これに付随して、バックライトユニットの輝度が高くなる。特に、金属で形成された検知電極又は駆動電極から反射された光がアクティブ素子へ入射することを、さらには、アクティブ素子のチャネル層として用いられる半導体層が画素開口部に露出することを、避ける必要がある。【００１２】
例えば、特許文献３の図７に示されるＴＦＴ４６の右側端部は、外光又はバックライトユニットから装置内に入射する入射光に対して露出され、チャネル部である半導体４８には斜め光が入射するように構成されている。このような構成においては、表示品質への悪影響が考えられる。特許文献３においては、実施形態でＩＰＳ方式が開示されている。液晶分子が基板面に水平に回転するＩＰＳ方式又はＦＦＳ方式といった液晶駆動方式では、液晶分子の回転動作が伝播する距離が長い。このため、液晶層に駆動電圧を印加した場合に、駆動電圧の印加されていない隣接画素に対して液晶分子の回転動作に起因する影響が及ぶことになり、隣接画素の端部で光漏れが発生する。このような理由から、ＩＰＳ方式又はＦＦＳ方式を用いた液晶表示の観点では、駆動対象の画素の色に、隣接画素の色が混じるといった混色が発生し易いという問題がある。特に、このような混色の発生は、３００ｐｐｉ以上の高精細画素を実現するような液晶表示の高精細化では大きな問題となっている。特許文献３の段落［００５７］に記載されるように、ガラス基板面にブラックマトリクスを形成した後にカラーフィルタが形成される構成では、この混色発生の問題を解消し難い。【００１３】
特許文献４においては、ＴＦＴを駆動させるための信号線が延在する方向に沿って、金属配線等を用いて駆動電極を形成する技術が開示されている。特許文献４の主要部は、特許文献１と類似している。特許文献４に開示された技術においては、タッチ検出電極或いは駆動電極等を金属配線で形成した構造において、外光又はバックライトユニットから装置内に入射する入射光又は反射光に起因してアクティブ素子に生じるノイズを抑制することが考慮されていない。３００ｐｐｉ等の高精細画素を実現するような液晶表示の高精細化においては、画素の開口率を確保するためブラックマトリクスの線幅が細くなり、このため、アクティブ素子へ入射する入射光又は反射光に起因する表示品質への影響が大きくなる。表示装置における高精細化では、画素サイズも小さくなり、これに付随して、バックライトユニットの輝度が高くなる。特に、金属で形成された検知電極又は駆動電極から反射された光がアクティブ素子へ入射ことに起因する画質の低下が考慮されていない。【００１４】
特許文献４においては、ＦＦＳ方式又はＩＰＳ方式を利用した液晶駆動と推定される多くの実施形態が開示されている。例えば、図２０、図２１、図２２において、駆動電極ＣＯＭＬは、段落［００５１］に記載されている、液晶表示デバイスの共通電極として機能するとともにタッチ検出の駆動電極としても機能する。このとき、検出電極ＴＤＬと駆動電極ＣＯＭＬとの間には、その厚さ方向に、画素信号線ＳＧＬ、走査信号線ＧＣＬ、画素電極２２等といった、タッチ検出に対してノイズを発生させる発生源を多く含むため、好ましい構成とは言えない。加えて、特許文献４の図２０〜図２２、また、図９、図２３に示すように、検出電極ＴＤＬと駆動電極ＣＯＭＬとの間には厚さのあるガラス基板３１が存在するため、検出電極ＴＤＬと駆動電極ＣＯＭＬとの間のタッチ検出に関する静電容量が小さくなるという問題がある。このため、このような構造においては、浮遊するノイズを拾い易くなり、かつ、検出可能な静電容量が小さい場合にはタッチ検出の精度が落ちる。【００１５】
なお、特許文献４の図９に相当する実施形態１では、特許文献４の段落［００４５］に開示されているように、ＶＡ方式（Ｖｅｒｔｉｃａｌ  Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）及びＥＣＢ方式（Ｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｌｙ  Ｃｏｎｔｒｏｌｌｅｄ  Ｂｉｒｅｆｒｉｎｇｅｎｃｅ）で駆動する液晶層６が開示されており、更に、駆動電極ＣＯＭＬが対向基板３に具備されている。このような開示から、特許文献４は、ＦＦＳ方式又はＩＰＳ方式を利用した横電界方式を用いず、縦電界方式を利用した液晶表示装置を開示していると判断することができる。縦電界方式として知られるＶＡ方式及びＥＣＢ方式を利用した液晶表示装置は、ＦＦＳ方式又はＩＰＳ方式といった横電界方式を利用した液晶表示装置と比較すると、上述したように斜め視認性が劣るという特性を有する。さらに、特許文献４の開示においては、視認性向上のため、駆動電極ＣＯＭＬ等の金属配線を、黒色層及びブラックマトリクスで挟持する構成が提案されていない。【００１６】
特許文献５には、特許文献５の請求項１〜請求項３、請求項３３、請求項４５、請求項６０等に記載されているように、第１基板であるＴＦＴプレートの第２基板に対向する面に、少なくとも１つのタッチセンシング要素が配置される構成が提案されている。特許文献５の請求項４には、ブラックマトリクスの裏に配置された複数の金属タッチ感知電極が設けられた構成が記載されている。
しかしながら、特許文献５においては、液晶表示装置の最適化が考慮されておらず、特に透過率が考慮されていない。また、タッチセンシング時のノイズ低減に関わる技術が考慮されておらず、又は、観察者が液晶表示装置を見た場合の視認性の改善が考慮されていない。
加えて、ブラックマトリクスの裏に配置された複数の金属タッチ感知電極に関して、ブラックマトリクスのパターンと複数の金属タッチ感知電極のパターンの詳細に記載されていない。特許文献５の図５７又は図７２においては、ブラックマトリクスと符号Ｍ１で示される金属等のパターンは、大きさが異なると判断できる。特許文献５には、ブラックマトリクス及び金属等のパターンを同じ線幅で形成する技術は開示されていない。例えば、３００ｐｐｉ以上の画素を備える液晶表示装置の高精細化の技術が、具体的に開示されていない。【００１７】
また、符号Ｍ１で示される金属等のパターンと、タッチセンシングに用いるＩＴＯ等の対向電極との間の静電容量を保持する方法、及び、タッチセンシング時のノイズ低下或いはＳ／Ｎ比の向上のための具体策が、特許文献５には殆ど開示されていない。さらに、例えば、図３６で示される構成では、ＩＴＯ又は金属ＢＭから反射された光が観察者の眼に入射してしまうことを防止する技術、或いは、図５７で示されるブラックマトリクスの反射率を下げて低反射率を実現するといった視認性改善の技術は、特許文献５では考慮されていない。図５７の符号Ｍ１の液晶に反射する反射光（液晶セル内での再反射）も考慮されていない。図５７又は図５８に示されるように、ブラックマトリクスの線幅は、Ｍ１（金属１）の線幅より広くなっている。しかしながら、通常のフォトリソグラフィ工程では±２μｍ程度のアライメント精度を許容する必要があり、ブラックマトリクスとＭ１の線幅を等しく形成することは一般に困難である。【００１８】
特許文献５の［０１５０］段落には、６０ｆｐｓというディスプレイ・フレーム更新レートと、１２０ｆｐｓのタッチ走査レートが記載されている。しかしながら、１２０ｆｐｓのタッチ走査レートで行われるタッチセンシング走査は、６０ｆｐｓのディスプレイ・フレーム更新レート内に２回含まれている（１２０ｆｐｓは６０ｆｐｓの２倍）。このため、６０ｆｐｓのディスプレイ・フレームが更新される際に、表示に関わるノイズが、このタイミングで拾われてしまう。液晶駆動のノイズを拾い易いディスプレイ・フレーム更新レートの整数倍であるタッチ走査レートは好ましくない。特許文献５は、液晶表示装置として機能するための透過率、観察者の視認性、タッチセンシング時のノイズ低下、Ｓ／Ｎ比の観点で、多くの問題を有する。【００１９】
次に、ＦＦＳ方式を利用した液晶表示装置において生じ易い別の課題を次に説明する。図１７は、ＦＦＳ方式を利用した液晶表示装置を模式的に示す断面図である。図１７に示すようにＦＦＳ方式を利用した液晶表示装置では、液晶駆動を行うための電極として、櫛歯状電極の画素電極２１と、共通電極２２とが、通常、絶縁膜を介してアレイ基板２００上に形成されている。画素の開口率を落とさないために画素電極２１及び共通電極１２の各々は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ  Ｔｉｎ  Ｏｘｉｄｅ）等と呼称される材料で形成された透明電極である。液晶層３０の液晶分子は、画素電極２１と共通電極２２の間に生じるフリンジ電界で駆動される。また、液晶層とカラーフィルタ１６との間には、絶縁層６が設けられている。このような構成を具備する表示装置用基板１００において、画素電極２１と共通電極２２との間に形成される等電位線４２は、カラーフィルタ１６等が絶縁体であるため、図１７に示すように、およそ、表示装置用基板の面に対して垂直方向に伸びる。等電位線４２の形状に大きな歪みがなければ、液晶層３０の基板面に水平に配向された液晶分子は、液晶層３０の厚さ方向に直交する方向（水平方向）に対して均一に平行に回転し、高い透過率を確保することができる。【００２０】
図１８は、ＦＦＳ方式を利用した液晶表示装置を示す模式的に示す断面図であり、例えば、透明基板１０上にカラーフィルタ１６が設けられ、カラーフィルタ１６上に絶縁層６が設けられ、絶縁層６上に透明電極１７が設けられ、透明電極１７上に液晶層３０が位置する液晶表示装置を示している。
図１９は、ＦＦＳ方式を利用した液晶表示装置を示す模式的に示す断面図であり、例えば、透明基板１０上に透明電極１７が設けられ、透明電極１７上にカラーフィルタ１６が設けられ、カラーフィルタ１６上に絶縁層６が設けられ、絶縁層６上に液晶層３０が位置する液晶表示装置を示している。
図１８及び図１９においては、導電膜である透明電極１７によって、等電位線が液晶表示装置の内部に閉じ込められる状況が示されている。特に、図１８では、液晶層３０に隣接する位置に透明電極１７が設けられており、液晶層３０内で等電位線が変形し、液晶分子の動作又は配向状態の変化は不均一となる。従って、液晶層３０の液晶分子は同じ方向に揃わず、光の透過率が大きく低下する。【００２１】
特許文献３の図７又は図８に示すように、検知電極３６が液晶層６０から遠い位置である外側に配置されている理由は、導電体である検知電極３６を液晶層６０に近い位置に配設すると液晶表示装置の透過率に悪影響を与える可能性が高いためである。
また、アクティブ素子（ＴＦＴ）の信号線（ソース配線）は、表示動作の間、継続して映像信号をアクティブ素子に送るため、映像信号の供給に付随するノイズがソース配線の周囲に必然的に発生する。このため、例えば、特許文献３の図３〜図６では、駆動電極４８又は検知電極の配線が、映像信号線Ｐｘと重なる網形のマトリクス状に配設されているため、映像信号線Ｐｘと重なるパターン形状を有する構造は、ノイズを拾い易い。
なお、特許文献３の段落［００３３］には、「時分割とすることもできる」と記載されているが、タッチセンシング駆動においては、液晶駆動周波数に左右されず、かつ、液晶駆動より高い周波数で、高速駆動を行うことが好ましい。【００２２】
アクティブ素子（ＴＦＴ）では、アクティブ素子のチャネル部への光入射を防止する対策又はオフリーク電流を低減させる対策を考慮する必要がある。この理由は、光入射又はオフリーク電流に起因して、駆動しない画素に駆動信号が漏れこむことがあり、クロストーク又はフリッカ等によって表示画質が低下し易いためである。３００ｐｐｉ（ｐｉｘｅｌ  ｐｅｒ  ｉｎｃｈ）、更には、４００ｐｐｉ以上の高精細画素を備える表示装置では、ブラックマトリックス等の細線化又はアクティブ素子に接続される配線の細線化が要求される。このため、上記ブラックマトリックス又はアクティブ素子の接続配線等の細線化に起因する、ＴＦＴへの光入射、配線抵抗の増大、画質低下を防止する対策を検討しなければならない。特許文献３又は特許文献４では、このような高精細化が招く問題点に対する考慮が殆どなされていない。【００２３】
本発明は、上記問題点に鑑みてなされたものであり、ノイズを拾い難くなり、駆動対象の画素の色に隣接画素の色が混じるといった混色を減らし、液晶表示の透過率又は表示品質を確保することができ、３００ｐｐｉ以上の高精細画素を実現する液晶表示装置及び表示装置用基板を提供する。
【課題を解決するための手段】
【００２４】
本発明の第一態様に係る液晶表示装置は、表示領域と、前記表示領域の外側に位置する端子領域とを有する第１透明基板と、黒色層及び第１金属層の積層構造を有する第１配線層とを前記第１透明基板の第１面上に具備する対向基板と、液晶層と、第２透明基板と、前記第２透明基板上に設けられかつゲート電極を含むトランジスタ構造を有するアクティブ素子と、前記第１配線層に直交する第２配線層とを有し、前記液晶層を介して前記第１透明基板の前記第１面に向かい合うように貼り合わされたアレイ基板とを具備する。本発明の第一態様に係る液晶表示装置においては、前記端子領域には、前記黒色層及び前記第１金属層の積層構造を有する複数の端子部が設けられ、前記対向基板には、前記第１配線層と、前記表示領域内に形成された複数の開口部を有するブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを覆う第１透明樹脂層とが、この順で前記第１面上に積層され、前記ブラックマトリクスは、前記第１配線層の線幅よりも大きい線幅を有し、かつ、平面視にて前記第１配線層のパターンを含むように重なっており、前記第２配線層は第２金属層で形成されるとともに、前記第２金属層で形成される遮光パターンを有し、前記アクティブ素子は、前記アクティブ素子上に設けられた第１絶縁層を介して、前記遮光パターンで覆われ、前記第１配線層と前記第２配線層との間に生じる静電容量の変化を検出することによってタッチセンシングを行う。【００２５】
本発明の第一態様に係る液晶表示装置においては、前記開口部は長辺と短辺とを有し、平面視において前記第２配線層が、前記開口部の前記短辺に平行となるように設けられてもよい。【００２６】
本発明の第一態様に係る液晶表示装置においては、前記アレイ基板は、前記ゲート電極と電気的に接続されるゲート配線を有し、平面視において前記第２配線層が、前記ゲート配線に沿って平行に延在するように、前記第１絶縁層上に設けられてもよい。【００２７】
本発明の第一態様に係る液晶表示装置においては、前記第２配線層の電位は、定電位であってもよい。【００２８】
本発明の第一態様に係る液晶表示装置は、前記第１金属層と前記第１透明樹脂層との間に設けられたカラーフィルタ層を具備してもよい。【００２９】
本発明の第一態様に係る液晶表示装置においては、前記第１透明樹脂層は、前記ブラックマトリクスと前記液晶層との間に設けられてもよい。【００３０】
本発明の第一態様に係る液晶表示装置においては、前記ブラックマトリクスの比誘電率は、３．０〜４．４の範囲にあってもよい。【００３１】
本発明の第一態様に係る液晶表示装置においては、前記アクティブ素子は、ガリウム、インジウム、亜鉛、錫、ゲルマニウムの各々の酸化物から構成される２種以上の金属酸化物を含むチャネル層を備えるトランジスタであってもよい。【００３２】
本発明の第一態様に係る液晶表示装置においては、前記アレイ基板は、画素電極と、前記画素電極と前記第２透明基板との間に設けられた共通電極と、前記画素電極と前記共通電極との間に設けられた第２絶縁層とを有し、前記アクティブ素子は、前記画素電極と電気的に接続され、前記液晶層は、前記画素電極と前記共通電極との間に印加される電圧で駆動されてもよい。【００３３】
本発明の第一態様に係る液晶表示装置においては、前記液晶層の初期配向は、前記第２透明基板の面に平行であってもよい。【００３４】
本発明の第二態様に係る表示装置用基板は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、表示領域と、前記表示領域の外側に位置するとともに前記第１面に設けられた端子領域とを有する透明基板と、前記第１面上に設けられ、互いに等しい線幅を有する黒色層及び金属層の積層構造を有する配線層と、前記端子領域に設けられ、前記黒色層及び前記金属層の積層構造を有する複数の端子部と、前記配線層を覆うように設けられ、前記表示領域内に形成された複数の開口部を有し、平面視にて、前記配線層の線幅よりも大きい線幅を有するとともに前記表示領域内で前記配線層のパターンを含むように重なっているブラックマトリクスと、前記ブラックマトリクスを覆う第１透明樹脂層とを含む。【００３５】
本発明の第二態様に係る表示装置用基板においては、前記金属層と前記ブラックマトリクスとの間に設けられた第２透明樹脂層を含んでもよい。【００３６】
本発明の第三態様に係る表示装置用基板は、第１面と、前記第１面とは反対側の第２面と、表示領域と、前記表示領域の外側に位置するとともに前記第１面に設けられた端子領域とを有する透明基板と、前記第１面上に設けられ、互いに等しい線幅を有する黒色層及び金属層の積層構造を有する配線層と、前記端子領域に設けられ、前記黒色層及び前記金属層の積層構造を有する複数の端子部と、前記配線層を覆うように設けられ、前記表示領域内に形成された複数の開口部を有し、平面視にて、前記配線層の線幅よりも大きい線幅を有するとともに前記表示領域内で前記配線層のパターンを含むように重なっているブラックマトリクスと、前記表示領域内において前記金属層と前記ブラックマトリクスとの間に設けられたカラーフィルタ層と、前記ブラックマトリクスを覆う第１透明樹脂層とを含む。【００３７】
本発明の第三態様に係る表示装置用基板においては、前記カラーフィルタ層と前記ブラックマトリクスの間に設けられた第２透明樹脂層を含んでもよい。【００３８】
本発明の第二態様及び第三態様に係る表示装置用基板においては、前記ブラックマトリクスの比誘電率は、３．０〜４．４の範囲にあってもよい。
【発明の効果】
【００３９】
本発明に係る上記態様によれば、タッチパネルのような厚さを有する部材を用いず、黒色層を具備し、高い視認性が得られ、３００ｐｐｉ以上の高精細化が可能で、かつ、高精度のタッチセンシング機能を備える液晶表示装置を提供することができる。また、本発明に係る上記態様によれば、高精度のタッチセンシング機能を有する表示装置に用いられる、高い視認性を有する表示装置用基板を提供することができる。【００４０】
更に、本発明に係る上記態様によれば、高精度のタッチセンシング機能を有する表示装置に用いられる、カラーフィルタ層を備えた高い視認性を有する表示装置用基板を提供することができる。加えて、本発明に係る上記態様における第１配線層と第２配線層との距離は、液晶層の厚さと液晶セル内に設けられた透明樹脂層等の絶縁体の厚さの合計の厚さに相当しており、従来の液晶表示装置に比べて小さい。このため、静電容量を十分に確保し易くなるという効果が得られる。本発明に係る上記態様における第１配線層と第２配線層は、いずれも直線形状であるので、屈曲パターン又は網目状パターンと比較して、電気的なノイズを拾い難くなり、Ｓ／Ｎ比を向上させることができる。
【図面の簡単な説明】
【００４１】
【図１】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置を部分的に示す断面図であり、図７に示すＡ−Ａ’線に沿う断面図である。
【図２】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置に具備される表示装置用基板の透明基板の面から見た平面図である。
【図３】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置に具備される第１配線層と第２配線層の一例を示す平面図である。
【図４】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の表示装置用基板を部分的に示す平面図であって、図１に示す液晶表示装置の平面図を部分的に拡大した平面であり、ブラックマトリクスと第１配線層との関係を説明する図である。
【図５】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置に具備されるアレイ基板を部分的に拡大した平面図であって、アクティブ素子、ゲート配線、及びソース配線の位置関係の一例を示し、図４に示す表示装置用基板上に設けられたブラックマトリクスの開口部の位置と整合するアレイ基板の開口部を示す。
【図６】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置に具備されるアレイ基板を部分的に拡大した平面図であって、図５に示すアレイ基板の開口部上に画素電極が積層された構造を示す図である。
【図７】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置に具備されるアレイ基板を部分的に拡大した平面図であって、図６に示すアレイ基板上に第２配線層及び遮光層が積層した構造を示す図である。
【図８】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置に具備されるアレイ基板を部分的に示す断面図であって、図７に示すＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【図９】本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置に具備される表示装置用基板を部分的に示す断面図であって、図２に示すＣ−Ｃ’線に沿う断面図である。
【図１０】本発明の第２実施形態に係る表示装置用基板を部分的に示す断面図である。
【図１１】本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置を部分的に示す断面図である。
【図１２】本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置に具備される表示装置用基板を部分的に示す断面図である。
【図１３】本発明の第３実施形態に係る表示装置用基板の端部を部分的に示す断面図である。
【図１４】本発明の実施形態に係る液晶表示装置のブロック図である。
【図１５】本発明の実施形態に係る表示装置用基板に具備されるブラックマトリクスによって得られる効果を説明するための模式断面図である。
【図１６】従来の表示装置用基板に具備されるブラックマトリクスの問題点を説明するための模式断面図である。
【図１７】ＦＦＳ方式を用いた液晶表示装置における等電位線を説明するための模式断面図である。
【図１８】ＦＦＳ方式を用いた液晶表示装置において、カラーフィルタと液晶層との間に透明電極（導電膜）が具備されたときの不具合を説明するための模式断面図である。
【図１９】ＦＦＳ方式を用いた液晶表示装置において、カラーフィルタと透明基板との間に透明電極（導電膜）が具備されたときの不具合を説明するための模式断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００４２】
以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。
なお、以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素については、同一の符号を付し、説明を省略するか又は必要な場合のみ説明を行う。
各図においては、各構成要素を図面上で認識し得る程度の大きさとするため、各構成要素の寸法及び比率を実際のものとは適宜に異ならせてある。
各実施形態においては、特徴的な部分について説明し、例えば、通常の表示装置の構成要素と本実施形態に係る表示装置とが差異のない部分については説明を省略する。また、各実施形態においては、液晶表示装置、或いは、表示装置用基板の例を説明するが、本実施形態に係る表示装置用基板は、有機ＥＬ表示装置のような、液晶表示装置以外の表示装置にも適用可能である。
なお、以下の記載において、タッチセンシング用の配線である第１配線層と第２配線層の両方、或いは、片方をタッチセンシング配線或いはタッチセンシング電極と呼称することがある。
【００４３】
［第１実施形態］
第１実施形態に係る液晶表示装置を図１〜図９を用いて説明する。なお、本実施形態において説明する液晶表示装置は、本発明に実施形態に係る表示装置用基板を具備している。また、以下に記載する「平面視」とは、観察者が液晶表示装置の表示面（表示装置用基板の平面）を観察する方向から見た平面を意味する。本発明に実施形態に係る液晶表示装置の表示部の形状、又は画素を規定する開口部の形状、液晶表示装置を構成する画素数は限定されない。ただし、以下に詳述する実施形態では、平面視、画素の短辺の方向をＸ方向と規定し、長い辺の方向をＹ方向と規定し、さらに、透明基板の厚さ方向をＺ方向と規定し、液晶表示装置を説明する。以下の実施形態において、上記のように規定されたＸ方向とＹ方向を入れ替えて、液晶表示装置を構成してもよい。
【００４４】
図１は、本実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤを部分的に示す断面図である。
本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤは、表示装置用基板１００（対向基板）と、表示装置用基板１００に向かい合うように貼り合わされたアレイ基板２００と、表示装置用基板１００及びアレイ基板２００によって挟持された液晶層３０とを備える。液晶表示装置ＬＣＤに内部に光を供給するバックライトユニットは、液晶表示装置ＬＣＤを構成するアレイ基板２００の裏面（液晶層３０が配置されるアレイ基板２００の面とは反対面）に設けられている。なお、バックライトユニットは、液晶表示装置ＬＣＤの横面に設けてもよい。この場合、例えば、バックライトユニットから出射された光を液晶表示装置ＬＣＤに内部に向けて反射させる反射板、導光板、或いは、光拡散板等がアレイ基板２００の裏面に設けられる。
図１においては、液晶層３０に初期配向を付与する配向膜、偏光フィルム等の光学フィルム、保護用のカバーガラス等は、省略されている。
【００４５】
（表示装置用基板）
図１に示すように、表示装置用基板１００（対向基板）は、第１面１０ｂと第１面１０ｂとは反対側の第２面１０ａを有する透明基板１０（第１透明基板）を備える。第２面１０ａは、液晶表示装置ＬＣＤの外側に向けて露出する面であり、タッチセンシング入力面として機能する。第１面１０ｂは、アレイ基板２００に対向する面である。表示装置用基板１００は、透明基板１０の第１面１０ｂ上に形成された第１配線層３と、第１配線層３を覆うように透明基板１０上に形成された透明樹脂層５（第２透明樹脂層）と、透明樹脂層５上に形成されたブラックマトリクス４と、ブラックマトリクス４を覆うように透明樹脂層５上に形成された透明樹脂層６（第１透明樹脂層）とを備える。換言すると、透明樹脂層６は、ブラックマトリクス４と液晶層３０との間に設けられている。即ち、表示装置用基板１００には、第１配線層３と、ブラックマトリクス４と、透明樹脂層６とが、この順で第１面１０ｂ上に積層されている。第１金属層２とブラックマトリクス４との間に透明樹脂層５が設けられている。
【００４６】
第１配線層３（配線層）は、透明基板１０の第１面１０ｂ上に形成された黒色層１と黒色層１上に形成された第１金属層２（導電層、金属層）とによって構成された積層構造を有する。
図１又は図２に示すように、第１配線層３の線幅は、第１配線層３の構成要素である黒色層１及び第１金属層２の線幅を同じとすることができる。なお、黒色層１及び第１金属層２の線幅は互いに異なってもよく、例えば、黒色層１の線幅が第１金属層２の線幅より広くてもよい。画素の開口率を向上させる観点から、黒色層１の線幅と第１金属層２の線幅とは同じであることが望ましい。第１金属層２は、１層以上の金属の薄膜で形成することができる。金属薄膜によって第１金属層２が形成されている構成では、アクティブ素子５１（後述）へ光が入射することを抑えることができる。
【００４７】
図２に示すように、透明基板１０は、有効表示領域１５（表示領域）と、有効表示領域１５の外側に位置するとともに第１面１０ｂに設けられた端子領域１１ａと、額縁部Ｆｘ、Ｆｙとを有する。端子領域１１ａには、後述するように、複数の端子部１１が設けられる。
図２に示すように、額縁部Ｆｘ、Ｆｙは、有効表示領域１５を囲むように透明基板１０の第１面１０ｂ上に設けられている。額縁部Ｆｘ、Ｆｙには、バックライトユニットから出射された光を完全遮光するために、遮光薄膜パターンが配設されてもよい。このような遮光薄膜パターンを額縁部Ｆｘ、Ｆｙに形成する場合には、例えば、第１金属層２或いは遮光層５９（後述）の形成に用いられる同じ金属薄膜を用いて、第１金属層２から電気的に独立するように、遮光薄膜パターンが額縁部Ｆｘ、Ｆｙに形成される。
有効表示領域１５内には、形成された複数の開口部１２を有するブラックマトリクス４が設けられている。
【００４８】
図２及び図３を参照し、表示装置用基板１００に配設された第１配線層３と、アレイ基板２００上に配設される第２配線層２３（後述）とについて説明する。なお、図３においては、第１配線層３と第２配線層２３との位置関係を理解し易くするために、第１配線層３と第２配線層２３のみが抽出して記載されている。
表示装置用基板１００に配設された第１配線層３は、アレイ基板２００上に配設される第２配線層２３（後述）と平面視にて直交する。第１配線層３及び第２配線層２３は、液晶表示装置ＬＣＤの外側から表示装置用基板１００の第２面１０ａに近づく指等のポインタを検出するタッチセンシング電極として機能する。
【００４９】
図３に示す例においては、接続配線３ｂ（３）によって３本の第１配線３ａが互いに電気的に接続されている。接続配線３ｂは、Ｘ方向に延在している。第１配線３ａは、Ｙ方向に延在している。接続配線３ｂ及び３本の第１配線３ａによって一つの第１配線グループＧ１が形成されている。一つの第１配線グループＧ１は、図２に示すように、配線３ｃを介して一つの端子部１１に電気的に接続されている。また、複数の第１配線グループＧ１は、Ｘ方向に沿って等間隔に、透明基板１０の第１面１０ｂ上に設けられている。更に、複数の第１配線グループＧ１の数に応じた数の複数の端子部１１は、Ｘ方向に沿って等間隔に、端子領域１１ａに設けられている。
また、表示装置用基板１００には、第１配線３ａと平行にＹ方向に延在するフローティングパターン２７が設けられている。このフローティングパターン２７は、第１配線層３を形成する際に同時に透明基板１０上に形成され、第１配線層３と同じ積層構造を有する。フローティングパターン２７は、電気的に浮いた導電パターンであり、第１配線層３に電気的に接続されていない。
【００５０】
図３に示す例においては、接続配線２３ｂ（２３）によって３本の第２配線２３ａが互いに電気的に接続されている。接続配線２３ｂは、Ｙ方向に延在している。第２配線２３ａは、Ｘ方向に延在している。接続配線２３ｂ及び３本の第２配線２３ａによって一つの第２配線グループＧ２が形成されている。一つの第２配線グループＧ２は、アレイ基板２００上に設けられた端子に接続されている。複数の第２配線グループＧ２の数に応じた数の複数の端子部がアレイ基板２００上に設けられている。これにより、端子部を通じて、タッチセンシング制御部１２２（後述）が第２配線グループＧ２から出力される検出信号を検出したり、タッチセンシング制御部１２２が第２配線グループＧ２に駆動信号を供給したりすることが可能となっている。
また、アレイ基板２００には、第２配線２３ａと平行にＸ方向に延在するフローティングパターン２８が設けられている。このフローティングパターン２８は、第２配線層２３を形成する際に同時に透明基板２０上に形成され、第２配線層２３と同じ構造を有する。フローティングパターン２８は、電気的に浮いた導電パターンであり、第２配線層２３に電気的に接続されていない。
【００５１】
第１配線層３を構成する複数の第１配線３ａ（３）と第２配線層２３を構成する複数の第２配線２３ａ（２３）とが、複数の交点において交差している。複数の交点のうちいずれかの交点にポインタが近づくと、この交点にて互いに交差する第１配線３ａと第２配線２３ａとの間に生じる静電容量が変化する。このような静電容量の変化を検出することによってタッチセンシング駆動が行われる（後述）。
【００５２】
なお、第１配線層３がタッチセンシング駆動における駆動電極として機能する場合には、図３に示すように第２配線層２３（第２配線２３ａ）の線幅Ｍ２Ｗを第１配線層３（第１配線３ａ）の線幅Ｍ１Ｗよりも大きくすることで、第１配線層３と第２配線層２３との間に生じるフリンジ容量（静電容量）を増やすことができる。更に、第２配線層２３をゲート配線５２（後述）上に形成することで、第２配線層２３の幅を広げることができる。
【００５３】
平面視において、第１配線層３及び第２配線層２３は、ブラックマトリクス４によって覆われていることが好ましい。即ち、第１配線層３の線幅及び第２配線層２３の線幅は、ブラックマトリクス４の線幅よりも小さいことが好ましい。具体的に、図２〜図４に示すように、ブラックマトリクス４（第２遮光部４ｂ）の線幅ＢＭｓＷは、第１配線層３の線幅Ｍ１Ｗより大きく、ブラックマトリクス４（第１遮光部４ａ）の線幅ＢＭｇＷは、第２配線層２３（第２配線２３ａ）の線幅Ｍ２Ｗより大きい。即ち、平面視にて第１配線層３のパターン（第１配線パターン）を含むように、ブラックマトリクス４は第１配線層３に重なっている。
このように線幅を規定する理由は、第１配線層３と第２配線層２３の各々を金属の薄膜等を用いて形成する場合に、第１配線層３又は第２配線層２３から生じる反射光が観察者の眼又はアクティブ素子５１のチャネル層５０に入射することを防ぐためである。光反射性の高い金属の細線（第１金属層２）を、黒色層１とブラックマトリクス４とで挟持することで、液晶表示の視認性又は表示画質を大きく向上させることができる。
【００５４】
なお、本発明に実施形態においては、第１配線層３を構成する第１配線３ａの本数、第２配線層２３を構成する第２配線２３ａの本数、複数の第１配線３ａが一つにまとまっているグループの数（例えば、互いに電気的に接続されている３本の第１配線３ａがまとまって一つのグループが形成され、複数のグループが設けられている）、複数の第２配線２３ａが一つにまとまっているグループの数（例えば、互いに電気的に接続されている３本の第２配線２３ａがまとまって一つのグループが形成され、複数のグループが設けられている）、このような配線層グループを形成する方法、間引き駆動（全ての配線層を駆動せずに、選択された配線を駆動させる）等の駆動方法、第１配線３ａの幅、第２配線２３ａの幅、フローティングパターン２７、２８の本数、フローティングパターン２７、２８の幅等は、限定されない。
【００５５】
例えば、第１配線層３を構成する１８本の第１配線３ａのうち、１２本の第１配線３ａを除いて（１２本の第１配線３ａにおいて信号供給を行わず、信号検出も行わない）、残り６本によって一つのグループが規定された複数のグループを形成（グルーピング）してもよい。或いは、第２配線層２３を構成する１８本の第２配線２３ａのうち、１２本の第２配線２３ａを除いて（１２本の第２配線２３ａにおいて信号供給を行わず、信号検出も行わない）、残り６本によって一つのグループが規定された複数のグループを形成（グルーピング）してもよい。この場合、このようにグルーピングされた第１配線３ａ及び第２配線２３ａを用いて、タッチセンシング駆動或いは駆動信号の検出を行うことができ、タッチセンシングの速度の高速化を図ることができる。図３では、３本の第１配線３ａによって一つのグループが形成され、かつ、３本の第２配線２３ａによって一つのグループが形成された構成例が図示されている。
【００５６】
図４は、図２に示す表示装置用基板１００の平面図を部分的に拡大した平面図であり、ブラックマトリクス４と第１配線層３との関係を説明する図である。図４は、アレイ基板２００と貼り合わされる表示装置用基板１００の画素構成を示している。
ブラックマトリクス４は、Ｘ方向に延在する第１遮光部４ａと、Ｙ方向に延在する第２遮光部４ｂとを有する。第１遮光部４ａと第２遮光部４ｂとは互いに交差しており、ブラックマトリクス４は、第１遮光部４ａ及び第２遮光部４ｂによって囲まれた開口部１２を有する。第１遮光部４ａは、開口部１２の短辺を形成し、第２遮光部４ｂは、開口部１２の長辺を形成している。
なお、図４に示す例では、開口部１２のＹ方向（長辺）の長さは、Ｘ方向（短辺）の長さよりも大きいが、開口部１２のＸ方向の長さがＹ方向の長さよりも大きくてもよい。ブラックマトリクス４には、液晶表示装置ＬＣＤの表示面を構成する複数の画素の数に応じた数の複数の開口部１２が設けられている。複数の開口部１２は、有効表示領域１５内において、Ｘ方向及びＹ方向に沿って配列しており、即ち、マトリクス状に設けられている。
【００５７】
第１遮光部４ａは、平面視にてゲート配線５２（後述）に重なるように延在しており、線幅ＢＭｇＷ（Ｙ方向に沿う幅）を有する。第２遮光部４ｂは、平面視にてソース配線５４（後述）に重なるように延在しており、線幅ＢＭｓＷ（Ｘ方向に沿う幅）を有する。
図１及び図４に示すように、平面視において、ブラックマトリクス４の第２遮光部４ｂは、第１配線層３に重なっており、第２遮光部４ｂの線幅ＢＭｓＷは、第１配線層３の線幅Ｍ１Ｗよりも大きい。なお、第１配線層３の線幅Ｍ１Ｗの中心位置と、ブラックマトリクス４の第２遮光部４ｂの線幅ＢＭｓＷの中心位置とは、中心線ＣＷに一致している。また、図１に示すように、第１配線層３及び第２遮光部４ｂは、画素の側辺部（例えば、ソース配線５４に重なる位置）に設けられており、一つの画素における画素中心ＣＬに対して線対称に配置されている。
【００５８】
第１配線層３を構成する第１金属層２の材料としては、銅、銀、金、チタニウム、モリブデン、アルミニウム、或いは、これら金属を含有する合金を適用することができる。ニッケルは強磁性体であるため、ニッケルを用いて第１金属層２を成膜する工程では、成膜レートが低くなる。ニッケルを用いて第１金属層２を成膜する方法として、スパッタリング等の真空成膜法を採用することができる。なお、表示装置用基板１００等の製造工程において、カラーフィルタを形成しない場合、アルミニウム及びアルミニウム合金を用いて第１金属層２を形成することができる。クロムは、環境汚染の問題又は抵抗値が大きいというマイナス面を有するが、密着性を向上させるために第１金属層２の下地膜として用いることができる。また、密着性を向上させるために、酸化インジウムを含む金属酸化物を、第１金属層２の下地層又は表面層として適用することができる。同様に、密着性の向上又は信頼性の向上を実現するために、上記の金属又は合金に、さらに、銅或いはアルミニウム、マグネシウム、カルシウム、ベリリウム、スカンジウム、ガリウム、イットリウム、チタニウム、モリブデン、インジウム、錫、亜鉛、ネオジウム、ニッケル、アルミニウムから選択される１以上の金属元素を添加した合金を適用することができる。第１金属層２は、金属の複数層で構成されてもよい。
【００５９】
第１金属層２として、銅合金薄膜又はアルミニウム合金薄膜を採用する場合、膜厚を１００ｎｍ以上、或いは１５０ｎｍ以上とすると、可視光を殆ど透過しなくなる。従って、第１金属層２は、例えば、１００ｎｍ〜３００ｎｍの膜厚で十分な遮光性を得ることができる。第１金属層２は、インジウム銅合金／マグネシウム銅合金／インジウム銅合金の３層構成で構成されてもよく、各々、１０ｎｍ／１２０ｎｍ／１５ｎｍの膜厚であってもよい。この場合、例えば、インジウムの銅に対する添加量は１８ａｔ％であり、マグネシウムの銅に対する添加量は０．５ａｔ％である。
第１金属層２を成膜する方法について説明する。透明基板１０と第１金属層２との密着性、又は、第１金属層２の下地膜と第１金属層２との密着性を向上させるため、透明基板１０と第１金属層２との界面、又は、下地膜と第１金属層２との界面に成膜を行う際に、酸素ガスを導入して第１金属層２を成膜することができる。成膜装置としては、スパッタリング装置等の真空成膜装置を用いることができる。例えば、２ｎｍから３０ｎｍ程度の膜厚を有する酸素を多く含む金属層を、第１金属層２の表面又は界面に形成してもよい。
【００６０】
第１配線層３を構成する黒色層１の材料としては、例えば、光吸収性の色材として機能するカーボン又はカーボンナノチューブを用いることができる。黒色層１には、色調整のため複数種の有機顔料をさらに加えてもよい。透過測定によって得られる黒色層１の光学濃度は、例えば、２未満とすることができる。例えば、透過測定によって得られる黒色層１の光学濃度が、１μｍの単位膜厚あたり０．４から１．８の範囲にあり、かつ、黒色層１の膜厚が０．１μｍから０．７μｍの範囲にあることが好ましい。
例えば、カーボンのみを色材として用いて黒色層１を形成する場合、光学濃度が２、或いは、３以上になると、透明基板１０と黒色層１との界面で生じる光の反射率が３％を超えてくることがある。黒色層１の光学濃度、反射色、又は、透明基板１０と黒色層１との界面における反射率を、カーボン等の黒色色材を適切に選択すること、或いは、カーボンに添加される複数の有機顔料や樹脂の量を調整することで、適切に設定することができる。例えば、可視域４００ｎｍから７００ｎｍの波長域において、透明基板１０と黒色層１との界面での反射率を３％以下とすることができる。
【００６１】
次に、黒色層１のパターンの形成方法について説明する。
まず、例えば、感光性の黒色塗布液を、透明基板１０（第１面１０ｂ）に塗布する。次に、黒色層１のパターンに対応するマスクを用いて、透明基板１０上に塗布された黒色塗布液を露光し、パターニングされた黒色層１を形成する。その後、現像工程、熱処理工程等を行い、硬膜された黒色層１が得られる。黒色塗布液は、例えば、有機溶剤と光架橋可能なアクリル樹脂と開始剤とを混合した塗布液にカーボンを分散することで作製される。なお、黒色層１の形成方法は、上述した方法に限定されない。
次に、黒色層１を形成する他の方法について説明する。
まず、透明基板１０上に黒色塗布液を塗布し、黒色膜を形成する。その後、上述した成膜方法及び成膜装置を用いて、第１金属層２の形成材料を含有する金属薄膜を、黒色膜上に成膜する。次に、ウエットエッチングの手法により、金属薄膜をパターニングすることによって、第１金属層２を形成する。これによって、パターニングされた第１金属層２が黒色膜上に形成され、第１金属層２の間から黒色膜が部分的に露出する。その後、黒色膜上に形成された第１金属層２のパターンをマスクとして用い、下地の黒色膜をドライエッチングすることで、黒色層１のパターニングが行われる。この方法によれば、第１金属層２の線幅と黒色層１の線幅とを略等しくすることができ、高精細化パターンに加工することができる。黒色塗布液としては、アクリル等の感光性樹脂、或いは熱硬化性樹脂を、硬化剤、開始剤、モノマー、分散剤等と、上記カーボン又は有機顔料とが分散した有機溶剤が用いられる。低屈折率の樹脂を黒色塗布液に適用することで、透明基板１０と黒色層１との界面の反射率を下げることができる。
【００６２】
次に、端子部１１の構造について説明する。
図９は、図２に示すＣ−Ｃ’線に沿う断面図であって、端子領域１１ａ（有効表示領域１５の外側）に形成された端子部１１の断面構造を示す図である。端子部１１は、第１配線層３を構成する第１金属層２及び黒色層１と同様に、第１金属層２及び黒色層１の積層構造（２層）を有する。有効表示領域１５の外側においては、透明樹脂層６は、ブラックマトリクス４に端部と透明樹脂層５の端部とを覆っており、端子部１１を構成する第１金属層２を端子領域１１ａに露出させている。図２に示すように、複数の端子部１１がＸ方向に沿って配置されている。端子部１１は、電気的実装に用いられる。表示装置用基板１００にこのような端子部１１が設けられているので、表示装置用基板１００が液晶表示装置ＬＣＤに組み込まれた構造においては、タッチセンシング制御部１２２（後述）が端子部１１を通じて第１配線グループＧ１に駆動信号を供給したり、タッチセンシング制御部１２２が端子部１１を通じて第１配線グループＧ１から出力される検出信号を検出したりすることが可能となっている。
【００６３】
本実施形態係るブラックマトリクス４の比誘電率は、３．０〜４．４の範囲にあることが好ましい。以下に、ブラックマトリクス４の比誘電率が３．０〜４．４の範囲にあることが好ましい理由について述べる。
図１７に示すようにＦＦＳ方式を利用した液晶表示装置において、例えば、櫛歯状の画素電極２１と画素電極２１の下部に位置する共通電極２２との間に形成されるフリンジ電界で、液晶を駆動する。フリンジ電界における等電位線は、液晶層３０からカラーフィルタ１６に向けた方向に均一に形成されることが望ましい。液晶層３０に近いレイヤに高い比誘電率を有するパターンが設けられている場合、等電位線の分布が歪んでしまい、光漏れ又は暗部の形成等といった画質の低下を招き易い。ところが、ブラックマトリクスの黒色色材として多用されるカーボンが分散された黒色膜（硬膜されたブラックマトリクス）は、比誘電率がおよそ１０〜２０と極めて高い。横電界方式と呼称されるＩＰＳ方式又はＦＦＳ方式を利用した液晶分子の駆動においては、高い比誘電率を有するブラックマトリクスが、液晶駆動に大きな影響を与えてしまう。
【００６４】
従って、本発明の実施形態に係る液晶表示装置又は表示装置用基板においては、３．０〜４．４の範囲にある低い比誘電率のブラックマトリクスを適用することが好ましい。比誘電率の測定は、インピーダンスアナライザー等の測定器を用いて、液晶の駆動周波数である６０Ｈｚから４８０Ｈｚの周波数で行う。アクリル等の透明樹脂を母材とする着色膜（黒色膜を含む）においては、実効的な遮光性又は着色性を確保するために、ある程度の量を有する色材又は顔料を黒色膜又は着色膜に分散させる必要がある。着色膜に分散される顔料の量が考慮された比誘電率の下限値は、３．０である。着色膜の比誘電率が２．９以下である場合、着色或いは遮光に十分な色材を着色膜に添加することができない。また、初期配向が水平であって誘電率異方性が正である液晶を用いるＦＦＳ方式を利用した液晶表示装置においては、Δεを、例えば、４．５から６．５といったやや高い誘電率異方性の範囲から選択し、選択された誘電率異方性を有する液晶を本実施形態に適用する。これによって、複数のメリットが得られる。具体的に、液晶駆動に関する閾値電圧を低下させること、及び液晶の応答性（立ち上がり）を改善することができるというメリットがある。換言すれば、表示装置用基板或いはカラーフィルタ構成部材の比誘電率の値を４．４以下とすることで、液晶の比誘電率の値より小さくすることができ液晶駆動に支障ない条件を得ることができる。ブラックマトリクス４として、複数の有機顔料を組み合わせた混合色材の遮光性膜を用いるか、また、上記の複数の顔料に色材固形比で１０％以下の少量のカーボンを加えた遮光膜を用いることで、ブラックマトリクス４の比誘電率を４．４以下にすることができる。ブラックマトリクス４の分散母材として用いられる樹脂として、低い屈折率の樹脂を用いることも好ましい。
【００６５】
また、ブラックマトリクス４（第２遮光部４ｂ）は、互いに隣接する２つの画素の間に設けられている。具体的に、図１の中央に位置する第１画素と、第１画素の左側に位置する第２画素との間に位置する境界領域に対向するように、ブラックマトリクス４は配置されている。換言すると、第１画素を構成する画素電極２１と第２画素を構成する画素電極２１との間に位置する境界領域に対向するように、ブラックマトリクス４は設けられている。この境界領域には、表示装置用基板１００とアレイ基板２００との間に液晶層３０が存在する。また、この境界領域は、後述する図１４の符号４０で示された配向不良領域に相当する。
同様に、ブラックマトリクス４の第１遮光部４ａは、互いに隣接する２つの画素の間に位置する境界領域に対向するように設けられている。
【００６６】
（アレイ基板）
図１及び図５〜図８に示すように、アレイ基板２００は、液晶層３０を介して透明基板１０の第１面１０ｂに向かい合うように貼り合わされている。アレイ基板２００は、透明基板２０（第２透明基板）と、透明基板２０上に形成されたゲート配線５２及びゲート電極５３と、ゲート配線５２及びゲート電極５３を覆うように透明基板２０上に形成された第３絶縁層２６と、第３絶縁層２６上に形成されたソース配線５４、ソース電極５５、ドレイン電極５６、及びチャネル層５０と、ソース配線５４、ソース電極５５、ドレイン電極５６、及びチャネル層５０を覆うように第３絶縁層２６上に形成された第２絶縁層２５と、第２絶縁層２５上に形成された共通電極２２と、共通電極２２を覆うように第２絶縁層２５上に形成された第１絶縁層２４と、第１絶縁層２４上に形成された画素電極２１とを備える。
このようなアレイ基板２００においては、ソース配線５４、ソース電極５５、ドレイン電極５６、及びチャネル層５０によって構成されたトランジスタ構造を有するアクティブ素子５１（ＴＦＴ、後述）が設けられている。
【００６７】
図５は、アレイ基板２００上に画素電極２１を形成する前の構造を示す平面図であり、アクティブ素子５１、ソース配線５４、ゲート配線５２、ドレイン電極５６、コンタクトホール６０、共通電極２２等の位置関係を説明する図である。図６は、コンタクトホール６０を介してドレイン電極５６に接続された画素電極２１を形成した後の構造を示す平面図であり、第２配線層２３及び遮光層５９を形成する前の構造を示す図である。図７は、第２配線層２３及び遮光層５９を形成した後の構造を示す平面図である。図８は、図７に示すＢ−Ｂ’線に沿う断面図である。
【００６８】
図５〜図７に示す部分拡大図において、共通電極２２は、画素の開口部１２内に配設されている。アクティブ素子５１は、ゲート配線５２からＹ方向に延びているゲート電極５３と、ソース配線５４からＸ方向に延びているソース電極５５とが重なる位置に設けられている。図５に示す例では、画素の右上の角部に位置している。図８に示すように、アクティブ素子５１は、コンタクトホール６０を介して画素電極２１に電気的に接続されるドレイン電極５６と、ソース配線５４に電気的に接続されるソース電極５５と、ドレイン電極５６とソース電極５５との間にて両電極５５、５６に部分的に重なるように設けられたチャネル層５０と、第３絶縁層２６を介してチャネル層５０に対向するように配置されたゲート電極５３とを有する。ソース配線５４は、Ｙ方向に平行に配列され、ゲート配線５２はＸ方向に平行に配列される。なお、本実施形態では、透明基板２０上にゲート配線５２（ゲート電極５３）を直接形成しているが、透明基板２０上に予め絶縁層が形成され、この絶縁層上にゲート配線５２（ゲート電極５３）が形成されてもよい。アクティブ素子５１においては、ゲート電極５３に供給される信号に応じて、チャネル層５０とゲート電極５３との間に電界が生じ（電界効果）、トランジスタのスイッチング動作が行われる。
【００６９】
画素電極２１は、第１絶縁層２４を介して、共通電極２２に対向するように設けられている。画素電極２１は、酸化インジウム、又は、酸化錫の混合酸化物であるＩＴＯで形成されている。画素電極２１は、マトリクス状に配設されている複数の開口部１２の各々に対応するように設けられ、櫛歯状に形成されている（図６参照）。具体的に、一つの画素において、画素電極２１は、３つの櫛歯電極部２１ａと、電極基部２１ｂとを備える。電極基部２１ｂは、Ｘ方向に延在しており、コンタクトホール６０に重なる位置に設けられており、コンタクトホール６０を介してドレイン電極５６と電気的に接続されている。３つの櫛歯電極部２１ａは、電極基部２１ｂからＹ方向に延在している。互いに隣接する櫛歯電極部２１ａの間においては、図１に示すように第１絶縁層２４が液晶層３０に露出しており（配向膜は省略されている）、アクティブ素子５１が駆動する際に横電界が発生する。
【００７０】
図７に示すように、第２配線層２３及び遮光層５９は並ぶように配列されている。第２配線層２３（第２配線パターン）は、ゲート配線５２に対応する位置（ゲート配線５２に重なる位置）であって、ゲート配線５２の上方に設けられている。第２配線層２３は、線幅Ｍ２Ｗを有しており、開口部１２の短辺に平行に、ゲート配線５２に沿って（Ｘ方向に平行）に延在している。
遮光層５９は、アクティブ素子５１に対応する位置に設けられ、図８に示すように第１絶縁層２４を介してアクティブ素子５１を覆うように形成されている。また、遮光層５９は、図６及び図７に示すように、画素電極２１の電極基部２１ｂを覆うように形成されている。遮光層５９は、第２配線層２３を構成する材料と同じ材料である金属を用いて形成される。遮光層５９は、第２配線層２３に平行に、Ｘ方向に延在している。
【００７１】
遮光層５９及び第２配線層２３は、同一の形成工程において、同一の金属層を用いて形成されている。形成方法としては、公知のパターニング技術が用いられる。第２配線層２３及び遮光層５９の形成材料としては、ネオジウムを含むアルミニウム合金（第２金属層）が用いられる。アレイ基板２００の積層方向において、遮光層５９及び第２配線層２３は、位置的に同一の層を形成してもよい。即ち、第２配線層２３は第２金属層で形成されるとともに、第２金属層で形成される遮光パターン（遮光層５９）を有する。この遮光パターンよって、第１絶縁層２４を介してアクティブ素子５１が覆われている。
【００７２】
遮光層５９及び第２配線層２３は、電気的に接続されておよいが、この場合、ノイズを拾い易くなる。従って、遮光層５９及び第２配線層２３は、互いに離間し、電気的に絶縁されていることが好ましい。
なお、遮光層５９は、第１絶縁層２４の上方に位置するとともに画素電極２１（電極基部２１ｂ）上に直接形成されてもよい。或いは、第１絶縁層２４上であって画素電極２１（電極基部２１ｂ）の下に遮光層５９が形成されてもよい。本実施形態では、一例として、画素電極２１上に遮光層５９が設けられた構造が図８に示されている。また、遮光層５９の平面パターンは、光入射を防止する必要がある部位に応じて、適切に決定される。言い換えると、本発明の実施形態に係る遮光層５９は、第２配線層２３と同一の金属層を用いて、第２配線層２３と同時に形成することができるとともに、遮光を目的とする遮光パターンを自由に設計することができるという利点を有する。
【００７３】
タッチセンシング配線の一方の配線である第２配線層２３を、ゲート配線５２の上方に設けずに、ソース配線５４の上方に設けることが考えられる。しかしながら、この場合、第２配線層２３は、映像信号に起因するノイズを拾い易くなる。映像信号に起因するノイズを軽減するために、第２配線層２３を、第１絶縁層２４上に形成することが好ましい。また、透明基板２０上に設けられる絶縁層の層数又は厚さを増やしてもよい。第２配線層２３の上面又は下面、及び、遮光層５９の上面又は下面には、別途、絶縁層を形成してもよい。このように第２配線層２３及び遮光層５９の面に接触するように設けられる絶縁層は、ＳＯＧ（Ｓｐｉｎ  Ｏｎ  Ｇｌａｓｓ）と呼称される無機絶縁層、或いは、アクリル樹脂等の有機絶縁層であってもよい。この場合、無機絶縁層或いは有機絶縁層は、第２配線層２３の形成に先立って、第１絶縁層２４上に積層される。
【００７４】
ゲート配線５２とソース配線５４は、銅合金及びチタニウムの２層構造で形成された金属配線である。このような金属配線の２層構造においては、銅合金が上層に位置している。チャネル層５０は、ＩｎＧａＺｎＯ系の酸化物半導体で形成されている。ただし、本発明の実施形態は、上記の構造を構成する材料を限定しない。タッチセンシング配線を構成する金属又は合金の材料としては、上述した種々の材料を用いてもよい。また、タッチセンシング配線の構造は、単層構造に限定されず、複数層の金属層として、金属酸化物が積層された積層構造が採用することができる。
【００７５】
アクティブ素子５１のチャネル層５０は、ポリシリコン等のシリコン系半導体、或いは酸化物半導体で形成することができる。チャネル層５０は、ＩＧＺＯ（登録商標）等のガリウム、インジウム、亜鉛、錫、ゲルマニウムのうちの２種以上の金属酸化物を含む酸化物半導体であることが好ましい。例えば、チャネル層５０は、ＩｎＧａＺｎＯ系の金属酸化物で形成されている。
ＩＧＺＯ等の酸化物半導体をチャネル層５０に用いるアクティブ素子５１は、電子移動度が高く、例えば、２ｍｓｅｃ（ミリ秒）以下の短時間で必要な駆動電圧を画素電極２１に印加することができる。例えば、倍速駆動（１秒間の表示コマ数が１２０フレームである場合）の１フレームは約８．３ｍｓｅｃである。例えば、液晶駆動とタッチセンシング駆動を時分割で行う場合、液晶駆動の２ｍｓｅｃを差し引いた残りの約６ｍｓｅｃをタッチセンシング駆動に割り当てることができる。
【００７６】
また、酸化物半導体をチャネル層５０に用いるアクティブ素子５１は、前述のようにリーク電流が少ないため、画素電極２１に印加した駆動電圧を長い時間保持することができる。タッチセンシング駆動と液晶駆動が時分割である場合、例えば、アクティブ素子の信号線、走査線、補助容量線等を、アルミニウム配線よりも配線抵抗の小さい銅配線で形成し、さらに、アクティブ素子のチャネル層５０の材料として短時間で駆動することができるＩＧＺＯを用いることができる。この場合、タッチセンシング駆動における走査において、時間的マージンが広がり、発生する静電容量の変化を高精度で検出することができる。ＩＧＺＯ等の酸化物半導体をアクティブ素子に適用することで液晶等の駆動時間を短くすることができ、表示画面全体の映像信号処理の中で、タッチセンシングに適用する時間に十分な余裕ができる。加えて、酸化物半導体をチャネル層５０に用いるアクティブ素子５１は、画像表示時におけるアクティブ素子５１の電気的なリークが殆どなく、安定した画像表示を確保しながら、液晶駆動と並行してタッチセンシング駆動を行うことが可能となる。
【００７７】
さらに、タッチセンシングに対するニーズ又はインターフェース等は多様化しており、例えば、指紋等を検出して判定を行う個人認証又は微細なペン先による入力等を実現するために、高い精度が要求されてきている。このとき、タッチセンシング駆動信号の振幅を広げること、即ち、信号の電圧幅（ピークツーピーク）を広げること（高振幅化）が要求される場合がある。酸化物半導体をチャネル層５０に用いるアクティブ素子５１は、シリコン系半導体より電気的な耐圧性が高く、このような高振幅化に向いている。
【００７８】
酸化物半導体をチャネル層５０として用いる薄膜トランジスタは、例えば、ボトムゲート型構造を持つ。薄膜トランジスタに、トップゲート型、又は、ダブルゲート型のトランジスタ構造が用いられてもよい。なお、薄膜トランジスタの構造として、トップゲート型構造が採用された場合、薄膜トランジスタのチャネル層は、バックライトユニットに近いアレイ基板の面に向く。この構成では、バックライトユニットの光がチャネル層に入射しやすくなり、不利な構造と言える。断面構造において、バックライトユニットに向いたチャネル層を覆うように、透明基板２０上に遮光層（遮光パターン）を形成することも可能である。この場合、遮光層は、アレイ基板２００の積層構造における最下層として形成される。しかしながら、この構成では、遮光層５９と同じ金属層として同時に形成される第２配線層２３も最下層に位置する。即ち、アレイ基板２００の厚さ方向における第２配線層２３と第１配線層３との間の距離が長くなる。このため、電気的なノイズの増加等といったタッチセンシングへの影響が懸念される。
【００７９】
光センサ、又は、その他のアクティブ素子を構成するアクティブ素子として、酸化物半導体のチャネル層を備えた薄膜トランジスタが採用されてもよい。このような構造を有するアクティブ素子は、メモリー性が高い（リーク電流が少ない）ため、液晶駆動電圧を印加した後の画素容量を保持し易い。
透明基板２０上に、有効表示領域１５の外側に設けられた額縁部Ｆｘ、Ｆｙに対応する位置に、液晶駆動又はタッチ駆動を制御するドライバ回路が形成されてもよい。このドライバ回路を構成するアクティブ素子は、ＩＧＺＯ等の酸化物半導体によって形成されたチャネル層５０を備えてもよい。平面視において額縁部Ｆｘ、Ｆｙに重なるように、透明基板２０上にドライバ回路を形成することによって、ベゼルと呼ばれる額縁の面積を小さくし、液晶表示装置ＬＣＤにおける表示面積の割合を増やすことができる。
【００８０】
（液晶層）
液晶層３０は、向かい合うように貼り合わされた表示装置用基板１００とアレイ基板２００との間に配置されている。液晶層３０の液晶分子は、アクティブ素子５１のスイッチング動作に伴って画素電極２１と共通電極２２との間に生じるフリンジ電界で駆動される。液晶は、正の誘電率異方性を有しており、液晶の初期配向は、水平配向である。なお、ラビングもしくは光配向による配向処理の方向は、正の誘電率異方性の液晶の場合、平面視にて、櫛歯状の画素電極の並びの方向に対して、例えば、５°から２０°傾けた方向に行えばよい。
【００８１】
（液晶表示装置ＬＣＤの機能）
次に、図１４を参照して、本実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤのブロック図である。
図１４は、本実施形態に係る液晶表示装置の機能を説明するためのブロック図である。本実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤは、有効表示領域１５に対応する位置に設けられた表示部１１０と、表示部１１０及びタッチセンシング機能を制御するための制御部１２０とを備えている。制御部１２０は、公知の構成を有し、映像信号タイミング制御部１２１と、タッチセンシング制御部１２２と、システム制御部１２３とを備えている。制御部１２０によって、液晶駆動とタッチセンシング駆動とが制御される。システム制御部１２３は、映像信号タイミング制御部１２１およびタッチセンシング制御部１２２を制御する。
また、液晶表示装置ＬＣＤにおいては、例えば、赤色発光、緑色発光、青色発光等を発光するＬＥＤ発光素子がバックライトユニットの光源として用いられている。制御部１２０は、フィールドシーケンシャルの手法で、カラー表示を制御している。
【００８２】
上記制御部１２０を備える液晶表示装置ＬＣＤにおいては、第１配線層３と第２配線層２３のいずれか一方と共通電極２２との間に、或いは、第１配線層３及び第２配線層２３の各々と共通電極との間に、液晶駆動電圧とは異なる電圧を印加する制御を行ってもよい。この制御方法によれば、液晶分子の立ち上がり（ＯＮ）及び立ち下り（ＯＦＦ）の高速化又は配向制御等といった液晶駆動を補助することが可能となる。
液晶駆動とタッチセンシング駆動とを時分割駆動しなくてもよい。例えば、第２配線層２３を定電位の検出電極に用い、かつ、第１配線層３をタッチセンシングの駆動電極に用いることができる。この場合、液晶駆動に対するタッチセンシング駆動の干渉の程度が少なくなり、液晶を駆動する画素電極の駆動周波数とタッチセンシング電極の駆動周波数とを、異ならせることができる。第２配線層２３を、例えば、高抵抗を介してグランドに接続する接続ことによって、第２配線層２３の電位を定電位にすることができる。また、タッチセンシングの駆動電圧を、例えば、液晶駆動に影響し難い低い電圧、例えば、液晶の閾値Ｖｔｈ以下に設定することが好ましい。これによって、タッチセンシング駆動が液晶駆動に影響を与えることがなくなり、消費電力を低減することができる。
【００８３】
タッチセンシングの駆動周波数としては、外部ノイズを拾い難い周波数を選択することができる。加えて、制御部１２０が、外部ノイズ周波数を検知する機能と、検知された外部ノイズ周波数とは異なるようにタッチセンシングの駆動周波数の帯域を調整する調整機能とを有してもよい。例えば、タッチセンシングの駆動周波数を数ＫＨｚ〜数十ＫＨｚとし、液晶駆動の周波数を６０Ｈｚ〜４８０Ｈｚとすることができる。更には、タッチセンシング駆動と液晶駆動を時分割にすることもできる。第１配線層３を駆動電極（タッチセンシング駆動走査電極）とする場合に、要求されるタッチ入力の速さに合せて、静電容量を検出するための走査信号の周波数を任意に調整することができる。タッチセンシングの駆動周波数は、上述したように液晶駆動周波数より高い周波数であることが望ましい。加えて、液晶表示装置の外部から内部に入る外部ノイズ、或いは、液晶表示装置の内部から発生する内部ノイズの各々の周波数に対し、タッチセンシングの駆動周波数を異ならせることが好ましい。或いは、タッチセンシング駆動において、第２配線層２３を駆動電極として機能させ、第１配線層３を検出電極として機能させてもよい。この場合、例えば、第２配線層２３は、一定の周波数で交流パルスを印加する駆動電極（走査電極）である。
なお、タッチセンシング駆動及び液晶駆動においては、駆動電極に印加する電圧（交流信号）は、正負の電圧を反転する反転駆動方式であってもよい。また、画素電極を画素毎に駆動させるドット反転駆動方式が用いられてもよい。
或いは、タッチセンシング駆動電圧に関し、印加する交流信号の電圧幅（ピークツーピーク）を小さくすることで、液晶表示に対するタッチセンシング駆動電圧の影響を軽減することができる。
【００８４】
なお、タッチセンシング駆動電圧（タッチセンシング駆動電圧）として、交流電圧又は矩形波による電圧にオフセットをかける（バイアス電圧を与える）場合、定電位として設定される電位（電圧）は、交流電圧等の中央値である電圧（平均値）に設定することができる。タッチセンシング駆動電圧は、例えば、第１配線層３に印加される。第１配線層３と対向する第２配線層２３の電位は定電位であるが、０（ゼロ）ボルトに限定しない。画像表示駆動の間、又は、タッチセンシング駆動の間、一定の電位に保持されていればよい。
第１配線層３或いは第２配線層２３を、液晶駆動時又はタッチセンシング時に定電位とすることができる。或いは、全ての第２配線層２３を、高抵抗を介在させて接地することができる。高抵抗の値は、例えば、数ギガオームから数ペタオームの範囲とすることができる。代表的には、１テラオームから５０テラオームとすることができる。しかしながら、液晶表示装置ＬＣＤのアクティブ素子５１を構成するチャネル層をＩＧＺＯ等の酸化物半導体で形成する場合、液晶表示画素の焼きつきのし易さの程度を低減するため、１ギガオームより低い抵抗を用いてもよい。また、タッチセンシングにおいて、静電容量をリセットするリセット回路を設けない簡易制御では、静電容量をリセットする目的で、１ギガオームより低い抵抗を用いてもよい。
【００８５】
なお、液晶駆動に用いられる共通電極の電圧Ｖｃｏｍは、一般的に液晶駆動におけるフレーム反転動作を行うための信号を含む交流矩形波信号であり、例えば、±２．５Ｖの交流電圧がフレーム毎に印加される。本実施形態では、定電位として、上記のような駆動に必要な交流電圧を用いない。本実施形態における「定電位」は、少なくとも液晶駆動の閾値（Ｖｔｈ）より小さく、かつ、一定の範囲以内で生じる電圧変動が許容される電圧である必要がある。
【００８６】
例えば、第１配線層３又は第２配線層２３に印加されるタッチセンシング電極の駆動周波数を、液晶駆動の周波数と異なる周波数、或いは、より高い駆動周波数とすることができる。
一般に液晶駆動の周波数は、６０Ｈｚ、或いは、６０Ｈｚの整数倍で定義された駆動周波数である。通常、タッチセンシングが行われる部位（タッチセンシング部位）は、液晶駆動の周波数に伴うノイズの影響を受ける。さらに、通常の家庭電源は５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの交流電源であり、こうした外部電源で動作する電気機器から発生するノイズを、タッチセンシング部位が拾い易い。従って、タッチセンシング駆動の周波数を、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚの周波数から若干シフトさせた、５０Ｈｚ又は６０Ｈｚとは異なる周波数に設定することで、液晶駆動に起因して発生するノイズ、又は、外部の電子機器から発生するノイズの影響を大きく低減できる。シフト量は、若干量でよく、例えば、ノイズ周波数から±３％〜±１７％のシフト量でよく、これによって、ノイズ周波数の干渉を低減できる。例えば、ノイズ低減のため、タッチセンシング駆動の周波数としては、数ｋＨｚ〜数百ｋＨｚの範囲から、上記液晶駆動周波数又は電源周波数と干渉しない異なる周波数を選択できる。
【００８７】
（液晶表示装置ＬＣＤの動作）
次に、上記構成を有する液晶表示装置ＬＣＤにおける動作を説明する。
制御部１２０によって液晶表示装置ＬＣＤが駆動されている際、表示装置用基板１００の第２面１０ａにおける指又はポインタ等の入力位置を検出するタッチセンシングが行われる。具体的に、タッチセンシング制御部１２２は、第２配線層２３を定電位とし、第１配線層３に検出駆動電圧を印加して、第１配線層３及び第２配線層２３の間に生じる静電容量（フリンジ容量）の変化を検出する。例えば、指又はポインタが第２面１０ａに近接又は接触すると、指又はポインタの平面位置に対応する第１配線層３と第２配線層２３との交点において、第１配線層３及び第２配線層２３の間の静電容量が変化する。タッチセンシング制御部１２２は、この静電容量の変化が生じた位置を検出し、指又はポインタの位置が特定される。
【００８８】
一方、映像信号タイミング制御部１２１は、マトリクス状に配列された複数の画素の各々の表示を制御する。具体的に、映像信号タイミング制御部１２１は、アクティブ素子５１を構成するソース電極５５に接続されているソース配線５４に映像信号を送り、アクティブ素子５１を構成するゲート電極５３に接続されているゲート配線５２に走査信号を送る。これによって、ゲート配線５２は映像信号タイミング制御部１２１により順次走査され、ソース配線５４は映像信号タイミング制御部１２１から映像信号を受ける。走査信号及び映像信号の受信に伴って、アクティブ素子５１が駆動し、液晶を駆動させる液晶駆動電圧が共通電極２２と画素電極２１との間に印加され、液晶層３０の液晶分子を駆動する液晶駆動が行われる。これにより、表示部１１０上に画像が表示される。
【００８９】
このように液晶駆動が行われている間において、バックライトユニットから出射された光はアレイ基板２００に入射する。アクティブ素子５１は遮光層５９で覆われるため、遮光層５９は、バックライトユニットから出射された光に起因する反射光がアクティブ素子に入射することを防ぐことができ、液晶表示装置ＬＣＤの外部から内部に入射する光がアクティブ素子に入射することを防ぐことができる。また、バックライトユニットから出射されてアクティブ素子５１の裏面に向かう光は、ゲート電極５３によって遮光される。遮光層５９は、タッチセンシング電極の一方の電極である第２配線層２３と同時に形成することができるため、遮光による画質向上を実現でき、製造工程を増やさずにタッチセンシング機能を液晶表示装置ＬＣＤに付与することができる。
また、図１に示すように、第１配線層３及び第２遮光部４ｂは、画素の側辺部に位置しており、画素中心ＣＬに対して線対称に配置されている。液晶層３０の駆動時に液晶層を透過した光は、開口部１２を通過し、互いに隣接する第１配線層３の間に形成された開口部を透過し、液晶表示装置の表示面を通じて、液晶表示装置の外部に出射される。即ち、画素中心ＣＬに対して線対称に各画素から斜め光を出射することができ、視野角を均一にすることができる。
【００９０】
液晶表示装置ＬＣＤにおいては、図１５に示すように、表示装置用基板１００とアレイ基板２００との間、かつ、互いに隣接する画素Ａと画素Ｂとの間に位置する液晶層３０中に生じる配向不良領域４０に対向するようにブラックマトリクス４が設けられている。以下、図１５及び図１６を参照して、ブラックマトリクス４によって得られる効果を説明する。
【００９１】
図１６は、ＦＦＳ駆動方式を利用した従来の液晶表示装置６００の構成を示す断面図である。液晶表示装置６００においては、透明基板７０上にブラックマトリクス９が形成され、ブラックマトリクス９上に導電層８（金属層）が形成され、ブラックマトリクス９及び導電層８を覆うように透明樹脂層７が透明基板７０上に形成されている。液晶表示装置６００においては、ブラックマトリクス９とアレイ基板２００との距離が大きい。液晶表示装置６００は、互いに隣接する画素Ａ’及び画素Ｂ’を備える。液晶表示装置６００の画素電極２１と共通電極２２の構成は、液晶表示装置ＬＣＤと同じである。
図１５は、液晶表示装置ＬＣＤを部分的に示す断面図である。ブラックマトリクス４は、第１配線層３とアレイ基板２００との間に設けられている。ブラックマトリクス４とアレイ基板２００との距離は、液晶表示装置６００のブラックマトリクス９とアレイ基板２００との距離よりも小さい。即ち、液晶表示装置ＬＣＤにおいては、液晶層３０により近い位置にブラックマトリクス４が設けられている。液晶表示装置ＬＣＤは、互いに隣接する画素Ａ及び画素Ｂを備える。
液晶表示装置ＬＣＤ及び液晶表示装置６００の両方においては、例えば、画素Ａ（Ａ’）がＯＮ状態かつ画素Ｂ（Ｂ’）がＯＦＦ状態である液晶駆動の際に、画素電極２１と共通電極２２との間の電界に起因して、液晶分子が十分に制御されていない配向不良領域４０が発生する。
【００９２】
図１６に示す従来の液晶表示装置６００の場合、ブラックマトリクス９が液晶層３０から遠い位置に設けられているため、バックライトユニットから出射されて画素Ａ’を通過した斜め光４１は、画素Ｂ’に入り易い。換言すれば、画素Ａ’を駆動すると、配向不良領域４０を通じて駆動していない画素Ｂ’に光が漏れてしまい、画素Ａ’の色が画素Ｂ’の色に混ざってしまう混色が発生し、コントラストが低下してしまう。上述したように、３００ｐｐｉ以上の高精細画素を備える液晶表示装置では、この混色が大きな技術課題となっている。さらに、従来の液晶表示装置６００において導電層８を金属薄膜で形成した場合、バックライトユニットから出射された光４２は、導電層８で反射し、図示していないアクティブ素子のチャネル部に反射光が入射することがある。アクティブ素子へ光が入射してしまうと、アクティブ素子の誤動作が生じ易くなり、表示品質に悪影響をもたらす。
【００９３】
その一方、図１５に示す液晶表示装置ＬＣＤでは、ブラックマトリクス４が液晶層３０に近い位置に設けられているため、バックライトユニットから出射されて画素Ａを通過した斜め光４１は、ブラックマトリクス４でカットされ、画素Ｂに入ることが少ない。画素Ａをオン（白）状態としても、画素Ｂへの影響を少なくすることができる。また、ブラックマトリクス４を設けることによって、第１金属層２から生じる反射光がアクティブ素子に入射することが殆どなく、画質の低下を招かない。更に、上記構造を有する液晶表示装置ＬＣＤでは、液晶セルの厚さを小さくすることが可能となり、隣接画素への光漏れを抑制することができ、ブラックマトリクスの線幅を小さくすることができる。
【００９４】
［第２実施形態］
次に、図１０を参照して、本発明の第２実施形態に係る表示装置用基板を説明する。第２実施形態において、上述した第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
図１０は、本発明に係る表示装置用基板を部分的に示す断面図である。
第２実施形態に係る表示装置用基板は、黒色層１及び第１金属層２からなる積層構造を有するとともに透明基板１０上に設けられた第１配線層３と、第１配線層３の側面及び表面を覆うように透明基板１０上に設けられたブラックマトリクス４’と、ブラックマトリクス４’を覆うように透明基板１０上に設けられた透明樹脂層６とを備える。ブラックマトリクス４’は、有効表示領域１５内に複数の開口部１２を有する。この構成では、図１５に示した配向不良領域４０を通じて隣接画素に入射する斜め出射光の影響を避けるため、ブラックマトリクス４’の線幅ＢＭｓＷ’は、図１に示すブラックマトリクス４の線幅ＢＭｓＷよりも大きい。線幅ＢＭｓＷ’を大きくすることで、開口率は低下するが、図１に示すような透明樹脂層５を形成する工程を省くことができるため、製造工程数を削減することができる。また、第２実施形態に係る表示装置用基板を液晶表示装置ＬＣＤに適用することにより、第１実施形態と同様の効果が得られる。
【００９５】
［第３実施形態］
次に、図１１〜図１３を参照して、本発明の第３実施形態に係る表示装置用基板及び液晶表示装置を説明する。第３実施形態において、上述した第２実施形態及び第１実施形態と同一部材には同一符号を付して、その説明は省略または簡略化する。
図１２は、本発明の第３実施形態に係る表示装置用基板１００Ａを部分的に示す断面図である。表示装置用基板１００Ａは、図１１に示す液晶表示装置ＬＣＤ’に用いられる。表示装置用基板１００Ａにおいては、透明基板１０上に、第１配線層３、カラーフィルタＣＦ（カラーフィルタ層）、透明樹脂層５、ブラックマトリクス４、及び透明樹脂層６がこの順で形成されている。即ち、第１金属層２と透明樹脂層５との間にカラーフィルタＣＦが設けられている。カラーフィルタＣＦにおいては、赤画素を構成する着色層Ｒ、緑画素を構成する着色層Ｇ、青画素を構成する着色層ＢがＸ方向に沿って配列されている。複数の着色層Ｒ、Ｇ、Ｂは、フルカラー表示を行う液晶表示装置の画素配列に応じた位置に設けられている。
表示装置用基板１００Ａは、液晶表示装置に限らず、有機ＥＬ表示装置等の表示装置に適用することができる。
第１配線層３を構成する黒色層１は、第１実施形態と同様、カーボンを主たる色材とする遮光層である。第１金属層２は、黒色層１と同じ線幅を有するとともに黒色層１上に積層されている。第１金属層２は、例えば、３層の銅合金で構成され、マグネシウムを０．５ａｔ％含む銅合金が、インジウムを１８ａｔ％含む銅合金で挟持された構造を有する。インジウム銅合金又はＩＴＯ等のインジウム酸化物を含むインジウム含有層は、ガラス又は樹脂に対する密着性が高く、かつ、信頼性の高い電気的接続を実現することができる。
【００９６】
図１３は、表示装置用基板１００Ａの端部を部分的に示す断面図である。
図１３に示すように、表示装置用基板１００Ａは、有効表示領域１５の外側に設けられて電気的実装に用いられる端子部１１を備える。端子部１１は、黒色層１と第１金属層２の２層構成である。端子部１１の表層には、金属層である第１金属層２が露出している。第１金属層２の最表面は、上述したようにインジウムを含む金属合金で形成されている。
【００９７】
図１１は、本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤ’を部分的に示す断面図である。液晶表示装置ＬＣＤ’においては、図１２に示すカラーフィルタＣＦを具備する表示装置用基板１００Ａが適用されている。アレイ基板２００は、第１実施形態と同じ構成を有する。液晶層３０は、アレイ基板２００の面に平行に配向しており、画素電極２１と共通電極２２間のフリンジ電界で駆動される。また、第３実施形態に係る液晶表示装置ＬＣＤ’によれば、第１実施形態と同様の効果が得られる。また、カラーフィルタＣＦを備えるので、白色光を出射するバックライトユニットを液晶表示装置ＬＣＤ’に用いることで、フルカラー表示を実現することができる。このため、フィールドシーケンシャルの手法を用いる必要がない。
【００９８】
本実施形態に係る液晶表示装置は、種々の応用が可能である。本実施形態に係る液晶表示装置が適用可能な電子機器としては、携帯電話、携帯型ゲーム機器、携帯情報端末、パーソナルコンピュータ、電子書籍、ビデオカメラ、デジタルスチルカメラ、ヘッドマウントディスプレイ、液晶プロジェクタ、ナビゲーションシステム、音響再生装置（カーオーディオ、デジタルオーディオプレイヤ等）、複写機、ファクシミリ、プリンター、プリンター複合機、自動販売機、現金自動預け入れ払い機（ＡＴＭ）、個人認証機器、ウエアラブル電子機器、車載用表示機器、光通信機器等が挙げられる。上記の各実施形態は、自由に組み合わせて用いることができる。
【００９９】
本発明の好ましい実施形態を説明し、上記で説明してきたが、これらは本発明の例示的なものであり、限定するものとして考慮されるべきではないことを理解すべきである。追加、省略、置換、およびその他の変更は、本発明の範囲から逸脱することなく行うことができる。従って、本発明は、前述の説明によって限定されていると見なされるべきではなく、請求の範囲によって制限されている。
【符号の説明】
【０１００】
１・・・黒色層、  ２・・・第１金属層、  ３・・・第１配線層、  ４’、４・・・ブラックマトリクス、  ５・・・第２透明樹脂層、  ６・・・第１透明樹脂層、  １０・・・透明基板（第１透明基板）、  １０ａ・・・第２面、  １０ｂ・・・第１面、  １１・・・端子部、  １１ａ・・・端子領域、  １２・・・開口部、  １５・・・有効表示領域（表示領域）、  ２０・・・透明基板（第２透明基板）、  ２１・・・画素電極、  ２２・・・共通電極、  ２３・・・第２配線層、  ２４・・・第１絶縁層、  ２５・・・第２絶縁層、  ２６・・・第３絶縁層、  ２７、２８・・・フローティングパターン、  ５０・・・チャネル層、  ５１・・・アクティブ素子、  ５２・・・ゲート配線、  ５３・・・ゲート電極、  ５４・・・ソース配線、  ５５・・・ソース電極、  ５９・・・遮光パターン（遮光層）、  ６０・・・コンタクトホール、  １００、１００Ａ・・・表示装置用基板（対向基板）、  ２００・・・アレイ基板、  Ｒ・・・赤画素（着色層）、  Ｇ・・・緑画素（着色層）、  Ｂ・・・青画素（着色層）、  ＣＦ・・・カラーフィルタ、  Ｆｘ、Ｆｙ・・・額縁部。
【要約】
本発明は、第１透明基板（１０）と、黒色層（１）及び第１金属層（２）の積層構造を有する第１配線層（３）及び複数の端子部（１１）とを有する対向基板（１００）と、液晶層（３０）と、第２透明基板（２０）と、アクティブ素子（５１）と、第２金属層で形成された第２配線層（２３）及び遮光パターン（５９）とを有したアレイ基板（２００）とを有した液晶表示装置であって、対向基板（１００）には、第１配線層（３）と、ブラックマトリクス（４）と、第１透明樹脂層（６）とがこの順で積層され、ブラックマトリクス（４）は、線幅が第１配線層（３）の線幅（Ｍ１Ｗ）よりも大きく、かつ、第１配線層（３）のパターンを含むように第１配線層（３）に重なり、アクティブ素子（５１）は、第１絶縁層を介して遮光パターン（５９）で覆われ、第１配線層（３）と第２配線層（２３）との間に生じる静電容量の変化を検出することでタッチセンシングを行う。【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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【図１９】
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