(57)【要約】【課題】  タッチパネルの電極パターンが関係する透過率の低下とモアレの発生を抑制し、製造工程を簡素化することが可能なタッチパネル一体型カラーフィルタ基板、それを用いた液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、及びそれらを用いた情報入力画像表示装置を提供する。【解決手段】  透明基板の第１の面に複数の第１金属配線を具備し、前記透明基板の第２の面に複数の第２金属配線と、複数の開口部と、前記開口部に少なくとも赤色の着色層、緑色の着色層、青色の着色層のいずれかを配設するカラーフィルタと、をこの順で具備し、前記第1金属配線及び前記第２金属配線は、タッチパネルの電極としての機能を有するとともに、平面視で前記透明基板を介して、前記着色層を区分するように交差することにより、カラーフィルタのブラックマトリクスとしての機能を有するタッチパネル一体型カラーフィルタ基板とする。【選択図】  図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
透明基板の第１の面に複数の第１金属配線を具備し、
前記透明基板の第２の面に複数の第２金属配線と、複数の開口部と、前記開口部に少なくとも赤色の着色層、緑色の着色層、青色の着色層のいずれか１つ以上を配設するカラーフィルタと、をこの順で具備し、
前記第１金属配線及び前記第２金属配線は、タッチパネルの電極としての機能を有するとともに、平面視で前記透明基板を介して、前記着色層を区分するように交差することにより開口部を形成し、カラーフィルタのブラックマトリクスとしての機能を有することを特徴とするタッチパネル一体型カラーフィルタ基板。
【請求項２】
前記第１金属配線及び前記第２金属配線は、いずれも金属層と黒色導電層の積層構成から成ることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板。
【請求項３】
請求項１、または２に記載のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板を具備する液晶表示装置。
【請求項４】
請求項１、または２に記載のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板を具備する有機エレクトロルミネッセンス表示装置。
【請求項５】
請求項３、または４に記載の表示装置を具備し、
前記第１金属配線と前記第２金属配線の間の静電容量変化で、前記第１の面側の表面に接触するポインターの位置を検出することを特徴とする情報入力画像表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチセンシング機能を持つカラーフィルタ基板、それを用いた液晶表示装置、有機エレクトロルミネッセンス表示装置、及びそれらを用いた情報入力画像表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
カラー液晶表示装置は、液晶カラーテレビや液晶表示装置一体型のノートパソコン用として大きな市場を形成するに至っている。通常、液晶表示装置をフルカラーの表示装置とするには、液晶層に対向して赤緑青（ＲＧＢ）各色のカラーフィルタ層を配置する方法が採られる。
【０００３】
一方、液晶表示装置と比較して、薄型、低消費電力、高輝度表示などの特徴を備える有機エレクトロルミネッセンス（ＥＬ）素子を用いた表示装置が注目されている。
【０００４】
有機ＥＬをフルカラーの表示装置として用いる方式はいくつかあるが、ＲＧＢ各色のカラーフィルタ層を用いる方法も有力である。すなわち、白色に発光する有機ＥＬ層を形成し、ＲＧＢ各色のカラーフィルタを対向して配置することで、三原色を取り出す「白色ＥＬ＋カラーフィルタ方式」である。この方式では、白色有機ＥＬ層が、白色以外の着色ＥＬ層を直接用いる方式と比較して容易に作製できる点、さらにフルカラー化に必要なカラーフィルタは液晶表示装置用途で技術確立されているという利点がある。
【０００５】
上記のように、カラーフィルタは液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置のいずれにおいてもカラー表示に不可欠な部材であり、表示装置の画質を向上させたり、各画素にそれぞれの原色の色彩を与えたりする役割を担っている。カラーフィルタを構成するセグメントとしては、ＲＧＢの着色層の他にブラックマトリクス（ＢＭ）がある。
【０００６】
ＢＭは、液晶表示装置のコントラストアップのために各画素間に形成する細い遮光パターンである。ＢＭを形成する方法としては、黒色感光性樹脂を用いフォトリソグラフィ法によってマトリクス状に形成する方法がある。黒色の色材としては、カーボンブラックや複数の有機顔料を用いることができる。
【０００７】
ところで近年、携帯電話機や、携帯情報端末、カーナビゲーションシステムを始め、タッチパネルを表示パネルと一体型で構成して、画像情報の入出力装置として使用する、タッチパネル式ディスプレイが市場に普及してきた。
【０００８】
タッチパネルは、その構造及び検出方式の違いにより、抵抗膜式や静電容量型、超音波方式、光学方式等の様々なタイプがある。このうち、静電容量型タッチパネルは、通常1枚の基板上に透光性電極を有し、指またはペン先等が接触（タッチ）することによる静電容量の変化を、微弱電流量の変化として検出する事によって被接触位置を特定するもので、指示される内容を入力信号として受け取り、表示装置を駆動する。近年では、抵抗膜方式タッチパネルと比べ、耐久性や動作温度特性が優れており、取り扱い易い静電容量型タッチパネルが多く採用されている。
【０００９】
以下、技術的に先行している液晶型のタッチパネル式ディスプレイについて説明する。従来は、タッチパネル式液晶ディスプレイ作製時には、タッチパネル電極とカラーフィルタとを別々の基板に作製し、モジュールにする時に貼り合わせる技術が主流であった。しかしながら、タッチパネルの電極パターンと、カラーフィルタの電極、ＢＭ、配線等のパターンの微妙なズレによるモアレ（干渉縞）の発生や、タッチパネル表面とカラーフィルタ表面との距離により斜め表示で視差が発生する等、表示性能面での問題点があった。そこで、タッチパネル電極とカラーフィルタ基板の貼り合わせの工程削減と、貼り合わせた時にできる空隙に起因する反射率の増加による表示パネルの透過率低下防止を目的として、タッチパネル電極とカラーフィルタを同一のガラス基板に形成する技術が検討されている。
【００１０】
例えば特許文献１に開示されているように、視認面側（観察者側）から見てガラス基板の裏面側に、タッチパネル電極層とカラーフィルタ層とを順に積層し、前記タッチパネル電極層を透明基板及びＴＦＴ（薄膜トランジスタ）用の透明基板に挟まれた表示セルの内部に設ける構造のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板が開発されている。しかしながらこの構造では、タッチパネル電極層とカラーフィルタ層との直接的な接触を避け、タッチパネル電極層による凹凸の影響を回避するために、シールド層を設けており、シールド層の形成の工程が増えている。またタッチパネル電極層とＢＭの位置ずれにより表示パネルの透過率が下がってしまう可能性がある。
【００１１】
また特許文献２では、平面視でメッシュ状のタッチパネル電極層のパターンを形成し、該パターンをＢＭの形成位置と同じとする構造が提案されているが、やはりタッチパネル電極層とＢＭの位置ずれにより表示パネルの透過率が下がってしまう可能性がある。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１２】
【特許文献１】特許第５４８３１４３号公報
【特許文献２】特開２０１４−７１７３４号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１３】
本発明は上記情況に鑑みてなされたものであり、タッチパネルの金属配線（電極パターン）が関係する透過率の低下とモアレの発生を抑制するとともに、製造工程を簡素化することが可能なタッチパネル一体型カラーフィルタ基板、それを用いた液晶表示装置、有機ＥＬ表示装置、及びそれらを用いた情報入力画像表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
上述の課題を解決するために、請求項１に記載の本発明は、透明基板の第１の面に複数の第１金属配線を具備し、前記透明基板の第２の面に複数の第２金属配線と、複数の開口部と、前記開口部に少なくとも赤色の着色層、緑色の着色層、青色の着色層のいずれか１つ以上を配設するカラーフィルタと、をこの順で具備し、前記第１金属配線及び前記第２金属配線は、タッチパネルの電極としての機能を有するとともに、平面視で前記透明基板を介して、前記着色層を区分するように交差することにより開口部を形成し、カラーフィルタのブラックマトリクスとしての機能を有することを特徴とするタッチパネル一体型カラーフィルタ基板としたものである。
【００１５】
請求項２に記載の本発明は、前記第１金属配線及び前記第２金属配線は、いずれも金属層と黒色導電層の積層構成から成ることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板としたものである。
【００１６】
請求項３に記載の本発明は、請求項１、または２に記載のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板を具備する液晶表示装置としたものである。
【００１７】
請求項４に記載の本発明は、請求項１、または２に記載のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板を具備する有機エレクトロルミネッセンス表示装置としたものである。
【００１８】
請求項５に記載の本発明は、請求項３、または４に記載の表示装置を具備し、前記第１金属配線と前記第２金属配線の間の静電容量変化で、前記第１の面側の表面に接触するポインターの位置を検出することを特徴とする情報入力画像表示装置としたものである。
【発明の効果】
【００１９】
本発明によるタッチパネル一体型カラーフィルタ基板では、タッチパネル用金属配線がカラーフィルタのＢＭと一体化しているので、製造工程が簡素化され、ＢＭの遮光性が高くなるとともにＢＭの直線性が向上する。また、本発明によるタッチパネル一体型カラーフィルタ基板を用いた表示装置では、従来のようなタッチパネル電極による透過率の低下がなくなるとともに、モアレの要因のうちの、タッチパネル電極とＢＭの干渉に起因するモアレの発生がなくなる。
【図面の簡単な説明】
【００２０】
本発明の説明において、視認面側、裏面側とは、最終的に情報入力画像表示装置まで一体化した状態を基準とし、視認面側を第１の面側とする。
【図１】本発明のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板の作製工程中の一段階を示す概略断面図である。
【図２】本発明のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板の概略断面図である。
【図３】本発明のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板を裏面側（第２の面側）から見た概略平面図である。
【図４】本発明の別のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板を裏面側（第２の面側）から見た概略平面図である。
【図５】本発明の情報入力画像表示装置のうち、液晶を用いる一形態を示す概略断面図である。
【図６】本発明の情報入力画像表示装置のうち、有機ＥＬを用いる一形態を示す概略断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２１】
以下に実施形態を掲げ、本発明を更に詳細に説明するが、本発明はこれらの実施形態のみに限定されるものではない。
【００２２】
本発明のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板１０においては、図２に示すように、透明基板３の第１の面に第１金属配線１を具備し、第２の面に第２金属配線２を具備しており、これらは図３、図４のように平面視で、透明基板３を介して交差している。さらに第２の面には、第２金属配線２の開口部を覆う形で、少なくとも赤色の着色層４（Ｒ）、緑色の着色層４（Ｇ）、青色の着色層４（Ｂ）のいずれかを配設している（図２、図３、図４では３色とも配設する場合を示している）。着色層はさらに黄色など、ＲＧＢの補色であってもよい。あるいは、白色（透明）を含んでいてもよい。着色層の形成方法は、公知のカラーフィルタ作製方法を用いることができる。第２金属配線、着色層の上には、さらにオーバーコート層５を形成している。
【００２３】
ここで、本発明のカラーフィルタ基板１０においては、第１金属配線１、及び第２金属配線２を、それぞれ静電容量型タッチパネルの検出電極、あるいは駆動電極として用いることができる。これらの電極は、検出電極と駆動電極としての役割をそれぞれ入れ替えて用いることもできる。
【００２４】
さらに本発明のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板１０においては、第１金属配線１、及び第２金属配線２は、着色層４（Ｒ）、４（Ｇ）、４（Ｂ）を区分するパターンであるとともに、カラーフィルタを構成するＢＭの役割を担っている。
【００２５】
加えて、本発明のカラーフィルタ基板１０における第１金属配線１、及び第２金属配線２は、いずれも金属層と黒色導電層との積層構成から成ることが好ましく、さらに好ましくは、黒色導電層／金属層／黒色導電層の３層構成から成っている。
【００２６】
ここで、上記のように金属層の表面に黒色導電層を積層する理由は、黒色導電層によりパネル光の反射率を下げ、その結果表示パネルの透過率を上げて画像のコントラストを高くするためである。また、３層として裏面にも黒色導電層を積層する理由は、パネル光の乱反射、裏面反射に対しても同様の効果を得るためである。
【００２７】
図２に先立つ、本発明のカラーフィルタ基板１０の作製工程中の一段階を示す図１においては、透明基板３の第１の面に第１金属配線１、第２の面に第２金属配線２を形成した状態を示している。
【００２８】
第１金属配線１、あるいは第２金属配線２を構成する金属層の材料は特に限定する必要はなく、アルミニウム、銅、銀、ニッケルなど種々の金属、あるいはこれらの合金を適用することができる。
【００２９】
また、第１金属配線１、あるいは第２金属配線２を構成する黒色導電層の材料は、銅やニッケルを含む金属酸化物、銅や銀の金属微粒子の分散膜、カーボンナノチューブやカーボンの分散膜などを適用することができる。また、薬液等により金属配線表面を粗化することによっても黒化表面が得られる。導電性を失わない黒化であればいずれの方法を用いてもよい。
【００３０】
上記の金属層や、黒色導電層としての銅やニッケルを含む金属酸化物を成膜する方法としては、特に限定されないが、スパッタリング、蒸着、ＣＶＤ（Ｃｈｅｍｉｃａｌ  Ｖａｐｏｒ  Ｄｅｐｏｓｉｔｉｏｎ）等の真空成膜法を用いて連続成膜することが好ましい。
【００３１】
図３、図４には、本発明のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板１０を裏面側（第２の面側）から見た概略平面図を示す。図３は、第１金属配線、第２金属配線のパターンともに、直線状の配線パターン（電極パターン）であり、画素の開口部形状は長方形となっている。
【００３２】
本発明では、画素の開口部形状が六角形、あるいは平行四辺形である場合も、該形状に応じて第１金属配線、あるいは第２金属配線のパターンを、平面視で透明基板を介して交差するようにすることで、画素形状を区分するＢＭとすることができる。図４は、第１金属配線のパターンが直線状、第２金属配線のパターンがジグザグの折れ線状であり、画素の開口部形状は平行四辺形となっている。
【００３３】
図４は、逆に第２金属配線のパターンが直線状、第１金属配線のパターンがジグザグの折れ線状であるか、あるいは第１金属配線のパターン、第２金属配線のパターンともにジグザグの折れ線状であってもよい。また図３、図４において配線パターンのピッチＰｘ１、Ｐｘ２、・・・、Ｐｘｎ、Ｐｙ１、Ｐｙ２、・・・、Ｐｙｎを、タッチパネルとしての検出精度や、表示装置としての画像性能に影響を与えない範囲で、適宜変化させてもよい。
【００３４】
上記のように、ジグザグの折れ線状の配線パターンを導入し、何らかの手段で配線パタ
ーンの規則性（周期性）を緩和することで、タッチパネルの電極パターンと、カラーフィルタの電極、配線等のパターンに起因するモアレの発生を低減することができる。
【００３５】
また、第１金属配線のパターン、第２金属配線のパターンは、不使用のパターンを間引いてダミーパターンとすることで、タッチ検出に必要な検出速度を向上することができる。
【００３６】
また、第１金属配線、あるいは第２金属配線を構成する黒色導電層と接する透明基板との界面に、金属酸化物や金属合金層をさらに形成しても良い。または、ＩＴＯと呼称される酸化インジウム、酸化錫などの透明導電性酸化物を前記界面に形成しても良い。これにより、黒色導電層と透明基板の接着性を向上することができる。これらの成膜方法は公知の方法を用いることができる。
【００３７】
図５は、本発明の情報入力画像表示装置のうち、液晶を用いる情報入力画像表示装置（液晶型）５０の一形態を示す概略断面図である。本発明のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板１０と、基板２２の一方の表面にＴＦＴアレイと画素電極を少なくとも含むＴＦＴアレイ部２１を具備したＴＦＴアレイ基板２０（後述する）とを、着色層と前記画素電極とが対向するように配置し、液晶組成物を封入して貼り合わせ、さらに偏光板２６、２８をタッチパネル一体型カラーフィルタ基板１０の視認面側、及びＴＦＴアレイ基板２０の裏面側に接着層２５、２７を介して貼り、バックライトユニット（図示せず）と組み合わせることで本発明の情報入力画像表示装置（液晶型）５０としている。
【００３８】
図６は、本発明の情報入力画像表示装置のうち、有機ＥＬを用いる情報入力画像表示装置（有機ＥＬ型）６０の一形態を示す概略断面図である。本発明のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板１０と、ＴＦＴアレイ基板４０（後述する）上に有機ＥＬ素子３１及び透明導電層３６を具備した有機ＥＬ素子基板３０とを、着色層と前記有機ＥＬ素子３１とが対向するように配置し、接着層３７を介して貼り合わせ、さらにタッチパネル一体型カラーフィルタ基板１０の視認面側に接着層４３を介してカバーガラス４４を貼り、本発明の情報入力画像表示装置（有機ＥＬ型）６０としている。
【００３９】
有機ＥＬ素子３１を作製するための方法、材料は、例えば特開２０１２−１７７７３５公報の方法、材料を用いることができる。有機ＥＬ層３５は、Ｒ、Ｇ、Ｂの主波長発光を含む白色有機ＥＬ層、またはＲ発光の有機ＥＬ層、Ｂ発光の有機ＥＬ層、Ｇ発光の有機ＥＬ層と個別に３色発光する有機ＥＬ層、などいずれでも良い。裏面側電極層３４としては、アルミニウムなどの金属膜を用いることができる。
【００４０】
ＴＦＴアレイ基板２０について説明する。図５において図示は略するが、ＴＦＴアレイ部２１には、各画素の平面視での開口部近傍に、液晶を駆動するためのＴＦＴが配置される。また、画素電極の下部に、絶縁層を介して共通電極を具備する。ＴＦＴアレイ基板４０について説明する。図６において図示は略するが、ＴＦＴアレイ部４１には、各画素の平面視での開口部近傍に、有機ＥＬを駆動するためのＴＦＴが配置される。裏面側電極３４は、ＴＦＴアレイ部４１のそれぞれＴＦＴによって個別に駆動される。
【００４１】
電極材料としては、図５のような透過型の情報入力画像表示装置（液晶型）５０のＴＦＴアレイ部２１では、画素電極、共通電極ともにＩＴＯなどの透明導電膜を用いる。一方、反射型である図６のような情報入力画像表示装置（有機ＥＬ型）６０のＴＦＴアレイ部４１では、画素電極、共通電極ともに、透明導電膜の他に、アルミニウムなどの金属膜を用いることができる。また、情報入力画像表示装置（有機ＥＬ型）６０のＴＦＴアレイ基板４０には、光取り出し効率を高めるために、アルミニウムなどからなる反射板を具備することもできる。
【００４２】
情報入力画像表示装置（液晶型）５０の基板２２、及び情報入力画像表示装置（有機ＥＬ型）６０の基板４２としては、ＴＦＴアレイ部２１、４１を形成するため、ガラスが好ましいが、情報入力画像表示装置（有機ＥＬ型）６０の基板４２や、液晶型でも反射型とする場合は、シリコンウェハーを用いることもできる。
【００４３】
本発明の情報入力画像表示装置の使用方法としては、タッチパネルの駆動電圧の周波数と、液晶または有機ＥＬの駆動電圧の周波数を異ならせてもよい。また、タッチ検出では、液晶やＥＬ駆動のノイズを拾い易いため、タッチパネルの駆動と液晶または有機ＥＬの駆動とを時分割駆動としても良い。
【００４４】
本発明の情報入力画像表示装置（液晶型）５０、情報入力画像表示装置（有機ＥＬ型）６０では、図５、図６で最上部にあたる、視認面側の表面に接触するポインターの位置を検出することができる。ここで、ポインターとは、例えば、指、ペン先、筆先が該当する。
【００４５】
以下、本発明の実施例を説明するが、本発明はこの実施例にのみ限定されるものではない。
【実施例】
【００４６】
透明基板としてガラスを用い、ガラス基板の片面に、スパッタリング法によりＮｉ−Ｃｕ−Ｏ／Ｃｕ／Ｎｉ−Ｃｕ−Ｏよりなる黒色導電層／金属層／黒色導電層の３層膜を成膜した。ここで、ＣｕのスパッタリングはＣｕをターゲット、Ａｒをキャリアガスとし、Ｎｉ−Ｃｕ−ＯのスパッタリングはＮｉ６０ａｔ％：Ｃｕ４０ａｔ％の合金ターゲットを使い、Ａｒに酸素を添加してキャリアガスとした。膜厚は上下のＮｉ−Ｃｕ−Ｏ層を各々２０ｎｍ、Ｃｕ層を１１０ｎｍとし、３層合計で１５０ｎｍとなるようにした。次に、前記３層膜上にポジレジストを塗布し、フォトリソグラフィ法により線幅が５μｍとなるようにパターニングを行った後、公知のウェットエッチング法により第１金属配線を作製した。
【００４７】
次に、前記第１金属配線が形成されているガラス基板のもう一方の面に第１金属配線と同様の方法にて、３層合計膜厚１５０ｎｍ、線幅５μｍの第２金属配線を、第１金属配線のパターンと直交する方向のパターンとなるように形成した。（図１）
【００４８】
続いて、形成された第２金属配線と同一面に、配線パターンの開口部を覆うように赤色、緑色、青色それぞれの着色層を、着色顔料を分散させた感光性樹脂を用いたフォトリソグラフィ法により膜厚が２．０μｍとなるように形成した。さらに最表面にオーバーコート層を形成し、本発明のタッチパネル一体型カラーフィルタ基板を得た。（図２）
【００４９】
得られたタッチパネル一体型カラーフィルタ基板と、別のガラス基板の一方の表面にＴＦＴアレイと画素電極を少なくとも含むＴＦＴアレイ部を具備したＴＦＴアレイ基板とを、着色層と画素電極とが対向するように配置し、スペーサを用いて両基板の間隔を一定に保ちながら位置を合わせ、液晶組成物を封入して貼り合わせた。さらに偏光板をカラーフィルタの裏面側、及びＴＦＴアレイ基板の裏面側に接着層を介して貼り、バックライトユニットと組み合わせることで本発明のタッチパネル一体型情報入力画像表示装置を得た。（図５）
【符号の説明】
【００５０】
１・・・  第１金属配線
２・・・  第２金属配線
３・・・  透明基板
４（Ｒ）・・・  着色層（赤）
４（Ｇ）・・・  着色層（緑）
４（Ｂ）・・・  着色層（青）
５・・・  オーバーコート層
１０・・・  タッチパネル一体型カラーフィルタ基板
１３、１４・・・  配向膜
１５・・・  液晶層
２０・・・  ＴＦＴアレイ基板
２１・・・  ＴＦＴアレイ部
２２・・・  基板
２５、２７・・・  接着層
２６、２８・・・  偏光板
５０・・・  情報入力画像表示装置（液晶型）
３０・・・  有機ＥＬ素子基板
３１・・・  有機ＥＬ素子
３３・・・  隔壁
３４・・・  裏面側電極層
３５・・・  有機ＥＬ層
３６・・・  透明導電層
３７・・・  接着層
４０・・・  ＴＦＴアレイ基板
４１・・・  ＴＦＴアレイ部
４２・・・  基板
４３・・・  接着層
４４・・・  カバーガラス
６０・・・  情報入力画像表示装置（有機ＥＬ型）
【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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