JP2014157311A - 表示装置および表示装置の製造方法 - Google Patents
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Abstract
【課題】表示機能層を挟むように、線膨張係数が異なる基板を接着固定した時に生じる反り変形を、抑制させる。
【解決手段】表示装置LCD1は、基板11、基板11と対向するように基板11に接着固定される基板12、および基板11と基板12の間に配置される表示機能層である液晶層16、を有している。また、表示装置LCD1が備える基板11の第1の線膨張係数は、基板12の第2の線膨張係数よりも大きく、かつ、基板11の第1の厚さは、基板12の第2の厚さよりも大きい。
【選択図】図3
【解決手段】表示装置LCD1は、基板11、基板11と対向するように基板11に接着固定される基板12、および基板11と基板12の間に配置される表示機能層である液晶層16、を有している。また、表示装置LCD1が備える基板11の第1の線膨張係数は、基板12の第2の線膨張係数よりも大きく、かつ、基板11の第1の厚さは、基板12の第2の厚さよりも大きい。
【選択図】図3
Description
本発明は、入力装置付き表示装置およびその製造技術に関し、特に、静電容量方式の入力装置付き表示装置およびその製造技術に関する。
対向配置された一対の基板の間に、液晶層、有機EL(Electro-Luminescence)層あるいは蛍光体層などの表示機能層を配置して、画像を表示する技術がある。例えば、特開2012−83597号公報(特許文献1)には、強化ガラスから成るガラス基板を用いた液晶表示装置が記載されている。また、特開平9−80405号公報(特許文献2)には、エッチングまたは鍍金により格子状に形成された金属箔と、金属箔表面を被覆して一体的に形成されたガラス基板を用いた液晶表示装置が記載されている。また、特開平4−242720号公報(特許文献3)には、線膨張係数が異なる基板同士を、紫外線硬化樹脂を介して加圧状態で重ね合わせ、紫外線硬化樹脂の一部に紫外線を照射して仮止めし、仮止めされた基板に紫外線を照射して本硬化させること、が記載されている。
表示装置では、表示機能層を挟むように接着固定された一対の基板に加え、表示装置の強度を得るためにカバーガラスを備えた構造が一般的である。しかし、表示装置の薄型化の観点や、構成部品数の削減の観点からは、カバーガラスを必要としない表示装置が好ましい。また、近年、表示画面に指などの入力具を接触させる、または近づけることにより、電子機器にデータ入力を行う入力装置付き表示装置がある。この入力装置付き表示装置の場合、カバーガラスを取り除くことにより、入力具と検出部との距離を近づけることができるので、入力具の位置検出感度を向上させることができる。
カバーガラスを設けない状態で、表示装置の強度を向上させるためには、表示機能層を挟む一対の基板のうち、少なくとも一方の強度を強化する必要がある。そこで、本願発明者は、表示機能層を挟む基板に強化ガラスを用いる技術について検討を行い以下の課題を見出した。
例えば、表示機能層を挟む基板として、イオン交換法により化学強化された強化ガラスを用いる場合、強化ガラスから成る基板の強度を大幅に向上させることができるので、カバーガラスを設けなくても、表示装置の強度を向上させることができる。
しかしながら、化学強化されたガラス基板は、内部に、ナトリウムイオンやカリウムイオンなどのアルカリ金属イオンを含んでいる。薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)を形成する基板として化学強化基板を用いると、TFT層に溶出したアルカリ金属イオンが、TFTを破壊する懸念がある。このため、表示機能層を挟む一対の基板の一方にTFT層を形成する場合には、TFT層を形成する基板は、化学強化処理を施さない無アルカリガラスとし、TFT層を形成する基板と対向する基板に化学強化処理を施すことが好ましい。
また、化学強化ガラスと、化学強化処理を施さない無アルカリガラスとでは、線膨張係数が異なる。したがって、上記のように一方の基板を化学強化ガラス、他方の基板を無アルカリガラスとした場合には、線膨張係数の異なる一対の基板を接着固定することになる。この場合、基板を接着固定した後で加熱すると、基板の反り変形、接着固定部の剥離、あるいは基板の位置ずれによる表示不良が発生する懸念がある。
本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、表示機能層を挟むように、線膨張係数が異なる基板を接着固定した時に生じる反り変形を、抑制させる技術を提供することにある。
本発明に係る一つの表示装置は、第1基板、前記第1基板と対向するように前記第1基板に接着固定される第2基板、および前記第1基板と前記第2基板の間に配置される表示機能層、を有している。また、前記第1基板の第1の線膨張係数は、前記第2基板の第2の線膨張係数よりも大きく、かつ、前記第1基板の第1の厚さは、前記第2基板の第2の厚さよりも大きい、ものである。
上記した本発明に係る一つの表示装置によれば、表示機能層を挟むように、線膨張係数が異なる基板を接着固定した時に生じる反り変形を、抑制させることができる。
以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形態を説明するための全図において同一または類似の機能を有するものは同一または類似の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。
以下の実施の形態では、表示装置の例として、表示機能層である液晶層を備えた、液晶表示装置を取り上げて、詳しく説明する。
なお、以下の実施の形態で説明する図2、図3、図9、図11、図13、図15、図18、図22、および図24は断面図であるが、見易さのため、原則としてハッチングは省略している。また、図3、図9、および図22において、液晶層16を構成する液晶LCを模式的に楕円形で示している。また、図3、図9、および図22では、同じ部材が多数個設けられている場合があるが、見易さのため、複数の部材のうちの一つに符号を付し、同じ部材には共通のハッチングを付して識別している。
(実施の形態1)
<表示装置の基本構成>
まず、表示装置の基本構成について説明する。図1は、本実施の形態の表示装置の一例を示す平面図、図2は図1のA1−A2線に沿った断面図である。また、図3は、図2に示す一対の基板の間に配置されている表示機能層の構造を模式的に示す断面図である。また、図4は、図3に示す対向基板のそれぞれに形成された画素を重ね合わせた状態を模式的に示す斜視図である。また、図5は、図4に示す画素をZ方向から見た平面図である。
<表示装置の基本構成>
まず、表示装置の基本構成について説明する。図1は、本実施の形態の表示装置の一例を示す平面図、図2は図1のA1−A2線に沿った断面図である。また、図3は、図2に示す一対の基板の間に配置されている表示機能層の構造を模式的に示す断面図である。また、図4は、図3に示す対向基板のそれぞれに形成された画素を重ね合わせた状態を模式的に示す斜視図である。また、図5は、図4に示す画素をZ方向から見た平面図である。
図3に示す表示機能層である液晶層16は、基板11や基板12と比較して極端に薄い。例えば、基板11の厚さは0.2mm以上5.0mm以下、基板12の厚さは0.1mm以上1.5mm以下、であるのに対して、液晶層16の厚さは、5μm以上15μm以下程度である。したがって、図3では、液晶層16の厚さを実際よりも厚く示すことで、液晶層16の構成を見易くしている。
液晶表示装置は、表示機能層である液晶層の液晶分子の配向を変化させるための電界の印加方向により、大きくは以下の2通りに分類される。すなわち、第1の分類として、液晶表示装置の厚さ方向(あるいは面外方向)に電界が印加される、所謂、縦電界モードがある。縦電界モードには、例えばTN(twisted Nematic)モードや、VA(Vertical Alignment)などがある。また、第2の分類として、液晶表示装置の平面方向(あるいは面内方向)に電界が印加される、所謂、横電界モードがある。横電界モードには、例えばIPS(In-Plane Switching)モードや、FFS(Fringe Field Switching)モードなどがある。以下で説明する技術は、縦電界モードおよび横電界モードのいずれにも適用できるが、図3では、一例として、横電界モード(詳しくはFFSモード)の表示装置を示している。
図1乃至図3に示す表示装置LCD1は、表示面側(言い換えれば図3に示す観者VW側)に配置される前面11aを有する基板11、および基板11の前面11aの反対側に、基板11と離間して配置される基板12を備える。また、図3に示すように、表示装置LCD1は、基板11と基板12の間に配置される複数の画素電極13、および基板11と基板12の間に配置される共通電極14を備える。また、表示装置LCD1は、基板11と基板12の間に配置され、複数の画素電極13と共通電極14との間に表示用電圧が印加されることで表示画像を形成する表示機能層である液晶層16を備える。
図3に示す基板11は、カラー表示の画像を形成するカラーフィルタCF(図4参照)が形成されたカラーフィルタ基板であって、表示面側である前面11aおよび前面11aの反対側に位置する背面11bを有する。基板11は、例えばガラス基板などの基材の一方の面に、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色のカラーフィルタ画素CFp(図4参照)を周期的に配列して構成されたカラーフィルタが貼り付けられている。カラー表示装置では、例えばこの赤(R)、緑(G)、青(B)の3色のサブピクセル(図4に示すカラーフィルタ画素CFp)を1組として、1画素(1ピクセルともいう)を構成する。
また図3に示す、基板(あるいはアレイ基板)12は、主として画像表示用の回路が形成された回路基板であって、基板11側に位置する前面(あるいは面、内面)12aおよびその反対側に位置する背面(あるいは面、裏面)12bを有する。基板12の前面12a側には、TFT(Thin-Film Transistor)などのアクティブ素子AC(図4参照)と、複数の画素電極13がマトリクス状に形成されている。図4に示すように、基板12に形成されている複数のアクティブ素子画素ACpと、基板11の複数のカラーフィルタ画素CFpとは、それぞれ互いに対向する位置に配置されている。
また、図3に示す例は、前記したように横電界モード(詳しくはFFSモード)の表示装置LCD1を示しているので、共通電極14が基板12の前面12a側に形成されている。共通電極14は、基板12の前面12a上に形成され、共通電極14上には絶縁層15が積層される。また、複数の画素電極13は、絶縁層15を介して共通電極14と対向するように絶縁層15上に形成される。表示装置LCD1では、表示期間において、画素電極13には画素電圧が、共通電極14には共通駆動電圧がそれぞれ印加され、これにより各画素の表示電圧が画定される。
また、図示は省略するが、基板12には、上記の他、画素電極13を駆動するための表示ドライバや画素電極13に画素信号を供給するソース線や、TFTを駆動するゲート線等の配線が形成されている。
また、基板11と基板12の間には、画素電極13と共通電極14との間に表示用電圧が印加されることで表示画像を形成する表示機能層である、液晶層16が設けられる。液晶層16は、印加された電界の状態に応じてそこを通過する光を変調するものであり、例えば、TN、VA、FFS等の各種モードに対応した液晶LCが用いられる。なお、図示は省略するが、液晶層16と基板11との間、並びに液晶層16と基板12の間には、それぞれ配向膜が形成されている。
また、液晶層16の周囲には、液晶層16を囲むようにシール材17が配置され、液晶層16は、シール材17で囲まれた領域内に封入されている。また、基板11と基板12とは、シール材17を介して接着固定されている。つまりシール材17は、液晶層16の漏れ出しを防ぐシール部材としての機能と、基板11及び基板12を接着固定する接着部材としての機能と、を有している。上記したように、図3では、液晶層16を見易くするために、液晶層の厚さ、すなわち、図3に示すZ方向の長さを実際よりも厚くしているが、液晶層16の厚さは基板12の厚さの1/100程度であって、例えば5μm以上15μm以下である。したがって、シール材17の高さ(言い換えれば図3に示すZ方向の長さ)は、基板12の厚さの1/100程度であって、例えば5μm以上15μm以下である。
また、表示装置LCD1の基板12の背面12b側には、光源LSおよび、光源LSから発生した光をフィルタリングする偏光板PL2が設けられている。偏光板PL2は、接着層BD2を介して基板12に接着固定されている。一方、基板11の前面11a側には、基板11を通過した光をフィルタリングする偏光板PL1が設けられている。偏光板PL1は、接着層BD1を介して基板11に接着固定されている。詳細は後述するが、表示装置LCD1は、基板11の強度を基板12の強度よりも向上させることで、表示装置LCD1全体の強度を向上させている。このため、表示面側にはカバーガラスが配置されず、偏光板PL1を傷や汚れなどから保護する保護層として、保護フィルムPFが偏光板PL1を覆うように接着固定されている。
表示装置LCD1の表示機能の観点からは、保護フィルムPFを設けない構成でも良いが、偏光板PL1に傷が形成される、あるいは汚れが付着することで、表示性能が低下することを抑制する観点からは、保護フィルムPFを設けることが好ましい。保護フィルムPFは、例えば樹脂フィルムであって、その厚さは基板12の厚さよりも薄い。例えば、上記したように基板12の厚さは0.1mm以上1.5mm以下、であるのに対して、保護フィルムPFの厚さは、10μm以上500μm以下程度である。また、偏光板PL1及び偏光板PL2の厚さはそれぞれ60μm以上500μm以下程度なので、保護フィルムPFの厚さは、偏光板PL1及び偏光板PL2それぞれの厚さと同程度である。本実施の形態によれば、基板11により表示装置LCD1に必要な強度を確保することができるので、保護フィルムPFは上記のように、薄くすることができる。また、図3に対する変形例として、保護フィルムPFに代えて、あるいは保護フィルムPFに加えて、加飾フィルムを設けても良い。
また、図3では、基板11及び基板12のそれぞれに、偏光板PL1及び偏光板PL2それぞれを貼り付けた実施態様を示しているが、種々の変形例を適用することができる。例えば、偏光板PL1及び偏光板PL2、さらに位相差板などの光学フィルムを貼り付ける実施態様に適用することができる。あるいは、基板11及び基板12のそれぞれに、光学フィルムを成膜する方法を適用することができる。
また、図3に示す例では、基板12の前面12aに、画素電極13に画素電圧を供給する駆動回路が形成された半導体チップ(詳しくはドライバチップ)DC、および画像表示用の駆動回路DR1と電気的に接続された配線基板18が電気的に接続されている。配線基板18は、例えば、樹脂フィルム内に複数の配線が形成され、配置場所の形状に応じて自在に変形させることができる、所謂、フレキシブル配線板である。配線基板18に形成される配線には、画素電極13と電気的に接続される配線、および共通電極14と電気的に接続される配線が含まれる。なお、図3に示す例では、基板12上に半導体チップを実装する、所謂COG(Chip on glass)方式の実施態様を例示しているが、半導体チップを実装する場所は基板12上には限定されず、例えば配線基板18に実装する方式を適用することもできる。
図3に示す表示装置LCD1によるカラー画像の表示方法は、例えば以下の通りである。すなわち、光源LSから出射された光は、偏光板PL2によってフィルタリングされ、偏光板PL2を通過する振幅を有する光が液晶層16に入射する。液晶層16に入射した光は、液晶LCの屈折率異方性(言い換えれば複屈折)に応じて偏光状態を変化させて液晶層16の厚さ方向(言い換えれば基板12から基板11に向かう方向)に伝搬され、基板11から出射される。この時、画素電極13と共通電極14に電圧を印加して形成される電界により、液晶配向が制御され、液晶層16は光学的なシャッターとして機能する。つまり、液晶層16において、サブピクセル毎に光の透過率を制御することができる。基板11に到達した光は、基板11に形成されたカラーフィルタにおいて、色フィルタリング処理(すなわち、所定の波長以外の光を吸収する処理)が施され、前面11aから出射される。また、前面11aから出射された光は、偏光板PL1によってフィルタリングされ観者VWに到達する。
表示装置LCD1は、上記のような画像表示方式を採用するので、表示品質を向上させる観点からは、基板11に形成されたカラーフィルタ画素CFpと基板12に形成されたアクティブ素子画素ACpとの位置ずれ量を小さくすることが好ましい。
カラーフィルタ画素CFpおよびアクティブ素子画素ACpの寸法は、要求される精細度に応じて異なるが、例えば、図4に示す例では、X方向の長さがそれぞれ15μm以上100μm以下程度、Y方向の長さがそれぞれ50μm以上200μm以下程度である。本実施の形態では、図5に示すカラーフィルタ画素CFpとアクティブ素子画素ACpとのX方向の位置ずれ量Gxと、X方向に直交するY方向の位置ずれ量Gyが、それぞれ5μm以下になっている。カラーフィルタ画素CFpおよびアクティブ素子画素ACpの寸法が上記の範囲であれば、位置ずれ量Gx及び位置ずれ量Gyそれぞれを5μm以下にすることで、図1〜図3に示す表示装置LCD1の表示品質を向上させることができる。位置ずれ量Gx及び位置ずれ量Gyそれぞれを5μm以下にする方法については、後述する。
<表示装置の強度と反り変形の関係>
次に、図1乃至図3に示す表示装置LCD1の強度について説明する。上記したように、表示装置では、表示機能層を挟むように接着固定された一対の基板に加え、表示装置の強度を得るためにカバーガラスを備えた構造が一般的である。しかし、表示装置の薄型化の観点や、構成部品数の削減の観点からは、カバーガラスを必要としない表示装置が好ましい。
次に、図1乃至図3に示す表示装置LCD1の強度について説明する。上記したように、表示装置では、表示機能層を挟むように接着固定された一対の基板に加え、表示装置の強度を得るためにカバーガラスを備えた構造が一般的である。しかし、表示装置の薄型化の観点や、構成部品数の削減の観点からは、カバーガラスを必要としない表示装置が好ましい。
そこで、本願発明者は、表示装置に用いられるガラス基板の強度を向上させる技術について検討した。ガラス基板を強化する方法として、イオン交換法を利用してガラス基板に含まれるアルカリイオンを、よりイオン半径が大きいアルカリイオンに交換し、ガラス基板表面に圧縮応力層を発生させる、化学強化の方法がある。化学強化以外のガラス基板の強化方法として、ガラス基板の表面を、軟化点付近にまで加熱した後で急冷し、ガラス表面と内部の収縮スピードに差をもたせることで圧縮応力層を形成する方法(以下、物理強化と呼ぶ)がある。化学強化は、物理強化と比較して、ガラス基板の板厚が薄い場合に有利である。また、化学強化は、物理強化と比較して、圧縮応力層が均一化し易い点で、有利である。
ただし、化学強化されたガラス基板は、内部に、ナトリウムイオンやカリウムイオンなどのアルカリ金属イオンを含んでいるため、基板にTFTを形成する場合には、TFT層に溶出したアルカリ金属イオンが、TFTを破壊する懸念がある。したがって、図3に示す基板12には、上記したように前面12a側にTFT層を形成するので、TFT層を保護する観点から、ガラス基板中に含まれるアルカリ成分の割合が低い(例えば1重量%以下)、所謂、無アルカリガラスを用いることが好ましい。
一方、基板11にはTFT層は形成されないので、ガラス基板を化学強化して用いることが好ましい。つまり、本実施の形態では、基板11には化学強化されたガラス基板を用いており、基板12には、化学強化処理が施されていない、無アルカリガラスのガラス基板を用いている。言い換えれば、表示機能層である液晶層16を挟んで接着固定される基板11及び基板12のうち、基板11を化学強化ガラスとすることにより、表示装置LCD1の強度を向上させている。
このため、図3に示す例では、基板11に含まれるアルカリ成分の割合は、基板12に含まれるアルカリ成分の割合よりも、大きくなっている。言い換えれば、基板11は、第1の割合でアルカリ成分を含むガラス基板であって、基板12は、第1の割合よりも小さい第2の割合でアルカリ成分を含むガラス基板、またはアルカリ成分を含まないガラス基板である。
図1乃至図3に示す表示装置LCD1の強度を向上させる観点からは、基板11または基板12のうち、少なくともいずれか一方の強度を向上させれば良い。したがって、本実施の形態のように、基板11に化学強化処理を施すことにより、表示装置LCD1の強度を向上させることができる。また、基板12に無アルカリガラスを用いることにより、アルカリ成分の溶出によるTFT層の破壊を抑制することができる。
ところが、本願発明者がさらに検討した所、基板11、12に異なる処理を施したガラス基板を用いる場合、基板11、12間の線膨張係数の相違に起因して、基板11、12の反り変形が生じることが判った。例えば、化学強化処理が施された基板11の線膨張係数は、約1×10−5[1/K]である。一方、無アルカリガラスである基板12の線膨張係数は、約4×10−6[1/K]である。このように、基板11の線膨張係数の方が基板12の線膨張係数よりも大きい場合、基板11と基板12とを接着固定した後で、加熱処理を施すと、基板11の前面11aの中央部が観者VWに向かって突出するように反り変形が生じる。
基板11、12に反り変形が生じた場合、反り変形の程度によっては、基板11及び基板12を接着固定する固定部であるシール材17が剥離する懸念がある。また、反り変形の程度によっては、図5に示す位置ずれ量Gx及び位置ずれ量Gyが大きくなって表示品質低下の原因になり得る。
そこで、本願発明者は、反り変形を抑制する技術について検討を行い、基板11と基板12の厚さを異なる厚さにすることで、反り変形を抑制できることを見出した。詳しくは、図3に示すように、相対的に線膨張係数が大きい基板11の厚さを、相対的に線膨張係数が小さい基板12の厚さよりも大きくする。言い換えれば、相対的に線膨張係数が小さい基板12の厚さを、相対的に線膨張係数が大きい基板11の厚さよりも小さくする。上記したように、基板11の厚さは0.2mm以上5.0mm以下、特に好ましくは0.5mm以上3.0mm以下である。一方、基板12の厚さは0.1mm以上1.5mm以下、特に好ましくは0.15mm以上0.7mm以下であって、基板11の厚さよりも小さい。
このように相対的に線膨張係数が小さい基板12の厚さを薄くすると、熱影響により基板11から基板12が受ける引張り力に抵抗する力が小さくなる。このため、基板11に対する基板12の追従性が向上し、反り変形が抑制できる。図6乃至図8に、ガラス基板の厚さと反り量の関係について、本願発明者が計算を行った結果を示す。図6乃至図8において、縦軸は、反り量を示し、図3に示す基板11の前面11aの中心と周縁部の高低差を示している。また、横軸は、図3に示す基板11を接着固定した後で加熱した温度を示している。また、図6乃至図8では、図3に示す基板11の厚さを0.5mmとした時に、基板12の厚さが0.10mm(符号Ta)、0.15mm(符号Tb)、0.20mm(符号Tc)の場合の反り量をそれぞれ示している。また、図6乃至図8に示す結果は、それぞれ表示装置LCD1の表示領域の寸法が異なっており、図6では表示領域の対角距離が5インチ(12.7cm)、図7では表示領域の対角距離が7インチ(17.78cm)、図8では表示領域の対角距離が10インチ(25.4cm)の時の計算結果を示している。
図6乃至図8のそれぞれを見て判るように、図3に示す基板12の厚さを薄くする程、反り量を低減できることが判る。つまり、相対的に線膨張係数が小さい基板12の厚さを薄くすることで、反り変形の程度が抑制されることが判る。また、図6乃至図8を比較して判るように、表示領域の対角距離が長くなると、反り量の温度依存性が大きくなる。したがって、表示領域の距離が5インチよりも大きい場合には、製造工程において、基板11と基板12を接着固定した後に、加熱する温度を低減することが特に好ましい。
また、本実施の形態の表示装置LCD1は、図1に示すように、平面視において、基板11の面積が基板12の面積よりも大きく、基板12の大部分が基板11により覆われている。詳しくは、平面視において、基板11は、X方向に沿って延びる辺11h1、辺11h1と対向する辺11h2、辺11h1及び辺11h2と交差する辺11h3、並びに辺11h3と対向する辺11h4を有している。そして、平面視において、辺11h1、辺11h2、および辺11h3は、基板12と重ならない位置に配置されている。詳しくは、辺11h1の全体は、基板12の周縁部よりも外側に配置されている。また、辺11h2の全体は、基板12の周縁部よりも外側に配置されている。辺11h3の全体は、基板12の周縁部よりも外側に配置されている。一方、図1に示す例では、辺11h4の一部は、基板12の周縁部の内側、すなわち、基板12と重なる位置に配置されている。
上記した反り変形の原因になる引張り力は、基板11及び基板12が加熱された時の熱膨張量、あるいは加熱後の熱収縮量が異なることにより、応力が集中して発生する。そして、熱膨張または熱収縮により発生する応力は、基板11の周縁部において最も大きくなる。
ここで、図1に示すように、平面視において、辺11h1、辺11h2、および辺11h3は、基板12と重ならない位置に配置すれば、最も応力が大きくなる基板11の周縁部を基板12よりも外側に配置することで、基板11と基板12の接着固定部に印加される応力を低減できる。また、辺11h1、辺11h2、および辺11h3は、基板12と重ならない位置に配置することで、最も応力がかかる基板11の周縁部分を、基板12の表示領域から外すことができる。なお、図1に示す例では、基板11の辺11h4は基板12と重なる位置に配置されているが、これは、半導体チップDCや配線基板18の配置スペースを確保するためである。基板12は、表示領域を有する表示部12dと、表示部12dの隣に配置され、半導体チップDC(図3参照)や配線基板18を接続する複数の端子(図示は省略)が配置されている端子部12tと、を有している。図1に示す例では、基板11は、表示部12dの全体を覆い、かつ端子部12tが露出するように、基板12に重ね合わせられている。しかし、詳細は後述するが、図1に対する変形例として、基板11の辺11h4も基板12と重ならない位置に配置することもできる。
また、図3に示すように、基板11と基板12に、それぞれ偏光板PL1及び偏光板PL2を接着固定する場合には、偏光板PL1を接着する接着層BD1と偏光板PL2を接着する接着層BD2に同じ材料を用いることもできるが、反り変形を抑制する観点から、接着層BD1と接着層BD2とを異なる材料にすることもできる。詳しくは、接着層BD1の弾性率が接着層BD2の弾性率よりも大きくなっていることが好ましい。弾性率は、変形のし難さを表す物性値であって、特に、引張り力に対する変形のし難さを表す物性値はヤング率と呼ばれる。つまり、相対的に弾性率が大きい接着層BD1は、接着層BD2よりも変形し難くなっている。
接着層BD1の弾性率を接着層BD2の弾性率よりも大きくすると、相対的に線膨張係数が大きい基板11には変形し難い接着層BD1が接着されていることになる。一方、相対的に線膨張係数が小さい基板12には変形し易い接着層BD2が接着されていることになる。したがって、基板11と基板12との線膨張係数の違いにより発生した応力を相殺する方向に応力が発生する。この結果、基板11及び基板12の接着固定部分に生じる応力を低減できるので、反り変形や、シール材17の剥離をさらに抑制することができる。
また、基板11に接着される部材の総厚さと、基板12に接着される部材の総厚さを異なる厚さにして、基板11と基板12との線膨張係数の違いにより発生した応力を相殺する方向に応力が発生させても良い。例えば、図3に示す例では、基板11の前面11aには、接着層BD1を介して偏光板PL1、保護フィルムPFが積層されているので、基板11に接着される部材の総厚さは、例えば75μm以上1,050μm以下である。一方、基板12の背面12bには、接着層BD2を介して偏光板PL2が接着固定されているので、基板12に接着される部材の総厚さは、例えば65μm以上550μm以下であって、基板11の前面11aに接着される部材の総厚さよりも薄くなっている。
例えば、接着層BD1及び接着層BD2を同じ部材、偏光板PL1及び偏光板PL2を同じ部材で構成する場合には、基板11及び基板12それぞれに接着される部材の厚さが厚くなる程、変形し難くなる。したがって、基板11に接着される部材の総厚さを、基板12に接着される部材の総厚さよりも大きくすることで、基板11と基板12との線膨張係数の違いにより発生した応力を相殺する方向に応力が発生させることができる。この結果、基板11及び基板12の接着固定部分に生じる応力を低減できるので、反り変形や、シール材17の剥離をさらに抑制することができる。
また、本実施の形態では、上記したように、基板11は、化学強化されたガラス基板なので、内部に、ナトリウムイオンやカリウムイオンなどのアルカリ成分を含んでいる。したがって、基板11に含まれるアルカリ成分が図3に示す液晶層16の特性に影響を及ぼすことを抑制する観点からは、図9に示す表示装置LCD2のように、基板11と液晶層16との間に基板11の背面11bを覆う保護膜21を設けることが好ましい。図9は、図3に対する変形例を示す断面図である。図9に示す例では、基板11には、背面11bを覆うように保護膜21が形成されている。保護膜21は基板11に含まれるアルカリ成分が液晶層16に向かって拡散することを抑制するバリア膜であって、例えばCVD法などにより酸化珪素などの膜を成膜することで形成できる。あるいは、樹脂膜を貼り付けることもできる。図9に示す表示装置LCD2は、基板11と液晶層16との間に保護膜21が設けられている点を除き、図3に示す表示装置LCD1と同じ構成なので、重複する説明は省略する。
また、図示は省略するが、図9に対するさらなる変形例として、図9に示す基板12の前面12aに、保護膜21と同様の保護膜を形成することもできる。この場合、基板11に含まれるアルカリ成分が基板12の前面12a側に拡散することを確実に防止することができる。
また、図10および図11に示す表示装置LCD3のように、半導体チップDCや配線基板18が接続される複数の端子(図示は省略)が配置される領域である端子部12tにスペーサ部材22を配置することができる。図10は図1に対する変形例である表示装置を示す平面図、図11は図10のB1−B2線に沿った断面図である。図10および図11に示す表示装置LCD3は、基板12の端子部12tに、樹脂またはガラスから成るスペーサ部材22が接着固定されている。また、偏光板PL1は、基板11およびスペーサ部材22を跨ぐように配置されている。したがって、図10に示すように、基板12の前面12aの全体が偏光板PL1に覆われるのでデザイン性を向上させることができる。
また、図12および図13に示す表示装置LCD4のように、基板11の背面11bの一部に、空間領域である端子収容部23を形成し、基板12の端子部12tと重なる位置に端子収容部23を形成すれば、基板11の平面積をさらに大きくすることができる。図12は図10に対する変形例である表示装置を示す平面図、図13は図12のC1−C2線に沿った断面図である。図12および図13に示す表示装置LCD4の場合、平面視において、基板11の辺11h1、辺11h2、辺11h3、および辺11h4のそれぞれが、基板12と重ならない位置に配置されている。詳しくは、辺11h4の全体が、基板12の周縁部よりも外側に配置されている点で、上記した図1に示す表示装置LCD1と相違する。上記したように、反り変形の原因になる引張り力は、基板11及び基板12が加熱された時の熱膨張量、あるいは加熱後の熱収縮量が異なることにより、応力が集中して発生する。そして、熱膨張または熱収縮により発生する応力は、基板11の周縁部において最も大きくなる。したがって、表示装置LCD4のように基板11の周縁部が、平面視において基板12と重ならない位置に配置されるように重ね合わせれば、基板11と基板12の接着固定部に印加される応力を低減できる。
また、表示装置LCD4の場合、表示部12dと端子部12tとを、一体に形成された基板11で覆うことになる。したがって、図10および図11に示す表示装置LCD3と比較して、偏光板PL1と接着面の平坦性を向上させることができる。図10および図11に示す表示装置LCD3と、図12および図13に示す表示装置LCD4とは、基板12の端子部12tを偏光板PL1が覆う構造になっている点を除き、図3に示す表示装置LCD1と同じ構成なので、重複する説明は省略する。
また、図14および図15に示す表示装置LCD5のように、基板11の背面11bに、半導体チップDC(図3参照)や配線基板18を接続する複数の端子(図示は省略)が配置されている端子部11tを設ければ、図12および図13に示す表示装置LCD4のように、端子収容部23を設けるための加工を省略することができる。図14は図12に対する変形例である表示装置を示す平面図、図15は図14のD1−D2線に沿った断面図である。図14および図15に示す表示装置LCD5の場合も、平面視において、基板11の辺11h1、辺11h2、辺11h3、および辺11h4のそれぞれが、基板12と重ならない位置に配置されている。したがって、図12および図13に示す表示装置LCD4と同様の効果が得られる。図14および図15に示す表示装置LCD5は、基板11に端子部11tが設けられ、基板12の端子部12t(図1参照)が省略されている点を除き、図3に示す表示装置LCD1と同じ構成なので、重複する説明は省略する。
<表示装置の製造方法>
次に、本実施の形態で説明した表示装置の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、代表例として、図1乃至図3に示す表示装置LCD1の製造方法を取り上げて説明し、その他の変形例については、相違点を簡単に説明する。図16は、図1乃至図3に示す表示装置の製造工程の概要を示す組立てフロー図である。なお、以下の説明で言及する詳しい部材については、上記した図1乃至図15を適宜参照して説明する。
次に、本実施の形態で説明した表示装置の製造方法について説明する。なお、以下の説明では、代表例として、図1乃至図3に示す表示装置LCD1の製造方法を取り上げて説明し、その他の変形例については、相違点を簡単に説明する。図16は、図1乃至図3に示す表示装置の製造工程の概要を示す組立てフロー図である。なお、以下の説明で言及する詳しい部材については、上記した図1乃至図15を適宜参照して説明する。
また、図6乃至図8を用いて説明したように、表示領域の対角距離が長くなると、反り量の温度依存性が大きくなる。したがって、表示装置LCD1の製造工程においては、製造工程中の温度管理が、反り変形を抑制する観点から特に重要になる。したがって、以下の説明では、基板11及び基板12の温度管理に関連する部分を特に詳しく説明し、その他の部分は簡単に説明する。
図16に示すように、本実施の形態の表示装置の製造方法には、図3に示す基板11を準備する第1基板準備工程、基板12を準備する第2基板準備工程、を有している。また、本実施の形態の表示装置の製造方法には、配向膜形成工程、シール材塗布工程、液晶供給工程、基板重ね工程、シール材硬化工程、スクライブ/ブレイク工程、電子部品実装工程、が含まれる。
図16に示す第1基板準備工程では、図3に示す基板11に相当する基板を準備する。上記したように、本実施の形態では、基板11は、化学強化された基板なので、ガラス基板を準備したあと、化学強化処理を施す。また、化学強化処理の後で行うCF形成工程では化学強化された基板11にカラーフィルタCF(図4参照)を形成する。なお、図12および図13に示すLCD4のように、基板11に端子収容部23を形成する場合には、化学強化処理を施す前に予め端子収容部23を形成しておくことが好ましい。
また、図16に示す第2基板準備工程では、図3に示す基板12に相当する基板を準備する。上記したように、本実施の形態では、基板12は、ガラス基板中に含まれるアルカリ成分の割合が低い(例えば1重量%以下)、所謂、無アルカリガラスなので、第1基板準備工程で準備するガラス基板とは、異なるガラス基板を準備する。また、第2基板準備工程には、基板12の前面12aにTFTアレイを形成するTFT形成工程が含まれる。また、第2基板準備工程には、TFT形成工程の後、TFTアレイと電気的に接続されるパッド配線を形成する、パッド配線形成工程が含まれる。図3に示す半導体チップDCや配線基板18と電気的に接続される複数の端子(図示は省略)は、このパッド配線形成工程で形成しておく。パッド配線は、TFTアレイ及び画素電極13、および共通電極14と電気的に接続される複数の配線や端子により構成されている。
ここで、共通電極14や画素電極13には、例えばITOなどの透明電極材料を用いて形成するが、共通電極14および画素電極13を、例えば200℃程度以上の温度で加熱することで、共通電極14および画素電極13の抵抗値の低減、あるいは可視光透過率の向上を図ることができる。図6乃至図8を用いて説明したように、表示領域の対角距離が長くなると、反り量の温度依存性が大きくなる。したがって、図16に示す基板重ね工程の前に、予め共通電極14および画素電極13を形成しておくことで、共通電極14および画素電極13を高温で加熱することができる。
なお、図14および図15に示す表示装置LCD5のように、基板11に配線基板18を接続する場合には、図16に示す第1基板準備工程にもパッド配線形成工程を追加して、図示しない複数の端子を形成しておく。
また、図16に示す配向膜形成工程では、図3に示す基板11の背面11b側、および基板12の前面12a側に、それぞれ配向膜を形成する。配向膜形成工程では、例えばポリイミド樹脂を塗布した後、ラビングすることにより配向膜を形成することができる。また、偏光紫外線を高分子膜上に照射することによって、偏光方向の高分子鎖を選択的に反応させることにより配向膜を形成する、光配向法を適用することもできる。
また、図16に示すシール材塗布工程では、基板11または基板12の表示領域の周囲を囲むように、図3に示すシール材17を塗布する。また、図16に示す液晶供給工程では、基板11または基板12の表示領域が満たされるように、図3に示す液晶LCを滴下する。
ところで、図示は省略するが、図16に対する変形例としてシール材硬化工程の後、液晶LCを注入して、液晶注入口を封止する方式を採用することもできる。ただし、この場合、シール材塗布工程において、液晶注入口を形成するようにシール材17を塗布する必要があるので、液晶注入口周辺に応力が集中し易い構造となる。一方、図16に示すように、基板重ね工程の前に、予め液晶を供給する方式の場合には、表示領域の周囲に沿って、応力集中が発生し難い形状でシール材17を塗布することができる。言い換えれば、表示機能層が配置された表示領域の周囲にはシール材17が切れ目なく連続的に配置されている。したがって、応力集中によるシール材17の剥離を抑制する観点からは、液晶注入口を設けず、基板重ね工程の前に液晶供給工程を行うことが好ましい。
また、図16に示す基板重ね工程では、図3に示す基板11の背面11bと基板12の前面12aとが対向するように、基板11及び基板12を重ね合わせる。この時、図4に示すように、基板12に形成されている複数のアクティブ素子画素ACpと、基板11の複数のカラーフィルタ画素CFpとが、それぞれ互いに対向するように重ね合わせる。上記したように、図5に示すカラーフィルタ画素CFpとアクティブ素子画素ACpとのX方向の位置ずれ量Gxと、X方向に直交するY方向の位置ずれ量Gyが、それぞれ5μm以下になるようにするには、本工程における位置合わせ精度と、温度管理が重要になる。すなわち、基板11及び基板12を重ね合わせる時に、基板11及び基板12の温度差が大きいと、接着固定後に接着固定部に応力が生じ易くなる。
そこで、本工程では、基板11および基板12の温度を測定しながら重ね合わせを行うことが好ましい。また、基板11と基板12を重ね合わせている時に基板11及び基板12の熱膨張量が大きくなると、図5に示す位置ずれ量Gx及び位置ずれ量Gyが大きくなり易い。したがって、本工程は、基板11及び基板12の温度を室温(好ましくは20℃以上30℃以下)にして実施することが好ましい。また、重ね合わせの開始から完了まで(すなわち、次のシール材硬化工程を開始するまで)の基板11及び基板12の温度変化が開始時温度±1℃以内に収まるように温度調整しながら行うことが好ましい。
上記のように、基板重ね合わせ工程において、基板11及び基板12の温度を調整すれば、製品としての表示装置LCD1(図3参照)における位置ずれ量Gx及び位置ずれ量Gy(図4参照)を5μm以下に収めることができる。図17は、温度変化と位置ずれ量の関係を示す説明図である。図17において、縦軸は、図5に示す位置ずれ量Gxまたは位置ずれ量Gyの値を示している。また、横軸は、温度変化の値を示している。また、図17では、図3に示す基板11と基板12の長さが同じと仮定して、基板長さが720mm(符号G1)の時の位置ずれ量と、600mmの時の位置ずれ量(符号G2)とを示している。
また、図17に示す位置ずれ量は、基板長さをL、基板11の線膨張係数をρ1、基板12の線膨張係数をρ2、温度変化をΔtとして、
位置ずれ量=L×(ρ1−ρ2)×Δt
の式に基づいて算出した結果を示している。
位置ずれ量=L×(ρ1−ρ2)×Δt
の式に基づいて算出した結果を示している。
図17に示すように、位置ずれ量は、Δtに比例して大きくなるが、Δtを1℃以内に収めれば位置ずれ量を5μm以下に収められることが判る。
また、図16に示すシール材硬化工程では、図3に示すシール材17にエネルギーを付与してシール材17を硬化させる。シール材17を硬化させれば、基板11と基板12とがシール材17を介して接着固定される。ここで、図6乃至図8に示すように、基板11及び基板12に印加される温度が高くなる程、反り量が大きくなる。したがって、本工程では、出来る限り低い温度、特に好ましくは、40℃以下で、シール材17を硬化させることが好ましい。したがって、シール材17には熱硬化を必要としない材料、言い換えれば、熱以外のエネルギーを印加することにより硬化する材料を用いることが好ましい。例えば、シール材17の主たる硬化成分を紫外線硬化性樹脂にすれば、40℃以下でシール材17を硬化させることができる。
また、図16に示すスクライブ/ブレイク工程では、基板11または基板12の加工しろの部分(すなわち、製品には残らない基板11および基板12の加工用の余裕部分)を切断して取り除く。これにより、図1に示す表示装置LCD1の輪郭形状が得られる。この時、平面視において、基板12の外側に位置する基板11の端面(言い換えれば、周縁部に配置される側面)には研磨加工を施すことが好ましい。
また、図16に示す偏光板接着工程では、図3に示す接着層BD1を介して偏光板PL1を、接着層BD2を介して偏光板PL2を、それぞれ貼り付けて、基板11及び基板12に接着固定する。図3に示す保護フィルムPFは、本工程以降の任意のタイミングで偏光板PL1に貼り付ける事ができるが、製造工程中に偏光板PL1を保護する観点からは、本工程で、偏光板PL1に続いて貼り付けることが好ましい。
また、図16に示す電子部品実装工程では、図3に示す半導体チップDCおよび配線基板18を基板12に形成された図示しない複数の端子と電気的に接続する。これにより、基板12に形成されたパッド配線は、配線基板18と電気的に接続される。
以上の工程により図3に示す表示装置LCD1(光源LSは除く)が得られる。その後、得られた入力装置付き表示装置LCD1を、図示しない筐体に組み込んで、筐体付き表示装置が完成する。図3に示す光源LSは、予め筐体に組み込んでおくことができる。
(実施の形態2)
前記実施の形態1では、表示機能層を挟んで一対の基板が対向するように配置し、接着固定する表示装置の例として、画像表示機能を有する表示装置を取り上げて説明した。近年、表示装置の表示面側に、タッチパネル(タッチセンサとも言う)と呼ばれる入力装置を取り付け、タッチパネルに指などを接触させると、接触位置データを検出して出力する技術がある。本実施の形態では、表示装置と入力装置を取り付けた、あるいは表示装置に入力装置を組み込んだ入力装置付き表示装置に、上記実施の形態1で説明した技術を適用した実施態様について説明する。なお、本実施の形態2では上記実施の形態1との相違点を中心に説明し、表示装置の構成等、重複する説明は原則として省略する。
前記実施の形態1では、表示機能層を挟んで一対の基板が対向するように配置し、接着固定する表示装置の例として、画像表示機能を有する表示装置を取り上げて説明した。近年、表示装置の表示面側に、タッチパネル(タッチセンサとも言う)と呼ばれる入力装置を取り付け、タッチパネルに指などを接触させると、接触位置データを検出して出力する技術がある。本実施の形態では、表示装置と入力装置を取り付けた、あるいは表示装置に入力装置を組み込んだ入力装置付き表示装置に、上記実施の形態1で説明した技術を適用した実施態様について説明する。なお、本実施の形態2では上記実施の形態1との相違点を中心に説明し、表示装置の構成等、重複する説明は原則として省略する。
<静電容量型入力装置>
まず、静電容量型のタッチパネル(あるいはタッチセンサ)と呼ばれる入力装置の基本的な動作原理について説明する。図18は、静電容量型のタッチパネル(入力装置)の概要構成を示す説明図である。また、図19は、図18に示すタッチパネルに印加される駆動波形と、タッチパネルから出力される信号波形の関係の例を示す説明図である。図19では、下段には駆動波形の一例を示し、上段には、下段側に示す駆動波形に対応して出力される信号波形の一例を示している。また、図20は、図18に示す駆動電極および検出電極の配列の一例を模式的に示す説明図、図21は図20に対する変形例を示す説明図である。なお、図19では、図18に示す入力具CMDが検出された状態と、未検出の状態の波形の違いを判り易くするため、検出時の波形SW1を実線で、未検出時の波形SW2を点線で示している。
まず、静電容量型のタッチパネル(あるいはタッチセンサ)と呼ばれる入力装置の基本的な動作原理について説明する。図18は、静電容量型のタッチパネル(入力装置)の概要構成を示す説明図である。また、図19は、図18に示すタッチパネルに印加される駆動波形と、タッチパネルから出力される信号波形の関係の例を示す説明図である。図19では、下段には駆動波形の一例を示し、上段には、下段側に示す駆動波形に対応して出力される信号波形の一例を示している。また、図20は、図18に示す駆動電極および検出電極の配列の一例を模式的に示す説明図、図21は図20に対する変形例を示す説明図である。なお、図19では、図18に示す入力具CMDが検出された状態と、未検出の状態の波形の違いを判り易くするため、検出時の波形SW1を実線で、未検出時の波形SW2を点線で示している。
図18に示すように、静電容量型のタッチパネル(言い換えれば入力装置)TPは、誘電層DLと、誘電層DLを介して対向配置される電極対により構成される複数の容量素子C1を備える。この電極対の一方を構成する駆動電極Txには、入力装置用の駆動回路DR2から、例えば図19の下段側に示す例のような矩形波である駆動波形DWが印加される。一方、電極対の他方を構成する検出電極(詳しくは、入力位置検出電極)Rxからは、駆動波形DW、および図18に示す容量素子C1の静電容量に応じた電流が流れ、例えば図19の上段側に示す例のように信号波形SWが出力される。検出電極Rxから出力された信号波形SWは、入力位置を検出する検出回路DT1(図18参照)に出力される。
ここで、駆動回路DR2からの入力電圧をV1、指などの入力具CMDを検出していない時の検出回路DT1への出力電圧をVs、複数の容量素子C1の容量をCp、配線経路の寄生容量をCc、容量素子C1の数をnとすると、出力電圧Vsは、
Vs=V1×Cp/(n×Cp+Cc)
の式で表わすことができる。
Vs=V1×Cp/(n×Cp+Cc)
の式で表わすことができる。
一方、指やタッチペンなど、一端が接地電位に接続された容量素子(誘電体)である入力具CMDの容量をCf、入力具CMDを検出した時の検出回路DT1への出力電圧をVfとすると、出力電圧Vfは、
Vf=V1×Cp/(n×Cp+Cf+Cc)
の式で表わすことができる。
Vf=V1×Cp/(n×Cp+Cf+Cc)
の式で表わすことができる。
入力具CMDの検出は、図19に示す、波形SW1と波形SW2の差を検出することにより行われる。したがって、上記したように電圧値の波形を用いて検出する例では、出力電圧Vsと出力電圧Vfの差(Vs−Vf)の値が大きくなる程、検出感度を向上させることができる。言い換えれば、上記したVfの値が小さくなる程、更に言い換えれば、Cfの値が大きくなる程、検出感度を向上させることができる。なお、上記では、電圧の波形を用いて検出する例を示したが、例えば、電流値の波形を用いて検出する場合も同様である。
駆動電極Txと検出電極Rxのレイアウトには、種々の態様を適用できる。例えば、図20に示すように、駆動電極Txと検出電極Rxを、それぞれ互いに交差(好ましくは直交)するように帯状に配置することができる。この場合、複数の駆動電極Txに順次、駆動波形DW(図19参照)を印加して、平面視における駆動電極Txと検出電極Rxの交点毎に、信号波形SW(図19参照)を検出する。あるいは、図21に示すように、駆動電極Txは導電膜を成膜後、所定の形状に加工しない状態で用い、検出電極Rxは行列状(あるいはマトリクス状)に配置することができる。また、図示は省略するが、図20に示す態様と図21に示す態様を組み合わせて適用することもできる。また、駆動電極Txと検出電極Rxとを同一平面に交互に配置して、同一平面において、容量素子を形成することもできる。
上記したように、駆動電極Txと検出電極Rxのレイアウトには、種々の態様があるが、いずれの場合も、図18に示す入力具CMDと検出電極Rxの距離を小さくする程、容量Cfの値を大きくすることができるので、検出感度を向上させることができる。つまり、タッチパネルTP上にカバーガラスを取り付ける場合には、カバーガラスの厚さを薄くする程、検出感度を向上させることができる。また、カバーガラスを取り除くことができれば、検出感度を特に向上させることができる。つまり、上記実施の形態1で説明した技術を、入力装置付き表示装置に適用することにより、図3に示す基板11の強度を向上させることができるので、カバーガラスを取り除く、あるいはカバーガラスの厚さを薄くすることができる。この結果、図18に示す入力具CMDと検出電極Rxの距離を近づけることができるので、入力装置の検出感度を向上させることができる。
<入力装置付き表示装置>
次に、上記した入力装置の機能と、表示装置の機能を組み合わせた、入力装置付き表示装置の構成について説明する。図22は、入力装置付き表示装置の一例の基本構成を示す要部断面図である。また、図23は、図22に示す表示面側の基板の前面に形成された導体パターンのレイアウトの一例を模式的に示す平面図である。
次に、上記した入力装置の機能と、表示装置の機能を組み合わせた、入力装置付き表示装置の構成について説明する。図22は、入力装置付き表示装置の一例の基本構成を示す要部断面図である。また、図23は、図22に示す表示面側の基板の前面に形成された導体パターンのレイアウトの一例を模式的に示す平面図である。
なお、入力装置付き表示装置の適用例としては、例えば図1乃至図3に示す表示装置LCD1に、図18に示すタッチパネルTPと取り付けた構成も考えられるが、本実施の形態では、図22に示すように、表示装置の共通電極14と入力装置の駆動電極Txを兼用化し、表示装置に入力装置を組み込んだ実施態様に適用した例について説明する。図22に示すように、表示装置に入力装置を組み込んだ表示装置LCD6は、入力装置の機能の一部を表示装置内に組み込むことにより、薄型化することができる。
図22に示す入力装置付き表示装置LCD6は、図1乃至図3を用いて説明した表示装置LCD1の基板11の前面11a側に、複数の導体パターンが形成されている点で、図3に示す表示装置LCD1と相違する。図22および図23に示すように、基板11の前面11aに形成されている複数の導体パターンは、入力装置用の検出電極Rxであって、例えば、インジウム錫酸化物(Indium-tin-oxide:ITO)、や亜鉛酸化物などの透光性電極から成る。
また、図23に示すように、基板11の前面11aには、配線基板24が搭載され、複数の検出電極Rxのそれぞれが、配線基板24に形成された配線と電気的に接続されている。配線基板24は検出回路DT1と電気的に接続されており、検出電極Rxから出力された出力電圧は、検出回路DT1(図22参照)において検出される。配線基板24は、例えば、樹脂フィルム内に複数の配線が形成され、配置場所の形状に応じて自在に変形させることができる、所謂フレキシブル配線板である。
また、図22および図23に示す例では、基板11には、図18を用いて説明した、駆動電極Txは形成されていない。表示装置LCD6では、図22に示すように、共通電極14に、図19を用いて説明した入力位置検出用の駆動波形DWを印加する。共通電極14には、例えば図22に示す配線基板18を介して駆動波形DW(図19参照)を印加することができる。共通電極14は、配線基板18を介して、表示駆動用の駆動回路DR1、および位置検出駆動用の駆動回路DR2のそれぞれと電気的に接続されている。
ただし、上記したように、駆動電極Txと検出電極Rxのレイアウトには、種々の態様がある。例えば、駆動電極Txと検出電極Rxとを同一平面に交互に配置して、同一平面において、容量素子を形成する場合には基板11の前面11aに、駆動電極Txと検出電極Rxの両方を形成することもできる。
上記のように、共通電極14に入力位置検出用の駆動波形DWを印加する構成を別の表現で表わせば、表示装置LCD6では、共通電極14は、表示装置用の共通電極14としての機能と、入力装置の、駆動電極Txとしての機能を兼用する電極になっている。共通電極14と駆動電極Txを兼用化する方法としては、例えば、ある期間(あるいは1期間)をタッチ検出期間(あるいは入力期間)と、ディスプレイ書込み期間に分けることで実現できる。このように、表示装置用の共通電極14と入力装置の駆動電極Txを兼用化することで、入力装置付きの表示装置LCD6の全体の厚さを薄型化することができる。
また、本実施の形態によれば、基板11の強度を向上させることにより、供給強度を確保するので、図22に示すように入力具CMDと検出電極Rxの離間距離DV1を近づけることができる。図22では、見易さのため、接着層BD1の厚さを実際よりも厚くして示しているが、検出電極Rxおよび接着層BD1の厚さは、偏光板PL1の厚さよりも小さい。例えば、検出電極Rxの厚さは、10nm以上500nm以下程度、好ましくは、20nm以上350nm以下程度である。また、接着層BD1の厚さは、5μm以上50μm以下、好ましくは10μm以上30μm以下程度である。また、偏光板PL1の厚さは、60μm以上500μm以下、好ましくは100μm以上300μm以下である。また、保護フィルムPFの厚さは、10μm以上500μm以下、好ましくは50μm以上300μm以下である。したがって、図22に示す離間距離DV1は、上記範囲の最大値を取った場合でも1,050μm以下になる。したがって、カバーガラスを設けた場合と比較すると、入力装置の検出感度を大幅に向上させることができる。
また、基板11に検出電極Rxなどの導体を形成することは、上記実施の形態1で説明した、基板11及び基板12の線膨張係数の違いにより生じる応力を緩和する観点から好ましい。すなわち、相対的に線膨張係数が大きい基板11に検出電極Rxを形成すると、基板11が熱膨張、あるいは熱収縮した際に生じる応力は、個々の導体パターンのそれぞれに分散して伝達される。このため、基板11に生じる応力を緩和することができる。つまり、基板加熱工程で基板11に導電膜が形成されていると、基板11及び基板12の反りが軽減される。また、検出電極Rxなどの導体パターンを構成する材料を基板11の線膨張係数よりも小さい線膨張係数を有する材料にすれば基板11と基板12との線膨張係数の違いにより発生した応力を相殺する方向に応力が発生させることができるので、基板11及び基板12の反りを更に軽減できる点で好ましい。
図22および図23に示す表示装置LCD6は、上記した相違点を除き、図1乃至図3を用いて説明した表示装置LCD1と同様なので、重複する説明は省略する。また、図22および図23では、代表例として図3に示す表示装置LCD1に対する変形例を示しているが、上記実施の形態1で説明した各変形例と組み合わせて適用することができる。
ここで、図13に示す表示装置LCD4や図15に示す表示装置LCD5のように、基板11が配線基板18を覆うような構造の実施態様と組み合わせて入力装置付き表示装置を形成する場合、配線構造をシンプルにするためには、複数の検出電極Rxと配線基板18を電気的に接続し、配線基板18を集約することが好ましい。
そこで、図24に示すように、基板11の前面11aと背面11bのうち、一方から他方までを貫通する貫通孔THを形成し、貫通孔TH内に埋め込まれた導体THMを介して基板11の前面11aに形成された導体パターンと配線基板18とを電気的に接続することが好ましい。図24は、図22に対する変形例を示す拡大断面図である。なお、図24では、検出電極Rxと配線基板18とを電気的に接続する導通経路を判り易くするため、導通経路にハッチングを付して示している。
本実施の形態2の入力装置付きの表示装置は、上記した相違点を除き、上記実施の形態1で説明した表示装置と同様である。また、入力装置付き表示装置の製造方法は、図16に示す第1基板準備工程に、検出電極Rxなどの導体パターンを形成する工程が含まれている点、および、図24に示す貫通孔THを形成し、導体THMを埋め込む工程が含まれている点を除き上記実施の形態1で説明した表示装置の製造方法と同様である。したがって、重複する説明は省略する。
<その他の変形例>
以上、本願発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
以上、本願発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。
例えば、上記実施の形態では、偏光板PL1を傷や汚れなどから保護する保護層として、例えば樹脂から成る保護フィルムPFで偏光板PL1を覆う実施態様について説明したが、保護層としてガラス板を用いることもできる。上記実施の形態で説明した技術を適用すれば、基板11の強度を向上させることで、表示装置に要求される強度を確保できるので、保護層としてガラス板を用いる場合であっても、ガラス板の厚さを薄くすることができる。
また、例えば、前記実施の形態1および前記実施の形態2では表示装置の例として、横電界モード(詳しくはFFSモード)の表示装置を取り上げて説明したが、縦電界モードの表示装置に適用することもできる。
また例えば、前記実施の形態1や前記実施の形態2では、それぞれ種々の変形例を説明したが、上記した変形例同士を組み合わせて適用することもできる。
また、例えば、上記実施の形態では、表示機能層を挟むように一対の基板が接着固定された表示装置の例として、液晶表示装置を取り上げて説明したが、液晶表示装置の他、有機ELディスプレイやプラズマディスプレイなどの表示装置に適用することができる。
有機ELディスプレイパネルは、有機EL層を両側から陰極と陽極で挟んだ構造をしており、陰極と陽極に電圧を印加することで、有機EL層に電子と正孔を注入するように構成されている。有機ELディスプレイパネルでは、有機EL層に注入された電子と正孔が再結合し、この再結合によるエネルギーによって、有機EL層を構成する有機分子の電子エネルギーが基底状態から励起状態に遷移し、その後、有機分子の電子エネルギーが励起状態から基底状態に戻る際に発光する。この現象を利用したディスプレイパネルが有機ELディスプレイパネルである。なお、当該有機EL層には、発光層、キャリア注入層、キャリア輸送層等のうち必要な層が含まれる。
また、プラズマディスプレイパネルは、密閉された画素空間に対向する電極を配置するとともに、画素空間の内部にガスが充填された構造をしており、対向する電極間に電圧を印加することにより放電を生じさせるように構成されている。そして、プラズマディスプレイパネルでは、放電によるエネルギーによって、ガスをプラズマ状態にし、プラズマ状態のガスが元の状態のガスに戻る際に発生する紫外線を、画素空間の内側に塗布されている蛍光体に照射して可視光を発生させる。この現象を利用したディスプレイパネルがプラズマディスプレイパネルである。
ただし、プラズマディスプレイパネルの場合、一方の基板にTFT層を形成する必要がないので、蛍光体層を含む画素空間を挟むように接着固定される、一対の基板の両方に、化学強化基板を用いることができる。したがって、上記実施の形態で説明した技術は、液晶表示装置や、有機ELのように一方の基板にTFT層が形成された表示装置に適用して特に有効である。
本発明は、種々の表示装置や表示装置が組み込まれた電子機器に広く適用することができる。
11、12 基板
11a、12a 前面
11b、12b 背面
11h1、11h2、11h3、11h4 辺
11t、12t 端子部
12d 表示部
13 画素電極
14 共通電極
15 絶縁層
16 液晶層
17 シール材
18 配線基板
21 保護膜
22 スペーサ部材
23 端子収容部
24 配線基板
AC アクティブ素子
ACp アクティブ素子画素
BD1、BD2 接着層
C1 容量素子
CF カラーフィルタ
CFp カラーフィルタ画素
CMD 入力具
DC 半導体チップ(ドライバチップ)
DL 誘電層
DR1、DR2 駆動回路
DT1 検出回路
DV1 離間距離
DW 駆動波形
Gx、Gy 位置ずれ量
LC 液晶
LCD1、LCD2、LCD3、LCD4、LCD5、LCD6 表示装置
LS 光源
PF 保護フィルム(保護層)
PL1、PL2 偏光板
SW 信号波形
SW1、SW2 波形
TH 貫通孔
THM 導体
TP タッチパネル(入力装置)
Tx 駆動電極
VW 観者
11a、12a 前面
11b、12b 背面
11h1、11h2、11h3、11h4 辺
11t、12t 端子部
12d 表示部
13 画素電極
14 共通電極
15 絶縁層
16 液晶層
17 シール材
18 配線基板
21 保護膜
22 スペーサ部材
23 端子収容部
24 配線基板
AC アクティブ素子
ACp アクティブ素子画素
BD1、BD2 接着層
C1 容量素子
CF カラーフィルタ
CFp カラーフィルタ画素
CMD 入力具
DC 半導体チップ(ドライバチップ)
DL 誘電層
DR1、DR2 駆動回路
DT1 検出回路
DV1 離間距離
DW 駆動波形
Gx、Gy 位置ずれ量
LC 液晶
LCD1、LCD2、LCD3、LCD4、LCD5、LCD6 表示装置
LS 光源
PF 保護フィルム(保護層)
PL1、PL2 偏光板
SW 信号波形
SW1、SW2 波形
TH 貫通孔
THM 導体
TP タッチパネル(入力装置)
Tx 駆動電極
VW 観者
Claims (19)
- 第1基板、前記第1基板と対向するように前記第1基板に接着固定される第2基板、前記第1基板と前記第2基板の間に配置される表示機能層、および前記表示機能層の周囲に配置され、前記第1基板と前記第2基板とを接着固定する接着固定部を有し、
前記第1基板の線膨張係数は、前記第2基板の線膨張係数よりも大きく、
前記第1基板の厚さは、前記第2基板の厚さよりも大きい、表示装置。 - 請求項1に記載の表示装置であって、
前記第1基板は、第1の割合でアルカリ成分を含むガラス基板であって、
前記第2基板は、前記第1の割合よりも小さい第2の割合でアルカリ成分を含むガラス基板、またはアルカリ成分を含まないガラス基板である、表示装置。 - 請求項2に記載の表示装置であって、
平面視において、前記第1基板は、第1の方向に沿って延びる第1辺、前記第1辺と対向する第2辺、前記第1および第2辺と交差する第3辺、および前記第3辺と対向する第4辺を有し、
平面視において、前記第1辺、前記第2辺、および前記第3辺は、前記第2基板と重ならない位置に配置されている、表示装置。 - 請求項2に記載の表示装置であって、
前記第1基板は、前記表示機能層と対向する第1面、および前記第1面の反対側に位置する第2面を有し、
前記第2基板は、前記表示機能層と対向する第3面、および前記第3面の反対側に位置する第4面を有し、
前記第1基板の前記第2面には、第1接着層を介して第1偏光板が接着固定されており、
前記第2基板の前記第4面には、前記第1接着層よりも弾性率が小さい第2接着層を介して第2偏光板が接着固定されている、表示装置。 - 請求項2に記載の表示装置であって、
前記第2基板は、表示領域を有する表示部と、前記表示部の隣に配置され、複数の端子が配置されている端子部と、を有しており、
前記端子部には、スペーサ部材が配置されている、表示装置。 - 請求項2に記載の表示装置であって、
平面視において、前記第1基板は、第1の方向に沿って延びる第1辺、前記第1辺と対向する第2辺、前記第1および第2辺と交差する第3辺、および前記第3辺と対向する第4辺を有し、
平面視において、前記第1辺、前記第2辺、前記第3辺、および前記第4辺のそれぞれは、前記第2基板と重ならない位置に配置されている、表示装置。 - 請求項6に記載の表示装置であって、
前記第1基板は、前記表示機能層と対向する第1面、および前記第1面の反対側に位置する第2面を有し、
前記第2基板は、表示領域を有する表示部と、前記表示部の隣に配置され、複数の端子が配置されている端子部と、を有しており、
前記第1基板の前記第1面のうち、前記第2基板の前記端子部と重なる領域には、前記複数の端子を収容する端子収容部が形成されている、表示装置。 - 請求項6に記載の表示装置であって、
前記第1基板は、前記表示機能層と対向する第1面、および前記第1面の反対側に位置する第2面を有し、
前記第1基板の前記第1面には、複数の端子が形成されている、表示装置。 - 請求項2に記載の表示装置であって、
前記第1基板は、前記表示機能層と対向する第1面、および前記第1面の反対側に位置する第2面を有し、
前記第1基板の前記第2面には、複数の導体パターンが形成されている、表示装置。 - 請求項9に記載の表示装置であって、
前記第1基板には、前記第1面および前記第2面のうち、一方から他方までを貫通する貫通孔が形成され、前記複数の導体パターンは、前記貫通孔に埋め込まれた導体と、電気的に接続されている、表示装置。 - 請求項2に記載の表示装置であって、
前記第1基板は、前記表示機能層と対向する第1面、および前記第1面の反対側に位置する第2面を有し、
前記第1基板の前記第2面には、第1接着層を介して第1偏光板が接着固定されており、
前記第1偏光板の前記第1基板との対向面の反対側に位置する表示面には、前記第1偏光板を保護する保護層が形成されている、表示装置。 - 請求項2に記載の表示装置であって、
前記第1基板には、複数色の第1画素が周期的に配列されるカラーフィルタが形成されており、
前記第2基板には、前記複数色の第1画素のそれぞれと対向するように配置される複数の第2画素が形成されており、
平面視において、前記複数色の第1画素と前記複数の第2画素のずれ量は、5μm以下である、表示装置。 - 請求項2に記載の表示装置であって、
前記接着固定部に配置されるシール材は、熱以外のエネルギーを印加することにより硬化する材料により形成されている、表示装置。 - 請求項2に記載の表示装置であって、
前記表示機能層が配置された表示領域の周囲は、前記接着固定部に配置されるシール材が切れ目なく連続的に配置されている、表示装置。 - 第1基板を準備する工程と、
第2基板を準備する工程と、
前記第1基板と前記第2基板とが、表示機能層を介して対向するように配置し、前記表示機能層の周囲に配置された接着固定部を介して前記第1基板と前記第2基板とを接着固定する工程と、
を有し、
前記第1基板の線膨張係数は、前記第2基板の線膨張係数よりも大きく、
前記第1基板の厚さは、前記第2基板の厚さよりも大きい、表示装置の製造方法。 - 請求項15に記載の表示装置の製造方法であって、
前記第1基板を準備する工程には、イオン交換法によりガラス基板に含まれるアルカリ成分を置換する、化学強化処理を行う工程が含まれており、
前記第2基板を準備する工程には、前記化学強化処理を行う工程は含まれていない、表示装置の製造方法。 - 請求項16に記載の表示装置の製造方法であって、
前記第1基板と前記第2基板とが、前記表示機能層を介して対向するように配置する工程では、前記第1基板と前記第2基板の温度変化が±1℃以内である、表示装置の製造方法。 - 請求項16に記載の表示装置の製造方法であって、
前記第1基板と前記第2基板とを接着固定する工程には、
前記接着固定部に、シール材を塗布する工程と、
前記シール材に熱以外のエネルギーを印加して硬化させる工程と、
が含まれる、表示装置の製造方法。 - 請求項18に記載の表示装置の製造方法であって、
前記シール材を硬化させる前に、前記表示機能層が配置される表示領域に、前記表示機能層を構成する液晶を供給する工程が含まれる、表示装置の製造方法。
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