JP2010117955A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】簡単な回路構成で、精度良くタッチ位置座標を検出することができる静電容量結合方式のタッチパネル付き表示装置を提供する。
【解決手段】静電容量結合方式のタッチパネルは、複数のX電極と、前記X電極と交差する複数のY電極とを有し、前記X電極と前記Y電極とは、互いに重なり合う交差部と、2つの交差部間に形成された電極部とを有し、座標位置検出回路は、基準クロックを生成する基準クロック生成回路と、前記複数のX電極及び前記複数のY電極のそれぞれの電極の両端に、発振回路を接続するスイッチ回路と、前記複数のX電極及び前記複数のY電極のそれぞれの電極と前記発振回路とで構成されるリングオシレータの発振周波数と、前記基準クロックの周波数との差に応じて前記観察者の指の前記静電容量結合方式のタッチパネルへのタッチ位置を演算する演算回路とを有する。
【選択図】図5

Description

本発明は、タッチパネル付き表示装置に関し、特に、静電容量結合方式のタッチパネルを備えたタッチパネル付き表示装置に適用して有効な技術に関するものである。
近年、モバイル機器の普及において、“人にやさしい”グラフィカルユーザインターフェースを支えるタッチパネル技術が重要となってきている。
このタッチパネル技術として、静電容量結合方式のタッチパネルが知られており、一般的な静電容量結合方式のタッチパネルでは、ガラス基板の表面に導電コーティング(透明導電膜)が施されたタッチパネル基板を設け、ここに指を触れることで、位置検出を実施している。
そして、このタッチパネル基板を液晶表示パネルの表面に取り付け、液晶表示パネルに表示されたメニュー画面を指でタッチすることで、メニューに応じた動作を実施するタッチパネル付き液晶表示パネルも知られている。(下記、特許文献1参照)
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
特開2006−146895号公報
前述した特許文献1に記載されているタッチパネル付き液晶表示パネルでは、透明導電膜を塗布したタッチパネルの四隅から交流信号を印加し、タッチパネルに触れた指に流れる電流を検出して座標を検出する。電流の検出は、タッチパネルの四隅に設置された電流検出用の抵抗の両端電圧を検出して電流に換算するようにしている。
しかしながら、前述した特許文献1に記載されているタッチパネル付き液晶表示パネルでは、以下のような問題点がある。
(1)タッチパネルに触れた指に流れる電流を確保するために、透明導電膜を厚くして抵抗を小さくする必要がある。そのためタッチパネルの透過率が低下する。
(2)四隅に対応して回路が4組必要とする。即ち、電流検出回路、ノイズフィルタ、サンプルホールドがそれぞれ4組必要なので回路構成が複雑である。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、簡単な回路構成で、精度良くタッチ位置座標を検出することができる静電容量結合方式のタッチパネル付き表示装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
(1)表示パネルと、前記表示パネルに重ねて配置された静電容量結合方式のタッチパネルと、観察者の指の前記静電容量結合方式のタッチパネルへのタッチ位置を演算する座標位置検出回路とを備え、前記静電容量結合方式のタッチパネルは、複数のX電極と、前記X電極と交差する複数のY電極とを有し、前記X電極と前記Y電極とは、互いに重なり合う交差部と、2つの交差部間に形成された電極部とを有し、前記座標位置検出回路は、基準クロックを生成する基準クロック生成回路と、前記複数のX電極及び前記複数のY電極のそれぞれの電極の両端に、発振回路を接続するスイッチ回路と、前記複数のX電極及び前記複数のY電極のそれぞれの電極と前記発振回路とで構成されるリングオシレータの発振周波数と、前記基準クロックの周波数との差に応じて前記観察者の指の前記静電容量結合方式のタッチパネルへのタッチ位置を演算する演算回路とを有する。
(2)(1)において、前記座標位置検出回路は、前記リングオシレータの出力と、前記基準クロックとを比較する位相周波数比較器を有し、前記位相周波数比較器は、前記リングオシレータの発振周波数が、前記基準クロックの周波数よりも低いときに、出力信号を出力し、前記出力信号の期間は、前記リングオシレータの発振周波数と、前記基準クロックの周波数との差が大きい程、長い。
(3)(2)において、前記位相周波数比較器から出力される出力信号の期間をカウントするカウンタを有し、前記スイッチ回路は、前記複数のX電極及び前記複数のY電極のそれぞれの電極の両端に、順次発振回路を接続し、前記演算回路は、前記複数のX電極毎のカウント値のヒストグラムに基づき前記静電容量結合方式のタッチパネルのY方向の重心と、前記複数のY電極毎のカウント値のヒストグラムに基づき前記静電容量結合方式のタッチパネルのX方向の重心とを求め、前記観察者の指の前記静電容量結合方式のタッチパネルへのタッチ位置を演算する。
(4)(1)において、前記静電容量結合方式のタッチパネルに重ねて配置された前面パネルを備える。
(5)(4)において、前記前面パネルに凹部を形成して、前記凹部に前記静電容量結合方式のタッチパネルを収納する。
(6)(1)において、前記Y電極の電極部の面積は前記X電極の電極部の面積よりも小さく、前記X電極またはY電極の電極部に近接してダミー電極が形成される。
(7)(1)において、前記X電極の電極部と、前記Y電極の電極部とは、同層に形成される。
(8)(1)において、前記表示パネルは、長辺と短辺とを有し、前記Y電極は、前記長辺に沿って形成され、前記X電極は前記短辺に沿って形成される。
(9)(1)において、前記静電容量結合方式のタッチパネルは、前記複数のX電極のそれぞれの電極の両端に接続される複数のX電極信号配線と、前記複数のY電極のそれぞれの電極の両端に接続される複数のY電極信号配線と、前記複数のX電極信号配線および前記複数のY電極信号配線と接続部で接続されるフレキシブル基板とを有する。
(10)(1)において、前記座標位置検出回路は、前記フレキシブル基板を介して、前記複数のX電極及び前記複数のY電極のそれぞれの電極と接続されている。
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、簡単な回路構成で、精度良くタッチ位置座標を検出することができる静電容量結合方式のタッチパネル付き表示装置を提供することが可能となる。
以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本実施例では、表示パネルの一例として液晶表示パネルを用いて説明する。なお、表示パネルとしては、タッチパネルを用いることができるものであれば良く、液晶表示パネルに限らず、有機発光ダイオード素子や表面伝導型電子放出素子を用いることも可能である。
図1は、本発明の実施例のタッチパネル付き表示装置の概略構成を示す平面図である。また、図2は図1のA−A’切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
本実施例の表示装置300は、図1および図2に示すように、液晶表示パネル600と、液晶表示パネル600の観察者側の面上に配置された静電容量結合方式のタッチパネル400と、液晶表示パネル600の観察者側とは反対側の面下に配置されたバックライト700とを備えている。液晶表示パネル600としては、例えば、IPS方式、TN方式、VA方式等の液晶表示パネルが用いられている。
液晶表示パネル600は対向して配置された2枚の基板620と630とが貼り合わされて形成されており、2枚の基板の外側には偏光板601、602が設けられている。また、液晶表示パネル600とタッチパネル400とは樹脂・粘着フィルム等からなる第1の接着材501により接合されている。
さらに、タッチパネル400の外側には、アクリル樹脂またはガラスからなる前面保護板(フロントウインドウ、前面パネルとも呼ぶ)12が樹脂・粘着フィルム等からなる第2の接着材502により貼り合わされている。
前面保護板12には凹部612が設けられており、前面保護板12の厚さはタッチパネル400と重なる領域で薄く、周辺部で厚くなっている。これにより、本実施例では、検出感度を上げるとともに、前面保護板12の強度を確保している。
タッチパネル400の液晶表示パネル側には、ITOから成る透明導電層603が設けられている。この透明導電層603は、液晶表示パネル600で発生する信号をシールドする目的で形成されている。
液晶表示パネル600には多数の電極が設けられており、様々なタイミングで電極上に電圧が信号として印加されている。これらの液晶表示パネル600での電圧の変化は静電容量結合方式のタッチパネル400に設けられた電極に対してはノイズとなる。
そのため、タッチパネル400を液晶表示パネル600から電気的にシールドする必要があり透明導電層603がシールド電極として設けられている。シールド電極として機能するように、透明導電層603には定電圧がフレキシブルプリント基板71等から供給されており、例えば、接地電位とされている。
フレキシブルプリント基板71はタッチパネル400の電極が形成される面(以下、前面と呼ぶ)に形成された接続端子(図示せず)に接続されるが、透明導電層603が設けられる面(以下、裏面と呼ぶ)に接地電位等の電圧を供給するために導電部材80が設けられている。
なお、透明導電層603はノイズの影響を抑えるために、タッチパネル400に設けられた電極と同程度のシート抵抗値である150〜200Ω/□であることが望ましい。ITOから成る透明導電層603の抵抗値は、結晶粒の大きさに関係することが解っているが、透明導電層603を形成する際の熱処理温度を200℃以上とすることで、結晶化を進めてシート抵抗値を150〜200Ω/□とすることが可能である。
また、さらに低抵抗な透明導電層603とすることも可能である。例えば、熱処理温度を450℃として、透明導電層603の結晶化を十分に行うことで、シート抵抗値を30〜40Ω/□とすることも可能である。
シールド用の透明導電層603がタッチパネル400に設けられた電極に比較して同程度、または低抵抗であればノイズを抑える効果が向上する。
フレキシブルプリント基板71は、タッチパネル制御回路(図示せず)に接続されており、タッチパネル制御回路により入力位置の検出等が制御される。タッチパネル400の前面に設けられた電極とタッチパネル制御回路とは、フレキシブルプリント基板71を介して電気的に接続される。また、裏面に設けられた透明導電層603にも接地電位等の任意の電圧がフレキシブルプリント基板71を介して供給される。
フレキシブルプリント基板71はタッチパネル400の前面に設けられる入力端子と接続されるため、裏面に設けられた透明導電層603に入力端子から配線を設けて電気的に接続する必要が生じる。そのため、入力端子と並べて裏面接続パッドを設け、裏面接続パッドと裏面の透明導電層603を導電部材80で接続している。なお、裏面接続パッドの詳細は後述する。
図2に示すように、本実施例では、スペーサ30を基板620とタッチパネル400との間に挿入している。
液晶表示パネル600にタッチパネル400及びフロントウインドウ12を組み合わせたハイブリッド構造において、液晶表示パネル600の基板620のガラス強度が弱いという問題が生じる。
基板620では駆動回路50を搭載する領域が他方の基板630より突出しており1枚板の形状となっている。この駆動回路50の搭載領域で基板620が破損する不具合が生じる場合がある。そのため、基板620とタッチパネル400との間にスペーサ30を挿入し強度を向上させている。
次に、図3を用いて液晶表示パネル600について説明する。なお、図3は、液晶表示パネル600の基本構成を示すブロック図である。但し、図3では、液晶表示パネル600を説明するために、タッチパネル400については省略して示している。
前述したように、液晶表示装置は、液晶表示パネル600と、駆動回路50と、フレキシブルプリント基板72と、バックライト700から構成される。液晶表示パネル600の一辺には、駆動回路50が設けられており、この駆動回路50により液晶表示パネル600に各種信号が供給される。液晶表示パネル600には、駆動回路50に外部からの信号を供給するためのフレキシブルプリント基板72が電気的に接続されている。
液晶表示パネル600は、薄膜トランジスタ610、画素電極611、対向電極(コモン電極)615等が形成される基板620(以下、TFT基板とも呼ぶ)と、カラーフィルタ等が形成される基板630(以下、フィルタ基板とも呼ぶ)とを、所定の間隙を隔てて重ね合わせ、該両基板間の周縁部近傍に枠状に設けたシール材(図示せず)により、両基板を貼り合わせると共に、シール材の内側に液晶組成物を封入、封止し、さらに、両基板の外側に偏光板601、602(図2参照)を貼り付け、TFT基板620にフレキシブルプリント基板72を接続して構成される。
なお、本実施例は、対向電極615がTFT基板620に設けられる所謂横電界方式の液晶表示パネルにも、対向電極615がフィルタ基板630に設けられる所謂縦電界方式の液晶表示パネルにも同様に適用される。
図3においては、図中x方向に延在しy方向に並設される走査信号線(ゲート信号線とも呼ぶ)621と、y方向に延在しx方向に並設される映像信号線(ドレイン信号線とも呼ぶ)622とが設けられており、走査信号線621とドレイン信号線622とで囲まれる領域に画素部608が形成されている。
なお、液晶表示パネル600は多数の画素部608をマトリクス状に備えているが、図を解り易くするため、図3では画素部608を1つだけ示している。マトリクス状に配置された画素部608は表示領域609を形成し、各画素部608が表示画像の画素の役割をはたし、表示領域609に画像を表示する。
各画素部608の薄膜トランジスタ610は、ソースが画素電極611に接続され、ドレインが映像信号線622に接続され、ゲートが走査信号線621に接続される。この薄膜トランジスタ610は、画素電極611に表示電圧(階調電圧)を供給するためのスイッチとして機能する。
なお、ソース、ドレインの呼び方は、バイアスの関係で逆になることもあるが、ここでは、映像信号線622に接続される方をドレインと称する。また、画素電極611と対向電極615との間には液晶容量が形成される。
駆動回路50は、TFT基板620を構成する透明な絶縁基板(ガラス基板、樹脂基板等)に配置される。駆動回路50は走査信号線621と映像信号線622と対向電極信号線625に接続している。
TFT基板620には、フレキシブルプリント基板72が接続されている。また、フレキシブルプリント基板72にはコネクタ640が設けられている。コネクタ640は外部信号線と接続され外部からの信号が入力する。コネクタ640と駆動回路50の間には配線631が設けられており、外部からの信号は駆動回路50に入力する。
また、フレキシブルプリント基板72はバックライト700に定電圧を供給している。バックライト700は液晶表示装置600の光源として使用される。なお、バックライト700は液晶表示パネル600の裏面または前面に設けられるが、図3では図を簡潔にするため、液晶表示パネル600と並べて表示している。
液晶表示パネル600の外部に設けられた制御装置(図示せず)から送出された制御信号、および外部電源回路(図示せず)から供給される電源電圧が、コネクタ640、配線631を介して駆動回路50に入力する。
外部から駆動回路50に入力する信号は、クロック信号、ディスプレイタイミング信号、水平同期信号、垂直同期信号等の各制御信号および表示用デ−タ(R・G・B)、表示モード制御コマンドであり、入力した信号を基に、駆動回路50は液晶表示パネル600を駆動する。
駆動回路50は1チップの半導体集積回路(LSI)から構成され、走査信号線621への走査信号の出力回路と、映像信号線622への映像信号の出力回路と、対向電極信号線625への対向電極電圧(コモン電圧)を出力する出力回路とを有している。
駆動回路50は、内部で発生させる基準クロックに基づき、1水平走査時間毎に、順次液晶表示パネル600の各走査信号線621に“High”レベルの選択電圧(走査信号)を供給する。これにより、液晶表示パネル1の各走査信号線621に接続された複数の薄膜トランジスタ610が、1水平走査期間の間、映像信号線622と画素電極611との間を電気的に導通させる。
また、駆動回路50は画素が表示すべき階調に対応する階調電圧を映像信号線622に出力する。薄膜トランジスタ610がオン状態(導通)になると、映像信号線622から階調電圧(映像信号)が画素電極611に供給される。その後、薄膜トランジスタ610がオフ状態となることで画素が表示すべき映像に基づく階調電圧が画素電極611に保持される。
対向電極615には一定の対向電極電圧が印加されており、液晶表示パネル600は画素電極611と対向電極615との間の電位差により、間に挟まれた液晶分子の配向方向が変化し、光の透過率または反射率を変化させることで画像を表示する。
また、駆動回路50は交流化駆動を実施するため、対向電極信号線625に一定期間毎に極性が反転する対向電極電圧を出力するコモン反転駆動を行っている。
前述したように、これら液晶パネル600を駆動するための信号の変化が、タッチパネル400にはノイズとして検出される。よって、その対策が必要となった。特にタッチパネル400は液晶パネル600に表示される画像を基に利用者に入力を促す性質を有しており、液晶パネル600等の表示装置に重ねて設けられる必要があり、近接して重ねられる表示装置の発生するノイズの影響を強く受けることとなる。
次に、図4にタッチパネル400の概略図を示す。本実施例はタッチパネル400を縦長に使用する場合を示す。なお、表示パネルと重ねて使用するタッチパネルの外形は、表示パネルとほぼ同様の形状となる。表示パネルは一般に長方形であり、X方向かY方向のどちらかが長い場合が一般的である。
図4では、タッチパネル400に重ねて用いられる液晶表示パネル600も縦長の形状をしているものとする。
タッチパネル400では、透明基板としてガラス基板5を用い、ガラス基板5の片方の面(前面とも呼ぶ)にタッチパネル用電極1、2と、接続用端子7と、タッチパネル用電極1、2から接続用端子7までの配線6と、裏面接続パッド81とを配置する。直行するように配置した2種の電極の少なくとも交差部は絶縁膜で分離する。なお、ガラス基板5に代えて透明な樹脂基板を使用することも可能である。
タッチパネル用電極1、2は、ITOから成る透明導電膜で形成され、縦方向(図中Y方向)に延在し、横方向(X方向)に並列する電極をY電極1と呼ぶ。また、Y電極1に交差するように横方向(X方向)に延在し縦方向(Y方向)に並列して形成される電極をX電極2と呼ぶ。これらY電極1とX電極2の静電容量の変化を検出し、タッチされた位置を算出する。符号3で示す点線内部の検出可能な領域を入力用領域と呼ぶ。
タッチパネル400に設けられたY電極1とX電極2の両端には、後述する発振回路が接続される。そのため、入力用領域3の外周に配線6が形成され、タッチパネル400の一辺に並列して形成された接続用端子7に接続されている。接続用端子7と並んで裏面接続パッド81が設けられ、ガラス基板5の裏面に設けられた透明導電層603と後述する導電部材80を介して電気的に接続される。
接続用端子7に並んで他に、裏面用接続端子82とダミー接続端子83とが設けられている。また、裏面接続パッド81は接続用端子7に比較して面積が大きく形成されて導電部材80の接続作業が容易になっている。また、ダミー接続端子83を設けることで、端子同士の短絡を防止可能となっている。符号84は裏面用接続端子82と裏面接続パッド81とを電気的に接続する配線で、他の配線6と同様の工程で形成可能である。
次に、各Y電極1、X電極2について説明する。各Y電極1、X電極2ともに交差部1aおよび2aで幅が狭くなっており、2つの交差部1aまたは2aに挟まれた電極部1bおよび2bで幅が広くなっている。この交差部1aまたは2aに挟まれた電極部1bおよび2bを個別電極とも呼ぶ。
図4では、タッチパネル400のY電極1の個別電極1bの幅を減少させている。すなわち、Y電極1の個別電極1bの数に対して、X電極2の個別電極2bの数の比に対応させて、Y電極1は面積を縮小しており、個別電極1aと浮遊電位の電極(ダミー電極)4とに分離している。
そのため、縦長の形状に従って電極の面積が大きくなっていたY電極1の面積を縮小して、1ライン上の容量をX電極2とほぼ等しくし、液晶表示パネル600から発生する信号電圧の変動によるノイズをY電極1とX電極2とで同等とした。
前述したように、タッチパネル400の裏面には透明導電層603が設けられており、液晶表示パネル600からのノイズの影響を抑えている。しかしながら、透明導電層603を設けた場合でも、すくなからず液晶表示パネル600からのノイズの影響が問題となる場合がある。
従来技術では、X方向および、Y方向の各1ライン上の個別電極は同等のサイズであるが、X方向の電極と、Y方向の電極では1ラインの長さが異なることから個別電極数が異なる。そのため、1ラインの容量がX方向とY方向とで異なる。例として縦長のタッチパネルの場合、Y方向に平行に配置するY電極の1ライン分の容量は、X方向に平行に配置するX電極の1ライン分の容量よりも大きくなる。
従って、X方向とY方向で電極1ライン上の容量が異なる従来技術のタッチパネルでは、X方向とY方向でノイズ強度が異なる。すなわち、従来技術のタッチパネルでは、X方向とY方向でS/N比が異なることとなる。S/N比が異なることによって、タッチパネル全体の検出感度としては、低いほうのS/N比で規定されてしまう問題があった。
本実施例では、上記問題を解決し、S/N比が大きく検出感度の良い入力装置を提供することが可能となる。個別電極1bを分割して面積を縮小し、浮遊電極4を形成すると、対地容量を削減できるため、ノイズレベルを下げることができる。
図4に示す電極では、浮遊電極4を配置しなかった場合、隣接するY電極1とX電極2との間隔8が広くなる。前述したようにY電極1とX電極2とは透明導電膜によって形成されるが、この間隔8には、絶縁膜とガラス基板とが形成されて、透明導電膜が無い領域となる。透過率、反射率及び反射光の色度に関し、透明導電膜がある部分と無い部分とで差が生じるために、間隔8が肉眼で見えてしまい、表示する画像の品質を下げる。
我々の検討では、間隔8が30μmの場合は間隔は薄く見え、20μmではほぼ見えなくなった。また10μmでは見えない結果となった。間隔8を狭くしていくと、浮遊電極4を介し隣接するY電極1とX電極2との間の容量が増大する。また、間隔8を狭くすることにより、工程中の異物付着などに起因するパターン形成異常からY電極1またはX電極2と浮遊電極4がショートする不良が増加する。
Y電極1の個別電極1bと隣接する浮遊電極4がショートすると、該当するY電極1ライン分の対地容量が増加しノイズが増え、検出感度が低下する不具合が生じる。ショートした際に、増加する容量を低減するため、図4のように浮遊電極4は4分割とした。より細かく細分化した場合はショート不良の懸念が低下するが、該当領域に透明導電膜の無い領域が増えるため、隣接する電極との透過率、反射率および色度の差が生じ増加する懸念がある。そのため、前述のとおり浮遊電極4は4分割とし、相互の電極間隔は30μmより狭く20μm程度とした。
本実施例では縦長の液晶表示パネル600に重ねて使用する場合を示したが、横長の液晶表示装置、もしくは他の方式の画像表示装置に重ねる場合でも、本発明の効果は変わらない。また、浮遊電極の分割数も4分割に限定するものでもない。
次に、図5を用いて、本実施例のタッチパネル400における、座標位置検出方法について説明する。
本実施例では、複数のY電極1と、複数のX電極2の中の1つを選択し、選択した電極と、発振回路RIOとで、リングオシレータを構成する。このリングオシレータでは、電極の抵抗と、指タッチによる付加容量からなる時定数に依存して、出力クロックの周波数が低下するので、この発振周波数の低下を検出して指タッチの情報を得ることができる。ここで、発振回路RIOは、奇数個のインバータで構成する。
図7に示すように、リングオシレータの発振周波数の低下の検出は、予め基準クロック生成回路BAOで基準クロックを生成しておき、この基準クロックとリングオシレータの出力クロックとを位相周波数比較器PFDを用いて比較する。なお、位相周波数比較器PFDは、例えば、排他的論理和回路で構成することができる。
図6、図8に示すように、基準クロックの周波数fは、指タッチなしのときのリングオシレータの出力クロックの発振周波数fよりも低く、且つ、指タッチがあるときのリングオシレータの出力クロックの発振周波数fよりも高く設定しておく。
図9に示すように、位相周波数比較器PFDは、基準クロックの周波数fとリングオシレータの出力クロックの発振周波数fとを比較し、基準クロックの周波数fよりも、リングオシレータの出力クロックの発振周波数fが高いときは、指タッチはないのでLowレベルの信号パルスを出力する。
一方、基準クロックの周波数fよりも、リングオシレータの出力クロックの発振周波数fが低いときは指タッチがあるので、検出した容量に応じて、Highレベルとなる信号パルスを出力する。
この位相周波数比較器PFDが出力する信号パルスは、指タッチによるリングオシレータの発振周波数の低下の度合いが大きいほど、Highレベルのパルス幅が長い信号パルスとなるため、このHighレベル期間、カウンタCNTでクロックCKを計測することで、間接的に検出した容量値を得ることができる。
位相周波数比較器PFD、前述した一連の検出処理を、複数のY電極1と複数のX電極2のそれぞれの電極に順次実施することで、各電極が検出した指タッチによる容量の分布をカウンタCNTのカウント値のヒストグラムとして得ることができる。
演算回路EZAは、得られたカウント値のヒストグラムから、タッチパネル400のX方向とY方向の重心を計算し、指タッチ座標を演算する。
タッチパネル400への指タッチによる付加容量と、Y電極1及びX電極2の各電極の両端の抵抗からなる時定数により、リングオシレータの出力クロックの発振周波数は決定される。そのため、Y電極1及びX電極2の各電極を形成する透明導電膜を薄くして抵抗値を高くしてもよい。これにより、タッチパネル400の透過率を向上させることができる。
前述した一連の検出処理を、複数のX電極2のそれぞれの電極に順次実施するための構成の一例を図10に示す。
図10では、複数のX電極2の両端をスイッチ素子SWを介して接地するとともに、ゲート回路TGを介して発振回路RIOに接続する。そして、TA1〜TA7の各端子に、順次Lowレベルの選択電圧を入力することにより、複数のX電極2の中の一つ電極を選択し、当該選択した電極の両端を発振回路RIOに接続する。また、電極を選択しない場合には、Highレベルの選択電圧をTA1〜TA7の各端子に入力することにより、スイッチ素子SWをオンとして、選択しない電極の両端を接地電位に接続する。
なお、図7に示す発振回路RIO、位相周波数比較器PFD、演算回路EZA、基準クロック生成回路BAO、カウンタCNT、図10に示すスイッチ素子SW、ゲート回路TGは、前述したタッチパネル制御回路(図示せず)内に設けられる。
次に、図11を用いて前面保護板12について説明する。図11は、前面保護板12をタッチパネル400側から見た概略斜視図である。前面保護板12には凹部612が形成されタッチパネル400が収納可能となっている。また、周辺部614は凹部612よりも厚く形成されており、周辺部614では十分な強度を確保している。また、周辺部614の一部に溝613を形成して、フレキシブルプリント基板71が凹部614から外部に向け延在可能となっている。
この前面保護板12に設けた凹部612は、前面保護板12を削ることで形成可能である。また、筺体等に固定する前面保護板12の周辺部614の厚みは厚い方が装置落下等の強度に強く,アクリルの場合0.7mm〜1.0mm,ガラスの場合0.5mm〜1.0mmが望ましい。
しかし、タッチパネル400にとっては操作面の上につけるものが厚いと指で操作する時の感度が落ちるため薄くするのが望ましく、凹部614の厚さは、アクリルの場合は0.5mm以下、ガラスの場合0.8mm以下が望ましい。
次に、図12に透明導電層603と裏面接続パッド81とを接続する様子を示す。図12(a)はタッチパネル400の概略平面図で、図12(b)はその概略側面図である。図12では透明導電層603と裏面接続パッド81の接続を説明するため簡略化して示している。タッチパネル400にはガラス基板5の前面に入力用領域3が形成されている。また前面には裏面用接続端子82が形成され、裏面用接続端子82は図示しないフレキシブルプリント基板71に接続される。裏面用接続端子82から裏面接続パッド81の間は、配線84を介して接続される。なお、配線84は裏面用接続端子82と裏面接続パッド81と一体に形成されている。
裏面接続パッド81と透明導電層603とは、導電部材80として導電性テープ(以下、導電性テープも符号80で示す)を介して接続される。導電性テープ80は樹脂性の基材に銅箔で配線が形成されており、銅箔の片面に粒径4μmの導電ビーズを含む異方性導電膜が貼られている。導電性テープ80は一端が裏面接続パッド81と、他端が透明導電層603に貼り付けられる。貼り付け後ホットピンセット等で導電性テープ80は加熱圧着される。図12では、タッチパネル400の接続用端子7を設けた側の辺の左右2箇所で導電性テープ80を接続している。
フレキシブルプリント基板より安価な導電性テープ80を用い、一般工具であるホットピンセット等で加熱圧着することによりコスト低減できる。また、ホットピンセットによる作業では、裏面圧着に際しタッチパネル400をひっくり返す必要が無く、タッチパネル400の電極面を傷つけたり、汚したりする可能性を少なくできる。
次に、本発明によるタッチパネルの製造方法を図13から図17を用いて説明する。図4のB-B'切断線に沿った各プロセス段階の断面概略を各図の(a)に示す。同様に図4のC−C’切断線に沿った各プロセス段階の断面概略を各図の(b)に示す。
まず、図13を用い第1の工程を説明する。図13に示す工程では、ガラス基板5上に第1のITO膜(Indium Tin Oxide)を約15nmの厚さで成膜した後、銀合金を約200nm成膜する。
ホトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成し、銀合金膜をパターニングする。次にレジストを剥離除去し、ホトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成し第1のITO膜をパターニングする。
その後、レジストを剥離除去して、図13に示すようにパターンニングされたITO膜14と銀合金膜15を形成する。
銀合金膜15は不透明であるため、視認されることを避けるために、後で重ねる液晶表示パネル600の表示領域に掛かる部分からは除去し、銀合金膜15は周辺配線パターン6のみに形成する。
次に、図14を用い第2の工程を説明する。第1のITO膜14と銀合金膜15のパターンを形成した基板上に感光性の層間絶縁膜16を塗布しホトリソグラフィ技術でパターニング加工する。層間絶縁膜16はSiOを主成分とする膜を1μm以上塗布するのが望ましい。図14(b)に示すように、周辺部にはコンタクトホール17を設ける。また、外部駆動回路との接続に使用する接続部7では層間絶縁膜パターン16を除去する。
次に、図15を用いて第3の工程を説明する。第2のITO膜を約30nm成膜し、ホトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成し第2のITO膜をパターニングする。その後レジストを剥離除去して、図15に示すように、第2のITO膜18を形成する。
次に、図16を用いて第4の工程を説明する。第2の工程で用いた絶縁膜と同じ膜を最上層保護膜19として再度基板上に塗布する。ホトリソグラフィ工程で最上層保護膜19にパターンを形成する。
次に、図17を用いて第5の工程を説明する。第5の工程では、ガラス基板5の裏面に透明導電層603としてITO膜を成膜する。この時、ガラス基板5の前面は周辺部にマスクを形成する。裏面にITOを成膜する際、ガラス基板5の縁を回りこみITOが前面側にも付着する恐れがある。そのため、マスクによってガラス基板5の前面の周辺部を保護する必要がある。以上の工程をもってタッチパネル400が形成される。
なお、ガラス基板5の裏面に形成する透明導電層603として、ITO膜に代えて、例えば、ITO付きペットフィルム等の導電性で透明なものを使用してもよい。
次に、図18ないし図20を用いて本発明の実施例のタッチパネルの変形例について説明する。なお、図18は、本発明の実施例のタッチパネルの変形例の概略構成を示す平面図であり、図19は、図18のA−A’線に沿った断面構造を示す断面図、図20は、図18のB−B’線に沿った断面構造を示す断面図である。
図18に示すタッチパネル400においても、第1の方向(例えばX方向)に延在し、前記第1の方向と交差する第2の方向(例えばY方向)に所定の配列ピッチで並設される複数のX電極2と、このX電極2と交差して前記第2の方向に延在し、前記第1の方向に所定の配列ピッチで並設される複数のY電極1とを有している。
複数のX電極2の各々は、交差部2aと、この交差部2aの幅よりも広い幅の電極部2bとで構成される。複数のX電極2の各々は、ガラス基板5の観察者側の面上に配置される。複数のX電極2は、層間絶縁膜16と、その上層に形成された最上層保護膜19で覆われている。なお、ガラス基板5に代えて、例えば、透明な絶縁性基板を使用してもよい。
複数のY電極1の各々は、交差部1aと、この交差部1aの幅よりも広い幅の電極部1bとで構成される。複数のY電極1の各々の電極部1bは、X電極2と同層にX電極2とは分離して形成されている。即ち、複数のY電極1の各々の電極部1bは、X電極2と同様に、ガラス基板5の観察者側の面上に配置される。そして、複数のY電極1の電極部1bは、層間絶縁膜16と、その上層に形成された最上層保護膜19で覆われている。
複数のY電極1の各々の交差部1aは、ガラス基板5の観察者側の面上に形成された層間絶縁膜16上に配置され、その上層に形成された最上層保護膜19で覆われている。
Y電極1の交差部1aは、X電極2の交差部2aと平面的に交差し、この交差部2aを挟んで隣り合う2つの電極部1bに、層間絶縁膜16に形成されたコンタクトホール17aを介してそれぞれ電気的にかつ機械的に接続されている。
タッチパネル400は、複数の電極1Y及び1Xが配置された中央領域と、この中央領域の周囲に配置された周辺領域とを有している。タッチパネル400の周辺領域には、図15に示すように、複数の電極1Y、複数のX電極2の各々と電気的に接続された複数の周辺配線6が配置されている。なお、Y電極1とX電極2は、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)で形成されている。
次に、図18に示すタッチパネル400の製造方法について説明する。
まず、ガラス基板5の観察者側の面上に、第1のITO膜(Indium Tin Oxide)を成膜した後、銀合金膜を成膜する。
次に、ホトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成し、銀合金膜をパターニングする。次にレジストを剥離除去し、ホトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成し第1のITO膜をパターニングする。
その後、レジストを剥離除去して、図18に示すようにパターンニングされたY電極の電極部1bと、X電極2の交差部1a及び電極部1bと、周辺配線6を形成する。
次に、Y電極の電極部1bと、X電極2の交差部1a及び電極部1bと、周辺配線6を形成した基板上に感光性の層間絶縁膜16を塗布しホトリソグラフィ技術でパターニング加工する。ここで、層間絶縁膜16には、コンタクトホール17を設ける。また、外部駆動回路との接続に使用する接続部7では層間絶縁膜16を除去する。
次に、ガラス基板5上に第2のITO膜を成膜し、ホトリソグラフィ工程でレジストパターンを形成し第2のITO膜をパターニングする。その後レジストを剥離除去して、図18に示すように、Y電極1の交差部1aを形成する。この工程において、Y電極1の交差部1aは、コンタクトホール17内のITOを介してY電極1の電極部1bと接続される。
次に、先の工程で用いた絶縁膜と同じ膜を最上層保護膜19として再度基板上に塗布する。ホトリソグラフィ工程で最上層保護膜19にパターンを形成する。
最後に、ガラス基板5の裏面に透明導電層603としてITO膜を成膜する。
なお、図18〜図20では、Y電極1の電極部1bと、X電極2の交差部2aと電極部2b、周辺配線6とをガラス基板5上に同層で形成した例について説明したが、Y電極1の電極部1bと、X電極2の交差部2aと電極部2bとを層間絶縁膜16上に形成し、
Y電極1の交差部1aと、周辺配線6とをガラス基板5上に形成するようにしてもよい。
さらに、図18〜図20では、Y電極1の電極部1bと、X電極2の電極部2bの個数は同数であるため、それぞれの電極部(1b、2b)の幅は同じであるが、Y電極1の電極部1bと、X電極2の電極部2bの個数が異なる場合、例えば、Y電極1の電極部1bが、X電極2の電極部2bの個数より多い場合には、図4に示すように、Y電極1の電極部1bの幅を減少させてもよい。すなわち、Y電極1の個別電極1bの数に対する、X電極2の個別電極2bの数の比に対応させて、Y電極1は面積を縮小させ、個別電極1aと浮遊電位の電極(ダミー電極)4とに分離してもよい。
以上述べたように、本実施例によれば、画像情報、文字情報の表示装置用の静電容量結合式入力装置において、検出感度に優れたタッチパネルを生産することが可能となる。
なお、本発明は、入力検出領域の形状、個別電極の形状に制限されるものではない。また実施例では直行するX方向および、Y方向の電極について記述しているが、入力位置の検出に用いる電極ライン間のS/N比の向上を目的としたものであれば、斜めに交差するものや並走する長さの異なる電極間の容量にも有効である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
本発明の実施例のタッチパネル付き表示装置の概略構成を示す平面図である。 図1のA−A’切断線に沿った断面構造を示す断面図である。 本発明の実施例の液晶表示パネルの基本構成を示すブロック図である。 本発明の実施例のタッチパネルの概略構成を示す平面図である。 本発明の実施例のタッチパネルの座標位置検出方法を説明するための図である。 本発明の実施例のタッチパネルの座標位置検出部の回路構成を示す図である。 本発明の実施例のタッチパネルにおける、指タッチ時と、指タッチがない時のリングオシレータの出力クロックの発振周波数を示す図である。 本発明の実施例のタッチパネルにおける、指タッチ時と、指タッチがない時のリングオシレータの出力クロックの発振周波数を示す図である。 本発明の実施例のタッチパネルにおける、指タッチ時と、指タッチがない時の位相周波数比較器の出力パルスを説明するための図である。 本発明の実施例のタッチパネルにおける、X電極およびY電極を順次発振回路に接続するための一例を説明するための図である。 本発明の実施例の前面パネルの概略構成を示す斜視図である。 本発明の実施例のタッチパネルの概略構成を示す平面図と断面図である。 本発明の実施例のタッチパネルの製造方法の第1の工程の説明するための断面図である。 本発明の実施例のタッチパネルの製造方法の第2の工程の説明するための断面図である。 本発明の実施例のタッチパネルの製造方法の第3の工程の説明するための断面図である。 本発明の実施例のタッチパネルの製造方法の第4の工程の説明するための断面図である。 本発明の実施例のタッチパネル製造方法の第5の工程の説明するための断面図である。 本発明の実施例のタッチパネルの変形例の概略構成を示す平面図である。 図18のA−A’線に沿った断面構造を示す断面図である。 図18のB−B’線に沿った断面構造を示す断面図である。
符号の説明
1 Y電極
1a,2a 交差部
1b,2b 電極部
2 X電極
3 入力用領域
4 浮遊電極
5 ガラス基板
6 配線
7 接続用端子
8 間隔
12 前面保護板
14 第1のITO膜
15 銀合金膜
16 層間絶縁膜
17 コンタクトホール
18 第2のITO膜
19 最上層保護膜
30 スペーサ
50 駆動回路
71,72 フレキシブルプリント基板
80 導電部材
81 裏面接続パッド
82 裏面用接続端子
83 ダミー接続端子
84 配線
300 表示装置
400 タッチパネル
501 第1の接着材
502 第2の接着材
600 液晶表示パネル
601,602 偏光板
603 透明導電層
608 画素部
609 表示領域
610 薄膜トランジスタ
611 画素電極
612 凹部
613 溝
614 周辺部
615 対向電極(コモン電極)
620,630 基板
621 走査信号線(ゲート信号線)
622 映像信号線(ドレイン信号線)
625 対向電極信号線
631 配線
640 コネクタ
700 バックライト、
RIO 発振回路
BAO 基準クロック生成回路
PFD 位相周波数比較器
CNT カウンタ
EZA 演算回路
SW スイッチ素子
TG ゲート回路

Claims (10)

  1. 表示パネルと、
    前記表示パネルに重ねて配置された静電容量結合方式のタッチパネルと、
    観察者の指の前記静電容量結合方式のタッチパネルへのタッチ位置を演算する座標位置検出回路とを備え、
    前記静電容量結合方式のタッチパネルは、複数のX電極と、前記X電極と交差する複数のY電極とを有し、
    前記X電極と前記Y電極とは、互いに重なり合う交差部と、2つの交差部間に形成された電極部とを有し、
    前記座標位置検出回路は、基準クロックを生成する基準クロック生成回路と、
    前記複数のX電極及び前記複数のY電極のそれぞれの電極の両端に、発振回路を接続するスイッチ回路と、
    前記複数のX電極及び前記複数のY電極のそれぞれの電極と前記発振回路とで構成されるリングオシレータの発振周波数と、前記基準クロックの周波数との差に応じて前記観察者の指の前記静電容量結合方式のタッチパネルへのタッチ位置を演算する演算回路とを有することを特徴とする表示装置。
  2. 前記座標位置検出回路は、前記リングオシレータの出力と、前記基準クロックとを比較する位相周波数比較器を有し、
    前記位相周波数比較器は、前記リングオシレータの発振周波数が、前記基準クロックの周波数よりも低いときに、出力信号を出力し、
    前記出力信号の期間は、前記リングオシレータの発振周波数と、前記基準クロックの周波数との差が大きい程、長いことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記位相周波数比較器から出力される出力信号の期間をカウントするカウンタを有し、
    前記スイッチ回路は、前記複数のX電極及び前記複数のY電極のそれぞれの電極の両端に、順次発振回路を接続し、
    前記演算回路は、前記複数のX電極毎のカウント値のヒストグラムに基づき前記静電容量結合方式のタッチパネルのY方向の重心と、前記複数のY電極毎のカウント値のヒストグラムに基づき前記静電容量結合方式のタッチパネルのX方向の重心とを求め、前記観察者の指の前記静電容量結合方式のタッチパネルへのタッチ位置を演算することを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記静電容量結合方式のタッチパネルに重ねて配置された前面パネルを備えることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  5. 前記前面パネルに凹部を形成して、前記凹部に前記静電容量結合方式のタッチパネルを収納することを特徴とする請求項4に記載の表示装置。
  6. 前記Y電極の電極部の面積は前記X電極の電極部の面積よりも小さく、前記X電極またはY電極の電極部に近接してダミー電極が形成されたことを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  7. 前記X電極の電極部と、前記Y電極の電極部とは、同層に形成されることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  8. 前記表示パネルは、長辺と短辺とを有し、
    前記Y電極は、前記長辺に沿って形成され、
    前記X電極は前記短辺に沿って形成されることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  9. 前記静電容量結合方式のタッチパネルは、前記複数のX電極のそれぞれの電極の両端に接続される複数のX電極信号配線と、
    前記複数のY電極のそれぞれの電極の両端に接続される複数のY電極信号配線と、
    前記複数のX電極信号配線および前記複数のY電極信号配線と接続部で接続されるフレキシブル基板とを有することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  10. 前記座標位置検出回路は、前記フレキシブル基板を介して、前記複数のX電極及び前記複数のY電極のそれぞれの電極と接続されていることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
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