JP2014178847A - タッチパネル内蔵型表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネルを内蔵させることにより、従来よりも薄くすることができるタッチパネル内蔵型表示装置を提供することにある。
【解決手段】タッチパネル内蔵型表示装置は、第１基板１０と、第２基板１２と、第１基板１０及び第２基板１２の間に形成された複数の画素電極３０と、第１基板１０及び第２基板１２の間に形成された複数のコモン電極３４と、第１基板１０に形成された複数の検出電極３８と、を有する。複数の画素電極３０及び複数のコモン電極３４の間に生じる電界を利用した光の制御で画像を表示する。いずれかの検出電極３８及びいずれかのコモン電極３４の間に形成される電界を遮る物質の有無による静電容量の差によってタッチの有無を検出する。それぞれの検出電極３８は、貫通穴３８ａを有する。
【選択図】図４

Description

本発明は、タッチパネル内蔵型表示装置に関する。

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、静電容量接合方式のタッチパネルが知られており、一般的な静電容量接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（特許文献１参照）。

特開２００６−１４６８９５号公報

タッチパネル付き表示パネルでは、一般的に、画像、文字情報を表示する表示パネルの表示領域面上にタッチパネルを重ねて使用されるが、従来のタッチパネル付き表示パネルでは、タッチパネルと、表示パネルをそれぞれ別々に製造し、重ねて組み合わせて最終製品としている。そのため、従来のタッチパネル付き表示パネルでは、別々に製造したタッチパネルと、表示パネルを積み重ねる必要があるため、タッチパネル付き表示パネルが厚くなるという問題があった。

本発明の目的は、タッチパネルを内蔵させることにより、従来よりも薄くすることができるタッチパネル内蔵型表示装置を提供することにある。

（１）本発明に係るタッチパネル内蔵型表示装置は、第１基板と、第２基板と、前記第１基板及び前記第２基板の間に形成された複数の画素電極と、前記第１基板及び前記第２基板の間に形成された複数のコモン電極と、前記第１基板に形成された複数の検出電極と、を有し、前記複数の画素電極及び前記複数のコモン電極の間に生じる電界を利用した光の制御で画像を表示し、いずれかの前記検出電極及びいずれかの前記コモン電極の間に形成される電界を遮る物質の有無による静電容量の差によってタッチの有無を検出し、それぞれの前記検出電極は、貫通穴を有することを特徴とする。本発明によれば、タッチパネルを内蔵しているので、従来のタッチパネル付き表示装置よりも薄くなっている。また、検出電極は、貫通穴を有しているのでエッジが多くなる。そのため、検出電極及びコモン電極の対向領域に形成される電界が減少し、両者の外側から回り込むフリンジ電界が増加する。タッチの有無を検出するにはフリンジ電界が使用される。したがって、フリンジ電界が増加することで、検出感度を向上させることができる。

（２）（１）に記載されたタッチパネル内蔵型表示装置において、前記貫通穴の内側に、電気的にフローティング状態のランド部を有することを特徴としてもよい。

（３）（１）又は（２）に記載されたタッチパネル内蔵型表示装置において、前記複数の検出電極は、隣同士の間隔をあけて配列され、隣同士の前記検出電極の間に、電気的にフローティング状態のダミー電極を有し、前記ダミー電極は、ダミー貫通穴を有することを特徴としてもよい。

（４）（３）に記載されたタッチパネル内蔵型表示装置において、前記ダミー貫通穴の内側に、電気的にフローティング状態のダミーランド部を有することを特徴としてもよい。

（５）（１）から（４）のいずれか１項に記載されたタッチパネル内蔵型表示装置において、前記複数のコモン電極は、横方向に延びて隣同士が縦方向に並び、前記複数の検出電極は、前記縦方向に延びて隣同士が前記横方向に並ぶことを特徴としてもよい。

本発明の実施形態に係るタッチパネル内蔵型表示装置の断面図である。 本発明の実施形態に係るタッチパネル内蔵型表示装置の主要部の分解斜視図である。 表示パネルに画像を表示するための回路を示す図である。 検出電極の詳細を示す平面図である。 検出電極とコモン電極との間に形成される電界を示す図である。 タッチの有無を検出する作用を説明するための図である。 タッチの有無による容量の変化について実施例と従来例を比較する図である。 本実施形態の変形例１を示す図である。 本実施形態の変形例２を示す図である。 本実施形態の変形例３を示す図である。

図１は、本発明の実施形態に係るタッチパネル内蔵型表示装置の断面図である。図２は、本発明の実施形態に係るタッチパネル内蔵型表示装置の主要部の分解斜視図である。以下の説明は、液晶表示装置に本発明を適用した例であるが、液晶表示装置以外の表示装置（例えばＥＬ（Electro Luminescence）表示装置）に本発明を適用することも可能である。

タッチパネル内蔵型表示装置は、第１基板１０及び第２基板１２を有する。第１基板１０及び第２基板１２の間に液晶材料１４が配置されている。第１基板１０及び第２基板１２との間であって液晶材料１４を挟む位置にそれぞれ配向膜１６が形成されている。

第１基板１０は、光透過性材料（例えばガラス）からなる。第１基板１０は、カラーフィルタ基板であり、図示を省略した着色層及びブラックマトリクスが形成されている。第１基板１０には、配向膜１６が形成されている。配向膜１６は、図示を省略した着色層及びブラックマトリクスの上に形成される。

第２基板１２は、光透過性材料（例えばガラス）からなる。第２基板１２は、薄膜トランジスタ１８（Thin Film Transistor）が形成されていることからＴＦＴ基板ともよばれる。薄膜トランジスタ１８は、ポリシリコンなどの半導体膜２０と、半導体膜２０を覆うゲート絶縁膜２２と、ゲート絶縁膜２２を介して半導体膜２０の上方に配置されたゲート電極２４と、ゲート絶縁膜２２を貫通して半導体膜２０に電気的に接続するソース電極２６及びドレイン電極２８と、を含む。

ソース電極２６及びドレイン電極２８の一方は、画素電極３０に電気的に接続されている。また、絶縁膜３２を介して画素電極３０とは異なる層位置にコモン電極３４が形成されている。図１の例では、コモン電極３４の上方（第２基板１２から離れた側）に画素電極３０が位置しているが、上下逆の配置であってもよい。

以上の部品から液晶表示パネル３６が構成される。複数の画素電極３０及び複数のコモン電極３４の間に生じる電界を利用した光の制御で画像を表示する。本実施形態では、画素電極３０及びコモン電極３４の間に形成される電界で液晶材料１４を駆動する。画素電極３０及びコモン電極３４は第２基板１２に形成されているので、画素電極３０及びコモン電極３４の間に形成される電界は横電界である。あるいは、画素電極３０を第２基板１２に形成し、コモン電極３４を第１基板１０に形成し、縦電界によって液晶材料１４を駆動してもよい。いずれの構成であっても、画素電極３０及びコモン電極３４は、第１基板１０及び第２基板１２の間に配置される。

タッチパネル内蔵型表示装置は、第１基板１０に形成された検出電極３８を有する。図１の例では、第１基板１０の、液晶材料１４とは反対側の面に検出電極３８が配置されている。図２に示すように、複数のコモン電極３４が、横方向に延びて隣同士が縦方向に並ぶ。

検出電極３８及びコモン電極３４の間に形成される電界を遮る物質の有無による静電容量の差によってタッチの有無を検出する。詳しくは、検出電極３８とコモン電極３４にそれぞれ異なる電圧を印加して両者間（詳しくは対向領域の外側）に電界（フリンジ電界）を形成する。検出電極３８及びコモン電極３４の間に形成される電界を遮る物質（例えば指４０）の有無による静電容量の差によってタッチの有無を検出する。つまり、第１基板１０、検出電極３８及びコモン電極３４によってタッチパネル４２が構成される。タッチパネル４２には、粘着層４４を介してフロントパネル４６が貼り付けられて補強されている。

本実施形態によれば、タッチパネル４２が内蔵されているので、装置を従来よりも薄くすることができる。また、液晶表示パネル３６及びタッチパネル４２は、第１基板１０を共有するので、両者の重ね合わせずれ対策が必要ない。

第１基板１０は、長方形の平面形状を有し、長辺に沿った縦方向に複数の検出電極３８が延びている。第１基板１０には、検出電極３８と外部との電気的接続のためにフレキシブル配線基板４８が取り付けられている。第２基板１２には、液晶の駆動回路を内蔵する集積回路チップ５０が搭載されており、外部との電気的接続のためにフレキシブル配線基板５２が取り付けられている。

図３は、液晶表示パネル３６に画像を表示するための回路を示す図である。画像表示領域５６には画素電極３０が形成されている。複数の画素電極３０によって画素が形成されるので、複数の画素電極３０を囲む領域が画像表示領域５６である。画像表示領域５６には、コモン電極３４が形成されている。コモン電極３４は基準電位（例えばＧＮＤ）に設定され、画素電極３０には、画素の明るさに応じた電圧が印加される。画素電極３０とコモン電極３４の間に生じる電界を利用した光の制御（例えば液晶材料１４の駆動）で画像が表示される。

コモン電極３４は共通配線５８に電気的に接続し、画素電極３０は、信号線６０に電気的に接続されている。画素電極３０と信号線６０との間にスイッチング素子６２（例えば図１に示す薄膜トランジスタ１８）が接続されており、画素電極３０と信号線６０の電気的な導通及び遮断を行えるようになっている。スイッチング素子６２は、図示しない走査回路から引き出された走査線６４に接続されており、走査線６４に入力される走査信号によって駆動（オン／オフ）される。

図４は、検出電極３８の詳細を示す平面図である。複数の検出電極３８は、縦方向に延びて隣同士が横方向に並ぶ。なお、破線で示す複数のコモン電極３４は、横方向に延びて隣同士が縦方向に並ぶ。複数の検出電極３８は、隣同士の間隔をあけて配列されている。間隔をあけることでフリンジ電界を大きくすることができる。検出電極３８は、貫通穴３８ａを有する。検出電極３８は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの可視光の透過率が高い導電材料から形成されているが、膜厚が厚くなると外部から視認されやすい。そこで、検出電極３８に貫通穴３８ａを形成することで、検出電極３８を視認しにくくして、画像を見やすくしてある。

隣同士の検出電極３８の間に、ダミー電極５４が配置されている。検出電極３８とダミー電極５４の間には隙間があいている。図４の例では、隣同士の検出電極３８の間に、その間隔方向に間隔を相互にあけて複数のダミー電極５４が並んでいる。また、検出電極３８が延びる方向（縦方向）にも、間隔をあけて複数のダミー電極５４が並んでいる。ダミー電極５４は検出電極３８と同じ材料で形成する。ダミー電極５４を検出電極３８の間に配置することでも、検出電極３８を視認しにくくすることができ、これにより画像を見やすくすることができる。

ダミー電極５４は電気的にフローティング状態である。つまり、ダミー電極５４は、ＧＮＤなどの基準電位に接続されることもなく、検出電極３８や他の配線にも接続されない。ただし、必要に応じて、ダミー電極５４をＧＮＤなどの基準電位に接続してもよい。複数のダミー電極５４が隣同士の間隔をあけて配列されている。ダミー電極５４は、ダミー貫通穴５４ａを有する。ダミー電極５４を配置することで、導電体の存在しない領域が狭くなるのでフリンジ電界が小さくなるが、ダミー貫通穴５４ａを形成するのでフリンジ電界の減少量は少ない。また、ダミー貫通穴５４ａを形成することで、ダミー電極５４が視認しにくくなり、画像が見やすくなる。

図５は、検出電極３８とコモン電極３４との間に形成される電界を示す図である。検出電極３８とコモン電極３４との対向領域（対向面の間）には、電気力線で示すように電界（通常電界）が生じる。また、検出電極３８とコモン電極３４との対向領域を避けて、電気力線で示すようにフリンジ電界が生じる。フリンジ電界は、検出電極３８のエッジとコモン電極３４の間に多く分布する。検出電極３８は、貫通穴３８ａを有しているのでエッジが多くなる。そのため、検出電極３８及びコモン電極３４の対向領域に形成される通常電界が減少し、両者の外側から回り込むフリンジ電界が増加する。

図６は、タッチの有無を検出する作用を説明するための図である。タッチの有無を検出するにはフリンジ電界が使用される。例えば、指によるタッチがあると、指４０がＧＮＤになってフリンジ電界を遮蔽する。これにより、検出電極３８とコモン電極３４の間に形成される容量が減少するので、その減少（容量差）を検出することでタッチの有無を検出することができる。

本実施形態では、上述したように、検出電極３８に貫通穴３８ａが形成されているので、フリンジ電界が増加している。タッチがあると、増加したフリンジ電界が遮蔽されるので、大きく容量が減少する。したがって、タッチの検出感度を向上させることができる。

図７は、タッチの有無による容量の変化について実施例と従来例を比較する図である。Ｔ_１からＴ_２の期間でタッチがあり、容量の変化をグラフに示してある。従来例と比較して、実施例では、タッチの有無による容量の変化（容量差）が大きいことが分かる。実施例では、例えば、容量がＣ_１よりも小さくなったことを検出したときにタッチが有るものと判断し、容量がＣ_２よりも大きくなったことを検出してタッチが無いものと判断するように回路を設計する。Ｃ_１とＣ_２に差を設けることで誤作動を防止しており、その差を大きくするほど誤作動しにくい。実施例では、タッチの有無による容量の変化（容量差）が大きいので、Ｃ_１とＣ_２の差を大きくすることができる。これにより、タッチの有無を誤って認識する誤作動を防止することができる。

図８は、本実施形態の変形例１を示す図である。この例では、検出電極１３８は、貫通穴１３８ａの内側に、電気的にフローティング状態のランド部１６６を有する。ランド部１６６を設けることで、貫通穴１３８ａを視認しにくくすることができ、これにより画像を見やすくすることができる。

図９は、本実施形態の変形例２を示す図である。この例では、ダミー電極２５４は、ダミー貫通穴２５４ａの内側に、電気的にフローティング状態のダミーランド部２６６を有する。ダミーランド部２６６を設けることで、ダミー貫通穴２５４ａを視認しにくくすることができ、これにより画像を見やすくすることができる。

図１０は、本実施形態の変形例３を示す図である。この例では、ダミー電極を無くして、隣同士の検出電極３３８の間隔を狭くしてある。検出電極３３８の間隔を狭くするため、検出電極３３８の幅を大きくして低抵抗化することが可能である。また、間隔が狭いため、検出電極３３８が視認しにくくなっており、これにより画像が見やすくなっている。なお、隣同士の検出電極３３８の間隔を狭くすることで電気力線が通る領域が狭くなるので、隣同士の検出電極３３８の間を通るフリンジ電界は弱くなるとしても、貫通穴３３８ａが形成してあることでフリンジ電界を増加させている。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

１０ 第１基板、１２ 第２基板、１４ 液晶材料、１６ 配向膜、１８ 薄膜トランジスタ、２０ 半導体膜、２２ ゲート絶縁膜、２４ ゲート電極、２６ ソース電極、２８ ドレイン電極、３０ 画素電極、３２ 絶縁膜、３４ コモン電極、３６ 液晶表示パネル、３８ 検出電極、３８ａ 貫通穴、４０ 指、４２ タッチパネル、４４ 粘着層、４６ フロントパネル、４８ フレキシブル配線基板、５０ 集積回路チップ、５２ フレキシブル配線基板、５４ ダミー電極、５４ａ ダミー貫通穴、５６ 画像表示領域、５８ 共通配線、６０ 信号線、６２ スイッチング素子、６４ 走査線、１３８ 検出電極、１３８ａ 貫通穴、１６６ ランド部、２５４ ダミー電極、２６６ ダミーランド部、３３８ 検出電極、３３８ａ 貫通穴。

Claims (5)

1. 第１基板と、
   第２基板と、
   前記第１基板及び前記第２基板の間に形成された複数の画素電極と、
   前記第１基板及び前記第２基板の間に形成された複数のコモン電極と、
   前記第１基板に形成された複数の検出電極と、
   を有し、
   前記複数の画素電極及び前記複数のコモン電極の間に生じる電界を利用した光の制御で画像を表示し、
   いずれかの前記検出電極及びいずれかの前記コモン電極の間に形成される電界を遮る物質の有無による静電容量の差によってタッチの有無を検出し、
   それぞれの前記検出電極は、貫通穴を有することを特徴とするタッチパネル内蔵型表示装置。
2. 請求項１に記載されたタッチパネル内蔵型表示装置において、
   前記貫通穴の内側に、電気的にフローティング状態のランド部を有することを特徴とするタッチパネル内蔵型表示装置。
3. 請求項１又は２に記載されたタッチパネル内蔵型表示装置において、
   前記複数の検出電極は、隣同士の間隔をあけて配列され、
   隣同士の前記検出電極の間に、電気的にフローティング状態のダミー電極を有し、
   前記ダミー電極は、ダミー貫通穴を有することを特徴とするタッチパネル内蔵型表示装置。
4. 請求項３に記載されたタッチパネル内蔵型表示装置において、
   前記ダミー貫通穴の内側に、電気的にフローティング状態のダミーランド部を有することを特徴とするタッチパネル内蔵型表示装置。
5. 請求項１から４のいずれか１項に記載されたタッチパネル内蔵型表示装置において、
   前記複数のコモン電極は、横方向に延びて隣同士が縦方向に並び、
   前記複数の検出電極は、前記縦方向に延びて隣同士が前記横方向に並ぶことを特徴とするタッチパネル内蔵型表示装置。

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