JP7415112B2 - インセルタッチパネル - Google Patents

Description

本開示は、インセルタッチパネルに関する。

従来、インセルタッチパネルが知られている。このようなインセルタッチパネルは、薄膜トランジスタと、薄膜トランジスタ基板と、タッチセンサ電極と、対向基板と、を備える。薄膜トランジスタ及びタッチセンサは、薄膜トランジスタ基板上に形成されている。そして、このインセルタッチパネルは、１つのフレーム期間において、薄膜トランジスタが駆動する表示モードと、タッチセンサが駆動するタッチ検出モードとを交互に実行する。

また、従来、対向基板上に視野角切替用の電極が形成された液晶表示装置が知られている。このような液晶表示装置は、例えば、特許文献１に開示されている。

上記特許文献１の液晶表示装置では、視野角切替用の電極に、視野角の切替を制御するための交流電圧が出力され、広視野角で画像が表示されるモードと、狭視野角で画像が表示されるモードとが切り替えられる。

特許第６８４８０４３号公報

従来のインセルタッチパネルに、上記特許文献１に記載されているような対向基板上にタッチ検出に使用されない電極を形成した場合、タッチセンサ電極と対向基板上の電極との間で負荷となる容量が生じる。このため、タッチセンサ電極と対向基板上の電極との間の負荷となる容量に起因して、タッチセンサ電極と指示体（指又はペン等）との間の容量の形成が妨げられる。この結果、インセルタッチパネルにおけるタッチ検出の性能が低下するという問題点がある。

そこで、本開示は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、対向基板上にタッチ検出に使用されない電極を形成する場合でも、タッチ検出の性能の低下を防止することが可能なインセルタッチパネルを提供することを目的とする。

上記課題を解決するために、本開示の一の態様に係るインセルタッチパネルは、タッチセンサ基板と、タッチセンサ基板に形成された画素電極と、タッチセンサ基板に形成されたタッチセンサ電極と、タッチセンサ基板に対向して配置された対向基板と、対向基板に形成された対向基板電極であって、タッチ検出に使用されない対向基板電極と、タッチセンサ基板と対向基板との間に配置された液晶層と、タッチセンサ電極に駆動信号を供給する駆動制御回路と、画素電極に表示用信号を供給する表示制御回路と、表示制御回路により表示用信号を画素電極に供給する表示モードと、駆動制御回路により駆動信号をタッチセンサ電極に供給するタッチ検出モードとを、時分割で実行するモード切替制御回路と、タッチ検出モードが実行されている期間に、駆動信号と同期した信号でかつ駆動信号と同じ極性の信号を対向基板電極に供給するか、または、タッチ検出モードが実行されている期間に、対向基板電極の電位をフローティングの状態にする、対向基板電極制御回路と、を備える。

上記構成のインセルタッチパネルによれば、対向基板電極とタッチセンサ電極との間の負荷となる容量を低減することができるので、タッチセンサ電極と指示体との間の容量の形成が妨げられない。この結果、対向基板上にタッチ検出に使用されない電極を形成する場合でも、タッチ検出の性能の低下を防止することができる。

図１は、第１実施形態におけるインセルタッチパネル装置１００のブロック図である。 図２Ａは、対向基板電極２３の配置位置を示す平面図である。 図２Ｂは、ブラックマトリクス２２の配置位置を説明するための平面図である。 図３Ａは、図２Ａにおける１０００－１０００線に沿ったパネルモジュール１の断面図である。 図３Ｂは、狭視野角モードで白表示を行う場合のパネルモジュール１の状態を示す断面図である。 図３Ｃは、狭視野角モードで黒表示を行う場合のパネルモジュール１の状態を示す断面図である。 図３Ｄは、広視野角モードで白表示を行う場合のパネルモジュール１の状態を示す断面図である。 図３Ｅは、広視野角モードで黒表示を行う場合のパネルモジュール１の状態を示す断面図である。 図４は、タッチセンサ基板１０に形成された回路の構成を示す図である。 図５は、対向基板電極２３とタッチセンサ電極１２との配置関係を示す模式図である。 図６は、タッチパネル制御回路３の機能ブロック図である。 図７は、タッチパネル制御回路３から視野角制御回路２に供給される信号及び視野角制御回路２からパネルモジュール１に供給される信号の波形の一例を示す図である。 図８は、第１実施形態による対向基板電極２３における負荷となる容量の低減の原理を説明するための模式図である。 図９は、第１比較例の電極１２３及び第２比較例の電極１２３ａによる負荷となる容量の発生の原理を説明するための図である。 図１０は、第１実施形態の第１変形例によるインセルタッチパネル装置２００のブロック図である。 図１１は、タッチパネル制御回路３から視野角制御回路２０２に供給される信号及び視野角制御回路２０２からパネルモジュール１に供給される信号の波形の一例を示す図である。 図１２は、第１実施形態の第２変形例によるインセルタッチパネル装置３００のブロック図である。 図１３は、タッチパネル制御回路３から視野角制御回路３０２に供給される信号及び視野角制御回路３０２からパネルモジュール１に供給される信号の波形の一例を示す図である。 図１４は、第２実施形態のインセルタッチパネル装置４００のブロック図である。 図１５は、第２実施形態のタッチパネル制御回路４０３のブロック図である。 図１６は、第２実施形態による対向基板電極４２３における負荷となる容量低減の原理を説明するための模式図である。 図１７は、第２実施形態によるインセルタッチパネル装置４００における信号の波形の一例を示す図である。 図１８は、対向基板電極４２３の構成を示す模式図である。 図１９は、測定結果を説明するための図である。 図２０は、第１及び第２実施形態の変形例によるパネルモジュール５０１の構成を示す断面図である。

以下、本開示の実施形態を図面に基づいて説明する。なお、本開示は、以下の実施形態に限定されるものではなく、本開示の構成を充足する範囲内で、適宜設計変更を行うことが可能である。また、以下の説明において、同一部分または同様な機能を有する部分には同一の符号を異なる図面間で共通して用い、その繰り返しの説明は省略する。また、実施形態および変形例に記載された各構成は、本開示の要旨を逸脱しない範囲において適宜組み合わされてもよいし、変更されてもよい。また、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態におけるインセルタッチパネル装置１００のブロック図である。図１に示すように、インセルタッチパネル装置１００は、パネルモジュール１と、視野角制御回路２と、タッチパネル制御回路３とを含む。なお、図１では、視野角制御回路２と、タッチパネル制御回路３とを、別個の回路として図示しているが、単一の回路（集積回路）により、視野角制御回路２及びタッチパネル制御回路３の両方の機能が実現されてもよい。

図２Ａは、対向基板電極２３の配置位置を示す平面図である。図２Ｂは、ブラックマトリクス２２の配置位置を説明するための平面図である。図３Ａは、図２Ａにおける１０００－１０００線に沿ったパネルモジュール１の断面図である。図３Ａに示すように、パネルモジュール１は、タッチセンサ基板１０と、対向基板２０と、タッチセンサ基板１０と対向基板２０とに挟持された液晶層３０とを有する。また、パネルモジュール１には、タッチセンサ基板１０と対向基板２０とを挟むように、偏光板等の光学部材（図示せず）が設けられている。また、パネルモジュール１の表面（パネルモジュール１よりもＺ１方向）には、カバーガラス（図示せず）が設けられている。また、パネルモジュール１の背面（パネルモジュール１よりもＺ２方向）には、バックライト（図示せず）が設けられている。なお、図３Ａでは、液晶分子３０ａ、絶縁層１３及び画素電極１１ｄの図示を省略している。

パネルモジュール１の表側からユーザによって画像が視認されるように構成されている。そして、パネルモジュール１の表面（タッチ面）において、例えば、指等（指示体）によるタッチ操作を受け付ける。また、パネルモジュール１において、液晶層３０に含まれる液晶分子３０ａの駆動方式は横電界駆動方式である。横電界駆動方式を実現するため、電界を形成するための薄膜トランジスタ層１１（以下、「ＴＦＴ層１１」という）がタッチセンサ基板１０に形成されている。

図３Ｂ～図３Ｅは、パネルモジュール１の構成を示す断面図である。図３Ｂ～図３Ｅに示すように、パネルモジュール１は、ＴＦＴ層１１と、タッチセンサ電極１２と、タッチセンサ電極１２と絶縁層１３を介して積層された画素電極１１ｄとを有する。タッチセンサ電極１２と画素電極１１ｄとは絶縁層１３を介して積層されており、ＦＦＳ（Ｆｒｉｎｇｅ Ｆｉｅｌｄ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）型の電極構造を構成する。絶縁層１３の材料としては、例えば、シリコン酸化物、シリコン窒化物等の無機材料が挙げられる。

タッチセンサ電極１２は、ベタ電極であることが好ましい。タッチセンサ電極１２は、複数の絵素毎に配置されてもよく、複数の絵素で共通して配置されてもよい。上記ベタ電極とは、少なくとも平面視において絵素の光学的開口部と重畳する領域に、スリットや開口が設けられていない電極をいう。タッチセンサ電極１２の材料としては、例えば、インジウムスズ酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）等の透明導電材料が挙げられる。

図４は、タッチセンサ基板１０に形成された回路の構成を示す図である。タッチセンサ基板１０には、複数のゲート線１１ａと、複数のゲート線１１ａと交差する複数のデータ線１１ｂとが形成されている。タッチセンサ基板１０には、複数のデータ線１１ｂと複数のゲート線１１ａとで規定される複数の画素Ｐが形成されている。画素Ｐには、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１１ｃと、画素電極１１ｄとが設けられている。画素電極１１ｄは、対向電極として機能するタッチセンサ電極１２との間に容量を有する。また、タッチセンサ電極１２は、複数の画素電極１１ｄに共通して配置された共通電極である。また、ＴＦＴ１１ｃのゲートはゲート線１１ａと接続され、ＴＦＴ１１ｃのソースはデータ線１１ｂと接続され、ＴＦＴ１１ｃのドレインは画素電極１１ｄと接続される。画素電極１１ｄ及びタッチセンサ電極１２は、それぞれ、例えば、ＩＴＯ等の透明導電膜又はメッシュ状の金属膜で構成されている。ここで、図３Ａに示すＴＦＴ層１１は、ゲート線１１ａが形成された層と、データ線１１ｂが形成された層と、ＴＦＴ１１ｃが形成された層と、画素電極１１ｄが形成された層とを含む。

また、図３Ａに示すように、対向基板２０の液晶層３０側には、複数のカラーフィルタ２１が形成されている。複数のカラーフィルタ２１は、赤色フィルタ、緑色フィルタ、及び青色フィルタを含む。また、複数のカラーフィルタ２１の各々の間には、ブラックマトリクス２２が形成されている。また、ブラックマトリクス２２の液晶層３０側に、対向基板電極２３が形成されている。ブラックマトリクス２２は、例えば、遮光性を有する樹脂材料により構成されている。対向基板電極２３は、これに限られないが、金属膜又はＩＴＯ等の透明導電膜で構成されている。

図２Ａに示すように、対向基板電極２３は、平面視で、ブラックマトリクス２２の一部と重なる位置に形成されている。詳細には、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、対向基板電極２３は、複数のカラーフィルタ２１のＸ方向の間に配置されたブラックマトリクス２２に重なる位置には配置されない。対向基板電極２３は、複数のカラーフィルタ２１のＹ方向の間に配置されたブラックマトリクス２２に重なる位置に配置されている。この構成によれば、遮光を目的とするブラックマトリクス２２と重なる位置に対向基板電極２３を配置するので、対向基板電極２３により光が吸収又は拡散された場合でも、表示に影響を与えない。この結果、対向基板電極２３が対向基板２０に配置された場合でも、表示に影響を与えない。また、カラーフィルタ２１に入射する光、又はカラーフィルタ２１から出射した光を、対向基板電極２３が遮らないので、対向基板電極２３が対向基板２０に配置された場合でも、表示に影響を与えない。

図５は、対向基板電極２３とタッチセンサ電極１２との配置関係を示す模式図である。図５に示すように、対向基板電極２３は、平面視で梯子状に形成されている。また、タッチセンサ電極１２は、平面視でマトリクス状に形成されている。また、図２及び図５に示すように、対向基板電極２３には、平面視でカラーフィルタ２１と重なる位置にスリット２３ａが形成されている。

図６は、タッチパネル制御回路３の機能ブロック図である。図６に示すように、タッチパネル制御回路３は、表示制御部３１と、駆動制御部３２と、モード切替制御部３３とを含む。表示制御部３１は、データ線１１ｂを介して、ＴＦＴ１１ｃにデータ信号（表示用信号）を供給する。また、表示制御部３１は、ゲート線１１ａを介して、ＴＦＴ１１ｃにゲート信号を供給することにより、ＴＦＴ１１ｃがオンになり、画素電極１１ｄにデータ信号が供給される。また、駆動制御部３２は、タッチセンサ電極１２に駆動信号を供給する。駆動信号は、例えば、パルス状の電圧波形を有する。そして、駆動制御部３２は、タッチセンサ電極１２と指示体との間に形成される容量に応じて波形が変化した駆動信号に基づいて、タッチを検出する。モード切替制御部３３は、表示モードとタッチ検出モードとを、時分割で実行する。表示モードとは、表示制御部３１によりデータ信号を画素電極１１ｄに供給するモードである。タッチ検出モードとは、駆動制御部３２により駆動信号をタッチセンサ電極１２に供給するモードである。なお、図６では、表示制御部３１と、駆動制御部３２と、モード切替制御部３３とを、タッチパネル制御回路３内の機能ブロックとして図示しているが、機能ごとに別個の回路を構成してもよい。

図７は、タッチパネル制御回路３から視野角制御回路２に供給される信号及び視野角制御回路２からパネルモジュール１に供給される信号の波形の一例を示す図である。図７に示すように、タッチセンサ電極１２には、タッチパネル制御回路３から電圧Ｖｃｏｍが印加されている。視野角制御回路２は、視野角を制御するための視野角制御信号Ｓ１を対向基板電極２３に供給する。例えば、視野角制御回路２は、パネルモジュール１の視野角が狭視野角（以下、「狭視野角モード」という）に設定されている場合には、視野角制御信号Ｓ１を対向基板電極２３に供給することにより、対向基板電極２３とタッチセンサ電極１２（共通電極）との間に電位差を生じさせる。これにより、液晶層３０に電界を生じさせ、パネルモジュール１の視野角を狭くする。例えば、狭視野角モードで白表示とする場合、例えば、視野角制御回路２は、タッチセンサ電極１２及び画素電極１１ｄのいずれか一方に対して定電圧（コモン電圧Ｖｃｏｍ）を印加し、他方に対して上記コモン電圧Ｖｃｏｍとは異なる電位を印加する制御を行う。また、視野角制御回路２は、上記対向基板電極２３に対して交流電圧を印加する制御を行う。上記交流電圧の絶対値は、タッチセンサ電極１２及び画素電極１１ｄに印加される電圧の絶対値と異なることが好ましい。一例としては、画素電極１１ｄにコモン電圧Ｖｃｏｍが印加された場合、タッチセンサ電極１２には上記コモン電圧Ｖｃｏｍに対して４Ｖの交流電圧が印加され、対向基板電極２３には上記コモン電圧に対して６Ｖの交流電圧が印加される。これにより、図３Ｂに示すように、タッチセンサ電極１２と画素電極１１ｄとの間にはフリンジ電界が形成され、対向基板電極２３とタッチセンサ電極１２及び画素電極１１ｄとの間には、液晶層３０の厚み方向に対して斜め電界が形成される。この結果、狭い視野角の範囲からはパネルモジュール１上の画像を観察することができる。一方、液晶層３０の液晶分子３０ａはタッチセンサ基板１０に対して角度をなすため、広い視野角の範囲からパネルモジュール１を観察した場合には、コントラストが極端に低くなる等の画像の変化が得られ、画像が観察され難くなる。

狭視野角モードで黒表示とする場合、例えば、視野角制御回路２は、タッチセンサ電極１２及び画素電極１１ｄに対してコモン電圧Ｖｃｏｍを印加する制御を行う。また、視野角制御回路２は、対向基板電極２３に対して交流電圧を印加する制御を行う。上記交流電圧の絶対値は、上記コモン電圧Ｖｃｏｍの絶対値と異なることが好ましい。一例としては、図３Ｃに示すように、画素電極１１ｄにコモン電圧Ｖｃｏｍが印加された場合、タッチセンサ電極１２にもコモン電圧Ｖｃｏｍ（コモン電圧に対して０Ｖの電圧）が印加され、対向基板電極２３には上記コモン電圧Ｖｃｏｍに対して６Ｖの交流電圧が印加される。これにより、対向基板電極２３と、タッチセンサ電極１２及び画素電極１１ｄとの間には斜め電界が形成される。液晶層３０の液晶分子３０ａは、上記斜め電界により、タッチセンサ基板１０に対して角度をなす。液晶層３０の面内で液晶分子３０ａの配向方位は変化しないため、タッチセンサ基板１０の背面からの光を透過せず黒表示を行う。液晶分子３０ａはタッチセンサ基板１０に対して角度をなすため、広い視野角の範囲からパネルモジュール１を観察した場合には、狭い視野角の範囲から観察される黒表示よりも白っぽい表示として観察される。

広視野角モードで白表示とする場合、例えば、視野角制御回路２は、タッチセンサ電極１２及び画素電極１１ｄのいずれか一方に対して定電圧（コモン電圧Ｖｃｏｍ）を印加し、他方に対して上記コモン電圧Ｖｃｏｍとは異なる電位を印加する制御を行う。また、視野角制御回路２は、対向基板電極２３に対してタッチセンサ電極１２及び画素電極１１ｄと共通の定電圧（コモン電圧Ｖｃｏｍ）を印加する制御を行う。一例としては、画素電極１１ｄにコモン電圧Ｖｃｏｍが印加された場合、タッチセンサ電極１２には上記コモン電圧Ｖｃｏｍに対して４Ｖの交流電圧が印加され、対向基板電極２３にはタッチセンサ電極１２と共通のコモン電圧Ｖｃｏｍが印加される。これにより、図３Ｄに示すように、タッチセンサ電極１２と画素電極１１ｄとの間にはフリンジ電界が形成される。一方で、狭視野角モードとは異なり、液晶層３０の厚み方向の電界は小さい。そのため、液晶分子３０ａは、タッチセンサ電極１２と画素電極１１ｄとの間に形成される電界により、タッチセンサ基板１０に対して平行に配向しつつ配向方位を変化させる。

広視野角モードで黒表示とする場合は、例えば、視野角制御回路２は、画素電極１１ｄ及びタッチセンサ電極１２に対してコモン電圧Ｖｃｏｍを印加する制御を行う。また、視野角制御回路２は、上記対向基板電極２３に対してもタッチセンサ電極１２又は画素電極１１ｄと共通の定電圧を印加する制御を行う。図３Ｅに示すように、液晶層３０中に電界が発生しないため、液晶分子３０ａは、初期配向方位に配向する。上記初期配向方位は、タッチセンサ基板１０に対して平行であり、かつ平面視において図示しない偏光板の吸収軸と平行であることが好ましい。

視野角制御回路２は、パネルモジュール１の視野角が広視野角に設定されている場合には、図７に示す視野角制御信号Ｓ１よりも小さい振幅を有する信号を対向基板電極２３に供給して対向基板電極２３と電圧Ｖｃｏｍが印加されているタッチセンサ電極１２（共通電極）との間の電位差を小さくするか、または当該電位差をゼロにする。これにより、パネルモジュール１の視野角を広くする。

上述した狭視野角モードの白表示と広視野角モードの白表示とは、対向基板電極２３に電圧を印加することで切り替えることができる。同様に、狭視野角モードの黒表示と広視野角モードの黒表示とは、対向基板電極２３に電圧を印加することで切り替えることができる。中間調表示も同様である。狭視野角モードと広視野角モードとは、対向基板電極２３への交流電圧の印加の有無で切り替えることができる。

また、表示制御部３１は、フレーム期間が切り替わるタイミングを示すフレーム同期信号Ｓ２を、視野角制御回路２に送信する。そして、視野角制御回路２は、フレーム同期信号Ｓ２に応じて、電圧Ｖｃｏｍに対する視野角制御信号Ｓ１の電圧の極性を反転させる。言い換えると、視野角制御回路２は、１フレーム期間ごとに、視野角制御信号Ｓ１の電圧の極性を反転させる。

また、駆動制御部３２は、駆動信号をタッチセンサ電極１２に供給するタイミングを示す駆動同期信号Ｓ３を、視野角制御回路２に送信する。また、モード切替制御部３３は、表示モードとタッチ検出モードとを切り替えるタイミングを示すモード切替同期信号Ｓ４を、視野角制御回路２に送信する。表示モードとタッチ検出モードとは、１フレーム期間中に時分割で実行される。例えば、表示モードとタッチ検出モードとは、１フレーム期間中に交互に複数回実行される。そして、視野角制御回路２は、モード切替同期信号Ｓ４に基づいて、現時点が、タッチパネル制御回路３により表示モードが実行されている期間Ｔ１であるか、又は、タッチ検出モードが実行されている期間Ｔ２であるかを判断する。

ここで、第１実施形態では、視野角制御回路２は、タッチ検出モードが実行されている期間Ｔ２に、負荷低減信号Ｓ５を対向基板電極２３に供給する。この負荷低減信号Ｓ５は、駆動信号と同期した信号でかつ駆動信号と同じ極性の信号である。ここで、駆動同期信号Ｓ３は、駆動信号と同期した信号でかつ駆動信号と同じ極性の信号である。そして、視野角制御回路２は、視野角制御信号Ｓ１に、駆動同期信号Ｓ３と同期した信号でかつ駆動同期信号Ｓ３と同じ極性の信号を重畳させることにより、負荷低減信号Ｓ５を生成する。駆動信号は、例えば、図７に示す駆動同期信号Ｓ３のように、期間Ｔ２のうちの期間Ｔ２ａと期間Ｔ２ｂとで異なる波形を有する。例えば、期間Ｔ２ａでは、駆動信号にはパルス状の電圧は含まれず、期間Ｔ２ｂでは、駆動信号にはパルス状の電圧が含まれる。また、１フレーム期間に、複数の期間Ｔ２ｂが設けられている。そして、図７に示すように複数の期間Ｔ２ｂにおける駆動信号（駆動同期信号Ｓ３）の周波数（パルスの幅や数）は、期間Ｔ２ｂごとに異なる大きさであってもよい。そして、図７に示すように、負荷低減信号Ｓ５は、期間Ｔ２ａでは視野角制御信号Ｓ１から所定の電圧低下させたベース電圧Ｖｂを有し、期間Ｔ２ｂではベース電圧Ｖｂに上記パルス状の電圧と同期しかつ上記パルス状の電圧と同じ極性を有しかつ上記パルス状の電圧と同じ振幅の電圧が印加された電圧値を有する。

図８は、第１実施形態による対向基板電極２３における負荷となる容量が低減される原理を説明するための模式図である。図９は、第１比較例の電極１２３及び第２比較例の電極１２３ａによる負荷となる容量の発生の原理を説明するための図である。第１比較例の電極１２３は、グラウンド（ＧＮＤ）に接続されている。これにより、第１比較例の電極１２３の電位は、接地電圧となっている。また、第２比較例の電極１２３ａには、タッチ検出モードが実行されている期間においても、視野角制御信号が印加されている。なお、第１比較例及び第２比較例の構成は、第１実施形態の作用及び効果を説明するために記載したものであり、第１比較例及び第２比較例の構成を従来の構成として自認するものではない。

接地電圧と駆動信号の電圧とは、異なる値及び波形である。また、視野角制御信号と駆動信号の電圧とは、異なる値及び波形である。このため、図９に示すように、第１比較例の電極１２３の電位及び第２比較例の電極１２３ａの電位は、いずれも、駆動信号が印加されるタッチセンサ電極１１２の電位と異なる値となる。この結果、電極１２３とタッチセンサ電極１１２との間に電界が生じ、負荷となる容量ＣＬが生じる。この負荷となる容量ＣＬに起因して、指示体Ｑがパネルモジュールに触れた場合に、指示体Ｑとタッチセンサ電極１１２との間での容量の形成が阻害され、タッチ検出のシグナルが低下してしまう。

これに対して、図７に示すように、第１実施形態による対向基板電極２３には、タッチセンサ電極１２に印加される駆動同期信号Ｓ３と同期した信号でかつ駆動同期信号Ｓ３と同じ極性の信号である負荷低減信号Ｓ５が印加される。このため、図８に示すように、対向基板電極２３とタッチセンサ電極１２との間に電界が生じないか、又は、電界が生じた場合でも微小の大きさとなる。この結果、対向基板電極２３に起因するタッチ検出（シグナル）に対する負荷となる容量が低減され、指示体Ｑがパネルモジュール１に触れた場合に、対向基板電極２３の影響を低減した状態で、指示体Ｑのタッチを検出することが可能となる。なお、図８では、液晶分子３０ａ、絶縁層１３及び画素電極１１ｄの図示を省略している。

［第１実施形態の第１変形例］
次に、図１０及び図１１を参照して、第１実施形態の第１変形例によるインセルタッチパネル装置２００の構成について説明する。第１実施形態の構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図１０は、第１実施形態の第１変形例によるインセルタッチパネル装置２００のブロック図である。図１１は、タッチパネル制御回路３から視野角制御回路２０２に供給される信号及び視野角制御回路２０２からパネルモジュール１に供給される信号の波形の一例を示す図である。

図１０に示すように、インセルタッチパネル装置２００は、視野角制御回路２０２を含む。

ここで、上記第１実施形態では、期間Ｔ２ａには、視野角制御信号Ｓ１から所定の電圧低下させたベース電圧Ｖｂを対向基板電極２３に供給し、期間Ｔ２ｂには、駆動信号と同期しかつベース電圧Ｖｂに対して正の極性のパルス電圧を対向基板電極２３に供給するように視野角制御回路２を構成したが、本開示はこれに限られない。視野角制御回路２０２は、図１１に示すように、期間Ｔ２ａには、視野角制御信号Ｓ１と同一の電圧を負荷低減信号Ｓ５ａのベース電圧Ｖｂ２として対向基板電極２３に供給し、期間Ｔ２ｂには、当該ベース電圧Ｖｂ２に駆動信号と同期しかつ正の極性のパルス電圧を重畳した電圧である負荷低減信号Ｓ５ａを、対向基板電極２３に供給する。この第１変形例の構成によっても、対向基板電極２３とタッチセンサ電極１２との間に生じる負荷となる容量を低減することができる。この結果、タッチセンサ電極１２と指示体との間の容量の形成が妨げられないので、対向基板２０上に電極を形成する場合でも、タッチ検出の性能の低下を防止することができる。また、上記第１実施形態では、負荷低減信号Ｓ５を生成するために、視野角制御信号Ｓ１の正の極性の電圧及び負の極性の電圧のそれぞれに対して、２つのレベルの電圧を印加する電源（合計４種のレベルを出力する電源）が必要になる。これに対して、第１実施形態の第１変形例では、負荷低減信号Ｓ５ａを生成するために、視野角制御信号Ｓ１の正の極性の電圧及び負の極性の電圧のそれぞれに対して、１つのレベルの電圧を印加する電源（合計２種のレベルを出力する電源）を準備すればよい。この結果、第１実施形態に比べて、視野角制御回路２０２の構成を簡素化することができ、低コスト化が可能となる。

［第１実施形態の第２変形例］
次に、図１２及び図１３を参照して、第１実施形態の第２変形例によるインセルタッチパネル装置３００の構成について説明する。第１実施形態の構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図１２は、第１実施形態の第２変形例によるインセルタッチパネル装置３００のブロック図である。図１３は、タッチパネル制御回路３から視野角制御回路３０２に供給される信号及び視野角制御回路３０２からパネルモジュール１に供給される信号の波形の一例を示す図である。

図１２に示すように、インセルタッチパネル装置３００は、視野角制御回路３０２を含む。

視野角制御回路３０２は、図１３に示すように、視野角制御信号Ｓ１の電圧が電圧Ｖｃｏｍに対して正の極性となる期間Ｔ１１では、視野角制御信号Ｓ１と同一の電圧を負荷低減信号Ｓ５ｂのベース電圧Ｖｂ３として対向基板電極２３に供給する。また、視野角制御信号Ｓ１の電圧が電圧Ｖｃｏｍに対して負の極性となる期間Ｔ１２では、視野角制御信号Ｓ１の電圧から駆動信号の振幅と同一の値低下させた電圧を負荷低減信号Ｓ５ｂのベース電圧Ｖｂ４として対向基板電極２３に供給する。この第２変形例の構成によっても、対向基板電極２３とタッチセンサ電極１２との間に生じる負荷となる容量を低減することができる。この結果、タッチセンサ電極１２と指示体との間の容量の形成が妨げられないので、対向基板２０上に電極を形成する場合でも、タッチ検出の性能の低下を防止することができる。また、第１実施形態の第２変形例では、負荷低減信号Ｓ５ｂを生成するために、視野角制御信号Ｓ１の正の極性の電圧及び負の極性の電圧のそれぞれに対して、１つのレベルの電圧を印加する電源（合計２種のレベルを出力する電源）を準備すればよい。この結果、第１実施形態に比べて、視野角制御回路３０２の構成を簡素化することができ、低コスト化が可能となる。

［第２実施形態］
次に、図１４～図１８を参照して、第２実施形態によるインセルタッチパネル装置４００の構成について説明する。第１実施形態の構成と同一の構成については、同一の符号を付して説明を省略する。図１４は、第２実施形態のインセルタッチパネル装置４００のブロック図である。図１５は、第２実施形態のタッチパネル制御回路４０３のブロック図である。図１６は、第２実施形態による対向基板電極４２３における負荷となる容量が低減される原理を説明するための模式図である。図１７は、第２実施形態によるインセルタッチパネル装置４００における信号の波形の一例を示す図である。図１８は、対向基板電極４２３の構成を示す模式図である。

図１４に示すように、インセルタッチパネル装置４００は、パネルモジュール４０１と、視野角制御回路４０２と、タッチパネル制御回路４０３とを含む。また、図１５に示すように、タッチパネル制御回路４０３は、駆動制御部４３２を含む。駆動制御部４３２は、第１実施形態と異なり、視野角制御回路４０２に駆動同期信号Ｓ３を送信しない。

また、図１６に示すように、パネルモジュール４０１は、対向基板電極４２３を含む。第２実施形態では、視野角制御回路４０２は、対向基板電極４２３に対して、図１７に示すように、表示モードを実行している期間Ｔ１には、視野角制御信号Ｓ１を供給するとともに、タッチ検出モードを実行している期間Ｔ２には、対向基板電極４２３の電位をフローティングの状態にする。「フローティングの状態」とは、電圧源から直接電圧が印加されておらず、かつ、グラウンドに接続されていない状態を意味するものとする。なお、図１６では、液晶分子３０ａ、絶縁層１３及び画素電極１１ｄの図示を省略している。

ここで、図１８に示すように、１つの対向基板電極４２３と、複数のタッチセンサ電極１２とは、対向して配置されている。このため、１つの対向基板電極４２３と複数のタッチセンサ電極１２との間で容量が生じる。ここで、複数のタッチセンサ電極１２に駆動信号（図１７参照）が供給された場合、対向基板電極４２３の電位がフローティングの状態となっているので、複数のタッチセンサ電極１２との間の容量によって、対向基板電極４２３の電位が駆動信号と同じ波形の電圧Ｓ５ｃとなる。従って、対向基板電極４２３の電位をフローティングの状態にすれば、結果として、第１実施形態の負荷低減信号Ｓ５を対向基板電極４２３に印加した状態と同様になる。すなわち、対向基板電極４２３と複数のタッチセンサ電極１２との間に容量が形成された場合でも、この容量は負荷とはならない。これにより、第２実施形態の構成によっても、対向基板２０上に電極を形成する場合でも、タッチ検出の性能の低下を防止することができる。

また、第２実施形態の構成によれば、第１実施形態と異なり、視野角制御回路４０２内で駆動信号と同期する制御及び負荷低減信号Ｓ５を生成する処理が不要となり、視野角制御回路４０２の回路構成の単純化、コスト削減が可能となる。なお、その他の構成及び効果は、第１実施形態と同様である。

［比較例との比較結果］
次に、図１９を参照して、第１実施形態、第２実施形態、第１比較例、及び第２比較例におけるタッチセンサ電極により検出されるシグナル（以下、「タッチシグナル」という）の測定結果について説明する。図１９は、測定結果を説明するための図である。

第１比較例の電極１２３（図９参照）をグラウンド（ＧＮＤ）に接続することにより、電極１２３の電位を接地電圧にした状態で、タッチセンサ電極により検出されるタッチシグナルを測定した。この結果、図１９に示すように、タッチパネル制御回路の検出限界を超えた容量がタッチセンサ電極に付与され、タッチシグナルの測定値がオーバーフロー（測定不能な値）となった。また、第２比較例の電極１２３ａ（図９参照）に視野角制御信号を供給しながら、タッチセンサ電極により検出されるタッチシグナルを測定した。この結果、第２比較例においても、タッチパネル制御回路の検出限界を超えた容量がタッチセンサ電極に付与され、タッチシグナルの測定値がオーバーフロー（測定不能な値）となった。

また、第１実施形態の対向基板電極２３（図３Ａ参照）に負荷低減信号Ｓ５を供給しながら、タッチセンサ電極１２により検出されるタッチシグナルを測定した。この結果、図１９に示すように、タッチシグナルは、タッチ検出可能な範囲内の値となった。また、第２実施形態の対向基板電極４２３（図１６参照）の電位をフローティングにした状態で、タッチセンサ電極１２により検出されるタッチシグナルを測定した。この結果、図１９に示すように、タッチシグナルは、タッチ検出可能な範囲内の値となった。従って、第１実施形態及び第２実施形態では、対向基板２０上に電極を配置する場合でも、タッチ検出することが可能であることが判明した。

［変形例］
以上、発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は発明を実施するための例示に過ぎない。よって、上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で上述した実施の形態を適宜変形して実施することが可能である。以下、上述した実施の形態の変形例について説明する。

（１）上記第１及び第２実施形態では、対向基板電極を、カラーフィルタ及びブラックマトリクスよりも液晶層側に配置する例を示したが、本開示はこれに限られない。例えば、図２０に示す変形例のパネルモジュール５０１のように、カラーフィルタ２１及びブラックマトリクス２２よりも対向基板２０側（Ｚ１方向）に対向基板電極５２３が配置されていてもよいし、図示しないが、カラーフィルタ及びブラックマトリクスと同一の層に対向基板電極を配置してもよい。例えば、対向基板電極５２３の液晶層３０側を平坦化膜５２４が覆った状態で、さらに、カラーフィルタ２１及びブラックマトリクス２２が、液晶層３０側に形成されていてもよい。なお、図２０では、液晶分子３０ａ、絶縁層１３及び画素電極１１ｄの図示を省略している。

（２）上記第１及び第２実施形態では、図５及び図１８に示すように、対向基板電極をパネルモジュールに１つ設ける例を示したが、本開示はこれに限られない。例えば、対向基板電極をパネルモジュールに複数設けられていてもよい。

（３）上記第１及び第２実施形態では、対向基板電極にスリット部を設ける例を示したが、本開示はこれに限られない。例えば、対向基板電極にスリット部が設けられていなくても良い。

（４）上記第１及び第２実施形態では、対向基板電極をカラーフィルタとは平面視で重ならないで、ブラックマトリクスと重なる位置に配置する例を示したが、本開示はこれに限られない。例えば、対向基板電極が透明電極膜により構成されている場合には、対向基板電極をカラーフィルタと平面視で重なる位置に配置されていてもよい。この場合、対向基板電極がブラックマトリクスと重なる位置に配置されていなくてもよい。

（５）上記第１実施形態では、負荷低減信号Ｓ５の電圧の振幅を、駆動信号の電圧の振幅とする例を示したが、本開示はこれに限られない。例えば、負荷低減信号が駆動信号と同期した信号でかつ駆動信号と同じ極性の信号であれば、負荷低減信号の電圧の振幅が駆動信号の電圧の振幅と異なる大きさであってもよい。

（６）上記第１及び第２実施形態では、表示モードにおいて対向基板電極に、視野角制御信号を供給する例を示したが、本開示はこれに限られない。すなわち、表示モードにおいて対向基板電極に視野角制御信号を供給しなくてもよいし、視野角制御信号とは異なる信号を対向基板電極に供給してもよい。

（７）上記第１及び第２実施形態では、図２Ａ及び図２Ｂに示すように、複数のカラーフィルタのＹ方向の間に配置されたブラックマトリクスに重なる位置に対向基板電極を配置する例を示したが、本開示はこれに限られない。すなわち、複数のカラーフィルタのＸ方向の間に配置されたブラックマトリクスに重なる位置に、対向基板電極を配置してもよい。

上述したインセルタッチパネルは、以下のように説明することもできる。

第１の構成に係るインセルタッチパネルは、タッチセンサ基板と、タッチセンサ基板に形成された画素電極と、タッチセンサ基板に形成されたタッチセンサ電極と、タッチセンサ基板に対向して配置された対向基板と、対向基板に形成された対向基板電極であって、タッチ検出に使用されない対向基板電極と、タッチセンサ基板と対向基板との間に配置された液晶層と、タッチセンサ電極に駆動信号を供給する駆動制御回路と、画素電極に表示用信号を供給する表示制御回路と、表示制御回路により表示用信号を画素電極に供給する表示モードと、駆動制御回路により駆動信号をタッチセンサ電極に供給するタッチ検出モードとを、時分割で実行するモード切替制御回路と、タッチ検出モードが実行されている期間に、駆動信号と同期した信号でかつ駆動信号と同じ極性の信号を対向基板電極に供給するか、または、タッチ検出モードが実行されている期間に、対向基板電極の電位をフローティングの状態にする、対向基板電極制御回路と、を備える（第１の構成）。

上記第１の構成によれば、対向基板電極に駆動信号と同期した信号でかつ駆動信号と同じ極性の信号を供給する場合には、対向基板電極とタッチセンサ電極との間に生じる負荷となる容量を低減することができる。また、対向基板電極の電位をフローティングの状態にする場合でも、対向基板電極とタッチセンサ電極との間に生じる負荷となる容量を低減することができる。この結果、タッチセンサ電極と指示体との間の容量の形成が妨げられないので、対向基板上にタッチ検出に使用されない電極を形成する場合でも、タッチ検出の性能の低下を防止することができる。

第１の構成において、インセルタッチパネルは、対向基板に配置されたブラックマトリクスを、さらに備えてもよく、対向基板電極は、平面視でブラックマトリクスと重なる位置に配置されていてもよい（第２の構成）。

上記第２の構成によれば、遮光を目的するブラックマトリクスと重なる位置に対向基板電極を配置するので、対向基板電極により光が吸収又は拡散された場合でも、表示に影響を与えない。この結果、対向基板電極が対向基板に配置された場合でも、表示に影響を与えない。

第１又は第２の構成において、インセルタッチパネルは、対向基板に配置されたカラーフィルタを、さらに備えてもよく、対向基板電極は、平面視でカラーフィルタと重ならない位置に配置されていてもよい（第３の構成）。

上記第３の構成によれば、カラーフィルタに入射する光、又はカラーフィルタから出射した光を、対向基板電極が遮らないので、対向基板電極が対向基板に配置された場合でも、表示に影響を与えない。

第１～第３の構成のいずれか１つにおいて、対向基板電極制御回路は、表示モードが実行されている期間に、視野角を変更するための視野角制御信号を対向基板電極に供給するように構成されてもよい（第４の構成）。

上記第４の構成によれば、タッチ検出の性能を低下させることなく、インセルタッチパネルの視野角を変更することができる。

第４の構成において、対向基板電極制御回路は、表示モードが実行されている期間に、視野角が狭視野角に設定されている場合には、第１の視野角制御信号を対向基板電極に供給することにより、対向基板電極とタッチセンサ電極との電位差を生じさせ、表示モードが実行されている期間に、視野角が広視野角に設定されている場合には、第１の視野角制御信号よりも小さい振幅を有する第２の視野角制御信号を対向基板電極に供給するか、または電位差をゼロにするように構成されてもよい（第５の構成）。

第１～第３の構成のいずれか１つにおいて、対向基板電極制御回路は、タッチ検出モードが実行されている期間に、視野角制御信号から所定の電圧を低下させた第１のベース電圧を対向基板電極に供給し、第１のベース電圧に駆動信号と同期しかつ同じ極性を有しかつ同じ振幅のパルス状の電圧を対向基板電極に供給するように構成されてもよい（第６の構成）。

第１～第３の構成のいずれか１つにおいて、対向基板電極制御回路は、タッチ検出モードが実行されている期間に、視野角制御信号と同一の第２のベース電圧を対向基板電極に供給し、第２のベース電圧に駆動信号と同期しかつ正の極性のパルス電圧を重畳した電圧を対向基板電極に供給するように構成されてもよい（第７の構成）。

第１～第３の構成のいずれか１つにおいて、対向基板電極制御回路は、タッチ検出モードが実行されている期間で、かつ、視野角制御信号の電圧がタッチセンサ電極の電圧に対して正の極性となる期間に、視野角制御信号と同一の第２のベース電圧を対向基板電極に供給し、タッチ検出モードが実行されている期間で、かつ、視野角制御信号の電圧がタッチセンサ電極の電圧に対して負の極性となる期間に、視野角制御信号の電圧から駆動信号の振幅と同一の値低下させた第３のベース電圧を対向基板電極に供給するように構成されてもよい（第８の構成）。

１，４０１，５０１…パネルモジュール、２，２０２，３０２，４０２…視野角制御回路、３，４０３…タッチパネル制御回路、１０…タッチセンサ基板、１１ｄ…画素電極、１２…タッチセンサ電極、２０…対向基板、２１…カラーフィルタ、２２…ブラックマトリクス、２３，４２３，５２３…対向基板電極、３０…液晶層、３１…表示制御部、３２，４３２…駆動制御部、３３…モード切替制御部、１００，２００，３００，４００…インセルタッチパネル装置、Ｓ１…視野角制御信号、Ｓ３…駆動同期信号、Ｓ４…モード切替同期信号、Ｓ５，Ｓ５ａ，Ｓ５ｂ…負荷低減信号

Claims (9)

1. タッチセンサ基板と、
   前記タッチセンサ基板に形成された画素電極と、
   前記タッチセンサ基板に形成されたタッチセンサ電極と、
   前記タッチセンサ基板に対向して配置された対向基板と、
   前記対向基板に形成された対向基板電極であって、タッチ検出に使用されない対向基板電極と、
   前記タッチセンサ基板と前記対向基板との間に配置された液晶層と、
   前記タッチセンサ電極に駆動信号を供給する駆動制御回路と、
   前記画素電極に表示用信号を供給する表示制御回路と、
   前記表示制御回路により前記表示用信号を前記画素電極に供給する表示モードと、前記駆動制御回路により前記駆動信号を前記タッチセンサ電極に供給するタッチ検出モードとを、時分割で実行するモード切替制御回路と、
   前記タッチ検出モードが実行されている期間に、前記駆動信号と同期した信号でかつ前記駆動信号と同じ極性の信号を前記対向基板電極に供給するか、または、前記タッチ検出モードが実行されている期間に、前記対向基板電極の電位をフローティングの状態にする、対向基板電極制御回路と、を備える、インセルタッチパネル。
2. 前記対向基板に配置されたブラックマトリクスを、さらに備え、
   前記対向基板電極は、平面視で前記ブラックマトリクスと重なる位置に配置されている、請求項１に記載のインセルタッチパネル。
3. 前記対向基板に配置されたカラーフィルタを、さらに備え、
   前記対向基板電極は、平面視で前記カラーフィルタと重ならない位置に配置されている、請求項１に記載のインセルタッチパネル。
4. 前記対向基板電極制御回路は、前記表示モードが実行されている期間に、視野角を変更するための視野角制御信号を前記対向基板電極に供給する、請求項１～３のいずれか１項に記載のインセルタッチパネル。
5. 前記対向基板電極制御回路は、
   前記表示モードが実行されている期間に、前記視野角が狭視野角に設定されている場合には、第１の視野角制御信号を前記対向基板電極に供給することにより、前記対向基板電極と前記タッチセンサ電極との電位差を生じさせ、
   前記表示モードが実行されている期間に、前記視野角が広視野角に設定されている場合には、前記第１の視野角制御信号よりも小さい振幅を有する第２の視野角制御信号を前記対向基板電極に供給するか、または前記電位差をゼロにする、請求項４に記載のインセルタッチパネル。
6. 前記対向基板電極制御回路は、前記タッチ検出モードが実行されている期間に、前記駆動信号と同期した信号でかつ前記駆動信号と同じ極性の信号を、前記視野角制御信号に重畳させて前記対向基板電極に供給する、請求項４に記載のインセルタッチパネル。
7. 前記対向基板電極制御回路は、前記タッチ検出モードが実行されている期間に、視野角を変更するための視野角制御信号から所定の電圧を低下させた第１のベース電圧を前記対向基板電極に供給し、前記第１のベース電圧に前記駆動信号と同期しかつ同じ極性を有しかつ同じ振幅のパルス状の電圧を前記対向基板電極に供給する、請求項４に記載のインセルタッチパネル。
8. 前記対向基板電極制御回路は、前記タッチ検出モードが実行されている期間に、視野角を変更するための視野角制御信号と同一の第２のベース電圧を前記対向基板電極に供給し、前記第２のベース電圧に前記駆動信号と同期しかつ正の極性のパルス電圧を重畳した電圧を前記対向基板電極に供給する、請求項４に記載のインセルタッチパネル。
9. 前記対向基板電極制御回路は、
   前記タッチ検出モードが実行されている期間で、かつ、視野角を変更するための視野角制御信号の電圧が前記タッチセンサ電極の電圧に対して正の極性となる期間に、前記視野角制御信号と同一の第２のベース電圧を前記対向基板電極に供給し、
   前記タッチ検出モードが実行されている期間で、かつ、前記視野角制御信号の電圧が前記タッチセンサ電極の電圧に対して負の極性となる期間に、前記視野角制御信号の電圧から前記駆動信号の振幅と同一の値低下させた第３のベース電圧を前記対向基板電極に供給する、請求項４に記載のインセルタッチパネル。

Images