JP2008009750A

JP2008009750A - タッチパネル付き液晶表示素子

Info

Publication number: JP2008009750A
Application number: JP2006180003A
Authority: JP
Inventors: Toshiharu Nishino; 利晴西野
Original assignee: Casio Computer Co Ltd
Current assignee: Casio Computer Co Ltd
Priority date: 2006-06-29
Filing date: 2006-06-29
Publication date: 2008-01-17

Abstract

【課題】タッチパネル付き液晶表示素子のタッチパネルを含む厚さを薄くする。
【解決手段】液晶表示素子１の観察側基板２とその外面に配置された観察側偏光板１０との間にタッチパネル用導電膜１２を設け、このタッチパネル用導電膜１２と前記偏光板１０の外面との間に、前記偏光板１０の外面をタッチ面とした静電容量型タッチパネルを形成した。
【選択図】図２

Description

この発明は、タッチパネル付き液晶表示素子に関する。

タッチ入力用のタッチパネルとしては、例えば、ガラス板または樹脂フィルムからなる透明基板の一方の面に透明な抵抗膜を形成した一対のシートを、それぞれの抵抗膜形成面を間隙をおいて互いに対向させて配置したものがある（特許文献１参照）。

このタッチパネルは、前記一対のシートのいずれか一方の外面をタッチ面としたものであり、そのタッチ面の任意の位置がタッチペン等によりタッチされたときに、前記一方のシートのタッチ位置に対応する部分が撓み変形し、前記一方のシートの抵抗膜が局部的に他方のシートの抵抗膜に接触する。

そのため、前記一対のシートの抵抗膜のうち、一方の抵抗膜の一方の方向の両端間と、他方の抵抗膜の前記一方の方向に対して直交する方向の両端間とに一定値の電圧を交互に印加し、前記一方の抵抗膜に電圧を印加したときの他方の抵抗膜の一端の電圧値と、前記他方の抵抗膜に電圧を印加したときの前記一方の抵抗膜の一端の電圧値とを測定することにより、これらの電圧値に基づいて、タッチ点の前記一方の方向とその方向に対して直交する方向の座標を検出することができる。
特開２０００−１６３２０８号公報

ところで、液晶表示素子には、タッチパネルを備えたものがあり、この種のタッチパネル付き液晶表示素子は、その観察側に前記タッチパネルを配置した構成となっている。

しかし、前記タッチパネルは、透明基板の一方の面に抵抗膜を形成した一対の抵抗膜シートを、それぞれの抵抗膜形成面を間隙をおいて互いに対向させて配置したものであり、前記一対の抵抗膜シートの両方の厚さに、これらの抵抗膜シート間の間隙の高さを加えた厚さを有している。

そのため、観察側に前記タッチパネルを配置した従来のタッチパネル付き液晶表示素子は、前記タッチパネルを含む厚さが、タッチパネルを備えない液晶表示素子に比べて厚い。

この発明は、タッチパネルを含む厚さを薄くすることができるタッチパネル付き液晶表示素子を提供することを目的としたものである。

この発明のタッチパネル付き液晶表示素子は、観察側とその反対側の一対の基板間に封入された液晶層と、前記一対の基板の対向する内面それぞれに互いに対向させて設けられるか、或いは一方の基板の内面に互いに絶縁して設けられ、前記液晶層に電界を印加して液晶分子の配向状態を制御する複数の画素領域を形成する第１と第２の電極と、前記一対の基板の少なくとも観察側基板の外面に配置された偏光板と、前記観察側基板とその外面に配置された前記偏光板との間に設けられ、前記偏光板の外面との間に、前記偏光板の外面をタッチ面とした静電容量型タッチパネルを形成するタッチパネル用導電膜とを備えたことを特徴とする。

このタッチパネル付き液晶表示素子において、前記タッチパネル用導電膜は、前記観察側基板の外面に配置された偏光板の前記観察側基板に対向する面に形成され、前記偏光板は、前記タッチパネル用導電膜を形成した面を、前記観察側基板の外面に、絶縁性粘着剤層により貼付けられているのが望ましい。

或いは、前記タッチパネル用導電膜は、前記観察側基板の外面に形成され、前記観察側基板の外面に配置された偏光板は、前記観察側基板の前記タッチパネル用導電膜を形成した面に、絶縁性粘着剤層により貼付けられているのが望ましい。

この発明のタッチパネル付き液晶表示素子は、観察側基板とその外面に配置された前記偏光板との間にタッチパネル用導電膜を設け、このタッチパネル用導電膜と前記偏光板の外面との間に、前記偏光板の外面をタッチ面とした静電容量型タッチパネルを形成したものであるため、前記タッチパネルを含む厚さを薄くすることができる。

このタッチパネル付き液晶表示素子において、前記タッチパネル用導電膜は、前記観察側基板の外面に配置された偏光板の前記観察側基板に対向する面に形成され、前記偏光板は、前記タッチパネル用導電膜を形成した面を、前記観察側基板の外面に、絶縁性粘着剤層により貼付けられているのが望ましく、このようにすることにより、前記タッチパネル用導電膜と前記偏光板の外面との間に、前記偏光板を誘電層とする静電容量型タッチパネルを形成することができる。

或いは、前記タッチパネル用導電膜は、前記観察側基板の外面に形成され、前記観察側基板の外面に配置された偏光板は、前記観察側基板の前記タッチパネル用導電膜を形成した面に、絶縁性粘着剤層により貼付けられているのが望ましく、このようにすることにより、前記タッチパネル用導電膜と前記偏光板の外面との間に、前記偏光板と前記絶縁性粘着剤層とを誘電層とする静電容量型タッチパネルを形成することができる。

（第１の実施形態）
図１はこの発明の第１の実施例を示すタッチ入力機能を備えた液晶表示装置の斜視図であり、この液晶表示装置は、タッチパネル付き液晶表示素子１と、タッチパネル駆動手段１７とを備えている。

図２は前記タッチパネル付き液晶表示素子１の断面図であり、この液晶表示素子１は、枠状のシール材４を介して接合された観察側（図において上側）とその反対側の一対の透明基板２，３と、これらの基板２，３間の前記シール材４で囲まれた領域に封入された液晶層５と、前記一対の基板２，３の対向する内面それぞれに互いに対向させて設けられ、互いに対向する領域がそれぞれ、その領域の液晶層５に電界が印加されて液晶分子の配向状態を制御するための画素領域を形成する第１と第２の透明電極６，７と、前記観察側の基板２の外面と反対側の基板３の外面とに配置された観察側及び反対側の一対の偏光板１０，１１とからなっている。

この液晶表示素子１は、一方の基板、例えば観察側とは反対側の基板３の内面に、複数の画素電極７を行方向及び列方向にマトリックス状に配列させて設け、他方の基板、つまり観察側の基板２の内面に、前記複数の画素電極７の配列領域に対向する一枚膜状の対向電極６を設けたアクティブマトリックス液晶表示素子であり、図では省略しているが、前記複数の画素電極７が設けられた反対側基板３の内面には、前記複数の画素電極７にそれぞれ接続された複数のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）と、各行のＴＦＴにゲート信号を供給する複数の走査線と、各列のＴＦＴにデータ信号を供給する複数の信号線が設けられている。

また、観察側基板２の内面には、前記複数の画素電極７と対向電極６とが互いに対向する領域からなる複数の画素にそれぞれ対応させて赤、緑、青の３色のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂが設けられており、前記対向電極６は、前記カラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂの上に形成されている。

なお、前記反対側基板３には、図１に示したように、観察側基板２の外方に張出すドライバ搭載部３ａが形成されており、前記複数の走査線と信号線は、前記ドライバ搭載部３ａに搭載された表示ドライバ９に接続され、前記対向電極６は、前記シール材４による基板接合部に設けられた図示しないクロス接続部と前記ドライバ搭載部３ａに形成された図示しない対向電極接続線を介して対向電極電位の供給源に接続されている。

また、前記一対の基板２，３の内面には、前記電極６，７を覆って配向膜（図示せず）が設けられており、前記液晶層５の液晶分子は、前記一対の基板２，３間において、前記配向膜により規定される配向状態に配向している。

この液晶表示素子１は、液晶分子をツイスト配向させたＴＮまたはＳＴＮ型、液晶分子を基板２，３面に対して実質的に垂直に配向させた垂直配向型、液晶分子をツイストさせることなく基板２，３面に対して実質的に平行に配向させた水平配向型、液晶分子をベンド配向させるベンド配向型のいずれか、あるいは強誘電性または反強誘電性液晶表示素子であり、前記一対の偏光板１０，１１は、それぞれの透過軸の向きを、良好なコントラストが得られるように設定して配置されている。

なお、前記液晶表示素子１は、一対の基板２，３の内面それぞれに設けられた電極６，７間に電界を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させるものに限らず、一対の基板のいずれか一方の内面に複数の画素を形成する例えば櫛状の第１と第２の電極を設け、これらの電極間に横電界（基板面に沿う方向の電界）を生じさせて液晶分子の配向状態を変化させる横電界制御型のものでもよい。

さらに、前記液晶表示素子１は、複数の画素にそれぞれ対応する赤、緑、青の３色のカラーフィルタ８Ｒ，８Ｇ，８Ｂを備えたものに限らず、カラーフィルタを備えないフィールドシーケンシャル表示用の液晶表示素子でもよい。

そして、このタッチパネル付き液晶表示素子１は、前記観察側基板２とその外面に配置された観察側偏光板１０との間に設けられ、前記観察側偏光板１０の外面との間に、前記観察側偏光板１０の外面をタッチ面とした静電容量型タッチパネルを形成する透明なタッチパネル用導電膜１２を備えている。

このタッチパネル用導電膜１２は、ＩＴＯ膜からなっており、前記観察側偏光板１０の前記観察側基板２に対向する面に、その略全体にわたって形成されている。

このタッチパネル用導電膜１２には、図１及び図２に示したように、前記液晶表示素子１の画面の横軸（以下、Ｘ軸という）方向の両端の縁部と、前記画面の縦軸（以下、Ｙ軸という）方向の両端の縁部とにそれぞれ、これらの縁部の略全長にわたって、低抵抗金属膜からなる帯状電極１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂが設けられている。

なお、この実施例では、前記観察側偏光板１０の前記観察側基板２に対向する面に前記タッチパネル用導電膜１２を形成し、その各縁部の上に前記帯状電極１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂを形成している。

そして、前記観察側偏光板１０は、前記タッチパネル用導電膜１２を形成した面を、前記反対側基板３の外面に、透明な絶縁性粘着剤層１５により貼付けられ、前記タッチパネル用導電膜１２と前記観察側偏光板１０の外面との間に、前記観察側偏光板１０を誘電層とする静電容量型タッチパネルを形成している。

なお、前記反対側偏光板１１は、前記前記観察側基板２の外面に、絶縁性の透明な粘着剤層１６により貼付けられている。

このように、前記液晶表示素子１は、前記タッチパネル用導電膜１２を、前記観察側基板２の外面に配置された観察側偏光板１０の前記観察側基板２に対向する面に形成し、前記観察側偏光板１０を、前記タッチパネル用導電膜１２を形成した面を、前記観察側基板２の外面に、絶縁性粘着剤層１５により貼付けているため、前記タッチパネル用導電膜１２と前記観察側偏光板１０の外面との間に、前記観察側偏光板１０を誘電層とする静電容量型タッチパネルを形成することができる。

また、前記タッチパネル駆動手段１７は、前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の両端への同相の交流電圧の印加と、Ｙ軸方向の両端への同相の交流電圧の印加とを交互に行ない、前記静電容量型タッチパネルのタッチ面、つまり前記観察側偏光板１０の外面の導電性物体によるタッチ点のＸ軸座標とＹ軸座標とを交互に検出する回路からなっている。

図３は前記タッチパネルを駆動するための回路の概念図であり、タッチパネル駆動手段１７は、交流電源１８と、この交流電源１８の一方端と前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の一端の帯状電極１３ａとの接続と、前記交流電源８の一方端と前記タッチパネル用導電膜１２のＹ軸方向の一端の帯状電極１４ａとの接続を切り替える第１の切換スイッチ１９と、前記交流電源１８の一方端と前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の他端の帯状電極１３ｂとの接続と、前記交流電源１８の一方端と前記タッチパネル用導電膜１２のＹ軸方向の他端の帯状電極１４ｂとの接続を切り替える第２の切換スイッチ２０と、前記交流電源１８と前記第１の切換スイッチ１９との間に介在された第１の電流センサ２１と、前記交流電源１８と前記第２の切換スイッチ２０との間に介在された第２の電流センサ２２と、前記第１と第２の電流センサ２１，２２の測定電流値に基づいて前記タッチ点のＹ軸座標を検出する座標検出部２３とからなっている。

前記第１と第２の切換スイッチ１９，２０は、前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の一端の帯状電極１３ａと他端の帯状電極１３ｂとが、第１、第２の電流センサ２１，２２を介して接続された閉回路を構成する状態（図３の状態）と、Ｙ軸方向の一端の帯状電極１４ａとＹ軸方向の他端の帯状電極１４ｂとが第１、第２の電流センサ２１，２２を介して接続された閉回路を構成する状態となるように、互いに同期して切り替えられる。

そして、座標検出部２３は、前記第１と第２の切換スイッチ１９，２０の切換えに対応して、前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の両端の帯状電極１３ａ，１３ｂが前記交流電源１８に接続されたときの前記第１と第２の電流センサ２１，２２の測定電流値に基づいて前記タッチ点のＸ軸座標を検出し、前記タッチパネル用導電膜１２のＹ軸方向の両端の帯状電極１４ａ，１４ｂが前記交流電源１８に接続されたときの前記第１と第２の電流センサ２１，２２の測定電流値に基づいて前記タッチ点のＹ軸座標を検出する。

前記タッチパネル駆動手段１７は、前記第１と第２の切換スイッチ１９，２０を、図示しない制御手段により、予め設定された周期、例えば０．１秒周期で、互いに同期して切換え、前記座標検出部２３により、前記静電容量型タッチパネルのタッチ点のＸ軸座標とＹ軸座標とを次のようにして交互に検出する。

図４は、前記静電容量型タッチパネルＸ軸座標検出時における駆動回路の概念図であり、前記第１と第２の切換スイッチ１９，２０の切換えにより前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の帯状電極１３ａ，１３ｂが前記交流電源１８に接続され、前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の両端には同電位の交流電圧が印加される。

そして、前記観察側偏光板１０の外面を導電性物体によりタッチしないときは、前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の両端への印加電圧が同電位の交流電圧であるため、前記タッチパネル用導電膜１２に電流が流れず、したがって、このときの前記第１と第２の電流センサ２１，２２の測定電流値は０である。

一方、前記観察側偏光板１０の外面を、導電性物体、例えば人の指先２４によりタッチすると、図４のように、前記指先２４が容量Ｃを介して接続されるため、前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の一端と他端からそれぞれ、前記観察側偏光板１０の容量Ｃを介して前記指先２４に電流Ｉ_１，Ｉ_２が流れ、その電流値が前記第１と第２の電流センサ２１，２２により測定される。

これらの電流Ｉ_１，Ｉ_２の関係は、
前記タッチパネルのタッチ点のＸ軸座標をｘ（０≦ｘ≧１）
前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の両端間（帯状電極１３ａ，１３ｂ間）の抵抗をＲ
前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の一端と前記指先２４のタッチ点に対応する位置との間の抵抗をＲ・ｘ
前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の他端と前記タッチ点に対応する位置との間の抵抗をＲ（１−ｘ）
前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の一端と前記電源１８との間の配線抵抗（第１の電流センサ２１の内部抵抗を含む）と、前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の他端と前記電源１８との間の配線抵抗（第２の電流センサ２２の内部抵抗を含む）とをそれぞれｒ
前記指先２４及び人体のインピーダンスをＺ
前記交流電源１８の交流電圧値をＶ
前記交流の角周波数をω
とすると、次の式(1)、(2)で表すことができる。

Ｉ_１＝（ｒ＋Ｒ・ｘ）＋（Ｉ_１＋Ｉ_２）｛（ｉωＣ）^−１＋Ｚ｝＝Ｖ …(1)
Ｉ_２＝｛ｒ＋Ｒ（１−ｘ）｝＋（Ｉ_１＋Ｉ_２）｛（ｉωＣ）^−１＋Ｚ｝＝Ｖ …(2)
これらの式(1)、(2)より、
Ｉ_１＝｛ｒ＋Ｒ（１−ｘ）｝Ｖ／Ａ …(3)
Ｉ_２＝（ｒ＋Ｒ・ｘ）Ｖ／Ａ …(4)
ここで、Ａ＝ｒ^２＋ｒ・Ｒ＋Ｒ^２・ｘ−Ｒ^２・ｘ^２
これらの式(3)、(4)より、
ｘ＝｛Ｒ＋ｒ（１−α）｝／Ｒ（１＋α） …(5)
ここで、α＝Ｉ_１／Ｉ_２
また、Ｒ＞＞ｒとすると、前記式(5)は、
ｘ＝１／Ｒ（１＋α）＝Ｉ_２／（Ｉ_１＋Ｉ_２） …(6)
となる。

したがって、前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の両端の帯状電極１３ａ，１３ｂを前記交流電源１８に接続したときの前記第１と第２の電流センサ２１，２２の測定電流値に基づいて、上記式(5)または式(6)により、前記タッチ点のＸ軸座標ｘを算出することができる。

また、前記第１と第２の切換スイッチ１９，２０の切換えにより前記タッチパネル用導電膜１２のＹ軸方向の帯状電極１４ａ，１４ｂを前記交流電源１８に接続すると、前記タッチパネル用導電膜１２のＹ軸方向の両端に同電位の交流電圧が印加され、前記タッチパネルのタッチ点のＹ軸座標は、そのときの前記第１と第２の電流センサ２１，２２の測定電流値に基づいて、上記Ｘ軸座標ｘの検出と同様にして検出することができる。

すなわち、前記タッチパネルのタッチ点のＹ軸座標ｙ（０≦ｙ≧１）は、前記タッチパネル用導電膜１２のＹ軸方向の両端間（帯状電極１４ａ，１４ｂ間）の抵抗と、前記タッチパネル用導電膜１２のＹ軸方向の一端と前記電源１８との間の配線抵抗及び前記タッチパネル用導電膜１２のＹ軸方向の他端と前記電源１８との間の配線抵抗（第１、第２の電流センサ２１，２２の内部抵抗を含む）と、前記指先２４及び人体のインピーダンスＺと、前記電源１８の交流電圧値と、前記交流の各周波数ωとから、上記Ｘ軸座標ｘの検出と同様にして算出することができる。

そして、前記タッチパネル付き液晶表示素子１は、観察側基板２とその外面に配置された観察側偏光板１０との間にタッチパネル用導電膜１２を設け、このタッチパネル用導電膜１２と前記観察側偏光板１０の外面との間に、前記観察側偏光板１０の外面をタッチ面とした静電容量型タッチパネルを形成したものであるため、前記タッチパネルを含む厚さを薄くすることができる。

そのため、この実施例の液晶表示装置は、前記タッチパネル付き液晶表示素子１が薄く、したがって、表示面をタッチ入力面とした各種電子機器の薄型化をはかることができる。

（第２の実施形態）
図５はこの発明の第２の実施例を示すタッチパネル付き液晶表示素子の断面図である。なお、この実施例において、上述した第１の実施例と同じものについては、図に同符号を付してその説明を省略する。

この実施例のタッチパネル付き液晶表示素子１は、前記タッチパネル用導電膜１２を、前記観察側基板２の外面に形成し、前記観察側基板２の外面に配置された観察側偏光板１０を、前記観察側基板２の前記タッチパネル用導電膜１２を形成した面に、絶縁性粘着剤層１５により貼付けたものであり、他の構成は第１の実施例と同じである。

なお、この実施例では、前記タッチパネル用導電膜１２のＸ軸方向の両端の縁部とＹ軸方向の両端の縁部とにそれぞれ設ける帯状電極１３ａ，１３ｂ（Ｙ軸方向の両端の帯状電極は図示せず）を前記観察側偏光板１０の外面に形成し、その上に前記タッチパネル用導電膜１２を形成している。

このタッチパネル付き液晶表示素子１は、前記タッチパネル用導電膜１２を、前記観察側基板２の外面に形成し、前記観察側基板２の外面に配置された観察側偏光板１０を、前記観察側基板２の前記タッチパネル用導電膜１２を形成した面に、絶縁性粘着剤層１５により貼付けているため、前記タッチパネル用導電膜１２と前記観察側偏光板１０の外面との間に、前記観察側偏光板１０と前記絶縁性粘着剤層１５とを誘電層とする静電容量型タッチパネルを形成することができる。

（他の実施形態）
なお、上述した第１及び第２の実施例のタッチパネル付き液晶表示素子１は、観察側とその反対側とにそれぞれ偏光板１０，１１を配置した透過型の液晶表示素子であるが、液晶表示素子は、観察側基板の外面だけに偏光板を備え、観察側とは反対側の基板の内面または外面に反射膜を設けた反射型の液晶表示素子でもよい。

この発明の第１の実施例を示すタッチ入力機能を備えた液晶表示装置の斜視図。前記液晶表示装置のタッチパネル付き液晶表示素子の断面図。前記液晶表示装置のタッチパネルを駆動するための回路の概念図静電容量型タッチパネルとタッチパネル駆動手段のＸ軸座標検出時における駆動回路の概念図。この発明の第２の実施例を示すタッチパネル付き液晶表示素子の断面図。

符号の説明

１…タッチパネル付き液晶表示素子、２，３…基板、４…シール材、５…液晶層、６，７…電極、８Ｒ，８Ｇ，８Ｂ…カラーフィルタ、１０，１１…偏光板、１２…タッチパネル用導電膜、１３ａ，１３ｂ，１４ａ，１４ｂ…帯状電極、１５…絶縁性粘着剤層、１７…タッチパネル駆動手段、１８…電源、１９，２０…切換スイッチ、２１，２２…電流センサ、２３…座標検出部。

Claims

観察側とその反対側の一対の基板間に封入された液晶層と、前記一対の基板の対向する内面それぞれに互いに対向させて設けられるか、或いは一方の基板の内面に互いに絶縁して設けられ、前記液晶層に電界を印加して液晶分子の配向状態を制御する複数の画素領域を形成する第１と第２の電極と、前記一対の基板の少なくとも観察側基板の外面に配置された偏光板と、前記観察側基板とその外面に配置された前記偏光板との間に設けられ、前記偏光板の外面との間に、前記偏光板の外面をタッチ面とした静電容量型タッチパネルを形成するタッチパネル用導電膜とを備えたことを特徴とするタッチパネル付き液晶表示素子。
タッチパネル用導電膜は、観察側基板の外面に配置された偏光板の前記観察側基板に対向する面に形成され、前記偏光板は、前記タッチパネル用導電膜を形成した面を、前記観察側基板の外面に、絶縁性粘着剤層により貼付けられていることを請求項１に記載のタッチパネル付き液晶表示素子。
タッチパネル用導電膜は、観察側基板の外面に形成され、前記観察側基板の外面に配置された偏光板は、前記観察側基板の前記タッチパネル用導電膜を形成した面に、絶縁性粘着剤層により貼付けられていることを請求項１に記載のタッチパネル付き液晶表示素子。