JP2008032756A - タッチパネル表示装置及びタッチパネル - Google Patents

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Abstract

【課題】静電容量結合方式のタッチパネルにおいて、表示品位の劣化を抑止すると共に、装置自体を薄く軽量にする。
【解決手段】静電容量結合方式によりタッチされた位置を検出すると共に画像を表示するタッチパネル表示装置であって、互いに対向配置された第１ガラス基板８及び第２ガラス基板４と、両ガラス基板８及び４の間に設けられた液晶層４０と、液晶層４０及び第１ガラス基板８の間に配置された複数の画素電極と、液晶層４０及び第２ガラス基板４の間に配置され、タッチされた位置を検出するための第１透明電極３と、第１透明電極３及び液晶層４０の間に設けられ、表示用の信号が供給される第２透明電極１と、第２透明電極１及び第１透明電極３の間に介在されたカラーフィルター層２とを備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネル表示装置及びタッチパネルに関するものである。
タッチパネルは、指やペン等でタッチ（押圧）することによって、コンピュータ等の情報処理装置に対話形式で情報を入力する装置である。
また、タッチパネルは、その動作原理によって、抵抗膜方式、静電容量結合方式、赤外線方式、超音波方式及び電磁誘導結合方式等に分類される。その中でも、低コストで搭載可能な抵抗膜方式及び静電容量結合方式のタッチパネルが近年よく利用されている。
上記抵抗膜方式のタッチパネルは、例えば、互いに対向配置された一対のガラス基板と、それら一対のガラス基板の間に挟持された絶縁性スペーサーと、各ガラス基板の内側の全面に抵抗膜として設けられた透明導電膜と、タッチ位置検知回路とにより構成されている。そして、そのタッチパネルは、液晶表示装置等のディスプレイ画面の前面に装着して使用される。
このような構成の抵抗膜方式のタッチパネルでは、ディスプレイ画面の前面をタッチすることにより、各抵抗膜同士が接触（短絡）して、各抵抗膜間に電流が流れる。このときの電圧の変化をタッチ位置検知回路によって検知することにより、タッチされた位置が検出される。
しかしながら、抵抗膜方式のタッチパネルは、一対の抵抗膜が空気層を挟んで対向配置しているので、その空気層によって屈折率の差が大きくなり、光透過率が低下してしまうという欠点を有している。
次に、上記静電容量結合方式のタッチパネルについて説明する。
図９は、一般的な静電容量結合方式のタッチパネルを有するタッチパネル表示装置５０’の断面模式図である。
このタッチパネル表示装置５０’は、アクティブマトリクス基板２０と、対向基板３５と、それら両基板２０及び３５に挟持された液晶層４０とにより構成された液晶パネルと、上記液晶パネルの下側に偏光板９及び拡散シート１０を介して設けられたバックライト６と、上記液晶パネルの上側に偏光板５を介して設けられたタッチパネル３０’とを有している。
このタッチパネル３０’は、その液晶パネル側に位置検出用透明電極３’を有し、両面テープ等の接着層１７によって上記液晶パネルに固定されている。
また、タッチパネル３０’は、第３ガラス基板１６と、その第３ガラス基板１６の全面に設けられた位置検出用透明電極３’と、その位置検出用透明電極３’の周縁部に一定のピッチで設けられた位置検出用電極と、タッチ位置を検出するための位置検出回路とにより構成されている。
このタッチパネル３０’では、ディスプレイ画面の前面、即ち、第３ガラス基板１６の表面をタッチすることにより、位置検出用透明電極３’はタッチされた点で人体の静電容量を介して接地されるため、各位置検出用電極と接地点との間の抵抗値に変化が生じる。この変化をタッチ位置検出回路によって検出することにより、タッチされた位置が検出される。
上記タッチパネル表示装置５０’では、上記抵抗膜方式のタッチパネルよりもガラス基板の枚数が１枚少なくなると共に、上記抵抗膜方式のタッチパネルにおいて存在する各ガラス基板の間の空気層が存在しないため、光透過率に優れている。
また、静電容量結合方式のタッチパネルの１例として、特許文献１には、タッチ位置検出のための透明導電膜が設けられた第１の透明基板のタッチ面側に、透明接着材によってグレア防止用の第２の透明基板が貼り合わせられて構成された静電容量方式のタッチパネルが開示されている。これによれば、透明導電膜の損傷を防止するとともに、生産性の向上を可能になると記載されている。
しかしながら、上記のようなタッチパネルをディスプレイ画面の前面に装着して使用するタイプのタッチパネル表示装置では、タッチパネル自体をディスプレイ画面の前面に装着する必要があるので、装置全体の厚みや重量が大きくなる、或いはコストがかかるという問題があった。
そこで、装置の薄型化や軽量化を図るため、タッチパネルを構成するガラス基板及び位置検出用透明電極を、表示装置を構成する部材と共有させることにより、省略することが知られている。
具体的に特許文献２には、２枚の透明絶縁板の間に、共通透明電極、液晶、表示透明電極を順に積層し、文字や画像を表示すると共に指等の接触物が接触する共通透明電極側に配置される透明絶縁板上の接触部の位置座標を検知するために、共通透明電極の四隅に、接触物と透明絶縁板を介して共通透明電極との間に流れる電流を検出する電流検出器を取り付け、接触物が透明絶縁板上の接触部へ接触することによる静電容量の変化に影響される四隅の電流検出器からの電流信号により接触部の位置座標を計算するための信号処理回路を備えた静電容量式タッチパネル装置が記載されている。
同様に特許文献３には、マトリクス状に配列された複数の画素電極を有するアクティブマトリクス基板と、そのアクティブマトリクス基板に対向する透明対向電極とを備えた表示装置において、透明対向電極に対して表示用の電圧または電流を供給する液晶表示回路と、透明対向電極の複数の箇所から流れる電流を検出する位置検出回路と、これらの回路のいずれか一方を透明共通電極と電気的に導通させるスイッチング回路とを備えたタッチセンサ一体型表示装置が記載されている。
特開平５−３２４２０３号公報 特開２００３−９９１９２号公報 特開２００３−６６４１７号公報
しかしながら、上記特許文献２及び３では、タッチパネルを構成するガラス基板及び位置検出用透明電極を、表示装置を構成する部材と共有させることによって、装置自体の厚みやコストの削減が可能となるものの、表示品位の低下を招く恐れがある。
具体的には、上記特許文献２及び３の共通透明電極は、位置を検出するためのタッチパネル用電極としての機能と、液晶層に電圧を印加するための表示用電極としての機能とを併せ持つ必要がある。ところが、タッチパネル用電極としては電気的に高抵抗であることが要求されるのに対して、表示用電極としては電気的に低抵抗であることが要求される。
即ち、表面抵抗としては、タッチパネル用電極として機能させるためには約５００〜１５００Ωが好ましい。また、表示用電極として機能させるためには３０〜１００Ω以下が好ましい。仮に、共通透明電極の表面抵抗が１００Ωを超える場合には、表示文字やパターンに沿って影が延びるシャドーイングという現象が発生して、表示品位が劣化する恐れがある。なお、表面抵抗（Ω）とは、単位面積当たりの電気抵抗であり、シート抵抗とも呼ばれ、Ω／□、Ω／ｓｑ．（オームパースクエア）という単位でも表現される。
本発明は、かかる点に鑑みてなされたものであり、その目的とするところは、静電容量結合方式のタッチパネルにおいて、表示品位の劣化を抑止すると共に、装置自体を薄く軽量にすることにある。
本発明は、第２基板に、表示用の信号が供給される第２透明導電膜と、タッチされた位置を検出するための第１透明導電膜とをそれぞれ設けるようにしたものである。
具体的に本発明に係るタッチパネル表示装置は、静電容量結合方式によりタッチされた位置を検出すると共に画像を表示するタッチパネル表示装置であって、互いに対向配置された第１基板及び第２基板と、上記第１基板及び第２基板の間に設けられた表示媒体層と、上記表示媒体層及び上記第１基板の間に配置された複数の画素電極と、上記表示媒体層及び上記第２基板の間に配置され、タッチされた位置を検出するための第１透明導電膜と、上記第１透明導電膜及び上記表示媒体層の間に設けられ、表示用の信号が供給される第２透明導電膜と、上記第２透明導電膜及び上記第１透明導電膜の間に介在された絶縁層とを備えていることを特徴とする。
上記の構成によれば、第１基板上に設けられた各画素電極と、第２基板上に設けられた第２透明導電膜とにそれぞれ表示用の信号を供給することにより、表示媒体層に電圧が印加されて、画像が表示される。
また、第２基板の表示媒体層と反対側の表面をタッチすることにより、第１透明導電膜は第２基板を越しにタッチされた位置で、タッチした人体の静電容量を介して接地され、例えば、第１導電膜の周囲に設けられた各位置検出用電極と接地点との間の抵抗値に変化が生じる。そして、この変化を例えば位置検出回路によって検出することにより、タッチされた位置が検出され、静電容量結合方式のタッチパネルとして機能することになる。
さらに、タッチ位置を検出する第１透明導電膜は、一般に、表示用の信号が供給される第２透明導電膜よりも電気的に高抵抗であるので、位置検出用の信号が第１透明導電膜において確実に発生すると共に、表示用の信号が第２透明導電膜を介して表示媒体層に速やかに供給される。そのため、本発明のタッチパネル表示装置は、タッチパネル機能を有していても、シャドーイングの発生が抑えられ、表示品位の劣化が抑止される。
また、従来では、タッチ位置を検出する第１透明導電膜が形成されたタッチパネルを、表示装置のディスプレイ画面の前面に装着して、タッチパネル機能を有する表示装置として、３枚の基板を必要としていたのに対して、本発明のタッチパネル表示装置は、２枚の基板により構成され、基板を１枚省略することが可能となるので、装置自体が薄く軽量にすることが可能になる。
以上のことにより、静電容量結合方式のタッチパネルにおいて、表示品位の劣化が抑止されると共に、装置自体を薄く軽量にすることが可能になる。
上記第１透明導電膜の表面抵抗は、８００Ω以上且つ１６００Ω以下であってもよい。
上記の構成によれば、第１透明導電膜において位置検出用の信号が確実に発生して、その位置検出用の信号を、例えば、位置検出用回路に確実に伝えることが可能になる。これとは反対に、第１透明導電膜のシート抵抗が８００Ω未満の場合、又は１６００Ωを超えた場合には、タッチされた位置を正確に検出することは困難である。
上記絶縁層は、カラーフィルター層であってもよい。
上記の構成によれば、第１透明導電膜と第２透明導電膜とをカラーフィルター層によって電気的に絶縁することになるので、カラー表示装置の場合には、第１透明導電膜と第２透明導電膜絶縁層との間に別途絶縁層を設ける必要がなく、製造工程の簡略化が可能になる。
上記第２基板と上記第１透明導電膜との間には、カラーフィルター層が設けられていてもよい。
上記の構成によれば、例えば、ガラス基板上にカラーフィルター層が形成された一般的なカラーフィルター基板上に、第１透明導電膜、絶縁層及び第２透明導電膜を順に形成することによっても、本発明の第２基板上の構成が実現可能であるため、一般的な市販のカラーフィルター基板を利用して本発明の作用効果が奏される。
上記第１透明導電膜の厚さは、５０Å以上且つ１５０Å以下であってもよい。
上記の構成によれば、第１透明導電膜において位置検出用の信号が確実に発生して、その位置検出用の信号を、例えば、位置検出回路に確実に伝えることが可能になる。これとは反対に、第１透明導電膜の厚さが５０Å未満の場合には、第１透明導電膜の電気抵抗が高くなりすぎて抵抗値が基板面内で安定せず、タッチされた位置を正確に検出することは困難である。また、第１透明導電膜の厚さが１５０Åを超えた場合には、第１透明導電膜の透過率が大幅に低下して、表示品位が損なわれてしまう。
上記第１透明導電膜は、酸化インジウムと酸化スズとの非晶質化合物、又は、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物により形成されていてもよい。
上記の構成によれば、酸化インジウムと酸化スズとの非晶質化合物、又は、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物は、多結晶性の酸化インジウムと酸化スズとの化合物よりも電気的に高抵抗であるので、表示用の信号が供給される第２透明導電膜が、多結晶性の酸化インジウムと酸化スズとの化合物により形成される一般的な場合には、タッチ位置を検出する第１透明導電膜が、第２透明導電膜よりも電気的に高抵抗になる。
また、本発明に係るタッチパネルは、静電容量結合方式によりタッチされた位置を検出するタッチパネルであって、基板と、上記基板上に設けられ、タッチされた位置を検出するための第１透明導電膜と、上記第１透明導電膜を覆う絶縁層と、上記絶縁層を覆うように設けられ、表示用の信号が供給される第２透明導電膜とを備えていることを特徴とする。
上記の構成によれば、基板上に設けられた第２透明導電膜に表示用の信号を供給することにより、例えば、上記基板と他の基板との間に挟持された表示媒体層に電圧が印加されて、画像が表示される。
また、基板をタッチすることにより、第１透明導電膜は基板を越しにタッチされた位置で、タッチした人体の静電容量を介して接地され、例えば、第１導電膜の周囲に設けられた各位置検出用電極と接地点との間の抵抗値に変化が生じる。そして、この変化を例えば位置検出回路によって検出することにより、タッチされた位置が検出され、静電容量結合方式のタッチパネルとして機能することになる。
さらに、タッチ位置を検出する第１透明導電膜は、一般に表示用の信号が供給される第２透明導電膜よりも電気的に高抵抗であるので、位置検出用の信号が第１透明導電膜において確実に発生すると共に、表示用の信号が第２透明導電膜に速やかに供給さる。そのため、本発明のタッチパネルは、タッチパネル機能を有していても、シャドーイングの発生が抑えられ、表示品位の劣化が抑止される。
また、従来では、タッチ位置を検出する第１透明導電膜が形成されたタッチパネルを、表示装置のディスプレイ画面の前面に装着して、タッチパネル機能を有する表示装置として、３枚の基板を必要としていたのに対して、本発明のタッチパネルは、表示装置を構成する一対の基板の一方によって構成され、基板を１枚省略することが可能になるので、装置自体が薄く軽量にすることが可能になる。
以上のことにより、静電容量結合方式のタッチパネルにおいて、表示品位の劣化が抑止されると共に、装置自体を薄く軽量にすることが可能になる。
本発明のタッチパネル表示装置は、静電容量結合方式によりタッチされた位置を検出すると共に画像を表示するタッチパネル表示装置において、第２基板に、表示用の信号が供給される第２透明導電膜と、タッチされた位置を検出するための第１透明導電膜とをそれぞれ設けているので、表示品位の劣化を抑止することができると共に、装置自体を薄く軽量にすることができる。
以下、本発明の実施形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施形態では、スイッチング素子としてＴＦＴを用いたアクティブマトリクス駆動型の液晶表示装置を例に説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されるものではなく、他の構成であってもよい。
《発明の実施形態１》
以下に、本発明の実施形態１に係るタッチパネル表示装置について説明を行う。
図１は、本発明の実施形態１に係るタッチパネル表示装置５０ａの断面模式図である。また、図２は、タッチパネル表示装置５０ａを構成するタッチパネル３０ａを部分的に示した平面模式図であり、図３は、図２中のIII−III断面における断面模式図である。
タッチパネル表示装置５０ａは、アクティブマトリクス基板２０と、そのアクティブマトリクス基板２０に対向配置されたタッチパネル３０ａと、それらアクティブマトリクス基板２０及びタッチパネル３０ａの間に挟持され、表示媒体層である液層層４０と、アクティブマトリクス基板２０の下側に偏光板９及び拡散シート１０を介して設けられたバックライト６と、タッチパネル３０ａの上側に設けられた偏光板５とを備えている。
アクティブマトリクス基板２０は、第１基板である第１ガラス基板８と、ＴＦＴアレイ層７とにより構成されている。
ＴＦＴアレイ層７は、相互に並行に延びるように設けられた複数のゲート線と、それらのゲート線と直交する方向に相互に並行に延びるように設けられた複数のソース線と、各ゲート線の間にゲート線と並行に延びるように設けられた容量線と、ゲート線及びソース線の各々の交差部分に設けられたＴＦＴと、各ＴＦＴに対応して隣り合う一対のゲート線及び隣り合う一対のソース線で囲われる表示領域に設けられ、画素を構成する画素電極とを備えている。
また、アクティブマトリクス基板２０は、第１ガラス基板８上に、ゲート絶縁膜及び層間絶縁膜が順に積層された多層積層構造となっている。
第１ガラス基板８と上記ゲート絶縁膜との層間には、ゲート線及び容量線が設けられている。このゲート線は、各ＴＦＴに対応してソース線の延びる方向に突出したゲート電極を有している。
上記ゲート絶縁膜と上記層間絶縁膜との層間には、ＴＦＴを構成する半導体層が設けられ、半導体層の上層には、ソース線、各ＴＦＴに対応してソース線からゲート線の延びる方向に突出したソース電極、そのソース電極と対峙するドレイン電極が設けられている。
上記層間絶縁膜の上層には、ドレイン電極にコンタクトホールを介して接続された画素電極が設けられ、さらに、画素電極の上層には、配向膜が設けられている。
ドレイン電極は、容量線の配設している領域まで延設され、容量線と対向する部分が補助容量電極となっている。そして、その補助容量電極は、ゲート絶縁膜を介して容量線と共に補助容量を構成している。
タッチパネル３０ａは、第２基板である第２ガラス基板４と、その第２ガラス基板４上に設けられ、タッチされた位置を検出するための第１透明導電膜である第１透明電極３と、その第１透明電極３を覆い絶縁層として機能するカラーフィルター層２と、そのカラーフィルター層２を覆うように設けられ、表示用の信号が供給される第２透明導電膜である第２透明電極１とにより構成されている。
第１透明電極３の表面抵抗は、タッチパネルとして十分に機能させるために８００〜１６００Ωに、第２透明電極１の表面抵抗は、表示品位を保持するために３０〜１００Ωになっている。
ここで、第１透明電極３の表面抵抗は、８００Ω以上且つ１６００Ω以下であるので、第１透明電極３において位置検出用の信号が確実に発生して、その位置検出用の信号を、位置検出用回路に確実に伝えることができる。これとは反対に、第１透明電極３の表面抵抗が８００Ω未満の場合、又は１６００Ωを超えた場合には、タッチされた位置を正確に検出することは困難である。
第１透明電極３は、図４に示すようにその周端の各角部に、電気的に接続された位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤが設けられている。
また、第２ガラス基板４は、各位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤから延びる位置検出用配線部１１と、その位置検出用配線部１１の末端である位置検出用配線端子部１３と、第１透明電極３の周端を覆うように設けられた額縁部１２とを有している。
カラーフィルター層２は、各画素に対応して赤、緑及び青のうちの１色が配設された着色層２ａと、各着色層２ａの間に設けられたブラックマトリクス２ｂとにより構成されている。
液晶層４０は、電気光学特性を有する液晶分子からなるネマチック液晶材料により構成されている。
このタッチパネル表示装置５０ａは、各画素電極毎に１つの画素が構成されており、各画素において、ゲート線からゲート信号が送られてＴＦＴをオン状態としたときに、ソース線からソース信号が送られてソース電極及びドレイン電極を介して、画素電極に所定の電荷を書き込まれ、画素電極と第２透明電極１との間で電位差が生じることになり、液晶層４０からなる液晶容量、及び補助容量に所定の電圧が印加されるように構成されている。そして、タッチパネル表示装置５０ａでは、その印加電圧の大きさに応じて液晶分子の配向状態が変わることを利用して、バックライト６から入射する光の透過率を調整することにより、画像が表示される。
次に、タッチパネル表示装置５０ａのタッチパネルとしての動作について説明する。
タッチパネル３０ａの表面、即ち、偏光板５の表面をペンや指によって触れた場合、第１透明電極３が人を介してグランド（接地面）と容量的に結合される。この容量とは、偏光板５及び第１透明電極３の間の容量と、並びに、人と地面との間に存在する容量との総和である。なお、タッチパネル３０ａに触れていない場合は、位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤから同じ大きさの電圧が印加されるため、定常電流は流れない。
容量結合した接触部分と第１透明電極３の各位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤとの間における電気抵抗は、接触部分と各位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤとの間の距離に比例する。従って、第１透明電極３の各位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを介して、接触部分と位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤとの間の各距離に比例した電流が流れることになる。これらの電流の大きさを検出すれば、接触部分の位置座標を求めることができる。
具体的に図５を参照しながら、本発明で採用する静電容量結合方式による位置検出方法の基本原理を説明する。
図５では、説明を簡単にするため、電極Ａ及びＢに挟まれた１次元抵抗体が示されている。実際の表示装置では、２次元的な広がりを持つ対向導電膜がこの１次元抵抗体と同様の機能を発揮する。
電極Ａ及びＢのそれぞれには、電流−電圧変換用の抵抗ｒが接続されている。電極Ａ及びＢは、位置検出回路に接続される。
電極Ａとグランドとの間、および、電極Ｂとグランドとの間には、同相同電位の電圧（交流ｅ）が印加される。このとき、電極Ａ及びＢは常に同電位にあるため、電極Ａと電極Ｂとの間を電流は流れない。
仮に、指で位置Ｘをタッチしたとすると、指によってタッチされた位置Ｘから電極Ａまでの抵抗をＲ1、位置Ｘから電極Ｂまでの抵抗をＲ2、Ｒ＝Ｒ1＋Ｒ2とする。このとき、人のインピーダンスをＺとし、電極Ａを流れる電流をｉ1、電極Ｂを流れる電流をｉ2とした場合、以下の式が成立する。
ｅ＝ｒｉ1＋Ｒ1ｉ1＋（ｉ1＋ｉ2）Ｚ （式１）
ｅ＝ｒｉ2＋Ｒ2ｉ2＋（ｉ2＋ｉ2）Ｚ （式２）
上記の式１および式２から、以下の式３および式４が得られる。
ｉ1（ｒ＋Ｒ1）＝ｉ2（ｒ＋Ｒ2） （式３）
ｉ2＝ｉ1（ｒ＋Ｒ1）／（ｒ＋Ｒ2） （式４）
式４を式１に代入すると、以下の式５が得られる。
ｅ＝ｒｉ1＋Ｒ1ｉ1＋（ｉ1＋ｉ1（ｒ＋Ｒ1）／（ｒ＋Ｒ2））Ｚ
＝ｉ1（Ｒ（Ｚ＋ｒ）＋Ｒ1Ｒ2＋２Ｚｒ＋ｒ2）／（ｒ＋Ｒ2） （式５）
上記式５から、次の式６が得られる。
ｉ1＝ｅ（ｒ＋Ｒ2）／（Ｒ（Ｚ＋ｒ）＋Ｒ1Ｒ2＋２Ｚｒ＋ｒ2） （式６）
同様にして、式７が得られる。
ｉ2＝ｅ（ｒ＋Ｒ1）／（Ｒ（Ｚ＋ｒ）＋Ｒ1Ｒ2＋２Ｚｒ＋ｒ2） （式７）
ここで、Ｒ1、Ｒ2の比を全体の抵抗Ｒを用いて表すと、式（８）が得られる。
Ｒ1／Ｒ＝（２ｒ／Ｒ＋１）ｉ2／（ｉ1＋ｉ2）−ｒ／Ｒ （式８）
ｒとＲは既知であるので、電極Ａを流れる電流ｉ1と電極Ｂを流れる電流ｉ2を測定によって求めれば、式８からＲ1／Ｒを決定することができる。なお、Ｒ1／Ｒは、指で接触した人間を含むインピーダンスＺに依存しない。したがって、インピーダンスＺがゼロ、無限大でない限り、式８が成立し、人、材料による変化、状態を無視できる。
次に、図６を参照しながら、上記１次元の場合における関係式を２次元の場合に拡大した場合を説明する。ここでは、図４に示すように、第１透明電極３の各角部（４隅）に位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを形成している。これらの位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤは、位置検出用配線部１１及び位置検出用配線端子部１３を介して位置検出回路に接続されている。
この位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤには、同相同電位の交流電圧が印加され、指等の接触によって第１透明電極３の４隅を流れる電流をそれぞれｉ1、ｉ2、ｉ3及びｉ4とする。この場合、前述の計算と同様の計算により、以下の式が得られる。
Ｘ＝ｋ1＋ｋ2・（ｉ2＋ｉ3）／（ｉ1＋ｉ2＋ｉ3＋ｉ4） （式９）
Ｙ＝ｋ1＋ｋ2・（ｉ2＋ｉ3）／（ｉ1＋ｉ2＋ｉ3＋ｉ4） （式１０）
ここで、Ｘは第１透明電極３上におけるタッチされた位置のＸ座標、Ｙは第１透明電極３上におけるタッチされた位置のＹ座標である。また、ｋ1はオフセット、ｋ2は倍率である。ｋ1及びｋ2は、人のインピーダンスに依存しない定数である。
上記の式９及び１０に基づけば各位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを流れるｉ1、ｉ2、ｉ3及びｉ4の測定値から接触位置を決定することができる。
上記の例では、第１透明電極３の４隅に電極を配置し、各電極を流れる電流を測定することにより、２次元的な広がりをもつ面上における接触位置を検出しているが、第１透明電極３の電極数は４つに限られるものではない。２次元的な位置検出に必要な電極の最低数は３であるが、電極の数を５以上に増加させることにより、位置検出の精度を向上させることが可能である。
上述した原理に従って、接触位置の座標を決定するには、第１透明電極３に設けた複数の位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを流れる電流の値を測定する必要がある。
次に、本発明の実施形態１に係るタッチパネル表示装置５０ａの製造方法について説明する。
＜アクティブマトリクス基板作製工程＞
まず、第１ガラス基板８上の基板全体に、アルミニウム等からなる金属膜（厚さ１５００Å程度）をスパッタリング法により成膜し、その後、フォトリソグラフィー技術（Photo Engraving Process、以下、「ＰＥＰ技術」と称する）によりパターン形成して、ゲート線、ゲート電極及び容量線を形成する。
次いで、ゲート線、ゲート電極及び容量線上の基板全体に、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法により窒化シリコン膜（厚さ４０００Å程度）等を成膜し、ゲート絶縁膜を形成する。
次いで、ゲート絶縁膜上の基板全体に、ＣＶＤ法により真性アモルファスシリコン膜（厚さ１５００Å程度）と、リンがドープされたｎ＋アモルファスシリコン膜（厚さ４００Å程度）とを連続して成膜し、その後、ＰＥＰ技術により島状にパターン形成して、真性アモルファスシリコン層及びｎ＋アモルファスシリコン層からなる半導体層を形成する。
次いで、半導体層が形成されたゲート絶縁膜上に、アルミニウム、チタン等からなる金属膜（厚さ１５００Å程度）をスパッタリング法により成膜し、その後、ＰＥＰ技術によりパターン形成して、ソース線、ソース電極及びドレイン電極を形成する。
次いで、ソース電極及びドレイン電極をマスクとしてｎ＋アモルファスシリコン層をエッチング除去することにより、チャネル部を形成する。
次いで、ソース電極及びドレイン電極が形成されたゲート絶縁膜上の基板全体に、スピン塗布法を用いて感光性アクリル樹脂膜（厚さ３μｍ程度）等を塗布し、層間絶縁膜を形成する。
次いで、層間絶縁膜のドレイン電極に対応する部分をエッチング除去して、コンタクトホールを形成する。
次いで、層間絶縁膜上の基板全体に、多結晶のＩＴＯ（Indium Tin Oxide）膜からなる透明導電膜（厚さ１０００Å程度）をスパッタリング法により成膜し、その後、ＰＥＰ技術によりパターン形成して、画素電極を形成する。
次いで、画素電極が形成された基板全体に、ポリイミド樹脂を厚さ５００Å程度で塗布して、ラビング法により、その表面に配向処理を施して配向膜を形成する。
上記のようにして、第１ガラス基板８上にＴＦＴアレイ層７が形成されたアクティブマトリクス基板２０を作製することができる。
なお、第１ガラス基板８には、表示領域の周辺外側に広がった領域があり、その領域には表示領域内の画素用ＴＦＴを駆動し、画素電極に所望量の電荷を供給するための駆動回路（ゲートドライバ及びソースドライバ）が形成されている。
また、好ましい態様では、駆動回路を構成するＴＦＴは、表示領域内のＴＦＴと同一工程で形成するので、駆動回路の動作速度を高めるに、半導体層を多結晶シリコン膜により構成することが好ましい。さらに、ＴＦＴの動作速度をできるだけ高めるには、ＣＧＳ（Continuous Grain Silicon、連続粒界シリコン）膜を用いてＴＦＴを作製することが望ましい。
＜タッチパネル作製工程＞
まず、第２ガラス基板４上に、非晶質のＩＴＯ膜又はＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）膜からなる透明導電膜（厚さ５０〜１５０Å）を、表面抵抗が８００〜１６００Ωになるように、マスクを用いたスパッタリング法により成膜して、第１透明電極３を形成する。この透明導電膜は、上記所定の表面抵抗になれば、多結晶ＩＴＯ膜、Ｉｎ2Ｏ3膜であってもよい。
ここで、第１透明電極３の厚さは、５０Å以上且つ１５０Å以下であるので、第１透明電極３において位置検出用の信号が確実に発生して、その位置検出用の信号を、位置検出用回路に確実に伝えることができる。これとは反対に、第１透明電極３の厚さが５０Å未満の場合には、第１透明電極３の電気抵抗が高くなりすぎて、タッチされた位置を正確に検出することは困難である。また、第１透明電極３の厚さが１５０Åを超えた場合には、第１透明導電膜の透過率が大幅に低下して、表示品位が損なわれてしまう。
また、非晶質のＩＴＯ膜又はＩＺＯ膜は、多結晶性のＩＴＯ膜よりも電気的に高抵抗であるので、表示用の信号が供給される第２透明電極１が、多結晶性のＩＴＯ膜により形成される一般的な場合には、タッチ位置を検出する第１透明電極３が、第２透明電極１よりも電気的に高抵抗になる。
次いで、第１透明電極３の周端に沿って、ＩＴＯ膜等からなる透明導電膜（厚さ３０００Å程度）を、表面抵抗が３〜５Ωになるように、マスクを用いたスパッタリング法により成膜して、額縁部１２を形成する。
次いで、第１透明電極３及び額縁部１２が形成された基板上に、Ａｇ合金（厚さ３０００Å程度）を表面抵抗が０．２〜０．３Ωになるように、マスクを用いたスパッタリング法により成膜して、位置検出用配線部１１並びに位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを形成する。
次いで、位置検出用配線部１１並びに位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤが形成された基板全体に、印刷法を用いて黒色顔料を含んだ感光性レジスト材料等を厚さ１〜２μｍ程度で塗布し、その後、ＰＥＰ技術によりパターン形成してブラックマトリクス２ｂを形成する。
次いで、ブラックマトリクス２ｂが形成された基板全体に、赤、緑及び青の顔料のうちのいずれかが分散された感光性レジスト材料等を厚さ１〜３μｍ程度で塗布し、その後、ＰＥＰ技術によりパターン形成して、選択した色の着色層２ａを形成する。さらに、他の２色についても同様な工程を繰り返して、各画素に１色の着色層２ａが配設したカラーフィルター層２を形成する。
次いで、カラーフィルター層２が形成された基板全体に、ＩＴＯ膜等からなる透明導電膜（厚さ１００Å程度）を、表面抵抗が３０〜１００Ωになるように、マスクを用いたスパッタリング法により成膜して、第２透明電極１を形成する。
次いで、画素電極が形成された基板全体に、ポリイミド樹脂を厚さ５００Å程度で塗布して、ラビング法により、その表面に配向処理を施して配向膜を形成する。
上記のようにして、タッチパネル３０ａを作製することができる。
＜タッチパネル表示装置作製工程＞
まず、アクティブマトリクス基板２０及びタッチパネル３０ａうちの一方にスクリーン印刷により、熱硬化性エポキシ樹脂等からなるシール材料を液晶注入口の部分を欠いた枠状パターンに塗布して、他方の基板に液晶層の厚さに相当する直径を持ち、樹脂又はシリカからなる球状のスペーサーを散布する。
次いで、アクティブマトリクス基板２０とタッチパネル３０ａとを貼り合わせ、シール材料を硬化させ、空セルを形成する。
次いで、空セルのアクティブマトリクス基板２０及びタッチパネル３０ａの間に、減圧法により液晶材料を注入し液晶層４０を形成する。その後、液晶注入口にＵＶ硬化樹脂を塗布して、ＵＶ照射によりＵＶ硬化樹脂を硬化して、注入口を封止する。
次いで、アクティブマトリクス基板２０側の表面に偏光板９、拡散シート１０及びバックライト６を、タッチパネル３０ａの表面に偏光板５を、それぞれ取り付ける。
以上のようにして、本発明のタッチパネル表示装置５０ａを製造することができる。
以上説明したように、本発明の実施形態１に係るタッチパネル表示装置５０ａによれば、第１ガラス基板８上に設けられた各画素電極と、第２ガラス基板４上に設けられた第２透明電極１とにそれぞれ表示用の信号を供給することにより、液晶層４０に電圧が印加されて、画像が表示される。
また、第２ガラス基板４の偏光板５の表面をタッチすることにより、第１透明電極３は第２ガラス基板４を越しにタッチされた位置で、タッチした人体の静電容量を介して接地され、第１透明電極３の周囲に設けられた各位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤと接地点との間の抵抗値に変化が生じる。そして、この変化を位置検出回路によって検出することにより、タッチされた位置が検出され、静電容量結合方式のタッチパネルとして機能することになる。
さらに、タッチ位置を検出する第１透明電極３は、一般に、表示用の信号が供給される第２透明電極１よりも電気的に高抵抗であるので、位置検出用の信号が第１透明電極３において確実に発生すると共に、表示用の信号を第２透明電極１を介して液晶層４０に速やかに供給することができる。
そのため、本発明のタッチパネル表示装置５０ａは、タッチパネル機能を有していても、シャドーイングの発生が抑えられ、表示品位の劣化を抑止することができる。
また、従来では、タッチ位置を検出する透明電極が形成されたタッチパネルを、表示装置のディスプレイ画面の前面に装着して、タッチパネル機能を有する表示装置として、３枚の基板を必要としていたのに対して、本発明のタッチパネル表示装置５０ａは、２枚のガラス基板４及び８により構成され、ガラス基板を１枚省略しているので、装置自体が薄く軽量にすることができる。
従って、静電容量結合方式のタッチパネルにおいて、表示品位の劣化を抑止することができると共に、装置自体を薄く軽量にすることができる。
また、従来のタッチパネル表示装置では、図９に示すように偏光板５とその表面に取り付けられたタッチパネル３０’との間に空気層１８が存在するため、その空気層１８によって屈折率の差が大きくなり、光透過率が低下してしまうという欠点を有していたが、本発明のタッチパネル表示装置５０ａでは、上記空気層１８に対応する空気層が存在しないので、透過率を向上させることができる。
さらに、従来のタッチパネル表示装置の製造工程では、液晶パネルの作製が一旦終了してから、別工程で偏光板を貼付け、モジュール実装した後に、さらにタッチパネルを取り付けていたのに対して、本発明のタッチパネル表示装置５０ａの構成では、タッチパネルの機能を従来の対向基板の内部に組み込んでいるため、インライン方式での生産が可能となるため、製造工程を削減することができる。
また、本発明のタッチパネル表示装置５０ａは、２枚のガラス基板４及び８により構成され、上記のように従来よりもガラス基板を１枚省略することが可能となるので、ガラス基板の分断回数を減らすことができ、製造工程を削減することができる。そのため、分断の際のカレット（ガラスの屑）の付着による製造歩留まりの低下を抑制することもできる。
《発明の実施形態２》
以下に、本発明の実施形態２に係るタッチパネル表示装置について説明を行う。
図７は、本発明の実施形態２に係るタッチパネル表示装置５０ｂの断面模式図である。
タッチパネル表示装置５０ｂは、アクティブマトリクス基板２０と、そのアクティブマトリクス基板２０に対向配置されたタッチパネル３０ｂと、それらアクティブマトリクス基板２０及びタッチパネル３０ｂの間に挟持され、表示媒体層である液層層４０と、アクティブマトリクス基板２０の下側に偏光板９及び拡散シート１０を介して設けられたバックライト６と、タッチパネル３０ｂの上側に設けられた偏光板５とを備えている。
タッチパネル表示装置５０ｂにおいて、タッチパネル３０ｂ以外の構成要素は、実施形態１と実質的に同じであるため、タッチパネル３０ｂを中心に説明する。
タッチパネル３０ｂは、第２基板である第２ガラス基板４と、その第２ガラス基板４上に設けられたカラーフィルター層２と、そのカラーフィルター層２を覆うように設けられ、タッチされた位置を検出するための第１透明導電膜である第１透明電極３と、その第１透明電極３を覆う絶縁層１４と、その絶縁層１４を覆うように設けられ、表示用の信号が供給される第２透明導電膜である第２透明電極１とにより構成されている。
次に、タッチパネル３０ｂの作製方法について説明する。
まず、第２ガラス基板４の基板全体に、印刷法を用いて黒色顔料を含んだ感光性レジスト材料等を厚さ１〜２μｍ程度で塗布し、その後、ＰＥＰ技術によりパターン形成してブラックマトリクス２ｂを形成する。
次いで、ブラックマトリクス２ｂが形成された基板全体に、赤、緑及び青の顔料のうちのいずれかが分散された感光性レジスト材料等を厚さ１〜３μｍ程度で塗布し、その後、ＰＥＰ技術によりパターン形成して、選択した色の着色層２ａを形成する。さらに、他の２色についても同様な工程を繰り返して、各画素に１色の着色層２ａが配設したカラーフィルター層２を形成する。
次いで、非晶質のＩＴＯ膜又はＩＺＯ膜からなる透明導電膜（厚さ５０〜１００Å）を、表面抵抗が８００〜１６００Ωになるように、マスクを用いたスパッタリング法により成膜して、第１透明電極３を形成する。この透明導電膜は、上記所定の表面抵抗になれば、多結晶ＩＴＯ膜、Ｉｎ2Ｏ3膜であってもよい。
次いで、第１透明電極３の周端に沿って、ＩＴＯ膜等からなる透明導電膜（厚さ３０００Å程度）を、表面抵抗が３〜５Ωになるように、マスクを用いたスパッタリング法により成膜して、額縁部１２を形成する。
次いで、第１透明電極３が形成された基板上に、Ａｇ合金（厚さ３０００Å程度）を表面抵抗が０．２〜０．３Ωになるように、マスクを用いたスパッタリング法により成膜して、位置検出用配線部１１並びに位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを形成する。
次いで、第１透明電極３が形成された基板全体に、感光性レジスト材料等を厚さ１〜３μｍ程度で塗布し、その後、ＰＥＰ技術によりパターン形成して絶縁層１４を形成する。
次いで、絶縁層１４が形成された基板全体に、ＩＴＯ膜等からなる透明導電膜（厚さ１００Å程度）を、表面抵抗が３０〜１００Ωになるように、マスクを用いたスパッタリング法により成膜して、第２透明電極１を形成する。
次いで、画素電極が形成された基板全体に、ポリイミド樹脂を厚さ５００Å程度で塗布して、ラビング法により、その表面に配向処理を施して配向膜を形成する。
上記のようにして、タッチパネル３０ｂを作製することができる。
以上説明したように、本発明の実施形態２に係るタッチパネル表示装置５０ｂによれば、ガラス基板上にカラーフィルター層が形成された一般的なカラーフィルター基板上に、第１透明電極３、絶縁層１４及び第２透明電極１を順に形成することによっても、本発明のタッチパネルの構成が実現可能であるため、一般的な市販のカラーフィルター基板を利用して本発明の作用効果が奏される。
《その他の実施形態》
本発明は、上記実施形態１のタッチパネル３０ａ及び偏光板５について、以下のような構成のタッチパネル３０ｃとしてもよい。
図８は、タッチパネル３０ｃの断面模式図である。
タッチパネル３０ｃは、第２基板である第２ガラス基板４と、その第２ガラス基板４上に設けられた偏光パターン層１５、タッチされた位置を検出するための第１透明導電膜である第１透明電極３と、その第１透明電極３を覆い絶縁層として機能するカラーフィルター層２と、そのカラーフィルター層２を覆うように設けられ、表示用の信号が供給される第２透明導電膜である第２透明電極１とにより構成されている。
次に、タッチパネル３０ｃの作製方法について説明する。
まず、第２ガラス基板４の基板全体に、版を用いて、偏光特性を有する感光性樹脂膜（厚さ２〜３μｍ程度）等を塗布し、偏光パターン層１５を形成する。
次いで、偏光パターン層１５が形成された基板全体に、非晶質のＩＴＯ膜又はＩＺＯ膜からなる透明導電膜（厚さ５０〜１５０Å）を、表面抵抗が８００〜１６００Ωになるように、マスクを用いたスパッタリング法により成膜して、第１透明電極３を形成する。この透明導電膜は、上記所定の表面抵抗になれば、多結晶ＩＴＯ膜、Ｉｎ2Ｏ3膜であってもよい。
次いで、第１透明電極３の周端に沿って、ＩＴＯ膜等からなる透明導電膜（厚さ３０００Å程度）を、表面抵抗が３〜５Ωになるように、マスクを用いたスパッタリング法により成膜して、額縁部１２を形成する。
次いで、第１透明電極３が形成された基板上に、Ａｇ合金（厚さ３０００Å程度）を表面抵抗が０．２〜０．３Ωになるように、マスクを用いたスパッタリング法により成膜して、位置検出用配線１１並びに位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを形成する。
次いで、第１透明電極３が形成された基板全体に、印刷法を用いて黒色顔料を含んだ感光性レジスト材料等を厚さ１〜２μｍ程度で塗布し、その後、ＰＥＰ技術によりパターン形成してブラックマトリクス２ｂを形成する。
次いで、ブラックマトリクス２ｂが形成された基板全体に、赤、緑及び青の顔料のうちのいずれかが分散された感光性レジスト材料等を厚さ１〜３μｍ程度で塗布し、その後、ＰＥＰ技術によりパターン形成して、選択した色の着色層２ａを形成する。さらに、他の２色についても同様な工程を繰り返して、各画素に１色の着色層２ａが配設したカラーフィルター層２を形成する。
次いで、カラーフィルター層２が形成された基板全体に、ＩＴＯ膜等からなる透明導電膜（厚さ１００Å程度）を、表面抵抗が３０〜１００Ωになるように、マスクを用いたスパッタリング法により成膜して、第２透明電極１を形成する。
次いで、画素電極が形成された基板全体に、ポリイミド樹脂を厚さ５００Å程度で塗布して、ラビング法により、その表面に配向処理を施して配向膜を形成する。
上記のようにして、タッチパネル３０ｃを作製することができる。
以上説明したように、本発明のその他の実施形態に係るタッチパネル表示装置によれば、従来、表示装置の表面に貼り付けられていた偏光板を、表示装置の内部に組み込むができるので、偏光板の貼り付け工程を削減することができる。
上記実施形態では、実施形態１のタッチパネル３０ａを構成する偏光板５の代わりに偏光パターン層１５を適用したが、この偏光パターン層１５を実施形態２のタッチパネル３０ｂについて適用してもよい。
なお、このような構成のタッチパネル表示装置の表示方式としては、液晶駆動用のスイッチング素子がＴＦＴであるアクティブマトリクス駆動方式の液晶表示装置が軽量、低消費電力の点で好適であるが、ＳＴＮ液晶等の液晶表示方式、有機ＥＬ等その他の表示デバイスにも応用できる。
以上説明したように、本発明は、装置自体を薄く軽量にすることができるため、カーナビ、ＰＤＡ(Personal Digital Assistant）等について有用である。
本発明の実施形態１に係るタッチパネル表示装置５０ａの断面模式図である。 本発明の実施形態１に係るタッチパネル表示装置５０ａを構成するタッチパネル３０ａを部分的に示した平面模式図である。 図２中のIII−III断面における断面模式図である。 本発明の実施形態１に係るタッチパネル表示装置５０ａを構成するタッチパネル３０ａの位置検出用電極Ａ、Ｂ、Ｃ及びＤを示した平面模式図である。 一般的な静電容量結合方式タッチセンサの動作原理を説明するための模式図である。 本発明の実施形態１に係るタッチパネル表示装置の動作原理を説明するための模式図である。 本発明の実施形態２に係るタッチパネル表示装置５０ｂの断面模式図である。 本発明のその他の実施形態にかかるタッチパネル表示装置を構成するタッチパネル３０ｃの断面模式図である。 従来のタッチパネル表示装置５０’の断面模式図である。
符号の説明
１ 第２透明電極
２ カラーフィルター層
２ａ 着色層
２ｂ ブラックマトリクス
３ 第１透明電極
３’ 位置検出用透明電極
４ 第２ガラス基板
５，９ 偏光板
６ バックライト
７ ＴＦＴアレイ
８ 第１ガラス基板
１０ 拡散シート
１１ 位置検出用配線部
１２ 額縁部
１３ 位置検出用配線端子部
１４ 絶縁層
１５ 偏光パターン層
１６ 第３ガラス基板
１７ 接着層
１８ 空気層
２０ アクティブマトリクス基板
３０ａ，３０ｂ，３０ｃ，３０’ タッチパネル
３５ 対向基板
４０ 液晶層
５０，５０’ タッチパネル表示装置

Claims (7)

  1. 静電容量結合方式によりタッチされた位置を検出すると共に画像を表示するタッチパネル表示装置であって、
    互いに対向配置された第１基板及び第２基板と、
    上記第１基板及び第２基板の間に設けられた表示媒体層と、
    上記表示媒体層及び上記第１基板の間に配置された複数の画素電極と、
    上記表示媒体層及び上記第２基板の間に配置され、タッチされた位置を検出するための第１透明導電膜と、
    上記第１透明導電膜及び上記表示媒体層の間に設けられ、表示用の信号が供給される第２透明導電膜と、
    上記第２透明導電膜及び上記第１透明導電膜の間に介在された絶縁層とを備えていることを特徴とするタッチパネル表示装置。
  2. 請求項１に記載されたタッチパネル表示装置において、
    上記第１透明導電膜の表面抵抗は、８００Ω以上且つ１６００Ω以下であることを特徴とするタッチパネル表示装置。
  3. 請求項１に記載されたタッチパネル表示装置において、
    上記絶縁層は、カラーフィルター層であることを特徴とするタッチパネル表示装置。
  4. 請求項１に記載されたタッチパネル表示装置において、
    上記第２基板と上記第１透明導電膜との間には、カラーフィルター層が設けられていることを特徴とするタッチパネル表示装置。
  5. 請求項１に記載されたタッチパネル表示装置において、
    上記第１透明導電膜の厚さは、５０Å以上且つ１５０Å以下であることを特徴とするタッチパネル表示装置。
  6. 請求項１に記載されたタッチパネル表示装置において、
    上記第１透明導電膜は、酸化インジウムと酸化スズとの非晶質化合物、又は、酸化インジウムと酸化亜鉛との化合物により形成されていることを特徴とするタッチパネル表示装置。
  7. 静電容量結合方式によりタッチされた位置を検出するタッチパネルであって、
    基板と、
    上記基板上に設けられ、タッチされた位置を検出するための第１透明導電膜と、
    上記第１透明導電膜を覆う絶縁層と、
    上記絶縁層を覆うように設けられ、表示用の信号が供給される第２透明導電膜とを備えていることを特徴とするタッチパネル。
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