JP2008165435A

JP2008165435A - タッチパネル装置

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Publication number: JP2008165435A
Application number: JP2006353285A
Authority: JP
Inventors: Kazuyoshi Nagayama; 和由永山
Original assignee: LG Display Co Ltd
Current assignee: LG Display Co Ltd
Priority date: 2006-12-27
Filing date: 2006-12-27
Publication date: 2008-07-17
Anticipated expiration: 2026-12-27
Also published as: KR101362150B1; KR20080061229A; JP4974670B2

Abstract

【課題】液晶パネルとタッチパネルを一体化することにより、コストダウンを図るとともにタッチ位置の位置検出の精度を向上させることができる。
【解決手段】ブラックマトリクス１２とサブ画素Ｒ，Ｇ，Ｂと共通電極１４とを有するカラーフィルタ基板と、画素電極を有するアレイ基板と、パネル表面に接触物が接触した場合に、ブラックマトリクスを流れる電流値を複数箇所で測定する電流測定手段と、測定された前記電流値の大きさに基づいて、前記接触物の接触位置の位置座標を計算する位置座標計算手段とを備えたタッチパネル装置であって、ブラックマトリクス１２と共通電極１４とを絶縁膜４０あるいはサブ画素Ｒ，Ｇ，Ｂにより絶縁した。このようにして、データラインＤＬやゲートラインＧＬのカップリングの影響をシールドし位置検出の精度を向上させる。
【選択図】図８

Description

この発明はタッチパネル装置に関し、特に、液晶ディスプレイの構成を用いたタッチパネル装置に関する。

従来から、画像面上の入力位置を指などの接触物で接触することにより、その位置に応じた電流信号を出力するタッチパネルが開発されている（例えば、特許文献１参照）。

この従来の静電容量型タッチパネルは、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ているので、透明導電膜の損傷を確実に防止することができるとともに、構造が単純になって機械的強度が向上する。

しかしながら、このような静電容量型タッチパネルの構造においては、タッチパネル自体をディスプレイの前面に接着して使用しなければならないので、装置自体の厚みが増す、あるいは、コストがかかるという問題点があった。

そのため、これらの問題点を解決するために、ディスプレイとタッチパネルの電極板を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になるタッチパネル装置が提案されている（例えば、特許文献２参照）。

図９は、特許文献２に記載されている、従来のタッチパネル装置の構成を示した図である。従来のタッチパネル装置は、図９（ａ）の概略断面図に示すように、２つの透明絶縁板１０７、１０８の間に、共通透明電極１０９、液晶１１０、表示透明電極１１１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１０９側に配置される透明絶縁板１０７上の接触部の位置座標を検知するために、図９（ｂ）の平面図に示すように、略々矩形に設けられた共通透明電極１０９の四隅に、接触物と透明絶縁板１０７を介在させて共通透明電極１０９との間に流れる電流を検出する電流検出器１０１〜１０４を取り付け、接触物が透明絶縁板１０７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値の変化を測定して、当該電流値を示す電流検出器１０１〜１０４からの電流信号Ｓ１〜Ｓ４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１０６を備えている。

特開平５−３２４２０３号公報特開２００３−９９１９２号公報

しかしながら、特許文献２に示す従来のタッチパネル装置の構成においては、信号線やゲート線のカップリングの影響により、タッチ位置の検出に誤差が発生し、ユーザによるタッチ入力の内容が誤認識される場合があるという問題点があった。その理由を以下に説明する。図１０は、ドット反転駆動の波形タイミングを示した図である。図１０において、Ｖｃｏｍは共通電圧、ＶｇｈはゲートのＯＮ電圧、ＶｇｌはゲートのＯＦＦ電圧、Ｖｓｉｇはデータ電圧である。このように、本来は、共通電圧Ｖｃｏｍは一定で、変動がなく、電流の出入りは殆どない。しかしながら、これは理論上のものであって、実際には、図１１に示すように、信号線やゲート線のカップリングの影響により、共通電圧Ｖｃｏｍは変動し、常に電流が出入りしている。そのため、この状態でタッチ位置検出のための電流測定を行っても、誤差が発生してしまい、精度よくタッチ位置を検出することはできない。

この発明は、かかる問題点を解決するためになされたものであり、液晶パネルとタッチパネルを一体化することによりコストダウンを図るとともに、タッチ位置の位置検出の精度を向上させるタッチパネル装置を得ることを目的としている。

この発明は、ブラックマトリクスとサブ画素と共通電極とを有するカラーフィルタ基板と、画素電極を有するアレイ基板と、前記カラーフィルタ基板と前記アレイ基板との間に設けられた液晶と、前記液晶を駆動させるための駆動手段と、パネル表面に接触物が接触した場合に、前記ブラックマトリクスを流れる電流値を複数箇所で測定する電流測定手段と、測定された前記電流値の大きさに基づいて、前記接触物の接触位置の位置座標を計算する位置座標計算手段とを備え、前記ブラックマトリクスと前記共通電極とは絶縁されていることを特徴とするタッチパネル装置である。

この発明は、ブラックマトリクスとサブ画素と共通電極とを有するカラーフィルタ基板と、画素電極を有するアレイ基板と、前記カラーフィルタ基板と前記アレイ基板との間に設けられた液晶と、前記液晶を駆動させるための駆動手段と、パネル表面に接触物が接触した場合に、前記ブラックマトリクスを流れる電流値を複数箇所で測定する電流測定手段と、測定された前記電流値の大きさに基づいて、前記接触物の接触位置の位置座標を計算する位置座標計算手段とを備え、前記ブラックマトリクスと前記共通電極とは絶縁されていることを特徴とするタッチパネル装置であるので、液晶パネルとタッチパネルを一体化することによりコストダウンを図るとともに、ブラックマトリクスと共通電極とを絶縁させることによって信号線やゲート線のカップリングの影響をシールドさせて、タッチ位置の位置検出の精度を向上させることができる。

実施の形態１．
図１は、この発明に係るタッチパネル装置の基本構成を示した図である。図１に示したように、タッチパネル装置は、画素マトリックスを有する液晶パネル１と、液晶パネル１のゲートラインＧＬを駆動するための駆動回路であるゲートドライバ２と、液晶パネル１のデータラインＤＬを駆動するための駆動回路であるデータドライバ３と、ゲートドライバ２とデータドライバ３とを制御するためのタイミングコントローラ４とを備える。また、液晶パネル１のタッチ面上（表示エリア）に指やタッチペン等の接触物が接触したときに、それによって、静電容量型タッチパネル装置であれば静電容量が変化し、抵抗型タッチパネル装置であれば抵抗値が変化するので、それに基づく電流値の変化に基づいて、当該接触物のタッチ位置の位置座標を計算する信号処理回路５と、当該位置座標に対応する内容を内部メモリ等の記憶装置７から抽出し、それに基づいて、文字や画像を液晶パネル１に表示したり、あるいは、必要な処理を行って他の装置に信号を出力したりする制御回路６とを備える。

液晶パネル１は、ゲートラインＧＬとデータラインＤＬとの交差で定義される各画素領域に形成された液晶セルで構成された画素マトリックスを備える。液晶セルは、画像データ信号によって光透過量を調節する液晶セルＣｌｃ及び液晶キャパシタＣｌｃを駆動するための液晶駆動用スイッチング素子である薄膜トランジスタＴＦＴを備える。薄膜トランジスタＴＦＴは、ゲートラインＧＬのスキャン信号に応答して、データラインＤＬのデータ信号が液晶セルＣｌｃに充電されて維持されるようにする。液晶セルＣｌｃは、データ信号によって液晶の配列状態を可変させて光透過率を調節することによって階調を具現する。ゲートドライバ２は、タイミングコントローラ４からの制御信号に応答して、ゲートラインＧＬに順次にスキャン信号を供給する。データドライバ３は、タイミングコントローラ４からのデジタル画像データをアナログデータ信号に変換して、データラインＤＬに供給する。タイミングコントローラ４は、ゲートドライバ２及びデータドライバ３を制御する制御信号を供給すると共に、データドライバ３にデジタル画像データを供給する。これにより、液晶パネル１の表示エリアに、指定された文字や画像が表示される。

次に、液晶パネル１について説明する。図２の分解斜視図に示されるように、液晶パネル１は、液晶９を介して接合されるカラーフィルタ基板１０とアレイ基板２０とにより構成されている。

カラーフィルタ基板１０は、透明絶縁板から構成されたＣＦ側ガラス基板１１上に、ブラックマトリクス１２、カラーフィルタ１３、及び、ＣＦ側共通電極１４が順次形成されて構成されている。ブラックマトリクス１２はＣＦ側ガラス基板１１にマトリクス状に形成される。このようなブラックマトリクス１２は、ＣＦ側ガラス基板１１の領域をカラーフィルタ１３が形成される複数のセル領域に分け、隣接したセル間の光干渉及び外部光の反射を防ぐ。カラーフィルタ１３はブラックマトリクス１２により区分されたセル領域に赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）に分けて形成され、赤、緑、青色の光をそれぞれ透過させる。ＣＦ側共通電極１４は、カラーフィルタ１３上に全面塗布された透明導電層に液晶９の駆動の際に基準となる共通電圧（Ｖｃｏｍ）を与える。また、カラーフィルタ１３の平坦化のためにカラーフィルタ１３とＣＦ側共通電極１４間にはオーバーコート層（ＯｖｅｒｃｏａｔＬａｙｅｒ）（図示せず）が更に形成されることもある。

アレイ基板２０は、透明絶縁板から構成されたアレイ側ガラス基板２１上に、縦横に走る複数のゲートラインＧＬおよびデータラインＤＬと、それらのゲートラインＧＬとデータラインＤＬとの交差により定義されるセル領域毎に形成された薄膜トランジスタＴＦＴとアレイ画素電極２２とを備える。薄膜トランジスタＴＦＴはゲートラインＧＬからのゲート信号に応じて、データラインＤＬからのデータ信号をアレイ画素電極２２に与える。透明導電層からなるアレイ画素電極２２は、薄膜トランジスタＴＦＴからのデータ信号が与えられ、液晶９を駆動させる。

誘電異方性を有する液晶９は、アレイ画素電極２２のデータ信号と共通電極１４の共通電圧（Ｖｃｏｍ）とにより形成された電界に従って回転し、光透過率を調節することによって階調を具現させる。なお、液晶パネル１は、液晶９の初期配向のための配向膜と、カラーフィルタ基板１０とアレイ基板２０とのセルギャップを一定に維持させるためのスペーサー（図示せず）とを更に備える。

以上が液晶パネル１の基本構成であるが、この発明に係るタッチパネル装置は、以上説明した液晶パネル１を用いて構成され、液晶パネル１に文字や画像を表示すると共に、液晶パネル１の表示エリアに指やタッチペン等の接触物が接触するＣＦ側共通電極側に配置されたカラーフィルタ基板１０上のタッチ位置（接触部）の位置座標を検知する構成となっている。

図３は、上記の液晶パネル１を用いたタッチパネル装置のパネル構成の一例を示した図である。図４は、図３のＡ−Ａ’断面図である。これらの図に示すパネル構成においては、液晶パネル１は、画素マトリックスから構成される表示エリア３０と、表示エリア３０の周囲に設けられた幅３１ａのブラックマトリクス額縁部３１とを備える。また、データドライバ３と液晶パネル１とを電気的に接続するためのＸタブ３２が液晶パネル１に装着されている。Ｘタブ３２には、データラインＤＬからのデータ信号が入力されるデータライン入力部３３が設けられている。さらに、ゲートドライバ２と液晶パネル１とを電気的に接続するためのＹタブ３４が液晶パネル１に装着されている。Ｙタブ３４には、ゲートラインＧＬからのゲート信号が入力されるゲートライン入力部３５が設けられている。また、電源８（図１）からＣＦ側共通電極１４に共通電圧（Ｖｃｏｍ）を与えるための共通電極入力部３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃが、略々矩形に配線されているＣＦ側共通電極１４の４隅のうちの３隅に設けられている。また、それらの３隅には、アレイ側共通電極２３とＣＦ側共通電極１４とを電気的に接続するための接合部３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃが設けられている。

上述のように、図３の構成においては、片タブのため、Ｘタブ３２とＹタブ３４とがそれぞれアレイ基板に設けられている。そのため、ＣＦ側共通電極１４に共通電圧Ｖｃｏｍを供給するのは、図３に示すように、３つの共通電極入力部３６Ａ，３６Ｂ，３６Ｃからの３点で供給すること場合が多く、図面右下の角部分からは電圧をかけない構造になっている。なお、ここで、片タブとは、信号の入力が片側になっている場合をいい、例えば、Ｙ側の信号入力が両方になった場合、両タブという。

本実施の形態においては、さらに、カラーフィルタ１３のブラックマトリクス１２とＣＦ側共通電極１４とがショートしないように、ブラックマトリクス１２とＣＦ側共通電極１４との間に絶縁膜４０が設けられている（図４の断面図参照）。また、図３において、後述する接合部３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄ以外の箇所全てに絶縁膜４０が設けられている。すなわち、絶縁膜４０が設けられていない箇所のブラックマトリクス１２上には、図３に示すように、アレイ電流検出線と電流検出部３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄとの接合部３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄが設けられている。また、それらの接合部３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄには、電流検出部３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄが接続されている。電流検出部３８Ａおよび３８Ｂは、Ｙタブ３４側の両端に近い箇所に設けられている。電流検出部３８Ｃおよび３８Ｄは、Ｘタブ３２側の一端に近い箇所に、２つ並んで設けられている。なお、図５は、図３の破線Ｂ部分の電流検出部のアレイ基板２０上の配線状態を示した説明図であり、電流検出部３８Ｃは、図５に示すように略々凸字型に配線されて、接合部３９Ｃに接続されている。また、同じく図５に示すように、電流検出部３８ＤからＬ字型に延びた延長部３８Ｄ’が配線されて、電流検出部３８Ｄは、延長部３８Ｄ’を介して接合部３９Ｄに接続されている。このように、本実施の形態においては、電流検出部３８Ｃと電流検出部３８Ｄとが独立して電流値の測定ができるように、アレイ基板２０上の配線は、図５に示すように、それぞれ独立して配線されている。これにより、本実施の形態においては、電流値の測定が、略々矩形に配線されているＣＦ側共通電極１４の４隅で実施可能である。

指やタッチペンなどの接触物がパネル表面に触ると、ブラックマトリクス１２に電流が流れるので、当該電流を液晶パネル１の３隅以上、出来れば４隅で測定する。それらの電流値の大きさは、それぞれ、タッチ位置までの距離に比例しているので、それらの４つの電流値の大きさから、タッチ位置の位置座標を計算することができる。当該タッチ位置検出方法については後述する。なお、本実施の形態においては、ブラックマトリクス１２に流れる電流値を、アレイ電流検出線と電流検出部３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄとの接合部３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄにおいて測定する。

従来においては、上述したように、データラインＤＬとゲートラインＧＬとのカップリングの影響により、ＣＦ側共通電極１４は影響を受け、共通電圧が安定せず、常に、電流の出入りが生じて、タッチパネルにおけるタッチ位置検出精度が低下していたが、本実施の形態によれば、図３に示すように、絶縁膜４０をブラックマトリクス１２とＣＦ側共通電極１４との間に設けたので、データラインＤＬとゲートラインＧＬとのカップリングの影響がＣＦ側共通電極１４によりシールドされ、ブラックマトリクス１２の共通電圧を安定させることができる。これにより、本実施の形態においては、タッチパネルにおけるタッチ位置検出の精度を向上させている。

なお、タッチ位置を検出するための電流測定方法としては、アレイ電流検出線と電流検出部３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄとの接合部３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄに接続している絶縁膜４０が設けられていない箇所のブラックマトリクス１２を、タッチパネルの位置検出のセンサ（電流測定手段）として用いる。タッチパネルの静電容量方式は、指やタッチペンなどの接触物がパネル表面を触った際にブラックマトリクス１２に電気が流れるので、当該電流を液晶パネル１の四隅の接合部３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄに接続しているブラックマトリクス１２で測定し、信号処理回路５に出力する。それらの３つの電流値の大きさは、それぞれ、タッチ位置までの距離に比例しているので、信号処理回路５は、それらの３つの電流値の大きさから、タッチ位置の位置座標を計算する。制御回路６は、計算されたタッチ位置の位置座標に基づいて、当該位置座標に対応させて表示画面ごとに予め設定されている処理内容を記憶装置７から抽出し、それに基づいて文字や画像を表示パネル１に表示したり、あるいは、必要な処理を行って得られた結果を他の装置に出力したりする。なお、図３の構成においては、接合部３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄが四隅に設けられているため、測定できる電流値は４つであるが、その場合に限らず、液晶パネル１の三隅にのみ接合部が設けられている場合には、それらの接合部で測定した電流値によりタッチ位置を検出する。当然ながら、４つの電流値を用いて位置検出を行う方が、より精度は向上する。

図６は、本実施の形態に係る液晶パネル１の構成を示した平面図である。図７は、図６のＣ−Ｃ’断面図である。図８は、図６のＤ−Ｄ’断面図である。これらの図に示すように、ＣＦ側ガラス基板１１上に設けられているブラックマトリクス１２とＣＦ側共通電極１４との間は、透明な絶縁膜４０あるいはカラーフィルタ１３（ＲＧＢ着色層）により絶縁されている。製造工程においては、サブ画素の枠となるブラックマトリクス１２を図６に示すようにＣＦ側ガラス基板１１上に格子状に形成し、その後、その枠内に、Ｒ（赤）の顔料分散レジストを薄く均一に塗布し、フォトマスクの絵柄を紫外線にて焼き付け（露光）、現像を行い、Ｒのサブ画素を形成する。同じようにして、Ｇ（緑）、Ｂ（青）のサブ画素を形成する。その後、透明導電膜から構成されるＣＦ側共通電極１４をスパッタリングで形成し、カラーフィルタ１３（ＲＧＢ着色層）を生成する。そのため、絶縁膜４０を絶縁（シールド）に使用すると、それを形成する工程だけ製造工程が増えるが、カラーフィルタ１３を絶縁（シールド）に使用する場合には、単に顔料分散レジストの塗布領域を変更するだけでよいので、製造工程は増えず、製造コストも増加しない。

図８（ａ）は、絶縁膜４０を使用してブラックマトリクス１２とＣＦ側共通電極１４との間を絶縁させた例である。図８（ｂ）は、カラーフィルタ１３を使用してブラックマトリクス１２とＣＦ側共通電極１４との間を絶縁させた例である。図８（ａ）の場合には、ブラックマトリクス１２もカラーフィルタ１３も絶縁膜４０により全面的に覆われている。この場合には、絶縁膜４０が保護膜の役割も果たしている。なお、絶縁膜４０の材料としては、例えば、アクリルやエポキシ樹脂等が望ましい。また、図８（ｂ）の場合は、Ｒ、Ｇ，Ｂの各サブ画素がブラックマトリクス１２上にもはみ出すように形成されており、Ｒ、Ｇ，Ｂのサブ画素のいずれかがブラックマトリクス１２を覆うように形成されている。このように、ブラックマトリクス１２とＣＦ側共通電極１４との間を絶縁する製造方法としては、製造工程を増やした絶縁膜４０を使用する方法と、製造工程を増やさないカラーフィルタ１３を使用する方法の２種類ある。

以上のように、この発明の実施の形態１に係るタッチパネル装置においては、ブラックマトリクス１２とＣＦ側共通電極１４との間を、絶縁膜４０あるいはカラーフィルタ１３のＲ，Ｇ，Ｂの各サブ画素で絶縁するようにしたので、データラインＤＬおよびゲートラインＧＬに対してＣＦ側共通電極１４をシールドすることができ、データラインＤＬおよびゲートラインＧＬのカップリングの影響がないので、共通電圧（Ｖｃｏｍ）が安定し、タッチ位置検出のための電流値測定の精度を向上させることができる。それにより、タッチ位置検出の精度を高めることができる。

また、この実施の形態１に係るタッチパネル装置においては、液晶パネルに設けられているＣＦ側共通電極をタッチ位置検出のための電流測定手段として用いるようにしたので、液晶ディスプレイとタッチパネルの電極板を共有させることができ、液晶ディスプレイパネルとタッチパネルとを一体化することができるので、装置自体の厚みや製造コストの削減を図ることができる。

この発明に係るタッチパネル装置の基本構成を示した説明図である。この発明に係るタッチパネル装置に用いられる液晶パネルの構成を示した分解斜視図である。この発明に係るタッチパネル装置のパネル構成の一例を示した平面図である。図３のＡ−Ａ’断面図である。図３のＢ領域における電流検出部の配線状態を示した説明図である。この発明に係るタッチパネル装置における絶縁膜の配置を示した平面図である。図６のＣ−Ｃ’断面図である。図６のＤ−Ｄ’断面図である。従来のタッチパネル装置の構成を示した説明図である。ドット反転駆動の理論的な波形を示した説明図である。ドット反転駆動の実際の波形を示した説明図である。

符号の説明

１液晶パネル、２ゲートドライバ、３データドライバ、４タイミングコントローラ、５信号処理回路、６制御回路、７記憶装置、８電源、９液晶、１０カラーフィルタ基板、１１ＣＦ側ガラス基板、１２ブラックマトリクス、１３カラーフィルタ、１４ＣＦ側共通電極、２０アレイ基板、２１アレイ側ガラス基板、２２アレイ画素電極、２３アレイ側共通電極、３０表示エリア、３１ブラックマトリクス額縁部、３１ａ幅、３２Ｘタブ、３３データライン入力部、３４Ｙタブ、３５ゲートライン入力部、３６共通電極入力部、３７Ａ，３７Ｂ，３７Ｃ，３７Ｄアレイ画素電極２２とＣＦ側共通電極１４との接合部、３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄ電流検出部、３９Ａ，３９Ｂ，３９Ｃ，３９Ｄアレイ電流検出線と電流検出部３８Ａ，３８Ｂ，３８Ｃ，３８Ｄとの接合部、ＤＬデータライン、ＧＬゲートライン、ＴＦＴ薄膜トランジスタ。

Claims

ブラックマトリクスとサブ画素と共通電極とを有するカラーフィルタ基板と、
画素電極を有するアレイ基板と、
前記カラーフィルタ基板と前記アレイ基板との間に設けられた液晶と、
前記液晶を駆動させるための駆動手段と、
パネル表面に接触物が接触した場合に、前記ブラックマトリクスを流れる電流値を複数箇所で測定する電流測定手段と、
測定された前記電流値の大きさに基づいて、前記接触物の接触位置の位置座標を計算する位置座標計算手段と
を備え、
前記ブラックマトリクスと前記共通電極とは絶縁されている
ことを特徴とするタッチパネル装置。
前記ブラックマトリクスと前記共通電極とは、絶縁膜を介在させることによって絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。
前記ブラックマトリクスと前記共通電極とは、前記サブ画素を介在させることによって絶縁されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル装置。