JP2008281616A - 液晶装置及び電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】押圧による破損等を防止するとともに、画像表示領域における押圧位置を正確に検知することを可能とした液晶装置及び電子機器を提供する。
【解決手段】一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、画像表示領域Ａ内に、画像表示のための画素電極１３と、液晶層の容量変化を検出するセンサ電極２１と、一対の基板の間隔を保持する柱状構造物２４とが、互いに平面的に重ならないように配置されている。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶装置及び電子機器に関するものである。

タッチパネルとは、パーソナルコンピュータ、携帯情報端末（ＰＤＡ）等の電子機器における表示部（電気光学装置）の補助的な入力装置であり、パネル表面の所望の位置をオペレータがペンや指で触れることにより、電子機器が要求するデータの入力指示するものである。

従来の液晶タッチパネルは、基板が押圧されることで変化する液晶層の電気容量の変化を電気的に検出することによって、基板上の押圧位置を検知している。このようなタッチパネルとして、例えば、コレステリック液晶からなる液晶層を備え、基板が押圧されることによる液晶の配向状態の変化を一対の電極を介して電気的に検知する装置（特許文献１参照）や、基板が押圧されることで、一対の基板にそれぞれ備えられたタッチ電極同士が電気的に接触することによりタッチ位置の検出を行う装置（特許文献２参照）や、セル厚を規定するスペーサ部に圧力検出素子を設け、基板が押圧されることでスペーサに集中する応力を圧力検出素子によって検出することによってタッチ位置を検知する装置（特許文献３参照）が開示されている。
特開２００１−１００９１６号公報 特開２００１−７５０７４号公報 特開平１１−２７１７１２号公報 特開２００１−１８３６３０号公報

上記した特許文献１は、コレステリック液晶であるために、表示と表示画素容量の測定が可能となっている。しかしながら、表示画像によっては液晶容量の変化を正確に検出できない虞がある。また、柱状構造物付近は、押圧しても変化しにくいため容量変化にバラツキが生じて位置検出精度が低下し易いが、柱状構造物の配置方法については具体的な記載はされていない。また、画素数の増加に伴って柱状構造物も増加させた場合には低温発泡が生じやすくなる。

特許文献２は、タッチ電極の下に凸状部材が形成されているため、小さな押圧力であってもタッチ電極同士を接触させることができる。しかしながら、液晶の温度特性（熱膨張係数）によって、低温時にはセル厚が狭くなって電極同士が接触してしまうという問題がある。一方、高温時には、逆にセル厚が厚くなって確実に電極を接触させることができないという不具合が生じてしまう。

特許文献３，４は、圧力検出素子とスペーサ部とを同じ位置に配置する必要があるため、液晶の温度特性により上記特許文献２と同様の問題が生じてしまう。なお、特許文献４は圧力検出素子とスペーサ部とを同じ位置に配置しなくても良いが、押圧部の圧力検出素子を確実に押せないため、実質的にはタッチ位置を検知できないという不具合が生ずる。

また、特許文献２，３，４における装置を広い温度範囲において使用可能にするためには、構成部材の形状、配置位置、数等に制約がある。また、パネルの仕様を変更すると、圧力感知ができなくなる可能性もある。
以上のような問題を解決し、画像表示領域における押圧位置を正確に検知することが可能な装置が求められている。

本発明は、上記従来技術の問題点に鑑み成されたものであって、押圧による破損等を防止するとともに、画像表示領域における押圧位置を正確に検知することを可能とした液晶装置及び電子機器を提供することを目的としている。

本発明の液晶装置は、上記課題を解決するために、一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、画像表示領域内に、画像表示のための画素電極と、液晶層の容量変化を検出するセンサ電極と、一対の基板の間隔を保持する柱状構造物とが、互いに平面的に重ならないように配置されていることを特徴とする。

本発明の液晶装置によれば、画像表示用の電極（画素電極）とは別に、液晶層の容量変化を検出するセンサ電極を設けたため、表示画像の影響を受けることなく液晶層の容量の変化を確実に測定することができる。そのため、画像表示領域におけるユーザーのタッチ位置を正確に検出することが可能となる。また、柱状構造物により、ユーザーの押圧による画素電極やセンサ電極等の破損を防止することができる。さらに、センサ電極と柱状構造物とが離間して配置されているので、押圧部位による入力のバラツキを抑えられる。

また、画像表示領域内の単位領域において、柱状構造物の数とセンサ電極の数とが同数であり、センサ電極は、当該センサ電極に最も近接する２つ以上の柱状構造物に対してそれぞれ同じ距離にあることが好ましい。
このような構成によれば、柱状構造物とセンサ電極は一定の距離を保つため、押圧圧力が同じであればどのセンサ電極においてもセル厚が同様に変化するようになる。そのため、容量変化にバラツキが生じず、タッチ位置を確実に検出することができる。

また、画像表示領域内の単位領域において、センサ電極の数が柱状構造物の数よりも多く、柱状構造物は、当該柱状構造物に最も近接する２つ以上のセンサ電極に対してそれぞれ同じ距離にあることが好ましい。
このような構成によれば、柱状構造物とセンサ電極は一定の距離を保つため、押圧圧力が同じであればどのセンサ電極においてもセル厚は所定の量以上に変化するようになる。そのため、所定の容量変化があれば、タッチ位置を確実に検出することができる。また、柱状構造物は、セル厚均一性を確保するとともに、低温発泡を阻止する数に適宜設定することが可能である。

また、画像表示領域内に、柱状構造物よりも高さの低い突起物が設けられ、当該突起物、画素電極、センサ電極、柱状構造物が、互いに平面的に重ならないように配置されていることが好ましい。
このような構成によれば、柱状構造物よりも高さの低い突起物を備えたことで、ユーザーの押圧によって基板同士が接触することを避けることができる。これにより、画素電極及びセンサ電極の破損を防止でき、タッチ位置検出精度を維持することができる。

また、画像表示領域内の単位領域において、突起物は、当該突起物に最も近接する２つ以上の柱状構造物に対してそれぞれ同じ距離にあることが好ましい。
このような構成によれば、柱状構造物と突起物との配置間隔が一定であるため、画像表示領域のどの位置においても基板同士の接触を避けることができる。

また、柱状構造物と突起物は、同じ材料から構成されていることが好ましい。
このような構成によれば、柱状構造物と突起物とを同時に形成することができるので、コスト増加を避けることが可能である。

また、一対の基板のいずれか一方に、平坦化膜を備え、平坦化膜上に柱状構造物が配置され、平坦化膜に設けられた凹部内に突起物が配置されていることが好ましい。
このような構成によれば、基板上における柱状構造物と突起物との高さを必然的に異ならせることができる。そのため、突起物を柱状構造物と同一のマスクを用いて同じ構造にパターン形成したとしても、柱状構造物よりも高さの低い突起物を得ることができる。これにより、製造工程数を増やすことなく突起物を形成することができる。よって、歩留まりが向上し、コスト増加を避けることが可能である。

また、センサ電極、柱状構造物、突起物は、画素の配列方向に沿って規則的且つ選択的に配置されることが好ましい。
このような構成によれば、センサ電極、柱状構造物、突起物を画素の配列方向に沿って規則的且つ選択的に配置することによって、基板同士の接触を確実に避けるとともに液晶層の容量変化を正確に検出すること可能としている。

また、センサ電極同士、柱状構造物同士の間隔が画素ピッチ以上となっていることが好ましい。
このような構成によれば、画像表示領域における全ての画素にセンサ電極、柱状構造物、突起物のいずれかを備えなくても画像表示領域におけるユーザーのタッチ位置を正確に把握することができる。

また、画素の行方向及び列方向に沿って、センサ電極と柱状構造物とが交互に配置されていることが好ましい。
このような構成によれば、画像表示領域においてセンサ電極と柱状構造物との配置間隔が一定であるため、液晶層の容量変化を確実に検出でき、画像表示領域におけるユーザーのタッチ位置を正確に把握することができる。

また、画素の行方向及び列方向のいずれか一方に、センサ電極と柱状構造物とが交互に配置され、画素の行方向及び列方向のいずれか他方に、センサ電極と突起物とが交互に配置されることが好ましい。
このような構成によれば、センサ電極と柱状構造物、センサ電極と突起物との配置間隔が一定であるため、基板同士の接触を避けるとともに液晶層の容量変化を確実に検出でき、画像表示領域におけるユーザーのタッチ位置を正確に把握することができる。

本発明の電子機器は、先に記載の液晶装置を備えたことを特徴とする。
このような構成によれば、装置構成を複雑化することなく、正確なタッチ判定を行う可能とした上記電気光学装置を備えているので、信頼性が向上し、高性能な製品となる。

以下、本発明の実施形態につき、図面を参照して説明する。なお、以下の説明に用いる各図面では、各部材を認識可能な大きさとするため、各部材の縮尺を適宜変更している。

（第１の実施形態）
図１は、本発明の第１の実施形態である液晶装置の全体構成を示す平面図である。図２は、図１のＨ−Ｈ’線に沿う断面図である。図３は、液晶装置の等価回路図である。
図１および図２に示すように、本実施形態の液晶装置１は、素子基板２と対向基板３とがシール材４によって貼り合わされ、このシール材４によって区画された領域内に液晶層５が封入されている。液晶層５は、正の誘電率異方性を有する液晶材料から構成されている。シール材４の形成領域の内側の領域には、遮光性材料からなる遮光膜（周辺見切り）６が形成されている。シール材４の外側の周辺回路領域には、データ線駆動回路７および外部回路実装端子８が素子基板２の一辺に沿って形成されており、この一辺に隣接する２辺に沿って走査線駆動回路９が形成されている。素子基板２の残る一辺には、表示領域の両側に設けられた走査線駆動回路９の間を接続するための複数の配線１０が設けられている。また、対向基板３の角部においては、素子基板２と対向基板３との間で電気的導通をとるための基板間導通材１１が配設されている。

図３は、本実施形態の液晶装置の等価回路図である。液晶装置１の画像表示領域Ａ（図１参照）を構成すべくマトリクス状に配置された複数の画素には、画素電極１３がそれぞれ形成されている。また、画素電極１３の側方には、当該画素電極１３への通電制御を行うための画素スイッチング素子であるＴＦＴ素子１４が形成されている。このＴＦＴ素子１４のソースには、データ線６ａが電気的に接続されている。各データ線６ａには画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎがそれぞれ供給される。なお画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、各データ線６ａに対してこの順に線順次で供給してもよく、相隣接する複数のデータ線６ａに対してグループ毎に供給してもよい。

また、ＴＦＴ素子１４のゲートには、走査線３ａが電気的に接続されている。走査線３ａには、所定のタイミングでパルス的に走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍが供給される。なお、走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍは、各走査線３ａに対してこの順に線順次で印加される。
また、ＴＦＴ素子１４のドレインには、画素電極１３が電気的に接続されている。そして、走査線３ａから供給された走査信号Ｇ１、Ｇ２、…、Ｇｍにより、スイッチング素子であるＴＦＴ素子１４を一定期間だけオン状態にすると、データ線６ａから供給された画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎが、各画素の液晶に所定のタイミングで書き込まれる。

液晶に書き込まれた所定レベルの画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎは、画素電極１３と後述する対向電極との間に形成される液晶容量で一定期間保持される。なお、保持された画像信号Ｓ１、Ｓ２、…、Ｓｎがリークするのを防止するため、画素電極１３と容量配線１７との間に蓄積容量１８が形成され、液晶容量と並列に配置されている。このように、液晶に電圧信号が印加されると、印加された電圧レベルにより液晶分子の配向状態が変化する。

（液晶装置の詳細な構成）
図４は、素子基板上の画素配列の一部を模式的に示す平面図であり、図５は、図４のＩ−Ｉ’線に沿う断面図である。

本実施形態における液晶装置１は、センサ電極一体型の液晶装置である。また、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の各色光を出射する３個のサブ画素領域で１個の画素を構成し、以下において表示を構成する最小単位となる画素領域を「サブ画素領域Ｓ」と称する。また、画素領域間の領域を画素間領域Ｃと称する。

本実施形態に係る液晶装置１は、図４に示す画素間領域Ｃに、画像表示領域Ａがタッチされたか否かを検出するタッチ判定手段がマトリクス状に設けられている。タッチ判定手段は、ユーザーによる画像表示領域Ａのタッチ情報を電気信号に変換するもので、図５のセンサ電極２１とセンサ電極４１との電極間や、センサ電極２１と画素電極１３との間に発生するユーザーの押圧による容量変化を基に、画像表示領域Ａにおけるタッチ部分の押圧情報を担う検出信号を出力する。

タッチ判定手段は、異なる基板２，３にそれぞれ対向配置される一対のセンサ電極２１，４１と、信号検出素子２２とを備えたタッチ判定部２３によって構成され、単位領域１０ａ（例えば、図中の一点鎖線で示す範囲）内において選択的且つ規則的に配置されている。すなわち、本実施形態における液晶装置１は、所謂タッチパネル構造を備えたものとなっており、画像表示領域Ａに表示されるアイコンにユーザーがタッチしたか否かを判定することで、液晶装置１を駆動する際に要求されるデータの入力を行うことが可能となっている。

また、画像表示領域Ａには、セルギャップを規制する柱状構造物２４がマトリクス状に配置されている。図４に示すように、単位領域１０ａ内におけるセンサ電極２１（４１）と柱状構造物２４との数は同数であり、一つの画素領域１０ｂに対してセンサ電極２１（４１）及び柱状構造物２４がそれぞれ一つずつ配置されている。すなわち、画素の行方向及び列方向に沿って、センサ電極２１と柱状構造物２４とが交互に配置されている。そのため、画像表示領域Ａ全体で見ると、どのセンサ電極２１であっても、最近接の２つ以上の柱状構造物２４に対して距離が同じとなっている。例えば、図中の矢印で示すように、センサ電極２１と、当該センサ電極２１に最も近接配置された柱状構造物２４との距離はそれぞれ同じ距離となっている。これにより、画像表示領域Ａを押圧する押圧圧力が同じであれば、どのセンサ電極２１においてもセル厚が同様に変化することになり、ユーザーによるタッチ位置を確実に検出できるようになっている。

なお、上記において、図４の一点鎖線で示す範囲を単位領域１０ａとしたが、これに限らず、センサ電極２１と柱状構造物２４との数が同数となれば、その範囲を適宜変更してもよい。
また、単位領域１０ａ内におけるセンサ電極２１および柱状構造物２４の数は、セル厚均一性を確保するとともに低温発泡を防止できる数に適宜設定する。

素子基板２は、図５に示すように、例えばガラスや石英、プラスチックなどの透光性材料で構成された基板本体３１と、基板本体３１の内側（液晶層側）の表面に順次積層された下地絶縁膜３２、ゲート絶縁膜３３、第１層間絶縁膜３４、平坦化膜３５及び配向膜３６を備えている。

基板本体３１上には、図５に示すように、複数の画素の縦横の境界領域に沿って、走査線３ａとデータ線６ａとが形成されている。これら走査線３ａとデータ線６ａとによって平面的に区画されるサブ画素領域Ｓ内には、下地絶縁膜３２の内側の表面に配置された半導体層３９と、ゲート絶縁膜３３の内側の表面に配置されたゲート電極３７（走査線３ａの一部）と、層間絶縁膜３４の内側の表面に配置されたデータ線６ａ及びドレイン電極３８と、平坦化膜３５の内側の表面に配置された画素電極１３とが備えられている。データ線６ａは半導体層３９のソース領域に接続され、ドレイン電極３８は半導体層３９のドレイン領域に電気的に接続されている。そして、このドレイン電極３８に、平坦化膜３５に形成されたコンタクトホールＨ１を介して上記画素電極１３が接続されている。このようにして、サブ画素領域Ｓ内にＴＦＴ素子１４とＴＦＴ素子１４に接続する画素電極１３とが構成されている。

また、図４，図５に示すように画素間領域Ｃには、所定の画素に対応して、ユーザーによるタッチ部分の凹凸情報を電気信号に変換するタッチ判定部２３が配置されている。タッチ判定部２３は、タッチ情報を担う検出信号を出力する信号検出素子２２と、液晶層５の静電容量を検出する一対のセンサ電極２１，４１とから構成されている。信号検出素子２２は、ゲート電極４２、多結晶シリコン層４３、ソース／ドレイン電極４４を含んで構成されるＭＯＳトランジスタである。静電容量は、ユーザーの押圧圧力に応じて液晶層５の容量値が変化する可変容量である。センサ電極２１は、選択トランジスタの開閉制御を行うゲート電極４２に接続しており、ユーザーのタッチによる検出容量の変化を信号検出素子２２に伝達し、多結晶シリコン層４３のチャネル領域を流れるドレイン電流の増幅作用によって静電容量（画素容量）の変化をセンシングできるようになっている。

なお、信号検出素子２２及びＴＦＴ素子１４として、本実施形態においては、ゲート端子（電流制御端子）、ソース端子（電流出力端子）、及びドレイン端子（電流入力端子）から成る三端子トランジスタを例示するが、これに限られるものではない。

図５に示す信号検出素子２２及びＴＦＴ素子１４を製造するには、基板本体３１上に酸化シリコンなどの下地絶縁膜３２を積層し、その上にアモルファスシリコンを成膜して結晶化させ、多結晶シリコン層４３、半導体層３９を形成する。次いで、多結晶シリコン層４３及び半導体層３９上にゲート絶縁膜３３を形成するとともに、多結晶シリコン層４３上にゲート電極４２を形成し、半導体層３９上にゲート電極３７を形成する。そして、自己整合的に多結晶シリコン層４３及び半導体層４９に不純物を注入・拡散し、ソース／ドレイン領域をそれぞれ形成する。次いで、第１層間絶縁膜３４上にソース／ドレイン電極４４、データ線６ａ、ドレイン電極３８を形成することによって信号検出素子２２及びＴＦＴ素子１４を構成する。

さらに、透光性材料からなる平坦化膜３５を積層してコンタクトホールＨ１，Ｈ２を開口し、Ａｌなどの金属材料によりセンサ電極２１を形成するとともにインジウム錫酸化物（Indium Tin Oxide，以下「ＩＴＯ」と略記する。）などの透光性導電材料で画素電極１３を形成した後、表面全体をポリイミドなどの樹脂材料からなる配向膜３６で被覆することによって、本実施形態の素子基板２を形成している。ここで、平坦化膜３５によって多結晶シリコン層４３及び半導体層３９上の平坦性を確保するとともに所望の膜厚を得ている。なお、センサ電極２１は画素電極１３と同じ材料を使用して、画素電極１３と同時に形成しても良い。

本実施形態の素子基板２は、当該素子基板２とこれに対向する後述の対向基板３との間を保持する柱状構造物２４を複数備えている。柱状構造物２４は、配向膜３６下に配置され、例えば感光性樹脂によって形成されている。柱状構造物２４は、素子基板２の平坦化膜３５上に形成される樹脂膜（不図示）をパターニングすることによって形成される。材料によって、適度な弾性を有する柱状構造物２４を得ることができる。樹脂膜の膜厚は、所望とするセル厚を確保すべく設定される。平面視及び断面視における形状や高さは特に問わず、液晶層５の大きさ等によって適宜選択する。
上記した画素電極１３、センサ電極２１（４１）、柱状構造物２４は、平面的に互いに重ならないようにして素子基板２上に配置されている。

尚、基板本体３１上にトランジスタ等の半導体素子を形成するには、上述の製法に限らず、例えば、剥離転写技術を適用することで、トランジスタ等の半導体素子を基板本体３１上に形成してもよい。剥離転写技術を適用すれば、基板本体３１として、プラスチック基板やガラス基板などの適度な強度を有する安価な基板を採用できるため、液晶装置１の機械的強度を高めることができる。

一方、対向基板３は、例えばガラスや石英、プラスチックなどの透光性材料で構成された基板本体５１と、基板本体５１上に順次形成されるカラーフィルタＣＦ（Ｒ（赤），Ｇ（緑），Ｂ（青））、ブラックマスクＢＭと、カラーフィルタＣＦ及びブラックマスクＢＭを覆うようにして基板本体５１の表面全体に形成される平坦化膜５２と、当該平坦化５２上に形成される対向電極５３、センサ電極４１と、これら対向電極５３及びセンサ電極４１覆う配向膜５４とを有している。なお、本実施形態において、柱状構造物２４は素子基板２上の平坦化膜３５上に形成されているが、対向基板３上の平坦化膜５２上に形成しても良い。

そして、画素領域（サブ画素領域Ｓ）内には、素子基板２側の画素電極１３に対応してカラーフィルタＣＦと対向電極５３とが備えられている。ここで、カラーフィルタＣＦは、顔料および感光性透明樹脂から構成され、対向電極５３は、画素電極１３と同様に、例えばＩＴＯなどの透光性導電材料で構成されている。

画素間領域Ｃには素子基板２側のセンサ電極２１に対応するセンサ電極４１と、このセンサ電極４１と上記した対向電極５３とを絶縁する機能を果たすブラックマスクＢＭが備えられている。センサ電極４１は、先に述べたセンサ電極２１と同様に、例えばＡｌなどの金属材料で構成されている。遮光膜としてもブラックマスクＢＭは、カラーフィルタＣＦを区画するようにして基板本体５１上に形成されている。

液晶パネルには、一対の偏光板５７、５８が、互いの透過軸をほぼ直交させた状態で設けられている。ここで、偏光板５７、５８の内側の一方または双方には、光学補償フィルム（図示略）を配置してもよい。

上述の構成において、本実施形態の液晶装置１は、液晶層５の厚さに応じた電気的容量を有しており、例えば、ユーザーの指先によって画像表示領域Ａがタッチされると、その押圧圧力に応じて対向基板３が撓むと同時に液晶層５の静電容量が変化し、センサ電極２１からに押圧信号が出力される。そして、ゲート電極４２によって信号検出素子２２が開状態になると、信号検出素子２２からゲート電位で定まる検出電流が出力される。この検出電流がタッチ信号として処理される。このようにして、画像表示領域Ａに表示したアイコン等にユーザの指先がタッチされたか否かを検出することで、液晶装置１を駆動する際に要求されるデータの入力を直接行うことが可能となっている。

本実施形態の液晶装置１は、画像表示領域Ａ内の単位領域１０ａにおいて、柱状構造物２４とセンサ電極２１（４１）とが互いに同数ずつ設けられており、各センサ電極２１は、センサ電極２１の各々に最も近接する２つ以上の柱状構造物２４に対して同じ距離に配置されている。そのため、同じ押圧圧力であればどのタッチ検出部２３においても静電容量が同じように変化することになり、ユーザーによるタッチ箇所を確実に検出することができる。また、センサ電極２１（４１）と画素電極１３とを別々に設けたことから、表示画像に関わらず静電容量の変化を確実に検出することができる。このような、一対のセンサ電極２１，４１からなるタッチ検出部２３によって、液晶層５の静電容量の変化を検出することでタッチ判定を行うこととしたため、従来の、一対の基板にそれぞれ設けられた電極同士を接触することによってタッチ判定を行う接触式の液晶装置や、液晶パネルに印加された圧力によってタッチ判定を行う感圧式の液晶装置よりも、広い温度範囲で使用することができる。すなわち、液晶の温度特性（熱膨張係数）によってセル厚が変化したとしても、接触、圧力感知ができなくなるという不具合が生じず、ユーザーによるタッチ検出を確実に行うことができる。

（第２の実施形態）
次に、本発明の第２の実施形態について図６を用いて説明する。図６は、第２実施形態の液晶装置の全体構成を示す平面図である。
以下に示す本実施形態の液晶装置の基本構成は、上記第１の実施形態と略同様であるが、単位領域における柱状構造物とセンサ電極との配置方法において異なる。よって、以下の説明では、単位領域における柱状構造物とセンサ電極との配置について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１〜図５と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。なお、図６において対向基板は省略してある。

本実施形態では、画像表示領域の単位領域１０ａにおいて、センサ電極２１と柱状構造物２４との数が同じであって、行方向及び列方向に配列された画素に沿って各々が選択的且つ規則的に配置されている。詳細には、図６に示すように、Ｎ列の画素の配列には柱状構造物２４とセンサ電極２１とが各画素に対して交互に配置され、Ｍ列の画素の配列には何も配置されていない。そのため、画像表示領域Ａ全体で見ると、どのセンサ電極２１であっても最近接の２つ以上の柱状構造物２４に対する距離が同じとなっている。すなわち、本実施形態においても、センサ電極２１と、当該センサ電極２１に最も近接する柱状構造物２４との距離がそれぞれ同じ距離となっている（図中の矢印で示す）。

全ての画素に対して柱状構造物２４或いはセンサ電極２１のいずれかを設けなくても、単位領域１０ａ内におけるセンサ電極２１が当該センサ電極２１に最も近接する柱状構造物２４に対して同じ距離にあることから、画像表示領域Ａを押圧する押圧圧力が同じであれば、どのセンサ電極２１においてもセル厚が同様に変化することになる。これにより、ユーザーによる画像表示領域Ａのタッチ位置を確実に検出することができるようになっている。
なお、対向基板３側に配置されるセンサ電極４１（図５参照）は、素子基板２上のセンサ電極２１の配置に応じて設けられている。これは、以下の実施形態においても同様である。

（第３の実施形態）
次に、本発明の第３の実施形態について図７を用いて説明する。図７は、第３実施形態の液晶装置の全体構成を示す平面図である。
以下に示す本実施形態の液晶装置の基本構成は、上記第１の実施形態と略同様であるが、単位領域における柱状構造物とセンサ電極との数が異なる。よって、以下の説明では、単位領域における柱状構造物とセンサ電極との配置について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１〜図５と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。なお、図７において対向基板は省略してある。

本実施形態では、図７に示すように、画像表示領域Ａの単位領域１０ａにおいて柱状構造物２４の数よりもセンサ電極２１の数の方が多くなっている。画素列Ｊに沿ってセンサ電極２１が１画素おきに配置され、画素列Ｋに沿って、センサ電極２１と柱状構造物２４とが各画素に対して交互に配置されている。但し、センサ電極２１同士が隣り合わない配置とする。そして、画像表示領域Ａ全体で見ると、どの柱状構造物２４であっても最近接の２つ以上のセンサ電極２１に対する距離が同じとなっている。すなわち、本実施形態においても、柱状構造物２４と、当該柱状構造物２４に最も近接するセンサ電極２１との距離がそれぞれ同じ距離となっている（図中の矢印で示す）。

このような構成によれば、柱状構造物２４に近いセンサ電極２１上のセル厚変化は比較的小さいが、センサ電極２１と柱状構造物２４とが一定の距離を保つためユーザーによるタッチ位置の検出が可能である。本実施形態では、単位領域１０ａに配置するセンサ電極２１及び柱状構造物２４の数が別々に設定可能であることから、セル厚の均一性や低温発泡を考慮してそれぞれの数を適宜設定することによって、使用環境によらずタッチ検出を確実に行うことができる。

（第４の実施形態）
次に、本発明の第４の実施形態について図８〜図１０を用いて説明する。図８は、第４実施形態の液晶装置の全体構成を示す平面図、図９は、図８のＬ−Ｌ’線に沿う断面図、図１０は、突起物の製造工程を示す説明図である。
以下に示す本実施形態の液晶装置の基本構成は、上記第１の実施形態と略同様であるが、単位領域１０ａ内に柱状構造物２４よりも高さの低い突起物が設けられている。よって、以下の説明では、単位領域１０ａにおける柱状構造物２４とセンサ電極２１と突起物５５との配置について詳しく説明し、共通な箇所の説明は省略する。また、説明に用いる各図面において、図１〜図５と共通の構成要素には同一の符号を付すものとする。なお、図８において対向基板は省略してある。

本実施形態では、図８に示すように、単位領域１０ａ内にセンサ電極２１と、柱状構造物２４と、柱状構造物２４よりも高さの低い突起物５５とが平面視において互いに重なることなく、各画素に対して選択的且つ規則的にそれぞれ配置されている。本実施形態では、単位領域１０ａにおけるセンサ電極２１の数が、柱状構造物２４の数よりも多くなっている。そして、画素列Ｏに沿って突起物５５とセンサ電極２１とが各画素に対して交互に配置され、画素列Ｐに沿ってセンサ電極２１と柱状構造物２４とが各画素に対して交互に配置されている。すなわち、図中の矢印で示すように、どの柱状構造物２４、突起物５５であっても、センサ電極２１に対する距離が同じとなっている。但し、本実施形態においても、隣り合う画素にはセンサ電極２１が配置されないものとする。

図９に示すように、本実施形態における画素間領域Ｃには、素子基板２上に形成された平坦化膜３５に上記各コンタクトホールＨ１，Ｈ２と同時にパターン形成された貫通孔５６が設けられており、その底部において層間絶縁膜３４が露出している。突起物５５は、このような貫通孔５６内の層間絶縁膜３４上に配置される。なお、突起物５５に対応する対向基板３の内面にもブラックマスクＢＭが設けられている。

このような突起物５５は、画素電極１３、および平坦化膜３５上に形成される樹脂膜６２（図１０）をパターニングすることによって柱状構造物２４と同時に形成される。そのため、柱状構造物２４と突起物５５の実質的な構成は同じであるが、平坦化膜３５上に形成される柱状構造物２４と貫通孔５６内に形成される突起物５５とは、それぞれ対向基板３までの距離が必然的に異なることになる。すなわち、柱状構造物２４と突起物５５は、素子基板２上における相対的な高さ位置が互いに異なっており、柱状構造物２４の上面が対向基板３の内面（液晶層５側の面）に当接するのに対して、突起物５５の上面と対向基板３の内面との間には液晶層５が介在することになる。この突起物５５は、ユーザーの押圧によって対向基板３が素子基板２と接触することを防止するために設けられているもので、これによって、センサ電極２１（４１）、画素電極１３、及び対向電極５３を保護することができるとともに、画素内における液層配向の乱れを防止することが可能である。

上述したように、突起物５５は柱状構造物２４と同じ材料を用いて同時に形成することができるとともに、貫通孔５６は平坦化膜３５に形成されるコンタクトホールＨ１，Ｈ２と同時に形成することができる。そのため、製造工程を増加させることなく、突起物５５と当該突起物５５を収容する貫通孔５６とを得ることができ、歩留まりが向上するとともにコスト削減を図ることができる。

なお、本実施形態において、突起物５５は柱状構造物２４と同じ形状となっているがこれに限らず、異なる形状に形成しても良い。突起物５５は、ユーザーの押圧によってセンサ電極２１，４１同士が接触することを避けるだけでなく、例えば、使用環境の温度に応じてセル厚が変化したとしてもセンサ電極２１，４１同士が接触することを避けることができる。このような効果が得られれば突起物５５の形状を適宜変更してもよい。また突起物５５と柱状構造物２４は素子基板２上に設けられているが、対向基板３の平坦化膜５２に貫通孔（不図示）を設け、当該貫通孔内に突起物を形成し、平坦化膜５２上に柱状構造物を設置しても良い。

以上、添付図面を参照しながら本発明に係る好適な実施形態について説明したが、本発明は係る例に限定されないことは言うまでもなく、上記各実施形態を組み合わせても良い。当業者であれば、特許請求の範囲に記載された技術的思想の範疇内において、各種の変更例または修正例に想到し得ることは明らかであり、それらについても当然に本発明の技術的範囲に属するものと了解される。

例えば、半透過反射型の液晶装置の場合、マルチギャップ構造を利用して突起物５５を配置することができる。画素領域における反射領域には、Ａｌ等からなる反射層上に液晶層の膜厚を調整する樹脂層が備えられるため、反射表示領域における液晶層厚が他の領域（透過表示領域を含む）より薄くなっている。そのため、樹脂層が設けられていない領域（画素間領域）に突起物５５を配置し、画素領域内の樹脂層上に柱状構造物２４を配置する構成としてもよい。これにより、突起物５５を配置させるための貫通孔５６を形成する手間を省くことができるので、歩留まりが向上する。

（電子機器）
次に、上述の実施形態で説明した液晶装置を備えた電子機器について説明する。
図１１（ａ）に示すように、電子機器の実施形態の一例であるモバイル型のパーソナルコンピュータ１４０は、キーボード１４１を備えた本体部１４２と、表示ユニット１４３とを有している。表示ユニット１４３は、前述した液晶装置からなる表示部２００を備えている。

図１１（ｂ）示すように、電子機器の実施形態の別の例である携帯電話機１４５は、複数の操作ボタン１４６と、前述した液晶装置からなる表示部２００とを有している。

このように、パーソナルコンピュータ１４０および携帯電話機１４５は、上述した液晶装置を備えているので、画素に表示欠陥が生じることをより効果的に防止することのできるパーソナルコンピュータ１４０および携帯電話機１４５を提供することができる。

また、上述した例に加えて、他の例として、液晶テレビ、ビューファインダ型やモニタ直視型のビデオテープレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器などにおいて応用することができる。本発明に係る液晶装置は、こうした電子機器の表示部としても好適に用いることができる。

第１実施形態の液晶装置の全体構成を示す平面図。 図１のＨ−Ｈ’線に沿う断面図。 第１実施形態の液晶装置の等価回路図。 素子基板上の画素配列の一部を模式的に示す平面図。 図４のＩ−Ｉ’線に沿う断面図。 第２実施形態の液晶装置の全体構成を示す平面図。 第３実施形態の液晶装置の全体構成を示す平面図。 第４実施形態の液晶装置の全体構成を示す平面図。 図８のＬ−Ｌ’線に沿う断面図。 突起物の製造工程を示す説明図。 電子機器の一例であるプロジェクタの概略構成図。

符号の説明

１…液晶装置、２…素子基板、３…対向基板、５…液晶層、１３…画素電極、２１，４１…センサ電極、２４…柱状構造物、１０ａ…単位領域、Ａ…画像表示領域、５５…突起物、３５…平坦化膜

Claims (12)

1. 一対の基板間に液晶層を挟持してなる液晶装置であって、
   画像表示領域内に、画像表示のための画素電極と、
   前記液晶層の容量変化を検出するセンサ電極と、
   前記一対の基板の間隔を保持する柱状構造物とが、互いに平面的に重ならないように配置されていることを特徴とする液晶装置。
2. 前記画像表示領域内の単位領域において、前記柱状構造物の数と前記センサ電極の数とが同数であり、前記センサ電極は、当該センサ電極に最も近接する２つ以上の前記柱状構造物に対してそれぞれ同じ距離にあることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
3. 前記画像表示領域内の単位領域において、前記センサ電極の数が前記柱状構造物の数よりも多く、前記柱状構造物は、当該柱状構造物に最も近接する２つ以上の前記センサ電極に対してそれぞれ同じ距離にあることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
4. 前記画像表示領域内に、前記柱状構造物よりも高さの低い突起物が設けられ、当該突起物、前記画素電極、前記センサ電極、前記柱状構造物が、互いに平面的に重ならないように配置されていることを特徴とする請求項１記載の液晶装置。
5. 前記画像表示領域内の単位領域において、前記突起物は、当該突起物に最も近接する２つ以上の前記柱状構造物に対してそれぞれ同じ距離にあることを特徴とする請求項４に記載の液晶装置。
6. 前記柱状構造物と前記突起物は、同じ材料から構成されていることを特徴とする請求項４または５に記載の液晶装置。
7. 前記一対の基板のいずれか一方に、
   平坦化膜を備え、
   前記平坦化膜上に前記柱状構造物が配置され、前記平坦化膜に設けられた凹部内に前記突起物が配置されていることを特徴とする請求項４乃至６のいずれか一項に記載の液晶装置。
8. 前記センサ電極、前記柱状構造物、前記突起物は、前記画素の配列方向に沿って規則的且つ選択的に配置されることを特徴とする請求項１乃至７のいずれか一項に記載の液晶装置。
9. 前記センサ電極同士、前記柱状構造物同士の間隔が画素ピッチ以上となっていることを特徴とする請求項８に記載の液晶装置。
10. 前記画素の行方向及び列方向に沿って、前記センサ電極と前記柱状構造物とが交互に配置されていることを特徴とする請求項８または９記載の液晶装置。
11. 前記画素の行方向及び列方向のいずれか一方に、前記センサ電極と前記柱状構造物とが交互に配置され、
    前記画素の行方向及び列方向のいずれか他方に、前記センサ電極と前記突起物とが交互に配置されていることを特徴とする請求項８または９記載の液晶装置。
12. 請求項１乃至１１のいずれか一項に記載の液晶装置を備えることを特徴とする電子機器。

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