JP2013097704A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】ＩＴＯ電極や構造の複雑化の問題を回避し、マルチタッチへの対応が可能な、タッチパネル機能を組み込んだ薄型の表示装置を提供する。
【解決手段】複数の画素をマトリクス状に配置して表示を行う表示装置を、タッチパネル基板１を用いて構成する。タッチパネル基板１は、透光性の基板２と、基板２の一方の面に配置されたカラーフィルタ層４とを有する。基板２のカラーフィルタ層４の形成面の、隣接する画素間に、Ｘ方向に伸びる金属製のＸ検知電極５を配置し、他方の面の、隣接する画素間にはＹ方向に伸びる金属製のＹ検知電極６を配置する。そして、Ｘ検知電極５とＹ検知電極６を遮光層として利用するとともに、タッチパネル基板１への導体の接触によって生じる容量変化を検知して、導体の接触位置を検出するようにする。
【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置に関し、特にタッチパネル機能の組み込まれた表示装置に関する。

携帯電話やスマートフォンやＰＤＡ（パーソナルデジタルアシスタント）等の電子機器では、画面の大型化への要求が大きく、スイッチやテンキーなどの入力装置を配置できる領域が少なくなっている。また、液晶表示パネル等の表示素子に表示された画像を参照しながら表示画像に触れ、分かりやすく情報の入力ができる情報入力方法の実現が求められている。
そのため、近年では、タッチパネル付きの表示装置への要求が高まっている。

タッチパネルは、上述した液晶表示パネル等の表示パネル上に配置され、操作者が指やペン等の導電体で操作面に触れたときに、そのタッチ位置を検出する入力装置の総称である。

タッチパネルは、タッチ位置検出の方式の違いに従って抵抗膜方式や静電容量方式などが知られている。

静電容量方式は、人間が導体であり、操作者の指がグランドとして機能することを利用する。すなわち、タッチパネルの基板上に配置されたタッチ位置検出用の検知電極に指が近づくと、指と検知電極との間に容量が形成される。そのタッチ操作に伴う容量形成を変化として捉え、制御回路等により検知する。静電容量方式では、透明基板の一方の面に、例えば水平方向等の所定の方向であるＸ方向に伸びた複数のＸ検知電極を設ける。そして、透明基板のもう一方の面またはＸ検知電極上に配置された絶縁膜の上に、Ｘ方向と垂直な方向であるＹ方向に伸びた複数のＹ検知電極を設ける。こうして交差する２種類の検知電極をマトリクス状に配置し、タッチした位置の座標の検出に用いている。

従来、タッチパネル付きの表示装置は、タッチパネルは表示パネルと組み合わされて表示装置の構成に用いられることが多い。表示パネルとタッチパネルを別個に作製し、それらを貼り合わせてタッチパネル付きの表示装置を製造する。

こうした従来のタッチパネル付きの表示装置では、タッチパネルを付設することによって表示装置全体の厚みが増大するという問題があった。
そこで、薄型化を目的としてインセル型と称されるタッチパネル機能を一体的に組み込んだ表示装置の開発が進められている。

例えば、液晶表示パネルを用いたインセル型のタッチパネル付き表示装置では、液晶層を挟持するカラーフィルタ基板の表面にさらに検知電極を設ける表面型が知られている。表面型のタッチパネル付きの表示装置の検知電極は、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ：インジウム錫酸化物)等からなる透明なベタ状の電極であり、カラーフィルタ層や液晶表示パネルのコモン電極が配置されていないカラーフィルタ基板の表面に配置される。

この表面型の場合、構造が単純で薄型化に好適であるが、同時に行われた複数のタッチ操作をそれぞれ分離し、それぞれの接触位置を検出する、所謂マルチタッチへの対応ができないという問題があった。また、ベタ状のＩＴＯ電極を使用しており、ＩＴＯの透過率特性に影響されて、表示装置の透過率が低下するという問題もあった。

そこで、ベタ状のＩＴＯ電極を使用せず、マルチタッチへの対応が可能な、タッチパネル機能を組み込んだ薄型の表示装置の開発が求められている。
例えば、特許文献１には、投影型のタッチパネル機能を組み込んで、マルチタッチへの対応が可能な液晶表示装置が開示されている。

特開２００９−２１１５３１号公報

しかしながら、特許文献１に記載の従来の液晶表示装置では、液晶層を挟持するカラーフィルタ基板のカラーフィルタ層と基板との間に、新たな構成要素として、絶縁層を挟持して重畳されたそれぞれ金属製のＸ検知電極とＹ検知電極とを設ける必要があった。そのため、液晶表示装置の構造が複雑となり、製造プロセスもその構造に対応して複雑なものとなっていた。

そこで、検知電極にベタ状のＩＴＯ電極を使用せず、新たに設ける構成要素を少なくして構造の複雑化を抑え、さらにマルチタッチへの対応が可能な、タッチパネル機能を組み込んだ表示装置の開発が求められている。

本発明は、以上のような課題に鑑みてなされたものである。すなわち、本発明の目的は、ＩＴＯ電極や構造の複雑化の問題を回避し、マルチタッチへの対応が可能な、タッチパネル機能を組み込んだ薄型の表示装置を提供することにある。

本発明の他の目的および利点は、以下の記載から明らかとなるであろう。

本発明の態様は、複数の画素をマトリクス状に配置して表示を行う表示装置であって、
透光性の第１の基板と、
第１の基板の第１の面の、隣接する画素間で、第１の方向に伸びるように形成された金属製の第１の検知電極と、
第１の基板の第１の面と対向する第２の面の、隣接する画素間で、第１の方向と交差する第２の方向に伸びるように形成された金属製の第２の検知電極と
を有するタッチパネル基板を備え、
タッチパネル基板への導体の接触によって生じる容量変化を検知して、その導体の接触位置を検出するよう構成されたことを特徴とする表示装置に関する。

本発明の態様において、第１の検知電極および第２の検知電極はそれぞれ複数設けられており、
複数の第１の検知電極の間および複数の第２の検知電極の間にあって、第１の検知電極および第２の検知電極のいずれも形成されない、画素を囲む領域に、遮光層を配置することが好ましい。

本発明の態様において、第１の検知電極および第２の検知電極は、金属クロムを用いて構成されることが好ましい。

本発明の態様において、第１の基板は、樹脂から構成されることが好ましい。

本発明の態様において、タッチパネル基板に対向配置された第２の基板と、
タッチパネル基板と第２の基板との間に挟持された液晶層とを有し、
液晶表示装置を構成することが好ましい。

本発明に態様によれば、マルチタッチへの対応が可能な、タッチパネル機能を組み込んだ表示装置が得られる。

本実施の形態の表示装置のタッチパネル基板の構造を説明する模式的な断面図である。 本実施の形態の表示装置のタッチパネル基板の構造を説明する模式的な平面図である。 タッチパネル基板上に配置されたＸ検知電極の構造の一例を説明する平面図である。 タッチパネル基板上に配置されたＹ検知電極の構造の一例を説明する平面図である。 タッチパネル基板のＸ検知電極とＹ検知電極とが重ね合わされた状態を模式的に説明する平面図である。 本実施の形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。

本発明は、マトリクス状に配置された画素を用いて表示を行う表示装置にタッチパネル機能を組み込んで構成された、タッチパネル機能を備えた表示装置に関する。

本発明が対象とする表示装置としては、黒色表示時の光漏れや、隣り合う画素同士の混色を防ぐことができるように、各画素を区画するブラックマトリクスを配置する表示装置の選択が好ましい。そして、タッチ操作の位置の検出を実現できるように、マトリクス状に配置される検知電極群を表示装置のブラックマトリクスとして活用し、表示装置にタッチパネル機能を組み込んで、タッチパネル機能を備えた表示装置を構成するようにする。したがって、本発明は、例えば、ブラックマトリクスを有するカラーフィルタ層を備えた液晶表示装置の他、ブラックマトリクスを使用する有機ＥＬ表示装置やＥＬ表示装置に対し、好適に適用することが可能である。
以下、本発明の実施形態である表示装置について、液晶表示装置を例とし、図面を用いて説明する。

本実施の形態の表示装置が液晶表示装置である場合、それはマトリクス状に配置された画素を有する液晶表示装置であって、カラーフィルタ層を有するタッチパネル基板とアレイ基板とにより液晶層を挟持して構成される。従来の液晶表示装置の場合、通常、カラーフィルタ層を有するカラーフィルタ基板とアレイ基板とにより液晶層を挟持して構成されるが、本実施の形態の表示装置では、カラーフィルタ層を有するタッチパネル基板が従来のカラーフィルタ基板の機能も果たす。

図１は、本実施の形態の表示装置のタッチパネル基板の構造を説明する模式的な断面図である。

図２は、本実施の形態の表示装置のタッチパネル基板の構造を説明する模式的な平面図である。

尚、図１は、図２のＡ−Ａ’線に沿う断面図に相当する。

図１および図２に示すように、本実施の形態の表示装置を構成するタッチパネル基板１は、カラーフィルタ層４を基板２の一方の面に配置して有する。カラーフィルタ層４は、画素の着色層３を構成する

そして、タッチパネル基板１は、基板２のカラーフィルタ層４の形成された面の、着色層３を有する隣接する画素間で、第１の方向であるＸ方向に伸びるように配置された複数の金属製のＸ検知電極５を有する。基板２の他方の面の隣接する画素間には、Ｘ方向と交差する第２の方向であるＹ方向に伸びるように配置された複数の金属製のＹ検知電極６を有する。

タッチパネル基板１の有するＸ検知電極５とＹ検知電極６は、いずれも金属からなる金属電極であり、いずれも遮光性を有する。金属材料としては、金属クロム、アルミニウム、銀、銅を挙げることができ、汎用性の高い金属クロムが好ましい。また、金属材料は単体の金属であってもよいし、合金であってもよい。さらに、金属電極は複数の層から形成されていてもよい。特に観察面側に配置される金属電極は金属光沢が無いようにすることが好ましく、金属電極の最上層を黒色とすることが好ましい。最上層の黒色化は金属クロムの場合、酸化クロム層を最上層に形成すればよい。

基板２は、可視光の透過が可能な透光性基板とすることが好ましい。基板２は、例えば、ガラス基板や、ＰＥＴ（ポリエチレンテレフタレート）フィルム、ＰＣ（ポリカードネート）フィルム等の樹脂基板とすることが可能である。基板２を樹脂基板とすることにより、破損し難く、軽量のタッチパネル基板１を構成することができる。また、基板２がガラス基板の場合、厚さを０．３ｍｍ〜３．０ｍｍとすることが可能である。

カラーフィルタ層４は、赤、緑または青に着色された着色層３を有して構成され、画素毎に赤、緑、青で着色してカラー表示を実現する。

図３は、タッチパネル基板の基板上に配置されたＸ検知電極の構造の一例を説明する平面図である。

Ｘ検知電極５は、基板２の一方の面であるカラーフィルタ層４の形成面に配置される。より詳細には、基板２上の着色層３の配置された画素の周囲の領域であって、各画素間を水平方向（Ｘ方向）に区切る領域内で、Ｘ方向に伸びるように配置される。
Ｘ検知電極５は、例えば、金属クロムを用いて構成することができる。

そして、図３に示すように、例えば、３本のＸ検知電極５が束ねられて一本の引き出し配線７と接続する。引き出し配線７は、Ｘ検知電極５とＹ検知電極６とを介して静電容量を監視するよう構成された、表示装置の制御回路(図示しない）に接続する。

また、マトリクス配置されている画素間の全てにＸ検知電極５を配置できればよいが、表示装置の解像度とタッチパネルの検知解像度を比べると表示装置の解像度が高いため、図３に示すように、Ｘ検知電極５を局所的に配置している。したがって、画素間の遮光を目的として、基板２上の複数のＸ検知電極５の間であって、Ｘ検知電極５の配置されない画素間には、Ｘ検知電極５と同様の形状の遮光層９を設けることが好ましい。特に、遮光層９は、Ｘ検知電極５と同じ材料を用いて形成することが好ましい。例えば、遮光層９は金属から構成することが可能であり、具体的には、金属クロムを用いて構成することができる。このようにＸ検知電極５が配置されていない画素間にも遮光層を配置することができるので、表示装置の見栄え、コントラストを向上させることができる。

図４は、タッチパネル基板の基板上に配置されたＹ検知電極の構造の一例を説明する平面図である。

Ｙ検知電極６は、Ｘ検知電極５の配置された基板２の面と対向する、もう一方の面に配置される。より詳細には、着色層３の配置された画素を囲む周囲の領域であって、各画素間を水平方向（Ｘ方向）と直交する垂直方向（Ｙ方向）に区切る領域内で、Ｙ方向に伸びるように配置される。

Ｙ検知電極６もＸ検知電極５と同様の金属材料を用いることができる。図４に示す例では、金属クロムを用いて構成している。そして、金属特有の光沢を低下させるため、金属クロム層の上に酸化クロム層を配置してＹ検知電極６を構成することが好ましい。

そして、図４に示すように、例えば、３本のＹ検知電極６が束ねられて一本の引き出し配線８と接続する。引き出し配線８は、Ｘ検知電極５とＹ検知電極６とを介して静電容量を監視するよう構成された、表示装置の制御回路(図示しない）に接続する。

また、図４に示すように、基板２上の複数のＹ検知電極６の間であって、Ｙ検知電極６の配置されない画素の周囲の領域には、Ｙ検知電極６と同様の形状の遮光層１０を設けることが好ましい。特に、遮光層１０は、Ｙ検知電極６と同じ材料を用いて形成することが好ましい。例えば、遮光層１０は金属から構成することが可能であり、具体的には、金属クロムを用いて構成することができる。

図５は、タッチパネル基板のＸ検知電極とＹ検知電極とが重ね合わされた状態を模式的に説明する平面図である。

図５では、図３に示されたＸ検知電極５および遮光層９と、図４に示されたＹ検知電極６および遮光層１０とが基板２を介して重ね合わされた状態を模式的に示している。そして、基板２上の、Ｘ検知電極５、遮光層９、Ｙ検知電極６および遮光層１０の配置されない領域であって、カラーフィルタ層４の着色層３が配置された領域が光透過領域１１を構成する。光透過領域１１は、基板２上にマトリクス状に配置される。そして、この光透過領域１１は、本実施の形態の表示装置の各画素を構成する。また、各画素は、図示を省略しているが、ＩＴＯ等の透明電極からなる画素電極と画素電極に対向する対向電極との交差部分から形成されている。

このとき、本実施の形態の表示装置のタッチパネル基板１においては、Ｘ検知電極５およびＹ検知電極６が、従来の表示装置に用いられるカラーフィルタ基板のブラックマトリクスと一体化したのではない。タッチパネル基板１では、基板２上に配置されるＸ検知電極５およびＹ検知電極６を遮光性の金属材料から構成して、それらを遮光層として利用する。すなわち、タッチパネル基板１は、Ｘ検知電極５およびＹ検知電極６を遮光層として利用し、ブラックマトリクスの配設を省略可能とした構造と言うことができる。

以上の構成を有するタッチパネル基板１は、カラーフィルタ基板として機能するとともに、Ｘ検知電極５とＹ検知電極６とを介して静電容量を監視することが可能である。そして、本実施の形態の表示装置に対してタッチ操作をするようにタッチパネル基板１に指等の導体が接近すると、指等との間の容量形成を検知し、指等の接触位置の座標を検出することができる。

尚、タッチパネル基板１では、指等との間の容量形成を検知するよう構成されているため、指等の導体が実際にタッチパネル基板１に接触しなくても、接近することで検知可能な容量形成がなされれば、指等の接近位置の座標を検出することができる。

次に、本実施の形態の液晶表示装置について説明する。

図６は、本実施の形態の液晶表示装置の構造を示す断面図である。

図６に示す本実施の形態の液晶表示装置２１は、上述したように、マトリクス状に配置された画素を有する液晶表示装置である。

液晶表示装置２１は、例えば、ＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）モード液晶表示装置やＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）モード液晶表示装置とすることが可能である。
そして、液晶表示装置２１は、図１に示したタッチパネル基板１と、アレイ基板２２とにより液晶層２３を挟持して構成される。

アレイ基板２２上には、複数の信号線（図示せず）と複数の走査線（図示せず）がマト
リクス状に配線され、各交差部にスイッチング素子（図示せず）が配置される。そのスイ
ッチング素子のそれぞれに画素電極２４が接続される。

タッチパネル基板１は、図１に示す構造を有し、上述したようにカラーフィルタ基板の機能も果たす。タッチパネル基板１のカラーフィルタ層４の着色層３の上には、平坦化膜２５が設けられ、その上に対向電極２６が配置されている。そして、タッチパネル基板１では、アレイ基板２２との間で液晶層２３を挟持する。

偏光板２７、２８は、タッチパネル基板１とアレイ基板２２の外側に、例えば、それぞれの偏光方向が互いに直交するように配置される。
信号線に印加された映像信号は、走査線の走査信号によりスイッチング素子がオンしたときに画素電極２４に書き込まれる。アレイ基板２２の画素電極２４とタッチパネル基板１の対向電極２６との間に形成された電界により液晶層２３を駆動し、液晶層２３を通過する光の量等を制御し、タッチパネル基板１のカラーフィルタ層４の着色層３で着色して画像を出力する。

そして、本実施の形態の液晶表示装置２１では、画像表示に対応してタッチ操作するためにタッチパネル基板１に指等の導体が接近すると、指等との間で生じる容量形成を検知する。そして、液晶表示装置２１は、指等がタッチした接触位置の座標を検出することができる。特に、Ｘ検知電極５とＹ検知電極６とが基板２を介して配置されているので、容量の検知感度が高くなり、検出精度が向上する。また、指等の導体に近い側に検知電極が配設されるために検知感度が高くなる。

本実施の形態の液晶表示装置２１では、アレイ基板２２とともに液晶層２３を挟持するタッチパネル基板１が、カラーフィルタ層４の形成面に複数の金属製のＸ検知電極５を有する。そして、他方の面に、複数の金属製のＹ検知電極６を有する。Ｘ検知電極５とＹ検知電極６との間には、基板２があり、それらは互いに電気的に絶縁されている。液晶表示装置２１は、マルチタッチへの対応も可能である。

そして、液晶表示装置２１のタッチパネル基板１のＸ検知電極５とＹ検知電極６は、カラーフィルタ層４のブラックマトリクスとしても機能する。したがって、特許文献１に記載の従来の液晶表示装置のように、検知用電極とブラックマトリクスを一体化するため、カラーフィルタ基板の一方の面であって、カラーフィルタ層と基板との間に、絶縁層を介して重畳するＸ検知電極とＹ検知電極とを設ける必要はない。ブラックマトリクスを備えた従来のカラーフィルタ基板と比較しても、Ｙ検知電極を新たな構成要素として加えるのみの単純な構造を実現しており、製造プロセスを複雑にすることはない。

また、Ｘ検知電極５とＹ検知電極６はそれぞれ金属電極であり、タッチ操作による指等の接触位置の検出のためにＩＴＯ電極を用いることはない。そして、画素の形成ピッチに合わせて、Ｘ検知電極５とＹ検知電極６とを配置するため、所謂モアレ（干渉縞）の不具合を発生させることが無い。

そして、それぞれ別個に作製したタッチパネルと液晶パネルとを貼り合わせてタッチパネル付きの表示装置を製造する必要が無く、表示装置の薄型化および軽量化を図ることができる。

尚、本発明は上記各実施の形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲内において、種々変形して実施することができる。

１ タッチパネル基板
２ 基板
３ 着色層
４ カラーフィルタ層
５ Ｘ検知電極
６ Ｙ検知電極
７、８ 引き出し配線
９、１０ 遮光層
１１ 光透過領域
２１ 液晶表示装置
２２ アレイ基板
２３ 液晶層
２４ 画素電極
２５ 平坦化膜
２６ 対向電極
２７、２８ 偏光板

Claims (5)

1. 複数の画素をマトリクス状に配置して表示を行う表示装置であって、
   透光性の第１の基板と、
   前記第１の基板の第１の面の、隣接する画素間で、第１の方向に伸びるように形成された金属製の第１の検知電極と、
   前記第１の基板の前記第１の面と対向する第２の面の、隣接する画素間で、前記第１の方向と交差する第２の方向に伸びるように形成された金属製の第２の検知電極と
   を有するタッチパネル基板を備え、
   前記タッチパネル基板への導体の接触によって生じる容量変化を検知して、前記導体の接触位置を検出するよう構成されたことを特徴とする表示装置。
2. 前記第１の検知電極および前記第２の検知電極はそれぞれ複数設けられており、
   複数の前記第１の検知電極の間および複数の前記第２の検知電極の間にあって、前記第１の検知電極および前記第２の検知電極のいずれも形成されない、前記画素を囲む領域に、遮光層を配置したことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第１の検知電極および前記第２の検知電極は、金属クロムを用いて構成されることを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記第１の基板は、樹脂から構成されることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の表示装置。
5. 前記タッチパネル基板に対向配置された第２の基板と、
   前記タッチパネル基板と前記第２の基板との間に挟持された液晶層とを有し、
   液晶表示装置を構成することを特徴とする請求項１〜４のいずれか１項に記載の表示装置。

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