JP2013167953A - タッチパネル及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネルの配線設計を変更することなく検出感度をアップすることのできる、タッチパネル及び表示装置を提供する。
【解決手段】タッチ位置座標を静電容量結合方式で検出するタッチパネルＴＰにおいて、透明な基板ＰＧＬと、透明な基板の一方の面上において、第１の方向に平行して延在する透明な導電性材料で形成される複数のＸ電極と、Ｘ電極と絶縁材を介して第１の方向と交差する第２の方向に平行に延在する透明な導電性材料で形成される複数のＹ電極と、透明な基板の他方の面上において、Ｘ電極とＹ電極との交差するそれぞれの領域を覆うように分離して配設される透明な導電性材料で形成されるそれぞれのフローティング電極ＦＬとを備えるタッチパネルである。
【選択図】図７

Description

本発明の実施形態は、タッチパネル及び表示装置に関する。

ユーザインタフェースの形としてタッチパネル機能を具備した表示装置を搭載した携帯電話や携帯情報端末、パーソナルコンピュータなどの電子機器が開発されている。このようなタッチパネル機能を具備した電子機器では、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置に、別途タッチパネル基板を貼り合わせることでタッチパネル機能を付加することが検討されている。

また、近年、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によりガラス基板等の透明な絶縁基板上にさまざまな材料で薄膜を形成し、切削や研削等の作業を繰り返し行うことにより、走査線や信号線からなる表示素子や、光センサ素子等を形成して、画像読み取り装置を製造する技術が研究されている。

また、画像読み取り装置の読み取り方式として、光センサ素子等に替えて導電性の電極を配置し、この電極と指等との間の容量変化によりパネル表面の指等の情報を検知するいわゆる静電容量方式により接触位置を検出する技術が研究されている。

特開２０１０−３３１３３号公報

静電容量方式のタッチパネルでは、例えば、縦方向と横方向とに複数のＸ電極とＹ電極とがマトリクス状に配置されている。タッチパネルの表面に指などが接触した場合には、接触した部分のＸ電極とＹ電極との間のフリンジ容量が変化する。このフリンジ容量の変化を検出することで接触位置を検出することができる。

ところで、検出感度を更にアップするためには、Ｘ電極とＹ電極の配線の設計を変更することが考えられる。しかし、配線設計の変更による改善にも限界がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、タッチパネルの配線設計を変更することなく検出感度をアップすることのできる、タッチパネル及び表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様によれば、タッチ位置座標を静電容量結合方式で検出するタッチパネルにおいて、透明な基板と、前記透明な基板の一方の面上において、第１の方向に平行して延在する透明な導電性材料で形成される複数のＸ電極と、前記Ｘ電極と絶縁材を介して前記第１の方向と交差する第２の方向に平行に延在する透明な導電性材料で形成される複数のＹ電極と、前記透明な基板の他方の面上において、前記Ｘ電極とＹ電極との交差するそれぞれの領域を覆うように分離して配設される透明な導電性材料で形成されるそれぞれのフローティング電極とを備えるタッチパネルが提供される。

第１の実施の形態における表示装置の構成を模式的に示す図。 第１の実施の形態の表示装置における透明電極群の配置を示す図。 第１の実施の形態の表示装置におけるタッチパネルの断面形状を示す図。 第１の実施の形態の表示装置におけるタッチパネルのフローティング電極の配置を示す平面図。 第１の実施の形態の表示装置におけるタッチパネルの縦方向電極、横方向電極、フローティング電極の配置を示す平面図。 第１の実施の形態の表示装置におけるタッチパネルの検出感度をシミュレートする条件を示す図。 タッチパネルの断面図及び平面図にシミュレート条件を記載した図。 第１の実施の形態の表示装置におけるタッチパネルの検出感度をシミュレートした結果を示す図。 第１の実施の形態の表示装置におけるタッチパネルにおいて検出感度が向上する仕組みを説明するための図。 バリエーションの形態の表示装置におけるタッチパネルの断面形状を示す図。

以下、本発明の表示装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。

図１は、第１の実施の形態における表示装置の構成を模式的に示す図である。
本実施の形態に係る表示装置１は、表示パネルＰＮＬ及びタッチパネルＴＰを備える。また、表示パネルＰＮＬは、マトリクス状に配置された複数の表示画素（不図示）からなる表示部ＤＹＰを備える。表示パネルＰＮＬの一端には、表示パネルＰＮＬに信号を供給するための回路基板Ｃ１が接続されている。表示パネルＰＮＬは、例えば、一対の基板間に挟持された液晶層を備える液晶表示パネルである。

表示パネルＰＮＬの表示部ＤＹＰと対向して、タッチパネルＴＰが設けられている。タッチパネルＴＰは、この表示部ＤＹＰを覆うように配設された、縦横に配置した複数の透明な縦方向電極と横方向電極とを備えている。タッチパネルＴＰの一端には、タッチパネルＴＰの透明電極群に検知用の信号を入出力するための回路基板Ｃ２が接続されている。

図２は、第１の実施の形態の表示装置における透明電極群の配置を示す図である。上述のように、透明な導電性を有する物質（例えば、ＩＴＯ：indium-tin-oxideなど）で形成された縦方向電極Ｘと横方向電極Ｙとがそれぞれ縦方向、横方向に延在し、交差して配置されている。
図２を参照しつつ、タッチパネルＴＰの検出面上のタッチ位置座標を取得する方法を説明する。

回路基板Ｃ２は、それぞれの縦方向電極Ｘに対して検出信号を書き込む。ここでは、検出信号は、例えば交流信号である。一方で、回路基板Ｃ２は、各横方向電極Ｙをプリチャージする。縦方向電極Ｘには交流の検出信号が書き込まれるため、横方向電極Ｙの電位が変動する。回路基板Ｃ２は、このときの横方向電極Ｙの電位変動を読み取る。

タッチパネルＴＰの検出面に物体が接近または接触した場合には、縦方向電極Ｘと横方向電極Ｙとの間の静電容量が変化する。このような静電容量の変化に伴って、横方向電極Ｙの電位変動も変化する。このため、回路基板Ｃ２では、横方向電極Ｙの電位変動の変化もしくは電流値の変化をモニタすることにより、縦方向電極Ｘと横方向電極Ｙとの間の静電容量の変化、即ち、検出面への物体の接近または接触が検出される。そして、回路基板Ｃ２は、物体が接触したタッチパネルＴＰの検出面上のタッチ位置座標を取得する。

ここで、検出信号を書き込む信号線を走査線と呼び、静電容量を検出した信号を読み取る信号線を検出配線と呼ぶ。図２では、縦方向電極Ｘが走査線に相当し、横方向電極Ｙが検出配線に相当した。しかし、この例に限られず、横方向電極Ｙに検出信号を書き込み、縦方向電極Ｘから電位変動を読み取っても良い。この場合は、横方向電極Ｙが走査線に相当し、縦方向電極Ｘが検出配線に相当する。

図３は、第１の実施の形態の表示装置におけるタッチパネルＴＰの断面形状を示す図である。図３では、タッチパネルＴＰの動作に必要となる部位のみを示している。

透明基板であるガラス基板ＧＬの上に縦方向電極Ｘ及び横方向電極Ｙが設けられる。図では簡略化して記載しているが、縦方向電極Ｘと横方向電極Ｙとは、互いに交差する部位では、接触しないように図で上下方向に離間して配設される。さらに、縦方向電極Ｘと横方向電極Ｙとを絶縁するための透明な絶縁材が設けられている。

縦方向電極Ｘと横方向電極Ｙとを含む絶縁材の上には、透明基板である保護ガラスＰＧＬが設けられる。そして、保護ガラスＰＧＬの上にフローティング電極ＦＬ（後述）が配設されている。以上述べた構成では、フローティング電極ＦＬを含む保護ガラスＰＧＬの上面がタッチパネルＴＰの検出面である。

図４は、第１の実施の形態の表示装置におけるタッチパネルＴＰのフローティング電極ＦＬの配置を示す平面図である。図５は、第１の実施の形態の表示装置におけるタッチパネルＴＰの縦方向電極Ｘ、横方向電極Ｙ、フローティング電極ＦＬの配置を示す平面図である。

図４、図５に示されるように、フローティング電極ＦＬは、縦方向電極Ｘ、横方向電極Ｙと同様に透明な導電性の物質（例えば、ＩＴＯ：indium-tin-oxideなど）で構成されている。そして、それぞれのフローティング電極ＦＬは、縦方向電極Ｘと横方向電極Ｙとの交差する領域を覆うように配設されている。フローティング電極ＦＬは、縦方向電極Ｘと横方向電極Ｙとの重なる領域を覆うようなサイズであることが望ましいが、隣接するフローティング電極同士が重ならないことが座標位置の検出解像度を低下させないために必要となる。

従来のタッチパネルでは、保護ガラスＰＧＬにフローティング電極ＦＬは設けられていない。即ち、本実施の形態では、新たにフローティング電極ＦＬを設けた点が、従来のタッチパネルの構成と異なっている。

次に、図４、図５の構成のタッチパネルＴＰにより、従来と比較して検出感度がどれだけ変化するかをシミュレートした結果を説明する。

図６は、第１の実施の形態の表示装置におけるタッチパネルＴＰの検出感度をシミュレートする条件を示す図である。図７は、タッチパネルＴＰの断面図及び平面図に、図６に示すシミュレート条件を記載した図である。被検出体（指）は導体と考え等電位面と仮定し、タッチパネルＴＰの検出面上に配置した。

シミュレーションは、従来の構造のタッチパネル（フローティング電極ＦＬなし）と第１の実施の形態の構造のタッチパネル（フローティング電極ＦＬあり、保護フィルムＰＦなし）とを対象として実行し、それぞれのタッチパネルＴＰについて被検出体（指）の有無による配線間（縦方向電極Ｘと横方向電極Ｙとの間）の容量を求めた。

図８は、第１の実施の形態の表示装置におけるタッチパネルＴＰの検出感度をシミュレートした結果を示す図である。

図８のグラフの縦軸は、シミュレーションの対象であるそれぞれのタッチパネルＴＰについて求めた、被検出体（指）の有無による配線間容量（ｐＦ）の差を示している。なお、配線間容量の差が大きいほど検出感度が高いと判断することができる。

シミュレーション結果によれば、フローティング電極ＦＬを設けたタッチパネルＴＰの配線間容量は０．７８ｐＦであり、フローティング電極ＦＬを設けていないタッチパネルＴＰの配線間容量０．２４ｐＦの約３．３倍であった。即ち、フローティング電極ＦＬを設けたタッチパネルＴＰの検出感度は、フローティング電極ＦＬを設けていないタッチパネルＴＰの検出感度の約３．３倍となり、検出感度のアップが図れることが理論的な解析により実験的に示されている。

図９は、第１の実施の形態の表示装置におけるタッチパネルＴＰにおいて検出感度が向上する仕組みを説明するための図である。

図中、指と電極との間に描かれている曲線は電気力線である。指と電極とを結ぶ電気力線の数が多いほど検出感度が高いことを表している。それぞれのフローティング電極ＦＬでは、電位が等しくなるため、電気力線が側方に曲げられずにフローティング電極ＦＬに集中しやすくなる。この結果、検出感度が増加する効果が得られると考えられる。

但し、実際にはこれらのことはシミュレーションを行って定量的に把握することにより明らかになったことであり、上述のような単純な推論のみで導ける内容ではない。

[第１の実施の形態のバリエーション]
図１０は、バリエーションの形態の表示装置におけるタッチパネルＴＰの断面形状を示す図である。図３に示す第１の実施の形態のタッチパネルＴＰの断面形状に比べて、フローティング電極ＦＬは、樹脂などの透明な絶縁材料から形成された保護フィルムＰＦによって被覆され絶縁が図られている。この形態では、保護フィルムＰＦの上面がタッチパネルＴＰの検出面である。保護フィルムを設けることで、フローティング電極ＦＬの特性を安定に保てると共に、機械的な損傷を防止することができる。

第１の実施の形態のタッチパネルＴＰは、表示パネルＰＮＬと別体として構成したが、いわゆるインセル技術を適用して表示パネルＰＮＬ中にタッチパネルのセンサ機能を組み込み一体として構成しても良い。

但し、インセル技術を適用して一体として構成した場合は、縦方向電極Ｘと横方向電極Ｙとの重なる領域が小さくなることが考えられる。その際は、複数の領域をまとめて１つの座標位置として処理することで検出感度のアップを図ることができる。また、その際のフローティング電極ＦＬは、同じ座標位置を与える領域を覆うように配置する。

本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

ＰＮＬ…表示パネル、ＴＰ…タッチパネル、ＤＹＰ…表示部、Ｃ１…回路基板、Ｃ２…回路基板、Ｘ…縦方向電極、Ｙ…横方向電極、ＧＬ…ガラス基板、ＰＧＬ…保護ガラス、ＦＬ…フローティング電極、ＰＦ…保護フィルム、１…表示装置。

Claims (4)

1. タッチ位置座標を静電容量結合方式で検出するタッチパネルにおいて、
   透明な基板と、
   前記透明な基板の一方の面上において、第１の方向に平行して延在する透明な導電性材料で形成される複数のＸ電極と、
   前記Ｘ電極と絶縁材を介して前記第１の方向と交差する第２の方向に平行に延在する透明な導電性材料で形成される複数のＹ電極と、
   前記透明な基板の他方の面上において、前記Ｘ電極とＹ電極との交差するそれぞれの領域を覆うように分離して配設される透明な導電性材料で形成されるそれぞれのフローティング電極と、を備える。
2. 前記フローティング電極は、透明な絶縁材で覆われる、請求項１記載のタッチパネル。
3. 前記Ｘ電極、Ｙ電極の一方の電極にタッチ位置座標を検出するための信号を入力し、他方の電極から静電容量を検出した信号を読み出す回路基板をさらに備える、請求項１記載のタッチパネル。
4. 画像を表示する表示パネルと、
   前記表示パネルに積載されて、当該表示パネルの表示領域上の位置座標を検出する請求項１乃至３のうちのいずれか１項に記載のタッチパネルと
   を有する表示装置。

Images