JP2014164327A - タッチセンサ、タッチパネル、および、表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】表示パネルが放出する電気的なノイズに起因して接触位置の検出精度が下がることを抑え、かつ、厚さを薄くすることが可能なタッチセンサ、タッチパネル、および、表示装置を提供する。
【解決手段】タッチセンサは、第１方向に沿って延びる複数のドライブ電極２０と、ドライブ電極２０と透明誘電体層を挟んで形成され、第１方向と交差する第２方向に沿って延びる複数のセンシング電極４０とを備える。そして、複数のドライブ電極２０が形成されている面には、透明誘電体層を挟んでセンシング電極４０と対向する領域の少なくとも一部にシールド電極３０が設けられている。
【選択図】図３

Description

本開示の技術は、静電容量方式のタッチセンサ、タッチセンサを備えるタッチパネル、および、タッチパネルを備える表示装置に関する。

近年、入力デバイスの１つであるタッチパネルが、液晶パネルや有機ＥＬパネル等の表示パネルに積層された表示装置が普及している。静電容量方式のタッチパネルでは、複数のドライブ電極と複数のセンシング電極とが透明誘電体層を挟み、ドライブ電極とセンシング電極との間の静電容量の変化に基づいて、タッチパネルの表面における指等の接触位置が検出される。

例えば、特許文献１に記載されるように、ドライブ電極では、菱形に形成された複数のドライブ電極要素が、１つの方向であるＸ方向に沿って連結されている。また、センシング電極では、ドライブ電極要素と同じ形状を有するセンシング電極要素が、ドライブ電極とセンシング電極との積層される方向から見て、ドライブ電極要素間を埋める位置に配置され、Ｘ方向と交差するＹ方向に沿って、複数のセンシング電極要素が連結されている。そして、複数のドライブ電極の各々が順次選択され、かつ、１つのドライブ電極が選択されている間に、複数のセンシング電極の各々について、センシング電極とドライブ電極との間の静電容量の変化が検出される。こうして、センシング電極とドライブ電極との間の静電容量の変化が、タッチパネルの全面にわたり検出される。

特開２０１２−６８７６０号公報

ところで、表示パネルに重ねられるタッチパネルには、接触位置の検出精度を高めるために、表示パネルが放出する電気的なノイズから、ドライブ電極とセンシング電極とを遮蔽する機能が付加されている。例えば、電気的なノイズを遮蔽するシールド電極が、ドライブ電極、および、センシング電極よりもタッチパネルの裏面側に配置されて、タッチパネルの裏面の全体に広がる層として形成されている（例えば、特許文献１参照）。

一方で、タッチパネルにシールド電極が設けられる構成では、シールド電極が設けられない構成と比べて、タッチパネルの構成部材として、シールド電極やシールド電極を形成するための基材の追加が余儀なくされる。そして、タッチパネルにおける積層構造に新たな層が増える結果、シールド電極が設けられないタッチパネルと比べて、タッチパネルの厚さが厚くなっている。

本開示の技術は、表示パネルが放出する電気的なノイズに起因して接触位置の検出精度が下がることを抑え、かつ、厚さを薄くすることが可能なタッチセンサ、タッチパネル、および、表示装置を提供することを目的とする。

本開示の技術におけるタッチセンサの一態様は、第１方向に沿って延びる複数のドライブ電極と、前記ドライブ電極と透明誘電体層を挟んで形成され、前記第１方向と交差する第２方向に沿って延びる複数のセンシング電極と、を備える。そして、前記複数のドライブ電極が形成されている面には、前記透明誘電体層を挟んで前記センシング電極と対向する領域の少なくとも一部にシールド電極が設けられている。

本開示の技術におけるタッチパネルの一態様は、タッチセンサと、前記タッチセンサに積層されたカバー層と、を備えるタッチパネルであって、前記タッチセンサが、上記一態様のタッチセンサである。

本開示の技術における表示装置の一態様は、表示パネルと、タッチセンサを有するタッチパネルと、を備える表示装置であって、前記タッチセンサが、上記一態様のタッチセンサである。

本開示の技術の一態様によれば、ドライブ電極と同一の平面上において、センシング電極と対向する領域の少なくとも一部にシールド電極が設けられる。したがって、ドライブ電極およびセンシング電極とは異なる平面上にシールド電極が形成される構成と比べて、タッチセンサを構成する層の数が少なくなる。このため、表示パネルが放出する電気的なノイズに起因して接触位置の検出精度が下がることを抑え、かつ、タッチセンサやタッチパネルの厚さを薄くすることが可能となる。

本開示の技術におけるタッチセンサの他の態様では、前記シールド電極は、前記第１方向に沿って延び、前記複数のドライブ電極が形成されている面にて、前記ドライブ電極と前記シールド電極とが前記第２方向に沿って交互に並べられている。

本開示の技術におけるタッチセンサの他の態様によれば、ドライブ電極と同一の平面上において、特にドライブ電極間の隙間にシールド電極が配置されるため、ドライブ電極と同一の平面上をシールド電極の配置される領域として有効に利用することができる。

本開示の技術におけるタッチセンサの他の態様では、前記複数のドライブ電極および前記複数のシールド電極の各々は、前記第１方向に沿って延びる櫛歯状に形成されている。
本開示の技術におけるタッチセンサの他の態様によれば、複数のドライブ電極が形成されている平面上を有効に利用して、ドライブ電極とシールド電極とを配置することができる。

本開示の技術におけるタッチセンサの他の態様では、前記ドライブ電極は、前記第１方向に沿って並ぶ複数のドライブ電極要素と、前記第１方向に沿って隣り合う前記ドライブ電極要素を相互に接続する配線とを備える。また、前記センシング電極は、前記第２方向に沿って並ぶ複数のセンシング電極要素と、前記第２方向に沿って隣り合う前記センシング電極要素を相互に接続する配線とを備える。また、前記シールド電極は、前記第１方向に沿って並ぶ複数のシールド電極要素と、前記第１方向に沿って隣り合う前記シールド電極要素を相互に接続する配線とを備える。そして、前記センシング電極要素と前記シールド電極要素とが前記透明誘電体層を挟んで相互に対向する。

本開示の技術におけるタッチセンサの他の態様によれば、センシング電極において特にノイズを検出しやすいセンシング電極要素の各々が、シールド電極要素の各々と相互に対向する。それゆえに、表示パネルが放出する電気的なノイズに起因して接触位置の検出精度が下がることが、限られたシールド電極の範囲において効果的に抑えられる。

本開示の技術によれば、タッチセンサ、タッチパネル、および、表示装置において、表示パネルが放出する電気的なノイズの影響がタッチセンサに及ぶことを抑え、かつ、厚さを薄くすることができる。

本開示の技術の一実施形態における表示装置の断面構造の一部を示す部分断面図。 同実施形態におけるドライブ電極およびシールド電極の平面構造を示す平面図。 同実施形態におけるセンシング電極の平面構造を示す平面図。 変形例におけるタッチパネルの断面構造の一部を示す部分断面図。

（実施形態）
図１〜図３を参照して、タッチセンサ、タッチパネル、および、表示装置の一実施形態について説明する。まず、図１を参照して表示装置の構成について説明する。

表示装置は、液晶パネルや有機ＥＬパネル等の表示パネルＰＮ１とタッチパネルＰＮ２とが重ねられた積層体であり、タッチパネルＰＮ２は、タッチセンサＳＮ１とセンサカバー層ＳＮ２とが接着層５０によって貼り合わされた積層体である。

タッチセンサＳＮ１は、透明誘電体層としての透明基板１０と、透明基板１０の下面に形成されたドライブ電極２０と、同じく透明基板１０の下面に形成されたシールド電極３０と、透明基板１０の上面に形成されたセンシング電極４０とからなる積層体である。

透明基板１０には、透明なガラス基板や透明な樹脂フィルムが用いられる。ドライブ電極２０、シールド電極３０、および、センシング電極４０には、酸化インジウム錫等のインジウム、スズ、ガリウム、亜鉛等の金属酸化物の複合酸化物膜、ＺｎＯ、ＩＧＺＯ等の透明導電膜が用いられる。なお、ドライブ電極２０とシールド電極３０とのいずれか、あるいは、ドライブ電極２０とセンシング電極４０とのいずれかには、Ａｇナノワイヤー、導電性高分子膜、グラフェン等の導電膜が用いられてもよい。

接着層５０は、センシング電極４０が接着層５０で覆われる状態で透明基板１０の上面に貼り付けられ、接着層５０の上面には、ガラス基板や樹脂フィルム等からなるセンサカバー層ＳＮ２が貼り付けられている。センサカバー層ＳＮ２における上面は、タッチパネルＰＮ２の最上面であって、指等の操作手段によって操作される操作面として機能する。

ドライブ電極２０とシールド電極３０とは、例えば、透明基板１０の下面に成膜された１つの薄膜がパターニングされることによって同時に形成されてもよいし、ドライブ電極２０とシールド電極３０とは、各別の工程によって相互に異なる材料から形成されてもよい。センシング電極４０は、例えば、透明基板１０の上面に成膜された薄膜がパターニングされることによって形成されてもよいし、接着層５０に形成されたセンシング電極４０が接着層５０と共に透明基板１０に貼り付けられてもよい。

図２および図３を参照して、ドライブ電極２０、センシング電極４０、および、シールド電極３０の構成について説明する。なお、図２および図３では、ドライブ電極２０、センシング電極４０、および、シールド電極３０の構成を説明する便宜上、各電極を構成する電極要素の数が省略された状態で、ドライブ電極２０、センシング電極４０、および、シールド電極３０が図示されている。また、図２の１−１線における断面が、先の図１に示されるドライブ電極２０およびシールド電極３０の断面であり、図３の１−１線における断面が、先の図１に示されるセンシング電極４０の断面である。

図２に示されるように、ドライブ電極２０は、１つの方向であるＸ方向に沿って間隔を空けて並べられた複数のドライブ電極要素２１と、相互に隣り合うドライブ電極要素２１を繋ぐ配線としての複数の接続部２２とから構成されている。１つのドライブ電極２０において、複数のドライブ電極要素２１の各々は、菱形に形成され、相互に隣り合う２つのドライブ電極要素２１は、Ｘ方向に沿って延びる１つの接続部２２によって繋がれている。

複数のドライブ電極２０の各々は、ドライブ電極要素２１が並べられる方向であるＸ方向に沿って延び、Ｘ方向と直交する方向であるＹ方向に沿って、隙間を空けて並べられている。複数のドライブ電極２０の各々が備える複数のドライブ電極要素２１の各々は、他のドライブ電極２０における複数のドライブ電極要素２１とＸ方向の位置が一致している。すなわち、複数のドライブ電極２０の各々は、１つのドライブ電極２０がＹ方向に沿って所定の間隔で並進された形状に形成されている。

複数のドライブ電極２０の各々の長手方向における両端部のうち一方の端部は、タッチパネルＰＮ２の外部に配置された選択回路２５に接続されている。そして、複数のドライブ電極２０の各々には、選択回路２５から選択電圧が順に印加され、選択電圧が印可されないドライブ電極２０には、選択回路２５から基準電圧が印加される。これら選択電圧と基準電圧との印加によって、複数のドライブ電極２０の中から１つのドライブ電極２０が所定の期間に選択され、ドライブ電極２０の選択は、例えば、最も端に配置されたドライブ電極２０から順に繰り返される。

シールド電極３０は、Ｘ方向に沿って間隔を空けて並べられた複数のシールド電極要素３１と、相互に隣り合うシールド電極要素３１を繋ぐ配線としての複数の接続部３２とから構成されている。複数のシールド電極要素３１の各々は、ドライブ電極要素２１と同一の形状である菱形に形成され、相互に隣り合う２つのシールド電極要素３１は、Ｘ方向に沿って延びる１つの接続部３２によって繋がれている。

複数のシールド電極３０の各々は、シールド電極要素３１が並べられる方向であるＸ方向に沿って延び、Ｙ方向に沿って隙間を空けて並べられている。複数のシールド電極３０の各々が備える複数のシールド電極要素３１の各々は、他のシールド電極３０における複数のシールド電極要素３１とＸ方向の位置が一致している。すなわち、複数のシールド電極３０の各々は、１つのシールド電極３０がＹ方向に沿って所定の間隔で並進された形状に形成されている。また、複数のシールド電極３０の各々の長手方向における両端部のうち一方の端部は、グランド電位に接続されている。

複数のドライブ電極２０の各々と、複数のシールド電極３０の各々とは、相互に離された位置に配置されて電気的に絶縁されている。ドライブ電極２０とシールド電極３０とは、Ｙ方向に沿って交互に配置され、かつ、ドライブ電極要素２１とシールド電極要素３１とは、Ｘ方向において相互に異なる位置に配置されている。ドライブ電極２０の外形が描くパターンと、シールド電極３０の外形が描くパターンとは略同一であり、一方のパターンの隙間に他方のパターンが配置されている。

詳述すると、図２にて上段のドライブ電極２０にて相互に隣り合う２つのドライブ電極要素２１と、下段のドライブ電極２０にて相互に隣り合う２つのドライブ電極要素２１とで囲まれる隙間には、１つのシールド電極要素３１が配置されている。また、上段のシールド電極３０にて相互に隣り合う２つのシールド電極要素３１と、下段のシールド電極３０にて相互に隣り合う２つのシールド電極要素３１とで囲まれる隙間には、１つのドライブ電極要素２１が配置されている。

換言すれば、複数のドライブ電極２０は、全体として、Ｘ方向に延びる櫛歯状に形成されている。また、複数のシールド電極３０も、全体として、Ｘ方向に延びる櫛歯状に形成されている。そして、複数のドライブ電極２０からなる櫛歯の先端側に、複数のシールド電極３０からなる櫛歯の基端側が配置され、各々の電極の櫛の歯が交互に並ぶ態様で、複数のドライブ電極２０と複数のシールド電極３０とが配置されている。

図３に示されるように、センシング電極４０は、Ｙ方向に沿って間隔を空けて並べられた複数のセンシング電極要素４１と、相互に隣り合うセンシング電極要素４１を繋ぐ配線としての接続部４２とから構成されている。複数のセンシング電極要素４１の各々は、ドライブ電極要素２１と同一の形状である菱形に形成され、相互に隣り合う２つのセンシング電極要素４１は、Ｙ方向に沿って延びる１つの接続部４２によって繋がれている。

複数のセンシング電極４０の各々は、センシング電極要素４１が並べられる方向であるＹ方向に沿って延び、Ｘ方向に沿って隙間を空けて並べられている。複数のセンシング電極４０の各々が備えるセンシング電極要素４１の各々は、他のセンシング電極４０における複数のセンシング電極要素４１とＹ方向の位置が一致している。すなわち、複数のセンシング電極４０の各々は、１つのセンシング電極４０がＸ方向に沿って所定の間隔で並進された形状に形成されている。

複数のセンシング電極４０の各々の長手方向における両端部のうち一方の端部は、検出回路４５に接続されている。そして、複数のセンシング電極４０の各々から流れる放電電流が、センシング電極４０ごとに検出回路４５に順に流れ、複数のセンシング電極４０の各々における静電容量が検出回路４５で検出される。

センシング電極要素４１は、相互に隣り合う４つのドライブ電極要素２１で囲まれた隙間と対向し、その隙間に配置されたシールド電極要素３１とセンシング電極要素４１とが相互に対向する。ドライブ電極２０とセンシング電極４０とが積層される方向である積層方向から見て、複数のセンシング電極要素４１の各々の外形と、シールド電極要素３１の外形とは一致している。

ドライブ電極要素２１は、相互に隣り合う４つのセンシング電極要素４１で囲まれた隙間と対向し、複数のセンシング電極要素４１の各々は、ドライブ電極要素２１とは対向しない。そして、ドライブ電極２０、および、シールド電極３０に対し、透明基板１０を挟んで積層されたセンシング電極４０を積層方向から見た場合、センシング電極要素４１はドライブ電極要素２１とは重ならず、複数のシールド電極要素３１の各々の全体は、いずれか１つのセンシング電極要素４１の全体と重なっている。

上記構成からなるタッチセンサＳＮ１、タッチパネルＰＮ２、および、表示装置の作用について説明する。
複数のドライブ電極２０の各々には、選択回路２５から選択電圧が順に印加され、選択電位が印加されないドライブ電極２０には、選択回路２５から基準電圧が印加される。一方で、ドライブ電極２０が選択されるごとに、複数のセンシング電極４０の各々からの放電電流に基づいて、複数のセンシング電極４０の各々における静電容量が検出される。

この際に、タッチセンサＳＮ１では、センシング電極４０のセンシング電極要素４１と対向する領域にシールド電極３０のシールド電極要素３１が配置されている。それゆえに、タッチセンサＳＮ１を備えた表示装置では、センシング電極要素４１と表示パネルＰＮ１との間に、接地されたシールド電極要素３１が介在するため、複数のセンシング電極要素４１の各々の電位は、表示パネルＰＮ１における電場から遮蔽される。なお、ドライブ電極要素２１と表示パネルＰＮ１との間にはシールド電極要素３１が介在しないものの、複数のドライブ電極要素２１の各々には、選択電圧と基準電圧とのいずれかである定電圧が印加される。そのため、複数のドライブ電極要素２１の各々における電位は、センシング電極要素４１の電位と比べて、表示パネルＰＮ１における電場の影響を受けにくい。結果として、表示パネルＰＮ１からの電気的なノイズがタッチセンサＳＮ１で検出されること、すなわち、操作面における接触位置の検出精度がノイズに起因して下がることが抑えられる。

また、シールド電極３０がドライブ電極２０と同一平面上に形成されているため、シールド電極３０がドライブ電極２０やセンシング電極４０とは異なる平面上に形成される構成と比べて、タッチパネルＰＮ２を構成する層の数が少なくなる。その結果、タッチパネルＰＮ２が薄く形成され、ひいては、表示装置が薄く形成される。また、タッチパネルＰＮ２を構成する層の数が少なくなることによって、タッチパネルＰＮ２の製造に必要な材料が削減されるとともに、製造工程が簡素化されるため、タッチパネルＰＮ２の製造に必要とされる費用も削減される。

以上説明したように、本実施形態によれば、以下の効果が得られる。
（１）タッチセンサＳＮ１では、ドライブ電極２０と同一の平面上において、センシング電極要素４１と対向する領域にシールド電極要素３１が設けられる。したがって、タッチセンサＳＮ１を用いることにより、ドライブ電極２０やセンシング電極４０とは別の層としてシールド電極が設けられる構成と比べて、電気的なノイズの影響を抑えつつ、タッチパネルＰＮ２および表示装置を薄く形成することができる。

（２）ドライブ電極２０とシールド電極３０とが、Ｙ方向に沿って交互に並べられているため、ドライブ電極２０の間の隙間を有効に利用してシールド電極３０を配置することができる。また、複数のドライブ電極２０と、複数のシールド電極３０との各々は、Ｘ方向に沿って延びる櫛歯状に形成されている。これによっても、ドライブ電極２０が形成されている平面上を有効に利用して、ドライブ電極２０とシールド電極３０とを配置することができる。

（３）ドライブ電極要素２１とシールド電極要素３１の平面形状が同一であるため、ドライブ電極２０とシールド電極３０の配置に関しての設計が容易になる。また、センシング電極要素４１とシールド電極要素３１の平面形状が同一であるため、センシング電極４０に対する電気的なノイズの影響が適切に抑えられる。

（４）ドライブ電極２０およびシールド電極３０と、センシング電極４０とが同一の透明基板１０の異なる面に形成される。したがって、ドライブ電極２０およびシールド電極３０とセンシング電極４０とが異なる基板に形成される場合と比べて、タッチパネルＰＮ２および表示装置を薄く形成することができる。

（変形例）
上記実施形態は、以下のように変更して実施することが可能である。
・図４に示されるように、ドライブ電極２０およびシールド電極３０と、センシング電極４０とが互いに異なる透明基板に形成されてもよい。すなわち、ドライブ基板７０上にドライブ電極２０とシールド電極３０とが形成され、センシング基板８０上にセンシング電極４０が形成されている。ドライブ基板７０の上面には、ドライブ電極２０とシールド電極３０とを覆う接着層６０が貼り付けられ、接着層６０の上面には、センシング基板８０の下面が貼り付けられている。センシング基板８０の上面には、センシング電極４０を覆う接着層５０が貼り付けられ、接着層５０の上面にはセンサカバー層ＳＮ２が貼り付けられている。ドライブ電極２０とセンシング電極４０とに挟まれる接着層６０とセンシング基板８０とが、透明誘電体層を構成する。こうした構成によっても、ドライブ電極２０やセンシング電極４０が形成される層とは別の層としてシールド電極が設けられる構成と比べて、タッチパネルＰＮ２および表示装置を薄く形成することができる。

・積層方向から見て、センシング電極要素４１の外形とシールド電極要素３１の外形とが一致しなくてもよい。例えば、シールド電極要素３１がセンシング電極要素４１よりも大きく形成されてもよく、シールド電極要素３１がセンシング電極要素４１よりも小さく形成されてもよい。また、シールド電極要素３１の一部とセンシング電極要素４１の一部とが対向する構成であってもよい。要は、ドライブ電極２０が形成された面において、センシング電極４０と対向する領域の少なくとも一部に、シールド電極３０が設けられていれば、シールド電極３０が設けられない構成と比べて、電気的なノイズの影響が抑えられる。ただし、シールド電極要素３１がドライブ電極２０と接しない範囲で大きく形成されている方が、ノイズのシールド効果が高められる。

・ドライブ電極２０によって形成されるパターン形状と、シールド電極３０によって形成されるパターン形状が異なっていてもよい。例えば、隣り合うドライブ電極２０の隙間の一部にのみシールド電極３０が配置されてもよい。要は、ドライブ電極２０が形成された面において、センシング電極４０と対向する領域の少なくとも一部に、シールド電極３０が設けられていればよい。

・ドライブ電極２０とセンシング電極４０との平面形状は、上述の形状に限られない。例えば、菱形に代えて、ドライブ電極要素２１とセンシング電極要素４１とが雪形に形成されてもよい。要は、タッチセンサＳＮ１は、透明誘電体層の一方の面にて第１方向に沿って延びるドライブ電極２０と、透明誘電体層の他方の面にて第１方向と交差する第２方向に沿って延びるセンシング電極４０とを備えていればよい。

ＰＮ１…表示パネル、ＰＮ２…タッチパネル、ＳＮ１…タッチセンサ、ＳＮ２…センサカバー層、１０…透明基板、２０…ドライブ電極、２１…ドライブ電極要素、２２，３２，４２…接続部、３０…シールド電極、３１…シールド電極要素、４０…センシング電極、４１…センシング電極要素、５０，６０…接着層、７０…ドライブ基板、８０…センシング基板。

Claims (6)

1. 第１方向に沿って延びる複数のドライブ電極と、
   前記ドライブ電極と透明誘電体層を挟んで形成され、前記第１方向と交差する第２方向に沿って延びる複数のセンシング電極と、を備え、
   前記複数のドライブ電極が形成されている面には、前記透明誘電体層を挟んで前記センシング電極と対向する領域の少なくとも一部にシールド電極が設けられている
   タッチセンサ。
2. 前記シールド電極は、前記第１方向に沿って延び、
   前記複数のドライブ電極が形成されている面にて、前記ドライブ電極と前記シールド電極とが前記第２方向に沿って交互に並べられている
   請求項１に記載のタッチセンサ。
3. 前記複数のドライブ電極および前記複数のシールド電極の各々は、前記第１方向に沿って延びる櫛歯状に形成されている
   請求項２に記載のタッチセンサ。
4. 前記ドライブ電極は、前記第１方向に沿って並ぶ複数のドライブ電極要素と、前記第１方向に沿って隣り合う前記ドライブ電極要素を相互に接続する配線とを備え、
   前記センシング電極は、前記第２方向に沿って並ぶ複数のセンシング電極要素と、前記第２方向に沿って隣り合う前記センシング電極要素を相互に接続する配線とを備え、
   前記シールド電極は、前記第１方向に沿って並ぶ複数のシールド電極要素と、前記第１方向に沿って隣り合う前記シールド電極要素を相互に接続する配線とを備え、
   前記センシング電極要素と前記シールド電極要素とが前記透明誘電体層を挟んで相互に対向する
   請求項１〜３のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
5. 請求項１〜４のいずれか一項に記載のタッチセンサと、
   前記タッチセンサに積層されたカバー層と、
   を備える
   タッチパネル。
6. 表示パネルと、
   請求項１〜４のいずれか一項に記載のタッチセンサを有するタッチパネルと、
   を備える
   表示装置。

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