JP2015187619A - 液晶表示装置 - Google Patents

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耕平 田中
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秀史 吉田
和寿 木田
Kazuhisa Kida
和寿 木田
有史 八代
Yuji Yashiro
有史 八代
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Yasuhiro Sugita
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小川 裕之
Hiroyuki Ogawa
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Abstract

【課題】インセル型のタッチパネル機能付き液晶表示装置において、駆動電極と対向電極との間に形成される寄生容量を低減することにより位置検出性能を高める。
【解決手段】タッチパネル機能付き液晶表示装置1において、アクティブマトリクス基板4は画素電極43を備え、対向基板5は対向電極16と駆動電極13と検知電極12とを備え、対向電極16には配向制御用のスリット16sが設けられている。
【選択図】図1

Description

本発明は、インセル型のタッチパネル機能を備えた液晶表示装置に関するものである。
従来から、タッチパネルを備えた表示装置が広く利用されている。また近年では、薄型軽量化、視認性向上、および部品点数削減等のコストメリットの観点から、表示パネル内にタッチパネルを組み込んだインセル(In-Cell)型のタッチパネル機能付き表示装置(以下、単に、表示装置ともいう)が提案されている(例えば、特許文献1参照)。
図13は、特許文献1に記載の表示装置の概略構成を示す断面図であり、図14は、図13に示すA−B線に沿った断面から見たセンサ電極の構成を示す平面図である。
図13に示すように、特許文献1に記載の表示装置300は、TFT基板301とCF基板302との間に液晶層303が挟持された表示パネル304を備えている。
CF基板302における絶縁基板311と対向電極319(共通電極)との間には、遮光部316(BM)と、隣り合う遮光部316間に設けられた複数の着色層317(CF)とからなるCF層318が設けられている。また、CF層318と絶縁基板311との間には、センサ電極(位置検出電極)としての第1電極層312と第2電極層314とが設けられている。第1電極層312と第2電極層314との間には、絶縁層313が設けられている。
図13および図14に示すように、第1電極層312は、第1の方向に延びる直線状のライン部312aと、ライン部312aから膨出した膨出部312bとを有している。また、第2電極層314は、第1の方向に直交する第2の方向に延びる直線状のライン部314aと、ライン部314aから膨出した膨出部314bとを有している。
表示装置300では、指や入力用のペン(検出対象物)を表示画面に接触させたときの静電容量の変化を検出することで接触位置を検出する(静電容量方式)。これにより、簡易な構成で接触位置を検出することができる。
特開2010−72581号公報(2010年4月2日公開)
しかしながら、上記表示装置300では、第2電極層314と対向電極319との距離が狭く、また対向電極319は表示パネル全面にベタ状に形成されているため、第2電極層314と対向電極319との間に形成される寄生容量が大きくなり、センサ電極の駆動負荷が大きくなる。そのため、十分なSN比(信号対雑音比)が得られず、タッチパネルの検出性能が低下するという問題がある。
図15は、センサ電極の駆動負荷が大きくなる原理を説明するための図である。図15には、表示パネル全面にベタ状に形成された対向電極と、センサ電極としての駆動電極および検知電極を示している。この構成では、ベタ状の対向電極と駆動電極とが近接しているため、対向電極と駆動電極との間の寄生容量が大きくなる。そのため、駆動電極の負荷が大きくなり、タッチ検出のためのシグナル積分回数が少なくなり、その結果、十分なシグナルを得ることができなくなる。
また、駆動電極と検出電極との間には、静電容量が形成され、図示のような電気力線が形成される。また、駆動電極と対向電極との間には、寄生容量が形成され、図示のような電気力線が形成される。寄生容量に起因する電気力線の影響により、静電容量に起因する電気力線が相対的に弱くなり、その結果、十分なシグナルを得ることができなくなる。
このように、上記表示装置では、寄生容量の影響により、十分なシグナルが得られず、SN比が低下し、タッチパネルの位置検出性能が低下してしまう。特に、表示装置を大型化すると、SN比の低下が顕著となり、タッチパネルの位置検出性能が大きく低下してしまう。
本発明は、上記問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、インセル型のタッチパネル機能付き液晶表示装置において、駆動電極と対向電極との間に形成される寄生容量を低減することにより位置検出性能を高めることにある。
本発明に係る液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、
静電容量の変化により検出対象物の指示座標の位置を検出する、タッチパネル機能を有する液晶表示装置であって、
アクティブマトリクス基板と、対向基板と、両基板間に配された液晶層とを備え、
上記アクティブマトリクス基板は、画素電極を備え、
上記対向基板は、上記画素電極に対向配置される対向電極と、上記指示座標の位置を検出するための複数の駆動電極および複数の検知電極とを備え、
上記対向電極には、上記液晶層の液晶分子の配向を制御するためのスリットが設けられていることを特徴とする。
上記の構成によれば、配向制御用のスリットが設けられているため、マルチドメイン化を実現できる。また、特に、スリットが対向電極に設けられているため、駆動電極と対向電極との間に形成される寄生容量を低減することできるとともに、駆動電極と検知電極との間に形成される電気力線を相対的に強めることができる。これにより、十分なシグナルを得ることができるため、従来の構成(図15参照)と比較して、位置検出性能を高めることができる。
上記液晶表示装置では、上記複数の駆動電極と上記複数の検知電極との間に形成される電気力線の密度が、上記複数の駆動電極と上記対向電極との間に形成される電気力線の密度よりも大きいことが好ましい。
上記液晶表示装置では、上記スリットは、各画素において、画素の中心から画素の端部へ向かって同心円状に形成されている構成とすることもできる。
上記液晶表示装置では、上記スリットは、各画素において、画素の中心から画素の端部へ向かって放射状に形成されている構成とすることもできる。
上記液晶表示装置では、各画素に、複数のドメインが形成されていることが好ましい。
上記液晶表示装置では、上記駆動電極に電気的に接続された駆動電極用補助配線と、上記検知電極に電気的に接続された検知電極用補助配線とをさらに備え、上記駆動電極用補助配線および上記検知電極用補助配線は、当該液晶表示装置を平面的に見て、上記複数のドメインの境界に重なるように設けられている構成とすることもできる。
これにより、駆動電極および検知電極の配線抵抗を低減することができる。
上記液晶表示装置では、上記駆動電極および上記検知電極は、それぞれが行方向および列方向に並んで配置され、かつ、斜め方向に交互に配置されている構成とすることもできる。
本発明に係る液晶表示装置は、上記の課題を解決するために、
静電容量の変化により検出対象物の指示座標の位置を検出する、タッチパネル機能を有する液晶表示装置であって、
アクティブマトリクス基板と、対向基板と、両基板間に配された液晶層とを備え、
上記アクティブマトリクス基板は、画素電極を備え、
上記対向基板は、上記画素電極に対向配置される対向電極と、上記指示座標の位置を検出するための複数の駆動電極および複数の検知電極とを備え、
上記対向電極には、上記複数の駆動電極と上記複数の検知電極との間に形成される電気力線の密度が、上記複数の駆動電極と上記対向電極との間に形成される電気力線の密度よりも大きくなるように、スリットが設けられていることを特徴とする。
以上のように、本発明に係る液晶表示装置は、上記対向電極に、上記液晶層の液晶分子の配向を制御するためのスリットが設けられている構成である。これにより、インセル型のタッチパネル機能付き液晶表示装置において、駆動電極と対向電極との間に形成される寄生容量を低減することにより位置検出性能を高めることができる。
本発明の一実施の形態(実施例1)に係る液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。 実施例1に係る液晶表示装置の対向基板の一部を示す平面図である。 実施例1に係る液晶表示装置の対向基板の広域を示す平面図である。 静電容量方式のタッチパネルの一例を示す平面図であり、(a)はタッチパネルの電極構成を説明するための平面図であり、(b)は(a)のA−B断面図であり、(c)はタッチパネルに指がタッチされた時のタッチパネルの動作を説明するための図である。 実施例1に係る液晶表示装置における、対向電極と位置検出電極との間に形成される電気力線の様子を模式的に示す断面図である。 実施例1の変形例に係る対向基板の一部を示す平面図である。 図6のA−B断面図である。 実施例1の変形例に係る対向基板の広域を示す平面図である。 実施例2に係る液晶表示装置の対向基板の一部を示す平面図である。 実施例2に係る対向基板の広域を示す平面図である。 実施例2の変形例に係る対向基板の一部を示す平面図である。 実施例2の変形例に係る対向基板の広域を示す平面図である。 特許文献1に記載の表示装置の概略構成を示す断面図である。 図13に示すA−B線に沿った断面から見たセンサ電極の構成を示す平面図である。 従来の表示装置において、センサ電極の駆動負荷が大きくなる原理を説明するための図である。
本発明に係るインセル型のタッチパネル機能を有する液晶表示装置(以下、液晶表示装置という)の一実施の形態について以下に説明する。
図1は、本実施の形態に係る液晶表示装置の概略構成を示す断面図である。図1に示す液晶表示装置1は、通常の画像表示機能と静電容量方式のタッチパネル機能とを兼ね備えた液晶パネル2と、液晶パネル2を駆動する各種駆動回路(データ信号線駆動回路、走査信号線駆動回路等;図示せず)と、液晶パネル2に光を照射するバックライト3とを備えている。
液晶パネル2は、互いに対向する一対の基板(アクティブマトリクス基板4(TFT基板)、対向基板5(カラーフィルタ(CF)基板))の間に液晶層6を挟持させたアクティブマトリクス型の表示パネルである。液晶パネル2では、対向基板5側が観察者(検出対象物)側となり、アクティブマトリクス基板4の背面にバックライト3が配置される。
アクティブマトリクス基板4には、ガラス基板41上に、走査信号線およびデータ信号線等の各種信号線(図示せず)、トランジスタ(TFT)(図示せず)、絶縁膜42、マトリクス状に並べられた画素に対応した画素電極43、および、偏光板44が設けられている。アクティブマトリクス基板4は、周知の構成を適用することができる。
対向基板5には、画像表示機能を実現するための構成に加えて、タッチパネル機能を実現するための構成が設けられている。以下では、主に、対向基板5の具体的な構成例について説明する。
(実施例1)
実施例1に係る液晶表示装置は、図1に示すとおりである。図2は、実施例1に係る対向基板5の一部を示す平面図である。なお、図1に示す断面図は、図2のA−B断面を示している。また、図3には、実施例1に係る対向基板5の広域を示している。なお、図2では3つの画素に対応する部分を示しているが、画素構造はこれに限定されず、図2が1つの画素を示し、この1画素が3つの副画素(R副画素、G副画素、B副画素)を含んで構成されていても良い。また、各画素が複数の画素電極を含み、画素分割構造を有していても良い。
対向基板5は、ガラス基板11、位置検出電極(センサ電極)としての複数の検知電極12および複数の駆動電極13、第1絶縁膜14、第2絶縁膜15、ブラックマトリクス(図示せず)、カラーフィルタ層(図示せず)、対向電極16、および、偏光板17を備えている。
図3に示すように、液晶パネル2を平面的に見て、検知電極12(薄いグレー色で示す部分)および駆動電極13(濃いグレー色で示す部分)はそれぞれ、行方向および列方向に並んで配され、かつ斜め方向に交互に配されている。なお、図1では、便宜上、検知電極12および駆動電極13のパターニングは省略している。
検知電極12および駆動電極13は、透明な電極であり、例えば、酸化物等の透明導電材料で形成されている。上記透明導電材料としては、例えば、ITO(インジウム錫酸化物)、IZO(インジウム亜鉛酸化物)、酸化亜鉛、酸化スズ等が挙げられる。また、検知電極12および駆動電極13は、グラフェン等の金属薄膜電極、あるいは、薄膜のカーボン電極等、薄膜とすることで透明状態を有する透明な電極であっても良い。
また、図1では、検知電極12および駆動電極13は、互いに異なる層に形成されているが、これに限定されず、互いに同一の層に形成されていても良い。検知電極12および駆動電極13が同一層に形成される構成では、何れか一方(検知電極12または駆動電極13)の複数の電極が、互いにブリッジ接続されている。また、検知電極12および駆動電極13の配置が互いに入れ替わっていても良い。
検知電極12および駆動電極13により、静電容量方式のタッチパネル機能が実現される。ここで、静電容量方式のタッチパネルの動作原理について、図4を用いて説明する。
図4は、静電容量方式のタッチパネルの一例を模式的に示している。図4の(a)は、タッチパネルの電極構成を説明するための平面図であり、図4の(b)は、図4の(a)のA−B断面図であり、図4の(c)は、タッチパネルに指(検出対象物)がタッチされたときのタッチパネルの動作を説明するための断面図である。なお、図4では、検知電極および駆動電極が、互いに同一の層に形成されている構成を示している。
図4において、符号90は透明な絶縁体(誘電体)よりなる基板であり、この基板90の一方の面に複数の駆動電極91、複数の検知電極92が設けられている。駆動電極91および検知電極92が設けられた面を覆って、カバーガラス93が設けられている。カバーガラス93は、所定の誘電率を有する絶縁体、例えば透明なガラスによって構成されている。
図4の(a)では、複数の駆動電極91は、各行毎にX軸方向に互いに接続されており、複数の検知電極92は、各列毎にY軸方向に互いに接続されている。なお、何れか一方の複数の電極が、互いにブリッジ接続されている。図4の(b)に示すように、駆動電極91と検知電極92に駆動電圧が印加されると、駆動電極91と検知電極92との間に、基板90およびカバーガラス93を介して静電容量が形成され、図示のような電気力線が形成される。
この状態で図4の(c)に示すように、指先94がカバーガラス93の表面にタッチされると、人体を介して接地との間に静電容量Cxが形成され、電気力線の一部は指先94を介して接地されることになる。これは、指先94がタッチした部分の駆動電極91と検知電極92との間の静電容量が大きく変化したことを示しており、この変化量を検出することによって、指先94がタッチした位置を検出することができる。
静電容量方式の位置検出方法は、上記の構成に限定されず、周知の方法を用いることができる。すなわち、タッチパネルとして、相互容量方式あるいは自己容量方式を用いることができる。
次に、図2を参照して、対向電極16の構成について説明する。
対向電極16には、液晶層6の液晶分子6aの配向を制御するための複数のスリット16sが形成されている。具体的には、スリット16sは、平面的に見て、画素の中心から画素の端部へ向かって同心円状に形成されている。
ここで、画素電極43および対向電極16近傍の液晶分子6aに光配向等によりチルト角が与えられ、電圧印加により渦巻き状(同心円状)に液晶分子6aが配向し、各画素において4つのドメインが形成される。ここでは、卍型のドメイン境界6bが形成される。このように、マルチドメイン型のRTNモードの液晶パネルが実現される。なお、スリット16sは、対向電極16のパターニングにより液晶分子6aの配向力を高めるように形成されており、4ドメイン型、2ドメイン型、モノドメイン型等、各液晶モードを適用することができる。
ここで、対向電極にスリットが設けられていない従来の液晶表示装置では、対向電極と駆動電極との間に大きな寄生容量が形成されるため、駆動電極の負荷が大きくなる。特に、大型のパネルにおいては、十分なSN比を確保できず、位置検出性能が低下してしまう。画素電極に配向制御用のスリットを設けた従来の構成においても、マルチドメイン化を実現することはできるが、位置検出性能の低下という問題を解消することはできない。
これに対して、実施例1に係る液晶表示装置1では、対向電極16にスリット16sが設けられていることにより、マルチドメイン化の効果に加えて、以下の効果を得ることができる。
すなわち、配向制御力を高めることができるため、液晶分子6aの配向を安定化させることができる。また、スリット16sが形成されている領域と形成されていない領域とで、液晶分子6aを駆動するための電圧閾値を異ならせることができるため、広視野角化を実現することができる。
さらに、対向電極16の有効面積(スリット16sを除外した対向電極16の面積)を小さくすることができるため、対向電極16と駆動電極13との間に形成される寄生容量を小さくすることができる。これにより、駆動電極13の負荷を小さくすることができ、タッチ検出のためのシグナル積分回数を増やすことができる。
図5は、対向電極16と、位置検出電極(検知電極12および駆動電極13)との間に形成される電気力線の様子を模式的に示す断面図である。図5に示すように、対向電極16にはスリット16sが形成されているため、駆動電極13と検知電極12との間に形成される電気力線の密度は、駆動電極13と対向電極16との間に形成される電気力線の密度よりも大きくなる。すなわち、検知電極12と駆動電極13との間に形成される電気力線を相対的に強めることができる。
これにより、十分なシグナルを得ることができるため、従来の構成(図15参照)と比較して、タッチパネルの位置検出性能を高めることができる。また、十分なシグナルを得ることができるためSN比の低下を抑え、液晶パネルの大型化を実現することができる。
なお、スリット16sの総面積は、光が透過する表示領域の総面積の30%以上であることが好ましい。また、スリット16sの幅(横幅)は、5um以下であることが好ましい。
(実施例1の変形例)
図6は、実施例1の変形例に係る対向基板5の一部を示す平面図である。図7は、図6のA−B断面図である。また、図8には、本変形例に係る対向基板5の広域を示している。
本変形例に係る液晶表示装置1の対向基板5では、図1に示す対向基板5に、さらに、検知電極用補助配線12aと、駆動電極用補助配線13aとが設けられている。検知電極用補助配線12aは、検知電極12に電気的に接続されており、駆動電極用補助配線13aは、駆動電極12に電気的に接続されている。
検知電極用補助配線12aおよび駆動電極用補助配線13aは、図7に示すように、液晶パネル2を平面的に見て、ドメイン境界6bで発生する暗線部に重なるように設けられている。これにより、透過率の低下を抑制しつつ、検知電極12および駆動電極13の配線抵抗を低減することができる。
ここで、従来のようにアクティブマトリクス基板上の画素電極側にスリットを設けた場合、基板の貼り合わせ工程において位置ずれが起こると、対向基板側に形成される駆動電極用補助配線および検知電極用補助配線と、アクティブマトリクス基板側の暗線との位置関係が相対的にずれてしまい、透過率が大きく低下する。
これに対して、スリット16sと補助配線12a、13aを同じ対向基板5上に形成する本液晶表示装置1では、暗線と補助配線12a、13aとの位置ずれが起こり難いため、基板の貼り合わせ工程における位置ずれによる透過率の低下を抑制することができる。
なお、本変形例では、図6および図8に示すように、駆動電極用補助配線13aは、3画素ごとに1箇所配置されているが、これに限定されず、1画素ごとに1箇所配置されていても良い。また、補助配線12a、13aは、画素間のBM(ブラックマトリクス)上に配置されていても良い。
上記のように、補助配線12a、13aを配置することにより、検知電極12および駆動電極13の配線抵抗を低減することができるため、駆動電極13の負荷をより低減することができる。
(実施例2)
図9は、実施例2に係る液晶表示装置1の対向基板5の一部を示す平面図である。なお、図9のA−B断面は、図1と同一である。図10には、実施例2に係る対向基板5の広域を示している。
実施例2に係る対向基板5は、実施例1に係る対向基板5(図2および図3参照)と比較して、図9および図10に示すように、スリット16sの形状、および、ドメイン境界6bの形状が異なっており、その他の構成は同一である。
実施例2に係るスリット16sは、各画素において、画素の中心から画素の端部へ向かって放射状に形成されている。また、ドメイン境界6bは、画素の中心を通り、かつ行方向および列方向に延伸するように、十字型に形成されている。
実施例2の構成によれば、画素電極43および対向電極16近傍の液晶分子6aにチルト角が与えられ、電圧印加により放射状に液晶分子6aが配向し、各画素において4つのドメインが形成される。これにより、実施例2に係る液晶表示装置1は、実施例1に係る液晶表示装置1と同様の効果を得ることができる。
(実施例2の変形例)
図11は、実施例2の変形例に係る対向基板5の一部を示す平面図である。なお、図11のA−B断面は、図7と同一である。図12には、実施例2の変形例に係る対向基板5の広域を示している。
本変形例に係る液晶表示装置1の対向基板5では、図9に示す対向基板5に、さらに、検知電極用補助配線12aと、駆動電極用補助配線13aとが設けられている。具体的には、検知電極用補助配線12aおよび駆動電極用補助配線13aは、ドメイン境界6bで発生する暗線部に設けられている。これにより、実施例1の変形例に係る液晶表示装置1と同様、透過率の低下を抑制しつつ、検知電極12および駆動電極13の配線抵抗を低減することができる。
なお、本変形例では、図11および図12に示すように、駆動電極用補助配線13aは、3画素ごとに1箇所配置されているが、これに限定されず、1画素ごとに1箇所配置されていても良い。また、補助配線12a、13aは、画素間のBM(ブラックマトリクス)上に配置されていても良い。
上記のように、補助配線12a、13aを配置することにより、検知電極12および駆動電極13の配線抵抗を低減することができるため、駆動電極13の負荷をより低減することができる。
本発明は上述した実施の形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施の形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明のタッチパネル機能を備えた液晶表示装置は、各種携帯端末装置、大型ディスプレイ等に好適である。
1 液晶表示装置
2 液晶パネル
3 バックライト
4 アクティブマトリクス基板
5 対向基板
6 液晶層
6a 液晶分子
6b ドメイン境界
11 ガラス基板
12 検知電極(位置検出電極)
12a 検知電極用補助配線
13 駆動電極(位置検出電極)
13a 駆動電極用補助配線
14 第1絶縁膜
15 第2絶縁膜
16 対向電極
16s スリット
17 偏光板
41 ガラス基板
42 絶縁膜
43 画素電極
44 偏光板

Claims (8)

  1. 静電容量の変化により検出対象物の指示座標の位置を検出する、タッチパネル機能を有する液晶表示装置であって、
    アクティブマトリクス基板と、対向基板と、両基板間に配された液晶層とを備え、
    上記アクティブマトリクス基板は、画素電極を備え、
    上記対向基板は、上記画素電極に対向配置される対向電極と、上記指示座標の位置を検出するための複数の駆動電極および複数の検知電極とを備え、
    上記対向電極には、上記液晶層の液晶分子の配向を制御するためのスリットが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
  2. 上記複数の駆動電極と上記複数の検知電極との間に形成される電気力線の密度が、上記複数の駆動電極と上記対向電極との間に形成される電気力線の密度よりも大きいことを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  3. 上記スリットは、各画素において、画素の中心から画素の端部へ向かって同心円状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  4. 上記スリットは、各画素において、画素の中心から画素の端部へ向かって放射状に形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  5. 各画素に、複数のドメインが形成されていることを特徴とする請求項1に記載の液晶表示装置。
  6. 上記駆動電極に電気的に接続された駆動電極用補助配線と、上記検知電極に電気的に接続された検知電極用補助配線とをさらに備え、
    上記駆動電極用補助配線および上記検知電極用補助配線は、当該液晶表示装置を平面的に見て、上記複数のドメインの境界に重なるように設けられていることを特徴とする請求項5に記載の液晶表示装置。
  7. 上記駆動電極および上記検知電極は、それぞれが行方向および列方向に並んで配置され、かつ、斜め方向に交互に配置されていることを特徴とする請求項2に記載の液晶表示装置。
  8. 静電容量の変化により検出対象物の指示座標の位置を検出する、タッチパネル機能を有する液晶表示装置であって、
    アクティブマトリクス基板と、対向基板と、両基板間に配された液晶層とを備え、
    上記アクティブマトリクス基板は、画素電極を備え、
    上記対向基板は、上記画素電極に対向配置される対向電極と、上記指示座標の位置を検出するための複数の駆動電極および複数の検知電極とを備え、
    上記対向電極には、上記複数の駆動電極と上記複数の検知電極との間に形成される電気力線の密度が、上記複数の駆動電極と上記対向電極との間に形成される電気力線の密度よりも大きくなるように、スリットが設けられていることを特徴とする液晶表示装置。
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