JP2017097671A - 検出装置及び表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】保護層の気泡を抑制する検出装置及び表示装置を提供することを目的とする。
【解決手段】検出装置は、基板と、基板と平行な面上に設けられ、複数の導電性細線33aを有し、複数の導電性細線が網状に配置される検出電極と、検出電極の端部において、複数の導電性細線を接続する接続配線37と、検出電極と接続配線を覆う絶縁材料の保護層と、を備える。単位面積当たりに占める導電性細線の密度が検出電極全体よりも接続配線に繋がる端部領域で小さくなる。
【選択図】図11

Description

本発明は、静電容量の変化を検出可能な検出装置に係り、特に静電容量の変化に基づいて外部近接物体を検出可能な検出装置及び表示装置に関する。
近年、いわゆるタッチパネルと呼ばれる、外部近接物体を検出可能な検出装置が注目されている。タッチパネルは、液晶表示装置等の表示装置上に装着又は一体化される、タッチ検出機能付き表示装置に用いられている。そして、タッチ検出機能付き表示装置は、表示装置に各種のボタン画像等を表示させることにより、タッチパネルを通常の機械式ボタンの代わりとして情報入力を可能としている。このようなタッチパネルを有する、タッチ検出機能付き表示装置は、キーボードやマウス、キーパッドのような入力装置を必要としないため、コンピュータのほか、携帯電話のような携帯情報端末などでも、使用が拡大する傾向にある。
タッチ検出装置の方式として、光学式、抵抗式、静電容量式などいくつかの方式が存在する。静電容量式のタッチ検出装置は、携帯端末などにおいて、比較的単純な構造をもち、かつ低消費電力が実現できる。さらに、外部近接物体を検出可能な検出装置では、薄型化、大画面化又は高精細化のため、検出電極の低抵抗化が求められている。検出電極は、透光性電極の材料としてITO(Indium Tin Oxide)等の透光性導電酸化物が用いられている。検出電極を低抵抗にするには、金属材料などの導電性材料を用いることが有効である。しかし、金属材料などの導電性材料を用いると、検出電極の腐食を抑制する可能性がある。特許文献1には、検出電極が保護層で覆われた検出装置が記載されている。
特開2015−176573号公報
検出電極が網状のパターンであると、検出電極が低抵抗となる。しかしながら、検出電極が網状のパターンと異なる向きに延びた接続配線と接続されると、接続配線が保護層を堰き止めるため、保護層が充填されず気泡となり、面内の光むらや信頼性が悪化する可能性がある。
本発明は、かかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、保護層の気泡を抑制する検出装置及び表示装置を提供することにある。
第1の態様によれば、検出装置は、基板と、前記基板と平行な面上に設けられ、複数の導電性細線と複数の前記導電性細線が交差又は屈曲されるように接続する複数の電気的接続部とを有し、複数の導電性細線が網状に配置される検出電極と、前記検出電極の端部において、複数の導電性細線と検出部とを接続する接続配線と、前記検出電極と、前記接続配線を覆う絶縁材料の保護層と、を備え、前記検出電極全体の領域と比較して、前記接続配線に最も近い電気的接続部から接続配線までの端部領域では、単位面積当たりに占める導電性細線の面積の密度が小さくなる。
第2の態様によれば、検出装置は、基板と、前記基板と平行な面上に設けられ、複数の導電性細線を有し、複数の導電性細線が網状に配置される検出電極と、前記複数の導電性細線と接続する接続配線と、前記検出電極と、前記接続配線を覆う絶縁材料の保護層と、を備え、前記接続配線と前記導電性細線とで囲む面積が、前記検出電極の1つの網目が囲む面積よりも大きい。
図1は、実施形態1に係るタッチ検出機能付き表示装置の一構成例を表すブロック図である。 図2は、静電容量型タッチ検出方式の基本原理を説明するため、指が接触又は近接していない状態を表す説明図である。 図3は、図2に示す指が接触又は近接していない状態の等価回路の例を示す説明図である。 図4は、静電容量型タッチ検出方式の基本原理を説明するため、指が接触又は近接した状態を表す説明図である。 図5は、図4に示す指が接触又は近接した状態の等価回路の例を示す説明図である。 図6は、駆動信号及び検出信号の波形の一例を表す図である。 図7は、タッチ検出機能付き表示装置を実装したモジュールの一例を示す図である。 図8は、タッチ検出機能付き表示装置を実装したモジュールの一例を示す図である。 図9は、実施形態1に係るタッチ検出機能付き表示装置の概略断面構造を表す断面図である。 図10は、実施形態1に係るタッチ検出機能付き表示装置の画素配置を表す回路図である。 図11は、実施形態1に係る検出電極の平面図である。 図12は、実施形態1に係る検出装置の製造方法において、保護層の塗布工程を説明するための工程図である。 図13は、保護層の上面図である。 図14は、比較例に係る検出電極の端部において、複数の導電性細線を接続する接続配線を説明するための模式図である。 図15は、実施形態1の変形例1に係る検出電極の平面図である。 図16は、実施形態1の変形例2に係る検出電極の平面図である。 図17は、実施形態1の変形例3に係る検出電極の平面図である。 図18は、実施形態2に係るタッチ検出機能付き表示装置の一例を模式的に示す平面図である。 図19は、実施形態2に係る検出電極を部分的に拡大して模式的に示す平面図である。 図20は、実施形態2に係るタッチ検出機能付き表示装置の概略断面構造を表す断面図である。 図21は、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指が接触または近接していない状態を表す説明図である。 図22は、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指が接触または近接した状態を表す説明図である。 図23は、駆動信号及び検出信号の波形の一例を表す図である。 図24は、実施形態3に係るタッチ検出機能付き表示装置の一例を模式的に示す平面図である。 図25は、実施形態3に係る検出電極を拡大して模式的に示す平面図である。 図26は、図25のB−B線で切断して矢印方向からみたときの模式断面図である。 図27は、実施形態3に係る検出装置の概略断面構造を表す断面図である。
以下、発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係るタッチ検出機能付き表示装置の一構成例を表すブロック図である。タッチ検出機能付き表示装置1は、タッチ検出機能付き表示部10と、制御部11と、ゲートドライバ12と、ソースドライバ13と、駆動電極ドライバ14と、タッチ検出部(単に、検出部ともいう。)40とを備えている。タッチ検出機能付き表示部10は、表示素子として液晶表示素子を用いている表示装置20と静電容量型の検出装置30とを一体化した装置である。なお、タッチ検出機能付き表示部10は、表示素子として液晶表示素子を用いている表示装置20の上に、静電容量型の検出装置30を装着した装置であってもよい。なお、表示装置20は、例えば、有機EL表示装置であってもよい。
表示装置20は、後述するように、ゲートドライバ12から供給される走査信号Vscanに従って、1水平ラインずつ順次走査して表示を行う装置である。制御部11は、外部より供給された映像信号Vdispに基づいて、ゲートドライバ12、ソースドライバ13、駆動電極ドライバ14、及びタッチ検出部40に対してそれぞれ制御信号を供給し、これらが互いに同期して動作するように制御する回路(制御装置)である。
ゲートドライバ12は、制御部11から供給される制御信号に基づいて、タッチ検出機能付き表示部10の表示駆動の対象となる1水平ラインを順次選択する機能を有している。
ソースドライバ13は、制御部11から供給される制御信号Vsigに基づいて、タッチ検出機能付き表示部10の、後述する各副画素SPixに画素信号Vpixを供給する回路である。
駆動電極ドライバ14は、制御部11から供給される制御信号に基づいて、タッチ検出機能付き表示部10の、後述する駆動電極COMLに駆動信号Vcomを供給する回路である。
タッチ検出部40は、制御部11から供給される制御信号と、タッチ検出機能付き表示部10の検出装置30から供給された検出信号Vdetに基づいて、検出装置30に対するタッチ(後述する接触又は近接の状態)の有無を検出し、タッチがある場合においてタッチ検出領域におけるその座標などを求める回路である。このタッチ検出部40は検出信号増幅部42と、A/D変換部43と、信号処理部44と、座標抽出部45と、検出タイミング制御部46とを備えている。
検出信号増幅部42は、検出装置30から供給される検出信号Vdetを増幅する。検出信号増幅部42は、検出信号Vdetに含まれる高い周波数成分(ノイズ成分)を除去し、タッチ成分を取り出してそれぞれ出力する低域通過アナログフィルタを備えていてもよい。
(静電容量型タッチ検出の基本原理)
検出装置30は、静電容量型近接検出の基本原理に基づいて動作し、検出信号Vdetを出力する。図1〜図6を参照して、実施形態1のタッチ検出機能付き表示部10におけるタッチ検出の基本原理について説明する。図2は、静電容量型タッチ検出方式の基本原理を説明するため、指が接触又は近接していない状態を表す説明図である。図3は、図2に示す指が接触又は近接していない状態の等価回路の例を示す説明図である。図4は、静電容量型タッチ検出方式の基本原理を説明するため、指が接触又は近接した状態を表す説明図である。図5は、図4に示す指が接触又は近接した状態の等価回路の例を示す説明図である。図6は、駆動信号及び検出信号の波形の一例を表す図である。
例えば、図2及び図4に示すように、容量素子C1、C1’は、誘電体Dを挟んで互いに対向配置された一対の電極、駆動電極E1及び検出電極E2を備えている。図3に示すように、容量素子C1は、その一端が交流信号源(駆動信号源)Sに接続され、他端は電圧検出器(タッチ検出部)DETに接続される。電圧検出器DETは、例えば図1に示す検出信号増幅部42に含まれる積分回路である。
交流信号源Sから駆動電極E1(容量素子C1の一端)に所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)の交流矩形波Sgを印加すると、検出電極E2(容量素子C1の他端)側に接続された電圧検出器DETを介して、出力波形(検出信号Vdet1)が現れる。なお、この交流矩形波Sgは、後述するタッチ駆動信号Vcomtに相当するものである。
指が接触(又は近接)していない状態(非接触状態)では、図2及び図3に示すように、容量素子C1に対する充放電に伴って、容量素子C1の容量値に応じた電流Iが流れる。図6に示すように電圧検出器DETは、交流矩形波Sgに応じた電流Iの変動を電圧の変動(実線の波形V)に変換する。
一方、指が接触(又は近接)した状態(接触状態)では、図4に示すように、指によって形成される静電容量C2が検出電極E2と接している又は近傍にあることにより、駆動電極E1及び検出電極E2の間にあるフリンジ分の静電容量が遮られ、容量素子C1の容量値よりも容量値の小さい容量素子C1’として作用する。そして、図5に示す等価回路でみると、容量素子C1’に電流Iが流れる。図6に示すように、電圧検出器DETは、交流矩形波Sgに応じた電流Iの変動を電圧の変動(点線の波形V)に変換する。この場合、波形Vは、上述した波形Vと比べて振幅が小さくなる。これにより、波形Vと波形Vとの電圧差分の絶対値|ΔV|は、指などの外部から近接する物体の影響に応じて変化することになる。なお、電圧検出器DETは、波形Vと波形Vとの電圧差分の絶対値|ΔV|を精度よく検出するため、回路内のスイッチングにより、交流矩形波Sgの周波数に合わせて、コンデンサの充放電をリセットする期間Resetを設けた動作とすることがより好ましい。
図1に示す検出装置30は、駆動電極ドライバ14から供給される駆動信号Vcom(後述するタッチ駆動信号Vcomt)に従って、1検出ブロックずつ順次走査してタッチ検出を行うようになっている。
検出装置30は、複数の後述する検出電極TDLから、図3又は図5に示す電圧検出器DETを介して、検出ブロック毎に検出信号Vdet1を出力し、タッチ検出部40のA/D変換部43に供給するようになっている。
A/D変換部43は、駆動信号Vcomに同期したタイミングで、検出信号増幅部42から出力されるアナログ信号をそれぞれサンプリングしてデジタル信号に変換する回路である。
信号処理部44は、A/D変換部43の出力信号に含まれる、駆動信号Vcomをサンプリングした周波数以外の周波数成分(ノイズ成分)を低減するデジタルフィルタを備えている。信号処理部44は、A/D変換部43の出力信号に基づいて、検出装置30に対するタッチの有無を検出する論理回路である。信号処理部44は、指による差分の電圧のみ取り出す処理を行う。この指による差分の電圧は、上述した波形Vと波形Vとの差分の絶対値|ΔV|である。信号処理部44は、1検出ブロック当たりの絶対値|ΔV|を平均化する演算を行い、絶対値|ΔV|の平均値を求めてもよい。これにより、信号処理部44は、ノイズによる影響を低減できる。信号処理部44は、検出した指による差分の電圧を所定のしきい値電圧と比較し、このしきい値電圧以上であれば、外部から近接する外部近接物体の接触状態と判断し、しきい値電圧未満であれば、外部近接物体の非接触状態と判断する。このようにして、タッチ検出部40はタッチ検出が可能となる。
座標抽出部45は、信号処理部44においてタッチが検出されたときに、そのタッチパネル座標を求める論理回路である。検出タイミング制御部46は、A/D変換部43と、信号処理部44と、座標抽出部45とが同期して動作するように制御する。座標抽出部45は、タッチパネル座標を信号出力Voutとして出力する。
図7及び図8は、実施形態1に係るタッチ検出機能付き表示装置を実装したモジュールの一例を示す平面図である。図7は、駆動電極の一例を示す平面図であり、図8は、検出電極の一例を示す平面図である。
図7に示すように、タッチ検出機能付き表示装置1は、TFT(Thin Film Transistor)基板21と、フレキシブルプリント基板72とを備えている。TFT基板21は、COG(Chip On Glass)19を搭載し、表示装置20(図1参照)の表示領域10aと、表示領域10aを囲む額縁領域10bとに対応する領域が形成されている。COG19は、TFT基板21に実装されたICドライバのチップであり、図1に示す制御部11、ゲートドライバ12、ソースドライバ13など、表示動作に必要な各回路を内蔵したものである。また、本実施形態において、駆動電極ドライバ14は、ガラス基板であるTFT基板21に形成してもよい。COG19及び駆動電極ドライバ14は、額縁領域10bに設けられる。なお、COG19は、駆動電極ドライバ14を内蔵していてもよい。この場合、額縁領域10bを狭くすることが可能である。フレキシブルプリント基板72は、COG19と接続されており、フレキシブルプリント基板72を介して、外部から映像信号Vdispや、電源電圧がCOG19に供給される。
図7に示すように、タッチ検出機能付き表示部10は、表示領域10aに重畳する領域に複数の駆動電極COMLが設けられている。複数の駆動電極COMLは、それぞれ、表示領域10aの一辺に沿った方向に延出しており、表示領域10aの他辺に沿った方向において、間隔を設けて配列されている。複数の駆動電極COMLは駆動電極ドライバ14にそれぞれ接続されている。
図8に示すように、タッチ検出機能付き表示装置1は、さらに、基板31と、フレキシブルプリント基板71とを備える。フレキシブルプリント基板71には、上述したタッチ検出部40が搭載されている。なお、タッチ検出部40は、フレキシブルプリント基板71に搭載されてなくてもよく、フレキシブルプリント基板71が接続する別基板に搭載されていてもよい。基板31は、例えば、透光性のガラス基板であり、図7に示すTFT基板21の表面の垂直方向においてTFT基板21と対向する。図8に示すように、タッチ検出機能付き表示部10は、表示領域10aと重畳する領域に複数の検出電極TDLが設けられている。複数の検出電極TDLは、それぞれ、図7に示す駆動電極COMLの延出方向と交差する方向に延出している。また、複数の検出電極TDLは、駆動電極COMLの延出方向において間隔を設けて配列されている。つまり、複数の駆動電極COMLと、複数の検出電極TDLとは、立体交差するように配置されており、互いに重畳する部分で静電容量が形成される。
タッチ検出機能付き表示装置1は、後述するように、表示動作の際に、1水平ラインずつ順次走査を行う。つまり、タッチ検出機能付き表示装置1は、表示走査を、タッチ検出機能付き表示部10の1辺に沿う方向と平行に行う(図8参照)。一方タッチ検出機能付き表示装置1は、タッチ検出動作の際に、駆動電極ドライバ14から駆動電極COMLに駆動信号Vcomを順次印加することにより、1検出ラインずつ順次走査を行う。つまり、タッチ検出機能付き表示部10は、方向SCANへ走査を、タッチ検出機能付き表示部10の他辺に沿った方向と平行に行う(図7参照)。
図8に示すように、本実施形態の検出電極TDLは、複数の導電性細線33U、33Vを有している。導電性細線33U、33Vは、それぞれ、表示領域10aの一辺と平行な方向に対して互いに逆方向に傾斜している。
複数の導電性細線33U、33Vは、それぞれ細幅であり、表示領域10aにおいて、導電性細線33U、33Vの延出方向と交差する方向(表示領域10aの短辺方向)に互いに間隔を設けて配置されている。複数の導電性細線33U、33Vの延出方向の両端は、額縁領域10bに配置された接続配線34a、34bに接続されている。これにより、複数の導電性細線33U、33Vは互いに電気的に接続され、1つの検出電極TDLとして機能する。複数の接続配線34aには、それぞれ配線37が接続されており、検出電極TDLとフレキシブルプリント基板71とが配線37によって接続される。なお、検出電極TDLの一部は表示領域10a外(額縁領域10b)に配置されても良い。また、接続配線34a、34bも額縁境界10bでなく、表示領域10a内に配置されても良い。複数の接続配線34a、34bは、配線37を介して、タッチ検出部40と接続されており、複数の導電性細線33U、33Vとタッチ検出部40とを接続するための配線となっても良い。
図9は、タッチ検出機能付き表示装置の概略断面構造を表す断面図である。図9に示すように、タッチ検出機能付き表示部10は、画素基板2と、この画素基板2の表面に垂直な方向に対向して配置された対向基板3と、画素基板2と対向基板3との間に挿設された液晶層6とを備えている。
画素基板2は、回路基板としてのTFT基板21と、このTFT基板21の上方にマトリックス状に配設された複数の画素電極22と、TFT基板21と画素電極22との間に形成された複数の駆動電極COMLと、画素電極22と駆動電極COMLとを絶縁する絶縁層24と、を含む。TFT基板21の下側には、接着層66を介して偏光板65が設けられている。
対向基板3は、基板31と、この基板31の一方の面に形成されたカラーフィルタ32とを含む。基板31の他方の面には、検出装置30の検出電極である検出電極TDLが形成される。図9に示すように、基板31の上方に検出電極TDLが設けられる。さらに、この検出電極TDLの上には、検出電極TDLの導電性細線33U、33Vを保護するための保護層38が設けられている。保護層38は、アクリル系樹脂等の透光性樹脂を用いることができる。保護層38の上に、接着層39を介して偏光板35が設けられている。
TFT基板21と基板31とは、スペーサ61により所定の間隔を設けて対向して配置される。TFT基板21、基板31、及びスペーサ61によって囲まれた空間に液晶層6が設けられる。液晶層6は、電界の状態に応じてそこを通過する光を変調するものであり、例えば、FFS(フリンジフィールドスイッチング)を含むIPS(インプレーンスイッチング)等の横電界モードの液晶を用いた表示パネルが用いられる。なお、図9に示す液晶層6と画素基板2との間、及び液晶層6と対向基板3との間には、それぞれ配向膜が配設されてもよい。
図10は、実施形態1に係るタッチ検出機能付き表示部の画素配列を表す回路図である。図9に示すTFT基板21には、図10に示す各副画素SPixの薄膜トランジスタ素子(以下、TFT素子)Tr、各画素電極22に画素信号Vpixを供給する画素信号線SGL、各TFT素子Trを駆動する走査信号線GCL等の配線が形成されている。画素信号線SGL及び走査信号線GCLは、TFT基板21の表面と平行な平面に延在する。図10に示す副画素SPixの配列方向と直交する方向(走査信号線GCLの延在方向)を方向Dxとし、副画素SPixの配列方向(画素信号線SGLの延在方向)を方向Dyとして示している。
図10に示す表示装置20は、マトリックス状に配列された複数の副画素SPixを有している。副画素SPixは、それぞれTFT素子Tr及び液晶素子LCを備えている。TFT素子Trは、薄膜トランジスタにより構成されるものであり、この例では、nチャネルのMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のTFTで構成されている。TFT素子Trのソース又はドレインの一方は画素信号線SGLに接続され、ゲートは走査信号線GCLに接続され、ソース又はドレインの他方は液晶素子LCの一端に接続されている。液晶素子LCは、一端がTFT素子Trのソース又はドレインの他方に接続され、他端が駆動電極COMLに接続されている。
副画素SPixは、走査信号線GCLにより、表示装置20の同じ行に属する他の副画素SPixと互いに接続されている。走査信号線GCLは、ゲートドライバ12(図1参照)と接続され、ゲートドライバ12より走査信号Vscanが供給される。また、副画素SPixは、画素信号線SGLにより、表示装置20の同じ列に属する他の副画素SPixと互いに接続されている。画素信号線SGLは、ソースドライバ13(図1参照)と接続され、ソースドライバ13より画素信号Vpixが供給される。さらに、副画素SPixは、駆動電極COMLにより、同じ行に属する他の副画素SPixと互いに接続されている。駆動電極COMLは、駆動電極ドライバ14(図1参照)と接続され、駆動電極ドライバ14より駆動信号Vcomが供給される。つまり、この例では、同じ一行に属する複数の副画素SPixが1本の駆動電極COMLを共有するようになっている。本実施形態の駆動電極COMLの延びる方向は、走査信号線GCLの延びる方向と平行である。本実施形態の駆動電極COMLの延びる方向は、これに限定されない。例えば、駆動電極COMLの延びる方向は、画素信号線SGLの延びる方向と平行な方向であってもよい。
図1に示すゲートドライバ12は、走査信号線GCLを順次走査するように駆動する。走査信号Vscan(図1参照)が、走査信号線GCLを介して、副画素SPixのTFT素子Trのゲートに印加され、副画素SPixのうちの1水平ラインが表示駆動の対象として順次選択される。また、タッチ検出機能付き表示装置1は、1水平ラインに属する副画素SPixに対して、ソースドライバ13が画素信号Vpixを供給することにより、1水平ラインずつ表示が行われる。この表示動作を行う際、駆動電極ドライバ14は、その1水平ラインに対応する駆動電極COMLに対して駆動信号Vcomを印加する。
図9に示すカラーフィルタ32は、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色されたカラーフィルタの色領域32R、32G、32Bが周期的に配列されている。上述した図10に示す各副画素SPixに、R、G、Bの3色の色領域32R、32G、32Bが1組として対応付けられ、色領域32R、32G、32Bを1組として画素Pixが構成される。図9に示すように、カラーフィルタ32は、TFT基板21と垂直な方向において、液晶層6と対向する。なお、カラーフィルタ32は、異なる色に着色されていれば、他の色の組み合わせであってもよい。また、カラーフィルタ32は、3色の組み合わせに限定されず、4色以上の組み合わせであってもよい。
図11は、実施形態1に係る検出電極の平面図である。導電性細線33U、33Vは、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)及びタングステン(W)から選ばれた1種以上の金属層で形成される。または、導電性細線33U、33Vは、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)及びタングステン(W)から選ばれた1種以上を含む金属材料の合金で形成される。また、導電性細線33U、33Vは、これらアルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)及びタングステン(W)から選ばれた1種以上の金属材料又はこれらの材料の1種以上を含む合金の導電層が複数積層された積層体としてもよい。なお、導電性細線33U、33Vは、上述した金属材料又は金属材料の合金の導電層に加えて、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性導電酸化物の導電層が積層されていてもよい。
上述した金属材料は、透明電極の材料としてITO等の透光性導電酸化物よりも低抵抗である。上述した金属材料は、透光性導電酸化物に比較して遮光性があるため、透過率が低下する可能性または検出電極TDLのパターンが視認されてしまう可能性がある。本実施形態において、1つの検出電極TDLが、複数の幅細の導電性細線33U、33Vを有しており、導電性細線33U、33Vが、線幅よりも大きい間隔を設けて配置されることで、低抵抗化と、不可視化とを実現することができる。その結果、検出電極TDLが低抵抗化し、タッチ検出機能付き表示装置1は、薄型化、大画面化または高精細化することができる。
導電性細線33U、33Vの幅は、2μm以上10μm以下の範囲にあることが好ましい。導電性細線33U、33Vの幅が10μm以下であると、表示領域10aのうちブラックマトリックスまたは後述する走査信号線GCL及び画素信号線SGLで光の透過を抑制されない領域である開口部を覆う面積が小さくなり、開口率を損なう可能性が低くなるからである。また、導電性細線33U、33Vの幅が2μm以上であると、形状が安定し、断線する可能性が低くなるからである。
図8、図10及び図11を参照して説明すると、検出電極TDLは、複数の導電性細線33U、33Vが所定のピッチで配置されており、検出電極TDLは、全体として、カラーフィルタ32の各色領域32R、32G、32Bの延出方向と平行な方向に延びている。つまり、検出電極TDLは、図10に示す画素信号線SGLが延在する方向Dyと平行な方向に延在する。各導電性細線33U、33Vがカラーフィルタ32の特定の色領域を遮光してしまわないように、導電性細線33U、33Vは、互いに逆向きに傾斜する細線片が交差して接続された網目状となっている。導電性細線33U、33Vは、色領域32R、32G、32Bの延出方向と平行な方向に対して、角度θを有して互いに逆向きな方向Du及び方向Dvへ傾斜する。導電性細線33U、33Vが交差又は屈曲されるように接続された箇所で電気的接続部33x、33xが形成され、導電性細線33U、33Vは、複数の電気的接続部33xで交差している。例えば、角度θは、5度以上75度以下であり、好ましくは25度以上40度以下、さらに好ましくは50度以上65度以下である。
このように、検出電極TDLは、方向Duへ延びる少なくとも1つの第1の導電性細線33Uと、第1の導電性細線33Uと交差して方向Dvへ延びる少なくとも1つの第2の導電性細線33Vと、を含む。複数の第1の導電性細線33Uと、複数の第2の導電性細線33Vとがそれぞれ複数交差すると、検出電極TDLの1つの網目が囲む形状が平行四辺形となる。図11において、検出電極TDLの1つの網目が囲む形状の対角線の長さは、P1、P2である。
本実施形態において、接続配線34aに最も近い電気的接続部33x、33xを境界とした場合、接続配線34aに最も近い電気的接続部33x、33xよりも接続配線34aに近い側であって、接続配線34aに最も近い電気的接続部33x、33xから接続配線34aまでの領域が検出電極TDLの端部領域10cである。同様に、接続配線34aに最も近い電気的接続部33x、33xよりも接続配線34aから遠い側の領域が検出電極TDLの主検出領域10dである。
接続配線34aの周囲における検出電極のパターンと、接続配線34bの周囲における検出電極のパターンとは、図8に示す線対称あるいは、点対称となる。このため、接続配線34bに最も近い電気的接続部33x、33xを境界として、接続配線34bに最も近い電気的接続部33x、33xよりも接続配線34bに近い側かつ接続配線34bまでの領域が検出電極TDLの端部領域である。同様に、接続配線34bに最も近い電気的接続部33x、33xよりも接続配線34bから遠い側の領域が検出電極TDLの主検出領域である。
図11に示すように、検出電極TDLの端部領域10cにおいて、導電性細線33Uが延長された位置に導電性細線33aが配置され、接続配線34aと主検出領域10dの導電性細線33Uとが導電性細線33aを介して電気的に接続されている。
このように、検出電極TDLの導電性細線33U、33Vの延在方向がカラーフィルタ32の各色領域32R、32G、32Bの延在方向に対して角度θをもつようになる。その結果、検出電極TDLの導電性細線33U、33Vは、カラーフィルタ32の各色領域32R、32G、32Bを順に遮光することから、カラーフィルタ32の特定色領域における透過率の低下を抑制することができる。また、検出電極TDLの導電性細線33U、33Vは、好ましい範囲でゆらぎをもたせて配置してもよい。すなわち、検出電極TDLは、導電性細線33U、33V同士の間隔を異ならせてもよい。
図7及び図9に示す駆動電極COMLは、表示装置20の複数の画素電極22に共通の電位を与える共通電極として機能するとともに、検出装置30の相互静電容量方式によるタッチ検出を行う際の駆動電極としても機能する。検出装置30は、画素基板2に設けられた駆動電極COMLと、対向基板3に設けられた検出電極TDLにより構成されている。
駆動電極COMLは、図7に示す表示領域10aの他辺と平行な方向に延在する複数の電極パターンに分割されている。検出電極TDLは、駆動電極COMLの電極パターンの延在方向と交差する方向に延びる複数の金属配線を有する電極パターンから構成されている。そして、検出電極TDLは、TFT基板21(図9参照)の表面に対する垂直な方向において、駆動電極COMLと対向している。検出電極TDLの各電極パターンは、タッチ検出部40の検出信号増幅部42の入力にそれぞれ接続される(図1参照)。駆動電極COMLと検出電極TDLにより互いに交差した電極パターンは、その交差部分に静電容量を生じさせている。
駆動電極COMLは、例えば、ITO等の透光性を有する導電性材料が用いられる。なお、検出電極TDL及び駆動電極COML(駆動電極ブロック)は、ストライプ状に複数に分割される形状に限られない。例えば、検出電極TDL及び駆動電極COMLは、櫛歯形状であってもよい。あるいは検出電極TDL及び駆動電極COMLは、複数に分割されていればよく、駆動電極COMLを分割するスリットの形状は直線であっても、曲線であってもよい。
この構成により、検出装置30では、相互静電容量方式のタッチ検出動作を行う際、駆動電極ドライバ14が駆動電極ブロックとして時分割的に順次走査するように駆動することにより、駆動電極COMLの1検出ブロックが順次選択される。そして、検出電極TDLから検出信号Vdet1が出力されることにより、1検出ブロックのタッチ検出が行われるようになっている。つまり、駆動電極ブロックは、上述した相互静電容量方式のタッチ検出の基本原理における駆動電極E1に対応し、検出電極TDLは、検出電極E2に対応するものであり、検出装置30はこの基本原理に従ってタッチ入力を検出するようになっている。互いに立体交差した検出電極TDL及び駆動電極COMLは、静電容量式タッチセンサをマトリックス状に構成している。よって、検出装置30のタッチ検出面全体に亘って走査することにより、外部からの導体の接触または近接が生じた位置の検出が可能となっている。
タッチ検出機能付き表示装置1の動作方法の一例として、タッチ検出機能付き表示装置1は、タッチ検出動作(検出期間)と表示動作(表示動作期間)とを時分割に行う。タッチ検出動作と表示動作とはどのように分けて行ってもよい。
なお、本実施形態において、駆動電極COMLは表示装置20の共通電極を兼用するので、表示動作期間においては、駆動電極ドライバ14を介して選択される駆動電極COMLに、制御部11が表示用の共通電極電位である駆動信号Vcomを供給する。
検出期間に駆動電極COMLを用いず、検出電極TDLのみで検出動作を行う場合、例えば、後述する自己静電容量方式のタッチ検出原理に基づいてタッチ検出を行う場合、駆動電極ドライバ14は、検出電極TDLにタッチ検出用の駆動信号Vcomを供給してもよい。
図12は、実施形態1に係る検出装置の製造方法において、保護層の塗布工程を説明するための工程図である。図13は、保護層の上面図である。
(実施形態1に係る検出装置の製造方法)
図9に示すように、基板31の上面に、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)及びタングステン(W)から選ばれた1種以上を含む金属材料を用いて導電層が形成される。導電層はスパッタリング法または化学気相成長(Chemical Vapor Deposition;CVD)法等により、1工程で連続して成膜することができる。
次に、導電層の上にレジストを形成する。レジストは、フォトリソグラフィによりパターニングされ、図8に示す導電性細線33U、33Vのパターンと重なる位置に形成される。
その後、レジストから露出する部分の導電層が、エッチングにより除去される。レジストと重畳する部分の導電層がエッチングにより除去されず、導電性細線33U、33Vのパターンに形成される。導電層のエッチング液は、金属種に応じて選択すればよい。例えば、レジストから露出する部分の導電層がAl系膜である場合は、導電層のエッチング液として燐酸系のエッチング液、例えば燐酸硝酸酢酸混合液が用いられる。また、レジストから露出する部分の導電層がCu系膜である場合は、塩化第二鉄が用いられる。
次に、レジストを除去することにより、導電性細線33U、33Vがパターン形成される。これにより、図8に示すような、導電性細線33U、33Vを有する複数の検出電極TDLが形成される。
次に、保護層38となる絶縁材料の塗布液が導電性細線33U、33Vを覆うように塗布される。保護層38となる絶縁材料は、アクリル樹脂、エポキシ樹脂またはポリイミド樹脂である。保護層38となる絶縁材料は、紫外線照射装置から照射される紫外線のエネルギーにより、短時間に重合硬化するUV硬化性樹脂である。または、保護層38となる絶縁材料は、ホットプレートやオーブンなどの加熱装置から加熱された熱エネルギーにより、短時間に硬化する熱硬化性樹脂である。保護層38となる絶縁材料としては、紫外線硬化と熱硬化併用タイプも使用することができる。保護層38となる絶縁材料は高抵抗材料であっても良く、保護層38となる絶縁材料のシート抵抗は、導電層のシート抵抗より3桁以上高いことが好ましい。例えば、保護層38となる絶縁材料のシート抵抗は、10Ω/□以上のシート抵抗であっても良い。
ここで、導電性細線33U、33Vは、微細な導電体のパターンである。導電性細線33U、33Vの上には、保護層38となる絶縁材料が微小な液滴として塗布されると、導電性細線33U、33Vの厚みの影響及び導電性細線33U、33Vの分布の影響が抑制され、保護層38の膜厚の均一性が向上する。
インクジェット法又は電界ジェット法などの液滴吐出装置が滴下する微小な液滴は、通常、ノズルから複数同時に滴下される。例えば、図12に示すように、液滴吐出装置が滴下する液滴が、滴下列IJ1、IJ2、IJ3に沿って同時に吐出される。ノズルの進行方向IJYには、ノズルの進行速度を遅くすることで、液滴の重なりを密とすることができる。しかしながら、液滴の滴下ピッチIJPは、ノズルの吐出穴のピッチで決まるので、ノズルの進行方向IJYと交差する方向IJXには、液滴の滴下ピッチIJPに応じて液滴の吐出位置IJDが定まる。液滴の吐出位置IJDで滴下された液滴は、液滴の吐出位置IJDを中心として同心円状に半径IJRで広がる。そして、ノズルの進行方向IJYと交差する方向IJXには、液滴の吐出位置IJDと吐出量に応じて、液滴の重なりが生じる。例えば滴下ピッチIJPは、10μm以上100μm以下である。
次に、紫外線照射装置から照射される紫外線、又は加熱装置からの加熱により、上述した絶縁材料が硬化して保護層38が形成される。図13に示すように、ノズルの進行方向IJYの保護層38の縁には、ノズルの進行方向IJYと交差する方向IJXに曲面を有する凸部FRが連続しており、平面視で凹凸の形状となることがある。凸部FRの曲率から曲率中心を求め、この曲率中心が液滴の吐出位置IJDとして見なすことができる。その結果、凸部FRの外縁の曲面と、液滴の吐出位置IJDとから液滴が広がったと推定される推定半径として半径IJRが推定できる。
図14は、比較例に係る検出電極の端部において、複数の導電性細線を接続する接続配線を説明するための模式図である。なお、図11で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。図14に示す検出電極は、図11に示す実施形態1に係る検出電極と比較し、検出電極TDLの端部領域10cにおいて、導電性細線33Vが延長された位置に導電性細線33eが配置されている。
図14に示すように、単位面積当たりに占める導電性細線33U、33Vの密度が、検出電極TDLの主検出領域10d全体と、接続配線34aに繋がる検出電極TDLの端部領域10cとで同じである。
接続配線34a(又は接続配線34b)と導電性細線33a、33eとで囲む面積S3は、以下の式(1)で求めることができる。方向Dxに並ぶ電気的接続部33x、33x間の距離が距離P1である。方向Dyに並ぶ電気的接続部33x、33x間の距離が距離P2である。接続配線34aに最も近い電気的接続部33xと接続配線34aとの最短距離が距離P3である。
S3=P1×P3×1/2 ・・・(1)
検出電極TDLの1つの網目が囲む面積S1は、以下の式(2)で求められる。
S1=P1×P2 ・・・(2)
式(1)と式(2)から、面積S1と面積S3とは式(3)の関係がある。
S1=2×S3 ・・・(3)
このように、面積S3が面積S1よりも小さくなる。これにより、面積S3の中に、保護層38となる絶縁材料の微小な液滴が滴下されない確率が高まる。その結果、接続配線34a(又は接続配線34b)と導電性細線33a、33eとで囲む空間に気泡が残る可能性がある。
上述したように、保護層38となる絶縁材料が微小な液滴として塗布されると、同心円状に広がる性質がある。微小な液滴は、導電性細線33U、33V、接続配線34a(又は接続配線34b)に接すると、導電性細線33U、33V、接続配線34a(又は接続配線34b)に沿って広がる。面積S3が面積S1よりも小さいと、接続配線34a(又は接続配線34b)と導電性細線33a、33eとで囲む空間が検出電極TDLの1つの網目が囲む空間よりも保護層38となる絶縁材料で満たされる。このため、接続配線34a(又は接続配線34b)がダムのように作用し、接続配線34a(又は接続配線34b)が検出電極TDLの端部領域10cにおいて保護層38の平坦性に影響を与える可能性がある。
これに対して、図11に示す実施形態1に係る検出電極TDLにおいて、単位面積当たりに占める導電性細線33U、33Vの面積の密度は、検出電極TDLの主検出領域10d全体よりも、接続配線34aに繋がる検出電極TDLの端部領域10cで小さくなっている。その結果、単位面積当たりに占める導電性細線の密度が検出電極TDL全体よりも接続配線34a(又は接続配線34b)に繋がる端部領域10cで小さくなる。
図11に示す実施形態1に係る検出電極TDLにおいては、図14に示す導電性細線33eがない。接続配線34a(又は接続配線34b)と導電性細線33a、33a、33U、33Vとで囲む面積S2は、以下の式(4)で求めることができる。なお、例えば、上述した距離P1は、100μm以上250μm以下である。距離P2は、100μm以上550μm以下である。
S2=P1×P3×1/2+P1×P2 ・・・(4)
式(2)と式(4)から、面積S1と面積S2とは式(5)の関係がある。
S2=P1×P3×1/2+S1 ・・・(5)
このため、面積S2が面積S1よりも大きくなる。実施形態1に係る検出電極TDLにおいては、面積S1が、保護層38の縁の凹凸から推定される推定半径としての半径IJRの2乗と円周率とを乗じた面積よりも大きくしてある。これにより、面積S2が、半径IJRの2乗と円周率とを乗じた面積よりも大きくなっている。これにより、面積S1よりも面積S2の中に、保護層38となる絶縁材料の微小な液滴が滴下される確率が高まる。その結果、接続配線34a(又は接続配線34b)と導電性細線33a、33a、33U、33Vとで囲む空間に気泡が残る可能性が抑制される。
面積S2が面積S1よりも大きいと、検出電極TDLの1つの網目が囲む空間が接続配線34a(又は接続配線34b)と導電性細線33a、33U、33Vとで囲む空間よりも保護層38となる絶縁材料で満たされる。検出電極TDL全体に対して、端部領域10cよりも検出電極TDLの網目の占める面積(主検出領域10dの面積)が大きいので、保護層38の平坦性に影響を与えにくくなる。
(実施形態1の変形例1)
次に、実施形態1の変形例1に係る検出装置について説明する。図15は、実施形態1の変形例1に係る検出電極の平面図である。なお、上述した実施形態1で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図15に示すように、実施形態1の変形例1の検出電極TDLにおいて、導電性細線33aが方向Dyの方向に延びている。接続配線34a(又は接続配線34b)と導電性細線33a、33a、33U、33Vとで囲む面積S2は、以下の式(6)で求めることができる。なお、接続配線34aに最も近い電気的接続部33xと接続配線34aとの最短距離が距離P4である。距離P5は、上述した距離p2の1/2の距離である。
S2=P1×P4+P1×P5×1/2=P1×P4+P1×P2×1/2×1/2 ・・・(6)
式(2)と式(6)から、面積S2が面積S1よりも大きくなるように距離P4の長さが定まれば、面積S2の中に、保護層38となる絶縁材料の微小な液滴が滴下される確率が高まる。その結果、接続配線34a(又は接続配線34b)と導電性細線33a、33a、33U、33Vとで囲む空間に気泡が残る可能性が抑制される。例えば、距離P4の長さは、距離(P2×1/2)以上とすればよい。
(実施形態1の変形例2)
次に、実施形態1の変形例2に係る検出装置について説明する。図16は、実施形態1の変形例2に係る検出電極の平面図である。なお、上述した実施形態1で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図16に示すように、実施形態1の変形例2の検出電極TDLにおいて、1つの網目となる導電性細線33Qは、直径PQの円形である。導電性細線33Qが囲む面積S1は、以下の式(7)で求めることができる。
S1=π×(PQ×1/2) ・・・(7)
3つの導電性細線33Q同士が囲む領域は、導電性細線33Qの円形内の領域とスリット33sで繋がっている。3つの導電性細線33Q同士が囲む領域の面積S4は、導電性細線33Qが囲む面積S1よりも小さくなる。面積S4の中に、保護層38となる絶縁材料の微小な液滴が滴下されない場合でも、スリット33sを通じて、導電性細線33Qの円形内の領域から保護層38となる絶縁材料が充填される。その結果、面積S4の中に気泡が残る可能性が抑制される。
接続配線34a(又は接続配線34b)と導電性細線33a、33a、33Qとで囲む面積S2が面積S1よりも大きくなるようにすれば、面積S2の中に、保護層38となる絶縁材料の微小な液滴が滴下される確率が高まる。その結果、接続配線34a(又は接続配線34b)と導電性細線33a、33a、33Qとで囲む空間に気泡が残る可能性が抑制される。
(実施形態1の変形例3)
次に、実施形態1の変形例3に係る検出装置について説明する。図17は、実施形態1の変形例3に係る検出電極の平面図である。なお、上述した実施形態1で説明したものと同じ構成要素には同一の符号を付して重複する説明は省略する。
図17に示すように、実施形態1の変形例3の検出電極TDLは、方向Daへ延びる少なくとも1つの第1の導電性細線33Aと、方向Dbへ延びる少なくとも1つの第2の導電性細線33Bと、方向Dcへ延びる少なくとも1つの第3の導電性細線33Cと、を含む。なお、実施形態1の変形例3において、方向Daは、方向Dyと平行な方向である。導電性細線33A、33B、33C、33A、33B、33Cで囲まれる1つの網目の形状は、6角形である。検出電極TDLの1つの網目が囲む形状は、6角形に限られず、4以上の角を有する多角形であればよい。
接続配線34a(又は接続配線34b)と導電性細線33a、33a、33B、33Cとで囲む面積S2が導電性細線33A、33B、33C、33A、33B、33Cで囲まれる面積S1よりも大きくなるようにすれば、面積S2の中に、保護層38となる絶縁材料の微小な液滴が滴下される確率が高まる。その結果、接続配線34a(又は接続配線34b)と導電性細線33a、33a、33B、33Cとで囲むで囲む空間に気泡が残る可能性が抑制される。
(実施形態2)
図18は、実施形態2に係るタッチ検出機能付き表示装置の一例を模式的に示す平面図である。図19は、実施形態2に係る検出電極を部分的に拡大して模式的に示す平面図である。図20は、実施形態2に係るタッチ検出機能付き表示装置の概略断面構造を表す断面図である。
実施形態1において、タッチ検出機能付き表示部10の駆動電極COMLは、表示装置20の複数の画素電極22に共通の電位を与える共通電極として機能するとともに、検出装置30の相互静電容量方式によるタッチ検出を行う際の駆動電極としても機能する。これに対して、実施形態2のタッチ検出機能付き表示装置1Bは、表示装置20の上に検出装置30を装着しており、検出装置30は自己静電容量方式による静電容量の検出を行う。
図18に示すように、実施形態2の検出電極TDLAは、行列配置された複数の小電極部TAを含む。複数の小電極部TAは、表示領域10aの短辺に沿った方向に延出する複数の導電性細線33Uと、導電性細線33Vとを有する。導電性細線33Uと、導電性細線33Vとは、網状に配置され、表示領域10aの一辺と平行な直線を対称軸とする線対称な形状である。導電性細線33Uと、導電性細線33Vとは、表示領域10aの長辺に沿った方向に交互に配列されており、表示領域10aのほぼ全面に網目状の金属配線が形成される。
図19に示すように、導電性細線33U、33Vは、点線51aに示す箇所及び点線51bに示す箇所に設けられたスリットで電気的に分離される。一つの小電極部TAは、隣り合う小電極部TAの導電性細線33U、33Vと電気的に分離され、島状に配置されている。言い換えると、複数の小電極部TAは、互いに離隔してマトリックス状に配置される。
複数の小電極部TAは、それぞれ額縁領域10bに設けられた配線37Aを介して、フレキシブルプリント基板71に接続される。複数の小電極部TAは、それぞれ検出電極として機能する。本実施形態のタッチ検出機能付き表示装置1Bは、複数の小電極部TAの自己静電容量に基づいて、外部からの導体の接触または近接を検出することができる。複数の小電極部TAは、それぞれ静電容量タッチセンサを構成し、表示領域10aにおいてマトリックス状に配置されているため、検出装置30のタッチ検出面全体に亘って走査することにより、外部からの導体の接触または近接が生じた位置の検出が可能となっている。
次に、図21、図22及び図23を参照して、本実施形態のタッチ検出機能付き表示装置1Bの自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理について説明する。図21は、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指が接触または近接していない状態を表す説明図である。図22は、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指が接触または近接した状態を表す説明図である。図23は、駆動信号及び検出信号の波形の一例を表す図である。なお、図21及び図22は、検出回路を併せて示している。
図21に示すように、指が接触または近接していない状態において、検出電極E2に所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)の交流矩形波Sgが印加される。検出電極E2は、静電容量C3を有しており、静電容量C3に応じた電流が流れる。電圧検出器DETは、交流矩形波Sgに応じた電流の変動を電圧の変動(実線の波形V(図23参照))に変換する。
次に、図22に示すように、指が接触または近接した状態において、指とタッチ検出との間の静電容量C4が、検出電極E2の静電容量C3に加わる。したがって、検出電極E2に交流矩形波Sgが印加されると、静電容量C3及びC4に応じた電流が流れる。図23に示すように、電圧検出器DETは、交流矩形波Sgに応じた電流の変動を電圧の変動(点線の波形V)に変換する。そして、得られた波形V及び波形Vの電圧値をそれぞれ積分し、これらの値を比較することで、検出電極E2への、指の接触または近接の有無を判別することができる。なお、図23では、波形Vと波形Vについて、所定の基準電圧に低下するまでの期間を求めて、これらの期間を比較する等の方法であってもよい。
具体的には、図21及び図22に示すように、検出電極E2はスイッチSW1及びスイッチSW2で切り離すことが可能な構成となっている。図23において、時刻T01のタイミングで交流矩形波Sgは電圧Vに相当する電圧レベルを上昇させる。このときスイッチSW1はオンしておりスイッチSW2はオフしている。このため検出電極E2の電圧も電圧Vに上昇する。次に時刻T11のタイミングの前にスイッチSW1をオフとする。このとき検出電極E2はフローティング状態であるが、検出電極E2の静電容量C3(図21参照)、あるいは検出電極E2の静電容量C3に指等の接触または近接よる静電容量C4を加えた容量(C3+C4、図22参照)によって、検出電極E2の電位はVが維持される。さらに、時刻T11のタイミングの前にスイッチSW3をオンさせ所定の時間経過後にオフさせ電圧検出器DETをリセットさせる。このリセット動作により出力電圧は基準電圧Vrefと略等しい電圧となる。
続いて、時刻T11のタイミングでスイッチSW2をオンさせると、電圧検出器DETの反転入力部が検出電極E2の電圧Vとなり、その後、検出電極E2の静電容量C3(またはC3+C4)と電圧検出器DET内の容量C5の時定数に従って電圧検出器DETの反転入力部は基準電圧Vrefまで低下する。このとき、検出電極E2の静電容量C3(またはC3+C4)に蓄積されていた電荷が電圧検出器DET内の容量C5に移動するため、電圧検出器DETの出力が上昇する(Vdet2)。電圧検出器DETの出力(Vdet2)は、検出電極E2に指等が近接していないときは、実線で示す波形Vとなり、Vdet2=C3×V/C5となる。指等の影響による容量が付加されたときは、点線で示す波形Vとなり、Vdet2=(C3+C4)×V/C5となる。
その後、検出電極E2の静電容量C3(またはC3+C4)の電荷が容量C5に十分移動した後の時刻T31のタイミングでスイッチSW2をオフさせ、スイッチSW1及びスイッチSW3をオンさせることにより、検出電極E2の電位を交流矩形波Sgと同電位のローレベルにするとともに電圧検出器DETをリセットさせる。なお、このとき、スイッチSW1をオンさせるタイミングは、スイッチSW2をオフさせた後、時刻T02以前であればいずれのタイミングでもよい。また、電圧検出器DETをリセットさせるタイミングは、スイッチSW2をオフさせた後、時刻T12以前であればいずれのタイミングとしてもよい。以上の動作を所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)で繰り返す。波形Vと波形Vとの差分の絶対値|ΔV|に基づいて、外部近接物体の有無(タッチの有無)を測定することができる。なお、検出電極E2の電位は、図23に示すように、指等が近接していないときはVの波形となり、指等の影響による静電容量C4が付加されるときはVの波形となる。波形Vと波形Vとが、それぞれ所定の電圧VTHまで下がる時間を測定することにより外部近接物体の有無(タッチの有無)を測定することも可能である。
本実施形態において、検出装置30は、図1に示す駆動電極ドライバ14から供給される駆動信号Vxに従って、複数の小電極部TAにそれぞれ電荷が供給され、自己静電容量方式によるタッチ検出を行う。複数の小電極部TAはそれぞれ検出信号Vdet2をタッチ検出部40に出力し、タッチ検出部40がタッチ入力の有無及び入力位置の座標の演算を行う。
次に、本実施形態の検出電極TDLAの詳細な構成について説明する。なお、図19では、図10に示す副画素SPixの配列方向と直交する方向(走査信号線GCLの延在方向)を方向Dxとし、副画素SPixの配列方向(画素信号線SGLの延在方向)を方向Dyとして示している。
図19に示すように、本実施形態に係る検出電極TDLAは、小電極部TA11、TA21、TA12、TA22を含む。小電極部TA11は、複数の導電性細線33Uと複数の導電性細線33Vとを含む。複数の導電性細線33Uと複数の導電性細線33Vとは、交互に並べられ結合されて網状に構成されている。複数の導電性細線33Uと複数の導電性細線33Vとは同じ材料で形成され、上述の金属材料が用いられる。
複数の導電性細線33U及び複数の導電性細線33Vは、導電性細線33Uの屈曲部と、導電性細線33Vの屈曲部とが結合されて、交差部の電気的接続部33xを形成する。複数の導電性細線33Uと複数の導電性細線33Vとは、交差部の電気的接続部33xで導通している。小電極部TA21、TA12、TA22も、小電極部TA11と同様の構成を有する。
小電極部TA11は、表示領域配線部TB11によって、額縁領域10bに形成された端子部TE1に結合されている。表示領域配線部TB11は、小電極部TA11の接続配線34bから額縁領域10bまで方向Dxに延在する。小電極部TA12は、小電極部TA12から額縁領域10bまで方向Dxに延在する表示領域配線部TB12によって、額縁領域10bに形成された端子部TE3に結合されている。表示領域配線部TB12は、小電極部TA12の接続配線34bから額縁領域10bまで方向Dxに延在する。
小電極部TA21は、表示領域10aの端部に位置するので、小電極部TA21を構成する導電性細線33U、33Vは、額縁領域10bに形成された端子部TE2に接続配線34bを介して結合されている。同様に、小電極部TA22を構成する導電性細線33U、33Vは、小電極部TA22が表示領域10aの端部に位置するので、額縁領域10bに形成された端子部TE4に接続配線34bを介して結合されている。端子部TE1からTE4は、図18に示す配線37Aとそれぞれ接続される。
また、図19に示すように、本実施形態のタッチ検出機能付き表示装置1Bは、複数のダミー電極TDDを有している。ダミー電極TDDは、検出電極として機能しない電極であり、各小電極部TA11、小電極部TA21、小電極部TA12、小電極部TA22、端子部TE1からTE4、表示領域配線部TB11、TB22と、離隔して配置される。
ダミー電極TDDは、導電性細線33Uと略同一形状を有する導電性細線、導電性細線33Vと略同一形状を有する導電性細線を有している。これにより、タッチ検出機能付き表示装置1Bは、検出電極TDLAが配置される領域と、そうでない領域との遮光性の差が小さくなるので、検出電極TDLAが視認されやすくなる可能性を低減できる。
本実施形態のタッチ検出機能付き表示装置1Bは、検出電極TDLAの自己静電容量に基づいてタッチ検出を行う。このため、図20に示すように、TFT基板21の上に、駆動電極COML(図9参照)に替えて共通電極23が設けられている。共通電極23は、表示装置20の複数の画素電極22に共通の電位を与えるための電極であり、TFT基板21の上に透光性導電酸化物の導電層のベタ膜が連続して設けられている。
本実施形態においても、表示動作と、自己静電容量方式によるタッチ検出動作とを時分割で行ってもよい。タッチ検出期間において、検出電極TDLAは駆動信号として交流矩形波Sgが供給される。共通電極23は、タッチ検出期間において、電圧信号を印加せず、電位が固定されていないフローティングとしてもよい。また、制御部11は、駆動信号の交流矩形波Sgと同レベルの電圧信号を駆動信号と同時に共通電極23へ印加して、共通電極23をアクティブシールドとして駆動してもよい。
なお、実施形態2において、共通電極23に替えてTFT基板21側に駆動電極COML(図9参照)を設けて、駆動電極COMLと検出電極TDLAとの相互静電容量に基づいてタッチ検出を行ってもよい。
図19に示す実施形態2に係る検出電極TDLAにおいて、単位面積当たりに占める導電性細線33U、33Vの密度は、検出電極TDLAの主検出領域10d全体よりも、接続配線34a、34bのそれぞれに繋がる検出電極TDLAの端部領域10cで小さくなっている。そこで、実施形態2においても面積S2が面積S1よりも大きくなる。これにより、面積S1よりも面積S2の中に、保護層38となる絶縁材料の微小な液滴が滴下される確率が高まる。その結果、接続配線34a又は接続配線34bと、導電性細線33a、33a、33U、33Vとで囲む空間に気泡が残る可能性が抑制される。なお、実施形態2に示すように、接続配線34a又は接続配線34bは、表示領域10aにあってもよい。
(実施形態3)
図24は、実施形態3に係るタッチ検出機能付き表示装置の一例を模式的に示す平面図である。図25は、実施形態3に係る検出電極を拡大して模式的に示す平面図である。図26は、図25のB−B線で切断して矢印方向からみたときの模式断面図である。図27は、実施形態3に係る検出装置の概略断面構造を表す断面図である。
図24に示すように、本実施形態のタッチ検出機能付き表示装置1Cにおいて、基板31と平行な同一面上に、駆動電極COMLB及び検出電極TDLBが設けられている。
検出電極TDLBは、複数の小電極部TDを含む。小電極部TDの外形は、平行四辺形であり、複数の小電極部TDが表示領域10aの一辺に沿った方向に配列される。表示領域10aの一辺に沿った方向に配列された複数の小電極部TD同士は、ブリッジ部52によって接続される。図27に示すように、検出電極TDLB及び駆動電極COMLBの上に保護層38が設けられており、ブリッジ部52は、保護層38の上に設けられている。検出電極TDLBとブリッジ部52とは、異なる層に設けられており、保護層38に設けられたスルーホール38aを通して電気的に接続される。ブリッジ部52は、さらに保護層38bで覆われ腐食などから保護される。保護層38bの材料は、上述した保護層38の材料と同様である。
1本の検出電極TDLBは、ブリッジ部52によって接続された複数の小電極部TDの列で形成される。そして、複数本の検出電極TDLBが、表示領域10aの他辺に沿った方向に配列される。
駆動電極COMLBは、複数の小電極部TCを含む。小電極部TCは、検出電極TDLBの小電極部TDと略等しい平面形状の平行四辺形である。複数の小電極部TCは、表示領域10aの他辺に沿った方向に配列され、ブリッジ部52と重畳する位置で互いに接続されている。1本の駆動電極COMLBは、表示領域10aの他辺に沿った方向に配列された複数の小電極部TCによって形成される。そして、複数本の駆動電極COMLBが、表示領域10aの一辺に沿った方向に配列される。
図25に示すように、検出電極TDLB及び駆動電極COMLBは、複数の導電性細線33Uと、導電性細線33Vとを有する。導電性細線33Uと、導電性細線33Vとは、網状に配置され、表示領域10aの一辺と平行な直線を対称軸とする線対称な形状である。導電性細線33Uと、導電性細線33Vとは、表示領域10aの長辺に沿った方向に交互に配列されており、表示領域10aのほぼ全面に網目状の金属配線が形成される。
図25に示すように、導電性細線33U、33Vは、点線51c、51dに沿った位置に設けられたスリットにより、電気的に分離される。検出電極TDLBの小電極部TD及び駆動電極COMLBの小電極部TCは、導電性細線33Uと、導電性細線33Vとを含む。
検出電極TDLBは、表示領域10aの一辺側で配線37Bと接続される。また、駆動電極COMLBは、表示領域10aの他辺側で配線37Bと接続される。配線37Bは、額縁領域10bに設けられて、検出電極TDLBとフレキシブルプリント基板71とを接続し、検出電極TDLB及び駆動電極COMLBとフレキシブルプリント基板71とを接続する。
本実施形態のタッチ検出機能付き表示装置1Cは、検出電極TDLBと駆動電極COMLBとの相互静電容量に基づいて、外部の導体が接近または近接する位置の検出を行う。検出装置30は、上述の相互静電容量方式によるタッチ検出の基本原理に従ってタッチ入力を検出するようになっている。
次に、本実施形態の検出電極TDLB及び駆動電極COMLBの詳細な構成について説明する。図25に示すように、検出電極TDLBは、小電極部TD1、TD2、TD3を含む。駆動電極COMLBは、小電極部TC1、TC2を含む。
小電極部TC1において、複数の導電性細線33U及び複数の導電性細線33Vは、導電性細線33Uの屈曲部と、導電性細線33Vの屈曲部とが結合されて、交差部の電気的接続部33xを形成する。複数の導電性細線33Uと複数の導電性細線33Vとは、交差部の電気的接続部33xで導通している。小電極部TC2、及び検出電極TDLBの小電極部TD1、TD2、TD3も、小電極部TC1と同様の構成を有する。
図25に示すように、ブリッジ部52は、駆動電極COMLBと間隔を有して上方に配置されている。検出電極TDLBの小電極部TD1及び小電極部TD2は、それぞれ、スルーホール38a内の接続電極52aによってブリッジ部52と接続されている。これにより、小電極部TD1と小電極部TD2とは、ブリッジ部52を介して接続される。なお、ブリッジ部52は、ITO等の透光性を有する導電性材料を用いることができる。また、接続電極52aは、ブリッジ部52と同じ材料により、同一工程で形成することができる。また、ブリッジ部52及び接続電極52aは、導電性細線33U、33Vの材料として上述した材料を用いてもよい。
図26及び図27に示すようにブリッジ部52は、絶縁材料の保護層38bで覆われている。図25に示すように、ブリッジ部52は、平面視で少なくとも1つの凸部52Pを備えている。ブリッジ部52が面内に点在するため、保護層38bとなる絶縁材料の液滴が広がりブリッジ部52に当たると、絶縁材料の広がりが部分的に堰き止められ、むらとなる可能性がある。凸部52Pは、保護層38bとなる絶縁材料の液滴の広がりに流れを与え、ブリッジ部52の周囲にも保護層38bが充填されやすくなる。
複数の凸部52Pは、ブリッジ部52から放射状に延びる形状であることがより好ましい。この構造は、保護層38bとなる絶縁材料の液滴の広がりに流れを与えることができる。以上、ブリッジ部52は、複数の小電極部TDを接続する例を説明したが、ブリッジ部52は、複数の小電極部TCを接続する態様で使用してもよい。
実施形態3においては、小電極部TD1、TD2、保護層38、ブリッジ部52の順に積層されている。ブリッジ部52は、小電極部TD1、TD2とは異なる層に積層されていればよい。このため、実施形態3の変形例としては、ブリッジ部52、保護層38、小電極部TD1、TD2の順に積層されていてもよい。この場合、ブリッジ部52は、小電極部TD1、TD2の下にそれぞれ接続されるスルーホールを介して、保護層38を介して隣り合う小電極部TD1、TD2とにそれぞれ接続するようになる。
隣接する小電極部TD2と小電極部TC1とは、図25の点線51c、51dに示す箇所で、導電性細線33U、33Vに設けられたスリットにより電気的に分離される。同様に、隣接する小電極部TD2とTC2とは、導電性細線33U、33Vに設けられたスリットにより電気的に分離される。このようにして、各小電極部TDと各小電極部TCとが分離されて、検出電極TDLBの小電極部TDと、小電極部TDと隣り合う駆動電極COMLBの小電極部TCとの間に静電容量が形成される。
本実施形態において、基板31と平行な同一面上に検出電極TDLB及び駆動電極COMLBが設けられている。このため、図27に示すように、TFT基板21の上に、駆動電極COML(図9参照)に替えて共通電極23が設けられている。共通電極23は、表示装置20の複数の画素電極22に共通の電位を与えるための電極であり、TFT基板21の上に透光性導電酸化物の導電層のベタ膜が連続して設けられている。
図24に示す実施形態3に係る検出電極TDLBにおいて、単位面積当たりに占める導電性細線33U、33Vの密度は、検出電極TDLBの主検出領域10d全体よりも、接続配線34a、34bのそれぞれに繋がる検出電極TDLBの端部領域10cで小さくなっている。そこで、実施形態3においても面積S2が面積S1よりも大きくなる。これにより、面積S1よりも面積S2の中に、保護層38となる絶縁材料の微小な液滴が滴下される確率が高まる。その結果、接続配線34a又は接続配線34bと、導電性細線33a、33a、33U、33Vとで囲む空間に気泡が残る可能性が抑制される。
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。
例えば、導電性細線33U、33V、33Q、33A、33B、33Cの形状、ライン幅、スペース幅は、適宜変更することができる。また、導電性細線33Uと導電性細線33Vとは、方向Dyと平行な直線を対称軸として線対称であるが、これに限定されず非対称の形状であってもよい。
実施形態2では、検出電極TDLAと同一平面上にダミー電極TDDを設けているが、実施形態1及び実施形態3のタッチ検出機能付き表示装置1、1Cにおいても、ダミー電極TDDを設けてもよい。例えば、図8に示す、隣り合う導電性細線33U、33V同士の間にダミー電極TDDを配置してもよく、または、隣り合う検出電極TDL同士の間にダミー電極TDDを配置してもよい。また、上述した点線51a、51b、点線51c、51dに沿った位置に設けられたスリットには、ダミー電極TDDを配置してもよい。
上述した各実施形態は、各構成要素を適宜組み合わせることが可能である。また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
1、1B、1C タッチ検出機能付き表示装置
2 画素基板
3 対向基板
6 液晶層
10 タッチ検出機能付き表示部
10a 表示領域
10b 額縁領域
11 制御部
12 ゲートドライバ
13 ソースドライバ
14 駆動電極ドライバ
20 表示装置
21 TFT基板
22 画素電極
30 検出装置
31 基板
32 カラーフィルタ
33a 導電性細線
33s スリット
33x 電気的接続部
37、37A、37B 配線
38 保護層
40 タッチ検出部(検出部)
42 検出信号増幅部
43 A/D変換部
44 信号処理部
45 座標抽出部
46 検出タイミング制御部
52 ブリッジ部
COML、COMLB 駆動電極
GCL 走査信号線
Pix 画素
SGL 画素信号線
SPix 副画素
TA、TA11、TA12、TA21、TA22、TC、TC1,TC2、TD、TD1、TD2、TD3 小電極部
TDL、TDLA、TDLB 検出電極
Tr TFT素子
Vcom、Vx 駆動信号
Vdet、Vdet1、Vdet2 検出信号
Vdisp 映像信号
Vpix 画素信号
Vscan 走査信号

Claims (11)

  1. 基板と、
    前記基板と平行な面上に設けられ、複数の導電性細線と複数の前記導電性細線が交差又は屈曲されるように接続する複数の電気的接続部とを有し、複数の導電性細線が網状に配置される検出電極と、
    前記検出電極の端部において、複数の導電性細線と検出部とを接続するための接続配線と、
    前記検出電極と、前記接続配線を覆う絶縁材料の保護層と、
    を備え、
    前記検出電極全体の領域と比較して、前記接続配線に最も近い電気的接続部から接続配線までの端部領域では、単位面積当たりに占める導電性細線の面積の密度が小さくなる検出装置。
  2. 基板と、
    前記基板と平行な面上に設けられ、複数の導電性細線を有し、複数の導電性細線が網状に配置される検出電極と、
    前記複数の導電性細線と検出部とを接続するための接続配線と、
    前記検出電極と、前記接続配線を覆う絶縁材料の保護層と、
    を備え、
    前記接続配線と前記導電性細線とで囲む面積が、前記検出電極の1つの網目が囲む面積よりも大きい検出装置。
  3. 前記接続配線と前記導電性細線とで囲む面積が、前記保護層の縁の凹凸から推定される推定半径の2乗と円周率とを乗じた面積よりも大きい請求項1又は2に記載の検出装置。
  4. 前記検出電極の1つの網目が囲む形状が平行四辺形である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の検出装置。
  5. 前記検出電極の1つの網目が囲む形状が多角形である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の検出装置。
  6. 前記検出電極の1つの網目が囲む形状が円形である、請求項1から請求項3のいずれか1項に記載の検出装置。
  7. 複数の前記円形同士が囲む領域と、前記円形内の領域とを繋げるスリットを有している請求項6に記載の検出装置。
  8. 複数の前記導電性細線同士の間に、前記導電性細線と離隔し、前記検出電極として機能しないダミー電極が前記基板と平行な前記導電性細線と同層の面上に設けられている請求項1から請求項7のいずれか1項に記載の検出装置。
  9. 前記検出電極は、第1の方向に延びる少なくとも1つの第1の導電性細線と、前記第1の導電性細線と接続して前記第1の方向と第2の角度をなす少なくとも1つの第2の導電性細線と、を含む請求項1から請求項5のいずれか1項に記載の検出装置。
  10. 複数の前記導電性細線を有する複数の小電極部が島状に配置されており、
    前記小電極部とは異なる層に積層され、前記保護層を介して隣り合う前記小電極部とそれぞれ接続する導電性のブリッジ部とを備え、
    前記ブリッジ部は、絶縁材料で覆われ、平面視で凸部を備えている、請求項1から請求項9のいずれか1項に記載の検出装置。
  11. 請求項1から請求項10に記載の検出装置と、表示領域とを備え、
    前記表示領域と重畳する領域に前記検出電極が設けられている、表示装置。
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