JP2022014591A - タッチパネル - Google Patents

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Abstract

【課題】検出対象物の接触面への接触をより精度よく検出することができるタッチパネルを提供する。【解決手段】タッチパネルは、検出対象物が接触可能な接触面を有し、第１タッチ電極を備える第１基板と、第２タッチ電極を備え、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、前記第１タッチ電極および前記第２タッチ電極と接続された制御部と、を備え、前記制御部は、前記検出対象物により変化する前記第１タッチ電極の第１静電容量を検出するとともに、前記第１タッチ電極と前記第２タッチ電極との間の第２静電容量を検出する。【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネルに関する。
例えば、特許文献１には、表示パネルにタッチパネルの機能を組み込んだ、いわゆるインセル型のタッチパネルが開示されている。特許文献１に記載のタッチパネルでは、例えば、指等の検出対象物が接触可能な接触面側に設けられた第１基板にタッチセンサ電極が設けられており、検出対象物とタッチセンサ電極との間の静電容量の変化に基づいて、タッチ位置を検出している。
特開２０１７－２７２２４号公報
引用文献１に記載のタッチパネルでは、例えば、検出対象物とタッチセンサ電極との間の静電容量の変化を検出しているため、検出対象物が接触面に接触したこと、つまり、圧力や押込み荷重を検出することは困難な場合があった。
本開示の主な目的は、検出対象物の接触面への接触、圧力や押込み荷重をより精度よく検出することができるタッチパネルを提供することにある。
本発明の一形態のタッチパネルは、検出対象物が接触可能な接触面を有し、第１タッチ電極を備える第１基板と、第２タッチ電極を備え、前記第１基板に対向する第２基板と、前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、前記第１タッチ電極および前記第２タッチ電極と接続された制御部と、を備え、前記制御部は、前記検出対象物により変化する前記第１タッチ電極の第１静電容量を検出するとともに、前記第１タッチ電極と前記第２タッチ電極との間の第２静電容量を検出する。
実施形態にかかるタッチパネルの一例を示す断面の模式図である。 図１のＴＦＴ基板の一例を示す模式図である。 図１のＣＦ基板の一例を示す模式図である。 制御回路の構成の一例を示す図である。 第１タッチ検出に印加される電圧の一例を示す図である。 第２タッチ検出期間に印加される電圧の一例を示す図である。 第２タッチ検出期間に印加される電圧の別の例を示す図である。 第２タッチ検出期間に印加される電圧のさらに別の例を示す図である。 第２タッチ検出期間に印加される電圧のさらにまた別の例を示す図である。
以下、本発明を実施した好ましい形態の一例について説明する。但し、下記の実施形態は、単なる例示である。本発明は、下記の実施形態に何ら限定されない。
本実施形態のタッチパネル１の一例について、図１～図３に基づいて説明する。図１は、本実施形態のタッチパネル１の断面の模式図である。なお、図１は模式図であるため、ハッチング等は省略する。
タッチパネル１は、例えば、ＴＦＴ基板（第１基板）１０、ＴＦＴ基板１０に対向するＣＦ基板（第２基板）２０、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０との間に設けられた液晶層３０、ＣＦ基板２０の背面（液晶層３０と反対側の面）に設けられたバックライトユニット４０を含む。そして、タッチパネル１では、バックライトユニット４０から照射される光が、ＣＦ基板２０、液晶層３０、およびＴＦＴ基板１０を透過して、表示が行われる。液晶層３０は、例えば、タッチパネル１の表示領域において、ＴＦＴ基板１０とＣＦ基板２０との間に封入された液晶を含む層である。
ＴＦＴ基板１０は、例えば、透明なガラス基板１１、ソース線１２、ゲート線（不図示）、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１３、画素電極１４、絶縁層１５、第１タッチ電極１６を含む。ソース線１２、ゲート線（不図示）、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）１３、画素電極１４、絶縁層１５、第１タッチ電極１６（表示用の共通電極でもある）は、ガラス基板１１における液晶層３０と対向する面に設けられている。また、第１タッチ電極１６上には保護膜が形成されていてもよい。
また、ＴＦＴ基板１０には、例えば、タッチパネル１の表示や検出対象物の検出等を行うための制御回路１９が設けられている。なお、制御回路１９は、例えば、タッチパネル１における非表示領域に対応するＴＦＴ基板１０の部分に設けられる。このようなＴＦＴ基板１０としては、例えば、COG(Chip On Glass)やCOF(Chip On Film)などにより作製されたものが挙げられる。
ソース線１２は、ＴＦＴ１３のソース電極に電気的に接続されている。さらに、ソース線１２は、例えば、スイッチを介して制御回路１９に電気的に接続されている。
ゲート線は、ＴＦＴ１３のゲート電極に電気的に接続されている。さらに、ゲート線は、例えば、スイッチを介して制御回路１９に電気的に接続されている。
画素電極１４は、ＴＦＴ１３のドレイン電極に電気的に接続されている。
第１タッチ電極１６は、例えば、図２に示すように、マトリクス状に整列した複数のセグメント電極１６１を含む。各セグメント電極１６１は、例えば、矩形であり、４ｍｍピッチで配置される。また、各セグメント電極１６１は、制御回路１９に電気的に接続されている。なお、本実施形態において、第１タッチ電極１６は、液晶を駆動させるための共通電極としても機能する。
さらに、ＴＦＴ基板１０は、例えば、偏光板１７、カバーガラス１８を備える。偏光板１７およびカバーカラス１８は、ガラス基板１１の液晶層３０と対向していない面に設けられている。カバーガラス１８は、タッチパネル１の表示面となるとともに、指等の検出対象物が接触し得る接触面となる。
ＣＦ基板２０は、例えば、透明なガラス基板２１、ガラス基板２１上に設けられた、第２タッチ電極２２、ブラックマトリクス２３を有するカラーフィルタ（ＣＦ）２５、およびこれらを覆うように設けられたオーバーコート層２６を備える。さらに、ガラス基板２１におけるカラーフィルタ２５等が設けられた側とは反対側には、例えば、偏光板２７が設けられている。
カラーフィルタ２５は、例えば、赤色のカラーフィルタ２５Ｒ、緑色のカラーフィルタ２５Ｇ、青色のカラーフィルタ２５Ｂ、を含む。ブラックマトリクス２３は、例えば、各色のカラーフィルタ２５Ｒ・２５Ｇ・２５Ｂを囲み、独立するように設けられている。なお、ブラックマトリクス２３は、これに限らず、例えば、平面視にて各色のカラーフィルタ２５Ｒ・２５Ｇ・２５Ｂが開口するように別の層に設けられていてもよい。
第２タッチ電極２２は、例えば、ブラックマトリクス２３と同様の形状で重畳するように、ブラックマトリクス２３とガラス基板２１との間に設けられている。この第２タッチ電極２２は、ＣＦ基板２０において、例えば、複数の電極に分割されることなく、一体に形成されている。また、第２タッチ電極２２は、例えば、光を反射するＡｌ等の金属から形成され、反射メタル層としても機能する。言い換えれば、第２タッチ電極２２は、反射電極であると言える。上記のように、反射メタル層を第２タッチ電極として使用することができるため、タッチパネル１の製造コストを抑制することができる。
なお、例えば、ブラックマトリクス２３を遮光性の導電性材料で形成することにより、第２タッチ電極として機能するようにしてもよいし、反射メタル層とブラックマトリクスとを組み合わせて、第２タッチ電極として機能するようにしてもよい。また、第２タッチ電極２２は、例えば、制御回路１９に電気的に接続されている。第２タッチ電極２２と制御回路１９とは、例えば、タッチパネル１の非表示領域において、ＣＦ基板２０とＴＦＴ基板１０との間に挟んだ導電性ビーズ（例えばシール内）を介して導通をとることにより電気的に接続される。
バックライトユニット４０は、例えば、ＬＥＤ等の光源である照射部４１と、照射部４１からの光をＣＦ基板２０、液晶層３０、およびＴＦＴ基板１０の方向に反射する反射部４２を有する。本実施形態のタッチパネル１においては、ＣＦ基板２０に反射メタル層を設けているため、照射部４１からの光が反射部４２と反射メタル層により反射されて、タッチパネル１の輝度を向上させることができる。
なお、上記では、タッチパネル１における１つの画素に着目して説明したが、タッチパネル１は、例えば複数の画素をマトリクス状に有する構成を有する。
ここで、制御回路（制御部）１９の一例について、より詳細に説明する。制御回路１９は、例えば、図４に示すように、第１検出部１９１、電圧印加部１９２、スイッチ部１９３を含む。
第１検出部１９１は、例えば、スイッチ部１９３を介して、第１タッチ電極１６に所定の電圧を印加し、第１タッチ電極１６の第１静電容量を検出する。より具体的には、第１検出部１９１は、制御回路１９がスイッチ部１９３を制御して選択した所定のセグメント電極１６１における第１静電容量を検出する。つまり、第１検出部１９１は、検出対象物の接触（接近）を検出することができる。
電圧印加部１９２は、例えば、スイッチ部１９３を介して、第２タッチ電極２２に所定の電圧を印加する。そして、第１検出部１９１は、第１タッチ電極１６と第２タッチ電極２２との間の第２静電容量を検出する。より具体的には、第１検出部１９１は、制御回路１９がスイッチ部１９３を制御して選択した所定のセグメント電極１６１と第２タッチ電極２２との間の第２静電容量を検出する。つまり、第１検出部１９１は、検出対象部に接触面が押されることによる第１タッチ電極の液晶層３０方向への移動、すなわち、検出対象部により加わった接触面への圧力を検出することができる。ここでは、スイッチ部１９３を介して電圧の印加を制御しているが、第１検出部１９１および電圧印加部１９２のそれぞれが印加のタイミング等を制御するように構成してもよい。
そして、第１静電容量、第２静電容量、第１静電容量が検出されたセグメント電極１６１の位置、第２静電容量が検出されたセグメント電極１６１の位置等から、制御回路１９により検出対象物のタッチおよびタッチ位置が判定される。このように第１検出部１９１が検出対象物の接触（接近）を検出し、第１検出部１９１が検出対象物による圧力を検出することにより、検出対象物が接触面に接触した位置、圧力をより高精度、好感度で検知することができるため、例えば、タッチパネル１は、フルフラットサーフェースキーボードなどに応用することができる。
タッチパネル１は、例えば、検出対象物を検出するタッチ検出モードで駆動される。タッチパネル１は、タッチ検出モードにおいて、例えば、周期的に表示期間（ＤＰ期間）とタッチ検出期間（ＴＳ期間）を繰り返すことにより、表示およびタッチ検出を行う。各期間の駆動周波数は適宜設計可能である。例えば、１回の画像表示における表示期間（例えば１垂直期間）を２回に分割し、分割された各表示期間の間にタッチ検出期間を挿入することができる。また、例えば、表示期間を６０Ｈｚとし、それに対しタッチ検出期間を２倍の１２０Ｈｚとし、１回の画像表示に対して２回の割合でタッチ検出が行われるようにしてもよい。
また、上記タッチ検出期間は、例えば、第１静電容量を検出する第１タッチ検出期間と、第２静電容量を検出する第２タッチ検出期間とを含む。つまり、タッチパネル１は、第１タッチ検出期間に第１静電容量を検出し、第２タッチ検出期間に第２静電容量を検出するタッチ検出モードで駆動される。タッチパネル１は、第１タッチ検出期間において検出対象物の接触（接近）を検出し、第２タッチ検出期間において検出対象物による圧力を検出すると言い換えることができる。なお、第１タッチ検出期間と、第２タッチ検出期間とは、１回のタッチ検出期間内に分割して行われてもよいし、異なるタッチ検出期間に行われてもよい。なお、タッチパネル１は、タッチ検出を行わずに表示のみを行う表示モードで駆動されてもよい。
図５は、第１タッチ検出期間において、制御回路１９が第１タッチ電極１６および第２タッチ電極２２に印加する電圧の一例を示す。
図５において、第１検出部１９１は、第１タッチ電極１６に所定の波形の第１パルス電圧を印加している。これにより、第１検出部１９１は、第１タッチ検出期間における第１静電容量を検出し、検出対象物を検出することができる。
さらに、図５においては、電圧印加部１９２は、第２タッチ電極２２に第１パルス電圧を印加している。これにより、第１タッチ電極１６と第２タッチ電極２２の間に電圧が印加されず、第２タッチ電極２２による第１静電容量に対する影響を打ち消すことができる。したがって、第１検出部１９１は、より正確に第１タッチ電極１６における第１静電容量を検出でき、検出対象物をより精度よく検出することができる。
図６は、第２タッチ検出期間において、制御回路１９が第１タッチ電極１６および第２タッチ電極２２に印加する電圧の一例を示す。
図６に示すように、第１検出部１９１は、例えば、第１タッチ電極１６に第１パルス電圧と同一の第２パルス電圧を印加する。一方、電圧印加部１９２は、例えば、第２タッチ電極２２に第１タッチ電極に印加するパルス電圧と同じ極性・タイミングだが、振幅が１倍未満である第３パルス電圧を印加する。これにより、第１検出部１９１は、第２タッチ検出期間における第２静電容量を検出し、検出対象物による圧力を検出することができる。なお、ここでは、第２パルス電圧を、第１パルス電圧と同一としているが、同一でなくともよい。
また、特に、第１パルス電圧と第２パルス電圧とを同一とした場合、第１検出部１９１は、第２タッチ検出期間に検出された第２静電容量に関するシグナルと第１タッチ検出期間に検出された第１静電容量に関するシグナルとの差分をとってもよい。これにより、第１検出部１９１は、検出対象物の接触（接近）に関する影響を打ち消すことができ、より精密に圧力（第１タッチ電極１６と第２タッチ電極２２間の厚み変化による容量変化、つまり第２静電容量のみ）を検出することができる。
図７は、第２タッチ検出期間において、制御回路１９が第１タッチ電極１６および第２タッチ電極２２に印加する電圧の一例を示す。
図７に示すように、第１検出部１９１は、例えば、第１タッチ電極１６に第１パルス電圧と同一の第２パルス電圧を印加するとともに、第２タッチ電極２２に一定電圧を印加している。これにより、第１検出部１９１は、第２タッチ検出期間における第２静電容量を検出し、検出対象物による圧力を検出することができる。なお、ここでは、第２パルス電圧を、第１パルス電圧と同一としているが、同一でなくともよい。
また、特に、第１パルス電圧と第２パルス電圧とを同一とした場合、第１検出部１９１は、第２タッチ検出期間で検出された第２静電容量に関するシグナルと第１タッチ検出期間で検出された第１静電容量に関するシグナルとの差分をとってもよい。これにより、第１検出部１９１は、検出対象物の接触（接近）に関する影響を打ち消すことができ、より精密に圧力（第１タッチ電極１６と第２タッチ電極１７間の厚み変化による容量変化、つまり第２静電容量のみ）を検出することができる。
図８は、第２タッチ検出期間において、制御回路１９が第１タッチ電極１６および第２タッチ電極２２に印加する電圧の別の例を示す。
図８に示すように、第１検出部１９１は、例えば、第１タッチ電極１６に第２パルス電圧を印加する。一方、電圧印加部１９２は、第２タッチ電極２２に第２パルス電圧と逆極性の第４パルス電圧を印加している。これにより、第１検出部１９１は、第２タッチ検出期間における第２静電容量を検出し、検出対象物による圧力を検出することができる。さらに、第１タッチ電極１６に第２パルス電圧を印加するとともに、第２タッチ電極２２に一定電圧を印加した場合と比べて、第１タッチ電極１６と第２タッチ電極２２との間の電圧が実質的に２倍の電圧となるため、第１検出部１９１による検出対象物の検知の感度を向上させることができる。
さらにまた、特に、第１パルス電圧と第２パルス電圧とを同一とした場合、第１検出部１９１は、第２タッチ検出期間で検出された第２静電容量に関するシグナルと第１タッチ検出期間で検出された第１静電容量に関するシグナルとの差分をとってもよい。これにより、第１検出部１９１は、検出対象物の接触（接近）に関する影響を打ち消すことができ、より精密に圧力（第１タッチ電極１６と第２タッチ電極１７間の厚み変化による容量変化、つまり第２静電容量のみ）を検出することができる。
図９は、第２タッチ検出期間において、制御回路１９が第１タッチ電極１６および第２タッチ電極２２に印加する電圧のさらに別の例を示す。
図９に示すように、第１検出部１９１は、例えば、第１タッチ電極１６が一定電圧になるようにする。一方、電圧印加部１９２は、第２タッチ電極２２に第１パルス電極と逆極性の第５パルス電圧を印加している。これにより、第１検出部１９１は、第２タッチ検出期間における第２静電容量を検出し、検出対象物による圧力を検出することができる。上記のように第１タッチ電極１６が一定電圧になるようにすることにより、第１検出部１９１が検出した検出対象物の接触（接近）に関する影響を抑制し、圧力のみのシグナルを検出することができる。そのため、第１タッチ検出期間で検出した検出対象物の接触（接近）に関する影響を打ち消すための、第２静電容量に関する圧力シグナルから第１静電容量に関するタッチシグナルの差分処理が不要となる。
なお、本実施形態のタッチパネル１においては、検出対象物の検出を、検出対象物と第１タッチ電極１６との間の静電容量で判定する自己容量方式で説明したが、これに限らず、例えば、検出対象物の接近に伴う第１タッチ電極１６における隣り合うセグメント電極１６１同士の相互静電容量で判定する相互容量方式であってもよい。また、自己容量方式と、相互容量方式とを組み合わせてもよい。
本発明は、上記実施の形態に限定されるものではなく、上記実施の形態で示した構成と実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えてもよい。
１０ ＴＦＴ基板（第１基板）、１１ ガラス基板、１２ ソース線、１３ ＴＦＴ、１４ 画素電極、１５ 絶縁層、１６ 第１タッチ電極（共通電極）、１７ 偏光板、１８ カバーガラス（接触面）、１９ 制御回路（制御部）、２０ ＣＦ基板（第２基板）、２１ ガラス基板、２２ 第２タッチ電極（反射電極）、２３ ブラックマトリクス、２５ カラーフィルタ、２６ オーバーコート層、２７ 偏光板、３０ 液晶層、１６１ セグメント電極、１９１ 第１検出部、１９２ 電圧印加部、１９３ スイッチ部

Claims (8)

  1. 検出対象物が接触可能な接触面を有し、第１タッチ電極を備える第１基板と、
    第２タッチ電極を備え、前記第１基板に対向する第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた液晶層と、
    前記第１タッチ電極および前記第２タッチ電極と接続された制御部と、を備え、
    前記制御部は、前記検出対象物により変化する前記第１タッチ電極の第１静電容量を検出するとともに、前記第１タッチ電極と前記第２タッチ電極との間の第２静電容量を検出する、
    タッチパネル。
  2. 前記制御部は、第１タッチ検出期間に前記第１静電容量を検出し、第２タッチ検出期間に前記第２静電容量を検出するタッチ検出モードで駆動する、
    請求項１に記載のタッチパネル。
  3. 前記制御部は、前記第１タッチ検出期間において、前記第１タッチ電極および前記第２タッチ電極に第１パルス電圧を印加して、前記第１静電容量を検出する、
    請求項２に記載のタッチパネル。
  4. 前記制御部は、前記第２タッチ検出期間において、前記第１タッチ電極に前記第１パルス電圧と同極性の第２パルス電圧を印加するとともに、前記第２タッチ電極に前記第１パルスと同極性かつ前記第１パルス電圧未満の大きさの第３パルス電圧を印加して、前記第２静電容量を検出する、
    請求項３に記載のタッチパネル。
  5. 前記制御部は、前記第２タッチ検出期間において、前記第１タッチ電極に前記第１パルス電圧と同極性の第２パルス電圧を印加するとともに、前記第２タッチ電極に一定電圧を印加して、前記第２静電容量を検出する、
    請求項３に記載のタッチパネル。
  6. 前記制御部は、前記第２タッチ検出期間において、前記第１タッチ電極に前記第１パルス電圧と同極性の第２パルス電圧を印加するとともに、前記第２タッチ電極に前記第１パルス電圧と逆極性の第４パルス電圧を印加して、前記第２静電容量を検出する、
    請求項３に記載のタッチパネル。
  7. 前記制御部は、前記第２タッチ検出期間において、前記第１タッチ電極に一定電圧を印加するとともに、前記第２タッチ電極に前記第１パルス電圧と逆極性の第５パルス電圧を印加して、前記第２静電容量を検出する、
    請求項３に記載のタッチパネル。
  8. 前記第２基板における前記液晶層とは反対側に設けられ、前記第２基板の方向に光を照射する照射部と、前記照射部からの光を前記第２基板側に反射する反射部とを有するバックライトユニットを備え、
    前記第２基板は、ブラックマトリクスを有するカラーフィルタを有し、
    前記第２タッチ電極は、前記ブラックマトリクスに設けられた金属からなる反射メタル層である、
    請求項１～６のいずれか１項に記載のタッチパネル。
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