JP2022029727A - アンテナ内蔵タッチスクリーンおよび表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】本開示は、アンテナ内蔵タッチスクリーンの通信距離の低下を抑制するとともに、アンテナ内蔵タッチスクリーンにより表示装置を構成する際に高い表示品位を得ることを目的とする。【解決手段】本開示のアンテナ内蔵タッチスクリーン１は、表示素子５１の表示光の出射側に設けられる。アンテナ内蔵タッチスクリーン１は、タッチパネルと、タッチパネルと表示素子５１との間に設けられたアンテナパターン１００と、を備える。アンテナパターン１００は、タッチパネルの検出可能エリアと平面視で重なるように配置され、単位パターンの繰り返しにより構成されたアンテナ配線６１を備える。アンテナ配線６１の単位パターンのピッチである第２ピッチＰ２は、各第１検出配線および各第２検出配線の単位パターンのピッチである第１ピッチＰ１と異なる。【選択図】図１
Description
本開示は、近距離無線通信用のアンテナを内蔵したタッチスクリーンに関する。
非接触型ＩＣ（Integrated Circuit）カードは、ループ状のアンテナコイルとＩＣチップとを内蔵する。ＩＣカードリーダライタが発生する磁界に非接触型ＩＣカードをかざすことにより、無線通信でデータのやり取りができる。非接触型ＩＣカードは、鉄道改札の入場管理または部屋の入退室管理などで活用されている。非接触型ＩＣカードは、その種類に応じて、データの読み書きが可能な距離、または通信方式が異なる。
現在、表示装置と別に配置されたＩＣカードリーダライタが主流である。しかし、省スペース化、デザイン性向上、およびユーザビリティ向上の観点から、ＮＦＣ（Near Field Communication）アンテナなどの近距離無線通信アンテナ（以下、単に「通信アンテナ」とも称する）を内蔵し、ＩＣカードリーダライタとしても機能する表示装置が提案されている（例えば特許文献１参照）。
特許文献１の技術のように、ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）の内部に通信アンテナを取り込む場合、表示に影響を与えないために、表示装置の裏面、またはバックライトの反射板とリアフレームとの間に通信アンテナを配置することが考えられる。そうすると、通信アンテナと非接触型ＩＣカードとの間に、バックライト、LCD、およびタッチパネル等が介在することから、磁束が弱まり、表示装置とは別に設けられたＩＣカードリーダライタに比べて通信距離が低下する問題があった。
本開示は、上記の問題点を解決するためになされたものであり、アンテナ内蔵タッチスクリーンの通信距離の低下を抑制するとともに、アンテナ内蔵タッチスクリーンにより表示装置を構成する際に高い表示品位を得ることを目的とする。
本開示のアンテナ内蔵タッチスクリーンは、表示素子の表示光の出射側に設けられる。本開示のアンテナ内蔵タッチスクリーンは、タッチパネルと、タッチパネルと表示素子との間に設けられたアンテナパターンと、を備える。タッチパネルは、第１方向に延在する複数の第１検出配線と、第１方向と異なる第２方向に延在し、複数の第１検出配線と重なる領域をタッチパネルの検出可能エリアとする複数の第２検出配線と、を備える。各第１検出配線および各第２検出配線は、単位パターンの繰り返しにより構成される。アンテナパターンは、タッチパネルの検出可能エリアと平面視で重なるように配置され、単位パターンの繰り返しにより構成されたアンテナ配線を備える。アンテナ配線の単位パターンのピッチである第２ピッチは、各第１検出配線および各第２検出配線の単位パターンのピッチである第１ピッチと異なる。
本開示のアンテナ内蔵タッチスクリーンのアンテナパターンと非接触型ＩＣカードとの間には表示素子が介在しないため、通信距離の低下が抑制される。また、タッチパネルの第１検出配線および第２検出配線の単位パターンのピッチとアンテナ配線の単位パターンのピッチとが異なるため、タッチパネルの表面側から見たときの各配線の開口領域が不均一となり、モアレの発生が抑制される。また、アンテナパターンは、タッチパネルの配線パターンの制約を受けることなく、タッチパネルの裏面側のいずれの領域にも設置することが可能である。
＜Ａ．実施の形態１＞
まず、図１から図９を用いて、実施の形態１のアンテナ内蔵タッチスクリーン１について説明する。なお、実施の形態１のアンテナ内蔵タッチスクリーン１は、投影型静電容量方式のタッチスクリーンであるとして説明するが、これに限ったものではない。
まず、図１から図９を用いて、実施の形態１のアンテナ内蔵タッチスクリーン１について説明する。なお、実施の形態１のアンテナ内蔵タッチスクリーン１は、投影型静電容量方式のタッチスクリーンであるとして説明するが、これに限ったものではない。
図１は、アンテナ内蔵タッチスクリーン１の層構造を示す斜視図である。図２は、アンテナ内蔵タッチスクリーン１の構成を示す断面図である。図１，２に示すように、アンテナ内蔵タッチスクリーン１の最下面層は、透明なガラス材料または透明な樹脂からなる透明基板１０である。透明基板１０の上には、下部電極２０が配設されている。また、下部電極２０を被覆するように、層間絶縁膜１１が配設される。層間絶縁膜１１は、シリコン窒化膜またはシリコン酸化膜等の透明な絶縁膜である。層間絶縁膜１１の上面には上部電極３０が配設される。
さらに、層間絶縁膜１１の上面には、上部電極３０を被覆するように、保護膜１２が配設される。保護膜１２は、層間絶縁膜１１と同様に、シリコン窒化膜などの透光性を有する絶縁性の膜である。保護膜１２の上面には粘着材１３が配設される。さらに、粘着材１３の上面には、アンテナ内蔵タッチスクリーン１を保護するために、アンテナ内蔵タッチスクリーン１の表面を成す透明基板１４が、粘着材１３によって接着されている。なお、透明基板１４には、例えば透明なガラス材料または透明な樹脂が適用される。
透明基板１０の下には、アンテナパターン１００が配設されている。すなわち、アンテナパターン１００は、後述するタッチパネルの検出可能エリアと平面視において重なるように配置される。図２に図示するアンテナパターン１００は、図３に図示するアンテナ配線６１と、アンテナ配線６１と同じ形状で形成されたダミー電極６２とを備えている。ダミー電極６２は、アンテナ配線６１と異層でも同層でもよいが、同層である方が視認性の点で良い。また、ダミー電極６２がアンテナ配線６１と同じ材料で形成されている場合には、さらに視認性が向上する。また、アンテナパターン１００を被覆するように、保護膜１０１が配設される（図２参照）。
下部電極２０は複数本の行方向配線２１を備え、上部電極３０は複数本の列方向配線３１を備える。各行方向配線２１および各列方向配線３１は、例えばＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明導電膜、もしくはアルミニウムまたは銅等の金属配線材料からなる。アンテナパターン１００におけるアンテナ配線６１およびダミー電極６２（図３参照）は、例えばアルミニウムまたは銅等の金属配線材料からなる。各行方向配線２１、各列方向配線３１、アンテナ配線６１、およびダミー電極６２に、アルミニウム系合金層とその窒化層とからなる多層構造を適用する場合、配線抵抗を小さくでき、かつ検出可能エリアの光の反射率を低減させることができる。
実施の形態１では、列方向配線３１を行方向配線２１上に配設したが、これらの位置関係を逆にして、行方向配線２１を列方向配線３１上に配設してもよい。あるいは、行方向配線２１と列方向配線３１を同一レイヤーに配設して、行方向配線２１と列方向配線３１とが平面視で重なる部分においてのみ、これらの配線の間に層間絶縁膜１１を配設し、これらの配線を電気的に分離してもよい。
さらに、列方向配線３１及び行方向配線２１の材料をアルミニウム系合金層とその窒化層からなる多層構造に統一したが、これらの材料は統一しなくてもよい。例えば列方向配線３１の材料をアルミニウム系合金層とその窒化層からなる多層構造とし、行方向配線２１をＩＴＯ等の透明導電膜で構成してもよい。
使用者は、アンテナ内蔵タッチスクリーン１の表面を成す透明基板１４に指などの指示体でタッチして操作を行う。透明基板１４に指示体が触れると、指示体と透明基板１４下部の行方向配線２１及び列方向配線３１の少なくともいずれか１つとの間に容量結合（タッチ容量）が発生する。相互容量方式では、タッチ容量の発生に応じて発生する、行方向配線２１及び列方向配線３１の間の相互容量の変化に基づいて、指示体が検出可能エリア内のどの位置にタッチしたかを特定するように構成されている。
このように、行方向配線２１と列方向配線３１は、タッチパネルを構成する。言い換えれば、タッチパネルは、第１方向である行方向に延在する複数の第１検出配線である複数の行方向配線２１と、第１方向と異なる第２方向に延在し、複数の行方向配線２１と重なる領域をタッチパネルの検出可能エリアとする複数の第２検出配線である列方向配線３１とを備えている。
なお、図１には、アンテナ内蔵タッチスクリーン１だけでなく、表示素子５１及び粘着材５２も想像線（二点鎖線）で示されている。アンテナ内蔵タッチスクリーン１と表示素子５１が粘着材５２により接合されることにより、表示装置が構成される。表示素子５１には、例えば液晶表示素子、または、ＬＣＤ（液晶表示装置）パネルなどの表示パネルが適用される。アンテナ内蔵タッチスクリーン１は、表示素子５１の表示光の出射側に設けられる。
図３は、実施の形態１のアンテナ内蔵タッチスクリーン１の構成を示す平面図である。アンテナ内蔵タッチスクリーン１の検出可能エリアは、横方向（行方向）に延在する複数の行方向配線２１と、縦方向（列方向）に延在する複数の列方向配線３１とが、平面視において重なることによって形成されるマトリックス領域である。以下、予め定められた延在方向に沿って延在する複数のセンサ用配線は、行方向配線２１であるものとし、検出可能エリアは、行方向配線２１の配設領域であるものとして説明する。しかしこれに限ったものではなく、例えば、行方向配線２１の代わりに列方向配線３１が適用されてもよいし、行方向配線２１及び列方向配線３１の両方が適用されてもよい。
行方向配線２１の各々は、引き出し配線Ｒ１－Ｒ６によって、外部の配線と接続するための端子８に接続される。また、列方向配線３１の各々も同様に、引き出し配線Ｃ１－Ｃ８によって、外部の配線と接続するための端子８に接続される。
アンテナ配線６１は、引き出し配線Ｎ１によって、外部の配線と接続するための端子８に接続される。また、ダミー電極６２は、引き出し配線Ｎ２によって、外部の配線と接続するための端子８に接続される。
実施の形態１では、アンテナ内蔵タッチスクリーン１が１つのアンテナパターン１００を有するが、アンテナパターン１００は複数あってもよい。
引き出し配線Ｒ１－Ｒ６は、行方向配線２１の端部と接続されるとともに、検出可能エリアの外周に沿って延在している。ここで、引き出し配線Ｒ５は、検出可能エリアの外周方向において引き出し配線Ｒ６に到達した場合には、引き出し配線Ｒ６の外側（検出可能エリアと逆側）に、引き出し配線Ｒ６に沿って延在する。なお、引き出し配線Ｒ１－Ｒ４も、引き出し配線Ｒ５と同様に配設されている。
実施の形態１では、引き出し配線Ｒ１－Ｒ６は、検出可能エリアの外周側に詰めて配設される。また、引き出し配線Ｃ１－Ｃ８も同様に、端子８に近い引き出し配線から順に、検出可能エリアの外周側に詰めて配設される。このように引き出し配線Ｒ１－Ｒ６，Ｃ１－Ｃ８をなるべく検出可能エリアの外周側に詰めて配設することで、アンテナ内蔵タッチスクリーン１が装着される表示素子５１と、引き出し配線Ｒ１，Ｃ１を除いた引き出し配線Ｒ２－Ｒ６，Ｃ２－Ｃ８のそれぞれとの間のフリンジ容量を抑制することができる。
図４は、図３に示すアンテナ内蔵タッチスクリーン１の領域Ａにおけるタッチパネルの電極および配線の拡大図である。タッチパネルは、下部電極２０および上部電極３０を備えて構成される。下部電極２０は、所定の電位に接続された複数の行方向配線２１と、いずれの電位にも接続されない複数のフローティング電極２２とを備える。フローティング電極２２は、行方向配線２１と同一層に設けられ、行方向配線と絶縁された第１フローティング電極である。
上部電極３０は、所定の電位に接続された複数の列方向配線３１と、いずれの電位にも接続されない複数のフローティング電極３２とを備える。フローティング電極３２は、列方向配線と同一層に設けられ、列方向配線と絶縁された第２フローティング電極である。
以下、行方向配線２１、フローティング電極２２、列方向配線３１およびフローティング電極３２をまとめてタッチパネル面とも称する。複数の行方向配線２１は、複数のフローティング電極２２と境界で分断され、互いに接続されない。フローティング電極２２同士は互いに接続される。複数の列方向配線３１は、複数のフローティング電極３２と境界で分断され、互いに接続されない。フローティング電極３２同士は互いに接続される。行方向配線２１、フローティング電極２２、列方向配線３１、およびフローティング電極３２の単位パターンは同一形状である。
図５は、図３に示すアンテナ内蔵タッチスクリーン１の領域Ａにおけるアンテナパターン１００の拡大図である。以下、アンテナパターン１００をアンテナ面とも称する。アンテナ配線６１とダミー電極６２の夫々は、所定の電位に接続されている。アンテナ配線６１とダミー電極６２は、境界で分断され接続されていない。ダミー電極６２は、所定の電位に接続される必要があるため、ダミー電極６２は各々で接続されている。アンテナ配線６１とダミー電極６２の単位パターンは同一形状である。ダミー電極６２は、アンテナ配線６１が配置されていない表示領域内を埋めるように設けられている。
図６は、図３に示すアンテナ内蔵タッチスクリーン１の領域Ａにおけるタッチパネル面およびアンテナ面の拡大図である。図６は、図４と図５を重ね合わせた図に相当する。
図７は、図４の領域Ｂにおけるタッチパネル面の拡大図である。図７に示すように、タッチパネルを構成する行方向配線２１、フローティング電極２２、列方向配線３１、およびフローティング電極３２の単位パターンのピッチをＰ１とする。タッチパネルを構成する行方向配線２１および列方向配線の単位パターンのピッチを第１ピッチとも称する。実施の形態１では、行方向配線２１、フローティング電極２２、列方向配線３１、およびフローティング電極３２の単位パターンのピッチを同一とするが、同一でなくてもよい。
図８は、図５の領域Ｃにおけるアンテナ面の拡大図である。図８に示すように、アンテナ配線６１の単位パターンのピッチである第２ピッチをＰ２とする。図８には、ダミー電極６２の単位パターンのピッチをアンテナ配線６１の単位パターンのピッチと同一にしているが、異なっていてもよい。
図９は、図６の領域Ｄにおけるタッチパネル面およびアンテナ面の拡大図である。図９において、タッチパネル面の単位パターンのピッチＰ１は、アンテナ面の単位パターンのピッチＰ２より大きいが、小さくてもよい。タッチパネル面の単位パターンのピッチＰ１とアンテナ面の単位パターンのピッチＰ２は、一方が他方の倍数または約数にならないように選択される。これにより、平面視においてタッチパネル面およびアンテナ面の金属配線の開口領域が不均一となり、モアレが抑制される。
タッチパネル面の単位パターンピッチＰ１とアンテナ面の単位パターンピッチＰ２が同一の場合、透明基材の厚みに応じてモアレが発生する懸念がある他、アンテナ配線６１の低抵抗化が難しく、アンテナ性能が悪化してしまう。しかし、実施の形態１のアンテナ内蔵タッチスクリーン１では、アンテナ面の単位パターンのピッチＰ２が、タッチパネル面の単位パターンのピッチＰ１の制約を受けず、タッチパネル面の単位パターンのピッチＰ１より小さくすることができるため、アンテナ配線６１の低抵抗化が可能となる。
実施の形態１のアンテナ内蔵タッチスクリーン１では、アンテナ配線６１以外のアンテナパターン１００の領域がダミー電極６２で埋められる。そのため、アンテナパターン１００の全領域で空間周波数が等しくなり、アンテナ配線６１とダミー電極６２の境界の視認が難しくなり、表示品位が高まる。従って、アンテナ内蔵タッチスクリーン１の表示領域内で、アンテナパターン１００のサイズおよび形状を自由に設定することができる。
表示素子５１は、行方向および列方向に配列された複数の画素を有している。表示素子５１は、その表示領域がアンテナ内蔵タッチスクリーン１の検出可能エリアと重なり、平面視においてほぼ同一となるように配置されている。従って、アンテナ内蔵タッチスクリーン１のタッチパネル面およびアンテナ面の各配線および各電極のパターンは、表示素子５１の画素の配列方向（行方向または列方向）に対して４５°の角度で傾斜した斜め方向に配設され、各画素の一部を均一に覆う。従って、実施の形態１の構成によれば、表示素子５１から出射された表示光がアンテナ内蔵タッチスクリーン１を通り抜ける際の透過率を均一化するとともに、モアレを抑制する。
行方向配線２１、列方向配線３１、アンテナ配線６１、およびダミー電極６２をメッシュ状の配線とすることで、少ない配線面積によって広い検出可能エリアを覆うことができる。ただし、行方向配線２１及び列方向配線３１、アンテナ配線６１、およびダミー電極６２の材料または形状等は、上述の説明に限定されるものではない。
行方向配線２１および列方向配線３１の材料として、ＩＴＯもしくはグラフェン等の透明導線性材料、または、アルミニウム、クロム、銅もしくは銀等の金属材料を用いることができる。また、行方向配線２１および列方向配線３１の金属材料として、アルミニウム、クロム、銅、または銀等の合金、もしくは、これらの合金上に窒化アルミニウム等を形成した多層構造を用いることができる。行方向配線２１および列方向配線３１の幅とメッシュ間隔は、アンテナ内蔵タッチスクリーン１の用途に応じて適宜変更可能である。
アンテナ配線６１とダミー電極６２の材料として、アルミニウム、クロム、銅、または銀等の金属材料を用いることができる。また、アンテナ配線６１とダミー電極６２の金属材料として、アルミニウム、クロム、銅、または銀等の合金、もしくは、これらの合金上に窒化アルミニウム等を形成した多層構造を用いることができる。アンテナ配線６１とダミー電極６２の幅とメッシュ間隔は、アンテナ内蔵タッチスクリーン１の用途に応じて適宜変更可能である。
アンテナ配線６１は、引き出し配線によってアンテナ端子（図示せず）に接続される。アンテナ端子は、リーダライタ基板に接続される。アンテナ端子とリーダライタ基板との間には、スイッチが設けられる。スイッチがＯＮの状態、すなわちリーダライタ基板によってアンテナ配線６１へ信号が供給され、アンテナ配線６１により近距離無線通信機能が動作している場合には、アンテナ内蔵タッチスクリーン１はタッチパネル動作を停止する。
アンテナ内蔵タッチスクリーン１は、タッチパネルの相互容量を検出した時は、アンテナ配線６１とダミー電極６２にＧＮＤ電位を印加する。また、アンテナ内蔵タッチスクリーン１は、タッチパネルの自己容量を検出した時は、アンテナ配線６１とダミー電極６２に励起信号と同じシールド信号を印加することにより、表示装置等の外乱ノイズの影響を防止し、タッチスクリーンの誤動作を抑制する。
以上のような実施の形態１のアンテナ内蔵タッチスクリーン１によれば、タッチパネルパターンの制約なく、アンテナパターンを形成することが可能になり、良好な通信環境を提示可能となる。
＜Ｂ．実施の形態２＞
実施の形態２のアンテナ内蔵タッチスクリーンは、実施の形態１のアンテナ内蔵タッチスクリーンとは、タッチパネル面およびアンテナ面を構成する各配線または各電極の単位パターンが円弧形状である点でのみ異なり、それ以外の基本的な構成は図１から図６で示した通りである。
実施の形態２のアンテナ内蔵タッチスクリーンは、実施の形態１のアンテナ内蔵タッチスクリーンとは、タッチパネル面およびアンテナ面を構成する各配線または各電極の単位パターンが円弧形状である点でのみ異なり、それ以外の基本的な構成は図１から図６で示した通りである。
図１０は、図４の領域Ｂに相当する実施の形態２のアンテナ内蔵タッチスクリーンのタッチパネル面の拡大図である。
図１１は、図５の領域Ｃに相当するアンテナ面の拡大図である。
図１２は、図６の領域Ｄに相当するタッチパネル面およびアンテナ面の拡大図である。
実施の形態２のアンテナ内蔵タッチスクリーンでは、タッチパネル面およびアンテナ面を構成する各配線または各電極の単位パターンが円弧形状であることによって、平面視においてタッチパネル面およびアンテナ面の金属配線の開口領域がより不均一となり、モアレの発生が抑制される。なお、タッチパネル面およびアンテナ面を構成する各配線または各電極は、夫々の少なくとも一部の単位パターンが円弧状であってもよいし、全ての単位パターンが円弧状であってもよい。
以上のような実施の形態２のアンテナ内蔵タッチスクリーンによれば、実施の形態１の効果に加えて、さらにモアレの発生を抑制することができる。
なお、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。
１ アンテナ内蔵タッチスクリーン、１０，１４ 透明基板、１１ 層間絶縁膜、１２，１０１ 保護膜、１３，５２ 粘着材、２０ 下部電極、２１ 行方向配線、２２ フローティング電極、３０ 上部電極、３１ 列方向配線、３２ フローティング電極、５１ 表示素子、６１ アンテナ配線、６２ ダミー電極、１００ アンテナパターン。
Claims (9)
- 表示素子の表示光の出射側に設けられるアンテナ内蔵タッチスクリーンであって、
タッチパネルと、
前記タッチパネルと前記表示素子との間に設けられたアンテナパターンと、を備え、
前記タッチパネルは、
第１方向に延在する複数の第１検出配線と、
前記第１方向と異なる第２方向に延在し、前記複数の第１検出配線と重なる領域を前記タッチパネルの検出可能エリアとする複数の第２検出配線と、を備え、
各前記第１検出配線および各前記第２検出配線は、単位パターンの繰り返しにより構成され、
前記アンテナパターンは、
前記タッチパネルの前記検出可能エリアと平面視で重なるように配置され、単位パターンの繰り返しにより構成されたアンテナ配線を備え、
前記アンテナ配線の単位パターンのピッチである第２ピッチは、各前記第１検出配線および各前記第２検出配線の単位パターンのピッチである第１ピッチと異なる、
アンテナ内蔵タッチスクリーン。 - 前記第２ピッチは前記第１ピッチの倍数でも約数でもない、
請求項１に記載のアンテナ内蔵タッチスクリーン。 - 前記第２ピッチは前記第１ピッチより小さい、
請求項１または請求項２に記載のアンテナ内蔵タッチスクリーン。 - 前記第１検出配線と前記第２検出配線は、透明導電膜で構成される、
請求項１から請求項３のいずれか１項に記載のアンテナ内蔵タッチスクリーン。 - 前記タッチパネルは、
前記第１検出配線と同一層に設けられ、前記第１検出配線と絶縁された第１フローティング電極と、
前記第２検出配線と同一層に設けられ、前記第２検出配線と絶縁された第２フローティング電極と、
を備える、
請求項１から請求項４のいずれか１項に記載のアンテナ内蔵タッチスクリーン。 - 前記アンテナパターンは、前記アンテナ配線が配置されていない領域に設けられ、前記アンテナ配線と絶縁されたダミー電極を備える、
請求項１から請求項５のいずれか１項に記載のアンテナ内蔵タッチスクリーン。 - 前記第１検出配線、前記第２検出配線、および前記アンテナ配線の単位パターンのそれぞれは、少なくとも一部が円弧状である、
請求項１から請求項６のいずれか１項に記載のアンテナ内蔵タッチスクリーン。 - 前記第１検出配線、前記第２検出配線、および前記アンテナ配線の単位パターンは、全てが円弧状である、
請求項７に記載のアンテナ内蔵タッチスクリーン。 - 請求項１から請求項８のいずれか１項に記載のアンテナ内蔵タッチスクリーンと、
前記表示素子と、を備える、
表示装置。
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