JP5154669B2 - 表示装置およびその製造方法 - Google Patents
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Description
しかしながら、タッチパネルを液晶パネルに設けると、液晶モジュールの全体の厚さが厚くなる。そこで、例えば特許文献1には、薄型化に適した構造の、静電容量型タッチパネル付き液晶表示素子が提案されている。
この現象は、タッチパネル(接触検出装置)を液晶表示パネルなどの表示装置に重ねると、画素間の微妙な透過率の違いが、接触検出装置における透明電極の繰り返しパターンと干渉して、干渉縞のような人の目に視認できる周期になることが原因と考えられる。
この大きな周期の透明電極のパターンを打ち消すには、そのために透明電極を配置した基板が必要となるため、表示装置の厚みが増え、工程増につながる。
前記複数の画素電極は、前記基板と平行な面状に行列配置されている。
前記表示機能層は、前記画素電極に供給される画像信号に基づいて画像表示機能を発揮する。
前記駆動電極は、前記複数の画素電極と対向する。
前記複数の検出電極は、前記駆動電極と対向する面状に配置され、配置面内の一方向において前記画素電極の配置ピッチの自然数倍のピッチで分離配置され、それぞれが前記駆動電極と容量結合する。
このため表示装置全体として、画素間の微妙な透過率の違いが干渉縞のように大きな周期の透過率の違いに変換されることがない。
以下、次の順で説明を行う。
1.第1の実施の形態:駆動電極と検出電極の双方が画素ピッチに適合
2.第2の実施の形態:浮遊電極の配置と形状による検出電極との類似性向上
3.第3の実施の形態:検出電極のスリットによる浮遊電極との類似性向上
4.変形例:特に断面構造に関する変形
タッチセンサの検出電極(表示面側で指等が近接する電極)よりパネル内部に設けられ、検出のための静電容量を検出電極との間に形成するもう片方の電極を、駆動電極という。駆動電極は、タッチセンサ専用の駆動電極であってもよいが、より薄型化のために望ましい構成として、ここでは駆動電極は、タッチセンサの走査駆動と、画像表示装置の、いわゆるVCOM駆動とを同時に行う兼用電極である。
この場合を例として、以下、図面を用いて本実施の形態を説明する。なお、単に駆動電極というと、どちらの駆動かが紛らわしいため、ここでは対向電極と呼ぶ。
本発明の適用は、駆動電極を他方向に分割して所定数ずつ駆動し、駆動対象をシフトする駆動方法に限定されるものでなない。しかし、薄型化のため望ましいため、以下の実施の形態では、主に当該駆動方法を前提とした説明を行う。
最初に、4つの実施形態に共通な事項として、図1〜図3を参照して、本実施形態の表示装置におけるタッチ検出の基本を説明する。
図1(A)と図2(A)は、タッチセンサ部の等価回路図、図1(B)と図2(B)は、タッチセンサ部の構造図(概略断面図)である。ここで図1は、被検出物としての指がセンサに近接していない場合、図2がセンサに近接または接触している場合をそれぞれ示す。
図1(A)および図2(A)に示すように、容量素子C1は、駆動電極E1がACパルス信号Sgを発生する交流信号源Sに接続され、検出電極E2が電圧検出器DETに接続される。このとき検出電極E2は抵抗Rを介して接地されることで、DCレベルが電気的に固定される。
すると検出電極E2に、図3(A)に示すような出力波形(検出信号Vdet)が現れる。
なお、詳細は後述するが、本発明の実施形態では、駆動電極E1が液晶駆動のための対向電極(画素電極に対向する、複数画素で共通の電極)に相当する。ここで対向電極は液晶駆動のため、いわゆるVcom反転駆動と称される交流駆動がなされる。よって、本発明の実施形態では、Vcom反転駆動のためのコモン駆動信号Vcomを、駆動電極E1をタッチセンサのために駆動するACパルス信号Sgとしても用いる。
この接触状態では、容量素子C1とC2を介した交流信号の放電経路が形成される。よって、容量素子C1とC2の充放電に伴って、容量素子C1,C2に、それぞれ交流電流I1,I2が流れる。そのため、初期検出信号Vdet0は、容量素子C1とC2の比等で決まる値に分圧され、パルス波高値が低下する。
図1および図2に示す電圧検出器DETは、この検出信号の低下を、例えば閾値Vthを用いて検出することにより、指の接触を検出する。
図4(A)〜図4(C)に、本実施形態に関わる表示装置の電極と、その駆動や検出のための回路の配置に特化した平面図を示す。また、図4(D)に、本実施形態に関わる表示装置の概略的な断面構造を示す。図4(D)は、例えば行方向(画素表示ライン方向)の6画素分の断面を表している。図5は、画素の等価回路図である。
図4に図解する表示装置は、「表示機能層」としての液晶層を備える液晶表示装置である。
図4(D)では断面構造を見易くするために、この本発明の主要な構成である、対向電極、画素電極および検出電極についてはハッチングを付すが、それ以外の部分(基板、絶縁膜および機能膜等)についてはハッチングを省略している。このハッチングの省略は、これ以降の他の断面構造図においても同様である。
各画素PIXは、図5に示すように、画素のセレクト素子としての薄膜トランジスタ(TFT;thin film transistor、以下、TFT23と表記)と、液晶層6の等価容量C6と、保持容量(付加容量ともいう)Cxとを有する。液晶層6を表す等価容量C6の一方側の電極は、画素ごとに分離されてマトリクス配置された画素電極22であり、他方側の電極は複数の画素で共通な対向電極43である。
対向電極43には、コモン駆動信号Vcomが与えられる。コモン駆動信号Vcomは、中心電位を基準として正と負の電位を、1水平期間(1H)ごとに反転した信号である。
TFT23のゲートは行方向、即ち表示画面の横方向に並ぶ全ての画素PIXで電気的に共通化され、これにより走査線SCNが形成されている。走査線SCNは、不図示の垂直駆動回路から出力され、TFT23のゲートを開閉するためのゲートパルスが供給される。そのため走査線SCNはゲート線とも称させる。
TFT基板21に、各画素電極22を駆動するための図示しない表示ドライバ(垂直駆動回路、水平駆動回路等)が形成されている。また、TFT基板21に、図5に示すTFT23、ならびに、信号線SIGおよび走査線SCN等の配線が形成されている。TFT基板21に、後述するタッチ検出動作を行う検出回路が形成されていてもよい。
対向電極43は、タッチ検出動作を行うタッチセンサの一部を構成するセンサ駆動電極としても兼用されるものであり、図1および図2における駆動電極E1に相当する。
対向電極43は、合計でn個に分割されている。よって、対向電極43_1,43_2,…,43_m,…,43_nは、行方向に長い帯状のパターンを有して面状配置され、当該面内で互いの離間距離をとって平行に敷き詰められている。
このn分割された対向電極43_1〜43_nの分割配置ピッチが、(サブ)画素ピッチ、あるいは、画素電極の配置ピッチの自然数倍に設定されている。
本発明は、シフト駆動する、しないに拘らず、表示装置全体で透明電極の配置に起因したパターンの不可視化を図るための構成を提供する。
最初に、検出電極の分離配置ピッチを、より詳しく説明する。
図6に図解する画素電極22を形成した段階における平面図では、行方向(x方向)の平行ストライプ状に配置された複数のゲート線(走査線SCN:図5参照)と、列方向(y方向)の平行ストライプ状に配置された複数の信号線SIGとが交差している。任意の2本の走査線SCNと任意の2本の信号線SIGに囲まれた矩形領域が(サブ)画素PIXを規定している。各画素PIXより僅かに小さい矩形孤立パターンに画素電極22が形成されている。このように複数の画素電極22は、行列状の平面配置となっている。
図7に示すように、対向電極43は、走査線SCNと平行なx方向に長い配線として形成されている。
図7(A)では、2画素ピッチの幅で対向電極43が形成されている。また、図7(B)では、1画素ピッチの幅で対向電極43が形成されている。対向電極43は、画素ピッチの3以上の自然数倍のピッチでy方向に分離配置されてもよい。
本来の対向電極は全画素共通であるが、図4に示すVcom駆動回路9が表示に必要な部分だけ対向電極を駆動すればよい。そのため、Vcom駆動回路9を構成する個々の交流信号源Sの駆動能力を小さくして、Vcom駆動回路9全体の駆動回路をコンパクトにできるという利点がある。
検出電極44は、検出電極44間の距離を短くして配線するほど高解像度の位置検出が可能となる。しかし、この距離が短すぎると、入力デバイスと検出電極との間の静電容量が小さくなってしまうため好ましくない。
上記した好ましい幅の範囲で検出電極44を画素サイズと同期して配置している。具体的に、図8(A)の例では、検出電極44のx方向の配置ピッチが、画素ピッチの3倍に設定されている。また、図8(B)の例では、検出電極44のx方向の幅が画素ピッチの約3倍となっている。図8(B)でx方向における検出電極44の配置ピッチは、画素ピッチの4倍以上の自然数倍とすることができる。
例えば図8の例において、x方向にRGBのカラーフィルタ42の色領域が繰り返されている場合を考える。
その場合、図8(A)の例では、検出電極44のx方向の配置ピッチを、画素ピッチの3の倍数、即ち3画素ピッチ、6画素ピッチ、…、に設定する。また、図8(B)の例では、検出電極44のx方向の幅をおおよそ画素ピッチの3の倍数として、検出電極44同士の離間幅もおおよそ画素ピッチの3の倍数とする。
このように画素ピッチに同期し、かつ、検出電極44に対する色の配置を均一化することによって、より色の差により若干の透過率差の顕在化を防止する。
その結果、透明電極材料からなる画素電極22、対向電極43、検出電極44が全て画素ピッチに対応する。しかも、対向電極43と検出電極44との重なり具合が、特定の色の画素で異なることがない。
第1の実施の形態のように、検出電極44の間に何も透明電極材料の層がないと、色同士の間に透過率の差が生じることがある。本実施の形態では、その検出電極44間の透過率を、検出電極44自身の透過率に合わせるために浮遊電極を配置する。
図9および図10に示すように、色同士の透過率差を縮めるために、検出電極44の間に、浮遊電極46Aが配置されている。
本実施の形態における浮遊電極46Aは、図9(A)に示すように検出電極44と同様なライン形状としてもよい。あるいは、浮遊電極46は、図9(B)に示すように、ほぼ画素の大きさで区切られた矩形のタイル状配置としてもよい。
検出電極44とのパターン類似性を考えれば、浮遊電極46は検出電極44と同じy方向のライン形状(図9(A))が望ましい。
しかし、その一方で、1つの浮遊電極46のサイズが大きいと浮遊容量が大きいため、検出電極44間のスペースにおける対向電極(駆動電極)43の電圧変化が被検出物側の外部容量側の容量変化として伝わりにくく、その結果、検出信号レベルが小さくなる場合もあり得る。
この不可視化のための検出電極44と浮遊電極46のパターンの類似性と、検出感度を上げるための最適な浮遊容量の大きさとはトレードオフの関係にあると考えられる。
そこで、以下の他の実施の形態に示されるように、本発明では、x方向とy方向が画素ピッチの自然数倍という要件を満たすならば、上記トレードオフの観点から、不可視化と高感度化のバランスがとれるように様々な浮遊容量の形状が許容される。
これに対し、画素電極22の大きさの略自然数倍の浮遊電極46を設けることにより、検出電極と浮遊電極46が見分けできなくなり、周期が100[μm]以上となった場合でもパターンが見えづらくなる。
この時、検出電極と浮遊電極46の間距離は短ければ短いほど好ましい。表示画素のサイズ、開口率などにもよるが、この距離は1〜30[μm]程度が好ましく、さらに好ましくは1〜15[μm]程度が好ましい。さらに別の指標としては、有効面積の85%以上を検出電極と浮遊電極46で敷き詰めることが好ましい。
また、望ましくは、対向電極43と検出電極44の幅方向の電極ピッチが、特定の色においては対向電極43と検出電極44の双方が同じ重なり具合となるように規定されている。
特に第2の実施の形態では、常に色ごとに、対向電極43と検出電極44の関係が同じであり、色によっては対向電極43と浮遊電極46との関係が同じである。しかも、浮遊電極46はマクロ的には検出電極44と極力同じように見えるような形状と配置になっている。
その結果、画素間(特に色間)の微妙な透過率の差が人の目に認識しづらくなる。このような分離配置ピッチの最小値は、特に周期が100[μm]以下となることが好ましい。
これにより、同一色での透過率低下の差をなくすことができる。
図11では浮遊電極46同士の間の電極間分離領域、浮遊電極46と検出電極44との間の電極間分離領域に信号線SIGが配置されている。この点で図11は図9に類似する。
一方、図12では、図10と同様に所定の色、たとえば(B)の画素電極22のx方向中央付近を通って浮遊電極46同士、あるいは、浮遊電極46と検出電極44との間の電極間分離領域が配置されている。
第1および第2の実施の形態では、検出電極間領域の透過率を浮遊電極46の配置によって検出電極44の透過率に近づける工夫であった。
しかし、前述したように浮遊電極46は検出感度を維持するために1つ1つを大きくできない制約がある場合も想定される。
そのような場合、検出電極44のパターンを浮遊電極46の配置パターンに類似させることが可能である。
ここでスリット47Vを含む擬似的な電極間分離領域と、スリットを含まない電極間分離領域とは同一色の色領域(本例ではB領域)と重なるように配置されている。この構成は必須ではないが、色との同期がとれるという意味で不可視化の完全を期すためには望ましい。
図14(A)では、x方向(幅方向)に長いx方向スリット47Hを検出電極44に形成している。
図14(B)では、x方向スリットをドット状に分離している。配線の幅方向を横切る向きのスリットは電流経路を制限するため可能な限り抵抗値の低下を防止することと、全体で浮遊電極46の分離と類似させることの両立のためにはドット配置によるスリット形成も好ましい。
以上の第1〜第3の実施の形態では、複数の検出電極が分離配置されている一方向と直交する他方向に、複数の駆動電極が分離配置されている場合を例とした。また、この例では、複数の駆動電極を分離配置し、かつ、その配置ピッチを画素電極の配置ピッチの自然数倍としている。そのため、第1〜第4の実施の形態では、タッチセンサの駆動電極と、液晶表示などの表示機能層の(共通電圧による)駆動とを、同一の駆動電極で行うことを可能としている。この構造および駆動方法は、タッチパネルを一体化した(液晶)表示装置の厚さを薄くできる利点があるため望ましい。
しかしながら、タッチパネルを表示パネルと一体化する場合でも、タッチセンサの駆動電極は、(液晶)表示のための駆動(共通)電極とは別の層として設けてもよい。この場合、タッチセンサの駆動電極は分離しないで、複数の画素電極と対向する1枚の電極として配置してもよい。ただし、複数の検出電極の各々と(タッチセンサの)駆動電極との間に静電容量が形成されるように、複数の検出電極と当該駆動電極との相対的に位置関係が決められる。
図4の構造は、画素電極22と対向電極43が液晶層6を介在して対面しており、この2つの電極間の印加電圧に応じて縦方向の電界を液晶層6に与えていた。
横電界モードでは、画素電極22と駆動電極(対向電極43)が駆動基板2側に配置される。
TFT基板21は、その画素電極22側を液晶層6に隣接させ、ガラス基板41にと貼り合わされている。液晶層6は不図示のスペーサで強度的に保たれている。
一方、TFT基板21の背面には第1偏光板61が貼られ、これと偏光の向きが異なる第2偏光板62が、基材49の表示面側に貼られている。
第2偏光板62の表示面側に不図示の保護層が形成される。
図16に示す構造では、検出電極44が基材49に予め形成されて、例えばロール状の部材として貼られるが、図17ではガラス基板41の表示面側に検出電極44を形成し、その上に第2偏光板62が貼られる。
図15〜図17以外の構造の液晶表示装置、さらには透明電極を用いる他の表示装置にも本発明の適用が可能である。また、液晶表示装置の場合、透過型、反射型、半透過型のいずれでもよい。第2偏光板62は直線偏光板に限らず円偏光板でもよい。
また、浮遊電極46を設ける場合は、検出電極44と同一の電極材料を同一工程でパターニングするため、不可視化を進めるために工程の増加がない。また、液晶表示装置1の厚さが浮遊電極46を設けることによって増加することもない。上述した実施の形態で明らかなように、浮遊電極46は必須ではなく、画素ピッチの自然数倍の配置ピッチで、対向電極43および検出電極44が分離されていることによって不可視化が達成できる。浮遊電極46を用いるとコストの増加なしに、よりハイレベルの不可視化が達成できる。
Claims (5)
- 行列配置された複数の画素電極と、
前記複数の画素電極と対向する駆動電極と、
前記画素電極に供給される画像信号と、前記駆動電極に供給される電圧とに基づいて画像表示機能を発揮する表示機能層と、
前記駆動電極と対向して前記画素電極の配置ピッチの自然数倍のピッチで分離配置され、それぞれが前記駆動電極と容量結合する複数の検出電極と
を有する表示装置。 - 前記画素電極が配置された第1基板と、
前記第1基板と対向する第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に封入された前記表示機能層としての液晶層と、
を有する
請求項1に記載の表示装置。 - 前記複数の検出電極は第3基板に対して配置されており、
当該検出電極が配置された第3基板が、前記第1基板または前記第2基板の液晶層側の反対側の面に接着層を介して固定されている
請求項2に記載の表示装置。 - 行列配置された複数の画素電極と、
前記複数の画素電極と対向する駆動電極と、
前記画素電極に供給される画像信号と、前記駆動電極に供給される電圧とに基づいて画像表示機能を発揮する表示機能層と、
画素サイズと同期して配置され、それぞれが前記駆動電極と容量結合する複数の検出電極と
を有する表示装置。 - 行列配置された複数の画素電極と、
前記複数の画素電極と対向する駆動電極と、
前記駆動電極と対向して前記画素電極の配置ピッチの自然数倍のピッチで分離配置され、それぞれが前記駆動電極と容量結合する複数の検出電極と、
前記画素電極の配置ピッチの自然数倍のピッチで検出電極間に分離配置される浮遊電極と
を有する表示装置。
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