JP5619370B2 - タッチスクリーンを有するディスプレイ装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチスクリーンを有するディスプレイ装置に関するものである。

タッチスクリーンは、ＬＣＤディスプレイが存在する装置、例えば、携帯電話、ＰＤＡ、またはカメラなどの家電製品のアプリケーションに益々一般的になってきている。タッチスクリーンを介したユーザ対話（ｕｓｅｒ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）は、キー入力に必要なスペースを節約するため、装置により大きな表示領域を与えることができる。

このようなスクリーンで“タッチ”位置を特定するのに用いられる可能な物理的効果では、直交電極対間で、または接地のスタイラスと個々の電極間で誘導された容量変化を検出することで、既存する製造プロセスと最も容易に統合しながら最も高い解像度を保証することができる。

タッチスクリーンの機能を増やす従来の方法は、単にディスプレイの上部に必要な電子構造を積層している。研究されてきた潜在的に安価な解決法は、ディスプレイの中にタッチスクリーン構造をできるだけ統合することである。これは、ディスプレイ自体の付加価値を上げる利点も有するがいずれにしても、正確な“タッチ”位置が測定されることができるための信号を最大にする必要がある。

信号は、何らかの方法でセンサ電極の占有率（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒ）を変える（即ち、電極によって占有されている全体面積の比例を変える）ことで最大化されることができる。例えば、ダイヤモンド型のパッドがワイヤの線状配列（ｌｉｎｅｒ ａｒｒａｙ）に加えられることができる。使用するのに最も良い充填形状に関しては種々の提案がなされている。

ディスプレイにおけるタッチスクリーンの１つの避けられない特徴は、直交電極の一対がディスプレイ自体の電気的接地面に近接することである。これは、接地面が電界線を引きつけて、電界線が装置の外部に延伸した時、これらの電界線は、スクリーンに接触して影響を受けることができないため、感度を減少させる傾向がある。

これに鑑みて、上述の従来技術の欠点を克服するために、センサ電極の一対に近接した干渉が存在する場合におけるタッチスクリーンの感度増強を提供する。この干渉は、接地面から、またはタッチセンサ配置の下方の画素電極回路から生じることがある。

タッチセンサ入力を有するディスプレイ装置を提供する。

タッチセンサ入力を有するディスプレイ装置は、
表示層、及び
第１と第２電極アレイを含み、第１電極アレイの電極が第２電極アレイに平行していない表示構造の上方のタッチセンサ構造を含み、
第１電極アレイは、タッチセンサ領域の第１占有率を占有し、第２電極アレイは、タッチセンサ領域の異なる第２占有率を占有する。

本発明は、非対称的な占有率を有する交差電極で設計されたタッチセンサ構造のディスプレイ装置を提供する。好ましくは、より低い占有率は、表示構造から離れた電極対に用いられ、より高い占有率は、表示層に近接した電極対に用いられる。本発明は、このような構造間で容量をモデル化することに決められた時、この構成が改善された感度を提供するものという認識に基づいている。

電極アレイは、タッチセンサ領域内のその長さに沿った一定幅を有する直線の電極線をそれぞれ含むことができる。１つのアレイの電極線は、他のアレイの電極線に異なる幅を有する。これは、電極アレイの最もシンプルな形式である。

他の配置では、電極アレイは、線に沿った拡大部を有する直線の電極線をそれぞれ含む。拡大部の間は、他のアレイの電極線間の間隔幅に対応する間隙を有する。１つのアレイの拡大部は、他のアレイの拡大部に異なるサイズを有する。これは、電極線で交互接続された拡大部の２Ｄアレイを提供する。例えば、拡大部は、ダイヤモンド型であることができる。

これらの２つの設計は、１つのアレイに直線の長方形電極と他のアレイの拡大部を有する電極線で構成されることができる。

２つの電極アレイは、同じ間隔幅を有することができるがこれを限定するものではない。

第１占有率は、好ましくは第２占有率より少なくとも０.１多く、第２占有率より少なくとも０.２または０.３でも多いことができる。占有率が大きければ大きいほどアレイが表示構造に近接し、表示構造の電磁信号から提供される遮蔽効果が大きくなる。

タッチセンサ構造は、第１と第２電極アレイの間のガラス基板と、表示構造の反対側のガラス基板上に位置した第２電極アレイ上の耐磨耗層を含む。これは、装置の上部を形成し、ユーザのタッチ入力（指またはスタイラス）に最も近接する。カラーフィルタレイは、表示構造とタッチセンサ構造の間に提供されることができ、表示構造は、液晶ディスプレイを含むことができる。

表示構造は、タッチセンサ構造の下方に設置された上共通電極面を有することができ、本発明は、この接地面の存在で影響を受けることが少ないタッチセンサ構造を提供する。

本発明のタッチスクリーンを有するディスプレイ装置によれば、表示構造がタッチセンサ構造の下方に設置した上共通電極面を有することができることから、この接地面の存在で影響を受けることが少ないタッチセンサ構造を提供することができる。

タッチセンサ入力を有するディスプレイ装置の従来の構造の一例を示している。 従来のタッチセンサ装置の電極の第１配置を示している。 本発明に基づいたタッチセンサ装置の電極の第１配置を示している。 従来のタッチセンサ装置の電極の第２配置を示している。 本発明に基づいたタッチセンサ装置の電極の第２配置を示している。 タッチ入力のない状態で、如何にして異なる電極設計が異なる容量値を示すかが示されている。 タッチ入力のある状態で、如何にして異なる電極設計がその容量値を変えるかが示されている。

本発明についての目的、特徴、長所が一層明確に理解されるよう、以下に実施形態を例示し、図面を参照して、詳細に説明する。

本発明は、タッチセンサ領域の異なる割合を占有する２つの電極アレイのタッチセンサ構造の電極の配置を提供する。これは、“非対称”の電極設計と言われ、異なる電極アレイが異なる占有率（ｆｉｌｌ ｆａｃｔｏｒｓ）を有する。改善された感度の利点が下記に示される。

図１は、本発明に用いられることができる容量タッチセンサ入力を有するディスプレイ装置の従来の層構造の一例を示している。

ディスプレイの一部が１０として概略的に示されており、これは少なくとも１つの表示層を含む。ディスプレイパネルの正確な設計は、本発明の必要な技術特徴でないことから、ディスプレイパネルの詳細な説明は提供されない。一般的に、ディスプレイ構造は、基板の間に挟まれた液晶材料の層を含む液晶ディスプレイである。アクティブマトリクスディスプレイでは、基板は、下活性基板と上不活性基板を含む。例えば、不活性基板は、共通電極を設置する。共通電極は、１２として示され、金属層の形式の共通接地面であり、カラーフィルタガラス１４上に存在する。共通電極１２の下方は、活性ガラス基板上に位置した液晶層であり、符号１０として示される。

例えばインプレインスイッチング（ＩＰＳ）技術などのいくつかのディスプレイ技術は、全ての電子層が下活性基板上に位置する。本発明は、タッチセンサが活性基板上の電位を変えて遮蔽される必要がある場合に用いることもできる。

カラーフィルタ層１４は、平面誘電体層１６とタッチセンサのＹセンサ電極１８の結合である。

層１２、１４、１６、１８は、実際には上ガラス基板２０上に堆積される。よって、上ガラス基板２０は、ディスプレイ装置の上不活性基板とタッチセンサ装置の支持構造としても機能する。

Ｘセンサ電極２２は、基板２０の反対側のＹセンサ電極１８に提供され、偏光層と耐磨耗層２４は、表面として提供される。２６に示されるように、ユーザのタッチ対話（ｕｓｅｒ ｔｏｕｃｈ ｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ）が提供するスタイラスまたは指は、耐磨耗層の表面に接触する。

よって図１は、ディスプレイ構造の上部にタッチセンサ構造を有するディスプレイ構造を示している。当然ながら、ディスプレイ構造のいくつかの構成要素、例えばガラス基板２０、上偏光板２４と、カラーフィルタ１４は、タッチセンサに統合される。よって、構造は、ディスプレイ部分とタッチセンサ部分に分けて定義されていない。しかし、一般のディスプレイ機能（即ち、光の変調と発生）は、一般のタッチセンサ機能の下方に設置されており、本説明書の内容と請求項はこれに沿ったものである。

図１は、１つの可能な統合構造のみを示している。更に進んだ統合のレベルは、Ｘセンサ電極をディスプレイの内部（即ち基板の間）に移動することである。しかしこれは、ＸＹ容量へのスタイラスの影響を減少することになる。図１は、タッチセンサをディスプレイ内に統合する第１ステップを示しているが、本発明は、同様にタッチセンサ機能をディスプレイ機能内に統合するより高いレベルで、設計するように用いている。

図２は、従来のタッチセンサ装置の電極の第１配置を示しており、直線の電極線３０ａ、３０ｂの形式で、その電極線に沿った拡大部３２ａ、３２ｂを有する。拡大部３２ａ、３２ｂ間の間隙は、その他のアレイの電極線との間の間隔幅に対応するため、規則的なアレイが定義される。図２は、対称的な（ＸとＹセンサで同じパターン）ダイヤモンド型のワイヤパターンを示している。

図３は、本発明に基づいた図２の設計の変更例を示している。１つのアレイ（特に表示層に近いアレイ）の拡大部３０ａは、他のアレイの拡大部３０ｂと異なるサイズを有する。

図４は、従来のタッチセンサ装置の電極の第２配置を示しており、直線の電極線４０ａ、４０ｂの形式をしている。図４は、対称的な（ＸとＹセンサで同じパターン）バー状パターンを示している。

図５は、本発明に基づいた図４の設計の変更例を示している。バー状パターン４０ａの幅は、より広い（同様に表示層の近くにアレイを形成している）。

層構造とともに各種の電極パターンは、容量シミュレータを用いて分析され、スタイラスが存在する状態と存在しない状態での感度の結果が算出される。図６と図７は、上述の分析結果の要約である。

図６は、タッチ入力のない状態で、如何にして異なる電極設計が異なる容量値を示すかが示されている。これは、ＸとＹ電極間の容量を示している。プロット６０は、対称的なダイヤモンドパターン（図２）に対応する。プロット６２は、非対称的なダイヤモンドパターン（図３）に対応する。プロット６４は、非対称的なバー状パターン（図５）に対応する。

対称的な設計（プロット６０）では、占有率（ｆｉｌｌ ｆｒａｃｔｉｏｎ）（Ｘ−軸）は、両アレイのダイヤモンドパターンのサイズを示している。非対称的な設計では、１つのアレイが一定の占有率（０.０１５であり、グラフが集まって、最小幅の細いバー状に対応しており、ダイヤモンド型がまだ定義されていない）を有し、他の占有率が変えられる。図に示されるように、非対称とは、予期されるように、容量が急には上昇しないことである。

図７は、タッチ入力のある状態で、如何にして異なる電極設計がその容量値を変えるかが示されており、スタイラスがある状態の時の容量の変化率を示している。

スタイラス（または指）が用いられている時の、電極の最も近い交差点と隣接の交差点の両方の容量変化を示している。プロット７０は、対称的なダイヤモンドパターン（図２）に対応し、プロット７２は、隣接の交差点に対応する。プロット７４は、非対称的なダイヤモンドパターン（図３）に対応し、プロット７６は、隣接の交差点に対応する。プロット７８は、非対称的なバー状パターン（図５）に対応する。プロット８０は、隣接の交差点に対応する。

図６と図７のデータを計算する時、ダイヤモンドの対角とバー幅が変わる。対称的なケースでは、ダイヤモンドのサイズは、上述のようにＸとＹ電極に等しく、非対称的なケースでは、下方のＹ電極のパターンが変えられ、上方のＸ電極は、最小幅の細いバーで維持される。

図６と図７のデータは、比較を容易にするために、２つのパターンの占有率（ｆｉｌｌ ｆｒａｃｔｉｏｎ）に正規化されている。

対称的なダイヤモンドパターンの場合に見られるように、占有率が増加すれば電極間の容量も増加するが、スタイラスがある状態の時、変化率は下降する。これは、占有率が増加するにつれてより多くの電界線が電極の間に存在し、スタイラスの存在で影響を受けることが少なくなる。

非対称的な充填パターンが用いられ、電極間の容量が以前ほど急速に増加しない時、占有率が増加されるにつれて変化率は、ほぼ一定を維持する。バー状のパターンは、確かにダイヤモンドパターンより利点を有するように見られる。よって、非対称的な占有率が増加するにつれて感度は改善される。

容量センサの配置は、従来の現存する配置が用いられることができるため、詳細には説明されていない。容量センサの配置は、各電極アレイ内の各センサ対の１つの電極を有する電極対間の容量を検知するのに用いられるか、または電極と接地スタイラス間の容量を検知するのに用いられる。

本発明は、上述の直線型とダイヤモンド型の実施例以外の電極設計に用いられることができる。

好ましい実施例では、異なるアレイの電極は、垂直となっているが、これを限定するものでなく、２つのアレイが交差のアレイパターンを定義することを提供する。本質的には、電極は平行でないことが必要がある。

本発明は、タッチスクリーンを有するディスプレイ装置に関するものである。

１０ 活性ガラス基板
１２ 共通電極
１４ カラーフィルタ層
１６ 平面誘電体層
１８ Ｙセンサ電極
２０ 上ガラス基板
２２ Ｘセンサ電極
２４ 耐磨耗層
２６ スタイラスまたは指
３０ａ、３０ｂ、４０ａ、４０ｂ 直線型電極線
３２ａ、３２ｂ 拡大部
６０〜８０ プロット

Claims (11)

1. タッチセンサ入力を有するディスプレイ装置であって、
   表示層（１０）、及び
   前記表示層の上方に位置し、第１電極アレイ（１８）と第２電極アレイ（２２）を含み、前記第１電極アレイの電極が前記第２電極アレイに平行に配置されていないタッチセンサ構造（１６、１８、２０、２２）を含み、
   前記第１電極アレイ（１８）は、タッチセンサ領域の第１占有率を占有し、前記第２電アレイ（２２）は、タッチセンサ領域の異なる第２占有率を占有し、
   前記電極アレイは、その長さ方向に沿った拡大部（３２ａ、３２ｂ）を有する直線の電極線（３０ａ、３０ｂ）をそれぞれ含み、他のアレイの電極線（３０ａ、３０ｂ）の間の間隔幅に対応する前記拡大部（３２ａ、３２ｂ）の間の間隙を有し、１つのアレイの前記拡大部は、他のアレイの前記拡大部に異なるサイズを有し、
   前記拡大部（３２ａ、３２ｂ）は、ダイヤモンド型であり、
   前記第１占有率は、前記第２占有率より少なくとも０.１多いことを特徴とする装置。
2. 前記第１電極アレイ（１８）は、前記下方の表示層により近接し、より大きな占有を有することを特徴とする、請求項１に記載の装置。
3. 前記電極アレイ（１８、２２）は、タッチセンサ領域内のその長さに沿った一定幅を有する直線の電極線（４０ａ、４０ｂ）をそれぞれ含み、１つのアレイの前記電極線（４０）は、他のアレイの前記電極線に異なる幅を有することを特徴とする、請求項１または請求項２に記載の装置。
4. 前記２つの電極アレイは、同じ間隔幅を有することを特徴とする、請求項１ないし３のいずれか１項に記載の装置。
5. 前記第１占有率は、前記第２占有率より少なくとも０.２多いことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
6. 前記第１占有率は、前記第２占有率より少なくとも０.３多いことを特徴とする、請求項４に記載の装置。
7. タッチセンサ構造は、前記第１（１８）と前記第２電極アレイ（２２）の間のガラス基板（２０）と、前記表示層（１０）の反対側のガラス基板（２０）上に位置した前記第２電極アレイ（２２）上の耐磨耗層（２４）を含むことを特徴とする、請求項１ないし６のいずれか１項に記載の装置。
8. 前記表示層（１０）とタッチセンサ構造（１６、１８、２０、２２）の間のカラーフィルタアレイ（１４）を更に含むことを特徴とする、請求項１ないし７のいずれか１項に記載の装置。
9. 前記表示層（１０）は、液晶層を含むことを特徴とする、請求項１ないし８のいずれか１項に記載の装置。
10. 前記表示層（１０）とタッチセンサ構造（１６、１８、２０、２２）の間の上共通電極面（１２）を含むことを特徴とする、請求項９に記載の装置。
11. 前記第１電極アレイは全て平行配置されており、前記第２電極アレイは全て平行配置されており、前記第１電極アレイは前記第２電極アレイに垂直に配置されていることを特徴とする、請求項１ないし１０のいずれか１項に記載の装置。

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