JP5807191B2

JP5807191B2 - 表示装置

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Publication number: JP5807191B2
Application number: JP2014518858A
Authority: JP
Inventors: 貴仁中山; 加道　博行; 博行加道; 笠原　滋雄; 滋雄笠原; 小杉　直貴; 直貴小杉; 井上　学; 学井上; 渡海　章; 章渡海; 一樹高木
Original assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Current assignee: Panasonic Intellectual Property Management Co Ltd
Priority date: 2012-09-24
Filing date: 2013-09-24
Publication date: 2015-11-10
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Description

本技術は、画面上のタッチ位置を検出してデータ入力を行う静電容量結合方式の入力装置を備えた表示装置に関するものである。

表示画面を使用者の指などでタッチ操作することで情報を入力する、画面入力機能をもつ入力装置を備えた表示装置は、ＰＤＡや携帯端末などのモバイル用電子機器、各種の家庭電気製品、無人受付機等の据置型顧客案内端末等に用いられている。このようなタッチ操作による入力装置としては、タッチされた部分の抵抗値変化を検出する抵抗膜方式、あるいは容量変化を検出する静電容量結合方式、タッチにより遮蔽された部分の光量変化を検出する光センサ方式など、各種の方法が知られている。

これら各種の方法の中で静電容量結合方式は、抵抗膜方式や光センサ方式と比較した場合に次のような利点がある。例えば、抵抗膜方式や光センサ方式ではタッチ装置の透過率が８０％程度と低いのに対し、静電容量結合方式のタッチ装置は約９０％と透過率が高く表示画像の画質を低下させない点があげられる。また、抵抗膜方式では抵抗膜の機械的接触によりタッチ位置を検知するため、抵抗膜が劣化または破損するおそれがあるのに対し、静電容量結合方式では検出用電極が他の電極などと接触するような機械的接触がなく、耐久性の点からも有利である。

静電容量結合方式の入力装置としては、例えば、特許文献１で開示されているような方式がある。

特開２０１１−９０４５８号公報

本技術はこのような静電容量結合方式の入力装置と、画像等を表示する表示パネルとが組み合わされた表示装置を提供することを目的とする。

このような課題を解決するために本技術は、複数の画素電極を有し、前記画素電極への電圧印加を制御するスイッチング素子に順次走査信号を印加して表示の更新を行う表示パネルと、前記表示パネルの前記画素電極の周辺部に配置された一方の電極、およびこの電極に交差するように配置される他方の電極を有し、前記一方の電極と前記他方の電極との間に容量素子を形成した入力装置とを備えた表示装置であって、前記画素電極の周辺部に配置された前記一方の電極は、金属材料からなる下層部と、この下層部を覆うように形成され前記画素電極と同一材料からなる上層部とで構成されたものであることを特徴とする。

本技術によれば、静電容量結合方式の入力装置として、表示装置内に容易に組み込むことが可能な入力装置を備えた表示装置を提供することができる。

本実施形態にかかるタッチセンサ機能を備えた液晶表示装置の全体構成を説明するためのブロック図。タッチセンサを構成する駆動電極と検知電極の配列の一例を示す分解斜視図。タッチセンサの概略構成と等価回路について、タッチ操作を行っていない状態とタッチ操作を行った状態とを説明するための説明図。タッチ操作を行っていない場合とタッチ操作を行った場合の検出信号の変化を示す説明図。液晶パネルの走査信号線の配列構造とタッチセンサの駆動電極および検知電極の配列構造を示す概略図。液晶パネルの表示更新を行う走査信号線のラインブロックへの走査信号の入力と、タッチセンサのタッチ検出を行うために駆動電極のラインブロックへの駆動信号の印加との関係の一例を示す説明図。１水平走査期間における走査信号と駆動信号の印加の状態を示すタイミングチャート。１水平走査期間における表示更新期間とタッチ検出期間との関係の一例を説明するためのタイミングチャート。本実施形態にかかるタッチセンサ機能を備えた液晶表示装置の液晶パネル構成を示す説明図。タッチセンサを構成する駆動電極と検知電極の概略構成を、端子引出部を含めて拡大して示す説明図。タッチセンサの引出配線部と共通配線部との接続部分の構成を示す平面図。タッチセンサの引出配線部と共通配線部との接続部分の構成を示す断面図。本実施形態にかかる液晶パネルにおける、タッチパネルの検知電極が配置されている部分の画素領域とその周辺部の電極構成の一例を示す平面図。本実施形態にかかるタッチセンサにおける、駆動電極と検知電極それぞれの配置を示す概略平面図。本実施形態にかかるタッチセンサにおける、駆動電極と検知電極の配置状態を拡大して示す概略平面図。本実施形態にかかるタッチセンサにおける検知電極の配置を拡大して示す概略平面図。本実施形態にかかるタッチセンサにおける駆動電極の配置を拡大して示す概略平面図。本実施形態にかかるタッチセンサにおける、駆動電極と検知電極との境界部分の構成を拡大して示す平面図。本実施形態にかかる液晶パネルにおける、駆動電極が配置されている部分と検知電極が配置されている部分との電極構成を示す拡大断面図。駆動電極と検知電極の間の等価回路図。本実施形態にかかる液晶パネルの他の例における電極構成と作用効果とを説明するための断面図。本実施形態にかかるタッチセンサにおける、検知電極の詳細構造を示す断面図。

本技術の表示装置は、複数の画素電極を有し、前記画素電極への電圧印加を制御するスイッチング素子に順次走査信号を印加して表示の更新を行う表示パネルと、前記表示パネルの前記画素電極の周辺部に配置された一方の電極、およびこの電極に交差するように配置される他方の電極を有し、前記一方の電極と前記他方の電極との間に容量素子を形成した入力装置とを備えた表示装置であって、前記画素電極の周辺部に配置された前記一方の電極は、金属材料からなる下層部と、この下層部を覆うように形成され前記画素電極と同一材料からなる上層部とで構成されている。

本技術の表示装置は、入力装置を構成する互いに交差する一対の電極のうち、表示パネルの画素電極の周辺部に配置された一方の電極が、金属材料からなる下層部と、この下層部を覆う様に形成された画素電極と同一材料からなる上層部で形成されている。このため、入力装置の一方の電極の抵抗値を下げることができ、入力装置の高感度化と省電力駆動とが可能となる。

（実施の形態）
以下、本技術の一実施の形態にかかる表示装置について、表示パネルとしての液晶パネルと、入力装置としてのタッチセンサとを備えた液晶表示装置を例に図面を用いて説明する。なお、本実施形態は例示に過ぎず、本技術は表示パネルとしてＥＬパネルを用いたＥＬ表示装置などのその他の表示装置に使用することができ、以下説明する液晶表示装置に用いた実施形態に限定されるものではない。

図１は、本技術の一実施の形態にかかるタッチセンサ機能を備えた液晶表示装置の全体構成を説明するためのブロック図である。

図１に示すように、液晶表示装置は、液晶パネル１、バックライトユニット２、走査線駆動回路３、映像線駆動回路４、バックライト駆動回路５、センサ駆動回路６、信号検出回路７、および、制御装置８を備えている。

液晶パネル１は矩形の平板形状であり、ガラス基板などの透明基板からなるＴＦＴ基板と、このＴＦＴ基板に対向するように所定の間隙を設けて配置される対向基板とを有し、ＴＦＴ基板と対向基板との間に液晶材料を封入することにより構成されている。

ＴＦＴ基板は、液晶パネル１の背面側に位置し、基材であるガラスなどからなる透明な基板上に、マトリクス状に配置された画素電極と、それぞれの画素電極に対応して設けられ、画素電極への電圧印加をオン／オフ制御するスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、共通電極などが形成されることにより構成されている。

また、対向基板は、液晶パネル１の前面側に位置し、基材であるガラスなどからなる透明な基板上に、ＴＦＴ基板に形成された画素電極に対応する位置に、それぞれがサブピクセルを構成する赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３原色からなるカラーフィルタ（ＣＦ）が配置されている。また、対向基板には、Ｒ、Ｇ、Ｂの各サブピクセル同士の間、および／または、サブピクセルにより構成される画素の間に配置される、コントラストを向上させるための遮光材料からなるブラックマトリクスが形成されている。なお、本実施の形態では、ＴＦＴ基板の各画素電極に対応して形成されるＴＦＴとして、ｎチャネル型のＴＦＴを例に、ドレイン電極とソース電極とを備えた構成のものについて説明する。

ＴＦＴ基板には、複数の映像信号線９と複数の走査信号線１０とが互いに概ね直交して形成される。走査信号線１０はＴＦＴの水平列ごとに設けられ、水平列の複数のＴＦＴのゲート電極に共通に接続される。映像信号線９はＴＦＴの垂直列ごとに設けられ、垂直列の複数のＴＦＴのドレイン電極に共通に接続される。また、各ＴＦＴのソース電極には、それぞれのＴＦＴに対応した、画素領域に配置されている画素電極が接続される。

ＴＦＴ基板に形成された各ＴＦＴは、走査信号線１０に印加される走査信号に応じて水平列単位で、オン／オフ動作が制御される。オン状態とされた水平列の各ＴＦＴは、それぞれに接続された画素電極の電位を、映像信号線９に印加される映像信号に応じた電位（画素電圧）に設定する。そして、液晶パネル１は、複数の画素電極およびこの画素電極に対向するように設けた共通電極を有し、画素電極と共通電極との間に生じる電界によってそれぞれの画素領域ごとに液晶の配向を制御し、バックライトユニット２から入射した光に対する透過率を変えることにより、表示面に画像を形成する。

バックライトユニット２は、液晶パネル１の背面側に配置され、液晶パネル１の背面から光を照射するもので、例えば複数の発光ダイオードを配列して面光源を構成する構造や、導光板と拡散反射板とを組み合わせて用いることで、発光ダイオードの光を面光源とする構成の構造のものが知られている。

走査線駆動回路３は、ＴＦＴ基板に形成された複数の走査信号線１０に接続されている。

走査線駆動回路３は、制御装置８から入力されるタイミング信号に応じて走査信号線１０を順番に選択し、選択した走査信号線１０にＴＦＴをオンする電圧を印加する。例えば、走査線駆動回路３は、シフトレジスタを含んで構成され、シフトレジスタは制御装置８からのトリガ信号を受けて動作を開始し、垂直走査方向に沿った順序で走査信号線１０を順次選択し、選択した走査信号線１０に走査パルスを出力する。

映像線駆動回路４は、ＴＦＴ基板に形成された複数の映像信号線９に接続されている。

映像線駆動回路４は、走査線駆動回路３による走査信号線１０の選択に合わせて、選択された走査信号線１０に接続されるＴＦＴそれぞれに、各サブピクセルの階調値を表す映像信号に応じた電圧を印加する。これにより、選択された走査信号線１０に対応するサブピクセルに配置されている各画素電極に、映像信号が書き込まれる。

バックライト駆動回路５は、制御装置８から入力される発光制御信号に応じたタイミングや輝度でバックライトユニット２を発光させる。

液晶パネル１には、入力装置であるタッチセンサを構成する電極として、複数の駆動電極１１と複数の検知電極１２とが互いに交差するように配置されている。

これらの駆動電極１１および検知電極１２により構成されるタッチセンサは、駆動電極１１と検知電極１２との間で、電気信号の入力と静電容量変化による応答検出とを行い、表示面への物体の接触を検出する。この接触を検出する電気回路として、センサ駆動回路６および信号検出回路７が設けられている。

センサ駆動回路６は、交流信号源であり、駆動電極１１に接続される。例えば、センサ駆動回路６は制御装置８からタイミング信号が入力され、液晶パネル１の画像表示に同期して駆動電極１１を順番に選択し、選択した駆動電極１１に矩形状のパルス電圧による駆動信号Ｔｘｖを印加する。より具体的に例示すれば、センサ駆動回路６は、走査線駆動回路３と同様にシフトレジスタを含んで構成され、制御装置８からのトリガ信号を受けてシフトレジスタを動作させて垂直走査方向に沿った順序で駆動電極１１を順次選択し、選択した駆動電極１１にパルス電圧による駆動信号Ｔｘｖを印加する。

なお、駆動電極１１および走査信号線１０は、ＴＦＴ基板に水平方向に延在するように形成され、垂直方向に複数本が配列されている。これらの駆動電極１１および走査信号線１０に電気的に接続されるセンサ駆動回路６および走査線駆動回路３は、画素が配列される表示領域の垂直な辺に沿って配置することが望ましく、本実施形態の液晶表示装置では、左右の辺の一方に走査線駆動回路３を配置し、他方にセンサ駆動回路６を配置している。

信号検出回路７は、静電容量変化を検出する検出回路であり、検知電極１２に接続される。信号検出回路７は、検知電極１２ごとに検出回路を設け、検知電極１２の電圧を検出信号Ｒｘｖとして検出する構成としている。なお、信号検出回路の他の構成例として、複数本の検知電極１２の群に対して１つの信号検出回路を設け、駆動電極１１に印加されるパルス電圧の持続時間内において、複数本の検知電極１２での検出信号Ｒｘｖの電圧監視を時分割で行い、それぞれの検知電極１２からの検出信号Ｒｘｖを検出するように構成してもよい。

表示面上での物体の接触位置、すなわちタッチ位置は、どの駆動電極１１に駆動信号Ｔｘｖを印加したときに、どの検知電極１２で接触時の検知信号Ｒｘｙが検出されたかに基づいて求められ、それら駆動電極１１と検知電極１２との交点が接触位置として演算により求められる。なお、接触位置を求める演算方法としては、液晶表示装置内に演算回路を設けて行う方法や、液晶表示装置の外部の演算回路により行う方法がある。

制御装置８は、ＣＰＵなどの演算処理回路、および、ＲＯＭやＲＡＭなどのメモリを備えている。制御装置８は、入力される映像データに基づき、色調整などの各種の画像信号処理を行って各サブピクセルの階調値を示す画像信号を生成し、映像線駆動回路４に印加する。また、制御装置８は、入力された映像データに基づき、走査線駆動回路３、映像線駆動回路４、バックライト駆動回路５、センサ駆動回路６および信号検出回路７の動作の同期をとるためのタイミング信号を生成し、それら回路に印加する。また、制御装置８は、バックライト駆動回路５への発光制御信号として、入力された映像データに基づいて発光ダイオードの輝度を制御するための輝度信号を印加する。

本実施形態で説明する液晶表示装置では、液晶パネル１の各信号線や電極に接続される走査線駆動回路３、映像線駆動回路４、センサ駆動回路６、および、信号検出回路７は、フレキシブル配線板、プリント配線板およびガラス基板に各回路の半導体チップを搭載することにより構成している。しかし、走査線駆動回路３、映像線駆動回路４、センサ駆動回路６は、ＴＦＴ基板上に、ＴＦＴなどとともに半導体回路素子などの所定の電子回路を同時に形成することにより搭載してもよい。

図２は、タッチセンサを構成する駆動電極と検知電極の配列の一例を示す斜視図である。

図２に示すように、入力装置としてのタッチセンサは、図２の左右方向に延在する複数本のストライプ状の電極パターンである駆動電極１１と、駆動電極１１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本のストライプ状の電極パターンである検知電極１２とから構成されている。それぞれの駆動電極１１と検知電極１２とが互いに交差した交差部分それぞれに、静電容量を持つ容量素子が形成される。

また、駆動電極１１は、走査信号線１０が延在する方向に対して平行な方向に延在するように配列されている。そして、駆動電極１１は、後に詳細に説明するとおり、Ｍ（Ｍは自然数）本の走査信号線を１ラインブロックとしたとき、複数のＮ（Ｎは自然数）本のラインブロックそれぞれに対応するように配置され、ラインブロックごとに駆動信号を印加するように構成している。

タッチ位置の検出動作を行う際は、センサ駆動回路６から駆動電極１１に対し、ラインブロックごとに時分割的に線順次走査するように駆動信号Ｔｘｖを印加することにより、検出対象となる１つのラインブロックが順次選択される。また、検知電極１２から検出信号Ｒｘｖを出力することにより、１つのラインブロックのタッチ位置検出が行われるように構成されている。

次に、静電容量方式のタッチセンサにおけるタッチ位置の検出原理（電圧検知方式）について、図３、図４を用いて説明する。

図３（ａ）、図３（ｂ）は、タッチセンサの概略構成と等価回路について、タッチ操作を行っていない状態（図３（ａ））とタッチ操作を行った状態（図３（ｂ））とを説明する図である。図４は、図３に示したような、タッチ操作を行っていない場合とタッチ操作を行った場合との検出信号の変化を示す説明図である。

静電容量方式のタッチセンサは、図２に示すように、互いに交差するようにマトリクス状に配置された一対の駆動電極１１と検知電極１２との交差部が、図３（ａ）に示すように、誘電体Ｄを挟んで対向配置していることにより容量素子を構成している。等価回路は、図３（ａ）の図中右側に示すように表わされ、駆動電極１１、検知電極１２および誘電体Ｄによって、容量素子Ｃ１が構成される。容量素子Ｃ１は、その一端が交流信号源としてのセンサ駆動回路６に接続され、他端Ｐは抵抗器Ｒを介して接地されるとともに、電圧検出器としての信号検出回路７に接続される。

交流信号源としてのセンサ駆動回路６から駆動電極１１（容量素子Ｃ１の一端）に、数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚ程度の所定の周波数のパルス電圧による駆動信号Ｔｘｖ（図４）を印加すると、検知電極１２（容量素子Ｃ１の他端Ｐ）に、図４に示すような出力波形（検出信号Ｒｘｖ）が現れる。

指が接触（または近接）していない状態では、図３（ａ）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Ｉ０が流れる。このときの容量素子Ｃ１の他端Ｐの電位波形は、図４の波形Ｖ０のようになり、これが電圧検出器である信号検出回路７によって検出される。

一方、指が接触（または近接）した状態では、図３（ｂ）に示すように、等価回路は、指によって形成される容量素子Ｃ２が容量素子Ｃ１に直列に追加された形となる。この状態では、容量素子Ｃ１、Ｃ２に対する充放電に伴って、それぞれ電流Ｉ１、Ｉ２が流れる。このときの容量素子Ｃ１の他端Ｐの電位波形は、図４の波形Ｖ１のようになり、これが電圧検出器である信号検出回路７によって検出される。このとき、点Ｐの電位は、容量素子Ｃ１、Ｃ２を流れる電流Ｉ１、Ｉ２の値によって定まる分圧電位となる。このため、波形Ｖ１は、非接触状態での波形Ｖ０よりも小さい値となる。

信号検出回路７は、検出電極１２それぞれから出力される検出信号の電位を所定のしきい値電圧Ｖｔｈと比較し、このしきい値電圧以上であれば非接触状態と判断し、しきい値電圧未満であれば接触状態と判断する。このようにして、タッチ検出が可能となる。なお、タッチ検出を行うために、図４に示したような電圧の大きさによって判別する方法以外の静電容量の変化を検知する方法として、電流を検知する方法等がある。

次に、本技術によるタッチセンサの駆動方法の一例について、図５〜図１９を用いて説明する。

図５は、液晶パネルの走査信号線の配列構造とタッチセンサの駆動電極および検知電極の配列構造を示す概略図である。

図５に示すように、水平方向に延在する走査信号線１０は、Ｍ（Ｍは自然数）本の走査信号線Ｇ１−１、Ｇ１−２・・・Ｇ１−Ｍを１ラインブロックとし、複数のＮ（Ｎは自然数）本のラインブロック１０−１、１０−２・・・１０−Ｎに分割して配列されている。

タッチセンサの駆動電極１１は、ラインブロック１０−１、１０−２・・・１０−Ｎにそれぞれ対応させて、Ｎ本の駆動電極１１−１、１１−２・・・１１−Ｎが水平方向に延在するように配列されている。そして、Ｎ本の駆動電極１１−１、１１−２・・・１１−Ｎと交差するように、複数本の検知電極１２が配列されている。

図６は、液晶パネルにおいて、表示画像を更新する表示更新を行う走査信号線の各ラインブロックへの走査信号の入力タイミングと、タッチセンサでタッチ位置検出を行うために、各ラインブロックに配置された駆動電極への駆動信号の印加タイミングとの関係の一例を示す説明図である。図６の（ａ）〜図６（ｆ）それぞれが、Ｍ本分の水平走査期間における状態を示している。

図６（ａ）に示すように、一番上のラインブロック１０−１の走査信号線それぞれに走査信号を順次入力している水平走査期間においては、一番下のラインブロック１０−Ｎに対応する駆動電極１１−Ｎに駆動信号を印加している。この後に続く水平走査期間、すなわち、図６（ｂ）に示すように、上から２番目のラインブロック１０−２の走査信号線それぞれに走査信号を順次入力している水平走査期間においては、１ライン前の一番上のラインブロック１０−１に対応する駆動電極１１−１に駆動信号を印加している。

そして、図６（ｃ）〜図６（ｆ）に示すように、ラインブロック１０−３、１０−４、１０−５・・・１０−Ｎの走査信号線それぞれに走査信号を順次入力している水平走査期間が順次進行するのに対応し、１ライン前のラインブロック１０−２、１０−３、１０−４、１０−５に対応する駆動電極１１−２、１１−３、１１−４、１１−５に駆動信号を印加するように構成している。

すなわち、本技術においては、複数の駆動電極１１への駆動信号の印加は、表示更新を行う１水平走査期間において、複数の走査信号線に走査信号を印加していないラインブロックに対応する駆動電極を選択して印加するように構成している。

図７は、１水平走査期間における走査信号と駆動信号の印加の状態を示すタイミングチャートである。

図７に示すように、１フレーム期間のそれぞれの水平走査期間（１Ｈ、２Ｈ、３Ｈ・・・ＭＨ）において、走査信号線１０には線順次で走査信号が入力されて表示更新が行われる。この走査信号が入力されている期間内に、走査信号線のラインブロック単位（１０−１、１０−２・・・１０−Ｎ）に対応する駆動電極１１−１、１１−２・・・１１−Ｎで表示の更新が行われているラインブロックとは別のラインブロックにおいて、駆動電極にタッチ位置検出のための駆動信号が順次印加されている。

図８は、液晶表示パネルでの画像表示のための１水平走査期間における表示更新期間と、タッチセンサにおけるタッチ位置検出のためのタッチ検出期間との関係の一例を説明するためのタイミングチャートである。

図８に示すように、表示更新期間においては、走査信号線１０に走査信号が順次入力されるとともに、各サブピクセルの画素電極のスイッチング素子に接続される映像信号線９には、入力される映像信号に応じた画素信号が入力される。なお、図８において、水平走査期間の前後には、パルス状の走査信号が所定の電位に立ち上がるまでの時間と、所定の電位に立ち下がるまでの時間に相当する遷移期間が存在している。

本実施形態の液晶表示装置においては、この表示更新期間と同じタイミングでタッチ検出期間を設けており、表示更新期間から遷移期間を除いた期間をタッチ検出期間としている。

図８に示す例では、走査信号が所定の電位に立ち上がる遷移期間が終了した時点で、駆動電極１１に駆動信号としてのパルス電圧を印加している。そして、駆動電圧パルスを、タッチ検出期間のほぼ中間地点で立ち下げている。タッチ位置の検出タイミングＳは、図８に示すように、駆動信号であるパルス電圧の立ち下がりポイントとタッチ検出期間終了ポイントの２箇所に存在している。

なお、タッチ検出期間におけるタッチ位置の検出動作は、図３、図４により説明した通りである。

次に、本実施形態にかかる液晶表示装置における、タッチセンサの電極構造について説明する。

図９は、本実施形態にかかるタッチセンサ機能を備えた液晶表示装置における、液晶パネルの構成を示す説明図である。図１０は、タッチセンサの電極構成について、端子引出部を含めて拡大して示す説明図である。なお、図１０において示されている微細な四角形状それぞれは、液晶パネルにおけるＲＧＢのサブピクセルによって形成される画素の配列構成を示している。

図９に示す液晶パネル１は、ガラス基板などの透明基板からなるＴＦＴ基板１ａに、マトリクス状に配置された画素電極と、それぞれの画素電極に対応して設けられ画素電極への電圧印加をオンオフ制御するスイッチング素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）と、共通電極などを形成することにより画像表示領域１３が形成されている。なお、図９では、画素電極やＴＦＴの図示は省略している。

また、ＴＦＴ基板１ａ上には、映像信号線９に接続される映像線駆動回路４と、走査信号線１０に接続される走査線駆動回路３とが配置されている。なお、図１を用いて説明したように、ＴＦＴ基板１ａには、複数の映像信号線９と複数の走査信号線１０とが互いに概ね直交して形成され、走査信号線１０はＴＦＴの水平列ごとに設けられ、水平列の複数のＴＦＴのゲート電極に共通に接続される。映像信号線９はＴＦＴの垂直列ごとに設けられ、垂直列の複数のＴＦＴのドレイン電極に共通に接続される。また、各ＴＦＴのソース電極には、それぞれのＴＦＴに対応した、画素領域に配置されている画素電極が接続される。

図９に示すように、液晶パネル１の画像表示領域１３には、タッチセンサを構成する一対の電極として、複数の駆動電極１１と複数の検知電極１２とが互いに交差するように配置されている。タッチセンサを構成する一対の電極のうち、一方の駆動電極１１は、図５を用いて説明したように、Ｎ本の駆動電極１１−１、１１−２・・・１１−Ｎが画素配列の行方向であるの水平方向に延在するように形成される。また、タッチセンサを構成する一対の電極のうち、他方の検知電極１２は、上記したＮ本の駆動電極１１−１、１１−２・・・１１−Ｎと交差するように、画素配列の列方向である垂直方向に延在するように複数本形成されている。

図９、および、図１０に示すように、本実施形態にかかるタッチセンサの駆動電極１１は、島状に分離されるように行方向（水平方向）に配置したひし形形状の複数個の電極ブロック１１ａどうしを、この電極ブロック１１ａに連続して同層に形成される接続部１１ｂで接続することによって１本の駆動電極１１として形成され、この構成の駆動電極１１が列方向（垂直方向）に複数本配置された構成となっている。

また、本実施形態にかかるタッチセンサの検知電極１２は、島状に分離されるように列方向（垂直方向）に配置したひし形形状の複数個の電極ブロック１２ａどうしを、この電極ブロック１２ａに連続して同層に形成される接続部１２ｂにより接続することによって１本の検知電極１２として形成され、この構成の検知電極１２が行方向（水平方向）に複数本配置された構成となっている。

そして、本実施形態にかかるタッチセンサでは、駆動電極１１のそれぞれの電極ブロック１１ａと検知電極１２のそれぞれの電極ブロック１２ａとが、電極ブロックどうしが対向しないように、すなわち、液晶パネルの厚さ方向において互いに重なり合わないように配置されている。なお、図９、図１０に示すように、駆動電極１１および検知電極１２は、画像表示領域１３の中央部分においてはそれぞれがひし形形状をしているが、画像表示領域１３の周辺端部においては、ひし形形状を半分に分割した三角形状となっている。

また、図９、図１０に示すように、それぞれの駆動電極１１をセンサ駆動回路６に電気的に接続するための端子引出部１７が設けられている。

図１０に示すように、端子引出部１７は、駆動電極１１の端部の電極ブロックから引き出された複数本の引出配線部１７ａと、この複数本の引出配線部１７ａが共通に電気的に接続される低抵抗の金属材料からなる共通配線部１７ｂとを有している。また、共通配線部１７ｂは、引出配線部１７ａに対して幅が広いいわゆるベタパターン状に形成されている。なお、図１０においては、駆動電極１１の端子引出部１７のみを例として示しているが、駆動電極１１と検知電極１２の形成方法によっては、検知電極１２の端子引出部も図１０に示した駆動電極１１の端子引出部１７と同様に、それぞれの引出配線部を幅が広いベタパターン状の共通配線部で接続される構成とすることができる。

図１１、および、図１２は、タッチセンサを構成する電極の端子引出部について説明する図面である。

図１１は、図１０においてＡ部として示した駆動電極１１の端子引出部１７を拡大して示す平面図である。また、図１２は、図１１に示したａ−ａ線で切断した断面構成を示す断面図である。

図１１、図１２に示すように、本実施形態にかかる液晶表示装置のタッチセンサでは、駆動電極１１の端部の電極ブロックから引き出した複数本の引出配線部１７ａの先端部は、スルーホール接続部１７ｃを形成することによって、層間絶縁膜１８を介してその裏面側に形成された、低抵抗の金属材料からなる幅広の共通配線部１７ｂに電気的に接続されている。

図１３は、図１０においてＢ部として示した部分、すなわち、タッチセンサの検知電極１２が形成されている部分の、液晶パネルの一つのサブピクセルとその周辺部の構成の一例を示す平面図である。

図１３に示すように、本実施形態にかかる液晶表示装置の液晶パネルでは、ＴＦＴ基板１ａの液晶層側の面に、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材からなる画素電極１９と、画素電極１９にソース電極を接続したＴＦＴ２０と、ＴＦＴ２０のゲート電極に接続された走査信号線１０と、ＴＦＴ２０のドレイン電極に接続された映像信号線９とが、適宜各電極層の間に形成された絶縁膜を介して積層形成されている。さらに、本実施形態にかかる液晶パネルでは、画素電極１９の周辺部に形成された、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材と金属層とからなる検知電極１２を備えている。

ＴＦＴ２０は、半導体層、および半導体層にそれぞれオーミック接続されるドレイン電極およびソース電極を有し、ソース電極は図示しないコンタクトホールを介して画素電極１９に接続されている。半導体層の下層には、走査信号線１０に接続されるゲート電極が形成されている。

なお、図１３に示す例は、本実施形態の液晶表示装置における液晶パネルとして、ＩＰＳ方式と呼ばれる液晶層に対して横方向の電界がかかる方式の液晶パネルが用いられた場合の例であり、画素電極１９と共通電極との間の電界が１つのサブピクセルを構成する有効領域の液晶全体に及ぶように、画素電極１９が櫛歯形状に形成されている。また、画素電極１９が形成されていて、その部分の液晶層が画像表示に寄与する有効領域を囲むように、その部分の液晶層が画像表示に寄与しない境界領域が設けられ、その境界領域に、走査信号線１０、映像信号線９が配置されている。そして、走査信号線１０と映像信号線９との交点近傍にＴＦＴ２０が配置されている。

さらに、図１３として示す図１０におけるＢ部は、タッチセンサを構成する電極としての検知電極１２が形成された領域である。このため、本実施形態にかかる液晶表示装置の液晶パネルでは、上記した有効領域を囲むように形成された境界領域、すなわち、画素電極１９の周辺部の、映像信号線９および走査信号線１０と重複する位置に、有効領域を囲むようにして略井桁枠状の検知電極１２が形成されている。

なお、図１３では図示していないが、本実施形態にかかる液晶表示装置の液晶パネル１では、画素電極１９に層間絶縁膜を挟んで対向するように共通電極が形成されている。そして、本実施形態の液晶パネル１では、この共通電極の一部をタッチセンサの駆動電極１１として兼用して使用している。

図１０においてＣ部として示した、液晶パネル１において画像表示のために用いられる共通電極を駆動電極１１として用いる部分は、液晶パネルとしての画像表示のための電極構成は共通しているため、液晶パネルの一つのサブピクセルとその周辺部の構成は、図１３に示した構成とほぼ同じ構成となる。しかし、図１０のＢ部として図１３に示した部分の構成と、Ｃ部の構成とでは、有効領域の周辺部である周辺領域に、検知電極１２が配置されているか否かという点で異なる。図１０に示すように、Ｃ部として示す領域には検知電極１２は形成されていないため、Ｃ部として示す部分のサブピクセルとその周辺部の構成においては、図１３に示したような、境界領域の映像信号線９および走査信号線１０とに重複して形成された検知電極１２は存在しない。

図１４（ａ）、図１４（ｂ）は、本実施形態にかかる液晶パネルのタッチセンサを構成する、一対の電極それぞれについての配置を説明するための平面図である。図１４（ａ）が、検知電極１２の配置を説明する図であり、画素電極１９の下層として画素電極１９と共通電極との間に形成された層間絶縁層の、画素電極側の電極配置を示している。また、図１４（ｂ）は、駆動電極１１の配置構成を示す図であり、画素電極１９の下層として形成されている層間絶縁層の画素電極１９とは反対の側に形成された、一部が駆動電極１１を兼ねる共通電極の電極配置を示している。

また、図１５Ａ、図１５Ｂ、図１５Ｃ、図１５Ｄは、液晶パネルの共通電極と、液晶パネルの共通電極を兼ねたタッチセンサの駆動電極、および、タッチセンサの検知電極を拡大して示す説明図である。図１５Ａ、図１５Ｄに、共通電極のみとして用いられる電極部分と、共通電極を兼ねた駆動電極と、検知電極との位置関係を示す。また、図１５Ｂには、検知電極を、図１５Ｃには共通電極について、共通電極のみとして使用される電極部分と、共通電極を兼ねた駆動電極とを示している。

まず、共通電極について、共通電極のみとして使用される電極部分と共通電極を兼ねたタッチセンサの駆動電極部分の構成を説明する。

図１４（ｂ）、図１５Ａ〜図１５Ｄに示すように、液晶パネルの共通電極を兼ねた駆動電極１１は、島状に分離されるように行方向（水平方向）に配置したひし形形状の複数個の電極ブロック１１ａどうしを、この電極ブロック１１ａに連続して同層に形成され、かつ電極ブロック１１ａより面積の小さい接続部１１ｂを介して互いに電気的に接続することにより、１本の水平方向に配置された駆動電極１１が形成されている。そして、この構成の駆動電極１１を、列方向（垂直方向）に複数本配置した構成としている。

また、共通電極としてのみ働く電極パターン２４は、駆動電極１１と同様な形状であり、駆動電極１１に対して電気的に分離するスリット２５を介して駆動電極１１間に配置されている。すなわち、電極パターン２４は、島状に分離されるように行方向（水平方向）に配置したひし形形状の複数個の電極ブロック２４ａどうしを、この電極ブロック２４ａに連続して同層に形成され、かつ電極ブロック２４ａより面積の小さい接続部２４ｂを介して互いに電気的に接続することにより、１本の水平方向に配置された電極パターン２４が形成されている。そして、この構成の電極パターン２４が、駆動電極１１との間にスリット２５を設けて、列方向（垂直方向）に複数本配置した構成としている。

このように本技術によるタッチセンサにおいては、液晶パネルでの画像表示のために、画素電極１９と層間絶縁層を介して液晶パネルの厚さ方向において対向して、必要な箇所に形成されるスルーホール部分等を除いて略ベタパターンとして液晶パネルの画像表示面の全体に渡って面状に形成される共通電極を、スリット２５により電気的に分割することにより、それぞれがひし形形状の島状として形成される複数個のブロックと、このブロック同士を接続する接続部を形成する。そして、これらの島状のブロックを、接続部を用いて水平方向に接続することで水平方向に延伸する駆動電極１１を形成している。また、同時に、駆動電極として使用されていない残余部分のやはり菱形の島状となるブロックも、それらを接続部で水平方向に接続して、駆動電極の行の間に位置する水平方向に延在する電極パターンとしている。

タッチセンサの他方の電極である検知電極１２は、図１３を用いて説明したように、液晶パネルの各サブピクセルにおいて画素電極１９が形成された有効領域を囲むように形成された境界領域において、映像信号線９および走査信号線１０と重複する位置に形成されている。そして、それぞれのサブピクセルの周囲を取り巻く境界領域に形成された検知電極を縦方向および横方向に適宜接続して、全体として島状に分離されるように列方向（垂直方向）に配置されたひし形形状の複数個の電極ブロック１２ａどうしを、この電極ブロック１２ａに連続して同層に形成され、かつ電極ブロック１２ａより面積の小さい接続部１２ｂを介して互いに電気的に接続する。このようにして、縦方向に配列された１本の検知電極１２が形成されている。そして、この構成の検知電極１２を水平方向に複数本配置した構成としている。これにより、駆動電極１１および検知電極１２は、図５に示すような回路を構成している。

検知電極１２を構成するひし形形状の電極ブロック１２ａは、複数のサブピクセルの画素電極１９それぞれの周囲に形成された検知電極１２を互いに電気的に接続して集合体とすることにより形成され、かつ互いに島状に分離した状態で行方向に配置されている。検知電極１２の接続部１２ｂは、電極ブロック１２ａを構成する複数の画素間に存在する他の画素に形成された検知電極１２により構成され、電極ブロック１２ａに対して小さい面積として形成されている。

さらに、図１５Ａに示すように、検知電極１２の電極ブロック１２ａは、共通電極を兼ねた駆動電極１１の電極ブロック１１ａとは対向しないように、すなわち、検知電極１２の電極ブロック１２ａと駆動電極１１の電極ブロック１１ａとが、液晶パネルの厚さ方向において重ならないように配置されている。また、検知電極１２の電極ブロック１２ａは、駆動電極１１の電極ブロック１１ａ、および、共通電極の電極パターン２４の電極ブロック２４ａより小さい面積であって、共通電極の電極パターン２４の電極ブロック２４ａに対して液晶パネルの厚さ方向に対向するように、すなわち、層間絶縁膜を介して積層されて配置されている。

図１５Ｄは図１５ＡにおいてＤ部として示した領域の拡大図である。

図１５Ａに全体の菱形形状を示した駆動電極１１と検知電極１２のそれぞれの電極ブロックは、図１５Ｄのようにそれぞれの画素のサブピクセルが認識できる大きさにまで拡大されると、実際にはひし形形状の電極ブロックの斜めの辺の部分は図１５Ｄに示すように階段状に形成されている。ここで、図１５Ｄに示す領域Ｅは、赤（Ｒ）緑（Ｇ）青（Ｂ）のサブピクセルから構成される１画素分の領域を示している。

図１６（ａ）、図１６（ｂ）は、図１５Ｄにおいて示した、領域Ｆ部、および、領域Ｇ部それぞれの概略断面図である。

図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように、液晶パネル１は、ガラス基板などの透明基板からなるＴＦＴ基板１ａと、このＴＦＴ基板１ａに対向するように所定の間隙を設けて配置される対向基板１ｂとを有し、ＴＦＴ基板１ａと対向基板１ｂとの間に液晶材料１ｃを封入することにより構成されている。

ＴＦＴ基板１ａは、液晶パネル１の背面側に位置し、ＴＦＴ基板１ａの本体を構成する透明基板の表面に、マトリクス状に配置された画素電極１９と、それぞれの画素電極１９に対応して設けられ、画素電極１９への電圧印加をオン／オフ制御するスイッチング素子としてのＴＦＴと、画素電極１９と層間絶縁層を介して積層して形成されている共通電極などが形成されている。なお、上述のように、本実施形態にかかる液晶パネル１の共通電極は、タッチセンサの駆動電極１１を兼ねる部分と、タッチセンサの駆動電極を兼ねずに共通電極としてのみ機能する部分とに分離されている。

対向基板１ｂは、液晶パネル１の前面側に位置し、対向基板１ｂ本体を構成する透明な基板に、ＴＦＴ基板１ａに形成された画素電極１９に対応するように液晶パネルの厚さ方向において重なる位置に、赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）のサブピクセルをそれぞれ構成するための３原色のカラーフィルタ２１Ｒ、２１Ｇ、２１Ｂと、これらＲ、Ｇ、Ｂのサブピクセルの間と３つのサブピクセルから構成される一つの画素間に配置され、表示される画像のコントラストを向上させるための遮光材料からなる遮光部であるブラックマトリクス２２が形成されている。

なお、詳細な説明は省略するが、図１６（ａ）、図１６（ｂ）に示すように、通常のアクティブマトリクスの液晶パネルと同様、ＴＦＴ基板１ａに形成される電極や配線等の所定の電位が印加される各構成要素間には、層間絶縁膜２３が形成されている。

上述したように、ＴＦＴ基板１ａには、ＴＦＴ２０のドレイン電極に接続される複数の映像信号線９と、ゲート電極に接続される複数の走査信号線１０とが互いに直交するように配置されている。走査信号線１０はＴＦＴの水平列毎に設けられ、水平列の複数のＴＦＴ２０のゲート電極に共通に接続される。映像信号線９はＴＦＴ２０の垂直列毎に設けられ、垂直列の複数のＴＦＴ２０のドレイン電極に共通に接続されている。また、各ＴＦＴ２０のソース電極には、それぞれのＴＦＴ２０に対応する画素電極１９が接続される。

図１６（ａ）に示すように、本開示の液晶パネルでは、共通電極をタッチセンサの駆動電極として利用するために、対向基板１ｂのブラックマトリクス２２と対向する位置の共通電極にスリット２５が形成されて、スリット２５の一方の側がタッチセンサの駆動電極１１と、スリット２５の他方の側が共通電極としてのみの機能を有する電極パターン２４となっている。

また、本開示の液晶パネルでは、図１３を用いて説明したように、画素電極１９が形成された有効領域を囲むように境界領域が設けられ、図１６（ｂ）に示すように、境界領域における対向基板１ｂのブラックマトリクス２２と対向する位置に、検知電極１２が形成されている。

図１７は、図１５Ａなどを用いて説明した本開示の液晶パネルの構成における、駆動電極１１の電極ブロック１１ａと検知電極１２の電極ブロック１２ａとの間の等価回路図である。

図１７に示すように、駆動電極１１の電極ブロック１１ａと検知電極１２の電極ブロック１２ａとは、互いに対向しないように、すなわち液晶パネルの厚さ方向において重ならないように配置されている。このため、図１７に図示するように、電極ブロック１１ａと電極ブロック１２ａのエッジ部分の間に所定の静電容量が形成されることとなる。このようにすることで、駆動電極１１と検知電極１２との間の相互容量を減少させることができるため、図３を用いてその原理を説明したタッチ検出動作を行う際に、検出感度を高めることができる。

また、図１５Ａに示したように、検知電極１２の電極ブロック１２ａは、駆動電極１１の電極ブロック１１ａおよび共通電極の電極パターン２４の電極ブロック２４ａより小さい面積となるように構成されている。このようにすることで、検知電極１２から駆動電極１１へのパス間に共通電極の電極パターン２４が存在することとなり、駆動電極１１と検知電極１２との間の相互容量を一層減少させることができる。この結果、本開示のタッチパネルでは、タッチ検出動作時の検出感度をさらに高めることができる。

図１８（ａ）、および、図１８（ｂ）は、本技術の他の例におけるタッチセンサの構成と作用効果を説明するための断面図である。

液晶パネル１の共通電極をタッチセンサの一方の電極として共用するために、本開示の液晶パネルでは、通常は略ベタパターンとして形成される共通電極に、スリット２５が設けられることになる。図１８（ａ）に示すように、共通電極にスリット２５を設け、共通電極の一部をタッチセンサの一方の電極（図１８に示す例では駆動電極１１）と共用すると、ＴＦＴ基板１ａのより下層側部分に形成した映像信号線９からの漏洩電界が液晶層に到達し、液晶配向に乱れを発生させるおそれがある。特に本実施形態の液晶パネルのように、駆動電極１１と検知電極１２としてひし形形状の島状の電極パターンを形成する場合、列方向（垂直方向）にスリット２５を形成する必要がある。一方で、映像信号線９も列方向（垂直方向）に形成されているため、列方向（垂直方向）のスリット２５の位置と映像信号線９の位置は互いに重なり合うことになる。このため、映像信号線９の上面に形成されたスリット２５からの漏洩電界の影響が大きくなる。

そこで、本技術の液晶パネルでは、図１８（ｂ）に示すように、タッチセンサの一方の電極である駆動電極１１として共用するために共通電極に設けたスリット２５と対応する位置である、液晶パネルの厚さ方向においてスリット２５と重なる画素電極１９間の位置に、遮蔽電極２６が設けられている。なお、画素電極１９の間に遮蔽電極２６を配置する場合には、電界抑制用の遮蔽電極２６は液晶パネルにおける画像の表示駆動に影響を与えない電位の電圧、たとえば共通電極に印加する電圧を印加するように構成する。

なお、図１８（ｂ）に示す例では、タッチセンサの他方の電極である検知電極１２とは別に遮蔽電極２６を設けたが、タッチセンサの検知電極１２と同時に形成し、共用する構成としてもよい。

以上説明したように、共通電極に形成されるスリット２５と重ね合わさる位置に遮蔽電極２６を形成することにより、ＴＦＴ基板１ａの下層部分に形成した映像信号線９からの漏洩電界を遮蔽する役割を果たすことができ、この漏洩電界が原因となる液晶配向の乱れを抑制することができる。

図１９は、本技術におけるタッチセンサにおいて、検知電極１２の構成例の詳細構造を示す拡大断面図である。

図１９に示す構成の検知電極１２は、画素電極１９を形成する前に、層間絶縁層２３上に、アルミニウムや銅などの低抵抗の金属材料からなる下層部２７ａを、感光露光法などの周知の電極形成方法を用いて所定のパターン形状として形成し、その後、画素電極１９を形成する感光露光法による同じ工程により、インジウム錫酸化物（ＩＴＯ）やインジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）などの透明導電材からなる上層部２７ｂを下層部２７ａに積層するように形成したものである。

このような構成とすることにより、タッチセンサの電極として、低抵抗の電極を形成することができ、タッチセンサの高感度化、省電力駆動が可能となる。

なお、本開示の液晶パネルにおいて、タッチセンサの一方の電極である駆動電極１１を液晶パネルの共通電極の一部を兼用する構成とし、他方の電極である検知電極１２を画素電極の周辺部の境界領域に形成する構成を例示説明した。しかし、タッチセンサの駆動電極と検知電極との構成は、上記のものに限られず、駆動電極を画素電極の周辺部の境界領域に形成し、検知電極１２を共通電極の一部を兼用するものとして形成することもできる。

以上のように本技術においては、複数の画素電極１９を有し、前記画素電極１９への電圧印加を制御するＴＦＴ２０に順次走査信号を印加して表示の更新を行う表示パネルである液晶パネル１と、液晶パネルの画素電極１９の周辺部に配置された一方の電極、およびこの電極に交差するように配置される他方の電極を有し、前記一方の電極と前記他方の電極との間に容量素子を形成した入力装置とを備えた表示装置であって、前記画素電極１９の周辺部に配置された前記一方の電極は、金属材料からなる下層部２７ａと、この下層部２７ａを覆うように形成され前記画素電極１９と同一材料からなる上層部２７ｂとで構成したものである。このように、本技術の入力装置は、金属材料からなる下層部２７ａと画素電極１９と同一材料からなる上層部２７ｂとで構成された電極を備えることとなり、入力装置の電極の抵抗値を下げることができ、低消費電力で検出感度の高い入力装置を表示装置に内蔵させることができる。

また、入力装置の一方の電極は、金属材料からなる下層部２７ａを画素電極１９と同一材料からなる上層部２７ｂで覆う構成であるため、金属材料からなる下層部２７ａを形成する工程を追加するのみで、入力装置を備えた表示装置を実現することができる。

以上のように本技術は、静電容量結合方式の入力装置を備えた表示装置として有用な発明である。

Claims

複数の画素電極を有し、前記画素電極への電圧印加を制御するスイッチング素子に順次走査信号を印加して表示の更新を行う表示パネルと、
前記表示パネルの前記画素電極の周辺部に配置された一方の電極、およびこの電極に交差するように配置される他方の電極を有し、前記一方の電極と前記他方の電極との間に容量素子を形成した入力装置とを備えた表示装置であって、
前記画素電極の周辺部に配置された前記一方の電極は、金属材料からなる下層部と、この下層部を覆うように形成され前記画素電極と同一材料からなる上層部とで構成されたものであることを特徴とする表示装置。