JP5905730B2 - タッチパネル付液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネル付液晶表示装置に関する。

コンピュータ等の情報通信端末の表示画面上に重ねて配置されたタッチパネルを入力装置としたものが広く用いられている。表示装置として一般的に普及している液晶表示装置は、薄膜トランジスタ基板（以下、「ＴＦＴ（Thin Film Transistor）基板」という。）とカラーフィルタ基板の２つの基板の間に封じ込められた液晶組成物の配向を電界の変化により変え、液晶組成物を通過する光の透過度合いを制御することにより画像を表示させる装置である。このうち、ＴＦＴ基板側に画素電極と共通電極の両方が配置されるＩＰＳ（In Plane Switching）方式では、いわゆる横電界を形成し、視野角の広い表示を実現している。

タッチパネルは、使用者の指などを用いてタッチされたパネル上の座標を認識することにより、処理装置に処理を行なわせる入力装置である。パッチパネルには、タッチされた部分の抵抗値変化を検出する抵抗膜方式、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、容量変化を検出する静電容量結合方式などが知られている。静電容量結合方式は、パネルの透過率が高く表示画質を低下させない点、他の電極との接触がなく耐久性が高い点等から広く用いられている。

図１１には、静電容量方式を利用したタッチパネル８００が示されている。タッチパネル８００は、ガラス基板８０６と、ガラス基板８０６上に形成された短辺方向に延びる駆動電極８０２と、長辺方向に延びる検出電極８０１と、駆動電極８０２に電圧を印加すると共に、検出電極８０１から電圧又は電流を検出するタッチパネル制御部８０８とから構成されている。図１２には、図１１のXII−XII線における断面が示されている。この図に示されるように、駆動電極８０２及び検出電極８０１は同一層に形成されており、その上に絶縁膜８０９が形成されている。また、ガラス基板８０６の下側には、表示装置からの発生する電界を遮蔽するための透明シールド電極８０７が形成されている。駆動電極８０２と検出電極８０１との交差部は、互いに接触しないようにスルーホールを介して異なる層で交差するように形成されている。検出の際には、駆動電極８０２に順にパルス波形の電圧を印加し、検出電極８０１の応答を検出することにより、タッチパネル８００への接触があったかどうかを検出する。

近年、情報通信端末に対する小型化・薄型化の要請により、タッチパネル付液晶表示装置もより薄型のものが求められている。特許文献１には、ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、液晶表示装置の共通電極をタッチパネルの駆動電極として用いることにより、より薄型化されたタッチパネル付液晶表示装置が開示されている。

特開２００９−２４４９５８号公報

図１３は、共通電極をタッチパネルの駆動電極として用いる場合の駆動電極９０２及び検出電極９０１の配置について、一部を拡大して示す図である。この図に示されるように、液晶表示装置の共通電極は、表示面の全面に配置される必要があるため、共通電極として用いられる駆動電極９０２の検出電極９０１との交差部分（重なり部分）の面積は大きく、容量も大きくなってしまう。このため駆動電極として動作する際には、過渡電流が大きくなるため、消費電力が大きくなる。また、検出の際に非検出時の電流を差し引くオフセット調整等が必要となり、検出感度を上げることが困難となる。

本発明は、上述の事情を鑑みてしたものであり、表示装置の電極をタッチパネルの駆動電極とするタッチパネル付表示装置において、より高感度で消費電力を抑えたタッチパネル付表示装置を提供することを目的とする。

本発明のタッチパネル付液晶表示装置は、表示領域に配置された各画素に配置され、階調値に応じた電位が印加される複数の電極である画素電極と、前記表示領域を横切るように一方向に延びる複数の電極である共通電極と、前記表示領域を横切るように、前記一方向とは異なる方向に延び、パネル上の接触位置を検出する複数の電極である検出電極と、前記画素電極及び前記共通電極により形成される電界により、配向が変化する液晶組成物からなる液晶層と、を備え、前記共通電極は、パネル上の接触位置を検出させるための検出電位が印加される第１電極と、前記検出電位が印加される期間に、前記検出電位とは異なる電位が印加される第２電極と、を有する、ことを特徴とするタッチパネル付液晶表示装置である。

また、本発明のタッチパネル付液晶表示装置において、前記第１電極は、前記検出電極と交差する交差部と、前記交差しない部分である検出部とを有し、前記交差部は、検出部と比較して線幅を狭くすることができる。

また、本発明のタッチパネル付液晶表示装置において、前記第１電極が前記検出電極と重なっていない領域には、前記第２電極が重なるように配置されていてもよい。

本発明の第１実施形態に係るタッチパネル付液晶表示装置について示す図である。 図１のタッチパネル付液晶表示パネルの制御構成について示すブロック図である。 図２のタッチパネル制御部により制御される電極の配置について示す図である。 図３のIV−IV線における断面図である。 画面上にタッチが発生していない場合の電界の様子について示す図である。 画面上にタッチが発生している場合の電界の様子について示す図である。 検出信号の変化の様子を示すグラフである。 第１実施形態に係る第１電極、第２電極及び検出電極の配置について、一部を拡大して示す図である。 第２実施形態に係る第１電極、第２電極及び検出電極の配置について、一部を拡大して示す図である。 第３実施形態に係る第１電極、第２電極及び検出電極の配置について、一部を拡大して示す図である。 静電容量方式を利用したタッチパネルを説明するための図である。 図１１のXII−XII線における断面図である。 従来の共通電極をタッチパネルの駆動電極として用いる場合の駆動電極及び検出電極の配置について、一部を拡大して示す図である。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

図１は、本発明の第１実施形態に係るタッチパネル付液晶表示装置１００について示す図である。この図に示されるように、タッチパネル付液晶表示装置１００は、タッチパネル付液晶表示パネル２００と、タッチパネル付液晶表示パネル２００を挟むように固定する上フレーム１０１及び下フレーム１０２と、により構成されている。

図２は、図１のタッチパネル付液晶表示パネル２００の制御構成について示すブロック図である。この図に示されるように、タッチパネル付液晶表示パネル２００は、画面表示を行なう液晶表示機能について制御する表示制御部２５２と、画面へのタッチ位置を検出するタッチパネル機能を制御するタッチパネル制御部２５４と、表示制御部２５２及びタッチパネル制御部２５４を統合的に制御するシステム制御部２５６と、により制御されている。

図３は、図２のタッチパネル制御部２５４により制御される電極の配置について示す図である。液晶表示に使用される共通電極は、これらが表示領域の全面を覆うように配置されるが、一部はタッチパネル機能の駆動電極としても機能させるために、表示領域の短辺方向に延びる短冊形状の第１電極２１３及び第２電極２１５とし、これらを敷き詰めるように配置し、共通電極としている。また、第１電極２１３は、タッチパネル機能の駆動電極として機能するため、タッチパネル制御部２５４から電圧が印加される。一方、検出電極２２２は、長辺方向に延びる短冊形状であり、表示領域の短辺方向に複数並置されており、検出電極２２２で検出された信号はタッチパネル制御部２５４に入力される。本実施形態では、隣り合う第１電極２１３の間には第２電極２１５が２つ配置されているが、これらの２つ並んだ第２電極２１５は一体化されて１つとなっていてもよいし、３つ以上並べられた構成となっていてもよい。

図４には、図３のIV−IV線における断面図が概略的に示されている。この図に示されるように、タッチパネル付液晶表示パネル２００は、不図示の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が形成され、画素毎に液晶の配向を制御するための回路が形成されたＴＦＴ基板２１０と、入射した光を不図示のカラーフィルタにより画素毎にＲＧＢ各色の波長の光として出射するカラーフィルタ基板２２０と、これらの基板の間にシール材２３２により封止された液晶組成物からなる液晶層２３１とにより構成されている。

ここで、ＴＦＴ基板２１０には、図４に示されるように、ガラス基板２１１上に画素電極２１２並びに液晶表示における共通電極として機能する第１電極２１３及び第２電極２１５が形成されており、カラーフィルタ基板２２０には、ガラス基板２２１上に検出電極２２２が形成されている。

次に、本発明のタッチパネル付液晶表示パネル２００の検出原理について説明する。図５には、画面上に指等によるタッチが発生していない場合の電界の様子が示されている。この図に示されるように、タッチパネル制御部２５４から、所定時間毎に第１電極２１３にはパルス信号５４１が入力され、これにより発生する電界により検出電極２２２には過渡的に電流が流れる。この電流はそれぞれの検出電極２２２毎にタッチパネル制御部２５４内の検出回路５４２により測定される。図６には、画面上で指５０２等によるタッチが発生している場合の電界の様子が示されている。この図に示されるようにタッチが発生している場合には、電界が遮断され検出電極２２２を流れる過渡的な電流は減少し、対応する検出回路５４２での信号レベルが変化するため、タッチパネル制御部２５４においてタッチを検出することができる。図７は、図５のタッチが発生していない状態と、図６のタッチが発生している状態における検出信号の変化の様子を示すグラフである。なお、検出回路５４２は、電流を検出するものであっても、電圧を検出するものであってもよい。

図８は、第１電極２１３、第２電極２１５及び検出電極２２２の配置について、一部を拡大して示す図である。この図に示されるように、本実施形態では、駆動電極として機能する第１電極２１３と検出電極２２２とが交差する面積を小さくすることができるため、過渡電流を少なくすることができ、消費電力を抑えることができると共に、タッチされていない状態のオフセット電流が小さくなることから、より高感度の検出を行なうことができる。

ここで、上述したように、第１電極２１３及び第２電極２１５は、液晶表示における共通電極として機能するが、検出は、画素電極２１２に階調値に基づく電圧を印加したのち、画素電極２１２がフローティングであるときに行なわれるため、第１電極２１３及び第２電極２１５と画素電極２１２との間の電位差は、第１電極２１３及び第２電極２１５の電位が変化したとしても保たれ、原則として画質に影響を与えない。しかしながら、第１電極２１３及び第２電極２１５の電位差が大きい場合には、液晶層の電界に影響を与えることも考えられるため、第２電極２１５にも画質を保持するための電位を印加するようにしている。当該電位は、第１電極２１３と異なる電位であれば、同じタイミングであってもよいし、それ以外のタイミングであってもよい。例えば、第１電極２１３より絶対値の小さな電位を印加することにより過渡電流を小さくすることができる。本実施形態では、図８に示されるように、表示制御部２５２からのパルス信号５２１を印加するものとしているが、タッチパネル制御部２５４により印加されることとしてもよい。

［第２実施形態］
図９には、第２実施形態に係るタッチパネル付液晶表示装置の第１電極３１３、第２電極３１５及び検出電極２２２の配置について、一部を拡大して示す図である。この図に示されるように、第２実施形態では、第１実施形態と比較して、第１電極及び第２電極の形状が異なっている。第１電極３１３は、検出電極２２２と交差する部分のみ細くなっており、他の部分では広い面積を占めている。このような形状とすることにより、第１電極３１３と検出電極２２２との交差部分の面積が小さいため、パルス信号５４１を印加したときの過渡電流を小さくし、消費電力が抑えることができる。また、オフセット電流が小さくなることから高感度の検出をすることができる。更に、交差部分以外の部分では広い面積を占めているため、広い範囲で画素電極との電位差を保持し、画質を維持することができる。第２電極３１５は、第１電極３１３の形状により隙間となる部分を埋めるような形状となっており、第１実施形態と同様にパルス信号５２１が印加されている。

［第３実施形態］
図１０には、第３実施形態に係るタッチパネル付液晶表示装置の第１電極４１３、第２電極４１５及び検出電極２２２の配置について、一部を拡大して示す図である。この図に示されるように、第３実施形態では、第２実施形態と比較して、第１電極４１３の検出電極２２２と交差する位置が異なっている。このような形状とした場合であっても、第１電極４１３は、検出電極２２２と交差する部分のみが細くなっているため、第１電極３１３と検出電極２２２との交差部分の面積が小さく、パルス信号５４１を印加したときの過渡電流を小さくし、消費電力が抑えられ、また、オフセット電流が小さくなることから高感度の検出をすることができる。更に、交差部分以外の部分では広い面積を占めているため、広い範囲で画素電極との電位差を保持し、表示画質を維持することができる。また、第２電極４１５は、第１電極４１３の形状により隙間となる部分を埋めるような形状となっており、第１実施形態と同様にパルス信号５２１が印加されている。

以上説明したように、上述の各実施形態によれば、表示装置の電極をタッチパネルの駆動電極とするタッチパネル付表示装置において、より高感度で消費電力を抑えたタッチパネル付表示装置とすることができる。

１００ タッチパネル付液晶表示装置、１０１ 上フレーム、１０２ 下フレーム、２００ タッチパネル付液晶表示パネル、２１０ ＴＦＴ基板、２１１ ガラス基板、２１２ 画素電極、２１３ 第１電極、２１５ 第２電極、２２０ カラーフィルタ基板、２２１ ガラス基板、２２２ 検出電極、２３１ 液晶層、２３２ シール材、２５２ 表示制御部、２５４ タッチパネル制御部、２５６ システム制御部、３１３ 第１電極、３１５ 第２電極、４１３ 第１電極、４１５ 第２電極、５２１ パルス信号、５４１ パルス信号、５４２ 検出回路。

Claims (5)

1. 表示領域に配置された各画素に配置され、階調値に応じた電位が印加される複数の電極である画素電極と、
   前記表示領域を横切るように一方向に延びる複数の電極である共通電極と、
   前記表示領域を横切るように、前記一方向とは異なる方向に延び、パネル上の接触位置を検出する複数の電極である検出電極と、
   前記画素電極及び前記共通電極により形成される電界により、配向が変化する液晶組成物からなる液晶層と、を備え、
   前記共通電極は、
   パネル上の接触位置を検出させるための検出期間に、検出電位が印加される第１電極と、
   前記検出期間に、前記検出電位とは異なる電位が印加される第２電極と、を有する、ことを特徴とするタッチパネル付液晶表示装置。
2. 請求項１に記載のタッチパネル付液晶表示装置であって、
   前記第１電極は、前記検出電極と交差する交差部と、前記交差しない部分である検出部とを有し、
   前記交差部は、検出部と比較して線幅が狭い、ことを特徴とするタッチパネル付液晶表示装置。
3. 請求項１又は２に記載のタッチパネル付液晶表示装置であって、
   前記第１電極が前記検出電極と重なっていない領域には、前記第２電極が重なるように配置されている、ことを特徴とするタッチパネル付液晶表示装置。
4. 請求項１に記載のタッチパネル付液晶表示装置であって、
   前記第１電極及び前記第２電極は、それぞれ、複数設けられ、
   隣り合う２本の前記第１電極の間には、複数本の前記第２電極が配置されていることを特徴とするタッチパネル付液晶表示装置。
5. 請求項１に記載のタッチパネル付液晶表示装置であって、
   前記第２電極に印加される前記電位は、パルス信号であり、
   前記第１電極に前記検出電位が印加されるのと同じタイミングで、前記パルス信号が前記第２電極に印加されることを特徴とするタッチパネル付液晶表示装置。

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