JP6074287B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、表示装置に関する。

ユーザインタフェースの形としてタッチパネル機能を具備する表示装置を搭載した携帯電話や携帯情報端末、パーソナルコンピュータなどの電子機器が開発されている。このようなタッチパネル機能を具備する電子機器では、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置に、別途タッチパネル基板を貼り合わせることでタッチパネル機能を付加することが検討されている。

また、近年、ＣＶＤ（Chemical Vapor Deposition）法等によりガラス基板等の透明な絶縁基板上にさまざまな材料で薄膜を形成し、切削や研削等の作業を繰り返し行うことにより、走査線や信号線からなる表示素子や、光センサ素子等を形成して、画像読み取り装置を製造する技術が研究されている。

また、画像読み取り装置の読み取り方式として、光センサ素子等に替えて導電性の電極を配置し、この電極と指等との間の容量変化によりパネル表面の指やペン等の情報を検知するいわゆる静電容量方式により接触位置を検出する技術が研究されている。

これらのタッチパネルは、フレキシブル回路基板（ＦＰＣ）を介して外部との間で信号を授受する。

特開２００６−５９０３４号公報

特許文献１に記載のタッチパネル付き表示装置は、表示装置の上面にタッチパネルを貼り合わせて構成されている。以下、この方式を外付け方式と呼ぶ。そのため、この外付け方式では表示装置の厚さに加え、タッチパネルの厚さが加わるため、表示装置が厚くなってしまうという問題があった。

そこで液晶などの表示パネル中にセンサ機能を組み込む、いわゆるインセル技術が盛んに開発されている。インセル技術によれば、別途作成したタッチパネルを液晶等に貼り合わせる必要がないため、電子機器全体の厚さや重量の増加を回避することが可能になる。さらに液晶等とタッチパネルの間に界面が存在しないため、界面で生じやすい光の反射が発生しないので、表示品位の点でも優れている。

一方、表示装置を構成する基板上にセンサ回路を内蔵することによりタッチパネル機能を実現しようとする場合には、従来の外付け方式に劣らない良好なセンシング性能を、工程や部材などが増加することによるコストの増加を回避して実現することが望まれる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、高い読み取り性能を備えるとともに、コスト増加を抑制することのできるタッチパネル機能内臓の表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様による表示装置は、マトリックス状に配された複数の画素電極を有するアレイ基板と、前記アレイ基板と液晶層を介して対向する対向電極を有する対向基板と、誘電体との間の容量結合の強弱を検知するためのセンサ電極と、を有し、前記センサ電極は互いに絶縁された複数の検知電極を有し、前記複数の検知電極と対向電極委は同一のレイヤーにて形成され、前記複数の検知電極は前記対向基板のコンタクト部を介して前記アレイ基板のコンタクト部に電気的に接続され、前記アレイ基板は、前記アレイ基板のコンタクト部に接続された信号線を外部に出力するためのパッドを有する、表示装置である。

第１の実施の形態に係る表示装置の基本の構成を示す図である。 第１の実施の形態に係る表示装置の回路構成を概略的に示す図である。 第１の実施の形態に係る表示装置の断面図である。 第１の実施の形態の表示装置に係るセンサ電極の一構成例を示す図である。 第１の実施の形態の表示装置に係るアレイ基板の配線方法を示す図である。 第１の実施の形態の表示装置に係るアレイ基板の他の配線方法を示す図である。 発明に先立って検討した表示装置の基本の構成を示す図である。 発明に先立って検討したタッチパネルに使用されるセンサ電極の構成を示す図である。

［第１の実施の形態］
以下、本発明の第１の実施の形態に係る表示装置について、図面を参照して説明する。

図１は、第１の実施の形態に係る表示装置１００の基本の構成を示す図である。
表示装置１００は、アレイ基板１、対向基板２、及び両基板に挟持された液晶層３を備えている。詳細は後述するが、アレイ基板１には、映像を表示するための画素回路、画素電極がアレイ状に配列され、さらにそれらを駆動するための各種信号線が設けられている。対向基板２は、対向電極、カラーフィルタ、ＢＭ（ブラックマトリクス）などを備えている。

第１の実施の形態に係る表示装置１００では、対向基板２に誘電体との間の容量結合の強弱を検知するためのタッチセンサが組み込まれている。そして、アレイ基板１に接続したＦＰＣを介して表示機能とタッチセンサ機能とに関する電力の供給と制御信号、映像信号、タッチ検知信号などが授受される。
なお、以下では、タッチセンサ機能を組み込んで構成された、アレイ基板１、及び対向基板２とからなる表示装置をインセル型タッチパネル機能内臓表示装置と呼ぶ。

図２は、第１の実施の形態に係る表示装置１００の回路構成を概略的に示す図である。

表示装置１００は、表示パネルＤＰ、表示パネルＤＰを照明するバックライトＢＬ、及び制御回路ＣＮＴを備える。表示パネルＤＰは、上述のように一対の電極基板であるアレイ基板１および対向基板２間に液晶層３を挟持した構造である。制御回路ＣＮＴは、アレイ基板１および対向基板２から液晶層３に印加される液晶駆動電圧を制御して表示パネルＤＰの透過率を制御する。また、制御回路ＣＮＴは、対向基板２に設けられたタッチセンサの動作を制御する。

アレイ基板１では、複数の画素電極ＰＥが透明絶縁基板ＧＬ上において略マトリクス状に配置される。また、複数のゲート線Ｙ（Ｙ１〜Ｙｍ）が複数の画素電極ＰＥの行に沿って配置され、複数のソース線Ｘ（Ｘ１〜Ｘｎ）が複数の画素電極ＰＥの列に沿って配置される。

これらゲート線Ｙおよびソース線Ｘの交差位置近傍には、複数の画素スイッチング素子Ｗが配置される。各画素スイッチング素子Ｗは例えばゲートがゲート線Ｙに接続され、ソース−ドレインパスがソース線Ｘおよび画素電極ＰＥ間に接続される薄膜トランジスタからなり、対応ゲート線Ｙを介して駆動されたときに対応ソース線Ｘおよび対応画素電極ＰＥ間で導通する。

各画素電極ＰＥおよび対向電極ＣＥのそれぞれは、例えばＩＴＯ（インジュウム・錫酸化物）等の透明電極材料からなり、それぞれ配向膜で覆われ、画素電極ＰＥおよび対向電極ＣＥからの電界に対応した液晶分子配列に制御される液晶層３の一部である画素領域と共に液晶画素ＰＸを構成する。

複数の液晶画素ＰＸは各々画素電極ＰＥおよび対向電極ＣＥ間に液晶容量ＣＬＣを有する。複数の補助容量線Ｃ１〜Ｃｍは各々対応行の液晶画素ＰＸの画素電極ＰＥに容量結合した補助容量Ｃｓを構成する。補助容量Ｃｓは画素スイッチング素子Ｗの寄生容量に対して十分大きな容量値を有する。

制御回路ＣＮＴは、ゲートドライバＹＤ、ソースドライバＸＤの動作を制御する。
ゲートドライバＹＤは、複数のスイッチング素子Ｗを行単位に導通させるように複数のゲート線Ｙ１〜Ｙｍを順次駆動する。ソースドライバＸＤは、各行のスイッチング素子Ｗが対応ゲート線Ｙの駆動によって導通する期間において画素電圧Ｖsを複数のソース線Ｘ１〜Ｘｎにそれぞれ出力する。バックライト駆動部ＬＤは、バックライトＢＬの点消灯動作を制御する。

対向基板２には、カラーフィルタ、ブラックマトリクス、対向電極ＣＥがそれぞれの画素に対応して配設されている。カラーフィルタは、サブ画素に対応して、それぞれＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の光を透過させる着色層である。ブラックマトリクスは、各色のカラーフィルタの境界部に設けられる不透明の物質であって、表示装置１００が黒色を表示する際の光漏れ、隣接する着色層間での光の混色を防止する。

図３は、第１の実施の形態に係る表示装置１００の断面図である。

アレイ基板１には、画素電極ＰＥ、信号線、薄膜トランジスタＴＦＴなどがガラス基板上に配設されている。ここで、画素電極ＰＥ、信号線は、ＩＴＯなどの透明物質で構成されている。

対向基板２には、対向電極ＣＥ、タッチ機能用センサ電極１０、カラーフィルタＣＦ、ブラックマトリクスＢＭなどがガラス基板上に配設されている。ここで、対向電極ＣＥ、タッチ機能用センサ電極１０は、ＩＴＯなどの透明物質で構成されている。図３に示すように、センサ電極１０は、アレイ基板１と対向する対向基板２の液晶層側に単層にて形成され、薄膜トランジスタＴＦＴおよび配線等が配置されている画素電極以外の位置に対向する位置に形成されている。また、センサ電極１０は、対向電極ＣＥと同じレイヤー（層）に配設されている。従って、タッチセンサを内蔵した表示装置１００の厚さはタッチセンサを内蔵していない従来の表示装置と同じ厚さとすることができる。

図４は、第１の実施の形態の表示装置１００に係るセンサ電極１０の一構成例を示す図である。

図４（１）に示すように、センサ電極１０は単層で構成され、検知電極と配線部分とを備えている。

検知電極は、列方向に沿って延びる長方形状の電極である縦電極Ｖ（Ｖ１、Ｖ２、Ｖ３）と、それぞれの縦電極Ｖの領域内に列方向に沿って点在する電極Ｈ（Ｈ１ａ、Ｈ１ｂ、・・・、Ｈ１ｆ、・・・、Ｈ３ａ、Ｈ３ｂ、・・・、Ｈ３ｆ）とを備えている。縦電極Ｖと電極Ｈとは図４（２）に示すように単層で形成されるが、電気的には互いに絶縁され、各々の電極Ｈ（Ｈ１ａ、Ｈ１ｂ、・・・、Ｈ１ｆ、・・・、Ｈ３ａ、Ｈ３ｂ、・・・、Ｈ３ｆ）と縦電極Ｖとの間には容量が形成される。

縦電極Ｖと電極Ｈとはそれぞれの配線と接続され、それぞれの配線はアレイ基板と接続するコンタクト部まで引き出されて、各々のコンタクトはアレイ基板の各々のコンタクトに対向する位置に形成されており、対向基板のコンタクトとアレイ基板のコンタクトは導電性の材料によって接続されている。なお図４は説明のため簡略化して、３列の縦電極Ｖと１８個の独立した電極Ｈで構成し、縦電極Ｖと電極Ｈは２１個のコンタクト部と配線で接続している。実際には画面サイズにより異なるが、例えば、表示パネルが５インチのサイズで１００個〜２００個の電極が設けられ、それぞれの電極が引き出されて同数のコンタクト部へ接続される。なお、対向基板２とアレイ基板１とのコンタクトは例えば異方性導電膜（ＡＣＦ）を使うこともできる。

尚、図示しないが、タッチセンサの動作は、例えば、縦電極を時分割でパルス状に駆動し、各々の電極Ｈ（Ｈ１ａ、Ｈ１ｂ、・・・、Ｈ１ｆ、・・・、Ｈ３ａ、Ｈ３ｂ、・・・、Ｈ３ｆ）の挙動をモニタする。すなわち、指などが表示装置の表示面に触れたとき、その場所に対応する電極Ｈと縦電極Ｖの間に形成される容量値も変化するため、縦電極をパルス状に駆動したとき、各々の電極Ｈの電圧の変化率をモニタして、所定の値以内であるかどうかによって指等が接触していることを検知する。尚、パルス状電圧を各々の電極Ｈに時分割で印加し、縦電極Ｖの挙動をモニタして指などの接触位置を検知することも可能である。

図５は、第１の実施の形態の表示装置１００に係るアレイ基板１の配線方法を示す図である。

上述のように、本実施の形態では、対向基板２からの検知電極の信号線はアレイ基板１を介して外部接続パッドであるＯＬＢパッドに接続することになる。図５では、スペースの関係から、コンタクト部はＯＬＢパッドが設けられているアレイ基板１の辺と対向する側に設けられている。そのため、多数の信号線をＯＬＢパッドまで延線する必要がある。

多数の信号線をそのままＯＬＢパッドと接続しようとすると、ＯＬＢパッドのピン数が増加し、サイズが大きくなる。さらに、ＦＰＣのサイズが大きくなり、部材コストの増加につながる。最悪の場合には、図５に示すアレイ基板１の額縁のスペースが不足することも考えられる。

本実施の形態では、アレイ基板１のコンタクト部近傍において、配線をまとめて接続する。図５の例では、電極Ｈについて以下のようにソーティングしてまとめている。
電極ＨＡ＝電極Ｈ１ａ＋電極Ｈ２ａ＋電極Ｈ３ａ
電極ＨＢ＝電極Ｈ１ｂ＋電極Ｈ２ｂ＋電極Ｈ３ｂ
・・・・・・・・・・・・・・・・・・・
電極ＨＦ＝電極Ｈ１ｆ＋電極Ｈ２ｆ＋電極Ｈ３ｆ
このように、島状に独立している電極Ｈ１ａと電極Ｈ２ａと電極Ｈ３ａを同電位となるように繋ぐことで、この繋いだ電極があたかも横方向に繋がっているかのように、電気的に振舞う。他の電極も同様に、同じ行の電極を並列に接続することで、電気的に行方向に繋がった横電極ができる。このように構成することで、対向基板２の縦電極Ｖと、独立したそれぞれの電極Ｈを行毎に並列接続した横電極とを、タッチパネルのセンサ電極として機能させることができる。

アレイ基板上には、薄膜トランジスタＴＦＴ、駆動回路などを形成する際に使用する配線層が複数設けられている。この複数の配線層を利用することで、センサ電極からの配線を自由にまとめることができる。

このようにしてセンサ電極からの複数の配線を、アレイ基板１のコンタクト部近傍において１本の配線にまとめることによって、ＯＬＢパッドへ接続する配線数を大幅に減らすことができ、延線に必要な占有面積を少なくすることができるため、額縁を狭くすることにも有用である。

図６は、第１の実施の形態の表示装置１００に係るアレイ基板１の他の配線方法を示す図である。
図６では、アレイ基板１のコンタクト部とＯＬＢパッドとの間の接続配線は、額縁の両側に設けられている。

図７は、発明に先立って検討した表示装置１００の基本の構成を示す図である。
表示装置１００は、アレイ基板１、対向基板２、及び両基板に挟持された液晶層３を備えている。そして、対向基板上には、タッチパネル機能を備えたタッチパネル基板１１が積載されて貼り付けられている。なお、表示用の信号線などは、表示用ＦＰＣを介して外部に取り出され、タッチパネル用の信号線などは、タッチパネル用ＦＰＣを介して外部に取り出される。

図８は、発明に先立って検討したタッチパネルに使用されるセンサ電極の構成を示す図である。
図８では、センサ電極は行電極と列電極の２層の電極の膜を用いて構成されている。そして２層の間には絶縁層が設けられている。こうして形成したタッチパネルの信号線は、上述のようにタッチパネル用ＦＰＣと接続されている。

従来の表示装置１００では、タッチパネル基板１１を貼り合わせるため厚みが増加する。これに対して、第１の実施の形態の表示装置１００では、対向基板２の対向電極ＣＥと同一のレイヤーにセンサ電極を設けているため、厚みの増加を抑制することができる。

さらに、図８に示す表示装置では、センサ電極は行電極と列電極の２層の電極の構成であるが、第１の実施の形態の表示装置１００では、センサ電極は１層の電極の構成である。従って、厚みの増加をさらに抑制することができる。

また、図７に示す表示装置では、２個のＦＰＣを使用してそれぞれの基板から信号を独立に取り出していた。そのため、２式のＦＰＣ部材、２回のＦＰＣ圧着工程が必要である。これに対して、第１の実施の形態の表示装置では１個のＦＰＣを使用する。

上述のとおり本願発明に係るインセル型タッチパネル機能内蔵表示装置では、タッチセンサを構成する容量の両側の電極は単層で形成され、また、タッチセンサと表示装置外部との信号の授受はアレイ基板を介して行うことが可能となるため、新たな工程の追加およびＦＰＣの追加が不要となり、コスト低減を図ることが可能となる。

上述のいくつかの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。

ＤＰ…表示パネル、ＣＮＴ…制御回路、ＰＥ…画素電極、ＣＥ…対向電極、ＰＸ…液晶画素、ＹＤ…ゲートドライバ、ＸＤ…ソースドライバ、ＣＦ…カラーフィルタ、ＢＭ…ブラックマトリクス、Ｖ…縦電極、Ｈ…電極、１…アレイ基板、２…対向基板、３…液晶層、１０…センサ電極、１１…タッチパネル基板、１００…表示装置。

Claims (6)

1. マトリックス状に配された複数の画素電極を有するアレイ基板と、
   前記アレイ基板と液晶層を介して対向する対向電極を有する対向基板と、
   誘電体との間の容量結合の強弱を検知するためのセンサ電極と、を有し、
   前記センサ電極は互いに絶縁された複数の検知電極を有し、前記複数の検知電極と対向電極は同一のレイヤーで形成され、
   前記複数の検知電極は前記対向基板のコンタクト部を介して前記アレイ基板のコンタクト部に電気的に接続され、
   前記アレイ基板は、前記アレイ基板のコンタクト部に接続された信号線を外部に出力するための外部接続パッドを有する、表示装置。
2. 前記外部接続パッドには、フレキシブル回路基板が接続される請求項１に記載の表示装置。
3. 前記検知電極は、列方向に延びる複数の第１の電極と、それぞれの第１の電極の領域内に列方向に沿って点在する第２の電極とを有する、請求項１または２に記載の表示装置。
4. 前記アレイ基板のコンタクト部から引き出された複数の信号線は、複数のグループ毎に１本の新たな信号線として形成される、請求項１乃至３のうち１項に記載の表示装置。
5. 前記アレイ基板上の、前記コンタクト部と前記外部接続パッドは、前記アレイ基板のそれぞれ対向する端部に設けられる、請求項４に記載の表示装置。
6. 前記新たな信号線は、前記アレイ基板の少なくとも一つの額縁領域を経由して前記外部接続パッドと接続する、請求項５に記載の表示装置。

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