JP6254812B2 - タッチパネル機能内蔵液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明の実施形態は、タッチパネル機能内蔵液晶表示装置に関する。

例えば携帯電話、携帯情報端末、パーソナルコンピュータなどの電子機器は、インタフェースの一形態としてタッチパネル機能を備えた表示装置を搭載する場合がある。タッチパネル機能を備えた表示装置は、例えば、液晶表示装置又は有機発光ダイオード（ＯＬＥＤ）表示装置などのような表示装置に、タッチパネル基板を貼り合わせた構成を持つ。

このように外付け型タッチパネル基板が表示パネルの表面側（外側）に搭載された場合には、表示パネルを含む表示装置全体の厚さ又は重量が増大する。したがって、表示パネルの内部にタッチパネルを組み込んだインセル型タッチパネルが提案されている。

特開２００９−２４４９５８号公報

例えば、アクティブマトリクス基板の上に、静電容量タッチセンサを備えるインセル型タッチパネル内蔵液晶表示装置がある。しかしながら、このような液晶表示装置では、アクティブマトリクス基板に対向して配置された対向基板に共通電極を備える必要がある。対向基板に共通電極が備えられる場合には、指とアクティブマトリクス基板の静電容量タッチセンサとの容量結合による信号が生成されにくく、タッチセンサによる入力検出の精度が低下する場合がある。

一方で、対向基板の上に、透明電極で静電容量タッチセンサ電極を形成することも可能である。しかしながら、透明電極のシート抵抗は例えば１００Ω程度と金属電極と比較して高く、時定数が大きくなるため、タッチセンサによる入力検出の精度が低下する場合がある。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、タッチセンサによる入力検出精度を向上させるタッチパネル機能内蔵液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様に係るタッチパネル機能内蔵表示装置は、アクティブマトリクス基板と対向基板と液晶層とを備える。アクティブマトリクス基板は、電子回路と当該電子回路に接続された配線とを備える。対向基板は、アクティブマトリクス基板に対向する。液晶層は、アクティブマトリクス基板と対向基板との間に挟まれる。対向基板は、液晶層側から順に、共通電極、カラーフィルタと格子状のブラックマトリクスとを含むカラーフィルタ層、及び、静電容量式タッチパネルの一方の電極を備える。共通電極は、ブラックマトリクスに接してブラックマトリクスと同じ幅で重なるように形成され、静電容量式タッチパネルの他方の電極として用いられるメタル電極である格子状の送信電極であり、第１の方向に伸びる複数の切り込みにより第１の方向と交差する第２の方向で分離された複数の電極部に区分けされる。一方の電極は受信電極であり、第２の方向に伸びる複数の透明電極を含む。

本実施形態に係る液晶表示装置の積層関係の一例を示す断面図。 対向基板に形成された透明電極及び共通電極の一例を示す斜視図。 対向基板に形成された透明電極及び共通電極の一例を示す側断面図。 ブラックマトリクスの一例を示す平面図。 共通電極の一例を示す平面図。 切り込みを持つ共通電極の１画素単位の一例を示す平面図。 ブラックマトリクスの１画素単位の一例を示す平面図。 共通電極からの引き出し線の終端の端子と、アクティブマトリクス基板の表面側に形成された配線又は端子との接続状態の一例を示す断面図。 透明電極の一例を示す平面図。

以下、図面を参照しながら本発明の実施形態について説明する。なお、以下の説明において、同一又は実質的に同一の機能及び構成要素については、同一符号を付し、必要に応じて説明を行う。

図１は、本実施形態に係る液晶表示装置１の積層関係の一例を示す断面図である。

液晶表示装置１は、照明ユニット２、液晶表示パネル３、保護カバー４を備える。液晶表示パネル３の表面側（上側又は外側）に保護カバー４が備えられている。液晶表示パネル３の裏面側（下側又は内側）に照明ユニット２が備えられている。本実施形態において、表面側とは観察者側であり、裏面側とは装置内部側とする。

照明ユニット２は、液晶表示パネル３の裏面側から表面側へ出射される光を照射する。

液晶表示パネル３は、アクティブマトリクス基板５と、このアクティブマトリクス基板５と対向するように配置された対向基板６と、アクティブマトリクス基板５と対向基板６との間に挟持された液晶層７とを備える。液晶表示パネル３は、マトリクス状に配置された複数の表示画素を備える。

アクティブマトリクス基板５は、液晶層７と反対側の裏面側に、偏光板８を備える。アクティブマトリクス基板５は、アクティブマトリクス方式を実現するための電子回路、素子、端子、この電子回路等と接続された配線を備えている。

アクティブマトリクス基板５は、例えば、表面側の額縁領域に、フレキシブルプリント基板（Flexible Printed Circuits）１０を備える。アクティブマトリクス基板５とフレキシブルプリント基板１０との間では、画像表示用信号、位置検出用信号が送受信される。フレキシブルプリント基板１０は、例えば、フィルム基板を用いて形成される。

対向基板６は、液晶層７側から順に、共通電極１２、カラーフィルタ層１１、透明電極１３を備える。本実施形態においては、例えば、対向基板６は、裏面側（液晶層側）に、カラーフィルタ層１１を備え、さらにこのカラーフィルタ層１１の裏面側に、共通電極１２を備える。対向基板６は、表面側に、タッチパネルの導電性かつ透明の電極（Ｒｘ電極）１３を備える。なお、例えば、カラーフィルタ層１１は、対向基板６の表面側に備えられてもよく、適宜変更可能である。

偏光板９は、透明電極１３の表面側に、形成される。

保護カバー４は、透明である。保護カバー４としては、例えばガラス板、アクリル板、ポリエチレンテレフタラート（ＰＥＴ）が用いられる。保護カバー４は、透明な誘電体として形成されてもよい。例えば、保護カバー４は、およそ１マイクロメートル〜５ミリメートル程度の厚みとする。

透明電極１３は静電容量方式のタッチパネルの一方の電極である。

共通電極１２は静電容量方式のタッチパネルの他方の電極である。

共通電極１２と透明電極１３とは、誘電体を挟む。

本実施形態では、共通電極１２を送信電極とし、透明電極１３を受信電極１３とするが、送信電極と受信電極とは逆でもよい。

対向基板６は、例えば、表面側の額縁領域に、フレキシブルプリント基板１４を備える。フレキシブルプリント基板１４は、透明電極１３の配線から、位置検出用信号を受信する。フレキシブルプリント基板１４は、例えば、フィルム基板を用いて形成される。

本実施形態では、共通電極１２が、従来のタッチパネル内蔵液晶表示装置よりも対向基板６側に備えられており、指に近い位置にある。したがって、共通電極１２と透明電極１３との間の静電容量の変化によって検出される位置情報の検出精度を向上させることができる。

図１では省略されているが、液晶表示装置１は、例えば、アクティブマトリクス基板５と対向基板６とを互いに接着するとともに、液晶層７をアクティブマトリクス基板５と対向基板６との間に封入するためのシール材とを備えるとしてもよい。

図２は、対向基板６に形成された透明電極１３及び共通電極１２の一例を示す斜視図である。この図２は、表面側の斜視図である。

対向基板６の表面側には、第１軸方向の複数の透明電極１３が形成されている。複数の透明電極１３は平行である。

対向基板６の裏面側には、第１軸方向と交わる(例えば直交する)第２軸方向の共通電極１２が形成されている。複数の共通電極１２は平行である。図２では、裏面側の共通電極１２を点線で図示している。

図３は、対向基板６に形成された透明電極１３及び共通電極１２の一例を示す側断面図である。この図３は、透明電極１３の長手方向と平行な垂直断面を表している。

対向基板６の裏面側には、格子状のブラックマトリクスＢＭが形成される。この格子の１枠（１単位）は、サブピクセルに相当する。

ブラックマトリクスＢＭの枠内には、赤フィルタＲ、緑フィルタＧ、青フィルタＢのいずれかが形成される。

ブラックマトリクスＢＭの裏面側に、共通電極１２が重ねられる。このように、ブラックマトリクスＢＭと共通電極１２とが重ねられるため、共通電極１２をメタル化しても、観察者の表示品質を低下させない。共通電極１２をメタル化することによって、共通電極１２を低抵抗とすることができる。

図４は、ブラックマトリクスＢＭの一例を示す平面図である。この図４は、対向基板６の裏面側の平面パターンを表している。

図５は、共通電極１２の一例を示す平面図である。この図５は、共通電極１２の裏面側の平面パターンを表している。

対向基板６の裏面側では、格子状のパターンのブラックマトリクスＢＭと、格子状であるが一部に切り込み１５１〜１５４がある共通電極１２とが重ねられる。

共通電極１２の複数の切り込み１５１〜１５４は、電極１３と交差する第２軸方向に形成される。本実施形態において、複数の切り込み１５１〜１５４は、平行であるとする。このように、共通電極１２が複数の切り込み１５１〜１５４によって複数の電極部１２１〜１２５に区分けされることによって、静電容量の変化に基づく位置検出が可能になる。複数の電極部１２１〜１２５のそれぞれは、共通電極１２を区分けすることで形成されるため、共通電極１２の全体より小さい格子状となる。

各電極部１２１〜１２５は、引き出し線１６１〜１６５と接続されている。引き出し線１６１〜１６５は、対向基板６の額縁領域の側辺部を渡って下辺部の端子１７１〜１７５に接続される。端子１７１〜１７５は、例えば、ＩＴＯ（Indium-Tin Oxide）により形成される。

端子１７１〜１７５は、例えば金パールなどの金属パール（導通粒子）に基づいて形成されるコンタクトを経由して、アクティブマトリクス基板５の配線と電気的に接続される。これにより、端子１７１〜１７５とアクティブマトリクス基板５の配線との間で導通を確保することができる。

上記の図５の共通電極１２は、上記の図４のブラックマトリクスＢＭと重なるため、共通電極１２の切り込み１５１〜１５４は、表面側の観察者から視認されることはない。

図６は、切り込み１５１を持つ共通電極１２の１画素単位の一例を示す平面図である。

切れ込み１５１の幅又は位置によっては表示品質が低下する。しかしながら、例えば、２〜６マイクロメートル、より好ましくは４マイクロメートル程度の幅の切り込み１５１を、サブピクセルの中央を通るように形成することにより、表示品質の低下を防止することができる。

図７は、ブラックマトリクスＢＭの１画素単位の一例を示す平面図である。

上述したように、このブラックマトリクスＢＭの１枠は、共通電極１２の１枠と重なり、サブピクセルに対応する。

図８は、共通電極１２からの引き出し線１６１の終端の端子１７１と、アクティブマトリクス基板５の表面側に形成された配線又は端子１８との接続状態の一例を示す断面図である。

共通電極１２からの引き出し線１６１の端子１７１と、アクティブマトリクス基板５の端子１８とは、例えば金属パール１９などの導通粒子により電気的に接続されている。接続する際に、金属パール１９は、例えば直径が１０％程度つぶされ、これにより接触面積が増加され、接触抵抗を数十Ωで安定させることができる。

本実施形態では、共通電極１２をフレキシブルプリント基板とを対向基板６側で接続する必要がなく、低コスト化される。

図９は、電極１３の一例を示す平面図である。

複数の透明電極１３は、第１軸方向に長軸を持つストライプ状の透明電極である。複数の透明電極１３は、平行である。引き出し線２０の一端は透明電極１３と電気的に接続されている。引き出し線２０の他端は、異方性導電フィルムなどによりフレキシブルプリント基板２１と電気的に接続されている。

本実施形態において、液晶表示装置１は、表示信号に基づく駆動と位置検出信号に基づく駆動とを時分割で実行する。透明電極１３の時定数は、検出精度及び対応サイズに影響を与える。

以上説明した本実施形態においては、共通電極１２がブラックマトリクスＢＭと重なるように格子状に形成される。例えば、共通電極１２はメタル電極とすることができる。

本実施形態においては、透明電極１３が指に近い位置に形成されるため、タッチセンサとしての感度を上げることができる。

したがって、本実施形態においては、表示品質を低下させることなく、共通電極１２の抵抗値を低くすることができ、低コストで、薄く、軽量で、高感度のインセル型タッチパネル機能を実現することができる。

本実施形態においては、共通電極１２に切り込み１５１〜１５４が形成される。これにより、共通電極１２をタッチパネルの送信電極として用いることができ、厚さを薄くすることができ、軽量化することができ、低コスト化することができる。

より詳しく説明すると、本実施形態において、共通電極１２と透明電極１３とは、誘電体を挟み、一方の電極がタッチパネルの受信電極、他方の電極がタッチパネルの送信電極となり、投影型の静電容量タッチパネルを形成することができる。

さらに、本実施形態においては、共通電極１２がブラックマトリクスＢＭと重なっているため、共通電極１２をメタル材で形成しても透過率及び反射などの光学特性に影響を及ぼすことがなく、共通電極１２の時定数を下げることができる。

さらに、本実施形態に係る液晶表示装置１は、位置検出信号に基づく駆動と表示信号に基づく駆動を時分割で実行するため、共通電極１２の時定数を下げることにより低コストで高精度のタッチセンサ機能を実現することができる。

本実施形態は、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。この新規な実施形態は、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。本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。

１…液晶表示装置、２…照明ユニット、３…液晶表示パネル、４…保護カバー、５…アクティブマトリクス基板、６…対向基板、７…液晶層、８，９…偏光板、１０，１４，２１…フレキシブルプリント基板、１１…カラーフィルタ層、１２…共通電極、１２１〜１２５…電極部、１３…透明電極、Ｒ…赤フィルタ、Ｇ…緑フィルタ、Ｂ…青フィルタ、ＢＭ…ブラックマトリクス、１５１〜１５４…切り込み、１６１〜１６４，２０…引き出し線、１７１〜１７５…端子、１９…金属パール。

Claims (4)

1. 電子回路と当該電子回路に接続された配線とを備えたアクティブマトリクス基板と、
   前記アクティブマトリクス基板に対向する対向基板と、
   前記アクティブマトリクス基板と前記対向基板との間に挟まれる液晶層と
   を具備し、
   前記対向基板は、前記液晶層側から順に、共通電極、カラーフィルタと格子状のブラックマトリクスとを含むカラーフィルタ層、及び、静電容量式タッチパネルの一方の電極を備え、
   前記共通電極は、前記ブラックマトリクスに接して前記ブラックマトリクスと同じ幅で重なるように形成され、前記静電容量式タッチパネルの他方の電極として用いられるメタル電極である格子状の送信電極であり、第１の方向に伸びる複数の切り込みにより前記第１の方向と交差する第２の方向で分離された複数の電極部に区分けされ、
   前記一方の電極は受信電極であり、前記第２の方向に伸びる複数の透明電極を含む、
   ことを特徴とするタッチパネル機能内蔵液晶表示装置。
2. 請求項１記載のタッチパネル機能内蔵表示装置において、
   前記対向基板の表面側には前記一方の電極が形成され、前記対向基板の裏面側には前記共通電極が形成されることを特徴とするタッチパネル機能内蔵液晶表示装置。
3. 請求項１記載のタッチパネル機能内蔵表示装置において、
   前記共通電極は前記アクティブマトリクス基板の配線と電気的に接続されることを特徴とするタッチパネル機能内蔵液晶表示装置。
4. 請求項１記載のタッチパネル機能内蔵表示装置において、
   表示信号に基づく駆動と位置検出信号に基づく駆動とを時分割で行う
   ことを特徴とするタッチパネル機能内蔵表示装置。

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