JP6629011B2

JP6629011B2 - タッチセンサおよびタッチセンサ内蔵型表示装置

Info

Publication number: JP6629011B2
Application number: JP2015170578A
Authority: JP
Inventors: 鈴木　貴之; 貴之鈴木
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2015-08-31
Filing date: 2015-08-31
Publication date: 2020-01-15
Anticipated expiration: 2035-08-31
Also published as: JP2017049659A

Description

この発明は、インセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサおよびインセル型のタッチパネルを備えたタッチセンサ内蔵型表示装置に関する。

近年、スマートフォンやタブレット端末は、薄型化が進んでおり、静電容量方式のタッチパネルは、ＬＣＤ（液晶ディスプレイ：ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）内部にタッチセンサを取り込む方向になっている（例えば、特許文献１参照）。

図７は、従来のインセル型のタッチパネルを備えたタッチセンサ内蔵型表示装置を示す断面図である。図７において、表示装置５０は、第１偏光板５１、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）側ガラス基板５２、共通電極５３、カラーフィルタ側ガラス基板５４、第２偏光板５５、接着剤５６およびカバーガラス５７が、層状に重ねられて構成されている。

ここで、インセル型のタッチパネルは、液晶駆動用の共通電極５３をタッチセンサとして使用している。すなわち、ＬＣＤ駆動時は、共通電極５３に液晶駆動用の共通電圧が印加され、タッチ駆動時は、共通電極５３にセンシング用のタッチ電圧が印加される。なお、液晶は、ＴＦＴ側ガラス基板５２と共通電極５３との間に注入等されるが、図示を省略している。また、カラーフィルタおよび配向膜も、図示を省略している。

図８、９は、インセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサの形状を示す説明図である。図８はスクエア形状のタッチセンサを示し、図９はダイヤモンド形状のタッチセンサを示している。図８、９に示したタッチセンサの形状は、ともに一般的に見受けられる形状である。

なお、図８に示したスクエア形状のタッチセンサや図９に示したダイヤモンド形状のタッチセンサにおいて、例えばタッチペン等、タッチセンサに対する接触面積が小さいものでタッチすると、接触領域が複数のセンサ素子に跨がらず、１つのセンサ素子の範囲内に収まることがある。

ここで、接触領域が１つのセンサ素子の範囲内に収まる場合には、センサ素子内でタッチ位置が違っていたとしても、タッチ位置における接触領域の重心を示すタッチ座標が、実際のタッチ位置の重心とは異なり、一律にセンサ素子の中心として表されることになる。そのため、タッチ性能が著しく低下するという問題がある。

そこで、タッチセンサに対する接触面積が小さいものでタッチした場合であっても、接触領域が複数のセンサ素子に跨がるように、タッチセンサを構成する各センサ素子について、センサ素子に内接可能な円の最大直径が、センサ素子と同一の面積を有する正方形に内接する円の直径よりも小さくなるような形状を有しているタッチセンサを用いることが考えられる。

具体的には、このようなタッチセンサの形状としては、図１０に示されるような、クロス（十字）形状のセンサ素子を配置して構成されたクロス形状のタッチセンサや、図１１（ａ）〜（ｄ）に示されるような、２つのセンサ素子を１組とした場合に、１組のセンサ素子におけるセンサ素子どうしの当接部が、凹凸形状や階段形状を有しているセンサ素子を配置して構成された凹凸形状または階段形状のタッチセンサが挙げられる。

特開２０１２−２０３９０１号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
従来のインセル型のタッチパネルに適用されるタッチセンサの形状のうち、ダイヤモンド形状のタッチセンサやクロス形状のタッチセンサ、凹凸形状または階段形状のタッチセンサでは、タッチセンサの面積に合わせるために、タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子の面積が、最外周以外のセンサ素子の面積よりも小さくなることがある。

すなわち、例えば図１０に示したクロス形状のタッチセンサでは、コーナー部分（タッチセンサの角部分）のセンサ素子の面積が、最外周以外のセンサ素子（メインパターンのセンサ素子）の面積の１／４となり、エッジ部分（コーナー部分を除く外周部分）のセンサ素子の面積が、メインパターンのセンサ素子の面積の１／２となる。

図１２は、静電容量方式のタッチパネルにおける自己容量方式のタッチ検出を示す説明図である。自己容量方式のタッチ検出では、センサ素子が持っている自己容量Ｃｓｅｌｆと、タッチしたときのタッチ容量Ｃｔｏｕｃｈとの差を信号レベルとしてタッチ信号を検出している。

図１２において、（ａ）は、メインパターンのセンサ素子における自己容量Ｃｓｅｌｆおよびタッチ容量Ｃｔｏｕｃｈと出力電圧Ｖｏｕｔ（電荷の積分値）とを示し、（ｂ）はエッジ部分のセンサ素子における自己容量Ｃｓｅｌｆおよびタッチ容量Ｃｔｏｕｃｈと出力電圧Ｖｏｕｔとを示している。また、（ｂ）のエッジ部分のセンサ素子の面積は、（ａ）のメインパターンのセンサ素子の面積の１／２である。

ここで、自己容量Ｃｓｅｌｆおよびタッチ容量Ｃｔｏｕｃｈは、センサ素子の面積（容量値および抵抗値）に依存することから、（ｂ）のエッジ部分のセンサ素子の自己容量Ｃｓｅｌｆおよびタッチ容量Ｃｔｏｕｃｈは、（ａ）のメインパターンのセンサ素子の自己容量Ｃｓｅｌｆおよびタッチ容量Ｃｔｏｕｃｈの１／２となる。

その結果、（ｂ）のエッジ部分のセンサ素子におけるタッチ信号の信号レベル（自己容量Ｃｓｅｌｆ−タッチ容量Ｃｔｏｕｃｈ：図１２では電荷２組分）は、（ａ）のメインパターンのセンサ素子のタッチ信号の信号レベル（自己容量Ｃｓｅｌｆ−タッチ容量Ｃｔｏｕｃｈ：図１２では電荷１組分）の１／２となる。

以上のことをまとめると、タッチセンサのエッジ部分やコーナー部分に位置するセンサ素子の面積が、メインパターンのセンサ素子の面積よりも小さくなることにより、エッジ部分やコーナー部分に位置するセンサ素子におけるタッチ信号の信号レベルが、メインパターンのセンサ素子のタッチ信号の信号レベルよりも小さくなり、タッチ検出精度が低下する恐れがあるという問題がある。

また、タッチセンサのエッジ部分やコーナー部分に位置するセンサ素子の面積が、メインパターンのセンサ素子の面積よりも小さくなることにより、エッジ部分やコーナー部分に位置するセンサ素子の容量値および抵抗値と、メインパターンのセンサ素子の容量値および抵抗値との間に差が生じ、この差が表示装置の表示ムラとなって現れる恐れがあるという問題もある。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子の面積が、最外周以外のセンサ素子の面積よりも小さくなる場合であっても、高いタッチ検出精度を確保するとともに、表示ムラを抑制することができるタッチセンサを得ることを目的とする。

この発明に係るタッチセンサは、複数のセンサ素子を配置して構成されたタッチセンサであって、タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子のうち、最外周以外のセンサ素子よりも面積が小さくなるセンサ素子を含むタッチセンサにおいて、タッチセンサの周囲に設けられた補助センサ領域を備え、補助センサ領域は、タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子の各々と結合されているものである。

この発明に係るタッチセンサによれば、タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子のうち、最外周以外のセンサ素子よりも面積が小さくなるセンサ素子を含むタッチセンサにおいて、タッチセンサの周囲に設けられた補助センサ領域を備え、補助センサ領域は、タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子の各々と結合されている。
そのため、タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子の面積が、最外周以外のセンサ素子の面積よりも小さくなる場合であっても、高いタッチ検出精度を確保するとともに、表示ムラを抑制することができる。

この発明の実施の形態１に係るタッチセンサを示す構成図である。（ａ）〜（ｅ）は、それぞれ図１に示したタッチセンサの各パターンのセンサ素子を示す説明図である。（ａ）〜（ｃ）は、図２に示した各パターンのセンサ素子の面積および寸法を、従来の各パターンのセンサ素子と比較して示す説明図である。図２に示した各パターンのセンサ素子におけるタッチ信号の信号レベルを、従来の各パターンのセンサ素子と比較して示す説明図である。（ａ）〜（ｃ）は、図２に示した各パターンのセンサ素子の面積および寸法を、従来の各パターンのセンサ素子と比較して示す別の説明図である。この発明の実施の形態１に係る別のタッチセンサを示す構成図である。従来のインセル型のタッチパネルを備えたタッチセンサ内蔵型表示装置を示す断面図である。インセル型のタッチパネルに適用されるスクエア形状のタッチセンサを示す説明図である。インセル型のタッチパネルに適用されるダイヤモンド形状のタッチセンサを示す説明図である。インセル型のタッチパネルに適用されるクロス形状のタッチセンサを示す説明図である。（ａ）〜（ｄ）は、インセル型のタッチパネルに適用される凹凸形状または階段形状のタッチセンサを示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は、静電容量方式のタッチパネルにおける自己容量方式のタッチ検出を示す説明図である。

以下、この発明に係るタッチセンサの好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。なお、この発明に係るタッチセンサは、インセル型のタッチパネルに適用されるが、インセル型のタッチパネルを備えたタッチセンサ内蔵型表示装置の構成は、図７に示したものと同様なので、説明を省略する。

実施の形態１．
図１は、この発明の実施の形態１に係るタッチセンサを示す構成図である。図１において、タッチセンサ１０は、クロス形状のセンサ素子２０を複数配置して構成されている。また、タッチセンサ１０のエッジ部分およびコーナー部分は、凸字形状またはＬ字形状のセンサ素子２０を配置して構成されている。これにより、タッチセンサ１０のエッジ部分およびコーナー部分においても、隙間なくセンサ素子２０を配置することができる。

ここで、図１に示したタッチセンサ１０では、タッチセンサ１０の最外周に配置されたセンサ素子２０のうち、最外周以外のセンサ素子２０よりも面積が小さくなるセンサ素子２０を含んでいる。すなわち、タッチセンサ１０の面積に合わせるために、エッジ部分およびコーナー部分のセンサ素子２０の面積は、最外周以外のメインパターンのセンサ素子２０の面積よりも小さくなっている。

そのため、上述したように、エッジ部分やコーナー部分に位置するセンサ素子２０におけるタッチ信号の信号レベルが、メインパターンのセンサ素子２０のタッチ信号の信号レベルよりも小さくなり、タッチ検出精度が低下したり、エッジ部分やコーナー部分に位置するセンサ素子２０の容量値および抵抗値と、メインパターンのセンサ素子２０の容量値および抵抗値との間に差が生じ、この差が表示装置の表示ムラとなって現れたりする恐れがある。

そこで、図１に示したタッチセンサ１０では、タッチセンサ１０の周囲に補助センサ領域３０が設けられ、補助センサ領域３０は、タッチセンサ１０の最外周に配置されたセンサ素子２０の各々と結合されている。すなわち、タッチセンサ１０の最外周に配置されたセンサ素子２０の各々と補助センサ領域３０とを結合することにより、タッチセンサ１０の最外周に配置されたセンサ素子２０の面積を拡大している。

なお、補助センサ領域３０が設けられたタッチセンサ１０において、センサ素子２０の形状としては、メインパターンのクロス形状のセンサ素子２１、コーナー部分のＬ字形状センサ素子２２、エッジ部分の凸字形状のセンサ素子２３、２４およびエッジ部分のクロス形状のセンサ素子２５の５パターンが挙げられる。

図２は、図１に示したタッチセンサの各パターンのセンサ素子を示す説明図である。図２において、（ａ）〜（ｅ）は、図１に示したセンサ素子２１〜２５を、それぞれパターン１〜５として寸法（Ａ、Ｂ、Ｃ、Ａ’、Ｂ’）とともに示している。なお、センサ素子２２〜２５は、それぞれ補助センサ領域３０と結合した状態で示されている。

ここで、センサ素子２１〜２５は、補助センサ領域３０を設けたことにより、タッチセンサ１０の面積に合わせるために、補助センサ領域３０が設けられていない従来の各パターンのセンサ素子と比較して、寸法が調整されている。

図３は、図２に示した各パターンのセンサ素子２１〜２５の面積および寸法を、従来の各パターンのセンサ素子と比較して示す説明図である。図３において、（ａ）は、センサ素子２１〜２５の面積および従来の各パターンのセンサ素子の面積を示し、（ｂ）は、従来の各パターンのセンサ素子の寸法を示し、（ｃ）は、センサ素子２１〜２５の寸法を示している。

なお、図３では、５．５インチのフルＨＤ（ＨｉｇｈＤｅｆｉｎｉｔｉｏｎ）のＬＣＤにおいて、５０８個（チャネル）のセンサ素子を用いたタッチセンサについて各値を示している。また、（ａ）の面積は、センサ素子２１〜２５がカバーするピクセル数で表されており、（ｂ）の寸法に係る従来の各パターンのセンサ素子の形状は、図２に示したセンサ素子２１〜２５から、補助センサ領域３０を除いた形状に相当する。

図３より、従来の各パターンのセンサ素子では、センサ素子の面積の最大値がパターン１の４３５２であり、最小値がパターン２の１１０８であることから、面積比は３．９３倍（４３５２：１１０８）である。これに対して、この発明に係るセンサ素子２１〜２５では、センサ素子の面積の最大値がパターン４の５９２０であり、最小値がパターン４の３２９６であることから、面積比は１．８０倍（５９２０：３２９６）である。

図４は、図２に示した各パターンのセンサ素子におけるタッチ信号の信号レベルを、従来の各パターンのセンサ素子と比較して示す説明図である。図４より、上述したように、この発明の実施の形態１に係るタッチセンサ１０では、従来のタッチセンサと比較して、メインパターンのセンサ素子２１と、コーナー部分やエッジ部分のセンサ素子２２〜２５との面積の比率が大幅に改善されていることから、タッチ信号の信号レベルの差を低減することができる。

なお、図３では、５．５インチのフルＨＤのＬＣＤにおいて、５０８個（チャネル）のセンサ素子を用いたタッチセンサについて各値を示したが、以下、同じく５．５インチのフルＨＤのＬＣＤにおいて、１６２個（チャネル）のセンサ素子を用いたタッチセンサについて各値を示す。

図５は、１６２チャネルのタッチセンサにおいて、図２に示した各パターンのセンサ素子２１〜２５の面積および寸法を、従来の各パターンのセンサ素子と比較して示す説明図である。図５において、（ａ）は、センサ素子２１〜２５の面積および従来の各パターンのセンサ素子の面積を示し、（ｂ）は、従来の各パターンのセンサ素子の寸法を示し、（ｃ）は、センサ素子２１〜２５の寸法を示している。

図５より、従来の各パターンのセンサ素子では、センサ素子の面積の最大値がパターン１の１４４００であり、最小値がパターン２の３６００であることから、面積比は４．００倍（１４４００：３６００）である。これに対して、この発明に係るセンサ素子２１〜２５では、センサ素子の面積の最大値がパターン３の１２５８６であり、最小値がパターン２の９２０５であることから、面積比は１．５２倍（１２５８６：９２０５）である。

このように、この発明の実施の形態１に係るタッチセンサ１０によれば、センサ素子の数が多い場合（５０８ｃｈ）や少ない場合（１６２ｃｈ）であっても、従来のタッチセンサと比較して、メインパターンのセンサ素子２１と、コーナー部分やエッジ部分のセンサ素子２２〜２５との面積の比率を大幅に改善して、タッチ信号の信号レベルの差を低減することができる。

以上のように、実施の形態１によれば、タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子のうち、最外周以外のセンサ素子よりも面積が小さくなるセンサ素子を含むタッチセンサにおいて、タッチセンサの周囲に設けられた補助センサ領域を備え、補助センサ領域は、タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子の各々と結合されている。
これにより、メインパターンのセンサ素子と、コーナー部分やエッジ部分のセンサ素子との面積の比率が大幅に改善される。また、メインパターンのセンサ素子の容量値および抵抗値と、エッジ部分やコーナー部分のセンサ素子の容量値および抵抗値との間の差が小さくなる。
そのため、タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子の面積が、最外周以外のセンサ素子の面積よりも小さくなる場合であっても、高いタッチ検出精度を確保するとともに、表示ムラを抑制することができる。

なお、上記実施の形態１では、クロス形状のタッチセンサを例に挙げて説明したが、これに限定されるものではなく、図６に示されるように、ダイヤモンド形状のタッチセンサの周囲に補助センサ領域を設け、タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子の各々と結合してもよい。この場合には、タッチセンサは、ダイヤモンド形状のセンサ素子と五角形のセンサ素子とで構成される。

また、クロス形状のタッチセンサやダイヤモンド形状のタッチセンサの他に、図１１に示した凹凸形状または階段形状のタッチセンサを用いた場合であっても、本願発明を適用することができる。すなわち、タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子のうち、最外周以外のセンサ素子よりも面積が小さくなるセンサ素子を含むタッチセンサであれば、本願発明を適用することができる。

１０タッチセンサ、２０〜２６センサ素子、３０補助センサ領域、５０タッチセンサ内蔵型表示装置、５１偏光板、５２ＴＦＴ側ガラス基板、５３共通電極、５４カラーフィルタ側ガラス基板、５５偏光板、５６接着剤、５７カバーガラス。

Claims

複数のセンサ素子を配置して構成されたタッチセンサであって、
前記タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子のうち、最外周以外のセンサ素子よりも面積が小さくなるセンサ素子を含むタッチセンサにおいて、
前記タッチセンサの周囲に設けられた補助センサ領域を備え、
前記補助センサ領域は、前記タッチセンサの最外周に配置されたセンサ素子の各々と結合されており、
前記最外周に配置された複数のセンサ素子のうち第１のセンサ素子及び前記最外周以外のセンサ素子はクロス形状を有し、
前記結合された補助センサ領域を有する前記第１のセンサ素子の面積は、前記最外周以外のセンサ素子の面積よりも大きい
タッチセンサ。
前記センサ素子は、前記センサ素子に内接可能な円の最大直径が、前記センサ素子と同一の面積を有する正方形に内接する円の直径よりも小さくなるような形状を有している
請求項１に記載のタッチセンサ。
前記最外周に配置されたセンサ素子は、Ｌ字形状の第２のセンサ素子と、凸字形状の第３及び第４のセンサ素子とをさらに有し、前記最外周に配置されたセンサ素子は、前記タッチセンサのエッジ部分及びコーナー部分において、隙間なく配置されている
請求項１に記載のタッチセンサ。
前記第１のセンサ素子の面積は、前記第２のセンサ素子の面積より大きく、前記最外周以外のセンサ素子の面積より小さく、
前記結合された補助センサ領域を有する前記第１のセンサ素子の面積は、前記最外周以外のセンサ素子各々の面積よりも大きく、前記結合された補助センサ領域を有する前記第２のセンサ素子の面積よりも小さい
請求項３に記載のタッチセンサ。
前記第３のセンサ素子は第１の方向に沿って突出した凸形状を有し、前記第４のセンサ素子は第２の方向に沿って突出した凸形状を有し、
前記第３及び第４のセンサ素子の面積は、前記第２のセンサ素子の面積より大きく、前記第１のセンサ素子の面積より小さく、
前記結合された補助センサ領域を有する前記第４のセンサ素子の面積は、前記結合された補助センサ領域を有する前記第２のセンサ素子の面積より大きく、
前記結合された補助センサ領域を有する前記第３のセンサ素子の面積は、前記最外周以外のセンサ素子各々の面積より小さい
請求項４に記載のタッチセンサ。
前記クロス形状は、前記第２の方向に沿った最大長さより短い前記第１の方向に沿った最大長さを有する
請求項１から５のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
前記センサ素子の面積の最大値に対する前記センサ素子の面積の最小値の比率が５０％以上である
請求項１から請求項６までの何れか１項に記載のタッチセンサ。
請求項１から請求項７までの何れか１項に記載のタッチセンサが適用されたタッチパネルを備えたタッチセンサ内蔵型表示装置であって、
前記タッチパネルは、表示装置に内蔵されたインセル型であり、静電容量方式かつ自己容量方式である
タッチセンサ内蔵型表示装置