JP6836963B2

JP6836963B2 - 表示装置

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Description

本発明は、表示装置に関する。

下記特許文献１は、例えば携帯電話やスマートフォン、あるいはＰＤＡなど、表示装置を含む電子機器に取り付けることが想定されたタッチセンサを開示している。

下記特許文献１が開示するタッチセンサは、指などの入力体の位置を検出するセンサーシートと、入力体による押圧を検出する接点基板とを備えている。センサーシートと接点基板とは別層に設けられている。

センサーシートは、誘電体層と、この誘電体層の上面に配置された第１の電極と、誘電体層の下面に配置された第２の電極とを含み、第２の電極から第１の電極へ駆動信号を送信する。指などの導電体が近づくことによる、第１の電極と第２の電極間との静電容量との変化に基づき、第１の電極が受信する駆動信号が変化する。この変化を静電容量検出部が検出することにより、入力体の位置を検出している。

また、接点基板は、基材と、この基材の上面に設けられたメタルドーム、及び複数の接点電極を含む。入力体による押圧により、メタルドームが変形し、これに伴い複数の接点電極の導通状態が変化する。この変化を導通検出部が検出することにより、入力体の押圧を検出している。

特開２０１２−６８７２４号公報

上記従来の構成においては、タッチセンサを含む表示装置の薄型化が難しいことが課題となっていた。即ち、タッチセンサが、センサーシートと、このセンサーシートとは別層に設けられた接点基板とを含み、更にセンサーシートは少なくとも第１の電極、誘電体層、及び第２の電極を含む３層構造を有していたため、このタッチセンサを含む表示装置の薄型化が難しくなってしまっていた。

（１）本開示に係る表示装置は、第１の基板と、前記第１の基板の上方に配置された発光素子と、前記発光素子の上方に設けられた絶縁表面を含む絶縁層と、前記絶縁表面の上面に設けられたタッチセンサと、を含み、前記タッチセンサは、前記絶縁表面の上面に設けられた複数の第１の電極と、前記絶縁表面の上面に設けられ、前記複数の第１の電極と第１の静電容量を形成する複数の第２の電極と、前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との上面に設けられ、押圧力の印加に応じて帯電する圧電性層と、前記第１の電極にパルス電圧を印加するパルス発生器と、前記パルス電圧の印加に起因した前記第２の電極に関する第１の測定値の変化から前記第１の静電容量の変化を検知し、前記パルス電圧の印加に起因しない前記第２の電極に関する第２の測定値の変化から前記押圧力の強度を検知する判別回路と、を含む。

（２）上記（１）における表示装置において、前記複数の第１の電極は、前記第１の基板の形成平面における第１の方向に接続された列状の第１の電極の群を複数含む構成としてもよい。

（３）上記（２）における表示装置が、前記複数の第１の電極と前記パルス発生器との間に配置され、複数の前記列状の第１の電極の群の内の一つを順に選択し、選択された前記列状の第１の電極の群に前記パルス発生器からの前記パルス電圧を印加する第１選択回路を更に含む構成としてもよい。

（４）上記（２）〜（３）における表示装置が、前記第１の方向に接続された列状の第１の電極の群において、隣り合う二つの前記第１の電極は第１の接続部により接続された構成としてもよい。

（５）上記（２）〜（４）における表示装置において、前記複数の第２の電極は、前記第１の基板の形成平面において前記第１の方向と交差する第２の方向に接続された列状の第２の電極の群を複数含む構成としてもよい。

（６）上記（５）における表示装置が、前記複数の第２の電極と前記判別回路との間に配置され、複数の前記列状の第２の電極の群の内の一つを順に選択し、選択された前記列状の第２の電極の群から出力される物理量の変化を前記判別回路に伝達する第２選択回路を更に含む構成としてもよい。

（７）上記（５）〜（６）における表示装置が、前記第２の方向に接続された列状の第２の電極の群において、隣り合う二つの前記第２の電極は第２の接続部により接続された構成としてもよい。

（８）上記（６）〜（７）における表示装置が、前記タッチセンサの上方に設けられた第２の基板を更に含み、前記判別回路が、前記第１選択回路の選択状況、前記第２の選択回路の選択状況、及び前記第１の測定値の変化から、前記第２の基板に接触する導電体からなる入力体の、前記第１の基板の形成平面における位置を検知し、前記第２の測定値の変化から、前記第２の基板に対する前記入力体の押圧力の強度を検知する構成としてもよい。

（９）上記（１）〜（８）における表示装置が、前記第１の測定値と、前記第２の測定値とは、タイミングをずらして測定し、前記第１の測定値を測定する際には、前記パルス発生器がパルス電圧を前記第１の電極に印加し、前記第２の測定値を測定する際には、前記パルス発生器がパルス電圧を前記第１の電極に印加しない構成としてもよい。

（１０）上記（１）〜（９）における表示装置において、前記圧電性層は、その構成材料として、ポリフッ化ビニリデン、トリフッ化エチレン、ポリ乳酸の内の少なくともいずれか一つを含む構成としてもよい。

（１１）上記（１）〜（１０）における表示装置において、前記発光素子の側面に設けられたバンクを更に含み、前記第１の電極と前記第２の電極との間が、前記バンクの上方に位置する構成してもよい。

（１２）上記（１）〜（１１）における表示装置が、前記複数の発光素子の上方に、少なくとも一層の無機絶縁層を含む封止層を更に含み、前記封止層の上面が前記絶縁表面を構成する構成としてもよい。

（１３）上記（１）〜（１２）における表示装置が、前記発光素子が設けられる表示領域を有し、前記圧電性層は、前記表示領域全面に亘り設けられる構成としてもよい。

図１は、本実施形態に係る表示装置の斜視図である。図２は、図１においてIIで指す部分を示す拡大図である。図３は、図２に示す表示装置のIII−III線断面を一部省略して示す拡大図である。図４は、図２に示す表示装置のIV−IV線断面を一部省略して示す拡大図である。図５は、図２に示す表示装置のＶ−Ｖ線断面を一部省略して示す拡大図である。図６は、本実施形態に係る表示装置におけるタッチセンサを用いた検出回路を模式的に示す図である。図７は、本実施形態に係る表示装置のタッチセンシングのフローを示す図である。図８は、本実施形態に係る表示装置におけるパルス発生器からの入力電圧に関するタイミングチャートである。図９は、本実施形態に係る表示装置における測定回路による第１の測定値に関するタイミングチャートである。図１０は、本実施形態に係る表示装置の第２の基板を指などの入力体で押した状態を示す断面図である。図１１は、本実施形態に係る表示装置における圧電性層の性質を示す模式図である。図１２は、本実施形態に係る表示装置における圧電性層の性質を示す模式図である。図１３は、本実施形態に係る表示装置における圧電性層の性質を示す模式図である。図１４は、本実施形態に係る表示装置における圧電性層の性質を示す模式図である。

以下、本実施形態について図面を参照して説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。

さらに、本発明の詳細な説明において、ある構成物と他の構成物の位置関係を規定する際、「上に」、「上方に」、「下に」、「下方に」とは、ある構成物の直上あるいは直下に位置する場合のみでなく、特に断りの無い限りは、間にさらに他の構成物を介在する場合を含むものとする。

図１は、本実施形態に係る表示装置１００の斜視図である。表示装置１００として、有機エレクトロルミネッセンス表示装置を例に挙げる。表示装置１００は、例えば、赤、緑及び青からなる複数色の単位画素（サブピクセル）を組み合わせて、フルカラーの画素を形成し、フルカラーの画像を表示するようになっている。表示装置１００は、複数の画素がマトリクス状に配置された表示領域ＤＡを有する。また、表示装置１００はタッチセンサ５４を有し、タッチセンサ５４は表示領域ＤＡを覆うように設けられる。表示装置１００は、第１の基板１０を有する。第１の基板１０には、画像を表示するための素子を駆動するための集積回路チップ１２が搭載され、外部との電気的接続のために図示しないフレキシブルプリント基板を接続してもよい。

図２は、図１においてIIで指す部分を示す拡大図である。図３は、図２に示す表示装置１００のIII−III線断面を一部省略して示す拡大図である。第１の基板１０は、樹脂又はガラスからなり、ポリイミドやポリエチレンテレフタレート等の可撓性を有するフィルムであってもよい。第１の基板１０には、それ自体が含有する不純物に対するバリアとなるアンダーコート層１４が形成される。アンダーコート層１４は、シリコン酸化膜又はシリコン窒化膜等からなり、それらの積層構造であっても良い。アンダーコート層１４の上には半導体層１６が形成されている。半導体層１６の上には半導体層１６を覆うようにゲート絶縁膜２２が形成されている。ゲート絶縁膜２２の上にはゲート電極２４が形成され、ゲート電極２４を覆うよう層間絶縁膜２６が形成されている。ソース電極１８及びドレイン電極２０は、ゲート絶縁膜２２及び層間絶縁膜２６を貫通し、半導体層１６に電気的に接続されている。半導体層１６、ソース電極１８、ドレイン電極２０及びゲート電極２４によって薄膜トランジスタ２８が構成される。

薄膜トランジスタ２８の上には、平坦化層３２が設けられている。平坦化層３２の上には、複数の単位画素（サブピクセル）それぞれに対応するように構成された複数の画素電極３４が設けられている。本実施形態においては、この複数の画素電極３４が陰極（カソード）として構成されている。後述する発光が、第１の基板１０と反対方向へ取り出される場合、画素電極３４には、銀、アルミニウムやマグネシウムと言った金属などの反射率の高い材料が含まれてもよい。すなわち、反射率の高い層の上に透光性を有する導電性材料を含む膜を形成してもよい。このような材料としては、例えば、ＩＴＯやＩＺＯがあげられる。平坦化層３２は、少なくとも画素電極３４が設けられる面が平坦になるように形成される。平坦化層３２としては、ポリイミドや感光性アクリル樹脂等の有機材料が多く用いられる。画素電極３４は、平坦化層３２を貫通するコンタクトホール３６によって、半導体層１６上のソース電極１８及びドレイン電極２０の一方に電気的に接続している。

平坦化層３２及び画素電極３４の上に、絶縁層３８が形成されている。絶縁層３８は、画素電極３４の周縁部に載置され、画素電極３４の一部（例えば中央部）を開口させるように形成されている。絶縁層３８によって、画素電極３４の一部を囲むバンクが形成される。

画素電極３４上に発光層４０が設けられている。発光層４０は、画素電極３４ごとに別々に分離して設けられ、その一部が絶縁層３８の上にも載置されるよう設けられている。本実施形態においては、各画素に対応する青色、赤色、緑色のいずれか１色を、複数の発光層４０のそれぞれが発光する構成としている。各画素に対応する色はこれに限られず、例えば、黄色、白色等が含まれてもよい。発光層４０は、例えば、蒸着により形成される。なお、発光層４０は、図１に示した表示領域ＤＡを覆う全面に、複数の画素に亘るように形成してもよい。つまり、発光層４０を絶縁層３８の上で連続するように形成してもよい。発光層４０を複数の画素に亘るように形成する場合は、全サブピクセルにおいて白色で発光し、図示しないカラーフィルタを通して所望の色波長部分を取り出す構成になる。この場合、発光層４０は溶媒分散による塗布により形成することが可能である。

発光層４０の上には、対向電極４２が設けられている。本実施形態において、対向電極４２は陽極（アノード）であり、複数の単位画素にまたがる共通電極として構成されている。発光が第１の基板１０とは反対方向へ取り出される場合、例えば、ＩＴＯやＩＺＯといった透光性を有する導電性材料が用いられる。対向電極４２は、バンクとなる絶縁層３８の上にも配置される。発光層４０並びに発光層４０を挟む画素電極３４及び対向電極４２を含む発光素子４４が構成される。複数の単位画素のそれぞれが発光素子４４を有する。発光層４０は、画素電極３４及び対向電極４２に挟まれ、両者間を流れる電流によって輝度が制御されて発光する。発光層４０と画素電極３４との間には、図示しない正孔輸送層及び正孔注入層の少なくとも一層を設けてもよい。発光層４０と対向電極４２との間には、図示しない電子輸送層及び電子注入層の少なくとも一層を設けてもよい。

発光素子４４は、対向電極４２に積層する封止層４６によって覆われることで封止されて水分から遮断される。封止層４６は、窒化シリコン（ＳｉＮ）などからなる少なくとも一層の無機絶縁層を含む。封止層４６は、積層構造であってもよく、例えば、図３に示すように、一対の無機絶縁層４８、無機絶縁層５０と、この無機絶縁層４８、無機絶縁層５０の間に樹脂などからなる少なくとも一層の有機絶縁層５２とを含む積層構造であってもよい。封止層４６は、図１に示した表示領域ＤＡを覆う。

本実施形態に係る表示装置１００は、封止層４６上にタッチセンサ５４を有する。タッチセンサ５４は、図２、図３に示すように、複数の第１の電極５６、複数の第２の電極５８、及び圧電性層９０を有する。圧電性層９０は、図１に示した表示領域ＤＡ全面に亘り設けられていてもよい。圧電性層９０が全面に設けられる場合には、パターニングする必要が無い為、製造コストが低減される。また、押圧時に圧力を均等に分散することができる。これにより、圧電性層より下の層に局所的に圧力がかかることを防止し、これによる発光素子の劣化等に起因する表示性能の劣化を防ぐことが出来る。

図３に示すように、複数の第１の電極５６は、封止層４６の上面である絶縁表面８４上に形成されている。複数の第１の電極５６は、図２に示すように、第１の基板１０の形成平面における第１の方向Ｄ１において、隣り合う第１の電極５６同士が、第１の接続部６２により接続されており、第１の基板１０の形成平面における第１の方向Ｄ１と交差する第２の方向Ｄ２においては、隣り合う第１の電極５６同士が接続されていない。

図３に示すように、複数の第２の電極５８は、封止層４６の上面である絶縁表面８４上に形成されている。複数の第２の電極５８は、図２に示すように、第２の方向Ｄ２において、隣り合う第２の電極５８同士が、第１の接続部６２の下方に設けられた第２の接続部６０により接続されており、第１の方向Ｄ１においては、隣り合う第２の電極５８同士が接続されていない。第２の電極５８と第２の接続部６０は同じ層に配置されている。複数の第１の電極５６と複数の第２の電極５８とは、互いに重なり合わずに、同じ層において、間隔をあけて配置されている。第１の電極５６と第２の電極５８との間には、図３に示すように、圧電性層９０が介在している。

本実施形態においては、図３に示すように、隣り合う第１の電極５６と第２の電極５８の間の領域が、バンクを形成する絶縁層３８の上方に位置するよう配置されている。封止層４６の膜厚が薄く、第１の電極５６、及び第２の電極５８と発光素子４４との距離が近い場合には、第１の電極５６の形状、及び第２の電極５８の形状を画素の形状に対応させることで光学特性を向上させることができる。封止層４６の膜厚が一定上の厚みを有し、第１の電極５６、及び第２の電極５８と発光素子４４とが十分に離れていれば、画素の形状に応じて第１の電極５６、及び第２の電極５８を形成する必然性は低くなる。

以下、図４、５を用いて、第１の電極５６、第２の電極５８、第１の接続部６２、及び第２の接続部６０の接続状態についてより具体的に説明する。図４及び図５は、それぞれ、図２に示す表示装置１００のIV−IV線断面、及びＶ−Ｖ線断面を一部省略して示す拡大図である。

図４に示すように、隣り合う第１の電極５６は間をあけて配置されており、隣り合う第１の電極５６の間には、第１の電極５６と接触しないように、第２の接続部６０が配置されている。第１の電極５６、及び第２の接続部６０から露出された絶縁表面８４の一部、隣り合う第１の電極５６の端部の上面、及び第２の接続部６０の上面には絶縁膜６４を設けており、絶縁膜６４が、第１の電極５６と第２の接続部６０とを絶縁している。さらに、この絶縁膜６４の側面及び上面には第１の接続部６２が設けられており、この第１の接続部６２が、隣り合う第１の電極５６同士を接続している。絶縁膜６４は、第１の接続部６２と第２の接続部６０とを絶縁している。

図５に示すように、絶縁表面８４の上面には、第２の電極５８と第２の接続部６０とが配置されており、第２の接続部６０が、隣り合う第２の電極５８同士を接続している。第２の接続部６０の上面には絶縁膜６４が設けられており、この絶縁膜６４が、第２の接続部６０の上方に配置された第１の接続部６２と、第２の接続部６０とを絶縁している。

続いて、第１の電極５６、第２の電極５８の上方に設けられる圧電性層９０について、図３、４、及び図５を用いて具体的に説明する。図３、４、及び図５に示すように、圧電性層９０は、複数の第１の電極５６が形成される領域から、複数の第２の電極５８が形成される領域にまで、連続的に設けられる。圧電性層９０は、露出された第１の電極５６、第２の電極５８の上面、側面、及び第１の接続部６２の上面、側面を覆っている。

圧電性層９０は、圧電性材料からなるフィルムの張り合わせにより構成されている。圧電性層９０に用いる圧電性材料としては、例えば、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、トリフッ化エチレン（ＴｒＦＥ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）などの有機圧電性材料を用いることができる。これらの圧電性材料は可視光領域における透過率が高いため、これらの圧電性材料を、圧電性層９０を構成する材料として用いることにより、発光素子４４から発せられた光が、この圧電性層９０によって遮られることなく、第２の基板７０側へ透過することが可能となる。また、例示した圧電性材料は有機材料であることから柔軟性がある。そのため、本開示の表示装置１００をフレキシブルディスプレイとして用いる場合であっても、圧電性層９０が曲げ耐性を有しており、圧電性層９０の割れ発生を抑制することが可能となる。

上述した第１の電極５６、第２の電極５８、第１の接続部６２、第２の接続部６０、及び圧電性層９０により、タッチセンサ５４を構成している。このタッチセンサ５４の機能については後述する。

タッチセンサ５４の上面、即ち圧電性層９０の上面には、図３に示すように、第２の基板７０が貼り付けられている。第２の基板７０は、樹脂やガラスなど、可視光領域に対する透過率が高い材料からなり、例えば、カバーガラスや偏光板、保護フィルムなどを含んでもよく、第１の基板１０と同様に、可撓性を有するフィルムであってもよい。第２の基板７０の貼り付けには、図示しない粘着材を使用する。

上述した構成により、本開示の表示装置１００はタッチセンサ５４を内蔵しており、指などの導電体が第２の基板７０に触れると、タッチセンサ５４が、第１の基板１０の形成平面方向における指などの導電体のタッチ位置を検出することができる。また、指などの入力体が第２の基板７０を押圧すると、タッチセンサ５４が、表示装置１００の積層方向に印加された押圧力の強度を検出することができる。以下、本開示の表示装置１００において、タッチセンサ５４による、第１の基板１０の形成平面方向における導電体のタッチ位置の検出方法と、表示装置１００の積層方向に入力体から印加された押圧力の強度の検出方法について説明する。

まず、第１の基板１０の形成平面方向における指などの導電体のタッチ位置の検出方法について説明する。本実施形態においては、指などの導電体が第２の基板７０にタッチした際における、第１の基板１０の形成平面方向における導電体のタッチ位置の検出につき、相互容量方式の原理を採用している。相互容量方式では、複数の第１の電極５６と複数の第２の電極５８との間の静電容量の変化を検出することにより、導電体のタッチ位置を検出することができる。

図６は、本実施形態に係る表示装置１００におけるタッチセンサを用いた検出回路を模式的に示す図である。表示装置１００は、複数の第１の電極５６、複数の第２の電極５８、及びセンシング回路７２を有する。複数の第１の電極５６は、第１の方向Ｄ１に接続された列状の第１の電極５６の群を複数含んでいる。また、複数の第２の電極５８は、第２の方向Ｄ２に接続された列状の第２の電極５８の群を複数含んでいる。

図３を用いて上述したとおり、第１の電極５６と第２の電極５８とは間をあけて配置されており、両者の間には圧電性層９０が介在している。従って、第１の電極５６の側面と第２の電極５８の側面との間には第１の静電容量が形成される。

センシング回路７２は、例えば、図１に示す集積回路チップ１２に内蔵されている。センシング回路７２は、第１選択回路７４、第２選択回路７６、パルス発生器７８、測定回路８３、判別回路８２などを含む。

センシング回路７２に含まれる第１選択回路７４は、第１の方向Ｄ１に接続された列状の第１の電極５６の群に接続されている。第１選択回路７４は、複数の列状の第１の電極５６の群の中から、一つの列状の第１の電極５６の群を選択する。所定の期間、一つの列状の第１の電極５６の群を選択すると、続いて他の列状の第１の電極５６の群を選択する。このようにして、複数の列状の第１の電極５６の群の全てを順番にスキャンしていく。

センシング回路７２に含まれる第２選択回路７６は、第２の方向Ｄ２に接続された列状の第２の電極５８の群に接続されている。第２選択回路７６は、複数の列状の第２の電極５８の群の中から、一つの列状の第２の電極５８の群を選択する。所定の期間、一つの列状の第２の電極５８の群を選択すると、続いて他の列状の第２の電極５８の群を選択する。このようにして、複数の列状の第２の電極５８の群の全てを順番にスキャンしていく。

センシング回路７２に含まれるパルス発生器７８は、第１選択回路７４によって選択された一つの列状の第１の電極５６の群にパルス電圧を印加する。第１選択回路７４が、所定の期間ごとに一つの列状の第１の電極５６の群を選択していくため、この選択に応じてパルス発生器７８からのパルス電圧が、複数の列状の第１の電極５６の群のそれぞれに、順番に印加されていく。

第１選択回路７４によって選択された一つの列状の第１の電極５６の群にパルス電圧が印加されると、この電位変動が、第１の電極５６と第２の電極５８との間において発生している第１の静電容量に基づくカップリングによって、第２の電極５８に伝達される。

ここで、指などの導電体が、第１選択回路７４により選択された、一つの列状の第１の電極５６の群と、第２選択回路７６により選択された、一つの列状の第２の電極５８の群とがクロスする位置付近における第２の基板７０に触れると、第１の電極５６及び第２の電極５８の間の電界の他に、第２の基板７０に接触した導電体と第１の電極５６との間や、第２の基板７０に接触した導電体と第２の電極５８との間にも電界が生ずる。これらの電界変動によって、第１の電極５６と第２の電極５８との間のカップリングが一部阻害される。即ち、第１の電極５６と第２の電極５８との間に発生している第１の静電容量が減少する。

センシング回路７２に含まれる測定回路８３は、第２選択回路７６に接続されており、この第１の静電容量の減少に伴う第１の物理量の変化を測定する。本実施形態においては、測定回路８３が、第２選択回路７６の出力端に接続された負荷８１と、この負荷８１の両端に接続された電圧計８０とを含んでいる。そして、電圧計８０が、第１の静電容量の減少に伴う、負荷８１の両端において発生する電圧値を測定している。即ち、本実施形態において測定回路８３が測定する第１の物理量は、電圧計８０により測定される負荷８１の両端に発生する電圧値である。

センシング回路７２に含まれる判別回路８２は、測定回路８３に接続されており、測定回路８３による第１の物理量の変化に基づき、導電体による第２の基板７０への接触の有無と、接触があった場合にはその接触位置を検出する。本実施形態においては、判別回路８２が、電圧計８０が測定した電圧値の変化を検出した場合には、その変化が起きたタイミングにおいて第１選択回路７４が選択した、一つの列状の第１の電極５６の群と、第２選択回路７６が選択した、一つの列状の第２の電極５８の群とがクロスする位置付近において、指などの導電体が第２の基板７０に触れたと、判別回路８２が判断する。

図７は、本実施形態に係る表示装置１００のタッチセンシングのフローを示す図である。まず、第１の測定量の測定ステップＳ１１において、図６に示した測定回路８３において、第２選択回路７６の出力端に生じている第１の物理量に関する第１の測定値を測定する。本実施形態においては、測定回路８３が、負荷８１と、負荷８１の両端に接続された電圧計８０とを含んでおり、電圧計８０は、第１の物理量である電圧値を測定する。この電圧計８０による測定結果が第１の測定値である。

次に、判別回路による判定ステップＳ１２において、判別回路８２が、測定回路８３が測定した第１の測定値が、所定の第１の範囲から外れるか否かを判定する。第１の範囲は、指などの導電体が第２の基板７０に接触していないときの設計値に誤差を考慮した範囲である。

そして、第１の測定値が、第１の範囲外にあった場合、判別回路８２は、検知ステップＳ１４において、第１選択回路７４、第２選択回路７６により選択された位置付近における第２の基板７０に指などの導電体が接触したと判断する。

また、第１の測定値が、第１の範囲内にあった場合、判別回路８２は、検知ステップＳ１３において、第１選択回路７４、第２選択回路７６により選択された位置付近においては、第２の基板７０に指などの導電体は接触していないと判断する。

以下、本実施形態に係る表示装置１００のタッチセンシングにつき、図８、９を用いてより具体的に説明する。図８は、本実施形態に係る表示装置１００におけるパルス発生器からの入力電圧に関するタイミングチャートである。図９は、本実施形態に係る表示装置１００における測定回路８３による第１の測定値に関するタイミングチャートである。本実施形態では、図８、及び図９に示すように、第１の基板１０の形成平面方向の導電体のタッチ位置の検出期間である第１期間Ｔ１と、表示装置１００の積層方向に印加された押圧力の強度の検出期間である第２期間Ｔ２とが交互に設けられており、第１期間Ｔ１と第２期間Ｔ２との間にはリフレッシュ期間Ｔｒが設けられている。

図８に示すように、第１の基板１０の形成平面方向の導電体のタッチ位置の検出期間である第１期間Ｔ１において、第１選択回路７４が選択した一つの列状の第１の電極５６の群には、パルス発生器７８からのプラス・マイナス５Ｖのパルス電圧が印加される。

この第１期間Ｔ１において、第２選択回路７６が選択した一つの列状の第２の電極５８の群のうち、第１選択回路７４が選択した一つの列状の第１の電極５６の群とクロスする第２の電極５８の近傍における第２の基板７０に指などの導電体が触れると、測定回路８３が測定する第１の測定値が変化する。本実施形態においては、図９に示すように、第２選択回路７６の出力端に接続された負荷８１の両端に接続された電圧計８０において測定される電圧値が、２Ｖから５Ｖに上がる。なお、第１選択回路７４、第２選択回路７６が選択した箇所に、指などの誘電体が触れていない場合は、図９における破線にて示すように、常に２Ｖ程度の電圧値が電圧計８０により測定される。

この測定回路８３からの計測結果である第１の測定値を受信した判別回路８２は、図７に示した判別回路による判定ステップＳ１２において、第１の測定値が第１の範囲外であるか否かを判定する。本実施形態においては、例えば、測定回路８３に含まれる電圧計８０の測定結果である電圧値が、所定の値よりも大きいか否か、例えば３Ｖよりも大きいか否かを判別する。電圧計８０の測定結果が３Ｖ以上であった場合、検知ステップＳ１４において、判別回路８２は、第１の測定値が第１の範囲外となったと判断する。そして、判別回路８２は、第１選択回路７４により選択されている一つの列状の第１の電極５６の群と、第２選択回路７６により選択されている一つの列状の第２の電極５８の群とがクロスする付近において、指などの導電体が、第２の基板７０に触れたことを検知する。電圧計８０における測定値が３Ｖ未満であった場合、検知ステップＳ１３において、判別回路８２は、第１の測定値が第１の範囲内であると判断する。そして、判別回路８２は、第１選択回路７４により選択されている一つの列状の第１の電極５６の群と、第２選択回路７６により選択されている一つの列状の第２の電極５８の群とがクロスする付近においては、指などの導電体が、第２の基板７０に触れられていないことを検知する。

続いて、表示装置１００の積層方向に印加された押圧力の強度の検出方法について説明する。図１０は、本実施形態に係る表示装置１００の第２の基板７０を上から指などの入力体で押した状態を示す断面図である。指による押圧によって、第２の基板７０を介して、圧電性層９０が圧縮される。

ここで、圧電性層９０は、上述した通り、ポリフッ化ビニリデン（ＰＶＤＦ）、トリフッ化エチレン（ＴｒＦＥ）、ポリ乳酸（ＰＬＡ）などの有機圧電性材料を用いて構成している。これらの有機圧電材料の分子鎖は、図１１に示すような、らせん構造をとっており、分子鎖の両側に帯電している。このとき、図１２に示すように、圧電性層９０の上面の全体及び下面の全体は、それぞれ電気的に極性が打ち消されている。そのため、圧電性層９０全体として、帯電していない状態と同様の状態となっている。しかし、図１３に示すように、圧電性層９０の例えば上方から外的な圧力を加えた場合、分子鎖が引き伸ばされ、分子鎖の例えば上面側に電荷が集中する。このとき、図１４に示すように、圧電性層９０の上面全体においてはマイナスに帯電しており、圧電性層９０の下面全体においてはプラスに帯電しており、圧電性層９０全体として分極している。この帯電状態の圧電性層９０に導電体が接すると、電荷の隔たりを打ち消すため、電流が生じる。

なお、この圧電性層９０の上面と下面とを逆に配置すれば、上面全体がプラスに帯電し、下面全体がマイナスに帯電する。本発明は、圧電性層９０の上面、及び下面の帯電がプラスであるか、あるいはマイナスであるかについては特に限定されない。

図１１乃至１４を用いて説明した理由により、図１０に示すように指などの入力体による押圧によって圧縮された圧電性層９０は分極を起こし、帯電している。この帯電した圧電性層９０の下面には、第２の電極５８が接触している。従って、圧電性層９０における圧電効果により発生した電流が、第２の電極５８を介して、第２選択回路７６の出力端に出力される。

本実施形態においては、図８に示すように、上述したとおり、第１期間Ｔ１の後のリフレッシュ期間Ｔｒ後に、表示装置１００の積層方向に印加された押圧力の強度の検出期間である第２期間Ｔ２を設けている。そして、このリフレッシュ期間Ｔｒ及び第２期間Ｔ２においては、パルス発生器７８からのパルス電圧は、第１選択回路７４、及び第１の電極５６に印加されない。

この第２期間Ｔ２において、図１０に示すように、指による押圧によって圧電性層９０が圧縮されると、圧電性層９０における圧電効果により発生した電流が、第２選択回路７６の出力端から出力され、この電流値の増加に基づく第１の物理量の変化が測定回路８３により測定される。本実施形態においては、測定回路８３が、第２選択回路７６の出力端に接続された負荷８１と、この負荷８１の両端に接続された電圧計８０とを有している。そのため、図９に示すように、第２選択回路７６の出力端から出力された電流値に応じて、負荷８１において電圧が発生する。この電圧値を電圧計８０が第２の測定値として測定する。

この測定回路８３からの第２の測定値の大小により、判別回路８２は、指などの入力体による押圧力の強度を検知する。

上述した構成により、第１の基板１０の形成平面方向における指などの導電体のタッチ位置の検出と、表示装置１００の積層方向に印加された押圧力の強度の検出を、第１の電極５６、第２の電極５８を含む電極形成層と、圧電性層９０とからなるタッチセンサ５４により行うことができる。その結果として、表示装置１００の薄型化を実現することができる。

また、本実施形態に示す構成によれば、表示装置１００の積層方向に印加された押圧力の強度を検出する際に、圧電性層９０により発生した電圧を検出する構成としているため、例えば封止層４６において寄生容量が発生しているような場合であっても、圧電性層９０により発生した電圧の検知精度は、この寄生容量によって悪影響を受けないため、より高精度な検知を行うことが可能である。

なお、本実施形態においては、複数の第１の電極５６が第１選択回路７４に接続され、複数の第２の電極５８が第２選択回路７６に接続される構成としたが、複数の第１の電極５６が第２選択回路７６に接続され、複数の第２の電極５８が第１選択回路７４に接続される構成としてもよい。その場合、第１選択回路７４により選択された一つの列状の複数の第２の電極５８の群には、パルス発生器７８からのパルス電圧が印加され、第２選択回路７６により選択された一つの列状の複数の第１の電極５６の群からの出力を測定回路８３が測定する構成となる。

なお、表示装置１００は、有機エレクトロルミネッセンス表示装置には限定されず、量子ドット発光素子（ＱＬＥＤ：Quantum‐Dot Light Emitting Diode）のような発光素子を各画素に備えた表示装置であってもよいし、液晶表示装置あってもよい。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々の変形が可能である。例えば、実施形態で説明した構成は、実質的に同一の構成、同一の作用効果を奏する構成又は同一の目的を達成することができる構成で置き換えることができる。

１０第１の基板、１２集積回路チップ、１４アンダーコート層、１６半導体層、１８ソース電極、２０ドレイン電極、２２ゲート絶縁膜、２４ゲート電極、２６層間絶縁膜、２８薄膜トランジスタ、３０パッシベーション膜、３２平坦化層、３４画素電極、３６コンタクトホール、３８絶縁層、４０発光層、４２対向電極、４４発光素子、４６封止層、４８無機絶縁層、５０無機絶縁層、５２有機絶縁層、５４タッチセンサ、５６第１の電極、５８第２の電極、６０第２の接続部、６２第１の接続部、６４絶縁膜、７０第２の基板、７２センシング回路、７４第１選択回路、７６第２選択回路、７８パルス発生器、８０電圧計、８１、負荷、８２判別回路、８３測定回路、８４絶縁表面、９０圧電性層、１００表示装置、Ｄ１第１の方向、Ｄ２第２の方向、ＤＡ表示領域、Ｓ１１第１の測定量の測定ステップ、Ｓ１２判別回路による判定ステップ、Ｓ１３検知ステップ、Ｓ１４検知ステップ、Ｔ１第１期間、Ｔ２第２期間、Ｔｒリフレッシュ期間。

Claims

第１の基板と、
前記第１の基板の上方に配置された発光素子と、
前記発光素子の上方に設けられた絶縁表面を有する絶縁層と、
前記絶縁表面の上面に設けられたタッチセンサと、を含み、
前記タッチセンサは、
前記絶縁表面の上面に設けられた複数の第１の電極と、
前記絶縁表面の上面に設けられ、前記複数の第１の電極と第１の静電容量を形成する複数の第２の電極と、
前記複数の第１の電極と前記複数の第２の電極との上面に設けられ、押圧力の印加に応じて帯電する圧電性層と、
前記第１の電極にパルス電圧を印加するパルス発生器と、
前記パルス電圧の印加に起因した前記第２の電極に関する第１の測定値の変化から前記第１の静電容量の変化を検知し、前記パルス電圧の印加に起因しない前記第２の電極に関する第２の測定値の変化から前記押圧力の強度を検知する判別回路と、
を含む、表示装置。
前記複数の第１の電極は、
前記第１の基板の形成平面における第１の方向に接続された列状の第１の電極の群を複数含む、
請求項１に記載の表示装置。
前記複数の第１の電極と前記パルス発生器との間に配置され、複数の前記列状の第１の電極の群の内の一つを順に選択し、選択された前記列状の第１の電極の群に前記パルス発生器からの前記パルス電圧を印加する第１選択回路を更に含む、
請求項２に記載の表示装置。
前記第１の方向に接続された列状の第１の電極の群において、隣り合う二つの前記第１の電極は第１の接続部により接続された、
請求項２又は３に記載の表示装置。
前記複数の第２の電極は、
前記第１の基板の形成平面において前記第１の方向と交差する第２の方向に接続された列状の第２の電極の群を複数含む、
請求項２乃至４のいずれか一つに記載の表示装置。
前記複数の第２の電極と前記判別回路との間に配置され、複数の前記列状の第２の電極の群の内の一つを順に選択し、選択された前記列状の第２の電極の群から出力される物理量の変化を前記判別回路に伝達する第２選択回路を更に含む、
請求項５に記載の表示装置。
前記第２の方向に接続された列状の第２の電極の群において、隣り合う二つの前記第２の電極は第２の接続部により接続された、
請求項５又は６に記載の表示装置。
前記タッチセンサの上方に設けられた第２の基板を更に含み、
前記判別回路が、前記第１選択回路の選択状況、前記第２の選択回路の選択状況、及び前記第１の測定値の変化から、前記第２の基板に接触する導電体からなる入力体の、前記第１の基板の形成平面における位置を検知し、前記第２の測定値の変化から、前記第２の基板に対する前記入力体の押圧力の強度を検知する、
請求項６又は７に記載の表示装置。
前記第１の測定値と、前記第２の測定値とは、タイミングをずらして測定し、
前記第１の測定値を測定する際には、前記パルス発生器がパルス電圧を前記第１の電極に印加し、前記第２の測定値を測定する際には、前記パルス発生器がパルス電圧を前記第１の電極に印加しない、
請求項１乃至８のいずれか一つに記載の表示装置。
前記圧電性層は、その構成材料として、ポリフッ化ビニリデン、トリフッ化エチレン、ポリ乳酸の内の少なくともいずれか一つを含む、
請求項１乃至９のいずれか一つに記載の表示装置。
前記発光素子の側面に設けられたバンクを更に含み、
前記第１の電極と前記第２の電極との間が、前記バンクの上方に位置する、
請求項１乃至１０のいずれか一つに記載の表示装置。
前記複数の発光素子の上方に、少なくとも一層の無機絶縁層を含む封止層を更に含み、
前記封止層の上面が前記絶縁表面を構成する、
請求項１乃至１１のいずれか一つに記載の表示装置。
前記発光素子が設けられる表示領域を有し、
前記圧電性層は、前記表示領域全面に亘り設けられる、
請求項１乃至１２のいずれか一つに記載の表示装置。