JP6920798B2 - タッチセンサ及び表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチセンサ及び表示装置に関する。

近年、ユーザが指、ペン等で接触することにより操作を行う入力装置が広く用いられている。このような入力装置には、被検出物の近接又は接触を検出するセンサ（タッチセンサ）が備えられている。タッチセンサの検出方式には、抵抗膜方式、静電容量方式等の種々の方式がある。

特許文献１には、静電容量方式のタッチセンサが開示されている。タッチセンサの検出部を構成する複数の電極パターンとコントローラは出力配線で接続されている。出力配線を介して出力される信号は、指の接触等に起因する外部ノイズの影響を受けやすく、このような外部ノイズは、タッチセンサの誤動作の要因になることがある。そのため、特許文献１では、出力配線と電極基板の間にシールド層を形成することにより、外部ノイズによる誤動作の発生を防止している。

特開２００９−１６９７２０号公報

しかしながら、特許文献１のタッチセンサでは、対向する平面状のシールド層に出力配線が挟まれる配置となっており、出力配線とシールド層の間に大きな静電容量が生じ得る構成となっている。したがって、シールド層を設けた構成では配線の時定数が大きくなるため、タッチセンサの検出感度が低下することが課題となり得る。

本発明は、上述した課題に鑑みてなされたものであって、外部ノイズの影響低減と検出感度の確保が両立されたタッチセンサを提供することを目的とする。

本発明の一観点に係るタッチセンサは、第１のセンサ配線を有する第１の配線層と、第１のグラウンド配線を有し、前記第１の配線層とは異なる層に配された第２の配線層と、を備え、上面視において、前記第１のグラウンド配線の少なくとも一部が前記第１のセンサ配線と並行しており、前記第１のグラウンド配線の前記第１のセンサ配線と並行する部分が、前記第１の配線層のスペースに対応する位置に配されていることを特徴とする。

本発明の他の一観点に係る表示装置は、第１のセンサ配線を有する第１の配線層と、第１のグラウンド配線を有し、前記第１の配線層とは異なる層に配された第２の配線層と、を備え、上面視において、前記第１のグラウンド配線の少なくとも一部が前記第１のセンサ配線と並行しており、前記第１のグラウンド配線の前記第１のセンサ配線と並行する部分が、前記第１の配線層のスペースに対応する位置に配されているタッチセンサが設けられた表示部を備えることを特徴とする。

本発明によれば、外部ノイズの影響低減と検出感度の確保が両立されたタッチセンサが提供される。

第１実施形態に係るタッチセンサの概略構成図である。 第１実施形態に係るセンサ基板の斜視図である。 第１実施形態に係るＹ方向検出用基板の平面図である。 第１実施形態に係るＸ方向検出用基板の平面図である。 Ｘ方向検出用基板とＹ方向検出用基板を重ねた透視図である。 第１実施形態に係るセンサ配線及びグラウンド配線の構造図である。 第２実施形態に係るセンサ配線及びグラウンド配線の構造図である。 第３実施形態に係るセンサ配線及びグラウンド配線の構造図である。

以下、本発明に係る実施形態について図面を参照しつつ詳細に説明する。各図面を通じて共通する機能を有する要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略又は簡略化することがある。

［第１実施形態］
図１は、第１実施形態に係るタッチセンサの概略構成図である。本実施形態に係るタッチセンサ１０は、静電容量方式のセンサであり、被検出物の近接又は接触を検出する。タッチセンサ１０は、例えば、ユーザが指、ペン等で接触することにより操作を行う電子機器の入力装置として用いられる。また、液晶ディスプレイ、有機ＥＬ（electroluminescence）ディスプレイ等の表示装置の表示画面にタッチセンサ１０を組み込むことにより、本実施形態のタッチセンサ１０を入出力装置としての機能を有するタッチパネルとして用いることもできる。本実施形態のタッチセンサ１０が設けられた表示部を有する表示装置は、パーソナルコンピュータ用ディスプレイ、携帯電話、ゲーム機等の電子機器に用いられ得る。

タッチセンサ１０は、センサ基板１００、配線基板２００及び制御回路３００を有する。センサ基板１００は、検出領域１１０及び額縁領域１２０を有する。検出領域１１０は、ユーザの指、ペン等の被検出物によるタッチ（近接又は接触）を検出することが可能な検出部が備えられた領域である。額縁領域１２０は、検出領域の周囲のタッチを検出する機能を有しない領域である。額縁領域１２０内には配線が設けられている。配線基板２００は、センサ基板１００からの出力信号及びタッチセンサ１０の駆動のための駆動信号を伝達するための接続配線が設けられた基板である。配線基板２００には、例えばフレキシブルプリント基板が用いられ得る。配線基板２００内の配線は、制御回路３００に接続される。制御回路３００は、タッチセンサ１０の駆動、検出領域１１０からの出力信号の処理等、タッチセンサ１０の全体の制御を行う回路である。

図２は、第１実施形態に係るセンサ基板１００の斜視図である。センサ基板１００は、第１基板１３０と第２基板１４０とが積層された構造となっている。第１基板１３０は、Ｙ方向のタッチ位置を検出するためのセンサ電極を備えた基板であり、第２基板１４０は、Ｘ方向のタッチ位置を検出するためのセンサ電極を備えた基板である。第１基板１３０及び第２基板１４０は、例えばガラスを主材料とする絶縁体である。第１基板１３０及び第２基板１４０は、光学透明接着剤、光学透明樹脂等の不図示の接着層により接合される。

図２に示されている基板以外の基板又はフィルムが更に積層されていてもよい。例えば、本実施形態のタッチセンサ１０が液晶ディスプレイ等の表示装置用のタッチセンサである場合、液晶パネル等の表示機能を確保するための基板が更に積層されていてもよい。あるいは、液晶パネル内の基板上の配線等を用いて本実施形態に係るタッチセンサ１０を形成することにより、タッチセンサ１０の機能が液晶パネルに内蔵される構造であってもよい。

図３Ａは、Ｙ方向検出用基板である第１基板１３０の平面図である。第１基板１３０の検出領域１１０には、センサ電極１３１、センサパッド１３２が形成されている。センサ電極１３１は、Ｘ方向に伸びる短冊状の電極である。図３Ａでは例示としてＹ方向に並ぶ５つのセンサ電極１３１が図示されているが、センサ電極１３１の個数は図示されているものに限定されない。センサパッド１３２は、センサ電極１３１のそれぞれの両端に設けられたパッドである。

第１基板１３０の額縁領域１２０には、センサ配線１３３（第１のセンサ配線）、グラウンド配線１３４（第２のグラウンド配線）、センサ端子１３５、グラウンド端子１３６が形成されている。センサ配線１３３は、各センサパッド１３２と、対応するセンサ端子１３５との間に接続された配線である。センサ配線１３３は、Ｙ方向（第１の方向）のタッチ位置を示す信号を伝送する配線である。

グラウンド配線１３４は、検出領域１１０の下方（Ｙ軸マイナス側）に配されている。センサ配線１３３及びグラウンド配線１３４は、第１基板１３０の上の同一の配線層（第１の配線層）に形成される。グラウンド配線１３４は、図３Ａに示されるように一部がＸ方向及びＹ方向に交差する格子状の形状をなしている。これにより、複数の配線からなるグラウンド配線１３４はすべて同電位となっている。グラウンド配線１３４は、２つのグラウンド端子１３６に接続される。なお、グラウンド端子１３６が２つ設けられていることは必須ではなく、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。センサ端子１３５は、配線基板２００上の配線を介して制御回路３００に接続される。グラウンド端子１３６は、配線基板２００のグラウンドに接続される。なお、図３Ａにおいて、グラウンド配線１３４の交差部は導通しているものとする。

図３Ｂは、Ｘ方向検出用基板である第２基板１４０の平面図である。第２基板１４０の検出領域１１０には、センサ電極１４１、センサパッド１４２が形成されている。センサ電極１４１は、Ｙ方向に伸びる短冊状の電極である。図３Ｂでは例示として８つのセンサ電極１４１が図示されているが、センサ電極１４１の個数は図示されているものに限定されない。センサパッド１４２は、センサ電極１４１のそれぞれの両端に設けられたパッドである。

第２基板１４０の額縁領域１２０には、センサ配線１４３（第２のセンサ配線）、グラウンド配線１４４（第１のグラウンド配線）、センサ端子１４５、グラウンド端子１４６が形成されている。センサ配線１４３は、各センサパッド１４２と、対応するセンサ端子１４５との間に接続された配線である。センサ配線１４３は、Ｘ方向（第２の方向）のタッチ位置を示す信号を伝送する配線である。

グラウンド配線１４４は、検出領域１１０の右方（Ｘ軸プラス側）、左方（Ｘ軸マイナス側）及び上方（Ｙ軸プラス側）に配されている。このようにグラウンド配線１４４が検出領域１１０を囲うように配されていることにより、外部ノイズに対するシールドとしての効果を強化できる。センサ配線１４３及びグラウンド配線１４４は、第２基板１４０の上の同一の配線層（第２の配線層）に形成される。グラウンド配線１４４は、図３Ｂに示されるように一部がＸ方向及びＹ方向に交差する格子状の形状をなしている。これにより、複数の配線からなるグラウンド配線１４４はすべて同電位となっている。グラウンド配線１４４は、複数のセンサ端子１４５の両端に設けられた２つのグラウンド端子１３６に接続される。なお、グラウンド端子１４６が２つ設けられていることは必須ではなく、１つであってもよく、３つ以上であってもよい。センサ端子１４５は、配線基板２００上の配線を介して制御回路３００に接続される。グラウンド端子１４６は、配線基板２００のグラウンドに接続される。なお、図３Ｂにおいても、グラウンド配線１４４の交差部は導通しているものとする。

センサ電極１３１、１４１、センサ配線１３３，１４３、グラウンド配線１３４、１４４は、例えば、酸化インジウムスズ（ＩＴＯ）等の透明導電膜、線幅数μｍのメッシュ状とした銅、銀等の金属電極等により構成され得る。これらの電極構成は、光を透過させることができる。そのため、表示装置のタッチパネル用のタッチセンサ１０として用いる場合に好適である。

図３Ｃは、第１基板１３０と第２基板１４０を重ねた状態で＋Ｚ方向からみた透視図である。図３Ｃでは、第２基板１４０上のパターンが実線で示されており、第１基板１３０上のパターンが破線で示されている。額縁領域１２０において、センサ配線１３３とグラウンド配線１４４は、上面視において、少なくとも一部が互いに並行するように配されている。また、上面視において、グラウンド配線１４４のセンサ配線１３３と並行する部分が、センサ配線１３３が形成されている第１の配線層のスペースに対応する位置に配されている。

同様に、センサ配線１４３とグラウンド配線１３４は、上面視において、少なくとも一部が互いに並行するように配されている。また、上面視において、グラウンド配線１３４のセンサ配線１４３と並行する部分が、センサ配線１４３が形成されている第２の配線層のスペースに対応する位置に配されている。

図４（ａ）は、図３Ｃの一点鎖線の枠で示す領域Ａの拡大図である。また、図４（ｂ）は、図４（ａ）のＡ−Ａ’線における断面図である。図４（ａ）及び図４（ｂ）に示されるように、複数のセンサ配線１３３の間のスペースに対応する位置にグラウンド配線１４４が位置しており、複数のグラウンド配線１４４の間のスペースに対応する位置にセンサ配線１３３が位置している。なお、図示していないが、センサ配線１４３とグラウンド配線１３４が並行している部分についても同様の構成となっている。なお、第１基板１３０と第２基板１４０は接着層により接合され得るが、図４（ｂ）ではこの接着層は不図示としている。

このように、上面視において、グラウンド配線１４４は、センサ配線１３３を挟む位置関係になっているため、指の接触等に起因する外部ノイズに対するシールドとしての効果を有する。また、本実施形態では、上面視において、センサ配線１３３とグラウンド配線１４４が重ならないように配されている。そのため、特許文献１のように配線が平面状のシールド層と対向する配置の場合と比べて、本実施形態では、センサ配線１３３とグラウンド配線１４４の間の静電容量を小さくすることができる。よって、配線抵抗と配線に寄生する静電容量により定まる時定数が小さくなり、信号の遅延が低減するため、検出感度の劣化を少なくすることができる。したがって、外部ノイズに対するシールドとしてグラウンド配線を設けた場合に生じ得る検出感度の劣化を少なくすることができる。

以上のように、本実施形態によれば、外部ノイズの影響低減と検出感度の確保が両立されたタッチセンサ１０が提供される。また、本実施形態に係るタッチセンサを液晶パネル等の表示装置の表示部に適用することにより、外部ノイズの影響低減と検出感度の確保が両立された表示装置が提供される。

更に、本実施形態では、グラウンド配線１４４をセンサ配線１３３の間に配置することができるので、センサ配線の外周にグラウンド配線用の領域を設ける場合と比べて表示装置の額縁を狭くすることができる。

［第２実施形態］
図５は第２実施形態に係るセンサ基板の断面図であり、第１実施形態における図４（ｂ）に対応する。第１実施形態では、センサ基板１００が第１基板１３０と第２基板１４０の２つの基板を有している。これに対し、本実施形態では、１つの基板１５０の第１の主面にセンサ配線１３３を含む第１の配線層が形成されており、第１の主面の反対側の第２の主面にグラウンド配線１４４を含む第２の配線層が形成されている点が第１実施形態と相違する。その他の構成については第１実施形態と同様である。

本実施形態では、基板１５０の両面に第１の配線層と第２の配線層が形成されている。このような比較的単純化された構造の場合であっても、第１実施形態と同様に、外部ノイズの影響低減と検出感度の確保を両立することができる。

１つの基板を挟んでセンサ配線とグラウンド配線が形成される構成においては、これらの配線間の距離が小さいので、静電容量が大きくなりやすい。よって、特許文献１のように配線が平面状のシールド層と対向する配置を採用すると、シールドを設けることによる検出感度の劣化がより顕著となる。したがって、本実施形態のように、上面視において、複数のセンサ配線１３３の間のスペースに対応する位置にグラウンド配線１４４が配される構成とすることによる、検出感度の劣化を少なくする効果がより顕著なものとなる。

［第３実施形態］
図６は第３実施形態に係るセンサ基板の断面図であり、第２実施形態のおける図５に対応する。第２実施形態では、基板１５０の互いに異なる面にセンサ配線１３３とグラウンド配線１４４が形成されている。これに対し、本実施形態では、１つの基板１６０の上にセンサ配線１３３を含む第１の配線層が形成されており、その上に絶縁層１７０を介してグラウンド配線１４４を含む第２の配線層が形成されている点が第１実施形態と相違する。また、更にその上に絶縁層１８０が形成されている。絶縁層１７０、１８０は、センサ配線１３３及びグラウンド配線１４４を保護するパッシベーション層として機能する。その他の構成については第１実施形態又は第２実施形態と同様である。

本実施形態では、基板１５０の両面に第１の配線層と第２の配線層が形成されている。このような比較的単純化された構造の場合であっても、第１実施形態と同様に、外部ノイズの影響低減と検出感度の確保を両立することができる。

本実施形態のように絶縁層１７０を挟んでセンサ配線とグラウンド配線が形成される構成においても、これらの配線間の距離が小さいので、静電容量が大きくなりやすい。よって、特許文献１のように配線が平面状のシールド層と対向する配置を採用すると、シールドを設けることによる検出感度の劣化がより顕著となる。したがって、本実施形態のように、上面視において、複数のセンサ配線１３３の間にスペースに対応する位置にグラウンド配線１４４が配されている構成とすることによる、検出感度の劣化を少なくする効果がより顕著なものとなる。

［その他の実施形態］
上述の実施形態は、本発明を適用しうるいくつかの態様を例示したものに過ぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で適宜修正や変形を行うことを妨げるものではない。

図３Ａ、図３Ｂ及び図３Ｃに示す配線のレイアウトは例示であり、タッチセンサ１０の設計に応じて適宜変更可能である。例えば、センサ配線１３３は検出領域１１０の左右の両側から引き出されているが、片側のみから引き出される構成であってもよい。

図４Ｂにおいて、センサ配線１３３とグラウンド配線１４４はいずれも基板上面に設けられているが、例えば、センサ配線１３３とグラウンド配線１４４が向かい合うようにグラウンド配線１４４が第２基板１４０の下面に設けられていてもよい。また、センサ配線１３３が第１基板の下面に設けられていてもよい。

１３０ 第１基板
１３３ センサ配線
１４０ 第２基板
１４４ グラウンド配線

Claims (10)

1. 複数の第１のセンサ配線を有する第１の配線層と、
   複数の第１のグラウンド配線を有し、前記第１の配線層とは異なる層に配された第２の配線層と、
   を備え、
   上面視において、前記複数の第１のグラウンド配線のうちの一部のグラウンド配線が前記複数の第１のセンサ配線と並行しており、
   前記複数の第１のグラウンド配線のうちの前記複数の第１のセンサ配線と並行する前記一部のグラウンド配線が、前記第１の配線層のスペースに対応する位置に配されており、
   上面視において、前記複数の第１のグラウンド配線のうちの前記複数の第１のセンサ配線と並行する前記一部のグラウンド配線の各々は、前記複数の第１のセンサ配線のうちの隣接する２つの配線間の各領域に配置されている
   ことを特徴とするタッチセンサ。
2. 前記複数の第１のグラウンド配線のうちの前記一部のグラウンド配線は、少なくとも一部が格子状であることを特徴とする請求項１に記載のタッチセンサ。
3. 前記複数の第１のグラウンド配線は、被検出物のタッチを検出する検出領域を囲うように配されていることを特徴とする請求項１又は２に記載のタッチセンサ。
4. 前記第１の配線層は、複数の第２のグラウンド配線を更に備え、
   前記第２の配線層は、複数の第２のセンサ配線を更に備え、
   上面視において、前記複数の第２のグラウンド配線のうちの一部のグラウンド配線が前記複数の第２のセンサ配線と並行しており、
   前記複数の第２のグラウンド配線のうちの前記複数の第２のセンサ配線と並行する前記一部のグラウンド配線が、前記第２の配線層のスペースに対応する位置に配されており、
   上面視において、前記複数の第２のグラウンド配線のうちの前記複数の第２のセンサ配線と並行する前記一部のグラウンド配線の各々は、前記複数の第２のセンサ配線のうちの隣接する２つの配線間の各領域に配置されている
   ことを特徴とする請求項１乃至３のいずれか１項に記載のタッチセンサ。
5. 前記複数の第１のグラウンド配線は、被検出物のタッチを検出する検出領域の左方、右方及び下方に配置され、
   前記複数の第２のグラウンド配線は、前記検出領域の左方、右方、下方及び上方に配置されている
   ことを特徴とする請求項４に記載のタッチセンサ。
6. 前記複数の第１のセンサ配線は、第１の方向のタッチ位置を示す信号を伝送する配線であり、
   前記複数の第２のセンサ配線は、前記第１の方向と異なる第２の方向のタッチ位置を示す信号を伝送する配線であることを特徴とする請求項４に記載のタッチセンサ。
7. 互いに積層された第１基板及び第２基板を更に備え、
   前記第１の配線層は、前記第１基板に形成されており、
   前記第２の配線層は、前記第２基板に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項の記載のタッチセンサ。
8. 第１の主面及び第２の主面を有する第１基板を更に備え、
   前記第１の配線層は、前記第１基板の前記第１の主面に形成されており、
   前記第２の配線層は、前記第１基板の前記第２の主面に形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項の記載のタッチセンサ。
9. 第１基板を更に備え、
   前記第１の配線層は、前記第１基板の上に形成されており、
   前記第２の配線層は、前記第１の配線層の上に絶縁層を間に介して形成されていることを特徴とする請求項１乃至６のいずれか１項の記載のタッチセンサ。
10. 請求項１乃至９のいずれか１項に記載のタッチセンサが設けられた表示部を備える表示装置。

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