JP6962759B2 - 表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、表示装置に関する。

平面ディスプレイとして代表的な液晶表示装置は、軽量、薄型、低消費電力などの特徴を生かして、パーソナルコンピュータやテレビなどのＯＡ（Office Automation）機器などの表示装置として各種分野で利用されている。近年では、液晶表示装置は、携帯電話などの携帯端末機器や、カーナビゲーション装置、ゲーム機などの表示装置として利用されている。画像を表示する表示領域の形状は、四隅が直角の矩形に留まらず、円形や楕円形、更には一部に凹凸があるような複雑な非矩形にも対応することが求められるようになってきた。

特開２０１４−１９１６５０号公報 特開２０１５−２３２８１９号公報

近年の液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置は、タッチセンシング機能を有することが多い。タッチセンシング機能を実現する構造は、光学式、抵抗式、静電容量式などがあるが、スマートフォンなどのモバイル機器には、駆動電極（Ｔｘ電極）と検出電極（Ｒｘ電極）を用いて静電容量の変化でタッチ位置を検出する静電容量式が多く用いられる。駆動電極と検出電極は、特許文献１，２に示されるように、タッチ位置を検出するために、それぞれ複数形成され、お互いの電極が直交するように配置される。

また、インセルタッチパネルと呼ばれる方式では、駆動電極は、画像を表示するための共通電極が兼用して用いられる。この場合、共通電極は、ゲート信号線に平行な方向に電気的に分割される場合と、映像信号線に平行な方向に電気的に分割される場合がある。共通電極が、ゲート信号線に平行な方向に電気的に分割される場合は、検出電極は、映像信号線に平行な方向に電気的に分割されて配置され、共通電極が、映像信号線に平行な方向に電気的に分割される場合は、検出電極は、ゲート信号線に平行な方向に電気的に分割されて配置されることになる。

一方、近年の表示装置には、単純な矩形の表示領域だけではなく、一部に切り欠きのような凹みを有するなど、複雑な外形を持つパネルが要求されている。

表示領域に切り欠きがあると、切り欠き近傍に配置される検出電極および駆動電極は、他の領域に配置される検出電極とは異なる形状にする必要がある。図８に検出電極の配置例を示す。この例では、検出電極（Ｒｘ１〜Ｒｘｎ）がＤ１方向に延設され、Ｄ２方向に平行に配列される。一つの検出電極は、メッシュ状、或いはジグザグ配線の集合体として形成されている。図８の例では、表示パネル１１０の上辺中央に切り欠き１１２が形成されている。

このような表示装置の場合、検出電極については種々の問題が発生する。図８の例では、上側の２列の検出電極Ｒｘ１，Ｒｘ２が、切り欠き１１２と重複する位置にあるため、切り欠き１１２と重複する検出電極は、他の位置の検出電極と異なる形状にする必要がある。通常では、図８に示すように、切り欠き１１２の左右で別々の検出電極を配置することが考えられ、例えば、一列目の検出電極はＲｘ１−１，Ｒｘ１−２とし、２列目の検出電極は、Ｒｘ２−１、Ｒｘ２−２として配置する。このような場合、検出電極の出力信号を外部に送信するための端子部１４１と、各検出電極間の配線１４０が、切り欠き部分に重なる検出電極ではそれぞれ必要になるため、配線数および端子数が増えてしまうという問題がある。

また、他の検出電極と長さが異なるため、検出電極間の容量差が大きくなり、タッチパネルとしての感度の調整が難しくなる。

本発明は、複雑な表示領域の形状に対応可能な検出電極を提供することを目的とする。

本発明に係る表示装置は、画像が表示される表示領域と、表示領域の周囲に設けられた周辺領域を有する表示パネルと、タッチセンシングのために前記表示パネルに積層され、第１方向にそれぞれ延び、前記第１方向に直交する第２方向に並列する複数の検出電極と、を有し、前記表示パネルは、前記表示領域が凹部を形成するような切り欠き領域を有し、前記切り欠き領域と重複する位置に配置された前記検出電極は、前記切り欠き領域の両側に第１の検出電極および第２の検出電極として分割形成され、前記第１及び第２の検出電極は、前記切り欠き領域に沿って配置された第１のブリッジ配線によって接続されていることを特徴とする。

本発明によれば、複雑な表示領域の形状にも対応可能な検出電極の構成を提供することができる。

本発明を適用した表示パネルの概略を示す平面図である。 図１に示す表示パネルの回路図である。 図２に示す回路の一部を詳細に示す図である。 図１に示す表示装置のIV−IV線断面図である。 タッチセンシングのための構造を説明する図である。 切り欠き周辺の拡大図である。 図６の領域VIIの拡大図である。 本発明を適用しない場合の表示パネルの概略を示す平面図である。

以下、本発明の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」「下に」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。

本実施形態として、液晶表示装置を例にして説明する。図２は、表示装置が有する表示パネル１０の回路図である。図３は、図２に示す回路の一部を詳細に示す図である。表示パネル１０は、表示領域ＤＡにおいて、複数の画素ＰＸを備えている。ここで、画素ＰＸとは、映像信号に応じて個別に制御することができる最小単位を示し、例えば、走査線Ｇと信号線Ｓとが交差する位置に配置されたスイッチング素子ＳＷを含む領域に存在する。複数の画素ＰＸは、第１方向Ｄ１及び第２方向Ｄ２にマトリクス状に配置されている。走査線Ｇは、第１方向Ｄ１に延出し、第２方向Ｄ２に並んでいる。信号線Ｓは、各々第２方向Ｄ２に延出し、第１方向Ｄ１に並んでいる。なお、走査線Ｇ及び信号線Ｓは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。走査線Ｇ及び信号線Ｓは、表示領域ＤＡの外側にある周辺領域ＰＡ（非表示領域）に引き出されている。周辺領域ＰＡにおいて、走査線Ｇは走査線駆動回路ＧＤに接続され、信号線Ｓは信号線駆動回路ＳＤに接続されている。

表示パネル１０は、各画素ＰＸの液晶層ＬＣを駆動するために、複数の第１電極３４（画素電極）及び複数の第２電極３６（共通電極）を有する。第１電極３４の各々は、第２電極３６と対向し、第１電極３４と第２電極３６との間に生じる電界によって液晶層ＬＣを駆動する。保持容量ＣＳは、例えば、第２電極３６と第１電極３４との間に形成される。第２電極３６は、複数の画素ＰＸに亘って配置されている。第２電極３６は、周辺領域ＰＡに引き出されて共通電極駆動回路ＣＤに接続される。

画素ＰＸは、スイッチング素子ＳＷを備えている。スイッチング素子ＳＷは、例えば薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）によって構成され、走査線Ｇ及び信号線Ｓと電気的に接続されている。より具体的には、スイッチング素子ＳＷは、ゲート電極ＷＧ、ソース電極ＷＳ、及び、ドレイン電極ＷＤを備えている。ゲート電極ＷＧは、走査線Ｇと電気的に接続されている。図示した例では、信号線Ｓと電気的に接続された電極をソース電極ＷＳと称し、第１電極３４と電気的に接続された電極をドレイン電極ＷＤと称する。走査線Ｇは、第１方向Ｄ１に並んだ画素ＰＸの各々におけるスイッチング素子ＳＷと接続されている。信号線Ｓは、第２方向Ｄ２に並んだ画素ＰＸの各々におけるスイッチング素子ＳＷと接続されている。

図４は、表示領域ＤＡの一つの画素ＰＸに相当する断面図である。具体的には、図１に示すIV−IV線の位置における断面図である。表示パネル１０は、主面にほぼ平行な横電界を利用する表示モード（Ｆｒｉｎｇｅ−Ｆｉｅｌｄ−Ｓｗｉｃｈｉｎｇモード）に対応した構成を有している。あるいは、表示パネル１０は、基板主面に対して垂直な縦電界や、基板主面に対して斜め方向の電界、或いは、それらを組み合わせて利用する表示モードに対応した構成を有していても良い。横電界を利用する表示モードでは、例えば第１基板ＳＵＢ１及び第２基板ＳＵＢ２のいずれか一方に第１電極３４及び第２電極３６の双方が備えられた構成が適用可能である。縦電界や斜め電界を利用する表示モードでは、例えば、第１基板ＳＵＢ１に第１電極３４及び第２電極３６のいずれか一方が備えられ、第２基板ＳＵＢ２に第１電極３４及び第２電極３６のいずれか他方が備えられた構成が適用可能である。

第１基板ＳＵＢ１は、第１ガラス基板ＧＬ１、信号線Ｓ、第２電極３６、金属層Ｍ、第１電極３４、第１絶縁膜ＩＮ１、第２絶縁膜ＩＮ２、第３絶縁膜ＩＮ３、第１配向膜ＡＬ１などを備えている。なお、ここでは、スイッチング素子ＳＷや走査線Ｇ、これらの間に介在する各種絶縁膜等の図示を省略している。

第１絶縁膜ＩＮ１は、第１ガラス基板ＧＬ１の上に位置している。図示しない走査線Ｇやスイッチング素子ＳＷの半導体層は、第１ガラス基板ＧＬ１と第１絶縁膜ＩＮ１の間に位置している。信号線Ｓは、第１絶縁膜ＩＮ１の上に位置している。第２絶縁膜ＩＮ２は、信号線Ｓ、及び、第１絶縁膜ＩＮ１の上に位置している。第２電極３６は、第２絶縁膜ＩＮ２の上に位置している。金属層Ｍは、信号線Ｓの直上において第２電極３６に接触している。図示した例では、金属層Ｍは、第２電極３６の上に位置しているが、第２電極３６と第２絶縁膜ＩＮ２との間に位置していても良い。金属層Ｍは、第２基板３６の低抵抗化のために設けられる配線であるが、タッチセンシング時には、金属層Ｍを介して、第２電極３６にタッチセンシング用の駆動信号（Ｔｘ信号）が印加される。

第３絶縁膜ＩＮ３は、第２電極３６、及び、金属層Ｍの上に位置している。第１電極３４は、第３絶縁膜ＩＮ３の上に位置している。第１電極３４は、第３絶縁膜ＩＮ３を介して第２電極３６と対向している。また、第１電極３４は、第２電極３６と対向する位置にスリットＳＬを有している。第１配向膜ＡＬ１は、第１電極３４及び第３絶縁膜ＩＮ３を覆っている。

走査線Ｇ、信号線Ｓ、及び、金属層Ｍは、モリブデン、タングステン、チタン、アルミニウムなどの金属材料によって形成され、単層構造であっても良いし、多層構造であっても良い。第２電極３６及び第１電極３４は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）などの透明な導電材料によって形成されている。第１絶縁膜ＩＮ１及び第３絶縁膜ＩＮ３は無機絶縁膜であり、第２絶縁膜ＩＮ２は有機絶縁膜である。

第２基板ＳＵＢ２は、第２ガラス基板ＧＬ２、遮光層ＢＭ、カラーフィルタＣＦ、オーバーコート層ＯＣ、第２配向膜ＡＬ２などを備えている。遮光層ＢＭ及びカラーフィルタＣＦは、第２ガラス基板ＧＬ２の第１基板ＳＵＢ１と対向する側に位置している。遮光層ＢＭは、画素ＰＸを区画し、信号線Ｓの直上に位置している。カラーフィルタＣＦは、第１電極３４と対向し、その一部が遮光層ＢＭに重なっている。カラーフィルタＣＦは、赤色カラーフィルタ、緑色カラーフィルタ、青色カラーフィルタなどを含む。オーバーコート層ＯＣは、カラーフィルタＣＦを覆っている。第２配向膜ＡＬ２は、オーバーコート層ＯＣを覆っている。

検出電極２２は、第２ガラス基板ＧＬ２の主面（視認者が画像を認識する面）に位置している。検出電極２２は、金属や、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）又はＩＺＯ（Indium Zinc Oxide）等の透明導電材料によって形成されていても良いし、金属の上に透明導電材料が積層されていても良いし、導電性の有機材料や、微細な導電性物質の分散体などによって形成されていても良い。検出電極２２の形状は、メッシュ状或いはジグザグ上の配線の集合体として形成される。

第１偏光板を含む第１光学素子ＯＤ１は、第１ガラス基板ＧＬ１と照明装置ＢＬとの間に位置している。第２偏光板を含む第２光学素子ＯＤ２は、検出電極２２の上に位置している。第１光学素子ＯＤ１及び第２光学素子ＯＤ２は、必要に応じて位相差板を含んでいても良い。

図５は、タッチセンシングのための構造を説明する図である。本実施形態では、複数の第２電極３６は、複数の検出電極２２とともに、タッチセンシングにも共用される。検出電極２２は、それぞれ第１方向Ｄ１に延出し、第２方向Ｄ２に間隔を置いて並んでいる。検出電極２２は、第２電極３６と対向している。第２電極３６は、それぞれ第２方向Ｄ２に延出した帯状の形状を有し、第１方向Ｄ１に間隔を置いて並んでいる。第２電極３６の各々は、図２に示す共通電極駆動回路ＣＤと電気的に接続されている。共通電極駆動回路ＣＤは、表示領域ＤＡに画像を表示する表示駆動時に、第２電極３６に対してコモン駆動信号を供給する。

共通電極駆動回路ＣＤは、タッチセンシングを行うセンシング駆動時に、第２電極３６に対してセンサ駆動信号（Ｔｘ信号）を供給する。検出電極２２は、第２電極３６へのセンサ駆動信号の供給に伴って、センシングに必要なセンサ信号（つまり、第２電極３６と検出電極２２との間の電極間の静電容量の変化に基づいた検出信号（Ｒｘ信号））を出力する。

このように、第２電極３６は、第１電極３４との間で表示用の電界を発生させる機能を有するとともに、被検出物のタッチ位置を検出するために検出電極２２との間で容量を発生させる機能を有している。

図１は、本発明を適用した表示パネル１０を平面視した図である。表示パネル１０は、切り欠き１２を有している。切り欠き１２は、第１方向Ｄ１（図１の横方向）において、表示パネル１０の中間に形成され、第１方向Ｄ１に直交する第２方向Ｄ２（図１の縦方向）において、両端部の一方（図１の上側）に形成されている。切り欠き１２は、単に映像が表示されない領域ではなく、物理的に空間が空いている領域である。この表示パネル１０がスマートフォンに適用されるような場合は、この空間にはスピーカやカメラなどが配置される。

表示パネル１０は、画像が表示される表示領域ＤＡを有する。表示パネル１０の外縁部であり、表示領域ＤＡの周囲には周辺領域ＰＡを有する。

表示パネル１０には、タッチセンシングのために複数の検出電極（Ｒｘ電極）２２が配置されている。本実施形態における複数の検出電極２２は、第１方向Ｄ１にそれぞれ延び、第２方向Ｄ２に並列する。検出電極２２は、表示領域ＤＡ上で、例えば１７本配置される。

表示領域ＤＡの下側には、検出電極２２の信号を外部に伝送するための端子部４１が形成されている。端子部４１は、複数の端子を有する。端子部４１と各検出電極２２は、配線４０によって接続される。配線４０は、表示領域ＤＡの外側となる表示パネル１０の周辺領域ＰＡに配置される。

図１の表示パネル１０の場合、切り欠き１２は、検出電極２２のうち、２つの検出電極Ｒｘ１，Ｒｘ２と重なっている。本実施例においては、検出電極２２が切り欠き１２と重複する位置において、切り欠き１２の左右に配置される検出電極２２を接続するブリッジ配線３３０，３３１を有する。

図６に、切り欠き１２周辺の拡大図を示す。また、図７に、図６に示す領域VIIの拡大図を示す。図６に示されるように、一つの検出電極２２は、メッシュ状に構成された配線群がＤ１方向に延設されている。検出電極２２を構成する配線の幅は約５μｍである。一つの検出電極２２のＤ２方向の幅は、約６００μｍである。一つの検出電極は、２つに分割して形成される場合があり、その場合は、分割後の検出電極２２の配線幅は約３００μｍとなる。検出電極２２は、メッシュ状に構成されているため、このように幅広であるが、配線自体は６本（分割時は３本×２）であるので、配線のみのＤ２方向の幅の合計では、約３０μｍとなっており、これが検出電極２２の実質的な配線幅である。

検出電極２２（Ｒｘ１）においては、切り欠き１２によって左右が完全に分断される。このため、切り欠き１２を取り囲む周辺領域ＰＡ上に、ブリッジ配線３３０を配置し、左右の検出電極２２（Ｒｘ１）を電気的に接続している。これにより、検出電極２２（Ｒｘ１）に接続する配線４０は、片方のみで対応できる。このため、切り欠き１２を有する表示パネルの場合でも、端子部４１の端子数を単純な矩形の表示パネルの場合と同じでよい。

本実施形態においては、ブリッジ配線３３０の幅は３０μｍであり、他の検出電極２２を構成する配線の幅５μｍの６倍の太さとしている。検出電極２２の実質的な配線幅は上記のように３０μｍであるため、通常の配線幅５μｍでは、配線幅の比が６倍となり、大きくなりすぎる。このため、本実施形態では配線幅の比を同等とするため、ブリッジ配線３３０を３０μｍ以上の幅とした。この幅であれば、電気抵抗的に実用上問題なく、また配線レイアウトの面からも問題なく配置可能となる。

検出電極２２（Ｒｘ２）では、検出電極の上側半分のみが、切り欠き１２と重複するため、重複部分においては切り欠き１２に沿ってメッシュ状の電極の幅を狭く形成している。検出電極２２（Ｒｘ２）は、左右が完全に分断されるわけではないが、検出電極２２（Ｒｘ２）の幅が狭くなった部分には、切り欠き１２に沿ってブリッジ配線３３１が形成される。これにより、検出電極２２（Ｒｘ２）の切り欠き１２側の電気的な導電路を確保する。ブリッジ配線３３１の幅は５μｍである。検出電極２２（Ｒｘ２）では、切り欠き１２と重複するところで、Ｄ２方向の幅が他の部分に比べて半分ほどになっている。このため、切り欠き１２の位置における検出電極２２（Ｒｘ２）の実質的な配線幅は１５μｍほどであり、他の部分の約半分程度の幅である。このため、電気抵抗的には実用上問題なく、ブリッジ配線３３１は、検出電極２２を構成する５μｍの配線幅をそのまま用いて問題はない。

このように、本実施形態では、これらのブリッジ配線により、検出電極が分断されていた場合でも、他の検出電極と電気的にあまり差がない状態にすることができる。このため、表示領域の形状が複雑になる場合であっても、矩形状の表示領域と同様の配線４０や端子部４１を用いることができる。また、検出電極間の容量差も減らすことができる。

本発明は、上述した実施形態に限定されるものではなく、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。例えば、実施形態で説明した構成は、インセルタッチパネルの例を示したが、表示装置外にタッチセンシングの駆動電極（Ｔｘ電極）も検出電極（Ｒｘ電極）と共に表示領域外に形成する外付けのタッチパネルにも、本発明の検出電極（Ｒｘ電極）の構造を用いることができる。また、上記の実施形態では、液晶表示装置を例にして説明したが、検出電極の形状については、有機ＥＬ表示装置でも適用可能である。

１０ 表示パネル、１２ 切り欠き、２２ 検出電極、３４ 第１電極、３６ 第２電極、４０ 配線、４１ 端子部、表示パネル１１０、切り欠き１１２、配線１４０、端子部１４１、３３０ ブリッジ配線、３３１ ブリッジ配線、ＡＬ１ 第１配向膜、ＡＬ２ 第２配向膜、ＢＬ 照明装置、ＢＭ 遮光層、ＣＤ 共通電極駆動回路、ＣＦ カラーフィルタ、ＣＳ 保持容量、Ｄ１ 第１方向、Ｄ２ 第２方向、ＤＡ 表示領域、Ｇ 走査線、ＧＤ 走査線駆動回路、ＧＬ１ 第１ガラス基板、ＧＬ２ 第２ガラス基板、ＩＮ１ 第１絶縁膜、ＩＮ２ 第２絶縁膜、ＩＮ３ 第３絶縁膜、ＬＣ 液晶層、Ｍ 金属層、ＯＣ オーバーコート層、ＯＤ１ 第１光学素子、ＯＤ２ 第２光学素子、ＰＡ 周辺領域、ＰＸ 画素、Ｓ 信号線、ＳＤ 信号線駆動回路、ＳＬ スリット、ＳＵＢ１ 第１基板、ＳＵＢ２ 第２基板、ＳＷ スイッチング素子、ＷＤ ドレイン電極、ＷＧ ゲート電極、ＷＳ ソース電極。

Claims (7)

1. 画像が表示される表示領域と、表示領域の周囲に設けられた周辺領域を有する表示パネルと、
   タッチセンシングのために前記表示パネルに積層され、第１方向にそれぞれ延び、前記第１方向に直交する第２方向に並列する複数の検出電極と、
   を有し、
   前記表示パネルは、前記表示領域が凹部を形成するような切り欠き領域を有し、
   前記切り欠き領域と重複する位置に配置された前記検出電極は、前記切り欠き領域の両側に第１の検出電極および第２の検出電極として分割形成され、
   前記第１及び第２の検出電極は、前記切り欠き領域に沿って配置された第１のブリッジ配線によって接続され、
   前記切り欠き領域と一部が重複する位置に配置された前記検出電極は、前記切り欠き領域の重複領域において、前記検出電極の配線幅が細くなる凹部を有し、
   前記検出電極の前記凹部において、前記切り欠き領域に沿って配置された第２のブリッジ配線が形成されていることを特徴とする表示装置。
2. 請求項１に記載された表示装置において、
   前記表示領域と前記切り欠き領域の間に、前記周辺領域が形成され、前記第１のブリッジ配線は、前記周辺領域に配置されることを特徴とする表示装置。
3. 請求項１に記載された表示装置において、
   前記検出電極は、メッシュ状の形状であることを特徴とする表示装置。
4. 請求項１に記載された表示装置において、
   前記第１のブリッジ配線の幅は、前記検出電極を構成する配線の幅よりも太いことを特徴とする表示装置。
5. 請求項１に記載された表示装置において、
   前記第２のブリッジ配線の幅は、前記検出電極を構成する配線の幅と同じであることを特徴とする表示装置。
6. 請求項１に記載された表示装置において、
   前記表示パネルは、前記検出電極の検出信号を外部に出力するための複数の端子部と、前記複数の検出電極のそれぞれと、前記端子部を接続する複数の接続配線を有し、
   前記検出電極のそれぞれは、一つの接続配線のみに電気的に接続されることを特徴とする表示装置。
7. 請求項１に記載された表示装置において、
   前記表示パネルは、液晶層と、前記液晶層を駆動するための複数の第１の電極および複数の第２の電極を有し、
   前記複数の第１電極は、複数の画素に対応して配列され、
   前記複数の第２電極は、前記第２方向にそれぞれ延びて前記第１方向に並列し、
   前記複数の第２電極は、画像表示時にはコモン電圧が印加され、前記タッチセンシング時には前記検出電極間で容量を発生させるための駆動電圧が印加されることを特徴とする表示装置。

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