JP6991447B2 - タッチセンサ付き液晶表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチセンサ付き液晶表示装置に関するものである。

液晶表示パネルとして、近年、縦電界モードだけでなく、横電界モードのものも広く用いられている。横電界モードの場合、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板の画素電極から生じる横方向の電界が液晶層に印加されることにより、所望の表示が行われる。一方でＴＦＴ基板からは、対向基板（典型的にはカラーフィルタ（ＣＦ）基板）の電位に影響を与える電界も生じ得る。対向基板の電位が意図せず変動することで、望ましくない電界が液晶層に印加され得る。その結果、光漏れまたは白抜けなどの表示むらが生じ得る。たとえば特許文献１によれば、液晶表示パネルには、ゲート配線と、表示領域外のゲート端子と、これらを互いに接続するテーパーゲート配線部とが設けられている。テーパーゲート配線部は、表示領域外の引き出し配線群であり、ゲート端子に近いほど狭くなる配線ピッチを有している。テーパーゲート配線部から発生する電界により、対向基板の電位変動が誘発される。その結果、ゲート端子近傍の液晶表示部に白抜けが生じ得る。これを防止するため、テーパーゲート配線部の上層に絶縁膜を介して導電層が配設される。これにより、引き出し配線から発生する電界が遮蔽され、対向基板の電位変動が防止される。

また近年、タッチセンサが設けられた液晶表示装置が広く用いられている。タッチセンサの一種として、投影型静電容量タッチセンサがある。投影型静電容量タッチセンサは、行方向のタッチ位置の座標を検出する検出用行方向配線と、列方向のタッチ位置を検出する検出用列方向配線とにより構成される。装置の薄型化または軽量化のために、タッチセンサの機能を表示パネルの内部に集積化するインセル方式、または、タッチセンサの機能を表示パネルの表面に集積化するオンセル方式が用いられ得る。インセル方式は、タッチ検出の精度の低下が問題となり得る。一方で、オンセル方式は、タッチセンサの存在による表示視認性の劣化が問題となり得る。これら両問題に鑑みて、表示パネルの表面および内部にタッチセンサの機能を集積化するハイブリッド方式が有用である場合がある。たとえば特許文献２によれば、Ｘ方向に延びるＸ検知電極が基板の一方面に設けられ、Ｙ方向に延びるＹ検知電極が基板の他方面に設けられる。

特開２００５－２７５０５４号公報 特開２０１３－９７７０４号公報

タッチセンサがハイブリッド方式であり、かつ液晶表示パネルが横電界モードの表示方式の場合、タッチセンサ用電極と、ＴＦＴ基板の画素電極との間に生じる電界が液晶層に及ぼす影響に起因して、光漏れまたは白抜けなどの表示むらが発生し得る。

本発明は以上のような課題を解決するためになされたものであり、その目的は、表示むらを抑制することができる、タッチセンサ付き液晶表示装置を提供することである。

本発明の液晶表示装置は、第１の基板と、第２の基板と、液晶層と、外側タッチセンサ電極と、ブラックマトリクス層と、内側タッチセンサ電極と、絶縁層と、シールド電極とを有している。第１の基板は、画素電位が供給される複数の画素電極と、画素電極から離れて設けられコモン電位が供給されるコモン電極とを含む。第２の基板は、間隔を空けて第１の基板に対向する内面と、内面と反対の外面とを有しており、透光性を有している。液晶層は、第１の基板と第２の基板との間に設けられており、画素電極とコモン電極とによって横電界モードで変調される。外側タッチセンサ電極は第２の基板の外面上に設けられている。ブラックマトリクス層は、第２の基板の内面上に設けられており、開口部を有しており、遮光性を有しており、樹脂から作られている。内側タッチセンサ電極は、ブラックマトリクス層上に設けられており、金属から作られている。絶縁層は内側タッチセンサ電極上に設けられている。シールド電極は、絶縁層上に設けられており、コモン電極に電気的に接続されており、平面視において開口部からは外れており、ブラックマトリクス層の内側に配置されている。シールド電極は、平面視において内側タッチセンサ電極を完全に覆っている。

本発明によれば、内側タッチセンサ電極から発生する電界がシールド電極によって遮蔽される。これにより、内側タッチセンサ電極から発生する電界に起因した表示むらを抑制することができる。

本発明の実施の形態１における液晶表示装置が有する、タッチセンサ付き液晶表示パネルの構成を、概略的に示す部分断面図である。 本発明の実施の形態１における液晶表示装置の構成を概略的に示す図である。 図１のタッチセンサ付き液晶表示パネルが有するカラーフィルタ基板に設けられた絵素の各々の構成を概略的に示す部分平面図である。 図１のタッチセンサ付き液晶表示パネルが有するＴＦＴ基板の構成を模式的に示す図である。 本発明の実施の形態２における液晶表示装置が含むタッチセンサ付き液晶表示パネルが有するカラーフィルタ基板に設けられた絵素の各々の構成を概略的に示す部分平面図である。 本発明の実施の形態３における液晶表示装置が有する、タッチセンサ付き液晶表示パネルの構成を、概略的に示す部分断面図である。

以下、図面に基づいて本発明の実施の形態について説明する。なお、以下の図面において同一または相当する部分には同一の参照番号を付しその説明は繰返さない。

（実施の形態１）
図１は、本実施の形態における液晶表示装置６０（図２）が有する、タッチセンサ付き液晶表示パネル５１の構成を、概略的に示す部分断面図である。タッチセンサ付き液晶表示パネル５１は、ＴＦＴ基板（第１の基板）２０と、ＣＦ基板（第２の基板）１０と、液晶層３０と、外側タッチセンサ電極１と、ＢＭ層（ブラックマトリクス層）１１と、内側タッチセンサ電極２と、色材層（絶縁層）１２と、シールド電極３と、オーバーコート層１３と、ＣＦ側偏光板３１と、ＴＦＴ側偏光板３２と、を有している。

ＣＦ基板１０は、透光性を有しており、たとえばガラスから作られている。ＣＦ基板１０は、内面Ｓ２と、内面Ｓ２と反対の外面Ｓ１とを有している。外面Ｓ１は、観察者に対向することになる面である。内面Ｓ２は、間隔を空けてＴＦＴ基板２０に対向している。液晶層３０はＴＦＴ基板２０とＣＦ基板１０との間に設けられている。

ＢＭ層１１はＣＦ基板１０の内面Ｓ２上に設けられている。ＢＭ層１１は開口部ＯＰ（図３）を有している。ＢＭ層１１は遮光性を有している。ＢＭ層１１は、樹脂から作られており、よって帯電し得るものである。

外側タッチセンサ電極１および内側タッチセンサ電極２が設けられることにより、タッチセンサ付き液晶表示パネル５１は、観察者からの入力を受け付ける機能を有している。外側タッチセンサ電極１はＣＦ基板１０の外面Ｓ１上に設けられている。内側タッチセンサ電極２はＢＭ層１１上に設けられている。内側タッチセンサ電極２は金属から作られている。色材層１２は内側タッチセンサ電極２上に設けられている。外側タッチセンサ電極１と内側タッチセンサ電極２との間に、ＣＦ基板１０およびＢＭ層１１が配置されている。

シールド電極３は色材層１２上に設けられている。オーバーコート層１３は色材層１２上に設けられている。オーバーコート層１３は絶縁体から作られている。特に本実施の形態においては、シールド電極３は色材層１２上にオーバーコート層１３を介して配置されている。

ＣＦ側偏光板３１はＣＦ基板１０の外面Ｓ１上に設けられている。ＣＦ側偏光板３１とＣＦ基板１０との間に外側タッチセンサ電極１が配置されている。ＴＦＴ側偏光板３２は、ＴＦＴ基板２０の、液晶層３０に対向する面と反対の面上に設けられている。ＣＦ側偏光板３１およびＴＦＴ側偏光板３２の配置にはクロスニコルが用いられる。外側タッチセンサ電極１および外側タッチセンサ電極１のうち、前者の方がＣＦ側偏光板３１に近く、後者の方がＴＦＴ側偏光板３２に近い。

図２は、液晶表示装置６０の構成を概略的に示す図であり、主に、その入力機能に関係する構成を示している。図中、タッチセンサ付き液晶表示パネル５１の平面レイアウトが示されており、図を見やすくするために、シールド電極３が存在する領域には砂目模様が付されている。

タッチセンサ付き液晶表示パネル５１の表示領域４０においてＣＦ基板１０の外面Ｓ１（図１）上に、列方向（図２における縦方向）に延びる外側タッチセンサ電極１が、行方向（図２における横方向）に並べられている。また表示領域４０においてＣＦ基板１０の内面Ｓ２（図１）上に、行方向に延びる内側タッチセンサ電極２が、列方向に並べられている。また表示領域４０においてＣＦ基板１０の内面Ｓ２（図１）上に、行方向に延びるシールド電極３が、列方向に並べられている。

液晶表示装置６０は、タッチセンサ付き液晶表示パネル５１に加えて、入力機能制御基板４１と、液晶表示制御・入力機能制御基板４２と、基板間導通部材４３とを有している。外側タッチセンサ電極１と入力機能制御基板４１とは、表示領域４０の外側の領域において引き出し配線によって互いに接続されている。内側タッチセンサ電極２は、基板間導通部材４３を介してＴＦＴ基板２０の引き出し配線に電気的に接続され、さらに液晶表示制御・入力機能制御基板４２へと接続されている。同様に、シールド電極３は、基板間導通部材４３を介してＴＦＴ基板２０の引き出し配線に電気的に接続され、さらに液晶表示制御・入力機能制御基板４２へと接続されている。

図３は、ＣＦ基板１０の表示領域４０に設けられた複数の絵素ＰＥの各々の構成を概略的に示す部分平面図である。遮光を必要とする領域にＢＭ層１１が配置されている。ＢＭ層１１の上に、低抵抗金属から作られた内側タッチセンサ電極２が形成されている。内側タッチセンサ電極２は、透過率の低下を防ぐために、平面レイアウトにおいてＢＭ層１１よりも内側に配置されている。

シールド電極３は、内側タッチセンサ電極２からの電界が漏れないように、平面レイアウトにおいて内側タッチセンサ電極２を完全に覆うように配置されている。本実施の形態においては、シールド電極３は、液晶層３０（図１）に直接面するように配置されている。シールド電極３は、平面レイアウトにおいて、ＢＭ層１１の一部を覆うように配置されている。

色材層１２は、典型的には、赤色層１２Ｒと、緑色層１２Ｇと、青色層１２Ｂとを有している。なお図３においては赤色層１２Ｒと緑色層１２Ｇと青色層１２Ｂとが隙間なく配置されているが、これらの間に隙間が設けられていてもよい。

図４は、タッチセンサ付き液晶表示パネル５１が有するＴＦＴ基板２０の構成を模式的に示す図である。ＴＦＴ基板２０は、画素電位Ｖｐが供給される複数の画素電極２１と、画素電極２１から離れて設けられコモン電位Ｖｃが供給されるコモン電極２２とを含む。

横電界モードの液晶表示パネルの場合、液晶層３０（図１）を変調するための画素電極２１およびコモン電極２２（図４）は、両方とも、ＣＦ基板１０ではなくＴＦＴ基板２０に設けられる。これらの電極によって発生される電界によって液晶層３０（図１）が変調される。表示領域４０においてＣＦ基板１０の電位がコモン電位Ｖｃに保たれていれば、この、液晶変調のための電界は乱されない。逆に、ＣＦ基板１０の電位がコモン電位Ｖｃからずれると、ＴＦＴ基板２０上の画素電極２１とＣＦ基板１０との間に電界が生じることで、液晶変調のための電界が乱され得る。タッチセンサを有しない液晶表示パネルの場合、表示領域４０においてはＣＦ基板１０の電位が帯電効果によってコモン電位Ｖｃとなることから、上述した乱れは生じにくい。一方、内側タッチセンサ電極２を有するタッチセンサ付き液晶表示パネルにおいては、内側タッチセンサ電極２がコモン電位と異なる電位を取り得ることから、上述した乱れが生じ得る。すなわち、内側タッチセンサ電極２と画素電極２１（図４）との間に生じるエラー電界に起因して、表示むら（白抜け）が生じ得る。

本実施の形態によれば、内側タッチセンサ電極２上に色材層１２を介してシールド電極３が設けられている。これにより、内側タッチセンサ電極２から発生する電界が、シールド電極３によって遮蔽される。よって、内側タッチセンサ電極２から発生する電界に起因した表示むらを抑制することができる。シールド電極３が内側タッチセンサ電極２を完全に覆う場合、液晶層３０へのエラー電界を、より十分に遮蔽することができる。

またシールド電極３は色材層１２上にオーバーコート層１３を介して配置されている。このオーバーコート層１３により、シールド電極３と内側タッチセンサ電極２との間の電気的絶縁を、より確実に確保することができる。

またシールド電極３は、平面視においてＢＭ層１１と重なる部分を有している。これにより、帯電したＢＭ層１１から発生する電界を、ある程度遮蔽することができる。よって、ＢＭ層１１から発生する電界に起因した表示むらを抑制することができる。

内側タッチセンサ電極２は金属から作られている。これにより内側タッチセンサ電極２の電気抵抗を低くすることができる。

好ましくは、シールド電極３は基板間導通部材４３（図２）を介してコモン電極２２に電気的に接続されている。これによりシールド電極３の電位をコモン電位Ｖｃに保持することができる。よって、内側タッチセンサ電極２から発生する電界をシールド電極によって、より効果的に遮蔽することができる。

（実施の形態２）
図５は、本実施の形態における液晶表示装置が含むタッチセンサ付き液晶表示パネルが有するカラーフィルタ基板に設けられた複数の絵素ＰＥの各々の構成を概略的に示す部分平面図である。本実施の形態においては、シールド電極３（図３）に代わり、シールド電極３ｖが設けられている。シールド電極３ｖは、平面視においてＢＭ層１１の開口部ＯＰと重なる部分を有している。さらに、シールド電極３ｖは透光性を有している。シールド電極３ｖの幅はＢＭ層１１の幅よりも広くされている。

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態によれば、シールド電極３ｖは、平面視においてＢＭ層１１の開口部ＯＰと重なる部分を有している。これにより、実施の形態１に比して、シールド電極３がＢＭ層１１をより十分に覆うことができる。よって、帯電したＢＭ層１１から発生する電界を、より効果的に遮蔽することができる。よって、ＢＭ層１１から発生する電界に起因した表示むらを抑制することができる。

さらに、シールド電極３は透光性を有している。これにより、開口部ＯＰを通る光がシールド電極３に遮蔽されることが避けられる。よって、実効的な開口率がシールド電極３の存在によって低下してしまうことが避けられる。

（実施の形態３）
図６は、本実施の形態３における液晶表示装置が有する、タッチセンサ付き液晶表示パネル５３の構成を、概略的に示す部分断面図である。本実施の形態においては、実施の形態１（図１）と異なり、オーバーコート層１３がシールド電極３と液晶層３０との間に配置されている。

なお、上記以外の構成については、上述した実施の形態１または２の構成とほぼ同じであるため、同一または対応する要素について同一の符号を付し、その説明を繰り返さない。

本実施の形態によれば、シールド電極３と液晶層３０との間に、絶縁体から作られたオーバーコート層１３が配置される。これにより、シールド電極３からの導電性異物が液晶層３０中へ入り込むことが防止される。よって、この導電性異物に起因しての画素電極２１およびコモン電極２２（図４）間の短絡が防止される。よって、この短絡に起因した表示エラーの発生を防止することができる。

また実施の形態１に比して内側タッチセンサ電極２とシールド電極３との距離がより近づくため、シールド電極３の面積を大きくしなくても、より効果的な電界遮蔽が可能となる。

なお図６の構成においては、内側タッチセンサ電極２とシールド電極３との間の電気的絶縁が色材層１２のみによって確保される。このため、内側タッチセンサ電極２とシールド電極３とが重なる領域においては、赤色層１２Ｒと緑色層１２Ｇと青色層１２Ｂとが互いに接することによって隙間が存在しないように、色材層１２が設けられる必要がある。よって、色材を重ねて配置することによって色材間の隙間をより確実に埋めることが好ましい。

なお、本発明は、その発明の範囲内において、各実施の形態を自由に組み合わせたり、各実施の形態を適宜、変形、省略したりすることが可能である。

ＯＰ 開口部、ＰＥ 絵素、Ｓ１ 外面、Ｓ２ 内面、Ｖｃ コモン電位、Ｖｐ 画素電位、１ 外側タッチセンサ電極、２ 内側タッチセンサ電極、３，３ｖ シールド電極、１０ ＣＦ基板（第２の基板）、１１ ＢＭ層（ブラックマトリクス層）、１２ 色材層（絶縁層）、１２Ｂ 青色層、１２Ｇ 緑色層、１２Ｒ 赤色層、１３ オーバーコート層、２０ ＴＦＴ基板（第１の基板）、２１ 画素電極、２２ コモン電極、３０ 液晶層、３１ ＣＦ側偏光板、３２ ＴＦＴ側偏光板、４０ 表示領域、４１ 入力機能制御基板、４２ 液晶表示制御・入力機能制御基板、４３ 基板間導通部材、５１，５３ タッチセンサ付き液晶表示パネル、６０ 液晶表示装置。

Claims (4)

1. 画素電位が供給される複数の画素電極と、前記画素電極から離れて設けられコモン電位が供給されるコモン電極とを含む第１の基板と、
   間隔を空けて前記第１の基板に対向する内面と、前記内面と反対の外面とを有し、透光性を有する第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板との間に設けられ、前記画素電極と前記コモン電極とによって横電界モードで変調される液晶層と、
   前記第２の基板の前記外面上に設けられた外側タッチセンサ電極と、
   前記第２の基板の前記内面上に設けられ、開口部を有し、遮光性を有し、樹脂から作られたブラックマトリクス層と、
   前記ブラックマトリクス層上に設けられ、金属から作られた内側タッチセンサ電極と、
   前記内側タッチセンサ電極上に設けられた絶縁層と、
   前記絶縁層上に設けられ、前記コモン電極に電気的に接続され、平面視において前記開口部からは外れており、前記ブラックマトリクス層の内側に配置されたシールド電極と、
   を備え、
   前記シールド電極は、平面視において前記内側タッチセンサ電極を完全に覆うことを特徴とする液晶表示装置。
2. 前記外側タッチセンサ電極は、列方向に延びて行方向に並べられており、
   前記内側タッチセンサ電極は、行方向に延びて列方向に並べられており、
   前記シールド電極は、行方向に延びて列方向に並べられている、請求項１に記載の液晶表示装置。
3. 前記絶縁層は色材層であり、
   前記液晶表示装置は、前記色材層上に設けられ絶縁体から作られたオーバーコート層をさらに備え、
   前記シールド電極は前記色材層上に前記オーバーコート層を介して配置されている、
   請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。
4. 前記絶縁層は色材層であり、
   前記液晶表示装置は、前記シールド電極上に設けられ絶縁体から作られたオーバーコート層をさらに備える、請求項１または請求項２に記載の液晶表示装置。

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