WO2011040234A1 - タッチセンサ機能付き液晶パネル - Google Patents

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WO2011040234A1
WO2011040234A1 PCT/JP2010/065841 JP2010065841W WO2011040234A1 WO 2011040234 A1 WO2011040234 A1 WO 2011040234A1 JP 2010065841 W JP2010065841 W JP 2010065841W WO 2011040234 A1 WO2011040234 A1 WO 2011040234A1
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displacement
unit
detection units
liquid crystal
pressure
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PCT/JP2010/065841
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和也 辻埜
山本　圭一
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シャープ株式会社
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Publication date
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    • G06F3/01—Input arrangements or combined input and output arrangements for interaction between user and computer
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    • G02F1/13—Devices or arrangements for the control of the intensity, colour, phase, polarisation or direction of light arriving from an independent light source, e.g. switching, gating or modulating; Non-linear optics for the control of the intensity, phase, polarisation or colour  based on liquid crystals, e.g. single liquid crystal display cells
    • G02F1/133—Constructional arrangements; Operation of liquid crystal cells; Circuit arrangements
    • G02F1/1333—Constructional arrangements; Manufacturing methods
    • G02F1/13338—Input devices, e.g. touch panels

Definitions

  • the present invention relates to a liquid crystal panel having a touch sensor function.
  • the present invention relates to a liquid crystal panel having a touch sensor function for detecting a touch pressure (pressing) in addition to a touch position (pressing position).
  • An image display device that can also be used as an information input device by putting a touch sensor function on the image display surface has been put into practical use.
  • a position (touch position) on an image display surface touched by a user with a finger or a touch pen is detected.
  • a touch panel having a touch sensor function capable of detecting the strength of a press in addition to a touch position and giving different instructions according to the strength of the press is mounted on an image display device such as a liquid crystal panel.
  • an image display device such as a liquid crystal panel.
  • Devices have been proposed (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 11-203044, 11-203044, and 2008-276369).
  • a liquid crystal panel with a touch sensor function in which a detection element for realizing a touch sensor function is incorporated in the liquid crystal panel is also known.
  • a detection method such as an in-cell microswitch method (hereinafter simply referred to as “microswitch method”) or a liquid crystal capacitance method is known.
  • Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-58070 describes a liquid crystal panel with a micro switch type touch sensor function capable of detecting pressure. The principle of detecting pressure in a microswitch type liquid crystal panel described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-58070 will be described with reference to FIG.
  • a TFT substrate 902 on which a pixel electrode for applying a voltage to the liquid crystal 901, a thin film transistor (TFT) connected to the pixel electrode, and a counter substrate 903 on which a counter electrode is formed are provided with spacers 904. They are placed opposite to each other.
  • the TFT substrate 902 is formed with a first projecting electrode 905a, a second projecting electrode 905b, and a third projecting electrode 905c having different heights.
  • the counter electrode of the counter substrate 903 contacts only the highest first projecting electrode 905a, while when the pressing becomes strong, the counter electrode contacts the second projecting electrode 905b and the third projecting electrode 905c. Thereby, the strength of pressing can be detected by a change in the type of salient electrode with which the counter electrode contacts.
  • a liquid crystal panel with a liquid crystal capacitive touch sensor function is described in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2008-58925.
  • the detection principle of a liquid crystal panel with a liquid crystal capacitive touch sensor function will be described with reference to FIGS. 16A and 16B. Electrodes are formed on the pair of substrates 912 and 913 sandwiching the liquid crystal 911 so as to face each other, thereby forming a capacitance in the liquid crystal cell. As shown in FIG. 16B, when the substrate 912 on the display surface side is pressed, the interval between the substrates 912 and 913 is narrowed, and the capacitance changes.
  • This change in capacitance is converted into a change in current value using a thin film transistor by a control circuit or the like, and the current value within a predetermined period is integrated by an integration circuit and output as a detection voltage. That is, since the capacitance changes according to the strength of pressing, the detection voltage also changes depending on the strength of pressing. Therefore, the strength of the press can be detected by detecting the strength of the detection voltage.
  • the microswitch type liquid crystal panel with a touch sensor function shown in FIG. 15 it is necessary to change the height of the projecting electrodes 905a, 905b, and 905c in order to adjust the sensitivity of pressing detection.
  • the dimensional accuracy of the height of the salient electrodes 905a, 905b, and 905c directly affects the sensitivity of pressure detection. Accordingly, it is inevitable that the pressure detection sensitivity varies from product to product due to dimensional variations that inevitably occur in the manufacture of salient electrodes.
  • a liquid crystal panel with a touch sensor function capable of solving the above conventional problems. That is, a liquid crystal panel with a touch sensor function that can adjust the sensitivity of pressure detection without changing the manufacturing process is provided.
  • a liquid crystal panel with a touch sensor function is provided between a pair of substrates arranged opposite to each other and the pair of substrates, and one of the pair of substrates is pressed and displaced. And the one substrate at each position of the plurality of displacement detection units based on signals output from the plurality of displacement detection units.
  • a displacement point detection unit that binaryly detects the presence or absence of a displacement, and the coordinates of the displacement detection unit detected by the displacement point detection unit as being displaced by the displacement point detection unit among the plurality of displacement detection units
  • a liquid crystal panel with a touch sensor function capable of detecting the strength of pressing in addition to the pressing position.
  • the sensitivity of pressing detection can be adjusted without changing the manufacturing process.
  • FIG. 1 is a block diagram of a touch sensor unit of a liquid crystal panel with a touch sensor function according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2A is a circuit diagram of a pixel including a microswitch type displacement detector in the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the displacement detection unit of FIG. 2A.
  • FIG. 3A is a block diagram of a displacement point detector that processes an output signal from the displacement detector in the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3B is a timing chart for explaining the operation of the displacement point detector.
  • FIG. 1 is a block diagram of a touch sensor unit of a liquid crystal panel with a touch sensor function according to Embodiment 1 of the present invention.
  • FIG. 2A is a circuit diagram of a pixel including a microswitch type displacement detector in the liquid crystal
  • FIG. 4 is a cross-sectional view of the counter substrate constituting the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5 is a side view showing a state in which a pressure test is performed with the touch pen on the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 6A is a diagram showing a distribution of displacement points detected as having a displacement of the counter substrate when no touch pen is pressed in an embodiment of the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the present invention.
  • FIG. 6B is a diagram showing a distribution of displacement points detected as having a displacement of the counter substrate when a pressure of 1.0 is applied with a touch pen in an embodiment of the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the present invention.
  • FIG. 6C is a diagram showing a distribution of displacement points detected as having a displacement of the counter substrate when a pressure of 1.2 is applied with a touch pen in an embodiment of the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the present invention.
  • FIG. 6D is a diagram showing a distribution of displacement points detected as having a displacement of the counter substrate when a pressure of 1.4 is applied with a touch pen in an embodiment of the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the present invention.
  • FIG. 6E is a diagram showing a distribution of displacement points detected as having a displacement of the counter substrate when a pressure of 1.8 is applied with a touch pen in an embodiment of the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the present invention. .
  • FIG. 6C is a diagram showing a distribution of displacement points detected as having a displacement of the counter substrate when a pressure of 1.2 is applied with a touch pen in an embodiment of the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the present invention.
  • FIG. 6D is a diagram
  • FIG. 6F is a diagram showing a distribution of displacement points detected as having a displacement of the counter substrate when a pressure of 2.7 is applied with a touch pen in an embodiment of the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the present invention.
  • FIG. 6G is a diagram showing a distribution of displacement points detected as having a displacement of the counter substrate when a pressure of 4.5 is applied with a touch pen in an embodiment of the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the present invention.
  • FIG. 7A is a cross-sectional view illustrating how the size of the displacement area changes depending on the strength of pressing.
  • FIG. 7B is a cross-sectional view for explaining how the size of the displacement area changes depending on the strength of pressing.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the number of displacement points and the pressure in one embodiment of the liquid crystal panel with a touch sensor function.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the number of displacement points and the pressure constituting the maximum width of the displacement area in the X-axis direction in one embodiment of the liquid crystal panel with a touch sensor function.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the number of displacement points and the pressure constituting the maximum width of the displacement area in the Y-axis direction in one embodiment of the liquid crystal panel with a touch sensor function.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view illustrating how the displacement point (the size of the displacement area) changes depending on the size of the finger.
  • FIG. 11A is a cross-sectional view illustrating how the displacement point (the size of the displacement area) changes depending on the size of the finger.
  • FIG. 11B is a cross-sectional view illustrating how the displacement point (the size of the displacement area) changes depending on the size of the finger.
  • FIG. 12 is a block diagram of a touch sensor unit of a liquid crystal panel with a touch sensor function according to the fourth embodiment of the present invention.
  • FIG. 13A is a cross-sectional view showing a displacement point (a size of a displacement area) when a thin finger first touches the touch surface lightly.
  • FIG. 13B is a cross-sectional view illustrating a displacement point (a size of a displacement area) when a thin finger strongly presses the touch surface.
  • FIG. 14A is a cross-sectional view showing a displacement point (a size of a displacement area) when a thick finger first touches the touch surface lightly.
  • FIG. 14B is a cross-sectional view illustrating a displacement point (a size of a displacement area) when a thick finger strongly presses the touch surface.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view for explaining the principle of detecting pressure in a conventional liquid crystal panel with a microswitch type touch sensor function.
  • FIG. 16A is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of a conventional liquid crystal panel with a liquid crystal capacitive touch sensor function.
  • FIG. 16B is a cross-sectional view illustrating the principle of detecting pressure in a conventional liquid crystal panel with a liquid crystal capacitive touch sensor function.
  • a liquid crystal panel with a touch sensor function is provided between a pair of substrates arranged opposite to each other and the pair of substrates, and one of the pair of substrates is pressed and displaced. And the one substrate at each position of the plurality of displacement detection units based on signals output from the plurality of displacement detection units.
  • a displacement point detection unit that binaryly detects the presence or absence of a displacement, and the coordinates of the displacement detection unit detected by the displacement point detection unit as being displaced by the displacement point detection unit among the plurality of displacement detection units
  • a coordinate detector that outputs information about the position of the pressing, and a displacement point that counts the number of displacement detectors detected by the displacement point detector among the plurality of displacement detectors.
  • the liquid crystal panel with a touch sensor function includes the displacement point number counting unit and the pressure deriving unit, and thus can solve the problems of the conventional configuration described above. That is, the sensitivity of the pressure detection can be adjusted by changing the setting of the pressure derivation unit without changing the height of the salient electrode as in the conventional configuration. Specifically, in the press derivation unit, the relationship between the number of displacement detection units and the strength of the press is easily changed by changing the threshold setting of the number of displacement detection units counted by the displacement point number counting unit. Therefore, it is possible to easily adjust the sensitivity of pressing detection.
  • the displacement detection unit varies in the strength of the pressure that outputs a signal due to dimensional variation during manufacturing, the setting of the pressure derivation unit is changed, and the relationship between the number of displacement detection units and the pressure strength By adjusting, it becomes possible to detect the strength of pressing with high accuracy. Furthermore, since the number of the displacement detection units corresponding to the strength of the press, that is, the resolution can be freely set by the press deriving unit, the resolution of the pressure detection can be easily increased.
  • the plurality of displacement detectors include a pair of electrodes formed on opposite surfaces of the pair of substrates, and the pair of electrodes contact each other due to the displacement of the one substrate. In this case, it is preferable to output the signal (second configuration). Thereby, a microswitch type displacement detector can be configured.
  • each of the plurality of displacement detection units includes a capacitance formed by a pair of electrodes formed on surfaces of the pair of substrates facing each other, and the displacement of the one substrate The signal may be output in accordance with the change in the capacitance caused by (third configuration).
  • a displacement detection unit of a liquid crystal capacitance type can be configured.
  • the displacement point count unit is a displacement detection unit that is detected as having displacement by the displacement point detection unit among the plurality of displacement detection units.
  • the total number may be counted (fourth configuration). Thereby, press detection can be performed more accurately.
  • the plurality of displacement detection units are arranged so as to be arranged in two orthogonal arrangement directions
  • the displacement point number counting unit includes: Of the displacement detection units detected as having displacement by the displacement point detection unit, the maximum number of displacement detection units arranged along one of the two arrangement directions may be counted (fifth configuration). Thereby, the count time of the number of displacement detection parts and subsequent calculation time can be shortened.
  • the pressure deriving unit calculates the number of displacement detection units counted by the displacement point number counting unit in advance between the number of displacement detection units and the pressure. Compared with the set relationship, it is preferable to output information on the strength of pressing according to the number of the displacement detectors (sixth configuration).
  • the displacement detection unit counted by the displacement point number counting unit is compared with a preset value, and the number of the displacement detection units By outputting information related to the strength of pressing in response to this, accurate and quick pressing detection becomes possible.
  • the pressing derivation unit may store a number of displacement detection units counted by the displacement point number counting unit in the initial stage of the pressing operation; A comparison operation unit that compares the number of the displacement detection units counted by the displacement point counting unit during the pressing operation with the number of the displacement detection units stored in the storage unit. 7 configuration).
  • FIG. 1 is a block diagram of a touch sensor unit of a liquid crystal panel with a touch sensor function according to the first embodiment.
  • the touch sensor unit of the liquid crystal panel with a touch sensor function includes a touch panel 2, a displacement point detection unit 3, a coordinate detection unit 4, a displacement point number counting unit 5, and a pressure deriving unit 6.
  • the touch panel 2 includes a pair of opposing substrates and a plurality of displacement detectors provided between the pair of substrates.
  • the pair of substrates for example, a pair of translucent substrates that constitute part of the liquid crystal panel and sandwich the liquid crystal can be used.
  • the plurality of displacement detection units are configured to detect a displacement of the touch substrate when the surface (touch surface, usually an image display surface) of one of the pair of substrates (touch substrate) is pressed. That is, a signal corresponding to a change in the distance between the pair of substrates is output.
  • the displacement detection units are discretely arranged in a plane parallel to the touch surface of the touch panel 2, preferably in a grid point shape.
  • one displacement detector may be provided for each of the red, green, and blue color picture elements of the liquid crystal panel, or for each pixel (color pixel) that includes three red, green, and blue picture elements.
  • One may be provided, or one may be provided for a plurality of pixels.
  • the specific configuration of the displacement detection unit is not particularly limited, and for example, a microswitch method or a liquid crystal capacitance method can be used.
  • the microswitch system is a system that detects that a pair of electrodes (microswitches) formed on opposite surfaces of a pair of substrates are brought into contact conduction by pressing.
  • the specific configuration of the microswitch system is not limited, and for example, a known microswitch system (see, for example, JP-A-2006-133788 and JP-A-2008-65302) can be used.
  • a capacitance is formed by a pair of electrodes formed opposite to each other with a liquid layer sandwiched between opposed surfaces of a pair of substrates, and the capacitance changes as a result of the pressure between the pair of electrodes being narrowed by pressing.
  • This is a method of detecting the occurrence.
  • the specific configuration of the liquid crystal capacity method is not limited, and for example, a known liquid crystal capacity method (see, for example, Japanese Patent Application Laid-Open Nos. 2008-58925, 2007-128514, and 2007-48275) is used. it can.
  • the displacement point detection unit 3 is based on the signals output from the plurality of displacement detection units, and the displacement of the touch substrate at each position of the plurality of displacement detection units (that is, a change in the distance between the pair of substrates). The presence or absence of is detected in a binary manner.
  • the displacement point detector 3 binarizes the voltage of the detection line connected to the displacement detector with a reference value (threshold value) set by a comparator. For example, the displacement point detection unit 3 determines that the touch substrate is displaced (with touch) when an output voltage larger than the threshold is obtained from the displacement detection unit, and otherwise does not have the displacement of the touch substrate ( It is determined that there is no touch.
  • the displacement point detection unit 3 performs such determination for each of the plurality of displacement detection units.
  • the coordinate detecting unit 4 detects the coordinates of the displacement detecting unit detected by the displacement point detecting unit 3 as having the displacement of the touch substrate among the plurality of displacement detecting units, and derives information (position information) 7 regarding the position of the press. .
  • the method for deriving the pressed position information 7 is not particularly limited, and for example, a known method can be used.
  • the touch panel 2, the displacement point detection unit 3, and the coordinate detection unit 4 can be configured in the same manner as a conventionally known touch panel.
  • a displacement point number counting unit 5 and a pressure deriving unit 6 are further provided.
  • the displacement point number counting unit 5 counts and outputs the number of displacement detection units detected by the displacement point detection unit 3 as being displaced, among the plurality of displacement detection units.
  • the press deriving unit 6 outputs information (strength information) 8 regarding the strength of the press based on the number of displacement detection units counted by the displacement point number counting unit 5. For example, the pressure deriving unit 6 compares the number of displacement detection units detected as having a displacement of the touch substrate with a preset relationship between the number of displacement detection units detected as having a displacement and the pressure intensity. Then, information 8 relating to the strength of pressing is output. Thereby, it is possible to realize a touch sensor function capable of detecting a press in addition to a touch position.
  • FIG. 2A is a circuit diagram of a pixel including a microswitch type displacement detector in the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the first embodiment.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view illustrating a schematic configuration of the displacement detection unit of FIG. 2A.
  • a pixel driving thin film transistor hereinafter referred to as a pixel driving TFT (Thin Film Transistor) 14 to which the pixel electrode 13 is connected is formed.
  • a pixel driving TFT Thin Film Transistor
  • a detection line 21 parallel to the Y axis and a scan line 22 parallel to the X axis are formed on the TFT substrate 31, and the detection line 21 and the scan line 22 are displaced to a position where they intersect.
  • a detection thin film transistor (hereinafter referred to as a detection TFT) 23 and a contact pad 24 are formed.
  • the gate electrode of the detection TFT 23 is connected to the scan line 22, the source electrode of the detection TFT 23 is connected to the contact pad 24, and the drain electrode of the detection TFT 23 is connected to the detection line 21.
  • FIG. 2B is a cross-sectional view when the liquid crystal panel is cut along a surface passing through the contact pad 24.
  • the TFT substrate 31 and the counter substrate 32 as a touch substrate are arranged to face each other with the liquid crystal 33 interposed therebetween.
  • a contact pad 24 is formed on the surface of the TFT substrate 31 facing the counter substrate 32 of the TFT substrate 31.
  • a convex portion 25 is formed on the counter substrate 32 at a position facing the contact pad 24.
  • a transparent counter electrode 34 is formed on the counter substrate 32 so as to cover the convex portion 25 in a region facing the region of the TFT substrate 31 in which a large number of pixel electrodes 13 are formed in a matrix.
  • the contact pad 24 formed on the TFT substrate 31 and the counter electrode 34 formed on the counter substrate 32 constitute a microswitch type displacement detector 30.
  • the counter substrate 32 includes a color filter layer including red, green, and blue color layers (color filters) and a black matrix for preventing light leakage between the color layers on the surface facing the TFT substrate 31.
  • a pair of polarizing films are provided outside the TFT substrate 31 and the counter substrate 32 so as to sandwich the TFT substrate 31 and the counter substrate 32 therebetween.
  • the potentials of the plurality of scan lines 22 are sequentially switched to H (High).
  • H High
  • the detection TFT 23 connected to the scan line 22 is turned on during the period in which the potential H is applied, and the counter voltage applied to the contact pad 24 is applied to the detection line 21. Is output. If the output voltages of the plurality of detection lines 21 are detected, the position where the counter substrate 32 is displaced on the scan line 22 to which the potential H is applied can be detected.
  • FIG. 3A is a block diagram of the displacement point detection unit 3 for processing an output signal from the displacement detection unit 30, and FIG. 3B is a timing chart showing an example of the operation of the displacement point detection unit 3. The operation of the displacement point detection unit 3 will be described using these.
  • a potential H is applied to the scan line 22 connected to the scan driver 26.
  • the detection TFT 23 is turned on.
  • the counter electrode 34 of the displacement detector 30 connected to the detection TFT 23 and the contact pad 24 are in contact (“when in contact”), the counter potential applied from the counter electrode 34 is changed to the contact pad 24.
  • the voltage of the detection line 21 remains GND.
  • the comparator 35 compares the voltage of the detection line 21 with a preset reference voltage REF. When the voltage of the detection line 21 is higher than the reference voltage REF, it is determined that the counter substrate 32 is displaced and the voltage H (High) is output, and the voltage of the detection line 21 is lower than the reference voltage REF. Then, it is determined that the counter substrate 32 is not displaced, and the voltage L (Low) is output.
  • the displacement point detection unit 3 including the comparator 35 binaryly detects whether or not the counter substrate 32 is displaced at the position of the displacement detection unit 30.
  • the touch panel 2 including the displacement detection unit 30 illustrated in FIG. 2B will be described.
  • the following manufacturing methods are examples, and it cannot be overemphasized that it is not limited to the following manufacturing methods.
  • a glass substrate 40 as a base material of the counter substrate 32 is prepared.
  • a light-transmitting substrate such as quartz glass can be used.
  • a photosensitive resist layer containing a hydrophilic resin is formed on the glass substrate 40. Then, this photosensitive resist layer is exposed through a photomask for black matrix, and then developed to form a black matrix pattern. Next, by bringing the black matrix pattern on the glass substrate 40 into contact with the electroless plating solution, metal particles are deposited in the pattern to be blackened, thereby forming the black matrix 41.
  • the black matrix 41 has a light transmission part 42 as an opening in which each of red, green, and blue color layers described later is formed. Furthermore, between the adjacent light transmission parts 42, it has the substantially rectangular area
  • a resin film (dry film) in which a red pigment is dispersed in a predetermined region on the glass substrate 40 is laminated on the entire surface, and exposure, development, and baking (heat treatment) are performed, and a red color is formed in the light transmitting portion 42.
  • Layer 43 (not shown) is formed.
  • a resin film in which a green pigment is dispersed in a predetermined region is laminated on the entire surface of the red color layer 43, exposed to light, developed, and baked (heat treatment).
  • a green color layer 44 is formed in the transmission part 42.
  • a blue color layer 45 is formed in the light transmission portion 42 between the green color layer and the red color layer.
  • the red, green and blue color layers are formed in a stripe arrangement. At this time, any one of red, green, and blue color layers (in this embodiment, the blue color layer 45) is also formed in a predetermined region within the substantially rectangular region of the black matrix 41, and the spacer pedestal portion 46 is formed. And
  • each color layer of red, green, and blue is not limited to the method of laminating the above-described resin film.
  • a photosensitive resin material in which a pigment is dispersed is spin-coated, slit-coated, or the like to form a glass substrate 32. It may be formed by coating on the entire surface.
  • the order of forming the red, green, and blue color layers is not limited to the above, and other orders may be used.
  • a protrusion 25 made of a photosensitive resin or the like is formed in a substantially rectangular region of the black matrix 41 by using a photolithography method.
  • ITO Indium Tin Oxide
  • a photo spacer 48 made of a photosensitive resin or the like is formed on the transparent electrode 47 in the region of the spacer base 46 using a photolithography method.
  • the photo spacer 48 is for maintaining a constant distance between the TFT substrate 31 and the counter substrate 32.
  • an alignment film 49 is formed so as to cover the black matrix 41, the color layers 43, 44, 45, the spacer pedestal portion 46, the protrusion 25, and the photospacer 48.
  • an alignment process is performed on the alignment film 49 by the following method using rubbing.
  • the glass substrate 40 is fixed on the stage with the alignment film 49 facing upward.
  • the surface of the alignment film 49 of the glass substrate 40 fixed on the stage is rubbed with a predetermined pressure with a cylindrical rubbing roller wound with a rubbing cloth or the like.
  • the light distribution film 49 on the protrusion 25 is removed by a photolithography method and an ashing method.
  • the detection line 21, the scan line 22, the detection TFT 23, and the contact pad 24 need to be formed on the TFT substrate 31 (see FIG. 2A).
  • the detection line 21 and the scan line 22 can be formed in the same manner as the source line 11 and the gate line 12, and the detection TFT 23 can be formed in the same manner as the pixel driving TFT 14.
  • the contact pad 24 can be formed in the same manner as the pixel electrode 13. Therefore, the TFT substrate 31 of this embodiment can be manufactured by applying a conventionally known TFT substrate manufacturing method.
  • the contact pad 24 needs to constitute the microswitch type displacement detection unit 30 together with the counter electrode 34 formed on the top of the protrusion 25 of the counter substrate 32 (see FIG. 2B), it is covered with the alignment film. Note that, unlike the pixel electrode 13, it needs to be exposed.
  • a glass substrate as a base material of the TFT substrate 31 is prepared.
  • a light-transmitting substrate such as quartz glass can be used.
  • a thin film made of Ta or Al / Ti is formed on the glass substrate by sputtering, and patterned to form a gate electrode.
  • a gate insulating film made of SiNx is formed, and the a-Si semiconductor layer is formed by patterning.
  • a drain electrode and a source electrode are formed.
  • SiNx is formed as a channel protective film, and an interlayer insulating film is formed. Next, contact holes are formed.
  • ITO is vacuum-deposited to form the pixel electrode 13 and the contact pad 24 which are transparent electrodes.
  • the light distribution film on the contact pad 24 is removed by photolithography and ashing.
  • the TFT substrate 31 is obtained.
  • the touch panel 2 can be obtained by bonding the counter substrate 32 and the TFT substrate 31 obtained as described above by a known method and injecting the liquid crystal 33 therebetween.
  • the touch panel 2 As shown in FIG. 5, the touch panel 2 according to the present embodiment is prototyped, and a push-pull gauge (DIGITAL FORCE GAUGE ZP-20N (IMADA), not shown) has a hemispherical tip on the stylus.
  • IMADA DIGITAL FORCE GAUGE ZP-20N
  • a touch pen 51 of .8 mm was connected, and the touch surface of the touch panel 2 was pressed in the vertical direction.
  • the displacement point detector 3 detects the presence or absence of displacement of the counter substrate 32, that is, the presence or absence of contact between the contact pad 24 and the counter electrode 34 based on the potential of the detection line 21. To do.
  • the coordinate detection unit 4 derives the coordinates of the displacement detection unit 30 that the displacement point detection unit 3 determines that the contact pad 24 and the counter electrode 34 are in contact (that is, the counter substrate 32 is displaced).
  • 6A to 6G show a displacement detection unit that the displacement point detection unit 3 determines that there is a displacement when a predetermined pressure is applied with the touch pen 51 to the center of the region where the displacement detection unit 30 is arranged in a matrix. It is the figure which showed 30 positions (henceforth "a displacement point").
  • the displacement detectors 30 are arranged in a matrix at 64 points in the X-axis direction and 64 points in the Y-axis direction. That is, the displacement detection unit 30 is arranged so as to be aligned in two orthogonal arrangement directions.
  • FIG. 6A shows the case of no pressing (when not touching), and shows the results when the pressing is gradually increased in the order of FIGS. 6B to 6G.
  • the value of the pressure added to each figure is a numerical value indicating the strength of the pressure when the pressure is gradually increased from the state of no pressure and the pressure strength when the displacement point is first detected is 1.
  • the displacement point is painted in black. From FIG. 6A to FIG. 6G, it can be seen that when the pressure is increased, the region where the displacement points are distributed (hereinafter referred to as “displacement area”) expands substantially concentrically.
  • FIG. 7A and 7B schematically show deformation of the counter substrate 32 pressed by the touch pen 51.
  • FIG. 7A and 7B among the protrusions 25 formed on the counter substrate 32, the protrusions 25 constituting the displacement detection unit 30 that the displacement point detection unit 3 determines to be displaced are filled with black.
  • the protrusions 25 constituting the displacement detector 30 that the displacement point detector 3 has determined that the counter substrate 32 is not displaced are displayed in white.
  • FIG. 7A in which a relatively weak pressing force is applied in FIG. 7B in which a relatively strong pressing force is applied, the region where the counter substrate 32 is deformed is not limited to the region near the contact position with the touch pen 51. It can be seen that the displacement area is enlarged.
  • the relationship between the pressing force and the size of the displacement area is as follows: the thickness of the glass substrate 40 constituting the counter substrate 32, the distance between the contact pad 24 and the counter electrode 34 (that is, the height of the convex portion 25, the liquid crystal cell gap, etc.). By changing etc., it can be changed arbitrarily. However, if the pressing force is increased, the relationship that the amount of displacement of the counter substrate 32 increases and the displacement area expands holds regardless of the above conditions. Therefore, this embodiment is not limited to the touch panel 2 having a specific structure or specification.
  • a touch pen having a small and constant contact area with the touch surface is preferable as a method of pressing because the relationship between the pressing and the displacement area is uniquely determined, the pressing detection is easy, and errors are reduced. However, as will be described later, it is possible to detect pressing even with a finger.
  • FIG. 8 is a diagram showing the relationship between the pressure and the number of displacement points obtained from FIGS. 6A to 6G.
  • the number of displacement points on the vertical axis was determined by counting the total number of displacement points in the displacement area.
  • the displacement point number counting unit 5 counts the displacement points.
  • the strength of the pressure is detected by obtaining the relationship between the pressure and the number of displacement points in advance as shown in FIG. 8 and comparing the number of displacement points when the pressure is actually applied with this relationship obtained in advance. can do. More specifically, a stepwise level of pressing can be detected by setting at least one threshold value for the number of displacement points and comparing the number of displacement points when pressing is applied with this threshold value. Alternatively, an approximate expression indicating the relationship between the pressure and the number of displacement points as shown in FIG. 8 is set in advance, and the displacement point number when the pressure is applied is substituted into the approximate expression, so that the strength of the pressure is determined. It can also be obtained. In the present embodiment, the threshold value and the approximate expression are set in advance in the pressure derivation unit 6. Then, the pressure deriving unit 6 derives the pressure intensity using the threshold value and the approximate expression.
  • the displacement point number counting unit 5 that counts the displacement points and the pressure deriving unit 6 that derives information on the strength of the pressure based on the number of displacement points are provided.
  • a liquid crystal panel with a microswitch type touch sensor function capable of detecting the strength of pressing can be realized.
  • the protruding electrode 905a , 905b and 905c had to be changed.
  • the sensitivity of the pressure detection is adjusted by changing the setting of the pressure derivation unit 6 that is an external circuit without changing the height of the protrusion 25 (see FIG. 2B). be able to.
  • the threshold of the number of displacement points may be set to 25 and 78 from FIG. Further, in order to make the pressure 1.4 or less weak, 2.7 or more strong, and 1.4 to 2.7 medium, from FIG. 8, if the threshold of the number of displacement points is set to 25, 141, Good.
  • the sensitivity adjustment of the pressure detection can be performed by setting the threshold value of the number of displacement points. Therefore, there is no need to change the manufacturing process for adjusting the sensitivity as in the configuration disclosed in Japanese Patent Application Laid-Open No. 2007-58070 (see FIG. 15), and the sensitivity can be easily adjusted according to various users and usage scenes. it can.
  • the pressure detection sensitivity varies from product to product due to inevitably dimensional variations that occur in the production of the salient electrodes 905a, 905b, and 905c. There was a problem that.
  • the variation in the height of the protrusion 25 can be corrected by changing the setting of the pressure derivation unit 6 that is an external circuit.
  • the protrusion 25 is formed higher than the design value due to dimensional variations.
  • the distance between the contact pad 24 and the counter electrode 34 becomes narrow, the contact pad 24 and the counter electrode 34 come into contact with each other even if the displacement amount of the counter substrate 32 is smaller than the design value. Therefore, the number of pressing displacement points is larger than that in FIG. 8 for the same pressing force.
  • the threshold value of the number of displacement points may be set to 25 from FIG.
  • the protrusion 25 is higher than the design value, for example, when the pressure is 1, the number of pressing points is 25, when the pressure is 1.2, the number of pressing points is 41, and when the pressure is 1.4, The number of points may be 78. In such a case, the threshold of the number of displacement points may be changed to 41.
  • the relationship between the pressure and the number of displacement points is examined for each product. If this is different from the design value, the setting of the threshold value of the pressure derivation unit 6 is changed.
  • the press detection sensitivity may be adjusted. With this alone, the dimensional variation of the protrusion 25 can be easily corrected.
  • the resolution of the pressure detection can be easily increased by changing the setting of the pressure derivation unit 6 that is an external circuit.
  • FIGS. 6A to 6G show that the number of displacement points changes correspondingly when the pressure is changed in six steps. Therefore, by appropriately setting the threshold value of the pressure deriving unit 6, it is possible to detect the pressure with six levels of resolution. As described above, if the pressure is increased, the number of displacement points increases. Therefore, by arbitrarily setting the threshold number, both higher and lower resolutions than six steps can be realized.
  • the liquid crystal panel with a touch sensor function provided with the displacement detection unit 30 that is a microswitch type has been mainly described.
  • the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the present invention may include a liquid crystal capacitive displacement detector.
  • the detection voltage that changes in accordance with the change in the capacitance that constitutes the displacement detection unit is binarized by comparing the reference value (threshold value) set by the displacement point detection unit 3 with a comparator. Accordingly, signal processing in the coordinate detection unit 4, the displacement point number counting unit 5, and the pressure deriving unit 6 at the subsequent stage can be performed in the same manner as in the microswitch system.
  • the displacement point number counting unit 5 counts the total number of displacement points constituting the two-dimensionally expanded displacement area shown in FIGS. 6A to 6G.
  • the displacement point number counting unit 5 counts the number of displacement points constituting the maximum width of the displacement area in the X-axis direction. That is, the displacement point number counting unit 5 counts the number of displacement points arranged in the X-axis direction at the Y-axis direction position where the X-axis direction width of the displacement area is maximum.
  • FIG. 9 is a diagram showing the relationship between the number of displacement points (maximum number of displacement points in the X-axis direction) constituting the maximum width in the X-axis direction of the displacement area and the pressure obtained from FIGS. 6A to 6G. From FIG. 9, for example, when the pressure is 1.4 compared to when the pressure is 1, the maximum number of displacement points in the X-axis direction is 1.6 times, and the maximum number of displacement points in the X-axis direction is counted. It turns out that press 1 and press 1.4 can be distinguished. Furthermore, when the pressure is increased to 1.8, 2.7, and 4.5, the maximum number of displacement points in the X-axis direction increases. From the above, it can be seen that the strength of pressing can be detected by counting the maximum number of displacement points in the X-axis direction.
  • the relationship between pressing and the maximum number of displacement points in the X-axis direction as shown in FIG. 9 is obtained in advance, and the maximum number of displacement points in the X-axis direction when pressing is actually applied is calculated as follows. It can detect by comparing with the relationship calculated
  • the second embodiment is the same as the first embodiment except for the above, and has the same effect as described in the first embodiment.
  • the displacement point number counting unit 5 does not have to count the total number of displacement points in the displacement area, so that the counting time can be shortened and the data to be processed Since the amount decreases, the calculation time in the pressure derivation unit 6 can be shortened.
  • the displacement point number counting unit 5 counts the number of displacement points constituting the maximum width of the displacement area in the X-axis direction.
  • the displacement point number counting unit 5 counts the number of displacement points constituting the maximum width of the displacement area in the Y-axis direction. That is, the displacement point number counting unit 5 counts the number of displacement points arranged in the Y-axis direction at the X-axis direction position where the Y-axis direction width of the displacement area is the maximum.
  • FIG. 10 is a diagram showing the relationship between the number of displacement points (maximum number of displacement points in the Y-axis direction) constituting the maximum width in the Y-axis direction of the displacement area and the pressure obtained from FIGS. 6A to 6G. From FIG. 10, for example, when the pressure is 1.2 compared to when the pressure is 1, the maximum number of displacement points in the Y-axis direction is doubled. By counting the maximum number of displacement points in the Y-axis direction, It can be seen that the pressure 1 and the pressure 1.2 can be distinguished. Furthermore, when the pressure is increased to 1.4, 1.8, 2.7, and 4.5, the maximum number of displacement points in the Y-axis direction increases. From the above, it can be seen that the pressing strength can also be detected by counting the maximum number of displacement points in the Y-axis direction.
  • the relationship between pressing and the maximum number of displacement points in the Y-axis direction as shown in FIG. 10 is obtained in advance, and the maximum number of displacement points in the Y-axis direction when pressing is actually applied is calculated as follows. It can detect by comparing with the relationship calculated
  • the third embodiment is the same as the first embodiment except for the above, and has the same effect as described in the first embodiment.
  • the displacement point number counting unit 5 since the displacement point number counting unit 5 does not need to count the total number of displacement points in the displacement area as in the first embodiment, the counting time can be shortened and the data to be processed Since the amount decreases, the calculation time in the pressure derivation unit 6 can be shortened.
  • Embodiments 1 to 3 As a method for applying the pressure, Embodiments 1 to 3 have mainly described the case of using a touch pen. In the fourth embodiment, a case where a finger is used will be described.
  • FIGS. 11A and 11B are diagrams showing how the displacement point (displacement area size) changes depending on the size of the finger. Similar to FIGS. 7A and 7B, in FIGS. 11A and 11B, among the protrusions 25 formed on the counter substrate 32, the displacement point detection unit 3 determines that the counter substrate 32 has been displaced. The protrusion 25 is painted in black. On the other hand, in FIG. 11A and FIG. 11B, the protrusions 25 constituting the displacement detector 30 that the displacement point detector 3 determines that the counter substrate 32 is not displaced are displayed in white. As schematically shown in FIGS.
  • the sensitivity of pressing detection is set based on the thin finger 52, the person with the thick finger 53 simply presses weakly, and the number of displacement points equal to that when the person with the thin finger 52 presses strongly is counted and strong. A push is detected. Therefore, there is a problem that a person with a thick finger has difficulty in using the weak pressing function.
  • This embodiment proposes another solution. That is, in this embodiment, the pressure detection by the pressure deriving unit 6 is not performed based on the absolute number of displacement points as in the first to third embodiments, but the amount of change in the number of displacement points during the pressing operation ( That is, the change is made based on the change in the strength of pressing.
  • FIG. 12 is a block diagram of the touch sensor unit of the liquid crystal panel with a touch sensor function according to the fourth embodiment of the present invention.
  • the fourth embodiment is different from the press deriving unit 6 of FIG. 1 in that the press deriving unit 6 includes a storage unit 6a and a comparison operation unit 6b.
  • the touch surface is first lightly touched with a finger and then the touch surface is pressed strongly.
  • the number of displacement points when the touch surface is first lightly touched with a finger is counted by the displacement point number counting unit 5, and the number is stored in the storage unit 6a.
  • storage part 6a and the data of the number of displacement points counted by the displacement point number count part 5 are sent to the comparison calculating part 6b.
  • the comparison operation unit 6b performs a comparison operation on both data. Since both data are not zero and the difference between the two data is zero, the comparison calculation unit 6b outputs strength information 8 for weak press.
  • the number of displacement points when the finger is first lightly touched with the finger is 4 for a thin finger 52 as shown in FIG. 13A and 6 for a thick finger 53 as shown in FIG. 14A. It is.
  • the number of displacement points differs depending on the size of the finger, in any case, it is determined to be weakly pressed.
  • the comparison calculation unit 6b compares the displacement point number data sent from the displacement point number counting unit 5 with the displacement point number data stored in the storage unit 6a.
  • the comparison calculation unit 6b calculates the change amount (increase amount) of the displacement point number sent from the displacement point count unit 5 with respect to the displacement point number stored in the storage unit 6a, and the strength according to the change amount.
  • Information 8 is output. For example, in the case of a thin finger 52, the number of displacement points when strongly pressed is 8 as shown in FIG.
  • the threshold value and threshold number for determining the amount of increase in the number of displacement points Is not limited to this. For example, if the amount of increase in the number of displacement points is 4 or more and less than 8, it is determined as a middle press, and if it is 8 or more, it is determined as a strong press. .
  • the displacement point detector 3 indicates that the counter substrate 32 is displaced.
  • the protrusions 25 that make up the determined displacement detector 30 are painted black.
  • the displacement point number counting unit 5 counts the number of displacement points constituting the maximum width of the displacement area in the X-axis direction or the Y-axis direction. You may count the total number of the displacement points which comprise. However, the former is preferable because the counting time in the displacement point counting unit 5 can be shortened and the calculation time in the pressure deriving unit 6 can be shortened compared to the latter.
  • this Embodiment 4 is not limited to the case where it presses with a finger, It can apply also when pressing with a touch pen.
  • the fourth embodiment is the same as the first embodiment except for the above, and has the same effect as described in the first embodiment.
  • the present invention can be used as a liquid crystal panel with a touch sensor function because different information can be input depending on the difference in pressing.

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Abstract

押圧検出が可能なタッチセンサ機能付き液晶パネルを提供する。対向して配置される一対の基板（３１，３２）間に、一方の基板の変位によって信号を出力する複数の変位検出部（３０）を設ける。変位ポイント検出部（３）は、複数の変位検出部（３０）から出力される信号に基づいて、複数の変位検出部（３０）のそれぞれの位置での一方の基板の変位の有無を二値的に検出する。座標検出部（４）は、複数の変位検出部（３０）のうち、変位ポイント検出部（３）によって一方の基板の変位有りと検出された変位検出部の座標を検出して押圧の位置情報を出力する。変位ポイント数カウント部（５）は、複数の変位検出部（３０）のうち変位ポイント検出部（３）によって変位有りと検出された変位検出部の数を数え、押圧導出部（６）は、変位ポイント数カウント部（５）が数えた変位検出部の数に基づいて押圧の強さ情報を出力する。

Description

タッチセンサ機能付き液晶パネル
　本発明は、タッチセンサ機能を備えた液晶パネルに関する。特に、タッチ位置（押圧位置）に加えてタッチ圧（押圧）も検出するタッチセンサ機能を備えた液晶パネルに関する。
　画像表示面にタッチセンサ機能を付与することで、情報入力装置としても使用可能な画像表示装置が実用化されている。このような画像表示装置では、一般に、使用者が指やタッチペン等で触れた画像表示面上の位置（タッチ位置）を検出する。
　近年、タッチ位置に加えて、押圧の強さを検出し、押圧の強さに応じて異なる指示を与えることができるタッチセンサ機能を有するタッチパネルを、液晶パネル等の画像表示装置に搭載した情報入力装置が提案されている（例えば特開平１１－２０３０４４号公報、特開平１１－２０３０４４号公報、特開２００８－２７６３６９号公報参照）。
　一方、液晶パネル内にタッチセンサ機能を実現するための検出素子を組み込んだタッチセンサ機能付き液晶パネルも知られている。このような液晶パネルとしては、インセル型マイクロスイッチ方式（以下、単に「マイクロスイッチ方式」という）や液晶容量方式などの検出方式が知られている。
　マイクロスイッチ方式の液晶パネルでは、該液晶パネルに荷重を加えた際に、液晶セル内のスイッチ電極が接触導通するのを検出する。特開２００７－５８０７０号公報には、押圧を検出可能なマイクロスイッチ方式タッチセンサ機能付き液晶パネルが記載されている。図１５を用いて、特開２００７－５８０７０号公報に記載されているマイクロスイッチ方式の液晶パネルにおいて押圧を検出する原理を説明する。
　液晶９０１に電圧を印加する画素電極や該画素電極に接続された薄膜トランジスタ（Thin Film Transistor：ＴＦＴ）等が形成されたＴＦＴ基板９０２と、対向電極が形成された対向基板９０３とが、スペーサ９０４を挟んで対向して配置されている。ＴＦＴ基板９０２には、高さが異なる第１突電極９０５ａ、第２突電極９０５ｂ、第３突電極９０５ｃが形成されている。指９０６又はタッチペン９０７によって対向基板９０３の表面を押圧すると、対向基板９０３が撓んで、対向基板９０３とＴＦＴ基板９０２との間隔が狭くなる。このとき、対向基板９０３の撓み量は、押圧の強さに応じて変化する。押圧が弱いときには、対向基板９０３の対向電極は最も高い第１突電極９０５ａのみに接触する一方、押圧が強くなると、第２突電極９０５ｂや第３突電極９０５ｃにも接触する。これにより、押圧の強さを、対向電極が接触する突電極の種類の変化によって検出することができる。
　液晶容量方式タッチセンサ機能付き液晶パネルは、特開２００８－５８９２５号公報に記載されている。液晶容量方式タッチセンサ機能付き液晶パネルの検出原理を図１６Ａ、図１６Ｂを用いて説明する。液晶９１１を挟む一対の基板９１２，９１３に、それぞれ、互いに対向するように電極を形成して、液晶セル内に静電容量を形成する。図１６Ｂに示すように、表示面側の基板９１２が押圧されると、基板９１２，９１３の間隔が狭まり、静電容量が変化する。制御回路などによって、この静電容量の変化を、薄膜トランジスタを利用して電流値の変化に変換し、積分回路によって所定期間内の電流値を積分し、検出電圧として出力する。すなわち、押圧の強さに応じて静電容量が変化するので、押圧の強さによって検出電圧も変化する。従って、検出電圧の強さを検出することにより、押圧の強さを検出することができる。
　図１５に示すマイクロスイッチ方式のタッチセンサ機能付き液晶パネルでは、押圧検出の感度を調節するためには、突電極９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃの高さを変える必要がある。そして、そのためには、突電極の製造条件を変える必要がある。すなわち、突電極の製造工程で使用するマスクを新たに作ったり、フォトリソグラフィーにおける露光条件を変更したりする必要があり、突電極の製造に手間がかかるため、製造コストが増大する。従って、タッチセンサ機能付き液晶パネルのユーザーや使用シーンに応じて感度を調節するのは難しい。
　また、突電極９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃの高さの寸法精度は、押圧検出の感度に直接影響を及ぼす。従って、突電極の製造において不可避的に発生する寸法バラツキによって、製品毎に押圧検出感度が異なることは避けられない。
　ここで、押圧検出の分解能を高めるためには、高さが異なる突電極の種類数を増やす必要がある。そのためには、突電極の製造において、該突電極の寸法バラツキを極めて小さくする必要がある。ところが、寸法バラツキの低減には限界があり、実際に製造可能な突電極の種類数も制限されるため、押圧検出の分解能にも限界がある。
　そのため、上記の従来の問題を解決可能なタッチセンサ機能付き液晶パネルを提供する。即ち、製造工程を変更することなく押圧検出の感度を調節できるようなタッチセンサ機能付き液晶パネルを提供する。
　本発明の一実施形態に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルは、対向して配置される一対の基板と、該一対の基板間に設けられ、該一対の基板のうち一方の基板が押圧されて変位することによって信号を出力する複数の変位検出部とを備えたタッチパネルと、前記複数の変位検出部から出力される信号に基づいて、該複数の変位検出部のそれぞれの位置での前記一方の基板の変位の有無を二値的に検出する変位ポイント検出部と、前記複数の変位検出部のうち、前記変位ポイント検出部によって前記一方の基板の変位有りと検出された変位検出部の座標を検出して、前記押圧の位置に関する情報を導き出す座標検出部と、前記複数の変位検出部のうち、前記変位ポイント検出部によって変位有りと検出された変位検出部の数を数える変位ポイント数カウント部と、該変位ポイント数カウント部が数えた前記変位検出部の数に基づいて押圧の強さに関する情報を出力する押圧導出部とを備える。
　本発明の一実施形態によれば、押圧位置に加えて押圧の強さの検出が可能なタッチセンサ機能付き液晶パネルを提供することができる。しかも、製造工程を変更することなく押圧検出の感度を調節することができる。
図１は、本発明の実施形態１に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルのタッチセンサ部のブロック図である。 図２Ａは、本発明の実施形態１に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルにおいて、マイクロスイッチ方式の変位検出部を備えた画素の回路図である。 図２Ｂは、図２Ａの変位検出部の概略構成を示す断面図である。 図３Ａは、本発明の実施形態１に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルにおいて、変位検出部からの出力信号を処理する変位ポイント検出部のブロック図である。 図３Ｂは、変位ポイント検出部の動作を説明するためのタイミングチャートである。 図４は、本発明の実施形態１に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルを構成する対向基板の断面図である。 図５は、本発明の実施形態１に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルをタッチペンで押圧試験を行っている様子を示す側面図である。 図６Ａは、本発明に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルの一実施例において、タッチペンによる押圧無しのときに対向基板の変位有りと検出された変位ポイントの分布を示す図である。 図６Ｂは、本発明に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルの一実施例において、タッチペンで１．０の押圧を印加したときに対向基板の変位有りと検出された変位ポイントの分布を示す図である。 図６Ｃは、本発明に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルの一実施例において、タッチペンで１．２の押圧を印加したときに対向基板の変位有りと検出された変位ポイントの分布を示す図である。 図６Ｄは、本発明に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルの一実施例において、タッチペンで１．４の押圧を印加したときに対向基板の変位有りと検出された変位ポイントの分布を示す図である。 図６Ｅは、本発明に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルの一実施例において、タッチペンで１．８の押圧を印加したときに対向基板の変位有りと検出された変位ポイントの分布を示す図である。 図６Ｆは、本発明に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルの一実施例において、タッチペンで２．７の押圧を印加したときに対向基板の変位有りと検出された変位ポイントの分布を示す図である。 図６Ｇは、本発明に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルの一実施例において、タッチペンで４．５の押圧を印加したときに対向基板の変位有りと検出された変位ポイントの分布を示す図である。 図７Ａは、押圧の強さによって変位エリアの大きさが変化する様子を説明する断面図である。 図７Ｂは、押圧の強さによって変位エリアの大きさが変化する様子を説明する断面図である。 図８は、タッチセンサ機能付き液晶パネルの一実施例において、変位ポイント数と押圧との関係を示す図である。 図９は、タッチセンサ機能付き液晶パネルの一実施例において、変位エリアのＸ軸方向の最大幅を構成する変位ポイント数と押圧との関係を示す図である。 図１０は、タッチセンサ機能付き液晶パネルの一実施例において、変位エリアのＹ軸方向の最大幅を構成する変位ポイント数と押圧との関係を示す図である。 図１１Ａは、指の大きさによって変位ポイント（変位エリアの大きさ）が変化する様子を説明する断面図である。 図１１Ｂは、指の大きさによって変位ポイント（変位エリアの大きさ）が変化する様子を説明する断面図である。 図１２は、本発明の実施形態４に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルのタッチセンサ部のブロック図である。 図１３Ａは、細い指が最初にタッチ面を軽く触れたときの変位ポイント（変位エリアの大きさ）を示す断面図である。 図１３Ｂは、細い指がタッチ面を強く押し込んだときの変位ポイント（変位エリアの大きさ）を示す断面図である。 図１４Ａは、太い指が最初にタッチ面を軽く触れたときの変位ポイント（変位エリアの大きさ）を示す断面図である。 図１４Ｂは、太い指がタッチ面を強く押し込んだときの変位ポイント（変位エリアの大きさ）を示す断面図である。 図１５は、従来のマイクロスイッチ方式タッチセンサ機能付き液晶パネルにおいて、押圧を検出する原理を説明する断面図である。 図１６Ａは、従来の液晶容量方式タッチセンサ機能付き液晶パネルの概略構成を示す断面図である。 図１６Ｂは、従来の液晶容量方式タッチセンサ機能付き液晶パネルにおいて、押圧を検出する原理を説明する断面図である。
　本発明の一実施形態に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルは、対向して配置される一対の基板と、該一対の基板間に設けられ、該一対の基板のうち一方の基板が押圧されて変位することによって信号を出力する複数の変位検出部とを備えたタッチパネルと、前記複数の変位検出部から出力される信号に基づいて、該複数の変位検出部のそれぞれの位置での前記一方の基板の変位の有無を二値的に検出する変位ポイント検出部と、前記複数の変位検出部のうち、前記変位ポイント検出部によって前記一方の基板の変位有りと検出された変位検出部の座標を検出して、前記押圧の位置に関する情報を出力する座標検出部と、前記複数の変位検出部のうち、前記変位ポイント検出部によって変位有りと検出された変位検出部の数を数える変位ポイント数カウント部と、該変位ポイント数カウント部が数えた前記変位検出部の数に基づいて押圧の強さに関する情報を出力する押圧導出部とを備える（第１の構成）。
　以上の構成により、タッチセンサ機能付き液晶パネルは、変位ポイント数カウント部及び押圧導出部を備えているため、上述の従来の構成が有していた問題を解決することができる。即ち、従来構成のように突電極の高さを変えることなく、押圧導出部の設定を変えることで、押圧検出の感度調節を行うことができる。具体的には、押圧導出部において、変位ポイント数カウント部によって数えられた変位検出部の数の閾値の設定を変更することによって、変位検出部の数と押圧の強さとの関係を容易に変更することができ、押圧検出の感度調節を容易に行うことが可能になる。
　また、製造時の寸法バラツキによって、変位検出部が信号を出力する押圧の強さにバラツキが生じた場合でも、押圧導出部の設定を変更して変位検出部の数と押圧の強さとの関係を調整することにより、押圧の強さを精度良く検出することが可能になる。さらに、押圧導出部によって、押圧の強さに応じた変位検出部の数、すなわち分解能を自由に設定することができるため、押圧検出の分解能を容易に高めることができる。
　前記第１の構成において、前記複数の変位検出部は、前記一対の基板の互いに対向する面にそれぞれ形成された一対の電極を備え、前記一方の基板の変位によって該一対の電極が互いに接触した場合に前記信号を出力することが好ましい（第２の構成）。これにより、マイクロスイッチ方式の変位検出部を構成することができる。
　あるいは、前記第１の構成において、前記複数の変位検出部は、前記一対の基板の互いに対向する面にそれぞれ形成された一対の電極によって構成される静電容量を備え、前記一方の基板の変位によって生じる該静電容量の変化に応じて前記信号を出力しても良い（第３の構成）。これにより、液晶容量方式の変位検出部を構成することができる。
　前記第１から第３の構成のうちいずれか一つの構成において、前記変位ポイント数カウント部は、前記複数の変位検出部のうち、前記変位ポイント検出部によって変位有りと検出された変位検出部の全数を数えても良い（第４の構成）。これにより、より正確に押圧検出を行うことができる。
　あるいは、前記第１から第３の構成のうちいずれか一つの構成において、前記複数の変位検出部は、直交する２つの配列方向に並ぶように配置されていて、前記変位ポイント数カウント部は、前記変位ポイント検出部によって変位有りと検出された変位検出部のうち、前記２つの配列方向のうち一方に沿って並ぶ変位検出部の最大数を数えても良い（第５の構成）。これにより、変位検出部の数のカウント時間やその後の演算時間を短縮することができる。
　前記第１から第５の構成のうちいずれか一つの構成において、前記押圧導出部は、前記変位ポイント数カウント部が数えた変位検出部の数を、該変位検出部の数と押圧との予め設定された関係と比較し、該変位検出部の数に応じて押圧の強さに関する情報を出力することが好ましい（第６の構成）。
　変位有りと検出された変位検出部の数と押圧とは相関関係を有するので、変位ポイント数カウント部が数えた変位検出部と予め設定された値とを比較して、該変位検出部の数に応じて押圧の強さに関する情報を出力することで、正確且つ迅速な押圧検出が可能になる。
　あるいは、前記第１から第５の構成のうちいずれか一つの構成において、前記押圧導出部は、押圧動作の初期において前記変位ポイント数カウント部が数えた変位検出部の数を記憶する記憶部と、押圧動作中に前記変位ポイント数カウント部が数えた前記変位検出部の数を、前記記憶部に記憶された前記変位検出部の数と比較演算する比較演算部とを備えても良い（第７の構成）。これにより、例えば指の大きさによる押圧検出の精度の違いを少なくすることができる。
　以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態について説明する。但し、本発明は以下の実施形態に限定されないことはいうまでもない。以下の説明において参照する各図は、説明の便宜上、実施形態の構成部材のうち、本発明を説明するために必要な主要部材のみを簡略化して示したものである。従って、以下の各図に示されていない任意の構成部材を備え得る。また、以下の各図中の部材の寸法は、実際の構成部材の寸法および各部材の寸法比率等を忠実に表したものではない。
　（実施形態１）
　図１は、実施形態１に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルのタッチセンサ部のブロック図である。
　本実施形態１のタッチセンサ機能付き液晶パネルのタッチセンサ部は、タッチパネル２、変位ポイント検出部３、座標検出部４、変位ポイント数カウント部５、押圧導出部６を備える。
　タッチパネル２は、対向する一対の基板と、この一対の基板間に設けられた複数の変位検出部とを備える。
　一対の基板としては、例えば液晶パネルの一部を構成し、且つ、液晶を挟持する一対の透光性基板を用いることができる。
　複数の変位検出部は、一対の基板のうち一方の基板（タッチ基板）の表面（タッチ面、通常は画像表示面である。）が押圧されたときに、その押圧によって生じるタッチ基板の変位（即ち、一対の基板の間隔の変化）に応じた信号を出力する。変位検出部は、タッチパネル２のタッチ面と平行な面内に離散的に、好ましくは格子点状に配置される。変位検出部は、例えば、液晶パネルの赤・緑・青の各色の絵素毎に１つ設けてもよいし、赤・緑・青の３絵素によって構成される画素（カラー画素）毎に１つ設けたり、複数の画素に対して１つ設けたりしてもよい。
　変位検出部の具体的構成は、特に制限はなく、例えばマイクロスイッチ方式や液晶容量方式を用いることができる。
　マイクロスイッチ方式は、一対の基板の対向面にそれぞれ形成された一対の電極（マイクロスイッチ）が、押圧によって接触導通するのを検出する方式である。マイクロスイッチ方式の具体的構成に制限はなく、例えば公知のマイクロスイッチ方式（例えば、特開２００６－１３３７８８号公報、特開２００８－６５３０２号公報参照）を用いることができる。
　液晶容量方式は、一対の基板の対向面に液層を挟んで対向して形成された一対の電極によって静電容量を構成し、押圧によって一対の電極間隔が狭まることによって該静電容量が変化するのを検出する方式である。液晶容量方式の具体的構成に制限はなく、例えば公知の液晶容量方式（例えば、特開２００８－５８９２５号公報、特開２００７－１２８５１４号公報、特開２００７－４８２７５号公報参照）を用いることができる。
　変位ポイント検出部３は、上記の複数の変位検出部から出力される信号に基づいて、複数の変位検出部のそれぞれの位置での上記タッチ基板の変位（即ち、一対の基板の間隔の変化）の有無を二値的に検出する。変位ポイント検出部３は、変位検出部に接続された検出ラインの電圧をコンパレータで設定した基準値（閾値）と比較して二値化する。例えば、変位ポイント検出部３は、変位検出部から閾値よりも大きな出力電圧が得られた場合にはタッチ基板の変位有り（タッチ有り）と判断し、そうでない場合にはタッチ基板の変位無し（タッチ無し）と判断する。変位ポイント検出部３は、このような判定を複数の変位検出部のそれぞれに対して行う。
　座標検出部４は、複数の変位検出部のうち、変位ポイント検出部３がタッチ基板の変位有りと検出した変位検出部の座標を検出して、押圧の位置に関する情報（位置情報）７を導き出す。押圧位置情報７の導出方法も、特に制限はなく、例えば公知の方法を用いることができる。
　上記のタッチパネル２、変位ポイント検出部３、座標検出部４は、従来より公知のタッチパネルと同様に構成することができる。この実施形態では、更に変位ポイント数カウント部５及び押圧導出部６を備える。
　変位ポイント数カウント部５は、複数の変位検出部のうち、変位ポイント検出部３によってタッチ基板の変位有りと検出された変位検出部の数を数えて出力する。
　押圧導出部６は、変位ポイント数カウント部５が数えた変位検出部の数に基づいて、押圧の強さに関する情報（強さ情報）８を出力する。例えば、押圧導出部６は、タッチ基板の変位有りと検出された変位検出部の数を、予め設定されている、変位有りと検出された変位検出部の数と押圧の強さとの関係と比較して、押圧の強さに関する情報８を出力する。これによって、タッチ位置に加えて押圧も検出可能なタッチセンサ機能を実現することができる。
　以下に、各部をより詳細に説明する。
　最初に、タッチパネル２に形成される複数の変位検出部を説明する。
　図２Ａは、実施形態１に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルにおいて、マイクロスイッチ方式の変位検出部を備えた画素の回路図である。図２Ｂは、図２Ａの変位検出部の概略構成を示す断面図である。
　図２Ａに示すように、液晶パネルのＴＦＴ基板３１（後述する図２Ｂ参照）上に、Ｙ軸と平行で且つ表示データが印加されるソースライン１１と、Ｘ軸と平行で且つ順次走査を行うためのゲートライン１２とがマトリックス状に形成されている。ソースライン１１とゲートライン１２とが交差する位置に、絵素電極１３が接続された画素駆動用の薄膜トランジスタ（以下、画素駆動用ＴＦＴ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）という）１４が形成されている。以上の構成は、特に制限はなく、例えば公知の液晶パネルと同じであってもよい。
　本実施形態では、更に、ＴＦＴ基板３１上に、Ｙ軸と平行な検出ライン２１と、Ｘ軸と平行なスキャンライン２２が形成され、検出ライン２１とスキャンライン２２とが交差する位置に、変位検出用の薄膜トランジスタ（以下、検出用ＴＦＴという）２３と接触パッド２４とが形成されている。検出用ＴＦＴ２３のゲート電極はスキャンライン２２に接続されているとともに、検出用ＴＦＴ２３のソース電極は接触パッド２４に接続されていて、検出用ＴＦＴ２３のドレイン電極は検出ライン２１に接続されている。
　図２Ｂは、接触パッド２４を通る面に沿って液晶パネルを切断した場合の断面図である。ＴＦＴ基板３１とタッチ基板としての対向基板３２とが液晶３３を挟んで対向するように配置されている。ＴＦＴ基板３１には、ＴＦＴ基板３１の対向基板３２と対向する側の面に接触パッド２４が形成されている。対向基板３２上には、接触パッド２４と対向する位置に凸部２５が形成されている。対向基板３２には、多数の絵素電極１３がマトリクス状に形成されたＴＦＴ基板３１の領域と対向する領域に、凸部２５を覆うように透明な対向電極３４が形成されている。
　ＴＦＴ基板３１に形成された接触バッド２４と、対向基板３２に形成された対向電極３４とが、マイクロスイッチ方式の変位検出部３０を構成する。
　ＴＦＴ基板３１には、対向基板３２と対向する側の面に配向膜が形成されるが、図２Ｂではそれらの図示を省略している。また、対向基板３２には、ＴＦＴ基板３１と対向する側の面に、赤、緑、青の色層（カラーフィルタ）とこれらの色層間の光漏れを防止するブラックマトリックスとを含むカラーフィルタ層や、配向膜が形成されるが、図２Ｂではそれらの図示を省略している。更に、図示していないが、ＴＦＴ基板３１及び対向基板３２を間に挟み込むように、該ＴＦＴ基板３１及び対向基板３２の外側には一対の偏光フィルムが設けられる。
　対向基板３２のＴＦＴ基板３１とは反対側の面に、指やタッチペンなどによる押圧力が加わると、対向基板３２が撓んで該対向基板３２の位置が変化して、該対向基板３２とＴＦＴ基板３１との間隔が狭まる。そして、対向電極３４が接触パッド２４に接触すると、該対向電極３４に印加された対向電圧が接触パッド２４に印加される。この接触パッド２４に印加された対向電圧を検出ライン２１を介して検出することによって、当該接触パッド２４の位置で、対向基板３２が変位したこと、即ち、タッチペンや指等でタッチされたことを検出することが可能になる。
　具体的には、複数のスキャンライン２２の電位を順次Ｈ（Ｈｉｇｈ）に切り替える。スキャンライン２２に電位Ｈが与えられると、電位Ｈが与えられた期間中、当該スキャンライン２２に接続された検出用ＴＦＴ２３がオン状態となり、接触パッド２４に印加された対向電圧が検出ライン２１に出力される。複数の検出ライン２１の各出力電圧を検出すれば、電位Ｈが与えられたスキャンライン２２上において対向基板３２が変位した位置を検出することができる。複数のスキャンライン２２のうち電位Ｈが与えられるスキャンライン２２を順次切り替える（走査する）ことにより、一画面内で対向基板３２が変位した位置を検出することができる。
　図３Ａは、変位検出部３０からの出力信号を処理するための変位ポイント検出部３のブロック図であり、図３Ｂは、変位ポイント検出部３の動作の一例を示すタイミングチャートである。これらを用いて、変位ポイント検出部３の動作を説明する。
　最初に、リセットスイッチＲＳＴがオンされることにより、検出ライン２１の電位をＧＮＤにリセットする。
　次いで、スキャンドライバ２６に接続されたスキャンライン２２に電位Ｈを印加する。その結果、検出用ＴＦＴ２３がオン状態となる。このとき、この検出用ＴＦＴ２３に接続された変位検出部３０の対向電極３４と接触パッド２４とが接触していると（「接触時」）、対向電極３４から印加された対向電位が接触パッド２４を通じて検出ライン２１に出力される。一方、対向電極３４と接触パッド２４とが接触していない場合（「非接触時」）、検出ライン２１の電圧はＧＮＤのままである。
　次いで、検出スイッチＤＥＴがオンされる。コンパレータ３５は、検出ライン２１の電圧を、予め設定された基準電圧ＲＥＦと比較する。そして、検出ライン２１の電圧が基準電圧ＲＥＦよりも高い場合には、対向基板３２の変位有りと判断して電圧Ｈ（Ｈｉｇｈ）を出力し、検出ライン２１の電圧が基準電圧ＲＥＦよりも低い場合には、対向基板３２の変位無しと判断して電圧Ｌ（Ｌｏｗ）を出力する。
　以上のようにして、コンパレータ３５を含む変位ポイント検出部３は、変位検出部３０の位置での対向基板３２の変位の有無を二値的に検出する。
　以下に、図２Ｂに示した変位検出部３０を含むタッチパネル２の製造方法を説明する。なお、以下の製造方法は一例であって、以下の製造方法に限定されないことは言うまでもない。
　最初に、図４に示すように凸部２５等を含む対向基板３２の製造方法の一例を説明する。
　まず、対向基板３２の基材としてのガラス基板４０を用意する。ガラス基板４０としては、石英ガラス等の透光性を有する基板を用いることができる。
　このガラス基板４０上に親水性樹脂を含有する感光性レジスト層を形成する。そして、この感光性レジスト層をブラックマトリクス用のフォトマスクを介して露光し、その後、現像することにより、ブラックマトリクス用パターンを形成する。次に、ガラス基板４０上のブラックマトリクス用パターンを無電解めっき液に接触させることにより、パターン内に金属粒子を析出させて黒化せしめ、ブラックマトリクス４１を形成する。ブラックマトリクス４１は、後述する赤、緑、青の各色層が形成される開口としての光透過部４２を有している。更に、隣り合う光透過部４２の間に、突部２５及び後述するフォトスペーサ４８を形成するための略矩形状の領域を有している。
　次いで、ガラス基板４０上の所定領域に赤の顔料が分散された樹脂フィルム（ドライフィルム）を全面にラミネートし、露光、現像及びベーク（熱処理）を行って、光透過部４２内に赤色の色層４３（図示せず）を形成する。次に、赤色の色層４３に重ねて、緑色の顔料が所定領域に分散された樹脂フィルムを全面にラミネートし、露光、現像及びベーク（熱処理）を行って、赤色の色層の隣の光透過部４２内に緑色の色層４４を形成する。同様に、緑色の色層と赤色の色層との間の光透過部４２内に青色の色層４５を形成する。赤、緑及び青の各色層は、互いにストライプ配列となるように形成する。この際、赤、緑、青のいずれかの色層（本実施形態では青色の色層４５）を、ブラックマトリクス４１の略矩形状の領域内の所定領域にも形成して、スペーサ台座部４６とする。
　なお、赤、緑、青の各色層の形成方法は、上述した樹脂フィルムをラミネートする方法に限定されず、例えば、顔料が分散された感光性樹脂材料をスピンコート、スリットコート等によりガラス基板３２の全面に塗布して形成してもよい。さらに、赤、緑、青の各色層の形成順序は、上記に限定されず、他の順序でもよい。
　次いで、フォトリソグラフィー法を用いて感光性樹脂等からなる突部２５をブラックマトリクス４１の略矩形状の領域に形成する。
　次いで、ブラックマトリクス４１、色層４３，４４，４５、スペーサ台座部４６、突部２５上に、ＩＴＯ（Ｉｎｄｉｕｍ　Ｔｉｎ　Ｏｘｉｄｅ）を蒸着して透明電極４７を形成する。
　次いで、フォトリソグラフィー法を用いて、感光性樹脂等からなるフォトスペーサ４８をスペーサ台座部４６の領域内の透明電極４７上に形成する。フォトスペーサ４８は、ＴＦＴ基板３１と対向基板３２との間隔を一定に維持するためのものである。
　次いで、ブラックマトリクス４１、色層４３，４４，４５、スペーサ台座部４６、突部２５及びフォトスペーサ４８を覆うように配向膜４９を形成する。
　次いで、配向膜４９にラビングを利用した以下の手法によって配向処理を施す。まず、ガラス基板４０を、配向膜４９を上に向けた状態でステージ上に固定する。次に、ラビング布等が巻かれた円筒状のラビングローラで、ステージ上に固定されたガラス基板４０の配向膜４９の表面を所定の圧力でラビングする。
　最後に、突部２５上の配光膜４９をフォトリソグラフィー法及びアッシング法により除去する。
　かくして、図４に示す構成の対向基板３２が得られる。
　次に、ＴＦＴ基板３１の製造方法の一例を説明する。
　上述したように、本実施形態では、ＴＦＴ基板３１上に、検出ライン２１、スキャンライン２２、検出用ＴＦＴ２３、接触パッド２４を形成する必要がある（図２Ａ参照）点で、従来のＴＦＴ基板と異なる。但し、検出ライン２１及びスキャンライン２２はソースライン１１及びゲートライン１２と同様に形成することができ、検出用ＴＦＴ２３は画素駆動用ＴＦＴ１４と同様に形成することができる。また、接触パッド２４は絵素電極１３と同様に形成することができる。従って、従来から公知のＴＦＴ基板の製造方法を応用することで本実施形態のＴＦＴ基板３１を製造することができる。但し、接触パッド２４は、対向基板３２の突部２５の頂部に形成された対向電極３４とともにマイクロスイッチ方式の変位検出部３０を構成する必要があるので（図２Ｂ参照）、配向膜に覆われる絵素電極１３と異なり、露出される必要がある点に注意を要する。
　以下で、本実施形態のＴＦＴ基板３１の製造方法の具体例を説明する。
　最初に、ＴＦＴ基板３１の基材としてのガラス基板を用意する。ガラス基板としては、石英ガラス等の透光性を有する基板を用いることができる。
　このガラス基板上に、Ｔａ又はＡｌ／Ｔｉからなる薄膜をスパッタ法により形成し、パターニングしてゲート電極を形成する。
　次いで、ＳｉＮｘからなるゲート絶縁膜を形成し、ａ－Ｓｉ半導体層をパターニングして形成する。
　次いで、ドレイン電極及びソース電極を形成する。
　次いで、チャンネル保護膜としてＳｉＮｘを形成し、層間絶縁膜を形成する。次いで、コンタクトホールを形成する。
　次に、ＩＴＯを真空蒸着して、透明電極である絵素電極１３及び接触パッド２４を形成する。
　次いで、配向膜を設け、ラビングにより配向処理を施す。
　最後に、接触パッド２４上の配光膜をフォトリソグラフィー法及びアッシング法により除去する。
　かくして、ＴＦＴ基板３１が得られる。
　上記のようにして得られた対向基板３２とＴＦＴ基板３１とを公知の方法で貼り合わせて、これらの間に液晶３３を注入することで、タッチパネル２を得ることができる。
　以上のように構成された本実施形態のタッチセンサ機能付き液晶パネルのタッチセンサ機能について説明する。
　図５に示すように、本実施形態に係るタッチパネル２を試作し、プッシュプルゲージ（ＤＩＧＩＴＡＬ　ＦＯＲＣＥ　ＧＡＵＧＥ　ＺＰ－２０Ｎ（ＩＭＡＤＡ）、図示せず）の触針に、半球形の先端を備えた直径０．８ｍｍのタッチペン５１を接続して、タッチパネル２のタッチ面を、垂直方向に押圧した。
　タッチパネル２のタッチ面に或る程度以上の押圧を加えると、対向基板３２が変位し、変位検出部３０を構成する接触バッド２４と対向電極３４とが接触して（図２Ｂ参照）、対向電極３４に印加された対向電位が検出ライン２１から出力される。図３Ａ及び図３Ｂで説明したように、変位ポイント検出部３は、検出ライン２１の電位に基づいて、対向基板３２の変位の有無、即ち接触バッド２４と対向電極３４との接触の有無を検出する。座標検出部４は、変位ポイント検出部３が、接触バッド２４と対向電極３４との接触有り（即ち、対向基板３２の変位有り）と判断した変位検出部３０の座標を導出する。
　図６Ａ～図６Ｇは、マトリクス状に変位検出部３０が配置された領域の中央に対してタッチペン５１で所定の押圧を印加したときに、変位ポイント検出部３が変位有りと判断した変位検出部３０の位置（以下、「変位ポイント」という）を示した図である。なお、図６Ａ～図６Ｇにおいて、変位検出部３０は、Ｘ軸方向６４ポイント×Ｙ軸方向６４ポイントにマトリクス状に配置されている。すなわち、変位検出部３０は、直交する２つの配列方向に並ぶように配置されている。
　図６Ａは、押圧無し（非タッチ時）の場合を示し、図６Ｂから図６Ｇの順に、押圧を徐々に強くした場合の結果を示している。各図に付記した押圧の値は、押圧無しの状態から徐々に押圧を強くして最初に変位ポイントが検出されたときの押圧強さを１とした場合の押圧の強さを示す数値である。図６Ａ～図６Ｇにおいて、変位ポイントは黒色で塗られている。図６Ａ～図６Ｇより、押圧を強くすると、変位ポイントが分布する領域（以下、「変位エリア」という）がほぼ同心円状に拡大することがわかる。
　図７Ａ及び図７Ｂに、タッチペン５１によって押圧された対向基板３２の変形を模式的に示す。図７Ａ及び図７Ｂにおいて、対向基板３２に形成された突部２５のうち、変位ポイント検出部３が変位有りと判断した変位検出部３０を構成する突部２５は黒色で塗りつぶされている。一方、図７Ａ及び図７Ｂにおいて、変位ポイント検出部３が対向基板３２の変位無しと判断した変位検出部３０を構成する突部２５は白抜きで表示されている。相対的に弱い押圧力が印加された図７Ａに比べて、相対的に強い押圧力が印加された図７Ｂでは、対向基板３２が変形する領域がタッチペン５１との接触位置近傍の領域以外にも拡大し、変位エリアが拡大していることが理解できる。
　押圧力と変位エリアの大きさとの関係は、対向基板３２を構成するガラス基板４０の厚さ、接触バッド２４と対向電極３４との間隔（即ち、凸部２５の高さ、液晶セルギャップなど）等を変えることにより、任意に変えることができる。しかしながら、押圧力を増大させれば、対向基板３２の変位量が増大し、変位エリアが拡大するという関係は、上記の条件に依らず成り立つ。したがって、本実施形態は、特定の構造や仕様を有するタッチパネル２に限定的に適用されるものではない。
　なお、タッチ面との接触面積が小さく一定であるタッチペンは、押圧と変位エリアとの関係が一意に決められ、押圧検出が容易で誤差が少なくなるので、押圧する方法として好ましい。但し、後述するように、指であっても押圧検出は可能である。
　図８は、図６Ａ～図６Ｇから求めた、押圧と変位ポイント数との関係を示した図である。縦軸の変位ポイント数は、変位エリア内の変位ポイントの全数を数えることで求めた。本実施形態では、変位ポイント数カウント部５が、この変位ポイントのカウントを行う。
　図８より、例えば押圧が１のときに比べて押圧が１．２のときは変位ポイント数がほぼ２倍になっており、変位ポイント数を数えることで押圧１と押圧１．２とを区別できることが分かる。さらに、押圧を１．４、１．８、２．７、４．５と増やしていくと、変位ポイント数は増加している。以上より、変位ポイント数を数えることで押圧の強さを検出できることがわかる。
　押圧の強さは、図８に示すような押圧と変位ポイント数との関係を予め求めておき、現実に押圧が加えられたときの変位ポイント数をこの予め求めた関係と比較することによって検出することができる。より詳しくは、変位ポイント数に少なくとも１つの閾値を設定し、押圧が加えられたときの変位ポイント数をこの閾値と比較することで、押圧の段階的なレベルを検出することができる。あるいは、図８に示すような押圧と変位ポイント数との関係を示す近似式を予め設定し、押圧が加えられたときの変位ポイント数をこの近似式に代入することで、押圧の強さを得ることもできる。本実施形態では、上記の閾値や近似式は押圧導出部６に予め設定される。そして、押圧導出部６がこの閾値や近似式を用いて押圧の強さを導出する。
　以上のように、本実施形態によれば、変位ポイントを数える変位ポイント数カウント部５と、変位ポイント数に基づいて押圧の強さに関する情報を導き出す押圧導出部６とを備えている。これにより、押圧の強さを検出することができるマイクロスイッチ方式タッチセンサ機能付き液晶パネルを実現することができる。
　また、上述のように変位ポイント数カウント部５及び押圧導出部６を備えることで、上述した特開２００７－５８０７０号公報（図１５参照）に記載されたマイクロスイッチ方式が有していた上述の問題を以下のように解決することができる。
　即ち、特開２００７－５８０７０号公報に開示されている構成（図１５参照）では、押圧検出の感度調節を行うためには、突電極の高さを変える必要があり、そのためには突電極９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃの製造条件を変える必要があった。これに対して、本実施形態によれば、突部２５（図２Ｂ参照）の高さを変えることなく、外部回路である押圧導出部６の設定を変えることで、押圧検出の感度調節を行うことができる。
　たとえば、押圧検出を３段階（押圧：弱、中、強）で行う場合について具体的に説明する。押圧が１．２以下を弱、１．８以上を強、１．２～１．８を中とするためには、図８より、変位ポイント数の閾値を２５、７８に設定すればよい。また、押圧が１．４以下を弱、２．７以上を強、１．４～２．７を中とするためには、図８より、変位ポイント数の閾値を２５、１４１に設定すればよい。このように、変位ポイント数の閾値の設定によって、押圧検出の感度調節を行うことができる。したがって、特開２００７－５８０７０号公報に開示されている構成（図１５参照）のように感度調節のために製造工程を変える必要がなく、さまざまなユーザーや使用シーンに合わせて容易に感度調節ができる。
　また、特開２００７－５８０７０号公報に開示されている構成（図１５参照）では、突電極９０５ａ，９０５ｂ，９０５ｃの製造において不可避的に発生する寸法バラツキによって、押圧の検出感度が製品ごとに異なってしまうという問題があった。これに対して、本実施形態によれば、突部２５（図２Ｂ参照）の高さのバラツキを外部回路である押圧導出部６の設定を変えることによって補正することができる。
　例えば、突部２５が、寸法バラツキにより設計値よりも高く形成されてしまった場合を考える。この場合、接触バッド２４と対向電極３４との間隔が狭くなるので、対向基板３２の変位量が設計値よりも小さくても接触バッド２４と対向電極３４とが接触する。従って、同じ押圧力に対して図８よりも押圧変位ポイント数は多くなる。例えば、押圧が１．２以下を弱と判定する場合、突部２５の高さが設計値通りであれば、図８より、変位ポイント数の閾値を２５に設定すればよい。ところが、突部２５が設計値よりも高い場合には、例えば押圧が１のとき押圧ポイント数は２５となり、押圧が１．２のとき押圧ポイント数は４１となり、押圧が１．４のとき押圧ポイント数は７８となるかも知れない。このような場合には、変位ポイント数の閾値を４１に変更すればよい。
　このように、タッチセンサ機能付き液晶パネルの検査工程において、各製品ごとに押圧と変位ポイント数との関係を調べ、これが設計値と異なる場合には、押圧導出部６の閾値の設定を変えて押圧検出感度を調節すればよい。これだけで、突部２５の寸法バラツキを容易に補正することができる。
　更に、特開２００７－５８０７０号公報に開示されている構成（図１５参照）では、押圧検出の分解能を高めるために、高さが異なる突電極の種類数を増やす必要があり、現実には限界があった。これに対して、本実施形態によれば、外部回路である押圧導出部６の設定を変えることで押圧検出の分解能を容易に高めることができる。例えば、図６Ａ～図６Ｇには、押圧を６段階に変えた場合に変位ポイント数がこれに応じて変化することが示されている。従って、押圧導出部６の閾値を適切に設定することにより、押圧を６段階の分解能で検出することができる。上述したように、押圧を増大させれば変位ポイント数は増大するから、閾値数を任意に設定することによって、６段階よりも高い分解能も、低い分解能も実現可能である。
　上記の説明では、マイクロスイッチ方式である変位検出部３０を備えたタッチセンサ機能付き液晶パネルを主として説明した。しかしながら、本発明のタッチセンサ機能付き液晶パネルは、液晶容量方式の変位検出部を備えていても良い。液晶容量方式では、変位検出部を構成する静電容量の変化に応じて変化する検出電圧を、変位ポイント検出部３がコンパレータで設定した基準値（閾値）と比較して二値化する。従って、これより後段の座標検出部４や変位ポイント数カウント部５及び押圧導出部６での信号処理はマイクロスイッチ方式の場合と同様に行うことができる。よって、検出電圧をアナログ量のまま処理するためにノイズの影響を受けやすく、押圧の強さを正確に検出することが困難であるという上述の特開２００８－５８９２５号公報（図１６参照）に記載された従来の液晶容量方式の問題は、本実施形態では解消される。
　（実施形態２）
　実施形態１では、変位ポイント数カウント部５は、図６Ａ～図６Ｇに示した二次元的に拡がる変位エリアを構成する変位ポイントの全数を数えた。これに対して、本実施形態２では、変位ポイント数カウント部５は、変位エリアのＸ軸方向の最大幅を構成する変位ポイント数を数える。即ち、変位ポイント数カウント部５は、変位エリアのＸ軸方向幅が最大となるＹ軸方向位置においてＸ軸方向に並ぶ変位ポイント数を数える。
　図９は、図６Ａ～図６Ｇから求めた、変位エリアのＸ軸方向の最大幅を構成する変位ポイント数（Ｘ軸方向の変位ポイント最大数）と押圧との関係を示した図である。図９より、たとえば押圧が１のときに比べて押圧が１．４のときは、Ｘ軸方向の変位ポイント最大数が１．６倍になっており、Ｘ軸方向の変位ポイント最大数を数えることで押圧１と押圧１．４とを区別できることが分かる。さらに、押圧を１．８、２．７、４．５と増やしていくと、Ｘ軸方向の変位ポイント最大数は増加している。以上より、Ｘ軸方向の変位ポイント最大数を数えることで押圧の強さを検出できることがわかる。
　押圧の強さは、図９に示すような押圧とＸ軸方向の変位ポイント最大数との関係を予め求めておき、現実に押圧が加えられたときのＸ軸方向の変位ポイント最大数をこの予め求めた関係と比較することによって検出することができる。
　本実施形態２は、上記以外は実施形態１と同じであり、実施形態１で説明したのと同様の効果を奏する。
　更に、本実施形態２では、実施形態１のように変位ポイント数カウント部５が変位エリア内の変位ポイントの全数を数える必要がないのでカウント時間を短縮することができ、また、処理すべきデータ量が減少するので押圧導出部６での演算時間を短縮することができる。
　（実施形態３）
　実施形態２では、変位ポイント数カウント部５は、変位エリアのＸ軸方向の最大幅を構成する変位ポイント数を数えた。これに対して、本実施形態３では、変位ポイント数カウント部５は、変位エリアのＹ軸方向の最大幅を構成する変位ポイント数を数える。即ち、変位ポイント数カウント部５は、変位エリアのＹ軸方向幅が最大となるＸ軸方向位置においてＹ軸方向に並ぶ変位ポイント数を数える。
　図１０は、図６Ａ～図６Ｇから求めた、変位エリアのＹ軸方向の最大幅を構成する変位ポイント数（Ｙ軸方向の変位ポイント最大数）と押圧との関係を示した図である。図１０より、たとえば押圧が１のときに比べて押圧が１．２のときは、Ｙ軸方向の変位ポイント最大数が２倍になっており、Ｙ軸方向の変位ポイント最大数を数えることで押圧１と押圧１．２とを区別できることが分かる。さらに、押圧を１．４、１．８、２．７、４．５と増やしていくと、Ｙ軸方向の変位ポイント最大数は増加している。以上より、Ｙ軸方向の変位ポイント最大数を数えることでも押圧の強さを検出できることがわかる。
　押圧の強さは、図１０に示すような押圧とＹ軸方向の変位ポイント最大数との関係を予め求めておき、現実に押圧が加えられたときのＹ軸方向の変位ポイント最大数をこの予め求めた関係と比較することで検出することができる。
　本実施形態３は、上記以外は実施形態１と同じであり、実施形態１で説明したのと同様の効果を奏する。
　更に、本実施形態３では、実施形態１のように変位ポイント数カウント部５が変位エリア内の変位ポイントの全数を数える必要がないのでカウント時間を短縮することができ、また、処理すべきデータ量が減少するので押圧導出部６での演算時間を短縮することができる。
　（実施形態４）
　押圧を加える方法として、実施形態１～３では主としてタッチペンを用いる場合を説明した。本実施形態４では、指を用いる場合を説明する。
　指を用いて押圧を加える場合、指の大きさが個々人によって異なるために、変位ポイント数と押圧との関係を一意的に決めることは難しい。図１１Ａ及び図１１Ｂは、指の大きさによって変位ポイント（変位エリアの大きさ）が変化する様子を示した図である。図７Ａ及び図７Ｂと同様、図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて、対向基板３２に形成された突部２５のうち、変位ポイント検出部３が対向基板３２の変位有りと判断した変位検出部３０を構成する突部２５は黒色で塗りつぶされている。一方、図１１Ａ及び図１１Ｂにおいて、変位ポイント検出部３が対向基板３２の変位無しと判断した変位検出部３０を構成する突部２５は白抜きで表示されている。図１１Ａ及び図１１Ｂに模式的に示されているように、押圧が同じであっても、図１１Ａに示す細い指５２より、図１１Ｂに示す太い指５３で押圧した場合には、より多くの変位検出部３０で接触バッド２４と対向電極３４とが接触し、変位ポイント数が多くなることが理解できる（変位ポイント数は、図１１Ａでは４個、図１１Ｂでは６個である）。
　仮に細い指５２を基準に押圧検出の感度を設定すると、太い指５３の人は、弱く押しただけで、細い指５２の人が強く押したときと同数程度の変位ポイント数がカウントされて強押と検出されてしまう。したがって、太い指の人は弱押の機能が使いにくいという問題が生じる。
　逆に、太い指５３を基準に押圧検出の感度を設定すると、細い指５２の人は、太い指の人と比べて、同じ変位ポイント数をカウントさせるためにより強く押さねばならなくなり、疲労を感じるという問題が生じる。
　以上の問題の一解決法として、平均的な大きさの指に合わせて押圧検出基準を設定するという方法がある。この方法では、平均的な大きさの指からかけ離れた大きさの指の人には、使いにくさを感じる可能性がある。
　本実施形態は、別の解決法を提案する。即ち、本実施形態では、押圧導出部６での押圧検出を、実施形態１～３のように変位ポイント数の絶対数を基準として行うのではなく、押圧動作中の変位ポイント数の変化量（即ち押圧の強さの変化）を基準として行う。
　図１２は、本発明の実施形態４に係るタッチセンサ機能付き液晶パネルのタッチセンサ部のブロック図である。本実施形態４では押圧導出部６が記憶部６ａと比較演算部６ｂとを備える点で図１の押圧導出部６とは異なる。
　以下に、本実施形態での押圧検出を、具体例を挙げて説明する。
　指による押圧動作を時間を追って考えると、最初に指でタッチ面に軽く触れ、次いで強くタッチ面を押し込む動作が一般的に考えられる。
　そこで、最初に指でタッチ面に軽く触れた時点での変位ポイント数を変位ポイント数カウント部５により数えて、その数を記憶部６ａに記憶させる。そして、記憶部６ａに記憶された変位ポイント数のデータと、変位ポイント数カウント部５で数えた変位ポイント数のデータとを、比較演算部６ｂに送る。比較演算部６ｂは、両データを比較演算する。比較演算部６ｂは、両データがゼロでなく、且つ、両データの差はゼロであるから、弱押との強さ情報８を出力する。例えば、最初に指でタッチ面に軽く触れたときの変位ポイント数は、図１３Ａに示すように細い指５２であれば４個であり、図１４Ａに示すように太い指５３であれば６個である。このように、指の大きさによって変位ポイント数は異なるが、いずれの場合も弱押と判断される。
　その後、強い力でタッチ面を押し込むと、変位ポイント数は増加する。このときの変位ポイント数を変位ポイント数カウント部５により数えて、その変位ポイント数のデータを比較演算部６ｂに送る。比較演算部６ｂは、変位ポイント数カウント部５から送られた変位ポイント数のデータと、記憶部６ａに記憶された変位ポイント数のデータとを比較演算する。比較演算部６ｂは、記憶部６ａに記憶された変位ポイント数に対する、変位ポイント数カウント部５から送られた変位ポイント数の変化量（増加量）を算出し、その変化量に応じた強さ情報８を出力する。例えば、細い指５２であれば、強く押し込んだときの変位ポイント数は図１３Ｂに示すように８個であり、図１３Ａに比べて変位ポイント数の増加量は４個であるから、図１３Ｂでの押圧は強押と判断される。また、太い指５２であれば、強く押し込んだときの変位ポイント数は図１４Ｂに示すように１０個であり、図１４Ａに比べて変位ポイント数の増加量は４個であるから、図１４Ｂでの押圧も強押と判断される。このように、指の大きさによって変位ポイント数は異なるが、いずれの場合も変位ポイント数の増加量が同じであるので強押と判断される。
　上記の具体例では、変位ポイント数の増加量が４個以上であれば強押と判断されるように設定されているが、変位ポイント数の増加量を判定するための閾値の値や閾値数はこれに限定されない。例えば、変位ポイント数の増加量が、４個以上８個未満であれば中押と判断し、８個以上であれば強押と判断するなど、押圧検出の分解能を任意に設定することができる。
　なお、図１３Ａ、図１３Ｂ、図１４Ａ、図１４Ｂでは、図１１Ａ及び図１１Ｂと同様に、対向基板３２に形成された突部２５のうち、変位ポイント検出部３が対向基板３２の変位有りと判断した変位検出部３０を構成する突部２５は黒色で塗りつぶされている。
　上記の説明では、変位ポイント数カウント部５が、実施形態２，３で説明したように、変位エリアのＸ軸方向又はＹ軸方向の最大幅を構成する変位ポイント数を数えたが、変位エリアを構成する変位ポイントの全数を数えてもよい。但し、前者は後者に比べて、変位ポイント数カウント部５でのカウント時間を短縮することができ、また、押圧導出部６での演算時間を短縮することができるので、好ましい。
　以上のように、実施形態４では、変位ポイント数の絶対数によらずに押圧の強さを検出するので、指の大きさに関わらず正確な押圧検出ができる。また、本実施形態４は指で押圧する場合に限定されず、タッチペンで押圧する場合にも適用することができる。
　本実施形態４は、上記以外は実施形態１と同じであり、実施形態１で説明したのと同様の効果を奏する。
　本発明は、押圧の違いにより異なる情報入力が可能になることから、タッチセンサ機能付き液晶パネルとして利用することができる。

Claims (7)

  1. 　対向して配置される一対の基板と、該一対の基板間に設けられ、該一対の基板のうち一方の基板が押圧されて変位することによって信号を出力する複数の変位検出部とを備えたタッチパネルと、
    　前記複数の変位検出部から出力される信号に基づいて、該複数の変位検出部のそれぞれの位置での前記一方の基板の変位の有無を二値的に検出する変位ポイント検出部と、
    　前記複数の変位検出部のうち、前記変位ポイント検出部によって前記一方の基板の変位有りと検出された変位検出部の座標を検出して、前記押圧の位置に関する情報を出力する座標検出部と、
    　前記複数の変位検出部のうち、前記変位ポイント検出部によって変位有りと検出された変位検出部の数を数える変位ポイント数カウント部と、
    　前記変位ポイント数カウント部が数えた前記変位検出部の数に基づいて押圧の強さに関する情報を出力する押圧導出部とを備えたタッチセンサ機能付き液晶パネル。
  2. 　前記複数の変位検出部は、前記一対の基板の互いに対向する面にそれぞれ形成された一対の電極を備え、前記一方の基板の変位によって該一対の電極が互いに接触した場合に前記信号を出力する請求項１に記載のタッチセンサ機能付き液晶パネル。
  3. 　前記複数の変位検出部は、前記一対の基板の互いに対向する面にそれぞれ形成された一対の電極によって構成される静電容量を備え、前記一方の基板の変位によって生じる該静電容量の変化に応じて前記信号を出力する請求項１に記載のタッチセンサ機能付き液晶パネル。
  4. 　前記変位ポイント数カウント部は、前記複数の変位検出部のうち、前記変位ポイント検出部によって変位有りと検出された変位検出部の全数を数える請求項１～３のいずれか一つに記載のタッチセンサ機能付き液晶パネル。
  5. 　前記複数の変位検出部は、直交する２つの配列方向に並ぶように配置されていて、
    　前記変位ポイント数カウント部は、前記変位ポイント検出部によって変位有りと検出された変位検出部のうち、前記２つの配列方向のうち一方に沿って並ぶ変位検出部の最大数を数える請求項１～３のいずれか一つに記載のタッチセンサ機能付き液晶パネル。
  6. 　前記押圧導出部は、前記変位ポイント数カウント部が数えた変位検出部の数を、該変位検出部の数と押圧との予め設定された関係と比較し、該変位検出部の数に応じて押圧の強さに関する情報を出力する請求項１～５のいずれか一つに記載のタッチセンサ機能付き液晶パネル。
  7. 　前記押圧導出部は、
    　　押圧動作の初期において前記変位ポイント数カウント部が数えた変位検出部の数を記憶する記憶部と、
    　　押圧動作中に前記変位ポイント数カウント部が数えた前記変位検出部の数を、前記記憶部に記憶された前記変位検出部の数と比較演算する比較演算部とを備える請求項１～５のいずれか一つに記載のタッチセンサ機能付き液晶パネル。
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