WO2013129101A1

WO2013129101A1 - 振動板、振動板付きタッチパネル、振動機能付きタッチパネルならびに表示装置

Info

Publication number: WO2013129101A1
Application number: PCT/JP2013/053344
Authority: WO
Inventors: 誠江口; 真也山崎
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2012-03-01
Filing date: 2013-02-13
Publication date: 2013-09-06
Also published as: JP2015096986A

Abstract

　振動板は、互いに隣接して配置された複数のソースラインと、複数のソースラインと交差するように互いに隣接して配置された複数のゲートラインと、複数のソースラインと複数のゲートラインとの各交差部に対応して設けられた複数の第１薄膜トランジスタと、複数の第１薄膜トランジスタの各々に対応して設けられ、第１薄膜トランジスタを介してソースラインから供給される駆動信号に基づいて振動を発生する複数の圧電振動子と、を備えている。

Description

振動板、振動板付きタッチパネル、振動機能付きタッチパネルならびに表示装置

　本発明は、振動板、振動板付きタッチパネル、振動機能付きタッチパネルならびに表示装置に関する。
　本願は、２０１２年３月１日に、日本に出願された特願２０１２－０４５５７６号に基づき優先権を主張し、その内容をここに援用する。

　タッチパネルを備えた表示装置は、ソフトウェアによって入力画面を自由に構成でき、機械式スイッチを用いたものに比べて高い操作性およびデザイン性を備えていることから、近年、特にスマートフォンやタブレット端末などの携帯情報端末の分野で広く利用されている。

　しかしながら、従来のタッチパネルは、ユーザーの指先が平坦で滑らかな入力画面に触れるだけであり、機械式スイッチを用いる場合のような指先への触覚によるフィードバックが存在しない。この点を改善するために、タッチパネルにアクチュエーターを取り付け、タッチ入力に合わせてタッチパネルを振動させるものも提案されている。しかし、この場合、タッチパネル全体が振動するので、マルチタッチを採用する場合に、複数の指先（例えば親指と人差し指）に別々の振動を与えるなどの設計を行うことができず、設計の自由度が制限される。

　そこで、特許文献１では、タッチパネルの表面に、下部電極を構成する複数の透明な第１ストライプ電極パターンと、上部電極を構成する複数の透明な第２ストライプ電極パターンと、を互いに直交するように形成し、第１ストライプ電極パターンと第２ストライプ電極パターンとの間に透明な圧電体層を挟みこんで圧電振動子を形成した例を開示している。この構成によれば、入力画面と対向する領域にマトリクス状に複数の圧電振動子が形成されるため、タッチ入力が行われた領域のみに振動を与えることができ、マルチタッチにも対応することができる。

ＵＳ２００９／０１６７７０４Ａ１

　しかしながら、特許文献１の表示装置においては以下のような課題が存在することが本発明者の検討により明らかになった。すなわち、特許文献１の表示装置では、１本のストライプ電極パターンが複数の圧電振動子に跨って形成されるため、特定の圧電振動子のみを振動させようとしても、他の圧電振動子に駆動信号が漏れてしまい、局所的な振動を与えることが困難である。

　本発明の目的は、タッチ入力が行われた位置に局所的な振動を確実に与えることが可能な振動板、振動板付きタッチパネル、振動機能付きタッチパネルならびに表示装置を提供することにある。

　本発明の第１の形態に係る振動板は、互いに隣接して配置された複数のソースラインと、前記複数のソースラインと交差するように互いに隣接して配置された複数のゲートラインと、前記複数のソースラインと前記複数のゲートラインとの各交差部に対応して設けられた複数の第１薄膜トランジスタと、前記複数の第１薄膜トランジスタの各々に対応して設けられ、前記第１薄膜トランジスタを介して前記ソースラインから供給される駆動信号に基づいて振動を発生する複数の圧電振動子と、を備えている。

　前記第１の形態に係る振動板において、前記圧電振動子は、第１電極と、前記第１電極と対向配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された圧電体層と、を備え、前記第１電極、前記第２電極および前記圧電体層は、可視光を透過する透明な材料によって形成されている。

　前記第１の形態に係る振動板において、前記複数のソースラインもしくは前記複数のゲートラインが可視光を透過する透明な材料によって形成されていてもよい。

　前記第１の形態に係る振動板において、前記第１薄膜トランジスタは可視光を透過する透明な半導体層を備えていてもよい。

　本発明の第１の形態に係る振動板付きタッチパネルは、タッチパネルと、前記タッチパネルの一面側に積層された振動板と、を備え、前記振動板は、前述した本発明の第１の形態に係る振動板である。

　本発明の第１の形態に係る表示装置は、表示パネルと、タッチパネルと、前記タッチパネルの一面側に積層された振動板と、を備え、前記振動板は、前述した本発明の第１の形態に係る振動板である。

　本発明の第２の形態に係る表示装置は、タッチ入力を検出するタッチセンサーを内蔵した表示パネルと、前記表示パネルの一面側に積層された振動板と、を備え、前記振動板は、前述した本発明の第１の形態に係る振動板である。

　本発明の第２の形態に係る振動板は、互いに隣接して配置された複数のソースラインと、前記複数のソースラインと交差するように互いに隣接して配置された複数のゲートラインと、前記複数のソースラインと前記複数のゲートラインとの各交差部に対応して設けられた複数の第１薄膜トランジスタおよび第２薄膜トランジスタと、タッチ入力によって付与された圧力を電圧に変換し前記第２薄膜トランジスタのゲート電圧を制御する圧電素子と、前記複数の第１薄膜トランジスタおよび第２薄膜トランジスタの各々に対応して設けられ、前記第１薄膜トランジスタおよび第２薄膜トランジスタを介して前記ソースラインから供給される駆動信号に基づいて振動を発生する複数の圧電振動子と、を備えている。

　前記第２の形態に係る振動板において、前記圧電素子および前記圧電振動子は、第１電極と、前記第１電極と対向配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された圧電体層と、を備え、前記第１電極、前記第２電極および前記圧電体層は、可視光を透過する透明な材料によって形成されている。

　前記第２の形態に係る振動板において、前記複数のソースラインもしくは前記複数のゲートラインが可視光を透過する透明な材料によって形成されていてもよい。

　前記第２の形態に係る振動板において、前記第１薄膜トランジスタもしくは前記第２薄膜トランジスタは可視光を透過する透明な半導体層を備えていてもよい。

　本発明の第２の形態に係る振動板付きタッチパネルは、タッチパネルと、前記タッチパネルの一面側に積層された振動板と、を備え、前記振動板は、前述した本発明の第２の形態に係る振動板である。

　本発明の第３の形態に係る表示装置は、表示パネルと、タッチパネルと、前記タッチパネルの一面側に積層された振動板と、を備え、前記振動板は、前述した本発明の第２の形態に係る振動板である。

　本発明の第４の形態に係る表示装置は、タッチ入力を検出するタッチセンサーを内蔵した表示パネルと、前記表示パネルの一面側に積層された振動板と、を備え、前記振動板は、前述した本発明の第２の形態に係る振動板である。

　本発明の第１の形態に係る振動機能付きタッチパネルは、互いに隣接して配置された複数のソースラインと、前記複数のソースラインと並行するように配置された複数のセンスラインと、前記複数のソースラインと交差するように互いに隣接して配置された複数のゲートラインと、前記複数のソースラインと前記複数のゲートラインとの各交差部に対応して設けられた複数の第１薄膜トランジスタおよび第２薄膜トランジスタと、タッチ入力によって付与された圧力を電圧に変換し前記第２薄膜トランジスタのゲート電圧を制御する圧電素子と、前記複数の第１薄膜トランジスタおよび第２薄膜トランジスタの各々に対応して設けられ、前記第１薄膜トランジスタおよび第２薄膜トランジスタを介して前記ソースラインから供給される駆動信号に基づいて振動を発生する複数の圧電振動子と、前記複数のセンスラインと前記複数のゲートラインとの各交差部に対応して設けられ、前記圧電素子に発生する電圧を前記センスラインに供給する複数の第３薄膜トランジスタと、を備えている。

　前記第１の形態に係る振動機能付きタッチパネルにおいて、前記圧電素子および前記圧電振動子は、第１電極と、前記第１電極と対向配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された圧電体層と、を備え、前記第１電極、前記第２電極および前記圧電体層は、可視光を透過する透明な材料によって形成されている。

　前記第１の形態に係る振動機能付きタッチパネルにおいて、前記複数のソースライン、前記複数のゲートラインもしくは前記複数のセンスラインが可視光を透過する透明な材料によって形成されていてもよい。

　前記第１の形態に係る振動機能付きタッチパネルにおいて、前記第１薄膜トランジスタ、前記第２薄膜トランジスタもしくは前記第３薄膜トランジスタは可視光を透過する透明な半導体層を備えていてもよい。

　本発明の第５の形態に係る表示装置は、表示パネルと、前記表示パネルの一面側に積層された振動機能付きタッチパネルと、を備え、前記振動機能付きタッチパネルは、前述した本発明の第１の形態に係る振動機能付きタッチパネルである。

　本発明によれば、タッチ入力が行われた位置に局所的な振動を確実に与えることが可能な振動板、振動板付きタッチパネル、振動機能付きタッチパネルならびに表示装置を提供することができる。

第１実施形態の表示装置の分解斜視図である。複数の圧電振動子およびそれを駆動する駆動回路の等価回路図である。振動板の単位振動領域の平面構成を示す平面図である。図３のＡ－Ａ′断面図である。第２実施形態の表示装置に適用されるタッチセンサー内蔵型表示パネルの１画素の構成を示す平面図である。第３実施形態の振動板の単位振動領域の等価回路図である。振動板の単位振動領域の平面構成を示す平面図である。図７のＢ－Ｂ′断面図である。図７のＣ－Ｃ′断面図である。第４実施形態の振動板の単位振動領域の等価回路図である。振動板の単位振動領域の平面構成を示す平面図である。図１０のＤ－Ｄ′断面図である。

［第１実施形態］
　図１は、第１実施形態の表示装置１の分解斜視図である。

　表示装置１は、表示パネル２と、タッチパネル３と、振動板４と、表示パネル２、タッチパネル３および振動板４を収容する収容ケース５と、を備えている。

　表示パネル２は、液晶パネルや有機ＥＬパネル等などの画像表示用のパネルである。表示パネル２には、必要に応じて偏光板などの付帯的な構成が付加される。表示パネル２の中央部には表示領域２Ａが設けられており、表示領域２Ａに画像（映像や文字など）が表示される。ユーザーはタッチパネル３および振動板４を介して視認される画像を見ながら、表示装置１の入力画面４Ａにタッチ入力を行う。

　タッチパネル３は、タッチ入力が行われた位置（入力位置）を検出するための装置である。タッチパネルの方式としては種々の方式が利用でき、マルチタッチを実現するためには、入力位置に生じる圧力変化を利用して入力位置を検出する感圧方式や、入力位置に生じる静電容量の変化を利用して入力位置を検出する静電容量方式などが好適である。

　振動板４は、入力画面４Ａと平行な面内に複数の圧電振動子１９（図２参照）を二次元配列させたものである。圧電振動子の振動は入力画面４Ａに接するユーザーの指やペンに伝えられ、触覚によるフィードバックが行われる。複数の圧電振動子にはそれぞれスイッチング素子が接続されており、各圧電振動子を独立に駆動制御することによって、入力画面４Ａの任意の位置に様々な大きさの振動を付与することができるようになっている。

　表示パネル２とタッチパネル３と振動板４は、視認側（ユーザーが表示画像を視認する側）に向けてこの順に積層されている。振動板４の表面には必要に応じて保護フィルムなどが積層されてもよい。入力画面４Ａは、ユーザーの指先やペンなどが接触してタッチ入力が行われる面であるが、本実施形態の場合、振動板４が最も視認側に積層されているので、振動板４の視認側の主面（タッチパネル３とは反対側の主面）が入力画面４Ａとなっている。

　本実施形態の場合、タッチパネル３と振動板４は、振動板付きタッチパネルとしてモジュール化され、表示パネル２の一面側に積層されているが、表示装置１の構成はこれに限定されない。

　図２は、複数の圧電振動子１９およびそれを駆動する駆動回路の等価回路図である。

　振動板４には、複数のゲートライン１１と複数のソースライン１２とが格子状に配置されている。ゲートライン１１とソースライン１２との各交差部に対応して第１薄膜トランジスタ（Ｔｈｉｎ　Ｆｉｌｍ　Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ；ＴＦＴ）１３が設けられている。第１薄膜トランジスタ１３のゲートはゲートライン１１と接続されており、ソースはソースライン１２と接続されており、ドレインは圧電振動子１９と接続されている。圧電振動子１９は、第１電極１４と第２電極１６との間に圧電体層１５を挟持したものである。第１電極１４は圧電振動子毎に設けられた個別電極であり、第２電極１６は全ての圧電振動子に共通の共通電極である。第２電極１６には、図示略の電源回路によってコモン電位Ｖｃｏｍが供給される。

　表示装置１には、各ゲートライン１１にゲート信号を供給するゲートライン駆動回路３１と、各ソースライン１２に圧電振動子の駆動信号を供給するソースライン駆動回路３２と、が設けられている。ゲートライン駆動回路３１は水平駆動信号に基づいて１垂直走査期間内に振動板４の複数のゲートライン１１をＳ１，Ｓ２，Ｓ３，…，Ｓｍの順に順次選択する。ソースライン駆動回路３２は水平駆動信号に基づいて１水平走査期間内に振動板４の複数のソースライン１２に対してＤ１，Ｄ２，Ｄ３，…，Ｄｎの順に順次駆動信号を供給する。スイッチング素子である第１薄膜トランジスタ１３がゲート信号の入力により一定期間だけオン状態とされることで、ソースライン１２から所定のタイミングで圧電振動子１９に駆動信号が供給される。この駆動信号は、圧電体が圧電効果を発揮する閾値以上の振幅を持つ電気信号である。

　１つの圧電振動子１９が配置された領域が単位振動領域ＰＸである。振動板４には、複数の単位振動領域ＰＸがゲートライン１１とソースライン１２によって区画されて二次元的に配列している。複数の圧電振動子１９はそれぞれスイッチング素子によってアクティブマトリクス駆動されるので、圧電振動子１９同士の間で駆動信号がリークする惧れは少ない。よって、単位振動領域ＰＸ毎に精度よく圧電振動子１９の振動を制御することができる。圧電振動子１９の振動は、振動板４に局所的に触れたユーザーの指やペンに伝えられる。

　図３は、振動板４の単位振動領域の平面構成を示す平面図である。

　振動板４には、矩形の第１電極１４と、圧電体層を挟んで第１電極１４と平面的に重なる第２電極１６とが設けられている。第１電極１４と圧電体層と第２電極１６とが平面的に重なる部分が圧電振動子１９となっている。第２電極１６は、全ての単位振動領域を連続的に接続するように形成されている。

　振動板４には、第１電極１４の１辺に沿って延びるゲートライン１１と、ゲートライン１１と直交する方向に延びるソースライン１２とが形成されている。ゲートライン１１とソースライン１２との交差部の近傍には第１薄膜トランジスタ１３が設けられている。第１薄膜トランジスタ１３は、ゲートライン１１から分岐して形成されたゲート１１ａと、ゲート１１ａの平面領域内に部分的に形成された半導体層１７と、ソースライン１２から分岐して半導体層１７と部分的に重なるように形成されたソース１２ａと、半導体層１７を挟んでソース１２ａと向かい合うように形成されたドレイン１８と、を備えている。

　第２電極１６は、絶縁膜を介してゲートライン１１、ソースライン１２および第１薄膜トランジスタ１３の上層側に配置されている。第１電極１４は、圧電体層を挟んで第２電極１６の上層側に配置されている。第１電極１４の端部はドレイン１８と部分的に重なっている。第１電極１４とドレイン１８とは電気的に接続されている。

　本実施形態の場合、第２電極１６と圧電体層は、表示装置の入力画面と対向する面全体に連続的に形成されている。そのため、第１電極１４、圧電体層および第２電極１６と積層して形成される圧電振動子１９の平面形状は、第１電極１４の平面形状と一致する。

　図４は、図３のＡ－Ａ′断面図である。

　振動板４は、ガラスやプラスチック等からなる透明な基材２０を備えている。基材２０の一主面上には、ゲートライン１１（ゲート１１ａ）とソースライン１２（ソース１２ａ）が形成されている。ゲートライン１１とソースライン１２のクロス部は、ゲートライン１１を酸化シリコンなどの透明絶縁膜からなるゲート絶縁膜２１で覆い、ゲート絶縁膜２１上にソースライン１２を形成する。ゲートライン１１上には、酸化シリコンなどの透明絶縁膜からなるゲート絶縁膜２１を介して半導体層１７が形成されており、半導体層１７に一部乗り上げるようにしてソース１２ａ（ソースライン１２）およびドレイン１８が形成されている。半導体層１７は、ゲート絶縁膜２１を介してゲートライン１１と対向しており、当該対向領域でゲートライン１１が第１薄膜トランジスタ１３のゲート１１ａを構成している。

　ゲートライン１１、半導体層１７およびソース１２ａ（ソースライン１２）を覆って酸化シリコンなどの透明絶縁膜からなる層間絶縁膜２２が形成されている。層間絶縁膜２２上にはＩＴＯなどの透明導電膜からなる第１電極１４が形成されている。第１電極１４は、ドレイン１８と電気的に接続されている。第１電極１４を覆って水晶、ベルリナイト、リン酸ガリウムなどの透明圧電体材料からなる圧電体層１５が形成されている。圧電体層１５上には、ＩＴＯなどの透明導電膜からなる第２電極１６が形成されている。第２電極１６上には、酸化シリコンなどの透明絶縁膜からなる保護膜２３が形成されている。

　振動板４の製造は、基材２０の一面にゲートライン１１、ゲート絶縁膜２１、半導体膜１７、ソースライン１２、ドレイン１８、層間絶縁膜２２、第１電極１４、圧電体層１５、第２電極１６、保護膜２３を順次形成することにより行われる。各層の形成方法は、特に限定されず、蒸着、気相成長、選択エッチングなどの公知の手法が採用できる。

　上記構成の表示装置１においては、タッチパネル３の一面側に振動板４が積層され、振動板４によって入力画面４Ａの入力位置に選択的に振動が与えられるようになっている。
　振動板４は、互いに隣接して配置された複数のソースライン１２と、複数のソースライン１２と交差するように互いに隣接して配置された複数のゲートライン１１と、複数のソースライン１２と複数のゲートライン１１との各交差部に対応して設けられた複数の第１薄膜トランジスタ１３（スイッチング素子）と、複数の第１薄膜トランジスタ１３の各々に対応して設けられ、第１薄膜トランジスタ１３を介してソースライン１２から供給される駆動信号に基づいて振動を発生する複数の圧電振動子１９と、を備えており、複数の圧電振動子１９をアクティブマトリクス駆動するものとなっている。そのため、選択した圧電振動子１９の近傍のみを局所的に振動させることが可能となる。

　また、振動板４を構成する部材（基材２０および圧電振動子１９（第１電極１４、圧電体層１５、第２電極１６））がいずれも高い透明性を有する透明な材料で形成されているので、表示パネル２の視認側に振動板４が配置されていても、振動板４を介して表示画像を視認することができる。なお、ここでいう「透明な材料」とは、可視光（３８０ｎｍ以上７５０ｎｍ以下の波長の光）を透過する透明な材料を意味する。「透明な材料」は、可視光全体で高い透過率を示すものが好ましいが、少なくとも可視光の波長領域において表示画像が視認できる程度の透過率を有していればよい。

　また圧電振動子１９に接続される各種配線（ソースライン１２、ゲートライン１１など）および第１薄膜トランジスタ１３（半導体層１７、ゲート１１ａ、ソース１２ａ、ドレイン１８）を可視光を透過する透明な材料で形成することで、振動板４の可視光透過率をさらに向上させることができる。

［第２実施形態］
　図５は、第２実施形態の表示装置に適用されるタッチセンサー内蔵型表示パネル７の１画素Ｐの構成を示す平面図である。

　第１実施形態では、表示パネル２とタッチパネル３とが別々の部材で構成されているが、表示パネル２にタッチ入力を検出するタッチセンサーを内蔵し、表示パネル２をタッチパネルとして兼用することも可能である。この構成においては、表示装置は、タッチ入力を検出するタッチセンサーを内蔵した表示パネル７と、表示パネル７の一面側に積層された振動板と、を備えたものとなる。振動板は、第１実施形態で用いたものと同じものを用いることができる。この場合、外付けのタッチパネル３が省略できるため、表示装置の薄型化、軽量化に寄与する。

　タッチセンサー内蔵型の表示パネル７としては、例えば、ＷＯ２００９／０９６０６３号パンフレットに記載された表示パネルが利用できる。この表示パネルは、図５に示すように、タッチセンサー５０として光センサーを表示パネル７の画素Ｐ内に組み込んだものであるが、タッチセンサー５０は光センサーに限らず、例えば、タッチ入力が行われた部分の表示パネル７の歪みを液晶容量の変動から検出する静電容量センサーでもよい。

　図５では、１画素Ｐ毎にタッチセンサー５０を内蔵した例を示したが、タッチセンサー５０は、１サブ画素ＰＲ，ＰＧ，ＰＢ毎、複数サブ画素毎、あるいは、複数画素Ｐ毎に設けてもよい。なお、サブ画素ＰＲ，ＰＧ，ＰＢは互いに異なる色を選択表示するサブ画素である。図５の例では、サブ画素ＰＲは赤色の表示を行うサブ画素であり、サブ画素ＰＧは緑色の表示を行うサブ画素であり、サブ画素ＰＢは青色の表示を行うサブ画素であるが、サブ画素の構成はこれに限らず、赤、緑および青以外の色、例えば、黄色などの他の色の表示を行うサブ画素が１画素Ｐ内にさらに配置されていてもよい。

［第３実施形態］
　図６は、第３実施形態の表示装置に適用される振動板６の単位振動領域の等価回路図である。本実施形態において第１実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

　本実施形態の振動板６は、ゲートライン１１、ソースライン１２、第１薄膜トランジスタ１３、第２薄膜トランジスタ４０、圧電素子４７および圧電振動子１９を備えている。

　第１薄膜トランジスタ１３のソースはソースライン１２に接続されている。第１薄膜トランジスタ１３のゲートはゲートライン１１に接続されている。第２薄膜トランジスタ４０のソースは第１薄膜トランジスタ１３のドレインに接続されている。第２薄膜トランジスタ４０のドレインは圧電振動子１９に接続されている。第２薄膜トランジスタ４０のゲートは圧電素子４７に接続されている。圧電素子４７は、第１電極４６と第２電極１６との間に圧電体層１５を挟持したものである。第２電極１６には圧電振動子の第２電極１６とともにコモン電位Ｖｃｏｍが供給される。

　タッチ入力によって表示装置の入力画面に圧力が加えられると、その圧力によって圧電素子４７の圧電体層１５が変形し、圧電素子４７の第１電極４６と第２電極１６との間に電圧が発生する。この電圧が第２薄膜トランジスタ４０のゲートに供給されると、第２薄膜トランジスタ４０がオン状態となり、第１薄膜トランジスタ１３のドレインから圧電振動子１９に駆動信号が供給される。この構成では、タッチ入力によって加わる圧力によって自動的に第２薄膜トランジスタ４０がオン状態となるので、タッチ入力された部分を確実に振動させることができる。

　図７は、振動板６の単位振動領域の平面構成を示す平面図である。

　本実施形態では、図３に示した第１電極１４を２つに分割し、分割して得られた一方の第１電極を圧電素子４７の第１電極４６として利用し、他方の第１電極を圧電振動子１９の第１電極１４として利用している。第１電極４６と第１電極１４は、当該圧電振動子が接続されるソースライン１２側からこの順に配置されている。

　振動板６には、２本の第１電極１４，４６と、圧電体層を挟んで第１電極１４，４６と平面的に重なる第２電極１６とが設けられている。第１電極１４と圧電体層と第２電極１６とが平面的に重なる部分が圧電振動子１９となっており、第１電極４６と圧電体層と第２電極１６とが平面的に重なる部分が圧電素子４７となっている。第２電極１６は、全ての単位振動領域を連続的に接続するように形成されている。

　振動板６には、第１電極１４と第１電極４６の並び方向に沿って延びるゲートライン１１と、ゲートライン１１と直交する方向に延びるソースライン１２とが形成されている。
　ゲートライン１１とソースライン１２との交差部の近傍には第１薄膜トランジスタ１３が設けられている。第１薄膜トランジスタ１３は、ゲートライン１１から分岐して形成されたゲート１１ａと、ゲート１１ａの平面領域内に部分的に形成された半導体層１７と、ソースライン１２から分岐して半導体層１７と部分的に重なるように形成されたソース１２ａと、半導体層１７を挟んでソース１２ａと向かい合うように形成されたドレイン１８と、を備えている。

　第１薄膜トランジスタ１３のドレイン１８には、第２薄膜トランジスタ４０が接続されている。第２薄膜トランジスタ４０は、第１薄膜トランジスタ１３のゲート１１ａと隣接して配置されたゲート４１と、ゲート４１の平面領域内に部分的に形成された半導体層４３と、第１薄膜トランジスタ１３のドレイン１８から延在され、半導体層４３と部分的に重なるように形成されたソース４２と、半導体層４３を挟んでソース４２と向かい合うように形成されたドレイン４４と、を備えている。

　第２電極１６は、絶縁膜を介してゲートライン１１、ソースライン１２、第１薄膜トランジスタ１３および第２薄膜トランジスタ４０の上層側に配置されている。第１電極１４，４６は、圧電体層を挟んで第２電極１６の上層側に配置されている。第１電極１４の端部はドレイン４４と部分的に重なっている。第１電極１４とドレイン４４とは電気的に接続されている。また、第１電極４６とゲート４１とは電気的に接続されている。

　図８Ａは、図７のＢ－Ｂ′断面図である。図８Ｂは、図７のＣ－Ｃ′断面図である。

　振動板６は、ガラスやプラスチック等からなる透明な基材２０を備えている。基材２０上には、ゲートライン１１（ゲート１１ａ）、ゲート４１及びソースライン１２が形成されている。ゲートライン１１とソースライン１２のクロス部は、ゲートライン１１を酸化シリコンなどの透明絶縁膜からなるゲート絶縁膜２１で覆い、ゲート絶縁膜２１上にソースライン１２を形成する。ゲートライン１１およびゲート４１上には酸化シリコンなどの透明絶縁膜からなるゲート絶縁膜２１を介して半導体層１７，４３が形成されている。半導体層１７に一部乗り上げるようにしてソース１２ａ（ソースライン１２）およびドレイン１８が形成され、半導体層４３に一部乗り上げるようにしてソース４２およびドレイン４４が形成されている。半導体層１７は、ゲート絶縁膜２１を介してゲートライン１１と対向しており、当該対向領域でゲートライン１１が第１薄膜トランジスタ１３のゲート１１ａを構成している。

　ゲートライン１１、半導体層１７，４３、ソース１２ａ（ソースライン１２），４２およびドレイン１８を覆って酸化シリコンなどの透明絶縁膜からなる層間絶縁膜２２が形成されている。層間絶縁膜２２上にはＩＴＯなどの透明導電膜からなる第１電極１４，４６が形成されている。第１電極１４は、ドレイン４４と電気的に接続されている。第１電極４６は、ゲート４１と電気的に接続されている。第１電極１４，４６を覆って水晶、ベルリナイト、リン酸ガリウムなどの透明圧電体材料からなる圧電体層１５が形成されている。圧電体層１５上には、ＩＴＯなどの透明導電膜からなる第２電極１６が形成されている。第２電極１６上には、酸化シリコンなどの透明絶縁膜からなる保護膜２３が形成されている。

　上記構成の表示装置においても、入力画面と対向する面内に配置された複数の圧電振動子１９がアクティブマトリクス駆動されるため、第１実施形態と同様に、入力画面の任意の位置に局所的な振動を与えることができる。また、振動板６を構成する部材（基材２０、圧電素子４７および圧電振動子１９（第１電極１４，４６、圧電体層１５、第２電極１６））がいずれも高い透明性を有する透明な材料で形成されているので、表示パネル２の視認側に振動板６が配置されていても、振動板６を介して表示画像を視認することができ、圧電振動子１９に接続される各種配線（ソースライン１２、ゲートライン１１など）および薄膜トランジスタ１３，４０（半導体層１７，４３、ゲート１１ａ，４１、ソース１２ａ，４２、ドレイン１８，４４）を可視光を透過する透明な材料で形成することで、振動板６の可視光透過率をさらに向上させることができる点も、第１実施形態と同様である。

　また、本実施形態の振動板６は、互いに隣接して配置された複数のソースライン１２と、複数のソースライン１２と交差するように互いに隣接して配置された複数のゲートライン１１と、複数のソースライン１２と複数のゲートライン１１との各交差部に対応して設けられた複数の第１薄膜トランジスタ１３および第２薄膜トランジスタ４０と、タッチ入力によって付与された圧力を電圧に変換し第２薄膜トランジスタ４０のゲート電圧を制御する圧電素子４７と、複数の第１薄膜トランジスタ１３および第２薄膜トランジスタ４０の各々に対応して設けられ、第１薄膜トランジスタ１３および第２薄膜トランジスタ４０を介してソースライン１２から供給される駆動信号に基づいて振動を発生する複数の圧電振動子１９と、を備えている。

　この構成によれば、タッチ入力によって表示装置の入力画面に圧力が加えられると、その圧力によって生じる圧電素子４７の電圧によって第２薄膜トランジスタ４０が自動的にオン状態となる。よって、タッチ入力された部分を確実に振動させることができる。

　なお、本実施形態の振動板６は、図１に示したタッチパネル３の一面側に積層されて振動板付きタッチパネルとしてモジュール化される。しかし、タッチパネルを用いずに、第２実施形態に示したタッチセンサー内蔵型の表示パネル７の一面側に振動板６を積層して表示装置を構成してもよい。

［第４実施形態］
　図９は、第４実施形態の表示装置に適用される振動板８の単位振動領域の等価回路図である。本実施形態において第３実施形態と共通する構成要素については、同じ符号を付し、詳細な説明は省略する。

　本実施形態の振動板８は、ゲートライン１１、ソースライン１２、センスライン６２、第１薄膜トランジスタ１３、第２薄膜トランジスタ４０、第３薄膜トランジスタ６３、圧電素子４７および圧電振動子１９を備えている。

　第３実施形態との相違点は、圧電素子４７を第２薄膜トランジスタ４０のゲートおよび第３薄膜トランジスタ６３のソースに接続し、第３薄膜トランジスタ６３のドレインをセンスライン６２に接続した点である。第３薄膜トランジスタ６３のゲートは、ゲートライン１１に接続されている。それ以外は、図６に示した第３実施形態の振動板６の等価回路図と同じである。

　この構成においては、タッチ入力によって表示装置の入力画面に圧力が加えられると、その圧力によって圧電素子４７の圧電体層１５が変形し、圧電素子４７の第１電極４６と第２電極１６との間に電圧が発生する。この電圧が第２薄膜トランジスタ４０のゲートに供給されると、第２薄膜トランジスタ４０がオン状態となり、第１薄膜トランジスタ１３のドレインから圧電振動子１９に駆動信号が供給される。

　また、圧電素子４７の変形によって発生した電圧は、タッチ検出信号として第３薄膜トランジスタ６３のソースに供給される。第３薄膜トランジスタ６３がゲートライン１１からの供給されるゲート信号によってオン状態となると、圧電素子４７から供給されたタッチ検出信号はセンスライン６２を介して図示略のタッチ検出回路に供給され、タッチ入力が行われた座標の検出が行われる。

　この構成では、タッチ入力によって加わる圧力によって自動的に第２薄膜トランジスタ４０がオン状態となるので、タッチ入力された部分を確実に振動させることができる。また、タッチ入力によって生じた圧力によって圧電素子４７からタッチ検出信号が出力されるため、外付けのタッチパネルが不要になる。この振動板８は、振動板とタッチパネルの機能を兼ね備えた振動機能付きタッチパネルとなっており、表示装置の薄型化、軽量化に大きく貢献する。

　図１０は、振動板８の単位振動領域の平面構成を示す平面図である。以下、第３実施形態との相違点を中心に説明する。

　第３実施形態との相違点は、第１電極１４，４６を挟んでソースライン１２と並行するようにセンスライン６２を形成し、センスライン６２とゲートライン１１との交差部に第３薄膜トランジスタ６３を形成し、第３薄膜トランジスタ６３を介して、圧電素子４７に発生する電圧をセンスライン６２に供給するようにした点である。

　第３薄膜トランジスタ６３は、ゲートライン１１から分岐して形成されたゲート１１ｂと、ゲート１１ｂの平面領域内に部分的に形成された半導体層６７と、センスライン６２から分岐して半導体層６７と部分的に重なるように形成されたドレイン６２ａと、半導体層６７を挟んでドレイン６２ａと向かい合うように形成されたソース６８と、を備えている。第３薄膜トランジスタ６３のソース６８は、圧電素子４７の第１電極４６と重なる部分まで引き回され、当該部分において第１電極４６と接続されている。

　図１１は、図１０のＤ－Ｄ′断面図である。

　基材２０上には、ゲートライン１１（ゲート１１ｂ）、ゲート４１およびセンスライン６２（ドレイン６２ａ）が形成されている。ゲートライン１１とセンスライン６２のクロス部は、ゲートライン１１を酸化シリコンなどの透明絶縁膜からなるゲート絶縁膜２１で覆い、ゲート絶縁膜２１上にセンスライン６２を形成する。ゲートライン１１およびゲート４１上には酸化シリコンなどの透明絶縁膜からなるゲート絶縁膜２１を介して半導体層６７，４３が形成されている。半導体層６７に一部乗り上げるようにしてドレイン６２ａ（センスライン６２）およびソース６８が形成され、半導体層４３に一部乗り上げるようにしてドレイン４４が形成されている。半導体層６７は、ゲート絶縁膜２１を介してゲートライン１１と対向しており、当該対向領域でゲートライン１１が第３薄膜トランジスタ６３のゲート１１ｂを構成している。

　ゲートライン１１、半導体層６７，４３、ドレイン６２ａ（センスライン６２），４４およびソース６８を覆って酸化シリコンなどの透明絶縁膜からなる層間絶縁膜２２が形成されている。層間絶縁膜２２上にはＩＴＯなどの透明導電膜からなる第１電極１４，４６が形成されている。第１電極１４は、ドレイン４４と電気的に接続されている。第１電極４６は、ソース６８と電気的に接続されている。第１電極１４，４６を覆って水晶、ベルリナイト、リン酸ガリウムなどの透明圧電体材料からなる圧電体層１５が形成されている。圧電体層１５上には、ＩＴＯなどの透明導電膜からなる第２電極１６が形成されている。第２電極１６上には、酸化シリコンなどの透明絶縁膜からなる保護膜２３が形成されている。

　なお、本実施形態において、図７のＢ－Ｂ′断面に相当する部位の断面構造（第１薄膜トランジスタ１３および第２薄膜トランジスタ４０と圧電振動子１９および圧電素子４７との接続の構造）は、図８Ａに示したものと同じである。

　上記構成の表示装置においても、入力画面と対向する面内に配置された複数の圧電振動子１９がアクティブマトリクス駆動されるため、第１実施形態と同様に、入力画面の任意の位置に局所的な振動を与えることができる。また、振動板８を構成する部材（基材２０、圧電素子４７および圧電振動子１９（第１電極１４，４６、圧電体層１５、第２電極１６））がいずれも高い透明性を有する透明な材料で形成されているので、表示パネル２の視認側に振動板８が配置されていても、振動板８を介して表示画像を視認することができ、圧電振動子１９および圧電素子に接続される各種配線（ソースライン１２、ゲートライン１１、センスライン６２など）および薄膜トランジスタ１３，４０，６３（半導体層１７，４３，６３、ゲート１１ａ，１１ｂ，４１、ソース１２ａ，４２，６８、ドレイン１８，４４，６２ａ）を可視光を透過する透明な材料で形成することで、振動板８の可視光透過率をさらに向上させることができる点も、第１実施形態と同様である。また、第３実施形態と同様に、タッチ入力によって表示装置の入力画面に圧力が加えられると、その圧力によって生じる圧電素子４７の電圧によって第２薄膜トランジスタ４０が自動的にオン状態となるため、タッチ入力された部分を確実に振動させることができる。

　また、本実施形態の振動板８は、互いに隣接して配置された複数のソースライン１２と、複数のソースライン１２と並行するように配置された複数のセンスライン６２と、複数のソースライン１２と交差するように互いに隣接して配置された複数のゲートライン１１と、複数のソースライン１２と複数のゲートライン１１との各交差部に対応して設けられた複数の第１薄膜トランジスタ１３および第２薄膜トランジスタ４０と、タッチ入力によって付与された圧力を電圧に変換し第２薄膜トランジスタ４０のゲート電圧を制御する圧電素子４７と、複数の第１薄膜トランジスタ１３および第２薄膜トランジスタ４０の各々に対応して設けられ、第１薄膜トランジスタ１３および第２薄膜トランジスタ４０を介してソースライン１２から供給される駆動信号に基づいて振動を発生する複数の圧電振動子１９と、複数のセンスライン６２と複数のゲートライン１１との各交差部に対応して設けられ、圧電素子４７に発生する電圧をセンスライン６２に供給する複数の第３薄膜トランジスタ６３と、を備えている。

　この構成によれば、タッチ入力によって生じた圧力によって圧電素子４７からタッチ検出信号が出力されるため、タッチパネルのようにタッチ入力された位置の座標を検出することが可能である。そのため、本実施形態の振動板８は、振動機能付きタッチパネルとして利用され、外付けのタッチパネル３を介さずに直接表示パネル２の一面側に積層される。この構成によれば、外付けのタッチパネル３を設ける必要がないので、表示装置の薄型化、軽量化に大きく貢献する。

　本発明は、振動板、振動板付きタッチパネル、振動機能付きタッチパネルならびに表示装置の分野に利用することができる。

１…表示装置、２…表示パネル、３…タッチパネル、４…振動板、６…振動板、７…タッチセンサー内蔵型の表示パネル、８…振動板（振動機能付きタッチパネル）、１１…ゲートライン、１２…ソースライン、１３…第１薄膜トランジスタ、１４…第１電極、１５…圧電体層、１６…第２電極、１７…半導体層、１９…圧電振動子、４０…第２薄膜トランジスタ、４１…ゲート、４２…ソース、４３…半導体層、４４…ドレイン、４６…第１電極、４７…圧電素子、５０…タッチセンサー、６２…センスライン、６３…第３薄膜トランジスタ、６７…半導体層

Claims

　互いに隣接して配置された複数のソースラインと、前記複数のソースラインと交差するように互いに隣接して配置された複数のゲートラインと、前記複数のソースラインと前記複数のゲートラインとの各交差部に対応して設けられた複数の第１薄膜トランジスタと、前記複数の第１薄膜トランジスタの各々に対応して設けられ、前記第１薄膜トランジスタを介して前記ソースラインから供給される駆動信号に基づいて振動を発生する複数の圧電振動子と、を備えている振動板。
　前記圧電振動子は、第１電極と、前記第１電極と対向配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された圧電体層と、を備え、前記第１電極、前記第２電極および前記圧電体層は、可視光を透過する透明な材料によって形成されている請求項１に記載の振動板。
　前記複数のソースラインもしくは前記複数のゲートラインが可視光を透過する透明な材料によって形成されている請求項１又は２に記載の振動板。
　前記第１薄膜トランジスタは可視光を透過する透明な半導体層を備えている請求項１ないし３のいずれか１項に記載の振動板。
　タッチパネルと、前記タッチパネルの一面側に積層された振動板と、を備え、
　前記振動板は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動板である、振動板付きタッチパネル。
　表示パネルと、タッチパネルと、前記タッチパネルの一面側に積層された振動板と、を備え、
　前記振動板は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動板である、表示装置。
　タッチ入力を検出するタッチセンサーを内蔵した表示パネルと、前記表示パネルの一面側に積層された振動板と、を備え、
　前記振動板は、請求項１ないし４のいずれか１項に記載の振動板である、表示装置。
　互いに隣接して配置された複数のソースラインと、前記複数のソースラインと交差するように互いに隣接して配置された複数のゲートラインと、前記複数のソースラインと前記複数のゲートラインとの各交差部に対応して設けられた複数の第１薄膜トランジスタおよび第２薄膜トランジスタと、タッチ入力によって付与された圧力を電圧に変換し前記第２薄膜トランジスタのゲート電圧を制御する圧電素子と、前記複数の第１薄膜トランジスタおよび第２薄膜トランジスタの各々に対応して設けられ、前記第１薄膜トランジスタおよび第２薄膜トランジスタを介して前記ソースラインから供給される駆動信号に基づいて振動を発生する複数の圧電振動子と、を備えている振動板。
　前記圧電素子および前記圧電振動子は、第１電極と、前記第１電極と対向配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された圧電体層と、を備え、前記第１電極、前記第２電極および前記圧電体層は、可視光を透過する透明な材料によって形成されている請求項８に記載の振動板。
　前記複数のソースラインもしくは前記複数のゲートラインが可視光を透過する透明な材料によって形成されている請求項８又は９に記載の振動板。
　前記第１薄膜トランジスタもしくは前記第２薄膜トランジスタは可視光を透過する透明な半導体層を備えている請求項８ないし１０のいずれか１項に記載の振動板。
　タッチパネルと、前記タッチパネルの一面側に積層された振動板と、を備え、
　前記振動板は、請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の振動板である、振動板付きタッチパネル。
　表示パネルと、タッチパネルと、前記タッチパネルの一面側に積層された振動板と、を備え、
　前記振動板は、請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の振動板である、表示装置。
　タッチ入力を検出するタッチセンサーを内蔵した表示パネルと、前記表示パネルの一面側に積層された振動板と、を備え、
　前記振動板は、請求項８ないし１１のいずれか１項に記載の振動板である、表示装置。
　互いに隣接して配置された複数のソースラインと、前記複数のソースラインと並行するように配置された複数のセンスラインと、前記複数のソースラインと交差するように互いに隣接して配置された複数のゲートラインと、前記複数のソースラインと前記複数のゲートラインとの各交差部に対応して設けられた複数の第１薄膜トランジスタおよび第２薄膜トランジスタと、タッチ入力によって付与された圧力を電圧に変換し前記第２薄膜トランジスタのゲート電圧を制御する圧電素子と、前記複数の第１薄膜トランジスタおよび第２薄膜トランジスタの各々に対応して設けられ、前記第１薄膜トランジスタおよび第２薄膜トランジスタを介して前記ソースラインから供給される駆動信号に基づいて振動を発生する複数の圧電振動子と、前記複数のセンスラインと前記複数のゲートラインとの各交差部に対応して設けられ、前記圧電素子に発生する電圧を前記センスラインに供給する複数の第３薄膜トランジスタと、を備えている振動機能付きタッチパネル。
　前記圧電素子および前記圧電振動子は、第１電極と、前記第１電極と対向配置された第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間に挟持された圧電体層と、を備え、前記第１電極、前記第２電極および前記圧電体層は、可視光を透過する透明な材料によって形成されている請求項１５に記載の振動機能付きタッチパネル。
　前記複数のソースライン、前記複数のゲートラインもしくは前記複数のセンスラインが可視光を透過する透明な材料によって形成されている請求項１５又は１６に記載の振動機能付きタッチパネル。
　前記第１薄膜トランジスタ、前記第２薄膜トランジスタもしくは前記第３薄膜トランジスタは可視光を透過する透明な半導体層を備えている請求項１５ないし１７のいずれか１項に記載の振動機能付きタッチパネル。
　表示パネルと、前記表示パネルの一面側に積層された振動機能付きタッチパネルと、を備え、
　前記振動機能付きタッチパネルは、請求項１５ないし１８のいずれか１項に記載の振動機能付きタッチパネルである、表示装置。