WO2013132857A1

WO2013132857A1 - 入力装置

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Publication number: WO2013132857A1
Application number: PCT/JP2013/001433
Authority: WO
Inventors: 渡海　章; 井上　学; 加道　博行
Original assignee: パナソニック株式会社
Priority date: 2012-03-07
Filing date: 2013-03-07
Publication date: 2013-09-12
Also published as: JP2015099407A

Abstract

　静電容量結合方式の入力装置において、製造が容易な入力装置を提供することを目的とする。液晶表示装置の観察者側に配置され、かつ誘電体要素を介して直交するように対向する一対の座標検出電極を備えた入力装置であって、液晶表示装置は、液晶表示パネルの観察者側に配置された前面基板１２上に誘電体要素となる接着層１７を介して貼り付けられた透光性基板１６を有し、座標検出電極の一方の電極１８が透光性基板１６の液晶表示パネル側の表面に形成されるとともに、座標検出電極の他方の電極１９として液晶表示パネルの画像表示用電極が用いられる。

Description

入力装置

　本開示は、表示画面をタッチすることで入力操作を行う入力装置に関し、特に、誘電体要素を介して配置された電極によりタッチ位置を検出する静電容量結合方式の入力装置に関するものである。

　表示画面を使用者の指などでタッチ操作して情報を入力する画面入力機能を有する入力装置を備えた表示装置は、ＰＤＡや携帯端末などのモバイル用電子機器、各種の家電製品、無人受付機等の据置型顧客案内端末等に用いられている。このようなタッチ操作により情報入力を行う入力装置としては、タッチされた部分の抵抗値変化を検出する抵抗膜方式、タッチ操作をすることにより生じる容量変化を検出する静電容量結合方式、タッチ操作により遮蔽された部分の光量変化を検出する光センサ方式など各種方式のものが知られている。

　これらの入力方法の中で静電容量結合方式は、抵抗膜方式や光センサ方式と比較した場合に、抵抗膜方式や光センサ方式では入力装置の透過率が８０％程度と低いのに対し、静電容量結合方式の入力装置は約９０％と透過率が高く、表示画像の画質を低下させないという利点を有する。また、抵抗膜方式では抵抗膜の機械的接触によりタッチ位置を検知するものであるため、抵抗膜が劣化または破損するおそれがあるのに対し、静電容量結合方式では検出用電極が他の電極などと接触する機械的接触がないため、静電容量結合方式の入力装置は耐久性の点からも有利である。

　静電容量結合方式の入力装置としては、例えば、特許文献１で開示されているような方式がある。

特開２０１１－９０４５８号公報

　本開示は、抵抗膜方式や光センサ方式に対して利点を有する静電容量結合方式の入力装置において、製造が容易な入力装置を提供することを目的とする。

　このような課題を解決するために本開示の入力装置は、液晶表示装置の観察者側に配置され、かつ誘電体要素を介して直交するように対向する一対の座標検出電極を備えた入力装置であって、前記液晶表示装置は、液晶表示パネルの前記観察者側に配置された前面基板上に前記誘電体要素となる接着層を介して貼り付けられた透光性基板を有し、前記座標検出電極の一方の電極が前記透光性基板の前記液晶表示パネル側の表面に形成されるとともに、前記座標検出電極の他方の電極として前記液晶表示パネルの画像表示電極が用いられることを特徴とする。

　本開示の入力装置は、簡易な構成で入力装置を備えた液晶表示装置を実現することができる。また、座標検出電極を高温のプロセスで形成することができるので、容易に低抵抗の電極が形成可能となり、座標検出電極の低抵抗値化を図ることができ、入力装置の消費電力の低減を図ることができる。さらに、液晶表示パネルの製造プロセスとは別々に作製した透光性基板を接着層により貼り付けるという簡易な工程により、入力装置を備えた液晶表示装置を製造することができる。

本開示の入力装置を備えた液晶表示装置の概略構成を説明するための構成図本開示の入力装置の一実施形態であるタッチパネルを備えた液晶表示装置の構成を示す断面図本開示の入力装置の一実施形態であるタッチパネルを備えた液晶表示装置における、タッチパネルを構成する電極パターンの一例を示す平面図本開示の入力装置の一実施形態であるタッチパネルを備えた液晶表示装置の製造工程を示す図

　本開示の入力装置は、液晶表示装置の観察者側に配置され、かつ誘電体要素を介して直交するように対向する一対の座標検出電極を備えた入力装置であって、前記液晶表示装置は、液晶表示パネルの前記観察者側に配置された前面基板上に前記誘電体要素となる接着層を介して貼り付けられた透光性基板を有し、前記座標検出電極の一方の電極が前記透光性基板の前記液晶表示パネル側の表面に形成されるとともに、前記座標検出電極の他方の電極として前記液晶表示パネルの画像表示用電極が用いられる。

　上記の構成を備えることで、本開示の入力装置は、入力装置を構成する互いに対となる座標検出電極として、液晶表示パネルの内部の画像表示用電極と液晶表示パネルを保護するため等に観察者側に配置される透光性基板上に形成された電極とが用いられる。このため、液晶表示装置として、座標検出電極を形成するための基板を新たに追加する必要が無く、入力装置を備えた液晶表示装置の構成を簡略化することができる。また、液晶表示パネルの画像表示用電極として形成される電極と、液晶表示パネルとは別の工程で製造される透光性基板に形成された電極とで座標検出電極が形成されるため、高温のプロセスによる加工が可能となり、入力装置の座標検出電極の低抵抗値化を図ることができ、消費電力の低減を図ることができる。さらに、液晶表示パネルとは別工程で製造される座標検出電極が形成された透光性基板を液晶パネルに貼り付けるため、液晶表示装置に容易に適用しうる入力装置を実現できる。

　上記本開示の入力装置において、前記液晶表示パネルの前記前面基板上には偏光板が配置され、前記透光性基板が前記偏光板に接着層を介して貼り付けられ、前記接着層、前記前面基板、および、前記偏光板が前記誘電体要素を構成することが好ましい。このようにすることで、液晶表示パネルに用いられる偏光板と前面基板とを、接着層とともに入力装置の誘電体要素として利用することができる。

　また、前記液晶表示パネルが、前記前面基板と液晶層を介して対向配置された背面基板上に前記画像表示用電極としての共通電極と画素電極とが配置されたインプレイン・スイッチング型液晶であり、前記背面基板に形成された共通電極が前記座標検出電極の他方の電極として用いられることが好ましい。このようにすることで、液晶表示パネルに形成される画像表示用電極として設計裕度が高いインプレイン・スイッチング型液晶の共通電極を、座標検出電極として好ましい平面形状にして利用することができる。

　以下、本開示にかかる入力装置について、液晶表示パネルにより画像表示を行う液晶表示装置の観察者側に配置されたタッチパネルを例として、図面を用いて説明する。

　図１は、本実施形態で説明するタッチパネル機能を備えた液晶表示装置の概略構成を説明するための構成図である。

　図１において、本実施形態にかかる入力装置である静電容量結合方式のタッチパネル機能を備えた液晶表示装置は、表示画像を表示する画像表示パネルである液晶表示パネル１と、液晶表示パネル１の観察者側、すなわち液晶表示パネル装置１の前面側に配置された透光性基板としてのタッチパネル基板２とによって構成されている。

　タッチパネル基板２には、タッチパネルを構成する一対の座標検出電極の一方の電極である容量検出用の検知電極ＹＰ１、ＹＰ２・・・・が形成されている。一方、座標検出電極の他方の電極である容量検出用の駆動電極ＸＰ１、ＸＰ２・・・・は、液晶表示パネル１の画像表示電極を用いて構成されている。すなわち、本実施形態で示す液晶表示装置では、液晶表示パネル１のＴＦＴ基板などに形成される共通電極、または、各画素毎に設けられる画素電極等の電極を用いて、タッチパネルの座標検出電極の他方の駆動電極ＸＰ１、ＸＰ２・・・・が構成されている。

　なお図１では、説明の便宜上、駆動電極としてＸＰ１～ＸＰ４の４本、検知電極としてＹＰ１～ＹＰ４の４本を示しているが、実際のタッチパネル２において駆動電極および検知電極の本数は４本には限られず、また、駆動電極と検知電極との本数が異なるようにすることも可能である。

　タッチパネル機能を備えた液晶表示装置では、液晶表示パネル１に表示された画像を観察者である使用者が見ながら、タッチパネルを操作するため、液晶表示パネル１の表示画像がタッチパネル基板２を透過する必要があり、タッチパネル基板２は透過率が高いことが望ましい。

　タッチパネル機能を構成する検知電極ＹＰ１、ＹＰ２・・・・と駆動電極ＸＰ１、ＸＰ２・・・・は、検出用配線によって容量検出部３に接続される。

　容量検出部３は、制御演算部４から出力される検出制御信号により制御され、タッチパネルに含まれる各検知電極ＹＰ１、ＹＰ２・・・・と駆動電極ＸＰ１、ＸＰ２・・・・を用いて、使用者がタッチパネルをタッチしたことによる容量の変化を検出する。容量検出部３は、駆動電極ＸＰ１、ＸＰ２・・・・より所定の電圧を印加し、検知電極ＹＰ１、ＹＰ２・・・・における電荷の変化によって検知電極の容量を検出し、各電極の容量値によって変化する容量検出信号を制御演算部４に出力する。

　制御演算部４は、各電極の容量検出信号から各電極の信号成分を計算するとともに、各電極の信号成分から使用者がタッチした位置を表す入力座標を演算して求める。

　制御システム５は、タッチ操作により制御演算部４から入力座標が転送されると、そのタッチ操作に応じた表示画像を生成して、表示制御信号として表示制御回路６に転送する。

　表示制御回路６は、表示制御信号として制御システム５から転送された表示画像を液晶表示パネル１で表示するための表示信号を生成し、液晶表示パネル１に画像を表示する。

　図２は、本実施の形態にかかるタッチパネル機能を備えた液晶表示装置の構成を示す断面図である。なお、図２においては、タッチパネル機能を備えた液晶表示装置の主要構成要素のみを示し、液晶表示パネルで画像表示を行うために液晶表示パネルの背面側、すなわち、タッチパネルが配置されている観察者側とは反対側に配置されるバックライトなどは省略して示している。また、液晶表示パネルとしては、液晶を間に挟んで対向する一対の基板のうち一方の基板の面内方向に、共通電極および各画素毎の画素電極を配列したインプレイン・スイッチング型（ＩＰＳ型）の液晶表示パネルを例に説明する。

　図２において、透光性の背面基板１０には、画像表示を行うための画像表示用電極として、各画素毎に設けられる複数の透光性の画素電極２０、および、透明電極（共通電極）１９がマトリクス状に配列して形成されている。また、各画素電極への信号電圧の印加をオンオフするためのスイッチング用の図示しない薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）が各画素に対応して複数個形成され、これら画像表示用電極とＴＦＴ等によってアクティブマトリクス方式の電極部１１が形成されている。

　背面基板１０に間隙をあけて対向配置される、観察者側の透光性の前面基板１２の内面には、画素電極によって規定されるそれぞれの画素に一致させて、ＲＧＢのカラーフィルタ層１３が形成され、背面基板１０と前面基板１２との間には、液晶を封入することにより液晶層１４が形成されている。また、前面基板１２の観察者側には、偏光板１５ａが配置され、背面基板１０の背面側、すなわちバックライトを配置する側には偏光板１５ｂが配置され、液晶表示パネルが構成されている。液晶層１４における液晶の配向角を画像表示用電極で制御することにより、一対の偏光板１５ａおよび１５ｂと液晶層１４とを透過するバックライトからの透過光を変化させて、液晶表示パネルでの画像表示が行われる。

　液晶表示パネルの偏光板１５ａ上には、液晶表示パネルの割れ防止などの保護機能を果たすとともに、タッチパネル基板ともなる透光性基板１６が、透光性の高分子材料からなる接着層１７を介して貼り付けられて配置されている。この透光性基板１６の接着層１７側の内面、すなわち液晶表示パネル側の表面には、タッチパネルが有する互いに対となる座標検出電極のうちの一方の電極である、検知電極ＹＰ１、ＹＰ２・・・・を構成する透光性の透明電極１８が複数本、所定の間隔をあけて形成されている。また、液晶表示パネルの背面基板１０の表面には、透明電極１８と略直交してマトリクス状になるように、タッチパネルの座標検出電極のうちの他方の駆動電極ＸＰ１、ＸＰ２・・・・を構成する透光性の透明電極１９が複数本、所定の間隔をあけて形成されている。透明電極１９は、前述のように、液晶表示パネルにおいて画像表示を行うための画像表示用電極の一つである共通電極を兼ねている。液晶表示パネルでは、この共通電極に対応させて画素電極２０が表示画素に対応する位置に形成されている。なお、共通電極を兼ねる透明電極１９と画素電極２０は、図２に示す配置例と異なり、上下が逆に配置されてもよい。

　本実施形態で説明する液晶表示装置では、タッチパネル基板ともなる透光性基板１６に形成された透明電極１８と、液晶表示パネルにおける画像表示のための共通電極としての透明電極１９との間に、液晶層１４、カラーフィルタ層１３、前面基板１２、偏光板１５ａ、および、接着層１７が配置されて、透明電極１８と透明電極１９とは、これらの誘電体要素を介して静電容量結合を形成している。このようにして、本実施形態の液晶表示装置では、透明電極１８を形成した透光性基板１６と、透明電極１９を形成した背面基板１０と、これらの基板間に配置される液晶層１４、カラーフィルタ層１３、前面基板１２、偏光板１５ａ、および接着層１７とにより、静電容量結合方式のタッチパネルが構成されている。

　ここで、液晶表示装置において最も観察者側に位置する透光性基板１６としては、バリウムホウケイ酸ガラス、ソーダガラスなどの無機ガラス、化学強化ガラスなどのガラス基板や、ポリエーテルスルホン（ＰＥＳ）、ポリスルホン（ＰＳＦ）、ポリカーボネート（ＰＣ）、ポリアリレート（ＰＡＲ）、ポリエチレンテレフタレート（ＰＥＴ）などの樹脂フィルムからなる樹脂基板等を使用することができる。

　なお、上記本実施形態では、タッチパネルが有する座標検出電極のうち他方の駆動電極ＸＰ１、ＸＰ２・・・・を構成する透明電極１９として、液晶表示パネルの共通電極を用いる例を説明した。しかし、本開示の入力装置はこの構成には限られず、タッチパネルの座標検出電極のうちの他方の駆動電極として、液晶表示パネルにおいて画像表示のために形成されている画素電極や、画素電極に対して電気的に分離された状態で液晶表示パネル内に形成される他の電極などを含む、画像表示用電極を用いることができる。

　また、上記実施形態では、タッチパネルの座標検出電極のうちの検知電極（ＹＰ）を透光性基板に形成し、駆動電極（ＸＰ）として液晶表示パネルの画像表示用電極を用いる例について説明したが、本開示の入力装置において、タッチパネルの座標検出電極のうちの検知電極（ＹＰ）として液晶表示パネルの画像表示用電極を用いて、駆動電極（ＸＰ）を透光性基板上に形成することも可能である。

　図３は、図２に示すタッチパネル機能を備えた液晶表示装置において、タッチパネルを構成する電極パターンの一例を示す平面図であり、図３（ａ）は透光性基板１６側の透明電極１８を示し、図３（ｂ）は液晶表示パネルの背面基板１０側の透明電極１９を示している。図３（ａ）、図３（ｂ）において、点線で示す領域２１は液晶表示パネルにおける表示領域を示している。

　図３（ａ）、図３（ｂ）に示すように、タッチパネルを構成するそれぞれの透明電極１８、１９には、銀や銅やアルミなどの低抵抗金属材料からなる引出配線部１８ａ、１９ａが接続されている。また、引出配線部１８ａ、１９ａは、透光性基板１６および背面基板１０の表示領域２１外の端部に形成された端子部１８ｂ、１９ｂに電気的に接続されている。

　透明電極１８、１９は、いずれも一例として厚さ５０～２００ｎｍの導電性を有する薄膜により構成され、導電性薄膜としてはＩＴＯ（酸化インジウム錫）、ＡＴＯ（酸化アンチモン錫）、ＩＺＯ（酸化インジウム亜鉛）等を使用することができる。また、透明電極１８、および、透明電極１９は、いずれもシート抵抗が４０Ω／□程度となるように形成されている。

　図４は、図２に示すタッチパネルを備えた液晶表示装置の製造工程を示す図であり、以下図４を用いて本実施形態にかかる液晶表示装置の製造方法を説明する。

　まず、通常の液晶表示装置のパネルの製造工程と同様に、液晶表示パネルを作製する。このとき、液晶表示パネルの背面基板上に形成される共通電極（または画素電極）を、タッチパネルの座標検出電極である透明電極１９として使えるように、表示領域内の複数の領域に分け、該領域内で互いに接続が可能な形態としておく。

　図４（ａ）に示すように、液晶表示パネルを作製した後、液晶表示パネルの背面基板１０、前面基板１２に対して、フッ化水素等により化学エッチングを行い、図４（ｂ）に示すように、背面基板１０、前面基板１２の表面の研磨（スリミング）を行い、両基板１０、１２の厚さを薄くする。

　その後、図４（ｃ）に示すように、前面基板１２上に偏光板１５ａを、背面基板１０の背面側の外表面に偏光板１５ｂを貼り付ける。その後、あらかじめ背面基板１０上に形成されていた、図３（ｂ）に図示した端子部１９ｂに、外部接続用のフレキシブル配線板を異方導電性接着材により電気的に接続する。この他、図示していないが、液晶表示に必要な他の画像表示用電極の端子部にも、外部接続用のフレキシブル配線板を異方導電性接着材により電気的に接続する。

　一方、別の工程により、透光性基板１６に透明電極１８を形成する工程を実施する。この工程では、例えばガラス基板からなる透光性基板１６の表面に、ＩＴＯ膜などの透明導電性薄膜をスパッタリングにより成膜した後、フォトリソグラフィ工程によりパターニングして透明電極１８を形成する。さらに、図３（ａ）に図示した引出配線部１８ａ、端子部１８ｂを形成し、端子部１８ｂに外部接続用のフレキシブル配線板を異方導電性接着材により電気的に接続する。

　その後、図４（ｄ）に示すように、偏光板１５ａを配置した液晶表示パネルに対して、別の工程で作製された透明電極１８を有する透光性基板１６の位置合わせを行った後、図４（ｅ）に示すように、両者を透光性の接着層１７により貼り付けることにより完成品の液晶表示装置を得ることができる。

　なお、液晶表示パネルと透光性基板とを接着層１７で貼り付ける際に、接着層１７は、液状の接着材を塗布して形成してもよいし、シート状の接着材により形成してもよい。また、接着層１７を、液晶表示パネルの偏光板１５側に形成した後、この接着層１７上に透明電極１８を形成した透光性基板１６を貼り付けてもよいし、透明電極１８を形成した透光性基板１６にあらかじめ接着層１７を形成した後、接着層１７が形成された透光性基板１６を液晶表示装置の偏光板１５ａ上に貼り付けるようにしてもよい。

　本開示の液晶表示装置において、液晶表示パネルの共通電極を互いに接続して共通電極群とし、この共通電極群をタッチパネルの座標検出電極である駆動電極として用いる場合は、液晶表示パネルでの画像表示期間とタッチパネルにおけるタッチ位置の座標検出期間とを時分割し、タッチ位置の座標検出期間中はバックライトを消灯して画像表示を行わないようにして駆動すればよい。また、タッチパネルでのタッチ位置の座標検出期間には液晶表示パネルでの画像表示を停止する方法以外に、タッチパネルでのタッチ位置の座標検出用の駆動電圧を高周波信号とすることで、タッチ位置の座標検出期間中においても液晶表示を維持しつつ座標を検出する駆動を行うことが可能である。

　一方、液晶表示パネルの画素電極をタッチパネルの駆動電極として用いる場合は、液晶表示期間とタッチパネルにおけるタッチ位置の座標検出期間を時分割し、座標検出期間中はバックライトを消灯して液晶表示パネルでの画像表示を行わずに駆動する方法を用いればよい。

　以上のように本実施形態の入力装置は、液晶表示パネルの観察者側に配置された前面基板上に誘電体要素となる接着層を介して貼り付けられた透光性基板に、座標検出電極の一方の電極が形成されるとともに、座標検出電極の他方の電極として、液晶表示パネルの基板に形成された共通電極、画素電極などの画像表示用電極を用いたものである。このように構成することで、本実施形態の入力装置は、透光性基板側の座標検出電極である透明電極を、液晶表示パネルの製造プロセスとは別の製造工程で作製することができ、容易に低抵抗の電極が形成可能な高温のプロセスによる加工が可能で、これにより入力装置の座標検出電極の低抵抗値化を図ることができる。この結果、本実施形態の入力装置では、消費電力の低減を図ることができる。

　また、本実施形態の入力装置は、パネルの製造プロセスとは別々に作製した透光性基板を接着層により貼り付けるという簡単な工程で製造することができるため、入力装置の配線が複雑化せず、容易に液晶表示装置に適用することができる。

　なお、上記実施形態では、本開示の入力装置が適用される液晶表示装置の液晶表示パネルとして、背面基板上に、共通電極および各画素毎の画素電極が配列されたインプレイン・スイッチング型の液晶表示パネルを例として説明した。しかし、本開示の入力装置が適用される液晶表示パネルは、インプレイン・スイッチング型のものに限られない。液晶表示パネルとして、液晶層に対して液晶表示パネルの厚さ方向に電圧が印加されるいわゆる垂直配向方式の液晶表示パネルを用いて、座標検出電極の一方の電極を前面基板の観察者側に配置された透光性基板に形成し、座標検出電極の他方の電極として液晶表示パネルに形成されたいずれかの画像表示用電極を用いることもできる。この場合においても、入力装置の座標検出電極の低抵抗値化を図って、消費電力の低減を図ることができるとともに、簡単な工程で製造することができるため、入力装置の配線が複雑化せず容易に液晶表示装置に適用することができる、という本開示の入力装置の効果を奏することができる。

　以上のように本開示は、静電容量結合方式の入力装置において有用な発明である。

Claims

　液晶表示装置の観察者側に配置され、かつ誘電体要素を介して直交するように対向する一対の座標検出電極を備えた入力装置であって、
　前記液晶表示装置は、液晶表示パネルの前記観察者側に配置された前面基板上に前記誘電体要素となる接着層を介して貼り付けられた透光性基板を有し、
　前記座標検出電極の一方の電極が前記透光性基板の前記液晶表示パネル側の表面に形成されるとともに、前記座標検出電極の他方の電極として前記液晶表示パネルの画像表示用電極が用いられることを特徴とする入力装置。
　前記液晶表示パネルの前記前面基板上には偏光板が配置され、前記透光性基板が前記偏光板に前記接着層を介して貼り付けられ、前記接着層、前記前面基板、および、前記偏光板が前記誘電体要素を構成する請求項１に記載の入力装置。
　前記液晶表示パネルが、前記前面基板と液晶層を介して対向配置された背面基板上に前記画像表示用電極としての共通電極と画素電極とが配置されたインプレイン・スイッチング型液晶であり、前記背面基板に形成された前記共通電極が前記座標検出電極の他方の電極として用いられる請求項１に記載の入力装置。