WO2018180845A1 - タッチパネルおよび表示装置 - Google Patents

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electrode
touch
detection electrode
detection
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ジョン ムジラネザ
武紀 丸山
杉田 靖博
和寿 木田
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シャープ株式会社
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    • G06F2203/041Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04111Cross over in capacitive digitiser, i.e. details of structures for connecting electrodes of the sensing pattern where the connections cross each other, e.g. bridge structures comprising an insulating layer, or vias through substrate

Definitions

  • the present invention relates to a touch panel and a display device.
  • Patent Document 1 An example of a touch panel that can simultaneously detect a touch position and a press is disclosed in Patent Document 1.
  • the pressing sensor electrode is in a different layer from both the first and second touch panel electrodes. Therefore, the touch panel disclosed in Patent Document 1 requires a dedicated film part for providing the pressing sensor electrode and an adhesive layer for connecting it to the touch panel part. For this reason, the touch panel of Patent Document 1 has a problem that the thickness of the touch panel increases.
  • the present invention has been completed to solve the above problems. And the objective is to implement
  • a touch panel includes a piezoelectric polymer layer, a drive electrode formed on a first main surface of the piezoelectric polymer layer, and a second main surface of the piezoelectric polymer layer. And a touch detection electrode formed on the first main surface or the second main surface of the piezoelectric polymer layer.
  • FIG. 9 is a cross-sectional view showing a cross section of the EF portion of FIG. It is a top view which shows the internal structure of the touchscreen which concerns on Embodiment 6 of this invention. It is sectional drawing which shows the cross-sectional structure of the touchscreen which concerns on Embodiment 6 of this invention. It is a figure explaining the detection principle of the press by the touchscreen which concerns on Embodiment 6 of this invention.
  • Embodiment 1 Embodiment 1 according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
  • FIG. 1 is a block diagram showing an overall configuration of a touch panel 1 according to Embodiment 1 of the present invention.
  • the touch panel 1 includes a drive circuit 11, a detection circuit 12, a drive line 13, a reception line 14, and a reception line 15.
  • the touch panel 1 has a function of detecting contact with an indicator such as a finger or a stylus pen.
  • the touch panel 1 can simultaneously detect the touch position and the pressing pressure (press) applied to the touch position.
  • FIG. 2 is a plan view showing the internal configuration of the touch panel 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • the touch panel 1 further includes a transparent substrate 21, a piezoelectric polymer layer 22, a drive electrode 23, a touch detection electrode 24, and a press detection electrode 25 in addition to the members shown in FIG.
  • the transparent substrate 21 is a thin and transparent substrate made of a light transmissive material.
  • the piezoelectric polymer layer 22 is made of a polymer material having a piezoelectric effect.
  • the piezoelectric polymer layer 22 includes a plurality of piezoelectric materials.
  • the piezoelectric material is preferably a copolymer material having a piezoelectric effect.
  • the drive electrode 23, the touch detection electrode 24, and the press detection electrode 25 all have a structure in which a plurality of rhombic unit electrodes are connected.
  • the plurality of drive electrodes 23 are orthogonal to the plurality of touch detection electrodes 24 and the plurality of press detection electrodes 25.
  • the plurality of drive electrodes 23 extend in the lateral direction (first in-plane direction) within the surface of the touch panel 1.
  • the extending direction of the drive electrode 23 and the extending direction of the touch detection electrode 24 and the press detection electrode 25 may be opposite to those shown in FIG.
  • the plurality of touch detection electrodes 24 and the plurality of press detection electrodes 25 extend in the vertical direction (second in-plane direction) within the surface of the touch panel 1.
  • the plurality of drive electrodes 23 are connected to the detection circuit 12 through the plurality of drive lines 13.
  • the drive circuit 11 outputs a drive signal for driving the touch panel 1 to each of the plurality of drive electrodes 23 through the plurality of drive lines 13.
  • Each of the plurality of touch detection electrodes 24 is connected to the detection circuit 12 via one of the corresponding plurality of reception lines 14.
  • Each of the plurality of press detection electrodes 25 is connected to the detection circuit 12 via one of the corresponding plurality of reception lines 15.
  • the detection circuit 12 receives both a touch detection signal input from the touch detection electrode 24 through the reception line 14 and a press detection signal input from the press detection electrode 25 through the reception line 15. Thereby, the detection circuit 12 can detect both the touch position and the press.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view illustrating a cross-sectional configuration of the touch panel 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3A shows a cross section of the touch panel 1 taken along the line AB in FIG.
  • FIG. 3B shows a cross section taken along the line CD in FIG.
  • a piezoelectric polymer layer 22 is formed on the upper surface of the transparent substrate 21.
  • the drive electrode 23 is formed on the upper surface (first main surface) of the piezoelectric polymer layer 22.
  • the upper surface of the piezoelectric polymer layer 22 corresponds to the upper electrode layer (first electrode layer) of the touch panel 1.
  • the touch detection electrode 24 and the press detection electrode 25 are formed on the lower surface (second main surface) of the piezoelectric polymer layer 22.
  • the lower surface of the piezoelectric polymer layer 22 corresponds to the lower electrode layer (second electrode layer) of the touch panel 1.
  • the drive electrode 23 and the press detection electrode 25 are arranged at positions facing each other.
  • the unit electrode of the touch detection electrode 24 is disposed at a location that does not overlap the drive electrode 23 on the lower surface of the piezoelectric polymer layer 22.
  • FIG. 4 is a diagram for explaining the principle of detection of the touch position by the touch panel 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 4A shows the pressing of the finger 41 on the touch panel 1.
  • FIG. 4B shows a configuration of an equivalent circuit that detects a touch detection signal representing a touch position.
  • the user's finger 41 presses the surface of the touch panel 1.
  • a plurality of electric dipoles 42 are formed inside the piezoelectric polymer layer 22.
  • the piezoelectric material of the piezoelectric polymer layer 22 has d33 mode piezoelectric characteristics.
  • the detection circuit 12 amplifies the received touch detection signal through an operational amplifier 44 provided therein.
  • the touch panel 1 specifies the intersection of the drive line 13 supplied with the drive signal and the reception line 14 that outputs the touch detection signal to the detection circuit 12 as the touch position on the touch panel 1.
  • FIG. 5 is a diagram for explaining the principle of detection of pressure by the touch panel 1 according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 5A shows the application of the pressure 51 by the finger 41 to the touch panel 1.
  • FIG. 5B shows a configuration of an equivalent circuit that detects a pressure detection signal representing the strength of the pressure 51.
  • the user's finger 41 gives a press 51 to the surface of the touch panel 1.
  • the pressure 51 generates a charge on the surface of the piezoelectric material in the piezoelectric polymer layer 22.
  • the electrostatic capacitance 52 between the drive electrode 23 and the press detection electrode 25 changes due to the generation of electric charges.
  • a voltage 53 induced by the pressure 51 is generated in the piezoelectric polymer layer 22.
  • the pressure detection electrode 25 outputs a pressure detection signal based on the change in the capacitance 43 and the generation of the voltage 53 to the detection circuit 12 through the reception line 15.
  • the detection circuit 12 amplifies the received pressure detection signal through the operational amplifier 44.
  • the touch panel 1 calculates the strength (value) of the press 51 based on the amplified press detection signal.
  • the touch panel 1 can simultaneously detect the touch position of the user's finger 41 and the strength of pressing. Since the touch detection electrode 24 and the press detection electrode 25 are formed in the same layer (the lower surface of the piezoelectric polymer layer 22) in the touch panel 1, the thickness of the touch panel 1 can be made smaller than before.
  • the structure of the touch panel 1 of the first embodiment is simpler than the structures of the touch panels 2 to 4 of other embodiments described later. Therefore, the touch panel 1 of Embodiment 1 has an advantage in manufacturing process.
  • Embodiment 2 Embodiment 2 according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
  • FIG. 6 is a plan view showing the internal configuration of the touch panel 2 according to Embodiment 2 of the present invention. As shown in this figure, the touch panel 2 further includes a plurality of floating electrodes 61 in addition to the members included in the touch panel 1 shown in FIG.
  • the plurality of floating electrodes 61 are formed on the upper surface of the piezoelectric polymer layer 22. Each of the plurality of floating electrodes 61 has a rhombus shape. The plurality of floating electrodes 61 are separated from each other both electrically and physically. One floating electrode 61 corresponds to one unit electrode constituting the touch detection electrode 24.
  • FIG. 7 is a cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of the touch panel 2 according to Embodiment 2 of the present invention.
  • FIG. 7A shows a cross section taken along the line AB in FIG.
  • FIG. 7B shows a cross section taken along the line CD in FIG.
  • the floating electrode 61 is disposed at a position facing the touch detection electrode 24 on the upper surface of the piezoelectric polymer layer 22.
  • the touch panel 2 can perform both touch position detection and pressure detection without increasing the thickness of the touch panel 2.
  • the touch panel 2 can further improve visibility by the floating electrode 61 formed between the drive electrodes 23.
  • a signal path connecting the drive electrode 23 and the touch detection electrode 24 in addition to a signal path connecting the drive electrode 23 and the touch detection electrode 24, a signal path connecting the drive electrode 23, the floating electrode 61, and the touch detection electrode 24 in this order is formed. Therefore, the magnitude of the touch detection signal can be increased as compared with the touch panel 1 of the first embodiment. Thereby, the touch panel 2 can detect a touch position more stably.
  • FIG. 8 is a plan view showing the internal configuration of the touch panel 3 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 9 is a diagram showing a first electrode layer of the touch panel 3 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 10 is a diagram showing a second electrode layer of the touch panel 3 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • the touch panel 3 further includes a plurality of dummy electrodes 81 and a plurality of contact holes 82 in addition to the respective members included in the touch panel 1 shown in FIG.
  • the drive electrode 23 and the touch detection electrode 24 are formed on the upper surface of the piezoelectric polymer layer 22.
  • a pressure detection electrode 25 and a dummy electrode 81 are formed on the lower surface of the piezoelectric polymer layer 22.
  • the shapes and extending directions of the drive electrode 23, the touch detection electrode 24, and the press detection electrode 25 are the same as those in the first embodiment.
  • Each of the plurality of dummy electrodes 81 has a rhombus shape.
  • the plurality of dummy electrodes 81 are separated from each other both electrically and physically.
  • One dummy electrode 81 corresponds to one unit electrode constituting the touch detection electrode 24.
  • FIG. 11 is a cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of the touch panel 3 according to Embodiment 3 of the present invention.
  • FIG. 11A shows a cross section taken along the line AB in FIG.
  • FIG. 11B shows a cross section taken along the line CD in FIG.
  • the cross section taken along the line AB in FIG. 8 on the touch panel 3 is the same as the cross section taken along the line AB in FIG.
  • the dummy electrode 81 is disposed at a position facing the touch detection electrode 24 on the lower surface of the piezoelectric polymer layer 22.
  • a contact hole 82 is formed in the touch detection electrode 24.
  • the touch detection electrode 24 is connected to the opposing dummy electrode 81 at the location where the contact hole 82 is formed.
  • the touch panel 3 can perform both touch position detection and pressure detection without increasing the thickness of the touch panel 3.
  • the touch panel 3 can further improve the visibility by the touch detection electrodes 24 formed between the drive electrodes 23.
  • the touch detection electrode 24 since the touch detection electrode 24 is connected to the dummy electrode 81, the load capacity in the piezoelectric polymer layer 22 is lower than that of the touch panel 1 or 2. Thereby, the performance of the touch panel 3 can be further improved.
  • FIG. 12 is a plan view showing the internal configuration of the touch panel 4 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 13 is a diagram showing a first electrode layer of the touch panel 4 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 14 is a diagram showing a second electrode layer of the touch panel 4 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • the touch panel 4 further includes a plurality of contact layers 121, a plurality of contact holes 122, and a plurality of bridge patterns 123 in addition to the members included in the touch panel 1 shown in FIG.
  • the drive electrode 23 and the touch detection electrode 24 are formed on the upper surface of the piezoelectric polymer layer 22.
  • the pressure detection electrode 25, the contact layer 121, and the bridge pattern 123 are formed on the lower surface of the piezoelectric polymer layer 22.
  • the shapes and extending directions of the drive electrode 23, the touch detection electrode 24, and the press detection electrode 25 are the same as those in the first embodiment.
  • Each of the plurality of contact layers 121 has a rhombus shape.
  • the plurality of contact layers 121 are separated from each other both electrically and physically.
  • One contact layer 121 corresponds to two unit electrodes constituting the drive electrode 23.
  • FIG. 15 is a cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of the touch panel 4 according to Embodiment 4 of the present invention.
  • FIG. 15A shows a cross section taken along the line AB in FIG.
  • FIG. 15B shows a cross section taken along the line CD in FIG.
  • the cross section of the touch panel 4 taken along the line AB in FIG. 12 is the same as the cross section taken along the line AB in FIG.
  • the contact layer 121 is disposed on the lower surface of the piezoelectric polymer layer 22 at a position facing the touch detection electrode 24.
  • a contact hole 122 is formed in the drive electrode 23 at a location facing the contact layer 121.
  • the drive electrode 23 is connected to the opposing contact layer 121 at the location where the contact hole 122 is formed.
  • the contact layer 121 has a function of extending the drive electrode 23 in the lateral direction.
  • a part of the contact layer 121 extends to a position away from the contact hole 122 in the vertical direction (vertical direction) of the touch panel 3.
  • the dummy electrode 123 is connected to the touch detection electrode 24 at a contact hole formation portion (not shown in FIG. 15).
  • the touch panel 4 can perform both touch position detection and pressure detection without increasing the thickness of the touch panel 4.
  • the touch panel 4 can improve visibility by the touch detection electrodes 24 formed between the drive electrodes 23.
  • the touch detection electrode 24 since the touch detection electrode 24 is connected to the dummy electrode 123, the load capacity in the piezoelectric polymer layer 22 is lower than that of the touch panel 1 or 2. Thereby, the performance of the touch panel 4 can be further improved.
  • FIG. 16 is a plan view showing an internal configuration of the touch panel 5 according to Embodiment 5 of the present invention.
  • the touch panel 5 includes the same members as the members included in the touch panel 1 shown in FIG.
  • the drive electrode 23 is formed on the first electrode layer of the touch panel 5 and extends in the lateral direction.
  • the touch detection electrode 24 and the press detection electrode 25 are respectively formed on the second electrode layer of the touch panel 5 and extend in the vertical direction, as in the first embodiment.
  • the drive electrode 23, the touch detection electrode 24, and the press detection electrode 25 all have a comb shape.
  • FIG. 17 is a cross-sectional view showing a cross section of the EF portion of FIG. 16 in the touch panel 5 according to Embodiment 5 of the present invention. As shown in FIG. 17, the cross section of the touch panel 5 taken along the line EF in FIG. 16 is the same as the cross section taken along the line AB in FIG.
  • Embodiment 6 (Embodiment 6) Embodiment 6 according to the present invention will be described below with reference to FIGS.
  • FIG. 18 is a plan view showing an internal configuration of the touch panel 6 according to Embodiment 6 of the present invention. As shown in this figure, the touch panel 6 further includes a contact layer 181 in addition to each member included in the touch panel 1 shown in FIG.
  • the touch detection electrode 24 and the contact layer 181 are formed on the upper surface of the piezoelectric polymer layer 22.
  • a drive electrode 23 and a pressure detection electrode 25 are formed on the lower surface of the piezoelectric polymer layer 22.
  • the drive electrode 23, the touch detection electrode 24, and the press detection electrode 25 all have a rhombus shape.
  • the extending directions of the drive electrode 23, the touch detection electrode 24, and the press detection electrode 25 are all the same as in the first embodiment.
  • FIG. 19 is a cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of the touch panel 6 according to Embodiment 6 of the present invention.
  • FIG. 19A shows a cross section taken along the line AB in FIG.
  • FIG. 19B shows a cross section taken along the line CD in FIG.
  • the cross section taken along the line AB in FIG. 12 on the touch panel 6 is the same as the cross section taken along the line AB in FIG.
  • the contact layer 181 is disposed between the touch detection electrodes 24 adjacent to each other on the upper surface of the piezoelectric polymer layer 22.
  • the contact layer 181 electrically connects two unit electrodes of the press detection electrode 25 adjacent to each other.
  • the press detection electrode 25 extends in the lateral direction of the touch panel 6 when the unit electrodes are connected to each other by the contact layer 181.
  • the touch detection electrode 24 and the press detection electrode 25 face each other with the piezoelectric polymer layer 22 in between.
  • the press detection electrode 25 is disposed below the touch detection electrode 24.
  • FIG. 20 is a diagram for explaining the principle of detection of pressing by the touch panel 6 according to Embodiment 6 of the present invention.
  • the piezoelectric material of the piezoelectric polymer layer 22 has d31 mode piezoelectric characteristics.
  • the pressure 51 of the finger 41 is applied to the surface of the touch panel 3
  • an electric charge is generated on the surface of the piezoelectric material in the piezoelectric polymer layer 22. Due to the generation of this charge, the capacitance between the drive electrode 23 and the pressure detection electrode 25 disposed on the lower surface of the piezoelectric polymer layer 22 changes.
  • Embodiment 7 With reference to FIGS. 21 and 22, Embodiment 7 according to the present invention will be described below.
  • FIG. 21 is a cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of the liquid crystal display device 210 or 220 including any one of the touch panels 1 to 6 according to each embodiment of the present invention.
  • FIG. 21A shows an on-cell liquid crystal display device 210 including the touch panel 6 according to the sixth embodiment.
  • FIG. 21B shows an in-cell structure liquid crystal display device 220 including the touch panel 4 according to the fourth embodiment.
  • the liquid crystal display device 210 includes a TFT substrate 211, a TFT 212, an ITO layer 213, a liquid crystal 214, a spacer 215, a black matrix 216, a color filter (CF) 217, a CF substrate 218, and a piezoelectric polymer. At least the layer 22, the drive electrode 23, the touch detection electrode 24, and the press detection electrode 25 are provided. On the CF substrate 218, the layer structure of the touch panel 6 according to the sixth embodiment is formed. In other words, the CF substrate 218 also serves as the transparent substrate 21.
  • the liquid crystal display device 220 further includes a drive electrode 219 in addition to various members included in the liquid crystal display device 210.
  • the layer structure of the touch panel 4 according to the fourth embodiment is formed on the CF substrate 218, the layer structure of the touch panel 4 according to the fourth embodiment is formed.
  • the CF substrate 218 also serves as the transparent substrate 21.
  • the drive electrode 219 is formed on the lower surface of the CF substrate 218.
  • the drive electrode 219 has a function of driving the touch panel 1 in cooperation with the drive electrode 23.
  • the detection circuit 12 provided in the liquid crystal display device 220 outputs drive signals to both the drive electrode 23 and the drive electrode 219. Thereby, the detection sensitivity of the touch panel 1 can be further increased.
  • FIG. 22 is a cross-sectional view showing a cross-sectional configuration of an organic EL display device 230 including any one of touch panels 1 to 6 according to each embodiment of the present invention.
  • the organic EL display device 230 includes a glass substrate 231, a TFT 232, an anode 233, an organic EL layer 234, a cathode 235, a protective layer 236, a piezoelectric polymer layer 22, a drive electrode 23, a touch detection electrode 24, and A press detection electrode 25 is provided.
  • the protective layer 236 is also called a planarization film.
  • the layer structure of the touch panel 4 according to the fourth embodiment is formed on the protective layer 236.
  • the protective layer 236 also has a role as the transparent substrate 21 of the touch panel 4.
  • the seventh embodiment it is possible to realize a liquid crystal display device and an organic EL display device capable of both touch position detection and pressure detection without increasing any thickness of the touch panels 1 to 6.
  • the touch panel (1 to 6) includes a piezoelectric polymer layer (22), a drive electrode (23) formed on the first main surface of the piezoelectric polymer layer, and a second electrode of the piezoelectric polymer layer.
  • the pressure detection electrode (25) formed on the main surface and the touch detection electrode (24) formed on the first main surface or the second main surface of the piezoelectric polymer layer are provided. .
  • the touch panel according to aspect 2 of the present invention is characterized in that, in the aspect 1, the press detection electrode is formed at a position overlapping the drive electrode or the touch detection electrode.
  • the touch position can be detected more stably.
  • the touch detection electrode is formed on the second main surface, and is formed at a position facing the touch detection electrode on the first main surface,
  • a floating electrode that is electrically separated from the touch detection electrode is further provided.
  • the visibility of the touch panel can be improved.
  • the touch detection electrode is formed on the first main surface, and is formed at a position facing the touch detection electrode on the first main surface, And it is further provided with the dummy electrode electrically connected to the said touch detection electrode.
  • the visibility of the touch panel can be improved.
  • the touch panel according to Aspect 5 of the present invention is characterized in that, in any of Aspects 1 to 4, the drive electrode, the touch detection electrode, and the press detection electrode have a rhombus shape.
  • the detection sensitivity of the touch position can be increased.
  • the touch panel according to aspect 6 of the present invention is characterized in that, in the aspect 1 or 2, the drive electrode, the touch detection electrode, and the press detection electrode have a comb shape.
  • the detection sensitivity of the touch position can be increased.
  • the display device according to aspect 7 of the present invention is characterized by including any of the touch panels described above.

Abstract

タッチパネルの厚さを増加させることなくタッチ位置検出および押圧検出の両方を可能とする。圧電ポリマー層(22)の上面に、駆動電極(23)が形成される。圧電ポリマー層(22)の下面に、タッチ検出電極(24)および押圧検出電極(25)が形成される。

Description

タッチパネルおよび表示装置
 本発明は、タッチパネルおよび表示装置に関する。
 タッチ位置および押圧を同時に検出可能なタッチパネルの一例が、特許文献1に開示されている。
日本国特許第5871111号
 特許文献1のタッチパネルでは、押下センサ用電極が、第1および第2のタッチパネル用電極のいずれとも異なる層にある。したがって、特許文献1のタッチパネルには、押下センサ用電極を設けるための専用のフィルム部と、それをタッチパネル部に接続するための接着層が必要になる。このことから、特許文献1のタッチパネルには、タッチパネルの厚さが増加するという課題が生ずる。
 本発明は前記の課題を解決するために完成されたものである。そして、その目的は、タッチパネルの厚さを増加させることなくタッチ位置検出および押圧検出の両方が可能なタッチパネルおよびそれを備えた表示装置を実現することにある。
 本発明の一態様に係るタッチパネルは、前記の課題を解決するために、圧電ポリマー層と、前記圧電ポリマー層の第1主面に形成される駆動電極と、前記圧電ポリマー層の第2主面に形成される押圧検出電極と、前記圧電ポリマー層の前記第1主面または前記第2主面に形成されるタッチ検出電極とを備えていることを特徴としている。
 本発明の一態様によれば、タッチパネルの厚さを増加させることなくタッチ位置検出および押圧検出の両方が可能になるという効果を奏する。
本発明の実施形態1に係るタッチパネルの全体構成を示すブロック図である。 本発明の実施形態1に係るタッチパネルの内部構成を示す平面図である。 本発明の実施形態1に係るタッチパネルの断面構成を示す断面図である。 本発明の実施形態1に係るタッチパネルによるタッチ位置の検出原理を説明する図である。 本発明の実施形態1に係るタッチパネルによる押圧の検出原理を説明する図である。 本発明の実施形態2に係るタッチパネルの内部構成を示す平面図である。 本発明の実施形態2に係るタッチパネルの断面構成を示す断面図である。 本発明の実施形態3に係るタッチパネルの内部構成を示す平面図である。 本発明の実施形態3に係るタッチパネルの第1電極層を示す図である。 本発明の実施形態3に係るタッチパネルの第2電極層を示す図である。 本発明の実施形態3に係るタッチパネルの断面構成を示す断面図である。 本発明の実施形態4に係るタッチパネルの内部構成を示す平面図である。 本発明の実施形態4に係るタッチパネルの第1電極層を示す図である。 本発明の実施形態4に係るタッチパネルの第2電極層を示す図である。 本発明の実施形態4に係るタッチパネルの断面構成を示す断面図である。 本発明の実施形態5に係るタッチパネルの内部構成を示す平面図である。 本発明の実施形態5に係るタッチパネルにおける図1のE-F箇所の断面を示す断面図である。 本発明の実施形態6に係るタッチパネルの内部構成を示す平面図である。 本発明の実施形態6に係るタッチパネルの断面構成を示す断面図である。 本発明の実施形態6に係るタッチパネルによる押圧の検出原理を説明する図である。 本発明の各実施形態に係るタッチパネルのいずれかを備えている液晶表示装置の断面構成を示す断面図である。 本発明の各実施形態に係るタッチパネルのいずれかを備えている有機表示装置の断面構成を示す断面図である。
 〔実施形態1〕
 図1~図4を参照して、本発明に係る実施形態1について以下に説明する。
 図1は、本発明の実施形態1に係るタッチパネル1の全体構成を示すブロック図である。この図に示すように、タッチパネル1は、駆動回路11、検出回路12、駆動線13、受信線14、および受信線15を備えている。タッチパネル1は、指またはスタイラスペンなどの指示体による接触を検出する機能を有する。タッチパネル1は、タッチ位置と、タッチ位置に付与された押下の圧力(押圧)とを同時に検出することができる。
 図2は、本発明の実施形態1に係るタッチパネル1の内部構成を示す平面図である。この図に示すように、タッチパネル1は、図1に示す各部材に加えて、透明基板21、圧電ポリマー層22、駆動電極23、タッチ検出電極24、および押圧検出電極25をさらに備えている。
 透明基板21は、光透過性を有する材料によって構成される、薄く透明な基板である。圧電ポリマー層22は、圧電効果を有するポリマー材料によって構成される。圧電ポリマー層22には、複数の圧電材料が含まれる。圧電材料は、好ましくは、ピエゾ圧電効果を有する共重合体材料である。
 駆動電極23、タッチ検出電極24、および押圧検出電極25は、いずれも、複数の菱形形状の単位電極が連結された構造を有する。複数の駆動電極23は、複数のタッチ検出電極24および複数の押圧検出電極25と互いに直交する。複数の駆動電極23は、タッチパネル1の面内における横方向(第1面内方向)に延びている。駆動電極23の延伸方向と、タッチ検出電極24および押圧検出電極25の延伸方向とは、図2に示すものと逆でもよい。複数のタッチ検出電極24および複数の押圧検出電極25は、タッチパネル1の面内における縦方向(第2面内方向)に延びている。複数の駆動電極23は、複数の駆動線13を通じて検出回路12に接続されている。
 駆動回路11は、複数の駆動線13を通じて、タッチパネル1を駆動するための駆動信号を複数の駆動電極23のそれぞれに出力する。複数のタッチ検出電極24のそれぞれは、対応する複数の受信線14のいずれかを介して検出回路12に接続されている。複数の押圧検出電極25のそれぞれは、対応する複数の受信線15のいずれかを介して検出回路12に接続されている。検出回路12は、タッチ検出電極24から受信線14を通じて入力されるタッチ検出信号と、押圧検出電極25から受信線15を通じて入力される押圧検出信号とを、両方とも受信する。これにより検出回路12は、タッチ位置および押圧を両方とも検出することができる。
 (タッチパネル1の断面)
 図3は、本発明の実施形態1に係るタッチパネル1の断面構成を示す断面図である。図3の(a)は、タッチパネル1における図2のA-B箇所の断面を示す。図3の(b)は、タッチパネル1における図2のC-D箇所の断面を示す。
 タッチパネル1では、図3の(a)に示すように、透明基板21の上面に、圧電ポリマー層22が形成されている。駆動電極23は、圧電ポリマー層22の上面(第1主面)に形成されている。圧電ポリマー層22の上面は、タッチパネル1の上側電極層(第1電極層)に相当する。タッチ検出電極24および押圧検出電極25は、圧電ポリマー層22の下面(第2主面)に形成されている。圧電ポリマー層22の下面は、タッチパネル1の下側電極層(第2電極層)に相当する。
 図3の(b)に示すように、駆動電極23と押圧検出電極25とは、互いに対向する位置にそれぞれ配置されている。タッチ検出電極24の単位電極は、圧電ポリマー層22の下面における駆動電極23と重畳しない箇所に配置されている。
 (タッチ位置の検出)
 図4は、本発明の実施形態1に係るタッチパネル1によるタッチ位置の検出原理を説明する図である。図4の(a)は、タッチパネル1に対する指41の押下を示す。図4の(b)は、タッチ位置を表すタッチ検出信号を検出する等価回路の構成を示す。
 図4の例では、ユーザの指41が、タッチパネル1の表面を押下する。圧電ポリマー層22の内部には、複数の電気双極子42が形成される。実施形態1では、圧電ポリマー層22の圧電材料は、d33モードの圧電特性を有する。指41の押下によって、駆動電極23、指41、圧電ポリマー層22、およびタッチ検出電極24を通る導電経路が形成される。駆動電極23に駆動信号が供給されたときに、ユーザの指41がタッチパネル1を押下すると、駆動電極23とタッチ検出電極24との間にある静電容量43が変化する。タッチ検出電極24は、静電容量43の変化に基づくタッチ検出信号を、受信線14を通じて検出回路12に出力する。検出回路12は、その内部に備えられるオペアンプ44を通じて、受信したタッチ検出信号を増幅する。タッチパネル1は、駆動信号が供給された駆動線13と、タッチ検出信号を検出回路12に出力した受信線14との交点を、タッチパネル1におけるタッチ位置として特定する。
 (押圧の検出)
 図5は、本発明の実施形態1に係るタッチパネル1による押圧の検出原理を説明する図である。図5の(a)は、タッチパネル1に対する指41による押圧51の付与を示す。図5の(b)は、押圧51の強度を表す押圧検出信号を検出する等価回路の構成を示す。
 図5の例では、ユーザの指41が、タッチパネル1の表面に押圧51を与える。押圧51によって、圧電ポリマー層22内の圧電材料の表面に電荷が生じる。電荷の発生によって、駆動電極23と押圧検出電極25との間の静電容量52が変化する。さらに、押圧51によって誘発される電圧53が、圧電ポリマー層22内に生じる。押圧検出電極25は、静電容量43の変化と電圧53の発生とに基づいた押圧検出信号を、受信線15を通じて検出回路12に出力する。検出回路12は、受信した押圧検出信号を、オペアンプ44を通じて増幅する。タッチパネル1は、増幅された押圧検出信号に基づいて、押圧51の強さ(値)を算出する。
 (実施形態1の利点)
 以上のように、タッチパネル1は、ユーザの指41のタッチ位置および押圧の強さを同時に検出できる。タッチ検出電極24および押圧検出電極25が、タッチパネル1における同一層(圧電ポリマー層22の下面)に形成されるので、タッチパネル1の厚さを従来よりも小さくすることができる。実施形態1のタッチパネル1の構造は、後述する他の各実施形態のタッチパネル2~4の構造に比べて、簡素である。したがって、実施形態1のタッチパネル1は製造プロセス的な優位性を有する。
 (実施形態2)
 図6および図7を参照して、本発明に係る実施形態2について以下に説明する。
 図6は、本発明の実施形態2に係るタッチパネル2の内部構成を示す平面図である。この図に示すように、タッチパネル2は、図2に示すタッチパネル1が備える各部材に加えて、複数の浮遊電極61をさらに備えている。
 複数の浮遊電極61は、圧電ポリマー層22の上面に形成されている。複数の浮遊電極61は、いずれも菱形形状を有する。複数の浮遊電極61は、電気的にも物理的にも互いに分離されている。1つの浮遊電極61は、タッチ検出電極24を構成する1つの単位電極に対応する。
 図7は、本発明の実施形態2に係るタッチパネル2の断面構成を示す断面図である。図7の(a)は、タッチパネル2における図6のA-B箇所の断面を示す。図7の(b)は、タッチパネル2における図6のC-D箇所の断面を示す。
 タッチパネル2における図6のA-B箇所の断面は、実施形態1のタッチパネル1における図2のA-B箇所の断面と同一である。図7の(b)に示すように、タッチパネル2では、浮遊電極61は、圧電ポリマー層22の上面における、タッチ検出電極24に対向する位置に配置されている。
 (実施形態2の利点)
 タッチパネル2は、実施形態1のタッチパネル1と同様に、タッチパネル2の厚さを増加させることなくタッチ位置検出および押圧検出の両方が可能である。タッチパネル2は、さらに、駆動電極23間に形成される浮遊電極61によって、視認性を向上することができる。タッチパネル2では、駆動電極23とタッチ検出電極24とを結ぶ信号経路に加えて、駆動電極23、浮遊電極61、タッチ検出電極24をこの順で結ぶ信号経路が形成される。したがって、実施形態1のタッチパネル1に比べて、タッチ検出信号の大きさをより増加させることができる。これによりタッチパネル2は、タッチ位置をより安定的に検出することができる。
 (実施形態3)
 図8~図12を参照して、本発明に係る実施形態3について以下に説明する。
 図8は、本発明の実施形態3に係るタッチパネル3の内部構成を示す平面図である。図9は、本発明の実施形態3に係るタッチパネル3の第1電極層を示す図である。図10は、本発明の実施形態3に係るタッチパネル3の第2電極層を示す図である。これらの図に示すように、タッチパネル3は、図2に示すタッチパネル1が備える各部材に加えて、複数のダミー電極81および複数のコンタクトホール82をさらに備えている。
 タッチパネル3では、圧電ポリマー層22の上面に、駆動電極23およびタッチ検出電極24が形成されている。圧電ポリマー層22の下面に、押圧検出電極25およびダミー電極81が形成されている。駆動電極23、タッチ検出電極24、および押圧検出電極25の形状および延伸方向は、実施形態1と同一である。複数のダミー電極81は、いずれも菱形形状を有する。複数のダミー電極81は、電気的にも物理的にも互いに分離されている。1つのダミー電極81は、タッチ検出電極24を構成する1つの単位電極に対応する。
 図11は、本発明の実施形態3に係るタッチパネル3の断面構成を示す断面図である。図11の(a)は、タッチパネル3における図8のA-B箇所の断面を示す。図11の(b)は、タッチパネル3における図8のC-D箇所の断面を示す。
 図11の(a)に示すように、タッチパネル3における図8のA-B箇所の断面は、実施形態1のタッチパネル1における図2のA-B箇所の断面と同一である。図11の(b)に示すように、タッチパネル3では、ダミー電極81は、圧電ポリマー層22の下面における、タッチ検出電極24に対向する位置に配置されている。タッチ検出電極24にはコンタクトホール82が形成されている。タッチ検出電極24は、コンタクトホール82の形成箇所において、対向するダミー電極81に接続されている。
 (実施形態3の利点)
 タッチパネル3は、実施形態1のタッチパネル1と同様に、タッチパネル3の厚さを増加させることなくタッチ位置検出および押圧検出の両方が可能である。タッチパネル3は、さらに、駆動電極23間に形成されるタッチ検出電極24によって、視認性を向上することができる。タッチパネル3では、タッチ検出電極24がダミー電極81に接続されているので、圧電ポリマー層22内の負荷容量がタッチパネル1または2に比べて低下する。これによりタッチパネル3の性能をより向上できる。
 (実施形態4)
 図12~図15を参照して、本発明に係る実施形態4について以下に説明する。
 図12は、本発明の実施形態4に係るタッチパネル4の内部構成を示す平面図である。図13は、本発明の実施形態4に係るタッチパネル4の第1電極層を示す図である。図14は、本発明の実施形態4に係るタッチパネル4の第2電極層を示す図である。これらの図に示すように、タッチパネル4は、図2に示すタッチパネル1が備える各部材に加えて、複数のコンタクト層121、複数のコンタクトホール122、および複数のブリッジパターン123をさらに備えている。
 タッチパネル4では、駆動電極23およびタッチ検出電極24は、圧電ポリマー層22の上面に形成されている。押圧検出電極25、コンタクト層121、およびブリッジパターン123は、圧電ポリマー層22の下面に形成されている。駆動電極23、タッチ検出電極24、および押圧検出電極25の形状および延伸方向は、実施形態1と同一である。複数のコンタクト層121は、いずれも菱形形状を有する。複数のコンタクト層121は、電気的にも物理的にも互いに分離されている。1つのコンタクト層121は、駆動電極23を構成する2つの単位電極に対応する。
 図15は、本発明の実施形態4に係るタッチパネル4の断面構成を示す断面図である。図15の(a)は、タッチパネル4における図12のA-B箇所の断面を示す。図15の(b)は、タッチパネル4における図12のC-D箇所の断面を示す。図15の(a)に示すように、タッチパネル4における図12のA-B箇所の断面は、実施形態1のタッチパネル1における図2のA-B箇所の断面と同一である。図15の(b)に示すように、タッチパネル4では、コンタクト層121は、圧電ポリマー層22の下面における、タッチ検出電極24に対向する位置に配置されている。駆動電極23における、コンタクト層121に対向する箇所に、コンタクトホール122が形成されている。駆動電極23は、コンタクトホール122の形成箇所において、対向するコンタクト層121に接続されている。このように、コンタクト層121は、駆動電極23を横方向に延ばす機能を有する。
 図15の(b)に示すように、コンタクト層121の一部は、タッチパネル3の縦方向(縦方向)においてコンタクトホール122から離れた位置にまで延びている。ダミー電極123は、図15には図示しないコンタクトホールの形成箇所において、タッチ検出電極24と接続されている。
 (実施形態4の利点)
 タッチパネル4は、実施形態1のタッチパネル1と同様に、タッチパネル4の厚さを増加させることなくタッチ位置検出および押圧検出の両方が可能である。タッチパネル4は、駆動電極23間に形成されるタッチ検出電極24によって、視認性を向上することができる。タッチパネル4では、タッチ検出電極24がダミー電極123に接続されているので、圧電ポリマー層22内の負荷容量がタッチパネル1または2に比べて低下する。これによりタッチパネル4の性能をより向上できる。
 (実施形態5)
 図16および図17を参照して、本発明に係る実施形態5について以下に説明する。
 図16は、本発明の実施形態5に係るタッチパネル5の内部構成を示す平面図である。この図に示すように、タッチパネル5は、図2に示すタッチパネル1が備える各部材と同一の各部材を備えている。駆動電極23は、実施形態1と同様に、タッチパネル5の第1電極層に形成され、かつ、横方向に延びている。タッチ検出電極24および押圧検出電極25は、実施形態1と同様に、タッチパネル5の第2電極層にそれぞれ形成され、かつ、縦方向に延びている。タッチパネル5では、駆動電極23、タッチ検出電極24、および押圧検出電極25は、いずれも櫛歯形状を有する。
 図17は、本発明の実施形態5に係るタッチパネル5における図16のE-F箇所の断面を示す断面図である。図17に示すように、タッチパネル5における図16のE-F箇所の断面は、実施形態1のタッチパネル1における図2のA-B箇所の断面と同一である。
 (実施形態5の利点)
 タッチパネル5は、駆動電極23、タッチ検出電極24および押圧検出電極25がいずれも櫛歯形状を有しているので、タッチ位置の検出感度をより向上できる。
 (実施形態6)
 図18および図19を参照して、本発明に係る実施形態6について以下に説明する。
 図18は、本発明の実施形態6に係るタッチパネル6の内部構成を示す平面図である。この図に示すように、タッチパネル6は、図2に示すタッチパネル1が備える各部材に加えて、コンタクト層181をさらに備えている。
 実施形態6では、圧電ポリマー層22の上面に、タッチ検出電極24およびコンタクト層181が形成されている。圧電ポリマー層22の下面に、駆動電極23および押圧検出電極25が形成されている。駆動電極23、タッチ検出電極24、および押圧検出電極25は、いずれも菱形形状を有する。駆動電極23、タッチ検出電極24、および押圧検出電極25の延伸方向は、いずれも実施形態1と同様である。
 図19は、本発明の実施形態6に係るタッチパネル6の断面構成を示す断面図である。図19の(a)は、タッチパネル6における図18のA-B箇所の断面を示す。図19の(b)は、タッチパネル6における図18のC-D箇所の断面を示す。
 図19の(a)に示すように、タッチパネル6における図12のA-B箇所の断面は、実施形態1のタッチパネル1における図2のA-B箇所の断面と同一である。
 図19の(a)に示すように、コンタクト層181は、圧電ポリマー層22の上面において、互いに隣り合うタッチ検出電極24の間に配置されている。コンタクト層181は、互いに隣り合う押圧検出電極25の2つの単位電極を、電気的に接続する。押圧検出電極25は、単位電極同士がコンタクト層181によって互いに接続されることによって、タッチパネル6の横方向に延伸する。
 図19の(b)に示すように、タッチ検出電極24と押圧検出電極25とは、圧電ポリマー層22を挟んで互いに対向する。言い換えると、タッチパネル6において、タッチ検出電極24の下方に押圧検出電極25が配置されている。
 図20は、本発明の実施形態6に係るタッチパネル6による押圧の検出原理を説明する図である。実施形態6では、圧電ポリマー層22の圧電材料は、d31モードの圧電特性を有する。指41の押圧51がタッチパネル3の表面に与えられた場合、圧電ポリマー層22内の圧電材料の表面に電荷が生じる。この電荷の発生によって、圧電ポリマー層22の下面に配置される駆動電極23と押圧検出電極25との間の静電容量が変化する。
 (実施形態7)
 図21および図22を参照して、本発明に係る実施形態7について以下に説明する。
 図21は、本発明の各実施形態に係るタッチパネル1~6のいずれかを備えている液晶表示装置210または220の断面構成を示す断面図である。図21の(a)は、実施形態6に係るタッチパネル6を備えたオンセル構造の液晶表示装置210を示す。図21の(b)は、実施形態4に係るタッチパネル4を備えたインセル構造の液晶表示装置220を示す。
 図21の(a)に示すように、液晶表示装置210は、TFT基板211、TFT212、ITO層213、液晶214、スペーサ215、ブラックマトリクス216、カラーフィルタ(CF)217、CF基板218、圧電ポリマー層22、駆動電極23、タッチ検出電極24、および押圧検出電極25を少なくとも備えている。CF基板218の上に、実施形態6に係るタッチパネル6の層構造が形成される。言い換えるとCF基板218は、透明基板21としての役割を兼ねている。
 図21の(b)に示すように、液晶表示装置220は、液晶表示装置210が備えている各種の部材に加えて、駆動電極219をさらに備えている。CF基板218の上に、実施形態4に係るタッチパネル4の層構造が形成される。言い換えるとCF基板218は、透明基板21としての役割を兼ねている。駆動電極219は、CF基板218の下面に形成されている。駆動電極219は、駆動電極23と協働してタッチパネル1を駆動する機能を有する。言い換えると、液晶表示装置220に備えられる検出回路12は、駆動電極23および駆動電極219の両方に駆動信号を出力する。これにより、タッチパネル1の検出感度をさらに高くすることができる。
 図22は、本発明の各実施形態に係るタッチパネル1~6のいずれかを備えている有機EL表示装置230の断面構成を示す断面図である。この図に示すように、有機EL表示装置230は、ガラス基板231、TFT232、アノード233、有機EL層234、カソード235、保護層236、圧電ポリマー層22、駆動電極23、タッチ検出電極24、および押圧検出電極25を備えている。保護層236は、平坦化膜とも呼ばれる。図22の例では、保護層236の上に、実施形態4に係るタッチパネル4の層構造が形成される。言い換えると、保護層236は、タッチパネル4の透明基板21としての役割をも有する。
 実施形態7によれば、タッチパネル1~6のいずれかの厚さを増加させることなくタッチ位置検出および押圧検出の両方が可能な液晶表示装置および有機EL表示装置を実現することができる。
 〔まとめ〕
 本発明の態様1に係るタッチパネル(1~6)は、圧電ポリマー層(22)と、前記圧電ポリマー層の第1主面に形成される駆動電極(23)と、前記圧電ポリマー層の第2主面に形成される押圧検出電極(25)と、前記圧電ポリマー層の前記第1主面または前記第2主面に形成されるタッチ検出電極(24)とを備えていることを特徴としている。
 前記の構成によれば、タッチパネルの厚さを増加させることなくタッチ位置検出および押圧検出の両方が可能なタッチパネルを実現することができる。
 本発明の態様2に係るタッチパネルは、前記態様1において、前記押圧検出電極は、前記駆動電極または前記タッチ検出電極に重畳する位置に形成されることを特徴としている。
 前記の構成によれば、タッチ位置をより安定的に検出できる。
 本発明の態様3に係るタッチパネルは、前記態様1または2において、前記タッチ検出電極は、前記第2主面に形成され、前記第1主面における前記タッチ検出電極に対向する位置に形成され、かつ、前記タッチ検出電極から電気的に分離される浮遊電極をさらに備えていることを特徴としている。
 前記の構成によれば、タッチパネルの視認性を向上することができる。
 本発明の態様4に係るタッチパネルは、前記態様1または2において、前記タッチ検出電極は、前記第1主面に形成され、前記第1主面における前記タッチ検出電極に対向する位置に形成され、かつ、前記タッチ検出電極に電気的に接続されるダミー電極をさらに備えていることを特徴としている。
 前記の構成によれば、タッチパネルの視認性を向上することができる。
 本発明の態様5に係るタッチパネルは、前記態様1~4のいずれかにおいて、前記駆動電極、前記タッチ検出電極、および前記押圧検出電極は、菱形形状を有することを特徴としている。
 前記の構成によれば、タッチ位置の検出感度を高くすることができる。
 本発明の態様6に係るタッチパネルは、前記態様1または2において、前記駆動電極、前記タッチ検出電極、および前記押圧検出電極は、櫛歯形状を有することを特徴としている。
 前記の構成によれば、タッチ位置の検出感度を高くすることができる。
 本発明の態様7に係る表示装置は、上述したいずれかのタッチパネルを備えていることを特徴としている。
 前記の構成によれば、タッチパネルの厚さを増加させることなくタッチ位置検出および押圧検出の両方が可能な表示装置を実現することができる。
 本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることによって、新しい技術的特徴を形成することもできる。
 1、2、3、4、5、6 タッチパネル
 11 駆動回路
 12 検出回路
 13 駆動線
 14 受信線
 15 受信線
 21 透明基板
 22 圧電ポリマー層
 23 駆動電極
 24 タッチ検出電極
 25 押圧検出電極
 61 浮遊電極
 81、123 ダミー電極
 82、122 コンタクトホール
 121、181 コンタクト層
 210、220 液晶表示装置
 230 有機EL表示装置

Claims (7)

  1.  圧電ポリマー層と、
     前記圧電ポリマー層の第1主面に形成される駆動電極と、
     前記圧電ポリマー層の第2主面に形成される押圧検出電極と、
     前記圧電ポリマー層の前記第1主面または前記第2主面に形成されるタッチ検出電極とを備えていることを特徴とするタッチパネル。
  2.  前記押圧検出電極は、前記駆動電極または前記タッチ検出電極に重畳する位置に形成されることを特徴とする請求項1に記載のタッチパネル。
  3.  前記タッチ検出電極は、前記第2主面に形成され、
     前記第1主面における前記タッチ検出電極に対向する位置に形成され、かつ、前記タッチ検出電極から電気的に分離される浮遊電極をさらに備えていることを特徴とする請求項1または2に記載のタッチパネル。
  4.  前記タッチ検出電極は、前記第1主面に形成され、
     前記第1主面における前記タッチ検出電極に対向する位置に形成され、かつ、前記タッチ検出電極に電気的に接続されるダミー電極をさらに備えていることを特徴とする請求項1または2に記載のタッチパネル。
  5.  前記駆動電極、前記タッチ検出電極、および前記押圧検出電極は、菱形形状を有することを特徴とする請求項1~4のいずれか1項に記載のタッチパネル。
  6.  前記駆動電極、前記タッチ検出電極、および前記押圧検出電極は、櫛歯形状を有することを特徴とする請求項1または2に記載のタッチパネル。
  7.  請求項1~6のいずれか1項に記載のタッチパネルを備えていることを特徴とする表示装置。
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