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JP2001075074A - タッチセンサ一体型液晶表示素子 - Google Patents

タッチセンサ一体型液晶表示素子

Info

Publication number
JP2001075074A
JP2001075074A JP23102299A JP23102299A JP2001075074A JP 2001075074 A JP2001075074 A JP 2001075074A JP 23102299 A JP23102299 A JP 23102299A JP 23102299 A JP23102299 A JP 23102299A JP 2001075074 A JP2001075074 A JP 2001075074A
Authority
JP
Japan
Prior art keywords
liquid crystal
substrate
touch
electrode
crystal display
Prior art date
Legal status (The legal status is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the status listed.)
Pending
Application number
JP23102299A
Other languages
English (en)
Inventor
Mikio Kurihara
幹夫 栗原
Eisuke Kanzaki
英介 神崎
Fumitoshi Kiyooka
史利 清岡
Current Assignee (The listed assignees may be inaccurate. Google has not performed a legal analysis and makes no representation or warranty as to the accuracy of the list.)
International Business Machines Corp
Original Assignee
International Business Machines Corp
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by International Business Machines Corp filed Critical International Business Machines Corp
Priority to JP23102299A priority Critical patent/JP2001075074A/ja
Priority to US09/627,517 priority patent/US6501529B1/en
Publication of JP2001075074A publication Critical patent/JP2001075074A/ja
Pending legal-status Critical Current

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Abstract

(57)【要約】 【課題】 タッチセンサユニットを内蔵した新たな構成
の液晶表示素子を提供することを目的とする。 【解決課題】 第１基板と第２基板の間に液晶層が挿入
された液晶表示素子において、第１基板と第２基板の向
かい合った面に、画像表示のための表示電極とタッチ箇
所検出のためのタッチ電極を設ける。表示電極とタッチ
電極は兼用してもよい。第１基板と第２基板を保持する
ために柱状スペーサが形成されていてもよく、また、タ
ッチ電極は基板上に形成された凸状部材の上に設けても
よい。

Description

【発明の詳細な説明】
【０００１】
【発明の属する技術分野】本発明は、タッチセンサ一体
型液晶表示素子に関し、さらに詳しくは、抵抗膜方式を
用いたタッチセンサ一体型液晶表示素子に関する。
【０００２】
【従来の技術】従来、液晶表示画面などの液晶表示素子
に、例えば、抵抗膜方式でタッチパネル機能を付与する
場合は、タッチセンサユニットを外付けによって前記液
晶表示素子に追加する必要があった。図１は、従来技術
のタッチセンサ機能を有する液晶表示装置１を示す。す
なわち、上部電極８をフィルム７上に形成し下部電極１
０をガラス基板６上に形成する。フィルム７とガラス基
板６をスペーサを介して貼り合わせて抵抗膜方式のタッ
チセンサユニット３を形成する。上部電極８と下部電極
１０の間にはスペース９が存在する。次いで、このタッ
チセンサユニット３をバックライト４とＴＦＴアレイセ
ル５とからなる液晶表示素子２に外付けする。
【０００３】しかしながら、上記のようにタッチセンサ
ユニットを外付けした場合、前記液晶表示素子に対して
タッチセンサユニットが付加されることになる。このた
め、素子全体が厚くなるとともに、素子全体の重量が増
加してしまうという問題が生じていた。また、透過率な
どが劣化するために光学的にも好ましくない状態を呈し
ていた。その結果、ノートブック型パーソナルコンピュ
ータなどの、小型かつ軽量性が要求される電子機器にタ
ッチセンサユニットを備え付けることは困難であった。
また、このようなタッチセンサユニットは、液晶表示素
子と別工程で作製するとともに、別個の部材として作製
するため、コスト的にも増大するという問題を有してい
た。
【０００４】かかる問題に鑑み、図２のように、タッチ
センサユニット３を構成しているガラス基板６をフィル
ム１１に代えることが検討されている。これにより、前
記のような厚さ及び重さの問題は若干回避されるように
なったが、今だ十分とは言えない状態である。さらに、
フィルムを使用した場合は、ガラス基板などに比べて電
極部材の作製工程が複雑になるため、逆にコストが増大
するという問題を生じていた。また、フィルムの強度不
足や光学的な不均一性に起因して、十分な信頼性と光学
特性を有するタッチセンサユニットを製造することがで
きないでいた。
【０００５】
【発明が解決しようとする課題】本発明は、タッチセン
サユニットを内蔵した小型・軽量の液晶表示素子を提供
することを目的とする。また本発明は、タッチ動作によ
る位置検出性に優れたタッチセンサユニット内蔵の液晶
表示素子を提供することを目的とする。
【０００６】
【課題を解決するための手段】本発明のタッチセンサ一
体型液晶表示素子は、相対向する第１基板及び第２基板
と、前記第１基板と前記第２基板の間に挟持された液晶
層と、前記第１基板の前記液晶層に隣接する側及び前記
第２基板の前記液晶層に隣接する側の少なくとも一方に
設けられた、表示電極とタッチ電極とからなる。また、
本発明のタッチセンサ一体型液晶表示素子は、さらに柱
状スペーサも有する。また、さらに凸状部材を有し、前
記タッチ電極が凸状部材の上に設けられている。
【０００７】
【発明の実施の形態】図３は、本発明のタッチセンサ一
体型液晶表示素子の一例を示す断面図である。 第１基
板１４の上には、第１表示電極１５と第１タッチ電極１
６とが設けられ、第２基板１７の上には、第２表示電極
１８と第２タッチ電極１９が設けられている。第１基板
１４と第２基板１７の間には、液晶層２０が挟持されて
いる。本発明においては、反射型の液晶表示装置であっ
ても透過型の液晶表示装置であってもよい。
【０００８】図４は、本発明のタッチセンサ一体型液晶
表示装置の他の一例を示す断面図である。第１基板１４
の上には、第１表示電極１５が形成されている。図４に
おいては、第１表示電極１５は画素電極として示されて
いる。第２基板１７の上には、カラーフィルタ層２１と
ブラックマトリクス層２２が設けられ、これらの上には
第２表示電極２５が形成されている。図４においては、
第２表示電極２５は共通電極として示されている。
【０００９】さらに、第１基板１４における第１表示電
極１５の形成されていない領域には、画素電極駆動配線
２６、絶縁層２３、第１タッチ電極２７が形成されてい
る。画素電極駆動配線２６は、ゲート線またはデータ線
である。第２基板１７におけるブラックマトリクス２２
が存在する領域の第２表示電極２５の上には、絶縁層２
３および第２タッチ電極２４が設けられている。
【００１０】図４においては、画素電極（第１表示電極
１５）と共通電極（第２表示電極２５）との間で電圧が
印加され、液晶層２０に含まれている液晶分子の配向が
変化して光の透過が制御されることにより、画像が表示
される。一方、例えば第２基板１７の上側から指で押す
ことにより、第１タッチ電極２７と第２タッチ電極２４
とが接触することにより、タッチ位置の検出が行われ
る。
【００１１】図５は、図４の第１基板１４をＡの方向か
らみた平面図を示したものである。第１基板１４の液晶
層２０に隣接する側に、第１表示電極１５と薄膜トラン
ジスタ２９が形成され、さらに第１表示電極１５と薄膜
トランジスタ２９の形成されていない領域に画素電極駆
動配線２６と絶縁膜２３と第１タッチ電極２７とが積層
して設けられている。図面では簡単のため、画素電極駆
動配線２６と薄膜トランジスタ２９の接続は省略して示
されている。図５のＸ−Ｘ’における断面図が、図４に
相当する。
【００１２】図６は、図４の第２基板１７をＡの方向か
らみた平面図を示したものであり、第２基板１７の裏面
の構造を破線で示している。第２基板１７の液晶層２０
に隣接する側に、カラーフィルタ層２１が形成され、さ
らにカラーフィルタ層２１の設けられている領域以外の
領域にブラックマトリクス２２が形成されている。図６
には示されていないが、カラーフィルタ層２１とブラッ
クマトリクス層２２の上には、全面に共通電極（第２表
示電極２５）が形成されている。ブラックマトリクスの
形成されている領域に、絶縁膜２３と第１タッチ電極２
４が積層して形成されている。図４は、図６のＹ−Ｙ’
における断面図に相当する
【００１３】以上においては、第１と第２のタッチ電極
は縦横に網状に形成された抵抗配線として説明されてい
る。タッチ電極は、抵抗配線の任意の場所が上下で接触
して位置を検出するように構成されていてもよく、縦横
の抵抗配線の交点部分に突起が形成されており、その突
起のみで上下が接触するように構成されていてもよい。
また、交点部分の突起と交点間の配線は同一の抵抗材料
で構成されていてもよく、交点部分の突起が高導電性の
金属で交点間の配線が抵抗材料で構成されていてもよ
い。
【００１４】図７は、図６の変形例である。図６におい
ては、画素電極駆動配線２６と第１タッチ電極２７とが
絶縁層２３を介して積層されているが、積層されていな
くても画素電極駆動配線２６と第１タッチ電極２７が電
気的に絶縁されていれば足りる。したがって、図７に示
すように、画素電極駆動配線２６と第１タッチ電極２７
とは、お互いに若干離れて配置された平行な配線として
もよい。
【００１５】図８は、本発明の別の態様を模式的に示す
ものである。図４と同様に第１基板１４には画素電極１
５と画素電極駆動配線２６が形成されており、第２基板
にはカラーフィルタ層２１とブラックマトリクス２２と
第２表示電極２５が形成されている。図８においては、
第１基板と第２基板の間の距離を均一にし、液晶層２０
の厚みを一定に保つために、柱状スペーサ３２が形成さ
れている。本発明の液晶表示素子はタッチセンサ機能を
有するものであり、したがって、使用の際には表面から
指やペンなどにより基板表面が押されて変形する。従来
から液晶表示素子のスペーサとしては粒状のものも広く
用いられている。しかし、粒状のスペーサは、タッチセ
ンサを兼ね備えた液晶表示素子に用いるとタッチ時にお
ける押し圧によりスペーサが移動して元に戻らなかった
り、スペーサ移動時にスペーサが表示電極や表示電極表
面に形成した配向膜層などを損傷したりするため、望ま
しくない。本発明のように柱状スペーサ３２を用いるこ
とで、このような問題点を解決し、多数回のタッチ動作
に耐えうるタッチセンサ一体型液晶表示素子を得ること
ができる。
【００１６】さらに、本発明は、タッチ電極が凸状部材
の上にされていてもよい。図８では、画素電極駆動配線
２６の上に凸状部材３１が形成され、さらにその上に第
１タッチ電極２７が形成されている。画素電極駆動配線
２６と凸状部材３１は重なり合わない位置に形成されて
いてもよく、一部分のみが重なり合うように形成されて
いてもよい。また、凸状部材３１は、第２基板１７の側
に形成されていてもよく、第１基板１４と第２基板１７
の両側に形成されていてもよい。いずれの場合であって
も、第１タッチ電極２７と第２タッチ電極２４の間の距
離は、凸状部材がない場合よりも狭くすることができ
る。図８に示すように、凸状部材３１は柱状スペーサ３
２よりも高さが低く、したがって、第１タッチ電極２７
と第２タッチ電極２４の間には液晶層の厚みよりもずっ
と薄い間隙が形成される。このような凸状部材３１を形
成することにより、基板表面をわずかに押しただけでタ
ッチ箇所の検出できるので、タッチ動作による位置検出
性に優れたタッチセンサユニット内蔵の液晶表示素子を
得ることができる。
【００１７】柱状スペーサ３２と凸状部材３１が両方形
成されていることで極めて位置検出性能を高めることが
できる。凸状部材３１だけでは第１タッチ電極と第２タ
ッチ電極とが極めて近接するので、誤って指がわずかに
ふれてしまった場合にも位置検出が行われてしまうおそ
れがある。凸状部材３１が柱状スペーサ３２と併用され
ることにより、必要に応じて、タッチ動作の有無を検出
する場合における第２基板１７の変形量のしきい値を高
くすることができる。また、ある程度大きな力を加えて
も第２基板１７自体が大きく変形することもないので、
液晶表示素子の性能劣化を防止することもできる。
【００１８】図８のように凸状部材３１が画素電極駆動
配線２６の上にある場合などには第２タッチ電極２７と
画素電極駆動配線２６を絶縁する必要があるので、凸状
部材３１は絶縁材料で構成する方が設計上は有利であろ
うと考えられる。しかし、このような絶縁を他の手段で
解決できる場合や絶縁の必要がない場合には凸状部材３
１が絶縁材料に限定される必要はかならずしもない。し
たがって凸状部材は、タッチ電極の材料と同一の材料で
あってもよく、柱状スペーサと同一の材料であってもよ
く、また、タッチ電極材料や柱状スペーサと異なる材料
であってもよい。
【００１９】図９は、本発明のさらに具体的な構成を示
した図面である。理解しやすくするため、薄膜トランジ
スタと柱状スペーサと凸状部材とは一つの断面図のなか
で模式的に表されており、直線的な位置関係を有してい
るようにも受け取れるが、実際には必ずしも直線的な位
置関係で配置されているわけではない。第１基板１０１
の主面１０１Ａ上にはアンダーコート層１１０が形成さ
れ、このアンダーコート層１１０の上にはゲート絶縁膜
１０９が形成されている。そして、このゲート絶縁膜１
０９の上には液晶層１０３に電場を印加するための画素
電極１２０が形成されている。また、ゲート絶縁膜１０
９中にはゲート電極の配線、いわゆるゲートライン１１
２−１及び１１２−２が形成されている。そして、この
ゲートライン１１２−１上には絶縁性の材料からなる柱
状スペーサ１０５が形成され、第１基板１０１及び第２
基板１０２を保持している。一方、ゲートライン１１２
−２上には柱状スペーサ１０５よりも低い高さの凸状部
材１０６が形成されている。この凸状部材１０６の上面
１０６Ａ及び側面１０６Ｂ、すなわち凸状部材１０６の
表面には導電性材料からなる第１タッチ電極１０７が形
成されている。
【００２０】第２基板１０２の主面１０２Ａ上において
は、ゲートライン１１２−１及び１１２−２並びに薄膜
トランジスタ１１１と対向する位置にブラックマトリッ
クス１１５が形成されている。さらに、ブラックマトリ
ックス１１５と隣接し、前記ゲートラインなどと対向し
ない位置にカラーフィルタ１１４が形成されている。そ
して、これらの上には保護膜１０８を介して共通電極１
２１が形成されている。また、この共通電極１２１上の
第１タッチ電極１０７と対向する位置に、絶縁膜１１７
を介して導電性材料からなる第２タッチ電極１１６が形
成されている。
【００２１】さらに、第１基板１０１の主面１０１Ａ上
において、薄膜トランジスタ１１１及び画素電極１２０
を覆うように、液晶を配向させる目的でポリイミド膜１
１３が形成されている。同様に、第２基板１０２上にお
いても第２タッチ電極１１６を除いて共通電極１２１上
にポリイミド膜１１３が形成されている。さらに、柱状
スペーサ１０５の側面１０５Ｂ及び凸状部材の側面１０
６Ｂにもポリイミド膜１１３が形成されている。
【００２２】本発明のタッチセンサ一体型液晶表示素子
において、液晶表示画面のタッチセンサ入力部分を押圧
しない場合は素子自体何らの変形も受けず、柱状スペー
サ１０５によって図９に示すような構成を保持して存在
する。したがって、第１タッチ電極１０７と第２タッチ
電極１１６との電気的接触は行われない。このため、図
示しない抵抗回路を通じて電流が流れることがないた
め、位置情報がアップデートされない。一方、液晶表示
画面のタッチセンサ入力部分を押圧すると、第２基板１
０２が第１基板１０１に向かって湾曲する。この結果、
第１タッチ電極１０７と第２タッチ電極１１６との電気
的接触が行われ、これらの電極と接続された図示しない
抵抗回路を通じて電流が流れる。前記抵抗回路は第１基
板１０１及び第２基板１０２に液晶表示素子全体に亘っ
て形成されている。液晶表示素子の例えば四隅に電流検
出手段が設けられている。タッチ位置によってタッチ箇
所から電流検出手段までの抵抗値が異なるので、四隅で
検出される電流値が異なる。このようなタッチセンサ回
路によって前記電流値を読み取ることによって位置情報
をアップデートすることができる。
【００２３】このように本発明のタッチセンサ一体型液
晶表示素子は、素子内部にタッチセンサユニットを内蔵
させている。したがって、タッチセンサユニットを液晶
表示素子に外付けした場合に比較して、素子自体の厚さ
や重さを減少させることができ、さらにコストの低減も
可能となる。また、余分なフィルムやガラス基板を用い
ていないので光学特性についても良好なものを得ること
ができる。
【００２４】図９に示すタッチセンサ一体型液晶表示素
子では、非線形能動素子である薄膜トランジスタ１１１
を用いて、アクティブマトリックス方式で液晶層１０３
を駆動させている。しかしながら、本発明のタッチセン
サ一体型液晶表示素子は、直接駆動方式やビームアドレ
ス方式などの他の方式を用いて駆動させることもでき
る。但し、アクティブマトリックス方式によれば、表示
信号の入力端子とアドレス信号の入力端子とを分離する
ことができることなどに起因して、高画質、高密度、及
び大容量のタッチセンサ一体型液晶表示素子を得ること
ができる。
【００２５】また、図９に示すタッチセンサ一体型液晶
表示素子では、第２基板１０２の主面１０２Ａ上にカラ
ーフィルタ１１４を形成し、これによってカラー表示さ
せるようにしている。しかしながら、カラーフィルタを
用いる代わりに液晶層１０３中に二色性色素を含有させ
ることもできる。但し、カラーフィルタを用いることに
よって解像度の高いタッチセンサ型液晶表示素子を得る
ことができる。
【００２６】図９においては、柱状スペーサ１０５をゲ
ートライン１１２−１上に形成している。しかしながら
柱状スペーサ１０５を形成する位置は、互いに対をなす
第１基板１０１と第２基板１０２との間に形成され、第
１基板１０１と第２基板１０２とを保持するように構成
されていれば、特に限定されるものではない。但し、薄
膜トランジスタ１１１及びカラーフィルタ１１４の存在
する位置に柱状スペーサを形成すると、これらがその機
能を十分に発揮することができなくなる。したがって、
これらを除いた部分に位置するように柱状スペーサを形
成することが好ましい。
【００２７】液晶表示素子内部構造においては、画素電
極駆動配線、すなわちゲートラインやデータラインが形
成された部分は比較的大きなスペースを有する。また、
一般にカラーフィルタは画素電極駆動配線を除いた部分
に形成される。さらに、このゲートラインは図９にも示
されているように、ゲート絶縁膜１０９内に形成される
ため、その上に他の部材を形成した場合においてもその
特性自体には何ら影響を及ぼすことがない。したがっ
て、柱状スペーサは図９に示すように画素電極駆動配線
の上に位置するように形成することが好ましい。画素電
極駆動配線は液晶表示素子内部において縦横に均一に配
され、ほぼ網目状態を呈している。したがって、柱状ス
ペーサを画素電極駆動配線上に形成することによって、
柱状スペーサを素子全体に亘って均一に配することも可
能となる。
【００２８】凸状部材を形成する位置についても柱状ス
ペーサの場合と同じく、薄膜トランジスタ１１１及びカ
ラーフィルタ１１４を除いた部分に形成することが好ま
しく、さらには、図９に示すように画素電極駆動配線１
１２−２上に形成することが好ましい。これによって、
前記柱状スペーサの場合と同様の効果を得ることができ
る。
【００２９】柱状スペーサ１０５の形状は特に限定され
ず、円柱形状、４角柱形状などのあらゆる形態に形成す
ることができる。凸状部材１０６の形状についても特に
限定されず、図９に示すような断面が台形状となる４角
柱形状や円柱形状など、あらゆる形態に形成することが
できる。また、柱状スペーサ１０５及び凸状部材１０６
の数は、液晶表示画面の大きさ及び液晶表示画面上にお
ける画素の数と必要とされる位置情報の精度などによっ
て決定される。但し、柱状スペーサ１０５は第１基板１
０１及び第２基板１０２を保持するものであるため、こ
れら基板間において、ほぼ等間隔で均一に形成されてい
ることが好ましい。
【００３０】柱状スペーサ１０５の幅は、図１のように
ゲートライン１１２−１上に形成する場合においては、
ゲートライン１１２−１の幅に依存して決定される。一
方、柱状スペーサ１０５の高さＨは、液晶ディスプレイ
の特性上 ３〜７μｍで有ることが好ましく、さらには
４〜６μｍであることが好ましい。
【００３１】凸状部材１０６の幅についても、図９に示
すようにゲートライン１１２−２上に形成する場合にお
いては、ゲートライン１１２−２の幅に依存して形成さ
れる。一方、高さｈは、液晶表示画面をペン先などで軽
く触れた状態において、第２タッチ電極１１６と凸状部
材１０６の上面１０６Ａ部分とが接触するような大きさ
であることが好ましい。具体的には、柱状スペーサ５の
高さＨよりも０．５〜６．５μｍだけ小さいことが好ま
しく、さらには１〜４μｍだけ小さいことが好ましい。
【００３２】柱状スペーサ１０５及び凸状部材１０６の
形成方法は特に限定されないが、フォトレジスト及びエ
ッチングを併用することによって形成することができ
る。すなわち、レジスト材料を塗布した後、マスキング
工程を複数回施し、露光及び現像処理の回数を、柱状ス
ペーサを形成すべき部分と凸状部材を形成すべき部分と
で異らせることなどによって形成することができる。こ
のような方法で凸状部材を形成した場合は、部材全体が
絶縁性となってしまうので、再度マスキングを施して凸
状部材１０６の表面に導電性の材料からなる第１タッチ
電極１０７を形成する。
【００３３】また、図９とは異なり、第２タッチ電極１
１６と絶縁膜１１７を設けないで、代わりに第２基板１
０２側に形成された共通電極１２１を第２タッチ電極と
して用いることもできる。この場合は、第１基板１０１
側にのみ抵抗回路を設け、第１タッチ電極１０７と接続
する。そして、前記抵抗回路を流れる電流を前記抵抗回
路の４つのコーナで読むことによって上記接触動作の有
無及び位置を判断する。共通電極１２１は、特定のタイ
ミングにおいてはすべての場所で同一の電位となってい
るので、第１タッチ電極１０７に接続された抵抗回路を
用いてタッチ箇所の検出を行うことは容易である。代替
方法として、第１タッチ電極は設けず、第２タッチ電極
と画素電極との接触を第２タッチ電極に接続された抵抗
回路を用いてタッチ箇所の検出を行うことも可能であ
る。この場合には、画素電極の電位が画素ごとにより異
なる値を取りうることから、抵抗回路では接触した画素
電極の電位をも考慮してタッチ箇所の検出を行うことが
必要となる。共通電極が第２タッチ電極と兼用される場
合や画素電極が第１タッチ電極と兼用される場合、タッ
チ時にはタッチ箇所近辺の画像が乱れるという不利益が
生じることはありうる。しかし、タッチ時にはペンや指
が障害となってタッチ箇所近辺を観察することは難しい
ので、タッチ箇所近辺の画像が乱れること自体は実際に
はそれほど問題となるわけではない。
【００３４】図１０を用いて、位置検出の原理を説明す
る。第１基板にはモデル的に２×２のマトリクスからな
るタッチ電極Ｔ１〜Ｔ４が形成されて、Ｐ１〜Ｐ４で電
流が検出される。簡単のためすべての抵抗線の抵抗値が
Ｒとされており、電圧Ｖが印加されている。第２基板に
は第２表示電極とタッチ電極を兼用する共通電極が形成
され、接地されている。仮にＴ２が共通電極と接触する
と、Ｔ２とＰ１〜Ｐ４の間の抵抗Ｒ１〜Ｒ４は、Ｒ１＝
７Ｒ／４、Ｒ２＝Ｒ、Ｒ３＝７Ｒ／４、Ｒ４＝３Ｒ／２
となる。この抵抗に電圧Ｖがかかり、Ｐ１〜Ｐ４におい
て電流Ｉ１〜Ｉ４が検出される。このようにして検出し
た電流から位置座標を求める方法は５ワイヤ方式として
知られている。５ワイヤ方式では、タッチ位置が次の式
で求まることが知られている。
【００３５】 Ｘ＝（Ｗ／２）｛（Ｉ２＋Ｉ３）−（Ｉ１＋Ｉ４）｝／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ ４）
【００３６】 Ｙ＝（Ｗ／２）｛（Ｉ１＋Ｉ２）−（Ｉ３＋Ｉ４）｝／（Ｉ１＋Ｉ２＋Ｉ３＋Ｉ ４）
【００３７】この式に当てはめると、Ｔ２が共通電極と
接触した場合にはＸ＝６／５９、Ｙ＝６／５９となる。
同様の方法で計算すると、Ｔ１が共通電極と接触した場
合にはＸ＝−６／５９、Ｙ＝６／５９と求まり、結局は
４点のうちのどの位置が接触したかが区別できる。タッ
チ電極の数が多くなっても基本的な計算プロセスは同様
である。以上のように、共通電極がタッチ電極を兼ねる
場合であっても、位置座標が求まることがわかる。結局
は上下の接触した箇所の電位差が問題となるのであるか
ら、接触した時点の電位差が測定できれば接触位置を求
めることが可能となりうる。したがって、画素電極をタ
ッチ電極と兼用する場合であっても、分子の劣化を防ぐ
ために反転駆動がなされているような場合であっても、
タッチ位置を求めることは原理的に可能であることは理
解される。
【００３８】タッチ機能を有しない液晶表示装置におい
て、一定電位が印加されているはずの共通電極は、実際
には画素電極のオン−オフの影響などにより電位が変動
している。本発明のように共通電極をタッチ電極として
兼用すると、このような電位の変動の影響を受けてタッ
チ位置検出精度が低下してしまうという問題点がある。
この問題点を解決するためにタッチ電極に印加する電圧
を高くすると、位置精度は向上するものの、タッチ時に
接触した部分だけでなくその周囲の広い領域にわたって
画像品質に悪影響を及ぼすこともあり得る。タッチ電極
に印加する電位を画像表示に影響を与えない程度に低く
抑えるためには、タッチ電極が共通電極に接触したとき
に電極電位の変動を検出しその変動値も含めてタッチ位
置座標を算出してもよい。
【００３９】以上においては、第１基板に第１表示電
極、第２基板に第２表示電極が設けられている例を示し
ており、典型的には、ツイステッド・ネマチック液晶方
式がこれにあたる。しかし、本発明においては、第１基
板に第１表示電極と第２表示電極の両方が設けられてい
てもよく、典型的には、インプレーンスイッチング方式
がこれにあたる。図１１は、インプレーンスイッチング
方式で、共通電極が第１タッチ電極を兼ねている液晶表
示素子の一画素分の概略斜視図を示したものである。第
１基板１４の上に第１表示電極である画素電極４１と第
２画素電極である共通電極４２が形成されている。簡便
には共通電極４２を接地し、薄膜トランジスタ４３をオ
ンまたはオフすることで画素電極４３への電圧印加を制
御し液晶の配向が変化して画像表示が行われる。第２基
板１７の上には、タッチ電極４４が形成されており、タ
ッチ位置検出のための定電圧が印加されている。図１１
ではタッチ電極が全面に形成されているように示されて
いるが、タッチ電極は図６の第２タッチ電極２４のよう
に縦横に網状に形成されていてもよく、第１基板の共通
電極４２と重なり合う位置に形成されていてもよい。図
１１において、第２基板１７のほうから指で押されるこ
とにより共通電極４２とタッチ電極４４が接触して、接
地された共通電極４２と定電圧が印加されたタッチ電極
４４の間に電位差が存在するために電流が流れ、タッチ
位置が検出される。
【００４０】以上、本発明を具体例を示しながら発明の
実施の形態に基づいて詳細に説明したが、本発明は上記
内容に限定されるものではなく、本発明の範疇を逸脱し
ない範囲内においてあらゆる変更や変形が可能である。
【００４１】
【発明の効果】上述したように、本発明のタッチセンサ
一体型液晶表示素子は、タッチセンサ手段を素子内部に
内蔵させている。したがって、タッチセンサユニットを
液晶表示素子に外付けした場合に比較して、素子自体の
厚さや重さを減少させることができ、さらにコストの低
減も可能となる。その結果、小型かつ軽量であることが
要求され、かつある程度画面サイズが大きいノートブッ
ク型パーソナルコンピュータなどの電子機器に対しても
タッチセンサ機能を付与することができる。また、柱状
スペーサや凸状部材を有することで、タッチ性能と耐久
性を高めることができる。
【図面の簡単な説明】
【図１】 従来技術のタッチセンサ機能を有する液晶表
示素子を示す断面図である。
【図２】 従来技術のタッチセンサ機能を有する液晶表
示素子を示す断面図である。
【図３】 本発明のタッチセンサ一体型液晶表示素子の
一例を示す部分断面図である。
【図４】 本発明のタッチセンサ一体型液晶表示素子の
一例を示す部分断面図である。
【図５】 本発明のタッチセンサ一体型液晶表示素子の
一例を示す平面図である。
【図６】 本発明のタッチセンサ一体型液晶表示素子の
一例を示す平面図である。
【図７】 本発明のタッチセンサ一体型液晶表示素子の
一例を示す平面図である。
【図８】 本発明のタッチセンサ一体型液晶表示素子の
一例を示す部分断面図である。
【図９】 本発明のタッチセンサ一体型液晶表示素子の
一例を示す部分断面図である。
【図１０】 本発明の位置検出方法を説明するための図
である。
【図１１】 本発明のタッチセンサ一体型液晶表示素子
の一例を示す概略斜視図である。
【符号の説明】
１４、１０１ 第１基板 １５ 第１表示電極 １６、１０７ 第１タッチ電極、 １７、１０２ 第２基板 １８、２５ 第２表示電
極 １９、１１６ 第２タッチ電極 ２０ 液晶層 ２１、１１４ カラーフィルタ ２２、１１５ ブラックマトリックス １０３ 液
晶層 １０５ 柱状スペーサ １０６ 凸状部材 １０８ 保護膜 １０９ ゲート絶縁膜 １１０
アンダーコート層 １１１ 薄膜トランジスタ １１２ ゲートライン １１３ ポリイミド膜 １１７ 絶縁膜 １２０ 画素電極 １２１ 共通電極
───────────────────────────────────────────────────── フロントページの続き (72)発明者 神崎 英介 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本ア イ・ビー・エム株式会社 大和事業所内 (72)発明者 清岡 史利 神奈川県大和市下鶴間1623番地14 日本ア イ・ビー・エム株式会社 大和事業所内 Ｆターム(参考） 2H089 HA18 LA10 LA16 LA20 MA04X NA14 NA17 NA24 NA25 QA12 QA13 QA14 TA07 TA09 5B087 AA02 AA06 CC02 CC12 CC16 CC18 CC25 CC26 5G006 AA01 AZ02 FB14 FB17 FB21 JA01 JB05 5G435 AA16 AA18 BB12 CC01 EE12 EE33 GG12 HH12 HH13 HH15

Claims (19)

    【特許請求の範囲】
  1. 【請求項１】 相対向する第１基板及び第２基板と、前
    記第１基板と前記第２基板との間に挟持された液晶層
    と、前記第１基板の前記液晶層に隣接する側及び前記第
    ２基板の前記液晶層に隣接する側の少なくとも一方に設
    けられた画像表示のための表示電極と、前記第１基板の
    前記液晶層に隣接する側及び前記第２基板の前記液晶層
    に隣接する側の少なくとも一方に設けられたタッチ箇所
    検出のためのタッチ電極とを具えたことを特徴とする、
    タッチセンサ一体型液晶表示素子。
  2. 【請求項２】 前記タッチ電極は、前記表示電極の上
    に、絶縁層を介して形成されていることを特徴とする、
    請求項１に記載のタッチセンサ一体型液晶表示素子。
  3. 【請求項３】 前記表示電極は、パターン化して形成さ
    れており、前記タッチ電極は、前記表示電極が形成され
    ていない領域に形成されていることを特徴とする、請求
    項１に記載のタッチセンサ一体型液晶表示素子。
  4. 【請求項４】 前記タッチ電極は、前記第１基板の上に
    設けられた第１タッチ電極と、前記第２基板の上に設け
    られた第２タッチ電極とからなり、前記第１タッチ電極
    と前記第２タッチ電極とが接触することにより前記第１
    基板または前記第２基板に対するタッチ箇所を検出する
    ことを特徴とする、請求項１〜３のいずれか一に記載の
    タッチセンサ一体型液晶表示素子。
  5. 【請求項５】 前記タッチセンサ一体型液晶表示素子
    は、さらに前記第１基板の上に設けられた薄膜トランジ
    スタと画素電極駆動配線とを具えるとともに、前記表示
    電極は、前記第１基板の上に設けられた第１表示電極
    と、前記第２基板の上に設けられた第２表示電極とから
    なり、 前記第１表示電極は画素電極であり、前記第２表示電極
    は共通電極であることを特徴とする、請求項３に記載の
    タッチセンサ一体型液晶表示素子。
  6. 【請求項６】 前記第１タッチ電極は、前記画素電極駆
    動配線の上に絶縁層を介して形成されていることを特徴
    とする、請求項５に記載のタッチセンサ一体型液晶表示
    素子。
  7. 【請求項７】 前記画素電極及び前記共通電極の少なく
    とも一方は透明導電膜であることを特徴とする、請求項
    ５又は６に記載のタッチセンサ一体型液晶表示素子。
  8. 【請求項８】 前記タッチ電極は前記第１基板の前記液
    晶層に隣接する側に設けられるとともに、前記表示電極
    は前記第２基板の前記液晶層に隣接する側に設けられ、
    前記タッチ電極と前記表示電極とが接触することにより
    前記第１基板または前記第２基板に対するタッチ箇所を
    検出することを特徴とする、請求項１に記載のタッチセ
    ンサ一体型液晶表示素子。
  9. 【請求項９】 相対向する第１基板及び第２基板と、前
    記第１基板と第２基板の間に挟持された液晶層と、前記
    第１基板の前記液晶層に隣接する側及び前記第２基板の
    前記液晶層に隣接する側の少なくとも一方に設けられた
    画像表示のための表示電極と、前記第１基板の前記液晶
    層に隣接する側及び前記第２基板の前記液晶層に隣接す
    る側の少なくとも一方に設けられたタッチ箇所検出のた
    めのタッチ電極と、前記第１基板と前記第２基板を保持
    するための柱状スペーサとを具えたことを特徴とする、
    タッチセンサ一体型液晶表示素子。
  10. 【請求項１０】 相対向する第１基板及び第２基板と、
    前記第１基板と第２基板の間に挟持された液晶層と、前
    記第１基板の前記液晶層に隣接する側及び前記第２基板
    の前記液晶層に隣接する側の少なくとも一方に設けられ
    た画像表示のための表示電極と、前記第１基板の前記液
    晶層に隣接する側及び前記第２基板の前記液晶層に隣接
    する側の少なくとも一方に設けられた凸状部材と、前記
    凸状部材の上に設けられたタッチ箇所検出のためのタッ
    チ電極とを具えたことを特徴とする、タッチセンサ一体
    型液晶表示素子。
  11. 【請求項１１】 前記タッチセンサ一体型液晶素子は、
    さらに前記第１基板と前記第２基板を保持するための柱
    状スペーサを有することを特徴とする、請求項１０に記
    載のタッチセンサ一体型液晶表示素子。
  12. 【請求項１２】 前記柱状スペーサの高さは、３μｍ〜
    ７μｍであることを特徴とする、請求項１１に記載のタ
    ッチセンサ一体型液晶表示素子。
  13. 【請求項１３】 前記凸状部材の高さは、前記柱状スペ
    ーサの高さよりも１μｍ〜４μｍだけ低いことを特徴と
    する、請求項１１又は１２に記載のタッチセンサ一体型
    液晶表示素子。
  14. 【請求項１４】 前記柱状スペーサ及び前記凸状部材の
    少なくとも一方は、レジスト材料からなることを特徴と
    する、請求項１１に記載のタッチセンサ一体型液晶表示
    素子。
  15. 【請求項１５】 前記タッチセンサ一体型液晶表示素子
    は、さらに、第１基板の上に形成された薄膜トランジス
    タおよび画素駆動配線と、第２基板の上に形成されたカ
    ラーフィルタおよびブラックマトリクスとを具え、前記
    薄膜トランジスタおよび前記画素駆動配線は、前記ブラ
    ックマトリクスと重なり合う位置に配置されていること
    を特徴とする、請求項１１に記載のタッチセンサ一体型
    液晶表示装置。
  16. 【請求項１６】 前記柱状スペーサは、実質上前記ブラ
    ックマトリクスと重なり合う位置に形成されていること
    を特徴とする、請求項１５に記載のタッチセンサ一体型
    液晶表示装置。
  17. 【請求項１７】 前記柱状スペーサは、実質上前記画素
    駆動配線と重なり合う位置に形成されていることを特徴
    とする、請求項１５に記載のタッチセンサ一体型液晶表
    示装置。
  18. 【請求項１８】 前記凸状部材は、実質上前記ブラック
    マトリクスと重なり合う位置に形成されていることを特
    徴とする、請求項１５に記載のタッチセンサ一体型液晶
    表示装置。
  19. 【請求項１９】 前記凸状部材は、実質上前記画素駆動
    配線と重なり合う位置に形成されていることを特徴とす
    る、請求項１５に記載のタッチセンサ一体型液晶表示装
    置。
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