JP2010015412A - タッチパネル付き表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】非導体のスタイラスペンでのペン入力が可能で、信頼性の高いタッチパネル付き表示装置を提供する。
【解決手段】表示パネルと、前記表示パネルの観察者側の面上に配置されたタッチパネルとを備える表示装置であって、前記タッチパネルは、透明基板と、前記透明基板の前記表示パネルと対向する面側に形成された複数の第１電極と、前記第１電極と交差する複数の第２電極とを有し、前記表示パネルは、前記タッチパネルと対向する面側に、前記複数の第１電極及び前記第２電極を覆う面状の第３電極を有し、前記複数の第１電極および前記第２電極と、前記第３電極との間の間隔は、０．５ｍｍ以下である。前記タッチパネルは、接着剤により前記表示パネルの観察者側の面上に接着されている。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチパネル付き表示装置に関し、特に、静電容量結合方式のタッチパネルを備えたタッチパネル付き表示装置に適用して有効な技術に関するものである。

近年、モバイル機器の普及において、“人にやさしい”グラフィカルユーザインターフェースを支えるタッチパネル技術が重要となってきている。
このタッチパネル技術として、静電容量結合方式のタッチパネルが知られており、この静電容量結合方式のタッチパネルとして、観察者がタッチした複数のタッチ位置を検出するものが知られている。（下記、特許文献１参照）
下記特許文献１に記載されているタッチパネルは、Ｘ方向の電極とＹ方向の電極との結合容量を検出して、観察者がタッチした位置座標を検出している。

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
特表２００３−５１１７９９号公報

静電容量結合方式のタッチパネルは、第１の方向（例えばＹ方向）に延在し、第１の方向と交差する第２の方向（例えばＸ方向）に併設される複数のＸ電極と、このＸ電極と交差して第２の方向に延在し、第１の方向に併設される複数のＹ電極とを有している。このようなタッチパネルをＸ−Ｙ方式タッチパネルと呼ぶ。
Ｘ−Ｙ方式タッチパネルでは、複数のＸ電極と複数のＹ電極とは、基板上に層間絶縁膜を介して積層されている。これらＸ電極とＹ電極は、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明性導電材料で形成されている。
一方、タッチパネルのタッチ面を観察者の指でタッチしてタッチ位置座標を入力する方法（以下、単に指タッチ入力方法という）と、タッチパネルのタッチ面をスタイラスペンでタッチしてタッチ位置座標を入力する方法（以下、単にスタイラスペン入力方法という）とが知られている。
しかしながら、スタイラスペン入力方法では、タッチパネルのタッチ面とスタイラスペンとの接触面積が、指タッチ入力方式と比較して狭いため、座標位置認識が難しいという問題点があった。
また、指タッチ入力方法では、指（導体）による検出方法のため、スタイラスペン（非導体）や手袋等の非導体では動作しないという問題点もあった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、非導体のスタイラスペンでのペン入力が可能で、信頼性の高いタッチパネル付き表示装置を提供することにある。
本発明の前記並びにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかになるであろう。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
（１）表示パネルと、前記表示パネルの観察者側の面上に配置されたタッチパネルとを備える表示装置であって、前記タッチパネルは、透明基板と、前記透明基板の前記表示パネルと対向する面側に形成された複数の第１電極と、前記第１電極と交差する複数の第２電極とを有し、前記表示パネルは、前記タッチパネルと対向する面側に、前記複数の第１電極及び前記第２電極を覆う面状の第３電極を有し、前記複数の第１電極および前記第２電極と、前記第３電極との間の間隔は、０．５ｍｍ以下である。
（２）（１）において、前記タッチパネルは、接着剤により前記表示パネルの観察者側の面上に接着されている。
（３）（１）において、前記表示パネルと、前記タッチパネルとの間には、空気層あるいはオイル層が設けられている。
（４）（１）において、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極のいずれか一方は、透明導電膜で構成される。
（５）（１）において、前記複数の第１電極と前記複数の第２電極とは、絶縁膜を挟んで形成された透明導電膜で構成される。
（６）（１）において、前記第３電極は、透明導電膜で構成される。
（７）（１）において、前記表示パネルは、液晶表示パネルであり、前記表示パネルは、前記第３電極上に配置される偏光板を有する。
（８）（１）において、前記表示パネルは、液晶表示パネルであり、前記タッチパネルは、前記観察者側の面に配置される偏光板を有する。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記のとおりである。
本発明によれば、非導体のスタイラスペンでのペン入力が可能で、信頼性の高いタッチパネル付き表示装置を提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。なお、発明の実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
本実施例では、表示パネルの一例として液晶表示パネルを用いて説明する。なお、表示パネルとしては、タッチパネルを用いることができるものであれば良く、液晶表示パネルに限らず、有機発光ダイオード素子や表面伝導型電子放出素子を用いる表示パネルを使用することも可能である。
図１は、本発明の実施例のタッチパネル付き表示装置の概略構成を示す平面図である。
本実施例のタッチパネル付き表示装置は、図１に示すように、液晶表示パネル（ＬＣＤ）と、液晶液示パネル（ＬＣＤ）の観察者側の面上に配置された静電容量結合方式のタッチパネル２００とを備える。液晶表示パネル（ＬＣＤ）は、観察者側とは反対側の面下に配置されたバックライト１５０とを備える。液晶表示パネル（ＬＣＤ）としては、例えば、ＩＰＳ方式、ＴＮ方式、ＶＡ方式等の液晶表示パネルが用いられている。
液晶表示パネル（ＬＣＤ）は、例えば、ガラス基板等でから成り、画素電極、薄膜トランジスタ等が設けられた第１基板１０１と、カラーフィルタ等が形成される第２基板１０２とを、所定の間隙を隔てて重ね合わせ、該両基板間の周縁部近傍に枠状に設けたシール材により、両基板を貼り合わせると共に、シール材の一部に設けた液晶封入口から両基板間のシール材の内側に液晶を封入、封止し、さらに、両基板の外側に偏光板（１０３，１０４）を貼り付けて構成される。
なお、本発明は、液晶パネルの内部構造とは関係がないので、液晶パネルの内部構造の詳細な説明は省略する。さらに、本発明は、どのような構造の液晶パネルであっても適用可能である。例えば、縦電界方式の場合、対向電極は第２基板１０２に形成される。横電界方式の場合、対向電極は第１基板１０１に形成される。

本実施例のタッチパネル２００は、例えば、ガラス基板等の透明基板２１０の片方の面（液晶表示パネル（ＬＣＤ）側の面）に形成されたＸ電極１とＹ電極２を有する。なお、直交するように配置したＸ電極１とＹ電極２の少なくとも交差部は、絶縁膜で分離されている。
図２は、図１に示すタッチパネル２００のＸ電極１とＹ電極２の電極パターンを示す図である。
Ｘ電極１は、透明導電膜で形成され、図２では、縦方向（図中Ｙ方向）に延在し、横方向（Ｘ方向）に並列して形成される。また、Ｙ電極２は、Ｘ電極１に交差するように横方向（Ｘ方向）に延在し縦方向（Ｙ方向）に並列して形成される。本実施例のタッチパネル２００では、これらＸ電極とＹ電極２の静電容量の変化を検出し、タッチされた位置を算出する。
各Ｘ電極１、Ｙ電極２は、ともに交差部１ａおよび交差部２ａで幅が狭くなっており、２つの交差部１ａまたは交差部２ａに挟まれた電極部１ｂおよび電極部２ｂで幅が広くなっている。
Ｘ電極１の各々の電極部１ｂは、平面的に見たとき、隣り合う２つのＹ電極間に配置されている。Ｙ電極２の各々の電極部２ｂは、平面的に見たとき、隣り合う２つのＸ電極間に配置されている。
なお、各Ｘ電極１と各Ｙ電極２は、図３に示すように、透明基板２１０の液晶表示パネル（ＬＣＤ）と対向する面側に絶縁膜２２０を介して積層されている。本実施例では、例えば、Ｙ電極２の方がＸ電極１よりも上層に形成されている。

図１に戻って、液晶表示パネル（ＬＣＤ）とタッチパネル２００とは、樹脂・粘着フィルム等からなる接着剤１３０により接合されている。
液晶表示パネル（ＬＣＤ）と偏光板１０４との間には、透明導電層１１０が設けられている。なお、各Ｘ電極１と、各Ｙ電極２と、透明導電層１１０は、例えば、ＩＴＯ（Ｉndium Ｔin Ｏxide）等の透明性導電材料で形成されている。
この透明導電層１１０は、Ｘ電極１およびＹ電極２と、透明導電層１１０との間で容量（以下、対接地容量と称する。）を形成するために使用されるが、この透明導電層１１０は、晶表示パネル（ＬＣＤ）で発生する信号をシールドする機能も有する。
液晶表示パネル（ＬＣＤ）には多数の電極が設けられており、様々なタイミングで電極上に電圧が信号として印加されている。
静電容量結合方式のタッチパネル２００に設けられた電極（Ｘ電極１、Ｙ電極２）に対して、液晶表示パネル（ＬＣＤ）での電圧の変化はノイズとなる。そのため、透明導電層１１０を設けることにより、液晶表示パネル（ＬＣＤ）を電気的にシールドすることができる。本実施例では、シールドとして機能するように、透明導電層１１０には定電圧がフレキシブルプリント基板（図示せず）等から供給されており、例えば、接地電位とされている。
なお、ＩＰＳ方式の液晶表示パネルでは、液晶表示パネル（ＬＣＤ）と偏光板１０４との間に、裏面側透明導電膜が形成されるので、この裏面側透明導電膜を透明導電層１１０として兼用してもよい。

図４は、本発明のタッチパネル２００の動作原理を説明するための図である。なお、図では、Ｘ電極１とＹ電極２は、同一層に図示している。さらに、Ｘ電極１およびＹ電極２と、透明導電層１１０との間の間隔（ｈ）は、スペーサ３１０により、０．５ｍｍ以下の任意の間隔を保つように構成される。
ここで、Ｘ電極１およびＹ電極２と、透明導電層１１０との間の空間３００には、タッチパネル２００が、指３０やスタイラスペン５０で押された時に、透明導電層１１０面側に撓むように、空気層（もしくはオイル層）が充填される。空間３００にオイル層を充填すれば、オイルの影響により電極パターンでの不要反射が減少し、電極パターンが見え難くなり外観の品質向上に繋がる。
なお、図１に示すタッチパネル付き表示装置では、空間３００に代えて、接着剤１３０を使用したものである。そのため、図１に示すタッチパネル付き表示装置に使用される接着剤１３０は、タッチパネル２００が、指３０やスタイラスペン５０で押された時に、透明導電層１１０面側に撓む材質で形成する必要がある。

図５は、図４に示す間隔（ｈ）と、対接地容量値（ｐＦ）の変化を示すグラフである。
図５のグラフから分かるように、Ｘ電極１およびＹ電極２と、透明導電層１１０との間の間隔（ｈ）が０．５ｍｍよりも大きい領域（図５のＲＢの領域）では、対接地容量値（ｐＦ）が変化せず、タッチパネル自身の電極間容量の値を示している。
しかし、Ｘ電極１およびＹ電極２と、透明導電層１１０との間の間隔（ｈ）が、０．５ｍｍ以下の狭間隔の領域（図５のＲＡの領域）になると、微小なギャップ変化（図４のΔｈ）により、対接地容量値（ｐＦ）が大きく変化することが分かる。
このように、本実施例では、Ｘ電極１およびＹ電極２と、透明導電層１１０との間の間隔（ｈ）を、０．５ｍｍ以下の狭間隔となし、観察者がタッチしたときのタッチパネル２００の微小の撓みによる対接地容量値の変化に基づき、観察者のタッチ位置を検出するようにしたので、従来の静電容量結合方式のタッチパネルでは不可能であった非導体の手袋や、スタイラスペンでタッチしたときも観察者のタッチ位置を検出することが可能となる。
また、前述の容量値変化は、観察者がタッチしたときのタッチパネル２００の微小の撓みで生ずるので、観察者の指、先端が丸い棒状のものなどでもタッチ入力が可能である。
また、タッチの有無は容量値の変化で検出するので、抵抗方式のように電極同士の接触がなく、信頼性の高いタッチパネル２００を実現することができる。

以下、本実施例のタッチパネル２００の入力位置の検出動作について簡単に説明する。
本実施例では、Ｘ電極１とＹ電極２に、タッチパネル制御回路（図示せず）から順次定電流を供給し、Ｘ電極１あるいはＹ電極２を充電し、そして、Ｘ電極１あるいはＹ電極２の電圧が、所定の基準電圧（Ｖｒｅｆ）に立ち上がるまでの期間（Ｔ）を測定する。
例えば、図６に示すように、タッチパネル２００が、観察者の指等で触れられていない状態では、前述の期間（Ｔ）は、Ｔａとなる。一方、タッチパネル２００が、観察者の指３０やスタイラスペン５０で押された状態では、図４、図５に示すように、Ｘ電極１あるいはＹ電極２の対接地容量が大きくなるので、前述の期間（Ｔ）は、Ｔａの期間よりも長いＴｂ（Ｔａ＜Ｔｂ）となる。
一般に、観察者の指３０は、Ｘ電極１あるいはＹ電極２の電極部（１ｂ，２ｂ）の面積よりも大きいので、Ｔａの期間よりも大きい期間（例えば、Ｔｂの期間）は、Ｘ電極１あるいはＹ電極２の複数の電極で検出される。そこで、Ｔａの期間よりも大きい期間が検出された複数の電極位置と、当該電極位置の期間（例えば、Ｔｂ）に基づき、セントロイド処理計算により重心位置を求め、入力位置とする。
なお、前述の期間（Ｔ）は、例えば、基本クロック（例えば、液晶表示パネルＬＣＤで使用するドットクロック（ＣＬＫ））をカウントして、当該カウント数で検出することができる。

図７は、本発明の実施例のタッチパネル付き表示装置の変形例の概略構成を示す平面図である。
図７に示すタッチパネル付き表示装置は、図１に示すタッチパネル付き表示装置において、第２基板１０２上に配置されていた偏光板１０４を、タッチパネル２００の透明基板２１０の観察者側の面に配置したものである。それ以外の構成は同じであるので、再度の説明は省略する。
図７に示すタッチパネル付き表示装置においても、図１に示すタッチパネル付き表示装置と同様の作用・効果を得ることが可能である。
以上説明したように、本実施例では、Ｘ電極１およびＹ電極２と、透明導電層１１０との間の間隔（ｈ）を、０．５ｍｍ以下の狭間隔となし、観察者がタッチしたときのタッチパネル２００の微小の撓みによる対接地容量値の変化に基づき、観察者のタッチ位置を検出するようにしたので、非導体の手袋やスタイラスペンでタッチしたときも観察者のタッチ位置を検出することが可能となる。
また、本実施例のタッチパネル付き表示装置によれば、Ｘ電極１およびＹ電極２を、透明基板２１０の液晶表示パネル（ＬＣＤ）側の面に形成するようにしたので、従来のタッチパネルで必要とされた最上部の飛散防止フィルム、あるいは、アクリルカバーを削除することが可能となり、薄型、並びに部材の低減を図ることが可能となる。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の実施例のタッチパネル付き表示装置の概略構成を示す平面図である。 図１に示すタッチパネルの電極パターンを示す図である。 図１に示すタッチパネルの要部断面構造を示す断面図である。 本発明のタッチパネルの動作原理を説明するための図である。 図４に示す間隔（ｈ）と、対接地容量値（ｐＦ）の変化を示すグラフである。 本発明の実施例のタッチパネルの入力位置の検出動作を説明するための図である。 本発明の実施例のタッチパネル付き表示装置の変形例の概略構成を示す平面図である。

符号の説明

１ Ｘ電極
１ａ，２ａ 交差部
１ｂ，２ｂ 電極部
２ Ｙ電極
３０ 指
５０ スタイラスペン
１０１ 第１基板
１０２ 第２基板
１０３，１０４ 偏光板
１１０ 透明導電層
１３０ 接着剤
１５０ バックライト
２００ 静電容量結合方式のタッチパネル
２１０ 透明基板
２２０ 絶縁膜
３００ 空間
３１０ スペーサ
ＬＣＤ 液晶表示パネル

Claims (8)

1. 表示パネルと、
   前記表示パネルの観察者側の面上に配置されたタッチパネルとを備える表示装置であって、
   前記タッチパネルは、透明基板と、
   前記透明基板の前記表示パネルと対向する面側に形成された複数の第１電極と、前記第１電極と交差する複数の第２電極とを有し、
   前記表示パネルは、前記タッチパネルと対向する面側に、前記複数の第１電極及び前記第２電極を覆う面状の第３電極を有し、
   前記複数の第１電極および前記第２電極と、前記第３電極との間の間隔は、０．５ｍｍ以下であることを特徴とするタッチパネル付き表示装置。
2. 前記タッチパネルは、接着剤により前記表示パネルの観察者側の面上に接着されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル付き表示装置。
3. 前記表示パネルと、前記タッチパネルとの間には、空気層あるいはオイル層が設けられていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル付き表示装置。
4. 前記複数の第１電極と前記複数の第２電極のいずれか一方は、透明導電膜で構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付き表示装置。
5. 前記複数の第１電極と前記複数の第２電極とは、絶縁膜を挟んで形成された透明導電膜で構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付き表示装置。
6. 前記第３電極は、透明導電膜で構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付き表示装置。
7. 前記表示パネルは、液晶表示パネルであり、
   前記表示パネルは、前記第３電極上に配置される偏光板を有することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル付き表示装置。
8. 前記表示パネルは、液晶表示パネルであり、
   前記タッチパネルは、前記観察者側の面に配置される偏光板を有することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル付き表示装置。

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