JP4968276B2 - 表示装置およびその製造方法 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザが指等で触れることにより情報入力が可能な静電容量式のタッチセンサ（接触検出装置）の機能をもつ表示装置と、その製造方法に関する。

一般に、接触検出装置は、検出面に対しユーザの指やペン等が接触し、あるいは、近接したことを検出する装置である。

いわゆるタッチパネルと呼ばれる接触検出装置が知られている。タッチパネルは、表示パネルに重ねて形成し、表示面に画像として各種のボタンを表示させることにより、通常のボタンの代わりとして情報入力を可能とする。この技術を小型のモバイル機器に適用すると、ディスプレイとボタンの配置の共用化が可能で画面の大型化、あるいは、操作部の省スペース化や部品点数の削減という大きなメリットをもたらす。

このように“タッチパネル”というとき、一般には、表示装置と組み合わされるパネル状の接触検出装置を指す。
しかしながら、タッチパネルを液晶パネルに設けると、液晶モジュールの全体の厚さが厚くなる。そこで、例えば特許文献１には、薄型化に適した構造の、静電容量型タッチパネル付き液晶表示素子が提案されている。

静電容量式のタッチセンサは、駆動電極と、当該複数の駆動電極の各々と静電容量を形成する複数の検出電極と、を有する。駆動電極は分割される場合とされない場合がある。また、駆動電極が分割される場合、分割方向が検出電極と直交して設けられる場合がある。その場合、駆動電極と検出電極の一方を“Ｘ（方向）電極”、他方を“Ｙ（方向）電極”と呼ぶことがある。

ところで、例えば特許文献２には、検出電極をパターニングした際に透明電極を人の目に視認されないようにパターン間に非導通の透明電極を配置したタッチパネル構造が提案されている。

タッチパネル単体で特許文献２に記載のように不可視化のための工夫を行うと、ある程度、透明電極のパターンが視認できなくできる。その一方、液晶側でも画素ごとに若干の透過率の差がある場合でも、その差は問題がないレベルであり、不可視化対策が十分になされている。

特開２００８−９７５０号公報 特開２００８−１２９７０８号公報

しかしながら、透明電極パターンの不可視化対策がされたタッチパネルを、同じく不可視化対策がされた液晶表示パネルに対し外付けで貼り合わせると、透明電極パターンが、貼り合わせ前より目立つことがある。
この現象は、タッチパネル（接触検出装置）を液晶表示パネルなどの表示装置に重ねると、画素間の微妙な透過率の違いが、接触検出装置における透明電極の繰り返しパターンと干渉して、干渉縞のような人の目に視認できる周期になることが原因と考えられる。
この大きな周期の透明電極のパターンを打ち消すには、そのために透明電極を配置した基板が必要となるため、表示装置の厚みが増え、工程増につながる。

本発明は、表示パネル内に、タッチセンサの機能を持たせるための検出電極等を一体に形成した構成においても、透明電極パターンの不可視化を達成可能な表示装置を提供する。
本発明は、その達成のためにコストの増加が発生しない表示装置の製造方法を提供する。

本発明の第１の観点に関わる表示装置は、基板、複数の画素電極、表示機能層、駆動電極、複数の検出電極を有する。
前記複数の画素電極は、前記基板と平行な面上に行列配置されている。
前記表示機能層は、前記画素電極に供給される画像信号に基づいて画像表示機能を発揮する。
前記駆動電極は、前記複数の画素電極と対向する。
前記複数の検出電極は、前記駆動電極と対向する面上に配置され、配置面内の一方向において前記画素電極の配置ピッチの自然数倍のピッチで分離配置され、それぞれが前記駆動電極と容量結合する。

当該表示装置では、更に、検出電極配列内の検出電極間に浮遊電極が配置され、検出電極の配置ピッチ、浮遊電極の配置ピッチ、および、検出電極と浮遊電極との配置ピッチが、前記画素電極の配置ピッチの自然数倍となっている。

ところで、画素電極の配置ピッチが画素ピッチであり、その大きさは、表示装置の寸法、画像表示の解像度、微細加工技術による限界等で予め決められている。一方、複数の検出電極のピッチは、表示側とは余り関係がない物体検出の観点から決められる。つまり、被検出物の大きさの検出解像度、必要な検出信号レベル等から決められる。一般に、検出電極の配置ピッチは、画素ピッチのように余り小さいと検出線間の寄生容量が大きくなり、指や導電性の物体などが近づいても静電容量の変化が小さくなる。また、検出電極の配線ピッチが余りに大きい場合には、物体検出の解像度が落ちる。

上記構成では、複数の検出電極に人の指や導電性のペンなどの物体が近接すると、その箇所の検出電極の静電容量が、外部容量の結合に起因して変化する。外部容量の結合は、静電容量を形成する検出電極の誘起電圧を変化させ、その変化により、検出電極の先に接続されている検出回路にて物体の存在判定を行なう。

本発明では、第１に、検出電極の配置階層全体で、電極ピッチを画素ピッチに適合させるため、画素電極間に浮遊電極が形成されている。このとき画素電極間、浮遊電極間、画素電極と浮遊電極間のすべてで画素ピッチとの適合がされている。具体的に画素ピッチとの適合は、適合対象の電極ピッチを画素ピッチの自然数倍とすることで達成している。
このため表示装置全体として、画素間の微妙な透過率の違いが干渉縞のように大きな周期の透過率の違いに変換されることがない。

ここで、画素電極間、浮遊電極間、画素電極と浮遊電極間のすべてで画素ピッチとの適合がされているため、表示装置全体で透過率が均一化されている。このような透過率の均一化を図ると、画素ピッチが多少ばらついても電極の不可視化への影響はない。例えば、このようなばらつきは、それが画素ピッチ以下のゆらぎなら、不可視化への影響はない。

本発明の第２の観点に関わる表示装置の製造方法は、第１基板に対し複数の画素電極を形成するステップと、前記第１基板または第２基板に駆動電極を形成するステップと、前記第２基板または他の基板に複数の検出電極を形成するステップと、前記第１基板と前記第２基板間に液晶を封入するステップと、を含む。
前記複数の検出電極を形成するステップが、さらに、透明電極層を形成するステップと、透明電極層の分割ステップとを有する。この透明電極の分割ステップでは、前記駆動電極と対向する面上に配置され、配置面内の一方向に分離されるパターンの前記複数の検出電極と、検出電極配列内の検出電極間に配置された複数の浮遊電極と、を同時に形成する。このとき、前記検出電極の配置ピッチ、前記浮遊電極の配置ピッチ、前記検出電極と前記浮遊電極との配置ピッチが、前記一方向において、前記画素電極の配置ピッチの自然数倍となるように前記透明電極層をパターニングする。

上記のような製造方法によれば、浮遊電極の配置、形成にプロセスの増加がない。

本発明によれば、表示装置全体で透明電極パターンの不可視化を達成した表示装置を提供できる。
本発明によれば、表示装置全体での透明電極パターンの不可視化のためにコストの増加が発生しない、表示装置の製造方法を提供できる。

第１〜第４の実施の形態に関わるタッチセンサ部の動作を説明するための等価回路図と概略断面図である。 図１に示すタッチセンサ部に指が接触または接近した場合の、同等価回路図と同概略断面図である。 実施形態に関わるタッチセンサ部の入出力波形を示す図である。 第１〜第４の実施の形態に関わる表示装置のタッチ検出のための電極パターンと、その駆動回路との接続を示す平面図と概略断面図である。 第１〜第４の実施の形態に関わる表示装置の画素回路の等価回路図である。 第１の実施の形態に関わる、画素電極形成後の液晶表示部の拡大平面図である。 第１の実施の形態に関わる、対向電極形成後の液晶表示部の拡大平面図である。 第１の実施の形態に関わる、検出（駆動）電極形成後の液晶表示部の拡大平面図である。 第２の実施の形態に関わる液晶表示部が浮遊電極を有する場合の拡大平面図である。 図９と異なる配置の浮遊電極と検出電極を示す拡大平面図である。 色配置との関係を付加した、図９に対応する平面図である。 色配置との関係を付加した、図１０に対応する平面図である。 第３の実施の形態に関わる縦スリット付きの検出電極を示す平面図である。 第３の実施の形態に関わる横（またはドット状）スリット付きの検出電極を示す平面図である。 変形例の構成例を示す概略断面構造図である。 変形例の他の構成例を示す概略断面構造図である。 変形例の他の構成例を示す概略断面構造図である。

本発明の実施形態を、表示装置が液晶表示装置である場合を例として図面を参照して説明する。
以下、次の順で説明を行う。
１．第１の実施の形態：駆動電極と検出電極の双方が画素ピッチに適合
２．第２の実施の形態：浮遊電極の配置と形状による検出電極との類似性向上
３．第３の実施の形態：検出電極のスリットによる浮遊電極との類似性向上
４．変形例：特に断面構造に関する変形

以下の実施の形態では、いわゆるタッチセンサの機能を表示パネルに一体化して形成した、タッチセンサ付き液晶表示装置を例とする。

＜１．第１の実施の形態＞
タッチセンサの検出電極（表示面側で指等が近接する電極）よりパネル内部に設けられ、検出のための静電容量を検出電極との間に形成するもう片方の電極を、駆動電極という。駆動電極は、タッチセンサ専用の駆動電極であってもよいが、より薄型化のために望ましい構成として、ここでは駆動電極は、タッチセンサの走査駆動と、画像表示装置の、いわゆるＶＣＯＭ駆動とを同時に行う兼用電極である。
この場合を例として、以下、図面を用いて本実施の形態を説明する。なお、単に駆動電極というと、どちらの駆動かが紛らわしいため、ここでは対向電極と呼ぶ。

センサ検出精度は駆動電極と検出電極の数に比例するが、検出電極とは別にセンサ出力線を設けると配線の数が膨大になる。したがって、検出電極をセンサ出力線としても機能させるために、複数の駆動電極の１つを交流駆動し、その交流駆動の動作対象を、所定間隔をおいて一定ピッチで並ぶ複数の駆動電極の配列内でシフトする駆動法が望ましい。この駆動電極の動作対象をシフトする方向を、以下、走査方向と呼ぶ。走査方向が本発明の“他方向”に対応し、複数の検出電極の分離配置方向が“一方向”に該当する。

この交流駆動の対象を走査方向（他方向）に走査する手法では、走査に追従して検出電極の電位変化を観察すると、電位変化があった走査時の位置から被検出物のタッチパネル面への接触または近接が検出できる。
本発明の適用は、駆動電極を他方向に分割して所定数ずつ駆動し、駆動対象をシフトする駆動方法に限定されるものでなない。しかし、薄型化のため望ましいため、以下の実施の形態では、主に当該駆動方法を前提とした説明を行う。

［タッチ検出の基本構成と動作］
最初に、４つの実施形態に共通な事項として、図１〜図３を参照して、本実施形態の表示装置におけるタッチ検出の基本を説明する。
図１（Ａ）と図２（Ａ）は、タッチセンサ部の等価回路図、図１（Ｂ）と図２（Ｂ）は、タッチセンサ部の構造図（概略断面図）である。ここで図１は、被検出物としての指がセンサに近接していない場合、図２がセンサに近接または接触している場合をそれぞれ示す。

図解するタッチセンサ部は、静電容量型タッチセンサであり、図１（Ｂ）および図２（Ｂ）に示すように容量素子からなる。具体的に、誘電体Ｄと、誘電体Ｄを挟んで対向配置する１対の電極、すなわち駆動電極Ｅ１および検出電極Ｅ２とから容量素子（静電容量）Ｃ１が形成されている。
図１（Ａ）および図２（Ａ）に示すように、容量素子Ｃ１は、駆動電極Ｅ１がＡＣパルス信号Ｓｇを発生する交流信号源Ｓに接続され、検出電極Ｅ２が電圧検出器ＤＥＴに接続される。このとき検出電極Ｅ２は抵抗Ｒを介して接地されることで、ＤＣレベルが電気的に固定される。

交流信号源Ｓから駆動電極Ｅ１に所定の周波数、例えば数[kHz]〜数十[kHz]程度のＡＣパルス信号Ｓｇを印加する。このＡＣパルス信号Ｓｇの波形図を図３（Ｂ）に例示する。
すると検出電極Ｅ２に、図３（Ａ）に示すような出力波形（検出信号Ｖdet）が現れる。
なお、詳細は後述するが、本発明の実施形態では、駆動電極Ｅ１が液晶駆動のための対向電極（画素電極に対向する、複数画素で共通の電極）に相当する。ここで対向電極は液晶駆動のため、いわゆるＶｃｏｍ反転駆動と称される交流駆動がなされる。よって、本発明の実施形態では、Ｖｃｏｍ反転駆動のためのコモン駆動信号Ｖｃｏｍを、駆動電極Ｅ１をタッチセンサのために駆動するＡＣパルス信号Ｓｇとしても用いる。

指を接触していない図１に示す状態では、容量素子Ｃ１の駆動電極Ｅ１が交流駆動され、その充放電にともなって検出電極Ｅ２に交流の検出信号Ｖdetが出現する。以下、このときの検出信号を「初期検出信号Ｖdet０」と表記する。検出電極Ｅ２側はＤＣ接地されているが高周波的には接地されていないため交流の放電経路がなく、初期検出信号Ｖdet０のパルス波高値は比較的大きい。ただし、ＡＣパルス信号Ｓｇが立ち上がってから時間が経過すると、初期検出信号Ｖdet０のパルス波高値が損失のため徐々に低下している。図３（Ｃ）に、スケールとともに波形を拡大して示す。初期検出信号Ｖdet０のパルス波高値は、初期値の2.8[V]から高周波ロスによって僅かな時間の経過で0.5[V]ほど、低下している。

この初期状態から、指が検出電極Ｅ２に接触、または、影響を及ぼす至近距離まで接近すると、図２（Ａ）に示すように、検出電極Ｅ２に容量素子Ｃ２が接続された場合と等価な状態に回路状態が変化する。これは、高周波的に人体が、片側が接地された容量と等価になるからである。
この接触状態では、容量素子Ｃ１とＣ２を介した交流信号の放電経路が形成される。よって、容量素子Ｃ１とＣ２の充放電に伴って、容量素子Ｃ１,Ｃ２に、それぞれ交流電流Ｉ１,Ｉ２が流れる。そのため、初期検出信号Ｖdet０は、容量素子Ｃ１とＣ２の比等で決まる値に分圧され、パルス波高値が低下する。

図３（Ａ）および図３（Ｃ）に示す検出信号Ｖdet１は、この指が接触したときに検出電極Ｅ２に出現する検出信号である。図３（Ｃ）から、検出信号の低下量は0.5[V]〜0.8[V]程度であることが分かる。
図１および図２に示す電圧検出器ＤＥＴは、この検出信号の低下を、例えば閾値Ｖｔｈを用いて検出することにより、指の接触を検出する。

［表示装置の構成］
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に、本実施形態に関わる表示装置の電極と、その駆動や検出のための回路の配置に特化した平面図を示す。また、図４（Ｄ）に、本実施形態に関わる表示装置の概略的な断面構造を示す。図４（Ｄ）は、例えば行方向（画素表示ライン方向）の６画素分の断面を表している。図５は、画素の等価回路図である。
図４に図解する表示装置は、「表示機能層」としての液晶層を備える液晶表示装置である。

液晶表示装置は、前述したように、液晶層を挟んで対向する２つの電極のうち、複数の画素で共通な電極であり、画素ごとに階調表示のための信号電圧に対し基準電圧を付与するコモン駆動信号Ｖｃｏｍが印加される電極（対向電極）を有する。本発明の実施形態では、この対向電極をセンサ駆動のための電極としても用いる。
図４（Ｄ）では断面構造を見易くするために、この本発明の主要な構成である、対向電極、画素電極および検出電極についてはハッチングを付すが、それ以外の部分（基板、絶縁膜および機能膜等）についてはハッチングを省略している。このハッチングの省略は、これ以降の他の断面構造図においても同様である。

液晶表示装置１は、図５に示す画素ＰＩＸがマトリクス配置されている。
各画素ＰＩＸは、図５に示すように、画素のセレクト素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；thin film transistor、以下、ＴＦＴ２３と表記）と、液晶層６の等価容量Ｃ６と、保持容量（付加容量ともいう）Ｃｘとを有する。液晶層６を表す等価容量Ｃ６の一方側の電極は、画素ごとに分離されてマトリクス配置された画素電極２２であり、他方側の電極は複数の画素で共通な対向電極４３である。

ＴＦＴ２３のソースとドレインの一方に画素電極２２が接続され、ＴＦＴ２３のソースとドレインの他方に信号線ＳＩＧが接続されている。信号線ＳＩＧは不図示の垂直駆動回路に接続され、信号電圧を持つ映像信号が信号線ＳＩＧに垂直駆動回路から供給される。
対向電極４３には、コモン駆動信号Ｖｃｏｍが与えられる。コモン駆動信号Ｖｃｏｍは、中心電位を基準として正と負の電位を、１水平期間（１Ｈ）ごとに反転した信号である。
ＴＦＴ２３のゲートは行方向、即ち表示画面の横方向に並ぶ全ての画素ＰＩＸで電気的に共通化され、これにより走査線ＳＣＮが形成されている。走査線ＳＣＮは、不図示の垂直駆動回路から出力され、ＴＦＴ２３のゲートを開閉するためのゲートパルスが供給される。そのため走査線ＳＣＮはゲート線とも称させる。

図５に示すように、保持容量Ｃｘが等価容量Ｃ６と並列に接続されている。保持容量Ｃｘは、等価容量Ｃ６では蓄積容量が不足し、ＴＦＴ２３のリーク電流などによって書き込み電位が低下するのを防止するために設けられている。また、保持容量Ｃｘの追加はフリッカ防止や画面輝度の一様性向上にも役立っている。

このような画素が配置された液晶表示装置１は、断面構造（図４（Ｄ））で見ると、断面に現れない箇所で図５に示すＴＦＴ２３が形成され画素の駆動信号（信号電圧）が供給される基板（以下、駆動基板２という）と、駆動基板２に対向して配置された対向基板４と、駆動基板２と対向基板４との間に配置された液晶層６とを備えている。

駆動基板２は、図５のＴＦＴ２３が形成された回路基板としてのＴＦＴ基板２１（基板ボディ部はガラス等からなる）と、このＴＦＴ基板２１上にマトリクス配置された複数の画素電極２２とを有する。
ＴＦＴ基板２１に、各画素電極２２を駆動するための図示しない表示ドライバ（垂直駆動回路、水平駆動回路等）が形成されている。また、ＴＦＴ基板２１に、図５に示すＴＦＴ２３、ならびに、信号線ＳＩＧおよび走査線ＳＣＮ等の配線が形成されている。ＴＦＴ基板２１に、後述するタッチ検出動作を行う検出回路が形成されていてもよい。

対向基板４は、ガラス基板４１と、このガラス基板４１の一方の面に形成されたカラーフィルタ４２と、カラーフィルタ４２の上（液晶層６側）に形成された対向電極４３とを有する。カラーフィルタ４２は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のカラーフィルタ層を周期的に配列して構成したもので、画素ＰＩＸ（画素電極２２）ごとにＲ、Ｇ、Ｂの３色の１色が対応付けられている。なお、１色が対応付けられている画素をサブ画素といい、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のサブ画素を画素という場合があるが、ここではサブ画素も画素ＰＩＸと表記する。
対向電極４３は、タッチ検出動作を行うタッチセンサの一部を構成するセンサ駆動電極としても兼用されるものであり、図１および図２における駆動電極Ｅ１に相当する。

対向電極４３は、コンタクト導電柱７によってＴＦＴ基板２１と連結されている。このコンタクト導電柱７を介して、ＴＦＴ基板２１から対向電極４３に交流パルス波形のコモン駆動信号Ｖｃｏｍが印加されるようになっている。このコモン駆動信号Ｖｃｏｍは、図１および図２の駆動信号源Ｓから供給されるＡＣパルス信号Ｓｇに相当する。

ガラス基板４１の他方の面（表示面側）には、検出電極４４が形成され、さらに、検出電極４４の上には、保護層４５が形成されている。検出電極４４は、タッチセンサの一部を構成するもので、図１および図２における検出電極Ｅ２に相当する。ガラス基板４１に、後述するタッチ検出動作を行う検出回路が形成されていてもよい。

液晶層６は、「表示機能層」として、印加される電界の状態に応じて厚さ方向（電極の対向方向）を通過する光を変調する。液晶層６は、例えば、ＴＮ（ツイステッドネマティック）、ＶＡ（垂直配向）、ＥＣＢ（電界制御複屈折）等の各種モードの液晶材料が用いられる。

なお、液晶層６と駆動基板２との間、および液晶層６と対向基板４との間には、それぞれ配向膜が配設される。また、駆動基板２の反表示面側（即ち背面側）と対向基板４の表示面側には、それぞれ偏光板が配置される。これらの光学機能層は、図４で図示を省略している。

対向電極４３は、図４（Ａ）に示すように、画素配列の行または列、本例では列の方向（図の縦方向）に分割されている。この分割の方向は、表示駆動における画素ラインの走査方向、すなわち不図示の垂直駆動回路が走査線ＳＣＮを順次活性化していく方向と対応する。
対向電極４３は、合計でｎ個に分割されている。よって、対向電極４３＿１,４３＿２,…,４３＿ｍ,…,４３＿ｎは、行方向に長い帯状のパターンを有して面状配置され、当該面内で互いの離間距離をとって平行に敷き詰められている。
このｎ分割された対向電極４３＿１〜４３＿ｎの分割配置ピッチが、（サブ）画素ピッチ、あるいは、画素電極の配置ピッチの自然数倍に設定されている。

なお、図４に示す符号“ＥＵ”はｍ（＞２）本の対向電極の集合を有し、この単位で交流駆動が行われる。この単位を、交流駆動電極ユニットＥＵと呼ぶ。この交流駆動の単位を１画素ラインより大きくするのはタッチセンサの静電容量を大きくして検出感度上げるためである。その一方で、交流駆動電極ユニットＥＵを画素ピッチ単位の自然数倍でシフトさせて、シフトの不可視化を図ることができる。

その一方、このように対向電極の交流駆動電極ユニットＥＵを単位とするＶｃｏｍ駆動において、そのシフト動作は、不図示の垂直駆動回路（書き込み駆動走査部）内に設けられた、「交流駆動走査部」としてのＶｃｏｍ駆動回路９により行われる。Ｖｃｏｍ駆動回路９の動作は、「ｍ本の対向電極の配線を同時にＶｃｏｍ交流駆動する交流信号源Ｓ（図１および図２参照）を列方向に移動して、選択する対向電極を１つずつ変えながら列方向に走査する動作」に等しいとみなせる。

電極駆動のＶｃｏｍ駆動と、それによる駆動電極自身の不可視化は、望ましいが本発明で必須ではない。
本発明は、シフト駆動する、しないに拘らず、表示装置全体で透明電極の配置に起因したパターンの不可視化を図るための構成を提供する。

［対向電極（駆動電極）の分離配置ピッチ］
最初に、検出電極の分離配置ピッチを、より詳しく説明する。

図６は、画素電極２２を形成した製造途中の表示部の拡大平面図である。
図６に図解する画素電極２２を形成した段階における平面図では、行方向（ｘ方向）の平行ストライプ状に配置された複数のゲート線（走査線ＳＣＮ：図５参照）と、列方向（ｙ方向）の平行ストライプ状に配置された複数の信号線ＳＩＧとが交差している。任意の２本の走査線ＳＣＮと任意の２本の信号線ＳＩＧに囲まれた矩形領域が（サブ）画素ＰＩＸを規定している。各画素ＰＩＸより僅かに小さい矩形孤立パターンに画素電極２２が形成されている。このように複数の画素電極２２は、行列状の平面配置となっている。

図７は、図６のｚ方向上方に対向電極（駆動電極）４３を形成した後の拡大平面図である。
図７に示すように、対向電極４３は、走査線ＳＣＮと平行なｘ方向に長い配線として形成されている。
図７（Ａ）では、２画素ピッチの幅で対向電極４３が形成されている。また、図７（Ｂ）では、１画素ピッチの幅で対向電極４３が形成されている。対向電極４３は、画素ピッチの３以上の自然数倍のピッチでｙ方向に分離配置されてもよい。

以上より、“駆動電極”としての複数の対向電極４３が、他方向（ここではｙ方向）に画素ピッチの自然数倍のピッチで分離配置されていることが、本実施形態の特徴の一つである。
本来の対向電極は全画素共通であるが、図４に示すＶｃｏｍ駆動回路９が表示に必要な部分だけ対向電極を駆動すればよい。そのため、Ｖｃｏｍ駆動回路９を構成する個々の交流信号源Ｓの駆動能力を小さくして、Ｖｃｏｍ駆動回路９全体の駆動回路をコンパクトにできるという利点がある。

図８は、図７のｚ方向上方に検出電極４４をさらに配置した製造途中の表示部の拡大平面図である。なお、図８においては、画素との関係を見やすくするため、図７において配置した対向電極４３は敢えて図示から省略している。
検出電極４４は、検出電極４４間の距離を短くして配線するほど高解像度の位置検出が可能となる。しかし、この距離が短すぎると、入力デバイスと検出電極との間の静電容量が小さくなってしまうため好ましくない。

入力デバイスの大きさ、表示画素の大きさにもよるが、検出電極４４のｘ方向の幅は、タッチセンサを入力デバイスとして想定する場合は、１０〜２０００[μm]程度が好ましい。導電ペンなど先端が細いものの場合は、検出電極４４の幅は５〜５００[μm]程度が好ましい。
上記した好ましい幅の範囲で検出電極４４を画素サイズと同期して配置している。具体的に、図８（Ａ）の例では、検出電極４４のｘ方向の配置ピッチが、画素ピッチの３倍に設定されている。また、図８（Ｂ）の例では、検出電極４４のｘ方向の幅が画素ピッチの約３倍となっている。図８（Ｂ）でｘ方向における検出電極４４の配置ピッチは、画素ピッチの４倍以上の自然数倍とすることができる。

以上は、検出電極４４の配置ピッチの画素ピッチとの同期であるが、さらに望ましくは、検出電極４４の配置を色周期に同期させるとよい。
例えば図８の例において、ｘ方向にＲＧＢのカラーフィルタ４２の色領域が繰り返されている場合を考える。
その場合、図８（Ａ）の例では、検出電極４４のｘ方向の配置ピッチを、画素ピッチの３の倍数、即ち３画素ピッチ、６画素ピッチ、…、に設定する。また、図８（Ｂ）の例では、検出電極４４のｘ方向の幅をおおよそ画素ピッチの３の倍数として、検出電極４４同士の離間幅もおおよそ画素ピッチの３の倍数とする。

これにより、図８（Ａ）では特定色、例えば緑(Ｇ)に対応して検出電極４４が配置される。また、図８（Ｂ）では検出電極４４がＲＧＢの３色領域をカバーする。
このように画素ピッチに同期し、かつ、検出電極４４に対する色の配置を均一化することによって、より色の差により若干の透過率差の顕在化を防止する。
その結果、透明電極材料からなる画素電極２２、対向電極４３、検出電極４４が全て画素ピッチに対応する。しかも、対向電極４３と検出電極４４との重なり具合が、特定の色の画素で異なることがない。

なお、画素電極２２、対向電極４３および検出電極４４は、好ましくは透明電極材料から形成される。透明電極材料としてはＩＴＯやＩＺＯ、さらには有機導電膜からこれらの電極を形成してよい。

＜２．第２の実施の形態＞
第１の実施の形態のように、検出電極４４の間に何も透明電極材料の層がないと、色同士の間に透過率の差が生じることがある。本実施の形態では、その検出電極４４間の透過率を、検出電極４４自身の透過率に合わせるために浮遊電極を配置する。

図９と図１０は検出電極４４の間に浮遊電極を配置した拡大平面図である。
図９および図１０に示すように、色同士の透過率差を縮めるために、検出電極４４の間に、浮遊電極４６Ａが配置されている。
本実施の形態における浮遊電極４６Ａは、図９（Ａ）に示すように検出電極４４と同様なライン形状としてもよい。あるいは、浮遊電極４６は、図９（Ｂ）に示すように、ほぼ画素の大きさで区切られた矩形のタイル状配置としてもよい。

よって、浮遊電極４６は、ｘ方向（一方向）とｙ方向（他方向）の少なくとも一方が画素ピッチの自然数倍に対応した配置ピッチであればよい。
検出電極４４とのパターン類似性を考えれば、浮遊電極４６は検出電極４４と同じｙ方向のライン形状（図９（Ａ））が望ましい。
しかし、その一方で、１つの浮遊電極４６のサイズが大きいと浮遊容量が大きいため、検出電極４４間のスペースにおける対向電極（駆動電極）４３の電圧変化が被検出物側の外部容量側の容量変化として伝わりにくく、その結果、検出信号レベルが小さくなる場合もあり得る。
この不可視化のための検出電極４４と浮遊電極４６のパターンの類似性と、検出感度を上げるための最適な浮遊容量の大きさとはトレードオフの関係にあると考えられる。
そこで、以下の他の実施の形態に示されるように、本発明では、ｘ方向とｙ方向が画素ピッチの自然数倍という要件を満たすならば、上記トレードオフの観点から、不可視化と高感度化のバランスがとれるように様々な浮遊容量の形状が許容される。

前述した図８のパターンの場合（第１の実施の形態）、周期を１００[μm]以下にしないと視認されてしまう。
これに対し、画素電極２２の大きさの略自然数倍の浮遊電極４６を設けることにより、検出電極と浮遊電極４６が見分けできなくなり、周期が１００[μm]以上となった場合でもパターンが見えづらくなる。
この時、検出電極と浮遊電極４６の間距離は短ければ短いほど好ましい。表示画素のサイズ、開口率などにもよるが、この距離は１〜３０[μm]程度が好ましく、さらに好ましくは１〜１５[μm]程度が好ましい。さらに別の指標としては、有効面積の８５％以上を検出電極と浮遊電極４６で敷き詰めることが好ましい。

図１０が図９と異なる点は、画素電極２２の配置に対してｘ方向に検出電極４４と浮遊電極４６の配置を１／２画素ずらしている。このようにしても画素ピッチの自然数倍に対応する配置ピッチであることに変わりなく、電極配置の規則性は変わらない。検出電極４４と浮遊電極４６の間の光が透過しやすい領域に光の透過率が低い信号線ＳＩＧが配置されると、光の利用効率が低下する。また、信号線ＳＩＧ部分の透過率と、その他の部分の透過率の差が大きくなる。そこで、１／２画素シフトの配置を採用すると、光の利用効率と透過率の均一性向上の両方から望ましい場合がある。

ここで検出電極４４と浮遊電極４６は、同一の透明電極材料を同一の工程、すなわちフォトリソグラフィ技術で形成する。図８の浮遊電極４６がない場合に比べると、工程数の増加がない。

上述した第１および第２の実施の形態によれば、画素電極２２以外の透明電極である、対向電極４３と検出電極４４の双方が、信号線としての長い寸法のライン方向以外、つまり幅方向で画素ピッチの自然数倍の配置ピッチとなっている。
また、望ましくは、対向電極４３と検出電極４４の幅方向の電極ピッチが、特定の色においては対向電極４３と検出電極４４の双方が同じ重なり具合となるように規定されている。
特に第２の実施の形態では、常に色ごとに、対向電極４３と検出電極４４の関係が同じであり、色によっては対向電極４３と浮遊電極４６との関係が同じである。しかも、浮遊電極４６はマクロ的には検出電極４４と極力同じように見えるような形状と配置になっている。

第１および第２の実施の形態によれば、このように対向電極（駆動電極）４３と検出電極４４の関係が画素ピッチの自然数倍であるため、その関係が周期的に変動していない。また、望ましくは各色同士、色と色間においても周期的な変動は極力抑制される。
その結果、画素間（特に色間）の微妙な透過率の差が人の目に認識しづらくなる。このような分離配置ピッチの最小値は、特に周期が１００[μm]以下となることが好ましい。

ここで第１および第２の実施の形態いずれにおいても、電極間分離領域をカラーフィルタの常に同一色上にするとよい。そのためには、少なくとも、検出電極４４のｘ方向の配置ピッチを画素ピッチの３の倍数で規定するとよい。図８〜図１０の何れの場合も、この要件を満たしている。
これにより、同一色での透過率低下の差をなくすことができる。

図１１と図１２に、このことをより明確にする例として、検出電極４４が３画素ピッチのｘ方向幅を有し、かつ、１２画素ピッチの配置ピッチを有する場合を示す。
図１１では浮遊電極４６同士の間の電極間分離領域、浮遊電極４６と検出電極４４との間の電極間分離領域に信号線ＳＩＧが配置されている。この点で図１１は図９に類似する。
一方、図１２では、図１０と同様に所定の色、たとえば（Ｂ）の画素電極２２のｘ方向中央付近を通って浮遊電極４６同士、あるいは、浮遊電極４６と検出電極４４との間の電極間分離領域が配置されている。

これにより光の利用効率が高く、しかも周期的なスジが見えにくくできる。例えば、特定の色領域に電極間分離領域が配置されることと、幾つかの同色の領域上には電極間分離領域が配置されないことが繰り返されると、電極間分離領域が配置される周期の大きな透過率の差が生じてしまう。人の目は１００[μm]以上の透過率の差に敏感なので、このような周期の拡大によってｙ方向に長い周期的なスジが視認されてしまう。このスジ発生を防止するために、全ての特定色の上に必ず電極間分離領域を配置する必要がある。もしくは、スジ発生の部分を他の配線と重ねることによって、透過率のロスを低減することができる。

＜３．第３の実施の形態＞
第１および第２の実施の形態では、検出電極間領域の透過率を浮遊電極４６の配置によって検出電極４４の透過率に近づける工夫であった。
しかし、前述したように浮遊電極４６は検出感度を維持するために１つ１つを大きくできない制約がある場合も想定される。
そのような場合、検出電極４４のパターンを浮遊電極４６の配置パターンに類似させることが可能である。

図１３と図１４に、その目的で決められた検出電極４４のパターン例を示す。なお、図１３と図１４は、検出電極４４を透明化すると見にくい図となるので検出電極４４および浮遊電極４６は透明化していないが、他の場合と同様に透明電極材料から形成されている。これにより見えなくなった下層側の構成は、図１２と同じである。

図１３では、検出電極４４を６画素ピッチの幅、１２画素ピッチの配置として、そのｘ方向中央を通るｙ方向の短いライン状スリット４７Ｖを設けている。これにより、検出電極４４を一体として同電位とすることと、浮遊電極４６とのパターンの類似性を上げることの両立が図られている。ｙ方向（他方向）に複数のスリット４７が一列に並ぶことにより、“擬似的な電極間分離領域”が形成されている。
ここでスリット４７Ｖを含む擬似的な電極間分離領域と、スリットを含まない電極間分離領域とは同一色の色領域（本例ではＢ領域）と重なるように配置されている。この構成は必須ではないが、色との同期がとれるという意味で不可視化の完全を期すためには望ましい。

この効果は、図１４（Ａ）や図１４（Ｂ）のようにｘ方向スリットでも達成できる。この場合、検出電極４４を色配置との関係で３画素幅としている。
図１４（Ａ）では、ｘ方向（幅方向）に長いｘ方向スリット４７Ｈを検出電極４４に形成している。
図１４（Ｂ）では、ｘ方向スリットをドット状に分離している。配線の幅方向を横切る向きのスリットは電流経路を制限するため可能な限り抵抗値の低下を防止することと、全体で浮遊電極４６の分離と類似させることの両立のためにはドット配置によるスリット形成も好ましい。

＜４．変形例＞
以上の第１〜第３の実施の形態では、複数の検出電極が分離配置されている一方向と直交する他方向に、複数の駆動電極が分離配置されている場合を例とした。また、この例では、複数の駆動電極を分離配置し、かつ、その配置ピッチを画素電極の配置ピッチの自然数倍としている。そのため、第１〜第４の実施の形態では、タッチセンサの駆動電極と、液晶表示などの表示機能層の（共通電圧による）駆動とを、同一の駆動電極で行うことを可能としている。この構造および駆動方法は、タッチパネルを一体化した（液晶）表示装置の厚さを薄くできる利点があるため望ましい。
しかしながら、タッチパネルを表示パネルと一体化する場合でも、タッチセンサの駆動電極は、（液晶）表示のための駆動（共通）電極とは別の層として設けてもよい。この場合、タッチセンサの駆動電極は分離しないで、複数の画素電極と対向する１枚の電極として配置してもよい。ただし、複数の検出電極の各々と（タッチセンサの）駆動電極との間に静電容量が形成されるように、複数の検出電極と当該駆動電極との相対的に位置関係が決められる。

液晶層６は、電界の状態に応じてそこを通過する光を変調するものであり、例えば、ＦＦＳ（フリンジフィールドスイッチング）モードや、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）モード等の横電界モードの液晶が好適に用いられる。

図１５〜図１７は、横電界モード液晶表示装置の構造例を示す。
図４の構造は、画素電極２２と対向電極４３が液晶層６を介在して対面しており、この２つの電極間の印加電圧に応じて縦方向の電界を液晶層６に与えていた。
横電界モードでは、画素電極２２と駆動電極（対向電極４３）が駆動基板２側に配置される。

図１５の構造では、ＴＦＴ基板２１の正面側（表示面側）の面に対向電極４３が配置され絶縁層２４を介して、対向電極４３と画素電極２２が近接する。対向電極４３は、表示ラインの向き（ｘ方向）に長いライン状に配置され、画素電極２２は、その向きに画素ごとに分離されている。
ＴＦＴ基板２１は、その画素電極２２側を液晶層６に隣接させ、ガラス基板４１にと貼り合わされている。液晶層６は不図示のスペーサで強度的に保たれている。

符号“４９”はガラスや透明性のフィルムなどの表示面側の基材を示す。この基材４９の片側の面に検出電極４４が形成されている。基材４９に保持された検出電極４４は、接着層４８によってガラス基板４１の反液晶側の面に固定されている。
一方、ＴＦＴ基板２１の背面には第１偏光板６１が貼られ、これと偏光の向きが異なる第２偏光板６２が、基材４９の表示面側に貼られている。
第２偏光板６２の表示面側に不図示の保護層が形成される。

図１６に示す構造では、カラーフィルタ４２がガラス基板４１の液晶側に予め形成されている。カラーフィルタ４２は（サブ）画素ごとに異なる色領域が規則的に配置されている。

図１７に示す構造では、表示面側の積層構造が図１６と異なる。
図１６に示す構造では、検出電極４４が基材４９に予め形成されて、例えばロール状の部材として貼られるが、図１７ではガラス基板４１の表示面側に検出電極４４を形成し、その上に第２偏光板６２が貼られる。

なお、接着層４８がある図１５や図１６の構造では接着層４８の屈折率を適切に選ぶことによって、より電極パターンの不可視化が達成できる。
図１５〜図１７以外の構造の液晶表示装置、さらには透明電極を用いる他の表示装置にも本発明の適用が可能である。また、液晶表示装置の場合、透過型、反射型、半透過型のいずれでもよい。第２偏光板６２は直線偏光板に限らず円偏光板でもよい。

以上のように、本発明の実施の形態および変形例によれば、表示装置全体で透明電極パターンの不可視化を達成した表示装置を提供することができる。
また、浮遊電極４６を設ける場合は、検出電極４４と同一の電極材料を同一工程でパターニングするため、不可視化を進めるために工程の増加がない。また、液晶表示装置１の厚さが浮遊電極４６を設けることによって増加することもない。上述した実施の形態で明らかなように、浮遊電極４６は必須ではなく、画素ピッチの自然数倍の配置ピッチで、対向電極４３および検出電極４４が分離されていることによって不可視化が達成できる。浮遊電極４６を用いるとコストの増加なしに、よりハイレベルの不可視化が達成できる。

１…液晶表示装置、２…駆動基板、２２…画素電極、４…対向基板、４２…カラーフィルタ、４３…対向（駆動）電極、４４…検出電極、４６…浮遊電極、４７…スリット、６…液晶層

Claims (13)

1. 基板と、
   前記基板と平行な面上に行列配置された複数の画素電極と、
   前記複数の画素電極に供給される画像信号に基づいて画像表示機能を発揮する表示機能層と、
   前記複数の画素電極と対向する駆動電極と、
   前記駆動電極と対向する面上に配置され、配置面内の一方向において分離配置され、それぞれが前記駆動電極と容量結合する複数の検出電極と、
   検出電極配列内の検出電極間に配置された複数の浮遊電極と、
   を有し、
   前記検出電極の配置ピッチ、前記浮遊電極の配置ピッチ、および、前記検出電極と前記浮遊電極との配置ピッチが、前記画素電極の配置ピッチの自然数倍である
   表示装置。
2. 前記複数の駆動電極の配置面と前記複数の検出電極の配置面との間に、画素ごとに異なる色で染色されたカラーフィルタ層が配置され、
   前記カラーフィルタ層は、ＲＧＢ表示を行うための３つの色領域を含む複数の色領域が規則的に配置され、
   前記検出電極および前記浮遊電極は、少なくとも前記一方向において前記色領域の配置ピッチの自然数倍で配置されている
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記検出電極の間、前記浮遊電極の間、前記検出電極と前記浮遊電極との間に電極間分離領域を有し、
   前記一方向に対し直交する他方向と前記一方向との少なくとも一方において、前記電極間分離領域が、当該表示装置の表示面視において前記カラーフィルタ層の同一色の色領域と重なるように配置されている
   請求項２に記載の表示装置。
4. 前記検出電極の間、前記浮遊電極の間、前記検出電極と前記浮遊電極との間に電極間分離領域を有し、
   当該電極間分離領域の繰り返しパターンピッチが一定とならない前記検出電極または前記浮遊電極の箇所に、画素サイズより短いスリットを複数並べて形成することによって、擬似的な電極間分離領域が配置されている
   請求項１から３の何れか一項に記載の表示装置。
5. 前記検出電極の間、前記浮遊電極の間、前記検出電極と前記浮遊電極との間に電極間分離領域を有し、
   前記電極間分離領域の繰り返しパターンピッチが一定とならない前記検出電極または前記浮遊電極の箇所に、画素サイズより短いスリットを複数並べて形成することによって、擬似的な電極間分離領域が配置され、
   前記スリットを含む前記擬似的な電極間分離領域と、前記スリットを含まない電極間分離領域とが、当該表示装置の表示面視において前記カラーフィルタ層の同一色の色領域と重なるように配置されている
   請求項２に記載の表示装置。
6. 前記一方向における前記検出電極の幅と前記浮遊電極の幅が等価である
   請求項１から５の何れか一項に記載の表示装置。
7. 前記浮遊電極は格子状に配置されている
   請求項１から６の何れか一項に記載の表示装置。
8. 前記表示装置は液晶表示装置であり、当該液晶表示装置が、
   前記画素電極が配置された第１基板と、
   前記第１基板と対向する第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に封入された前記表示機能層としての液晶層と、
   を有し、
   前記駆動電極が、前記第１基板と前記第２基板間に配置され、
   前記複数の検出電極が、前記第１基板または前記第２基板の反液晶層側面に対し配置されている
   請求項１から７の何れか一項に記載の表示装置。
9. 前記表示装置は液晶表示装置であり、当該液晶表示装置が、
   前記画素電極が配置された第１基板と、
   前記第１基板と対向する第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に封入された前記表示機能層としての液晶層と、
   を有し、
   前記駆動電極と前記カラーフィルタ層が、前記第１基板と前記第２基板間に配置され、
   前記複数の検出電極が、前記第１基板または前記第２基板の反液晶層側面に対し配置されている
   請求項２，３，５の何れか一項に記載の表示装置。
10. 前記複数の検出電極は第３基板に対して配置されており、
    当該検出電極が配置された第３基板が、前記第１基板または前記第２基板の反液晶層側の面に接着層を介して固定されている
    請求項８または９に記載の表示装置。
11. 前記複数の検出電極と前記第１基板または前記第２基板の反液晶層側の面との間に偏光板が配置されている
    請求項８から１０の何れか一項に記載の表示装置。
12. 前記複数の画素電極と対向する面上に配置され、前記一方向に対し直交する他方向において前記画素電極の配置ピッチの自然数倍のピッチで分離配置された複数の駆動電極と、
    前記複数の駆動電極のなかで所定数ごとの駆動電極に選択的に駆動電圧を印加し、駆動電極の選択駆動対象を前記他方向においてシフトすることにより、前記表示機能層へ印加される電圧の基準となる電圧と、前記複数の検出電極に結合する容量の大きさが一部の検出電極で変化したことを検出するための駆動電圧とを、前記複数の駆動電極に供給する駆動回路と、
    を有する請求項１から１１の何れか一項に記載の表示装置。
13. 第１基板に対し複数の画素電極を形成するステップと、
    前記第１基板または第２基板に駆動電極を形成するステップと、
    前記第２基板または他の基板に複数の検出電極を形成するステップと、
    前記第１基板と前記第２基板間に液晶を封入するステップと、
    を含み、
    前記複数の検出電極を形成するステップが、さらに、
    透明電極層を形成するステップと、
    前記駆動電極と対向する面上に配置され、配置面内の一方向に分離されるパターンの前記複数の検出電極と、検出電極配列内の検出電極間に配置された複数の浮遊電極と、を同時に形成する、前記透明電極層の分割ステップと、
    を有し、
    前記透明電極層の分割ステップでは、前記検出電極の配置ピッチ、前記浮遊電極の配置ピッチ、前記検出電極と前記浮遊電極との配置ピッチが、前記一方向において、前記画素電極の配置ピッチの自然数倍となるように前記透明電極層をパターニングする、
    表示装置の製造方法。

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