JP2010218066A - タッチセンサー機能付き表示装置、タッチセンサー機能付き表示装置の製造方法および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型で光透過性が高く、かつ、タッチ面に対するタッチの強さを変えることで、タッチ位置以外の情報も検出することができ、表示素子に対してタッチの強さに応じた異なる入力操作を行い得るタッチセンサー機能付き表示装置およびその製造方法、およびかかるタッチセンサー機能付き表示装置を備える電子機器を提供すること。
【解決手段】液晶表示装置（タッチセンサー機能付き表示装置）１０は、互いに対向する対向基板（第２基板）２およびＴＦＴアレイ基板（第１基板）３と、これらの間の液晶層（表示部）４とを備える液晶パネル１を有している。液晶表示装置１０はタッチ電極６を有しており、タッチ面２１１のタッチ位置を検出する。タッチ電極６の下部電極６０は、球状のコア部６１とそれを覆う導電性の被覆層６２とを有しており、かつ弾力性を有している。このため、タッチ操作の押圧力に応じて接触面積が変わり、押圧力を検出する。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチセンサー機能付き表示装置、タッチセンサー機能付き表示装置の製造方法および電子機器に関するものである。

近年、現金自動預け払い機（ＡＴＭ）のように、電子機器を操作するための入力装置としてタッチパネル装置が普及している。このようなタッチパネル装置は、液晶表示装置等の各種表示装置の表示面側に搭載され、タッチパネル装置を透過して視認される表示装置の表示内容に応じて、タッチペン等の入力器具や人間の指等によりタッチ面の任意の位置を接触することにより、接触位置を特定して電子機器の各種操作、入力等を行う。このようなタッチパネル装置としては、例えば、抵抗膜方式、静電容量結合方式、弾性表面波方式等、種々の方式の装置が知られている。

また、特許文献１には、タッチセンサーと液晶表示装置とが一体化したタッチセンサー一体型液晶表示素子が開示されている。このようなタッチセンサー一体型液晶表示素子は、相対向する第１基板および第２基板と、これらの基板間に狭持された液晶層と、第１基板の液晶層側と、第２基板の液晶層側の少なくとも一方に、表示電極と、タッチ箇所検出のためのタッチ電極とを備えている。

このようなタッチセンサー一体型液晶表示素子は、タッチセンサーと液晶表示装置とを個別に設けた場合に比べて、薄型化が図られるとともに、光透過性に優れたものとなる。
しかしながら、このようなタッチセンサー一体型液晶表示素子では、タッチ電極の通電の有無に基づいてタッチ位置を検出することができるものの、タッチの強さを検出することはできない。このため、この素子では、例えばタッチ面をなぞって文字を描いたとしても、なぞった軌跡に沿って線が描かれるのみで、筆圧を再現したり、個人の筆跡に相当する情報を再現したりすることはできなかった。

特開２００１−７５０７４号公報

本発明の目的は、薄型で光透過性が高く、かつ、タッチ面に対するタッチの強さを変えることで、タッチ位置以外の情報も検出することができ、表示素子に対してタッチの強さに応じた異なる入力操作を行い得るタッチセンサー機能付き表示装置およびその製造方法、およびかかるタッチセンサー機能付き表示装置を備える電子機器を提供することにある。

上記目的は、下記の本発明により達成される。
本発明のタッチセンサー機能付き表示装置は、第１基板と、
前記第１基板に対向配置され、前記第１基板と反対側にタッチ面を有する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた表示部と、
前記第１基板の前記表示部側および前記第２基板の前記表示部側の双方に設けられ、前記表示部の表示を制御する表示電極と、
前記第１基板の前記表示部側および前記第２基板の前記表示部側の双方に設けられ、前記タッチ面に対するタッチ操作に伴って互いに接触するよう構成されており、そのうちの少なくとも一方は前記表示部側に突出するよう設けられた、前記タッチ面のタッチ位置を検出するタッチ電極とを有し、
前記一方のタッチ電極は、その接触面が凸状の湾曲面で構成されており、かつ、弾力性を有する材料で構成されていることを特徴とする。
これにより、薄型で光透過性が高く、かつ、タッチ面に対するタッチの強さを変えることで、タッチ位置以外の情報も検出することができ、表示素子に対してタッチの強さに応じた異なる入力操作を行い得るタッチセンサー機能付き表示装置が得られる。

本発明のタッチセンサー機能付き表示装置では、前記一方のタッチ電極は、略球状体で構成されていることが好ましい。
これにより、球状体をインクジェット用ヘッドから吐出して配置する際に、球状体がインクジェット用ヘッドのノズルに引っ掛かり難いため、より高い精度で配置することができる。

本発明のタッチセンサー機能付き表示装置では、前記一方のタッチ電極は、先端に湾曲凸部を有する柱状体で構成されていることが好ましい。
これにより、一方のタッチ電極を第１基板に対してより確実に固定することができる。
本発明のタッチセンサー機能付き表示装置では、前記一方のタッチ電極は、前記弾力性を有する材料で構成されたコア部と、該コア部を被覆する導電膜とを有するものであることが好ましい。
これにより、弾力性を有する材料には、導電性の有無を問わず、弾力性の観点から最適な材料を用いることができる。

本発明のタッチセンサー機能付き表示装置では、前記弾力性を有する材料は、スチレン系熱可塑性エラストマーで構成されていることが好ましい。
これにより、一方のタッチ電極は、タッチ操作により繰り返し変形したとしても、弾力性が損なわれ難く、かつこの弾力性を長期にわたって維持することができる。
本発明のタッチセンサー機能付き表示装置では、前記弾力性を有する材料は、弾力性を有する樹脂材料中に導電性のフィラーを含むものであることが好ましい。
これにより、タッチ操作に伴って一方のタッチ電極が扁平状に変形した際に、導電性のフィラー同士がより接近することに伴い、一方のタッチ電極自体の導電性が向上する。その結果、タッチ操作に伴って、接触抵抗が減少するだけでなく、導電性も向上するため、押圧力の変化をより高い精度で検出することができる。

本発明のタッチセンサー機能付き表示装置では、前記一方のタッチ電極の突出高さは、前記タッチ面にタッチ操作をしていない状態における前記表示部の厚さの５０〜９５％であることが好ましい。
これにより、タッチ電極の検出感度の向上と誤検出の抑制とを高度に両立することができる。

本発明のタッチセンサー機能付き表示装置では、当該タッチセンサー機能付き表示装置は、前記一方のタッチ電極と前記他方のタッチ電極との接触面積に応じて、前記タッチ面におけるタッチ位置と、タッチ操作の強さとを検出するよう構成されていることが好ましい。
これにより、例えば手指でタッチ面をなぞって文字を書く場合、手指がなぞった軌跡の情報のみでなく、いわゆる筆圧に相当する情報も取得することができる。このため、軌跡の情報に、この筆圧の情報を加味することで、個人で異なる筆跡を忠実に再現したような入力データを生成することができる。

本発明のタッチセンサー機能付き表示装置では、前記タッチ電極は、前記表示部の画素に対応して設けられていることが好ましい。
これにより、タッチ位置の検出における位置精度を高めることができる。
本発明のタッチセンサー機能付き表示装置では、前記表示部の画素ごとに、前記タッチ電極に隣接して設けられ、前記第１基板と前記第２基板との離間距離を規制するスペーサーを有していることが好ましい。
これにより、第１基板と第２基板との離間距離を正確に規制することができる。また、長期にわたってタッチ操作を繰り返しても、一度撓んだ第２基板が元の形状に戻らなくなるという問題が抑制される。その結果、長期にわたって優れたタッチセンサー機能を発揮し得る表示装置が得られる。

本発明のタッチセンサー機能付き表示装置では、前記表示部は、液晶層であることが好ましい。
これにより、薄型で光透過性が高く、かつ、タッチ面に対するタッチの強さを変えることで、タッチ位置以外の情報も検出することができ、表示素子に対してタッチの強さに応じた異なる入力操作を行い得るタッチセンサー機能付き液晶表示装置が得られる。

本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の製造方法は、第１基板と、
前記第１基板に対向配置され、前記第１基板と反対側にタッチ面を有する第２基板と、
前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた表示部と、
前記第１基板の前記表示部側および前記第２基板の前記表示部側の双方に設けられ、前記表示部の表示を制御する表示電極と、
前記第１基板の前記表示部側および前記第２基板の前記表示部側の双方に設けられ、そのうちの少なくとも一方は前記表示部側に突出するよう設けられた、前記タッチ面のタッチ位置を検出するタッチ電極とを有するタッチセンサー機能付き表示装置の製造方法であって、
前記一方のタッチ電極を、インクジェット用ヘッドのインクノズルから出射することにより配置したことを特徴とする。
これにより、一方のタッチ電極を簡単かつ正確に配置することができるので、タッチ位置およびタッチ操作の押圧力の検出精度に優れたタッチセンサー機能付き表示装置を効率よく製造することができる。

本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の製造方法では、前記一方のタッチ電極は、前記表示部の画素に対応して設けられており、
前記インクジェット用ヘッドのインクノズルのノズルピッチは、前記表示部の画素ピッチに対応していることが好ましい。
これにより、一方のタッチ電極の配置精度を、より高めることができる。

本発明の電子機器は、本発明のタッチセンサー機能付き表示装置を備えたことを特徴とする。
これにより、タッチ面に対するタッチの強さを変えることで、タッチ位置以外の情報も検出することができ、表示素子に対してタッチの強さに応じた異なる入力操作を行い得るタッチセンサー機能付き表示装置を備えた高機能の電子機器が得られる。

本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の第１実施形態を示す断面図である。 図１に示すタッチセンサー機能付き表示装置が備えるＴＦＴアレイ基板の平面図である。 図１に示すタッチセンサー機能付き表示装置の作用を説明するための図である。 タッチセンサー機能におけるタッチ位置の検出方法を模式的に説明するための回路図である。 図３（ｂ）のタッチ電極周辺の部分拡大図および図３（ｃ）のタッチ電極周辺の部分拡大図である。 本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の製造方法を説明するための図である。 本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の第２実施形態を示す断面図である。 本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の第３実施形態を示す断面図である。 本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。

以下、本発明のタッチセンサー機能付き表示装置、その製造方法および電子機器について、添付図面に示す好適な実施形態に基づいて説明する。
＜タッチセンサー機能付き表示装置＞
≪第１実施形態≫
まず、本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の第１実施形態について説明する。

図１は、本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の第１実施形態を示す断面図、図２は、図１に示すタッチセンサー機能付き表示装置が備えるＴＦＴアレイ基板の平面図、図３は、図１に示すタッチセンサー機能付き表示装置の作用を説明するための図である。なお、以下の説明では、図１および図３中の上側を「上」、下側を「下」という。また、図１および図３は、タッチセンサー機能付き表示装置が有する多数の画素のうちの１つについて代表的に示したものである。

図１に示す液晶表示装置（タッチセンサー機能付き表示装置）１０は、互いに対向する対向基板（第２基板）２およびＴＦＴアレイ基板（第１基板）３と、これらの間に形成された液晶層（表示部）４とを備える液晶パネル１と、液晶パネル１の下側に設けられたバックライト５とを有している。
また、液晶表示装置１０は、タッチセンサー機能を備えており、液晶パネル１の上面（タッチ面２１１）に対してタッチ操作をしたときのタッチ位置を検出することができる。液晶表示装置１０は、このタッチ位置に応じて、表示内容を変更したりする等、表示内容を制御する入力機器を備えた表示装置として構成されている。

以下、液晶表示装置１０の各部の構成について詳述する。
バックライト５は、液晶パネル１に光を供給する機能を有し、その構成は特に限定されない。例えば、バックライト５は、反射板、導光板、プリズムシート（光学シート）および拡散板が下側（液晶パネル１と反対側）から順に積層された四角板状の積層体５１と、導光板の側面に設けられた冷陰極蛍光管５２とで構成することができる。なお、冷陰極蛍光管の代わりにＬＥＤなどを用いてもよい。

バックライト５の上側には、バックライト５からの光が照射される液晶パネル１が設けられている。液晶パネル１が備える対向基板２およびＴＦＴアレイ基板３は、それぞれ、四角板状をなす無色透明のガラス基板であって、これらは、対向基板２の縁部に沿って設けられた四角枠状のシール部材（図示せず）によって貼り合わされている。そして、対向基板２、ＴＦＴアレイ基板３およびシール部材で画成された空間に液晶材料を充填することにより、液晶層４が形成されている。このような液晶層４を表示部として用いることにより、液晶表示装置１０は、優れた画像表示機能を発揮することができる。
ＴＦＴアレイ基板３の下面（バックライト５側の面）には、偏光板や位相差板などからなる光学基板３１が貼り合わされている。光学基板３１は、バックライト５からの光を直線偏光にして液晶層４に出射する機能を有する。

一方、ＴＦＴアレイ基板３の上面（液晶層４側の面）には、図２に示すように、ゲート線８１、データ線８２、画素電極８３およびＴＦＴ（薄膜トランジスター）８４が、それぞれ複数形成されている。
複数のゲート線８１は、図２中縦方向（列方向）に等ピッチで形成されており、それぞれ、図２の横方向（行方向）に延在している。各ゲート線８１は、ＴＦＴアレイ基板３の縁部に設けられた図示しないゲートドライバーに電気的に接続されている。

一方、複数のデータ線８２は、図２中横方向（行方向）に等ピッチで形成されており、それぞれ、図２中縦方向（列方向）に延在している。各データ線８２は、ＴＦＴアレイ基板３の縁部に設けられた図示しないデータドライバーに電気的に接続されている。
隣り合う一対のゲート線８１、８１と隣り合う一対のデータ線８２、８２とで囲まれた複数の画素領域（画素）Ｐには、それぞれ、画素電極８３およびＴＦＴ８４が設けられている。

このような構成の各画素領域Ｐの上側には、図１に示すように、配向処理の施された配向膜３４が形成されている。配向膜３４は、配向性ポリイミドなどの配向性高分子によって形成され、対応する画素電極８３の近傍で液晶分子ＬＣの配向を所定の方向に設定する。
このようなＴＦＴアレイ基板３と液晶層４を介して対向する対向基板２の上面には、光学基板３１からの光と直交する直線偏光の光を外方（図１中上方向）に出射する偏光板２１が貼り合わされている。偏光板２１の上面（装置外部に露出する面）は、タッチペン等の入力具や操作者の手指などでタッチされるタッチ面２１１を構成する。

一方、対向基板２の下面には、カラーレジスト膜２２１とブラックマトリックス２２２とからなるカラーフィルター２２が設けられている。また、カラーフィルター２２の下側には、共通電極２３が設けられている。共通電極２３も、画素電極８３と同様、透明電導膜などからなり光透過性を有している。また、共通電極２３の下側には、配向処理の施された配向膜２４が形成されており、共通電極２３の近傍で液晶分子の配向を所定の方向に設定する。このような共通電極２３と画素電極８３とにより、表示電極を構成している。

ゲートドライバーは、表示内容に基づいて、複数のゲート線８１に順次１本ずつ（例えば、図２中上側のゲート線８１から順に）所定のタイミングで電圧を印加する。これにより、電圧が印加されたゲート線８１に接続されたＴＦＴ８４がＯＮ状態となる。
データドライバーは、表示内容に基づいて、ゲート線８１に電圧が印加されるタイミングに合わせて各データ線８２に電圧を印加する。データドライバーは、このような電圧印加を全てのデータ線８２に対して順次行って、全ての画素電極８３に電圧を印加する。

各画素領域Ｐでは、画素電極８３に電圧が印加されると、その電圧レベルに応じて液晶が駆動する。これにより、画素領域Ｐ毎に、バックライト５からの光が液晶層４を通過する際に、その光の偏光状態を変調することができる。その結果、液晶層４を通過した光によりタッチ面２１１に所望の画像が表示される。
また、液晶層４には、ＴＦＴアレイ基板３から上方に突出するように設けられた下部電極６０と、カラーフィルター２２の下側に設けられた上部電極６５とを有するタッチ電極６が設けられている。

下部電極６０は、球状のコア部６１と、その表面を覆う被覆層６２と、ＴＦＴアレイ基板３上に設けられた下部配線６４と、コア部６１と下部配線６４との間に設けられ、これらを電気的に接続するための固定部６３とを有している。
これらのタッチ電極６は、タッチ面２１１にタッチ操作を行うことにより、下部電極６０と上部電極６５とが電気的に接触するように構成されている。そして、この電気的接触による通電により、タッチ面２１１のタッチ位置を検出することができるようになっている。

ここで、コア部６１は弾力性を有している。これにより、コア部６１に押圧力を加えた際には、コア部６１が扁平状に変形することができる。
コア部６１の構成材料としては、弾力性を有する材料であればよく、例えば、アクリルゴム、ニトリルゴム、イソプレンゴム、ウレタンゴム、エチレンプロピレンゴム、エピクロルヒドリンゴム、クロロプレンゴム、シリコーンゴム、スチレンブタジエンゴム、ブタジエンゴム、フッ素ゴム、ブチルゴム等の各種ゴム材料、スチレン系、オレフィン系、塩化ビニル系、ウレタン系、エステル系、アミド系等の各種熱可塑性エラストマー等が挙げられる。このうち、コア部６１の弾力性および耐久性を高める観点から、スチレン系熱可塑性エラストマーが好ましく用いられる。この材料からなるコア部６１は、タッチ操作により繰り返し変形したとしても、弾力性が損なわれ難く、かつこの弾力性を長期にわたって維持することができる。

また、コア部６１中には、コア部６１に導電性を付与するフィラーが含まれていてもよい。このフィラーとしては、例えば、銅、銅合金、銀、ニッケル、低融点合金（ハンダなど）の金属微粒子、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムなどの金属酸化物微粒子、各種のカーボンブラック、ポリピロール、ポリアニリンなどの導電性ポリマー粒子、金属を被覆したポリマー微粒子、貴金属を被覆した銅や銀の微粒子、金属繊維、炭素繊維等が挙げられる。

一方、被覆層６２は、導電性を有する膜である。この被覆層６２により、下部電極６０の上面は、導電性を有する面となる。
被覆層６２としては、例えば、酸化亜鉛、酸化錫、酸化インジウムまたはこれらの化合物（混合物）等の酸化物系導電膜、銅、銅合金、銀、ニッケル等の金属系導電膜、グラファイト等の炭素系導電膜、ポリピロール、ポリチオフェン、ポリアニリン等の有機系導電膜などが挙げられる。

なお、コア部６１が導電性を有している場合には、被覆層６２の形成を省略することができる。換言すれば、被覆層６２を形成することにより、コア部６１の構成材料には、導電性の有無を問わず、弾力性の観点から最適な材料を用いることができる。
また、下部配線６４および上部電極６５は、前述した共通電極２３や画素電極８３などと同様にして成膜することができる。

また、固定部６３は、被覆層６２が形成されたコア部６１と下部配線６４とを電気的に接続するとともに固定するものである。
このような固定部６３としては、前述したような導電性フィラーを含む分散液やペースト等が挙げられる。例えば、分散液（ペースト）を下部配線６４上に塗布した後、被覆層６２が形成されたコア部６１を分散液上に載置し、分散液を乾燥させることによりコア部６１を下部配線６４に固定するとともに、電気的に接続することができる。

次に、上述したようなタッチ電極６によるタッチ面２１１のタッチ位置の検出方法について説明する。
［１］まず、タッチ面２１１にタッチしていない状態の液晶パネル１は、図３（ａ）に示すように、下部電極６０と上部電極６５とが離間した状態にある。このため、下部電極６０と上部電極６５との間は通電していない。
なお、下部電極６０のＴＦＴアレイ基板３からの突出高さは、この図３（ａ）の状態において、液晶層４の厚さの５０〜９５％程度であるのが好ましく、６０〜９０％程度であるのがより好ましい。これにより、タッチ電極６の検出感度の向上と誤検出の抑制とを高度に両立することができる。

［２］次に、タッチ面２１１にタッチ操作を行うと、対向基板２が下方に撓む。これにより、対向基板２の撓みとともに上部電極６５が下方に降下する。そして、図３（ｂ）に示すように、下部電極６０と上部電極６５とが接触する。これにより、タッチ電極６が通電し、電流が流れる。
このようなタッチ電極６は、全ての画素領域Ｐにそれぞれ設けられており、各画素領域Ｐの下部配線６４は、それぞれ図示しない抵抗回路を介して電気的に接続されている。一方、上部電極６５も、それぞれ図示しない抵抗回路を介して電気的に接続されている。

一方、この抵抗回路には、例えば液晶パネル１の四隅に設けられた電流検出手段が含まれている。
タッチ面２１１にタッチ操作を行うと、タッチ電極６に接続された抵抗回路に電流が流れるが、このとき、タッチ位置に応じてタッチ電極６と各電流検出手段までの距離、すなわち電気抵抗が異なることから、各電流検出手段で測定される電流値が異なる。したがって、各電流検出手段で測定された電流値に基づいて、タッチ位置を検出することができる。
なお、タッチ電極６を画素領域Ｐごとに設けたことにより、タッチ位置の検出における位置精度を高めることができる。

ここで、タッチ位置の検出方法をより詳細に説明する。
図４は、タッチセンサー機能におけるタッチ位置の検出方法を模式的に説明するための回路図である。
図４は、２×２の各画素にＴ１〜Ｔ４のタッチ電極が設けられた液晶パネルのモデルであり、その四隅には、Ｓ１〜Ｓ４の電流検出手段が設けられている。

また、Ｔ１−Ｔ２間、Ｔ２−Ｔ３間、Ｔ３−Ｔ４間およびＴ４−Ｔ１間には、それぞれ電気抵抗Ｒが存在しているものとする。さらに、Ｔ１−Ｓ１間、Ｔ２−Ｓ２間、Ｔ３−Ｓ３間およびＴ４−Ｓ４間にも、それぞれ電気抵抗Ｒが存在しているものとする。なお、これらの電気抵抗は、本来それぞれ異なっているが、ここではモデル的にそれぞれが等しい電気抵抗Ｒであるとする。

また、各タッチ電極Ｔ１〜Ｔ４に対向する電極は、電気的に接地されているものとし、各タッチ電極Ｔ１〜Ｔ４と接地電極との間には、電圧Ｖが印加されているものとする。
ここで、タッチ操作に伴い、仮にタッチ電極Ｔ２が通電状態になると、Ｔ２−Ｓ２間には電気抵抗Ｒが１つ存在するので、電流検出手段Ｓ２で検出される電流値はＶ／Ｒとなる。

また、Ｔ２−Ｓ１間には電気抵抗Ｒが２つ存在するため、電流検出手段Ｓ１で検出される電流値はＶ／（２Ｒ）となる。
同様に、Ｔ２−Ｓ３間にも電気抵抗Ｒが２つ存在するため、電流検出手段Ｓ３で検出される電流値はＶ／（２Ｒ）となり、Ｔ２−Ｓ４間には電気抵抗Ｒが３つ存在するため、電流検出手段Ｓ４で検出される電流値はＶ／（３Ｒ）となる。

すなわち、各電流検出手段Ｓ１〜Ｓ４では、タッチ電極までの電気抵抗に応じた異なる電流値が測定される。そして、これにより、タッチ位置の座標を間接的に求めることができる。なお、このような位置の検出方法は、５ワイヤ方式として知られている。
また、図４では、２×２のモデルについて説明したが、画素数がより多くなった場合でも、同様にしてタッチ位置を検出することができる。

［３］次に、タッチ面２１１により大きな押圧力を加える。これにより、対向基板２が下方に大きく撓むことになり、上部電極６５も大きく下方に降下する。その結果、図３（ｃ）に示すように、コア部６１および被覆層６２からなる球状電極（以下、単に「球状電極」という。）が扁平状に変形する。
球状電極が変形すると、下部電極６０と上部電極６５とが接触する接触面積も変化することになるため、それに応じて接触抵抗も変化する。したがって、この接触抵抗の変化を前述した各電流検出手段における電流値の変化として検出することにより、球状電極がどの程度変形しているかを検出することができる。なお、下部電極６０と上部電極６５との接触面積は、タッチ面２１１に加わる押圧力の大きさに応じて変化するため、結果として、電流値の変化に基づいて、この押圧力の変化を検出することができる。
ここで、電流値の変化に基づいて押圧力の変化を求めるため、下部電極６０と上部電極６５との接触抵抗と、上部電極６５の降下量との関係について詳述する。

図５は、図３（ｂ）のタッチ電極周辺の部分拡大図および図３（ｃ）のタッチ電極周辺の部分拡大図である。
図５（ａ）に示す球状電極は、下部電極６０と上部電極６５とが接触した直後の状態であるが、この球状電極を半径ｒの真球であるとする。
このとき、下部電極６０と上部電極６５との接触領域は円形となるが、図５（ａ）では、この円の半径をγとし、円周と球状電極の中心とがなす最大の角度をαとする。

一方、図５（ｂ）に示す球状電極は、より大きな押圧力で上部電極６５から押圧され、変形した状態であるが、この球状電極の横方向の直径を２ａとし、縦方向の直径を２ｂとする。この場合、扁平率は、（ａ−ｂ）／ａで規定される。
このとき、下部電極６０と上部電極６５との接触領域は、図５（ａ）よりも面積の広い円形となるが、図５（ｂ）では、この円の半径をγ’とし、円周と球状電極の中心とがなす最大の角度をβとする。

ここで、図５（ａ）における接触領域の半径γは、
γ＝ｒtanα （１）
のように上記式（１）から求められ、図５（ｂ）における接触領域の半径γ’は、
γ’＝ｂtanβ （２）
のように上記式（２）から求められる。

これらの接触領域における接触抵抗は、
Ｒ＝１／（２γσ） （３）
のように一般式（３）から求められる（ただし、σは被覆層６２および上部電極６５の導電率）。したがって、図５（ａ）における接触抵抗Ｒおよび図５（ｂ）における接触抵抗Ｒ’は、
Ｒ＝１／（２σｒtanα） （４）
Ｒ’＝１／（２σｂtanβ） （５）
とそれぞれ上記式（４）および上記式（５）から求められる。

ここで、上記式（４）および上記式（５）に、一例として、α＝５、β＝１５、ｂ＝０．８ｒをそれぞれ代入すると、Ｒ＝５．７１５／（ｒσ）、Ｒ’＝２．３３３／（ｒσ）となる。
その結果、Ｒ’＝０．４０８Ｒとなり、図５（ｂ）における接触抵抗は、図５（ａ）における接触抵抗の約４０％であることが求められる。

また、この接触抵抗の変化量から、上部電極６５の降下量に相当する（ｒ−ｂ）を推定することができる。したがって、タッチ電極６では、タッチ面２１１におけるタッチ位置を検出するとともに、タッチ操作による押圧力（タッチ面の降下量）をも併せて検出することができる。
なお、この接触抵抗の変化は、例えば液晶パネル１の四隅に設けられた各電流検出手段により、電流値の変化として検出される。したがって、タッチ位置を検出した際の電流値と、その後、タッチ操作による押圧力が変化した場合には、それによる電流値の変化量とを考慮することで、上記の計算方法に基づいて上部電極６５の降下量を推定することができる。

また、コア部６１が導電性のフィラーを含んでいる場合には、コア部６１が扁平状に変形した際に、導電性フィラー同士がより接近することに伴い、コア部６１自体の導電性が向上する。これにより、タッチ操作に伴って、接触抵抗が減少するだけでなく、導電性も向上するため、前述した電流値の変化はより増幅されたものとして検出される。したがって、このようなフィラーを含むコア部６１を用いた場合には、押圧力の検出精度をより高めることができる。

このようなタッチセンサー機能を有する液晶パネル１によれば、例えば手指でタッチ面２１１をなぞって文字を書く場合、手指がなぞった軌跡の情報のみでなく、いわゆる筆圧に相当する情報をも取得することができる。このため、軌跡の情報に、この筆圧の情報を加味することで、個人で異なる筆跡を忠実に再現したような入力データを生成することができる。
そして、このようなタッチ操作の情報を、前述したデータドライバーおよびゲートドライバー、または表示する内容に応じてこれらのドライバーの動作を制御する演算回路（ＣＰＵ）等に入力することにより、タッチ操作の情報を液晶パネル１の表示内容に反映させることができる。

次に、このような液晶パネル１の製造方法について説明する。
まず、ＴＦＴアレイ基板３を用意し、その上面に、ゲート線８１、データ線８２、画素電極８３、ＴＦＴ８４および下部配線６４等をそれぞれ形成する。
次いで、隣り合う一対のゲート線８１、８１と隣り合う一対のデータ線８２、８２とで囲まれた複数の画素領域Ｐに、それぞれ被覆層６２で覆われたコア部６１を配置する。

この配置方法は、特に限定されないが、本実施形態では、図６に示すようにインクジェット用ヘッド９を用いた方法について説明する。
図６に示すインクジェット用ヘッド９は、被覆層６２で覆われたコア部６１（以下、省略して「コア部６１」という。）を出射可能なノズル（インクノズル）９１を有している。このノズル９１は、インクジェット用ヘッド９の内部のキャビティ（図示せず）に貯留された多数のコア部６１を１個ずつまたは複数個ずつ出射することができる。これにより、コア部６１を効率よく配置することができる。

また、ノズル９１は、インクジェット用ヘッド９に複数個設けられているが、その配置は、等間隔で一列に設けられている。また、隣り合うノズル９１間の間隔は、画素領域Ｐのピッチと同じになっている。このようなノズル９１を有するインクジェット用ヘッド９によれば、各画素領域Ｐに対して簡単かつ正確にコア部６１を配置することができる。特に、コア部６１が略球状である場合には、形状の異方性がなく、ノズル９１等に引っ掛かり難いため、より高い精度で配置することができる。

さらに、成膜法、フォトリソグラフィー法およびエッチング法を組み合わせてタッチ電極６を作製する場合に比べて、大幅な低コスト化および製造プロセスの省力化が図られる。
なお、インクジェット用ヘッド９によりコア部６１を出射する場合、コア部６１は分散液の状態で出射されるのが好ましい。この場合、分散媒としては、コア部６１や画素領域Ｐに変質・劣化等を生じないものであれば、いかなるものでもよい。

また、各画素領域Ｐのコア部６１を配置する領域には、あらかじめ固定部６３を形成するための液状被膜を形成していてもよいが、固定部６３を形成するための液状材料とともにコア部６１をノズル９１から出射するようにしてもよい。この場合、コア部６１は、その表面を液状材料で覆われた状態で各画素領域Ｐに着弾する。
その後、液状被膜または液状材料を乾燥させることにより、固定部６３が形成される。
なお、この場合、コア部６１を覆う固定部６３に被覆層６２の機能をもたせることもできる。このため、コア部６１が絶縁性材料で構成されている場合でも、被覆層６２を省略することもできる。

また、ノズル９１の配置パターンは、図６のものに限定されず、いかなるパターンであってもよい。
また、隣り合うノズル９１間の間隔は、画素領域Ｐのピッチの０．５倍、または整数倍であってもよい。さらに、全てのノズル９１からコア部６１を出射する必要もなく、一部のノズル９１からコア部６１を出射するようにしてもよい。

次いで、対向基板２を用意し、共通電極２３、上部電極６５およびカラーフィルター２２等を形成する。
そして、ＴＦＴアレイ基板３と対向基板２とを対向配置し、縁部を樹脂封止する。その後、ＴＦＴアレイ基板３と対向基板２との間に液晶を注入する。
以上のようにして液晶表示装置１０が得られる。

以上のような構成の液晶表示装置１０によれば、タッチセンサー機能を内蔵しているため、装置の上側（表示面側）に別途タッチパネル装置を装着する必要がない。そのため、液晶表示装置１０は、透過光が通過する層の数を減らすことができるので良好な画像を提供することができ、かつ、装置の小型化、薄型化を図ることができる。
また、液晶表示装置１０が有するタッチセンサー機能は、タッチ操作によるタッチ位置のみでなく、タッチ操作における押圧力をも検出することができる。このため、押圧力の大きさに応じて、タッチ位置以外の異なる情報を入力することができる。すなわち、このタッチセンサー機能は、より複雑な情報を入力し得る入力装置となり、また、液晶表示装置１０は、押圧力の大きさに応じて異なる内容の表示を出力することができる。

≪第２実施形態≫
次に、本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の第２実施形態について説明する。
図７は、本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の第２実施形態を示す断面図である。なお、以下の説明では、図７中の上側を「上」、下側を「下」という。また、図７は、タッチセンサー機能付き表示装置が有する多数の画素のうちの１つについて代表的に示したものである。

以下、この図を参照して本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の第２実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、上部電極６５の構成および液晶層４にスペーサー７を設けた点が異なる以外は、前記第１実施形態と同様である。

図７に示す上部電極６５は、カラーフィルター２２との間に台座６６を有する。この台座６６を設けたことにより、上部電極６５の位置が下方にずれることになる。これにより、液晶層４の厚さを変えることなく、コア部６１の径を小さくすることができる。換言すれば、台座６６の厚さを調整することにより、液晶層４の厚さやコア部６１の径を変えることなく、下部電極６０と上部電極６５との離間距離を適宜調整することができる。

また、台座６６の厚さを調整して、下部電極６０と上部電極６５との離間距離をできるだけ狭めることにより、液晶表示装置１０におけるタッチセンサー機能の検出感度を高めることができる。
また、スペーサー７は、画素領域Ｐごと、または一定の間欠的な配置パターンで、タッチ電極６に隣接して、対向基板２とＴＦＴアレイ基板３との間に設けられている。このスペーサー７を設けることにより、対向基板２とＴＦＴアレイ基板３との離間距離を正確に規制することができる。

なお、このスペーサー７は、弾力性に乏しく、比較的剛性の高い材料（例えば、酸化ケイ素、各種セラミックス材料、各種樹脂材料等）で構成される。これにより、タッチ面２１１に加えたタッチ操作により、対向基板２が下方に撓んだ場合でも、スペーサー７によりその撓み量を調整することができる。
さらに、液晶表示装置１０にタッチ操作を加えた後、押圧力を取り除くと、対向基板２はタッチ操作前の状態に戻ることが好ましいが、長期にわたってタッチ操作を繰り返した場合、対向基板２の機械的特性が徐々に低下する。その結果、タッチ操作による押圧力を取り除いても、対向基板２が元の状態に戻らなくなるおそれがある。
これに対し、図７に示す液晶表示装置１０では、スペーサー７が対向基板２とＴＦＴアレイ基板３との離間距離を規制しているため、上述したような問題が抑制される。その結果、本実施形態に係る液晶表示装置１０は、長期にわたって優れたタッチセンサー機能を発揮することができる。

≪第３実施形態≫
次に、本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の第３実施形態について説明する。
図８は、本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の第３実施形態を示す断面図である。なお、以下の説明では、図８中の上側を「上」、下側を「下」という。また、図８は、タッチセンサー機能付き表示装置が有する多数の画素のうちの１つについて代表的に示したものである。

以下、この図を参照して本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の第３実施形態について説明するが、前述した実施形態との相違点を中心に説明し、同様の事項はその説明を省略する。
本実施形態は、下部電極６０の構成が異なる以外は、前記第１実施形態と同様である。
図８に示す下部電極６０’は、コア部６１が、上端が凸状の湾曲面をなす柱状部材で構成されている。また、被覆層６２は、このコア部６１の表面を覆うように設けられ、固定部６３は省略されている。このような形状のコア部６１は、ＴＦＴアレイ基板３に対してより確実に固定される。
コア部６１の上端の湾曲面は、上に凸の湾曲した形状であればいかなる形状でもよいが、好ましくは球面、放物面等の形状とされる。
このような本実施形態においても、前記第１実施形態と同様の作用・効果が得られる。

＜電子機器＞
次に、前述したような液晶表示装置１０を備える本発明の電子機器について、図９に示す実施形態に基づき説明する。
図９は、本発明の電子機器を適用した携帯電話機（ＰＨＳも含む）の構成を示す斜視図である。
この図において、携帯電話機１２００は、複数の操作ボタン１２０２、受話口１２０４および送話口１２０６とともに、前述の液晶表示装置１０と、図示しないバックライトとを備えている。

なお、本発明の電子機器は、図９の携帯電話機の他にも、例えば、パーソナルコンピューター（モバイル型パーソナルコンピューター）、ディジタルスチルカメラ、投射型表示装置、テレビ、ビデオカメラ、ビューファインダー型、モニター直視型のビデオテープレコーダー、カーナビゲーション装置、ページャー、電子手帳（通信機能付も含む）、電子辞書、電卓、電子ゲーム機器、ワードプロセッサー、ワークステーション、テレビ電話、防犯用テレビモニター、電子双眼鏡、ＰＯＳ端末、タッチパネルを備えた機器（例えば金融機関のキャッシュディスペンサー、自動券売機）、医療機器（例えば電子体温計、血圧計、血糖計、心電表示装置、超音波診断装置、内視鏡用表示装置）、魚群探知機、各種測定機器、計器類（例えば、車両、航空機、船舶の計器類）、フライトシミュレーターなどが挙げられる。そして、これらの各種電子機器の表示部、モニター部として、前述した本発明のタッチパネル装置が適用可能なことは言うまでもない。

以上、本発明のタッチセンサー機能付き表示装置、タッチセンサー機能付き表示装置の製造方法および電子機器を、図示の実施形態に基づいて説明したが、本発明はこれに限定されるものではない。
例えば、本発明のタッチセンサー機能付き表示装置および電子機器では、各部の構成は、同様の機能を発揮する任意の構成のものに置換することができ、また、任意の構成を付加することもできる。

また、本発明のタッチセンサー機能付き表示装置の製造方法では、任意の工程を追加することもできる。
さらに、前記各実施形態では、液晶表示装置を例にタッチセンサー機能付き表示装置を説明したが、本発明のタッチセンサー機能付き表示装置は、液晶表示装置以外の表示装置、例えば電気泳動表示装置、磁気泳動表示装置等に適用することもできる。

また、下部配線６４は、必要に応じて、画素電極８３と共通にすることもできる。すなわち、画素電極８３が下部配線６４を兼ねることができる。この場合、タッチ操作に伴ってタッチ位置近傍の表示画像に多少の乱れが生じるおそれもあるが、タッチ操作に伴って対向基板２が撓んでいることも併せて考慮すると、このような画像の乱れは、画像認識にほとんど影響を及ぼさないと推測される。

さらに、上部電極６５も、必要に応じて、共通電極２３と共通にすることもできる。すなわち、共通電極２３が上部電極６５を兼ねることができる。この場合にも、タッチ操作に伴う表示画像の多少の乱れが生じるが、上記と同様、画像認識において許容される程度のものと推測される。
また、前記各実施形態では、上部電極６５が平板状になっているが、下に凸の湾曲面を有する形状になっていて、下部電極６０が平板状になっていてもよい。
また、下部電極６０および上部電極６５は、それぞれ画素領域Ｐに２つ以上設けられていてもよい。

次に、本発明の具体的実施例について説明する。
（実施例）
まず、ゲート線、データ線、画素電極、ＴＦＴおよび下部配線等をそれぞれ形成したＴＦＴアレイ基板を用意した。
次いで、インクジェット用ヘッドのキャビティに、スチレン系熱可塑性エラストマーのビーズを含む分散液を供給し、インクジェット印刷と同じ要領で、ＴＦＴ基板上にビーズを配置した。その後、吐出した分散液を乾燥させ、ビーズを固定した。
配置されたビーズのピッチを測定したところ、インクジェット用ヘッドのインクノズルのピッチとほぼ同じ（１５０μｍ）であった。

一方、共通電極、上部電極およびカラーフィルター等をそれぞれ形成した対向基板を用意した。
そして、ＴＦＴアレイ基板と対向基板とを対向配置し、縁部を樹脂封止した。その後、ＴＦＴアレイ基板と対向基板との間に液晶を注入し、注入口を封止した。
以上のようにして液晶表示装置を作製した。

なお、この液晶表示装置では、タッチ面に対するタッチ操作に応じて、タッチ位置を点として表示し、タッチ位置を移動させた場合には、移動の軌跡を線として表示するよう、あらかじめ設定しておいた。
さらに、タッチ操作における押圧力を強くした場合には、点の大きさを大きく表示したり、線の太さを太く表示するように、あらかじめ設定した。
そして、得られたタッチセンサー機能付き表示装置のタッチ面を手指でなぞったところ、なぞった軌跡に沿って線を描くことができた。また、タッチ面を強くなぞったところ、より太い線を描くことができた。

１……液晶パネル １０……液晶表示装置 ２……対向基板（第２基板） ２１……偏光板 ２１１……タッチ面 ２２……カラーフィルター ２２１……カラーレジスト膜 ２２２……ブラックマトリックス ２３……共通電極 ２４……配向膜 ３……ＴＦＴアレイ基板（第１基板） ３１……光学基板 ３４……配向膜 ４……液晶層 ５……バックライト ５１……積層体 ５２……冷陰極蛍光管 ６……タッチ電極 ６０、６０’……下部電極 ６１……コア部 ６２……被覆層 ６３……固定部 ６４……下部配線 ６５……上部電極 ６６……台座 ７……スペーサー ８１……ゲート線 ８２……データ線 ８３……画素電極 ８４……ＴＦＴ（薄膜トランジスター） ９……インクジェット用ヘッド ９１……ノズル １２００……携帯電話機 １２０２……操作ボタン １２０４……受話口 １２０６……送話口

Claims (14)

1. 第１基板と、
   前記第１基板に対向配置され、前記第１基板と反対側にタッチ面を有する第２基板と、
   前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた表示部と、
   前記第１基板の前記表示部側および前記第２基板の前記表示部側の双方に設けられ、前記表示部の表示を制御する表示電極と、
   前記第１基板の前記表示部側および前記第２基板の前記表示部側の双方に設けられ、前記タッチ面に対するタッチ操作に伴って互いに接触するよう構成されており、そのうちの少なくとも一方は前記表示部側に突出するよう設けられた、前記タッチ面のタッチ位置を検出するタッチ電極とを有し、
   前記一方のタッチ電極は、その接触面が凸状の湾曲面で構成されており、かつ、弾力性を有する材料で構成されていることを特徴とするタッチセンサー機能付き表示装置。
2. 前記一方のタッチ電極は、略球状体で構成されている請求項１に記載のタッチセンサー機能付き表示装置。
3. 前記一方のタッチ電極は、先端に湾曲凸部を有する柱状体で構成されている請求項１に記載のタッチセンサー機能付き表示装置。
4. 前記一方のタッチ電極は、前記弾力性を有する材料で構成されたコア部と、該コア部を被覆する導電膜とを有するものである請求項１ないし３のいずれかに記載のタッチセンサー機能付き表示装置。
5. 前記弾力性を有する材料は、スチレン系熱可塑性エラストマーで構成されている請求項１ないし４のいずれかに記載のタッチセンサー機能付き表示装置。
6. 前記弾力性を有する材料は、弾力性を有する樹脂材料中に導電性のフィラーを含むものである請求項１ないし５のいずれかに記載のタッチセンサー機能付き表示装置。
7. 前記一方のタッチ電極の突出高さは、前記タッチ面にタッチ操作をしていない状態における前記表示部の厚さの５０〜９５％である請求項１ないし６のいずれかに記載のタッチセンサー機能付き表示装置。
8. 当該タッチセンサー機能付き表示装置は、前記一方のタッチ電極と前記他方のタッチ電極との接触面積に応じて、前記タッチ面におけるタッチ位置と、タッチ操作の強さとを検出するよう構成されている請求項１ないし７のいずれかに記載のタッチセンサー機能付き表示装置。
9. 前記タッチ電極は、前記表示部の画素に対応して設けられている請求項１ないし８のいずれかに記載のタッチセンサー機能付き表示装置。
10. 前記表示部の画素ごとに、前記タッチ電極に隣接して設けられ、前記第１基板と前記第２基板との離間距離を規制するスペーサーを有している請求項１ないし９のいずれかに記載のタッチセンサー機能付き表示装置。
11. 前記表示部は、液晶層である請求項１ないし１０のいずれかに記載のタッチセンサー機能付き表示装置。
12. 第１基板と、
    前記第１基板に対向配置され、前記第１基板と反対側にタッチ面を有する第２基板と、
    前記第１基板と前記第２基板との間に設けられた表示部と、
    前記第１基板の前記表示部側および前記第２基板の前記表示部側の双方に設けられ、前記表示部の表示を制御する表示電極と、
    前記第１基板の前記表示部側および前記第２基板の前記表示部側の双方に設けられ、そのうちの少なくとも一方は前記表示部側に突出するよう設けられた、前記タッチ面のタッチ位置を検出するタッチ電極とを有するタッチセンサー機能付き表示装置の製造方法であって、
    前記一方のタッチ電極を、インクジェット用ヘッドのインクノズルから出射することにより配置したことを特徴とするタッチセンサー機能付き表示装置の製造方法。
13. 前記一方のタッチ電極は、前記表示部の画素に対応して設けられており、
    前記インクジェット用ヘッドのインクノズルのノズルピッチは、前記表示部の画素ピッチに対応している請求項１２に記載のタッチセンサー機能付き表示装置の製造方法。
14. 請求項１ないし１１のいずれかに記載のタッチセンサー機能付き表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。

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