JP2013025675A - センシング基板及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力手段による入力動作により検知電極に生じる結合容量を検知電極全域で均一にすることができるセンシング基板及び表示装置を提供する。
【解決手段】センシング基板２は、装飾板５と、静電容量式のセンサモジュール６と、シールド電極８と、調整層９と、を備えている。センサモジュール６は、装飾板５の裏面上に形成され、装飾板の表面側からの入力手段による入力位置情報を検出する。シールド電極８は、センサモジュール６から発生する電界を遮蔽する。センサモジュール６は、入力手段による入力により静電容量が変化する検知電極を含む。調整層９は、装飾板５及び検知電極の中間の屈折率を有する。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、センシング基板及びセンシング基板を備えた表示装置に関する。

近年、タッチパネルは、ヘイズが小さく透過率が高いといった光学的な特徴や、マルチタッチ対応といったアプリケーションの幅から、携帯電話等のモバイル端末における入力インターフェイスとしてのニーズが拡大している。タッチパネルの位置検出方式は、静電容量方式である。

静電容量方式のタッチパネルは、例えば液晶表示パネルの表示面に貼り合せられ、利用される。タッチパネルは、ガラス基板と、ガラス基板上にＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）で形成された検知電極とを有している。液晶表示パネルの表示面には、タッチパネルのガラス基板が接着材により貼り合せられている。タッチパネルの検知電極側は装飾板で覆われている。装飾板は、接着材によりタッチパネルに貼り合せられている。

タッチパネルにおいて、操作者の指等を装飾板の表面に接触させて入力すると、入力位置に近い部分の検知電極の静電容量が変化する。このため、検知電極は、静電容量の変化状態を電圧変化として検出することにより、入力位置座標を検出することができる。

特開２０１１−３４５９５号公報

ところで、液晶表示パネルの基板、タッチパネルのガラス基板及び装飾板に、互いに異なる材質を採用している場合、化学的組成の違いにより熱・湿度による膨張係数が異なり、装飾板に反りが発生する。例えば、装飾板にアクリル等の樹脂材料を用いる場合、反りが発生する。また、タッチパネルのガラス基板に未研磨タイプの強化ガラスを採用する場合にも、ガラス基板の表裏で強化層の深さが異なるため、ガラス基板等に反りが発生する。

装飾板やタッチパネルのガラス基板に反りが発生すると、装飾板の表面（入力面）から検知電極までの距離にばらつきが生じてしまうため、入力面内における検知電極の静電容量の変化にもばらつきが生じてしまう電気的な課題がある。

例えば、装飾板が面内で凸状に反った場合、検知電極の周縁部分と指との間に生じる結合容量は、検知電極の中央部分と指との間に生じる結合容量より大きくなる。指による入力があった場合、検知電極の周縁部分の容量は相対的に小さく、検知電極の中央部分の容量は相対的に大きくなる。

すなわち、タッチパネルの入力面内における検知電極の静電容量の変化のばらつきが、タッチパネルのセンシング感度にも影響を与え、面内均一な入力位置の検出に悪影響を及ぼすことになる。
この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、入力手段による入力動作により検知電極に生じる結合容量を検知電極全域で均一にすることができるセンシング基板及び表示装置を提供することにある。

一実施形態に係るセンシング基板は、
装飾板と、
前記装飾板の裏面上に形成され、前記装飾板の表面側からの入力手段による入力位置情報を検出する静電容量式のセンサモジュールと、
前記センサモジュールに対して前記装飾板の反対側に位置し、前記センサモジュールから発生する電界を遮蔽するシールド電極と、
前記センサモジュールに対して前記装飾板の反対側に位置した調整層と、を備え、
前記センサモジュールは、前記入力手段による入力により静電容量が変化する検知電極を含み、
前記調整層は、前記装飾板及び検知電極の中間の屈折率を有している。

また、一実施形態に係る表示装置は、
装飾板と、前記装飾板の裏面上に形成され、前記装飾板の表面側からの入力手段による入力位置情報を検出する静電容量式のセンサモジュールと、前記センサモジュールに対して前記装飾板の反対側に位置し、前記センサモジュールから発生する電界を遮蔽するシールド電極と、前記センサモジュールに対して前記装飾板の反対側に位置した調整層と、を有しているセンシング基板と、
画像を表示する表示面を有した表示パネルと、
前記センサモジュール及び表示面間に位置し、前記表示パネルに前記センシング基板を貼り合せる接着材と、を備え、
前記センサモジュールは、前記入力手段による入力により静電容量が変化する検知電極を含み、
前記調整層は、前記装飾板及び検知電極の中間の屈折率を有している。

図１は、一実施形態に係る液晶表示装置を示す概略断面図である。 図２は、図１に示した液晶表示パネルの平面図である。 図３は、図２の線Ａ−Ａに沿って示す液晶表示パネルの断面図である。 図４は、図１に示したセンシング基板の一部を示す拡大平面図である。 図５は、図４の線Ｂ−Ｂに沿って示すセンシング基板の一部を示す断面図である。

以下、図面を参照しながら一実施形態に係るセンシング基板及びセンシング基板を備えた表示装置について詳細に説明する。この実施形態において、表示装置は液晶表示装置である。

図１に示すように、液晶表示装置は、画像を表示する表示面を有する表示パネルとしての液晶表示パネル１と、センシング基板２と、接着材３と、制御部４と、を備えている。後述するが、センシング基板２は、装飾板としての機能と、タッチパネルとしての機能を備えている。

図１乃至図３に示すように、液晶表示パネル１は、アレイ基板２０と、対向基板３０と、液晶層４０と、第１偏光部６０と、表示面Ｓを有した第２偏光部７０とを備えている。アレイ基板２０及び対向基板３０は、それぞれ矩形状に形成されている。アレイ基板２０は、対向基板３０よりも大きな寸法に形成されている。

アレイ基板２０及び対向基板３０は、各々３辺がほぼ重なるように配置されている。アレイ基板２０の残る一辺において、アレイ基板２０は、対向基板３０よりも外側に延出している。より詳しくは、第１方向Ｘにおいて、アレイ基板２０及び対向基板３０はほぼ重なるように配置されている。第１方向Ｘと直交した第２方向Ｙにおいて、アレイ基板２０は、対向基板３０よりも外側へ延出している。液晶表示パネル１は、アレイ基板２０及び対向基板３０に重なった矩形状の表示領域Ｒ２を有している。

アレイ基板２０は、透明な絶縁基板として、矩形状のガラス基板２１を有している。対向基板３０から外れたガラス基板２１上には駆動回路８０が搭載されている。表示領域Ｒ２において、ガラス基板２１上に複数の画素が設けられている。画素は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに並んでマトリクス状に設けられている。表示領域Ｒ２において、ガラス基板２１上に、図示しない複数の信号線及び複数の走査線が格子状に設けられている。

信号線及び走査線の交差部近傍に、スイッチング素子として、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）２２が設けられている。

ガラス基板２１上には、複数の画素電極２３がマトリクス状に形成されている。画素電極２３は、ＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）等の透明な導電材料により形成されている。画素は、それぞれＴＦＴ２２と、このＴＦＴに電気的に接続された画素電極２３等とを有している。

ＴＦＴ２２及び画素電極２３等が形成されたガラス基板２１上に、複数の柱状スペーサ２５が複数本形成されている。ガラス基板２１及び画素電極２３上に、配向膜２６が形成されている。

対向基板３０は、透明な絶縁基板として、矩形状のガラス基板３１を有している。表示領域Ｒ２において、ガラス基板３１上にカラーフィルタ５０が設けられている。カラーフィルタ５０は、遮光部５１と、周辺遮光部５２と、赤色、緑色、青色の複数の着色層５３、５４、５５とを有している。

遮光部５１は、格子状に形成され、信号線及び走査線に重なって形成されている。周辺遮光部５２は、矩形枠状に形成され、表示領域Ｒ２の周縁部全周に亘って形成されている。周辺遮光部５２は、表示領域Ｒ２の外側から漏れる光の遮光に寄与している。

着色層５３、５４、５５は、ガラス基板３１、遮光部５１及び周辺遮光部５２上に形成されている。着色層５３、５４、５５は、第１方向Ｘに互いに隣接し、交互に並んで配設されている。着色層５３、５４、５５は、それぞれストライプ状に形成され、第２方向Ｙに延出し、第２方向Ｙに並んだ画素に重なっている。着色層５３、５４、５５の周縁部は、遮光部５１及び周辺遮光部５２に重なっている。
カラーフィルタ５０上に、ＩＴＯ等の透明な導電材料により対向電極３２が形成されている。対向電極３２上には配向膜３３が形成されている。

アレイ基板２０及び対向基板３０は、柱状スペーサ２５により所定の隙間を置いて対向配置されている。アレイ基板２０及び対向基板３０は、表示領域Ｒ２の外側である両基板の周縁部に配設されたシール材４１により互いに接合されている。

液晶層４０は、アレイ基板２０及び対向基板３０間に挟持され、シール材４１で囲まれている。シール材４１の一部に形成された液晶注入口４２は封止材４３により封止されている。

第１偏光部６０はガラス基板２１の外面に配置されている。第２偏光部７０はガラス基板３１の外面に配置されている。上述したように、第２偏光部７０の外面に表示面Ｓが形成されている。なお、アレイ基板２０の外面側には、必要に応じて図示しないバックライトユニットが配置されていればよい。

図１に示すように、センシング基板２は、装飾板５と、センサモジュール６と、層間絶縁膜７と、シールド電極８と、調整層９と、を備えている。センシング基板２は、入力領域Ｒ１を有している。ここでは、入力領域Ｒ１は表示領域Ｒ２に重なっている。

装飾板５は、液晶表示パネル１の表示面Ｓに対向して位置している。装飾板５は、液晶表示パネル１の表示面Ｓ側を装飾するものであり、すなわち液晶表示装置の外観を飾るものである。装飾板５は、平型であり、ガラスやアクリル樹脂などの透明な絶縁材料で形成されている。ここでは、装飾板５は、さらに矩形状に形成されている。またここでは、装飾板５はアクリル樹脂を利用して形成され、ガラスを利用する場合に比べて軽量化や低コスト化に寄与している。また、装飾板５は、センサモジュール６の破損を防止するなど、センサモジュール６を機械的に保護し、また、センサモジュール６への湿気の侵入を防止するなど、センサモジュール６を化学的に保護するものでもある。

図１、図４及び図５に示すように、センサモジュール６は、装飾板５の裏面上に形成され、液晶表示パネル１の表示面Ｓに対向して位置している。センサモジュール６の位置検出方式としては、静電容量方式を利用している。センサモジュール６は、装飾板５の表面側からの入力手段による入力位置情報を検出するものである。

センサモジュール６は、操作者の指や導体などの入力手段による入力により静電容量が変化する検知電極として、複数の第１検知電極１１と、複数の第２検知電極１２とを有している。センサモジュール６の電極パターンは、複数の第１検知電極１１及び複数の第２検知電極１２の他、複数の接続配線１６及び複数の接続配線１７も含んでいる。

第１検知電極１１、第２検知電極１２、接続配線１６及び接続配線１７は、入力領域Ｒ１内の装飾板５の裏面上に配置され、透明な導電材料として、例えばＩＴＯ（インジウム・ティン・オキサイド）で形成されている。

複数の第１検知電極１１は、第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに並べられている。第１検知電極１１は、それぞれ第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに沿った対角線を持つ正方形である。第１検知電極１１は、第１方向Ｘに沿って対向し合う第１角部を有している。第１方向Ｘにおいて、隣合う第１角部同士は接続されている。

この実施形態において、第１検知電極１１の正方形の第１角部は潰れ第１短辺１３を有している。このため、第１検知電極１１は、第１短辺１３を有した六角形である。また、隣合う第１短辺１３同士は、接続配線１６を介して接続されている。接続配線１６は、装飾板５上に島状に配置されている。

互いに接続された複数の第１検知電極１１及び複数の接続配線１６は、第１方向Ｘに延出した第１配線Ｗ１を形成している。複数の第１配線Ｗ１は、第２方向Ｙに並べられている。複数の第１検知電極１１及び複数の接続配線１６は、互いに異なる製造工程で形成されている。第１配線Ｗ１を利用して静電容量の変化を検出することにより、入力位置のＸ座標を検出することができる。

複数の第２検知電極１２は、複数の第１検知電極１１に隙間を置いて第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに並べられている。第２検知電極１２は、それぞれ第１方向Ｘ及び第２方向Ｙに沿った対角線を持つ正方形である。第２検知電極１２は、第２方向Ｙに沿って対向し合う第２角部を有している。第２方向Ｙにおいて、隣合う第２角部同士は接続されている。

この実施形態において、第２検知電極１２の正方形の第２角部は潰れ第２短辺１４を有している。このため、第２検知電極１２は、第２短辺１４を有した六角形である。また、隣合う第２短辺１４同士は、接続配線１７を介して接続されている。接続配線１７は、装飾板５上に島状に配置されている。

互いに接続された複数の第２検知電極１２及び複数の接続配線１７は、第２方向Ｙに延出した第２配線Ｗ２を形成している。複数の第２配線Ｗ２は、第１方向Ｘに並べられている。第２配線Ｗ２の複数の第２検知電極１２及び複数の接続配線１７は、同一の製造工程で一体に形成されている。第２配線Ｗ２を利用して静電容量の変化を検出することにより、入力位置のＹ座標を検出することができる。

第１検知電極１１及び第２検知電極１２間に、格子状のスリット１９が形成されている。
装飾板５上には、複数の絶縁膜１８が島状に配置されている。複数の絶縁膜１８は、装飾板５上の複数の第１配線Ｗ１及び複数の第２配線Ｗ２の複数の交差部に配置され、複数の第１配線Ｗ１及び複数の第２配線Ｗ２間に介在されている。絶縁膜１８は、第１配線Ｗ１及び第２配線Ｗ２間の短絡を防止するものである。この実施形態において、絶縁膜１８は、有機絶縁材料で形成されている。

接続配線１６及び接続配線１７は、絶縁膜１８を介して対向している。ここで、第１配線Ｗ１（接続配線１６）は、第１配線Ｗ１及び第２配線Ｗ２の交差部上方に位置している。上記のことから、接続配線１６をブリッジ配線と言うことができる。

制御部４は、第１配線Ｗ１及び第２配線Ｗ２に接続されている。制御部４は、第１配線Ｗ１（第１検知電極１１）及び第２配線Ｗ２（第２検知電極１２）における静電容量の変化を取得することにより、入力位置情報（入力位置座標）を取得することができる。

センサモジュール６が形成された装飾板５上には、一般に知られた製造プロセスにより、層間絶縁膜７が形成されている。
シールド電極８は、透明な導電材料として、例えばＩＴＯにより、層間絶縁膜７上に形成されている。シールド電極８は、センサモジュール６に対して装飾板５の反対側に位置している。シールド電極８は、センサモジュール６から発生する電界を遮蔽するものである。

制御部４は、シールド電極８に接続され、シールド電極８の電位を制御している。例えば、制御部４は、電圧をかけてシールド電極８を駆動することができる。その他の例としては、制御部４は、シールド電極８を接地電位に設定することができる。

調整層９は、ポリイミド等の樹脂からなる透明な材料でシールド電極８上に形成されている。調整層９は、センサモジュール６に対して装飾板５の反対側に位置している。調整層９は、装飾板５及び検知電極（第１検知電極１１及び第２検知電極１２）の中間の屈折率を有している。この実施形態において、アクリル樹脂（ガラス）を利用した装飾板５の屈折率は１．５程度であり、ＩＴＯを利用した検知電極の屈折率は１．９乃至２．０程度であるため、調整層９は、屈折率が１．７乃至１．７５程度となる材料を利用して形成されている。

接着材３は、センサモジュール６及び表示面Ｓ間に位置している。接着材３にも、透明な材料が利用されている。接着材３は、液晶表示パネル１にセンシング基板２を貼り合せるものである。接着材３としては、紫外線硬化型や熱硬化型の材料を利用することができる。

以上のように構成された一実施形態に係るセンシング基板２及び液晶表示装置によれば、センサモジュール６は、装飾板５の裏面上に形成されている。このため、装飾板５が熱や湿気の影響を受けたり、接着材３が中央で厚く形成されたりして装飾板５などに反りが生じても、入力領域Ｒ１全域において、装飾板５の表面（入力面）からセンサモジュール６までの距離にばらつきが生じることはない。このため、入力面内における検知電極の静電容量の変化のばらつき（パネル面内の容量分布）を防止することができる。

シールド電極８は、センサモジュール６に対して装飾板５の反対側に位置している。シールド電極８は、液晶表示パネル１側に延びる電気力線を終端させることができるため、装飾板５などに反りが生じても、パネル面内の容量分布を防止することができる。すなわち、センサモジュール６による入力位置情報の検出精度の低下を防止することができる。

調整層９は、センサモジュール６に対して装飾板５の反対側に位置している。調整層９は、装飾板５及び検知電極の中間の屈折率を有している。調整層９を設けない場合、アクリル樹脂（装飾板５）に比べＩＴＯ（検知電極）の方が屈折率が高いため、青っぽく色づいてしまう。すなわち、光の反射は波長によってばらつき、光の反射で強め合う色は青となる。そこで、上記のように調整層９を設けることにより、波長間の光の反射のばらつきを抑えることができるため、ＩＴＯ（検知電極）による干渉色付きを抑制することができる。また、シールド電極８上に調整層９を積層することにより、センシング基板２における光の透過率の低下を抑制することもできる。

上記のことから、入力手段による入力動作により検知電極に生じる結合容量を検知電極全域で均一にすることができるセンシング基板２及びセンシング基板２を備えた液晶表示装置を得ることができる。

なお、この発明は上記実施の形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。

例えば、センサモジュール６の構成は、上述した実施形態に限定されるものではなく種々変形可能であり、センサモジュール６の位置検出方式に静電容量方式を利用していればよい。シールド電極８及び調整層９の位置は、上述した実施形態と逆でもよく、この場合も上述した実施形態と同様の効果を得ることができる。

表示パネルは、液晶表示パネルに限定されるものではなく種々変形可能であり、例えば有機ＥＬ（electroluminescent）表示パネルであってもよい。このため、表示装置も、液晶表示装置に限定されるものではなく種々変形可能である。

１…液晶表示パネル、２…センシング基板、３…接着材、４…制御部、５…装飾板、６…センサモジュール、７…層間絶縁膜、８…シールド電極、９…調整層、１１…第１検知電極、１２…第２検知電極、１６，１７…接続配線、１８…絶縁膜、２０…アレイ基板、３０…対向基板、２１，３１…ガラス基板、４０…液晶層、Ｗ１…第１配線、Ｗ２…第２配線、Ｓ…表示面、Ｒ１…入力領域、Ｒ２…表示領域。

Claims (2)

1. 装飾板と、
   前記装飾板の裏面上に形成され、前記装飾板の表面側からの入力手段による入力位置情報を検出する静電容量式のセンサモジュールと、
   前記センサモジュールに対して前記装飾板の反対側に位置し、前記センサモジュールから発生する電界を遮蔽するシールド電極と、
   前記センサモジュールに対して前記装飾板の反対側に位置した調整層と、を備え、
   前記センサモジュールは、前記入力手段による入力により静電容量が変化する検知電極を含み、
   前記調整層は、前記装飾板及び検知電極の中間の屈折率を有しているセンシング基板。
2. 装飾板と、前記装飾板の裏面上に形成され、前記装飾板の表面側からの入力手段による入力位置情報を検出する静電容量式のセンサモジュールと、前記センサモジュールに対して前記装飾板の反対側に位置し、前記センサモジュールから発生する電界を遮蔽するシールド電極と、前記センサモジュールに対して前記装飾板の反対側に位置した調整層と、を有しているセンシング基板と、
   画像を表示する表示面を有した表示パネルと、
   前記センサモジュール及び表示面間に位置し、前記表示パネルに前記センシング基板を貼り合せる接着材と、を備え、
   前記センサモジュールは、前記入力手段による入力により静電容量が変化する検知電極を含み、
   前記調整層は、前記装飾板及び検知電極の中間の屈折率を有している表示装置。

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