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JP2023084604A - 検出装置、表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

検出装置、表示装置およびその駆動方法 Download PDF

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JP2023084604A
JP2023084604A JP2021198897A JP2021198897A JP2023084604A JP 2023084604 A JP2023084604 A JP 2023084604A JP 2021198897 A JP2021198897 A JP 2021198897A JP 2021198897 A JP2021198897 A JP 2021198897A JP 2023084604 A JP2023084604 A JP 2023084604A
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flexible printed
electrically connected
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貴之 中西
Takayuki Nakanishi
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Japan Display Inc
Original Assignee
Japan Display Inc
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Abstract

【課題】新規な構造を有する検出装置、検出装置を搭載する表示装置を提供することを課題の一つとする。【解決手段】検出装置は、基板、基板の第1面上の検出電極、検出電極と電気的に接続する第1フレキシブルプリント回路基板、基板の第1面と反対の第2面上のシールド層、第2面上で前記シールド層と電気的に接続する第2フレキシブルプリント回路基板、第1フレキシブルプリント回路基板は第1端子を有し、第2フレキシブルプリント回路基板は第2端子を有し、第1フレキシブルプリント回路基板と第2フレキシブルプリント回路基板は平面視で第1端子と第2端子は少なくとも一部が重なるように基板の同じ一辺に沿って横並びに配置され、第1端子と前記第2端子は電気的に接続する。【選択図】図1

Description

本発明の実施形態の一つは、検出装置、表示装置およびその駆動方法に関する。
タッチパネルの一つとして、タッチ検出装置が搭載されている液晶表示装置が知られている(特許文献1)。
特開2012-212335号公報
本発明の実施形態の一つは、新規な構造を有する検出装置、検出装置を搭載する表示装置とその駆動方法を提供することを課題の一つとする。また、検出感度に優れた検出装置、検出装置を搭載する表示装置とその駆動方法を提供することを課題の一つとする。さらに、検出装置を搭載する表示装置の製造工程を簡略化することを課題の一つとする。
本発明の実施形態の一つは、検出装置である。この検出装置は、基板、基板の第1面上の検出電極、検出電極と電気的に接続する第1フレキシブルプリント回路基板、基板の第1面と反対の第2面上のシールド層、第2面上で前記シールド層と電気的に接続する第2フレキシブルプリント回路基板、第1フレキシブルプリント回路基板は第1端子を有し、第2フレキシブルプリント回路基板は第2端子を有し、第1フレキシブルプリント回路基板と第2フレキシブルプリント回路基板は平面視で第1端子と第2端子は少なくとも一部が互いに重なるように基板の同じ一辺に沿って横並びに配置され、第1端子と前記第2端子は電気的に接続する。
本発明の実施形態の一つは、表示装置である。この表示装置は、表示パネル、表示パネルの上の検出装置、および表示パネルと検出装置との間に位置する接着層を有し、検出装置はシールド層を有し、検出装置は第1フレキシブルプリント回路基板と電気的に接続され、シールド層は第2フレキシブルプリント回路基板と電気的に接続され、第1フレキシブルプリント回路基板と第2フレキシブルプリント回路基板は電気的に接続される。
本発明の実施形態の一つは、センサ機能付き表示装置である。この表示装置は、表示パネルと、表示パネルを制御する表示制御回路と、検出装置と、検出装置が有するセンサ基板及びセンサ基板を制御するセンサ制御回路と、を備え、検出装置は検出電極及びシールド層を備え、表示パネルの表示面に対向して検出電極が設けられると共に、表示面と検出電極との間にシールド層が設けられ、表示制御回路とセンサ制御回路とは互いに電気的に接続されて同期して駆動し、表示制御回路およびセンサ制御回路は、表示パネルが表示を実行する表示期間において、検出電極及びシールド層を定電位に維持し、検出電極を駆動するセンサ期間において、表示パネルは表示の書き込みを停止し、シールド層は検出電極と同相に振られる。
本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的上面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的上面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的下面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的上面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的下面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的下面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的下面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的下面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的上面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る検出装置の模式的断面図。 本発明の一実施形態に係る表示装置の動作例を示すタイミングチャート。
以下、本発明の各実施形態について、図面等を参照しつつ説明する。但し、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。
図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。
本明細書と請求項において、ある一つの膜を加工して複数の膜を形成した場合、これら複数の膜は異なる機能、役割を有することがある。しかしながら、これら複数の膜は同一の工程で同一層として形成された膜に由来し、同一の材料を有する。したがって、これら複数の膜は同一層に存在しているものと定義する。
本明細書および請求項において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。
本明細書および請求項において、「ある構造体が他の構造体から露出するという」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。
<第1実施形態>
1.全体構成
本実施形態では、一実施形態に係る検出装置100の構造を記述する。図1に示すように、検出装置100は、センサ基板102、センサ基板102の第1面上に複数の検出電極104、複数の検出電極104のそれぞれと接続されるセンサ配線106、複数の検出電極104とセンサ配線106を介して電気的に接続するフレキシブルプリント回路基板(FPC基板:Flexible Printed Circuit board)108、センサ基板102の第2面上に設けられるシールド層128、該シールド層128と電気的に接続するFPC基板110を有する。センサ基板102の第2面は、複数の検出電極104を有する第1面と反対の面である。
センサ基板102は、センサ領域105と、センサ領域105領域の外側の額縁領域113とを有する。センサ領域105には、複数の検出電極104が配置され、額縁領域113には、複数の検出電極104と電気的に接続するFPC基板108(第1FPC基板108)とシールド層128に接続するFPC基板110(第2FPC基板110)が配置される。
第1FPC基板108と第2FPC基板110は、基板102の一辺に沿って横並びに配置される。すなわち、図1に示すようにX軸方向及びY軸方向が規定される場合、第2FPC基板110A、および第1FPC基板108は、基板102の一辺のX軸方向に並び配置される。図1に示すように、さらに第2FPC基板110BがX軸方向に並び配置された場合、第2FPC基板110A、第1FPC基板108、および第2FPC基板110Bを、例えば、第1FPC基板、第2FPC基板、第3FPC基板と順序付けて呼んでもよい。
上述した第1FPC基板108、第2FPC基板110Aおよび第2FPC基板110Bの横並びの配置において、第1FPC基板108の第1端部は第2FPC基板110Aの端部と重なる第1重畳部108-1を有し、第1FPC基板108の第2端部(第1端部とは反対側の端部)は第2FPC基板110Bの端部と重なる第2重畳部108-2を有する。上述した重なりにより、第1重畳部108-1と第2重畳部108-2とそれぞれ重なる第2FPC基板110Aの端部と第2FPC基板110Bの端部は、図1のような平面視において、互いに重ならない。
第1FPC基板108は、複数の端子146および複数の配線139を有する。複数の配線139のうち配線139-1は、第1FPC基板108における第2FPC基板110A側および/または108B側に配置される。配線139-1は、後述する第1FPC基板108と第2FPC基板110Aおよび/または110Bとの電気的な接続に用いられる。図1では、便宜上第1FPC基板108の第2FPC基板110B側の配線139-1について記載をしていないが、第2FPC基板110B側にも配線139-1を設けることができる。また、複数の配線139のうち配線139-2は、端子146を介してセンサ配線106と電気的に接続する。
第2FPC基板110Aおよび110Bは、端子136を有し、第2FPC基板110Aおよび110Bは、端子136を介してシールド層128と電気的に接続する。また、第2FPC基板110Aおよび110Bは、端子136を介して第1FPC基板108とも電気的に接続する。このとき、端子136と配線139-1が電気的に接続する。
第1重畳部108-1において、上述したように第2FPC基板110Aと第1FPC基板108とは電気的に接続され、また、第2重畳部108-2において、第2FPC基板110Bと第1FPC基板108とは電気的に接続される。図1では詳細に示されないが、第1FPC基板108の第1重畳部108-1及び第2重畳部108-2には個別の配線が配設されている。第2FPC基板110A及び第2FPC基板110Bはシールド層128と電気的に接続されているので、シールド層128へは、第1FPC基板108及び第2FPC基板110A、110Bを経由して所定の電位を印加することが可能となっている。第1FPC基板108は接続部112に図示しない端子を有し、また、第2FPC基板110Aも接続部112に図示しない端子を有する。それらの端子は、互いに重なり、また電気的に接続する。第2FPC基板110Bと第1FPC基板108の電気的な接続は、接続部112と同様の構造を有することができる。
シールド層128は、センサ領域105の全面と重なるように配置することができる。このとき、シールド層128は、センサ基板102の額縁領域113全てに設けなくてもよい。額縁領域113は、センサ基板102上に複数の検出電極104が配置されたセンサ領域105を囲む領域である。このとき、複数の検出電極104は、図1に示すように、X軸方向及びY軸方向に配置することができる。額縁領域113は、センサ基板102端と複数の検出電極104が配置されたセンサ領域105との間の領域としてもよい。シールド層128は、少なくともセンサ基板102と同じ辺の数を有し、例えば、センサ基板102が四角形である場合、シールド層128は4辺を有することができる。なお、シールド層128をセンサ基板102の第2面の全面に亘って設け、センサ領域105のみならず額縁領域113の全てに対向する構成も採用可能である。
複数の検出電極104は、各検出電極104に少なくとも一つのセンサ配線106が電気的に接続している。図1では、センサ基板102の上に一列に並ぶ検出電極104とそれらと電気的に接続するセンサ配線106の形状の一例を示す。図1に示す検出装置100は自己容量方式のセンサを有し、上述したように複数の検出電極104が個別にセンサ配線106と接続される構造を有する。図1に示すように、X軸方向及びY軸方向に配列する検出電極104に対し、センサ配線106はY軸方向に延伸するように配設される。複数の検出電極104のY軸方向の配列間に、複数のセンサ配線106が配設される。複数のセンサ配線106は、Y軸方向に配列する複数の検出電極104のそれぞれに対して1本ずつ接続されるように配線される。
ガード配線109は、図1に示すように、額縁領域113に設けることができる。ガード配線109は、センサ領域105を囲むように配置することができる。ガード配線109は、第1FPC基板108と電気的に接続することができる。なお、当該ガード配線109は、図1では一対の配線139-1の端子146間の領域を除いてセンサ領域105の四周を包囲しているが、当該領域を含めて四周を完全に包囲する構成も採用可能である。また、ガード配線109が途中で途切れている構成も作用可能である。
図1では省略されているが、検出装置100は、センサ基板102の第1面にカバー基板114を有する。カバー基板114は、後述する図3A及びBにおいて二点鎖線で示すように、検出電極104上面を覆う。カバー基板114は、センサ基板102の上の検出電極104、およびセンサ配線106等の構造物を保護する。カバー基板114は、検出電極104が設けられるセンサ領域105を覆うように設けられていることが好ましく、さらに額縁領域113を覆うように設けられていることが好ましい。
検出装置100は、図1に示すように、さらに検出回路基板116を有する。検出回路基板116は、第1FPC基板108と電気的に接続される。検出回路基板116は、外部回路、例えば、センサ制御回路に接続される。検出回路基板116には、電源回路118、検出器120、演算素子122、インターフェイス124などが配置されている。電源回路118は、外部回路から供給される電源電圧をパルス状の交流電圧に変換し、この交流電圧を、端子126とセンサ配線106を介して、各検出電極104に供給する。検出器120はアナログフロントエンド(AFE:Analog Front End)とも呼ばれ、検出電極104の容量の変化を電位変動として検出し、この電位変動をデジタル化して検出信号に変換する。演算素子122には検出器120によって生成された検出信号が入力され、この検出信号に基づき、演算素子122によって入力手段の位置を表す座標が生成される。検出器120と演算素子122は、一つの集積回路(IC)チップとして構成してもよい。インターフェイス124は外部回路との接続に用いられ、ユニバーサル・シリアル・バス(USB)やシリアル・ペリフェラル・インタフェース(SPI)などの規格に基づいて構成される。
検出回路基板116は、第2FPC基板110と、電気的に接続することができる。検出回路基板116は、後述するが、第2FPC基板110を介して、シールド層128に基準電位(GND)などの固定電位(一定電位)、または、検出電極104に与えられる信号と同相の信号(後述するアクティブシールド)を与えることができる。
2.周辺構造
2-1.周辺構造-1
図2は、図1で示す鎖線で囲む接続部112の上面の模式図を示す。
第1FPC基板108は、複数の配線139を有し、例えば、図2に示すように配線139-1、配線139-2を有することができる。さらに、第1FPC基板108は、センサ配線106と電気的に接続する箇所に端子146を有する。端子146は、複数のセンサ配線106に対応して設けることができ、複数の配線139は端子146を介してセンサ配線106と電気的に接続する。複数の配線139は、保護膜148に覆われ、端子146と電気的に接続する箇所は露出している。端子146は、複数の配線139の保護膜148から露出している箇所であってもよく、端子146とセンサ配線106の電気的な接続に導電接着剤等を用いてもよい。
第1FPC基板108は、上述したように、配線139-1の端部と端子136の電気的な接続を介して第2FPC基板110Aと電気的に接続する。また、複数の配線139のうちの配線139-1は、ガード配線109と電気的に接続される。これらの電気的な接続により、ガード配線109とシールド層128は電気的に接続される。また、ガード配線109に供給される信号または電圧電位と同信号または同電圧電位は、これらの電気的な接続により、シールド層128に供給することができる。さらに、これらの電気的な接続により、ガード配線109とシールド層128に供給される信号または電圧電位の供給元となる端子を共通化することができ、接続端子を削減することができる。このような電気的な接続を有する配線139-1は、第2FPC基板110のセンサ基板102に設けられる数に合わせて、複数設けることができ、例えば、複数の配線139のうち第2FPC基板110B側にも設けることができる。
第2FPC基板110Aは、図2に示すように、シールド層128と電気的に接続する箇所に端子136を有する。端子136は、図2に示すように、スリット構造を有し、これにより、第2FPC基板110Aとシールド層128との密着性が向上する。また、端子136は、保護膜138に覆われ、シールド層128と接続する箇所は露出している。第2FPC基板110Aは、上述したように、第1重畳部108-1における配線139-1の端部と端子136の電気的な接続を介して、第1FPC基板108と電気的に接続する。後述するが、この電気的な接続に、スルーホール132が用いられる。また、スルーホール132は、図2に示す第1重畳部108-1内に収まるとよい。さらに、第2FPC基板110は、図示しないマーカーを有してよい。図示しないマーカーは、第2FPC基板110の第1FPC108または/およびセンサ基板102との配置を決めるときなどに使用することができる。
2-2.断面構造-1
図3Aは、図1で示すA1-A2間に対応する断面の模式図を示す。図3Bは、図1で示すA3-A2間に対応する断面の模式図を示す。
検出電極104は、図3A及び3Bに示すように、センサ基板102の上に設けられ、検出電極104が設けられたセンサ基板102の面(第1面)と反対のセンサ基板102の面(第2面)にシールド層128が設けられる。なお、検出装置100は、検出電極104が設けられるセンサ基板102の第1面の側が利用者の手前側に配置されるので、第1面の側を上面、第2面の側を下面と呼ぶこともできる。
センサ基板102の第2面に設けられるシールド層128は、透明導電膜を用いることができる。例えば、導電性を有するインジウム-スズ酸化物(ITO)やインジウム-亜鉛酸化物(IZO)などの透光性酸化物を用いることができる。シールド層128は、単層構造を有してもよく、積層構造を有してもよい。検出装置100は、表示パネルの上面に設置されて従来のタッチセンサに代わる非接触式のセンサとして使用される。このとき検出電極104およびシールド層128が透明導電膜で形成されていることにより、表示パネルの視認性を損なわないようにすることができる。シールド層128は検出電極104に比べて大面積に設けられるが、透明導電膜は比較的抵抗が高いため後述されるように金属膜によって低抵抗化が図られていてもよい。このとき金属膜は、額縁領域113に設けられることが好ましく、センサ領域105に設ける場合には細線パターンにして視認性に影響が出ないようにされていることが好ましい。金属は、例えば、モリブデン、アルミニウムの金属(0価の金属)が挙げられる。さらに、シールド層128は、いずれも透光性と導電性を有する層であればよく、透明導電層と呼ぶことができる。シールド層128は、後述する保護膜130によって覆われる。
センサ基板102の第1面に設けられる検出電極104とセンサ基板102の第2面に設けられるシールド層128の距離を、0.3mm以上10mm以下と設けることができる。この距離をセンサ基板102の厚みとしてもよい。センサ基板102の第1面に設けられる検出電極104とセンサ基板102の第2面に設けられるシールド層128の距離を0.3mm以上とすることで、検出電極104とシールド層128との間の寄生容量が適切に低減される。この点、検出電極104~シールド層128間の距離を0.3mm以上とすることは最も好ましいが、検出電極104、シールド層128に印可される電位やセンサ基板102の規格等を考慮すると、当該距離を0.25mm以上とすることもでき、また0.2mm以上とすることも可能である。また、センサ基板102の第1面に設けられる検出電極104とセンサ基板102の第2面に設けられるシールド層128の距離が長すぎると外観において視覚的に影響を及ぼしたり重量に影響を及ぼしたりする可能性があり、また、センサ基板102の厚さが徒に大きくなって検出電極104に対してシールド層128の電界遮蔽性を十分に効かすことができない虞がある。かかる点を考慮すると、センサ基板102の第1面に設けられる検出電極104とセンサ基板102の第2面に設けられるシールド層の距離は10mm以下であるとよい。視覚的な影響は、例えば、見栄えが悪くなる、検出装置100が厚くなる等が挙げられる。また、視覚的な影響は、光反射の問題等も挙げられる。
センサ基板102の第1面に設けられる検出電極104は、可視光を透過する導電性酸化物などを用いることができ、例えば、ITOやIZOなどを用いることができる。検出電極104は、単層構造を有してもよく、積層構造を有してもよい。
センサ基板102の第1面に設けられ、検出電極104と電気的に接続するセンサ配線106は、検出電極104と同一の組成を有することができる。検出電極104とセンサ配線106が同一の組成を有することで、検出電極104とセンサ配線106の抵抗の増大を防ぐことができる。また、図3A及び3Bに示すように、検出電極104とセンサ配線106を同一の層に設けることができる。この場合、検出電極104とセンサ配線106とが同時に同一の工程で形成される。
センサ配線106と検出電極104上には、保護膜130が設けられる。保護膜130は単層または積層構造を有し、ケイ素含有無機化合物やエポキシ樹脂やアクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂を含む膜で構成される。図3A及び3Bでは、単層の保護膜130が例示されている。樹脂を含む保護膜130は、平坦化膜としても機能する。さらに、保護膜130は、検出電極104を覆うことで検出電極104の腐食防止膜としても機能する。また、センサ配線106の一方端部には端子部が形成されており、当該端子部は保護膜130から露出する。そして、当該露出している端子部が導電接着剤等を介して第1FPC基板108に接続される。保護膜130の上には、図示しない可視光を透過する接着層を介してカバー基板114が固定される。接着層は、例えば、光学用粘着剤(Optical Clear pressuresensitive Adhesive:OCA)などを用いることができる。
センサ基板102とカバー基板114は、可視光を透過する材料で構成してもよい。可視光を透過する材料は、例えば、ガラスや石英、ポリイミドやポリアミド、ポリカーボネートなどの高分子材料などで構成される。
第1FPC基板108は、図3Bに示すように、カバー基板114とセンサ基板102との間に配置される。また、第1FPC基板108は、保護膜130と隣り合って配置することができる。第1FPC基板108は、上述したように、ガード配線109の保護膜130から部分的に露出している箇所と電気的に接続することができる。このとき、第1FPC基板108が有する配線139-1を介して、第1FPC基板108はガード配線109と電気的に接続することができる。
第2FPC基板110Aにおいては、シールド層128と電気的に接続する面と第1FPC基板108と電気的に接続する面とが同じ面となる。例えば、図3Aに示すように、シールド層128はセンサ基板102の第2面に配置され、配線139-1は第1FPC基板108の第2面に配置される。第2FPC基板110Aの端子136は、第2FPC基板110Aの上面に配置され、配線139-1および端子136と第2FPC基板110Aの第1面にて電気的に接続する。また、第1FPC基板108においては、センサ配線106と電気的に接続する面と第2FPC基板110と電気的に接続する面とが同じ面となる。例えば、図3Bに示すように、センサ配線106はセンサ基板102の上面に配置され、図3Aに示すように、第2FPC基板110Aの端子136は、第2FPC基板110Aの上面に配置される。第1FPC基板108の配線139は、第1FPC基板108の下面に配置され、端子136およびセンサ配線106と第1FPC基板108の下面にて電気的に接続する。
第2FPC基板110Aは、上述したように第1FPC基板108と第1重畳部108-1における端子136を介して電気的に接続することができる。このとき、第1重畳部108-1における端子136が有するスルーホール132に導電部材を充填することで、シールド層128に電気的に接続する第2FPC基板110Aは、第1FPC基板108の端子と電気的に接続することができる。第1FPC基板108の端子として、配線139-1の端部を用いることができる。ここでスルーホール132を充填する導電部材134は、例えば、鉛とスズなどを含む合金や、スズと銀などを含む合金などの合金が挙げられる。
第1FPC基板108は、図3Bに示すように、カバー基板114とセンサ基板102との間に配置される。また、第1FPC基板108は、断面視において保護膜130と隣り合って配置することができる。第1FPC基板108は、上述したように、ガード配線109の保護膜130から部分的に露出している箇所と電気的に接続することができる。このとき、第1FPC基板108が有する配線139-1を介して、第1FPC基板108はガード配線109と電気的に接続することができる。
2-3.断面構造-2
図4は、図2で示す鎖線B1-B2に沿った断面の模式図を示す。第2FPC基板110Aは、端子136を有し、端子136は第1FPC基板108の有するスルーホール132を介して第1FPC基板108と接続する。スルーホール132には導電部材134が充填され、よって、上述したように、第2FPC基板110Aは、第1FPC基板108と電気的に接続する。スルーホール132は、第1重畳部108-1に収まるように設けられる。さらに、スルーホール132の周壁及び上下開口縁を覆うように、導体140は、設けられている。導体140は、導電部材134が当該スルーホール132に充填されることにより、第1FPC基板108の配線139-1に電気的に接続される。また、導体140は、端子136と直接および電気的に接続し、端子136と配線139-1との電気的接続をさらに補うことができる。特に、第2FPC基板110が端子136と第1FPC基板108との間に設けられたとき、端子136と配線139-1との電気的接続をさらに補うことができる。
検出装置100は、接触式センサ、または非接触式センサを含む。接触式センサは、人の指又は手、若しくはタッチペンなどの入力用デバイスが直接センサに接触し、接触した位置を特定することができる。非接触式センサは、人の指や手がまたはタッチペンなどの入力用治具が直接センサに接触せずに、センサの近傍に位置することで、その位置を特定することができる。検出装置100が非接触式センサを含む場合、ホバーセンサを含むことができる。
3.シールドFPC基板の変形例
以下の説明では、便宜上、検出装置100の第2FPC基板110が配置されている箇所をシールド層の下部、その反対側を上部とする。センサ基板102や表示パネルが主に四つの辺で構成される四角形と見做すことができる場合、四つの辺それぞれを一辺と呼ぶ。
3-1.変形例1
検出装置100では、図5に示すように、シールド層128に対し複数の第2FPC基板110を設けてもよい。シールド層128は、上述したように、センサ領域105およびセンサ基板102全面に亘って配置されている。当該構成に限らず、シールド層128をセンサ基板102外側に部分的に配置しない構成も採用可能である。図5に示すように、複数の第2FPC基板110は、シールド層128の一辺に沿って備えることができる。図5では、第2FPC基板110を三つ備えた例を示したが、三つ以上第2FPC基板110を備えてもよい。第2FPC基板110を複数設けることで、シールド層128と第2FPC基板110の接続抵抗を減少することができる。
3-2.変形例2
検出装置100では、図6に示すように、第2FPC基板110が有する端子136の幅は、第1FPC108が有する端子146の幅より広い。第2FPC基板110Aの端子136のスリットの幅は、第1のFPC基板の複数の端子146間の幅より狭い。当該端子136のスリットの幅が狭いことで、シールド層128と端子136との接触面積が広くなり、シールド層128と第2FPC基板110との接触抵抗は減少する。
4.シールド層の変形例
4-1.シールド層の変形例1
検出装置100は、積層した複数のシールド層128を設けることができ、例えば、図7に示すように、シールド層128-1とシールド層128-2とを部分的に積層して設けることができる。シールド層128-1は、図7に示すように、センサ基板102の第2面側に配置される。このとき、上述したように、積層した複数のシールド層128は、センサ基板102の額縁領域113全てに設けなくてもよい。積層した複数のシールド層128のうちシールド層128-1は、少なくとも4辺を有することができ、そのうちの一辺に第2FPC基板110が電気的に接続する。シールド層128は、上述した、可視光を透過する導電性酸化物や金属を含むことができる。特に、シールド層128-1に導電性酸化物を用い、シールド層128-2に金属を用いる場合、シールド層128-1がシールド層128-2を覆う構造とするとよい。このような構造とすることで、金属を用いるシールド層128-2の腐食を防ぐことができる。また、さらにシールド層128-1を覆うように、図示されない保護膜が設けられていてもよい。このとき、保護膜は、窒化ケイ素や酸化ケイ素などの絶縁膜を用いることができる。
シールド層128-2は、図7に示すように、シールド層128-1の一辺に沿って帯状に設けられる。このとき、シールド層128-2は、シールド層128-1の最外周よりも内側に配置される。また、シールド層128-1は、第2FPC110の幅の長さより長く、または、複数の第2FPC基板110を配置できる長さを有し、センサ基板102の第2面側を全面に亘って覆う。シールド層128-2が上述の如くメタル層である場合、シールド層128-1は、当該シールド層128-2を完全に覆う。これにより、メタル層たるシールド層128-2は露出しない。
このように、シールド層128-2が長く第2FPC基板110が配置される側に設けることで、第2FPC基板110の配置する数を減らすことができ、さらに、シールド層128-1全体を低抵抗化することができる。特に、表示パネルに検出装置100を搭載し、その表示パネルにFFS方式等の液晶を用いた場合、シールド層128は帯電防止層としても機能するが、表示パネルからのノイズも遮断することができる。
図8は、図7で示すD1-D2間の断面の模式図である。シールド層128-1は、上述したようにセンサ領域105に設けられ、図8に示すように、さらにシールド層128-2と第2FPC基板110との間に設けられる。さらに、シールド層128-1を覆うように保護膜149が設けられる。第2FPC基板110は、シールド層128-2を覆うように、または、シールド層128-2と重畳するように設けられ、シールド層128-1を介してシールド層128-2と電気的に接続する。これより、シールド層128-2は、シールド層128-1の補助電極として機能することができ、シールド層128-1の低抵抗化を図ることができる。また、シールド層128-2上のシールド層128-1と保護膜149に図示しない開口領域を形成し、第2FPC基板110をシールド層128-2と直接電気的に接続してもよい。このとき、開口領域に導電部材等の導電性を有する材料を充填してもよい。
シールド層128は、図8に示すように、保護膜149に覆われる。保護膜149は、シールド層128-1およびシールド層128-2の端部を覆うことができる。保護膜149は、第2FPC基板110とシールド層128との間に設けられ、シールド層128が積層構造を有するときは、シールド層128-1と第2FPC基板110との間に設けられる。さらに、保護膜149は、第2FPC基板110とシールド層128-2との間に開口領域150を有し、当該開口領域を介して第2FPC基板110の端子136がシールド層128に接続される。また、開口領域150に導電部材等の導電性を有する材料151を充填することができ、第2FPC基板110は、導電性を有する材料151を介してシールド層128-1と電気的に接続することができる。
検出装置100が大型化された場合、センサ領域105やシールド層128-1も大型化された検出装置100に合わせた面積を有することになる。このとき、上述したように、シールド層128-2を配置することで、シールド層128全体の低抵抗化が図られる。
4-2.シールド層の変形例2
検出装置100は、積層したシールド層128-1とシールド層128-2を有する。シールド層128-1は、上述したようにセンサ領域105に設けられる。シールド層128-2は、図9に示すように、センサ領域105の外周を囲むように設ける。シールド層128-2は、枠状に形成されており、枠内の領域はセンサ領域105以上に広い。シールド層128-2は、センサ基板102の額縁領域113に設けられる。これにより、第2FPC基板110から遠い位置にあるシールド層128-1にも遅滞なくシールド電位を供給することができ、当該領域であっても検出電極104と同期してシールド電位を振ることができ、検出電極204との間での容量発生を抑制することができる。さらに、検出装置100を表示パネルに搭載させた場合、メタル層を有するシールド層128-2は額縁領域に配置されるため、表示パネルの視認性を妨ぐことなく、シールド層128の低抵抗化が可能となる。
4-3.シールド層の変形例3
検出装置100は、積層したシールド層128-1とシールド層128-2を有する。図10に示すように、センサ領域105の外周を囲むようにシールド層128-2を設け、さらに、センサ領域105にシールド層128-2の複数の補助配線170を有する。図15では、第2FPC基板210がシールド層128-2の下部に電気的に接続した場合、補助配線170はセンサ領域105上の横方向に設けられる。また、各補助配線170は、センサ領域105の横方向に延在し、縦方向に並んで形成される。
検出電極104が金属細線等によってメッシュ状に形成される場合、補助配線170も同様の金属細線等によってメッシュ状に形成し、これらの上下位置を一致させる(互いに重畳させる)。検出装置100が表示パネルに搭載された場合、この上下位置の一致により、検出装置100の透過性の低下が抑制される。このとき、メッシュ状の検出電極104と補助配線170にモアレが発生しないように、補助配線170を配置、または、補助配線170の数を調整する。
さらに、検出装置100が表示パネルに搭載された場合、補助配線170は、表示パネルが有する隣り合った画素、例えば、第1画素と第2画素との間に配置することができる。隣り合った画素と画素の間に補助配線170を配置することで、表示パネルの映像を阻害することなく視認することができる。補助配線170の数は、画素と補助配線170にモアレが発生させないように、調整される。
補助配線170は、シールド層128-2と同様の材料を用いることができ、また、補助配線170は、シールド層128-2と同一工程にて形成することができる。
4-4.シールド層の変形例4
検出装置100は、図11に示すように、センサ領域105全体に設けるシールド層128-1を有さず、シールド層128-2を有する。ここでは、シールド層128-2は、上述したメタル層と同じ構成を有する。したがって、シールド層128-2をメタル層128-2と呼ぶことができる。メタル層128-2は、センサ領域105の外周を囲むように設けられる。メタル層128-2は、センサ領域105以上に広い開口を有することができる。メタル層128-2は、複数の補助配線170を有する。複数の補助配線170は、上述したように、横方向または縦方向、または両方向に配置することができる。補助配線170は、隣り合った補助配線170に電界が生じる間隔で配置することができる。これにより、センサ領域105全面にシールド層128を配置することなく、また、シールド層128を積層することなく、大型化した検出装置100に用いることができる。
ここで、上述したように、シールド層128が積層構造を有さず、シールド層128-2のメタル層のみで形成される場合、シールド層128-2を覆うように保護膜149が形成される。また、保護膜149は、シールド層128-2および補助配線170を覆うように設けられる。シールド層128-2および補助配線170が保護膜149に覆われることにより、シールド層128-2および補助配線170の腐食を防ぐことができる。
5.表示装置
図12は、図1に示す検出装置100を表示パネル156上に搭載した場合のA1-A2間の断面の模式図を示す。図12に示すように、検出装置100を表示パネル156上に搭載し、表示装置とすることができる。検出装置100と表示パネル156は、接着層154を検出装置100と表示パネル156との間に設け、固定されている。表示パネル156は、液晶表示パネルや有機ELなどの自発光型の表示パネル、或いは電気泳動型の表示パネルを用いることができる。接着層154は、上述したカバー基板114を固定する際に用いた接着層と同様の接着層を用いることができる。接着層154は、例えば額縁領域113のみに設けられることで同層に図示しないエアーギャップを有することができる。
検出装置100では、センサ基板102の第1面に検出電極104が配置され、センサ基板102の第2面にシールド層128が配置され、検出電極104とシールド層128との距離が適切に保たれ、かつ簡便な構成を有する。さらに、センサ基板102の第1面に取り付けられる第1FPC基板108とセンサ基板102の第2面に取り付けられる第2FPC基板110は、センサ基板102の一辺に沿って横並びに配置され、それぞれのFPC基板の電気的な接続が容易且つ精密に制御される。また、このような第1FPC基板108と第2FPC基板110のような配置により、第1FPC基板108と第2FPC基板110のセンサ基板102に対するアライメントおよび互いのアライメントが容易になる。さらに、このような配置により、第1FPC基板108と第2FPC基板110のセンサ基板102への接着(圧着)によるコンタクトを強固にすることができる。
さらに、本実施形態によれば、検出装置100にシールド層128が設けられることで検出感度の向上を図ることができる。シールド層128を、検出電極104が設けられるセンサ基板102の裏面に設けることで低コスト化を図ることができる。シールド層128を第2FPC基板110を使って第1FPC基板108に接続することで信頼性の向上を図ることができる。
<第2実施形態>
本実施形態では、本発明の実施形態の一つに係る表示装置200の構造を記述する。第1実施形態と同一、類似する構成については説明を割愛することがある。
1.全体構成
表示装置200と第1実施形態の検出装置100との異なる点の一つは、検出装置201が表示パネル256上に設けられる点である。さらに、表示装置200と第1実施形態の検出装置100との異なる点の一つは、シールド層228の位置である。具体的には、第1実施形態の検出装置100は、センサ基板102の第2面にシールド層128が設けられ、一方、表示装置200は、検出装置201と表示パネル256の間にシールド層228、または表示パネル256にシールド層228が設けられる。
図13には、表示パネル256(図14AおよびB参照)の表示領域258が点線で示されている。表示領域258は、検出装置201の複数の検出電極204を囲む領域であるセンサ領域205に備えることができる。表示領域258は、複数の検出電極204が重畳するように設けられる。表示領域258は、センサ基板202の額縁領域213よりセンサ基板202の中心に向かって設けることができる。シールド層228(図14AおよびB参照)は、少なくとも表示領域258の全面と対向する位置に設けられている。シールド層228の外縁は、額縁領域213に対向する位置に設けられるかセンサ基板202の端縁と一致する位置に設けられる。
2.周辺構造
2-1.断面構造‐1
図14Aは、図13で示すC1-C2間の断面の模式図である。図14Bは、図13で示すC3-C2間の断面の模式図である。
図14Aおよび14Bに示すように、表示パネル256は、表示面256-1と表示面と反対側の裏面を有する。表示パネル256の表示面は、検出装置201の検出電極204と対向して配置される。また、表示パネル256の表示面と検出電極204との間にシールド層228が配置される。この配置に従い、表示パネル256と検出装置201の間に接着層254を設け、互いを固定する。シールド層228は、表示パネル256の上に設けられ、接着層254はシールド層228と検出装置201の間に設けられる。かかる構成においても、シールド層228と検出電極204との距離は、0.2mm~10mmとすることができ、より好ましくは、0.25mm~10mm、さらに好ましくは0.3mm~10mmとすることができる。
シールド層228は、表示パネル256上に設けられ、第2FPC基板210Aはシールド層228の上に設けられる。第2FPC210Aに設けられる端子236は、シールド層228と直接または電気的に接続される。第2FPC基板210Aは、シールド層228とセンサ基板202の間に設けられる。図14Aに示すように、シールド層228は、第2FPC基板210Aが有するスルーホール232に導電部材234を充填することで、配線239-1を介して第1FPC基板208の端子236と電気的に接続することができる。これにより、第2FPC基板210の第1面はシールド層228と電気的に接続し、シールド層228の第2面は第1FPC基板208と電気的に接続することができる。
シールド層228が、上述した積層構造を有し、そのうちの一層が上述したメタル層である場合、または上述した積層構造を有さずメタル層だけの場合、メタル層のシールド層228は対向基板264上に設けられるため、メタル層のシールド層228と対向基板264の間に、図示しない保護膜を設けることができる。保護膜は、単層または積層構造を有し、ケイ素含有無機化合物やエポキシ樹脂やアクリル樹脂、シリコーン樹脂などの樹脂を含む膜で構成される。
表示パネル256が液晶表示パネルである場合、図15に示すように、表示パネル256は、表示制御回路261と電気的に接続する第3FPC基板259を有する。表示制御回路261から第3FPC基板259を介して表示パネル256を駆動するための信号が、表示パネル256に送られる。このとき、検出装置201と表示パネル256との間にシールド層228を設けているため、表示パネル256からのノイズを遮断することができる。
また、表示パネル256が液晶表示パネルである場合、シールド層228と接着層254の間に偏光板260を有する。さらに、表示パネル256は、トランジスタを含むTFT基板262と、カラーフィルターを含む対向基板264と、これら基板間に設けられる図示されない液晶層と、及び対向基板264に対向して設けられる偏光板260とを備えている。このとき、シールド層228は、偏光板260と対向基板264との間に設けられる。シールド層228は、対向基板264の上面に形成される。この構成に限らず、対向基板264とシールド層228の間には1又は複数の別の層が介在しても構わない。なお、液晶表示パネルにおいては、カラーフィルターをTFT基板側に設ける構成も採用可能である。
ここで、図15に示すように、表示制御回路261は、検出回路基板216と電気的に接続することができる。例えば、第4FPC基板263等の接続手段を介して、表示制御回路261は、上述したセンサ制御回路と電気的に接続する検出回路基板216と電気的に接続することができる。この電気的な接続により、後述する表示装置200の駆動方法において、各画素に表示データを書き込む期間(リフレッシュ期間)とセンサの検出期間を分離させる駆動方法を用いることができる。
さらに、表示パネル256は、上述したように、液晶表示パネルや有機電界発光表示パネルを用いることができる。特に液晶表示パネルを表示パネルに用い、対向基板側に共通電極と設けないFFS方式等のIPS方式の液晶を用いた場合、シールド層228は帯電防止層として機能することができる。
3.駆動方法
次に、表示パネル256を有する表示装置の駆動方法の一例を記述する。
図16は、表示装置200の駆動方法を示すタイミングチャートである。図16に示すように、表示データ書き込み期間Pwと検出期間Pdとが交互に実行され、それぞれ異なる期間に実行される。表示書き込み期間Pwには、表示パネル256に表示動作を行う信号が供給される。検出期間Pdには、検出装置201に検出動作や位置検出動作等の信号(以下、検出信号と称する)が供給される。さらに、検出期間Pdには、シールド層228に検出信号と同相の信号、或いは検出信号と同じ信号が供給される。つまり、検出期間Pdに検出装置201に与えられる信号とシールド層228に与えられる信号は、同期する。
より具体的には、始めに、表示書き込み期間Pwに表示データの書き込みが実行される。表示パネル256の表示制御回路261は、ゲート線Gate1、Gate2、Gate3に対応する表示パネル256の各画素に、信号線Sig1、Sig2、Sig3を介して画素信号を供給する。表示パネル256のドライバは、表示書き込み期間Pw1において、ゲート線Gate1、Gate2、Gate3に各画素のスイッチ動作を実行させる駆動信号を供給する。また、表示パネル256のドライバは、検出装置201の検出器にSensorVDとSensorEnableを出力する。検出装置201は、これらSensorVDとSensorEnableの信号のタイミングを受けて、検出期間Pdに検出動作を行う。シールド層228に供給される信号は、上述したように、検出期間Pdに検出装置201に与えられる信号と同期している。このようにシールド層228に供給される電位が固定電位でなく所定の周期で電位変動させ、シールド層228の電位を変動させる構成をActive shield(上述したアクティブシールド)と称する。なお、Active shield方式を採用せずに、シールド層に固定電位を与える構成も採用可能である。
図16に示す如く、表示装置200の駆動方法は、表示パネル256の表示書き込み期間Pwと検出装置201の検出期間Pdが異なり、また、検出装置201の検出期間Pdにシールド層228に供給される信号が検出装置201の駆動信号と同期する。前後する表示書込み期間Pwの間に設けられる検出期間Pdは、表示装置200における所謂ブランキング期間であり、表示パネル256の各画素の画素スイッチはすべてオフとなって各画素の表示が動かない状態となっている。このように、表示装置200の駆動において、表示書き込み期間(リフレッシュ期間)と検出期間は分離されているため、シールド層228の駆動により発生する電界は、表示パネル256の表示に対する影響が小さい。さらに、表示装置200は、表示パネル256と検出装置201がそれらの間に位置する接着層254とシールド層228により離れているため、さらに表示装置200の駆動による検出装置201への影響が小さい。このため、本実施形態を適用することで、検出装置201の検出感度や精度が高く、表示パネル256の表示に乱れが少なく、さらに信頼性の高い表示装置200が提供される。
表示装置200では、表示パネル256と検出装置201との間に接着層254を有し、さらに接着層254と表示パネル256との間にシールド層228が位置し、表示パネル256と検出装置201の距離が離れ、検出装置201の検出感度や精度が高くなる。さらに、シールド層228を対向基板264上に設けることで、帯電防止層の機能を兼ねる。このため、本実施形態を適用することで、検出装置201の検出感度や精度が高く、表示装置200の製造工程を削減でき、コストが低く、さらに信頼性の高い表示装置200が提供される。
100:検出装置、102:基板、102:センサ基板、104:検出電極、105:センサ領域、106:センサ配線、108:FPC基板、108:第1FPC基板、108-1:第1重畳部、108-2:第2重畳部、109:ガード配線、110:FPC基板、110:第2FPC基板、110A:第2FPC基板、110B:第2FPC基板、112:接続部、113:額縁領域、114:カバー基板、116:検出回路基板、118:電源回路、120:検出器、122:演算素子、124:インターフェイス、126:端子、128:シールド層、128-1:シールド層、128-2:シールド層、128-2:メタル層、130:保護膜、132:スルーホール、134:導電部材、136:端子、138:保護膜、139:配線、139-1:配線、139-2:配線、140:導体、142:端子、146:端子、148:保護膜、149:保護膜、150:開口領域、151:材料、152:接着層、154:接着層、156:表示パネル、170:補助配線、200:表示装置、201:検出装置、202:センサ基板、204:検出電極、205:センサ領域、208:第1FPC基板、210:第2FPC基板、210A:第2FPC基板、212:接続部、213:額縁領域、214:カバー基板、216:検出回路基板、218:電源回路、220:検出器、222:演算素子、224:インターフェイス、226:端子、228:シールド層、228-1:シールド層、228-2:メタル層、230:保護膜、232:スルーホール、234:導電部材、236:端子、239-1:配線、239-2:配線、254:接着層、256:表示パネル、256-1:表示面、258:表示領域、259:第3FPC基板、260:偏光板、261:表示制御回路、262:TFT基板、263:第4FPC基板、264:対向基板、270:補助配線

Claims (12)

  1. 基板、
    前記基板の第1面上の検出電極、
    前記検出電極と電気的に接続する第1フレキシブルプリント回路基板、
    前記基板の第1面と反対の第2面上のシールド層、
    前記第2面上で前記シールド層と電気的に接続する第2フレキシブルプリント回路基板、を有し、
    前記第1フレキシブルプリント回路基板は前記基板から外側に延びる第1辺の側に第1端子を有し、
    前記第2フレキシブルプリント回路基板は前記基板から外側に延びる第2辺の側に第2端子を有し、
    前記第1フレキシブルプリント回路基板と前記第2フレキシブルプリント回路基板は平面視で前記第1端子と前記第2端子の少なくとも一部が重なるように前記基板の同じ一辺に沿って横並びに配置され、
    前記第1端子と前記第2端子は電気的に接続されている、
    検出装置。
  2. 前記第2面上で前記シールド層と電気的に接続する複数の第2フレキシブルプリント回路基板を有し、
    前記複数の第2フレキシブルプリント回路基板は前記第1フレキシブルプリント回路基板と電気的に接続されている、
    請求項1に記載の検出装置。
  3. 前記第1フレキシブルプリント回路基板は第1配線を有し、
    前記第2フレキシブルプリント回路基板は第2配線を有し、
    前記第2配線の幅は前記第1配線の幅より広く、
    前記第1フレキシブルプリント回路基板は前記第1配線を介して前記検出電極と電気的に接続され、
    前記第2フレキシブルプリント回路基板は第2配線を介して前記シールド層と電気的に接続されている、
    請求項1に記載の検出装置。
  4. 前記第2端子はスルーホールを有し、
    前記第2端子は前記第2フレキシブルプリント回路基板の両面に導電体を有し、
    記第1端子と前記第2端子は前記スルーホールの導電部材の充填により電気的に接続されている、
    請求項1に記載の検出装置。
  5. 前記シールド層は透明導電層を有する、
    請求項1に記載の検出装置。
  6. 前記シールド層はメタル層を有する、
    請求項1に記載の検出装置。
  7. 表示パネル、
    請求項1に記載の検出装置、および
    前記表示パネルと前記検出装置との間に位置する接着層を有する、
    表示装置。
  8. 表示パネル、
    前記表示パネルの上の検出装置、および
    前記表示パネルと前記検出装置との間に位置する接着層を有し、
    前記検出装置はシールド層を有し
    前記検出装置は第1フレキシブルプリント回路基板と電気的に接続され、
    前記シールド層は第2フレキシブルプリント回路基板と電気的に接続され、
    前記第1フレキシブルプリント回路基板と前記第2フレキシブルプリント回路基板は電気的に接続される、
    表示装置。
  9. 前記シールド層はメタル層を有する、
    請求項8に記載の表示装置。
  10. 前記シールド層は透明導電層を有し、
    前記メタル層は開口を有し、
    前記開口の領域は前記表示パネルの表示領域以上に広く、
    前記開口の領域は前記透明導電層の端の内側に位置する、
    請求項9に記載の表示装置。
  11. 前記検出装置は第1検出電極と第2検出電極を有し、
    前記メタル層は前記表示パネルの表示領域を交差し隣り合った画素の間に位置する複数の補助配線を有する、
    請求項10に記載の表示装置。
  12. 表示パネルと、
    前記表示パネルを制御する表示制御回路と、
    検出装置と、
    前記検出装置が有するセンサ基板及び前記センサ基板を制御するセンサ制御回路と、を備え、
    前記検出装置は検出電極及びシールド層を備え、
    前記表示パネルの表示面に対向して前記検出電極が設けられると共に、前記表示面と前記検出電極との間に前記シールド層が設けられ、
    前記表示制御回路と前記センサ制御回路とは互いに電気的に接続されて同期して駆動し、
    前記表示制御回路および前記センサ制御回路は、前記表示パネルが表示を実行する表示期間において、前記検出電極及び前記シールド層を定電位に維持し、
    前記検出電極を駆動するセンサ期間において、前記表示パネルは表示の書き込みを停止し、
    前記シールド層は前記検出電極と同相に振られる、
    センサ機能付き表示装置。
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