JP6409117B2 - タッチセンサ付き表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチセンサ付き表示装置に関する。

特許文献１には、タッチ駆動電極及びタッチ検出電極を備えたタッチセンサ付き表示装置が開示されている。このタッチセンサ付き表示装置では、人間の目からタッチ検出電極を目立たなくするために、タッチ検出電極にスリットを設けている。

特開２０１４−１３０５３７号公報

しかしながら、マトリクス状に配置された複数の表示画素を構成するサブ画素の配列パターンと、タッチ検出電極のスリットのパターンとが干渉すると、モアレが発生して、表示装置の表示品質が低下する。

本発明は、表示画素を構成するサブ画素の配列パターンと検出電極のスリットのパターンとが干渉するのを抑制したタッチセンサ付き表示装置を提供することを目的とする。

本発明の一実施形態におけるタッチセンサ付き表示装置は、第１基板、前記第１基板と対向する第２基板、及び前記第１基板と前記第２基板との間に挟まれ、マトリクス状に配置された複数の表示画素を有する表示機能層を備えた表示パネルと、前記第１基板及び前記第２基板の間に設けられ、第１の方向に伸びるタッチ駆動電極と、前記第２基板に対して前記タッチ駆動電極とは反対側の面に設けられ、前記第１の方向と直交する第２の方向に伸びるタッチ検出電極と、を備え、前記タッチ検出電極には、ジグザグ形状に繰り返し折れ曲がりつつ前記第２の方向に伸びるスリットが前記第１の方向に並んで複数設けられており、前記第１の方向において隣り合う前記スリットの配置間隔ａは、前記第１の方向において隣り合う前記複数の表示画素の配置間隔をｂ、前記第２の方向を基準としたときの前記スリットの角度をθ、０以上の整数をｎとしたときに、ａ＝ｂ×（０．７２５＋ｎ）×√３÷（２×ｃｏｓθ）の関係を有し、ジグザグ形状の前記スリットの折り返し幅は、１つの表示画素を構成する複数のサブ画素のうち、前記第１の方向において隣り合うサブ画素の中心間距離×｛（サブ画素の色数＋１）以上の自然数｝である。

本発明によれば、サブ画素の配列パターンとタッチ検出電極のスリットのパターンとが干渉することに起因するモアレの発生を抑制して、表示装置の表示品質を向上させることができる。

図１は、一実施の形態におけるタッチセンサ付き表示装置の断面構成を示す図である。 図２は、一実施の形態におけるタッチセンサ付き表示装置の平面図である。 図３は、タッチセンサ機能付き液晶パネルの概略断面図である。 図４は、タッチセンサ機能付き液晶パネルを構成するアレイ基板の表示部における平面構成を示す拡大平面図である。 図５は、タッチセンサ機能付き液晶パネルを構成するＣＦ基板の表示部における平面構成を示す拡大平面図である。 図６は、タッチ駆動電極及びタッチ検出電極の配置構成を示す平面図である。 図７は、タッチ検出電極に設けられているスリットの形状を説明するための図である。 図８は、カラーフィルタの配置の一例を示す図である。 図９は、図８に示すカラーフィルタの配置図に、図７に示すタッチ検出電極の構成図を重ねた図である 図１０Ａは、 スリットの配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．０００倍として、表示画面全体を白色表示した場合の表示画面の一部を拡大した図である。 図１０Ｂは、 スリットの配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．２２５倍として、表示画面全体を白色表示した場合の表示画面の一部を拡大した図である。 図１０Ｃは、 スリットの配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．２５０倍として、表示画面全体を白色表示した場合の表示画面の一部を拡大した図である。 図１０Ｄは、 スリットの配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．５００倍として、表示画面全体を白色表示した場合の表示画面の一部を拡大した図である。 図１０Ｅは、 スリットの配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．７２５倍として、表示画面全体を白色表示した場合の表示画面の一部を拡大した図である。 図１０Ｆは、 スリットの配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの２．０００倍として、表示画面全体を白色表示した場合の表示画面の一部を拡大した図である。 図１１Ａは、スリットの配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．７２５倍として、白黒の縦のストライプ表示した場合の表示画面の一部を拡大した図である。 図１１Ｂは、スリットの配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．７２５倍として、白黒の千鳥表示をした場合の表示画面の一部を拡大した図である。 図１１Ｃは、スリットの配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．７２５倍として、ＲＧＢの千鳥表示をした場合の表示画面の一部を拡大した図である。 図１２Ａは、白黒の縦のストライプ表示の表示方法を説明するための図である。 図１２Ｂは白黒の千鳥表示の表示方法を説明するための図である。 図１２Ｃは白黒の千鳥表示の表示方法を説明するための図である。

本発明の一実施形態におけるタッチセンサ付き表示装置は、第１基板、前記第１基板と対向する第２基板、及び前記第１基板と前記第２基板との間に挟まれ、マトリクス状に配置された複数の表示画素を有する表示機能層を備えた表示パネルと、前記第１基板及び前記第２基板の間に設けられ、第１の方向に伸びるタッチ駆動電極と、前記第２基板に対して前記タッチ駆動電極とは反対側の面に設けられ、前記第１の方向と直交する第２の方向に伸びるタッチ検出電極と、を備え、前記タッチ検出電極には、ジグザグ形状に繰り返し折れ曲がりつつ前記第２の方向に伸びるスリットが前記第１の方向に並んで複数設けられており、前記第１の方向において隣り合う前記スリットの配置間隔ａは、前記第１の方向において隣り合う前記複数の表示画素の配置間隔をｂ、前記第２の方向を基準としたときの前記スリットの角度をθ、０以上の整数をｎとしたときに、ａ＝ｂ×（０．７２５＋ｎ）×√３÷（２×ｃｏｓθ）の関係を有し、ジグザグ形状の前記スリットの折り返し幅は、１つの表示画素を構成する複数のサブ画素のうち、前記第１の方向において隣り合うサブ画素の中心間距離×｛（サブ画素の色数＋１）以上の自然数｝である（第１の構成）。

第１の構成によれば、サブ画素の配列パターンとタッチ検出電極のスリットのパターンとが干渉することに起因するモアレの発生を抑制して、表示装置の表示品質を向上させることができる。

第１の構成において、前記スリットの幅は２０μｍ以下である（第２の構成）。

第２の構成によれば、モアレの発生を抑制して、表示装置の表示品質を向上させることができる。

第１または第２の構成において、前記スリットの配置間隔ａは１７５μｍ以下である（第３の構成）。

第３の構成によれば、モアレの発生を抑制して、表示装置の表示品質を向上させることができる。

第１から第３のいずれかの構成において、前記スリットの角度θは２５度以上４５度以下である（第４の構成）。

第４の構成によれば、モアレの発生を抑制して、表示装置の表示品質を向上させることができる。

［実施の形態］
以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一または相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。なお、説明を分かりやすくするために、以下で参照する図面においては、構成が簡略化または模式化して示されたり、一部の構成部材が省略されたりしている。また、各図に示された構成部材間の寸法比は、必ずしも実際の寸法比を示すものではない。

図１は、一実施の形態におけるタッチセンサ付き表示装置１０の断面構成を示す図である。図２は、一実施の形態におけるタッチセンサ付き表示装置１０の平面図である。タッチセンサ付き表示装置１０は、タッチセンサ機能付き液晶パネル１１と、バックライト装置（照明装置）１３と、ベゼル１４と、筐体１５と、カバー１６とを備える。このタッチセンサ付き表示装置１０は、カバー１６が設けられている側が表側であり、筐体１５が設けられている側が裏側である。

タッチセンサ機能付き液晶パネル１１は、画像を表示する機能と、タッチ位置を検出するタッチセンサ機能とを有する。具体的に、タッチセンサ機能付き液晶パネル１１は、一対の基板間に、マトリクス状に配置された複数の表示画素を有する表示機能層を備えた液晶パネル（表示パネル）と、液晶パネルの一対の基板の間に設けられたタッチ駆動電極と、表示パネルの表側の基板の表側に設けられたタッチ検出電極とを備えた構成となっている。

バックライト装置１３は、タッチセンサ機能付き液晶パネル１１に向けて光を照射する外部光源である。

カバー１６は、タッチセンサ機能付き液晶パネル１１を保護するため、タッチセンサ機能付き液晶パネル１１に対して外側に配置されている。このカバー１６は、例えば強化ガラスなどの耐衝撃性能に優れた材料からなるものである。タッチセンサ機能付き液晶パネル１１、及びカバー１６は、間にほぼ透明な接着剤（図示せず）を介在させることで相互に固着されて一体化されている。

ベゼル１４は、カバー１６、及びタッチセンサ機能付き液晶パネル１１をバックライト装置１３との間で一括して保持する。筐体１５は、ベゼル１４が取り付けられるとともに、バックライト装置１３を収容する。

図３は、タッチセンサ機能付き液晶パネル１１の概略断面図である。図４は、タッチセンサ機能付き液晶パネル１１を構成するアレイ基板の表示部における平面構成を示す拡大平面図である。図５は、タッチセンサ機能付き液晶パネル１１を構成するＣＦ基板の表示部における平面構成を示す拡大平面図である。

タッチセンサ機能付き液晶パネル１１は、図３に示すように、一対の透明な（透光性に優れた）基板１１ａ、１１ｂと、両基板１１ａ、１１ｂ間に介在する液晶層１１ｃとを備える。液晶層１１ｃは、電界印加に伴って光学特性が変化する物質である液晶分子を含む。両基板１１ａ、１１ｂが液晶層１１ｃの厚さ分のセルギャップを維持した状態で図示しないシール剤によって貼り合わせられている。

対向する両基板１１ａ、１１ｂは、それぞれほぼ透明なガラス基板を備えており、それぞれのガラス基板上に既知のフォトリソグラフィ法などによって複数の膜が積層された構成となっている。両基板１１ａ、１１ｂのうち表側（正面側）がＣＦ基板（第１基板）１１ａであり、裏側（背面側）がアレイ基板（第２基板）１１ｂである。

両基板１１ａ、１１ｂの内面側には、図３に示すように、液晶層１１ｃに含まれる液晶分子を配向させるための配向膜１１ｄ、１１ｅがそれぞれ形成されている。また、両基板１１ａ、１１ｂの外面側には、それぞれ偏光板１１ｆ、１１ｇが張り付けられている。

アレイ基板１１ｂの内面側（液晶層１１ｃ側、ＣＦ基板１１ａとの対向面側）には、図３及び図４に示すように、スイッチング素子であるＴＦＴ（Thin Film Transistor）１７及び画素電極１８が複数、マトリクス状に設けられている。これらＴＦＴ１７及び画素電極１８を取り囲むように、格子状をなすゲート配線１９及びソース配線２０が配設されている。換言すると、格子状をなすゲート配線１９及びソース配線２０の交差部に、ＴＦＴ１７及び画素電極１８が行列上に並列配置されている。

ゲート配線１９とソース配線２０はそれぞれ、ＴＦＴ１７のゲート電極とソース電極に接続され、画素電極１８は、ＴＦＴ１７のドレイン電極に接続されている。また、画素電極１８は、平面視で縦長の方形状（矩形状）をなすとともに、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）またはＺｎＯ（Zinc Oxide）などの透光性及び導電性に優れた材料を用いた透光性導電膜からなる。

一方、ＣＦ基板１１ａには、図３及び図５に示すように、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）等の各着色部がアレイ基板１１ｂ側の各画素電極１８と平面視で重畳するように、マトリクス状に配置されたカラーフィルタ１１ｈが設けられている。カラーフィルタ１１ｈをなす各着色部間には、混色を防ぐための略格子状の遮光層（ブラックマトリクス）１１ｉが形成されている。遮光層１１ｉは、上記したゲート配線１９及びソース配線２０と平面視で重畳する配置となっている。カラーフィルタ１１ｈ及び遮光層１１ｉの表面全体には、アレイ基板１１ｂ側の画素電極１８と対向する対向電極１１ｊが設けられている。

当該タッチセンサ機能付き液晶パネル１１では、図３から図５に示すように、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色の着色部及びそれらと対向する３つの画素電極１８の組によって表示単位である１つの表示画素が構成されている。表示画素は、Ｒの着色部を有する赤色サブ画素と、Ｇの着色部を有する緑色サブ画素と、Ｂの着色部を有する青色サブ画素とからなる。これら各色のサブ画素は、液晶パネル１１の板面において行方向（Ｘ軸方向）に沿って繰り返し並べて配されることで、画素群を構成しており、この画素群が列方向（Ｙ軸方向）に沿って多数並んで配されている。すなわち、複数の表示画素がマトリクス上に配置されている。本実施形態では、サブ画素がいわゆるストライプ配列となっている。

続いて、タッチセンサ機能について説明する。タッチセンサ機能付き液晶パネル１１は、タッチセンサを構成するタッチ駆動電極６１及びタッチ検出電極６２を備える。図３に示すように、タッチ駆動電極６１は、ＣＦ基板１１ａの裏側（液晶層１１ｃ側）に設けられており、タッチ検出電極６２は、ＣＦ基板１１ａの表側に設けられている。より具体的には、タッチ駆動電極６１は、ＣＦ基板１１ａとカラーフィルタ１１ｈ及び遮光層１１ｉとの間に設けられている。また、タッチ検出電極６２は、ＣＦ基板１１ａと偏光板１１ｆとの間に設けられている。このタッチセンサは、いわゆる投影型静電容量方式であり、その検出方式は相互容量方式である。

図６は、タッチ駆動電極６１及びタッチ検出電極６２の配置構成を示す平面図である。Ｘ軸方向に伸びているタッチ駆動電極６１は、所定の間隔でＹ軸方向に複数設けられている。また、Ｙ軸方向に伸びているタッチ検出電極６２は、所定の間隔でＸ軸方向に複数設けられている。タッチ駆動電極６１及びタッチ検出電極６２は、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）やＺｎＯ（Zinc Oxide）などの透光性及び導電性に優れた材料からなる導電膜により構成されている。

タッチ位置を検出する方法について簡単に説明しておく。タッチ駆動電極６１に対して入力信号を順次に走査する形で入力し、タッチ検出電極６２から出力される出力信号を検出する。タッチセンサ付き表示装置１０の表面のいずれかの領域がタッチされると、その位置におけるタッチ駆動電極６１とタッチ検出電極６２との間の静電容量が変化する。タッチ検出電極６２から出力される出力信号に基づいて、静電容量の変化した位置を検出し、検出した位置をタッチ位置として特定する。

ＣＦ基板１１ａの表側に設けられている複数のタッチ検出電極６２の間には、ダミー電極６３が設けられている。すなわち、所定の間隔でＸ軸方向に複数設けられているタッチ検出電極６２のそれぞれの間に、Ｙ軸方向に伸びるダミー電極６３が複数設けられている。

ダミー電極６３は、ＣＦ基板１１ａの表側において、タッチ検出電極６２が設けられている位置と、設けられていない位置とで透光率等が変わってしまうのを防ぐために設けられている。従って、ダミー電極６３も、タッチ検出電極６２と同様の材料、すなわちＩＴＯやＺｎＯなどの透光性に優れた材料からなる導電膜により構成されている。なお、ダミー電極６３は、他の配線や電極と接続されておらず、電気的に浮いた状態となっている。

タッチ検出電極６２、及びダミー電極６３は、透明ではあるが、所定の屈折率を有している。このため、タッチ検出電極６２、及びダミー電極６３には、タッチセンサ付き液晶表示装置１０を見たときに、タッチ検出電極６２、及びダミー電極６３がそれぞれ目立たなくなるようにするために、複数のスリットが設けられている。

図７は、タッチ検出電極６２に設けられているスリットの形状を説明するための図である。図示は省略するが、ダミー電極６３にも同じ形状のスリットが設けられている。

タッチ検出電極６２は、透光性導電膜が形成されている複数の電極部６２１と、複数の電極部６２１の間に設けられた複数のスリット６２２により構成されている。スリット６２２は、ジグザグ形状に繰り返し折れ曲がりつつ、スリット全体としてＹ軸方向に伸びている。すなわち、スリット６２２は、第１の方向に伸びる第１方向直線部６２２ａと、第１の方向とは異なる第２の方向に伸びる第２方向直線部６２２ｂとからなる。ここでは、第１方向直線部６２２ａと第２方向直線部６２２ｂのＸ軸方向の幅、及びＹ軸方向の長さは同じものとする。

本実施形態では、平面視でＸ軸方向に隣り合うスリット６２２の配置間隔ａは、平面視でＸ軸方向に隣り合う複数の表示画素の配置間隔をｂ、Ｙ軸方向を基準としたときのスリット６２２の角度をθ、０以上の整数をｎ（ｎ＝０、１、２、…）としたときに、次式（１）の関係を有する。
ａ＝ｂ×（０．７２５＋ｎ）×√３÷（２×ｃｏｓθ） …（１）

また、ジグザグ形状のスリット６２２の折り返し幅ｃは、１表示画素を構成する複数のサブ画素のうち、Ｘ軸方向に隣り合うサブ画素の中心間距離×｛（サブ画素の色数＋１）以上の自然数｝に設定する。スリット６２２の折り返し幅ｃとは、第１方向直線部６２２ａ（または第２方向直線部６２２ｂ）のＸ軸方向の幅のことである。例えば、サブ画素がＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色に対応する場合、スリット６２２の折り返し幅ｃは、サブ画素の中心間距離×（４以上の自然数）とする。本実施形態では、スリット６２２の折り返し幅ｃを、サブ画素の中心間距離×４とする。

スリット６２２のＸ軸方向の幅ｄは２０μｍ以下であることが好ましい。また、Ｘ軸方向に隣り合うスリット６２２の配置間隔ａは、１７５μｍ以下であることが好ましい。

スリット６２２の角度θは２５度〜４５度であることが好ましく、本実施形態では、３０度としている。

図８は、カラーフィルタ１１ｈの配置の一例を示す図である。また、図９は、図８に示すカラーフィルタの配置図に、図７に示すタッチ検出電極６２の構成図を重ねた図である。図９では、スリット６２２の配置間隔ａとともに、表示画素の配置間隔ｂも示している。ただし、スリット６２２の配置間隔ａは、式（１）において、ｎ＝１、θ＝３０度としたときの配置間隔、すなわち、表示画素の配置間隔ｂの１．７２５倍としている。

図１０Ａ〜図１０Ｆは、表示画素の配置間隔ｂに対するスリット６２２の配置間隔ａを変えたときの表示画面の見え方の違いを示す図である。図１０Ａ〜図１０Ｆではそれぞれ、表示画面全体を白色表示した場合の表示画面の一部を拡大している。図１０Ａ〜図１０Ｆではそれぞれ、スリット６２２の配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．０００倍、１．２２５倍、１．２５０倍、１．５００倍、１．７２５倍、２．０００倍としている。

スリット６２２の配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．０００倍とした場合、図１０Ａに示すように、幅が広い横線がモアレとして見える。スリット６２２の配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．２２５倍や１．２５０倍とした場合、図１０Ｂや図１０Ｃに示すように、細かい斜めの線がモアレとして見える。スリット６２２の配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．５００倍や２．０００倍とした場合、図１０Ｄや図１０Ｆに示すように、幅が広い横線がモアレとして見える。

これに対して、式（１）の関係を満たすように、スリット６２２の配置間隔ａを表示画素の配置間隔ｂの１．７２５倍とした場合、図１０Ｅに示すように、はっきりとしたモアレは見られない。

図１０Ｅでは、式（１）を満たすようにスリット６２２の配置間隔ａを設定し、表示画面全体を白色表示した場合の表示画面の見え方を示した。式（１）を満たすようにスリット６２２の配置間隔ａを設定し、白色表示以外の表示をした場合の表示画面の見え方についても説明しておく。

図１１Ａ〜図１１Ｃは、式（１）を満たすようにスリット６２２の配置間隔ａを設定して、図１２Ａ〜図１２Ｃに示す表示を行った場合の表示画面の一部を拡大した図である。ここでも、スリット６２２の配置間隔ａは、式（１）において、ｎ＝１、θ＝３０度としたときの配置間隔、すなわち、表示画素の配置間隔ｂの１．７２５倍としている。

図１１Ａは白黒の縦のストライプ表示（図１２Ａに対応）を、図１１Ｂは白黒の千鳥表示を（図１２Ｂに対応）、図１１ＣはＲＧＢの千鳥表示（図１２Ｃに対応）をした場合の表示画面をそれぞれ示している。式（１）を満たすようにスリット６２２の配置間隔ａを設定した場合、表示画面全体を白色表示した場合（図１０Ｅ）と同様に、白黒の縦のストライプ表示（図１１Ａ）、白黒の千鳥表示（図１１Ｂ）、ＲＧＢの千鳥表示（図１１Ｃ）をした場合でも、はっきりとしたモアレは見られない。

本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、上述した説明では一対の基板間に、マトリクス状に配置された複数の表示画素を有する表示機能層を備えた表示パネルとして液晶パネルを例に挙げたが、有機ＥＬ素子を有する有機ＥＬパネルなど、他の表示パネルであってもよい。

上述した説明では、サブ画素の色数をＲ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）の３色としたが、Ｒ（赤）、Ｇ（緑）、Ｂ（青）、Ｙ（黄）の４色でもいいし、５色以上でもよい。

なお、本実施形態におけるタッチセンサ付き表示装置は、携帯電話（スマートフォンなどを含む）、ノートパソコン（タブレット型ノートパソコンなどを含む）、携帯型情報端末（電子ブックやＰＤＡなどを含む）、デジタルフォトフレーム、携帯型ゲーム機などの各種電子機器に用いられる。

１０…タッチセンサ付き表示装置、１１…タッチセンサ付き液晶パネル、１１ａ…ＣＦ基板、１１ｂ…アレイ基板、６１…タッチ駆動電極、６２…タッチ検出電極、６２２…スリット

Claims (4)

1. 第１基板、前記第１基板と対向する第２基板、及び前記第１基板と前記第２基板との間に挟まれ、マトリクス状に配置された複数の表示画素を有する表示機能層を備えた表示パネルと、
   前記第１基板及び前記第２基板の間に設けられ、第１の方向に伸びるタッチ駆動電極と、
   前記第１基板に対して前記タッチ駆動電極とは反対側の面に設けられ、前記第１の方向と直交する第２の方向に伸びるタッチ検出電極と、
   を備え、
   前記タッチ検出電極には、ジグザグ形状に繰り返し折れ曲がりつつ前記第２の方向に伸びるスリットが前記第１の方向に並んで複数設けられており、
   前記第１の方向において隣り合う前記スリットの配置間隔ａは、前記第１の方向において隣り合う前記複数の表示画素の配置間隔をｂ、前記第２の方向を基準としたときの前記スリットの角度をθ、０以上の整数をｎとしたときに、ａ＝ｂ×（０．７２５＋ｎ）×√３÷（２×ｃｏｓθ）の関係を有し、
   ジグザグ形状の前記スリットの折り返し幅は、１つの表示画素を構成する複数のサブ画素のうち、前記第１の方向において隣り合うサブ画素の中心間距離×｛（サブ画素の色数＋１）以上の自然数｝である、タッチセンサ付き表示装置。
2. 前記スリットの幅は２０μｍ以下である、請求項１に記載のタッチセンサ付き表示装置。
3. 前記スリットの配置間隔ａは１７５μｍ以下である、請求項１または請求項２に記載のタッチセンサ付き表示装置。
4. 前記スリットの角度θは２５度以上４５度以下である、請求項１から３のいずれか一項に記載のタッチセンサ付き表示装置。