JP2014032438A - 入力装置および入力装置付き表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力装置付き表示装置の信頼性を向上させる。
【解決手段】入力装置ＴＰが備える複数の検出電極（入力位置検出電極）Ｒｘそれぞれの、Ｘ方向の幅ＷＸの理想値をＷｓｍａｘ［μｍ］とし、隣り合う検出電極Ｒｘの中心間距離である間隔ＳＰをＰ［μｍ］とし、中間部材の比誘電率を中間部材の厚さで除した値の逆数で表わされる実効電極間距離をＤ［μｍ］とすると、
Ｗｓｍａｘ＝０．４８８×Ｐ−４．３３×Ｄ−１６０
で表わされる。また、複数の検出電極Ｒｘそれぞれの、Ｘ方向の幅は、Ｗｓｍａｘの値±１５０μｍ以内の範囲に収まるように形成される。
【選択図】図４

Description

本発明は、入力装置付き表示装置およびその製造技術に関し、特に、静電容量方式の入力装置付き表示装置およびその製造技術に関する。

表示画面に指を触れることで、電子機器にデータ入力を行う、タッチパネル（タッチセンサ）と呼ばれる入力装置の技術がある。また、表示画面における入力位置を、表示画面に配列された容量素子の静電容量を利用して検出する、静電容量方式の入力装置がある。また、タッチパネルの接触位置検出用の電極の一部と、表示装置の表示用電極の一部を兼用化して、タッチパネル付き表示装置の薄型化を図る技術がある（例えば、特許文献１）。

特開２００９−２４４９５８号公報

本願発明者は、表示画面に指などの入力具を接触させる、または近づけることにより、電子機器にデータ入力を行う入力装置、および入力装置付き表示装置の性能向上について検討を行い、以下の課題を見出した。

すなわち、静電容量方式の入力装置では、表示画面に複数の容量素子を配置して、各容量素子の静電容量の変化、あるいは静電容量の値を検出することで、入力位置を特定する。このため、入力装置の位置検出精度（入力位置検出の正確さ）は、入力位置検出用の電極の幅および配置間隔により大きく変化する。また、入力位置検出用の電極の配置間隔を狭くすると、入力位置検出素子の解像度が高くなるが、検出感度が低下する。一方、入力位置検出用の電極の配置間隔を広くすると、検出感度が向上するが、単位面積当たりの入力位置検出素子の数が低下するので、解像度が低くなる。

上記のように、入力位置の検出感度と解像度はトレードオフの関係にある。また、入力位置検出用の電極間に形成される容量素子の静電容量によっても変化するので、入力位置検出用の電極の幅および配置間隔は製品毎に最適値が異なる。特に近年では、入力装置または入力装置付き表示装置の性能向上のため、入力位置検出用の電極間に種々の部材が配置され、電極の幅および配置間隔の最適値を算出することが難しい。

本発明は、上記課題に鑑みてなされたものであり、その目的は、入力装置の入力位置検出感度および解像度を向上させる技術を提供することにある。

本発明に係る一つの入力装置は、表示平面の第１方向に沿って第１間隔で配列される複数の入力位置検出電極と、前記複数の入力位置検出電極と対向するように配置され、前記複数の入力位置検出電極との間で静電容量を形成する駆動電極と、前記複数の入力位置検出電極と前記駆動電極の間に配置される中間部材と、を備える。また、前記複数の入力位置検出電極それぞれの、前記第１方向の幅の理想値をＷｓｍａｘ［μｍ］とし、前記複数の入力位置検出電極のうち、隣り合う入力位置検出電極の中心間距離である前記第１間隔をＰ［μｍ］とし、前記中間部材の比誘電率を前記中間部材の厚さで除した値の逆数で表わされる実効電極間距離をＤ［μｍ］とすると、
Ｗｓｍａｘ＝０．４８８×Ｐ−４．３３×Ｄ−１６０
で表わされる。また、前記複数の入力位置検出電極それぞれの、前記第１方向の幅は、前記Ｗｓｍａｘの値±１５０μｍ以内の範囲に収まるように形成されるものである。

上記した本発明に係る一つの入力装置付き表示装置によれば、入力位置検出電極と駆動電極の間の実効電極間距離と、入力位置検出電極の配列ピッチを決定すれば、入力位置検出電極の最適な幅を容易に算出することができる。このため、様々な種類の入力装置の入力位置検出感度および解像度を、それぞれ向上させることができる。

静電容量型のタッチパネル（入力装置）の概要構成を示す説明図である。 図１に示すタッチパネルに印加される駆動波形と、タッチパネルから出力される信号波形の関係の例を示す説明図である。 図１に示す駆動電極および検出電極の配列の一例を模式的に示す説明図である。 図１に示す駆動電極および検出電極の配列の一例を模式的に示す説明図である。 図４に示すＸ方向に沿った断面図である。 入力装置の位置検出精度について、入力位置検出電極の幅の最適値（理想値）を算出する座表面を示す説明図である。 図４および図５に示す検出電極の幅の、最適値（理想値）との差と、位置検出精度の関係を示す説明図である。 図５に対する変形例である入力装置を示す断面図である。 図４に示す電極レイアウトに対する変形例である入力装置を示す説明図である。 液晶表示装置の一例の基本構成を示す要部断面図である。 図４に示す入力装置と図１０に示す表示装置を組み合わせた入力装置付き表示装置の構成例を示す要部断面図である。 図１１に対する変形例である入力装置付き表示装置の一例の基本構成を示す要部断面図である。

以下、本発明の実施の形態を図面に基づいて詳細に説明する。以下の実施の形態を説明するための全図において同一または類似の機能を有するものは同一または類似の符号を付すようにし、その繰り返しの説明は原則として省略する。

なお、以下の実施の形態で説明する図５、図８、図１０、図１１、および図１２は断面図であるが、見易さのため、原則としてハッチングは省略している。また、各断面図において、液晶層１６を構成する液晶ＬＣを模式的に楕円形で示している。また、上記した各断面図では、同じ部材が複数設けられている場合があるが、見易さのため、複数の部材のうちの一つに符号を付し、同じ部材には共通のハッチングを付して識別している。

（実施の形態１）
＜静電容量型入力装置＞
まず、静電容量型のタッチパネル（あるいはタッチセンサ）と呼ばれる入力装置の基本的な動作原理について説明する。図１は、静電容量型のタッチパネル（入力装置）の概要構成を示す説明図である。また、図２は、図１に示すタッチパネルに印加される駆動波形と、タッチパネルから出力される信号波形の関係の例を示す説明図である。また、図３は、図１に示すタッチパネルで、入力位置を検出する時の検出電極周辺の電場の状態を模式的に示す説明図である。また、図４は、図１に示す駆動電極および検出電極の配列の一例を模式的に示す説明図である。また、図５は、図４に示すＸ方向に沿った断面図である。

図１に示すように、静電容量型のタッチパネル（入力装置）ＴＰは、誘電層（中間部材）ＤＬと、誘電層ＤＬを介して対向配置される電極対により構成される複数の容量素子Ｃ１を備える。この電極対の一方を構成する駆動電極Ｔｘには、入力装置用の駆動回路ＤＲ１から、例えば図２に示すような矩形波である駆動波形ＤＷが印加される。一方、電極対の他方を構成する検出電極（入力位置検出電極）Ｒｘからは、例えば図２に示すように駆動波形ＤＷ、および図１に示す容量素子Ｃ１の静電容量に応じた電流が流れ、信号波形ＳＷが出力される。検出電極Ｒｘから出力された信号波形ＳＷは、入力位置を検出する検出回路ＤＴ１（図１参照）に出力される。

ここで、図３に示すように指やタッチペンなど、一端が接地電位に接続された容量素子（誘電体）である入力具ＣＭＤを、入力装置ＴＰの複数の検出電極Ｒｘのうちの一つ（検出電極Ｒｘ１）に近づける、または、接触させる。この時、入力具ＣＭＤから離れた位置に存在する検出電極Ｒｘ２では、駆動電極Ｔｘと検出電極Ｒｘ２を結ぶ複数の電気力線ＥＦで表わされる電場（電界）が発生する。

一方、入力具ＣＭＤに近い位置に存在する検出電極Ｒｘ１では、容量素子Ｃ１に入力具ＣＭＤの容量Ｃ２が追加される。この場合、図３に示すように、電気力線ＥＦの一部は、駆動電極Ｔｘと入力具ＣＭＤを結ぶようになるため、検出電極Ｒｘ１に繋がる電気力線ＥＦの数は、検出電極Ｒｘ２に繋がる電気力線ＥＦの数よりも少なくなる。このため、入力具ＣＭＤに近い位置に配置される検出電極Ｒｘ１では、他の位置に配置される検出電極Ｒｘ２で出力される信号波形ＳＷ２よりも小さい信号波形ＳＷ１が出力される。

したがって、図１に示す検出回路ＤＴ１では、複数の検出電極Ｒｘのそれぞれから伝送される信号波形ＳＷを監視して、信号波形ＳＷの値、または信号波形ＳＷの変化量に基づいて入力具ＣＭＤの位置を特定することができる。例えば、信号波形ＳＷの変化量に予め閾値を設定し、閾値を越えた検出電極Ｒｘの位置データを参照して、入力具ＣＭＤの位置を出力することができる。また例えば、信号波形ＳＷの値を直接、閾値と比較することもできる。また、信号波形ＳＷの変化量を監視する方法には、種々の方法があり、例えば、検出電極Ｒｘで発生する電圧値を計測する方法、あるいは、検出回路ＤＴ１に流れる単位時間当たりの電流値の積算量を計測する方法を用いることができる。

なお、容量素子Ｃ１に入力具ＣＭＤの容量が追加される現象は、入力具ＣＭＤと検出電極Ｒｘが接触した場合以外に、入力具ＣＭＤと検出電極Ｒｘが近づいた場合にも発生する。したがって、検出電極Ｒｘは、入力具ＣＭＤを配置する面に露出させなくても良く、例えば、検出電極Ｒｘと入力具ＣＭＤの間に、カバー部材を配置して検出電極Ｒｘを保護することができる。

また、駆動電極Ｔｘと検出電極Ｒｘそれぞれの平面配置は例えば図４に示すような構成になっている。すなわち、図４において、表示平面をＸＹ平面とすると、入力装置ＴＰが備える複数の検出電極Ｒｘは、Ｘ方向に沿って間隔（配列間隔、配置間隔）ＳＰで規則的に配列される。また、複数の検出電極Ｒｘのそれぞれは、Ｘ方向に沿って幅ＷＸを備え、Ｘ方向と直交するＹ方向に沿って延びるように、帯状に形成される。間隔ＳＰは隣り合う検出電極Ｒｘの中心間距離として規定される。

一方、図４に示す例では、入力装置ＴＰは、複数の駆動電極Ｔｘを備えている。複数の駆動電極Ｔｘは、検出電極Ｒｘと交差するようにＹ方向に沿って配列される。また、複数の駆動電極Ｔｘのそれぞれは、Ｘ方向に沿って延びるように帯状に形成される。このように、複数の駆動電極Ｔｘと複数の検出電極Ｒｘを、互いに交差するように配列することで、駆動電極Ｔｘと検出電極Ｒｘの交点毎に入力具ＣＭＤ（図１参照）の有無を判定することができる。例えば、複数の駆動電極Ｔｘに順次、駆動波形ＤＷ（図２参照）を印加して、平面視における駆動電極Ｔｘと検出電極Ｒｘの交点毎に、信号波形ＳＷ（図２参照）の値または変化量を判定する。

また、図４に示す例では、複数の検出電極Ｒｘは前面（面）１ａ、前面１ａの反対側に位置する背面（面、裏面）１ｂを有する基板１の前面１ａに形成される。また、複数の駆動電極Ｔｘは、前面（面）２ａ、前面２ａの反対側に位置する背面（面、裏面）２ｂを有する基板２の前面２ａに形成される。そして、複数の検出電極Ｒｘが形成された基板１は、接着層３を介して複数の駆動電極Ｔｘが形成された基板２と対向配置され、固定される。

つまり、図４および図５に示す例では、複数の検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの間に配置される中間部材として、基板１および接着層３が存在する。検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘ間により形成される容量素子Ｃ１（図１参照）の静電容量は、検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘ間の距離、検出電極Ｒｘの面積、および中間部材の比誘電率により規定される。したがって、図４および図５に示す入力装置ＴＰの場合には、基板１および接着層３の比誘電率が容量素子Ｃ１の静電容量に影響する。

＜入力位置検出精度＞
次に、入力装置ＴＰの位置検出精度（入力位置検出の正確さ）について説明する。図６は、入力装置の位置検出精度について、入力位置検出電極の幅の最適値（理想値）を算出する座表面を示す説明図である。

入力装置ＴＰの入力位置検出の正確さを規定する要因として、解像度（検出箇所の細かさ）と、検出感度（誤検出や不検出の少なさ）がある。この解像度と検出感度がともに上昇すれば、入力位置検出の正確さが向上する。この入力位置の正確さは、位置検出誤差（Accuracy error）と呼ばれる指標を用いて表すことができる。この位置検出誤差の指標は、実際の入力位置と検出された入力位置の誤差を距離で表わす指標であって、一般に、小型〜中型のタッチパネルでは、位置検出誤差は±２．０ｍｍ以下が好ましいとされる。

上記した解像度および検出感度は、複数の検出電極Ｒｘの幅ＷＸおよび間隔ＳＰにより大きく変化する。まず、単位面積当たりの検出箇所を増加させる程、解像度が向上する。このため、解像度を向上させる観点からは、図４および図５に示す複数の検出電極Ｒｘの間隔ＳＰを狭くして、検出箇所を増加させることが好ましい。一方、入力装置ＴＰでは、前記したように、図２や図３に示す信号波形ＳＷの値、あるいは信号波形ＳＷの変化量を計測することにより入力位置を検出する。このため、信号波形ＳＷが大きくなれば、誤検出や不検出の頻度が低下し、検出感度が上昇する。したがって、図４および図５に示す複数の検出電極Ｒｘの間隔ＳＰを広くして（隣り合う検出電極Ｒｘの間の空間を広くして）、隣り合う検出電極Ｒｘの間を電気力線ＥＦ（図３参照）が通過し易くすることが好ましい。

すなわち、入力位置検出の正確さを規定する要因である解像度と検出感度は、検出電極Ｒｘの間隔ＳＰにより大きく変化し、かつ、トレードオフの関係にある。また、検出電極Ｒｘの幅ＷＸの値は、間隔ＳＰの値に対応して最適値がある。ここで、検出電極Ｒｘの間隔ＳＰは、検出対象物である入力具ＣＭＤに応じて決定される。例えば、一般に２ｍｍ〜６ｍｍ程度の間隔になる。このため、位置検出誤差を±２．０ｍｍ以下に収めるためには、検出電極Ｒｘの幅ＷＸを適正な値に調整する必要があることが判った。ところが、検出感度は、検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの間に配置される中間部材の厚さや比誘電率にも影響を受けるため、製品種類毎に検出電極Ｒｘの幅ＷＸの最適値（理想値）が異なり、調整が困難である。

そこで、本願発明者は、検出電極Ｒｘの幅ＷＸの最適値（理想値）を容易に算出する技術について検討を行った。この結果、検出電極Ｒｘの間隔ＳＰを決定すれば、検出電極Ｒｘの幅ＷＸの最適値は、実効電極間距離（中間部材（図４の場合は基板１および接着層３）の比誘電率を前記中間部材の厚さで除した値の逆数）の関数として表わせることを見出した。また、上記した実効電極間距離を決定すれば、検出電極Ｒｘの幅ＷＸの最適値は、検出電極Ｒｘの間隔ＳＰの関数として表わせることを見出した。そして、上記した実効電極間距離の関数式と間隔ＳＰの関数式を組み合わせて、以下の算出式を見出した。

すなわち、図４に示す複数の検出電極Ｒｘそれぞれの、Ｘ方向の幅の理想値をＷｓｍａｘ［μｍ］とする。また、複数の検出電極Ｒｘのうち、隣り合う検出電極Ｒｘの中心間距離である間隔ＳＰをＰ［μｍ］とする。また、中間部材（図４の場合は基板１および接着層３）の比誘電率を前記中間部材の厚さで除した値の逆数で表わされる実効電極間距離をＤ［μｍ］とする。この時、
Ｗｓｍａｘ＝０．４８８×Ｐ−４．３３×Ｄ−１６０ ・・・（式１）
の式が成り立つことを見出した。

上記（式１）は、図６に示す座標面Ｓｍａｘの関数式であって、図４に示す幅ＷＸ、間隔ＳＰ、および検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの実効電極間距離の値は、図６に示す座表面Ｓｍａｘ上にプロットされる時に最適値になることを示している。言い換えれば、図４に示す幅ＷＸ、間隔ＳＰ、および検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの実効電極間距離という３変数のうち、２変数の値を決定すれば、残る１変数の最適値は（式１）により容易に導くことができる。

また、図４や図５に示すように、検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの間に複数の中間部材が設けられる場合、上記（式１）における実効電極間距離の値は、以下のように求められる。すなわち、図５に示す基板１の比誘電率をε_１、基板１の厚さをｄ_１とし、接着層３の比誘電率をε_３、基板１の厚さをｄ_３とすると、
Ｄ＝１／（ε_１／ｄ_１＋ε_３／ｄ_３） ・・・（式２）
の式により表わせる。

また、上記（式２）をｎ層の中間部材が配置されている場合の式として一般化すると、

の式により表わせる。つまり、複数層の中間部材それぞれの、比誘電率を厚さで除した値の和の逆数として表わされる。

つまり、本実施の形態によれば、検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの間に例えば多数の中間部材が設けられるような複雑な構造の入力装置であっても、各中間部材の厚さおよび比誘電率を把握することで、容易に上記（式１）に代入する実効電極間距離の値を算出することができる。

上記のように、本実施の形態によれば、幅ＷＸ、間隔ＳＰ、および検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの実効電極間距離という３変数のうち、２変数の値を決定すれば、残る１変数の最適値は（式１）により容易に導くことができる。このため、大きさや構造の異なる様々な製品について、幅ＷＸ、間隔ＳＰ、および検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの実効電極間距離の最適な関係を容易に設計することができる。

＜実製品の許容範囲＞
上記したように、幅ＷＸ、間隔ＳＰ、および検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの実効電極間距離が、上記（式１）の関係を満たす時に、入力装置ＴＰの入力位置検出精度は最も高くなるが、実際の製品に適用する場合には、加工精度上の問題、あるいは他の設計条件の制約などにより、図６に示す座表面Ｓｍａｘからずれる場合がある。そこで、本願発明者は、位置検出誤差を±２．０ｍｍ以下にする観点から許容される、座表面Ｓｍａｘからのずれ量について検討した。以下、図４および図５に示す検出電極Ｒｘの幅ＷＸを取り上げて、（式１）に示すＷｓｍａｘに対する許容誤差について説明する。図７は、図４および図５に示す検出電極の幅の、最適値（理想値）との差と、位置検出精度の関係を示す説明図である。

図７に示す評価結果は、図４および図５に示す検出電極Ｒｘの幅ＷＸを変化させて、幅ＷＸの理想値からのずれ（ＷＸ−Ｗｓｍａｘ）と、検出精度の相関を調査した結果を示している。なお、図７に示す評価では、間隔Ｐおよび実効電極間距離Ｄが異なる２種類の入力装置を準備してそれぞれに検出電極Ｒｘの幅ＷＸを変化させて評価した。評価指標として、入力位置の位置検出誤差（Accuracy error）を用いた。図７では単に検出誤差と記載している。また、評価の欄では、検出誤差が±１．５ｍｍ以下の場合○を、検出誤差が±１．５ｍｍ〜±２．０ｍｍの時△を、検出誤差が±２．０ｍｍを越える場合には×を付している。

図７に示す評価結果より、幅ＷＸの理想値からのずれ（ＷＸ−Ｗｓｍａｘ）の絶対値が１５０μｍ以下の範囲内であれば、検出誤差を２．０ｍｍ以下にできることが判った。言い換えれば、図４に示す複数の検出電極Ｒｘそれぞれの、Ｘ方向の幅ＷＸを、Ｗｓｍａｘの値±１５０μｍ以内の範囲に収めることで、様々な種類の入力装置の入力位置検出感度および解像度を、それぞれ向上させることができる。また、より確実に検出誤差を±２．０ｍｍ以内に収める観点からは、幅ＷＸを、Ｗｓｍａｘの値±１００μｍ以内の範囲に収めることが特に好ましいことが判った。

＜入力装置の変形例＞
図１〜図７では、判り易さのため、シンプルな構造の入力装置ＴＰについて説明したが、入力装置として機能させる観点からは、離間して設けられた検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの間に中間部材が設けられていれば良いので、図８および図９に例示的に示すように種々の変形例に適用することができる。図８は図５に対する変形例である入力装置を示す断面図である。図９は、図４に示す電極レイアウトに対する変形例である入力装置を示す説明図である。

図８に示す入力装置ＴＰ１は、例えばガラス基板などの誘電体である基板１の前面１ａに複数の検出電極Ｒｘが、前面１ａの反対側に位置する背面１ｂには検出電極Ｒｘとの間で容量素子を形成する駆動電極Ｔｘが形成される。つまり、検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの間に配置される中間部材は複数層には限定されず、１層構造であっても前述した技術を適用することができる。また、図５に示す入力装置ＴＰや図８に示す入力装置ＴＰ１では検出電極Ｒｘが露出しているが、検出電極Ｒｘを露出させた構造には限定されない。図示は省略するが、例えば、ガラス基板など、基板１とは別の基板（カバー部材）を図５に示す複数の検出電極Ｒｘを覆うように、基板１の前面１ａ側に配置することができる。この場合、検出電極Ｒｘを損傷から保護することができる。

また、図９に示す入力装置ＴＰ２は、駆動電極Ｔｘはベタパターンとされ、検出電極Ｒｘを行列状（マトリクス状）に配置される。この場合、四角形を成す検出電極Ｒｘの一つの辺が延びる方向（図９ではＹ方向）について、幅ＷＸおよび間隔ＳＰを定義すれば、図４を用いて説明した（式１）と同様に適用することができる。

（実施の形態２）
前記実施の形態１では、入力装置ＴＰ、ＴＰ１、ＴＰ２の構造について説明したが、タッチパネルと呼ばれる入力装置は、表示画像に基づいて入力指示を行うので、入力装置と表示装置を組み合わせて使用される。本実施の形態では、入力装置と表示装置を組み合わせた入力装置付き表示装置に前記実施の形態１で説明した技術を適用した場合の実施態様について説明する。また、以下の実施の形態では、表示装置の例として、表示用の電極間に表示用電圧が印加されることで表示画像を形成する表示機能層として、液晶層を用いる液晶表示装置を取り上げて説明する。

＜表示装置の基本構成＞
次に、表示装置の基本構成について説明する。図１０は、液晶表示装置の一例の基本構成を示す要部断面図である。なお、図１０では、見易さのため、液晶層１６についてはハッチングを省略し、液晶層１６を構成する液晶ＬＣを模式的に楕円形で示している。

液晶表示装置は、表示機能層である液晶層の液晶分子の配向を変化させるための電界の印加方向により、大きくは以下の２通りに分類される。すなわち、第１の分類として、液晶表示装置の厚さ方向（面外方向）に電界が印加される、所謂、縦電界モードがある。縦電界モードには、例えばＴＮ（twisted Nematic）モードや、ＶＡ（Vertical Alignment）などがある。また、第２の分類として、液晶表示装置の平面方向（面内方向）に電界が印加される、所謂、横電界モードがある。横電界モードには、例えばＩＰＳ（In-Plane Switching）モードや、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）モードなどがある。以下で説明する技術は、縦電界モードおよび横電界モードのいずれにも適用できるが、図１０では、一例として、横電界モード（詳しくはＦＦＳモード）の表示装置を示している。

図１０に示す表示装置ＬＣＤ１は、表示面側（観者ＶＷ側）に配置される前面（面）１１ａを有する基板１１、および基板１１の前面１１ａの反対側に、基板１１と離間して配置される基板１２を備える。また、表示装置ＬＣＤ１は、基板１１と基板１２の間に配置される複数の画素電極１３、および基板１１と基板１２の間に配置される共通電極１４を備える。また、表示装置ＬＣＤ１は、基板１１と基板１２の間に配置され、複数の画素電極１３と共通電極１４との間に表示用電圧が印加されることで表示画像を形成する表示機能層である液晶層１６を備える。

基板１１は、カラー表示の画像を形成するカラーフィルタ（図示は省略）が形成されたカラーフィルタ基板であって、表示面側である前面１１ａおよび前面１１ａの反対側に位置する背面（面、裏面、内面）１１ｂを有する。基板１１は、例えばガラス基板などの基材の一方の面に、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されたカラーフィルタが貼り付けられている。カラー表示装置では、例えばこの赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のサブピクセルを１組として、１画素（１ピクセル）を構成する。

また、基板（アレイ基板）１２は、主として画像表示用の回路が形成された回路基板であって、基板１１側に位置する前面（面、内面）１２ａおよびその反対側に位置する背面（面、裏面）１２ｂを有する。基板１２の前面１２ａ側には、ＴＦＴ（Thin-Film Transistor）などのアクティブ素子と、複数の画素電極１３がマトリクス状（アレイ状）に形成されている。また、図１０に示す例は、前記したように横電界モード（詳しくはＦＦＳモード）の表示装置ＬＣＤ１を示しているので、共通電極１４も基板１２の前面１２ａ側に形成されている。共通電極１４は、基板１２の前面１２ａ上に形成され、共通電極１４上には絶縁層１５が積層される。また、複数の画素電極１３は、絶縁層１５を介して共通電極１４と対向するように絶縁層１５上に形成される。表示装置ＬＣＤ１では、表示期間において、画素電極１３には画素電圧が、共通電極１４には共通駆動信号がそれぞれ印加され、これにより各画素の表示電圧が画定される。

また、図示は省略するが、基板１２には、上記の他、画素電極１３を駆動するための表示ドライバや画素電極１３に画素信号を供給するソース線や、ＴＦＴを駆動するゲート線等の配線が形成されている。

また、基板１１と基板１２の間には、画素電極１３と共通電極１４との間に表示用電圧が印加されることで表示画像を形成する表示機能層である、液晶層１６が設けられる。液晶層１６は、印加された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、ＴＮ、ＶＡ、ＦＦＳ等の各種モードに対応した液晶ＬＣが用いられる。なお、図示は省略するが、液晶層１６と基板１１、１２の間には、それぞれ配向膜が形成されている。

また、表示装置ＬＣＤ１の基板１２の背面１２ｂ側には、光源ＬＳおよび、光源ＬＳから発生した光をフィルタリングする偏光板ＰＬ１が設けられる。一方、基板１１の前面１１ａ側には、基板１１を通過した光をフィルタリングする偏光板ＰＬ２が設けられる。

また、図１０に示す例では、基板１２の前面１２ａに、画素電極１３に駆動電位を供給する駆動回路が形成された半導体チップ（ドライバチップ）１７、および画像表示用の駆動回路ＤＲ２と電気的に接続された配線基板１８が電気的に接続されている。配線基板１８は、例えば、樹脂フィルム内に複数の配線が形成され、配置場所の形状に応じて自在に変形させることができる、所謂フレキシブル配線板である。配線基板１８に形成される配線には、画素電極１３と電気的に接続される配線１８ａ、および共通電極１４と電気的に接続される配線１８ｂが含まれる。なお、図１０に示す例では、基板１２上に半導体チップを実装する、所謂ＣＯＧ（Chip on glass）方式の実施態様を例示しているが、半導体チップを実装する場所は基板１２上には限定されず、例えば配線基板１８に実装する方式を適用することもできる。

図１０に示す表示装置ＬＣＤ１によるカラー画像の表示方法は、例えば以下の通りである。すなわち、光源ＬＳから出射された光は、偏光板ＰＬ１によってフィルタリングされ、偏光板ＰＬ１を通過する振幅を有する光（偏光）が液晶層１６に入射する。液晶層１６に入射した光は、液晶ＬＣの屈折率異方性（複屈折）に応じて偏光状態を変化させて液晶層１６の厚さ方向（基板１２から基板１１に向かう方向）に伝搬され、基板１１から出射される。この時、画素電極１３と共通電極１４に電圧を印加して形成される電界により、液晶配向が制御され、液晶層１６は光学的なシャッターとして機能する。つまり、液晶層１６において、サブピクセル毎に光の透過率を制御することができる。基板１１に到達した光は、基板１１に形成されたカラーフィルタにおいて、色フィルタリング処理（所定の波長以外の光を吸収する処理）が施され、前面１１ａから出射される。また、前面１１ａから出射された光は、偏光板ＰＬ２によってフィルタリングされ観者ＶＷに到達する。

＜入力装置付き表示装置の構成＞
次に、上記した入力装置の機能と、表示装置の機能を組み合わせた、入力装置付き表示装置の構成について説明する。図１１は、図４に示す入力装置と図１０に示す表示装置を組み合わせた入力装置付き表示装置の構成例を示す要部断面図である。また、図１２は、図１１に対する変形例である入力装置付き表示装置の一例の基本構成を示す要部断面図である。なお、図１１および図１２は図４に示すＹ方向に沿った断面に対応するので、検出電極Ｒｘは１本の長い導体パターンとして図示されている。

単純構造の入力装置付き表示装置としては、図１１に示す入力装置付き表示装置ＬＣＤ２のように、表示装置ＬＣＤ１の偏光板ＰＬ２上に入力装置ＴＰを配置した実施態様を適用できる。入力装置付き表示装置ＬＣＤ２は、表示装置ＬＣＤ１の基板１１側の偏光板ＰＬ２と入力装置ＴＰの基板２を対向配置し、接着層ＢＤを介して接着固定している。前記実施の形態１で説明した技術は、入力装置付き表示装置ＬＣＤ２にも適用できるが、図１２に示す入力装置付き表示装置ＬＣＤ３のように、検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの間に多数の部材が積層されるような入力装置付き表示装置に適用して特に有効である。

図１２に示す入力装置付き表示装置ＬＣＤ３は、図１０を用いて説明した表示装置ＬＣＤ１の基板１１側に、検出電極（入力位置検出電極）Ｒｘが形成され、駆動電極Ｔｘは形成されていない。検出電極Ｒｘには、配線基板２３が接続され、配線基板２３を介して、入力位置を検出する検出回路ＤＴ１と電気的に接続される。配線基板２３は、例えば、樹脂フィルム内に複数の配線が形成され、配置場所の形状に応じて自在に変形させることができる、所謂フレキシブル配線板である。配線基板２３に形成される配線には、複数の検出電極Ｒｘと電気的に接続され、検出信号を検出回路ＤＴ１に伝送する配線２３ａが含まれる。

入力装置付き表示装置ＬＣＤ３では、図１２に示すように、表示装置ＬＣＤ１の共通電極１４に、図２を用いて説明した入力位置検出用の駆動波形ＤＷを印加する。共通電極１４には、例えば配線基板１８を介して駆動波形ＤＷ（図２参照）を印加することができる。共通電極１４は、配線基板１８を介して、駆動回路ＤＲ１と電気的に接続されている。

上記のように、共通電極１４に入力位置検出用の駆動波形ＤＷを印加する構成を別の表現で表わせば、入力装置付き表示装置ＬＣＤ３では、共通電極１４は、表示装置ＬＣＤ１用の共通電極１４としての機能と、入力装置の駆動電極Ｔｘとしての機能を兼用する電極になっている。共通電極１４と駆動電極Ｔｘを兼用化する方法としては、例えば、ある期間（１期間）をタッチ検出期間（入力期間）と、ディスプレイ書込み期間に分けることで実現できる。このように、表示装置ＬＣＤ１用の共通電極１４と入力装置の駆動電極Ｔｘを兼用化することで、入力装置付き表示装置ＬＣＤ３の全体の厚さを薄型化することができる。

入力装置付き表示装置ＬＣＤ３では、表示面側の偏光板ＰＬ２とカラーフィルタが形成された基板１１の間に検出電極Ｒｘが形成されている。言い換えれば、入力装置付き表示装置ＬＣＤ３では、入力装置としての検出電極Ｒｘおよび駆動電極Ｔｘが、対向配置される偏光板ＰＬ１、ＰＬ２の間、つまり表示装置ＬＣＤ１の内部に形成されている。このように表示装置の内部に入力装置としての検出電極Ｒｘおよび駆動電極Ｔｘを形成することで、入力装置付き表示装置の厚さは最も薄型化することができる。

図１２では、表示装置ＬＣＤ１用の共通電極１４と入力装置の駆動電極Ｔｘを兼用化する実施態様の例として、表示面側の偏光板ＰＬ２とカラーフィルタが形成された基板１１の間に検出電極Ｒｘが形成された入力装置付き表示装置ＬＣＤ３を示している。しかし、検出電極Ｒｘは、基板１１を挟んで、かつ基板１２の反対側であれば、形成位置は種々の変形例を適用できる。例えば図１２に示す基板２１は、基板１１の前面１１ａと対向する背面２１ｂ、および背面２１ｂの反対側に位置する前面２１ａを有するカバー板である。図１２に対する変形例としては、この基板２１の前面２１ａまたは背面２１ｂのうち、少なくともいずれか一方の面に形成することができる。あるいは、基板２１と基板１１の間に、少なくとも一方の面に検出電極Ｒｘが形成された基板（図示は省略）を追加することができる。

入力装置付き表示装置３のように表示装置ＬＣＤ１用の共通電極１４と入力装置の駆動電極Ｔｘを兼用化すると、検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの間に中間部材が多く配置されるため、検出電極Ｒｘの電極幅と、配置間隔、検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの間の実効電極間距離の値を最適化することが難しくなる。しかし、前記実施の形態１で説明した（式３）を適用することにより、検出電極Ｒｘと駆動電極Ｔｘの間の実効電極間距離Ｄを容易に算出することができる。すなわち、図１２に示す入力装置付き表示装置ＬＣＤ３の場合であれば、基板１１、液晶層１６、画素電極１３、および絶縁層１５のそれぞれの厚さおよび比誘電率を（式３）に代入することで実効電極間距離Ｄの値を容易に算出することができる。また、算出した実効電極間距離Ｄの値を（式１）に代入することにより、Ｗｓｍａｘと間隔Ｐの一元方程式が得られる。つまり、図４を用いて説明した間隔ＳＰと幅ＷＸのうち、いずれか一方を決定すれば、他方の最適値（理想値）を容易に算出することができる。また、前記実施の形態１で説明したように、図４に示す複数の検出電極Ｒｘそれぞれの、Ｘ方向の幅ＷＸを、Ｗｓｍａｘの値±１５０μｍ以内の範囲に収めることで、様々な種類の入力装置の入力位置検出感度および解像度を、それぞれ向上させることができる。また、より確実に検出誤差を±２．０ｍｍ以内に収める観点からは、幅ＷＸを、Ｗｓｍａｘの値±１００μｍ以内の範囲に収めることが好ましい。

＜その他の変形例＞
以上、本願発明者によってなされた発明を実施の形態に基づき具体的に説明したが、本発明は前記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲で種々変更可能である。

例えば、前記実施の形態では、検出電極Ｒｘの最適な幅であるＷｓｍａｘを算出する式を（式１）として示したが、検出電極Ｒｘの線幅を定数にして、他の変数（実効電極間距離Ｄまたは間隔Ｐ）を算出する式とすることができる。

また例えば、前記実施の形態１および前記実施の形態２で説明した技術を、液晶表示装置の他、有機ＥＬ（Electro-Luminescence）ディスプレイなどの表示装置に適用することができる。

本発明は、入力装置付きの表示装置や入力装置付き表示装置が組み込まれた電子機器に広く適用することができる。

１、２ 基板
１ａ、２ａ 前面（面）
１ｂ、２ｂ 背面（面、裏面）
３ 接着層
１１ 基板（カラーフィルタ基板）
１１ａ 前面（面）
１１ｂ 背面（面、裏面、内面）
１２ 基板（アレイ基板）
１２ａ 前面（面、内面）
１２ｂ 背面（面、裏面）
１３ 画素電極
１４ 共通電極
１５ 絶縁層
１６ 液晶層
１７ 半導体チップ（ドライバチップ）
１８ 配線基板
１８ａ、１８ｂ 配線
１９ 接着層
２０ タッチ検出基材
２１ 基板
２１ａ 前面（面）
２１ｂ 背面（面、裏面）
２３ 配線基板
２３ａ 配線
ＢＤ 接着層
Ｃ１ 容量素子
Ｃ２ 容量
ＣＭＤ 入力具
ＤＬ 誘電層（中間部材）
ＤＲ１ 駆動回路（入力装置用駆動回路）
ＤＲ２ 駆動回路（表示用駆動回路）
ＤＴ１ 検出回路
ＤＷ 駆動波形
ＥＦ 電気力線
ＬＣ 液晶
ＬＣＤ１ 表示装置
ＬＣＤ２、ＬＣＤ３ 入力装置付き表示装置
ＬＳ 光源
ＰＬ１、ＰＬ２ 偏光板
Ｒｘ、Ｒｘ１、Ｒｘ２ 検出電極（入力位置検出電極）
Ｓｍａｘ 座表面
ＳＰ 間隔（配列間隔、配置間隔）
ＳＷ、ＳＷ１、ＳＷ２ 信号波形
ＴＰ、ＴＰ１、ＴＰ２ 入力装置（タッチパネル）
Ｔｘ 駆動電極
ＶＷ 観者
ＷＸ 幅

Claims (5)

1. 表示平面の第１方向に沿って第１間隔で配列される複数の入力位置検出電極と、
   前記複数の入力位置検出電極と対向するように配置され、前記複数の入力位置検出電極との間で静電容量を形成する駆動電極と、
   前記複数の入力位置検出電極と前記駆動電極の間に配置される中間部材と、
   を備え、
   前記複数の入力位置検出電極それぞれの、前記第１方向の幅の理想値をＷｓｍａｘ［μｍ］とし、
   前記複数の入力位置検出電極のうち、隣り合う入力位置検出電極の中心間距離である前記第１間隔をＰ［μｍ］とし、
   前記中間部材の比誘電率を前記中間部材の厚さで除した値の逆数で表わされる実効電極間距離をＤ［μｍ］とすると、
   Ｗｓｍａｘ＝０．４８８×Ｐ−４．３３×Ｄ−１６０
   で表わされ、
   前記複数の入力位置検出電極それぞれの、前記第１方向の幅は、前記Ｗｓｍａｘの値±１５０μｍ以内の範囲に収まる入力装置。
2. 前記複数の入力位置検出電極と前記駆動電極の間には、比誘電率の異なる複数の前記中間部材が設けられ、前記実効電極間距離であるＤ［μｍ］は、
   前記比誘電率の異なる複数の前記中間部材それぞれの、比誘電率を厚さで除した値の和の逆数として表わされる請求項１に記載の入力装置。
3. 第１面を有する第１基板、前記第１基板と対向する第２面を有し前記第１基板の前記第１面とは反対側に前記第１基板と離間して配置される第２基板、前記第１基板と前記第２基板の間に配置される複数の画素電極、前記第１基板と前記第２基板の間に配置される共通電極、および前記第１基板と前記第２基板の間に配置され前記複数の画素電極と前記共通電極との間に表示用電圧が印加されることで表示画像を形成する表示機能層を有する表示装置と、
   前記第１基板の前記第１面側に固定される入力装置と、
   を備え、
   前記入力装置は、
   第３面を有する第３基板と、前記第３基板に対向し、前記第３基板よりも前記表示装置側に配置される第４基板とを有し、かつ
   前記第３面の第１方向に沿って第１間隔で配列される複数の入力位置検出電極と、
   前記第３基板を挟んで前記複数の入力位置検出電極と対向するように配置され、前記複数の入力位置検出電極との間で静電容量を形成する駆動電極と、
   前記複数の入力位置検出電極と前記駆動電極の間に配置される中間部材と、
   を備え、
   前記複数の入力位置検出電極それぞれの、前記第１方向の幅の理想値をＷｓｍａｘ［μｍ］とし、
   前記複数の入力位置検出電極のうち、隣り合う入力位置検出電極の中心間距離である前記第１間隔をＰ［μｍ］とし、
   前記中間部材の比誘電率を前記中間部材の厚さで除した値の逆数で表わされる実効電極間距離をＤ［μｍ］とすると、
   Ｗｓｍａｘ＝０．４８８×Ｐ−４．３３×Ｄ−１６０
   で表わされ、
   前記複数の入力位置検出電極それぞれの、前記第１方向の幅は、前記Ｗｓｍａｘの値±１５０μｍ以内の範囲に収まる入力装置付き表示装置。
4. 第１面を有する第１基板、前記第１基板と対向する第２面を有し前記第１基板の前記第１面とは反対側に前記第１基板と離間して配置される第２基板、前記第１基板と前記第２基板の間に配置される複数の画素電極、前記第１基板と前記第２基板の間に配置される共通電極、および前記第１基板と前記第２基板の間に配置され前記複数の画素電極と前記共通電極との間に表示用電圧が印加されることで表示画像を形成する表示機能層を有する表示装置と、
   前記第１基板を挟んで前記第２基板の反対側に形成され、前記表示装置の前記共通電極との間で静電容量を形成して入力位置を検出する複数の入力位置検出電極と、
   を備え、
   前記複数の入力位置検出電極は、前記第１面の第１方向に沿って第１間隔で配列され、
   前記複数の入力位置検出電極それぞれの、前記第１方向の幅の理想値をＷｓｍａｘ［μｍ］とし、
   前記複数の入力位置検出電極のうち、隣り合う入力位置検出電極の中心間距離である前記第１間隔をＰ［μｍ］とし、
   前記複数の入力位置検出電極と前記共通電極の間に配置される中間部材の比誘電率を前記中間部材の厚さで除した値の逆数で表わされる実効電極間距離をＤ［μｍ］とすると、
   Ｗｓｍａｘ＝０．４８８×Ｐ−４．３３×Ｄ−１６０
   で表わされ、
   前記複数の入力位置検出電極それぞれの、前記第１方向の幅は、前記Ｗｓｍａｘの値±１５０μｍ以内の範囲に収まる入力装置付き表示装置。
5. 第１面を有する第１基板、前記第１基板と対向する第２面を有し前記第１基板の前記第１面とは反対側に前記第１基板と離間して配置される第２基板、前記第１基板と前記第２基板の間に配置される複数の画素電極、前記第１基板と前記第２基板の間に配置される共通電極、および前記第１基板と前記第２基板の間に配置され前記複数の画素電極と前記共通電極との間に表示用電圧が印加されることで表示画像を形成する表示機能層を有する表示装置と、
   前記第１基板を挟んで前記第２基板の反対側に形成され、前記表示装置の前記共通電極との間で静電容量を形成して入力位置を検出する複数の入力位置検出電極と、
   前記第１面に対向して配置される第３基板と
   を備え、
   前記複数の入力位置検出電極は、前記第３基板の少なくとも一方の面に第１方向に沿って第１間隔で配列され、
   前記複数の入力位置検出電極それぞれの、前記第１方向の幅の理想値をＷｓｍａｘ［μｍ］とし、
   前記複数の入力位置検出電極のうち、隣り合う入力位置検出電極の中心間距離である前記第１間隔をＰ［μｍ］とし、
   前記複数の入力位置検出電極と前記共通電極の間に配置される中間部材の比誘電率を前記中間部材の厚さで除した値の逆数で表わされる実効電極間距離をＤ［μｍ］とすると、
   Ｗｓｍａｘ＝０．４８８×Ｐ−４．３３×Ｄ−１６０
   で表わされ、
   前記複数の入力位置検出電極それぞれの、前記第１方向の幅は、前記Ｗｓｍａｘの値±１５０μｍ以内の範囲に収まる入力装置付き表示装置。

Images