WO2016163303A1 - タッチセンサ付き液晶表示装置 - Google Patents
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- G06F2203/04112—Electrode mesh in capacitive digitiser: electrode for touch sensing is formed of a mesh of very fine, normally metallic, interconnected lines that are almost invisible to see. This provides a quite large but transparent electrode surface, without need for ITO or similar transparent conductive material
Definitions
- the present invention relates to a liquid crystal display device with a touch sensor.
- Patent Document 1 discloses a display device with a touch sensor provided with a capacitive touch sensor.
- a common electrode provided to face the display pixel electrode is used as a drive electrode of a pair of touch sensor electrodes including a drive electrode and a detection electrode, and is applied to the common electrode.
- the display drive voltage is used as a touch sensor drive signal.
- the flat common electrode is also used as the drive electrode of the touch sensor electrode, so that the load capacity increases and the response time constant increases. Further, since the display drive voltage applied to the common electrode is used as the touch sensor drive signal, the response speed of the touch panel depends on the application timing of the display drive voltage of the display device.
- An object of the present invention is to provide a liquid crystal display device with a touch sensor in which the response speed of the touch sensor is improved while suppressing deterioration in image quality.
- a liquid crystal display device with a touch sensor is provided with an electrode substrate on which a common electrode and a plurality of pixel electrodes are provided, the electrode substrate facing the electrode substrate, and a position corresponding to the pixel electrode.
- a change in capacitance formed between the drive electrode and the drive electrode disposed between the color filter substrates and above or below the black matrix is detected.
- a conductor disposed between the liquid crystal layer and the detection electrode and above or below the color filter.
- the present invention it is possible to improve the response speed of the touch sensor while suppressing deterioration in image quality.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a liquid crystal display device with a touch sensor according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a view for explaining the arrangement position of the drive electrodes, and is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG.
- FIG. 3 is a top view when the detection electrode has a mesh shape.
- FIG. 4A is a diagram schematically illustrating an electric field (lines of electric force) formed when a dummy electrode is not provided.
- FIG. 4B is a diagram schematically showing an electric field formed when a dummy electrode is provided.
- FIG. 5 is a diagram illustrating data obtained by experiments to determine the difference in the magnitude of the signal detected by the touch sensor when the dummy electrode is provided and when the dummy electrode is not provided.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a liquid crystal display device with a touch sensor according to the second embodiment. 7 is a cross-sectional view taken along the line VII-VII in FIG.
- FIG. 8 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a modified configuration of the liquid crystal display device with a touch sensor according to the second embodiment.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a liquid crystal display device with a touch sensor according to the third embodiment.
- FIG. 10 is a cross-sectional view taken along the line XX of FIG.
- FIG. 11 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a modified configuration of the liquid crystal display device with a touch sensor according to the third embodiment.
- FIG. 12 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a liquid crystal display device with a touch sensor according to the fourth embodiment.
- 13 is a sectional view taken along line XIII-XIII in FIG.
- FIG. 14 only the dummy electrodes 8a and 8c are electrically connected among the dummy electrodes 8a, 8b and 8c, and only the dummy electrodes 8d and 8f are electrically connected among the dummy electrodes 8d, 8e and 8f. It is a figure which shows the structure made.
- a liquid crystal display device with a touch sensor is provided with an electrode substrate on which a common electrode and a plurality of pixel electrodes are provided, the electrode substrate facing the electrode substrate, and a position corresponding to the pixel electrode.
- a change in capacitance formed between the drive electrode and the drive electrode disposed between the color filter substrates and above or below the black matrix is detected.
- a conductor disposed between the liquid crystal layer and the detection electrode and above or below the color filter (first configuration). ).
- the load capacity is reduced compared to the configuration arranged on the entire substrate, and the response time constant is reduced. Since it can be made small, the response speed of the touch sensor is improved.
- the conductor plays a role of shielding between the detection electrode and the common electrode. Application of an electric field can be prevented, and deterioration in image quality can be suppressed.
- an insulator disposed between the color filter substrate and the liquid crystal layer may be further provided (second configuration).
- the insulator plays a role of shielding between the detection electrode and the common electrode, it is possible to prevent an electric field from being applied to the liquid crystal layer and to further suppress deterioration in image quality. it can.
- the conductor may be provided in the same layer as the drive electrode (third configuration).
- the conductor may be provided in a different layer from the drive electrode (fourth configuration).
- the conductor is paired with the drive electrode and also functions as a detection electrode for detecting a change in capacitance formed between the drive electrode. You may make it do (5th structure).
- the fifth configuration when the approach or contact of the object is detected using the drive electrode and the conductor, and the approach or contact of the object is detected, the details of the contact of the object are detected using the drive electrode and the detection electrode.
- the position can be specified. According to this method, power consumption can be reduced as compared with a method in which a contact position of an object is always detected using a drive electrode and a detection electrode.
- the conductors functioning as the detection electrodes there are a plurality of the conductors functioning as the detection electrodes, and at least two of the plurality of conductors functioning as the detection electrodes may be electrically connected to each other.
- Good (sixth configuration).
- the number of wirings can be reduced and the power consumption can be further reduced.
- the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules of the liquid crystal layer may be positive (seventh configuration).
- a liquid crystal display element is used as a display element.
- the display element is not limited to the liquid crystal display element, and other display elements such as an organic EL display element. Can be used.
- FIG. 1 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a liquid crystal display device with a touch sensor according to the first embodiment.
- the liquid crystal display device with a touch sensor in this embodiment includes a TFT (thin film transistor) substrate (electrode substrate) 1, a common electrode 2, an insulating film 3, a pixel electrode 4, a liquid crystal layer 5, an insulating film 6, and driving.
- An electrode 7, a dummy electrode 8, a color filter 9, a black matrix 10, a color filter substrate 11, a detection electrode 12, and a counter substrate 13 are provided.
- the side on which the counter substrate 13 is provided is the front side
- the side on which the TFT substrate 1 is provided is the back side.
- the TFT substrate 1 is made of, for example, glass. Further, the counter substrate 13 that faces the TFT substrate 1 and is provided outside is also made of glass, for example.
- the TFT substrate 1 is provided with a common electrode 2 and a plurality of pixel electrodes 4. Specifically, a common electrode 2 is provided on the TFT substrate 1, and a plurality of pixel electrodes 4 are arranged on the common electrode 2 via an insulating film 3 in a matrix. However, a configuration in which a plurality of pixel electrodes 4 are provided on the TFT substrate 1 and the common electrode 2 is provided on the plurality of pixel electrodes 4 via the insulating film 3 may be employed.
- the liquid crystal layer 5 is provided between the TFT substrate 1 and the color filter substrate 11.
- the liquid crystal layer 5 includes liquid crystal molecules that are substances whose optical characteristics change with application of an electric field between the pixel electrode 4 and the common electrode 2.
- the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules is positive.
- the dielectric anisotropy of the liquid crystal molecules may be negative.
- the driving method of the liquid crystal is a horizontal electric field driving method, for example, IPS.
- the liquid crystal driving method is not limited to IPS, and may be FFS, for example.
- a color filter 9 and a black matrix 10 are formed on the color filter substrate 11.
- the color filter 9 is configured by regularly arranging three color filters of red (R), green (G), and blue (B) at positions corresponding to the pixel electrodes 4.
- the black matrix 10 which is a light shielding layer has an opening corresponding to the pixel electrode 4.
- the black matrix 10 is provided so as to surround the color filter 9. That is, the black matrix 10 extends in a first direction (horizontal direction, X-axis direction) 10a in a plan view and in a second direction (vertical direction, Y-axis direction) orthogonal to the first direction. Part 10b (see FIG. 2).
- the drive electrode 7 and the detection electrode 12 constitute a pair of touch sensor electrodes of a capacitive touch sensor (hereinafter also simply referred to as a touch sensor).
- the driving electrode 7 is disposed between the liquid crystal layer 5 and the color filter substrate 11 and below (back side) the black matrix 10.
- the load capacitance can be reduced and the response time constant can be reduced as compared with the configuration in which the drive electrode is formed on the entire surface of the substrate.
- the drive electrode 7 since the drive electrode 7 is disposed under the black matrix 10, it is not necessary to use a transparent electrode, and the drive electrode 7 can be formed of a metal having good conductivity. This improves the response speed of the touch sensor.
- the insulating film 6 serves to shield between the detection electrode 12 and the common electrode 2.
- the insulating film 6 may be made of an organic material or may be made of an inorganic material.
- FIG. 2 is a view for explaining the location of the drive electrode 7 and is a cross-sectional view taken along the line II-II in FIG. However, FIG. 2 shows a wider range than FIG.
- the driving electrode 7 is disposed under the portion 10a extending in the first direction (X-axis direction) of the black matrix 10. That is, a plurality of drive electrodes 7 extending in the first direction are arranged side by side in the second direction (Y-axis direction).
- the detection electrode 12 is an electrode that is paired with the drive electrode 7 and detects a change in capacitance formed between the drive electrode 7.
- the detection electrode 12 is arranged outside (front side) the color filter substrate 11 and between the color filter substrate 11 and the counter substrate 13.
- the detection electrode 12 extends in the second direction (vertical direction) when the liquid crystal display device with a touch sensor is viewed in plan, and a plurality of the detection electrodes 12 are arranged side by side in the first direction (horizontal direction).
- the detection electrode 12 is, for example, a mesh electrode or a transparent electrode made of a material such as indium tin oxide (ITO) so that a displayed image can be visually recognized.
- FIG. 3 is a top view when the detection electrode 12 has a mesh shape.
- Input signals are input to the drive electrode 7 in the form of sequential scanning, and an output signal output from the detection electrode 12 is detected.
- the capacitance between the drive electrode 7 and the detection electrode 12 at that position changes. Based on the output signal output from the detection electrode 12, the position where the capacitance has changed is detected, and the detected position is specified as the touch position.
- a plurality of dummy electrodes 8 that are conductors are arranged.
- the dummy electrode 8 is disposed in the same layer as the drive electrode 7 in the stacking direction.
- the dummy electrode 8 is not connected to other wirings or electrodes and is in an electrically floating state.
- the dummy electrode 8 may be connected to the ground or a voltage may be applied.
- FIG. 4A is a diagram schematically showing an electric field (lines of electric force) formed when the dummy electrode 8 is not provided.
- FIG. 4B is a diagram schematically showing an electric field formed when the dummy electrode 8 is provided. 4A and 4B, in order to schematically show the electric field formed when the dummy electrode 8 is provided and when the dummy electrode 8 is not provided, other than the common electrode 2, the drive electrode 7, the detection electrode 12, and the counter substrate 13 are used. The configuration is omitted.
- the dummy electrode 8 plays a role of shielding between the detection electrode 12 and the common electrode 2 as shown in FIG. 4B. Therefore, no electric field is formed between the detection electrode 12 and the common electrode 2. As a result, it is possible to prevent an electric field from being applied to the liquid crystal layer 5 due to the electric field between the detection electrode 12 and the common electrode 2, so that deterioration in image quality can be suppressed.
- FIG. 5 is a diagram showing data obtained by experiments to determine the difference in signal magnitude detected by the touch sensor when the dummy electrode 8 is provided and when the dummy electrode 8 is not provided.
- FIG. 5 shows the noise detected by the touch sensor, the maximum value of the signal detected by the touch sensor, the minimum value of the signal detected by the touch sensor, and the SNR (signal-to-noise ratio).
- the magnitude of noise detected by the touch sensor is almost the same between the case where the dummy electrode 8 is not provided and the case where the dummy electrode 8 is provided, but the maximum value of the signal detected by the touch sensor when the dummy electrode 8 is provided. Both the minimum value increased. Therefore, when the dummy electrode 8 is provided compared to the case where the dummy electrode 8 is not provided, the SNR is increased.
- FIG. 6 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a liquid crystal display device with a touch sensor according to the second embodiment.
- FIG. 7 is a sectional view taken along line VII-VII in FIG. However, FIG. 7 shows a wider range than FIG.
- the dummy electrode 8 is provided in a different layer from the drive electrode 7. Specifically, the dummy electrode 8 is disposed below the color filter 9 and between the insulating film 6 and the liquid crystal layer 5. In other words, the insulating film 6 is disposed between the dummy electrode 8 and the color filter 9. The insulating film 6 serves to shield between the detection electrode 12 and the common electrode 2.
- the dummy electrode 8 is disposed not only under the color filter 9 but also under the drive electrode 7.
- the dummy electrode 8 disposed under the drive electrode 7 serves to shield between the drive electrode 7 and the common electrode 2.
- the drive electrode 7 is arranged under the black matrix 10 as in the liquid crystal display device with a touch sensor in the first embodiment. Since the load capacity is reduced and the response time constant can be reduced as compared with the flat plate configuration, the response speed of the touch sensor is improved. Further, since the dummy electrode 8 is disposed between the color filter 9 and the liquid crystal layer 5, the dummy electrode 8 serves to shield between the detection electrode 12 and the common electrode 2. As a result, it is possible to prevent an electric field from being applied to the liquid crystal layer 5 due to the electric field between the detection electrode 12 and the common electrode 2, so that deterioration in image quality can be suppressed.
- the dummy electrode 8 may be arranged between the insulating film 6 and the liquid crystal layer 5 and only under the color filter 9.
- FIG. 8 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a modified configuration of the liquid crystal display device with a touch sensor according to the second embodiment.
- the dummy electrode 8 is disposed between the insulating film 6 and the liquid crystal layer 5 and under the color filter 9, but is not disposed under the drive electrode 7. . Even in this configuration, the response speed of the touch sensor can be improved without degrading the image quality.
- FIG. 9 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a liquid crystal display device with a touch sensor according to the third embodiment.
- FIG. 10 is a sectional view taken along line XX of FIG. However, FIG. 10 shows a wider range than FIG.
- the drive electrode 7 is disposed between the black matrix 10 and the color filter substrate 11, that is, on the black matrix 10.
- the dummy electrode 8 is disposed below the color filter 9 and between the color filter 9 and the insulating film 6.
- the drive electrode 7 is disposed on the black matrix 10
- the load capacity is reduced and the response is reduced as compared with the configuration in which the drive electrode is a flat plate. Since the time constant can be reduced, the response speed of the touch sensor is improved.
- the dummy electrode 8 is disposed between the color filter 9 and the liquid crystal layer 5, the dummy electrode 8 serves to shield between the detection electrode 12 and the common electrode 2. As a result, it is possible to prevent an electric field from being applied to the liquid crystal layer 5 due to the electric field between the detection electrode 12 and the common electrode 2, so that deterioration in image quality can be suppressed.
- the dummy electrode 8 may be disposed on the color filter 9.
- FIG. 11 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a modified configuration of the liquid crystal display device with a touch sensor according to the third embodiment.
- the dummy electrode 8 is disposed on the color filter 9 and between the color filter 9 and the color filter substrate 11. That is, the dummy electrode 8 is provided in the same layer as the drive electrode 7.
- the dummy electrode 8 since the dummy electrode 8 is provided between the detection electrode 12 and the common electrode 2, it plays a role of shielding between the detection electrode 12 and the common electrode 2. That is, like the liquid crystal display device with a touch sensor in the third embodiment, the response speed of the touch sensor can be improved without degrading the image quality.
- FIG. 12 is a diagram illustrating a cross-sectional structure of a main part of a liquid crystal display device with a touch sensor according to the fourth embodiment.
- FIG. 13 is a sectional view taken along line XIII-XIII in FIG. However, FIG. 13 shows a wider range than FIG.
- the drive electrode 7 is disposed between the black matrix 10 and the liquid crystal layer 5 and below the black matrix 10.
- the dummy electrode 8 is disposed between the insulating film 6 and the liquid crystal layer 5. As shown in FIG. 13, the dummy electrodes 8 extend in the first direction (horizontal direction) like the drive electrodes 7, and a plurality of dummy electrodes 8 are arranged side by side in the second direction (vertical direction). Although it is provided in a layer different from the drive electrode 7 in the stacking direction, the dummy electrode 8 is provided between adjacent drive electrodes 7 in plan view as shown in FIG.
- the dummy electrode 8 is not disposed under the drive electrode 7, but the dummy electrode 8 may be disposed under the drive electrode 7.
- adjacent three dummy electrodes 8a, 8b, and 8c are electrically connected to each other. Further, adjacent three dummy electrodes 8d, 8e, 8f are also electrically connected to each other.
- the dummy electrode 8 is also used as a detection electrode of the touch sensor. That is, the dummy electrode 8 is paired with the drive electrode 7 and also functions as a detection electrode for detecting a change in capacitance formed between the drive electrode 7.
- a signal is supplied to the drive electrode 7 and an output signal of the dummy electrode 8 is detected.
- a human finger, a touch pen, or the like approaches or contacts the surface of the liquid crystal display device with a touch sensor
- the capacitance between the dummy electrode 8 and the adjacent drive electrode 7 at the approaching or contacting position changes,
- the output signal of the dummy electrode 8 changes. That is, by detecting a change in the output signal of the dummy electrode 8, it is detected that an object such as a human finger or a touch pen approaches or contacts the surface of the liquid crystal display device with a touch sensor.
- both the drive electrode 7 and the dummy electrode 8 extend in the first direction (horizontal direction), it can be detected that the object is approaching or contacting, but the detailed position of the approaching or contacting of the object is determined. It cannot be specified. However, the power consumption is small compared to a method of specifying the detailed position of the contact of the object using the drive electrode 7 and the detection electrode 12 as a pair of touch sensor electrodes. Also, since the three adjacent dummy electrodes (8a, 8b, 8c), (8d, 8e, 8f) are connected, the power consumption is lower than when detecting the output signals of the dummy electrodes 8. Lower.
- the drive electrode 7 and the detection electrode Using 12 as a pair of touch sensor electrodes the detailed contact position of the object is specified.
- power consumption can be reduced as compared with a method in which contact of an object is always detected using the drive electrode 7 and the detection electrode 12. That is, power consumption can be reduced by using the drive electrode 7 and the dummy electrode 8 as a touch sensor until the approach or contact of an object is detected. Further, when the approach or contact of an object is detected, a detailed contact position of the object can be detected by using the drive electrode 7 and the detection electrode 12 as a touch sensor.
- the three adjacent dummy electrodes 8a, 8b, and 8c are electrically connected to each other.
- the dummy electrodes 8a and 8c are electrically connected to each other, and the dummy electrodes 8b, The dummy electrodes 8a and 8c may not be electrically connected.
- the three adjacent dummy electrodes 8d, 8e, and 8f for example, only the dummy electrodes 8d and 8f are electrically connected to each other, and the dummy electrode 8e and the dummy electrodes 8d and 8f are electrically connected. It does not have to be.
- FIG. 14 shows that only the dummy electrodes 8a and 8c among the three adjacent dummy electrodes 8a, 8b and 8c are electrically connected to each other, and the dummy electrode among the three adjacent dummy electrodes 8d, 8e and 8f It is a figure which shows the structure by which only 8d and 8f are mutually connected electrically.
- the object is located at the position of the dummy electrode 8b. It is possible to distinguish and detect whether the object is approaching or contacting, or whether the object is approaching or contacting either of the dummy electrodes 8a and 8c. Similarly, for the three adjacent dummy electrodes 8d, 8e, and 8f, it is determined whether the object approaches or contacts the position of the dummy electrode 8e or whether the object approaches or contacts any of the dummy electrodes 8d and 8f. It can be detected separately.
- all of the three adjacent dummy electrodes 8a, 8b, and 8c may not be electrically connected to each other. In this case, it is distinguished whether the object approaches or contacts the position of the dummy electrode 8a, whether the object approaches or contacts the position of the dummy electrode 8b, or whether the object approaches or contacts the position of the dummy electrode 8c. Can be detected. Similarly, all of the three adjacent dummy electrodes 8d, 8e, and 8f may not be electrically connected to each other.
- the present invention is not limited to the above-described embodiment.
- the three adjacent dummy electrodes 8 are electrically connected.
- the two adjacent dummy electrodes 8 may be electrically connected or adjacent to each other.
- Four or more dummy electrodes may be electrically connected.
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Abstract
画質の低下を抑制しつつ、タッチセンサの応答速度が向上されたタッチセンサ付き液晶表示装置を提供する。タッチセンサ付き液晶表示装置は、共通電極2及び複数の画素電極4が設けられた基板1と、基板1に対向して設けられ、画素電極4に対応する位置に形成されたカラーフィルタ9と、画素電極4に対応する部分が開口されたブラックマトリクス10とが形成されたカラーフィルタ基板11と、基板1及びカラーフィルタ基板11の間に設けられた液晶層5と、液晶層5とカラーフィルタ基板11の間であって、ブラックマトリクス10の上または下に配置された駆動電極7と、駆動電極7との間に静電容量を形成する検出電極12と、液晶層5と検出電極12との間であって、カラーフィルタ9の上または下に配置された導電体8とを備える。
Description
本発明は、タッチセンサ付き液晶表示装置に関する。
特許文献1には、静電容量式のタッチセンサ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、表示画素電極と対向して設けられた共通電極を、駆動電極と検出電極とからなる一対のタッチセンサ用電極のうちの駆動電極として兼用すると共に、共通電極に印加される表示用駆動電圧をタッチセンサ用駆動信号として利用している。これにより、新たに駆動電極を設ける必要がなく、構造を簡単化することができる。
しかしながら、従来のタッチセンサ付き表示装置では、平板状の共通電極をタッチセンサ用電極の駆動電極として兼用するので、負荷容量が増大し、応答時定数が大きくなる。また、共通電極に印加される表示用駆動電圧をタッチセンサ用駆動信号として利用するため、タッチパネルの応答速度は、表示装置の表示用駆動電圧の印加タイミングに依存する。
本発明は、画質の低下を抑制しつつ、タッチセンサの応答速度を向上させたタッチセンサ付き液晶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液晶表示装置は、共通電極及び複数の画素電極が設けられた電極基板と、前記電極基板に対向して設けられ、前記画素電極に対応する位置に形成されたカラーフィルタと、前記画素電極に対応する部分が開口されたブラックマトリクスとが形成されたカラーフィルタ基板と、前記電極基板及び前記カラーフィルタ基板の間に設けられた液晶層と、前記液晶層と前記カラーフィルタ基板の間であって、前記ブラックマトリクスの上または下に配置された駆動電極と、前記駆動電極と対になり、前記駆動電極との間に形成される静電容量の変化を検出するための検出電極と、前記液晶層と前記検出電極との間であって、前記カラーフィルタの上または下に配置された導電体と、を備える。
本発明によれば、画質の低下を抑制しつつ、タッチセンサの応答速度を向上させることができる。
本発明の一実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置は、共通電極及び複数の画素電極が設けられた電極基板と、前記電極基板に対向して設けられ、前記画素電極に対応する位置に形成されたカラーフィルタと、前記画素電極に対応する部分が開口されたブラックマトリクスとが形成されたカラーフィルタ基板と、前記電極基板及び前記カラーフィルタ基板の間に設けられた液晶層と、前記液晶層と前記カラーフィルタ基板の間であって、前記ブラックマトリクスの上または下に配置された駆動電極と、前記駆動電極と対になり、前記駆動電極との間に形成される静電容量の変化を検出するための検出電極と、前記液晶層と前記検出電極との間であって、前記カラーフィルタの上または下に配置された導電体と、を備える(第1の構成)。
第1の構成によれば、タッチセンサの駆動電極をブラックマトリクスの上または下に配置する細線形状とすることにより、基板の全体に配置する構成に比べて負荷容量が低減し、応答時定数を小さくすることができるので、タッチセンサの応答速度が向上する。また、液晶層と検出電極との間であって、カラーフィルタの上または下に導電体を配置することにより、導電体が検出電極と共通電極の間を遮蔽する役割を果たすので、液晶層に電界が印加されるのを防ぐことができ、画質の低下を抑制することができる。
第1の構成において、前記カラーフィルタ基板と前記液晶層との間に配置された絶縁体をさらに備えるようにしてもよい(第2の構成)。
第2の構成によれば、絶縁体が検出電極と共通電極の間を遮蔽する役割を果たすので、液晶層に電界が印加されるのを防ぐことができ、画質の低下をさらに抑制することができる。
第1または第2の構成において、前記導電体は、前記駆動電極と同じ層に設けられていてもよい(第3の構成)。
また、第1または第2の構成において、前記導電体は、前記駆動電極と異なる層に設けられていてもよい(第4の構成)。
第1~第3のいずれかの構成において、前記導電体は、前記駆動電極と対になり、前記駆動電極との間に形成される静電容量の変化を検出するための検出電極としても機能するようにしてもよい(第5の構成)。
第5の構成によれば、駆動電極及び導電体を用いて、物体の接近または接触を検出し、物体の接近または接触を検出すると、駆動電極及び検出電極を用いて、物体の接触の詳細な位置を特定することができる。この方法によれば、常に駆動電極及び検出電極を用いて物体の接触位置を検出する方法に比べて、消費電力を低減することができる。
第5の構成において、前記検出電極として機能する前記導電体は複数存在し、前記検出電極として機能する複数の前記導電体のうち、少なくとも2つの前記導電体は電気的に互いに接続されていてもよい(第6の構成)。
第6の構成によれば、配線の数を低減することができ、かつ、消費電力をさらに低減することができる。
第1から第6のいずれかの構成において、前記液晶層の液晶分子の誘電率異方性を正としてもよい(第7の構成)。
[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。
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。
以下で説明する各実施形態では、表示素子として液晶表示素子を用いた例を挙げて説明するが、表示素子が液晶表示素子に限定されることはなく、有機EL表示素子等、他の表示素子を用いることができる。
[第1の実施形態]
図1は、第1の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置の要部断面構造を示す図である。本実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置は、TFT(薄膜トランジスタ)基板(電極基板)1と、共通電極2と、絶縁膜3と、画素電極4と、液晶層5と、絶縁膜6と、駆動電極7と、ダミー電極8と、カラーフィルタ9と、ブラックマトリクス10と、カラーフィルタ基板11と、検出電極12と、対向基板13とを備える。このタッチセンサ付き液晶表示装置では、対向基板13が設けられている側が表側であり、TFT基板1が設けられている側が裏側である。
図1は、第1の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置の要部断面構造を示す図である。本実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置は、TFT(薄膜トランジスタ)基板(電極基板)1と、共通電極2と、絶縁膜3と、画素電極4と、液晶層5と、絶縁膜6と、駆動電極7と、ダミー電極8と、カラーフィルタ9と、ブラックマトリクス10と、カラーフィルタ基板11と、検出電極12と、対向基板13とを備える。このタッチセンサ付き液晶表示装置では、対向基板13が設けられている側が表側であり、TFT基板1が設けられている側が裏側である。
TFT基板1は、例えばガラスにより構成されている。また、TFT基板1と対向し、外側に設けられている対向基板13も、例えばガラスにより構成されている。
TFT基板1には、共通電極2及び複数の画素電極4が設けられている。具体的には、TFT基板1の上に共通電極2が設けられ、共通電極2の上に絶縁膜3を介して、複数の画素電極4がマトリクス状に配置されている。ただし、TFT基板1に複数の画素電極4が設けられ、複数の画素電極4の上に絶縁膜3を介して共通電極2が設けられる構成であってもよい。
液晶層5は、TFT基板1及びカラーフィルタ基板11の間に設けられている。液晶層5は、画素電極4と共通電極2との間への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。本実施形態では、液晶分子の誘電率異方性は正である。ただし、液晶分子の誘電率異方性は負でもよい。液晶の駆動方式は、横電界駆動方式であって、例えばIPSである。ただし、液晶の駆動方式がIPSに限定されることはなく、例えばFFS等でもよい。
カラーフィルタ基板11には、カラーフィルタ9と、ブラックマトリクス10とが形成されている。カラーフィルタ9は、画素電極4に対応する位置に、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色のフィルタが規則的に配列されて構成されている。遮光層であるブラックマトリクス10は、画素電極4に対応する部分が開口している。
ブラックマトリクス10はカラーフィルタ9を取り囲むように設けられている。すなわち、ブラックマトリクス10は、平面視で第1の方向(水平方向、X軸方向)に伸びた部分10aと、第1の方向と直交する第2の方向(鉛直方向、Y軸方向)に伸びた部分10bとから構成されている(図2参照)。
駆動電極7及び検出電極12は、静電容量型タッチセンサ(以下、単にタッチセンサとも呼ぶ)の一対のタッチセンサ用電極を構成する。
駆動電極7は、液晶層5とカラーフィルタ基板11との間であって、ブラックマトリクス10の下(裏側)に配置されている。駆動電極7をブラックマトリクス10の下に配置する細線形状とすることにより、駆動電極を基板全面に形成する構成に比べて負荷容量が低減し、応答時定数を小さくすることができるので、タッチセンサの応答速度が向上する。また、駆動電極7をブラックマトリクス10の下に配置するため、透明電極とする必要がなく、導電性の良い金属により形成することができる。これにより、タッチセンサの応答速度が向上する。
駆動電極7と液晶層5との間には、絶縁膜6が設けられている。絶縁膜6は、検出電極12と共通電極2の間を遮蔽する役割を果たす。絶縁膜6は、有機材料により構成されていてもよいし、無機材料により構成されていてもよい。
図2は、駆動電極7の配置場所を説明するための図であって、図1のII-II断面図である。ただし、図2では、図1よりも広い範囲を示している。
駆動電極7は、ブラックマトリクス10の第1の方向(X軸方向)に伸びた部分10aの下に配置されている。すなわち、第1の方向に伸びている駆動電極7は、第2の方向(Y軸方向)に並んで複数配置されている。
検出電極12は、駆動電極7と対になり、駆動電極7との間に形成される静電容量の変化を検出するための電極である。この検出電極12は、カラーフィルタ基板11の外側(表側)であって、カラーフィルタ基板11と対向基板13との間に配置されている。検出電極12は、タッチセンサ付き液晶表示装置を平面視したときに第2の方向(鉛直方向)に伸びており、第1の方向(水平方向)に並んで複数配置されている。検出電極12は、表示される画像が視認できるように、例えばメッシュ形状の電極や、ITO(indium tin oxide)等の材料を用いて構成された透明電極とする。図3は、検出電極12をメッシュ形状とした場合の上面図である。
タッチセンサによって、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。駆動電極7に対して入力信号を順次に走査する形で入力し、検出電極12から出力される出力信号を検出する。タッチセンサ付き液晶表示装置の表面のいずれかの領域がタッチされると、その位置における駆動電極7と検出電極12との間の静電容量が変化する。検出電極12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。
液晶層5と検出電極12との間であって、カラーフィルタ9の下には、導電体であるダミー電極8が複数配置されている。本実施形態では、ダミー電極8は、積層方向において、駆動電極7と同じ層に配置されている。ダミー電極8は、他の配線や電極とは接続されておらず、電気的に浮いた状態となっている。ただし、ダミー電極8はグランドに接続されていてもよいし、電圧が印加されていてもよい。
図4Aは、ダミー電極8を設けない場合に形成される電界(電気力線)を模式的に示す図である。また、図4Bは、ダミー電極8を設けた場合に形成される電界を模式的に示す図である。図4A及び図4Bでは、ダミー電極8を設けた場合と設けない場合とにおいて形成される電界を模式的に示すために、共通電極2、駆動電極7、検出電極12、及び対向基板13以外の構成は省略している。
図4Aに示すように、ダミー電極8を設けない場合には、隣接する駆動電極7の間の領域、すなわち、カラーフィルタ9を介して、検出電極12と共通電極2との間に電界が生じるため、検出電極12と共通電極2との間に配置されている液晶層5に電界が印加される。このため、画像表示に影響が及び、画質が低下する可能性がある。
一方、本実施形態のように、隣接する駆動電極7の間にダミー電極8を設けた場合、図4Bに示すように、ダミー電極8が検出電極12と共通電極2の間を遮蔽する役割を果たすので、検出電極12と共通電極2との間に電界は形成されない。これにより、検出電極12及び共通電極2間の電界に起因して液晶層5に電界が印加されるのを防ぐことができるので、画質の低下を抑制することができる。
図5は、ダミー電極8を設けた場合と設けない場合とにおいて、タッチセンサで検出される信号の大きさの違いを実験により求めたデータを示す図である。図5では、タッチセンサで検出されたノイズ、タッチセンサで検出された信号の最大値、タッチセンサで検出された信号の最小値、及びSNR(信号対雑音比)をそれぞれ示している。
ダミー電極8を設けない場合と設けた場合において、タッチセンサで検出されたノイズの大きさはほとんど変わらなかったが、ダミー電極8を設けた場合の方がタッチセンサで検出された信号の最大値及び最小値ともに大きくなった。従って、ダミー電極8を設けない場合に比べてダミー電極8を設けた場合には、SNRが大きくなった。
[第2の実施形態]
図6は、第2の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置の要部断面構造を示す図である。また、図7は、図6のVII-VII断面図である。ただし、図7では、図6よりも広い範囲を示している。
図6は、第2の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置の要部断面構造を示す図である。また、図7は、図6のVII-VII断面図である。ただし、図7では、図6よりも広い範囲を示している。
第2の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置では、ダミー電極8が駆動電極7とは異なる層に設けられている。具体的には、ダミー電極8は、カラーフィルタ9の下であって、絶縁膜6と液晶層5との間に配置されている。換言すると、絶縁膜6がダミー電極8とカラーフィルタ9との間に配置されている。絶縁膜6は、検出電極12と共通電極2の間を遮蔽する役割を果たす。
図6及び図7に示すように、ダミー電極8は、カラーフィルタ9の下だけでなく、駆動電極7の下にも配置されている。駆動電極7の下に配置されているダミー電極8は、駆動電極7と共通電極2との間を遮蔽する役割を果たす。
第2の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置においても、第1の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置と同様に、駆動電極7をブラックマトリクス10の下に配置しているので、駆動電極を平板状とする構成に比べて負荷容量が低減し、応答時定数を小さくすることができるので、タッチセンサの応答速度が向上する。また、カラーフィルタ9と液晶層5の間にダミー電極8を配置しているので、ダミー電極8が検出電極12と共通電極2の間を遮蔽する役割を果たす。これにより、検出電極12及び共通電極2間の電界に起因して液晶層5に電界が印加されるのを防ぐことができるので、画質の低下を抑制することができる。
<第2の実施形態の変形構成>
ダミー電極8は、絶縁膜6と液晶層5との間であって、カラーフィルタ9の下にだけ配置される構成としてもよい。
ダミー電極8は、絶縁膜6と液晶層5との間であって、カラーフィルタ9の下にだけ配置される構成としてもよい。
図8は、第2の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置の変形構成の要部断面構造を示す図である。図8に示す変形構成例では、ダミー電極8が絶縁膜6と液晶層5との間であって、カラーフィルタ9の下に配置されているが、駆動電極7の下には配置されていない。この構成においても、画質を低下させることなく、タッチセンサの応答速度を向上させることができる。
[第3の実施形態]
図9は、第3の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置の要部断面構造を示す図である。また、図10は、図9のX-X断面図である。ただし、図10では、図9よりも広い範囲を示している。
図9は、第3の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置の要部断面構造を示す図である。また、図10は、図9のX-X断面図である。ただし、図10では、図9よりも広い範囲を示している。
第3の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置では、駆動電極7がブラックマトリクス10とカラーフィルタ基板11との間、すなわち、ブラックマトリクス10の上に配置されている。
ダミー電極8は、カラーフィルタ9の下であって、カラーフィルタ9と絶縁膜6との間に配置されている。
第3の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置によれば、駆動電極7をブラックマトリクス10の上に配置しているので、駆動電極を平板状とする構成に比べて負荷容量が低減し、応答時定数を小さくすることができるので、タッチセンサの応答速度が向上する。また、カラーフィルタ9と液晶層5の間にダミー電極8を配置しているので、ダミー電極8が検出電極12と共通電極2の間を遮蔽する役割を果たす。これにより、検出電極12及び共通電極2間の電界に起因して液晶層5に電界が印加されるのを防ぐことができるので、画質の低下を抑制することができる。
<第3の実施形態の変形構成>
ダミー電極8は、カラーフィルタ9の上に配置されていてもよい。
ダミー電極8は、カラーフィルタ9の上に配置されていてもよい。
図11は、第3の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置の変形構成の要部断面構造を示す図である。図11に示す変形構成例では、ダミー電極8がカラーフィルタ9の上であって、カラーフィルタ9とカラーフィルタ基板11との間に配置されている。すなわち、ダミー電極8は、駆動電極7と同じ層に設けられている。
この構成においても、ダミー電極8は、検出電極12と共通電極2の間に設けられているため、検出電極12と共通電極2の間を遮蔽する役割を果たす。すなわち、第3の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置と同様に、画質を低下させることなく、タッチセンサの応答速度を向上させることができる。
[第4の実施形態]
図12は、第4の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置の要部断面構造を示す図である。また、図13は、図12のXIII-XIII断面図である。ただし、図13では、図12よりも広い範囲を示している。
図12は、第4の実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置の要部断面構造を示す図である。また、図13は、図12のXIII-XIII断面図である。ただし、図13では、図12よりも広い範囲を示している。
駆動電極7は、ブラックマトリクス10と液晶層5との間であって、ブラックマトリクス10の下に配置されている。
ダミー電極8は、絶縁膜6と液晶層5との間に配置されている。図13に示すように、ダミー電極8は、駆動電極7と同じように第1の方向(水平方向)に伸びており、第2の方向(鉛直方向)に並んで複数配置されている。積層方向では駆動電極7と異なる層に設けられているが、図13に示すように平面視では、ダミー電極8は、隣接する駆動電極7の間に設けられている。
なお、図12に示すように、駆動電極7の下にはダミー電極8を配置していないが、駆動電極7の下にもダミー電極8を配置するようにしてもよい。
図13において、隣接する3つのダミー電極8a、8b、8cはそれぞれ電気的に互いに接続されている。また、隣接する3つのダミー電極8d、8e、8fもそれぞれ電気的に互いに接続されている。
本実施形態では、ダミー電極8をタッチセンサの検出電極としても用いる。すなわち、ダミー電極8は、駆動電極7と対になり、駆動電極7との間に形成される静電容量の変化を検出するための検出電極としても機能する。ダミー電極8をタッチセンサの検出電極として用いる場合、駆動電極7に信号を供給し、ダミー電極8の出力信号を検出する。人の指やタッチペン等がタッチセンサ付き液晶表示装置の表面に接近したり接触すると、接近または接触した位置におけるダミー電極8と、隣接する駆動電極7との間の静電容量が変化して、ダミー電極8の出力信号が変化する。すなわち、ダミー電極8の出力信号の変化を検出することにより、人の指やタッチペン等の物体がタッチセンサ付き液晶表示装置の表面に接近または接触することを検出する。
上述した方法では、駆動電極7及びダミー電極8が共に第1の方向(水平方向)に伸びているため、物体が接近または接触したことは検出できるが、物体の接近または接触の詳細な位置を特定することはできない。ただし、駆動電極7及び検出電極12を一対のタッチセンサ用電極として用いて、物体の接触の詳細な位置を特定する方法に比べて、消費電力は小さい。また、隣接する3つのダミー電極(8a、8b、8c)、(8d、8e、8f)が接続されているため、ダミー電極8のそれぞれの出力信号を検出する場合と比べても、消費電力は低くなる。
このため、本実施形態におけるタッチセンサ付き液晶表示装置では、駆動電極7及びダミー電極8を用いて、物体の接近または接触を検出し、物体の接近または接触を検出すると、駆動電極7及び検出電極12を一対のタッチセンサ用電極として、詳細な物体の接触位置を特定する。
この方法によれば、常に駆動電極7及び検出電極12を用いて物体の接触を検出する方法に比べて、消費電力を低減することができる。すなわち、物体の接近または接触を検出するまでは、駆動電極7及びダミー電極8をタッチセンサとして用いることにより、消費電力を低減することができる。また、物体の接近または接触を検出すると、駆動電極7及び検出電極12をタッチセンサとして用いることにより、詳細な物体の接触位置を検出することができる。
<第4の実施形態の変形構成>
図13では、隣接する3つのダミー電極8a、8b、8cはそれぞれ電気的に互いに接続されていたが、例えば、ダミー電極8aと8cだけが電気的に互いに接続されており、ダミー電極8bと、ダミー電極8a及び8cとは電気的に接続されていなくてもよい。同様に、隣接する3つのダミー電極8d、8e、8fのうち、例えばダミー電極8dと8fだけが電気的に互いに接続されており、ダミー電極8eと、ダミー電極8d及び8fとは電気的に接続されていなくてもよい。
図13では、隣接する3つのダミー電極8a、8b、8cはそれぞれ電気的に互いに接続されていたが、例えば、ダミー電極8aと8cだけが電気的に互いに接続されており、ダミー電極8bと、ダミー電極8a及び8cとは電気的に接続されていなくてもよい。同様に、隣接する3つのダミー電極8d、8e、8fのうち、例えばダミー電極8dと8fだけが電気的に互いに接続されており、ダミー電極8eと、ダミー電極8d及び8fとは電気的に接続されていなくてもよい。
図14は、隣接する3つのダミー電極8a、8b、8cのうち、ダミー電極8aと8cだけが電気的に互いに接続されており、隣接する3つのダミー電極8d、8e、8fのうち、ダミー電極8dと8fだけが電気的に互いに接続されている構成を示す図である。
図14に示すように、隣接する3つのダミー電極8a、8b、8cのうち、ダミー電極8bと、ダミー電極8a及び8cとが電気的に接続されていなければ、ダミー電極8bの位置に物体が接近または接触したのか、ダミー電極8a及び8cのどちらかの位置に物体が接近または接触したのかを区別して検出することができる。隣接する3つのダミー電極8d、8e、8fについても同様に、ダミー電極8eの位置に物体が接近または接触したのか、ダミー電極8d及び8fのどちらかの位置に物体が接近または接触したのかを区別して検出することができる。
なお、隣接する3つのダミー電極8a、8b、8cの全てが電気的に互いに接続されていなくてもよい。この場合には、ダミー電極8aの位置に物体が接近または接触したのか、ダミー電極8bの位置に物体が接近または接触したのか、あるいはダミー電極8cの位置に物体が接近または接触したのかを区別して検出することができる。同様に、隣接する3つのダミー電極8d、8e、8fの全てが電気的に互いに接続されていなくてもよい。
本発明は、上述した実施形態に限定されない。例えば、第4の実施形態では、隣接する3つのダミー電極8が電気的に接続されているものとしたが、隣接する2つのダミー電極8が電気的に接続されていてもよいし、隣接する4つ以上のダミー電極が電気的に接続されていてもよい。
1…TFT基板、2…共通電極、3…絶縁膜、4…画素電極、5…液晶層、6…絶縁膜、7…駆動電極、8…ダミー電極、9…カラーフィルタ、10…ブラックマトリクス、11…カラーフィルタ基板、12…検出電極、13…対向基板
Claims (7)
- 共通電極及び複数の画素電極が設けられた電極基板と、
前記電極基板に対向して設けられ、前記画素電極に対応する位置に形成されたカラーフィルタと、前記画素電極に対応する部分が開口されたブラックマトリクスとが形成されたカラーフィルタ基板と、
前記電極基板及び前記カラーフィルタ基板の間に設けられた液晶層と、
前記液晶層と前記カラーフィルタ基板の間であって、前記ブラックマトリクスの上または下に配置された駆動電極と、
前記駆動電極と対になり、前記駆動電極との間に形成される静電容量の変化を検出するための検出電極と、
前記液晶層と前記検出電極との間であって、前記カラーフィルタの上または下に配置された導電体と、
を備えるタッチセンサ付き液晶表示装置。 - 前記カラーフィルタ基板と前記液晶層との間に配置された絶縁体をさらに備える、請求項1に記載のタッチセンサ付き液晶表示装置。
- 前記導電体は、前記駆動電極と同じ層に設けられている、請求項1または2に記載のタッチセンサ付き液晶表示装置。
- 前記導電体は、前記駆動電極と異なる層に設けられている、請求項1または2に記載のタッチセンサ付き液晶表示装置。
- 前記導電体は、前記駆動電極と対になり、前記駆動電極との間に形成される静電容量の変化を検出するための検出電極としても機能する、請求項1から請求項3のいずれか一項に記載のタッチセンサ付き液晶表示装置。
- 前記検出電極として機能する前記導電体は複数存在し、前記検出電極として機能する複数の前記導電体のうち、少なくとも2つの前記導電体は電気的に互いに接続されている、請求項5に記載のタッチセンサ付き液晶表示装置。
- 前記液晶層の液晶分子の誘電率異方性は正である、請求項1から請求項6のいずれか一項に記載のタッチセンサ付き液晶表示装置。
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