(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】
(24)【登録日】2022-03-18
(45)【発行日】2022-03-29
(54)【発明の名称】タッチセンサおよび表示装置
(51)【国際特許分類】
G06F 3/041 20060101AFI20220322BHJP
【FI】
G06F3/041 422
(21)【出願番号】P 2017106226
(22)【出願日】2017-05-30
【審査請求日】2020-05-21
(73)【特許権者】
【識別番号】501426046
【氏名又は名称】エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】100094112
【氏名又は名称】岡部 讓
(74)【代理人】
【識別番号】100106183
【氏名又は名称】吉澤 弘司
(74)【代理人】
【識別番号】100114915
【氏名又は名称】三村 治彦
(74)【代理人】
【識別番号】100120363
【氏名又は名称】久保田 智樹
(74)【代理人】
【識別番号】100125139
【氏名又は名称】岡部 洋
(72)【発明者】
【氏名】鈴木 貴之
(72)【発明者】
【氏名】高杉 親知
【審査官】田川 泰宏
(56)【参考文献】
【文献】中国特許出願公開第102622129(CN,A)
【文献】米国特許出願公開第2016/0246410(US,A1)
【文献】特開2003-223275(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2003/0102875(US,A1)
【文献】米国特許出願公開第2014/0347299(US,A1)
【文献】特開2012-221426(JP,A)
【文献】中国特許出願公開第102662544(CN,A)
【文献】特開2017-091540(JP,A)
【文献】米国特許出願公開第2017/0160835(US,A1)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G06F 3/041
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
接触を検出する複数のセンサ素子を備え、
それぞれの前記センサ素子は、導電性の主枝部と、導電性の複数の副枝部と、を有し、
それぞれの前記センサ素子において、それぞれの前記副枝部の一方端は前記主枝部に接続され、かつ他方端は開放端であり、隣接する2つの前記副枝部は離間して配置されており、
前記複数のセンサ素子のうち
第1の方向に沿って隣接する2つのセンサ素子は同じ形状であり、前記第1の方向に沿って隣接する2つの前記センサ素子の前記副枝部は、
前記第1の方向と交差する第2の方向に沿って交互に配置されていることを特徴とする、タッチセンサ。
【請求項2】
それぞれの前記センサ素子において、隣接する2つの前記副枝部間の間隔は、それぞれの前記副枝部の太さよりも大きいことを特徴とする、請求項1に記載のタッチセンサ。
【請求項3】
前記複数のセンサ素子のうち第1のセンサ素子の前記副枝部は、前記複数のセンサ素子のうち第2のセンサ素子の隣接する2つの前記副枝部の間に配置されていることを特徴とする、請求項2に記載のタッチセンサ。
【請求項4】
それぞれの前記センサ素子において、それぞれの前記副枝部は直線状の形状を有し、隣接する2つの前記副枝部は互いに平行に配置されていることを特徴とする、請求項1~3のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
【請求項5】
それぞれの前記センサ素子において、それぞれの前記副枝部は、前記副枝部の延在方向が前記主枝部に対して45度の角度をなして配置されていることを特徴とする、請求項1~4のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
【請求項6】
それぞれの前記センサ素子において、前記主枝部は、2本の直線状の形状が直交した十字形状を有することを特徴とする、請求項1~5のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
【請求項7】
それぞれの前記センサ素子において、前記主枝部の先端および前記副枝部の先端は、正方形の各辺上に配置されることを特徴とする、請求項1~6のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
【請求項8】
前記センサ素子からの出力値に基づいて前記接触の位置を算出する制御部をさらに備えることを特徴とする、請求項1~7のいずれか一項に記載のタッチセンサ。
【請求項9】
前記制御部は、前記センサ素子の出力値に基づいて、自己容量式および相互容量式の少なくとも一方によって前記接触の位置を検出することを特徴とする、請求項8に記載のタッチセンサ。
【請求項10】
複数の前記センサ素子のそれぞれにおいて、複数の前記副枝部は、前記主枝部の両側に非対称に配置されている、請求項1に記載のタッチセンサ。
【請求項11】
前記主枝部の第1の側に配置された前記副枝部は、前記主枝部の第2の側に配置された2つの前記副枝部の間の部分に対応する、請求項10に記載のタッチセンサ。
【請求項12】
請求項1~9のいずれか一項に記載のタッチセンサと、
画像を表示する表示部と、を備え
、
前記表示部を駆動するための薄膜トランジスタ基板に含まれる共通電極は、前記センサ素子として構成される表示装置。
【請求項13】
前記タッチセンサは、前記表示部に対してインセル方式、オンセル方式およびアウトセル方式のうちいずれか1つによって設けられることを特徴とする、請求項
12に記載の表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、タッチセンサ、およびタッチセンサを備える表示装置に関する。
【背景技術】
【0002】
スマートフォンやタブレット端末等の携帯端末において、ディスプレイにタッチセンサが内蔵されることが一般的である。静電容量式のタッチセンサはユーザによる接触を検出するための複数のセンサ素子(センサ電極)を含んでおり、各センサ素子においてユーザの指やタッチペン等が接触(近接することを含む)する際に静電容量が変化する。タッチセンサは、いずれのセンサ素子において静電容量の変化したかに基づいて、接触(例えば接触の重心)の位置を検出する。
【0003】
従来、様々な形状および配置のセンサ素子が開発されている。例えば特許文献1には、複数のセンサ素子が格子状に配置されているタッチセンサが記載されている。特許文献2には、複数のセンサ素子がダイヤモンド状に配置されているタッチセンサが記載されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0004】
【文献】特開2014-211685号公報
【文献】特表2013-508887号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0005】
タッチセンサに含まれるセンサ素子の数はディスプレイの大きさに比例する。センサ素子が多くなるほど、微細な加工が必要になり、またセンサ素子の接続に必要な配線が多くなるため、製造コストが大きくなる。近年携帯端末のディスプレイの大型化が進んでいるため、必要なセンサ素子の数が増加し、製造コストが増大する傾向にある。
【0006】
タッチセンサに含まれるセンサ素子の数を減らすためには各センサ素子のサイズを大きくすることが考えられるが、この場合には接触位置の検出精度が低下する問題が発生する。具体的には、各センサ素子のサイズが大きい場合に、ユーザの指やタッチペンがタッチセンサに接触する際に、接触範囲が複数のセンサ素子にまたがらずに1つのセンサ素子の中に収まる確率が高まる。接触範囲が複数のセンサ素子にまたがる場合には、タッチセンサは該複数のセンサ素子の出力値を統合して接触の細かい位置を算出することができる。しかしながら、接触範囲が1つのセンサ素子の中に収まる場合には、1つのセンサ素子中のどこに実際の接触が位置したとしても、タッチセンサは該1つのセンサ素子の中心に接触が位置するものとして算出する。このように、特許文献1および2の技術において特に各センサ素子のサイズが大きい場合に、接触位置を検出する精度が低下してしまう。
【0007】
同様に、ユーザがタッチペンを用いてタッチセンサに接触する場合には接触面積が小さいため、接触範囲が複数のセンサ素子にまたがらずに1つのセンサ素子の中に収まってしまい、接触位置の検出精度が低下する問題が発生する。
【0008】
本発明は、上述の問題に鑑みて行われたものであって、センサ素子のサイズが大きい場合又は接触の面積が小さい場合であっても高精度に接触位置を検出可能なタッチセンサ、およびタッチセンサを備える表示装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0009】
本発明の一態様は、タッチセンサであって、接触を検出する複数のセンサ素子を備え、それぞれの前記センサ素子は、導電性の主枝部と、導電性の複数の副枝部と、を有し、それぞれの前記センサ素子において、それぞれの前記副枝部の一方端は前記主枝部に接続され、かつ他方端は開放端であり、隣接する2つの前記副枝部は離間して配置されており、前記複数のセンサ素子のうち隣接する2つの前記センサ素子の前記副枝部は、交互に配置されていることを特徴とする。
【発明の効果】
【0010】
本発明によれば、センサ素子のサイズが大きい場合又は接触の面積が小さい場合であっても高精度に接触位置を検出することができる。
【図面の簡単な説明】
【0011】
【
図1】第1の実施形態に係るタッチセンサの概略構成図である。
【
図2】第1の実施形態に係るタッチセンサを備える表示装置の断面図である。
【
図3】第1の実施形態に係るタッチセンサを含むTFT基板の詳細な断面図である。
【
図4】第1の実施形態に係るセンサ素子の上面図である。
【
図5】第1の実施形態に係るセンサ素子の配置を示す模式図である。
【
図7】第2の実施形態に係るセンサ素子の配置を示す模式図である。
【発明を実施するための形態】
【0012】
以下、図面を参照して本発明の実施の形態を説明するが、本発明は各実施形態に限定されるものではない。なお、以下で説明する図面で、同機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略することもある。
【0013】
(第1の実施形態)
図1は、本実施形態に係るタッチセンサ100の概略構成図である。タッチセンサ100は、静電容量式のタッチセンサである。タッチセンサ100が用いる具体的な検出方式は、自己容量式および相互容量式のどちらでもよい。タッチセンサ100は、複数のセンサ素子110(センサ電極ともいう)と、タッチIC(Integrated Circuit)120とを備える。各センサ素子110とタッチIC120との間は導電性の配線130(ラウティングともいう)によって接続される。
【0014】
センサ素子110は、ITO(酸化インジウムスズ)、IZO(酸化インジウム亜鉛)等の透明な導電材料によって形成される。
図1では視認性のためにセンサ素子110同士が離間して表されているが、
図5を用いて後述するように本実施形態では隣接するセンサ素子110同士の配置領域が重なるように設けられる。
【0015】
タッチIC120は、センサ素子110に接触検出用の電圧を印加し、ユーザの指やタッチペン等が接触(近接することを含む)したセンサ素子110に発生する静電容量の変化に基づいて、接触の位置を算出する制御部である。静電容量の変化に基づく接触の位置の算出方法として、既知の方法を用いることができる。
【0016】
本実施形態ではセンサ素子110とタッチIC120との接続方式として、各センサ素子110とタッチIC120との間が接続される内部接続方式が用いられている。センサ素子110とタッチIC120との接続方式として、これに限られず、例えば隣接するセンサ素子110間を接続し、かつ端部のセンサ素子110をタッチIC120に接続するベゼル接続方式が用いられてもよい。
【0017】
図2は、本実施形態に係るタッチセンサ100を備える表示装置200の断面図である。表示装置200は、表示部として所望の画像を表示するための液晶パネルを含む。本実施形態に係るタッチセンサ100の実装方式として、タッチセンサ100を液晶パネルの液晶セル中に組み込むインセル方式が用いられており、後述するように液晶駆動用のTFT(Thin Film Transistor)基板に含まれる共通電極がセンサ素子110として構成される。
【0018】
表示装置200は、偏光板201、タッチセンサ100を含むTFT基板202、カラーフィルタ基板203、偏光板204、接着剤205、およびカバーガラス206をこの順で重ねた構成を有する。
図2では視認性のために部材同士が離間して記載されているが、部材間は接触してもよく、部材間にスペーサが設けられてもよい。
図2の表示装置200の構成は一例であり、表示装置200に含まれる部材の追加、省略、順序の変更があってもよい。
【0019】
図3は、本実施形態に係るタッチセンサ100を含むTFT基板202の詳細な断面図である。TFT基板202において、ガラス基板L1上に、バッファ層L2、半導体活性層L3、およびゲート絶縁膜L4が積層されている。ゲート絶縁膜L4の上にはゲート電極L5およびソース/ドレイン電極L6が形成されており、ソース/ドレイン電極L6はゲート絶縁膜L4を貫通して半導体活性層L3に接触するように設けられている。ゲート電極L5およびソース/ドレイン電極L6の間を埋めるように層間絶縁膜L7が形成されており、さらにソース/ドレイン電極L6を覆うようにパッシベーション層L8、L9が形成されている。
【0020】
パッシベーション層L8、L9の上には、共通電極L10が形成されている。共通電極L10は、所定の形状を有するように成形されることによって本実施形態に係るセンサ素子110として構成されている。さらに共通電極L10を覆うように層間絶縁膜L11が形成されている。
【0021】
層間絶縁膜L11の上には配線層L12が形成され、配線層L12を覆うように層間絶縁膜L13が形成されている。層間絶縁膜L13上には共通電極L10および配線層L12を接続する配線電極L14が形成されている。また、層間絶縁膜L13上には画素電極L15が形成されており、画素電極L15はソース/ドレイン電極L6に接続されている(接続部は不図示)。
【0022】
各層を構成する材料として、既知の材料を用いることができる。また、各層を形成するための方法として、CVD法、PCVD法、PVD法等、任意の方法を用いることができる。
図2のTFT基板202の構成は一例であり、TFT基板202に含まれる層の追加、省略、順序の変更があってもよい。
【0023】
表示装置200は、表示部として、液晶パネルに限られず、OLED(有機EL)パネルを含んでもよい。表示装置200にタッチセンサ100を設ける実装方式として、インセル方式に限られず、タッチセンサ100を液晶パネルの表面に設けるアウトセル方式(外付け方式)、あるいはタッチセンサ100を液晶パネル内の偏光板とカラーフィルタ基板との間に設けるオンセル方式が用いられてもよい。
【0024】
図4は、本実施形態に係るセンサ素子110の上面図である。センサ素子110は、面状の導電材料が
図4の形状に成形されることによって形成される。センサ素子110は、主枝部111と、主枝部111から延びる複数の副枝部112とを備える。主枝部111は2本の直線状の形状が直交した十字形状を有している。複数の副枝部112は、互いに離間して平行に主枝部111から延在している。それぞれの副枝部の112の一方端は主枝部に接続され、かつ他方端は開放端である。換言すると、主枝部111および副枝部112は、魚の骨又は櫛のような形状を有する。主枝部111および副枝部112の先端は正方形の各辺上に配置されており、センサ素子110は全体として正方形状をなす。
【0025】
隣接する2つの副枝部112の間隔A2は、副枝部112の太さA1(すなわち副枝部112の延在方向に対する垂直方向の幅)よりも大きい。これにより、隣り合う2つのセンサ素子110について、一方のセンサ素子110の副枝部112を、他方のセンサ素子110の副枝部112間の隙間に配置することができる。
【0026】
主枝部111の太さA3(すなわち主枝部111の延在方向に対する垂直方向の幅)は成形可能な任意の値でよいが、副枝部112の太さA1よりも大きいことが望ましい。主枝部111を太くすることによって、
図1のように配線130をセンサ素子110に接続する際に、配線130を主枝部111に容易に接触させることができる。
【0027】
図5は、本実施形態に係るセンサ素子110の配置を示す模式図である。
図5には、タッチセンサ100におけるx-y方向が表されており、一般的にタッチセンサ100におけるx-y方向はタッチセンサ100を内蔵する表示装置200におけるx-y方向と一致する。
【0028】
図5には、x方向に沿って配置された同一の形状を有する3つのセンサ素子110a、110b、110cが表されている。視認性のために、センサ素子110aおよびセンサ素子110cの中には多数の斜線が表されており、センサ素子110bの中には多数の点が表されている。各センサ素子110の中心には、仮想的な中心点Bが表されている。
【0029】
実際のタッチセンサ100においては、x方向およびy方向の両方に沿って、タッチセンサ100の大きさに対応する数のセンサ素子110が配置される。センサ素子110a、110b、110cは、各センサ素子110a、110b、110cのなす正方形の対角線がx方向およびy方向に一致するようにダイヤモンド状に配置されている。このような配置により、各センサ素子110の中心点が等間隔でx方向に平行な直線上およびy方向に平行な直線上に並ぶため、ユーザが接触位置を一方向に動かす際にセンサ素子110によって検出される接触位置の軌跡がジグザグになることを抑制することができる。
【0030】
センサ素子110aの副枝部112は、隣のセンサ素子110bの副枝部112間の隙間に配置されている。逆に、センサ素子110bの副枝部112は、隣のセンサ素子110aの副枝部112間の隙間に配置されている。すなわち、隣接する2つのセンサ素子110に含まれる副枝部112同士は交互に配置される。
図5にはx方向に沿ったセンサ素子110の配置のみが示されているが、y方向についても同様に配置される。したがって本実施形態では、隣接する2つのセンサ素子110に含まれる副枝部112同士を交互に配置することによって、隣接する2つのセンサ素子110の配置領域を重ねることができる。このような構成により、1つのセンサ素子110の副枝部112が隣のセンサ素子110の中心点Bに近付くため、タッチセンサ100に対する接触が複数のセンサ素子110間にまたがりやすくなる。
【0031】
各副枝部112は、直線に対して垂直な方向に所定の幅(太さ)をもって延在する直線状の形状を有する。隣接する2つの副枝部112は互いに平行に配置されている。隣接する2つのセンサ素子110に含まれる副枝部112同士を交互に配置可能であれば、副枝部112は直線状に限られず、曲線状や折れ線状等の任意の形状で構成されてもよい。
【0032】
各副枝部112は、主枝部111に対して所定の角度をなして延在している。本実施形態において、主枝部111および副枝部112のなす角度は45度である。隣接する2つのセンサ素子110に含まれる副枝部112同士を交互に配置可能であれば、主枝部111および副枝部112のなす角度は任意に設定できる。
【0033】
図6(a)は、本実施形態に係るセンサ素子110上の接触領域Cの模式図である。
図6(a)のセンサ素子110の形状および配置は、
図5と同様である。
図6(b)は、比較例としての従来のセンサ素子310上の接触領域Cの模式図である。
図6(b)のセンサ素子310は矩形の平板の電極であり、互いに重ならないように配置されている(特許文献1に記載の技術と同様)。接触領域Cは、ユーザの指やタッチペン等がセンサ素子110、310に接触(近接していることを含む)している領域を示す。ここでは簡略化のために接触領域Cを直径Dの円としている。
図6(a)、6(b)では視認性のために、接触領域Cの中には多数の点が表されている。
【0034】
ここで接触領域Cがセンサ素子110、310よりも小さい場合を考える。本実施形態に係るセンサ素子110を用いる構成において、
図6(a)に示すように、中央のセンサ素子110bの中心点B上に接触領域Cが位置する場合に、接触領域Cは該センサ素子110bだけでなくそれに隣接するセンサ素子110a、110cにも触れる。そのため、センサ素子110bの出力値に加えて隣接するセンサ素子110a、110cの出力値を用いることによって、接触領域Cの位置を高精度に算出することができる。
【0035】
一方、従来のセンサ素子310を用いる構成において、
図6(b)に示すように、1つのセンサ素子310の中心点B上に接触領域Cが位置する場合に、接触領域Cは該センサ素子310内に収まってしまうため、隣接するセンサ素子310に触れない。そのため、接触領域Cの位置は1つのセンサ素子310の中心点B上にあるとみなされ、1つのセンサ素子310内のどこにあるかを算出することはできない。
【0036】
図6(a)、6(b)のセンサ素子110、310の形状および配置をシミュレーションすることによって、接触領域Cの位置を算出した。
図6(a)のセンサ素子110を実施例とし、
図6(b)のセンサ素子310を比較例とした。実施例の外径Eを9.86mmとし、比較例の外径Eを5.7mmとした。実施例および比較例の外径Eは異なっているが、同一の画素数(画素サイズ0.17925mmのとき1024画素)に対応する。これらのセンサ素子に対して、接触領域の大きさ(直径)を1mm、3mm、5mmとした場合のシグナルレベルおよび接触位置(接触領域の中心点)の計算を行った。
【0037】
【0038】
【0039】
表1は、対象センサ素子上に接触領域を位置させた場合に、該対象センサ素子に隣接する1つの隣接センサ素子から出力されるシグナルレベルの割合を示す。比較例では、
図6(b)で説明したように接触領域が対象センサ素子内に収まるため、隣接センサ素子のシグナルレベルは0%である。それに対して実施例では、接触領域の大きさが3mm以上の場合には隣接センサ素子のシグナルレベルが0%より大きくなっている。この結果から、本実施形態に係るセンサ素子を用いることによって、接触領域が位置するセンサ素子だけでなくそれに隣接するセンサ素子においても接触を検出することができることがわかる。
【0040】
対象センサ素子および隣接センサ素子の出力値から接触領域の位置を算出した。表2は、算出された接触領域の位置と実際の接触領域の位置とのずれ量を示す。接触領域の大きさが1mm、3mm、5mmのいずれの場合においても、比較例よりも実施例のずれ量の方が小さい。これは、実施例においては対象センサ素子の出力値および隣接センサ素子の出力値を用いて接触領域の位置を算出できるためである。この結果から、本実施形態に係るセンサ素子を用いることによって、従来よりも高精度に接触領域の位置を算出できることがわかる。
【0041】
本実施形態によれば、隣接するセンサ素子110の副枝部112同士が交互に配置され、一方のセンサ素子110の副枝部112が他方のセンサ素子110の中心点Bに近付くため、タッチセンサ100に対する接触が複数のセンサ素子110間にまたがりやすくなる。そのため、本実施形態は隣接する複数のセンサ素子110の出力値を用いて接触領域の位置を高精度に算出できる効果を奏する。本実施形態に係るセンサ素子110は、サイズを大きくしても検出精度を維持できるため、タッチセンサ100に含まれるセンサ素子110の数を低減することができ、逆に同じ数のセンサ素子110で大型のタッチセンサ100を作製することができる。また、タッチペンを用いる場合のように接触領域が小さい場合であっても、接触領域の位置を高精度に算出できる。
【0042】
(第2の実施形態)
第1の実施形態においてセンサ素子110は各センサ素子110のなす正方形の対角線がx方向およびy方向に一致するようにダイヤモンド状に配置されている。それに対して、本実施形態では、センサ素子110は格子状に配置されている。センサ素子110の配置以外の構成は、第1の実施形態と同様である。
【0043】
図7は、本実施形態に係るセンサ素子110の配置を示す模式図である。
図7には、タッチセンサ100におけるx-y方向が表されている。
図7には、x方向およびy方向に沿って配置された同一の形状を有する4つのセンサ素子110が表されている。視認性のために、センサ素子110の中には多数の斜線又は多数の点が表されている。各センサ素子110の中心には、仮想的な中心点Bが表されている。実際のタッチセンサ100においては、x方向およびy方向の両方に沿って、タッチセンサ100の大きさに対応する数のセンサ素子110が配置される。
【0044】
センサ素子110は、各センサ素子110のなす正方形の辺がx方向又はy方向に一致するように格子状に配置されている。第1の実施形態と同様に、隣接する2つのセンサ素子110に含まれる副枝部112同士は交互に配置される。
図5にはx方向に沿ったセンサ素子110の配置のみが示されているが、y方向についても同様に配置される。したがって本実施形態では、隣接する2つのセンサ素子110に含まれる副枝部112同士を交互に配置することによって、隣接する2つのセンサ素子110の配置領域を重ねることができる。このような構成により、1つのセンサ素子110の副枝部112が隣のセンサ素子110の中心点Bに近付くため、タッチセンサ100に対する接触が複数のセンサ素子110間にまたがりやすくなる。
【0045】
本実施形態は、第1の実施形態と同様に、タッチセンサ100に対する接触が複数のセンサ素子110間にまたがりやすくなるため接触領域の位置を高精度に算出できる効果を奏する。本実施形態では第1の実施形態とは異なりセンサ素子110の中心点Bの位置がx方向およびy方向に沿って多少ジグザグするように配置されているが、センサ素子110の中心点B間の距離が近いため、特許文献2に記載の技術のように平板のセンサ素子をダイヤモンド状に配置する構成よりもジグザグの程度を低減することができる。
【0046】
本発明は、上述の実施形態に限定されることなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲において適宜変更可能である。
【符号の説明】
【0047】
100 タッチセンサ
110 センサ素子
111 主枝部
112 副枝部
120 タッチIC
130 配線
200 表示装置
201 偏光板
202 TFT基板
203 カラーフィルタ基板
204 偏光板
205 接着剤
206 カバーガラス
310 センサ素子