(57)【要約】【課題】 光の透過率を低下させず、かつ、コストを低減させたタッチパネル付き表示装置を提供する。【解決手段】静電容量結合方式のタッチパネルの透明導電膜極は、４隅を持つ形状であり、前記透明導電膜の各隅毎に設けられ、前記透明導電膜の各隅に位置検出用の電圧を供給した後に前記透明導電膜の各隅から出力される電圧を検出する４個の検出回路と、前記４個の検出回路で検出された電圧が入力される座標位置演算回路とを備え、前記各検出回路は、前記透明導電膜の自検出回路が設けられている隅に位置検出用の電圧を供給する検出スイッチと、前記検出スイッチがオフとなった後に前記透明導電膜の自検出回路が設けられている隅に流れる電流を積分する積分回路とを有し、前記座標位置演算回路は、前記４個の積分回路で積分された電圧に基づき、前記観察者の指、あるいは前記観察者が持つペンの、前記導電性部材へのタッチ位置を演算する。【選択図】図２（ｂ）
2010003060.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
観測者側の面に面状の透明導電膜を有する基板を有し、
前記透明導電膜は、静電容量結合方式のタッチパネルの透明電極として使用されるタッチパネル付き表示装置であって、
前記透明導電膜は、４隅を持つ形状であり、
前記透明導電膜の各隅毎に設けられ、前記透明導電膜の各隅に位置検出用の電圧を供給した後に前記透明導電膜の各隅から出力される電圧を検出する４個の検出回路と、
前記４個の検出回路で検出された電圧が入力される座標位置演算回路とを備え、
前記各検出回路は、前記透明導電膜の自検出回路が設けられている隅に位置検出用の電圧を供給する検出スイッチと、
前記検出スイッチがオフとなった後に前記透明導電膜の自検出回路が設けられている隅に流れる電流を積分する積分回路とを有し、
前記座標位置演算回路は、前記４個の積分回路で積分された電圧に基づき、前記観察者の指、あるいは前記観察者が持つペンの、前記導電性部材へのタッチ位置を演算することを特徴とするタッチパネル付き表示装置。
【請求項２】
前記各検出回路の前記検出スイッチは、前記透明導電膜の自検出回路が設けられている隅に位置検出用の電圧を複数回供給し、
前記各検出回路の前記積分回路は、前記透明導電膜の自検出回路が設けられている隅に前記位置検出用の電圧を複数回供給した後に、前記透明導電膜の自検出回路が設けられている隅に流れる電流を複数回積分した電圧を加算した電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル付き表示装置。
【請求項３】
前記各検出回路は、積分回路の後段に接続されるＡ／Ｄ変換回路を有することを特徴とする請求項１または請求項２に記載のタッチパネル付き表示装置。
【請求項４】
前記表示装置は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置であることを特徴とする請求項１ないし請求項３のいずれか１項に記載のタッチパネル付き表示装置。
【請求項５】
液晶表示パネルの前記観察者の面に形成される裏面側透明導電膜を有し、
前記裏面側透明導電膜は、前記透明導電膜を兼用することを特徴とする請求項４に記載のタッチパネル付き表示装置。
【請求項６】
前記透明導電膜上に配置される導電性の偏光板を有することを特徴とする請求項５に記載のタッチパネル付き表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、タッチパネル付き表示装置に係り、特に、高透過率を実現した静電容量結合方式のタッチパネル機能を備えたタッチパネル付き表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、モバイル機器の普及において、“人にやさしい”グラフィカルユーザインターフェースを支えるタッチパネル技術が重要となってきている。
このタッチパネル技術として、静電容量接合方式のタッチパネルが知られており、一般的な静電容量接合方式のタッチパネルでは、ガラス基板の表面に導電コーティング（透明導電膜）が施されたタッチパネル基板を設け、ここに指を触れることで、位置検出を実施している。
そして、このタッチパネル基板を液晶表示パネルの表面に取り付け、液晶表示パネルに表示されたメニュー画面を指でタッチすることで、メニューに応じた動作を実施するタッチパネル付き液晶表示パネルも知られている。（下記、特許文献１参照）
【０００３】
なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
【特許文献１】特開２００６−１４６８９５号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００４】
前述した特許文献１に記載されているタッチパネル付き液晶表示パネルでは、透明導電膜を塗布したタッチパネルの四隅から交流信号を印加し、タッチパネルに触れた指に流れる電流を検出して座標を検出する。電流の検出は、タッチパネルの四隅に設置された電流検出用の抵抗の両端電圧を検出して電流に換算するようにしている。
しかしながら、前述した特許文献１に記載されているタッチパネル付き液晶表示パネルでは、以下のような問題点がある。
（１）タッチパネルに触れた指に流れる電流を確保するために、透明導電膜を厚くして抵抗を小さくする必要がある。そのためタッチパネルの透過率が低下する。
（２）タッチパネルの四隅に対応して、電流検出回路、ノイズフィルタ、サンプルホールドがそれぞれ４組必要なので回路構成が複雑である。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、光の透過率を低下させず、かつ、コストを低減させたタッチパネル付き表示装置を提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。
【課題を解決するための手段】
【０００５】
本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）観測者側の面に面状の透明導電膜を有する基板を有し、前記透明導電膜は、静電容量結合方式のタッチパネルの透明電極として使用されるタッチパネル付き表示装置であって、前記透明導電膜は、４隅を持つ形状であり、前記透明導電膜の各隅毎に設けられ、前記透明導電膜の各隅に位置検出用の電圧を供給した後に前記透明導電膜の各隅から出力される電圧を検出する４個の検出回路と、前記４個の検出回路で検出された電圧が入力される座標位置演算回路とを備え、前記各検出回路は、前記透明導電膜の自検出回路が設けられている隅に位置検出用の電圧を供給する検出スイッチと、前記検出スイッチがオフとなった後に前記透明導電膜の自検出回路が設けられている隅に流れる電流を積分する積分回路とを有し、前記座標位置演算回路は、前記４個の積分回路で積分された電圧に基づき、前記観察者の指、あるいは前記観察者が持つペンの、前記導電性部材へのタッチ位置を演算する。
（２）（１）において、前記各検出回路の前記検出スイッチは、前記透明導電膜の自検出回路が設けられている隅に位置検出用の電圧を複数回供給し、前記各検出回路の前記積分回路は、前記透明導電膜の自検出回路が設けられている隅に前記位置検出用の電圧を複数回供給した後に、前記透明導電膜の自検出回路が設けられている隅に流れる電流を複数回積分した電圧を加算した電圧を出力する。
（３）（１）または（２）において、前記各検出回路は、積分回路の後段に接続されるＡ／Ｄ変換回路を有する。
（４）（１）ないし（３）の何れかにおいて、前記表示装置は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置である。
（５）（４）において、液晶表示パネルの前記観察者の面に形成される裏面側透明導電膜を有し、前記裏面側透明導電膜は、前記透明導電膜を兼用する。
（６）（５）において、前記透明導電膜上に配置される導電性の偏光板を有する。
【発明の効果】
【０００６】
本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明のタッチパネル付き表示装置によれば、光の透過率を低下させず、かつ、コストを低減させることが可能となる。
【発明を実施するための最良の形態】
【０００７】
以下、本発明を液晶表示装置に適用した実施例を図面を参照して詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一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。
図１は、本発明のタッチパネル付き液晶表示装置における、タッチパネルの位置検出原理を説明する図である。
図１（ａ）において、１は透明導電膜を塗布したタッチパネルである。今、タッチパネル１のＰ点を、観察者の指や、観察者が持つスタイラスペンがタッチしたときに、タッチパネル１のＰ点と基準電位（ＧＮＤ）との間に容量Ｃが挿入されることになる。
この状態において、タッチパネル１の全ての四隅に、位置検出用の電圧（初期電圧Ｖｒｓｔ）を入力し、容量Ｃに相当する指（あるいは、観察者が持つスタイラスペン）を充電する。
次に、容量Ｃに充電された電圧を、タッチパネル１の全ての四隅から放電する。この状態の時のタッチパネル１の等価回路を図１（ｂ）に示す。この時に、タッチパネル１の四隅に流れる電流をタッチパネル１の各隅に対応して設けられた４個の積分回路で積分する。
前述した手順を複数回繰り返して大きな積分出力を得る。そして、４個の積分回路の出力電圧の比により、観察者の指（あるいは、観察者が持つスタイラスペン）の、タッチパネル１のタッチ位置（座標）を計算する。
なお、図１において、Ｒ１は、タッチパネル１の隅２と点Ｐとの間の等価抵抗、Ｒ２は、タッチパネル１の隅３と点Ｐとの間の等価抵抗、Ｒ３は、タッチパネル１の隅４と点Ｐとの間の等価抵抗、Ｒ４は、タッチパネル１の隅５と点Ｐとの間の等価抵抗を示す。
【０００８】
図２（ａ）は、本発明の実施例のタッチパネル付き液晶表示装置における、タッチパネルの概略構成を示す図であり、図２（ｂ）は、図２（ａ）に示す検出回路の構成を示す回路図である。また、図３は、図２に示す各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
図２（ａ）に示すように、本実施例では、タッチパネル１の隅２、隅３、隅４、隅５に、それぞれ、６−１，６−２，６−３，６−４の検出回路を設ける。また、座標位置演算回路２０は、４個の検出回路（６−１，６−２，６−３，６−４）で検出した電圧に基づき、タッチパネル１上の、観察者の指（あるいは、観察者が持つスタイラスペン）がタッチ位置を演算する。
ここで、図２（ｂ）に示すように、６−１，６−２，６−３，６−４の各検出回路は、検出スイッチ７、スイッチ８、オペアンプ１０とコンデンサ１１とリセットスイッチ１２とで構成される積分回路９と、Ａ／Ｄ変換器１３とを有する。
以下、本実施例のタッチパネル１に動作について説明する。
図３の（ａ）に示すように、座標位置検出の始めにリセットスイッチ１２をオンとして、積分回路９のコンデンサ１１に蓄えられている電荷を放電して積分回路９の初期化（図３（ａ）のＡに示す期間）を行う。
図１に示すように、タッチパネル１に、観察者の指（あるいは、観察者が持つスタイラスペン）で触れた部分には容量Ｃが付加される。
このとき、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、検出回路（６−１，６−２，６−３，６−４）の検出スイッチ７を全てオン、スイッチ８を全てオフとすることで、タッチパネル１の隅２、隅３、隅４、隅５から容量Ｃを充電する。この期間を図３（ｄ）のＢに示す。
次に、図３（ｂ）、（ｃ）に示すように、検出回路（６−１，６−２，６−３，６−４）の検出スイッチ７を全てオフ、スイッチ８を全てオンとすることで、容量Ｃの電荷をタッチパネル１の四隅からそれぞれ放電する。この期間を図３（ｄ）のＣに示す。
【０００９】
このとき、タッチパネル１の隅２、隅３、隅４、隅５から放電される電流は、容量Ｃが付加された位置とタッチパネル１の四隅の間での各抵抗で決定される。
例えば、容量Ｃが付加された位置Ｐと隅２との間は抵抗Ｒ１となり、これは位置Ｐと隅２との距離に対応する。また、そこに流れる電流は抵抗Ｒ１に反比例する。同様に、位置Ｐと隅３，隅４，隅５との間は、それぞれ抵抗Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４となり、それぞれ位置Ｐと隅３，隅４，隅５との距離に対応する。また、そこに流れる電流はそれぞれの抵抗に反比例する。
そして、タッチパネル１のそれぞれの隅２、隅３、隅４、隅５に流れる電流を計測することで位置Ｐを特定する。タッチパネル１のそれぞれの隅２、隅３、隅４、隅５から放電される電流は積分回路９により積分され電圧に変換される。
さらに、前述した充電（図３（ｄ）のＢに示す期間）と放電（図３（ｄ）のＣに示す期間）を繰り返し行い、積分動作を繰り返すことで、図３（ｅ）のＳＶに示すような大きな電圧振幅を得ることができる。
積分回路９の電圧出力はＡ／Ｄ変換器１３でデジタル変換される。
【００１０】
積分回路９の電圧出力が負に大きいほど、位置Ｐとそれぞれの隅との距離が小さいことを示し、また、電圧出力が負に小さいほど、位置Ｐとそれぞれの隅との距離が大きいことを示す。
従って、積分回路９のそれぞれの出力が、位置Ｐと、タッチパネル１のそれぞれの隅２，３，４，５との間の距離の関係を示すことになる。
これをＡ／Ｄ変換器１３でデジタル変換することで、座標位置演算回路２０は、デジタル処理でタッチパネル１上で、観察者の指（あるいは、観察者が持つスタイラスペン）の触れた場所の座標を得ることができる。
また、充電と放電を繰り返して積分動作を繰り返すことにより、タッチパネル１上に発生したノイズを低減できるためノイズに強いパッチパネルが実現できる。特に、液晶ディスプレイやＥＬディスプレイなどと一体化した入力機能つきディスプレイに本発明を適用すれば、ディスプレイから発生するノイズに強い入力機能が実現できる。
以上説明したように、本実施例では、タッチパネル１に触れた観察者の指（あるいは、観察者が持つスタイラスペン）の位置と、パルス電圧を供給する各隅との距離に相当する抵抗と、観察者の指（あるいは、観察者が持つスタイラスペン）で形成される静電容量に応じた電圧が計測される。そのため、タッチパネル１に塗布する透明導電膜の厚さを薄くして抵抗を高くすることができる。その結果として、タッチパネル１の透過率を向上させることができる。
また、本実施例では、各検出回路を検出スイッチと、スイッチと、積分回路とで構成できるので、電流検出回路、ノイズフィルタ、サンプルホールドがそれぞれ４組必要となる前述の特許文献１に記載されているものに比して、検出回路を簡単に構成することができる。
【００１１】
液晶表示装置として、ＩＰＳ方式の液晶表示装置が知られており、このＩＰＳ方式の液晶表示装置では、画素電極と対向電極とを同じ基板上に形成し、その間に電界を印加させ液晶を基板平面内で回転させることにより、明暗のコントロールを行っている。そのため、斜めから画面を見た際に表示像の濃淡が反転しないという特徴を有する。
このＩＰＳ方式の液晶表示パネルは、ＴＮ方式の液晶表示パネルやＶＡ方式の液晶表示パネルのように、カラーフィルタが設けられる基板上に対向電極が存在しない。そのため、表示ノイズを低減する等の理由により、カラーフィルタが設けられる基板上に、例えば、ＩＴＯ等から成る裏面側透明導電膜が形成されている。
この裏面側透明電極を、本実施例のタッチパネル１の透明導電膜とすることによりコストアップなしに液晶表示パネルを構成することができ、さらに、液晶表示パネルの透過率も従来のＩＰＳ方式の液晶表示パネルと同じにすることができる。
以下、裏面側透明電極を、本実施例のタッチパネル１の透明導電膜として使用する液晶表示装置の一例を説明する。
【００１２】
図４は、裏面側透明電極を、本実施例のタッチパネル１の透明導電膜として使用する液晶表示装置の一例の概略構成を示すブロック図である。図４に示すタッチパネル付き液晶表示装置は、携帯電話機、デジタルカメラ等の表示部として使用される、小型の液晶表示装置である。
図４に示す液晶表示パネルは、画素電極、薄膜トランジスタ等が設けられた第１の基板（ＴＦＴ基板、アクティブマトリクス基板ともいう）（ＳＵＢ１）と、カラーフィルタ等が形成される第２の基板（対向基板ともいう）（ＳＵＢ２）とを、所定の間隙を隔てて重ね合わせ、該両基板間の周縁部近傍に枠状に設けたシール材により、両基板を貼り合わせると共に、シール材の一部に設けた液晶封入口から両基板間のシール材の内側に液晶を封入、封止し、さらに、両基板の外側に偏光板を貼り付けて構成される。
このように、図４に示す液晶表示装置では、液晶が一対の基板の間に挟持された構造となっている。
また、第１の基板（ＳＵＢ１）は、第２の基板（ＳＵＢ２）よりも大きな面積を有し、第１の基板（ＳＵＢ１）の、第２の基板（ＳＵＢ２）と対向しない領域には、薄膜トランジスタを駆動するドライバを構成する半導体チップ（Ｄｒ）が実装され、さらに、当該領域の一辺の周辺部には、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）が実装される。
【００１３】
図５は、図４に示す液晶表示パネルの１サブピクセルの構成を示す平面図である。
図６は、図５に示すＡ−Ａ'切断線に沿った断面構造を示す断面図である。以下、図５、図６を用いて、図４に示す液晶表示パネルの構造について説明する。
本実施例の液晶表示パネルは、面状の対向電極を使用するＩＰＳ方式の液晶表示パネルであり、第２の基板（ＳＵＢ２）の主表面側が観察側となっている。
ガラス基板やプラスチック基板などの透明基板から成る第２の基板（ＳＵＢ２）の液晶層（ＬＣ）側には、第２の基板（ＳＵＢ２）から液晶層（ＬＣ）に向かって順に、遮光膜（ＢＭ）およびカラーフィルタ層（ＣＦ）、オーバーコート層（ＯＣ）、配向膜（ＡＬ２）が形成される。さらに、第２の基板（ＳＵＢ２）の外側には、裏面側透明導電膜（ＣＤ）と偏光板（ＰＯＬ２）が形成される。
また、ガラス基板やプラスチック基板などの透明基板から成る第１の基板（ＳＵＢ１）の液晶層（ＬＣ）側には、第１の基板（ＳＵＢ１）から液晶層（ＬＣ）に向かって順に、走査線（ゲート線ともいう）（ＧＬ；図示せず）、層間絶縁膜（ＰＡＳ３）、映像線（ドレイン線、ソース線ともいう）（ＤＬ；図示せず）、層間絶縁膜（ＰＡＳ２）、面状の対向電極（ＣＴ）、層間絶縁膜（ＰＡＳ１）、櫛歯電極から成る画素電極（ＰＸ）、配向膜（ＡＬ１）が形成される。さらに、第１の基板（ＳＵＢ１）の外側には偏光板（ＰＯＬ１）が形成される。
また、図５において、５２はゲート電極、５３は半導体層、５４はソース電極である。
【００１４】
図４に示す液晶表示パネルは、裏面側透明導電膜（ＣＤ）を、静電容量結合方式のタッチパネルの透明電極として兼用することにより、タッチパネル機能を実現するものである。したがって、図４に示す裏面側透明導電膜（ＣＤ）が、図２に示すタッチパネル１の透明導電膜を兼用することになる。なお、図６の構成では、裏面側透明導電膜上に偏光板（ＰＯＬ２）が配置される。そして、偏光板（ＰＯＬ２）が絶縁性の場合には、観察者の指が偏光板（ＰＯＬ２）をタッチしたときに、観察者の指が容量として機能しない場合も想定される。このような時には、偏光板（ＰＯＬ２）として、導電性を有する偏光板を使用すればよい。
また、図２に示す検出回路（６−１，６−２，６−３，６−４）は、図４に示す半導体チップ（Ｄｒ）内に実装してもよく、あるいは、外部（ここでは、携帯電話機の本体側）に設けてもよい。
以上説明したように、図４に示す液晶表示装置によれば、ＩＰＳ方式の液晶表示パネルの特徴を活かし、低コスト、高透過率化を実現する静電容量結合方式のタッチパネルを備えた液晶表示装置を提供することが可能となる。即ち、裏面側透明導電膜（ＣＤ）を、静電容量結合方式のタッチパネルの透明電極として兼用することで、新たなガラス基板（即ち、タッチパネル基板）を設ける必要がないので、透過率が低下するのを防止することができ、さらに、コストアップを抑制することが可能となる。
【００１５】
その上、図４に示す液晶表示装置では、新たなガラス基板（即ち、タッチパネル基板）を設ける必要がないので、液晶表示装置の厚さを薄くすることが可能であるばかりか、軽量化を図ることも可能となる。
なお、本発明は、ＩＰＳ方式の液晶表示パネルに限らず、ＴＮ方式の液晶表示パネルや、ＶＡ方式の液晶表示パネルにも適用可能である。但し、ＴＮ方式の液晶表示パネルや、ＶＡ方式の液晶表示パネルのような第２の基板（ＳＵＢ２）の液晶が配置されている側とは反対側の面上に透明導電膜を形成する必要がない液晶表示パネルの場合には、新たに透明導電膜を形成することになる。
なお、本発明は、液晶表示装置に限られず、例えば、有機ＥＬ表示装置などの表示装置全般にも適用可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。
【図面の簡単な説明】
【００１６】
【図１】本発明のタッチパネル付き液晶表示装置における、タッチパネルの位置検出原理を説明する図である。
【図２（ａ）】本発明のタッチパネル付き液晶表示装置における、タッチパネルの概略構成を示す図である。
【図２（ｂ）】図２（ａ）に示す検出回路の構成を示す回路図である。
【図３】図２（ｂ）に示す各部の電圧波形を示すタイミングチャートである。
【図４】本発明の実施例のタッチパネル付き液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施例の液晶表示パネルの１サブピクセルの構成を示す平面図である。
【図６】図５に示すＡ−Ａ'切断線に沿った断面構造を示す断面図である。
【符号の説明】
【００１７】
１  タッチパネル
２，３，４，５  タッチパネル１の４隅
６−１，６−２，６−３，６−４  検出回路
７  検出スイッチ
８  スイッチ
９  積分回路
１０  オペアンプ
１１  コンデンサ
１２  リセットスイッチ
１３  Ａ／Ｄ変換器
２０  座標位置演算回路
５２  ゲート電極
５３  半導体層
５４  ソース電極
ＳＵＢ１，ＳＵＢ２  基板
ＬＣ  液晶層
ＰＯＬ１，ＰＯＬ２  偏光板
ＰＡＳ１，ＰＡＳ２，ＰＡＳ３  層間絶縁膜
ＯＣ  オーバーコート層
ＡＬ１，ＡＬ２  配向膜
ＢＭ  遮光膜
ＣＦ  カラーフィルタ
ＰＸ  画素電極
ＣＴ  対向電極
ＣＤ  裏面側透明導電膜
ＤＬ  映像線（ドレイン線、ソース線）
ＧＬ  走査線（ゲート線）
Ｄｒ  半導体チップ
ＦＰＣ  フレキシブル配線基板
Ｒ１，Ｒ２，Ｒ３，Ｒ４  抵抗
Ｃ  指の有する容量
【図１】
2010003060.tif 000003
【図２（ａ）】
2010003060.tif 000004
【図２（ｂ）】
2010003060.tif 000005
【図３】
2010003060.tif 000006
【図４】
2010003060.tif 000007
【図５】
2010003060.tif 000008
【図６】
2010003060.tif 000009