输入装置以及带输入装置的显示装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种输入装置以及带输入装置的显示装置。能够提高带输入装置的显示装置的可靠性。设输入装置TP具有的多个检测电极（输入位置检测电极）Rx各自的X方向的宽度WX的理想值为Wsmax（μm），相邻的检测电极Rx的中心间距离即间隔为P（μm），用中间部件的相对介电常数除以上述中间部件的厚度的值的倒数表示的有效电极间距离为D（μm），则用Wsmax＝0.488×P-4.33×D-160表示，上述多个检测电极Rx各自的X方向的宽度被控制在Wsmax的值±150μm以内的范围。
【专利说明】输入装置以及带输入装置的显示装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及带输入装置的显示装置及其制造技术，尤其是涉及静电电容方式的带输入装置的显示装置及其制造技术。
【背景技术】
[0002]具有使手指接触显示屏，从而向电子设备进行数据输入的被称为触摸面板(触摸传感器)的输入装置的技术。此外，还具有利用排列在显示屏上的容量元件的静电电容检测显示屏上的输入位置的静电电容方式的输入装置。此外，还有结合使用触摸面板的接触位置检测用电极的一部分和显示装置的显示用电极的一部分而使带触摸面板的显示装置薄型化的技术(例如专利文献I)。
[0003]专利文献1:特开2009-244958号公报
[0004]本
【发明者】就通过使手指等输入工具接触或接近显示屏来向电子设备进行数据输入的输入装置以及带输入装置的显示装置的性能的提高进行了研究，发现了以下问题。
[0005]即，在静电电容式输入装置上，在显示屏上配置多个容量元件，通过检测各容量元件的静电电容的变化或者静电电容值，从而确定输入位置。因此，输入装置的位置检测精度(输入位置检测的准确度)根据输入位置检测用的电极的宽度和配置间隔的不同而有很大的变化。此外，如果缩小输入位置检测用电极的配置间隔，输入位置检测元件的分辨率虽然提高，但检测灵敏度降低。而如果扩大输入位置检测用电极的配置间隔，检测灵敏度虽然提高，但单位面积的输入位置检测元件的数量就降低，因此分辨率降低。
[0006]如上所述，输入位置的检测灵敏度与分辨率处于权衡的关系。此外，由于也根据形成在输入位置检测用电极之间的容量元件的静电电容的不同而发生变化，因此输入位置检测用电极的宽度与配置间隔的最佳值也因产品不同而不同。尤其是近年来，为了提高输入装置或带输入装置的显示装置的性能，在输入位置检测用电极之间配置各种部件，很难计算电极的宽度和配置间隔的最佳值。
[0007]本发明鉴于上述课题而形成，其目的在于提供提高输入装置的输入位置检测灵敏度和分辨率的技术。
【发明内容】
[0008]本发明是一种输入装置，具备:多个输入位置检测电极，其沿显示平面的第一方向以第一间隔排列；驱动电极，其与上述多个输入位置检测电极相对地配置，在与上述多个输入位置检测电极之间形成静电电容；以及中间部件，其配置在上述多个输入位置检测电极与上述驱动电极之间。此外，如果设上述多个输入位置检测电极各自的上述第一方向的宽度的理想值为Wsmax ( μ m),设上述多个输入位置检测电极中、相邻的输入位置检测电极的中心间距离即上述第一间隔为P (μπι)，设用上述中间部件的相对介电常数除以上述中间部件的厚度的值的倒数表示的有效电极间距离为D ( μ m)，则用Wsmax =
0.488XP-4.33XD-160表不,上述多个输入位置检测电极各自的上述第一方向的宽度被控制在上述Wsmax的值±150 μ m以内的范围。
[0009]根据上述的本发明的一个带输入装置的显示装置，如果决定了输入位置检测电极与驱动电极之间的有效电极间距离和输入位置检测电极的排列节距，就可以容易地计算输入位置检测电极的最佳宽度。因此，可以分别提高各种输入装置的输入位置检测灵敏度和分辨率。
【专利附图】
【附图说明】
[0010]图1是表示静电电容式触摸面板(输入装置)的简要结构的说明图。
[0011]图2是表示施加在图1所示的触摸面板上的驱动波形与从触摸面板输出的信号波形的关系的例子的说明图。
[0012]图3是示意性地表示图1所示的驱动电极和检测电极的一个排列例子的说明图。
[0013]图4是示意性地表示图1所示的驱动电极和检测电极的一个排列例子的说明图。
[0014]图5是沿着图4所示的X方向的截面图。
[0015]图6是表示关于输入装置的位置检测精度计算输入位置检测电极的宽度的最佳值(理想值)的坐标平面的说明图。
[0016]图7是表示图4和图5所示的检测电极的宽度的与最佳值(理想值)的差和位置检测精度的关系说明图。
[0017]图8是表示作为图5的变形例的输入装置的截面图。
[0018]图9是表示图4的电极布局的变形例的输入装置的说明图。
[0019]图10是表示液晶显示装置的一个例子的基本构成的主要部位截面图。
[0020]图11是表示组合了图4所示的输入装置和图10所示的显示装置的带输入装置的显示装置的构成例子的主要部位的截面图。
[0021]图12是表示作为图11的变形例的带输入装置的显示装置的一个例子的基本结构成的主要部位截面图。
【具体实施方式】
[0022]以下基于附图就本发明的实施方式进行具体说明。在说明以下的实施方式的全部附图中具有相同或类似功能的部件标注相同或类似的记号，原则上省略重复说明。
[0023]此外，在以下的实施方式中说明的图5、图8、图10、图11以及图12是截面图，为了便于观看原则上省略了影线。此外，在各截面图中，用椭圆形示意地表示形成液晶层16的液晶LC。此外，在上述的各截面图中有可能设置多个相同的部件，但为了便于观看，对多个部件中的一个标注记号，相同的部件标注共同的阴影线进行识别。
[0024](第一实施方式)
[0025]〈静电电容式输入装置〉
[0026]首先就被称为静电电容式触摸面板(或者触摸传感器)的输入装置的基本工作原理进行说明。图1是表示静电电容式触摸面板(输入装置)的简要构成的说明图。图2是表示施加在图1所示的触摸面板上的驱动波形与从触摸面板输出的信号波形关系的例子的说明图。图3是示意性地表示在图1所示的触摸面板上检测输入位置时的检测电极周边的电场状态的说明图。图4是示意性地表示图1所示的驱动电极和检测电极的一个排列例子的说明图。图5是沿着图4所示的X方向的截面图。
[0027]如图1所示，静电电容式触摸面板(输入装置)TP具有介电层(中间部件)DL和由隔着介电层DL相对地配置的电极对形成的多个电容元件Cl。在构成该电极对的一个驱动电极Tx上从输入装置用的驱动电路DRl施加例如图2所示的矩形波即驱动波形DW。而例如图2所示，从构成电极对的另一个检测电极(输入位置检测电极)Rx流出与驱动波形DW以及图1所示的电容元件Cl的静电电容相应的电流，输出信号波形SW。从检测电极Rx输出的信号波形SW向检测输入位置的检测电路DTl (参考图1)输出。
[0028]在此，如图3所示，使手指或触摸笔等一端与接地电位连接的电容元件(电介质)SP输入工具CMD接近或接触输入装置TP的多个检测电极Rx中的一个(检测电极Rxl )。此时，在存在于与输入工具CMD分离的位置的检测电极Rx2上产生以连接驱动电极Tx和检测电极Rx2的多条电力线EF表示的电场(electric field)。
[0029]而在位于接近输入工具CMD的位置的检测电极Rxl上，输入工具CMD的电容C2被添加在电容元件Cl上。这种情况下，如图3所示，由于一部分电力线EF连接了驱动电极Tx和输入工具CMD，因此与检测电极Rxl连接的电力线EF的数量少于与检测电极Rx2连接的电力线EF的数量。因此，配置在接近输入工具CMD的位置的检测电极Rxl输出信号波形SW1，该信号波形SWl小于配置在其他位置的检测电极Rx2输出的信号波形SW2。
[0030]因此，在图1所示的检测电路DTl上监控从多个检测电极Rx各自传送的信号波形SW，基于信号波形SW的数值或信号波形SW的变化量可以确定输入工具CMD的位置。例如，事先对信号波形SW的变化量设定阈值，可以参考超过了阈值的检测电极Rx的位置数据后输出输入工具CMD的位置。此外，例如也可以将信号波形SW的数值直接与阈值进行比较。此外，监控信号波形SW的变化量有各种方法，例如可以使用测量检测电极Rx产生的电压值的方法或者测量在检测电路DTI中流动的单位时间的电流值的累计流量的方法。
[0031]此外，向电容元件Cl添加输入工具CMD的电容的现象除了输入工具CMD与检测电极Rx接触以外，输入工具CMD与检测电极Rx接近的情况下也产生。因此，也可以使检测电极Rx不从配置输入工具CMD的面露出，例如，在检测电极Rx与输入工具CMD之间配置盖部件可以保护检测电极Rx。
[0032]此外，驱动电极Tx与检测电极Rx的各个的平面配置形成图4所示的结构。即，在图4中，如果设显示平面为XY平面，则输入装置TP所具有的多个检测电极Rx就沿着X方向具有间隔(排列间隔、配置间隔)SP地规则排列。此外，多个检测电极Rx各自沿着X方向都具有宽度WX，沿着与X方向正交的Y方向延伸地形成带状。间隔SP被定义为相邻的检测电极Rx的中心之间的距离。
[0033]而在图4所示的例子中，输入装置TP具有多个驱动电极Tx。多个驱动电极Tx与检测电极Rx交叉地沿着Y方向排列。此外，多个驱动电极Tx各自沿着X方向延伸地形成带状。这样，通过彼此交错地排列多个驱动电极Tx和多个检测电极Rx，从而可以按驱动电极Tx与检测电极Rx的每个交点判断是否有输入工具CMD (参考图1)。例如，在多个驱动电极Tx上依次施加驱动波形DW (参考图2)，按俯视图中的驱动电极Tx与检测电极Rx的每个交点判断信号波形SW (参考图2)的数值或变化量。
[0034]此外，在图4的例子中，多个检测电极Rx形成在具有前面(表面)la、位于前面Ia的相反侧的反面(表面、背面)lb的基板I的前面la。此外，多个驱动电极Tx形成在具有前面(表面)2a、位于前面2a的相反侧的反面(表面、背面)2b的基板2的前面2a。并且，形成了多个检测电极Rx的基板I通过粘合层3与形成了多个驱动电极Tx的基板2相对配置并固定。
[0035]S卩，在图4和图5所示的例子中，作为配置在多个检测电极Rx和驱动电极Tx之间的中间部件有基板I和粘合层3。由检测电极Rx和驱动电极Tx之间形成的电容元件Cl(参考图1)的静电电容由检测电极Rx与驱动电极Tx之间的距离、检测电极Rx的面积以及中间部件的相对介电常数所规定。因此，图4和图5所示的输入装置TP的情况下，基板I和粘合层3的相对介电常数影响电容元件Cl的静电电容。
[0036]〈输入位置检测精度〉
[0037]以下就输入装置TP的位置检测精度(输入位置检测的准确性)进行说明。图6是表示关于输入装置的位置检测精度计算输入位置检测电极的宽度的最佳值(理想值)的坐标平面的说明图。
[0038]规定输入装置TP的位置检测的准确性的因素有分辨率(检测位置的细微程度)和检测灵敏度(错误检测和不检测少)。如果该分辨率和检测灵敏度都提高，输入位置检测的准确性就提高。该输入位置的准确性可以用称为位置检测误差(精度误差)的指标表示。该位置检测误差的指标是用距离表示实际输入位置与检测出的输入位置的误差的指标，一般来说，小型到中型的触摸面板的位置检测误差优选小于等于±2.0_。
[0039]上述的分辨率和检测灵敏度因多个检测电极Rx的宽度WX和间隔SP的不同而有很大的变化。首先，单位面积的检测位置越多，分辨率就越高。因此，从提高分辨率的角度出发，最好缩小图4和图5所示的多个检测电极Rx的间隔SP并增加检测位置。而在输入装置TP上，如上所述，通过测量图2和图3所示的波形信号SW的值或者波形信号SW的变化量来检测输入位置。因此，波形信号SW越大，错误检测或不检测的频率就越低，检测灵敏度提高。因此，最好扩大图4和图5所示的多个检测电极Rx的间隔SP(扩大相邻的检测电极Rx之间的空间),使电力线EF (参考图3)容易通过相邻的检测电极Rx之间。
[0040]S卩，作为规定输入位置检测的准确性的因素的分辨率和检测灵敏度因检测电极Rx的间隔SP的不同而发生很大的变化且是权衡的关系。此外，检测电极Rx的宽度WX的值与间隔SP的值相对应而具有最佳值。在此，检测电极Rx的间隔SP根据作为检测对象物的输入工具CMD来决定。例如，一般是2mm?6mm左右的间隔。因此，发现了为了使位置检测误差在±2.0mm以下的范围，必须将检测电极Rx的宽度WX调整到适当的值。但是，检测灵敏度也受到配置在检测电极Rx与驱动电极Tx之间的中间部件的厚度和相对介电常数的影响，因此，产品种类不同，检测电极Rx的宽度WX的最佳值(理想值)也不同，很难进行调整。
[0041]因此，本
【发明者】对容易计算检测电极Rx的宽度WX的最佳值(理想值)的技术进行了研究。结果发现，如果决定了检测电极Rx的间隔SP，则检测电极Rx的宽度WX的最佳值可以表示为有效电极间距离(中间部件(图4的情况下是基板I和粘合层3)的相对介电常数除以上述中间部件的厚度的数值的倒数)的函数。此外发现如果决定了上述的有效电极间距离，则检测电极Rx的宽度WX的最佳值可以表示为检测电极Rx的间隔SP的函数。并且，组合上述的有效电极间距离的函数公式和间隔SP的函数公式，发现了以下计算公式。
[0042]即，设图4所示的多个检测电极Rx各自的X方向的宽度的理想值为Wsmax( μπι)。并且设多个检测电极Rx中的相邻的检测电极Rx的中心间距离即间隔SP为P (μπι)。此外，设用中间部件(图4的情况下是基板I和粘合层3)的相对介电常数除以上述中间部件的厚度的数值的倒数表示的有效电极间距离为D (μπι)。此时发现以下的公式成立。
[0043]Wsmax = 0.488ΧΡ-4.33XD-160......公式(I)
[0044]上述公式(I)是图6所示的坐标平面Smax的函数表达式,表示图4所示的宽度WX、间隔SP以及检测电极Rx与驱动电极Tx的有效电极间距离的值在被绘制到图6所示的坐标平面Smax上时成为最佳值。换句话说，图4所示的宽度WX、间隔SP以及检测电极Rx与驱动电极Tx的有效电极间距离这三个变量中，如果决定了两个变量的值，就可以利用公式
(I)容易地导出其余的一个变量的最佳值。
[0045]此外，如图4或图5所示，如果在检测电极Rx与驱动电极Tx之间设置多个中间部件，就可以如下所示地求出上述公式(I)中的有效电极间距离。即，设图5所示的基板I的相对介电常数为S1、基板I的厚度为Cl1、粘合层3的介电常数为ε3、粘合层3的厚度为d3，
[0046]则用以下公式表示
[0047]D = I/ ( ε /(I1+ ε 3/d3)......公式(2)
[0048]此外，如果将上述公式(2)作为配置了 η层的中间部件的情况下的公式进行一般化，则用
[0049][数I]
【权利要求】
1.一种输入装置，具备: 多个输入位置检测电极，其沿显示平面的第一方向以第一间隔排列； 驱动电极，其与所述多个输入位置检测电极相对地配置，在与所述多个输入位置检测电极之间形成静电电容；以及 中间部件，其配置在所述多个输入位置检测电极与所述驱动电极之间， 当将所述多个输入位置检测电极各自的所述第一方向的宽度的理想值设定为Wsmax，Wsmax的单位是μ m, 将所述多个输入位置检测电极中、作为相邻的输入位置检测电极的中心间距离的所述第一间隔设定为P，P的单位是μ m, 将用所述中间部件的相对介电常数除以所述中间部件的厚度所得的值的倒数表示的有效电极间距离设定为D，D的单位是μπι时，则Wsmax 用 Wsmax = 0.488ΧΡ-4.33XD-160 表不， 所述多个输入位置检测电极各自的所述第一方向的宽度被控制在所述Wsmax的值±150μm以内的范围。
2.根据权利要求1所述的输入装置，其中，在所述多个输入位置检测电极与所述驱动电极之间设置有相对介电常数不同的多个所述中间部件，作为所述有效电极间距离的D用所述相对介电常数不同的多个所述中间部件各自的相对介电常数除以厚度所得的值之和的倒数表示。
3.一种带输入装置的显示装置，具备: 显示装置，所述显示装置具有:具有第一面的第一基板、具有与所述第一基板相对的第二面并在所述第一基板的所述第一面的相反侧与所述第一基板分离地配置的第二基板、配置在所述第一基板与所述第二基板之间的多个像素电极、配置在所述第一基板与所述第二基板之间的公共电极、以及配置在所述第一基板与所述第二基板之间并通过在所述多个像素电极与所述公共电极之间施加显示用电压而形成显示图像的显示功能层；以及输入装置，所述输入装置固定在所述第一基板的所述第一面侧， 所述输入装置具有第三基板和第四基板，所述第三基板具有第三面，所述第四基板与所述第三基板相对，且比所述第三基板更配置在所述显示装置侧，所述输入装置还具备: 多个输入位置检测电极，其沿所述第三面的第一方向以第一间隔排列； 驱动电极，其隔着所述第三基板与所述多个输入位置检测电极相对地配置，在与所述多个输入位置检测电极之间形成静电电容；以及 中间部件，其配置在所述多个输入位置检测电极与所述驱动电极之间， 当将所述多个输入位置检测电极各自的所述第一方向的宽度的理想值设定为Wsmax，Wsmax的单位是μ m, 将所述多个输入位置检测电极中、作为相邻的输入位置检测电极的中心间距离的所述第一间隔设定为P，P的单位是μ m, 将用所述中间部件的相对介电常数除以所述中间部件的厚度的值的倒数表示的有效电极间距离设定为D，D的单位是μ m时，则
Wsmax 用 Wsmax = 0.488XP-4.33XD-160 表不， 所述多个输入位置检测电极各自的所述第一方向的宽度被控制在所述Wsmax的值±150μπι以内的范围。
4.一种带输入装置的显示装置，具备: 显示装置，所述显示装置具有:具有第一面的第一基板、具有与所述第一基板相对的第二面并在所述第一基板的所述第一面的相反侧与所述第一基板分离配置的第二基板、配置在所述第一基板与所述第二基板之间的多个像素电极、配置在所述第一基板与所述第二基板之间的公共电极、以及配置在所述第一基板与所述第二基板之间并通过在所述多个像素电极与所述公共电极之间施加显示用电压而形成显示图像的显示功能层；以及 多个输入位置检测电极，所述多个输入位置检测电极隔着所述第一基板形成在所述第二基板的相反侧，并与所述显示装置的所述公共电极之间形成静电电容来检测输入位置， 所述多个输入位置检测电极沿所述第一面的第一方向以第一间隔排列， 将所述多个输入位置检测电极各自的所述第一方向的宽度的理想值设定为Wsmax，Wsmax的单位是μ m, 将所述多个输入位置检测电极中、作为相邻的输入位置检测电极的中心间距离的所述第一间隔设定为P，P的单位是μ m, 将用配置在所述多个输入位置检测电极与所述公共电极之间的中间部件的相对介电常数除以所述中间部件的厚度所得的值的倒数表示的有效电极间距离设定为D，D的单位是μ m时,则
Wsmax 用 Wsmax = 0.488XP-4.33XD-160 表不， 所述多个输入位置检测电极各自的所述第一方向的宽度被控制在所述Wsmax的值±150μπι以内的范围。
5.一种带输入装置的显示装置，具备: 显示装置，所述显示装置具有:具有第一面的第一基板、具有与所述第一基板相对的第二面并在所述第一基板的所述第一面的相反侧与所述第一基板分离配置的第二基板、配置在所述第一基板与所述第二基板之间的多个像素电极、配置在所述第一基板与所述第二基板之间的公共电极、以及配置在所述第一基板与所述第二基板之间并通过在所述多个像素电极与所述公共电极之间施加显示用电压而形成显示图像的显示功能层； 多个输入位置检测电极，所述多个输入位置检测电极隔着所述第一基板形成在所述第二基板的相反侧，在与所述显示装置的所述公共电极之间形成静电电容来检测输入位置；以及 第三基板，其与所述第一面相对配置， 所述多个输入位置检测电极在所述第三基板的至少一个面上沿第一方向以第一间隔排列， 当将所述多个输入位置检测电极各自的所述第一方向的宽度的理想值设定为Wsmax，Wsmax的单位是μ m, 将所述多个输入位置检测电极中、作为相邻的输入位置检测电极的中心间距离的所述第一间隔设定为P，P的单位是μ m, 将用配置在所述多个输入位置检测电极与所述公共电极之间的中间部件的相对介电常数除以所述中间部件的厚度所得的值的倒数表示的有效电极间距离设定为D，D的单位是μ m时,则Wsmax 用 Wsmax = 0.488XP-4.33XD-160 表不， 所述多个输入位置检测电极各自的所述第一方向的宽度被控制在所述Wsmax的值±150μπι以内的 范围。
【文档编号】G02F1/1333GK103577016SQ201310332104
【公开日】2014年2月12日 申请日期:2013年8月1日 优先权日:2012年8月1日
【发明者】安住康平, 仓泽隼人, 石崎刚司 申请人:株式会社日本显示器