專利名稱：顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
0001
本發(fā)明涉及向畫面輸入坐標(biāo)的輸入裝置和具備該裝置的顯示裝 置，特別是適用于具備電容耦合方式的輸入裝置的顯示裝置中的坐標(biāo) 檢測精度的高精度化的裝置。
背景技術(shù)：
0002
具備具有使用者用手指等在顯示畫面上觸摸操作(接觸按壓操 作，以下簡稱為觸摸)來輸入信息的畫面輸入功能的輸入裝置(以下 也稱為觸摸傳感器或觸摸面板)的顯示裝置，已被用于PDA或便攜終 端等移動(dòng)電子設(shè)備、各種家電產(chǎn)品、無人受理機(jī)等裝置型顧客指引終 端。作為這樣的基于觸摸的輸入裝置，已知有檢測被觸摸部分的電阻 值變化的電阻膜方式、檢測電容變化的靜電容耦合方式或檢測因觸摸 而遮蔽的部分的光量變化的光傳感器方式等。0003
與電阻膜方式或光傳感器方式相比，靜電容耦合方式具有如下優(yōu) 點(diǎn)。例如，電阻膜方式或光傳感器方式中的透過率低，為80%左右， 而靜電容耦合方式中的透過率高達(dá)約卯％ ，具有不使顯示畫質(zhì)降低的 優(yōu)點(diǎn)。另外，電阻膜方式中通過電阻膜的機(jī)械接觸來探測觸摸位置， 因此有電阻膜劣化或破損之虞，而靜電容耦合方式中不存在檢測用電 極與其他電極等相接觸這樣的機(jī)械接觸，在耐久性這一點(diǎn)上也有利。0004
作為靜電容耦合方式的觸摸面板，例如有特表2003 - 5H799號(hào)公 報(bào)中公開的方式。按照該公開的方式，設(shè)置有縱橫二維陣列狀配置的縱向電極(X電極)和橫向電極(Y電極)供檢測之用，在輸入處理 部檢測各電極的電容。手指等導(dǎo)體接觸到觸摸面板的表面時(shí)各電極的 電容增加，輸入處理部可探測到電容的增加，并根據(jù)各電極探測到的 電容變化信號(hào)計(jì)算出輸入坐標(biāo)。這里，即使作為其物理特性的電阻值 因檢測用電極劣化而變化，對(duì)于電容檢測的影響也很小，所以對(duì)于觸 摸面板的輸入位置檢測精度影響不大。因此，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的輸入 位置檢測。
0006
但是，如上述特表2003 - 511799號(hào)公報(bào)所記載那樣，靜電容耦合 方式的觸摸面板通過檢測出檢測用的各電極的電容變化來檢測輸入 坐標(biāo)，因此作為輸入工具的前提是具有導(dǎo)電性的物質(zhì)。因此，若讓電 阻膜方式等使用的不具導(dǎo)電性的樹脂制觸筆等與靜電容耦合方式的 觸摸面板接觸，則幾乎不發(fā)生電極的電容變化，就無法進(jìn)行輸入坐標(biāo) 檢測。
0007
一方面，若用具有導(dǎo)電性的物質(zhì)例如金屬等制作觸筆，并用該觸 筆對(duì)靜電容耦合方式的觸摸面板進(jìn)行輸入，則電極個(gè)數(shù)會(huì)增加。例如， 考慮以特表2003 - 511799號(hào)公報(bào)所述的菱形為基本電極形狀來實(shí)現(xiàn) 對(duì)角為4英寸、縱橫尺寸比為3:4的靜電容耦合方式觸摸面板的情況。 這里，假定用手指作為輸入對(duì)象物時(shí)，最小的接觸面為直徑6mm，以 該尺寸為電極間隔準(zhǔn)備檢測用電極，電極總數(shù)成為22個(gè)。另一方面， 假定觸筆的接觸面為直徑lmm，以該尺寸為電極間隔而準(zhǔn)備139個(gè)檢 測用電極，電極個(gè)數(shù)增加到約6倍。電極個(gè)數(shù)一增加，向輸入處理部 引出布線所需的邊框面積就會(huì)增大，并且由于與控制電路的信號(hào)連接 個(gè)數(shù)增加，對(duì)沖擊等的可靠性也會(huì)降低。另外，電路面積也會(huì)因輸入 處理部的端子數(shù)增加而變大，存在成本增加之懸念。0008
根據(jù)以上所述，特表2003 - 511799號(hào)公報(bào)中公開的靜電容耦合方 式觸摸面板中有待解決的課題是，如何適應(yīng)基于非導(dǎo)電性物質(zhì)的輸入，以及如何在對(duì)應(yīng)于小接觸面輸入工具的情況下減少電極數(shù)。

發(fā)明內(nèi)容
0009
為了解決上述課題，本發(fā)明使用具備多個(gè)X電極、多個(gè)Y電極、多個(gè)或一個(gè)Z電極的靜電容觸摸面板。該靜電容觸摸面板中，上述X電極和上述Y電極隔著第1絕緣層相交叉，它們各由焊盤部和細(xì)線部在其延伸方向交互排列而形成，從平面上看，上述X電極的焊盤部和上述Y電極的焊盤部不相重疊地配置。并且其特征在于，靜電容觸摸面板具備多個(gè)上述Z電極時(shí)，從平面上看，上述Z電極隔著第2絕緣層與鄰接的上述X電極和上述Y電極這兩者重疊而形成，且上述Z電極在電氣上浮置。此時(shí)，上述第2絕緣層可以用其厚度因觸摸產(chǎn)生的按壓而變化的材料、例如彈性絕緣材料形成，非導(dǎo)電性的輸入工具也能使上述X電極和上述Y電極與上述Z電極之間的電容發(fā)生變化，能夠以靜電容耦合方式檢測到觸摸。并且其特征在于，靜電容觸摸面板具備一個(gè)上述Z電極時(shí)，從平面上看，上述Z電極隔著第2絕緣層與上述多個(gè)X電極和上述多個(gè)Y電極這兩者重疊而形成，且上述Z電極在電氣上浮置。此時(shí)，上述第2絕緣層可以用其厚度因觸摸產(chǎn)生的按壓而變化的材料、例如彈性絕緣材料形成，非導(dǎo)電性的輸入工具也能使上述X電極和上述Y電極與上述Z電極之間的電容發(fā)生變化，能夠以靜電容耦合方式檢測到觸摸。0010
另外，上述x電極的焊盤部延伸到與該x電極鄰接x電極的細(xì)線
部附近，從平面上看，該X電極的焊盤部的形狀可設(shè)置成在上述鄰接X電極的細(xì)線部附近面積成為最小，在該X電極的細(xì)線部附近面積成為最大，且該焊盤部的面積從該X電極的細(xì)線部附近開始減少，一直到上述鄰接X電極的細(xì)線部附近。從而，在上述X電極的電極間隔比觸摸操作中的接觸面寬大時(shí)，也能根據(jù)鄰接的上述X電極的檢測電容成分之比算出觸摸坐標(biāo)位置，能通過少的電極個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)高精度的位置檢測。
0011
另外，上述多個(gè)或一個(gè)Z電極與鄰接的上述X電極和上述Y電極這兩者重疊而形成，即使在上述X電極上因觸摸而存在接觸面時(shí)，也能夠通過上述Z電極探測到鄰接的上述Y電極的電容變化。另外，即使上述Y電極上因觸摸而存在接觸面時(shí)，也能夠通過上迷Z電極探測到鄰接的上迷X電極的電容變化，因此能夠檢測出觸摸面板整個(gè)面上的輸入坐標(biāo)。同時(shí)，還能夠減少上述Y電極的電極個(gè)數(shù)。0012
通過在觸摸面板的電極的形狀和配置上想辦法，本發(fā)明能夠以少的電極個(gè)數(shù)實(shí)現(xiàn)高于傳統(tǒng)方式的位置檢測精度。


圖1是本發(fā)明一實(shí)施例中的輸入裝置及具備該裝置的顯示裝置的系統(tǒng)結(jié)構(gòu)圖。
圖2是電容檢測部102的電路結(jié)構(gòu)圖。
圖3是說明電容檢測部102的動(dòng)作的時(shí)序圖。
圖4是電容檢測時(shí)的電容檢測用電極的電壓波形圖。
- 土
圖5A是表示本發(fā)明一實(shí)施例中的觸摸面板的電極形狀的平面圖。圖5B是表示本發(fā)明一實(shí)施例中的觸摸面板的電極形狀的平面圖。圖6是表示本發(fā)明一實(shí)施例中的觸摸面板的電極結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖7A是表示本發(fā)明一實(shí)施例中的觸摸面板中電容檢測用電極的
靜電容導(dǎo)致的電容變化的示意圖。
圖7B是表示本發(fā)明一實(shí)施例中的觸摸面板中電容檢測用電極的
靜電容導(dǎo)致電容變化的示意圖。
圖8A是表示本發(fā)明一實(shí)施例中的觸摸面板中電容檢測用電極的
壓力探測用絕緣層的厚度變化導(dǎo)致電容變化的示意圖。圖8B是表示本發(fā)明一實(shí)施例中的觸摸面板中電容檢測用電極的壓力探測用絕緣層的厚度變化導(dǎo)致電容變化的示意圖。
圖9A表示本發(fā)明一實(shí)施例中X電極上X方向上接觸面位置變化后的狀況。
圖9B是表示本發(fā)明一實(shí)施例中X方向上接觸面移動(dòng)后的信號(hào)分量的曲線圖。
圖9C是表示本發(fā)明一實(shí)施例中X方向上接觸面移動(dòng)后的信號(hào)分量的曲線圖。
圖9D是表示本發(fā)明一實(shí)施例中X方向上接觸面移動(dòng)后的信號(hào)分量的曲線圖。
圖10是表示本發(fā)明一實(shí)施例中接觸面在Y電極上存在且在X方向上移動(dòng)的示意圖。
圖11A是表示本發(fā)明一實(shí)施例中Y方向上接觸面位置變化的狀況。
圖11B是表示本發(fā)明一實(shí)施例中Y方向上接觸面移動(dòng)后信號(hào)分量的曲線圖。
圖11C是表示本發(fā)明一實(shí)施例中Y方向上接觸面移動(dòng)后信號(hào)分量的曲線圖。
圖11D是表示本發(fā)明一實(shí)施例中Y方向上接觸面移動(dòng)后信號(hào)分量的曲線圖。
圖12是觸摸面板上電容檢測用電極的配置圖。圖13是表示X電極間隔與電容檢測用電極個(gè)數(shù)之關(guān)系的曲線圖。圖14是表示本發(fā)明一實(shí)施例中Z電極的其他形狀的示意圖。圖15是表示本發(fā)明一實(shí)施例中Z電極的其他形狀的示意圖。圖16是表示本發(fā)明一實(shí)施例中X電極的其他形狀的示意圖。圖17是表示本發(fā)明一實(shí)施例中X電極的其他形狀的示意圖。圖18A表示本發(fā)明一實(shí)施例中X方向上接觸面位置變化的狀態(tài)。圖18B是表示本發(fā)明 一 實(shí)施例中X方向上接觸面移動(dòng)后信號(hào)分量的曲線圖。圖18C是表示本發(fā)明一實(shí)施例中X方向上接觸面移動(dòng)后信號(hào)分量的曲線圖。
圖18D是表示本發(fā)明一實(shí)施例中X方向上接觸面移動(dòng)后信號(hào)分量的曲線圖。
圖19是表示本發(fā)明第2實(shí)施例中觸摸面板的電極形狀的平面圖。圖20是表示本發(fā)明第2實(shí)施例中觸摸面板的電極結(jié)構(gòu)的剖面圖。圖21是表示本發(fā)明一實(shí)施例中觸摸面板的壓力探測用絕緣層距
離變化后的信號(hào)分量的曲線圖。
圖22是表示本發(fā)明一實(shí)施例中的觸摸面板的導(dǎo)體接觸時(shí)的信號(hào)
分量的曲線圖。
具體實(shí)施方式
0013
以下，用附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例。[第1實(shí)施例I0014
輸入裝置(以下稱為觸摸面板)和具備該裝置的顯示裝置的結(jié)構(gòu)如圖1所示。
0015
圖1中，101是與第1實(shí)施例有關(guān)的觸摸面板。觸摸面板101具備電容檢測用的X電極XP和Y電極YP。這里，圖示了例如4個(gè)X電極(XP1到XP4) 、 4個(gè)Y電極(YP1到Y(jié)P4),但是電極數(shù)并不受此限制。觸摸面板101設(shè)在顯示裝置106的前面。因此，使用者觀看顯示裝置顯示的圖像時(shí)，顯示圖像需要透過觸摸面板，所以觸摸面板以具有高透過率者為佳。觸摸面板101的X電極和Y電極通過檢測用布線與電容檢測部102連接。電容檢測部102由控制運(yùn)算部103輸出的檢測控制信號(hào)控制，檢測觸摸面板所包含的各電極(X電極、Y電極)的電容，并將因各電極的電容值而變化的電容檢測信號(hào)輸出到控制運(yùn)算部103?？刂七\(yùn)算部103根據(jù)各電極的電容檢測信號(hào)計(jì)算出各電極的信號(hào)分量，并根據(jù)各電極的信號(hào)分量算出輸入坐標(biāo)。系統(tǒng)104通過觸摸操作將輸入坐標(biāo)從觸摸面板101傳送出去，并生成對(duì)應(yīng)于該觸摸操作的顯示圖像，作為顯示控制信號(hào)傳送到顯示控制電路105。顯示控制電路105根據(jù)由顯示控制信號(hào)傳送的顯示圖像生成顯示信號(hào)，在顯示裝置上顯示圖像。
0016
圖2表示電容檢測部102的電路結(jié)構(gòu)。這里示出一例基于電流積分的電容檢測電路。但是，電容檢測方式并不受此限制，例如，釆用電容和開關(guān)的基于開關(guān)電容(switched capacitor)的電容檢測方式、用開關(guān)和電容輸送電荷至電容的電荷轉(zhuǎn)移(charge transfer)方式等能夠檢測出觸摸面板的電容檢測用電極的電容或電容變化的方式，均能適用。圖2所示的基于電流積分的電容檢測電路，由恒流源、將恒流源的電流加到觸摸面板101的X電極和Y電極的開關(guān)SW —A、將電流積
107和將電容檢測用電極的電壓復(fù)位的開關(guān)SW-B構(gòu)成。這里，與X電極XP連接的上述開關(guān)SW —A、 SW-B及其控制信號(hào)記為SW-XPA、 SW-XPB,與Y電極YP連接的上述開關(guān)SW-A、 SW —B及其控制信號(hào)記為SW —YPA、 SW-YPB。0017
圖3是表示圖2所示的電容檢測部102的動(dòng)作的時(shí)序圖。這里，假定控制信號(hào)為高電平時(shí)開關(guān)成為連接狀態(tài)，控制信號(hào)為低電平時(shí)開關(guān)成為非連接狀態(tài)。電容檢測部102在SW — XP1B設(shè)為低電平后解除復(fù)位狀態(tài)，然后在SW - XplA設(shè)為高電平后將XP1電極與恒流源連接。從而，觸摸面板101的電容檢測用電極XP1的電壓VINT上升。參考電壓VREF設(shè)定為比復(fù)位電位(這里，假定為GND)高的電位。因此，從SW — XP1A成為高電平到VINT達(dá)到VREF，比較器107的輸出成為低電平。VINT—旦成為參考電壓VREF以上，比較器107就輸出高電平。然后，SW-XP1A成為非連接狀態(tài)，SW —XP1B成為連接狀態(tài)，在XP1電極被復(fù)位之前，比較器107輸出高電平。上述的XP1電極的充放電一結(jié)束，就接著以同樣的方式進(jìn)行XP2電極的充放電。該動(dòng)作反 復(fù)進(jìn)行，進(jìn)行XP1到XP4、 YP1到Y(jié)P4電極的電容檢測。通過反復(fù)進(jìn)行 以上的動(dòng)作，能夠連續(xù)地檢測輸入坐標(biāo)。圖4是表示通過圖2和圖3所 示的基于電流積分的電容檢測測出觸摸面板101的電容檢測用電極的 電容變化時(shí)的XP1電極的電壓VINT的示意圖。觸摸面板101的XP1電 極上無觸摸時(shí)XP1電極的電容不變化，因此在達(dá)到參考電壓VRE之前 的時(shí)間，每次檢測操作大致為定值。另一方面，XP1電極上有觸摸時(shí)， XP1電極的電容就發(fā)生變化。這里，例如假定電容增加，由于恒流源 的電流一定，達(dá)到參考電壓VREF的時(shí)間就延長?？刂七\(yùn)算部103能夠 將該觸摸狀況確定的達(dá)到參考電壓VREF的到達(dá)時(shí)間之差值作為電容 檢測信號(hào)的上升定時(shí)差測出。因此，控制運(yùn)算部103能夠?qū)㈦娙輽z測 信號(hào)的上升定時(shí)差作為各電極的信號(hào)分量算出，并根據(jù)各電極的信號(hào) 分量計(jì)算輸入坐標(biāo)。0018
接著，用圖5和圖6說明本發(fā)明第1實(shí)施例的觸摸面板101上所設(shè)的 電容檢測用電極。0019
圖5A是表示觸摸面板101的電容檢測用的X電極XP和Y電極YP 以及設(shè)于其上部的Z電極ZP的電極圖案的示意圖。X電極XP和Y電極 YP通過檢測用布線與電容檢測部102連接。另一方面，Z電極ZP不被 電氣連接而設(shè)為浮置狀態(tài)。圖5B只示出X電極XP和Y電極YP的電極圖 案。Y電極在觸摸面板101的橫向延伸，多個(gè)Y電極在縱向排列。為了 減少各電極的交叉電容，Y電極和X電極的交叉部分的Y電極和X電極 的電極寬度設(shè)為細(xì)線。本說明書中將該部分稱為細(xì)線部。從而，Y電 極成為在其延伸方向由細(xì)線部和其以外的電極部分(以下稱為焊盤 部)交互配置的形狀。另外，X電極在觸摸面板101的縱向延伸，多個(gè) X電極在橫向排列。與Y電極一樣，X電極成為在其延伸方向由細(xì)線部 和焊盤部交互配置的形狀。鄰接的Y電極之間形成X電極的焊盤部。 在以下關(guān)于本說明書中X電極的焊盤部形狀的說明中，將X電極與檢測用布線連接的布線位置(或者說x電極的細(xì)線部)設(shè)于x電極的橫 向中心。x電極的焊盤部電極形狀的面積隨著接近鄰接x電極的中心
而變小，而越接近該X電極的中心其面積越大。因此，在考慮鄰接的2 個(gè)X電極例如XP1和XP2之間的X電極的面積時(shí)，在XP 1電極的中心附 近，XP1電極焊盤部的電極面積成為最大，且XP2電極焊盤部的電極 面積成為最小。另一方面，在XP2電極的中心附近，XP1電極焊盤部 的電極面積成為最小，且XP2電極焊盤部的電極面積成為最大。這里， 鄰接的2個(gè)X電極之間的焊盤部形狀， 一方的X電極的形狀呈凸?fàn)?，?一方的X電極形狀呈凹狀。00201
圖5B中，X電極左側(cè)焊盤部的電極形狀設(shè)為凸?fàn)睿覀?cè)的電極形 狀設(shè)為凹狀，但并不以此為限。例如，也可以將X電極右側(cè)的電極形 狀設(shè)為凸?fàn)睿瑢⒆髠?cè)的電極形狀設(shè)為凹狀，或者將X電極左右的電極 形狀設(shè)為凸?fàn)?，將鄰接X電極的電極形狀設(shè)為凹狀。0021
接著，就Z電極ZP的形狀進(jìn)行說明。圖5A中，通過與Y電極平行 的多個(gè)狹縫和與X電極平行的多個(gè)狹縫，Z電極ZP被分割為多個(gè)電極 ZP。圖5A中，與Y電極平行的狹縫的縱向位置設(shè)在各X電極上和各Y 電極上。各X電極上的狹縫的縱向位置最好位于X電極的凸?fàn)畹捻旤c(diǎn) 附近，或者凹狀的谷底附近。另外，各Y電極上的狹縫的縱向位置最 好位于Y電極的電極寬度的中心附近。另一方面，與X電極平行的狹 縫數(shù)，在鄰接的X電極之間設(shè)置多處。這時(shí)與X電極平行的狹縫間隔 可以任意設(shè)定，但最好設(shè)置成接近于所設(shè)想的輸入工具的最小接觸面 尺寸。另外，圖5A中，與Y電極平行的狹縫設(shè)于各X電極和各Y電極上， 但設(shè)于其中至少一方即可。0022
圖6是表示圖5A中從點(diǎn)A到點(diǎn)B的觸摸面板101的剖面形狀的示意 圖。該剖面圖僅示出了說明觸摸面板動(dòng)作所需的層。觸摸面板101的 各電極形成于透明基板上。從透明基板開始由近及遠(yuǎn)地對(duì)各層進(jìn)行說明。首先，在透明電極的附近形成X電極XP，接著形成用以將x電極 和Y電極絕緣的絕緣膜。接著，形成Y電極YP。這里，X電極XP和Y 電極的順序也可以更換。接著在Y電極YP上配置壓力探測用絕緣層， 接著設(shè)置Z電極ZP和保護(hù)層。這里，壓力探測用絕緣層可以采用在因 觸摸操作而受按壓時(shí)膜厚變化的透明絕緣材料。例如，可以用彈性絕 緣材料等形成壓力探測用絕緣層。0023
接著，用圖7和圖8說明本發(fā)明第1實(shí)施例的觸摸面板101中在觸摸 操作時(shí)的電容變化。0024
圖7A和圖7B是說明觸摸操作的輸入工具為手指等導(dǎo)體時(shí)的電容 變化的示意圖。這里，假定觸摸時(shí)的按壓力小時(shí)壓力探測用絕緣層的 厚度不發(fā)生變化。另外，各電極的電極電容是由與鄰接電極之間的邊 緣電容、交叉電容、其他寄生電容合成的合成電容，但這里只關(guān)注與 Z電極之間的平行平板電容，并假定其他電極電容在有觸摸操作和無 觸摸操作時(shí)沒有變化。這里，假定無觸摸操作時(shí)的Z電極ZPA和X電極 XP1之間的電容為Cxz， Z電極ZPA和Y電極YP2之間的電容為Cyz。
0025
電容檢測部102檢測X電極XP1的電極電容時(shí)，Y電極YP2在復(fù)位 狀態(tài)成為GND電位。因此，從X電極XP1看的合成電容，Z電極ZPA 浮置，Cxz和Cyz成為串聯(lián)鏈接的電容。此時(shí)的X電極的合成電容Cxp 用下式表示。0026
Cxp-Cxz.Cyz/ (Cxz+Cyz) …式(1) 另一方面，在進(jìn)行觸摸操作而有手指接觸時(shí)，可看作Z電極ZPA 上電連接了手指的靜電容成分Cf的狀態(tài)。用等效電路描述這時(shí)的合成 電容，如圖7(b)所示，觸摸操作時(shí)X電極的合成電容Cxpf由下式表 示。
0027Cxpf - Cxz' ( Cyz十Cf) / ( Cxz十Cyz + Cf) …式(2 )
控制運(yùn)算部103將無觸摸操作時(shí)的XPl電極電容Cxp和有觸摸操 作時(shí)的XPl電極電容Cxpf之差值計(jì)算為XPl電極的信號(hào)分量。觸摸操 作有無時(shí)的電極電容之差值A(chǔ)Cxp可根據(jù)式(1)和式(2)算出。0028
△Cxp = Cxz2'Cf/ { (Cxz十Cyz) (Cxz十Cyz十Cf) }...式(3) 如可從式(3〉確認(rèn)，電極電容之差值A(chǔ)Cxp依賴于手指的靜電 容Cf,因此可由控制運(yùn)算部103作為XP1電極的信號(hào)分量算出。0029
圖8A和圖8B是說明觸摸操作的輸入工具為非導(dǎo)電性，通過觸摸 時(shí)的按壓使壓力探測用絕緣層的厚度變化而導(dǎo)致電容變化的示意圖。 如圖7A和圖7B所示無觸摸操作時(shí)的XP1電極的電容可用式(1)表示。 圖8A和圖8B表示在觸摸時(shí)由于按壓Z電極ZPA和電容檢測用電極之 間的壓力探測用絕緣層變薄的情況。設(shè)這時(shí)的Z電極ZPA和X電極XP1 之間的電容為Cxza， Z電極ZPA和Y電極YP2之間的電容為Cyza，由 于平行平板電容與厚度成反比，故下式成立。0030
Cxza〉Cxz， Cyza > Cyz …式
(4)
電容檢測部102檢測出X電極XP1的電極電容時(shí)，Y電極YP2在復(fù) 位狀態(tài)成為GND電位。因此，由于Z電極ZPA浮置，從X電極XP1看的 合成電容成為Cxza和Cyza串聯(lián)鏈接的電容。此時(shí)的X電極的合成電容 Cxpa用下式表示。
0031
Cxpa = Cxza.Cyza / ( Cxza + Cyza ) …式(5) 控制運(yùn)算部103將無觸摸操作時(shí)的XPl電極電容Cxp和有觸摸操 作時(shí)的XPl電極電容Cxpa之差值作為XPl電極的信號(hào)分量計(jì)算。觸摸 操作有無時(shí)的電極電容之差值A(chǔ)Cxpa可由式(1)和式(5)算出。0032△Cxpa = { Cxz.Cxza ( Cyza - Cyz )十Cyz.Cyza ( Cxza - Cxz ) } / { ( Cxz + Cyz ) ( Cxza + Cyza ) } …式(6 )
如可根據(jù)式(4)和式(6)確認(rèn)，電極電容之差值厶Cxpa可由 電容檢測部102檢測，因此可由控制運(yùn)算部103作為XP1電極的信號(hào)分
量算出。
0033
根據(jù)上述情況，通過使用壓力探測用絕緣層和Z電極ZP，即使為
非導(dǎo)電性的輸入工具，也能通過因按壓產(chǎn)生的壓力探測用絕緣層的厚 度變化而使電容變化，從而能夠探測到輸入坐標(biāo)。
0034
接著，用圖9和圖10說明觸摸操作的接觸面小時(shí)接觸面位置橫向 變化后各電極的信號(hào)分量。0035
圖9A表示鄰接的2個(gè)X電極XP2和XP3之間，X電極上接觸面位置 變化后的狀況。XA在XP2的中心附近，XB在XP2和XP3的中間附近， XC在XP3的中心附近。為了簡明起見，圖9A中沒有示出Z電極ZP。圖 9B表示接觸面位置為XA時(shí)XP2和XP3的控制運(yùn)算部103算出的信號(hào)分 量。同樣，圖9C和圖9D分別表示位置為XB時(shí)和XC時(shí)的XP2和XP3的 信號(hào)分量。圖8A和圖8B所示的靜電容Cf和圖9的各圖所示的Z電極ZP 和電容檢測用電極之間的電容變化，依賴于接觸面的面積。因此，電 容檢測用電極與接觸面的重疊面積大時(shí)信號(hào)分量就變大，相反地，電 容檢測用電極與接觸面的重疊面積小時(shí)信號(hào)分量就變小。位置XA處， 接觸面與XP2的重疊部分多，而與XP3之間幾乎沒有重疊，因此如圖 9B所示，XP2的信號(hào)分量大，而XP3的信號(hào)分量小。位置XB處，XP2 和XP3與接觸面重疊的面積大致相等，因此，如圖9C所示，算出的信 號(hào)分量XP2和XP3大致相等。而且，位置XC處，接觸面與XP3的重疊 部分多，而與XP2幾乎不重疊，因此如圖9D所示，XP3的信號(hào)分量大， XP2的信號(hào)分量小?？刂七\(yùn)算部103用各電極的信號(hào)分量進(jìn)行重心計(jì) 算，計(jì)算出接觸面通過觸摸操作所接觸的輸入坐標(biāo)。如圖9C所示，在XP2和XP3上得到相等的信號(hào)分量時(shí)，重心位置就來到XP2電極和XP3 電極的中間，因此可算出輸入坐標(biāo)。另一方面，如圖9B和圖9D所示， 在一方的X電極的信號(hào)分量非常大時(shí)，重心位置位于檢測到大的信號(hào) 分量的X電極附近，因此同樣可算出輸入坐標(biāo)。0036
圖10表示在Y電極上接觸面如圖9A同樣地變化時(shí)的狀況。在橫向 位置上，圖9A的XA與XA，、 XB與XB，、 XC與XC，相當(dāng)。圖10中接觸 面不與X電極直接重疊，但與接觸面重疊的Z電極ZP與鄰接的X電極 XP2和XP3相重疊。因此，Y電極上因接觸而導(dǎo)致的電容變化，可通過 經(jīng)由Z電極ZP的電容耦合而在鄰接的X電極上測出。
0037
如上所述，通過使用本發(fā)明第1實(shí)施例的X電極的電極形狀，即
使在x電極的電極間隔比接觸面寬時(shí)，也能通過進(jìn)行重心計(jì)算而高精 度地測出位置。因此，通過將x電極的電極間隔擴(kuò)大到比接觸面大， 能夠?qū)㈦姌O個(gè)數(shù)減至少于傳統(tǒng)的電極圖案。另外，即使x電極的電極
形狀由Y電極隔于其間而離散開，也能夠通過將電氣上浮置的Z電極配 置成跨越鄰接的X電極和Y電極，在觸摸面板的整個(gè)面上檢測出X方向 的輸入坐標(biāo)。0038
接著，用圖ll的各圖說明在觸摸操作的接觸面小的情況下，接觸 面位置在縱向變化時(shí)各電極的信號(hào)分量。0039
圖11A表示在鄰接的2個(gè)Y電極YP2和YP3之間接觸面位置在縱向 變化的狀況。YA在YP2的中心附近，YB在YP2和YP3的中間附近， YC在YP3的中心附近。接觸面位置在YA處時(shí)，與接觸面重疊的Y電極 只是YP2，因此如圖11B所示控制運(yùn)算部103檢測的信號(hào)分量只有YP2 電極的信號(hào)分量。同樣，接觸面位置在YC處時(shí)，與接觸面重疊的Y電 極只是YP3，因此如圖11D所示，只有YP3電極的信號(hào)分量。另一方面， 接觸面位置在YB處的X電極上時(shí)，與接觸面重疊的Z電極ZP與鄰接的Y電極交叉。因此，在X電極上的接觸產(chǎn)生的電容變化，能夠通過經(jīng) 由Z電極ZP的電容耦合用鄰接Y電極檢測出。在位置YB處，與YP2電
發(fā)生電容變化近似相等。因此，圖11C所示的YP2和YP3上得到的信號(hào) 分量大致相等。與計(jì)算X電極的輸入坐標(biāo)時(shí)一樣，控制運(yùn)算部103用各 電極的信號(hào)分量進(jìn)行重心計(jì)算，算出接觸面通過觸摸操作而接觸的輸 入坐標(biāo)。如圖IIC所示，在YP2和YP3上得到差不多相同的信號(hào)分量時(shí)， 重心位置就位于YP2電極和YP3電極的中間，因此可算出輸入坐標(biāo)。 另一方面，如圖11B和圖11D所示，在只有一方的Y電極的信號(hào)分量時(shí)， 重心位置就在測出信號(hào)分量的Y電極的中心附近，因此同樣可算出輸 入坐標(biāo)。
0040
如上所述，即使本發(fā)明第1實(shí)施例的Y電極的電極形狀因X電極隔 于其間而離散開，也能通過將電氣上浮置的Z電極配置成跨越鄰接的X 電極和Y電極而在整個(gè)觸摸面板上檢測Y方向的輸入坐標(biāo)。另外，由 于能夠用上述的Z電極檢測X電極存在區(qū)域的縱向輸入坐標(biāo)，能夠減少 Y電極的個(gè)數(shù)。另外，可通過縱向Y坐標(biāo)中重心計(jì)算進(jìn)行坐標(biāo)運(yùn)算來 高精度地進(jìn)行位置檢測。0041
為了說明以上所述的通過本發(fā)明的第1實(shí)施例中的X電極、Y電極 及Z電極的電極形狀來減少電容檢測用電極個(gè)數(shù)的效果，計(jì)算了圖12 所示的對(duì)角為4英寸(假定縱橫比為3:4)的觸摸面板上的電極個(gè)數(shù)。 這里，假定所設(shè)想的最小接觸面為直徑1.0mm, Y電極的電極間隔為 2.0mm。圖13是將以X電極的電極間隔為參數(shù)時(shí)的電極數(shù)匯總的曲線 圖。通過擴(kuò)大X電極的電極間隔，可減少X電極個(gè)數(shù)。例如，通過將 電極間隔設(shè)為6.0mm，就能夠?qū)㈦娙輽z測用電極數(shù)減少約100個(gè)，而傳 統(tǒng)技術(shù)中的電極個(gè)數(shù)為139 ( X電極和Y電極均以l,Omm的電極間隔排 列)。
0042通過本發(fā)明的第l實(shí)施例減少電容檢測用電極個(gè)數(shù)，能夠減小檢
測用布線引出用的邊框尺寸。另外，由于觸摸面板101和電容檢測部 102之間的連接線數(shù)也減少，能夠期待可靠性的提高。另外，由于電 容檢測用的電極數(shù)減少，電容檢測部的端子數(shù)也能減少，使集成化時(shí) 的成本降低成為可能。
0043
圖14和圖15表示Z電極的狹縫位置改變后的情況。在圖5A、圖14 及圖15的Z電極ZP中，與X電極平行的狹縫相同，與Y電極平行的狹縫 不相同。但它們的共同點(diǎn)是，Z電極跨越鄰接的X電極和Y電極且與它 們交叉。
0044
圖14中，與Y電極平行的狹縫配置在各Y電極的中央附近。從而， 同一個(gè)Z電極跨越鄰接的X電極和Y電極且與它們交叉，與圖5A的情況 一樣，能夠與X電極上的電容變化耦合而檢測出Y電極，相反地，也 能夠與Y電極上的電容變化耦合而檢測出X電極。因而，能夠期待取 得與圖5A同樣的效果。0045
圖15中，與Y電極平行的狹縫配置在各X電極的中央附近。從而， 同 一個(gè)Z電極跨越鄰接的X電極和Y電極上并與它們交叉，因此與圖5A 的情況一樣，能夠與X電極上的電容變化耦合而檢測出Y電極檢測可 能，相反地，也能夠與Y電極上的電容變化耦合而檢測出X電極。因 而，能夠期待取得與圖5A同樣的效果。
0046
圖16表示將圖5B所示的X電極的形狀作了改變的狀態(tài)。圖5B和圖 16中，Y電極的形狀相同。圖5B中X電極形狀的右側(cè)為凹狀，左側(cè)為 凸?fàn)睿趫D16中X電極形狀的兩側(cè)為接近于三角形的形狀。圖5B和 圖16中X電極的相同點(diǎn)是其面積均隨著接近鄰接的其他X電極的中心 而減小，且越接近該X電極的中心其面積越大。因此，能夠期待與圖 5B同樣的效果。另外，X電極的形狀只要是隨著接近鄰接的其他X電極的中心其面積減小，且越接近該x電極的中心其面積越大的形狀，
并不限于圖5B、圖16的形狀。0047
如以上說明，依據(jù)本發(fā)明的第l實(shí)施例，用非導(dǎo)電性的輸入工具 接觸觸摸面板時(shí)，因電容檢測用的X電極和Y電極與其上部的Z電極之 間的距離變化而發(fā)生電容變化，因此能夠以靜電容耦合方式檢測出輸 入坐標(biāo)。從而，也能夠適應(yīng)電阻膜方式中使用的樹脂制觸筆，且降低 了與電阻膜方式觸摸面板置換的障礙。0048
另外，以能夠根據(jù)從鄰接的2個(gè)X電極得到的電容變化的信號(hào)比 算出鄰接的X電極間的輸入位置的方式，在電極形狀上想辦法來減少 X電極個(gè)數(shù)，并在Z電極的配置上想辦法來減少Y電極。從而，能夠使 從檢測用電極到輸入處理部的引出布線所需的邊框?qū)挾仍O(shè)置得狹窄， 從而增加設(shè)計(jì)上的可能性。另外，能夠限制輸入處理部的端子數(shù)增加， 因此能夠低價(jià)地實(shí)現(xiàn)可進(jìn)行高精度輸入位置檢測的靜電容耦合方式 觸摸面板。另外，能夠用接觸面小的輸入工具(例如觸筆等)進(jìn)行高 精度輸入坐標(biāo)的檢測，也可適用于文字輸入等的應(yīng)用。0049
在以上說明的本發(fā)明第l實(shí)施例的觸摸面板中，也可如圖17所示， 將電極XP的形狀設(shè)置成在離X電極的中心最遠(yuǎn)端的部分具有一定的 電極寬度。
0050
圖18的各圖說明采用圖17所示的電極形狀的觸摸面板中觸摸操 作接觸面小的情況下，接觸面的位置橫向變化后各電極的信號(hào)分量。0051
圖18A表示鄰接的2個(gè)X電極XP2和XP3之間在X電極上接觸面的 位置變化的狀況。XA在XP2的中心附近，XB在XP2和XP3的中間附近， XC在XP3的中心附近。為了使圖示簡明，圖18A中未示出Z電極ZP。 圖18B表示接觸面的位置為XA時(shí)XP2和XP3的控制運(yùn)算部103算出的信號(hào)分量。同樣地，圖18C和圖18D分別表示位置為XB和XC時(shí)XP2和 XP3的信號(hào)分量。如上所述，Z電極ZP和電容檢測用電極之間的電容 變化依賴于接觸面的面積。因此，電容檢測用電極與接觸面重疊面積 大時(shí)信號(hào)分量就變大，相反地，電容檢測用電極與接觸面重疊面積小 時(shí)信號(hào)分量就變小。在位置XA，接觸面與XP2重疊的部分多。另一方 面，由于XP3成為即使在遠(yuǎn)端部也具有電極寬度的電極形狀，所以能 夠得到與接觸面重疊的面積。因而，如圖18B所示，XP2的信號(hào)分量 變大，XP3的信號(hào)分量成為與接觸面重疊的面積對(duì)應(yīng)的信號(hào)分量。在 位置XB， XP2和XP3與接觸面重疊的面積大致相等，如圖18C所示， 算出的信號(hào)分量在XP2和XP3上成為大致相等。而且，在位置XC處， 與位置XA上的XP2與XP3的關(guān)系成為相反。另外，位置XC處的XP3 與XP4的關(guān)系同位置XA處的XP2與XP3的關(guān)系 一樣。0052
這里，由于顯示裝置和電容檢測部102周邊的影響，會(huì)有信號(hào)分 量上重疊噪聲分量的情況。若重疊有噪聲分量，圖18B和18D的圖中虛 線所示的噪聲分量以下的信號(hào)就不能在控制運(yùn)算部103中用于重心計(jì) 算。因此，在噪聲分量大的情況下，通過如圖17所示將離X電極的中 心最遠(yuǎn)端的部分設(shè)置成具有任意電極寬度的電極形狀，能夠使與接觸 面重疊的面積存在而獲得信號(hào)分量，從而可高精度地檢測出接觸位 置。
0053
另外，壓力探測用絕緣層可由其體積因空氣等壓力而變化的氣體 構(gòu)成。這時(shí)，為將非接觸時(shí)的層間距離保持一定，可以在Z電極ZP與 X電極XP和Y電極YP之間設(shè)置隔片等。0054
另外，除空氣以外也可使用其折射率與上下的電極材料等接近的 液體材料作為壓力探測用絕緣層。另外，作為壓力探測用絕緣層，也
可采用使層間距離因壓力而變化的合成橡膠等樹脂材料。 [第2實(shí)施例]0055
接著，說明本發(fā)明第2實(shí)施例的觸摸面板。本發(fā)明第2實(shí)施例的觸 摸面板的Z電極的形狀與本發(fā)明第1實(shí)施例不同，而Z電極以外的結(jié)構(gòu) 要素與上述的本發(fā)明第1實(shí)施例相同。0056
用圖19和圖20說明本發(fā)明第2實(shí)施例的觸摸面板上所設(shè)的Z電極 的形狀。如圖19所示，Z電極ZP未被狹縫分割，具有整面電極的形狀 (將觸摸面板的顯示畫面全面覆蓋的形狀)。該整面電極形狀的Z電 極ZP也設(shè)為電氣浮置狀態(tài)。圖20是這時(shí)從點(diǎn)A到點(diǎn)B的剖面圖。整面 電極形狀的Z電極ZP隔著壓力探測用絕緣層而配置在X電極XP和Y電 極YP的上部。0057
圖21和圖22表示使用整面電極形狀的Z電極ZP時(shí)模擬求出的電 容檢測用電極即X電極XP的信號(hào)分量的結(jié)果。0058
圖21表示模擬求出的用觸筆等按壓觸摸面板，壓力探測用絕緣層 的層間距離變動(dòng)后的信號(hào)分量之結(jié)果。作為模擬條件，將按壓前的壓 力探測用絕緣層的層間距離設(shè)為70nm，將按壓時(shí)的層間距離設(shè)為 lOjun進(jìn)行計(jì)算。曲線圖的橫軸是壓力探測用絕緣層的介電常數(shù)。作為 對(duì)照，示出了第1實(shí)施例中使用帶狹縫的Z電極ZP時(shí)的信號(hào)分量。如 該圖所示，盡管使用整面電極形狀的Z電極ZP，也能與使用帶狹縫的 Z電極ZP時(shí)一樣，作為信號(hào)分量測出圖8A中說明的壓力探測用絕緣層 的層間距離變化導(dǎo)致的電容變化。
0059
圖22表示模擬計(jì)算用手指等導(dǎo)體觸及觸摸面板時(shí)的信號(hào)分量的 結(jié)果。這里，在設(shè)想用手指等輕輕接觸，接觸時(shí)壓力探測用絕緣層的 層間距離不變化而為70fim的定值的條件下算出。另外，壓力探測用絕 緣層的介電常數(shù)設(shè)為3.8而計(jì)算。曲線圖中，作為比較數(shù)據(jù)，用虛線示 出經(jīng)模擬計(jì)算得到的在使用帶狹縫的Z電極的情況下手指接觸時(shí)的信號(hào)分量的結(jié)果。曲線圖的橫軸表示整面電極形狀的Z電極ZP的表面電
阻。結(jié)果顯示，在層間距離不變時(shí)，通過提高z電極的表面電阻而得
到與使用帶狹縫的Z電極ZP時(shí)相同程度的信號(hào)分量。通過提高z電極
的表面電阻，使得只是與接觸的導(dǎo)體距離近的電容檢測用電極能夠?qū)?由該接觸的導(dǎo)體發(fā)生的靜電容進(jìn)行充放電。這樣，通過提高z電極的 電阻而實(shí)現(xiàn)局部地對(duì)靜電容進(jìn)行充放電，能夠檢測出信號(hào)分量。
0060
如上說明，通過使用一個(gè)不帶狹縫的整面電極形狀的z電極，可
獲得與第l實(shí)施例的觸摸面板同樣的效果。
權(quán)利要求
1.一種顯示裝置，具備以靜電容耦合方式檢測顯示區(qū)域上的觸摸位置坐標(biāo)的靜電容觸摸面板，其特征在于，所述靜電容觸摸面板具備多個(gè)X電極、多個(gè)Y電極以及多個(gè)或一個(gè)Z電極，所述X電極和所述Y電極隔著第1絕緣層交叉，分別在其延伸方向上由焊盤部和細(xì)線部交互排列而形成，從平面上看，所述X電極的焊盤部和所述Y電極的焊盤部不相重疊地配置，所述靜電容觸摸面板具備多個(gè)所述Z電極時(shí)，從平面上看，所述Z電極分別與鄰接的所述X電極和所述Y電極這兩者重疊地隔著第2絕緣層而形成，所述多個(gè)Z電極在電氣上浮置，所述靜電容觸摸面板具備一個(gè)所述Z電極時(shí)，從平面上看，所述Z電極與所述多個(gè)X電極和所述多個(gè)Y電極這兩者重疊地隔著第2絕緣層而形成，所述一個(gè)Z電極在電氣上浮置。
2. 權(quán)利要求l所述的顯示裝置，其特征在于， 所述第2絕緣層的厚度因觸摸產(chǎn)生的按壓而變化。
3. 權(quán)利要求2所述的顯示裝置，其特征在于， 所述第2絕緣層用彈性絕緣材料形成。
4. 權(quán)利要求l所述的顯示裝置，其特征在于，近， 、、 、、 " 一 ' 、 、-、'從平面上看，該X電極的焊盤部的形狀在所述鄰接的X電極的細(xì)線部附近面積成為最小，在該X電極的細(xì)線部附近面積成為最大，從該X電極的細(xì)線部附近到所述鄰接的X電極的細(xì)線部附近，該焊盤部的面積逐漸減少。
5. 權(quán)利要求4所述的顯示裝置，其特征在于，從平面上看，所述Y電極的焊盤部在所述X電極延伸方向上的寬 度，相對(duì)于所述Y電極的延伸方向保持一定，從平面上看，所述X電極的焊盤部和所述Y電極的焊盤部在所述 X電極延伸方向上交互配置。
6. 權(quán)利要求5所述的顯示裝置，其特征在于， 鄰接的2個(gè)所述X電極的焊盤部中， 一方的該焊盤部的形狀為凸形，另一方的該焊盤部的形狀為凹形。
7. 權(quán)利要求5所述的顯示裝置，其特征在于， 鄰接的2個(gè)所述X電極的焊盤部中，兩方的該焊盤部的形狀均為凸形。
8. 權(quán)利要求6所述的顯示裝置，其特征在于， 所述靜電容觸摸面板具備多個(gè)所述Z電極，所述Z電極被沿著所述X電極的延伸方向的多個(gè)狹縫分割，并且 被沿著所述Y電極的延伸方向的多個(gè)狹縫分割。
9. 權(quán)利要求8所述的顯示裝置，其特征在于，從平面上看，沿所述Y電極延伸方向的所述Z電極的狹縫，在所 述Y電極上或所述X電極上各設(shè)一條，或者在所述Y電極上和所述X電 極上各設(shè)一條。
10. —種顯示裝置，具備靜電容觸摸面板，其特征在于， 所述靜電容觸摸面板具備在第1方向上延伸的多個(gè)第1電極、在與所述第1方向交叉的第2方向上延伸的多個(gè)第2電極、在所述第l電極和 第2電極上形成的絕緣層以及在所述絕緣層上形成的一個(gè)或多個(gè)第3 電極。
11. 權(quán)利要求10所述的顯示裝置，其特征在于， 所述靜電容觸摸面板具備多個(gè)所迷Z電極，多個(gè)所述第3電極分別在電氣上浮置，與所述第1電極和所述第2 電極在平面上重疊地形成。
12. 權(quán)利要求4所述的顯示裝置，其特征在于， 所述X電極的焊盤部在所述鄰接的X電極的細(xì)線部附近面積成為最小，在該X電極的細(xì)線部附近面積成為最大，該X電極的面積最小 的部分具有預(yù)定的電極寬度。
13. 權(quán)利要求l所述的顯示裝置，其特征在于， 所述靜電容觸摸面板具備一個(gè)所述Z電極，所述Z電極為高電阻，以能夠僅從如下所述X電極和所述Y電極對(duì) 如下靜電容進(jìn)行充放電，其中，在靜電容觸摸面板的手指等導(dǎo)體所接 觸的附近產(chǎn)生所述靜電容，所述X電極和所述Y電極位于所述接觸的 附近。
14. 權(quán)利要求l所述的顯示裝置，其特征在于， 所述靜電容觸摸面板具備一個(gè)所述Z電極， 所述Z電極是整面電極。
15. 權(quán)利要求l所述的顯示裝置，其特征在于， 所述靜電容觸摸面板具備多個(gè)或一個(gè)所述Z電極， 所述第2絕緣層由其體積因壓力而變化的氣體形成。
16. 權(quán)利要求15所述的顯示裝置，其特征在于， 所述第2絕緣層是空氣。
全文摘要
本發(fā)明“輸入裝置及具備該裝置的顯示裝置”的特征在于具備隔著第1絕緣層交叉的X電極XP和Y電極YP以及隔著第2絕緣層相互浮置多個(gè)Z電極。在上述第2絕緣層上使用彈性絕緣材料等其厚度因觸摸產(chǎn)生的按壓而變化的材料。另外，上述Z電極配置成與鄰接的上述X電極和上述Y電極這兩者重疊。另外，上述X電極的焊盤部的面積在該X電極的細(xì)線部附近成為最大，在鄰接的上述X電極的細(xì)線部附近成為最小，焊盤部的面積隨著離開該X電極的細(xì)線部附近而減少。
文檔編號(hào)G06F3/041GK101634923SQ20091015189
公開日2010年1月27日 申請(qǐng)日期2009年7月3日 優(yōu)先權(quán)日2008年7月25日
發(fā)明者萬場則夫, 古橋勉, 阿武恒一 申請(qǐng)人:株式會(huì)社日立顯示器