專利名稱：顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及將坐標(biāo)輸入屏幕的輸入裝置及具有該輸入裝置的顯示裝置，尤其適用 于具有電容耦合式輸入裝置的顯示裝置中的坐標(biāo)檢測精度的高精度化。
背景技術(shù)：
PDA或便攜終端等移動電子設(shè)備、各種家電產(chǎn)品、無人受理機(jī)等的固定型顧客引導(dǎo) 終端使用具有具備屏幕輸入功能的輸入裝置(以下也稱為觸摸傳感器或觸摸屏)的顯示裝 置，使用者用手指等在顯示屏幕上進(jìn)行觸摸操作(觸壓操作，以下簡稱為觸摸)來輸入信 息。作為進(jìn)行這樣的觸摸的輸入裝置，已知有檢測觸摸部分的電阻值變化的電阻膜方式或 檢測電容變化的靜電電容耦合方式或檢測由于觸摸而被遮蔽的部分的光量變化的光傳感 器方式等。靜電電容耦合方式與電阻膜方式或光傳感器方式相比具有如下優(yōu)點。例如，相對 于電阻膜方式或光傳感器方式的低至80%的透過率，靜電電容耦合方式的透過率高達(dá)約 90%，具有不使顯示畫面品質(zhì)降低的優(yōu)勢。另外，由于電阻膜方式通過電阻膜的機(jī)械接觸來 探知觸摸位置，存在電阻膜劣化或破損之可能性，而靜電電容耦合方式則無檢測用電極與 其他電極等接觸的機(jī)械接觸，有利于耐久性的改善。作為靜電電容耦合方式的觸摸屏，例如有如下述專利文獻(xiàn)1所公開的方式。在所 公開的方式中，具有縱橫二維矩陣狀配置的檢測用縱向電極(X電極)和檢測用橫向電極(Y 電極)，并用輸入處理部檢測各電極的電容。由于用手指等導(dǎo)體接觸觸摸屏的表面時各電極 的電容增加，輸入處理部檢測到該電容增加，并基于各電極探知的電容變化的信號計算出 輸入坐標(biāo)。這里，即使檢測用電極的電阻值這一物理特性因電極劣化而改變，也很少影響到 電容檢測，因此對觸摸屏的輸入位置檢測精度的影響小。所以，能夠?qū)崿F(xiàn)高精度的輸入位置 檢測。再有，與本申請發(fā)明關(guān)聯(lián)的在先的技術(shù)文獻(xiàn)有日本特表2003-511799號公報。但是，如上述專利文獻(xiàn)1所記載，由于靜電電容耦合方式的觸摸屏通過檢測各檢 測用電極的電容變化來檢測輸入坐標(biāo)，作為輸入工具其前提條件是使用導(dǎo)電性材料。因此， 如果用電阻膜方式等使用的非導(dǎo)電性的樹脂制觸筆等接觸靜電電容耦合方式的觸摸屏，電 極的電容幾乎不發(fā)生變化，因此有檢測不到輸入坐標(biāo)的問題。另外，在2點同時地將樹脂制觸筆等接觸靜電電容耦合方式的觸摸屏的使用方法 中，由于要檢測2個X坐標(biāo)和2個Y坐標(biāo)，作為接觸點的候選點要考慮4個坐標(biāo)，因此難以 檢測2點同時地接觸的點。還有，在對應(yīng)于小接觸面的輸入工具時，不增加電極數(shù)地進(jìn)行高精度檢測的方法 也是一個問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明為解決上述以往技術(shù)的問題而提出，其目的在于提供如下一種技術(shù)在具 有靜電電容耦合方式的觸摸屏的顯示裝置中，對于非導(dǎo)電性的輸入工具的觸摸也可作出反 應(yīng)，且即使觸摸面積小也可用少量的電極條數(shù)實現(xiàn)高精度位置檢測。本發(fā)明的上述及其他目的及新穎特征，通過本說明書的記載及附圖闡述。以下，對于本申請公開的發(fā)明，就其典型部件的概要作如下的簡要說明。為了解決上述課題，本發(fā)明使用具有多個X電極、多個Y電極和多個Z電極的靜電 電容觸摸屏。該靜電電容觸摸屏中，上述X電極和上述Y電極隔著第1絕緣層相交叉，各自 在其延伸方向上以塊區(qū)部與細(xì)線部交互排列而形成，在平面上看，上述X電極的塊區(qū)部和 上述Y電極的塊區(qū)部不相重疊地配置。另外，其特征在于，在平面上看，上述Z電極隔著第2絕緣層與相鄰的上述X電極 和上述Y電極兩者重疊而形成，且上述Z電極在電氣上相互浮置。此時，通過用厚度因觸摸 按壓而變化的材料、例如彈性絕緣材料形成上述第2絕緣層，非導(dǎo)電性的輸入工具也能使 上述X電極及上述Y電極與上述Z電極之間發(fā)生電容變化，能夠以靜電電容耦合方式檢測 觸摸。另外，其特征在于，上述X電極的塊區(qū)部延伸到與該X電極相鄰的X電極的細(xì)線部 附近，在平面上看，該X電極的塊區(qū)部中的形狀是在上述相鄰的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)線部附近開始直至上述 相鄰的X電極的細(xì)線部附近，該塊區(qū)部的面積減少。從而，即使在上述χ電極的電極間隔比 觸摸操作中的接觸面寬的情況下，也可根據(jù)相鄰的上述X電極的檢測電容分量之比計算出 觸摸坐標(biāo)位置，能夠用少量的電極條數(shù)進(jìn)行高精度的位置檢測。另外，通過將上述多個Z電極與相鄰的上述X電極和上述Y電極兩者相重疊而形 成，在上述X電極上存在因觸摸產(chǎn)生的接觸面時也能通過上述Z電極檢測到相鄰的上述Y 電極的電容變化，相反地，在上述Y電極上存在因觸摸產(chǎn)生的接觸面時也能通過上述Z電極 檢測到相鄰的上述X電極的電容變化，因此能夠在整個觸摸屏上檢測輸入坐標(biāo)。同時，也使 上述Y電極的電極條數(shù)的削減成為可能。另外，在X電極或Y電極中的一方電極上依次施加信號，用另一方電極檢測信號的 變化，從而預(yù)先判別是在哪個電極上施加的信號，提高了在靜電電容耦合方式的觸摸屏上 同時接觸2點時的檢測精度。根據(jù)本發(fā)明，通過在觸摸屏的電極的形狀和配置上設(shè)法改進(jìn)，能夠用少量的電極 條數(shù)以高于以往技術(shù)的精度進(jìn)行位置檢測。另外，在同時接觸2點的情況下也能提高檢測 精度。


圖1是具有本發(fā)明實施例的靜電電容耦合方式的觸摸屏的顯示裝置的概略結(jié)構(gòu) 圖。圖2是表示本發(fā)明實施例的顯示裝置的電容檢測部的電路結(jié)構(gòu)的方塊圖。圖3是說明本發(fā)明實施例的顯示裝置的電容檢測部的動作的時序圖。
圖4表示本發(fā)明實施例的顯示裝置的電容檢測時檢測值的存儲狀態(tài)。圖5是表示本發(fā)明實施例的靜電電容耦合方式的觸摸屏的電極形狀的概略平面 圖。圖6是表示本發(fā)明實施例的靜電電容耦合方式的觸摸屏的電極結(jié)構(gòu)的要部剖視 圖。圖7是表示本發(fā)明實施例的靜電電容耦合方式的觸摸屏中因人的手指等的觸摸 操作導(dǎo)致電容變化的示意圖。圖8是表示本發(fā)明實施例的靜電電容耦合方式的觸摸屏中因壓力檢測用絕緣層 的厚度變化導(dǎo)致電容變化的示意圖。圖9是表示本發(fā)明實施例的靜電電容耦合方式的觸摸屏中接觸面在X方向移動時 的接觸位置的概略平面圖。圖10是表示本發(fā)明實施例的靜電電容耦合方式的觸摸屏的電極形狀的變形例的 概略平面圖。圖11是表示本發(fā)明實施例的靜電電容耦合方式的觸摸屏的電極形狀的變形例的 概略平面圖。圖12是表示本發(fā)明實施例的靜電電容耦合方式的觸摸屏的截面結(jié)構(gòu)的概略圖。
具體實施例方式以下，參照附圖詳細(xì)說明本發(fā)明的實施例。再有，在說明實施例的全部附圖中，具有相同功能的部件使用相同的附圖標(biāo)記，省 略對該部件的重復(fù)說明。輸入裝置(以下稱觸摸屏)及具有該裝置的顯示裝置的構(gòu)成如圖1所示。圖1中， 101是基于本發(fā)明的實施例的觸摸屏。觸摸屏101具有電容檢測用的X電極XP和Y電極YP。這里，圖示了例如X電極4 條(XPl至XP4)、Y電極4條(YPl至YP4)，但電極數(shù)并不限于此。觸摸屏101設(shè)置在顯示裝置106的前面。因此，使用者觀看顯示裝置上顯示的圖 像時，顯示圖像須透過觸摸屏，因此觸摸屏最好具有高的光透過率。觸摸屏101的X電極和Y電極通過檢測用布線201與電容檢測部102連接。電容 檢測部102根據(jù)控制運算部103輸出的檢測控制信號202執(zhí)行控制，檢測觸摸屏所包含的 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203輸出 到控制運算部103。控制運算部103根據(jù)各電極的電容檢測信號203計算出各電極的信號分量，并根 據(jù)各電極的信號分量算出輸入坐標(biāo)?？刂七\算部103通過I/F信號204將輸入坐標(biāo)傳送給 系統(tǒng)104。如果輸入坐標(biāo)通過觸摸操作從觸摸屏101傳送到系統(tǒng)104，生成與該觸摸操作對 應(yīng)的顯示圖像，并作為顯示控制信號205傳送給顯示控制電路105。顯示控制電路105按照 由顯示控制信號205傳送的顯示圖像生成顯示信號206，并在顯示裝置上顯示圖像。圖2(A)以概略方塊圖表示電容檢測部102的電路結(jié)構(gòu)，圖2 (B)表示信號讀出部 310的概略結(jié)構(gòu)。電容檢測部102由給Y電極輸入信號的信號輸入部311、從X電極讀出信 號的信號讀出部310及存儲部312構(gòu)成。
再有，雖然圖2㈧中僅以一對X電極XP1、Y電極YPl圖示電路結(jié)構(gòu)，應(yīng)認(rèn)為觸摸 屏101上形成的各X電極、Y電極上分別連接了具有相同結(jié)構(gòu)的信號讀出部310-Π、信號輸 入部311-n。信號輸入部311通過開關(guān)307、308的切換基準(zhǔn)電位Vap和Vref，如波形309那樣 對Y電極施加電壓。信號讀出部310的構(gòu)成包括由運算放大器300、積分電容301、復(fù)位開關(guān)305組成 的積分電路320 ；由采樣開關(guān)303、保持電容302組成的采樣保持電路330 ；電壓緩沖器304 ； 以及模數(shù)變換器306。以下，概略說明電容檢測部102的動作。再有，假定在電容檢測部102的初始狀態(tài) 下積分電容301處于未充電狀態(tài)。在初始狀態(tài)，首先開關(guān)307成為導(dǎo)通狀態(tài)，由信號輸入部311對Y電極YPl施加電 壓。從而，X電極、Y電極間的耦合電容250對Y電極YPl充電，直至達(dá)到施加電壓Vap。此 時，X電極XPl的電位由于運算放大器300的負(fù)反饋作用而始終固定在接地電位上。因此， 充電電流經(jīng)由積分電容301流向運算放大器300的輸出端子321。若設(shè)該動作施加到積分電路320的輸出端子321的電壓為Vo、耦合電容250的電 容為Cdv、積分電容301的電容為Cr，則有Vo = -Vap (Cdv/Cr)，依存于與X電極和Y電極間 的耦合電容250的大小Cdv。通過上述動作確定了積分電路320的輸出電位Vo后，將輸出電位Vo用采樣保持 電路330保持。采樣保持電路330首先將采樣開關(guān)303設(shè)于導(dǎo)通狀態(tài)，接著在經(jīng)過預(yù)定時 間后設(shè)于截止?fàn)顟B(tài)，從而將輸出電位Vo保持在保持電容302中。保持電容302中保持的電 位Vo經(jīng)由電壓緩沖器304輸入到模數(shù)變換器306，變換成數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)。再有，雖然采用了通過電壓緩沖器304將采樣保持電路330的保持電壓輸入模數(shù) 變換器306的結(jié)構(gòu)，但也是電壓緩沖器304具有電壓放大率的結(jié)構(gòu)。另外，與上述X電極XPl以外的X電極各自連接的信號讀出部執(zhí)行跟與X電極XPl 連接的信號讀出部310同樣的動作，由來自Y電極YPl的輸入信號導(dǎo)致的積分電路輸出電 位與X電極XPl同時讀出。與各X電極連接的信號讀出部310的輸出被輸入存儲部312，該輸出數(shù)據(jù)被保持在 存儲部312中。存儲部312與圖1所示的運算控制部103之間進(jìn)行保持?jǐn)?shù)據(jù)的收發(fā)。Y電極YP被依次施加信號309，逐個地對Y電極YP施加電壓，并進(jìn)行電容檢測。 另外，信號讀出部310在電容檢測之前將復(fù)位開關(guān)305暫設(shè)為導(dǎo)通狀態(tài)，其后控制成截止?fàn)?態(tài)，將各積分電路的積分電容301復(fù)位。以下，重復(fù)同樣的動作。這里，通過在任意的Y電極YP上設(shè)定施加信號309的定 時，并在特定的Y電極YP施加特定的期間脈沖狀信號，可根據(jù)基準(zhǔn)時鐘等的計數(shù)判斷X電 極XP的輸出是來自哪一個Y電極YP的輸出信號。圖3是表示圖2所示的電容檢測部102的動作的時序圖。信號309-1至309_n是 信號輸入部311-1至311-n的動作信號波形，信號輸入部311-1至311_n在檢測周期DTC 期間依次對Y電極YPl至Ypn輸出信號309。再有，以下也將信號309稱為脈沖信號。波形Icdv是流向圖2所示的XY電極間耦合電容250(Cdv)的電流波形。由于信 號輸入部311的信號輸入，在Y電極YP的電位上升時瞬態(tài)地流過電流。另外，在Y電極YP的電位下降時也瞬態(tài)地流過電流。波形VIN是圖2所示的積分電路320的輸出波形，即對應(yīng)于各脈沖信號309的上 述積分電路320的輸出端子321的電壓Vo。另外，波形SWRST-I表示圖2所示的復(fù)位開關(guān) 305的控制信號波形。如果復(fù)位開關(guān)控制信號SWRST-I上升，積分電路320就被復(fù)位，波形VIN下降，信 號讀出部310成為初始狀態(tài)。之后，從信號輸入部311輸入脈沖信號309，積分電路320的 輸出波形VIN再次上升。以下，重復(fù)該動作。再有，本例中示出了波形VIN的振幅變化的例子，但這表示每次輸入信號的Y電極 改變時檢測的電容大小在變化。即，在觸摸屏101上有檢測對象接觸時，反映該電容變化的 信號VIN顯示局部變化的情況來示出接觸點。波形SWSH-I是控制圖2所示的采樣保持電路330的采樣開關(guān)303的信號。另外， 波形SH-I表示采樣保持電路330的輸出信號。在信號SWSH-I上升的時間區(qū)，采樣開關(guān)303 成為導(dǎo)通狀態(tài)，保持電容302上被施加對采樣保持電路330的輸入電位即積分電路320的 輸出電位(波形VIN)，如果信號SWSH-I下降，采樣開關(guān)303就成為斷開狀態(tài)，保持電容302 中保持施加電壓。如波形SH-I所示，采樣保持電路330的輸出按每次采樣動作而更新。波形AD-I表示控制圖2所示的模數(shù)變換器306的信號，另外，波形ADout-I表示 該模數(shù)變換器306的輸出信號。在采樣保持電路的輸出波形SH-I每次更新時，設(shè)置預(yù)定時 間差并發(fā)出信號AD-I。信號AD-I —被輸出，模數(shù)變換器306就將其輸入電壓作為預(yù)定分辨 率的數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)ADout-I輸出。波形Mem-I表示圖2所示的對存儲部312的寫入控制信號。每次信號ADout-I更 新時，設(shè)置預(yù)定時間差并發(fā)出信號Mem-I。信號Mem-I —發(fā)出，數(shù)字?jǐn)?shù)據(jù)ADout-I就被寫入 存儲部312。以上，對伴隨電容檢測部102的動作的信號波形變化以圖2所示的信號讀出部310 為著眼點作了說明，但與其他X電極連接的信號讀出部(310-Π)也成為相同的動作及波形變化。圖4㈧表示通過獲取定時區(qū)別圖2所示的存儲部312中存儲的檢測值，并使之與 由XY電極確定的坐標(biāo)對應(yīng)。這里，四方形表示與橫軸和縱軸所示的各電極之間交叉的位 置。另外，這些四方形內(nèi)的數(shù)值反映通過檢測過程得到的各交點的電容值。數(shù)值越大，表 示電容值越大，通過該數(shù)值的大小或閾值判斷等來判斷是否有檢測對象對觸摸屏101的接 觸。圖4(B)表示對上述圖4(A)的狀態(tài)進(jìn)行閾值判斷，具體就是將數(shù)值超過100的狀 態(tài)判斷為有接觸。通過分組(grouping)處理將該判斷結(jié)果賦予每組共同的編號。在該處 理之后，分析每組信號強(qiáng)度的分布，變換成檢測對象對于觸摸屏101的接觸坐標(biāo)。這里的分組處理可設(shè)想為一般所知的標(biāo)記(labeling)處理等，但并不受此限定。 另外，根據(jù)通過上述電容檢測過程得到的圖4(A)所示的數(shù)據(jù)算出檢測對象對觸摸屏101的 接觸坐標(biāo)的手段，顯然不限于這里記載的方法。接著，用圖5及圖6說明設(shè)于本發(fā)明實施例的觸摸屏101的電容檢測用電極。圖5 (A)表示觸摸屏101的電容檢測用的X電極XP及Y電極YP以及在其上部重 疊設(shè)置的Z電極ZP的電極圖案。X電極XP和Y電極YP中，例如，X電極XP通過檢測用布線201與電容檢測部102連接。另一方面，在一定期間在Y電極YP上施加預(yù)先確定的定時 和電壓的脈沖信號309。Z電極ZP不被電氣連接，設(shè)于浮置狀態(tài)。圖5⑶中僅示出X電極XP和Y電極YP的電極圖案。Y電極YP在觸摸屏101的 橫向延伸，多個Y電極YP在縱向并排。在Y電極YP和X電極XP的交叉部分，為了減小各 電極的交叉電容而將Y電極YP和X電極XP的電極寬度收窄。該部分稱為細(xì)線部327。因 此，Y電極YP在其延伸方向上形成為細(xì)線部327與其余電極部分(以下稱塊區(qū)部328)交 互配置的形狀。在相鄰的Y電極YP之間配置X電極XP。X電極XP在觸摸屏101的縱向延伸，多 個X電極XP在橫向并排。與Y電極YP—樣，X電極XP在其延伸方向上形成為細(xì)線部327 與塊區(qū)部328X交互配置的形狀。如圖5⑶所示，X電極XP的塊區(qū)部328X設(shè)為菱形。在說明X電極XP的塊區(qū)部 328X的形狀的基礎(chǔ)上，假定用以將X電極XP連接于檢測用布線的布線位置(或者X電極 XP的細(xì)線部327)位于X電極XP的橫向的中心。X電極XP的塊區(qū)部328X的電極形狀是， 隨著與相鄰的其他X電極XP的中心接近，其面積減小，且越接近該X電極XP的中心，其面 積變得越大。因此，如果考慮相鄰的2條X電極XP、例如X電極XPl和XP2之間的X電極XP的 面積，則在X電極XPl的中心附近X電極XPl的塊區(qū)部328X的電極面積(電極寬度)成為 最大，且X電極XP2的塊區(qū)部328X的電極面積(電極寬度)成為最小。另一方面，在X電 極XP2的中心附近X電極XPl的塊區(qū)部328X的電極面積(電極寬度)成為最小，且X電極 XP2的塊區(qū)部328X的電極面積(電極寬度)成為最大。這里，相鄰的2條X電極XP之間的 塊區(qū)部328X的形狀的特征是，朝相鄰的X電極XP形成凸?fàn)睢D5(B)中，X電極XP設(shè)為朝左右成為凸?fàn)睿玐電極XP的形狀并不限于此。例 如，也可將X電極XP的塊區(qū)部328X的左側(cè)電極形狀設(shè)為凸?fàn)?、右?cè)的電極形狀設(shè)為凹狀， 也可將X電極XP右側(cè)的電極形狀設(shè)為凸?fàn)?、左?cè)的電極形狀設(shè)為凹狀，也可將X電極XP左 右的電極形狀設(shè)為凸?fàn)?、相鄰的X電極XP的電極形狀設(shè)為凹狀。接著，說明Z電極ZP的形狀。圖5(A)中，Z電極ZP被與Y電極YP的延伸方向平 行的多條狹縫329和與X電極XP的延伸方向平行的多條狹縫326分割為多個Z電極ZP。圖5 (A)中，與Y電極YP的延伸方向平行的狹縫329的縱向位置設(shè)于各X電極XP 上和各Y電極YP上，各X電極XP上的狹縫329的縱向位置最好設(shè)于X電極XP的電極寬度 的中心附近。另外，各Y電極YP上的狹縫329的縱向位置最好設(shè)于Y電極YP的電極寬度 的中心附近。再有，狹縫329的縱向位置也可僅設(shè)于各X電極XP上，或者僅設(shè)于各Y電極 YP上。另一方面，與X電極XP平行的狹縫326有數(shù)個，在相鄰的X電極XP之間多處設(shè)置。 這時可任意設(shè)定與X電極XP的延伸方向平行的狹縫326的間隔，但最好接近于所設(shè)想的輸 入工具的最小接觸面的尺寸。圖6是在圖5㈧的線A-A處所示的概略剖視圖。再有，圖6所示的剖視圖中只示 出為說明觸摸屏動作所必需的層。觸摸屏101的各電極形成在透明基板110上。從透明基板110開始由近及遠(yuǎn)依次 說明各層。首先在靠近透明基板110的位置形成X電極XP，接著形成將X電極和Y電極絕
9緣的絕緣膜111。隨后，形成Y電極YP。這里，也可將X電極XP和Y電極的順序交換。在 設(shè)置Y電極YP之后，設(shè)置壓力檢測用絕緣層112，接著設(shè)置Z電極ZP和保護(hù)層113。壓力檢測用絕緣層112可采用在觸摸操作的按壓時膜厚變化的透明絕緣材料。例 如，可用彈性絕緣材料等來形成壓力檢測用絕緣層112。壓力檢測用絕緣層112適合采用空 氣等受壓而發(fā)生體積變化的氣體。在這種情況下，為了將非接觸時的層間距離保持一定，也 可在Z電極ZP和X電極XP及Y電極YP之間配置間隔物114等。接著，用圖7及圖8說明觸摸屏101中的觸摸操作時的電容變化。圖7是說明觸摸操作的輸入工具為手指等導(dǎo)體時的電容變化的示意圖。這里，假 定由于觸摸時的按壓小，壓力檢測用絕緣層112的厚度不變化。另外，各電極的電極電容成為與相鄰電極之間的邊緣電容、交叉電容和其他寄生 電容的合成電容，但這里僅著眼于與Z電極ZP之間的平行平板電容，并假定其他的電極電 容在觸摸操作時和無觸摸操作的情況下沒有變化。這里，設(shè)無觸摸操作時的Z電極ZPA與 X電極XPl之間的電容為Cxz、Z電極ZPA與Y電極YP2之間的電容為Cyz。電容檢測部102檢測X電極XPl的電極電容時，Y電極YP2在復(fù)位狀態(tài)下成為特 定的基準(zhǔn)電位。由于ζ電極ZPA浮置，從X電極XPl看到的合成電容成為Cxz與Cyz串聯(lián) 的電容。這時的X電極的合成電容Cxp表示為Cxp = Cxz · Cyz/(Cxz+Cyz)。另一方面，在由于觸摸操作而有手指接觸時，可視為在Z電極ZPA上電連接了手指 的靜電電容分量Cf的狀態(tài)。用等效電路描述這時的合成電容，則成為圖7(B)所示的情況， 觸摸操作時的X電極的合成電容Cxpf表示為Cxpf = Cxz · (Cyz+Cf)/(Cxz+Cyz+Cf)?？刂七\算部103計算出無觸摸操作時的X電極XPl的電容Cxp和有觸摸操作時的 X電極XPI的電容Cxpf之間的差分，作為X電極XPl的信號分量。有無觸摸操作時的電極 電容的差分 ACxp 成為Δ Cxp = Cxz2 · Cf/{(Cxz+Cyz) (Cxz+Cyz+Cf)}，X 電極電容的差分 Δ Cxp依存于手指的靜電電容Cf。因此，如果通過控制運算部103對Y電極ΥΡ2施加特定 電壓的脈沖信號309，就可將X電極XPl的電容變化作為信號變化檢測。圖8是說明觸摸操作的輸入工具是例如非導(dǎo)電性的樹脂制觸筆120，壓力檢測用 絕緣層112的厚度因觸摸時的按壓而變化時的電容變化的示意圖。無觸摸操作時的X電極XPl的電容能夠以圖7所示進(jìn)行說明。圖8表示觸摸時的 按壓使Z電極ZPA與X電極XP及Y電極YP (以下也將兩電極稱為電容檢測用電極)之間 的壓力檢測用絕緣層112變薄的狀況。設(shè)這時Z電極ZPA與X電極XPl間的電容為Cxza、Z電極ZPA與Y電極YP2間的 電容為Cyza，則由于平行平板電容與厚度成反比例，有Cxza > Cxz、Cyza > Cyz的關(guān)系成立。電容檢測部102檢測X電極XPl的電極電容時，Y電極YP2在復(fù)位狀態(tài)下成為特 定的基準(zhǔn)電位。因此，由于ζ電極ZPA浮置，從X電極XPl看到的合成電容為Cxza與Cyza 串聯(lián)的電容。這時的X電極的合成電容Cxpa表示為Cxpa = Cxza · Cyza/ (Cxza+Cyza)。控制運算部103算出無觸摸操作時的X電極XPl的電容Cxp與有觸摸操作時的X 電極XPl的電容Cxpa之間的差分，作為X電極XPl的信號分量。觸摸操作有無時電容的差
Δ Cxpa Δ Cxpa = {Cxz · Cxza (Cyza-Cyz) +Cyz · Cyza (Cxza-Cxz)} / {(Cxz+Cyz)
(Cxza+Cyza)}。
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如果在Y電極YP2上施加特定電壓的脈沖信號309，電容檢測部102就可將X電極 XPl的電容的差分Acxpa作為信號變化檢測。以上，通過使用壓力檢測用絕緣層112和Z電極ZP，即便是非導(dǎo)電性的輸入工具， 也可通過按壓導(dǎo)致的壓力檢測用絕緣層112的厚度變化，利用電容變化檢測輸入坐標(biāo)。接著，用圖9說明在觸摸操作的接觸面小的情況下，接觸面的位置在橫向變化時 各電極的信號分量。圖9表示在相鄰的2個X電極即XP2和XP3之間，接觸面的位置在X電極上變化的 狀態(tài)。XA是X電極XP2的中心附近、XB是X電極XP2和XP3的中間附近、XC是X電極XP3 的中心附近。圖9中，為了簡化未示出Z電極ZP。圖7描述的靜電電容Cf或圖8描述的Z電極ZP與電容檢測用電極之間的電容變 化均依存于接觸面的面積。因此，如果電容檢測用電極與接觸面的重疊面積大，信號分量就 變大，相反地，如果電容檢測用電極與接觸面的重疊面積小，信號分量就變小。在位置XA，接觸面與X電極XP2的重疊部分多，而與X電極XP3之間幾乎不重疊， 因此，X電極XP2的信號分量大而X電極XP3的信號分量小。在位置XB上，X電極XP2和 XP3與接觸面的重疊面積大致相等，因此算出的信號分量在X電極XP2和XP3上大致相等。 并且，在位置XC處，接觸面與X電極XP3的重疊部分多，而與X電極XP2幾乎不重疊，因此， X電極XP3的信號分量大而X電極XP2的信號分量小。控制計算部103用各電極的信號分 量進(jìn)行重心計算，算出通過觸摸操作對接觸面進(jìn)行接觸的輸入坐標(biāo)。如位置XB那樣，如果在X電極XP2與XP3上獲得同等的信號分量，則重心位置來 到X電極XP2與XP3的中間，因此可算出輸入坐標(biāo)。另一方面，如位置XA或XB那樣，如果 一方的X電極的信號分量很大，則重心位置在檢測大信號分量的X電極附近，因此，同樣可 算出輸入坐標(biāo)。如上所述，通過將X電極的電極形狀設(shè)為朝相鄰的電極收窄的形狀，即便在與接 觸面相比X電極的電極間隔寬的情況下，也能來進(jìn)行重心計算，以高精度地檢測位置。因 此，通過與接觸面相比來擴(kuò)大X電極的電極間隔，從而與以往的電極圖案相比，可以減少電 極條數(shù)。另外，盡管將Y電極夾于其間的X電極的電極形狀是離散的，但通過將電氣上浮置 的Z電極ZP配置成跨越相鄰的X電極XP和Y電極YP，能夠在整個觸摸屏上檢測X方向的 輸入坐標(biāo)。圖10表示將圖5(B)所示的X電極XP的形狀改變后的狀況。圖5(B)和圖10中， Y電極YP的形狀相同。圖5(B)中X電極XP形狀朝左右兩側(cè)呈凸出形狀，而在圖10中，如 X電極XP2那樣，朝相鄰的一方的X電極XPl呈凸出形狀，并朝相鄰的另一方的X電極XP3 呈凹入形狀。圖5(B)和圖10的共同特征在于，面積隨著與相鄰的X電極XP的中心接近而減 小，且越接近該X電極XP的中心其面積變得越大。因此，圖10所示的X電極XP也可望取 得與圖5(B)相同的效果。再有，電極形狀并不限于圖5 (B)、圖10的形狀，只要X電極的形 狀隨著與相鄰的X電極的中心接近而面積減小且越接近該X電極的中心面積越大的形狀就可以。接著，用圖11表示Z電極ZP上不形成狹縫的觸摸屏。圖Il(B)是在圖Il(A)的 B-B線處剖切的概略剖視圖。圖11所示的Z電極ZP未被狹縫分割，具有無狹縫電極(solidelctrode，未設(shè)置間隔或間隙的連續(xù)形狀的電極)的形狀。該無狹縫電極形狀的Z電極ZP 也設(shè)為電氣浮置狀態(tài)。無狹縫電極形狀的Z電極ZP夾著壓力檢測用絕緣層112而配置在 X電極XP和Y電極YP的上部。盡管采用無狹縫電極形狀的Z電極ZP，也能跟使用有狹縫Z電極ZP時相同程度地 將基于壓力檢測用絕緣層112的層間距離變化的電容變化作為信號分量檢測。并且已知， 用手指等輕微接觸時，在接觸時壓力檢測用絕緣層112的層間距離無變化，但能通過提高Z 電極的薄膜電阻來獲得與使用有狹縫Z電極ZP時同等程度的信號分量。通過提高Z電極 的薄膜電阻，使得只是與所接觸的導(dǎo)體的距離近的電容檢測用電極能夠?qū)τ稍撍佑|的導(dǎo) 體發(fā)生的靜電電容進(jìn)行充放電。如此，通過提高Z電極的電阻來局部地對靜電電容充放電， 從而能夠檢測信號分量。圖12是觸摸屏101的截面結(jié)構(gòu)的說明圖。沿圖12(A)所示的Xa-Xb線段、Ya-Yb 線段剖切的截面示出了結(jié)構(gòu)中的保護(hù)層113與透明基板110的距離關(guān)系。圖12⑶表示沿 上述Xa-Xb線段剖切的截面結(jié)構(gòu)。保護(hù)層113經(jīng)由連接部1205與透明基板110連接。這 里連接部1205附近的保護(hù)層113與透明基板110的距離1201 JgXa-Xb線段中點附近的保 護(hù)層113與透明基板110的距離1202的關(guān)系，滿足距離1201 <距離1202。另外，圖12(C)表示沿上述Ya-Yb線段剖切的截面結(jié)構(gòu)。同樣，保護(hù)層113經(jīng)由連 接部1205與透明基板110連接。這里，連接部1205附近的保護(hù)層113與透明基板110的 距離1203 JgYa-Yb線段中點附近的保護(hù)層113與透明基板110的距離1204的關(guān)系，滿足 距離1203 <距離1204。如果滿足上述關(guān)系中的至少任何一方，則成為向保護(hù)層113的上方向回彈力加強(qiáng) 的結(jié)構(gòu)，因此，可促使在分離對觸摸屏101的接觸時保護(hù)層113形狀的恢復(fù)，加快響應(yīng)速度。如以上說明，根據(jù)本實施例，即使利用非導(dǎo)電性的輸入工具接觸到觸摸屏上，也可 通過電容檢測用的X電極XP或Y電極YP跟其上部的Z電極ZP的距離變化來使電容發(fā)生 變化，能夠以靜電電容耦合方式檢測輸入坐標(biāo)。從而，使導(dǎo)電性低的樹脂制觸筆也能適用。另外，通過在電極形狀上設(shè)法改進(jìn)，以使相鄰X電極間的輸入位置可根據(jù)從相鄰 的2個X電極得到的電容變化的信號比算出，從而可減少X電極條數(shù)，并可通過在Z電極的 配置上設(shè)法改進(jìn)來減少Y電極。從而，能夠減小從檢測用電極到輸入處理部引繞布線所需 的邊框?qū)挾龋岣咴O(shè)計上的可能性。另外，由于能夠限制輸入處理部的端子數(shù)增加，能夠低 成本地實現(xiàn)可進(jìn)行高精度輸入位置檢測的靜電電容耦合方式的觸摸屏。此外，由于用接觸 面小的輸入工具例如觸筆等也能高精度地檢測輸入坐標(biāo)，所以也可適用于文字輸入等的應(yīng) 用。另外，對X電極XP或Y電極YP中任何一方依次施加脈沖信號，預(yù)先判別是來自哪 個電極的信號，即使在接觸2點的情況下也能高精度地進(jìn)行檢測。以上，基于上述實施例對本發(fā)明人提出的發(fā)明作了具體說明，不言而喻，本發(fā)明并 不限定于上述實施例，在不脫離其要點的范圍內(nèi)可能有各種變更。
權(quán)利要求
一種顯示裝置，該顯示裝置具有靜電電容觸摸屏，其特征在于，所述靜電電容觸摸屏具有多個X電極、多個Y電極及多個Z電極，所述X電極和所述Y電極隔著第1絕緣層相交叉，各自在延伸方向上以塊區(qū)部和細(xì)線部交互排列而形成，在平面上看，所述X電極的塊區(qū)部與所述Y電極的塊區(qū)部不相重疊地配置，在平面上看，所述Z電極隔著第2絕緣層與相鄰的所述X電極和所述Y電極兩者相重疊地形成，所述多個Z電極相互電氣浮置，在所述X電極或Y電極的一方的電極上依次施加脈沖信號，并從另一方的電極檢測出信號的變化。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于， 所述第2絕緣層的厚度受按壓而變化。
3.根據(jù)權(quán)利要求1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.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，所述X電極的塊區(qū)部延伸到與該X電極相鄰的X電極的細(xì)線部附近， 在平面上看，該X電極的塊區(qū)部的形狀是在所述相鄰的一方的X電極的細(xì)線部附近其 面積成為最小，在該X電極的細(xì)線部附近其面積成為最大，從該X電極的細(xì)線部附近開始直至所述相鄰的另一方的X電極的細(xì)線部附近，該塊區(qū) 部的面積減少。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，所述χ電極的塊區(qū)部延伸到與該χ電極相鄰的χ電極的細(xì)線部附近， 在平面上看，所述X電極的塊區(qū)部的形狀是在所述相鄰的兩方的X電極的細(xì)線部附近 電極寬度成為最小，在X電極的細(xì)線部附近電極寬度成為最大，在平面上看，所述Y電極的塊區(qū)部的形狀是所述X電極在延伸方向上的寬度相對于所 述Y電極的延伸方向是恒定的，在平面上看，所述X電極的塊區(qū)部和所述Y電極的塊區(qū)部在所述X電極延伸的方向上 交互配置。
6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，在相鄰的2條所述X電極的塊區(qū)部中，塊區(qū)部的形狀是朝向相鄰的X電極凸出的形狀。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，在相鄰的3條所述X電極的塊區(qū)部中，該塊區(qū)部的形狀是朝向相鄰的一方的X電極凸 出、且朝向另一方的X電極凹入的形狀。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，所述Z電極被沿所述X電極的延伸方向的多條狹縫分割，并被沿所述Y電極的延伸方 向的多條狹縫分割。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，所述Z電極被沿所述X電極的延伸方向的多條狹縫分割，在平面上看，沿所述Y電極的 延伸方向的所述Z電極的狹縫在所述Y電極上各設(shè)1條，并在所述X電極上各設(shè)1條。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，所述Z電極被沿所述X電極的延伸方向的多條狹縫分割，在平面上看，沿所述Y電極的 延伸方向的所述Z電極的狹縫在所述Y電極上各設(shè)1條。
11.根據(jù)權(quán)利要求1所述的顯示裝置，其特征在于，所述Z電極被沿所述X電極的延伸方向的多條狹縫分割，在平面上看，沿所述Y電極的 延伸方向的所述Z電極的狹縫在所述X電極上各設(shè)1條。
12.—種顯示裝置，該顯示裝置具有以靜電電容耦合方式檢測顯示區(qū)域中的觸摸位置 坐標(biāo)的靜電電容觸摸屏，其特征在于，所述靜電電容觸摸屏具有多個X電極、多個Y電極及Z電極，所述X電極和所述Y電極隔著第1絕緣層相交叉，各自在其延伸方向上以塊區(qū)部和細(xì) 線部交互排列而形成，在平面上看，所述X電極的塊區(qū)部和所述Y電極的塊區(qū)部不相重疊地 配置，在平面上看，所述Z電極隔著第2絕緣層與所述多個X電極和所述多個Y電極的兩方 相重疊地形成，所述Z電極在電氣上浮置，在所述X電極或Y電極中的一方的電極上依次施加脈沖信號，并從另一方的電極檢測 出信號的變化。
13.根據(jù)權(quán)利要求12所述的顯示裝置，其特征在于， 所述Z電極具有高電阻。
14.根據(jù)權(quán)利要求12所述的顯示裝置，其特征在于， 所述Z電極是無狹縫電極。
15.一種顯示裝置，該顯示裝置具有以靜電電容耦合方式檢測顯示區(qū)域中的觸摸位置 坐標(biāo)的靜電電容觸摸屏，其特征在于，所述靜電電容觸摸屏具有多個X電極、多個Y電極、以及多個或1個Z電極， 所述X電極和所述Y電極隔著第1絕緣層相交叉，各自在其延伸方向上以塊區(qū)部和細(xì) 線部交互排列而形成，在平面上看，所述X電極的塊區(qū)部和所述Y電極的塊區(qū)部不相重疊地 配置，在平面上看，所述Z電極隔著第2絕緣層與所述X電極和所述Y電極兩者相重疊地形成，所述多個或1個Z電極在電氣上浮置，所述第2絕緣層用體積根據(jù)壓力而變化的氣體形成，在所述X電極或Y電極的一方的電極上依次施加脈沖信號，并從另一方的電極檢測出 信號的變化。
16.根據(jù)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)明提供一種顯示裝置，在靜電電容耦合方式的觸摸屏中，對于非導(dǎo)電性輸入工具的觸摸也有反應(yīng)，且觸摸面積小也能用少量的電極條數(shù)進(jìn)行高精度位置檢測，在2點同時接觸時也能進(jìn)行高精度的坐標(biāo)檢測，該顯示裝置具有隔著第1絕緣層相交叉的X電極XP和Y電極YP以及隔著第2絕緣層相互浮置的多個Z電極。第2絕緣層采用彈性絕緣材料等厚度因觸摸按壓而變化的材料。Z電極與相鄰的X電極和Y電極兩者相重疊。X電極的塊區(qū)部形狀為在該X電極的細(xì)線部附近面積最大，在相鄰的X電極的細(xì)線部附近面積最小，塊區(qū)部的面積隨著遠(yuǎn)離該X電極的細(xì)線部附近減少。通過對X電極或Y電極依次施加脈沖信號，在2點同時接觸時也能精度良好地檢測坐標(biāo)。
文檔編號G06F3/044GK101901090SQ20091022499
公開日2010年12月1日 申請日期2009年11月26日 優(yōu)先權(quán)日2008年11月26日
發(fā)明者萬場則夫, 關(guān)口慎司, 古橋勉, 早川浩二, 永田浩司, 熊谷俊志, 阿武恒一 申請人:株式會社日立顯示器