JP2024082429A - センサモジュールおよびセンサモジュールを備える表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】近接する入力手段の位置を正確に特定するセンサモジュール及び当該センサモジュールを備える表示装置を提供する。【解決手段】センサモジュール２００は、絶縁性のセンサ基板２０２、センサ基板２０２上の複数のセンサ電極２３０、複数のセンサ電極２３０上の絶縁性の容量形成層２０４、容量形成層２０４上に位置する少なくとも一つの電荷分散膜２４０及び少なくとも一つの電荷分散膜２４０上のカバー基板を備える。少なくとも一つの電荷分散膜２４０は、複数のセンサ電極２３０のすべてと重なる単一の電極として構成できる。この場合、電荷分散膜２４０は、比較的電気抵抗の高い導電膜として構成され、その電気抵抗は１×１０５Ω／□以上１×１０７Ω／□未満に設定される。【選択図】図２

Description

本発明の実施形態の一つは、センサモジュール、およびセンサモジュールを備える表示装置に関する。例えば、本発明の実施形態の一つは、非接触式センサモジュール、および非接触式センサモジュールを備える表示装置に関する。

情報端末に情報を入力するためのインターフェースの一つとして、静電容量式のセンサモジュールが広く用いられている。センサモジュールでは、マトリクス状に配列された複数のセンサ電極に入力手段が近接すると、センサ電極と入力手段の間に仮想的な容量素子が形成され、その結果、センサ電極の電位が変動する。複数のセンサ電極の電位変動を利用することで、入力手段の入力位置を特定することができる（例えば、特許文献１参照。）。

特開２０１４－１０６０３号公報

本発明の実施形態の一つは、新しい構造を有するセンサモジュール、およびこのセンサモジュールを備える表示装置を提供することを課題の一つとする。あるいは、本発明の実施形態の一つは、近接する入力手段の位置を正確に特定することが可能なセンサモジュール、およびこのセンサモジュールを備える表示装置を提供することを課題の一つとする。

本発明の実施形態の一つは、センサモジュールである。センサモジュールは、絶縁性の第１の基板、第１の基板上の複数のセンサ電極、複数のセンサ電極上の絶縁性の第２の基板、第２の基板上に位置する少なくとも一つの電荷分散膜、および少なくとも一つの電荷分散膜上の第３の基板を備える。

本発明の実施形態の一つは、表示装置である。表示装置は、表示モジュール、および表示モジュール上のセンサモジュールを備える。センサモジュールは、絶縁性の第１の基板、第１の基板上の複数のセンサ電極、複数のセンサ電極上の絶縁性の第２の基板、第２の基板上に位置する少なくとも一つの電荷分散膜、および少なくとも一つの電荷分散膜上の第３の基板を備える。

本発明の実施形態に係る表示装置の模式的展開斜視図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの模式的展開斜視図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの模式的上面図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの模式的端面図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの模式的上面拡大図。 従来のセンサモジュールの動作を説明する模式的端面図。 従来のセンサモジュールの動作を説明する模式図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの動作を説明する模式的端面図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの動作を説明する模式図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの模式的上面図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの模式的端面図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの模式的上面拡大図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの模式的上面拡大図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの模式的上面拡大図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの模式的上面拡大図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの模式的端面図。 本発明の実施形態に係るセンサモジュールの模式的展開斜視図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的端面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的斜視図。 本発明の実施形態に係る表示装置の表示モジュールの模式的上面図。 本発明の実施形態に係る表示装置の模式的端面図。

以下、本発明の各実施形態について、図面などを参照しつつ説明する。ただし、本発明は、その要旨を逸脱しない範囲において様々な態様で実施することができ、以下に例示する実施形態の記載内容に限定して解釈されるものではない。

図面は、説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状などについて模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。本明細書と各図において、既出の図に関して説明したものと同様の機能を備えた要素には、同一の符号を付して、重複する説明を省略することがある。同一、あるいは類似する複数の構造を総じて表す際にはこの符号が用いられ、これらを個々に表す際には符号の後にハイフンと自然数が加えられる。

本明細書および請求項において、ある構造体の上に他の構造体を配置する態様を表現するにあたり、単に「上に」と表記する場合、特に断りの無い限りは、ある構造体に接するように、直上に他の構造体を配置する場合と、ある構造体の上方に、さらに別の構造体を介して他の構造体を配置する場合との両方を含むものとする。

本明細書および請求項において、「ある構造体が他の構造体から露出する」という表現は、ある構造体の一部が他の構造体によって覆われていない態様を意味し、この他の構造体によって覆われていない部分は、さらに別の構造体によって覆われる態様も含む。また、この表現で表される態様は、ある構造体が他の構造体と接していない態様も含む。

本発明の実施形態において、複数の膜が同一の工程で同時に形成された場合、これらの膜は同一の層構造、同一の材料、同一の組成を有する。したがって、これら複数の膜は同一層内に存在しているものと定義する。

＜第１実施形態＞
本実施形態では、本発明の実施形態の一つであるセンサモジュール２００、およびセンサモジュール２００を備える表示装置１００について説明する。

１．表示装置
表示装置１００の模式的展開斜視図を図１に示す。表示装置１００は、表示モジュール１１０、および表示モジュール１１０上に配置されるセンサモジュール２００を含む。表示モジュール１１０とセンサモジュール２００は、図１では示されない接着層によって互いに固定されてもよい。

２．表示モジュール
表示モジュール１１０は、映像を表示する機能を有するデバイスであり、アレイ基板１１２、アレイ基板１１２上に形成される複数の画素１１６、アレイ基板１１２上の対向基板１１４を基本的な構成として備える。複数の画素１１６は、複数の行と列を有するマトリクス状に配置される。以下、行方向をＸ方向、列方向をＹ方向とも呼ぶ。複数の画素１１６を囲む領域は表示領域１２０と呼ばれる。各画素１１６は表示素子を備えており、色情報を提供する最小単位として機能する。表示素子としては、液晶素子をはじめ、無機電界発光素子（ＬＥＤ）や有機電界発光素子（ＯＬＥＤ）に例示される電界発光素子（自発光型の発光素子）などを用いることができる。液晶素子を用いる場合には、表示モジュール１１０には、図示しない光源（バックライト）がさらに設けられる。各画素１１６は、フレキシブル印刷回路（ＦＰＣ）基板などのコネクタ１１８を介して供給される電源と映像信号に従って動作し、映像信号に基づく階調で特定の色の光を提供する。画素１１６の動作を映像信号に基づいて制御することで、表示領域１２０上に映像を表示することができる。

表示モジュール１１０の大きさには制約はなく、例えば１２．１インチ（３１ｃｍ）サイズと呼ばれる携帯通信端末などに利用される大きさでもよく、コンピュータに接続されるモニタやテレビ、サイネージなどに好適な大きさ（例えば、１４．１インチ（３６ｃｍ）サイズから３２インチ（８１ｃｍ）サイズ）でもよく、さらに大きなサイズであってもよい。

３．センサモジュール
センサモジュール２００は、表示モジュール１１０からの光を透過させるとともに、表示装置１００に情報を入力するためのインターフェースとして機能するデバイスである。センサモジュール２００は接触式または非接触式センサモジュールであり、指や掌、先端に樹脂が配置されたタッチペンなどの入力手段がセンサモジュール２００に直接接触したときのみならず、入力手段がセンサモジュール２００に接することなく検出レンジ内に近づいた際にも入力手段を検出し、センサモジュール２００上における入力手段の位置（以下、単に入力位置とも記す。）を特定する機能を備える。当該入力手段の位置とは検出レンジ（後述のセンサ領域）内の２次元座標、すなわち検出レンジ内のＸ方向における座標位置とＹ方向における座標位置であっても構わないし、３次元情報、すなわち検出レンジ内におけるＸ方向、Ｙ方向の座標位置のみならずＺ方向の座標位置であっても構わない。Ｚ方向の検出レンジは適宜設定可能であり、例えば、センサモジュール２００の最外表面から５ｍｍ以内、２０ｍｍ以内、５０ｍｍ以内、または１００ｍｍ以内の範囲などに設定することができる。以下、センサモジュール２００の各構成について説明する。

３－１．センサ基板とカバー基板
図１や図２の模式的展開斜視図に示すように、センサモジュール２００は、センサ基板２０２とセンサ基板２０２に対向するカバー基板２０６を備える。センサ基板２０２とカバー基板２０６は、いずれも絶縁性の基板であり、表示モジュール１１０によって表示される映像を視認させるため、可視光を透過する材料で構成される。このため、センサ基板２０２とカバー基板２０６は、ガラスや石英、ポリイミドやポリアミド、ポリカーボネートなどの高分子材料などで構成される。センサ基板２０２および／またはカバー基板２０６は、任意に変形できる程度の可撓性を備えてもよく、あるいは塑性変形しない程度の低い可撓性を有してもよい。

３－２．センサ電極
センサ基板２０２とカバー基板２０６の間には、複数のセンサ電極２３０が設けられる。複数のセンサ電極２３０は、複数の行と列を有するマトリクス状に配置される。複数のセンサ電極２３０が配置される領域はセンサ領域と呼ばれ、センサ領域が表示領域１２０と重なるようにセンサ電極２３０が配置される。センサ電極２３０の数（すなわち、行と列の数）や大きさ（面積）は、表示装置１００の大きさ、センサモジュール２００に要求される検出精度などに応じて適宜設定すればよい。図１から理解されるように、各センサ電極２３０は、画素１１６よりも大きな面積を有しており、複数の画素１１６と重なるように設けられる。

センサ電極２３０は、例えばインジウム－スズ混合酸化物（ＩＴＯ）やインジウム－亜鉛混合酸化物（ＩＺＯ）などの透光性酸化物を含む。あるいは、センサ電極２３０は、チタンやモリブデン、タングステン、アルミニウム、銅などの金属（０価の金属）、またはこれらの金属の一つまたは複数を含む合金を含んでもよい。当該金属を用いる場合には、透光性を確保するため、複数の開口を有するメッシュ状または細線状にセンサ電極２３０を形成すればよい。

３－３．電荷分散膜と容量形成層
図２と図３に示すように、センサモジュール２００はさらに、複数のセンサ電極２３０上に配置される容量形成層２０４、および容量形成層２０４上の電荷分散膜２４０を備え、電荷分散膜２４０上にカバー基板２０６が配置される。このため、容量形成層２０４は、センサ電極２３０と電荷分散膜２４０によって挟まれる。

容量形成層２０４は絶縁性を有する層により形成され、例えばガラスや石英、ポリイミドやポリアミド、ポリカーボネートなどの高分子材料などで構成される。表示モジュール１１０で創り出される映像はセンサモジュール２００を介して視認されるため、センサ基板２０２とカバー基板２０６と同様、容量形成層２０４も可視光を透過するように構成される。容量形成層２０４も可撓性を有してもよい。

図３の鎖線Ａ－Ａ´に沿った端面の模式図（図４Ａ）に示すように、透光性の接着層２３６によって容量形成層２０４が複数のセンサ電極２３０上に固定される。後述するように、センサモジュール２００では、入力位置の特定の際に容量形成層２０４とこれを挟むセンサ電極２３０と電荷分散膜２４０によって容量を形成し、これによってセンサ電極２３０の電荷を分散する。適切な容量を形成するため、容量形成層２０４の厚さは、例えば１μｍ以上１．０ｍｍ以下に調整される。容量形成層２０４が数μｍから数十μｍ程度の厚さを有する場合には、無機膜、有機膜、またはこれらの積層体が採用される。容量形成層２０４が数百μｍからｍｍ程度の厚さを有する場合には、例えばガラス基板が容量形成層２０４として採用される。この場合、ガラス基板上に電荷分散膜２４０を形成する構成も採用可能である。

図３と図４Ａから理解されるように、電荷分散膜２４０は複数のセンサ電極２３０と重なるよう、容量形成層２０４を介してセンサ電極２３０上に配置される。電荷分散膜２４０は、すべてのセンサ電極２３０と重なるように配置してもよい。ただし、最上行、最下行、および／または両端の列に配置されるセンサ電極２３０が入力手段の検出に寄与しない場合には、これらの行または列に位置するセンサ電極２３０は電荷分散膜２４０から一部または全体が露出してもよい。電荷分散膜２４０は、スパッタリング法や化学気相成長（ＣＶＤ）法などの成膜法を利用して容量形成層２０４上に直接形成してもよく、あるいは図示しない接着層を用いて容量形成層２０４に固定してもよい。この場合、カバー基板２０６は、接着層２２２を介して電荷分散膜２４０に固定される（図４Ａ）。あるいは、電荷分散膜２４０をスパッタリング法やＣＶＤ法などを利用してカバー基板２０６と直接接するように設けてもよい。この場合には、図示しない接着層によって容量形成層２０４と電荷分散膜２４０が互いに固定される。

電荷分散膜２４０は、すべてまたは複数のセンサ電極２３０と重なる単一の電極として構成することができる。この場合、電荷分散膜２４０は、比較的電気抵抗の高い導電膜として構成され、その電気抵抗は１×１０^５Ω／□以上１×１０^７Ω／□未満に設定される。また、表示モジュール１１０が生成する映像を視認することができるよう、可視光を透過するように構成される。このため、電荷分散膜２４０は、例えばＩＴＯやＩＺＯなどの透光性酸化物を含み、上記電気抵抗を実現するため、比較的小さい厚さ（例えば、３０ｎｍ以上１００ｎｍ以下）を有するように設けられる。あるいは、電荷分散膜２４０は、センサ電極２３０で用いることが可能な上記金属または合金を含んでもよい。この場合には、透光性を確保するため、図４Ｂに示すように、複数の開口２４０ａを有するメッシュ状に電荷分散膜２４０が形成される。開口２４０ａの形状は任意に決定することができ、例えば円、楕円、正方形、長方形、菱形、平行四辺形、三角形、あるいは五角形以上の多角形でもよい。また、開口２４０ａの大きさ（面積）も適宜選択することができ、例えば行方向の最大長ａと列方向の最大長ｂは、不可視化の観点から定められ、表示モジュール１１０と使用者の目の位置との関係に依存する。例えば、表示モジュール１１０がスマートホンなどの小型表示モジュールである場合、最大長ａと最大長ｂはそれぞれ数百ｎｍ程度で設定され、表示モジュールが大型テレビジョンなどの大型表示装置である場合、最大長ａと最大長ｂは数十ｍｍで設定される。最大長ａと最大長ｂは、互いに同一でもよく、異なってもよい。

３－４．その他の構成
各センサ電極２３０からは、センサ電極２３０と電気的に接続される配線（図示しない）がセンサ基板２０２の一辺まで延伸し、端部において端子２３４を形成する（図３）。端子２３４にはフレキシブル印刷回路（ＦＰＣ）基板などの第１のコネクタ２１０が電気的に接続され（図１、図２）、第１のコネクタ２１０には検出回路２１２が設けられる。図示しない外部回路から供給される電源が検出回路２１２によって交流電圧（交流矩形波）に変換され、この交流電圧が端子２３４を介して各センサ電極２３０に供給される。

センサモジュール２００のセンサ基板２０２と表示モジュール１１０の対向基板１１４の間には、表示モジュール１１０からの電気的な影響を遮蔽するためのノイズシールド層２２０を設けてもよい。ノイズシールド層２２０は、接着層１０２を介して対向基板１１４上に固定してもよく（図４Ａ）、あるいは、図示しないが、対向基板１１４上にノイズシールド層２２０を形成し、接着層１０２を用いてノイズシールド層２２０をセンサ基板２０２に固定してもよい。ノイズシールド層２２０は、ＩＴＯやＩＺＯなどの透光性酸化物、あるいは金属を含む。後者の場合には、可視光の透過を許容するよう、複数の開口を有するメッシュ状の金属膜をノイズシールド層２２０として用いればよい。ノイズシールド層２２０は、複数のセンサ電極２３０と重なるように設けられる。ノイズシールド層２２０には、ＦＰＣ基板などの第２のコネクタ２０８が電気的に接続され（図１、図２参照。）、センサ電極２３０に印加される電位と同相のパルス状交流電圧が印加される。このため、ノイズシールド層２２０はセンサ電極２３０と常時等電位となる。また、対向基板１１４に表示モジュール１１０を固定するための接着層や、対向基板１１４に偏光板やカバー基板２０６を固定するための接着層を導電性とし、これをノイズシールド層２２０として用いる構成も採用可能である。

３－５．センサモジュールによる入力位置の特定
上述したように、第１のコネクタ２１０に設けられる検出回路２１２によって交流電圧（交流矩形波）が生成され、この交流電圧が端子２３４を介して各センサ電極２３０に供給される。入力手段がセンサモジュール２００に近づくと、入力手段とセンサ電極２３０の間に仮想的な容量が形成され、これに伴ってセンサ電極２３０の容量が変化する。検出回路２１２は、この容量変化を電位変動として検出し、さらにデジタル化して検出信号に変換することで各センサ電極２３０に対応するセンサ値が取得される。各センサ電極２３０のセンサ値を用いることで、入力位置を表す座標が決定される。

この時、電荷分散膜が設けられない従来のセンサモジュールでは、図５Ａの模式的端面図に示すように、入力手段に最も近いセンサ電極（ここではセンサ電極２３０－３）のセンサ値が最大となる。最大のセンサ値を示すセンサ電極２３０、すなわち、入力手段が最も近くに位置するセンサ電極２３０－３のセンサ値のみを利用して入力位置を特定すると、上述したようにセンサ電極２３０は画素１１６よりも大きいため、表示モジュール１１０が提供する精細な映像に適合するように入力位置を精細に特定することができない。このため、最大のセンサ値を示すセンサ電極２３０だけでなく、その近傍（例えば、図５Ａの例ではセンサ電極２３０－１、２３０－２、２３０－４、２３０－５など）のセンサ値が利用される。しかしながら、図５Ｂに模式的に表すように、入力手段が最接近するセンサ電極２３０－３以外のセンサ電極２３０のセンサ値は、センサ電極２３０－３のセンサ値と比較して極めて小さい。このようにセンサ値の分布が極端に小さくなると、入力手段とセンサ電極２３０－３との間の位置関係を正確に求めることが困難にあり、精細かつ正確な位置特定ができない。例えば、センサモジュール上で入力手段を移動させても、センサ値分布に大きな変化が生じず、入力手段の移動を検知することが難しくなる。特にセンサ電極２３０のピッチと比較して入力手段が大きい場合、この傾向が顕著になる。センサ電極２３０を小型化することで位置特定の精度を向上させることもできるが、同時にセンサ電極２３０の数も増大するため、検出回路２１２に大きな負担がかかり、その結果、入力位置の特定に要する時間が増大する。このことは、センサモジュール２００の応答速度の低下やＳ／Ｎ比の悪化、製造コストと消費電力の増大の原因となる。

これに対し、本実施形態に係るセンサモジュール２００には、比較的電気抵抗の高い電荷分散膜２４０が容量形成層２０４を介してセンサ電極２３０上に設けられる。このため、電荷分散膜２４０、容量形成層２０４、およびセンサ電極２３０によって容量が形成される。このような構成では、入力手段がセンサモジュール２００に近づく際に電荷分散膜２４０に生じる電荷が、入力手段が最接近するセンサ電極２３０－３上からその近傍のセンサ電極２３０上に流れ込む（図６Ａの波線矢印参照。）。その結果、電荷が電荷分散膜２４０を介して流れ込んだセンサ電極２３０の電位は、容量結合によって変動し、比較的大きなセンサ値を示す（図６Ｂ）。したがって、センサ値の分布が広がる、すなわち、入力手段が最接近するセンサ電極２３０－３の近傍に位置するセンサ電極２３０からも比較的大きなセンサ値を取得することができるので、これらのセンサ値を利用することで入力手段の位置を精細にかつ正確に特定することが可能となる。したがって、本発明の実施形態を適用することで、消費電力の増大や応答速度の低下を招くことなく、入力手段の高精度の位置特定が可能なセンサモジュールを提供することができる。

＜第２実施形態＞
本実施形態では、第１実施形態で述べたセンサモジュール２００と構造が異なるセンサモジュール２５０について説明する。第１実施形態で述べた構成と同一または類似する構成については説明を割愛することがある。

図７の模式的上面図と図７の鎖線Ｂ－Ｂ´に沿った端面の模式図（図８）に示すように、本実施形態に係るセンサモジュール２５０は、互いに電気的に離隔し、互いに同一の層内に存在する複数の電荷分散膜２４０を有する。複数の電荷分散膜２４０は、互いに電気的に浮遊し、他の素子と電気的に接続されなくてもよい。各電荷分散膜２４０の大きさ（面積）はセンサ電極２３０の大きさよりも小さい。このため、各センサ電極２３０は二つ以上の電荷分散膜２４０と重なる。複数の電荷分散膜２４０も複数の行と列を有するマトリクス状に配置することができる。また、電荷分散膜２４０のピッチＰ（隣接する電荷分散膜２４０の中心または重心間の距離）は、容量形成層２０４の厚さよりも小さいことが好ましい。あるいは、本実施形態においては各電荷分散膜２４０が矩形状を呈しているが、電荷分散膜２４０の隣り合う辺間の間隔が容量形成層２０４の厚さよりも小さいことが好ましい。ピッチＰを容量形成層２０４の厚さよりも小さく設定することで、電荷分散膜２４０とセンサ電極２３０で形成される容量よりも大きな容量を面内方向に形成することができる。あるいは、電荷分散膜２４０のピッチＰは、対応するセンサ電極２３０の大きさとの関係によって定義されても構わない。例えば１つのセンサ電極２３０上に少なくともｎ行ｍ列の電荷分散膜２４０を重畳させる必要性から、電荷分散膜２４０のＸ方向のピッチをセンサ電極のＸ方向の長さの１／ｎ（ｎは３以上の整数）とすることも可能である。Ｙ方向についても同様に、電荷分散膜２４０のＹ方向のピッチをセンサ電極のｙ方向の長さの１／ｍ（ｍは３以上の整数）とすることも可能である。

第１実施形態のセンサモジュール２００と同様、センサモジュール２５０に設けられる複数の電荷分散膜２４０も、表示モジュールからの光を透過するよう、ＩＴＯやＩＺＯなどの透光性酸化物を含む。あるいは、電荷分散膜２４０は、センサ電極２３０で用いることが可能な上記金属または合金を含んでもよい。この場合には、透光性を確保するため、複数の開口を有するメッシュ状に電荷分散膜２４０が形成される。開口の形状や大きさ、アスペクト比も適宜決定することができる。なお、センサモジュール２５０の複数の電荷分散膜２４０は、互いに電気的に絶縁された浮遊状態とする場合には、比較的低い電気抵抗を有してもよい。例えば、複数の電荷分散膜２４０の電気抵抗は、１×１０Ω／□以上１×１０^５Ω／□未満でもよい。

上記構成と配置を有する複数の電荷分散膜２４０を設けることで、電荷分散膜２４０とセンサ電極２３０間の容量のみならず、隣接する電荷分散膜２４０の間において面内方向に容量を形成することができ、これにより、電気的に浮遊するノードを形成することができる。入力手段が近接した際、入力手段が最接近する電荷分散膜２４０の電荷によってその近傍の電荷分散膜２４０の電位が容量結合によって変動する。この変動に伴い、入力手段が最接近するセンサ電極２３０の近傍に位置するセンサ電極２３０の電位も変動し、比較的高いセンサ値を与えることができる。したがって、センサモジュール２００と同様、センサモジュール２５０も精細かつ正確な位置特定が可能である。

隣接する電荷分散膜２４０間でより大きな容量を形成するため、各電荷分散膜２４０の一部または全体を櫛型構造を有するように成形し、隣接する電荷分散膜２４０間で櫛歯が噛み合うように電荷分散膜２４０を構成してもよい。一つの例を図９の模式的上面図に示す。ここでは、一つの電荷分散膜２４０が実線で示されており、当該電荷分散膜２４０に隣接する複数の電荷分散膜２４０が点線で示されている。この例では、各電荷分散膜２４０は、中心部２４０ｂとともに、櫛型部２４０ｃを有している。中心部２４０ｂとは、屈曲構造を持たない部分であり、例えば最大長とそれに直交する最大幅の比（アスペクト比）が０．５以上１．５以下の部分として定義することができる。一方、櫛型部２４０ｃとは、複数の屈曲部を有し、隣接する屈曲部間のアスペクト比が上記範囲から逸脱した部分として定義することができる。櫛型部２４０ｃは中心部２４０ｂに対して行方向と列方向にそれぞれ形成されている。図９に示すように、隣接する電荷分散膜２４０の櫛歯が互いに噛み合うように電荷分散膜２４０が構成、配置される。換言すると、一つの電荷分散膜２４０の一つの櫛歯は、隣接する電荷分散膜２４０の隣接する二つの櫛歯の間に挟まれるように配置される。隣接する電荷分散膜２４０の櫛歯が噛み合う部分において、隣接する櫛歯間の距離は、上述した不可視化の観点も加味し、表示装置１００の使用態様に応じて数百μｍ程度から数重ｍｍの間で定められる。不可視化を実現可能な範囲で、できる隣接する櫛歯間の距離を狭めることが好ましい。このような構造を採用することで、隣接する電荷分散膜２４０の面内方向の距離が大幅に低下し、かつ、形成される容量の面内方向の長さが増大するため、隣接する電荷分散膜２４０間でより大きな容量を形成することができる。その結果、入力手段と最接近するセンサ電極２３０の近傍のセンサ電極２３０のセンサ値をより効果的に増大することができる。

上述したように、本実施形態の電荷分散膜２４０は金属を含むメッシュ形状を有することができる。この場合、中心部２４０ｂだけでなく、図１０に示すように櫛型部２４０ｃもメッシュ形状を備えてもよい。メッシュの開口のアスペクト比は任意に決定することができる。例えば櫛歯の開口の延伸方向における長さに対する当該延伸方向に垂直な方向における長さの比を小さくすることで隣接する櫛歯間の距離を低減し、容量を増大させてもよい。

隣接する櫛歯２４０ｃ－１間には配線や電極を配置せず、隣接する櫛歯２４０ｃ－１間に亘って接着層２２２と容量形成層２０４が接してもよいが、図１０に示すように、隣接する櫛歯２４０ｃ－１間に櫛歯２４０ｃ－１と同様のメッシュ構造を有する電気的に浮遊したダミー配線２４０ｃ－２を設けてもよい。ダミー配線２４０ｃ－２は中心部２４０ｂや櫛型部２４０ｃと同一層内に存在して同様の形状を有することができるが、中心部２４０ｂや櫛型部２４０ｃとは接続されず、電気的に浮遊する。ダミー配線２４０ｃ－２を配置することで、複数の電荷分散膜２４０が設けられるセンサ領域全体に亘って均一な光学特性が得られるため、モアレの発生を防止することができる。

なお、中心部２４０ｂの形状は四角形に限られず、任意の形状を有してもよい。例えば図１１に示すように、中心部２４０ｂは正六角形または略正六角形でもよい。この場合には、中心部２４０ｂを取り囲む六つの櫛型部２４０ｃが形成される。図示しないが、中心部２４０ｂの形状は、例えば八角形でもよい。中心部が形成する多角形の角の数が増大するに従って一つの電荷分散膜２４０に隣接する電荷分散膜２４０の数が増大するため、より精度の高い位置検出が可能となる。

さらに、図１２に示すように、各電荷分散膜２４０は中心部２４０ｂを持たず、櫛型部２４０ｃから構成されてもよい。このような構成では、各電荷分散膜２４０中に占める櫛型部２４０ｃの大きさが最大となるため、隣接する電荷分散膜２４０間で極めて大きな容量を形成することが可能となる。

なお、図８に対応する模式的端面図である図１３に示すように、センサモジュール２５０は、複数の電荷分散膜２４０の上または下に帯電防止膜２４２を有してもよい。帯電防止膜２４２は電荷分散膜２４０よりも高い電気抵抗を有し、複数の電荷分散膜２４０と電気的に接続される。例えば、帯電防止膜２４２の電気抵抗は、１×１０^７Ω以上１×１０^９Ω未満でもよい。帯電防止膜２４２も可視光を透過するように構成され、例えばＩＴＯやＩＺＯなどの導電性酸化物を含んでもよく、さらにケイ素を含んでもよい。なお、帯電防止膜２４２は、第１のコネクタ２１０を介して一定電位（例えば、接地電位）に接続される。帯電防止膜２４２を設けることでセンサモジュール２５０の帯電が防止され、外部からの静電気などの侵入を防止することができる。

＜第３実施形態＞
本実施形態では、第１、第２実施形態で述べたセンサモジュール２００、２５０とは構造が異なるセンサモジュール２６０、およびセンサモジュール２６０を含む表示装置１００について説明する。第１、第２実施形態で述べた構成と同一または類似する構成については説明を割愛することがある。

本実施形態に係るセンサモジュール２６０は、所謂インセル型の相互容量方式タッチセンサ付き表示装置に適用することが可能なモジュールであり、図１４の模式的展開斜視図に示すように、表示装置１００の対向基板１１４上に配置される複数のセンサ電極２３０、複数のセンサ電極２３０上の容量形成層２０４、および容量形成層２０４上の電荷分散膜２４０を基本的な構成として備える。カバー基板２０６は電荷分散膜２４０上に設けられる。

図１５に一つの画素１１６を中心とする表示装置１００の模式的端面図を示す。表示装置１００に含まれる表示モジュール１１０の構成に制約はなく、公知の構造を適宜適用することができる。図１５に示す表示モジュール１１０では、トランジスタ１３０などの各種素子を含む複数の画素回路がアレイ基板１１２上に設けられ、その上に各画素回路と接続される液晶素子が形成される。液晶素子は、画素回路と電気的に接続される画素電極１３６、共通電極１３２、画素電極１３６と共通電極１３２を絶縁する層間絶縁膜１３４、画素電極１３６と共通電極１３２上の第１の配向膜１３８と第２の配向膜１４２、第１の配向膜１３８と第２の配向膜１４２の間に配置される液晶層１４０を含む。液晶素子上には、対向基板１１４が設けられ、対向基板１１４の上（図１５では対向基板１１４の下）には、オーバーコート１４８に覆われる遮光膜１４６やカラーフィルタ１４４などが配置される。

センサモジュール２６０の複数のセンサ電極２３０は、ストライプ状に配置され、その上に容量形成層２０４を介して電荷分散膜２４０が配置される。図示しないが、表示装置１００は、アレイ基板１１２の下とカバー基板２０６の上にそれぞれ偏光膜が設けられる。なお、センサ電極２３０と対向基板１１４の間、センサ電極２３０と容量形成層２０４の間、容量形成層２０４とカバー基板２０６の間には、図示しない接着層が形成されていてもよい。あるいは、センサ電極２３０と対向基板１１４は互いに接してもよく、センサ電極２３０と容量形成層２０４も互いに接してもよく、あるいは容量形成層２０４とカバー基板２０６も互いに接してもよい。

ここで、表示モジュール１１０には複数の共通電極１３２がストライプ状に設けられ、各共通電極１３２は、複数列または複数行に配置される画素１１６と重なるとともに、複数のセンサ電極２３０と交差する。さらに、共通電極１３２は、液晶素子の液晶層１４０の配向を制御するための一つの電極として機能すると同時に、センサモジュール２６０において入力手段を検知するための電極としても機能する。具体的には、表示モジュール１１０で映像を表示する期間では、共通電極１３２には所定の電位が供給され、画素電極１３６と協働して液晶層１４０の配向を制御する。一方、入力手段を検知する期間においては、一定の周波数（例えば数ｋＨｚから数十ｋＨｚ）のパルス電圧が共通電極１３２に印加され、共通電極１３２はセンサ電極２３０と連携してセンサモジュール２００の構成として機能する。

センサ電極２３０は、第１のコネクタ２１０上に設けられる検出回路２１２に接続され、当該検出回路２１２によってその電位の変動が検出される。上述したように、共通電極１３２には時分割で交流電圧が供給されるため、共通電極１３２とセンサ電極２３０との間で容量が形成される。入力手段が近接することにより、当該容量が変化し、当該変化を検出回路２１２がセンサ電極２３０を介して検出する。これにより、入力位置を表す座標が決定される。

センサモジュール２６０に含まれる電荷分散膜２４０としては、第１実施形態または第２実施形態で述べた複数の電荷分散膜２４０を適用すればよい。図示しないが、複数の電荷分散膜２４０を適用する場合には、第２実施形態で述べたように、帯電防止膜２４２をさらに設けてもよい。センサモジュール２６０には電荷分散膜２４０が設けられるため、上述したように、消費電力の増大や応答速度の低下を招くことなく、入力手段の高精度の位置特定が可能なセンサモジュールを提供することができる。

なお、本実施形態においては、センサ電極２３０を対向基板１１４上に設ける構成も採用有能である。この場合、センサ電極２３０上に容量形成層２０４、電荷分散膜２４０およびカバー基板２０６を設けてよい。この場合、表示モジュール１１０上にこれらセンサ電極２３０、容量形成層２０４および電荷分散膜２４０を設けた構成をセンサモジュールと称してよく、あるいはタッチパネル機能付き表示装置と称してよい。

＜第４実施形態＞
本実施形態では、第１から第４実施形態で述べたセンサモジュール２００、２５０、２６０とは構造が異なるセンサモジュール２７０、およびセンサモジュール２７０を含む表示装置１０４について説明する。第１から第３実施形態で述べた構成と同一または類似する構成については説明を割愛することがある。

本実施形態に係るセンサモジュール２７０は、所謂インセル型の自己容量方式タッチセンサ付き表示装置に適用することが可能なモジュールである。ただし、図１６の模式的展開斜視図に示すように、センサモジュール２６０と異なってセンサ電極２３０を持たない。このため、センサモジュール２７０は、表示モジュール１１０上に配置される容量形成層２０４および容量形成層２０４上の電荷分散膜２４０を基本的な構成として備える。カバー基板２０６は電荷分散膜２４０上に設けられる。

センサ電極２３０の機能は、表示モジュール１１０に配置される共通電極１３２が担う。具体的には、図１７の模式的上面図と図１５に対応する模式的端面図（図１８）に示すように、本実施形態に係る表示モジュール１１０では、複数の共通電極１３２が、それぞれ対応する複数の画素電極１３６と重なるようにマトリクス状に配置される。第３実施形態で述べた表示モジュール１１０と同様、映像を表示する期間では、共通電極１３２にはコネクタ１１８を介して外部回路（図示しない）から所定の電位が供給され、画素電極１３６と協働して液晶層１４０の配向を制御する。これにより、各画素１１６において液晶層１４０の配向が制御され、映像信号に従った階調が実現される。

入力手段を検知する期間においては、各共通電極１３２には、一定の周波数（例えば数ｋＨｚから数十ｋＨｚ）のパルス電圧が供給され、当該パルス電圧に基づいて容量が形成されるが、当該容量は入力手段が近接することにより変化する。当該容量の変化に基づくパルス電圧の変化を検出することによって入力手段を検知し、その座標を特定することができる。

センサモジュール２６０と同様、センサモジュール２７０に含まれる電荷分散膜２４０として、第１実施形態または第２実施形態で述べた複数の電荷分散膜２４０を適用すればよい。また、複数の電荷分散膜２４０を適用する場合には、第２実施形態で述べたように、帯電防止膜２４２をさらに設けてもよい。電荷分散膜２４０が設けることで、消費電力の増大や応答速度の低下を招くことなく、入力手段の高精度の位置特定が可能なセンサモジュールを提供することができる。

なお、本実施形態においては、対向基板１１４上に容量形成層２０４、電荷分散膜２４０およびカバー基板２０６を設けてよい。また、対向基板１１４を容量形成層２０４と見做し、対向基板１１４上に電荷分散膜２４０およびカバー基板２０６を設けてよい。この場合、表示モジュール１１０上にこれらセンサ電極２３０、容量形成層２０４、電荷分散膜２４０を設けた構成をセンサモジュールと称してよく、あるいはタッチパネル機能付き表示装置と称してよい。

本発明の実施形態として上述した各実施形態は、相互に矛盾しない限りにおいて、適宜組み合わせて実施することができる。また、各実施形態の表示装置やセンサモジュールを基にして、当業者が適宜構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略もしくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。

上述した各実施形態の態様によりもたらされる作用効果とは異なる他の作用効果であっても、本明細書の記載から明らかなもの、又は、当業者において容易に予測し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。

１００：表示装置、１０２：接着層、１０４：表示装置、１１０：表示モジュール、１１２：アレイ基板、１１４：対向基板、１１６：画素、１１８：コネクタ、１２０：表示領域、１３０：トランジスタ、１３２：共通電極、１３４：層間絶縁膜、１３６：画素電極、１３８：第１の配向膜、１４０：液晶層、１４２：第２の配向膜、１４４：カラーフィルタ、１４６：遮光膜、１４８：オーバーコート、２００：センサモジュール、２０２：センサ基板、２０４：容量形成層、２０６：カバー基板、２０８：第２のコネクタ、２１０：第１のコネクタ、２１２：検出回路、２２０：ノイズシールド層、２２２：接着層、２３０：センサ電極、２３０－１：センサ電極、２３０－２：センサ電極、２３０－３：センサ電極、２３０－４：センサ電極、２３０－５：センサ電極、２３４：端子、２３６：接着層、２４０：電荷分散膜、２４０ａ：開口、２４０ｂ：中心部、２４０ｃ：櫛型部、２４０ｃ－１：櫛歯、２４０ｃ－２：ダミー配線、２４２：帯電防止膜、２５０：センサモジュール、２６０：センサモジュール、２７０：センサモジュール

Claims (20)

1. 絶縁性の第１の基板
   前記第１の基板上の複数のセンサ電極、
   前記複数のセンサ電極上の絶縁性の第２の基板、
   前記第２の基板上に位置する少なくとも一つの電荷分散膜、および
   前記少なくとも一つの電荷分散膜上の第３の基板を備える、センサモジュール。
2. 前記少なくとも一つの電荷分散膜は、前記複数のセンサ電極のすべてと重なる単一の電荷分散膜で構成される、請求項１に記載のセンサモジュール。
3. 前記電荷分散膜は、１×１０^５Ω／□以上１×１０^７Ω／□未満の電気抵抗を有する、請求項２に記載のセンサモジュール。
4. 前記少なくとも一つの電荷分散膜は複数の電荷分散膜を含む、請求項１に記載のセンサモジュール。
5. 前記複数の電荷分散膜の各々は櫛型構造を有し、
   前記複数の電荷分散膜は、前記複数の電荷分散膜から選択される第１の電荷分散膜の一つの櫛歯が、前記複数の電荷分散膜から選択され、前記第１の電荷分散膜に隣接する第２の電荷分散膜の二つの櫛歯の間に挟まれるように配置される、請求項４に記載のセンサモジュール。
6. 前記複数の電荷分散膜の各々は、全体が櫛型構造で構成される、請求項５に記載のセンサモジュール。
7. 前記少なくとも一つの電荷分散膜は、インジウムを含有する透光性酸化物を含む、請求項１に記載のセンサモジュール。
8. 前記少なくとも一つの電荷分散膜は、金属を含み、複数の開口を有する、請求項１に記載のセンサモジュール。
9. 前記複数の電荷分散膜の上または下に位置し、前記電荷分散膜と電気的に接続される帯電防止膜をさらに備え、
   前記帯電防止膜は、前記複数の電荷分散膜の電気抵抗よりも大きな電気抵抗を有する、請求項４に記載のセンサモジュール。
10. 前記帯電防止膜は、一定電位が供給されるように構成される、請求項９に記載のセンサモジュール。
11. 表示モジュール、および
    前記表示モジュール上のセンサモジュールを備え、
    前記センサモジュールは、
    絶縁性の第１の基板
    前記第１の基板上の複数のセンサ電極、
    前記複数のセンサ電極上の絶縁性の第２の基板、
    前記第２の基板上に位置する少なくとも一つの電荷分散膜、および
    前記少なくとも一つの電荷分散膜上の第３の基板を備える、表示装置。
12. 前記少なくとも一つの電荷分散膜は、前記複数のセンサ電極のすべてと重なる単一の電荷分散膜で構成される、請求項１１に記載の表示装置。
13. 前記電荷分散膜は、１×１０^５Ω／□以上１×１０^７Ω／□未満の電気抵抗を有する、請求項１２に記載の表示装置。
14. 前記少なくとも一つの電荷分散膜は複数の電荷分散膜を含む、請求項１１に記載の表示装置。
15. 前記複数の電荷分散膜の各々は櫛型構造を有し、
    前記複数の電荷分散膜は、前記複数の電荷分散膜から選択される第１の電荷分散膜の一つの櫛歯が、前記複数の電荷分散膜から選択され、前記第１の電荷分散膜に隣接する第２の電荷分散膜の二つの櫛歯の間に挟まれるように配置される、請求項１４に記載の表示装置。
16. 前記複数の電荷分散膜の各々は、全体が櫛型構造で構成される、請求項１５に記載の表示装置。
17. 前記少なくとも一つの電荷分散膜は、インジウムを含有する透光性酸化物を含む、請求項１１に記載の表示装置。
18. 前記少なくとも一つの電荷分散膜は、金属を含み、複数の開口を有する、請求項１１に記載の表示装置。
19. 前記複数の電荷分散膜の上または下に位置し、前記電荷分散膜と電気的に接続される帯電防止膜をさらに備え、
    前記帯電防止膜は、前記複数の電荷分散膜の電気抵抗よりも大きな電気抵抗を有する、請求項１４に記載の表示装置。
20. 前記帯電防止膜は、一定電位が供給されるように構成される、請求項１９に記載の表示装置。
    
    
    

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