JP2015176602A - タッチパネル及びこれを含む表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 相互静電容量方式及び自己静電容量方式で駆動でき、両方式で全てマルチタッチが感知できる電極パターンを有し、タッチ信号線の本数を減すことができるタッチセンサを含むタッチパネル、そしてこのようなタッチパネルを含む表示装置を提供する。
【解決手段】 本発明による表示装置は、第１方向に配列され、物理的に分離されている複数の第１電極セルをそれぞれ含む複数の第１電極パターンと、第１方向と交差する第２方向に配列され、物理的に分離されている複数の第２電極セルをそれぞれ含む複数の第２電極パターンと、前記複数の第１電極セルに接続されている複数の第１タッチ信号線と、前記複数の第２電極セルに接続されている複数の第２タッチ信号線とを含む。前記第１及び第２電極パターン及び第１及び第２タッチ信号線は全て基板上に同一層に位置し、それぞれの第１電極セルに第１タッチ信号線が独立的に接続されている。
【選択図】 図２

Description

本発明はタッチセンサを含むタッチパネル及びこれを含む表示装置に関する。

有機発光表示装置（ｏｒｇａｎｉｃ ｌｉｇｈｔ ｅｍｉｔｔｉｎｇ ｄｉｏｄｅ ｄｉｓｐｌａｙ、ＯＬＥＤ）、液晶表示装置（ｌｉｑｕｉｄ ｃｒｙｓｔａｌ ｄｉｓｐｌａｙａｙ、ＬＣＤ）、電気泳動表示装置（ｅｌｅｃｔｒｏｐｈｏｒｅｔｉｃ ｄｉｓｐｌａｙ、ＥＰＤ）などの平板表示装置（ｆｌａｔ ｐａｎｅｌ ｄｉｓｐｌａｙ、ＦＰＤ）は電界生成電極と電気光学活性層（ｅｌｅｃｔｒｏ−ｏｐｔｉｃａｌ ａｃｔｉｖｅ ｌａｙｅｒ）を含む表示パネル（ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）を含む。電気光学活性層として、有機発光表示装置、液晶表示装置及び電気泳動表示装置のパネルはそれぞれ有機発光層、液晶層及び電荷を帯びた粒子を含む。電界生成電極は薄膜トランジスタなどのスイッチング素子に接続されてデータ信号を受信することができ、電気光学活性層はこのようなデータ信号を光学信号に変換することによって画像を表示する。

最近、このような表示装置は、表示パネル（ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）による映像を表示する機能以外に、使用者との相互作用の可能なタッチ感知機能を含むことができる。タッチ感知機能は、使用者の指やタッチペン（ｔｏｕｃｈ ｐｅｎ）などが画面に接触または近接すると、画面に加えた圧力、電荷、光などの変化を感知することによって物体が画面にタッチされたかどうか及びそのタッチ位置などのタッチ情報を生成することである。表示装置はこのようなタッチ情報に基づいて映像信号を受信することができる。

タッチ感知機能は、タッチ電極を含む静電容量方式のタッチセンサによって実現できる。例えば、静電容量方式のタッチセンサで、多数のタッチ電極は互いに接続されて、互いに絶縁されている複数のタッチ電極行と複数のタッチ電極列を成すことができ、それぞれのタッチ電極行とタッチ電極列にはタッチ信号線を通じて駆動信号が印加される。タッチセンサはタッチ電極行とタッチ電極列をタッチ電極行とタッチ電極列間に形成される相互静電容量（ｍｕｔｕａｌ ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を利用する方式で駆動することができ、タッチ電極行とタッチ電極列それぞれが独自に形成される自己静電容量（ｓｅｌｆ−ｃａｐａｃｉｔａｎｃｅ）を利用する方式で駆動することができる。しかし、タッチ電極が接続されてタッチ電極行とタッチ電極列を形成するタッチセンサを自己静電容量方式で駆動する場合、電極単位でない電極行及び電極列単位で駆動するため、ゴーストタッチ（ｇｈｏｓｔ ｔｏｕｃｈ）によってマルチタッチを感知しない。ゴーストタッチは、実際にタッチされないタッチパネル上の位置がタッチされたとタッチセンサによって認識されることと理解できる。

一方、タッチ電極行とタッチ電極列は単一層または複数の層で形成されてもよい。単一層で形成される場合、通常タッチ電極の個数だけタッチ信号線が形成され、このようなタッチ信号線が占める領域によってタッチ電極の面積が制限されるので、タッチ感度も制限されることがある。

タッチセンサが形成されているパネルをタッチパネル（または、タッチセンサパネル、タッチスクリーンパネルなどとも呼ばれる）と言い、タッチセンサ機能を有する表示パネルもタッチパネルと呼ぶ。

本発明の目的は、相互静電容量方式及び自己静電容量方式で駆動でき、両方式で全てマルチタッチが感知できる電極パターンを有するタッチセンサを含むタッチパネル、そしてこのようなタッチパネルを含む表示装置を提供することである。

本発明の目的はまた、タッチ信号線の本数を減すことができるタッチセンサを含むタッチパネル、そしてこのようなタッチパネルを含む表示装置を提供することである。

本発明の一実施形態による表示装置は、第１方向に配列され、物理的に分離されている複数の第１電極セルをそれぞれ含む複数の第１電極パターンと、第１方向と交差する第２方向に配列され、物理的に分離されている複数の第２電極セルをそれぞれ含む複数の第２電極パターンと、前記複数の第１電極セルに接続されている複数の第１タッチ信号線と、前記複数の第２電極セルに接続されている複数の第２タッチ信号線とを含む。前記第１及び第２電極パターン及び第１及び第２タッチ信号線は全て基板上に同一層に位置し、それぞれの第１電極セルに第１タッチ信号線が独立的に接続されている。

第１方向に隣接する第１電極セルと第２電極セルは相互静電容量方式のタッチセンサを形成し、それぞれの第１電極セルは自己静電容量方式のタッチセンサを形成することができる。

それぞれの第１電極パターンはｍ個（ここで、ｍは１より大きい整数）の第１電極セルを含み、前記ｍ個の第１電極セルはｍ本の第１タッチ信号線に一対一対応関係で接続されていてもよい。

互いに異なる第２電極パターンに属する複数の第２電極セルが第２タッチ信号線によって第２方向に接続されていてもよい。

それぞれの第１電極セルは、隣接するｎ個（ここで、ｎは１より大きい整数）の第２電極セルと対を成してもよく、いずれか一つの第１電極セルと対を成す第１グループの第２電極セルは前記いずれか一つの第１電極セルと第２方向に隣接する第１電極セルと対を成す第２グループの第２電極セルとｎ本の第２タッチ信号線によって一対一対応関係で接続されていてもよい。

前記第１グループの第２電極セルは前記第２グループの第２電極セルと互いに近い順に対を成して接続されていてもよい。

それぞれの第２電極パターンに含まれる複数の第２電極セルは電気的に接続されていてもよい。

それぞれの第２電極パターンに含まれる複数の第２電極セルは電気的に分離可能に接続されていてもよい。

前記第１及び第２電極パターン及び第１及び第２タッチ信号線は透明な導電物質、導電性ナノワイヤー、またはメタルメッシュから形成されていてもよい。

本発明の一実施形態による表示装置は、複数の画素を含む表示パネル；複数のタッチセンサを含むタッチパネル；前記表示パネルを制御する表示制御部；及び前記タッチパネルを制御するタッチセンサ制御部；を含む。前記タッチパネルは、第１方向に配列され、物理的に分離されている複数の第１電極セルをそれぞれ含む複数の第１電極パターン；第１方向と交差する第２方向に配列され、物理的に分離されている複数の第２電極セルをそれぞれ含む複数の第２電極パターン；前記複数の第１電極セルに接続されている複数の第１タッチ信号線；及び前記複数の第２電極セルに接続されている複数の第２タッチ信号線；を含む。前記第１及び第２電極パターン及び第１及び第２タッチ信号線は全て基板上に同一層に位置し、それぞれの第１電極セルに第１タッチ信号線が独立的に接続されている。

第１方向に隣接する第１電極セルと第２電極セルは相互静電容量方式のタッチセンサを形成し、それぞれの第１電極セルは自己静電容量方式のタッチセンサを形成することができる。

それぞれの第１電極パターンはｍ個（ここで、ｍは１より大きい整数）の第１電極セルを含み、前記第１電極セルはｍ本の第１タッチ信号線に一対一対応関係で接続されていてもよい。

互いに異なる第２電極パターンに属する複数の第２電極セルが第２タッチ信号線によって第２方向に接続されていてもよい。

それぞれの第１電極セルは隣接するｎ個（ここで、ｎは１より大きい整数）の第２電極セルと対を成してもよく、いずれか一つの第１電極セルと対を成す第１グループの第２電極セルは前記いずれか一つの第１電極セルと第２方向に隣接する第１電極セルと対を成す第２グループの第２電極セルとｎ本の第２タッチ信号線によって一対一対応関係で接続されていてもよい。

前記第１グループの第２電極セルは前記第２グループの第２電極セルと互いに近い順に対を成して接続されていてもよい。

それぞれの第２電極パターンに含まれる複数の第２電極セルは電気的に互いに接続されていてもよい。

それぞれの第２電極パターンに含まれる複数の第２電極セルを電気的に分離させることができるスイッチング部をさらに含んでもよい。

前記第１及び第２電極パターン及び第１及び第２タッチ信号線は透明な導電物質、導電性ナノワイヤー、またはメタルメッシュから形成されていてもよい。

本発明によるタッチパネルは、相互静電容量方式及び自己静電容量方式で駆動することができ、二つの方式で全てマルチタッチを感知することができる。

また、タッチ電極とタッチ信号線が全て一つの層で形成される構造でタッチ信号線の本数を減すことができるので、タッチ電極の領域を増加させることができ、その結果、タッチ感度を向上させることができる。

本発明の一実施形態によるタッチパネルを概略的に示した図である。 本発明の数個の実施形態によるタッチパネルの一例を示す図である。 本発明の数個の実施形態によるタッチパネルの一例を示す図である。 本発明の数個の実施形態によるタッチパネルの一例を示す図である。 本発明の数個の実施形態によるタッチパネルの一例を示す図である。 本発明の一実施形態によるタッチセンサ及びタッチセンサ制御部の回路図である。 本発明の一実施形態によるタッチパネルを含む表示装置の配置図である。

添付した図面を参照して、本発明の実施形態について本発明の属する技術分野における通常の知識を有する者が容易に実施できるように詳しく説明する。しかし、本発明は様々な異なる形態に実現され、ここで説明する実施形態に限定されない。

図面において様々な層及び領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。明細書全体にわたって類似の部分については同一の図面符号を付けた。層、膜、領域、基板などの部分が他の部分の“上”にあるという時、これは他の部分の“直上”にある場合だけでなく、その中間に他の部分がある場合も含む。反対に、ある部分が他の部分の“直上”にあるという時は中間に他の部分がないことを意味する。一方、明細書に記載される図面符号が図面に全て記載されていなくても、図面に記載されていない図面符号が図面に示されているどの構成要素を指示するかを図面に記載されている図面符号の規則性か簡単に理解することができる。

本発明の実施形態によるタッチセンサを含むタッチパネルについて図面を参照して詳細に説明する。

図１は本発明の一実施形態によるタッチパネルを概略的に示した図である。

図１はタッチパネルの構成要素の例示的な配置を概略的に示すためのものであって、実際の形状や接続関係、各構成要素の数量などをそのまま反映するものではない。

図１に示すように、本発明の一実施形態によるタッチパネル１０は手やペンのような外部物体の接触を感知するタッチセンサ（ｔｏｕｃｈ ｓｅｎｓｏｒ）を形成する複数の電極パターン（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｐａｔｔｅｒｎ）Ａ、Ｂを含む。電極パターンＡ、Ｂは映像を表示する表示パネル（ｄｉｓｐｌａｙ ｐａｎｅｌ）を構成する基板の外面（ｏｕｔｅｒ ｓｕｒｆａｃｅ）に形成されてもよく（ｏｎ−ｃｅｌｌ ｔｙｐｅ）、表示パネルの内部に形成されてもよい（ｉｎ−ｃｅｌｌｔｙｐｅ）。また、電極パターンＡ、Ｂはガラス、プラスチックなどの透明な絶縁体かなる別途の基板に形成され表示パネルの上に付着されていてもよい（ａｄｄ−ｏｎ ｔｙｐｅ）。

第１電極パターンＡと第２電極パターンＢは物理的及び電気的に分離されている。第１電極パターンＡと第２電極パターンＢは同一層に形成されており、タッチパネル１０のタッチ領域内に形成されている。ここで、タッチ領域（ｔｏｕｃｈ ａｒｅａ）は、物体がタッチパネル１０に直接接触（ｃｏｎｔａｃｔ）する場合（接触タッチ）だけでなく、近接するか接近した状態で動く（ｈｏｖｅｒｉｎｇ）場合（非接触タッチ）、このような接触や動きをタッチとして感知できる領域を意味する。タッチ領域は表示パネルで実際映像が表示される表示領域と重畳してもよく、ほぼ一致してもよい。

第１電極パターンＡは横方向に配列されており、それぞれの第１電極パターンＡは縦方向に配列されている複数の第１電極セルａ１１、ａ１２、…；ａ２１、ａ２２、…；…を含む。第２電極パターンＢは縦方向に配列されており、それぞれの第２電極パターンＢは横方向に配列されている複数の第２電極セルｂ１１１、ｂ２１１、…；ｂ１１２、ｂ２１２、…；…を含む。電極セルは時々タッチ電極と呼ばれる。

電極セル（ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ ｃｅｌｌ）の観点で、第１電極セルａ１１、…は行列状に配列されており、第２電極セルｂ１１１、…も行列状に配列されている。横方向に隣接する第１電極セルａ１１、ａ２１の間に第２電極セルｂ１１１、ｂ１１２、ｂ１１３が位置し、横方向に隣接する第２電極セルｂ１１１、ｂ２１１の間に第１電極セルａ２１が位置する。したがって、横方向に第１電極セルと第２電極セルが一つずつ交互に配置されている。実施形態によっては、横方向に、第１電極セルと第２電極セルが二つずつ交互に配置されてもよい。一方、縦方向に隣接する第１電極セルａ１１、ａ１２の間には第２電極セルが位置せず、縦方向に隣接する第２電極セルｂ１１１、ｂ１１２の間にも第１電極セルが位置しない。

図面において、第１電極セルと第２電極セルの区分を容易にするために前者は長方形で示し、後者は円形で示したが、電極セルの形状はこれに制限されず多様な形状を有してもよい。例えば、第１及び第２電極セルは全て長方形であってもよく、タッチセンサの感度向上のために突出部を有してもよい。また、第１電極セルは位置によって大きさが異なってもよく、第２電極セルも同様である。

第１電極パターンＡの第１電極セルａ１１、ａ１２、…及びこれと横方向に隣接する第２電極セルｂ１１１、ｂ１１２、ｂ１１３、ｂ１２１、ｂ１２２、ｂ１２３、…は相互静電容量方式のタッチセンサを形成する。この時、タッチセンサ制御部７００は第２電極パターンＢを用いてタッチパネル１０上のｘ軸の位置を感知し、第１電極パターンＡを用いてタッチパネル１０のｙ軸の位置を感知することができる。このような相互静電容量方式のタッチセンサを形成する第１電極セルと第２電極セルの組み合わせが図面においてカラムＣ１、Ｃ２、…で示され、カラムの個数は第１電極パターンＡの個数または一つの第２電極パターンＢに含まれる第２電極セルの個数に相応する。

それぞれのカラムには第２電極セルの個数に相応する個数のノードが存在してもよい。ここで、ノード（ｎｏｄｅ）は相互静電容量方式で位置情報を生成することにおいて互いに区分できる位置組み合わせの単位を意味する。それぞれのカラムで、一つの第１電極セルａ１１；ａ１２；…は複数の第２電極セルｂ１１１、ｂ１１２、ｂ１１３；ｂ１２１、ｂ１２２、ｂ１２３；…と対応してもよい。図１で、それぞれのカラムにはこのような対応関係にある第１電極セルと第２電極セルの５個のグループが例として示される。また、図１では一つの第１電極セルが３個の第２電極セルと対応する例が示され、この場合、一つの第１電極セルには３個のノードが生成されてもよい。

それぞれの第１電極セルａ１１、ａ１２、…；ａ２１、ａ２２、…；…は自己静電容量方式のタッチセンサを形成する。この時、タッチセンサ制御部７００はそれぞれの第１電極セルかタッチパネル１０上のｘ軸の位置とｙ軸の位置を感知することができる。実施形態によっては、第２電極セルｂ１１１、ｂ２１１、…；ｂ１１２、ｂ２１２、…；…も個別的にまたは組み合わせて自己静電容量方式のタッチセンサを形成することができる。

それぞれのカラムＣ１、Ｃ２、…で、第１電極セルの側方にはこれと接続されている第１タッチ信号線ｌａ１、ｌａ２、…が位置し、第２電極セルの側方にはこれと接続されている第２タッチ信号線ｌｂ１、ｌｂ２、…が位置する。これらの第１及び第２タッチ信号線は第１及び第２電極セルと同一層に形成されており、タッチパネル１０のタッチ領域内に形成されている。但し、一番左側及び一番右側に位置するタッチ信号線はタッチ領域周辺に配置されてもよい。第１及び第２電極セルと第１及び第２タッチ信号線の具体的な接続については図２乃至図４を参照して後述する。

図面の複雑化を避けるために、図１ではカラム当り一つの第１タッチ信号線が示されているが、第１電極セルの個数の相応する本数の第１タッチ信号線が配置されてもよい。第２タッチ信号線もカラム当り一つのみ示されていても複数個配置されてもよい。したがって、第１及び第２タッチ信号線が占める領域によって電極パターンＡ、Ｂの面積が制限される。言い換えると、タッチ信号線の面積が増加するほど電極パターンの面積が減少するようになり、タッチ感度が低下することがある。一方、図１で、第１タッチ信号線ｌａ１、ｌａ２、…はこれと接続される第１電極セルの左側に位置し、第２タッチ信号線ｌｂ１、ｌｂ２、…はこれと接続される第２電極セルの右側に位置すると示されているが、これは第１及び第２タッチ信号線の位置を制限するものではない。例えば、第１タッチ信号線はこれと接続される第１電極セルの右側に配置されてもよく、一部は左側に一部は右側に配置されてもよい。

第１電極パターン、第２電極パターン、第１タッチ信号線及び第２タッチ信号線は前述のように同一層に形成されてもよい。これはインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム亜鉛酸化物（ＩＺＯ）のような透明な導電性酸化物（ｔｒａｎｓｐａｒｅｎｔ ｃｏｎｄｕｃｔｉｖｅ ｏｘｉｄｅ、ＴＣＯ）、銀ナノワイヤー（ＡｇＮＷ）のような導電性ナノワイヤー（ｎａｎｏｗｉｒｅ）、メタルメッシュ（ｍｅｔａｌ ｍｅｓｈ）などで形成されてもよい。例えば、基板上にインジウム錫酸化物（ＩＴＯ）を積層しパターニングして第１及び第２電極パターンと第１及び第２タッチ信号線を同時に形成してもよい。

第１及び第２タッチ信号線はセンサ回路２０内に配置できる配線（図示せず）を通じてタッチセンサ制御部７００に接続される。したがって、第１及び第２電極セルは第１及び第２タッチ信号線を通じてタッチセンサ制御部７００から感知入力信号のようなタッチ信号の伝達を受けることができ、タッチセンサ制御部７００に感知出力信号のようなタッチ信号を伝達することができる。センサ回路２０はタッチパネル１０のタッチ領域周辺に形成されてもよく、別途の印刷回路基板（ＰＣＢ）、軟性印刷回路基板（ＦＰＣＢ）などに形成されてもよい。タッチセンサ制御部７００はセンサ回路２０の内部に配置されてもよく、外部に配置され軟性印刷回路基板（ＦＰＣＢ）などを通じてセンサ回路２０と接続されてもよい。

以下、タッチ信号線の結線に関連して、図２乃至図５を参照して詳細に説明する。

図２乃至図５は本発明の数個の実施形態によるタッチパネルの一部を示す図である。

まず、図２に示すように、第１電極セルと第２電極セル、そしてこれに接続される第１タッチ信号線と第２タッチ信号線をそれぞれ含むカラムＣ１、Ｃ２、…が示される。タッチパネル１０で、このようなカラムＣ１、Ｃ２、…は同一なパターンで横方向に所定個数存在する。第１及び第２電極パターンＡ、Ｂの配置は図１に示されたものと実質的に同一であるが、第１電極セルａ１１、ａ１２、…、ａ１ｎ；ａ２１、ａ２２、…、ａ２ｎが縦方向にｎ個配置される形式に示した。

第１カラムＣ１には、一つの第１電極パターンＡの第１電極セルａ１１、ａ１２、…、ａ１ｎ、そして互いに異なる第２電極パターンＢの第２電極セルｂ１１１、ｂ１１２、…、ｂ１ｎ３が配置されている。また、第１カラムＣ１で、第１電極セルａ１１、ａ１２、…、ａ１ｎには第１タッチ信号線ｌａ１１、ｌａ１２、…、ｌａ１ｎが接続されており、第２電極セルｂ１１１、ｂ１１２、…、ｂ１ｎ３には第２タッチ信号線ｌｂ１１、ｌｂ１２、ｌｂ１３が接続されている。このような配置及び接続は第２カラムＣ２、…でも同一に適用される。即ち、第２カラムＣ２には一つの第１電極パターンＡの第１電極セルａ２１、ａ２２、…、ａ２ｎ、互いに異なる第２電極パターンＢの第２電極セルｂ２１１、ｂ２１２、…、ｂ２ｎ３、第１タッチ信号線ｌａ２１、ｌａ２２、…、ｌａ２ｎ及び第２タッチ信号線ｌｂ２１、ｌｂ２２、ｌｂ２３が配置されており、第１電極セルには第１タッチ信号線が接続されており、第２電極セルには第２タッチ信号線が接続されている。以下には第１カラムＣ１を中心にタッチ信号線の結線について説明することにし、特別な言及がなければ他のカラムＣ２、…にも同一な説明が適用される。

第１電極セルａ１１、ａ１２、…、ａ１ｎには第１タッチ信号線ｌａ１１、ｌａ１２、…、ｌａｌｎが独立的に接続されている。したがって、第１カラムＣ１内の第１電極セルの個数だけ、即ち、ｎ本の第１タッチ信号線が存在する。第１タッチ信号線ｌａ１１、ｌａ１２、…、ｌａｌｎはタッチ領域内に配置されてもよく、実質的に縦方向に延長する。図面では、第１タッチ信号線ｌａ１１、ｌａ１２、…、ｌａｌｎは全て下方に延長するように示されているが、実施形態によっては上方に延長してもよく、一部は下方に延長し一部は上方に延長してもよい。

第１タッチ信号線ｌａ１１、ｌａ１２、…、ｌａｌｎはセンサ回路を通じてタッチセンサ制御部７００に個別的に接続されてもよい。したがって、それぞれの第１電極セルａ１１、ａ１２、…、ａ１ｎはこれを駆動する感知入力信号Ｔｘをタッチセンサ制御部７００から個別的に受信することができ、第１電極セルａ１１、ａ１２、…、ａ１ｎが位置するタッチ領域に対するタッチ有無によって変わる感知出力信号Ｒｘを個別的に出力することができる。これはそれぞれの第１電極セルａ１１、ａ１２、…、ａ１ｎが自己静電容量方式のタッチセンサとして機能できることを意味する。また、第１電極セルａ１１、ａ１２、…、ａ１ｎが独立的に駆動され、タッチセンサ制御部７００がそれぞれの第１電極セルａ１１、ａ１２、…、ａ１ｎから感知出力信号Ｒｘを受信することができるので、複数の地点でタッチ、即ち、マルチタッチがある場合、該当地点のタッチを感知する第１電極セルの位置（座標）を計算することによってマルチタッチを感知することができる。

それぞれの第１電極セルに隣接してｎ個の第２電極セルが配置されてもよく、図面では３個の第２電極セルが配置される例が示される。例えば、１番目の第１電極セルａ１１に隣接して第１グループの第２電極セルｂ１１１、ｂ１１２、ｂ１１３が配置され、２番目の第１電極セルａ１２に隣接して第２グループの第２電極セルｂ１２１、ｂ１２２、ｂ１２３が配置され、ｎ番目の第１電極セルａ１ｎに隣接して第ｎグループの第２電極セルｂｌｎ１、ｂｌｎ２、ｂｌｎ３が配置される。

各グループが３個の第２電極セルを含む場合、各グループの第２電極セルには３本の第２タッチ信号線ｌｂ１１、ｌｂ１２、ｌｂ１３が接続される。しかし、第１電極セルの場合とは異なり、第２タッチ信号線が個別に接続されず縦方向に隣接するグループの第２電極セル間と対を成して接続される。即ち、第１グループの１番目の第２電極セルｂ１１１は第２タッチ信号線ｌｂ１１を通じて第２グループの３番目の第２電極セルｂ１２３と接続され、第２グループの３番目の第２電極セルｂ１２３は第３グループの１番目の第２電極セルｂ１３１と接続され、このような接続は第ｎグループの１番目の第２電極セルｂｌｎ１または３番目の第２電極セルｂｌｎ３まで続く。第１グループの２番目の第２電極セルｂ１１２は第２タッチ信号線ｌｂ１２を通じて第２乃至第ｎグループの２番目の電極セルｂ１２２−ｂ１ｎ２に接続される。第１グループの３番目の第２電極セルｂ１１３は第２タッチ信号線ｌｂ１３を通じて第２グループの１番目の第２電極セルｂ１２１及び第３グループの３番目の第２電極セルｂ１３３と接続され、このような接続は第ｎグループの３番目の電極セルｂｌｎ３または１番目の電極セルｂｌｎ１まで続く。結果的に第１カラムＣ１で３本の第２タッチ信号線ｌｂ１１、ｌｂ１２、ｌｂ１３のみがタッチ領域に配置され、センサ回路を通じてタッチセンサ制御部７００と接続される。

各グループがｎ個の第２電極セルを含む場合、ｎ本の第２タッチ信号線が配置されて接続される。したがって、各カラムにｎ個の第１電極セル（したがって、ｎ個のグループ）が配置され、各グループにｍ個の第２電極セルが配置される場合、各カラムにはｎ＋ｍ本のタッチ信号線が配置され、ｎ×ｍ個のノードが生成される。これは各カラムに位置する第２電極セルの個数と同一である。

各グループで同じ順序にある第２電極セルｂ１１１、ｂ１２１、…、ｂ１ｎ１；ｂ１１２、ｂ１２２、…、ｂ１ｎ２；…同士では接続されず、隣接するグループで互いに近い順に対ｂ１１３、ｂ１２１；ｂ１１２、ｂ１２２；ｂ１１３、ｂ１２１を成して接続されることは、第２タッチ信号線ｌｂ１１、ｌｂ１２、ｌｂ１３が互いに交差しないようにして、これらの間に短絡（ｓｈｏｒｔ）が起こらないようにするためである。したがって、各グループがｎ個の第２電極セルを含む場合、例えば、第１グループの１番目、２番目、３番目及びｎ番目の第２電極セルは第２グループのｎ番目、ｎ−１番目、ｎ−２番目及び１番目の第２電極セルとそれぞれ接続される。

第２タッチ信号線ｌｂ１１、ｌｂ１２、ｌｂ１３は互いに隣接するグループの第２電極セルを接続することにおいて電極セルの左側と右側に交互に位置する。例えば、図示されているように、第１グループの第２電極セルｂ１１１、ｂ１１２、ｂ１１３と第２グループの第２電極セルｂ１２１、ｂ１２２、ｂ１２３を接続する時は第２電極セルの左側に位置し、第２グループの第２電極セルｂ１２１、ｂ１２２、ｂ１２３と第３グループの第２電極セルｂ１３１、ｂ１３２、ｂ１３３を接続する時は第２電極セルの右側に位置し、このようにして第ｎグループの第２電極セルに接続されるまで繰り返される。一方、第２タッチ信号線は隣接するグループの間の最も近い第２電極セル（例：ｂ１１３、ｂ１２１）を接続する時は最短距離（即ち、第２電極セルの左側や右側に位置せず、二つの第２電極セルの間に直線に位置）で接続してもよい。

第１カラムＣ１で第１電極セル及びこれと隣接する第２電極セルは相互静電容量方式のタッチセンサを形成する。このために第２電極セルは第２タッチ信号線ｌｂ１１、ｌｂ１２、ｌｂ１３を通じて感知入力信号Ｔｘを受信することができ、第１電極セルは第１タッチ信号線ｌａ１１、ｌａ１２、…、ｌａ１ｎを通じて感知出力信号Ｒｘを出力することができる。互いに異なるグループに属する第２電極セルが第２タッチ信号線によって接続されているので、例えば、第２タッチ信号線ｌｂ１１を通じて感知入力信号Ｔｘを入力すると、各グループの第２電極セルｂ１１１、ｂ１２３、ｂ１３１、…に同時に感知入力信号Ｔｘが入力される。しかし、各グループの第２電極セルと対を成すｎ個の第１電極セルが配置されており、第１電極セルごとに第１タッチ信号線が個別的に接続されているので、タッチによって変化がある感知出力信号Ｒｘを出力する第１電極セル及びこれと対を成す第２電極セルを特定することによってｘ軸上の位置を感知することができ、マルチタッチも感知することができる。

第２カラムＣ２内の第１及び第２電極セル、そして第１及び第２タッチ信号線の配置及び接続関係は前述の第１カラムＣ１の場合と同一である。但し、第１カラムＣ１との関係において、第２カラムＣ２内の第２タッチ信号線ｌｂ２１、ｌｂ２２、ｌｂ２３は第１カラムＣ１内の第２タッチ信号線ｌｂ１１、ｌｂ１２、ｌｂ１３と感知回路内の３本のバスラインＢＬ（但し、第２タッチ信号線がｍ本である場合、ｍ本のバスライン）を通じてそれぞれ接続されてもよい。図示しなかったが、他のカラム内の第２タッチ信号線も同様である。これによって、同じ行に位置する第２電極セルｂ１１１、ｂ２１１、…；ｂ１１２、ｂ２１２、…；…が電気的に接続されて一つの第２電極パターンＢをなすようになる。したがって、いずれか一つの第２タッチ信号線に感知入力信号Ｔｘを印加すると、該当第２タッチ信号線に接続されている全ての第２電極セルに感知入力信号Ｔｘが入力される。言い換えると、特定第２電極パターンＢのいずれか一つの第２電極セルに感知入力信号Ｔｘが入力される時、該当第２電極パターンＢの他の全ての第２電極セルにも感知入力信号Ｔｘが入力される。

一方、実施形態によっては、第２電極セルは自己静電容量方式のタッチセンサを形成するように駆動されてもよい。この場合、第２タッチ信号線は自己静電容量方式の駆動のための感知入力信号Ｔｘと感知出力信号Ｒｘを伝送することに使用されてもよい。

図３には図２の実施形態と第１タッチ信号線の配置のみが異なる実施形態が示される。相違点について説明すれば、図２の実施形態では第１タッチ信号線が第１電極パターンＡの一側にのみ配置されているが、図３の実施形態では第１タッチ信号線が第１電極パターンＡの両側に配置されている。例えば、図３に示されているように、第２カラムＣ２で第１タッチ信号線ｌａ２１、ｌａ２２、…は隣接する第１電極セルａ２１、ａ２２、…ごとに交互に左右に配置されてもよい。

この場合、隣接する第１カラムＣ１にある第２電極セルｂ１１１、ｂ１１２、…との距離が相対的に近くなり得るので、第２カラムＣ２の第１電極セルａ２１、ａ２２、…は第１カラムＣ１の第２電極セルｂ１１１、ｂ１１２、…とも相互静電容量方式のタッチセンサを形成することができる。したがって、図２の実施形態より電極セルの個数やタッチ信号線の本数を増加させないながらもノードの個数を増加させることができる。

図４には図２の実施形態と第２タッチ信号線の配置と本数、そしてバスラインＢＬの本数が異なる実施形態が示される。例えば、第１カラムＣ１でそれぞれの第２電極セルｂ１１１、ｂ１１２、ｂ１１３、ｂ１２１、ｂ１２２、ｂ１２３、…には第２タッチ信号線ｌｂ１１１、ｌｂ１１２、ｌｂ１１３、ｌｂ１２１、ｌｂ１２３、…が個別的に接続される。したがって、図４の実施形態では第２電極セルの個数に相応する本数の第２タッチ信号線が配置されている。したがって、図４の実施形態は図２の実施形態より第２タッチ信号線の本数が多い。即ち、各グループがｍ個の第２電極セルを含む場合、カラム内のタッチ信号線の本数はｎ＋ｎ×ｍ本になる。しかし、第２電極セルを自己静電容量方式で駆動する場合、同一のカラムでゴーストタッチ座標が生成されない利点がある。

図５には図２の実施形態と比較して、バスラインＢＬと第２タッチ信号線の間にスイッチＳＷ１、ＳＷ２、…が配置されている。それぞれのスイッチＳＷ１、ＳＷ２、…はバスラインＢＬと第２タッチ信号線を接続させるか断絶させることができ、選択的に動作することができる。このようなスイッチを設置することは第２電極セルを自己静電容量方式で駆動する場合に有用である。例えば、特定時間に第１スイッチＳＷ１のみがバスラインＢＬと第１カラムＣ１の第２タッチ信号線を接続させ、他のスイッチＳＷ２、…はバスラインＢＬと他のカラムＣ２、…の第２タッチ信号線を断絶させると、第１カラムＣ１の第２電極セルは他のカラムＣ２、…の第２電極セルと電気的に接続しない。したがって、第２電極セルを自己静電容量方式で駆動する場合、第２タッチ信号線がバスラインＢＬとスイッチＳＷ２、…によって断絶されているカラムＣ２、…でゴーストタッチ座標が生成されない。このように動作するスイッチが図４の実施形態と結合される場合、それぞれの第２電極セルを独立的に駆動することが可能であり、したがって第２電極セルを自己静電容量方式で駆動する場合、ゴーストタッチ信号が発生しない。スイッチＳＷ１、ＳＷ２、…は感知回路内に配置されてもよく、タッチセンサ制御部７００によって制御されてもよい。

図６は本発明の一実施形態によるタッチセンサ及びタッチセンサ制御部の回路図である。

前述のように、基本的に、第１電極パターンＡの第１電極セルは自己静電容量方式のタッチセンサを形成し、第２電極パターンＢの第２電極セルと組み合わせて相互静電容量方式のタッチセンサを形成する。したがって、本発明のタッチセンサは自己静電容量方式及び相互静電容量方式で駆動され、例えば、前者は非接触タッチを感知し、後者は接触タッチを感知するのに用いることができる。

まず、相互キャパシタ方式について、第２電極セルに感知入力信号Ｔｘが入力され第１電極セルから感知出力信号Ｒｘが出力される場合を例として挙げて説明する。感知入力信号Ｔｘは多様な波形及び電圧レベルを有してもよく、例えば周期的に出力されるパルスを含んでもよく、少なくとも二つの互いに異なる電圧レベルを含んでもよい。第１電極セルには直流電圧が印加されてもよい。例えば、感知入力信号Ｔｘは約０Ｖと約３Ｖでスイングする（ｓｗｉｎｇ）矩形波であってもよく、直流電圧は約１．５Ｖであってもよい。第１電極セルに直流電圧が印加されても、スイングする感知入力信号Ｔｘとカップリングによって第１電極セルの電圧が変動して感知出力信号Ｒｘとして出力される。第１電極セルと第２電極セルは相互キャパシタＣｍを形成するので、指、ペンなどのタッチがあると、第１電極セルと第２電極セルの間の電位差によって相互キャパシタＣｍに充電されていた電荷量が変わる。その結果、感知出力信号Ｒｘの電圧変動の幅が変わる。タッチセンサ制御部７００はこのような変化がある感知出力信号Ｒｘを受信し処理して、タッチの有無及びタッチ位置などのタッチ情報を生成する。タッチセンサ制御部７００はタッチ信号線と接続されている複数の増幅器（ａｍｐｌｉｆｉｅｒ）ＡＰを含んでもよい。増幅器ＡＰは反転端子（−）と出力端子の間に接続されているキャパシタＣｖを含んでもよい。増幅器ＡＰの非反転端子（＋）は接地電圧などの一定の電圧と接続されており、増幅器ＡＰの反転端子（−）は感知出力信号線に接続されている。増幅器ＡＰは電流積分器として感知出力信号Ｒｘを所定時間（例えば、１フレーム）の間に積分してタッチ情報信号Ｖｏｕｔを生成することができる。実施形態によっては、第１電極セルに感知入力信号Ｔｘが入力され、第２電極セルから感知出力信号Ｒｘが出力されるように駆動されてもよい。

自己静電容量方式の場合、相互静電容量方式と類似しているが、第１電極セルが隣接する第２電極セルと形成され得るキャパシタでない、例えば、画素の共通電極と形成され得る自己キャパシタＣｓを用いる。したがって、実質的に水平方向に形成される相互キャパシタＣｍとは異なり、自己キャパシタＣｓは実質的に垂直方向に形成される。また、第１タッチセルは感知入力信号Ｔｘを受信し、感知出力信号Ｒｘを出力する。感知入力信号Ｔｘは例えば周期的に出力されるパルス波であってもよい。第１電極セルに感知入力信号Ｔｘが印加されると、自己キャパシタＣｓに電荷が充電され、第１電極セルは感知出力信号Ｒｘを出力する。タッチがなければ、自己キャパシタＣｓに充電されている電荷量が変わないので、第１電極セルは感知入力信号Ｔｘと実質的に同一な感知出力信号Ｒｘを出力するが、タッチがあると、電荷量が変わって感知出力信号Ｒｘが変わる。タッチセンサ制御部７００は前述のようにこのような変化を処理してタッチ情報信号Ｖｏｕｔを生成する。第１電極セルが自己静電容量方式で駆動される間、第２電極セルはグラウンド（ｇｒｏｕｎｄ）状態であるかフローティング（ｆｌｏａｔｉｎｇ）状態であってもよく、第２電極セルにもパルス波が入力されてもよい。実施形態によっては、第２電極パターンＢの第２電極セルも独立的にまたは組み合わせて自己静電容量方式のタッチセンサを形成することができる。

本発明の実施形態によるタッチパネルは、自己キャパシタ方式によるタッチ感知と相互キャパシタ方式によるタッチ感知が全て遂行されるように駆動されてもよい。例えば、毎フレームごとに第１期間の間には第１電極セルが自己静電容量方式で駆動され第２期間の間には第１及び第２電極セルが相互キャパシタ方式で駆動されてもよい。このために、タッチセンサ制御部７００は第１期間の間には第１電極セルに感知入力信号Ｔｘを送信し感知出力信号Ｒｘを受信し、第２期間の間には第２電極セルに感知入力信号Ｔｘを送信し第１電極セルから感知出力信号Ｒｘを受信することができる。これと同時に、タッチセンサ制御部７００は、第１期間の間に第１電極セルから受信された感知出力信号Ｒｘを第２期間の間に処理して第１タッチ情報信号（例えば、非接触タッチに関するタッチ情報信号）を生成し、第２期間の間に第１電極セルから受信された感知出力信号Ｒｘを第１期間の間に処理して第２タッチ情報信号（例えば、接触タッチに関するタッチ情報信号）を生成することができる。

図７は本発明の一実施形態によるタッチパネルを含む表示装置の配置図である。

図７に示すように、本発明の一実施形態によるタッチパネルを含む表示装置は表示パネル３００、これに接続されたゲート駆動部４００とデータ駆動部５００、そしてゲート駆動部４００とデータ駆動部５００を制御する信号制御部６００を含む。表示装置はまた、タッチパネル１０及びこれを制御するタッチセンサ制御部７００を含む。タッチパネル１０は表示パネル３００の外面に形成されるか付着されていてもよく、表示パネル３００の内部に形成されていてもよい。

表示パネル３００は、複数のゲート線Ｇ１−Ｇｎ及び複数のデータ線Ｄ１−Ｄｍ、そしてこれに接続されておりほぼ行列形態に配列された複数の画素ＰＸを含む。タッチパネル１０は、複数のタッチ信号線Ｔ１−Ｔｐ及びこれに接続されておりほぼ行列形態に配列された複数のタッチセンサＴＳを含む。タッチセンサＴＳは、前述の第１及び第２電極パターンＡ、Ｂによって実現される。

ゲート線Ｇ１−Ｇｎは、ほぼ横方向に延長されており、各画素ＰＸに接続されている薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）のようなスイッチング素子をターン−オンさせることができるゲートオン電圧とターン−オフさせることができるゲートオフ電圧の組み合わせからなるゲート信号を伝達することができる。データ線Ｄ１−Ｄｍは、ほぼ縦方向に延長されており、各画素ＰＸに接続されているスイッチ素子のターン−オン時にデータ電圧を伝達する。

画素ＰＸは画像を表示する単位であって、一つの画素が基本色（ｐｒｉｍａｒｙ ｃｏｌｏｒ）のうちの一つを固有に表示するか、複数個の画素が時間によって交互に基本色を表示することによって、これら基本色の空間的または時間的合計で所望の色を表示することができる。それぞれの画素ＰＸには共通電圧とデータ電圧が印加されてもよい。

タッチ信号線Ｔ１−Ｔｐは、ほぼ縦方向に延長されており、タッチセンサＴＳに接続されて感知入力信号Ｔｘと感知出力信号Ｒｘを伝達する。

タッチセンサＴＳは、相互静電容量方式と自己静電容量方式でタッチによる感知出力信号を生成することができる。タッチセンサＴＳは、タッチ信号線Ｔ１−Ｔｐから感知入力信号を受信し、指、ペンなどの外部物体のタッチによる静電容量変化を感知出力信号としてタッチ信号線Ｔ１−Ｔｐを通じて出力することができる。

信号制御部６００は、外部のグラフィック処理部（図示せず）から入力映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂ及びその制御信号ＣＯＮＴ、即ち、水平同期信号Ｈｓｙｎｃ、垂直同期信号Ｖｓｙｎｃ、クロック信号ＣＬＫ、データイネーブル信号ＤＥなどを受信する。信号制御部６００は、映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂと制御信号ＣＯＮＴに基づいて映像信号Ｒ、Ｇ、Ｂを表示パネル３００の動作条件に適するように処理した後、映像データＤＡＴ、ゲート制御信号ＣＯＮＴ１、データ制御信号ＣＯＮＴ２及びクロック信号を生成して出力する。信号制御部６００はまた、タッチセンサ制御部７００に同期信号Ｓｙｎｃを出力することができ、タッチセンサ制御部７００からタッチ情報を受信することができる。

ゲート制御信号ＣＯＮＴ１は、ゲート信号の開始を指示する垂直開示信号（ｓｔａｒｔ ｐｕｌｓｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ）ＳＴＶと、ゲートオン電圧の生成の基準になるクロック信号（ｃｌｏｃｋ ｐｕｌｓｅ ｖｅｒｔｉｃａｌ ｓｉｇｎａｌ）ＣＰＶを含む。垂直開始信号ＳＴＶの出力周期は１フレーム（またはリフレッシュレート（ｒｅｆｒｅｓｈ ｒａｔｅ））と一致する。ゲート制御信号ＣＯＮＴ１はまた、ゲートオン電圧の持続時間を限定する出力イネーブル信号（ｏｕｔｐｕｔ ｅｎａｂｌｅ ｓｉｇｎａｌ）ＯＥをさらに含んでもよい。

データ制御信号ＣＯＮＴ２は、一行の画素に対する映像データＤＡＴの伝送開始を指示する水平開始信号（ｓｔａｒｔ ｐｕｌｓｅ ｈｏｒｉｚｏｎｔａｌ ｓｉｇｎａｌ）ＳＴＨと、データ線Ｄ１−Ｄｍに該当データ電圧を印加することを指示するロード信号ＴＰなどを含む。表示パネル３００が液晶表示パネルである場合、データ制御信号ＣＯＮＴ２は共通電圧に対するデータ電圧の極性を反転させる反転信号ＲＶＳをさらに含んでもよい。

ゲート駆動部４００は、ゲート制御信号ＣＯＮＴ１によってゲートオン電圧とゲートオフ電圧であるゲート信号をゲート線Ｇ１−Ｇｎに印加する。

データ駆動部５００は、信号制御部６００からデータ制御信号ＣＯＮＴ２及び映像データＤＡＴを受信し、階調電圧生成部（図示せず）で生成された階調電圧を用いて映像データＤＡＴをデータ電圧に変換してこれをデータ線Ｄ１−Ｄｍに印加する。

タッチセンサ制御部７００は、タッチセンサＴＳに感知入力信号Ｔｘを送信し、タッチセンサＴＳから感知出力信号Ｒｘを受信してタッチ情報を生成する。

以上で本発明の好ましい実施形態について詳細に説明したが、本発明の権利範囲はこれに限定されるのではなく、次の請求範囲で定義している本発明の基本概念を利用した通常の技術者の様々な変形及び改良形態も本発明の権利範囲に属するものと理解されなければならない。

１０ タッチパネル
２０ センサ回路
３００ 表示パネル
４００ ゲート駆動部
５００ データ駆動部
６００ 信号制御部
７００ タッチセンサ制御部
Ａ 第１電極パターン
Ｂ 第２電極パターン
ａ１１、ａ１２、… 第１電極セル
ｂ１１１、ｂ２１１、… 第２電極セル
ｌａ１、ｌａ２、… 第１タッチ信号線
ｌｂ１、ｌｂ２、… 第２タッチ信号線
Ｒｘ 感知入力信号
Ｔｘ 感知出力信号
ＢＬ バスライン
ＴＳ タッチセンサ

Claims (9)

1. 物理的に分離されている複数の第１電極セルをそれぞれ含み、第１方向に配列されている複数の第１電極パターンと、
   物理的に分離されている複数の第２電極セルをそれぞれ含み、第１方向と交差する第２方向に配列されている複数の第２電極パターンと、
   前記複数の第１電極セルの各々に接続されている第１タッチ信号線と、
   前記複数の第２電極セルの各々に接続されている第２タッチ信号線と
   を含み、
   前記第１及び第２電極パターンと第１及び第２タッチ信号線は全て基板上に同一層に位置し、
   それぞれの第１電極セルに第１タッチ信号線が独立的に接続されていることを特徴とするタッチパネル。
2. 第１方向に隣接する第１電極セルと第２電極セルは相互静電容量方式のタッチセンサを形成し、それぞれの第１電極セルは自己静電容量方式のタッチセンサを形成することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
3. それぞれの第１電極パターンはｍ個（ここで、ｍは１より大きい整数）の第１電極セルを含み、前記ｍ個の第１電極セルはｍ本の第１タッチ信号線に一対一対応関係で接続されていることを特徴とする請求項２に記載のタッチパネル。
4. 互いに異なる第２電極パターンに属する複数の第２電極セルが第２タッチ信号線によって第２方向に接続されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
5. それぞれの第１電極セルは、隣接するｎ個（ここで、ｎは１より大きい整数）の第２電極セルと対を成し、
   いずれか一つの第１電極セルと対を成す第１グループの第２電極セルは前記いずれか一つの第１電極セルと第２方向に隣接する第１電極セルと対を成す第２グループの第２電極セルとｎ本の第２タッチ信号線によって一対一対応関係で接続されていることを特徴とする請求項４に記載のタッチパネル。
6. 前記第１グループの第２電極セルは前記第２グループの第２電極セルと互いに近い順に対を成して接続されていることを特徴とする請求項５に記載のタッチパネル。
7. それぞれの第２電極パターンに含まれる複数の第２電極セルは電気的に接続されていることを特徴とする請求項６に記載のタッチパネル。
8. それぞれの第２電極パターンに含まれる複数の第２電極セルは電気的に分離可能に接続されていることを特徴とする請求項７に記載のタッチパネル。
9. 前記第１及び第２電極パターン及び第１及び第２タッチ信号線は透明な導電物質、導電性ナノワイヤー、またはメタルメッシュから形成されていることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
   

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