JP2016126751A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】タッチセンサ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1は、複数の画素を含み、映像を表示する表示パネル300と、外部物体のタッチを感知する複数のタッチセンサ電極と、複数のタッチセンサ電極との間で相互キャパシタンスを生成する複数の感知入力電極と、を含み、複数のタッチセンサ電極は、映像を表示する表示領域内に位置し、複数の感知入力電極は、表示パネル300の周縁領域のうちの映像を表示しないブラックマトリックス領域と重畳する領域に位置する。【選択図】図1

Description

本発明は、タッチセンサを含む表示装置に関するものである。
液晶表示装置(liquid crystal display、LCD)、有機発光表示装置(organic light emitting diode、OLED)、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、電場生成電極と電気光学活性層(electro−optical active layer)を含む。電気光学活性層として、液晶表示装置は液晶層を含み、有機発光表示装置は有機発光層を含み、電気泳動表示装置は電荷を帯びた粒子を含むことができる。電場生成電極は、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の印加を受けることができ、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映像を表示する。
最近、このような平板表示装置は、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、使用者が画面の上に指やタッチペン(touch pen)などをタッチすると、表示装置が画面に加えられた圧力、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や、そのタッチ位置などのタッチ情報を認知する機能である。表示装置は、このようなタッチ情報に基づいて映像信号の入力を受けることができる。
このようなタッチ感知機能は、センサを通じて実現できる。センサは、抵抗膜方式(resistive type)、静電容量方式(capacitive type)、電磁気誘導型(electro−magnetic type、EM)、光感知方式(optical type)など多様な方式に分類される。
このうち、静電容量方式のセンサは、感知信号を伝達できる感知電極からなる感知キャパシタを含み、指のような導電体がセンサに接近する時に発生する感知キャパシタの静電容量(capacitance)の変化を感知して、接触の有無と接触位置などを認知することができる。
特開2014−053000号公報
本発明の目的は、タッチセンサのカップリングノイズを防止することである。
本発明の他の目的は、表示装置の周縁領域のタッチ特性を改善することである。
上記課題以外にも、具体的に言及されない他の課題を達成するために本発明を用いることができる。
本発明の一実施形態による表示装置は、複数の画素を含み、映像を表示する表示パネルと、外部物体のタッチを感知する複数のタッチセンサ電極と、複数のタッチセンサ電極との間で相互キャパシタンスを生成する複数の感知入力電極と、を含み、複数のタッチセンサ電極は、映像を表示する表示領域内に位置し、複数の感知入力電極は、前記表示パネルの周縁領域のうちの映像を表示しないブラックマトリックス領域と重畳する領域に位置する。
ここで、タッチセンサ電極は、セルフキャパシタンス方式および相互キャパシタンス方式のうちの少なくとも一方により外部物体のタッチを感知することができる。
また、本発明の一実施形態による表示装置は、表示パネルと接続されている感知走査駆動部と、タッチセンサ電極および感知入力電極と電気的に接続されており、感知走査駆動部から感知入力信号の入力を受けてタッチセンサ電極および感知入力電極に伝達する感知入力信号線と、表示パネルと接続されている感知信号処理部と、タッチセンサ電極と電気的に接続されており、タッチセンサ電極から感知出力信号を受信して感知信号処理部に伝達する感知出力信号線と、をさらに含むことができる。
ここで、タッチセンサ電極は、セルフキャパシタンス方式によって生成された第1感知出力信号を、第1感知出力信号線を通じて感知信号処理部に伝達し、相互キャパシタンス方式によって生成された第2感知出力信号を、第2感知出力信号線を通じて感知信号処理部に伝達することができる。
また、感知信号処理部は、タッチセンサ電極からセルフキャパシタンス方式によって生成された第1感知出力信号および相互キャパシタンス方式によって生成された第2感知出力信号のうちの少なくとも一方を用いてタッチ座標を抽出することができる。
また、感知信号処理部は、第1感知出力信号と第2感知出力信号とを組み合わせてタッチ座標を抽出することができる。
また、感知信号処理部は、第1感知出力信号の値と第2感知出力信号の値のタッチセンサ電極の位置毎の平均値を算出し、平均値に組み合わせられた信号に対して補間法を用いてタッチ座標を抽出することができる。
また、感知信号処理部は、第1感知出力信号の座標と第2感知出力信号の座標を、補間法を用いて抽出し、抽出した二つの信号座標の平均値によりタッチ座標を抽出することができる。
また、本発明の一実施形態による表示装置は、表示パネルと接続されているタッチセンサ制御部と、タッチセンサ電極および感知入力電極と電気的に接続されており、タッチセンサ制御部から感知入力信号の入力を受けてタッチセンサ電極および感知入力電極に伝達し、タッチセンサ電極から感知出力信号を受信してタッチセンサ制御部に伝達する感知信号線と、をさらに含むことができる。
ここで、タッチセンサ電極は、セルフキャパシタンス方式によって生成された第1感知出力信号を、第1感知信号線を通じてタッチセンサ制御部に伝達し、相互キャパシタンス方式によって生成された第2感知出力信号を、第2感知信号線を通じてタッチセンサ制御部に伝達することができる。
また、タッチセンサ制御部は、タッチセンサ電極からセルフキャパシタンス方式によって生成された第1感知出力信号および相互キャパシタンス方式によって生成された第2感知出力信号のうちの少なくとも一方を用いてタッチ座標を抽出することができる。
また、タッチセンサ制御部は、第1感知出力信号と第2感知出力信号を組み合わせてタッチ座標を抽出することができる。
また、タッチセンサ制御部は、第1感知出力信号の値と第2感知出力信号の値のタッチセンサ電極の位置毎の平均値を算出し、平均値に組み合わせられた信号に対して補間法を用いてタッチ座標を抽出することができる。
また、タッチセンサ制御部は、第1感知出力信号の座標と第2感知出力信号の座標を、補間法を用いて抽出し、抽出した二つの信号座標の平均値によりタッチ座標を抽出することができる。
本発明の一実施形態による表示装置の表示パネルは、第1基板および第2基板を含み、タッチセンサ電極は、第2基板の上面に対する物体のタッチを感知し、第2基板には、絶縁膜を挟んで、その上に複数のタッチセンサ電極が形成されているタッチセンサ層と複数の感知入力電極を配置し、その下に共通電極を配置することができる。
本発明の一実施形態による表示装置の表示パネルは、第1基板および第2基板を含み、第2基板の上面には静電気防止層を配置し、静電気防止層上に接着層を挟んで、複数のタッチセンサ電極が形成されているタッチセンサ層と複数の感知入力電極を配置することができる。
本発明の一実施形態による表示装置の表示パネルは、第1基板および第2基板を含み、第2基板の上面には静電気防止層を配置し、静電気防止層上に保護層を挟んで、複数のタッチセンサ電極が形成されているタッチセンサ層と複数の感知入力電極を配置することができる。
本発明の一実施形態による表示装置の表示パネルは、第1基板および第2基板を含み、第2基板の上面には静電気防止層を配置し、静電気防止層に複数のタッチセンサ電極と複数の感知入力電極を形成することができる。
本発明の一実施形態による表示装置の表示パネルは、第1基板および第2基板を含み、表示パネルは、複数のタッチセンサ電極が形成されているタッチセンサ層と複数の感知入力電極を含むことができる。
ここで、タッチセンサ層に形成された感知信号線は、導電ドットを通じて第1基板側に接続されていてもよい。
本発明の一実施形態による表示装置によれば、タッチセンサは、カップリングノイズを防止することができ、表示装置の周縁領域のタッチ特性を改善することができる。
本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置の概略的な配置図である。 本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置の概略的な配置図である。 本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置の概略的な配置図である。 本発明の一実施形態によるタッチセンサのパターンを示す表示装置の平面図である。 本発明の一実施形態による表示パネルの周縁領域を示す平面図である。 本発明の一実施形態による表示パネルの周縁領域の断面図である。 本発明の一実施形態による表示装置の大略的な構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態による表示装置の大略的な構成を示す断面図である。 本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置の断面図である。 本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置の断面図である。 本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置の断面図である。 本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置の断面図である。 本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置の断面図である。 本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置の断面図である。 本発明の一実施形態による表示装置のタッチ座標抽出方法を示すフローチャートである。
以下、添付の図面を参照して、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。本発明は、様々な形態に実現でき、ここで説明する実施形態に限定されない。図面において本発明を明確に説明するために説明上不必要な部分は省略し、明細書全体にわたって同一または類似の構成要素については同一の図面符号が使用された。また、広く知られている公知技術の場合、その具体的な説明は省略する。
図面において様々な層および領域を明確に表現するために厚さを拡大して示した。層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“上”にあるというとき、これは他の部分の“直上”にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の“直上”にあるというときは中間に他の部分がないことを意味する。逆に、層、膜、領域、板などの部分が他の部分の“下”にあるというとき、これは他の部分の“直下”にある場合だけでなく、その中間にまた他の部分がある場合も含む。一方、ある部分が他の部分の“直下”にあるというときは中間に他の部分がないことを意味する。
明細書全体において、ある部分がある構成要素を“含む”というとき、これは、特に反対になる記載がない限り、他の構成要素を除くのではなく、他の構成要素をさらに含むことができることを意味する。
本発明の実施形態によるタッチセンサを含む表示装置について図面を参照して詳細に説明する。以下では、主に、液晶表示装置に関連して説明するが、本発明の実施形態は、有機発光表示装置、電気泳動表示装置のような他の表示装置にも適用することができる。
静電容量方式のセンサは、表示装置内でのセンサ構造によって、表示装置の内部回路によってカップリングノイズ(coupling noise)が発生することがあり、表示装置の周縁(edge)のタッチ特性が低下することがある。
図1〜図3は、本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置の概略的な配置図である。
図1に示すように、本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置1は、タッチセンサTSを含む表示パネル300と、表示走査駆動部400と、データ駆動部500と、タッチセンサ制御部600とを含む。
以下、表示装置1において、映像を表示する領域を表示領域(active area)AAと称し、表示領域AAを除いた残りの領域である非表示領域をブラックマトリックス(BM、Black Matrix)領域、即ち、BM領域と称して説明する。したがって、表示装置1は、表示領域AAとBM領域を含む。
表示パネル300は、複数の走査信号線G1〜Gn、複数のデータ線D1〜Dm、複数の感知信号線SPL1〜SPLiに接続されている。そして、表示パネル300は、複数の感知信号線SPL1〜SPLiに接続されている複数のタッチセンサTSと、行列形態に配列されて映像を表示する複数の画素PXとを含む。
感知信号線SPL1〜SPLiは、大略行方向または大略列方向に延長されており、各タッチセンサTSに接続されて感知入力信号と感知出力信号を伝達する。
感知入力信号は、多様な波形および電圧レベルを有し得る。例えば、感知入力信号は、周期的に出力されるパルスを含むことができ、少なくとも二つの互いに異なる電圧レベルを含むことができる。また、感知入力信号は、一定の電圧レベルを基準に変化する交流電圧ACであってもよい。
各タッチセンサTSに入力される感知入力信号と各タッチセンサTSから出力される感知出力信号は、それぞれ図2のように感知入力信号線SL1〜SLpと感知出力信号線PL1〜PLqを通じて伝達される。
図2は、感知入力信号と感知出力信号が別個の信号線を用いて伝達される場合を示す。感知入力信号線SL1〜SLpは、感知走査駆動部610に接続されており、互いにほぼ平行に伸びる。感知入力信号線SL1〜SLpは、感知走査駆動部610から入力を受けた感知入力信号を伝達することができる。
感知出力信号線PL1〜PLqは、感知信号処理部620と接続されており、感知入力信号線SL1〜SLpと交差し互いにほぼ平行に伸びる。感知出力信号線PL1〜PLqには一定の基準電圧が印加され、表示パネル300に対するタッチによってタッチセンサTSで発生した感知出力信号を感知信号処理部620に伝達することができる。
走査信号線G1〜Gnは、大略行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のようなスイッチング素子Q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、大略列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Qのターンオン時にデータ電圧を伝達する。
画素PXは、映像を表示する単位であって、一つの画素PXが基本色(primary color)のうちの一つを固有に表示するか、複数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、これらの基本色の空間的または時間的合計により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る。
図3に示すように、各画素PXは、走査信号線G1〜Gnとデータ線D1〜Dmに接続されている薄膜トランジスタなどのスイッチング素子Q、およびスイッチング素子Qと接続された画素電極191を含むことができる。
タッチセンサTSは、静電容量方式で接触による感知出力信号を生成することができる。一つの感知入力信号線SL1〜SLpと一つの感知出力信号線PL1〜PLqが交差する部分に一つのタッチセンサTSを配置することができる。
また、一つのタッチセンサTSの領域には、複数の画素PXを配置することができる。例えば、一つのタッチセンサTSの領域には、行方向または列方向に沿って数十個〜数百個の画素PX列を配置することができる。しかし、一つのタッチセンサTSに対応する画素PXの密度はこれに限定されず、表示装置の解像度によって多様に変化させることができる。
タッチセンサTSは、セルフキャパシタンス(self−capacitance)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、感知信号線SPL1〜SPLiから感知入力信号を受信し、指のような外部物体のタッチによるキャパシタンス変化を感知出力信号として感知信号線SPL1〜SPLiを通じて出力することができる。
また、タッチセンサTSは、感知入力信号線SL1〜SLpから感知入力信号を受信し、指のような外部物体のタッチによるキャパシタンス変化を感知出力信号として感知出力信号線PL1〜PLqを通じて出力することができる。
タッチセンサ制御部600は、タッチセンサTSに印加される感知走査信号を生成して送信し、タッチセンサTSから感知出力信号を受信してタッチ情報を生成する。
感知走査駆動部610は、表示パネル300の感知入力信号線SL1〜SLpと接続され、感知入力信号を感知入力信号線SL1〜SLpに印加する。この時、感知入力信号線SL1〜SLpに対する感知入力信号の印加は順次に行われる。
感知信号処理部620は、表示パネル300の感知出力信号線PL1〜PLqと接続されており、感知出力信号線PL1〜PLqからの感知出力信号を受信して処理する。感知信号処理部620は、処理された感知出力信号を用いて接触有無および接触位置などの接触情報を生成することができる。
タッチセンサ制御部600は、感知走査駆動部610および感知信号処理部620を含むことができる。
表示走査駆動部400は、表示パネル300の走査信号線G1〜Gnと接続されており、ゲート信号を走査信号線G1〜Gnに印加する。
データ駆動部500は、表示パネル300のデータ線D1〜Dmと接続されており、入力映像信号に対応するデータ電圧をデータ線D1〜Dmに印加する。
図4は、本発明の一実施形態によるタッチセンサのパターンを示す表示装置の平面図であり、図5は、表示パネル300の周縁領域Edを示す平面図である。図6は、表示パネル300の周縁領域Edの断面図である。
図4に示すように、マトリックス形態に配列されるタッチセンサTSは、酸化インジウム錫(indium tin oxide、ITO)、酸化インジウム亜鉛(indium zinc oxide、IZO)、炭素ナノチューブ(carbon nanotube、CNT)のような透明な導電物質から形成することができる。タッチセンサTSは、四角形、三角形、円形など多様な形状に形成することができ、数mmの大きさで形成することができる。例えば、タッチセンサTSが四角形である場合、一辺の長さは約3〜5mmであってもよい。このようなタッチセンサTSの大きさは、物体が表示パネル300にタッチされる時に接触する面積によって変化させることができる。
タッチセンサTSおよびこれに接続された感知信号線SPLは、同一の材料でパターニングによって形成することができる。例えば、一つのITO層を積層しパターニングして多数のタッチセンサTSと感知信号線SPLを一つのマスクにより同時に形成することができる。
図4に示すように、表示パネル300には、タッチセンサTSが配列され、感知信号線SPLがタッチセンサTSに接続される。BM領域には、感知入力電極Txが列方向に配列され、感知入力信号線SLが感知入力電極Txに接続される。周縁領域Edは、表示領域AAとBM領域の境界近くの領域である。
図5および図6に示すように、表示パネル300の周縁領域Edに外部物体の接触がある場合、タッチセンサTS内部のタッチセンサ電極TSeと外部物体との間で生成される静電容量Ctが変化し、それによる感知出力信号が感知信号線SPLに出力される。そして、表示パネル300の周縁領域Edに外部物体の接触がある場合、タッチセンサTS内部のタッチセンサ電極TSeと感知入力電極Txとの間の感知キャパシタCmに充電された電荷量が変化し、それによる感知出力信号が感知信号線SPLに出力される。
表示パネル300の周縁領域Edに外部物体の接触がある場合には、セルフキャパシタンス方式と相互キャパシタンス方式(mutual−capacitance)の二つの方式によってそれぞれ生成された感知出力信号が感知信号線SPLに出力される。セルフキャパシタンス方式によって生成された感知出力信号と相互キャパシタンス方式によって生成された感知出力信号は、一つの感知信号線SPLに出力されてもよいが、それぞれ別個の感知信号線SPLまたは感知出力信号線PLに出力されてもよい。
タッチセンサ制御部600は、セルフキャパシタンス方式による感知出力信号を用いて表示パネル300の周縁領域Edのタッチ信号を取得し、相互キャパシタンス方式による感知出力信号を用いて表示パネル300の周縁領域Edのタッチ信号を取得して、二つのタッチ信号を組み合わせて表示パネル300の周縁領域Edのタッチ座標を抽出することができる。
BM領域に感知入力電極Txを配列させて、感知入力電極TxとタッチセンサTS内部のタッチセンサ電極TSeとの間の相互キャパシタンスを用いて表示パネル300の周縁領域Edのタッチを感知する場合には、タッチセンサTSのセルフキャパシタンスのみを用いて表示パネル300の周縁領域Edのタッチを感知する場合よりもタッチ感知性能を改善することができる。
そして、表示パネル300の周縁領域Edのタッチ特性を改善するために、BM領域にタッチセンサTSや感知出力電極Rxを配列させる場合には、BM領域に存在する周辺回路800とのカップリングノイズ(coupling noise)が発生することがある。周辺回路800は、表示走査駆動部400、データ駆動部500、タッチセンサ制御部600、感知走査駆動部610、感知信号処理部620などであり得る。
表示パネル300の周縁領域Edを除いた残りの領域において外部物体の接触がある場合には、タッチセンサTS内部のタッチセンサ電極TSeと外部物体の間で生成される静電容量Ctを用いたセルフキャパシタンス方式のみにより感知出力信号を生成してタッチ座標を抽出することができる。
図6に示すように、本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置1は、接触面を含む絶縁基板である上部基板210を含む。絶縁基板である上部基板210の下には複数のタッチセンサ電極TSeおよび複数の感知入力電極Txが位置する。
感知入力電極Txは列方向に配列され、複数の感知入力電極Txは、一つの感知入力電極列を成すことができる。一つの感知入力電極列に位置する複数の感知入力電極Txは、互いに接続されていてもよい。各感知入力電極Txの形状は、図5に示したように四角形であってもよいが、これに限定されず、多様な形状を有し得る。各感知入力電極Txの一辺の長さは大略数mmであるが、接触物体および接触方法に応じてその大きさは変わる。
タッチセンサ電極TSeは、感知入力電極Txとの間に相互キャパシタンスを形成するので、感知出力電極Rxのような役割を果たす。タッチセンサ電極TSeと感知入力電極Txは、断面構造で、絶縁基板である上部基板210の下の同一平面上に配置することができるが、これとは異なり、互いに異なる層に配置することもできる。
感知入力電極Txは、ITOまたはIZOなどの透明な導電物質から形成することができる。
図6に示すように、感知入力電極Txは、タッチセンサ制御部600または感知走査駆動部610と接続されている感知入力信号線40(SL)と電気的に接続されており、タッチセンサ電極TSeは、タッチセンサ制御部600または感知信号処理部620と接続されている感知出力信号線50(SPL,PL)と電気的に接続されている。
感知入力信号線40と感知出力信号線50は、互いに異なる層に配置することができる。例えば、図6に示すように、感知入力信号線40が感知出力信号線50より下に配置されてもよく、またはその反対であってもよい。ここでは、図6に示すように、絶縁基板である上部基板210を基準に感知入力信号線40が感知出力信号線50よりも下に位置する場合を例として挙げて説明する。
タッチセンサ電極TSeの下には、感知出力信号線50を配置することができる。感知出力信号線50は列方向に長く伸び、各感知出力信号線50は、一つのタッチセンサ電極TSeと直接接触して接続されてもよい。感知出力信号線50は、感知出力信号をタッチセンサ制御部600または感知信号処理部620に伝達できる。
感知出力信号線50の下には絶縁層80が位置する。絶縁層80は、有機絶縁物質または無機絶縁物質を含むことができる。絶縁層80は、タッチセンサ電極TSeと感知入力電極Txを露出させる接触孔85を含むことができる。
絶縁層80の下には、複数の感知入力信号線40を配置することができる。感知入力信号線40は、行方向に長く伸び、接触孔85を通じてタッチセンサ電極TSeおよび感知入力電極Txと電気的に接続されてもよい。タッチセンサ電極TSeと感知入力電極Txは、一つの感知入力信号線40を通じて電気的に接続されていてもよく、タッチセンサ電極TSeと感知入力電極Txは、それぞれ別途の感知入力信号線40と接続していてもよい。各感知入力信号線40を通じてタッチセンサ制御部600または感知走査駆動部610から入力された同一の感知入力信号が行方向に配列された複数のタッチセンサTSと感知入力電極Txに伝達される。
外部物体が表示パネル300の周縁領域Edの絶縁基板である上部基板210の上に接触する場合、外部物体とタッチセンサ電極TSeとの間に生成される静電容量Ctが変化し、それによる出力感知信号が感知出力信号線50を通じてタッチセンサ制御部600または感知信号処理部620に伝達される。また、タッチセンサ電極TSeと感知入力電極Txとの間の静電容量Cmが変化し、それによって出力感知信号が感知出力信号線50を通じてタッチセンサ制御部600または感知信号処理部620に伝達される。
セルフキャパシタンス方式によって生成される出力感知信号と相互キャパシタンス方式によって生成される出力感知信号は、同一の感知出力信号線50を通じてタッチセンサ制御部600または感知信号処理部620に伝達されてもよいが、それぞれ別途の感知出力信号線50を通じて伝達されてもよい。
感知入力信号線40および感知出力信号線50が不透明である場合、これらは遮光部材(図示せず)に覆われる。
図7および図8は、本発明の一実施形態による表示装置の大略的な構成を示す断面図である。
図7および図8を参照して、本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置1の大略的な構成について説明する。図7は、インセル(in−cell)方式のタッチセンサを含む表示装置であり、図8は、オンセル(on−cell)方式のタッチセンサを含む表示装置である。
タッチセンサを含む表示装置1は、対向配置される第1基板100および第2基板200と、第1基板100と第2基板200との間の液晶層30とを有する構成である。液晶層30の駆動方式は、限定されない。
第2基板200の上面に外部物体が接触する場合、第1基板100は下部表示板であり、第2基板200は上部表示板である。絶縁基板である下部基板110を含む第1基板100のBM領域には周辺回路800が実装されてもよい。
図7に示すように、第1基板100の表示領域AAにタッチセンサTSを配置し、BM領域に感知入力電極Txを配置することができる。タッチセンサTSと感知入力電極Txは、第1基板100に配置されてもよく、第2基板200に配置されてもよい。また、タッチセンサTSと感知入力電極Txは、同一層に配置されてもよく、互いに異なる層に配置されてもよい。
図8に示すように、第2基板200の上の表示領域AAにタッチセンサTSを配置し、BM領域に感知入力電極Txを配置することができる。タッチセンサTSと感知入力電極Txは、同一層に配置されてもよく、互いに異なる層に配置されてもよい。
図9は、本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置の断面図である。
図9に示すように、本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置は、第1基板100と、第2基板200と、液晶層30とを含むことができる。第2基板200の上面に外部物体が接触する場合、第1基板100は下部表示板であり、第2基板200は上部表示板である。
表示装置は、透明な絶縁基板の下部基板110と上部基板210に複数の層が積層されている構造を有する。上部基板210の上面が、外部からタッチが行われるタッチ面として意図される。下部基板110とその上に積層された層が第1基板100を構成し、上部基板210とその上に積層された層が第2基板200を構成することができる。液晶表示装置の場合、第1基板100と第2基板200との間に液晶層を含む。
第1基板100について説明すれば、下部基板110の上にゲート線121と共通電圧線131を含むゲート導電体を配置することができる。ゲート導電体は、アルミニウム(Al)やアルミニウム合金などのアルミニウム系金属、銀(Ag)や銀合金などの銀系金属、銅(Cu)や銅合金などの銅系金属、モリブデン(Mo)やモリブデン合金などのモリブデン系金属、クロム(Cr)、タンタル(Ta)、およびチタニウム(Ti)などから形成することができる。実施形態によっては、ゲート導電体は、物理的性質が2つ以上の導電膜を含む多重膜構造を有してもよい。
下部基板110の上のBM領域には、周辺回路800を配置することができる。周辺回路800は、表示走査駆動部400、データ駆動部500、タッチセンサ制御部600、感知走査駆動部610、感知信号処理部620などであり得る。
ゲート導電体の上には、窒化ケイ素(SiNx)などからなるゲート絶縁膜140が位置する。ゲート絶縁膜140は、物理的性質が異なる少なくとも二つの絶縁層を含む多層膜構造を有してもよい。
ゲート絶縁膜140の上には、水素化非晶質シリコン(hydrogenated amorphous silicon)(a−Si)または多結晶シリコン(polycrystalline silicon)(poly−Si)などからなる半導体154が位置する。
半導体154の上には、ソース電極173、ドレイン電極175を含むデータ導電体が位置する。半導体154ならびにこれに重畳するゲート線121、ソース電極173、およびドレイン電極175は、薄膜トランジスタを成す。
ドレイン電極175およびゲート絶縁膜140の上には、画素電極191が位置する。画素電極191は、ドレイン電極175の一部と接触している。画素電極191は、ITO、IZOなどの透明な導電物質からなってもよい。
薄膜トランジスタおよび画素電極191の上には、第1保護膜(passivation layer)180aが位置する。第1保護膜180aは、窒化ケイ素(SiOx)、酸化ケイ素(SiOx)などの無機絶縁物、または有機絶縁物から形成することができる。第1保護膜180aおよびゲート絶縁膜140には、共通電圧線131を露出させる接触孔が形成されていてもよい。
第1保護膜180aの上には、共通電極270が位置する。共通電極270は、接触孔を通じて共通電圧線131から共通電圧Vcomの印加を受けることができる。共通電極270は、ITO、IZOなどの透明な導電物質からなってもよい。
共通電極270の上には、第2保護膜180bが位置する。第2保護膜180bは、第1保護膜180aと同一の物質から形成されてもよい。
第2保護膜180bの上の表示領域AAには、タッチセンサ層280が位置する。タッチセンサ層280は、タッチセンサ電極TSeを有するタッチセンサTSを含む。
第2保護膜180bの上のBM領域には、感知入力電極281が位置する。感知入力電極Txは、ITO、IZOなどの透明な導電物質から形成されてもよい。
第2基板200について説明すれば、上部基板210の上に、遮光部材220およびカラーフィルタ230が位置する。遮光部材220は、ブラックマトリックスとも言い、光漏れを防止する。カラーフィルタ230は、遮光部材220に囲まれた領域内に大部分が存在し、そのような領域は、光が透過する画素領域に定義されることができる。カラーフィルタ230および遮光部材220のうちの少なくとも一つは、第1基板100に配置することもできる。
第1基板100および第2基板200の間には、液晶層30を配置することができる。この場合、データ電圧の印加を受けた画素電極191は、共通電圧Vcomの印加を受けた共通電極270と共に液晶層30に電場を生成することができる。本発明の一実施形態による表示装置の液晶層30は、液晶分子(図示せず)を含み、液晶分子は、電場のない状態でその長軸が二つの表示板100,200の表面に対して水平になるように配向されていてもよい。
図10〜図14は、本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置の断面図である。
図10の表示装置は、図9に例示された表示装置を逆さにしたような構造を有するが、共通電極270、タッチセンサ層280、および感知入力電極281の位置が変更されている。つまり、タッチセンサ層280および感知入力電極281が共通電極270よりも基板110の近くに位置する。この場合、タッチセンサは、基板110の上面にタッチされる物体を感知する。
図11〜図14は、タッチセンサの構造の変形例を示す。これらの変形例には異なる説明をしない限り、前述のタッチセンサの構成が全て適用される。
まず、図11は、第1基板100と第2基板200を含む表示装置1の第2基板200の上にITOのような透明導電物質から静電気防止層260が形成され、静電気防止層260上にタッチセンサ層280と感知入力電極281を形成したアドオン(add−on)構造を例示する。タッチセンサ層280と感知入力電極281は、フィルム上にITOのような透明導電物質により層を形成し、パターニングして形成された後、フィルムと共に接着層L1によって静電気防止層260に付着されている。タッチセンサ層280は、表示パネル300が位置する表示領域AAに位置するように付着されており、感知入力電極281は、BM領域に付着されている。タッチセンサ層280の上には、カバーウィンドウWが接着層L2によって付着されてもよい。
図12は、静電気防止層260の上に保護膜290を形成し、その上にタッチセンサ層280と感知入力電極281をパターニングによって形成したオンセル(on−cell)構造を例示する。タッチセンサ層280は、表示パネル300が位置する表示領域AAに位置するように付着されており、感知入力電極281は、BM領域に付着されている。タッチセンサ層280の上には、カバーウィンドウWが接着層Lによって付着されてもよい。
図13は、第2基板200の上に形成された静電気防止層をパターニングしてタッチセンサ層280と感知入力電極281を形成した構造を例示する。したがって、タッチセンサ層280は、静電気防止層の役割も兼ねる。タッチセンサ層280は、表示パネル300が位置する表示領域AAに位置するように付着されており、感知入力電極281は、BM領域に付着されている。タッチセンサ層280の上には、カバーウィンドウWが接着層Lによって付着されてもよい。
図14は、薄膜トランジスタが形成されない第2基板200側にタッチセンサ層280と感知入力電極281を形成した構造を例示する。タッチセンサ層280は、表示パネル300が位置する表示領域AAに位置するように付着されており、感知入力電極281は、BM領域に付着されている。タッチセンサ層280と感知入力電極281が第2基板200側に形成される場合、フレキシブル回路基板(FPCB)の接続が困難であるので、タッチセンサ層280と感知入力電極281の感知信号線(図示せず)は、導電ドット(conductive dot)50を通じて、第1基板100側に接続される。
図15は、本発明の一実施形態による表示装置のタッチ座標抽出方法を示すフローチャートである。
本発明の一実施形態によるタッチセンサを含む表示装置は、基本的にセルフキャパシタンス方式でタッチ信号を取得し、取得したタッチ信号に基づいてタッチ座標を抽出する。
タッチセンサを含む表示装置1は、表示領域AAの周縁部分に対してはセルフキャパシタンス方式と相互キャパシタンス方式の二つの方式でタッチ信号を取得し(S101、S102)、タッチ信号を組み合わせて(S103)、タッチ座標を抽出する(S104)。
外部物体が表示パネル300の周縁領域Edの絶縁基板である上部基板210の上に接触する場合、タッチセンサ制御部600または感知信号処理部620は、セルフキャパシタンス方式で外部物体とタッチセンサ電極TSeとの間に生成される静電容量Ctの変化による出力感知信号であるタッチ信号を取得することができる(S101)。そして、タッチセンサ制御部600または感知信号処理部620は、相互キャパシタンス方式でタッチセンサ電極TSeと感知入力電極Txとの間の静電容量Cmの変化による出力感知信号であるタッチ信号を取得することができる(S102)。
タッチセンサ制御部600または感知信号処理部620は、伝達された二つのタッチ信号を組み合わせることができる(S103)。タッチセンサ制御部600または感知信号処理部620は、セルフキャパシタンス方式で取得したタッチ信号の座標を、補間法(interpolation)を用いて抽出し、相互キャパシタンス方式で取得したタッチ信号の座標を、補間法を用いて抽出して、二つのタッチ信号を組み合わせることができる(S103)。タッチセンサ制御部600または感知信号処理部620は、補間法を用いて抽出した二つのタッチ信号の座標の平均値で最終タッチ座標を抽出することができる(S104)。
また、タッチセンサ制御部600または感知信号処理部620は、伝達された二つのタッチ信号のデジタル値のそれぞれのタッチセンサ電極TSeの位置による平均値を算出して信号を組み合わせることができる(S103)。そして、タッチセンサ制御部600または感知信号処理部620は、二つのタッチ信号の平均値で組み合わせられた信号に対して補間法を用いてタッチ座標を抽出することができる(S104)。
したがって、表示パネル300の周縁領域Edのタッチ座標が抽出される場合、セルフキャパシタンス方式および相互キャパシタンス方式のうちの一つの方式によってタッチ座標を求める場合よりも精度よくタッチ座標が求められる。
以上、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、特許請求の範囲で定義している本発明の基本概念を用いた通常の技術者の様々な変形および改良形態も本発明の権利範囲に属すると理解されなければならない。
1 表示装置、
30 液晶層、
40 感知入力信号線、
50 感知出力信号線、
80 絶縁層、
85 接触孔、
100 第1基板、
110 下部基板、
121 ゲート線、
131 共通電圧線、
140 ゲート絶縁膜、
154 半導体、
173 ソース電極、
175 ドレイン電極、
180a,180b 保護膜、
191 画素電極、
200 第2基板、
210 上部基板、
220 遮光部材、
260 静電気防止層、
270 共通電極、
280 タッチセンサ層、
281 感知入力電極、
290 保護膜、
300 表示パネル、
400 表示走査駆動部、
500 データ駆動部、
600 タッチセンサ制御部、
610 感知走査駆動部、
620 感知信号処理部、
AA 表示領域、
BM ブラックマトリックス、
TS タッチセンサ、
TSe タッチセンサ電極、
Tx 感知入力電極。

Claims (10)

  1. 複数の画素を含み、映像を表示する表示パネルと、
    外部物体のタッチを感知する複数のタッチセンサ電極と、
    前記複数のタッチセンサ電極との間で相互キャパシタンスを生成する複数の感知入力電極と、を含み、
    前記複数のタッチセンサ電極は、前記映像を表示する表示領域内に位置し、
    前記複数の感知入力電極は、前記表示パネルの周縁領域のうちの前記映像を表示しないブラックマトリックス領域と重畳する領域に位置することを特徴とする表示装置。
  2. 前記タッチセンサ電極は、セルフキャパシタンス方式および相互キャパシタンス方式のうちの少なくとも一方により外部物体のタッチを感知することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記表示パネルと接続されている感知走査駆動部と、
    前記タッチセンサ電極および前記感知入力電極と電気的に接続されており、前記感知走査駆動部から感知入力信号の入力を受けて前記タッチセンサ電極および前記感知入力電極に伝達する感知入力信号線と、
    前記表示パネルと接続されている感知信号処理部と、
    前記タッチセンサ電極と電気的に接続されており、前記タッチセンサ電極から感知出力信号を受信して前記感知信号処理部に伝達する感知出力信号線と、をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記タッチセンサ電極は、前記セルフキャパシタンス方式によって生成された第1感知出力信号を、第1感知出力信号線を通じて前記感知信号処理部に伝達し、前記相互キャパシタンス方式によって生成された第2感知出力信号を、第2感知出力信号線を通じて前記感知信号処理部に伝達することを特徴とする請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記感知信号処理部は、前記タッチセンサ電極から前記セルフキャパシタンス方式によって生成された第1感知出力信号および前記相互キャパシタンス方式によって生成された第2感知出力信号のうちの少なくとも一方を用いてタッチ座標を抽出することを特徴とする請求項3または4に記載の表示装置。
  6. 前記感知信号処理部は、前記第1感知出力信号と前記第2感知出力信号とを組み合わせて前記タッチ座標を抽出することを特徴とする請求項5に記載の表示装置。
  7. 前記感知信号処理部は、前記タッチセンサ電極の位置毎に、前記第1感知出力信号の値と前記第2感知出力信号の値の平均値を算出して二つの信号を組み合わせ、前記平均値に組み合わせられた信号に対して補間法を用いて前記タッチ座標を抽出することを特徴とする請求項6に記載の表示装置。
  8. 前記感知信号処理部は、前記第1感知出力信号に対して補間法を用いて第1タッチ座標を抽出し、前記第2感知出力信号に対して前記補間法を用いて第2タッチ座標を抽出し、前記第1タッチ座標と前記第2タッチ座標との平均値により前記タッチ座標を抽出することを特徴とする請求項6に記載の表示装置。
  9. 前記表示パネルと接続されているタッチセンサ制御部と、
    前記タッチセンサ電極および前記感知入力電極と電気的に接続されており、前記タッチセンサ制御部から感知入力信号の入力を受けて前記タッチセンサ電極および前記感知入力電極に伝達し、前記タッチセンサ電極から感知出力信号を受信して前記タッチセンサ制御部に伝達する感知信号線と、をさらに含むことを特徴とする請求項2に記載の表示装置。
  10. 前記タッチセンサ電極は、前記セルフキャパシタンス方式によって生成された第1感知出力信号を、第1感知信号線を通じて前記タッチセンサ制御部に伝達し、前記相互キャパシタンス方式によって生成された第2感知出力信号を、第2感知信号線を通じて前記タッチセンサ制御部に伝達することを特徴とする請求項9に記載の表示装置。
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