JP6383497B2

JP6383497B2 - ディスプレイパネル、タッチ入力装置、ディスプレイパネルからタッチ位置とタッチ圧力を検出する検出装置、及び検出方法

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Description

本発明は、タッチ位置及びタッチ圧力センシングが可能なディスプレイパネル、タッチ位置及びタッチ圧力センシングが可能なタッチ入力装置、ディスプレイパネルからタッチ位置とタッチ圧力を検出する検出装置、及び検出方法に関する。

コンピューティングシステムの操作のために、多様な種類の入力装置が用いられている。例えば、ボタン（button）、キー（key）、ジョイスティック（joystick）、及びタッチスクリーンのような入力装置が用いられている。タッチスクリーンの手軽で簡単な操作により、コンピューティングシステムの操作時にタッチスクリーンの利用が増加している。

タッチスクリーンは、タッチ−感応表面（touch-sensitive surface）を備えた透明なパネルであり得るタッチセンサパネル（touch sensor panel）を含み得る。このようなタッチセンサパネルは、ディスプレイスクリーンの前面に付着され、タッチ−感応表面がディスプレイスクリーンの見える面を覆うことができる。タッチスクリーンは、使用者が指などでディスプレイスクリーンを単純にタッチすることによって、使用者がコンピューティングシステムを操作することができるようにする。一般的に、タッチスクリーンは、ディスプレイスクリーン上の接触及び接触位置を認識し、コンピューティングシステムはこのような接触を解釈することによって、これに従い演算を遂行することができる。

この時、タッチセンサパネルをディスプレイスクリーンと別途に配置することは、厚さが厚くなるだけでなく、視認性が悪化するため、これを補完する必要性が台頭した。また、タッチがなされる時、タッチ位置とタッチ圧力とを同時に遂行することができる技法が必要になった。

本発明は、上述した問題点を勘案して案出されたもので、本発明の目的は、タッチ位置とタッチ圧力とをセンシングすることができるディスプレイパネル、タッチ入力装置、ディスプレイパネルからタッチ位置とタッチ圧力とを検出する検出装置及び検出方法を提供することにある。

本発明の他の目的は、タッチ位置とタッチ圧力とを同時にセンシングすることができるディスプレイパネル、タッチ入力装置、ディスプレイパネルからタッチ位置とタッチ圧力とを検出する検出装置及び検出方法を提供することにある。

上記目的を達成するための本発明によるディスプレイパネルは、タッチ圧力センシングが可能なディスプレイパネルとして、互いに異なる層に離隔して形成された複数の第１電極及び複数の第２電極と、前記第１電極と同一層に形成された複数の第３電極と、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層と、前記第２電極が形成された層との間に備えられるか、又は、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層の下部に備えられた基準電極と、を含み、前記複数の第２電極は、タッチによって変化する静電容量に対する情報を有する第１信号を生成し、前記複数の第３電極は、タッチによって変化する静電容量に対する情報を有する第２信号を生成する。

また、前記複数の第３電極は、前記タッチによる前記基準電極との距離変化による静電容量の変化に基づいて、前記第２信号を生成することができる。

そして、前記基準電極が、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層の下部に形成された場合、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層は、前記第２電極が形成された層と前記基準電極が形成された層との間に備えられ得る。

また、前記基準電極は、前記ディスプレイパネルの液晶層に備えられ得る。

そして、カラーフィルタを備えるガラス層、をさらに含み、前記複数の第２電極は、前記ガラス層を挟んで前記基準電極が形成された層と離隔して形成され得る。

また、前記複数の第２電極及び前記複数の第３電極は、前記第１信号及び前記第２信号を同時に生成することができる。

そして、前記第１信号は、前記タッチがなされた位置を検出するための信号であり、前記第２信号は、前記タッチの圧力を検出するための信号であり得る。

また、前記複数の第２電極は、前記第１電極が延びた方向と交差する方向に延びており、前記複数の第３電極は、前記複数の第２電極とオーバーラップしないように形成され得る。

そして、前記複数の第１電極及び複数の第３電極は、ディスプレイパネルに含まれた共通電極を用いることができる。

一方、上記目的を達成するための本発明によるタッチ入力装置は、互いに異なる層に離隔して形成された複数の第１電極及び複数の第２電極と、前記第１電極と同一層に形成された複数の第３電極と、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層と、前記第２電極が形成された層との間に備えられるか、又は、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層の下部に備えられた基準電極と、を含むディスプレイパネルと、前記複数の第１電極に駆動信号を印加する駆動部と、タッチによって変化する静電容量に対する情報を有する第１信号を前記複数の第２電極から入力を受け、前記タッチによって変化する静電容量に対する情報を有する第２信号を前記複数の第３電極から入力を受ける検出部と、を含む。

そして、前記検出部は、前記タッチによる前記基準電極の距離変化による静電容量の変化に基づいて、前記複数の第３電極から前記第２信号の入力を受けることができる。

また、前記基準電極が、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層の下部に形成された場合、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層は、前記第２電極が形成された層と前記基準電極が形成された層との間に備えられ得る。

そして、前記基準電極は、前記ディスプレイパネルの液晶層に備えられ得る。

また、前記検出部は、前記タッチがなされると、前記複数の第２電極から前記第１信号を検出すると同時に、前記第３電極から前記第２信号を検出することができる。

また、前記複数の第２電極は、前記複数の第１電極が延びた方向と交差する方向に延びており、前記複数の第３電極は、前記複数の第２電極とオーバーラップしないように形成され得る。

そして、前記複数の第１電極及び複数の第３電極は、前記ディスプレイパネルに含まれた共通電極を用いることができる。

一方、上記目的を達成するための本発明によるタッチ位置及びタッチ圧力検出装置は、互いに異なる層に離隔して形成された複数の第１電極及び複数の第２電極と、前記第１電極と同一層に形成された複数の第３電極と、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層と、前記第２電極が形成された層との間に備えられるか、又は、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層の下部に備えられた基準電極と、を含むディスプレイパネルからタッチ位置信号及びタッチ圧力信号を検出する、タッチ位置及びタッチ圧力検出装置であって、前記タッチ位置及びタッチ圧力検出装置は、前記複数の第１電極に駆動信号を印加する駆動部と、タッチによって変化する静電容量に対する情報を有する第１信号を前記複数の第２電極から入力を受け、前記タッチによって変わる静電容量に対する情報を有する第２信号を前記複数の第３電極から入力を受ける検出部と、を含む。

そして、前記複数の第３電極は、前記タッチによる前記基準電極の距離変化による、静電容量の変化に基づいて、前記第２信号を生成することができる。

そして、前記検出部は、前記タッチがなされると、前記複数の第２電極から前記第１信号を検出すると同時に、前記第３電極から前記第２信号を検出することができる。

本発明によるディスプレイパネル、タッチ入力装置、ディスプレイパネルからタッチ位置とタッチ圧力とを検出する検出装置、及び検出方法によれば、ディスプレイパネルを介してタッチ位置とタッチ圧力をセンシングすることができるため、タッチセンサを別途に備える必要がなくなる技術的効果を有するようになる。

本発明によるディスプレイパネル、タッチ入力装置、ディスプレイパネルからタッチ位置とタッチ圧力とを検出する検出装置、及び検出方法によれば、順次的センシングではない、タッチ位置とタッチ圧力の同時センシングが可能であるという効果を有する。

本発明の一実施形態によるディスプレイパネルの層構造を示す概念図である。本発明の一実施形態によるタッチ入力装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態による検出装置の構成を示すブロック図である。本発明の一実施形態によるタッチ位置及びタッチ圧力検出方法を説明するためのフローチャートである。本発明の多様な実施形態によるディスプレイパネルの層構造を示す概略図である。本発明の多様な実施形態によるディスプレイパネルの層構造を示す概略図である。本発明の多様な実施形態によるディスプレイパネルの層構造を示す概略図である。本発明の一実施形態による、第１電極Ｔ、第２電極Ｒ、及び第３電極Ｃの配列を示す。本発明の一実施形態による、第１電極Ｔ、第２電極Ｒ、及び第３電極Ｃの配列を示す。本発明の一実施形態による、第１電極Ｔ、第２電極Ｒ、及び第３電極Ｃの配列を示す。本発明の一実施形態によるディスプレイパネルにおいて、第２電極Ｒと第３電極Ｃがオーバーラップしないように形成された電極配列を示す。本発明の一実施形態による、タッチ位置及びタッチ圧力検出のための構造図である。本発明の一実施形態による、タッチ位置及びタッチ圧力検出のための構造図である。本発明の一実施形態による、グループ化された共通電極配列を示す。

後述する本発明に対する詳細な説明は、本発明を実施することができる特定の実施形態を例示として図示する添付の図面を参照する。これらの実施形態は、当業者が本発明を実施するのに十分なように詳細に説明される。本発明の多様な実施形態は互いに異なるが、相互に排他的である必要はないことが理解されなければならない。後述する詳細な説明は、限定的な意味として取ろうとするのではなく、本発明の範囲は、適切に説明されるならば、その請求項が主張することと均等なすべての範囲とともに添付された請求項によってのみ限定される。図面において類似の参照符号は様々な側面にわたって同一もしくは類似した機能を指し示す。

以下、添付される図面を参照して本発明の実施形態によるディスプレイパネル、タッチ入力装置、ディスプレイパネルからタッチ位置／タッチ圧力を検出する検出装置及び検出方法について詳細に説明する。

図１は、本発明の一実施形態によるディスプレイパネル１００の層構造を示す概念図である。図１に示されたように、本発明の一実施形態によるディスプレイパネル１００は、第１偏光層１０１、複数の第２電極Ｒが形成された第２電極層１５２、カラーフィルタを備える第１ガラス層１０３、液晶セル（liquid crystal cell）を含む液晶層１０５、複数の基準電極１５４、複数の第１電極Ｔと複数の第３電極Ｃとが形成された第１／第３電極層１５６、第２ガラス層１０７、及び第２偏光層１０９がスタック構造になっている。

後述するが、第２電極層１５２と、カラーフィルタを備える第１ガラス層１０３の位置は互いに変わっても構わず、これは図５ａ及び図５ｂを参照して後述することにする。

当該技術分野における通常の知識を有する者であれば、ディスプレイパネルがディスプレイ機能を遂行するために、上記で言及されていない他の構成をさらに含めることができ、変形可能であることは自明であろう。

また、図１に示された本発明の一実施形態によるディスプレイパネル１００は、液晶表示装置（liquid crystal display；ＬＣＤ）に含まれたディスプレイパネルであってもよく、この時、ＰＬＳ（Plane to Line Switching）方式、ＩＰＳ（In Plane Switching）方式、ＶＡ（Vertical Alignment）方式、及びＴＮ（Twisted Nematic）方式のいずれの方式のディスプレイパネルであっても構わない。また、本発明のディスプレイパネル１００は、有機発光表示装置（Organic Light Emitting Diode；ＯＬＥＤ）等に含まれたディスプレイパネルであってもよい。

複数の第２電極Ｒは、タッチによって変わる静電容量に対する情報を有する、タッチ位置と関連した第１信号を生成する。また、複数の第３電極Ｃは、タッチによって変わる静電容量に対する情報を有する、タッチ圧力と関連した第２信号を生成する。

一般的に、本発明のディスプレイパネル１００のタッチ表面を客体（使用者の指やタッチペンなど）でタッチすると、ディスプレイパネル１００が撓まない場合の軽いタッチの場合にも、駆動電極と受信電極との間の相互静電容量Ｃｍが変化する。すなわち、ディスプレイパネル１００に対するタッチ時の相互静電容量Ｃｍが基本相互静電容量に比べて減少し得る。これは、指やタッチペンのような導体として作用する客体がディスプレイパネル１００に近接すると、客体がグランドＧＮＤの役割をして、相互静電容量Ｃｍのフリンジング静電容量（fringing capacitance）が客体に吸収されるためである。基本相互静電容量は、ディスプレイパネル１００に対するタッチがない場合、駆動電極と受信電極との間の相互静電容量の値である。

一方、ディスプレイパネル１００のタッチ表面を客体でタッチする時に圧力が加えられると、ディスプレイパネル１００に微細な撓みが生じることになる。基準電位層（基準電極）が一定の電圧を維持する場合、駆動電極と受信電極との間の相互静電容量Ｃｍの値はさらに減少し得る。これは、ディスプレイパネル１００に撓みが発生して、基準電位層との距離が減少することによって、相互静電容量Ｃｍのフリンジング静電容量が客体だけでなく、基準電位層（基準電極）にも吸収されるためである。タッチ客体が不導体であれば、相互静電容量Ｃｍの変化が単に基準電位層（基準電極）とタッチセンサの距離変化にのみ起因し得る。基準電位層がフローティングノード(floating node)である場合は、反対に距離が近くなれば相互静電容量Ｃｍが増加する。すなわち、基準電位層と第１電極との間の静電容量、及び基準電位層と第３電極との間の静電容量が増加し、第１電極と第３電極との間の相互静電容量Ｃｍの一定部分を占める基準電位層と第１電極との間の静電容量、及び基準電位層と第３電極との間の静電容量の直列連結静電容量も増加することになるので、全体相互静電容量Ｃｍも増加する。

ここで、ディスプレイパネル１００のタッチ表面は、ディスプレイパネル１００の外面として、図１における上部面あるいは下部面になり得る。この時、図１には示されなかったが、ディスプレイパネル１００の上部面または下部面は、ガラスのようなカバーガラス（図５ａ及び図５ｂの図面符号１１３）で覆われていてもよい。

再び、図１を参照すると、液晶層１５５には基準電極１５４が備えられている。液晶層１５５に接して第１／第３電極層１５６が形成され、第１／第３電極層１５６に備えられた複数の第１電極Ｔと複数の第３電極Ｃとの間には相互静電容量Ｃｍが生成される。

基準電極１５４は、液晶層１５５内において第１／第３電極層１５６と離隔して備えられてもよい。基準電極１５４は、液晶層１５５に備えられるスペーサ１７０の一部あるいは全体に伝導性物質層を形成することによって成ってもよい。これと関連しては、下でさらに詳細に説明することにする。第１／第３電極層１５６は、図１の実施形態のように、基準電極１５４が備えられた層の上部に形成され得るが、実施形態により、基準電極１５４が備えられた層の下部に形成されてもよい。これと関連しては、本発明の実施形態によるディスプレイパネル１００の多様な層構造が示された図５ａ〜図５ｃを参照しつつ後述することにする。

第１／第３電極層１５６が、基準電極１５４が備えられた層の下部に形成される場合、客体がディスプレイパネル１００のタッチ表面をタッチする時に圧力が加えられれば、基準電極１５４が下方に移動することになるので、第１／第３電極層１５６と近くなる。したがって、第１電極Ｔと第３電極Ｃとの間の相互静電容量Ｃｍが変化（減少）することになる。ただし、基準電極１５４がフローティングノードである場合には、第１電極Ｔと第３電極Ｃとの間の相互静電容量Ｃｍが増加することもある。

また、客体がディスプレイパネル１００のタッチ表面をタッチする場合、第１／第３電極層１５６に備えられた第１電極Ｔと、第２電極層１５２に備えられた第２電極Ｒとの間の相互静電容量Ｃｍが減少することになる。

同様に、第１／第３電極層１５６が、基準電極１５４が備えられた層の上部に形成される場合には、客体がディスプレイパネル１００のタッチ表面をタッチする時に圧力が加えられれば、第１／第３電極層１５６が下方に移動するので、基準電極１５４と近くなる。したがって、第１電極Ｔと第３電極Ｃとの間の相互静電容量Ｃｍが変化（減少）することになる。ただし、基準電極１５４がフローティングノードである場合には、上で説明したように、第１電極Ｔと第３電極Ｃとの間の相互静電容量Ｃｍが増加することもある。

また、客体がディスプレイパネル１００のタッチ表面をタッチすると、第１／第３電極層１５６に備えられた第１電極Ｔと、第２電極層１５２に備えられた第２電極Ｒとの間の相互静電容量Ｃｍが減少する。

前記相互静電容量Ｃｍの変化に基づいて、タッチ位置とタッチ圧力とを検出することができる第１信号と第２信号が生成され得る。また、第２電極Ｒと第３電極Ｃが互いに異なる層に配置されることによって、第１信号及び第２信号が同時に生成され得る。

ただし、他の実施形態では、第１電極Ｔと基準電極１５４との間の距離に伴う自己静電容量（self capacitance；Ｃｓ）の変化によって圧力を検出することもできるだろう。すなわち、第１電極Ｔと基準電極１５４との間、あるいは、第３電極Ｃと基準電極１５４との間の自己静電容量Ｃｓの変化によって圧力を検出することもできるだろう。

複数の第１電極、複数の第２電極及び複数の第３電極は、透明伝導性物質（例えば、酸化スズ（ＳｎＯ_２）及び酸化インジウム（Ｉｎ_２Ｏ_３）等からなるＩＴＯ（Indium Tin Oxide）又はＡＴＯ（Antimony Tin Oxide））等で形成されることが好ましい。

図２は、本発明の一実施形態によるタッチ入力装置２００の構成を示すブロック図である。図２に示されたように、本発明の一実施形態によるタッチ入力装置２００は、タッチセンサ１５０を含むディスプレイパネル１００、駆動部２１０、検出部２２０を含む。図２では、制御部２３０が本発明の一実施形態によるタッチ入力装置２００に含まれたもので示されているが、これとは異なり、制御部２３０が本発明の一実施形態によるタッチ入力装置２００と別途に構成されてもよく、駆動部２１０及び検出部２２０が、後述する制御部２３０の機能を含んでいることもある。

ディスプレイパネル１００の構成と関連しては、図１を参照しつつ詳細に説明したので、ここでは省略することにする。また、ディスプレイパネル１００に含まれたタッチセンサ１５０は、図１において、タッチ位置及びタッチ圧力に直接的に関与する、第１／第３電極層１５６、第２電極層１５２及び基準電極１５４を含む液晶層１０５を含む。もちろん、それ以外の構成をさらに含んでもよい。

第１電極Ｔは、第３電極Ｃと同一層（第１／第３電極層１５６）に形成されている。また、図６ｂに示されたように、複数の第３電極Ｃは第１電極Ｔが延びた方向に、離隔されて配置されてもよい。一方、複数の第２電極Ｒは、第１電極Ｔに交差する方向に延びてもよい。すなわち、複数の第１電極Ｔと複数の第２電極Ｒは直交アレイを構成することができる。

しかし、本発明はこれに限定されず、複数の第１電極Ｔと複数の第２電極Ｒが対角線、同心円及び３次元ランダム配列などをはじめとする任意の数の次元及びこの応用配列を有するようにすることができる。

駆動部２１０は、駆動信号を第１／第３電極層１５６に備えられた複数の第１電極Ｔに印加することができる。本発明の実施形態において、駆動部２１０はディスプレイパネル１００内に形成されたタッチセンサ１５０の複数の第１電極Ｔに駆動信号を順次印加することができる。駆動信号の印加は反復して成されてもよい。しかし、他の実施形態においては、駆動部２１０が多数の第１電極Ｔに対して同時に駆動信号を印加することもできる。

検出部２２０は、第２電極層１５２に備えられた第２電極Ｒを介して、駆動信号が印加された第１電極Ｔと第２電極Ｒとの間の相互静電容量Ｃｍに関する情報を含む感知信号（第１信号）を受信することによって、タッチの有無及びタッチ位置を検出することができる。例えば、感知信号（第１信号）は、第１電極Ｔに印加された駆動信号が、第１電極Ｔと第２電極Ｒとの間の相互静電容量Ｃｍによってカップリングされた信号であってもよい。

検出部２２０は、第１／第３電極層１５６に備えられた複数の第３電極Ｃを介して、駆動信号が印加された第１電極Ｔ及び第３電極Ｃと基準電極１５４との間の相互静電容量Ｃｍに関する情報を含む感知信号（第２信号）を受信することによって、タッチ圧力を検出することができる。

検出部２２０は受信電極である、第２電極層１５２の第２電極Ｒ及び第１／第３電極層１５６の第３電極Ｃとスイッチを介して連結された受信機（図示せず）を含んで構成されてもよい。このスイッチは、受信電極の信号を感知する時間区間にオン（on）になり、この時、受信機は受信電極から感知信号を感知できるようになる。受信機は、増幅器（図示せず）及び増幅器の負（−）入力端と増幅器の出力端との間、すなわち、帰還経路に結合された帰還キャパシタを含んで構成されてもよい。この時、増幅器の正（＋）入力端はグランド（ground）に接続されてもよい。また、受信機は、帰還キャパシタと並列に連結されるリセットスイッチをさらに含んでもよい。増幅器の負入力端は受信電極と連結され、相互静電容量Ｃｍに対する情報を含む第１信号と、相互静電容量Ｃｍに対する情報を含む第２信号とを受信した後、積分して電圧に変換することができる。検出部２２０は受信機を介して積分されたデータをデジタルデータに変換するＡＤＣ（analog to digital converter、図示せず）をさらに含んでもよい。その後、デジタルデータはプロセッサ（図示せず）に入力され、ディスプレイパネル１００に対するタッチ位置とタッチ圧力情報を取得するように処理され得る。検出部２２０は受信機とともに、ＡＤＣ及びプロセッサを含んで構成されてもよい。

制御部２３０は、駆動部２１０と検出部２２０の動作を制御する機能を遂行することができる。上で言及したが、制御部２３０は本発明の一実施形態によるタッチ入力装置２００と別途に構成されても構わない。

制御部２３０は駆動制御信号を生成した後、駆動部２１０に伝達し、駆動部２１０をして所定時間に既に設定された第１電極Ｔに駆動信号を印加するようにする。また、制御部２３０は検出制御信号を生成した後、検出部２２０に伝達して、検出部２２０をして所定時間に既に設定された第２電極Ｒ及び第３電極Ｃから第１信号及び第２信号の入力を受けて、既に設定された機能を遂行するようにすることができる。

図３は、本発明の一実施形態によるタッチ位置及びタッチ圧力検出装置３００の構成を示すブロック図である。本実施形態による検出装置３００は、駆動部３１０と検出部３００を含む。特に、本実施形態による検出装置３００は、図１に示された本発明の一実施形態による、ディスプレイパネルからタッチ位置信号及びタッチ圧力信号を検出する。

駆動部３１０及び検出部３２０の動作と関連しては、図２を参照して詳細に説明したので、ここでは説明を省略することにする。さらに、制御部３３０の動作と関連しても、上と同一であるため説明を省略する。また、実施形態により、制御部３３０がタッチ位置及びタッチ圧力検出装置３００に含まれてもよい。

図４は、本発明の一実施形態によるタッチ位置／タッチ圧力検出方法を説明するためのフローチャートである。図４に示されたように、本実施形態によるタッチ位置／タッチ圧力検出方法は、まず第１電極Ｔに駆動信号を印加する段階（Ｓ４００）を有する。

その後、第１電極Ｔから印加された駆動信号に対応し、前記複数の第２電極Ｒからセンシングした、タッチによって変わる静電容量に対する情報を有する第１信号に基づいてタッチ位置を検出すると同時に、前記複数の第３電極Ｃからセンシングした、前記タッチによって変わる静電容量に対する情報を有する第２信号に基づいてタッチ圧力を検出する段階（Ｓ４１０）を有する。

言い換えれば、段階Ｓ４１０では、第２電極層１５２に備えられた複数の第２電極Ｒからセンシングした第１信号に基づいたタッチ位置検出と、第１／第３電極層１５６に備えられた複数の第３電極Ｃからセンシングした第２信号に基づいたタッチ圧力検出とが同時に成されるようになる。第２電極Ｒと第３電極Ｃが、基準電極１５４を備える液晶層１０５を挟んで離隔した層に存在するため、第１信号と第２信号を同時にセンシングすることができ、これらの信号に基づいてタッチ位置とタッチ圧力とを同時に検出できるようになる。

図４に示された、本発明の一実施形態によるタッチ位置／タッチ圧力検出方法をさらに詳細に説明する。まず、Ｓ４００段階が遂行され、第１電極Ｔに駆動信号が印加される。

この時、客体がディスプレイパネル１００のタッチ表面をタッチすると、第１／第３電極層１５６に備えられた複数の第１電極Ｔと、第２電極層１５２に備えられた複数の第２電極Ｒとの間の相互静電容量Ｃｍが減少することになる。第２電極層１５２に備えられた複数の第２電極Ｒは、タッチによって変わる静電容量に対する情報を有する第１信号、すなわち、タッチ位置信号を生成する。

これと同時に、客体がディスプレイパネル１００のタッチ表面をタッチする時に圧力が加えられると、基準電極１５４が第２ガラス層１０７側に移動することによって第１／第３電極層１５６と近くなったり、第１／第３電極層１５６が第２ガラス層１０７側に移動することによって基準電極１５４と近くなる。したがって、第１電極Ｔ及び第３電極Ｃの間の相互静電容量Ｃｍが変化（減少又は増加）することになる。第１／第３電極層１５６に備えられた複数の第３電極Ｃは、タッチによって変わる静電容量に対する情報を有する第２信号、すなわち、タッチ圧力信号を生成する。

上述したように、第１信号と第２信号が同時に生成されるので、複数の第１電極Ｔに印加された駆動信号に対応し、前記複数の第２電極Ｒからセンシングした第１信号に基づいてタッチ位置を検出すると同時に、前記複数の第３電極Ｃからセンシングした第２信号に基づいてタッチ圧力を検出することになる。

図５ａ及び図５ｂは、本発明の多様な実施形態によるディスプレイパネル１００の構成を示す概略図である。

図５ａの実施形態によるディスプレイパネル１００は、図１と同様に、第１ガラス層１０３の上に第２電極層１５２が備えられた構成を示す。図５ａは、本発明のディスプレイパネル１００の構造をさらに明確にするために、最上位のカバーガラス層１１３とこれを接着するためのＯＣＡ（optically clear adhesive）層１１１をさらに示し、カラーフィルタ層１０４を第１ガラス層１０３と別途に示し、ＴＦＴ層１０６を第２ガラス層１０７と別途に示した。本説明において、ディスプレイパネル１００のタッチ表面とは、図５ａに示されたカバーガラス層１１３の表面であってもよい。

一方、図５ａに示されたディスプレイパネル１００の液晶層１０５に備えられた基準電極１５４は、図示されたように、第１／第３電極層１５６と離隔して形成されることが好ましい。この時、基準電極１５４の形成位置は、ディスプレイパネル１００の表面タッチによって撓みが発生することにより、第１／第３電極層１５６と基準電極１５４との間の距離変化が成される位置であれば、図５ａに示された液晶層１０５の上面でなくても構わない。

ディスプレイパネル１００の液晶層１０５には、間隔を確保するためのスペーサが備えられてもよい。前記スペーサは、液晶層１０５内に形成されても構わず、液晶層１０５の上に位置した上部層に形成されていても構わない。本発明の一実施形態において、基準電極１５４は、前記スペーサにＩＴＯのような伝導性物質（conductive material）を形成することによって成されてもよい。

これとは別の実施例において、基準電極１５４は、前記スペーサの全体でない一部に伝導性物質を形成することによって成されてもよい。また、前記スペーサと別途に、伝導性物質の基準電極１５４が形成されてもよい。すなわち、基準電極１５４は、第１／第３電極層１５６から離隔され、相互静電容量Ｃｍを変化させることができる電極として機能することができれば、いかなる方式で備えられても構わない。

図５ｂは、本発明の他の実施形態によるディスプレイパネル１００の層構造を示す。図５ａとは異なり、本実施形態においては、複数の第２電極Ｒを備える第２電極層１５２が液晶層１０５に接触して形成されている。それ以外の構成は、図５ａと関連した説明で成されたので、省略することにする。

図５ａ及び図５ｂは、基準電極１５４が備えられた液晶層１０５を挟んで、第１／第３電極層１５６と第２電極層１５２とが離隔している多様な形態の実施形態を示す。基準電極１５４を含む液晶層１０５を挟んで、第１／第３電極層１５６と第２電極層１５２とが離隔している構造であれば、第２電極層１５２あるいは第１／第３電極層１５６が図５ａや図５ｂに示されたところと異なるように形成されても関係ない。

一方、図５ｃは、図５ａや図５ｂの実施形態とは異なり、基準電極１５４が第１／第３電極層１５６の下部に形成された層構造を示す。

図５ｃに示されたように、ディスプレイパネル１００の基準電極１５４は、第１／第３電極層１５６の下部に離隔して形成される。この時、基準電極１５４の形成位置は、ディスプレイパネル１００の表面タッチによって撓みが発生することにより、第１／第３電極層１５６と基準電極１５４との間の距離変化が成される位置であれば、液晶層１０５内のどの位置に形成されても構わない。

図５ｃの実施形態においても、間隔を確保するためのスペーサ１１５がディスプレイパネル１００の液晶層１０５に備えられてもよい。基準電極１５４は、第１／第３電極層１５６の下部に形成され、スペーサ１１５にＩＴＯのような伝導性物質を形成することによって成されてもよい。もちろん、基準電極１５４はスペーサ１１５の全体でない一部に伝導性物質を形成することによって成されてもよい。

また、伝導性物質の基準電極１５４がスペーサ１１５とは別途に形成されてもよい。すなわち、基準電極１５４は、第１／第３電極層１５６の下方に離隔し、相互静電容量Ｃｍを変化させることができる電極として機能することができれば、いかなる方式で備えられても構わない。

図５ａ〜図５ｃの構成によれば、多様な方式の液晶表示装置に本発明を適用することができる。すなわち、第１／第３電極層１５６が液晶層１０５の上部に位置する構造を有する液晶表示装置にも適用することができ、液晶層１０５の下部に位置する構造を有する液晶表示装置にも適用することができる。

さらに詳細に説明すると、共通電極が液晶層の下部に位置するＰＬＳ方式やＩＰＳ方式の液晶表示装置には、図５ａ及び図５ｂの実施形態によるディスプレイパネル１００が適用され得る。

ＰＬＳ方式の液晶表示装置は、側面視認性と透過率に優れ、早い応答速度と低い消費電力を有するという点で有利である。また、ＩＰＳ方式の液晶表示装置も、側面視認性に優れ、応答速度が速いという長所がある。

共通電極が液晶層の上部に位置するＶＡ方式やＴＮ方式の液晶表示装置には、図５ｃの実施形態によるディスプレイパネル１００が適用され得る。

ＶＡ方式の液晶表示装置はコントラストに優れ、ＴＮ方式が液晶表示装置は材料費、工程性及び透過率面で強みを持ち、早い応答速度と低い消費電力を有するという長所がある。

このように、図５ａ〜図５ｃの実施形態によるディスプレイパネル１００の層構造は、要求される特性に応じて多様な方式の液晶表示装置に適用され得る。各方式の構造及び原理と関連しては、本発明が属する技術分野において公知の技術に該当するので、詳細な説明は省略することにする。

図６ａ〜図６ｃは、本発明の一実施形態によるディスプレイパネル１００に含まれた、第１電極Ｔ、第２電極Ｒ及び第３電極Ｃの配列を示す。

図６ａに示されたように、第２電極層１５２に備えられた複数の第２電極Ｒは、一定の方向に延びて互いに間隔を置いて平行するように配置され得る。図６ａでは説明の便宜のために３個の第２電極Ｒのみを示したが、より少ないか又はより多くの数の第２電極Ｒが備えられてもよい。

一方、図６ｂに示されたように、第１／第３電極層１５６に備えられた複数の第１電極Ｔは、複数の第２電極Ｒが延びた方向と交差する方向に延びた形態として、互いに平行になるように配置されてもよい。

第１／第３電極層１５６に備えられた複数の第３電極Ｃは、第１電極Ｔと間隔を置いて配置される。図６ｂにおいては、４個の第１電極Ｔと１６個の第３電極Ｃとが備えられたものを示したが、より多いか又はより少ない数の第１電極Ｔ及び第３電極Ｃが備えられてもよいことは当然である。

図６ｃにおいては、図６ｂの第１／第３電極層１５６と図６ａの第２電極層１５２とを共に示した。図６ｃに示されたように、第２電極層１５２に備えられた複数の第２電極Ｒは、第１／第３電極層１５６に備えられた複数の第３電極Ｃとオーバーラップしないように配置され得る。このように、受信電極である第２電極Ｒと第３電極Ｃとを互いにオーバーラップしないように配置することによって、第１信号及び第２信号をセンシングするにあたって、相互干渉を減らして感度（sensitivity）がさらに向上する。

一方、図６ｃでは基準電極１５４が第１／第３電極層１５６の上部に位置するもので示されたが、図５ｃの実施形態のように、基準電極１５４が第１／第３電極層１５６の下部に形成されてもよいことは勿論である。

図７は、本発明の一実施形態によるディスプレイパネル１００において、複数の第２電極Ｒと複数の第３電極Ｃとがオーバーラップしないように形成された電極配列を示す。第２電極Ｒの個数は第３電極Ｃの個数に比べて多いこともある。この場合、複数の第２電極Ｒと複数の第３電極Ｃとがオーバーラップしないようにするために、複数の第３電極Ｃそれぞれをスプリットした形態で構成することができる。

すなわち、図７に示されたように、複数の第３電極（Ｃ−１、Ｃ−２、Ｃ−３、Ｃ−４）はそれぞれ４個の下位電極でスプリットされ得る。そして、第１／第３電極層１５６においてスプリットされた下位電極が離隔した領域を、第２電極層１５２において複数の第２電極Ｒが通過できるように配置することによって、第３電極Ｃと第２電極Ｒのオーバーラップを避けることができるようになる。

また、スプリットされた下位電極を同一の配線に連結すると、図６ｃのスプリットされない第３電極Ｃと同一に動作できるだけでなく、配線構造も大きく変わらない。具体的に、４個でスプリットされた第３電極Ｃ−１を一つの配線に連結して、再び、４個でスプリットされた第３電極Ｃ−２を一つの配線に連結し、また、４個でスプリットされた第３電極Ｃ−３を一つの配線に連結する方式で具現されてもよい。

図７においては、複数の第３電極Ｃがそれぞれ４個の下位電極でスプリットされた場合を想定して示したが、これとは異なってさらに少ない数の下位電極、あるいは、より多くの数の下位電極でスプリットされてもよいことは勿論である。

一方、他の実施形態では、図６ｃや図７と異なり、複数の第２電極Ｒが第３電極Ｃとオーバーラップして形成される場合も想定することができる。

図８ａ及び図８ｂは、本発明の一実施形態による、タッチ位置及びタッチ圧力の検出のための構造図である。図８ａに示された、本発明の一実施形態によるディスプレイパネル１００の第２ガラス層１０７の上部にはＴＦＴ層１０６が形成されている。ＴＦＴ層１０６は、液晶層１０５を駆動するための電場（eletric field）を生成するのに必要な電気的構成要素を含む。

特に、ＴＦＴ層１０６は、データライン（data line）、ゲートライン（gate line）、ＴＦＴ、共通電極（common electrode）及び画素電極（pixel electrode）等を含む多様な層から成ってもよい。これら電気的構成要素は、制御された電場を生成して液晶層１０５に位置した液晶を配向させるように作動することができる。

本発明の一実施形態によるディスプレイパネル１００、タッチ入力装置２００と、タッチ位置及びタッチ圧力検出装置３００において、複数の第１電極及び複数の第３電極はディスプレイパネルに含まれた共通電極を用いることができる。

図８ａに示されたように、本発明の一実施形態によるディスプレイパネル１００では、第１／第３電極層１５６の上部に位置したスペーサ１１５にＩＴＯのような伝導性物質を形成し、基準電極１５４として利用する。スペーサ１１５は液晶層１０５に備えられていると説明したが、カラーフィルタ層１０４が備えられた第１ガラス層１０３に形成されてもよい。ここで、タッチ圧力信号と関連したフリンジング静電容量Ｃ１は、共通電極を用いる複数の第１電極Ｔと基準電極１５４との間に形成され、フリンジング静電容量Ｃ２は、共通電極を用いる複数の第３電極Ｃと基準電極１５４との間に形成されてもよい。

図８ａに示されたように、本発明の一実施形態によるディスプレイパネル１００において、客体がタッチ表面をタッチする時に圧力が印加されれば、基準電極１５４とＴＦＴ層１０６との間の距離が減少し、これにより、ロー共通電極からなる複数の第１電極Ｔと第３電極Ｃが、基準電極１５４との距離が近くなり、相互静電容量Ｃｍが変化（減少あるいは増加）することになる。これにより、生成された第２信号によって、タッチ圧力を検出できるようになる。

図８ａの実施形態において、第２電極層１５２は、第１ガラス層１０３の上部に形成されたもので示したが、図５ｂのように、カラーフィルタ層１０４の下部に形成されてもよいことは勿論である。

一方、図８ｂに示されたように、本発明の一実施形態によるディスプレイパネル１００では、第１／第３電極層１５６の下部に位置するスペーサ１１５にＩＴＯのような伝導性物質を形成し、基準電極１５４として利用することができる。

この時、第１／第３電極層１５６は、液晶層１０５の上部に位置する共通電極を用いることができる。スペーサ１１５は液晶層１０５に備えられていると説明したが、画素電極を含むＴＦＴ層１０６上に形成されてもよい。

ここで、タッチ圧力信号と関連したフリンジング静電容量Ｃ１は、共通電極を用いる複数の第１電極Ｔと基準電極１５４との間に形成され、フリンジング静電容量Ｃ２は、共通電極を用いる複数の第３電極Ｃと基準電極１５４との間に形成されてもよい。

図８ｂに示されたように、本発明の一実施形態によるディスプレイパネル１００において、客体がタッチ表面をタッチする時に圧力が印加されれば、共通電極からなる複数の第１電極Ｔと第３電極Ｃが、基準電極１５４側に移動しつつ、距離が近くなることにより、相互静電容量Ｃｍが変化（減少）する。これによって生成された第２信号により、タッチ圧力を検出できるようになる。

一方、図８ａ及び図８ｂにおいて、基準電極１５４がフローティングノードである場合には、第１電極Ｔと第３電極Ｃが基準電極１５４と近くなって相互静電容量Ｃｍが増加し得る。すなわち、基準電極１５４と第１電極Ｔとの間の静電容量Ｃ１及び基準電極１５４と第３電極Ｃとの間の静電容量Ｃ２が増加し、第１電極Ｔと第３電極Ｃとの間の相互静電容量Ｃｍの一定部分を占める、静電容量（Ｃ１及びＣ２）の直列連結静電容量も増加することになるので、全体相互静電容量Ｃｍも増加することになる。

図８ａ及び図８ｂの構成によると、どんな駆動方式の液晶表示装置にも本発明を適用することができる。すなわち、共通電極が液晶層１０５の上部に位置する構造の液晶表示装置にも適用が可能であり、液晶層１０５の下部に位置する構造の液晶表示装置にも適用が可能である。

さらに詳細に説明すると、共通電極が液晶層の下部に位置するＰＬＳ方式やＩＰＳ方式の液晶表示装置には、図８ａの実施形態によるディスプレイパネル１００が適用されてもよく、共通電極が液晶層の上部に位置するＶＡ方式やＴＮ方式の液晶表示装置には、図８ｂの実施形態によるディスプレイパネル１００が適用されてもよい。

各方式の液晶表示装置は、側面視認性、透過率、コントラスト、応答速度、消費電力などにおいて、それぞれ有利な長所を有するため、要求される製品特性に応じて本発明の実施形態によるディスプレイパネル１００を多様な液晶表示装置に適用できるようになる。

図９は、本発明の一実施形態による、グループ化された共通電極の配列を示す。図９に示されたように、複数の共通電極は、一定の間隔を持って碁盤状に配列され得る。この時、共通電極を、図９において点線で表示したように、グループ化させることができる。このようにグループ化させることによって、それぞれ第１電極Ｔ及び第３電極Ｃで機能することができるようになる。

図９では、複数の共通電極が、２個の第１電極（Ｔ１０、Ｔ２０）及び、６個の第３電極（Ｃ１０−１、Ｃ１０−２、Ｃ１０−３、Ｃ２０−１、Ｃ２０−２、Ｃ２０−３）でグループ化した様子を示しているが、グループ化された第１電極Ｔ及び第３電極Ｃの個数はこれと異なってもよく、より多くの数やより少ない数の共通電極でグループ化され得るだけでなく、グループ化された第１電極Ｔ及び第３電極Ｃの形状も多様であり得る。

図８ａ、図８ｂ及び図９に例示されたディスプレイパネル１００は、ディスプレイパネル１００の電気的構成要素を本来の目的どおりに動作するようにすることによって、ディスプレイパネル１００として機能することができる。また、ディスプレイパネル１００は、ディスプレイモジュール１００の電気的構成要素の少なくとも一部をタッチ圧力及び位置感知のために動作するようにすることによって、タッチ圧力感知モジュールとして機能することができる。この時、それぞれの動作モード（mode）は時分割で動作することができる。すなわち、第１時間区間にディスプレイパネル１００はディスプレイモジュールとして作動し、第２時間区間にタッチ圧力及び／又はタッチ位置感知（あるいは入力）装置として機能することができる。

また、以上において実施形態を中心に説明したが、これは単に例示に過ぎず、本発明を限定する訳ではなく、本発明が属する分野における通常の知識を有する者であれば、本実施形態の本質的な特性を外れない範囲で、以上に例示されない様々な変形と応用が可能であることが分かるはずである。例えば、実施形態に具体的に示された各構成要素は、変形して実施することができるものである。そして、このような変形と応用に係る相違点は、添付の請求の範囲において規定する本発明の範囲に含まれるものと解釈されるべきである。

Claims

タッチ圧力センシングが可能なディスプレイパネルとして、前記ディスプレイパネルは、
互いに異なる層に離隔して形成された複数の第１電極及び複数の第２電極と、
前記第１電極と同一層に形成された複数の第３電極と、
前記第１電極及び前記第３電極が形成された層と、前記第２電極が形成された層との間に備えられるか、又は、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層の下部に備えられた基準電極と、を含み、
前記複数の第２電極は、タッチによって変化する静電容量に対する情報を有する第１信号を生成し、前記複数の第３電極は、タッチによって変化する静電容量に対する情報を有する第２信号を生成する、ディスプレイパネル。
前記複数の第３電極は、前記タッチによる前記基準電極との距離変化による静電容量の変化に基づいて、前記第２信号を生成する、請求項１に記載のディスプレイパネル。
前記基準電極が、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層の下部に形成された場合、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層は、前記第２電極が形成された層と前記基準電極が形成された層との間に備えられる、請求項１に記載のディスプレイパネル。
前記基準電極は、前記ディスプレイパネルの液晶層に備えられる、請求項１に記載のディスプレイパネル。
カラーフィルタを備えるガラス層、をさらに含み、
前記複数の第２電極は、前記ガラス層を挟んで前記基準電極が形成された層と離隔して形成される、請求項１に記載のディスプレイパネル。
前記複数の第２電極及び前記複数の第３電極は、前記第１信号及び前記第２信号を同時に生成する、請求項１に記載のディスプレイパネル。
前記第１信号は、前記タッチがなされた位置を検出するための信号であり、前記第２信号は、前記タッチの圧力を検出するための信号である、請求項１に記載のディスプレイパネル。
前記複数の第２電極は、前記第１電極が延びた方向と交差する方向に延びており、前記複数の第３電極は、前記複数の第２電極とオーバーラップしないように形成される、請求項１に記載のディスプレイパネル。
前記複数の第１電極及び複数の第３電極は、ディスプレイパネルに含まれた共通電極を用いる、請求項１に記載のディスプレイパネル。
互いに異なる層に離隔して形成された複数の第１電極及び複数の第２電極と、
前記第１電極と同一層に形成された複数の第３電極と、
前記第１電極及び前記第３電極が形成された層と、前記第２電極が形成された層との間に備えられるか、又は、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層の下部に備えられた基準電極と、を含むディスプレイパネルと、
前記複数の第１電極に駆動信号を印加する駆動部と、
タッチによって変化する静電容量に対する情報を有する第１信号を前記複数の第２電極から入力を受け、前記タッチによって変化する静電容量に対する情報を有する第２信号を前記複数の第３電極から入力を受ける検出部と、を含むタッチ入力装置。
前記検出部は、
前記タッチによる前記基準電極の距離変化による静電容量の変化に基づいて、前記複数の第３電極から前記第２信号の入力を受ける、請求項１０に記載のタッチ入力装置。
前記基準電極が、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層の下部に形成された場合、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層は、前記第２電極が形成された層と前記基準電極が形成された層との間に備えられる、請求項１０に記載のタッチ入力装置。
前記基準電極は、前記ディスプレイパネルの液晶層に備えられる、請求項１０に記載のタッチ入力装置。
前記検出部は、
前記タッチがなされると、前記複数の第２電極から前記第１信号を検出すると同時に、前記第３電極から前記第２信号を検出する、請求項１０に記載のタッチ入力装置。
前記第１信号は、前記タッチがなされた位置を検出するための信号であり、前記第２信号は、前記タッチの圧力を検出するための信号である、請求項１０に記載のタッチ入力装置。
前記複数の第２電極は、前記複数の第１電極が延びた方向と交差する方向に延びており、前記複数の第３電極は、前記複数の第２電極とオーバーラップしないように形成された、請求項１０に記載のタッチ入力装置。
前記複数の第１電極及び複数の第３電極は、前記ディスプレイパネルに含まれた共通電極を用いる、請求項１０に記載のタッチ入力装置。
互いに異なる層に離隔して形成された複数の第１電極及び複数の第２電極と、
前記第１電極と同一層に形成された複数の第３電極と、
前記第１電極及び前記第３電極が形成された層と、前記第２電極が形成された層との間に備えられるか、又は、前記第１電極及び前記第３電極が形成された層の下部に備えられた基準電極と、を含むディスプレイパネルからタッチ位置信号及びタッチ圧力信号を検出する、タッチ位置及びタッチ圧力検出装置であって、
前記タッチ位置及びタッチ圧力検出装置は、
前記複数の第１電極に駆動信号を印加する駆動部と、
タッチによって変化する静電容量に対する情報を有する第１信号を前記複数の第２電極から入力を受け、前記タッチによって変わる静電容量に対する情報を有する第２信号を前記複数の第３電極から入力を受ける検出部と、を含む、タッチ位置及びタッチ圧力検出装置。
前記複数の第３電極は、前記タッチによる前記基準電極の距離変化による、静電容量の変化に基づいて、前記第２信号を生成する、請求項１８に記載のタッチ位置及びタッチ圧力検出装置。
前記基準電極は、前記ディスプレイパネルの液晶層に備えられる、請求項１８に記載のタッチ位置及びタッチ圧力検出装置。
前記検出部は、
前記タッチがなされると、前記複数の第２電極から前記第１信号を検出すると同時に、前記第３電極から前記第２信号を検出する、請求項１８に記載のタッチ位置及びタッチ圧力検出装置。
前記複数の第２電極は、前記複数の第１電極が延びた方向と交差する方向に延びており、前記複数の第３電極は、前記複数の第２電極とオーバーラップしないように形成される、請求項１８に記載のタッチ位置及びタッチ圧力検出装置。