KR101599072B1 - 터치 센서를 갖는 표시 장치 - Google Patents

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Abstract

액정 표시 소자에 원래 구비되어 있는 표시용 공통 전극(43)을 한 쌍의 터치 센서용 전극 중 한쪽(구동 전극)으로서 겸용하고, 다른 쪽 전극[센서용 검출 전극(44)]은 새롭게 형성한다. 또한, 표시용 구동 신호로서의 기존의 커먼 구동 신호 Vcom을 터치 센서용 구동 신호로서도 공용한다. 공통 전극(43)과 센서용 검출 전극(44) 사이에 정전 용량을 형성하고, 이 정전 용량이 이용자의 손가락의 접촉에 의해 변화하는 것을 이용하여 터치 검출을 행한다. 이로 인해, 이용자의 전위가 일정하지 않은 경우가 많은 모바일 기기 용도에도 적합 가능하다. 또한, 새롭게 설치하는 전극은 센서용 검출 전극(44)만으로 충분하고, 또한 터치 센서용 구동 신호를 새롭게 준비할 필요가 없기 때문에, 구성이 간단하다.
터치 센서, 화소 기판, 액정층, 컬러 필터, 검출 회로, 편광판

Description

터치 센서를 갖는 표시 장치 {DISPLAY DEVICE PROVIDED WITH TOUCH SENSOR}
본 발명은, 액정 표시 장치 등의 표시 장치에 관한 것이고, 특히 이용자가 손가락 등으로 접촉함으로써 정보 입력이 가능한 정전 용량식 터치 센서를 구비한 터치 센서를 갖는 표시 장치에 관한 것이다.
최근, 소위 터치 패널이라 불리는 접촉 검출 장치(이하, 터치 센서라 함)를 액정 표시 장치 상에 직접 장착함과 함께, 액정 표시 장치에 각종 버튼을 표시시킴으로써, 통상의 버튼 대신에 정보 입력을 가능하게 하도록 한 표시 장치가 주목받고 있다. 이 기술은, 모바일 기기의 화면의 대형화 경향에 있어서, 디스플레이와 버튼의 배치의 공용화를 가능하게 하므로, 공간 절약화나 부품 개수의 삭감이라는 큰 장점을 초래한다. 그러나, 이 기술에는, 터치 패널의 장착에 의해 액정 모듈의 전체 두께가 두꺼워지는 문제가 있었다. 특히 모바일 기기 용도에 있어서는, 터치 패널의 손상 방지를 위한 보호층이 필요하게 되므로, 액정 모듈이 점점 두꺼워지는 경향이 있어, 박형화의 추세에 반하는 문제가 있었다.
따라서, 예를 들어 특허 문헌 1에는, 액정 표시 소자의 관찰측 기판과 그 외면에 배치된 관찰용 편광판 사이에 터치 패널용 도전막을 설치하고, 이 터치 패널용 도전막과 편광판의 외면 사이에, 편광판의 외면을 터치면으로 한 정전 용량형 터치 패널을 형성한 터치 패널을 갖는 액정 표시 소자가 제안되어, 박형화가 도모되고 있다.
특허 문헌 1 : 일본 특허 공개 제2008-9750호 공보
그러나, 상기 특허문헌 1에 개시된 터치 패널을 갖는 액정 표시 소자에서는, 원리적으로, 터치 패널용 도전막이 이용자와 동전위에 있는 것이 필요하고, 이용자가 확실히 접지되어 있을 필요가 있다. 따라서, 콘센트로부터 전원을 취하고 있는 거치형의 텔레비전 수상기는 어쨌든 모바일 기기 용도에 적용하는 것은 현실적으로 볼 때 곤란하다. 또한, 상기 기술에서는, 터치 패널용 도전막이 이용자의 손가락에 매우 접근해 있는 것이 필요하므로, 액정 표시 소자의 예를 들어 깊숙한 부분에 배치하는 것이 무리인 등 배치 부위가 제한된다. 즉, 설계의 자유도가 작다. 또한, 상기 기술에서는, 그 구성상, 터치 패널 구동부나 좌표 검출부와 같은 회로 부분을, 액정 표시 소자의 표시 구동 회로부와는 별개로 설치해야만 하고, 장치 전체적인 회로의 집적화가 곤란하다.
본 발명은 이러한 문제점을 감안하여 이루어진 것으로, 그 제1 목적은, 특히 모바일 기기 용도에 적합한 터치 센서를 갖는 표시 장치를 제공하는 것에 있다. 그 제2 목적은, 설계의 자유도가 높은 터치 센서를 갖는 표시 장치를 제공하는 것에 있다. 그 제3 목적은, 회로의 집적화가 용이한 구조를 갖는 터치 센서를 갖는 표시 장치를 제공하는 것에 있다.
본 발명의 터치 센서를 갖는 표시 장치는, 복수의 표시 화소 전극과, 표시 화소 전극과 대향하여 설치된 공통 전극과, 화상 표시 기능을 갖는 표시 기능층과, 화상 신호에 기초하여 표시 화소 전극과 공통 전극 사이에 표시용 전압을 인가하여 표시 기능층의 표시 기능을 발휘시키도록 화상 표시 제어를 행하는 표시 제어 회로와, 공통 전극과 대향하여 또는 나란히 설치되어 공통 전극과의 사이에 정전 용량을 형성하는 터치 검출 전극을 구비하도록 한 것이다.
본 발명의 터치 센서를 갖는 표시 장치에서는, 원래 표시용 구동 전압의 인가용으로 설치된 공통 전극과, 새롭게 설치한 터치 검출 전극 사이에 정전 용량이 형성된다. 이 정전 용량은 물체의 접촉의 유무에 의해 변화한다. 따라서, 표시 제어부에 의해 공통 전극에 인가되는 표시용 구동 전압을 터치 센서용 구동 신호로서도 이용(겸용)하도록 하면, 정전 용량의 변화에 따른 검출 신호가 터치 검출 전극으로부터 얻어진다. 그리고, 이 검출 신호를 터치 검출 회로에 입력하도록 하면, 물체의 접촉의 유무가 검출 가능해진다. 또한, 터치 검출 전극을 복수의 전극 패턴으로 분할하여 개별로 구동하면, 물체의 접촉 위치가 검출 가능해진다. 표시 기능층으로서는, 예를 들어 액정층이 사용된다.
본 발명의 터치 센서를 갖는 표시 장치에서는, 표시 제어 회로를 형성한 회로 기판과 대향시켜 대향 기판을 배치함과 함께, 표시 화소 전극을 회로 기판의 대향 기판에 가까운 측에 배치하고, 공통 전극을 대향 기판의 회로 기판에 가까운 측에 배치하고, 회로 기판의 표시 화소 전극과 대향 기판의 공통 전극 사이에 표시 기능층을 삽입 형성하도록 구성하는 것이 가능하다. 이 구성은, 표시 기능층이, 예를 들어 TN(트위스티드 네마틱) 모드나 VA(수직 배향) 모드 등의 액정인 경우에 적합하다. 이 경우, 터치 검출 전극은 대향 기판측에 형성하는 것이 바람직하고, 터치 검출 회로는 회로 기판에 형성하는 것이 바람직하다.
또한, 본 발명의 터치 센서를 갖는 표시 장치에서는, 표시 제어 회로를 형성한 회로 기판과 대향시켜 대향 기판을 배치함과 함께, 회로 기판에 공통 전극 및 표시 화소 전극을 절연층을 사이에 두고 순서대로 적층하고, 회로 기판의 표시 화소 전극과 대향 기판 사이에 표시 기능층을 삽입 형성하도록 구성해도 된다. 이 구성은, 표시 기능층이, 예를 들어 FFS(프린지 필드 스위칭) 모드 등의 소위 횡전계 모드의 액정인 경우에 적합하다. 이 경우, 터치 검출 전극은 대향 기판측에 형성해도 되고, 회로 기판측에 형성해도 된다. 터치 검출 회로는 회로 기판에 형성하는 것이 바람직하다. 터치 검출 전극을 회로 기판측에 형성하는 경우에는, 공통 전극을 회로 기판의 표시 영역의 내측에 배치함과 함께, 터치 검출 전극을 회로 기판 상의 프레임 영역에 공통 전극과 동일 계층의 전극층으로서 공통 전극으로부터 이격하여 형성하도록 구성하는 것도 가능하다. 터치 검출 전극을 대향 기판측에 형성함과 함께, 터치 검출 회로를 회로 기판에 형성하도록 한 경우에는, 대향 기판측의 터치 검출 전극과 회로 기판측의 터치 검출 회로 사이를 접속하는 도전 경로를 형성하면 된다. 혹은, 대향 기판측의 터치 검출 전극과 회로 기판측의 터치 검출 회로 사이를 용량 결합하는 용량 결합 경로를 형성하도록 해도 된다.
본 발명의 터치 센서를 갖는 표시 장치에 따르면, 표시용 구동 전압의 인가용으로 원래 설치되어 있는 공통 전극과, 새롭게 설치한 터치 검출 전극 사이에 정전 용량을 형성하고, 이 정전 용량이 물체(이용자의 손가락)의 접촉에 의해 변화하는 것을 이용하여 터치 검출을 행하도록 하였으므로, 이용자의 전위가 일정하지 않은 경우가 많은 모바일 기기 용도로도 적합 가능한 터치 센서를 갖는 표시 장치를 얻을 수 있다. 특히, 표시용 공통 전극에 인가하기 위해 원래 준비되어 있는 기존의 표시용 구동 전압을 터치 센서용 구동 신호로서도 이용(겸용)하도록 하면, 정전 용량의 변화에 따른 검출 신호를 터치 검출 전극으로부터 얻을 수 있으므로, 새로운 센서 구동 신호를 준비할 필요가 없다. 또한, 터치 검출 전극을 복수의 전극 패턴으로 분할하여 개별로 구동하면, 터치 위치의 검출도 가능하게 된다.
또한, 본 발명의 터치 센서를 갖는 표시 장치에 따르면, 표시 기능층의 타입에 따라서, 터치 검출 전극을 대향 기판측에 형성할지, 혹은 화소 기판측에 형성할지를 적절하게 선택 가능하므로, 설계의 자유도가 높은 터치 센서를 갖는 표시 장치를 얻을 수 있다.
또한, 본 발명의 터치 센서를 갖는 표시 장치에 따르면, 표시 기능층의 타입에 따라서는 터치 검출 전극을 회로 기판측에 형성하는 것도 가능하므로, 터치 검출 회로를 회로 기판에 형성하는 것이 구조 설계상 유리하고, 표시용 회로와 센서용 회로를 1개의 회로 기판 상에 일체로 집적하는 것이 용이해진다. 즉, 회로의 집적화가 용이하다.
도 1은 본 발명에 관한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이며, 손가락 비접촉시의 상태를 도시하는 도면.
도 2는 본 발명에 관한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이며, 손가락 접촉시의 상태를 도시하는 도면.
도 3은 본 발명에 관한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 동작 원리를 설명하기 위한 도면이며, 터치 센서의 구동 신호 및 검출 신호의 파형의 일례를 도시하는 도면.
도 4는 본 발명의 제1 실시 형태에 관한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 개략 단면 구조를 도시하는 단면도.
도 5는 도 4에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 주요부(공통 전극 및 센서용 검출 전극)의 일 구성예를 도시하는 사시도.
도 6은 도 4에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치에 있어서의 검출 회로의 일 구성예를 도시하는 회로도.
도 7은 도 4에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 주요부(공통 전극 및 센서용 검출 전극)의 다른 구성예를 도시하는 사시도.
도 8은 도 4에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 주요부(공통 전극 및 센서용 검출 전극)의 또 다른 구성예를 도시하는 사시도.
도 9는 본 발명의 제2 실시 형태에 관한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 개략 단면 구조를 도시하는 단면도.
도 10은 도 9에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 주요부의 확대 사시도.
도 11은 도 9에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 동작을 설명하기 위한 단면도.
도 12는 도 9에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구체적 구성예를 도시하는 단면도.
도 13은 도 9에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 일 변형예를 도시하는 단면도.
도 14는 도 9에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 다른 변형예를 도시하는 단면도.
도 15는 도 14에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 구체적 구성예를 도시하는 단면도.
도 16은 본 발명의 제3 실시 형태에 관한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 개략 단면 구조를 도시하는 단면도.
도 17은 도 16에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 개략 평면 구조를 도시하는 평면도.
도 18은 도 16에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 변형예를 도시하는 주요부 단면도.
도 19는 도 16에 도시한 터치 센서를 갖는 표시 장치의 다른 변형예를 도시하는 개략 단면도.
이하, 본 발명을 실시하기 위한 최량의 형태(이하, 단순히 실시 형태라 함)에 대해, 도면을 참조하여 상세하게 설명한다.
우선 처음에, 도 1 내지 도 3을 참조하여, 본 실시 형태의 터치 센서를 갖는 표시 장치에 있어서의 터치 검출 방식의 기본 원리를 나타내는 것이다. 이 터치 검출 방식은, 정전 용량형 터치 센서로서 구현화되는 것이며, 도 1의 (A)에 도시한 바와 같이, 유전체 D를 사이에 끼워 서로 대향 배치된 한 쌍의 전극(구동 전극 E1 및 검출 전극 E2)을 사용하여 용량 소자를 구성한다. 이 구조는, 도 1의 (B)에 도시한 등가 회로로서 나타내어진다. 구동 전극 E1, 검출 전극 E2 및 유전체 D에 의해 용량 소자 C1이 구성된다. 용량 소자 C1은 그 일단부가 교류 신호원 S에 접속되고, 타단부 P는 저항 R을 통해 접지됨과 함께 전압 검출기 DET에 접속된다. 교류 신호원 S로부터 구동 전극 E1(용량 소자 C1의 일단부)에 소정의 주파수(예를 들어 수㎑ 내지 십 수㎑ 정도)의 교류 구형파 Sg[도 3의 (B)]를 인가하면, 검출 전극 E2(용량 소자 C1의 타단부 P)에, 도 3의 (A)에 도시한 바와 같은 출력 파형(검출 신호 Vdet)이 나타난다. 또한, 이 교류 구형파 Sg는, 후술하는 커먼 구동 신호 Vcom에 상당하는 것이다.
손가락을 접촉하고 있지 않은 상태에서는, 도 1에 도시한 바와 같이, 용량 소자 C1에 대한 충방전에 수반하여, 용량 소자 C1의 용량치에 따른 전류 I0가 흐른다. 이때의 용량 소자 C1의 타단부 P의 전위 파형은, 예를 들어 도 3의 (A)의 파형 V0과 같이 되고, 이것이 전압 검출기 DET에 의해 검출된다.
한편, 손가락을 접촉한 상태에서는, 도 2에 도시한 바와 같이, 손가락에 의해 형성되는 용량 소자 C2가 용량 소자 C1에 직렬로 추가된 형태로 된다. 이 상태에서는, 용량 소자 C1, C2에 대한 충방전에 수반하여, 각각 전류 I1, I2가 흐른다. 이때의 용량 소자 C1의 타단부 P의 전위 파형은, 예를 들어 도 3의 (A)의 파형 V1 과 같이 되고, 이것이 전압 검출기 DET에 의해 검출된다. 이때, 점 P의 전위는 용량 소자 C1, C2를 흐르는 전류 I1, I2의 값에 의해 정해지는 분압 전위가 된다. 이로 인해, 파형 V1은 비접촉 상태에서의 파형 V0보다도 작은 값이 된다. 전압 검출기 DET는, 후술하는 바와 같이, 검출한 전압을 소정의 임계치 전압 Vth와 비교하여, 이 임계치 전압 이하이면 비접촉 상태로 판단하는 한편, 임계치 전압 이상이면 접촉 상태로 판단한다. 이와 같이 하여, 터치 검출이 가능해진다.
[제1 실시 형태]
도 4는, 본 실시 형태의 터치 센서를 갖는 표시 장치의 주요부 단면 구조를 도시하는 것이다. 이 터치 센서를 갖는 표시 장치는, 표시 소자로서 액정 표시 소자를 사용함과 함께, 이 액정 표시 소자에 원래 구비되어 있는 전극의 일부[후술하는 공통 전극(43)] 및 표시용 구동 신호(후술하는 커먼 구동 신호 Vcom)를 겸용하여 정전 용량형 터치 센서를 구성한 것이다.
도 4에 도시한 바와 같이, 이 터치 센서를 갖는 표시 장치는, 화소 기판(2)과, 이 화소 기판(2)에 대향하여 배치된 대향 기판(4)과, 화소 기판(2)과 대향 기판(4) 사이에 삽입 형성된 액정층(6)을 구비하고 있다.
화소 기판(2)은 회로 기판인 TFT 기판(21)과, 이 TFT 기판(21) 상에 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소 전극(22)을 갖는다. TFT 기판(21)에는, 각 화소 전극(22)을 구동하기 위한 도시하지 않은 표시 드라이버나 TFT(박막 트랜지스터) 외에, 각 화소 전극에 화소 신호를 공급하는 소스선이나, 각 TFT를 구동하는 게이트선 등의 배선이 형성되어 있다. TFT 기판(21)에는 또한 후술하는 터치 검출 동 작을 행하는 검출 회로(도 6)가 형성되어 있어도 된다.
대향 기판(4)은 유리 기판(41)과, 이 유리 기판(41)의 한쪽 면에 형성된 컬러 필터(42)와, 이 컬러 필터(42) 상에 형성된 공통 전극(43)을 갖는다. 컬러 필터(42)는, 예를 들어 적색(R), 녹색(G), 청색(B)의 3색의 컬러 필터층을 주기적으로 배열하여 구성한 것으로, 각 표시 화소[화소 전극(22)]마다 R, G, B의 3색이 1세트로서 대응되어 있다. 공통 전극(43)은 터치 검출 동작을 행하는 터치 센서의 일부를 구성하는 센서용 구동 전극으로서도 겸용되는 것이며, 도 1에 있어서의 구동 전극 E1에 상당한다.
공통 전극(43)은 콘택트 도전 기둥(7)에 의해 TFT 기판(21)과 연결되어 있다. 이 콘택트 도전 기둥(7)을 통해, TFT 기판(21)으로부터 공통 전극(43)에 교류 구형파형의 커먼 구동 신호 Vcom이 인가되도록 되어 있다. 이 커먼 구동 신호 Vcom은 화소 전극(22)에 인가되는 화소 전압과 함께 각 화소의 표시 전압을 획정하는 것이지만, 터치 센서의 구동 신호로서도 겸용되는 것으로, 도 1의 구동 신호원 S로부터 공급되는 교류 구형파 Sg에 상당한다.
유리 기판(41)의 다른 쪽 면에는, 센서용 검출 전극(44)이 형성되고, 또한 이 센서용 검출 전극(44) 상에는 편광판(45)이 배치되어 있다. 센서용 검출 전극(44)은 터치 센서의 일부를 구성하는 것으로, 도 1에 있어서의 검출 전극 E2에 상당한다.
액정층(6)은 전계의 상태에 따라서 그곳을 통과하는 광을 변조하는 것으로, 예를 들어 TN(트위스티드 네마틱), VA(수직 배향), ECB(전계 제어 복굴절) 등의 각 종 모드의 액정이 사용된다.
또한, 액정층(6)과 화소 기판(2) 사이, 및 액정층(6)과 대향 기판(4) 사이에는, 각각 배향막이 배치되고, 또한 화소 기판(2)의 하면측에는 입사측 편광판이 배치되지만, 여기서는 도시를 생략하고 있다.
도 5는, 대향 기판(4)에 있어서의 공통 전극(43) 및 센서용 검출 전극(44)의 일 구성예를 비스듬히 본 상태에서 도시한 것이다. 이 예에서는, 공통 전극(43)은 도면의 좌우 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 형상의 전극 패턴으로 분할되어 있다. 각 전극 패턴에는, 드라이버(43D)에 의해 커먼 구동 신호 Vcom이 순차 공급되고, 시분할적으로 선 순차 주사 구동이 행해지도록 되어 있다. 한편, 센서용 검출 전극(44)은 공통 전극(43)의 전극 패턴의 연장 방향과 직교하는 방향으로 연장되는 복수의 스트라이프 형상의 전극 패턴으로 구성되어 있다. 센서용 검출 전극(44)의 각 전극 패턴으로부터는, 각각 검출 신호 Vdet가 출력되고, 도 6에 도시한 검출 회로(8)에 입력되도록 되어 있다.
도 6은, 터치 검출 동작을 행하는 검출 회로(8)의 일 구성예를 도시하는 것이다. 이 검출 회로(8)는 신호 증폭용 연산 증폭기(81)와, 고역을 차단하고 저역을 통과시키는 저역 통과 필터(LPF)(82)와, 고역을 통과시키는 고역 통과 필터(HPF)(83)와, 정류 평활부(84)와, 비교기(85)를 갖는다. 연산 증폭기(81)의 비반전 입력 단부(+)에는 입력 단자 Tin이 접속되고, 여기서 검출 신호 Vdet가 입력되도록 되어 있다. 연산 증폭기(81)의 출력 단부는 LPF(82)를 통해 정류 평활부(84)에 접속되어 있다. LPF(82)에는 HPF(83)가 접속되어 있다. LPF(82)는 저 항(82R)과 캐패시터(82C)를 병렬 접속한 구성이며, HPF(83)는 접지와의 사이에 저항(83R)과 캐패시터(83C)를 직렬 접속한 구성이다. LPF(82)와 HPF(83)의 접속점은 연산 증폭기(81)의 반전 입력 단부(-)에 접속되어 있다. 정류 평활부(84)는 반파 정류용 다이오드(84D)로 이루어지는 정류부와, 접지와의 사이에 저항(84R) 및 캐패시터(82C)를 병렬 접속하여 이루어지는 평활부를 포함한다. 정류 평활부(84)의 출력 단부는 비교기(85)의 비반전 입력 단부(+)에 접속되어 있다. 이 비교기(85)의 반전 입력 단부(-)에는 소정의 임계치 전압 Vth(도 3 참조)가 입력되어 있다. 비교기(85)의 출력 단부는 출력 단자 Tout에 접속되고, 여기서부터 검출 결과(터치되었는지 여부)가 출력되도록 되어 있다.
이와 같은 구성의 검출 회로(8)는 다음과 같이 동작한다. 입력 단자 Tin에 입력된 검출 신호 Vdet는 연산 증폭기(81)에 의해 증폭된 후, 그 저주파 성분은 LPF(82)를 통과하고, 고주파 성분은 HPF(83)를 통해 제거된다. LPF(82)를 통과한 저주파의 교류 성분은 정류 평활부(84)의 다이오드(84D)에 의해 반파 정류된 후, 평활화되어 레벨 신호로 되고, 비교기(85)에 입력된다. 비교기(85)는 입력된 레벨 신호를 임계치 전압 Vth와 비교하여, 임계치 전압 Vth 이하였을 때에, 터치 검출 신호를 출력하도록 되어 있다.
또한, 검출 회로(8)는 대향 기판(4) 상의 주변 영역(비표시 영역 또는 프레임 영역)에 형성하도록 해도 되고, 혹은 화소 기판(2) 상의 주변 영역에 형성하도록 해도 된다. 단, 화소 기판(2) 상에 형성하면, 원래 화소 기판(2) 상에 형성되어 있는 표시 제어용 각종 회로 소자 등과의 집적화가 도모되므로, 회로의 집적화 에 의한 간략화라는 관점에서 더욱 바람직하다. 이 경우에는, 콘택트 도전 기둥(7)과 같은 콘택트 도전 기둥(도시하지 않음)에 의해, 센서용 검출 전극(44)의 각 전극 패턴과 화소 기판(2)의 검출 회로(8) 사이를 접속하고, 검출 신호 Vdet를 센서용 검출 전극(44)으로부터 검출 회로(8)로 전송하도록 하면 된다.
다음에, 이상과 같은 구성의 터치 센서를 갖는 표시 장치의 동작을 설명한다.
화소 기판(2)의 표시 드라이버(도시하지 않음)는, 공통 전극(43)의 각 전극 패턴에 대해 커먼 구동 신호 Vcom을 선 순차적으로 공급한다. 표시 드라이버는 또한, 소스선을 통해 화소 전극(22)에 화소 신호를 공급함과 함께, 이에 동기하여, 게이트선을 통해 각 화소 전극의 TFT의 스위칭을 선 순차적으로 제어한다. 이에 의해, 액정층(6)에는, 화소마다 커먼 구동 신호 Vcom과 각 화소 신호에 의해 정해지는 종방향(기판에 수직인 방향)의 전계가 인가되어 액정 상태의 변조가 행해진다. 이와 같이 하여, 소위 반전 구동에 의한 표시가 행해진다.
한편, 대향 기판(4) 측에서는, 공통 전극(43)의 각 전극 패턴과, 센서용 검출 전극(44)의 각 전극 패턴과의 교차 부분에 각각 용량 소자 C1이 형성된다. 공통 전극(43)의 각 전극 패턴에 커먼 구동 신호 Vcom을 시분할적으로 순차 인가해 가면, 그 인가된 공통 전극(43)의 전극 패턴과 센서용 검출 전극(44)의 각 전극 패턴과의 교차 부분에 형성되어 있는 일렬분의 용량 소자 C1의 각각에 대한 충방전이 행해진다. 그 결과, 용량 소자 C1의 용량치에 따른 크기의 검출 신호 Vdet가 센서용 검출 전극(44)의 각 전극 패턴으로부터 각각 출력된다. 대향 기판(4)의 표면에 이용자의 손가락이 접촉되어 있지 않은 상태에 있어서는, 이 검출 신호 Vdet의 크기는 거의 일정해진다. 커먼 구동 신호 Vcom의 스캔에 수반하여, 충방전의 대상이 되는 용량 소자 C1의 열이 선 순차적으로 이동해 간다.
여기서, 대향 기판(4)의 표면의 어느 한 장소에 이용자의 손가락이 접촉하면, 그 터치 부위에 원래 형성되어 있는 용량 소자 C1에, 손가락에 의한 용량 소자C2가 부가된다. 그 결과, 그 터치 부위가 스캔된 시점[즉, 공통 전극(43)의 전극 패턴 중, 그 터치 부위에 대응하는 전극 패턴에 커먼 구동 신호 Vcom이 인가되었을 때]의 검출 신호 Vdet의 값이 다른 부위보다도 작아진다. 검출 회로(8)(도 6)는, 이 검출 신호 Vdet를 임계치 전압 Vth와 비교하여, 임계치 전압 Vth 이하인 경우에, 그 부위를 터치 부위로서 판정한다. 이 터치 부위는, 커먼 구동 신호 Vcom의 인가 타이밍과 임계치 전압 Vth 이하의 검출 신호 Vdet의 검출 타이밍으로부터 산출할 수 있다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 액정 표시 소자에 원래 구비되어 있는 공통 전극(43)을 구동 전극과 검출 전극으로 이루어지는 한 쌍의 터치 센서용 전극 중 한쪽으로서 겸용함과 함께, 표시용 구동 신호로서의 커먼 구동 신호 Vcom을 터치 센서용 구동 신호로서 공용하도록 하여 정전 용량형 터치 센서를 구성하였으므로, 새롭게 설치하는 전극은 센서용 검출 전극(44)만으로 충분하고, 또한 터치 센서용 구동 신호를 새롭게 준비할 필요가 없다. 따라서, 구성이 간단하다.
또한, 종래의 터치 패널을 갖는 표시 장치(특허 문헌 1)에서는, 센서에 흐르는 전류의 크기를 정확하게 측정하고, 그 측정치에 기초하여 터치 위치를 아날로그 연산에 의해 구하도록 하고 있는 것에 대해, 본 실시 형태에서는, 터치의 유무에 따른 전류의 상대 변화(전위 변화)의 유무를 디지털적으로 검지하는 것만으로 충분하므로, 간단한 검출 회로 구성으로 검출 정밀도를 높일 수 있다. 또한, 커먼 구동 신호 Vcom의 인가용으로 원래 설치되어 있는 공통 전극(43)과, 새롭게 설치한 센서용 검출 전극(44) 사이에 정전 용량을 형성하고, 이 정전 용량이 이용자의 손가락의 접촉에 의해 변화하는 것을 이용하여 터치 검출을 행하도록 하였으므로, 이용자의 전위가 일정하지 않은 경우가 많은 모바일 기기 용도로도 적합 가능하다.
또한, 센서용 검출 전극(44)을 복수의 전극 패턴으로 분할하여 개별로 시분할적으로 구동하도록 하였으므로, 터치 위치의 검출도 가능해진다.
또한, 상기 설명에서는, 도 5에 도시한 바와 같이, 공통 전극(43) 및 센서용 검출 전극(44)의 양쪽 모두, 서로 교차하도록 연장되는 복수의 전극 패턴으로 하여 형성하도록 하였지만, 이에는 한정되지 않는다. 예를 들어 도 7에 도시한 바와 같이, 공통 전극(43)을 솔리드의 단일 전극으로서 형성함과 함께, 센서용 검출 전극(44)을 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 개별 전극으로서 형성하도록 해도 된다. 이 경우에는, 센서용 검출 전극(44)을 구성하는 각 개별 전극으로부터의 검출 신호 Vdet에 의해, 즉시 터치 위치를 산출할 수 있다.
혹은, 도 8에 도시한 바와 같이, 공통 전극(43)을, 도 5와 마찬가지로, 스트라이프 형상으로 분할된 복수의 전극 패턴으로 하여 형성함과 함께, 센서용 검출 전극(44)에 대해서는, 도 7과 마찬가지로 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 개별 전극으로서 형성하도록 해도 된다. 이 경우에 있어서도, 공통 전극(43)의 복수의 전극 패턴을 커먼 구동 신호 Vcom으로 순차적으로 스캔하면서 검출을 행할 수 있다.
[제2 실시 형태]
다음에, 제2 실시 형태에 대해 설명한다. 본 실시 형태는, 상기 제1 실시 형태의 경우와는 달리, 표시 소자로서 횡전계 모드의 액정 소자를 사용하도록 한 것이다.
도 9는 본 실시 형태의 터치 센서를 갖는 표시 장치의 주요부 단면 구조를 나타내고, 도 10은 그 비스듬히 본 구조를 도시하는 것이다. 이들 도면에서, 상기한 도 4와 동일 부분에는 동일 부호를 부여하고, 적절하게 설명을 생략한다.
본 실시 형태의 터치 센서를 갖는 표시 장치는, 화소 기판(2A)과, 이 화소 기판(2A)에 대향하여 배치된 대향 기판(4A)과, 화소 기판(2A)과 대향 기판(4A) 사이에 삽입 형성된 액정층(6)을 구비하고 있다.
화소 기판(2A)은 TFT 기판(21)과, 이 TFT 기판(21) 상에 배치된 공통 전극(43)과, 이 공통 전극(43) 상에 절연층(23)을 통해 매트릭스 형상으로 배치된 복수의 화소 전극(22)을 갖는다. TFT 기판(21)에는, 각 화소 전극(22)을 구동하기 위한 도시하지 않은 표시 드라이버나 TFT 외에, 각 화소 전극에 화소 신호를 공급하는 소스선이나, 각 TFT를 구동하는 게이트선 등의 배선이 형성되어 있다. TFT 기판(21)에는 또한, 터치 검출 동작을 행하는 검출 회로(도 6)가 형성되어 있다. 공통 전극(43)은 터치 검출 동작을 행하는 터치 센서의 일부를 구성하는 센서용 구동 전극으로서도 겸용되는 것이며, 도 1에 있어서의 구동 전극 E1에 상당한다.
대향 기판(4A)은 유리 기판(41)과, 이 유리 기판(41)의 한쪽 면에 형성된 컬러 필터(42)를 갖는다. 유리 기판(41)의 다른 쪽 면에는, 센서용 검출 전극(44)이 형성되고, 또한 이 센서용 검출 전극(44) 상에 편광판(45)이 배치되어 있다. 센서용 검출 전극(44)은 터치 센서의 일부를 구성하는 것으로, 도 1에 있어서의 검출 전극 E2에 상당한다. 센서용 검출 전극(44)은, 도 5, 도 7 또는 도 8에 도시한 바와 같이, 복수의 전극 패턴으로 분할되어 구성된다. 센서용 검출 전극(44)은, 박막 프로세스에 의해 대향 기판(4A) 상에 직접 형성해도 되지만, 간접적으로 형성해도 된다. 이 경우에는, 터치 검출 전극(44)을 도시하지 않은 필름 기체 상에 형성함과 함께, 이 터치 검출 전극(44)이 형성된 필름 기체를 대향 기판(4A)의 표면에 부착하도록 하면 된다. 이 경우, 유리와 편광판 사이뿐만 아니라 편광판의 상면에 부착하는 것도 가능하고, 또한 편광판을 구성하는 필름 내에 작성해도 된다.
공통 전극(43)은 TFT 기판(21)으로부터 교류 구형파형의 커먼 구동 신호 Vcom이 인가되도록 되어 있다. 이 커먼 구동 신호 Vcom은, 화소 전극(22)에 인가되는 화소 전압과 함께 각 화소의 표시 전압을 획정하는 것이지만, 터치 센서의 구동 신호로서도 겸용되는 것이며, 도 1의 구동 신호원 S로부터 공급되는 교류 구형파 Sg에 상당한다.
액정층(6)은 전계의 상태에 따라서 그곳을 통과하는 광을 변조하는 것이며, 예를 들어 FFS(프린지 필드 스위칭) 모드나, IPS(면내 스위칭) 모드 등의 횡전계 모드의 액정이 사용된다.
화소 기판(2A)에 있어서의 공통 전극(43) 및 대향 기판(4A)에 있어서의 센서 용 검출 전극(44)의 구성은, 예를 들어 도 5에 도시한 것과 마찬가지이며, 양쪽 모두, 서로 교차하도록 연장되는 복수의 전극 패턴으로서 형성되어 있다. 단, 상기한 도 7 또는 도 8에 도시한 바와 같은 구성이어도 된다.
도 10을 참조하여, 보다 상세하게 설명한다. 여기에 나타낸 바와 같은 FFS 모드의 액정 소자에 있어서는, 화소 기판(2A) 상에 형성된 공통 전극(43) 상에, 절연층(23)을 사이에 두고 빗살 형상으로 패터닝된 화소 전극(22)이 배치되고, 이를 덮도록 배향막(26)이 형성된다. 이 배향막(26)과 대향 기판(4A)측의 배향막(46) 사이에 액정층(6)이 협지된다. 2매의 편광판(24, 45)은, 크로스니콜의 상태로 배치된다. 2매의 배향막(26, 46)의 러빙 방향은 2매의 편광판(24, 45)의 한쪽의 투과축과 일치하고 있다. 도 10에서는, 러빙 방향이 출사측의 편광판(45)의 투과축과 일치하고 있는 경우를 도시하고 있다. 또한, 2매의 배향막(26, 46)의 러빙 방향 및 편광판(45)의 투과축의 방향은, 액정 분자가 회전하는 방향이 규정되는 범위에서, 화소 전극(22)의 연장 방향(빗살의 길이 방향)과 대략 평행하게 설정되어 있다.
다음에, 이상과 같은 구성의 터치 센서를 갖는 표시 장치의 동작을 설명한다.
여기서는 우선, 도 10 및 도 11을 참조하여, FFS 모드의 액정 소자의 표시 동작 원리에 대해 간단하게 설명한다. 여기서, 도 11은 액정 소자의 주요부 단면을 확대하여 나타낸 것이다. 이들 도면에서, (A)는 전계 비인가시, (B)는 전계 인가시에 있어서의 액정 소자의 상태를 나타낸다.
공통 전극(43)과 화소 전극(22) 사이에 전압을 인가하고 있지 않은 상태에서는[도 10의 (A), 도 11의 (A)], 액정층(6)을 구성하는 액정 분자(61)의 축이 입사측의 편광판(24)의 투과축과 직교하고, 또한 출사측의 편광판(45)의 투과축과 평행인 상태로 된다. 이로 인해, 입사측의 편광판(24)을 투과한 입사광 h는, 액정층(6) 내에 있어서 위상차를 발생하지 않고 출사측의 편광판(45)에 도달하고, 여기서 흡수되므로, 흑색 표시로 된다. 한편, 공통 전극(43)과 화소 전극(22) 사이에 전압을 인가한 상태에서는[도 10의 (B), 도 11의 (B)], 액정 분자(61)의 배향 방향이 화소 전극간에 발생하는 횡전계 E에 의해 화소 전극(22)의 연장 방향에 대해 기울어진 방향으로 회전한다. 이때, 액정층(6)의 두께 방향의 중앙에 위치하는 액정 분자(61)가 약 45도 회전하도록 백색 표시시의 전계 강도를 최적화한다. 이에 의해, 입사측의 편광판(24)을 투과한 입사광 h에는, 액정층(6) 내를 투과하는 동안에 위상차가 발생하여, 90도 회전한 직선 편광이 되고, 출사측의 편광판(45)을 통과하므로, 백색 표시로 된다.
다음에 터치 센서를 갖는 표시 장치의 표시 제어 동작 및 터치 검출 동작을 설명한다. 이들 동작은 상기 제1 실시 형태에 있어서의 동작과 마찬가지이므로, 적절하게 생략한다.
화소 기판(2A)의 표시 드라이버(도시하지 않음)는 공통 전극(43)의 각 전극 패턴에 대해 커먼 구동 신호 Vcom을 선 순차적으로 공급한다. 표시 드라이버는 또한, 소스선을 통해 화소 전극(22)에 화소 신호를 공급함과 함께, 이에 동기하여 게이트선을 통해 각 화소 전극의 TFT의 스위칭을 선 순차적으로 제어한다. 이에 의 해, 액정층(6)에는 화소마다 커먼 구동 신호 Vcom과 각 화소 신호에 의해 정해지는 횡방향(기판에 평행한 방향)의 전계가 인가되어 액정 상태의 변조가 행해진다. 이와 같이 하여, 소위 반전 구동에 의한 표시가 행해진다.
한편, 대향 기판(4A) 측에서는, 공통 전극(43)의 각 전극 패턴에 커먼 구동 신호 Vcom을 시분할적으로 순차 인가해 가면, 그 인가된 공통 전극(43)의 전극 패턴과 센서용 검출 전극(44)의 각 전극 패턴과의 교차 부분에 형성되어 있는 일렬분의 용량 소자 C1의 각각에 대한 충방전이 행해지고, 용량 소자 C1의 용량치에 따른 크기의 검출 신호 Vdet가 센서용 검출 전극(44)의 각 전극 패턴으로부터 각각 출력된다. 대향 기판(4A)의 표면에 이용자의 손가락이 접촉되어 있지 않은 상태에 있어서는, 이 검출 신호 Vdet의 크기는 대략 일정해진다. 대향 기판(4A)의 표면의 어느 한 장소에 이용자의 손가락이 접촉하면, 그 터치 부위에 원래 형성되어 있는 용량 소자 C1에, 손가락에 의한 용량 소자 C2가 부가되는 결과, 그 터치 부위가 스캔 된 시점의 검출 신호 Vdet의 값이 다른 부위보다도 작아진다. 검출 회로(8)(도 6)는, 이 검출 신호 Vdet를 임계치 전압 Vth와 비교하여, 임계치 전압 Vth 이하인 경우에, 그 부분을 터치 부위로서 판정한다. 이 터치 부위는, 커먼 구동 신호 Vcom의 인가 타이밍과 임계치 전압 Vth 이하의 검출 신호 Vdet의 검출 타이밍으로부터 산출된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 상기 제1 실시 형태(도 5)의 경우와 마찬가지로, 액정 표시 소자에 원래 구비되어 있는 공통 전극(43)을 구동 전극과 검출 전극으로 이루어지는 한 쌍의 터치 센서용 전극 중 한쪽으로서 겸용함과 함께, 표시용 구동 신호로서의 커먼 구동 신호 Vcom을 터치 센서용 구동 신호로서 공용하여 정전 용량형 터치 센서를 구성하였으므로, 새롭게 설치하는 전극은 센서용 검출 전극(44)만으로 충분하고, 또한 터치 센서용 구동 신호를 새롭게 준비할 필요가 없다. 따라서, 구성이 간단하다.
특히, 본 실시 형태에서는, 터치 센서용 구동 전극으로서의 공통 전극(43)이 화소 기판(2) 측[TFT 기판(21) 상]에 설치된 구조를 갖고 있으므로, TFT 기판(21)으로부터 공통 전극(43)에 커먼 구동 신호 Vcom을 공급하는 것이 매우 용이한 동시에, 필요한 회로나 전극 패턴 및 배선 등을 화소 기판(2)에 집중시킬 수 있어, 회로의 집적화가 도모된다. 따라서, 상기 제1 실시 형태(도 5)에 있어서 필요했던, 화소 기판(2)측으로부터 대향 기판(4)측에의 커먼 구동 신호 Vcom의 공급 경로[콘택트 도전 기둥(7)]가 불필요해져, 구조가 보다 간단해진다.
또한, 검출 회로(8)(도 6)는 대향 기판(4) 상의 주변 영역(비표시 영역 또는 프레임 영역)에 형성하도록 해도 되지만, 화소 기판(2) 상의 주변 영역에 형성하는 것이 바람직하다. 화소 기판(2) 상에 형성하면, 원래 화소 기판(2) 상에 형성되어 있는 표시 제어용 각종 회로 소자 등과의 집적화가 도모되기 때문이다. 이 경우에는, 예를 들어 도 12에 도시한 바와 같이, 주변 영역에 콘택트 도전 기둥(7A)을 형성하여, 화소 기판(2)에 형성된 검출 회로(8)(도시하지 않음)와, 대향 기판(4)의 컬러 필터(42)의 표면과의 사이를 접속함으로써, 센서용 검출 전극(44)과 검출 회로(8) 사이에 용량 결합 경로를 형성하고, 이 용량 결합 경로를 통해 검출 신호 Vdet를 센서용 검출 전극(44)으로부터 검출 회로(8)로 전송하도록 하면 된다. 단, 이 경우에는, 센서용 검출 전극(44)이 플로팅 상태로 되어 버리므로, 이것을 피하기 위해, 고저항(10)을 통해 센서용 검출 전극(44)을 접지에 접속하는 것이 바람직하다. 또한, 이와 같이 접지하는 것은, 정전기를 접지로 흘리는 점에서도 장점이 있다.
<변형예>
제2 실시 형태에서는, 센서용 검출 전극(44)을 유리 기판(41)의 표면측[액정층(6)과 반대측]에 설치하도록 하였지만, 다음과 같은 변형이 가능하다.
예를 들어 도 13에 도시한 바와 같이, 센서용 검출 전극(44)을 컬러 필터(42)보다도 액정층(6) 측에 설치해도 된다.
혹은, 도 14에 도시한 바와 같이, 센서용 검출 전극(44)을 유리 기판(41)과 컬러 필터(42) 사이에 설치한 쪽이 바람직하다. 횡전계 모드의 경우, 종방향에 전극이 있으면 종방향에 전계가 걸리고, 액정이 상승해 버려 시야각 등이 크게 악화되게 된다. 컬러 필터(42) 등의 유전체를 사이에 끼워 센서용 검출 전극(44)을 배치하면, 이 문제는 크게 저감시킬 수 있다. 또한, 이 경우에는, 예를 들어 도 15에 도시한 바와 같이, 콘택트 도전 기둥(7B)에 의해 화소 기판(2)에 형성된 검출 회로(8)(도시하지 않음)와, 대향 기판(4)의 센서용 검출 전극(44) 사이를 접속함으로써, 센서용 검출 전극(44)과 검출 회로(8) 사이에 도전 경로를 형성하고, 이 도전 경로를 통해 검출 신호 Vdet를 센서용 검출 전극(44)으로부터 검출 회로(8)로 전송하도록 하면 된다.
[제3 실시 형태]
상기 제1 및 제2 실시 형태에서는, 센서용 검출 전극(44)을 표시 영역에 배치하도록 하였지만, 본 실시 형태는 도 16, 도 17에 도시한 바와 같이, 센서용 검출 전극(44)을 표시 영역 D의 주위의 영역(프레임 영역 F)에 설치하도록 한 것이다. 또한, 도 17은 본 실시 형태의 터치 센서를 갖는 표시 장치의 평면 구성을 도시하고, 도 16은 도 17에 있어서의 A-A 화살표 단면을 나타낸다.
이 터치 센서를 갖는 표시 장치에서는, 화소 기판(2B)측에 공통 전극(43) 및 센서용 검출 전극(44)의 양쪽이 형성되고, 대향 기판(4)측에는 어떠한 전극도 배치되어 있지 않다. 구체적으로는, 표시 영역 D의 전체에 걸쳐서 TFT 기판(21) 상에 공통 전극(43)이 형성되는 한편, 프레임 영역 F에만 TFT 기판(21) 상에 센서용 검출 전극(44)이 배치되어 있다. 센서용 검출 전극(44)은 복수의 개별 전극군으로서 형성된다. 각 개별 전극은, 예를 들어 표시 어플리케이션의 각종 기능에 대응한 조작 버튼으로서 할당된다. 센서용 검출 전극(44)의 각 개별 전극은 스캔 신호선(52)에 의해 스위칭 제어되는 TFT(50)의 소스ㆍ드레인을 통해 센서용 검출 신호선(51)에 접속되도록 되어 있다. 스캔 신호선(52)이나 TFT(50)를 화소의 구동 회로와 동시에 형성함과 함께, 각 개별 전극을 순차 시분할적으로 스캔하도록 구성함으로써, 검출 회로를 분할수 가질 필요가 없어져 매우 효율적이다.
이와 같은 구성의 터치 센서를 갖는 표시 장치에서는, 센서용 검출 전극(44)의 각 개별 전극은, 공통 전극(43)의 형성면과 같은 평면 상에 공통 전극(43)으로부터 이격되어 배치되어 있으므로, 센서용 검출 전극(44)의 각 개별 전극과 공통 전극(43) 사이에는 횡방향의 용량 결합이 발생하여, 용량 소자 C1이 형성된다. 공 통 전극(43)(도 17의 예에서는 솔리드의 전극)에 커먼 구동 신호 Vcom이 인가됨과 함께, 스캔 신호선(52)에 의해 TFT(50)를 순차적으로 온(ON)시킴으로써, 센서용 검출 전극(44)의 각 개별 전극으로부터 검출 신호 Vdet를 시분할적으로 순차적으로 취출한다. 취출된 검출 신호 Vdet는 센서용 검출 신호선(51)을 통해, 도 6에 도시한 바와 같은 구성의 검출 회로(8)(도 16에서는 도시하지 않음)에 입력된다.
대향 기판(4D)의 표면에 이용자의 손가락이 접촉되어 있지 않은 상태에 있어서는, 이 검출 신호 Vdet의 크기는 거의 일정해진다. 한편, 대향 기판(4A)의 표면의 어느 한 장소[센서용 검출 전극(44)의 어느 한 개별 전극에 대응한 위치]에 이용자의 손가락이 접촉하면, 그 터치 부위에 원래 형성되어 있는 용량 소자 C1에, 손가락에 의한 용량 소자 C2가 부가되는 결과, 그 터치 부위가 스캔된 시점의 검출 신호 Vdet의 값이 작게 변화한다. 검출 회로(8)(도 6)는 이 검출 신호 Vdet를 임계치 전압 Vth와 비교하여, 임계치 전압 Vth 이하인 경우에, 그 부위를 터치 부위로서 판정한다. 이 터치 부위는 스캔 신호에 의한 센서용 검출 전극(44)의 개별 전극 스캔의 타이밍과 임계치 전압 Vth 이하의 검출 신호 Vdet의 검출 타이밍으로부터 산출된다.
이와 같이, 본 실시 형태에 따르면, 공통 전극(43) 및 센서용 검출 전극(44)의 양쪽을 화소 기판(2) 측에 배치하도록 하였으므로, TFT 기판(21)에 형성한 센서 구동 회로(도시하지 않음)와 공통 전극(43) 사이의 커먼 구동 신호 Vcom의 전송 경로나, 센서용 검출 전극(44)과 검출 회로(8) 사이의 검출 신호 Vdet의 전송 경로를 콘택트 도전 기둥을 사이에 두지 않고 용이하게 형성할 수 있다. 따라서, 공통 전 극(43) 및 센서용 검출 전극(44), 표시용 회로, 터치 센서의 구동 회로 및 검출 회로를 TFT 기판(21)에 집중적으로 집적화하는 것이 매우 용이해진다.
또한, 본 실시 형태와 같이, 공통 전극(43)과 센서용 검출 전극(44)을 나란히 배치하여, 양자간에 횡방향 용량 결합에 의한 용량 소자 C1을 형성하도록 한 경우에는, 공통 전극(43)으로부터 TFT 기판(21) 내부의 회로 소자[TFT(50) 등]로의 노이즈 이동이 문제가 되는 경우가 있다. 따라서, 이것을 방지하기 위해, 도 18에 도시한 바와 같이, 센서용 검출 전극(44)의 하측에 실드 전극(53)을 설치하는 것이 바람직하다. 단, 상기 실드층은, 특별히 전용의 새로운 층을 형성하는 것이 아닌, 금속 배선이나 화소 전극을 구성하는 투명 전극막을 유용하는 것도 가능하다.
[변형예]
상기 제3 실시 형태에서는, TFT 기판(21) 상에 공통 전극(43)과 센서용 검출 전극(44)을 나란히 배치하고, 횡방향 용량 결합에 의해 용량 소자 C1을 형성하도록 하였지만, 이와는 달리, 종방향 용량 결합에 의해 용량 소자 C1을 형성하는 것도 가능하다. 예를 들어 도 19에 도시한 바와 같이, 공통 전극(43)을 TFT 기판(21) 상의 표시 영역 D뿐만 아니라 프레임 영역 F까지 연장시킴과 함께, 센서용 검출 전극(44)을 TFT 기판(21)의 프레임 영역 F에 있어서, 공통 전극(43)과 다른 계층의 전극층으로서 공통 전극(43)에 대향하도록 형성한다. 이에 의해, 공통 전극(43)과 센서용 검출 전극(44) 사이에 용량 소자 C1이 형성된다. 이 경우에는, 센서용 검출 전극(44)과 TFT 기판(21) 사이를 연결하는 콘택트 도전 기둥(7C)을 설치하고, 이에 의해 센서용 검출 전극(44)으로부터의 검출 신호 Vdet를 TFT 기판(21)측에 전 송하도록 하면 된다.
이상의 제1 내지 제3 실시 형태의 설명으로부터 명백한 바와 같이, 표시 기능층으로서의 액정층의 타입에 따라, 센서용 검출 전극(44)을 대향 기판(4) 측에 형성할지, 혹은 화소 기판(2) 측에 형성할지를 적절하게 선택 가능하므로, 구조설계의 자유도가 높다는 장점이 있다.
이상, 몇 가지의 실시 형태를 들어 본 발명을 설명하였지만, 본 발명은 이들의 실시 형태에 한정되지 않고, 다양한 변형이 가능하다. 예를 들어, 상기의 제2, 제3 실시 형태에서는, 횡전계 모드로서 FFS 모드의 액정 소자를 예로 들어 설명하였지만, IPS 모드의 액정에 대해 마찬가지로 적용 가능하다.
또한, 상기 실시 형태에서는, 표시 소자로서 액정 표시 소자를 사용한 표시 장치에 대해 설명하였지만, 그 이외의 표시 소자, 예를 들어 유기 EL 소자를 사용한 표시 장치에도 적용 가능하다.

Claims (20)

  1. 터치 센서를 갖는 표시 장치로서,
    복수의 표시 화소 전극과,
    상기 표시 화소 전극과 대향하여 설치된 공통 전극과,
    상기 표시 화소 전극과 상기 공통 전극에 의해 구동되어 화상 표시 기능을 발휘하는 표시 기능층과,
    상기 공통 전극과 대향하여, 또는 나란히 설치되어, 상기 공통 전극과의 사이에 정전 용량을 형성하는 터치 검출 전극과,
    상기 공통 전극에 인가되는 전압을 터치 센서용 구동 신호로서 이용하고, 상기 터치 검출 전극으로부터 얻어지는 검출 신호에 기초하여 물체의 접촉 위치를 검출하는 터치 검출 회로
    를 구비한, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  2. 제1항에 있어서,
    화상 신호에 기초하여 상기 표시 화소 전극과 상기 공통 전극 사이에 표시용 전압을 인가하여 상기 표시 기능층의 표시 기능을 발휘시키도록 화상 표시 제어를 행하는 표시 제어 회로를 구비하고,
    상기 터치 검출 회로는, 상기 표시 제어 회로에 의해 상기 공통 전극에 인가되는 표시용 구동 전압을 상기 터치 센서용 구동 신호로서 이용하는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 표시 제어 회로가 형성된 회로 기판과,
    이 회로 기판과 대향하여 배치된 대향 기판을 구비하고,
    상기 표시 화소 전극이 상기 회로 기판의 상기 대향 기판에 가까운 측에 배치되고,
    상기 공통 전극이 상기 대향 기판의 상기 회로 기판에 가까운 측에 배치되고,
    상기 회로 기판의 상기 표시 화소 전극과 상기 대향 기판의 상기 공통 전극 사이에 상기 표시 기능층이 삽입 형성되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  4. 제3항에 있어서,
    상기 터치 검출 전극이 상기 대향 기판의 상기 회로 기판과는 반대측에 배치되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  5. 제3항에 있어서,
    상기 터치 검출 전극이 복수의 전극 패턴으로 분할되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  6. 제3항에 있어서,
    상기 터치 검출 회로가 상기 회로 기판에 형성되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  7. 제2항에 있어서,
    상기 표시 제어 회로 및 상기 터치 검출 전극이 형성된 회로 기판과,
    이 회로 기판과 대향하여 배치된 대향 기판을 구비하고,
    상기 회로 기판에 상기 공통 전극 및 상기 표시 화소 전극이 절연층을 사이에 두고 순서대로 적층되고,
    상기 회로 기판의 상기 표시 화소 전극과 상기 대향 기판 사이에 상기 표시 기능층이 삽입 형성되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  8. 제7항에 있어서,
    상기 공통 전극이 상기 회로 기판의 표시 영역의 내측에 배치되고,
    상기 터치 검출 전극이 상기 회로 기판 상의 상기 표시 영역을 둘러싸는 프레임 영역에, 상기 공통 전극과 동일 계층의 전극층으로서 상기 공통 전극으로부터 이격되어 형성되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  9. 제8항에 있어서,
    상기 공통 전극이 상기 회로 기판 상의 상기 표시 영역으로부터 상기 프레임 영역까지 연장되고,
    상기 터치 검출 전극이 상기 회로 기판의 상기 프레임 영역에서 상기 공통 전극과 다른 계층의 전극층으로서 상기 공통 전극에 대향하여 형성되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  10. 제7항에 있어서,
    상기 터치 검출 전극을 전자기적으로 실드하는 실드 전극이 배치되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  11. 제2항에 있어서,
    상기 표시 제어 회로가 형성된 회로 기판과,
    이 회로 기판과 대향하여 배치되어 상기 터치 검출 전극이 형성된 대향 기판을 구비하고,
    상기 회로 기판에 상기 공통 전극 및 상기 표시 화소 전극이 절연층을 사이에 두고 순서대로 적층되고,
    상기 회로 기판의 상기 표시 화소 전극과 상기 대향 기판 사이에 상기 표시 기능층이 삽입 형성되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 터치 검출 전극이 상기 대향 기판의 상기 회로 기판에 가까운 측에 배치되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  13. 제11항에 있어서,
    상기 터치 검출 전극이 상기 대향 기판의 상기 회로 기판과는 반대측에 배치되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  14. 제13항에 있어서,
    상기 터치 검출 전극이 박막 프로세스에 의해 상기 대향 기판 상에 직접 형성되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  15. 제13항에 있어서,
    상기 터치 검출 전극이 필름 기체 상에 형성되고, 이 터치 검출 전극이 형성된 필름 기체가 상기 대향 기판에 부착되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  16. 제11항에 있어서,
    상기 터치 검출 회로가 상기 회로 기판에 형성되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 대향 기판의 상기 터치 검출 전극과 상기 회로 기판의 상기 터치 검출 회로 사이를 접속하는 도전 경로가 형성되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 대향 기판의 상기 터치 검출 전극과 상기 회로 기판의 상기 터치 검출 회로 사이를 용량 결합하는 용량 결합 경로가 형성되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  19. 제18항에 있어서,
    상기 대향 기판의 상기 터치 검출 전극이 고저항을 통해 접지되어 있는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
  20. 제7항에 있어서,
    상기 표시 기능층이 액정층이며, 횡전계 모드에서의 액정 표시가 행해지는, 터치 센서를 갖는 표시 장치.
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