KR20100011901A

KR20100011901A - 표시 장치

Info

Publication number: KR20100011901A
Application number: KR1020090060156A
Authority: KR
Inventors: 노리오 맘바; 쯔또무 후루하시; 고우이찌 안노
Original assignee: 가부시키가이샤 히타치 디스프레이즈
Priority date: 2008-07-25
Filing date: 2009-07-02
Publication date: 2010-02-03
Also published as: TWI410845B; US20100020032A1; JP2010033133A; EP2149838A2; US8537125B2; CN101634923A; KR101240065B1; TW201005616A; CN101634923B; EP2149838B1; EP2149838A3; JP5123774B2

Abstract

제1 절연층을 개재하여 교차하는 X전극 XP와 Y전극 YP와, 제2 절연층을 개재하여 서로 플로팅인 복수의 Z전극을 설치한다. 상기 제2 절연층에는, 탄성 절연 재료 등 터치에 의한 압압으로 두께가 변화하는 재질을 이용한다. 또한, 상기 Z전극은, 인접하는 상기 X전극과 상기 Y전극의 양방에 중첩하도록 배치한다. 또한, 상기 X전극의 패드부는, 그 X전극의 세선부 부근에서 면적이 최대로 되고, 인접하는 상기 X전극의 세선부 부근에서 면적이 최소로 되고, 그 X전극의 세선부 부근으로부터 떨어짐에 따라서 패드부의 면적이 감소되는 것을 특징으로 한다.

터치 패널, 용량 검출부, 제어 연산부, 시스템, 표시 제어 회로, 표시 장치

Description

표시 장치{DISPLAY DEVICE}

본 발명은, 화면에 좌표를 입력하는 입력 장치 및 그것을 구비한 표시 장치에 관한 것으로, 특히 용량 결합 방식의 입력 장치를 갖는 표시 장치에서의 좌표 검출 정밀도의 고정밀도화에 바람직한 것이다.

표시 화면에 사용자의 손가락 등을 이용하여 터치 조작(접촉 압압 조작, 이하, 간단히 터치라고 칭함)하여 정보를 입력하는 화면 입력 기능을 갖는 입력 장치(이하, 터치 센서 또는 터치 패널이라고도 칭함)를 구비한 표시 장치는, PDA나 휴대 단말기 등의 모바일용 전자 기기, 각종의 가전 제품, 무인 접수기 등의 거치형 고객 안내 단말기에 이용되고 있다. 이와 같은 터치에 의한 입력 장치로서, 터치된 부분의 저항값 변화를 검출하는 저항막 방식, 용량 변화를 검출하는 정전 용량 결합 방식, 혹은 터치에 의해 차폐된 부분의 광량 변화를 검출하는 광 센서 방식 등이 알려져 있다.

정전 용량 결합 방식은, 저항막 방식이나 광 센서 방식과 비교한 경우에 다음과 같은 이점이 있다. 예를 들면, 저항막 방식이나 광 센서 방식에서는 투과율이 80％ 정도로 낮은 것에 대해 정전 용량 결합 방식은 약 90％로 투과율이 높아 표시 화질을 저하시키지 않는 점에서 유리하다. 또한, 저항막 방식에서는 저항막의 기계적 접촉에 의해 터치 위치를 검지하기 때문에, 저항막이 열화 또는 파손될 우려가 있는 것에 대해, 정전 용량 결합 방식에서는 검출용 전극이 다른 전극 등과 접촉하는 기계적 접촉이 없어, 내구성의 점에서도 유리하다.

정전 용량 결합 방식의 터치 패널로서는, 예를 들면 일본 특허 공표 제2003-511799호 공보에 개시되어 있는 방식이 있다. 이 개시된 방식에서는, 종횡 이차원 매트릭스 형상으로 배치한 세로 방향의 전극(X전극)과 가로 방향의 전극(Y전극)을 검출용으로서 설치하여, 입력 처리부에서 각 전극의 용량을 검출한다. 터치 패널의 표면에 손가락 등의 도체가 접촉한 경우에는, 각 전극의 용량이 증가되기 때문에, 입력 처리부에서 이를 검지하고, 각 전극이 검지된 용량 변화의 신호에 기초하여 입력 좌표를 계산한다. 여기서는, 검출용의 전극이 열화되어 물리적 특성인 저항값이 변화하여도 용량 검출에 미치는 영향은 적기 때문에, 터치 패널의 입력 위치 검출 정밀도에 미치는 영향이 적다. 그 때문에, 높은 입력 위치 검출 정밀도를 실현할 수 있다.

그러나, 정전 용량 결합 방식의 터치 패널은, 상기 일본 특허 공표 제2003-511799호 공보와 같이 검출용의 각 전극의 용량 변화를 검출하여, 입력 좌표를 검출하기 때문에, 입력 수단으로서는 도전성이 있는 물질이 전제로 된다. 그 때문에, 저항막식 등에서 사용되고 있는 도전성이 없는 수지제 스타일러스 등을 정전 용량 결합 방식의 터치 패널에 접촉시킨 경우에는, 전극의 용량 변화가 거의 발생하지 않으므로, 입력 좌표를 검출할 수 없다.

또한, 한편으로 도전성이 있는 물질, 예를 들면 금속 등으로 스타일러스를 만들고, 그에 의해 정전 용량 결합 방식의 터치 패널에 입력하고자 한 경우에는, 전극 개수가 증가된다. 예를 들면, 대각 4인치로 종횡의 치수비가 3 대 4인 정전 용량 결합 방식 터치 패널을, 일본 특허 공표 제2003-511799호 공보와 같은 마름모형을 기본으로 한 전극 형상으로 실현하는 경우를 생각한다. 여기서 손가락을 입력 대상으로 한 경우에는 최소의 접촉면을 직경 6㎜라고 가정하고, 이 사이즈를 전극 간격으로서 검출용 전극을 준비하면, 전극 총수는 22개로 된다. 한편으로 스타일러스의 접촉면을 직경 1㎜라고 가정하고, 이 사이즈를 전극 간격으로서 검출용 전극을 준비하면 139개로 되어, 약 6배까지 전극 개수가 증가된다. 전극 개수가 증가되면 입력 처리부에의 배선 인출에 필요로 되는 액연 면적이 커지고, 또한 제어 회로와의 신호 접속 개수가 증가되므로 충격 등에 대한 신뢰성도 저하된다. 또한, 입력 처리부의 단자수가 증가되므로 회로 면적도 증가되어, 코스트 증가가 염려된다.

이상의 점으로부터, 일본 특허 공표 제2003-511799호 공보에 개시되는 바와 같은 정전 용량 결합 방식 터치 패널에서는, 비도전성 물질에 의한 입력에의 대응과, 작은 접촉면의 입력 수단에 대응하는 경우의 전극 수 삭감이 과제로 된다.

상기 과제의 해결을 실현하기 위해 본 발명에서는, 복수의 X전극과, 복수의 Y전극과, 복수 또는 1개의 Z전극을 구비한 정전 용량 터치 패널을 이용한다. 이 정전 용량 터치 패널에서, 상기 X전극과 상기 Y전극은, 제1 절연층을 개재하여 교차되어 있고, 각각, 그 연장 방향으로 패드부와 세선부가 교대로 나열되도록 하여 형성되고, 평면적으로 본 경우에, 상기 X전극의 패드부와 상기 Y전극의 패드부는 중첩하지 않고 배치된다. 또한, 정전 용량 터치 패널이 복수의 상기 Z전극을 구비하는 경우에는, 평면적으로 본 경우에, 인접하는 상기 X전극과 상기 Y전극의 양방에 중첩하도록, 제2 절연층을 개재하여 형성하고 있고, 또한 상기 Z전극은 서로 전기적으로 플로팅인 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 제2 절연층을, 터치에 의한 압압에 의해 두께가 변화하는 재료, 예를 들면 탄성 절연 재료로 형성하여도 되고, 비도전성의 입력 수단에서도 상기 X전극 및 상기 Y전극과, 상기 Z전극 사이의 용량 변화를 발생시키는 것이 가능하게 되어, 정전 용량 결합 방식에 의해 터치를 검출하는 것이 가능하게 된다. 또한, 정전 용량 터치 패널이 1개의 상기 Z전극을 구비하는 경우에는, 평면적으로 본 경우에, 상기 복수의 X전극과 상기 복수의 Y전극의 양방에 중첩하도록, 제2 절연층을 개재하여 형성되어 있고, 또한 상기 Z전극은 서로 전기적으로 플로팅인 것을 특징으로 한다. 이 때, 상기 제2 절연층을, 터치에 의한 압압에 의해 두께가 변화하는 재료, 예를 들면 탄성 절연 재료로 형성하여도 되고, 비도전성의 입력 수단에서도 상기 X전극 및 상기 Y전극과, 상기 Z전극 사이의 용량 변화를 발생시키는 것이 가능하게 되어, 정전 용량 결합 방식에 의해 터치를 검출하는 것이 가능하게 된다.

또한, 상기 X전극의 패드부는, 그 X전극과 인접하는 X전극의 세선부 부근까 지 연장되고, 평면적으로 본 경우에, 그 X전극의 패드부에서의 형상은, 상기 인접하는 X전극의 세선부 부근에서 면적이 최소로 되고, 그 X전극의 세선부 부근에서 면적이 최대로 되고, 그 X전극의 세선부 부근으로부터 상기 인접하는 X전극의 세선부 부근에 걸쳐, 그 패드부의 면적이 감소되도록 하여도 된다. 이에 의해, 터치 조작에서의 접촉면에 비해 상기 X전극의 전극 간격이 넓은 경우에도, 인접하는 상기 X전극의 검출 용량 성분의 비로부터 터치 좌표 위치를 계산하는 것이 가능하게 되어, 적은 전극 개수로 고정밀도의 위치 검출이 가능하게 된다.

또한, 복수 또는 1개의 상기 Z전극이, 인접하는 상기 X전극과 상기 Y전극과의 양방에 중첩하여 형성됨으로써, 상기 X전극 상에 터치에 의한 접촉면이 존재한 경우에서도, 상기 Z전극을 통하여 인접하는 상기 Y전극이 용량 변화를 검지할 수 있다. 또한, 상기 Y전극 상에 터치에 의한 접촉면이 존재한 경우에서도, 상기 Z전극을 통하여 인접하는 상기 X전극이 용량 변화를 검지할 수 있기 때문에, 터치 패널 전체면에서 입력 좌표를 검출할 수 있다. 또한 동시에 상기 Y전극의 전극 개수도 삭감하는 것이 가능하게 된다.

본 발명에 따르면, 터치 패널의 전극의 형상이나 배치를 궁리함으로써, 적은 전극 개수로 종래와 비교하여 정밀도가 높은 위치 검출이 가능하게 된다.

이하, 본 발명에 따른 일 실시 형태를, 도면을 이용하여 상세하게 설명한다.

<제1 실시 형태>

입력 장치(이하, 터치 패널이라고 부름), 및 그것을 구비한 표시 장치의 구성을, 도 1에 도시한다.

도 1에서, 참조 부호 101은 제1 실시 형태에 따른 터치 패널이다. 터치 패널(101)은, 용량 검출용의 X전극 XP와 Y전극 YP를 갖는다. 여기서는, 예를 들면 X전극을 4개(XP1∼XP4), Y전극을 4개(YP1∼YP4)로 도시하고 있지만, 전극 수는 이에 한하지 않는다. 터치 패널(101)은 표시 장치(106)의 전면에 설치된다. 따라서, 표시 장치에 표시된 화상을 사용자가 보는 경우에는, 표시 화상이 터치 패널을 투과할 필요가 있기 때문에, 터치 패널은 투과율이 높은 것이 바람직하다. 터치 패널(101)의 X전극과 Y전극은, 검출용 배선에 의해 용량 검출부(102)에 접속된다. 용량 검출부(102)는, 제어 연산부(103)로부터 출력되는 검출 제어 신호에 의해 제어되고, 터치 패널에 포함되는 각 전극(X전극, Y전극)의 용량을 검출하고, 각 전극의 용량값에 의해 변화하는 용량 검출 신호를 제어 연산부(103)에 출력한다. 제어 연산부(103)는, 각 전극의 용량 검출 신호로부터 각 전극의 신호 성분을 계산함과 함께, 각 전극의 신호 성분으로부터 입력 좌표를 연산하여 구한다. 시스템(104)은, 터치 조작에 의해 터치 패널(101)로부터 입력 좌표가 전송되면, 그 터치 조작에 따른 표시 화상을 생성하여, 표시 제어 신호로서 표시 제어 회로(105)에 전송한다. 표시 제어 회로(105)는, 표시 제어 신호에 의해 전송되는 표시 화상에 따라서 표시 신호를 생성하여, 표시 장치에 화상을 표시한다.

도 2는, 용량 검출부(102)의 회로 구성을 도시한다. 여기서는 일례로서 전류 적분에 의한 용량 검출 회로를 도시하고 있다. 단, 용량 검출 방식은 이에 한 정되는 것이 아니라, 예를 들면 용량과 스위치를 이용한 스위치 캐패시터에 의한 용량 검출 방식이나, 스위치와 용량을 이용하여 전하를 용량에 수송하는 차지 트랜스퍼 방식 등, 터치 패널의 용량 검출용 전극의 용량, 혹은 용량 변화를 검출할 수 있는 방식이면, 적용 가능하다. 도 2에 도시한 전류 적분에 의한 용량 검출 회로는, 정전류원과, 정전류원의 전류를 터치 패널(101)의 X전극 및 Y전극에 인가하기 위한 스위치 SW_A와, 전류 적분 시의 용량 검출용 전극의 전압 VINT와 참조 전압 VREF를 비교하는 콤퍼레이터(107)와, 용량 검출용 전극의 전압을 리세트하기 위한 스위치 SW_B로 구성된다. 여기서, X전극 XP에 접속되는 상기 스위치 SW_A, SW_B, 및 그 제어 신호를 SW_XPA, SW_XPB라고 기재하고, Y전극 YP에 접속되는 상기 스위치 SW_A, SW_B, 및 그 제어 신호를 SW_YPA, SW_YPB라고 기재하고 있다.

도 3은, 도 2에 도시한 용량 검출부(102)의 동작을 나타내는 타이밍차트이다. 여기서는 제어 신호가 하이 레벨일 때에 스위치가 접속 상태로 되고, 제어 신호가 로우 레벨일 때에 스위치가 비접속 상태로 된다고 가정한다. 용량 검출부(102)는, SW_XP1B를 로우 레벨로 하여 리세트 상태를 해제하고, 그리고 SW_XP1A를 하이 레벨로 하여 정전류원과 XP1 전극을 접속한다. 이에 의해 터치 패널(101)의 용량 검출용 전극 XP1의 전압 VINT는 상승한다. 참조 전압 VREF는 리세트의 전위(여기서는, GND라고 가정)보다도 고전위로 설정되어 있다. 따라서, SW_XP1A가 하이 레벨로 되고 나서 VINT가 VREF에 도달할 때까지 콤퍼레이터(107)의 출력은 로우 레벨로 된다. VINT가 참조 전압 VREF 이상으로 하면, 콤퍼레이터(107)는 하이 레벨을 출력한다. 그 후, SW_XP1A가 비접속 상태, SW_XP1B가 접속 상태로 되어 XP1 전극이 리세트될 때까지, 콤퍼레이터(107)는 하이 레벨을 출력한다. 전술한 XP1 전극의 충방전이 끝나면, 다음으로 XP2 전극의 충방전을 마찬가지로 행한다. 이 동작을 반복하여, XP1∼XP4, YP1∼YP4의 전극의 용량 검출을 행한다. 이상의 동작을 반복함으로써, 연속적으로 입력 좌표를 검출할 수 있다. 도 4는, 도 2 및 도 3에 도시한 전류 적분에 의한 용량 검출에 의해, 터치 패널(101)의 용량 검출용 전극의 용량이 변화한 경우의 XP1 전극의 전압 VINT를 도시한 도면이다. 터치 패널(101)의 XP1 전극 상에 터치가 없는 경우에는 XP1 전극의 용량은 변화하지 않기 때문에, 참조 전압 VREF에 도달할 때까지의 시간은, 검출 조작마다 거의 일정하게 된다. 한편, XP1 전극 상에 터치가 있는 경우에는, XP1 전극의 용량은 변화한다. 여기서는, 예를 들면 용량이 증가되었다고 가정하면, 정전류원의 전류는 일정하기 때문에, 참조 전압 VREF에 도달할 때까지의 시간은 길어진다. 제어 연산부(103)는, 이 터치 상황에 의한 참조 전압 VREF까지의 도달 시간의 차를, 용량 검출 신호의 상승 타이밍의 차로서 검지하는 것이 가능하다. 따라서, 제어 연산부(103)는, 용량 검출 신호의 상승 타이밍의 차를 각 전극의 신호 성분으로서 산출하고, 각 전극의 신호 성분으로부터 입력 좌표를 계산하는 것이 가능하게 된다.

다음으로, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 터치 패널(101)에 설치한 용량 검출용의 전극에 대해서, 도 5 및 도 6을 이용하여 설명한다.

도 5a는, 터치 패널(101)의 용량 검출용의 X전극 XP 및 Y전극 YP, 또한 그 상부에 설치한 Z전극 ZP의 전극 패턴을 도시한 도면이다. X전극 XP와 Y전극 YP는, 검출용 배선에 의해 용량 검출부(102)에 접속된다. 한편, Z전극 ZP는 전기적으로 접속되어 있지 않고, 플로팅의 상태로 한다. 도 5b는 X전극 XP와 Y전극 YP의 전극 패턴만을 도면에 도시한 것이다. Y전극은 터치 패널(101)의 가로 방향으로 신장하고 있고, 복수의 Y전극이 세로 방향으로 복수개 나열되어 있다. Y전극과 X전극의 교차 부분은, 각 전극의 교차 용량을 삭감하기 위해 Y전극과 X전극의 전극 폭을 가늘게 하고 있다. 이 부분을, 본 명세서에서는 세선부라고 부른다. 따라서, Y전극은 그 연장 방향으로 세선부와, 그 이외의 전극 부분(이하에서는, 패드부라고 부름)을 교대로 배치한 형상으로 된다. 또한, X전극은 터치 패널(101)의 세로 방향으로 연장되어 있고, 복수의 X전극이 가로 방향으로 복수개 나열된다. Y전극과 마찬가지로, X전극은 그 연장 방향으로 세선부와 패드부를 교대로 배치한 형상으로 된다. 인접하는 Y전극의 사이에는, X전극의 패드부가 형성된다. 이하에서, 본 명세서에서 X전극의 패드부의 형상을 설명하는 점에서는, X전극을 검출용 배선에 접속하기 위한 배선 위치(혹은 X전극의 세선부)를, X전극의 가로 방향의 중심으로 한다. X전극의 패드부의 전극 형상은, 인접하는 X전극의 중심에 근접함에 따라서 면적이 작아지고, 그 X전극의 중심에 근접할수록 면적이 커진다. 따라서, 인접하는 2개의 X전극, 예를 들면 XP1과 XP2 사이에서의 X전극의 면적을 생각한 경우에는, XP1 전극의 중심 부근에서는 XP1 전극의 패드부의 전극 면적이 최대로 되고, 또한 XP2 전극의 패드부의 전극 면적은 최소로 된다. 한편, XP2 전극의 중심 부근에서는 XP1 전극의 패드부의 전극 면적이 최소로 되고, 또한 XP2 전극의 패드부의 전극 면적이 최대로 된다. 여기서, 인접하는 2개의 X전극 사이에서의 패드부 형상은, 한쪽의 X전극의 형상이 볼록 형상이며, 다른 한쪽의 X전극 형상이 오목 형상이다.

도 5b에서는, X전극 좌측의 패드부의 전극 형상을 볼록 형상, 우측의 전극 형상을 오목 형상으로 하고 있지만, 이에 한하지 않는다. 예를 들면, X전극 우측의 전극 형상을 볼록 형상, 좌측의 전극 형상을 오목 형상으로 하여도 되고, X전극 좌우의 전극 형상을 볼록 형상으로 하고, 인접하는 X전극의 전극 형상을 오목 형상으로 하여도 된다.

다음으로, Z전극 ZP의 형상에 대해서 설명한다. 도 5a에서, Z전극 ZP는, Y전극과 평행한 복수의 슬릿과, X전극과 평행한 복수의 슬릿에 의해, 복수의 전극 ZP로 분할한다. 도 5a에서는, Y전극과 평행한 슬릿의 세로 방향의 위치를, 각 X전극 상과 각 Y전극 상에 설치하고 있다. 각 X전극 상의 슬릿의 세로 위치는 X전극 형상의 볼록형 형상의 꼭대기 부근, 혹은 오목형 형상의 골짜기 부근으로 하는 것이 바람직하다. 또한, 각 Y전극 상의 슬릿의 세로 위치는, Y전극의 전극 폭의 중심 부근으로 하는 것이 바람직하다. 한편, X전극과 평행한 슬릿수는, 인접하는 X전극 사이에 복수 개소에 설치한다. 그 때의 X전극과 평행한 슬릿의 간격은 임의로 설정할 수 있지만, 상정하는 입력 수단의 최소 접촉면의 치수에 가까운 것이 바람직하다. 또한, 도 5a에서는, Y전극과 평행한 슬릿을, 각 X전극 상과 각 Y전극 상에 설치하고 있지만, 적어도 한쪽에 형성하도록 하여도 된다.

도 6은, 도 5a에서 점 A로부터 점 B까지의 터치 패널(101)의 단면 형상을 도시한 도면이다. 이 단면도에서는, 터치 패널 동작의 설명에 필요로 되는 층만 도시하고 있다. 터치 패널(101)의 각 전극은 투명 기판 상에 형성한다. 투명 기판부터 가까운 층으로부터 먼 층에 순서대로 설명한다. 우선 투명 전극에 가까운 개 소에 X전극 XP를 형성하고, 다음으로 X전극과 Y전극을 절연하기 위한 절연막을 형성한다. 그 다음으로, Y전극 YP를 형성한다. 여기서, X전극 XP와 Y전극의 순번을 교체시켜도 된다. Y전극 YP의 다음에는 압력 검지용 절연층을 배치하고, 다음으로 Z전극 ZP와 보호층을 형성한다. 여기서 압력 검지용 절연층은, 터치 조작에 의한 압압 시에, 막 두께가 변화하는 투명한 절연 재료이면 된다. 예를 들면, 탄성 절연 재료 등을 이용하여, 압력 검지용 절연층을 형성하여도 된다.

다음으로, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 터치 패널(101)에서의 터치 조작 시의 용량 변화에 대해, 도 7 및 도 8을 이용하여 설명한다.

도 7a 및 도 7b는, 터치 조작의 입력 수단이 손가락 등의 도체인 경우의 용량 변화를 설명하는 모식도이다. 여기서는, 터치 시의 압압이 작아서 압력 검지용 절연층의 두께가 변화하지 않는다고 가정한다. 또한, 각 전극의 전극 용량은, 인접 전극과의 프린지 용량, 교차 용량, 그 밖의 기생 용량과의 합성 용량으로 되지만, 여기서는 Z전극과의 사이의 평행 평판 용량만 주목하고, 그 밖의 전극 용량은 터치 조작 시와 터치 조작이 없는 경우에서 변화하지 않는다고 가정하였다. 여기서, 터치 조작이 없는 경우의 Z전극 ZPA와 X전극 XP1 사이의 용량을 Cxz, Z전극 ZPA와 Y전극 YP2 사이의 용량을 Cyz라고 가정한다.

X전극 XP1의 전극 용량을 용량 검출부(102)가 검출할 때에는, Y전극 YP2는 리세트 상태에서 GND 전위로 된다. 그 때문에 X전극 XP1로부터 본 경우의 합성 용량은, Z전극 ZPA가 플로팅이기 때문에, Cxz와 Cyz의 직렬 접속의 용량으로 된다. 이 때의 X전극의 합성 용량 Cxp는, 다음 수학식 1로 표현한다.

한편, 터치 조작에 의해 손가락의 접촉이 있는 경우에는, Z전극 ZPA에 손가락의 정전 용량 성분 Cf가 전기적으로 접속된 상태라고 간주할 수 있다. 이 경우의 합성 용량을 등가 회로로 그리면 도 7b로 되고, 터치 조작 시의 X전극의 합성 용량 Cxpf는, 다음 수학식 2로 표현된다.

제어 연산부(103)는, 터치 조작이 없을 때의 XP1 전극 용량 Cxp와, 터치 조작이 있을 때의 XP1 전극 용량 Cxpf와의 차분을 XP1 전극의 신호 성분으로서 계산한다. 터치 조작 유무에서의 전극 용량의 차분 ΔCxp는, 수학식 1과 수학식 2로부터 산출할 수 있다.

수학식 3으로부터도 확인할 수 있는 바와 같이, 전극 용량의 차분 ΔCxp는 손가락의 정전 용량 Cf에 의존하기 때문에, 제어 연산부(103)에 의해 XP1 전극의 신호 성분으로서 산출할 수 있다.

도 8a 및 도 8b는, 터치 조작의 입력 수단이 비도전성이며, 터치 시의 압압에 의해 압력 검지용 절연층의 두께가 변화하는 경우의 용량 변화를 설명하는 모식도이다. 터치 조작이 없는 경우의 XP1 전극의 용량은, 도 7a 및 도 7b에서 설명한 바와 같이 수학식 1로 표현할 수 있다. 도 8a 및 도 8b는, 터치 시의 압압에 의해 Z전극 ZPA와 용량 검출용 전극 사이의 압력 검지용 절연층이 얇아진 경우의 도면이다. 이 경우의 Z전극 ZPA와 X전극 XP1 사이의 용량을 Cxza로 하고, Z전극 ZPA와 Y전극 YP2 사이의 용량을 Cyza로 한 경우, 평행 평판 용량은 두께에 반비례하기 때문에 다음 수학식 4가 성립된다.

X전극 XP1의 전극 용량을 용량 검출부(102)가 검출할 때에는, Y전극 YP2는 리세트 상태에서 GND 전위로 된다. 그 때문에 X전극 XP1로부터 본 경우의 합성 용량은, Z전극 ZPA가 플로팅이기 때문에, Cxza와 Cyza의 직렬 접속의 용량으로 된다. 이 때의 X전극의 합성 용량 Cxpa는, 다음 수학식 5로 표현된다.

제어 연산부(103)는, 터치 조작이 없을 때의 XP1 전극 용량 Cxp와, 터치 조작이 있을 때의 XP1 전극 용량 Cxpa와의 차분을 XP1 전극의 신호 성분으로서 계산한다. 터치 조작 유무에서의 전극 용량의 차분 ΔCxpa는, 수학식 1과 수학식 5로부터 산출할 수 있다.

수학식 4와 수학식 6으로부터도 확인할 수 있는 바와 같이, 전극 용량의 차분 ΔCxpa를 용량 검출부(102)에 의해 검출할 수 있기 때문에, 제어 연산부(103)에 의해 XP1 전극의 신호 성분으로서 산출할 수 있다.

이상의 점으로부터, 압력 검지용 절연층과 Z전극 ZP를 이용함으로써, 비도전성의 입력 수단이어도, 압압에 의해 압력 검지용 절연층의 두께가 변화함으로써 용량 변화에 의해 입력 좌표를 검지하는 것이 가능하게 된다.

다음으로, 도 9 및 도 10을 이용하여, 터치 조작에 의한 접촉면이 작은 경우에, 접촉면의 위치가 가로 방향으로 변화한 경우의 각 전극의 신호 성분에 대해서 설명한다.

도 9a는, 인접하는 2개의 X전극인 XP2와 XP3 사이에서, X전극 상에서 접촉면의 위치가 변화한 모습을 도시하고 있다. XA는 XP2의 중심 부근이며, XB는 XP2와 XP3과의 중간 부근이며, XC는 XP3의 중심 부근이다. 도 9a에서는, 도면의 간략화를 위해 Z전극 ZP를 도시하고 있지 않다. 도 9b는 접촉면의 위치가 XA일 때의, XP2와 XP3의 제어 연산부(103)가 산출되는 신호 성분을 나타낸 도면이다. 마찬가지로, 도 9c는 위치 XB일 때, 도 9d는 위치 XC일 때의 XP2와 XP3의 신호 성분을 각각 나타내고 있다. 도 8a 및 도 8b에서 설명한 정전 용량 Cf나, 도 9의 각 도면에서 설명한 Z전극 ZP와 용량 검출용 전극 사이의 용량 변화는, 접촉면의 면적에 의존한다. 따라서, 용량 검출용 전극과 접촉면이 겹치는 면적이 큰 경우에는 신호 성분이 커지고, 반대로 용량 검출용 전극과 접촉면이 겹치는 면적이 작은 경우에는 신호 성분이 작아진다. 위치 XA에서는, 접촉면과 XP2가 겹치는 부분이 많고, XP3 과는 대부분 겹치지 않기 때문에, 도 9b에 도시한 바와 같이, XP2의 신호 성분이 크고, XP3의 신호 성분은 작아진다. 위치 XB에서는, XP2 및 XP3과 접촉면과 겹치는 면적이 거의 동등하게 되므로, 도 9c에 도시한 바와 같이 산출되는 신호 성분은 XP2와 XP3에서 거의 동등하게 된다. 또한, 위치 XC에서는, 접촉면과 XP3과 겹치는 부분이 많고, XP2와 거의 겹치지 않기 때문에, 도 9d에 도시한 바와 같이, XP3의 신호 성분이 크고, XP2의 신호 성분은 작아진다. 제어 연산부(103)는, 각 전극의 신호 성분을 이용하여 무게 중심 계산을 행하여, 접촉면이 터치 조작에 의해 접촉한 입력 좌표를 산출한다. 도 9c와 같이 XP2와 XP3에서 동일한 정도의 신호 성분이 얻어지는 경우에는, 무게 중심 위치는 XP2 전극과 XP3 전극의 중간에 오기 때문에, 입력 좌표를 산출할 수 있다. 한편, 도 9b나 도 9d와 같이 한쪽의 X전극의 신호 성분이 매우 큰 경우에는, 무게 중심 위치는 큰 신호 성분을 검출한 X전극 부근으로 되므로, 마찬가지로 입력 좌표를 산출할 수 있다.

도 10은, Y전극 상에서 도 9a와 마찬가지로 접촉면이 변화하였을 때의 모습을 도시하고 있다. 가로 방향의 위치는, 도 9a의 XA가 XA', XB가 XB', XC가 XC'에 상당한다. 도 10에서 접촉면은 X전극과 직접 겹쳐 있지 않지만, 접촉면이 겹쳐 있는 Z전극 ZP는 인접하는 X전극 XP2와 XP3에 겹쳐 있다. 따라서, Y전극 상에서의 접촉에 의한 용량 변화는, Z전극 ZP를 통한 용량 커플링에 의해 인접하는 X전극에서도 검출할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 X전극의 전극 형상을 이용함으로써, 접촉면에 비해 X전극의 전극 간격이 넓은 경우에서도 무게 중심 계산이 가 능하게 되어, 고정밀도로 위치를 검출하는 것이 가능하게 된다. 따라서, 접촉면에 비해 X전극의 전극 간격을 넓힘으로써 종래의 전극 패턴보다 전극 개수를 삭감하는 것이 가능하게 된다. 또한, X전극의 전극 형상이 Y전극을 사이에 두고 이산적이어도, 전기적으로 플로팅인 Z전극이, 인접하는 X전극과 Y전극에 걸치도록 배치됨으로써, 터치 패널 전체면에서 X방향의 입력 좌표를 검출하는 것이 가능하게 된다.

다음으로, 도 11의 각 도면을 이용하여, 터치 조작에 의한 접촉면이 작은 경우에, 접촉면의 위치가 세로 방향으로 변화한 경우의 각 전극의 신호 성분에 대해서 설명한다.

도 11a는, 인접하는 2개의 Y전극인 YP2와 YP3 사이에서, 세로 방향으로 접촉면의 위치가 변화한 모습을 도시하고 있다. YA는 YP2의 중심 부근이며, YB는 YP2와 YP3과의 중간 부근이며, YC는 YP3의 중심 부근이다. 접촉면이 위치 YA인 경우에는 접촉면과 겹치는 Y전극은 YP2뿐이므로, 제어 연산부(103)가 검출하는 신호 성분은, 도 11b와 같이 YP2 전극의 신호 성분만으로 된다. 마찬가지로, 접촉면이 위치 YC인 경우에는 접촉면과 겹치는 Y전극은 YP3뿐이므로, 도 11d와 같이 YP3 전극의 신호 성분만으로 된다. 한편, 접촉면이 위치 YB와 같이 X전극 상에 있는 경우에는, 접촉면과 겹치는 Z전극 ZP가 인접하는 Y전극과 교차하고 있다. 그 때문에, X전극 상에서의 접촉에 의한 용량 변화는, Z전극 ZP를 통한 용량 커플링에 의해 인접하는 Y전극에서 검출할 수 있다. 위치 YB의 경우에는, YP2 전극과 교차하는 Z전극 ZP에서 발생하는 용량 변화와, YP3 전극과 교차하는 Z전극 ZP에서 발생하는 용량 변화가 대략 동등하다. 따라서, 도 11c에 도시한 바와 같이 YP2와 YP3에서 얻 어지는 신호 성분이 대략 동등하게 된다. 제어 연산부(103)는, X전극의 입력 좌표 산출의 경우와 마찬가지로, 각 전극의 신호 성분을 이용하여 무게 중심 계산을 행하고, 접촉면이 터치 조작에 의해 접촉한 입력 좌표를 산출한다. 도 11c와 같이 YP2와 YP3에서 동일한 정도의 신호 성분이 얻어지는 경우에는, 무게 중심 위치는 YP2 전극과 YP3 전극의 중간에 오기 때문에, 입력 좌표를 산출할 수 있다. 한편, 도 11b나 도 11d와 같이 한쪽의 Y전극의 신호 성분만의 경우에는, 무게 중심 위치는 신호 성분을 검출한 Y전극의 중심 부근으로 되므로, 마찬가지로 입력 좌표를 산출할 수 있다.

이상과 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 Y전극의 전극 형상이, X전극을 사이에 두고 이산적이어도, 전기적으로 플로팅인 Z전극을 인접하는 X전극과 Y전극에 걸치도록 배치됨으로써, 터치 패널 전체면에서 Y방향의 입력 좌표를 검출하는 것이 가능하게 된다. 또한, X전극이 존재하는 영역의 세로 방향의 입력 좌표를, 전술한 Z전극을 이용함으로써 검출 가능하므로, Y전극의 개수를 삭감하는 것이 가능하게 된다. 또한, 세로 방향의 Y좌표에서도 무게 중심 계산에 의한 좌표 연산이 가능하게 되어, 고정밀도로 위치를 검출하는 것이 가능하게 된다.

이상으로 설명한 본 발명의 제1 실시 형태에서의 X전극, Y전극, 및 Z전극의 전극 형상에 의한 용량 검출용 전극 개수의 삭감 효과를 나타내기 위해, 도 12에 도시한 바와 같은 대각 4인치(종횡비는, 3 대 4라고 가정)의 터치 패널에서의 전극 개수를 계산하였다. 여기서는, 상정하는 최소의 접촉면을 직경 1.0㎜라고 가정하고, Y전극의 전극 간격을 2.0㎜로 하였다. X전극의 전극 간격을 파라미터로 하였 을 때의 전극 수를 정리한 그래프를 도 13에 나타낸다. X전극의 전극 간격을 넓힘으로써 X전극 개수를 삭감할 수 있다. 예를 들면, 전극 간격을 6.0㎜로 함으로써, 종래 기술의 경우의 전극 수 139개(X전극과 Y전극 모두 1.0㎜의 전극 간격으로 나열한 경우)에 대해, 용량 검출용의 전극 수를 약 100개 삭감하는 것이 가능하게 된다.

본 발명의 제1 실시 형태에 의해 용량 검출용의 전극 개수를 삭감함으로써, 검출용 배선 인출을 위한 액연 치수를 작게 할 수 있다. 또한, 터치 패널(101)과 용량 검출부(102)와의 접속선 수도 적어지므로, 신뢰성 향상도 기대할 수 있다. 또한, 용량 검출용의 전극 개수가 적어지므로, 용량 검출부의 단자수도 삭감할 수 있어, IC화하였을 때의 코스트를 저감하는 것이 가능하게 된다.

도 14 및 도 15는, Z전극의 슬릿의 위치를 바꾼 경우이다. 도 5a, 도 14, 및 도 15의 Z전극 ZP에서, X전극과 평행한 슬릿은 동일하며, Y전극과 평행한 슬릿이 상이하다. 단, Z전극이, 인접하는 X전극과 Y전극에 걸쳐서 교차하고 있는 점은 공통이다.

도 14에서, Y전극과 평행한 슬릿은 각 Y전극의 중앙 부근에 배치된다. 이에 의해, 인접하는 X전극과 Y전극에는 동일한 Z전극이 걸쳐서 교차하기 때문에, 도 5a의 경우와 마찬가지로 X전극 상의 용량 변화를 커플링에 의해 Y전극이 검출 가능하게 되고, 반대로 Y전극 상의 용량 변화를 커플링에 의해 X전극이 검출 가능하게 된다. 이 때문에, 도 5a와 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다.

도 15에서는, Y전극과 평행한 슬릿은 각 X전극의 중앙 부근에 배치된다. 이 에 의해, 인접하는 X전극과 Y전극에는 동일한 Z전극이 걸쳐서 교차하기 때문에, 도 5a의 경우와 마찬가지로 X전극 상의 용량 변화를 커플링에 의해 Y전극이 검출 가능하게 되고, 반대로 Y전극 상의 용량 변화를 커플링에 의해 X전극이 검출 가능하게 된다. 이 때문에, 도 5a와 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다.

도 16은, 도 5b에 도시한 X전극의 형상을 바꾼 경우이다. 도 5b 및 도 16에서, Y전극의 형상은 동일하다. 도 5b에서는 X전극 형상의 우측이 오목형 형상, 좌측이 볼록형 형상이었지만, 도 16에서는 X전극 형상의 양측이 대략 삼각형에 가까운 형상이다. 도 5b 및 도 16 모두, X전극의 면적은, 인접하는 다른 X전극의 중심에 근접함에 따라서 작아지고, 그 X전극의 중심에 가까울수록 면적이 커지는 것은 동일하다. 그 때문에, 도 5b와 마찬가지의 효과를 기대할 수 있다. 또한, X전극의 형상은, 인접하는 다른 X전극의 중심에 근접함에 따라서 면적이 작아지고, 그 X전극의 중심에 가까울수록 면적이 커지는 형상이면, 도 5b, 도 16의 형상으로 한정되지 않는다.

이상 설명한 바와 같이, 본 발명의 제1 실시 형태에 따르면, 비도전성의 입력 수단에 의해 터치 패널 상에 접촉한 경우에서도, 용량 검출용의 X전극이나 Y전극과, 그 상부의 Z전극과의 거리가 변화함으로써 용량 변화가 발생하기 때문에, 정전 용량 결합 방식으로서 입력 좌표를 검출할 수 있다. 이에 의해, 저항막식에서 사용되고 있는 수지제 스타일러스에도 대응 가능하게 되어, 저항막식 터치 패널과의 치환의 장벽이 낮아진다.

또한, 인접하는 X전극 사이의 입력 위치는, 인접하는 2개의 X전극으로부터 얻어지는 용량 변화의 신호비에 의해 산출할 수 있도록 전극 형상을 궁리함으로써 X전극 개수를 삭감하고, 또한 Y전극은 Z전극의 배치를 궁리함으로써 삭감할 수 있다. 이에 의해, 검출용 전극으로부터 입력 처리부까지의 주회 배선으로 필요한 액연 폭을 좁게 할 수 있어, 디자인성의 우도가 향상된다. 또한, 입력 처리부의 단자수 증가를 억제할 수 있기 때문에, 염가로 고정밀도의 입력 위치 검출을 할 수 있는 정전 용량 결합 방식 터치 패널을 실현할 수 있다. 또한, 접촉면이 작은 입력 수단, 예를 들면 스타일러스 등에서도 정밀도 좋게 입력 좌표의 검출을 할 수 있으므로, 문자 입력 등의 어플리케이션에 적용도 가능하게 된다.

상기에서 설명한 본 발명의 제1 실시 형태에 따른 터치 패널에서, X전극 XP의 형상은, 도 17에 도시한 바와 같이 X전극의 중심으로부터 최원단의 부분에서, 어떤 일정한 전극 폭을 갖는 전극 형상으로 하여도 된다.

도 18의 각 도면은, 도 17에 도시한 전극 형상을 이용한 터치 패널에서, 터치 조작에 의한 접촉면이 작은 경우에, 접촉면의 위치가 가로 방향으로 변화한 경우의 각 전극의 신호 성분에 대해서 설명하는 도면이다.

도 18a는, 인접하는 2개의 X전극인 XP2와 XP3 사이에서, X전극 상에서 접촉면의 위치가 변화한 모습을 도시하고 있다. XA는 XP2의 중심 부근이며, XB는 XP2와 XP3과의 중간 부근이며, XC는 XP3의 중심 부근이다. 도 18a에서는, 도면의 간략화를 위해 Z전극 ZP를 도시하고 있지 않다. 도 18b는 접촉면의 위치가 XA일 때의, XP2와 XP3의 제어 연산부(103)가 산출하는 신호 성분을 나타낸 도면이다. 마찬가지로, 도 18c는 위치 XB일 때, 도 18d는 위치 XC일 때의 XP2와 XP3의 신호 성 분을 각각 나타내고 있다. 전술한 바와 같이 Z전극 ZP와 용량 검출용 전극 사이의 용량 변화는, 접촉면의 면적에 의존한다. 따라서, 용량 검출용 전극과 접촉면이 겹치는 면적이 큰 경우에는 신호 성분이 커지고, 반대로 용량 검출용 전극과 접촉면이 겹치는 면적이 작은 경우에는 신호 성분이 작아진다. 위치 XA에서는, 접촉면과 XP2가 겹치는 부분이 많아진다. 한편, XP3은 원단부에서도 전극 폭을 갖는 전극 형상으로 되어 있기 때문에, 접촉면과 겹치는 면적을 얻을 수 있다. 이 때문에, 도 18b에 도시한 바와 같이, XP2의 신호 성분은 커지고, XP3의 신호 성분은 접촉면과 겹치는 면적에 따른 신호 성분으로 된다. 위치 XB에서는, XP2 및 XP3과 접촉면과 겹치는 면적이 거의 동등하게 되므로, 도 18c에 도시한 바와 같이 산출되는 신호 성분은 XP2와 XP3에서 거의 동등하게 된다. 또한, 위치 XC에서는, 위치 XA의 경우의 XP2와 XP3의 관계가 거의 반대로 된다. 또한, 위치 XC에서는, 위치 XA의 경우의 XP2와 XP3의 관계와, XP3과 XP4의 관계가 마찬가지로 된다.

여기서, 표시 장치나 용량 검출부(102) 주변의 영향에 의해 신호 성분에 노이즈 성분이 중첩되는 경우가 있다. 노이즈 성분이 중첩되면, 도 18b로부터 도 18d의 도면 중에 점선으로 나타낸 노이즈 성분 이하의 신호는, 제어 연산부(103)에서 무게 중심 계산에 이용할 수 없게 된다. 따라서, 노이즈 성분이 많은 경우에는, 도 17에 도시한 바와 같이 X전극의 중심으로부터 최원단의 부분을, 임의의 전극 폭을 갖는 전극 형상으로 함으로써, 접촉면과 겹치는 면적을 존재시킬 수 있어, 신호 성분을 얻음으로써 정밀도 좋게 접촉 위치를 검출할 수 있다.

또한, 압력 검지용 절연층은, 공기 등 압력에 의해 체적이 변화하는 기체에 의해 구성하여도 된다. 이 경우에는, 비접촉 시의 층간 거리를 일정하게 유지하기 위해, Z전극 ZP와 X전극 XP 및 Y전극 YP 사이에, 스페이서 등을 배치하여도 된다.

또한, 공기 이외로도, 상하의 전극 재료 등과 굴절률이 근사한 액체 재료를 이용하여, 압력 검지용 절연층으로 하여도 된다. 또한, 압력 검지용 절연층으로서, 압력에 의해 층간 거리가 변화하는 엘라스토머 등의 수지를 이용하여도 된다.

<제2 실시 형태>

다음으로, 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 터치 패널에 대해서 설명한다. 본 발명의 제2 실시 형태에 따른 터치 패널은, 본 발명의 제1 실시 형태에서 설명한 Z전극의 형상이 상이하다. 따라서, Z전극 이외의 구성 요소는, 전술한 본 발명의 제1 실시 형태와 마찬가지이다.

본 발명의 제2 실시 형태에 따른 터치 패널에 구비되는 Z전극의 형상에 대해서, 도 19와 도 20을 이용하여 설명한다. 도 19에 도시한 바와 같이, Z전극 ZP는 슬릿에 의해 분할되지 않고, 베타 전극의 형상(터치 패널의 표시 화면의 거의 전역을 덮는 형상)을 갖는다. 이 베타 전극의 형상의 Z전극 ZP도 전기적으로 플로팅 상태로 한다. 이 때의 점 A로부터 점 B의 단면도가 도 20이다. 베타 전극 형상의 Z전극 ZP가, 압력 검지용 절연층을 사이에 두고, X전극 XP와 Y전극 YP의 상부에 배치된다.

도 21과 도 22는, 베타 전극 형상의 Z전극 ZP를 이용하였을 때의, 용량 검출용 전극인 X전극 XP의 신호 성분을, 시뮬레이션에 의해 구한 결과이다.

도 21은, 펜 등에 의해 터치 패널을 압압하고, 압력 검지용 절연층의 층간 거리가 변동된 경우의 신호 성분을, 시뮬레이션에 의해 구한 결과이다. 시뮬레이션의 조건으로서, 압압 전의 압력 검지용 절연층의 층간 거리를 70㎛로 하고, 압압 시의 층간 거리를 10㎛로 하여 계산하였다. 그래프의 횡축은, 압력 검지용 절연층의 비유전률이다. 비교로서, 제1 실시 형태인 슬릿이 있는 Z전극 ZP를 이용한 경우의 신호 성분도 도시하였다. 이 도면에서 도시된 바와 같이, 베타 전극 형상의 Z전극 ZP를 이용한 경우에서도, 도 8a에서 설명한 압력 검지용 절연층의 층간 거리 변화에 의한 용량 변화를, 슬릿이 있는 Z전극 ZP를 이용하였을 때와 동일한 정도로, 신호 성분으로서 검출할 수 있는 것을 알 수 있다.

도 22는, 손가락 등의 도체에 의해 터치 패널에 접촉하였을 때의 신호 성분을 시뮬레이션에 의해 계산한 결과를 나타내고 있다. 여기서는, 손가락 등에 의해 가볍게 접촉한 경우를 상정하고, 접촉 시에 압력 검지용 절연층의 층간 거리는 변화하지 않고 70㎛ 일정으로 하여 계산하였다. 또한, 압력 검지용 절연층의 비유전률은 3.8로 하여 계산하였다. 그래프 중에는, 비교 데이터로서, 점선으로 슬릿이 있는 Z전극을 이용한 경우에서의 손가락 접촉 시의 신호 성분을 시뮬레이션에 의해 계산한 결과를 나타냈다. 그래프 횡축은, 베타 전극 형상인 Z전극 ZP의 시트 저항이다. 이 결과는, 층간 거리가 변화하지 않는 경우에는, Z전극의 시트 저항을 높게 함으로써, 슬릿이 있는 Z전극 ZP를 이용한 경우와 동일한 정도의 신호 성분을 얻어지는 것을 도시하고 있다. Z전극의 시트 저항을 높게 함으로써, 접촉한 도체로부터 거리가 가까운 용량 검출용 전극만, 그 접촉한 도체에 의해 발생하는 정전 용량에의 충방전이 가능하게 된다. 이와 같이 Z전극의 저항을 높게 하여, 정전 용 량에의 충방전을 국소적으로 함으로써, 신호 성분을 검출 가능하게 하였다.

이상에서 설명한 바와 같이, 슬릿이 없는 베타 전극 형상의 하나의 Z전극을 이용함으로써, 제1 실시 형태에 따른 터치 패널과 마찬가지의 효과를 얻을 수 있다.

도 1은 본 발명의 일 실시 형태에서의 입력 장치, 및 그것을 구비한 표시 장치의 시스템 구성도.

도 2는 용량 검출부(102)의 회로 구성도.

도 3은 용량 검출부(102)의 동작을 설명하는 타이밍차트.

도 4는 용량 검출 시에서의 용량 검출용 전극의 전압 파형도.

도 5a는 본 발명의 일 실시 형태에서의 터치 패널의 전극 형상을 도시하는 평면도.

도 5b는 본 발명의 일 실시 형태에서의 터치 패널의 전극 형상을 도시하는 평면도.

도 6은 본 발명의 일 실시 형태에서의 터치 패널의 전극 구조를 도시하는 단면도.

도 7a는 본 발명의 일 실시 형태에서의 터치 패널에서 용량 검출용 전극의 정전 용량에 의한 용량 변화를 도시하는 모식도.

도 7b는 본 발명의 일 실시 형태에서의 터치 패널에서 용량 검출용 전극의 정전 용량에 의한 용량 변화를 도시하는 모식도.

도 8a는 본 발명의 일 실시 형태에서의 터치 패널에서 용량 검출용 전극의 압력 검지용 절연층의 두께 변화에 의한 용량 변화를 도시하는 모식도.

도 8b는 본 발명의 일 실시 형태에서의 터치 패널에서 용량 검출용 전극의 압력 검지용 절연층의 두께 변화에 의한 용량 변화를 도시하는 모식도.

도 9a는 본 발명의 일 실시 형태에서, X전극 상에서 X방향으로 접촉면의 위치가 변화한 모습을 도시하는 도면.

도 9b는 본 발명의 일 실시 형태에서, X방향으로 접촉면이 이동하였을 때의 신호 성분을 나타낸 그래프.

도 9c는 본 발명의 일 실시 형태에서, X방향으로 접촉면이 이동하였을 때의 신호 성분을 나타낸 그래프.

도 9d는 본 발명의 일 실시 형태에서, X방향으로 접촉면이 이동하였을 때의 신호 성분을 나타낸 그래프.

도 10은 본 발명의 일 실시 형태에서, 접촉면이 Y전극 상에 존재하여 X방향으로 이동하였을 때의 모식도.

도 11a는 본 발명의 일 실시 형태에서, Y방향으로 접촉면의 위치가 변화한 모습을 도시하는 도면.

도 11b는 본 발명의 일 실시 형태에서, Y방향으로 접촉면이 이동하였을 때의 신호 성분을 나타낸 그래프.

도 11c는 본 발명의 일 실시 형태에서, Y방향으로 접촉면이 이동하였을 때의 신호 성분을 나타낸 그래프.

도 11d는 본 발명의 일 실시 형태에서, Y방향으로 접촉면이 이동하였을 때의 신호 성분을 나타낸 그래프.

도 12는 터치 패널에서의 용량 검출용 전극의 배치도.

도 13은 X전극의 간격과 용량 검출용 전극 개수의 관계를 나타내는 그래프.

도 14는 본 발명의 일 실시 형태에서의, Z전극의 다른 형상을 도시하는 모식도.

도 15는 본 발명의 일 실시 형태에서의, Z전극의 다른 형상을 도시하는 모식도.

도 16은 본 발명의 일 실시 형태에서의, X전극의 다른 형상을 도시하는 모식도.

도 17은 본 발명의 일 실시 형태에서의, X전극의 다른 형상을 도시하는 모식도.

도 18a는 본 발명의 일 실시 형태에서, X방향으로 접촉면의 위치가 변화한 모습을 도시하는 도면.

도 18b는 본 발명의 일 실시 형태에서, X방향으로 접촉면이 이동하였을 때의 신호 성분을 나타낸 그래프.

도 18c는 본 발명의 일 실시 형태에서, X방향으로 접촉면이 이동하였을 때의 신호 성분을 나타낸 그래프.

도 18d는 본 발명의 일 실시 형태에서, X방향으로 접촉면이 이동하였을 때의 신호 성분을 나타낸 그래프.

도 19는 본 발명의 제2 실시 형태에서의 터치 패널의 전극 형상을 도시하는 평면도.

도 20은 본 발명의 제2 실시 형태에서의 터치 패널의 전극 구조를 도시하는 단면도.

도 21은 본 발명의 일 실시 형태에서의 터치 패널의 압력 검지용 절연층 거리가 변화하였을 때의 신호 성분을 나타내는 그래프.

도 22는 본 발명의 일 실시 형태에서의 터치 패널의 도체 접촉 시의 신호 성분을 나타내는 그래프.

<도면의 주요 부분에 대한 부호의 설명>

101 : 터치 패널

102 : 용량 검출부

103 : 제어 연산부

104 : 시스템

105 : 표시 제어 회로

106 : 표시 장치

107 : 콤퍼레이터

Claims

표시 영역 상에서의 터치 위치 좌표를 정전 용량 결합 방식에 의해 검출하는 정전 용량 터치 패널을 구비하는 표시 장치로서,

상기 정전 용량 터치 패널은, 복수의 X전극과, 복수의 Y전극과, 복수 또는 1개의 Z전극을 구비하고,

상기 X전극과 상기 Y전극은, 제1 절연층을 개재하여 교차되어 있고, 각각 그 연장 방향으로 패드부와 세선부가 교대로 나열되도록 하여 형성되고, 평면적으로 본 경우에, 상기 X전극의 패드부와 상기 Y전극의 패드부는 중첩하지 않고 배치되고,

상기 정전 용량 터치 패널이, 복수의 상기 Z전극을 구비하는 경우에는,

상기 Z전극은, 평면적으로 본 경우에, 인접하는 상기 X전극과 상기 Y전극의 양방에 중첩하도록, 제2 절연층을 개재하여 각각 형성되어 있고, 상기 복수의 Z전극은, 전기적으로 플로팅이며,

상기 정전 용량 터치 패널이, 1개의 상기 Z전극을 구비하는 경우에는,

상기 Z전극은, 평면적으로 본 경우에, 상기 복수의 X전극과 상기 복수의 Y전극의 양방에 중첩하도록, 제2 절연층을 개재하여 형성되어 있고, 상기 1개의 Z전극은, 전기적으로 플로팅인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 제2 절연층은, 터치에 의한 압압에 의해 상기 제2 절연층의 두께가 변화하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제2항에 있어서,

상기 제2 절연층은, 탄성 절연 재료에 의해 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 X전극의 패드부는, 그 X전극과 인접하는 X전극의 세선부 부근까지 연장되고,

평면적으로 본 경우에, 상기 X전극의 패드부에서의 형상은, 상기 인접하는 X전극의 세선부 부근에서 면적이 최소로 되고, 그 X전극의 세선부 부근에서 면적이 최대로 되고,

상기 X전극의 세선부 부근으로부터 상기 인접하는 X전극의 세선부 부근에 걸쳐서, 상기 패드부의 면적이 감소되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제4항에 있어서,

평면적으로 본 경우에, 상기 Y전극의 패드부에서의 상기 X전극이 연장되는 방향의 폭이, 상기 Y전극이 연장되는 방향에 대해 일정하며,

상기 X전극의 패드부와 상기 Y전극의 패드부는, 평면적으로 본 경우에, 상기 X전극이 연장되는 방향으로 교대로 배치되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제5항에 있어서,

인접하는 2개의 상기 X전극의 패드부에서, 한쪽의 그 패드부의 형상은 볼록형 형상이며, 다른 한쪽의 그 패드부의 형상은 오목형 형상인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제5항에 있어서,

인접하는 2개의 상기 X전극의 패드부에서, 양방의 그 패드부의 형상은 볼록형 형상인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제6항에 있어서,

상기 정전 용량 터치 패널은, 복수의 상기 Z전극을 구비하고,

상기 Z전극은, 상기 X전극의 연장 방향을 따른 복수의 슬릿에 의해 분할되고, 또한 상기 Y전극의 연장 방향을 따른 복수의 슬릿에 의해 분할되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제8항에 있어서,

상기 Y전극이 연장되는 방향을 따른 상기 Z전극의 슬릿은, 평면적으로 본 경우에, 상기 Y전극 상 또는 상기 X전극 상에 1개씩 형성되거나, 상기 Y전극 상 및 상기 X전극 상에 1개씩 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
정전 용량 터치 패널을 구비하는 표시 장치로서,

상기 정전 용량 터치 패널은,

제1 방향으로 신장하는 복수의 제1 전극과, 상기 제1 방향과 교차하는 제2 방향으로 신장하는 복수의 제2 전극과, 상기 제1 전극 및 제2 전극 상에 형성된 절연층과, 상기 절연층 상에 형성된 1 또는 복수의 제3 전극을 구비하는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제10항에 있어서,

상기 정전 용량 터치 패널은, 복수의 상기 Z전극을 구비하고,

복수의 상기 제3 전극은, 각각이 전기적으로 플로팅이며, 상기 제1 전극 및 상기 제2 전극에 평면적으로 중첩하도록 형성되어 있는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제4항에 있어서,

상기 X전극의 패드부는, 상기 인접하는 X전극의 세선부 부근에서 면적이 최소로 되고, 그 X전극의 세선부 부근에서 면적이 최대로 되고, 그 X전극의 면적 최소의 부분에서, 소정의 전극 폭을 갖는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 정전 용량 터치 패널은, 1개의 상기 Z전극을 구비하고,

상기 Z전극은, 손가락 등의 도체가 정전 용량 터치 패널에 접촉한 부근에 생기는 정전 용량에 대해, 상기 접촉한 부근의 상기 X전극 및 상기 Y전극으로부터만, 상기 정전 용량에 충방전할 수 있도록, 고저항인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 정전 용량 터치 패널은, 1개의 상기 Z전극을 구비하고,

상기 Z전극은, 베타 전극인 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제1항에 있어서,

상기 정전 용량 터치 패널은, 복수 또는 1개의 상기 Z전극을 구비하고,

상기 제2 절연층은, 압력에 의해 체적이 변화하는 기체로 형성되는 것을 특징으로 하는 표시 장치.
제15항에 있어서,

상기 제2 절연층은, 공기인 것을 특징으로 하는 표시 장치.