KR20110001907A - 터치 센서 및 표시 장치 - Google Patents

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KR20110001907A
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쯔또무 하라다
다께야 다께우찌
요시또시 기다
다까유끼 나까니시
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Abstract

센서로부터 이격되어 있는 물체를 검출할 수 있는 터치 센서를 제공한다. 터치 센서는, 하나 이상의 구동 전극과, 각각의 구동 전극들과 협동하여 정전 용량을 형성하는 하나 이상의 검출 전극과, 각각의 구동 전극들에 구동 신호들을 인가하여 각각의 구동 신호들에 응답하여 각각의 검출 전극들로부터 얻어진 검출 신호들에 기초하여 물체를 검출하는 검출 회로와, 구동 전극들과 검출 전극들 사이에서 발생하는 전력선들의 범위 변화를 제어하는 컨트롤러를 포함한다.

Description

터치 센서 및 표시 장치{TOUCH SENSOR AND DISPLAY DEVICE}
본 발명은 액정 표시 장치와 같은 표시 장치에 관한 것으로서, 구체적으로는, 사용자의 손가락의 접촉이나 접근에 의해 정보가 입력될 수 있는 정전 용량형 터치 센서 및 이러한 터치 센서를 구비하는 표시 장치에 관한 것이다.
최근에는 이른바 터치 패널이라고 하는 접촉 감지 장치(이하, 터치 센서라 함)를 LCD 표시 장치 상에 직접 장착함과 함께 정보 입력이 가능하도록 일반 버튼의 대안으로 액정 표시 장치에 다양한 버튼 이미지들을 표시하는 표시 장치가 주목받고 있다. 모바일 기기의 스크린의 크기가 증가하는 경향 속에서, 이러한 기술은 디스플레이와 버튼의 배치가 공용화될 수 있기 때문에 공간 절약 또는 부품들의 수 저감이라는 큰 장점을 제공한다. 그러나, 이 기술에서는 터치 센서의 장착으로 인해 액정 분자의 총 두께가 증가하는 문제가 있었다. 특히, 모바일 기기 용도로는 다음과 같은 어려움이, 즉, 터치 센서 상의 스크래치를 방지하기 위한 보호층이 필요하므로, 경향과는 달리 액정 분자의 두께가 증가되는 문제가 발생하였다.
따라서, 예를 들어, 일본 특허공개번호 제2008-9750호에서는, 두께 저감을 위해 정전 용량형 터치 센서가 형성된, 터치 센서를 구비하는 액정 표시 소자를 제안하였다. 이 액정 표시 소자에서는, 액정 표시 소자의 관찰측 기판과 이 기판의 외면 상에 배치된 관찰용 편광판 사이에 터치 센서용 도전막이 배치되며, 터치 센서용 도전막과 편광판의 외면 사이에 편광판의 외면을 터치면으로서 사용하는 정전 용량형 터치 센서가 형성된다.
그러나, 일본 특허공개번호 제2008-9750호에 개시된 터치 센서를 구비하는 액정 표시 소자에서는, 기본적으로 터치 센서용 도전막이 사용자의 전위와 동일한 전위로 될 필요가 있으며, 이에 따라 사용자가 확실히 접지될 필요가 있다. 따라서, 액정 표시 소자는 콘센트를 통해 전력이 공급되는 거치형 텔레비전 수상기용으로 사용될 수 있지만 모바일 기기 용도로는 실제로 사용되기 어렵다. 게다가, 이러한 기술에서, 좌표 검출 회로와 터치 센서 구동부와 같은 회로 부분은 액정 표시 소자의 표시 구동 회로부와는 구조적으로 별도로 필요하고, 이에 따라 장치의 전체 회로들을 거의 집적할 수 없다.
따라서, 표시 구동 전압을 인가하도록 초기에 배치되는, 공통 전극과의 사이에 정전 용량을 형성하는 터치 검출 전극은, 공통 전극에 추가로 배치되는 것으로 고려된다(신구조의 정전 용량형 터치 센서를 갖는 표시 장치). 이 정전 용량은 물체의 접촉이나 접근에 따라 변화하므로, 표시 제어 회로에 의해 공통 전극에 인가되는 표시 구동 전압이 터치 센서 구동 신호로서도 사용(공통 사용)될 수 있다면, 정전 용량 변화에 따른 검출 신호를 터치 검출 전극으로부터 얻을 수 있다. 또한, 검출 신호가 소정의 터치 검출 회로에 입력되면, 물체의 접촉이나 접근을 검출할 수 있다. 또한, 이러한 방법에 따르면, 터치 센서를 구비하는 표시 장치를 제공할 수 있고, 표시 장치는 흔히 사용자 전위가 고정되지 않은 모바일 기기에 적용되도록 적응가능하다. 또한, 표시 회로 및 센서 회로는 하나의 회로 보드 상에 쉽게 집적될 수 있어서, 회로의 집적화가 용이해지는 이점이 있다.
그러나, 일본 특허공개번호 제2008-9750호에 개시된 것을 포함하는 정전 용량형 터치 센서 및 신구조의 터치 센서는 물체의 접촉이나 접근을 검출할 수 있지만, 터치 센서로부터 떨어져 있는 장소에서 (즉, 원거리에서) 물체의 존재를 거의 검출하지 못한다. 원거리에 있는 물체가 검출될 수 있다면, 터치 패널을 터치하지 않고 터치 패널로부터 떨어진 위치에서 정보를 입력할 수 있으며, 이에 따라 터치 센서를 다양한 용도에 사용하는 것을 기대할 수 있다. 따라서, 원거리에서 물체의 존재를 검출할 수 있는 터치 센서를 얻는 것이 필요하다.
센서로부터 떨어져 있는 장소에서도 물체의 존재를 검출할 수 있는 정전 용량형 터치 센서 및 이러한 터치 센서를 구비하는 표시 장치를 제공하는 것이 바람직하다.
본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서는, 하나 이상의 구동 전극과, 각각의 구동 전극들과 협동하여 정전 용량을 형성하는 하나 이상의 검출 전극과, 구동 신호들을 각각의 구동 전극들에 인가하여 각각의 구동 신호들에 응답하여 각각의 검출 전극들로부터 얻어진 검출 신호에 기초하여 물체를 검출하는 검출 회로와, 구동 전극들과 검출 전극들 사이에서 발생하는 전기력선의 범위를 변화시키는 컨트롤러를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제1 표시 장치는, 복수의 표시 화소 전극과, 표시 화소 전극들에 대향하도록 구비된 하나 이상의 공통 전극과, 표시층과, 표시 화소 전극들과 공통 전극들 사이에 화상 신호 기초 전압을 인가함으로써 표시층의 화상 표시 성능을 제어하는 표시 제어 회로와, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 포함한다.
본 발명의 일 실시예에 따른 제2 표시 장치는, 복수의 표시 화소 전극과, 표시 화소 전극들에 대향하도록 구비된 하나 이상의 공통 전극과, 표시층과, 표시 화소 전극들과 공통 전극들 사이에 화상 신호 기초 전압을 인가함으로써 표시층의 화상 표시 성능을 제어하는 표시 제어 회로와, 하나 이상의 센서용 구동 전극과, 각 센서용 구동 전극들과 협동하여 정전 용량을 형성하는 하나 이상의 센서용 검출 전극과, 각 센서용 구동 전극들에 센서용 구동 신호들을 인가하여 각 센서용 구동 신호들에 응답하여 각 센서용 검출 전극들로부터 얻어진 검출 신호들에 기초하여 물체를 검출하는 검출 회로를 포함한다. 공통 전극들은, 센서용 구동 전극들로서도 기능하고, 표시용 공통 구동 신호의 전압보다 큰 전압을 갖는 센서용 구동 신호를 공급받는다.
본 발명의 실시예들에 따른 터치 센서와 제1 표시 장치에서, (센서) 구동 신호는 구동 전극에 인가되고, 이에 따라 (센서) 구동 전극과 (센서) 검출 전극 사이에 형성된 정전 용량이 물체의 유무에 따라 변화된다. 이러한 정전 용량 변화에 따른 검출 신호는 검출 전극으로부터 얻는다. 컨트롤러는 구동 전극과 검출 전극 사이에서 발생하는 전기력선의 범위를 변화시키고, 이에 따라 검출 회로는 그 범위에 따라 얻어지는 검출 신호에 기초하여 물체의 유무를 검출한다.
본 발명의 실시예들에 따른 제2 표시 장치에서, 센서 구동 신호는 센서 구동 전극에 인가되고, 이에 따라 센서 구동 전극과 센서 검출 전극 사이에 형성된 정전 용량이 물체의 유무에 따라 변화된다. 이러한 정전 용량 변화에 따른 검출 신호는 검출 전극으로부터 얻는다. 표시용의 공통 전극은, 센서 구동 전극으로서 공통으로 사용되고, 공통 구동 신호와 비교하여 큰 센서 구동 신호를 인가받고, 이에 따라 검출 감도가 개선된다.
본 발명의 실시예들의 터치 센서와 제1 표시 장치에 따르면, 구동 전극과 검출 전극 사이에서 발생하는 전기력선의 범위를 컨트롤러가 변화시키므로, 물체의 존재는 물체가 터치 센서와 접촉하거나 터치 센서에 접근하는 경우뿐만 아니라 물체가 터치 센서로부터 떨어진 장소에 위치하는 경우에도 검출될 수 있다. 본 발명의 실시예의 제2 표시 장치에 따르면, 표시용의 공통 전극이 센서 구동 전극으로서 공통으로 사용되고, 공통 구동 신호보다 큰 센서 구동 신호가 공통 전극에 인가되므로, 검출 감도가 개선되며 이에 따라 터치 센서로부터 떨어진 장소에서도 물체의 존재를 검출할 수 있다.
본 발명의 다른 목적, 특징, 이점과 추가 목적, 특징, 이점은 이하의 설명으로부터 더욱 명백해질 것이다.
도 1의 (A)와 (B)는 손가락의 비접촉 상태를 도시하는, 본 발명의 일 실시예에 따른 터치 센서를 구비하는 표시 장치의 동작 원리를 도시하는 도.
도 2의 (A)와 (B)는 손가락의 접촉 상태를 도시하는, 본 발명의 실시예에 따른 터치 센서를 구비하는 표시 장치의 동작 원리를 도시하는 도.
도 3의 (A)와 (B)는 터치 센서의 검출 신호와 구동 신호의 각각의 파형의 일례를 도시하는, 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 동작 원리를 도시하는 도.
도 4a 내지 도 4d는 본 발명의 실시예에 따른 표시 장치의 검출 모드들의 각각의 개요를 도시하는 개념도.
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 장치의 개략적인 구조를 도시하는 단면도.
도 6은 도 5에 도시한 표시 장치의 드라이버 및 화소 구조의 각각의 상세 구성의 일례를 도시하는 블록도.
도 7은 도 5에 도시한 표시 장치의 관련 부분들(공통 전극 및 센서 검출 전극)의 구성의 일례를 도시하는 사시도.
도 8은 도 5에 도시한 표시 장치의 검출 회로 등의 구성의 일례를 도시하는 회로도.
도 9의 (A) 내지 (C)는 비교예에 따른 공통 전극의 선순차 구동 동작의 일례를 도시하는 개략적인 도.
도 10a 내지 도 10d는 도 5에 도시한 표시 장치의 공통 전극의 선순차 구동 동작의 일례를 도시하는 개략적인 도.
도 11의 (A)와 (B)는 도 5에 도시한 표시 장치의 위치 검출 모드와 원거리 검출 모드에서의 각 전기력선의 범위를 도시하는 개략적인 도.
도 12는 도 5에 도시한 표시 장치의 검출 모드 변경 동작을 도시하는 흐름도.
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 표시 장치의 검출 전극의 일례를 도시하는 개략적인 도.
도 14a와 도 14b는 도 13에 도시한 표시 장치의 위치 검출 모드와 원거리 검출 모드에서의 전기력선의 각각의 범위를 도시하는 개략적인 도.
도 15a 내지 도 15d는 본 발명의 제3 실시예에 따른 검출 구동 신호의 반전 파형들을 도시하는 개략적인 도.
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 표시용 공통 구동 신호와 검출 구동 신호의 각각의 인가 타이밍을 개략적으로 도시하는 타이밍 차트.
도 17은 도 16에 도시한 실시예의 비교예에 따른 타이밍 차트.
도 18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 TFT의 게이트 전위, 비디오 신호 및 구동 신호의 각각의 타이밍 차트.
도 19a와 도 19b는 비교예에 따른 비디오 신호의 기입 직후의 화소 전위 Vpix와 구동 신호 Vcom의 각각의 거동을 도시하는 도.
도 20은 본 발명의 제6 실시예에 따른 TFT의 게이트 전위, 비디오 신호 및 구동 신호의 각각의 타이밍 차트.
도 21은 도 20에 도시한 구동 신호의 다른 예를 도시하는 타이밍 차트.
도 22는 수정예 1에 따른 표시 장치의 개략적인 구조를 도시하는 단면도.
도 23은 수정예 2에 따른 표시 장치의 개략적인 구조를 도시하는 단면도.
도 24는 수정예 3에 따른 표시 장치의 개략적인 구조를 도시하는 단면도.
도 25a와 도 25b는 도 23에 도시한 표시 장치의 화소 기판의 일부의 상세 구성을 도시하는 단면도와 평면도.
도 26a와 도 26b는 도 23에 도시한 표시 장치의 관련 부분의 확대 사시도.
도 27a와 도 27b는 도 23에 도시한 표시 장치의 동작을 도시하는 단면도.
도 28은 실시예들의 각각에 따른 표시 장치의 적용예 1의 외관을 도시하는 사시도.
도 29a와 도 29b는 표면 측에서 볼 때의 적용예 2의 외관 및 후면 측에서 볼 때의 적용예 2의 외관을 각각 도시하는 사시도.
도 30은 적용예 3의 외관을 도시하는 사시도.
도 31은 적용예 4의 외관을 도시하는 사시도.
도 32a 내지 도 32g는 적용예 5의 개방 상태에서의 전면(도 32a), 적용예 5의 개방 상태에서의 측면(도 32b), 그 예의 밀폐 상태에서의 전면(도 32c), 그 예의 밀폐 상태에서의 좌측면(도 32d), 그 예의 밀폐 상태에서의 우측면(도 32e), 그 예의 밀폐 상태에서의 상면(도 32f), 및 그 예의 밀폐 상태에서의 하면(도 32g)을 도시하는 도.
이하, 첨부 도면을 참조하여 본 발명의 바람직한 실시예들을 상세히 설명한다. 다음과 같은 순서로 설명한다.
1. 터치 검출 방법의 원리 및 각 검출 모드의 개요
2. 제1 실시예 (공통 전극(센서 구동 전극)의 전극 패턴들의 수를 단계적으로 변경하는 예)
3. 제2 실시예 (센서 검출 전극의 전극 패턴들의 수를 단계적으로 변경하는 예)
4. 제3 실시예 (센서 공통 구동 신호의 절대값을 변경하는 예)
5. 제4 내지 제6 실시예
6. 수정예 1 (외부 터치 패널의 예)
7. 수정예 2 (편광판의 외측 상에 센서 검출 전극을 배치하는 예)
8. 수정예 3 (횡 전계 모드의 액정 소자를 표시 소자로서 이용하는 예)
9. 적용예들 (터치 센서를 구비하는 표시 장치를 전자 장치에 적용한 적용예들)
터치 검출 방법의 원리
먼저, 도 1의 (A) 내지 도 3의 (B)를 참조하여 본 발명의 일 실시예에 따른 표시 장치의 터치 검출 방법의 원리를 설명한다. 터치 검출 방법은, 예를 들어, 도 1의 (A)에 도시한 바와 같이, 유전체 D를 개재하여 서로 대향하는 한 쌍의 전극(구동 전극 E1과 검출 전극 E2)을 이용하여 용량 소자를 구성하는 정전 용량형 터치 센서로서 구체화된다. 이러한 구조는 도 1의 (B)에 도시한 등가 회로로서 표현된다. 구동 전극 E1, 검출 전극 E2 및 유전체 D는 용량 소자 C1을 함께 구성한다. 용량 소자 C1의 일단은 AC 신호원(구동 신호원) S에 접속되고, 이 신호원의 타단 P는 저항 R을 통해 접지되고 전압 검출기(검출 회로) DET에 접속된다. 소정의 주파수(예를 들어, 10kHz 초과 내지 대략 수십 kHz의 주파수)를 갖는 AC 구형파 Sg(도 3의 (B))가 AC 신호원 S로부터 구동 전극 E1(용량 소자 C1의 일단)에 인가되면, 도 3의 (A)에 도시한 바와 같은 출력 파형(검출 신호 Vdet)이 검출 전극 E2(용량 소자 C1의 타단 P)에서 나타난다. AC 구형파 Sg는 본 실시예에서 후술하는 공통 구동 신호 Vcom에 대응한다.
손가락의 비접촉 (또는 비접근) 상태에서, 용량 소자 C1의 용량값에 대응하는 전류 I0은 도 1의 (A)와 (B)에 도시한 바와 같이 용량 소자 C1의 충방전에 따라 흐른다. 이때, 용량 소자 C1의 타단 P에서의 전위 파형은, 예를 들어, 전압 검출기 DET에 의해 검출되는 도 3의 (A)의 파형 V0이다.
대조적으로, 손가락의 접촉 (또는 접근) 상태에서, 손가락에 의해 형성되는 용량 소자 C2는 도 2의 (A)와 (B)에 도시한 바와 같이 용량 소자 C1에 직렬로 추가된다. 이 상태에서, 용량 소자 C1 또는 C2의 충방전에 따라 전류 I1 또는 I2가 흐른다. 이때, 용량 소자 C1의 타단 P에서의 전위 파형은 예를 들어 전압 검출기 DET에 의해 검출되는 도 3의 (A)의 파형 V1이다. 이때, 타단 P에서의 전위는 용량 소자들 C1과 C2를 통해 흐르는 전류 I1와 I2의 값들에 의해 결정되는 분압 전위로 된다. 따라서, 파형 V1은 비접촉 상태에서 파형 V0의 값과 비교하여 작은 값을 갖는다. 후술하는 바와 같이, 전압 검출기 DET는, 검출 전압을 소정의 임계 전압 Vth와 비교하고, 검출 전압이 임계 전압 이상이면, 상태를 비접촉 상태라 결정하고, 검출 전압이 임계 전압보다 낮으면, 상태를 접촉 상태라 결정한다. 이러한 식으로, 터치 검출이 가능하다.
검출 모드의 개요
다음으로, 이하의 실시예들의 표시 장치들의 각각의 검출 모드의 일례를 도 4a 내지 도 4d를 참조하여 설명한다. 이러한 표시 장치에서, 특히, 도 4a에 도시한 바와 같이 물체가 표시 장치로부터 (원거리로) 떨어져 있는 위치에 있으면, 물체의 존재를 검출한다(원거리 검출 모드). 도 4d에 도시한 바와 같이 물체가 표시 장치와 접촉하거나 표시 장치에 접근하면, 물체의 위치(위치 좌표)가 검출된다(위치 검출 모드). 또한, 원거리 검출 모드와 위치 검출 모드 사이의 중간 거리에서 단계적 검출을 수행한다(중거리 검출 모드와 근거리 검출 모드). 그러나, 물체가 검출될 수 있는 거리(검출가능 거리) 및 위치 분해능은 후술하는 바와 같이 트레이드 오프 관계에 있다. 즉, 더 떨어져 있는 물체의 존재가 검출되면, 위치 분해능이 저감되고, 물체의 위치가 더 정밀하게 검출되면, 검출가능 거리가 감소된다.
표시 장치들의 각각은 터치 검출 방법의 원리에서 설명한 구동 전극 E1과 검출 전극 E2 사이에 형성되는 전기력선의 범위가 변경되어 검출 모드들이 단계적으로 발현되도록 제어된다. 전기력선의 범위가 원거리에 걸쳐 연장되면, 원거리 검출 모드가 사용되고, 전기력선의 범위가 근거리 내에 있으면, 근거리 검출 모드 또는 위치 검출 모드가 사용된다. 이하, 이러한 전기력선의 범위를 변화시키는 구체적인 수단을 실시예와 수정예로 상세히 설명한다.
제1 실시예
표시 장치(1A)의 구성의 예
도 5는 본 발명의 제1 실시예에 따른 표시 장치(1A)의 관련 부분의 단면 구조를 도시한다. 표시 장치(1A)에서는, 액정 표시 소자가 표시 소자로서 사용되고, 액정 표시 소자에 원래 배치되어 있는 전극(후술하는 공통 전극(43))의 일부 및 표시 구동 신호(후술하는 공통 구동 신호 Vcom)가 공통으로 사용되어 정전 용량형 터치 센서를 구성한다. 표시 장치(1A)는 화소 기판(2), 화소 기판(2)에 대향하여 배치된 대향 기판(4) 및 화소 기판(2)과 대향 기판(4) 사이에 삽입된 액정층(6)을 포함한다.
화소 기판(2)은 회로 보드인 TFT 기판(21) 및 TFT 기판(21) 상에 행렬 패턴으로 배열된 복수의 화소 전극(22)을 구비한다. TFT 기판(21) 상에는, 각 화소 전극(22)을 구동하도록 도시하지 않은 표시 드라이버 및 TFT(박막 트랜지스터)가 배치되어 있으며, 또한, 화상 신호를 각 화소 전극에 공급하는 소스선(후술하는 소스선(25)) 및 각 TFT를 구동하는 게이트선(후술하는 게이트선(26))을 포함하는 배선들도 포함된다.
대향 기판(4)은 유리 기판(41), 유리 기판(41)의 일면 상에 배치된 컬러 필터(42) 및 컬러 필터(42) 상에 배치된 공통 전극(43)을 구비한다. 컬러 필터(42)는, 예를 들어, 주기적으로 배치되는 적색(R), 녹색(G) 및 청색(B)의 컬러 필터층들을 포함하고, 여기서 RGB인 세 가지 색의 세트는 각 표시 화소(화소 전극(22))에 대응하여 설정된다. 공통 전극(43)은 터치 검출 동작을 수행하는 터치 센서의 일부를 구성하는 센서 구동 전극으로서 사용되고, 도 1의 (A)와 (B)의 구동 전극 E1에 대응한다.
공통 전극(43)은 컨택트 도전 기둥(7)에 의해 TFT 기판(21)에 접속된다. AC 구형파를 갖는 공통 구동 신호 Vcom은 컨택트 도전 기둥(7)을 통해 TFT 기판(21)으로부터 공통 전극(43)에 인가된다. 각 화소의 표시 전압과 화소 전극(22)에 인가되는 화소 전압을 정의하는 공통 구동 신호 Vcom은 터치 센서의 구동 신호로서 공통으로 사용되고, 도 1의 (A)와 (B)의 구동 신호원 S로부터 공급되는 AC 구형파 Sg에 대응한다. 즉, 공통 구동 신호 Vcom은 소정의 주기마다 극성 반전된다.
센서 검출 전극(44)은 유리 기판(41)의 타면 상에 형성되고, 또한, 편광판(45)이 센서 검출 전극(44) 상에 배치된다. 터치 센서의 일부를 구성하는 센서 검출 전극(44)은 도 1의 (A)와 (B)의 검출 전극 E2에 대응한다.
액정층(6)은 전계의 상태에 따라 액정층(6)을 통과하는 광을 변조하고, TN(Twisted Nematic), VA(Vertical Alignment) 및 ECB(Electric-Field Control Birefringence) 모드들을 포함하는 액정의 다양한 모드들이 액정층(6)을 위해 사용된다.
정렬막은 액정층(6)과 화소 기판(2) 사이에 그리고 액정층(6)과 대향 기판(4) 사이에 각각 배치되며, 입사측 편광판은 화소 기판(2)의 바닥측에 배치되며, 이들은 도시되어 있지 않다.
화소 구조와 드라이버의 구성의 예
도 6은 표시 장치(1A)의 다양한 드라이버들과 화소 구조의 구성의 예를 도시한다. 표시 장치(1A)에서, 각각이 TFT 소자 Tr과 액정 소자 LC를 구비하는 복수의 화소(표시 화소(20))는 유효 표시 영역(100)에 행렬 패턴으로 배열된다.
각 표시 화소(20)에는, 게이트 드라이버(26D)에 접속된 게이트선(26), 도시하지 않은 소스 드라이버에 접속된 신호선(소스선)(25) 및 공통 전극 드라이버(43D)에 접속된 공통 전극들(431 내지 43n)의 각각이 접속되어 있다. 공통 전극 드라이버(43D)는 전술한 바와 같이 공통 구동 신호들 Vcom(Vcom(1) 내지 Vcom(n))을 공통 전극들(431 내지 43n)에 순차적으로 공급한다. 공통 전극 드라이버(43D)는 예를 들어 시프트 저항(43D1), COM 선택부(43D2), 레벨 시프터(43D3) 및 COM 버퍼(43D4)를 구비한다.
시프트 저항(43D1)은 입력 펄스들을 순차 전송하기 위한 논리 회로이다. COM 선택부(43D2)는 유효 표시 영역(100) 내의 각 표시 화소(20)에 공통 구동 신호 Vcom이 출력되는지 여부를 제어하는 논리 회로이며, 유효 표시 영역(100)의 위치에 따라 공통 구동 신호 Vcom의 출력을 제어한다. 레벨 시프터(43D3)는 COM 선택부(43D2)로부터 공급되는 제어 신호를 공통 구동 신호 Vcom을 제어하는 데 충분한 전위 레벨로 시프트하기 위한 회로이다. COM 버퍼(43D4)는 공통 구동 신호들 Vcom(Vcom(1) 내지 Vcom(n))을 순차 공급하기 위한 최종 출력 논리 회로이며, 출력 버퍼 회로나 스위치 회로를 포함한다.
공통 전극(43)과 센서 검출 전극(44)의 구성의 예
도 7은 대향 기판(4) 상의 공통 전극(43)과 센서 검출 전극(44)의 일례를 도시한다. 공통 전극(43)은 도면에서 좌우 방향으로 연장되는 복수의 줄무늬 전극 패턴(이하, 구동 전극 패턴이라 함)으로 분할되어 있다. 여기서, 공통 전극(43)은 n(n은 2 이상의 정수)개의 전극 패턴(431 내지 43n)으로 분할되어 있다. 이 전극 패턴들은 공통 전극 드라이버(43D)에 의해 공통 구동 신호들 Vcom을 순차적으로 공급받으면서 스캐닝된다.
그러나, 본 실시예에서는, 전극 패턴들을 순차 구동할 때, 하나의 전극 패턴 또는 적어도 두 개의 선택적 전극 패턴에 의해 구동 신호들 Vcom을 인가하면서 이 전극 패턴들을 스캔 방향을 따라 구동한다. 구체적으로, 공통 전극(43)의 전극 패턴들의 선택 수를 묶음화하고, 이러한 전극 패턴들의 묶음을 단위 구동 라인으로 하여 선순차 구동을 수행한다. 단위 구동 라인의 구동 전극 패턴들의 선택 수는 후술하는 컨트롤러(5)의 제어에 따라 변경할 수 있다.
센서 검출 전극(44)은 공통 전극(43)의 구동 전극 패턴들의 연장 방향에 수직하는 방향으로 연장되는 복수의 줄무늬 전극 패턴(이하, 검출 전극 패턴이라 함)을 포함한다. 검출 신호 Vdet는 각 검출 전극 패턴으로부터 출력되고, 후술하는 검출 회로(8)에 입력된다.
이러한 식으로, 공통 전극(43)의 각 구동 전극 패턴 및 센서 검출 전극(44)의 각 검출 전극 패턴은 서로 수직하는 방향으로 연장되고, 이에 따라 센서는 물체의 위치를 전체적으로 행렬 좌표로서 검출할 수 있다. 따라서, 예를 들어, 물체의 상세한 위치 좌표를, 소정의 구동 전극 패턴들에 의해 공통 전극(43)이 시분할 방식으로 순차적으로 구동되는 모드(위치 검출 모드)에서 얻을 수 있다. 게다가, 이 경우, 다수의 사람이나 다수의 손가락에 의한 터치(소위 다중 터치)의 검출을 달성할 수 있다.
컨트롤러(5) 및 검출 회로(8)
도 8은 터치 검출 동작을 위한 검출 회로(8), 타이밍 발생기인 타이밍 컨트롤러(9) 및 컨트롤러(5)의 기능 블록 구성을 도시한다. 본 실시예에서, 컨트롤러(5)는 검출 회로(8)로부터 출력되는 검출 신호 Dout에 기초하여 타이밍 컨트롤러(9)를 구동한다. 타이밍 컨트롤러(9)는 본 발명의 실시예들의 제1 내지 제3 타이밍 컨트롤러들의 각각의 특정한 예이다.
도 8에서, 용량 소자들 C11 내지 C1n은 도 7에 도시한 바와 같이 공통 전극들(431 내지 43n)과 센서 검출 전극(44) 사이에 형성된 (정전) 용량 소자들에 대응한다. 용량 소자들 C11 내지 C1n은 공통 구동 신호 Vcom(Sg)을 공급하기 위한 구동 신호원 S에 접속된다.
검출 회로(8)(전압 검출기 DET)는, 예를 들어, 증폭기(81), A/D(아날로그/디지털) 변환기(83), 신호 프로세서(84), 프레임 메모리(86), 좌표 추출부(85) 및 저항 R을 구비한다. 검출 회로(8)의 입력 단자 Tin은 용량 소자들 C11 내지 C1n의 각각의 타단측(센서 검출 전극(44)측)에 공통으로 접속된다.
증폭기(81)는 입력 단자 Tin으로부터 입력되는 검출 신호 Vdet를 증폭하고, 신호 증폭을 위한 연산 증폭기, 커패시터 등을 구비한다. 저항 R은 증폭기(81)와 접지 사이에 배치된다. 저항 R은 안정 상태를 유지하도록 센서 검출 전극(44)의 부동 상태를 피한다. 이는 검출 회로(8)에서의 검출 신호 Vdet의 신호값의 변동을 피하고, 또한, 저항 R을 통해 정전기를 접지로 배출할 수 있는 이점을 갖는다.
A/D 변환기(83)는 증폭기(81)에 의해 증폭된 아날로그 검출 신호 Vdet를 디지털 검출 신호로 변환하는 부분이며, 도시하지 않은 비교기를 포함한다. 비교기는 입력된 검출 신호의 전위를 소정의 임계 전압 Vth의 전위와 비교한다(도 3 참조). A/D 변환기(83)에 의한 A/D 변환의 샘플링 타이밍은 타이밍 컨트롤러(9)로부터 공급되는 타이밍 제어 신호 CTL2에 의해 제어된다.
신호 프로세서(84)는 A/D 변환기(83)로부터 출력되는 디지털 검출 신호에 대하여 소정의 신호 처리(예를 들어, 디지털 노이즈 제거 처리, 또는 주파수 정보를 위치 정보로 변환하는 처리)를 수행한다.
좌표 추출부(85)는 물체의 존재에 대한 정보를 얻고, 또는 신호 프로세서(84)로부터 출력되는 검출 신호에 기초하여 물체의 위치(좌표)를 얻고, 이러한 정보 등을 출력 단자 Tout으로부터의 검출 결과(검출 신호 Dout)로서 출력한다.
이러한 검출 회로(8)는 대향 기판(4) 상의 주변 영역(비표시 영역 또는 프레임 영역)에 형성될 수 있고, 또는 화소 기판(2)의 주변 영역에 형성될 수 있다. 그러나, 검출 회로(8)는, 화소 기판(2) 상에 초기에 형성되어 있는 표시 제어용의 다양한 회로 소자들과 집적될 수 있기 때문에 회로들의 집적에 의한 회로 간략화 등의 관점에서 볼 때 바람직하게 화소 기판(2) 상에 형성된다. 이 경우, 센서 검출 전극(44)의 각 전극 패턴은, 센서 검출 전극(44)으로부터 검출 회로(8)로 검출 신호 Vdet가 전송되도록 컨택트 도전 기둥(7)과 유사한 컨택트 도전 기둥(도시하지 않음)에 의해 화소 기판(2) 상의 검출 회로(8)에 접속되면 충분하다.
컨트롤러(5)는 검출 회로(8)로부터 출력되는 검출 신호 Dout에 기초하여 제어 신호 CTL3을 타이밍 컨트롤러(9)에 출력한다. 구체적으로, 물체가 존재한다는 결정 결과를 검출 결과 Dout로서 컨트롤러가 얻으면, 컨트롤러는 상세히 후술하는 바와 같이 단위 구동 라인의 구동 전극 패턴들의 선택 수를 감소시키도록 제어한다. 이러한 제어 동작은 연속 수행되어, 전술한 검출 모드들(원거리 검출 모드 내지 위치 검출 모드)이 단계적으로 발현된다.
표시 장치(1A)의 동작 및 효과
다음으로, 본 실시예의 표시 장치(1A)의 동작 및 효과를 설명한다.
기본 동작
표시 장치(1A)에서, 화소 기판(2) 상의 표시 드라이버(공통 전극 드라이버(43D))는 공통 구동 신호 Vcom을 공통 전극(43)의 구동 전극 패턴들(공통 전극들 431 내지 43n)에 선순차 공급한다. 또한, 표시 드라이버는 화소 신호(화상 신호)를 소스선(25)을 통해 각 화소 전극(22)에 공급하고, 선순차 방식으로 게이트선(26)을 통해 각 화소 전극의 TFT(TFT 소자 Tr)의 스위칭을 동기 제어한다. 따라서, 액정층(6)에는 길이 방향(기판에 수직하는 방향)으로 전계가 인가되고, 이러한 전계는 표시 화소들(20)의 각각에 대하여 공통 구동 신호 Vcom과 각 화상 신호에 의해 결정되며, 이에 따라 액정 상태가 변조된다. 이러한 식으로, 소위 반전 구동에 의해 표시를 수행한다.
반면에, 대향 기판(4) 측에는, 공통 전극(43)의 구동 전극 패턴들과 센서 검출 전극(44)의 검출 전극 패턴들 사이의 교차부에 용량 소자들 C1(용량 소자들 C11 내지 C1n)이 형성된다. 예를 들어, 도 7에서 화살표(스캔 방향)로 도시한 바와 같이 공통 구동 신호 Vcom을 공통 전극(43)의 구동 전극 패턴들에 시분할 인가하면, 다음과 같은 동작을 수행한다. 즉, 하나 또는 다수의 어레이의 용량 소자들 C11 내지 C1n의 각각은 충전 또는 방전되고, 이러한 용량 소자들은 공통 구동 신호 Vcom이 인가되는 구동 전극 패턴들과 검출 전극 패턴들 사이의 교차부에 배치되어 있다. 그 결과, 용량 소자 C1의 용량 값에 대응하는 크기를 갖는 검출 신호 Vdet가 센서 검출 전극(44)의 각 전극 패턴으로부터 출력된다. 대향 기판(4)의 표면 측에 사용자 손가락 등이 존재하지 않는 상태에서, 검출 신호 Vdet의 크기는 대략 일정하다. 충전 또는 방전의 대상으로 되는 용량 소자들 C1의 어레이는 공통 구동 신호 Vcom의 스캔에 따라 순차적으로 이동된다.
이때, 사용자 손가락이 대향 기판(4)과 접촉되면, 손가락에 의해 야기되는 용량 소자 C2는 이러한 터치 영역에 원래 형성되어 있던 용량 소자 C1에 추가된다. 그 결과, 터치 영역이 스캔되는 시점(즉, 공통 전극(43)의 모든 구동 전극 패턴들 중에서 터치 영역에 대응하는 구동 전극 패턴에 공통 구동 신호 Vcom이 인가되는 시점)에서의 검출 신호 Vdet의 값은 다른 영역에서의 값보다 작아지게 된다. 검출 회로(8)는, 검출 신호 Vdet의 전압을 임계 전압 Vth와 비교하고, 검출 신호의 전압이 임계 전압 Vth보다 작으면, 관련 영역을 터치 영역으로서 결정한다. 터치 영역은, 공통 구동 신호 Vcom의 인가 타이밍 및 임계 전압 Vth보다 낮은 전압을 갖는 검출 신호 Vdet의 검출 타이밍으로부터 계산될 수 있다.
여기서, 본 실시예에서의 공통 전극(43)의 선순차 구동 동작을 비교예와 비교하여 상세히 설명한다. 먼저, 비교예에 따른 공통 전극(101)의 선순차 구동 동작을 도 9의 (A) 내지 (C)를 참조하여 설명한다.
비교예의 선순차 구동 동작
비교예에서, 검출을 위한 선순차 구동은, 공통 전극(101)의 구동 전극 패턴들의 일부가 묶음화되고 이러한 구동 전극 패턴들의 묶음이 단위 구동 라인(검출 구동 라인 L101)으로서 사용되는 방식으로 수행된다. 반면에, 표시를 위한 선순차 구동은, 구동 전극 패턴들의 작은 수(여기서는 1)를 표시 구동 라인(L102)으로서 사용하는 방식으로 수행된다. 이때, 검출 구동 라인 L101의 구동 전극 패턴들의 수는 고정된 값이다. 그러나, 이러한 비교예에서는, 손가락과 같은 물체가 접촉(접근) 상태에 있는 경우에 이러한 물체의 존재를 검출할 수 있지만, 그 물체로부터 소정의 거리만큼 떨어져 있는 장소에서는 그 물체를 거의 검출하지 못한다(원거리 검출).
따라서, 본 실시예에서는, 물체의 검출가능 거리가 공통 전극(43)과 검출 전극(44) 사이에서 발생하는 전기력선의 범위에 밀접하게 관련되며, 이러한 관계가 물체의 원거리 검출에서 성공적으로 이용된다는 점에 주목한다. 구체적으로, 전기력선의 범위는 보다 먼 영역을 커버하도록 확대되고, 이에 따라 보다 멀리 떨어져 있는 물체를 검출할 수 있다. 또한, 전기력선의 범위를 변경함으로써, 다양한 거리에 있는 물체들을 검출할 수 있다. 본 실시예에서는, 다음에 따르는 공통 전극(43)의 선순차 구동 동작(검출을 위한 선순차 구동 동작)을 전기력선의 범위를 변화시키는 특정 수단으로서 수행한다.
본 실시예의 선순차 구동 동작
도 10a 내지 도 10d는 본 실시예에 따른 공통 전극(43)의 선순차 구동 동작의 일례를 개략적으로 도시한다. 표시 장치(1A)는 원거리 검출 모드, 중거리 검출 모드, 근거리 검출 모드 및 위치 검출 모드인 총 네 개의 검출 모드를 순차적으로 발현한다. 본 실시예에서는, 검출 모드들의 각각에 대하여 다른 방식으로 선순차 구동 동작을 수행한다. 즉, 공통 전극(43)은, 각 검출 모드에서의 공통 전극(43)의 단위 구동 라인들(검출 구동 라인들 La 내지 Ld)의 각각의 구동 전극 패턴들의 선택 수가 원거리 검출 모드부터 위치 검출 모드까지 단계적으로 감소하도록 제어된다.
구체적으로, 원거리 검출 모드에서, 공통 전극(43)의 구동 전극 패턴들의 총 수 또는 이러한 총 수에 가까운 수를 검출 구동 라인 La로서 선택한다. 반면, 위치 검출 모드에서는, 공통 전극(43)의 하나의 구동 전극 패턴 또는 구동 전극 패턴들 중 하나의 구동 전극 패턴에 가까운 수를 검출 구동 라인 Ld로서 선택한다. 중거리 검출 모드에서는, 원거리 검출 모드에서의 구동 전극 패턴들의 수보다 작은 수, 예를 들어, 구동 전극 패턴들의 절반보다 작은 수(여기서는, 약 1/3임)를 검출 구동 라인 Lb로서 선택한다. 근거리 검출 모드에서는, 위치 검출 모드와 대략 동일한 수, 또는 그보다 약간 더 많은 수의 구동 전극 패턴들을 검출 구동 라인 Lc로서 선택한다.
여기서, 이러한 검출 구동 라인들 La 내지 Ld 사이의 구동 전극 패턴들의 선택 수의 차이로 인해 야기되는 동작을 도 11의 (A)와 (B)를 참조하여 설명한다. 도 11의 (A)와 (B)는 표시 장치(1A)의 단면 구조를 간략하게 도시한다. 그러나, 여기서는 구동 전극 패턴들의 가장 많은 선택 수를 갖는 원거리 검출 모드(도 11의 (A))와 구동 전극 패턴들의 가장 적은 선택 수를 갖는 위치 검출 모드(도 11의 (B))를 일례로 도시하고 있다. 각 도에서, 전기력선(A1 또는 A2)의 궤적이 점선으로 도시되어 있지만, 이러한 궤적은 실제 전기력선을 엄격히 표현한 것이 아니며, 전기력선의 범위를 도시하도록 전기력선을 개략적으로 표현한 것이다.
예를 들어, 원거리 검출 모드에서는, 도 11의 (A)에 도시한 바와 같이, 검출 구동 라인 La의 구동 전극 패턴들의 선택 수가 크므로, 공통 전극(43)과 센서 검출 전극(44) 사이에서 발생하는 전기력선(A1)의 범위는 원거리까지 확대된다. 그 결과, 전기력선(A1)은 표시 장치(1A)의 상면(편광판(45)의 표면)으로부터 이격된 거리 D1에 있는 지점까지 연장된다. 따라서, 표시 장치(1A)의 상면으로부터의 지점들 중 하나의 지점 내지 이러한 상면으로부터 이격된 거리 D1에 있는 지점에 물체가 존재하는 경우, 센서 검출 전극(44)으로부터 출력되는 검출 신호 Vdet에 변화가 발생하고, 이에 따라 물체가 존재한다는 결정 결과가 검출 신호 Dout로서 출력된다. 그러나, 원거리 검출 모드에서는, 떨어져 있는 물체가 검출될 수 있지만, 물체의 배치 영역은 거의 특정하지 못한다.
반면에, 위치 검출 모드에서는, 도 11의 (B)에 도시한 바와 같이, 검출 구동 라인 Ld의 구동 전극 패턴들의 선택 수가 작으므로, 공통 전극(43)과 센서 검출 전극(44) 사이에서 발생하는 전기력선(A2)의 범위는 표시 장치(1A)의 상면으로부터 이격된 거리 D2(D2 << D1)에 있는 지점까지만 연장된다. 따라서, 표시 장치(1A)의 상면 근처의 영역에서는 물체의 존재를 결정할 수 있지만, 원거리 검출 모드와는 달리 표시 장치(1A)로부터 이격된 지점에서는 물체를 거의 검출하지 못한다. 대조적으로, 위치 검출 모드에서는, 구동 전극 패턴들의 선택 수가 하나 또는 하나에 가까운 수로 설정(즉, 세분화된 단위 구동 라인들을 이용하는 선순차 구동이 시분할 방식으로 수행)되므로, 물체의 배치 영역(위치 좌표)을 상세히 검출할 수 있다.
마찬가지로, 중거리 검출 모드 또는 근거리 검출 모드에서는, 검출 구동 라인 Lb 또는 Lc의 구동 전극 패턴들의 선택 수에 따라 멀리 있는 지점까지 물체를 검출할 수 있다. 이러한 식으로, 단위 구동 라인의 구동 전극 패턴들의 선택 수에 따라 전기력선의 범위가 변화한다. 구체적으로, 구동 전극 패턴들의 선택 수가 커지면, 전기력선의 범위가 확장되고, 이에 따라 검출가능 거리가 증가한다. 대조적으로, 선택 수가 작아지면, 전기력선의 범위가 저감되고, 이에 따라 검출가능 거리가 감소한다. 반면에, 위치 분해능은 구동 전극 패턴들의 선택 수가 감소함에 따라 높아지며, 구동 전극 패턴들의 선택 수가 증가함에 따라 낮아진다.
따라서, 원거리 검출 모드에서는, 원거리에 있는 물체의 존재를 결정한다. 중거리 검출 모드에서는, 중거리에 있는 물체의 존재를 결정하고, 물체가 존재하면, 물체의 배치 영역을 대략 특정한다. 근거리 검출 모드에서는, 근거리에 있는 물체의 존재를 결정하고, 물체가 존재하면, 물체의 배치 영역을 특정한다. 위치 검출 모드에서는, 표시 장치와 접촉하거나 표시 장치에 접근하는 물체의 존재를 결정하고, 물체가 존재하면, 물체의 배치 영역을 XY 행렬의 위치 좌표로서 획득한다. 즉, 검출가능 거리 및 위치 분해능은 트레이드 오프 관계에 있다.
컨트롤러(5)는 검출 모드들이 단계적으로 발현되도록 검출 회로(8)로부터 출력되는 검출 결과 Dout에 따라 검출 구동 라인들 La 내지 Ld의 각각의 구동 전극 패턴들의 선택 수를 단계적으로 변경한다. 구체적으로, 컨트롤러(5)는 원거리 검출 모드를 초기 모드로서 설정하고, 각 검출 모드가 발현되도록 검출 결과 Dout에 따라 검출 모드를 중거리 검출 모드, 근거리 검출 모드, 또는 위치 검출 모드로 순차 변경한다. 이하, 검출 모드들의 각각을 변경하는 절차를 도 12를 참조하여 설명한다.
구체적으로, 도 12에 도시한 바와 같이, 먼저, 컨트롤러는 원거리 검출 모드에서 물체의 존재를 결정하고(단계 S11), 물체가 존재하면(단계 S11: 예), 컨트롤러는 검출 구동 라인 La로부터 검출 구동 라인 Lb로 구동 전극 패턴들의 선택 수의 감소를 제어한다. 따라서, 원거리 검출 모드는 중거리 검출 모드로 이행된다. 물체가 존재하지 않으면(단계 S11: 아니오), 컨트롤러는 원거리 검출 모드의 지속을 제어한다(즉, 검출 구동 라인 La의 구동 전극 패턴들의 선택 수를 유지하는 것을 제어한다).
다음으로, 컨트롤러는 중거리 검출 모드에서 물체의 존재를 결정하고(단계 S12), 물체가 존재하면(단계 S12: 예), 컨트롤러는 검출 구동 라인 Lb로부터 검출 구동 라인 Lc로 구동 전극 패턴들의 선택 수의 감소를 제어한다. 따라서, 중거리 검출 모드는 근거리 검출 모드로 이행된다. 물체가 존재하지 않으면(단계 S12: 아니오), 컨트롤러는 검출 모드가 원거리 검출 모드(단계 S11)로 복귀하도록 검출 구동 라인 Lb로부터 검출 구동 라인 La로 구동 전극 패턴들의 선택 수의 증가를 제어한다.
다음으로, 컨트롤러는 근거리 검출 모드에서 물체의 존재를 결정하고(단계 S13), 물체가 존재하면(단계 S13: 예), 컨트롤러는 검출 구동 라인 Lc로부터 검출 구동 라인 Ld로 구동 전극 패턴들의 선택 수의 감소를 제어한다. 따라서, 근거리 검출 모드가 위치 검출 모드로 이행된다. 물체가 존재하지 않으면(단계 S13: 아니오), 컨트롤러는 검출 모드가 중거리 검출 모드(단계 S12)로 복귀하도록 검출 구동 라인 Lc로부터 검출 구동 라인 Lb로 구동 전극 패턴들의 선택 수의 증가를 제어한다.
마지막으로, 위치 검출 모드에서, 컨트롤러는 물체의 존재를 결정하고(단계 S14), 물체가 존재하면(단계 14: 예), 컨트롤러는 물체의 위치 좌표를 추출하고(단계 S15), 검출을 종료한다. 물체가 존재하지 않으면(단계 S14: 아니오), 컨트롤러는 검출 모드가 근거리 검출 모드(단계 S13)로 복귀하도록 검출 구동 라인 Ld로부터 검출 구동 라인 Lc로 구동 전극 패턴들의 선택 수의 증가를 제어한다.
각 검출 모드에서 검출 결과 Dout(물체의 존재 여부에 대한 검출 결과)가 컨트롤러(5)에 출력되면, 컨트롤러(5)는 검출 구동 라인들 La 내지 Ld 중 하나를 이용하여 선순차 구동 동작이 수행되도록 검출 결과 Dout에 기초하여 제어 신호 CTL3을 타이밍 컨트롤러(9)에 출력한다. 타이밍 컨트롤러(9)는 제어 신호 CTL3에 따라 공통 전극(43)을 선순차 구동한다. 이러한 식으로, 예를 들어 초기 상태인 원거리 검출 모드를 이용하여 물체의 존재를 검출하면서, 구동 전극 패턴들의 선택 수는 검출 모드들 사이의 이행을 위해 단계적으로 증가 또는 감소한다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에서, 전기력선의 범위를 변화시키는 수단은, 공통 전극(43)이 선순차 구동되는 경우, 구동 전극 패턴들의 선택 수의 묶음이 단위 구동 라인(검출 구동 라인들 La 내지 Ld의 각각)으로서 설정되고 구동 전극 패턴들의 선택 수가 변경되는 방식으로 수행된다. 따라서, 구동 전극 패턴들의 선택 수에 따라 멀리 있는 지점까지 물체의 존재를 검출할 수 있다. 결국, 물체의 존재는 물체가 표시 장치(1A)와 접촉하거나 표시 장치에 접근하는 경우뿐만 아니라 물체가 표시 장치로부터 떨어진 장소에 있는 경우에도 검출될 수 있다.
예를 들어, 구동 전극 패턴들의 선택 수가 공통 전극(43)의 선순차 구동시의 총 수 또는 총 수에 가까운 수로 설정되면, 원거리에 있는 물체의 존재를 검출할 수 있다(원거리 검출 모드). 역으로, 구동 전극 패턴들의 선택 수가 하나 또는 하나에 가까운 수로 설정되면, 물체의 배치 영역이 행렬 좌표로서 특정될 수 있으므로, 정밀한 위치 검출을 수행할 수 있다(위치 검출 모드). 결국, 물체의 원거리 검출과 정밀한 위치 검출 모두를 달성할 수 있다.
구체적으로, 검출 결과 Dout에 따라 원거리 검출 모드부터 위치 검출 모드까지 검출 구동 라인의 구동 전극 패턴들의 선택 수가 단계적으로 감소하면, (검출가능 거리를 유지하면서) 초기 상태인 원거리 검출 모드를 이용하여 물체의 존재를 확인하면서 위치 분해능을 단계적으로 개선하는 방식으로 물체의 단계적 검출을 수행할 수 있다. 즉, 물체의 거리에 따라 적절한 검출을 수행할 수 있으며, 이는 표시 장치의 적용 폭을 넓힌다. 예를 들어, 표시 스크린을 터치하지 않고 정보를 입력할 수 있고 또는 원거리로부터 표시 스크린에 접근하는 물체의 배치 영역을 단계적으로 좁힐 수 있다.
또한, 본 실시예에서는, 초기에 액정 표시 소자에 배치되어 있는 공통 전극(43)은 구동 전극과 검출 전극을 포함하는 한 쌍의 터치 센서 전극들 중 하나로서 공통 사용된다. 또한, 표시용 구동 신호인 공통 구동 신호 Vcom은 터치 센서 구동 신호로서 공통 사용된다. 따라서, 센서 검출 전극(44)만을 정전 용량형 터치 센서에 추가 배치 전극으로서 제공하면 충분하며, 또한, 터치 센서 구동 신호를 새로 준비할 필요가 없다. 결국, 장치 구성이 간단해진다.
제2 실시예
제2 실시예의 특징적 구성
도 13a 내지 도 13d는 본 발명의 제2 실시예에 따른 센서 검출 전극(44)의 유효 전극 패턴들과 무효 전극 패턴들의 레이아웃을 개략적으로 도시한다. 상기 실시예에서는, 공통 전극(43)의 구동 전극 패턴들의 선택 수는 전기력선의 범위를 변화시키는 구체적인 수단으로서 변경된다. 제2 실시예에서는, 센서 검출 전극(44)의 검출 전극 패턴들의 선택 수를 유효하게 기능시켜, 그 선택 수를 변경한다. 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 유사한 정전 용량형 터치 센서에 적용되는 본 실시예에서는, 원거리 검출 모드부터 위치 검출 모드까지 단계적 검출을 수행하는 경우를 일례로 설명하고 있다. 이하, 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 동일한 구성요소들에는 동일한 번호나 부호를 표시하고, 이에 대한 설명은 적절히 생략한다.
센서 검출 전극(44)은 공통 전극(43)의 구동 전극 패턴들의 연장 방향에 수직하는 방향으로 연장되는 복수의 줄무늬 검출 전극 패턴을 포함한다. 검출 신호 Vdet는 각 검출 전극 패턴으로부터 출력되고, 검출 회로(8)에 입력된다.
그러나, 본 실시예에서, 각 검출 전극 패턴은 각 검출 전극 패턴에 대하여 온 상태(검출 기능의 유효 상태)와 오프 상태(검출 기능의 무효 상태) 사이를 전환하기 위한 스위치를 갖는다. 여기서, 오프 상태는 부동 상태나 고 임피던스 상태를 나타낸다. 이러한 스위치를 이용하여, 하나 또는 적어도 두 개의 선택 검출 전극 패턴만이 유효하게 기능하도록 센서 검출 전극(44)의 검출 전극 패턴들을 솎는다(thin out). 또한, 유효하게 기능할 검출 전극 패턴들(이하, 유효 전극 패턴들이라 칭함)의 선택 수는 검출 모드마다 다르도록 변경된다.
컨트롤러(5)는 제1 실시예에서 설명한 바와 같이 검출 회로(8)로부터 출력되는 검출 결과 Dout에 기초하여 제어 신호 CTL3을 타이밍 컨트롤러(9)에 출력한다. 그러나, 본 실시예에서는, 검출 회로(8)로부터 출력되는 검출 결과 Dout이 물체의 존재를 나타내면, 컨트롤러는 센서 검출 전극(44)의 유효 전극 패턴들의 선택 수의 증가를 제어한다. 이러한 제어 동작은 계속 수행되며, 이에 따라 전술한 검출 모드들(원거리 검출 모드 내지 위치 검출 모드)이 단계적으로 발현된다.
제2 실시예의 동작 및 효과
본 실시예에서는, 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 동일한 동작에 의해 표시를 수행하는 한편, 공통 구동 신호 Vcom으로 공통 전극(43)을 스캐닝함에 따라 센서 검출 전극(44)으로부터 검출 회로(8)에 검출 신호가 공급되고, 이에 따라 검출 결과 Dout이 출력된다.
본 실시예의 검출 동작
그러나, 본 실시예에서는, 센서 검출 전극(44)의 모든 전극 패턴들 중에서, 유효 전극 패턴들의 선택 수가 각 검출 모드에서 변경된다. 구체적으로, 원거리 검출 모드에서는, 도 13a에 도시한 바와 같이 센서 검출 전극(44)의 모든 검출 전극 패턴들 중에서 하나의 검출 전극 패턴 또는 검출 전극 패턴들 중 하나에 가까운 수(여기서는, 최외측에 배치된 두 개의 패턴)가 유효 전극 패턴들(44A)로서 선택된다. 대조적으로, 위치 검출 모드에서는, 도 13d에 도시한 바와 같이 센서 검출 전극(44)의 총 수 또는 검출 전극 패턴들의 총 수에 가까운 수가 유효 전극 패턴들(44A)로서 선택된다. 중거리 검출 모드에서는, 도 13b에 도시한 바와 같이 원거리 검출 모드에서의 검출 전극 패턴들의 수보다 많은 검출 전극 패턴들의 수, 예를 들어, 구동 전극 패턴들의 절반 미만의 수(여기서는, 구동 전극 패턴들의 약 1/3)가 유효 전극 패턴들(44A)로서 선택된다. 근거리 검출 모드에서는, 전극 패턴들의 적어도 약 절반이 유효 전극 패턴들(44A)로서 선택된다. 유효 전극 패턴들(44A)은 바람직하게 각 검출 모드에서 동일한 간격으로 배열된다. 다시 말하면, 유효 전극 패턴들(44A) 사이의 무효 전극 패턴들(44B)의 수는 바람직하게 각 검출 모드에서 일정하다.
여기서, 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수의 이러한 차이에 의해 야기되는 동작을 도 14a와 도 14b를 참조하여 설명한다. 도 14a와 도 14b는 표시 장치(1A)의 단면 구조를 간략하게 도시한다. 그러나, 여기서는 유효 전극 패턴들(44A)의 최소 선택 수를 갖는 원거리 검출 모드(도 14a) 및 유효 전극 패턴들의 최대 선택 수를 갖는 위치 검출 모드(도 14b)를 일례로 도시하고 있다. 각 도에서, 전기력선(A3 또는 A4)의 궤적이 점선으로 도시되어 있지만, 이러한 궤적은 실제 전기력선을 엄격히 표현한 것이 아니며, 전기력선의 범위를 도시하도록 전기력선을 개략적으로 표현한 것이다.
예를 들어, 원거리 검출 모드에서는, 도 14a에 도시한 바와 같이, 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수가 작으므로, 다시 말하면, 센서 검출 전극의 검출 전극 패턴들의 대부분이 좁게 되어 있으므로, 검출 전극 패턴들 사이의 기생 용량의 형성이 억제되어, 결국 전기력선(A3)의 범위가 원거리까지 확대된다. 그 결과, 전기력선(A3)은 표시 장치(1A)의 상면으로부터 거리 D1에 있는 지점까지 연장된다. 따라서, 물체가 표시 장치(1A)의 상면으로부터의 지점들 중 하나의 지점 내지 상면으로부터 거리 D1에 있는 지점에 존재하면, 물체가 존재한다는 결정 결과가 검출 결과 Dout로서 출력된다. 그러나, 원거리 검출 모드에서는, 센서 검출 전극(44)의 대부분의 검출 전극 패턴들이 솎아져 있으므로, 물체의 배치 영역을 상세히 특정하는 것은 매우 어렵다.
반면에, 위치 검출 모드에서는, 도 14b에 도시한 바와 같이, 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수가 크므로, 검출 전극 패턴들 사이의 기생 용량의 형성에 따라 전기력선(A4)의 범위가 표시 장치(1A)의 상면으로부터 거리 D2(D2<<D1)에 있는 지점까지만 연장된다. 따라서, 제1 실시예에서와 같이, 표시 장치(1A)의 상면에 가까운 영역에서 물체의 존재를 결정할 수 있는 한편, 원거리 검출 모드와는 달리 표시 장치(1A)로부터 떨어진 장소에서는 물체를 거의 검출하지 못한다. 대조적으로, 위치 검출 모드에서는, 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수가 대략 총 수로 설정되므로, 물체의 배치 영역(위치 좌표)을 상세히 검출할 수 있다.
마찬가지로, 중거리 검출 모드와 근거리 검출 모드에서는, 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수에 따라 멀리 있는 지점까지 물체를 검출할 수 있다. 이러한 식으로, 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수에 따라 전기력선의 범위가 변경된다. 구체적으로, 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수가 작아지면, 전기력선의 범위가 확장되고, 이에 따라 검출가능 거리가 증가한다. 대조적으로, 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수가 커지면, 전기력선의 범위가 저감되고, 이에 따라 검출가능 거리가 감소한다. 반면에, 위치 분해능은, 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수가 감소함에 따라 높아지고, 유효 전극 패턴들의 선택 수가 증가함에 따라 낮아진다.
따라서, 제1 실시예에서와 같이, 원거리 검출 모드에서는, 원거리에 있는 물체의 존재를 결정하고, 중거리 검출 모드에서는, 중거리에 있는 물체의 존재를 결정하고, 물체가 존재하면, 물체의 배치 영역을 대략 특정한다. 근거리 검출 모드에서는, 근거리에 있는 물체의 존재를 결정하고, 물체가 존재하면, 물체의 배치 영역을 특정한다. 위치 검출 모드에서는, 표시 장치와 접촉하거나 표시 장치에 접근하는 물체의 존재를 결정하고, 물체가 존재하면, 물체의 배치 영역을 XY 행렬의 위치 좌표로서 획득한다.
컨트롤러(5)는, 검출 모드들의 각각이 단계적으로 발현되도록 검출 회로(8)로부터 출력되는 검출 결과 Dout에 따라 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수를 단계적으로 변경한다. 그러나, 본 실시예에서는, 원거리 검출 모드에서 물체가 존재하면, 검출 모드가 중거리 검출 모드로 이행하도록 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수를 증가시키고, 물체가 존재하지 않으면, 원거리 검출 모드가 계속되도록 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수를 유지한다. 중거리 검출 모드에서는, 물체가 존재하면, 검출 모드가 근거리 검출 모드로 이행하도록 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수를 증가시키고, 물체가 존재하지 않으면, 검출 모드가 원거리 검출 모드로 복귀하도록 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수를 감소시킨다. 마찬가지로, 근거리 검출 모드에서는, 물체의 존재 여부에 따라 검출 모드를 위치 검출 모드로 이행하거나 중거리 검출 모드로 복귀시킨다. 위치 검출 모드에서 물체가 존재하면, 물체의 위치 좌표를 추출하고, 검출을 종료한다. 위치 검출 모드에서 물체가 존재하지 않으면, 검출 모드가 근거리 검출 모드로 복귀하도록 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수를 증가시킨다.
각 검출 모드에서 검출 결과 Dout(물체의 존재 여부에 대한 검출 결과)가 컨트롤러(5)에 출력되면, 컨트롤러(5)는 유효 전극 패턴들(44A)을 이용하는 검출 동작이 수행되도록 검출 결과 Dout에 기초하여 제어 신호 CTL3을 타이밍 컨트롤러(9)에 출력한다. 타이밍 컨트롤러(9)는 제어 신호 CTL3에 따라 센서 검출 전극(44)의 유효 전극 패턴들(44A)을 선택한다. 이러한 식으로, 초기 상태인 원거리 검출 모드에서 물체의 존재를 검출하는 한편, 검출 모드를 전술한 검출 모드들 사이에서 이행하도록 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수를 단계적으로 증가 또는 감소시킨다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 센서 검출 전극의 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수가 전기력선의 범위를 변경하는 수단으로서 변경되므로, 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수에 따라 멀리 있는 지점까지 물체의 존재를 검출할 수 있다. 결국, 제1 실시예와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
예를 들어, 센서 검출 전극(44)의 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수가 하나 또는 하나에 가까운 수로 설정되면, 원거리에 있는 물체의 존재를 검출할 수 있다(원거리 검출 모드). 역으로, 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수가 총 수 또는 총 수에 가까운 수로 설정되면, 물체의 배치 영역을 행렬 좌표로서 특정할 수 있으므로, 정밀한 위치 검출을 수행할 수 있다(위치 검출 모드). 결국, 제1 실시예에서와 같이 물체의 원거리 검출 및 정밀한 위치 검출 모두를 달성할 수 있다.
구체적으로, 검출 결과 Dout에 따라 원거리 검출 모드부터 위치 검출 모드까지 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수가 단계적으로 증가하면, 초기 상태인 원거리 검출 모드에서 검출가능 거리를 유지하면서 위치 분해능을 단계적으로 개선하는 방식으로 물체의 단계적 검출을 수행할 수 있다. 결국, 물체의 거리에 따라 적절한 검출을 수행할 수 있으며, 이는 제1 실시예에서와 같이 표시 장치의 적용 폭을 넓힌다.
제1 및 제2 실시예에서는, 공통 전극(43)의 선순차 구동으로 구동 전극 패턴들의 선택 수를 변경하는 방법 및 센서 검출 전극(44)의 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수를 변경하는 방법을 전기력선의 범위를 변경하는 수단의 예로서 각각 설명하고 있지만, 이러한 방법들을 조합해도 된다. 즉, 원거리 검출 모드에서는, 공통 전극(43)의 선순차 구동시 구동 전극 패턴들의 선택 수를 총 수 또는 총 수에 가까운 수로 설정하고, 센서 검출 전극(44)의 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수를 하나 또는 하나에 가까운 수로 설정한다. 대조적으로, 위치 검출 모드에서는, 공통 전극(43)의 선순차 구동시 구동 전극 패턴들의 선택 수를 하나 또는 하나에 가까운 수로 설정하고, 센서 검출 전극(44)의 유효 전극 패턴들(44A)의 선택 수를 총 수 또는 총 수에 가까운 수로 설정하면 충분하다.
제3 실시예
도 15a 내지 도 15d는 검출 모드들의 각각에서 본 발명의 제3 실시예에 따라 검출 구동 신호 Vcom2의 반전 파형들(AC 구형파 Sg)을 개략적으로 도시한다. 전술한 실시예에서는, 전기력선의 범위를 변경하는 수단으로서, 공통 전극(43)의 선순차 구동시 구동 전극 패턴들의 선택 수를 변경하거나 센서 검출 전극(44)의 유효 전극 패턴들의 선택 수를 변경하고 있다. 제3 실시예에서는, 공통 전극(43)의 선순차 구동시 각 구동 전극 패턴에 인가되는 구동 신호 Vcom2가 변경된다. 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 유사한 정전 용량형 터치 센서에 적용되는 본 실시예에서는, 원거리 검출 모드부터 위치 검출 모드까지 단계적 검출을 수행하는 경우를 일례로 설명한다. 이하, 제1 실시예의 표시 장치(1A)에서와 동일한 구성요소들에는 동일한 참조 번호나 부호로 표기하고 이에 대한 설명은 적절히 생략한다.
본 실시예에서는, 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 동일한 동작에 의해 표시를 수행하는 한편, 공통 구동 신호 Vcom으로 공통 전극(43)을 스캐닝함에 따라 검출 신호가 센서 검출 전극(44)으로부터 검출 회로(8)에 공급되고, 이에 따라 검출 결과 Dout이 출력된다.
그러나, 본 실시예에서는, 검출 구동 신호 Vcom2가 표시 공통 구동 신호 Vcom1과는 별개로 각 구동 전극 패턴에 인가되는 구동 신호로서 사용되며, 구동 신호 Vcom2는 공통 전극(43)의 선순차 구동시 각 검출 모드마다 변경된다. 구체적으로, 도 15a 내지 도 15d에 도시한 바와 같이 구동 신호 Vcom2는 원거리 검출 모드부터 위치 검출 모드까지 구동 신호 Vcom2의 절대값이 단계적으로 저감되도록 변경된다(Va > Vb > Vc > Vd).
컨트롤러(5)는 각 검출 모드가 단계적으로 발현되도록 검출 회로(8)로부터 출력되는 검출 결과 Dout에 따라 구동 신호 Vcom2를 단계적으로 변경한다. 구체적으로, 원거리 검출 모드에서는, 물체가 존재하면, 검출 모드가 중거리 검출 모드로 이행하도록 구동 신호 Vcom2의 절대값(구형파의 진폭)이 감소되고, 물체가 존재하지 않으면, 원거리 검출 모드가 계속되도록 현재의 구동 신호 Vcom2가 유지된다. 다음으로, 중거리 검출 모드에서는, 물체가 존재하면, 검출 모드가 근거리 검출 모드로 이행하도록 구동 신호 Vcom2의 절대값이 감소되고, 물체가 존재하지 않으면, 검출 모드가 원거리 검출 모드로 복귀하도록 구동 신호 Vcom2의 절대값이 증가된다. 마찬가지로, 후속하는 근거리 검출 모드에서는, 물체의 존재 여부에 따라 검출 모드가 위치 검출 모드로 이행하거나 중거리 검출 모드로 복귀한다. 위치 검출 모드에서 물체가 존재하면, 물체의 위치 좌표를 추출하고, 검출을 종료한다. 위치 검출 모드에서 물체가 존재하지 않으면, 검출 모드가 근거리 검출 모드로 복귀하도록 구동 신호 Vcom2의 절대값이 증가된다.
각 검출 모드에서 검출 결과 Dout(물체의 존재 여부에 대한 검출 결과)가 컨트롤러(5)에 출력되면, 컨트롤러(5)는 검출 결과 Dout에 기초하여 구동 신호 Vcom2를 이용하는 검출 동작이 수행되도록 제어 신호 CTL3을 타이밍 컨트롤러(9)에 출력한다. 타이밍 컨트롤러(9)는 제어 신호 CTL3에 따라 구동 신호 Vcom2를 이용하여 선순차 구동을 수행한다. 이러한 식으로, 초기 상태인 원거리 검출 모드로 물체의 존재를 검출하는 한편, 구동 신호 Vcom2의 절대값은 전술한 검출 모드들 사이에서 검출 모드를 이행하도록 단계적으로 증가 또는 감소된다.
전술한 바와 같이, 본 실시예에서는, 구동 신호 Vcom2의 절대값이 전기력선의 범위를 변경하는 수단으로서 변경되므로, 구동 신호 Vcom2의 크기에 따라 멀리 있는 지점까지 물체의 존재를 검출할 수 있다. 결국, 제1 실시예에서와 동일한 이점을 얻을 수 있다.
전기력선의 범위를 변경하는 수단으로서, 제3 실시예에서의 구동 신호 Vcom2의 변경 제어를 공통 전극(43)의 선순차 구동시 구동 전극 패턴들의 선택 수의 변경 제어(제1 실시예)와 조합해도 된다. 즉, 원거리 검출 모드에서, 구동 전극 패턴들의 선택 수는 총 수 또는 총 수에 가까운 수로 설정되고, 또한, 구동 신호 Va는 선택된 구동 전극 패턴에 인가되는 구동 신호 Vcom2로서 사용된다. 대조적으로, 위치 검출 모드에서는, 구동 전극 패턴들의 선택 수를 하나 또는 하나에 가까운 수로 설정하고, 구동 신호 Vd를 선택된 구동 전극 패턴에 인가되는 구동 신호 Vcom2로서 사용하면 충분하다.
제3 실시예에서의 구동 신호 Vcom2의 변경 제어는 제2 실시예에서의 센서 검출 전극(44)의 유효 전극 패턴들의 선택 수의 변경 제어와 조합해도 된다. 다른 방안으로, 제1 내지 제3 실시예의 모든 방법들을 조합해도 된다.
제4 실시예
도 16은 본 발명의 제4 실시예에 따른 구동 신호 Vcom2와 공통 구동 신호 Vcom1의 각각의 인가 타이밍을 개략적으로 도시한다. 제1 내지 제3 실시예에서는 표시용 공통 전극(43)이 검출용 구동 전극으로서 공통으로 사용되는 경우를 일례로 설명하였다. 이러한 경우, 상세하게는, 공통 전극(43)에는 표시용 공통 구동 신호 Vcom1과 검출용 구동 신호 Vcom2 모두가 인가된다. 제4 실시예에서는, 구동 신호들 Vcom1과 Vcom2가 서로 다른 경우에 구동 신호 Vcom1 또는 Vcom2의 바람직한 인가 동작(구동 신호 Vcom의 변조 동작)에 대하여 설명한다. 구동 신호들 Vcom1과 Vcom2가 서로 다른 경우는, 예를 들어, 검출 감도를 개선하기 위해 구동 신호 Vcom2를 구동 신호 Vcom1보다 크게 한 경우(Vcom2 > Vcom1), 또는 모드들 사이의 천이를 위해 구동 신호 Vcom2의 절대값을 변조하는 경우(제3 실시예)를 포함한다. 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 동일한 구성요소들에는 동일한 번호나 부호를 표시하고, 이에 대한 설명은 적절히 생략한다. 여기서는, 구동 신호 Vcom2의 절대값이 구동 신호 Vcom1의 절대값보다 큰 경우를 일례로 설명한다.
구체적으로, 타이밍 컨트롤러(9)는 이하의 타이밍에서 공통 전극(43)의 구동 전극 패턴들의 각각에 구동 신호 Vcom2를 인가한다. 즉, 타이밍 컨트롤러는 표시 구동 신호 Vcom1이 각 구동 전극 패턴에 선순차 인가되도록 그리고 구동 신호 Vcom1의 인가 타이밍이 검출 구동 신호 Vcom2의 인가 타이밍과 다르도록 제어를 수행한다. 다시 말하면, 타이밍 컨트롤러(9)는 구동 전극 패턴들 중에서 구동 신호 Vcom1이 인가되지 않은 구동 전극 패턴에 구동 신호 Vcom2를 인가한다. 예를 들어, 도 16에 도시한 바와 같이, 구동 신호 Vcom1(음영 부분)은 구동 전극 패턴들(여기서는, 일례로 6개의 구동 전극 패턴 COM1 내지 COM6임)의 각각에 인가된 후, 구동 신호 Vcom2가 순차 인가된다. 다시 말하면, 구동 신호 Vcom1이 인가된 후, 구동 신호 Vcom1이 구동 신호 Vcom2로 변조되도록 구동 신호 Vcom1의 절대값을 증가시킨다(진폭을 확대한다).
전술한 바와 같이, 표시용의 공통 전극(43)이 검출용의 구동 전극으로서 공통 사용되면, 구동 신호 Vcom2의 인가 타이밍은 바람직하게 구동 신호 Vcom1의 인가 타이밍과 다르다. 구동 신호 Vcom1의 인가 타이밍(비디오 신호의 기입 타이밍)이 구동 신호 Vcom2의 인가 타이밍과 동기화되면(예를 들어, 도 17의 경우), 화소 전극(22)과 공통 전극(43) 사이의 전위차가 변경되고, 이에 따라 필요로 하는 표시(비디오 신호 Vsig에 기초한 적절한 휘도를 갖는 표시)를 거의 얻을 수 없다. 따라서, 본 실시예에서와 같이 서로 다른 타이밍에 구동 신호들 Vcom1과 Vcom2를 인가하고, 이에 따라 표시용의 공통 전극(43)이 검출용의 구동 전극으로서 공통으로 사용되더라도, 필요로 하는 표시를 쉽게 얻게 된다. 도 17에서, 구동 신호 Vcom2는 선순차 방식으로 인가되는 구동 신호 Vcom1에 대하여 파선으로 도시되어 있다.
전술한 이점은, 구동 신호들 Vcom1과 Vcom2 사이의 차가 큰 경우에, 예를 들어, 검출 감도를 개선하도록 구동 신호 Vcom2를 더 크게 한 경우나 제3 실시예에서의 원거리 검출 모드의 경우에 더욱 부각된다. 이는, 비디오 기입시 구동 신호 Vcom1로부터의 차가 큰 구동 신호 Vcom2가 인가되면, 이에 따라 표시에 영향을 끼치는 경향이 있기 때문이다.
제5 실시예
도 18은 본 발명의 제5 실시예에 따른 구동 신호 Vcom(Vcom1 또는 Vcom2), 비디오 신호 Vsig 및 TFT(도 6에 도시한 TFT 소자)의 게이트 전위 Vgate의 타이밍 차트를 도시한다. 제4 실시예에서는, 표시용의 공통 전극(43)이 검출용의 구동 전극으로서 공통으로 사용되는 경우 서로 다른 타이밍에서 구동 신호들 Vcom1과 Vcom2가 공통 전극(43)에 인가되는 동작을 설명하였다. 제5 실시예에서는, 바람직한 동작을 더 설명한다. 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 같이 동일한 구성요소들에는 동일한 참조 번호나 부호로 표기하고 이에 대한 설명은 적절히 생략한다.
구체적으로, 게이트 전위 Vgate가 온 전위이면(TFT가 온이면), 타이밍 컨트롤러(9)는 구동 신호 Vcom1을 공통 전극(43)에 비디오 신호 Vsig를 화소 전극(22)에 각각 인가하고, 이에 따라 비디오 픽처가 기입되도록 화소 전위 Vpix(도 6에 도시한 액정 소자 LC의 전위)가 변위된다. 본 실시예에서, 각 TFT의 오프 상태의 게이트 전위(VgateL)는 이하의 식 (1)을 만족하도록 설정된다. 이 식에서, VsigL은 비디오 신호 Vsig의 저 전위를 나타내고, ΔVcom2는 구동 신호 Vcom2의 최소 전위로부터 최대 전위로의 변위(진폭이 2배)를 나타내고, Vth는 TFT의 임계 전압을 나타낸다. ΔVcom2는 이하의 식 (2)에 따라 설정된다. 더욱 바람직하게, VgateL은 Vgate(plunge)를 고려하여 이하의 식 (3)을 만족하도록 설정된다. Vgate(plunge)는 게이트선(26)과 화소 사이의 기생 용량으로 인해 야기되는 플런지 전위(도 6에 도시한 액정 소자 LC의 전위)를 나타낸다.
Figure pat00001
Figure pat00002
Figure pat00003
여기서, 도 19a와 도 19b를 참조하여 본 실시예의 비교예를 설명한다. 도 19a와 도 19b는 비디오 신호의 기입 직후, 즉, 게이트 전위 Vgate가 온 전위로부터 오프 전위로 천이하는 경우의 구동 신호 Vcom과 화소 전위 Vpix의 각각의 거동을 도시한다. 도 19a에 도시한 바와 같이, 비디오 신호의 기입 직후, 게이트 전위는 오프 전위로 감소되고, 구동 신호 Vcom은 이에 연동하여 저감되고(검은 화살표), 이에 따라 화소 전위 Vpix도 저감된다(음영 화살표). 따라서, 비디오 신호의 기입 직후의 이러한 상태에서, 도 19b에 도시한 바와 같이 구동 신호의 진폭이 증가되도록 구동 신호 Vcom이 변조되면, 화소 전위 Vpix가 크게 강하되고, 이는 화소 전위가 게이트 전위보다 낮아지는 현상을 야기할 수 있다. 화소 전위 Vpix가 게이트 전위(오프 전위)보다 낮아지면, 각 화소에 역 바이어스 전압이 인가되므로, 필요로 하는 비디오 표시를 거의 수행하지 못한다.
따라서, 본 실시예에서와 같이, 게이트 전위는 구동 신호 Vcom에 따라 식 (2)(바람직하게는 식 (3))를 만족하고, 이에 따라 비디오 신호가 기입된 직후 구동 신호 Vcom이 인가되더라도, 화소 전위 Vpix가 게이트 전위 VgateL 아래로 강하되는 것을 실질적으로 방지할 수 있다. 결국, 구동 신호 Vcom이 변조되는 동안 화소 전위 Vpix의 강하로 인해 표시에 미치는 영향을 억제할 수 있어서, 필요로 하는 비디오 표시를 얻을 수 있다.
제6 실시예
도 20은 본 발명의 제6 실시예에 따른 구동 신호 Vcom(Vcom1 또는 Vcom2), 비디오 신호 Vsig 및 TFT의 게이트 전위 Vgate의 타이밍 차트를 도시한다. 제5 실시예에서는, 구동 신호들 Vcom1과 Vcom2가 서로 다른 타이밍에서 인가되면, 소정의 식을 만족하도록 게이트 전위 VgateL이 설정되며, 이에 따라 화소 전위 Vpix의 강하로 인해 표시에 미치는 영향이 억제된다. 제6 실시예에서는, 표시에 미치는 이러한 영향을 억제하기 위한 다른 방법을 설명한다. 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 동일한 구성요소들에는 동일한 참조 번호를 부여하고 이에 대한 설명은 적절히 생략한다.
구체적으로, 게이트 전위 Vgate가 온(on) 전위(TFT가 온)이면, 타이밍 컨트롤러(9)는 구동 신호 Vcom1을 공통 전극(43)에 비디오 신호 Vsig를 화소 전극(22)에 각각 인가하고, 이에 따라 비디오 픽처가 기입된다.
그러나, 본 실시예에서, 구동 신호 Vcom2의 인가(구동 신호 Vcom1로부터 구동 신호 Vcom2로의 변조 제어)는, 제5 실시예와는 달리 구동 신호 Vcom1의 인가 직후라기보다는 구동 신호 Vcom1의 인가부터 소정의 기간 경과 후에 수행된다. 예를 들어, 도 20에 도시한 바와 같이, 구동 신호 Vcom2는 구동 신호 Vcom1의 인가 종료 시점 t1부터 구동 신호 Vcom의 구형파의 반주기 경과 시점 t2까지 인가되지 않는다(구동 신호 Vcom1로부터 구동 신호 Vcom2로의 변조 제어가 수행되지 않는다). 구동 신호 Vcom2의 인가 제어는 시점 t2에서 수행된다(구동 신호 Vcom1로부터 구동 신호 Vcom2로의 변조 제어가 수행된다). 본 실시예에서도, 제5 실시예에서의 식 (1) 내지 (3)을 만족해도 된다.
이러한 식으로, 구동 신호 Vcom2의 인가는 구동 신호 Vcom1의 인가부터 소정의 기간 경과 후에 수행되며, 이에 따라 다음과 같은 이점을 얻는다. 즉, 전술한 바와 같이 비디오 신호가 기입된 직후 게이트 전위 Vgate의 오프(off) 전위로의 천이 동안 화소 전위 Vpix가 일시적으로 강하되더라도, 이러한 화소 전위 Vpix의 강하는 이 전위가 오프 전위를 하회하는 정도로 되지 않으며, 따라서 표시에 미치는 영향은 작다. 이후, 구동 신호 Vcom2를 인가하도록 구동 신호 Vcom의 진폭이 확대되면, 이에 따라 화소 전위 Vpix가 상승하게 된다. 결국, 제5 실시예에서와 같이 화소 전위 Vpix의 강하로 인해 표시에 미치는 영향을 억제하는 한편 구동 신호 Vcom을 변조할 수 있다.
제4 내지 제6 실시예에서는, 공통 전극(43)에 인가되는 표시 구동 신호 Vcom1과 검출 구동 신호 Vcom2가 서로 다른 경우에 있어서 여러 예를 들어 바람직한 구동 동작을 설명하였다. 그러나, 이에 한정되지 않으며, 이하의 구동 방법을 이용해도 된다. 즉, 도 17에 도시한 바와 같이, 구동 신호 Vcom2가 구동 신호 Vcom1의 기입 대상인 화소에 더 인가되면, 화소 전위는 전술한 바와 같이 변경되고, 예를 들어, 비디오 신호 Vsig 자체의 레벨은 이러한 화소 전위 변화를 예측하여 변조될 수 있다. 이러한 방법에 의해서도, 필요로 하는 표시를 얻을 수 있다. 그러나, 비디오 신호 Vsig의 레벨이 변조되는 경우에, IC 구동에 부하가 걸리는 경향이 있으므로, 제4 내지 제6 실시예의 각각에서 설명한 방법이 실용적이다.
구동 신호 Vcom2는 특정 기간에만 인가되어도 된다. 구체적으로, 도 21에 도시한 바와 같이, 신호의 진폭은 물체 검출이 수행되는 동안 기간 ta 또는 tb(여기서는, Vcom의 극성이 변경되는 순간 바로 전 또는 바로 후의 각 기간)에만 확대된다(구동 신호 Vcom1로부터 구동 신호 Vcom2로의 변조). 이러한 구동 동작은 액정에 대한 DC 전압 인가 시간을 저감하므로, 번인(seizure) 등의 발생을 억제할 수 있다. 게다가, 비디오 신호 Vsig가 인가되기 전에 구동 신호 Vcom2가 표시 구동 신호 Vcom1로 복귀할 수 있으므로, 두 개의 서로 다른 종류의 전위가 동시에 사용될 필요가 없으며, 이에 따라 IC의 부하가 저감되거나 주변 회로가 간단해질 수 있다.
구동 신호들 Vcom1과 Vcom2가 서로 다른 경우의 일례로서 검출 감도를 증가시키도록 Vcom2를 Vcom1보다 크게 한 경우를 설명하였다. 이러한 경우, 검출 모드의 변경은 포함되지 않아도 된다. 구체적으로, 제1 내지 제3 실시예에서 설명한 검출 모드의 변경 동작의 가정 하에 Vcom2 > Vcom1이 설정될 수 있는 한편, 모드 변경 없이 검출 구동을 수행할 수 있으며, 즉, 소정의 값을 갖는 구동 신호 Vcom2(>Vcom1)이 연속 사용되는 동안 검출 구동을 수행할 수 있다. 구동 신호 Vcom2의 값은 보다 크게 설정되며, 이에 따라 검출 감도가 개선되고 따라서 원거리 검출을 수행할 수 있다. 모드 변경 동작(전기력선의 범위의 변경 동작)을 이용하는 전자의 구성은 본 발명의 일 실시예의 제1 표시 장치에 대응하고, 모드 변경 동작을 이용하지 않는 후자의 구성은 본 발명의 실시예의 제2 표시 장치에 대응한다.
다음으로, 제1 내지 제6 실시예의 각각의 표시 장치의 수정예들을 설명한다. 이하, 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 동일한 구성요소들에는 동일한 참조 번호나 부호를 부여하며, 이에 대한 설명은 적절히 생략한다.
수정예 1
도 22는 수정예 1에 따른 표시 장치(1B)의 관련 부분의 단면 구조를 도시한다. 표시 장치(1B)는 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 같이 액정 표시 소자 및 정전 용량형 터치 센서를 포함한다. 그러나, 본 수정예에서, 터치 센서는, 표시용의 공통 전극(43)이 공통으로 사용되어 터치 센서가 액정 표시 소자와 일체화되는 제1 실시예와는 달리, 액정 표시 소자와는 별도로 된 터치 패널(50)로서 제공된다. 구체적으로, 표시 장치(1B)에서, 터치 패널(50)은 화소 기판(2)과 대향 기판(4) 사이에 액정층(6)이 협지된 액정 표시 소자의 편광판(45) 측에 배치되어 사용된다.
터치 패널(50)은 투명 기판(51) 상에 배치되는 센서 구동 전극(52), 접착층(53), 투명 기판(54) 및 센서 검출 전극(55)을 이 순서대로 구비한다. 센서 구동 전극(52)은 복수의 구동 전극 패턴으로 분할되고, 각 구동 전극 패턴에는 제1 실시예의 공통 전극(43)과 같이 구동 신호 Vcom이 선순차 인가된다. 마찬가지로, 제2 검출 전극(55)은 복수의 검출 전극 패턴으로 분할되고, 각 검출 전극 패턴은 제1 실시예에서의 센서 검출 전극(44)과 같이 센서 구동 전극(52)의 각 구동 전극 패턴의 연장 방향에 대하여 수직으로 연장된다.
터치 센서는 이러한 식으로 표시 소자로부터 분리되어도 되며, 제1 내지 제3 실시예의 각각에서 설명한 방법들의 각각을 전술한 바와 동일한 방식으로 표시 장치(1B)에 적용해도 된다. 그러나, 장치 구성은 공통 전극(43)이 센서 구동 전극으로서 공통으로 사용되는 제1 실시예의 표시 장치(1A)에서 더욱 간단할 수 있다.
수정예 2
도 23은 수정예 2에 따른 표시 장치(1C)의 관련 부분의 단면 구조를 도시한다. 표시 장치(1C)는 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 같이 액정 표시 소자 및 정전 용량형 터치 센서를 포함한다. 그러나, 표시 장치(1C)는 센서 검출 전극(44)이 편광판(45)에 대하여 외측에 배치된다는 점에서 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 다르다. 구체적으로, 표시 장치(1C)는 편광판(45) 상에 배치되는 접착층(47), 센서 검출 전극(44) 및 투명 기판(48)을 이 순서대로 구비한다. 이러한 식으로, 센서 검출 전극(44)은 반드시 편광판(45)에 대하여 내측에 배치될 필요가 없으며, 사용자측에 배치되도록 구성되어도 된다.
수정예 3
표시 장치(1D)의 구성
도 24는 수정예 3에 따른 표시 장치(1D)의 관련 부분의 단면 구조를 도시한다. 도 25a와 도 25b는 표시 장치(1D)의 화소 기판(후술하는 화소 기판(2B))의 상세 구성을 도시한다. 도 26a와 도 26b는 표시 장치(1D)의 사시 구조를 도시한다. 표시 장치(1D)는 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 같이 액정 표시 소자 및 정전 용량형 터치 센서를 포함한다. 그러나, 표시 장치(1D)는 횡전계 모드의 액정 소자가 표시 소자로서 사용된다는 점에서 제1 실시예의 표시 장치(1A)와 다르다.
표시 장치(1D)는 화소 기판(2B), 화소 기판(2B)에 대향하는 대향 기판(4B) 및 화소 기판(2B)과 대향 기판(4B) 사이에 배치된 액정층(6)을 포함한다.
화소 기판(2B)은 TFT 기판(21), TFT 기판(21) 상에 배치된 공통 전극(43) 및 절연층(23)을 개재하여 공통 전극(43) 상에 행렬 패턴으로 배치된 복수의 화소 전극(22)을 구비한다. TFT 기판(21) 상에는, 각 화소 전극(22)을 구동하기 위한 도시하지 않은 표시 드라이버 및 TFT가 형성되고, 또한, 각 화소 전극에 화상 신호를 공급하는 신호선(소스선)(25) 및 각 TFT를 구동하는 게이트선(26)과 같은 배선들이 형성된다(도 25a와 도 25b 참조). 또한, 터치 검출 동작을 수행하는 검출 회로(8)는 TFT 기판(21) 상에 형성된다. 공통 전극(43)은 제1 실시예에서와 같이 센서 구동 전극으로서 공통 사용된다.
대향 기판(4B)은 유리 기판(41)의 일면 상에 배치된 컬러 필터(42)를 포함한다. 센서 검출 전극(44)은 유리 기판(41)의 타면 상에 배치되고, 또한, 편광판(45)은 센서 검출 전극(44) 상에 배치된다. 센서 검출 전극(44)은 박막 공정에 의해 대향 기판(4B) 상에 직접 배치되어도 되며, 또는 그 위에 간접적으로 배치되어도 된다. 공통 전극(43)에는 TFT 기판(21)으로부터의 AC 구형 파형을 갖는 공통 구동 신호 Vcom이 인가된다. 공통 구동 신호 Vcom은 각 화소 전극(22)에 인가되는 화소 전압 및 각 화소의 표시 전압을 정의하고, 터치 센서의 구동 신호로서 공통으로 사용된다. 공통 전극(43)과 센서 검출 전극(44)은 제1 실시예에서와 같이 서로 교차하는 방식으로 연장되는 복수의 전극 패턴으로 분할된다.
액정층(6)은 전계의 상태에 따라 액정층(6)을 통과하는 광을 변조하고, 예를 들어, FFS (Fringe Field Switching) 모드 또는 IPS (In-Plane Switching) 모드와 같은 횡전계 모드의 액정이 액정층(6)으로 사용된다. 여기서, 도 26a와 도 26b를 참조하여 FFS 모드를 설명한다. FFS 모드 액정 소자에서, 빗(comb) 형상으로 패터닝된 화소 전극(22)은 절연층(23)을 개재하여 표시 기판(2B) 상에 형성된 공통 전극(43) 상에 배치되고, 화소 전극을 피복하는 절연막(26)이 형성된다. 액정층(6)은 정렬막(26)과 대향 기판(4B) 측의 정렬막(46) 사이에 협지된다. 두 개의 편광판(24, 45)은 크로스 니콜(crossed nicol) 상태로 배열된다. 두 개의 정렬막(26, 46)의 각각의 러빙 방향은 두 개의 편광판(24, 45)의 투과축들 중 하나의 방향에 대응한다. 여기서, 도면에서는 러빙 방향이 편광판(45)의 투과축의 방향에 대응하는 경우를 도시하고 있다. 게다가, 두 개의 정렬막(26, 46)의 각각의 러빙 방향 및 편광판(45)의 투과축의 방향은 액정 분자의 회전 방향이 정의되는 범위 내에서 각 화소 전극(22)의 연장 방향(빗의 길이 방향)에 대략 평행하게 설정된다.
표시 장치(1D)의 동작과 영향
먼저, FFS-모드 액정 소자의 표시 동작 원리를 도 26a, 도 26b, 도 27a 및 도 27b를 참조하여 간략히 설명한다. 도 27a와 도 27b는 액정 소자의 관련 부분의 단면을 도시하고, 도 27a는 전계가 인가되지 않은 액정 소자의 상태를 도시하고, 도 27b는 전계가 인가된 액정 소자의 상태를 도시한다.
공통 전극(43)과 화소 전극(22) 사이에 전압이 인가되지 않은 상태에서는(도 26a와 도 27a 참조), 액정층(6)의 각 액정 분자(61)의 축은 입사측의 편광판(24)의 투과축에 수직하고, 출사측의 편광판(45)의 투과축에 평행하다. 따라서, 입사측의 편광판(24)에 의해 투과되는 입사광 h는 액정층(6) 내에 위상차를 야기하지 않고 출사측의 편광판(45)에 도달하고, 편광판(45)에 의해 흡수되어, 흑표시로 된다. 대조적으로, 공통 전극(43)과 화소 전극(22) 사이에 전압이 인가되어 있는 상태에서는(도 26b와 도 27b 참조), 각 액정 분자(61)의 정렬 방향은 화소 전극들 사이에 형성된 횡전계 E에 의해 각 화소 전극(22)의 연장 방향에 대하여 경사진 방향으로 회전한다. 이때, 액정층(6)의 두께 방향으로 중심에 있는 액정 분자(61)가 약 45도 회전하도록 백표시의 전계 강도가 최적화된다. 따라서, 입사측의 편광판(24)에 의해 투과된 입사광 h가 액정층(6)을 통과하는 동안, 광 h에서 위상차가 발생하며, 이에 따라 광은 90도 회전한 직선 편광으로 되며 출사측의 편광판(45)을 통과하여, 백표시로 된다.
다음으로, 표시 장치(1D)의 표시 제어 동작과 터치 검출 동작을 설명한다. 화소 기판(2B) 상의 표시 드라이버(도시하지 않음)는 공통 구동 신호 Vcom을 공통 전극(43)의 구동 전극 패턴들에 선순차 공급한다. 게다가, 표시 드라이버는 소스선(25)을 통해 각 화소 전극(22)에 화상 신호를 공급하고, 선순차 방식으로 게이트선(26)을 통해 각 화소 전극의 TFT의 스위칭을 동기 제어한다. 이에 따라, 액정층(6)에는 횡 방향(기판에 평행한 방향)으로 전계가 인가되고, 이 전계는 화소들의 각각에 대하여 공통 구동 신호 Vcom과 각 화상 신호에 의해 결정되고, 이에 따라 액정 상태가 변조된다. 이러한 식으로, 소위 반전 구동에 의한 표시를 행한다.
대조적으로, 대향 기판(4B) 측에서는, 공통 구동 신호 Vcom이 공통 전극(43)의 구동 전극 패턴들에 시분할적으로 순차 인가된다. 따라서, 어레이의 용량 소자들 C1(C11 내지 C1n)의 각각은 충전 또는 방전되고, 이 용량 소자들은 제1 실시예에서와 같이 신호 Vcom이 인가되는 공통 전극(43)의 구동 전극 패턴들과 센서 검출 전극(44)의 검출 전극 패턴들 사이의 교차 부분들에 형성되어 있다. 결국, 용량 소자들 C1의 용량 값에 대응하는 크기를 갖는 검출 신호 Vdet가 센서 검출 전극(44)의 각 전극 패턴으로부터 출력된다.
이러한 식으로, 제1 내지 제3 실시예에서 설명한 방법들의 각각은 전술한 바와 동일한 방식으로 액정 표시 소자를 위한 횡전계 모드의 액정을 이용하는 표시 장치(1D)에 적용되어도 된다. 그러나, 이러한 수정예는 터치 센서 구동 전극으로서의 공통 전극(43)이 화소 기판(2B) 측에 (TFT 기판(21) 상에) 배치되는 구조를 갖기 때문에, 공통 구동 신호 Vcom은 TFT 기판(21)으로부터 공통 전극(43)으로 매우 쉽게 공급되며, 필요한 회로, 전극 패턴 및 배선은 화소 기판(2) 상에 집중될 수 있어서, 회로의 집적화를 도모할 수 있다. 따라서, 제1 실시예에서는 필요했던, 화소 기판(2) 측으로부터 카운터 기판(4) 측으로의 공통 구동 신호 Vcom의 공급 경로(컨택트 도전 기둥(7))가 불필요해져, 구조가 더욱 간단해질 수 있다.
수정예 3에서는 유리 기판(41)의 (액정층(6)의 반대측 상의) 표면측에 센서 검출 전극(44)이 배치되지만, 센서 검출 전극(44)은 컬러 필터(42)에 대하여 액정층(6) 측에 배치되어도 된다. 다른 방안으로, 센서 검출 전극(44)은 유리 기판(41)과 컬러 필터(42) 사이에 배치되어도 되며, 또는 편광판(45)의 외측 상에 배치되어도 된다.
적용예
다음으로, 실시예들과 수정예들의 각각에서 설명한 터치 센서를 구비하는 표시 장치의 적용예들을 도 28 내지 도 32g를 참조하여 설명한다. 실시예 등의 각각에 따른 표시 장치는 텔레비전 장치, 디지털 카메라, 노트북 퍼스널 컴퓨터, 휴대 전화와 같은 휴대 단말, 비디오 카메라를 포함하는 임의의 분야의 전자 장치들에 적용되어도 된다. 다시 말하면, 실시예 등의 각각에 따른 표시 장치는 외부 입력 비디오 신호 또는 내부 생성 비디오 신호를 화상이나 영상으로서 표시하는 임의의 분야의 전자 장치에 적용되어도 된다.
적용예 1
도 28은 실시예 등의 각각에 따른 표시 장치를 이용하는 텔레비전 장치의 외관을 도시한다. 텔레비전 장치는, 예를 들어, 프론트 패널(511) 및 필터 글래스(512)를 포함하는 비디오 디스플레이 스크린(510)을 구비하고, 비디오 디스플레이 스크린(510)은 전술한 실시예 등의 각각에 따른 표시 장치에 대응한다.
적용예 2
도 29a와 도 29b는 실시예 등의 각각에 따른 표시 장치를 이용하는 디지털 카메라의 외관을 도시한다. 디지털 카메라는, 예를 들어, 플래시를 위한 발광부(521), 디스플레이(522), 메뉴 스위치(523) 및 셔터 버튼(524)을 구비하고, 디스플레이(522)는 전술한 실시예 등의 각각에 따른 표시 장치에 대응한다.
적용예 3
도 30은 실시예 등의 각각에 따른 표시 장치를 이용하는 노트북 퍼스널 컴퓨터의 외관을 도시한다. 노트북 퍼스널 컴퓨터는, 예를 들어, 본체(531), 문자 등의 입력 동작을 위한 키보드(523) 및 이미지를 표시하기 위한 디스플레이(533)를 구비하고, 이 디스플레이(533)는 전술한 실시예 등의 각각에 따른 표시 장치에 대응한다.
적용예 4
도 31은 실시예 등의 각각에 따른 표시 장치를 이용하는 비디오 카메라의 외관을 도시한다. 비디오 카메라는, 예를 들어, 본체(541), 본체(541)의 전방 측면 상에 배치된 물체를 촬영하기 위한 렌즈(542), 촬영에 사용되는 시작/정지 스위치(543) 및 디스플레이(544)를 구비한다. 디스플레이(544)는 전술한 실시예 등의 각각에 따른 표시 장치에 대응한다.
적용예 5
도 32a 내지 도 32g는 전술한 실시예 등의 각각에 따른 표시 장치를 이용하는 휴대 전화의 외관을 도시한다. 예를 들어, 휴대 전화는, 상측 하우징(710)을 힌지(730)에 의해 하측 하우징(720)에 연결함으로써 형성되고, 디스플레이(740), 서브 디스플레이(750), 픽쳐 라이트(760) 및 카메라(770)를 구비한다. 디스플레이(740) 또는 서브 디스플레이(750)는 전술한 실시예 등의 각각에 따른 표시 장치에 대응한다.
본 발명을 실시예들, 수정예들 및 적용예들로 설명하였지만, 본 발명은 이러한 실시예들 등으로 한정되지 않으며, 다양하게 수정되거나 변경되어도 된다. 예를 들어, 원거리 검출 모드(제1 검출 모드)와 위치 검출 모드(제2 검출 모드) 모두가 발현되는 구성을 일례로 본 발명을 설명하였지만, 위치 검출 모드는 필수적인 것은 아니며, 본 발명은 사용 상태나 적용에 따라 원거리 검출 모드만이 발현되도록 구성되어도 된다.
또한, 실시예들 등에서는 원거리 검출 모드(제1 검출 모드) 내지 위치 검출 모드(제2 검출 모드)인 총 4개의 검출 모드가 단계적으로 발현되는 경우를 일례로서 설명하고 있지만, 검출 모드의 수나 거리 분해능은 특별히 한정되지 않는다. 예를 들어, 발현되는 검출 모드의 수는 2, 3, 또는 5 이상이어도 된다. 검출 모드의 수가 증가할수록, 거리 분해능도 높아지고, 물체가 존재하는 터치 센서로부터의 거리를 더욱 쉽게 결정하게 된다.
또한, 일례로서 초기 모드인 원거리 검출 모드로 단계적 검출을 수행하는 경우에 대한 실시예들 등을 설명하였지만, 이러한 초기 모드는 반드시 원거리 검출 모드가 아니어도 되며, 위치 검출 모드와 같은 기타 검출 모드를 초기 모드로서 이용해도 된다.
또한, 실시예들 등에서는 액정 표시 소자를 표시 소자로서 이용하는 표시 장치를 설명하였지만, 본 발명은 예를 들어 유기 EL 소자와 같은 기타 표시 소자를 이용하는 표시 장치에 적용되어도 된다.
또한, 실시예들 등에서 설명한 일련의 처리는 하드웨어나 소프트웨어에 의해 수행되어도 된다. 일련의 처리가 소프트웨어에 의해 수행되는 경우에, 소프트웨어를 구성하는 프로그램을 범용 컴퓨터 등에 설치한다. 이러한 프로그램은 컴퓨터에 내장된 기록 매체에 미리 기록되어도 된다.
본 출원은 2009년 6월 30일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2009-155827호 및 2010년 3월 8일자로 일본 특허청에 출원된 일본 특허 출원 제2010-050483호인 우선권에 개시된 요지에 관련된 요지를 포함하며, 그 전체 내용은 본 명세서에 참고로 원용된다.
당업자라면 설계 요구사항과 기타 요인들이 청구범위 또는 그 등가물 내에 있는 한 이러한 설계 요구사항과 기타 요인들에 따라 다양한 수정, 조합, 부조합 및 변경이 발생할 수 있다는 것을 이해할 것이다.
2: 화소 기판
4: 대향 기판
6: 액정층
81: 증폭기
83: A/D 변환기
84: 신호 프로세서
85: 좌표 추출부
86: 프레임 메모리

Claims (20)

  1. 터치 센서로서,
    하나 이상의 구동 전극과,
    상기 각각의 구동 전극들과 협동하여 정전 용량을 형성하는 하나 이상의 검출 전극과,
    상기 각각의 구동 전극들에 구동 신호들을 인가하여, 상기 각각의 구동 신호들에 응답하여 상기 각각의 검출 전극들로부터 얻어진 검출 신호들에 기초하여 물체를 검출하는 검출 회로와,
    상기 구동 전극들과 상기 검출 전극들 사이에서 발생하는 전기력선들의 범위를 변화시키도록 제어하는 컨트롤러
    를 포함하는, 터치 센서.
  2. 제1항에 있어서,
    상기 컨트롤러는 상기 검출 회로에 의한 검출 결과에 따라 상기 전기력선들의 최대 범위를 변화시키도록 제어하는, 터치 센서.
  3. 제2항에 있어서,
    상기 구동 전극들은 제1 방향을 따라 연장되는 복수의 구동 전극 패턴이며,
    상기 검출 전극들은 상기 제1 방향에 수직하는 제2 방향을 따라 연장되는 복수의 검출 전극 패턴인, 터치 센서.
  4. 제3항에 있어서,
    한 번에 하나 이상의 구동 전극 패턴이 구동되도록 선택하면서 상기 구동 전극 패턴들의 선택을 차례로 시프트함으로써 상기 복수의 구동 전극 패턴 모두가 구동을 위해 스캐닝될 수 있게 하는 방식으로 상기 복수의 구동 전극 패턴을 구동하는 제1 타이밍 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 검출 결과에 따라 선택될 상기 구동 전극 패턴들의 개수를 변경하는, 터치 센서.
  5. 제4항에 있어서,
    선택될 상기 구동 전극 패턴들의 개수가 비교적 많은 제1 검출 모드와, 선택될 상기 구동 전극 패턴들의 개수가 비교적 적은 제2 검출 모드를 가지며,
    상기 검출 회로는 상기 제1 검출 모드에서 상기 물체의 존재를 검출하고, 상기 제2 검출 모드에서 상기 물체의 위치를 검출하는, 터치 센서.
  6. 제5항에 있어서,
    다른 검출 모드 또는 두 개 이상의 다른 검출 모드를 더 가지며,
    상기 다른 검출 모드 또는 상기 두 개 이상의 다른 검출 모드에서 선택된 상기 구동 전극 패턴들의 개수는, 상기 제1 검출 모드에서 선택된 상기 구동 전극 패턴들의 개수와 상기 제2 검출 모드에서 선택된 상기 구동 전극 패턴들의 개수 사이에 있고,
    상기 검출 회로는 각 검출 모드에서 상기 물체의 존재를 검출한 후, 검출 모드마다 검출 결과를 상기 컨트롤러에 출력하고,
    상기 컨트롤러는 상기 검출 회로로부터 입력되는 상기 검출 결과에 기초하여 선택될 상기 구동 전극 패턴들의 개수를 증가 또는 감소시키는 제어를 행하는, 터치 센서.
  7. 제6항에 있어서,
    상기 컨트롤러는
    상기 검출 회로에 의해 물체의 존재가 검출되면 선택될 상기 구동 전극 패턴들의 개수를 감소시키고,
    상기 검출 회로에 의해 물체의 존재가 검출되지 않으면 선택될 상기 구동 전극 패턴들의 개수를 증가시키는, 터치 센서.
  8. 제3항에 있어서,
    상기 복수의 검출 전극 패턴 중 하나 이상을 선택적으로 유효하게 할 수 있는 제2 타이밍 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 검출 결과에 따라 선택될 상기 검출 전극 패턴들의 개수를 변경하는, 터치 센서.
  9. 제8항에 있어서,
    선택될 상기 구동 전극 패턴들의 개수가 비교적 적은 제1 검출 모드와, 선택될 상기 구동 전극 패턴들의 개수가 비교적 많은 제2 검출 모드를 가지며,
    상기 검출 회로는 상기 제1 검출 모드에서 상기 물체의 존재를 검출하고, 상기 제2 검출 모드에서 상기 물체의 위치를 검출하는, 터치 센서.
  10. 제9항에 있어서,
    다른 검출 모드 또는 두 개 이상의 다른 검출 모드를 더 가지며,
    상기 다른 검출 모드 또는 상기 두 개 이상의 다른 검출 모드에서 선택된 상기 검출 전극 패턴들의 개수는, 상기 제1 검출 모드에서 선택된 상기 검출 전극 패턴들의 개수와 상기 제2 검출 모드에서 선택된 상기 검출 전극 패턴들의 개수 사이에 있고,
    상기 검출 회로는 각 검출 모드에서 상기 물체의 존재를 검출한 후, 검출 모드마다 검출 결과를 상기 컨트롤러에 출력하고,
    상기 컨트롤러는 상기 검출 회로로부터 입력되는 상기 검출 결과에 기초하여 선택될 상기 검출 전극 패턴들의 개수를 증가 또는 감소시키는 제어를 행하는, 터치 센서.
  11. 제3항에 있어서,
    상기 구동 신호를 상기 구동 전극 패턴들의 각각에 순차적으로 인가함으로써 상기 복수의 구동 전극 패턴을 구동하는 제3 타이밍 컨트롤러를 더 포함하고,
    상기 컨트롤러는 상기 검출 결과에 따라 상기 구동 신호의 진폭을 변경하는, 터치 센서.
  12. 제11항에 있어서,
    상기 구동 신호의 진폭이 비교적 큰 제1 검출 모드와, 상기 구동 신호의 진폭이 비교적 작은 제2 검출 모드를 가지며,
    상기 검출 회로는 상기 제1 검출 모드에서 상기 물체의 존재를 검출하고, 상기 제2 검출 모드에서 상기 물체의 위치를 검출하는, 터치 센서.
  13. 제12항에 있어서,
    다른 검출 모드 또는 두 개 이상의 다른 검출 모드를 더 가지며,
    상기 다른 검출 모드 또는 상기 두 개 이상의 다른 검출 모드에서 사용되는 상기 구동 신호의 진폭은, 상기 제1 검출 모드에서 사용되는 상기 구동 신호의 진폭과 상기 제2 검출 모드에서 사용되는 상기 구동 신호의 진폭 사이에 있고,
    상기 검출 회로는 각 검출 모드에서 상기 물체의 존재를 검출한 후, 검출 모드마다 검출 결과를 상기 컨트롤러에 출력하고,
    상기 컨트롤러는 상기 검출 회로로부터 입력되는 상기 검출 결과에 기초하여 상기 구동 신호의 진폭을 증가 또는 감소시키는 제어를 행하는, 터치 센서.
  14. 표시 유닛으로서,
    복수의 표시 화소 전극과,
    상기 표시 화소 전극들과 대향하도록 구비된 하나 이상의 공통 전극과,
    표시층과,
    상기 표시 화소 전극들과 상기 공통 전극들 사이에 화상 신호 기초 전압을 인가함으로써 상기 표시층의 화상 표시 성능을 제어하는 표시 제어 회로와,
    하나 이상의 센서용 구동 전극과,
    상기 각각의 센서용 구동 전극들과 협동하여 정전 용량을 형성하는 하나 이상의 센서용 검출 전극과,
    상기 각각의 센서용 구동 전극들에 센서용 구동 신호들을 인가하여, 상기 각각의 센서용 구동 신호들에 응답하여 상기 각각의 센서용 검출 전극들로부터 얻어진 검출 신호들에 기초하여 물체를 검출하는 검출 회로와,
    상기 센서용 구동 전극들과 상기 센서용 검출 전극들 사이에서 발생하는 전력선들의 범위를 변화시키도록 제어하는 컨트롤러
    를 포함하는, 표시 유닛.
  15. 제14항에 있어서,
    상기 공통 전극들은 또한 상기 센서용 구동 전극들로서 기능하는, 표시 유닛.
  16. 제15항에 있어서,
    서로 다른 각각의 타이밍에서 표시용 공통 구동 신호와 상기 센서용 구동 신호를 상기 공통 전극들에 인가하는 타이밍 컨트롤러를 더 포함하는, 표시 유닛.
  17. 제16항에 있어서,
    상기 복수의 표시 화소 전극에 각각 대응하는 TFT 소자들을 더 포함하고,
    상기 TFT 소자들의 각각의 오프 상태에서의 게이트 전위는 식
    Figure pat00004
    을 만족하고,
    상기 VgateL은 각 TFT 소자의 오프 게이트 전위이고, 상기 VsigL은 비디오 신호의 저 전위이고, 상기 ΔVcom은 센서용 구동 신호의 최소값과 최대값 사이의 차이고, 상기 Vth는 각 TFT 소자의 임계 전압인, 표시 유닛.
  18. 제16항에 있어서,
    상기 타이밍 컨트롤러는 상기 표시용 공통 구동 신호의 인가부터 소정의 기간 경과 후에 상기 센서용 구동 신호를 인가하는, 표시 유닛.
  19. 제16항에 있어서,
    상기 타이밍 컨트롤러는 검출 타이밍에 대응하는 기간에만 상기 센서용 구동 신호를 인가하는, 표시 유닛.
  20. 표시 유닛으로서,
    복수의 표시 화소 전극과,
    상기 표시 화소 전극들과 대향하도록 구비된 하나 이상의 공통 전극과,
    표시층과,
    상기 표시 화소 전극들과 상기 공통 전극들 사이에 화상 신호 기초 전압을 인가함으로써 상기 표시층의 화상 표시 성능을 제어하는 표시 제어 회로와,
    하나 이상의 센서용 구동 전극과,
    상기 각각의 센서용 구동 전극들과 협동하여 정전 용량을 형성하는 하나 이상의 센서용 검출 전극과,
    상기 각각의 센서용 구동 전극들에 센서용 구동 신호들을 인가하여, 상기 각각의 센서용 구동 신호들에 응답하여 상기 각각의 센서용 검출 전극들로부터 얻어진 검출 신호들에 기초하여 물체를 검출하는 검출 회로를 포함하고,
    상기 공통 전극들은 또한 상기 센서용 구동 전극들로서 기능하고,
    상기 공통 전극들에는 표시용 공통 구동 신호의 전압보다 큰 전압을 갖는 상기 센서용 구동 신호가 공급되는, 표시 유닛.
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