JP2013190677A - 表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】表示性能の低下を抑制してセンシング性能の向上を図ることのできるタッチパネル機能を内蔵する表示装置を提供する。
【解決手段】第1絶縁基板20と、第1方向に延在する第1配線Sと、画素PXごとに配置され前記第1配線に沿ったスリットが形成された画素電極PEと、前記第1配線の上部に電気的に接続し前記スリットから上方に突出する導電性の突出部SPと、を有する第1基板ARと、第2絶縁基板30と、第2方向に延在する第2配線Eと、画素PXごとに配置され前記第2配線Eと交差する方向にスリットが形成された対向電極CEとを有し、前記第1基板とそれぞれのスリットが延在方向を同じくして重なるように対向する第2基板CTと、前記第1基板と第2基板との間に保持される液晶層LQと、前記第1配線と第2配線との間の静電容量の変化を検出する検出回路2Bとを備える表示装置である。
【選択図】図6
【解決手段】第1絶縁基板20と、第1方向に延在する第1配線Sと、画素PXごとに配置され前記第1配線に沿ったスリットが形成された画素電極PEと、前記第1配線の上部に電気的に接続し前記スリットから上方に突出する導電性の突出部SPと、を有する第1基板ARと、第2絶縁基板30と、第2方向に延在する第2配線Eと、画素PXごとに配置され前記第2配線Eと交差する方向にスリットが形成された対向電極CEとを有し、前記第1基板とそれぞれのスリットが延在方向を同じくして重なるように対向する第2基板CTと、前記第1基板と第2基板との間に保持される液晶層LQと、前記第1配線と第2配線との間の静電容量の変化を検出する検出回路2Bとを備える表示装置である。
【選択図】図6
Description
本発明の実施形態は、表示装置に関する。
ユーザインタフェースの形としてタッチパネル機能を具備した表示装置を搭載した携帯電話や携帯情報端末、パーソナルコンピュータなどの電子機器が開発されている。このようなタッチパネル機能を具備した電子機器では、液晶表示装置や有機EL表示装置などの表示装置に、別途タッチパネル基板を貼り合わせることでタッチパネル機能を付加することが検討されている。
また、近年、CVD(Chemical Vapor Deposition)法等によりガラス基板等の透明な絶縁基板上にさまざまな材料で薄膜を形成し、切削や研削等の作業を繰り返し行うことにより、走査線や信号線からなる表示素子や、光センサ素子等を形成して、画像読み取り装置を製造する技術が研究されている。
また、画像読み取り装置の読み取り方式として、光センサ素子等に替えて導電性の電極を配置し、この電極と指等との間の容量変化によりパネル表面の指等の情報を検知するいわゆる静電容量方式により接触位置を検出する技術が研究されている。
そして静電容量方式を用いた表示装置では、液晶などの表示パネル中にタッチパネル機能を組み込む、いわゆるインセル技術が盛んに開発されている。
しかしながら、表示装置を構成する基板上に接触位置を検出するためのセンサ機能を内蔵することによりタッチパネル機能を実現する際には、狭隘なスペースにセンシング機能を組み込むことになる。従って、タッチパネル機能を組み込むことによる表示性能の低下を抑制して、更にセンシング性能の向上を図ることが必要である。
本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであって、表示性能の低下を抑制してセンシング性能の向上を図ることのできるタッチパネル機能を内蔵する表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様による表示装置は、第1絶縁基板と、この第1絶縁基板の上方に配置され第1方向に延在する第1配線と、前記第1配線の上方において画素ごとに配置され前記第1配線に沿ったスリットが形成された画素電極と、前記第1配線の上部に電気的に接続して設けられ前記スリットから上方に突出して配される導電性の突出部と、を有する第1基板と、第2絶縁基板と、この第2絶縁基板の上方に配置され第2方向に延在する第2配線と、前記第2配線の上方において画素ごとに配置され前記第2配線と交差する方向にスリットが形成された対向電極とを有し、前記第1基板とそれぞれのスリットが延在方向を同じくして重なるように対向する第2基板と、前記第1基板と第2基板との間に保持される液晶層と、前記第1配線と第2配線との間の静電容量の変化を検出する検出回路とを備える表示装置である。
[第1の実施の形態]
以下、本発明の表示装置の一態様として液晶表示装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
以下、本発明の表示装置の一態様として液晶表示装置について図面を参照しながら詳細に説明する。なお、各図において、同一又は類似した機能を発揮する構成要素には同一の参照符号を付し、重複する説明は省略する。
図1は、第1の実施の形態における表示装置の構成を模式的に示す図である。
液晶表示装置1は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示パネルLPN、液晶表示パネルLPNに接続された駆動ICチップ2及びフレキシブル配線基板3、液晶表示パネルLPNを照明するバックライト4を備える。
液晶表示装置1は、アクティブマトリクスタイプの液晶表示パネルLPN、液晶表示パネルLPNに接続された駆動ICチップ2及びフレキシブル配線基板3、液晶表示パネルLPNを照明するバックライト4を備える。
液晶表示パネルLPNは、アレイ基板(第1基板)ARと、アレイ基板ARに対向して配置された対向基板(第2基板)CTと、これらのアレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された図示しない液晶層と、を備えて構成される。このような液晶表示パネルLPNは、画像を表示するアクティブエリアACTを備える。アクティブエリアACTは、m×n個のマトリクス状に配置された複数の画素PXによって構成される(但し、m及びnは正の整数)。
バックライト4は、図示した例では、アレイ基板ARの背面側に配置されている。このようなバックライト4としては、種々の形態が適用可能であり、また、光源として発光ダイオード(LED)を利用したものや冷陰極管(CCFL)を利用したものなどのいずれでも適用可能であり、詳細な構造については説明を省略する。
図2は、第1の実施の形態の表示装置における液晶表示パネルLPNの構成及び等価回路を概略的に示す図である。
アレイ基板ARは、アクティブエリアACTにおいて、X方向に沿ってそれぞれ延出したn本のゲート配線G(G1〜Gn)、n本の容量線C(C1〜Cn)及びn本の電極線E(E1〜En)、X方向に交差するY方向に沿ってそれぞれ延出したm本のソース配線S(S1〜Sm)を有している。またアレイ基板ARは、各画素PXにおいてゲート配線G及びソース配線Sと電気的に接続されたm×n個のスイッチング素子SW、各画素PXにおいてスイッチング素子SWに各々電気的に接続されたm×n個の画素電極PE、容量線Cの一部であり前記画素電極PEと向かい合う対向電極CEなどを備えている。保持容量Csは、容量線Cと画素電極PEとの間に形成される。液晶層LQは、画素電極PEと対向電極CEとの間に介在する。
各ゲート配線Gは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、第1駆動回路GDに接続されている。各ソース配線Sは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、第2駆動回路SDに接続されている。各容量線C及び電極線Eは、アクティブエリアACTの外側に引き出され、第3駆動回路CDに接続されている。これらの第1駆動回路GD、第2駆動回路SD、及び、第3駆動回路CDは、アレイ基板ARに形成され、駆動ICチップ2と接続されている。
図示した例では、駆動ICチップ2は、液晶表示パネルLPNのアクティブエリアACTの外側において、アレイ基板ARの上に実装されている。なお、フレキシブル配線基板の図示は省略しており、アレイ基板ARには、フレキシブル配線基板を接続するための端子Tが形成されている。これらの端子Tは、各種配線を介して駆動ICチップ2に接続されている。
本実施形態において、駆動ICチップ2は、画像信号書込回路2Aと検出回路2Bとを備えている。画像信号書込回路2Aは、アクティブエリアACTに画像を表示する画像表示モードにおいて、各画素PXの画素電極PEに画像信号を書き込むのに必要な制御を行う。検出回路2Bは、検出面において物体の接触を検出する検出モードにおいて、電極線Eとソース配線Sとの間の静電容量の変化を検出する。詳細については後述する。
次に、上述した構成の液晶表示パネルLPNを備えた液晶表示装置1における画像表示モード及び検出モードについて説明する。
図3は、第1の実施の形態の表示装置の画像表示モードにおける画像信号の書き込みを説明するための図である。
画像信号書込回路2Aは、第1駆動回路GDを制御して各ゲート配線Gに対してスイッチング素子SWをオン状態とする制御信号を出力する。また、画像信号書込回路2Aは、第2駆動回路SDを制御して各ソース配線Sに対して画像信号を出力する。ソース配線Sに出力された画像信号は、オン状態のスイッチング素子SWを介して画素電極PEに書き込まれる。一方で、画像信号書込回路2Aは、第3駆動回路CDを制御して各容量線Cに対してコモン電圧を印加する。
これにより、画素電極PEと容量線Cの対向電極CEとの間の液晶層LQに対し、画像信号相当の電圧が印加される。液晶層LQでは、印加された電圧に応じて液晶分子が配向し、液晶層LQを透過する光に対する変調率が変化する。このため、バックライトから出射され液晶表示パネルLPNに入射したバックライト光は、画素電極PE−対向電極CE間の電圧に依存して選択的に偏光板PL2を透過する。これにより、表示面に画像信号に対応した画像が表示される。
図4は、第1の実施の形態の表示装置の検出モードにおける検出信号の書き込み及び検出動作を説明するための図である。なお、検出モードにおいては、画素電極PEはフローティングの状態にある。
検出回路2Bは、第3駆動回路CDを制御して電極線Eに対して検出信号を書き込む。ここでは、検出信号は、例えば交流信号である。このとき、第3駆動回路CDは、複数の電極線E、図示した例では、隣り合う4本の電極線Eに対して同時に検出信号を書き込む。これは、電極線Eを複数本ずつ束ねてブロックを形成し、これらの電極線Eを検出要素として利用するものである。詳述しないが、第3駆動回路CDは、例えば、各容量線C、電極線Eに接続された1以上のスイッチを含み、画像表示モードにおいては順次スイッチをオンさせて容量線Cにコモン電圧を印加するのに対して、検出モードにおいては複数本の電極線Eに接続されたスイッチを同時にオンさせて検出信号を書き込む。
一方で、検出回路2Bは、第2駆動回路SDを制御して各ソース配線Sをプリチャージする。電極線Eには交流の検出信号が書き込まれるため、ソース配線Sの電位が変動する。検出回路2Bは、このときのソース配線Sの電位変動を読み取る。検出面に物体が接近または接触した場合には、電極線Eとソース配線Sとの間の静電容量が変化する。このような静電容量の変化に伴って、ソース配線Sの電位変動も変化する。このため、検出回路2Bでは、ソース配線Sの電位変動の変化もしくは電流値の変化をモニタすることにより、電極線Eとソース配線Sとの間の静電容量の変化、つまり、検出面への物体の接近または接触が検出される。そして、検出回路2Bは、物体が接触したアクティブエリアの座標を取得する。
なお、第2駆動回路SDは、複数のソース配線S、図示した例では、隣り合う12本のソース配線Sから同時に電位変動もしくは電流値変動を読み取る。これは、ソース配線Sを複数本ずつ束ねてブロックを形成し、これらのソース配線Sを検出要素として利用するものである。詳述しないが、第2駆動回路SDは、例えば、各ソース配線Sに接続された1以上のスイッチを含み、画像表示モードにおいては順次スイッチをオンさせてソース配線Sに画像信号を書き込むのに対して、検出モードにおいては複数本のソース配線Sに接続されたスイッチを同時にオンさせてプリチャージした後に電位変動もしくは電流値変動を読み取る。
図5は、第1の実施の形態の表示装置の画像表示モードを行う画像信号書込期間と、検出モードを行う検出期間との関係を説明するための図である。
フレーム周波数が60Hzの場合、1フレーム期間は約16.6msである。1フレームは、画像信号書込期間と、これに続く検出期間とを含んでいる。検出期間は、例えば、次フレームの画像信号書込期間までのブランキング期間である。検出期間においては、上述したように、ソース配線S及び電極線Eを検出要素として用い、検出要素に検出信号を書き込み、ソース配線Sと電極線Eとの間の静電容量の変化を検出する。
この検出期間では、電極線Eのブロック毎に順次ソース配線Sの各ブロックの検出動作を行う。
なお、検出要素をプリチャージしたとき、その電位信号は時定数をもって変化する。従って、この時定数と対応する時間だけ遅延したタイミングで電位変動などの静電容量の変化を表す信号を読み取る必要がある。
図6は、第1の実施の形態の表示装置における画素PXの断面を模式的に示す図である。図7は、第1の実施の形態の表示装置における画素PXの構成を模式的に示す平面図である。図6、図7を参照しつつ画素PXの構成を説明する。
ガラスなどの透明な絶縁材料で形成された絶縁基板20上には、ソース配線Si、Si+1(添え字iは画素番号を示す)が図の奥行き方向に延在して配置される。このソース配線Si、Si+1上には導電性のスペーサSPi、SPi+1が配置される。スペーサSPi、SPi+1は画素電極PEに設けられたスリットから画素電極PEの上方に突出して設けられている。ここで、画素電極PEと絶縁基板20との間には有機絶縁膜23が配されている。ここで、絶縁基板20、ソース配線S、有機絶縁膜23、画素電極PEはアレイ基板ARを構成する。
対向基板CTは、液晶層LQを介してアレイ基板ARと対向して配される。対向基板CTは、絶縁基板30、電極線E、カラーフィルタ33、対向電極CEを備えている。ガラスなどの透明な絶縁材料で形成された絶縁基板30上には、電極線Eが配され、また絶縁基板30上にカラーフィルタ33が設けられる。カラーフィルタ33は表面の凹凸を平坦化するためのオーバコート層を備えている。カラーフィルタ33上には対向電極CEが設けられる。対向電極CE、画素電極PEは、画素を平面図に描いた場合、同じ位置にスリットが形成されている。
また、図7に示すように、電極線Ejは、1画素PXに対して複数本(Ej1、Ej2、Ej3)に分割して配されている。このように1本の電極線Ejを複数本に分割することで、ソース配線Sと電極線Eとの間の静電容量の変化を検出する際における時定数を小さくすることができる。
図8は、第1の実施の形態の表示装置における検出モード時のブロックの構成を示す図である。第1の実施の形態では、Y方向の電極線E、X方向のスペーサSP(ソース配線S)を50本ずつ束ねてそれぞれ1本の検出配線としている。
続いて第1の実施の形態の構成でのセンシング感度と従来の構成でのセンシング感度とを比較して説明する。
図9は、従来の表示装置における画素PXの断面を模式的に示す図である。
ガラスなどの透明な絶縁材料で形成された絶縁基板20の一方の面上には、ソース配線Si、Si+1(添え字iは画素番号を示す)が図の奥行き方向に延在して配置される。また絶縁基板20の一方の面上では、有機絶縁層23がソース配線Si、Si+1を覆っている。絶縁基板20の他方の面には、電極線Ejが設けられる。電極線Ejは絶縁基板20に設けられたコンタクトホールCHを介して有機絶縁層23上にその一部が突出する。そして、有機絶縁層23の上に画素電極PEが配されている。ここで、絶縁基板20、有機絶縁膜23、画素電極PE、電極線Eはアレイ基板ARを構成する。
対向基板CTは、液晶層LQを介してアレイ基板ARと対向して配される。対向基板CTは、絶縁基板30、カラーフィルタ33、対向電極CEを備えている。ガラスなどの透明な絶縁材料で形成された絶縁基板30上には、カラーフィルタ33が設けられる。カラーフィルタ33は表面の凹凸を平坦化するためのオーバコート層を備えている。カラーフィルタ33上には対向電極CEが設けられる。対向電極CEには、画素を平面図に描いた場合、ソース配線Sに対応する位置にスリットが形成されている。
図6に示す第1の実施の形態の画素PXが、図9に示す従来の画素PXの構成と相違する点、及び作用は次のとおりである。
従来は、対向電極CEに設けたスリット(隙間)を介して指と電極Eとの間の容量を検出しているため、検出感度が低下していた。これに対し、第1の実施の形態では、従来アレイ基板ARに設けられていた電極線Eを対向基板CT側に設けていた。この結果、従来の構成と比べると指と電極線Eとの距離が短くなり、さらに構造的な障害がなくなることで、指が液晶表示パネルLPNに接触することによる容量変化を大きくすることができる。従って、センシング感度を高めることができる。
しかし、逆にソース配線Sと電極線Eとの距離が長くなるため、相互間の容量が小さくなってしまう。これは、センシング感度の低下の原因となる。そこで、ソース配線S上に導電性のスペーサSPを配置し、スペーサSPの先端部と電極線Eとの間で容量を形成するように構成する。これによってソース配線Sと電極線Eとの距離が長くなることを抑制する効果が得られる。本構成を実現するために画素電極PEにスリットを設け、スペーサSPを突出させる。なお、対向電極CEのスリットは、従来設けられていたものを利用する。
また、第1の実施の形態では、Y方向の電極線E、X方向のスペーサSP(ソース配線S)を50本ずつ束ねてそれぞれ1本の検出配線としている。従って、検出結果が加算されるため検出信号を大きくすることができる。
続いて第1の実施の形態の構成でのセンシング感度と従来の構成でのセンシング感度とをシミュレーションにより定量的に比較した結果を説明する。
図10は、第1の実施の形態の表示装置における画素をモデル化した三次元の構成を示す図である。この図で、絶縁膜と液晶で示される部位では、X方向にはスペーサSPが配され、X方向と直交するY方向には対向基板CTに設けた電極線Eが配される。
図11は、第1の実施の形態の表示装置における画素をモデル化した平面構成を示す図である。本モデルでは、上述のように電極線Ejは、1画素PXに対して3本(Ej1、Ej2、Ej3)に分割して配されている。このように1本の電極線Ejを複数本に分割して配することで、ソース配線Sと電極線Eとの間の容量の変化を検出する際における時定数を軽減し、検知時間を短縮することができる。
図12は、第1の実施の形態の表示装置のシミュレーションモデルに使用した諸元とシミュレート結果を示す図である。
シミュレート結果によれば、指が接触した場合の容量は、3.99×10−14(F)、指が検知されていない場合の容量は、4.00×10−14(F)であった。従って、指の接触有無による容量の変化は、1.24×10−16(F)である。ところで、第1の実施の形態では、図8に示したように、X方向、Y方向ともに50画素分を束ねて一本の検出配線を構成している。そのため検知容量は50×50=2500倍に増幅され、結果として得られる容量変化は、1.24×2.5×10−13(F)=309(fF)であるとのシミュレーション結果であった。
一方、従来の構成の画素に対して同様のシミュレーションを行った結果、容量変化は、100(fF)であった。即ち、本実施の形態の構成の画素では、従来の構成の画素に比較して約3倍の感度アップが実現されていることがわかった。
[実施の形態の効果]
以上説明した実施の形態では、従来アレイ基板ARに設けられていたY方向の電極配線である電極線Eを対向基板CT側に設けている。そして、ソース配線SをX方向の電極配線として使用するとともに、ソース配線S上に導電性のスペーサSPを設けて、そのスペーサSPの高さを、先端部が対向基板CTの近傍にまで達するようにする。なお、スペーサSPを対向基板CT側に突出させるために画素電極PEにはスリットが設けられる。この画素電極PEのスリット位置は、画素を平面図として描いたときに、対向電極CEのスリット位置と重なる位置に設けられる。
この構成によってセンシング感度をアップすることができる。
以上説明した実施の形態では、従来アレイ基板ARに設けられていたY方向の電極配線である電極線Eを対向基板CT側に設けている。そして、ソース配線SをX方向の電極配線として使用するとともに、ソース配線S上に導電性のスペーサSPを設けて、そのスペーサSPの高さを、先端部が対向基板CTの近傍にまで達するようにする。なお、スペーサSPを対向基板CT側に突出させるために画素電極PEにはスリットが設けられる。この画素電極PEのスリット位置は、画素を平面図として描いたときに、対向電極CEのスリット位置と重なる位置に設けられる。
この構成によってセンシング感度をアップすることができる。
また、第1の実施の形態では、Y方向の電極線E、X方向のスペーサSP(ソース配線S)を複数本(例えば、50)本ずつ束ねてそれぞれ1本の検出配線としている。
この構成によって検出容量を大きくとることできるため、検出回路の構成を簡素化することができる。
この構成によって検出容量を大きくとることできるため、検出回路の構成を簡素化することができる。
また電極線は、1画素PXに対して複数本に分割して配している。
この構成によって容量の変化を検出する際における時定数を軽減し、検知時間を短縮することができる。
この構成によって容量の変化を検出する際における時定数を軽減し、検知時間を短縮することができる。
なお、上述の各実施の形態では、電極線Eに検出信号を書き込み、ソース配線Sから静電容量の変化に伴った電位変動を読み取ったが、ソース配線Sに検出信号を書き込み、電極線Eから静電容量の変化に伴った電位変動を読み取っても良い。また、電極線E及びソース配線Sを束ねる本数については必要な検出感度に応じて適宜設定することができる。
また、本実施の形態は、インセルのパッシブ型タッチパネル装置として広く適用することが可能である。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
LPN…液晶表示パネル、AR…アレイ基板、CT…対向基板、ACT…アクティブエリア、PX…画素、G…ゲート配線、C…容量線、E…電極線、S…ソース配線、G…ゲート配線、SW…スイッチング素子、PE…画素電極、CE…対向電極、LQ…液晶層、GD…駆動回路、SD…駆動回路、SP…スペーサ、2A…画像信号書込回路、2B…検出回路、20…絶縁基板、30…絶縁基板。
Claims (5)
- 第1絶縁基板と、この第1絶縁基板の上方に配置され第1方向に延在する第1配線と、前記第1配線の上方において画素ごとに配置され前記第1配線に沿ったスリットが形成された画素電極と、前記第1配線の上部に電気的に接続して設けられ前記スリットから上方に突出して配される導電性の突出部と、を有する第1基板と、
第2絶縁基板と、この第2絶縁基板の上方に配置され第2方向に延在する第2配線と、前記第2配線の上方において画素ごとに配置され前記第2配線と交差する方向にスリットが形成された対向電極とを有し、前記第1基板とそれぞれのスリットが延在方向を同じくして重なるように対向する第2基板と、
前記第1基板と第2基板との間に保持される液晶層と、
前記第1配線と第2配線との間の静電容量の変化を検出する検出回路と
を備える、表示装置。 - 前記突出部の上端部は、前記対向電極の表面近傍に位置するようになされる、請求項1に記載の表示装置。
- 前記第1方向に延在して前記画素電極に書き込む画像信号を供給するソース線と、
前記第2方向に延在して前記画像信号を書き込むためのタイミング信号を供給するゲート線と、
前記タイミング信号に応じて前記画像信号を前記画素電極に供給するスイッチング素子とを有し、
前記ソース線が前記第1配線として共有される、請求項1に記載の表示装置。 - 前記第2配線は、前記第2配線の延在方向に平行して延在する複数の配線からなる、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示装置。
- 前記検出回路は、前記第1配線と前記第2配線とをそれぞれ複数本含むブロックに区分し、このブロックに含まれる複数の前記第1配線と第2配線との間の静電容量の変化を検出する、請求項1乃至3のいずれか1項に記載の表示装置。
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