JP2007047919A - 位置検出装置、及び、それを備えた液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】位置指示装置によって選択された位置を安定して検出するとともに、位置検出装置、及び、それを用いた液晶表示装置を提供する。
【解決手段】複数の表示画素ＰＸがマトリクス状に配置された液晶表示パネル１０と、液晶表示パネル１０の背面に配置された面光源装置２０と、面光源装置２０の背面に配置された位置検出装置３０と、を備え、位置検出装置３０は、平面上に配列された複数のコイルセンサＸｎ、Ｙｍを備えたセンサ部３０２と、複数のコイルセンサＸｎ、Ｙｍを順次選択する選択回路３０４と、選択回路３０４によって選択されたコイルセンサに入力される出力信号を発生する発振器３２２と、選択回路３０４によって特定の位置に配置されたコイルセンサＸｎ、Ｙｍが選択されたときに、発振器３２２の出力信号を強くする手段と、を備えた液晶表示装置。
【選択図】 図２

Description

本発明は、位置指示装置等によって選択された位置を検出する位置検出装置、及び、その位置検出装置を備えた液晶表示装置に関する。

近年、通信機器の急激な成長により、屋外で移動しながら情報を授受するライフスタイルが普及している。それに伴い、モバイルコンピューティングの一つであるタブレットパーソナルコンピュータ（以下、タブレットＰＣ）が注目されている。

一般に、この種のタブレットＰＣに用いられる平面表示装置は、平面表示パネルとしての液晶表示パネルと、この液晶表示パネルに対向して配置される面光源装置とを備えている。液晶表示パネルと面光源装置とは、重ねられてフレームに収容されるとともに、液晶表示パネルの上方から取り付けられるベゼルカバーによって周囲を保持されている。また、この液晶表示装置は、液晶表示パネルの表示領域に対応する位置に配置される位置検出装置をさらに備えている。

位置検出装置は、例えば、複数のコイルセンサを平面上に併設したセンサ部を有している。位置検出装置は、平面上の位置検出方向に並設された複数のコイルセンサの中から選択されたコイルセンサに電流を入力し、電波（例えば、磁界、電界、もしくは電磁界）を放射させる。

一方で、複数のコイルセンサのいずれかの位置を指示する位置指示装置に備えられた共振回路が、共振すると、位置検出装置は位置指示装置の共振出力を対応するコイルセンサを介して受け取る。そして、位置検出装置は、受信信号強度の分布より位置指示装置が選択した位置の座標値を求める。

このとき、コイルセンサに供給される信号レベルは、全ての平面位置で同じ強度であった。その為、外来ノイズ（例えば、液晶表示装置等が発生する、位置検出装置の使用周波数に近い周波数のノイズ）の影響を受ける位置では、位置検出の結果に誤差が生じることがあった。特に、ベゼルカバーが金属によって形成されている場合は、表示領域の端部領域において、位置検出に用いる電波の強度が弱くなる。このことによって、端部領域における位置検出に誤差が生じる場合があった。

従来、上記のようなノイズによる誤差が生じないように、コイルセンサと位置指示装置との間の電波の送受信を少なくとも２回続けて行う位置指示装置が開発されている。（特許文献１参照）
特開２００３−６７１２４号公報

しかし、特許文献１に記載された位置検出装置では、表示領域の端部領域において電波の強度が弱くなることが考慮されておらず、全てのコイルセンサに対して同様の処理が行われている。

本発明は、上記の問題点に鑑みて成されたものであって、ノイズ等による位置検出結果の誤差、特に、表示領域の端部領域での誤差を削減し、位置指示装置によって選択された位置を安定して検出する位置検出装置、及び、それを用いた液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明の第１態様による位置検出装置は、平面上に配列された複数のコイルセンサを備えたセンサ部と、前記複数のコイルセンサを順次選択する選択手段と、前記選択手段によって選択されたコイルセンサに入力される出力信号を発生する発振器と、前記選択手段によって特定の位置に配置された前記コイルセンサが選択されたときに、前記発振器の出力信号を強くする手段と、を備える。

また、本発明の第２態様による液晶表示装置は、複数の表示画素がマトリクス状に配置された液晶表示パネルと、前記液晶表示パネルの背面に配置された面光源装置と、前記面光源装置の背面に配置された位置検出装置と、を備え、前記位置検出装置は、平面上に配列された複数のコイルセンサを備えたセンサ部と、前記複数のコイルセンサを順次選択する選択手段と、前記選択手段によって選択されたコイルセンサに入力される出力信号を発生する発振器と、前記発振器からの信号が与えられたとき、特定の位置に配置された前記コイルセンサで共振状態を生じさせる手段と、を備える。

本発明によれば、ノイズ等による位置検出結果の誤差、特に、表示領域の端部領域での誤差を削減し、位置指示装置によって選択された位置を安定して検出する位置検出装置、及び、それを用いた液晶表示装置を提供することができる。

以下、この発明の第1実施形態に係る液晶表示装置について、図面を参照して説明する。図１に示すように、液晶表示装置１００は、液晶表示パネル１０と、液晶表示パネル１０を背面から照明する面光源装置２０と、面光源装置２０の背面側に配置された位置検出装置３０と、液晶表示パネル１０と面光源装置２０との周囲を保持するベゼルカバー４０と、を備えている。ベゼルカバー４０は金属で形成されている。

液晶表示パネル１０は、対向配置された一対の基板すなわちアレイ基板１２及び対向基板１４と、アレイ基板１２と対向基板１４との間に保持された液晶層ＬＱと、を備えている。液晶表示パネル１０は、画像を表示する略矩形状の表示領域１１を有している。

表示領域１１は、マトリクス状に配置された複数の画素ＰＸによって構成されている。アレイ基板１２は、表示領域１１において、画素ＰＸの行方向（Ｘ方向）に沿って延在する複数の走査線Ｓｃ、画素ＰＸの列方向（Ｙ方向）に沿って延在する複数の信号線Ｓｇ、これら走査線Ｓｃと信号線Ｓｇとの交差部付近において画素ＰＸ毎に配置されたスイッチング素子ＳＷ、及び、スイッチング素子ＳＷに接続された画素電極ＰＥ等を備えている。対向基板１４は、表示領域１１において、全画素ＰＸに共通の対向電極ＣＥなどを備えている。

アレイ基板１２、及び、対向基板１４は、画素電極ＰＥと対向電極ＣＥとを対向させた状態で配設され、これらの間にギャップを形成している。液晶層ＬＱは、アレイ基板１２と対向基板１４とのギャップに封止された液晶組成物によって形成されている。

回路基板１８は、フレキシブル基板１６を介して、液晶表示パネル１０の一側縁に電気的に接続され、液晶表示パネル１０に駆動信号を供給する。回路基板１８は、面光源装置２０の背面側に向けてフレキシブル基板１６を湾曲させることにより、面光源装置２０の背面側に配置される。

面光源装置２０は、照明光を出射する略矩形状の出射領域２０Ａを有している。面光源装置２０は、出射領域２０Ａと液晶表示パネル１０の表示領域１１とが対応するように液晶表示パネル１０の背面に重ねられる。この状態で、液晶表示パネル１０と面光源装置２０とは、フレーム５０に収容される。さらに、液晶表示パネル１０、及び、面光源装置２０は、上方からベゼルカバー４０が取り付けられ、周囲を保持される。

図１、及び図２に示すように、位置検出装置３０は、液晶表示パネル１０の表示領域に対応したセンサ部３０２と、センサ部３０２との間で信号を送受信する検出部３１０とを有している。

センサ部３０２には、平面的に配列された複数のコイルセンサが備えられている。すなわち、Ｙ方向に延在した複数のコイルセンサＸｎ（ｎ＝１、２、…Ａ、Ａ：Ｙ方向に延在するコイルセンサの総数）、及び、Ｘ方向に延在した複数のコイルセンサＹｍ（ｍ＝１、２、…Ｂ、Ｂ：Ｘ方向に延在するコイルセンサの総数）が、センサ部３０２に備えられている。コイルセンサＸｎ、Ｙｍは図示しないプリント基板上にエッチング処理等によって形成されている。

以下に、コイルセンサＸｎを用いた位置検出について説明する。本実施形態では、図２に示すように、Ｙ方向に延在した８本のコイルセンサＸ１乃至Ｘ８が、センサ部３０２に備えられている。これらのコイルセンサＸ１乃至Ｘ８は、選択回路３０４に接続されている。選択回路３０４は、コイルセンサＸ１乃至Ｘ８の中から信号を送信または受信するコイルセンサを順次選択する選択手段である。

このとき、センサ部３０２の端部領域Ｅに配置されているコイルセンサＸｎは、コンデンサＡ１を介して選択回路３０４に接続されている。コンデンサＡ１は、コイルセンサＸ１、Ｘ８に、直列に接続されている。

選択回路３０４は、送受信切替回路３４０に接続されている。送受信切替回路３４０は検出部３１０に接続され、選択回路３０４と検出部３１０との間で信号の送信/受信を切替えている。

検出部３１０は、コイルセンサに入力する信号を出力する信号発生部３２０と、コイルセンサＸｎ、Ｙｍから信号を受信する信号受信部３３０と、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵ）３５０と、を備えている。

信号発生部３２０は、コイルセンサＸｎ、Ｙｍに入力される信号を発生する発振器３２２を備えている。発振器３２２は、一定周波数ｆ１の交流信号を発生する。この周波数ｆ１は、コイルセンサＸｎ、ＹｍのインダクタンスＬと、コンデンサＡ１の容量Ｃとに対する共振周波数となっている。

発振器３２２の出力端子は、電流ドライバ３２４に接続されている。電流ドライバ３２４は、発振器３２２から出力された出力信号を電流に変換する。電流ドライバ３２４の出力信号は、送受信切替回路３４０に入力される。

一方、信号受信部３３０は、送受信切替回路３４０の出力信号を受信する受信バッファ３３２を有している。受信バッファ３３２の出力信号は、検波回路３３４に入力される。検波回路３３４は、受信バッファ３３２から入力された信号から特定の信号を取り出して出力する。検波回路３３４の出力端子は、ローパスフィルタ３３６に接続されている。ローパスフィルタ３３６は、入力された信号の高周波成分を除去する。ローパスフィルタ３３６の出力信号は、サンプルホールド回路３３８に入力される。

サンプルホールド回路３３８は、サンプルホールド回路３３８の出力信号は、アナログ/ディジタル変換回路（以下Ａ/Ｄ変換回路）３３９に入力される。Ａ/Ｄ変換回路３３９の出力信号は、中央演算処理装置（以下、ＣＰＵ）３５０に入力される。ＣＰＵ３５０は、選択回路３０４、切替回路３２６、サンプルホールド回路３３８、Ａ/Ｄ変換回路３３９、及び、送受信切替回路３４０の動作を制御している。

次に、図２及び図３を用いて位置検出装置３０の動作について説明する。

発振器３２２は、特定周波数、例えば周波数がｆ１の交流信号を発生し、その交流信号を出力する。発振器３２２の出力信号は、電流ドライバ３２４に入力される。電流ドライバ３２４は、入力された交流信号を電流信号に変換し、電流信号を出力する。電流ドライバ３２４の出力信号は、送受信切替回路３４０に入力される。

上記のように、電流ドライバ３２４から出力された出力信号は、信号発生部３２０の出力として送受信切替回路３４０に入力される。送受信切替回路３４０はＣＰＵ３５０に制御され、一定のタイミングで送信側と受信側とに接続が切替えられる。送受信切替回路３４０の接続が送信側に切替わると、信号発生部３２０から送受信切替回路３４０に入力された電流信号が、選択回路３０４に向けて出力する。

送受信切替回路３４０から選択回路３０４に入力された電流信号は、選択回路３０４が選択しているコイルセンサに入力される。図３に示すように、選択回路３０４は、ＣＰＵ３５０によって制御されて、コイルセンサＸ１乃至Ｘ８を、Ｘ１、Ｘ２、…Ｘ４０の順に一定のタイミングで選択していく。

ここで、センサ部３０２の端部領域Ｅに位置するコイルセンサＸ１、Ｘ８が選択されると、コイルセンサＸ１、Ｘ８に周波数ｆ１の電流信号が入力される。コイルセンサＸ１、Ｘ８に入力される電流の周波数ｆ１は、コイルセンサＸ１、Ｘ８のインダクタンスＬとコンデンサＡ１の容量Ｃとに対する共振周波数となっているため、コイルセンサＸ１、Ｘ８で電流信号が共振する。すなわち、コンデンサＡ１は、コイルセンサＸ１、Ｘ８に電流信号が入力されたときに、コイルセンサＸ１、Ｘ８で共振状態を生じさせる手段である。

図４及び図５を用いて、その原理を説明する。図４（ａ）は、直列に接続されたコイルと抵抗とに電流が入力されている。つまり、本実施形態のコイルセンサＸ２乃至Ｘ７に電流が入力される場合に相当する。一方、図４（ｂ）は、直列に接続されたコイルと抵抗とコンデンサとに電流が入力されている。つまり、本実施形態のコイルセンサＸ１、Ｘ８に電流が入力される場合に相当する。

図４（ａ）及び図４（ｂ）に示す回路に入力される電流の周波数が、コイルのインダクタンスＬ、抵抗の抵抗値Ｒ、及びコンデンサの容量Ｃに対する共振周波数ｆ１のとき、図５に示すように、図４（ｂ）に示す回路、すなわち、コイルと抵抗とに、さらにコンデンサを接続した回路に流れる電流ｉ２の方が、図４（ａ）に示す回路に流れる電流ｉ１よりも大きくなる。

上記の原理によって、コイルセンサＸ１、Ｘ８に電流が入力されると、コイルセンサＸ２乃至Ｘ７に電流が入力された場合よりも大きな電流が流れる。そして、電流が流れたコイルセンサで磁界が発生する。

このとき、コイルセンサＸ１乃至Ｘ８のいずれかの位置を指示する位置指示装置３２が、例えばコイルセンサＸ４の近くにあると、位置指示装置３２の共振回路３２ＡがコイルセンサＸ４で発生した磁界と共振する。すなわち、コイルセンサＸ４で生じた磁界の周波数ｆ１は、共振回路３２Ａが有するコンデンサの容量Ｃ、及び、コイルのインダクタンスＬに対する共振周波数となっている。共振回路３２Ａで発生した共振磁界は、コイルセンサＸ４を介して切替回路に入力される。

選択回路３０４に入力された共振磁界は、送受信切替回路３４０に入力され、送受信切替回路３４０の接続が受信側に切替わると、送受信切替回路３４０から出力されて受信バッファ３３２に入力される。受信バッファ３３２は、入力された信号を検波回路３３４に向けて出力する。検波回路３３４は、入力された信号から、共振周波数の成分を取り出して、ローパスフィルタ３３６に向けて出力する。

ローパスフィルタ３３６は、入力された信号の高周波成分を除去し、サンプルホールド回路３３８に向けて出力する。サンプルホールド回路３３８は、任意のタイミングで、入力された信号の値をサンプルして、所定の期間その値を保持する。サンプルホールド回路３３８はＣＰＵ３５０によって、信号の値をサンプルするタイミング、及び、その値を保持する期間を制御されている。

サンプルホールド回路３３８から出力された信号は、Ａ/Ｄ変換回路３３９に入力されて、ディジタル信号に変換される。Ａ/Ｄ変換回路３３９から出力されたディジタル信号は、ＣＰＵ３５０に入力される。

上記で説明したコイルセンサＸ４が選択された場合と同様に、電流信号が入力されたコイルセンサから、位置指示装置３２との距離に応じた強度の電界が出力される。コイルセンサから出力された電界は、信号受信部３３０を介してＣＰＵ３５０に入力される。

なお、上記の第１実施形態では、Ｙ方向に延在するコイルセンサＸｎによる位置検出について説明したが、Ｘ方向に延在するコイルセンサＹｍによる位置検出についても、コイルセンサＸｎの場合と同様に行われる。

ＣＰＵ３５０は、各コイルセンサＸｎから出力される電界と、コイルセンサＹｍから出力される電界との強度の分布から、位置指示装置が選択した位置の座標値を求める。

一般に、金属によって形成されたベゼルカバー４０がセンサ部３００の周囲にあると、センサ部３０２の端部領域Ｅに配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ８では、位置指示装置３２が近くにある場合でも、その電界の強度が弱くなる場合があった。

そのため、上記の第１実施形態では、センサ部３０２の端部領域Ｅに配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ８に入力される電流信号の強度を、コンデンサＡ１によって強くしている。このことによって、センサ部３０２の端部領域Ｅに配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ８で、電界の強度が弱くなることがなく、位置指示装置３２の位置を安定して検出できる。

さらに、本実施形態では、コイルセンサＸ１乃至Ｘ８に入力する電流を増大することなく、センサ部３０２の端部領域Ｅに配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ８に流れる電流を共振させることによって増大させている。このことによって、位置検出装置３０の電力消費を抑制することができる。

次に、この発明の第２実施形態に係る液晶表示装置について、図面を参照して説明する。なお、以下の説明では、上記の第１実施形態と同様の構成には同じ符号を付けて説明を省略する。

図６に示すように、位置検出装置３０は、送受信切替回路３４０に可変抵抗Ａ２を備えている。可変抵抗Ａ２は、送受信切替回路３４０の送受信を切替えるスイッチと、出力端子との間に備えられているとともに、ＣＰＵ３５０によってその抵抗値を制御されている。ＣＰＵ３５０は、選択回路３０４がセンサ部３０２の端部領域Ｅに配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ８を選択した時に、可変抵抗Ａ２の抵抗値を小さくする。

ＣＰＵ３５０は、可変抵抗Ａ２を制御することによって、コイルセンサＸ１、Ｘ８に入力される信号の減衰成分を調整し、図７に示すように、コイルセンサＸ１、Ｘ８に入力される送受信切替回路３４０の出力信号を強くしている。すなわち、可変抵抗Ａ２は、コイルセンサＸ１、Ｘ８に入力される入力信号の減衰成分を調整する調整手段である。

なお、第２実施形態についても、コイルセンサＹｍについて第１実施形態のコイルセンサＸｎの場合と同様に位置検索が行われ、ＣＰＵ３５０が位置支持装置３２の位置を検出する。

上記の第２実施形態によれば、前述した第１実施形態と同様に、センサ部３０２の端部領域Ｅに配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ８で、電界の強度が弱くなることがなく、位置指示装置３２の位置を安定して検出できる。

この発明は、上記実施形態そのままに限定されるものではなく、実施段階ではその要旨を逸脱しない範囲で構成要素を変形して具体化できる。

例えば、上記の第１実施形態では、センサ部３０２の端部領域Ｅに配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ８に送信する電流信号の増大させる手段として、コンデンサＡ１を用いているが、可変抵抗を用いても良い。

また、上記の第１及び第２実施形態では、センサ部３０２の端部領域Ｅに配置されたコイルセンサＸ１、Ｘ８に入力される電流の強度を強くしているが、コイルセンサＸ１乃至Ｘ８に加えられるノイズの特性に対応して、ノイズの影響を受けやすいコイルセンサに強い電流が入力されるようにしても良い。このことによって上記の実施形態と同様に、位置指示装置３２の位置を安定して検出することができる。

さらに、位置検出装置３０は、１つの選択回路３０４によって、Ｙ方向に延在するコイルセンサＸｎを順次選択しているが、Ｙ方向に延在するコイルセンサＸｎと、Ｘ方向に延在するコイルセンサＹｍとの両方を、順次選択する選択回路を有しても良い。その場合は、さらに検出部３１０が、コイルセンサＸｎとコイルセンサＹｍとのそれぞれに備えられる必要がなく、回路を小型化することが可能になる。

また、上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。

例えば、第１実施形態の送受信切替回路３４０に、第２実施形態の可変抵抗Ａ２を設けても良い。

さらに安定した位置検出ができるように、ＣＰＵ３５０に学習機能を持たせても良い。その場合、ＣＰＵ３５０は、コイルセンサＸｎ、Ｙｍに与えられるノイズの特性情報を記憶し、その情報に応じて各コイルセンサＸｎ、Ｙｍに入力する信号の強さを決めることができる。このことによって、液晶表示装置を使用する環境によるノイズ特性の変化にも対応することができる。

本発明の一実施形態に係る液晶表示装置の一例を示す分解斜視図。 本発明の第１実施形態に係る位置検出装置の一構成例を示す図。 図２に示す位置検出装置の一動作例を説明する図。 図３に示す位置検出装置に用いた原理を説明する図。 図３に示す位置検出装置に用いた原理を説明する図。 本発明の第２実施形態に係る位置検出装置の一構成例を示す図。 図６に示す位置検出装置の一動作例を説明する図。

符号の説明

１０…液晶表示パネル、ＰＸ…表示画素、２０…面光源装置、３０…位置検出装置、３２…位置指示装置、３２Ａ…共振回路、４０…ベゼルカバー、１００…液晶表示装置、３０２…センサ部、Ｘｎ、Ｙｍ…コイルセンサ、Ａ１…コンデンサ、Ａ２…可変抵抗、３０４…選択回路、３１０…検出部、３２０…信号発生部、３２２…発振器、３３０…信号受信部、３４０…送受信切替回路

Claims (8)

1. 平面上に配列された複数のコイルセンサを備えたセンサ部と、
   前記複数のコイルセンサを順次選択する選択手段と、
   前記選択手段によって選択されたコイルセンサに入力される出力信号を発生する発振器と、
   前記選択手段によって特定の位置に配置された前記コイルセンサが選択されたときに、前記発振器の出力信号を強くする手段と、を備えた位置検出装置。
2. 前記特定の位置に配置されたコイルセンサは、前記センサ部の端部領域に配置されたコイルセンサである請求項１に記載の位置検出装置。
3. 発振器の出力信号を強くする手段は、前記発振器からの信号が与えられたときに前記特定の位置に配置されたコイルセンサで共振状態を生じさせる手段である請求項１記載の位置検出装置。
4. 前記平面の端部領域に配置された前記コイルセンサには、コンデンサが直列接続されている請求項３記載の位置検出装置。
5. 前記発振器の出力信号を強くする手段は、前記発振器からの信号が与えられたときに、前記コイルセンサに入力される入力信号の減衰成分を調整する、調整手段である請求項１記載の位置検出装置。
6. 前記調整手段は、可変抵抗である請求項５記載の位置検出装置。
7. 複数の表示画素がマトリクス状に配置された表示領域を有する液晶表示パネルと、
   前記液晶表示パネルを照明する面光源装置と、
   前記液晶表示パネルの前記表示領域に対応するように配置された位置検出装置と、を備え、
   前記位置検出装置は、平面上に配列された複数のコイルセンサを備えたセンサ部と、
   前記複数のコイルセンサを順次選択する選択手段と、
   前記選択手段によって選択されたコイルセンサに入力される出力信号を発生する発振器と、
   前記発振器からの信号が与えられたとき、特定の位置に配置された前記コイルセンサで共振状態を生じさせる手段と、を備えた液晶表示装置。
8. 金属で形成されるとともに、前記液晶表示パネルと前記面光源装置との周囲を保持するベゼルカバーをさらに備えた請求項７記載の液晶表示装置。

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