JP2009205379A - タッチパネル付き表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 タッチパネルを表示装置と一体的に使用する際、タッチパネルが画像表示部からのノイズを受けても、タッチパネルの位置検出精度が低下しないタッチパネル付表示装置を提供する。
【解決手段】 静電容量のタッチパネルとメモリー性のある表示装置を用いながら、タッチパネルの座標検出タイミングを、表示装置の表示駆動手段がオフ状態のメモリー状態にある間に行なわれるようにした。
【選択図】 図１

Description

本発明は、表示面におけるペンや指などによって接触された位置を検出することが可能なタッチパネル付き表示装置に関する。

タッチパネルは、指やペンなどによる接触が行われた場所の位置検出を行う装置である。タッチパネルの方式としては、静電容量方式、抵抗膜方式、赤外線方式、超音波方式、および電磁誘導／結合方式などがある。

タッチパネルを表示装置と一体的に使用する場合、例えば、液晶パネルなどの画像表示部の前面（観察者側）にタッチパネルを配置することになる。この場合タッチパネルと液晶パネルは常時動作状態にして、液晶パネルに表示する画像を元に指やペンで接触することで情報入力手段として用いられる。

この様な使用状態では、タッチパネルが画像表示部からのノイズを受け、タッチパネルの位置検出精度が低下することが問題になっている。特に携帯電話やノート型パソコンなどに使用した場合、機器本体の薄型化が重要になってくる。この場合、画像表示部からのノイズには、例えば、液晶パネルが備える対向電極に印加される共通電圧に起因して、タッチパネルが備える位置検出用透明導電膜に発生する容量結合による誘起電圧が含まれる。このノイズは液晶パネルの電極とタッチパネルの電極間隔が密接すると顕著に大きくなる。また、タッチパネルの方式の中でも静電容量方式のパネルはその影響を受けやすく、何らかの対策が必要となっている。

特許文献１に開示されている静電容量結合方式のタッチパネルは、液晶パネルに静電容量結合方式のタッチパネルを配置する場合、タッチパネルが備える位置検出用透明導電膜と液晶パネルとの間にシールド層を配置し、このシールド層により、タッチパネルが液晶パネルからのノイズによって悪影響を受けるのを抑制している。

特許文献２に開示されている静電容量結合方式のタッチパネルは、複数の画素電極を備えるアクティブマトリクス基板と、表示媒体層と、表示媒体層を介して前記アクティブマトリクス基板の観察者側に配置され、複数の画素電極に対向する対向電極を備える対向基板とを有する表示パネルと、複数の画素電極に表示信号電圧を供給するとともに、対向電極に極性の周期的な反転を伴う共通電圧を供給する表示パネル駆動回路と、対向基板を介して対向電極に対向するように配置された位置検出用透明導電膜と、位置検出用透明導電膜の異なる箇所に接続された複数の端子と、前記複数の端子に位置検出用交流電圧を供給する交流電圧発生回路と、共通電圧の極性反転の周期に同期したストローブ信号を生成するストローブ信号生成回路と、それぞれが複数の端子の１つに接続されストローブ信号に基づいて複数の端子の１つから流れる電流から所定の部分を除いたノイズカット電流信号を生成する複数のノイズカット電流信号生成回路とを備え、ノイズカット電流信号に基づいて、位置検出用透明導電膜に直接または間接に形成された接触点の位置データを生成する位置データ生成回路とを備えている。

このような構成することにより、表示装置から誘発されタッチパネルに重畳したノイズ成分を減少させることが可能となる、というものである。
特表昭５６−５００２３０号公報 特開２００６−１４６８９５号公報

しかしながら、タッチパネルを表示装置と一体的に使用し、常時液晶パネルが動作状態で、低消費電力が求められる携帯機器に搭載した場合、液晶パネルの消費電力は無視できなくなる。

また、タッチパネルと液晶パネルとの間にシールド層を設けた場合、シールド層に良く用いられる透明導電膜の屈折率が高くなることからフレネル反射が生じる。液晶パネルの表示面から観察者までの間に反射層が存在すると、外光の存在する屋外では、視認性の低下をきたす。

また、シールド層が透過率低下を引き起こす場合もある。さらに、タッチパネルを設けた表示装置が大型化し、薄型化が困難になるという問題もある。

また、特許文献２の装置では、タッチパネル用の新たなストローブ信号を生成するストローブ信号生成回路と、それぞれが複数の端子の１つに接続されストローブ信号に基づいて複数の端子の１つから流れる電流から所定の部分を除いたノイズカット電流信号を生成する複数のノイズカット電流信号生成回路が別途必要となる。従って、装置の回路が複雑化するという問題が生じる。

本発明は、上記の課題を解決するために、以下の構成とした。すなわち、表示装置の画面側に透過性のタッチパネルが配設されており、タッチパネルは、タッチパネルへの物体の接触に伴って生じるタッチパネルに付加されている静電容量の変化に基づいて、タッチパネルにおける物体の接触点の座標を検出する手段を有するタッチパネル付き表示装置であって、表示装置は、画像表示の為の表示駆動手段により書き込んだ画像をメモリーする機能を有し、表示駆動手段をオフ状態にしても画像を表示し続けるタッチパネル付き表示装置とした。

また、タッチパネルにおける物体の接触点の座標を検出するタイミングは、表示装置の表示駆動手段がオフ状態のメモリー状態にある間に行なわれるようにした。

また、表示装置は第１の安定状態と第２の安定状態とを有するメモリー性液晶を一対の透明電極間に挟持し、複数の画素が配置された表示領域を有するメモリー性液晶パネルであって、一対の透明電極は第１の安定状態または第２の安定状態である期間はグランド電位になるようにした。

また、タッチパネルは、電気シールド用導電膜が配備されていないタッチパネルを使用した。

本発明においては、静電容量方式のタッチパネルとメモリー性のある表示装置を用いながら、タッチパネルの座標検出タイミングを、表示装置の表示駆動手段がオフ状態のメモリー状態にある間に行なわれるようにした。さらに、タッチパネルの座標検出タイミング時は表示装置の駆動回路出力をグランド電位になるようにした。これにより、薄型で透過率が高く、反射による視認性の低下が発生しなく、かつ、複雑な回路構成を必要としないタッチパネル付き表示装置を提供することが可能となった。

図１は、本発明に係るタッチパネル付き表示装置８の実施例を表す模式的断面図である。図１において、表示装置３の画面側に透過性のタッチパネル２が配設されており、タッチパネル２は、タッチパネル２への物体の接触に伴って生じるタッチパネル２に付加されている静電容量の変化に基づいて物体の接触点の座標を検出する手段としての検出回路５を備えている。表示装置３は、画像表示の為の表示駆動手段として駆動回路６を備えている。表示装置３は、書き込んだ画像をメモリーする機能を有し、駆動回路６をオフ状態にしても画像を表示し続けることが可能となる。

図２は、本発明に係るタッチパネル付き表示装置８に使用する表示装置３の模式的断面図である。図３は本発明に係る表示装置３のメモリー性液晶パネル２５に印加される電圧と反射強度の関係を説明するための図である。図４は、本発明に係る表示装置３の駆動とタッチパネル２の検出タイミングを説明する図である。図５は、本発明に係るタッチパネル２に使用する静電容量タッチパネル２４の模式的断面図である。

図１の駆動回路６は図４に記載の走査電極出力回路と信号電極出力回路から構成されている。図２の上透明電極１１は図面上詳細図示していないが、図４に記載の走査電極出力回路に接続され、図２の下透明電極１３は信号電極出力回路に接続されて時分割駆動される。同様に図１に示された検出回路５は本例では図４に記載の静電容量検出回路で構成される。この静電容量検出回路は図５に示す静電容量タッチパネル２４のＸ電極２１とＹ電極２３に接続されている。図１のマイコン７は検出回路５と駆動回路６をコントロールして、画像の書き込み、消去、表示する画像の種類から、静電容量検出回路をコントロールして検出タイミングを決定している。

本発明においては、タッチパネル２における物体の接触点の座標を検出するタイミングは、表示装置３の表示駆動手段がオフ状態のメモリー状態にある間に行なわれる。具体的には、図２のメモリー性液晶パネル２５はメモリー性を示す反射型モノクロ表示の例であり、白表示部１７と黒表示部１８はメモリー状態にあり、上透明電極１１と下透明電極１３の間の電位差が無くなっても白黒の状態を保持する。黒は第１の安定状態で、白は第２の安定状態である。上透明電極１１と下透明電極１３はマトリックス状に配置されて、ドット単位で白黒画像を表示可能となる構成となっている。即ち、一対の透明電極間に挟持し、複数の画素が配置された表示領域を有する。

第１の安定状態と第２の安定状態への書き込みは、図３に示すＶ１の電圧を上透明電極１１と下透明電極１３の間の印加することで第１の安定状態の黒を書き込み、Ｖ２の電圧を上透明電極１１と下透明電極１３の間の印加することで第２の安定状態の白を書き込むことが可能となる。

更に、図１のマイコン７は検出回路５と駆動回路６をコントロールして図４に記載のタイミングで画像の書き込みと座標の検出を行なう。書き込み期間１９では、静電容量検出回路は休止期間で、走査電極出力回路と信号電極出力回路からは第１の安定状態と第２の安定状態への書き込みに必要な電圧Ｖ１またはＶ２を印加して画像書き込みを行なう。

メモリー期間２０では、走査電極出力回路と信号電極出力回路からの出力をグランド電位にし、上透明電極１１と下透明電極１３をシールド用電極として作用させる。出力をグランド電位にするのが難しい場合は、電圧Ｖ１よりも十分小さい電圧で交流的にグランド電位とインピーダンスが小さく接地されていてもよい。静電容量検出回路は座標検出をこの期間に行なう。

書き込み期間１９の時間は表示装置８のマトリックス状に配置された捜査電極の本数と一走査時間によって決まる。メモリー期間２０は、表示装置８のメモリー保持能力によって制限される。半永久的なメモリーを有する場合は特に課題は無いが、メモリー時間が数１００ｍｓ〜１ｓと短い場合、表示装置の画素数を少なくして、書き込み期間１９の時間をメモリー期間２０の時間より十分短くすることが望ましい。

上述の説明によるタッチパネル付き表示装置８を携帯電話に使用した場合、図１のカバーガラス１とタッチパネル２と表示装置３を、光学接着剤４を介して接着することが容易に可能となる。従来技術のタッチパネル付き表示装置では、タッチパネル２と表示装置３の間にシールド用の透明導電膜をコーティングした透明基板を配設し、電気的にコンタクトした配線でグランド電位に接地する必要があった。本発明によれば、電気シールド用導電膜が配備する必要がなく、シールド用の透明導電膜に起因する透過率低下、反射光による視認性の低下、基板厚み増大による携帯電話のデザイン性の低下を回避可能となるようになった。

さらに本発明によれば、タッチパネル２と表示装置３を、空気より比誘電率の大きい光学接着剤４を介して数１０μｍまで近接可能となり、数１０μｍの空気層でよく発生する光の干渉によるニートンリングの発生をなくすことができる。従来ではこのような配置をすると容量結合による誘起電圧が、静電容量タッチパネル２４のＸ電極２１とＹ電極２３に重畳され位置検出が不可能であった。

また、表示装置３のさらに背面に携帯電話の回路基板を配置しても、表示装置３の上透明電極１１と下透明電極１３がシールド用電極として作用し、携帯電話の回路基板からの誘起電圧をシールドして、座標検出能力の低下を防止する効果をもたらした。

さらに、カバーガラス１は強化ガラス製で厚みは約1ｍｍあり、指を接触させた場合、静電容量タッチパネル２４のＸ電極２１とＹ電極２３との距離は1ｍｍ以上になり、静電容量タッチパネルに付加されている静電容量の変化量が微小となるが、本発明の構成では、誘起ノイズが少ないので、十分検出感度があり、カバーガラス１を厚くすることが可能となる。

また、２つの画面を有する携帯機器の一方の画面に本発明のタッチパネル付き表示装置を使用すると、本発明のタッチパネル付き表示装置を固定キー入力専用として使用することで、キー入力画面をメモリー状態で使用可能となるので、キー入力画面表示用の電力を節約することが可能となる。結果、キー操作を長時間必要な携帯ゲーム機器の電池による動作時間を延ばすことが可能となる。

図２において、メモリー性液晶パネル２５は、一対の上透明電極１１と下透明電極１３が形成された上透明基板１０と下透明基板１４には液晶層１２を挟むようにして配置され、更に上偏光板９と下偏光板１５で挟持されている。上偏光板９側が光学接着剤を介してタッチパネル２と接着される。下偏光板15の下に反射板１６を設置している。

液晶層１２は、図示しないが配向膜が上下非対称のアンカリング強度となるような配向膜で１８０度ツイストとなるようにラビング処理され、液晶層の厚みが１.5μｍとなるようにネマテック液晶を用いて反射型のメモリー性液晶パネル２５とした。

上記の構成によれば、メモリー時間は数時間以上安定に得られる。その駆動は図３のＶ２より高い電圧でリセットした直後の電圧をＶ１かＶ２を選択することで画像書き込みを行なう。駆動回路６はマイコン７により制御され、メモリー時間は駆動回路６の出力はグランドレベルに接地される。

本発明では上記で説明した、反射型のメモリー性液晶パネル以外に、反射板１６の替わりにバックライトを配置してもよい。また、ネマテック液晶を用いたメモリー性液晶パネル以外にも、コレステリック液晶、強誘電性液晶を使用してもよい。液晶以外でもマイクロカプセルを利用した電子ペーパーやメモリー性のある自発光ディスプレーを使用しても良く、画像をメモリー表示する期間内に、画像書き込みによるノイズを発生させないディスプレーであればよい。

また、図５において静電容量タッチパネル２４は透明樹脂フィルムを使用した透明基板２２の両面に形成された透明導電膜をパターニングしたＸ電極２１とＹ電極２３を形成している。Ｘ電極２１とＹ電極２３は座標検出の分解能に対応してそれぞれ数本から数十本あり、図５の断面図では表現できないが、ハニカム状のパターンがＸ電極２１とＹ電極２３で重ならないように座標検出エリアを行列状に埋められている。座標検出エリア外の外周部から配線されて静電容量検出回路に接続されている。

また、Ｘ電極２１とＹ電極２３のパターンには浮遊容量が存在し、ここに指が近づくことで静電容量が増加する。このときの静電容量は概ね数十ｐＦ程度で、この変化が複数ある電極のどこで起きたか検出する回路が静電容量検出回路である。

静電容量検出回路は微小な容量を検出する必要があり、充電された電荷を別のコンデンサーに転送して電圧を少しずつ引き上げていき、この時間を計測するチャージ・トランスファ方式を使用した。座標検出エリア内にある複数本のＸ電極２１とＹ電極２３の中で指が最も接触して容量が大きくなった電極の時間が最も長くなる。ＸＹ各電極の測定時間データをマイコン７へ送り座標位置を計算する。この検出タイミングは、メモリー性液晶パネル２５がメモリー状態時にのみ行なわれるようにマイコン７で制御されている。

この発明は、上記の実施例の携帯機器に限られるものではなく、コンピュータ応用システムの入出力ツールや大型の表示装置でも薄型化する必要があり、表示装置の裏側に回路基板を配置する必要がある場合は有用である。

また、メモリー性のある表示装置に階調やカラーの表示性能に不足がある場合は、メモリー性のある表示装置の背後にメモリー性はないが表示能力の高いディスプーを配置する用い方をしてもよい。例えば、プラズマテレビの様な高い表示能力のあるディスプレーの上に透過型のメモリー性液晶パネルを更にその上にタッチパネルを配置する構成にすると、プラズマテレビの表示画像にタッチパネルのスイッチボタンをメモリー性のある表示装置で表示したり、プラズマテレビに表示するスイッチボタンに陰影を追加して立体的に視覚できるスイッチボタンを表示したりして、さらに機能を高めることも可能となる。

本発明に係るタッチパネル付き表示装置の模式的断面図である。 本発明に係るタッチパネル付き表示装置に使用する表示装置の模式的断面図である。 本発明に係る表示装置のメモリー性液晶パネルに印加される電圧と反射強度の関係を説明するための図である。 本発明に係る表示装置の駆動とタッチパネルの検出タイミングを説明する図である。 本発明に係るタッチパネルに使用する静電容量タッチパネルの模式的断面図である。

符号の説明

１ カバーガラス
２ タッチパネル
３ 表示装置
４ 光学接着剤
５ 検出回路
６ 駆動回路
７ マイコン
８ タッチパネル付き表示装置
９ 上偏光板
１０ 上透明基板
１１ 上透明電極
１２ 液晶層
１３ 下透明電極
１４ 下透明基板
１５ 下偏光板
１６ 反射板
１７ 白表示部
１８ 黒表示部
１９ 書込み期間
２０ メモリー期間
２１ Ｘ電極
２２ 透明基板
２３ Ｙ電極
２４ 静電容量タッチパネル
２５ メモリー性液晶パネル

Claims (4)

1. 表示装置と、前記表示装置の画面側に配設された物体の接触に伴って生じる静電容量の変化に基づいて前記物体の接触点の座標を検出する手段を有する透過性のタッチパネルと、からなるタッチパネルへのタッチパネル付き表示装置であって、
   前記表示装置は、画像表示の為の表示駆動手段により書き込んだ画像をメモリーする機能を有し、前記表示駆動手段をオフ状態にしても前記画像を表示し続けることを特徴とするタッチパネル付き表示装置。
2. 前記タッチパネルにおける物体の接触点の座標を検出するタイミングは、前記表示装置の前記表示駆動手段がオフ状態のメモリー状態にある間に行なわれることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル付き表示装置。
3. 前記表示装置は、第１の安定状態と第２の安定状態とを有するメモリー性液晶を一対の透明電極間に挟持し、複数の画素が配置された表示領域を有するメモリー性液晶パネルであって、
   前記一対の透明電極の電位は第１の安定状態または第２の安定状態である期間はグランド電位であることを特徴とする請求項１又は請求項２に記載のタッチパネル付き表示装置。
4. 前記タッチパネルは、電気シールド用導電膜が配備されていないタッチパネルであることを特徴とする請求項１〜３のいずれか１項に記載の液晶表示装置。

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