JP2009301006A - 液晶表示装置、その駆動方法および電子機器 - Google Patents

Abstract

【課題】簡易な構成で正確に人の指やペンの接触を検出する。
【解決手段】画素回路Ｐａは、走査線３０とノードＮとの間にトランジスタ３３、データ線３１と増幅トランジスタ４１との間にトランジスタ４３を備える。増幅トランジスタ４３のゲートはノードＮを介してトランジスタ３３に接続されている。ノードＮには液晶容量３７、基準容量４４、および保持容量４５が接続される。プレチャージ期間にノードＮにはプレチャージ電位が書き込まれ、センシング期間においてセンシング信号ＳＥＮｉがハイレベルになると、電荷の移動が起こり、ノードＮの電位が変動する。この電位変化は計測信号Ｉdet[i]として読み出される。
【選択図】図２

Description

本発明は、接触を検出可能な液晶表示装置、その駆動方法および電子機器に関する。

従来より、人の指やペンなどの指示体が画面に接触したことを検知する液晶表示装置が知られている。そのような液晶表示装置では、２つの電極間に挟持された液晶の容量の変化を検出することが行われる。例えば、特許文献１には、複数の走査線、複数のデータ線、複数の計測線、および走査線とデータ線の交差に対応して設けられた複数の画素を備えた液晶表示装置が開示されている。複数の画素の各々は、第１乃至第３の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistorと称する）、液晶容量および保持容量を備える。

液晶容量の大きさは電極間の距離が短くなると大きくなるので、液晶容量の変化を検出することによって、接触を検知することが可能となる。従来の液晶表示装置においては、画素電極をノードとしたとき、データ線とノードとの間に第１のＴＦＴを設け、この第１のＴＦＴを所定の水平走査期間でオン状態とすることにより、表示すべき階調に応じたデータ電位をノードに書き込む。また、データ線とノードの間に第２のＴＦＴを設け、第２のＴＦＴを所定の水平走査期間よりも２Ｈ前にオン状態にすることによって、２Ｈ前のデータ電位をノードに書き込む。さらに、計測線とノードの間に第３のＴＦＴを設け、第３のＴＦＴを所定の水平走査期間よりも１Ｈ前にオン状態にすることによって、ノード電位を読み出す。そして、従来の液晶表示装置では計測線を介して読み出された電位に基づいて、画面に対象物が接触したか否かが判定される。
特表２００７−５１０９４９号公報

ところで、データ線に付随する寄生容量は、液晶容量および保持容量と比較して極めて大きい。このため、液晶容量の大きさが接触によって大きく変化しても、データ線の電位は殆ど変化しない。したがって、従来の液晶表示装置では正確に接触を検知できないといった問題があった。例えば、データ線の寄生容量は、液晶容量の１０００倍以上の大きさであるが、仮に１０００倍とすると、ノード電位が変化しても、第３のＴＦＴがオン状態になるとノード電位の変化分の１/１０００しかデータ線に取り出すことができない。
本発明はこのような事情に鑑みてなされたものであって、正確に接触を検知することが可能な液晶表示装置、その駆動方法などを提供することを解決課題とする。

この課題を解決するために、本発明に係る液晶表示装置は、複数の走査線と、前記複数の走査線と交差するように設けられた複数のデータ線と、前記複数の走査線と交差するように設けられた複数の計測線と、前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられた複数の画素とを備え、前記複数の画素の各々は、ノードと電気的に接続される第１電極、第２電極、および液晶を含む液晶容量と、前記データ線と前記ノードとの間に設けられた第１のスッチング素子と、第３電極、および前記ノードと電気的に接続される第４電極を備えた基準容量と、前記ノードの電位に応じた大きさの電流を計測信号として出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタと前記計測線との間に設けられた第２のスイッチング素子とを有する。

この発明によれば、液晶容量を画像表示と接触検出の双方に兼用することができる。このため、構成を簡素化すると共に高精細な画像を表示することも可能となる。くわえて、増幅トランジスタはゲート電位に応じた電流を出力するから、電流を増幅しインピーダンス変換した計測信号を出力することができる。よって、データ線の寄生容量が液晶容量よりも大きくても正確に接触を検出することができる。

ここで、前記第１電極は、前記複数の画素の各々について設けられ、前記第２電極は、前記複数の画素に共通に設けられ、前記第１電極と前記第２電極との間には絶縁層が設けられ、前第２電極の２つの面のうち前記絶縁層が設けられていない面に前記液晶が配置されることが好ましい。この場合は、液晶に横電界が印加される。画面に指やペンが接触すると液晶の配向状態が変化する。すると、液晶容量の大きさが変化する。これを検出することによって、接触を検知することが可能となる。さらに、前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域の面積が、前記第１電極と前記第２電極とが重ならない領域の面積と比較して小さいことが好ましい。この場合には、液晶容量の容量値を小さくできるので、接触検出の感度を向上させることができる。

上述した液晶表示装置は、１水平走査期間ごとに前記複数の走査線を順次選択して、選択された走査線に対応する全ての画素について、前記第１のスイッチング素子をオン状態にして表示すべき階調に応じた大きさのデータ電位を前記ノードに書き込む書込処理と、前記書込処理において前記走査線を選択する水平走査期間に先行する水平走査期間において、前記走査線を選択して、所定の電位を前記ノードに書き込むプレチャージ処理と、前記基準容量の前記第３電極の電位を変化させるセンシング処理と、前記第２のスイッチング素子をオン状態として前記計測信号を前記計測線に出力する読出処理とを実行する駆動手段を備えることが好ましい。
この発明によれば、プレチャージ処理によって、液晶容量にはその容量値に応じた電荷が充電されるが、センシング処理によって第3電極の電位が変わるので、液晶容量と基準容量との間で電荷が移動し、ノードの電位が変化する。その変化分は、液晶容量の容量値、第３電極の電位の変化分に応じたものとなる。したがって、増幅トランジスタのゲート電位は液晶容量の容量値に応じて変化する。計測信号は増幅トランジスタのゲート電位で決定されるから、計測信号の大きさによって、液晶容量の変化、すなわち、画面への接触を検知することが可能となる。
さらに、プレチャージ処理においては、所定の電位をノードに書き込むので、どの画素においても液晶の配向状態を一定にすることができる。これにより、接触検出の感度を複数の画素で一定に揃えることが可能となる。

より具体的な態様としては、前記複数の画素の各々に含まれる前記増幅トランジスタに電源電位を供給する電源線と、前記複数の走査線の各々に対応するように設けられた複数の制御線を備え、前記第３電極は前記制御線に接続され、前記駆動手段は、前記プレチャージ処理において前記制御線の電位が第１電位となるように制御し、前記センシング処理において前記制御線の電位が第２電位となるように制御することが好ましい。

また、他の態様としては、前記複数の走査線の各々に対応するように設けられた複数の制御線を備え、前記第３電極および前記駆動トランジスタは前記制御線に接続され、前記駆動手段は、前記プレチャージ処理において前記制御線の電位が第１電位となるように制御し、前記センシング処理において前記制御線の電位が前記第１電位から第２電位に変化するように制御し、前記読出処理において前記制御線の電位が前記第２電位を維持するように制御することが好ましい。この場合は、電源線を省略できるので、構成を簡素化すると共に、開口率を向上させることができる。

また、上述した液晶表示装置は、１水平走査期間ごとに前記複数の走査線を順次選択して、選択された走査線に対応する全ての画素について、前記第１のスイッチング素子をオン状態にして表示すべき階調に応じた大きさのデータ電位を前記ノードに書き込む書込処理と、前記書込処理において前記走査線を選択する水平走査期間に先行する水平走査期間において、前記走査線を選択して、所定の電位を前記ノードに書き込むプレチャージ処理と、前記液晶容量の前記第２電極の電位を変化させるセンシング処理と、前記第２のスイッチング素子をオン状態として前記計測信号を前記計測線に出力する読出処理とを実行する駆動手段と、前記複数の画素の各々に固定電位を供給する供給線とを備え、前記基準容量の前記第３電極は前記供給線に接続されることが好ましい。より具体的には、前記駆動手段は、前記複数の走査線のうち、奇数番目に選択される走査線に係る前記プレチャージ処理において前記供給線の電位が第１電位となるように制御し、前記奇数番目に選択される走査線に係る前記センシング処理において前記供給線の電位が第２電位となるように制御し、偶数番目に選択される走査線に係る前記プレチャージ処理において前記供給線の電位が第２電位となるように制御し、前記偶数番目に選択される走査線に係る前記センシング処理において前記供給線の電位が第１電位となるように制御することが好ましい。
この発明によれば、プレチャージ処理によって、液晶容量にはその容量値に応じた電荷が充電されるが、センシング処理によって第２電極の電位が変わるので、液晶容量と基準容量との間で電荷が移動し、ノードの電位が変化する。その変化分は、液晶容量の容量値、第２電極の電位の変化分に応じたものとなる。したがって、増幅トランジスタのゲート電位は液晶容量の容量値に応じて変化する。計測信号は増幅トランジスタのゲート電位で決定されるから、計測信号の大きさによって、液晶容量の変化、すなわち、画面への接触を検知することが可能となる。
さらに、プレチャージ処理においては、所定の電位をノードに書き込むので、ノード（第１電極）と第２電極との電位差が一定となるように所定の電位を定めることにより、どの画素においても液晶の配向状態を一定にすることができる。これにより、接触検出の感度を複数の画素で一定に揃えることが可能となる。

ここで、プレチャージ処理における所定の電位は黒表示に対応する電位であることが好ましい。仮に、中間調や白表示に対応する電位であった場合に表示すべき階調が黒であると、配線抵抗や液晶容量などで定まる時定数に応じてノードの電位が変化する。このため、黒を十分書き込むことできない場合ことが起こりえる。特に、高精細な液晶表示装置では、水平走査期間が短くなり、ひいては書込期間が短くなる。このような場合であっても、プレチャージ電位を黒表示に対応する電位に設定するので、確実に黒を表示することができ、コントラストを向上させることができる。

また、上述した発明において、前記ノードに電気的に接続される保持容量を備えることが好ましい。特に、接触検出の感度を考慮すると、基準容量の値は、保持容量の値と液晶容量の値の合計であることが好ましい。

次に、本発明に係る電子機器は、上述した液晶表示装置を備えるものである。例えば、タッチ入力機能を備えたパーソナルコンピュータ、携帯電話機、あるいは情報端末などが該当する。

さらに、本発明は液晶表示装置の駆動方法として把握することができる。すなわち、複数の走査線と、前記複数の走査線と交差するように設けられた複数のデータ線および複数の計測線と、前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられた複数の画素とを備え、前記複数の画素の各々は、ノードと電気的に接続される第１電極、第２電極、および液晶を含む液晶容量と、前記データ線と前記ノードとの間に設けられた第１のスッチング素子と、第３電極、および前記ノードと電気的に接続される第４電極を備えた基準容量と、前記ノードの電位に応じた大きさの電流を計測信号として出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタと前記計測線との間に設けられた第２のスイッチング素子とを有する液晶表示装置を駆動する方法であって、ある水平走査期間において、前記複数の走査線のうち一つの走査線に対応する複数の画素について、前記第１のスイッチング素子がオン状態になるように制御して、所定の電位を前記ノードに書き込み、前記基準容量の前記第３電極の電位を変化させ、前記第２のスイッチング素子をオン状態として前記計測信号を前記計測線に出力し、次の水平走査期間において、前記一つの走査線に対応する複数の画素について、前記第１のスイッチング素子がオン状態となるように制御して、表示すべき階調に応じた電位を前記ノードに書き込む、ことを特徴とする。

あるいは、複数の走査線と、前記複数の走査線と交差するように設けられた複数のデータ線および複数の計測線と、前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられた複数の画素と、前記複数の画素の各々に固定電位を供給する供給線とを備え、前記複数の画素の各々は、ノードと電気的に接続される第１電極、第２電極、および液晶を含む液晶容量と、前記データ線と前記ノードとの間に設けられた第１のスッチング素子と、第３電極、および前記ノードと電気的に接続される第４電極を備えた基準容量と、前記ノードの電位に応じた大きさの電流を計測信号として出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタと前記計測線との間に設けられた第２のスイッチング素子とを有し、前記基準容量の前記第３電極が前記供給線に接続された液晶表示装置の駆動方法であって、ある水平走査期間において、前記複数の走査線のうち一つの走査線に対応する複数の画素について、前記第１のスイッチング素子がオン状態になるように制御して、所定の電位を前記ノードに書き込み、前記液晶容量の前記第２電極の電位を変化させ、前記第２のスイッチング素子をオン状態として前記計測信号を前記計測線に出力し、次の水平走査期間において、前記一つの走査線に対応する複数の画素について、前記第１のスイッチング素子がオン状態となるように制御して、表示すべき階調に応じた電位を前記ノードに書き込む、ことを特徴とする。

＜１．第１実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。液晶表示装置５００は、表示領域Ａを備える。表示領域Ａには、ｎ本の走査線３０と、ｍ本のデータ線３１が形成されている。但し、ｎおよびｍは、２以上の自然数である。また、ｎ本の走査線３０とｍ本のデータ線３１の各交差に対応してｎ×ｍ個の画素Ｐがマトリクス状に配置されている。画素Ｐの実体は後述の画素回路であり、本実施形態では画素回路Ｐａである。さらに、ｎ本の第１制御線１０および第２制御線１１が、ｎ本の走査線３１と平行に設けられている。

表示用Ｙドライバ１００Ａは、ｎ本の走査線３０を順次選択するための走査信号Ｙ１，Ｙ２，…Ｙｎを生成して、各画素回路Ｐａに各々供給する。例えば、１行目の走査線３０に供給される走査信号Ｙ１は、１垂直走査期間（１Ｆ）の最初のタイミングから１水平走査期間（１Ｈ）に相当する幅を有するパルスである。以降、このパルスを１Ｈずつ順次シフトしたものが、２行目〜ｎ行目の走査線３０の各々に走査信号Ｙ２〜Ｙｎとして供給される。一方、表示用Ｘドライバ２００Ａは、選択された走査線３０に接続されるｍ個の画素回路Ｐａの各々に対し、表示すべき階調に応じた大きさのデータ信号Ｘ１，Ｘ２，…Ｘｍを供給する。データ信号Ｘ１〜Ｘｍは、後述するプレチャージ電位Ｖpreと表示すべき階調に応じたデータ電位Ｖdataとを有する。
画素回路Ｐａはデータ電位Ｖdataに基づいて階調を表示する機能と、液晶の配向状態に応じた大きさの計測信号Ｉdetを出力する機能を併せ持つ。

計測用Ｙドライバ１００Ｂは、第１制御線１０にセンシング信号ＳＥＮを供給すると共に、第２制御線１１に選択信号ＳＥＬを供給する。画素回路Ｐａはセンシング信号ＳＥＮおよび選択信号ＳＥＬによって計測動作が制御される。画素回路Ｐａは計測信号Ｉdetを生成して計測線２１に出力する。計測用Ｘドライバ２００Ｂは、計測信号Ｉdet[1]〜Ｉdet[m]をＡＤ変換すると共に、線順次を点順次に変換して計測データＤoutを生成する。

タイミング制御回路３００は、表示用Ｙドライバ１００Ａ、計測用Ｙドライバ１００Ｂ、表示用Ｘドライバ２００Ａ、計測用Ｘドライバ２００Ｂにクロック信号やスタートパルスといった各種の制御信号を供給し、表示用Ｘドライバ２００Ａに外部から供給される入力階調データＤｉｎを出力し、各画素回路Ｐａに共通電位Ｖcomを供給する。本実施形態では、共通電位Ｖcomは固定電位である。位置特定回路４００は、計測データＤoutに基づいて、対象物が画面に接触した位置を特定して、位置データを生成する。

図２に画素回路Ｐａの構成を示す。この画素回路Ｐａはｉ行ｊ列に位置する。ここでｉは１≦ｉ≦ｎの整数、ｊは１≦ｊ≦ｍの整数である。同図に示すように画素回路Ｐａは、第１のスイッチング素子として機能するトランジスタ３３、液晶容量３７を備える。液晶容量３７は、画素電極３４と、共通電位Ｖcomが供給される対向電極３６と、画素電極３４と対向電極３６との間に挟持された液晶３５を備える。画素電極３６はノードＮに電気的に接続されている。トランジスタ３３は、ノードＮとデータ線３１との間に設けられており走査信号Ｙｉによってオン・オフが制御される。走査信号Ｙｉがハイレベルになると、データ信号Ｘｊが取り込まれ、ノードＮに書き込まれる。

また、画素回路Ｐａは、計測用Ｙドライバ１００Ｂと計測用Ｘドライバ２００Ｂとによって駆動され、液晶容量３７の容量値ＣLCの変化を検出する回路としても機能する。画素回路Ｐａは、増幅トランジスタ４１および第２のスイッチング素子として機能するトランジスタ４３を備える。これらのトランジスタは、上述した画素回路Ｐａのトランジスタ３３と同様にＴＦＴで構成され、同じプロセスで形成される。

増幅トランジスタ４１のドレインは電源線２０に接続され、そのソースはトランジスタ４３のドレインに接続される。トランジスタ４３のソースは計測線２１に接続され、そのゲートには第２制御線１１を介して選択信号ＳＥＬが供給される。また、増幅トランジスタ４１のゲート（ノードＮ）と第１制御線１０との間には、基準容量４４が設けられている。さらに、保持容量４５がノードＮに電気的に接続されている。保持容量４５は、トランジスタ３３のリーク電流によってノードＮに書き込まれたデータ信号Ｘｊの電位が変化するのを防止するために設けられる。保持容量４５の容量値Ｃstはトランジスタ３３のリーク電流を考慮して設定することが好ましい。

なお、この例の保持容量４５の一方の電極はノードＮに接続され、他方の電極には共通電位Ｖcomが供給される。このため、他方の電極は対向電極３６であってもよい。また、保持容量４５は、リーク防止するために設けられるのであるから、他方の電極の電位が固定であれば、そこにどのよう電位が供給されてもよい。したがって、必ずしも共通電位Ｖcomが供給されなくてもよい。さらに、基準容量４４によってデータ信号Ｘｊが充分保持されるのであれば、保持容量４５は設ける必要がない。

本実施形態では、液晶容量３７の液晶３５の透過率を制御することによって階調を表示するとともに、液晶容量３７の容量値ＣLCの変化を検出することによって、対象物が画面に接触したことを検知する。すなわち、液晶容量３７は画像表示とタッチ検出とに兼用されている。これにより、タッチ検出のために別途、容量を設けなくてもよいので、構成を簡素化でき、開口率を向上させることができる。図３に画素電極３４と対向電極３６の一例を示す。この例では、画素電極３４と対向電極３６とが櫛歯状の形状（鋸歯状の形状）をしており、一方の隙間に他方の歯が入り込むように配置される。この例では、素子基板の上に画素電極３４を各画素回路Ｐａごとに形成し、これらの画素電極３４を絶縁層で覆い、その上から複数の画素回路Ｐａに共通する対向電極３６を形成する。画素電極３４および対向電極３６は、ＩＴＯなど透明電極で形成することが好ましい。また、絶縁層もポリイミドなどの透明な部材で構成することが好ましい。そして、対向電極３６の上に液晶３５を配置して液晶容量３７を形成する。この場合、液晶３５には横電界が印加される。なお、画素電極３４と対向電極３６とが、液晶３５を挟んで対向するように形成し、縦方向に電界が印加されるようにしてもよい。

次に、液晶表示装置の動作について説明する。図４は液晶表示装置５００の動作を示すタイミングチャートであり、図５〜図９は、画素回路Ｐａの動作の様子を示す説明図である。
この例では、図４に示すように走査信号Ｙ１〜Ｙｎは、１フレーム期間Ｆにおいて、２回ハイレベル（有効）となる。走査信号Ｙ１〜Ｙｎがハイレベルになると、図２に示すトランジスタ３３がオン状態となる。
ここで、ｉ番目の走査信号Ｙｉに着目する。まず、走査信号Ｙｉがハイレベルとなるプレチャージ期間Ｔｐでは、図５に示すようにｉ行ｊ列に位置する画素回路Ｐａにはデータ信号Ｘｊとしてプレチャージ電位Ｖpreが供給される。プレチャージ電位Ｖpreは液晶容量３７の容量値ＣLCを計測するために、比較の基準を与えるものであるから固定電位であればよい。但し、後述する書込期間Ｔｗにおいてプレチャージ電位Ｖpreから表示すべき階調に応じたデータ電位Ｖdataに書き換える必要がある。ここで、表示すべき階調が最小階調の黒である場合、若干、灰色に近づいた表示になると、コントラストが悪くなり、表示品質が劣化する。このため、プレチャージ電位Ｖpreとしては、黒表示に必要とされる電位にすることが好ましい。

次にセンシング期間Ｔｓにおいては、センシング信号ＳＥＮがローレベルからハイレベルに遷移する一方、選択信号ＳＥＬｉはローレベルが維持され、走査信号Ｙｉもローレベルとなる。このため、トランジスタ３３および４３がオフ状態となる。そして、基準容量４４の他方の電極が電気的に接続される第１制御線１０の電位がローレベルからハイレベルに遷移するので、液晶容量３７、基準容量４４、および保持容量４５の間で電荷の移動が発生する。
さてここで、対象物が画面に接触していない状態における液晶容量３７の容量値をＣLC、対象物が画面に接触することによって、液晶３５の配向状態が変化することによって変化する液晶容量３７の変化分をΔＣLC、センシング信号ＳＥＮｉの電位変化分をΔＶ、基準容量４４の容量値をＣref、保持容量４５の容量値をＣstとすると、接触によるノードＮの電位変化分ΔＶＡは以下の式で与えられる。
ΔＶＡ＝｛（Ｃref+ΔＣLC）×ΔＶ｝／｛（Ｃref+ＣLC+Ｃst+ΔＣLC）（Ｃref+ＣLC+Ｃst）｝

この式からΔＶＡは、液晶容量３７の容量値ＣLCおよび保持容量４５の容量値Ｃstが小さいほど、大きくなることがわかる。上述したように、本実施形態の画素電極３４と対向電極３６とは、図３に示すように櫛歯状の形状をしており、互いに他方の電極が一方の電極の隙間に位置するように配置されるので、対向する面積を少なくすることができる。よって、電位変化分ΔＶＡを大きくして、正確に接触の有無や接触の位置を検知することが可能となる。ここで、画素電極３４と対向電極３６とが重なる領域の面積が、それらが重ならない領域の面積と比較して小さければ、接触検出の感度を向上させることができる。
なお、検出感度を向上させる観点より、Ｃref＝ＣLC+Ｃstであることが好ましい。したがって、Ｃref＝ＣLCであるならば、保持容量４５は特に必要ない。

次に、読出期間Ｔｓにおいては、センシング信号ＳＥＮがハイレベルを維持したまま、選択信号ＳＥＬｉがローレベルからハイレベルに遷移する。このとき、ノードＮの電位に応じた電流が増幅トランジスタ４１から出力され、この電流がｉ行に係る計測信号Ｉdet<i>として、トランジスタ４３から計測線２１に出力される。本実施形態において増幅トランジスタ４１は単なるスイッチング素子として機能するのではなく、電流を増幅してインピーダンスを変換して計測信号Ｉdet<i>を出力する手段として機能する。したがって、計測線２１の寄生容量が大きくても、電流を増幅して計測線２１に計測信号Ｉdet<i>を出力するができるので、液晶３５の容量の変化を正確に計測することが可能となる。

次に、書込期間Ｔｗにおいて、走査信号Ｙｉがハイレベルになり、選択信号ＳＥＬｉ＋１がローレベルからハイレベルに遷移すると、データ線３１を介してｉ行に係るデータ電位Ｖdata<i>が供給される。このとき、トランジスタ３３がオン状態となってノードＮにデータ電位Ｖdata<i>が書き込まれ、この電位に応じて液晶３５の透過率が調整される。これにより、階調表示が可能となる。書き込まれたデータ電位Ｖdata<i>は、次のフレームのプレチャージ期間Ｔｐにおいて、プレチャージ電位ＶpreがノードＮに書き込まれるまで保持される。

ｉ番目の走査信号Ｙｉに着目したときの動作は上述の通りであり、ｎ本の走査線３０は走査信号Ｙ１，Ｙ２，…Ｙｎによって順次選択されるから、１フレームについて計測用Ｘドライバ２００Ｂで生成される計測データＤoutは、計測信号Ｉdet[1]〜Ｉdet[m]を行毎にＡＤ変換して得られるｍ×ｎ個の計測値を、対応する画素Ｐの位置に応じた順序で連ねたものとなる。位置特定回路４００では、計測データＤoutに基づいて、対象物が画面に接触した位置が特定されるが、この特定方法は任意である。例えば、ｍ×ｎ個の計測値の各々と予め定められた基準値Ｒとを比較し、これらの比較の結果に基づいて、対象物が画面に接触した位置を特定するようにしてもよい。

以上、説明したように本実施形態によれば、液晶容量３７を画像表示とタッチ検出に兼用することにより、構成を簡素化すると共に画素ピッチを狭くして画像の精細度を向上させることができる。また、増幅トランジスタ４１を用いてインピーダンスを変換した後に画素回路Ｐａから出力するので、正確にタッチを検出することが可能となる。

＜２．第２実施形態＞
第２実施形態に係る液晶表示装置は、画素回路Ｐａの替わりに画素回路Ｐｂを用いる点、電源線２０および第１制御線１０を省略した点、および計測用Ｙドライバ１００Ｂにおいてセンシング信号ＳＥＮの生成を中止した点を除いて第１実施形態の液晶表示装置と同様に構成されている。
図１０に第２実施形態で用いる画素回路Ｐｂの回路図を示す。画素回路Ｐｂが画素回路Ｐａと相違するのは次の２点である。第１に、電源線２０を省略し、増幅トランジスタ４１のドレインを第２制御線１１に電気的に接続した。第２に、基準容量４４の他方の電極（ノードＮと反対側）を第２制御線１１に電気的に接続した。これによって、電源線２０および第１制御線１０を省略することができるので、構成を簡素化することができる。しかも、電源線２０および第１制御線１０に占有されていた面積を表示に寄与させることができるので、開口率を向上させることができる。くわえて、センシング信号ＳＥＮを生成しなくてよいので、計測用Ｙドライバ１００Ｂの構成を簡素化し消費電力を削減することができる。

図１１に第２実施形態に係る液晶表示装置のタイミングチャートを示す。この例では、走査信号Ｙｉは、１フレームに２回ハイレベルとなる。これにより、ｉ行ｊ列に位置する画素回路Ｐｂには、データ信号Ｘｊが２回書き込まれる。最初の書き込みは、プレチャージ期間Ｔｐであり、プレチャージ電位Ｖpreがデータ線３１を介して画素回路Ｐｂに供給される。この後、選択信号ＳＥＬｉがローレベルからハイレベルに遷移すると、このタイミングで基準容量４４の他方の電極の電位がローレベルからハイレベルに遷移するので、基準容量４４、液晶容量３７、および保持容量４５の間で電荷が移動する。すなわち、第２実施形態のセンシング期間Ｔｓは、選択信号ＳＥＬｉがローレベルからハイレベルに遷移する時点である。そして、読出期間Ｔｒでは選択信号ＳＥＬｉの論理レベルとしてハイレベルを維持され、ｉ行に係る計測信号Ｉdet<i>が読み出される。
このように、第２実施形態では、第１実施形態と比較して構成を簡素化することが可能となる。

＜３．第３実施形態＞
第３実施形態に係る液晶表示装置は、画素回路Ｐａの替わりに画素回路Ｐｃを用いる点、第１制御線１０を省略した点、計測用Ｙドライバ１００Ｂにおいてセンシング信号ＳＥＮの生成を中止した点、共通電位Ｖcomが１Ｈに相当する期間毎に高電位ＶＨと低電位ＶＬとの間で切り替わる点、データ電位Ｖdataが表示すべき階調および共通電位Ｖcomに応じた電位である点、および位置特定回路４００における位置の特定方法が共通電位Ｖcomに応じた方法である点を除いて第１実施形態の液晶表示装置と同様に構成されている。なお、第３実施形態の表示用Ｘドライバ２００Ａには、２Ｈ周期で切り替わる共通電位Ｖcomが供給される。高電位ＶＨと低電位ＶＬの中心電位をＶc（＝（ＶＨ＋ＶＬ）／２）としたとき、表示用ドライバ２００Ａは、データ電位Ｖdataを、共通電位Ｖcomに同期して、中心電位Ｖcを基準として２Ｈ周期で反転させる。

図１２に第３実施形態で用いる画素回路Ｐｃの回路図を示す。画素回路Ｐｃが画素回路Ｐａと相違するのは、基準容量４４の他方の電極（ノードＮと反対側）を電源線２０に電気的に接続した点である。これにより、第１制御線１０を省略することができるので、構成を簡素化することができる。しかも、第１制御線１０に占有されていた面積を表示に寄与させることができるので、開口率を向上させることができる。くわえて、センシング信号ＳＥＮを生成しなくてよいので、計測用Ｙドライバ１００Ｂの構成を簡素化することができる。この簡素化が不要であれば、基準容量４４の他方の電極の電気的な接続先を、電源線２０以外の、固定電位を供給する任意の供給線としてもよい。

図１３に第３実施形態に係る液晶表示装置のタイミングチャートを示す。この例では、走査信号Ｙｉは、１フレームに２回ハイレベルとなる。これにより、ｉ行ｊ列に位置する画素回路Ｐｃには、データ信号Ｘｊが２回書き込まれる。最初の書き込みは、プレチャージ期間Ｔｐであり、プレチャージ電位Ｖpreがデータ線３１を介してｉ行に位置する画素回路Ｐｃに供給される。プレチャージ電位Ｖpreは固定電位でもよいが、共通電位Ｖcomに応じて変化させることが好ましい。なぜなら、黒表示に必要とされる電位は共通電位Ｖcomに応じて変化するからである。

次にセンシング期間Ｔｓにおいては、共通電位Ｖcomが低電位ＶＬから高電位ＶＨに立ち上がる一方、選択信号ＳＥＬｉはローレベルに維持され、走査信号Ｙｉもローレベルとなる。このため、ｉ行に位置する画素回路Ｐｃでは、トランジスタ３３および４３がオフ状態となり、共通電位Ｖcomが供給される対向電極３６の電位と保持容量４５の他方の電極の電位とが低電位ＶＬから高電位ＶＨに遷移するので、液晶容量３７、基準容量４４、および保持容量４５の間で電荷の移動が発生する。すなわち、センシングが行われる。

次に読出期間Ｔｒにおいては、共通電位Ｖcomが高電位ＶＨに維持される一方、選択信号ＳＥＬｉがローレベルからハイレベルに遷移する。これにより、ｉ行に位置する画素回路Ｐｃでは、ノードＮの電位に応じた電流が増幅トランジスタ４１から出力され、この電流がｉ行に係る計測信号Ｉdet<i>として、トランジスタ４３から計測線２１に出力される。読出期間Ｔｒは、選択信号ＳＥＬｉがローレベルとなると終了する。そして、走査信号Ｙｉがローレベルからハイレベルに遷移すると、書込期間Ｔｗが開始する。

書込期間Ｔｗでは、選択信号ＳＥＬｉはローレベルを維持しており、選択信号ＳＥＬｉ＋１がローレベルからハイレベルに遷移すると、ｉ行に係るデータ電位Ｖdata<i>がデータ線３１を介してｉ行に位置する画素回路Ｐｃに供給される。このとき、トランジスタ３３はオン状態となっているから、ノードＮにデータ電位Ｖdata<i>が書き込まれ、この電位に応じて液晶３５の透過率が調整される。これにより、階調表示が可能となる。書込期間Ｔｗは、走査信号Ｙｉがローレベルとなると終了する。

一方、プレチャージ期間Ｔｐの開始から書込期間Ｔｗの開始までの期間は、ｉ−１行に位置する画素回路Ｐｃの書込期間でもある。この間、走査信号Ｙｉ−１はハイレベルを維持する。したがって、ｉ−１行に位置する画素回路Ｐｃでは、プレチャージ期間Ｔｐにおいてプレチャージ電位Ｖpreが供給され、センシング期間Ｔｓにおいてセンシングが行われる。ただし、読出期間Ｔｒでは、選択信号ＳＥＬｉ−１がローレベルを維持するから、このセンシングの結果である計測信号Ｉdet<i-1>が計測線２１に出力されることはない。そして、選択信号ＳＥＬｉがローレベルからハイレベルに遷移して読出期間Ｔｒが開始すると、ｉ−１行に位置する画素回路Ｐｃでは、そのノードＮに、ｉ−１行に係るデータ電位Ｖdata<i-1>が書き込まれ、この電位に応じて液晶３５の透過率が調整される。

また、書込期間Ｔｗは、ｉ＋１行に位置する画素回路Ｐｃのプレチャージ期間の開始から書込期間の開始までの期間でもある。ｉ＋１行に位置する画素回路Ｐｃでは、そのプレチャージ期間においてプレチャージ電位Ｖpreが供給され、そのセンシング期間においてセンシングが行われ、その読出期間において計測信号Ｉdet<i+1>が計測線２１に出力される。ただし、このセンシング期間は、共通電位Ｖcomが高電位ＶＨから低電位ＶＨに立ち下がると開始する。つまり、第３実施形態では、プレチャージの後に共通電位Ｖcomが切り替わるとセンシングが行われる。なお、書込期間Ｔｗでは、ｉ行に位置する画素回路Ｐｃでもセンシングが行われるが、その結果は出力されない。

ところで、共通電位Ｖcomが高電位ＶＨの間に行われたセンシングの結果と、低電位ＶＬの間に行われたセンシングの結果は、センシング期間における液晶容量３７の容量変化が同様であっても互いに相違する。このため、位置特定回路４００による位置の特定では、共通電位Ｖcomに応じた処理が行われる。例えば、１フレーム毎に得られるｍ×ｎ個の計測値の各々と基準値との比較結果に基づいて、対象物が画面に接触した位置を特定する方法を採る場合には、高電位ＶＨの間に行われたセンシングで得られた計測値については高電位ＶＨ用の基準値ＲＨと比較し、低電位ＶＬの間に行われたセンシングで得られた計測値については低電位ＶＬ用の基準値ＲＬと比較し、これらの比較の結果に基づいて、対象物が画面に接触した位置を特定する。

なお、第３実施形態において、共通電位Ｖcomに応じて計測値を補正し、位置特定回路４００が共通電位Ｖcomに応じた処理を行わずに済むようにしてもよい。この補正のために、プレチャージ電位Ｖpreを共通電位Ｖcomの変化に合わせて変化させるようにしてもよい。もちろん、センシング後に、共通電位Ｖcomの変化に合わせて補正をするようにしてもよい。この補正としては、ノードＮの電位を、共通電位Ｖcomが低電位ＶＬの場合には反転させず、高電位ＶＨの場合には反転させる、というものが挙げられる。

＜４．応用例＞
次に、本発明に係る液晶表示装置を利用した電子機器について説明する。図１４は、液晶表示装置５００を表示部として採用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ２０００は、表示部としての液晶表示装置５００と本体部２０１０とを備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１およびキーボード２００２が設けられている。
図１５に、実施形態に係る液晶表示装置５００を適用した携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２、ならびに表示部としての液晶表示装置５００を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、液晶表示装置５００に表示される画面がスクロールされる。
図１６に、実施形態に係る液晶表示装置５００を適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２、ならびに表示部としての液晶表示装置５００を備える。
なお、本発明に係る液晶表示装置が適用される電子機器としては、図１４から図１６に示したもののほか、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、スキャナ、複写機、ビデオプレーヤ、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。

本発明の第１実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 画素回路の構成を示す回路図である。 画素電極と対向電極とのレイアウトを示す平面図である。 液晶表示装置の動作を示すタイミングチャートである。 プレチャージ期間における画素回路の動作を示す説明図である。 センシング期間における画素回路の動作を示す説明図である。 読出期間における画素回路の動作を示す説明図である。 書込期間における画素回路の動作を示す説明図である。 保持期間における画素回路の動作を示す説明図である。 本発明の第２実施形態に係る液晶表示装置の画素回路の構成を示す回路図である。 液晶表示装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明の第３実施形態に係る液晶表示装置の画素回路の構成を示す回路図である。 液晶表示装置の動作を示すタイミングチャートである。 本発明に係る電子機器の具体的な形態を示す斜視図である。 本発明に係る電子機器の具体的な形態を示す斜視図である。 本発明に係る電子機器の具体的な形態を示す斜視図である。

５００……液晶表示装置、Ａ……表示領域、Ｐ……画素、Ｐａ, Ｐｂ, Ｐｃ……画素回路、１００Ａ……表示用Ｙドライバ、１００Ｂ……計測用Ｙドライバ、２００Ａ……表示用Ｘドライバ、２００Ｂ……計測用Ｘドライバ、１０……第１制御線、１１……第２制御線、２０……電源線、２１……計測線、３０……走査線、３１……データ線、３３,４３……トランジスタ、３７……液晶容量、４１……増幅トランジスタ、４４……基準容量、４５……保持容量。

Claims (11)

1. 複数の走査線と、
   前記複数の走査線と交差するように設けられた複数のデータ線と、
   前記複数の走査線と交差するように設けられた複数の計測線と、
   前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられた複数の画素とを備え、
   前記複数の画素の各々は、
   ノードと電気的に接続される第１電極、第２電極、および液晶を含む液晶容量と、
   前記データ線と前記ノードとの間に設けられた第１のスッチング素子と、
   第３電極、および前記ノードと電気的に接続される第４電極を備えた基準容量と、
   前記ノードの電位に応じた大きさの電流を計測信号として出力する増幅トランジスタと、
   前記増幅トランジスタと前記計測線との間に設けられた第２のスイッチング素子とを有する
   液晶表示装置。
2. 前記第１電極は、前記複数の画素の各々について設けられ、
   前記第２電極は、前記複数の画素に共通に設けられ、
   前記第１電極と前記第２電極との間には絶縁層が設けられ、
   前第２電極の２つの面のうち前記絶縁層が設けられていない面に前記液晶が配置され、
   前記第１電極と前記第２電極とが重なる領域の面積が、前記第１電極と前記第２電極とが重ならない領域の面積と比較して小さい、
   請求項１に記載の液晶表示装置。
3. １水平走査期間ごとに前記複数の走査線を順次選択して、選択された走査線に対応する全ての画素について、前記第１のスイッチング素子をオン状態にして表示すべき階調に応じた大きさのデータ電位を前記ノードに書き込む書込処理と、
   前記書込処理において前記走査線を選択する水平走査期間に先行する水平走査期間において、
   前記走査線を選択して、所定の電位を前記ノードに書き込むプレチャージ処理と、
   前記基準容量の前記第３電極の電位を変化させるセンシング処理と、
   前記第２のスイッチング素子をオン状態として前記計測信号を前記計測線に出力する読出処理とを実行する、
   駆動手段を備える、
   請求項１または２に記載の液晶表示装置。
4. 前記複数の画素の各々に含まれる前記増幅トランジスタに電源電位を供給する電源線と、
   前記複数の走査線の各々に対応するように設けられた複数の制御線を備え、
   前記第３電極は前記制御線に接続され、
   前記駆動手段は、前記プレチャージ処理において前記制御線の電位が第１電位となるように制御し、前記センシング処理において前記制御線の電位が第２電位となるように制御する、
   請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。
5. 前記複数の走査線の各々に対応するように設けられた複数の制御線を備え、
   前記第３電極および前記駆動トランジスタは前記制御線に接続され、
   前記駆動手段は、前記プレチャージ処理において前記制御線の電位が第１電位となるように制御し、前記センシング処理において前記制御線の電位が前記第１電位から第２電位に変化するように制御し、前記読出処理において前記制御線の電位が前記第２電位を維持するように制御する
   請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。
6. １水平走査期間ごとに前記複数の走査線を順次選択して、選択された走査線に対応する全ての画素について、前記第１のスイッチング素子をオン状態にして表示すべき階調に応じた大きさのデータ電位を前記ノードに書き込む書込処理と、
   前記書込処理において前記走査線を選択する水平走査期間に先行する水平走査期間において、
   前記走査線を選択して、所定の電位を前記ノードに書き込むプレチャージ処理と、
   前記液晶容量の前記第２電極の電位を変化させるセンシング処理と、
   前記第２のスイッチング素子をオン状態として前記計測信号を前記計測線に出力する読出処理とを実行する、
   駆動手段と、
   前記複数の画素の各々に固定電位を供給する供給線とを備え、
   前記基準容量の前記第３電極は前記供給線に接続される、
   ことを特徴とする請求項１または２に記載の液晶表示装置。
7. 前記所定の電位は黒表示に対応する電位であることを特徴とする請求項３または６に記載の液晶表示装置。
8. 前記ノードに電気的に接続される保持容量を備えた請求項１乃至７のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置。
9. 請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の液晶表示装置を備えた電子機器。
10. 複数の走査線と、前記複数の走査線と交差するように設けられた複数のデータ線および複数の計測線と、前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられた複数の画素とを備え、前記複数の画素の各々は、ノードと電気的に接続される第１電極、第２電極、および液晶を含む液晶容量と、前記データ線と前記ノードとの間に設けられた第１のスッチング素子と、第３電極、および前記ノードと電気的に接続される第４電極を備えた基準容量と、前記ノードの電位に応じた大きさの電流を計測信号として出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタと前記計測線との間に設けられた第２のスイッチング素子とを有する液晶表示装置の駆動方法であって、
    ある水平走査期間において、前記複数の走査線のうち一つの走査線に対応する複数の画素について、
    前記第１のスイッチング素子がオン状態になるように制御して、所定の電位を前記ノードに書き込み、
    前記基準容量の前記第３電極の電位を変化させ、
    前記第２のスイッチング素子をオン状態として前記計測信号を前記計測線に出力し、
    次の水平走査期間において、前記一つの走査線に対応する複数の画素について、
    前記第１のスイッチング素子がオン状態となるように制御して、表示すべき階調に応じた電位を前記ノードに書き込む、
    ことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
11. 複数の走査線と、前記複数の走査線と交差するように設けられた複数のデータ線および複数の計測線と、前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられた複数の画素と、前記複数の画素の各々に固定電位を供給する供給線とを備え、前記複数の画素の各々は、ノードと電気的に接続される第１電極、第２電極、および液晶を含む液晶容量と、前記データ線と前記ノードとの間に設けられた第１のスッチング素子と、第３電極、および前記ノードと電気的に接続される第４電極を備えた基準容量と、前記ノードの電位に応じた大きさの電流を計測信号として出力する増幅トランジスタと、前記増幅トランジスタと前記計測線との間に設けられた第２のスイッチング素子とを有し、前記基準容量の前記第３電極が前記供給線に接続された液晶表示装置の駆動方法であって、
    ある水平走査期間において、前記複数の走査線のうち一つの走査線に対応する複数の画素について、
    前記第１のスイッチング素子がオン状態になるように制御して、所定の電位を前記ノードに書き込み、
    前記液晶容量の前記第２電極の電位を変化させ、
    前記第２のスイッチング素子をオン状態として前記計測信号を前記計測線に出力し、
    次の水平走査期間において、前記一つの走査線に対応する複数の画素について、
    前記第１のスイッチング素子がオン状態となるように制御して、表示すべき階調に応じた電位を前記ノードに書き込む、
    ことを特徴とする液晶表示装置の駆動方法。
    

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