JP2010015505A - 表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】入力機能を備えた表示装置を提供する。
【解決手段】信号線１１１とセンサ線１１３とを絶縁層を挟んで配置し、ブランキング期間に、センサ線１１３にパルスを入力する。これにより、ガラス基板１０に物体が接近または接触している場合には、信号線１１１に誘起されるパルスの電圧値が増大する。したがって、その電圧値の変化を検出することで物体（誘電体）がガラス基板１０に近接したことを判定することができる。さらに、信号線１１１とセンサ線１１３により構成されるキャパシタ２４に光センサ２５を接続することで、物体の接触時に観測されるパルスの電圧値を増大させることができる。
【選択図】図２

Description

本発明は、タッチパネル機能を備えた表示装置に関する。

視覚情報や聴覚情報を伝達する携帯情報端末は、出力機能だけでなく、その端末の操作に関する入力機能も重要である。入力機能の一形態として、携帯情報端末の表示画面に触れることで入力が可能なタッチパネルがある（例えば、特許文献１参照）。タッチパネルは、画面に表示されたアイコンに触れるなどの操作を通じて入力が可能であり、その操作が直感的でわかりやすいことから、タッチパネルを備えた携帯情報端末は増加傾向にある。
特開２００６−４０２８９号公報

しかしながら、タッチパネルは、表示装置と分離した筐体を組み合わせる構成が多い。そのため、タッチパネルと表示装置とを一体化することによる小型化・薄型化の要求がある。特に、携帯情報端末においては、その性格上、小型化・薄型化の要求が非常に強い。

本発明は、上記に鑑みてなされたものであり、その課題とするところは、入力機能を備えた表示装置を提供することにある。

本発明に係る表示装置は、ガラス基板上に配置された複数の信号線と、信号線と交差するように絶縁層を介して配置された複数のセンサ線と、信号線に映像信号が入力されないブランキング期間にセンサ線にパルスを入力するセンサ線走査回路と、パルスにより信号線に誘起された応答波形を検出し、ガラス基板と物体との近接状態および物体の位置座標を算出する判定回路と、を有することを特徴とする。

本発明にあっては、信号線と交差するように絶縁膜を挟んでセンサ線を配置し、センサ線にパルスを入力する。これにより、信号線に電荷が誘起され応答波形が観測されるが、物体がガラス基板に近接したときは、誘起される電荷量が増大するので、この電荷量を検出することでガラス基板と物体との近接状態や物体の位置座標を算出することが可能となる。

上記表示装置において、アナログ信号を増幅するアナログアンプと、アナログアンプの入力端子に接続された第１のスイッチ素子と、アナログアンプの出力端子に接続された第２のスイッチ素子と、を有し、信号線に映像信号を入力するときは、入力端子に映像信号が入力されるように第１のスイッチ素子を切り替えるとともに、出力端子と信号線とが接続されるように第２のスイッチ素子を切り替え、センサ線にパルスを入力するときは、入力端子と信号線とが接続されるように第１のスイッチ素子を切り替えるとともに、出力端子と判定回路とが接続されるように第２のスイッチ素子を切り替えることを特徴とする。

本発明にあっては、アナログアンプの入力端子、出力端子の接続を切り替える第１，第２のスイッチを備えることにより、映像信号の増幅に用いるアナログアンプを応答波形の増幅に流用できる。

上記表示装置において、センサ線と信号線により構成されたキャパシタに光センサを接続したことを特徴とする。

本発明にあっては、物体がガラス基板に接触したか否かを検出するためのキャパシタに光センサを接続することにより、信号線に誘起される応答波形の電荷量を増大させることを可能とする。

上記表示装置において、センサ線は、信号線に平行して形成された部分を有することを特徴とする。

本発明にあっては、センサ線が信号線に平行する部分を有することにより、センサ線、信号線、物体で形成される結合容量を増大させることを可能とする。

上記表示装置において、ガラス基板に対向して配置された対向基板に複数の部分に分割して形成した対向電極を有し、信号線に映像信号を入力するときは、対向電極に対向電位を印加し、センサ線にパルスを入力するときは、対向電極をフローティングとすることを特徴とする。

本発明にあっては、対向電極を分割することにより、対向基板が表示面となる表示装置においても物体の近接状態を判断することが可能となる。

本発明によれば、入力機能を備えた表示装置を提供することができる。

以下、本発明の実施の形態について図面を用いて説明する。

［第１の実施の形態］
図１は、第１の実施の形態におけるタッチパネル機能を備えた液晶表示装置の構成を示すブロック図である。同図に示す液晶表示装置は、ガラス基板１０上に、信号線駆動回路１１、ゲート線走査回路１２、センサ線走査回路１３、および表示領域２を備える。表示領域２には、画素２０がマトリクス状に形成される。各画素２０には、信号線１１１、ゲート線１１２、センサ線１１３および補助容量線（図示せず）などが接続される。信号線駆動回路１１は、映像信号を信号線１１１に入力する。ゲート線走査回路１２は、映像信号を画素２０に書き込むためのパルスをゲート線１１２に順次入力する。センサ線走査回路１３は、映像信号を入力しない表示ブランキング期間に、ガラス基板１０に近接する物体の検出に用いるパルスをセンサ線１１３に順次入力する。センサ線１１３に入力されたパルスに対する応答波形が信号線１１１に観察される。判定回路１４は、信号線１１１で観測される応答波形を解析することで、物体とガラス基板１０との近接状態や物体の位置座標を求める。これにより、液晶表示装置によるタッチパネル動作が可能となる。

図２は、図１に示した液晶表示装置の画素２０の回路図である。図２に示す画素２０は、スイッチング素子２１、補助容量２２、液晶容量２３およびキャパシタ２４を備える。スイッチング素子２１のドレイン端子は信号線１１１に、ゲート端子はゲート線１１２に、ソース端子は補助容量２２および液晶容量２３に接続される。補助容量２２の別の端子は補助容量線１１４に接続される。センサ線１１３は、ゲート線１１２と平行に配置され、信号線１１１と交差する部分でキャパシタ２４を構成する。

映像表示動作のときは、ゲート線１１２にパルスが入力されてスイッチング素子２１がオンし、信号線１１１に入力された映像信号が液晶容量２３および補助容量２２に書き込まれる。

センサ動作は、映像表示動作後の表示ブランキング期間に行われる。センサ動作のときは、センサ線１１３にパルスが入力され、信号線１１１に容量カップリングにより電荷が誘起されて、応答波形（パルス）が観測される。回路を構成したガラス基板１０に指などの物体（誘電体）が接近あるいは接触したときは、センサ線１１３と信号線１１１との容量結合が増大する。その結果、キャパシタ２４に誘起される電荷量が増大し、信号線１１１で観測されるパルスの電圧値が大きくなる。したがって、そのパルスを解析することでガラス基板１０に近接した物体の位置を検出できる。

図３は、画素２０のレイアウトを示す平面図である。スイッチング素子２１のドレイン端子は、信号線１１１に接続され、ソース端子は画素電極３１に接続される。信号線１１１とセンサ線１１３とは絶縁層を挟んで交差して配置され、その交差部にキャパシタ２４が形成される。信号線１１１とセンサ線１１３とのカップリングを増大させるために、図３では、交差部においてセンサ線１１３の面積を大きくしている。

図４は、画素２０の別のレイアウトを示す平面図である。同図では、交差部においてセンサ線１１３が信号線１１１に平行して配線される部分を備えた。これにより、センサ線１１３，物体および信号線１１１間で形成される容量をさらに増大させることが可能である。このとき、物体の近接状態を判定するための検出信号の強度比率は、センサ線１１３、信号線１１１で形成される容量に対するセンサ線１１３，物体および信号線１１１で形成される容量の比率により決まるので、両配線の距離を適宜調整することで基準となる検出信号の強度を調整可能である。

図５は、ＣＯＧ（Chip On Glass）プロセスにより、ガラス基板１０上に形成した信号線駆動回路１１の構成を示すブロック図である。

信号線駆動回路１１には、デジタルの映像信号、制御信号が入力される。映像表示動作時、入力されたデジタル信号はサンプリングラッチ６１で順次ラッチされる。サンプリングラッチ６１でラッチされたデジタル信号は、ロードラッチ６２により同タイミングでラッチされ、Ｄ／Ａ変換回路６３により、アナログ信号に変換される。そして、アナログ信号に変換された映像信号は、アナログアンプ６４で増幅され、マルチプレクサ６６Ａ，６６Ｂを通じて信号線１１１へ出力される。一方、センサ動作時は、信号線１１１に誘起された応答波形をマルチプレクサ６６Ａ，６６Ｂを通じて別のアナログアンプ６５Ａ，６５Ｂで増幅し、信号出力選択回路６７からセンサ信号が出力される。このように、信号線駆動回路１１では、信号線１１１の入出力を制御するマルチプレクサ６６Ａ，６６Ｂにより、信号線１１１に映像信号を出力するとともに、信号線１１１に誘起された応答波形を入力する。

図６は、センサ動作時のタイミングチャートである。映像表示動作は、ＶＳＹＮＣがオンの表示期間に行われるのに対し、センサ動作は、ＶＳＹＮＣがオフであるブランキング期間に行われる。

映像表示動作時、映像信号は、ＨＳＹＮＣに合わせて、マルチプレクサを介して信号線１１１に入力される。

センサ動作時は、まず、マルチプレクサを全選択とし、マルチプレクサに接続された信号線１１１の全てをアナログアンプに接続する。続いて、信号線１１１に初期化信号を入力して信号線１１１の電位を初期化する。その後、センサ線１１３にパルスを順次入力して、信号線１１１に誘起された応答波形をマルチプレクサを介してアナログアンプにより増幅し、センサ信号として出力する。指をポインティングデバイスとして用いる場合、５ｍｍ程度の範囲の接触が検出できる分解能でよいので、センサ線１１３の何本かを一括してパルスを入力してもよい。一括してパルスを入力することで、検出感度、スキャンスピード、および消費電力の低減を実現できる。

次に、映像表示動作とセンサ動作においてアナログアンプを共用する構成について説明する。マルチプレクサで選択される信号線の数により検出電荷量やノイズに対するマージンが異なる。そのため、図５に示したように、映像信号の増幅と検出信号の増幅とで異なるアナログアンプを用いたほうがよい。しかし、アナログアンプを共有することで回路の面積を小さくすることができる。

図７に示す回路は、映像表示動作とセンサ動作においてアナログアンプを共用するための回路であり、アナログアンプ５１，マルチプレクサ５２およびスイッチ５３Ａ，５３Ｂを備える。マルチプレクサ５２には、信号線１１１、マルチプレクサアドレス信号線（６選択線、あるいは、３線（３Ｂｉｔ）アドレス線）が接続される。スイッチ５３Ａ，５３Ｂは、２極の連動スイッチで、スイッチ制御線により制御され、アナログアンプ５１の入力端子および出力端子の接続を切り替える。

映像表示動作時は、アナログアンプ５１の出力端子がマルチプレクサ５２に接続され、入力端子に映像信号が入力されるようにスイッチ５３Ａ，５３Ｂを切り替える。Ｄ／Ａ変換回路で変換された映像信号は、アナログアンプ５１を通じてマルチプレクサ５２に入力される。映像信号は、マルチプレクサ５２により順次接続された信号線１１１を通じて該当する画素２０に送られる。

一方、センサ動作時は、アナログアンプ５１の入力端子にマルチプレクサ５２を接続し、アナログアンプ５１の出力端子からセンサ信号が出力されるようにスイッチ５３Ａ，５３Ｂを切り替える。信号線１１１に誘起された応答波形は、マルチプレクサ５２を通じてアナログアンプ５１に入力され、センサ信号が出力される。マルチプレクサ５２は、順次走査で順番に信号線１１１を選択してもよいが、応答波形の強度（変化する電荷量）を強めるために、一括して信号線１１１をつなげると良い。

次に、信号線１１１の初期化について説明する。応答波形を検出する場合に、信号線１１１の電位をアナログアンプ５１が増幅可能な電位に初期設定する必要がある。初期設定しない場合は、最終行の映像信号が保持されており、初期電圧がまちまちで、応答波形が非常に大きくないと、バラバラな初期電圧およびノイズにより、適正な応答波形が得られない。そこで、設定電位を供給するプリチャージ線を設け、マルチプレクサ５２を通じて、各信号線１１１に初期設定の電位を供給する。このプリチャージ駆動は、映像書き込みの補助駆動方法としても利用されているので、その回路を流用することも可能である。あるいは、ゲート線１１２にパルスを入力せず、設定した映像信号でＤＡＣとアナログアンプ５１を動作させて信号線１１１に入力し、初期化する方法もある。駆動シーケンスの変更のみでプリチャージの信号（電圧レベル）を変更可能であり、容易に信号線１１１の初期化を実現できる。

図８にアナログアンプ５１の構成例を示す。同図に示すアナログアンプ５１は、直列に接続したキャパシタＣ、インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３を有する。また、各インバータＩＮＶ１，ＩＮＶ２，ＩＮＶ３の入力端子と接続端子を接続するスイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３、信号線１１１とインバータＩＮＶ３の出力端子を接続するスイッチＳＷ４、および信号線１１１とプリチャージ電源線１１５を接続するスイッチＳＷ５を有する。

まず、センサ動作の開始時に、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３を閉じてアナログアンプ５１を初期化する。同時に、スイッチＳＷ５を閉じて、信号線１１１、アナログアンプ５１の入力の電位をプリチャージ電源線１１５の電位で初期化する。続いて、スイッチＳＷ１，ＳＷ２，ＳＷ３，ＳＷ４を開いた後、スイッチＳＷ４を閉じて入力する信号を増幅する状態にして、信号線１１１からの応答波形を増幅し、センサ信号として出力する。

したがって、本実施の形態によれば、信号線１１１とセンサ線１１３とを絶縁層を挟んで配置し、センサ線１１３にパルスを入力することにより、ガラス基板１０に物体が接近または接触している場合には、信号線１１１に誘起される電荷量が増大するので、その電荷量の変化を検出することで物体がガラス基板１０に近接したことを判定することができる。

本実施の形態によれば、信号線１１１とセンサ線１１３との交差部において、センサ線１１３を信号線１１１に平行して配線される部分を備えることにより、センサ線１１３、物体、および信号線１１１間で形成される容量を増大させることができる。

本実施の形態によれば、アナログアンプ５１の入力端子と出力端子の接続を切り替えるスイッチ５３Ａ，５３Ｂを備えることにより、映像信号の増幅、応答波形の増幅に同一のアナログアンプ５１を用いることができるので、回路の面積を小さくすることが可能となる。

なお、本実施の形態においては、液晶表示装置について説明したが、有機発光ダイオードを用いた表示装置についても同様に適用可能である。

［第２の実施の形態］
図９は、第２の実施の形態における液晶表示装置の画素の回路図である。本実施の形態における液晶表示装置の基本的な構成は、第１の実施の形態における液晶表示装置の構成と同様であるが、キャパシタ２４に光センサ２５を接続した点で異なっている。

センサ線１１３に光センサ２５を接続することで、物体の接触の有無に応じて光センサに加わるバイアス電圧が制御される。物体がガラス基板１０に接触することにより、キャパシタ２４に誘起される電荷量は増大し、接続された光センサ２５の電位も増大する。電位が増大することにより、光センサ２５から流れる電荷量も増大する。その結果、信号線１１１に流れ込む電荷量も増大する。

図１０は、本実施の形態における液晶表示装置の画素のレイアウトを示す平面図である。同図に示すように、Ｐ層，Ｉ層，Ｎ層を形成してＰＩＮ型の光センサ２５を構成する。そして、光センサ２５をセンサ線１１３およびセンサ線１１３と同じ層に形成したキャパシタ２４に接続する。

図１１は、画素の別のレイアウトを示す平面図である。同図に示すレイアウトでは、信号線１１１に沿って光センサ２５を構成した。これにより、スペース効率が向上し、表示開口部のロスを最小限に抑えることが可能となる。図１２に、信号線１１１に沿って光センサ２５した画素のさらに別のレイアウトを示す。また、図４に示したように、センサ線１１３が信号線１１１を挟んで平行に配置された部分を有するとき、その平行に配置された部分の間に光センサ２５を構成する。これにより、ガラス基板１０の裏面から外光が入射する場合、信号線１１１により遮光されている光センサ２５の受光部分にも信号線１１１に平行に配置されたセンサ線１１３がライトガイドの役割となり、光が入射する。

したがって、本実施の形態によれば、キャパシタ２４に光センサ２５を接続することにより、物体がガラス基板１０に接近または接触した場合に、信号線１１１に誘起される電荷量を増大させることができる。

［第３の実施の形態］
第１，第２の実施の形態では、回路を形成したガラス基板１０が表示面側に配置されており、その表示面を物体が接触したときの応答波形を検出するものである。ところが、有機発光ダイオードや反射型液晶表示装置では、回路を形成したガラス基板１０とは別のガラス基板（対向基板）が表示面となる。

そこで、第３の実施の形態では、対向基板に配置された対向電極を信号線１１１方向に短冊状にパターンニングし、表示動作中は対向電極に対向電位を印加し、センサ動作中は対向電極をフローティングにする。これにより、センサ線１１３に入力されたパルスが対向電極に伝播し、対向電極に近接した物体とのカップリングにより、信号線１１１に伝播するカップリングのパルスが変調され、表示面に近接する物体の近接状態、位置座標を検出できる。

また、対向電極を島パターン（タイル構成）にして、パターンの一部、たとえば、角が隣接して接続されたパターンとすることで、接触する物体と容量形成したときのカップリング・パルスの分離性を高めることが可能となる。ここで、島パターン同士の接続は、表示特性へ影響を与えない程度の接続面積（接続抵抗）を確保する必要がある。

さらに、対向電極をゲート線１１２方向に短冊状にパターンニングし、その対向電極にパルスを入力しても、信号線１１１とのカップリングのパルスを検出することが可能である。短冊状に形成する対向電極は、位置検出の解像度と検出する信号強度の要求などから、画素ピッチの整数倍で適宜決定する。

したがって、本実施の形態によれば、対向電極を短冊状にパターンニングすることにより、対向基板が表示面となる表示装置においても物体の接触を判定することが可能となる。

第１の実施の形態における液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 上記液晶表示装置の画素の回路図である。 上記画素のレイアウトを示す平面図である。 上記画素の別のレイアウトを示す平面図である。 上記液晶表示装置の信号駆動回路の構成を示すブロック図である。 センサ動作時のタイミングチャートである。 映像表示動作とセンサ動作の両方でアナログアンプを共用する回路である。 アナログアンプの回路図である。 第２の実施の形態における液晶表示装置の画素の回路図である。 上記画素のレイアウトを示す平面図である。 上記画素の別のレイアウトを示す平面図である。 上記画素のさらに別のレイアウトを示す平面図である。

符号の説明

１０…ガラス基板
１１…信号線駆動回路
１２…ゲート線走査回路
１３…センサ線走査回路
１４…判定回路
１１１…信号線
１１２…ゲート線
１１３…センサ線
１１４…補助容量線
１１５…プリチャージ電源線
２…表示領域
２０…画素
２１…スイッチング素子
２２…補助容量
２３…液晶容量
２４…キャパシタ
２５…光センサ
３１…画素電極
５１…アナログアンプ
５２…マルチプレクサ
５３Ａ，５３Ｂ…スイッチ
６１…サンプリングラッチ
６２…ロードラッチ
６３…変換回路
６４…アナログアンプ
６５Ａ，６５Ｂ…アナログアンプ
６６Ａ，６６Ｂ…マルチプレクサ
６７…信号出力選択回路

Claims (5)

1. ガラス基板上に配置された複数の信号線と、
   前記信号線と交差するように絶縁層を介して配置された複数のセンサ線と、
   前記信号線に映像信号が入力されないブランキング期間に前記センサ線にパルスを入力するセンサ線走査回路と、
   前記パルスにより前記信号線に誘起された応答波形を検出し、前記ガラス基板と物体との近接状態および前記物体の位置座標を算出する判定回路と、
   を有することを特徴とする表示装置。
2. アナログ信号を増幅するアナログアンプと、
   前記アナログアンプの入力端子に接続された第１のスイッチ素子と、
   前記アナログアンプの出力端子に接続された第２のスイッチ素子と、を有し、
   前記信号線に前記映像信号を入力するときは、前記入力端子に前記映像信号が入力されるように第１のスイッチ素子を切り替えるとともに、前記出力端子と前記信号線とが接続されるように第２のスイッチ素子を切り替え、
   前記センサ線に前記パルスを入力するときは、前記入力端子と前記信号線とが接続されるように前記第１のスイッチ素子を切り替えるとともに、前記出力端子と前記判定回路とが接続されるように前記第２のスイッチ素子を切り替えることを特徴とする請求項１記載の表示装置。
3. 前記センサ線と前記信号線により構成されたキャパシタに光センサを接続したことを特徴とする請求項１又は２記載の表示装置。
4. 前記センサ線は、前記信号線に平行して形成された部分を有することを特徴とする請求項１乃至３のいずれかに記載の表示装置。
5. 前記ガラス基板に対向して配置された対向基板に複数の部分に分割して形成した対向電極を有し、
   前記信号線に前記映像信号を入力するときは、前記対向電極に対向電位を印加し、前記センサ線に前記パルスを入力するときは、前記対向電極をフローティングとすることを特徴とする請求項１乃至４のいずれかに記載の表示装置。

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