JP2012168571A - 容量変化検出回路、及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】液晶容量の変化の検出感度を向上させることができる容量変化検出回路を提供する。
【解決手段】静電容量の変化を検出する容量変化検出回路であって、一方の電極が電圧供給線に接続された第１の可変容量と、前記第１の可変容量の他方の電極に直列に接続された第２の可変容量と、前記第２の可変容量の前記第１の可変容量とは他方の電極に接続され、前記第１の可変容量、及び前記第２の可変容量の容量値に応じた電気信号を出力するスイッチング素子とを備える。
【選択図】図２

Description

本発明は、容量変化検出回路、及び表示装置に関する。

表示装置において、画面上に指先やペンなどで文字及び絵を書いたり、アイコンを実行させてコンピュータなどの機械に必要な命令を実行させる装置として、タッチパネルがある。タッチパネルを備える表示装置は、使用者の指先やペンなどが画面に触れた否か、又触れた位置情報を検出することができる。しかし、このような表示装置は、タッチパネルによるコスト上昇、タッチパネルを表示面上に付加する事による表示の輝度低下やコントラストの低下、製品の厚さ増加などの問題点がある。

このような問題を解決するために、表示装置において、タッチパネルのかわりに使用者の指先などが画面に触れているか否か、又接触の位置情報を検出する技術があるが、その中で、使用環境に依らず、確実に検出するための技術として、接触に伴う圧力によって生じるセル内の容量変化を検出する技術がある。

セル内の容量変化を検出するために、たとえば、液晶表示装置においては、対向基板側の電極と、ＴＦＴ基板側の電極間距離の変化、すなわち、液晶容量変化を検出することができる。

液晶容量変化を精度良く検出するために、従来の容量変化検出回路として、対向基板側の電極とＴＦＴ基板の電極との電極間距離を小さくするために、対向基板にサブフォトスペーサ（突起物）を設けた技術がある。この技術は、液晶容量の変化の検出感度を上げるために、サブフォトスペーサを設けている（例えば、特許文献１参照）。

特開平９−８０４６７号公報 特開２００６−４０２８９号公報

しかしながら、従来の容量変化検出回路では、液晶容量の変化の検出感度を上げるためには、僅かな圧力で大きく容量を変化させるために、液晶容量を僅かな間隙で構成する必要があり、プロセス上その制御が困難であった。また、プロセス理由で間隙の大きさに制約があった場合、それは回路定数の制限となり、回路の最適化も困難であった。さらに、その容量検出のためのサブフォトスペーサのためのプロセスが追加で必要となり、コストアップにつながっていた。そこで、本発明は、上記問題に鑑みてなされた。すなわち、プロセスの追加なしで液晶容量の変化の検出感度を容易に向上させることができる容量変化検出回路、及び液晶表示装置を提供することを目的とする。

上記の目的を達成するために、本発明に係る容量変化検出回路は、セル内の容量の変化を検出する容量変化検出回路であって、一方の電極が電圧供給線に接続された第１の可変容量と、前記第１の可変容量の他方の電極に直列に接続された第２の可変容量と、前記第２の可変容量の前記第１の可変容量とは他方の電極に接続され、前記第１の可変容量、及び前記第２の可変容量の容量値に応じた電気信号を出力するスイッチング素子とを備えることを特徴とする。

上記構成により、可変容量を直列に接続したため、液晶容量の変化の検出感度を容易に向上させることができる容量変化検出回路を提供することができる。

本発明に係る容量変化検出回路において、第１の基板とそれに対向する第２の基板とを備え、前記第１の基板は、共通電極を備え、前記第２の基板は、第１の電極と第２の電極とを備え、前記第１の電極と前記共通電極とで第１の可変容量が形成され、前記第２の電極と前記共通電極とで第２の可変容量が形成される。

上記の目的を達成するために、本発明に係る表示装置は、複数の画素回路と１以上の容量変化検出回路とを備えた表示装置であって、前記容量変化検出回路は、一方の電極が電圧供給線に接続された第１の可変容量と、前記第１の可変容量の他方の電極に直列に接続された第２の可変容量と、前記第２の可変容量の前記第１の可変容量とは他方の電極に接続され、前記第１の可変容量、及び前記第２の可変容量の容量値に応じた電気信号を出力するスイッチング素子とを備えることを特徴とする。

上記構成により、可変容量を直列に接続したため、液晶容量の変化の検出感度を容易に向上させることができる表示装置を提供することができる。

本発明に係る表示装置において、第１の基板とそれに対向する第２の基板とを備え、前記第１の基板は、共通電極を備え、前記第２の基板は、第１の電極と第２の電極とを備え、前記第１の電極と前記共通電極とで第１の可変容量が形成され、前記第２の電極と前記共通電極とで第２の可変容量が形成されることが好ましい。

本発明に係る表示装置において、前記第１の基板は、さらに、突起部を形成し、前記突起部の上に、共通電極を備え、前記第２の基板は、第１の電極と第２の電極とを備え、前記第１の電極と前記共通電極とで第１の可変容量が形成され、前記第２の電極と前記共通電極とで第２の可変容量が形成されることが好ましい。

本発明によれば、可変容量を直列に接続したため、液晶容量の変化の検出感度を向上させることができる容量変化検出回路、及び液晶表示装置を提供することができる。

容量変化検出回路を含む液晶表示装置を示すブロック図 本発明に係る容量変化検出回路を示す回路図 本発明に係る容量変化検出回路の構造を示す断面図 本発明に係る容量変化検出回路の構成を示す平面図 例１の容量変化検出回路を示す回路図 例１の容量変化検出回路の構造を示す断面図 例２の容量変化検出回路を示す回路図 例２の容量変化検出回路の構造を示す断面図 サブフォトスペーサを備えた本発明に係る容量変化検出回路の構造を示す断面図

［実施形態］
以下、本発明の実施の形態に係る容量変化検出回路を含む液晶表示装置について図面に従って詳細に説明する。

図１は、本発明の実施の形態に係る容量変化検出回路を含む液晶表示装置１００の構成を示すブロック図である。液晶表示装置１００はタッチセンサ機能付きの液晶表示装置である。図１において、液晶表示装置１００は、液晶パネル１１０、表示制御回路１２０、走査信号線駆動回路１３０、データ信号線駆動回路１４０、センサ制御回路１５０、及びセンサ出力処理回路１６０を備える。容量変化検出回路１０は、画素回路２０と共に液晶パネル１１０上に形成され、液晶パネル１１０の表面が押されたときの静電容量の変化を検出する。

液晶パネル１１０は、２枚の樹脂基板の間に液晶物質を挟み込んだ構造を有する。液晶パネル１１０には、互いに平行な複数の走査信号線Ｇｉと、走査信号線Ｇｉと直交する互いに平行な複数のデータ信号線Ｓｊとが設けられる。走査信号線Ｇｉとデータ信号線Ｓｊの各交点の近傍には、画素回路２０が設けられる。走査信号線Ｇｉは同じ行に配置された画素回路２０に接続され、データ信号線Ｓｊは同じ列に配置された画素回路２０に接続される。画素回路２０のそれぞれに対応して、容量変化検出回路１０が設けられる。なお、画素回路２０に対して、容量変化検出回路１０は１対１に対応していなくてもよい。液晶パネル１１０には、容量変化検出回路１０の出力を選択するセンサ出力選択回路１７０も設けられる。

画素回路２０は、ＴＦＴ２１、液晶容量２２、及び補助容量２３を含んでいる。ＴＦＴ２１は、例えば、Ｎチャンネル型ＭＯＳトランジスタである。ＴＦＴ２１のゲート電極は１本の走査信号線Ｇｉに接続され、ソース電極は１本のデータ信号線Ｓｊに接続され、ドレイン電極は液晶容量２２と補助容量２３の一方の電極に接続される。液晶容量２２と補助容量２３の他方の電極は、共通電圧Ｖｃｏｍを印加した電圧供給線（図示せず）に接続される。

表示制御回路１２０、走査信号線駆動回路１３０、データ信号線駆動回路１４０、及びセンサ制御回路１５０は、液晶パネル１１０の制御回路である。表示制御回路１２０は、走査信号線駆動回路１３０に対して制御信号Ｃ１を出力し、データ信号線駆動回路１４０に対して制御信号Ｃ２と映像信号ＤＴを出力する。また、表示制御回路１２０は、センサ制御回路１５０に対して制御信号Ｃ３を出力し、液晶パネル１１０の容量変化検出回路１０に対して制御電圧ＶＳＥＬを供給する。

走査信号線駆動回路１３０は、制御信号Ｃ１に従い複数の走査信号線Ｇｉの中から１本の走査信号線を選択し、選択した走査信号線にゲートオン電圧（ＴＦＴがオン状態になる電圧）を印加する。データ信号線駆動回路１４０は、制御信号Ｃ２に従い、映像信号ＤＴに応じた電圧をデータ信号線Ｓｊに印加する。これにより、１行分の画素回路２０を選択し、選択した画素回路に対して映像信号ＤＴに応じた電圧を書き込み、所望の画像を表示することができる。

センサ制御回路１５０は、制御信号Ｃ３に従いセンサ出力選択回路１７０を制御する。センサ出力選択回路１７０は、センサ制御回路１５０からの制御に従い、複数の容量変化検出回路１０の出力信号の中から１以上の信号を選択し、選択した信号を液晶パネル１１０の外部に出力する。センサ出力処理回路１６０は、液晶パネル１１０から出力された信号に基づき、表示画面内の接触位置を示す位置データＤＰを求める。

図２は、本発明の実施形態に係る容量変化検出回路１０の回路図である。図２に示すように、容量変化検出回路１０は、一方の電極が電圧供給線に接続された第１の可変容量ＣＬＣと、第１の可変容量ＣＬＣの他方の電極に直列に接続された第２の可変容量ＣＬＣと、第２の可変容量ＣＬＣの第１の可変容量ＣＬＣとは他方の電極に接続され、第１の可変容量ＣＬＣ、及び第２の可変容量ＣＬＣの容量値に応じた電気信号を出力するＴＦＴＭ１とを含んでいる。ＴＦＴＭ１は、可変容量ＣＬＣの容量値に応じた電気信号を出力するスイッチング素子として機能する。本発明の実施形態に係る容量変化検出回路１０は、図３、及び図４に示すように、対向基板３０とそれに対向するアクティブマトリックス基板３１とを備え、対向基板３０は、共通電極３２を備える。アクティブマトリックス基板３１は、第１の電極３３と第２の電極３４とを備える。第１の電極３３が第１の可変容量ＣＬＣの一方の電極に接続され、共通電極３２が第１の可変容量ＣＬＣの他方の電極に接続されると共に、第２の可変容量ＣＬＣの一方の電極に接続され、第２の電極３４が第２の可変容量ＣＬＣの他方の電極に接続され、第１の電極３３、及び第２の電極３４は共通電極３２に対向して配置され、第１の可変容量ＣＬＣ１と第２の可変容量ＣＬＣ２とは直列に接続される。ＣＬＣの容量は電極間の距離に応じて変化する。対向基板３０の押圧により、電極間の距離が変化すると、ＣＬＣの容量が変化する。ＶＳＥＬがハイレベル（オン）になると、ＴＦＴＭ１が導通状態となり、ＶＩＮＴの電位に応じた出力信号が配線ＯＵＴに出力される。本発明の実施形態に係る容量変化検出回路１０でのＴＦＴＭ１による可変容量ＣＬＣの容量値に応じた出力電圧ＶＩＮＴの値は次の（式１）によって算出される。

ＶＩＮＴ＝ΔＶＳＥＬ＊０．５＊ＣＬＣ／（０．５＊ＣＬＣ＋ＣＴＦＴ） （式１）

図５は、従来例１の容量変化検出回路１１の回路図である。図５に示すように、容量変化検出回路１１は、可変容量ＣＬＣ、ＴＦＴＭ１を含んでいる。可変容量ＣＬＣの一方の電極は共通電圧Ｖｃｏｍを印加した電圧供給線に接続され、他方の電極はＴＦＴＭ１のゲート電極に接続される。ＴＦＴＭ１は、可変容量ＣＬＣの容量値に応じた電気信号を出力する検出用トランジスタとして機能する。従来例１の容量変化検出回路１１には、図６に示すように、サブフォトスペーサ３０が設けられる。従来例１の容量変化検出回路１１でのＴＦＴＭ１による可変容量ＣＬＣの容量値に応じた出力電圧ＶＩＮＴの値は次の（式２）によって算出される。

ＶＩＮＴ＝ΔＶｃｏｍ＊ＣＬＣ／（ＣＬＣ＋ＣＴＦＴ） （式２）

図７は、従来例２の容量変化検出回路１２の回路図である。図７に示すように、容量変化検出回路１２は、可変容量ＣＬＣ、参照容量ＣＲＥＦ、ＴＦＴＭ１を含んでいる。可変容量ＣＬＣの一方の電極は共通電圧Ｖｃｏｍの電圧供給線に接続され、他方の電極はＴＦＴＭ１のゲート電極、参照容量ＣＲＥＦに接続される。参照容量ＣＲＥＦの他方の電極は、ＶＳＥＬの電圧供給線に接続される。ＴＦＴＭ１は、可変容量ＣＬＣの容量値に応じた電気信号を出力する検出用トランジスタとして機能する。従来例２の容量変化検出回路１２には、図８に示すように、サブフォトスペーサ３０が設けられる。従来例２の容量変化検出回路１２でのＴＦＴＭ１による可変容量ＣＬＣの容量値に応じた出力電圧ＶＩＮＴの値は次の（式３）によって算出される。

ＶＩＮＴ＝ΔＶＳＥＬ＊ＣＲＥＦ／（ＣＲＥＦ＋ＣＬＣ＋ＣＴＦＴ） （式３）
上記したように、従来例１の容量変化検出回路１１では、Ｖｃｏｍの電圧レベルは表示ディスプレイの仕様で制限されて小さい。そのため、（式２）において、実際にはＣＴＦＴが大きいため、十分な容量変化を検出するためにはＣＬＣを大きくする必要があり、サブフォトスペーサ３０を設ける必要がある。また、従来例２の容量変化検出回路１２では、（式３）において、変数ＣＬＣは分母にしかないため、ＶＩＮＴの変化が小さく、容量変化の検出感度が低く、更にサブフォトスペーサ３０を設ける必要がある。一方、本発明の実施形態に係る容量変化検出回路１０では、（式１）において、変数ＣＬＣは分母、及び分子にあるため、ＶＩＮＴの変化が大きく、容量変化の検出感度が高い。そのため、更にサブフォトスペーサを設ける必要がない。

以上説明したように、本発明によれば、可変容量を直列に接続したため、サブフォトスペーサを設けることなく、液晶容量の変化の検出感度を容易に向上させることができる容量変化検出回路、及び表示装置を提供することができる。また、ＶＳＥＬは自由に設計できる。更に、ＶＳＥＬがオンしたときのみ読み出すため、ソースラインの共有が可能となる。

なお、図９に示すように、対向基板３０上に突起部であるサブフォトスペーサ３５が設けられる構成としてもよい。すなわち、容量変化検出回路１０は、対向基板３０とそれに対向するアクティブマトリックス基板３１とを備える。対向基板３０には、サブフォトスペーサ３５が形成され、当該サブフォトスペーサ３５の上に、共通電極３２を備える。アクティブマトリックス基板３１は、サブフォトスペーサ３５を形成した対向基板３０に対向する位置に配置され、第１の電極３３と第２の電極３４とを備える。第１の電極３３が第１の可変容量ＣＬＣの一方の電極に接続され、共通電極３２が第１の可変容量ＣＬＣの他方の電極に接続される。第２の可変容量ＣＬＣの一方の電極に接続され、第２の電極３４が第２の可変容量ＣＬＣの他方の電極に接続される。第１の電極３３、及び第２の電極３４は共通電極３２に対向して配置され、第１の可変容量ＣＬＣ１と第２の可変容量ＣＬＣ２とは直列に接続される。ＣＬＣの容量は電極間の距離に応じて変化する。対向基板３０の押圧により、電極間の距離が変化すると、ＣＬＣの容量が変化する。ＶＳＥＬがハイレベル（オン）になると、ＴＦＴＭ１が導通状態となり、ＶＩＮＴの電位に応じた出力信号が配線ＯＵＴに出力される。これにより、従来のサブフォトスペーサの構成にくらべてより高感度化が可能であり、さらに、設計事項による回路上数の最適化も可能になる。

なお、本発明は、液晶表示装置以外の表示装置にも適用可能である。また、タッチセンサ単体の装置としても適用可能である。

上記実施形態で説明した構成は、単に具体例を示すものであり、本発明の技術的範囲を制限するものではない。本発明の効果を奏する範囲において、任意の構成を採用することが可能である。

１０ 本発明の実施形態に係る容量変化検出回路
１１ 従来例１の容量変化検出回路
１２ 従来例２の容量変化検出回路
２０ 画素回路
２１ ＴＦＴ
２２ 液晶容量
２３ 補助容量
３０ 対向基板
３１ アクティブマトリックス基板
３２ 共通電極
３３ 第１の電極
３４ 第２の電極
３５ サブフォトスペーサ
１００ 液晶表示装置
１１０ 液晶パネル
１２０ 表示制御回路
１３０ 走査信号線駆動回路
１４０ データ信号線駆動回路
１５０ センサ制御回路
１６０ センサ出力処理回路
１７０ センサ出力選択回路

Claims (5)

1. セル内の容量の変化を検出する容量変化検出回路であって、
   一方の電極が電圧供給線に接続された第１の可変容量と、
   前記第１の可変容量の他方の電極に直列に接続された第２の可変容量と、
   前記第２の可変容量の前記第１の可変容量とは他方の電極に接続され、前記第１の可変容量、及び前記第２の可変容量の容量値に応じた電気信号を出力するスイッチング素子とを備えることを特徴とする、容量変化検出回路。
2. 第１の基板とそれに対向する第２の基板とを備え、
   前記第１の基板は、共通電極を備え、
   前記第２の基板は、第１の電極と第２の電極とを備え、
   前記第１の電極と前記共通電極とで第１の可変容量が形成され、前記第２の電極と前記共通電極とで第２の可変容量が形成される、請求項１に記載の容量変化検出回路。
3. 第１の基板側の電極と第２の基板側の電極との間の距離の変化を検出することによって、表示画面内の接触位置を検出できる表示装置であって、
   複数の画素回路と１以上の容量変化検出回路とアクティブマトリックス基板とを備え、
   前記容量変化検出回路は、
   一方の電極が電圧供給線に接続された第１の可変容量と、
   前記第１の可変容量の他方の電極に直列に接続された第２の可変容量と、
   前記第２の可変容量の前記第１の可変容量とは他方の電極に接続され、前記第１の可変容量、及び前記第２の可変容量の容量値に応じた電気信号を出力するスイッチング素子とを備えることを特徴とする、表示装置。
4. 前記第１の基板は、共通電極を備え、
   前記第２の基板は、第１の電極と第２の電極とを備え、
   前記第１の電極と前記共通電極とで第１の可変容量が形成され、前記第２の電極と前記共通電極とで第２の可変容量が形成される、請求項３に記載の表示装置。
5. 前記第１の基板は、さらに、突起部を形成し、
   前記突起部の上に、共通電極を備え、
   前記第２の基板は、第１の電極と第２の電極とを備え、
   前記第１の電極と前記共通電極とで第１の可変容量が形成され、前記第２の電極と前記共通電極とで第２の可変容量が形成される、請求項４に記載の表示装置。

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