JP2013015329A - センサモジュール及び表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】 サイズの小型化を図ることができる、動作の安定性に優れたセンサモジュール及びセンサモジュールを備えた表示装置を提供する。
【解決手段】 センサモジュールは、第１センサ回路１と、第２センサ回路２と、差分回路２０と、を備える。第１センサ回路１は、第１検知電極ＤＥ１と、薄膜トランジスタで形成された第１アンプＡＭＰ１と、第１カップリング容量Ｃｃｐ１と、を有する。第２センサ回路２は、第２検知電極ＤＥ２と、薄膜トランジスタで形成された第２アンプＡＭＰ２と、第２カップリング容量Ｃｃｐ２と、を有する。差分回路２０は、第１アンプＡＭＰ１のドレイン電極及び第２アンプＡＭＰ２のドレイン電極に接続されている。
【選択図】図１

Description

本発明の実施形態は、センサモジュール及びセンサモジュールを備えた表示装置に関する。

近年、指接触位置検出のための平型のセンサモジュール、いわゆるタッチパネルが、ＯＡ機器を初め多くの家電製品に応用されている。このようなタッチパネル機能を具備した電子機器では、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などの表示装置に、別途タッチパネル基板を貼り合わせることでタッチパネル機能を付加することが検討されている。

抵抗式のタッチパネルは、マトリクス状に配置された配線の各交点に機械的なスイッチを配置し、各アドレス線に順次パルス電圧を印加し、随時信号線の電位変化を測定し、信号処理することで、指にて接触（押圧）される個所の位置情報を抽出することができる。また、静電容量式のタッチパネルは、検知電極と指との間の静電容量の変化を取り出すことで、入力手段にて接触される個所の位置情報を抽出することができる。

特開２００９−３４１４号公報

上記のように、機械的なスイッチで構成される抵抗式のタッチパネルでは、入力面を変形（信号線の電位を変化）させるための力が必要、感度が低い、また塑性変形による接触不良が生じ易い、といった問題があった。一方、静電容量式のタッチパネルでは、静電容量を測定するため、広い面積の検知電極を用いる必要があり、正確な入力位置座標を得ることが困難であった。このため、検知電極における静電容量の変化をアンプで個別に増幅し、信号を取り出す方法が検討されている。しかしながら、この場合、タッチパネルは、検知電極への外来ノイズにより、接触動作と誤認し、動作が不安定となることがあった。

この発明は以上の点に鑑みなされたもので、その目的は、サイズの小型化を図ることができる、動作の安定性に優れたセンサモジュール及びセンサモジュールを備えた表示装置を提供することにある。

一実施形態に係るセンサモジュールは、
第１プリチャージ電圧が与えられた後に入力手段による入力動作に応じて検知容量が変化する第１検知電極と、前記第１検知電極に接続されたゲート電極を含む薄膜トランジスタで形成され、前記第１検知電極における前記第１プリチャージ電圧の減衰量に応じてソース電極に与えられる第１カップリング信号を調整してドレイン電極から出力する第１アンプと、前記第１アンプのソース電極及びゲート電極間に接続された第１カップリング容量と、を有した第１センサ回路と、
第２プリチャージ電圧が与えられた後に入力手段による入力動作に応じて検知容量が変化する第２検知電極と、前記第２検知電極に接続されたゲート電極を含む薄膜トランジスタで形成され、前記第２検知電極における前記第２プリチャージ電圧の減衰量に応じてソース電極に与えられる第２カップリング信号を調整してドレイン電極から出力する第２アンプと、前記第２アンプのソース電極及びゲート電極間に接続された第２カップリング容量と、を有した第２センサ回路と、
前記第１アンプのドレイン電極及び前記第２アンプのドレイン電極に接続された差分回路と、を備えている。

また、一実施形態に係る表示装置は、
複数の配線と、複数の画素と、を有したアレイ基板を備えた表示パネルと、
上記センサモジュールと、を備えている。

図１は、第１の実施形態に係るセンサモジュールの一部を示す回路図である。 図２は、図１に示したセンサモジュールの動作を説明するための図であり、センサモジュールの動作に関係する信号（電圧、電流）の変化を示すタイミングチャートである。 図３は、上記センサモジュールにおける、電圧（Ｖｇ１、Ｖｇ２）に対する電流（ｉａｍｐ１、ｉａｍｐ２）の変化をグラフで示した図である。 図４は、外来ノイズが発生した状態の上記センサモジュールの一部を示す回路図である。 図５は、図４に示したセンサモジュールの動作を説明するための図であり、センサモジュールの動作に関係する信号（電圧、電流）の変化を示すタイミングチャートである。 図６は、第２の実施形態に係る液晶表示装置の一部を示す回路図である。 図７は、上記第２の実施形態に係る第１積分回路を示す回路図である。 図８は、上記第２の実施形態に係る第２積分回路を示す回路図である。 図９は、上記第２の実施形態に係る差分回路を示す回路図である。 図１０は、第３の実施形態に係る液晶表示装置の一部を示す回路図である。

以下、図面を参照しながら第１の実施形態に係るセンサモジュールについて詳細に説明する。
図１に示すように、センサモジュールは、第１センサ回路１と、第２センサ回路２と、第１積分回路１１と、第２積分回路１２と、これらセンサ回路の出力の差分を出力する差分回路２０と、を備えている。第１検知電極ＤＥ１（第１センサ回路１）及び第２検知電極ＤＥ２（第２センサ回路２）は、指や導体などの入力手段３０の接触幅に比べ、十分短い距離で配置されている。すなわち、第１検知電極ＤＥ１及び第２検知電極ＤＥ２は、入力手段３０による入力動作に応じて検知容量がともに変化するものである。

第１センサ回路１は、第１検知電極ＤＥ１と、第１アンプＡＭＰ１と、第１カップリング容量Ｃｃｐ１と、第１プリチャージ制御スイッチＳＷ１１と、第１出力スイッチＳＷ１２と、を有している。また、第１センサ回路１には、寄生容量Ｃｐｒ１が形成される。

図１及び図２に示すように、第１検知電極ＤＥ１は、第１プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ１が与えられた後に入力手段３０による入力動作に応じて検知容量が変化する。第１アンプＡＭＰ１は、第１検知電極ＤＥ１に接続されたゲート電極を含むＰ型のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）で形成されている。第１アンプＡＭＰ１は、第１検知電極ＤＥ１における第１プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ１の減衰量に応じてソース電極に与えられる第１カップリング信号Ｖｓ１（カップリング電圧Ｖｃｐ３）を調整してドレイン電極から出力する。ここでは、第１プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ１は負の値である。第１プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ１の減衰量とは、電圧レベルが負の値から０Ｖ側に浅くなる量である。

第１カップリング容量Ｃｃｐ１は、第１アンプＡＭＰ１のソース電極及びゲート電極間に接続されている。第１プリチャージ制御スイッチＳＷ１１は、第１検知電極ＤＥ１に接続され、第１プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ１を第１検知電極ＤＥ１に出力する導通状態又は非導通状態に切替えられる。

第１出力スイッチＳＷ１２は、第１アンプＡＭＰ１のドレイン電極及び差分回路２０間に接続されている。第１出力スイッチＳＷ１２は、調整された第１カップリング信号Ｖｓ１（カップリング電圧Ｖｃｐ３）を第１積分回路１１（差分回路２０）に出力する導通状態又は非導通状態に切替えられる。言い換えると、第１出力スイッチＳＷ１２は、調整された第１カップリング信号Ｖｓ１（カップリング電圧Ｖｃｐ３）に対応した第１アンプＡＭＰ１を流れる第１アンプ電流ｉａｍｐ１を第１積分回路１１に出力する導通状態又は非導通状態に切替えられる。

第１アンプＡＭＰ１のソース電極には、第１プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ１が与えられる際にカップリング電圧Ｖｃｐ３（基準電圧）より負側に遷移した電圧レベルのカップリング電圧Ｖｃｐ１に設定され、かつ第１プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ１が与えられた後にカップリング電圧Ｖｃｐ３（基準電圧）に設定された第１カップリング信号Ｖｓ１が与えられる。

第２センサ回路２は、第２検知電極ＤＥ２と、第２アンプＡＭＰ２と、第２カップリング容量Ｃｃｐ２と、第２プリチャージ制御スイッチＳＷ２１と、第２出力スイッチＳＷ２２と、を有している。また、第２センサ回路２には、寄生容量Ｃｐｒ２が形成される。

第２検知電極ＤＥ２は、第２プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ２が与えられた後に入力手段３０による入力動作に応じて検知容量が変化する。第２アンプＡＭＰ２は、第２検知電極ＤＥ２に接続されたゲート電極を含むＰ型のＴＦＴで形成されている。第２アンプＡＭＰ２は、第２検知電極ＤＥ２における第２プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ２の減衰量に応じてソース電極に与えられる第２カップリング信号Ｖｓ２（カップリング電圧Ｖｃｐ３）を調整してドレイン電極から出力する。ここでは、第２プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ２は正の値である。第２プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ２の減衰量とは、電圧レベルが正の値から０Ｖ側に浅くなる量である。

第２カップリング容量Ｃｃｐ２は、第２アンプＡＭＰ２のソース電極及びゲート電極間に接続されている。第２プリチャージ制御スイッチＳＷ２１は、第２検知電極ＤＥ２に接続され、第２プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ２を第２検知電極ＤＥ２に出力する導通状態又は非導通状態に切替えられる。

第２出力スイッチＳＷ２２は、第２アンプＡＭＰ２のドレイン電極及び差分回路２０間に接続されている。第２出力スイッチＳＷ２２は、調整された第２カップリング信号Ｖｓ２（カップリング電圧Ｖｃｐ３）を第２積分回路１２（差分回路２０）に出力する導通状態又は非導通状態に切替えられる。言い換えると、第２出力スイッチＳＷ２２は、調整された第２カップリング信号Ｖｓ２（カップリング電圧Ｖｃｐ３）に対応した第２アンプＡＭＰ２を流れる第２アンプ電流ｉａｍｐ２を第２積分回路１２に出力する導通状態又は非導通状態に切替えられる。

第２アンプＡＭＰ２のソース電極には、第２プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ２が与えられる際にカップリング電圧Ｖｃｐ３（基準電圧）より正側に遷移した電圧レベルのカップリング電圧Ｖｃｐ２に設定され、かつ第２プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ２が与えられた後にカップリング電圧Ｖｃｐ３（基準電圧）に設定された第２カップリング信号Ｖｓ２が与えられる。

ここで、カップリング電圧Ｖｃｐ３（基準電圧）より負側に遷移した電圧レベルとカップリング電圧Ｖｃｐ３との差の絶対値（｜Ｖｃｐ１−Ｖｃｐ３｜）と、カップリング電圧Ｖｃｐ３（基準電圧）より正側に遷移した電圧レベルとカップリング電圧Ｖｃｐ３との差の絶対値（｜Ｖｃｐ２−Ｖｃｐ３｜）と、は、同一の値である。

第１積分回路１１（電流積分回路）は、第１アンプＡＭＰ１のドレイン電極及び差分回路２０間に接続されている。第１積分回路１１は、第１センサ回路１の出力である第１アンプ電流ｉａｍｐ１を電流積分し第１積分電圧Ｖｏｕｔ１として差分回路２０に出力する。

第２積分回路１２（電流積分回路）は、第２アンプＡＭＰ２のドレイン電極及び差分回路２０間に接続されている。第２積分回路１２は、第２センサ回路２の出力である第２アンプ電流ｉａｍｐ２を電流積分し第２積分電圧Ｖｏｕｔ２として差分回路２０に出力する。
差分回路２０は、第１積分電圧Ｖｏｕｔ１及び第２積分電圧Ｖｏｕｔ２の差分をとった結果の出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。

次に、上記センサモジュールの一層詳しい構成を、その動作と併せて説明する。
第１センサ回路１において、検知容量（静電結合容量）Ｃｆ１は、入力手段３０が絶縁体を挟んで第１検知電極ＤＥ１に近接することにより、形成される。検知容量Ｃｆ１及び寄生容量Ｃｐｒ１は、第１アンプＡＭＰ１のゲート電極とグランドの間に発生する。

第１アンプＡＭＰ１のソース電極には第１カップリング信号Ｖｓ１が与えられる。第１アンプＡＭＰ１のゲート電極には、第１プリチャージ制御スイッチＳＷ１１がオン状態となるタイミングｔ１及びタイミングｔ２の間の期間に、第１ゲート信号Ｖｇ１（第１プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ１）が与えられる。

タイミングｔ２で、第１プリチャージ制御スイッチＳＷ１１がオフ状態に切替えられると、第１カップリング信号Ｖｓ１の電圧レベルを、カップリング電圧Ｖｃｐ１からカップリング電圧Ｖｃｐ３に変化させる（Ｖｃｐ３＝Ｖｃｐ１＋ΔＶｓ）。入力手段３０による入力（接触）が無い場合、第１ゲート信号Ｖｇ１の変化量ΔＶｇは、次の式１で示す値となる。

ΔＶｇ＝ΔＶｓ・（１／Ｃｐｒ／（１／Ｃｃｐ＋１／Ｃｐｒ）） …式１
この際、Ｃｐｒ＝Ｃｐｒ１、Ｃｃｐ＝Ｃｃｐ１である。

一方、第２センサ回路２において、検知容量（静電結合容量）Ｃｆ２は、入力手段３０が絶縁体を挟んで第２検知電極ＤＥ２に近接することにより、形成される。検知容量Ｃｆ２及び寄生容量Ｃｐｒ２は、第２アンプＡＭＰ２のゲート電極とグランドの間に発生する。

第２アンプＡＭＰ２のソース電極には第２カップリング信号Ｖｓ２が与えられる。第２アンプＡＭＰ２のゲート電極には、第２プリチャージ制御スイッチＳＷ２１がオン状態となるタイミングｔ１及びタイミングｔ２の間の期間に、第２ゲート信号Ｖｇ２（第２プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ２）が与えられる。

タイミングｔ２で、第２プリチャージ制御スイッチＳＷ２１がオフ状態に切替えられると、第２カップリング信号Ｖｓ２の電圧レベルを、カップリング電圧Ｖｃｐ２からカップリング電圧Ｖｃｐ３に変化させる（Ｖｃｐ３＝Ｖｃｐ２−ΔＶｓ）。入力手段３０による入力（接触）がない場合、第２ゲート信号Ｖｇ２の変化量ΔＶｇは、上記式１で示す値となる。この際、Ｃｐｒ＝Ｃｐｒ１、Ｃｃｐ＝Ｃｃｐ１である。

ここで、入力手段３０による入力（接触）がない場合における、タイミングｔ１での第１プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ１及び第２プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ２を、それぞれ次の式２、式３で示す値とする。

Ｖｐｒｃ１＝Ｖｐｒｃ３−ΔＶｓ・（１／Ｃｐｒ／（１／Ｃｃｐ＋１／Ｃｐｒ）） …式２
Ｖｐｒｃ２＝Ｖｐｒｃ３＋ΔＶｓ・（１／Ｃｐｒ／（１／Ｃｃｐ＋１／Ｃｐｒ）） …式３
入力手段３０による入力（接触）がない場合は、タイミングｔ２で、Ｖｇ１＝Ｖｇ２＝Ｖｐｒｃ３となり、Ｖｓ１＝Ｖｓ２＝Ｖｃｐ３となるため、第１アンプＡＭＰ１に流れる第１アンプ電流ｉａｍｐ１と第２アンプＡＭＰ２に流れる第２アンプ電流ｉａｍｐ２が一致する（ｉａｍｐ１＝ｉａｍｐ２＝ｉ３）。

この２つの出力を電流積分すると、第１積分電圧Ｖｏｕｔ１及び第２積分電圧Ｖｏｕｔ２となり、第１積分電圧Ｖｏｕｔ１及び第２積分電圧Ｖｏｕｔ２の電圧レベルは一致する（Ｖｏｕｔ１＝Ｖｏｕｔ２＝Ｖ７）。そして、第１積分電圧Ｖｏｕｔ１及び第２積分電圧Ｖｏｕｔ２の差分をとった出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖとなる。

なお、上記のように入力手段３０による入力（接触）が無い場合、第１アンプＡＭＰ１のゲート電極−ソース電極間の電圧Ｖｇｓ１は、電圧Ｖ１から−ΔＶｇｓ変化した電圧Ｖ３に変化し、第２アンプＡＭＰ２のゲート電極−ソース電極間の電圧Ｖｇｓ２は、電圧Ｖ２から＋ΔＶｇｓ変化した電圧Ｖ３に変化する。

一方、入力手段３０による入力（接触）が有る場合、タイミングｔ２での第１ゲート信号Ｖｇ１及び第２ゲート信号Ｖｇ２の変化量ΔＶｇは、次の式４で示す値となる。

ΔＶｇ＝ΔＶｓ・（１／（Ｃｆ＋Ｃｐｒ））／（１／Ｃｃｐ＋１／（Ｃｆ＋Ｃｐｒ）） …式４
入力手段３０による入力（接触）が無い場合に比べて、変化量ΔＶｇが小さくなることが分かる。タイミングｔ２以降での第１ゲート信号Ｖｇ１は次の式５で示す電圧Ｖｇ４の値となり、第２ゲート信号Ｖｇ２は次の式６で示す電圧Ｖｇ５の値となる。

Ｖｇ４＝Ｖｐｒｃ３＋ΔＶｓ・（（１／Ｃｐｒ／（１／Ｃｃｐ＋１／Ｃｐｒ））−（１／（Ｃｆ＋Ｃｐｒ））／（１／Ｃｃｐ＋１／（Ｃｆ＋Ｃｐｒ））） …式５
Ｖｇ５＝Ｖｐｒｃ３−ΔＶｓ・（（１／Ｃｐｒ／（１／Ｃｃｐ＋１／Ｃｐｒ））−（１／（Ｃｆ＋Ｃｐｒ））／（１／Ｃｃｐ＋１／（Ｃｆ＋Ｃｐｒ））） …式６
第１アンプ電流ｉａｍｐ１の電流値は電流ｉ１から電流ｉ４に変化し、第２アンプ電流ｉａｍｐ２の電流値は電流ｉ２から電流ｉ５に変化するため、ｉａｍｐ１＞ｉａｍｐ２となる。

そして、タイミングｔ３での第１積分電圧Ｖｏｕｔ１の電圧レベルは電圧Ｖ８となり、第２積分電圧Ｖｏｕｔ２の電圧レベルは電圧Ｖ９となり（Ｖ８＞Ｖ９）、出力電圧ＶｏｕｔはＶ８−Ｖ９となる。

なお、上記のように入力手段３０による入力（接触）が有る場合、第１アンプＡＭＰ１のゲート電極−ソース電極間の電圧Ｖｇｓ１は、電圧Ｖ１から−ΔＶｇｓ変化した電圧Ｖ４に変化し、第２アンプＡＭＰ２のゲート電極−ソース電極間の電圧Ｖｇｓ２は、電圧Ｖ２から＋ΔＶｇｓ変化した電圧Ｖ５に変化する。

次に、第１アンプＡＭＰ１及び第２アンプＡＭＰ２の特性及びその動作について説明する。
図３に示すように、第１アンプＡＭＰ１及び第２アンプＡＭＰ２は、図３に示すような非線形特性であっても、領域での使用であっても動作に影響しないものである。また、第１アンプＡＭＰ１及び第２アンプＡＭＰ２の特性がずれている場合は、入力手段３０による入力動作の無い状態で、調整された第１カップリング信号Ｖｓ１と、調整された第２カップリング信号Ｖｓ２とが同一のレベルとなるよう、すなわち、ｉａｍｐ１＝ｉａｍｐ２となるように、第１プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ１及び第２プリチャージ電圧Ｖｐｒｃ２を調節することで、同様の働きを期待することができる。

次に、上記センサモジュールにおいて、入力手段３０による入力（接触）が無い状態で、センサモジュールにノイズが発生した場合のセンサモジュールの動作について説明する。

図４及び図５に示すように、タイミングｔ１及びタイミングｔ２の間は、第１プリチャージ制御スイッチＳＷ１１及び第２プリチャージ制御スイッチＳＷ２１はオン状態のため、外来ノイズが発生しても第１ゲート信号Ｖｇ１及び第２ゲート信号Ｖｇ２は変化しない。タイミングｔ２及びタイミングｔ３の間では、第１プリチャージ制御スイッチＳＷ１１及び第２プリチャージ制御スイッチＳＷ２１はオフ状態に切替わるため、外来ノイズの影響を受け、第１ゲート信号Ｖｇ１及び第２ゲート信号Ｖｇ２が変化することになる。

第１センサ回路1及び第２センサ回路２が隣接して配置されている場合、第１センサ回路１において、タイミングｔ４でΔＶｎなるノイズ電圧が印加されたものと仮定する。すると、第１アンプＡＭＰ１のゲート電極の電圧は、Ｖｇ１＝Ｖｐｒｃ３＋ΔＶｎ＝Ｖｇ６となり、第１積分電圧Ｖｏｕｔ１はＶ７からＶ１０に変化する。

また、第２センサ回路２においても同様に、タイミングｔ４でΔＶｎなるノイズ電圧が印加された場合、第２アンプＡＭＰ２のゲート電極の電圧は、Ｖｇ２＝Ｖｐｒｃ３＋ΔＶｎ＝Ｖｇ６となり、第２積分電圧Ｖｏｕｔ２はＶ７からＶ１０に変化する。上記のことから分かるように、センサモジュールにノイズが発生しても差分回路２０の出力電圧Ｖｏｕｔは変化しない。

上記のように構成された第１の実施形態に係るセンサモジュールによれば、センサモジュールは、第１センサ回路１と、第２センサ回路２と、第１積分回路１１と、第２積分回路１２と、差分回路２０と、を備えている。差分回路２０は、第１積分電圧Ｖｏｕｔ１及び第２積分電圧Ｖｏｕｔ２の差分をとることにより、入力手段３０による入力動作の有無を判断することができる。

また、上記のように第１積分電圧Ｖｏｕｔ１及び第２積分電圧Ｖｏｕｔ２の差分をとることにより、外来ノイズ成分をキャンセルすることができる。検知容量Ｃｆ１、Ｃｆ２の変化のみを考慮して入力手段３０による入力動作の有無を判断することができるため、誤動作することのないセンサモジュールを得ることができる。

さらに、上記のように外来ノイズ成分をキャンセルすることができるため、第１センサ回路１及び第２センサ回路２の小型化を図ることができ、特に第１検知電極ＤＥ１及び第２検知電極ＤＥ２の小型化を図ることができる。
上記のことから、サイズの小型化を図ることができる、動作の安定性に優れたセンサモジュールを得ることができる。

次に、第２の実施形態に係るセンサモジュールを備えた液晶表示装置について説明する。この実施形態において、他の構成は上述した実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図６に示すように、液晶表示装置は、アレイ基板と、アレイ基板に所定の隙間を置いて対向配置された対向基板と、アレイ基板及び対向基板間に挟持された液晶層とを有した液晶表示パネルと、アレイ基板に設けられたセンサモジュール（第１センサ回路１及び第２センサ回路１）とを備えている。アレイ基板は、複数の配線、複数の画素（画素回路）など、を有している。

複数の配線としては、アレイ基板に形成された複数の信号線Ｓｉｇ１１乃至Ｓｉｇ１３、及びＳｉｇ２１乃至Ｓｉｇ２３を挙げることができる。これらの信号線は、液晶（液晶表示パネル）駆動とセンサ（センサモジュール）駆動を兼ねている。このため、センサモジュール（第１センサ回路１及び第２センサ回路２）の一部は、アレイ基板の複数の配線と共用されていると言うことができる。

アレイ基板には、さらに、画素スイッチ群ＳＷ１、液晶駆動スイッチ群ＳＷ２及びセンサ駆動スイッチ群ＳＷ３が形成されている。画素スイッチ群ＳＷ１、液晶駆動スイッチ群ＳＷ２及びセンサ駆動スイッチ群ＳＷ３をそれぞれ構成するスイッチは、ＴＦＴで形成されている。

上記信号線には、それぞれ液晶駆動スイッチ及びセンサ駆動スイッチが接続されている。液晶駆動スイッチ及びセンサ駆動スイッチを交互にオン／オフすることにより、液晶駆動用とセンサ駆動用の両方の信号線として利用することができる。これにより、例えば、配線数を最小化とすることができる。

センサ動作中の信号線は、常に液晶駆動スイッチ群ＳＷ２が常にオフとなる電圧で駆動される。第１センサ回路１と第２センサ回路２は、それぞれ少なくとも１絵素分（１絵素は、例えば、赤、緑、青の３画素）の領域があれば構成できるため、２つのセンサ回路をきわめて近い距離に配置することが可能となる。

第１センサ回路１において、第１アンプＡＭＰ１のドレイン電極と信号線Ｓｉｇ１３との間には、センサ選択用の出力スイッチＳＷ１２が接続されている。第１アンプＡＭＰ１のゲート電極−ソース電極間には第１カップリング容量Ｃｃｐ１が接続されている。第１アンプＡＭＰ１のゲート電極−グランド間には、寄生容量Ｃｐｒ１と、入力手段３０による入力（接触）がある場合は検知容量Ｃｆ１が発生する。

第１アンプＡＭＰ１のゲート電極と信号線Ｓｉｇ１１との間には、第１プリチャージ制御スイッチＳＷ１１が接続されている。第１プリチャージ制御スイッチＳＷ１１は、信号線Ｓｉｇ１１の電位（第１ゲート信号Ｖｇ１）を、第１カップリング容量Ｃｃｐ１、検知容量Ｃｆ１、寄生容量Ｃｐｒ１に書き込む働きをする。信号線Ｓｉｇ１２は、第１アンプＡＭＰ１のソース電極に接続されている。第１アンプＡＭＰ１は、信号線Ｓｉｇ１２を介して与えられる第１カップリング信号Ｖｓ１を変化させる働きをし、センサ駆動スイッチ（ＳＷ３）がオン状態に切替わることにより、第１カップリング信号Ｖｓ１の変化に起因した第１アンプ電流ｉａｍｐ１が信号線Ｓｉｇ１３及び端子ｎｏｄｅ１３を介して出力される。

図６及び図７に示すように、端子ｎｏｄｅ１３は、第１積分回路１１の入力端子に接続され、第１積分回路１１の入力端子には第１アンプ電流ｉａｍｐ１が与えられる。端子ｎｏｄｅ１３の電圧はオペアンプにより電圧Ｖｒｅｆ１と等しくなり、一定の第１アンプ電流ｉａｍｐ１が、積分容量Ｃ０に蓄積される。積分時間をｔとすると、第１積分電圧Ｖｏｕｔ１は、次の式７で示す値となる。

Ｖｏｕｔ１＝ｉａｍｐ１・ｔ／Ｃ０ …式７
またリセットスイッチＳＷ１４をオン状態に切替えることで、出力はリセットされる。

図６に示すように、一方、第２センサ回路２において、第２アンプＡＭＰ２のドレイン電極と信号線Ｓｉｇ２３との間には、センサ選択用の出力スイッチＳＷ２２が接続されている。第２アンプＡＭＰ２のゲート電極−ソース電極間には第２カップリング容量Ｃｃｐ２が接続されている。第２アンプＡＭＰ２のゲート電極−グランド間には、寄生容量Ｃｐｒ２と、入力手段３０による入力（接触）がある場合は検知容量Ｃｆ２が発生する。

第２アンプＡＭＰ２のゲート電極と信号線Ｓｉｇ２１との間には、第２プリチャージ制御スイッチＳＷ２１が接続されている。第２プリチャージ制御スイッチＳＷ２１は、信号線Ｓｉｇ２１の電位（第２ゲート信号Ｖｇ２）を、第２カップリング容量Ｃｃｐ２、検知容量Ｃｆ２、寄生容量Ｃｐｒ２に書き込む働きをする。信号線Ｓｉｇ２２は、第２アンプＡＭＰ２のソース電極に接続されている。第２アンプＡＭＰ２は、信号線Ｓｉｇ２２を介して与えられる第２カップリング信号Ｖｓ２を変化させる働きをし、センサ駆動スイッチ（ＳＷ３）がオン状態に切替わることにより、第２カップリング信号Ｖｓ２の変化に起因した第２アンプ電流ｉａｍｐ２が信号線Ｓｉｇ２３及び端子ｎｏｄｅ２３を介して出力される。

図６及び図８に示すように、端子ｎｏｄｅ２３は、第２積分回路１２の入力端子に接続され、第２積分回路１２の入力端子には第２アンプ電流ｉａｍｐ２が与えられる。

端子ｎｏｄｅ２３の電圧はオペアンプにより電圧Ｖｒｅｆ２と等しくなり、一定の第２アンプ電流ｉａｍｐ２が、積分容量Ｃ０に蓄積される。積分時間をｔとすると、第２積分電圧Ｖｏｕｔ２は、次の式８で示す値となる。

Ｖｏｕｔ２＝ｉａｍｐ２・ｔ／Ｃ０ …式８
またリセットスイッチＳＷ２４をオン状態に切替えることで、出力はリセットされる。

図９に示すように、差分回路２０に、第１積分回路１１からは第１積分電圧Ｖｏｕｔ１が、第２積分回路１２からは第２積分電圧Ｖｏｕｔ２がそれぞれ与えられる。差分回路２０は、出力電圧Ｖｏｕｔを出力する。出力電圧Ｖｏｕｔは、次の式９で示す値となる。

Ｖｏｕｔ＝Ｒ２／Ｒ１（Ｖｏｕｔ２−Ｖｏｕｔ１） …式９
上記のように構成された第２の実施形態に係るセンサモジュールを備えた液晶表示装置によれば、センサモジュールは、第１センサ回路１と、第２センサ回路２と、第１積分回路１１と、第２積分回路１２と、差分回路２０と、を備えている。差分回路２０は、第１積分電圧Ｖｏｕｔ１及び第２積分電圧Ｖｏｕｔ２の差分をとることにより、入力手段３０による入力動作の有無を判断することができる。このため、上述した第１の実施形態と同様の効果を得ることができる。

また、センサモジュールはアレイ基板に設けられ、センサモジュールの一部は、アレイ基板の複数の配線（信号線）と共用されている。これにより、例えば、配線数を最小化とすることができる。
上記のことから、サイズの小型化を図ることができる、動作の安定性に優れたセンサモジュールを備えた液晶表示装置を得ることができる。

次に、第３の実施形態に係るセンサモジュールを備えた液晶表示装置について説明する。この実施形態において、他の構成は上述した第２の実施形態と同一であり、同一の部分には同一の符号を付してその詳細な説明を省略する。

図１０に示すように、第１センサ回路１において、信号線Ｓｉｇ１３に対し、新たにスイッチＳＷ１３が接続されている。スイッチＳＷ１３がオン状態に切替わることにより、信号線Ｓｉｇ１３に信号線電圧Ｖｐｒｓｇ１が与えられる。信号線Ｓｉｇ１３自体には一定の容量Ｃｓｉｇ１３が存在するため、スイッチＳＷ１３をオフ状態に切替えても、電圧は信号線Ｓｉｇ１３に保存される。

この状態で信号線Ｓｉｇ１３を信号線Ｓｉｇ１２と異なる電圧にすると、第１アンプ電流ｉａｍｐ１が流れ、∫ｉａｍｐ１ｄｔ／Ｃｓｉｇ１３なる電圧変化が信号線Ｓｉｇ１３に発生する。一定時間後に第１出力スイッチＳＷ１２をオフ状態に切替えることで第１アンプ電流ｉａｍｐ１に応じた第１積分電圧Ｖｏｕｔ１が出力される。

一方、第２センサ回路２において、信号線Ｓｉｇ２３に対し、新たにスイッチＳＷ２３が接続されている。スイッチＳＷ２３がオン状態に切替わることにより、信号線Ｓｉｇ２３に信号線電圧Ｖｐｒｓｇ２が与えられる。信号線Ｓｉｇ２３自体には一定の容量Ｃｓｉｇ２３が存在するため、スイッチＳＷ２３をオフ状態に切替えても、電圧は信号線Ｓｉｇ２３に保存される。

この状態で信号線Ｓｉｇ２３を信号線Ｓｉｇ２２と異なる電圧にすると、第２アンプ電流ｉａｍｐ２が流れ、∫ｉａｍｐ２ｄｔ／Ｃｓｉｇ２３なる電圧変化が信号線Ｓｉｇ２３に発生する。一定時間後に第２出力スイッチＳＷ２２をオフ状態に切替えることで第２アンプ電流ｉａｍｐ２に応じた第２積分電圧Ｖｏｕｔ２が出力される。

センサモジュールは、第１積分回路１１の替りにオペアンプ１３を備え、第２積分回路１２の替りにオペアンプ１４を備えている。オペアンプ１３は、反転入力端子と、端子ｎｏｄｅ１３に接続された非反転入力端子と、差分回路２０に接続された出力端子とを有している。オペアンプ１４は、反転入力端子と、端子ｎｏｄｅ２３に接続された非反転入力端子と、差分回路２０に接続された出力端子とを有している。オペアンプ１３、１４は、非反転のバッファ回路として構成されている。

上記のように構成された第３の実施形態に係るセンサモジュールを備えた液晶表示装置によれば、センサモジュールは、第２の実施形態の第１積分回路１１及び第２積分回路１２は有していないが、積分回路が表示領域を含むアレイ基板（液晶表示パネル）の領域内に組み込みこまれた状態とすることできる。

差分回路２０は、第１積分電圧Ｖｏｕｔ１及び第２積分電圧Ｖｏｕｔ２の差分をとることにより、入力手段３０による入力動作の有無を判断することができる。このため、上述した第１及び第２の実施形態と同様の効果を得ることができる。
上記のことから、サイズの小型化を図ることができる、動作の安定性に優れたセンサモジュールを備えた液晶表示装置を得ることができる。

なお、この発明は上記実施の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可能である。また、上記実施の形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合わせにより、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。
例えば、表示パネルは、液晶表示パネルに限定されるものではなく、有機ＥＬ（electroluminescent）パネルなど、画像を表示するように構成されたものであれば良い。

１…第１センサ回路、ＤＥ１…第１検知電極、ＡＭＰ１…第１アンプ、Ｃｃｐ１…第１カップリング容量、Ｃｐｒ１…寄生容量、Ｃｆ１…検知容量、ＳＷ１１…第１プリチャージ制御スイッチ、ＳＷ１２…第１出力スイッチ、２…第２センサ回路、ＤＥ２…第２検知電極、ＡＭＰ２…第２アンプ、Ｃｃｐ２…第２カップリング容量、Ｃｐｒ２…寄生容量、Ｃｆ２…検知容量、ＳＷ２１…第２プリチャージ制御スイッチ、ＳＷ２２…第２出力スイッチ、１１…第１積分回路、１２…第２積分回路、１３，１４…オペアンプ、２０…差分回路、３０…入力手段、Ｓｉｇ１１，Ｓｉｇ１２，Ｓｉｇ１３，Ｓｉｇ２１，Ｓｉｇ２２，Ｓｉｇ２３…信号線、Ｖｓ１…第１カップリング信号、Ｖｓ２…第２カップリング信号、Ｖｃｐ１，Ｖｃｐ２，Ｖｃｐ３…カップリング電圧、Ｖｇ１…第１ゲート信号、Ｖｇ２…第２ゲート信号、Ｖｐｒｃ１…第１プリチャージ電圧、Ｖｐｒｃ２…第２プリチャージ電圧、Ｖｐｒｃ３…第３プリチャージ電圧、ｉａｍｐ１…第１アンプ電流、ｉａｍｐ２…第２アンプ電流、Ｖｏｕｔ１…第１積分電圧、Ｖｏｕｔ２…第２積分電圧、Ｖｏｕｔ…出力電圧。

Claims (9)

1. 第１プリチャージ電圧が与えられた後に入力手段による入力動作に応じて検知容量が変化する第１検知電極と、前記第１検知電極に接続されたゲート電極を含む薄膜トランジスタで形成され、前記第１検知電極における前記第１プリチャージ電圧の減衰量に応じてソース電極に与えられる第１カップリング信号を調整してドレイン電極から出力する第１アンプと、前記第１アンプのソース電極及びゲート電極間に接続された第１カップリング容量と、を有した第１センサ回路と、
   第２プリチャージ電圧が与えられた後に入力手段による入力動作に応じて検知容量が変化する第２検知電極と、前記第２検知電極に接続されたゲート電極を含む薄膜トランジスタで形成され、前記第２検知電極における前記第２プリチャージ電圧の減衰量に応じてソース電極に与えられる第２カップリング信号を調整してドレイン電極から出力する第２アンプと、前記第２アンプのソース電極及びゲート電極間に接続された第２カップリング容量と、を有した第２センサ回路と、
   前記第１アンプのドレイン電極及び前記第２アンプのドレイン電極に接続された差分回路と、を備えるセンサモジュール。
2. 前記第１アンプのソース電極には、前記第１プリチャージ電圧が与えられる際に基準電圧より負側に遷移した電圧レベルに設定され、かつ前記第１プリチャージ電圧が与えられた後に前記基準電圧に設定された前記第１カップリング信号が与えられ、
   前記第２アンプのソース電極には、前記第２プリチャージ電圧が与えられる際に前記基準電圧より正側に遷移した電圧レベルに設定され、かつ前記第２プリチャージ電圧が与えられた後に前記基準電圧に設定された前記第２カップリング信号が与えられる請求項１に記載のセンサモジュール。
3. 前記基準電圧より負側に遷移した電圧レベルと前記基準電圧との差の絶対値と、前記基準電圧より正側に遷移した電圧レベルと前記基準電圧との差の絶対値と、は、同一の値である請求項２に記載のセンサモジュール。
4. 前記入力手段による入力動作の無い状態で、前記調整された第１カップリング信号と、前記調整された第２カップリング信号とが同一のレベルとなるよう、前記第１プリチャージ電圧及び第２プリチャージ電圧は調節されている請求項１に記載のセンサモジュール。
5. 前記第１アンプのドレイン電極及び差分回路間に接続された第１積分回路と、
   前記第２アンプのドレイン電極及び差分回路間に接続された第２積分回路と、をさらに備えている請求項１に記載のセンサモジュール。
6. 前記第１センサ回路は、前記第１検知電極に接続され、前記第１プリチャージ電圧を前記第１検知電極に出力する導通状態又は非導通状態に切替えられる第１プリチャージ制御スイッチと、前記第１アンプのドレイン電極及び差分回路間に接続され、前記調整された前記第１カップリング信号を前記差分回路に出力する導通状態又は非導通状態に切替えられる第１出力スイッチと、をさらに有し、
   前記第２センサ回路は、前記第２検知電極に接続され、前記第２プリチャージ電圧を前記第２検知電極に出力する導通状態又は非導通状態に切替えられる第２プリチャージ制御スイッチと、前記第２アンプのドレイン電極及び差分回路間に接続され、前記調整された前記第２カップリング信号を前記差分回路に出力する導通状態又は非導通状態に切替えられる第２出力スイッチと、をさらに有する請求項１に記載のセンサモジュール。
7. 前記第１検知電極及び第２検知電極は、前記入力手段による入力動作に応じて検知容量がともに変化する請求項１に記載のセンサモジュール。
8. 複数の配線と、複数の画素と、を有したアレイ基板を備えた表示パネルと、
   前記第１センサ回路及び第２センサ回路が前記アレイ基板に設けられた請求項１乃至７の何れか１項に記載のセンサモジュールと、を備える表示装置。
9. 前記第１センサ回路及び第２センサ回路の一部は、前記アレイ基板の複数の配線と共用されている請求項８に記載の表示装置。

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