JP2013506172A - 表示によるタッチへの影響を解消可能なタッチディスプレイ - Google Patents
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Abstract
【解決手段】アクティブ液晶表示スクリーンと、表示駆動回路と、タッチ回路と、表示/タッチ信号ゲート出力回路または表示/タッチ信号ローディング回路とを備え、アクティブ液晶表示スクリーンの少なくとも1つの基板には、アクティブデバイスアレイと、前記アクティブデバイスアレイに接続される行電極群及び列電極群とを有し、表示スクリーンのもう1つの基板には共通電極を有し、正常表示期間が終わると、表示スクリーンの行列電極線の一部又は全部及び共通電極に、液晶先駆動信号が与えられた行列電極線と共通電極との間の液晶分子が決定された配列状態になるように、液晶先駆動信号が与えられた行列電極線の共通電極に対する電位差が液晶の飽和駆動電圧より小さくないような大きさの液晶先駆動信号を与え、表示内容の変化によるタッチ信号の検出への影響を解消する。
【選択図】図13
Description
前記表示スクリーンにおける行列電極線の一部又は全部及び共通電極に与えられる液晶先駆動信号は、異なる行列電極線に同時又は不同時に与えられ、行列電極線に液晶先駆動信号が与えられた時期において、共通電極にも液晶先駆動信号を与える時点がある。
図4に示すタッチディスプレイ400における表示スクリーンの電極の時分割多重化の手段のタイミングを、図5に示す。2つの表示フレームごとにある垂直帰線期間をタッチ検出期間とし、この期間において、表示スクリーンの電極がタッチセンサ電極に切り替えて使用され、表示スクリーンの電極にタッチ励起信号が与えられ、表示スクリーンの電極におけるタッチ信号の変化が検出される。
本実施形態は、与えられたこの3つのタッチ励起信号(図7に示す)の周波数が同じではない点において実施形態1と異なっている。
本実施形態は、図8に示すように、与えられたこの3つのタッチ励起信号が全て直流背景値を有する又は直流背景値を有しない方形波であり、その周波数が一致するが、位相が一致しない点において実施形態1、2と異なっている。
本実施形態は、タッチ検出の際に、図2に示すTFTのGi、Sj、COMの3つの電極にそれぞれ図9に示すタッチ励起信号が与えられ、与えられた3つのタッチ励起信号が全て直流背景値を有する又は直流背景値を有しない正弦波(実施形態1〜3には、正弦波ではなく方形波である)であり、その周波数と位相が一致する点において実施形態1〜3と異なっている。
本実施形態は、タッチ検出の際に、図2に示すTFTのGi、Sj、COMの3つの電極にそれぞれ図10に示すタッチ励起信号が与えられ、与えられた3つのタッチ励起信号は全て直流背景値を有する又は直流背景値を有しない正弦波であり、その周波数と位相が同じであるが、波形交流部分の振幅が異なる点において実施形態1〜4と異なっている。
本実施形態は、タッチ検出の際に、図2に示すTFTのGi、Sj、COMの3つの電極にそれぞれ図11に示すタッチ励起信号が与えられ、このような励起信号の組み合わせにより、画素電極電位VdとCOM電極電位Vcomの平均値が変わらないように保持されないが、この両者の電位差Vd−Vcomの平均値が変わらないように保持でき、表示効果がタッチ検出に影響されないようにすることもできる点において実施形態1〜5と異なっている。
図4に示すタッチディスプレイ400には、ディスプレイとして、ポジ型液晶材料からなるTFT−LCDを利用する。液晶材料の誘電率の異方性の特徴により、液晶ボックスにおける各所の分布容量が各所の液晶分子の配列によって変化する。TFT−LCDにおける各所の液晶分子の配列はそこの駆動電圧に蓄積された実効値に依存するが、異なる時点と異なる場所に蓄積された駆動電圧の実効値が異なると、液晶分子の配列が異なり、分布容量も異なり、タッチ検出を行う測定環境が違うことになる。TFT−LCDに駆動電圧を与えると、液晶分子の配列状態は、駆動電界の作用により電界と平行する方向に一致して配向する。
本実施形態は、図15に示すように、TFT−LCDとして、ネガ型液晶材料を使用する点において実施形態7と異なっている。
図4に示すタッチディスプレイ400には、ディスプレイとしてTFT−LCDを使用する。液晶ディスプレイの反応速度が比較的に低いため、高速画面を表示する場合に、ゴースト、すそ引き現象が容易に発生する。この問題を解決するために、従来は、表示フレームの頻度を向上させ、それぞれ1つの表示フレームの後ろに1つの「黒フレーム」を差し入れ、この「黒フレーム」により前の表示内容のゴーストを遮断する手段が使用されている。黒フレームとは、このフレームにおいて、TFTがオンになる状態で、列電極Sjを介して表示画素電極に1つの飽和駆動電圧を与えることにより、表示画素において液晶分子の配列を与えられた電界と垂直又は平行する方向に一致させるものである。表示画素において液晶分子の配列が一致している場合には、液晶表示スクリーンにおける列電極とCOM電極との間に液晶分子の配列も一致することになる。行電極は走査電極であるため、各行電極における電圧の実効値が同じであり、列電極とCOM電極との間に液晶分子の配列が一致している場合に、各行電極における分布容量が殆ど一致する。
図4に示すタッチディスプレイ400には、ディスプレイとしてTFT−LCDを使用する。それぞれ1つの表示フレームの後に1つの「黒フレーム」を差し入れ、この「黒フレーム」により前の表示内容のゴーストを遮断する点において実施形態9と同様である。
図4に示すタッチディスプレイ400には、ディスプレイとしてTFT−LCDを使用し、ガラス基板の板厚が0.3mmである。人の指が表示スクリーンの表面にタッチすると、指が基板のガラスシートを介して表示スクリーンの電極と結合容量を形成し、等価回路は図18に示されている。1810は表示スクリーンの電極にタッチ励起信号を供給するタッチ励起源であり、1820はタッチ回路におけるタッチ信号検出回路のサンプリング抵抗であり、1821はタッチセンサ電極として使用される1群の表示スクリーンの電極の等価抵抗であり、1830はタッチセンサ電極として使用される表示スクリーンの電極の表示スクリーンにおける他の電極に対する1群の分布容量であり、1831は指とタッチセンサ電極として使用される1群の表示スクリーンの電極との間の結合容量であり、1832はタッチセンサ電極として使用される1群の表示スクリーンの電極とCOM電極との間の容量である。
図4に示すタッチディスプレイ400には、ディスプレイとしてTFT−LCDを使用し、ガラス基板の板厚が0.3mmである。作業者に向ける上ガラス基板に液晶スクリーンのCOM電極が設けられる場合は、COM電極が行電極及び列電極と作業者との間に一定の遮蔽効果を形成することになる。指と表示スクリーンCOM電極との間に結合容量が形成され、COM電極とタッチセンサ電極として使用される1群の表示スクリーンの電極との間に結合容量が存在し、その等価回路は図20に示されている。2010は表示スクリーンの電極にタッチ励起信号を供給するタッチ励起源であり、2020はタッチ回路におけるタッチ信号検出回路のサンプリング抵抗であり、2021はタッチセンサ電極として使用される1群の表示スクリーンの電極の等価抵抗であり、2030はタッチセンサ電極として使用される1群の表示スクリーンの電極の表示スクリーンにおける他の電極に対する分布容量であり、2031はCOM電極とタッチセンサ電極として使用される1群の表示スクリーンの電極との間の結合容量であり、2032は指と表示スクリーンのCOM電極との間の結合容量であり、2040は励起源とCOM電極との間の等価抵抗である。
図4に示すタッチディスプレイ400には、ディスプレイとしてTFT−LCDを採用する。液晶材料の誘電率の異方性の特徴により、液晶ボックスにおける各所の分布容量が各所の液晶分子の配列によって変化する。TFT−LCDにおける各所の液晶分子の配列はそこの駆動電圧に蓄積された実効値に依存するが、異なる時点と異なる場所に蓄積された駆動電圧の実効値が異なると、液晶分子の配列が異なり、分布容量が異なり、タッチ検出を行うための測定環境が異なることになる。しかしながら、液晶材料の誘電率の異方性は、周波数の変化によって変化する分散効果が存在し、通常、500KHz以上の電気信号の作用下で、その誘電率の異方性が殆ど現れない。
図4に示すタッチディスプレイ400には、ディスプレイとしてTFT−LCDを採用する。実際にタッチ検出が行われる場合には、一般に、電圧信号を検出対象として測定を行う。測定される等価回路は図18に示されている。1810は表示スクリーンの電極にタッチ励起信号を供給するタッチ励起源であり、1820はタッチ回路におけるタッチ信号検出回路のサンプリング抵抗であり、1821はタッチセンサ電極として使用される1群の表示スクリーンの電極の等価抵抗であり、1830はタッチセンサ電極として使用される1群の表示スクリーンの電極の表示スクリーンにおける他の電極に対する分布容量であり、1831は指とタッチセンサ電極として使用される1群の表示スクリーンの電極との間の結合容量であり、1832はタッチセンサ電極として使用される1群の表示スクリーンの電極とCOM電極との間の容量であり、1841はタッチ信号の電圧の変化を測定するタッチ信号のサンプリングポイントであり、1840はタッチ信号の電圧の変化を測定する検出参照点であり、ここでは、タッチ励起源1810の出力端が参照点として選択されるが、実際には他の電位点を参照点として選択しても良く、例えば、タッチ回路のグランド端、タッチ回路の正電圧源端、タッチ回路の負電圧源端、比較回路における1つのポイント、タッチスクリーンにおける他の1群の電極線などはいずれも良い検出効果が得られる。タッチ励起信号1810は方形波であり、1830と1831が容量負荷であるため、タッチ励起の方形波信号はこの2つの容量において充電放電波形が現れる。タッチ励起源1810の出力波形とタッチ信号のサンプリングポイント1841のタッチ信号波形は図21に示されている。
本実施形態は、タッチ励起源1810が正弦波信号であり、1830と1831が容量負荷であるため、正弦波のタッチ励起源に容量負荷が付けられると、タッチ信号のサンプリングポイントにおける波形が依然として正弦波であるが、振幅と位相が変化され、タッチ励起源1810の出力波形とタッチ信号のサンプリングポイントのタッチ信号波形とが図23に示すようである点において実施形態14と異なっている。
実施形態14と実施形態15は、瞬時値測定法により、図4のタッチディスプレイ400をタッチ検出する。このような瞬時値測定法は、特定の位相点の極めて短い期間においてタッチ信号の検出を行うものであり、検出速度が早いことを主な特徴とする。瞬時値測定法によるタッチ信号の検出を実現するための3つの回路構造は、図25、図26及び図27に示されている。タッチ信号検出回路はいずれも、信号検出チャンネル、データサンプリングチャンネル、及びデータ処理・タイミング制御回路から構成される。信号検出チャンネルは、バッファー、一次差動増幅回路及び二次差動増幅回路を有する。データサンプリングチャンネルは、AD変換器を有する。データ処理・タイミング制御回路は、コントロールソフトとデータ処理ソフトとを備え、データ演算能力とデータI/Oインターフェースとを有する中央処理装置(CPU、MCU)である。
実施形態14と実施形態15は平均値測定法により、図4のタッチディスプレイ400をタッチ検出してもよい。このような平均値測定法は一定の期間内においてタッチ信号の検出を行い、タッチ信号の平均値を測定結果として得る。平均値測定法は瞬時値測定法より遅いが、高周波干渉の一部を取り除くことができ、測定データが更に安定してタッチの判断に有利であることを主な特徴とする。実効値は平均値の一種である。平均値測定法によるタッチ信号の検出を達成させる3つの回路構造は、図28、図29及び図30に示されている。そのタッチ信号検出回路構造はいずれも信号検出チャンネル、データサンプリングチャンネル、及びデータ処理・タイミング制御回路からなる。信号検出チャンネルは、バッファー、一次差動増幅回路、実効値測定回路、及び二次差動増幅回路を有する。データのサンプリングチャンネルは、AD変換回路を有する。データ処理・タイミング制御回路は、コントロールソフトとデータ処理ソフトとを備え、データ演算能力とデータI/Oインターフェースを有する中央処理装置(CPU、MCU)である。
実施形態14を説明する際に、図4に示すタッチディスプレイ400は、ディスプレイとしてTFT−LCDを採用し、測定される等価回路が図18に示されていることが記載されている。タッチ励起信号1810は方形波信号であり、1830と1831が容量負荷であるため、タッチ励起の方形波信号はこの2つの容量において充電放電波形が現れる。タッチ励起源1810の出力波形とタッチ信号のサンプリングポイント1841のタッチ信号波形は図21に示されているが、本実施形態を説明するために、図31に示すように図21の符号を付し直す。
実施形態18とは異なり、本実施形態においては、タッチ励起源1810が正弦波信号であり、1830と1831が容量負荷であるため、正弦波のタッチ励起源に容量負荷が付けられると、タッチ信号のサンプリングポイントにおける波形が依然として正弦波であるが、振幅と位相の変化が発生され、タッチ励起源1810の出力波形とタッチ信号のサンプリングポイント1841のタッチ信号波形が図23に示すようである。
図4に示すタッチディスプレイ400は、表示スクリーンの電極を時分割多重化することにより、タッチ機能を果たす。タッチディスプレイ400は、N本の表示スクリーンの電極線の一部又は全部をタッチセンサ電極線として時分割多重化し、シングルチャンネルの順次走査検出によりタッチ検出を行う。即ち、1つのタッチ信号検出チャンネル又は1つのデータサンプリングチャンネルを有するタッチ信号検出回路は、図36に示すように、走査により順次にN本のタッチセンサ電極線のうちの1番目、2番目、……、さらに、N番目のタッチセンサ電極線を検出し、1つの検出フレームの検出プロセス全体を完成する。
実施形態20とは異なり、本実施形態においては、ある所定の間隔iで、走査によりN本のタッチセンサ電極のうちの1番目の電極、i+1番目、2i+1番目、……、さらに、N番目のタッチセンサ電極線を検出し、1つの検出フレームの検出プロセス全体を完成する。
実施形態21及び実施形態22とは異なり、本実施形態は、シングルチャンネルのラフスキャンとファインスキャンを組み合わせた検出方式によりタッチ検出を行う。すなわち、1つの検出チャンネル又は1つのデータサンプリングチャンネルを有するタッチ信号検出回路は、タッチセンサ電極線を1ブロックにi本があるように幾つかのブロックに分け、1ブロック毎に1本又は数本のタッチセンサ電極線を当該ブロックのタッチセンサ電極線のタッチセンサ代表電極として選定して一緒にタッチ検出を行い、好ましくは、1ブロックにおけるタッチセンサ電極線の全てを1本のタッチセンサ代表電極として並列接続する。まず、ブロックによってタッチセンサ代表電極を検出して、タッチ動作が発生する領域を特定する。次に、タッチ動作が発生した領域においてファインスキャン検出を行い、更に具体的なタッチ情報を得る。この方法はタッチ検出の時間を節約することを目的とする。
本実施形態は、マルチチャンネル順次走査の検出方式によりタッチ検出を行う。即ち、複数のタッチ信号検出チャンネルと複数のデータサンプリングチャンネルとを有するタッチ信号検出回路は、それぞれ1つのタッチ信号検出チャンネルが1つのタッチセンサ電極群における検出を司るように、全てのタッチセンサ電極線をタッチ信号検出チャンネル数と同等のグループ数に分ける。
実施形態14と実施形態15は、瞬時値測定法により、図4のタッチディスプレイ400をタッチ検出する。このような瞬時値測定法は、特定の位相点の極めて短い期間においてタッチ信号の検出を行うものであり、検出速度が早いことを主な特徴とする。瞬時値測定法によるタッチ信号の検出を実現するための3つの回路構造は、図25、図26及び図27に示されている。タッチ信号検出回路はいずれも、信号検出チャンネル、データ変換チャンネル、及びデータ処理・タイミング制御回路から構成される。信号検出チャンネルは、バッファー、一次差動増幅回路及び二次差動増幅回路を有する。データ変換チャンネルは、AD変換器を有する。データ処理・タイミング制御回路は、コントロールソフトとデータ処理ソフトとを備え、データ演算能力とデータI/Oインターフェースとを有する中央処理装置(CPU、MCU)である。
実施形態14と実施形態15は平均値測定法により、図4のタッチディスプレイ400をタッチ検出してもよい。このような平均値測定法は一定の期間内においてタッチ信号の検出を行い、タッチ信号の平均値を測定結果として得る。平均値測定法は瞬時値測定法より遅いが、高周波干渉の一部を取り除くことができ、測定データが更に安定してタッチの判断に有利であることを主な特徴とする。実効値は平均値の一種である。平均値測定法によるタッチ信号の検出を達成させる3つの回路構造は、図28、図29及び図30に示されている。そのタッチ信号検出回路構造はいずれも信号検出チャンネル、データ変換チャンネル、及びデータ処理・タイミング制御回路からなる。信号検出チャンネルは、バッファー、一次差動増幅回路、実効値測定回路、及び二次差動増幅回路を有する。データのサンプリングチャンネルは、AD変換回路を有する。データ処理・タイミング制御回路は、コントロールソフトとデータ処理ソフトとを備え、データ演算能力とデータI/Oインターフェースを有する中央処理装置(CPU、MCU)である。
図4に示すタッチディスプレイ400は、表示スクリーンの電極を時分割多重化することにより、タッチ機能を果たす。タッチディスプレイ400は、N本の表示スクリーンの電極線の一部又は全部をタッチセンサ電極線として時分割多重化し、シングルチャンネルの順次走査検出によりタッチ検出を行う。即ち、1つのタッチ信号検出チャンネル又は1つのデータ変換チャンネルを有するタッチ信号検出回路は、図36に示すように、走査により順次にN本のタッチセンサ電極線のうちの1番目、2番目、……、さらに、N番目のタッチセンサ電極線を検出し、1つの検出フレームの検出プロセス全体を完成する。
実施形態21及び実施形態22とは異なり、本実施形態は、シングルチャンネルのラフスキャンとファインスキャンを組み合わせた検出方式によりタッチ検出を行う。すなわち、1つの検出チャンネル又は1つのデータ変換チャンネルを有するタッチ信号検出回路は、タッチセンサ電極線を1ブロックにi本があるように幾つかのブロックに分け、1ブロック毎に1本又は数本のタッチセンサ電極線を当該ブロックのタッチセンサ電極線のタッチセンサ代表電極として選定して一緒にタッチ検出を行い、好ましくは、1ブロックにおけるタッチセンサ電極線の全てを1本のタッチセンサ代表電極として並列接続する。まず、ブロックによってタッチセンサ代表電極を検出して、タッチ動作が発生する領域を特定する。次に、タッチ動作が発生した領域においてファインスキャン検出を行い、更に具体的なタッチ情報を得る。この方法はタッチ検出の時間を節約することを目的とする。
本実施形態は、マルチチャンネル順次走査の検出方式によりタッチ検出を行う。即ち、複数のタッチ信号検出チャンネルと複数のデータ変換チャンネルとを有するタッチ信号検出回路は、それぞれ1つのタッチ信号検出チャンネルが1つのタッチセンサ電極群における検出を司るように、全てのタッチセンサ電極線をタッチ信号検出チャンネル数と同等のグループ数に分ける。
Claims (12)
- アクティブ液晶表示スクリーンと、表示駆動回路と、タッチ回路と、表示スクリーンの電極が表示駆動にもタッチ検出にも用いられるようにする表示/タッチ信号ゲート出力回路または表示/タッチ信号ローディング回路とを備え、前記タッチ回路はタッチ励起源とタッチ信号検出回路とを有し、前記表示/タッチ信号ゲート出力回路により、表示スクリーンの電極が表示駆動回路に連通されて表示駆動信号を送信し、又は、タッチ検出回路に連通されてタッチ信号を送信し、表示駆動及びタッチ検出の場合に表示スクリーンの電極を時分割多重化するようにし、前記表示/タッチ信号ローディング回路により、表示スクリーンの電極が表示駆動信号とタッチ信号を同時に送信し、表示駆動及びタッチ検出の場合に表示スクリーンの電極を同時に共用するようにし、アクティブ液晶表示スクリーンの少なくとも1つの基板には、アクティブデバイスアレイと、前記アクティブデバイスアレイに接続される行電極群及び列電極群とを有し、表示スクリーンのもう1つの基板には共通電極を有する、表示によるタッチへの影響を解消可能なタッチディスプレイにおいて、
正常表示期間が終わると、表示スクリーンの行列電極線の一部又は全部及び共通電極に、液晶先駆動信号が与えられた行列電極線と共通電極との間の液晶分子が決定された配列状態になるように、液晶先駆動信号が与えられた行列電極線の共通電極に対する電位差が液晶の飽和駆動電圧より小さくないような大きさの液晶先駆動信号を与え、表示内容の変化によるタッチ信号の検出への影響を解消する
ことを特徴とする表示によるタッチへの影響を解消可能なタッチディスプレイ。 - 前記表示スクリーンにおける行列電極線の一部又は全部及び共通電極に与えられる液晶先駆動信号は、異なる行列電極線に同時又は不同時に与えられ、行列電極線に液晶先駆動信号が与えられた時期において、共通電極にも液晶先駆動信号を与える時点がある
ことを特徴とする請求項1に記載のタッチディスプレイ。 - 前記表示スクリーンの行列電極線の一部又は全部及び共通電極に与えられる液晶先駆動信号は、表示スクリーンの行列電極線の一部又は全部及び共通電極に液晶先駆動信号を与えた後、液晶先駆動信号が与えられた行列電極線にタッチ信号を与え、電極線におけるタッチ信号の変化を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載のタッチディスプレイ。 - 前記表示スクリーンの行列電極線の一部又は全部及び共通電極に与えられる液晶先駆動信号は、行列電極線にタッチ信号を与えると同時に、又は、行列電極線にタッチ信号を与えた後に、表示スクリーンの行列電極線の一部又は全部及び共通電極に液晶先駆動信号を与え、また、液晶先駆動信号を与えた後、液晶先駆動信号が与えられた電極線におけるタッチ信号の変化を検出する
ことを特徴とする請求項1に記載のタッチディスプレイ。 - 前記表示スクリーンにおけるアクティブデバイスアレイはTFTアレイであり、行列電極線はTFTのゲートとソースにそれぞれ接続され、又はTFTのゲートとドレインにそれぞれ接続され、TFTのソースとドレインに接続される列電極線には液晶先駆動信号を同時に与える時期がある
ことを特徴とする請求項1に記載のタッチディスプレイ。 - 前記表示スクリーンの行列電極線の一部又は全部及び共通電極に液晶先駆動信号を与えることは、表示スクリーンにおける表示画素に接続されるアクティブデバイスの全部又は一部がオフ状態にある時期に行われる
ことを特徴とする請求項1に記載のタッチディスプレイ。 - 前記液晶先駆動信号は、表示スクリーンにおける表示画素に接続されるアクティブデバイスの導通状態の時期に与えられる
ことを特徴とする請求項1に記載のタッチディスプレイ。 - 前記液晶先駆動信号及びタッチ信号は、表示スクリーンにおける表示画素に接続されるアクティブデバイスの導通状態の時期に同時に与えられる
ことを特徴とする請求項1に記載のタッチディスプレイ。 - 前記表示スクリーンにおけるアクティブデバイスアレイはTFTアレイであり、表示画素に接続されるTFTの導通状態の時期において、TFTのソースとドレインに接続される列電極線及び共通電極に液晶先駆動信号を与える
ことを特徴とする請求項7又は8に記載のタッチディスプレイ。 - 前記行・列電極群又は共通電極に与えられる液晶先駆動信号は、交流信号、直流信号、交流と直流の混合信号のうちの1つである
ことを特徴とする請求項1、7又は8に記載のタッチディスプレイ。 - 前記表示スクリーンの同一電極に与えられる液晶先駆動信号及びタッチ信号は、周波数又は波形が同様な交流信号である
ことを特徴とする請求項1、7又は8に記載のタッチディスプレイ。 - 前記液晶先駆動信号の周波数は、10kHz以上である
ことを特徴とする請求項1、7又は8に記載のタッチディスプレイ。
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