JP2014142819A - 半導体装置 - Google Patents

Abstract

【課題】インセル方式のタッチセンサを搭載した表示パネルの表示ドライバ及びタッチコントロール回路において、消費電力を低く抑える。
【解決手段】インセル方式のタッチセンサを備える表示パネルに接続される半導体装置であって、以下のように構成される。表示パネルの駆動回路と、タッチセンサのタッチセンス回路と、それらに電源を供給する電源回路と、それらに流すバイアス電流とを制御するバイアス制御回路とを備える。半導体装置は、表示１フレーム期間を複数の表示駆動期間とセンシング期間に分割する、時分割動作が可能である。表示駆動期間には、タッチセンス回路への電源供給を抑え、及び／又は、バイアス電流を低下させ、センシング期間には、駆動回路への電源供給を抑え、及び／又は、バイアス電流を低下させる。
【選択図】図１

Description

本発明は、タッチセンサを搭載した表示パネルの表示ドライバ及びタッチコントロール回路に関し、特に回路の消費電力の低減に好適に利用できるものである。

従来は表示パネルとタッチパネルが独立したオンセル方式が主流であったが、近年、特にモバイル用パネルモジュールにおいて、より薄型化が可能な、表示パネルとタッチパネルを一体化したインセル方式が普及しつつある。オンセル方式では表示パネルとタッチセンサは独立しているため、表示ドライバとタッチコントローラも、独立させたセパレートチップが主流である。セパレートチップでは、表示駆動とセンシングは、非同期で動作させるのが一般的である。一方、インセル方式では表示パネルとタッチセンサが回路を共有しているため、表示駆動とセンシングを同時に行うことができず、表示駆動とセンシングを時分割で交互に動作させる方式が提案されている。

特許文献１には、インセル方式のタッチセンサと表示素子を、時分割で交互に動作させる、表示装置及びその駆動方法が開示されている。タッチセンサのセンシングと表示素子の駆動とを時分割で交互に行う。１フレームを表示モードとタッチセンシングモードに分割し、両モードが交互に実行されるようにゲートドライバ、データドライバ及びタッチコントローラをタイミングコントローラにより制御する方式である。このシステムは、画像表示を数ライン毎に断続的に行い、表示ドライバからの画像出力が停止している期間にタッチセンスを行うことで高いタッチ検出精度を実現する。表示素子を駆動する信号のノイズが、タッチセンサの検出信号に混入することがないため、ノイズの影響を軽減することができる。

特開２０１２−５９２６５号公報

特許文献１について本発明者が検討した結果、以下のような新たな課題があることがわかった。

画像フレームの表示期間を、表示駆動期間とセンシング期間とに振り分けるため、表示駆動期間とセンシング期間のそれぞれは、時分割せずに同時に並行して動作させた場合よりも、短い時間内で動作することが求められる。これに伴い、表示ドライバとタッチセンス回路には、より高速に動作する回路を採用する必要が生じる。回路を高速化するためには、素子サイズが大きく電流駆動能力が高い素子を採用することとなり、消費電力が大きくなる。さらに、これらの回路に電源を供給する電源回路は、消費電力が最大になる瞬間にも余裕を持たせた電源供給能力を備えている必要があり、また、表示ドライバ及びタッチコントロール回路における各種回路に供給されるバイアス電流は、動作速度が最高になる瞬間にも余裕を持たせた電流値のバイアス電流を供給することとなる。

本発明は、上記事情に鑑みてなされたものであり、インセル方式のタッチセンサを搭載した表示パネルの表示ドライバ及びタッチコントロール回路において、それらを時分割動作させた場合にも、消費電力の増加を抑えることを目的とするものである。

本発明の上記並びにその他の課題と新規な特徴は本明細書の記述及び添付図面から明らかになるであろう。

一実施の形態によれば、下記の通りである。

すなわち、インセル方式のタッチセンサを備える表示パネルに接続される半導体装置であって、以下のように構成される。表示パネルを駆動可能な駆動回路と、タッチセンサに接続されるタッチセンス回路と、それらに電源を供給する電源回路と、駆動回路とタッチセンス回路に流すバイアス電流とを制御するバイアス制御回路とを備える。半導体装置は、表示パネルを駆動しタッチ状態を検出しない表示駆動期間と、タッチ状態を検出し表示パネルの駆動状態を変化させないセンシング期間とを含む、時分割動作が可能であり、表示パネルが表示する画像の１フレーム期間には、１以上の表示駆動期間と１以上のセンシング期間が含まれる。表示駆動期間にタッチセンス回路を低消費電力状態にし、センシング期間には駆動回路を低消費電力状態にする。例えば、表示駆動期間には、タッチセンス回路への電源供給能力をセンシング期間よりも低下させ、及び／又は、前記バイアス制御回路はタッチセンス回路のバイアス電流をセンシング期間よりも低下させ、センシング期間には、駆動回路への電源供給能力を表示駆動期間よりも低下させ、及び／又は、駆動回路のバイアス電流を表示駆動期間よりも低下させる。

前記一実施の形態によって得られる効果を簡単に説明すれば下記のとおりである。

すなわち、インセル方式のタッチセンサを搭載した表示パネルの表示ドライバ及びタッチコントロール回路において、それらを時分割動作させた場合にも消費電力を低く抑えることができる。

図１は、代表的な実施の形態に係る半導体装置の概要を表すブロック図である。 図２は、代表的な実施の形態に係る半導体装置の動作例を表すタイミングチャートである。 図３は、実施形態１に係る半導体装置の構成を表すブロック図である。 図４は、実施形態１に係る半導体装置の動作例を表すタイミングチャートである。 図５は、図４の一部を拡大したタイミングチャートである。 図６は、実施形態２に係る半導体装置の構成を表すブロック図である。 図７は、実施形態２に係る半導体装置の動作例を表すタイミングチャートである。 図８は、図７の一部を拡大したタイミングチャートである。 図９は、実施形態３に係る半導体装置の構成を表すブロック図である。 図１０は、実施形態３に係る半導体装置の動作例を表すタイミングチャートである。 図１１は、図１０の一部を拡大したタイミングチャートである。

１．実施の形態の概要
先ず、本願において開示される代表的な実施の形態について概要を説明する。代表的な実施の形態についての概要説明で括弧を付して参照する図面中の参照符号はそれが付された構成要素の概念に含まれるものを例示するに過ぎない。

〔１〕＜表示ドライバ＋タッチコントローラの低消費電力化＞
本願において開示される代表的な実施の形態に係る半導体装置（１）は、以下のように構成される。タッチセンサ（７）を備える表示パネル（６）に接続可能である。前記表示パネルを駆動可能な駆動回路（４）と、前記タッチセンサに接続されるタッチセンス回路（５）と、前記駆動回路と前記タッチセンス回路に電源を供給する電源回路（２）と、前記駆動回路に流す第１バイアス電流と前記タッチセンス回路に流す第２バイアス電流とを制御するバイアス制御回路（３）とを備える。

半導体装置（１）は、前記表示パネルを駆動しタッチ状態を検出しない表示駆動期間と、タッチ状態を検出し前記表示パネルの駆動状態を変化させないセンシング期間とを含む、時分割動作が可能であり、前記表示パネルが表示する画像の１フレーム期間には、１以上の表示駆動期間と１以上のセンシング期間が含まれる。

前記表示駆動期間には、前記電源回路は前記タッチセンス回路への電源供給能力を前記センシング期間よりも低下させ、及び／又は、前記バイアス制御回路は前記第２バイアス電流を前記センシング期間よりも低下させる。

前記センシング期間には、前記電源回路は前記駆動回路への電源供給能力を前記表示駆動期間よりも低下させ、及び／又は、前記バイアス制御回路は前記第１バイアス電流を前記表示駆動期間よりも低下させる。

これにより、インセル方式のタッチセンサを搭載した表示パネルの表示ドライバ及びタッチコントロール回路において、それらを時分割動作させた場合にも消費電力を低く抑えることができる。

〔２〕＜ＤＣＤＣの昇圧クロック周波数＋レギュレータのバイアス電流＞
項１において、前記電源回路は外部から供給される電源から内部電源を発生させるＤＣＤＣコンバータ（１３）と、前記内部電源から前記駆動回路に供給する第１安定化電源を出力する第１レギュレータ（１５＿１、１５＿２）と前記内部電源から前記タッチセンス回路に供給する第２安定化電源を出力する第２レギュレータ（１５＿３）とを備える。

前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧クロックの周波数を上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。前記第１レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第３バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第３バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。前記第２レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第４バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第４バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。

前記表示駆動期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記周波数を前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第４バイアス電流と前記第２バイアス電流とを前記センシング期間よりもそれぞれ低下させる。前記センシング期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記周波数を前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第３バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる。

これにより、電源回路を構成するＤＣＤＣコンバータとレギュレータの電源供給能力を、高速かつ効率的に制御することができ、また、ＤＣＤＣコンバータの昇圧クロックに起因するノイズの発生を低減して、タッチセンシングのＳ／Ｎ比を向上することができる。

〔３〕＜ＤＣＤＣの昇圧クロックのデューティ＋レギュレータのバイアス電流＞
項１において、前記電源回路は外部から供給される電源から内部電源を発生させるＤＣＤＣコンバータ（１３）と、前記内部電源から前記駆動回路に供給する第１安定化電源を出力する第１レギュレータ（１５＿１、１５＿２）と前記内部電源から前記タッチセンス回路に供給する第２安定化電源を出力する第２レギュレータ（１５＿３）とを備える。

前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧クロックのデューティを上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。前記第１レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第３バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第３バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。前記第２レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第４バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第４バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。

前記表示駆動期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記デューティを前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第４バイアス電流と前記第２バイアス電流とを前記センシング期間よりもそれぞれ低下させる。前記センシング期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記デューティを前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第３バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる。

これにより、電源回路を構成するＤＣＤＣコンバータとレギュレータの電源供給能力を、高速かつ効率的に制御することができ、また、前記センシング期間におけるＤＣＤＣコンバータの昇圧クロックに起因するノイズの発生を低減して、タッチセンシングのＳ／Ｎ比を向上することができる。

〔４〕＜複数のＤＣＤＣコンバータと複数のレギュレータ＞
項１において、前記電源回路は外部から供給される電源から第１内部電源を発生させる、第１ＤＣＤＣコンバータ（１３＿１）と、前記第１内部電源から第２内部電源を発生させる第２ＤＣＤＣコンバータ（１３＿２）と、前記第１内部電源から第３内部電源を発生させる第３ＤＣＤＣコンバータ（１３＿３）とを備える。前記第２内部電源から前記駆動回路と前記タッチセンス回路に供給される第２安定化電源を出力する第１レギュレータ（１５＿１）と、前記第３内部電源から前記駆動回路に供給され前記タッチセンス回路に供給されない第３安定化電源を出力する第２レギュレータ（１５＿２）とを備える。

前記第１、第２及び第３ＤＣＤＣコンバータのぞれぞれは、昇圧クロックの周波数及び／又はデューティを上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。前記第１レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第３バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第３バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。前記第２レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第４バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第４バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させ、又は電源供給を遮断することが可能である。

前記センシング期間に、前記電源回路は、前記第１ＤＣＤＣコンバータと前記第２ＤＣＤＣコンバータの昇圧クロックの周波数及び／又はデューティを下げることにより電源供給能力を低下させ、前記第３ＤＣＤＣコンバータの動作を停止させ、前記バイアス制御回路は、前記第４バイアス電流を下げることにより前記第２レギュレータからの前記駆動回路への電源供給を停止させる。

これにより、駆動回路とタッチセンス回路を共に集積した半導体装置において、電源回路を共有または分散して備えた場合であっても、電源供給能力を適切に制御することができる。

〔５〕＜複数ライン毎の時分割動作＞
項１から項４のうちの１項において、前記表示パネルは複数のラインからなる画像フレームを表示可能であり、前記表示駆動期間は、前記画像フレーム内の一部の複数のラインを表示する期間であり、前記センシング期間は、前記表示駆動期間と次の表示駆動期間の間の任意の期間に設定される。

これにより、インセル方式のタッチセンサを搭載した表示パネルの表示ドライバ及びタッチコントロール回路において、複数ライン毎の時分割で表示駆動とセンシングを動作させた場合にも、消費電力を低く抑えることができる。

〔６〕＜表示ドライバＩＣ＞
本願において開示される代表的な実施の形態に係る半導体装置（１）は、以下のように構成される。表示パネル（７）に接続可能であり、前記表示パネルを駆動可能な駆動回路（４）と前記駆動回路に電源を供給する電源回路（２）と前記駆動回路に流すバイアス電流を制御するバイアス制御回路（３）とを備える。前記表示パネルを駆動する表示駆動期間と駆動状態を変化させない待機期間を含む、時分割動作が可能であり、前記表示パネルが表示する画像の１フレーム期間に１以上の表示駆動期間と１以上の待機期間が含まれる。

前記待機期間には、前記電源回路の電源供給能力を前記表示駆動期間よりも低下させ、及び／又は、前記バイアス制御回路は前記バイアス電流を前記表示駆動期間よりも低下させる制御を可能に構成される。

これにより、インセル方式のタッチセンサを搭載した表示パネルの表示ドライバにおいて、間欠動作させた場合にも消費電力を低く抑えることができる。

〔７〕＜ＤＣＤＣの昇圧クロック周波数＋レギュレータのバイアス電流＞
項６において、前記電源回路は外部から供給される電源から内部電源を発生させるＤＣＤＣコンバータ（１３）と、前記内部電源から安定化電源を出力するレギュレータ（１５）とを備える。

前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧クロックの周波数を上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。前記バイアス電流を第１バイアス電流とし、前記レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第２バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第２バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。

前記待機期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記周波数を前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第２バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる。

これにより、電源回路を構成するＤＣＤＣコンバータとレギュレータの電源供給能力を、高速かつ効率的に制御することができる。

〔８〕＜ＤＣＤＣの昇圧クロックのデューティ＋レギュレータのバイアス電流＞
項６において、前記電源回路は外部から供給される電源から内部電源を発生させるＤＣＤＣコンバータ（１３）と、前記内部電源から安定化電源を出力するレギュレータ（１５）とを備える。

前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧クロックのデューティを上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。前記バイアス電流を第１バイアス電流とし、前記レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第２バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第２バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。

前記待機期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記デューティを前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第２バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる制御を可能に構成される。

これにより、電源回路を構成するＤＣＤＣコンバータとレギュレータの電源供給能力を、高速かつ効率的に制御することができる。

〔９〕＜ＤＣＤＣの昇圧クロックの固定＋レギュレータのバイアス電流＞
項６において、前記電源回路は外部から供給される電源から内部電源を発生させるＤＣＤＣコンバータ（１３）と、前記内部電源から安定化電源を出力するレギュレータ（１５）とを備える。

前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧クロックの周波数またはデューティを上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。前記バイアス電流を第１バイアス電流とし、前記レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第２バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第２バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。

前記待機期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記昇圧クロックの信号レベルを固定し、前記バイアス制御回路は前記第２バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる。

これにより、待機期間には不要となる駆動回路への電源供給を停止し、バイアス電流を最小限に抑えることができる。

〔１０〕＜複数の低消費電力動作の組合せ＞
項６において、前記電源回路は外部から供給される電源から第１内部電源を発生させる第１ＤＣＤＣコンバータ（１３＿１）と、前記第１内部電源から第２内部電源を発生させる第２ＤＣＤＣコンバータ（１３＿２）と、前記第２内部電源から安定化電源を出力するレギュレータ（１５）とを備える。

前記第１及び第２ＤＣＤＣコンバータのそれぞれは、昇圧クロックの周波数またはデューティを上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。前記バイアス電流を第１バイアス電流とし、前記レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第２バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第２バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。

前記待機期間に、前記電源回路は前記第１ＤＣＤＣコンバータの前記周波数を前記表示駆動期間よりも下げ、及び／または、前記デューティを前記表示駆動期間よりも下げ、前記第２ＤＣＤＣコンバータの前記昇圧クロックの信号レベルを固定し、前記バイアス制御回路は前記第２バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる。

これにより、複数のＤＣＤＣコンバータとレギュレータを組合せて電源回路を構成した場合であっても、電源供給能力を適切に制御することができる。

〔１１〕＜複数ライン毎の時分割動作＞
項６から項１０のうちの１項において、前記表示パネルは複数のラインからなる画像フレームを表示可能であり、前記表示駆動期間は、前記画像フレーム内の一部の複数のラインを表示する期間であり、前記待機期間は、前記表示駆動期間と次の表示駆動期間の間の任意の期間に設定される。

これにより、表示ドライバ回路において、表示駆動回路を複数ライン毎の間欠的に動作させた場合にも、消費電力を低く抑えることができる。

〔１２〕＜タッチコントローラＩＣ＞
本願において開示される代表的な実施の形態に係る半導体装置（１＿２）は、以下のように構成される。タッチセンサ（７）を備える表示パネル（６）に接続可能である。前記タッチセンサに接続されるタッチセンス回路（５）と前記タッチセンス回路に電源を供給する電源回路（２＿２）と前記タッチセンス回路に流すバイアス電流を制御するバイアス制御回路（３＿２）とを備える。前記タッチ状態を検出するセンシング期間と検出しない待機期間を含む、時分割動作が可能である。

前記表示パネルが表示する画像の１フレーム期間に１以上のセンシング期間と１以上の待機期間が含まれ、前記待機期間に、前記電源回路は電源供給能力を低下させ、及び／又は、前記バイアス制御回路は前記バイアス電流を低下させる。

これにより、インセル方式のタッチセンサを搭載した表示パネルのタッチコントロール回路において、消費電力を低く抑えることができる。

〔１３〕＜ＤＣＤＣの昇圧クロック制御＋レギュレータのバイアス電流＞
項１２において、前記電源回路は外部から供給される電源から内部電源を発生させるＤＣＤＣコンバータ（１３＿４、１３＿５）と、前記内部電源から安定化電源を出力するレギュレータ（１５＿３）とを備える。

前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧クロックの周波数及び又はデューティを上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。前記バイアス電流を第１バイアス電流とし、前記レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第２バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第２バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能である。

前記待機期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記周波数を前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第２バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる。

これにより、電源回路を構成するＤＣＤＣコンバータとレギュレータの電源供給能力を、高速かつ効率的に制御することができ、また、ＤＣＤＣコンバータの昇圧クロックに起因するノイズの発生を低減して、タッチセンシングのＳ／Ｎ比を向上することができる。

２．実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。

〔代表的な実施の形態〕
図１は、代表的な実施の形態に係る半導体装置の概要を表すブロック図である。

代表的な実施の形態に係る半導体装置１は、以下のように構成される。表示パネル６を駆動可能な駆動回路４と、タッチセンサ７に接続されるタッチセンス回路５と、駆動回路４とタッチセンス回路５に電源を供給する電源回路２と、駆動回路４に流す第１バイアス電流とタッチセンス回路５に流す第２バイアス電流とを制御するバイアス制御回路３とを備える。例えば、タッチセンサ７を一体に備える、インセル方式の表示パネル６に接続可能である。半導体装置１は、例えば、ＣＭＯＳ集積回路製造技術などによって単結晶シリコンなどの１個の半導体基板上に形成され、又はそれら回路がマルチチップで１個のパッケージに封止され、半導体モジュールとして形成される。

表示パネル６は、例えば液晶表示パネルであり、複数のラインで構成される画像フレームを表示することができ、毎秒30フレームの画像を順次表示することにより動画像を表示することもできる。駆動回路４は、表示すべき画像データを画素毎に印加する動作をライン毎、フレーム毎に順次繰り返すことによって表示パネル６を駆動する。タッチセンサ７は、例えば、キャパシタを配列して構成され、容量の変化を検出することによって、タッチ状態と位置を検出することができ、インセル方式では表示パネル６と一体で形成されている。

半導体装置１の動作について説明する。

表示期間とセンシング期間を時分割するタッチセンサ搭載表示パネルにおいて、１フレーム期間内において表示駆動を行わないセンシング期間（T_Touch）は表示ドライバ用電源の駆動能力を下げ、表示期間（T_Disp）はセンシングを行わないためタッチセンサ用電源の電源駆動能力を下げても、表示とセンシングに影響しないため、表示とセンシング性能を落とさずに、低消費電力動作が可能となる。

表示ドライバ用電源、タッチセンサ用電源の駆動能力を下げた分の消費電力の差分の平均をそれぞれΔW_Touch、ΔW_Dispとすると、タッチセンサ搭載表示パネルの電力低減量ΔW_Panelは、以下の式で表される。

また、センシング期間の表示駆動電源の動作を停止、または動作周波数を下げることで、センシング中の表示駆動電源の動作ノイズを低減してＳ／Ｎ比を高めることができ、タッチ検出精度を向上する効果がある。

図２は、代表的な実施の形態に係る半導体装置の動作例を表すタイミングチャートである。横軸に時刻をとり、縦軸に上から垂直同期信号ＶＳＹＮＣ、表示パネル駆動信号、電源回路２の駆動回路４とタッチセンス回路５への電源供給能力、バイアス制御回路３によって制御される、駆動回路４の第１バイアス電流とタッチセンス回路の第２バイアス電流の、それぞれぞれの波形を模式的に示す。

半導体装置１は、表示パネル６を駆動する表示駆動期間とタッチセンサ７によりタッチ状態と位置を検出するセンシング期間とに分割された、時分割で動作している。表示パネル６が表示する画像の１フレーム期間に１以上の表示駆動期間と１以上のセンシング期間を含む。表示駆動期間には、表示パネル６を駆動するが、タッチ状態の検出は行わず、一方、センシング期間には、タッチ状態を検出するが、表示パネル６の駆動状態を変化させない。時刻ｔ０から時刻ｔ６までが１フレーム期間であり、時刻ｔ１からｔ２までと時刻ｔ３からｔ４までが表示駆動期間、時刻ｔ２からｔ３までと時刻ｔ４からｔ５までがセンシング期間である。センシング期間は、表示駆動期間の間の期間の範囲内であれば、任意の期間に調整することができる。

表示駆動期間（時刻ｔ１〜ｔ２と時刻ｔ３〜ｔ４）には、タッチセンス回路５を低消費電力状態にする。例えば、電源回路２はタッチセンス回路５への電源供給能力をセンシング期間よりも低下させ、及び／又は、バイアス制御回路３は第２バイアス電流をセンシング期間よりも低下させる。時分割動作により、表示駆動期間には、タッチセンス回路５は動作させないため、電源供給とバイアス電流を必要最小限に抑え、また、可能であれば電源の供給とバイアス電流を停止させることにより、消費電力を抑えることができる。

センシング期間（時刻ｔ２〜ｔ３と時刻ｔ４〜ｔ５）には、駆動回路４を低消費電力状態にする。例えば、電源回路２は駆動回路４への電源供給能力を前記表示駆動期間よりも低下させ、及び／又は、バイアス制御回路３は第１バイアス電流を表示駆動期間よりも低下させる。時分割動作により、センシング期間には、駆動回路４は動作させないため、電源供給とバイアス電流を必要最小限に抑え、また、可能であれば電源の供給とバイアス電流を停止させることにより、消費電力を抑えることができる。

これにより、インセル方式のタッチセンサを搭載した表示パネルの表示ドライバ及びタッチコントロール回路において、それらを時分割動作させた場合にも消費電力を低く抑えることができる。

本発明は上記実施の形態に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

例えば、表示パネルは、液晶表示パネルに限らず、有機エレクトロルミネッセンスパネル、プラズマディスプレイ、その他、いかなる表示パネルであってもよく、また、タッチセンサは、容量の変化を検知する方式に限らず、いかなるセンシング方式であってもよく、さらに、表示パネルとタッチセンサは、インセル方式に限らず、オンセル方式であってもよい。また、電源回路２、バイアス制御回路３、駆動回路４、及びタッチセンス回路５は、単一の半導体基板上に集積されていてもよく、複数の半導体チップに分かれて形成されても良い。

〔実施形態１〕
図３は、実施形態１に係る半導体装置の構成を表すブロック図である。

実施形態１に係る半導体装置１は、表示ドライバ１＿１とタッチコントローラ１＿２を含んで構成される。表示ドライバ１＿１とタッチコントローラ１＿２は、例えば、ＣＭＯＳ集積回路製造技術などによってそれぞれ１個の半導体基板上に形成される。表示ドライバ１＿１とタッチコントローラ１＿２とが１個のパッケージに封止され、半導体モジュールとして形成されてもよい。表示ドライバ１＿１は、ホスト８から入力される表示データに基づいて表示パネル６を駆動し、タッチコントローラ１＿２は、タッチセンサ７をセンシングしてタッチ状態とタッチ位置を判別し、タッチ位置データをホスト８に出力する。表示パネル６は、例えば液晶表示パネルであり、複数のラインで構成される画像フレームを表示することができ、例えば毎秒30フレームの画像を順次表示することにより動画像を表示することもできる。タッチセンサ７は、例えば、キャパシタを配列して構成され、容量の変化を検出することによって、タッチ状態と位置を検出することができ、インセル方式では表示パネル６と一体で形成されている。

表示ドライバ１＿１は、駆動回路４、駆動回路４などに電源を供給する電源回路２＿１、駆動回路４などを構成するアナログ回路に流すバイアス電流を制御するバイアス制御回路３＿１、同期回路９＿１、タイミングコントローラ１０＿１、及び、電源コントローラ１１＿１を含んで構成される。駆動回路４は、表示パネル６のソース電極を駆動するためのソース出力信号を出力するソースアンプ１７と、表示パネル６のゲート電極を駆動するためのゲート出力信号を出力するレベルシフタ１８と、その他のアンプ１とアンプ２（１６＿１〜１６＿２）を含んで構成される。複数個のアンプが搭載され得るが、２個のみ例示する。電源回路２＿１は、ＤＣＤＣコンバータ１〜３（１３＿１〜１３＿３）と、それらに昇圧クロックを供給するＤＣＤＣ制御回路１２＿１と、ＤＣＤＣコンバータ１〜３（１３＿１〜１３＿３）によって昇圧、生成された内部電源を安定化させるレギュレータ１と２（１５＿１〜１５＿２）とを備える。図示を省略するが、レギュレータ１と２（１５＿１〜１５＿２）によって安定化された電源電圧は、駆動回路４を構成する各回路に供給される。また、同期回路９＿１、タイミングコントローラ１０＿１、電源コントローラ１１＿１への電源は、電源回路２＿１から供給されてもよく、他の電源回路から供給されてもよく、また、外部から供給されても良い。バイアス制御回路３＿１は、電源回路２＿１のレギュレータ１５＿１〜１５＿２、及び、駆動回路４のソースアンプ１７とその他のアンプ１６＿１〜１６＿２に流すバイアス電流を決める、バイアス回路２３＿１〜２３＿５を含んで構成される。同期回路９＿１は、タッチコントローラ１＿２との間の同期を取るための同期信号のインターフェース回路である。タイミングコントローラ１０＿１にはホスト８から表示データが入力され、適切なタイミングに駆動回路４のソースアンプ１７とレベルシフタ１８に、表示パネル６を駆動するための信号（ソース出力信号とゲート出力信号など）を出力する。本実施形態１に係る表示ドライバ１＿１は、電源コントローラ１１＿１を備え、タイミングコントローラ１０＿１から出力されるタイミング制御信号に基づいて、電源回路２＿１とバイアス制御回路３＿１を制御することにより、低消費電力化の制御を行う。低消費電力化の制御の詳細については後述する。

タッチコントローラ１＿２は、タッチセンス回路５と、タッチセンス回路５などに電源を供給する電源回路２＿２と、タッチセンス回路５などを構成するアナログ回路に流すバイアス電流を制御するバイアス制御回路３＿２、同期回路９＿２、タイミングコントローラ１０＿２、及び、電源コントローラ１１＿２を含んで構成される。タッチセンス回路５は、タッチパネル７に印加するタッチ検出信号を出力するタッチ検出信号ドライバ１９と、タッチパネル７のタッチ状態を検出するタッチ状態検出回路２０と、タッチ状態検出回路２０から出力されるアナログ値をディジタル値に変換するＡＤ（Analog to Digital）変換回路２１と、タッチ位置判別回路２２と、その他アンプ１６＿３〜１６＿４を含んで構成される。複数個のアンプが搭載され得るが、２個のみを例示する。タッチ位置判別回路２２から出力されるタッチ位置データは、一旦メモリ２４に格納された後、ホスト８に出力される。メモリ２４に一旦格納することにより、ホスト８は任意のタイミングでメモリ２４にアクセスして、タッチ位置データを読み出すことができる。電源回路２＿２は、ＤＣＤＣコンバータ４〜５（１３＿４〜１３＿５）と、それらに昇圧クロックを供給するＤＣＤＣ制御回路１２＿２と、ＤＣＤＣコンバータによって昇圧、生成された内部電源を安定化させるレギュレータ１５＿３とを備える。図示を省略するが、レギュレータ１５＿３によって安定化された電源電圧は、タッチセンス回路５を構成する各回路に供給される。また、同期回路９＿２、タイミングコントローラ１０＿２、電源コントローラ１１＿２への電源は、電源回路２＿２から供給されてもよく、外部から供給されても良い。バイアス制御回路３＿２は、電源回路２＿２のレギュレータ１５＿２、及び、タッチセンス回路５のタッチ検出信号ドライバ１９、タッチ状態検出回路２０、ＡＤ変換回路２１、及び、その他のアンプ１６＿３〜１６＿４に流すバイアス電流を決める、バイアス回路２３＿６〜２３＿１１を含んで構成される。同期回路９＿２は、表示ドライバ１＿１との間の同期を取るための同期信号のインターフェース回路である。タイミングコントローラ１０＿２は、タッチ検出信号ドライバ１９とタッチ状態検出回路２０とＡＤ変換回路２１と、タッチ位置判別回路２２とメモリ２４のタイミング制御を行う。本実施形態１に係るタッチコントローラ１＿２は、電源コントローラ１１＿１を備え、タイミングコントローラ１０＿２は、上記制御に加えて、タイミングコントローラ１０＿２から出力されるタイミング制御信号に基づいて、電源回路２＿２とバイアス制御回路３＿２を制御することにより、低消費電力化の制御を行う。低消費電力化の制御の詳細については後述する。

実施形態１に係る半導体装置の動作例について説明する。

図４は、実施形態１に係る半導体装置の動作例を表すタイミングチャートであり、図５は、図４の一部（時刻ｔ１０からｔ１５）を拡大したタイミングチャートである。

半導体装置１では、表示ドライバ１＿１とタッチコントローラ１＿２のタイミングコントローラ９＿１と９＿２が同期し、時分割で表示駆動とタッチセンシングを行う。表示ドライバ１＿１のタイミングコントローラ１０＿１は、数ライン毎に断続的に表示駆動を行い、表示駆動期間（ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７、ｔ８〜ｔ９）と非表示駆動期間（ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８）を生成する。タッチコントローラ１＿２は表示ドライバ１＿１の非表示駆動期間にタッチセンシングを行う。

本発明の半導体装置１では、さらに、表示ドライバ１＿１の電源コントローラ１１＿１は、タイミングコントローラ１０＿１により表示用電源回路２＿１を一定期間低消費電力で動作させる機能を有し、タッチコントローラ１＿２の電源コントローラ１１＿２は、タイミングコントローラ１０＿２によりタッチ用電源回路２＿２を一定期間低消費電力で動作させる機能を有する。

表示ドライバ１＿１は、タイミングコントローラ１０＿１の制御により、表示駆動期間から非表示駆動期間へ切り替わるときに、表示駆動電源２＿１を低消費電力状態に設定するとともに、同期回路９＿１を介して、タッチコントローラ１＿２へ水平同期信号DISP_HSYNCを送信する。タッチコントローラ１＿２は、例えば時刻ｔ１１に、DISP_HSYNCを同期回路９＿２で受け取ると、HSYNC非同期渡し時間T_async後の時刻ｔ１２に、タッチコントローラ電源２＿２の低消費電力状態を解除し、タッチセンシングを開始する。時刻ｔ１３のタッチセンシング終了後、タッチコントローラ電源２＿２を低消費電力状態に設定する。このとき、表示ドライバ１＿１とタッチコントローラ１＿２が別チップで構成されている場合には、タッチセンシング終了から表示駆動を開始するまで、一定のセンシング終了マージンT_marginを確保するとよい。

表示駆動期間は、タッチセンサ電源２＿２を低消費電力動作させ、タッチセンシングを行う非表示駆動期間は、表示用電源２＿１を低消費電力動作させる。低消費駆動期間はそれぞれ表示駆動期間と非表示駆動期間の範囲内で調整可能であり、低消費電力動作は種々の方法によって実現することができる。表示用電源回路２＿１の低消費電力動作は、バイアス電流の遮断または電流量を減らす、レギュレータ１５＿１〜１５＿２の停止またはアンプの停止、ＤＣＤＣコンバータ１３＿１〜１３＿３の停止またはスイッチ動作をある状態で固定するまたは昇圧クロックの周波数を下げる、などの何れかまたはそれらの組合せで実現する。タッチ用電源回路２＿２の低消費電力動作は、バイアス電流の遮断または電流量を減らす、レギュレータ１５＿３の停止またはアンプ１６＿３〜１６＿４の停止、ＤＣＤＣコンバータ１３＿４〜１３＿５の停止またはスイッチ動作をある状態で固定するまたは昇圧クロックの周波数を下げる、タッチ検出信号ドライバ１９の停止、ＡＤ変換回路２１の停止、などの何れかまたはそれらの組合せで実現する。

図４と図５には、その一例を示す。表示駆動期間（ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７、ｔ８〜ｔ９）には、表示ドライバ１＿１側では、アンプ１５＿１〜１５＿２、レギュレータ１５＿１〜１５＿２のバイアスは１００％にされ、ＤＣＤＣコンバータ１３＿１〜１３＿３の昇圧クロックも最高周波数にされている。一方、タッチコントローラ１＿２側では、ＡＤ変換回路２１のバイアスは１０％に、タッチ状態検出回路２０のバイアスは０％に、アンプ３（１６＿３）のバイアスは１０％に、アンプ４（１６＿４）のバイアスは０％に、レギュレータ３（１５＿３）のバイアスは５０％に、それぞれ低下させ、ＤＣＤＣコンバータ１３＿４〜１３＿５の昇圧クロックの周波数も、センシング期間より低い周波数に制御されている。非表示駆動期間（ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８）には、表示ドライバ１＿１側では、アンプ１（１５＿１）のバイアスは１０％に、アンプ２（１５＿２）のバイアスは３０％に、レギュレータ１と２（１５＿１〜１５＿２）のバイアスはそれぞれ３０％と５０％に下げられている。ＤＣＤＣコンバータ１（１３＿１）の昇圧クロックは周波数を下げ、ＤＣＤＣコンバータ２と３（１３＿２〜１３＿３）は昇圧クロックがレベル固定されることにより、昇圧動作を停止している。昇圧動作が停止されても、電源に接続されたキャパシタに電荷が充電されている場合には、一定以上の電圧が維持される。昇圧動作が再開されるまでの期間に所定以上の電圧が維持されることが保証されれば、昇圧動作を停止してもよい。一方、タッチコントローラ１＿２側では、ＡＤ変換回路２１、タッチ状態検出回路２０、アンプ１６＿３〜１６＿４、レギュレータ１５＿３のバイアスは１００％にされ、ＤＣＤＣコンバータ１３＿４〜１３＿５の昇圧クロックの周波数も最高周波数にされている。タッチ検出信号ドライバ１９からタッチ検出パターンが出力され、それに応じてタッチ検出結果のアナログ波形が、タッチ状態検出回路２０に入力される。タッチ検出結果のアナログ波形は、例えば、タッチパネル上に形成されたキャパシタの容量が、押圧によって変化することによって減衰係数が変化するような波形である。所定時間後の波高値をサンプリングすることにより、タッチ状態を検出することができる。ただし、上記は一例に過ぎず、タッチセンサの実現形態は任意である。表示駆動期間にはタッチ検出パターンは出力されず、タッチ検出結果波形を受信する必要がないため、タッチ検出信号ドライバ１９とタッチ状態検出回路２０とＡＤ変換回路２１とタッチ位置判別回路２２の動作を停止することにより、消費電力を低減する。具体的にはこれらに流すバイアス電流を下げ、これらに対する電源の供給能力を下げる。バイアス電流を下げるだけで電源の供給能力を維持しても、バイアス電流を下げた分だけ消費電力が低減され、バイアス電流を変化させないまま電源供給能力を下げても、電源回路の消費電力が低減されるので、その期間の表示ドライバ１＿１の消費電力を低く抑えることができる。

ＤＣＤＣコンバータの電源供給能力は、昇圧クロックの周波数の他、昇圧クロックのデューティによって制御することもできる。昇圧クロックのハイ期間でキャパシタに充電しロー期間で昇圧するとき、ハイ期間を短縮することによりキャパシタに蓄積される電荷量を下げ、電流供給能力を下げることができる。ここで、電流供給能力と電源供給能力は、同義でありともにＤＣＤＣコンバータなどの電源回路から出力される電源の電流値または電力値を示す。ハイ期間とロー期間の関係は回路構成によって決まり、逆でもよい。図５に示した例では、ＤＣＤＣコンバータ１（１３＿１）のクロックは、ハイパルスの大きさは、表示駆動期間と非表示駆動期間とで同じであるが、非表示駆動期間にはパルスを間引くことにより、デューティを低下させたクロックを生成して供給し電源供給能力を低下させている。これにより、ＤＣＤＣコンバータ自体や昇圧クロックの供給回路の消費電力を必要最小限まで抑えることができる。ＤＣＤＣコンバータの昇圧クロックの周波数やデューティを変化させることにより、ＤＣＤＣコンバータの電源供給能力を高速かつ効率的に変化させることができる。クロック周波数を徐々に変化させるには、安定までに時間がかかるが、パルスの間引きや分周によれば、不安定な期間を生じることなく、瞬時に変更することができる。さらに、昇圧クロックに起因して発生するノイズを低減することができる。本実施形態１では、表示ドライバ１＿１とタッチコントローラ１＿２を別のチップで構成する例を示した。表示ドライバ１＿１側のＤＣＤＣコンバータの昇圧クロックに起因するノイズは、電源配線や制御配線を経由してタッチコントローラ１＿２に伝搬し、タッチ状態検出回路２０のＳ／Ｎ比を劣化させる恐れがあるが、センシング期間中に表示ドライバ１＿１の電源回路２＿１の昇圧クロックは、低い周波数またはデューティに抑えられているため、発生するノイズも低く抑えられる。これにより、タッチコントローラ１＿２におけるタッチセンシングのＳ／Ｎ比を向上することができる。

複数のＤＣＤＣコンバータ、複数のレギュレータを備え、それらを組合せて電源回路を構成することにより、電源供給能力をきめ細かく制御することができる。例えば、図４に示した例では、ＤＣＤＣコンバータ１（１３＿１）は、外部から供給される電源から内部電源を発生させ、ＤＣＤＣコンバータ２と３（１３＿２〜１３＿３）はその内部電源からさらに別の（例えばさらに高圧で正負の極性を持つ）内部電源を発生させるように構成することができる。ＤＣＤＣコンバータ１（１３＿１）は、非表示駆動期間にも昇圧クロックの周波数を下げて動作を継続させるが、ＤＣＤＣコンバータ２と３（１３＿２〜１３＿３）は動作を停止する。ＤＣＤＣコンバータ１（１３＿１）の出力は、バイアス制御回路３＿１など、動作を完全に停止することができない回路への電源供給を行い、ＤＣＤＣコンバータ２と３（１３＿２〜１３＿３）の出力は、ソースアンプ１７、レベルシフタ１８など、非表示駆動期間に動作を停止する回路への電源供給を行う。図４と図５に例示した、ＤＣＤＣコンバータ２と３（１３＿２〜１３＿３）の昇圧クロックは、互いに逆相のクロックで、例えば正負対称の電圧を発生させる場合に好適であり、逆相であるために互いの消費電流がピークになる時刻の位相が180°ずれることにより、ＤＣＤＣコンバータ２と３（１３＿２〜１３＿３）のピーク電流の和、即ち、全体のピーク電流を抑えることができる。

表示駆動期間と非表示駆動期間またはセンシング期間の時分割の期間は、画像のラインを単位として規定するとよい。１ラインごとに表示とタッチセンシングを繰り返しても良いし、１フレーム全てのラインを表示した後にタッチセンシングを行っても良い。より好適には、表示パネル６の電極数に基づいて適切なライン数を求めるとよい。ラインを単位とすることにより、表示ドライバ１＿１とタッチコントローラ１＿２とは、表示のための水平同期信号DISP_HSYNCを使って同期をとることができる。

〔実施形態２〕
実施形態１は、表示ドライバ１＿１とタッチコントローラ１＿２を別チップとした、所謂セパレートチップによって実施した形態であるのに対し、本実施形態２は、表示ドライバとタッチコントローラを一体化した所謂コンボチップによる実施形態である。

図６は、実施形態２に係る半導体装置の構成を表すブロック図である。表示ドライバとタッチコントローラを一体に含むコンボチップ１は、例えば、ＣＭＯＳ集積回路製造技術などによって１個の半導体基板上に形成される。コンボチップ１は、ホスト８から入力される表示データを表示パネル６に表示する駆動信号（ソース出力信号とゲート出力信号など）を出力し、タッチセンサ７からタッチ検出信号を受信する。表示パネル６とタッチセンサ７の構成は、実施形態１と同様である。コンボチップ１は、駆動回路４、タッチセンス回路５、表示ドライバ用バイアス制御回路３＿１、タッチコントローラ用バイアス制御回路３＿２、同期回路９＿１と９＿２、タイミングコントローラ１０＿１と１０＿２、及び、メモリ２４を備える。これらは、図３に示した実施形態１と同様である。コンボチップ１は、さらに、電源回路２と電源コントローラ１１＿１〜１１＿２を備える。電源回路２は、実施形態１の表示ドライバ用電源回路２＿１とタッチコントローラ用電源回路２＿２が統合されたもので、共通化によって回路規模が低減される。ＤＣＤＣコンバータ４と５（１３＿４〜１３＿５）に代えて、ＤＣＤＣコンバータ２（１３＿２）が、タッチセンス回路４などへの電源供給を行う。これにより、ＤＣＤＣコンバータ２個分の回路を削減することができる。ＤＣＤＣコンバータ４と５（１３＿４〜１３＿５）に代えて、ＤＣＤＣコンバータ２と３（１３＿２〜１３＿３）の両方から、タッチセンス回路４などへの電源供給を行っても良い。ＤＣＤＣコンバータ４と５（１３＿４〜１３＿５）は、ＤＣＤＣコンバータ２と３（１３＿２〜１３＿３）と同様に、相補的な昇圧クロックで動作するＤＣＤＣコンバータであるので、整合性良く代替される。電源コントローラ１１＿１は電源回路２のタイミング制御と表示ドライバ用バイアス制御回路３＿１のタイミング制御を行ない、電源コントローラ１１＿２はタッチコントローラ用バイアス制御回路３＿２のみのタイミング制御を行う。

同期回路９＿１と９＿２、タイミングコントローラ１０＿１と１０＿２、電源コントローラ１１＿１と１１＿２、及び、バイアス制御回路３＿１と３＿２は、独立に備える例を示した。これにより、元々表示ドライバとタッチコントローラに搭載されていた設計資産を流用することができ、設計開発期間を短縮し、設計コストを抑えることができる。これに対し、それぞれに持つ共通の回路を共有して一体化することもできる。この場合には、回路規模を削減し、さらに、表示ドライバとタッチコントローラの元々非同期の回路動作を、同期回路にすることができ、非同期信号の送受信に伴うタイミングの無駄を減らすことができる。

実施形態２に係る半導体装置（コンボチップ１）の動作例について説明する。

図７は、実施形態２に係る半導体装置の動作例を表すタイミングチャートであり、図８は、図７の一部（時刻ｔ１０からｔ１５）を拡大したタイミングチャートである。

半導体装置（コンボチップ１）では、タイミングコントローラ９＿１と９＿２が水平同期信号DISP_HSYNCを送受信することによって同期し、図４と図５に示した実施形態１と同様に、時分割で表示駆動とタッチセンシングを行う。図４と図５に示した実施形態１と同様に、表示駆動期間にはタッチセンス回路５を低消費電力化し、センシング期間には駆動回路４を低消費電力化する。ＤＣＤＣコンバータ３（１３＿３）は、駆動回路４のみに電源を供給するので、センシング期間には実施形態１と同様に停止させることができるが、ＤＣＤＣコンバータ２（１３＿２）は、共通化により駆動回路４とタッチセンス回路５に電源を供給するので、センシング期間にも動作を停止することはできない。ただし、タッチセンス回路５の消費電力は駆動回路４よりも低いので、電源供給能力はそれに合わせて低下させる。図８に示すようにＤＣＤＣコンバータ２の昇圧クロックの周波数を下げることによって電源供給能力を低下させている。レギュレータ１と２（１５＿１〜１５＿２）についても同様である。共通化により、レギュレータ３に代わってレギュレータ１と２（１５＿１〜１５＿２）がタッチセンス回路５などへの電源供給を行なうので、センシング期間にも動作を停止することはできないが、バイアス電流を７０％まで低下させて、電源供給能力を適正化させている。

表示駆動期間から非表示駆動期間へ切り替わるときに、駆動回路４を低消費電力状態に設定するとともに、タッチコントローラ側のタイミングコントローラ１０＿２へ同期回路９＿１を介して水平同期信号DISP_HSYNCを送信する。タッチコントローラ側の同期回路は、DISP_HSYNCを受信すると、HSYNC非同期渡し時間T_async後にタッチセンス回路５の低消費電力状態を解除し、タッチセンシングを開始する。タッチセンシング終了後、タッチセンス回路５を低消費電力状態に設定する。このとき、表示ドライバ側とタッチコントローラ側が非同期設計であれば、一定のセンシング終了マージンT_marginを確保する必要があるが、コンボチップ１では同期タイミング設計が容易なため、セパレートチップに比べてT_asyncとT_marginを小さくでき、より多くの時間をタッチセンシングと表示駆動に割り当てられるメリットがある。さらに、同期回路９＿１と９＿２、タイミングコントローラ１０＿１と１０＿２、電源コントローラ１１＿１と１１＿２、及び、バイアス制御回路３＿１と３＿２を一体化し、同期回路にとして形成することもできる。この場合には、非同期信号の送受信に伴うタイミングの余裕であるT_asyncとT_marginを無くしまたは著しく減らすことができる。

これ以外の低消費電力動作については、実施形態１に示したのと同様の方法を採用することができる。

これにより、表示駆動期間には、待機状態にあるタッチセンス回路５への電源供給を低く抑え、及び／又は、タッチセンス回路５のバイアス電流を低下させ、一方、センシング期間には、待機状態にある駆動回路４への電源供給を低く抑え、及び／又は、駆動回路４のバイアス電流を低下させることができ、半導体装置（コンボチップ１）全体の消費電力を低く抑えることができる。

〔実施形態３〕
実施形態１と２は、表示ドライバとタッチコントローラを時分割動作させる実施形態であるのに対し、本実施形態３は、本発明を、間欠動作する表示ドライバに適用した実施形態である。

図９は、実施形態３に係る半導体装置（表示ドライバ１）の構成を表すブロック図である。表示ドライバ１は、例えば、ＣＭＯＳ集積回路製造技術などによって１個の半導体基板上に形成される。表示ドライバ１は、ホスト８から入力される表示データを表示パネル６に表示する駆動信号を出力する。表示パネル６の構成は、実施形態１と同様であり、タッチセンサがオンセル方式またはインセル方式で組み込まれていてもよい。表示ドライバ１は、電源回路２、駆動回路４、バイアス制御回路３、タイミングコントローラ１０、及び、電源コントローラ１１を備える。電源コントローラ１１は、タイミングコントローラ１０の制御により電源回路２を一定期間、低消費電力で動作させる機能を有する。これらは、図３に示した実施形態１と同様である。

実施形態３に係る半導体装置（表示ドライバ１）の動作例について説明する。

図１０は、実施形態３に係る半導体装置（表示ドライバ１）の動作例を表すタイミングチャートであり、図１１は、図１０の一部（時刻ｔ１０からｔ１３）を拡大したタイミングチャートである。

半導体装置（表示ドライバ１）はタイミングコントローラ１０の制御により、図４と図５に示した実施形態１の時分割動作と同様に、数ライン毎に断続的に表示駆動を行い、表示駆動期間と非表示駆動期間を生成して、間欠的に表示駆動を行う。

表示駆動期間（ｔ２〜ｔ３、ｔ４〜ｔ５、ｔ６〜ｔ７、ｔ８〜ｔ９）には、アンプ１５＿１〜１５＿２、レギュレータ１５＿１〜１５＿２のバイアスは１００％にされ、ＤＣＤＣコンバータ１３＿１〜１３＿３の昇圧クロックも最高周波数にされている。非表示駆動期間（ｔ１〜ｔ２、ｔ３〜ｔ４、ｔ５〜ｔ６、ｔ７〜ｔ８）は、表示用電源を低消費電力で駆動する。非表示駆動期間には、アンプ１と２（１５＿１〜１５＿２）のバイアスはそれぞれ１０％と３０％に、レギュレータ１と２（１５＿１〜１５＿２）のバイアスはそれぞれ３０％と５０％に下げられている。ＤＣＤＣコンバータ１（１３＿１）の昇圧クロックは周波数を下げ、ＤＣＤＣコンバータ２と３（１３＿２〜１３＿３）は昇圧クロックがレベル固定されることにより、昇圧動作を停止している。

表示ドライバ１により断続的に表示駆動を行うことで非表示駆動期間を生成し、この期間の電源動作を制御するので、表示画質を落とさずに低消費電力化が可能となる。

低消費電力化される期間は非表示駆動期間の範囲内で調整可能である。また、この期間の低消費電力化の方法も調整可能である。低消費電力化の方法は、上述した例の他、バイアス制御回路３によるバイアス電流の遮断または電流量を減らす、レギュレータ１５＿１〜１５＿２の停止またはアンプ１６＿１〜１６＿２の停止、ＤＣＤＣコンバータ１３＿１〜１３＿３の停止またはスイッチ動作をある状態で固定するまたは動作周波数を下げる、の何れかの方法またはその組み合わせで実現することができる。

以上本発明者によってなされた発明を実施形態に基づいて具体的に説明したが、本発明はそれに限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは言うまでもない。

既に述べたように、例えば、表示パネルは、液晶に限らず、有機エレクトロルミネッセンス、プラズマ、その他、いかなる表示パネルであってもよく、また、タッチセンサは、容量の変化を検知する方式に限らず、いかなるセンシング方式であってもよく、さらに、表示パネルとタッチセンサは、インセル方式に限らず、オンセル方式であってもよい。

また、低消費電力化の期間、対象回路と低消費電力化の方法などは、適宜調整することができる。例えば、時分割の単位を細かくすることにより、タッチセンシングの時間感度を高めることができる一方、低消費電力化の制御速度は高速性が求められる。

１ 半導体装置
２ 電源回路
３ バイアス制御回路
４ 駆動回路
５ タッチセンス回路
６ 表示パネル
７ タッチセンサ
８ ホスト
９ 同期回路
１０ タイミングコントローラ
１１ 電源コントローラ
１２ ＤＣＤＣコンバータ制御回路
１３ ＤＣＤＣコンバータ
１４ ＤＣＤＣコンバータ用クロック発生回路
１５ レギュレータ
１６ アンプ
１７ ソースアンプ
１８ レベルシフタ
１９ タッチ検出信号ドライバ
２０ タッチ状態検出回路
２１ ＡＤ変換回路
２２ タッチ位置判別回路
２３ バイアス回路
２４ メモリ

Claims (13)

1. タッチセンサを備える表示パネルに接続可能であり、前記表示パネルを駆動可能な駆動回路と、前記タッチセンサに接続されるタッチセンス回路と、前記駆動回路と前記タッチセンス回路に電源を供給する電源回路と、前記駆動回路に流す第１バイアス電流と前記タッチセンス回路に流す第２バイアス電流とを制御するバイアス制御回路とを備え、
   前記表示パネルを駆動しタッチ状態を検出しない表示駆動期間と、タッチ状態を検出し前記表示パネルの駆動状態を変化させないセンシング期間とを含む、時分割動作が可能な半導体装置であって、
   前記表示パネルが表示する画像の１フレーム期間に１以上の表示駆動期間と１以上のセンシング期間が含まれ、
   前記表示駆動期間には、前記電源回路は前記タッチセンス回路への電源供給能力を前記センシング期間よりも低下させ、及び／又は、前記バイアス制御回路は前記第２バイアス電流を前記センシング期間よりも低下させ、
   前記センシング期間には、前記電源回路は前記駆動回路への電源供給能力を前記表示駆動期間よりも低下させ、及び／又は、前記バイアス制御回路は前記第１バイアス電流を前記表示駆動期間よりも低下させる、半導体装置。
2. 請求項１において、前記電源回路は外部から供給される電源から内部電源を発生させるＤＣＤＣコンバータと、前記内部電源から前記駆動回路に供給する第１安定化電源を出力する第１レギュレータと前記内部電源から前記タッチセンス回路に供給する第２安定化電源を出力する第２レギュレータとを備え、
   前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧クロックの周波数を上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記第１レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第３バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第３バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記第２レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第４バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第４バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記表示駆動期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記周波数を前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第４バイアス電流と前記第２バイアス電流とを前記センシング期間よりもそれぞれ低下させ、
   前記センシング期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記周波数を前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第３バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる制御を可能に構成される、半導体装置。
3. 請求項１において、前記電源回路は外部から供給される電源から内部電源を発生させるＤＣＤＣコンバータと、前記内部電源から前記駆動回路に供給する第１安定化電源を出力する第１レギュレータと前記内部電源から前記タッチセンス回路に供給する第２安定化電源を出力する第２レギュレータとを備え、
   前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧クロックのデューティを上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記第１レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第３バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第３バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記第２レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第４バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第４バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記表示駆動期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記デューティを前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第４バイアス電流と前記第２バイアス電流とを前記センシング期間よりもそれぞれ低下させ、
   前記センシング期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記デューティを前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第３バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる制御を可能に構成される、半導体装置。
4. 請求項１において、前記電源回路は外部から供給される電源から第１内部電源を発生させる、第１ＤＣＤＣコンバータと、前記第１内部電源から第２内部電源を発生させる第２ＤＣＤＣコンバータと、前記第１内部電源から第３内部電源を発生させる第３ＤＣＤＣコンバータとを備え、
   前記第２内部電源から前記駆動回路と前記タッチセンス回路に供給される第２安定化電源を出力する第１レギュレータと、前記第３内部電源から前記駆動回路に供給され前記タッチセンス回路に供給されない第３安定化電源を出力する第２レギュレータとを備え、
   前記第１、第２及び第３ＤＣＤＣコンバータのぞれぞれは、昇圧クロックの周波数及び／又はデューティを上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記第１レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第３バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第３バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記第２レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第４バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第４バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させ、又は電源供給を遮断することが可能であり、
   前記センシング期間に、前記電源回路は、前記第１ＤＣＤＣコンバータと前記第２ＤＣＤＣコンバータの昇圧クロックの周波数及び／又はデューティを下げることにより電源供給能力を低下させ、前記第３ＤＣＤＣコンバータの動作を停止させ、前記バイアス制御回路は、前記第４バイアス電流を下げることにより前記第２レギュレータからの前記駆動回路への電源供給を停止させる、半導体装置。
5. 請求項１から請求項４のうちの１項において、前記表示パネルは複数のラインからなる画像フレームを表示可能であり、
   前記表示駆動期間は、前記画像フレーム内の一部の複数のラインを表示する期間であり、
   前記センシング期間は、前記表示駆動期間と次の表示駆動期間の間の任意の期間に設定される、半導体装置。
6. 表示パネルに接続可能であり、前記表示パネルを駆動可能な駆動回路と前記駆動回路に電源を供給する電源回路と前記駆動回路に流すバイアス電流を制御するバイアス制御回路とを備え、前記表示パネルを駆動する表示駆動期間と駆動状態を変化させない待機期間を含む、時分割動作が可能な半導体装置であって、
   前記表示パネルが表示する画像の１フレーム期間に１以上の表示駆動期間と１以上の待機期間が含まれ、
   前記待機期間には、前記電源回路の電源供給能力を前記表示駆動期間よりも低下させ、及び／又は、前記バイアス制御回路は前記バイアス電流を前記表示駆動期間よりも低下させる制御を可能に構成される、半導体装置。
7. 請求項６において、前記電源回路は外部から供給される電源から内部電源を発生させるＤＣＤＣコンバータと、前記内部電源から安定化電源を出力するレギュレータとを備え、
   前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧クロックの周波数を上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記バイアス電流を第１バイアス電流とし、
   前記レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第２バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第２バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記待機期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記周波数を前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第２バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる制御を可能に構成される、半導体装置。
8. 請求項６において、前記電源回路は外部から供給される電源から内部電源を発生させるＤＣＤＣコンバータと、前記内部電源から安定化電源を出力するレギュレータとを備え、
   前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧クロックのデューティを上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記バイアス電流を第１バイアス電流とし、
   前記レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第２バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第２バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記待機期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記デューティを前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第２バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる制御を可能に構成される、半導体装置。
9. 請求項６において、前記電源回路は外部から供給される電源から内部電源を発生させるＤＣＤＣコンバータと、前記内部電源から安定化電源を出力するレギュレータとを備え、
   前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧クロックの周波数またはデューティを上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記バイアス電流を第１バイアス電流とし、
   前記レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第２バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第２バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
   前記待機期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記昇圧クロックの信号レベルを固定し、前記バイアス制御回路は前記第２バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる制御を可能に構成される、半導体装置。
10. 請求項６において、前記電源回路は外部から供給される電源から第１内部電源を発生させる第１ＤＣＤＣコンバータと、前記第１内部電源から第２内部電源を発生させる第２ＤＣＤＣコンバータと、前記第２内部電源から安定化電源を出力するレギュレータとを備え、
    前記第１及び第２ＤＣＤＣコンバータのそれぞれは、昇圧クロックの周波数またはデューティを上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
    前記バイアス電流を第１バイアス電流とし、
    前記レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第２バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第２バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
    前記待機期間に、前記電源回路は前記第１ＤＣＤＣコンバータの前記周波数を前記表示駆動期間よりも下げ、及び／または、前記デューティを前記表示駆動期間よりも下げ、前記第２ＤＣＤＣコンバータの前記昇圧クロックの信号レベルを固定し、前記バイアス制御回路は前記第２バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる制御を可能に構成される、半導体装置。
11. 請求項６から請求項１０のうちの１項において、前記表示パネルは複数のラインからなる画像フレームを表示可能であり、
    前記表示駆動期間は、前記画像フレーム内の一部の複数のラインを表示する期間であり、
    前記待機期間は、前記表示駆動期間と次の表示駆動期間の間の任意の期間に設定される、半導体装置。
12. タッチセンサを備える表示パネルに接続可能であり、前記タッチセンサに接続されるタッチセンス回路と前記タッチセンス回路に電源を供給する電源回路と前記タッチセンス回路に流すバイアス電流を制御するバイアス制御回路とを備え、前記タッチ状態を検出するセンシング期間と検出しない待機期間を含む、時分割動作が可能な半導体装置であって、
    前記表示パネルが表示する画像の１フレーム期間に１以上のセンシング期間と１以上の待機期間が含まれ、
    前記待機期間に、前記電源回路は電源供給能力を低下させ、及び／又は、前記バイアス制御回路は前記バイアス電流を低下させる制御を可能に構成される、半導体装置。
13. 請求項１２において、前記電源回路は外部から供給される電源から内部電源を発生させるＤＣＤＣコンバータと、前記内部電源から安定化電源を出力するレギュレータとを備え、
    前記ＤＣＤＣコンバータは、昇圧クロックの周波数及び／又はデューティを上げることにより電源供給能力を向上し、下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
    前記バイアス電流を第１バイアス電流とし、
    前記レギュレータは、前記バイアス制御回路によって制御される第２バイアス電流を上げることにより電源供給能力を向上し、前記第２バイアス電流を下げることにより電源供給能力を低下させることが可能であり、
    前記待機期間に、前記電源回路は前記ＤＣＤＣコンバータの前記周波数及び／又はデューティを前記表示駆動期間よりも下げ、前記バイアス制御回路は前記第２バイアス電流と前記第１バイアス電流とを前記表示駆動期間よりもそれぞれ低下させる制御を可能に構成される、半導体装置。

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