JP2014146235A - 半導体装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】タッチセンサを備えた表示パネルの種々の形態に合わせて、機能を任意の端子に割り当てることができ、表示パネル及びタッチパネルとの配線の引き回しの自由度を向上する、タッチパネル対応表示ドライバを提供する。
【解決手段】
表示パネルを駆動するための表示駆動回路と、タッチセンサにタッチ検出信号を印加するためのタッチ検出信号駆動回路と、タッチセンサを観測した信号を受信するタッチ状態検出回路とを備える半導体装置を、以下のように構成する。端子と内部回路との接続を切り替える、接続切替回路を備える。接続切替回路は、表示駆動回路とタッチ検出信号駆動回路とタッチ状態検出回路のうちの少なくとも2つから1つを選択して端子との接続を切り替える。端子には、保護電圧レベルを変更可能な保護回路が接続され、その保護電圧レベルは、接続切替回路によって選択される回路の信号振幅に応じて可変される。
【選択図】図1

Description

本発明は、タッチセンサを備えた表示パネルのドライバLSI(Large Scale Integrated circuit)に関し、特に多品種の表示パネルに接続可能なドライバLSIの提供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。例えば、特許文献1には、複数の積層されたガラス基板の間に、液晶層と表示用の透明電極とタッチされた位置を検出するための透明電極とカラーフィルターとが一体に設けられ、静電容量結合方式によりタッチされた位置を検出すると共に画像を表示するタッチパネル表示装置が開示されている。
インセル方式でタッチセンサを備えた表示パネルには、表示ドライバとタッチコントローラが接続され、ホストプロセッサから入力される画像データを表示し、タッチされた位置を検出してホストプロセッサへ出力する。特許文献2には、タッチセンシングと表示の領域を時分割して交互に駆動することにより、ノイズの影響を低減する、タッチセンサを有する表示装置及びその駆動方法が開示されている。特許文献3には、インセル方式には限らないが、タッチセンサパネルのタッチセンスのための電極の駆動回路が開示される。タッチセンサに検出用の信号を出力する駆動回路において、その信号の立上り及び立下りに起因するノイズの影響を緩和するために、複数の駆動電圧の中から所要の駆動電圧を選択するスイッチ回路を有し、波形モードに応じてスイッチ回路のスイッチ制御が行われる。また、表示ドライバやマイクロプロセッサを備えた、シングルチップで構成してもよいことが記載されている。
一方、特許文献4には、他の半導体デバイスと共にSIP(System In Package)を構成する場合に、レイアウトを変更して端子の位置を入れ換えることなく、他の半導体デバイスとの間の端子の合わせ込みを行うことができるようにし、SIPの開発効率を高めることができるようにした半導体デバイスが、開示されている。内部回路と端子の間に伝送路切換回路を設けることにより、他の半導体デバイスとの間の端子の合せ込みを行うことができる。
特開2008−32756号公報 特開2012−59265号公報 特開2012−234475号公報 特開2007−193923号公報
特許文献1、2、3及び4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。
特許文献1に開示されるようなインセル方式でタッチセンサを備えた表示パネルには種々の形態があり、表示パネルを駆動する信号を供給するための端子、タッチセンサに検出用の信号を印加するための端子、例えば容量の変化などタッチ検出のための信号を検出するための端子の配置は、表示パネルの品種によって多様である。表示ドライバとタッチコントローラをそれぞれ別の半導体チップで形成する場合には、その半導体チップの実装基板上の配置を最適化するなどの方法により、ある程度、表示パネルの多様な端子配置に適合させることができる自由度がある。しかし、表示ドライバとタッチコントローラをシングルチップで構成するときには、自由度は極端に制限される。
特許文献4に開示される技術は、内部回路と端子の間に伝送路切換回路を設けることにより、他の半導体デバイスとの間の端子の合せ込みを行う。論理的機能の異なる内部信号を、選択的に特定の端子に接続することができる。発明者らは、この技術を利用して、表示ドライバとタッチコントローラをシングルチップで構成した半導体装置の端子について、特定の端子の機能を、表示パネルを駆動する信号の出力、タッチセンサへの検出用信号の出力、タッチ検出のための信号の入力の3種の入出力の間で、切り替えることができるかについて検討した。
表示ドライバとタッチコントローラは、タイミング制御などのディジタル的な信号処理の他、信号の電流と電圧を負荷である表示パネルとタッチセンサに適合させる、アナログ的な処理も行う。液晶表示パネルのゲートドライバを駆動する信号は、例えば、+15Vから−12Vの振幅を持つが、タッチセンス用検出信号は、+3Vから−2Vの振幅でよい。さらには、特許文献3に示されるように、複数の駆動電圧から所要の駆動電圧を選択して駆動する場合もある。
特許文献4に開示される技術は、論理的機能の異なる内部信号を、選択的に特定の端子に接続することができるが、信号の電流と電圧を、負荷である表示パネルとタッチセンサに適合させるような、アナログ的な処理を行うことはできない。さらに、端子に過電圧が印加された場合の保護回路については、何ら考慮されていない。
このような課題を解決するための手段を以下に説明するが、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、タッチセンサを備える表示パネルに接続可能であり、表示パネルを駆動するための表示駆動回路と、タッチセンサにタッチ検出信号を印加するためのタッチ検出信号駆動回路と、タッチセンサを観測した信号を受信するタッチ状態検出回路と、を備える半導体装置であって、以下のように構成する。
端子と内部回路との接続を切り替える、接続切替回路を備える。接続切替回路は、表示駆動回路とタッチ検出信号駆動回路とタッチ状態検出回路のうちの少なくとも2つから1つを選択して端子との接続を切り替える。
端子には、保護電圧レベルを変更可能な保護回路が接続され、その保護電圧レベルは、接続切替回路によって選択される回路の信号振幅に応じて可変される。
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、タッチセンサを備えた表示パネルの種々の形態に合わせて、機能を任意の端子に割り当てることができ、表示パネル及びタッチパネルとの配線の引き回しの自由度を向上することができる。
図1は、代表的な実施形態に係る半導体装置の要部の構成を表すブロック図である。 図2は、本発明の実施形態に係る半導体装置の構成例とそれを搭載したタッチセンサ付き表示パネルの構成を表すブロック図である。 図3は、実施形態1に係る半導体装置の端子配置図である。 図4は、2出力を切り替える切替回路の構成例を表す回路図である。 図5は、2出力+1入力を切り替える切替回路の構成例を表す回路図である。 図6は、1出力(表示駆動)+1入力を切り替える切替回路の構成例を表す回路図である。 図7は、1出力(タッチセンサ駆動)+1入力を切り替える切替回路の構成例を表す回路図である。 図8は、複数の端子をまとめて2出力を切り替える切替回路の構成例を表す回路図である。 図9は、実施形態1に係る半導体装置をインセル型タッチセンサ付き表示パネル(カラーフィルタガラス上にRx,TFTガラス上にTx)に実装した状態を表す説明図である。 図10は、実施形態1に係る半導体装置をインセル型タッチセンサ付き表示パネル(カバーガラス裏面にRx,TFTガラス上にTx)に実装した状態を表す説明図である。 図11は、実施形態1に係る半導体装置をインセル型タッチセンサ付き表示パネル(TFTガラス上にRxとTx)に実装した状態を表す説明図である。 図12は、実施形態1に係る半導体装置をオンセル型タッチセンサ付き表示パネル(タッチパネルガラス上にRxとTx)に実装した状態を表す説明図である。 図13は、実施形態1に係る半導体装置をオンセル型タッチセンサ付き表示パネル(カラーフィルタガラス上にRxとTx)に実装した状態を表す説明図である。 図14は、実施形態1に係る半導体装置をオンセル型タッチセンサ付き表示パネル(カバーガラス裏面にRxとTx)に実装した状態を表す説明図である。 図15は、実施形態1に係る半導体装置のブートアップシーケンスを表すタイミングチャートである。 図16は、実施形態2に係る半導体装置の端子配置図である。
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〕<端子機能切替え回路を備えたタッチパネル対応表示ドライバ>
タッチセンサ(22)を備える表示パネル(21)に接続可能な半導体装置(1)であって、以下のように構成される。
端子(2)と、前記表示パネルを駆動するための表示駆動回路(6)と、前記タッチセンサにタッチ検出信号を印加するためのタッチ検出信号駆動回路(7)と、前記タッチセンサを観測した信号を受信するタッチ状態検出回路(8)と、接続切替回路(3)と、前記端子に接続され保護電圧レベルを変更可能な保護回路(4)と、前記保護電圧レベルを変更する制御が可能な保護電圧設定回路(5)とを備える。
前記接続切替回路は、前記表示駆動回路と前記タッチ検出信号駆動回路と前記タッチ状態検出回路のうちの少なくとも2つから1つを選択して前記端子との接続を切り替えることが可能である。前記保護電圧設定回路は、前記接続切替回路によって選択される回路の信号振幅に応じて前記保護回路の保護電圧レベルを設定可能である。
これにより、タッチセンサを備えた表示パネルの種々の形態に合わせて、機能を任意の端子配置に割り当てることができる、タッチパネル対応表示ドライバを提供することができる。表示パネル及びタッチパネルとの配線の引き回しの自由度を向上することができる。また、端子の保護電圧は、その端子に割り当てられた機能に応じて、選択的に切り替えられる。
〔2〕<変換電圧レベルを設定可能なレベルシフト回路>
項1において、前記接続切替回路は、変換電圧レベルを設定可能なレベルシフト回路(9)を含み、前記レベルシフト回路は、前記接続切替回路によって選択される、前記表示駆動回路または前記タッチ検出信号駆動回路が出力すべき信号振幅に応じて、前記変換電圧レベルを設定可能である。
これにより、タッチセンサを備えた表示パネルの種々の形態に合わせて、機能を任意の端子配置に割り当てることができる、タッチパネル対応表示ドライバを提供することができる。表示パネル及びタッチパネルとの配線の引き回しの自由度を向上することができる。また、端子の出力電圧は、その端子に割り当てられた機能に応じて、選択的に切り替えられる。
〔3〕<DCDC変換回路>
項2において、電源回路(26)をさらに備える。
前記電源回路は、外部から供給される電源(Vcc)から、前記表示駆動回路が出力すべき信号振幅に応じた第1電源(VGH/VGL)と、前記タッチ検出信号駆動回路が出力すべき信号振幅に応じた第2電源(VTxH/VTxL)とを発生させることが可能な回路である。
前記第1電源と前記第2電源は、前記保護電圧設定回路と前記レベルシフト回路に供給される。
前記保護電圧設定回路は、前記接続切替回路によって選択される回路の信号振幅に応じて、前記第1電源と前記第2電源を含む電源からいずれかの電源を選択することにより、前記保護回路の保護電圧レベルを設定可能に構成される。
前記レベルシフト回路は、前記接続切替回路によって選択される、前記表示駆動回路または前記タッチ検出信号駆動回路が出力すべき信号振幅に応じて、前記第1電源と前記第2電源を含む電源からいずれかの電源を選択することにより、前記変換電圧レベルを設定可能に構成される。
これにより、必要な電源をオンチップで供給することができる。
〔4〕<パワーオンリセット回路>
項3において、外部から供給される電源の電圧が所定の電位レベルを超えたことを検知して内部リセット信号を出力するリセット回路(27)をさらに備える。
前記半導体装置は、前記リセット回路が前記リセット信号を出力した後に、前記接続切替回路による接続切替えを動作させ、前記保護電圧設定回路による保護電圧レベルの設定を動作させ、前記変換電圧レベルの設定を行い、さらにその後、前記電源回路による前記第1電源と前記第2電源の供給を開始する。
これにより、チップ内に適切な順序で電源が供給され、過渡的な過電流が流れるなどの問題を防止することができる。
〔5〕<MPU>
項4において、前記リセット回路から前記リセット信号が入力され、前記接続切替回路による接続切替えを動作と、前記保護電圧設定回路による保護電圧レベルの設定を動作と、前記変換電圧レベルの設定動作と、前記電源回路による前記第1電源と前記第2電源の供給の開始を制御可能な、MPU(25)をさらに備える。
前記MPUは、前記リセット信号が入力されたときに、ブートプログラムを実行することにより、前記接続切替回路による接続切替えを動作させ、前記保護電圧設定回路による保護電圧レベルの設定を動作させ、前記変換電圧レベルの設定を行い、さらにその後、前記電源回路による前記第1電源と前記第2電源の供給を開始する。
これにより、端子機能の選択処理とそれに必要な電源の生成処理が、MPUによるブートアップシーケンスによって実行することができる。
〔6〕<GIP/Tx端子切替え回路を備えたタッチパネル対応液晶表示ドライバ>
タッチ検出信号(17)が入力されタッチセンス信号(16)を出力するタッチセンサ(22)を備え、液晶に印加すべき電圧が入力される表示パネルソース端子群(14)と、前記電圧が入力されるべき液晶の位置を指定する信号が入力される表示パネルゲート端子群(15)とを備える、液晶表示パネル(21)に接続可能な半導体装置(1)であって、以下のように構成される。
ホストインターフェース端子群(2_5)と、前記表示パネルソース端子群を駆動する信号を出力するソース出力端子群(2_1)と、第1端子群(GIP端子2_2/Tx端子2_4切替端子)とを備える。さらに、前記ホストインターフェース端子群から入力される表示データに基づいて、前記表示パネルソース端子群と前記表示パネルゲート端子群とを駆動するための表示パネル駆動回路(23)と、前記タッチ検出信号を送信するためのタッチ検出信号駆動回路(7)とを備える。またさらに、第1接続切替回路(3)と、前記第1端子群のそれぞれに接続され第1保護電圧レベルを変更可能な第1保護回路(4)と、前記第1保護電圧レベルを変更する制御が可能な保護電圧設定回路(5)とを備える。
前記第1接続切替回路は、変換電圧レベルを設定可能なレベルシフト回路(9)を含み、前記表示パネル駆動回路の前記表示パネルゲート端子群を駆動する信号を出力する回路と前記タッチ検出信号駆動回路のうちの選択されたいずれか一方が出力すべき信号振幅に応じて、前記変換電圧レベルが設定された前記レベルシフト回路によって信号振幅レベルを変換して前記第1端子群へ接続する。前記保護電圧設定回路は、前記第1接続切替回路によって選択される回路の信号振幅に応じて前記第1保護電圧レベルを設定する。
これにより、タッチセンサを備えた表示パネルの種々の形態に合わせて、表示パネルゲート端子群を駆動する信号の出力端子(GIP端子2_2)と、タッチ検出信号を送信するための端子(Tx端子2_4)の端子配置を適切に割り当てることができる、タッチパネル対応液晶表示ドライバを提供することができる。液晶表示パネル及びタッチパネルとの配線の引き回しの自由度を向上することができる。また、端子の保護電圧は、その端子に割り当てられた機能に応じて、選択的に切り替えられる。
〔7〕<GIP/Tx切替端子はソース出力端子側の辺の側面側に配置>
項6において、前記第1端子群(GIP/Tx切替端子)は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺において、前記ソース出力端子群より外側に配置される。
これにより、タッチセンサを備えた表示パネルの種々の形態に合わせて、表示パネルゲート端子群を駆動する信号の出力端子(GIP端子2_2)と、タッチ検出信号を送信するための端子(Tx端子2_4)の端子配置を適切に割り当てることができ、表示パネルゲート端子群を駆動する信号とタッチパネルへのタッチ検出信号の配線とを、液晶表示パネルへのソース駆動信号の配線と交差させないで引き回すことができる。
〔8〕<GIP/Tx切替端子は入力側と出力側に分けて端部寄りに配置>
項6において、前記第1端子群は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ソース出力端子群より外側と、前記ソース出力端子群が配置される辺の逆側で、前記ホストインターフェース端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ホストインターフェース端子群より外側に分けて配置される。
これにより、タッチセンサを備えた表示パネルの種々の形態に合わせて、表示パネルゲート端子群を駆動する信号の出力端子(GIP端子2_2)と、タッチ検出信号を送信するための端子(Tx端子2_4)の端子配置を適切に割り当てることができ、表示パネルゲート端子群を駆動する信号とタッチパネルへのタッチ検出信号の配線とを、液晶表示パネルへのソース駆動信号の配線と交差させないで引き回すことができる。
〔9〕<GIP/Tx端子切替え回路+GIP/Tx/Rx端子切替え回路>
項6において、第2端子群(GIP/Tx/Rx切替端子)と、前記タッチセンス信号を受信するタッチ状態検出回路(8)と、第2接続切替回路(3)と、前記第2端子群のそれぞれに接続され第2保護電圧レベルを変更可能な第2保護回路(4)とをさらに備える。
前記第2接続切替回路は、前記表示パネル駆動回路の前記表示パネルゲート端子群を出力する回路と前記タッチ検出信号駆動回路と前記タッチ状態検出回路のうち1つを選択して前記第2端子群との接続を切り替えることが可能である。前記保護電圧設定回路は、前記第2接続切替回路によって選択される回路の信号振幅に応じて前記第2保護電圧レベルを設定可能に構成される。
これにより、タッチセンサを備えた表示パネルの種々の形態に合わせて、表示パネルゲート端子群を駆動する信号の出力端子(GIP端子2_2)と、タッチ検出信号を送信するための端子(Tx端子2_4)と、タッチ状態検出信号を受信するための端子(Rx端子2_3)の端子配置を適切に割り当てることができる。タッチパネル対応液晶表示ドライバと、液晶表示パネル及びタッチパネルとの配線の引き回しの自由度を向上することができる。また、端子の保護電圧は、その端子に割り当てられた機能に応じて、選択的に切り替えられる。
〔10〕<ソース出力端子側にGIP/Tx切替え端子とGIP/Tx/Rx切替え端子>
項9において、前記第1端子群(GIP/Tx切替え端子)は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺において、前記ソース出力端子群より外側に配置され、前記第2端子群(GIP/Tx/Rx切替え端子)は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺において、前記ソース出力端子群より外側で、前記第1端子群より内側に配置される。
これにより、タッチ状態検出信号の配線を、ソース出力端子側のTFTガラス上の配線に接続することが容易となり、液晶表示パネルへのソース駆動信号の配線と交差させないで引き回すことができる。
〔11〕<両側にGIP/Tx切替え端子とホストインターフェース端子側にGIP/Tx/Rx切替え端子>
項9において、前記第1端子群(GIP/Tx切替え端子)は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ソース出力端子群より外側と、前記ソース出力端子群が配置される辺の逆側で、前記ホストインターフェース端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ホストインターフェース端子群より外側に分けて配置される。
前記第2端子群(GIP/Tx/Rx切替え端子)は、前記ソース出力端子群が配置される辺の逆側で、前記ホストインターフェース端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ホストインターフェース端子群より外側に配置される。
これにより、タッチ状態検出信号の配線を、ホストインターフェース端子側のFPCに接続することが容易となり、カラーフィルタガラス上やカバーガラスの裏面にタッチセンス信号検知電極(46)を備える、タッチセンサ付き表示パネルへの配線の引き回しを容易にすることができる。
〔12〕<両側にGIP/Tx切替え端子とGIP/Tx/Rx切替え端子>
項9において、前記第1端子群(GIP/Tx切替え端子)は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ソース出力端子群より外側と、前記ソース出力端子群が配置される辺の逆側で、前記ホストインターフェース端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ホストインターフェース端子群より外側に分けて配置される。
前記第2端子群(GIP/Tx/Rx切替え端子)は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ソース出力端子群より外側で前記第1端子群より内側と、前記ソース出力端子群が配置される辺の逆側で、前記ホストインターフェース端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ホストインターフェース端子群より外側で前記第1端子群より内側に分けて配置される。
これにより、タッチ状態検出信号の配線をソース出力端子側から配線するのに適したタッチセンサ付き表示パネルに接続する場合も、タッチ状態検出信号の配線をホストインターフェース端子側から配線するのに適したタッチセンサ付き表示パネルに接続する場合も、端子機能を最適に切り替えることができ、配線の引き回しの自由度を向上することができる。
〔13〕<DCDC変換回路>
項6において、電源回路(26)をさらに備える。
前記電源回路は、外部から供給される電源(Vcc)から、前記表示駆動回路が出力すべき信号振幅に応じた第1電源(VGH/VGL)と、前記タッチ検出信号駆動回路が出力すべき信号振幅に応じた第2電源(VTxH/VTxL)とを発生させることが可能な回路である。
前記第1電源と前記第2電源は、前記保護電圧設定回路と前記レベルシフト回路に供給される。
前記保護電圧設定回路は、前記接続切替回路によって選択される回路の信号振幅に応じて、前記第1電源と前記第2電源を含む電源からいずれかの電源を選択することにより、前記保護回路の保護電圧レベルを設定可能に構成される。
前記レベルシフト回路は、前記接続切替回路によって選択される、前記表示駆動回路または前記タッチ検出信号駆動回路が出力すべき信号振幅に応じて、前記第1電源と前記第2電源を含む電源からいずれかの電源を選択することにより、前記変換電圧レベルを設定可能に構成される。
これにより、必要な電源をオンチップで供給することができる。
〔14〕<パワーオンリセット回路>
項13において、外部から供給される電源の電圧が所定の電位レベルを超えたことを検知して内部リセット信号を出力するリセット回路(27)をさらに備える。
前記半導体装置は、前記リセット回路が前記リセット信号を出力した後に、前記接続切替回路による接続切替えを動作させ、前記保護電圧設定回路による保護電圧レベルの設定を動作させ、前記変換電圧レベルの設定を行い、さらにその後、前記電源回路による前記第1電源と前記第2電源の供給を開始する。
これにより、チップ内に適切な順序で電源が供給され、過渡的な過電流が流れるなどの問題を防止することができる。
〔15〕<MPU>
項14において、前記リセット回路から前記リセット信号が入力され、前記接続切替回路による接続切替え動作と、前記保護電圧設定回路による保護電圧レベルの設定を動作と、前記変換電圧レベルの設定動作と、前記電源回路による前記第1電源と前記第2電源の供給の開始を制御可能な、MPU(25)をさらに備える。
前記MPUは、前記リセット信号が入力されたときに、ブートプログラムを実行することにより、前記接続切替回路による接続切替えを動作させ、前記保護電圧設定回路による保護電圧レベルの設定を動作させ、前記変換電圧レベルの設定を行い、さらにその後、前記電源回路による前記第1電源と前記第2電源の供給を開始する。
これにより、端子機能の選択処理とそれに必要な電源の生成処理が、MPUによるブートアップシーケンスによって実行することができる。
2.実施の形態の詳細
実施の形態について更に詳述する。
〔代表的な実施形態〕
図1は、代表的な実施形態に係る半導体装置の要部の構成を表すブロック図であり、図2は、本発明の実施形態に係る半導体装置の構成例と、それを搭載したタッチセンサ付き表示パネルの構成を表すブロック図である。
本発明の代表的な実施形態に係る半導体装置1は、図2に示されるように、ホストプロセッサ20と、タッチセンサ22を備える表示パネル21に接続される半導体装置1であって、図1に示されるように、以下のとおり構成される。特に制限されないが、半導体装置1は、例えば、公知のCMOS(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor field effect transistor)LSI(Large Scale Integrated circuit)の製造技術を用いて、単一シリコン基板上に形成される。図2については、実施形態1の項で詳述する。
半導体装置1は、端子2と、表示パネル21を駆動するための表示駆動回路6と、タッチセンサ22にタッチ検出信号を印加するためのタッチ検出信号駆動回路7と、タッチセンサ22を観測した信号を受信するタッチ状態検出回路8と、接続切替回路3と、端子2に接続され保護電圧レベルを変更可能な保護回路4と、保護電圧レベルを設定する保護電圧設定回路5とを備える。表示駆動回路6は、例えば、液晶表示パネルのゲートドライバ、または、GIP(Gate In Panel)端子を駆動する信号を生成回路であり、非晶質シリコンの液晶表示パネルであっても、低温多結晶シリコン(LTPS: Low Temperature Poly-Silicon)の液晶表示パネルであってもよい。さらに、表示駆動回路6は、有機エレクトロルミネッセンス表示(OLED: Organic ElectroLuminessence Display)パネルやその他の表示パネルを駆動するための信号を生成する回路であってもよい。
接続切替回路3は、表示駆動回路6とタッチ検出信号駆動回路7とタッチ状態検出回路8のうちの少なくとも2つから1つを選択して端子2との接続を切り替えることができる。保護電圧設定回路5は、接続切替回路3によって選択される回路の信号振幅に応じて保護回路4の保護電圧レベルを設定する。
保護電圧レベルを変更可能な保護回路4は、例えば、端子2に接続される信号配線に接続されたダイオード10と直列に接続されたスイッチ11によって構成することができる。VGHとVGLは、表示駆動回路6が出力する信号の振幅の、それぞれ最高と最低の電圧レベルであり、VTxHとVTxLは、タッチ検出信号駆動回路7が出力するタッチ検出信号の振幅の、それぞれ最高と最低の電圧レベルである。VRxHとVRxLは、タッチ状態検出回路8が受信することが許容される信号の振幅の、それぞれ最高と最低の電圧レベルであり、通常は、タッチ状態検出回路8の高電位側と低電位側の電源電圧レベルである。高電位側のダイオード10は、端子2との配線にアノード、スイッチ11側にカソードが接続され、スイッチ11を介して印加される電圧を超える電圧レベルが端子2に印加されたときに、端子2から電源に向けて電流を逃がすことにより、内部の回路を保護する。低電位側のダイオード10は、端子2との配線にカソード、スイッチ11側にアノードが接続され、スイッチ11を介して印加される電圧を下回る電圧レベルが端子2に印加されたときに、端子2から電源に向けて負の電流を逃がすことにより、内部の回路を保護する。
保護電圧レベルは、接続切替回路3によって選択される回路の信号振幅に応じて設定される。接続切替回路3が端子2を表示駆動回路6に割り付けたときには、保護回路4にはVGHとVGLが印加され、この範囲を超える振幅の信号が印加されたときに、内部回路を保護する。接続切替回路3が端子2をタッチ検出信号駆動回路7に割り付けたときには、保護回路4にはVTxHとVTxLが印加され、この範囲を超える振幅の信号が印加されたときに、内部回路を保護する。接続切替回路3が端子2をタッチ状態検出回路8に割り付けたときには、保護回路4にはVRxHとVRxLが印加され、この範囲を超える振幅の信号が印加されたときに、内部回路を保護する。
保護電圧設定回路5は、上記のように保護電圧レベルを、接続切替回路3と連動して設定する、切替え制御回路5の一部の機能として実現される。切替え制御回路5は、専用の回路で実現してもMPUなどのソフトウェアで制御される機能として実現してもよい。
これにより、タッチセンサを備えた表示パネルの種々の形態に合わせて、機能を任意の端子配置に割り当てることができる、タッチパネル対応表示ドライバを提供することができる。表示パネル及びタッチパネルとの配線の引き回しの自由度を向上することができる。また、端子の保護電圧は、その端子に割り当てられた機能に応じて、選択的に切り替えられる。
〔実施形態1〕
より詳細な実施形態について説明する。まず、図2について詳しく説明する。図2は、本発明の実施形態に係る半導体装置の構成例とそれを搭載したタッチセンサ付き表示パネルの構成を表すブロック図である。
表示パネル21は、例えば液晶表示パネルで、液晶に印加すべき電圧が入力される表示パネルソース端子群14と、その電圧が入力されるべき液晶の位置を指定する信号が入力される表示パネルゲート端子群15とを備える。ソース端子群14の数は、表示パネル21のライン方向の画素数に対応し、パネルサイズや解像度に比例し、多い場合には数1000個になる場合もある。表示パネルゲート端子群15には、ソース端子に入力される電圧が、印加されるべき液晶の位置(ライン)を指定する信号が入力される。
タッチセンサ22には、タッチ検出信号17が入力され、例えば、タッチ状態に応じて変化する静電容量の容量値を検出する、タッチセンス信号16が出力される。
半導体装置1は、ホスト(HOST)20から入力される画像データを、所定の信号形式(振幅、波形、タイミング)にして、表示パネル21のソース端子群14とゲート端子群15に出力することによって表示する。同時に、あるいは時分割で、タッチセンサ22にタッチ検出信号17を入力し、タッチ状態によって変化する電気的特性を、タッチセンス信号16によって検出し、タッチ位置などの情報をホスト20に送信し、あるいは、ホスト20から読み出し可能に構成される。表示パネル21とタッチセンサ22は、例えばインセル方式で一体に形成されており、表示パネル21のソース端子群14とゲート端子群15および、タッチセンス信号16とタッチ検出信号17のための端子の配置は、多種多様である。そのため、半導体装置1は、それらに接続する信号の入出力端子の配置を固定してしまうと、全てに最適な配置とならないため、組み合わせが適切でない場合に、配線の引き回しが大きくなる。配線の複雑化は、基板面積の増大、雑音の増加などの弊害を惹き起こす。
半導体装置1は、表示パネル21を駆動する信号を生成する、表示パネル駆動回路23と、タッチ検出信号17を生成しタッチセンス信号16を受信する、タッチコントロール回路24と、全体を制御するMPU25とを含んで構成される。表示パネル駆動回路23は、ホストインターフェース(HSTIF)31、バッファ(BUF)31、タイミングコントローラ(TMGG)29、ソース駆動回路(SDRV)28と表示駆動回路(GDRV:Gout信号生成回路)6とを含んで構成される。ホストインターフェース(HSTIF)31はホスト20から入力される画像データや制御コマンドを受信するためのインターフェース回路である。画像データは、バッファ30に一時保持され、タイミングコントローラ(TMGG)29によって適切なタイミングで読み出され、ソース駆動回路(SDRV)28から出力される。タイミングコントローラ(TMGG)29は、画像データを送出するのと同時に、その画像データを表示すべき座標(ライン)を指定するための信号を、Gout信号生成回路(GDRV)6を介して、表示パネル15に出力する。タッチコントロール回路24は、タッチ検出信号駆動回路(TxD:Tx信号生成回路)7と、タッチ状態検出回路(RxR:Rx回路)8と、RAM32と、制御回路(CNT)33とを含んで構成される。Tx信号生成回路(TxD)7は、制御回路(CNT)33によって、タッチ検出信号17のための信号を生成して出力する。Rx回路(RxR)8は、タッチセンス信号16を受信し、例えばA/D変換したディジタル値をRAM32に一時格納する。制御回路(CNT)33は、RAM32からディジタル化されたタッチセンス信号を読み出して解析することにより、タッチ状態やタッチ座標を判定し、その結果をMPU25に送出し、またはMPU25から読み出し可能に保持する。制御回路(CNT)33に代わってMPU25が、ディジタル化されたタッチセンス信号を読み込み、タッチ状態やタッチ座標を判定するように構成してもよい。制御回路(CNT)33は、表示パネル駆動回路23のタイミングコントローラ(TMGG)29から垂直同期信号VSYNCと水平同期信号HSYNCを受信して、表示タイミングとセンシングタイミングを同期させてもよい。また、表示とタッチセンスを時分割により交互に行っても良い。時分割することにより、表示のノイズがタッチセンスに及ぼす影響を抑えることができるので、センシングの感度を向上することができ、或いは、所定のセンシング感度を得るための回路の消費電力を抑えることができる。
本実施形態の半導体装置1は、接続切替回路3と、端子2_1〜2_5と、保護回路4と、切替制御回路5と、外部から印加される電源Vccから内部電源を生成するDCDC変換回路26と、リセット回路27とをさらに含む。切替制御回路5は、純粋なハードウェア回路ではなく、MPU25の機能の一部として実装しても良い。図2においては、端子2_1と端子2_2は、表示パネル21のそれぞれソース端子群14とゲート端子群15に接続される信号の出力端子、端子2_3はタッチセンス信号16を受信するための入力端子、端子2_4はタッチ検出信号17の出力端子、端子2_5はホスト20との信号の授受を行う入出力端子として、固定的に記載したが、端子2_2、2_3、2_4は、互いに切り替え可能に構成される。端子2_5をホストインターフェース端子群、端子2_1をソース出力端子群、端子2_2、2_3、2_4の間で切り替えの対象となる端子を第1端子群と呼ぶことにする。ソース出力端子群2_1を切替え対象外としたのは、ソース出力端子群2_1の数が多く、パッドが狭ピッチで実装されることが多いため、切り替えに適さないためである。また、本実施形態において、ホストインターフェース端子群2_5を切替え対象外としたのは、これが標準的なディジタル信号であるため、また、端子の切り替えの前にホスト20からコマンドの受信を可能とするためである。しかしながら、本発明はこれらに制限されるものではない。
DCDC変換回路26は、外部から印加される電源Vccから内部電源を生成する。生成される内部電源には、Gout信号生成回路(GDRV)6が出力する信号の振幅の、それぞれ最高と最低の電圧レベルであるVGHとVGLと、Tx信号生成回路(TxD)7が出力するタッチ検出信号の振幅の、それぞれ最高と最低の電圧レベルであるVTxHとVTxLと、Rx回路(RxR)8が受信することが許容される信号の振幅の、それぞれ最高と最低の電圧レベルである、VRxHとVRxLとが含まれる。MPU25その他の回路が動作するための電源が含まれても良い。また、それぞれの電源には安定化させるためのレギュレータ回路が付加されてもよい。レギュレータ回路を付加することにより、負荷による信号振幅の変動を抑えることができ、動作を安定化させることができる。1つのDCDC変換回路26が出力する1つの出力電圧で、要求される複数の電圧レベルに対応することもできる。例えば、VGHとVTxHが同じ電圧か近い電圧レベルである場合には、同じDCDC変換回路26が出力する1つの出力電圧が、VGHとVTxHに供給される。これにより、DCDC変換回路26を簡略化することができる。さらに、1つのDCDC変換回路26が出力する1つの出力電圧に対して、複数のレギュレータ回路を付加して、同じまたは異なる電圧レベルを出力するなど、DCDC変換回路とレギュレータは、任意に組み合わせることができる。
切替制御回路5は、Gout信号生成回路(GDRV)6とTx信号生成回路(TxD)7とRx回路(RxR)8のうちの少なくとも2つについて、第1端子群との接続関係の切り替えを制御する。本実施形態では、Gout信号生成回路(GDRV)6とTx信号生成回路(TxD)7の間の切り替えについて説明する。
図4は、2出力を切り替える接続切替回路3の構成例を表す回路図である。接続切替回路3は、シフト電圧切替えスイッチ12によって変換電圧レベルを設定可能なレベルシフト回路(L/S)9と、信号切替えスイッチ13とを含んで構成される。Gout信号生成回路(GDRV)6とTx信号生成回路(TxD)7のうちの選択されたいずれか一方がレベルシフト回路9に入力され、出力すべき信号振幅に応じて、信号振幅レベルが変換されて第1端子群に接続される。切替制御回路5は、保護電圧設定回路として機能し、接続切替回路3によって選択される回路の信号振幅に応じて保護回路4の保護電圧レベルを設定する。Gout信号生成回路(GDRV)6が選択されたときは、シフト電圧切替えスイッチ12はVGH/VGL側を選択し、保護電圧切替えスイッチ11もこれに合わせて、VGH/VGL側を選択する。一方、Tx信号生成回路(TxD)7が選択されたときは、シフト電圧切替えスイッチ12はVTxH/VTxL側を選択し、保護電圧切替えスイッチ11もこれに合わせて、VTxH/VTxL側を選択する。
これにより、タッチセンサを備えた表示パネルの種々の形態に合わせて、表示パネルゲート端子群を駆動する信号の出力端子(GIP端子2_2)と、タッチ検出信号を送信するための端子(Tx端子2_4)の端子配置を適切に割り当てることができる、タッチパネル対応液晶表示ドライバを提供することができる。液晶表示パネル及びタッチパネルとの配線の引き回しの自由度を向上することができる。また、端子の保護電圧は、その端子に割り当てられた機能に応じて、選択的に切り替えられる。
接続切替回路3は、Gout信号生成回路(GDRV)6とTx信号生成回路(TxD)7とRx回路(RxR)8のうちの少なくとも2つについて、第1端子群との接続関係の切り替えを制御する。上述の組合せ以外の場合の接続切替回路3の構成例について、以下図5〜図7を引用して説明する。「第1端子群」と総称するが、個々の端子ごとに接続関係を切替えられるように構成してもよく、複数の端子群ごとに接続関係を切替えられるように構成してもよい。接続関係を切替えられる複数の端子群のグループを複数備えていても良い。
図5は、2出力+1入力を切り替える接続切替回路3の構成例を表す回路図である。Gout信号生成回路(GDRV)6とTx信号生成回路(TxD)7とRx回路(RxR)8の3者いずれとも、端子2との接続が切り替えられる構成である。接続切替回路3は、シフト電圧切替えスイッチ12によって変換電圧レベルを設定可能なレベルシフト回路(L/S)9と、信号切替えスイッチ13_1と13_2とを含んで構成される。Gout信号生成回路(GDRV)6とTx信号生成回路(TxD)7のうちの選択されたいずれか一方が、信号切替えスイッチ13_1を介してレベルシフト回路9に入力され、出力すべき信号振幅に応じて、信号振幅レベルが変換されて端子2に接続される。Gout信号生成回路(GDRV)6とTx信号生成回路(TxD)7のどちらかが選択されている場合には、信号切替えスイッチ13_2によって、端子2はレベルシフト回路(L/S)9に接続され、一方、Rx回路(RxR)8が選択されている場合には、信号切替えスイッチ13_2によって、端子2はRx回路(RxR)8に接続される。切替制御回路5は、保護電圧設定回路として機能し、接続切替回路3によって選択される回路の信号振幅に応じて保護回路4の保護電圧レベルを設定する。Gout信号生成回路(GDRV)6が選択されたときは、シフト電圧切替えスイッチ12はVGH/VGL側を選択し、保護電圧切替えスイッチ11もこれに合わせて、VGH/VGL側を選択する。Tx信号生成回路(TxD)7が選択されたときは、シフト電圧切替えスイッチ12はVTxH/VTxL側を選択し、保護電圧切替えスイッチ11もこれに合わせて、VTxH/VTxL側を選択する。Rx回路(RxR)8が選択されたときには、保護電圧切替えスイッチ11はこれに合わせて、VRxH/VRxL側を選択する。
これにより、Gout信号生成回路(GDRV)6とTx信号生成回路(TxD)7とRx回路(RxR)8の3者いずれとも、端子2との接続を切り替えることができる、接続切替回路3を構成することができる。
図6は、1出力(表示駆動)+1入力を切り替える接続切替回路3の構成例を表す回路図である。Gout信号生成回路(GDRV)6とRx回路(RxR)8のいずれかと、端子2との接続が切り替えられる構成である。図5に示した回路と比較すると、レベルシフト回路(L/S)9には、シフト電圧切替えスイッチ12が接続されておらず、変換レベルがVGH/VGL側に固定され、信号切替えスイッチを介さずGout信号生成回路(GDRV)6からの信号が入力される。Gout信号生成回路(GDRV)6が選択されている場合には、信号切替えスイッチ13によって、端子2はレベルシフト回路(L/S)9に接続され、Rx回路(RxR)8が選択されている場合には、信号切替えスイッチ13によって、端子2はRx回路(RxR)8に接続される。保護電圧切替えスイッチ11は、Gout信号生成回路(GDRV)6が選択されたときは、VGH/VGL側を選択し、Rx回路(RxR)8が選択されたときには、VRxH/VRxL側を選択する。
図7は、1出力(タッチセンサ駆動)+1入力を切り替える接続切替回路3の構成例を表す回路図である。Tx信号生成回路(TxD)7とRx回路(RxR)8のいずれかと、端子2との接続が切り替えられる構成である。図6に示した回路と比較すると、Gout信号生成回路(GDRV)6がTx信号生成回路(TxD)7に代わり、VGH/VGLに代わってVTxH/VTxLが印加されている。
図4から図7の回路を適宜選択または組合せて接続切替回路3を構成することにより、個々の端子ごとに接続関係を切替えられるように構成することも、また、複数の端子群ごとに一括して接続関係を切替えられるように構成することもでき、さらに、接続関係を切替えられる複数の端子群のグループを複数備えることもできる。
図8は、複数の端子をまとめて2出力を切り替える接続切替回路3の構成例を表す回路図である。GIP/Tx切替端子と呼ぶ複数の端子には、保護電圧を切替え可能な保護回路4_1と接続切替回路3_1が接続されている。保護電圧を切替え可能な保護回路4_1は、各端子2にダイオード10を備えるが、保護電圧切替えスイッチ11_1は、保護回路4_1の全ての端子に共通に、高電位側と低電位側の2個設けられている。接続切替回路3_1は、各端子2に接続されるレベルシフト回路(L/S)9が設けられているが、シフト電圧切替えスイッチ12_1は、接続切替回路3_1の全ての端子に共通に、高電位側と低電位側の2個設けられている。一方、Tx/GIP切替端子と呼ぶ複数の端子には、保護電圧を切替え可能な保護回路4_2と接続切替回路3_2が接続されている。保護電圧を切替え可能な保護回路4_2も同様に、各端子2にダイオード10を備えるが、保護電圧切替えスイッチ11_2は、保護回路4_2の全ての端子に共通に、高電位側と低電位側の2個設けられている。接続切替回路3_2も同様に、各端子2に接続されるレベルシフト回路(L/S)9が設けられているが、シフト電圧切替えスイッチ12_2は、接続切替回路3_2の全ての端子に共通に、高電位側と低電位側の2個設けられている。保護電圧切替えスイッチ11_1とシフト電圧切替えスイッチ12_1とは、接続切替回路3_1がGout信号生成回路(GDRV)6に接続することを選択されているときには、保護回路4_1と接続切替回路3_1に含まれる複数のレベルシフト回路(L/S)9のそれぞれにVGH/VGLを印加する。このとき、接続切替回路3_2はTx信号生成回路(TxD)7に接続することを選択され、保護電圧切替えスイッチ11_2とシフト電圧切替えスイッチ12_2とは、保護回路4_2と接続切替回路3_2に含まれる複数のレベルシフト回路(L/S)9のそれぞれにVTxH/VTxLを印加する。
これにより、GIP/Tx切替端子が一括してGout信号生成回路(GDRV)6に接続されるときは、Tx/GIP切替端子は一括してTx信号生成回路(TxD)7に接続されるように制御される。このとき、保護回路4_1と4_2、接続切替回路3_1と3_2に含まれるレベルシフト回路(L/S)9には、それぞれ一括して、適切な電圧が印加される。一括して制御されることにより、保護電圧切替えスイッチ11とシフト電圧切替えスイッチ12などに要する回路の規模が低減される。
タッチセンサ付き表示パネルにその半導体装置1を実装したときの実装状態を、図3と9〜14を使って説明する。
半導体装置1は、表示パネル21を駆動する信号を生成する、表示パネル駆動回路23と、タッチ検出信号17を生成しタッチセンス信号16を受信する、タッチコントロール回路24と、全体を制御するMPU25とを単一半導体基板(例えばシリコン基板)上に集積して形成される。表示パネル21は、液晶表示パネルを例に採ると、TFTガラス基板40とカラーフィルタガラス41とカバーガラス43を重ね合せて形成されている。タッチパネルガラス42とカバーガラス43を重ね合せて形成されている。表示パネルにタッチセンサを一体化させるとき、アウトセル方式では、TFTガラス基板40上にカラーフィルタガラス41を重ね、さらにその上にタッチパネルガラス42とカバーガラス43を重ね合せて形成されたタッチセンサを、重ね合せて形成する。インセル方式では、タッチパネルガラス42を省略し、TFTガラス基板40上にカラーフィルタガラス41とカバーガラス43を重ね合せて形成する。TFTガラス40上には、液晶に電圧を印加するための素子、配線及び端子である、ソース端子群14とゲート端子群15が形成されている。多くの表示パネルにおいて、ゲート端子群15は、ソース端子群14が配置された辺と直角の両辺または一辺に配列される。タッチ検出信号17とタッチセンス信号16が供給される端子は、それぞれの電極が形成されるガラス面と同じ面に設けられ、フレキシブル印刷基板(FPC:Flexible Printed Circuit)44によって配線することができる。
図3は、実施形態1に係る半導体装置の端子配置図である。
図3に示すように、ソース出力端子2_1を配置し、その両側に、Tx/GIP切替端子を配置する。ソース出力端子2_1が配置される辺の逆側の辺には、ホストインターフェンス端子2_5が配置され、その両側にはRx/GIP/Tx切替え端子が配置され、さらにその外側には、GIP/Tx切替え端子が配置される。図示を省略したその他の端子は、例えば、ホストインターフェンス端子2_5とRx/GIP/Tx切替え端子との間に配置される。Rx端子2_3はノイズに対して敏感であるから、Rx/GIP/Tx切替え端子がRx端子2_3として機能する場合を考慮し、ノイズの発生源であるソース出力端子2_1、ホストインターフェンス端子2_5からできるだけ離して配置するか、間に接地端子などを設けて、ノイズの伝搬を遮断するとよい。
図8を引用して上述したように、Tx/GIP切替端子が内部でTx信号生成回路(TxD)7に接続されるとき、GIP/Tx切替え端子はGout信号生成回路(GDRV)6に接続されるように、切り替えられる。Rx/GIP/Tx切替え端子は、図5を引用して説明したように、Rx回路(RxR)8とGout信号生成回路(GDRV)6とTx信号生成回路(TxD)7の3者いずれとも、端子との接続が切り替えられる端子であり、Tx/GIP切替端子とGIP/Tx切替え端子とは独立して制御することができる。Tx端子とGout端子の数の違いを、Rx/GIP/Tx切替え端子で吸収することができる。
図9は、実施形態1に係る半導体装置をインセル型タッチセンサ付き表示パネル(カラーフィルタガラス上にRx,TFTガラス上にTx)に実装した状態を表す説明図である。半導体装置1は、TFTガラス基板40上に実装され、例えば異方性導電性フィルム(ACF:Anisotropic Conductive Film)などで、電気的に接続される。(a)に上面図を示し、(b)にX−Y部分の断面図を示す。正確な図面ではなく、概略配置を表す説明図である。例えば、断面図は、TFTガラス40とカラーフィルタガラス41とカバーガラス43を分離して描いたが、実際は接着されている。このことは、図10〜14にも共通である。
ソース出力端子2_1は、TFTガラス40上の配線によって表示パネルのソース端子群14(図示は省略)と配線されている。切り替えによってTx端子2_4として機能するTx/GIP切替端子は、TFTガラス40上の配線によってTFTガラス40上のタッチ検出信号17に接続される。一方、切り替えによってGIP端子2_2として機能するGIP/Tx切替端子は、ソース出力側とは逆のホストインターフェース側に配置されているので、TFTガラス40上の配線によって、Tx/GIP切替端子を迂回して、TFTガラス40上の表示パネルゲート端子群15に接続される。切り替えによってRx端子2_3として機能するRx/GIP/Tx切替え端子は、FPC44によってカラーフィルタガラス41上のタッチセンス信号16に接続される。FPC44は、TFTガラス40上に設けられた接続パッドに接続され、一旦表示パネルから離れる方向に配線され、カラーフィルタガラス41上のタッチセンス信号16に接続された別のFPC44と、互いに接続される。このため、Rx端子2_3として機能するRx/GIP/Tx切替え端子の配置は、ホストインターフェンス端子2_5と同じ側がよい。また、Gout信号配線とTx信号配線が表示パネルの両側に配置されることが多いため、GIP/Tx切替端子とTx/GIP切替端子は、半導体装置1の側面側から配置するとよい。
図10は、実施形態1に係る半導体装置をインセル型タッチセンサ付き表示パネル(カバーガラス裏面にRx,TFTガラス上にTx)に実装した状態を表す説明図である。半導体装置1の端子切替え状態は、図9に示した場合と同様である。また、ソース出力端子2_1からの配線、切り替えによってTx端子2_4として機能するTx/GIP切替端子からの配線、及び、GIP端子2_2として機能するGIP/Tx切替端子からの配線は、図9と同様に、TFTガラス基板上の配線で実装される。切り替えによってRx端子2_3として機能するRx/GIP/Tx切替え端子は、一旦表示パネルから離れる方向に配線されたFPC44に接続される。タッチセンス信号16はカラーフィルタガラス41ではなくカバーガラス43の裏面に形成されているので、カバーガラス43の裏面に接続されたFPC44と、TFTガラス40上に設けられた接続パッドに接続され、一旦表示パネルから離れる方向に配線されたFPC44とが互いに接続される。
図11は、実施形態1に係る半導体装置をインセル型タッチセンサ付き表示パネル(TFTガラス上にRxとTx)に実装した状態を表す説明図である。半導体装置1の端子切替え状態は、図9に示した場合と同様である。また、ソース出力端子2_1からの配線、切り替えによってTx端子2_4として機能するTx/GIP切替端子からの配線、及び、GIP端子2_2として機能するGIP/Tx切替端子からの配線は、図9と同様に、TFTガラス基板上の配線で実装される。さらに、タッチセンス信号16もTFTガラス40上に形成されているので、TFTガラス基板上の配線でRx端子2_3として機能するRx/GIP/Tx切替え端子と接続される。
図12は、実施形態1に係る半導体装置をオンセル型タッチセンサ付き表示パネル(タッチパネルガラス上にRxとTx)に実装した状態を表す説明図である。半導体装置1の端子切替え状態は、図9に示した場合とは異なり、ソース出力端子2_1と同じ側に配置されているTx/GIP切替端子をGIP端子2_2として機能するように切替え、ホストインターフェンス端子2_5と同じ側に配置されているGIP/Tx切替端子をTx端子2_4として機能するように、切り替えられている。ソース出力端子2_1からの配線、及び、切り替えによってGIP端子2_2として機能するTx/GIP切替端子からの配線、TFTガラス基板上の配線で実装される。Tx端子2_4として機能するGIP/Tx切替端子は、一旦表示パネルから離れる方向に配線されたFPC44に接続される。タッチ検出信号17はカラーフィルタガラス41ではなくタッチパネルガラス42に形成されているので、タッチパネルガラス42に接続されたFPC44と、TFTガラス40上に設けられた接続パッドに接続され、一旦表示パネルから離れる方向に配線された前述のFPC44とが互いに接続される。Rx端子2_3として機能するRx/GIP/Tx切替え端子も同様に、タッチパネルガラス42に形成されているタッチセンス信号16に接続される。
図13は、実施形態1に係る半導体装置をオンセル型タッチセンサ付き表示パネル(カラーフィルタガラス上にRxとTx)に実装した状態を表す説明図である。半導体装置1の端子切替え状態は、図12に示した場合と同様である。また、ソース出力端子2_1からの配線、及び、GIP端子2_2として機能するGIP/Tx切替端子からの配線は、図12と同様に、TFTガラス基板上の配線で実装される。切り替えによってTx端子2_4として機能するTx/GIP切替端子からの配線、及び、切り替えによってRx端子2_3として機能するRx/GIP/Tx切替え端子は、それぞれ一旦表示パネルから離れる方向に配線されたFPC44に接続される。タッチ検出信号17とタッチセンス信号16は、タッチパネルガラス42ではなく、カラーフィルタガラス41に形成されているので、カラーフィルタガラス41に接続されたFPC44と、TFTガラス40上に設けられた接続パッドに接続され、一旦表示パネルから離れる方向に配線された前述のFPC44とが互いに接続される。
図14は、実施形態1に係る半導体装置をオンセル型タッチセンサ付き表示パネル(カバーガラス裏面にRxとTx)に実装した状態を表す説明図である。半導体装置1の端子切替え状態は、図12、図13に示した場合と同様である。また、ソース出力端子2_1からの配線、及び、GIP端子2_2として機能するGIP/Tx切替端子からの配線は、図12、図13と同様に、TFTガラス基板上の配線で実装される。切り替えによってTx端子2_4として機能するTx/GIP切替端子からの配線、及び、切り替えによってRx端子2_3として機能するRx/GIP/Tx切替え端子は、それぞれ一旦表示パネルから離れる方向に配線されたFPC44に接続される。タッチ検出信号17とタッチセンス信号16は、カバーガラス43の裏面に形成されているので、カバーガラス43の裏面に接続されたFPC44と、TFTガラス40上に設けられた接続パッドに接続され、一旦表示パネルから離れる方向に配線された前述のFPC44とが互いに接続される。
以上述べてきたように、タッチセンサを備えた表示パネルの種々の形態に合わせて、端子配置を適切に割り当てることができるので、液晶表示パネル及びタッチパネルとの配線の引き回しの自由度を向上することができる。
端子機能の切り替えは、適切なタイミングで実行されなければならない。
例えば、切替え制御回路5をヒューズなどトリミングし、半導体装置1をタッチセンサ付き表示パネルに実装する前に切り替えておくことができる。また、例えば切替え制御回路5をブートアップシーケンスで初期化することにより、切替状態を確定させることもできる。
図15は、実施形態1に係る半導体装置のブートアップシーケンスを表すタイミングチャートである。横軸に時間をとり、縦軸に動作モード、各電源の電圧、信号の波形を示す。時刻t0からt4までが電源供給シーケンス、時刻t6からt8までが電源オンシーケンス、時刻t8からt11までが表示オンシーケンス、時刻t13以降が通常の表示動作である。時刻t1で外部から電源Vccが供給を開始されると、パワーオンリセット回路(POR)27により、リセット信号RESETが発行される。図ではローアクティブとして示す。電源供給シーケンスでは、MPU25によりブートプログラムが実行され、それにより半導体装置1の内部状態が初期化される。初期化を完了するとホストから「exit_sleep_mode」コマンドが発行され、時刻t6から電源オンシーケンスが開始される。電源オンシーケンスでは、DCDC変換回路26を起動して、外部から供給される電源VccからGout用電源とTx用電源を生成する動作を開始する。さらにRx用電源が必要な場合も同様である。電源の生成順序と印加順序は適切に定められており、図15では、Gout用電源は時刻t7から、Tx用電源は時刻t8から開始されるものとして示してある。時刻t9からGout信号の出力が開始され、時刻t10からTx信号の出力が開始される。時刻t12にコマンド「set_display_ON」が入力されると、その後時刻t13から通常の表示動作が開始される。切替え制御回路5から出力される端子機能切替制御信号は、MPU25による上記ブートプログラムの中で設定されることにより、時刻t3で確定する。この時点まで、Gout用電源とTx用電源は生成、出力されておらず、VGH,VGL,VTxL,VTxLは、接地レベルである0Vである。VRxHとVRxLがDCDC変換回路26で生成される場合は、VRxHとVRxLも、この時点まで接地レベルである0Vである。これにより、接続関係が適切に設定されるまでは、レベルシフト回路9が意図しない動作して、適切でない電圧を出力することがない。これにより、チップ内に適切な順序で電源が供給され、過渡的な過電流が流れるなどの問題を防止することができる。
〔実施形態2〕
図16は、実施形態2に係る半導体装置の端子配置図である。
実施形態1では、図8に示した接続切替回路3を用いて、複数の端子を一括して切り替えられる、GIP/Tx切替端子とTx/GIP切替端子とをソース出力側とホストインターフェース側のそれぞれに配置したが、本実施形態では、ソース出力側にGIP/Tx切替端子とTx/GIP切替端子とを配置し、ホストインターフェース側にもGIP/Tx切替端子とTx/GIP切替端子とを配置する。
これにより、複数のタッチパネルを駆動することができる。例えば、タッチセンサを備えた表示パネルを駆動するように実装した上で、さらに、タッチセンス専用のタッチパネルに接続することができる。
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。
例えば、半導体装置1に搭載される機能ブロックは、適宜追加または削除することができる。DCDC変換回路26の搭載を省略して、VGH,VGL,VTxL,VTxL,VRxHとVRxLを外部から供給しても良い。
1 半導体装置
2 端子
3 切替回路
4 保護回路
5 切替え制御回路(保護電圧設定回路)
6 表示駆動回路(GDRV:Gout信号生成回路)
7 タッチ検出信号駆動回路(TxD:Tx信号生成回路)
8 タッチ状態検出回路(RxR:Rx回路)
9 レベルシフト回路(L/S)
10 保護ダイオード
11 保護電圧切替えスイッチ
12 シフト電圧切替えスイッチ
13 信号切替えスイッチ
14 表示パネルソース端子(群)
15 表示パネルゲート端子(群)
16 タッチセンサ検出端子(群)
17 タッチセンサ駆動端子(群)
18 ゲートドライバ
20 ホストプロセッサ(HOST)
21 表示パネル
22 タッチセンサ
23 表示パネル駆動回路
24 タッチコントロール回路
25 MPU
26 DCDC変換回路
27 パワーオンリセット回路(POR)
28 ソース駆動回路(Source Driver)
29 タイミングコントローラ(TMGG)
30 バッファ(BUF)
31 ホストインターフェース(HSTIF)
32 RAM
33 制御回路(CNT)
40 TFTガラス
41 カラーフィルタガラス
42 タッチパネルガラス
43 カバーガラス
44 FPC(Flexible Printed Circuit)
45 タッチ検出信号印加電極
46 タッチセンス信号検知電極

Claims (15)

  1. タッチセンサを備える表示パネルに接続可能であり、
    端子と、
    前記表示パネルを駆動するための表示駆動回路と、
    前記タッチセンサにタッチ検出信号を印加するためのタッチ検出信号駆動回路と、
    前記タッチセンサを観測した信号を受信するタッチ状態検出回路と、
    接続切替回路と、
    前記端子に接続され保護電圧レベルを変更可能な保護回路と、
    前記保護電圧レベルを変更する制御が可能な保護電圧設定回路とを備え、
    前記接続切替回路は、前記表示駆動回路と前記タッチ検出信号駆動回路と前記タッチ状態検出回路のうちの少なくとも2つから1つを選択して前記端子との接続を切り替えることが可能であり、
    前記保護電圧設定回路は、前記接続切替回路によって選択される回路の信号振幅に応じて前記保護回路の保護電圧レベルを設定可能に構成される、半導体装置。
  2. 請求項1において、前記接続切替回路は、変換電圧レベルを設定可能なレベルシフト回路を含み、
    前記レベルシフト回路は、前記接続切替回路によって選択される、前記表示駆動回路または前記タッチ検出信号駆動回路が出力すべき信号振幅に応じて、前記変換電圧レベルを設定可能である、半導体装置。
  3. 請求項2において、電源回路をさらに備え、
    前記電源回路は、外部から供給される電源から、前記表示駆動回路が出力すべき信号振幅に応じた第1電源と、前記タッチ検出信号駆動回路が出力すべき信号振幅に応じた第2電源とを発生させることが可能な回路であり、
    前記第1電源と前記第2電源は、前記保護電圧設定回路と前記レベルシフト回路に供給され、
    前記保護電圧設定回路は、前記接続切替回路によって選択される回路の信号振幅に応じて、前記第1電源と前記第2電源を含む電源からいずれかの電源を選択することにより、前記保護回路の保護電圧レベルを設定可能に構成され、
    前記レベルシフト回路は、前記接続切替回路によって選択される、前記表示駆動回路または前記タッチ検出信号駆動回路が出力すべき信号振幅に応じて、前記第1電源と前記第2電源を含む電源からいずれかの電源を選択することにより、前記変換電圧レベルを設定可能である、半導体装置。
  4. 請求項3において、外部から供給される電源の電圧が所定の電位レベルを超えたことを検知して内部リセット信号を出力するリセット回路をさらに備え、
    前記半導体装置は、前記リセット回路が前記リセット信号を出力した後に、前記接続切替回路による接続切替えを動作させ、前記保護電圧設定回路による保護電圧レベルの設定を動作させ、前記変換電圧レベルの設定を行い、さらにその後、前記電源回路による前記第1電源と前記第2電源の供給を開始する、半導体装置。
  5. 請求項4において、前記リセット回路から前記リセット信号が入力され、前記接続切替回路による接続切替えを動作と、前記保護電圧設定回路による保護電圧レベルの設定を動作と、前記変換電圧レベルの設定動作と、前記電源回路による前記第1電源と前記第2電源の供給の開始を制御可能な、MPUをさらに備え、
    前記MPUは、前記リセット信号が入力されたときに、ブートプログラムを実行することにより、前記接続切替回路による接続切替えを動作させ、前記保護電圧設定回路による保護電圧レベルの設定を動作させ、前記変換電圧レベルの設定を行い、さらにその後、前記電源回路による前記第1電源と前記第2電源の供給を開始する、半導体装置。
  6. タッチ検出信号が入力されタッチセンス信号を出力するタッチセンサを備え、液晶に印加すべき電圧が入力される表示パネルソース端子群と、前記電圧が入力されるべき液晶の位置を指定する信号が入力される表示パネルゲート端子群とを備える、液晶表示パネルに接続可能であり、
    ホストインターフェース端子群と、前記表示パネルソース端子群を駆動する信号を出力するソース出力端子群と、第1端子群と、
    前記ホストインターフェース端子群から入力される表示データに基づいて、前記表示パネルソース端子群と前記表示パネルゲート端子群とを駆動するための表示パネル駆動回路と、
    前記タッチ検出信号を送信するためのタッチ検出信号駆動回路と、
    第1接続切替回路と、
    前記第1端子群のそれぞれに接続され第1保護電圧レベルを変更可能な第1保護回路と、
    前記第1保護電圧レベルを変更する制御が可能な保護電圧設定回路とを備え、
    前記第1接続切替回路は、変換電圧レベルを設定可能なレベルシフト回路を含み、前記表示パネル駆動回路の前記表示パネルゲート端子群を駆動する信号を出力する回路と前記タッチ検出信号駆動回路のうちの選択されたいずれか一方が出力すべき信号振幅に応じて、前記変換電圧レベルが設定された前記レベルシフト回路によって信号振幅レベルを変換して前記第1端子群へ接続することが可能であり、
    前記保護電圧設定回路は、前記第1接続切替回路によって選択される回路の信号振幅に応じて前記第1保護電圧レベルを設定可能に構成される、半導体装置。
  7. 請求項6において、前記第1端子群は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺において、前記ソース出力端子群より外側に配置される、半導体装置。
  8. 請求項6において、前記第1端子群は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ソース出力端子群より外側と、前記ソース出力端子群が配置される辺の逆側で、前記ホストインターフェース端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ホストインターフェース端子群より外側に分けて配置される、半導体装置。
  9. 請求項6において、
    第2端子群と、
    前記タッチセンス信号を受信するタッチ状態検出回路と、
    第2接続切替回路と、
    前記第2端子群のそれぞれに接続され第2保護電圧レベルを変更可能な第2保護回路とをさらに備え、
    前記第2接続切替回路は、前記表示パネル駆動回路の前記表示パネルゲート端子群を出力する回路と前記タッチ検出信号駆動回路と前記タッチ状態検出回路のうち1つを選択して前記第2端子群との接続を切り替えることが可能であり、
    前記保護電圧設定回路は、前記第2接続切替回路によって選択される回路の信号振幅に応じて前記第2保護電圧レベルを設定可能に構成される、半導体装置。
  10. 請求項9において、前記第1端子群は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺において、前記ソース出力端子群より外側に配置され、
    前記第2端子群は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺において、前記ソース出力端子群より外側で、前記第1端子群より内側に配置される、半導体装置。
  11. 請求項9において、前記第1端子群は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ソース出力端子群より外側と、前記ソース出力端子群が配置される辺の逆側で、前記ホストインターフェース端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ホストインターフェース端子群より外側に分けて配置され、
    前記第2端子群は、前記ソース出力端子群が配置される辺の逆側で、前記ホストインターフェース端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ホストインターフェース端子群より外側に配置される、半導体装置。
  12. 請求項9において、前記第1端子群は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ソース出力端子群より外側と、前記ソース出力端子群が配置される辺の逆側で、前記ホストインターフェース端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ホストインターフェース端子群より外側に分けて配置され、
    前記第2端子群は、前記ソース出力端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ソース出力端子群より外側で前記第1端子群より内側と、
    前記ソース出力端子群が配置される辺の逆側で、前記ホストインターフェース端子群が配置される辺と同じ辺の、前記ホストインターフェース端子群より外側で前記第1端子群より内側に分けて配置される、半導体装置。
  13. 請求項6において、電源回路をさらに備え、
    前記電源回路は、外部から供給される電源から、前記表示駆動回路が出力すべき信号振幅に応じた第1電源と、前記タッチ検出信号駆動回路が出力すべき信号振幅に応じた第2電源とを発生させることが可能な回路であり、
    前記第1電源と前記第2電源は、前記保護電圧設定回路と前記レベルシフト回路に供給され、
    前記保護電圧設定回路は、前記接続切替回路によって選択される回路の信号振幅に応じて、前記第1電源と前記第2電源を含む電源からいずれかの電源を選択することにより、前記保護回路の保護電圧レベルを設定可能に構成され
    前記レベルシフト回路は、前記接続切替回路によって選択される、前記表示駆動回路または前記タッチ検出信号駆動回路が出力すべき信号振幅に応じて、前記第1電源と前記第2電源を含む電源からいずれかの電源を選択することにより、前記変換電圧レベルを設定可能である、半導体装置。
  14. 請求項13において、外部から供給される電源の電圧が所定の電位レベルを超えたことを検知して内部リセット信号を出力するリセット回路をさらに備え、
    前記半導体装置は、前記リセット回路が前記リセット信号を出力した後に、前記接続切替回路による接続切替えを動作させ、前記保護電圧設定回路による保護電圧レベルの設定を動作させ、前記変換電圧レベルの設定を行い、さらにその後、前記電源回路による前記第1電源と前記第2電源の供給を開始する、半導体装置。
  15. 請求項14において、前記リセット回路から前記リセット信号が入力され、前記接続切替回路による接続切替え動作と、前記保護電圧設定回路による保護電圧レベルの設定を動作と、前記変換電圧レベルの設定動作と、前記電源回路による前記第1電源と前記第2電源の供給の開始を制御可能な、MPUをさらに備え、
    前記MPUは、前記リセット信号が入力されたときに、ブートプログラムを実行することにより、前記接続切替回路による接続切替えを動作させ、前記保護電圧設定回路による保護電圧レベルの設定を動作させ、前記変換電圧レベルの設定を行い、さらにその後、前記電源回路による前記第1電源と前記第2電源の供給を開始する、半導体装置。
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