JP2014203255A - タッチパネル付き表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】タッチパネル付表示装置及びその駆動法方法において、応答速度の向上を図るとともに、消費電力を低減できるものを提供する。【解決手段】タッチパネル付表示装置10は、駆動回路部11を備えるとともに表示領域内にスタティックメモリを備える表示装置本体1と、ペンまたは指先により入力を行うためのタッチパネル2と、タッチパネル2により入力された情報を表示装置本体1の表示面52に表示させるべく、少なくともタッチパネル2から表示パネル本体1へのデータ転送を行うコントローラー21または制御部3とからなる。このコントローラー21または制御部3は、入力読み取りの各期間内にて入力が行われたX軸方向及びY軸方向の領域を検知し、このように検知された領域についてのみデータ転送を実行し、表示装置本体1の駆動回路部11は、検知された領域に対応する領域53でのみ画像信号の書き込みを行う。【選択図】図１

Description

本発明は、表示装置本体の表示面にタッチパネルが取り付けられた表示装置及びその駆動方法に関する。特には、ペン入力に適したタッチパネル付き表示装置及びその駆動方法に関する。

近年、インターネットへの接続や電話機能など各種機能を備えた携帯可能な端末やコンピューターが広く用いられるようになっている。特には、インターネット端末の機能及び携帯電話端末の機能などを備えたスマートフォンと呼ばれる高機能携帯端末や、タブレットコンピューターその他のモバイルコンピューターが広く普及するに至っている。また、各種の、電子ブックリーダー、電子ノート、携帯用カーナビ装置、受発注端末、携帯用ゲーム機、並びに、携帯用テレビ、DVDプレイヤーその他の携帯用画像再生機器なども一般に用いられている。これらの携帯可能な端末・機器は、表示装置と、通信及びコンピューター機能がオールインワンとなっているのが一般的であり、多くの場合、表示装置の表示面にタッチパネルが備え付けられている。

タッチパネル及び表示装置には、高速応答性が求められる。例えば、タッチパネルにペン入力を行った場合、ペンの軌跡は、すぐさま表示装置により表示されることで、通常のペンで紙に書いた場合と同様の使い勝手を実現することが要求される。

一方、上記のような携帯可能な端末・機器は、通常、これら機器に内蔵された各種のバッテリーで駆動する。ところが、バッテリー付の携帯機器の機能を向上させるに伴い、消費電力が増大し、バッテリーの性能向上が追い付かない事態が生じている。すなわち、例えば、毎日充電を行っても使用中にバッテリー切れが起きてしまうといったことが、製品の使用性能上の大きな問題となっている。

他方、電子ペーパーに代表的な電気泳動方式であると、一度表示デバイスに書き込むと再度電圧を印加しない限りデータを保持できるため、超低消費電力が実現できるが、応答速度が遅いため、動画表示が不可である他、入力情報をインプットしてから表示までにタイムラグが発生するする等の問題がある。また、焼きつき補正するためにデータ更新時に白黒反転を行う際、一瞬表示不具合が発生するという問題もある。

特許文献１においては、液晶表示装置のアレイ基板上に受光素子を配置し、先端が発光するペン（光ペン）によって入力可能とすることが記載されており、これにより、認識精度を向上し、消費電力を下げることができるとしている。特許文献２においては、表示装置本体の消費電力を低減すべく、液晶表示装置のアレイ基板上にて、画素ごとにスタティックメモリを配置することで、静止画を表示する場合にリフレッシュ動作を不要とするための構成が記載されている。また、特許文献３においては、表示画像が、動画か静止画かを判定し、動画である場合にだけアレイ基板上の全ての走査線を１フレーム内に走査することが記載されている。さらに特許文献４においては、表示装置とは別の箇所にある大型のタッチパネルを用いる場合に、「大型化に伴って電極本数が増えても、タッチ位置の検出処理を高速に行うことができるように」すべく、スキャン動作と同時に、検出したデータを制御部へ転送できるようにした構成が記載されている。

特開平１０−０９１３４８ 特開２０１０−１０７７３２ 特開２００６−３３０２６３ 特開２０１１−２５８１４３

タッチパネル機能を液晶表示パネルなどの表示装置本体に持たせる場合、特には、メモリ機能をも表示装置本体に持たせる場合、応答速度を容易に挙げることができる。しかし、アレイ基板上などに光センサーデバイスなどを作成するためプロセスが追加されるなどの問題がある。また、光ペンを用いる場合、高輝度LEDのコストが追加される他、光で書き込みするため違和感などの問題点があった。

本発明は、表示装置本体と、表示装置本体の表示面に取り付けられたタッチパネルとからなるタッチパネル付表示装置及びその駆動法方法において、応答速度の向上を図るとともに、消費電力を低減できるものを提供しようとするものである。

本発明のタッチパネル付表示装置は、駆動回路部を備えるとともに表示領域内にスタティックメモリを備える表示装置本体と、ペンまたは指先により入力を行うためのタッチパネルと、タッチパネルにより入力された情報を表示装置本体の表示面に表示させるべく、少なくともタッチパネルから表示パネル本体へのデータ転送を行うコントローラーまたは制御部とからなり、このコントローラーまたは制御部は、入力読み取りの各期間内にて入力が行われたX軸方向及びY軸方向の領域を検知し、このように検知された領域についてのみデータ転送を実行し、表示装置本体の駆動回路部は、検知された領域に対応する領域でのみ画像信号の書き込みを行うことを特徴とする。

本発明のタッチパネル付表示装置の駆動方法は、駆動回路部を備えるとともに表示領域内にスタティックメモリを備える表示装置本体と、ペンまたは指先により入力を行うためのタッチパネルと、タッチパネルにより入力された情報を表示装置本体の表示面に表示させるべく、少なくともタッチパネルから表示パネル本体へのデータ転送を行うコントローラーまたは制御部とからなるタッチパネル付表示装置を駆動する方法であって、このコントローラーまたは制御部は、入力読み取りの各期間内にて入力が行われたX軸方向及びY軸方向の領域を検知し、このように検知された領域についてのみデータ転送を実行し、表示装置本体の駆動回路部は、検知された領域に対応する領域でのみ画像信号の書き込みを行うことを特徴とする。

応答速度の向上を図るとともに、消費電力を低減することができる。

一実施形態のタッチパネル付表示装置における、タッチパネル及び表示装置本体の構成を模式的に示す分解図であり、ペン入力、及び表示面の部分書き換えの様子を模式的に示す。 図１のタッチパネル付表示装置についての模式的な積層断面斜視図である。FPCは折り返さない状態で示している。 一実施形態における、各画素の色領域の構成を示す部分拡大図である。 一実施形態における、ペン書きモード（単色モード）でのゲートパルス関連の波形図である。 一実施形態における、多色入力モードでのゲートパルス関連の波形図である。 画素メモリの構成例を示す回路図である。 表示装置本体のゲートパルス発生回路についての模式的な回路図である。

本発明の一の実施形態になるタッチパネル付表示装置及びその駆動方法について、図１〜９を用いて説明する。ここでは、表示装置が液晶表示パネルからなるとして説明するが、場合によっては、有機ＥＬ表示パネルなどの他のマトリクス表示装置からなるものであっても良い。

図１〜２に一例を示すように、表示装置１０には、周縁部に駆動ＩＣ１１を備えた液晶表示パネル１と、コントローラー２１を備え、液晶表示パネル１の表示面５２に取り付けられるタッチパネル２と、プロセッサー及びメモリを有するコンピュータ部としての制御部３と、バッテリー４とが備えられ、これらが、一つの板状のケーシング中にまとめられている。タッチパネル２は、例えば、硬化後に弾性を有する接着剤を介して、液晶パネル１の表示面に貼り付けられている。本実施形態において、液晶表示パネル１は、反射型または半透過型であり、駆動ＩＣ１１は、１つまたは複数の駆動ＩＣチップにまとめられて液晶表示パネルの本体の一つまたは複数の辺に沿った棚状接続部に、フレキシブル配線基板（ＦＰＣ）１１Ａとともに実装される。液晶表示パネル１の各画素ドットには、TFT素子１２及び画素電極が備えられ、そのソース電極及びゲート電極がそれぞれ信号線１３及び走査線１４に接続されている。また、各画素ドットには、画素メモリ１５が備えられる。この画素メモリ１５は、TFT素子１２を形成する一連の工程により、同時に、アレイ基板１６上に形成されたものである。この画素メモリ１５により、各画素ドットに書き込まれた画像信号（電圧レベル）は、次の書き込みが行われるまで保持される。

本実施形態において、タッチパネル２には、X方向の電極線２２及びY方向の電極線２３が格子状に配列されており、静電容量方式などにより、タッチパネルペン５のペン先、または、指先の位置が検知される。タッチパネル２のコントローラー２１は、例えば、X方向の各電極線２２にパルス信号を印加し、Y方向の各電極線２３から受信される波形信号に基づき、各交点のレベル信号（ディジタル信号）を生成する。このコントローラー２１は、このようなレベル信号に基づき、所定の読み取り期間内にタッチパネルペン５などによって入力が行われた矩形状の領域について、検知する。すなわち、タッチ入力が行われた矩形状の領域についての、X軸方向の最大値及び最小値と、Y軸方向の最大値及び最小値とを検知して、出力する。また、このコントローラー２１は、タッチ入力が行われた領域からの信号のみ、制御部３へと転送を行うパーシャル転送を実行する。

制御部３は、液晶表示パネル１の表示面に表示される画像が静止画である場合、タッチ入力が行われた矩形領域に対応する表示面５２上の特定の表示領域５３についてのみ、書き換えを実行するよう駆動IC１１への指令を行う。図示の例では、ペン先や指先による軌跡５１が含まれる最小限の矩形領域に対応して、表示面５２上の特定の表示領域５３についてのみ書き換えが行われる。また、制御部３は、タッチ入力を表示する領域に背景の模様やノート罫線などの静止画像がある場合には、この静止画像とタッチ入力による曲線や点などとを合成した画像信号を生成して、駆動IC１１へと送る。駆動IC１１中には、パーシャル・アドレス指定回路が設けられており、指令を受けた信号線のアドレス範囲または走査線のアドレス範囲でのみ、書き込み動作を行う。すなわち、上記の特定の表示領域５３に対応するＸ軸方向領域５３Ｘ及びＹ軸方向領域５３Ｙについてのみ走査線または信号線のアドレス指定がなされて、画像信号の入力またはゲートパルスの入力が行われる。

なお、タッチ入力としては、ペン先や指先の軌跡５１により、手書き文字、線図、点などの入力の他、例えば親指と人差し指による、特定の表示対象の拡大、縮小または移動を行うためのタッチ入力も含まれる。このような2点タッチによる入力の場合も、タッチ入力が行われた矩形状の領域についての、X軸方向の最大値及び最小値と、Y軸方向の最大値及び最小値とを検知され、同様に、拡大などを行う特定の表示領域５３についてのみ、書き込み動作を行うようにすることができる。例えば、表示面５２の一部に表示された小さな写真を、拡大する場合、拡大後の写真を表示する表示領域５３についてのみ、書き込みを行うことができる。

次に、図３〜５を用い、表示装置の各画素にて、各原色（赤(R)、緑(G)、青(B)）について４ビットの「面積階調」表示を行うものである場合を説明する。

図３に示すように、カラーフィルタは、各画素において、３つの原色（R, G, B）に塗り分けられている。そして、各原色の領域には、面積の異なる２つの画素電極１８-1及び１８-2が割り当てられており、これら２つの画素電極には、隣り合う２つの走査線１４-11及び１４-12が、それぞれ割り当てられている。すなわち、各画素中、各原色の領域には、表示面積が互いに異なる２つの画素ドットが割り当てられており、画素ドットごとに、スイッチング素子（TFT素子）１２及び画素メモリ１５並びに画素電極１８が備えられている。画素メモリ１５は、各画素ドットに書き込まれた画素電極電位を、次の書き込みまで保持するためのスタティックメモリである。

図示の例において、各画素内の各原色の領域中、一方の画素ドットの画素電極１８-1は面積の大きい口の字状であり、他方の画素ドットの画素電極１８-2は、この口の字状の内部に嵌め込まれる、べたの矩形状である。各画素ドットには、オンオフいずれか（2ビット値）の画像信号が書き込まれる。また、隣り合う一対の走査線１４-11及び１４-12の入力端には、同一のシフトレジスタSRからゲートパルスを入力できるように、それぞれ、NAND素子１７A及びNOT素子１７Bからなるオンオフ選択部１７が備えられており、これらオンオフ選択部１７は、それぞれのオンオフ選択配線１９-1及び１９-2に接続している。

図４に示す一連のパルス波形は、ペン書きモード（単色モード）でのゲートパルス入力に関するものである。ペン書きモードは、黒、赤、緑及び青のうちの1つの色で手書きの文字や線図などを入力するのに対応するものである。例えば、白色の背景に黒色の線を描く場合、ノーマリブラックの構成において、タッチ入力が行われた点に対応する画素では、画素の全ての画素ドットの入力値が１（ハイレベル）から０（ローレベル）に書き換えられる。なお、２つの原色の組み合わせを用いることで、黄色、赤紫、及び、青緑のモノクロ表示を行うこともできる。

上記のように2階調のモノクロ表示が行われる際、1つの画素に関連する２つの走査線１４-11及び１４-12には、同時にゲートパルスが入力される。そのため、オンオフ選択配線１９-1及び１９-2には、タッチ入力を書き込んで行く期間の全体にわたって、NAND素子１７をオン状態とする電位が供給される。そのためゲートパルスの波長のパルス幅は、クロックパルスCLKのパルス幅に等しくなっている。

図５に示す一連のパルス波形は、多色モード（通常モード）でのゲートパルス入力に関するものである。多色モードは、タッチ入力を表示する領域以外で表示画像が置き換えられた場合や、タッチ入力の表示領域中に、背景などとして、多数の色による画像を表示する場合に行われる。

図６には、画素メモリ１５の構成の一具体例を示す。これは、フローティングノードの数をなるべく少なくするように設計されたものであり、３つのスイッチング素子SW-A、SW-B、SW-Gと、２つのNot素子とによる非常にシンプルな構成となっている。ゲートパルスがオンのとき、画素メモリ１５のゲートパルス作動スイッチ（TFT素子）SW-Gがオンとなり、信号線１がオン電位（１；ハイレベル電位）であるならば、スイッチSW-Bのゲートがオン電位、スイッチSW-Aのゲートがオフ電位（０；ローレベル電位）となる。その結果、画素電極１８には、オン電位VLC_Bが独立電源から供給され続ける。また、ゲートパルスがオンのとき、信号線１がオフ電位（０）であるならば、第2給電スイッチSW-Bのゲートがオフ電位（０）、第1給電スイッチSW-Aのゲートがオン電位（１）となる。その結果、画素電極１８には、オフ電位VLC_Aが独立電源から供給され続ける。ここで、画素電極１８への給電を独立電源より行ったのは、第1給電スイッチSW-A及び第2給電スイッチSW-Bが、片チャンネルTFTであるため、対向（共通）電極電圧Vcomとのずれが発生するのを防ぐためである。なお、独立電源からの給電に代えて、第1給電スイッチSW-Aと、第2給電スイッチSW-Bとの間にインバーター回路を追加することもできる。

図７には、液晶表示パネル１の駆動IC１１中にあるゲートパルス発生回路について模式的に示す。上述のオンオフ選択部１７とオンオフ選択配線１９-1及び１９-2とが存在することから、シフトレジスタ１９の数は、走査線１４の数の半分となっている。液晶表示パネル１の表示面の全面に動画を表示する場合などには、全面書き換えを行うべく、先頭のシフトレジスタＳＲ-1にスタートパルスが入り、パルスシフトにより、最終段のシフトレジスタまで順次作動を行う。そして、オンオフ選択部１７の作動と組み合わさって、先頭の走査線１４から最終段の走査線１４にまで、順次ゲートパルスが入力されていく。

表示面の一部にのみ動画を表示する場合、及び、一部にのみ、新たにタッチ入力された曲線などを表示する場合、表示面中の特定の矩形領域内についてのみ、画像データの書き換えが行われる。そのため、このような部分書き換えモードの場合、ゲートパルス発生回路は、特定の範囲のアドレスに対応するシフトレジスタＳＲだけを作動させる。すなわち、開始アドレスに対応するシフトレジスタ（ＳＲ-2）にスタートパルスＳＴＶを入力し、終了アドレスに対応するシフトレジスタ（ＳＲ-3）では、次段のシフトレジスタ（ＳＲ-4）へのパルスシフトが行われない。このようにして、特定の矩形領域に対応するY軸領域53Y内でのみスキャン動作が行われる。

特には、図４のようなペン書きモード（単色モード）である場合、オンオフ選択配線OEV-1及びOEV-2には、同期したパルス信号が入力される。すなわち、あるシフトレジスタ１９-2からのゲートパルスが、対をなす２つの走査線１４-21及び１４-22に同時に送られる。なお、部分書き換えモードの場合、特定の矩形領域に対応するX軸領域内でのみ書き換えが行われるように、対応するアドレス範囲の信号線にのみ、画像信号の入力が行われる。

上記の実施形態によると、表示装置本体のアレイ基板内に画素メモリを内蔵し、表示切替するまでデータを保持し続けるものであるため、タッチパネル用のコントローラー２１または制御部３から、表示装置本体に内臓される駆動IC１１へと、フレームごとに画像データを転送する必要がない。また、駆動IC１１へと書き込む領域を指定し部分領域表示にも対応可能である。特には、タッチ入力が行われた領域のみを指定し、この領域に対応する表示面上の領域についてのみ、書き込みによる画像表示の更新を行うようにすることができる。

例えば、表示装置本体のリフレッシュレートが60Hzである場合に、１フレーム期間は16.6msec（ミリ秒）であるが、タッチ入力面及び表示面の１／３の領域を指定すれば、16.6msec／3＝5.52msecで表示切替可能である。そのため、ペン入力→表示までのタイムラグが小さくなり、ユーザーは、それだけ、スムーズにペン入力されている感覚を持つことができる。なお、上述の読み取り期間は、適宜に、１フレーム期間または複数のフレーム期間に相当する期間とすることができる。

上記の実施形態の説明においては、タッチパネルについて、表示装置本体の表示面に取り付けられるものとして説明したが、表示面とは別の場所に設けられる、タッチパッドやディジタイザーなどであってもよい。このような場合、タッチ入力面の全体を、表示面の一部に対応させることもできる。すなわち、1つの読み取り期間内に、仮にタッチ入力面の全体にわたってタッチ入力が行われたとしても、表示面の一部の矩形領域にて、タッチ入力の内容を表示することができる。

上記の実施形態の説明においては、各画素に6個の画素ドットが配置され、３原色のそれぞれについて４ビット（面積切り替えによる４階調）の表示を行うとした。しかし、例えば、各画素の各原色部分が３個の画素ドットからなり、各原色部分について８階調の表示を行うこともできる。

上記の実施形態の説明においては、画素ドットごとに画素メモリをなす回路が設けられるとして説明したが、複数の画素ドットに1つの画素メモリが設けられるのでも良い。

１…液晶表示パネル； １０…タッチパネル付き表示装置； １１…駆動ＩＣ；
１２…TFT素子； １３…信号線； １４…走査線；
１５…画素メモリ； １６…アレイ基板； １７…オンオフ選択部；
１８…画素電極； １９…オンオフ選択配線； ２…タッチパネル；
２１…コントローラー； ２２…X方向の電極線； ２３…Y方向の電極線；
３…制御部； ４…バッテリー； ５…タッチパネルペン
５１…タッチ入力の軌跡； ５２…表示面； ５３…表示面中の部分領域；
ＳＲ…シフトレジスタ

Claims (4)

1. 駆動回路部を備えるとともに表示領域内にスタティックメモリを備える表示装置本体と、
   ペンまたは指先により入力を行うためのタッチパネルと、
   タッチパネルにより入力された情報を表示装置本体の表示面に表示させるべく、少なくともタッチパネルから表示パネル本体へのデータ転送を行うコントローラーまたは制御部とからなり、
   このコントローラーまたは制御部は、入力読み取りの各期間内にて入力が行われたX軸方向及びY軸方向の領域を検知し、このように検知された領域についてのみデータ転送を実行し、表示装置本体の駆動回路部は、検知された領域に対応する表示領域でのみ画像信号の書き込みを行うことを特徴とするタッチパネル付表示装置。
2. 表示面の各画素にて、一組をなす複数の画素ドットにより面積階調表示が可能であり、濃淡のある画像を表示するためには、面積階調表示を行うように画素ドットごとに書き込みが行われ、
   タッチパネルにより入力された情報を表示する際には、このための表示領域中にて、前記の一組をなす複数の画素ドットに同一の画像信号が書き込まれて、２階調のモノクロ表示が行われることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル付表示装置。
3. タッチパネルにより入力された情報が、手書き文字、線図、点、またはその他のペン入力可能な内容であり、この内容が、前記表示領域中にて、いずれかの原色、白、黒、または、２つの原色の混合色により表示されることを特徴とする請求項２に記載のタッチパネル付表示装置。
4. 駆動回路部を備えるとともに表示領域内にスタティックメモリを備える表示装置本体と、ペンまたは指先により入力を行うためのタッチパネルと、タッチパネルにより入力された情報を表示装置本体の表示面に表示させるべく、少なくともタッチパネルから表示パネル本体へのデータ転送を行うコントローラーまたは制御部とからなるタッチパネル付表示装置を駆動する方法であって、このコントローラーまたは制御部は、入力読み取りの各期間内にて入力が行われたX軸方向及びY軸方向の領域を検知し、このように検知された領域についてのみデータ転送を実行し、表示装置本体の駆動回路部は、検知された領域に対応する領域でのみ画像信号の書き込みを行うことを特徴とするタッチパネル付表示装置の駆動方法。

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