JP2015072549A

JP2015072549A - タッチパネル付液晶表示装置

Info

Publication number: JP2015072549A
Application number: JP2013207142A
Authority: JP
Inventors: 幸秀舟山; Yukihide Funayama
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2013-10-02
Filing date: 2013-10-02
Publication date: 2015-04-16
Also published as: TW201514819A; TWI541710B; US9471188B2; US20150091865A1

Abstract

【課題】誤検出を抑え、動作精度を向上させたタッチパネル付液晶表示装置を提供する。
【解決手段】タッチパネル付表示装置は、表示領域に配置された各画素に配置され、階調値に応じた電位が印加される複数の電極である画素電極と、表示領域を横切るように一方向に延びる複数の電極である共通電極（２３０，２４０）と、表示領域を横切るように、一方向とは異なる方向に延び、共通電極のうちの一部の複数の電極である駆動電極と電気的容量を形成し、パネル上の接触位置を検出する複数の電極である検出電極（２３０）と、画素電極及び共通電極により形成される電界により、配向が変化する液晶組成物からなる液晶層と、表示の周期である２つの連続する水平同期期間内に、駆動電極に対して接触を検出するための駆動パルスを１回印加する駆動パルス出力部（２６１）と、を備える。
【選択図】図７

Description

本発明は、タッチパネル付液晶表示装置に関する。

コンピュータ等の情報通信端末の表示画面上に重ねて配置されたタッチパネルを入力装置とした表示装置が広く用いられている。表示装置として一般的に普及している液晶表示装置は、薄膜トランジスタ基板（以下、「ＴＦＴ（Thin
Film Transistor）基板」という。）とカラーフィルタ基板の２つの基板の間に封じ込められた液晶組成物の配向を電界の変化により変え、液晶組成物を通過する光の透過度合いを制御することにより画像を表示させる装置である。このうち、ＴＦＴ基板側に画素電極と共通電極の両方が配置されるＩＰＳ（In Plane Switching）方式では、いわゆる横電界を形成し、視野角の広い表示を実現している。

タッチパネルは、使用者の指などを用いてタッチされたパネル上の座標を認識することにより、処理装置に処理を行なわせる入力装置である。タッチパネルには、タッチされた部分の抵抗値変化を検出する抵抗膜方式、タッチにより遮蔽された部分の光量変化を検出する光センサ方式、容量変化を検出する静電容量結合方式などが知られている。静電容量結合方式は、パネルの透過率が高く表示画質を低下させない点、他の電極との接触がなく耐久性が高い点等から広く用いられている。

近年、情報通信端末に対する小型化・薄型化の要請により、タッチパネル付液晶表示装置もより薄型のものが求められている。特許文献１には、ＩＰＳ方式の液晶表示装置において、液晶表示装置の共通電極をタッチパネルの駆動電極として用いることにより、より薄型化されたタッチパネル付液晶表示装置が開示されている。

特開２００９−２４４９５８号公報

タッチパネル付液晶表示装置におけるタッチパネルでは、表示動作において発生する電磁波の影響を回避するために、表示に使用される水平同期信号のタイミングを参照し、表示動作の電磁波を回避してタッチパネルの電極の走査を行っている。このため、タッチパネルの駆動周波数は水平同期信号の周期となり、例えば充電中に発生する、いわゆるＡＣ（Alternate Current）チャージノイズのような外来ノイズが、水平同期信号の周波数の整数倍であるような場合には、タッチ検出において誤検出を起こす恐れがある。

本発明は、上述の事情を鑑みてしたものであり、誤検出を抑え、動作精度を向上させたタッチパネル付液晶表示装置を提供することを目的とする。

本発明のタッチパネル付表示装置は、表示領域に配置された各画素に配置され、階調値に応じた電位が印加される複数の電極である画素電極と、前記表示領域を横切るように一方向に延びる複数の電極である共通電極と、前記表示領域を横切るように、前記一方向とは異なる方向に延び、前記共通電極のうちの一部の複数の電極である駆動電極と電気的容量を形成し、パネル上の接触位置を検出する複数の電極である検出電極と、前記画素電極及び前記共通電極により形成される電界により、配向が変化する液晶組成物からなる液晶層と、表示の周期である２つの連続する水平同期期間内に、前記駆動電極に対して接触を検出するための駆動パルスを１回印加する駆動パルス出力部と、を備えることを特徴とするタッチパネル付表示装置である。

また、本発明のタッチパネル付表示装置において、前記駆動電極に印加された駆動パルスにおける、立上がりと立下がりの両方に対する前記検出電極の電位の変化を積算してタッチを検出する検出回路、を更に備えていてもよい。

また、本発明のタッチパネル付表示装置において、前記検出回路は、前記駆動パルスの立上がりにおいて、検出電極における電気的応答を検出する立上がり検出回路と、前記駆動パルスの立下がりにおいて、検出電極における電気的応答を検出する立下がり検出回路とを有し、前記立上がり検出回路及び前記立下がり検出回路の各々は、比較器及び比較器に並列に接続された容量を有していてもよい。

また、本発明のタッチパネル付表示装置において、前記駆動パルス出力部は、前記画素電極に対して前記階調値に応じた電位の書き込みが終了した後に、前記駆動パルスの立上がり又は立下がりのいずれか一方の電位変化を発生させてもよい。

また、本発明のタッチパネル付表示装置において、前記駆動パルス出力部は、前記画素電極に前記階調値に応じた電位が印加されている間で、前記画素電極に対して前記階調値に応じた電位の書き込みが終了する前に、前記駆動パルスの立上がり又は立下がりのいずれか一方の電位変化を発生させてもよい。

また、本発明のタッチパネル付表示装置において、ノイズを検知するダミー電極と、前記ダミー電極により検出された前記ノイズの周波数を検出するノイズ周波数検出部と、前記ノイズ周波数検出部により検出された前記周波数に基づいてフレーム周波数を設定するフレーム周波数制御部と、を更に備えてもよい。

本発明の第１実施形態に係るタッチパネル付液晶表示装置について示す図である。ＴＦＴ基板に形成された画素の回路について概略的に示す図である。タッチパネルのタッチ検出に用いられる電極の配置について示す平面図である。図３のIII−III線における断面を概略的に示す図である。タッチ検出の動作を説明するための模式図である。検出回路の構成について示す図である。駆動電極に印加される駆動パルスについて説明するためのタイミングチャートである。本実施形態の変形例における駆動パルスのタイミングチャートである。本発明の第２実施形態に係るタッチパネル付液晶表示装置の表示駆動制御について説明するためのブロック図である。図９の表示駆動制御を適用した表示制御信号の例について示すタイミングチャートである。

以下、本発明の実施形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、図面において、同一又は同等の要素には同一の符号を付し、重複する説明を省略する。

［第１実施形態］
図１は、本発明の第１実施形態に係るタッチパネル付液晶表示装置１００について示す図である。この図に示されるように、タッチパネル付液晶表示装置１００は、タッチパネル付液晶表示パネル２００と、タッチパネル付液晶表示パネル２００を挟むように固定する上フレーム１０１及び下フレーム１０２と、により構成されている。

次に、ＩＰＳ方式の液晶表示の基本的な回路について概略的に説明する。タッチパネル付液晶表示パネル２００は、薄膜トランジスタ（ＴＦＴ：Thin Film Transistor）が形成されるＴＦＴ基板２１０（図４）を有しており、図２には、ＴＦＴ基板２１０に形成された画素４００の回路の図が概略的に示されている。各画素４００は、階調値に対応する階調電圧が印加される画素電極２１２と、画素電極２１２との間で電界を形成する共通電極２８０と、走査信号線Ｇ［Ｎ］がゲートに接続され、ソース及びドレインのいずれか一方がデータ信号線Ｄ［Ｍ］に、他方が画素電極２１２に接続された画素トランジスタ４０１と、共通電極２８０に接続され、共通電位に保たれた共通電極配線４０５とを有している。なお、図２においては、ＴＦＴ基板２１０に画素電極２１２と共通電極２８０との両方が形成されたＩＰＳ方式の液晶表示装置における代表的な回路の概略を示すが、これ以外の回路を用いることもできる。

図３は、タッチパネルのタッチ検出に用いられる電極の配置について示す平面図である。液晶表示に使用される共通電極２８０は、表示領域の短辺方向に延びる短冊形状であり、タッチパネル制御部２６０から電圧が印加される駆動電極２８１と、駆動電極２８１以外の電極であり、表示領域の短辺方向に延びる短冊形状の非駆動電極２８２とを有し、これらは表示領域に敷き詰められるように配置されている。

一方、共通電極２８０が配置される層とは別の層において、表示領域の長辺方向に延び、表示領域の短辺方向に複数並置された検出電極２３０と、各検出電極２３０の間に配置され、検出電極２３０と同様の方向に延び、複数並置されたダミー電極２４０と、が形成されている。検出電極２３０により検出された信号は、検出電極２３０毎にタッチパネル制御部２６０に入力され、タッチ座標が演算される。ダミー電極２４０は、電気的にフローティングであってもよいし、接地されていてもよい。フローティングとした場合には、タッチ検出の際の補助容量的な機能を有する。なお、駆動電極２８１、非駆動電極２８２、検出電極２３０、ダミー電極２４０のそれぞれは、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）等の透明の導電材料を用いて形成される。また、各電極は、複数の導電線が所定の間隔で配置された導電線の束として構成されていてもよい。

また、タッチパネル制御部２６０は、各駆動電極２８１に対し順に駆動パルスを印加する駆動パルス出力部２６１と、検出電極２３０において検出された信号を積算する検出回路２７０と、駆動パルスの出力タイミング等の制御のパラメータについて記憶するレジスタ２６４と、検出回路２７０の出力に基づいて表示面におけるタッチの有無及びタッチ位置を演算する不図示の演算処理部と、を有している。

図４には、図３のIV−IV線における断面が概略的に示されている。この図に示されるように、タッチパネル付液晶表示パネル２００は、ＴＦＴ基板２１０と、入射した光を不図示のカラーフィルタにより画素毎にＲＧＢ各色の波長の光として出射する対向基板２２０と、これらの基板の間に封止された液晶組成物からなる液晶層２２７とにより構成されている。ここで、ＴＦＴ基板２１０には、図４に示されるように、ガラス基板２１１上に画素電極２１２並びに液晶表示における共通電極２８０が形成されており、対向基板２２０には、ガラス基板２２１上に検出電極２３０及びダミー電極２４０が形成されている。

図５は、タッチ検出の動作を説明するための模式図である。この図に示されるように、駆動パルス出力部２６１は、各駆動電極２８１に順次複数の駆動パルスを印加し、検出電極２３０で検知された応答を、検出回路２７０において積算し、タッチの有無を判定する。

図６は、検出回路２７０の構成について示す図である。この図に示されるように、検出回路２７０は、立上がり検出回路２７１と、立下がり検出回路２７２と、サンプルホールド回路２７３とにより構成される。立上がり検出回路２７１は、駆動信号Ｔｘの駆動パルスの立上がりの際にＯＮとなる第１検出スイッチＲｘＳｗ１と、第１比較器Ｃｍｐ１と、第１積分容量Ｃｉｎｔ１とにより構成される。この回路では、駆動電極２８１に印加された複数回の駆動パルスに対する検出電極２３０における応答を第１積分容量Ｃｉｎｔにおいて蓄積し、比較器Ｃｍｐ１において第１基準電圧Ｖｒｅｆ＿Ａと比較され、サンプルホールド回路２７３に出力される。その後演算処理部において、サンプルホールド回路２７３から出力された信号を演算し、表示面へのタッチの有無及びタッチ位置を演算する。立下がり検出回路２７２は、駆動信号Ｔｘのパルスの立下がりの際にＯＮとなる第２検出スイッチＲｘＳｗ２と、第２比較器Ｃｍｐ２と、第２積分容量Ｃｉｎｔ２とにより構成され、立上がり検出回路２７１と同様の動作を行う。ここで図６において、Ｃｘｙは駆動電極２８１及び検出電極２３０の間の容量を表している。

図７は、ある駆動電極２８１に印加される駆動パルスについて説明するためのタイミングチャートである。このタイミングチャートでは、液晶表示における水平同期信号Ｈｓｙｎｃ、表示装置の隣り合う走査信号線Ｇに印加される走査信号Ｇｎ及びＧｎ＋１、信号線Ｄに印加される映像信号Ｓ、駆動電極２８１に印加される駆動信号Ｔｘ、第１検出スイッチＲｘＳＷ１及び第２検出スイッチＲｘＳＷ２の制御信号、及び表示ノイズＮについて各信号の変化が示されている。

このタイミングチャートに示されるように、表示制御では、水平同期信号Ｈｓｙｎｃに同期して、走査信号Ｇｎ及びＧｎ＋１に順次走査信号線駆動パルスが印加され、それに合わせて対応する映像信号Ｓが印加される。表示ノイズＮは、走査信号Ｇｎ及びＧｎ＋１及び映像信号Ｓの変化のタイミングに合わせて発生している。駆動信号Ｔｘは、映像信号Ｓの出力が停止され、次の映像信号Ｓが出力されるまでの表示ノイズＮが比較的少ない安定期間αに一回の変化があるように出力される。駆動信号Ｔｘは、つまり安定期間αに立下がり又は立上がりのいずれか一回が発生し、２水平同期期間（２Ｈ）に１パルスが出力される。第１検出スイッチＲｘＳＷ１の制御信号は立上がりの駆動信号Ｔｘに合わせて、その応答が検出電極２３０から取得できるように、Ｈｉｇｈ電位となり、第１検出スイッチＲｘＳＷ１をＯＮとする。第２検出スイッチＲｘＳＷ２の第２制御信号は、立下がりの駆動信号Ｔｘに合わせて、応答が検出電極２３０から取得できるように、Ｈｉｇｈ電位となり、第２検出スイッチＲｘＳＷ２をＯＮとする。

ここで、第１検出スイッチＲｘＳＷ１及び第２検出スイッチＲｘＳＷ２の制御信号は、表示ノイズＮが検出信号に含まれることを避けるため、映像信号Ｓが出力される前にＬｏｗ電位（ＯＦＦ）となる必要があり、駆動信号Ｔｘの変化のタイミングは、映像信号Ｓの開始から制御信号パルス幅ｗｒｘの分だけ早くなければならない。安定期間αは、この制御信号パルス幅ｗｒｘを考慮して定められている。

したがって、タッチパネル制御部２６０は、表示の周期と異なる周期の駆動パルスを出力することができるため、表示の周期の整数倍の外来ノイズがある場合であっても誤検出を抑制することができる。また、安定期間αに立上がり又は立下がりの一方を配置するのみであるため、表示ノイズを避けやすく、誤検出を抑えて動作精度を向上させると共に、検出座標の精度を向上させることができる。また、立上がり又は立下がりの一方を配置するのみであるため、安定期間αが短くなった場合であっても配置させやすく、表示装置の高解像度化に対応することができる。

図８は、本実施形態の変形例における駆動パルスのタイミングチャートである。この変形例では、図７で示された安定期間αではなく、安定期間βを定義し、各安定期間βに駆動パルスの立上がり又は立下がりのいずれかを配置することとしている。安定期間βは、映像信号線に映像信号Ｓが印加されることによる表示ノイズＮが安定した後、走査信号Ｇｎの立下がりの前までの期間として設定されている。なお、このタイミングチャートにおいては、制御信号パルス幅ｗｒｘの記載を省略しているが、安定期間βの定義においても考慮されているものとする。このような安定期間βにおいて、タッチパネルの駆動パルスの立上がり又は立下がりのいずれかを配置することとしても、上述の実施形態と同様の効果を得ることができる。特に映像信号Ｓが印加されている時間（書き込み時間）が長い表示装置においては、駆動パルスの立上がり及び立下がりをこの安定期間βに配置することが有効である。ここで、この変形例においては、駆動パルスの立上がり及び立下がりを安定期間βのみに配置しているが、安定期間α及びβを組み合わせて駆動パルスの立上がり又は立下がりを設定することとしてもよい。この場合には更に駆動パルスの周期をより自在に変化させることができる。

［第２実施形態］
図９には、本発明の第２実施形態に係るタッチパネル付液晶表示装置の表示駆動制御について説明するためのブロック図が示されている。タッチパネル付液晶表示装置の全体構成及びタッチ検出動作については、図１〜４及びその説明に示された第１実施形態と同様であるため説明を省略する。図９に示されるように、本実施形態に係る表示駆動制御は、タイミング制御部３００と、ガラス基板２２１上に配置されたダミー駆動電極３０３と、表示駆動回路３０４とを用いて行われる。ダミー駆動電極３０３で検知されたＡＣチャージノイズ等の外来ノイズは、タイミング制御部３００のノイズ周波数検知回路３０２に入力され、外来ノイズの周波数が演算される。演算された周波数はフレーム周波数制御部３０１に通知され、演算された周波数に基づいて誤検出とならない、例えば、水平同期信号がノイズの周波数の整数倍又は整数分の１とならないような、フレーム周波数が選択され、そのフレーム周波数で表示駆動回路を動作させる。表示駆動回路は、指定されたフレーム周波数で表示動作が行われるように、走査信号及び映像信号を出力する。なお、ノイズ周波数の検出及びフレーム周波数の制御は、周期的に行うこととしてもよいし、例えば、ＡＣチャージノイズによる誤検出を抑制することを目的として、本実施形態のタッチパネル付液晶表示装置を備える携帯端末が充電器につながれたときにのみに行うこととしてもよい。選択されるフレーム周波数は、例えばレジスタ等に保存された複数のフレーム周波数の候補から選択されることとしてもよい。

図１０は、図９の表示駆動制御を適用した表示制御信号の例について示すタイミングチャートである。この図において、３−ＭｕｘはＲＧＢ３スイッチ、２−ＭｕｘはＲＧＢ２スイッチ時のＲＧスイッチ端子の場合を示している。フレーム周波数が制御される範囲は、５５〜６５Ｈｚの範囲であり、これは１水平同期期間において、８．０〜９．４μｓに相当する。このようにフレーム周波数が、外来ノイズの周波数に基づいて変更されることにより、外来ノイズの周波数による検出回路２７０での誤検出を抑制することができる。

１００タッチパネル付液晶表示装置、１０１上フレーム、１０２下フレーム、２００タッチパネル付液晶表示パネル、２１０ＴＦＴ基板、２１１ガラス基板、２１２画素電極、２２０対向基板、２２１ガラス基板、２２７液晶層、２３０検出電極、２４０ダミー電極、２６０タッチパネル制御部、２６１駆動パルス出力部、２６４レジスタ、２７０検出回路、２７１立上がり検出回路、２７２立下がり検出回路、２７３サンプルホールド回路、２８０共通電極、２８１駆動電極、２８２非駆動電極、３００タイミング制御部、３０１フレーム周波数制御部、３０２ノイズ周波数検知回路、３０３ダミー駆動電極、３０４表示駆動回路、４００画素、４０１画素トランジスタ、４０５共通電極配線。

Claims

表示領域に配置された各画素に配置され、階調値に応じた電位が印加される複数の電極である画素電極と、
前記表示領域を横切るように一方向に延びる複数の電極である共通電極と、
前記表示領域を横切るように、前記一方向とは異なる方向に延び、前記共通電極のうちの一部の複数の電極である駆動電極と電気的容量を形成し、パネル上の接触位置を検出する複数の電極である検出電極と、
前記画素電極及び前記共通電極により形成される電界により、配向が変化する液晶組成物からなる液晶層と、
表示の周期である２つの連続する水平同期期間内に、前記駆動電極に対して接触を検出するための駆動パルスを１回印加する駆動パルス出力部と、を備えることを特徴とするタッチパネル付表示装置。
請求項１に記載のタッチパネル付液晶表示装置であって、
前記駆動電極に印加された駆動パルスにおける、立上がりと立下がりの両方に対する前記検出電極の電位の変化を積算してタッチを検出する検出回路、を更に備える、ことを特徴とするタッチパネル付表示装置。
請求項２に記載のタッチパネル付液晶表示装置であって、
前記検出回路は、前記駆動パルスの立上がりにおいて、検出電極における電気的応答を検出する立上がり検出回路と、前記駆動パルスの立下がりにおいて、検出電極における電気的応答を検出する立下がり検出回路とを有し、
前記立上がり検出回路及び前記立下がり検出回路の各々は、比較器及び比較器に並列に接続された容量を有している、ことを特徴とするタッチパネル付表示装置。
請求項１乃至３のいずれか一項に記載のタッチパネル付液晶表示装置であって、
前記駆動パルス出力部は、前記画素電極に対して前記階調値に応じた電位の書き込みが終了した後に、前記駆動パルスの立上がり又は立下がりのいずれか一方の電位変化を発生させる、ことを特徴とするタッチパネル付表示装置。
請求項１乃至４のいずれか一項に記載のタッチパネル付液晶表示装置であって、
前記駆動パルス出力部は、前記画素電極に前記階調値に応じた電位が印加されている間で、前記画素電極に対して前記階調値に応じた電位の書き込みが終了する前に、前記駆動パルスの立上がり又は立下がりのいずれか一方の電位変化を発生させる、ことを特徴とするタッチパネル付表示装置。
請求項１乃至５のいずれか一項に記載のタッチパネル付液晶表示装置であって、
ノイズを検知するダミー電極と、
前記ダミー電極により検出された前記ノイズの周波数を検出するノイズ周波数検出部と、
前記ノイズ周波数検出部により検出された前記周波数に基づいてフレーム周波数を設定するフレーム周波数制御部と、を更に備える、ことを特徴とするタッチパネル付表示装置。