JP2016004280A - タッチ検出装置及びタッチ検出機能付き表示装置 - Google Patents
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Abstract
【課題】タッチドライバとディスプレイドライバとが最適に協働することのできるタッチ検出装置及びタッチ検出機能付き表示装置を提供する。【解決手段】一方向に延在するように並設された複数の駆動電極と、前記駆動電極の延在方向と直交する方向に延在するように並設された複数の検知電極と、前記複数の駆動電極に対して外部近接物体を検知するためのパルス波形を有するタッチ駆動信号(TSVCOM)を印加するドライバ(DDI)と、前記ドライバ(DDI)と信号を授受して、前記タッチ駆動信号(TSVCOM)を形成するための駆動同期信号(EXVCOM)を前記ドライバ(DDI)に出力し、前記検知電極の検出信号をサンプリングすることにより外部近接物体を検知するタッチ検出部(TPIC)とを有し、前記駆動同期信号(EXVCOM)に含まれる少なくともパルス数、パルス幅のいずれかは、前記ドライバ(DDI)から受信する前記信号に基づいて定められるタッチ検出装置である。【選択図】図6
Description
本発明の実施形態は、タッチ検出装置及びタッチ検出機能付き表示装置に関する。
近年、いわゆるタッチパネルと呼ばれるタッチ検出装置を液晶表示装置などの表示装置上に装着し、あるいはタッチパネルと表示装置を一体化し、その表示装置に各種のボタン画像等を表示させることにより、通常の機械式ボタンの代わりとして情報入力を可能とした表示装置が注目されている。このようなタッチ検出機能を有する表示装置は、キーボード、マウス、キーパッドのような入力装置を必要としないため、コンピュータのほか、携帯電話のような携帯情報端末などでも、使用が拡大する傾向にある。
タッチパネルの方式としては、一方向に延伸する複数の電極を互いに交差するように配置した静電容量式のタッチパネルが知られている。このタッチパネルでは、各電極は、それぞれ制御回路と接続され、制御回路から励磁電流を供給することにより、外部近接物体を検出するようになされている。
タッチ検出機能付表示装置としては、表示装置の表示面上にタッチパネルを形成した、いわゆるオンセルタイプの表示装置の他に、表示装置にもともと備えられている表示用の共通電極を、一対のタッチセンサ用電極のうちの一方として兼用し、他方の電極(タッチ検知電極)をこの共通電極と交差するように配置した、いわゆるインセルタイプの表示装置が提案されている。
特許文献1には、タッチセンサ用駆動電極を所定の複数本ずつ時分割的に順次選択し、その選択された駆動電極に対してタッチ検出駆動信号を印加して、走査ピッチが選択された複数本の駆動対象電極の全幅よりも小さくなるように走査駆動を行うタッチ検出装置が開示されている。
特許文献1に記載された駆動方法では表示とタッチとを画面の1フレーム期間内で時分割に行うために同期させる必要がある。そのため、上記タッチ検出装置では、タッチ動作を制御するタッチドライバ(TPIC)と表示動作を制御するディスプレイドライバ(DDI)とが協働してタッチ駆動制御を実行するように構成されている。
ところで、タッチドライバ(TPIC)とディスプレイドライバ(DDI)は、それぞれ自身に設けられた基準周波数発信器のクロックに同期して動作するように構成されている。即ち、タッチドライバ(TPIC)とディスプレイドライバ(DDI)との動作は、クロックの原振が異なる。従って、タッチドライバ(TPIC)とディスプレイドライバ(DDI)とにはクロックのずれを想定したワーストパターンでの設計が必要とされた。
本発明は、斯かる事情に鑑みてなされたものであって、タッチドライバ(TPIC)とディスプレイドライバ(DDI)とが最適に協働することのできるタッチ検出装置及びタッチ検出機能付き表示装置を提供することを目的とする。
一実施形態に係るタッチ検出装置は、一方向に延在するように並設された複数の駆動電極と、前記駆動電極の延在方向と直交する方向に延在し、その交差部分に静電容量を形成するように配置された検知電極と、前記複数の駆動電極から選択された駆動対象電極に対して外部近接物体を検知するためのパルス波形を有するタッチ駆動信号(TSVCOM)を印加することによりタッチ走査駆動を行うドライバ(DDI)と、前記ドライバ(DDI)と信号を授受して、前記タッチ駆動信号(TSVCOM)を形成するための駆動同期信号(EXVCOM)を前記ドライバ(DDI)に出力し、前記検知電極の検出信号を前記タッチ駆動信号(TSVCOM)のパルス波形に対応したタイミングでサンプリングすることにより外部近接物体を検知するタッチ検出部(TPIC)とを有し、前記駆動同期信号(EXVCOM)に含まれる少なくともパルス数、パルス幅のいずれかは、前記ドライバ(DDI)から受信する前記信号に基づいて定められる。
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
[第1の実施の形態]
図1は、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPにおける表示装置の概略の構成を示す図である。なお、本実施の形態において、表示装置は液晶表示装置である。また、本願の「タッチ検出」は、指などがタッチパネルに接触したことを検知する意味の他、指などがタッチパネルに近接したことを検知する意味も含む用語として用いられる。
図1は、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPにおける表示装置の概略の構成を示す図である。なお、本実施の形態において、表示装置は液晶表示装置である。また、本願の「タッチ検出」は、指などがタッチパネルに接触したことを検知する意味の他、指などがタッチパネルに近接したことを検知する意味も含む用語として用いられる。
表示装置は、表示パネルPNLと、表示パネルPNLを背面側から照明するバックライトBLTと、を備えている。そして表示パネルPNLには、マトリクス状に配置された表示画素PXを含む表示部が設けられている。
図1に示すように、表示部においては、複数の表示画素PXが配列する行に沿って延びる走査線G(G1、G2…)と、複数の表示画素PXが配列する列に沿って延びる信号線S(S1、S2…)と、走査線Gと信号線Sが交差する位置近傍に配置された画素スイッチSWとが備えられている。
画素スイッチSWは薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)を備えている。画素スイッチSWのゲート電極は対応する走査線Gと電気的に接続されている。画素スイッチSWのソース電極は対応する信号線Sと電気的に接続されている。画素スイッチSWのドレイン電極は対応する画素電極PEと電気的に接続されている。
また、複数の表示画素PXを駆動する駆動手段として、ゲートドライバGD(左側GD−Lおよび右側GD−R)とソースドライバSDとが設けられている。複数の走査線GはゲートドライバGDの出力端子と電気的に接続されている。複数の信号線SはソースドライバSDの出力端子と電気的に接続されている。
ゲートドライバGDとソースドライバSDとは、表示部の周囲の領域(額縁)に配置されている。ゲートドライバGDは複数の走査線Gにオン電圧を順次印加して、選択された走査線Gに電気的に接続された画素スイッチSWのゲート電極にオン電圧を供給する。ゲート電極にオン電圧が供給された画素スイッチSWの、ソース電極−ドレイン電極間が導通する。ソースドライバSDは、複数の信号線Sのそれぞれに対応する出力信号を供給する。信号線Sに供給された信号は、ソース電極−ドレイン電極間が導通した画素スイッチSWを介して対応する画素電極PEに印加される。
ゲートドライバGDとソースドライバSDとは、表示パネルPNLの外部に配置された制御回路CTRにより動作を制御される。また制御回路CTRは、後述する共通電極COMEに共通電圧Vcomを供給している。さらに制御回路CTRは、バックライトBLTの動作を制御する。
図2は、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPの構造をより詳細に示す断面図である。
タッチ検出機能付き表示装置DSPは、表示パネルPNL、バックライトBL、第1光学素子OD1及び第2光学素子OD2を備えている。図示した例では、表示パネルPNLは、液晶表示パネルであるが、有機エレクトロルミネッセンス表示パネルなどの他のフラットパネルであっても良い。また、図示した表示パネルPNLは、表示モードとしてFFS(Fringe Field Switching)モードに対応した構成を有しているが、他の表示モードに対応した構成を有していても良い。
表示パネルPNLは、第1基板SUB1、第2基板SUB2、及び、液晶層LQを備えている。第1基板SUB1と第2基板SUB2とは所定のセルギャップを形成した状態で貼り合わされている。液晶層LQは、第1基板SUB1と第2基板SUB2との間のセルギャップに保持されている。
第1基板SUB1は、ガラス基板や樹脂基板などの光透過性を有する第1絶縁基板10を用いて形成されている。第1基板SUB1は、第1絶縁基板10の第2基板SUB2に対向する側に、ソース線S、共通電極COME、画素電極PE、第1絶縁膜11、第2絶縁膜12、第3絶縁膜13、第1配向膜AL1などを備えている。
ここで、画素電極PE及び共通電極COMEは、これら電極間に配置される液晶層の画素領域とともに表示画素を構成し、表示画素は表示パネルPNLにマトリクス状に配置されている。
ここで、画素電極PE及び共通電極COMEは、これら電極間に配置される液晶層の画素領域とともに表示画素を構成し、表示画素は表示パネルPNLにマトリクス状に配置されている。
第1絶縁膜11は、第1絶縁基板10の上に配置されている。なお、詳述しないが、第1絶縁基板10と第1絶縁膜11との間には、ゲート線G、スイッチング素子のゲート電極や半導体層などが配置されている。ソース線Sは、第1絶縁膜11の上に形成されている。また、スイッチング素子のソース電極やドレイン電極なども第1絶縁膜11の上に形成されている。図示した例では、ソース線Sは、共通電極COMEと平行して第2方向Yに延出している。
第2絶縁膜12は、ソース線S及び第1絶縁膜11の上に配置されている。共通電極COMEは、第2絶縁膜12の上に形成されている。図示した例では、共通電極COMEは、複数のセグメントによって構成されている。共通電極COMEの各セグメントは、それぞれ第2方向Yに延出し、間隔をおいて第1方向Xに並んでいる。このような共通電極COMEは、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの透明な導電材料によって形成されている。なお、図示した例では、共通電極COMEの上に金属層MLが形成され、共通電極COMEを低抵抗化しているが、金属層MLは省略しても良い。
第3絶縁膜13は、共通電極COME及び第2絶縁膜12の上に配置されている。画素電極PEは、第3絶縁膜13の上に形成されている。各画素電極PEは、隣接するソース線Sの間にそれぞれ位置し、共通電極COMEと対向している。また、各画素電極PEは、共通電極COMEと対向する位置にスリットSLを有している。このような画素電極PEは、例えば、ITOやIZOなどの透明な導電材料によって形成されている。第1配向膜AL1は、画素電極PE及び第3絶縁膜13を覆っている。
一方、第2基板SUB2は、ガラス基板や樹脂基板などの光透過性を有する第2絶縁基板15を用いて形成されている。第2基板SUB2は、第2絶縁基板15の第1基板SUB1に対向する側に、ブラックマトリクスBM、カラーフィルタCFR、CFG、CFB、オーバーコート層OC、第2配向膜AL2などを備えている。
ブラックマトリクスBMは、第2絶縁基板15の内面に形成され、各画素を区画している。カラーフィルタCFR、CFG、CFBは、それぞれ第2絶縁基板15の内面に形成され、それらの一部がブラックマトリクスBMに重なっている。カラーフィルタCFRは赤色カラーフィルタであり、カラーフィルタCFGは緑色カラーフィルタであり、カラーフィルタCFBは青色カラーフィルタである。オーバーコート層OCは、カラーフィルタCFR、CFG、CFBを覆っている。オーバーコート層OCは、透明な樹脂材料によって形成されている。第2配向膜AL2は、オーバーコート層OCを覆っている。
検知電極Rxは、第2絶縁基板15の外面に形成されている。この検知電極Rxは、島状に形成されているが、ここでは、簡略化して図示しており、リード線の図示を省略している。検知電極Rxの詳細な構造については後述する。このような検知電極Rxは、例えば、ITOやIZOなどの透明な導電材料によって形成されている。
バックライトBLは、表示パネルPNLの背面側に配置されている。バックライトBLとしては、種々の形態が適用可能であり、光源として発光ダイオード(LED)を利用したものや冷陰極管(CCFL)を利用したものなどのいずれでも適用可能であるが、詳細な構造については説明を省略する。
第1光学素子OD1は、第1絶縁基板10とバックライトBLとの間に配置されている。第2光学素子OD2は、検知電極DETEの上に配置されている。第1光学素子OD1及び第2光学素子OD2は、それぞれ少なくとも偏光板を含んでおり、必要に応じて位相差板を含んでいても良い。
続いて、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPに用いられるタッチセンサについて説明する。タッチパネルに対して利用者の指或いはペンが触れていること、或いは近接していることを検出する方式として、ミューチャル(Mutual)検出方式の原理を説明する。
図3は、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPのミューチャル検出方式の代表的な基本構成を示す図である。共通電極COMEと検知電極DETEとが利用される。共通電極COMEは、複数のストライプ状共通電極Come1,Come2,Come3・・・・を含む。この複数のストライプ状共通電極Come1,Come2,Come3・・・・が走査(駆動)方向(Y方向またはX方向)に配列されている。
一方、検知電極DETEは、複数のストライプ状検知電極Dete1,Dete2,Dete3,・・・・(ストライプ状共通電極よりも細い)を含む。この複数のストライプ状検知電極Dete1,Dete2,Dete3,・・・・は、ストライプ状共通電極Come1,Come2,Come3・・・・と直交する方向(X方向またはY方向)に配列されている。
共通電極COMEと検知電極DETEは、間隔を置いて配置される。このために、複数のストライプ状共通電極Come1,Come2,Come3・・・・と、複数のストライプ状検知電極Dete1,Dete2,Dete3,・・・・との間には、基本的に容量Ccが存在する。
複数のストライプ状共通電極Come1,Come2,Come3・・・・は所定の周期で駆動パルスTSVCOMにより走査される。今、ユーザの指がストライプ状検知電極Dete2に近接して存在するものとする。すると、ストライプ状共通電極Come2に駆動パルスTSVCOMが供給されたときに、ストライプ状検知電極Dete2からは、他のストライプ状検知電極から得られるパルスよりもレベルの低いパルスが得られる。これは、指により容量Cxが生じ、これが容量Ccに加えられるからである。ミューチャル検出では、この検出レベルの低いパルスを、ポジションDETPの検出パルスとして取り扱うことができる。
上記の容量Cxは、ユーザの指が検知電極DETEに近い場合と、遠い場合とで異なる。このために検出パルスのレベルもユーザの指が検知電極DETEに近い場合と、遠い場合とで異なる。よって、タッチパネルの平面に対する指の近接度を検出パルスのレベルで判断することができる。勿論、駆動パルスTSVCOMによる電極駆動タイミングと、検出パルスの出力タイミングにより、タッチパネルの平面上の指の2次元上の位置を検出することができる。
図4は、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPのセンサの概略の構成を示す図である。図4(1)はタッチ検出機能付き表示装置DSPの断面図を示し、図4(2)はセンサの構成を示す平面図を示している。
図4(1)に示すように、タッチ検出機能付き表示装置DSPは、アレイ基板ARと、対向基板CTと、アレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された液晶層LQと、を備えている。
図4(1)に示すように、タッチ検出機能付き表示装置DSPは、アレイ基板ARと、対向基板CTと、アレイ基板ARと対向基板CTとの間に保持された液晶層LQと、を備えている。
アレイ基板ARは、TFT基板10と、共通電極COMEと、を備えている。TFT基板10は、ガラス等の透明絶縁基板と、図示しないスイッチング素子と、ソース配線やゲート配線等の各種配線と、これらを覆う絶縁膜である平坦化層と、を備えている。共通電極COMEは、TFT基板10上に配置され絶縁層に覆われている。共通電極COMEは、例えば、第1方向に延びるとともに第1方向に直交する第2方向に複数並んだストライプ状に配置されている。共通電極COMEは、例えばITO(Indium Tin Oxide)やIZO(Indium zinc oxide)等の透明電極材料によって形成されている。本実施形態では、共通電極COMEは、センサ用駆動電極としても用いられる。
対向基板CTは、ガラス等の透明絶縁基板15と、カラーフィルタCFと、検知電極DETEと、偏光板PLと、を備えている。カラーフィルタCFは、透明絶縁基板15上に配置されている。カラーフィルタCFは、オーバーコート層OCに覆われている。検知電極DETEは、透明絶縁基板15の外側(カラーフィルタCFと反対側)の主面に配置されている。検知電極DETEは、共通電極COMEが延びた方向(第1方向)と略直交する方向(第2方向)に延びるとともに、第1方向に複数並んだストライプ状に配置されている。検知電極DETEは、例えばITOやIZO等の透明電極材料によって形成されている。偏光板PLは、検知電極DETE上(透明絶縁基板15のカラーフィルタCFと反対側)に配置されている。
図4(2)は、上述の共通電極COMEと検知電極DETEとの一構成例を説明するための図である。第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPでは、タッチドライバTPICとディスプレイドライバDDIとが協働することにより、共通電極COMEには駆動パルスTSVCOMが入力され、検知電極DETEから検出パルスが得られる。ディスプレイドライバDDIは駆動パルスTSVCOMを出力し、タッチドライバTPICは、駆動パルスTSVCOMを入力した共通電極COMEの位置と、検出パルスの波形とから指の接触位置を把握する。ここで、タッチ位置の算出は、不図示の外部装置が行うように構成することができる。なお、ディスプレイドライバDDIから出力される信号の詳細、及びディスプレイドライバDDIとタッチドライバTPICとの授受信号の詳細については後述する。
図5は、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPのミューチャル検出方式の駆動方法を説明するための図である。
図5(1)には、共通電極COMEの駆動単位Txを示している。駆動単位Tx1、・・・TxNはそれぞれ連続する複数のストライプ状共通電極Comeで構成されている。上述のように、映像表示に使用される共通電極COMEがタッチ位置検知用の駆動電極としても共用されているため、映像表示動作とタッチ位置検知動作とをタイムシェアリングにより駆動する。
図5(2)に示す駆動方式では、1フレーム期間を複数のユニットで構成する。1ユニット内は、映像を表示する期間とタッチ位置を検出する期間とに分割される。分割された映像表示期間と分割されたタッチ位置検出期間とが交互に繰り返されて1フレーム期間が構成される。即ち、RGBの3色を選択する信号(SELR/G/B)に対応して色毎の映像信号(SIGn)を出力する動作を複数の表示行について実行した後、駆動単位Tx(複数のストライプ状共通電極Come)に駆動パルスTSVCOMを入力するミューチャル検出動作を実行する。そして、分割された複数の表示行と複数の駆動単位Tx(Tx1、・・・、TxN)について上述の動作を順次繰り返して実行する。なお、複数の表示行と複数の駆動単位Txの行は、同一になるように表示とタッチ駆動とを同期して制御しても良く、表示とタッチ駆動とをそれぞれ独立して制御するように構成しても良い。
図6は、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPのミューチャル検出方式の駆動信号線の接続を説明するための図である。図6は、タッチドライバ(TPIC)とディスプレイドライバ(DDI)の2つのICチップで構成される、2チップシステムを示している。このシステムでは、タッチドライバTPICとディスプレイドライバDDIとが協働して表示動作とタッチ駆動動作とを実行する。
TFT基板10には、ディスプレイドライバDDIが設けられている。またTFT基板10には、シフトレジスタSRを含むタッチ駆動回路20が設けられている。ディスプレイドライバDDIから出力される駆動信号は、タッチ駆動回路20を介して共通電極COMEに駆動パルスTSVCOMを供給する。対向基板CTには、検知電極DETEが設けられ、検知電極DETEからのセンサ検知線は、外部引出し用電極を介してタッチドライバTPICに電気的に接続している。
そして、タッチドライバTPICは、FPC(Flexible Print Circuit)を介して外部の信号処理MPUと接続されている。なお、タッチドライバTPICと信号処理MPUとの間は、I2C(Inter-Integrated Circuit)、SPI(Serial Peripheral Interface)などの通信方式により情報の授受が行われる。また、タッチドライバTPICには、外部より電源(VDD, Vbus)が供給される。
次に、タッチドライバTPICとディスプレイドライバDDIとの間の授受信号について説明する。
ディスプレイドライバDDIは、タッチドライバTPICに同期をとるための信号を出力する。同期のための信号には垂直同期信号TSVD、及び水平同期信号TSHDが含まれる。垂直同期信号TSVDはフレームの開始を表す同期信号である。水平同期信号TSHDはフレーム中の1ライン毎の動作に対応する同期信号である。タッチドライバTPICは、水平同期信号TSHDに同期して、タッチ検出のためのサンプリングタイミングに正確に同期した駆動同期信号EXVCOMをディスプレイドライバDDIに出力する。ディスプレイドライバDDIは、駆動同期信号EXVCOMをレベルシフト及びインピーダンス変換した駆動パルスTSVCOMをタッチ駆動回路20に出力する。
タッチ駆動回路20は、シフトレジスタ回路21、選択回路22、切替回路23を備えている。ここで、タッチ駆動回路20の構成と動作を、一つのシフトレジスタ21aとそれに接続する回路を例として説明する。
シフトレジスタ21aには、転送回路制御信号として転送スタートパルスSDST、転送クロックSDCK1、2が入力される。転送スタートパルスSDSTは、転送クロックSDCK1、2により順次送られて、各段のシフトレジスタから出力される。なお、このシフトレジスタでは2つの転送クロックSDCK1、2を用いているが、1つの転送クロックを用いてスタートパルスを転送する方式のシフトレジスタを用いても良い。
シフトレジスタ21aの出力端子は、選択回路22を構成するAND回路22aの1つの入力端子に接続している。AND回路22aの他の入力端子には、駆動同期選択信号EXVCOMSELが入力される。駆動同期選択信号EXVCOMSELは、タッチ位置検出期間において「1」となり、映像表示期間においては「0」となる信号である。そのため、タッチ位置検出期間であってシフトレジスタ21aの出力が「1」となる期間、AND回路22aの出力は「1」となり、切替回路23に設けられたタッチスイッチ23aが接続状態(オン状態)に切り替わる。一方、映像表示期間では、AND回路22aの出力は「0」となる。このAND回路22aの出力は選択回路22を構成するインバータ22bによって「1」となり、切替回路23に設けられた表示スイッチ23bが接続状態(オン状態)に切り替わる。
従って、タッチ位置検出期間では、対応するシフトレジスタ21aの出力が「1」となる期間に共通電極COMEにはタッチスイッチ23aを介して駆動パルスTSVCOMが入力される。一方、対応するシフトレジスタ21aの出力が「0」となる期間では共通電極COMEにはタッチスイッチ23aを介して直流信号VCOMDCが入力される。映像表示期間では、表示スイッチ23bを介して共通電極COMEには直流信号VCOMDCが入力される。
ここで、タッチスイッチ23aのパネルPNL側の一端は、少なくとも一つのストライプ状共通電極Comeと接続している。このストライプ状共通電極Comeにパルス列である駆動パルスTSVCOMを入力することによってS/Nの良い検知信号を得ることができる。なお、タッチスイッチ23aのパネルPNL側の一端に接続するストライプ状共通電極の数は固定に限られず、後述するように可変に構成されても良い。また、タッチ位置検出期間は、1つのシフトレジスタの出力に接続されたストライプ状共通電極Comeに限られず、複数のシフトレジスタの出力に接続された複数のストライプ状共通電極Comeを対象としてタッチ動作を実行する期間でもある。
なお、タッチドライバTPICには基準周波数発信器が独立して設けられている。また、ディルプレイドライバDDIには専用の基準周波数発信器が独立して設けられている。従って、タッチの駆動周波数は、表示の駆動周波数と独立した任意の値に設定することができる。
また、タッチ駆動において外乱ノイズ除去のための周波数変更(Frequency shift)制御を実行することができる。例えば、タッチドライバTPICが検知したタッチ信号のS/Nが低いときは、タッチドライバTPICは、ディルプレイドライバDDIに対してタッチ駆動信号の周波数を小さい値に変更するように要求信号(TSFRG)を出力する。ディスプレイドライバDDIは、駆動信号の周波数を変更した後、タッチドライバTPICに対して応答信号(TSFST)を返信する。これ以降、タッチドライバTPICとディルプレイドライバDDIとの間では、シフト(変更)された周波数によりタッチ駆動が制御される。
以上説明したように、タッチドライバTPICとディスプレイドライバDDIとが協働してタッチ駆動動作を実行する。なお、図6に示すディスプレイドライバDDI、タッチドライバTPIC、タッチ駆動回路20、共通電極COME及び検知電極DETEがタッチ検出装置を構成する。更に、タッチ検出装置と表示パネルPNLとがタッチ検出機能付き表示装置を構成する。
なお、上述した説明ではタッチ駆動動作について記載したが、ディスプレイドライバDDIは、内部に設けられたタイミングコントローラ(不図示)が出力する制御信号に従って、タッチ駆動動作のみでなく表示駆動動作も実行する。即ち、ディスプレイドライバDDIは、表示素子に映像信号を出力し、また共通電極COMEに表示駆動のための信号を順次出力する。
続いて、タッチドライバTPICとディスプレイドライバDDIとが非同期で動作することから、必要となったワーストパターンによる設計例について説明する。
図7は、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPに先立って検討したワーストパターンでのパルス数設計を説明するための図である。図7では、タッチ位置検出期間中におけるパルス数を設計する方法を示している。
上述のように、ディスプレイドライバDDIは、タッチドライバTPICと同期をとるための信号として水平同期信号TSHDを出力する。水平同期信号TSHDはフレーム中の1ライン毎の動作に対応する同期信号である。タッチドライバTPICは、水平同期信号TSHDの立ち上がりに同期して、タッチ検出のためのサンプリングタイミングに正確に同期した駆動同期信号EXVCOMを、所定のパルス数だけディスプレイドライバDDIに出力する。
上述のように、ディスプレイドライバDDIは、タッチドライバTPICと同期をとるための信号として水平同期信号TSHDを出力する。水平同期信号TSHDはフレーム中の1ライン毎の動作に対応する同期信号である。タッチドライバTPICは、水平同期信号TSHDの立ち上がりに同期して、タッチ検出のためのサンプリングタイミングに正確に同期した駆動同期信号EXVCOMを、所定のパルス数だけディスプレイドライバDDIに出力する。
なお、図では説明の便宜のために、水平同期信号TSHDがハイレベル状態にある継続時間が駆動同期信号EXVCOMを出力することが認められた時間であるとしている。言い換えれば、水平同期信号TSHDがハイレベル状態にある継続時間を超えて駆動同期信号EXVCOMを出力することは許可されない。このEXVCOMが出力されることが認められた時間とは、一回のタッチ検出時間を意味する。ここで、水平同期信号TSHDのハイレベル状態継続時間は、ディスプレイドライバDDIのクロックによって計測された時間である。すなわちタッチドライバTPICのクロックとは原振が異なる時間であり、双方のクロックには製造上のバラツキや温度差によるバラツキが生じる。従って、クロックのバラツキを考慮すると、安全のため、本来の継続時間よりも1〜10%だけ短い時間に設定する。一方、駆動同期信号EXVCOMの1パルス信号の周期は、タッチドライバTPICのクロックによって計測された時間である。従って、クロックのバラツキを考慮すると、安全のため、本来の周期よりも1〜10%だけ長い周期に設定する。
このように従来は、最悪の(ワースト)条件において出力可能な駆動同期信号EXVCOMのパルス数を決定して、そのパルス数を出力するように設定していた。タッチ位置検出期間内における駆動同期信号EXVCOMのパルス数が多いほどタッチ精度の向上を図ることができる。そのため、タッチ位置検出期間内における駆動同期信号EXVCOMのパルス数を合理的に増加する方法が求められる。
図8は、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置におけるタッチ位置検出期間内における駆動同期信号EXVCOMのパルス数を増加する方法を説明するための図である。
タッチドライバTPICは、水平同期信号TSHDの受信に先立ち、ディスプレイドライバDDIからDDIのクロックに基づき生成される何らかの信号を基準信号として受信する。ここでは、フレームの開始を表す同期信号である垂直同期信号TSVDを受信する。そして、垂直同期信号TSVDのパルス幅(ハイレベル継続時間)をタッチドライバTPICのクロックによって計測する。計測した時間をtsvd_cnt@TPICとする。ここで、tsvd_cntに続けて記載した文字@TPICは、タッチドライバTPICで把握した値であることを識別するための文字である。ところで、水平同期信号TSHDのハイレベル状態継続時間は、垂直同期信号TSVDのパルス幅(ハイレベル継続時間)のRvh倍である。ここでRvhは設計値であり、定数である。垂直同期信号TSVDおよび水平同期信号TSHDはともにディスプレイドライバDDIのクロックによって生成された信号であることから、Rvhは測定するクロックの種類によらない不変の値である。
従って、ディスプレイドライバDDIとタッチドライバTPICとで測定した垂直同期信号TSVDのパルス幅(tsvd_cnt)と水平同期信号TSHDのパルス幅(tshd_cnt)については、式(1)、式(2)の関係が成立する。
tshd_cnt@DDI/tsvd_cnt@DDI=Rvh=tshd_cnt@TPIC/tsvd_cnt@TPIC・・・式(1)
tshd_cnt@TPIC=Rvh×tsvd_cnt@TPIC・・・式(2)
tshd_cnt@DDI/tsvd_cnt@DDI=Rvh=tshd_cnt@TPIC/tsvd_cnt@TPIC・・・式(1)
tshd_cnt@TPIC=Rvh×tsvd_cnt@TPIC・・・式(2)
ここで、駆動同期信号EXVCOMの1パルス信号の周期は、Tx_period@TPICである。従って、求めるパルス数pulse_numは、式(3)を満たす最大の値として求めることができる。この式(3)ではタッチドライバTPICのみの測定値が使われている。そして、式(3)によって求めた値でパルス数を動的に変更することで最適な駆動同期信号EXVCOMを生成することができる。
Tx_period@TPIC×pulse_num<Rvh×tsvd_cnt@TPIC・・・式(3)
すなわち、ディスプレイドライバDDIのクロックに基づく任意の信号(ここではTSVD)に含まれるパルス幅(時間)をタッチドライバTPICのクロックで計測し、これと、定数Rvh(ここでは、同一クロックで計測されるTSHD/TSVDの比)と、EXVCOMの1パルス信号の周期とから、EXVCOMに含めるパルス数を動的に算出していく。
Tx_period@TPIC×pulse_num<Rvh×tsvd_cnt@TPIC・・・式(3)
すなわち、ディスプレイドライバDDIのクロックに基づく任意の信号(ここではTSVD)に含まれるパルス幅(時間)をタッチドライバTPICのクロックで計測し、これと、定数Rvh(ここでは、同一クロックで計測されるTSHD/TSVDの比)と、EXVCOMの1パルス信号の周期とから、EXVCOMに含めるパルス数を動的に算出していく。
このときEXVCOMの1パルス信号の周期(Tx_period)として設計値を用いて最大パルス数を定めることもできる。また、1パルス信号の周期(Tx_period)は設計値ではなく、現在使用している値(カレント値)を用いることもできる。そして、この1パルス信号の周期(Tx_period)を用いてEXVCOMに含まれるパルス数が最大となるようにパルス数を決定する。更に、決定したパルス数を用いて、式(3)を充足する(最大の)1パルス信号の周期(Tx_period)を決定することができる。なお、パルス数が従来の値と同じで変更されないときは、1パルス信号の周期(Tx_period)のみが変更される場合もある。このようにして、EXVCOMの1パルス信号の周期とパルス数との両方を動的に定めてもよい。これによって最適な駆動同期信号EXVCOMを得ることができる。
図9は、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPのタッチドライバTPICの構成を示す図である。
タッチドライバTPICは、制御部41及びメモリ42を備えている。制御部41は、タッチドライバTPICの動作を統括して制御する。メモリ42には、タッチドライバTPICの動作を制御するための情報が記憶されている。制御部41は、ディスプレイドライバDDIとの間でタッチ駆動のための信号授受を行うと共に、検知電極DETEから検出パルスを取得して指の接触位置を把握する。そして信号処理MPUとの間で情報の授受を実行する。更に制御部41は、上述の駆動同期信号EXVCOMのパルス数を動的に変更する制御を実行する。なお、タッチドライバTPICに設けられた基準周波数発信器は、制御部41及びメモリ42が駆動するための基準クロックを供給する。
タッチドライバTPICは、制御部41及びメモリ42を備えている。制御部41は、タッチドライバTPICの動作を統括して制御する。メモリ42には、タッチドライバTPICの動作を制御するための情報が記憶されている。制御部41は、ディスプレイドライバDDIとの間でタッチ駆動のための信号授受を行うと共に、検知電極DETEから検出パルスを取得して指の接触位置を把握する。そして信号処理MPUとの間で情報の授受を実行する。更に制御部41は、上述の駆動同期信号EXVCOMのパルス数を動的に変更する制御を実行する。なお、タッチドライバTPICに設けられた基準周波数発信器は、制御部41及びメモリ42が駆動するための基準クロックを供給する。
図10は、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPのタッチドライバTPICにおける駆動同期信号EXVCOMのパルス数を動的に変更する制御手順を示すフロー図である。
ステップS01において、制御部41は検知電極DETEから検出パルスを取得して指の接触位置を把握する。このステップS01の動作と並行して、ステップS02において、制御部41はディスプレイドライバDDIよりタッチ駆動用信号を取得する。ステップS03において、制御部41はパルス数の更新タイミングかどうかを調べる。例えば、1フレーム毎あるいは所定の複数フレーム毎にパルス数の更新を行っても良い。パルス数の更新タイミングでないとき(S03でNO)は、ステップS07において制御部41は前回に設定されたパルス数で駆動同期信号EXVCOMを出力する。
パルス数の更新タイミングのとき(S03でYES)は、ステップS04において制御部41は、ディスプレイドライバDDIより前回更新タイミングから今回の更新タイミングの間で取得したタッチ駆動用信号(外部信号)に基づいて、駆動同期信号を出力できる時間幅を求める。そして、ステップS05において、新たなパルス数を算出する。
図11は、第1の実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置DSPのタッチドライバTPICにおける駆動同期信号EXVCOMのパルス数を新たに算出する手順を説明するための図である。図11(1)は、フローチャートを示し、図11(2)では、使用する変数の相互の関係を図を用いて表している。
図11のステップT01において、メインルーチンで求めた駆動同期信号を出力できる時間幅(tshd_wid)と設計で定められた時間幅(tx_wid_target)との差が所定のマージンM(tshd_margin)よりも小さいかどうかを調べる。所定のマージンM(tshd_margin)よりも小さいときは(T01でYES)、設計値と同じで良いため、ステップT06において、設計値のパルス数を求めたパルス数としてメインルーチンにリターンする。
所定のマージンM(tshd_margin)よりも大きいときは(T01でYES)、パルス数を前回の値から変更する可能性があるため、ステップT02において、求めた時間幅(tshd_wid)と現在採用している時間幅(current_tshd_wid)との差が、1パルス幅(pulse_wid)とマージンM(tshd_margin)との和よりも大きいかどうかを調べる。即ち、パルス数を増加させることが可能かどうかを調べる。パルス数を増加させることが可能のときは(T02でYES)、パルス数(pulse_num)を式(4)に従って求める。なお、式(4)のdelayは、余裕代を表す時間である。そしてメインルーチンにリターンする。
pulse_num=(tshd_wid−delay−tshd_margin)/pulse_wid・・・式(4)
pulse_num=(tshd_wid−delay−tshd_margin)/pulse_wid・・・式(4)
パルス数を増加させることができないときは(T02でNO)、ステップT03において、求めた時間幅(tshd_wid)と現在採用している時間幅(current_tshd_wid)との差が、最小マージンMm(tshd_margin_min)よりも小さいかどうかを調べる。即ち、パルス数を減少させることが可能かどうかを調べる。パルス数を減少させることが可能のときは(T03でYES)、パルス数(pulse_num)を式(4)に従って求める。そしてメインルーチンにリターンする。パルス数を減少させることができないときは(T03でNO)、パルス数(pulse_num)を変更せずにメインルーチンにリターンする。
図10のステップS06において、制御部41は、算出したパルス数(pulse_num)に設定パルス数を更新し、ステップS07において、制御部41は、駆動同期信号EXVCOMとして設定パルス数だけパルス数を出力する。
なお、電源投入後の起動時、あるいはサスペンド状態などからのレジューム起動時(再起動時)においては、設計時に定まっているパルス数(最遅のTPICクロック、最速のDDIクロックでのパルス数)で駆動し、その後適宜のタイミングで上述のパルス数の算出論理で求めたパルス数で駆動しても良い。また、電源投入後の起動時、あるいはサスペンド状態などからのレジューム起動時(再起動時)においては、所定数のフレームについてはタッチ駆動を行わずにパルス数算出のための時間幅測定を行い、その後適宜のタイミングで上述のパルス数の算出論理で求められたパルス数で駆動しても良い。
なお、電源投入後の起動時、あるいはサスペンド状態などからのレジューム起動時(再起動時)においては、設計時に定まっているパルス数(最遅のTPICクロック、最速のDDIクロックでのパルス数)で駆動し、その後適宜のタイミングで上述のパルス数の算出論理で求めたパルス数で駆動しても良い。また、電源投入後の起動時、あるいはサスペンド状態などからのレジューム起動時(再起動時)においては、所定数のフレームについてはタッチ駆動を行わずにパルス数算出のための時間幅測定を行い、その後適宜のタイミングで上述のパルス数の算出論理で求められたパルス数で駆動しても良い。
なお、上述の形態では垂直同期信号TSVDの測定に基づいて水平同期信号TSHDの時間幅を求めたが、この例に限定されず、ディスプレイドライバDDIから入力される任意の外部信号の測定に基づいて駆動同期信号を出力できる時間幅を求めることができる。
また、上述の形態では、タッチドライバTPICに設けられた制御部41がパルス数の制御を行ったが、この例に限定されず、制御部をタッチドライバTPICの外部に設け、この制御部とタッチドライバTPICとが情報の授受を行ってパルス数の制御を行うように構成しても良い。
なお、パルス数の変更のみに限定されず、パルス数の制御に併せてパルス幅を変更する動作を実施することもできる。
なお、パルス数の変更のみに限定されず、パルス数の制御に併せてパルス幅を変更する動作を実施することもできる。
なお、本発明は、実施の形態に記載のパネル構造に限定されない。
実施の形態では、IPS(In−Plane Switching)モード、FFS(Fringe−Field Switching)モードなどの横電界方式の液晶を使用したパネルを例としたが、この形態に限定されずTN(Twisted Nematic)モード、OCB(Optically Compensated Bend)モードなどの縦電界方式の液晶を使用したパネルについても適用することができる。
実施の形態では、IPS(In−Plane Switching)モード、FFS(Fringe−Field Switching)モードなどの横電界方式の液晶を使用したパネルを例としたが、この形態に限定されずTN(Twisted Nematic)モード、OCB(Optically Compensated Bend)モードなどの縦電界方式の液晶を使用したパネルについても適用することができる。
また、実施の形態では、タッチ検出機能付き表示装置として、いわゆるインセルタイプの表示装置を例としたが、表示装置の表示面上にタッチパネルを形成した、いわゆるオンセルタイプの表示装置についても適用することができる。
本発明の実施の形態として上述した表示装置を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての表示装置も、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
本発明の思想の範疇において、当業者であれば、各種の変更例及び修正例に想到し得るものであり、それら変更例及び修正例についても本発明の範囲に属するものと了解される。例えば、上述の各実施形態に対して、当業者が適宜、構成要素の追加、削除もしくは設計変更を行ったもの、又は、工程の追加、省略若しくは条件変更を行ったものも、本発明の要旨を備えている限り、本発明の範囲に含まれる。
また、本実施形態において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
上記実施形態に開示されている複数の構成要素の適宜な組み合せにより種々の発明を形成できる。例えば、実施形態に示される全構成要素から幾つかの構成要素を削除してもよい。更に、異なる実施形態に亘る構成要素を適宜組み合せてもよい。
DSP…タッチ検出機能付き表示装置、PNL…表示パネル、PX…表示画素、COME…共通電極、Vcom…共通電圧、TSVCOM…駆動パルス、TPIC…タッチドライバ、DDI…ディスプレイドライバ、DETE…検知電極
Claims (6)
- 一方向に延在するように並設された複数の駆動電極と、
前記駆動電極の延在方向と直交する方向に延在し、その交差部分に静電容量を形成するように配置された検知電極と、
前記複数の駆動電極から選択された駆動対象電極に対して外部近接物体を検知するためのパルス波形を有するタッチ駆動信号(TSVCOM)を印加することによりタッチ走査駆動を行うドライバ(DDI)と、
前記ドライバ(DDI)と信号を授受して、前記タッチ駆動信号(TSVCOM)を形成するための駆動同期信号(EXVCOM)を前記ドライバ(DDI)に出力し、前記検知電極の検出信号を前記タッチ駆動信号(TSVCOM)のパルス波形に対応したタイミングでサンプリングすることにより外部近接物体を検知するタッチ検出部(TPIC)とを有し、
前記駆動同期信号(EXVCOM)に含まれる少なくともパルス数、パルス幅のいずれかは、前記ドライバ(DDI)から受信する前記信号に基づいて定められるタッチ検出装置。 - 前記タッチ検出部(TPIC)は、前記駆動同期信号(EXVCOM)に含まれる少なくともパルス数、パルス幅のいずれかを、前記ドライバ(DDI)から受信する前記信号に基づいて定める、請求項1に記載のタッチ検出装置。
- 前記タッチ検出部(TPIC)は、前記ドライバ(DDI)から受信する前記信号に基づいて第1の時間を計測し、前記第1の時間と定数とを演算して前記駆動同期信号(EXVCOM)を出力できる最長の時間を求め、この最長の時間内に含めることのできる最大数の前記パルス波形を前記パルス数とする、請求項2に記載のタッチ検出装置。
- 請求項1乃至3の内のいずれか1項に記載のタッチ検出装置と、
映像信号及び表示駆動信号に基づいて表示を行う表示画素と、を有し、
前記ドライバ(DDI)は、前記複数の駆動電極に対して前記表示駆動信号を順次印加する表示走査駆動と前記タッチ走査駆動とを時分割的に交互に繰り返して実行する、タッチ検出機能付き表示装置。 - 前記ドライバ(DDI)は、前記表示走査駆動において時分割的に表示駆動信号を印加する駆動電極と同一の駆動電極に、前記タッチ走査駆動において時分割的に前記タッチ駆動信号(TSVCOM)を印加する、請求項4に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
- 前記タッチ検出部(TPIC)は、少なくとも1フレーム毎に前記駆動同期信号(EXVCOM)に含まれる少なくともパルス数、パルス幅のいずれかを前記ドライバ(DDI)から受信する前記信号に基づいて定める、請求項4または5に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
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