JP2018181151A - 表示装置 - Google Patents

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Abstract

【課題】タッチ検出とホバー検出とで電極を共用しつつ、良好にホバー検出を行うことが可能な表示装置を提供する。【解決手段】第1基板と、第1基板と対向する第2基板と、第1基板の表示領域に設けられた第1電極と、第2基板に設けられ、第1基板と垂直な方向において第1電極よりも表示面に近い位置に設けられる第2電極と、第2電極に第1駆動信号又は第2駆動信号を供給する駆動回路と、第2電極に第1駆動信号が供給された場合に、第1電極と第2電極との間の相互静電容量変化に応じた第1検出信号に基づいて、表示面に接触する被検出体を検出する第1検出モードと、第2電極に第2駆動信号が供給された場合に、第2電極の自己静電容量変化に応じた第2検出信号に基づいて、表示面に対して非接触状態の被検出体を検出する第2検出モードと、を有する制御回路と、を含み、第1電極と第2電極は、平面視で重ならない。【選択図】図12

Description

本発明は、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、外部近接物体を検出可能なタッチ検出装置が注目されている。タッチパネルは、液晶表示装置等の表示装置上に装着又は一体化されて、タッチ検出機能付き表示装置として用いられている(例えば、特許文献1参照)。このような表示装置において、操作者の手指の画面への接触を検出するタッチ検出機能に加え、画面に手指が触れていない状態でその手指の近接状態やジェスチャ等を検出するホバー検出(近接検出)の機能が知られている。
特開2009−244958号公報
タッチ検出とホバー検出とでは検出対象となる手指等の被検出体と検出電極との距離や、それに伴う要求解像度が大きく異なる。このため、タッチ検出用の電極や駆動構成をそのままホバー検出に採用すると、良好にホバー検出を行うことが困難となる可能性がある。また、ホバー検出の検出感度を上げるためには、検出電極の面積を大きくすることが有効である。しかし、この場合、タッチ検出の検出精度が低下する可能性がある。
本発明は、タッチ検出とホバー検出とで電極を共用しつつ、良好にホバー検出を行うことが可能な表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様の表示装置は、第1基板と、前記第1基板と対向する第2基板と、前記第1基板の表示領域に設けられた第1電極と、前記第2基板に設けられ、前記第1基板と垂直な方向において前記第1電極よりも表示面に近い位置に設けられる第2電極と、前記第2電極に第1駆動信号又は第2駆動信号を供給する駆動回路と、前記第2電極に前記第1駆動信号が供給された場合に、前記第1電極と前記第2電極との間の相互静電容量変化に応じた第1検出信号に基づいて、前記表示面に接触する被検出体を検出する第1検出モードと、前記第2電極に前記第2駆動信号が供給された場合に、前記第2電極の自己静電容量変化に応じた第2検出信号に基づいて、前記表示面に対して非接触状態の前記被検出体を検出する第2検出モードと、を有する制御回路と、を含み、前記第1電極と前記第2電極は、平面視で重ならない。
図1は、実施形態に係る表示装置の一構成例を示すブロック図である。 図2は、検出回路の一構成例を示すブロック図である。 図3は、相互静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、非存在状態を表す説明図である。 図4は、非存在状態の、相互静電容量方式のタッチ検出の等価回路の例を示す説明図である。 図5は、相互静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、接触状態を表す説明図である。 図6は、接触状態の、相互静電容量方式のタッチ検出の等価回路の例を示す説明図である。 図7は、相互静電容量方式のタッチ検出の駆動信号及び検出信号の波形の一例を表す図である。 図8は、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、非存在状態を表す説明図である。 図9は、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、接触状態を表す説明図である。 図10は、自己静電容量方式のタッチ検出の等価回路の例を示す説明図である。 図11は、自己静電容量方式のタッチ検出の駆動信号及び検出信号の波形の一例を表す図である。 図12は、実施形態に係る表示装置の概略断面構造を表す断面図である。 図13は、表示装置を構成する第1基板を模式的に示す平面図である。 図14は、実施形態に係る表示領域の画素配列を表す回路図である。 図15は、表示装置を構成する第2基板を模式的に示す平面図である。 図16は、駆動電極ブロックと、第1電極との関係を説明するための模式図である。 図17は、実施形態に係るホバー検出の一例を示す説明図である。 図18は、実施形態に係るホバー検出の他の例を示す説明図である。 図19は、タッチ検出における第2電極の接続状態を説明するための説明図である。 図20は、ホバー検出における第2電極の接続状態を説明するための説明図である。 図21は、接続回路の一例を示す回路図である。 図22は、実施形態に係る表示装置の動作例を示すフローチャートである。 図23は、検出電極ブロックと信号強度との関係を模式的に示すグラフである。 図24は、実施形態に係る表示装置の動作例を示すタイミング波形図である。 図25は、タッチ検出において、第1電極と第2電極との間に発生するフリンジ電界の電気力線を模式的に示す説明図である。 図26は、第1電極と第2電極と第3電極との関係を示す平面図である。 図27は、第2電極を拡大して示す平面図である。 図28は、図26のAa1−Aa2線に沿う断面図である。 図29は、図26のAb1−Ab2線に沿う断面図である。 図30は、図26のAc1−Ac2線に沿う断面図である。 図31は、第2電極と接続配線との接続部分を拡大して示す平面図である。 図32は、本実施形態に係る副画素の平面図である。 図33は、図32のAd1−Ad2線に沿う断面図である。 図34は、本実施形態の第1変形例に係る表示装置の概略断面構造を表す断面図である。 図35は、本実施形態の第1変形例に係る表示装置を部分的に拡大して表す断面図である。 図36は、本実施形態の第2変形例に係る第2基板の平面図である。 図37は、第1基板と第2基板との間の接続構成を説明するための説明図である。 図38は、本実施形態の第3変形例に係る第1基板と第2基板との間の接続構成を説明するための説明図である。 図39は、本実施形態の第4変形例に係る表示装置の概略断面構造を表す断面図である。 図40は、本実施形態の第4変形例に係る表示装置を部分的に拡大して表す断面図である。
本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。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。
(実施形態)
図1は、実施形態に係る表示装置の一構成例を示すブロック図である。図2は、検出回路の一構成例を示すブロック図である。図1に示すように、表示装置1は、表示パネル10と、制御回路11と、検出回路40とを備えている。表示パネル10は、画像を表示する表示領域20と、タッチ入力を検出する検出装置であるタッチセンサ30とを含む。
表示パネル10は、表示領域20とタッチセンサ30とが一体化された表示装置である。具体的には、表示パネル10において、表示領域20の電極や基板等の部材の一部が、タッチセンサ30の電極や基板等に兼用される。
表示領域20は、表示素子として液晶表示素子を用いている。表示領域20は、表示素子を有する複数の画素を備えるとともに、複数の画素に対向する表示面を有している。また、表示領域20は、映像信号の入力を受けて表示面に複数の画素からなる画像の表示を行う。なお、表示領域20は、例えば、有機EL表示パネルであってもよい。
表示パネル10は、さらに接続回路18を備える。接続回路18は、タッチセンサ30と検出回路40との間に設けられる。接続回路18は、制御回路11から供給されるスイッチ制御信号Vss1、Vss2に基づいて、検出駆動の対象となる第2電極TDLと検出回路40との接続と遮断とを切り換える回路である。
制御回路11は、ゲートドライバ12、ソースドライバ13及び駆動回路14を備える。制御回路11は、外部より供給された映像信号Vdispに基づいて、ゲートドライバ12、ソースドライバ13、駆動回路14、接続回路18及び検出回路40に制御信号を供給して、表示動作と検出動作を制御する回路である。
ゲートドライバ12は、制御回路11から供給される制御信号に基づいて、表示パネル10の表示駆動の対象となる1水平ラインに走査信号Vscanを供給する。これにより、表示駆動の対象となる1水平ラインが順次又は同時に選択される。
ソースドライバ13は、表示領域20の、各副画素SPix(図14参照)に画素信号Vpixを供給する回路である。ソースドライバ13の機能の一部は、表示パネル10に搭載されていてもよい。この場合、制御回路11が画素信号Vpixを生成し、この画素信号Vpixをソースドライバ13に供給してもよい。
駆動回路14は、表示パネル10の第3電極COMLに表示用の駆動信号Vcomdcを供給する回路である。また、駆動回路14は、接続回路18を介して、表示パネル10の第2電極TDLに検出用の第1駆動信号Vcom1又は第2駆動信号Vcom2を供給する。駆動回路14は、さらに、タッチ検出及びホバー検出の際に、第3電極COMLにガード信号Vgdを供給する。
本実施形態において、制御回路11は、表示領域20により表示を行う表示モードと、タッチセンサ30により被検出体を検出する検出モードとを時分割で行う。制御回路11は、タッチセンサ30による検出モードとして、タッチ検出(第1検出モード)とホバー検出(第2検出モード)との2つの検出モードを有する。本明細書において、タッチ検出は、被検出体が表示面に接触した状態又は接触と同視し得るほど近接した状態(以下、「接触状態」と表す)において、被検出体の位置を検出することを表す。また、ホバー検出は、被検出体が表示面に接触していない状態又は接触と同視できるほどには近接していない状態(以下、「非接触状態」と表す)において、被検出体の位置や動きを検出することを表す。また、表示面に対向する位置に被検出体が存在しない場合、又はホバー検出において被検出体を検出できない程度に被検出体が表示面から離れている状態を「非存在状態」と表す。
タッチセンサ30は、相互静電容量方式(ミューチュアル方式ともいう)によるタッチ検出の基本原理に基づいて、タッチ検出を行う。タッチセンサ30は、接触状態の被検出体を検出した場合、第1検出信号Vdet1を検出回路40に出力する。また、タッチセンサ30は、自己静電容量方式(セルフ方式ともいう)によるタッチ検出の基本原理に基づいて、ホバー検出を行う。タッチセンサ30は、非接触状態の被検出体を検出した場合、接続回路18を介して第2検出信号Vdet2を検出回路40に出力する。
検出回路40は、相互静電容量方式のタッチ検出において、制御回路11から供給される制御信号と、表示パネル10から出力される第1検出信号Vdet1とに基づいて、表示パネル10の表示面への被検出体のタッチの有無を検出する回路である。検出回路40は、タッチがある場合においてタッチ入力が行われた座標などを求める。また、検出回路40は、自己静電容量方式のホバー検出において、制御回路11から供給される制御信号と、表示パネル10から出力される第2検出信号Vdet2とに基づいて、非接触状態の被検出体の位置やジェスチャ等の動作を検出することができる。
図2に示すように、検出回路40は、検出信号増幅回路42と、A/D変換回路43と、信号処理回路44と、座標抽出回路45と、検出タイミング制御回路46と、を備える。検出タイミング制御回路46は、制御回路11から供給される制御信号に基づいて、A/D変換回路43と、信号処理回路44と、座標抽出回路45とが同期して動作するように制御する。
タッチ検出において、検出信号増幅回路42は、表示パネル10から供給された第1検出信号Vdet1を増幅する。A/D変換回路43は、第1駆動信号Vcom1に同期したタイミングで、検出信号増幅回路42から出力されるアナログ信号をそれぞれサンプリングしてデジタル信号に変換する。
信号処理回路44は、A/D変換回路43の出力信号に基づいて、表示パネル10に対するタッチの有無を検出する論理回路である。信号処理回路44は、指による検出信号の差分の信号(絶対値|ΔV|)を取り出す処理を行う。信号処理回路44は、絶対値|ΔV|を所定のしきい値電圧と比較し、この絶対値|ΔV|がしきい値電圧未満であれば、被検出体が非存在状態であると判断する。一方、信号処理回路44は、絶対値|ΔV|がしきい値電圧以上であれば、被検出体の接触状態又は近接状態(非接触状態)と判断する。このようにして、検出回路40はタッチ検出が可能となる。
座標抽出回路45は、信号処理回路44においてタッチが検出されたときに、そのタッチパネル座標を求める論理回路である。座標抽出回路45は、タッチパネル座標を出力信号Voutとして出力する。座標抽出回路45は、出力信号Voutを制御回路11に出力してもよい。制御回路11は出力信号Voutに基づいて、所定の表示動作又は検出動作を実行することができる。
ホバー検出において、検出回路40は、表示パネル10から供給された第2検出信号Vdet2に基づいて、上述と同様の処理を実行する。座標抽出回路45は、信号処理回路44において非接触状態の被検出体が検出されたときに、被検出体の座標を求める。これにより、検出回路40は、非接触状態の被検出体の位置やジェスチャ等の動作を検出することができる。
なお、検出回路40の検出信号増幅回路42と、A/D変換回路43と、信号処理回路44と、座標抽出回路45と、検出タイミング制御回路46とは、表示装置1に搭載される。ただし、これに限定されず、検出回路40の全部又は一部の機能は外部のプロセッサ等に搭載されてもよい。例えば、座標抽出回路45は、表示装置1とは別の外部プロセッサに搭載されており、検出回路40は、信号処理回路44が信号処理した信号を出力信号Voutとして出力してもよい。
表示パネル10は、静電容量型のタッチ検出の基本原理に基づいたタッチ制御がなされる。ここで、図3から図7を参照して、本実施形態の表示装置1の相互静電容量方式によるタッチ検出の基本原理について説明する。図3は、相互静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、非存在状態を表す説明図である。図4は、非存在状態の、相互静電容量方式のタッチ検出の等価回路の例を示す説明図である。図5は、相互静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、接触状態を表す説明図である。図6は、接触状態の、相互静電容量方式のタッチ検出の等価回路の例を示す説明図である。図7は、相互静電容量方式のタッチ検出の駆動信号及び検出信号の波形の一例を表す図である。なお、以下の説明では、指が接触又は近接する場合を説明するが、指に限られず、例えばスタイラスペン等の導体を含む物体であってもよい。
図3に示すように、容量素子C1は、誘電体Dを挟んで互いに対向配置された一対の駆動電極E1及び検出電極E2を備えている。容量素子C1は、駆動電極E1と検出電極E2との対向面同士の間に形成される電気力線(図示しない)に加え、駆動電極E1の端部から検出電極E2の上面に向かって延びるフリンジ分の電気力線が生じる。図4に示すように、容量素子C1の一端は、交流信号源(駆動信号源)Sに接続され、他端は電圧検出器DETに接続される。電圧検出器DETは、例えば図2に示す検出信号増幅回路42に含まれる積分回路である。
交流信号源Sから駆動電極E1(容量素子C1の一端)に所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)の交流矩形波Sgが印加されると、電圧検出器DETを介して、図7に示すような出力波形(第1検出信号Vdet1)が現れる。なお、この交流矩形波Sgは、駆動回路14から入力される第1駆動信号Vcom1に相当するものである。
図3及び図4に示すように、非存在状態では、容量素子C1の容量値に応じた電流Iが流れる。図4に示す電圧検出器DETは、交流矩形波Sgに応じた電流の変動を電圧の変動(実線の波形V(図7参照))に変換する。
図5及び図6に示すように、接触状態では、指によって形成される静電容量C2が、検出電極E2と接触し、又は接触と同視し得るほど近傍にある。これにより、駆動電極E1と検出電極E2との間にあるフリンジ分の電気力線が導体(指)により遮られる。このため、容量素子C1は、非存在状態での容量値よりも容量値の小さい容量素子C11として作用する。そして、図5及び図6に示すように、電圧検出器DETは、交流矩形波Sgに応じた電流Iの変動を電圧の変動(点線の波形V)に変換する。
この場合、波形Vは、上述した波形Vと比べて振幅が小さくなる。これにより、波形Vと波形Vとの電圧差分の絶対値|ΔV|は、指などの外部から接触又は近接する外部物体の影響に応じて変化することになる。なお、電圧検出器DETは、回路内のスイッチングにより、交流矩形波Sgの周波数に合わせて、コンデンサの充放電をリセットする。かかる期間Resetを設けていることにより、電圧差分の絶対値|ΔV|が精度よく検出される。
検出回路40は、上述したように絶対値|ΔV|を所定のしきい値電圧と比較することで、外部近接物体が非存在状態であるか、接触状態又は近接状態であるかを判断する。このようにして、検出回路40は相互静電容量方式のタッチ検出の基本原理に基づいてタッチ検出が可能となる。
次に、図8から図11を参照して、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理について説明する。図8は、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、非存在状態を表す説明図である。図9は、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、接触状態を表す説明図である。図10は、自己静電容量方式のタッチ検出の等価回路の例を示す説明図である。図11は、自己静電容量方式のタッチ検出の駆動信号及び検出信号の波形の一例を表す図である。
図8左図は、非存在状態において、スイッチSW1により電源Vddと検出電極E3とが接続され、スイッチSW2により検出電極E3がコンデンサCcrに接続されていない状態を示している。この状態では、検出電極E3が有する容量Cx1が充電される。図8右図は、スイッチSW1により、電源Vddと検出電極E3との接続がオフされ、スイッチSW2により、検出電極E3とコンデンサCcrとが接続された状態を示している。この状態では、容量Cx1の電荷はコンデンサCcrを介して放電される。
図9左図は、接触状態において、スイッチSW1により電源Vddと検出電極E3とが接続され、スイッチSW2により検出電極E3がコンデンサCcrに接続されていない状態を示している。この状態では、検出電極E3が有する容量Cx1に加え、検出電極E3に近接している指により生じる容量Cx2も充電される。図9右図は、スイッチSW1により、電源Vddと検出電極E3がオフされ、スイッチSW2により検出電極E3とコンデンサCcrとが接続された状態を示している。この状態では、容量Cx1の電荷と容量Cx2の電荷とがコンデンサCcrを介して放電される。
ここで、図8右図に示す放電時(非存在状態)におけるコンデンサCcrの電圧変化特性に対して、図9右図に示す放電時(接触状態)におけるコンデンサCcrの電圧変化特性は、容量Cx2が存在するために、明らかに異なる。したがって、自己静電容量方式では、容量Cx2の有無により、コンデンサCcrの電圧変化特性が異なることを利用して、指などの操作入力の有無を判定している。
具体的には、検出電極E3に所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)の交流矩形波Sg(図11参照)が印加される。図10に示す電圧検出器DETは、交流矩形波Sgに応じた電流の変動を電圧の変動(波形V、V)に変換する。
図11において、時刻T01のタイミングで交流矩形波Sgは電圧Vに相当する電圧レベルに上昇する。このときスイッチSW1はオンとなりスイッチSW2はオフとなるため検出電極E3の電位も電圧Vに上昇する。次に時刻T11のタイミングの前にスイッチSW1をオフとする。このとき検出電極E3はフローティング状態であるが、検出電極E3の容量Cx1(またはCx1+Cx2、図9参照)によって、検出電極E3の電位はVが維持される。さらに、時刻T11のタイミングの前に電圧検出器DETのリセット動作が行われる。
続いて、時刻T11のタイミングでスイッチSW2をオンさせると、検出電極E3の容量Cx1(またはCx1+Cx2)に蓄積されていた電荷が電圧検出器DET内の容量C5に移動するため、電圧検出器DETの出力が上昇する(図11の第2検出信号Vdet2参照)。電圧検出器DETの出力(第2検出信号Vdet2)は、非存在状態では、実線で示す波形Vとなり、Vdet2=Cx1×V/C5となる。接触状態では、点線で示す波形Vとなり、Vdet2=(Cx1+Cx2)×V/C5となる。
その後、時刻T31のタイミングでスイッチSW2をオフさせ、スイッチSW1及びスイッチSW3をオンさせることにより、検出電極E3の電位を交流矩形波Sgと同電位のローレベルにするとともに電圧検出器DETをリセットさせる。以上の動作を所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)で繰り返す。このようにして、検出回路40は自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理に基づいてタッチ検出が可能となる。
次に、本実施形態の表示装置1の構成例を詳細に説明する。図12は、実施形態に係る表示装置の概略断面構造を表す断面図である。図12に示すように、表示パネル10は、画素基板2と、対向基板3と、表示機能層としての液晶層6とを備える。対向基板3は、画素基板2の表面に垂直な方向に対向して配置される。また、液晶層6は画素基板2と対向基板3との間に設けられる。
画素基板2は、第1基板21と、画素電極22と、第3電極COMLと、第1電極25と、偏光板35Bとを有する。第1基板21には、ゲートドライバ12に含まれるゲートスキャナ等の回路や、TFT(Thin Film Transistor)等のスイッチング素子や、ゲート線GCL、信号線SGL等の各種配線(図12では省略して示す)が設けられる。
第1電極25は、第1基板21の上側に設けられる。第3電極COMLは、絶縁層59を介して第1電極25の上側に設けられる。第1電極25は、第3電極COMLとは異なる層に設けられる。第1電極25のうち、平面視で、第3電極COMLと重ならない位置に配置されるものを第1電極25aと表す。また、第1電極25のうち、平面視で、第3電極COMLと重なって配置され、第3電極COMLと接触するものを第1電極25bと表す。また、画素電極22は、絶縁層24を介して第3電極COMLの上側に設けられ、平面視でマトリクス状に複数配置される。偏光板35Bは、第1基板21の下側に設けられる。
なお、本明細書において、第1基板21に垂直な方向において、第1基板21から第2基板31に向かう方向を「上側」とする。また、第2基板31から第1基板21に向かう方向を「下側」とする。また、「平面視」とは、第1基板21の表面に垂直な方向から見た場合を示す。また、以下の説明及び図面では、第1電極25bを省略して表す場合がある。
画素電極22は、表示パネル10の各画素Pixを構成する副画素SPixに対応して設けられ、表示動作を行うための画素信号Vpixが供給される。また、第3電極COMLは、表示動作の際に直流の表示用の駆動信号Vcomdcが供給され、複数の画素電極22に対する共通電極として機能する。第1電極25aは、相互静電容量方式のタッチ検出における検出電極として機能する。
本実施形態において、画素電極22及び第3電極COMLは、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性を有する導電性材料が用いられる。また、第1電極25a及び第1電極25bは、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)又はこれらの合金の少なくとも1つの金属材料を用いることができる。
対向基板3は、第2基板31と、第2基板31の一方の面に形成されたカラーフィルタ32と、第2基板31の他方の面に設けられた第2電極TDLと、偏光板35Aとを有する。第2電極TDLは、第2基板31の上に複数配列されている。第2電極TDLは、相互静電容量方式のタッチ検出における駆動電極として機能するとともに、自己静電容量方式のホバー検出における検出電極として機能する。
カラーフィルタ32は、第1基板21と垂直な方向において、液晶層6と対向する。なお、カラーフィルタ32は第1基板21の上に配置されてもよい。本実施形態において、第1基板21及び第2基板31は、例えば、ガラス基板又は樹脂基板である。
第1基板21と第2基板31とは所定の間隔を設けて対向して配置される。第1基板21と第2基板31との間に液晶層6が設けられる。液晶層6は、通過する光を電界の状態に応じて変調するものであり、例えば、FFS(Fringe Field Switching:フリンジフィールドスイッチング)を含むIPS(In−Plane Switching:インプレーンスイッチング)等の横電界モードの液晶が用いられる。なお、図12に示す液晶層6と画素基板2との間、及び液晶層6と対向基板3との間には、それぞれ配向膜34A、34B(図12では省略して示す)が配設されている。
第1基板21の下側には、図示しない照明装置(バックライト)が設けられる。照明装置は、例えばLED等の光源を有しており、光源からの光を第1基板21に向けて射出する。照明装置からの光は、画素基板2を通過して、その位置の液晶の状態により変調され、表示面への透過状態が場所によって変化する。これにより、表示面に画像が表示される。
図13は、表示装置を構成する第1基板を模式的に示す平面図である。図13に示すように、表示装置1において、アクティブエリア10aの外側に周辺領域10bが設けられている。本明細書において、アクティブエリア10aは、画像を表示させるための領域であり、複数の画素Pix(副画素SPix)と重なる領域である。周辺領域10bは、第1基板21の外周よりも内側で、かつ、アクティブエリア10aよりも外側の領域を示す。なお、周辺領域10bはアクティブエリア10aを囲う枠状であってもよく、その場合、周辺領域10bは額縁領域とも言える。
本実施形態において、第1方向Dxは、アクティブエリア10aの長辺に沿った方向である。第2方向Dyは、第1方向Dxと直交する方向である。これに限定されず、第2方向Dyは第1方向Dxに対して90°以外の角度で交差していても良い。第1方向Dxと第2方向Dyとで規定される平面は、第1基板21の表面と平行となる。また、第1方向Dx及び第2方向Dyと直交する方向は、第1基板21の厚み方向である。
図13に示すように、第3電極COMLは、アクティブエリア10aにおいて、第2方向Dyに延出し、第1方向Dxに複数配列される。言い換えると、第3電極COMLは、アクティブエリア10aの短辺に沿って延出し、アクティブエリア10aの長辺に沿って複数配列される。
図13に示すように、第1電極25a及び第1電極25bは、アクティブエリア10aにおいて、第2方向Dyに延出し、第1方向Dxに複数配列される。第1電極25aは、第1方向Dxに対向する2つの第3電極COMLの間に配置される。第1電極25bは、第3電極COMLと重なって配置される。第1電極25aと第3電極COMLとは、第1方向Dxにおいて交互に配置されている。第1電極25a、第1電極25b及び第3電極COMLは、それぞれ第2方向Dyに長手を有する矩形状である。第1電極25a及び第1電極25bの第1方向Dxの長さは、第3電極COMLの第1方向Dxの長さよりも短い。また、第1電極25a及び第1電極25bの第2方向Dyの長さは、第3電極COMLの第2方向Dyの長さと実質的に等しい。ただし、第1電極25a及び第1電極25bの第2方向Dyの長さは、第3電極COMLの第2方向Dyの長さと異なっていてもよい。
また、第3電極COMLは、第1方向Dxに隣り合う2つの第1電極25aの間において1つの連続した矩形状を有するが、これに限定されない。第1方向Dxに対向する2つの第1電極25aの間において、第3電極COMLは第1方向Dxに複数配列されていてもよく、或いは、第2方向Dyに複数配列されていてもよい。
1つの第3電極COMLに対応する位置に、複数の副画素SPixが行列状に配置される。副画素SPixは、第3電極COMLよりも小さい面積を有している。各副画素SPixに対応して、信号線SGLとゲート線GCLが設けられている。信号線SGLは、第2方向Dyに延出し、第1方向Dxに複数配列される。ゲート線GCLは、平面視で信号線SGLと交差して設けられ、第1方向Dxに延出し、第2方向Dyに複数配列される。
本実施形態において、第3電極COML及び第1電極25aは、平面視で信号線SGLの延出方向に平行な方向に延出し、ゲート線GCLと交差する方向に延出する。なお、図13では一部の副画素SPix、信号線SGL及びゲート線GCLについて示しているが、副画素SPix、信号線SGL及びゲート線GCLはアクティブエリア10aの全域に亘って配置される。
なお、複数の画素電極22の配列は、第1方向Dx及び該第1方向Dxに交差する第2方向Dyに沿って配列されるマトリクス状の配列のみならず、対向する画素電極22同士が第1方向Dx又は第2方向Dyにずれて配置される構成を採用することもできる。また、対向する画素電極22の大きさの違いから、第1方向Dxに配列される画素列を構成する1つの画素電極22に対し、当該画素電極22の一側に2又は3の複数の画素電極22が配列される構成も採用可能である。
周辺領域10bの短辺側には、マルチプレクサ12Aが設けられている。マルチプレクサ12Aはゲートドライバ12(図1参照)と接続される回路であり、制御回路11の制御信号に基づいてゲート線GCLを選択する機能を有する。
周辺領域10bの長辺側には、接続回路18と接続端子75と表示用IC19とが設けられている。また、周辺領域10bの長辺側には、フレキシブル基板71が接続されている。フレキシブル基板71に検出用IC49が設けられている。表示用IC19は、図1に示す制御回路11として機能する。また、検出回路40の機能の一部は、検出用IC49に含まれていてもよく、外部のMPU(Micro−Processing Unit)の機能として設けられてもよい。なお、表示用IC19又は検出用IC49は、これに限定されず、例えばモジュール外部の制御基板に備えられていてもよい。
第3電極COML及びこれに重なる第1電極25bは、表示用IC19と電気的に接続される。また、第1電極25aは、接続回路18を介して、又は接続回路18を介さずに検出用IC49と電気的に接続される。
本実施形態の表示装置1は、第3電極COML及び第1電極25aが、ゲート線GCLと交差する方向に延出する。これにより、第3電極COML及び第1電極25aに接続される配線(図示は省略する)や、接続回路18等の回路を、マルチプレクサ12Aと異なる位置の周辺領域10bに設けることができる。具体的には、例えば、図13に示すように、マルチプレクサ12Aが、周辺領域10bの短辺に設けられ、接続回路18や表示用IC19等の回路が周辺領域10bの長辺に設けられる。したがって、本実施形態の表示装置1は、第3電極COML及び第1電極25aに沿った部分の周辺領域10bの狭額縁化に有利である。
次に表示パネル10の表示動作について説明する。図14は、実施形態に係る表示領域の画素配列を表す回路図である。第1基板21(図12参照)には、図14に示す各副画素SPixのスイッチング素子Tr、信号線SGL、ゲート線GCL等が形成されている。信号線SGLは、各画素電極22に画素信号Vpixを供給するための配線である。ゲート線GCLは、各スイッチング素子Trを駆動する駆動信号を供給するための配線である。信号線SGL及びゲート線GCLは、第1基板21の表面と平行な平面に延出する。
図14に示す表示領域20は、マトリクス状に配列された複数の副画素SPixを有している。副画素SPixは、それぞれスイッチング素子Tr及び液晶素子6aを備えている。スイッチング素子Trは、薄膜トランジスタにより構成されるものであり、この例では、nチャネルのMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のTFTで構成されている。画素電極22と第3電極COMLとの間に絶縁層24が設けられ、これらによって図14に示す保持容量6bが形成される。
図1に示すゲートドライバ12は、ゲート線GCLを順次選択する。ゲートドライバ12は、選択されたゲート線GCLを介して、走査信号Vscanを副画素SPixのスイッチング素子Trのゲートに印加する。これにより、副画素SPixのうちの1行(1水平ライン)が表示駆動の対象として順次選択される。また、ソースドライバ13は、選択された1水平ラインを構成する副画素SPixに、信号線SGLを介して画素信号Vpixを供給する。そして、これらの副画素SPixでは、供給される画素信号Vpixに応じて1水平ラインずつ表示が行われるようになっている。
この表示動作を行う際、駆動回路14は、第3電極COML及び第1電極25a、第1電極25bに対して表示用の駆動信号Vcomdcを印加する。表示用の駆動信号Vcomdcは複数の副画素SPixに対する共通電位となる電圧信号である。これにより、各第3電極COML及び第1電極25aは、表示動作時には画素電極22に対する共通電極として機能する。表示の際に、駆動回路14は、アクティブエリア10aの全ての第3電極COML及び第1電極25a、第1電極25bに対して駆動信号Vcomdcを印加する。
図12に示すカラーフィルタ32は、例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色されたカラーフィルタの色領域が周期的に配列されていてもよい。上述した図14に示す各副画素SPixに、R、G、Bの3色の色領域32R、32G、32Bが1組として対応付けられる。そして、3色の色領域32R、32G、32Bに対応する副画素SPixを1組として画素Pixが構成される。なお、カラーフィルタ32は、4色以上の色領域を含んでいてもよい。
次に、第2電極TDLの構成について説明する。図15は、表示装置を構成する第2基板を模式的に示す平面図である。図15に示すように、第2電極TDLは、第2基板31のアクティブエリア10aにおいて、行列状に複数配列されている。例えば、第2電極TDL(11)、TDL(12)、…、TDL(1n)が第1方向Dxに複数配列される。また、第2電極TDL(11)、TDL(21)、…、TDL(m1)が第2方向Dyに複数配列される。なお、第2電極TDL(11)、TDL(12)、…、TDL(1n)、TDL(21)、…、TDL(m1)を区別して説明する必要がない場合には、単に第2電極TDLと表す。
第2基板31の周辺領域10bには、ガードリング38及びフレキシブル基板72が設けられている。ガードリング38は、複数の第2電極TDLを囲むように配置されている。ガードリング38の両端は、フレキシブル基板72に電気的に接続される。
第2電極TDLは、複数の第1導電性細線33U及び複数の第2導電性細線33Vを有している。第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vは、それぞれ、第1方向Dxと平行な方向に対して互いに逆方向に傾斜している。
複数の第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vは、それぞれ細幅である。アクティブエリア10aにおいて、複数の第1導電性細線33Uは、第2方向Dyに互いに間隔を設けて配置される。また、複数の第2導電性細線33Vは、第2方向Dyに互いに間隔を設けて配置されている。
第2電極TDLは、少なくとも1つの第1導電性細線33Uと、第1導電性細線33Uと交差する少なくとも1つの第2導電性細線33Vと、を含む。第1導電性細線33Uと、第2導電性細線33Vとは、接続領域33Xで電気的に接続されている。複数の第1導電性細線33Uと、複数の第2導電性細線33Vとがそれぞれ複数交差すると、第2電極TDLの1つの網目の形状が平行四辺形となる。
複数の第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vの延出方向の一端は、接続配線37に接続されている。接続配線37は、第1方向Dxに対向する第2電極TDLの間を通って、アクティブエリア10aから周辺領域10bに設けられたフレキシブル基板72に接続される。このような構成により、複数の第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vは互いに電気的に接続され、1つの第2電極TDLとして機能する。本実施形態では、1つの第2電極TDLに1本の接続配線37が接続される。第2電極TDLは、それぞれ略矩形状である。これに限定されず、第2電極TDLは、正方形状、多角形状、長円状等、他の形状であってもよい。
第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vは、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)、クロム(Cr)及びタングステン(W)から選ばれた1種以上の金属層で形成される。又は、第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vは、これらの金属材料から選ばれた1種以上を含む合金で形成される。また、第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vは、これらの金属材料又はこれらの材料の1種以上を含む合金の導電層が複数積層された積層体としてもよい。なお、第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vは、ITO等の透光性導電酸化物の導電層が積層されていてもよい。また、上述した金属材料及び導電層を組み合わせた黒色化膜、黒色有機膜又は黒色導電有機膜が積層されていてもよい。
上述した金属材料は、ITO等の透光性導電酸化物よりも低抵抗である。上述した金属材料は、透光性導電酸化物に比較して遮光性があるため、透過率が低下する可能性又は第2電極TDLのパターンが視認されてしまう可能性がある。本実施形態において、1つの第2電極TDLが、複数の細幅の第1導電性細線33U及び複数の第2導電性細線33Vを有しており、第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vが、線幅よりも大きい間隔を設けて配置されることで、低抵抗化と、不可視化とを実現することができる。その結果、第2電極TDLが低抵抗化し、表示装置1は、薄型化、大画面化又は高精細化することができる。
第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vの幅は、1μm以上10μm以下であることが好ましく、さらに1μm以上5μm以下の範囲にあることがより好ましい。第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vの幅が10μm以下であると、アクティブエリア10aのうちブラックマトリックス又はゲート線GCL及び信号線SGLで光の透過を抑制されない領域である開口部を覆う面積が小さくなり、開口率を損なう可能性が低くなるからである。また、第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vの幅が1μm以上であると、形状が安定し、断線する可能性が低くなるからである。
第2電極TDLは、メッシュ状の金属細線に限定されず、例えば、ジグザグ線状或いは、波線状の金属細線を複数含む構成であってもよい。また、第2電極TDL同士の間には、検出電極として機能しないダミー電極が設けられていてもよい。ダミー電極は、検出電極TDLと類似した、メッシュ状、ジグザグ線状、或いは波線状のパターンとすることができる。
各第2電極TDLは、接続配線37を介してフレキシブル基板72に接続される。フレキシブル基板72は、図13に示す第1基板21の接続端子75に接続される。これにより、各第2電極TDLはそれぞれ、接続配線37、フレキシブル基板72、接続端子75を介して接続回路18に電気的に接続される。
接続回路18は、タッチ検出とホバー検出とで、第2電極TDLの接続状態を切り換える回路である。本実施形態では、タッチ検出において、接続回路18は、制御回路11からの制御信号に基づいて、第1方向Dxに配列された複数の第2電極TDLを電気的に接続する。駆動電極ブロックBK(1)、BK(2)、…、BK(m−1)、BK(m)は、第1方向Dxに配列された複数の第2電極TDLを含む。例えば駆動電極ブロックBK(1)は、第2電極TDL(11)、TDL(12)、…、TDL(1n)が電気的に接続されて、1つの駆動電極として機能する。言い換えると、1つの駆動電極ブロックBKは、任意の行に配置された複数の第2電極TDLを含む、1つの駆動電極として機能する。なお、以下の説明において、駆動電極ブロックBK(1)、BK(2)、…、BK(m−1)、BK(m)を区別して説明する必要がない場合には、単に駆動電極ブロックBKと表す。また、接続回路18の構成については後述する。
図16は、駆動電極ブロックBKと、第1電極25aとの関係を説明するための模式図である。駆動電極ブロックBKは、それぞれ、第1方向Dxに延出し、第2方向Dyに複数配列される。駆動電極ブロックBKは、平面視で第1電極25aと交差して配置される。駆動電極ブロックBKの第2方向Dyの配列ピッチは、第2電極TDLの第2方向Dyの配列ピッチと同じである。駆動電極ブロックBKと第1電極25aとの交差領域において、駆動電極ブロックBKに含まれる第2電極TDLと第1電極25aとの間に静電容量が形成される。
駆動回路14(図1参照)は、タッチ検出において、駆動電極ブロックBKに接続回路18を介して第1駆動信号Vcom1を供給する。つまり、駆動回路14は、駆動電極ブロックBKに含まれる複数の第2電極TDLをまとめて駆動する。第1電極25aは、駆動電極ブロックBKとの間の容量変化に応じた第1検出信号Vdet1を、検出回路40に出力する。検出回路40は、第1検出信号Vdet1に基づいて、上述した相互静電容量方式のタッチ検出によりタッチ入力を検出する。駆動回路14は、アクティブエリア10aの駆動電極ブロックBK(1)、BK(2)、…、BK(m−1)、BK(m)を順次駆動してタッチ検出を行う。これにより、座標抽出回路45は接触状態の被検出体の位置を検出することができる。
このように、複数の第2電極TDLを含む駆動電極ブロックBKは、相互静電容量方式によるタッチ検出において、1つの駆動電極として機能する。また、第1電極25aは、検出電極として機能する。
なお、タッチ検出において、第3電極COML(図13参照)は、電圧信号が供給されず、電位が固定されていないフローティング状態としてもよい。或いは、駆動回路14は、第3電極COMLに対して固定された電位を有する電圧信号を供給してもよい。
また、駆動回路14は、タッチ検出の際に、ガードリング38に第1駆動信号Vcom1と同期した、同じ電位を有する電圧信号を供給する。或いは、駆動回路14は、ガードリング38に固定された電位を有する直流電圧信号を供給してもよい。これにより、第2電極TDLの寄生容量を抑制して、検出精度を向上させることができる。
一方、ホバー検出において、接続回路18は、制御回路11からの制御信号に基づいて、第2方向Dyに配列された複数の第2電極TDLを電気的に接続する。図15に示すように、例えば、検出電極ブロックBKD(11)、BKD(1N)、BKD(M1)、BKD(MN)は、第2方向Dyに配列された2つの第2電極TDLを含む。例えば、検出電極ブロックBKD(11)は、第2電極TDL(11)と第2電極TDL(21)とが電気的に接続されて、1つの検出電極として機能する。これにより、検出電極ブロックBKDの面積が大きくなり、ホバー検出の検出感度が向上する。なお、図15では一部の検出電極ブロックBKDを示しているが、検出電極ブロックBKDは、アクティブエリア10aにおいて、行列状に複数配列される。つまり、検出電極ブロックBKDは、第1方向Dxに複数配列されるとともに、第2方向Dyに複数配列される。このように、第2電極TDLは、タッチ検出(ミューチュアル方式)の際は、駆動電極ブロックBKとして束ねて駆動され、ホバー検出(セルフ方式)の際は、検出電極ブロックBKDとして機能する。
なお、これに限定されず、検出電極ブロックBKDは、第2方向Dyに配列された3つ以上の第2電極TDLを含んでいてもよい。検出電極ブロックBKDは、1つの第2電極TDLで構成されていてもよい。或いは、検出電極ブロックBKDは、第1方向Dxに配列された複数の第2電極TDLを含んでいてもよい。例えば、アクティブエリア10aの全ての第2電極TDLが電気的に接続されて、1つの検出電極ブロックBKDを構成してもよい。
駆動回路14(図1参照)は、ホバー検出において、検出電極ブロックBKDに対し、接続回路18を介して順次、又は同時に第2駆動信号Vcom2を供給する。つまり、駆動回路14は、検出電極ブロックBKDに含まれる複数の第2電極TDLをまとめて駆動する。検出電極ブロックBKDは、検出電極ブロックBKDに含まれる第2電極TDLの容量変化に応じた第2検出信号Vdet2を、接続回路18を介して検出回路40に出力する。
検出回路40は、第2検出信号Vdet2に基づいて、上述した自己静電容量方式によりホバー検出を行う。検出回路40は、アクティブエリア10aの複数の検出電極ブロックBKDから供給された第2検出信号Vdet2に基づいて、非接触状態の被検出体の位置やジェスチャ等の動作を検出することができる。
図17は、実施形態に係るホバー検出の一例を示す説明図である。図18は、実施形態に係るホバー検出の他の例を示す説明図である。図17に示すように、表示装置1は、被検出体である操作者の手指が表示面DSに対し非接触状態でホバー検出を行う。検出回路40は、第2検出信号Vdet2に基づいて、表示面DSに垂直な方向における、表示面DSと被検出体との距離D1を検出することができる。また、検出回路40は、第2検出信号Vdet2に基づいて、被検出体の位置R1を検出することができる。被検出体の位置R1は、例えば、表示面DSと垂直な方向において、被検出体と対向する位置であり、複数の検出電極ブロックBKDからの第2検出信号Vdet2のうち、最大の値となる検出電極ブロックBKDに対応する位置である。
また、図18に示すように、表示装置1は、被検出体のジェスチャ等の動作を検出することができる。検出回路40は、被検出体が表示面DSに対し非接触状態で矢印Da方向に移動した場合、第2検出信号Vdet2に基づいて、被検出体の位置の変化を演算する。これにより、検出回路40は、被検出体のジェスチャ等の動作を検出する。制御回路11(図1参照)は、これらのホバー検出の結果に基づいて、所定の表示動作又は検出動作を実行する。
このように、複数の第2電極TDLを含む検出電極ブロックBKDは、自己静電容量方式によるホバー検出において、1つの検出電極として機能する。なお、ホバー検出において、駆動回路14は、第3電極COML及び第1電極25aに対してガード信号Vgdを供給する。第3電極COML及び第1電極25aは、第2電極TDLと同じ電位を有して駆動される。これにより、第2電極TDLと第3電極COMLとの間の寄生容量及び第2電極TDLと第1電極25aとの間の寄生容量を抑制して、ホバー検出の検出精度を向上させることができる。すなわち、ホバー検出において、第3電極COML及び第1電極25aは、ガード電極として機能する。
また、駆動回路14は、ホバー検出の際に、ガードリング38にガード信号Vgdを供給する。ガード信号Vgdは第2駆動信号Vcom2と同期した、同じ電位を有する電圧信号である。これにより、第2電極TDLの寄生容量を抑制して、検出精度を向上させることができる。
以上のように、第2電極TDLは、相互静電容量方式によるタッチ検出において駆動電極として機能するとともに、自己静電容量方式によるホバー検出において検出電極として機能する。本実施形態において、個別の第2電極TDLや第1電極25aに比べて、検出電極ブロックBKDは大きい面積を有する。このため、検出電極ブロックBKDから発生する電界の電気力線が、表示面DSから離れた位置まで到達する。これにより、表示装置1は、タッチ検出とホバー検出とで第2電極TDLを共用しつつ、精度よくタッチ検出を行うとともに、良好にホバー検出を行うことができる。
なお、第2電極TDLは、第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vを有しているが、本明細書において、第2電極TDLの面積、或いは検出電極ブロックBKDの面積とは、第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vの面積に加え、第1導電性細線33Uと第2導電性細線33Vとで囲まれた開口の面積も含む。つまり、第2電極TDLの面積、或いは検出電極ブロックBKDの面積とは、第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vを囲む略矩形状の領域の面積となる。
また、本実施形態において、第2電極TDLは、第2基板31に設けられている。このため、第1基板21に第2電極TDLを設けた場合と比べ、スイッチング素子Trやマルチプレクサ12A等の各種回路、信号線SGL、ゲート線GCL等の各種配線と、第2電極TDLとの間隔を大きくすることができる。したがって、本実施形態は、第2電極TDLと、各種回路及び各種配線との間に形成される寄生容量を低減して、精度よくホバー検出を行うことができる。
次に接続回路18の接続構成の一例について説明する。図19は、タッチ検出における第2電極の接続状態を説明するための説明図である。図20は、ホバー検出における第2電極の接続状態を説明するための説明図である。図21は、接続回路の一例を示す回路図である。
なお、図19及び図20では、説明を分かりやすくするために、4行4列の第2電極TDLが配列された構成を示す。図19及び図20に示すように、接続回路18は、接続配線37を介して各第2電極TDLと接続されている。図19に示すように、タッチ検出において、接続回路18は、駆動回路14から供給された第1駆動信号Vcom1を駆動電極ブロックBKに含まれる各第2電極TDLに供給する。さらに、図20に示すように、ホバー検出において、接続回路18は、駆動回路14から供給された第2駆動信号Vcom2を検出電極ブロックBKDに含まれる各第2電極TDLに供給する。接続回路18は、第2電極TDLからの第2検出信号Vdet2を検出回路40に供給する。
図21に示すように、各第2電極TDLにそれぞれ接続された接続配線37(11)、37(12)、…、37(44)は、接続回路18に接続される。ここで、接続配線37(11)は第2電極TDL(11)(図19、図20参照)に接続され、接続配線37(12)は第2電極TDL(12)に接続され、以下同様に、接続配線37(44)は第2電極TDL(44)に接続される。例えば、4本の接続配線37(11)、37(12)、37(13)、37(14)は、駆動電極ブロックBK(1)(図19参照)に含まれる4つの第2電極TDLにそれぞれ接続される。また、2本の接続配線37(11)、37(21)は、検出電極ブロックBKD(11)(図20参照)に含まれる2つの第2電極TDLにそれぞれ接続される。
接続回路18は、第1スイッチSW11、SW12、SW13、SW14と、第2スイッチSW21、SW22、SW23、SW24、SW25、SW26、SW27、SW28とを含む。第1スイッチSW11−SW14と、第2スイッチSW21−SW28とは、例えばnチャネルのMOS型のTFTで構成され、第1基板21に形成される。
駆動電極ブロックBK(1)に接続された4本の接続配線37(11)、37(12)、37(13)、37(14)は、第1スイッチSW11を介して配線SL1に接続される。駆動電極ブロックBK(2)に接続された4本の接続配線37(21)、37(22)、37(23)、37(24)は、第1スイッチSW12を介して配線SL2に接続される。駆動電極ブロックBK(3)に接続された4本の接続配線37(31)、37(32)、37(33)、37(34)は、第1スイッチSW13を介して配線SL3に接続される。駆動電極ブロックBK(4)に接続された4本の接続配線37(41)、37(42)、37(43)、37(44)は、第1スイッチSW14を介して配線SL4に接続される。
検出電極ブロックBKD(11)に接続された2本の接続配線37(11)、37(21)は、第2スイッチSW21を介して1本の配線L1に接続される。配線L1は、配線SL1に接続される。同様に、検出電極ブロックBKDに接続された2本の接続配線37は、それぞれ第2スイッチSW22−SW28を介して、配線L2−L8に接続される。配線L2−L8は、それぞれ配線SL2−SL8に接続される。なお、以下の説明において、配線SL1−SL8を区別して説明する必要がない場合には、配線SLと表す。また配線L1−L8を区別して説明する必要がない場合には、配線Lと表す。
接続回路18は、制御回路11から供給されるスイッチ制御信号Vss1、Vss2に基づいて、第1スイッチSW11−SW14及び第2スイッチSW21−SW28のオンとオフとを切り換える。第1スイッチSW11−SW14と第2スイッチSW21−SW28とは、互いに反転した切り換え動作を行う。例えば、第1スイッチSW11−SW14がオンの場合、第2スイッチSW21−SW28はオフとなる。また、第1スイッチSW11−SW14がオフの場合、第2スイッチSW21−SW28はオンとなる。
タッチ検出において、接続回路18は、第1スイッチSW11−SW14をオンとし、第2スイッチSW21−SW28をオフとする。これにより、駆動電極ブロックBK(1)に接続された4本の接続配線37(11)、37(12)、37(13)、37(14)は、第1スイッチSW11を介して1本の配線SL1に接続される。同様に、駆動電極ブロックBK(2)−BK(4)に接続された4本の接続配線37は、第1スイッチSW12−SW14を介してそれぞれ1本の配線SL2−SL4に接続される。また、タッチ検出において、第2スイッチSW21−SW22はオフとなり、接続配線37は配線L1−L8と遮断される。
このように、接続回路18は、タッチ検出において、駆動電極ブロックBKに含まれる複数の第2電極TDLを1本の配線SLに接続する。駆動回路14は、第1駆動信号Vcom1を1本の配線SLを介して駆動電極ブロックBKに供給する。このように、駆動回路14は、駆動電極ブロックBKに含まれる複数の第2電極TDLをまとめて駆動することができる。これにより、タッチ検出において、駆動電極ブロックBKは1つの駆動電極として機能する。
一方、ホバー検出において、接続回路18は、第1スイッチSW11−SW14をオフとし、第2スイッチSW21−SW28をオンとする。これにより、検出電極ブロックBKD(11)に接続された2本の接続配線37(11)、37(21)は、第2スイッチSW21を介して1本の配線L1に接続される。配線L1は、配線SL1に接続される。同様に、検出電極ブロックBKDに接続された2本の接続配線37は、第2スイッチSW22−SW28を介して、それぞれ1本の配線L2−L8に接続される。配線L2−L8はそれぞれ配線SL2−SL8に接続される。
また、ホバー検出において、第1スイッチSW11−SW14はオフになるため、駆動電極ブロックBKに接続された4本の接続配線37は、1本の配線SLと遮断され、それぞれ異なる配線に接続される。
このように、接続回路18は、ホバー検出において、検出電極ブロックBKDに含まれる複数の第2電極TDLを1本の配線SLに接続する。図20に示すように、駆動回路14は、第2駆動信号Vcom2を1本の配線SLを介して検出電極ブロックBKDに供給する。このように、駆動回路14は、検出電極ブロックBKDに含まれる複数の第2電極TDLをまとめて駆動することができる。そして、検出電極ブロックBKDからの第2検出信号Vdet2は、それぞれ、1本の配線SLを介して検出回路40に供給される。これにより、ホバー検出において、検出電極ブロックBKDは1つの検出電極として機能する。
以上のように、接続回路18は、タッチ検出とホバー検出とで、1本の配線SLに接続される第2電極TDLの数、及び配列を変更する。これにより、タッチ検出では、第1方向Dxに配列された複数の第2電極TDLが電気的に接続されて駆動電極ブロックBKとして機能する。また、ホバー検出では、第2方向Dyに配列された複数の第2電極TDLが電気的に接続されて検出電極ブロックBKDとして機能する。
なお、図21に示す接続回路18は、あくまで一例であり適宜変更することができる。例えば、1本の配線Lに、3本以上の接続配線37が接続される構成であってもよい。或いは、配線L1−L8のうち、2本以上の配線L1が1本の配線SLに接続される構成であってもよい。
次に、図1及び図22から図24を参照して、本実施形態の動作例を説明する。図22は、実施形態に係る表示装置の動作例を示すフローチャートである。図23は、検出電極ブロックと信号強度との関係を模式的に示すグラフである。図24は、実施形態に係る表示装置の動作例を示すタイミング波形図である。図22から図24に示す動作例はあくまで一例であり、適宜変更してもよい。
図24に示すように、表示期間Pdと検出期間Ptとが時分割で交互に配置される。検出期間Ptは、ホバー検出期間Ptsと、タッチ検出期間Ptmとを含む。表示期間Pd、ホバー検出期間Pts及びタッチ検出期間Ptmの実行の順番はあくまで一例であり適宜変更してもよい。例えば、1つの検出期間Ptにホバー検出期間Pts又はタッチ検出期間Ptmのいずれか一方のみが存在する場合であってもよい。1検出面のタッチ検出を1つのタッチ検出期間Ptmで実行してもよく、複数のタッチ検出期間Ptmに分けて実行してもよい。また、表示期間Pdで1フレーム分の画像の表示を行ってもよく、1フレーム分の画像の表示期間中に、複数の表示期間Pdと検出期間Ptとが交互に配置されていてもよい。
図22に示すように、制御回路11は、まず表示データの書き込みを実行する(ステップST1)。具体的には、上述した表示動作と同様であり、ソースドライバ13は、各ゲート線GCL1、GCL2、GCL3に対応する副画素SPixに、信号線SGL1、SGL2、SGL3を介して画素信号Vpixを供給する。そして、これらの副画素SPixでは、供給される画素信号Vpixに応じて1水平ラインずつ表示が行われるようになっている。図24に示すように、表示期間Pdにおいて、駆動回路14は、第3電極COML及び第1電極25aに対し、表示用の駆動信号Vcomdcを供給する。
次に、制御回路11は、ホバー検出を実行する(ステップST2)。具体的には、図24に示すように、ホバー検出期間Ptsにおいて、制御回路11は、低レベルのスイッチ制御信号Vss1を接続回路18に供給し、高レベルのスイッチ制御信号Vss2を接続回路18に供給する。スイッチ制御信号Vss1、Vss2により、第1スイッチSW11−SW14(図21参照)がオフになり、第2スイッチSW21−SW28(図21参照)がオンになる。これにより、第2方向Dyに配列された2つの第2電極TDLが電気的に接続されて1つの検出電極ブロックBKDとして機能する。
駆動回路14は、配線SL1、SL2、SL3、SL4…を介して、検出電極ブロックBKD(図20参照)に第2駆動信号Vcom2を供給する。これにより、表示装置1は、第2方向Dyに配列された2つの第2電極TDLを含む検出電極ブロックBKDごとに非接触状態の被検出体を検出することができる。例えば、検出回路40は、各検出電極ブロックBKDからの第2検出信号Vdet2に基づいて、表示面DSに垂直な方向における、表示面DSと被検出体との距離D1を検出することができる。また、検出回路40は、各検出電極ブロックBKDからの第2検出信号Vdet2に基づいて、被検出体の位置R1を検出することができる。また、駆動回路14は、ホバー検出期間Ptsにおいて、第3電極COML及び第1電極25aに対し、ガード信号Vgdを供給する。
次に、検出回路40は、検出電極ブロックBKDから供給された第2検出信号Vdet2が、所定の閾値ΔVB以上であるかどうかを判断する(ステップST3)。図23に示すように、検出回路40は、各検出電極ブロックBKDから供給された第2検出信号Vdet2の信号強度を求め、所定の閾値ΔVBと比較する。
複数の第2検出信号Vdet2のうち、いずれか1つの第2検出信号Vdet2の信号強度が閾値ΔVB以上である場合(ステップST3、Yes)、制御回路11は、タッチ検出を実行する(ステップST4)。第2検出信号Vdet2の信号強度が閾値ΔVB以上である場合、被検出体が接触状態であると判断する。図23に示す例では、検出電極ブロックBKD(43)において、第2検出信号Vdet2の信号強度が閾値ΔVB以上であり、それ以外の検出電極ブロックBKDにおいて、第2検出信号Vdet2の信号強度は閾値ΔVBよりも小さい。この場合、検出回路40は、検出電極ブロックBKD(43)に対応する位置において被検出体が接触状態であると判断する。制御回路11は、検出回路40からの情報に基づいて、ホバー検出からタッチ検出に切り換える。
具体的には、図24に示すように、タッチ検出期間Ptmにおいて、制御回路11は、低レベルのスイッチ制御信号Vss1を接続回路18に供給し、高レベルのスイッチ制御信号Vss2を接続回路18に供給する。スイッチ制御信号Vss1、Vss2により、第1スイッチSW11−SW14(図21参照)がオンになり、第2スイッチSW21−SW28(図21参照)がオフになる。これにより、第1方向Dxに配列された4つの第2電極TDLが電気的に接続されて1つの駆動電極ブロックBKとして機能する。
駆動回路14は、配線SL1、SL2、SL3、SL4…を介して、駆動電極ブロックBK(図19参照)に第1駆動信号Vcom1を順次供給する。駆動電極ブロックBKに含まれる第2電極TDLと、第1電極25aとの間の容量変化に応じた第1検出信号Vdet1が、第1電極25aから検出回路40に供給される。これにより、表示装置1は、第1方向Dxに配列された4つの第2電極TDLを含む駆動電極ブロックBKごとに接触状態の被検出体を検出することができる。
タッチ検出期間Ptmにおいて、1検出面の検出動作が終了した場合、すなわち、全ての駆動電極ブロックBKに対して、順次、第1駆動信号Vcom1を供給してタッチ検出を実行した場合、制御回路11は、タッチ検出を終了して表示データの書き込み(ステップST1)に戻る。
複数の第2検出信号Vdet2の信号強度が全て閾値ΔVBよりも小さい場合(ステップST3、No)、制御回路11は、タッチ検出を実行せず、表示データの書き込み(ステップST1)に戻る。この場合、図24に示す検出期間Ptにおいて、ホバー検出期間Ptsのみが実行され、タッチ検出期間Ptmは実行されない。つまり、1つの検出期間Ptにおいてホバー検出期間Ptsのみが存在する。
なお、図24では図示を省略しているが、信号線SGLは、ホバー検出期間Pts及びタッチ検出期間Ptmにおいて、フローティング状態であることが好ましい。こうすれば、第2電極TDLと信号線SGLとの間の容量を低減することができる。また、ゲート線GCLは、ホバー検出期間Ptsにおいてフローティング状態であってもよい。
図22から図24に示す動作例はあくまで一例であり、適宜変更してもよい。例えば、複数回のホバー検出期間Ptsにおいて、1つの検出電極ブロックBKDを構成する第2電極TDLを変えてホバー検出を実行してもよい。制御回路11は、表示面DSと被検出体との距離D1に応じて、検出電極ブロックBKDに含まれる第2電極TDLの数を変更すること、ホバー検出の解像度を変更することができる。
次に、第2電極TDLの詳細な構成について説明する。図25は、タッチ検出において、第1電極と第2電極との間に発生するフリンジ電界の電気力線を模式的に示す説明図である。図26は、第1電極と第2電極と第3電極との関係を示す平面図である。図27は、第2電極を拡大して示す平面図である。図28は、図26のAa1−Aa2線に沿う断面図である。図29は、図26のAb1−Ab2線に沿う断面図である。図30は、図26のAc1−Ac2線に沿う断面図である。なお、図28から図30に示す断面図は、第1電極25a、第2電極TDL及び第3電極COMLの配置の関係を模式的に示している。また、図25から図30では、第3電極COMLと重なって配置される第1電極25bを省略して示す。
図25に示すように、第2基板31に設けられた第2電極TDLは、第1基板21に設けられた第1電極25aよりも上側に配置される。上述したように、第2電極TDLは、相互静電容量方式のタッチ検出において駆動電極として機能し、自己静電容量方式のホバー検出において検出電極として機能する。図25に示すように、タッチ検出において、第2電極TDLに第1駆動信号Vcom1が供給されると、第2電極TDLと第1電極25aとの間に、フリンジ電界の電気力線Efが発生する。フリンジ電界の電気力線Efは第2電極TDLから表示面DSよりも上側まで延びて、対向する第2電極TDLの隙間SPを通る。なお、図25において、表示面DSはカバーガラス120の表面である。ただし、これに限定されず、表示面DSは表示装置1の最上部に設けられる他の部材の表面であってもよく、第2基板31に設けられた保護層の表面であってもよい。
ここで、第2電極TDLの平面視での面積を大きくすると、ホバー検出における検出感度を高めることができる。一方、第2電極TDLの平面視での面積を大きくすると、対向する第2電極TDLの隙間SPが小さくなる。この場合、隙間SPを通るフリンジ電界の電気力線Efが減少し、タッチ検出の検出感度が低下する可能性がある。
図26に示すように、第2電極TDLは、第1領域81と、第2領域82と、第3領域83とを有する。なお、図26では、図面を見やすくするために、第1領域81、第2領域82及び第3領域83を矩形状に簡略化して示している。図27に示すように、第1領域81、第2領域82及び第3領域83は、上述した複数の第1導電性細線33U及び複数の第2導電性細線33Vを有している。第1領域81、第2領域82及び第3領域83は、それぞれ、複数の第1導電性細線33Uと複数の第2導電性細線33Vが交差してメッシュ状に形成される。第1導電性細線33U及び第2導電性細線33Vは、第1領域81、第2領域82及び第3領域83において同じ傾斜角度、同じ配列ピッチで設けられることが好ましい。こうすれば、良好な表示特性を実現できる。
図26に示すように、1つの第2電極TDLは、3つの第1領域81と4つの第2領域82と2つの第3領域83とが接続されて構成される。これにより、第2電極TDLは、全体として第1方向Dxに長手を有する略矩形状となる。図26に示すように、1つの第2電極TDLにおいて、第1領域81は、第1方向Dxに複数配列される。図26及び図30に示すように、第1領域81は、平面視で、第1方向Dxに複数配列される第3電極COMLとそれぞれ重なって配置され、かつ、第1電極25と重ならない位置に配置される。
第2電極TDLにおいて、第1領域81の幅Wa、すなわち第1方向Dxにおける長さは、例えば4mm以上5mm以下程度である。対向する第1領域81の間隔SPaは、例えば600μm以上1mm以下程度である。第3電極COMLは、第1領域81と同じ幅、或いは第1領域81よりもわずかに大きい幅を有する。第1電極25aは、間隔SPaよりもわずかに小さい幅を有する。第1電極25aと第3電極COMLとの間隔SPbは、例えば3μm程度である。また、偏光板35Aの上面から第2基板31の下面までの合計の高さHaは、例えば500μm程度である。第1領域81と重なる位置及び間隔SPaと重なる位置において、カラーフィルタ32の色領域32R、32G、32Bが繰り返し配列される。上述したように色領域32R、32G、32Bは1組として画素Pixが構成される。つまり、第1電極25aは、複数の画素Pixにまたがって設けられる。このような構成により、タッチ検出において、フリンジ電界の電気力線Ef(図25参照)が間隔SPaを通って第1電極25aに到達することとなり、良好にタッチ検出を実現できる。
図26に示すように、第2領域82は、第1方向Dxに隣り合う第1領域81どうしを接続する。第2領域82は第1領域81よりも細幅であり、第2領域82の第2方向Dyの長さは、第1領域81の第2方向の長さよりも短くなっている。図26及び図29に示すように、第2領域82は、平面視で、第1電極25aと交差して設けられる。第1領域81は、第2領域82よりも大きい面積を有しており、主に検出電極又は駆動電極としての機能を有する。
第3領域83は、第2電極TDLの両端に配置される。一方の第3領域83は、第1方向Dxに配列された第1領域81のうち、一方の端部に配置された第1領域81と対向して配置され、他方の第3領域83は、他方の端部に配置された第1領域81と対向して配置される。第1方向Dxに対向する第1領域81と第3領域83とは、第2領域82によって接続される。第3領域83は、平面視で第3電極COMLと重なって配置され、かつ、第1電極25aと重ならない位置に配置される。また、第3領域83は、第1領域81よりも小さい面積を有する。第3領域83の第1方向Dxの長さは、第1領域81の第1方向Dxの長さに対して約半分程度となっている。
上述したように、第2電極TDLは、行列状に複数配列される。図26に示すように、第1方向Dxに対向する2つの第2電極TDLにおいて、それぞれの第3領域83が第1方向Dxに対向して配置される。2つの第3領域83が1つの第3電極COMLと重なって配置され、かつ、第1電極25aと重ならない位置に配置される。また、図26及び図28に示すように、第1領域81は、1つの第3電極COMLに重なって第2方向Dyに複数配列される。第2方向Dyに複数配列された第1領域81は、互いに離隔して設けられ、それぞれ異なる第2電極TDLを構成する。また、第3領域83は、1つの第3電極COMLに重なって第2方向Dyに複数配列される。なお、図28及び図29では、第2方向Dyに延出するカラーフィルタ32の色領域32Rを示しているが、これに限定されず、色領域32G又は色領域32Bであってもよい。
以上のように、第2電極TDLは、第1領域81、第2領域82及び第3領域83を有しており、複数の第1領域81が電気的に接続されて実質的な第2電極TDLの面積を大きくすることができる。これにより、ホバー検出における検出感度を高めることができる。
また、第1領域81は第1電極25aと重ならない位置に設けられるので、タッチ検出において、フリンジ電界の電気力線Ef(図25参照)は、第1方向Dxに対向する第1領域81の間を通って第1電極25aに向かって延びることとなる。つまり、第2領域82を設けずに第1領域81を第1電極25と重なって配置した場合に比べ、フリンジ電界の電気力線Efの数が多くなるので、タッチ検出における検出感度を高めることができる。したがって、本実施形態の表示装置1は、タッチ検出とホバー検出とで第2電極TDLを共用しつつ、良好にタッチ検出及びホバー検出を行うことが可能である。
なお、第2電極TDLは、図26に示す構成に限定されず、1つの第2電極TDLに含まれる第1領域81は、2つ以下であってもよく、4つ以上であってもよい。また、第3領域83は、一方の端部にのみ配置され、他方の端部に配置されない構成であってもよい。
次に、第2電極TDLと接続配線37との接続構成について説明する。図31は、第2電極と接続配線との接続部分を拡大して示す平面図である。図31は、1つの第3電極COMLに重なって配置された第3領域83を拡大して示している。図31に示すように、第2方向Dyにおいて、複数の第3領域83a、83b、83cが配列される。1つの第3電極COMLに重なって2つの第3領域83aが第1方向Dxに対向する。また、2つの第3領域83bが第1方向Dxに対向し、2つの第3領域83cが第1方向Dxに対向する。
第1方向Dxに対向する第3領域83a、83b、83cにそれぞれ接続配線37が接続される。接続配線37は、周辺領域10bに設けられたフレキシブル基板72(図15参照)に接続される。図31に示すように、接続配線37は、第1方向Dxに対向する第3領域83aの隙間SP1と、第3領域83bの隙間SP2と、第3領域83cの隙間SP3とに設けられ、第2方向Dyに延出する。つまり、接続配線37は、第3電極COMLの第1方向Dxの中央部分において、第3電極COMLと重なって設けられる。言い換えると、第3電極COMLの一方に設けられた第1電極25aと、他方に設けられた第1電極25aとの間の中央部分に配置され、第1電極25aと平行な方向に延出する。
図31に示すように、第2方向Dyに配列された第3領域83a、83b、83cに、それぞれ接続配線37が接続され、複数の接続配線37は同じ方向に延出する。接続配線37は、フレキシブル基板72が設けられた周辺領域10bに向かって延出する。隙間SP1、SP2、SP3に設けられた接続配線37の数は、2本ずつ増加する。このため、隙間SP1、SP2、SP3の大きさは、フレキシブル基板72が設けられた周辺領域10bに近づくにしたがって大きくなる。言い換えると、第3領域83aの幅W1、第3領域83bの幅W2、第3領域83cの幅W3は、この順で徐々に小さくなる。なお、これに限定されず、幅W1、幅W2及び幅W3は互いに同じ大きさであってもよい。
また、2つの第3領域83aの幅W1と隙間SP1の大きさの合計の長さは、第3電極COMLの幅W4よりも小さい。2つの第3領域83bの幅W2と隙間SP2の大きさの合計の長さは、第3電極COMLの幅W4よりも小さい。2つの第3領域83cの幅W3と隙間SP3の大きさの合計の長さは、第3電極COMLの幅W4よりも小さい。このような構成により、第3領域83a、83b、83c及びこれらに接続された接続配線37は、第3電極COMLと重なって配置される。
このような構成により、第1電極25aと接続配線37との間の距離が大きくなるので、第1電極25aと接続配線37との容量結合を抑制して検出精度を向上させることができる。
また、図24等で説明したように、タッチ検出において、駆動回路14は、接続配線37を介して検出対象として選択された駆動電極ブロックBKに第1駆動信号Vcom1を順次供給する。一方、検出対象として選択されていない駆動電極ブロックBKには接続配線37を介して固定された電位を有する直流の電圧信号が供給される。
図31において、例えば、第3領域83aを含む第2電極TDLが検出対象の駆動電極ブロックBKとして選択された場合、駆動回路14は、第3領域83aに接続された接続配線37に第1駆動信号Vcom1を供給する。一方、駆動回路14は、第3領域83b及び第3領域83cに接続された接続配線37には直流の電圧信号を供給する。第1駆動信号Vcom1が供給される接続配線37と、直流の電圧信号が供給される接続配線37とは、順次変更される。
このように、1つの第3電極COMLに重なって配置された複数の接続配線37のうち、少なくとも2本以上の接続配線37に直流の電圧信号が供給される。これにより、タッチ検出において、直流の電圧信号が供給される接続配線37はガード配線として機能することとなり、第1電極25aと接続配線37との容量結合を抑制して検出精度を向上させることができる。
次に、第1電極25a及び第3電極COMLの積層構造について説明する。図32は、本実施形態に係る副画素の平面図である。図33は、図32のAd1−Ad2線に沿う断面図である。図32に示すように、ゲート線GCLは第1方向Dxに延出し、第2方向Dyに複数本配列されている。信号線SGLは、ゲート線GCLと交差して設けられ、第2方向Dyに延出し、第1方向Dxに複数本配列されている。ゲート線GCLと信号線SGLとの交差領域にスイッチング素子Trが配置される。ゲート線GCLと信号線SGLとで囲まれた領域が副画素SPixである。副画素SPixは、画素電極22と第3電極COMLとが重なる領域を含んで設けられる。第1電極25aは、平面視で信号線SGLと重なって第2方向Dyに延出する。
図32に示すように、画素電極22は、複数の帯状電極22aと、連結領域22bとを有する。帯状電極22aは、信号線SGLに平行な方向に延出し、ゲート線GCLに沿った方向に複数配列されている。連結領域22bは帯状電極22aの端部同士を連結する。なお、画素電極22は、5本の帯状電極22aを有しているが、これに限定されず、4本以下又は6本以上の帯状電極22aを有していてもよい。例えば、画素電極22は、2本の帯状電極22aを有していてもよい。
図32及び図33に示すように、スイッチング素子Trは、半導体層61、ソース電極62、ドレイン電極63及びゲート電極64を含む。また、半導体層61の下側に遮光層65が設けられている。
図33に示すように、遮光層65は第1基板21の上に設けられている。絶縁層58aは、遮光層65を覆って第1基板21の上に設けられている。絶縁層58aの上には半導体層61が設けられている。半導体層61の上側に絶縁層58bを介して、ゲート電極64(ゲート線GCL)が設けられている。ゲート電極64(ゲート線GCL)の上側に絶縁層58cを介してドレイン電極63及びソース電極62(信号線SGL)が設けられる。ドレイン電極63及びソース電極62(信号線SGL)の上側に絶縁層58dを介して第1電極25aが設けられる。第1電極25aの上側に絶縁層59を介して、第3電極COMLが設けられる。上述のように第3電極COMLの上側に絶縁層24を介して画素電極22が設けられる。画素電極22の上には配向膜34Bが設けられる。また、第2基板31側に設けられた配向膜34Aは、液晶層6を挟んで配向膜34Bと対向する。つまり、第1電極25aは、第1基板21の表面に垂直な方向において、信号線SGLと第3電極COMLとの間の層に設けられる。
図33に示すように、画素電極22は、コンタクトホールH1を介してスイッチング素子Trのドレイン電極63と接続されている。半導体層61は、コンタクトホールH2を介してドレイン電極63に接続される。半導体層61は、平面視でゲート電極64と交差する。ゲート電極64はゲート線GCLに接続され、ゲート線GCLの一辺から突出して設けられている。言い換えると、ゲート線GCLの一部が、ゲート電極64としての機能を有する。
半導体層61は、ソース電極62と重畳する位置まで延びて、コンタクトホールH3を介してソース電極62と電気的に接続される。ソース電極62は、信号線SGLに接続され、信号線SGLの一辺から突出している。言い換えると、信号線SGLの一部が、ソース電極62としての機能を有する。
半導体層61の材料としては、ポリシリコンや酸化物半導体などの公知の材料を用いることができる。半導体層61と重なる位置に遮光層65を設けているので、例えばバックライトから半導体層61に入射する光が遮光される。
以上のような積層構造により、第1電極25aは、第3電極COMLと異なる層において、第3電極COMLと重ならない位置に設けられる。また、第1電極25aは、信号線SGL及びゲート線GCLと異なる層に設けられ、信号線SGLと重なる位置に設けられる。また、上述したように第1電極25aと重なる位置に第2電極TDLは設けられていない。第2電極TDLと重ならない位置において複数の第1電極25aが設けられていてもよく、複数の第1電極25aが、タッチ検出における1つの検出電極として機能してもよい。また、第2電極TDLと重ならない位置に設けられた第3電極COMLは、タッチ検出における検出電極として機能してもよい。なお、第1電極25aは、第2電極TDLと重なる位置に設けられた第3電極COMLと電気的に接続されておらず、スイッチング素子Trとも電気的に接続されていない。また、図示は省略するが、複数の信号線SGLのうち、第1電極25aが設けられていない信号線SGLに対応して、金属材料を含む配線を第1電極25aと同層に設けてもよい。
以上説明したように、本実施形態の表示装置1において、第2電極TDLは第1電極25aよりも表示面DSに近い位置に設けられる。第2電極TDLは、タッチ検出において駆動電極として機能するとともに、ホバー検出において検出電極として機能する。第2電極TDL或いは検出電極ブロックBKDの面積は、第1電極25aよりも大きい面積を有するので、ホバー検出の検出感度を高めることができる。また、第2電極TDLは第1電極25aと重ならない位置に設けられているのでタッチ検出を良好に行うことができる。したがって、表示装置1は、タッチ検出とホバー検出とで第2電極TDLを共用しつつ、精度よくタッチ検出を行うとともに、良好にホバー検出を行うことができる。
(第1変形例)
図34は、本実施形態の第1変形例に係る表示装置の概略断面構造を表す断面図である。図35は、本実施形態の第1変形例に係る表示装置を部分的に拡大して表す断面図である。なお、図35は、図26のAc1−Ac2線に対応する箇所を示す断面図である。
本変形例の表示装置1Aにおいて、第1電極25Aは、第3電極COMLと絶縁層59を介して異なる層に設けられる。第1電極25Aは、第3電極COMLと間隔を有して複数配列される。本変形例において、第1電極25Aは、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)又はこれらの合金の少なくとも1つの金属材料を用いることができる。
平面視での第1電極25Aと第3電極COMLとの関係は、図13に示す第1電極25a及び第3電極COMLと同様の構成である。また、図35に示すように、第1電極25Aは、隣り合う第1領域81の間隔SPaよりもわずかに小さい幅を有する。第1電極25Aと第3電極COMLとの間隔SPbは、例えば3μm程度である。第1領域81と重なる位置及び間隔SPaと重なる位置において、カラーフィルタ32の色領域32R、32G、32Bが繰り返し配列される。上述したように色領域32R、32G、32Bは1組として画素Pixが構成される。つまり、第1電極25Aは、複数の画素Pixにまたがって設けられる。このような構成により、タッチ検出において、フリンジ電界の電気力線Ef(図25参照)が間隔SPaを通って第1電極25Aに到達することとなり、良好にタッチ検出を実現できる。
(第2変形例)
図36は、本実施形態の第2変形例に係る第2基板の平面図である。図37は、第1基板と第2基板との間の接続構成を説明するための説明図である。図37に示すように、本変形例の表示装置1Bにおいて、接続回路18は第2基板31の周辺領域10bに設けられている。なお、第1電極25a(図示しない)及び第2電極TDLの構成は、上述した例と同様である。
行列状に複数配置された第2電極TDLにそれぞれ接続配線37が接続される。接続配線37は、フレキシブル基板72が接続された周辺領域10bに延出し、接続回路18に接続される。図37に示すように、接続回路18には、接続配線37(11)、37(12)、37(13)、37(14)、…、37(mn)が接続される。接続配線37(11)は第2電極TDL(11)に接続され、接続配線37(12)は第2電極TDL(12)に接続され、接続配線37(mn)は第2電極TDL(mn)に接続される。つまり、接続配線37の数は、第2電極TDLの数と等しい。
接続回路18は、タッチ検出及びホバー検出において、複数の第2電極TDLを電気的に接続する。これにより、駆動回路14は配線SLを介して第1駆動信号Vcom1又は第2駆動信号Vcom2を供給することで、駆動電極ブロックBK又は検出電極ブロックBKDをまとめて駆動することができる。すなわち、接続回路18とフレキシブル基板72とを接続する配線SLの数は、駆動電極ブロックBK又は検出電極ブロックBKDの数と等しい数であればよい。つまり配線SLの数は接続配線37よりも少ない。
配線SLは、フレキシブル基板72に接続され、接続端子75を介して第1基板21側に電気的に接続される。これにより、接続回路18は検出用IC49と電気的に接続される。本変形例では、第2基板31に接続回路18が設けられているので、第2基板31と第1基板21とを接続するための配線の本数を少なくすることができる。つまり、フレキシブル基板72及び接続端子75の構成や、第1基板21の周辺領域10bに設けられる各種配線の構成を簡略化して製造コストを抑制することができる。また、第1基板21に接続回路18が設けられていないので、第1基板21に形成される各種配線や回路等の設計の自由度を向上させることができる。
(第3変形例)
図38は、本実施形態の第3変形例に係る第1基板と第2基板との間の接続構成を説明するための説明図である。上述した例では、接続回路18は、第1基板21又は第2基板31に設けられているが、これに限定されない。図38に示すように本変形例の表示装置1Cにおいて、第1基板21は、フレキシブル基板71を介して制御基板110と接続される。制御基板110に検出用IC49が実装されている。本変形例では、検出用IC49が、接続回路18の機能を内蔵している。
図38に示すように、第2基板31に設けられた第2電極TDLは、接続配線37を介してフレキシブル基板72に接続される。フレキシブル基板72は、接続端子75を介して第1基板21に接続され、フレキシブル基板71の配線SLaを介して検出用IC49に電気的に接続される。この場合、配線SLaの本数は、接続配線37と同じ本数となる。本変形例では、検出用IC49が、タッチ検出とホバー検出とで第2電極TDLの接続状態を変更して、タッチ検出及びホバー検出を実行する。
本変形例では、接続回路18が第1基板21又は第2基板31の周辺領域10bに設けられていないため、第1基板21又は第2基板31の狭額縁化に有利である。また、接続回路18に含まれる第1スイッチSW11−SW14、第2スイッチSW21−SW28や各種配線が制御基板110側に設けられるので、タッチ検出及びホバー検出の際に、接続回路18から発生するノイズを抑制して、良好な検出感度が得られる。
(第4変形例)
図39は、本実施形態の第4変形例に係る表示装置の概略断面構造を表す断面図である。図40は、本実施形態の第4変形例に係る表示装置を部分的に拡大して表す断面図である。なお、図40は、図26のAc1−Ac2線に対応する箇所を示す断面図である。本変形例の表示装置1Dにおいて、第1電極25Bは、第3電極COMLと同層に設けられる。第1電極25Bは、第3電極COMLと間隔を有して複数配列される。平面視での第1電極25Bと第3電極COMLとの関係は、図13に示す例と同様の構成である。
本変形例において、第1電極25Bは、第3電極COMLと同じ材料、例えばITO等の透光性導電酸化物が用いられる。これによれば、第1電極25Bは、第3電極COMLと同じ工程で形成することができる。また、図33に示した構成に比べて第1電極25Bと信号線SGLとの距離が大きくなるため、第1電極25Bと信号線SGLとの間の容量が低減される。
ITOは上述した金属材料に比べて抵抗値が高いため、第1電極25BにITOを用いた場合、タッチ検出の応答速度が低下する可能性がある。この場合、第1電極25Bは、ITOに金属層を積層した構成としてもよい。或いは、図32、33に示すように、信号線SGLと重なる位置に金属配線を設け、金属配線と第1電極25Bとを電気的に接続することで抵抗値を低減することも可能である。
また、平面視での第1電極25Bと第3電極COMLとの関係は、図13に示す第1電極25a及び第3電極COMLと同様の構成である。また、図40に示すように、第1電極25Bは、隣り合う第1領域81の間隔SPaよりもわずかに小さい幅を有する。第1電極25Bと第3電極COMLとの間隔SPbは、例えば3μm程度である。第1領域81と重なる位置及び間隔SPaと重なる位置において、カラーフィルタ32の色領域32R、32G、32Bが繰り返し配列される。上述したように色領域32R、32G、32Bは1組として画素Pixが構成される。つまり、第1電極25Bは、複数の画素Pixにまたがって設けられる。このような構成により、タッチ検出において、フリンジ電界の電気力線Ef(図25参照)が間隔SPaを通って第1電極25Bに到達することとなり、良好にタッチ検出を実現できる。
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。
例えば、第1電極25、25A、25B、第2電極TDL、第3電極COML、画素電極22等の形状、配置、個数等は、あくまで一例であり、適宜変更することができる。また、相互静電容量方式によるタッチ検出を説明したが、第1電極25、25A又は第2電極TDLにより、自己静電容量方式によるタッチ検出を行う構成を採用することもできる。
例えば、本態様の表示装置は、以下の態様をとることができる。
(1)第1基板と、
前記第1基板と対向する第2基板と、
前記第1基板の表示領域に設けられた第1電極と、
前記第2基板に設けられ、前記第1基板と垂直な方向において前記第1電極よりも表示面に近い位置に設けられる第2電極と、
前記第2電極に第1駆動信号又は第2駆動信号を供給する駆動回路と、
前記第2電極に前記第1駆動信号が供給された場合に、前記第1電極と前記第2電極との間の相互静電容量変化に応じた第1検出信号に基づいて、前記表示面に接触する被検出体を検出する第1検出モードと、前記第2電極に前記第2駆動信号が供給された場合に、前記第2電極の自己静電容量変化に応じた第2検出信号に基づいて、前記表示面に対して非接触状態の前記被検出体を検出する第2検出モードと、を有する制御回路と、を含み、
前記第1電極と前記第2電極は、平面視で重ならない、表示装置。
(2)前記第1電極は、平面視で第1方向に複数配列され、前記第1方向と交差する第2方向にそれぞれ延出しており、
前記第2電極は、前記第1方向に複数配列されるとともに、前記第2方向に複数配列される上記(1)に記載の表示装置。
(3)前記第2電極のそれぞれに接続された接続配線と、
前記接続配線を介して前記第2電極に接続された接続回路と、を有し、
前記接続回路は、前記第1検出モードと前記第2検出モードとで、前記第2電極の接続状態を切り換える上記(2)に記載の表示装置。
(4)前記第1検出モードにおいて、前記接続回路は、前記第1方向に配列された複数の前記第2電極を電気的に接続して駆動電極ブロックを形成し、
前記駆動回路は、前記駆動電極ブロックに前記第1駆動信号を供給する上記(3)に記載の表示装置。
(5)前記第2検出モードにおいて、前記接続回路は、前記第2方向に配列された複数の前記第2電極を電気的に接続して検出電極ブロックを形成し、
前記駆動回路は、前記検出電極ブロックに前記第2駆動信号を供給する上記(3)に記載の表示装置。
(6)平面視で前記第1電極と間隔を有して前記第1基板に配置される第3電極を有し、
前記表示面に画像を表示する表示モードにおいて、前記駆動回路は、複数の画素に対する共通電位となる表示用駆動信号を前記第1電極及び前記第3電極に供給する上記(4)又は上記(5)に記載の表示装置。
(7)前記第1電極は、前記第3電極と異なる層に設けられる上記(6)に記載の表示装置。
(8)前記第1電極は、前記第3電極と同層に設けられる上記(6)に記載の表示装置。
(9)前記第2電極は、前記第1方向に複数配列された矩形状の第1領域と、前記第1方向に隣り合う前記第1領域どうしを接続する第2領域とを含み、
前記第2領域は、平面視で、前記第1電極と交差して配置され、
前記第2領域の前記第2方向の長さは、前記第1領域の前記第2方向の長さよりも短く、
前記第1領域及び前記第2領域は、複数の金属配線がメッシュ状、ジグザグ線状、あるいは波線状に形成されている、上記(6)乃至上記(8)のいずれか1つに記載の表示装置。
(10)前記接続配線は、前記第1方向に対向する前記第2電極の間に設けられるとともに、平面視で前記第3電極と重なって前記第2方向に延出する上記(6)乃至上記(9)のいずれか1つに記載の表示装置。
(11)複数の前記第1領域は、平面視で前記第1方向に複数配列される前記第3電極にそれぞれ重なって配置される、上記(9)に記載の表示装置。
(12)前記第2電極は、さらに、前記第1方向の端部に配置された第3領域を有し、
前記第3領域の前記第1方向の長さは、前記第1領域の前記第1方向の長さよりも短い上記(9)又は上記(11)に記載の表示装置。
(13)前記第1方向に対向する2つの前記第3領域は、平面視で前記第3電極と重なって配置される上記(12)に記載の表示装置。
(14)前記第2検出モードにおいて、前記駆動回路は、前記第1電極又は前記第3電極の少なくとも一方に対し、前記第2駆動信号と同期した同じ電位を有するガード信号を供給する上記(6)乃至上記(13)のいずれか1つに記載の表示装置。
(15)前記接続回路は、前記第1基板の前記表示領域の外側の周辺領域に設けられる上記(3)乃至上記(14)のいずれか1つに記載の表示装置。
(16)前記接続回路は、前記第2基板の前記表示領域の外側の周辺領域に設けられる上記(3)乃至上記(14)のいずれか1つに記載の表示装置。
(17)前記第1基板に、前記画素に画素信号を供給するための信号線が設けられており、
前記第1電極は、平面視で前記信号線に重なって配置され前記信号線と平行な方向に延出する上記(6)に記載の表示装置。
1、1A、1B、1C 表示装置
6 液晶層
10 表示パネル
10a アクティブエリア
10b 周辺領域
11 制御回路
14 駆動回路
18 接続回路
19 表示用IC
20 表示領域
21 第1基板
22 画素電極
25、25A 第1電極
30 タッチセンサ
31 第2基板
33U 第1導電性細線
33V 第2導電性細線
37 接続配線
40 検出回路
81 第1領域
82 第2領域
83、83a、83b、83c 第3領域
BK 駆動電極ブロック
BKD 検出電極ブロック
COML 第3電極
TDL 第2電極

Claims (17)

  1. 第1基板と、
    前記第1基板と対向する第2基板と、
    前記第1基板の表示領域に設けられた第1電極と、
    前記第2基板に設けられ、前記第1基板と垂直な方向において前記第1電極よりも表示面に近い位置に設けられる第2電極と、
    前記第2電極に第1駆動信号又は第2駆動信号を供給する駆動回路と、
    前記第2電極に前記第1駆動信号が供給された場合に、前記第1電極と前記第2電極との間の相互静電容量変化に応じた第1検出信号に基づいて、前記表示面に接触する被検出体を検出する第1検出モードと、前記第2電極に前記第2駆動信号が供給された場合に、前記第2電極の自己静電容量変化に応じた第2検出信号に基づいて、前記表示面に対して非接触状態の前記被検出体を検出する第2検出モードと、を有する制御回路と、を含み、
    前記第1電極と前記第2電極は、平面視で重ならない、表示装置。
  2. 前記第1電極は、平面視で第1方向に複数配列され、前記第1方向と交差する第2方向にそれぞれ延出しており、
    前記第2電極は、前記第1方向に複数配列されるとともに、前記第2方向に複数配列される請求項1に記載の表示装置。
  3. 前記第2電極のそれぞれに接続された接続配線と、
    前記接続配線を介して前記第2電極に接続された接続回路と、を有し、
    前記接続回路は、前記第1検出モードと前記第2検出モードとで、前記第2電極の接続状態を切り換える請求項2に記載の表示装置。
  4. 前記第1検出モードにおいて、前記接続回路は、前記第1方向に配列された複数の前記第2電極を電気的に接続して駆動電極ブロックを形成し、
    前記駆動回路は、前記駆動電極ブロックに前記第1駆動信号を供給する請求項3に記載の表示装置。
  5. 前記第2検出モードにおいて、前記接続回路は、前記第2方向に配列された複数の前記第2電極を電気的に接続して検出電極ブロックを形成し、
    前記駆動回路は、前記検出電極ブロックに前記第2駆動信号を供給する請求項3に記載の表示装置。
  6. 平面視で前記第1電極と間隔を有して前記第1基板に配置される第3電極を有し、
    前記表示面に画像を表示する表示モードにおいて、前記駆動回路は、複数の画素に対する共通電位となる表示用駆動信号を前記第1電極及び前記第3電極に供給する請求項4又は請求項5に記載の表示装置。
  7. 前記第1電極は、前記第3電極と異なる層に設けられる請求項6に記載の表示装置。
  8. 前記第1電極は、前記第3電極と同層に設けられる請求項6に記載の表示装置。
  9. 前記第2電極は、前記第1方向に複数配列された矩形状の第1領域と、前記第1方向に隣り合う前記第1領域どうしを接続する第2領域とを含み、
    前記第2領域は、平面視で、前記第1電極と交差して配置され、
    前記第2領域の前記第2方向の長さは、前記第1領域の前記第2方向の長さよりも短く、
    前記第1領域及び前記第2領域は、複数の金属配線がメッシュ状、ジグザグ線状、あるいは波線状に形成されている、請求項6乃至請求項8のいずれか1項に記載の表示装置。
  10. 前記接続配線は、前記第1方向に対向する前記第2電極の間に設けられるとともに、平面視で前記第3電極と重なって前記第2方向に延出する請求項6乃至請求項9のいずれか1項に記載の表示装置。
  11. 複数の前記第1領域は、平面視で前記第1方向に複数配列される前記第3電極にそれぞれ重なって配置される、請求項9に記載の表示装置。
  12. 前記第2電極は、さらに、前記第1方向の端部に配置された第3領域を有し、
    前記第3領域の前記第1方向の長さは、前記第1領域の前記第1方向の長さよりも短い請求項9又は請求項11に記載の表示装置。
  13. 前記第1方向に対向する2つの前記第3領域は、平面視で前記第3電極と重なって配置される請求項12に記載の表示装置。
  14. 前記第2検出モードにおいて、前記駆動回路は、前記第1電極又は前記第3電極の少なくとも一方に対し、前記第2駆動信号と同期した同じ電位を有するガード信号を供給する請求項6乃至請求項13のいずれか1項に記載の表示装置。
  15. 前記接続回路は、前記第1基板の前記表示領域の外側の周辺領域に設けられる請求項3乃至請求項14のいずれか1項に記載の表示装置。
  16. 前記接続回路は、前記第2基板の前記表示領域の外側の周辺領域に設けられる請求項3乃至請求項14のいずれか1項に記載の表示装置。
  17. 前記第1基板に、前記画素に画素信号を供給するための信号線が設けられており、
    前記第1電極は、平面視で前記信号線に重なって配置され前記信号線と平行な方向に延出する請求項6に記載の表示装置。
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