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Description
本発明は、表示領域にタッチセンサを備える表示装置に関する。
絵素内や画素内にタッチセンサを備えた液晶表示装置が知られている。このような液晶表示装置におけるセンシング方式として、光センサ方式、接点(接触)方式、および、容量方式の3つが実用化されている。
図21に光センサ方式のタッチセンサを備えた表示領域の構成例を示す。
図21には、液晶表示パネルの表示領域のうち、第n行目の構成を抽出して記載してある。第n行目には、ゲート配線Gn、ソース配線S(図ではSm〜Sm+3が示されている)、および、保持容量配線Csnによって区画された複数の絵素PIX…と、リセット配線Vrstnおよび読み出し制御配線Vrdnに接続された1つ以上のセンサ回路(光センサ回路)102とが配置されている。
絵素PIXは選択素子としてのTFT101、液晶容量CL、および、保持容量CSを備えている。TFT101のゲートはゲート配線Gnに、ソースはソース配線Sに、ドレインは絵素電極103に、それぞれ接続されている。液晶容量CLは、絵素電極103と共通電極comとの間に液晶層が配置されてなる容量であり、保持容量CSは、絵素電極103あるいはTFT101のドレイン電極と保持容量配線Csnとの間に絶縁膜が配置されてなる容量である。共通電極comおよび保持容量配線Csnには、それぞれに例えば一定の電圧が印加される。
センサ回路102は、1つの絵素PIXや1つの画素(例えばRGBの絵素PIX…の一組)につき1つずつなど、任意の数で設けられ、出力アンプ102a、フォトダイオード102b、および、容量102cを備えている。出力アンプ102aはTFTからなる。出力アンプ102aのゲートはここでノードnetAと称する電極に、ドレインは1つのソース配線Sm+1に、ソースは他の1つのソース配線Smに、それぞれ接続されている。フォトダイオード102bのアノードはリセット配線Vrstnに、カソードはノードnetAに、それぞれ接続されている。容量102cの一端はノードnetAに、他端は読み出し制御配線Vrdnに、それぞれ接続されている。
センサ回路102は、絵素PIXへデータ信号を書き込む期間以外の期間を利用して、指先のパネルへの接近や接触による影発生の有無を検出することにより、タッチセンシングを行う。ノードnetAの電圧をフォトダイオード102bを介してリセット配線Vrstnの電圧によってリセットした後に、フォトダイオード102bで受けた光の強度に応じてノードnetAに現れた電圧を、読み出し制御配線Vrdnの電圧変化によるノードnetAの昇圧を利用して出力アンプ102aのソースからセンサ出力電圧Voとして出力する。センサ出力電圧Voは、ソース配線Sm+1を利用したセンサ出力配線Vomを介して表示領域外のセンサ読み出し回路に向けて出力する。このとき、出力アンプ102aはソースフォロワとして機能する。また、このとき、出力アンプ102aのドレインに接続されているソース配線Smは、光検出時には一定電圧が印加されたセンサ電源配線Vsmとして機能する。
次に、図22に接点方式のタッチセンサを備えた表示領域の構成例を示す。
この構成は、図21のセンサ回路102をセンサ回路202で置き換えたものである。
センサ回路202は、読み出し用TFT202aおよび上下電極スイッチ202bを備えている。読み出し用TFT202aのゲートは読み出し用信号配線Vrdmに、ドレインは上下電極スイッチ202bの一方の電極に、ソースはセンサ出力配線Vomに、それぞれ接続されている。上下電極スイッチ202bの他方の電極は共通電極comで構成されており、電圧Vcomが印加される。
センサ回路202は、パネルが指先で押圧されると、上下電極スイッチ202bの一方の電極と他方の電極とが互いに接触して接点を形成する。このとき、絵素PIXへデータ信号を書き込む期間以外の期間を利用して、読み出し用信号配線Vrdmからの電圧印加によって読み出し用TFT202aをON状態にすると、電圧Vcomが上下電極スイッチ202bおよび読み出し用TFT202aを介してセンサ出力配線Vomに出力されるので、タッチセンシングを行うことができる。
次に、図23に容量方式のタッチセンサを備えた表示領域の構成例を示す。
この構成は、図21のセンサ回路102をセンサ回路302で置き換えたものである。
センサ回路302は、出力アンプ302a、フォトダイオード302b、および、容量302c・302dを備えている。出力アンプ302aはTFTからなる。出力アンプ302aのゲートはノードnetAと称する電極に、ドレインはソース配線Smに、ソースはソース配線Sm+1に、それぞれ接続されている。フォトダイオード302bのアノードはリセット配線Vrstnに、カソードはノードnetAに、それぞれ接続されている。容量302cの一端はノードnetAに、他端は読み出し制御配線Vrdnに、それぞれ接続されている。容量302dの一端はノードnetAに接続されており、他端は共通電極comで構成されている。
センサ回路302は、絵素PIXへデータ信号を書き込む期間以外の期間を利用して、指先のパネルへの押圧による容量302dの容量値Ccvrの変化を検出することにより、タッチセンシングを行う。フォトダイオード302bはセンサ回路302をセンサ回路102と同様に光センサ回路として動作させるものとしても備えられているが、タッチセンサ回路として動作するときにはダイオード特性が利用される。フォトダイオード302bを介してノードnetAの電圧がリセットされた後に、読み出し制御配線Vrdnの電圧を変化させることによって、ノードnetAの電圧が容量302cと押圧により決まる容量302dの容量値Ccvrとに応じた値になるため、ノードnetAに現れた電圧を、出力アンプ102aのソースからセンサ出力電圧Voとして出力し、ソース配線Sm+1を利用したセンサ出力配線Vomを介して表示領域外のセンサ読み出し回路に向けて出力する。このとき、出力アンプ302aはソースフォロワとして機能する。また、このとき、ソース配線Smは一定電圧が印加されたセンサ電源配線Vsmとして機能する。
次に、上記タッチセンサの中でも、特許文献1に開示された接点方式の構成のものを図24に示す。
図24は、使用者の指などが接触した状態の液晶表示装置の断面図である。当該液晶表示装置は、下部表示板100と上部表示板200との間に液晶層3が介在するように構成されている。下部表示板100では絶縁基板110上に画素層115が形成されている。画素層115には画素および感知部などが形成されており、画素層115上に接触感知部の感知素子の入力端子電極196が露出している。
上部表示板200には、基板210上に遮光部材220が形成されている。遮光部材220は画素間の光漏れを防止する。複数のカラーフィルター230が基板210と遮光部材220上に形成されている。カラーフィルター230および遮光部材220上には、カバー膜250が形成されてカラーフィルター230を保護し、表面を平坦化している。カバー膜250上には、有機物質などからなる複数の突出部240が形成されている。突出部240は、感知素子の入力端子電極196が形成されている位置に対応して配設されている。カバー膜250および突出部240上には共通電極270が形成されている。二つの表示板100、200は、複数のビーズスペーサ320によって支持されて、突出部240を囲う共通電極270と入力端子電極196とが0.1μm〜1.0μmの範囲で一定の間隔を維持している。
突出部240を囲う共通電極270と入力端子電極196とは、接触感知部のスイッチを構成する。
上部表示板200は、接触による圧力で押圧され、その接触点部位の突出部240を囲う共通電極270が、下部表示板100の入力端子電極196に電気的・物理的に接続される。これにより、共通電圧Vcomが入力端子電極196に伝達され、感知素子が感知電流を流す。
しかしながら、上記特許文献1の接点方式のタッチセンサを備えた液晶表示装置では、接触感知部の電極である共通電極270と入力端子電極196とが液晶層に面していることから、製造プロセスで形成する配向膜が、当該電極の最表面にも具備されることとなる。配向膜は誘電体からなり非導電性であるので、電極どうしの間で電気的に安定した接続を得ることが難しい。
従って、タッチセンシング時に電極どうしの安定した電気的接続を得るためには、パネルに対して、配向膜を突き破る程度の強い押圧が必要となる。
その結果、電極どうしの接触時に配向膜が剥離し、配向膜の破片が液晶層中に浮遊して画素欠点となってしまうという問題が生じる。画素欠点を生じさせないようにしようとすると、電極上の配向膜を除去する工程が必要となるなどの不都合が生じる。
このような接触の問題を避けようとして、光センサ方式のタッチセンサを用いても、フォトダイオードに100lx以上といった一定以上の照度でON電流が飽和する特性があることから、50000lx〜100000lxといった照度で直射日光が入射して指先の周囲から光が回り込んでしまうと、検出部分の照度が周囲と比較して充分に低下せずに、周囲領域と同様にフォトダイオードのON電流が飽和してしまう。従って、指先の接触した領域あるいは接近した領域を検出することができなくなってしまう。
また逆に、数百lx程度の低照度環境では、指先以外のものによって生じる影でセンサ回路が反応してしまい、誤動作が生じる。
このように、光センサ回路では強照度環境および低照度環境において誤動作が生じるので、接点方式のタッチセンサを無条件には置き換えられない。
また、前記接触の問題を避けようとして、容量方式のタッチセンサを用いても、温度変化や静電気などの外的要因により誤動作が生じやすいという問題がある。これは、容量値の変化を検出する液晶層の容量が数pF程度と小さいので、変化量の検出が元々困難であることに起因している。液晶容量は温度に応じて変化し、静電気や液晶表示装置の信号配線からの電界ノイズによっても変化するので、検出対象の容量変化量がノイズレベルに近くなってしまい、検出のS/N比が低下してしまう。
以上のように、従来は、接点方式のタッチセンサにおいて電極どうしの安定的な電気的接続を得ることが困難な問題を回避することのできる、良好な特性の非接触方式のタッチセンサを備えた液晶表示装置が提供されていないという問題があった。
本発明は、上記従来の問題点に鑑みなされたものであり、その目的は、接点方式のタッチセンサに代わる、良好な特性の非接触方式のタッチセンサを備えた表示装置を実現することにある。
本発明の表示装置は、上記課題を解決するために、第1の電極と、電界効果トランジスタと、スイッチとを有する第1の回路を備え、上記第1の電極は、表示パネルの表示面を有する第1の基板に形成されるとともに共通電極に接続され、上記電界効果トランジスタは、第2の基板に形成されるとともに、上記第1の電極がバックチャネル側に離間して配置される電界効果トランジスタであって、ゲート端子と第1のドレイン/ソース端子とが、リセットを行うための電圧が印加される第1の配線に接続され、上記リセットは、上記第1の配線の上記電圧を上記ゲート端子に印加して上記電界効果トランジスタをONすることであり、上記スイッチは、一端が第2のドレイン/ソース端子に接続されているとともに、他端が上記電界効果トランジスタの出力を取り出す第2の配線に接続されていることを特徴としている。
上記の発明によれば、第1の基板の表示面への押圧が無い状態では、第1の電極が第2の基板から遠い位置にある。よって、第1の配線に上記電圧が印加されても、第1の電極による電界効果トランジスタに対するバックゲート効果は小さく、電界効果トランジスタをOFF状態とするとともにバックチャネルにリーク電流を発生させないようにすることができる。押圧が無いので、リセット後に電界効果トランジスタの第2のドレイン/ソース端子に伝達された上記電圧は、リセット前の電圧から変化していない。よって、スイッチをON状態にすると、リセット前から変化がなく、第2の配線により取り出された電界効果トランジスタの出力から、押圧が無いことを検出出来る。
一方、第1の基板の表示面への押圧が有る状態では、第1の電極が第2の基板に近い位置まで移動する。この状態で、第1の配線に上記電圧が印加されると、第1の電極によるバックゲート効果は大きく、電界効果トランジスタのバックチャネルにリーク電流を発生させることができる。これにより、電界効果トランジスタのソースの電圧は、絶対値が大きくなる。リセットにより、電界効果トランジスタの第2のドレイン/ソース端子に伝達された上記電圧は、押圧により変化しているので、電界効果トランジスタを充分にOFF状態とした後に、スイッチをON状態にすると、押圧により変化しており、第2の配線により取り出された電界効果トランジスタの出力から、押圧が有ることを検出出来る。
このように、第2の配線により取り出された電界効果トランジスタの出力から、表示面への押圧の有無を検出することができる。
上記の第1の回路の構成によれば、第1の電極が押圧によって第2の基板に電気的に接触しなくても、押圧の有無に応じた検出信号を得ることができる。押圧の検出に可動電気接点が不要となるので、強い力による押圧が不要となり、その結果、センサ回路の内部の膜剥れを回避することができる。これにより、耐久性に優れたタッチセンサ回路となる。
また、押圧の検出に光センサを用いないので、光センサ回路のように強照度環境および低照度環境において誤動作が生じるといった問題が起こらない。また、容量方式のタッチセンサのように、温度変化や静電気などの外的要因により誤動作が生じやすい箇所がないので、S/N比の高い検出を行うことができる。
以上により、接点方式のタッチセンサに代わる、良好な特性の非接触方式のタッチセンサを備えた表示装置を実現することができるという効果を奏する。
また、電界効果トランジスタに流れる電流を大きく設定することができるため、電界効果トランジスタおよびスイッチの素子サイズを小さくすることができる。従って、検出信号生成用の電圧を小さくすることができるとともに、表示領域の開口率を大きくすることができるという効果を奏する。
また、光センサ回路のように昇圧用の大きな容量が不要であるので、プロセスが簡略化されるとともに、表示領域の開口率を大きくすることができるという効果を奏する。
さらに、第1の電極が共通電極に接続されているので、押圧により第1の基板とともに変位する第1の電極を容易に構成することができるという効果を奏する。また、第1の電極を共通電極の形成と同時に形成することができるのでプロセスが簡略化されるという効果を奏する。また、第1の電極に印加する電圧としてコモン電圧を利用することができ、回路を簡素化することができるという効果を奏する。
本発明の表示装置は、以上のように、
第1の電極と、電界効果トランジスタと、スイッチとを有する第1の回路を備え、
上記第1の電極は、表示パネルの表示面を有する第1の基板に形成されるとともに共通電極に接続され、
上記電界効果トランジスタは、第2の基板に形成されるとともに、上記第1の電極がバックチャネル側に離間して配置される電界効果トランジスタであって、ゲート端子と第1のドレイン/ソース端子とが、リセットを行うための電圧が印加される第1の配線に接続され、
上記リセットは、上記第1の配線の上記電圧を上記ゲート端子に印加して上記電界効果トランジスタをONすることであり、
上記スイッチは、一端が第2のドレイン/ソース端子に接続されているとともに、他端が上記電界効果トランジスタの出力を取り出す第2の配線に接続されている。
第1の電極と、電界効果トランジスタと、スイッチとを有する第1の回路を備え、
上記第1の電極は、表示パネルの表示面を有する第1の基板に形成されるとともに共通電極に接続され、
上記電界効果トランジスタは、第2の基板に形成されるとともに、上記第1の電極がバックチャネル側に離間して配置される電界効果トランジスタであって、ゲート端子と第1のドレイン/ソース端子とが、リセットを行うための電圧が印加される第1の配線に接続され、
上記リセットは、上記第1の配線の上記電圧を上記ゲート端子に印加して上記電界効果トランジスタをONすることであり、
上記スイッチは、一端が第2のドレイン/ソース端子に接続されているとともに、他端が上記電界効果トランジスタの出力を取り出す第2の配線に接続されている。
以上により、接点方式のタッチセンサに代わる、良好な特性の非接触方式のタッチセンサを備えた表示装置を実現することができるという効果を奏する。
本発明の実施形態について、実施例1、実施例2および図1〜図20を用いて説明すれば以下の通りである。
〔実施例1〕
本発明の一実施例について図1〜11に基づいて説明すれば、以下の通りである。図9に、本実施例1に係る液晶表示装置(表示装置)50の構成を示す。
本発明の一実施例について図1〜11に基づいて説明すれば、以下の通りである。図9に、本実施例1に係る液晶表示装置(表示装置)50の構成を示す。
液晶表示装置50は、アクティブマトリクス型の表示装置であり、表示パネル51、表示用走査信号線駆動回路52、表示用データ信号線駆動回路53、センサ走査信号線駆動回路54、センサ読み出し回路55、電源回路56、および、センシング画像処理装置57を備えている。
表示パネル51は、互いに交差する複数のゲート配線G…および複数のソース配線S…と、各ゲート配線(走査信号線)Gと各ソース配線(データ信号線)Sとの交点に対応して設けられる絵素PIXがマトリクス状に配置された表示領域とを備えている。
表示用走査信号線駆動回路52は各ゲート配線Gに絵素PIXをデータ信号の書き込みのために選択する走査信号を順次出力することによりゲート配線G…を駆動する。表示用データ信号線駆動回路53は各ソース配線Sにデータ信号を出力することによりソース配線S…を駆動する。センサ走査信号線駆動回路(第1の回路の駆動回路)54は各センサ走査信号線Eにセンサ回路を動作させる走査信号(電圧Vrst、電圧Vrd)を順次出力することによりセンサ走査信号線E…を線順次に駆動する。センサ読み出し回路55は各センサ出力配線(第2の配線)Voからセンサ出力電圧Vo(便宜上、センサ出力配線と同じ符号を用いる)を読み出す。電源回路56は表示用走査信号線駆動回路52、表示用データ信号線駆動回路53、センサ走査信号線駆動回路54、センサ読み出し回路55、および、センシング画像処理装置57の動作に必要な電源を供給する。センシング画像処理装置57はセンサ読み出し回路55が読み取ったセンサ出力電圧Voを基にしてパネル面内におけるセンサ検出結果の分布を解析する。
また、センサ走査信号線駆動回路54やセンサ読み出し回路55の機能は、例えば表示用走査信号線駆動回路52や表示用データ信号線駆動回路53などの他の回路に備えられていてもよい。また、センサ読み出し回路55の機能はセンシング画像処理装置57に備えられていてもよい。さらに、センシング画像処理装置57は、LSIやコンピュータ構成などとして液晶表示装置50に備えられていてもよいが、液晶表示装置50の外部にあってもよい。同様に、センサ読み出し回路55が液晶表示装置50の外部にあってもよい。
次に、図2に表示領域の詳細な構成を示す。
図2は、表示領域のうち、第n行目の構成を抽出して記載してある。第n行目には、ゲート配線Gn、ソース配線S(図ではSm〜Sm+3が示されている)、および、保持容量配線Csnによって区画された複数の絵素PIX…と、2種類のセンサ走査信号線E(図9参照)としてのリセット配線(第1の配線)Vrstnおよび読み出し制御配線Vrdnに接続された1つ以上のタッチセンサ回路62とが配置されている。保持容量配線Csn、リセット配線Vrstn、および、読み出し制御配線Vrdnは、ゲート配線Gnと平行に設けられている。リセット配線Vrstnは、絵素PIXの行単位で設けられており、電圧Vrstが順次印加される。よって、行単位で設けられた複数の絵素PIXそれぞれに設けられたタッチセンサ回路62を同時に駆動できるので、同一の行における複数の表示領域に同時に行われた押圧の検出を行うことができるという効果を奏する。
絵素PIXは選択素子としてのTFT11、液晶容量CL、および、保持容量CSを備えている。TFT11のゲートはゲート配線Gnに、ソースはソース配線Sに、ドレインは絵素電極13に、それぞれ接続されている。液晶容量CLは、絵素電極13と共通電極comとの間に液晶層が配置されてなる容量であり、保持容量CSは、絵素電極13あるいはTFT11のドレイン電極と保持容量配線Csnとの間に絶縁膜が配置されてなる容量である。共通電極comおよび保持容量配線Csnには、それぞれに例えば一定の電圧が印加される。
タッチセンサ回路62は、1つの絵素PIXや1つの画素(例えばRGBの絵素PIX…の一組)につき1つずつなど、任意の数で設けられ、TFT62a・62bおよび電極62cを備えた第1の回路を備えている。ここでは第1の回路そのものがタッチセンサ回路62を構成している。TFT(スイッチ)62aのゲート端子は読み出し制御配線Vrdnに、一方のドレイン/ソース端子(他端)はソース配線Sの1つであるソース配線Smすなわちセンサ出力配線Voに、他方のドレイン/ソース端子(一端)はTFT(電界効果トランジスタ)62bのソースに、それぞれ接続されている。また、TFT62bのゲート端子およびドレイン端子(第1のドレイン/ソース端子)はリセット配線Vrstnに、ソース端子(第2のドレイン/ソース端子)はTFT62aの上記他方のドレイン/ソース端子に、それぞれ接続されている。
また、電極(第1の電極)62cはTFT62bのバックチャネル側に、TFT62bから離間して設けられており、TFT62bのバックゲート電極として機能する。電極62cは共通電極comに接続されている。後述の説明から理解できるように、TFT62bには電界効果トランジスタの一般的な効果を使用している。但し、リーク電流はTFTで特に顕著である。
また、タッチセンサ回路62は、上記以外の素子をさらに備えていてもよい。
図2の構成のタッチセンサ回路62は、絵素PIXへデータ信号を書き込む期間以外の期間、例えば水平帰線期間を利用して、対向基板の押圧の有無に応じた電極62cの変位Δxの有無により、TFT62bをON状態とするかOFF状態とするかを制御して、TFT62aからセンサ出力配線Vomへセンサ出力信号Voを出力する。そして、センサ読み出し回路55により、センサ出力配線Vomを介して取得したセンサ出力信号Voから、表示面への押圧の有無を検出する。
また、タッチセンサ回路62は、図4に示すような構成とすることもできる。
図4では、センサ出力配線Vomは、それぞれソース配線Sとは独立した配線として設けられている。TFT62aの第1のドレイン/ソース端子はセンサ出力配線Vomに接続されており、TFT62bの第1のドレイン/ソース端子はリセット配線Vrstnに接続されている。
次に、図2のタッチセンサ回路62の平面図を図5に、図5のA−A’線断面図を図1にそれぞれ示す。
図5に示すように、絵素PIXにおいて、TFT11のゲート11gはゲート配線Gnに、ソース11sはソース配線S(Sm、Sm+1、Sm+2)に、ドレイン11dは保持容量配線Csnの上方に設けられたコンタクトホール11hを介して絵素電極13に接続されているとともに、保持容量配線Csnとの間で保持容量CSを形成している。
また、タッチセンサ回路62において、TFT62aのゲート端子は読み出し制御配線Vrdnに、一方のドレイン/ソース端子62asはセンサ出力配線Vomに、他方のドレイン/ソース端子62adはTFT62bのソース端子62bsに、それぞれ接続されている。TFT62bのゲート端子62bgおよびドレイン端子62bdはリセット配線Vrstnにそれぞれ接続されている。
また、TFT62bの上方には、柱状突起71が設けられており、この柱状突起71は電極62c上に形成されている。また、TFT62a・62bが設けられている領域、ここでは互いに隣接するソース配線Sm(センサ出力配線Vom)とソース配線Sm+1とに挟まれているとともに、互いに隣接する読み出し制御配線Vrdnとリセット配線Vrstnとに挟まれている領域には、表示面側からの照射光を遮光する遮光膜(ブラックマトリクス)2bが設けられている。
図1に示すように、タッチセンサ回路62が形成されている領域の断面構造は、絵素PIXの領域と同様に、TFT基板1と対向基板2との間に液晶層LCが配置された構成となっている。液晶層LCでは、液晶分子83が、後述する液晶の配向膜1h・2fによって規定される方向に並んでいる。
TFT基板(第2の基板)1は、絶縁性基板1a、ゲートメタル1b、ゲート絶縁膜1c、Siのi層1d、Siのn+層1e、ソースメタル1f、パッシベーション膜1g、および、液晶の配向膜1hが順に積層された構成である。読み出し制御配線Vrdnおよびリセット配線Vrstnは、ゲートメタル1bにより形成されている。ソース配線Sm(センサ出力配線Vom)およびソース配線Sm+1は、ソースメタル1fにより形成されている。TFT62bのドレイン端子62bdに対応するn+層1eは、ソースメタル1fによりリセット配線Vrstnに接続されている。配向膜1hは例えばポリイミドにより形成されている。
対向基板(第1の基板)2は、絶縁性基板2a、遮光膜2bおよびカラーフィルタ2c、透明電極2d、柱状突起71、および、液晶の配向膜2fが順に積層された構成である。透明電極2dは共通電極comを構成しており、電極62cはここでは共通電極comそのもので構成されているので共通電極comと区別されないが、このことも含めて一般に、電極62cは共通電極comに接続されている状態にある。
柱状突起71は誘電体からなり、共通電極2d上に、対向基板2のTFT62bのバックチャネル側からTFT基板1のほうへ向って突出するように設けられている。柱状突起71の先端側にある配向膜2fは、対向基板2がユーザの指などで押圧されていないときにTFT基板1から離間しており、対向基板2がユーザの指などで押圧されるとTFT基板1に接触する位置まで移動可能である。この押圧時の対向基板2の変位が図2および図4におけるΔxである。対向基板2は非押圧時に位置X1にあり、押圧時に位置X2まで移動して停止する。
次に、図3、図7、および図8を用いて、タッチセンサ回路62の動作について説明する。図7及び図8は、タッチセンサ回路62の動作の説明図である。
図3の波形図に示すように、各行のタッチセンサ回路62は、1垂直期間(1V)ごとに、リセット配線VrstnにHigh−4V、Low−14Vの正のリセットパルスが印加され、読み出し制御配線VrdnにHigh+15V、Low−14Vの正の読み出しパルスが印加されることによって駆動される。読み出しパルスはリセットパルスの印加が終了してから所定時間経過後に印加される。リセットパルスの印加開始から読み出しパルスの印加の終了までは、例えば、各センサ出力配線Vomが1画面上の対応する1つの押圧領域の検出に用いられるならば、各行を走査することなく一斉に1垂直期間の帰線期間に行われればよい。また、リセットパルスの印加開始から読み出しパルスの印加の終了までは、例えば、各行を走査して各水平期間の画像信号書き込み期間外に行ってもよい。この場合には、1画面上の対応する複数の押圧領域の検出に用いられるセンサ出力配線Vomが存在する場合に、各押圧領域に対する押圧の検出が可能となる。あるいは、1垂直期間の帰線期間ごとに、一行ずつ走査して、ある程度の時間幅の中で1つ以上の押圧領域の押圧を検出するようにしてもよい。
TFT62bのバックチャネルは数千オングストロームの膜厚を有するSiNxなどのパッシベーション膜で覆われているが、電極62cに印加される電圧によるバックゲート効果により、当該バックチャネルにはリーク電流を流すことが可能である。リーク電流の大きさ、すなわちバックゲート効果の大きさは、ここでは電極62cとTFT62bとの距離によって制御される。
対向基板2の表示面への押圧が無い状態では、リセット配線Vrstnにリセットパルスが印加されても、図7の(a)に示すように、電極62cは位置X1にあり、柱状突起71の先端側の配向膜2fはTFT基板1から、ここでは配向膜1hから離間している。従って、図7の(b)に示すように、電極62cによるバックゲート効果は小さく、TFT62bをOFF状態としてもバックチャネルにリーク電流は発生しない。これにより、TFT62bは充分にOFF状態となる。従って、TFT62bのソースの電圧Vdは、図3に示すように、リセットパルスの印加が終了した後も初期値である−4Vのままとなる。押圧が無いので、リセット配線VrstnのリセットパルスをTFT62bのゲート端子に印加してTFT62bをONするリセットを行った後のTFT62bのソース電圧Vdは、リセット前のTFT62bのソース電圧Vdから変化していない。よって、リセットパルスの印加が終了した後に読み出しパルスが印加されてTFT62aをON状態にすると、リセット前から変化がなく、センサ出力配線Vomにより取り出されたTFT62bのソース電圧Vd、即ちセンサ出力電圧Voが−4Vとなり、押圧が無いことを検出出来る。
一方、対向基板2の表示面への押圧が有る状態では、リセット配線Vrstnにリセットパルスが印加されると、図8の(a)に示すように、電極62cは位置X1からΔxだけ変位した位置X2に移動し、柱状突起71の先端側の配向膜2fはTFT基板1に、ここでは配向膜1hに接触している。従って、図8の(b)に示すように、電極62cによるバックゲート効果が大きく、TFT62bのバックチャネルにリーク電流が発生する。従って、TFT62bのソースの電圧Vdは、図3に示すように、リセットパルスの印加が終了した後に低下する、即ち絶対値が大きくなる。電圧Vdの低下の大きさはΔxに依存するが、ここでは押圧時に電極62cが位置X2で停止するようになっているので、常に同じ電圧値に到達する。リセット後のTFT62bのソース電圧Vdは、押圧により変化しているので、TFT62bを充分にOFF状態とした後、即ちソース電圧Vdが同じ電圧値に到達した後に、所定時間の経過後に読み出しパルスが印加されてTFT62aをON状態にすると、押圧により変化しており、センサ出力配線Vomにより取り出されたTFT62bのソース電圧Vd、即ちセンサ出力電圧Voが−14Vとなり、押圧が有ることを検出出来る。
このように、極性が負であるセンサ出力電圧Voをセンサ読み出し回路55で検出することにより、表示面への押圧の有無を検出することができる。
また、画像データの書き込み期間には、図2の構成ではソース配線Smには画像信号が供給され、ソース配線Smは画像信号に応じた任意の電圧となる。
タッチセンサ回路62の構成によれば、電極62cが押圧によってTFT基板1に電気的に接触しなくても、押圧の有無に応じた検出信号を得ることができる。押圧の検出に可動電気接点が不要となるので、強い力による押圧が不要となり、その結果、タッチセンサ回路62の内部の膜剥れを回避することができる。これにより、耐久性に優れたタッチセンサ回路となる。
また、押圧の検出に光センサを用いないので、光センサ回路のように強照度環境および低照度環境において誤動作が生じるといった問題が起こらない。また、容量方式のタッチセンサのように、温度変化や静電気などの外的要因により誤動作が生じやすい箇所がないので、S/N比の高い検出を行うことができる。
さらに、タッチセンサ回路62のリセット配線Vrstnにおいて、TFT62bのOFF時の電位は−14Vとなる。この電位の絶対値14Vは、液晶表示装置50がドット反転駆動を行う際に、センサ電源配線Vsmとしてソース配線Sm+1を転用した場合の電位+12Vの絶対値12Vよりも大きい。同様に、上記絶対値14Vは、液晶表示装置50がライン反転駆動を行う際に、センサ電源配線Vsmとしてソース配線Sm+1を転用した場合の電位+6Vの絶対値6Vよりも大きい。従って、よりS/N比の高い検出を行うことができる。
以上により、接点方式のタッチセンサに代わる、良好な特性の非接触方式のタッチセンサを備えた表示装置を実現することができる。
また、TFT62bに流れる電流を大きく設定することができるため、TFT62bおよびTFT62aの素子サイズを小さくすることができる。従って、検出信号生成用の電圧を小さくすることができるとともに、表示領域の開口率を大きくすることができる。
また、光センサ回路のように昇圧用の大きな容量が不要であるので、プロセスが簡略化されるとともに、表示領域の開口率を大きくすることができる。
また、タッチセンサ回路62によれば、電極62cが共通電極comに接続されているので、押圧により対向基板2とともに変位する電極62cを容易に構成することができる。また、電極62cを共通電極comの形成と同時に形成することができるのでプロセスが簡略化される。また、電極62cに印加する電圧としてコモン電圧Vcomを利用することができ、回路を簡素化することができる。
また、タッチセンサ回路62によれば、電極62c上に誘電体からなる柱状突起71が設けられている。これにより、TFT基板1と対向基板2との間に液晶層LCなどの介在物や介在空間が存在しても、電極62cをTFT62bのバックゲートとして機能させやすくなる。従って、押圧検出の感度を高めることができる。また、柱状突起71としては、誘電体からなるものの他に、導体からなる柱状突起、あるいは、誘電体の表面を導体が覆ってなる柱状突起も構成可能である。
また、柱状突起71の先端側は、対向基板2が押圧されていないときにTFT基板1から離間しており、対向基板2が押圧されるとTFT基板1に接触する位置まで移動可能である。従って、柱状突起71の位置が変化しない非押圧時の状態と、柱状突起71の先端側がTFT基板1に接触して停止する押圧時の状態との2通りを安定して実現することができる。従って、押圧検出の誤動作が生じにくい。
また、タッチセンサ回路62は表示領域に設けられているので、タッチセンサ回路62を表示マトリクス中に多数配置することができる。また、これにより、誤動作の少ない特性を活かして、要望の強い多点入力にも対応させることができる。
また、図2のタッチセンサ回路62では、センサ出力配線Vomにソース配線Sが用いられており、絵素PIXへのデータ書き込み期間以外に、ソース配線Sをセンサ出力配線Vomとして用いる。これにより、配線数を削減することができ、従って表示領域の開口率を高めることができる。
また、図4のタッチセンサ回路62では、センサ出力配線Vomにソース配線Sとは独立した配線が用いられている。この構成では、センサ出力配線Vomを、絵素PIXへのデータ書き込み期間であるか否かを問わずにタッチセンサ回路62の駆動に使用することができるので、自由度の高いタイミングで押圧の検出を行うことができる。
また、タッチセンサ回路62によれば、電極62cが設けられている領域の対向基板2とTFT62bが設けられている領域のTFT基板1との間に液晶層LCが配置されている。これによれば、液晶表示装置50において、絵素PIXを作成するための液晶層LCをそのままタッチセンサ回路62の領域を構成するために用いることができる。
また、タッチセンサ回路62によれば、電極62cが設けられている領域の対向基板2上とTFT62bが設けられている領域のTFT基板1上との少なくとも一方に液晶の配向膜(1h、2f)が形成されている。これによれば、絵素PIXを作成するための配向膜を、破損させることなくそのままタッチセンサ回路62の領域に用いることができる。
また、図5のタッチセンサ回路62によれば、遮光膜2bが設けられているので、タッチセンサ回路62が外光によって誤動作することを良好に防止することができ、押圧検出の安定性がより高まる。
ここで、図6に、比較のために、従来技術で説明した図21のセンサ回路102を備えた表示領域の平面図を示す。図6では、余分な光照射によるセンサ回路102の誤動作を避けるために、出力アンプ102aおよび容量102cが設けられている広い領域に亘って遮光膜BMが設けられている。
一方、図5のタッチセンサ回路62では、タッチセンサ回路62の占有する面積を小さくすることができるので、遮光膜2bにより表示領域の開口率の減少を小さくすることができる。
次に、図10に、比較のために、ソース配線Sm+1と共通化されたセンサ電源配線Vsmを用いるタッチセンサ回路62の回路図を示す。図10では、ソース配線Sm+1とセンサ電源配線Vsmとが共通化されており、TFT62bのドレインが、共通化されたセンサ電源配線Vsmに接続されている。図10のタッチセンサ回路62では、ソース配線Smと共通化されたセンサ出力配線Vomとソース配線Sm+1と共通化されたセンサ電源配線Vsmとの2本の配線を用いている。
一方、図2のタッチセンサ回路62では、ソース配線Smと共通化されたセンサ出力配線Vom1本のみを用いているので、図10の構成よりも配線や回路を簡略化出来る。
さらに、図11に、比較のために、ソース配線Sm+1とは別に設けられたセンサ電源配線Vsmを用いるタッチセンサ回路62の回路図を示す。図11では、ソース配線Sm+1とセンサ電源配線Vsmとが個別に設けられており、TFT62bのドレインが、個別に設けられたセンサ電源配線Vsmに接続されている。図10のタッチセンサ回路62では、ソース配線Smとは別に設けられたセンサ出力配線Vomと、ソース配線Sm+1とは別に設けられたセンサ電源配線Vsmとの2本の配線を用いている。
一方、図4のタッチセンサ回路62では、ソース配線Smとは別に設けられたセンサ出力配線Vom1本のみを用いているので、図11の構成よりも配線や回路を簡略化出来る。また、タッチセンサ回路62を設ける際に必要であり、ソース配線Sと平行に設けられる配線が、ソース配線Smとは別に設けられたセンサ出力配線Vom1本のみである。このため、開口率の減少を最小にできる。
〔実施例2〕
本発明の他の実施例について図12〜20に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施例2において説明すること以外の構成は、前記実施例1と同じである。また、説明の便宜上、前記実施例1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
本発明の他の実施例について図12〜20に基づいて説明すれば、以下の通りである。なお、本実施例2において説明すること以外の構成は、前記実施例1と同じである。また、説明の便宜上、前記実施例1の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。
図9に、本実施例2に係る液晶表示装置80の構成を示す。液晶表示装置80は、実施例1の液晶表示装置50において、表示パネル51の表示領域の配置されているタッチセンサ回路62が、タッチセンサ回路82に置き換わった液晶表示装置である。
図13に、表示領域の詳細な構成を示す。
図13は、表示領域のうち、第n行目の構成を抽出して記載してある。第n行目には、ゲート配線Gn、ソース配線S(図ではSm〜Sm+3が示されている)、および、保持容量配線Csnによって区画された複数の絵素PIX…と、2種類のセンサ走査信号線E(図9参照)としてのリセット配線(第1の配線)Vrstnおよび読み出し制御配線Vrdnに接続された1つ以上のタッチセンサ回路82とが配置されている。保持容量配線Csn、リセット配線Vrstn、および、読み出し制御配線Vrdnは、ゲート配線Gnと平行に設けられている。
絵素PIXは選択素子としてのTFT11、液晶容量CL、および、保持容量CSを備えている。TFT11のゲートはゲート配線Gnに、ソースはソース配線Sに、ドレインは絵素電極13に、それぞれ接続されている。液晶容量CLは、絵素電極13と共通電極comとの間に液晶層が配置されてなる容量であり、保持容量CSは、絵素電極13あるいはTFT11のドレイン電極と保持容量配線Csnとの間に絶縁膜が配置されてなる容量である。共通電極comおよび保持容量配線Csnには、それぞれに例えば一定の電圧が印加される。
タッチセンサ回路82は、1つの絵素PIXや1つの画素(例えばRGBの絵素PIX…の一組)につき1つずつなど、任意の数で設けられ、TFT62a・62b・62dおよび電極62cを備えた第1の回路を備えている。ここでは第1の回路そのものがタッチセンサ回路82を構成している。TFT(スイッチ)62aのゲート端子は読み出し制御配線Vrdnに、一方のドレイン/ソース端子はソース配線Sの1つであるソース配線Smすなわちセンサ出力配線Voに、他方のドレイン/ソース端子はTFT62bのソースに、それぞれ接続されている。また、TFT62bのゲート端子およびドレイン端子(第1のドレイン/ソース端子)はリセット配線Vrstnに、ソース端子(第2のドレイン/ソース端子)はTFT62aの上記他方のドレイン/ソース端子に、それぞれ接続されている。さらに、TFT62d(リセットトランジスタ)のゲート端子およびドレイン端子((一方のドレイン/ソース端子))はリセット配線Vrstnに、ソース端子(他方のドレイン/ソース端子)はバックチャネルリセット電極(リセット電極)81に、それぞれ接続されている。
バックチャネルリセット電極81は、TFT62bのバックチャネル側に、TFT62bから離間して設けられている。TFT62bと共にバックチャネルリセット電極81を挟む電極(第1の電極)62cは、TFT62bのバックゲート電極として機能する。電極62cは共通電極comに接続されている。後述の説明から理解できるように、TFT62bには電界効果トランジスタの一般的な効果を使用している。但し、リーク電流はTFTで特に顕著である。
また、タッチセンサ回路82は、上記以外の素子をさらに備えていてもよい。
図13の構成のタッチセンサ回路82は、絵素PIXへデータ信号を書き込む期間以外の期間、例えば水平帰線期間を利用して、対向基板の押圧の有無に応じた電極62cの変位Δxの有無により、TFT62bをON状態とするかOFF状態とするかを制御して、TFT62aからセンサ出力配線Vomへセンサ出力信号Voを出力する。そして、センサ読み出し回路55により、センサ出力配線Vomを介して取り出したセンサ出力信号Voから、表示面への押圧の有無を検出する。
また、タッチセンサ回路82は、図14に示すような構成とすることもできる。
図14では、センサ出力配線Vomは、それぞれソース配線Sとは独立した配線として設けられている。TFT62aの第1のドレイン/ソース端子はセンサ出力配線Vomに接続されており、TFT62bの第1のドレイン/ソース端子はリセット配線Vrstnに接続されている。
次に、図13のタッチセンサ回路82の平面図を図15に、図15のA−A’線断面図を図12にそれぞれ示す。
図15に示すように、絵素PIXにおいて、TFT11のゲート11gはゲート配線Gnに、ソース11sはソース配線S(Sm、Sm+1、Sm+2)に、ドレイン11dは保持容量配線Csnの上方に設けられたコンタクトホール11hを介して絵素電極13に接続されているとともに、保持容量配線Csnとの間で保持容量CSを形成している。
また、タッチセンサ回路82において、TFT62aのゲート端子は読み出し制御配線Vrdnに、一方のドレイン/ソース端子62asはセンサ出力配線Vomに、他方のドレイン/ソース端子62adはTFT62bのソース端子62bsに、それぞれ接続されている。TFT62bのゲート端子62bgおよびドレイン端子62bdはリセット配線Vrstnにそれぞれ接続されている。TFT62dのゲート端子62dgおよびドレイン端子62ddはリセット配線Vrstnにそれぞれ接続されている。TFT62dのソース端子62dsは、図12に示すバックチャネルリセット電極81に接続されている。
また、TFT62bの上方には、柱状突起71が設けられており、この柱状突起71は電極62c上に形成されている。また、TFT62a・62b・62dが設けられている領域には、表示面側からの照射光を遮光する遮光膜(ブラックマトリクス)2bが設けられている。
図12に示すように、タッチセンサ回路82が形成されている領域の断面構造は、絵素PIXの領域と同様に、TFT基板1と対向基板2との間に液晶層LCが配置された構成となっている。液晶層LCでは、液晶分子83が、後述する液晶の配向膜1h・2fに沿って並んでいる。
TFT基板(第2の基板)1は、絶縁性基板1a、ゲートメタル1b、ゲート絶縁膜1c、Siのi層1d、Siのn+層1e、ソースメタル1f、パッシベーション膜1g、バックチャネルリセット電極81、および、液晶の配向膜1hが順に積層された構成である。読み出し制御配線Vrdnおよびリセット配線Vrstnは、ゲート配線Gnおよび保持容量配線Csnと同様に、ゲートメタル1bにより形成されている。ソース配線Sm(センサ出力配線Vom)およびソース配線Sm+1は、ソースメタル1fにより形成されている。TFT62bのドレイン端子62bdに対応するn+層1eと、TFT62dのドレイン端子62ddに対応するn+層1eとは、ソースメタル1fによりリセット配線Vrstnに接続されている。配向膜1hは例えばポリイミドにより形成されている。
対向基板(第1の基板)2は、絶縁性基板2a、遮光膜2bおよびカラーフィルタ2c、透明電極2d、柱状突起71、および、液晶の配向膜2fが順に積層された構成である。透明電極2dは共通電極comを構成しており、電極62cはここでは共通電極comそのもので構成されているので共通電極comと区別されないが、このことも含めて一般に、電極62cは共通電極comに接続されている状態にある。
柱状突起71は誘電体からなり、共通電極2d上に、対向基板2のTFT62bのバックチャネル側からTFT基板1のほうへ向って突出するように設けられている。柱状突起71の先端側にある配向膜2fは、対向基板2がユーザの指などで押圧されていないときにTFT基板1から離間しており、対向基板2がユーザの指などで押圧されるとTFT基板1に接触する位置まで移動可能である。この押圧時の対向基板2の変位が図13および図14におけるΔxである。対向基板2は非押圧時に位置X1にあり、押圧時に位置X2まで移動して停止する。
次に、図16〜18を用いて、タッチセンサ回路82の動作について説明する。図17及び図18は、タッチセンサ回路82の動作の説明図である。
図16の波形図に示すように、各行のタッチセンサ回路82は、1垂直期間(1V)ごとに、リセット配線VrstnにHigh−4V、Low−14Vの正のリセットパルスが印加され、読み出し制御配線VrdnにHigh+15V、Low−14Vの正の読み出しパルスが印加されることによって駆動される。読み出しパルスはリセットパルスの印加が終了してから所定時間経過後に印加される。リセットパルスの印加開始から読み出しパルスの印加の終了までは、例えば、各センサ出力配線Vomが1画面上の対応する1つの押圧領域の検出に用いられるならば、各行を走査することなく一斉に1垂直期間の帰線期間に行われればよい。また、リセットパルスの印加開始から読み出しパルスの印加の終了までは、例えば、各行を走査して各水平期間の画像信号書き込み期間外に行ってもよい。この場合には、1画面上の対応する複数の押圧領域の検出に用いられるセンサ出力配線Vomが存在する場合に、各押圧領域に対する押圧の検出が可能となる。あるいは、1垂直期間の帰線期間ごとに、一行ずつ走査して、ある程度の時間幅の中で1つ以上の押圧領域の押圧を検出するようにしてもよい。
TFT62bのバックチャネルは数千オングストロームの膜厚を有するSiNxなどのパッシベーション膜で覆われているが、電極62cに印加される電圧によるバックゲート効果により、当該バックチャネルにはリーク電流を流すことが可能である。リーク電流の大きさ、すなわちバックゲート効果の大きさは、ここでは電極62cとバックチャネルリセット電極81との距離によって制御される。
対向基板2の表示面への押圧が無い状態では、リセット配線Vrstnにリセットパルスが印加されても、図17の(a)に示すように、電極62cは位置X1にあり、柱状突起71の先端側の配向膜2fはTFT基板1から、ここでは配向膜1hから離間している。従って、図17の(b)に示すように、電極62cによるバックゲート効果は小さく、TFT62bをOFF状態としてもバックチャネルにリーク電流は発生しない。これにより、TFT62bは充分にOFF状態となる。従って、バックチャネルリセット電極81のバックチャネルリセット電圧Vbcmは、図16に示すように、リセットパルスの印加が終了した後も初期値である−4Vのままとなる。押圧が無いので、リセット配線VrstnのリセットパルスをTFT62bのゲート端子に印加してTFT62bをONするリセットを行うとともに、リセット配線VrstnのリセットパルスをTFT62dのゲート端子に印加してTFT62dをONするリセットを行った後のTFT62bのソース電圧Vdは、リセット前のTFT62bのソース電圧Vdから変化していない。よって、リセットパルスの印加が終了した後に読み出しパルスが印加されてTFT62aをON状態にすると、リセット前から変化がなく、センサ出力配線Vomにより取り出されたTFT62bのソース電圧Vd、即ちセンサ出力電圧Voが−4Vとなり、押圧が無いことを検出出来る。
一方、対向基板2の表示面への押圧が有る状態では、リセット配線Vrstnにリセットパルスが印加されると、図18の(a)に示すように、電極62cは位置X1からΔxだけ変位した位置X2に移動し、柱状突起71の先端側の配向膜2fはTFT基板1に、ここでは配向膜1hに接触している。従って、図18の(b)に示すように、電極62cによるバックゲート効果が大きく、TFT62bのバックチャネルにリーク電流が発生する。従って、バックチャネルリセット電極81のバックチャネルリセット電圧Vbcmは、図16に示すように、リセットパルスの印加が終了した後に上昇し、TFT62bのソースの電圧Vdは、図16に示すように、リセットパルスの印加が終了した後に低下する、即ち絶対値が大きくなる。バックチャネルリセット電圧Vbcmの上昇の大きさと電圧Vdの低下の大きさとはΔxに依存するが、ここでは押圧時に電極62cが位置X2で停止するようになっているので、常に同じ電圧値に到達する。リセット後のTFT62bのソース電圧Vdは、押圧により変化しているので、TFT62bを充分にOFF状態とした後、即ちソース電圧Vdが同じ電圧値に到達した後に、所定時間の経過後に読み出しパルスが印加されてTFT62aをON状態にすると、押圧により変化しており、センサ出力配線Vomにより取り出されたTFT62bのソース電圧Vd、即ちセンサ出力電圧Voが−14Vとなり、押圧が有ることを検出出来る。
これにより、極性が負であるセンサ出力電圧Voをセンサ読み出し回路55で検出することにより、表示面への押圧の有無を検出することができる。
また、画像データの書き込み期間には、図13の構成ではソース配線Smには画像信号が供給され、ソース配線Smは画像信号に応じた任意の電圧となる。
タッチセンサ回路82の構成によれば、電極62cが押圧によってTFT基板1に電気的に接触しなくても、押圧の有無に応じた検出信号を得ることができる。押圧の検出に可動電気接点が不要となるので、強い力による押圧が不要となり、その結果、タッチセンサ回路82の内部の膜剥れを回避することができる。これにより、耐久性に優れたタッチセンサ回路となる。
また、バックチャネルリセット電極81が無い、実施例1のタッチセンサ回路62では、押圧検出時に柱状突起71がバックチャネル部に接触する際に、Vcom電位が配向膜1hとパシベーション膜1gを挟んで、TFT62bのバックゲートに印加され、バックチャネル部にリーク電流を発生させているが、Vcom電位が長時間もしくは継続的に印加が続けられると配向膜1hの材料自体の分極、もしくは液晶材料中や配向膜中の不純物イオンが、配向膜1hやパシベーション膜1gに吸着することでTFT62bのバックゲートがチャージアップし常時ON状態になってしまうことがあり、タッチセンサ回路の誤動作の原因となっていた。
これに対して、タッチセンサ回路82は、TFT62dのソースに接続されたバックチャネルリセット電極81を備えている。タッチセンサ回路82では、TFT62bのソースの電圧Vdをリセットする際に、バックチャネルリセット電圧Vbcm、即ちバックチャネルリセット電極81の電圧(TFT62dのソースの電圧)も同時にOFF電位でリセットする。これにより、TFT62bのバックチャネル部の電位を一定の間隔(例えば1H周期)でOFF電位にすることで、配向膜1hやパッシベーション膜1gにおける電荷のチャージアップをリセットして、タッチセンサ回路82の誤動作を防止出来る。
バックチャネルリセット電圧Vbcmのリセットは、TFT62dにより行う。TFT62dのゲート,ドレインと、TFT62bのゲート,ドレインとを、共通のリセット配線Vrstnに接続することにより、配線領域を削減した上でTFT62d・62bのソース電極の電位を制御するとより好ましい。
さらに、押圧の検出に光センサを用いないので、光センサ回路のように強照度環境および低照度環境において誤動作が生じるといった問題が起こらない。また、容量方式のタッチセンサのように、温度変化や静電気などの外的要因により誤動作が生じやすい箇所がないので、S/N比の高い検出を行うことができる。
さらに、タッチセンサ回路82のリセット配線Vrstnにおいて、TFT62bのOFF時の電位は−14Vとなる。この電位の絶対値14Vは、液晶表示装置80がドット反転駆動を行う際に、センサ電源配線Vsmとしてソース配線Sm+1を転用した場合の電位+12Vの絶対値12Vよりも大きい。同様に、上記絶対値14Vは、液晶表示装置80がライン反転駆動を行う際に、センサ電源配線Vsmとしてソース配線Sm+1を転用した場合の電位+6Vの絶対値6Vよりも大きい。従って、よりS/N比の高い検出を行うことができる。
以上により、接点方式のタッチセンサに代わる、良好な特性の非接触方式のタッチセンサを備えた表示装置を実現することができる。
また、TFT62bに流れる電流を大きく設定することができるため、TFT62bおよびTFT62aの素子サイズを小さくすることができる。従って、検出信号生成用の電圧を小さくすることができるとともに、表示領域の開口率を大きくすることができる。
また、光センサ回路のように昇圧用の大きな容量が不要であるので、プロセスが簡略化されるとともに、表示領域の開口率を大きくすることができる。
また、タッチセンサ回路82によれば、電極62cが共通電極comに接続されているので、押圧により対向基板2とともに変位する電極62cを容易に構成することができる。また、電極62cを共通電極comの形成と同時に形成することができるのでプロセスが簡略化される。また、電極62cに印加する電圧としてコモン電圧Vcomを利用することができ、回路を簡素化することができる。
また、タッチセンサ回路82によれば、電極62c上に誘電体からなる柱状突起71が設けられている。これにより、TFT基板1と対向基板2との間に液晶層LCなどの介在物や介在空間が存在しても、電極62cをTFT62bのバックゲートとして機能させやすくなる。従って、押圧検出の感度を高めることができる。また、柱状突起71としては、誘電体からなるものの他に、導体からなる柱状突起、あるいは、誘電体の表面を導体が覆ってなる柱状突起も構成可能である。
また、柱状突起71の先端側は、対向基板2が押圧されていないときにTFT基板1から離間しており、対向基板2が押圧されるとTFT基板1に接触する位置まで移動可能である。従って、柱状突起71の位置が変化しない非押圧時の状態と、柱状突起71の先端側がTFT基板1に接触して停止する押圧時の状態との2通りを安定して実現することができる。従って、押圧検出の誤動作が生じにくい。
また、タッチセンサ回路82は表示領域に設けられているので、タッチセンサ回路82を表示マトリクス中に多数配置することができる。また、これにより、誤動作の少ない特性を活かして、要望の強い多点入力にも対応させることができる。
また、図13のタッチセンサ回路82では、センサ出力配線Vomにソース配線Sが用いられており、絵素PIXへのデータ書き込み期間以外に、ソース配線Sをセンサ出力配線Vomとして用いる。これにより、配線数を削減することができ、従って表示領域の開口率を高めることができる。
また、図14のタッチセンサ回路82では、センサ出力配線Vomにソース配線Sとは独立した配線が用いられている。この構成では、センサ出力配線Vomを、絵素PIXへのデータ書き込み期間であるか否かを問わずにタッチセンサ回路82の駆動に使用することができるので、自由度の高いタイミングで押圧の検出を行うことができる。
また、タッチセンサ回路82によれば、電極62cが設けられている領域の対向基板2とTFT62bが設けられている領域のTFT基板1との間に液晶層LCが配置されている。これによれば、液晶表示装置80において、絵素PIXを作成するための液晶層LCをそのままタッチセンサ回路82の領域を構成するために用いることができる。
また、タッチセンサ回路82によれば、電極62cが設けられている領域の対向基板2上とTFT62bが設けられている領域のTFT基板1上との少なくとも一方に液晶の配向膜(1h、2f)が形成されている。これによれば、絵素PIXを作成するための配向膜を、破損させることなくそのままタッチセンサ回路82の領域に用いることができる。
また、図15のタッチセンサ回路82によれば、遮光膜2bが設けられているので、タッチセンサ回路82が外光によって誤動作することを良好に防止することができ、押圧検出の安定性がより高まる。
ここで、図6に、比較のために、従来技術で説明した図21のセンサ回路102を備えた表示領域の平面図を示す。図6では、余分な光照射によるセンサ回路102の誤動作を避けるために、出力アンプ102aおよび容量102cが設けられている広い領域に亘って遮光膜BMが設けられている。
一方、図15のタッチセンサ回路82では、タッチセンサ回路82の占有する面積を小さくすることができるので、遮光膜2bにより表示領域の開口率の減少を小さくすることができる。
次に、図19に、比較のために、ソース配線Sm+1と共通化されたセンサ電源配線Vsmを用いるタッチセンサ回路82の回路図を示す。図19では、ソース配線Sm+1とセンサ電源配線Vsmとが共通化されており、TFT62bのドレインが、共通化されたセンサ電源配線Vsmに接続されている。図19のタッチセンサ回路82では、ソース配線Smと共通化されたセンサ出力配線Vomとソース配線Sm+1と共通化されたセンサ電源配線Vsmとの2本の配線を用いている。
一方、図13のタッチセンサ回路82では、ソース配線Smと共通化されたセンサ出力配線Vom1本のみを用いているので、図19の構成よりも配線や回路を簡略化出来る。
さらに、図20に、比較のために、ソース配線Sm+1とは別に設けられたセンサ電源配線Vsmを用いるタッチセンサ回路82の回路図を示す。図20では、ソース配線Sm+1とセンサ電源配線Vsmとが個別に設けられており、TFT62bのドレインが、個別に設けられたセンサ電源配線Vsmに接続されている。図20のタッチセンサ回路82では、ソース配線Smとは別に設けられたセンサ出力配線Vomと、ソース配線Sm+1とは別に設けられたセンサ電源配線Vsmとの2本の配線を用いている。
一方、図14のタッチセンサ回路82では、ソース配線Smとは別に設けられたセンサ出力配線Vom1本のみを用いているので、図20の構成よりも配線や回路を簡略化出来る。また、タッチセンサ回路82を設ける際に必要であり、ソース配線Sと平行に設けられる配線が、ソース配線Smとは別に設けられたセンサ出力配線Vom1本のみである。このため、開口率の減少を最小にできる。
〔実施形態の総括〕
本実施形態に係る液晶表示装置80では、タッチセンサ回路82は、バックチャネルリセット電極81と、バックチャネルリセット電極81のリセットを行うTFT62dとを有し、バックチャネルリセット電極81及びTFT62dは、TFT基板1に形成され、TFT62dの、ゲート端子62dgとドレイン端子62ddとが、リセット配線Vrstnに接続され、TFT62dのソース端子62dsが、バックチャネルリセット電極81に接続され、バックチャネルリセット電極81は、TFT62bと電極62cとの間に配置されており、バックチャネルリセット電極81のリセットは、リセット配線Vrstnの電圧VrstをTFT62dのゲート端子dgに印加してTFT62dをONすることである。
本実施形態に係る液晶表示装置80では、タッチセンサ回路82は、バックチャネルリセット電極81と、バックチャネルリセット電極81のリセットを行うTFT62dとを有し、バックチャネルリセット電極81及びTFT62dは、TFT基板1に形成され、TFT62dの、ゲート端子62dgとドレイン端子62ddとが、リセット配線Vrstnに接続され、TFT62dのソース端子62dsが、バックチャネルリセット電極81に接続され、バックチャネルリセット電極81は、TFT62bと電極62cとの間に配置されており、バックチャネルリセット電極81のリセットは、リセット配線Vrstnの電圧VrstをTFT62dのゲート端子dgに印加してTFT62dをONすることである。
上記の構成によれば、TFT62bの、ゲート端子62bgおよびドレイン端子62bd、並びにTFT62dの、ゲート端子62dgおよびドレイン端子62ddは、リセット配線Vrstnに接続されている。
これにより、TFT62bのソースの電圧とバックチャネルリセット電極81の電圧とが等しくなる。よって、TFT62bとバックチャネルリセット電極81との間に絶縁膜が配置されても、該絶縁膜において電荷のチャージアップが発生しない。従って、該チャージアップによるタッチセンサ回路82の誤動作を防止出来る。
本実施形態に係る液晶表示装置50,80では、リセット配線Vrstnは、絵素PIXの行単位で設けられており、電圧Vrstが順次印加される。
上記の構成によれば、行単位で設けられた複数の絵素PIXそれぞれに設けられたタッチセンサ回路62,82を同時に駆動できるので、同一の行における複数の表示領域に同時に行われた押圧の検出を行うことができるという効果を奏する。
本実施形態に係る液晶表示装置50,80では、電極62c上に、対向基板2のTFT62bのバックチャネル側からTFT基板1のほうへ向って突出するように設けられた、誘電体からなる、あるいは、導体からなる、あるいは、誘電体の表面を導体が覆ってなる柱状突起71が、対向基板2が押圧されない状態で対向基板2がTFT基板1に接触しないように形成されている。
上記の構成によれば、誘電体からなる、あるいは、導体からなる、あるいは、誘電体の表面を導体が覆ってなる柱状突起71が設けられているので、対向基板2とTFT基板1との間に介在物や介在空間が存在しても、電極62cをTFT62bのバックゲートとして機能させやすくなる。従って、押圧検出の感度を高めることができるという効果を奏する。
本実施形態に係る液晶表示装置50,80では、柱状突起71の先端側は、対向基板2が押圧されていないときにTFT基板1から離間しており、対向基板2が押圧されるとTFT基板1に接触する位置まで移動可能である。
上記の構成によれば、誘電体からなる、あるいは、導体からなる、あるいは、誘電体の表面を導体が覆ってなる柱状突起71が設けられているので、柱状突起71の位置が変化しない非押圧時の状態と、柱状突起71の先端側がTFT基板1に接触して停止する押圧時の状態との2通りを安定して実現することができる。従って、押圧検出の誤動作が生じにくいという効果を奏する。
本実施形態に係る液晶表示装置50,80では、タッチセンサ回路62,82は表示領域に設けられている。
上記の構成によれば、タッチセンサ回路62,82を表示マトリクス中に多数配置することができるという効果を奏する。また、これにより、誤動作の少ない特性を活かして多点入力にも対応させることができるという効果を奏する。
本実施形態に係る液晶表示装置50では、センサ出力配線Vomにデータ信号線Smが用いられている。
上記の構成によれば、絵素PIXへのデータ書き込み期間以外に、データ信号線Smをセンサ出力配線Vomとして用いるので、配線数を削減することができ、従って表示領域の開口率を高めることができるという効果を奏する。
本実施形態に係る液晶表示装置80では、センサ出力配線Vomに、データ信号線Smとは独立した配線が用いられている。
上記の構成によれば、センサ出力配線Vomを、絵素PIXへのデータ書き込み期間であるか否かを問わずにタッチセンサ回路82の駆動に使用することができるので、自由度の高いタイミングで押圧の検出を行うことができるという効果を奏する。
本実施形態に係る液晶表示装置50,80では、電極62cが設けられている領域の対向基板2とTFT62bが設けられている領域のTFT基板1との間に液晶層LCが配置されている。
上記の構成によれば、液晶表示装置50,80において、絵素PIXを作成するための液晶層LCをそのままタッチセンサ回路62,82の領域を構成するために用いることができるという効果を奏する。
本実施形態に係る液晶表示装置50,80では、電極62cが設けられている領域の対向基板2上とTFT62bが設けられている領域のTFT基板1上との少なくとも一方に液晶の配向膜1h,2fが形成されている。
上記の構成によれば、絵素PIXを作成するための配向膜1h,2fを、破損させることなくそのままタッチセンサ回路62,82の領域に用いることができるという効果を奏する。
本実施形態に係る液晶表示装置50,80では、TFT62bに対する遮光膜2bが設けられている。
上記の構成によれば、遮光膜2bが設けられているので、タッチセンサ回路62,82が外光によって誤動作することを良好に防止することができ、押圧検出の安定性がより高まるという効果を奏する。また、タッチセンサ回路62,82の占有する面積を小さくすることができるので、遮光膜2bにより表示領域の開口率の減少を小さくすることができるという効果を奏する。
本実施形態に係る液晶表示装置50,80では、TFT62aを閉じた状態でセンサ出力配線Vomを介して取得したタッチセンサ回路62,82の出力に基づいて、リセット配線Vrstnの電圧VrstがTFT62bを介してセンサ出力配線Vomに伝達されたか否かを検出することにより、対向基板2が押圧されたか否かを検出する。
上記の構成によれば、押圧の有無を容易かつ確実に検出することができるという効果を奏する。
以上、本実施形態について説明した。
本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、各実施形態を組み合わせてもよく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。すなわち、請求項に示した範囲で適宜変更した技術的手段を組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。
本発明は、液晶表示装置を始めとする各種表示装置に好適に使用することができる。
1 TFT基板(第2の基板)
2 対向基板(第1の基板)
1h 配向膜
2b 遮光膜
2f 配向膜
50、80 液晶表示装置(表示装置)
51 表示パネル
62、82 タッチセンサ回路(第1の回路)
62a TFT(スイッチ)
62b TFT(電界効果トランジスタ)
62d TFT(リセットトランジスタ)
62bg ゲート端子
62bd ドレイン端子(第1のドレイン/ソース端子)
62bs ソース端子(第2のドレイン/ソース端子)
62dg ゲート端子
62dd ドレイン端子(一方のドレイン/ソース端子)
62ds ソース端子(他方のドレイン/ソース端子)
62c 電極(第1の電極)
71 柱状突起
81 バックチャネルリセット電極(リセット電極)
com 共通電極
LC 液晶層
Vbcm バックチャネルリセット電圧
Vrstn リセット配線(第1の配線)
Vsm センサ電源配線
Vom センサ出力配線(第2の配線)
2 対向基板(第1の基板)
1h 配向膜
2b 遮光膜
2f 配向膜
50、80 液晶表示装置(表示装置)
51 表示パネル
62、82 タッチセンサ回路(第1の回路)
62a TFT(スイッチ)
62b TFT(電界効果トランジスタ)
62d TFT(リセットトランジスタ)
62bg ゲート端子
62bd ドレイン端子(第1のドレイン/ソース端子)
62bs ソース端子(第2のドレイン/ソース端子)
62dg ゲート端子
62dd ドレイン端子(一方のドレイン/ソース端子)
62ds ソース端子(他方のドレイン/ソース端子)
62c 電極(第1の電極)
71 柱状突起
81 バックチャネルリセット電極(リセット電極)
com 共通電極
LC 液晶層
Vbcm バックチャネルリセット電圧
Vrstn リセット配線(第1の配線)
Vsm センサ電源配線
Vom センサ出力配線(第2の配線)
Claims (12)
- 表示パネルの表示面を有する第1の基板と、当該第1の基板と異なる第2の基板と、を備え、さらに、第1の電極と、電界効果トランジスタと、スイッチとを有する第1の回路を備え、
上記第1の電極は、上記第1の基板に形成されるとともに共通電極に接続され、
上記電界効果トランジスタは、ゲート端子と、第1のドレイン/ソース端子と、第2のドレイン/ソース端子とを備え、上記第2の基板に形成されるとともに、上記第1の電極がバックチャネル側に離間して配置されており、
上記ゲート端子と、上記第1のドレイン/ソース端子とは、リセットを行うための電圧が印加される第1の配線に接続され、
上記スイッチは、一端が上記第2のドレイン/ソース端子に接続されているとともに、他端が上記電界効果トランジスタの出力を取り出す第2の配線に接続されており、
上記リセットは、上記第1の配線の上記電圧を上記ゲート端子に印加して上記電界効果トランジスタをONすることであり、
上記第1の電極と、上記電界効果トランジスタとの距離が近づいているとき、上記リセットがなされると、上記第2のドレイン/ソース端子の電圧が変化し、
上記スイッチは、上記リセットがなされた後にONされ、上記変化した上記第2のドレイン/ソース端子の電圧を、上記電界効果トランジスタの出力として、上記第2の配線に出力することを特徴とする表示装置。 - 上記第1の回路は、リセット電極と、該リセット電極のリセットを行うリセットトランジスタとを有し、
上記リセット電極及び上記リセットトランジスタは、上記第2の基板に形成され、
上記リセットトランジスタの、ゲート端子と一方のドレイン/ソース端子とが、上記第1の配線に接続され、
上記リセットトランジスタの他方のドレイン/ソース端子が、上記リセット電極に接続され、
上記リセット電極は、上記電界効果トランジスタと上記第1の電極との間に配置されており、
上記リセット電極のリセットは、上記第1の配線の上記電圧を上記リセットトランジスタの上記ゲート端子に印加して上記リセットトランジスタをONすることであることを特徴とする請求項1に記載の表示装置。 - 上記第1の配線は、絵素の行単位で設けられており、上記電圧が順次印加されることを特徴とする請求項1または2に記載の表示装置。
- 上記第1の電極上に、上記第1の基板の上記電界効果トランジスタのバックチャネル側から上記第2の基板のほうへ向って突出するように設けられた、誘電体からなる、あるいは、導体からなる、あるいは、誘電体の表面を導体が覆ってなる柱状突起が、上記第1の基板が押圧されない状態で上記第1の基板が上記第2の基板に接触しないように形成されていることを特徴とする請求項1から3までのいずれか1項に記載の表示装置。
- 上記柱状突起の先端側は、上記第1の基板が押圧されていないときに上記第2の基板から離間しており、上記第1の基板が押圧されると上記第2の基板に接触する位置まで移動可能であることを特徴とする請求項4に記載の表示装置。
- 上記第1の回路は表示領域に設けられていることを特徴とする請求項1から5までのいずれか1項に記載の表示装置。
- 上記第2の配線にデータ信号線が用いられていることを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の表示装置。
- 上記第2の配線に、データ信号線とは独立した配線が用いられていることを特徴とする請求項1から6までのいずれか1項に記載の表示装置。
- 上記第1の電極が設けられている領域の上記第1の基板と上記電界効果トランジスタが設けられている領域の上記第2の基板との間に液晶層が配置されていることを特徴とする請求項1から8までのいずれか1項に記載の表示装置。
- 上記第1の電極が設けられている領域の上記第1の基板上と上記電界効果トランジスタが設けられている領域の上記第2の基板上との少なくとも一方に液晶の配向膜が形成されていることを特徴とする請求項9に記載の表示装置。
- 上記電界効果トランジスタに対する遮光膜が設けられていることを特徴とする請求項1から10までのいずれか1項に記載の表示装置。
- 上記スイッチを閉じた状態で上記第2の配線を介して取得した上記第1の回路の出力に基づいて、上記第1の配線の電圧が上記電界効果トランジスタを介して上記第2の配線に伝達されたか否かを検出することにより、上記第1の基板が押圧されたか否かを検出することを特徴とする請求項1から11までのいずれか1項に記載の表示装置。
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