JP5386623B2 - Surface display device and electronic device - Google Patents
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Description
本発明は、面表示装置及び電子機器に関し、特に、表示面上に於いて指やペンの接触の有無や接触位置座標を検出することが可能なタッチセンサを備えた面表示装置及び電子機器に関する。 The present invention relates to a surface display device and an electronic device, and more particularly, to a surface display device and an electronic device provided with a touch sensor capable of detecting the presence or absence of contact of a finger or a pen and a contact position coordinate on a display surface. .
タッチセンサは、指やペンなどを用いて指し示された位置、或いは指し示す動作の有無を検出する装置であり、通常、液晶表示装置(LCD)やプラズマ表示装置(PDP)等の面表示装置と組み合わせて用いられる。タッチセンサの出力信号を計算機に入力し、計算機によって機器を制御したり、面表示装置の表示内容を制御したりすることにより、使い勝手の良いマンマシン・インターフェイスが実現される。タッチパネルは現在、ゲーム機、携帯情報端末、券売機、現金自動預け払い機(ATM)、カーナビゲーションなどにおいて実用化されている。 The touch sensor is a device that detects the position pointed by using a finger or a pen or the presence / absence of a pointing operation, and is usually a surface display device such as a liquid crystal display device (LCD) or a plasma display device (PDP). Used in combination. An easy-to-use man-machine interface is realized by inputting the output signal of the touch sensor to the computer and controlling the device by the computer or controlling the display content of the surface display device. Currently, touch panels have been put into practical use in game machines, personal digital assistants, ticket vending machines, automatic teller machines (ATMs), car navigation systems, and the like.
タッチセンサの方式として、アナログ容量結合方式、抵抗膜方式、赤外線方式、超音波方式、電磁誘導方式が知られている。このうちアナログ容量結合方式は、更にprojected capacitive型とsurface capacitive型とに分類される。surface capacitive型のタッチセンサは、透明基板とその上に形成された、均一な透明導電膜とその上に形成された薄い絶縁膜とで構成される。駆動する際は、この透明導電膜の4隅から交流電圧を印加する。指でタッチセンサを触れると、タッチ面表面と指とによって形成される容量によって、指に微小電流が流れる。この電流はそれぞれの隅からタッチした点へ流れる。コントローラがそれぞれの電流の比を求め、タッチ位置の座標を計算する。surface capacitive型のタッチセンサに関する技術については、特許文献1に基本装置が開示されており、これに関連する公知例が特許文献2に開示されている。また、アナログ容量結合方式の最新技術動向が非特許文献1に開示されている。
As a touch sensor system, an analog capacitive coupling system, a resistive film system, an infrared system, an ultrasonic system, and an electromagnetic induction system are known. Among these, the analog capacitive coupling method is further classified into a projected capacitive type and a surface capacitive type. A surface capacitive touch sensor is composed of a transparent substrate, a uniform transparent conductive film formed thereon, and a thin insulating film formed thereon. When driving, an alternating voltage is applied from the four corners of the transparent conductive film. When the touch sensor is touched with a finger, a minute current flows through the finger due to the capacitance formed by the surface of the touch surface and the finger. This current flows from each corner to the touched point. The controller obtains the ratio of each current and calculates the coordinates of the touch position. As for the technology related to the surface capacitive type touch sensor,
かつて、アナログ容量結合方式のタッチセンサでは、透明基板に形成されたsurface capacitive型のタッチセンサと、面表示装置とを重ね合わせて使用していた。しかしながら、このような構成では、表示面上にタッチセンサが存在することにより、装置自体の厚みが増す、コストがかかる、表示品位が損なわれるといった課題があった。そこで、これらの課題を解決する技術が特許文献3、4に開示されている。
In the past, analog capacitive coupling type touch sensors used a surface capacitive touch sensor formed on a transparent substrate and a surface display device in an overlapping manner. However, in such a configuration, the presence of the touch sensor on the display surface has a problem that the thickness of the device itself increases, costs increase, and display quality is impaired. Thus, techniques for solving these problems are disclosed in
特許文献3では、液晶に電圧を印加する共通電極の四隅に電流検出器を取り付け、四隅に流れる電流に基づき接触部の位置座標を計算する装置が開示されている。特許文献4では、透明対向電極に対して表示用の電圧または電流を供給する液晶表示回路と、透明対向電極の複数の箇所から流れる電流を検出する位置検出回路と、これら回路のいずれか一方を透明共通電極と電気的に導通させるスイッチング回路とを備えた装置が開示されている。両文献によると、共通電極、あるいは透明対向電極が、surface capacitive型の透明導電膜の役割を果たすとされ、surface capacitive型のタッチセンサを表示装置に別途付加する必要がないため、装置自体の厚みが増す、コストがかかる、表示品位が損なわれるといった課題が解決されるとされている。
しかし、前述の特許文献3、4で開示された表示装置にはいくつかの問題点がある。
However, the display devices disclosed in
第1の問題点は、指し示された位置、或いは指し示す動作の有無に関する信号量が小さいことである。本願発明者は、実験により非特許文献1の構成と比較して特許文献3、4で開示される構成では信号量が小さくなることを見出した。人体には明確な接地点(グランド)が存在しないため、指の容量(インピーダンス)を計算で求めることは困難であり、そのため実験が重要であった。非特許文献1の構成や特許文献3、4で開示される構成における信号量の指標、すなわち指とタッチセンサとで形成されるインピーダンス値の実験結果は後述する。
The first problem is that the signal amount related to the indicated position or presence / absence of the pointing operation is small. The inventor of the present application has found through experiments that the signal amount is smaller in the configurations disclosed in
第2の問題点は、指し示された位置、或いは指し示す動作の有無に関わらない信号(これを無効信号と呼ぶ)、すなわちノイズが大きいことである。指し示された位置、或いは指し示す動作の有無に関わる信号(これを有効信号と呼ぶ)は、前述のとおりタッチ面表面と指とによって形成される容量によって、指に流れる電流である。surface capacitive型タッチセンサの透明導電膜にはこの有効信号に加えて、指以外の容量を介した電流が流れる。特許文献3、4の構成の場合、透明導電膜には通常数ミクロンの液晶層を挟んで、画素アレイ回路が対向する形で存在し、大きな容量を形成する。本願発明者は、この容量を実測することで、この容量が、タッチ面表面と指とによって形成される容量に対し極めて大きいことを見出した。
A second problem is that a signal (this is referred to as an invalid signal) that is not related to the indicated position or the presence or absence of the indicated operation, that is, noise is large. A signal related to the indicated position or presence / absence of the pointing operation (referred to as an effective signal) is a current flowing through the finger due to the capacitance formed by the surface of the touch surface and the finger as described above. In addition to this effective signal, a current through a capacitor other than the finger flows in the transparent conductive film of the surface capacitive touch sensor. In the case of the configurations of
これら第1の問題点と第2の問題点から、特許文献3、4で開示された表示装置における位置、或いは指し示す動作の有無に関する信号のSN比が非常に低いことが導かれた。この結果、位置の座標の検出ができなかったり、信号処理回路が高コストになるといった課題が新たに見出された。
From these first and second problems, it was derived that the signal-to-noise ratio of the signal relating to the position in the display device disclosed in
第3の問題点は画素スイッチがオフを維持することができず、リーク電流が生じ、表示性能を劣化させることである。特許文献4によると、位置検出期間は、対向導電膜に2〜3ボルトの交流電圧を印加するとされている。このとき、画素電極はハイインピーダンスであり、かつ対向電極と強い容量結合をしているので画素電極も同様に2〜3ボルトの範囲で変動する。そのため、画素スイッチである薄膜トランジスタ(TFT)のゲート・ソース間電圧(Vgs)が変動し、該スイッチが間欠的にオン状態となる場合がある。本願発明者はこの問題点を見出した。
The third problem is that the pixel switch cannot be kept off, leak current is generated, and display performance is deteriorated. According to
本発明の第1の課題は、表示特性の劣化を招かず、軽量、小型、薄型化に適したタッチセンサ一体型の面表示装置を提供することにある。 SUMMARY OF THE INVENTION A first object of the present invention is to provide a touch sensor integrated surface display device suitable for reduction in weight, size and thickness without deteriorating display characteristics.
本発明の第2の課題は、該面表示装置を低コストで提供することにある。 The second object of the present invention is to provide the surface display device at a low cost.
本発明の第3の課題は、資源を節約することにある。 The third object of the present invention is to save resources.
本発明の一視点においては、電気光学的応答をする表示素子要素に電気信号を与えるための電極が形成された表示装置基板を含み構成される面表示装置であって、前記表示装置基板は、基板上に前記表示素子要素に電気信号を与えるための電極として複数の走査線と、複数の信号線とが形成され、更に前記走査線と前記信号線との交点付近に形成された画素電極と、該画素電極と前記信号線との電気的接続をオンオフするスイッチ素子と、が形成され、前記画素電極の配列により形成される表示領域を有し、前記表示領域に対応する面にインピーダンス面を有し、更に該インピーダンス面に流れる電流を検出する電流検出回路を有し、該電流検出回路によって検出された、前記インピーダンス面と指示体とで形成される静電容量に対応した電流に基づき前記指示体の有無又は位置座標を検出する機能を有し、前記電流検出回路が電流を検出する期間、前記走査線及び前記信号線が前記表示領域外部に存在する如何なる電圧源に対してもハイインピーダンスとされ、前記電流検出回路が電流を検出する期間とは、垂直ブランキング期間を利用したものである、ことを特徴とする。 In one aspect of the present invention, there is provided a surface display device including a display device substrate on which an electrode for applying an electric signal to a display element element that has an electro-optical response is formed, and the display device substrate includes : A plurality of scanning lines and a plurality of signal lines are formed on the substrate as electrodes for applying an electric signal to the display element element, and further, a pixel electrode formed in the vicinity of an intersection of the scanning lines and the signal lines; A switch element for turning on and off the electrical connection between the pixel electrode and the signal line, and a display region formed by the arrangement of the pixel electrode, and an impedance surface on a surface corresponding to the display region It has, further comprising a current detection circuit for detecting a current flowing through the impedance surface, detected by said current detecting circuit, corresponding to the capacitance formed by the impedance plane and pointer and electrostatic It has a function of detecting the presence or absence or position coordinates of the pointer based on a period during which the current detection circuit detects the current, with respect to any voltage source, wherein the scanning lines and the signal lines are present in the display area outside Also, the period in which the current detection circuit detects the current is a period in which a vertical blanking period is used .
本発明によれば、電流検出回路が電流を検出する期間、表示素子要素に電気信号を与えるための配線ないし電極のうち表示領域の外部から内部にかけて配される配線ないし電極の少なくとも1つをハイインピーダンスとすることで、位置検出信号のS/Nが飛躍的に向上する。また、位置検出信号のS/Nが飛躍的に向上することで、信号処理回路のコストを下げることができる。また、表示装置基板におけるスイッチング素子のオフが保持され、表示特性の劣化がなくなる。 According to the present invention, during the period in which the current detection circuit detects a current, at least one of the wirings or electrodes arranged from the outside to the inside of the display region among the wirings or electrodes for supplying an electric signal to the display element element is high. By using impedance, the S / N of the position detection signal is dramatically improved. Further, since the S / N of the position detection signal is dramatically improved, the cost of the signal processing circuit can be reduced. Further, the switching element in the display device substrate is kept off, and display characteristics are not deteriorated.
また、本発明によれば、インピーダンス面がsurface capacitive型タッチセンサの透明導電膜の役割を果たすので、surface capacitive型のタッチセンサを表示装置に別途付加する必要がなく、装置の厚みが薄くすることができ、かつ、資源を節約することができる。 Further, according to the present invention, since the impedance surface serves as a transparent conductive film of the surface capacitive touch sensor, it is not necessary to separately add a surface capacitive touch sensor to the display device, and the thickness of the device can be reduced. And resources can be saved.
本発明の該面表示装置において、前記走査線ならびに前記信号線上に配されたスイッチを備える。 The surface display device of the present invention includes a switch disposed on the scanning line and the signal line .
本発明の該面表示装置において、前記スイッチのスイッチングを制御する制御回路を備え、該制御回路は、前記電流検出回路が電流を検出する期間に、前記走査線ならびに前記信号線をハイインピーダンスに制御する。 In the flat-panel display device of the present invention, a control circuit for controlling the switching of the switch, the control circuit, during a period in which the current detection circuit detects the current, controls the scanning lines and said signal lines in a high impedance To do.
本発明の該面表示装置において、前記電流検出回路が電流を検出する期間、前記走査線を駆動する第1の駆動回路、及び前記信号線を駆動する第2の駆動回路の出力がハイインピーダンス状態となる。 In the flat-panel display device of the present invention, the period of the current detection circuit detects the current, the output is high impedance state of the second driving circuit for driving the first driving circuit, and the signal line for driving the scanning lines It becomes.
本発明の該面表示装置において、前記表示装置基板は、一端が前記スイッチ素子及び前記画素電極に接続された容量と、該容量の他端と接続されるとともに前記表示領域の外部まで延在する前記表示素子要素に電気信号を与えるための電極としての容量線と、該容量線上に配されたスイッチを備え、前記電流検出回路が電流を検出する期間に、前記容量線上に配された前記スイッチのスイッチングを制御することにより、前記容量線をハイインピーダンスに制御する。 In the flat-panel display device of the present invention, the display device substrate extends to the outside of the display region is connected with capacitor having one end connected to said switching element and said pixel electrode, and the other end of the capacitive and the capacitor line as an electrode for providing electrical signals to the display device element, a switch arranged on the capacitive line, the period in which the current detecting circuit detects current, the disposed on the capacitive line by controlling the switching of the switch, for controlling the capacitance line to the high impedance.
本発明の該面表示装置において、前記表示装置基板は、一端が前記スイッチ素子及び前記画素電極に接続された容量を有し、該容量の他端は前記走査線に接続され、前記電流検出回路が電流を検出する期間に、前記走査線上に配されたスイッチのスイッチングを制御することにより、前記走査線をハイインピーダンスに制御する。 In the surface display device of the present invention, the display device substrate has a capacitor having one end connected to the switch element and the pixel electrode, and the other end of the capacitor is connected to the scanning line, and the current detection circuit During the period in which the current is detected, the scanning line is controlled to have a high impedance by controlling the switching of the switch arranged on the scanning line .
本発明の該面表示装置において、前記インピーダンス面は、前記表示素子要素を介して前記表示装置基板と対向する対向基板に形成されている。 In the flat-panel display device of the present invention, the impedance surface is formed on the counter substrate facing the display device substrate via the display device element.
本発明の該面表示装置において、前記表示素子要素は、液晶、電気泳動体、帯電粒子、エレクトロクロミック材料、エレクトロルミネセンス材料、ガス、半導体、及び蛍光体のいずれか1つである。 In the flat-panel display device of the present invention, the display device element, a liquid crystal, an electrophoretic element, charged particles, electrochromic materials, electroluminescent materials, gas, semiconductor, and is any one of the phosphor.
本発明の該面表示装置において、前記表示素子要素は、液晶を主成分とするものであり、前記インピーダンス面は、透明導電膜よりなる。 In the flat-panel display device of the present invention, the display device element is mainly composed of liquid crystal, the impedance surface is made of a transparent conductive film.
本発明の該面表示装置において、前記電流検出回路は、前記インピーダンス面に交流電圧を印加するとともに、該交流電圧を印加することで前記インピーダンス面に流れる電流を検出する。 In the flat-panel display device of the present invention, the current detection circuit is configured to apply an AC voltage to the impedance plane, for detecting a current flowing through the impedance surface by applying an alternating current voltage.
本発明の該面表示装置において、前記電流検出回路は、前記インピーダンス面の複数の箇所に対応して複数存在し、前記電流検出回路の各々は、前記インピーダンス面の複数の箇所に対応する箇所から前記交流電圧を印加するとともに、これに対応した箇所の前記インピーダンス面の電流を検出する。 In the flat-panel display device of the present invention, the current detection circuit, there exist a plurality of corresponding to a plurality of locations of the impedance plane, each of said current detection circuit, from the point corresponding to a plurality of locations of the impedance plane While applying the AC voltage, the current of the impedance plane at a location corresponding to the AC voltage is detected.
本発明の該面表示装置において、前記電流検出回路の出力信号に基づいて前記インピーダンス面上での接触物の接点座標を検出する位置検出回路を備える。 In the flat-panel display device of the present invention comprises a position detecting circuit for detecting a contact point coordinates of the object in contact with on the impedance plane based on an output signal of the current detection circuit.
本発明の該面表示装置において、前記表示装置基板及び前記対向基板の基材に可撓性材料を用いる。 In the flat-panel display device of the present invention, the flexible material used for the display device substrate and the substrate of the counter substrate.
本発明の該面表示装置において、前記インピーダンス面にリニアライゼイションパターンが形成されている。 In the flat-panel display device of the present invention, the linearization pattern is formed on the impedance plane.
本発明の該面表示装置において、前記表示装置基板と前記表示素子要素を介して対向する位置に配設された対向基板を有し、前記インピーダンス面は、前記表示装置基板の前記対向基板側の面と反対側の面に存在する。 In the flat-panel display device of the present invention, the display device substrate and having said display facing board which is disposed at a position opposed to each other via a device element, said impedance plane, the counter substrate side of the display device substrate surfaces of the that exist on the surface of the opposite side.
本発明の該面表示装置において、前記表示装置基板と前記表示素子要素を介して対向する位置に配設された対向基板を有し、前記インピーダンス面は、前記対向基板の前記表示装置基板側の面と反対側の面に存在する。
In the flat-panel display device of the present invention, the display device substrate and having an opposed base plate which is disposed at a position opposed through the display device element, said impedance plane, the display device substrate side of the counter substrate surfaces of the that exist on the surface of the opposite side.
本発明においては、電子機器に該表示装置を搭載する。 In the present invention, the display device is mounted on an electronic device.
本発明の実施例1に係る面表示装置について図面を用いて説明する。図1は、本発明の実施例1に係る面表示装置の構成を模式的に示した斜視図である。
A surface display device according to
図1を参照すると、面表示装置1は、液晶表示装置(LCD)であり、表示面上に於いて指やペンの接触の有無や接触位置座標を検出することが可能なタッチセンサを備えたものである。面表示装置1は、液晶表示装置の他、プラズマ表示装置(PDP)有機EL表示装置等の面表示装置とすることもできる。面表示装置1は、表示装置基板10と、対向基板19と、液晶2および、偏光板(図示せず)と、を備える。
Referring to FIG. 1, the
表示装置基板10は、表示領域11にて液晶2に電気信号を与えるための電極(図1では信号線(信号電極)4a〜4c、走査線(走査電極)6a〜6c、蓄積容量線(蓄積容量電極)8a〜8cに相当)が形成された基板である。表示装置基板10の対向基板19側の面には、表示領域11に画素マトリクス部が形成されている。画素マトリクス部は、複数の信号線(図1では4a〜4c)と、該信号線と交差する複数の走査線(図1では6a〜6c)と、走査線間に配された蓄積容量線(図1では8a〜8c)と、夫々の交点に対応して配置された画素回路とで構成される。
The
画素回路は、画素スイッチTFTと、蓄積容量と、画素電極とを有する。画素スイッチTFT(スイッチング素子)では、ゲート電極にTFTのオンオフを制御するための走査線6a〜6cが接続されており、ドレイン電極及びソース電極の一方に画素電極に信号を供給するための信号線4a〜4cが接続されており、ドレイン電極及びソース電極の他方に蓄積容量及び画素電極が接続されている。蓄積容量は、対応する蓄積容量線8a〜8cと接続されている。 The pixel circuit includes a pixel switch TFT, a storage capacitor, and a pixel electrode. In the pixel switch TFT (switching element), scanning lines 6a to 6c for controlling on / off of the TFT are connected to the gate electrode, and a signal line for supplying a signal to the pixel electrode to one of the drain electrode and the source electrode. 4a to 4c are connected, and a storage capacitor and a pixel electrode are connected to the other of the drain electrode and the source electrode. The storage capacitors are connected to the corresponding storage capacitor lines 8a to 8c.
表示装置基板10における表示領域11の外周部には、画素マトリクス部を駆動するための走査線駆動回路14、信号線駆動回路15、及び蓄積容量線駆動回路が配設されている。走査線駆動回路14は、走査線6a〜6cを駆動するための回路である。信号線駆動回路15は、信号線4a〜4cを駆動するための回路である。蓄積容量線駆動回路は、蓄積容量線8a〜8cに電圧信号を与えるための回路であり、COM端子に接続されている。
A scanning
表示装置基板10には、対向基板19側の面の四隅近傍に電極29a〜29dが配設されている。電極29a〜29dは、対応する導通手段20a〜20dを介して対応する対向基板19の電極28a〜28dと電気的に接続されており、対応するスイッチ21a〜21dと電気的に接続されている。
The
また、表示領域11の外周部には、画素マトリクス部内の回路と、表示領域11の外周部の回路とを電気的にハイインピーダンスとすることを可能にするために、走査線6a〜6cの信号パスにはそれぞれスイッチ16a〜16cが設けられており、信号線4a〜4cの信号パスにはそれぞれスイッチ17a〜17cが設けられており、蓄積容量線8a〜8cの信号パスにはそれぞれスイッチ18a〜18cが設けられている。スイッチ16a〜16c、17a〜17c、18a〜18cは、図示されていない制御回路によってスイッチング制御される。これにより、表示領域11の外部から内部へ電気信号を伝えるための走査線6a〜6cや信号線4a〜4cをハイインピーダンスにすることが可能となる。
In addition, in the outer peripheral portion of the
表示装置基板10は、例えば、低温ポリシリコンTFTの製造プロセスを用いて作成される。また、スイッチ(16a〜16c、17a〜17c、18a〜18c)は、n型TFTを用いたアナログスイッチで構成することができる。また、走査線駆動回路14及び信号線駆動回路15は、n型TFTおよびp型TFTを用いて構成することができる。
The
一方、対向基板19は、ガラス基板23と、その液晶2側の面に形成されたカラーフィルタ(図示せず)と、さらに該カラーフィルタの液晶2側の面に形成された透明導電膜12とを有する。透明導電膜12は、ITOで形成された対向電極であって、これはインピーダンス面を構成する。透明導電膜12は、表示装置基板10側の面の四隅近傍に電極28a〜28dが配設されている。電極28a〜28dは、銀ペースト等の導電材料を用いた導通手段20a〜20dを介して対応する表示装置基板10の電極29a〜29dと電気的に接続されている。ガラス基板23の表示装置基板10側の反対側の面には、偏光板(図示せず)が配置される。
On the other hand, the
電極29a〜29dの夫々には、単極双投型のスイッチ21a〜21dと電気的に接続されている。スイッチ21a〜21dは、一方の接点に電流検出回路13a〜13dを介して交流電圧源22a〜22dが電気的に接続されており、他方の接点にCOM端子を介して蓄積容量線駆動回路と電気的に接続されている。電流検出回路13a〜13dは、電極28a〜28dでの透明導電膜12(インピーダンス面)に流れる電流を検出する。電流検出回路13a〜13dで検出された電流に係る信号は、図示されていない位置検出回路に向けて出力される。位置検出回路では、電流検出回路13a〜13dの出力信号に基づいてガラス基板23上での指24との接点位置を検出する。交流電圧源22a〜22dは、対応する電流検出回路13a〜13d、電極28a〜28dを通じて透明導電膜12に交流電圧を供給する。
Each of the
液晶2は、表示装置基板10と対向基板19の間に配された電気光学的応答をする表示素子要素である。
The
次に、本発明の実施例1に係る表示装置の動作について図面を用いて説明する。図2は、本発明の実施例1に係る表示装置の主な電極の電圧の様子を模式的に示したタイムチャートである。なお、表示装置の構成については図1を参照されたい。 Next, the operation of the display device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 2 is a time chart schematically showing voltage states of main electrodes of the display device according to the first embodiment of the present invention. Refer to FIG. 1 for the configuration of the display device.
ここで、図2中、Vcは透明導電膜(図1の12)の電圧、6a、6b〜6xは各走査線の電圧を走査の順に示している。また、SWはスイッチ16、スイッチ17、スイッチ18、スイッチ21の状態を決める制御信号の電圧を示す。なお、図1では概略的に走査線3本の例を示しているが、任意に設計すればよく、6xは最後に走査される走査線の電圧に対応する。
Here, in FIG. 2, Vc represents the voltage of the transparent conductive film (12 in FIG. 1), and 6a, 6b to 6x represent the voltages of the respective scanning lines in the order of scanning. SW represents the voltage of the control signal that determines the state of the
面表示装置1は、その駆動に関し、表示駆動期間と位置検出期間の2つの期間を有する。これら2つの期間は時間的に分割されている。表示駆動期間は、画素表示のために電圧を書き込むための期間である。位置検出期間は、指24の位置或いは指し示す動作の有無を検出するために、電流検出回路13a〜13dが電流を検出する期間である。
The
位置検出期間は、垂直ブランキング期間を利用する。垂直ブランキング期間とは、走査線6a〜6cの走査が行われていない期間をいう。位置検出期間において、スイッチ16a〜16c、スイッチ17a〜17c、スイッチ18a〜18cは図1のように全てオフ状態とされ、信号線4a〜4c、走査線6a〜6c、蓄積容量線8a〜8cは表示領域11の外部の配線(走査線駆動回路14、信号線駆動回路15、及びCOM端子に接続されている配線)に対してハイインピーダンスとされる。また、位置検出期間において、スイッチ21a〜21dは電流検出回路13a〜13dを含む交流電圧源22a〜22d側に対して導通状態とされる。この状態は、図2のSW信号をB、すなわちハイレベルとすることによって実現される。このようなスイッチの状態、すなわち図1に示されているスイッチの状態において、交流電圧源22a〜22dにより生成される同相の交流電圧を透明導電膜12の4隅の電極28a〜28dに印加する。透明導電膜12の電圧は図2のVcで示した。また、各走査線6a〜6cは、ハイインピーダンスであり、かつ、透明導電膜12と容量結合しているため、透明導電膜12の電圧振幅と同振幅で走査線6a〜6cの電圧が変動する。4隅の電極28a〜28dから与えた交流電圧は、透明導電膜12全面に伝播され、指24によって形成された容量25を介して指24に電流を流す。4つの電流検出回路13a〜13dによって検出される電流i1〜i4に対応した信号を演算することにより、指24の有無や指24の位置の座標が検出される。演算の一例は数式1、数式2となる。
The position detection period uses a vertical blanking period. The vertical blanking period refers to a period during which the scanning lines 6a to 6c are not scanned. In the position detection period, the switches 16a to 16c, the
ここで、xは接触位置のx座標であり、yはy座標である。k1およびk2は定数である。また、i1からi4は、図1の4隅に示した電流検出回路13a〜13dで検出される電流であり、各々、i1は13a、i2は13b、i3は13c、i4は13dに対応する。
Here, x is the x coordinate of the contact position, and y is the y coordinate. k 1 and k 2 are constants. Further, i 1 to i 4 are currents detected by the
上述の通り、位置検出期間において透明導電膜12は、surface capacitive型タッチセンサの透明導電膜の役割を果たす。
As described above, the transparent
次に、本発明の実施例1に係る表示装置における位置検出期間における透明導電膜に交流電圧が印加された際の画素回路の状態について図面を用いて説明する。図3は、本発明の実施例1に係る表示装置の画素回路部分の構成を模式的に示した部分拡大斜視図である。 Next, the state of the pixel circuit when an AC voltage is applied to the transparent conductive film in the position detection period in the display device according to the first embodiment of the present invention will be described with reference to the drawings. FIG. 3 is a partially enlarged perspective view schematically showing the configuration of the pixel circuit portion of the display device according to the first embodiment of the present invention.
図3を参照すると、画素回路部分では、画素電極26と信号電極4がTFTスイッチを介して接続されており、走査電極6の制御信号によってTFTスイッチがオンオフ制御される。信号電極4はスイッチ17を介して信号線駆動回路15と接続されており、走査電極6はスイッチ16を介して走査線駆動回路14と接続されている。図3の各電極上に示した記号Vc、Vp、Vs、Vg、Vdは、その電極の電圧を表している。容量C1、C2、C3は、それぞれ画素電極26と透明導電膜12の間の容量、走査電極6と透明導電膜12の間の容量、信号電極4と透明導電膜12の間の容量を示す。
Referring to FIG. 3, in the pixel circuit portion, the
次に、本発明の実施例1に係る表示装置における表示駆動期間の駆動電圧設計値について図面を用いて説明する。図4は、本発明の実施例1に係る表示装置における表示駆動期間の駆動条件を示した模式図である。
Next, drive voltage design values in the display drive period in the display apparatus according to
表示駆動期間の駆動では、透明導電膜12、すなわち対向電極の電圧Vcを一定とし、この電圧Vcに対して最大5Vの電圧を極性反転させて液晶に印加する駆動法を採用している。対向電極の電圧Vcを6Vとし、これに対して+5Vの11Vが信号電極4を介して画素電極26に印加される最大の電圧(Vpix_high)となり、対向電極の電圧Vcに対して−5Vの1Vが最小の電圧(Vpix_low)となる。TFTスイッチのリーク電流を考慮し、スイッチオフ時の最大ゲート・ソース間電圧が−1Vとなるように、スイッチオフ時のゲート電圧(Vg_off)を0Vとした。また、十分なオン電流が得られるよう、スイッチオン時のゲート電圧(Vg_on)を15Vとした。
In the driving during the display driving period, a driving method is adopted in which the voltage Vc of the transparent
次に、本発明の実施例1に係る表示装置を図4の駆動条件で駆動した場合の各電極の電圧について図面を用いて説明する。図5は、本発明の実施例1に係る表示装置を図4の駆動条件で駆動した場合の各電極の電圧の様子を模式的に示したタイムチャートである。 Next, the voltage of each electrode when the display device according to Example 1 of the present invention is driven under the driving conditions of FIG. 4 will be described with reference to the drawings. FIG. 5 is a time chart schematically showing the voltage state of each electrode when the display device according to the first embodiment of the present invention is driven under the driving conditions of FIG.
図5を参照すると、表示駆動期間では、ゲート電圧Vgに正極のパルスを与え、画素電極電圧Vpに1Vを書き込んでいる。その後、スイッチ16、17をオフにし、位置検出期間に移行する。位置検出期間では前述の通り透明導電膜12に交流電圧が印加される。ここでは、オフセット電圧6V、振幅2Vの交流電圧(図5のVc)を与えた。このとき、4ミクロンの液晶層を挟んで対向している各電極、すなわち、画素電極26、走査電極6、信号電極4は、ハイインピーダンスであり、かつ、透明導電膜12と容量C1、C2、C3を介して容量結合されているため、画素電極電圧Vp、走査電極電圧Vg、信号電極電圧Vdは透明導電膜電圧Vcの振幅と同じ振幅で変動する。したがって、図5に示した例では、信号電極電圧Vdは、6Vでハイインピーダンスとされたので、オフセット電圧6V、振幅2Vの電圧となる。走査電極電圧Vgも同様に、オフセット電圧0V、振幅2Vとなる。画素電極電圧Vpも、それが最小の場合を例に示すと、オフセット電圧1V、振幅2Vとなる。なお、画素電極26はTFTスイッチのソース電極27に接続されているため、TFTスイッチのソース電極電圧Vsは画素電極電圧Vpと等しい。このように、画素回路中の全ての電極の電圧が透明導電膜12の電圧Vcの振幅に合わせて変動するため、TFTスイッチのゲート・ソース間電圧Vgsは、表示期間終了時の電圧である電圧、この例においては−1Vが位置検出期間中も保持されることとなる。つまり、位置検出期間では、透明導電膜12に交流電圧を印加しても、画素回路の全ての電極の電圧が透明導電膜12の電圧の振幅と同じ振幅で変動するため、液晶2に印加される電圧(Vc−Vp)や、TFTスイッチのゲート・ソース間電圧Vgsは変動しない。このため、位置検出期間の駆動は画質劣化の要因とならない。
Referring to FIG. 5, in the display drive period, a positive pulse is applied to the gate voltage Vg, and 1 V is written to the pixel electrode voltage Vp. Thereafter, the
一方、表示駆動期間においては、各スイッチは図1に示した状態とは逆の状態となる。すなわち、スイッチ16a〜16c、スイッチ17a〜17c、スイッチ18a〜18cは全てオン状態とされ、信号線4a〜4c、走査線6a〜6c、蓄積容量線8a〜8cは、表示領域11の外部の配線(走査線駆動回路14、信号線駆動回路15、及びCOM端子に接続されている配線)に対してロウインピーダンスとされる。また、スイッチ21a〜21dはCOM端子側に対して導通状態とされる。この状態は図2のSW信号をA、すなわちロウレベルとすることによって実現される。このような状態において、従来のアクティブマトリクス型LCDと同様に、走査線6a〜6cを順に走査し、信号線4a〜4cを通して表示のための電圧を画素に書き込む。表示駆動期間において、透明導電膜12には従来のLCDにおける対向電極と同様の電圧がCOM端子から与えられ、すなわち、透明導電膜12は対向電極の役割を果たし、この対向電極と画素電極26とによって、その間に存在する液晶2に対し、表示のための電圧が書き込まれる。
On the other hand, in the display drive period, each switch is in a state opposite to the state shown in FIG. That is, the switches 16a to 16c, the
実施例1によれば、位置検出期間において、画素マトリクス内部の回路が外部の回路に対してハイインピーダンスとされるため、透明導電膜12に交流電圧を印加する際に、透明導電膜12から見た寄生容量が極めて小さくなる。この結果、電流検出回路13a〜13dから出力される信号のS/N比が従来と比較して2ケタ改善される。
According to the first embodiment, the circuit inside the pixel matrix is set to a high impedance with respect to the external circuit during the position detection period. Therefore, when an AC voltage is applied to the transparent
上記効果について、該S/N比のS(信号)およびN(ノイズ)を詳らかにしながら、従来技術との対比を含め、以下説明する。 The above effect will be described below, including a comparison with the prior art, while detailing S (signal) and N (noise) of the S / N ratio.
まず、本発明の実施例1に係る表示装置に適用したsurface capacitive型のタッチセンサの位置検出原理について図面を用いて説明する。図6は、本発明の実施例1に係る表示装置に適用したsurface capacitive型のタッチセンサの位置検出原理を説明するための模式図であり、(a)は指がない場合、(b)は指がある場合である。なお、説明を簡単にするため、1次元方向の位置検出原理について説明する。
First, the principle of position detection of a surface capacitive touch sensor applied to the display device according to
図6(a)を参照すると、均一な抵抗体40の両端に、夫々電流検出回路13a、13bと交流電圧源22a、22bとが接続された構成が示されている。この抵抗体40の両端から、位相の揃った交流電圧を印加した場合、この抵抗体40に電流は流れないので、i1、i2ともに零である。
Referring to FIG. 6A, there is shown a configuration in which
図6(b)のように指24が抵抗体40上にある場合、指24はインピーダンスZを介して接地されたモデルで示すことができる。したがってi1、i2は夫々、次の数式で表すことができる。
When the
ここで、R1、R2は指24の位置から、抵抗体40の端までの夫々の抵抗値を示す。これより、位置x (0≦x≦1)が次の式で求まる。
Here, R 1 and R 2 indicate respective resistance values from the position of the
この数式5にインピーダンスZは含まれないものの、電流i1、i2はZを含み、これは位置検出のための信号である。発明者らは本実施例におけるZを実験により確認した。すなわち、実施例1の構成にある、偏光板(図示せず)とガラス基板(図1の23)と透明導電膜(図1の12)が積層された構造であって、偏光板側に指(図1の24)を置いた際のZを実験によって求めた。Zはガラス基板と偏光板を挟んで形成されるインピーダンスなので、これは容量Cとして扱うことができる。ガラス基板の厚さが0.7mm、偏光板の厚さが0.2mmのとき、Cの値は6.7pFであった。つまり、電流検出回路13a、13bから出力される信号のS/N比のS(有効信号成分)はこのCを介して流れる電流である。
Although
なお、参考までに、非特許文献1記載の構成の場合、Cの値は30pFであった。従来技術の課題で述べた、信号が小さいとは、非特許文献1記載の構成と、特許文献3や特許文献4を比較した場合、このように容量が小さくなりこれに伴い有効信号が小さくなることを意味する。
For reference, in the case of the configuration described in
次に、ノイズ成分について説明する。図6で示した位置検出原理で従来技術を実施する場合、図7に示すように、抵抗体40には、指24によるインピーダンスZに加えて、寄生容量Cpが接続される。電流検出回路13a、13bの出力は、この寄生容量Cpを介した電流を重畳したものとなり、寄生容量Cpを介した電流には指24の位置に関する情報は含まれない。すなわち、寄生容量Cpを介した電流は、ノイズ成分になる。本願発明者は、この寄生容量Cpの値を実験により求めた。
Next, the noise component will be described. When the conventional technique is implemented based on the position detection principle shown in FIG. 6, a parasitic capacitance Cp is connected to the
図8(a)に示される非特許文献1記載の構成の場合、寄生容量Cpはガラス基板102に形成された透明導電膜103とシールド層101によって形成され、対角2.1インチのLCDに適するサイズにおいて、その値は29pFであった。一方、図8(b)に示される特許文献3、4に基づく構成の場合、寄生容量Cpは液晶203を挟んで配設される透明導電膜204と画素マトリックス回路202を構成する電極とで形成され、その大きさは15000pFもあった。従来技術の課題で述べた、ノイズが大きいとは、非特許文献1記載の構成と、特許文献3、4を比較した場合、特許文献3、4はこのように寄生用量が圧倒的に大きく、これに伴いノイズが大きくなることを意味する。
In the case of the configuration described in
以上の結果より、特許文献3、4を実施した場合のS/Nは、次の通りである。 From the above results, the S / N ratios when Patent Documents 3 and 4 are implemented are as follows.
S/N=(指による容量を流れる電流値)/(寄生容量Cpを流れる電流値)
=(6.7pF)/(15000pF)
≒4×10−4
S / N = (current value flowing through capacitance by finger) / (current value flowing through parasitic capacitance Cp)
= (6.7 pF) / (15000 pF)
≒ 4 × 10 -4
つまり、電流検出回路の出力信号には、位置検出に関する成分がほとんど含まれておらず、上記S/Nを有する信号から、位置を検出することは不可能であった、または非常に高コストな信号処理回路が必要であった。あるいは、S/Nが低いがために複数周期に渡って信号を演算するための位置座標検出までに長時間必要である等の課題を有していた。 That is, the output signal of the current detection circuit contains almost no component relating to position detection, and it has been impossible to detect the position from the signal having the S / N, or the cost is very high. A signal processing circuit was required. Alternatively, since the S / N is low, there is a problem that it takes a long time to detect position coordinates for calculating a signal over a plurality of cycles.
一方、本発明の実施例1に係る表示装置では、位置検出期間において、各スイッチは図1の状態とされる。すなわち、スイッチ16a〜16c、スイッチ17a〜17c、スイッチ18a〜18cは全てオフ状態とされ、信号線4a〜4c、走査線6a〜6c、蓄積容量線8a〜8cは、表示領域11外部の配線(走査線駆動回路14、信号線駆動回路15、及びCOM端子に接続されている配線)に対してハイインピーダンスとされる。この原理による回路図を図9に示す。図9の寄生容量Cpは、図7の寄生容量Cpと同じであるが、Cpの一端は直接固定電位(交流的なグランド)に接続されるのではなく、直列に容量Csを挟んで固定電位(交流的なグランド)に接続される。このCsは、図1において画素マトリクス部を取り囲むスイッチ群のオフ時における容量値の合計値である。実施例1では対角2.1インチ、画素構成176×RGB×240のLCDを試作したが、Csの値は100pFであった。この結果、抵抗素子の寄生容量は、CpとCsの直列接続となり、その値は100pFとなる。したがって、実施例1におけるS/Nは次の通りである。
On the other hand, in the display device according to
S/N=(6.7pF)/(100pF)
=6.7×10−2
S / N = (6.7 pF) / (100 pF)
= 6.7 × 10 −2
つまり、実施例1は、特許文献3、4の場合(図8(b)参照)に対して、S/N比が2桁向上するといった顕著な効果を確認した。これにより、位置の座標を検出することが可能となり、非常に高コストな信号処理回路が不要となる。また、位置検出までの時間が短くなる。
That is, Example 1 confirmed the remarkable effect that the S / N ratio was improved by two digits compared to the cases of
先の図5を用いた説明で、実施例1の構成の場合、TFTスイッチのゲート・ソース間電圧Vgsは表示期間終了時の電圧である−1Vが位置検出期間中も保持されることを説明した。この−1Vとなる条件は、画素に書き込む電圧が最低の場合、すなわち、図4で示したVpix_low(1V)の場合である。 In the description with reference to FIG. 5, in the case of the configuration of the first embodiment, it is described that the gate switch-source voltage Vgs of the TFT switch is maintained at −1V, which is the voltage at the end of the display period, even during the position detection period. did. The condition of −1V is when the voltage written to the pixel is the lowest, that is, when Vpix_low (1V) shown in FIG.
一方、特許文献3、4の場合は、Vgsが変動する。これについて、図10を参照すると、位置検出期間では、画素電極は、ハイインピーダンスであり、透明導電膜と容量を介して容量結合されているため、画素電極電圧Vpは透明導電膜の電圧Vcの振幅と同じ振幅で変動する。したがって、透明導電膜の電圧Vcに振幅2Vの交流を与えると画素電極電圧Vpもこれに応じて振幅2Vで変動する。一方、走査線電圧Vgは、画素スイッチをオフとする電圧である0Vに固定されている。この結果、TFTスイッチのゲート・ソース間電圧Vgsは−1Vをオフセット電圧とし、電圧振幅2Vで変動することとなる。このため、スイッチTFTはオフを保持し続けることができず、画質劣化をもたらす。
On the other hand, in the case of
これに対し、実施例1の場合、前述の通り、トランジスタのVgsは変動しない。このため、位置検出期間の駆動は画質劣化の要因とならないといった格別な効果が得られる。 On the other hand, in the case of Example 1, as described above, the Vgs of the transistor does not vary. For this reason, it is possible to obtain a special effect that driving in the position detection period does not cause deterioration in image quality.
なお、実施例1では、表示領域11の内部と外部とを電気的にハイインピーダンスとするスイッチ16a〜16c、17a〜17c、18a〜18cとしてn型TFTを用いているが、このスイッチはp型のTFTでもよいし、n型とp型とを組み合わせたトランスファーゲートでもよい。また、駆動回路をn型TFTとp型TFTで形成しているが、どちらか一方、すなわちp型TFTのみ、もしくはn型TFTのみで形成してもよい。これら多種のスイッチが選択可能であるため、本発明を実施する場合、製造コストを増やすことなくスイッチを設けることが可能となる。より具体的には、実施例1で説明したように、信号線駆動回路や走査線駆動回路がn型およびp型のポリシリコンTFTを用いて構成される場合、n型のスイッチ、p型のスイッチ、n型とp型とを組み合わせたトランスファーゲートのうちいずれを選択しても製造工程を増やすことなくスイッチを設けることができる。n型またはp型のスイッチを選択した場合、トランスファーゲートと比べて回路面積が抑制され、また制御が簡単になるという効果がある。さらに、スイッチオフ時の寄生容量を低く抑えるという効果があり、この結果、位置、或いは指し示す動作の有無に関する信号のSN比の劣化を抑制する効果が得られる。特にn型スイッチの場合、p型に比べてオン抵抗が低いため、スイッチのサイズをより小さくすることが可能であり、寄生容量をより低く抑える効果がある。一方、駆動電圧を抑制する観点からはトランスファーゲートが望ましい。表示装置において、表示領域内部と外部とを電気的にハイインピーダンスとするスイッチを除く回路がn型もしくはp型一方のトランジスタで構成される場合は、これに合わせてどちらか一方の型のトランジスタを用いてスイッチを形成することで製造工程を増やすことなくスイッチを設けることができる。
In the first embodiment, n-type TFTs are used as the switches 16a to 16c, 17a to 17c, and 18a to 18c that make the inside and the outside of the
また、これらのスイッチ16a〜16c、17a〜17c、18a〜18cは、走査線駆動回路14の外部および信号線駆動回路15の外部に設けられているが、これらは駆動回路内部に含まれてもよい。走査線駆動回路14の内部に含む場合、例えば、3値出力(ハイレベル、ロウレベル、ハイインピーダンス)が可能な回路構成とすることで実現できる。この場合、例えば、クロックトインバータ回路が適用できる。また、これら駆動回路の出力段にあるトランジスタをハイインピーダンスとする制御を行い、出力段のトランジスタがスイッチを兼ねる構成とすることで、回路面積を抑制することも可能である。
The switches 16a to 16c, 17a to 17c, and 18a to 18c are provided outside the scanning
また、実施例1では、走査線駆動回路14および信号線駆動回路15が配設された位置と対向する位置にも透明導電膜12が存在するが、透明導電膜の寄生容量低減の観点からは、透明導電膜12の領域を必要最低限にすることが望ましく、したがって、各駆動回路14、15が配置された位置と対向する位置の透明導電膜12を取り除いてもよい。
In the first embodiment, the transparent
また、実施例1では、走査線駆動回路14および信号線駆動回路15が配設された位置と対向する位置にも透明導電膜12が存在する。この場合、透明導電膜12の寄生容量低減の観点から、位置検出期間に、各駆動回路14、15の電源線をハイインピーダンスとしてもよい。この場合、透明導電膜が存在するがために、電源線や回路を構成する電極と透明導電膜との間に容量が形成され、このはたらきにより回路内のノードの電位関係が保持される。したがって、ダイナミック回路やレジスタ回路であっても、ハイインピーダンス中に記憶内容が破壊されず、ハイインピーダンスにした後に再度ロウインピーダンスとすることで継続した動作を再開することが可能である。
In the first embodiment, the transparent
また、実施例1では、表示装置基板10を低温ポリシリコンTFTプロセスで作成したが、アモルファスシリコンTFTプロセスで作成してもよい。更には、それ以外のTFTプロセス、例えば、マイクロクリスタルシリコンTFTプロセスや、酸化物TFTプロセス、有機TFTプロセス、支持基板上にシリコン薄膜を転写した後にTFTを形成するプロセス等で形成してもよい。このとき、表示領域11の内部と外部とを電気的にハイインピーダンスとする手段としては、バルクシリコンのドライバLSIにその機能を集積したり、アモルファスシリコンのスイッチを表示装置基板10上に形成したりして実現する。さらに、低温ポリシリコンTFTプロセスで作成したスイッチアレイLSIを表示装置基板10上に実装したり、表示装置基板外部に接続することでも実現できる。また、表示装置基板10を単結晶シリコン基板(バルクシリコン)上に形成したり、SOI基板を用いて形成してもよい。また、ポリシリコンTFTプロセス、アモルファスシリコンTFTプロセス、バルクシリコンプロセス、SOIプロセス等を用いて回路を形成した後、これを他の基板に転写して表示装置基板10を形成してもよい。
In the first embodiment, the
また、透明導電膜12には、いわゆるリニアライゼイションパターンを形成してもよい。これについて、図11を参照すると、リニアライゼイションパターン80は透明導電膜12の面に形成される電界曲線を均一にするために設けられるものであり、例えば、特許文献5に記載がある。本実施例ではこのリニアライゼイションパターンを位置検出用の導電膜である透明導電膜12に形成したので、位置検出において位置と電流信号とのリニアリティが向上した。
Further, a so-called linearization pattern may be formed on the transparent
また、実施例1では、ガラス基板23の液晶2側の面に透明導電膜12を設けているが、透明導電膜12を反対側の面に設けてもよい。この場合であっても、本発明を適用することで透明導電膜12の寄生容量を低減させる効果が得られる。この透明導電膜12は、ガラス基板23上にスパッタ法、蒸着法で成膜して形成してもよいし、シートを貼り付けることで形成してもよい。また、偏光板に導電性を持たせてこれをsurface capacitive型タッチセンサの位置検出用導電膜として用いることも可能である。特に、イン・プレイン・スイッチング(IPS)方式の液晶モードを利用する場合はこれらの方式が適している。
Moreover, in Example 1, although the transparent
実施例1では、ガラス基板23、表示装置基板10の基材をガラスとしているが、可撓性材料を用いてもよい。この場合、対向基板には位置検出用の透明導電膜が一体形成されるため、曲げに対して機械的歪が生じにくく、かつその位置検出性能は曲げによって劣化しない。
In Example 1, although the base material of the
また、実施例1では、各蓄積容量線8a〜8cに1個ずつスイッチ18a〜18cを設けているが、蓄積容量線8a〜8cのスイッチ18a〜18cは必ずしも必要ではない。その理由は、蓄積容量線8a〜8cに与える電圧と対向電極となる透明導電膜12に与える電圧とが同一の電圧である場合があるからである。この場合、位置検出期間において対向電極に与える交流信号と同じ信号が蓄積容量線に印加されるので、対向電極から見た場合、寄生容量として見えない。従って、このような場合、スイッチ18a〜18cは不要となる。
In the first embodiment, one switch 18a to 18c is provided for each storage capacitor line 8a to 8c, but the switches 18a to 18c of the storage capacitor lines 8a to 8c are not necessarily required. This is because the voltage applied to the storage capacitor lines 8a to 8c and the voltage applied to the transparent
また、実施例1では、各蓄積容量線に1個ずつスイッチ18a〜18cを設けているが、これらスイッチを取り除き、蓄積容量線8a〜8cの信号源側にある、より上流のノード、例えば、図1の表示装置基板10上に記載したCOM記号を付与したノードに少数のスイッチを設けてもよい。
Further, in the first embodiment, one switch 18a to 18c is provided for each storage capacitor line. However, these switches are removed and a node on the upstream side of the storage capacitor line 8a to 8c on the signal source side, for example, A small number of switches may be provided at the node given the COM symbol described on the
また、実施例1では、インピーダンス面としてITOで形成された透明導電膜12を用い、その等価回路のインピーダンスとして抵抗体40を想定したが、インピーダンス面に印加する交流の周波数に応じて、抵抗、容量、インダクタを含めたインピーダンスを考慮し、その等価回路を解くことによって、電流値とタッチ位置の座標の関係、あるいはタッチの有無を検出する演算式を導出して利用してもよい。
In Example 1, the transparent
また、実施例1では、インピーダンス面として面状に形成された抵抗体40を用いたが、面状に形成されたインダクタ、あるいは面状に形成された容量をインピーダンス面として用いてもよい。
In the first embodiment, the
また、実施例1では、表示装置基板10と対向基板19の間に表示素子要素となる液晶2が配され、対向基板19側に表示装置の観察者が存在することを仮定し、対向基板19側の指24を検出する構成とされているが、表示装置基板10側に表示装置の観察者が存在することを仮定した構成であってもよい。図12にその構成を示す。この場合、表示装置基板10側の指(図示せず)を検出するために、表示装置基板10の観察者側の面に透明導電膜81を形成し、これを位置検出用の導電膜として利用する。このような構成であっても、これまでに説明したとおり、位置検出期間中に信号線や走査線をハイインピーダンスとすることで位置検出用の導電膜の寄生容量を著しく削減することができた。この効果は特に近年の表示装置基板10の薄型化に伴いさらに顕著になりつつある。また、図13に示すように、信号線や走査線をハイインピーダンスとする手段を取り除いた構成であってもよい。また、図14に示すように、透明導電膜81を対向基板19側に設けて対向基板19側の指24を検出する構成としてもよい。また、図15に示すように、信号線や走査線をハイインピーダンスとする手段を取り除いた構成であってもよい。図12〜15においては、液晶2の縦方向、すなわち表示装置基板10の板面と垂直な方向に電界を与えて画素をオンオフさせる方式を例に説明したが、前述のIPS方式の液晶モードなど、表示装置基板と水平な方向に電界を与えて画素をオンオフさせる方式の液晶モードを利用する場合は、図16に示す構成とすればよい。図16に示すように、対向基板19の表示装置基板10側の面には透明導電膜を形成せず、表示装置基板10側の面の反対面に位置検出用の透明導電膜81を形成する。また、図17に示すように、信号線や走査線をハイインピーダンスとする手段を取り除いた構成であってもよい。透明導電膜81は位置検出の用途に用いると共に、対向基板19の帯電を防止できるので帯電による画質劣化を解消する効果を併せ持つ。
Further, in Example 1, it is assumed that the
本発明の実施例2に係る表示装置について図面を用いて説明する。図18は、本発明の実施例2に係る表示装置の位置検出原理を説明するための回路図である。
A display apparatus according to
実施例1では抵抗体(図9の40)に直接交流電圧を印加していたが、実施例2では指示体30(例えば、電子ペン)が交流電圧源22に接続されており、インピーダンスZを介して流れる電流i1、i2を電流検出回路13a、13bで検出する。この場合も、位置検出期間においては表示領域(図1の11に相当)の内部と外部とをハイインピーダンスにする。
In the first embodiment, the AC voltage is directly applied to the resistor (40 in FIG. 9). However, in the second embodiment, the indicator 30 (for example, an electronic pen) is connected to the
実施例2によれば、表示領域の内部と外部とをハイインピーダンスにすることによって、抵抗体40の寄生容量が飛躍的に小さくなる。その結果、寄生容量を介して流出入する電流が飛躍的に小さくなり、電流検出回路13a、13bを流出入する電流i1、i2が増え、信号量が増大する。その結果、位置検出信号のS/Nが飛躍的に向上し、タッチセンサ一体型の表示装置が実現できる。
According to the second embodiment, the parasitic capacitance of the
本発明の実施例3に係る表示装置について図面を用いて説明する。図19は、本発明の実施例3に係る表示装置の構成を模式的に示した部分断面図である。
A display apparatus according to
実施例3に係る表示装置は、マイクロカプセル型電気泳動素子を利用した電気泳動型表示装置(EPD)であり、モノクロEPDアクティブマトリクスディスプレイである。表示装置は、対向基板19と、EPDフィルム50と、表示装置基板10とを有する。
The display device according to Example 3 is an electrophoretic display device (EPD) using a microcapsule electrophoretic element, and is a monochrome EPD active matrix display. The display device includes a
対向基板19は、例えば、ポリエチレンテレフタレート等の透明なプラスティック基板23の内面側に、透明導電膜からなる対向電極12が形成されている。なお、対向基板19は、プラスティック基板23の代わりにガラス基板を用いたものでもよい。
In the
EPDフィルム50は、フィルム状の電気泳動表示装置であり、マイクロカプセル51と、バインダ55とからなる。マイクロカプセル51は、EPDフィルム50の内部に敷きつめられており、約40μmの大きさである。マイクロカプセル51の内部には、イソプロピルアルコール(IPA)等からなる溶媒52が封入されているとともに、溶媒52中にそれぞれナノレベルの大きさの、酸化チタン系の白色顔料である白粒子53と、カーボン系の黒色顔料である黒粒子54とが分散されて浮遊している。白粒子53はマイナス(−)の帯電極性を有し、黒粒子54はプラス(+)の帯電極性を有している。バインダ55は、マイクロカプセル51間に結合のために充填されたポリマーからなる。
The
表示装置基板10は、ガラス基板71上に薄膜トランジスタ(TFT70)が形成された構成となっている。TFT70は、ゲートGがソースS及びドレインDよりもガラス基板71側に配された逆スタガ型となっている。TFT70は、ガラス基板71上にゲートGが形成され、ゲートG上にゲート絶縁膜となる絶縁膜72が形成され、絶縁膜72上にチャネル材料73が形成され、チャネル材料73の両外側にソースS、ドレインDが形成され、チャネル材料73、ソースS、及びドレインDを含む絶縁膜72上に絶縁膜74が形成され、絶縁膜74上に画素電極60が形成され、画素電極60がソースSとビア接続されている。
The
図19においては、各TFT70のゲートGが対応する走査線(図示せず)と電気的に接続されており、各TFT70のドレインDが対応する信号線(図示せず)と電気的に接続されている。ゲートGに電圧が印加されることで、ドレインDに印加された+電圧がチャネル材料73とソースSを通じて対応する画素電極60に供給される。画素電極60に+電圧が供給された場合、対応するマイクロカプセル51中の白粒子53が画素電極60側に引き寄せられるとともに、対向電極12に相対的にマイクロカプセル51中の黒粒子54が引き寄せられる。一方、画素電極60に−電圧が供給された場合、対応するマイクロカプセル51中の黒粒子54が画素電極60側に引き寄せられるとともに、対向電極12に相対的にマイクロカプセル51中の白粒子53が引き寄せられる。このように、図19に示された表示装置では、画素電極60に+電圧を与えるか、−電圧を与えるかによって、対向電極12側に白黒の画像表示を行うことができる。
In FIG. 19, the gate G of each
表示装置の隅には、対向基板19と表示装置基板10との間に、表示装置基板10の電極61と対向電極12を電気的に接続する導通手段20(例えば、銀ペースト)が設けられている。表示装置基板10の電極61には単極双投スイッチ21が接続され、該スイッチ21の一方の接点には電流検出回路13と交流電圧源22が直列に接続され、他方の接点には対向電極駆動回路が接続されるCOM端子が接続されている。なお、図19では、その1端にスイッチ21が接続されているが、実際には図1同様4隅に接続されている。
Conductive means 20 (for example, silver paste) for electrically connecting the
なお、実施例3においても、図1と同様に、信号線を駆動するための信号線駆動回路、および走査線を駆動するための走査線駆動回路が、表示領域外部に備えられており、走査線と走査線駆動回路の信号パス上、および信号線と信号線駆動回路の信号パス上には、スイッチが設けられており、表示領域の外部から内部へ電気信号を伝えるためのこれら配線がハイインピーダンスとなるように構成されている。 In the third embodiment, similarly to FIG. 1, the signal line driving circuit for driving the signal lines and the scanning line driving circuit for driving the scanning lines are provided outside the display region. A switch is provided on the signal path of the line and the scanning line driving circuit and on the signal path of the signal line and the signal line driving circuit, and these wirings for transmitting an electric signal from the outside to the inside of the display area are high. It is comprised so that it may become an impedance.
また、実施例3に係る表示装置も、実施例1と同様、その駆動に関し、画素に表示のための電圧を書き込むための表示駆動期間と、指の位置座標或いは指し示す動作の有無を検出するために、電流検出回路が電流を検出する位置検出期間との2つの期間を有する。これら2つの期間は時間的に分割されている。 Further, the display device according to the third embodiment also detects the display driving period for writing a voltage for display to the pixel and the position coordinates of the finger or the presence / absence of the pointing operation, as in the first embodiment. In addition, the current detection circuit has two periods including a position detection period in which current is detected. These two periods are divided in time.
実施例3によれば、EPDは表示のための電圧を書き込んだ後、その表示を長時間保持する特性を有するので、LCDの場合と比較して位置検出期間の割合を多く割くことが可能となる。また、表示装置基板10を薄くする、あるいは画素回路を可撓性基板に転写することで、可撓性を有し、かつ、タッチセンサ機能を有する表示装置を実現することができる。
According to the third embodiment, the EPD has a characteristic of holding the display for a long time after the voltage for display is written, so that the ratio of the position detection period can be increased as compared with the case of the LCD. Become. In addition, a display device having flexibility and a touch sensor function can be realized by thinning the
なお、実施例1〜3では、液晶表示装置および電気泳動型表示装置について説明したが、他の方式、例えば、帯電粒子、エレクトロクロミック材料、エレクトロルミネセンス材料(EL材料)、ガス、半導体、蛍光体を利用した表示装置に適用できることは無論である。 In the first to third embodiments, the liquid crystal display device and the electrophoretic display device have been described. However, other methods such as charged particles, electrochromic material, electroluminescent material (EL material), gas, semiconductor, fluorescence Of course, it can be applied to a display device using the body.
本発明の利用例として、ゲーム機、携帯情報端末、券売機、現金自動預け払い機(ATM)、カーナビゲーション、飛行機やバスの客席に取り付けるテレビ・ゲーム機、ファクトリー・オートメーション(FA)機器、プリンタ、ファクシミリに使用される表示装置が挙げられる。 Examples of use of the present invention include game machines, portable information terminals, ticket vending machines, automatic teller machines (ATMs), car navigation systems, TV / game machines to be installed in passenger seats of airplanes and buses, factory automation (FA) equipment, printers And display devices used for facsimiles.
1 面表示装置
2 液晶
4 信号電極
4a、4b、4c 信号線
6 走査電極
6a、6b、6c 走査線
8a、8b、8c 蓄積容量線
10 表示装置基板
11 表示領域
12 透明導電膜(対向電極)
13、13a、13b、13c、13d 電流検出回路
14 走査線駆動回路
15 信号線駆動回路
16、16a、16b、16c スイッチ
17、17a、17b、17c スイッチ
18、18a、18b、18c スイッチ
19 対向基板
20、20a、20b、20c、20d 導通手段
21、21a、21b、21c、21d スイッチ
22、22a、22b、22c、22d 交流電圧源
23 ガラス基板(プラスティック基板)
24 指
25 容量
26 画素電極
27 ソース電極
28a、28b、28c、28d 電極
29a、29b、29c、29d 電極
30 指示体
40 抵抗体
50 EPDフィルム
51 マイクロカプセル
52 溶媒
53 白粒子
54 黒粒子
55 バインダ
60 画素電極
61 電極
70 TFT
71 ガラス基板
72、74 絶縁膜
73 チャネル材料
80 リニアライゼイションパターン
81 透明導電膜
101 シールド層
102 ガラス基板
103 透明導電膜
104 オーバーコート層
201 下側基板
202 画素マトリックス回路
203 液晶
204 透明導電膜
205 上側基板
206 偏光板
DESCRIPTION OF
13, 13a, 13b, 13c, 13d
24
71
Claims (17)
前記表示装置基板は、基板上に前記表示素子要素に電気信号を与えるための電極として複数の走査線と、複数の信号線とが形成され、更に前記走査線と前記信号線との交点付近に形成された画素電極と、該画素電極と前記信号線との電気的接続をオンオフするスイッチ素子と、が形成され、
前記画素電極の配列により形成される表示領域を有し、
前記表示領域に対応する面にインピーダンス面を有し、
更に該インピーダンス面に流れる電流を検出する電流検出回路を有し、
該電流検出回路によって検出された、前記インピーダンス面と指示体とで形成される静電容量に対応した電流に基づき前記指示体の有無又は位置座標を検出する機能を有し、
前記電流検出回路が電流を検出する期間、前記走査線及び前記信号線が前記表示領域外部に存在する如何なる電圧源に対してもハイインピーダンスとされ、
前記電流検出回路が電流を検出する期間とは、垂直ブランキング期間を利用したものである、
ことを特徴とする面表示装置。 A surface display device including a display device substrate on which an electrode for applying an electric signal to a display element element having an electro-optical response is formed,
In the display device substrate, a plurality of scanning lines and a plurality of signal lines are formed on the substrate as electrodes for supplying an electric signal to the display element element, and further, in the vicinity of an intersection of the scanning lines and the signal lines. A formed pixel electrode, and a switch element for turning on and off the electrical connection between the pixel electrode and the signal line,
A display area formed by the arrangement of the pixel electrodes;
Has an impedance plane surface corresponding to the display area,
Furthermore, it has a current detection circuit for detecting the current flowing through the impedance surface,
Detected by said current detection circuit has a function of detecting the presence or absence or position coordinates of the pointer based on the current corresponding to the capacitance formed by the impedance plane and pointer and,
Period in which the current detection circuit detects the current, is also a high impedance to any voltage source, wherein the scanning lines and the signal lines are present in the display area outside,
The period in which the current detection circuit detects a current is a vertical blanking period.
A surface display device characterized by that.
該制御回路は、前記電流検出回路が電流を検出する期間に、前記走査線ならびに前記信号線をハイインピーダンスに制御することを特徴とする請求項2記載の面表示装置。 A control circuit for controlling the switching of the switch;
3. The surface display device according to claim 2, wherein the control circuit controls the scanning lines and the signal lines to high impedance during a period in which the current detection circuit detects a current.
該容量線上に配されたスイッチを備え、
前記電流検出回路が電流を検出する期間に、前記容量線上に配された前記スイッチのスイッチングを制御することにより、前記容量線をハイインピーダンスに制御することを特徴とする請求項3記載の面表示装置。 The display device substrate provides a capacitor having one end connected to said switching element and said pixel electrodes, an electrical signal to the display device element extending to the outside of the display region is connected to the other end of the capacitive A capacitance line as an electrode for ,
A switch disposed on the capacitor line;
During a period in which the current detection circuit detects the current, by controlling the switching of said switch disposed on said capacitance line, the surface of claim 3, wherein the controller controls the capacitance line to the high-impedance Display device.
前記電流検出回路が電流を検出する期間に、前記走査線上に配されたスイッチのスイッチングを制御することにより、前記走査線をハイインピーダンスに制御することを特徴とする請求項3記載の面表示装置。 The display device substrate has a capacitor having one end connected to the switch element and the pixel electrode, and the other end of the capacitor is connected to the scanning line,
4. The surface display device according to claim 3 , wherein the scanning line is controlled to have a high impedance by controlling switching of a switch disposed on the scanning line during a period in which the current detection circuit detects a current. .
前記インピーダンス面は、透明導電膜よりなることを特徴とする請求項1乃至7のいずれか一に記載の面表示装置。 The display element element is mainly composed of liquid crystal,
The surface display device according to claim 1, wherein the impedance surface is made of a transparent conductive film.
前記電流検出回路の各々は、前記インピーダンス面の複数の箇所に対応する箇所から前記交流電圧を印加するとともに、これに対応した箇所の前記インピーダンス面の電流を検出することを特徴とする請求項10記載の面表示装置。 The current detection circuit, there exist a plurality of corresponding to a plurality of locations of the impedance plane,
Each of the current detection circuit according to claim 10, characterized in that with applying the alternating voltage from the locations corresponding to a plurality of locations of the impedance plane, for detecting a current of the impedance plane point corresponding thereto The surface display device described.
前記インピーダンス面は、前記表示装置基板の前記対向基板側の面と反対側の面に存在することを特徴とする請求項1記載の面表示装置。 Has the display device substrate and the opposing board disposed at a position opposed through the display device element,
Said impedance plane, the display device surface display device of claim 1 in which the counter substrate side surface of the substrate, characterized that you present on the opposite side.
前記インピーダンス面は、前記対向基板の前記表示装置基板側の面と反対側の面に存在することを特徴とする請求項1記載の面表示装置。 Has the display device substrate and the opposing board disposed at a position opposed through the display device element,
Said impedance plane, the plane display device according to claim 1, wherein that you present on the surface opposite to the display device substrate-side surface of the counter substrate.
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