WO2010055708A1 - 容量変化検出回路 - Google Patents

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capacitance
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    • G09G3/36—Control arrangements or circuits, of interest only in connection with visual indicators other than cathode-ray tubes for presentation of an assembly of a number of characters, e.g. a page, by composing the assembly by combination of individual elements arranged in a matrix no fixed position being assigned to or needed to be assigned to the individual characters or partial characters by control of light from an independent source using liquid crystals
    • G09G3/3611—Control of matrices with row and column drivers
    • G09G3/3648—Control of matrices with row and column drivers using an active matrix

Definitions

  • the present invention relates to a capacitance change detection circuit that detects a change in capacitance.
  • the capacitance change detection circuit of the present invention is formed on, for example, a display panel of an image display device, and is used for detecting a touch position in a display screen.
  • Patent Document 1 describes a liquid crystal display device including a capacitance change detection circuit shown in FIG.
  • the capacitance value of the variable capacitor 91 changes, and the gate voltage of a TFT (Thin Film Transistor) 92 changes accordingly. Therefore, when a high level selection voltage Vsel is applied to the gate electrode of the TFT 93, the read current output from the source electrode of the TFT 93 changes according to the capacitance value of the variable capacitor 91. Therefore, by comparing the output voltage Vout output from the source electrode of the TFT 93 with a threshold value, it can be determined whether or not the liquid crystal panel is pressed in the vicinity of the variable capacitor 91.
  • Vsel Thin Film Transistor
  • Patent Document 1 also describes a capacitance change detection circuit shown in FIG. In the circuit shown in FIG. 11, a control wiring connected to the gate electrode of the TFT 92 is added in order to apply the control voltage Vctrl to the gate electrode of the TFT 92.
  • Patent Document 2 describes a method of detecting an increase in leakage current flowing through a transistor when a conductive protrusion is provided on a counter electrode of a display panel and the counter substrate is pressed with a pen.
  • Patent Document 3 a variable capacitor is configured by a pair of electrodes on a substrate and a dielectric inserted between the electrodes, and the capacitance of the variable capacitor is changed by a physical or electrical force. A method of detecting is described.
  • the gate electrode of the TFT 92 is an isolated electrode that is electrically separated from other portions.
  • charges may be accumulated on the gate electrode of the TFT 92 due to the influence of static electricity or the like.
  • the electrodes of the variable capacitor 91 are not completely insulated, when the electrodes of the variable capacitor 91 approach each other or come into contact with each other, the charge moves between the electrodes of the variable capacitor 91, and the moved charge is transferred to the TFT 92. May be accumulated on the gate electrode.
  • the capacitance change detection circuit can control the gate voltage of the TFT connected to one electrode of the variable capacitor.
  • the capacitance change detection circuit must have a function of releasing the charge accumulated in the gate electrode of the TFT connected to one electrode of the variable capacitor.
  • the control wiring is connected to the capacitance change detection circuit for one row in the liquid crystal panel. Since many gate electrodes are connected to one control wiring, the load capacity of the control wiring is increased. For this reason, even if the capacitance of the variable capacitor 91 changes, the gate voltage of the TFT 92 changes only slightly. As a result, in the circuit shown in FIG. 11, it is difficult to detect a change in capacitance, and sensitivity is lowered.
  • an object of the present invention is to provide a capacitance change detection circuit capable of detecting a capacitance change with high sensitivity and without malfunction.
  • a first aspect of the present invention is a capacitance change detection circuit that detects a change in capacitance, A variable capacitor with one electrode connected to the voltage supply line; A detection transistor that has a gate electrode connected to the other electrode of the variable capacitor and outputs an electric signal corresponding to a capacitance value of the variable capacitor; A voltage application switching element provided between a control voltage line and a gate electrode of the detection transistor;
  • the gate electrode of the detection transistor is It is characterized by maintaining a floating state.
  • the first aspect of the present invention it further includes an output control switching element that is provided on a current path passing through the detection transistor and switches whether to output the electrical signal.
  • a fourth aspect of the present invention is an image display device capable of detecting a touch position in a display screen, A display panel including a plurality of pixel circuits and one or more capacitance change detection circuits; A control circuit for the display panel,
  • the capacitance change detection circuit includes: A variable capacitor with one electrode connected to the voltage supply line; A detection transistor that has a gate electrode connected to the other electrode of the variable capacitor and outputs an electric signal corresponding to a capacitance value of the variable capacitor; A voltage application switching element provided between a control voltage line and a gate electrode of the detection transistor.
  • the display panel includes a plurality of capacitance change detection circuits arranged in a row direction and a column direction, The gate electrodes of the voltage application switching elements included in the capacitance change detection circuits arranged in the same row are connected to a common signal line.
  • the gate voltage of the detection transistor is suitably controlled, and the detection transistor The charge accumulated in the gate electrode can be released, and malfunction of the circuit can be prevented. Also, the load capacity of the control voltage line is reduced by electrically separating the control voltage line and the gate electrode of the detection transistor using the voltage application transistor. For this reason, when the capacitance value of the variable capacitor changes, the gate voltage of the detection transistor changes greatly. Therefore, the capacitance change can be detected with high sensitivity.
  • the state of the voltage application switching element is controlled, and a predetermined control voltage is applied to the control voltage line, whereby the gate voltage of the detection transistor is suitably controlled, and the capacitance Changes can be detected.
  • the capacitance change detection circuit it is possible to switch whether or not to output an electrical signal from the capacitance change detection circuit by providing the output control switching element on the path of the current passing through the detection transistor. .
  • the capacitance change detection circuit can be prevented from outputting an unnecessary electric signal.
  • an image display device that can detect a touch position in a display screen with high sensitivity and without malfunction using a capacitance change detection circuit that can detect capacitance change with high sensitivity and without malfunction. Can do.
  • the gate electrodes of the voltage application switching elements included in the capacitance change detection circuits arranged in the same row are used as a common signal. By connecting to the line, the number of signal lines used for controlling the capacitance change detection circuit can be reduced.
  • FIG. 1 is a block diagram illustrating a configuration of a liquid crystal display device including a capacitance change detection circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • 1 is a circuit diagram of a capacitance change detection circuit according to a first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a partial structure of the capacitance change detection circuit shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram of the capacitance change detection circuit shown in FIG. 2.
  • FIG. 3 is a characteristic diagram of the capacitance change detection circuit shown in FIG. 2. It is a block diagram which shows the structure of the liquid crystal display device containing the capacity
  • FIG. 6 is a circuit diagram of a capacitance change detection circuit according to a second embodiment of the present invention. It is a circuit diagram of the capacity
  • FIG. 7 is a circuit diagram of a capacitance change detection circuit and a pixel circuit shown in FIG. 6.
  • FIG. 9B is a circuit diagram of a circuit (first example) in which signal lines are reduced from the circuit shown in FIG. 9A. It is a circuit diagram of the 2nd example similarly. Similarly, it is a circuit diagram of a third example. Similarly, it is a circuit diagram of a fourth example. Similarly, it is a circuit diagram of a fifth example.
  • FIG. 1 is a block diagram showing a configuration of a liquid crystal display device including a capacitance change detection circuit according to the first embodiment of the present invention.
  • the liquid crystal display device shown in FIG. 1 includes a liquid crystal panel 1, a display control circuit 2, a scanning signal line drive circuit 3, a data signal line drive circuit 4, a sensor control circuit 5, and a sensor output processing circuit 6.
  • the capacitance change detection circuit 10 according to the present embodiment is formed on the liquid crystal panel 1 together with the pixel circuit 20, and detects a change in capacitance when the surface of the liquid crystal panel 1 is pressed.
  • the liquid crystal panel 1 has a structure in which a liquid crystal substance is sandwiched between two glass substrates.
  • the liquid crystal panel 1 is provided with a plurality of scanning signal lines Gi parallel to each other and a plurality of parallel data signal lines Sj orthogonal to the scanning signal lines Gi.
  • a pixel circuit 20 is provided in the vicinity of each intersection of the scanning signal line Gi and the data signal line Sj.
  • the scanning signal lines Gi are connected to the pixel circuits 20 arranged in the same row, and the data signal lines Sj are connected to the pixel circuits 20 arranged in the same column.
  • a capacitance change detection circuit 10 is provided for each pixel circuit 20.
  • the same number of row selection lines Pi as the scanning signal lines Gi are provided in parallel with the scanning signal lines Gi.
  • the row selection line Pi is connected to the capacitance change detection circuit 10 arranged in the same row.
  • the liquid crystal panel 1 is also provided with a sensor output selection circuit 7 that selects the output of the capacitance change detection circuit 10.
  • the pixel circuit 20 includes a TFT 21, a liquid crystal capacitor 22, and an auxiliary capacitor 23.
  • the TFT 21 is an N channel type MOS transistor.
  • the TFT 21 has a gate electrode connected to one scanning signal line Gi, a source electrode connected to one data signal line Sj, and a drain electrode connected to one electrode of the liquid crystal capacitor 22 and the auxiliary capacitor 23.
  • the other electrode (counter electrode) of the liquid crystal capacitor 22 and the auxiliary capacitor 23 is connected to a voltage supply line (not shown) to which a common voltage Vcom is applied.
  • the display control circuit 2, the scanning signal line driving circuit 3, the data signal line driving circuit 4, and the sensor control circuit 5 are control circuits for the liquid crystal panel 1.
  • the display control circuit 2 outputs a control signal C1 to the scanning signal line driving circuit 3 and outputs a control signal C2 and a video signal DT to the data signal line driving circuit 4. Further, the display control circuit 2 outputs a control signal C3 to the sensor control circuit 5, and supplies a control voltage Vctrl to the liquid crystal panel 1.
  • the scanning signal line driving circuit 3 selects one scanning signal line from the plurality of scanning signal lines Gi according to the control signal C1, and applies a gate-on voltage (voltage at which the TFT is turned on) to the selected scanning signal line. To do.
  • the data signal line driving circuit 4 applies a voltage corresponding to the video signal DT to the data signal line Sj in accordance with the control signal C2. As a result, the pixel circuits 20 for one row can be selected, a voltage corresponding to the video signal DT can be written to the selected pixel circuits, and a desired image can be displayed.
  • the sensor control circuit 5 selects one row selection line from the plurality of row selection lines Pi according to the control signal C3, and applies a gate-on voltage to the selected row selection line.
  • the sensor control circuit 5 controls the sensor output selection circuit 7 according to the control signal C3.
  • the sensor output selection circuit 7 selects one or more signals from the output signals of the plurality of capacitance change detection circuits 10 according to the control from the sensor control circuit 5, and outputs the selected signals to the outside of the liquid crystal panel 1.
  • the sensor output processing circuit 6 obtains position data DP indicating the touch position in the display screen based on the signal output from the liquid crystal panel 1.
  • FIG. 2 is a circuit diagram of the capacitance change detection circuit 10.
  • the capacitance change detection circuit 10 includes a variable capacitor 11 and TFTs 12 and 13.
  • the TFTs 12 and 13 are N channel type MOS transistors.
  • One electrode of the variable capacitor 11 is connected to a voltage supply line to which a common voltage Vcom is applied, and the other electrode is connected to the gate electrode of the TFT 12.
  • a drain voltage Vd supplied from the outside of the liquid crystal panel 1 is applied to the drain electrode of the TFT 12, and an output voltage Vout is output from the source electrode.
  • the gate electrode of the TFT 13 is connected to the row selection line Pi to which the selection voltage Vsel is applied.
  • One of the other two electrodes of the TFT 13 is connected to the control voltage line to which the control voltage Vctrl is applied, and the other is connected to the gate electrode of the TFT 12.
  • the TFT 12 functions as a detection transistor that outputs an electrical signal corresponding to the capacitance value of the variable capacitor 11.
  • the TFT 13 functions as a voltage application switching element provided between the control voltage line and the gate electrode of the TFT 12.
  • FIG. 3 is a cross-sectional view showing a part of the structure of the capacitance change detection circuit 10.
  • FIG. 3 shows a counter substrate 30 in which a counter electrode 33 is formed on a glass substrate 31 and a TFT side substrate 40 in which a TFT 12 and the like are formed on a glass substrate 41.
  • a protrusion 32 is provided on one surface of the counter substrate 30 (the surface facing the TFT side substrate 40; the lower surface in FIG. 3), and ITO (Indium / Tin / Oxide) is formed thereon.
  • ITO Indium / Tin / Oxide
  • the counter electrode 33 is formed.
  • Various circuits are formed on one surface of the TFT side substrate 40 (the surface facing the counter substrate 30; the upper surface in FIG.
  • the counter substrate 30 and the TFT side substrate 40 are arranged to face each other, and a liquid crystal substance (not shown) is filled between the both substrates. Thereby, the liquid crystal capacitor 22 and the variable capacitor 11 are formed.
  • the distance between the counter electrode 33 and the variable capacitance electrode 42 is shorter in the portion where the protrusion 32 is provided than in other portions.
  • a variable capacitor 11 is formed in this portion.
  • the counter electrode 33 formed in the portion where the protrusion 32 is provided becomes one electrode of the variable capacitor 11 (the electrode to which the common voltage Vcom is applied), and the variable capacitor formed in the portion facing the portion where the protrusion 32 is provided.
  • the electrode 42 becomes the other electrode of the variable capacitor 11.
  • the variable capacitance electrode 42 is separated from the pixel electrode.
  • the TFT 12 having the gate electrode 43, the source electrode 44 and the drain electrode 45 is formed in the vicinity of the variable capacitor 11.
  • the gate electrode 43 is electrically connected to the other electrode of the variable capacitor 11 through the contact 46.
  • a common voltage Vcom is applied to the counter electrode 33.
  • the interelectrode distance (distance d shown in FIG. 3) of the variable capacitor 11 is reduced.
  • the inter-electrode distance d changes, the capacitance value of the variable capacitor 11 changes, and accordingly, the gate voltage of the TFT 12 changes and the output voltage Vout also changes. Therefore, it is possible to determine whether or not the liquid crystal panel 1 has been pressed in the vicinity of the variable capacitor 11 by comparing the output voltage Vout with a threshold value.
  • FIG. 4 is a characteristic diagram of the capacitance change detection circuit 10.
  • FIG. 4 shows the relationship between the interelectrode distance d of the variable capacitor 11 and the gate voltage Vg of the TFT 12 when the common voltage Vcom is DC 5 V and the channel width W of the TFT 12 is changed.
  • the gate voltage Vg increases as the interelectrode distance d decreases, and becomes equal to the common voltage 5 V when the interelectrode distance d is zero.
  • the gate voltage Vg increases as the channel width W decreases.
  • the N-channel TFT 12 is turned on when the gate voltage Vg is equal to or higher than the threshold voltage.
  • the gate voltage Vg is close to the threshold voltage, since the read current flowing through the TFT 12 is small, it takes time to change the output voltage Vout. Therefore, a boundary voltage Vb higher than the threshold voltage is set, and if the gate voltage Vg is equal to or higher than the boundary voltage Vb, it is determined that there is a capacity change (that is, the liquid crystal panel 1 is pressed).
  • the threshold voltage of the TFT 12 is 1V
  • the boundary voltage Vb is 2.5V.
  • the channel width W is 4 ⁇ m, it is determined that there is a capacitance change when the inter-electrode distance d is about 0.2 ⁇ m or less.
  • the channel width W is 20 ⁇ m, it is determined that the capacitance has changed when the inter-electrode distance d is about 0.05 ⁇ m or less.
  • the sensitivity of the capacitance change detection circuit 10 changes according to the channel width W of the TFT 12.
  • the channel width W of the TFT 12 is arbitrarily determined according to the application.
  • FIG. 5 is a diagram showing the same relationship as FIG. 4 in the case where the gate voltage is applied to the gate electrode of the TFT 13 to change the control voltage Vctrl.
  • the characteristics shown in FIG. 5 are obtained for the capacitance change detection circuit 10 shown below.
  • the size of the electrode of the variable capacitor 11 is 4 ⁇ 4 ⁇ m.
  • the interelectrode distance d of the variable capacitor 11 varies between 0 ⁇ m and 0.5 ⁇ m.
  • the dielectric constant of the liquid crystal is 4 for the amount ⁇ (//) in the direction parallel to the major axis of the liquid crystal and 7 for the amount ⁇ ( ⁇ ) in the direction perpendicular to the major axis of the liquid crystal.
  • the channel width and channel length of the TFTs 12 and 13 are both 4 ⁇ m, and the thickness of the gate insulating film is 80 nm.
  • the common voltage Vcom is 5 V DC
  • the control voltage Vctrl is 0 V
  • the threshold voltage Vth of the TFT 12 is 1 V
  • the initial value of the output voltage Vout is 0 V
  • the initial value of the interelectrode distance d of the variable capacitor 11 is 0.5 ⁇ m.
  • the capacitance change detection circuit 10 has the characteristics shown in FIG. 5, and a voltage at which the TFT is turned off is called a gate-off voltage.
  • a gate-on voltage (for example, 5 V) is applied to the gate electrode of the TFT 13.
  • the TFT 13 is turned on, and the control voltage 0 V applied to the control voltage line is applied to the gate electrode of the TFT 12 via the TFT 13. Since the control voltage 0V is lower than the threshold voltage 1V of the TFT 12, the TFT 12 is turned off regardless of the capacitance value of the variable capacitor 11. Since the output voltage Vout does not change at this time, the output voltage Vout remains 0 V even after the TFT 12 is turned off.
  • a gate-off voltage (for example, 0 V) is applied to the gate electrode of the TFT 13.
  • the TFT 13 is turned off, and the gate electrode of the TFT 12 is in a floating state.
  • the gate voltage Vg of the TFT 12 is about 1 V (see FIG. 5).
  • the output voltage Vout remains at about 0V.
  • the inter-electrode distance d of the variable capacitor 11 decreases.
  • the capacitance value of the variable capacitor 11 increases, and the gate voltage Vg of the TFT 12 increases.
  • the TFT 13 is controlled to be turned on, so that the control voltage Vctrl is applied to the gate electrode of the TFT 12, and the TFT 13 is controlled to be turned off, so that the gate electrode of the TFT 12 is brought into a floating state. Can be set.
  • the TFT 13 is controlled to be in the ON state, the charges accumulated in the gate electrode of the TFT 12 are released, and the gate voltage of the TFT 12 is set to the control voltage.
  • the capacitance change detection circuit 10 according to the present embodiment, the capacitance change when the surface of the liquid crystal panel 1 is pressed can be detected with high sensitivity.
  • the capacitance change detection circuit 10 by applying the control voltage Vctrl to the gate electrode of the TFT 12 via the TFT 13, the capacitance change can be detected with high sensitivity and without malfunction. it can. Further, by using the capacitance change detection circuit 10, it is possible to configure an image display device that can detect the touch position in the display screen with high sensitivity and without malfunction. Further, when the capacitance change detection circuit 10 is two-dimensionally arranged, the capacitance change is obtained by connecting the gate electrode of the TFT 13 included in the capacitance change detection circuit 10 arranged in the same row to the common row selection line Pi. The number of signal lines used for control of the detection circuit 10 can be reduced.
  • FIG. 6 is a block diagram showing a configuration of a liquid crystal display device including a capacitance change detection circuit according to the second embodiment of the present invention.
  • the liquid crystal display device shown in FIG. 6 is obtained by replacing the liquid crystal panel 1 and the sensor control circuit 5 with the liquid crystal panel 8 and the sensor control circuit 9 in the liquid crystal display device (FIG. 1) according to the first embodiment.
  • the capacitance change detection circuit 15 according to the present embodiment is formed on the liquid crystal panel 8 together with the pixel circuit 20, and detects a change in capacitance when the surface of the liquid crystal panel 8 is pressed.
  • the same referential mark is attached
  • the liquid crystal panel 8 includes a plurality of scanning signal lines Gi, a plurality of data signal lines Sj, a plurality of row selection lines Pi (hereinafter referred to as first row selection lines Pi), and a plurality of pixel circuits 20.
  • a plurality of capacitance change detection circuits 15 and a sensor output selection circuit 7 are provided.
  • the liquid crystal panel 8 is provided with the same number of second row selection lines Qi as the first row selection lines Pi in parallel with the first row selection lines Pi. Similar to the first row selection line Pi, the second row selection line Qi is connected to the capacitance change detection circuit 15 arranged in the same row.
  • the sensor control circuit 9 selects the first row selection line Pi according to the control signal C3, and controls the sensor output selection circuit 7. In addition to this, the sensor control circuit 9 selects one second row selection line from the plurality of second row selection lines Qi in accordance with the control signal C3, and applies a gate-on voltage to the selected second row selection line. . The sensor control circuit 9 selects the first row selection line Pi and the second row selection line Qi at different timings.
  • FIG. 7 is a circuit diagram of the capacitance change detection circuit 15.
  • the capacitance change detection circuit 15 shown in FIG. 7 is obtained by adding a TFT 14 to the capacitance change detection circuit 10 (FIG. 2) according to the first embodiment.
  • the TFT 14 is an N channel type MOS transistor.
  • the gate electrode of the TFT 13 is connected to the first row selection line Pi to which the first row selection voltage Vsel1 is applied.
  • the drain electrode of the TFT 12 is connected to the source electrode of the TFT 14.
  • the gate electrode of the TFT 14 is connected to the second row selection line Qi to which the second row selection voltage Vsel2 is applied, and the drain voltage Vd supplied from the outside of the liquid crystal panel 8 is applied to the drain electrode.
  • the TFT 14 is provided on a current path passing through the TFT 12 and functions as an output control switching element that switches whether to output the output voltage Vout.
  • the TFT 14 is controlled by the sensor control circuit 9 to be on or off.
  • the capacitance change detection circuit 15 outputs the output voltage Vout when the TFT 14 is on, and does not output the output voltage Vout when the TFT 14 is off. As described above, according to the capacitance change detection circuit 15 according to the present embodiment, whether the output voltage Vout is output or not can be switched by providing the TFT 14 on the path of the current passing through the TFT 12.
  • the gate voltage of the TFT 12 when the capacitance value of the variable capacitor 11 subsequently changes according to the capacitance value of the variable capacitor 11 when the control voltage Vctrl is applied to the gate electrode of the TFT 12. Changes. Accordingly, the first row selection line Pi and the second row selection line Qi are selected at different timings, and the application of the control voltage Vctrl and the selection of the capacitance change detection circuit 15 are performed at different timings. The relationship with the capacitance value of 11 can always be kept constant.
  • the TFT 14 is provided on the drain electrode side of the TFT 12, but the TFT 14 may be provided on the source electrode side of the TFT 12 as shown in FIG.
  • the drain voltage Vd is applied to the drain electrode of the TFT 12, and the source electrode is connected to the drain electrode of the TFT 14.
  • An output voltage Vout is output from the source electrode of the TFT 14.
  • the capacitance change detection circuit 16 according to this modification operates in the same manner as the capacitance change detection circuit 15 and has the same effect.
  • the liquid crystal panel is provided with the capacitance change detection circuit for each pixel circuit.
  • the liquid crystal panel may be provided with any number of capacitance change detection circuits in an arbitrary form.
  • the capacitance change detection circuit may be provided corresponding to two or more pixel circuits, or the capacitance change detection circuit may be provided only in a part of the liquid crystal panel without corresponding to the pixel circuit.
  • any type of wiring is provided in the liquid crystal panel in any form. Also good.
  • the common voltage Vcom may be a DC voltage or an AC voltage.
  • FIG. 9A is a circuit diagram of the capacitance change detection circuit 15 and the pixel circuit 20 shown in FIG. 6 (excluding the auxiliary capacitor 23). With respect to this circuit, the number of signal lines provided in the liquid crystal panel can be reduced by the seven methods exemplified below.
  • the gate electrode of the output control switching element (TFT14) and the gate electrode of the writing switching element (TFT21) in the pixel circuit are connected to the same signal line (scanning signal line Gi). Good.
  • the gate electrode and the drain electrode of the output control switching element (TFT 14) may be connected to the same signal line (second row selection line Qi).
  • the gate electrode of the voltage application switching element (TFT13) and the gate electrode of the writing switching element (TFT21) may be connected to the same signal line (scanning signal line Gi).
  • FIG. 9B the gate electrode of the output control switching element (TFT14) and the gate electrode of the writing switching element (TFT21) in the pixel circuit are connected to the same signal line (scanning signal line Gi).
  • the gate electrode and the drain electrode of the output control switching element (TFT 14) may be connected to the same signal line (second row selection line Qi).
  • the gate electrode of the voltage application switching element (TFT13) and the gate electrode of the writing switching element (TFT21) may be
  • the gate electrode of the voltage application switching element (TFT13) and the gate electrode of the output control switching element (TFT17) may be connected to the same signal line (first row selection line Pi). .
  • a P-channel TFT 17 is used.
  • the source electrode of the detection transistor (TFT12) and the source electrode of the write switching element (TFT21) may be connected to the same signal line (data signal line Sj).
  • one electrode of the voltage applying switching element (TFT13) and the source electrode of the writing switching element (TFT21) may be connected to the same signal line (data signal line Sj).
  • one electrode of the voltage application switching element (TFT 13) and the common electrode of the liquid crystal capacitor 22 may be connected to the same signal line (control voltage line to which the control voltage Vctrl is applied).
  • the number of signal lines provided in the liquid crystal panel can be further reduced by suitably combining the above seven methods.
  • the capacitance change detection circuit of the present invention has a feature that it can detect a capacitance change with high sensitivity and without malfunction, the capacitance change detection circuit of the present invention is used for various applications for detecting a capacitance change, such as an application for detecting a touch position in a display screen in an image display device. Can be used.

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Abstract

　液晶パネル１の表面を押すと、可変容量１１の容量値が変化する。可変容量１１の一方の電極は共通電圧Ｖｃｏｍを印加した電圧供給線に接続され、他方の電極はＴＦＴ１２のゲート電極に接続される。ＴＦＴ１２は、可変容量１１の容量値に応じた電圧Ｖｏｕｔを出力する。ＴＦＴ１３は制御電圧Ｖｃｔｒｌを印加した制御電圧線とＴＦＴ１２のゲート電極の間に設けられ、ＴＦＴ１３のゲート電極は行選択線Ｐｉに接続される。ＴＦＴ１３を設けることにより、ＴＦＴ１２のゲート電極に所望の電圧を印加し、当該電極に蓄積された電荷を逃がして、回路の誤動作を防止することができる。制御電圧線の負荷容量を減らすことにより、容量変化を高い感度で検出することができる。これにより、容量変化を高い感度で誤動作なく検出できる容量変化検出回路を提供する。

Description

容量変化検出回路
　本発明は、静電容量の変化を検出する容量変化検出回路に関する。本発明の容量変化検出回路は、例えば画像表示装置の表示パネル上に形成され、表示画面内のタッチ位置を検出する用途などに利用される。
　近年、指やペンなどで画面に触れることにより操作可能な電子機器が普及している。また、表示画面内のタッチ位置を検出する方法として、表示パネルに複数の容量変化検出回路を設け、指やペンなどで表示パネルの表面を押したときの静電容量の変化を検出する方法が知られている。
　特許文献１には、図１０に示す容量変化検出回路を備えた液晶表示装置が記載されている。図１０に示す回路では、液晶パネルの表面を押したときに、可変容量９１の容量値が変化し、これに伴いＴＦＴ（Thin Film Transistor：薄膜トランジスタ）９２のゲート電圧が変化する。このため、ＴＦＴ９３のゲート電極にハイレベルの選択電圧Ｖｓｅｌを与えたときに、ＴＦＴ９３のソース電極から出力される読み出し電流は可変容量９１の容量値に応じて変化する。したがって、ＴＦＴ９３のソース電極から出力される出力電圧Ｖｏｕｔを閾値と比較することにより、可変容量９１の近傍で液晶パネルが押されたか否かを判定することができる。特許文献１には、図１１に示す容量変化検出回路も記載されている。図１１に示す回路には、ＴＦＴ９２のゲート電極に制御電圧Ｖｃｔｒｌを印加するために、ＴＦＴ９２のゲート電極に接続する制御配線が追加されている。
　これ以外に本願発明に関連する技術は、特許文献２、３に記載されている。特許文献２には、表示パネルの対向電極に導電性の突起を設け、対向基板がペンで押されたときにトランジスタを流れるリーク電流の増加を検出する方法が記載されている。特許文献３には、基板上の１対の電極と電極間に挿入された誘電体で可変容量を構成し、物理的あるいは電気的な力で可変容量の電気容量を変化させることにより、外部入力を検出する方法が記載されている。
日本国特開２００６－４０２８９号公報 日本国特開平９－８０４６７号公報 日本国特開２００４－２９５８８１号公報
　図１０に示す回路では、ＴＦＴ９２のゲート電極は、他の部分から電気的に切り離された孤立電極となる。しかしながら、ＴＦＴ作製工程において、静電気などの影響によりＴＦＴ９２のゲート電極に電荷が蓄積されることがある。また、可変容量９１の電極間が完全に絶縁されていない場合には、可変容量９１の電極が互いに接近あるいは接触したときに、可変容量９１の電極間を電荷が移動し、移動した電荷がＴＦＴ９２のゲート電極に蓄積されることがある。
　ＴＦＴ９２のゲート電極に電荷が蓄積されると、ＴＦＴ９２の閾値電圧が変化し、出力電圧Ｖｏｕｔも変化する。このため、図１０に示す回路は、誤動作することがある。この誤動作を防止するために、容量変化検出回路は、可変容量の一方の電極に接続されたＴＦＴのゲート電圧を制御できることが好ましい。また、可変容量９１の電極が互いに接近あるいは接触したときにＴＦＴ９２のゲート電極に一定以上の電荷が蓄積されると、可変容量９１の電極間距離が元に戻った後もＴＦＴ９２が引き続きオン状態になることが問題となる。この問題を解決するためには、容量変化検出回路には、可変容量の一方の電極に接続されたＴＦＴのゲート電極に蓄積された電荷を逃がす機能が必須となる。
　図１１に示す回路では、ＴＦＴ９２のゲート電極は孤立電極ではないので、上記の問題は生じない。しかしながら、この回路では、制御配線は液晶パネル内の１行分の容量変化検出回路に接続されている。１本の制御配線に多数のゲート電極が接続されるので、制御配線の負荷容量は大きくなる。このため、可変容量９１の容量が変化しても、ＴＦＴ９２のゲート電圧はわずかしか変化しない。この結果、図１１に示す回路では容量変化の検出が困難になり、感度が低下する。
　それ故に、本発明は、容量変化を高い感度で誤動作なく検出できる容量変化検出回路を提供することを目的とする。
　本発明の第１の局面は、静電容量の変化を検出する容量変化検出回路であって、
　一方の電極が電圧供給線に接続された可変容量と、
　ゲート電極が前記可変容量の他方の電極に接続され、前記可変容量の容量値に応じた電気信号を出力する検出用トランジスタと、
　制御電圧線と前記検出用トランジスタのゲート電極との間に設けられた電圧印加用スイッチング素子とを備える。
　本発明の第２の局面は、本発明の第１の局面において、
　前記電圧印加用スイッチング素子がオン状態である間に、所定の制御電圧が前記制御電圧線に印加され、前記電圧印加用スイッチング素子がオフ状態に変化した後は、前記検出用トランジスタのゲート電極はフローティング状態を保つことを特徴とする。
　本発明の第３の局面は、本発明の第１の局面において、
　前記検出用トランジスタを通過する電流の経路上に設けられ、前記電気信号を出力するか否かを切り替える出力制御用スイッチング素子をさらに備える。
　本発明の第４の局面は、表示画面内のタッチ位置を検出できる画像表示装置であって、
　複数の画素回路と１以上の容量変化検出回路とを含む表示パネルと、
　前記表示パネルの制御回路とを備え、
　前記容量変化検出回路は、
　　一方の電極が電圧供給線に接続された可変容量と、
　　ゲート電極が前記可変容量の他方の電極に接続され、前記可変容量の容量値に応じた電気信号を出力する検出用トランジスタと、
　　制御電圧線と前記検出用トランジスタのゲート電極との間に設けられた電圧印加用スイッチング素子とを含む。
　本発明の第５の局面は、本発明の第４の局面において、
　前記表示パネルは、行方向および列方向に配置された複数の容量変化検出回路を含み、
　同じ行に配置された容量変化検出回路に含まれる電圧印加用スイッチング素子のゲート電極は、共通の信号線に接続されていることを特徴とする。
　本発明の第１の局面によれば、制御電圧線と検出用トランジスタのゲート電極との間に電圧印加用スイッチング素子を設けることにより、検出用トランジスタのゲート電圧を好適に制御し、検出用トランジスタのゲート電極に蓄積された電荷を逃がして、回路の誤動作を防止することができる。また、電圧印加用トランジスタを用いて制御電圧線と検出用トランジスタのゲート電極とを電気的に切り離すことにより、制御電圧線の負荷容量は小さくなる。このため、可変容量の容量値が変化したときに、検出用トランジスタのゲート電圧は大きく変化する。したがって、容量変化を高い感度で検出することができる。
　本発明の第２の局面によれば、電圧印加用スイッチング素子の状態を制御すると共に、制御電圧線に所定の制御電圧を印加することにより、検出用トランジスタのゲート電圧を好適に制御し、容量変化を検出することができる。
　本発明の第３の局面によれば、検出用トランジスタを通過する電流の経路上に出力制御用スイッチング素子を設けることにより、容量変化検出回路から電気信号を出力するか否かを切り替えることができる。これにより、検出用トランジスタが完全にオフ状態にならないときでも、容量変化検出回路が不要な電気信号を出力しないようにすることができる。
　本発明の第４の局面によれば、容量変化を高い感度で誤動作なく検出できる容量変化検出回路を用いて、表示画面内のタッチ位置を高い感度で誤動作なく検出できる画像表示装置を構成することができる。
　本発明の第５の局面によれば、容量変化検出回路を２次元状に配置したときに、同じ行に配置された容量変化検出回路に含まれる電圧印加用スイッチング素子のゲート電極を共通の信号線に接続することにより、容量変化検出回路の制御に使用する信号線を減らすことができる。
本発明の第１の実施形態に係る容量変化検出回路を含む液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第１の実施形態に係る容量変化検出回路の回路図である。 図２に示す容量変化検出回路の一部の構造を示す断面図である。 図２に示す容量変化検出回路の特性図である。 図２に示す容量変化検出回路の特性図である。 本発明の第２の実施形態に係る容量変化検出回路を含む液晶表示装置の構成を示すブロック図である。 本発明の第２の実施形態に係る容量変化検出回路の回路図である。 本発明の第２の実施形態の変形例に係る容量変化検出回路の回路図である。 図６に示す容量変化検出回路と画素回路の回路図である。 図９Ａに示す回路から信号線を減らした回路（第１例）の回路図である。 同じく第２例の回路図である。 同じく第３例の回路図である。 同じく第４例の回路図である。 同じく第５例の回路図である。 同じく第６例の回路図である。 同じく第７例の回路図である。 従来の容量変化検出回路の回路図である。 従来の容量変化検出回路の回路図である。
　（第１の実施形態）
　図１は、本発明の第１の実施形態に係る容量変化検出回路を含む液晶表示装置の構成を示すブロック図である。図１に示す液晶表示装置は、液晶パネル１、表示制御回路２、走査信号線駆動回路３、データ信号線駆動回路４、センサ制御回路５、および、センサ出力処理回路６を備えている。本実施形態に係る容量変化検出回路１０は、画素回路２０と共に液晶パネル１上に形成され、液晶パネル１の表面が押されたときの静電容量の変化を検出する。
　液晶パネル１は、２枚のガラス基板の間に液晶物質を挟み込んだ構造を有する。液晶パネル１には、互いに平行な複数の走査信号線Ｇｉと、走査信号線Ｇｉと直交する互いに平行な複数のデータ信号線Ｓｊとが設けられる。走査信号線Ｇｉとデータ信号線Ｓｊの各交点の近傍には、画素回路２０が設けられる。走査信号線Ｇｉは同じ行に配置された画素回路２０に接続され、データ信号線Ｓｊは同じ列に配置された画素回路２０に接続される。画素回路２０のそれぞれに対応して、容量変化検出回路１０が設けられる。また、走査信号線Ｇｉと平行に走査信号線Ｇｉと同数の行選択線Ｐｉが設けられる。行選択線Ｐｉは、同じ行に配置された容量変化検出回路１０に接続される。液晶パネル１には、容量変化検出回路１０の出力を選択するセンサ出力選択回路７も設けられる。
　画素回路２０は、ＴＦＴ２１、液晶容量２２、および、補助容量２３を含んでいる。ＴＦＴ２１は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタである。ＴＦＴ２１のゲート電極は１本の走査信号線Ｇｉに接続され、ソース電極は１本のデータ信号線Ｓｊに接続され、ドレイン電極は液晶容量２２と補助容量２３の一方の電極に接続される。液晶容量２２と補助容量２３の他方の電極（対向電極）は、共通電圧Ｖｃｏｍを印加した電圧供給線（図示せず）に接続される。
　表示制御回路２、走査信号線駆動回路３、データ信号線駆動回路４およびセンサ制御回路５は、液晶パネル１の制御回路である。表示制御回路２は、走査信号線駆動回路３に対して制御信号Ｃ１を出力し、データ信号線駆動回路４に対して制御信号Ｃ２と映像信号ＤＴを出力する。また、表示制御回路２は、センサ制御回路５に対して制御信号Ｃ３を出力し、液晶パネル１に対して制御電圧Ｖｃｔｒｌを供給する。
　走査信号線駆動回路３は、制御信号Ｃ１に従い複数の走査信号線Ｇｉの中から１本の走査信号線を選択し、選択した走査信号線にゲートオン電圧（ＴＦＴがオン状態になる電圧）を印加する。データ信号線駆動回路４は、制御信号Ｃ２に従い、映像信号ＤＴに応じた電圧をデータ信号線Ｓｊに印加する。これにより１行分の画素回路２０を選択し、選択した画素回路に対して映像信号ＤＴに応じた電圧を書き込み、所望の画像を表示することができる。
　センサ制御回路５は、制御信号Ｃ３に従い複数の行選択線Ｐｉの中から１本の行選択線を選択し、選択した行選択線にゲートオン電圧を印加する。また、センサ制御回路５は、制御信号Ｃ３に従いセンサ出力選択回路７を制御する。センサ出力選択回路７は、センサ制御回路５からの制御に従い、複数の容量変化検出回路１０の出力信号の中から１以上の信号を選択し、選択した信号を液晶パネル１の外部に出力する。センサ出力処理回路６は、液晶パネル１から出力された信号に基づき、表示画面内のタッチ位置を示す位置データＤＰを求める。
　図２は、容量変化検出回路１０の回路図である。図２に示すように、容量変化検出回路１０は、可変容量１１、および、ＴＦＴ１２、１３を含んでいる。ＴＦＴ１２、１３は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタである。可変容量１１の一方の電極は共通電圧Ｖｃｏｍを印加した電圧供給線に接続され、他方の電極はＴＦＴ１２のゲート電極に接続される。ＴＦＴ１２のドレイン電極には液晶パネル１の外部から供給されたドレイン電圧Ｖｄが印加され、ソース電極からは出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。ＴＦＴ１３のゲート電極は、選択電圧Ｖｓｅｌを印加した行選択線Ｐｉに接続される。ＴＦＴ１３の他の２個の電極のうち一方は制御電圧Ｖｃｔｒｌを印加した制御電圧線に接続され、他方はＴＦＴ１２のゲート電極に接続される。ＴＦＴ１２は、可変容量１１の容量値に応じた電気信号を出力する検出用トランジスタとして機能する。ＴＦＴ１３は、制御電圧線とＴＦＴ１２のゲート電極との間に設けられた電圧印加用スイッチング素子として機能する。
　図３は、容量変化検出回路１０の一部の構造を示す断面図である。図３には、ガラス基板３１上に対向電極３３を形成した対向基板３０と、ガラス基板４１上にＴＦＴ１２などを形成したＴＦＴ側基板４０とが記載されている。対向基板３０の一方の面（ＴＦＴ側基板４０に対向する面；図３では下側の面）には突起物３２が設けられ、その上にＩＴＯ（Indium Tin Oxide：酸化インジウムスズ）を成膜することにより対向電極３３が形成される。ＴＦＴ側基板４０の一方の面（対向基板３０に対向する面；図３では上側の面）には各種の回路が形成され、その上にＩＴＯを成膜することにより画素電極と可変容量電極４２が形成される。対向基板３０とＴＦＴ側基板４０は対向して配置され、両基板の間には液晶物質（図示ぜず）が充填される。これにより、液晶容量２２と可変容量１１が形成される。
　突起物３２を設けた部分では他の部分と比べて、対向電極３３と可変容量電極４２の間の距離が短くなる。この部分に可変容量１１が形成される。突起物３２を設けた部分に形成された対向電極３３が可変容量１１の一方の電極（共通電圧Ｖｃｏｍを印加した電極）となり、突起物３２を設けた部分に対向する部分に形成された可変容量電極４２が可変容量１１の他方の電極となる。可変容量電極４２は、画素電極から分離されている。
　ＴＦＴ側基板４０において可変容量１１の近傍には、ゲート電極４３、ソース電極４４およびドレイン電極４５を有するＴＦＴ１２が形成される。ゲート電極４３は、コンタクト４６を介して可変容量１１の他方の電極に電気的に接続される。対向電極３３には共通電圧Ｖｃｏｍが印加される。この状態で対向基板３０の表面を指やペンなどで押すと、対向基板３０はＴＦＴ側基板４０に接近し、可変容量１１の電極間距離（図３に示す距離ｄ）は小さくなる。電極間距離ｄが変化すると、可変容量１１の容量値は変化し、これに伴いＴＦＴ１２のゲート電圧は変化し、出力電圧Ｖｏｕｔも変化する。したがって、出力電圧Ｖｏｕｔを閾値と比較することにより、可変容量１１の近傍で液晶パネル１が押されたか否かを判定することができる。
　図４は、容量変化検出回路１０の特性図である。図４には、共通電圧Ｖｃｏｍを直流５Ｖとし、ＴＦＴ１２のチャネル幅Ｗを変化させた場合について、可変容量１１の電極間距離ｄとＴＦＴ１２のゲート電圧Ｖｇとの関係が記載されている。図４に示すように、ゲート電圧Ｖｇは電極間距離ｄが小さいほど高くなり、電極間距離ｄが０のときには共通電圧５Ｖに等しくなる。また、ゲート電圧Ｖｇはチャネル幅Ｗが狭いほど高くなる。
　Ｎチャネル型のＴＦＴ１２は、ゲート電圧Ｖｇが閾値電圧以上のときにオン状態になる。しかし、ゲート電圧Ｖｇが閾値電圧に近いときには、ＴＦＴ１２を流れる読み出し電流が少ないので、出力電圧Ｖｏｕｔの変化に時間がかかる。そこで、閾値電圧よりも高い境界電圧Ｖｂを設定し、ゲート電圧Ｖｇが境界電圧Ｖｂ以上であれば、容量変化あり（すなわち、液晶パネル１が押された）と判断することにする。ここでは、ＴＦＴ１２の閾値電圧を１Ｖ、境界電圧Ｖｂを２．５Ｖとする。図４には、ゲート電圧Ｖｇが閾値電圧以下である範囲（ＴＦＴオフ領域）と、ゲート電圧Ｖｇが境界電圧以上である範囲（検出領域）とが記載されている。なお、２．５Ｖは境界電圧Ｖｂの一例であり、境界電圧Ｖｂは用途などに応じて任意に決定される。
　図４に示すように、チャネル幅Ｗが４μｍのときには、電極間距離ｄが約０．２μｍ以下になると、容量変化ありと判断される。一方、チャネル幅Ｗが２０μｍのときには、電極間距離ｄが約０．０５μｍ以下になると、容量変化ありと判断される。このように容量変化検出回路１０の感度は、ＴＦＴ１２のチャネル幅Ｗに応じて変化する。ＴＦＴ１２のチャネル幅Ｗは、用途などに応じて任意に決定される。
　図５は、図４と同様の関係を、ＴＦＴ１３のゲート電極にゲートオン電圧を印加して、制御電圧Ｖｃｔｒｌを変化させた場合について示す図である。図５に示す特性は、以下に示す容量変化検出回路１０について求めたものである。可変容量１１の電極のサイズは４×４μｍである。可変容量１１の電極間距離ｄは０μｍ～０．５μｍの間で変化する。液晶の誘電係数は、液晶長軸に平行な方向の分量ε（／／）が４、液晶長軸に垂直な方向の分量ε（⊥）が７である。ＴＦＴ１２、１３のチャネル幅とチャネル長はいずれも４μｍであり、ゲート絶縁膜の厚さは８０ｎｍである。
　図５に示すように、制御電圧Ｖｃｔｒｌが＋２Ｖのときは、電極間距離ｄが０．５μｍ以下である限り、常に容量変化ありと判断される。制御電圧Ｖｃｔｒｌが＋１Ｖのときには、電極間距離ｄが約０．３５μｍ以下になると、容量変化ありと判断される。制御電圧Ｖｃｔｒｌを０Ｖおよび－１Ｖに変化させたときに、容量変化ありと判断されるための条件は、電極間距離ｄが約０．１５μｍ以下および約０．０６μｍ以下に変化する。このように制御電圧Ｖｃｔｒｌを変化させることにより、ＴＦＴ１２のゲート電圧を好適に制御し、容量変化検出回路１０の感度を調整することができる。
　以下、容量変化検出回路１０の動作を説明する。以下の説明では、共通電圧Ｖｃｏｍは直流５Ｖ、制御電圧Ｖｃｔｒｌは０Ｖ、ＴＦＴ１２の閾値電圧Ｖｔｈは１Ｖ、出力電圧Ｖｏｕｔの初期値は０Ｖ、可変容量１１の電極間距離ｄの初期値は０．５μｍ、であるとする。また、容量変化検出回路１０は図５に示す特性を有するものとし、ＴＦＴがオフ状態になる電圧をゲートオフ電圧という。
　まず、ＴＦＴ１３のゲート電極には、ゲートオン電圧（例えば、５Ｖ）が印加される。このときＴＦＴ１３はオン状態になり、制御電圧線に印加された制御電圧０ＶはＴＦＴ１３を経由してＴＦＴ１２のゲート電極に印加される。制御電圧０ＶはＴＦＴ１２の閾値電圧１Ｖよりも低いので、可変容量１１の容量値にかかわらず、ＴＦＴ１２はオフ状態になる。このときに出力電圧Ｖｏｕｔは変化しないので、ＴＦＴ１２がオフ状態になった後も出力電圧Ｖｏｕｔは０Ｖのままである。
　次に、ＴＦＴ１３のゲート電極には、ゲートオフ電圧（例えば、０Ｖ）が印加される。このときＴＦＴ１３はオフ状態になり、ＴＦＴ１２のゲート電極はフローティング状態になる。このときに可変容量１１の電極間距離ｄが初期値０．５μｍであれば、ＴＦＴ１２のゲート電圧Ｖｇは約１Ｖとなる（図５を参照）。出力電圧Ｖｏｕｔは約０Ｖのままである。
　対向基板３０の表面を指やペンなどで押すと、可変容量１１の電極間距離ｄは小さくなる。このとき可変容量１１の容量値は増大し、ＴＦＴ１２のゲート電圧Ｖｇは上昇する。例えば、電極間距離ｄが０．１μｍになると、ＴＦＴ１２のゲート電圧Ｖｇは約３Ｖとなる。また、Ｖｏｕｔ＝Ｖｇ－Ｖｔｈより、出力電圧Ｖｏｕｔは約２Ｖとなる。ＴＦＴ１２の閾値電圧Ｖｔｈを考慮して出力電圧Ｖｏｕｔを境界電圧Ｖｂと比較することにより、容量変化ありと判断される。
　このように容量変化検出回路１０では、ＴＦＴ１３をオン状態に制御することにより、ＴＦＴ１２のゲート電極に制御電圧Ｖｃｔｒｌを印加し、ＴＦＴ１３をオフ状態に制御することにより、ＴＦＴ１２のゲート電極をフローティング状態に設定することができる。これにより、フローティング状態のＴＦＴ１２のゲート電極に電荷が蓄積されていた場合でも、ＴＦＴ１３をオン状態に制御したときに、ＴＦＴ１２のゲート電極に蓄積されていた電荷を逃がし、ＴＦＴ１２のゲート電圧を制御電圧Ｖｃｔｒｌに等しくすることができる。このため、ＴＦＴ作製工程で電荷がＴＦＴ１２のゲート端子に蓄積される場合や、使用時に対向電極３３から移動した電荷がＴＦＴ１２のゲート端子に蓄積される場合でも、ＴＦＴ１２のゲート電圧がこれらの電荷の影響を受けることがない。したがって、容量変化検出回路１０によれば、回路の誤動作を防止することができる。
　また、ＴＦＴ１３を用いて制御電圧線とＴＦＴ１２のゲート電極を電気的に切り離すことにより、制御電圧線の負荷容量は図１１に示す従来の回路よりも小さくなる。このため、可変容量１１の容量値が変化したときに、ＴＦＴ１２のゲート電圧は大きく変化する。したがって、本実施形態に係る容量変化検出回路１０によれば、液晶パネル１の表面が押されたときの容量変化を高い感度で検出することができる。
　以上に示すように、本実施形態に係る容量変化検出回路１０によれば、ＴＦＴ１３を介してＴＦＴ１２のゲート電極に制御電圧Ｖｃｔｒｌを印加することにより、容量変化を高い感度で誤動作なく検出することができる。また、容量変化検出回路１０を用いることにより、表示画面内のタッチ位置を高い感度で誤動作なく検出できる画像表示装置を構成することができる。また、容量変化検出回路１０を２次元状に配置したときに、同じ行に配置された容量変化検出回路１０に含まれるＴＦＴ１３のゲート電極を共通の行選択線Ｐｉに接続することにより、容量変化検出回路１０の制御に使用する信号線を減らすことができる。
　（第２の実施形態）
　図６は、本発明の第２の実施形態に係る容量変化検出回路を含む液晶表示装置の構成を示すブロック図である。図６に示す液晶表示装置は、第１の実施形態に係る液晶表示装置（図１）において、液晶パネル１とセンサ制御回路５を液晶パネル８とセンサ制御回路９に置換したものである。本実施形態に係る容量変化検出回路１５は、画素回路２０と共に液晶パネル８上に形成され、液晶パネル８の表面が押されたときの静電容量の変化を検出する。なお、本実施形態の構成要素のうち第１の実施形態と同一の要素については、同一の参照符号を付して説明を省略する。
　液晶パネル８には、液晶パネル１と同様に、複数の走査信号線Ｇｉ、複数のデータ信号線Ｓｊ、複数の行選択線Ｐｉ（以下、第１行選択線Ｐｉという）、複数の画素回路２０、複数の容量変化検出回路１５、および、センサ出力選択回路７が設けられる。これに加えて液晶パネル８には、第１行選択線Ｐｉと平行に第１行選択線Ｐｉと同数の第２行選択線Ｑｉが設けられる。第２行選択線Ｑｉは、第１行選択線Ｐｉと同様に、同じ行に配置された容量変化検出回路１５に接続される。
　センサ制御回路９は、センサ制御回路５と同様に、制御信号Ｃ３に従い第１行選択線Ｐｉを選択し、センサ出力選択回路７を制御する。これに加えてセンサ制御回路９は、制御信号Ｃ３に従い複数の第２行選択線Ｑｉの中から１本の第２行選択線を選択し、選択した第２行選択線にゲートオン電圧を印加する。センサ制御回路９は、第１行選択線Ｐｉと第２行選択線Ｑｉを異なるタイミングで選択する。
　図７は、容量変化検出回路１５の回路図である。図７に示す容量変化検出回路１５は、第１の実施形態に係る容量変化検出回路１０（図２）にＴＦＴ１４を追加したものである。ＴＦＴ１４は、Ｎチャネル型ＭＯＳトランジスタである。容量変化検出回路１５では、ＴＦＴ１３のゲート電極は、第１行選択電圧Ｖｓｅｌ１を印加した第１行選択線Ｐｉに接続される。ＴＦＴ１２のドレイン電極はＴＦＴ１４のソース電極に接続される。ＴＦＴ１４のゲート電極は第２行選択電圧Ｖｓｅｌ２を印加した第２行選択線Ｑｉに接続され、ドレイン電極には液晶パネル８の外部から供給されたドレイン電圧Ｖｄが印加される。ＴＦＴ１４は、ＴＦＴ１２を通過する電流の経路上に設けられ、出力電圧Ｖｏｕｔを出力するか否かを切り替える出力制御用スイッチング素子として機能する。
　ＴＦＴ１４は、センサ制御回路９によってオン状態またはオフ状態に制御される。容量変化検出回路１５は、ＴＦＴ１４がオン状態のときには出力電圧Ｖｏｕｔを出力し、ＴＦＴ１４がオフ状態のときには出力電圧Ｖｏｕｔを出力しない。このように本実施形態に係る容量変化検出回路１５によれば、ＴＦＴ１２を通過する電流の経路上にＴＦＴ１４を設けることにより、出力電圧Ｖｏｕｔを出力するか否かを切り替えることができる。
　例えば、図５に示す特性を有する容量変化検出回路について、制御電圧Ｖｃｔｒｌを－４Ｖ～＋２Ｖの範囲内で変化させる場合を考える。この場合、電極間距離ｄが０．１μｍ以下になると、制御電圧Ｖｃｔｒｌにかかわらず、ＴＦＴ１２が完全なオフ状態になることはない。このため、ＴＦＴ１２にリーク電流が流れ、容量変化検出回路の消費電力が増大する。本実施形態に係る容量変化検出回路１５によれば、このようにＴＦＴ１２が完全にオフ状態にならないときでも、ＴＦＴ１２にリーク電流が流れず、不要な出力電圧Ｖｏｕｔを出力しないようにすることができる。
　また、容量変化検出回路１５では、ＴＦＴ１２のゲート電極に制御電圧Ｖｃｔｒｌが印加されたときの可変容量１１の容量値に応じて、可変容量１１の容量値がその後に変化したときのＴＦＴ１２のゲート電圧が変化する。したがって、第１行選択線Ｐｉと第２行選択線Ｑｉを異なるタイミングで選択し、制御電圧Ｖｃｔｒｌの印加と容量変化検出回路１５の選択を異なるタイミングで行うことにより、ＴＦＴ１２のゲート電圧と可変容量１１の容量値との関係を常に一定に保つことができる。
　なお、図７に示す容量変化検出回路１５ではＴＦＴ１４はＴＦＴ１２のドレイン電極側に設けられているが、図８に示すようにＴＦＴ１４をＴＦＴ１２のソース電極側に設けてもよい。図８に示す容量変化検出回路１６では、ＴＦＴ１２のドレイン電極にはドレイン電圧Ｖｄが印加され、ソース電極はＴＦＴ１４のドレイン電極に接続される。ＴＦＴ１４のソース電極からは出力電圧Ｖｏｕｔが出力される。この変形例に係る容量変化検出回路１６は、容量変化検出回路１５と同様に動作し、同様の効果を奏する。
　また、以上の説明では、液晶パネルには画素回路ごとに容量変化検出回路を設けることとしたが、液晶パネルには任意個の容量変化検出回路を任意の形態で設けてもよい。例えば、２個以上の画素回路に対応して容量変化検出回路を設けてもよく、画素回路に対応させずに液晶パネルの一部だけに容量変化検出回路を設けてもよい。また、容量変化検出回路に必要な電圧を供給でき、容量変化検出回路から出力される電気信号を液晶パネルの外部に出力できる限り、液晶パネルには任意の種類の配線を任意の形態で設けてもよい。また、共通電圧Ｖｃｏｍは直流電圧でもよく、交流電圧でもよい。
　また、画素回路内のＴＦＴの端子と容量変化検出回路内のＴＦＴの端子がすべて独立している場合には、異なる端子を同じ信号線に接続して信号線を共通化することにより、液晶パネルに設ける信号線の本数を減らすことができる。図９Ａは、図６に示す容量変化検出回路１５と画素回路２０の回路図（ただし、補助容量２３を除く）である。この回路については、以下に例示する７つの方法により、液晶パネルに設ける信号線の本数を減らすことができる。
　まず、図９Ｂに示すように、出力制御用スイッチング素子（ＴＦＴ１４）のゲート電極と画素回路内の書き込み用スイッチング素子（ＴＦＴ２１）のゲート電極を同じ信号線（走査信号線Ｇｉ）に接続してもよい。あるいは、図９Ｃに示すように、出力制御用スイッチング素子（ＴＦＴ１４）のゲート電極とドレイン電極を同じ信号線（第２行選択線Ｑｉ）に接続してもよい。あるいは、図９Ｄに示すように、電圧印加用スイッチング素子（ＴＦＴ１３）のゲート電極と書き込み用スイッチング素子（ＴＦＴ２１）のゲート電極を同じ信号線（走査信号線Ｇｉ）に接続してもよい。あるいは、図９Ｅに示すように、電圧印加用スイッチング素子（ＴＦＴ１３）のゲート電極と出力制御用スイッチング素子（ＴＦＴ１７）のゲート電極を同じ信号線（第１行選択線Ｐｉ）に接続してもよい。ただし、この場合には、Ｐチャネル型のＴＦＴ１７を使用する。
　あるいは、図９Ｆに示すように、検出用トランジスタ（ＴＦＴ１２）のソース電極と書き込み用スイッチング素子（ＴＦＴ２１）のソース電極を同じ信号線（データ信号線Ｓｊ）に接続してもよい。あるいは、図９Ｇに示すように、電圧印加用スイッチング素子（ＴＦＴ１３）の１つの電極と書き込み用スイッチング素子（ＴＦＴ２１）のソース電極を同じ信号線（データ信号線Ｓｊ）に接続してもよい。あるいは、図９Ｈに示すように、電圧印加用スイッチング素子（ＴＦＴ１３）の１つの電極と液晶容量２２の共通電極を同じ信号線（制御電圧Ｖｃｔｒｌを印加した制御電圧線）に接続してもよい。また、上記７つの方法を好適に組み合わせることにより、液晶パネルに設ける信号線の本数をさらに減らすこともできる。
　本発明の容量変化検出回路は、容量変化を高い感度で誤動作なく検出できるという特徴を有するので、画像表示装置において表示画面内のタッチ位置を検出する用途など、容量変化を検出する各種の用途に利用することができる。
　１、８…液晶パネル
　２…表示制御回路
　３…走査信号線駆動回路
　４…データ信号線駆動回路
　５、９…センサ制御回路
　６…センサ出力処理回路
　７…センサ出力選択回路
　１０、１５、１６…容量変化検出回路
　１１…可変容量
　１２～１４、１７…ＴＦＴ
　２０…画素回路
　３０…対向基板
　３１、４１…ガラス基板
　３２…突起物
　３３…対向電極
　３４…絶縁膜
　４０…ＴＦＴ側基板
　４２…可変容量電極
　４３…ゲート電極

Claims (5)

  1. 　静電容量の変化を検出する容量変化検出回路であって、
    　一方の電極が電圧供給線に接続された可変容量と、
    　ゲート電極が前記可変容量の他方の電極に接続され、前記可変容量の容量値に応じた電気信号を出力する検出用トランジスタと、
    　制御電圧線と前記検出用トランジスタのゲート電極との間に設けられた電圧印加用スイッチング素子とを備えた、容量変化検出回路。
  2. 　前記電圧印加用スイッチング素子がオン状態である間に、所定の制御電圧が前記制御電圧線に印加され、前記電圧印加用スイッチング素子がオフ状態に変化した後は、前記検出用トランジスタのゲート電極はフローティング状態を保つことを特徴とする、請求項１に記載の容量変化検出回路。
  3. 　前記検出用トランジスタを通過する電流の経路上に設けられ、前記電気信号を出力するか否かを切り替える出力制御用スイッチング素子をさらに備えた、請求項１に記載の容量変化検出回路。
  4. 　表示画面内のタッチ位置を検出できる画像表示装置であって、
    　複数の画素回路と１以上の容量変化検出回路とを含む表示パネルと、
    　前記表示パネルの制御回路とを備え、
    　前記容量変化検出回路は、
    　　一方の電極が電圧供給線に接続された可変容量と、
    　　ゲート電極が前記可変容量の他方の電極に接続され、前記可変容量の容量値に応じた電気信号を出力する検出用トランジスタと、
    　　制御電圧線と前記検出用トランジスタのゲート電極との間に設けられた電圧印加用スイッチング素子とを含む、画像表示装置。
  5. 　前記表示パネルは、行方向および列方向に配置された複数の容量変化検出回路を含み、
    　同じ行に配置された容量変化検出回路に含まれる電圧印加用スイッチング素子のゲート電極は、共通の信号線に接続されていることを特徴とする、請求項４に記載の画像表示装置。
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* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP5625669B2 (ja) * 2010-09-17 2014-11-19 ソニー株式会社 センサ装置および情報処理装置
CN103034365B (zh) * 2012-12-13 2016-03-09 北京京东方光电科技有限公司 触控显示电路结构及其驱动方法、阵列基板和显示装置
CN103235457B (zh) 2013-04-25 2014-11-19 北京京东方光电科技有限公司 触控像素驱动电路、方法、阵列基板和液晶显示装置
WO2015075845A1 (ja) 2013-11-21 2015-05-28 パナソニック液晶ディスプレイ株式会社 表示装置
JP6613044B2 (ja) 2014-04-22 2019-11-27 株式会社半導体エネルギー研究所 表示装置、表示モジュール、及び電子機器
US9952725B2 (en) * 2014-04-22 2018-04-24 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Liquid crystal display device and electronic device having sensor circuit comprising a transistor and a capacitor
CN108363248B (zh) * 2018-03-08 2020-02-07 惠科股份有限公司 显示面板及其降低电容负载的方法
CN113064307B (zh) * 2021-03-19 2022-02-22 深圳市华星光电半导体显示技术有限公司 阵列基板及制作方法、显示面板

Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002287887A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Citizen Watch Co Ltd 静電容量検出装置
JP2004295881A (ja) * 2003-03-12 2004-10-21 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置

Family Cites Families (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US7583250B2 (en) * 2003-03-12 2009-09-01 Semiconductor Energy Laboratory Co., Ltd. Semiconductor device
KR101133753B1 (ko) * 2004-07-26 2012-04-09 삼성전자주식회사 감지 소자를 내장한 액정 표시 장치
US7839392B2 (en) * 2005-08-05 2010-11-23 Samsung Electronics Co., Ltd. Sensing circuit and display device having the same

Patent Citations (2)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2002287887A (ja) * 2001-03-23 2002-10-04 Citizen Watch Co Ltd 静電容量検出装置
JP2004295881A (ja) * 2003-03-12 2004-10-21 Semiconductor Energy Lab Co Ltd 半導体装置

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