WO2011114901A1 - タッチセンサ付き表示装置 - Google Patents

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WO2011114901A1
WO2011114901A1 PCT/JP2011/054953 JP2011054953W WO2011114901A1 WO 2011114901 A1 WO2011114901 A1 WO 2011114901A1 JP 2011054953 W JP2011054953 W JP 2011054953W WO 2011114901 A1 WO2011114901 A1 WO 2011114901A1
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circuit
touch sensor
sensor
signal
display device
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PCT/JP2011/054953
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智彦 西村
仁 宮澤
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シャープ株式会社
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    • G09G3/3648Control of matrices with row and column drivers using an active matrix
    • G09G3/3655Details of drivers for counter electrodes, e.g. common electrodes for pixel capacitors or supplementary storage capacitors

Definitions

  • the present invention relates to a display device including a touch sensor that can detect a position where a finger or the like is in contact.
  • touch sensor also referred to as a “touch panel”
  • the touch sensor is an input device that enables an operation instruction and data input by detecting the position of a part touched by a finger, a pen, or the like.
  • a position detection method a capacitive coupling method, a resistive film method, an infrared method, an ultrasonic method, an electromagnetic induction / coupling method, and the like are known.
  • the touch sensor When the touch sensor is used integrally with the display device, the touch sensor receives noise from the display device, and the position detection accuracy of the touch sensor is lowered.
  • the display device uses a liquid crystal panel
  • an induced voltage is generated in the position detection conductive film of the touch sensor due to a common voltage applied to the counter electrode of the liquid crystal panel. This induced voltage causes noise.
  • the display device with a touch sensor disclosed in the publication includes a strobe signal generation circuit and a noise cut current signal generation circuit.
  • the strobe signal generation circuit generates a strobe signal synchronized with the polarity inversion period of the common voltage supplied to the counter electrode.
  • the noise cut current signal generation circuit generates a noise cut current signal obtained by removing a predetermined portion from a current flowing from a terminal connected to the touch sensor unit based on the strobe signal.
  • the above-described conventional configuration requires a dedicated circuit for noise removal, which is a strobe signal generation circuit and a noise cut current signal generation circuit, and thus the structure becomes complicated.
  • An object of the present invention is to provide a display device with a touch sensor that can avoid the influence of noise caused by polarity inversion of the common voltage of the display device without using a strobe signal generation circuit or a noise cut current signal generation circuit. is there.
  • a display device with a touch sensor includes an active matrix substrate including a plurality of pixel electrodes, a display medium layer, and a counter electrode facing the plurality of pixel electrodes.
  • a display panel having a counter substrate, a display panel driving circuit that supplies a display signal voltage to the plurality of pixel electrodes and a common voltage with periodic inversion of polarity to the counter electrodes, and the display
  • a touch sensor unit having a plurality of sensor electrodes that are arranged on the surface of the panel on the opposite substrate side and whose electrical characteristics change when touched by a contact body, and the sensor electrodes connected in sequence to each of the sensor electrodes.
  • a sensor output readout circuit for outputting a signal voltage corresponding to an electrical characteristic; a sensor control circuit for supplying a control signal to the sensor output readout circuit; and the sensor output And a coordinate calculation circuit that detects a position touched by the contact body in the touch sensor unit based on a signal voltage output from the readout circuit, and the control signal is supplied to the display panel drive circuit.
  • a coordinate calculation circuit that detects a position touched by the contact body in the touch sensor unit based on a signal voltage output from the readout circuit, and the control signal is supplied to the display panel drive circuit.
  • Including a signal for sequentially connecting all of the sensor electrodes of the touch sensor unit to the sensor output readout circuit during one cycle of the signal, and the coordinate operation circuit reads the sensor output over two cycles of the vertical synchronization signal.
  • An averaging circuit that calculates an average value of signal voltage values output from the circuit, and a contact position detection circuit that detects a position touched by the contact body in the touch sensor unit based on the average value. .
  • the display apparatus with a touch sensor which can avoid the influence of the noise resulting from the polarity inversion of the common voltage of a display apparatus, without using special circuits, such as a strobe signal generation circuit and a noise cut current signal generation circuit Can be provided.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a display device with a touch sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing, in particular, a connection relationship with a drive circuit and the like in the configuration of the display device with a touch sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a time change of the common voltage (COM voltage) applied to the counter electrode of the display panel.
  • FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a configuration example in which only the transparent conductive film for detecting the touch position in the X direction is extracted from the transparent conductive film of the touch sensor unit.
  • FIG. 1 is a schematic diagram showing a configuration of a display device with a touch sensor according to an embodiment of the present invention.
  • FIG. 2 is a schematic diagram showing, in particular, a connection relationship with a drive circuit and the like in the configuration of the display device with a touch sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • FIG. 3 is
  • FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a configuration example in which only the transparent conductive film for detecting the touch position in the Y direction is extracted from the transparent conductive film of the touch sensor unit.
  • FIG. 4C is a schematic diagram illustrating the entire configuration of the transparent conductive film of the touch sensor unit.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an internal configuration of the touch sensor circuit.
  • FIG. 6 is a flowchart illustrating an example of the operation of the touch sensor circuit.
  • FIG. 7 is a timing chart showing the timing of the scanning operation and the average value calculation operation in the touch sensor circuit according to the first embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a modification of the operation of the touch sensor circuit according to the second embodiment.
  • FIG. 9 is a timing chart showing the timing of the scan operation and the average value calculation operation in the touch sensor circuit according to the second embodiment.
  • a display device with a touch sensor includes a display panel having an active matrix substrate including a plurality of pixel electrodes, a display medium layer, and a counter substrate including a counter electrode facing the plurality of pixel electrodes. And a display panel driving circuit for supplying a display signal voltage to the plurality of pixel electrodes and supplying a common voltage with periodic inversion of polarity to the counter electrode, and a display panel driving circuit disposed on the counter substrate side surface of the display panel And a touch sensor unit having a plurality of sensor electrodes whose electrical characteristics change when touched by a contact body, and a signal voltage corresponding to the electrical characteristics of the connected sensor electrodes are sequentially connected to each of the sensor electrodes and output.
  • a sensor output readout circuit, a sensor control circuit for supplying a control signal to the sensor output readout circuit, and a signal output from the sensor output readout circuit A coordinate calculation circuit that detects a position touched by the contact body in the touch sensor unit based on pressure, and the control signal is supplied during one cycle of a vertical synchronization signal supplied to the display panel drive circuit. Including a signal for sequentially connecting all of the sensor electrodes of the touch sensor unit to the sensor output readout circuit, and the coordinate calculation circuit outputs a signal voltage output from the sensor output readout circuit over two cycles of the vertical synchronization signal.
  • An averaging circuit that calculates an average value of the values, and a contact position detection circuit that detects a position touched by the contact body in the touch sensor unit based on the average value.
  • the polarity of the common voltage is inverted from negative polarity to positive polarity in synchronization with the fall of the vertical synchronization signal (switching from high level to low level) in one period of the vertical synchronization signal.
  • the polarity of the common voltage is inverted from the positive polarity to the negative polarity in synchronization with the falling edge of the vertical synchronization signal.
  • the noise that the output signal value obtained in the first cycle receives due to the polarity inversion of the common voltage and the noise that the output signal value obtained in the second cycle receives due to the polarity inversion of the common voltage have opposite polarities. Therefore, in the averaging circuit, the average value of the output signal value obtained in the first period and the output signal value obtained in the second period can be obtained to cancel noise caused by the polarity inversion of the common voltage. it can.
  • a display device with a sensor can be provided.
  • the averaging circuit outputs the signal voltage output from the sensor output readout circuit in the first half of the two cycles of the vertical synchronization signal and the second half of the two cycles of the vertical synchronization signal. It is preferable to calculate an average value with the signal voltage output from the sensor output readout circuit.
  • the averaging circuit may calculate the average value every two cycles of the vertical synchronization signal or every one cycle of the vertical synchronization signal.
  • the sensor electrode includes a first sensor electrode group in which a plurality of sensor electrodes are arranged in the first axis direction of the coordinate in the touch sensor unit, and a first coordinate of the coordinate in the touch sensor unit.
  • the display device with a touch sensor may be configured such that the polarity of the common voltage is inverted every horizontal period, or the configuration where the polarity of the common voltage is inverted every two horizontal periods. There may be.
  • FIG 1 and 2 are schematic views showing the configuration of the display device 20 with a touch sensor according to the first embodiment of the present invention.
  • a display device 20 with a touch sensor includes an active matrix type (for example, TFT type) display panel 10, a touch sensor unit 7, and a drive circuit 14 that supplies various signals to the display panel 10. And a touch sensor circuit 16.
  • the drive circuit 14 is connected to a source driver 12a and a gate driver 12b via an FPC (flexible circuit board) 13.
  • the source driver 12a and the gate driver 12b may be mounted as a chip on the active matrix substrate 8 of the display panel 10, or may be formed monolithically on the active matrix substrate 8.
  • a video signal, a horizontal synchronization signal H SYNC , a vertical synchronization signal V SYNC , a clock signal CLK (pixel clock), and the like are input to the drive circuit 14 via an external interface (I / F).
  • the clock signal CLK may be generated by a PLL circuit inside the drive circuit 14, for example.
  • the touch sensor circuit 16 is supplied with a vertical synchronization signal V SYNC , a horizontal synchronization signal H SYNC , and, if necessary, a clock signal CLK via the drive circuit 14 or directly from the outside.
  • the display panel 10 has at least an active matrix substrate 8, a counter substrate 6, and a display medium layer 4 disposed between these substrates.
  • the active matrix substrate 8 has a TFT array layer 3 including switching elements such as TFTs and wirings on the glass substrate 2.
  • the active matrix substrate 8 has a plurality of pixel electrodes arranged in a matrix.
  • the display medium layer 4 is, for example, a liquid crystal layer.
  • the counter substrate 6 has a color filter (not shown) and a counter electrode 5 formed on the entire surface of the substrate.
  • a polarizing plate is provided on at least one surface of the display panel 10.
  • the first polarizing plate 1 (polarizer) is provided on the back side (the side opposite to the observer) of the active matrix substrate 8.
  • a second polarizing plate (not shown) as an analyzer may be provided on the counter substrate 6 side.
  • the display panel 10 is provided with the color filter and the second polarizing plate.
  • the color filter and the second polarizing plate may be arranged on the viewer side of the touch sensor unit 7.
  • the display panel 10 is provided with various optical members such as a phase difference plate and a lens sheet as necessary.
  • the touch sensor unit 7 is disposed on the front surface (observer side) of the display panel 10.
  • the touch sensor unit 7 includes, for example, a touch sensor substrate made of glass or transparent plastic, and a transparent conductive film provided on the surface of the touch sensor substrate.
  • the transparent conductive film is formed in a predetermined pattern by a well-known thin film forming technique such as sputtering.
  • the material of the transparent conductive film is, for example, indium / tin oxide (ITO), indium / zinc oxide (IZO), tin oxide (NESA), or zinc oxide.
  • ITO indium / tin oxide
  • IZO indium / zinc oxide
  • NESA tin oxide
  • zinc oxide zinc oxide.
  • the material of the transparent conductive film and the film formation method are not particularly limited to the examples described here, and various materials and film formation methods can be used.
  • the touch sensor unit 7 may be adhered to the surface of the display panel 10 with an adhesive or the like without a gap, or may be mounted with a gap (air layer). At this time, the transparent conductive film of the touch sensor unit 7 may be disposed on the display panel 10 side, and conversely, the touch sensor substrate may be disposed on the display panel 10 side.
  • the touch sensor unit 7 may have a configuration without the touch sensor substrate.
  • the touch sensor unit 7 in this case can be realized by directly forming a transparent conductive film on the outer surface of the display panel 10 on the viewer side. According to this configuration, there is an advantage that the thickness of the entire display device with a touch sensor can be reduced.
  • the touch sensor unit 7 it is preferable to form a protective layer on the outermost surface on the viewer side regardless of whether or not the touch sensor substrate is provided.
  • a protective layer for example, an inorganic thin film such as SiO 2 or SiNO X , a transparent resin coating, or a transparent resin film such as PET or TAC can be used.
  • the touch sensor unit 7 may be further subjected to antireflection processing and / or antifouling processing as necessary.
  • an active matrix type (for example, TFT type) liquid crystal display panel is used as the display panel 10.
  • the polarity of the common voltage supplied to the counter electrode 5 of the counter substrate 6 is inverted every certain period (for example, one horizontal synchronization period). This is to prevent a DC voltage from being applied to the liquid crystal layer as the display medium layer 4 and to reduce the breakdown voltage required for the gate driver and the source driver.
  • FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a time change of the common voltage (COM voltage) applied to the counter electrode 5 of the display panel 10.
  • the example of FIG. 3 is so-called line inversion driving in which the polarity (positive and negative) of the common voltage is inverted every horizontal synchronization period.
  • the present invention is not limited to this, and can be applied to so-called two-line inversion driving or the like in which the polarity of the common voltage is inverted every two horizontal synchronization periods.
  • FIG. 3 illustrates a common voltage waveform in which the absolute value of the positive voltage and the absolute value of the negative voltage are the same.
  • the absolute value of the positive voltage of the common voltage is not necessarily equal to the absolute value of the negative voltage.
  • FIG. 4A is a schematic diagram illustrating a configuration example in which only the transparent conductive film for detecting the touch position in the X direction is extracted from the transparent conductive film of the touch sensor unit 7.
  • FIG. 4B is a schematic diagram illustrating a configuration example in which only the transparent conductive film for detecting the touch position in the Y direction is extracted from the transparent conductive film of the touch sensor unit 7.
  • FIG. 4C is a schematic diagram illustrating the entire configuration of the transparent conductive film of the touch sensor unit 7.
  • the transparent conductive film for detecting the touch position in the Y direction is illustrated with a sand pattern for convenience in order to easily distinguish it from the transparent conductive film in the X direction. did. That is, the actual transparent electrode film does not have such a pattern.
  • the touch sensor unit 7 includes m electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm (first sensor electrode group) in the X direction and n electrode patterns in the Y direction. 7Y1, 7Y2,... 7Yn (second sensor electrode group).
  • FIG. 4A and the like the illustration is simplified for easy understanding, but the number (m, n) of electrode patterns actually provided in the touch sensor unit 7 is necessary for the touch sensor unit 7. It is determined according to the sensor resolution.
  • the touch sensor unit 7 of the present embodiment determines the X coordinate of the touch position by the electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm, and determines the Y coordinate of the touch position by the electrode patterns 7Y1, 7Y2,.
  • the X-direction electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm and at least one of the Y-direction electrode patterns 7Y1, 7Y2, are arranged at such a density that the contact object simultaneously touches the book.
  • each of the electrode patterns 7X1 to 7Xm and the electrode patterns 7Y1 to 7Yn has a conductive wiring patterned in a plurality of rectangular shapes, and conductive wiring is arranged so that the vertices of the rectangles face each other. Through a pattern connected in series.
  • the conductive wiring may be formed of the same material as the conductive film or may be formed of another conductive material.
  • the conductive wiring is led out of the touch sensor unit 7 and connected to a sensor output readout circuit described later.
  • the X-direction electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm and the Y-direction electrode patterns 7Y1, 7Y2,. Has been placed.
  • An insulating film is interposed between these wirings so as not to be electrically connected to the wirings.
  • the configuration of the conductive film of the touch sensor unit 7 is not limited to the example shown in FIG. 4C.
  • the electrode pattern in the X direction and the electrode pattern in the Y direction may be configured to overlap each other.
  • the electrode pattern in the X direction and the electrode pattern in the Y direction may be formed in different layers with the insulating film layer interposed therebetween.
  • an insulating film may be interposed at least between the X-direction electrode pattern and the Y-direction electrode pattern where these patterns overlap.
  • FIG. 5 is a circuit diagram showing an internal configuration of the touch sensor circuit 16.
  • the touch sensor circuit 16 includes a sensor output reading circuit 21, a coordinate calculation device 22, and a switch control device 23 (sensor control circuit).
  • the sensor output readout circuit 21 outputs signals representing the capacitances of the electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm and the electrode patterns 7Y1, 7Y2,. Based on the output signal value from the sensor output readout circuit 21, the coordinate calculation device 22 is in a position where the contact body is in contact with the electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm and the electrode patterns 7Y1, 7Y2,. Find the coordinates of.
  • the switch control device 23 controls the operation of the sensor output reading circuit 21 by supplying control signals to various switches of the sensor output reading circuit 21.
  • the sensor output readout circuit 21 includes a multiplexer 211, a compensation circuit 212, a charging circuit 213, and a current-voltage conversion circuit 214.
  • the multiplexer 211 selectively connects the outputs from the electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm of the touch sensor unit 7 and the electrode patterns 7Y1, 7Y2,. That is, the multiplexer 211 divides one sensor cycle into (m + n) periods and selects one electrode pattern in one period. Selection of the electrode pattern in the multiplexer 211 is controlled by a selection signal Smp supplied from the switch control device 23.
  • the charging circuit 213 includes switching elements SW1 and SW2.
  • the switching element SW1 switches connection and disconnection between the terminal T1 of the charging circuit 213 and the current-voltage conversion circuit 214.
  • the switching element SW2 switches connection and disconnection between the terminal T1 and the ground voltage. Switching of the switching elements SW1 and SW2 is controlled by control signals Sa and Sb supplied from the switch control device 23.
  • the compensation circuit 212 includes a capacitor Cc and switching elements SW6 and SW7.
  • the switching element SW6 switches between connection and non-connection between one terminal of the capacitor Cc and a power supply terminal to which a voltage (V 0 + V REF ⁇ 2) is applied.
  • Switching element SW7 switches connection and disconnection between one terminal of capacitor Cc and switching element SW1 of charging circuit 213.
  • the other terminal of the capacitor Cc is held at the ground potential.
  • the capacitance of the capacitor Cc is set to the same capacitance as the parasitic capacitance Ca formed between the electrode pattern of the touch sensor unit 7 and the terminal T1 of the charging circuit 213.
  • the compensation circuit 212 supplies the same current i3 to the touch sensor unit 7 via the switching element SW1 in order to compensate the current i3 flowing through the parasitic capacitance Ca.
  • the current-voltage conversion circuit 214 includes a capacitor C1, a differential amplifier OP1, and switching elements SW3, SW4, SW5.
  • the capacitor C1 functions as a charge storage unit for storing charges.
  • One terminal of the capacitor C1 is connected to one of the two input terminals of the differential amplifier OP1.
  • the other input terminal of the differential amplifier OP1 is connected to a power supply terminal VS1 to which a voltage VREF is applied.
  • the other terminal of the capacitor C1 is connected to the output terminal of the differential amplifier OP1.
  • the switching element SW3 switches between connection and non-connection between the terminal of the capacitor C1 on the side connected to the input terminal of the differential amplifier OP1 and the power supply terminal VS1 to which the voltage VREF is applied.
  • the switching element SW4 switches between connection and non-connection between both terminals of the capacitor C1. Switching of the switching elements SW3 and SW4 is controlled by a control signal Sc supplied from the switch control device 23.
  • the switching element SW5 switches between connection and non-connection between the output terminal of the differential amplifier OP1 and the coordinate calculation device 22. Switching of the switching element SW5 is controlled by a control signal Sd supplied from the switch control device 23.
  • the coordinate calculation device 22 includes an averaging circuit 221 and a contact position detection circuit 222 (coordinate position detection circuit).
  • the averaging circuit 221 calculates an average value of output signal values obtained by a plurality of scans by the sensor output readout circuit 21.
  • the contact position detection circuit 222 calculates the coordinates of the position touched by the pen, finger, etc. based on the average value obtained by the averaging circuit 221.
  • the switch control device 23 turns on the switching elements SW2, SW3, SW4, and SW6 and turns off the switching elements SW1, SW5, and SW7.
  • the voltage of the terminal 111 is set to V 0 (ground voltage)
  • the potential difference between both terminals of the capacitor Cc is set to V 0 + 2V REF .
  • both terminals of the capacitor C1 are set to the same voltage VREF .
  • the potential difference between both terminals of the capacitor C1 is 0V.
  • the switch control device 23 turns on the switching elements SW1, SW5 and SW7 and turns off the switching elements SW2, SW3, SW4 and SW6.
  • the capacitor C1 and the electrode pattern selected by the multiplexer 211 among the electrode patterns of the touch sensor unit 7 are connected.
  • a contact body such as a finger or a pen is in contact with the electrode pattern
  • a current flows through the contact body, and the amount of charge accumulated in the capacitor C1 changes.
  • the current i3 flowing through the parasitic capacitance Ca is compensated by the same current i3 flowing from the capacitor Cc.
  • the differential amplifier OP1 outputs a voltage signal corresponding to the amount of charge accumulated in the capacitor C1.
  • the terminal T3 of the current-voltage conversion circuit 214 has different voltages depending on whether or not the contact body is in contact with the electrode pattern of the touch sensor unit 7 and the difference in the dielectric constant of the contact body. A signal is output.
  • the coordinate calculation device 22 can detect whether or not the contact body is in contact with the electrode pattern of the touch sensor unit 7 in accordance with the output signal from the terminal T3 of the current-voltage conversion circuit 214. For example, the value of the output signal from the terminal T3 of the current-voltage conversion circuit 214 when nothing is in contact with the electrode pattern of the touch sensor unit 7 is measured and stored in advance, and the value and the value of the output signal are stored. The presence or absence of contact can be detected.
  • the coordinate calculation device 22 includes a memory (not shown) that stores the value of the output signal from the terminal T3 of the current-voltage conversion circuit 214.
  • the multiplexer 211 includes the X-direction electrode patterns 7X1, 7X2, ... 7Xm and the Y-direction electrode patterns 7Y1, 7Y2, ... 7Yn in one sensor cycle (one scan).
  • a total of (m + n) electrode patterns are sequentially selected.
  • (m + n) signal values are obtained as output signals from the terminal T3 of the current-voltage conversion circuit 214 in one sensor cycle.
  • the coordinate calculation device 22 detects the contact position by the contact body based on these (m + n) signal values.
  • the electrode pattern 7X1 is in contact with the electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm in the X direction and the electrode pattern 7Y1 in the Y direction is also in contact
  • a finger, a pen, or the like is in contact with the vicinity of the intersection of the electrode pattern 7X1 and the electrode pattern 7Y1 in the Y direction.
  • the number of contact points detected in one sensor cycle is not limited to one.
  • FIG. 6 is a flowchart showing an example of the operation of the touch sensor circuit 16.
  • step S1 As shown in FIG. 6, when the power is turned on, the operation of the touch sensor circuit 16 starts. First, various initial values are set (step S1).
  • the multiplexer 211 sequentially selects the X-direction electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm according to the control signal Smp from the switch control device 23. Thereby, these electrode patterns are sequentially connected to the charging circuit 213, whereby m output signal values corresponding to the capacitance of each electrode pattern are obtained (step S2).
  • the m output signal values obtained in step S2 are stored in an internal or external memory (not shown) of the coordinate calculation device 22 as data in the X direction obtained in the first scan.
  • the switch control device 23 starts selection of the electrode pattern by the multiplexer 211 in synchronization with the falling edge of the vertical synchronization signal V SYNC (switching from high level to low level). .
  • the multiplexer 211 sequentially selects the electrode patterns 7Y1, 7Y2,... 7Yn in the Y direction according to the control signal Smp from the switch control device 23. Accordingly, these electrode patterns are sequentially connected to the charging circuit 213, whereby n output signal values corresponding to the capacitance of each electrode pattern are obtained (step S3).
  • the n output signal values obtained in step S3 are stored in a memory (not shown) inside or outside the coordinate calculation device 22 as data in the Y direction obtained in the first scan.
  • the multiplexer 211 sequentially selects the electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm in the X direction again by the control signal Smp from the switch control device 23. Thereby, m output signal values corresponding to the capacities of these electrode patterns are obtained (step S4).
  • the m output signal values obtained in step S4 are stored in an internal or external memory (not shown) of the coordinate calculation device 22 as data in the X direction obtained in the second scan.
  • the switch control device 23 starts the selection of the electrode pattern by the multiplexer 211 in synchronization with the falling edge of the pulse of the vertical synchronization signal VSYNC as shown in FIG.
  • the multiplexer 211 sequentially selects the electrode patterns 7Y1, 7Y2,... 7Yn in the Y direction sequentially by the control signal Smp from the switch control device 23. Thereby, n output signal values corresponding to the capacities of these electrode patterns are obtained (step S5).
  • the n output signal values obtained in step S5 are stored in a memory (not shown) inside or outside the coordinate calculation device 22 as data in the Y direction obtained in the second scan.
  • the memory has (m + n) output signal values obtained in the first scan and (m + n) output signal values obtained in the second scan. Is stored.
  • the averaging circuit 221 reads out the data stored in the memory, and (m + n) output signal values obtained by the first scan and obtained by the second scan. An average value of (m + n) output signal values is obtained (step S6). That is, the coordinate calculation device 22 was obtained in the first scan for the output signal values obtained from the electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm and the electrode patterns 7Y1, 7Y2,. An average value of the value and the value obtained in the second scan is obtained.
  • the contact position detection circuit 222 compares the average value obtained in step S6 with a predetermined threshold value to obtain the coordinates of the position touched by the contact body (step S7).
  • the predetermined threshold value is obtained by adding a margin as necessary to the output signal value of the sensor output readout circuit 21 when nothing is in contact with the electrode pattern, for example.
  • step S6 the output signal value obtained in the odd-numbered scan and the output signal value obtained in the even-numbered scan are respectively stored in the memory, and the average value thereof is obtained in step S6.
  • the process for obtaining the coordinates of the contact position in step S7 is repeated.
  • the electrode pattern 7X1,7X2, ⁇ 7Xm, 7Y1,7Y2, each ⁇ ⁇ ⁇ 7Yn (M + n) output signal values are acquired twice based on the capacity of.
  • the common voltage (COM voltage) supplied to the counter electrode 5 is vertical in one cycle (the previous cycle in the example shown in FIG. 7) when viewed in units of two cycles of the vertical synchronization signal VSYNC . Switching from the negative polarity to the positive polarity at the falling edge of the pulse of the synchronizing signal V SYNC .
  • the COM voltage is switched from positive polarity to negative polarity at the falling edge of the pulse of the vertical synchronization signal V SYNC .
  • the first scan starts when the COM voltage is positive, and the second scan starts when the COM voltage is negative. Therefore, the noise that the output signal value obtained during the first scan receives due to the polarity inversion of the COM voltage and the noise that the output signal value obtained during the second scan receives due to the polarity inversion of the COM voltage are opposite in polarity. It becomes. Therefore, the averaging circuit 221 obtains the average value of the output signal value obtained in the first scan and the output signal value obtained in the second scan, thereby reducing noise caused by the polarity inversion of the COM voltage. Can be countered.
  • the configuration of the display device with a touch sensor according to the second embodiment is the same as that of the display device with a touch sensor 20 according to the first embodiment. However, in the display device with a touch sensor according to the second embodiment, the operation of the touch sensor circuit 16 is different from that of the first embodiment.
  • FIG. 8 is a flowchart showing a modification of the operation of the touch sensor circuit 16 according to the present embodiment.
  • the operation of the touch sensor circuit 16 starts.
  • various initial values are set (step S11). At this time, for example, zero is set as an initial value of the “output signal value obtained in the previous scan” for each electrode pattern in the memory that stores the output signal value of the sensor output readout circuit 21.
  • the multiplexer 211 sequentially selects the electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm in the X direction according to the control signal Smp from the switch control device 23. Thereby, m output signal values corresponding to the capacities of these electrode patterns are obtained (step S12).
  • the m output signal values obtained in step S12 are stored in a memory (not shown) inside or outside the coordinate calculation device 22 as data in the X direction obtained in the current scan. In this memory, a region for storing the data obtained by the previous scan and the data obtained by the current scan is provided separately.
  • the switch controller 23 as shown in FIG. 7, in synchronization with the falling of the pulse of the vertical synchronization signal V SYNC, to start the selection of the electrode patterns by the multiplexer 211.
  • the multiplexer 211 sequentially selects the electrode patterns 7Y1, 7Y2,... 7Yn in the Y direction sequentially by the control signal Smp from the switch control device 23. As a result, n output signal values corresponding to the capacities of these electrode patterns are obtained (step S13).
  • the n output signal values obtained in step S13 are stored in a memory (not shown) inside or outside the coordinate calculation device 22 as data in the Y direction obtained in the current scan.
  • the averaging circuit 221 of the coordinate calculation device 22 refers to the memory and obtains an average value of the output signal value obtained in the previous scan and the output signal value obtained in the current scan (step) S14).
  • the contact position detection circuit 222 of the coordinate calculation device 22 obtains the coordinates of the position touched by the contact body by comparing the average value obtained in step S14 with a predetermined threshold (step S15).
  • the predetermined threshold value is obtained by adding a margin as necessary to the output signal value of the sensor output readout circuit 21 when nothing is in contact with the electrode pattern, for example.
  • the coordinate calculation device 22 stores the output signal value obtained in step S12 and step S13 in the memory as "output signal value obtained in the previous scan" (step S16).
  • step S14 when step S14 is executed for the first time, the output value obtained in the previous scan is set to zero on the memory for each of the electrode patterns by the initial value setting process in step S11.
  • the output value from the averaging circuit 221 is the output signal value obtained in the current scan.
  • step S14 when step S14 is executed after the second time, since the output signal value actually obtained in the previous scan is stored in the memory, the average value thereof is obtained to obtain the first embodiment. As described in the above, noise caused by the polarity inversion of the COM voltage can be canceled out.
  • the configuration in which the contact position is detected by utilizing the change in the capacitance of the electrode pattern when a finger, a pen, or the like comes into contact is illustrated.
  • the configuration of the touch sensor unit is not limited to such a capacitive coupling method, and any other method can be applied.
  • the present invention is not limited to a contact type sensor, and the present invention can be applied to a sensor that electrically or optically detects that a finger, a pen, or the like is in proximity.
  • the electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm and the electrode patterns 7Y1, 7Y2,... 7Yn are sequentially selected in one sensor cycle using one multiplexer. . That is, in the above description, a configuration in which one sensor output readout circuit 21 is provided in the touch sensor circuit 16 is illustrated. However, one sensor output readout circuit 21 may be provided for each of the electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm and the electrode patterns 7Y1, 7Y2,. According to this configuration, it is possible to scan the electrode patterns 7X1, 7X2,... 7Xm and the electrode patterns 7Y1, 7Y2,.
  • the number of scan operations to be averaged is not limited to two. .
  • an average of output signal values obtained by four scan operations may be obtained.
  • the present invention can be used industrially as a display device with a touch sensor.

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Abstract

 特別な回路を用いずに、表示装置の共通電圧の極性反転に起因するノイズの影響を回避できる、タッチセンサ付き表示装置を提供する。センサ電極を複数備えたタッチセンサ部(7)と、前記センサ電極のそれぞれに順次接続され、接続されたセンサ電極の電気特性に応じた信号電圧を出力するセンサ出力読出回路(21)と、センサ出力読出回路(21)へ制御信号を供給するセンサ制御回路(23)と、前記信号電圧に基づいて接触位置を検出する座標演算回路(22)とを備えた、タッチセンサ付き表示装置である。座標演算回路(22)が、垂直同期信号の2周期にわたって、センサ出力読出回路(21)から出力された信号電圧値の平均値を算出する平均化回路(221)と、前記平均値に基づいて接触位置を検出する接触位置検出回路(222)とを備える。

Description

タッチセンサ付き表示装置
 本発明は、指等が接触した位置を検出することができるタッチセンサを備えた表示装置に関する。
 従来、ディスプレイの前面(観察者側)にタッチセンサ(「タッチパネル」ともいう。)が設けられたタッチセンサ付き表示装置が、様々な用途に用いられている。タッチセンサは、指やペン等が接触した箇所の位置を検出することにより、操作指示やデータ入力を可能とする入力装置である。位置検出の方式としては、静電容量結合方式、抵抗膜方式、赤外線方式、超音波方式および電磁誘導/結合方式などが知られている。
 タッチセンサを表示装置と一体的に使用する場合、タッチセンサが表示装置からのノイズを受け、タッチセンサの位置検出精度が低下することが問題になっている。例えば、表示装置が液晶パネルを利用したものである場合、液晶パネルの対向電極に印加される共通電圧に起因して、タッチセンサの位置検出用導電膜に誘起電圧が発生する。この誘起電圧が、ノイズの原因となる。
 このようなノイズを除去するための構成が、例えば特開2006-146895号公報に開示されている。前記公報に開示されたタッチセンサ付き表示装置は、ストローブ信号生成回路と、ノイズカット電流信号生成回路とを備えている。ストローブ信号生成回路は、対向電極に供給される共通電圧の極性反転の周期に同期したストローブ信号を生成する。ノイズカット電流信号生成回路は、ストローブ信号に基づいて、タッチセンサ部に接続された端子から流れる電流から所定の部分を除いたノイズカット電流信号を生成する。
 この従来の構成によれば、共通電圧の周期的な極性反転に起因して位置検出用導電膜の出力電流に生じるノイズが、ストローブ信号を用いて除去される。これにより、タッチセンサ出力のSN比が改善され、位置検出精度が向上する。
 しかしながら、上記従来の構成は、ストローブ信号生成回路とノイズカット電流信号生成回路という、ノイズ除去用の専用回路を必要とするので、構造が複雑になる。
 本発明の目的は、ストローブ信号生成回路やノイズカット電流信号生成回路を用いずに、表示装置の共通電圧の極性反転に起因するノイズの影響を回避できる、タッチセンサ付き表示装置を提供することである。
 上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置は、複数の画素電極を備えるアクティブマトリクス基板と、表示媒体層と、前記複数の画素電極に対向する対向電極を備える対向基板とを有する表示パネルと、前記複数の画素電極に表示信号電圧を供給するとともに、前記対向電極に極性の周期的な反転を伴う共通電圧を供給する表示パネル駆動回路と、前記表示パネルの対向基板側の表面に配置され、接触体が触れたときに電気特性が変化するセンサ電極を複数備えたタッチセンサ部と、前記センサ電極のそれぞれに順次接続され、接続されたセンサ電極の電気特性に応じた信号電圧を出力するセンサ出力読出回路と、前記センサ出力読出回路へ制御信号を供給するセンサ制御回路と、前記センサ出力読出回路から出力される信号電圧に基づいて、前記タッチセンサ部において前記接触体が触れた位置を検出する座標演算回路とを備え、前記制御信号が、前記表示パネル駆動回路へ供給される垂直同期信号の1周期の間に、前記タッチセンサ部のセンサ電極の全てを当該センサ出力読出回路へ順次接続する信号を含み、前記座標演算回路が、前記垂直同期信号の2周期にわたって、前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値の平均値を算出する平均化回路と、前記平均値に基づいて、前記タッチセンサ部において前記接触体が触れた位置を検出する接触位置検出回路とを備えている。
 本発明によれば、ストローブ信号生成回路やノイズカット電流信号生成回路等の特別な回路を用いずに、表示装置の共通電圧の極性反転に起因するノイズの影響を回避できる、タッチセンサ付き表示装置を提供することができる。
図1は、本発明の一実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置の構成を示す模式図である。 図2は、本発明の第1の実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置の構成において、特に、駆動回路等との接続関係を示す模式図である。 図3は、表示パネルの対向電極に印加される共通電圧(COM電圧)の時間変化の一例を示す図である。 図4Aは、タッチセンサ部の透明導電膜において、X方向におけるタッチ位置を検出するための透明導電膜のみを抽出し、その構成例を示す模式図である。 図4Bは、タッチセンサ部の透明導電膜において、Y方向におけるタッチ位置を検出するための透明導電膜のみを抽出し、その構成例を示す模式図である。 図4Cは、タッチセンサ部の透明導電膜の全体構成を示す模式図である。 図5は、タッチセンサ用回路の内部構成を示す回路図である。 図6は、タッチセンサ用回路の動作の一例を示すフローチャートである。 図7は、第1の実施形態にかかるタッチセンサ用回路におけるスキャン動作および平均値算出動作のタイミングを示すタイミング図である。 図8は、第2の実施形態にかかるタッチセンサ用回路の動作の変形例を示すフローチャートである。 図9は、第2の実施形態にかかるタッチセンサ用回路におけるスキャン動作および平均値算出動作のタイミングを示すタイミング図である。
 本発明の一実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置は、複数の画素電極を備えるアクティブマトリクス基板と、表示媒体層と、前記複数の画素電極に対向する対向電極を備える対向基板とを有する表示パネルと、前記複数の画素電極に表示信号電圧を供給するとともに、前記対向電極に極性の周期的な反転を伴う共通電圧を供給する表示パネル駆動回路と、前記表示パネルの対向基板側の表面に配置され、接触体が触れたときに電気特性が変化するセンサ電極を複数備えたタッチセンサ部と、前記センサ電極のそれぞれに順次接続され、接続されたセンサ電極の電気特性に応じた信号電圧を出力するセンサ出力読出回路と、前記センサ出力読出回路へ制御信号を供給するセンサ制御回路と、前記センサ出力読出回路から出力される信号電圧に基づいて、前記タッチセンサ部において前記接触体が触れた位置を検出する座標演算回路とを備え、前記制御信号が、前記表示パネル駆動回路へ供給される垂直同期信号の1周期の間に、前記タッチセンサ部のセンサ電極の全てを当該センサ出力読出回路へ順次接続する信号を含み、前記座標演算回路が、前記垂直同期信号の2周期にわたって、前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値の平均値を算出する平均化回路と、前記平均値に基づいて、前記タッチセンサ部において前記接触体が触れた位置を検出する接触位置検出回路とを備えている。
 この構成によれば、ノイズ除去用の専用回路を用いることなく、共通電圧の極性反転に伴うノイズを除去することが可能となる。その理由は以下のとおりである。共通電圧の極性は、垂直同期信号のある1周期においては、当該垂直同期信号の立ち下がり(ハイレベルからローレベルへの切り替わり)に同期して、負極性から正極性へ反転する。一方で、垂直同期信号の次の周期においては、共通電圧の極性は、当該垂直同期信号の立ち下がりに同期して、正極性から負極性へ反転する。したがって、1周期目に得られる出力信号値が共通電圧の極性反転により受けるノイズと、2周期目に得られる出力信号値が共通電圧の極性反転により受けるノイズとは、互いに逆極性となる。したがって、平均化回路において、1周期目に得られた出力信号値と2周期目に得られた出力信号値との平均値を求めることにより、共通電圧の極性反転に起因するノイズを打ち消すことができる。
 以上より、上記の構成によれば、ストローブ信号生成回路やノイズカット電流信号生成回路等の特別な回路を用いずに、表示装置の共通電圧の極性反転に起因するノイズの影響を回避できる、タッチセンサ付き表示装置を提供することができる。
 上記の構成において、前記平均化回路が、前記垂直同期信号の2周期の前半の1周期に前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧と、前記垂直同期信号の2周期の後半の1周期に前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧との平均値を算出する好ましい。なお、前記平均化回路は、前記平均値の算出を、前記垂直同期信号の2周期毎に行っても良いし、前記垂直同期信号の1周期毎に行っても良い。
 また、本実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置において、前記センサ電極が、前記タッチセンサ部において座標の第1軸方向に複数並んだ第1のセンサ電極群と、前記タッチセンサ部において座標の第2軸方向に複数並んだ第2のセンサ電極群とを含み、前記座標演算回路が、前記センサ出力読出回路が前記第1のセンサ電極群に属するセンサ電極に接続された際に出力した信号電圧に基づいて、前記接触体が触れた位置の第1軸方向の座標を決定し、前記センサ出力読出回路が前記第2のセンサ電極群に属するセンサ電極に接続された際に出力した信号電圧に基づいて、前記接触体が触れた位置の第2軸方向の座標を決定する構成とすることが好ましい。
 また、本実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置は、前記共通電圧の極性が1水平期間毎に反転する構成であっても良いし、前記共通電圧の極性が2水平期間毎に反転する構成であっても良い。
 [第1の実施形態]
 以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。
 図1および図2は、本発明の第1の実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置20の構成を示す模式図である。
 図1および図2に示すように、タッチセンサ付き表示装置20は、アクティブマトリクス型(例えばTFT型)の表示パネル10と、タッチセンサ部7と、表示パネル10に各種信号を供給する駆動回路14と、タッチセンサ用回路16とを備えている。
 駆動回路14は、FPC(フレキシブル回路基板)13を介して、ソースドライバ12aおよびゲートドライバ12bに接続されている。ソースドライバ12aおよびゲートドライバ12bは、表示パネル10のアクティブマトリクス基板8上にチップとして実装されていても良いし、アクティブマトリクス基板8上にモノリシックに形成されていても良い。
 駆動回路14には、外部インターフェース(I/F)を介して、映像信号、水平同期信号HSYNC、垂直同期信号VSYNC、およびクロック信号CLK(画素クロック)等が入力される。なお、映像信号がアナログの場合には、クロック信号CLKを、例えば駆動回路14の内部でPLL回路によって生成してもよい。タッチセンサ用回路16には、駆動回路14を介して、あるいは外部から直接に、垂直同期信号VSYNC、水平同期信号HSYNC、および必要に応じてクロック信号CLKが供給される。
 表示パネル10は、少なくとも、アクティブマトリクス基板8と、対向基板6と、これらの基板間に配置された表示媒体層4とを有している。
 アクティブマトリクス基板8は、ガラス基板2上に、TFT等のスイッチング素子や配線等を含むTFTアレイ層3を有している。また、アクティブマトリクス基板8は、マトリクス状に配置された複数の画素電極を有している。表示媒体層4は、例えば液晶層である。対向基板6は、カラーフィルタ(図示せず)と、基板全面に形成された対向電極5とを有している。なお、表示パネル10が、表示媒体層4として例えば液晶を用い、偏光を利用して表示を制御する表示パネルである場合は、表示パネル10の少なくとも一方の表面に偏光板が設けられる。図1の構成例では、アクティブマトリクス基板8の背面側(観察者とは反対側)に、第1偏光板1(偏光子)が設けられている。なお、偏光の種類によっては、検光子としての第2偏光板(図示せず)を対向基板6側に設けても良い。
 なお、上記の説明では、表示パネル10にカラーフィルタや第2偏光板を設けるものとしたが、カラーフィルタや第2偏光板をタッチセンサ部7の観察者側に配置した構成としても良い。また、この他に、表示パネル10には、位相差板やレンズシート等の各種の光学部材が、必要に応じて設けられる。
 タッチセンサ部7は、表示パネル10の前面(観察者側)に配置されている。タッチセンサ部7は、例えばガラスまたは透明プラスチックからなるタッチセンサ基板と、このタッチセンサ基板の表面に設けられた透明導電膜とを有している。透明導電膜は、後に詳しく説明するが、スパッタ法などの周知の薄膜形成技術にて、所定のパターンに形成されている。透明導電膜の材料は、例えば、インジウム・錫酸化物(ITO)、インジウム・亜鉛酸化物(IZO)、酸化錫(NESA)、または、酸化亜鉛等である。耐熱性および耐久性の良好な透明導電膜を得るためには、Mgを含有するターゲットを用いて、スパッタ法にて成膜することが好ましい。しかし、透明導電膜の材料および成膜方法は、特にここに記載された例に限定されず、種々の材料および成膜方法を用いることができる。
 タッチセンサ部7は、表示パネル10の表面に、接着剤などを用いて間隙無く接着されても良いし、間隙(空気層)を設けて装着されても良い。このとき、タッチセンサ部7の透明導電膜を表示パネル10側に配置しても良いし、逆に、タッチセンサ基板を表示パネル10側に配置しても良い。
 なお、タッチセンサ部7は、前記のタッチセンサ基板を持たない構成としても良い。この場合のタッチセンサ部7は、表示パネル10の観察者側の外面に、透明導電膜を直接形成することによって実現できる。この構成によれば、タッチセンサ付き表示装置全体の厚さを薄くできるという利点がある。
 タッチセンサ部7において、タッチセンサ基板を備える場合および備えない場合のいずれにおいても、観察者側の最表面に保護層を形成することが好ましい。保護層としては、例えば、SiOやSiNO等の無機薄膜、透明樹脂の塗膜、あるいは、PETやTAC等の透明樹脂フィルム等を用いることができる。タッチセンサ部7には、さらに、必要に応じて、反射防止処理および/または防汚処理を施してもよい。
 本実施形態においては、表示パネル10として、アクティブマトリクス型(例えばTFT型)液晶表示パネルを用いる。表示パネル10においては、対向基板6の対向電極5に供給する共通電圧の極性が、一定周期(例えば1水平同期期間)毎に反転される。これは、表示媒体層4としての液晶層に直流電圧が印加されるのを防止するため、および、ゲートドライバやソースドライバに要求される耐圧を低減させるためである。
 図3は、表示パネル10の対向電極5に印加される共通電圧(COM電圧)の時間変化の一例を示す図である。図3の例は、1水平同期期間毎に、共通電圧の極性(正および負)が反転する、いわゆるライン反転駆動である。ただし、本発明はこれに限定されず、2水平同期期間毎に共通電圧の極性が反転する、いわゆる2ライン反転駆動等にも適用できる。なお、図3には、共通電圧の正極性の電圧の絶対値と負極性の電圧の絶対値とが互いに等しい共通電圧波形を例示した。しかし、例えばTFT型液晶パネルの場合は、共通電圧の正極性の電圧の絶対値は、負極性の電圧の絶対値と必ずしも等しくない。
 なお、このように対向電極5へ供給される共通電圧の極性が正から負へ、または負から正へ切り替わるときに、タッチセンサ部7に誘起電圧が生じ、タッチセンサ出力のノイズ成分となる。
 次に、本実施形態にかかるタッチセンサ部7の構成とその駆動動作について、さらに詳しく説明する。以下の説明では、タッチセンサ部7の長辺方向をX方向とし、それに直交する方向をY方向とする。図4Aは、タッチセンサ部7の透明導電膜において、X方向におけるタッチ位置を検出するための透明導電膜のみを抽出し、その構成例を示す模式図である。図4Bは、タッチセンサ部7の透明導電膜において、Y方向におけるタッチ位置を検出するための透明導電膜のみを抽出し、その構成例を示す模式図である。図4Cは、タッチセンサ部7の透明導電膜の全体構成を示す模式図である。なお、図4Bおよび図4Cにおいて、Y方向におけるタッチ位置を検出するための透明導電膜に対して、X方向の透明導電膜と区別しやすくするために、便宜的に砂地模様を付して図示した。すなわち、実際の透明電極膜にこのような模様があるわけではない。
 図4Aおよび図4Bに示すように、タッチセンサ部7は、X方向にm本の電極パターン7X1,7X2,・・・7Xm(第1のセンサ電極群)と、Y方向にn本の電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Yn(第2のセンサ電極群)とを有している。なお、図4A等においては、説明を分かりやすくするために図示を簡略化しているが、実際にタッチセンサ部7に設けられる電極パターンの本数(m,n)は、タッチセンサ部7に必要とされるセンサ解像度に応じて決定される。本実施形態のタッチセンサ部7は、タッチ位置のX座標を電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmによって決定し、タッチ位置のY座標を電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynによって決定する。したがって、指やペン等の接触物が触れた場合に、X方向の電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmの少なくとも一本と、Y方向の電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynの少なくとも一本とに当該接触物が同時に触れる程度の密度で、これらの電極パターンが配置されていることが好ましい。
 図4Aおよび図4Bに示すように、電極パターン7X1~7Xmおよび電極パターン7Y1~7Ynのそれぞれは、複数の矩形状にパターニングされた導電膜が、矩形の頂点同士が対向するように導電性配線を介して直列に接続されたパターンを有している。なお、この導電性配線は、導電膜と同じ材料で形成されていても良いし、他の導電材料で形成されていても良い。前記導電性配線は、図4Cに示すように、タッチセンサ部7の外部へ引き出され、後に説明するセンサ出力読出回路に接続される。
 図4Cに示す例では、X方向の電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmの矩形部と、Y方向の電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynの矩形部とが、互いに重なり合わないように配置されている。なお、電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmの導電性配線と、電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynの導電性配線との交差部では、X方向の導電性配線とY方向の導電性配線とが電気的に接続しないよう、これらの配線間に絶縁膜を介在させている。
 ただし、タッチセンサ部7の導電膜の構成は、図4Cに示した例に限定されない。例えば、X方向の電極パターンとY方向の電極パターンが、互いに重なりを持つ構成としても良い。この場合は、X方向の電極パターンとY方向の電極パターンとを、絶縁膜層を介して、異なる層に形成すれば良い。あるいは、X方向の電極パターンとY方向の電極パターンとの間において、少なくともこれらのパターンが重なる箇所に、絶縁膜を介在させても良い。
 次に、タッチセンサ用回路16の構成について説明する。図5は、タッチセンサ用回路16の内部構成を示す回路図である。図5に示すように、タッチセンサ用回路16は、センサ出力読出回路21、座標演算装置22、およびスイッチ制御装置23(センサ制御回路)を備えている。
 センサ出力読出回路21は、タッチセンサ部7の電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmおよび電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynの容量を表す信号を出力する。座標演算装置22は、センサ出力読出回路21からの出力信号値に基づいて、電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmおよび電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynに接触体が接触している位置の座標を求める。スイッチ制御装置23は、センサ出力読出回路21の各種スイッチ等へ制御信号を供給することにより、センサ出力読出回路21の動作を制御する。
 センサ出力読出回路21は、マルチプレクサ211、補償回路212、充電回路213、および電流-電圧変換回路214を備えている。
 マルチプレクサ211は、タッチセンサ部7の電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmおよび電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynからの出力を、充電回路213へ順次一つずつ選択的に接続する。すなわち、マルチプレクサ211は、1センササイクルを(m+n)個の期間に分割し、1期間に1つの電極パターンを選択する。マルチプレクサ211における電極パターンの選択は、スイッチ制御装置23から供給される選択信号Smpによって制御される。
 充電回路213は、スイッチング素子SW1,SW2を備える。スイッチング素子SW1は、充電回路213の端子T1と電流-電圧変換回路214との間の接続と非接続とを切り替える。スイッチング素子SW2は、端子T1と接地電圧との間の接続と非接続とを切り替える。スイッチング素子SW1,SW2の切り替えは、スイッチ制御装置23から供給される制御信号Sa,Sbによって制御される。
 補償回路212は、キャパシタCcと、スイッチング素子SW6,SW7とを備える。スイッチング素子SW6は、キャパシタCcの一端子と、電圧(V+VREF×2)が印加された電源端子との間の接続と非接続とを切り替える。スイッチング素子SW7は、キャパシタCcの一端子と、充電回路213のスイッチング素子SW1との間の接続と非接続とを切り替える。キャパシタCcの他方の端子は、接地電位に保持されている。キャパシタCcの容量は、タッチセンサ部7の電極パターンと充電回路213の端子T1との間に形成される寄生容量Caと同じ容量に設定されている。補償回路212は、寄生容量Caに流れる電流i3を補償するために、同じ大きさの電流i3を、スイッチング素子SW1を介してタッチセンサ部7側へ供給する。
 電流-電圧変換回路214は、キャパシタC1と、差動増幅器OP1と、スイッチング素子SW3,SW4,SW5とを備えている。キャパシタC1は、電荷を蓄積するための電荷蓄積部として機能する。キャパシタC1の一端子は、差動増幅器OP1の2つの入力端のうちの一方に接続されている。差動増幅器OP1の他方の入力端は、電圧VREFが印加された電源端子VS1に接続されている。キャパシタC1の他方の端子は、差動増幅器OP1の出力端に接続されている。
 スイッチング素子SW3は、差動増幅器OP1の入力端に接続された側のキャパシタC1の端子と、電圧VREFが印加された電源端子VS1との間の接続と非接続とを切り替える。スイッチング素子SW4は、キャパシタC1の両端子間の接続と非接続とを切り替える。スイッチング素子SW3,SW4の切り替えは、スイッチ制御装置23から供給される制御信号Scによって制御される。
 スイッチング素子SW5は、差動増幅器OP1の出力端と座標演算装置22との間の接続と非接続とを切り替える。スイッチング素子SW5の切り替えは、スイッチ制御装置23から供給される制御信号Sdによって制御される。
 座標演算装置22は、平均化回路221と、接触位置検出回路222(座標位置検出回路)とを備える。平均化回路221は、後に詳しく説明するが、センサ出力読出回路21による複数回のスキャンによって得られた出力信号値の平均値を求める。接触位置検出回路222は、平均化回路221で求められた平均値に基づいて、ペンや指等が触れた位置の座標を算出する。
 以下、タッチセンサ用回路16による座標位置検出動作について説明する。
 まず、スイッチ制御装置23は、スイッチング素子SW2、SW3、SW4およびSW6をON状態にするとともに、スイッチング素子SW1、SW5およびSW7をOFF状態にする。この状態では、端子111の電圧はV(接地電圧)に設定され、キャパシタCcの両端子間の電位差はV+2VREFに設定される。また、キャパシタC1の両端子は同じ電圧VREFに設定される。このとき、キャパシタC1の両端子間の電位差は0Vになる。
 次に、スイッチ制御装置23は、スイッチング素子SW1、SW5およびSW7をON状態にするとともに、スイッチング素子SW2、SW3、SW4およびSW6をOFF状態にする。この状態では、キャパシタC1と、タッチセンサ部7の電極パターンのうち、マルチプレクサ211で選択された電極パターンとが接続される。このとき、電極パターンに指やペン等の接触体が接触していると、その接触体に電流が流れ、キャパシタC1に蓄積された電荷量が変化する。このとき、寄生容量Caに流れる電流i3は、キャパシタCcから流れる同じ大きさの電流i3により補償される。差動増幅器OP1は、キャパシタC1に蓄積されている電荷量に応じた電圧信号を出力する。これにより、電流-電圧変換回路214の端子T3からは、タッチセンサ部7の電極パターンに接触体が接触しているか否か、および接触体の誘電率等の違いに応じて、互いに異なる電圧の信号が出力されることとなる。
 したがって、座標演算装置22は、電流-電圧変換回路214の端子T3からの出力信号にしたがって、タッチセンサ部7の電極パターンに接触体が接触しているか否かを検知することができる。例えば、タッチセンサ部7の電極パターンに何も接触していない場合の電流-電圧変換回路214の端子T3からの出力信号の値を予め計測して記憶させておき、その値と出力信号の値とを比較することによって、接触の有無を検知することができる。
 座標演算装置22は、電流-電圧変換回路214の端子T3からの出力信号の値を格納するメモリ(図示せず)を備えている。前述のように、マルチプレクサ211は、1センササイクル(1回のスキャン)において、X方向の電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmと、Y方向の電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynとの合計(m+n)本の電極パターンを順次選択する。これにより、1センササイクルにおいて、電流-電圧変換回路214の端子T3からの出力信号として、(m+n)個の信号値が得られる。座標演算装置22は、これら(m+n)個の信号値に基づいて、接触体による接触位置を検知する。例えば、X方向の電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmのうち電極パターン7X1に接触があると判断され、かつ、Y方向の電極パターン7Y1にも接触があると判断された場合は、X方向の電極パターン7X1とY方向の電極パターン7Y1との交差点の近傍に、指やペン等が接触しているものと判断することができる。なお、1回のセンササイクルにおいて検出される接触点の数は1個に限定されない。
 次に、本実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置20における、表示パネル10の駆動動作とタッチセンサ部7の駆動動作とについて説明する。図6は、タッチセンサ用回路16の動作の一例を示すフローチャートである。
 図6に示すように、電源がONされることにより、タッチセンサ用回路16の動作がスタートする。最初に、各種の初期値が設定される(ステップS1)。
 次に、センサ出力読出回路21において、スイッチ制御装置23からの制御信号Smpにしたがってマルチプレクサ211がX方向の電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmを順次選択する。これにより、これらの電極パターンが充電回路213へ順次接続されることにより、各電極パターンの容量に応じた、m個の出力信号値が得られる(ステップS2)。ステップS2で得られたm個の出力信号値は、1回目のスキャンで得られたX方向のデータとして、座標演算装置22の内部または外部のメモリ(図示せず)に格納される。なお、スイッチ制御装置23は、図7に示すように、垂直同期信号VSYNCのパルスの立ち下がり(ハイレベルからローレベルへの切り替わり)に同期して、マルチプレクサ211による電極パターンの選択を開始させる。
 引き続き、マルチプレクサ211は、スイッチ制御装置23からの制御信号Smpにより、Y方向の電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynを順次選択する。これにより、これらの電極パターンが充電回路213へ順次接続されることにより、各電極パターンの容量に応じた、n個の出力信号値が得られる(ステップS3)。ステップS3で得られたn個の出力信号値は、1回目のスキャンで得られたY方向のデータとして、座標演算装置22の内部または外部のメモリ(図示せず)に格納される。
 次に、マルチプレクサ211が、スイッチ制御装置23からの制御信号Smpにより、再度、X方向の電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmを順次選択する。これにより、これらの電極パターンの容量に応じたm個の出力信号値が得られる(ステップS4)。ステップS4で得られたm個の出力信号値は、2回目のスキャンで得られたX方向のデータとして、座標演算装置22の内部または外部のメモリ(図示せず)に格納される。なお、この2回目のスキャンにおいても、スイッチ制御装置23は、図7に示すように、垂直同期信号VSYNCのパルスの立ち下がりに同期して、マルチプレクサ211による電極パターンの選択を開始させる。
 マルチプレクサ211は、引き続き、スイッチ制御装置23からの制御信号Smpにより、Y方向の電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynを順次選択する。これにより、これらの電極パターンの容量に応じたn個の出力信号値が得られる(ステップS5)。ステップS5で得られたn個の出力信号値は、2回目のスキャンで得られたY方向のデータとして、座標演算装置22の内部または外部のメモリ(図示せず)に格納される。
 以上のステップS2~S5の処理により、前記メモリには、1回目のスキャンで得られた(m+n)個の出力信号値と、2回目のスキャンで得られた(m+n)個の出力信号値とが格納されていることとなる。
 次に、座標演算装置22において、平均化回路221が、前記メモリに格納されたデータを読み出し、1回目のスキャンで得られた(m+n)個の出力信号値と、2回目のスキャンで得られた(m+n)個の出力信号値との平均値を求める(ステップS6)。すなわち、座標演算装置22は、電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmと、電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynとのそれぞれから得られた出力信号値について、1回目のスキャンで得られた値と2回目のスキャンで得られた値との平均値を求める。
 次に、座標演算装置22において、接触位置検出回路222が、ステップS6で求められた平均値と所定の閾値とを比較することにより、接触体が触れている位置の座標を求める(ステップS7)。ここで、前記所定の閾値とは、例えば、電極パターンに何も接触していない場合のセンサ出力読出回路21の出力信号値に、必要に応じてマージンを付加したものである。
 以降、ステップS2~S5によって、奇数回目のスキャンで得られた出力信号値と、偶数回目のスキャンで得られた出力信号値とをそれぞれメモリに格納し、ステップS6でそれらの平均値を求め、ステップS7で接触位置の座標を求める処理を、繰り返す。
 上記の処理により、タッチセンサ用回路16は、図7に示すように、垂直同期信号VSYNCの2周期にわたって、電極パターン7X1,7X2,・・・7Xm,7Y1,7Y2,・・・7Ynのそれぞれの容量に基づき、(m+n)個の出力信号値を2回取得する。なお、対向電極5に供給される共通電圧(COM電圧)は、垂直同期信号VSYNCの2周期単位で見ると、いずれか一方の周期(図7に示す例では前の1周期)において、垂直同期信号VSYNCのパルスの立ち下がり時に負極性から正極性へ切り替わる。一方、他方の周期(図7に示す例では後の1周期)においては、垂直同期信号VSYNCのパルスの立ち下がり時に、COM電圧は正極性から負極性へ切り替わる。
 したがって、本実施形態において、1回目のスキャンはCOM電圧が正極性のときにスタートし、2回目のスキャンはCOM電圧が負極性のときにスタートすることとなる。したがって、1回目のスキャン時に得られる出力信号値が、COM電圧の極性反転により受けるノイズと、2回目のスキャン時に得られる出力信号値が、COM電圧の極性反転により受けるノイズとは、互いに逆極性となる。したがって、平均化回路221において、1回目のスキャンで得られた出力信号値と2回目のスキャンで得られた出力信号値との平均値を求めることによって、COM電圧の極性反転に起因するノイズを打ち消すことができる。
 [第2の実施形態]
 本発明の第2の実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置について、図面を参照しながら以下に説明する。なお、第1の実施形態と同じ機能を有する構成については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。
 第2の実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置の構成は、第1の実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置20と同様である。ただし、第2の実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置においては、タッチセンサ用回路16の動作が、第1の実施形態とは異なる。
 図8は、本実施形態にかかるタッチセンサ用回路16の動作の変形例を示すフローチャートである。図8に示すように、電源がONされることにより、タッチセンサ用回路16の動作がスタートする。最初に、各種の初期値が設定される(ステップS11)。このとき、センサ出力読出回路21の出力信号値を格納するメモリには、各電極パターンに対する「前回のスキャンで得られた出力信号値」の初期値として、例えばゼロが設定される。
 次に、マルチプレクサ211が、スイッチ制御装置23からの制御信号Smpにより、X方向の電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmを順次選択する。これにより、これらの電極パターンの容量に応じたm個の出力信号値が得られる(ステップS12)。ステップS12で得られたm個の出力信号値は、今回のスキャンで得られたX方向のデータとして、座標演算装置22の内部または外部のメモリ(図示せず)に格納される。なお、このメモリにおいては、前回のスキャンで得られたデータと、今回のスキャンで得られたデータとを格納する領域が別個に設けられている。また、本実施形態においても、スイッチ制御装置23は、図7に示すように、垂直同期信号VSYNCのパルスの立ち下がりに同期して、マルチプレクサ211による電極パターンの選択を開始させる。
 マルチプレクサ211は、引き続き、スイッチ制御装置23からの制御信号Smpにより、Y方向の電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynを順次選択する。これによりこれらの電極パターンの容量に応じたn個の出力信号値が得られる(ステップS13)。ステップS13で得られたn個の出力信号値は、今回のスキャンで得られたY方向のデータとして、座標演算装置22の内部または外部のメモリ(図示せず)に格納される。
 次に、座標演算装置22の平均化回路221が、前記メモリを参照し、前回のスキャンで得られた出力信号値と、今回のスキャンで得られた出力信号値との平均値を求める(ステップS14)。
 続いて、座標演算装置22の接触位置検出回路222が、ステップS14で求められた平均値と所定の閾値とを比較することにより、接触体が触れている位置の座標を求める(ステップS15)。ここで、前記所定の閾値とは、例えば、電極パターンに何も接触していない場合のセンサ出力読出回路21の出力信号値に、必要に応じてマージンを付加したものである。
 次に、座標演算装置22は、ステップS12およびステップS13で得られた出力信号値を、「前回のスキャンで得られた出力信号値」として前記メモリへ格納する(ステップS16)。
 以降、ステップS12~S16の処理が繰り返し行われる。したがって、ステップS14が最初に実行されるときには、ステップS11の初期値設定処理により、電極パターンのそれぞれについて、前回のスキャンで得られた出力信号値が前記メモリ上でゼロに設定されているので、平均化回路221からの出力値は、今回のスキャンで得られた出力信号値となる。一方、ステップS14が2回目以降に実行されるときには、前回のスキャンで実際に得られた出力信号値が前記メモリに格納されているので、それとの平均値を求めることにより、第1の実施形態において説明したとおり、COM電圧の極性反転に起因するノイズを打ち消すことができる。
 図9に示すとおり、第2の実施形態にかかる構成においては、タッチセンサ部7において1回のスキャンを行う毎に、前回のスキャン時の出力信号値との平均値をとり、その平均値に基づいて接触位置の座標を求める。したがって、図7に示した第1の実施形態にかかる構成と比較して、タッチセンサ部7における接触位置の座標検出周波数が2倍になるという効果がある。
 以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で、上述した各種の実施形態を適宜変形して実施することが可能である。
 例えば、上述の説明では、指やペン等が接触した際に電極パターンの容量が変化することを利用して、接触位置を検出する構成を例示した。しかし、タッチセンサ部の構成は、このような静電容量結合方式に限定されず、他の任意の方式を適用できる。また、接触式のセンサに限定されず、指やペン等が近接したことを電気的または光学的に検出するセンサにも、本発明を適用することができる。
 また、上述の説明では、電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmと、電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynとを、1つのマルチプレクサを用いて、1センササイクルにおいて順次選択する構成を例示した。すなわち、上述の説明では、タッチセンサ用回路16に1つのセンサ出力読出回路21を備えた構成を例示した。しかし、電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmと、電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynとのそれぞれに対して、センサ出力読出回路21を1つずつ設けた構成としても良い。この構成によれば、電極パターン7X1,7X2,・・・7Xmと、電極パターン7Y1,7Y2,・・・7Ynとを同時並行的にスキャンすることが可能となる。
 また、上記の実施形態においては、2回のスキャン動作の結果として得られた出力信号値の平均をとる例を示したが、平均の対象となるスキャン動作の回数は、2回にのみ限定されない。例えば、4回のスキャン動作による出力信号値の平均を求めることとしても良い。
 本発明は、タッチセンサ付き表示装置として、産業上の利用が可能である。

Claims (7)

  1.  複数の画素電極を備えるアクティブマトリクス基板と、表示媒体層と、前記複数の画素電極に対向する対向電極を備える対向基板とを有する表示パネルと、
     前記複数の画素電極に表示信号電圧を供給するとともに、前記対向電極に極性の周期的な反転を伴う共通電圧を供給する表示パネル駆動回路と、
     前記表示パネルの対向基板側の表面に配置され、接触体が触れたときに電気特性が変化するセンサ電極を複数備えたタッチセンサ部と、
     前記センサ電極のそれぞれに順次接続され、接続されたセンサ電極の電気特性に応じた信号電圧を出力するセンサ出力読出回路と、
     前記センサ出力読出回路へ制御信号を供給するセンサ制御回路と、
     前記センサ出力読出回路から出力される信号電圧に基づいて、前記タッチセンサ部において前記接触体が触れた位置を検出する座標演算回路とを備え、
     前記制御信号が、前記表示パネル駆動回路へ供給される垂直同期信号の1周期の間に、前記タッチセンサ部のセンサ電極の全てを当該センサ出力読出回路へ順次接続する信号を含み、
     前記座標演算回路が、前記垂直同期信号の2周期にわたって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値の平均値を算出する平均化回路と、前記平均値に基づいて、前記タッチセンサ部において前記接触体が触れた位置を検出する座標位置検出回路とを備えた、タッチセンサ付き表示装置。
  2.  前記平均化回路が、前記垂直同期信号の2周期の前半の1周期に前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧と、前記垂直同期信号の2周期の後半の1周期に前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧との平均値を算出する、請求項1に記載のタッチセンサ付き表示装置。
  3.  前記平均化回路が、前記平均値の算出を、前記垂直同期信号の2周期毎に行う、請求項2に記載のタッチセンサ付き表示装置。
  4.  前記平均化回路が、前記平均値の算出を、前記垂直同期信号の1周期毎に行う、請求項2に記載のタッチセンサ付き表示装置。
  5.  前記センサ電極が、前記タッチセンサ部において座標の第1軸方向に複数並んだ第1のセンサ電極群と、前記タッチセンサ部において座標の第2軸方向に複数並んだ第2のセンサ電極群とを含み、
     前記座標演算回路が、前記センサ出力読出回路が前記第1のセンサ電極群に属するセンサ電極に接続された際に出力した信号電圧に基づいて、前記接触体が触れた位置の第1軸方向の座標を決定し、前記センサ出力読出回路が前記第2のセンサ電極群に属するセンサ電極に接続された際に出力した信号電圧に基づいて、前記接触体が触れた位置の第2軸方向の座標を決定する、請求項1~4のいずれか一項に記載のタッチセンサ付き表示装置。
  6.  前記共通電圧の極性が1水平期間毎に反転する、請求項1~5のいずれか一項に記載のタッチセンサ付き表示装置。
  7.  前記共通電圧の極性が2水平期間毎に反転する、請求項1~5のいずれか一項に記載のタッチセンサ付き表示装置。
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