WO2020049649A1 - タッチパネル装置及びタッチパネル装置における接触位置の検出方法 - Google Patents
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- G06F3/044—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means
Definitions
- the present invention relates to a touch panel device and a method for detecting a contact position in the touch panel device.
- Touch panels which combine a thin display device such as a liquid crystal display panel with a touch sensor, are widely used in portable devices and other consumer or industrial applications, and will continue to be applied to a variety of applications. Be expected.
- Various detection methods such as a resistive film method, a capacitance method, and a surface acoustic wave method, have been put into practical use as touch panel detection methods.
- the capacitance method has various characteristics such as detection performance, transparency, and cost. It has advantages in terms of balance.
- As the structure of the touch panel an out-cell type, an on-cell type, an in-cell type, and the like have been put to practical use.
- a touch sensor is formed in two substrates provided in a liquid crystal display panel or the like.
- a touch sensor is formed by providing a drive electrode and a detection electrode between a first substrate on which a thin film transistor (TFT) and the like are formed and a second substrate having a color filter and the like.
- TFT thin film transistor
- both the drive electrode and the detection electrode are formed on one of the substrates, it may be necessary to further form the two electrodes on different conductor layers via a passivation film. Therefore, in order to further spread the thin touch panel, a touch panel that can be provided to the market at lower cost is required.
- a touch panel includes a display panel including a first substrate and a second substrate that sandwich a liquid crystal layer, and a plurality of pixels, and a touch sensor that detects contact of an object on a screen of the display panel. And a circuit, wherein the first substrate has a pixel electrode provided so as to face the second substrate, and each extends along the first direction and holds a voltage applied to the liquid crystal layer.
- a plurality of capacitor electrode wirings that form an auxiliary capacitor between the pixel electrodes, the second substrate includes a common electrode facing each of the plurality of pixel electrodes, and the common electrode includes the first electrode.
- the touch sensor circuit includes a plurality of conductor films extending in a second direction substantially perpendicular to the direction and arranged in parallel along the first direction.
- the touch sensor circuit includes a plurality of conductor films and a plurality of capacitance electrode arrangements. It includes a plurality of drive electrodes and the plurality of detection electrodes formed by, further comprising a switching unit for switching the electrical connection state between the plurality of detection electrodes and the plurality of driving electrodes.
- the method for detecting a contact position in the touch panel device is a method for detecting a contact position in a capacitance-type touch panel device including a liquid crystal display panel. After a period of writing image data to the pixel, a common electrode facing the pixel electrode with a liquid crystal layer interposed therebetween in the liquid crystal display panel, and an auxiliary capacitor for holding a voltage applied to the liquid crystal layer is provided between the pixel electrode and the common electrode.
- the capacitor electrode wiring to be formed is electrically separated from the common electrode, and a signal is applied to the common electrode while the capacitor electrode wiring and the common electrode are electrically separated from each other. Detecting a change in capacitance between a common electrode and the capacitance electrode wiring.
- a touch panel device that is advantageous for thinning can be realized at low cost.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of an example of a display panel in the touch panel device according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a diagram schematically illustrating a configuration of a touch sensor circuit in the touch panel device according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a diagram illustrating an example of a lower electrode configured by a plurality of capacitance electrode wires in the touch panel device according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a circuit diagram illustrating a detection method in the touch panel device according to the first embodiment. 4 is a timing chart illustrating an operation of the touch panel device according to the first embodiment.
- FIG. 3 is a diagram illustrating a specific example regarding the structure of the touch panel device according to the first embodiment.
- the present inventors have conducted intensive studies to obtain a touch sensor device which is advantageous for thinning and can be manufactured at low cost. Then, they have found that a common electrode and a capacitor electrode wiring mainly provided for a liquid crystal display panel for image display can be used as a drive electrode and a detection electrode of a touch sensor. Specifically, since the capacitance electrode wiring and the common electrode are opposed to each other with a liquid crystal layer or the like interposed therebetween, an electrostatic capacitance (capacitor) is formed by the two, and the capacitance electrode wiring is formed between the common electrode and the capacitance electrode wiring. Changes due to the contact of an object with the screen.
- the present inventors have found that the change in the capacitance can be detected by using the capacitor electrode wiring and the common electrode between writing of image data to each pixel. Therefore, it is not necessary to form an electrode for the touch sensor separately from the capacitor electrode wiring and the common electrode, and a touch panel device that is advantageous for thinning can be obtained at low cost.
- the common electrodes provided on substantially the entire surface of the counter substrate are arranged in parallel along the direction in which the capacitor electrode wiring extends and along the direction substantially orthogonal to the direction. And a plurality of conductive films extending respectively.
- a detection plane capable of specifying a two-dimensional position can be formed on the screen by a plurality of conductor films (common electrodes) and a plurality of capacitance electrode wirings substantially orthogonal to each other.
- the capacitance electrode wiring is set to substantially the same potential as the common electrode. It becomes easy to use the wiring as a touch sensor.
- the capacitor electrode wirings are arranged in each column or each row of a plurality of pixels provided in a matrix, they are arranged at a pitch of several hundreds ⁇ m or several tens ⁇ m.
- an object such as a human fingertip to be detected for contact with the screen is often much larger than the arrangement pitch of such capacitor electrode wirings. Therefore, it is not necessary to use a plurality of capacitance electrode wirings individually as drive electrodes or detection electrodes.
- a plurality of adjacent capacitance electrode wirings can be used as one drive electrode or detection electrode. By doing so, it is possible to reduce the number of wirings for connecting the drive electrodes and the like to a sensor drive unit described later. Such a finding was also found by the present inventors.
- a touch panel device according to an embodiment of the present invention and a method of detecting a contact position in the touch panel device will be described with reference to the drawings. It should be noted that the materials and shapes of the components in each embodiment described below, their relative positional relationships, and the order of each processing in the method of detecting a contact position are clearly limited. Except for illustration only. The touch panel device of the present invention and the method of detecting a contact position in the touch panel device are not to be construed as being limited thereto.
- FIG. 1 schematically illustrates the overall configuration of the touch panel device 1 according to the first embodiment.
- FIG. 2 is a cross-sectional view of the display panel 2 in the touch panel device 1.
- the touch panel device 1 includes a display panel 2 and a touch sensor circuit 3 that detects contact of an object on a screen 2a of the display panel 2.
- the display panel 2 includes a first substrate 21 and a second substrate 22 sandwiching a liquid crystal layer LC, and a plurality of pixels 2b, and displays a desired image on a screen 2a partitioned by the second substrate 22.
- the first substrate 21 includes a pixel electrode 23 provided for each of the plurality of pixels 2b so as to face the second substrate 22, and an auxiliary capacitor Cs for holding a voltage applied to the liquid crystal layer LC.
- a plurality of capacitance electrode wirings 5 formed between them are provided.
- FIG. 2 shows only a region corresponding to one pixel.
- the plurality of capacitor electrode wirings 5 extend in the first direction X and are arranged in parallel in a second direction Y substantially orthogonal to the first direction X.
- the first direction X may be, for example, a direction parallel to any one side of the screen 2a when the display panel 2 has a rectangular screen 2a.
- the first direction X is preferably a direction substantially parallel to the gate bus line 11, as in the example of FIG. 1, and the second direction Y is preferably a direction substantially parallel to the source bus line 12.
- the second substrate 22 includes the common electrode 6a facing each of the plurality of pixel electrodes 23.
- the common electrode 6a is provided on substantially the entire surface of the second substrate 22 facing the liquid crystal layer LC (at least substantially the entire surface of the pixel formation region).
- the common electrode 6a is provided with a slit S (see FIG. 3) along the second direction Y and is divided into a plurality of conductors.
- the common electrode 6a is constituted by a plurality of conductor films 6 extending along the second direction Y and arranged in parallel along the first direction X.
- Each conductive film 6 has a predetermined width in the first direction X, and the common electrode 6a covers substantially the entire formation region of the plurality of pixels 2b except for the slit S.
- FIG. 2 is a cross-sectional view taken along a cutting line along the second direction Y passing through the conductor film 6.
- FIG. 3 schematically shows components of the touch sensor circuit 3.
- the touch sensor circuit 3 includes a plurality of upper electrodes 60 and a plurality of lower electrodes 50.
- the plurality of upper electrodes 60 are constituted by a plurality of conductor films 6 (see FIG. 1) constituting the above-mentioned common electrode 6a, and the plurality of lower electrodes 50 are constituted by a plurality of capacitance electrode wirings 5 (see FIG. 1). Be composed.
- one of the upper electrode 60 and the lower electrode 50 is a drive electrode to which a drive signal (for example, a predetermined voltage) used for detecting contact of an object with the screen 2a is applied.
- a drive signal for example, a predetermined voltage
- the other of the upper electrode 60 and the lower electrode 50 is a detection electrode that can obtain a detection signal (for example, a current) based on the state of contact of the object with the screen 2a.
- a plurality of drive electrodes are constituted by a plurality of conductor films 6 (upper electrodes 60), and in this case, a plurality of detection electrodes are constituted by a plurality of capacitance electrode wires 5 (lower electrodes 50). Since the capacitor electrode wiring 5 can be formed of tungsten or the like as described later, it can have a smaller electrical resistance than the common electrode 6a (conductor film 6) mainly formed using ITO or the like having transparency. .
- a plurality of drive electrodes may be configured by a plurality of capacitor electrode wirings 5, and a plurality of detection electrodes may be configured by a plurality of conductor films 6.
- the drive electrodes and the detection electrodes of the touch sensor circuit 3 for detecting the contact of the object on the screen 2a are provided between the first substrate 21 and the second substrate 22 in the display panel 2 as described above. It is constituted by the common electrode 6a and the capacitor electrode wiring 5. Therefore, it is not necessary to newly form a drive electrode and a detection electrode in order to provide the display panel 2 with a function of detecting contact with the screen 2a. Therefore, it is possible to suppress an increase in the manufacturing cost and an increase in the thickness of the touch panel.
- the touch panel device 1 of the present embodiment is configured to electrically connect the plurality of drive electrodes and the plurality of detection electrodes, that is, the plurality of conductive films 6 and the plurality of lower electrodes 50 constituting the plurality of upper electrodes 60. It further includes a switching unit for switching an electrical connection state with the plurality of capacitor electrode wirings 5 to be configured.
- the switch 7 includes a switch 7 and a control circuit 4 described later.
- the switching unit is not limited to these as long as it can switch the electrical connection state between the plurality of drive electrodes and the plurality of detection electrodes. By this switching unit, when writing image data to each pixel (for example, charging the auxiliary capacitance Cs (see FIG.
- the common electrode 6a and the capacitance electrode wiring 5 are electrically connected. Connected to. By doing so, it is possible to appropriately charge the storage capacitor Cs that is substantially connected in parallel with the liquid crystal layer LC.
- the common electrode 6a and the capacitor electrode wiring 5 are electrically separated by the switching unit. That is, the drive electrode and the detection electrode of the touch sensor circuit 3 are electrically separated. By doing so, the drive signal can be appropriately applied to the drive electrode, and the detection signal can be appropriately obtained at the detection electrode. That is, the switching unit electrically connects the plurality of conductor films 6 and the plurality of capacitance electrode wirings 5 to each other when writing image data to each pixel, and performs a detection operation by the touch sensor circuit 3. The plurality of conductor films 6 and the plurality of capacitance electrode wires 5 are electrically separated from each other. As a result, the touch sensor circuit 3 including the common electrode 6a and the capacitor electrode wiring 5 as drive electrodes or detection electrodes can detect contact of an object on the screen 2a.
- The“ object ” is a part of the human body such as a fingertip, a dedicated or general-purpose pen, or the like.
- the “object” is not limited to these as long as it can bring about a change in capacitance between the drive electrode and the detection electrode that can be detected by the touch sensor circuit 3 by approaching the screen 2a.
- the “electrical connection state” regarding the plurality of drive electrodes and the plurality of detection electrodes includes the connection state involving physical connection between the plurality of conductor films 6 and the plurality of capacitance electrode wirings 5 via a conductor. This includes a state in which the plurality of conductor films 6 and the plurality of capacitance electrode wires 5 are set to the same potential. That is, a state where the plurality of conductor films 6 and the plurality of capacitor electrode wirings 5 can be set to different potentials is a state where both are not electrically connected. On the other hand, the state where the plurality of conductor films 6 and the plurality of capacitance electrode wirings 5 can be set only to the same potential is a state where both are electrically connected.
- a state in which the control circuit 4 controls the sensor driver 31 (see FIG. 1) of the touch sensor circuit 3 so that the plurality of conductor films 6 and the plurality of capacitor electrode wirings 5 have the same potential may be a plurality of drive circuits. This is included in a state where the electrode and the plurality of detection electrodes are electrically connected.
- the touch panel device 1 includes a control circuit 4 that controls the operation of the touch sensor circuit 3. Further, the touch panel device 1 further includes a gate driver circuit 11a and a source driver circuit 12a which are connected to the timing controllers (Tcon) 13 and Tcon 13, respectively, and are supplied with signals from the Tcon 13.
- Tcon timing controllers
- a host circuit (not shown) that controls the touch panel device 1 sends various control signals such as a vertical synchronization signal and a horizontal synchronization signal, a basic clock, and a data enable signal to the Tcon 13 in addition to the RGB data signal of each pixel 2b.
- Can be The Tcon 13 sends a control signal to each of the source driver circuit 12a and the gate driver circuit 11a at an appropriate timing, and also sends a gradation signal for each pixel 2b (sub-pixel) to the source driver circuit 12a.
- the Tcon 13 can be configured by, for example, a dedicated IC or an ASIC and a power supply circuit.
- the Tcon 13 may be provided outside the touch panel device 1.
- the source driver circuit 12a supplies a signal (source signal) to the pixel 2b via the source bus line 12, and the gate driver circuit 11a supplies a signal (gate signal) to the pixel 2b via the gate bus line 11.
- the gate driver circuit 11a sequentially supplies a signal to each of the pixels 2b arranged in a line along the first direction X among the plurality of pixels 2b.
- the source driver circuit 12a simultaneously supplies a signal corresponding to each source bus line 12, and the signal is applied to the pixel electrode 23 of the pixel 2b to which the signal from the gate driver circuit 11a is input.
- the gate driver circuit 11a and the source driver circuit 12a can be constituted by, for example, driver ICs prepared for these drivers. Note that the gate driver circuit 11a and / or the source driver circuit 12a may be provided on the display panel 2.
- the touch sensor circuit 3 includes the sensor driving unit 31.
- the sensor drive unit 31 supplies a drive signal to a drive electrode formed of one of the common electrode 6a and the capacitance electrode wiring 5, and based on a detection signal obtained through a detection electrode formed of the other of the common electrode 6a and the capacitance electrode wiring 5, The contact of the object with the screen 2a and the position of the contact are detected.
- the sensor drive unit 31 sends the detected contact position (for example, XY coordinates) on the screen 2a to, for example, the above-described host circuit (not shown).
- the sensor driving unit 31 can be mainly configured by, for example, a commercially available touch sensor IC or the like.
- the sensor driving section 31 may be formed by combining a touch sensor IC with a circuit constituting a detection signal processing section 31a as shown in FIG.
- the touch panel device 1 may include the switch 7 as the above-described switching unit.
- the switch 7 is connected to each of the plurality of conductor films 6 and the plurality of capacitance electrode wires 5, and electrically connects or separates the plurality of conductor films 6 and the plurality of capacitance electrode wires 5. That is, the switching of the electrical connection between the plurality of drive electrodes and the plurality of detection electrodes of the touch sensor circuit 3 described above can be realized by the switch 7.
- the switch 7 may be formed on the first substrate 21 or the second substrate 22 of the display panel 2 (see FIG. 2).
- the switch 7 may be configured by, for example, a TFT, may be configured by a commercially available switch IC, or may be formed inside the above-described touch sensor IC configuring the sensor driving unit 31 or the like. Further, unlike the example of FIG. 1, the switch 7 may be provided separately from the touch sensor circuit 3, for example, may be incorporated in the control circuit 4.
- the control circuit 4 is connected to the sensor driving unit 31 in the example of FIG. 1, and may be connected to the switch 7 when the switch 7 is provided.
- the control circuit 4 may switch the electrical connection state between the plurality of drive electrodes and the plurality of detection electrodes of the touch sensor circuit 3 based on a timing signal sent from the Tcon 13 as described above, for example.
- the control circuit 4 may switch the electrical connection between the drive electrode and the plurality of detection electrodes based on a signal sent from the above-described host circuit (not shown).
- the control circuit 4 may control the operation of generating and transmitting a drive signal in the sensor drive unit 31 and the operation of detecting a contact position.
- the control circuit 4 switches the ON / OFF of the switch 7, thereby electrically connecting the plurality of drive electrodes and the plurality of detection electrodes. May be switched.
- the control circuit 4 may switch the electrical connection state between the plurality of drive electrodes and the plurality of detection electrodes by controlling the sensor drive unit 31. That is, as described above, the control circuit 4 controls the sensor driving unit 31 so that the plurality of conductor films 6 and the plurality of capacitance electrode wirings 5 have the same potential, so that the electrical connection between the driving electrode and the detection electrode is established. May be switched.
- the control circuit 4 may be constituted by, for example, a commercially available microcomputer, and may be included in the Tcon 13 unlike the example of FIG.
- a thin film transistor (TFT) 8 is formed for each pixel on the first substrate 21 of the display panel 2.
- the TFT 8 is connected to the pixel electrode 23, and a desired voltage based on image data is applied to the pixel electrode 23 via the TFT 8.
- the TFT 8 preferably includes a gate electrode 81 formed on the same conductor layer as the capacitor electrode wiring 5, a semiconductor film 83 formed on the gate electrode 81 via a gate insulating film 82 covering the gate electrode 81, and a semiconductor film 83. It includes a drain electrode 85 and a source electrode 86 which are formed above via a contact layer 84, respectively.
- the drain electrode 85 is connected to the pixel electrode 23 via the via contact 24.
- the via contact 24 is formed on a flattening film 26 formed so as to cover the TFT 8, and the pixel electrode 23 is formed on the flattening film 26.
- the gate electrode 81 and the source electrode 86 are respectively connected to the gate bus line 11 and the source bus line 12 (see FIG. 1).
- the pixel electrode 23 is electrically connected to the conductor layer including the drain electrode 85 through the via contact 24, and forms an auxiliary capacitance Cs together with the capacitance electrode wiring 5 that is opposed via the gate insulating film 82.
- a common electrode 6a is formed via a color filter 25. Between the common electrode 6a and the pixel electrode 23 via an alignment film (not shown), for example, A liquid crystal layer LC composed of a nematic liquid crystal or the like is formed.
- a polarizing plate may be provided on the surface of each of the first and second substrates 21 and 22 facing the direction opposite to the liquid crystal layer LC, and the display panel 2 is a transmissive liquid crystal display panel.
- a light source constituted by an LED or the like, or a light guide plate (both not shown) is provided opposite to the polarizing plate provided on the first substrate 21.
- the capacitor electrode wiring 5 is formed using, for example, tungsten, molybdenum, titanium, aluminum, a copper-titanium alloy, or the like.
- the pixel electrode 23 and the common electrode 6a are formed using, for example, an ITO (Indium-tin-oxide) transparent electrode that is an oxide of indium and tin.
- a sensor capacitor Cm is formed between the common electrode 6a and the capacitor electrode wiring 5 by an insulator such as the liquid crystal layer LC.
- the magnitude of the capacitance of the sensor capacitance Cm between each of the plurality of conductor films 6 (see FIG. 1) constituting the common electrode 6a and each of the plurality of capacitance electrode wirings 5 is determined by the screen 2a (see FIG. 1). It changes depending on the proximity of an object such as a finger to an arbitrary position in parentheses. This change in capacitance is detected by the touch sensor circuit 3 (see FIG. 1), and based on the combination of the conductor film 6 and the capacitance electrode wiring 5 where the change in capacitance has occurred, the change on the screen 2a is obtained.
- the contact position of the finger or the like is specified.
- the touch sensor circuit 3 includes a plurality of upper electrodes 60 and a plurality of lower electrodes 50 that intersect with each other via the liquid crystal layer LC.
- the plurality of upper electrodes 60 and the plurality of lower electrodes 50 are each connected to the sensor driving unit 31 and, in the example of FIG. 3, are connected to the switch 7.
- the upper electrode 60 is configured by the conductor film 6 configuring the common electrode 6a illustrated in FIG. 1
- the lower electrode 50 is configured by the capacitor electrode wiring 5 illustrated in FIG. Therefore, the lower electrode 50 is formed on the surface of the first substrate 21 facing the liquid crystal layer LC
- the upper electrode 60 is formed on the surface of the second substrate 22 facing the liquid crystal layer LC (downward in FIG. 3). Is done.
- the upper electrode 60 is illustrated as being separated from the second substrate 22 for easy understanding.
- One of the upper electrode 60 and the lower electrode 50 serves as a drive electrode of the touch sensor circuit 3, and the other serves as a detection electrode.
- the plurality of upper electrodes 60 and the plurality of lower electrodes 50 are respectively connected to the switch 7.
- the switch 7 all of the plurality of upper electrodes 60 (common electrode 6a) and all of the plurality of lower electrodes 50 (capacitive electrode wiring 5) are electrically connected.
- each pixel of the display panel 2 is connected to each other.
- Image data can be written and an image can be displayed.
- the switch 7 is off, the upper electrodes 60 are mutually separated, the lower electrodes 50 are separated from each other, and the upper electrodes 60 and the lower electrodes 50 are electrically separated from each other. The contact of the object with 2a and its position can be detected.
- the sensor drive unit 31 uses one of the plurality of upper electrodes 60 and the plurality of lower electrodes 50 as a plurality of drive electrodes and sequentially applies a drive signal to each drive electrode. At the same time, each time the sensor drive unit 31 applies a drive signal to each drive electrode, the sensor drive unit 31 receives a detection signal through each detection electrode using the other of the plurality of upper electrodes 60 and the plurality of lower electrodes 50 as a detection electrode. For example, the drive signal is sequentially applied from the upper electrode 60a to the upper electrode 60g, and the detection signal is sequentially received through the lower electrode 50a to the lower electrode 50f while the drive signal is applied to each upper electrode.
- a detection signal obtained through the lower electrode 50a when a drive signal is applied to the upper electrode 60a changes as compared with a non-contact state. By the change, the contact of the object on the screen 2a and its position can be detected and specified.
- the switch 7 can be formed by a TFT or the like as described above. In FIG. 3, the switch 7 is depicted such that a contact group is provided for each of the plurality of upper electrodes 60 and the plurality of lower electrodes 50. However, the switch 7 may be any switch that can electrically connect all the upper electrodes 60 and all the lower electrodes 50 and can electrically separate all of them.
- the connection configuration inside the switch 7 is not limited to the configuration in FIG.
- the switch 7 may have a contact for connecting only the specific upper electrodes 60 or the specific lower electrodes 50 only.
- adjacent upper electrodes 60 for example, upper electrodes 60a, 60c, 60e, and 60g
- the switches connected to the respective upper electrodes 60 in the switch 7 are sequentially opened within a sensing period T (see FIG. 6) described later.
- T sensing period
- the number of connection wirings between the upper electrode 60 and the sensor driving unit 31 may be reduced while providing a configuration capable of sequentially detecting the contact of the upper electrodes 60a to 60g.
- the lower electrodes 50 arranged alternately may be connected in such a manner.
- the number of upper electrodes 60 is seven in the example of FIG. 3, but may be any number according to the screen size of the display panel 2.
- the size of each upper electrode 60 is also arbitrary, and the width W1 of each upper electrode 60 along the first direction X is about several tens of mm, for example, 20 mm. With such a width, it is possible to appropriately detect the contact and the position of the object having the size of the fingertip.
- the width W2 of the slit S between the upper electrodes 60 is, for example, about several ⁇ m to several tens ⁇ m, for example, 10 ⁇ m.
- Each upper electrode 60 is constituted by each conductor film 6 (see FIG.
- the number of lower electrodes 50 is not limited to the example of FIG. 3 and may be any number according to the screen size.
- the lower electrode 50 is configured by the capacitor electrode wiring 5 (see FIGS. 1 and 2) as described above.
- one lower electrode 50 may be constituted by one capacitor electrode wiring 5.
- the wiring width of the capacitor electrode wiring 5 for obtaining a normal display on the display panel is about 10 ⁇ m.
- several hundred or more capacitance electrode wirings 5 are formed at a pitch of several hundreds ⁇ m over the entire side of the screen 2a. For detecting contact with an object such as a fingertip, the drive or detection electrodes arranged at such a narrow pitch are not necessarily required.
- each lower electrode 50 may be configured by a wiring group including two or more capacitance electrode wirings 5 adjacent to each other among the plurality of capacitance electrode wirings 5.
- each drive electrode of the plurality of drive electrodes or each detection electrode of the plurality of detection electrodes is configured by a wiring group including a plurality of capacitance electrode wires 5.
- the number of wirings for connecting the lower electrode 50 and the sensor driving unit 31 can be reduced, and the capacitance between each lower electrode 50 constituted by the capacitance electrode wiring 5 and the upper electrode 60 can be reduced. Can be increased, so that the detection sensitivity can be increased.
- one lower electrode 50 is formed by connecting the six capacitor electrode wires 5 to each other using, for example, wires formed on the first substrate 21.
- the number of the capacitor electrode wirings 5 constituting one lower electrode 50 can be appropriately selected according to the arrangement pitch of each pixel of the display panel 2 (see FIG. 1) and the required resolution for detecting a contact position.
- one lower electrode 50 may be formed by about several tens of capacitor electrode wires 5.
- one lower electrode 50 is configured by a wiring group including a plurality of capacitance electrode wirings 5
- one of the capacitance electrode wirings 5 other than the capacitance electrode wirings 5 at both ends of the wiring group is configured as the lower electrode 50. It does not need to be added to the wiring group to be performed. That is, one lower electrode 50 may be constituted by a part of the plurality of adjacent capacitor electrode wires 5.
- the width W3 in the direction along the second direction Y of the wiring group composed of the plurality of capacitor electrode wirings 5 constituting one lower electrode 50 is the first direction X in each of the plurality of conductor films 6 constituting the plurality of upper electrodes 60. May be substantially the same as the width W1 (see FIG. 3) in the direction along.
- the resolution for detecting the contact position in the first direction X and the resolution for detecting the contact position in the second direction Y can be substantially the same.
- the width of the capacitor electrode wiring 5 is exaggerated for the sake of clarity, but the width of the capacitor electrode wiring 5 along the second direction Y is determined by the pixel 2b of the display panel 2 (see FIG. 1). ) Is much smaller than the arrangement pitch. Therefore, regardless of whether the lower electrode 50 is constituted by one capacitance electrode wiring 5 or a plurality of capacitance electrode wirings 5, the interval W4 between the adjacent lower electrodes 50 is substantially equal to the arrangement pitch of the pixels 2b. It may be the same. More strictly, the interval W4 between the adjacent lower electrodes 50 may be substantially the same as (the arrangement pitch of the pixels 2b in the second direction Y)-(the width of the capacitor electrode wiring 5 in the second direction Y). .
- the second switch 7a for electrically connecting the adjacent lower conductors 50 may be provided on the first substrate 21, for example. By providing the second switch 7a, the resolution of detecting the contact position in the second direction Y can be made variable. Although not shown, a switch for connecting the adjacent upper conductors 60 may be provided on, for example, the second substrate 22. For example, the resolution can be adjusted according to the size of the object where contact is expected. These switches may be formed of, for example, TFTs, and may be controlled by the control unit 4 or the touch sensor circuit 3.
- FIG. 5 shows an example of a detection signal processing unit 31a that plays a part of the contact detection function in the sensor drive unit 31 shown in FIGS.
- FIG. 6 shows a timing chart of the operation of the touch panel device 1.
- the detection signal processing unit 31a illustrated in FIG. 5 includes an operational amplifier AM, a capacitor C1 and a discharge switch SW connected between the output and the inverting input of the operational amplifier AM.
- the reference potential Vref is input to the non-inverting input of the operational amplifier AM.
- the inverting input of the operational amplifier AM is connected to a lower electrode 50a which is one of a plurality of lower electrodes (capacitance electrode wirings).
- the sensor capacitance Cm is formed between the lower electrode 50a and the upper electrode 60a, which is one of a plurality of upper electrodes (conductor films constituting a common electrode).
- the switch 7 described above is provided between the upper electrode 60a and the lower electrode 50a in parallel with the sensor capacitance Cm.
- the upper electrode 60a is connected to a signal output unit (not shown) that outputs a drive signal in the sensor drive unit 31, and a Vcom common signal is provided during a display period D (see FIG. 6) described later. Is output, and during the sensing period T (see FIG. 6), a drive signal Tx (see FIG. 6) also called a touch scan signal is output.
- the upper electrode 60a is used as a drive electrode of the touch sensor circuit 3 (see FIG. 3), and the lower electrode 50a is used as a detection electrode.
- the upper electrode 60a is connected to the inverting input of the operational amplifier AM.
- the detection signal processing unit 31a is provided for all combinations of all upper electrodes including the upper electrode 60a and all lower electrodes including the lower electrode 50a. Therefore, a plurality of detection signal processing units 31a corresponding to the number of the combinations are provided.
- the lower electrode is referred to by reference numeral 50 and the upper electrode is referred to by reference numeral 60.
- Vsync indicates a vertical synchronization signal in the display panel 2.
- Gn, G2,... Gn indicate gate signals applied to the pixels arranged in the first row or the second row in a plurality of pixels arranged in a matrix on the display panel 2.
- the gate signal output section from the rising edge of G1 to the falling edge of Gn is a writing period of the image data to each pixel, and a period from the completion of the gate signal output to the next rising of Vsync is a blank period (return period). ).
- FIG. 6 shows an example of line inversion driving, in which the polarity of DATA is inverted every frame.
- Tx indicates a drive signal applied to the upper electrode 60 (common electrode) used as a drive electrode in the example of FIG. 5, and Rx indicates a detection signal appearing at the lower electrode 50 (capacitance electrode wiring) used as a detection electrode.
- Vout indicates an output signal from the output of the operational amplifier AM.
- the function of detecting contact of an object with the screen is activated during the blank period.
- the blank period is also referred to as a sensing period T
- the writing period of image data that is, the charging period of the auxiliary capacitance Cs (see FIG. 2) is also referred to as a display period D.
- the total period of the display period D and the sensing period T substantially corresponds to one display frame F on the display panel 2.
- the switch 7 is turned on, and the upper electrode 60 and the lower electrode 50 are electrically connected. That is, during the period of charging the storage capacitor Cs in each of the display frames F of the display panel 2, the plurality of conductor films 6 (see FIG. 1) and the plurality of capacitor electrode wires 5 (see FIG. 1) forming the common electrode 6a are provided. Are electrically connected.
- the common electrode 6a and the capacitor electrode wiring 5 are set to a predetermined common potential, and gate signals (G1, G2, etc. in FIG. 6) are sequentially applied to pixels arranged in each row of the display panel 2.
- the auxiliary capacity Cs is appropriately charged, and a desired image is displayed.
- a constant voltage signal corresponding to the magnitude relationship between the reference potential Vref and the common potential is output as the output Vout.
- each of the upper electrode 60 and the lower electrode 50 can be used as a drive electrode or a detection electrode.
- a pulse-like drive signal Txs is applied to the upper electrode 60 used as the drive electrode in the example of FIG.
- the driving signal Txs may be sequentially applied to each of the plurality of upper electrodes 60 as described above.
- a detection signal having a waveform corresponding to the drive signal Txs appears on the lower electrode 50 via the sensor capacitance Cm, and an output signal corresponding to the drive signal Txs also appears in the output Vout of the operational amplifier AM.
- the capacitance of the sensor capacitance Cm changes. Therefore, like the output signal Vout in the period tx, the peak voltage Vp is mainly changed from the peak voltage at the time of non-contact. Change.
- the sensor drive unit 31 Based on this change and the combination of the upper electrode 60 and the lower electrode 50 where this change is detected, the sensor drive unit 31 detects the contact of an object and specifies its position.
- the discharge switch SW is controlled to be in an on state during the low level period of the drive signal Txs, whereby the electric charge accumulated in the capacitor C1 is discharged. Each time the drive signal Txs goes low, the charge in the capacitor C1 is discharged, so that an appropriate output signal Vout can be obtained for each pulse of the drive signal Txs.
- the sensing period T the voltage applied to the liquid crystal layer may change in accordance with the contact detection operation.
- the sensing period T is a period that does not exceed 1% of the display period D, for example. It is on the order of several hundred microseconds. Therefore, there is substantially no problem in displaying images. In other words, by using the blank period of the display panel 2 as the sensing period T, the function of detecting contact with the screen can be provided without providing an additional period for the image display cycle of the display panel 2.
- FIG. 7 shows a more specific example of the structure of the touch panel device 1 of the present embodiment.
- the touch panel device 1 includes a first substrate 21 and a second substrate 22 each having a substantially rectangular planar shape.
- the first substrate 21 is provided with a plurality of lower electrodes 50 formed by the capacitor electrode wiring 5 (see FIG. 1) so as to face the second substrate 22.
- a plurality of upper electrodes 60 constituted by the common electrode 6a (see FIG. 1) are provided.
- every other upper electrode 60 is connected by the wiring 221 provided on the second substrate 22.
- every other lower electrode 50 is connected by a wiring 211 provided on the first substrate 21.
- the two wirings 221 connecting the upper electrodes 60 are connected to two wirings 212 provided on the first substrate 21 in the vicinity of a pair of diagonals of the second substrate 22, respectively.
- the wiring 221 and the wiring 212 are connected using a connection member such as a paste-like conductive resin or a conductive brazing material.
- a connecting member is preferably arranged inside a sealant provided at the outer edges of both substrates to seal the liquid crystal material between the first substrate 21 and the second substrate 22.
- a source driver circuit 12a is mounted on an edge of the surface of the first substrate 21 facing the second substrate 22 along one side 21a of the first substrate 21. Further, the sensor driving unit 31 is mounted close to the source driver. The wiring 211 and the wiring 212 are connected to the sensor driving unit 31, and as a result, the sensor driving unit 31 is electrically connected to the lower electrode 50 and the upper electrode 60. That is, in the example of FIG. 7, both the function of outputting a drive signal and the function of detecting contact in the sensor drive unit 31 are realized only on the first substrate 21. Therefore, the wiring to be formed on the second substrate 22 is simplified, and the second substrate 22 can be easily prepared.
- a commercially available touch sensor IC or the like can be used for the sensor driving unit 31.
- the functions of the sensor driving unit 31 are integrated on the first substrate 21 so that the IC forming the sensor driving unit 31 and the IC forming the source driver circuit 12a are mounted on the display panel 2.
- An IC having both the function of the sensor driver 31 and the function of the source driver circuit 12a may be mounted on the first substrate 21 as the sensor driver 31 and the source driver circuit 12a.
- a gate driver circuit 11a (see FIG. 1) may be provided along another side orthogonal to one side 21a of the first substrate 21. In that case, the sensor driver 31 may be mounted close to the gate driver circuit 11a, and the IC having both the function of the gate driver circuit 11a and the function of the sensor driver 31 is mounted on the first substrate 21. Is also good.
- the detection method of the present embodiment is used in a capacitive touch panel device including a liquid crystal display panel.
- the common electrode 6a of the liquid crystal display panel (display panel 2) is mainly configured by a plurality of conductive films 6 like the touch panel device 1 of the first embodiment illustrated in FIG. Used in touch panel devices. Therefore, the detection method of the present embodiment will be described using the touch panel device 1 of the first embodiment as an example and appropriately referring to the drawings referred to earlier.
- the detection method of the present embodiment is exemplified in FIG. 2 after a writing period (display period D in FIG. 6) of image data to each pixel in each display frame F (see FIG. 6) of the liquid crystal display panel (display panel 2). And electrically separating the common electrode 6a and the capacitor electrode wiring 5 from each other.
- the common electrode 6a faces the pixel electrode 23 provided for each pixel with the liquid crystal layer LC interposed therebetween.
- the capacitance electrode wiring 5 is a wiring for forming an auxiliary capacitance Cs for holding a voltage applied to the liquid crystal layer LC between the pixel electrode 23 and the storage capacitor Cs.
- each of the capacitance electrode wirings 5 extends along the first direction X and is arranged in parallel along the second direction Y.
- the common electrode 6a is constituted by a plurality of conductor films 6 extending in the second direction Y and arranged in parallel in the first direction X.
- the plurality of conductor films 6 forming the common electrode 6a form the plurality of upper electrodes 60 of the touch sensor circuit 3 as shown in FIG. 3, and the plurality of capacitance electrode wirings 5 form the plurality of lower electrodes 50.
- the upper electrode 60 and the lower electrode 50 are used as a drive electrode and a detection electrode of the touch sensor circuit 3.
- the common electrode 6a and the capacitance electrode wiring 5 are electrically connected, and in the sensing period T, the common electrode 6a and the capacitance electrode wiring 5 are electrically separated.
- the separation between the common electrode 6a and the capacitor electrode wiring 5 is performed, for example, by opening and closing a switch 7 provided between the plurality of conductor films 6 and the plurality of capacitor electrode wirings 5 constituting the common electrode 6a, as illustrated in FIG. This is done by controlling The switch 7 is constituted by, for example, a TFT or the like. In this case, the common electrode 6a and the capacitor electrode wiring 5 are electrically connected or disconnected by switching the TFT between an on state and an off state.
- the detection method of the present embodiment further includes applying a drive signal to one of the upper electrode 60 and the lower electrode 50 during the sensing period T in which the capacitance electrode wiring 5 and the common electrode 6a are electrically separated. Contains. Further, the detection method of the present embodiment detects the change in the capacitance between the upper electrode 60 and the lower electrode 50 using the other of the upper electrode 60 and the lower electrode 50 together with the application of the drive signal. Contains. For example, a drive signal is applied to a common electrode 6 a constituted by a plurality of conductor films 6, and a change in capacitance between the common electrode 6 a and the capacitor electrode wiring 5 is detected using the capacitor electrode wiring 5. . Alternatively, a change in the capacitance between the common electrode 6a and the capacitance electrode wiring 5 may be detected using the common electrode 6a while a drive signal is applied to the capacitance electrode wiring 5.
- the capacitance electrode wiring 5 configuring the lower electrode 50 is connected to the non-inverting terminal of the operational amplifier AM of the detection signal processing unit 31a as illustrated in FIG. Then, a drive signal is applied to the conductor film 6 forming the upper electrode 60.
- an output Vout based on the drive signal and the state of contact of the object with the screen appears through the capacitor electrode wiring 5. Based on the change in the output Vout, a change in the capacitance between the common electrode 6a and the capacitance electrode wiring 5 is detected, and the contact with the screen and the position thereof are specified.
- each of the plurality of lower electrodes 50 may be configured by electrically connecting a plurality of adjacent capacitor electrode wires 5. Since the capacitance between each lower electrode 50 and each upper electrode 60 can be increased, the detection sensitivity can be increased.
- the detection method of the present embodiment it is possible to detect contact of an object with a screen using the common electrode and the capacitor electrode wiring originally provided for the image display function of the display panel. Therefore, it is possible to detect the contact of the object on the screen and the position thereof with an in-cell type which is advantageous for thinning and which is inexpensive as compared with a touch panel device having a drive electrode or the like separately prepared for a touch sensor. Can be.
- the display panel according to the first embodiment of the present invention includes a first panel and a second substrate that sandwich a liquid crystal layer, a display panel including a plurality of pixels, and an object that contacts a screen of the display panel.
- a touch sensor circuit for detecting wherein the first substrate is provided with a pixel electrode provided to face the second substrate, each of which extends along a first direction and is applied to the liquid crystal layer.
- a plurality of capacitor electrode wirings that form an auxiliary capacitor for holding a voltage between the pixel electrodes, and the second substrate includes a common electrode facing each of the plurality of pixel electrodes.
- Capacitive electrode Line includes a plurality of drive electrodes and the plurality of detection electrodes formed by, further comprising a switching unit for switching the electrical connection state between the plurality of detection electrodes and the plurality of driving electrodes.
- a touch panel device that is advantageous for thinning can be realized at low cost.
- the touch panel device may include, as the switching unit, a switch that electrically connects or disconnects the plurality of conductive films and the plurality of capacitor electrode wires. In this case, electrical connection or separation between the plurality of conductor films and the plurality of capacitor electrode wirings can be easily performed.
- the switching unit may include the plurality of conductor films and the plurality of capacitance electrode wirings during a period of charging the auxiliary capacitance in each display frame of the display panel. May be electrically connected to each other, and after the charging period, the plurality of conductor films and the plurality of capacitor electrode wires may be electrically separated. In that case, contact with the screen can be detected without providing an additional period for the image display cycle of the display panel.
- the plurality of driving electrode electrodes are formed by a wiring group including two or more capacitance electrode wirings adjacent to each other among the plurality of capacitance electrode wirings.
- Each of the drive electrodes or each of the plurality of detection electrodes may be configured. In that case, the number of wires on the first substrate can be reduced, and the detection sensitivity of the touch sensor circuit can be increased.
- the width of the wiring group in the direction along the second direction may be substantially the same as the width of the plurality of conductive films in the direction along the first direction. .
- the resolution of detecting the contact position in the first direction and the resolution of detecting the contact position in the second direction can be made substantially the same.
- the plurality of drive electrodes are configured by the plurality of conductor films
- the plurality of detection electrodes are configured by the plurality of capacitance electrode wirings. Is also good. In that case, the detection accuracy of the contact with the screen can be improved as compared with the case where the drive electrode is formed by a plurality of conductive films.
- a method of detecting a contact position in a touch panel device is a method of detecting an image data to each pixel in each display frame of the liquid crystal display panel in a capacitive touch panel device including a liquid crystal display panel.
- a common electrode facing the pixel electrode across the liquid crystal layer in the liquid crystal display panel, and a capacitor electrode wiring for forming an auxiliary capacitor for holding a voltage applied to the liquid crystal layer between the pixel electrode and the common electrode While the capacitor electrode wiring and the common electrode are electrically separated from each other, a signal is applied to the common electrode, and the common electrode and the capacitor are used by using the capacitor electrode wiring. Detecting a change in capacitance between the wiring and the electrode wiring.
- the touch panel device is an in-cell type which is advantageous for thinning, and is inexpensive as compared with a touch panel device having a drive electrode or the like separately prepared for a touch sensor. And its position can be detected
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Abstract
タッチパネル装置は、液晶層を挟持する第1基板及び第2基板並びに複数の画素を含んでいる表示パネルと、表示パネルの画面への物体の接触を検出するタッチセンサ回路と、を備えている。第1基板は、第2基板に対向するように設けられた画素電極と、それぞれが第1方向に沿って延びると共に、液晶層に印加される電圧を保持させる補助容量を画素電極との間に形成する複数の容量電極配線と、を備えている。第2基板は、複数の画素電極それぞれと対向する共通電極を備え、共通電極は、第1方向と略直交する第2方向に沿って延びると共に第1方向に沿って並列する複数の導体膜によって構成されている。タッチセンサ回路は、複数の導体膜及び複数の容量電極配線によって構成される複数の駆動電極及び複数の検出電極を備えている。タッチパネル装置は、複数の駆動電極と複数の検出電極との電気的な接続状態を切り換える切替部をさらに備えている。
Description
本発明は、タッチパネル装置及びタッチパネル装置における接触位置の検出方法に関する。
液晶表示パネルなどの薄型の表示装置とタッチセンサとを組み合わせたタッチパネルは、携帯機器を始めとして、民生用途または産業用途を問わず広く普及しており、今後も、多様な用途へのさらなる適用が期待される。タッチパネルの検出方式としては、抵抗膜方式、静電容量方式、表面弾性波方式などの各種検出方式が実用化されており、このうち、静電容量方式は、検出性能、透過性、コストなどの面でバランス良く利点を備えている。また、タッチパネルの構造としては、アウトセル方式、オンセル方式、インセル方式などが実用化されている。このうち、液晶表示パネルなどが備える二つの基板内にタッチセンサが作り込まれるインセル方式は、薄型化の面で有利とされている。たとえば、特許文献1の表示装置では、薄膜トランジスタ(TFT)などが形成されている第1基板とカラーフィルタなどを備える第2基板との間に、駆動電極及び検出電極を設けることによってタッチセンサが形成されている。
オンセル方式またはインセル方式においても、タッチセンサを表示装置の内部または外部に形成する場合、表示パネルだけを製造する場合に比べて、各電極の形成などのための工数及び材料が必要となり、コストが上昇する。たとえば、薄膜トランジスタが形成されるTFT基板上に、タッチセンサを構成するいずれかの電極を形成する場合、その電極用の導体膜の成膜及びそのパターニングに伴うコストが発生する。TFT基板と対向して配置される対向基板にタッチセンサ用の電極を形成する場合も同様である。また、いずれか一方の基板に駆動電極と検出電極の両方が形成される場合は、さらに、パッシベーション膜を介して二つの電極を異なる導体層に形成することも必要となり得る。従って、薄型のタッチパネルの更なる普及のためには、より安価で市場に提供され得るタッチパネルが求められる。
そこで本発明は、薄型化に有利で、しかも安価に製造できるタッチパネル装置を提供すること、及び、そのようなタッチパネル装置を可能にする接触位置の検出方法を提供することを目的とする。
本発明の第1実施形態のタッチパネルは、液晶層を挟持する第1基板及び第2基板並びに複数の画素を含んでいる表示パネルと、前記表示パネルの画面への物体の接触を検出するタッチセンサ回路と、を備え、前記第1基板は、前記第2基板に対向するように設けられた画素電極と、それぞれが第1方向に沿って延びると共に、前記液晶層に印加される電圧を保持させる補助容量を前記画素電極との間に形成する複数の容量電極配線と、を備え、前記第2基板は、複数の前記画素電極それぞれと対向する共通電極を備え、前記共通電極は、前記第1方向と略直交する第2方向に沿って延びると共に前記第1方向に沿って並列する複数の導体膜によって構成されており、前記タッチセンサ回路は、前記複数の導体膜及び前記複数の容量電極配線によって構成される複数の駆動電極及び複数の検出電極を備えており、前記複数の駆動電極と前記複数の検出電極との電気的な接続状態を切り換える切替部をさらに備える。
本発明の第2実施形態のタッチパネル装置における接触位置の検出方法は、液晶表示パネルを備える静電容量方式のタッチパネル装置における接触位置の検出方法であって、前記液晶表示パネルの各表示フレームにおける各画素への画像データの書き込み期間後に、前記液晶表示パネルにおいて液晶層を挟んで画素電極と対向する共通電極と、前記液晶層に印加される電圧を保持させる補助容量を前記画素電極との間に形成する容量電極配線とを電気的に分離し、前記容量電極配線と前記共通電極とが電気的に分離されている間に、前記共通電極に信号を印加すると共に前記容量電極配線を用いて前記共通電極と前記容量電極配線との間の静電容量の変化を検出する、ことを含む。
本発明の第1実施形態及び第2実施形態によれば、薄型化に有利なタッチパネル装置を安価に実現することができる。
本発明者らは、薄型化に有利で、しかも安価に製造し得るタッチセンサ装置を得るために鋭意検討を重ねた。そして、液晶表示パネルが主に画像表示のために備える共通電極及び容量電極配線をタッチセンサの駆動電極及び検出電極として利用し得ることを見出した。具体的には、容量電極配線と共通電極とは、液晶層などを挟んで対向しているため、両者によって静電容量(キャパシタ)が形成されており、この共通電極と容量電極配線との間の静電容量は、画面への物体の接触によって変化する。本発明者らは、この静電容量の変化を、各画素への画像データの書き込みの合間に、容量電極配線と共通電極とを用いて検出し得ることを見出した。従って、容量電極配線及び共通電極と別個にタッチセンサ用の電極を形成しなくてもよく、薄型化に有利なタッチパネル装置を安価に得ることができる。
本発明者らが見出したタッチパネル装置では、液晶表示パネルにおいて対向基板の一面の略全面に設けられる共通電極は、容量電極配線が延びる方向に沿って並列すると共にその方向と略直交する方向に沿ってそれぞれ伸びる複数の導体膜によって構成される。その結果、互いに略直交する複数の導体膜(共通電極)と複数の容量電極配線とによって、二次元の位置の特定が可能な検出平面を画面上に構成することができる。また、従来から、液晶表示パネルの使用中、容量電極配線は共通電極と略同じ電位に設定されるが、共通電極と容量電極配線とを適宜電気的に分離することによって、共通電極及び容量電極配線をタッチセンサとして用いることが容易になる。さらに、容量電極配線は、マトリクス状に設けられる複数の画素の各列または各行に配置される場合、数百μmもしくは数十μmピッチで配置される。しかし、画面への接触について検出されるべき人間の指先などの物体は、そのような容量電極配線の配置ピッチよりも遥かに大きいことが多い。従って、複数の容量電極配線を個々に駆動電極または検出電極として用いる必要は無く、たとえば隣接する複数の容量電極配線を一つの駆動電極または検出電極として用いることも可能である。そうすることによって、駆動電極などと、後述するセンサ駆動部などとを接続する配線を少なくすることができる。このような知見も、本発明者らによって見出されたのである。
以下、図面を参照し、本発明の実施形態のタッチパネル装置、並びに、タッチパネル装置における接触位置の検出方法を説明する。なお、以下に説明される各実施形態における各構成要素の材質、形状、それらの相対的な位置関係、ならびに、接触位置の検出方法における各処理の順序などは、明確に限定されているものを除いてあくまで例示に過ぎない。本発明のタッチパネル装置、並びに、タッチパネル装置における接触位置の検出方法は、これらによって限定的に解釈されるものではない。
〔タッチパネル装置〕
図1には、実施形態1のタッチパネル装置1の全体的な構成が模式的に示されている。図2には、タッチパネル装置1における表示パネル2の断面図が示されている。図1及び図2に示されるように、タッチパネル装置1は、表示パネル2と、表示パネル2の画面2aへの物体の接触を検出するタッチセンサ回路3と、を備えている。表示パネル2は、液晶層LCを挟持する第1基板21及び第2基板22、並びに複数の画素2bを含んでおり、第2基板22に区画される画面2aに所望の画像を表示する。第1基板21は、複数の画素2bの夫々に第2基板22に対向するように設けられた画素電極23と、液晶層LCに印加される電圧を保持させる補助容量Csを画素電極23との間にそれぞれ形成する複数の容量電極配線5を備えている。なお、図2には一つの画素に対応する領域だけが示されている。複数の容量電極配線5は、第1方向Xに沿って延びると共に第1方向Xと略直交する第2方向Yに沿って並列している。なお、第1方向Xは、たとえば、表示パネル2が矩形の画面2aを有する場合に、画面2aの何れの一辺と平行な方向であってもよい。しかし第1方向Xは、図1の例のように、ゲートバスライン11と略平行な方向であることが好ましく、第2方向Yはソースバスライン12と略平行な方向であることが好ましい。
図1には、実施形態1のタッチパネル装置1の全体的な構成が模式的に示されている。図2には、タッチパネル装置1における表示パネル2の断面図が示されている。図1及び図2に示されるように、タッチパネル装置1は、表示パネル2と、表示パネル2の画面2aへの物体の接触を検出するタッチセンサ回路3と、を備えている。表示パネル2は、液晶層LCを挟持する第1基板21及び第2基板22、並びに複数の画素2bを含んでおり、第2基板22に区画される画面2aに所望の画像を表示する。第1基板21は、複数の画素2bの夫々に第2基板22に対向するように設けられた画素電極23と、液晶層LCに印加される電圧を保持させる補助容量Csを画素電極23との間にそれぞれ形成する複数の容量電極配線5を備えている。なお、図2には一つの画素に対応する領域だけが示されている。複数の容量電極配線5は、第1方向Xに沿って延びると共に第1方向Xと略直交する第2方向Yに沿って並列している。なお、第1方向Xは、たとえば、表示パネル2が矩形の画面2aを有する場合に、画面2aの何れの一辺と平行な方向であってもよい。しかし第1方向Xは、図1の例のように、ゲートバスライン11と略平行な方向であることが好ましく、第2方向Yはソースバスライン12と略平行な方向であることが好ましい。
一方、第2基板22は、複数の画素電極23それぞれと対向する共通電極6aを備えている。共通電極6aは、第2基板22における液晶層LCを向く面の略全面(少なくとも画素形成領域における略全面)に設けられる。共通電極6aには、第2方向Yに沿うスリットS(図3参照)が設けられ、複数の導電体に分割されている。換言すると、共通電極6aは、第2方向Yに沿って延びると共に第1方向Xに沿って並列する複数の導体膜6によって構成されている。各導体膜6は第1方向Xにおいて所定の幅を有しており、共通電極6aは、スリットSの部分を除いて、複数の画素2bの形成領域の略全体を覆っている。なお、図2は、導体膜6を通る第2方向Yに沿った切断線での断面図である。
図3には、タッチセンサ回路3の構成要素が模式的に示されている。タッチセンサ回路3は、複数の上部電極60及び複数の下部電極50を備えている。複数の上部電極60は、前述した共通電極6aを構成する複数の導体膜6(図1参照)によって構成され、複数の下部電極50は、前述した複数の容量電極配線5(図1参照)によって構成される。タッチセンサ回路3において、上部電極60及び下部電極50の一方は、画面2aへの物体の接触の検出に用いられる駆動信号(たとえば所定の電圧)が印加される駆動電極である。そして、上部電極60及び下部電極50の他方は、画面2aへの物体の接触状態に基づく検出信号(たとえば電流)が得られる検出電極である。たとえば、複数の駆動電極が複数の導体膜6(上部電極60)によって構成され、その場合、複数の検出電極が複数の容量電極配線5(下部電極50)によって構成される。容量電極配線5は、後述するように、タングステンなどで形成され得るため、主に透明性を有するITOなどを用いて形成される共通電極6a(導体膜6)よりも小さい電気抵抗を有し得る。そのため、容量電極配線5を検出電極として用いることによって、導体膜6を検出電極として用いるよりも、画面2aへの接触の検出精度を高めることができる。しかし、このような構成と異なり、複数の駆動電極が複数の容量電極配線5によって構成されてもよく、複数の検出電極が複数の導体膜6によって構成されてもよい。
本実施形態では、このように、画面2aへの物体の接触を検出するタッチセンサ回路3の駆動電極及び検出電極が、表示パネル2において第1基板21と第2基板22との間に設けられる共通電極6a及び容量電極配線5によって構成される。従って、表示パネル2に画面2aへの接触の検出機能を備えさせるために駆動電極及び検出電極を新たに形成する必要が無い。従って、タッチパネルの製造コストの上昇及びその厚さの増大を抑制することができる。
そして、本実施形態のタッチパネル装置1は、複数の駆動電極と複数の検出電極との電気的な接続状態、すなわち、複数の上部電極60を構成する複数の導体膜6と複数の下部電極50を構成する複数の容量電極配線5との電気的な接続状態を切り換える切換部をさらに備えている。この切替部としては、後述するスイッチ7、及び、制御回路4が例示される。しかし切替部は、複数の駆動電極と複数の検出電極との電気的な接続状態を切り換え得るものであれば、これらに限定されない。この切換部によって、各画素への画像データの書き込み(たとえば画像データに基づく電圧での補助容量Cs(図2参照)の充電)の際には、共通電極6aと容量電極配線5とは電気的に接続される。そうすることによって、液晶層LCと実質的に並列接続状態となる補助容量Csを適切に充電することができる。
一方、画面2aへの物体の接触が検出され得るべきときには、切替部によって、共通電極6aと容量電極配線5とが電気的に分離される。すなわち、タッチセンサ回路3の駆動電極と検出電極は電気的に分離される。そうすることによって、駆動電極に駆動信号を適切に印加することができると共に、検出電極において適切に検出信号を得ることができる。すなわち、切替部は、各画素への画像データの書き込み時には、複数の導体膜6と複数の容量電極配線5とを互いに電気的に接続し、タッチセンサ回路3による検出動作が行われる際には、複数の導体膜6と複数の容量電極配線5とを互いに電気的に分離する。その結果、共通電極6a及び容量電極配線5それぞれを駆動電極又は検出電極として備えるタッチセンサ回路3によって、画面2aへの物体の接触を検出することができる。
なお、「物体」は、指先などの人体の一部の他、専用もしくは一般用途のペンなどである。「物体」は、画面2aに接近することによって、タッチセンサ回路3が検出し得る程度の静電容量の変化を駆動電極と検出電極との間にもたらし得るものであれば、これらに限定されない。
また、複数の駆動電極と複数の検出電極に関する「電気的な接続状態」は、複数の導体膜6と複数の容量電極配線5との導電体を介した物理的な接続を伴う接続状態の他、複数の導体膜6及び複数の容量電極配線5が同電位に設定される状態も含んでいる。すなわち、複数の導体膜6と複数の容量電極配線5とが互いに異なる電位に設定され得る状態は、両者が電気的に接続されていない状態である。一方、複数の導体膜6と複数の容量電極配線5とが同電位にしか設定され得ない状態は、両者が電気的に接続されている状態である。たとえば、複数の導体膜6及び複数の容量電極配線5を同電位にするように制御回路4によってタッチセンサ回路3のセンサ駆動部31(図1参照)が制御されている状態は、複数の駆動電極と複数の検出電極とが電気的に接続されている状態に含まれる。
図1~図3を適宜参照し、前述されていない構成要素も含めて本実施形態のタッチパネル装置1をさらに詳細に説明する。図1の例において、タッチパネル装置1は、タッチセンサ回路3の動作を制御する制御回路4を備えている。また、タッチパネル装置1は、さらに、タイミングコントローラ(Tcon)13、Tcon13にそれぞれ接続され、Tcon13から信号を供給されるゲートドライバ回路11a及びソースドライバ回路12aを備えている。Tcon13には、タッチパネル装置1を制御するホスト回路(図示せず)から、各画素2bのRGBデータ信号の他、垂直同期信号及び水平同期信号、基本クロック並びにデータイネーブル信号などの各種制御信号が送られる。Tcon13は、適切なタイミングでソースドライバ回路12a及びゲートドライバ回路11aそれぞれに制御信号を送ると共に、ソースドライバ回路12aにはさらに画素2b(サブ画素)毎の階調信号を送る。Tcon13は、たとえば、専用ICまたはASICなどと電源回路などとによって構成され得る。Tcon13はタッチパネル装置1の外部に設けられていてもよい。
ソースドライバ回路12aは、ソースバスライン12を介して画素2bに信号(ソース信号)を供給し、ゲートドライバ回路11aは、ゲートバスライン11を介して画素2bに信号(ゲート信号)を供給する。ゲートドライバ回路11aは、複数の画素2bのうちの第1方向Xに沿って一列に並ぶ画素2b毎に順に信号を供給する。一方、ソースドライバ回路12aは、個々のソースバスライン12に応じた信号を一斉に供給し、その信号は、ゲートドライバ回路11aからの信号が入力されている画素2bの画素電極23に印加される。ゲートドライバ回路11a及びソースドライバ回路12aは、たとえば、これら各ドライバ用に用意されたドライバICによって構成され得る。なお、ゲートドライバ回路11a及び/又はソースドライバ回路12aは、表示パネル2上に設けられていてもよい。
タッチセンサ回路3は、センサ駆動部31を含んでいる。センサ駆動部31は、共通電極6a及び容量電極配線5の一方からなる駆動電極に駆動信号を供給し、共通電極6a及び容量電極配線5の他方からなる検出電極を通じて得られる検出信号に基づいて、画面2aへの物体の接触及びその接触の位置を検出する。センサ駆動部31は、たとえば前述した図示されないホスト回路に、検出した画面2a上の接触位置(たとえばXY座標)を送出する。センサ駆動部31は、たとえば、市販のタッチセンサICなどで主に構成され得る。センサ駆動部31は、タッチセンサICに、後に参照する図5に示されるような検出信号処理部31aを構成する回路を組み合わせることによって形成されてもよい。
図1に示されるように、タッチパネル装置1は、前述した切替部としてスイッチ7を備えていてもよい。スイッチ7は、複数の導体膜6及び複数の容量電極配線5それぞれと接続されており、複数の導体膜6と複数の容量電極配線5とを電気的に接続または分離する。すなわち、前述したタッチセンサ回路3の複数の駆動電極と複数の検出電極との電気的な接続状態の切り換えが、スイッチ7によって実現され得る。スイッチ7は、表示パネル2の第1基板21又は第2基板22(図2参照)に形成されてもよい。スイッチ7は、たとえばTFTによって構成されてもよく、市販のスイッチICによって構成されてもよく、また、センサ駆動部31を構成する前述したタッチセンサICなどの内部に形成されてもよい。また、スイッチ7は、図1の例と異なり、タッチセンサ回路3とは別個に設けられてもよく、たとえば、制御回路4に組み込まれていてもよい。
制御回路4は、図1の例ではセンサ駆動部31に接続されており、スイッチ7が設けられる場合はスイッチ7にも接続され得る。制御回路4は、たとえばTcon13から送られるタイミング信号に基づいて、前述したように、タッチセンサ回路3の複数の駆動電極と複数の検出電極との電気的な接続状態を切り換えてもよい。或いは、制御回路4は、前述した図示されないホスト回路から送られる信号に基づいて、駆動電極と複数の検出電極との電気的な接続状態を切り換えてもよい。また、制御回路4によって、センサ駆動部31における駆動信号の生成及び送出動作並びに接触位置の検出動作が制御されてもよい。
制御回路4は、図1の例のようにスイッチ7が設けられている場合は、スイッチ7のオンとオフとを切り換えることによって、複数の駆動電極と複数の検出電極との電気的な接続状態を切り換えてもよい。制御回路4は、スイッチ7が設けられない場合、センサ駆動部31を制御することによって、複数の駆動電極と複数の検出電極との電気的な接続状態を切り換えてもよい。すなわち、制御回路4は、前述したように、複数の導体膜6及び複数の容量電極配線5を同電位にするようにセンサ駆動部31を制御することによって、駆動電極と検出電極との電気的な接続状態を切り換えてもよい。制御回路4は、たとえば市販のマイコンなどによって構成されてもよく、図1の例と異なり、Tcon13に含まれていてもよい。
図2に示されるように、表示パネル2の第1基板21には、薄膜トランジスタ(TFT)8が画素毎に形成されている。TFT8は画素電極23に接続されており、TFT8を介して、画像データに基づく所望の電圧が画素電極23に印加される。TFT8は、好ましくは容量電極配線5と同じ導体層に形成されるゲート電極81と、ゲート電極81を覆うゲート絶縁膜82を介してゲート電極81上に形成された半導体膜83と、半導体膜83上にコンタクト層84を介してそれぞれ形成されたドレイン電極85及びソース電極86とを含んでいる。ドレイン電極85は、ビアコンタクト24を介して画素電極23に接続されている。ビアコンタクト24は、TFT8を覆うように形成された平坦化膜26に形成され、画素電極23は平坦化膜26上に形成されている。ゲート電極81及びソース電極86は、図示されていないが、ゲートバスライン11及びソースバスライン12(図1参照)にそれぞれ接続されている。画素電極23は、ドレイン電極85を含む導体層とビアコンタクト24を通じて導通しており、ゲート絶縁膜82を介して対向する容量電極配線5と共に補助容量Csを形成している。
第2基板22の液晶層LCを向く面には、カラーフィルタ25を介して共通電極6aが形成されており、共通電極6aと画素電極23との間に、図示されない配向膜を介して、たとえばネマティック液晶などで構成される液晶層LCが形成されている。図示されていないが、第1および第2の基板21、22それぞれの液晶層LCと反対方向を向く表面には偏光板が備えられていてもよく、表示パネル2が透過型の液晶表示パネルである場合には、第1基板21に備えられる偏光板に対向して、LEDなどによって構成される光源、または導光板(いずれも図示せず)が備えられる。容量電極配線5は、たとえば、タングステン、モリブデン、チタン、アルミニウム、または銅-チタン合金などを用いて形成される。画素電極23及び共通電極6aは、たとえば、インジウムとスズとの酸化物であるITO(Indium-tin-oxide)透明電極を用いて形成される。
共通電極6aと容量電極配線5との間には、液晶層LCなどの絶縁物によってセンサ容量Cmが形成される。共通電極6aを構成する複数の導体膜6(図1参照)のそれぞれと、複数の容量電極配線5のそれぞれとの間のセンサ容量Cmの静電容量の大きさは、画面2a(図1参照)内の任意の位置への指などの物体の接近によって変化する。この静電容量の変化がタッチセンサ回路3(図1参照)によって検出され、静電容量の変化がもたらされた導体膜6と容量電極配線5との組み合わせに基づいて、画面2a上での指などの接触位置が特定される。
図3に示されるように、タッチセンサ回路3は、液晶層LCを介して互いに交差する複数の上部電極60及び複数の下部電極50を備えている。複数の上部電極60及び複数の下部電極50は、それぞれ、センサ駆動部31に接続されると共に、図3の例では、スイッチ7に接続されている。前述したように、上部電極60は、図1に例示される共通電極6aを構成する導体膜6によって構成され、下部電極50は、図1に例示される容量電極配線5によって構成される。従って、下部電極50は、第1基板21における液晶層LCを向く表面の上に形成され、上部電極60は、第2基板22の液晶層LCを向く面の上(図3では下方)に形成される。なお、図3では、解り易さのために上部電極60は第2基板22と離間しているように描かれている。上部電極60及び下部電極50の一方は、タッチセンサ回路3の駆動電極となり、他方は検出電極となる。
図3の例では、複数の上部電極60および複数の下部電極50は、それぞれ、スイッチ7に接続されている。スイッチ7によって、複数の上部電極60の全て(共通電極6a)と、複数の下部電極50(容量電極配線5)の全てとが電気的に接続され、その結果、表示パネル2の各画素への画像データの書き込み及び画像の表示が可能となる。また、スイッチ7がオフ状態の時には、各上部電極60同士、各下部電極50同士、及び、各上部電極60と各下部電極50との間は電気的に分離され、センサ駆動部31による、画面2aへの物体の接触およびその位置の検出が可能となる。
センサ駆動部31は、複数の上部電極60及び複数の下部電極50の一方を複数の駆動電極として、各駆動電極に順に駆動信号を印加する。同時に、センサ駆動部31は、各駆動電極に駆動信号を印加する毎に、複数の上部電極60及び複数の下部電極50の他方を検出電極として、各検出電極を通じて検出信号を受信する。たとえば駆動信号は、上部電極60aから上部電極60gへと順に印加され、各上部電極に駆動信号が印加されている間に下部電極50aから下部電極50fを通じて順に検出信号を受信する。たとえば、点Pに物体が接触した場合は、上部電極60aに駆動信号を印加しているときに下部電極50aを通じて得られる検出信号が、非接触時に比べて変化する。その変化によって、画面2aへの物体の接触及びその位置が検出及び特定され得る。
スイッチ7は、前述したようにTFTなどによって形成され得る。図3では、複数の上部電極60と複数の下部電極50毎に接点群が設けられるようにスイッチ7が描かれている。しかし、スイッチ7は、全ての上部電極60と全ての下部電極50とを電気的に接続でき、かつ、これら全てを互いに電気的に分離できるものであればよい。スイッチ7の内部の接続形態は図3の形態に限定されない。
スイッチ7は、特定の上部電極60同士又は特定の下部電極50同士だけを接続する接点を有していてもよい。たとえば、並列する複数の上部電極60において、他の一つの上部電極60を挟んで隣接する上部電極60(たとえば上部電極60a、60c、60eおよび60g)が、スイッチ7とセンサ駆動部31との間に設けられた配線などによって接続されてもよい。その場合、スイッチ7内の各上部電極60に接続されているスイッチが、後述するセンシング期間T(図6参照)内で順次開放される。そうすることによって、上部電極60a~60gまでの接触を順次検知し得る構成を備えながら、上部電極60とセンサ駆動部31との接続配線の数を少なくし得ることがある。複数の下部電極50においても、一つ置きに並ぶ各下部電極50同士がそのように接続されてもよい。
上部電極60の数は、図3の例では七つであるが、表示パネル2の画面サイズに応じた任意の数であってよい。各上部電極60の大きさも任意であり、各上部電極60の第1方向Xに沿う幅W1としては数十mm程度、たとえば20mmが例示される。この程度の幅を有していれば、指先程度の大きさの物体の接触及びその位置を適切に検出することができる。また、各上部電極60間のスリットSの幅W2としては、数μm~数十μm程度、たとえば10μmが例示される。各上部電極60は、共通電極6aを構成する各導体膜6(図1参照)によって構成されるが、この程度の幅を有するスリットSは、通常、隣り合う画素2bそれぞれの画素電極23間の間隔よりも小さく設計されるので、画像表示に支障をきたさず、しかも、容易且つ略確実に形成されると考えられる。
下部電極50の数も、図3の例に限定されず、画面サイズに応じた任意の数であってよい。下部電極50は、前述したように、容量電極配線5(図1及び図2参照)によって構成される。たとえば、一つの下部電極50が、一つの容量電極配線5によって構成されてもよい。しかし、表示パネルにおいて正常な表示を得るための容量電極配線5の配線幅は、10μm程度で十分である。また、たとえば画面2aの一辺全体に亘って数百本以上の容量電極配線5が数百μm程度のピッチで形成される。指先などの物体による接触の検出のためには、そのような狭いピッチで並ぶ駆動又は検出電極は必ずしも必要ではない。むしろ、一つの下部電極50が一つの容量電極配線5によって構成される場合、センサ駆動部31へ多数の配線を接続する必要性、及び、単独の容量電極配線5における接触検出の困難性が懸念される。
そのため、図4に示されるように、本実施形態において各下部電極50は、複数の容量電極配線5のうちの互いに隣接する二つ以上の容量電極配線5からなる配線群によって構成されることが好ましい。すなわち、複数の駆動電極のうちの各駆動電極、又は、複数の検出電極のうちの各検出電極は、複数の容量電極配線5からなる配線群によって構成されることが好ましい。その場合、下部電極50とセンサ駆動部31とを接続するための配線の数を削減できると共に、容量電極配線5によって構成される個々の下部電極50と、上部電極60との間の静電容量を大きくすることができるため、検出感度を高めることができる。
図4の例では、六つの容量電極配線5が、たとえば第1基板21に形成される配線を用いて互いに接続されることにより、一つの下部電極50が形成されている。一つの下部電極50を構成する容量電極配線5の数は、表示パネル2(図1参照)の各画素の配列ピッチおよび必要とされる接触位置の検出の分解能に応じて適宜選択され得る。たとえば、数十本程度の容量電極配線5によって一つの下部電極50が形成されてもよい。また、複数の容量電極配線5からなる配線群で一つの下部電極50を構成する場合に、その配線群における両端の容量電極配線5以外の容量電極配線5のいずれかを、下部電極50を構成する配線群に加えなくてもよい。すなわち、隣接する複数の容量電極配線5のうちの一部によって一つの下部電極50が構成されてもよい。
一つの下部電極50を構成する複数の容量電極配線5からなる配線群の第2方向Yに沿う方向の幅W3は、複数の上部電極60を構成する複数の導体膜6それぞれにおける第1方向Xに沿う方向の幅W1(図3参照)と略同じであってもよい。第1方向Xにおける接触位置の検出の分解能及び第2方向Yにおける接触位置の検出の分解能を同程度にすることができる。
図4では、容量電極配線5の幅が見易さのために誇張して描かれているが、容量電極配線5の第2方向Yに沿う幅は、表示パネル2の画素2b(図1参照)の配置ピッチよりも遥かに小さい。従って、下部電極50が一つの容量電極配線5によって構成されているか複数の容量電極配線5によって構成されているかに関わらず、隣接する下部電極50同士の間隔W4は、画素2bの配置ピッチと略同じであってもよい。より厳密には、隣接する下部電極50同士の間隔W4は、(画素2bの第2方向Yにおける配置ピッチ)-(容量電極配線5の第2方向Yにおける幅)と略同じであってもよい。
また、隣接する下部導体50同士を電気的に接続する第2スイッチ7aが、たとえば第1基板21に設けられていてもよい。第2スイッチ7aを設けることによって、第2方向Yにおける接触位置の検出の分解能を可変にすることができる。図示されていないが、隣接する上部導体60同士を接続するスイッチが、たとえば第2基板22に設けられていてもよい。たとえば、接触が予期される物体の大きさに応じて分解能を調整することができる。これらのスイッチは、たとえばTFTで形成され、制御部4またはタッチセンサ回路3によって制御されてもよい。
つぎに、図5及び図6を参照して、タッチパネル装置1における接触の検出方法について、さらに説明する。図5には、図1及び図3に示されるセンサ駆動部31における接触検出機能の一部を担う検出信号処理部31aの一例が、センサ駆動部31から抽出した形で示されている。また、図6には、タッチパネル装置1の動作のタイミングチャートが示されている。
図5に例示される検出信号処理部31aは、オペアンプAMと、オペアンプAMの出力と反転入力との間にそれぞれ接続されたキャパシタC1および放電スイッチSWを含んでいる。オペアンプAMの非反転入力には基準電位Vrefが入力されている。オペアンプAMの反転入力は、複数の下部電極(容量電極配線)の一つである下部電極50aに接続されている。この下部電極50aと複数の上部電極(共通電極を構成する導体膜)の一つである上部電極60aとの間には、前述したようにセンサ容量Cmが形成されている。上部電極60aと下部電極50aとの間に、前述したスイッチ7がセンサ容量Cmと並列に設けられている。なお、図示されていないが、上部電極60aはセンサ駆動部31において駆動信号を出力する信号出力部(図示せず)に接続されて、後述するディスプレイ期間D(図6参照)にはVcom共通信号が出力され、センシング期間T(図6参照)には、タッチScan信号とも称される駆動信号Tx(図6参照)が出力される。図5に例示される回路において、上部電極60aはタッチセンサ回路3(図3参照)の駆動電極として用いられ、下部電極50aは検出電極として用いられる。これとは逆に、上部電極60aが検出電極として用いられ、下部電極50aが駆動電極として用いられる場合は、上部電極60aがオペアンプAMの反転入力に接続される。
検出信号処理部31aは、上部電極60aを含む全ての上部電極と、下部電極50aを含む全ての下部電極との全ての組み合わせに対して設けられる。従ってその組み合わせの数に応じた複数の検出信号処理部31aが設けられる。以下、各下部電極に共通の事項又は各上部電極に共通の事項の説明においては、図5が参照される場合でも、下部電極は符号50で参照され、上部電極は符号60で参照される。
図6に示されるタイミングチャートにおいて、Vsyncは表示パネル2における垂直同期信号を示している。また、G1、G2・・・Gnは、表示パネル2においてマトリクス状に並ぶ複数の画素において第1行または第2行に並ぶ画素それぞれに印加されるゲート信号を示している。G1の立ち上がりからGnの立下りまでのゲート信号出力区間が、各画素への画像データの書き込み期間であり、ゲート信号出力完了から、次のVsyncの立ち上がりまでの期間が、ブランク期間(帰線期間)である。図6の例はライン反転駆動の例を示しており、1フレームごとにDATAの極性が反転している。Txは、図5の例で駆動電極として用いられる上部電極60(共通電極)に印加される駆動信号を示し、Rxは、検出電極として用いられる下部電極50(容量電極配線)に現れる検出信号を示し、VoutはオペアンプAMの出力からの出力信号を示している。
本実施形態では、ブランク期間において、画面への物体の接触検出機能が作動状態となる。以下、ブランク期間はセンシング期間Tとも称され、画像データの書き込み期間、すなわち補助容量Cs(図2参照)の充電期間はディスプレイ期間Dとも称される。ディスプレイ期間Dとセンシング期間Tとの合計期間が、表示パネル2における一つの表示フレームFに略相当する。
ディスプレイ期間Dにおいて、スイッチ7はオン状態にされ、上部電極60と下部電極50とが電気的に接続される。すなわち、表示パネル2の表示フレームFそれぞれにおける補助容量Csへの充電期間中は、共通電極6aを構成する複数の導体膜6(図1参照)と複数の容量電極配線5(図1参照)とが電気的に接続される。共通電極6aおよび容量電極配線5は、所定のコモン電位に設定され、ゲート信号(図6のG1、G2など)が、表示パネル2の各行に並ぶ画素に順に印加される。その結果、補助容量Csが適切に充電されて所望の画像が表示される。このときオペアンプAMには直流的に負帰還は掛からないため、基準電位Vrefとコモン電位の大小関係に応じた定電圧信号が出力Voutとして出力される。
一方、センシング期間Tでは、スイッチ7はオフ状態にされ、上部電極60と下部電極50とは、電気的に分離される。すなわち、補助容量Csへの充電期間の終了後に、複数の導体膜6と複数の容量電極配線5とが電気的に分離される。従って、上部電極60及び下部電極50それぞれを駆動電極又は検出電極として用いることが可能となる。
図6に示されるように、センシング期間Tでは、図5の例において駆動電極として用いられている上部電極60に、たとえばパルス状の駆動信号Txsが印加される。図6には示されていないが、前述したように駆動信号Txsは複数の上部電極60のそれぞれに順次印加され得る。
駆動信号Txsの印加に応じて、下部電極50には、センサ容量Cmを介して駆動信号Txsに応じた波形の検出信号が現れ、オペアンプAMの出力Voutにも駆動信号Txsに応じた出力信号が現れる。ここで、画面に指先などの物体が接近または接触すると、センサ容量Cmの静電容量が変化するため、期間txにおける出力信号Voutのように、主にピーク電圧Vpが非接触時のピーク電圧から変化する。この変化及びこの変化が検出された上部電極60と下部電極50との組み合わせに基づいて、センサ駆動部31において物体の接触が検出されると共にその位置が特定される。
駆動信号Txsのハイレベルとロウレベルとの電位差をΔVtx、キャパシタC1の容量をCc1、及び、センサ容量Cmの静電容量をCcmとすると、Voutのピーク電圧Vpは、-ΔVtx×Ccm/Cc1となる。従って、出力信号Voutにおいて、センサ容量Cmの静電容量Ccmの変化(すなわち画面への物体の接触または接近)に応じたピーク電圧Vpの変動を得ることができる。なお、放電スイッチSWは、駆動信号Txsのロウレベル期間中にオン状態に制御され、それによりキャパシタC1に蓄積された電荷が放電される。駆動信号Txsがロウレベルとなる毎にキャパシタC1内の電荷が放電されることによって、駆動信号Txsのパルス毎に適切な出力信号Voutを得ることができる。
なお、センシング期間Tにおいて、接触検知動作に伴って液晶層に印加される電圧が変化し得るが、センシング期間Tは、ディスプレイ期間Dに対してたとえば1%にも及ばない期間であり、長くとも数百μ秒程度である。従って、画像表示に関して大きな問題は略生じない。換言すると、表示パネル2のブランク期間をセンシング期間Tとして用いることによって、表示パネル2の画像表示サイクルに対して付加的な期間を設けることなく、画面への接触検出機能を備えることができる。
図7には、本実施形態のタッチパネル装置1の構造に関するさらに具体的な例が示されている。図7の例においても、タッチパネル装置1は、いずれも略矩形の平面形状を有する第1基板21および第2基板22を備えている。第1基板21には、第2基板22に面するように、容量電極配線5(図1参照)によって構成される複数の下部電極50が備えられ、第2基板22には、第1基板21に面するように、共通電極6a(図1参照)によって構成される複数の上部電極60が備えられている。
図7の例では、先に例示したように、複数の上部電極60では、一つ置きに並ぶ上部電極60同士が、第2基板22に設けられた配線221によって接続されている。同様に、複数の下部電極50では、一つ置きに並ぶ下部電極50同士が、第1基板21に設けられた配線211によって接続されている。上部電極60同士を接続する二つの配線221は、それぞれ、第2基板22の一対の対角の近傍において、それぞれ、第1基板21に設けられた二つの配線212に接続されている。配線221と配線212は、第1基板21と第2基板22とが組み合わされるときに、ペースト状の導電性樹脂または導電性のろう材などの接続部材を用いて接続される。このような接続部材は、好ましくは、第1基板21と第2基板22との間に液晶材料を封止するために両基板の外縁部に設けられるシール材の内側に配置される。
第1基板21の第2基板22に対向する面の縁部には、第1基板21の一辺21aに沿って、ソースドライバ回路12aが実装されている。また、センサ駆動部31がソースドライバに近接させて実装されている。センサ駆動部31には、配線211及び配線212が接続されており、その結果、センサ駆動部31と、下部電極50及び上部電極60が電気的に接続されている。すなわち、図7の例では、センサ駆動部31における駆動信号の出力機能、及び接触の検出機能の両方が、第1基板21上だけで実現されている。そのため、第2基板22に形成されるべき配線が簡略化され、容易に第2基板22を用意することができる。
前述したように、センサ駆動部31には、市販のタッチセンサICなどが用いられ得る。図7に示されるように、センサ駆動部31の機能を第1基板21上に集約することによって、センサ駆動部31を構成するIC及びソースドライバ回路12aを構成するICの表示パネル2への実装を、第2基板22への実装も必要な場合と比べて効率化することができる。センサ駆動部31の機能及びソースドライバ回路12aの機能の両方を有するICが、センサ駆動部31及びソースドライバ回路12aとして第1基板21に実装されてもよい。なお、図示されていないが、第1基板21の一辺21aと直交する他の辺に沿って、ゲートドライバ回路11a(図1参照)が設けられていてもよい。その場合、センサ駆動部31は、ゲートドライバ回路11aと近接させて実装されてもよく、ゲートドライバ回路11aの機能及びセンサ駆動部31の両方の機能を有するICが第1基板21に実装されてもよい。
〔タッチパネル装置における接触位置の検出方法〕
つぎに、実施形態2である、タッチパネル装置における接触位置の検出方法(以下、単に「本実施形態の検出方法」という)について説明する。本実施形態の検出方法は、液晶表示パネルを備える静電容量方式のタッチパネル装置において使用される。本実施形態の検出方法は、主に、図1などに例示される実施形態1のタッチパネル装置1のように液晶表示パネル(表示パネル2)の共通電極6aが複数の導体膜6によって構成されているタッチパネル装置で使用される。従って、実施形態1のタッチパネル装置1を例として用いると共に、先に参照された各図面を適宜参照しながら本実施形態の検出方法について説明する。
つぎに、実施形態2である、タッチパネル装置における接触位置の検出方法(以下、単に「本実施形態の検出方法」という)について説明する。本実施形態の検出方法は、液晶表示パネルを備える静電容量方式のタッチパネル装置において使用される。本実施形態の検出方法は、主に、図1などに例示される実施形態1のタッチパネル装置1のように液晶表示パネル(表示パネル2)の共通電極6aが複数の導体膜6によって構成されているタッチパネル装置で使用される。従って、実施形態1のタッチパネル装置1を例として用いると共に、先に参照された各図面を適宜参照しながら本実施形態の検出方法について説明する。
本実施形態の検出方法は、液晶表示パネル(表示パネル2)の各表示フレームF(図6参照)における各画素への画像データの書き込み期間(図6におけるディスプレイ期間D)後に、図2に例示される共通電極6aと、容量電極配線5とを電気的に分離することを含んでいる。共通電極6aは、表示パネル2において、画素毎に設けられている画素電極23と液晶層LCを挟んで対向している。また、容量電極配線5は、液晶層LCに印加される電圧を保持させる補助容量Csを画素電極23との間に形成する配線である。
図1に示されるように、表示パネル2においては、複数の容量電極配線5が設けられ、各容量電極配線5は、第1方向Xに沿って延びると共に、第2方向Yに沿って並列している。一方、共通電極6aは、それぞれ第2方向Yに沿って延びると共に第1方向Xに沿って並列する複数の導体膜6によって構成されている。共通電極6aを構成する複数の導体膜6は、図3に示されるようにタッチセンサ回路3の複数の上部電極60を構成し、複数の容量電極配線5は、複数の下部電極50を構成する。上部電極60及び下部電極50は、タッチセンサ回路3の駆動電極及び検出電極として用いられる。共通電極6aと、容量電極配線5とを電気的に分離することによって、共通電極6a及び容量電極配線5を、駆動電極及び検出電極として用い得る状態にすることができる。
すなわち、ディスプレイ期間D(図6参照)では、共通電極6aと容量電極配線5とは電気的に接続されており、センシング期間Tにおいて、共通電極6aと容量電極配線5とが電気的に分離される。共通電極6aと容量電極配線5との分離は、たとえば図1に例示される、共通電極6aを構成する複数の導体膜6と複数の容量電極配線5との間に設けられたスイッチ7の開閉を制御することによって行われる。スイッチ7は、たとえばTFTなどで構成されており、その場合、このTFTのオン状態とオフ状態とを切り換えることによって共通電極6aと容量電極配線5とが電気的に接続または分離される。
本実施形態の検出方法は、さらに、容量電極配線5と共通電極6aとが電気的に分離されているセンシング期間Tの間に、上部電極60及び下部電極50の一方に駆動信号を印加することを含んでいる。さらに、本実施形態の検出方法は、この駆動信号の印加と共に、上部電極60及び下部電極50の他方を用いて、上部電極60と下部電極50との間の静電容量の変化を検出することを含んでいる。たとえば、複数の導体膜6によって構成される共通電極6aに駆動信号が印加されると共に容量電極配線5を用いて共通電極6aと容量電極配線5との間の静電容量の変化が検出される。或いは、容量電極配線5に駆動信号が印加されると共に、共通電極6aを用いて共通電極6aと容量電極配線5との間の静電容量の変化が検出されてもよい。
たとえば、タッチセンサ回路3に備えられる、図5に例示されるような検出信号処理部31aのオペアンプAMの非反転端子に、下部電極50を構成する容量電極配線5が接続される。そして、上部電極60を構成する導体膜6に駆動信号が印加される。オペアンプAMの出力には、容量電極配線5を通じて、駆動信号および画面への物体の接触状態に基づいた出力Voutが現れる。この出力Voutの変化に基づいて、共通電極6aと容量電極配線5との間の静電容量の変化が検出され、画面への接触及びその位置が特定される。
なお、センシング期間Tにおいて、隣接する複数の容量電極配線5を電気的に接続することによって複数の下部電極50のうちの各下部電極を構成させてもよい。個々の下部電極50と上部電極60との間の静電容量を大きくすることができるため、検出感度を高めることができる。
このように、本実施形態の検出方法によれば、本来、表示パネルの画像表示機能のために備えられる共通電極及び容量電極配線を用いて画面への物体の接触の検出を行うことができる。従って、薄型化に有利なインセル式で、しかも、タッチセンサ用に別途用意された駆動電極などを備えるタッチパネル装置と比べて安価なタッチパネル装置で、画面への物体の接触及びその位置を検出することができる。
〔まとめ〕
(1)本発明の第1実施形態の表示パネルは、液晶層を挟持する第1基板及び第2基板並びに複数の画素を含んでいる表示パネルと、前記表示パネルの画面への物体の接触を検出するタッチセンサ回路と、を備え、前記第1基板は、前記第2基板に対向するように設けられた画素電極と、それぞれが第1方向に沿って延びると共に、前記液晶層に印加される電圧を保持させる補助容量を前記画素電極との間に形成する複数の容量電極配線と、を備え、前記第2基板は、複数の前記画素電極それぞれと対向する共通電極を備え、前記共通電極は、前記第1方向と略直交する第2方向に沿って延びると共に前記第1方向に沿って並列する複数の導体膜によって構成されており、前記タッチセンサ回路は、前記複数の導体膜及び前記複数の容量電極配線によって構成される複数の駆動電極及び複数の検出電極を備えており、前記複数の駆動電極と前記複数の検出電極との電気的な接続状態を切り換える切替部をさらに備えている。
(1)本発明の第1実施形態の表示パネルは、液晶層を挟持する第1基板及び第2基板並びに複数の画素を含んでいる表示パネルと、前記表示パネルの画面への物体の接触を検出するタッチセンサ回路と、を備え、前記第1基板は、前記第2基板に対向するように設けられた画素電極と、それぞれが第1方向に沿って延びると共に、前記液晶層に印加される電圧を保持させる補助容量を前記画素電極との間に形成する複数の容量電極配線と、を備え、前記第2基板は、複数の前記画素電極それぞれと対向する共通電極を備え、前記共通電極は、前記第1方向と略直交する第2方向に沿って延びると共に前記第1方向に沿って並列する複数の導体膜によって構成されており、前記タッチセンサ回路は、前記複数の導体膜及び前記複数の容量電極配線によって構成される複数の駆動電極及び複数の検出電極を備えており、前記複数の駆動電極と前記複数の検出電極との電気的な接続状態を切り換える切替部をさらに備えている。
(1)の構成によれば、薄型化に有利なタッチパネル装置を安価に実現することができる。
(2)上記(1)のタッチパネル装置は、前記切換部として、前記複数の導体膜と前記複数の容量電極配線とを電気的に接続または分離するスイッチを備えていてもよい。その場合、複数の導体膜と複数の容量電極配線との電気的な接続または分離を容易に行うことができる。
(3)上記(1)または(2)のタッチパネル装置において、前記切替部は、前記表示パネルの表示フレームそれぞれにおける前記補助容量への充電期間中に前記複数の導体膜と前記複数の容量電極配線とを電気的に接続し、前記充電期間の終了後に前記複数の導体膜と前記複数の容量電極配線とを電気的に分離してもよい。その場合、表示パネルの画像表示サイクルに対して付加的な期間を設けることなく、画面への接触を検出することができる。
(4)上記(1)~(3)のいずれかのタッチパネル装置において、前記複数の容量電極配線のうちの互いに隣接する二つ以上の容量電極配線からなる配線群によって、前記複数の駆動電極のうちの各駆動電極又は前記複数の検出電極のうちの各検出電極が構成されてもよい。その場合、第1基板における配線を少なくすることができ、また、タッチセンサ回路の検出感度を高め得ることがある。
(5)上記(4)のタッチパネル装置において、前記配線群における前記第2方向に沿う方向の幅は、前記複数の導体膜の前記第1方向に沿う方向の幅と略同じであってもよい。その場合、第1方向における接触位置の検出の分解能及び第2方向における接触位置の検出の分解能を同程度にすることができる。
(6)上記(1)~(5)のいずれかのタッチパネル装置において、前記複数の駆動電極は前記複数の導体膜によって構成され、前記複数の検出電極は前記複数の容量電極配線によって構成されてもよい。その場合、複数の導体膜で駆動電極を構成するよりも、画面への接触の検出精度を高めることができる。
(7)本発明の第2実施形態のタッチパネル装置における接触位置の検出方法は、液晶表示パネルを備える静電容量方式のタッチパネル装置において、前記液晶表示パネルの各表示フレームにおける各画素への画像データの書き込み期間後に、前記液晶表示パネルにおいて液晶層を挟んで画素電極と対向する共通電極と、前記液晶層に印加される電圧を保持させる補助容量を前記画素電極との間に形成する容量電極配線とを電気的に分離し、前記容量電極配線と前記共通電極とが電気的に分離されている間に、前記共通電極に信号を印加すると共に前記容量電極配線を用いて前記共通電極と前記容量電極配線との間の静電容量の変化を検出する、ことを含む。
(7)の構成によれば、薄型化に有利なインセル式で、しかも、タッチセンサ用に別途用意された駆動電極などを備えるタッチパネル装置と比べて安価なタッチパネル装置で、画面への物体の接触及びその位置を検出することができる
1 タッチパネル装置
2 表示パネル
2a 画面
2b 画素
21 第1基板
22 第2基板
23 画素電極
3 タッチセンサ回路
31 センサ駆動部
31a 検出信号処理部
4 制御回路
5 容量電極配線
50、50a、50f 下部電極
6 導体膜
60、60a、60c、60e、60g 上部電極
6a 共通電極
7 スイッチ
8 薄膜トランジスタ(TFT)
Cs 補助容量
Cm センサ容量
D ディスプレイ期間
LC 液晶層
T センシング期間
Tx、Txs 駆動信号
W1 上部電極(導体膜)の幅
W3 下部電極を構成する配線群の幅
2 表示パネル
2a 画面
2b 画素
21 第1基板
22 第2基板
23 画素電極
3 タッチセンサ回路
31 センサ駆動部
31a 検出信号処理部
4 制御回路
5 容量電極配線
50、50a、50f 下部電極
6 導体膜
60、60a、60c、60e、60g 上部電極
6a 共通電極
7 スイッチ
8 薄膜トランジスタ(TFT)
Cs 補助容量
Cm センサ容量
D ディスプレイ期間
LC 液晶層
T センシング期間
Tx、Txs 駆動信号
W1 上部電極(導体膜)の幅
W3 下部電極を構成する配線群の幅
Claims (7)
- 液晶層を挟持する第1基板及び第2基板並びに複数の画素を含んでいる表示パネルと、
前記表示パネルの画面への物体の接触を検出するタッチセンサ回路と、
を備え、
前記第1基板は、前記第2基板に対向するように設けられた画素電極と、それぞれが第1方向に沿って延びると共に、前記液晶層に印加される電圧を保持させる補助容量を前記画素電極との間に形成する複数の容量電極配線と、を備え、
前記第2基板は、複数の前記画素電極それぞれと対向する共通電極を備え、
前記共通電極は、前記第1方向と略直交する第2方向に沿って延びると共に前記第1方向に沿って並列する複数の導体膜によって構成されており、
前記タッチセンサ回路は、前記複数の導体膜及び前記複数の容量電極配線によって構成される複数の駆動電極及び複数の検出電極を備えており、
前記複数の駆動電極と前記複数の検出電極との電気的な接続状態を切り換える切替部をさらに備えるタッチパネル装置。 - 前記切換部として、前記複数の導体膜と前記複数の容量電極配線とを電気的に接続または分離するスイッチを備える、請求項1に記載のタッチパネル装置。
- 前記切替部は、前記表示パネルの表示フレームそれぞれにおける前記補助容量への充電期間中に前記複数の導体膜と前記複数の容量電極配線とを電気的に接続し、前記充電期間の終了後に前記複数の導体膜と前記複数の容量電極配線とを電気的に分離する、請求項1または2に記載のタッチパネル装置。
- 前記複数の容量電極配線のうちの互いに隣接する二つ以上の容量電極配線からなる配線群によって、前記複数の駆動電極のうちの各駆動電極又は前記複数の検出電極のうちの各検出電極が構成される、請求項1~3のいずれか1項に記載のタッチパネル装置。
- 前記配線群における前記第2方向に沿う方向の幅は、前記複数の導体膜の前記第1方向に沿う方向の幅と略同じである、請求項4に記載のタッチパネル装置。
- 前記複数の駆動電極は前記複数の導体膜によって構成され、前記複数の検出電極は前記複数の容量電極配線によって構成される、請求項1~5のいずれか1項に記載のタッチパネル装置。
- 液晶表示パネルを備える静電容量方式のタッチパネル装置における接触位置の検出方法であって、
前記液晶表示パネルの各表示フレームにおける各画素への画像データの書き込み期間後に、前記液晶表示パネルにおいて液晶層を挟んで画素電極と対向する共通電極と、前記液晶層に印加される電圧を保持させる補助容量を前記画素電極との間に形成する容量電極配線とを電気的に分離し、
前記容量電極配線と前記共通電極とが電気的に分離されている間に、前記共通電極に信号を印加すると共に前記容量電極配線を用いて前記共通電極と前記容量電極配線との間の静電容量の変化を検出する、ことを含む、タッチパネル装置における接触位置の検出方法。
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PCT/JP2018/032856 WO2020049649A1 (ja) | 2018-09-05 | 2018-09-05 | タッチパネル装置及びタッチパネル装置における接触位置の検出方法 |
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-
2018
- 2018-09-05 WO PCT/JP2018/032856 patent/WO2020049649A1/ja active Application Filing
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