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JP2015143933A - 静電容量型センサ付き表示装置及びその駆動方法 - Google Patents

静電容量型センサ付き表示装置及びその駆動方法 Download PDF

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JP2015143933A
JP2015143933A JP2014017112A JP2014017112A JP2015143933A JP 2015143933 A JP2015143933 A JP 2015143933A JP 2014017112 A JP2014017112 A JP 2014017112A JP 2014017112 A JP2014017112 A JP 2014017112A JP 2015143933 A JP2015143933 A JP 2015143933A
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幸治 野口
剛司 石崎
Goji Ishizaki
剛司 石崎
倉澤 隼人
Hayato Kurasawa
隼人 倉澤
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Abstract

【課題】入力位置情報の検出精度に優れた静電容量型センサ付き表示装置及びその駆動方法を提供する。【解決手段】静電容量型センサ付き表示装置は、画像を表示する表示面を有した表示パネルと、表示パネルに設けられた静電容量型センサSEと、を備える。センサSEは、複数の検出電極Rxと、複数のリード線Lとを有する。複数の検出電極Rxは、互いに電気的に独立して表示パネルの表示面の上方にマトリクス状に設けられ、静電容量の変化を検出する。複数のリード線Lは、表示パネルの表示面の上方に設けられ、複数の検出電極Rxに一対一で接続され、金属で形成される。【選択図】図7

Description

本発明の実施形態は、静電容量型センサ付き表示装置及びその駆動方法に関する。
一般に、PDA(パーソナル・デジタル・アシスタント)及びタブレットPC(パーソナルコンピュータ)に適用可能な表示装置は、例えば静電容量型センサを有し、入力手段を用いて表示画面から直接入力されるデータを検出するように構成されている。入力手段としては、ペンや人体等の導体を利用することができる。上記表示装置としては、例えば、表示パネルの内部に上記センサを形成する電極が設けられたインセル型の表示装置や、表示パネルの表示面上に上記センサを形成する電極が設けられたオンセル型の表示装置を挙げることができる。
上記センサを形成する電極は、画像を表示する表示領域内に位置し、静電容量の変化を検出する。このため、表示装置は、入力手段が上記電極に近接することにより、上記電極に生じる静電容量の変化(静電容量結合の強弱)を取り出すことで、入力手段による入力個所の位置情報を検出することができる。
特表2013−501287号公報
本発明の実施形態は、入力位置情報の検出精度に優れた静電容量型センサ付き表示装置及びその駆動方法を提供する。
一実施形態に係る静電容量型センサ付き表示装置は、
画像を表示する表示面を有した表示パネルと、
前記表示パネルに設けられた静電容量型センサと、を備え、
前記静電容量型センサは、
互いに電気的に独立して前記表示面の上方に設けられ、静電容量の変化を検出するマトリクス状の複数の検出電極と、
前記表示面の上方に設けられ、前記複数の検出電極に一対一で接続され、金属で形成された複数のリード線と、を有している。
また、一実施形態に係る静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法は、
第1基板と画像を表示する表示面を有し前記第1基板に隙間を置いて対向配置された第2基板と複数の画素と前記第1基板又は第2基板に設けられ前記複数の画素で共用される共通電極とを有した表示パネルと、前記表示パネルに設けられた静電容量型センサと、を備え、各々の前記画素は前記第1基板に形成されゲート線及びソース線に接続された画素スイッチング素子と前記第1基板に形成され前記画素スイッチング素子に接続された画素電極とを有し、前記静電容量型センサは互いに電気的に独立して前記表示面の上方に設けられ静電容量の変化を検出するマトリクス状の複数の検出電極と前記表示面の上方に設けられ前記複数の検出電極に一対一で接続され金属で形成された複数のリード線とを有している、静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法において、
表示動作期間に前記ゲート線に制御信号を与え前記ソース線に映像信号を与え前記表示パネルを駆動し、前記表示動作期間から外れた入力位置情報検出期間に前記表示パネルへの前記制御信号及び映像信号の入力を休止し前記静電容量型センサを駆動し、
前記入力位置情報検出期間に、前記静電容量型センサに書込む書込み信号と同一波形を有する電位調整信号を前記書込み信号と同期して前記共通電極に書込む。
図1は、第1の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置の構成を概略的に示す斜視図である。 図2は、図1に示した第1基板の概略構成を示す平面図である。 図3は、図2に示した画素を示す等価回路図である。 図4は、上記液晶表示装置の一部の構造を概略的に示す断面図である。 図5は、上記第1基板に設けられた共通電極が複数に分断して形成されている状態を概略的に示す平面図である。 図6は、上記第1基板の表示領域の外側の一部を示す拡大平面図であり、マルチプレクサを示す回路図である。 図7は、上記静電容量型センサの構成を概略的に示す平面図である。 図8Aは、上記第1の実施形態に係る液晶表示装置に適用できるセルフ検出方式を説明するための図であり、検出電極と指との間に静電容量結合が生じていない場合に、検出電極が充電されている状態を示す図である。 図8Bは、図8Aに続く、上記セルフ検出方式を説明するための図であり、検出電極から放電されている状態を示す図である。 図9Aは、上記第1の実施形態に係る液晶表示装置に適用できるセルフ検出方式を説明するための図であり、検出電極と指との間に静電容量結合が生じている場合に、検出電極が充電されている状態を示す図である。 図9Bは、図9Aに続く、上記セルフ検出方式を説明するための図であり、検出電極から放電されている状態を示す図である。 図10Aは、上記セルフ検出方式を実現する基本構成の例を示す回路図である。 図10Bは、図10Aに示した容量を示す透過回路図であり、容量Ccの電荷が、容量Cp及びCxに移動した状態を示す図である。 図11は、図10A及び10Bに示した、容量Cxの電圧Vxの値の変化を棒グラフで示し、容量Ccの電圧Vcの値の変化を線グラフで示した図である。 図12は、上記液晶表示装置の複数の分割電極及び複数の検出電極を示す斜視図であり、ミューチャル検出方式の例を説明するための図である。 図13は、上記液晶表示装置の変形例の共通電極及び複数の検出電極を示す斜視図であり、ミューチャル検出方式の他の例を説明するための図である。 図14は、第2の実施形態に係る液晶表示装置の静電容量型センサを概略的に示す平面図であり、検出電極、リード線及びダミー線のレイアウトを示す図である。 図15は、図14に示した静電容量型センサをXV−XV線で切断したときの構造を概略的に示す断面図である。 図16は、上記第2の実施形態に係る静電容量型センサの変形例1の一部の構造を概略的に示す断面図である。 図17Aは、上記第2の実施形態に係る静電容量型センサの変形例2を概略的に示す平面図であり、検出電極、リード線及びダミー線のレイアウトを示す図である。 図17Bは、上記第2の実施形態に係る静電容量型センサの変形例3を概略的に示す平面図であり、検出電極、リード線及びダミー線のレイアウトを示す図である。 図18は、上記第2の実施形態に係る静電容量型センサの変形例4の一部を概略的に示す平面図であり、検出電極、リード線、ダミー電極及びダミー線のレイアウトを示す図である。 図19は、第3の実施形態に係る静電容量型センサを概略的に示す平面図であり、検出電極、リード線及びダミー線のレイアウトを示す図である。 図20は、図19に示した静電容量型センサの一部を概略的に示す断面図である。 図21は、第4の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置の駆動方法を説明するためのタイミングチャートであり、映像信号、書込み信号及び読取り信号を示す図である。 図22は、上記第4の実施形態に係る駆動方法の変形例を説明するためのタイミングチャートであり、映像信号、コモン電圧、電位調整信号、書込み信号及び読取り信号を示す図である。 図23は、第5の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置の駆動方法を説明するための図であり、複数の分割電極と複数の検出電極とを示す平面図である。 図24は、上記第5の実施形態に係る駆動方法を説明するためのタイミングチャートであり、映像信号、コモン電圧、電位調整信号、書込み信号及び読取り信号を示す図である。 図25は、上記第5の実施形態に係る駆動方法の変形例を説明するためのタイミングチャートであり、映像信号、コモン電圧、電位調整信号、書込み信号及び読取り信号を示す図である。 図26は、第6の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置の駆動方法を説明するための図であり、ゲート線に接続された制御スイッチング素子と、ソース線に接続された制御スイッチング素子とが全てオフにされている状態を示す図である。 図27は、第7の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置の駆動方法を説明するための図であり、ソース線に接続された制御スイッチング素子が全てオンにされている状態を示す図である。 図28は、上記第7の実施形態に係る駆動方法を説明するためのタイミングチャートであり、映像信号、コモン電圧、電位調整信号、書込み信号及び読取り信号を示す図である。 図29は、第8の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置の一部を示す回路図であり、静電容量型センサ、マルチプレクサ及び複数の検出器を示す図である。 図30は、第9の実施形態に係る液晶表示装置の静電容量型センサの構成を概略的に示す平面図である。 図31は、図30に示した静電容量型センサをXXXI−XXXI線で切断したときの構造を概略的に示す断面図である。
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
始めに、本発明の実施形態の基本構想について説明する。
静電容量型センサ付き表示装置は、入力手段を用いて表示面側から入力されるデータを検出するように構成されている。入力手段としては、ペンや人体等の導体を利用することができる。表示装置は、シングルタッチ検出を行うことができる。例えば、表示装置は、表示面に一本の指がタッチされたことを検出することができる。そして、表示装置は、指がタッチされた個所の位置情報を検出することができる。
ところで、近年、表示装置に対するニーズが多様化し、マルチタッチ検出や近接検出(ホバリング検出)が可能な表示装置が求められている。マルチタッチ検出を行う表示装置は、例えば、表示面に複数本の指がタッチされたことを検出することができる。近接検出を行う表示装置は、例えば、表示面と対向する領域内で表示面に手が近接した状態に保持されていることを検出することができる。なお、近接検出では、表示面に手をタッチすること無しに、手の挙動を検出することができる。
上記のように、マルチタッチ検出や近接検出を可能とするために、表示装置は、高感度の静電容量型センサを有する必要がある。そこで、静電容量型センサの感度を向上させるための技術が開発されている。上記技術として、例えば、静電容量型センサの検出電極をマトリクス状に配置し、各々の検出電極に生じる静電容量の変化を独立的に検出する技術が開発されている。複数の検出電極と、複数の検出電極に一対一で接続されたリード線とは、ITO(インジウム・ティン・オキサイド)を利用して形成することができる。
しかしながら、上記のように表示装置を形成した場合、入力位置情報の検出精度に優れた表示装置を得ることが困難となる課題が生じる。検出電極に一対一で接続されたリード線を他の複数の検出電極に絶縁距離を置いて配線する必要があるためである。さらに、上記のようにリード線を配線すると、検出電極のサイズにばらつきが生じ、表示面内での入力位置情報の検出精度にばらつきが生じてしまうためである。さらにまた、上記のようにITOを利用してリード線を配線する際、リード線に特定値以上の幅を持たせる必要があり、リード線と入力手段との間に寄生容量が不所望に形成されるためである。
さらに、表示装置の表示面にタッチしていないが近接している指の検出シグナルは非常に弱い。すなわち、表示面に近接している指と検出電極と間に形成される静電容量は非常に小さい。一方、表示パネルから静電容量型センサへノイズが加わったり、静電容量型センサと表示パネルの様々な電極との間に寄生容量が生じたりする。これにより、静電容量型センサの検出感度は著しく低下してしまう。そこで、静電容量型センサの検出感度を上げるために、ガード電極を静電容量型センサと表示パネルとの間に付与した方が望ましい。しかしながら、表示装置に上記ガード電極を設けた場合、表示装置の薄型化、製造コスト低減等は非常に困難となる。
上述したことから分かるように、ITOのみを利用して検出電極とリード線とを形成したのでは、入力位置情報の検出精度に優れた表示装置を得ることは困難である。
そこで、本発明の実施形態においては、この課題の原因を解明し、この課題を解決することにより、入力位置情報の検出精度に優れた静電容量型センサ付き表示装置、及び静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法を得ることができるものである。次に、上記課題を解決するための手段及び手法について説明する。
(第1の実施形態)
以下、図面を参照しながら第1の実施形態に係る静電容量型センサ付き表示装置及びその駆動方法について詳細に説明する。本実施形態において、表示装置は液晶表示装置である。図1は、第1の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置の構成を概略的に示す斜視図である。
図1に示すように、液晶表示装置DSPは、アクティブマトリクス型の液晶表示パネルPNL、液晶表示パネルPNLを駆動する駆動ICチップIC1、静電容量型のセンサSE、センサSEを駆動する駆動ICチップIC2、液晶表示パネルPNLを照明するバックライトユニットBL、制御モジュールCM、フレキシブル配線基板FPC1,FPC2,FPC3などを備えている。
図示した例では、液晶表示パネルPNLの表示面上にセンサSEを形成する検出電極Rxが設けられているため、液晶表示装置DSPはオンセル型の液晶表示装置である。なお、後述する別の実施形態でも説明するが、センサSEを形成する電極を液晶表示パネルPNLの内部に設けることができ、この場合の液晶表示装置DSPはインセル型の液晶表示装置である。
また、駆動ICチップIC1は液晶表示パネルPNL上に搭載されている。フレキシブル配線基板FPC1は、液晶表示パネルPNLと制御モジュールCMとを接続している。フレキシブル配線基板FPC2は、センサSEと制御モジュールCMとを接続している。駆動ICチップIC2はフレキシブル配線基板FPC2上に搭載されている。フレキシブル配線基板FPC3は、バックライトユニットBLと制御モジュールCMとを接続している。ここで、制御モジュールCMをアプリケーションプロセッサと言い換えることができる。
液晶表示パネルPNLは、第1基板SUB1と、第1基板SUB1に対向配置された第2基板SUB2と、第1基板SUB1と第2基板SUB2との間に挟持された液晶層(後述する液晶層LQ)と、を備えている。なお、本実施形態において、第1基板SUB1をアレイ基板と、第2基板SUB2を対向基板と、それぞれ言い換えることができる。
液晶表示パネルPNLは、画像を表示する表示領域(アクティブエリア)DAを備えている。この例では、複数の検出電極Rxは、表示領域DA内において、互いに交差する第1方向X及び第2方向Yに並べられている。本実施形態において、第1方向X及び第2方向Yは互いに直交し、第1方向Xは行方向であり、第2方向Yは列方向であるため、複数の検出電極Rxは、マトリクス状に設けられている。
バックライトユニットBLは、第1基板SUB1の背面側に配置されている。このようなバックライトユニットBLとしては、種々の形態が適用可能であり、また、光源として発光ダイオード(LED)を利用したものや冷陰極管(CCFL)を利用したものなどのいずれでも適用可能であり、詳細な構造については説明を省略する。
図2は、図1に示した第1基板SUB1の構成及び等価回路を概略的に示す図である。図2に示すように、表示領域DAの外側の非表示領域NDAにおいて、第1基板SUB1には、駆動ICチップIC1が搭載されている。駆動ICチップIC1は、ソース線駆動回路SD等を備えている。
その他、第1基板SUB1の非表示領域NDAには、マルチプレクサMU1、ゲート線駆動回路GD、共通電極駆動回路CD及びアウタリードボンディング(Outer Lead Bonding)のパッド群(以下、OLBパッド群と称する)pG1が形成されている。駆動ICチップIC1は、マルチプレクサMU1、ゲート線駆動回路GD、共通電極駆動回路CD及びOLBパッド群pG1に接続されている。ゲート線駆動回路GDは、n個の制御スイッチング素子CSW1を備え、共通電極駆動回路CDに接続されている。
表示領域DAにおいて、第1基板SUB1及び第2基板SUB2間には、複数の画素PXが位置している。複数の画素PXは、第1方向X及び第2方向Yにマトリクス状に設けられ、m×n個配置されている(但し、m及びnは正の整数である)。
表示領域DAにおいて、第1基板SUB1の上方には、n本のゲート線G(G1〜Gn)、m本のソース線S(S1〜Sm)、共通電極CEなどが形成されている。ゲート線Gは、第1方向Xに略直線的に延出し、表示領域DAの外側に引き出され、ゲート線駆動回路GDに接続されている。ゲート線Gは、第2方向Yに間隔を置いて並べられている。ゲート線Gは、制御スイッチング素子CSW1に一対一で接続されている。ソース線Sは、第2方向Yに略直線的に延出し、ゲート線Gと交差している。ソース線Sは、第1方向Xに間隔を置いて並べられている。ソース線Sは、表示領域DAの外側に引き出され、マルチプレクサMU1に接続されている。
共通電極CEは、第1方向Xに略直線的に延在し、第2方向Yに間隔を置いて並べられた複数の分割電極Cを有している。例えば、液晶表示装置DSPが後述する別の実施形態(図29)で示すマルチプレクサMU2を利用する場合、マルチプレクサMU2の検出方式に合わせて、共通電極CEは分割して形成されていた方が望ましい。なお、後述する別の実施形態(図13)で示すように、共通電極CEは分割して形成されていなくともよい。例えば、全部の検出電極Rxを一括で走査して静電容量の変化を検出する場合、共通電極CEは分割されていない方が望ましい。例えば、共通電極CEは、n/3個の分割電極C(C1〜Cn/3)を有している。複数の画素PXは、1個の分割電極Cを共用している。なお、分割電極Cの個数やサイズは特に限定されるものではなく種々変形可能である。例えば、分割電極Cは、4行分の画素PXで共用されていてもよい。分割電極Cは、表示領域DAの外側に引き出され、共通電極駆動回路CDに接続されている。なお、ゲート線G、ソース線S及び分割電極Cは、必ずしも直線的に延出していなくても良く、それらの一部が屈曲していてもよい。
上記駆動ICチップIC1は、マルチプレクサMU1、ゲート線駆動回路GD、共通電極駆動回路CD及びOLBパッド群pG1に接続されている。全てを図示しないが、駆動ICチップIC1とゲート線駆動回路GDとは制御線W1、W2で接続され、駆動ICチップIC1と共通電極駆動回路CDとは制御線W3で接続されている。このため、駆動ICチップIC1は、制御線W1を介して制御スイッチング素子CSW1に制御信号Vcsw1を与えることができる。例えば、制御モジュールCMの制御の下、駆動ICチップIC1は、制御スイッチング素子CSW1をオフ(非導通状態)にする制御信号Vcsw1を出力することができ、全てのゲート線Gを電気的フローティング状態に切替えることができる。
図3は、図2に示した画素PXを示す等価回路図である。図3に示すように、各画素PXは、画素スイッチング素子PSW、画素電極PE、共通電極CE(分割電極C)等を備えている。画素スイッチング素子PSWは、例えばTFT(薄膜トランジスタ)で形成されている。画素スイッチング素子PSWは、ゲート線G及びソース線Sと電気的に接続されている。画素スイッチング素子PSWは、トップゲート型TFTあるいはボトムゲート型TFTのいずれであっても良い。また、画素スイッチング素子PSWの半導体層は、例えば、ポリシリコンによって形成されているが、アモルファスシリコンによって形成されていても良い。
画素電極PEは、画素スイッチング素子PSWに電気的に接続されている。画素電極PEは、絶縁膜を介して分割電極Cと対向している。分割電極C、絶縁膜及び画素電極PEは、保持容量CSを形成している。
図4は、液晶表示装置DSPの一部の構造を概略的に示す断面図である。
すなわち、液晶表示装置DSPは、上述した液晶表示パネルPNL及びバックライトユニットBL等だけでなく、第1光学素子OD1及び第2光学素子OD2等も備えている。また、図示した液晶表示パネルPNLは、表示モードとしてFFS(Fringe Field Switching)モードに対応した構成を有しているが、他の表示モードに対応した構成を有していても良い。
なお、FFSモードを利用する液晶表示パネルPNLは、第1基板SUB1に画素電極PE及び共通電極CEを備える。液晶層LQを構成する液晶分子は、画素電極PEと共通電極CEとの間に形成される横電界(特に、フリンジ電界のうちの基板の主面にほぼ平行な電界)を主に利用してスイッチングされる。
液晶表示パネルPNLは、第1基板SUB1、第2基板SUB2、及び、液晶層LQを備えている。第1基板SUB1と第2基板SUB2とは所定のセルギャップを形成した状態で貼り合わされている。液晶層LQは、第1基板SUB1と第2基板SUB2との間のセルギャップに保持されている。
第1基板SUB1は、ガラス基板や樹脂基板などの光透過性を有する第1絶縁基板10を用いて形成されている。第1基板SUB1は、第1絶縁基板10の第2基板SUB2に対向する側に、ソース線S、共通電極CE、画素電極PE、第1絶縁膜11、第2絶縁膜12、第3絶縁膜13、第1配向膜AL1などを備えている。
第1絶縁膜11は、第1絶縁基板10の上に配置されている。なお、詳述しないが、第1絶縁基板10と第1絶縁膜11との間には、ゲート線、画素スイッチング素子のゲート電極や半導体層などが配置されている。ソース線Sは、第1絶縁膜11の上に形成されている。また、画素スイッチング素子のソース電極やドレイン電極なども第1絶縁膜11の上に形成されている。図示した例では、ソース線Sは、第2方向Yに延出している。
第2絶縁膜12は、ソース線S及び第1絶縁膜11の上に配置されている。共通電極CEは、第2絶縁膜12の上に形成されている。なお、本実施形態では、共通電極CEは、上述したように複数のセグメント(複数の分割電極C)によって構成されている。但し、後述する別の実施形態(図13)に示すように、共通電極CEは複数に分断しないで形成される場合もあり得る。このような共通電極CEは、インジウム・ティン・オキサイド(ITO)やインジウム・ジンク・オキサイド(IZO)などの透明な導電材料によって形成されている。なお、図示した例では、共通電極CEの上に金属層MLが形成され、共通電極CEを低抵抗化しているが、金属層MLは省略してもよい。
第3絶縁膜13は、共通電極CE及び第2絶縁膜12の上に配置されている。画素電極PEは、第3絶縁膜13の上に形成されている。各画素電極PEは、隣接するソース線Sの間にそれぞれ位置し、共通電極CEと対向している。また、各画素電極PEは、共通電極CEと対向する位置にスリットSLを有している。このような画素電極PEは、例えば、ITOやIZOなどの透明な導電材料によって形成されている。第1配向膜AL1は、画素電極PE及び第3絶縁膜13を覆っている。
一方、第2基板SUB2は、ガラス基板や樹脂基板などの光透過性を有する第2絶縁基板20を用いて形成されている。第2基板SUB2は、第2絶縁基板20の第1基板SUB1に対向する側に、ブラックマトリクスBM、カラーフィルタCFR,CFG,CFB、オーバーコート層OC、第2配向膜AL2などを備えている。
ブラックマトリクスBMは、第2絶縁基板20の内面に形成され、各画素を区画している。カラーフィルタCFR,CFG,CFBは、それぞれ第2絶縁基板20の内面に形成され、それらの一部がブラックマトリクスBMに重なっている。カラーフィルタCFRは赤色カラーフィルタであり、カラーフィルタCFGは緑色カラーフィルタであり、カラーフィルタCFBは青色カラーフィルタである。オーバーコート層OCは、カラーフィルタCFR,CFG,CFBを覆っている。オーバーコート層OCは、透明な樹脂材料によって形成されている。第2配向膜AL2は、オーバーコート層OCを覆っている。
検出電極Rxは、第2絶縁基板20の外面の上方に形成されている。この検出電極Rxは、島状に形成されているが、ここでは、簡略化して図示しており、後述するリード線Lの図示を省略している。検出電極Rxの詳細な構造については後述する。このような検出電極Rxは、例えば、ITOやIZOなどの透明な導電材料によって形成されている。
第1光学素子OD1は、第1絶縁基板10とバックライトユニットBLとの間に配置されている。第2光学素子OD2は、検出電極Rxの上方に配置されている。第1光学素子OD1及び第2光学素子OD2は、それぞれ少なくとも偏光板を含んでおり、必要に応じて位相差板を含んでいても良い。
図5は、第1基板SUB1に設けられた共通電極CEが複数に分断して形成されている状態を概略的に示す平面図である。ここでは、第1基板SUB1から第1絶縁基板10及び共通電極CEのみを取り出して説明している。また、共通電極CEと検出電極Rxの位置関係の例を説明するため、さらに検出電極Rxを破線で示している。
図5に示すように、分割電極Cは、帯状に形成され、第1方向Xに略直線的に延在している。例えば、検出電極Rxは、分割電極Cのサイズに対応したサイズを有するように形成されている。本実施形態では、各分割電極Cに、第1方向Xに並んだ1行分の複数の検出電極Rxが対向している。前述したが、後述する別の実施形態(図13)に示すように、共通電極CEは複数に分断しないで形成されていてもよい。
図6は、第1基板SUB1の非表示領域NDAの一部を示す拡大平面図であり、マルチプレクサMU1の一部を示す回路図である。図6に示すように、マルチプレクサMU1は、複数の制御スイッチング素子群CSW2Gを有している。制御スイッチング素子群CSW2Gはそれぞれ複数の制御スイッチング素子CSW2を有している。この実施形態において、制御スイッチング素子群CSW2Gはそれぞれ3個の制御スイッチング素子CSW2を有している。この実施形態において、マルチプレクサMU1は、1/3マルチプレクサである。
マルチプレクサMU1は、複数のソース線Sに接続されている。また、マルチプレクサMU1は、接続線W4を介してソース線駆動回路SDに接続されている。ここでは、接続線W4の本数は、ソース線Sの本数の1/3である。
ソース線駆動回路SDの出力(接続線W4)1つ当たり3本のソース線Sを時分割駆動するよう、制御スイッチング素子CSW2は、制御信号Vcsw2a,Vcsw2b,Vcsw2cにより、オン/オフが切替えられる。これら制御信号Vcsw2a,Vcsw2b,Vcsw2cは、駆動ICチップIC1から、複数の制御線W5を介して制御スイッチング素子CSW2にそれぞれ与えられる。
制御スイッチング素子CSW2がオンすることにより、ソース線駆動回路SDからソース線Sへの信号(例えば、映像信号Vsig)の伝達が許可される。一方、制御モジュールCMの制御の下、駆動ICチップIC1は、制御スイッチング素子CSW2をオフ(非導通状態)にする制御信号Vcsw2a,Vcsw2b,Vcsw2cを同時に出力することができ、全てのソース線Sを電気的フローティング状態に切替えることができる。
なお、液晶表示パネルPNLは、上記マルチプレクサMU1に替えて、従来から知られている各種のマルチプレクサ(セレクタ回路)を利用することができる。例えば、液晶表示パネルPNLは、1/2マルチプレクサを利用することができる。
また、液晶表示パネルPNLは、上記マルチプレクサ(例えば、マルチプレクサMU1)無しに形成されていてもよい。この場合、各ソース線Sは、ソース線駆動回路SDに直に接続されていてもよく、別の制御スイッチング素子を介してソース線駆動回路SDに接続されていてもよい。ソース線Sが別の制御スイッチング素子を介してソース線駆動回路SDに接続されている場合、全ての別の制御スイッチング素子をオフにすることにより、全てのソース線Sを電気的フローティング状態に切替えることができる。
図7は、静電容量型のセンサSEの構成を概略的に示す平面図である。図7に示すように、センサSEは、液晶表示パネルPNLに設けられている。センサSEは、複数の検出電極Rxと、複数のリード線Lと、を有している。
複数の検出電極Rxは、互いに電気的に独立して第2絶縁基板20の外面(表示面)の上方に設けられている。複数の検出電極Rxは、第1方向X及び第2方向Yに沿ってマトリクス状に設けられている。この実施形態において、各検出電極Rxは、透明電極REのみで形成されている。透明電極REは、ITOやIZOなどの透明な導電材料によって形成されている。この実施形態において、複数の透明電極REのサイズは均一である。検出電極Rxは、静電容量の変化を検出する。なお、後述する別の実施形態で示すように、検出電極Rxは、透明電極REと金属線(分岐線LB)との集合体で形成される場合や、金属線(分岐線LB)のみで形成される場合もある。リード線Lは、第2絶縁基板20の外面の上方に設けられている。リード線Lは、検出電極Rxに一対一で接続されている。リード線Lは、金属で形成されている。複数のリード線Lは、互いに間隔を置いて位置し、互いに電気的に絶縁されている。
一方、第2絶縁基板20の外面の非表示領域NDAには、OLBパッド群pG2が形成されている。OLBパッド群pG2のパッドには、リード線Lが一対一で接続されている。
次に、液晶表示装置DSPの駆動方法について説明する。ここでは、センサSEを利用して入力位置情報を判断する手法について説明する。液晶表示装置DSPは、セルフ検出(Self-Capacitive Sensing)方式及びミューチャル検出(Mutual-Capacitive Sensing)方式の何れか一方に切替えて、検出電極Rxにて検出した静電容量の変化に基づいて入力位置情報を判断することができる。これにより、液晶表示装置DSPの外面に指が接触していること、又は上記外面に指が近接していることを検出することができる。本実施形態において、上記外面は、第2光学素子OD2の外面である。
〈セルフ検出方式〉
始めに、セルフ検出方式による入力位置情報の判断は、各々の検出電極Rxに対して書込み信号を書込み、書込み信号が書込まれた各々の検出電極Rxに生じた静電容量の変化を示す読取り信号を読取ることにより行われる。
次に、図8A、図8B、図9A、図9B、図10A、図10B、及び図11を参照して、セルフ検出方式の原理を説明する。セルフ検出方式は、検出電極Rxが有する容量Cx1を利用する。またセルフ検出方式は、検出電極Rxに近接している利用者の指等により生じる容量Cx2を利用する。
図8A及び図8Bは、液晶表示装置DSPの外面に、利用者の指が接触も近接もしていない状態を示している。このため、検出電極Rxと指との間に静電容量結合は生じていない。図8Aは、制御スイッチSWcにより電源Vddと検出電極Rxが接続された状態を示す。図8Bは、制御スイッチSWcにより、電源Vddと検出電極Rxがオフされ、検出電極RxがコンデンサCcpに接続された状態を示す。
図8Aの状態で、容量Cx1は例えば充電され、図8Bの状態で、容量Cx1は例えば放電される。ここで、容量Cx1が充電されることとは、検出電極Rxに対して書込み信号が書込まれることである。また、容量Cx1が放電されることとは、検出電極Rxに生じた静電容量の変化を示す読取り信号を読取ることである。
一方、図9A及び図9Bは、液晶表示装置DSPの外面に、利用者の指が接触又は近接している状態を示している。このため、検出電極Rxと指との間に静電容量結合は生じている。図9Aは、制御スイッチSWcにより電源Vddと検出電極Rxが接続された状態を示す。図9Bは、制御スイッチSWcにより、電源Vddと検出電極Rxがオフされ、検出電極RxがコンデンサCcpに接続された状態を示す。
図9Aの状態で、容量Cx1は例えば充電され、図9Bの状態で、容量Cx1は例えば放電される。
ここで、図8Bに示す放電時の容量Ccpの電圧変化特性に対して、図9Bに示す放電時の容量Ccpの電圧変化特性は、容量Cx2が存在するために、明らかに異なる。したがって、セルフ検出方式では、容量Ccpの電圧変化特性が、容量Cx2の有り無しにより、異なることを利用して、入力位置情報(例えば、操作入力の有無)を判断している。
図10Aは、セルフ検出方式を実現する基本回路の例を示している。上記回路は、例えば図1に示した駆動ICチップIC2に設けられている。
図10Aに示すように、検出電極Rxは、分圧用の容量Cpの一方の端子に接続されるとともに、比較器COMPの一方の入力端子に接続される。検出電極Rxは、自己の容量Cxを有する。比較器COMPの他方の入力端子は、比較電圧Vrefの供給端子に接続されている。
容量Cpの他方の端子は、スイッチSW1を介して電圧Vccの電源ラインに接続される。また容量Cpの他方の端子は、抵抗Rcを介して容量Ccの一方の端子に接続されている。容量Ccの他方の端子は、基準電位(例えばアース電位)に接続される。
スイッチSW2は、容量Cpの他方の端子と基準電位間に接続され、スイッチSW3は、容量Cpの一方の端子と基準電位間に接続されている。スイッチSW1,SW2,SW3及び比較器COMPは、制御回路内に設けられている。
次に動作を説明する。スイッチSW1は、一定の周期でオンし、容量Ccを充電することができる。容量Ccが充電されるときは、スイッチSW2,SW3はオフされる。容量Ccが充電されると、スイッチSW1,SW2,SW3が全てオフされ、容量Ccの電荷が保持される。
続いて、スイッチSW2,SW3が一定時間オンされる(なおスイッチSW1はオフを維持する)。すると、容量Cp、Cxの電荷のほとんどが放電されるとともに、容量Ccの電荷の一部が、抵抗Rcを介して放電される。
次いで、スイッチSW1,SW2,SW3が全てオフされる。すると、容量Ccの電荷が、容量Cp,Cxに移動する、このときの等価回路は、図10Bのように表すことができる。その後、容量Cxの電圧Vxが比較器COMPにおいて、比較電圧Vref又は閾値電圧Vthと比較される。
図10Bの等価回路に示すように、スイッチSW1,SW2,SW3が全てオフ状態にされると、容量Ccの電荷が容量Cp,Cxに移動し、次に、容量Cxの電圧Vxの変化が比較器COMPにおいて、比較電圧Vrefと繰り返し比較される。
即ち、スイッチSW2,SW3が一定時間オンされる(なおスイッチSW1はオフを維持する)。すると、容量Cp,Cxの電荷のほとんどが放電されるとともに、容量Ccの電荷の一部が、抵抗Rcを介して放電される。そして、スイッチSW1,SW2,SW3が全てオフされる。すると、容量Ccの電荷が、容量Cp,Cxに移動する。
電圧Vp,Vc,Vxと、容量Cp,Cc,Cxの関係は、次の式(1)乃至(3)で表される。
Vc=Vp+Vx ・・・(1)
Vp:Vx=(1/Cp):(1/Cx) ・・・(2)
Vx=(Cp/(Cp+Cx))×Vc ・・・(3)
上記のように、スイッチSW1を介して容量Ccが電圧Vcまで充電された後、スイッチSW1,SW2が繰り返しオンとオフを繰り返すと、次第に、容量Ccの電圧Vcが低下し、容量Cxの電圧Vxも低下する。この動作、つまり容量Ccが電圧Vcまで充電された後、スイッチSW1,SW2が繰り返しオンとオフを繰り返す動作は、電圧Vxが比較電圧Vrefよりも小さくなるまで続けられる。
図11は、容量Ccの電圧Vcの変化波形と、比較器COMPの出力波形の例を示している。横方向は時間を示し、縦方向は電圧を示す。
図10A及び図11に示すように、スイッチSW1がオンすると、容量Ccは、電圧Cccに充電される。その後、スイッチSW1,SW2,SW3が全てオフ状態となり、容量Ccの電荷が、容量Cp,Cxに移動する。次に、容量Cxの電圧Vxの変化が比較器COMPにおいて、比較電圧Vrefと比較される。
電圧Vcの変化の特性または変換の度合いは、容量Cpと容量Cxの合計値に応じて変化する。また容量Ccの変化は、容量Cxの電圧Vxに対しても影響を与える。また容量Cxの値は、検出電極Rxに対する利用者の指の接近の程度に応じて異なる。
このために図11に示すように、指が検出電極Rxから遠い場合は、ゆっくりした変化を伴う特性VCP1となり、指が検出電極Rxに近い場合は、すばやい変化を伴う特性VCP2となる。指が検出電極Rxに近い場合に、遠い場合に比べて、Vcの低下率が大きいのは、容量Ccの値が指の容量により増加したからである。
比較器COMPは、スイッチSW1,SW2が繰り返してオン/オフするのに同期して、電圧Vpを比較電圧Vref又は閾値電圧Vthと比較する。そしてVp>Vrefのときは、比較器COMPは、出力パルスを得る。しかし比較器COMPは、Vp<Vrefになると出力パルスを停止する。
比較器COMPの出力パルスは、図示しない計測回路或いは計測アプリケーションにより監視される。つまり、容量Ccに対する1回の充電の後、上記したスイッチSW1,SW2による短期間の繰り返し放電が実行され、電圧Vpの値が繰り返し計測される。
このとき、比較器COMPの出力パルが得られる期間(MP1或いはP2)が計測されてもよいし、比較器COMPの出力パル数(Ccの充電後からVp<Vrefになるまでのパルス数)が計測されてもよい。
指が検出電極Rxから遠い場合は、期間が長く、指が検出電極Rxに近い場合は、期間が短い。または、指が検出電極Rxから遠い場合は、比較器COMPの出力パルス数が多く、指が検出電極Rxに近い場合は、比較器COMPの出力パルス数が少ない。
よって、センサSEの平面に対する指の近接度を検出パルスのレベルで判断することができる。また、同時に検出電極Rxが2次元的(マトリックス)に配列されることにより、センサSEの平面上の指の2次元上の位置を検出することができる。
上記のように、利用者の指が検出電極Rxに影響しているか否かが検出されるが、その検出時間は、数十μs乃至数msオーダーである。
〈ミューチャル検出方式〉
始めに、ミューチャル検出方式による入力位置情報の判断は、各々の分割電極Cに対して書込み信号を書込み、各々の検出電極Rxに生じた静電容量の変化を示す読取り信号を読取ることにより行われる。分割電極C(共通電極CE)もセンサSEの一部として利用されている。
次に、図12を参照して、ミューチャル検出方式の原理を説明する。図12は、ミューチャル検出方式の代表的な基本構成を示している。
図12に示すように、共通電極CEと検出電極Rxとが利用される。共通電極CEは、複数のストライプ状分割電極C(C1,C2,C3・・・)を含む。この複数の分割電極Cが走査(駆動)方向(ここでは、第2方向Y)に配列されている。
一方、検出電極Rxは、マトリクス状検出電極Rxを含む。ここでは、検出電極Rxは、第1方向X及び第2方向Yに配列されている。複数の検出電極Rxは、分割電極Cに間隔を置いて対向している。このために、分割電極Cと検出電極Rxとの間には、基本的に容量Ccが存在する。
分割電極Cは所定の周期でパルス状の書込み信号Vwにより走査される。この例では、利用者の指が特定の検出電極Rxに近接して存在するものとする。すると、分割電極Cにパルス状の書込み信号Vwが供給されたときに、特定の検出電極Rxからは、他の検出電極から得られるパルスよりもレベルの低いパルス状の読取り信号Vrが得られる。
ミューチャル検出方式の場合は、検出電極Rxは分割電極Cからのフリンジ電界の電位を検出している。検出電極Rxに指のような導体が近づいてくるとこのフリンジ電界は弱くなる。これによって検出電極Rxの電位は弱くなる。これが、ミューチャル検出方式の原理である。
ミューチャル検出方式では、この検出レベルの低いパルス状の読取り信号Vrを、指による入力位置DETPの情報(検出パルス)として取り扱うことができる。
上記の容量Cxは、指が検出電極Rxに近い場合と、遠い場合とで異なる。このために検出パルスのレベルも指が検出電極Rxに近い場合と、遠い場合とで異なる。よって、センサSEの平面に対する指の近接度をパルス状の読取り信号Vrの電圧レベルで判断することができる。勿論、パルス状の書込み信号Vwによる電極駆動タイミングと、パルス状の読取り信号Vrの出力タイミングにより、センサSEの平面上の指の2次元情報を検出することができる。
なお、この場合、検出電極Rxはマトリクス状に分割されている必要がない。検出電極Rxは、分割電極Cと交差する方向にスイッチ等を使って電気的につないだ方が望ましい。これにより、ミューチャル検出方式にて読取り信号Vrの検出に利用する検出器の数を大幅に減らすことが可能である。
ここで、図13に示すように、共通電極CEは複数に分断されていなくともよい。共通電極CEは、単一の電極(ベタ電極)で形成され、全ての画素PXで共用されている。この場合も、共通電極CEに書込み信号Vwを与えることにより、液晶表示装置DSPは、ミューチャル検出方式に切替えて入力位置情報を判断することができる。勿論、液晶表示装置DSPは、セルフ検出方式に切替えて入力位置情報を判断することもできる。
上記のように構成された第1の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSPによれば、液晶表示装置DSPは、画像を表示する表示面を有した液晶表示パネルPNLと、液晶表示パネルPNLに設けられた静電容量型センサSEと、制御モジュールCMと、を備えている。
センサSEは、複数の検出電極Rxと、複数のリード線Lと、を有している。複数の検出電極Rxは、互いに電気的に独立して液晶表示パネルPNLの表示面の上方にマトリクス状に設けられている。検出電極Rxは、透明な導電材料で形成された透明電極REのみで形成されている。検出電極Rxは静電容量の変化を検出する。複数のリード線Lは、液晶表示パネルPNLの表示面の上方に設けられ、複数の検出電極Rxに一対一で接続され、金属で形成されている。
制御モジュールCMは、複数のリード線Lに接続されている。制御モジュールCMは、各々の検出電極Rxに対して書込み信号Vwを書込み、書込み信号Vwが書込まれた各々の検出電極Rxに生じた静電容量の変化を示す読取り信号Vrを読取り、静電容量の変化に基づいて入力位置情報を判断する。
検出電極Rxはマトリクス状に設けられ、各々の検出電極Rxに生じる静電容量の変化を独立的に検出している。検出電極Rxを帯状に形成した場合と比べて、センサSEの感度を向上させることができるため、センサSEは、シングルタッチ検出は勿論、マルチタッチ検出や近接検出を行うことができる。
また、検出電極Rx(透明電極RE)をマトリクス状に配置しても、入力位置情報の検出精度に優れた液晶表示装置DSPを得ることができるものである。その理由は、リード線Lを透明な導電材料より電気抵抗値の非常に低い金属材料で形成することにより、リード線Lの幅を小さくすることができるためである。そして、リード線Lが小さい幅を有することにより、複数の検出電極Rxを略均一なサイズに形成することができるためである。また、リード線Lが小さい幅を有することにより、リード線Lと指との間に寄生容量が不所望に形成され難くなるためである。すなわち、ノイズ成分の影響は非常に小さくなり、ノイズ成分を無視することができる。
さらに、リード線Lは遮光性を有しているが、リード線Lを細く形成することができるため、画像表示に悪影響を及ぼし難い。また、リード線Lを細く形成することができる分、各透明電極REのサイズを大きくすることができる。なお、透明電極REは透明であるため、サイズを大きくしても画像表示に悪影響を及ぼし難い。
上述したように、マトリクス状に検出電極Rxを形成し、金属材料を利用してリード線Lを形成することにより、入力位置情報の検出精度のばらつきを抑制することができる。
また、第2絶縁基板20の外面の上方にセンサSE(検出電極Rx、リード線L)を形成することができる。このため、第2絶縁基板20とは別の基板を用いてセンサSEを形成する場合と比べて、液晶表示装置DSPの薄型化を図ることができる。
上記のことから、入力位置情報の検出精度に優れた静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法を得ることができる。
(第2の実施形態)
次に、第2の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法について詳細に説明する。図14は、本実施形態に係る液晶表示装置DSPの静電容量型センサSEを概略的に示す平面図であり、検出電極Rx、リード線L及びダミー線DLのレイアウトを示す図である。
図14に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置DSPは、センサSEにダミー線DLが付加されていることと、センサSEのレイアウトが異なること以外、上記第1の実施形態に係る液晶表示装置と同様に形成されている。
検出電極Rxは、第1方向X及び第2方向Yに並び、マトリクス状に配置されている。この実施形態において、検出電極Rxは、透明電極REと分岐線LBとの集合体で形成されている。複数の透明電極REのサイズは均一である。図示した例では、透明電極REの各々は、四角形状に形成されているが、その形状については図示した例に限らない。
リード線Lは、第1方向Xに並んで配置されている。また、リード線Lは、その先端に分岐した分岐線LBを有している。分岐線LBの少なくとも一部は、透明電極REと重なっている。分岐線LBは、複数の透明電極REの対応する1個の透明電極REの真下に位置し、上記透明電極REに接触している。図示した例では、リード線Lの各々は、第1方向Xに対して斜めに交差する波形線と、第1方向Xに平行な直線とを組み合わせた形状であるが、その形状については図示した例に限らない。なお、波形線については、例えば第1方向Xに対して45度に近い角度で交差している。
ここで、画素PXの配列方向(第1方向Xまたは第2方向Y)と金属線とは完全に並行になっても問題ない。但し、金属線と画素PXの配列方向とが数度レベルの角度を成して交差する場合があり得る。上記の場合、モアレとなり、非常に大きな周期パターンが視認されることが多々ある。そこで、上記の事態を防ぐために、本実施形態のように、あらかじめ画素PXの配列方向に角度をつけて金属線を配置し、モアレを非常に細かくしてモアレを視認できなくする手法が多く用いられている。
波形線は各所で切り離されており、リード線Lと透明電極REとの間には、いずれのリード線Lにも接続されていないダミー線DLが配置されている。ダミー線DLは電気的にフローティング状態にある。ダミー線DLは、リード線Lと同様、液晶表示パネルPNLの表示面の上方に設けられ、金属で形成されている。例えば、リード線L及びダミー線DLは、同一材料で同時に形成されている。ダミー線DLは、透明電極RE間の絶縁状態と、リード線L間の絶縁状態と、透明電極RE及びリード線L間の絶縁状態と、をそれぞれ維持している。
図中の検出電極Rx1〜Rx4は、第2方向Yに並んでいる。奇数番のリード線L1及びL3は検出電極Rxの一端側(図の右側)に位置し、偶数番のリード線L2及びL4は検出電極Rxの他端側(図の左側)に位置している。リード線L1は分岐線LB1を有し、リード線L2は分岐線LB2を有し、リード線L3は分岐線LB3を有し、リード線L4は分岐線LB4を有している。
検出電極Rx1は、分岐線LB1と分岐線LB1に重なった透明電極REとを有し、リード線L1と電気的に接続されている。同様に、検出電極Rx2は、分岐線LB2と分岐線LB2に重なった透明電極REとを有し、リード線L2と電気的に接続されている。検出電極Rx3は、分岐線LB3と分岐線LB3に重なった透明電極REとを有し、リード線L3と電気的に接続されている。検出電極Rx4は、分岐線LB4と分岐線LB4に重なった透明電極REとを有し、リード線L4と電気的に接続されている。
このような検出電極Rx1〜Rx4と、リード線L1〜L4とのセットが第1方向Xに並んでいる。
また、第1方向Xに隣接する波形線は、第1方向Xに等ピッチで並んでいた方が望ましい。上記波形線は、リード線L(分岐線LB)、ダミー線DLを総括した金属線である。上記波形線の第1方向Xのピッチとしては、次の第1ピッチP1a、第2ピッチP2a、第3ピッチP3a及び第4ピッチP4aを挙げることができる。
第1ピッチP1aは、複数のリード線Lの第1方向Xのピッチである。第2ピッチP2aは、複数のダミー線DLの第1方向Xのピッチである。第3ピッチP3aは、複数のリード線L及び複数のダミー線DLのうち互いに隣合うリード線L及びダミー線DLの第1方向Xのピッチである。第4ピッチP4aは、リード線Lの複数の分岐線LBの第1方向Xのピッチである。
すると、第1ピッチP1a、第2ピッチP2a、第3ピッチP3a及び第4ピッチP4aは、同一である方が望ましい。
また、第1ピッチP1a、第2ピッチP2a、第3ピッチP3a、及び第4ピッチP4aは、第1方向Xの画素ピッチの整数倍である方が望ましい。センサSEの金属線と画素PXとの干渉によるモアレが大きな周期で生じることがなくなるため、センサSEの金属線のパターンを確実に目立たなくすることができる。
ここで言う画素ピッチは、例えば図4に示す画素PXのピッチPuに相当する。別の言い方をすると、ピッチPuは、ソース線Sの中心の第1方向Xのピッチである。
図15は、図14に示した静電容量型センサSEをXV−XV線で切断した構造を概略的に示す断面図である。
図15に示すように、リード線Lの分岐線LBは、第2絶縁基板20の外面20A上に形成されている。透明電極REは、外面20A上に形成されるとともに、分岐線LBを直に覆っている。このため、透明電極REは、リード線Lと電気的に接続されている。
上記のように構成された第2の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法によれば、液晶表示装置DSPは、画像を表示する表示面を有した液晶表示パネルPNLと、液晶表示パネルPNLに設けられた静電容量型センサSEと、制御モジュールCMと、を備えている。このため、本実施形態においても、上記第1の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
さらに、リード線Lは、分岐線LBを有している。分岐線LBは、複数の透明電極REの対応する1個の透明電極REの真下に位置し、上記透明電極REに接触している。透明電極RE及び分岐線LBの集合体は検出電極Rxを形成している。透明電極RE及び分岐線LBの集合体の電気抵抗値は、透明電極REのみの電気抵抗値より小さい。これにより、センサSEの低消費電力化を図ることができ、センサSEの高速応答性を実現することができる。
その他、透明電極REと対向する位置にも金属線(分岐線LB)を設けることにより、表示領域DAでの金属線(リード線L(分岐線LB))の密度のばらつきを低減することができる。これにより、金属線のパターンを利用者に視認させ難くすることができる。
センサSEは、液晶表示パネルPNLの表示面の上方に設けられ、表示領域DAに位置し、金属で形成された複数のダミー線DLをさらに有している。これにより、表示領域DAでの金属線(リード線L(分岐線LB)、ダミー線DL)の密度のばらつきを一層低減することができるため、金属線のパターンを一層視認させ難くすることができる。
さらに、上述したように、第1方向Xの第1ピッチP1a、第2ピッチP2a、第3ピッチP3a及び第4ピッチP4aは、同一であってもよい。金属線のパターンを一様なパターンとすることにより、一層視認させ難くすることができるためである。
または、上述したように、第1方向Xの第1ピッチP1a、第2ピッチP2a、第3ピッチP3a及び第4ピッチP4aは、第1方向Xの画素ピッチの整数倍であってもよい。モアレの発生を防止することができるためである。さらに、各色の画素PXの光透過量又は遮光面積のばらつきを低減することができるためである。
または、第1方向Xの第1ピッチP1a、第2ピッチP2a、第3ピッチP3a及び第4ピッチP4aは、同一であり、第1方向Xの画素ピッチの整数倍であってもよい。
金属線のパターンを一層視認させ難くすることができるためである。また、モアレの発生を防止することができるためである。さらに、各色の画素PXの光透過量又は遮光面積のばらつきを低減することができるためである。
または、第1方向Xの第1ピッチP1a、第2ピッチP2a、第3ピッチP3a及び第4ピッチP4aは、表示領域DA内の領域単位で異ならせ、第1方向Xの画素ピッチの整数倍であってもよい。例えば、表示領域DAの所定領域の第1方向Xの第1ピッチP1a、第2ピッチP2a、第3ピッチP3a及び第4ピッチP4aを、第1方向Xの画素ピッチの3倍に設定し、表示領域DAの別の領域の第1方向Xの第1ピッチP1a、第2ピッチP2a、第3ピッチP3a及び第4ピッチP4aを第1方向Xの画素ピッチの4倍に設定してもよい。前述したが、ここで言う画素ピッチは、例えば図4に示す画素PXのピッチPuに相当する。
上記のことから、入力位置情報の検出精度に優れた静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法を得ることができる。
(第2の実施形態の変形例1)
次に、上記第2の実施形態に係る静電容量型センサSEの変形例1について説明する。図16は、上記第2の実施形態に係るセンサSEの変形例1の一部の構造を概略的に示す断面図である。図16に示すように、センサSEは、複数のダミー電極DRをさらに有している。ダミー電極DRは、液晶表示パネルPNLの表示面の上方に設けられ、表示領域DAに位置している。ここでは、ダミー電極DRは、第2絶縁基板20の外面20A上に形成されている。ダミー電極DRは、ITOやIZOなどの透明な導電材料によって形成されている。例えば、透明電極RE及びダミー電極DRは、同一材料で同時に形成されている。ダミー電極DRは電気的にフローティング状態にある。
ダミー電極DRは、複数の透明電極REの間に位置している。ここでは、ダミー電極DRは、リード線Lの間、ダミー線DLの間、リード線Lとダミー線DLの間、リード線Lと透明電極REの間に位置している。このため、ダミー電極DRは、透明電極RE、リード線L及びダミー線DLに間隔を置いて位置している。ダミー電極DRは、透明電極RE間の絶縁状態と、リード線L間の絶縁状態と、透明電極RE及びリード線L間の絶縁状態と、をそれぞれ維持している。
上記のように構成された第2の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSPの変形例1においても、上記第2の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
透明電極REの間にもダミー電極DRを設けることにより、表示領域DAでの透明導電層(透明電極RE、ダミー電極DR)の密度のばらつきを低減することができる。これにより、透明導電層のパターンを利用者に視認させ難くすることができる。
(第2の実施形態の変形例2)
次に、上記第2の実施形態に係る静電容量型センサSEの変形例2について説明する。図17Aは、上記第2の実施形態に係るセンサSEの変形例2を概略的に示す平面図であり、検出電極Rx、リード線L及びダミー線DLのレイアウトを示す図である。リード線Lの本線と、リード線Lの分岐線LBと、ダミー線DLとは、同一の幅を有している。但し、図17Aでは、リード線Lの本線と、リード線Lの分岐線LBと、ダミー線DLとを視覚的に識別するため、各線の太さを異ならせている。
図17Aに示すように、金属線(リード線L、ダミー線DL)がメッシュ状に形成されている点で、図14に示した例と相違している。検出電極Rxは、透明電極REと分岐線LBとの集合体で形成されている。分岐線LBは、例えば第1方向Xに対して45度の角度で交差している。透明電極REは、分岐線LBの網目を覆うように形成され、その四方に分岐線LBに沿った波形の辺を有している。
また、この変形例2においても、第1方向Xに隣接する金属線(リード線L(分岐線LB)、ダミー線DL)は、第1方向Xに等ピッチで並んでいた方が望ましい。上記金属線の第1方向Xのピッチは、金属線の交点のピッチである。但し、上記金属線の交点は、仮想上の交点も含んでいる。すなわち、上記仮想上の交点は、金属線の仮想上の延長線の交点である。金属線は分断して形成されているためである。上記金属線の第1方向Xのピッチとしては、次の第1ピッチP1b、第2ピッチP2b、第3ピッチP3b及び第4ピッチP4bを挙げることができる。
ここで、第1ピッチP1bは、複数のリード線Lの角の第1方向Xのピッチである。第2ピッチP2bは、複数のダミー線DLの交点(角)の第1方向Xのピッチである。第3ピッチP3bは、複数のリード線L及び複数のダミー線DLのうち互いに隣合うリード線Lの角及びダミー線DLの角の第1方向Xのピッチである。第4ピッチP4bは、リード線Lの複数の分岐線LBの交点の第1方向Xのピッチである。
すると、第1ピッチP1b、第2ピッチP2b、第3ピッチP3b及び第4ピッチP4bは、同一である方が望ましい。
また、第1ピッチP1b、第2ピッチP2b、第3ピッチP3b、及び第4ピッチP4bは、第1方向Xの画素ピッチの整数倍である方が望ましい。ここで言う画素ピッチも、例えば図4に示す画素PXのピッチPuに相当する。
上記のように構成された第2の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSPの変形例2においても、上記第2の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
(第2の実施形態の変形例3)
次に、上記第2の実施形態に係る静電容量型センサSEの変形例3について説明する。図17Bは、上記第2の実施形態に係るセンサSEの変形例3を概略的に示す平面図であり、検出電極Rx、リード線L及びダミー線DLのレイアウトを示す図である。図17Bに示すように、透明電極RE無しにセンサSEが形成されている点で、図17Aに示した例と相違している。検出電極Rxは、分岐線LBのみで形成されている。
上記のように構成された第2の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSPの変形例3においても、上記第2の実施形態の変形例2で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
(第2の実施形態の変形例4)
次に、上記第2の実施形態に係る静電容量型センサSEの変形例4について説明する。図18は、上記第2の実施形態に係るセンサSEの変形例4を概略的に示す平面図であり、検出電極Rx、リード線L、ダミー電極DR及びダミー線DLのレイアウトを示す図である。なお、リード線Lの本線と、リード線Lの分岐線LBと、ダミー線DLとは、同一の幅を有している。検出電極Rxは、透明電極REと分岐線LBとの集合体で形成されている。
図18に示すように、センサSEが複数のダミー電極DRを有している点で、図17に示した例と相違している。ダミー電極DRは、液晶表示パネルPNLの表示面の上方に設けられ、表示領域DAに位置している。ここでは、ダミー電極DRは、第2絶縁基板20の外面(20A)上に形成されている。ダミー電極DRは、ITOやIZOなどの透明な導電材料によって形成されている。例えば、透明電極RE及びダミー電極DRは、同一材料で同時に形成されている。
ダミー電極DRは、複数の透明電極REの間に位置している。ここでは、ダミー電極DRは、リード線Lの間、ダミー線DLの間、リード線Lとダミー線DLの間に位置している。このため、ダミー電極DRは、透明電極RE、リード線L及びダミー線DLに間隔を置いて位置している。ダミー電極DRは、透明電極RE間の絶縁状態と、リード線L間の絶縁状態と、透明電極RE及びリード線L間の絶縁状態と、をそれぞれ維持している。
上記のように構成された第2の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSPの変形例3においても、上記第2の実施形態の変形例1で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
(第3の実施形態)
次に、第3の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法について詳細に説明する。図19は、本実施形態に係る液晶表示装置DSPの静電容量型センサSEを概略的に示す平面図であり、検出電極Rx、リード線L及びダミー線DLのレイアウトを示す図である。
図19に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置DSPは、センサSEに層間絶縁膜IIが付加されていることと、センサSEのレイアウトが異なること以外、上記第1の実施形態に係る液晶表示装置と同様に形成されている。
検出電極Rxは、第1方向X及び第2方向Yに並び、マトリクス状に配置されている。検出電極Rxは、透明電極REのみで形成されている。この実施形態において、複数の透明電極REのサイズは均一である。図示した例では、透明電極REの各々は、四角形状に形成されているが、その形状については図示した例に限らない。
リード線Lは、第1方向Xに並んで配置されている。リード線Lは、第2方向Yに並んだ複数の透明電極REと対向している。図示した例では、リード線Lの各々は、第1方向Xに対して斜めに交差する波形であるが、その形状については図示した例に限らない。
また、第1方向Xに隣接するリード線Lは、第1方向Xに等ピッチで並んでいた方が望ましい。または、第1方向Xのリード線LのピッチP1cは、第1方向Xの画素ピッチの整数倍である方が望ましい。ここで言う画素ピッチも、例えば図4に示す画素PXのピッチPuに相当する。
図20は、図19に示した静電容量型センサSEの一部を概略的に示す断面図である。図20に示すように、静電容量型センサSEは、層間絶縁膜IIをさらに有している。層間絶縁膜IIは、複数のリード線Lと複数の透明電極REとの間に設けられている。
この実施形態において、リード線Lは、第2絶縁基板20の外面20A上に形成されている。層間絶縁膜IIは、リード線Lが形成された第2絶縁基板20の外面20A上に形成されている。層間絶縁膜IIには、複数のコンタクトホールCHが形成されている。各コンタクトホールCHは、1本のリード線Lを露出させている。透明電極REは、層間絶縁膜II上に形成されている。透明電極REは、対応するコンタクトホールCHを通り、対応する1本のリード線Lにコンタクトしている。
上記のように構成された第3の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法によれば、液晶表示装置DSPは、画像を表示する表示面を有した液晶表示パネルPNLと、液晶表示パネルPNLに設けられた静電容量型センサSEと、制御モジュールCMと、を備えている。このため、本実施形態においても、上記第1の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
センサSEは層間絶縁膜IIを有している。リード線L及び透明電極REは、層間絶縁膜IIを挟んで設けられている。層間絶縁膜II上に透明電極REのみを配置することができる。すなわち、透明電極REを効率よく配置することができるため、スペースの利用効率の向上を図ることができる。
上記のことから、入力位置情報の検出精度に優れた静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法を得ることができる。
(第3の実施形態の変形例)
次に、上記第3の実施形態に係る静電容量型センサSEの変形例について説明する。検出電極Rxとリード線Lの位置が逆転していてもよい。この場合、透明電極REは第2絶縁基板20の外面20A上に形成され、リード線Lが層間絶縁膜II上に形成されている。そして、本変形例においても、上記第3の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。但し、金属線(リード線L)の腐食を考慮すると、本変形例より上記第3の実施形態のように、金属線(リード線L)は、透明電極RE及び層間絶縁膜IIの下方に位置していた方が望ましい。
(第4の実施形態)
次に、第4の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法について詳細に説明する。図21は、本実施形態に係る液晶表示装置DSPの駆動方法を説明するためのタイミングチャートであり、映像信号Vsig、書込み信号Vw及び読取り信号Vrを示す図である。本実施形態に係る液晶表示装置DSPは、上記第1の実施形態に係る液晶表示装置と同様に形成されている。液晶表示パネルPNL及びセンサSEは、制御モジュールCMの制御の下、駆動される。
図21に示すように、この実施形態において、制御モジュールCMは、1フレーム(1F)期間に、表示動作期間Pdに行われる表示動作と、表示動作期間Pdから外れた入力位置情報検出期間Psに行われる入力位置情報検出動作と、を繰り返し行う。入力位置情報検出期間Psは、例えばブランキング期間である。ブランキング期間としては、水平ブランキング期間や垂直ブランキング期間等を挙げることができる。
表示動作期間Pdには、ゲート線駆動回路GDからゲート線Gに制御信号を与え、ソース線駆動回路SDからソース線Sに映像信号Vsigを与え、共通電極駆動回路CDから共通電極CE(分割電極C)にコモン電圧Vcomを与え、液晶表示パネルPNLを駆動する。液晶表示パネルPNLはマルチプレクサMU1を備えているため、ソース線Sは時分割駆動される。
画素PXに信号(映像信号Vsig、制御信号、コモン電圧Vcom)を書き込む期間にセンサSEを駆動して入力位置情報を検出することも可能である。但し、画素PXに信号を書き込む期間に液晶表示パネルPNLがセンサSEに与えるノイズの影響は一般的に非常に大きい。このため、画素PXへの信号(映像信号Vsig等)の書き込みを止めた後、センサSEによるセンシングを行うことで非常に高感度の検出が可能となる。
入力位置情報検出期間Psには、液晶表示パネルPNLへの制御信号、映像信号Vsig及びコモン電圧Vcom入力を休止し、センサSEを駆動する。センサSEを駆動する際、制御モジュールCMは、検出電極Rxに対して書込み信号Vwを書込み、書込み信号Vwが書込まれた検出電極Rxに生じた静電容量の変化を示す読取り信号Vrを読取り、静電容量の変化に基づいて入力位置情報を判断する。
上記のように構成された第4の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法によれば、液晶表示装置DSPは、上記第1の実施形態の液晶表示装置と同様に形成されている。このため、本実施形態においても、上記第1の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
上記のことから、入力位置情報の検出精度に優れた静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法を得ることができる。
(第4の実施形態の変形例)
次に、上記第4の実施形態に係る液晶表示装置DSPの駆動方法の変形例について詳細に説明する。図22は、上記第4の実施形態に係る駆動方法の変形例を説明するためのタイミングチャートであり、映像信号Vsig、コモン電圧Vcom、電位調整信号Va、書込み信号Vw及び読取り信号Vrを示す図である。
図22に示すように、この変形例の1フレーム(1F)期間は、前半の表示動作期間Pdに表示動作が行われ、後半の入力位置情報検出期間Psに入力位置情報検出動作が行われる。制御モジュールCMは、入力位置情報検出期間Psに、センサSE(検出電極Rx)に書込む書込み信号Vwと同一波形を有する電位調整信号Vaを書込み信号Vwと同期して共通電極CEに書込んでいる。ここで、上記同一波形とは、書込み信号Vwと電位調整信号Vaとが、位相、振幅及び周期に関して同一であることを言う。
例えば、制御モジュールCMが駆動ICチップIC1及び駆動ICチップIC2に同期信号を与え、書込み信号Vw及び電位調整信号Vaを同期させることができる。または、駆動ICチップIC2がセンサSEの駆動(走査)時期を知らせるパルス状のタイミング信号を駆動ICチップIC1に与え、書込み信号Vw及び電位調整信号Vaを同期させることができる。
上記のように構成された第4の実施形態に係る液晶表示装置DSPの駆動方法の変形例においても、上記第4の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
入力位置情報検出期間Psに、書込み信号Vwと同一波形を有する電位調整信号Vaを書込み信号Vwと同期して共通電極CEに書込んでいる。これにより、検出電極Rxと共通電極CEとの間に形成される寄生容量が除去される期間Psを設けることができるため、センサSEを一層良好に駆動することができ、入力位置情報を検出する精度のさらなる向上を図ることができる。
(第5の実施形態)
次に、第5の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法について詳細に説明する。図23は、本実施形態に係る液晶表示装置DSPの駆動方法を説明するための図であり、複数の分割電極Cと複数の検出電極Rxとを示す平面図である。
図23に示すように、この実施形態では、共通電極CEは、第1分割電極C1、第2分割電極C2、及び第3分割電極C3を有している。第1分割電極C1には、複数の第1検出電極Rx1が対向し、第2分割電極C2には、複数の第2検出電極Rx2が対向し、第3分割電極C3には、複数の第3検出電極Rx3が対向している。
本実施形態に係る液晶表示装置DSPは、上記第1の実施形態に係る液晶表示装置と基本的に同様に形成されている。液晶表示パネルPNL及びセンサSEは、制御モジュールCMの制御の下、駆動される。
図24は、本実施形態に係る液晶表示装置DSPの駆動方法を説明するためのタイミングチャートであり、映像信号Vsig、コモン電圧Vcom、電位調整信号Va、書込み信号Vw及び読取り信号Vrを示す図である。
図24に示すように、この実施形態において、制御モジュールCMは、1フレーム(1F)期間に、表示動作期間Pdに行われる表示動作と、表示動作期間Pdから外れた入力位置情報検出期間Psに行われる入力位置情報検出動作と、を繰り返し行う。
まず、表示動作期間Pd1には、ゲート線駆動回路GDからゲート線Gに制御信号を与え、ソース線駆動回路SDからソース線Sに映像信号Vsigを与え、共通電極駆動回路CDから第1分割電極C1にコモン電圧Vcomを与え、液晶表示パネルPNLを駆動する。表示動作期間Pd1に、第1分割電極C1を利用する複数の画素PXが駆動される。
次いで、入力位置情報検出期間Ps1には、液晶表示パネルPNLへの制御信号、映像信号Vsig及びコモン電圧Vcom入力を休止し、センサSEを駆動する。センサSEを駆動する際、制御モジュールCMは、第1検出電極Rx1に対してのみ第1書込み信号Vw1を書込み、第1書込み信号Vw1が書込まれた第1検出電極Rx1に生じた静電容量の変化を示す第1読取り信号Vr1を読取り、静電容量の変化に基づいて入力位置情報を判断する。制御モジュールCMは、入力位置情報検出期間Ps1に、第1検出電極Rx1に書込む第1書込み信号Vw1と同一波形を有する電位調整信号Va(Va1)を第1書込み信号Vw1と同期して第1分割電極C1に書込む。
続いて、表示動作期間Pd2には、ゲート線駆動回路GDからゲート線Gに制御信号を与え、ソース線駆動回路SDからソース線Sに映像信号Vsigを与え、共通電極駆動回路CDから第2分割電極C2にコモン電圧Vcomを与え、液晶表示パネルPNLを駆動する。表示動作期間Pd2に、第2分割電極C2を利用する複数の画素PXが駆動される。
その後、入力位置情報検出期間Ps2には、液晶表示パネルPNLへの制御信号、映像信号Vsig及びコモン電圧Vcom入力を休止し、センサSEを駆動する。センサSEを駆動する際、制御モジュールCMは、第2検出電極Rx2に対してのみ第2書込み信号Vw2を書込み、第2書込み信号Vw2が書込まれた第2検出電極Rx2に生じた静電容量の変化を示す第2読取り信号Vr2を読取り、静電容量の変化に基づいて入力位置情報を判断する。制御モジュールCMは、入力位置情報検出期間Ps2に、第2検出電極Rx2に書込む第2書込み信号Vw2と同一波形を有する電位調整信号Va(Va2)を第2書込み信号Vw2と同期して第2分割電極C2に書込む。
次に、表示動作期間Pd3には、ゲート線駆動回路GDからゲート線Gに制御信号を与え、ソース線駆動回路SDからソース線Sに映像信号Vsigを与え、共通電極駆動回路CDから第3分割電極C3にコモン電圧Vcomを与え、液晶表示パネルPNLを駆動する。表示動作期間Pd3に、第3分割電極C3を利用する複数の画素PXが駆動される。
その後、入力位置情報検出期間Ps3には、液晶表示パネルPNLへの制御信号、映像信号Vsig及びコモン電圧Vcom入力を休止し、センサSEを駆動する。センサSEを駆動する際、制御モジュールCMは、第3検出電極Rx3に対してのみ第3書込み信号Vw3を書込み、第3書込み信号Vw3が書込まれた第3検出電極Rx3に生じた静電容量の変化を示す第3読取り信号Vr3を読取り、静電容量の変化に基づいて入力位置情報を判断する。制御モジュールCMは、入力位置情報検出期間Ps3に、第3検出電極Rx3に書込む第3書込み信号Vw3と同一波形を有する電位調整信号Va(Va3)を第3書込み信号Vw3と同期して第3分割電極C3に書込む。
上記のように構成された第5の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法によれば、液晶表示装置DSPは、上記第1の実施形態の液晶表示装置と同様に形成されている。このため、本実施形態においても、上記第1の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
電位調整信号Vaは、単一の共通電極CEにではなく、複数に分断された各分割電極C(C1,C2,C3)に与えることができる。
これにより、電位調整信号Vaを、複数の分割電極Cのうち、書込み信号Vwが書込まれている検出電極Rxに対向した分割電極Cのみに書込むことができる。例えば、第1検出電極Rx1と第1分割電極C1との間に形成される寄生容量が除去される期間Ps1を設けることができるため、第1検出電極Rx1(センサSE)を一層良好に駆動することができ、入力位置情報を検出する精度のさらなる向上を図ることができる。
また、共通電極CEは、複数の分割電極Cに分断されて形成されている。これにより、次に挙げる2つの効果を得ることができる。
(1)共通電極CEの時定数を改善することができるため、センサSEを高速で走査することができ、センサSEの検出感度の向上を図ることができる。
(2)共通電極CEのCR(時定数)が小さくなり、消費電力が下がる。
上記のことから、入力位置情報の検出精度に優れた静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法を得ることができる。
(第5の実施形態の変形例)
次に、上記第5の実施形態に係る液晶表示装置DSPの駆動方法の変形例について詳細に説明する。図25は、上記第5の実施形態に係る駆動方法の変形例を説明するためのタイミングチャートであり、映像信号Vsig、コモン電圧Vcom、電位調整信号Va、書込み信号Vw及び読取り信号Vrを示す図である。
図25に示すように、入力位置情報検出期間Ps1に、電位調整信号Va(Va1,Va2)を、第1分割電極C1だけでなく、第1分割電極C1の片側に隣合う第2分割電極C2にも書込んでいる。
入力位置情報検出期間Ps2に、電位調整信号Va(Va1,Va2,Va3)を、第2分割電極C2だけでなく、第2分割電極C2の両側に隣合う第1分割電極C1及び第3分割電極C3にも書込んでいる。
入力位置情報検出期間Ps3に、電位調整信号Va(Va2,Va3)を、第3分割電極C3だけでなく、第3分割電極C3の片側に隣合う第2分割電極C2にも書込んでいる。
ここで、第1書込み信号Vw1、第2書込み信号Vw2、第3書込み信号Vw3、及び電位調整信号Va1,Va2,Va3は、同一波形を有している。
上記のように構成された第5の実施形態に係る液晶表示装置DSPの駆動方法の変形例においても、上記第5の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。また、この変形例では、例えば、第1検出電極Rx1と第1分割電極C1との間に形成される寄生容量が除去されるだけでなく第1検出電極Rx1と第2分割電極C2との間に形成される寄生容量も除去される期間Ps1を設けることができる。このため、第1検出電極Rx1(センサSE)を一層良好に駆動することができ、入力位置情報を検出する精度のさらなる向上を図ることができる。
(第6の実施形態)
次に、第6の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法について詳細に説明する。本実施形態に係る液晶表示装置DSPは、上記第1の実施形態に係る液晶表示装置と同様に形成されている。図26は、本実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSPの駆動方法を説明するための図であり、ゲート線Gに接続された制御スイッチング素子CSW1と、ソース線Sに接続された制御スイッチング素子CSW2とが全てオフにされている状態を示す図である。
図26に示すように、入力位置情報検出期間に、制御モジュールCMは、制御スイッチング素子CSW1及び制御スイッチング素子CSW2をそれぞれオフにし、ゲート線G及びソース線Sを電気的フローティング状態に切替えている。
上記のように構成された第6の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法によれば、液晶表示装置DSPは、上記第1の実施形態の液晶表示装置と同様に形成されている。このため、本実施形態においても、上記第1の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
入力位置情報検出期間に、ゲート線G及びソース線Sを電気的フローティング状態に切替えることができる。共通電極CEとゲート線Gの間、並びに共通電極CEとソース線Sの間に、それぞれ不所望に形成される寄生容量(浮遊容量)が低減される入力位置情報検出期間を設けることができる。すなわち、入力位置情報検出期間において、共通電極CEの抵抗を低減することができ、例えば、電位調整信号Vaによる共通電極CEの高速駆動が可能となる。このため、入力位置情報検出期間に、センサSEと共通電極CEとを良好に駆動することができ、入力位置情報を検出する精度の向上を図ることができる。
上記のことから、入力位置情報の検出精度に優れた静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法を得ることができる。
(第6の実施形態の変形例)
本変形例は、共通電極CEとソース線Sとの間に接続された制御スイッチング素子が液晶表示パネルPNLに付加されている点で、上記第6の実施形態に示した例と相違している。制御モジュールCMの制御の下、駆動ICチップIC1は、上記制御スイッチング素子をオン又はオフとし、共通電極CEとソース線Sとを導通状態又は非導通状態に切替えることができる。表示動作期間に、上記制御スイッチング素子はオフにされる。
例えば、入力位置情報検出期間に、上記制御スイッチング素子をオンにすることにより、共通電極CEとソース線Sとをショートさせ、共通電極CEとソース線Sとを同電位に設定することができる。例えば、電位調整信号Vaは、共通電極CEを通ってソース線Sに与えられる。
上記のことから、本変形例は、上記第6の実施形態と比べて、入力位置情報検出期間における共通電極CEの抵抗を一層低減することができる。
(第7の実施形態)
次に、第7の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法について詳細に説明する。本実施形態に係る液晶表示装置DSPは、上記第1の実施形態に係る液晶表示装置と同様に形成されている。図27は、本実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSPの駆動方法を説明するための図であり、ソース線Sに接続された制御スイッチング素子CSW2が全てオンにされている状態を示す図である。なお、ゲート線Gに接続された制御スイッチング素子CSW1は全てオフにされている。
図27に示すように、入力位置情報検出期間に、制御モジュールCMは、制御スイッチング素子CSW2を全てオンにさせる。
図28は、本実施形態に係る駆動方法を説明するためのタイミングチャートであり、映像信号Vsig、コモン電圧Vcom、電位調整信号Va、書込み信号及Vw及び読取り信号Vrを示す図である。図28に示すように、入力位置情報検出期間Psに、電位調整信号Vaを、電位調整信号Vaを共通電極CE(分割電極C)だけでなく全てのソース線Sにもそれぞれ同期して書込んでいる。
なお、上記第6の実施形態の変形例に示したように、共通電極CEとソース線Sとをショートした方が共通電極CEの抵抗が下がり、共通電極CEの高速駆動が可能である。
上記のように構成された第7の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法によれば、液晶表示装置DSPは、上記第1の実施形態の液晶表示装置と同様に形成されている。このため、本実施形態においても、上記第1の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
入力位置情報検出期間Psに、書込み信号Vwと同一波形を有する電位調整信号Vaを書込み信号Vwと同期して共通電極CEだけでなく、ソース線Sにも書込んでいる。これにより、検出電極Rxと共通電極CEとの間、共通電極CEとソース線Sとの間、にそれぞれ形成される寄生容量が除去される入力位置情報検出期間Psを設けることができる。すなわち、入力位置情報検出期間Psにおいて、共通電極CEの抵抗を低減することができ、例えば、電位調整信号Vaによる共通電極CEの高速駆動が可能となる。このため、センサSEと共通電極CEとを一層良好に駆動することができ、入力位置情報を検出する精度のさらなる向上を図ることができる。
上記のことから、入力位置情報の検出精度に優れた静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法を得ることができる。
(第7の実施形態の変形例1)
次に、上記第7の実施形態に係る液晶表示装置DSPの駆動方法の変形例1について詳細に説明する。入力位置情報検出期間Psに、制御モジュールCMは、制御スイッチング素子CSW2の替わりに制御スイッチング素子CSW1を全てオンにしてもよい。入力位置情報検出期間Psに、書込み信号Vwと同一波形を有する電位調整信号Vaを書込み信号Vwと同期して共通電極CEだけでなく、ゲート線Gに書込むことができる。これにより、検出電極Rxと共通電極CEとの間、共通電極CEとゲート線Gとの間、にそれぞれ形成される寄生容量が除去される入力位置情報検出期間Psを設けることができる。
(第7の実施形態の変形例2)
次に、上記第7の実施形態に係る液晶表示装置DSPの駆動方法の変形例2について詳細に説明する。入力位置情報検出期間Psに、制御モジュールCMは、制御スイッチング素子CSW2だけでなく制御スイッチング素子CSW1についても全てオンにしてもよい。入力位置情報検出期間Psに、書込み信号Vwと同一波形を有する電位調整信号Vaを書込み信号Vwと同期して共通電極CEだけでなく、ソース線S及びゲート線Gに書込むことができる。これにより、検出電極Rxと共通電極CEとの間、共通電極CEとソース線Sの間、共通電極CEとゲート線Gとの間、にそれぞれ形成される寄生容量が除去される入力位置情報検出期間Psを設けることができる。
(第8の実施形態)
次に、第8の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法について詳細に説明する。図29は、本実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSPの一部を示す回路図であり、静電容量型センサSE、マルチプレクサMU2及び複数の検出器DEを示す図である。
図29に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置DSPは、マルチプレクサMU2が付加されていることと、検出器DEの個数(規模)が低減されること以外、上記第1の実施形態に係る液晶表示装置と同様に形成されている。なお、各検出器DEは、図10Aに示した回路構成と対応している。例えば、マルチプレクサMU2及び複数の検出器DEは、図1に示した駆動ICチップIC2に設けられ、センサSEと制御モジュールCMとの間に接続されている。なお、マルチプレクサMU2及び複数の検出器DEは、制御モジュールCM等、駆動ICチップIC2以外の個所に設けられてもよい。
ここで、マルチプレクサMU2の検出方式に合わせて、共通電極CEは分割して形成されていた方が望ましい。
マルチプレクサMU2は、センサSEと複数の検出器DEとの間に接続されている。制御モジュールCMによる制御の下、マルチプレクサMU2は、複数の検出器DEから伝達される書込み信号Vwを分配して複数の検出電極Rxに書込む。また、マルチプレクサMU2は、複数の検出電極Rxから選択的に読取った読取り信号Vrを複数の検出器DEに伝達する。
マルチプレクサMU2としては、1/2マルチプレクサや1/3マルチプレクサ等、各種のマルチプレクサを利用することができる。例えば、マルチプレクサMU2に1/3マルチプレクサを利用する場合、検出器DEの個数は、リード線Lの本数(検出電極Rxの個数)の1/3である。
上記のように構成された第8の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法によれば、液晶表示装置DSPは、マルチプレクサMU2及び複数の検出器DEを除いて上記第1の実施形態の液晶表示装置と同様に形成されている。このため、本実施形態においても、上記第1の実施形態で得られる効果と同様の効果を得ることができる。
センサSEは、マルチプレクサMU2に接続されている。このため、検出電極Rxをマトリクス状に配置することにより、検出電極Rxの個数が多くなっても、検出器DEの個数を低減することができる。
上記のことから、入力位置情報の検出精度に優れた静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法を得ることができる。
(第9の実施形態)
次に、第9の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法について詳細に説明する。図30は、本実施形態に係る静電容量型センサSEの構成を概略的に示す平面図である。
図30に示すように、本実施形態に係る液晶表示装置DSPは、センサSEに複数の対向電極Txが付加されていることと、センサSEのレイアウトが異なること以外、上述した各実施形態に係る液晶表示装置と同様に形成されている。
検出電極Rxは、第1方向Xに並んで表示領域DA内に配置されている。検出電極Rxは、金属線のみで形成されている。図示した例では、検出電極Rxの各々は、第1方向Xに対して斜めに交差する波形状に形成されているが、その形状については図示した例に限らない。また、検出電極Rxは、非表示領域NDAに引き出され、OLBパッド群pG2に接続されている。検出電極Rxは、金属で線状に形成されている。
この実施形態においても、第1方向Xに隣接する検出電極Rxは、第1方向Xに等ピッチで並んでいた方が望ましい。また、第1方向Xの検出電極Rxのピッチは、第1方向Xの画素ピッチの整数倍である方が望ましい。ここで言う画素ピッチは、例えば図4に示す画素PXのピッチPuに相当する。
対向電極Txは、帯状に形成され、第1方向Xに略直線的に延在している。対向電極Txは、第2方向Yに間隔を置いて並べられている。対向電極Txは、複数の検出電極Rxと対向している。対向電極Txは、ITOやIZOなどの透明な導電材料によって形成されている。
センサSEはリード線Ltを有している。リード線Ltは、金属で形成され、非表示領域NDAに設けられている。リード線Ltは、対向電極TxとOLBパッド群pG2とに接続されている。
図31は、図30に示した静電容量型センサをXXXI−XXXI線で切断したときの構造を概略的に示す断面図である。図31に示すように、センサSEは、層間絶縁膜IIをさらに有している。層間絶縁膜IIは、対向電極Txと、金属線(検出電極Rx、リード線Lt)との間に設けられている。
この実施形態において、対向電極Txは、第2絶縁基板20の外面20A上に形成されている。層間絶縁膜IIは、対向電極Txが形成された第2絶縁基板20の外面20A上に形成されている。検出電極Rx及びリード線Ltは、層間絶縁膜IIが形成された第2絶縁基板20の外面20A上に形成されている。
上記のように構成された第9の実施形態に係る静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法によれば、センサSEは、第2方向Yに延在した検出電極Rxと、第1方向Xに延在し検出電極Rxに対向した対向電極Txと、を備えている。制御モジュールCMの制御の下、対向電極Txに書込み信号Vwを書込み、検出電極Rxから読取り信号Vrを読取ることができる。これにより、センサSEは、ミューチャル検出方式にて入力位置情報を判断することができる。
上記のことから、本実施形態においても、入力位置情報の検出精度に優れた静電容量型センサ付き液晶表示装置DSP及びその駆動方法を得ることができる。
本発明のいくつかの実施形態を説明したが、これらの実施形態は、例として提示したものであり、発明の範囲を限定することは意図していない。これら新規な実施形態は、その他の様々な形態で実施されることが可能であり、発明の要旨を逸脱しない範囲で、種々の省略、置き換え、変更を行うことができる。これら実施形態やその変形は、発明の範囲や要旨に含まれるとともに、特許請求の範囲に記載された発明とその均等の範囲に含まれる。
例えば、マトリクス状に設けられた複数の検出電極Rxは複数の検出電極群を形成していてもよい。複数の検出電極群は、それぞれ第2方向Yに並んだ複数の検出電極Rxを有し、第1方向Xに並べられている。制御モジュールCMの制御の下、ミューチャル検出方式にて読取り信号Vrを読取った後、各々の検出電極群から読取った複数の読取り信号Vrを1つの信号に束ねてもよい。従来から知られている技術を利用して信号を束ねることができる。
本発明の実施形態として上述した検出電極Rx、透明電極RE、ダミー電極DR、リード線L、ダミー線DL、層間絶縁膜II等を基にして、当業者が適宜設計変更して実施し得る全ての静電容量型センサも、本発明の要旨を包含する限り、本発明の範囲に属する。
また、分割電極Cは、第2方向Yに延在し、第1方向Xに間隔を置いて並べられていてもよい。
上述した実施形態では、表示装置及びその駆動方法として、液晶表示装置及びその駆動方法を例に開示した。しかし、実施形態に係る表示装置としては、有機EL(electroluminescent)表示装置、その他の自発光型表示装置、あるいは電気泳動素子等を有する電子ペーパ型表示装置等、あらゆるフラットパネル型の表示装置が挙げられる。また、中小型から大型まで、特に限定することなく適用が可能であることは言うまでもない。
DSP…液晶表示装置、PNL…液晶表示パネル、UP…単位画素、PX…画素、SUB1…第1基板、SUB2…第2基板、G…ゲート線、S…ソース線、CE…共通電極、C…分割電極、PSW…画素スイッチング素子、PE…画素電極、CSW1…制御スイッチング素子、CSW2…制御スイッチング素子、SE…静電容量型センサ、Rx…検出電極、RE…透明電極、DR…ダミー電極、L…リード線、LB…分岐線、DL…ダミー線、II…層間絶縁膜、CM…制御モジュール、IC1…駆動ICチップ、IC2…駆動ICチップ、MU2…マルチプレクサ、DE…検出器、DA…表示領域、NDA…非表示領域、X…第1方向、Y…第2方向、Vw…書込み信号、Vr…読取り信号、Va,Va1,Va2,Va3…電位調整信号、P1a,P2a,P3a,P4a,P1b,P2b,P3b,P4b,P1c,Pu…ピッチ、Pd,Pd1,Pd2,Pd3…表示動作期間、Ps,Ps1,Ps2,Ps3…入力位置情報検出期間。

Claims (17)

  1. 画像を表示する表示面を有した表示パネルと、
    前記表示パネルに設けられた静電容量型センサと、を備え、
    前記静電容量型センサは、
    互いに電気的に独立して前記表示面の上方に設けられ、静電容量の変化を検出するマトリクス状の複数の検出電極と、
    前記表示面の上方に設けられ、前記複数の検出電極に一対一で接続され、金属で形成された複数のリード線と、を有している静電容量型センサ付き表示装置。
  2. 前記複数のリード線に接続された制御モジュールをさらに備え、
    前記制御モジュールは、各々の前記検出電極に対して書込み信号を書込み、前記書込み信号が書込まれた各々の前記検出電極に生じた静電容量の変化を示す読取り信号を読取り、前記静電容量の変化に基づいて入力位置情報を判断する請求項1に記載の静電容量型センサ付き表示装置。
  3. 複数の検出器と、
    前記静電容量型センサと前記複数の検出器との間に接続されたマルチプレクサと、をさらに備え、
    前記マルチプレクサは、前記複数の検出器から伝達される前記書込み信号を分配して前記複数の検出電極に書込み、前記複数の検出電極から選択的に読取った前記読取り信号を前記複数の検出器に伝達する請求項2に記載の静電容量型センサ付き表示装置。
  4. 各々の前記検出電極は、透明な導電材料で形成された透明電極と、各々の前記リード線から分岐した複数の分岐線との集合体で形成され、
    前記複数の分岐線は、前記透明電極の真下に位置し、前記透明電極に接触している請求項1に記載の静電容量型センサ付き表示装置。
  5. 各々の前記検出電極は、透明な導電材料で形成された透明電極であり、
    前記静電容量型センサは、前記複数のリード線と前記複数の検出電極との間に設けられた層間絶縁膜をさらに有する請求項1に記載の静電容量型センサ付き表示装置。
  6. 前記静電容量型センサは、前記表示パネルの表示面の上方に設けられ金属で形成された複数のダミー線をさらに有している請求項1に記載の静電容量型センサ付き表示装置。
  7. 第1ピッチ、第2ピッチ及び第3ピッチは、同一であり、
    前記第1ピッチは、前記複数のリード線のピッチであり、
    前記第2ピッチは、前記複数のダミー線のピッチであり、
    前記第3ピッチは、前記複数のリード線及び複数のダミー線のうち互いに隣合うリード線及びダミー線のピッチである請求項6に記載の静電容量型センサ付き表示装置。
  8. 前記表示パネルは、マトリクス状に配置された複数の画素をさらに有し、
    第1ピッチ、第2ピッチ及び第3ピッチは、画素ピッチの整数倍であり、
    前記第1ピッチは、前記複数のリード線のピッチであり、
    前記第2ピッチは、前記複数のダミー線のピッチであり、
    前記第3ピッチは、前記複数のリード線及び複数のダミー線のうち互いに隣合うリード線及びダミー線のピッチである請求項6に記載の静電容量型センサ付き表示装置。
  9. 各々の前記検出電極は、透明な導電材料で形成された透明電極を有し、
    前記静電容量型センサは、前記表示パネルの表示面の上方に設けられ、前記複数の検出電極の複数の透明電極の間に位置し、透明な導電材料で形成された複数のダミー電極をさらに有している請求項1に記載の静電容量型センサ付き表示装置。
  10. 各々の前記検出電極は、各々の前記リード線から分岐した複数の分岐線である請求項1に記載の静電容量型センサ付き表示装置。
  11. 第1基板と画像を表示する表示面を有し前記第1基板に隙間を置いて対向配置された第2基板と複数の画素と前記第1基板又は第2基板に設けられ前記複数の画素で共用される共通電極とを有した表示パネルと、前記表示パネルに設けられた静電容量型センサと、を備え、各々の前記画素は前記第1基板に形成されゲート線及びソース線に接続された画素スイッチング素子と前記第1基板に形成され前記画素スイッチング素子に接続された画素電極とを有し、前記静電容量型センサは互いに電気的に独立して前記表示面の上方に設けられ静電容量の変化を検出するマトリクス状の複数の検出電極と前記表示面の上方に設けられ前記複数の検出電極に一対一で接続され金属で形成された複数のリード線とを有している、静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法において、
    表示動作期間に前記ゲート線に制御信号を与え前記ソース線に映像信号を与え前記表示パネルを駆動し、前記表示動作期間から外れた入力位置情報検出期間に前記表示パネルへの前記制御信号及び映像信号の入力を休止し前記静電容量型センサを駆動し、
    前記入力位置情報検出期間に、前記静電容量型センサに書込む書込み信号と同一波形を有する電位調整信号を前記書込み信号と同期して前記共通電極に書込む静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法。
  12. 前記共通電極は互いに分断された複数の分割電極を有している前記静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法において、
    前記入力位置情報検出期間に、前記電位調整信号を、前記複数の分割電極のうち、前記書込み信号が書込まれている前記検出電極に対向した分割電極のみに書込む請求項11に記載の静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法。
  13. 前記入力位置情報検出期間に、前記電位調整信号を、前記分割電極だけでなく、前記分割電極の片側に隣合うもう一つの分割電極、又は前記分割電極の両側に隣合う2つの他の分割電極にも書込む請求項12に記載の静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法。
  14. 前記入力位置情報検出期間に、前記電位調整信号を前記ソース線にさらに書込む請求項11に記載の静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法。
  15. 前記表示パネルは、前記第1基板に形成され前記ゲート線に接続されオンにされることで前記ゲート線への前記制御信号の書き込みを許可する第1制御スイッチング素子と、前記第1基板に形成され前記ソース線に接続されオンにされることで前記ソース線への前記映像信号の書き込みを許可する第2制御スイッチング素子と、をさらに有している前記静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法において、
    前記入力位置情報検出期間に、前記第1制御スイッチング素子及び第2制御スイッチング素子をそれぞれオフにし、前記ゲート線及びソース線を電気的フローティング状態に切替える請求項11に記載の静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法。
  16. 前記共通電極は第1方向に延在し前記第1方向に交差した第2方向に間隔を置いて並べられた複数の分割電極を有している前記静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法において、
    セルフ検出方式及びミューチャル検出方式の何れか一方に切替えて、前記静電容量の変化に基づいて入力位置情報を判断し、
    前記セルフ検出方式にて前記入力位置情報を判断する際、各々の前記検出電極に対して書込み信号を書込み、前記書込み信号が書込まれた各々の前記検出電極に生じた静電容量の変化を示す読取り信号を読取り、
    前記ミューチャル検出方式にて前記入力位置情報を判断する際、各々の前記分割電極に対して書込み信号を書込み、各々の前記検出電極に生じた静電容量の変化を示す読取り信号を読取る請求項11に記載の静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法。
  17. 前記複数の検出電極はそれぞれ前記第2方向に並んだ複数の検出電極を有し前記第1方向に並べられた複数の検出電極群を形成している前記静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法において、
    前記ミューチャル検出方式にて前記読取り信号を読取った後、各々の前記検出電極群から読取った複数の読取り信号を1つの信号に束ねる請求項16に記載の静電容量型センサ付き表示装置の駆動方法。
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