JP4893759B2 - 液晶表示装置 - Google Patents
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Description
タッチパネルは、液晶表示装置の画面上に示す指示内容を人の手または物体(たとえばスタイラスペン)で選択できるように液晶表示装置の表示面側に設置される。人の手または物体がタッチパネルに直接、接触すると、タッチパネルは手または物体が接触するパネル面内の位置を検出する。液晶表示装置は、接触が検出された位置に応じて指示された内容を入力信号として受け入れ、この入力信号に基づく動作を実行する。
抵抗膜方式において、液晶表示パネルとタッチパネルを一体化して形成することが検討されている。
その一方、センサギャップが余りに小さいと感度が高すぎる。そこで、抵抗膜式では、主にスペーサと高さ調整層の高低差で最適なセンサギャップが設定されている。
前記画素ごとの画素電極は、前記第1基板に形成され、表示時に映像信号が画素内のトランジスタを介して信号線から与えられる。
前記少なくとも1つの短絡切片は、前記第2基板に形成され、前記第1基板または前記第2基板の側からの押圧によって、隣接する2画素の2つの前記画素電極をショートする。
前記センサ駆動回路は、前記短絡切片が前記押圧によって接触する前記2つの画素電極のうち、一の画素電極と電気的に接続されている第1配線に電圧を印加し、他の画素電極と電気的に接続されている第2配線の電位変化を検出することでセンサ駆動制御を行う。
ここで、一例として画素電極が2つの場合を考える。2つの画素電極全てが短絡切片と接触している場合、第1配線から設定された電圧が、一方の画素電極、短絡切片、他方の画素電極を通って第2配線に伝達される。このため、フローティング状態の第2配線の電位に変化が生じる。
これに対し、2つの画素電極の1つでも短絡切片と非接触(接触センサがオフ)の場合、上記電圧が接触センサを介して伝達されない。そのため、第2配線の電位変化が生じない。
この異物が導電性の場合、電極間の接点が2点以上あると、その接点の数が多いほど、異物に起因したスイッチ不良(意図しない電極間ショート)の確率は小さい。なぜなら、全ての接点に導電性の異物が挟まっていないとスイッチがオンしないため、それ以外ではスイッチの正常動作は確保されるからである。
以下、次の順で説明を行う。
1.第1の実施の形態:基本構成
2.第2の実施の形態:具体例1
3.第3の実施の形態:具体例2
4.第4の実施の形態:具体例3(具体例2の制御変更例)
5.変形例
6.適用例(電子機器の実施例)
図1は、FFS(Field Fringe Switching)モードの液晶表示装置の概略的な断面図である。
図1に図解する液晶表示装置100は、液晶パネル200と、バックライト(不図示)と、液晶パネルやバックライトを駆動する駆動部(不図示)とを有する。
図1に示す液晶パネル200は、図の上側が「表示面側」、図の下側が「背面側」である。バックライトは背面側に液晶パネル200と近接配置される。
TFTアレイ基板202は、詳細は後述するが、画素電極、配線、トランジスタがマトリクス配置されている。これにより、液晶パネル200を、例えば表示面側から見ると複数の画素PIXがマトリクス配置される。画素は階調変化が可能な最小単位である。
カラーフィルタ基板201とTFTアレイ基板202のそれぞれに所定の機能層を積層して形成した後に、互いに対向して2枚の基板を配置し、その間に液晶を注入して封止することで、液晶層203が形成される。
多層絶縁膜207内に導電層、例えばトランジスタのプラグ208、あるいは、アルミニウム等の金属配線からなる信号線(不図示)が埋め込まれている。信号線は、後述するようにゲート電極(走査線)と直交する方向に長く配線されている。
多層絶縁膜207内に、図1に示すように、透明電極材料からなる共通電極222が埋め込まれている。共通電極222は画素ごとに分離されていてもよいが、少なくとも表示ラインに対応する画素行で一括して同一電位で駆動される。
第1実施形態の液晶表示装置100は、FFS(Field Fringe Switching)モードの液晶表示装置である。このため、図1に示すように、画素電極210は、短冊状にパターンニングされている。透明材料からなる画素電極210と、その周囲の何も光を遮る部材がない領域が「光透過領域」、ゲート電極や信号線209の配線、さらには、トランジスタTr等によって光の透過が遮られる領域が「遮光領域」と呼ばれる。
より詳細には、カラーフィルタ基板201は、例えばガラスなどの透明度が高い材料から形成され、その上にカラーフィルタ層220が形成されている。カラーフィルタ層220は、例えば赤(R)などの所定の色が染色されたフィルタ領域を有する。フィルタ領域の色は1画素に1色が指定され、その色配列は所定のパターンで決められている。例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色の配列を1単位として、この色配列がマトリクス状に繰り返されている。
フィルタ領域間に非フィルタ領域を設ける場合と、設けない場合がある。非フィルタ領域は遮光のためのブラックマトリクス領域としてもよいし、カラーフィルタ膜を局所的に除去した構成でもよい。
なお、画素短絡電極223は、3画素以上の画素で共通な構成としてもよく、その場合、適宜、適したパターン形状にて形成される。
スペーサ230は、望ましくは、2つの画素電極210と画素短絡電極223との接触箇所で最も大きく液晶層203が変形する(カラーフィルタ基板201が撓む)ように適宜、その配置箇所と大きさ(強度)が決められる。また、この箇所での基板の撓みの程度に応じて適当な高さ調整層211の高さ(基板対向方向の寸法)が決められる。
図2に図解する画素PIX_m,PIX_m+1の等価回路において、図1に図示して既に説明した構成を同一符号で示している。
ここで液晶層203をキャパシタ誘電体とするキャパシタの一方電極が画素電極210により形成され、他方電極が共通電極222により形成されている。
この液晶層203によるキャパシタでは電圧保持能力が不足する場合、図示のように保持容量Csが接続されている。保持容量Csは前述したとおり画素電極210、共通電極222、絶縁膜207より構成されている。
図2に示すように外から指などで押すときの圧力(押圧力)でオンし、圧力が解除されるとオフに復帰する。
2つのトランジスタTrのゲートはゲート制御線204に接続されている。不図示の垂直ドライバ等の走査回路からゲート制御線204を介してゲート電圧Vgateが供給される。トランジスタTrはゲート電圧Vgateの電位によって制御される。
また、書き込み回路301および読み出し回路302と画素アレイとの間に、映像信号Video(…,Video_m,Video_m+1,…)の供給タイミングを制御する水平セレクタ303が設けられている。水平セレクタ303は、通常、TFTトランジスタの形成プロセスによって液晶パネル200内に形成される。
水平セレクタ303は、映像信号Videoやプリチャージ電圧の供給時にオンする書込スイッチWswを有する。また、水平セレクタ303は、センサスイッチSWsのオン、オフの情報を信号線209から読み出し回路302に伝達させるときにオンする読出スイッチRswを有する。
このような実施形態の多様性については後述する。
以上の理由から、水平、垂直の各方向で、例えばR,G,Bの1色に対し、その色が割り当てられた画素ピッチの1倍以上の所定倍数ごとに図2の構成を配置するとよい。
図2に示す構成では、接触検出に当たって、書込みスイッチWswを介してVcom配線212と同極性の電位Vcomをセンサ出力の検出を行う信号線209_mの隣の209_m+1に予め与えておき、さらに反対極性の電圧xVcomを、センサ出力の検出を行う信号線209_mに予め与えておく。この電圧の設定を“プリチャージ”と呼ぶ。この後信号線209_m側の書込みスイッチWswはオフとし信号線209_mはxVcomレベルで電気的フローティング状態となる。
一方、センサスイッチSWsがオンしない場合、信号線209_mに電位変化は生じない。
これにより接触の有無(および、接触があった場合の位置)が検出可能である。
そのため、特に導電性の異物でセンサスイッチSWsの機能が発揮されない不良の確率が大幅に低減できる。
また、プリチャージ電圧の供給を隣の画素の信号線209から行うため、特別にプリチャージのためだけに配線が不要である。また、センサスイッチSWsそのものも、図1に示すように、2つの高さ調整層211を並べて、その2つの高さ調整層211の配置に対応した局部に画素短絡電極223を形成するだけで済む。したがって、センサスイッチSWsを1点接触式から2点接触式にしたことによる面積の増大は極力抑制されて、画素の表示特性にほとんど影響しないレベルである。
本実施の形態では、上記した第1の実施の形態の具体例を示す。
図3に、第2の実施の形態に関わる液晶表示装置の構成を示す。
図3に図解する液晶表示装置は、各表示ラインをなす画素の行(ロウ)ごとに、R,G,Bの色が繰り返され、同じ画素の列(カラム)では同色の色配列となっている。この色配列は、図1のカラーフィルタ層220で決められている。
より詳細には、映像信号Videoの供給線が複数M系統に分離され、M本の供給線に映像信号Videoが短い持続時間の線順次のパルス列として繰り返し与えられる。
読み出し回路302は、書き込み回路が配置された側と、画素アレイを挟んで反対の側に配置されている。このため、水平セレクタ303の機能の一部である読出スイッチRswが書込スイッチWswとは離れて配置されている。
読出スイッチRswは、センサ出力が得られるR画素に対応する信号線209_m+1にのみ接続されている。
一方、読出スイッチRswは読出し信号RDにより制御される。
これらセレクト信号および読み出し信号は、例えば、液晶パネル200の外に液晶表示装置100内に設けられたCPUやIC等から与えられる。
この2つの画素の2つの高さ調整層211に重ねて画素短絡電極223が配置され、センサスイッチSWsが形成されている。図3では、センサスイッチSWsが1行目のB画素とR画素でも同様に形成されている。ただし、列方向に複数画素おきにセンサスイッチSWsを配置することも許容される。
このようにスペーサ230の配置箇所の中央付近にセンサスイッチSWsを形成すると、この箇所で基板の撓みが最も大きいため好ましい。
ただし、画素配列に対するセンサやスペーサの配置は、図3に限定されるものではない。本実施例での特徴は信号線Sig上に書き込みスイッチWswの他にプリチャージ・スイッチPswが接続されている点であり、また読出スイッチRswはR画素に対応する信号線に接続されておりRead回路とR用信号線との接続を制御している。
図3では着目2画素に対応して、B画素の信号線209_mに接続されたプリチャージ・スイッチPsw1と、R画素の信号線209_m+1に接続されたプリチャージ・スイッチPsw2とを、符号を付して示している。
水平同期信号HDが時間T1で“L”に遷移することに応じて、図4(D)に示すように、共通電極222の電位(共通電圧Vcom)が“H”または“L”で確定する。共通電圧Vcomが水平期間(1H)ごとに“H”と“L”が反転される。このとき逆位相で、反転共通電圧xVcomが駆動される。図3(D)の時間T2のタイミングでは、共通電圧Vcomが“H”に確定された場合を例示している。
このプリチャージは“リードプリチャージ”と呼ばれ、時間T4まで続く。
続く時間T5にて、図4(E)に示すように、ゲート電圧Vgateが“H”で活性化する。そのため、トランジスタTr_m,Tr_m+1がオンする。
一方、外圧が無い、あるいは、検出感度より小さい場合、センサスイッチSWsがオフのままとなり、信号線209_mも“L”のフローティング状態を維持する。
このときB画素(PIX_m)が属するR,G,B画素トリオの信号線では、プリチャージ制御信号Pre1と共通電圧Vcomといった“H”同士の電位設定であるため電荷の充放電はほとんど発生しない。そのため、無駄な電力消費が抑制される。
一方、R画素(PIX_m+1)が属するR,G,B画素トリオのVcom配線212には、接触検出によって電位が“L”となっている場合もあるため、“H”の共通電圧Vcomの設定を行う必要がある。
その後、B画素書き込みパルスP(B)のみ持続し、その間に、映像信号の基準電位から所定の波高値のB画素信号が、表示ラインのB画素に一斉に書き込まれる。続いて、G画素書き込みパルスP(G)、R画素書き込みパルスP(R)が順番に与えられて、その間に、それぞれG画素信号、R画素信号が書き込まれる。
これによりR,G,Bの画素信号の電圧比に応じた色で、各画素トリオが発光する。
駆動回路では、第1の実施の形態と同様に、隣接する信号線をプリチャージ線として用いることが可能となる。そのため、画素配置で行方向に配線を増やす必要がなく、また、センサスイッチSWsも簡素な構成とすることができる。また、画素アレイの両側に水平セレクタ303を構成するスイッチを分散配置するため、スイッチ配置の行方向の余裕があり、回路設計が容易である。
本実施の形態では、前記した第1の実施の形態の他の具体例を示す。
図5に、第3の実施の形態に関わる液晶表示装置の構成を示す。
図5に図解する液晶表示装置が図3(第2の実施の形態)と異なるのは、プリチャージ・スイッチPswを、書込スイッチWswが兼用することである。
したがって、第3の実施の形態に関わる液晶表示装置は、その分、回路的な負担が軽くて済むという利点がある。他の構成は、図1〜図3と同一符号を付し、ここでの説明を省略する。
図6において時間T1〜時間T11の意味、つまり期間の始点や終点、さらには、電位確定や配線接続の意味は、図4と基本的に変わらない。
また、他の相違点として、セレクト信号でリードプリチャージを制御するため、映像信号Videoの供給線を用いていることである。
また、少なく後もリード期間の終了(時間T8)まではセレクト信号(selB)を活性化してセンサスイッチSWsに対する電荷供給経路を確保する必要がある。
時間T10以後の書き込みは、図4と同じである。
第3の実施形態の駆動回路では、書込スイッチWswがプリチャージ・スイッチPswを兼用するため回路構成が簡素である。その一方で、セレクト信号の制御による信号線の逆極性電圧駆動をリードプリチャージのために行う必要があるため、制御の複雑さや時間の面で図4の場合よりやや不利であり、充放電による電力消費も若干増える。
このように第2の実施形態と第3の実施形態では一長一短がある。
本実施の形態は、第3の実施の形態の変形例に該当する。
第4の実施の形態では、回路構成は第3の実施の形態(図5)と共通する。
図7が図6と異なる第1の点は、図7(C1)のリードプリチャージに映像信号Videoから与えられる信号線電位Sig_m+1を、共通電圧Vcomとは別電源の電源電圧VDDとしていることである。また、第2の相違点は、隣接する信号線電位Sig_mを、反転共通電圧xVcomとは別の基準電圧VSSとしていることである。
そのような場合、接触検出は電源振幅を用いて行い、その後、時間T8からVcom設定を行う変形も可能である。
上述した第1〜第4の実施形態では、いずれも、センサスイッチSWsの片側の電極が画素電極210であった。しかし、その必要は必ずしもない。
つまり、センサスイッチSWsの画素短絡電極223と異なるもう一方の電極は、画素電極210のような表示のための電荷を蓄積する電極とは別に、画素ごとに設けてよい。また、表示のためにトランジスタTrを制御するゲート制御線204、信号線209とは別に、センサ用の配線を設けてもよい。それらの配線を別途設けた場合、接続制御素子もトランジスタTrと別に設けてもよい。
図8は本発明が適用されたデジタルカメラを示し、(A)が正面図であり(B)が背面図である。
図8に図解するデジタルカメラ310は、保護カバー314内の撮像レンズ、フラッシュ用の発光部311、表示部313、コントロールスイッチ、メニュースイッチ、シャッター312等を有する。デジタルカメラ310は、上記第1〜第4の実施形態で説明したタッチセンサ付の表示パネルを有する表示装置を、表示部313に用いることにより作製される。
図9に図解するパーソナルコンピュータ340は、本体341に、文字等を入力するとき操作されるキーボード342を有し、本体カバーには画像を表示する表示部343を有する。パーソナルコンピュータ340は、上記第1〜第4の実施形態で説明したタッチセンサ付の表示パネルを有する表示装置を、表示部343に用いることにより作製される。
図10に図解する携帯端末装置330は、上側筐体331、下側筐体332、連結部(ここではヒンジ部)333、ディスプレイ334、サブディスプレイ335、ピクチャーライト336、カメラ337等を有する。携帯端末装置330は、上記第1〜第4の実施形態で説明したタッチセンサ付の表示パネルを有する表示装置を、ディスプレイ334やサブディスプレイ335に用いることにより作製される。
図11に図解するビデオカメラ320は、本体部321、前方を向いた側面に設けられた被写体撮影用のレンズ322、撮影時のスタート/ストップスイッチ323、モニター324等を有する。ビデオカメラ320は、上記第1〜第4の実施形態で説明したタッチセンサ付の表示パネルを有する表示装置を、モニター324に用いることにより作製される。
上記各種実施の形態では、近接(または隣接)する一方の信号線には電位を供給し他方の信号線は電気的にフローティング状態としておく。これにより、フローティング状態の信号線レベルの変化を検出することで対向電極と近接する2画素間の2点接触(または3画素以上の画素で、3点以上での接触)を検出が可能となる。
Claims (7)
- 第1基板と、
第2基板と、
前記第1基板と前記第2基板との間に形成されている液晶層と、
前記第1基板に形成され、表示時に映像信号が画素内のトランジスタを介して信号線から与えられる画素ごとの画素電極と、
前記第2基板に形成され、前記第1基板または前記第2基板の側からの押圧によって、隣接する2画素の2つの前記画素電極をショートする、少なくとも1つの短絡切片と、
前記短絡切片が前記押圧によって接触する前記2つの画素電極のうち、一の画素電極と電気的に接続されている第1配線に電圧を印加し、他の画素電極と電気的に接続されている第2配線の電位変化を検出することでセンサ駆動制御を行うセンサ駆動回路と、
を有する液晶表示装置。 - 前記センサ駆動回路は、
前記第1配線に電圧を印加する電圧設定部と、
前記第2配線を、前記電圧と電位差がある状態でフローティング状態にする配線制御部と、
前記フローティング状態の第2配線の電位変化から、前記2つの画素電極が前記短絡切片を介して電気的に接続されたことを読み出す読み出し部と、
を含む請求項1に記載の液晶表示装置。 - 前記画素ごとの画素電極との間で電位差が生じることによって前記液晶層を駆動する共通電極を有し、
前記センサ駆動回路は、前記電圧設定部によって前記共通電極を駆動する共通電圧と同じ電圧を前記第1配線に設定し、前記配線制御部によって前記共通電圧の反転電圧を前記第2配線に印加した後、当該第2配線をフローティング状態とする
請求項2に記載の液晶表示装置。 - 前記画素ごとの画素電極との間で電位差が生じることによって前記液晶層を駆動する共通電極を有し、
前記センサ駆動回路は、前記電圧設定部によって、前記共通電極を駆動する共通電圧と異なる同極性の第1電圧を前記第1配線に設定し、前記配線制御部によって、前記共通電圧の反転電圧と当該共通電圧との電位差よりも、前記第1電圧との電位差が小さい第2電圧を前記第2配線に印加した後、当該第2配線をフローティング状態とする
請求項2に記載の液晶表示装置。 - 前記第1配線と前記第2配線は、前記トランジスタを介して前記画素ごとの画素電極と接続される信号線である
請求項1から4の何れか一項に記載の液晶表示装置。 - 画素がマトリクス配置された画素アレイと、
複数M本の映像信号線からの映像信号の前記画素アレイへの供給を、M相駆動のスイッチ回路を介して制御する書き込み回路と、
を有し、
前記センサ駆動回路は、前記書き込み回路によって駆動される前記M本の映像信号線のうち、異なる2本の映像信号線の一方から、前記第1配線に対し前記電圧の供給を行うと共に、前記異なる2本の映像信号線の他方と接続されていた前記第2配線を、前記M相駆動のスイッチ回路によって前記書き込み回路から切り離すことでフローティング状態とし、当該フローティング状態の第2配線で、センサ電極間の接触に基づく電位変化を検出する
請求項5に記載の液晶表示装置。 - 前記センサ駆動回路は、前記センサ駆動制御に続いて表示書き込み制御を行う回路を兼用しており、
当該センサ駆動回路は、前記第1配線の電圧を、前記表示書き込み制御時の基準電圧として用いることとし、前記第2配線に対する前記基準電圧の設定を書き込みに先立って行う
請求項5または6に記載の液晶表示装置。
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