液晶装置
【課題】簡単な構成且つ確実な方向で表示及びデータ入力を可能とした液晶装置を提供することを目的とする。
【解決手段】少なくとも一方が可撓性である第１基板（１１）及び第２基板（１６）に挟持された液晶層（１７）と、第１及び第２基板に設けられた複数の電極とを備えた液晶セル（１０）と、電極に表示用の電圧を印加するための駆動手段と、電極における静電結合方式による容量変化を検出する第１検出手段（４０）と、第１又は第２透明基板が押圧されて静電容量の変化を前記電極により検出する第２検出手段（４０）、を有することを特徴とする液晶装置（２０）。
【解決手段】少なくとも一方が可撓性である第１基板（１１）及び第２基板（１６）に挟持された液晶層（１７）と、第１及び第２基板に設けられた複数の電極とを備えた液晶セル（１０）と、電極に表示用の電圧を印加するための駆動手段と、電極における静電結合方式による容量変化を検出する第１検出手段（４０）と、第１又は第２透明基板が押圧されて静電容量の変化を前記電極により検出する第２検出手段（４０）、を有することを特徴とする液晶装置（２０）。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶装置に関し、特に２つの検出手段を有する液晶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示用画素電極とデータ入力用電極を有する液晶表示装置が知られている（例えば、特許文献１）。このような液晶表示装置では、データ入力用のペンがデータ入力用電極に触れることによって、データ入力用電極からの信号がペンに接続されている信号ケーブルを介して座標決定処理回路等に送られて、ペンが指定した座標を決定することができるように構成されている。
【０００３】
しかしながら、データ入力用のために信号ケーブルが備えられたペンを必要とすることから、液晶表示装置を小型化することができないという不具合があった。
【０００４】
また、タッチセンサ一体型の液晶表示装置が知られている（例えば、特許文献２）。このような液晶表示装置では、液晶層を挟んで、第１のタッチ電極と第２のタッチ電極を対向する基板上に設け、ユーザが指で基板を押圧することによって、第１及び第２タッチ電極が接触して、押圧位置を特定するように構成されている。
【０００５】
一般に、液晶層の厚さを一定に保つためには液晶層内に粒状のスペーサを配置する場合があるが、第１及び第２タッチ電極が接触するために液晶層自体が撓むとスペーサが移動してしまって、スペーサが適切に働かないことから、柱状のスペーサをわざわざ配置して液晶層自体の撓みをある程度許可しながら、液晶層の厚みを一定に保つための工夫を施さなければならないという不具合があった。
【０００６】
さらに、表示面側の基板を柔軟性のある材料で形成し、所定の箇所が指等で押圧された場合に、液晶表示器のドライブ信号の波形の変化を検出して液晶表示器の押圧部分のＸＹ座標を検出することができる液晶表示器が知られている（例えば、特許文献３）。
【０００７】
しかしながら、ドライブ信号波形の変化を検出するためには、複雑な検出回路を備える必要があった。
【０００８】
【特許文献１】特許３３５８７４４号公報（図２）
【特許文献２】特開２００１−７５０７４号公報（図３）
【特許文献３】特開平６−１３０３６０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１０は、所謂タッチセンサ上の指の動きを示す図である。
【００１０】
通常、ユーザがタッチセンサの表示基板２の上で、所定の箇所（例えば、文字「Ｂ」の部分）を押そうとする場合、ユーザの指１は、最初所定の箇所近辺をなぞり（図１０（ａ）参照）、その後、位置を決めて所定箇所を押圧する傾向がある（図１０（ｂ）参照）。なお、ユーザの指１がなぞるやり方には、所定箇所を往復したり（例えば、図１０（ａ）の矢印Ａ）、円を書いたりする場合がある。
【００１１】
しかしながら、タッチセンサが、最初にユーザの指１がタッチセンサ上をなぞっている時に、指１の位置を検出してしまうと、誤検出となってしまう不具合もある。このような不具合は、静電容量タイプのタッチセンサ等において顕著である。
【００１２】
そこで、本発明では、上記問題点を解消することが可能な液晶装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明では、２つの検出手段を用いて、簡単な構成且つ確実な方法で表示及びデータ入力を可能とした液晶装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る液晶装置は、少なくとも一方が可撓性である第１基板及び第２基板に挟持された液晶層と、前記第１及び第２基板に設けられた複数の電極とを備えた液晶セルと、前記電極に表示用の電圧を印加するための駆動手段と、前記電極における静電結合方式による容量変化を検出する第１検出手段と、前記第１又は第２透明基板が押圧されて静電容量の変化を前記電極により検出する第２検出手段を有することを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記第１検出手段より出力される信号によって、前記液晶セルにおける位置情報を得ることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記第２検出手段より出力される信号によって、前記液晶セルにおける前記第１基板と前記第２基板との距離情報を得ることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記電極に電圧が印加される期間は、前記表示用の電圧を印加するための表示用駆動期間と、前記第１検出手段により前記電極に電圧が印加される第１検出用駆動期間と、前記第２検出手段より前記電極に電圧が出力される第２検出用駆動期間を含むことが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記表示用の電圧を印加する前記電極は表示用電極であり、前記第１検出手段より電圧が印加される前記電極はセンサ用電極であり、前記第２検出回路より電圧が印加される前記電極は押圧用電極であり、少なくとも、前記表示用電極と前記センサ用電極とは別に設けられた電極であることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記押圧用電極と前記センサ用電極は同じ電極であることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記押圧用電極と前記センサ用電極とは別々に設けられた電極であることが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記第１及び第２検出手段が静電容量の変化を検出した場合にユーザによる入力指示箇所を判別する制御部を更に有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る液晶装置によれば、第１検出手段と第２検出手段によって、表示と入力位置の特定を簡単な構成で確実に実現することが可能となった。なお、液晶装置１０では、第１透明電極１２及び第２透明電極を接触させるほど、第１及び第２透明基板１１及び１６を撓ませる必要がないことから、通常のスペーサ１８を用いることができ、第１及び第２透明基板１１及び１６間の厚みの保持について特別な工夫を考慮することが無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下図面を参照して、本発明に係る液晶装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００２４】
図１は、本発明に係る液晶装置に用いられる液晶セル１０の概略断面図である。
【００２５】
液晶セル１０は、視認側に配置された第１透明基板１１、第２透明基板１６、シール部材１９、第１及び第２透明基板１１及び１６間の間隔を保持するために複数配置されたスペーサ１８、第１及び第２透明基板１１及び１６とシール部材１９間に封入された液晶層１７等を有している。また、第１透明基板１１上には第１透明電極パターン１２及び第１配向膜１３が形成され、第２透明基板１６上には第２透明電極パターン１５及び第２配向膜１４が形成されている。なお、説明のために、縮尺が実際と異なる場合がある点に留意されたい。
【００２６】
液晶層１７には、一般的に用いられているＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶等が用いられる。
【００２７】
第１及び第２透明基板１１及び１６は、可撓性であって、厚さ１００μｍのポリカーボネイト樹脂によって形成されている。しかしながら、第１及び第２透明基板１１及び１６は、透明性及び可撓性を有していれば、ポリカーボネイトに限定されるものではなく、変性アクリル樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ノルボルテン樹脂、ガラス等であっても良く、また厚さも５０μｍ〜２５０μｍとすることができる。
【００２８】
第１及び第２透明電極パターン１２及び１５は、第１及び第２透明基板１１及び１６上に、それぞれスパッタリング法によって厚さ約０．０３μｍのＩＴＯから構成された透明導電膜を蒸着し、その後エッチングによって不要な部分を除去することによってパターン化されている。また、液晶装置１０では、第１及び第２透明電極パターン１２及び１５間に所定の電圧が印加されることによって、液晶層１７は透過モードと非透過モードに切換わるように構成されている。
【００２９】
図２は、透明電極パターンの一例を示す図である。
【００３０】
図２（ａ）は、第１透明電極パターン１２の一例を示している。図２（ａ）の例では、第１透明電極パターン１２は、「Ａ」の文字型をした第１セグメント電極１０１、「Ｂ」の文字型をした第２セグメント電極１０２、「Ｃ」の文字型をした第３セグメント電極１０３、第１セグメント電極への配線１１１、第２セグメント電極への配線１１２、第３セグメント電極への配線１１３、第１セグメント電極の周囲に設けられた第１センサ用電極１２１、第２セグメント電極の周囲に設けられた第２センサ用電極１２２、第３セグメント電極の周囲に設けられた第３センサ用電極１２３、第１センサ用電極への配線１３１、第２センサ用電極への配線１３２、及び第３センサ用電極への配線１３３等を有している。
【００３１】
また、第１センサ用電極１２１は、第１セグメント電極１０１の周囲に配置され、第１セグメント電極の面積より大きな面積を有するように構成されている。同様に、第２センサ用電極１２２は、第２セグメント電極１０２の周囲に配置され、第２セグメント電極の面積より大きな面積を有するように構成されている。さらに、第３センサ用電極１２３は、第３セグメント電極１０３の周囲に配置され、第３セグメント電極の面積より大きな面積を有するように構成されている。
【００３２】
図２（ｂ）は、第２透明電極パターン１５の一例を示している。図２（ｂ）の例では、第２透明電極パターン１５は、第１セグメント電極１０１に対向した位置に配置された第１対向電極２０１、第２セグメント電極１０２に対向した位置に配置された第２対向電極２０２、第３セグメント電極１０３に対向した位置に配置された第３対向電極２０３、及び各対向電極を接続する配線２１１、第１センサ用電極１２１に対向した位置に配置された第１センサ対向電極２２１、第２センサ用電極１２２に対向した位置に配置された第２センサ対向電極２２２、第３センサ用電極１２３に対向した位置に配置された第３センサ対向電極２２３、第１センサ対向電極２２１への配線２３１、第２センサ対向電極２２３への配線２３３、第３センサ対向電極２２３への配線２３３等を有するように構成されている。
【００３３】
第１対向電極２０１、第２対向電極２０２、第３対向電極２０３及び配線２１０には全て同一電位が印加され、コモン電極として機能している。
【００３４】
なお、図２に示すセグメント電極及び対向電極の個数、種類及び形状、センサ用電極及びセンサ対向電極の個数及び形状等は、一例であって、これに限定されるものでは無い。
【００３５】
図３は、図２に示すセンサ用電極及びセンサ対向電極と、指との間の静電容量を示す図である。
【００３６】
図３（ａ）は、ユーザの指１が、液晶装置１０の視認側に配置された第１透明基板１１上を軽くなぞっている状態を示している。図示されるように、ユーザの指１が、例えば、第１透明電極１２１の近傍に配置されると、ユーザの指１と第１センサ用電極１２１との間に静電容量Ｃｈが発生する。また、第１センサ用電極１２１と第１センサ対向電極２２１との間には静電容量ＣＬが存在している。このような状態で、静電容量Ｃｈを検出することによって、ユーザの指１が置かれている第１透明基板１１上の位置を検出することもできるが、ユーザの指１が第１透明基板１１上をなぞっている場合には、ユーザの指１の軌跡の近傍に配置されるセンサ用電極にそって、次々と検出を行ってしまい、本当にユーザが選択したい箇所のみを正確に検出することが出来ない場合が生じてしまう。
【００３７】
図３（ｂ）は、ユーザの指１が第１センサ用電極上を押圧した状態を示している。図示されるように、ユーザの指１が第１センサ用電極上を押圧した場合、ユーザの指１と第１センサ用電極１２１との間に静電容量Ｃｈが発生し、且つ可撓性の第１透明基板１１が撓むことによって、第１センサ用電極１２１及び第１センサ対向電極２２１間の距離が変化し、その間の静電容量がＣＬからＣＬ´に変化する。ここで、静電容量は電極間の距離に反比例することから、ＣＬ´＞ＣＬとなる。
【００３８】
本発明に係る液晶装置では、ユーザの指１が接近することによって誘導された静電容量Ｃｈの検出だけではなく、ユーザの指１が可撓性の第１透明基板１１を押圧することによる静電容量の変化（ＣＬ→ＣＬ´）を検出して初めて、ユーザによる入力指示があったものと判別して、ユーザの指１が置かれた箇所を検出するように構成している。よって、単に、ユーザの指１が、第１透明基板１１上をなぞっていても、誤検出することが無い。
【００３９】
図４は、本発明に係る液晶装置２０の概略構成を示す図である。
【００４０】
液晶装置２０は、液晶セル１０、第１電源電圧ＶＤＤ１、第１定電流電源２１、液晶セル１０に配置された第１センサ用電極１２１と指１との間に発生する静電容量Ｃｈ、静電容量Ｃｈと並列に配置された第１固定静電容量Ｃｓ１、第２電源電圧ＶＤＤ２、第２定電流電源２２、液晶セル１０に配置された第１センサ用電極１２１と第１センサ対向電極２２１との間に発生する静電容量ＣＬ（ＣＬ´）、静電容量ＣＬと並列に配置された第２固定静電容量Ｃｓ２、検出部４０（増幅回路２３、切替回路２４、スイッチＳＷ２５、比較回路２６、ＰＷＭユニット２７、タイマユニット２８、タイマユニット用の発振器２９、及びＣＰＵ等を含んで構成される制御部３０を含む）、及び各セグメント電極によって表示を行うための駆動回路（不図示）等から構成されている。
【００４１】
液晶装置２０では、静電容量結合方式による容量変化によって第１センサ用電極１２１上にユーザ指１が置かれたか否かの検出（第１の検出）、及び第１センサ用電極１２１上をユーザの指１が押圧したか否かの検出（第２の検出）を行う。また、ＶＤＤ１及びＶＤＤ２は、液晶層１７に印加される電位差Ｖｔｈに比べで十分に小さいことが、液晶の表示に影響を及ぼさないことから好ましい。さらに、図４に示した第１の検出及び第２の検出を行うための検出回路（４０）と、表示を行うための駆動回路とは、別々のＩＣとしても良いし、１つのＩＣの内に組み込むように構成しても良い。
【００４２】
制御部３０は、切替回路２４を制御して、静電容量Ｃｈの検出と、静電容量ＣＬからＣＬ´への変化の検出を、それぞれ繰り返し行う。制御部３０は、静電容量Ｃｈが検出された後に、静電容量ＣＬからＣＬ´に変化した場合に、ユーザが第１センサ用電極に対応するセグメントの入力指示（選択）を行ったものと判別する。
【００４３】
静電容量Ｃｈを検出する場合（第１の検出）、制御部３０による制御信号に基づいて、切替回路２４は、増幅回路２３の出力と比較回路２６とを接続する。第１センサ用電極１２１に対応する第１透明基板１１上にユーザの指１が置かれない場合には、第１定電流源２１で充電する合計の静電容量は第１固定静電容量Ｃｓ１のみであるが、ユーザの指１が置かれた場合には、前述した静電容量Ｃｈが存在することとなり、定電流源２１で充電する合計の静電容量は、Ｃｓ＋Ｃｈとなる。
【００４４】
最初ＳＷ２５はＯＦＦしており、第１固定静電容量Ｃｓ１の端子電圧はＯＶであって、比較回路２６の出力はＬＯＷである。すると、第１定電流源２１によって第１固定静電容量Ｃｓ１が充電されて、Ｃｓ１の端子電圧Ｖｉが上昇する。端子電圧Ｖｉは基準電圧Ｖｒｅｆと比較回路２６において常時比較されており、端子電圧Ｖｉが基準電圧Ｖｒｅｆ以上となると、比較回路２６の出力はＨＩＧＨとなる。比較回路２６の出力がＨＩＧＨとなることによって、ＳＷ２５がＯＮされるので、第１固定静電容量Ｃｓ１に充電された電荷はＳＷ２５を介して放電し、第１固定静電容量Ｃｓ１の端子電圧Ｖｉは０Ｖに復帰する。したがって、比較回路２６の出力は直にＬＯＷに戻ることとなる。即ち、比較回路２６は所定のタイミングで、ＬＯＷとＨＩＧの出力を繰り返し行うこととなる。
【００４５】
ＰＷＭユニット２７は、比較回路２６の出力がＬＯＷからＨＩＧＨに変化するまでの間隔に対応した幅のパルス幅を有する信号を出力する。タイマユニット２８は、発振器２９からの発振パルスに基づいて、ＰＷＭユニット２７が出力する信号のパルス幅に対応したパルス数を計測して、計測結果を制御部３０へ出力する。制御部３０では、計測結果に基づいて、第１センサ用電極１２１に対応する第１透明基板１１上にユーザの指が配置されたか否かの判断を行う。
【００４６】
図５は、Ｃｓの端子電圧Ｖｉの一例を示す図である。
【００４７】
図５（ａ）はユーザの指１が置かれ、合計の静電容量がＣｈ分だけ大きい場合を示し、図５（ｂ）はユーザの指１が置かれず、合計の静電容量が小さい場合を示している。図５（ａ）及び（ｂ）において、縦軸はＣｓの端子電圧Ｖｉを示し、横軸は時間Ｔを示している。
【００４８】
図に示すように、ユーザの指１が置かれた場合には、合計の静電容量が大きいため、比較回路２６の出力がＬＯＷからＨＩＧＨへ切り替わる期間Ｔ１が、ユーザの指１が置かれなかった場合の期間Ｔ２より長くなる。したがって、制御部３０は、タイマユニット２８からの計測結果に基づいて、ユーザの指１が第１センサ用電極１２１上に置かれたか否かを判別することが可能となる。
【００４９】
静電容量の変化（ＣＬ→ＣＬ´）を検出する場合（第２の検出）、制御部３０による制御信号に基づいて、切替回路２４は、第２固定静電容量Ｃｓ２の第２定電流電源２２側の端子を比較回路２６と接続する。第１センサ用電極１２１に対応する第１透明基板１１上をユーザの指１が押圧していない場合には、第２定電流源２２で充電する合計の静電容量はＣＬ＋Ｃｓ２であるが、ユーザの指１が押圧した場合には、第２定電流源２２で充電する合計の静電容量は、ＣＬ´＋Ｃｓ２となる。ここで、静電容量は電極間の距離に反比例することから、ＣＬ´＞ＣＬとなるので、ＣＬ´＋Ｃｓ２＞ＣＬ＋Ｃｓ２となる。
【００５０】
上述したように、ユーザの指１が押圧した場合には、合計の静電容量が大きいため（ＣＬ´＋Ｃｓ２）、比較回路２６の出力がＬＯＷからＨＩＧＨへ切り替わる期間Ｔ１が、ユーザの指１が押圧しなかった場合（ＣＬ＋Ｃｓ２）の期間Ｔ２より長くなる。したがって、制御部３０は、タイマユニット２８からの計測結果に基づいて、ユーザの指１が第１センサ用電極１２１上を押圧した否かを判別することが可能となる。
【００５１】
図４では、静電容量の変化（Ｃｓ１→Ｃｓ１＋Ｃｈ；ＣＬ＋Ｃｓ２→ＣＬ´＋Ｃｓ２）の検出を同じ検出部（スイッチ２５、比較回路２６、ＰＷＭユニット２７、タイマユニット２８、発振器２９及び制御部３０）により行っている。しかしながら、静電容量Ｃｈに比べて静電容量の変化（ＣＬ→ＣＬ´）が大きいため、増幅回路２３を用いている。
【００５２】
図６は、検出タイミングと液晶の駆動タイミングの一例を示す図である。
【００５３】
図６において、縦軸は、第１セグメント１０１と第１対向電極２０１（コモン電極）間に印加される電圧（Ｖ）を示し、横軸は時間（Ｔ）を示している。図６は、第１セグメント（文字「Ａ」）の部分を透過状態とする場合を示している。
【００５４】
第１の期間Ｔ１０では、最初に第１の検出として静電容量Ｃｈを検出する期間Ｔ１１が設けられ、次に第２の検出として静電容量の変化（ＣＬ→ＣＬ´）を検出する期間Ｔ１２が設けられ、次に液晶を駆動するための期間Ｔ１３が設けられている。期間Ｔ１３では、第１セグメント電極１０１にＯＦＦレベルの電圧が印加され、第１対向電極２０１にＯＮレベルの電圧が印加されている。期間Ｔ１１及びＴ１２では、微小な静電容量の変化を検出するため、第１センサ用電極１２１及び第１センサ対向電極２２１の近傍に配置される第１セグメント電極１０１及び第１対向電極２０１には共にＯＦＦレベルの電圧を印加するように構成した。例えば、第１の期間Ｔ１０及び第２の期間Ｔ２０を１６．６ｍＳ、期間Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２１及びＴ２２を２ｍＳと設定することができる。
【００５５】
第２の期間Ｔ２０では、液晶を駆動する期間Ｔ２３において、第１セグメント電極１０１にＯＮレベルの電圧が印加され、第１対向電極２０１にＯＦＦレベルの電圧が印加、即ち、第１セグメント電極１０１と第１対向電極２０１との間に交番電界が印加されるように構成されている。以下、第１の期間Ｔ１０と第２の期間Ｔ２０が繰り返し、実行される。ＯＮレベルの電圧とＯＦＦレベルの電圧との差が液晶層１７に印加される電位差Ｖｔｈとなる。
【００５６】
制御部３０は、期間Ｔ１１及びＴ２１において、切替回路２４を制御して、静電容量Ｃｈの検出を行い、機関Ｔ１２及び２２において、切替回路２４を制御して、静電容量の変化（ＣＬ→ＣＬ´）の検出を行い、静電容量Ｃｈの検出及び静電容量の変化（ＣＬ→ＣＬ´）の検出が共になされた場合に、第１センサ用電極１２１に対応した第１透明基板１１上にユーザの指１がある、即ちユーザが第１セグメントを選択したと判別する。
【００５７】
なお、図４に示す液晶装置２０では、ユーザによる第１セグメントの選択の検出を行うための部分についてのみを示しているが、実際には全てのセグメントに対して同様の検出が行われる。また、図４に示す液晶装置２０における第１の検出及び第２の検出の方法は一例であって、他の検出方法・検出回路を採用することも可能である。
【００５８】
上述したように、液晶装置２０では、例えば、所望のセグメント電極とコモン電極間に所定の交番電圧を印加して、電極間の液晶層の透過・非透過を制御することによってセグメントの表示を行い（パッシブ駆動）、セグメントが表示されている箇所をユーザが選択した場合には、第１の検出及び第２の検出によってユーザによる入力位置の特定を行うことが可能となった。このように、液晶装置２０では、液晶表示用の透明電極パターンにセンサ用電極を組み込むことによって、表示と入力位置の特定を簡単な構成で実現することが可能となった。なお、液晶装置２０では、第１透明電極１２及び第２透明電極を接触させるほど、第１及び第２透明基板１１及び１６を撓ませる必要がないことから、通常のスペーサ１８を用いることができ、第１及び第２透明基板１１及び１６間の厚みの保持について特別な工夫を考慮することが無い。
【００５９】
また、液晶装置２０では、第１基板１１及び第２基板１６を可撓性を有する材料で構成したが、必ずしも両方の基板を可撓性とする必要はなく、何れか一方のみであっても良い。
【００６０】
さらに、液晶装置２０において、表示を行うためにセグメント電極等に印加する印加電圧レベルと、第１及び第２の検出のために検出用の電極に印加する印加電圧レベルを同じにすれば、回路設計が容易となる。なお、その場合、第１及び第２の検出の時に、液晶が反転等する可能性があるが、後述する様に第１及び第２の検出期間は表示の為の駆動期間に比べて十分に短いので大きな問題とはならない。
【００６１】
図７は、透明電極パターンの他の例を示す図である。
【００６２】
図７（ａ）は液晶装置２０の第１透明電極パターン１２の代わりに利用することができる他の第１透明電極パターン１２´の一例を示し、図７（ｂ）は液晶装置２０の第２透明電極パターン１５の代わりに利用することができる他の第２透明電極パターン１５´の一例を示している。なお、図７（ａ）及び（ｂ）において、図２と同じ構成には同じ番号を付している。
【００６３】
図７（ａ）及び（ｂ）において、図２（ａ）及び（ｂ）と異なる点は、各センサ用電極１２１、１２２及び１２３にそれぞれ対向したセンサ対向電極を第２透明電極パターン１５´が有しておらず、代わりに、第１透明電極パターン１２´が第１押圧検出用電極１４０とそのための配線１４１を有し、第２透明電極パターン１５´が第２押圧検出用電極２４０とそのための配線２４１を有している点である。
【００６４】
前述したように、本発明に係る液晶装置２０では、ユーザの指１が第１透明基板１１上に置れたことによって誘導される静電容量Ｃｈの検出（第１の検出）と、ユーザの指１が第１透明基板１１を押圧したことによって変化する静電容量（ＣＬ→ＣＬ´）を検出（第２の検出）を行う。しかしながら、第１透明基板１１上のいずれかを押圧すると、第１基板１１全体が撓むので、複数のセンサ対向基板２２１、２２２及び２２３等を設けなくても、最低１組の押圧検出用の電極対があれば良い。そこで、図７の例では、第１押圧検出用電極１４０及び第２押圧検出用電極２４０を、図４に示す第１センサ用電極１２１と第１センサ対向電極２２１の代わりに利用して、ユーザの指１が第１透明基板１１を押圧したことによって変化する静電容量（ＣＬ→ＣＬ´）を検出するものである。
【００６５】
したがって、図２の例では、センサ対向電極をセグメント毎に配置する必要があったが、図７の例では、液晶装置２０全体で、第１押圧検出用電極１４０及び第２押圧検出用電極２４０を１つ設ければよいので、コストを低減させることが可能となる。なお、図７の例では、第１押圧検出用電極１４０及び第２押圧検出用電極２４０を１対だけ配置するようにしたが、セグメントが配置される表示領域の大小に応じて、第１押圧検出用電極１４０及び第２押圧検出用電極２４０を複数対、適当な位置に配置することも可能である。
【００６６】
図６の例では、第１の検出を行う期間Ｔ１１と第２の検出を行う期間Ｔ１２とを別々の期間としたが（タイムシェア）、図７に示すように、第１の検出を行うための電極（第１センサ電極１２１等）と第２の検出を行うための電極（第１押圧検出用電極１４０及び第２押圧用検出電極２４０）が異なる場合には、第１の検出及び第２の検出を行う期間をタイムシェアすることなく、同じ期間とすることが可能となる。
【００６７】
図８は、透明電極パターンの更に他の例を示す図である。
【００６８】
図８は液晶装置２０の第１透明パターン１２の代わりに利用することができる更に他の第１透明電極パターン１２´´を示している。また、図８に示す第１透明電極パターン１２´´に対応した第２透明電極パターン１５´´は、単にベタ電極であるので、図示していない。
【００６９】
図８に示す第１透明電極パターン１２´´と上述の第２透明電極パターン１５´´の例では、センサ用電極の代わりにセグメント用の電極（第１セグメント電極１０１等）を利用して前述した第１の検出を行い、センサ用電極とセンサ対向電極の代わりにセグメント電極（第１セグメント電極１０１等）と対向するベタ電極を利用して前述した第２の検出を行うものである。
【００７０】
図６に示すように、第１の検出を行い期間Ｔ１１と第２の検出を行う期間Ｔ１２とは別々の期間とされているので（タイムシェア）、別々の電極としなくても、検出を行うことが可能である。図８の例では、別個に、センサ電極とセンサ対向電極を設ける必要がなく、従前の効果に加えて、コストを下げることが可能となる。
【００７１】
図９は、透明電極パターンの更に他の例を示す図である。
【００７２】
図９（ａ）は液晶装置２０の第１透明パターン１２の代わりに利用することができる更に他の第１透明電極パターン１２´´´を示しており、図９（ｂ）は液晶装置２０の第２透明パターン１５の代わりに利用することができる更に他の第２透明電極パターン１５´´´を示している。
【００７３】
図６で説明したように、第１の検出を行う期間Ｔ１１、第２の検出を行う期間Ｔ１２、及び液晶を駆動するための期間Ｔ１３を別々とした場合には、図８に示す様に、全ての電極を１つで兼用することが可能となる。そこで、図９の例では、第１の透明電極パターン１２´´´に複数の走査電極を設け、第２の透明電極パターン１５´´´に複数の信号電極を設けて、液晶をマトリックス駆動する場合に、本発明を適用したものである。
【００７４】
図９の例では、走査電極１４０−１〜１４０−７と信号電極２４０−１〜２４０−７を利用して、文字「Ａ」の表示を行う場合を示している。図６で説明したように、第１の検出を行う期間Ｔ１１、第２の検出を行う期間Ｔ１２、及び液晶を駆動するための期間Ｔ１３を別々に設けた場合には、走査電極及び信号電極を用いて前述した第１の検出及び第２の検出を行い、例えば、文字「Ａ」を表示した部分にユーザの指が置かれたか否かの検出を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る液晶装置２０に用いられる液晶セル１０の概略断面図である。
【図２】透明電極パターンの一例を示す図である。
【図３】センサ用電極及びセンサ対向電極と指間の静電容量を示す図である。
【図４】本発明に係る液晶装置２０の概略構成を示す図である。
【図５】Ｃｓの端子電圧Ｖｉの一例を示す図である。
【図６】検出タイミングと液晶の駆動タイミングの一例を示す図である。
【図７】透明電極パターンの他の例を示す図である。
【図８】透明電極パターンの更に他の例を示す図である。
【図９】透明電極パターンの更に他の例を示す図である。
【図１０】透明基板上の指の動きの例を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 液晶セル
１１ 第１透明基板
１２、１２´、１２´´、１２´´´ 第１透明電極パターン
１５、１５´、１５´´、１５´´´ 第２透明電極パターン
１６ 第２透明基板
２０ 液晶装置
１０１、１０２、１０３ セグメント電極
１２１、１２２、１２３ センサ用電極
１４０ 第１押圧検出用電極
２０１、２０２、２０３ 対向電極
２２１、２２２、２２３ センサ対向電極
２４０ 第２押圧検出用電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、液晶装置に関し、特に２つの検出手段を有する液晶装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
表示用画素電極とデータ入力用電極を有する液晶表示装置が知られている（例えば、特許文献１）。このような液晶表示装置では、データ入力用のペンがデータ入力用電極に触れることによって、データ入力用電極からの信号がペンに接続されている信号ケーブルを介して座標決定処理回路等に送られて、ペンが指定した座標を決定することができるように構成されている。
【０００３】
しかしながら、データ入力用のために信号ケーブルが備えられたペンを必要とすることから、液晶表示装置を小型化することができないという不具合があった。
【０００４】
また、タッチセンサ一体型の液晶表示装置が知られている（例えば、特許文献２）。このような液晶表示装置では、液晶層を挟んで、第１のタッチ電極と第２のタッチ電極を対向する基板上に設け、ユーザが指で基板を押圧することによって、第１及び第２タッチ電極が接触して、押圧位置を特定するように構成されている。
【０００５】
一般に、液晶層の厚さを一定に保つためには液晶層内に粒状のスペーサを配置する場合があるが、第１及び第２タッチ電極が接触するために液晶層自体が撓むとスペーサが移動してしまって、スペーサが適切に働かないことから、柱状のスペーサをわざわざ配置して液晶層自体の撓みをある程度許可しながら、液晶層の厚みを一定に保つための工夫を施さなければならないという不具合があった。
【０００６】
さらに、表示面側の基板を柔軟性のある材料で形成し、所定の箇所が指等で押圧された場合に、液晶表示器のドライブ信号の波形の変化を検出して液晶表示器の押圧部分のＸＹ座標を検出することができる液晶表示器が知られている（例えば、特許文献３）。
【０００７】
しかしながら、ドライブ信号波形の変化を検出するためには、複雑な検出回路を備える必要があった。
【０００８】
【特許文献１】特許３３５８７４４号公報（図２）
【特許文献２】特開２００１−７５０７４号公報（図３）
【特許文献３】特開平６−１３０３６０号公報（図１）
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００９】
図１０は、所謂タッチセンサ上の指の動きを示す図である。
【００１０】
通常、ユーザがタッチセンサの表示基板２の上で、所定の箇所（例えば、文字「Ｂ」の部分）を押そうとする場合、ユーザの指１は、最初所定の箇所近辺をなぞり（図１０（ａ）参照）、その後、位置を決めて所定箇所を押圧する傾向がある（図１０（ｂ）参照）。なお、ユーザの指１がなぞるやり方には、所定箇所を往復したり（例えば、図１０（ａ）の矢印Ａ）、円を書いたりする場合がある。
【００１１】
しかしながら、タッチセンサが、最初にユーザの指１がタッチセンサ上をなぞっている時に、指１の位置を検出してしまうと、誤検出となってしまう不具合もある。このような不具合は、静電容量タイプのタッチセンサ等において顕著である。
【００１２】
そこで、本発明では、上記問題点を解消することが可能な液晶装置を提供することを目的とする。
【００１３】
また、本発明では、２つの検出手段を用いて、簡単な構成且つ確実な方法で表示及びデータ入力を可能とした液晶装置を提供することを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【００１４】
本発明に係る液晶装置は、少なくとも一方が可撓性である第１基板及び第２基板に挟持された液晶層と、前記第１及び第２基板に設けられた複数の電極とを備えた液晶セルと、前記電極に表示用の電圧を印加するための駆動手段と、前記電極における静電結合方式による容量変化を検出する第１検出手段と、前記第１又は第２透明基板が押圧されて静電容量の変化を前記電極により検出する第２検出手段を有することを特徴とする。
【００１５】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記第１検出手段より出力される信号によって、前記液晶セルにおける位置情報を得ることが好ましい。
【００１６】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記第２検出手段より出力される信号によって、前記液晶セルにおける前記第１基板と前記第２基板との距離情報を得ることが好ましい。
【００１７】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記電極に電圧が印加される期間は、前記表示用の電圧を印加するための表示用駆動期間と、前記第１検出手段により前記電極に電圧が印加される第１検出用駆動期間と、前記第２検出手段より前記電極に電圧が出力される第２検出用駆動期間を含むことが好ましい。
【００１８】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記表示用の電圧を印加する前記電極は表示用電極であり、前記第１検出手段より電圧が印加される前記電極はセンサ用電極であり、前記第２検出回路より電圧が印加される前記電極は押圧用電極であり、少なくとも、前記表示用電極と前記センサ用電極とは別に設けられた電極であることが好ましい。
【００１９】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記押圧用電極と前記センサ用電極は同じ電極であることが好ましい。
【００２０】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記押圧用電極と前記センサ用電極とは別々に設けられた電極であることが好ましい。
【００２１】
さらに、本発明に係る液晶装置では、前記第１及び第２検出手段が静電容量の変化を検出した場合にユーザによる入力指示箇所を判別する制御部を更に有することが好ましい。
【発明の効果】
【００２２】
本発明に係る液晶装置によれば、第１検出手段と第２検出手段によって、表示と入力位置の特定を簡単な構成で確実に実現することが可能となった。なお、液晶装置１０では、第１透明電極１２及び第２透明電極を接触させるほど、第１及び第２透明基板１１及び１６を撓ませる必要がないことから、通常のスペーサ１８を用いることができ、第１及び第２透明基板１１及び１６間の厚みの保持について特別な工夫を考慮することが無い。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２３】
以下図面を参照して、本発明に係る液晶装置について説明する。但し、本発明の技術的範囲はそれらの実施の形態に限定されず、特許請求の範囲に記載された発明とその均等物に及ぶ点に留意されたい。
【００２４】
図１は、本発明に係る液晶装置に用いられる液晶セル１０の概略断面図である。
【００２５】
液晶セル１０は、視認側に配置された第１透明基板１１、第２透明基板１６、シール部材１９、第１及び第２透明基板１１及び１６間の間隔を保持するために複数配置されたスペーサ１８、第１及び第２透明基板１１及び１６とシール部材１９間に封入された液晶層１７等を有している。また、第１透明基板１１上には第１透明電極パターン１２及び第１配向膜１３が形成され、第２透明基板１６上には第２透明電極パターン１５及び第２配向膜１４が形成されている。なお、説明のために、縮尺が実際と異なる場合がある点に留意されたい。
【００２６】
液晶層１７には、一般的に用いられているＴＮ（ツイステッドネマティック）液晶等が用いられる。
【００２７】
第１及び第２透明基板１１及び１６は、可撓性であって、厚さ１００μｍのポリカーボネイト樹脂によって形成されている。しかしながら、第１及び第２透明基板１１及び１６は、透明性及び可撓性を有していれば、ポリカーボネイトに限定されるものではなく、変性アクリル樹脂、ポリメタクリル樹脂、ポリエーテルサルフォン樹脂、ポリエチレンテレフタレート樹脂、ノルボルテン樹脂、ガラス等であっても良く、また厚さも５０μｍ〜２５０μｍとすることができる。
【００２８】
第１及び第２透明電極パターン１２及び１５は、第１及び第２透明基板１１及び１６上に、それぞれスパッタリング法によって厚さ約０．０３μｍのＩＴＯから構成された透明導電膜を蒸着し、その後エッチングによって不要な部分を除去することによってパターン化されている。また、液晶装置１０では、第１及び第２透明電極パターン１２及び１５間に所定の電圧が印加されることによって、液晶層１７は透過モードと非透過モードに切換わるように構成されている。
【００２９】
図２は、透明電極パターンの一例を示す図である。
【００３０】
図２（ａ）は、第１透明電極パターン１２の一例を示している。図２（ａ）の例では、第１透明電極パターン１２は、「Ａ」の文字型をした第１セグメント電極１０１、「Ｂ」の文字型をした第２セグメント電極１０２、「Ｃ」の文字型をした第３セグメント電極１０３、第１セグメント電極への配線１１１、第２セグメント電極への配線１１２、第３セグメント電極への配線１１３、第１セグメント電極の周囲に設けられた第１センサ用電極１２１、第２セグメント電極の周囲に設けられた第２センサ用電極１２２、第３セグメント電極の周囲に設けられた第３センサ用電極１２３、第１センサ用電極への配線１３１、第２センサ用電極への配線１３２、及び第３センサ用電極への配線１３３等を有している。
【００３１】
また、第１センサ用電極１２１は、第１セグメント電極１０１の周囲に配置され、第１セグメント電極の面積より大きな面積を有するように構成されている。同様に、第２センサ用電極１２２は、第２セグメント電極１０２の周囲に配置され、第２セグメント電極の面積より大きな面積を有するように構成されている。さらに、第３センサ用電極１２３は、第３セグメント電極１０３の周囲に配置され、第３セグメント電極の面積より大きな面積を有するように構成されている。
【００３２】
図２（ｂ）は、第２透明電極パターン１５の一例を示している。図２（ｂ）の例では、第２透明電極パターン１５は、第１セグメント電極１０１に対向した位置に配置された第１対向電極２０１、第２セグメント電極１０２に対向した位置に配置された第２対向電極２０２、第３セグメント電極１０３に対向した位置に配置された第３対向電極２０３、及び各対向電極を接続する配線２１１、第１センサ用電極１２１に対向した位置に配置された第１センサ対向電極２２１、第２センサ用電極１２２に対向した位置に配置された第２センサ対向電極２２２、第３センサ用電極１２３に対向した位置に配置された第３センサ対向電極２２３、第１センサ対向電極２２１への配線２３１、第２センサ対向電極２２３への配線２３３、第３センサ対向電極２２３への配線２３３等を有するように構成されている。
【００３３】
第１対向電極２０１、第２対向電極２０２、第３対向電極２０３及び配線２１０には全て同一電位が印加され、コモン電極として機能している。
【００３４】
なお、図２に示すセグメント電極及び対向電極の個数、種類及び形状、センサ用電極及びセンサ対向電極の個数及び形状等は、一例であって、これに限定されるものでは無い。
【００３５】
図３は、図２に示すセンサ用電極及びセンサ対向電極と、指との間の静電容量を示す図である。
【００３６】
図３（ａ）は、ユーザの指１が、液晶装置１０の視認側に配置された第１透明基板１１上を軽くなぞっている状態を示している。図示されるように、ユーザの指１が、例えば、第１透明電極１２１の近傍に配置されると、ユーザの指１と第１センサ用電極１２１との間に静電容量Ｃｈが発生する。また、第１センサ用電極１２１と第１センサ対向電極２２１との間には静電容量ＣＬが存在している。このような状態で、静電容量Ｃｈを検出することによって、ユーザの指１が置かれている第１透明基板１１上の位置を検出することもできるが、ユーザの指１が第１透明基板１１上をなぞっている場合には、ユーザの指１の軌跡の近傍に配置されるセンサ用電極にそって、次々と検出を行ってしまい、本当にユーザが選択したい箇所のみを正確に検出することが出来ない場合が生じてしまう。
【００３７】
図３（ｂ）は、ユーザの指１が第１センサ用電極上を押圧した状態を示している。図示されるように、ユーザの指１が第１センサ用電極上を押圧した場合、ユーザの指１と第１センサ用電極１２１との間に静電容量Ｃｈが発生し、且つ可撓性の第１透明基板１１が撓むことによって、第１センサ用電極１２１及び第１センサ対向電極２２１間の距離が変化し、その間の静電容量がＣＬからＣＬ´に変化する。ここで、静電容量は電極間の距離に反比例することから、ＣＬ´＞ＣＬとなる。
【００３８】
本発明に係る液晶装置では、ユーザの指１が接近することによって誘導された静電容量Ｃｈの検出だけではなく、ユーザの指１が可撓性の第１透明基板１１を押圧することによる静電容量の変化（ＣＬ→ＣＬ´）を検出して初めて、ユーザによる入力指示があったものと判別して、ユーザの指１が置かれた箇所を検出するように構成している。よって、単に、ユーザの指１が、第１透明基板１１上をなぞっていても、誤検出することが無い。
【００３９】
図４は、本発明に係る液晶装置２０の概略構成を示す図である。
【００４０】
液晶装置２０は、液晶セル１０、第１電源電圧ＶＤＤ１、第１定電流電源２１、液晶セル１０に配置された第１センサ用電極１２１と指１との間に発生する静電容量Ｃｈ、静電容量Ｃｈと並列に配置された第１固定静電容量Ｃｓ１、第２電源電圧ＶＤＤ２、第２定電流電源２２、液晶セル１０に配置された第１センサ用電極１２１と第１センサ対向電極２２１との間に発生する静電容量ＣＬ（ＣＬ´）、静電容量ＣＬと並列に配置された第２固定静電容量Ｃｓ２、検出部４０（増幅回路２３、切替回路２４、スイッチＳＷ２５、比較回路２６、ＰＷＭユニット２７、タイマユニット２８、タイマユニット用の発振器２９、及びＣＰＵ等を含んで構成される制御部３０を含む）、及び各セグメント電極によって表示を行うための駆動回路（不図示）等から構成されている。
【００４１】
液晶装置２０では、静電容量結合方式による容量変化によって第１センサ用電極１２１上にユーザ指１が置かれたか否かの検出（第１の検出）、及び第１センサ用電極１２１上をユーザの指１が押圧したか否かの検出（第２の検出）を行う。また、ＶＤＤ１及びＶＤＤ２は、液晶層１７に印加される電位差Ｖｔｈに比べで十分に小さいことが、液晶の表示に影響を及ぼさないことから好ましい。さらに、図４に示した第１の検出及び第２の検出を行うための検出回路（４０）と、表示を行うための駆動回路とは、別々のＩＣとしても良いし、１つのＩＣの内に組み込むように構成しても良い。
【００４２】
制御部３０は、切替回路２４を制御して、静電容量Ｃｈの検出と、静電容量ＣＬからＣＬ´への変化の検出を、それぞれ繰り返し行う。制御部３０は、静電容量Ｃｈが検出された後に、静電容量ＣＬからＣＬ´に変化した場合に、ユーザが第１センサ用電極に対応するセグメントの入力指示（選択）を行ったものと判別する。
【００４３】
静電容量Ｃｈを検出する場合（第１の検出）、制御部３０による制御信号に基づいて、切替回路２４は、増幅回路２３の出力と比較回路２６とを接続する。第１センサ用電極１２１に対応する第１透明基板１１上にユーザの指１が置かれない場合には、第１定電流源２１で充電する合計の静電容量は第１固定静電容量Ｃｓ１のみであるが、ユーザの指１が置かれた場合には、前述した静電容量Ｃｈが存在することとなり、定電流源２１で充電する合計の静電容量は、Ｃｓ＋Ｃｈとなる。
【００４４】
最初ＳＷ２５はＯＦＦしており、第１固定静電容量Ｃｓ１の端子電圧はＯＶであって、比較回路２６の出力はＬＯＷである。すると、第１定電流源２１によって第１固定静電容量Ｃｓ１が充電されて、Ｃｓ１の端子電圧Ｖｉが上昇する。端子電圧Ｖｉは基準電圧Ｖｒｅｆと比較回路２６において常時比較されており、端子電圧Ｖｉが基準電圧Ｖｒｅｆ以上となると、比較回路２６の出力はＨＩＧＨとなる。比較回路２６の出力がＨＩＧＨとなることによって、ＳＷ２５がＯＮされるので、第１固定静電容量Ｃｓ１に充電された電荷はＳＷ２５を介して放電し、第１固定静電容量Ｃｓ１の端子電圧Ｖｉは０Ｖに復帰する。したがって、比較回路２６の出力は直にＬＯＷに戻ることとなる。即ち、比較回路２６は所定のタイミングで、ＬＯＷとＨＩＧの出力を繰り返し行うこととなる。
【００４５】
ＰＷＭユニット２７は、比較回路２６の出力がＬＯＷからＨＩＧＨに変化するまでの間隔に対応した幅のパルス幅を有する信号を出力する。タイマユニット２８は、発振器２９からの発振パルスに基づいて、ＰＷＭユニット２７が出力する信号のパルス幅に対応したパルス数を計測して、計測結果を制御部３０へ出力する。制御部３０では、計測結果に基づいて、第１センサ用電極１２１に対応する第１透明基板１１上にユーザの指が配置されたか否かの判断を行う。
【００４６】
図５は、Ｃｓの端子電圧Ｖｉの一例を示す図である。
【００４７】
図５（ａ）はユーザの指１が置かれ、合計の静電容量がＣｈ分だけ大きい場合を示し、図５（ｂ）はユーザの指１が置かれず、合計の静電容量が小さい場合を示している。図５（ａ）及び（ｂ）において、縦軸はＣｓの端子電圧Ｖｉを示し、横軸は時間Ｔを示している。
【００４８】
図に示すように、ユーザの指１が置かれた場合には、合計の静電容量が大きいため、比較回路２６の出力がＬＯＷからＨＩＧＨへ切り替わる期間Ｔ１が、ユーザの指１が置かれなかった場合の期間Ｔ２より長くなる。したがって、制御部３０は、タイマユニット２８からの計測結果に基づいて、ユーザの指１が第１センサ用電極１２１上に置かれたか否かを判別することが可能となる。
【００４９】
静電容量の変化（ＣＬ→ＣＬ´）を検出する場合（第２の検出）、制御部３０による制御信号に基づいて、切替回路２４は、第２固定静電容量Ｃｓ２の第２定電流電源２２側の端子を比較回路２６と接続する。第１センサ用電極１２１に対応する第１透明基板１１上をユーザの指１が押圧していない場合には、第２定電流源２２で充電する合計の静電容量はＣＬ＋Ｃｓ２であるが、ユーザの指１が押圧した場合には、第２定電流源２２で充電する合計の静電容量は、ＣＬ´＋Ｃｓ２となる。ここで、静電容量は電極間の距離に反比例することから、ＣＬ´＞ＣＬとなるので、ＣＬ´＋Ｃｓ２＞ＣＬ＋Ｃｓ２となる。
【００５０】
上述したように、ユーザの指１が押圧した場合には、合計の静電容量が大きいため（ＣＬ´＋Ｃｓ２）、比較回路２６の出力がＬＯＷからＨＩＧＨへ切り替わる期間Ｔ１が、ユーザの指１が押圧しなかった場合（ＣＬ＋Ｃｓ２）の期間Ｔ２より長くなる。したがって、制御部３０は、タイマユニット２８からの計測結果に基づいて、ユーザの指１が第１センサ用電極１２１上を押圧した否かを判別することが可能となる。
【００５１】
図４では、静電容量の変化（Ｃｓ１→Ｃｓ１＋Ｃｈ；ＣＬ＋Ｃｓ２→ＣＬ´＋Ｃｓ２）の検出を同じ検出部（スイッチ２５、比較回路２６、ＰＷＭユニット２７、タイマユニット２８、発振器２９及び制御部３０）により行っている。しかしながら、静電容量Ｃｈに比べて静電容量の変化（ＣＬ→ＣＬ´）が大きいため、増幅回路２３を用いている。
【００５２】
図６は、検出タイミングと液晶の駆動タイミングの一例を示す図である。
【００５３】
図６において、縦軸は、第１セグメント１０１と第１対向電極２０１（コモン電極）間に印加される電圧（Ｖ）を示し、横軸は時間（Ｔ）を示している。図６は、第１セグメント（文字「Ａ」）の部分を透過状態とする場合を示している。
【００５４】
第１の期間Ｔ１０では、最初に第１の検出として静電容量Ｃｈを検出する期間Ｔ１１が設けられ、次に第２の検出として静電容量の変化（ＣＬ→ＣＬ´）を検出する期間Ｔ１２が設けられ、次に液晶を駆動するための期間Ｔ１３が設けられている。期間Ｔ１３では、第１セグメント電極１０１にＯＦＦレベルの電圧が印加され、第１対向電極２０１にＯＮレベルの電圧が印加されている。期間Ｔ１１及びＴ１２では、微小な静電容量の変化を検出するため、第１センサ用電極１２１及び第１センサ対向電極２２１の近傍に配置される第１セグメント電極１０１及び第１対向電極２０１には共にＯＦＦレベルの電圧を印加するように構成した。例えば、第１の期間Ｔ１０及び第２の期間Ｔ２０を１６．６ｍＳ、期間Ｔ１１、Ｔ１２、Ｔ２１及びＴ２２を２ｍＳと設定することができる。
【００５５】
第２の期間Ｔ２０では、液晶を駆動する期間Ｔ２３において、第１セグメント電極１０１にＯＮレベルの電圧が印加され、第１対向電極２０１にＯＦＦレベルの電圧が印加、即ち、第１セグメント電極１０１と第１対向電極２０１との間に交番電界が印加されるように構成されている。以下、第１の期間Ｔ１０と第２の期間Ｔ２０が繰り返し、実行される。ＯＮレベルの電圧とＯＦＦレベルの電圧との差が液晶層１７に印加される電位差Ｖｔｈとなる。
【００５６】
制御部３０は、期間Ｔ１１及びＴ２１において、切替回路２４を制御して、静電容量Ｃｈの検出を行い、機関Ｔ１２及び２２において、切替回路２４を制御して、静電容量の変化（ＣＬ→ＣＬ´）の検出を行い、静電容量Ｃｈの検出及び静電容量の変化（ＣＬ→ＣＬ´）の検出が共になされた場合に、第１センサ用電極１２１に対応した第１透明基板１１上にユーザの指１がある、即ちユーザが第１セグメントを選択したと判別する。
【００５７】
なお、図４に示す液晶装置２０では、ユーザによる第１セグメントの選択の検出を行うための部分についてのみを示しているが、実際には全てのセグメントに対して同様の検出が行われる。また、図４に示す液晶装置２０における第１の検出及び第２の検出の方法は一例であって、他の検出方法・検出回路を採用することも可能である。
【００５８】
上述したように、液晶装置２０では、例えば、所望のセグメント電極とコモン電極間に所定の交番電圧を印加して、電極間の液晶層の透過・非透過を制御することによってセグメントの表示を行い（パッシブ駆動）、セグメントが表示されている箇所をユーザが選択した場合には、第１の検出及び第２の検出によってユーザによる入力位置の特定を行うことが可能となった。このように、液晶装置２０では、液晶表示用の透明電極パターンにセンサ用電極を組み込むことによって、表示と入力位置の特定を簡単な構成で実現することが可能となった。なお、液晶装置２０では、第１透明電極１２及び第２透明電極を接触させるほど、第１及び第２透明基板１１及び１６を撓ませる必要がないことから、通常のスペーサ１８を用いることができ、第１及び第２透明基板１１及び１６間の厚みの保持について特別な工夫を考慮することが無い。
【００５９】
また、液晶装置２０では、第１基板１１及び第２基板１６を可撓性を有する材料で構成したが、必ずしも両方の基板を可撓性とする必要はなく、何れか一方のみであっても良い。
【００６０】
さらに、液晶装置２０において、表示を行うためにセグメント電極等に印加する印加電圧レベルと、第１及び第２の検出のために検出用の電極に印加する印加電圧レベルを同じにすれば、回路設計が容易となる。なお、その場合、第１及び第２の検出の時に、液晶が反転等する可能性があるが、後述する様に第１及び第２の検出期間は表示の為の駆動期間に比べて十分に短いので大きな問題とはならない。
【００６１】
図７は、透明電極パターンの他の例を示す図である。
【００６２】
図７（ａ）は液晶装置２０の第１透明電極パターン１２の代わりに利用することができる他の第１透明電極パターン１２´の一例を示し、図７（ｂ）は液晶装置２０の第２透明電極パターン１５の代わりに利用することができる他の第２透明電極パターン１５´の一例を示している。なお、図７（ａ）及び（ｂ）において、図２と同じ構成には同じ番号を付している。
【００６３】
図７（ａ）及び（ｂ）において、図２（ａ）及び（ｂ）と異なる点は、各センサ用電極１２１、１２２及び１２３にそれぞれ対向したセンサ対向電極を第２透明電極パターン１５´が有しておらず、代わりに、第１透明電極パターン１２´が第１押圧検出用電極１４０とそのための配線１４１を有し、第２透明電極パターン１５´が第２押圧検出用電極２４０とそのための配線２４１を有している点である。
【００６４】
前述したように、本発明に係る液晶装置２０では、ユーザの指１が第１透明基板１１上に置れたことによって誘導される静電容量Ｃｈの検出（第１の検出）と、ユーザの指１が第１透明基板１１を押圧したことによって変化する静電容量（ＣＬ→ＣＬ´）を検出（第２の検出）を行う。しかしながら、第１透明基板１１上のいずれかを押圧すると、第１基板１１全体が撓むので、複数のセンサ対向基板２２１、２２２及び２２３等を設けなくても、最低１組の押圧検出用の電極対があれば良い。そこで、図７の例では、第１押圧検出用電極１４０及び第２押圧検出用電極２４０を、図４に示す第１センサ用電極１２１と第１センサ対向電極２２１の代わりに利用して、ユーザの指１が第１透明基板１１を押圧したことによって変化する静電容量（ＣＬ→ＣＬ´）を検出するものである。
【００６５】
したがって、図２の例では、センサ対向電極をセグメント毎に配置する必要があったが、図７の例では、液晶装置２０全体で、第１押圧検出用電極１４０及び第２押圧検出用電極２４０を１つ設ければよいので、コストを低減させることが可能となる。なお、図７の例では、第１押圧検出用電極１４０及び第２押圧検出用電極２４０を１対だけ配置するようにしたが、セグメントが配置される表示領域の大小に応じて、第１押圧検出用電極１４０及び第２押圧検出用電極２４０を複数対、適当な位置に配置することも可能である。
【００６６】
図６の例では、第１の検出を行う期間Ｔ１１と第２の検出を行う期間Ｔ１２とを別々の期間としたが（タイムシェア）、図７に示すように、第１の検出を行うための電極（第１センサ電極１２１等）と第２の検出を行うための電極（第１押圧検出用電極１４０及び第２押圧用検出電極２４０）が異なる場合には、第１の検出及び第２の検出を行う期間をタイムシェアすることなく、同じ期間とすることが可能となる。
【００６７】
図８は、透明電極パターンの更に他の例を示す図である。
【００６８】
図８は液晶装置２０の第１透明パターン１２の代わりに利用することができる更に他の第１透明電極パターン１２´´を示している。また、図８に示す第１透明電極パターン１２´´に対応した第２透明電極パターン１５´´は、単にベタ電極であるので、図示していない。
【００６９】
図８に示す第１透明電極パターン１２´´と上述の第２透明電極パターン１５´´の例では、センサ用電極の代わりにセグメント用の電極（第１セグメント電極１０１等）を利用して前述した第１の検出を行い、センサ用電極とセンサ対向電極の代わりにセグメント電極（第１セグメント電極１０１等）と対向するベタ電極を利用して前述した第２の検出を行うものである。
【００７０】
図６に示すように、第１の検出を行い期間Ｔ１１と第２の検出を行う期間Ｔ１２とは別々の期間とされているので（タイムシェア）、別々の電極としなくても、検出を行うことが可能である。図８の例では、別個に、センサ電極とセンサ対向電極を設ける必要がなく、従前の効果に加えて、コストを下げることが可能となる。
【００７１】
図９は、透明電極パターンの更に他の例を示す図である。
【００７２】
図９（ａ）は液晶装置２０の第１透明パターン１２の代わりに利用することができる更に他の第１透明電極パターン１２´´´を示しており、図９（ｂ）は液晶装置２０の第２透明パターン１５の代わりに利用することができる更に他の第２透明電極パターン１５´´´を示している。
【００７３】
図６で説明したように、第１の検出を行う期間Ｔ１１、第２の検出を行う期間Ｔ１２、及び液晶を駆動するための期間Ｔ１３を別々とした場合には、図８に示す様に、全ての電極を１つで兼用することが可能となる。そこで、図９の例では、第１の透明電極パターン１２´´´に複数の走査電極を設け、第２の透明電極パターン１５´´´に複数の信号電極を設けて、液晶をマトリックス駆動する場合に、本発明を適用したものである。
【００７４】
図９の例では、走査電極１４０−１〜１４０−７と信号電極２４０−１〜２４０−７を利用して、文字「Ａ」の表示を行う場合を示している。図６で説明したように、第１の検出を行う期間Ｔ１１、第２の検出を行う期間Ｔ１２、及び液晶を駆動するための期間Ｔ１３を別々に設けた場合には、走査電極及び信号電極を用いて前述した第１の検出及び第２の検出を行い、例えば、文字「Ａ」を表示した部分にユーザの指が置かれたか否かの検出を行うことが可能となる。
【図面の簡単な説明】
【００７５】
【図１】本発明に係る液晶装置２０に用いられる液晶セル１０の概略断面図である。
【図２】透明電極パターンの一例を示す図である。
【図３】センサ用電極及びセンサ対向電極と指間の静電容量を示す図である。
【図４】本発明に係る液晶装置２０の概略構成を示す図である。
【図５】Ｃｓの端子電圧Ｖｉの一例を示す図である。
【図６】検出タイミングと液晶の駆動タイミングの一例を示す図である。
【図７】透明電極パターンの他の例を示す図である。
【図８】透明電極パターンの更に他の例を示す図である。
【図９】透明電極パターンの更に他の例を示す図である。
【図１０】透明基板上の指の動きの例を示す図である。
【符号の説明】
【００７６】
１０ 液晶セル
１１ 第１透明基板
１２、１２´、１２´´、１２´´´ 第１透明電極パターン
１５、１５´、１５´´、１５´´´ 第２透明電極パターン
１６ 第２透明基板
２０ 液晶装置
１０１、１０２、１０３ セグメント電極
１２１、１２２、１２３ センサ用電極
１４０ 第１押圧検出用電極
２０１、２０２、２０３ 対向電極
２２１、２２２、２２３ センサ対向電極
２４０ 第２押圧検出用電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
少なくとも一方が可撓性である第１基板及び第２基板に挟持された液晶層と、前記第１及び第２基板に設けられた複数の電極とを備えた液晶セルと、
前記電極に表示用の電圧を印加するための駆動手段と、
前記電極における静電結合方式による容量変化を検出する第１検出手段と、
前記第１又は第２透明基板が押圧されて静電容量の変化を前記電極により検出する第２検出手段と、
を有することを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
前記第１検出手段より出力される信号によって、前記液晶セルにおける位置情報を得る、請求項１に記載の液晶装置。
【請求項３】
前記第２検出手段より出力される信号によって、前記液晶セルにおける前記第１基板と前記第２基板との距離情報を得る、請求項１又は２に記載の液晶装置。
【請求項４】
前記電極に電圧が印加される期間は、前記表示用の電圧を印加するための表示用駆動期間と、前記第１検出手段により前記電極に電圧が印加される第１検出用駆動期間と、前記第２検出手段より前記電極に電圧が出力される第２検出用駆動期間とを含む請求項１〜３の何れか一項に記載の液晶装置。
【請求項５】
前記表示用の電圧を印加する前記電極は表示用電極であり、前記第１検出手段より電圧が印加される前記電極はセンサ用電極であり、前記第２検出回路より電圧が印加される前記電極は押圧用電極であり、少なくとも、前記表示用電極と前記センサ用電極とは別に設けられた電極である、請求項１〜４の何れか一項に記載の液晶装置。
【請求項６】
前記押圧用電極と前記センサ用電極は同じ電極である、請求項５に記載の液晶装置。
【請求項７】
前記押圧用電極と前記センサ用電極とは別々に設けられた電極である、請求項５に記載の液晶装置。
【請求項８】
前記第１及び第２検出手段が静電容量の変化を検出した場合に、ユーザによる入力指示箇所を判別する制御部、を更に有する、請求項１〜７の何れか一項に記載の液晶装置。
【請求項１】
少なくとも一方が可撓性である第１基板及び第２基板に挟持された液晶層と、前記第１及び第２基板に設けられた複数の電極とを備えた液晶セルと、
前記電極に表示用の電圧を印加するための駆動手段と、
前記電極における静電結合方式による容量変化を検出する第１検出手段と、
前記第１又は第２透明基板が押圧されて静電容量の変化を前記電極により検出する第２検出手段と、
を有することを特徴とする液晶装置。
【請求項２】
前記第１検出手段より出力される信号によって、前記液晶セルにおける位置情報を得る、請求項１に記載の液晶装置。
【請求項３】
前記第２検出手段より出力される信号によって、前記液晶セルにおける前記第１基板と前記第２基板との距離情報を得る、請求項１又は２に記載の液晶装置。
【請求項４】
前記電極に電圧が印加される期間は、前記表示用の電圧を印加するための表示用駆動期間と、前記第１検出手段により前記電極に電圧が印加される第１検出用駆動期間と、前記第２検出手段より前記電極に電圧が出力される第２検出用駆動期間とを含む請求項１〜３の何れか一項に記載の液晶装置。
【請求項５】
前記表示用の電圧を印加する前記電極は表示用電極であり、前記第１検出手段より電圧が印加される前記電極はセンサ用電極であり、前記第２検出回路より電圧が印加される前記電極は押圧用電極であり、少なくとも、前記表示用電極と前記センサ用電極とは別に設けられた電極である、請求項１〜４の何れか一項に記載の液晶装置。
【請求項６】
前記押圧用電極と前記センサ用電極は同じ電極である、請求項５に記載の液晶装置。
【請求項７】
前記押圧用電極と前記センサ用電極とは別々に設けられた電極である、請求項５に記載の液晶装置。
【請求項８】
前記第１及び第２検出手段が静電容量の変化を検出した場合に、ユーザによる入力指示箇所を判別する制御部、を更に有する、請求項１〜７の何れか一項に記載の液晶装置。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【公開番号】特開２００９−２０４９８１（Ｐ２００９−２０４９８１Ａ）
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−４８３１４（Ｐ２００８−４８３１４）
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年９月１０日（２００９．９．１０）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年２月２８日（２００８．２．２８）
【出願人】（０００００１９６０）シチズンホールディングス株式会社 (1,939)
【Ｆターム（参考）】
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