表示装置および電子機器
【課題】特にコモン電極の電圧切り替えに伴うノイズによるタッチの誤検出を防止する。
【解決手段】セトリング期間においてスイッチ411、412を互いに排他的にオンまたはオフさせ、この後、カウント期間において、スイッチ411をオフさせるとともにスイッチ412をオンさせる。カウント期間においてノードAの電圧が予め設定された基準電圧Vrefに達するまでの時間に基づいて検出電極202におけるタッチ検出を行う。ここで、コモン信号Vcomをオペアンプ453で反転させるとともに容量素子457で微分してノードAに加えることによって、検出電極202を介して伝搬するノイズを相殺させる。
【解決手段】セトリング期間においてスイッチ411、412を互いに排他的にオンまたはオフさせ、この後、カウント期間において、スイッチ411をオフさせるとともにスイッチ412をオンさせる。カウント期間においてノードAの電圧が予め設定された基準電圧Vrefに達するまでの時間に基づいて検出電極202におけるタッチ検出を行う。ここで、コモン信号Vcomをオペアンプ453で反転させるとともに容量素子457で微分してノードAに加えることによって、検出電極202を介して伝搬するノイズを相殺させる。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、表示パネルから発生するノイズによって検出精度が低下するのを抑える技術に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶を用いた表示パネルでは、走査線とデータ線との交差に対応して、画素電極とコモン電極(対向電極)とで液晶を挟持した液晶容量が設けられ、この液晶容量に階調(明るさ)に応じた電圧を書き込むことによって所定の表示を行うようになっている。一方、この液晶容量を交流駆動する際にデータ線の電圧振幅を抑えるため、当該コモン電極の電圧を、低位側電圧および高位側電圧に交互に切り替える技術も提案されている。
近年では、このような表示装置に、タッチ検出を行うタッチパネルを積層することも行われている。タッチパネルを表示パネルに設けると、タッチパネルによる入力に応じた画像を表示パネルに表示させることができるので、ユーザの利便性を向上させることが可能となる。
ところで、タッチパネルを表示パネルに積層させた場合に、コモン電極の電圧が切り替わると、その切り替わりに伴うノイズが位置検出に影響を与える。このため、位置検出用の電極に流れる交流電流のうち、コモン電極電圧が切り替わるタイミングを含む前後部分をカットし、当該カットした信号電流に基づいて位置検出を行う技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2006−146895号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、この技術では、位置検出用の電極に流れる交流電流を、コモン電極の電圧が切り替わるタイミングを含めた期間においてカットしてしまうので、当該タイミング付近では、位置検出の精度が低下する、という問題が指摘された。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、コモン電極の電圧を切り替える表示装置に積層されたタッチパネルのタッチ検出の精度低下を抑える技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記目的を達成するために本発明は、複数の走査線と複数のデータ線との交差に対応して設けられ、各々は、前記走査線に選択電圧が印加されたときに、前記データ線の電圧とコモン電極との間の差電圧に応じた階調となる画素を有する表示パネルと、前記複数の走査線を所定の順番で選択する走査線駆動回路と、前記コモン電極に対して、前記走査線が所定数選択される毎にコモン信号を供給するコモン信号供給回路と、前記選択電圧が印加された走査線に対応する画素に対し、当該画素の階調に応じたデータ信号を、データ線を介して供給するデータ線駆動回路と、前記表示パネルに積層され、検出電極を有するタッチパネル基板と、前記検出電極のタッチ検出を行う検出回路と、を備え、前記検出回路は、電源線と所定のノードとの間に流れる電流を一定値とさせる定電流源と、前記検出電極と前記ノードとの間でオンまたはオフする第1スイッチと、前記検出電極と接地線との間でオンまたはオフする第2スイッチと、前記ノードと前記接地線との間に介挿された容量素子と、前記表示パネルから前記検出電極に重畳されるノイズと逆位相の信号を前記ノードに与えるノイズ相殺信号供給回路と、を有し、前記第1および第2スイッチを互いに排他的にオンおよびオフさせる動作を繰り返すセトリング期間と、該セトリング期間の後に、前記第1スイッチをオフさせ、前記第2スイッチをオンさせて、前記ノードの電圧が予め設定された基準電圧に達するまでの時間に基づいて前記検出電極におけるタッチ検出を行うカウント期間とを有することを特徴とする。本発明において、セトリング期間におけるノードの電圧は、検出電極における容量成分に応じた電圧にセトリングする。検出電極における容量成分は、タッチの有無によって異なるので、カウント期間において、ノードは定電流源による容量素子への充電によって基準電圧に達するまでの時間によって検出電極におけるタッチの有無が検出される。本願発明によれば、表示パネルから検出電極にノイズが伝搬しても、当該ノイズは、信号供給回路による逆位相の信号によって相殺される。したがって、ノイズによる影響が抑えられて、タッチ検出精度の低下を抑えることが可能となる。
【0005】
本発明において、前記ノイズ相殺信号供給回路は、前記コモン信号の電圧を反転させる反転増幅回路と、前記反転増幅回路による信号を微分する微分回路と、を有する構成としても良い。この構成によれば、検出電極に重畳されるノイズと逆位相の信号を比較的簡易にノードに与えることが可能となる。
また、本発明において、前記ノイズ相殺信号供給回路は、前記ノイズを検出する電極と、前記ノイズを検出する電極から得られた信号を反転させる反転増幅回路と、前記反転増幅回路による信号を微分する微分回路と、を有する構成としても良い。この構成によれば、コモン信号の電圧変化に起因するノイズのほか、それ以外の要因に起因するノイズを相殺することができる。
さらに、本発明において、前記検出回路は、複数の検出電極を所定の順番で検出対象とし、前記ノイズ相殺信号供給回路は、前記複数の検出電極のうち、検出対象となっていない検出電極から得られた信号を反転させる反転増幅回路と、前記反転増幅回路による信号を微分する微分回路と、を有する構成としても良い。この構成によれば、検出対象となっていない検出電極で検出された信号を反転、微分することによってノイズと逆位相の信号を生成するので、ノイズを検出するための電極を別途必要としない。
なお、本発明は、表示装置のみならず、当該表示装置を有する電子機器としても概念することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0007】
<第1実施形態>
図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。
この図に示されるように、表示装置1は、表示パネル10と、タッチ検出用の検出電極が形成されたタッチパネル基板22とが積層された構成である。表示パネル10は、素子基板12と対向基板14とを互いに一定の間隔を保って貼り合わせられるとともに、当該間隙に液晶層が封止された構成となっている。なお、図1(a)では、説明のために表示パネル10とタッチパネル基板22との間を離した状態で示しているが、実際には、これらは密着した状態となっている。
【0008】
一方、タッチパネル基板22には、透明導電膜からなる検出電極202が図1(b)に示されるように形成されている。すなわち、検出電極202は、本実施形態では同図に示されるように、ほぼ正方形のものがn個、マトリクス状に配列するとともに、n個の検出電極202の各々には、それぞれ引き出し線が接続されている。なお、検出電極202についての形状および配列は、後述するように正方形・マトリクス状に限られない。
【0009】
図2は、表示装置1の電気的な構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、表示パネル10は、駆動回路30によって駆動される。また、検出回路50は、容量検出回路40および検出制御回路44を含み、このうち、容量検出回路40は、n個の検出電極202の引き出し線に各々にそれぞれ接続されて、検出電極202の容量に応じた時間カウント値を出力し、検出制御回路44は、内部発振器で生成したクロック信号を後述するように信号Ck-1〜Ck-nに分配したり、信号Ckを供給したりする。
なお、本実施形態において、容量検出回路40には、後述するノイズ対策のために駆動回路30によるコモン信号Vcomが供給される。
【0010】
説明便宜のため、表示パネル10および駆動回路30について説明する。
図3は、これらの構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、本実施形態において表示パネル10では、320行の走査線112が行(X)方向に延在するように、また、240列のデータ線114が列(Y)方向に延在するように、それぞれ設けられている。そして、これらの1〜320行目の走査線112と1〜240列目のデータ線114との交差に対応して、画素110がそれぞれ配列している。したがって、本実施形態では、画素110は表示パネル10において縦320行×横240列のマトリクス状に配列することになるが、本発明を当該配列に限定する趣旨ではない。
また、本実施形態では、コモン電極108には、コモン信号供給回路320によるコモン信号Vcomが供給される。コモン電極108は、すべての画素110にわたって共用される。
【0011】
図4は、画素110の構成を示す図である。
この図に示されるように、画素110については、nチャネル型の薄膜トランジスタ(thin film transistor:以下単に「TFT」と略称する)116と液晶容量120とを有し、このうち、TFT116のゲート電極が走査線112に接続される一方、そのソース電極がデータ線114に接続され、そのドレイン電極が画素電極118にそれぞれ接続されている。
ここで、画素電極118は素子基板12に形成される一方、コモン電極108はすべての画素電極118に対向するように対向基板14に形成されて、画素電極118との間で液晶層105を挟持する。したがって、画素110毎に、画素電極118、コモン電極108および液晶層105からなる液晶容量120が構成される。
なお、このような液晶容量120において、画素電極118とコモン電極108との間を通過する光の透過率は、例えば液晶容量120に保持される電圧の実効値がゼロであれば最小値(最も暗い状態)となる一方、当該実効値が大きくなるにつれて、透過率が徐々に大きくなるノーマリーブラックモードに設定される。このため、図示省略したバックライトユニットによって照射された光は、画素110毎に、液晶容量120に保持された電圧の実効値に応じた比率で手前側に出射する。したがって、画素110毎に、階調に応じた電圧を液晶容量120に保持させることによって、目的の画像を表示させることができる。
【0012】
駆動回路30は、駆動制御回路310、コモン信号供給回路320、走査線駆動回路340およびデータ線駆動回路350を有する。このうち、駆動制御回路310は、各種制御信号を出力して、コモン信号供給回路320、走査線駆動回路340およびデータ線駆動回路350の各部をそれぞれ制御するものである。
走査線駆動回路340は、1フレームの期間において走査信号Y1、Y2、Y3、…、Y320を、それぞれ1、2、3、…、320行目の走査線112に供給する。詳細には、走査線駆動回路340は、図5に示されるように、1フレームの期間において走査線112を1行ずつ図1において上から数えて1、2、3、…、320行目という順番で水平走査期間(H)毎に選択し、選択した走査線への走査信号をHレベルに相当する選択電圧をVGHとし、それ以外の走査線への走査信号をLレベルに相当する電圧VGLとする。
なお、本実施形態において1フレームとは、1枚の画像を表示させるのに要する期間をいい、図5に示されるように、1行目の走査線を選択してから320行目の走査線を選択するまでの期間をいう。
【0013】
データ線駆動回路350は、走査線駆動回路340により選択電圧が印加された走査線112に位置する画素110に対し、画素の階調に応じた電圧であって、駆動制御回路310で指定された書込極性に応じた電圧のデータ信号を、1〜240列目のデータ線114にそれぞれ供給するものである。
詳細については省略するが、データ線駆動回路350は、縦320行×横240列の画素マトリクス配列に対応した記憶領域(図示省略)を有し、各記憶領域において、それぞれに対応する画素110の階調(明るさ)を指定する表示データDaを記憶する一方、ある走査線112に選択電圧が印加される直前において、当該走査線112に位置する画素110の表示データDaを記憶領域から読み出すとともに、当該読み出した表示データで指定された階調および書込極性に応じた電圧に変換し、走査線に選択電圧が印加されるタイミングに合わせて、データ信号としてデータ線114に供給する。この供給動作を、データ線駆動回路350は、選択される走査線112に位置する1〜240列のそれぞれについて並列的に実行する。
なお、データ信号は、書込極性として正極性が指定されていれば、表示データDaで指定される階調が明るくなるにつれて、後述する電圧VcomLを基準として高位側とした電圧となり、書込極性として負極性が指定されていれば、表示データDaで指定される階調が明るくなるにつれて、後述する電圧VcomHを基準に低位側とした電圧となる。
また、記憶領域に記憶される表示データDaは、表示内容に変更が生じた場合に、外部上位回路(図示省略)から書込アドレスとともに変更後の表示データDaが供給されて書き換えられる。
【0014】
本実施形態において、画素への書き込み極性は、同一フレームでは1行毎に反転する方式(ライン反転、走査線反転ともいう)としている。このため、あるフレームの期間において、奇数(1、3、5、…、319)行目の走査線に位置する画素に対しては正極性が指定され、偶数(2、4、6、…、320)行目の走査線に位置する画素に対しては負極性が指定されるものとしたとき、次のフレームでは、奇数行の画素では負極性が指定され、偶数行の画素では正極性が指定される。このように書込極性を1フレーム毎に反転する理由は、直流成分の印加による液晶層の劣化を防止するためである。
なお、画素の書込極性において、正極性とは、液晶容量120に階調に応じた電圧を保持させる際に、コモン電極108よりも画素電極118を高位側とする場合をいい、反対に負極性とは、コモン電極108よりも画素電極118を低位側とする場合をいう。
【0015】
コモン信号供給回路320は、次のような電圧のコモン信号Vcomをコモン電極108に供給するものである。すなわち、コモン信号供給回路320は、ある1行の走査線が選択される水平走査期間(H)において、正極性書込が指定されていればコモン信号Vcomを低位側の電圧VcomLとし、負極性書込が指定されていればコモン信号Vcomを高位側の電圧VcomHとする。
なお、電圧VcomL、VcomHは、図5に示されるように、Lレベルに相当する電圧VGLと、Hレベルに相当する選択電圧VGHとにおいて、VGL<VcomL<VcomH<VGHという関係にある。
【0016】
次に、表示パネル10の動作について説明する。上述したように本実施形態では、あるフレーム(図5において「mフレーム」と表記)において、最初に1行目の走査線112が選択され、走査信号Y1がHレベルに相当する電圧VGHとなる。また、当該mフレームにおいて奇数行では正極性書込が指定されるので、走査信号Y1がHレベルとなる水平走査期間(H)において、コモン信号Vcomは電圧VcomLとなる。このため、mフレームにおいて走査信号Y1がHレベルとなるとき、データ線駆動回路350は、1行目であって1、2、3、…、240列目の画素の表示データDaで指定された電圧だけ、電圧VcomLを基準に高位側とした電圧のデータ信号X1、X2、X3、…、X240を、それぞれ1、2、3、…、240列のデータ線114に供給する。走査信号Y1がHレベルになると、1行1列〜1行240列の画素におけるTFT116がオンするので、これらの画素電極118には、データ信号X1、X2、X3、…、X240が印加される。このため、1行1列〜1行240列の液晶容量120には、データ信号の電圧とコモン信号Vcomの電圧VcomLとの差電圧が、すなわち階調に応じた正極性の電圧が書き込まれることになる。
【0017】
次に、mフレームにおいて、2行目の走査線112が選択されて、走査信号Y2がHレベルとなる。また、mフレームにおいて偶数行では負極性書込が指定されるので、走査信号Y2がHレベルとなる水平走査期間(H)において、コモン信号Vcomは電圧VcomHとなる。走査信号Y2がHレベルとなるとき、データ線駆動回路350は、2行目であって1、2、3、…、240列目の画素の表示データDaで指定された電圧だけ、電圧VcomHを基準に低位側とした電圧のデータ信号X1、X2、X3、…、X240を、それぞれ1、2、3、…、240列のデータ線114に供給する。走査信号Y2がHレベルになると、2行1列〜2行240列の画素におけるTFT116がオンするので、これらの画素電極118には、データ信号X1、X2、X3、…、X240が印加される。このため、2行1列〜2行240列の液晶容量120には、階調に応じた負極性の電圧が書き込まれることになる。
【0018】
mフレームにおいては、以降同様な動作が繰り返され、奇数行では、階調に応じた正極性の電圧が書き込まれて保持され、偶数行では、階調に応じた負極性の電圧が書き込まれて保持される。次の(m+1)フレームにおいても同様な動作が繰り返されるが、書き込み極性が反転するので、奇数行では、階調に応じた負極性の電圧が書き込まれて保持され、偶数行では、階調に応じた正極性の電圧が書き込まれて保持される。
【0019】
図5は、j列目のデータ線114に供給されるデータ信号Xjの電圧波形が、走査信号Yi、Y(i+1)との関係において示される。
i行目の走査線が選択される水平走査期間(H)において正極性書込が指定されている場合、当該水平走査期間(H)ではコモン電極108に供給されるコモン信号Vcomが電圧VcomLとなる。j列目のデータ線114には、当該電圧VcomLよりも、i行j列の画素の階調に応じた電圧だけ高位側の電圧(図5において↑で示される)のデータ信号Xjが供給される。これにより、i行j列の液晶容量120においては、データ信号Xjの電圧とコモン電極108の電圧VcomLとの差電圧、すなわち、階調に応じた正極性電圧が書き込まれることになる。
次の(i+1)行目の走査線が選択される水平走査期間(H)では、書込極性が反転して負極性書込が指定されるので、走査信号Y(i+1)がHレベルとなる水平走査期間(H)ではコモン信号Vcomが電圧VcomHとなる。j列目のデータ線114には、当該電圧VcomHよりも、(i+1)行j列の画素の階調に応じた電圧だけ低位側の電圧(図5において↓で示される)のデータ信号Xjが供給される。これにより、(i+1)行j列の液晶容量120においては、データ信号Xjの電圧とコモン電極108の電圧VcomHとの差電圧、すなわち、階調に応じた負極性電圧が書き込まれることになる。
【0020】
次に、表示装置1におけるタッチパネルについて説明する。このタッチパネルは、タッチパネル基板22と、当該タッチパネル基板22に形成された検出電極202の容量を検出するための容量検出回路40とにより構成される。
【0021】
図6は、タッチパネルの電気的な要部である容量検出回路40の構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、スイッチ群41は、1〜n番目までのn個の検出電極202のそれぞれ対応するように設けられる。1〜n番目の検出電極202に対応するスイッチ群41は、それぞれ信号Ck-1〜Ck-nが供給される以外、構成的には同一である。そこで、1番目の検出電極202に対応するもので説明すると、1番目のスイッチ群41は、一端が1番目の検出電極202に接続されたスイッチ411と、当該スイッチ411の一端(検出電極202)と電位Gndの接地線との間でオンオフするスイッチ412と、信号Ck-1の否定信号を出力するインバータ414とを有する。
スイッチ411は、信号Ck-1がHレベルのときにオンし、信号Ck-1がLレベルのときにオフする一方、スイッチ412は、信号Ck-1の否定信号がHレベルのときにオンし、当該否定信号がLレベルのときにオフする。したがって、スイッチ411、412は常に一方がオンであれば他方がオフし、一方がオフであれば他方がオンするという構成となっている。
2〜n番目の検出電極202に対応するスイッチ群41についても、1番目の検出電極202に対応するスイッチ群41と同様な構成であるが、信号Ck-1の代わりにそれぞれ信号Ck-2〜Ck-nが供給される。
【0022】
1〜n番目の検出電極202に対応するスイッチ群41において、スイッチ411の他端同士は共通接続されている。便宜上、この共通接続点をノードAと表記する。
定電流源420は、電源の高位側電圧の給電線からノードAに向けて一定の電流Idacを流す回路である。また、容量素子430は、ノードAと接地線との間に介挿されている。
ローパスフィルタ(LPF)435は、ノードAにおける高周波数成分をカットして平均電圧を出力する。
コンパレータ441は、LPF435によって高周波数成分がカットされた電圧と基準電圧Vrefとを比較し、高周波数成分がカットされた電圧が基準電圧Vrefよりも低い場合にHレベルとなり、基準電圧Vref以上となった場合にLレベルとなる信号Vcmpを出力する。
カウンタ443は、信号VcmpがHレベルであるときにカウント動作が許可されて、クロック信号Oscをカウントするものであり、そのカウント値Cntを外部の上位制御回路(図示省略)に出力する。なお、カウンタ443によるカウント値Cntは、後述するカウント期間の最初に供給されるパルス信号Psによりゼロにリセットされる。
【0023】
また、コモン電極108に供給されるコモン信号Vcomは、抵抗素子451を介してオペアンプ453の反転入力端(−)に供給され、オペアンプ453の出力信号は、抵抗素子455を介して反転入力端(−)に帰還される。オペアンプ453の非反転入力端(+)は接地されているので、オペアンプ453は、抵抗素子451、455の抵抗値で定まる増幅率でコモン信号Vcomを反転増幅させる反転増幅回路として機能する。
【0024】
オペアンプ453の出力信号は、容量素子457および抵抗素子459を介してスイッチ461の一端に供給される。スイッチ461は、信号CkがHレベルであるときにオンし、信号CkがLレベルであるときにオフする。信号Ckは、信号Ck-1〜Ck-nの論理和信号となる関係にあり、信号Ck-1〜Ck-nとともに検出制御回路44から供給される。したがって、信号Ck-1〜Ck-nのいずれかがHレベルとなれば、信号CkもHレベルとなる関係にある。
スイッチ461の他端は、ノードAに接続されている。
【0025】
容量素子457を介して出力される信号は、オペアンプ453による出力信号の微分信号となる。このため、容量素子457は、一種の微分回路として機能することになる。
なお、本実施形態では、抵抗素子451、455、459、オペアンプ453、容量素子457およびスイッチ461によってノイズ相殺信号供給回路が構成される。このため、便宜的に、スイッチ461の他端から出力される信号をNcsと表記する。
【0026】
次に、容量検出回路40による容量検出の動作について説明する。
図7は、タッチパネルにおける検出電極202における容量検出の動作および割り当てを示す図である。
この図に示されるように、タッチパネルでは、容量検出回路40によって、1番目、2番目、3番目、…、n番目の検出電極202が、この順番で検出対象となり、検出対象となった検出電極202の容量に応じたカウント値が出力される。各検出電極202の容量検出するための期間は、セトリング期間とカウント期間とに分けられる。
【0027】
検出制御回路44は、検出対象とする検出電極202を1〜n番目の順番で選択するとともに、信号Ck-1〜Ck-nを次のように出力する。すなわち、検出制御回路44は、検出対象とした検出電極のセトリング期間において、検出対象とした検出電極202に対応するスイッチ群41への信号を周波数が数MHz程度であってデューティ比が50%のパルス信号とする一方、検出対象以外の検出電極に対応するスイッチ群41への信号をLレベルとする。例えば、1番目の検出電極202が検出対象となったとき、セトリング期間において信号Ck-1はHおよびLレベルを繰り返すパルス信号となり、他の信号Ck-2〜Ck-nはLレベルとなる。
【0028】
ここで、1番目の検出電極202の容量検出動作について図8を参照して説明する。
この図に示されるように、1番目の検出電極202について容量を検出するための期間のうち、セトリング期間では、信号Ck-1がHレベルおよびLレベルを交互に繰り返す。
【0029】
検出電極202が形成されるタッチパネル基板22は、表示パネル10に積層されるので、検出電極202には様々な容量が寄生する。図6において、Clcdは、表示パネル10(の各種電極Ndx)との結合容量であり、Ceは、表示パネル10以外の他の電極との結合容量および浮遊容量の合成容量である。便宜的に、1番目の検出電極202に対する容量Clcdおよび容量Ceの合成容量をCx1と表している。
【0030】
セトリング期間において信号Ck-1がHレベルであると、スイッチ411がオンし、スイッチ412がオフするので、定電流Idacによって容量Cx1が充電される。このとき、容量Cx1は十分に小さいので、容量Cx1に流れる電流は、すぐにゼロとなる。次に、セトリング期間において信号Ck-1がLレベルになると、スイッチ411がオフし、スイッチ412がオンするので、容量Cx1には、その放電によって放電電流が流れ、やがて完全に放電して放電電流がゼロとなる。
【0031】
ここで、セトリング期間において、信号Ck-1がHレベルであるときに容量Cx1に充電される電荷と、信号Ck-1がLレベルであるときに容量Cx1から放電される電荷とは、互い等しいので、スイッチ411、412のオンオフを一定周期で繰り返すと、充電による電流平均値と放電による電流平均値とは同じ大きさとなる。すなわち、電源電圧からみた容量Cx1は、充放電流の平均値が流れる抵抗素子と等価である、と考えることができる(スイッチドキャパシタ回路)。このため、セトリング期間が十分に長ければ、図7に示されるように、ノードAの平均電圧Vaは、Idac/(fs・Cx1)にセトリングすることになる。ここで、電圧{Idac/(fs・Cx1)}が基準電圧Vcmpよりも低くなるように、周波数fs、定電流Idacを設定する。このように設定したとき、セトリング期間の終了時において、コンパレータ441による信号VcmpはHレベルとなる。
【0032】
続いてセトリング期間が終了してカウント期間に移行すると、信号Ck-1はLレベルとなる。これにより、スイッチ411がオフになり、スイッチ412がオンするので、検出電極202は、ノードAから切り離されて、電位Gndに接地される。このため、ノードAは、定電流Idacによって容量素子430が充電されるので、電圧Idac/(fs・Cx1)から一定の割合で上昇する。
また、検出制御回路44は、カウント期間の最初にパルス信号Psを出力するとともに、クロック信号Oscを出力する。このため、カウンタ443のカウント値Cntがゼロにリセットされる。さらに、信号CmpがHレベルであり、カウント動作が許可されているので、カウンタ443は、クロック信号Oscをアップカウントすることになる。
ノードAの電圧が上昇し、やがて基準電圧Vrefに達すると、信号VcmpがLレベルに変化するので、カウンタ443では、カウント動作が不許可になる。このため、カウント値Cntは、カウント期間の開始から、ノードAが基準電圧Vrefに達した時点までの間におけるクロック信号Oscの周期数となる。
【0033】
ここで、1番目の検出電極202に指等がタッチしている場合、当該指等との静電結合により容量Ceが見掛け上、増加して、合成容量Cx1も増加する。このため、セトリング期間の終端において、ノードAの電圧Vaは、細線で示されるように低下するので、基準電圧Vrefに達するまでの時間がそれだけ長くなり、カウント値Cntが増加する。
したがって、外部の上位制御回路が、カウンタ443によるカウント値Cntについて、非タッチ時における値を基準として、大きいか否かを判断することによって、1番目の検出電極202において指等がタッチしているか否かを検出することができる。
このような動作を1番目からn番目までの検出電極202について順番に繰り返して実行することによって、すべての検出電極202についてタッチがされているか否かを検出することができる。
【0034】
ところで、コモン信号Vcomが印加されるコモン電極108は、すべての画素の画素電極118に対向するために広面積であるので、コモン電極108の電圧切り替わりに伴うノイズが、タッチパネル基板22に形成された検出電極202に対し容量Clcdを介して伝搬する。例えば1番目の検出電極202が検出対象となっているときに、セトリング期間でスイッチ411がオン(スイッチ412がオフ)していると、当該電圧切り替わりに伴うノイズは、容量Clcdを介してノードAに伝搬する。このため、図9に示されるようなノイズがノードAに重畳して、セトリング電圧に影響を与える。このようにセトリング電圧に影響を与えると、カウント値Cntがタッチの有無を反映しなくなるので、誤検出の原因となってしまう。
【0035】
しかしながら、本実施形態において、オペアンプ453は、コモン信号Vcomを反転増幅させる反転増幅回路として機能し、容量素子457は、オペアンプ453の出力信号を微分する微分回路として機能するので、容量素子457から出力される信号は、コモン信号Vcomの電圧が切り替わったときに、容量Clcdを介して検出電極202に伝搬するノイズを反転させた信号(逆位相の信号)となる。
信号Ck-1がHレベルであるとき、信号CkもHレベルとなるので、スイッチ461もオンする。このため、同図に示されるように信号Nscは、コモン信号Vcomの電圧が切り替わったときに、容量Clcdを介して1番目の検出電極202に伝搬するノイズを打ち消すことになり、ノードAにおけるノイズの影響が抑えられることになる。
なお、ここでは1番目の検出電極202における容量検出について説明したが、2〜n番目の検出電極202についても同様に検出対象となったときにノイズの影響が抑えられる。
したがって、本実施形態によれば、コモン電極108に印加される電圧が切り替わるタイミング、すなわち、コモン信号Vcomの電圧が切り替わるタイミングであっても、当該電圧切り替えに伴うノイズの影響が抑えられるので、タッチ検出精度の低下を抑えることが可能となる。
なお、オペアンプ453の電圧増幅率を定める抵抗素子451、455の抵抗値については、ノードAに伝搬するノイズが適切に相殺されるように実験的に求められる。
【0036】
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る表示装置について説明する。図10は、この第2実施形態に係る表示装置における容量検出回路40の構成を示す図である。
上述した第1実施形態では、コモン信号Vcomを反転増幅および微分することによってノイズを相殺する信号Ncsとしたが、第2実施形態では、タッチパネル基板22に、検出電極202とは別にノイズを検出する電極204を設け、当該電極204で検出されたノイズを反転増幅および微分することによって、ノイズを相殺する信号Ncsとしたものである。したがって、第2実施形態では、コモン信号供給回路320を容量検出回路40に供給する必要がない。
第2実施形態では、電極204によって検出されたノイズから信号Ncsを生成しているので、コモン信号Vcomの電圧切り替えに伴うノイズに加えて、それ以外のノイズ、例えば走査線やデータ線の電圧変化に伴うノイズについての影響も相殺することが可能となる。
【0037】
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る表示装置について説明する。図11は、この第3実施形態に係る表示装置における容量検出回路40の構成を示す図である。
第2実施形態では、ノイズ検出のために検出電極202とは別の電極204を設けたが、この第3実施形態では、検出対象となっていない検出電極202を、ノイズ検出のために用いるものである。このため、第3実施形態では、スイッチ群41の各々において、検出電極202をノイズ検出のために用いるためのスイッチ413がそれぞれ設けられている。
詳細には、1〜n番目の検出電極202に対応するスイッチ413の一端は、それぞれ1〜n番目の検出電極202に接続され、また、1〜n番目の検出電極202に対応するスイッチ413の他端同士は共通接続されるとともに、抵抗素子451を介してオペアンプ453の反転入力端(−)に接続される。
なお、図11では、スイッチ群41におけるインバータ414や信号Ck- 1〜Ck-nについては図示を省略している。
【0038】
このような構成において、容量検出回路40は、例えば1番目の検出電極202を容量検出の対象としているときに、2番目の検出電極202に対応するスイッチ413だけをオンさせてノイズ検出用とし、同様に、2番目の検出電極202を容量検出の対象としているときに、3番目の検出電極202に対応するスイッチ413だけをオンさせてノイズ検出用とする。
このように、検出対象となっている検出電極202の近傍に位置する検出電極202をノイズ検出用として用いると、検出対象となっている検出電極202で重畳されるであろうノイズを、近傍に位置する検出電極202で精度良く検出することができるので、ノイズの影響をより少なく抑えるとともに、別途の電極204を不要とすることができる。
【0039】
<応用・変形例>
なお、上述した実施形態では、検出電極202の形状をほぼ正方形としたが、図12(b)に示されるように、y方向の位置検出用の検出電極202yと、図12(c)に示されるように、x方向の位置検出用の検出電極202xとを交差部分の絶縁した上で、図12(a)に示されるように配列させて、x方向およびy方向のタッチ検出を個別に実行しても良い。
【0040】
上述した各実施形態では、液晶容量120をノーマリーブラックモードとしたが、電圧無印加状態において明るい状態となるノーマリーホワイトモードとしても良い。また、R(赤)、G(緑)、B(青)の3画素で1ドットを構成して、カラー表示を行うとしても良いし、さらに、別の1色(例えばエメラルドグリーン(Eg))を追加し、これらの4色の画素で1ドットを構成して、色再現性を向上させる構成としても良い。
実施形態では、コモン信号Vcomの電圧を1行の走査線が選択される毎に切り替えたが、例えば複数行の走査線が選択される毎に、あるいは、1フレームの期間毎に切り替えても良い。
【0041】
<電子機器>
次に、上述した実施形態に係る表示装置1を有する電子機器の例について説明する。
図13は、実施形態に係る表示装置1を用いた携帯電話1200の構成を示す図である。この図に示されるように、携帯電話1200は、複数の操作ボタン1202のほか、受話口1204、送話口1206とともに、上述した表示装置1を、タッチパネル基板22を観察者側に向けて備える。
なお、表示装置1が適用される電子機器としては、図13に示した携帯電話の他にも、デジタルスチルカメラ、ノートパソコン、液晶テレビ、ビデオレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネル等などの機器が挙げられる。そして、これらの各種電子機器に、上述した表示装置1が適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の第1実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。
【図2】上記表示装置の構成を示すブロック図である。
【図3】上記表示装置における表示パネルの電気的構成を示す図である。
【図4】上記表示パネルの画素の構成を示す図である。
【図5】上記表示パネルの動作を示す図である。
【図6】上記表示装置におけるタッチパネルの容量検出回路の構成を示す図である。
【図7】上記タッチパネルの動作を示す図である。
【図8】上記タッチパネルの動作を示す図である。
【図9】上記容量検出回路におけるノイズの相殺を示す図である。
【図10】第2実施形態に係る容量検出回路の構成を示す図である。
【図11】第3実施形態に係る容量検出回路の構成を示す図である。
【図12】検出電極の別構成を示す図である。
【図13】実施形態に係る表示装置を適用した携帯電話の構成を示す図である。
【符号の説明】
【0043】
1…表示装置、10…表示パネル、30…駆動回路、40…容量検出回路、105…液晶層、108…コモン電極、110…画素、118…画素電極、202…検出電極、204…(ノイズ検出用)電極、320…コモン信号供給回路、340…走査線駆動回路、350…データ線駆動回路、411、412…スイッチ、420…定電流源、430…容量素子、441…コンパレータ、443…カウンタ、453…オペアンプ、457…容量素子、1200…携帯電話
【技術分野】
【0001】
本発明は、表示パネルから発生するノイズによって検出精度が低下するのを抑える技術に関する。
【背景技術】
【0002】
液晶を用いた表示パネルでは、走査線とデータ線との交差に対応して、画素電極とコモン電極(対向電極)とで液晶を挟持した液晶容量が設けられ、この液晶容量に階調(明るさ)に応じた電圧を書き込むことによって所定の表示を行うようになっている。一方、この液晶容量を交流駆動する際にデータ線の電圧振幅を抑えるため、当該コモン電極の電圧を、低位側電圧および高位側電圧に交互に切り替える技術も提案されている。
近年では、このような表示装置に、タッチ検出を行うタッチパネルを積層することも行われている。タッチパネルを表示パネルに設けると、タッチパネルによる入力に応じた画像を表示パネルに表示させることができるので、ユーザの利便性を向上させることが可能となる。
ところで、タッチパネルを表示パネルに積層させた場合に、コモン電極の電圧が切り替わると、その切り替わりに伴うノイズが位置検出に影響を与える。このため、位置検出用の電極に流れる交流電流のうち、コモン電極電圧が切り替わるタイミングを含む前後部分をカットし、当該カットした信号電流に基づいて位置検出を行う技術が提案されている(例えば特許文献1参照)。
【特許文献1】特開2006−146895号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【0003】
しかしながら、この技術では、位置検出用の電極に流れる交流電流を、コモン電極の電圧が切り替わるタイミングを含めた期間においてカットしてしまうので、当該タイミング付近では、位置検出の精度が低下する、という問題が指摘された。
本発明は、このような事情に鑑みてなされたもので、その目的の一つは、コモン電極の電圧を切り替える表示装置に積層されたタッチパネルのタッチ検出の精度低下を抑える技術を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【0004】
上記目的を達成するために本発明は、複数の走査線と複数のデータ線との交差に対応して設けられ、各々は、前記走査線に選択電圧が印加されたときに、前記データ線の電圧とコモン電極との間の差電圧に応じた階調となる画素を有する表示パネルと、前記複数の走査線を所定の順番で選択する走査線駆動回路と、前記コモン電極に対して、前記走査線が所定数選択される毎にコモン信号を供給するコモン信号供給回路と、前記選択電圧が印加された走査線に対応する画素に対し、当該画素の階調に応じたデータ信号を、データ線を介して供給するデータ線駆動回路と、前記表示パネルに積層され、検出電極を有するタッチパネル基板と、前記検出電極のタッチ検出を行う検出回路と、を備え、前記検出回路は、電源線と所定のノードとの間に流れる電流を一定値とさせる定電流源と、前記検出電極と前記ノードとの間でオンまたはオフする第1スイッチと、前記検出電極と接地線との間でオンまたはオフする第2スイッチと、前記ノードと前記接地線との間に介挿された容量素子と、前記表示パネルから前記検出電極に重畳されるノイズと逆位相の信号を前記ノードに与えるノイズ相殺信号供給回路と、を有し、前記第1および第2スイッチを互いに排他的にオンおよびオフさせる動作を繰り返すセトリング期間と、該セトリング期間の後に、前記第1スイッチをオフさせ、前記第2スイッチをオンさせて、前記ノードの電圧が予め設定された基準電圧に達するまでの時間に基づいて前記検出電極におけるタッチ検出を行うカウント期間とを有することを特徴とする。本発明において、セトリング期間におけるノードの電圧は、検出電極における容量成分に応じた電圧にセトリングする。検出電極における容量成分は、タッチの有無によって異なるので、カウント期間において、ノードは定電流源による容量素子への充電によって基準電圧に達するまでの時間によって検出電極におけるタッチの有無が検出される。本願発明によれば、表示パネルから検出電極にノイズが伝搬しても、当該ノイズは、信号供給回路による逆位相の信号によって相殺される。したがって、ノイズによる影響が抑えられて、タッチ検出精度の低下を抑えることが可能となる。
【0005】
本発明において、前記ノイズ相殺信号供給回路は、前記コモン信号の電圧を反転させる反転増幅回路と、前記反転増幅回路による信号を微分する微分回路と、を有する構成としても良い。この構成によれば、検出電極に重畳されるノイズと逆位相の信号を比較的簡易にノードに与えることが可能となる。
また、本発明において、前記ノイズ相殺信号供給回路は、前記ノイズを検出する電極と、前記ノイズを検出する電極から得られた信号を反転させる反転増幅回路と、前記反転増幅回路による信号を微分する微分回路と、を有する構成としても良い。この構成によれば、コモン信号の電圧変化に起因するノイズのほか、それ以外の要因に起因するノイズを相殺することができる。
さらに、本発明において、前記検出回路は、複数の検出電極を所定の順番で検出対象とし、前記ノイズ相殺信号供給回路は、前記複数の検出電極のうち、検出対象となっていない検出電極から得られた信号を反転させる反転増幅回路と、前記反転増幅回路による信号を微分する微分回路と、を有する構成としても良い。この構成によれば、検出対象となっていない検出電極で検出された信号を反転、微分することによってノイズと逆位相の信号を生成するので、ノイズを検出するための電極を別途必要としない。
なお、本発明は、表示装置のみならず、当該表示装置を有する電子機器としても概念することが可能である。
【発明を実施するための最良の形態】
【0006】
以下、本発明の実施の形態について図面を参照して説明する。
【0007】
<第1実施形態>
図1(a)は、本発明の第1実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。
この図に示されるように、表示装置1は、表示パネル10と、タッチ検出用の検出電極が形成されたタッチパネル基板22とが積層された構成である。表示パネル10は、素子基板12と対向基板14とを互いに一定の間隔を保って貼り合わせられるとともに、当該間隙に液晶層が封止された構成となっている。なお、図1(a)では、説明のために表示パネル10とタッチパネル基板22との間を離した状態で示しているが、実際には、これらは密着した状態となっている。
【0008】
一方、タッチパネル基板22には、透明導電膜からなる検出電極202が図1(b)に示されるように形成されている。すなわち、検出電極202は、本実施形態では同図に示されるように、ほぼ正方形のものがn個、マトリクス状に配列するとともに、n個の検出電極202の各々には、それぞれ引き出し線が接続されている。なお、検出電極202についての形状および配列は、後述するように正方形・マトリクス状に限られない。
【0009】
図2は、表示装置1の電気的な構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、表示パネル10は、駆動回路30によって駆動される。また、検出回路50は、容量検出回路40および検出制御回路44を含み、このうち、容量検出回路40は、n個の検出電極202の引き出し線に各々にそれぞれ接続されて、検出電極202の容量に応じた時間カウント値を出力し、検出制御回路44は、内部発振器で生成したクロック信号を後述するように信号Ck-1〜Ck-nに分配したり、信号Ckを供給したりする。
なお、本実施形態において、容量検出回路40には、後述するノイズ対策のために駆動回路30によるコモン信号Vcomが供給される。
【0010】
説明便宜のため、表示パネル10および駆動回路30について説明する。
図3は、これらの構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、本実施形態において表示パネル10では、320行の走査線112が行(X)方向に延在するように、また、240列のデータ線114が列(Y)方向に延在するように、それぞれ設けられている。そして、これらの1〜320行目の走査線112と1〜240列目のデータ線114との交差に対応して、画素110がそれぞれ配列している。したがって、本実施形態では、画素110は表示パネル10において縦320行×横240列のマトリクス状に配列することになるが、本発明を当該配列に限定する趣旨ではない。
また、本実施形態では、コモン電極108には、コモン信号供給回路320によるコモン信号Vcomが供給される。コモン電極108は、すべての画素110にわたって共用される。
【0011】
図4は、画素110の構成を示す図である。
この図に示されるように、画素110については、nチャネル型の薄膜トランジスタ(thin film transistor:以下単に「TFT」と略称する)116と液晶容量120とを有し、このうち、TFT116のゲート電極が走査線112に接続される一方、そのソース電極がデータ線114に接続され、そのドレイン電極が画素電極118にそれぞれ接続されている。
ここで、画素電極118は素子基板12に形成される一方、コモン電極108はすべての画素電極118に対向するように対向基板14に形成されて、画素電極118との間で液晶層105を挟持する。したがって、画素110毎に、画素電極118、コモン電極108および液晶層105からなる液晶容量120が構成される。
なお、このような液晶容量120において、画素電極118とコモン電極108との間を通過する光の透過率は、例えば液晶容量120に保持される電圧の実効値がゼロであれば最小値(最も暗い状態)となる一方、当該実効値が大きくなるにつれて、透過率が徐々に大きくなるノーマリーブラックモードに設定される。このため、図示省略したバックライトユニットによって照射された光は、画素110毎に、液晶容量120に保持された電圧の実効値に応じた比率で手前側に出射する。したがって、画素110毎に、階調に応じた電圧を液晶容量120に保持させることによって、目的の画像を表示させることができる。
【0012】
駆動回路30は、駆動制御回路310、コモン信号供給回路320、走査線駆動回路340およびデータ線駆動回路350を有する。このうち、駆動制御回路310は、各種制御信号を出力して、コモン信号供給回路320、走査線駆動回路340およびデータ線駆動回路350の各部をそれぞれ制御するものである。
走査線駆動回路340は、1フレームの期間において走査信号Y1、Y2、Y3、…、Y320を、それぞれ1、2、3、…、320行目の走査線112に供給する。詳細には、走査線駆動回路340は、図5に示されるように、1フレームの期間において走査線112を1行ずつ図1において上から数えて1、2、3、…、320行目という順番で水平走査期間(H)毎に選択し、選択した走査線への走査信号をHレベルに相当する選択電圧をVGHとし、それ以外の走査線への走査信号をLレベルに相当する電圧VGLとする。
なお、本実施形態において1フレームとは、1枚の画像を表示させるのに要する期間をいい、図5に示されるように、1行目の走査線を選択してから320行目の走査線を選択するまでの期間をいう。
【0013】
データ線駆動回路350は、走査線駆動回路340により選択電圧が印加された走査線112に位置する画素110に対し、画素の階調に応じた電圧であって、駆動制御回路310で指定された書込極性に応じた電圧のデータ信号を、1〜240列目のデータ線114にそれぞれ供給するものである。
詳細については省略するが、データ線駆動回路350は、縦320行×横240列の画素マトリクス配列に対応した記憶領域(図示省略)を有し、各記憶領域において、それぞれに対応する画素110の階調(明るさ)を指定する表示データDaを記憶する一方、ある走査線112に選択電圧が印加される直前において、当該走査線112に位置する画素110の表示データDaを記憶領域から読み出すとともに、当該読み出した表示データで指定された階調および書込極性に応じた電圧に変換し、走査線に選択電圧が印加されるタイミングに合わせて、データ信号としてデータ線114に供給する。この供給動作を、データ線駆動回路350は、選択される走査線112に位置する1〜240列のそれぞれについて並列的に実行する。
なお、データ信号は、書込極性として正極性が指定されていれば、表示データDaで指定される階調が明るくなるにつれて、後述する電圧VcomLを基準として高位側とした電圧となり、書込極性として負極性が指定されていれば、表示データDaで指定される階調が明るくなるにつれて、後述する電圧VcomHを基準に低位側とした電圧となる。
また、記憶領域に記憶される表示データDaは、表示内容に変更が生じた場合に、外部上位回路(図示省略)から書込アドレスとともに変更後の表示データDaが供給されて書き換えられる。
【0014】
本実施形態において、画素への書き込み極性は、同一フレームでは1行毎に反転する方式(ライン反転、走査線反転ともいう)としている。このため、あるフレームの期間において、奇数(1、3、5、…、319)行目の走査線に位置する画素に対しては正極性が指定され、偶数(2、4、6、…、320)行目の走査線に位置する画素に対しては負極性が指定されるものとしたとき、次のフレームでは、奇数行の画素では負極性が指定され、偶数行の画素では正極性が指定される。このように書込極性を1フレーム毎に反転する理由は、直流成分の印加による液晶層の劣化を防止するためである。
なお、画素の書込極性において、正極性とは、液晶容量120に階調に応じた電圧を保持させる際に、コモン電極108よりも画素電極118を高位側とする場合をいい、反対に負極性とは、コモン電極108よりも画素電極118を低位側とする場合をいう。
【0015】
コモン信号供給回路320は、次のような電圧のコモン信号Vcomをコモン電極108に供給するものである。すなわち、コモン信号供給回路320は、ある1行の走査線が選択される水平走査期間(H)において、正極性書込が指定されていればコモン信号Vcomを低位側の電圧VcomLとし、負極性書込が指定されていればコモン信号Vcomを高位側の電圧VcomHとする。
なお、電圧VcomL、VcomHは、図5に示されるように、Lレベルに相当する電圧VGLと、Hレベルに相当する選択電圧VGHとにおいて、VGL<VcomL<VcomH<VGHという関係にある。
【0016】
次に、表示パネル10の動作について説明する。上述したように本実施形態では、あるフレーム(図5において「mフレーム」と表記)において、最初に1行目の走査線112が選択され、走査信号Y1がHレベルに相当する電圧VGHとなる。また、当該mフレームにおいて奇数行では正極性書込が指定されるので、走査信号Y1がHレベルとなる水平走査期間(H)において、コモン信号Vcomは電圧VcomLとなる。このため、mフレームにおいて走査信号Y1がHレベルとなるとき、データ線駆動回路350は、1行目であって1、2、3、…、240列目の画素の表示データDaで指定された電圧だけ、電圧VcomLを基準に高位側とした電圧のデータ信号X1、X2、X3、…、X240を、それぞれ1、2、3、…、240列のデータ線114に供給する。走査信号Y1がHレベルになると、1行1列〜1行240列の画素におけるTFT116がオンするので、これらの画素電極118には、データ信号X1、X2、X3、…、X240が印加される。このため、1行1列〜1行240列の液晶容量120には、データ信号の電圧とコモン信号Vcomの電圧VcomLとの差電圧が、すなわち階調に応じた正極性の電圧が書き込まれることになる。
【0017】
次に、mフレームにおいて、2行目の走査線112が選択されて、走査信号Y2がHレベルとなる。また、mフレームにおいて偶数行では負極性書込が指定されるので、走査信号Y2がHレベルとなる水平走査期間(H)において、コモン信号Vcomは電圧VcomHとなる。走査信号Y2がHレベルとなるとき、データ線駆動回路350は、2行目であって1、2、3、…、240列目の画素の表示データDaで指定された電圧だけ、電圧VcomHを基準に低位側とした電圧のデータ信号X1、X2、X3、…、X240を、それぞれ1、2、3、…、240列のデータ線114に供給する。走査信号Y2がHレベルになると、2行1列〜2行240列の画素におけるTFT116がオンするので、これらの画素電極118には、データ信号X1、X2、X3、…、X240が印加される。このため、2行1列〜2行240列の液晶容量120には、階調に応じた負極性の電圧が書き込まれることになる。
【0018】
mフレームにおいては、以降同様な動作が繰り返され、奇数行では、階調に応じた正極性の電圧が書き込まれて保持され、偶数行では、階調に応じた負極性の電圧が書き込まれて保持される。次の(m+1)フレームにおいても同様な動作が繰り返されるが、書き込み極性が反転するので、奇数行では、階調に応じた負極性の電圧が書き込まれて保持され、偶数行では、階調に応じた正極性の電圧が書き込まれて保持される。
【0019】
図5は、j列目のデータ線114に供給されるデータ信号Xjの電圧波形が、走査信号Yi、Y(i+1)との関係において示される。
i行目の走査線が選択される水平走査期間(H)において正極性書込が指定されている場合、当該水平走査期間(H)ではコモン電極108に供給されるコモン信号Vcomが電圧VcomLとなる。j列目のデータ線114には、当該電圧VcomLよりも、i行j列の画素の階調に応じた電圧だけ高位側の電圧(図5において↑で示される)のデータ信号Xjが供給される。これにより、i行j列の液晶容量120においては、データ信号Xjの電圧とコモン電極108の電圧VcomLとの差電圧、すなわち、階調に応じた正極性電圧が書き込まれることになる。
次の(i+1)行目の走査線が選択される水平走査期間(H)では、書込極性が反転して負極性書込が指定されるので、走査信号Y(i+1)がHレベルとなる水平走査期間(H)ではコモン信号Vcomが電圧VcomHとなる。j列目のデータ線114には、当該電圧VcomHよりも、(i+1)行j列の画素の階調に応じた電圧だけ低位側の電圧(図5において↓で示される)のデータ信号Xjが供給される。これにより、(i+1)行j列の液晶容量120においては、データ信号Xjの電圧とコモン電極108の電圧VcomHとの差電圧、すなわち、階調に応じた負極性電圧が書き込まれることになる。
【0020】
次に、表示装置1におけるタッチパネルについて説明する。このタッチパネルは、タッチパネル基板22と、当該タッチパネル基板22に形成された検出電極202の容量を検出するための容量検出回路40とにより構成される。
【0021】
図6は、タッチパネルの電気的な要部である容量検出回路40の構成を示すブロック図である。
この図に示されるように、スイッチ群41は、1〜n番目までのn個の検出電極202のそれぞれ対応するように設けられる。1〜n番目の検出電極202に対応するスイッチ群41は、それぞれ信号Ck-1〜Ck-nが供給される以外、構成的には同一である。そこで、1番目の検出電極202に対応するもので説明すると、1番目のスイッチ群41は、一端が1番目の検出電極202に接続されたスイッチ411と、当該スイッチ411の一端(検出電極202)と電位Gndの接地線との間でオンオフするスイッチ412と、信号Ck-1の否定信号を出力するインバータ414とを有する。
スイッチ411は、信号Ck-1がHレベルのときにオンし、信号Ck-1がLレベルのときにオフする一方、スイッチ412は、信号Ck-1の否定信号がHレベルのときにオンし、当該否定信号がLレベルのときにオフする。したがって、スイッチ411、412は常に一方がオンであれば他方がオフし、一方がオフであれば他方がオンするという構成となっている。
2〜n番目の検出電極202に対応するスイッチ群41についても、1番目の検出電極202に対応するスイッチ群41と同様な構成であるが、信号Ck-1の代わりにそれぞれ信号Ck-2〜Ck-nが供給される。
【0022】
1〜n番目の検出電極202に対応するスイッチ群41において、スイッチ411の他端同士は共通接続されている。便宜上、この共通接続点をノードAと表記する。
定電流源420は、電源の高位側電圧の給電線からノードAに向けて一定の電流Idacを流す回路である。また、容量素子430は、ノードAと接地線との間に介挿されている。
ローパスフィルタ(LPF)435は、ノードAにおける高周波数成分をカットして平均電圧を出力する。
コンパレータ441は、LPF435によって高周波数成分がカットされた電圧と基準電圧Vrefとを比較し、高周波数成分がカットされた電圧が基準電圧Vrefよりも低い場合にHレベルとなり、基準電圧Vref以上となった場合にLレベルとなる信号Vcmpを出力する。
カウンタ443は、信号VcmpがHレベルであるときにカウント動作が許可されて、クロック信号Oscをカウントするものであり、そのカウント値Cntを外部の上位制御回路(図示省略)に出力する。なお、カウンタ443によるカウント値Cntは、後述するカウント期間の最初に供給されるパルス信号Psによりゼロにリセットされる。
【0023】
また、コモン電極108に供給されるコモン信号Vcomは、抵抗素子451を介してオペアンプ453の反転入力端(−)に供給され、オペアンプ453の出力信号は、抵抗素子455を介して反転入力端(−)に帰還される。オペアンプ453の非反転入力端(+)は接地されているので、オペアンプ453は、抵抗素子451、455の抵抗値で定まる増幅率でコモン信号Vcomを反転増幅させる反転増幅回路として機能する。
【0024】
オペアンプ453の出力信号は、容量素子457および抵抗素子459を介してスイッチ461の一端に供給される。スイッチ461は、信号CkがHレベルであるときにオンし、信号CkがLレベルであるときにオフする。信号Ckは、信号Ck-1〜Ck-nの論理和信号となる関係にあり、信号Ck-1〜Ck-nとともに検出制御回路44から供給される。したがって、信号Ck-1〜Ck-nのいずれかがHレベルとなれば、信号CkもHレベルとなる関係にある。
スイッチ461の他端は、ノードAに接続されている。
【0025】
容量素子457を介して出力される信号は、オペアンプ453による出力信号の微分信号となる。このため、容量素子457は、一種の微分回路として機能することになる。
なお、本実施形態では、抵抗素子451、455、459、オペアンプ453、容量素子457およびスイッチ461によってノイズ相殺信号供給回路が構成される。このため、便宜的に、スイッチ461の他端から出力される信号をNcsと表記する。
【0026】
次に、容量検出回路40による容量検出の動作について説明する。
図7は、タッチパネルにおける検出電極202における容量検出の動作および割り当てを示す図である。
この図に示されるように、タッチパネルでは、容量検出回路40によって、1番目、2番目、3番目、…、n番目の検出電極202が、この順番で検出対象となり、検出対象となった検出電極202の容量に応じたカウント値が出力される。各検出電極202の容量検出するための期間は、セトリング期間とカウント期間とに分けられる。
【0027】
検出制御回路44は、検出対象とする検出電極202を1〜n番目の順番で選択するとともに、信号Ck-1〜Ck-nを次のように出力する。すなわち、検出制御回路44は、検出対象とした検出電極のセトリング期間において、検出対象とした検出電極202に対応するスイッチ群41への信号を周波数が数MHz程度であってデューティ比が50%のパルス信号とする一方、検出対象以外の検出電極に対応するスイッチ群41への信号をLレベルとする。例えば、1番目の検出電極202が検出対象となったとき、セトリング期間において信号Ck-1はHおよびLレベルを繰り返すパルス信号となり、他の信号Ck-2〜Ck-nはLレベルとなる。
【0028】
ここで、1番目の検出電極202の容量検出動作について図8を参照して説明する。
この図に示されるように、1番目の検出電極202について容量を検出するための期間のうち、セトリング期間では、信号Ck-1がHレベルおよびLレベルを交互に繰り返す。
【0029】
検出電極202が形成されるタッチパネル基板22は、表示パネル10に積層されるので、検出電極202には様々な容量が寄生する。図6において、Clcdは、表示パネル10(の各種電極Ndx)との結合容量であり、Ceは、表示パネル10以外の他の電極との結合容量および浮遊容量の合成容量である。便宜的に、1番目の検出電極202に対する容量Clcdおよび容量Ceの合成容量をCx1と表している。
【0030】
セトリング期間において信号Ck-1がHレベルであると、スイッチ411がオンし、スイッチ412がオフするので、定電流Idacによって容量Cx1が充電される。このとき、容量Cx1は十分に小さいので、容量Cx1に流れる電流は、すぐにゼロとなる。次に、セトリング期間において信号Ck-1がLレベルになると、スイッチ411がオフし、スイッチ412がオンするので、容量Cx1には、その放電によって放電電流が流れ、やがて完全に放電して放電電流がゼロとなる。
【0031】
ここで、セトリング期間において、信号Ck-1がHレベルであるときに容量Cx1に充電される電荷と、信号Ck-1がLレベルであるときに容量Cx1から放電される電荷とは、互い等しいので、スイッチ411、412のオンオフを一定周期で繰り返すと、充電による電流平均値と放電による電流平均値とは同じ大きさとなる。すなわち、電源電圧からみた容量Cx1は、充放電流の平均値が流れる抵抗素子と等価である、と考えることができる(スイッチドキャパシタ回路)。このため、セトリング期間が十分に長ければ、図7に示されるように、ノードAの平均電圧Vaは、Idac/(fs・Cx1)にセトリングすることになる。ここで、電圧{Idac/(fs・Cx1)}が基準電圧Vcmpよりも低くなるように、周波数fs、定電流Idacを設定する。このように設定したとき、セトリング期間の終了時において、コンパレータ441による信号VcmpはHレベルとなる。
【0032】
続いてセトリング期間が終了してカウント期間に移行すると、信号Ck-1はLレベルとなる。これにより、スイッチ411がオフになり、スイッチ412がオンするので、検出電極202は、ノードAから切り離されて、電位Gndに接地される。このため、ノードAは、定電流Idacによって容量素子430が充電されるので、電圧Idac/(fs・Cx1)から一定の割合で上昇する。
また、検出制御回路44は、カウント期間の最初にパルス信号Psを出力するとともに、クロック信号Oscを出力する。このため、カウンタ443のカウント値Cntがゼロにリセットされる。さらに、信号CmpがHレベルであり、カウント動作が許可されているので、カウンタ443は、クロック信号Oscをアップカウントすることになる。
ノードAの電圧が上昇し、やがて基準電圧Vrefに達すると、信号VcmpがLレベルに変化するので、カウンタ443では、カウント動作が不許可になる。このため、カウント値Cntは、カウント期間の開始から、ノードAが基準電圧Vrefに達した時点までの間におけるクロック信号Oscの周期数となる。
【0033】
ここで、1番目の検出電極202に指等がタッチしている場合、当該指等との静電結合により容量Ceが見掛け上、増加して、合成容量Cx1も増加する。このため、セトリング期間の終端において、ノードAの電圧Vaは、細線で示されるように低下するので、基準電圧Vrefに達するまでの時間がそれだけ長くなり、カウント値Cntが増加する。
したがって、外部の上位制御回路が、カウンタ443によるカウント値Cntについて、非タッチ時における値を基準として、大きいか否かを判断することによって、1番目の検出電極202において指等がタッチしているか否かを検出することができる。
このような動作を1番目からn番目までの検出電極202について順番に繰り返して実行することによって、すべての検出電極202についてタッチがされているか否かを検出することができる。
【0034】
ところで、コモン信号Vcomが印加されるコモン電極108は、すべての画素の画素電極118に対向するために広面積であるので、コモン電極108の電圧切り替わりに伴うノイズが、タッチパネル基板22に形成された検出電極202に対し容量Clcdを介して伝搬する。例えば1番目の検出電極202が検出対象となっているときに、セトリング期間でスイッチ411がオン(スイッチ412がオフ)していると、当該電圧切り替わりに伴うノイズは、容量Clcdを介してノードAに伝搬する。このため、図9に示されるようなノイズがノードAに重畳して、セトリング電圧に影響を与える。このようにセトリング電圧に影響を与えると、カウント値Cntがタッチの有無を反映しなくなるので、誤検出の原因となってしまう。
【0035】
しかしながら、本実施形態において、オペアンプ453は、コモン信号Vcomを反転増幅させる反転増幅回路として機能し、容量素子457は、オペアンプ453の出力信号を微分する微分回路として機能するので、容量素子457から出力される信号は、コモン信号Vcomの電圧が切り替わったときに、容量Clcdを介して検出電極202に伝搬するノイズを反転させた信号(逆位相の信号)となる。
信号Ck-1がHレベルであるとき、信号CkもHレベルとなるので、スイッチ461もオンする。このため、同図に示されるように信号Nscは、コモン信号Vcomの電圧が切り替わったときに、容量Clcdを介して1番目の検出電極202に伝搬するノイズを打ち消すことになり、ノードAにおけるノイズの影響が抑えられることになる。
なお、ここでは1番目の検出電極202における容量検出について説明したが、2〜n番目の検出電極202についても同様に検出対象となったときにノイズの影響が抑えられる。
したがって、本実施形態によれば、コモン電極108に印加される電圧が切り替わるタイミング、すなわち、コモン信号Vcomの電圧が切り替わるタイミングであっても、当該電圧切り替えに伴うノイズの影響が抑えられるので、タッチ検出精度の低下を抑えることが可能となる。
なお、オペアンプ453の電圧増幅率を定める抵抗素子451、455の抵抗値については、ノードAに伝搬するノイズが適切に相殺されるように実験的に求められる。
【0036】
<第2実施形態>
次に、本発明の第2実施形態に係る表示装置について説明する。図10は、この第2実施形態に係る表示装置における容量検出回路40の構成を示す図である。
上述した第1実施形態では、コモン信号Vcomを反転増幅および微分することによってノイズを相殺する信号Ncsとしたが、第2実施形態では、タッチパネル基板22に、検出電極202とは別にノイズを検出する電極204を設け、当該電極204で検出されたノイズを反転増幅および微分することによって、ノイズを相殺する信号Ncsとしたものである。したがって、第2実施形態では、コモン信号供給回路320を容量検出回路40に供給する必要がない。
第2実施形態では、電極204によって検出されたノイズから信号Ncsを生成しているので、コモン信号Vcomの電圧切り替えに伴うノイズに加えて、それ以外のノイズ、例えば走査線やデータ線の電圧変化に伴うノイズについての影響も相殺することが可能となる。
【0037】
<第3実施形態>
次に、本発明の第3実施形態に係る表示装置について説明する。図11は、この第3実施形態に係る表示装置における容量検出回路40の構成を示す図である。
第2実施形態では、ノイズ検出のために検出電極202とは別の電極204を設けたが、この第3実施形態では、検出対象となっていない検出電極202を、ノイズ検出のために用いるものである。このため、第3実施形態では、スイッチ群41の各々において、検出電極202をノイズ検出のために用いるためのスイッチ413がそれぞれ設けられている。
詳細には、1〜n番目の検出電極202に対応するスイッチ413の一端は、それぞれ1〜n番目の検出電極202に接続され、また、1〜n番目の検出電極202に対応するスイッチ413の他端同士は共通接続されるとともに、抵抗素子451を介してオペアンプ453の反転入力端(−)に接続される。
なお、図11では、スイッチ群41におけるインバータ414や信号Ck- 1〜Ck-nについては図示を省略している。
【0038】
このような構成において、容量検出回路40は、例えば1番目の検出電極202を容量検出の対象としているときに、2番目の検出電極202に対応するスイッチ413だけをオンさせてノイズ検出用とし、同様に、2番目の検出電極202を容量検出の対象としているときに、3番目の検出電極202に対応するスイッチ413だけをオンさせてノイズ検出用とする。
このように、検出対象となっている検出電極202の近傍に位置する検出電極202をノイズ検出用として用いると、検出対象となっている検出電極202で重畳されるであろうノイズを、近傍に位置する検出電極202で精度良く検出することができるので、ノイズの影響をより少なく抑えるとともに、別途の電極204を不要とすることができる。
【0039】
<応用・変形例>
なお、上述した実施形態では、検出電極202の形状をほぼ正方形としたが、図12(b)に示されるように、y方向の位置検出用の検出電極202yと、図12(c)に示されるように、x方向の位置検出用の検出電極202xとを交差部分の絶縁した上で、図12(a)に示されるように配列させて、x方向およびy方向のタッチ検出を個別に実行しても良い。
【0040】
上述した各実施形態では、液晶容量120をノーマリーブラックモードとしたが、電圧無印加状態において明るい状態となるノーマリーホワイトモードとしても良い。また、R(赤)、G(緑)、B(青)の3画素で1ドットを構成して、カラー表示を行うとしても良いし、さらに、別の1色(例えばエメラルドグリーン(Eg))を追加し、これらの4色の画素で1ドットを構成して、色再現性を向上させる構成としても良い。
実施形態では、コモン信号Vcomの電圧を1行の走査線が選択される毎に切り替えたが、例えば複数行の走査線が選択される毎に、あるいは、1フレームの期間毎に切り替えても良い。
【0041】
<電子機器>
次に、上述した実施形態に係る表示装置1を有する電子機器の例について説明する。
図13は、実施形態に係る表示装置1を用いた携帯電話1200の構成を示す図である。この図に示されるように、携帯電話1200は、複数の操作ボタン1202のほか、受話口1204、送話口1206とともに、上述した表示装置1を、タッチパネル基板22を観察者側に向けて備える。
なお、表示装置1が適用される電子機器としては、図13に示した携帯電話の他にも、デジタルスチルカメラ、ノートパソコン、液晶テレビ、ビデオレコーダ、カーナビゲーション装置、ページャ、電子手帳、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、POS端末、タッチパネル等などの機器が挙げられる。そして、これらの各種電子機器に、上述した表示装置1が適用可能であることは言うまでもない。
【図面の簡単な説明】
【0042】
【図1】本発明の第1実施形態に係る表示装置の構成を示す図である。
【図2】上記表示装置の構成を示すブロック図である。
【図3】上記表示装置における表示パネルの電気的構成を示す図である。
【図4】上記表示パネルの画素の構成を示す図である。
【図5】上記表示パネルの動作を示す図である。
【図6】上記表示装置におけるタッチパネルの容量検出回路の構成を示す図である。
【図7】上記タッチパネルの動作を示す図である。
【図8】上記タッチパネルの動作を示す図である。
【図9】上記容量検出回路におけるノイズの相殺を示す図である。
【図10】第2実施形態に係る容量検出回路の構成を示す図である。
【図11】第3実施形態に係る容量検出回路の構成を示す図である。
【図12】検出電極の別構成を示す図である。
【図13】実施形態に係る表示装置を適用した携帯電話の構成を示す図である。
【符号の説明】
【0043】
1…表示装置、10…表示パネル、30…駆動回路、40…容量検出回路、105…液晶層、108…コモン電極、110…画素、118…画素電極、202…検出電極、204…(ノイズ検出用)電極、320…コモン信号供給回路、340…走査線駆動回路、350…データ線駆動回路、411、412…スイッチ、420…定電流源、430…容量素子、441…コンパレータ、443…カウンタ、453…オペアンプ、457…容量素子、1200…携帯電話
【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数の走査線と複数のデータ線との交差に対応して設けられ、各々は、
前記走査線に選択電圧が印加されたときに、前記データ線の電圧とコモン電極との間の差電圧に応じた階調となる画素を有する表示パネルと、
前記複数の走査線を所定の順番で選択する走査線駆動回路と、
前記コモン電極に対して、前記走査線が所定数選択される毎にコモン信号を供給するコモン信号供給回路と、
前記選択電圧が印加された走査線に対応する画素に対し、当該画素の階調に応じたデータ信号を、データ線を介して供給するデータ線駆動回路と、
前記表示パネルに積層され、検出電極を有するタッチパネル基板と、
前記検出電極のタッチ検出を行う検出回路と、
を備え、
前記検出回路は、
電源線と所定のノードとの間に流れる電流を一定値とさせる定電流源と、
前記検出電極と前記ノードとの間でオンまたはオフする第1スイッチと、
前記検出電極と接地線との間でオンまたはオフする第2スイッチと、
前記ノードと前記接地線との間に介挿された容量素子と、
前記表示パネルから前記検出電極に重畳されるノイズと逆位相の信号を前記ノードに与えるノイズ相殺信号供給回路と、
を有し、
前記第1および第2スイッチを互いに排他的にオンおよびオフさせる動作を繰り返すセトリング期間と、該セトリング期間の後に、前記第1スイッチをオフさせ、前記第2スイッチをオンさせて、前記ノードの電圧が予め設定された基準電圧に達するまでの時間に基づいて前記検出電極におけるタッチ検出を行うカウント期間と
を有することを特徴とする表示装置。
【請求項2】
前記ノイズ相殺信号供給回路は、
前記コモン信号の電圧を反転させる反転増幅回路と、
前記反転増幅回路による信号を微分する微分回路と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
【請求項3】
前記ノイズ相殺信号供給回路は、
前記ノイズを検出する電極と、
前記ノイズを検出する電極から得られた信号を反転させる反転増幅回路と、
前記反転増幅回路による信号を微分する微分回路と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
【請求項4】
前記検出回路は、
複数の検出電極を所定の順番で検出対象とし、
前記ノイズ相殺信号供給回路は、前記複数の検出電極のうち、検出対象となっていない検出電極から得られた信号を反転させる反転増幅回路と、
前記反転増幅回路による信号を微分する微分回路と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれかに記載の表示装置を有することを特徴とする電子機器。
【請求項1】
複数の走査線と複数のデータ線との交差に対応して設けられ、各々は、
前記走査線に選択電圧が印加されたときに、前記データ線の電圧とコモン電極との間の差電圧に応じた階調となる画素を有する表示パネルと、
前記複数の走査線を所定の順番で選択する走査線駆動回路と、
前記コモン電極に対して、前記走査線が所定数選択される毎にコモン信号を供給するコモン信号供給回路と、
前記選択電圧が印加された走査線に対応する画素に対し、当該画素の階調に応じたデータ信号を、データ線を介して供給するデータ線駆動回路と、
前記表示パネルに積層され、検出電極を有するタッチパネル基板と、
前記検出電極のタッチ検出を行う検出回路と、
を備え、
前記検出回路は、
電源線と所定のノードとの間に流れる電流を一定値とさせる定電流源と、
前記検出電極と前記ノードとの間でオンまたはオフする第1スイッチと、
前記検出電極と接地線との間でオンまたはオフする第2スイッチと、
前記ノードと前記接地線との間に介挿された容量素子と、
前記表示パネルから前記検出電極に重畳されるノイズと逆位相の信号を前記ノードに与えるノイズ相殺信号供給回路と、
を有し、
前記第1および第2スイッチを互いに排他的にオンおよびオフさせる動作を繰り返すセトリング期間と、該セトリング期間の後に、前記第1スイッチをオフさせ、前記第2スイッチをオンさせて、前記ノードの電圧が予め設定された基準電圧に達するまでの時間に基づいて前記検出電極におけるタッチ検出を行うカウント期間と
を有することを特徴とする表示装置。
【請求項2】
前記ノイズ相殺信号供給回路は、
前記コモン信号の電圧を反転させる反転増幅回路と、
前記反転増幅回路による信号を微分する微分回路と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
【請求項3】
前記ノイズ相殺信号供給回路は、
前記ノイズを検出する電極と、
前記ノイズを検出する電極から得られた信号を反転させる反転増幅回路と、
前記反転増幅回路による信号を微分する微分回路と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
【請求項4】
前記検出回路は、
複数の検出電極を所定の順番で検出対象とし、
前記ノイズ相殺信号供給回路は、前記複数の検出電極のうち、検出対象となっていない検出電極から得られた信号を反転させる反転増幅回路と、
前記反転増幅回路による信号を微分する微分回路と、
を有することを特徴とする請求項1に記載の表示装置。
【請求項5】
請求項1乃至4のいずれかに記載の表示装置を有することを特徴とする電子機器。
【図1】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【図2】
【図3】
【図4】
【図5】
【図6】
【図7】
【図8】
【図9】
【図10】
【図11】
【図12】
【図13】
【公開番号】特開2009−110418(P2009−110418A)
【公開日】平成21年5月21日(2009.5.21)
【国際特許分類】
【出願番号】特願2007−283921(P2007−283921)
【出願日】平成19年10月31日(2007.10.31)
【出願人】(304053854)エプソンイメージングデバイス株式会社 (2,386)
【Fターム(参考)】
【公開日】平成21年5月21日(2009.5.21)
【国際特許分類】
【出願日】平成19年10月31日(2007.10.31)
【出願人】(304053854)エプソンイメージングデバイス株式会社 (2,386)
【Fターム(参考)】
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