表示装置および電子機器
【課題】開口率を損なうことなくセンシング回路を液晶表示装置に組み込む。
【解決手段】表示領域Ａには、複数の画素回路が形成され画像を表示する。この表示領域Ａの外延に沿ってセンシング領域Ｂ１およびＢ２が形成される。センシング領域Ｂ１およびＢ２では画像を表示せず、そこには、静電容量検出素子を備えたセンシング回路が形成される。さらに、センシング領域Ｂ１およびＢ２の隣接する表示領域Ａの辺に沿って個別領域Ｑ１およびＱ２がある。そこには、メニューボタンが表示される。
【解決手段】表示領域Ａには、複数の画素回路が形成され画像を表示する。この表示領域Ａの外延に沿ってセンシング領域Ｂ１およびＢ２が形成される。センシング領域Ｂ１およびＢ２では画像を表示せず、そこには、静電容量検出素子を備えたセンシング回路が形成される。さらに、センシング領域Ｂ１およびＢ２の隣接する表示領域Ａの辺に沿って個別領域Ｑ１およびＱ２がある。そこには、メニューボタンが表示される。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化を検出するセンシング機能を備えた表示装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量の変化を検出するセンシング回路を備えた表示装置が知られている。例えば、特許文献１に記載された技術は、画像を表示する表示領域の内側にセンシング回路を備える。このセンシング回路では、基準容量と静電容量検出素子とを直列に接続し、その接続点を増幅トランジスタのゲートに接続し、ゲート電位に応じた検出電流を増幅トランジスタに流す。そして、静電容量素子の静電容量の変化を検出電流の変化として取り出す。
【特許文献１】特開２００７-４８２７５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、表示領域にセンシング回路を組み込むと開口率が低下して表示品質が劣化するといった問題がある。
また、従来のセンシング回路では、センシングの度に、増幅トランジスタのゲート電位を所定の電位にリセットする必要がある。このため、従来のセンシング回路では、増幅トランジスタの電源とは別にリセット用の電圧をリセットトランジスタを介して増幅トランジスタのゲートに供給していた。また、基準容量の一方の端子には基準電圧が供給され、静電容量素子の一方の端子には、液晶表示装置の対向電極に供給される共通電位が供給されていた。このように各種の電圧を各々供給するためには、複数の配線を形成する必要があるため、センシング回路の構造が複雑となるといった問題があった。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、開口率を低下することなく、センシング回路を表示装置に組み込むことを解決課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題を解決するために、本発明に係る表示装置は、複数の画素回路が形成され、画像を表示する表示領域と、前記表示領域の外延に沿って形成され、画像を表示しないセンシング領域とを備え、前記センシング領域に静電容量の変化を検出するセンシング回路を形成したことを特徴とする。
この発明によれば、センシング領域は表示領域の外側に配置されるので、開口率を低下させることがない。また、センシング領域は表示領域に沿って形成されているので、表示領域の構造の変化がセンシング領域にも影響を及ぼす。このため、利用者が表示領域を指で触れるなど、表示領域の構造が変化すると、これに伴う静電容量の変化をセンシング領域において検知することができる。
【０００５】
より具体的には、前記センシング領域は、前記表示領域の辺の一部または全部に配置され、当該センシング領域に、複数の前記センシング回路がライン状に形成されることが好ましい。
また、前記センシング領域に隣接する表示領域の一辺と対向する辺に沿って、前記複数の画素回路を駆動するための駆動回路を形成することが好ましい。この場合には、センシング領域を横切って駆動信号を画素回路に供給する必要がないので、センシング領域における配線レイアウトを簡素化することが可能となる。
【０００６】
また、前記表示領域には、複数の走査線と、複数のデータ線と、前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられた複数の画素回路とが形成され、前記表示領域の一辺に沿って前記複数の走査線を順次選択する駆動回路を形成し、当該一辺と交わる辺に沿って、前記センシング領域を配置し、前記駆動回路から出力される信号に基づいて当該センシング領域に形成される複数のセンシング回路を駆動することが好ましい。この場合には、画像表示と同期してセンシングを実行することになるが、センシング回路のための駆動回路を省略することができるので、構成を簡素化することができる。さらに、センシング周期がより遅くてもよい場合には、駆動回路から供給される信号を間引いて用いればよい。この場合には、センシング回路の動作周波数を下げることができるので、消費電力を削減することができる。
【０００７】
また、前記複数の画素回路の各々は、画素電極と、共通電極と、前記画素電極と前記共通電極との間で生じる電界が加わる液晶とを備え、前記センシング回路は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間で生じる電界が加わる前記液晶によって形成される静電容量の変化を検出することが好ましい。この場合には、センシング領域の上から指で押さなくても隣接する表示領域が指で押されると、センシング領域においても、第１電極と第２電極との間の電気的状態（例えば、第１電極と第２電極との間の距離）が変化するので、静電容量の変化としてこれを検出することができる。この発明のより具体的な態様としては、前記画素回路が備える前記液晶が前記画素電極と前記共通電極との間に挟持される表示装置や、前記画素電極と前記共通電極が別々の層に形成され、前記画素回路が備える前記液晶が、前記画素電極を含む層と前記共通電極を含む層との間の領域とは異なる領域に配置される表示装置、前記画素電極と前記共通電極が同一の層に形成され、前記画素回路が備える前記液晶が前記層とは異なる層に含まれる表示装置を例示可能である。
【０００８】
さらに、利用者が指示を入力するためのボタンを、前記表示領域の内側であって、前記センシング領域と隣接した位置に表示させる制御回路を備えることが好ましい。利用者はボタンを指で押すことによって指示を入力するが、これをボタンに隣接するセンシング領域のセンシング回路で検出することができる。
【０００９】
加えて、前記センシング回路は、一方の電極に電源線が電気的に接続され、ゲート電位に応じた検出電流を他方の電極から出力する第１トランジスタ（例えば、図２に示す４１）と、前記第１トランジスタのゲートと電源線との間に設けられ、第１制御線を介してゲートに供給されるリセット信号に応じてオン状態となる第２トランジスタ（例えば、図２に示す４２）と、前記第１制御線と前記第１トランジスタのゲートとの間に設けられた基準容量と、一方の端子が前記第１トランジスタのゲートに電気的に接続され、他方の端子に所定電位が供給される静電容量検出素子と、前記第１トランジスタの他方の電極と検出線との間に設けられ、第２制御線を介してゲートに供給される選択信号に応じてオン状態となる第３トランジスタ（例えば、図２に示す４３）とを備える。
【００１０】
この発明によれば、第１トランジスタのゲート電位をリセットするために電源線を介して供給される電圧を用いるので、リセット用に特別な電源を用意する必要がなく、これを供給する配線数を減らすことができる。また、基準容量の一方の端子は第１制御線に接続され、リセット信号によってセンシング動作を行うので、基準容量に専用の電源を設ける必要がなく、さらにこれを供給する配線数を減らすことができる。よって、センシング回路の構成を大幅に簡素化できる。くわえて、静電容量素子の他方の端子に供給される所定電位を固定電位とすれば、第１トランジスタのゲート電位が所定の周期で変動することがない。また、表示装置の画像表示の周期と同期してセンシングを実行する必要がないので、必要に応じてセンシングしたり、より長い周期でセンシングを実行することができる。この結果、消費電力を削減することができる。
【００１１】
次に、本発明に係る電子機器は、上述した表示装置を備えることが好ましい。このような電子機器としては、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末、およびタッチパネルなどが含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜１．実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。液晶表示装置５００は、表示領域Ａと、その周囲に設けられたセンシング領域Ｂ１およびＢ２を備える。センシング領域Ｂ１およびＢ２は、画像が表示されない非表示領域である。表示領域Ａには、複数の走査線３０と複数のデータ線３１と、これらの交差に対応して複数の画素回路Ｐが配置されている。画素回路Ｐは、トランジスタ３３と、画素電極３４と、共通電位Ｖcomが供給される対向電極（共通電極）３６と、画素電極３４と対向電極３６との間に挟持された液晶３５を備える。トランジスタ３３はＴＦＴ（Thin Film Transistor）で構成され、そのゲートは走査線３０に、ドレインはデータ線３１に、ソースは画素電極３４に接続される。液晶３５には、画素電極３４と対向電極３６との間で生じる電界（液晶の厚み方向の電界）が加わる。
【００１３】
Ｙドライバ１００は、複数の走査線３０を順次選択するための走査信号を生成して、各画素回路Ｐに各々供給する。走査信号は、１垂直走査期間（１Ｆ）の最初のタイミングから、１水平走査期間（１Ｈ）に相当する幅のパルスであって、１行目の走査線３０に供給される。以降、このパルスを順次シフトして、各走査線３０の各々に走査信号として供給する。一方、Ｘドライバ２００は、選択された走査線３０に位置する画素回路Ｐの各々に対し表示すべき階調に応じた大きさのデータ信号を供給する。
【００１４】
次に、センシング領域Ｂ１およびＢ２には複数のセンシング回路４０が配置される。このセンシング回路４０は、静電容量の変化を検出し、駆動回路３００によって駆動される。
図２にセンシング回路４０の回路図を示す。センシング回路４０は、増幅トランジスタ４１、リセットトランジスタ４２、および選択トランジスタ４３を備える。これらのトランジスタは、上述した画素回路Ｐのトランジスタ３３と同様にＴＦＴで構成され、同じプロセスで形成される。
【００１５】
リセットトランジスタ４２のゲートには、第１制御線１０を介してリセット信号ＲＥＳが供給される。リセットトランジスタ４２のドレインは電源線２０に接続され、そのソースは増幅トランジスタ４１のゲートと接続される。電源線２０には電圧ＶＲＨが供給される。
増幅トランジスタ４１のドレインは電源線２０に接続され、そのソースは選択トランジスタ４３のドレインに接続される。選択トランジスタ４３のソースは検出線２１に接続され、そのゲートには第２制御線１１を介して選択信号ＳＥＬが供給される。
また、増幅トランジスタ４１のゲートと第１制御線１０との間には、基準容量素子４４が設けられている。さらに、静電容量検出素子４５の一方の端子は、増幅トランジスタ４１のゲートに接続され、その他方の端子には所定電位Ｖｘが供給される。なお、この例において所定電位Ｖｘは共通電位Ｖcomと異なる固定電位である。したがって、共通電位Ｖcomを交流駆動して変動させても、それによって増幅トランジスタ４１の電位が変動することはなく、画像表示と独立してセンシングを行うことができる。また、表示装置の画像表示の周期と同期してセンシングを実行する必要がないので、必要に応じてセンシングしたり、より長い周期でセンシングを実行することができる。この結果、消費電力を削減することができる。
【００１６】
次に、センシング回路４０の動作を図３〜図６を参照して説明する。センシング回路４０は、リセット期間Ｔres、センシング期間Ｔsen、および読出期間Ｔoutを一単位として動作する。
まず、リセット期間Ｔresにおいて、リセット信号ＲＥＳのレベルはＶＤとなり、リセットトランジスタ４１がオン状態となる。このとき、選択信号ＳＥＬはローレベルであり選択トランジスタ４３はオフ状態となる。すると、図４に示すように増幅トランジスタ４１のゲートの電位が電源電位ＶＲＨにリセットされる。
【００１７】
次に、リセット期間Ｔresに続くセンシング期間Ｔsenでは、リセット信号ＲＥＳのレベルがＶＤからＧＮＤ（＝０Ｖ）に変化する。すると、図５に示すようにリセットトランジスタ４２がオフ状態となる。第１制御線１０は基準容量素子４４の一方の電極と接続されているので、基準容量素子４４はカップリング容量として機能し、リセット信号ＲＥＳのレベルが変化すると増幅トランジスタ４１のゲート電位が変化する。
【００１８】
ここで、基準容量素子４４の容量値をＣｒ、静電容量検出素子４５の容量値をＣｓ、第１制御線１０の電位変化をΔＶgate（＝ＶＤ）とすれば、増幅トランジスタ４１のゲート電位の変化分ΔＶは、以下に示す式（１）で与えられる。但し、寄生容量は無視する。
ΔＶ＝ΔＶgate*Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ｃｓ）……（１）
式（１）から、静電容量検出素子４５の容量値Ｃｓが大きければ容量カップリングによる変化分ΔＶは小さく、逆に容量値Ｃｓが小さければ変化分ΔＶは大きい。したがって、静電容量検出素子４５の容量変化をゲート電位に反映させることができる。
【００１９】
次に、読出期間Ｔoutでは、選択信号ＳＥＬがローレベルからハイレベルに変化する。すると、図６に示すように選択トランジスタ４３がオン状態となる。これによって、増幅トランジスタ４１のゲート電位に応じた検出電流Ｉdetが検出線２１に流れる。
ところで、読出期間Ｔoutにおいて、選択トランジスタ４３を確実にオン状態とするためには、読出期間Ｔoutに先立って、検出線２１の電位をプリチャージ電位Ｖpreにプリチャージすることが好ましい。この例では、図３に示すように、リセット期間Ｔresおよびセンシング期間Ｔsenをプリチャージ期間Ｔpreとし、当該期間において検出線２１にプリチャージ電位Ｖpreを供給している。
【００２０】
ここで、静電容量検出素子４５による静電容量の変化を図７を参照して説明する。静電容量検出素子４５は図７に示すように第１電極４５ａと第２電極４５ｂとの間に液晶３５を挟持して構成される。人の指が触れない状態では、同図（Ａ）に示すように第１電極４５ａと第２電極４５ｂとが平行であるが、指で液晶表示装置５００を押すと、第２電極４５ｂが撓み、第１電極４５ａと第２電極４５ｂの距離が短くなる。このため、人が指で液晶表示装置５００を押すと、静電容量検出素子４５の容量値Ｃｓが大きくなる。このようにして、静電容量の変化が検出される。
【００２１】
また、この例の基準容量素子４４は一方の電極として半導体層４７を用い、他方の電極としてゲート配線４８を用い、それらの間にゲート酸化膜４９を挟持して構成される。なお、半導体層４７、ゲート配線４８、およびゲート酸化膜４９は、他のトランジスタ４１や４２と同一のプロセスによって形成される。したがって、基準容量素子４４を形成するために特別なプロセスは不要であり、製造コストを削減することができる。
【００２２】
ところで、基準容量素子４４は、第１制御線１０と増幅トランジスタ４１のゲートの間に設ければよい。リセットトランジスタ４２のゲート・ドレイン間およびゲート・ソース間には、その構造に起因する寄生容量が付随する。そこで、図８に示すセンシング回路４０’のように、リセットトランジスタ４２の寄生容量を基準容量素子４４として用いてもよい。この場合には、図７に示すように基準容量素子４４を作り込まなくてもよいので、構造をより一層、簡素化することができる。
【００２３】
また、上述した実施形態では、共通電位Ｖcomと異なる固定電位を所定電位Ｖｘとしたが、これを変形し、共通電位Ｖcomを所定電位Ｖｘとしてもよい。つまり、第２電極４５ｂと対向電極（共通電極）３６とが電気的に接続された形態としてもよい。この形態は、共通電位Ｖcomを変化させる形態（コモン変調駆動）であって、少なくともセンシング期間Ｔsenには共通電位Ｖcomが固定電位となる形態であってもよい。これらの形態において、第２電極４５ｂが電気的に接続される共通電極として、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式やＩＰＳ（In-Plane Switching）方式等の横電界モードで液晶を駆動する液晶表示装置における共通電極を採用した形態としてもよい。この形態では、画素電極と共通電極との間で生じる電界（横電界）が液晶に加わる。
【００２４】
図９は、ＦＦＳ方式の形態の構造例を示す断面図である。ただし、増幅トランジスタおよび基準容量素子については図示を省略してある。この例のように、ＦＦＳ方式の形態では、画素電極８１と共通電極８２は別々の層に形成され、液晶３５は、画素電極８１を含む層と共通電極８２を含む層との間の領域８３とは異なる領域に配置される。領域８３は、第１電極（容量性電極）９１ａを含む層と第２電極９１ｂを含む層との間の領域でもある。第１電極９１ａはリセットトランジスタ９４のソース９４ｓ（すなわち増幅トランジスタのゲート）に接続されている。
【００２５】
この例では、画素電極８１にはカラーフィルタ９２が、第１電極９１ａにはブラックマトリクス９３が重なっている。ブラックマトリクス９３を用いるのはセンシング回路からの不要な光を遮断するためである。この例でも、人が指で液晶表示装置５０１を押すと、静電容量検出素子９１の容量値Ｃｓが変化するから、静電容量の変化を検出することができる。なお、ＩＰＳ方式の形態では、画素電極と共通電極は同一の層に形成され、液晶３５は、この層とは異なる層に含まれることとなる。
【００２６】
また、上述した実施形態では、センシング回路４０を駆動するために、駆動回路３００を設けたが、画像表示と同期してセンシングを実行することを許容するのであれば、図１０に示すようにセンシング回路４０に供給する選択信号ＳＥＬおよびリセット信号ＲＥＳをＹドライバ１０１で生成する構成としてもよい（液晶表示装置５０１）。この構成を得るには、Ｙドライバ１００に含まれるシフトレジスタの段数を１段増やしてＹドライバ１０１とし、初段または最終段から出力されるシフト信号に基づいて、選択信号ＳＥＬおよびリセット信号ＲＥＳを生成するようにすればよい。
【００２７】
図１１は、液晶表示装置５０１の回路図である。ただし、Ｘドライバ２００については図示を省略してある。液晶表示装置５０１は、センサ用Ｘドライバ３０１と、Ｙドライバ１０１と、表示領域Ａに配置されたＮ−１行Ｌ列の画素回路Ｐと、センシング領域Ｂ１またはＢ２に配置されたＮ−１＋Ｌ個のセンシング回路４０とを備える。センシング領域Ｂ１ではＬ個のセンシング回路４０が行方向（Ｎ行目）に並んでおり、センシング領域Ｂ２では残るＮ−１個のセンシング回路４０が列方向（Ｌ＋１列目）に並んでいる。以降の説明では、画素回路Ｐおよびセンシング回路４０の総称として「単位回路」を用いる。
【００２８】
センサ用Ｘドライバ３０１は、センシング領域Ｂ１を挟んで表示領域Ａと対向する位置に設けられており、Ｌ本の第２制御線１１の各々に選択信号ｓｅｌを供給する。Ｙドライバ１０１は、表示領域Ａを挟んでセンシング領域Ｂ２と対向する位置に設けられており、液晶表示装置５００における走査信号と同一のパルスを順次シフトして、Ｎ本の走査線３０の各々には走査信号として、Ｎ−１本の第１制御線１０の各々にはリセット信号として供給する。つまり、画素回路Ｐおよびセンシング回路４０は、同じシフトパルスにより動作する。
【００２９】
また、データ線３１とＮ本目（センシング領域Ｂ１のＬ個のセンシング回路４０用）の走査線３０は、互いに交差しないように配置されている。また、センシング領域Ｂ２のＮ−１個のセンシング回路４０用の検出線２１と、センシング領域Ｂ１のＬ個のセンシング回路４０用の検出線２２は、いずれも、走査線３０と交差しないように配置されている。
【００３０】
Ｎ行目の単位回路（Ｌ個のセンシング回路４０）の各々では、走査線３０がリセットトランジスタ４２のゲートおよび基準容量素子４４の一方の電極と接続され、第２制御線１１が選択トランジスタ４３のゲートと接続され、Ｎ行目の単位回路に共通の検出線２２が選択トランジスタ４３のソースと接続されている。なお、液晶表示装置５０１では、検出線２２に対してプリチャージは行われない。
【００３１】
一方、Ｌ＋１列目の単位回路（Ｎ−１個のセンシング回路４０）の各々では、同一行の単位回路に共通の走査線３０が選択トランジスタ４３のゲートと接続され、同一行の単位回路に共通の第１制御線１０がリセットトランジスタ４２のゲートと基準容量素子４４の一方の電極とに接続され、Ｌ＋１列目の単位回路に共通の検出線２１が選択トランジスタ４３のソースと接続されている。つまり、Ｎ−１個のセンシング回路４０は、画素回路Ｐと同じ選択信号ＳＥＬにより選択される。なお、液晶表示装置５０１でも、検出線２１の電位はプリチャージ電位Ｖpreにプリチャージされる。
【００３２】
次に、液晶表示装置５０１の動作を、図１２を参照して説明する。図に示すように、ｎ行目の画素回路Ｐに対してデータ信号（ＤＡＴＡ）が供給される１水平走査期間（１Ｈ）では、選択信号ＳＥＬ［１］〜［Ｎ］のうち選択信号ＳＥＬ［ｎ］のみがハイレベルとなり、次の１水平走査期間では、選択信号ＳＥＬ［１］〜［Ｎ］のうち選択信号ＳＥＬ［ｎ＋１］のみがハイレベルとなる。つまり、選択信号ＳＥＬ［１］〜［Ｎ］のレベルは、１水平走査期間を単位として巡回的かつ排他的にハイレベルとなる。
【００３３】
また、図に示すように、ｎ行目の画素回路Ｐに対してデータ信号（ＤＡＴＡ）が供給される１水平走査期間（１Ｈ）では、リセット信号ＲＥＳ［１］〜［Ｎ−１］のうちリセット信号ＲＥＳ［ｎ＋２］のみのレベルがＶＤとなり、その直前の１水平走査期間では、リセット信号ＲＥＳ［１］〜［Ｎ−１］のうちリセット信号ＲＥＳ［ｎ＋１］のみのレベルがＶＤとなり、その直前の１水平走査期間では、リセット信号ＲＥＳ［１］〜［Ｎ−１］のうちリセット信号ＲＥＳ［ｎ］のみのレベルがＶＤとなる。つまり、リセット信号ＲＥＳ［１］〜［Ｎ−１］のレベルは、１水平走査期間を単位として巡回的かつ排他的にＶＤとなる。
【００３４】
図に示すように、ｎ本目の走査線３０に供給される選択信号ＳＥＬ［ｎ］と、ｎ＋２本目の走査線３０に供給されるリセット信号ＲＥＳ［ｎ＋２］は、同一となる。ただし、リセット信号ＲＥＳ［Ｎ］は存在せず、選択信号ＳＥＬ［Ｎ−１］はリセット信号ＲＥＳ［１］と、選択信号ＳＥＬ［Ｎ］はリセット信号ＲＥＳ［２］と同一となる。したがって、リセット信号ＲＥＳ［Ｎ−１］のレベルがＶＤとなる１水平走査期間の次の１水平走査期間（リセット信号ＲＥＳ［１］のレベルがＶＤとなる１水平走査期間の直前の１水平走査期間）では、いずれのリセット信号ＲＥＳのレベルもＶＤとならず、この期間においてリセット期間Ｔresを迎えるセンシング回路４０は、Ｌ＋１列目の単位回路に含まれていない。
【００３５】
以上より明らかなように、Ｌ＋１列目の単位回路（Ｎ−１個のセンシング回路４０）は、１水平走査期間を単位として巡回的かつ排他的にリセット期間Ｔresを迎え、Ｎ行目の単位回路（Ｌ個のセンシング回路４０）は、選択信号ＳＥＬ［Ｎ］がローレベルとなるとリセット期間Ｔresを迎える。
【００３６】
ｎ行Ｌ＋１列目の単位回路（センシング回路４０）は、リセット信号ＲＥＳ［ｎ］がハイレベルからローレベルに変化するとセンシング期間Ｔsenを迎え、選択信号ＳＥＬ［ｎ］がローレベルからハイレベルに変化すると読出期間Ｔoutを迎える。つまり、Ｌ＋１列目の単位回路（Ｎ−１個のセンシング回路４０）は、１水平走査期間を単位として巡回的かつ排他的にセンシング期間Ｔsenおよび読出期間Ｔoutを迎える。各期間におけるセンシング回路４０の動作は前述の通りである。よって、検出線２１には、Ｎ−１個のセンシング回路４０からの検出電流Ｉdet（Ｖｓ）が１水平走査期間を単位として巡回的かつ排他的に流れる。なお、Ｎ−１個のセンシング回路４０の各々のためのプリチャージ期間Ｔpreは、当該センシング回路４０のための読出期間Ｔoutの前の期間であって、Ｎ−１個のセンシング回路４０のうち当該センシング回路４０の直前に読出期間Ｔoutを迎えるセンシング回路４０のための読出期間Ｔoutの後の期間である。
【００３７】
一方、図に示すように、選択信号ＳＥＬ［Ｎ］がハイレベルの期間では、１水平走査期間をＬ等分した期間を１単位期間としたとき、ある１単位期間（１ｈ）では選択信号ｓｅｌ［１］〜［Ｌ］のうち選択信号ｓｅｌ［ｍ］のみがハイレベルとなったとすると、次の１単位期間では選択信号ｓｅｌ［１］〜［Ｌ］のうち選択信号ｓｅｌ［ｍ＋１］のみがハイレベルとなる。つまり、Ｎ行目の単位回路（Ｌ個のセンシング回路４０）は、選択信号ＳＥＬ［Ｎ］がハイレベルとなるとセンシング期間Ｔsenを迎え、選択信号ＳＥＬ［Ｎ］がハイレベルの期間において、１単位期間を単位として排他的に読出期間Ｔoutを迎える。各期間におけるセンシング回路４０の動作は前述の通りであるから、検出線２２には、選択信号ＳＥＬ［Ｎ］がハイレベルの期間において、Ｌ個のセンシング回路４０からの検出電流Ｉdet（Ｖｓ）が１単位期間を単位として排他的に流れる。
【００３８】
なお、液晶表示装置５０１を変形し、センシング領域Ｂ２をＹドライバ１０１と表示領域Ａとの間に配置した形態としてもよいし、センシング領域Ｂ１をＸドライバ２００と表示領域Ａとの間に配置した形態としてもよい。後者の場合、Ｘドライバ２００に代えて、Ｘドライバ２００およびセンサ用Ｘドライバ３０１の機能を備えたＸドライバを採用するのが好ましい。
【００３９】
次に、センシング回路４０と表示領域Ａに表示される画像の関係について、図１３を参照して説明する。この例では、表示領域Ａの端部の内側の個別領域Ｑ１およびＱ２に図示せぬ制御回路がメニューボタンを表示させるように制御する。ユーザーはメニューボタンを押下げることによって、装置に対して指示を入力することができる。個別領域Ｑ１はセンシング回路４０が配置されるセンシング領域Ｂ１に近接して配置される。ここで、ユーザーが個別領域Ｑ１を指で押すと、その周りの部分がへこむので、これと連動して、センシング領域Ｂ１のセンシング回路４０に形成された静電容量検出素子４５の容量値Ｃｓが変化する。したがって、ユーザーがどの個別領域Ｑ１を指でふれたかを検知することができる。
【００４０】
センシング回路４０を表示領域Ａの内部に形成すると、開口率が低下するが、センシング領域Ｂ１およびＢ２に形成すれば、そのような不都合はない。また、センシング回路４０が形成されるセンシング領域Ｂ１およびＢ２は、表示領域Ａの端部に沿って形成されており、静電容量検出素子４５はセルギャップのギャップ長が変化すると静電容量が変化するので、ユーザーがセンシング領域Ｂ１およびＢ２を直接押さなくても、これを検出することが可能である。
【００４１】
図１４にセンシング回路４０が配置される他の態様を説明する。図１４（Ａ）は、表示領域Ａの下辺に沿ってセンシング領域Ｂ１が形成され、そこにセンシング回路４０が配置される。この場合、センシング領域Ｂ１が配置される下辺と対向する上辺に沿って、Ｘドライバ２００を配置することが好ましい。このようにＸドライバ２００を配置すると、センシング回路４０を横切ってデータ線３１を配置する必要がないので、配線レイアウトを簡素化することが可能となる。
【００４２】
また、図１４（Ｂ）に示すように表示領域Ａの上辺に沿ってセンシング領域Ｂ３を形成し、表示領域Ａの下辺に沿ってセンシング領域Ｂ１を形成してもよい。また、図１４（Ｃ）に示すように、表示領域Ａの下辺、右辺、および上辺に沿ってセンシング領域Ｂ１、Ｂ２およびＢ３を各々配置してもよい。さらに、図１４（Ｄ）に示すように、表示領域Ａの四辺に沿ってセンシング領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４を各々配置してもよい。
【００４３】
＜２．応用例＞
次に、本発明に係る液晶表示装置を利用した電子機器について説明する。図１５は、液晶表示装置５００又は５０１を表示部として採用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ２０００は、表示部としての液晶表示装置５００又は５０１と本体部２０１０とを備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１およびキーボード２００２が設けられている。液晶表示装置５００又は５０１にはメニューボタン２０２０、２０３０、および２０４０が表示される。これらのメニューボタンには各種のプログラムを割り当てることができる。例えば、メニューボタン２０２０には電子メールを割り当て、メニューボタン２０３０にはブラウザを割り当て、メニューボタン２０４０には描画ソフトを割り当てることができる。ユーザーはキーボード２００２を操作しなくても、メニューボタンに触れるだけで、所望のソフトを起動することが可能となる。
【００４４】
図１６に、実施形態に係る液晶表示装置５００又は５０１を適用した携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２、ならびに表示部としての液晶表示装置５００又は５０１を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、液晶表示装置５００又は５０１に表示される画面がスクロールされる。液晶表示装置５００又は５０１にはメニューボタン３０１０および３０２０が表示される。例えば、メニューボタン３０１０をユーザーが触れると電話帳が表示され、メニューボタン３０２０をユーザーが触れるとこの携帯電話機の電話番号が表示される。
【００４５】
図１７に、実施形態に係る液晶表示装置５００又は５０１を適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２、ならびに表示部としての液晶表示装置５００又は５０１を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、メニューボタン４０１０および４０２０が表示される。メニューボタン４０１０を押すと住所録が表示され、メニューボタン４０２０を押すとスケジュール帳が表示される。
【００４６】
なお、本発明に係る電気光学装置が適用される電子機器としては、図１５から図１７に示したもののほか、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、スキャナ、複写機、ビデオプレーヤ、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。
【００４７】
なお、上述したセンシング回路４０は、表示領域Ａの画素回路Ｐが形成される同一の平面上に形成されたが、表示領域Ａの上に別の基板として形成し、両者を張り合わせて用いてもよい。また、表示領域Ａの内部にセンシング回路４０を設けてもよい。これらの場合でも、第１制御線１０によって基準容量素子４４の一方の電極に電位を供給する配線と、リセットトランジスタ４２のゲートにリセット信号ＲＥＳを供給する配線とを兼用することによる配線数の低減効果は損なわれることはない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。
【図２】センシング回路の構成を示す回路図である。
【図３】センシング回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】リセット期間におけるセンシング回路の動作を示す説明図である。
【図５】センシング期間におけるセンシング回路の動作を示す説明図である。
【図６】読出期間におけるセンシング回路の動作を示す説明図である。
【図７】静電容量検出素子の構造を示す断面図である。
【図８】センシング回路の他の例を示す回路図である。
【図９】ＦＦＳ方式の形態の構造例を示す断面図である。
【図１０】液晶表示装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図１１】他の構成例の回路図である。
【図１２】他の構成例の動作を示すタイミングチャートである。
【図１３】センシング回路と表示領域に表示される画像の関係について説明するための説明図である。
【図１４】センシング回路と表示領域に表示される画像の他の関係について説明するための説明図である。
【図１５】本発明に係る電子機器の具体的な形態を示す斜視図である。
【図１６】本発明に係る電子機器の具体的な形態を示す斜視図である。
【図１７】本発明に係る電子機器の具体的な形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
５００，５０１……液晶表示装置、Ａ……表示領域、Ｂ１〜Ｂ４……センシング領域、Ｑ１〜Ｑ４……個別領域、４０，４０’……センシング回路、４１……増幅トランジスタ、４２，９４……リセットトランジスタ、４３……選択トランジスタ、４４……基準容量素子、４５，９１……静電容量検出素子、ＲＥＳ……リセット信号、ＳＥＬ……選択信号、１０……第１制御線、１１……第２制御線、２０……電源線、２１，２２……検出線、Ｔres……リセット期間、Ｔsen……センシング期間、Ｔout……読出期間、Ｔpre……プリチャージ期間。
【技術分野】
【０００１】
本発明は、静電容量の変化を検出するセンシング機能を備えた表示装置および電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
静電容量の変化を検出するセンシング回路を備えた表示装置が知られている。例えば、特許文献１に記載された技術は、画像を表示する表示領域の内側にセンシング回路を備える。このセンシング回路では、基準容量と静電容量検出素子とを直列に接続し、その接続点を増幅トランジスタのゲートに接続し、ゲート電位に応じた検出電流を増幅トランジスタに流す。そして、静電容量素子の静電容量の変化を検出電流の変化として取り出す。
【特許文献１】特開２００７-４８２７５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、表示領域にセンシング回路を組み込むと開口率が低下して表示品質が劣化するといった問題がある。
また、従来のセンシング回路では、センシングの度に、増幅トランジスタのゲート電位を所定の電位にリセットする必要がある。このため、従来のセンシング回路では、増幅トランジスタの電源とは別にリセット用の電圧をリセットトランジスタを介して増幅トランジスタのゲートに供給していた。また、基準容量の一方の端子には基準電圧が供給され、静電容量素子の一方の端子には、液晶表示装置の対向電極に供給される共通電位が供給されていた。このように各種の電圧を各々供給するためには、複数の配線を形成する必要があるため、センシング回路の構造が複雑となるといった問題があった。
本発明は上述した事情に鑑みてなされたものであり、簡易な構成で、開口率を低下することなく、センシング回路を表示装置に組み込むことを解決課題としている。
【課題を解決するための手段】
【０００４】
この課題を解決するために、本発明に係る表示装置は、複数の画素回路が形成され、画像を表示する表示領域と、前記表示領域の外延に沿って形成され、画像を表示しないセンシング領域とを備え、前記センシング領域に静電容量の変化を検出するセンシング回路を形成したことを特徴とする。
この発明によれば、センシング領域は表示領域の外側に配置されるので、開口率を低下させることがない。また、センシング領域は表示領域に沿って形成されているので、表示領域の構造の変化がセンシング領域にも影響を及ぼす。このため、利用者が表示領域を指で触れるなど、表示領域の構造が変化すると、これに伴う静電容量の変化をセンシング領域において検知することができる。
【０００５】
より具体的には、前記センシング領域は、前記表示領域の辺の一部または全部に配置され、当該センシング領域に、複数の前記センシング回路がライン状に形成されることが好ましい。
また、前記センシング領域に隣接する表示領域の一辺と対向する辺に沿って、前記複数の画素回路を駆動するための駆動回路を形成することが好ましい。この場合には、センシング領域を横切って駆動信号を画素回路に供給する必要がないので、センシング領域における配線レイアウトを簡素化することが可能となる。
【０００６】
また、前記表示領域には、複数の走査線と、複数のデータ線と、前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられた複数の画素回路とが形成され、前記表示領域の一辺に沿って前記複数の走査線を順次選択する駆動回路を形成し、当該一辺と交わる辺に沿って、前記センシング領域を配置し、前記駆動回路から出力される信号に基づいて当該センシング領域に形成される複数のセンシング回路を駆動することが好ましい。この場合には、画像表示と同期してセンシングを実行することになるが、センシング回路のための駆動回路を省略することができるので、構成を簡素化することができる。さらに、センシング周期がより遅くてもよい場合には、駆動回路から供給される信号を間引いて用いればよい。この場合には、センシング回路の動作周波数を下げることができるので、消費電力を削減することができる。
【０００７】
また、前記複数の画素回路の各々は、画素電極と、共通電極と、前記画素電極と前記共通電極との間で生じる電界が加わる液晶とを備え、前記センシング回路は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間で生じる電界が加わる前記液晶によって形成される静電容量の変化を検出することが好ましい。この場合には、センシング領域の上から指で押さなくても隣接する表示領域が指で押されると、センシング領域においても、第１電極と第２電極との間の電気的状態（例えば、第１電極と第２電極との間の距離）が変化するので、静電容量の変化としてこれを検出することができる。この発明のより具体的な態様としては、前記画素回路が備える前記液晶が前記画素電極と前記共通電極との間に挟持される表示装置や、前記画素電極と前記共通電極が別々の層に形成され、前記画素回路が備える前記液晶が、前記画素電極を含む層と前記共通電極を含む層との間の領域とは異なる領域に配置される表示装置、前記画素電極と前記共通電極が同一の層に形成され、前記画素回路が備える前記液晶が前記層とは異なる層に含まれる表示装置を例示可能である。
【０００８】
さらに、利用者が指示を入力するためのボタンを、前記表示領域の内側であって、前記センシング領域と隣接した位置に表示させる制御回路を備えることが好ましい。利用者はボタンを指で押すことによって指示を入力するが、これをボタンに隣接するセンシング領域のセンシング回路で検出することができる。
【０００９】
加えて、前記センシング回路は、一方の電極に電源線が電気的に接続され、ゲート電位に応じた検出電流を他方の電極から出力する第１トランジスタ（例えば、図２に示す４１）と、前記第１トランジスタのゲートと電源線との間に設けられ、第１制御線を介してゲートに供給されるリセット信号に応じてオン状態となる第２トランジスタ（例えば、図２に示す４２）と、前記第１制御線と前記第１トランジスタのゲートとの間に設けられた基準容量と、一方の端子が前記第１トランジスタのゲートに電気的に接続され、他方の端子に所定電位が供給される静電容量検出素子と、前記第１トランジスタの他方の電極と検出線との間に設けられ、第２制御線を介してゲートに供給される選択信号に応じてオン状態となる第３トランジスタ（例えば、図２に示す４３）とを備える。
【００１０】
この発明によれば、第１トランジスタのゲート電位をリセットするために電源線を介して供給される電圧を用いるので、リセット用に特別な電源を用意する必要がなく、これを供給する配線数を減らすことができる。また、基準容量の一方の端子は第１制御線に接続され、リセット信号によってセンシング動作を行うので、基準容量に専用の電源を設ける必要がなく、さらにこれを供給する配線数を減らすことができる。よって、センシング回路の構成を大幅に簡素化できる。くわえて、静電容量素子の他方の端子に供給される所定電位を固定電位とすれば、第１トランジスタのゲート電位が所定の周期で変動することがない。また、表示装置の画像表示の周期と同期してセンシングを実行する必要がないので、必要に応じてセンシングしたり、より長い周期でセンシングを実行することができる。この結果、消費電力を削減することができる。
【００１１】
次に、本発明に係る電子機器は、上述した表示装置を備えることが好ましい。このような電子機器としては、パーソナルコンピュータ、携帯電話機、携帯情報端末、およびタッチパネルなどが含まれる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００１２】
＜１．実施形態＞
図１は、本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。液晶表示装置５００は、表示領域Ａと、その周囲に設けられたセンシング領域Ｂ１およびＢ２を備える。センシング領域Ｂ１およびＢ２は、画像が表示されない非表示領域である。表示領域Ａには、複数の走査線３０と複数のデータ線３１と、これらの交差に対応して複数の画素回路Ｐが配置されている。画素回路Ｐは、トランジスタ３３と、画素電極３４と、共通電位Ｖcomが供給される対向電極（共通電極）３６と、画素電極３４と対向電極３６との間に挟持された液晶３５を備える。トランジスタ３３はＴＦＴ（Thin Film Transistor）で構成され、そのゲートは走査線３０に、ドレインはデータ線３１に、ソースは画素電極３４に接続される。液晶３５には、画素電極３４と対向電極３６との間で生じる電界（液晶の厚み方向の電界）が加わる。
【００１３】
Ｙドライバ１００は、複数の走査線３０を順次選択するための走査信号を生成して、各画素回路Ｐに各々供給する。走査信号は、１垂直走査期間（１Ｆ）の最初のタイミングから、１水平走査期間（１Ｈ）に相当する幅のパルスであって、１行目の走査線３０に供給される。以降、このパルスを順次シフトして、各走査線３０の各々に走査信号として供給する。一方、Ｘドライバ２００は、選択された走査線３０に位置する画素回路Ｐの各々に対し表示すべき階調に応じた大きさのデータ信号を供給する。
【００１４】
次に、センシング領域Ｂ１およびＢ２には複数のセンシング回路４０が配置される。このセンシング回路４０は、静電容量の変化を検出し、駆動回路３００によって駆動される。
図２にセンシング回路４０の回路図を示す。センシング回路４０は、増幅トランジスタ４１、リセットトランジスタ４２、および選択トランジスタ４３を備える。これらのトランジスタは、上述した画素回路Ｐのトランジスタ３３と同様にＴＦＴで構成され、同じプロセスで形成される。
【００１５】
リセットトランジスタ４２のゲートには、第１制御線１０を介してリセット信号ＲＥＳが供給される。リセットトランジスタ４２のドレインは電源線２０に接続され、そのソースは増幅トランジスタ４１のゲートと接続される。電源線２０には電圧ＶＲＨが供給される。
増幅トランジスタ４１のドレインは電源線２０に接続され、そのソースは選択トランジスタ４３のドレインに接続される。選択トランジスタ４３のソースは検出線２１に接続され、そのゲートには第２制御線１１を介して選択信号ＳＥＬが供給される。
また、増幅トランジスタ４１のゲートと第１制御線１０との間には、基準容量素子４４が設けられている。さらに、静電容量検出素子４５の一方の端子は、増幅トランジスタ４１のゲートに接続され、その他方の端子には所定電位Ｖｘが供給される。なお、この例において所定電位Ｖｘは共通電位Ｖcomと異なる固定電位である。したがって、共通電位Ｖcomを交流駆動して変動させても、それによって増幅トランジスタ４１の電位が変動することはなく、画像表示と独立してセンシングを行うことができる。また、表示装置の画像表示の周期と同期してセンシングを実行する必要がないので、必要に応じてセンシングしたり、より長い周期でセンシングを実行することができる。この結果、消費電力を削減することができる。
【００１６】
次に、センシング回路４０の動作を図３〜図６を参照して説明する。センシング回路４０は、リセット期間Ｔres、センシング期間Ｔsen、および読出期間Ｔoutを一単位として動作する。
まず、リセット期間Ｔresにおいて、リセット信号ＲＥＳのレベルはＶＤとなり、リセットトランジスタ４１がオン状態となる。このとき、選択信号ＳＥＬはローレベルであり選択トランジスタ４３はオフ状態となる。すると、図４に示すように増幅トランジスタ４１のゲートの電位が電源電位ＶＲＨにリセットされる。
【００１７】
次に、リセット期間Ｔresに続くセンシング期間Ｔsenでは、リセット信号ＲＥＳのレベルがＶＤからＧＮＤ（＝０Ｖ）に変化する。すると、図５に示すようにリセットトランジスタ４２がオフ状態となる。第１制御線１０は基準容量素子４４の一方の電極と接続されているので、基準容量素子４４はカップリング容量として機能し、リセット信号ＲＥＳのレベルが変化すると増幅トランジスタ４１のゲート電位が変化する。
【００１８】
ここで、基準容量素子４４の容量値をＣｒ、静電容量検出素子４５の容量値をＣｓ、第１制御線１０の電位変化をΔＶgate（＝ＶＤ）とすれば、増幅トランジスタ４１のゲート電位の変化分ΔＶは、以下に示す式（１）で与えられる。但し、寄生容量は無視する。
ΔＶ＝ΔＶgate*Ｃｒ／（Ｃｒ＋Ｃｓ）……（１）
式（１）から、静電容量検出素子４５の容量値Ｃｓが大きければ容量カップリングによる変化分ΔＶは小さく、逆に容量値Ｃｓが小さければ変化分ΔＶは大きい。したがって、静電容量検出素子４５の容量変化をゲート電位に反映させることができる。
【００１９】
次に、読出期間Ｔoutでは、選択信号ＳＥＬがローレベルからハイレベルに変化する。すると、図６に示すように選択トランジスタ４３がオン状態となる。これによって、増幅トランジスタ４１のゲート電位に応じた検出電流Ｉdetが検出線２１に流れる。
ところで、読出期間Ｔoutにおいて、選択トランジスタ４３を確実にオン状態とするためには、読出期間Ｔoutに先立って、検出線２１の電位をプリチャージ電位Ｖpreにプリチャージすることが好ましい。この例では、図３に示すように、リセット期間Ｔresおよびセンシング期間Ｔsenをプリチャージ期間Ｔpreとし、当該期間において検出線２１にプリチャージ電位Ｖpreを供給している。
【００２０】
ここで、静電容量検出素子４５による静電容量の変化を図７を参照して説明する。静電容量検出素子４５は図７に示すように第１電極４５ａと第２電極４５ｂとの間に液晶３５を挟持して構成される。人の指が触れない状態では、同図（Ａ）に示すように第１電極４５ａと第２電極４５ｂとが平行であるが、指で液晶表示装置５００を押すと、第２電極４５ｂが撓み、第１電極４５ａと第２電極４５ｂの距離が短くなる。このため、人が指で液晶表示装置５００を押すと、静電容量検出素子４５の容量値Ｃｓが大きくなる。このようにして、静電容量の変化が検出される。
【００２１】
また、この例の基準容量素子４４は一方の電極として半導体層４７を用い、他方の電極としてゲート配線４８を用い、それらの間にゲート酸化膜４９を挟持して構成される。なお、半導体層４７、ゲート配線４８、およびゲート酸化膜４９は、他のトランジスタ４１や４２と同一のプロセスによって形成される。したがって、基準容量素子４４を形成するために特別なプロセスは不要であり、製造コストを削減することができる。
【００２２】
ところで、基準容量素子４４は、第１制御線１０と増幅トランジスタ４１のゲートの間に設ければよい。リセットトランジスタ４２のゲート・ドレイン間およびゲート・ソース間には、その構造に起因する寄生容量が付随する。そこで、図８に示すセンシング回路４０’のように、リセットトランジスタ４２の寄生容量を基準容量素子４４として用いてもよい。この場合には、図７に示すように基準容量素子４４を作り込まなくてもよいので、構造をより一層、簡素化することができる。
【００２３】
また、上述した実施形態では、共通電位Ｖcomと異なる固定電位を所定電位Ｖｘとしたが、これを変形し、共通電位Ｖcomを所定電位Ｖｘとしてもよい。つまり、第２電極４５ｂと対向電極（共通電極）３６とが電気的に接続された形態としてもよい。この形態は、共通電位Ｖcomを変化させる形態（コモン変調駆動）であって、少なくともセンシング期間Ｔsenには共通電位Ｖcomが固定電位となる形態であってもよい。これらの形態において、第２電極４５ｂが電気的に接続される共通電極として、ＦＦＳ（Fringe Field Switching）方式やＩＰＳ（In-Plane Switching）方式等の横電界モードで液晶を駆動する液晶表示装置における共通電極を採用した形態としてもよい。この形態では、画素電極と共通電極との間で生じる電界（横電界）が液晶に加わる。
【００２４】
図９は、ＦＦＳ方式の形態の構造例を示す断面図である。ただし、増幅トランジスタおよび基準容量素子については図示を省略してある。この例のように、ＦＦＳ方式の形態では、画素電極８１と共通電極８２は別々の層に形成され、液晶３５は、画素電極８１を含む層と共通電極８２を含む層との間の領域８３とは異なる領域に配置される。領域８３は、第１電極（容量性電極）９１ａを含む層と第２電極９１ｂを含む層との間の領域でもある。第１電極９１ａはリセットトランジスタ９４のソース９４ｓ（すなわち増幅トランジスタのゲート）に接続されている。
【００２５】
この例では、画素電極８１にはカラーフィルタ９２が、第１電極９１ａにはブラックマトリクス９３が重なっている。ブラックマトリクス９３を用いるのはセンシング回路からの不要な光を遮断するためである。この例でも、人が指で液晶表示装置５０１を押すと、静電容量検出素子９１の容量値Ｃｓが変化するから、静電容量の変化を検出することができる。なお、ＩＰＳ方式の形態では、画素電極と共通電極は同一の層に形成され、液晶３５は、この層とは異なる層に含まれることとなる。
【００２６】
また、上述した実施形態では、センシング回路４０を駆動するために、駆動回路３００を設けたが、画像表示と同期してセンシングを実行することを許容するのであれば、図１０に示すようにセンシング回路４０に供給する選択信号ＳＥＬおよびリセット信号ＲＥＳをＹドライバ１０１で生成する構成としてもよい（液晶表示装置５０１）。この構成を得るには、Ｙドライバ１００に含まれるシフトレジスタの段数を１段増やしてＹドライバ１０１とし、初段または最終段から出力されるシフト信号に基づいて、選択信号ＳＥＬおよびリセット信号ＲＥＳを生成するようにすればよい。
【００２７】
図１１は、液晶表示装置５０１の回路図である。ただし、Ｘドライバ２００については図示を省略してある。液晶表示装置５０１は、センサ用Ｘドライバ３０１と、Ｙドライバ１０１と、表示領域Ａに配置されたＮ−１行Ｌ列の画素回路Ｐと、センシング領域Ｂ１またはＢ２に配置されたＮ−１＋Ｌ個のセンシング回路４０とを備える。センシング領域Ｂ１ではＬ個のセンシング回路４０が行方向（Ｎ行目）に並んでおり、センシング領域Ｂ２では残るＮ−１個のセンシング回路４０が列方向（Ｌ＋１列目）に並んでいる。以降の説明では、画素回路Ｐおよびセンシング回路４０の総称として「単位回路」を用いる。
【００２８】
センサ用Ｘドライバ３０１は、センシング領域Ｂ１を挟んで表示領域Ａと対向する位置に設けられており、Ｌ本の第２制御線１１の各々に選択信号ｓｅｌを供給する。Ｙドライバ１０１は、表示領域Ａを挟んでセンシング領域Ｂ２と対向する位置に設けられており、液晶表示装置５００における走査信号と同一のパルスを順次シフトして、Ｎ本の走査線３０の各々には走査信号として、Ｎ−１本の第１制御線１０の各々にはリセット信号として供給する。つまり、画素回路Ｐおよびセンシング回路４０は、同じシフトパルスにより動作する。
【００２９】
また、データ線３１とＮ本目（センシング領域Ｂ１のＬ個のセンシング回路４０用）の走査線３０は、互いに交差しないように配置されている。また、センシング領域Ｂ２のＮ−１個のセンシング回路４０用の検出線２１と、センシング領域Ｂ１のＬ個のセンシング回路４０用の検出線２２は、いずれも、走査線３０と交差しないように配置されている。
【００３０】
Ｎ行目の単位回路（Ｌ個のセンシング回路４０）の各々では、走査線３０がリセットトランジスタ４２のゲートおよび基準容量素子４４の一方の電極と接続され、第２制御線１１が選択トランジスタ４３のゲートと接続され、Ｎ行目の単位回路に共通の検出線２２が選択トランジスタ４３のソースと接続されている。なお、液晶表示装置５０１では、検出線２２に対してプリチャージは行われない。
【００３１】
一方、Ｌ＋１列目の単位回路（Ｎ−１個のセンシング回路４０）の各々では、同一行の単位回路に共通の走査線３０が選択トランジスタ４３のゲートと接続され、同一行の単位回路に共通の第１制御線１０がリセットトランジスタ４２のゲートと基準容量素子４４の一方の電極とに接続され、Ｌ＋１列目の単位回路に共通の検出線２１が選択トランジスタ４３のソースと接続されている。つまり、Ｎ−１個のセンシング回路４０は、画素回路Ｐと同じ選択信号ＳＥＬにより選択される。なお、液晶表示装置５０１でも、検出線２１の電位はプリチャージ電位Ｖpreにプリチャージされる。
【００３２】
次に、液晶表示装置５０１の動作を、図１２を参照して説明する。図に示すように、ｎ行目の画素回路Ｐに対してデータ信号（ＤＡＴＡ）が供給される１水平走査期間（１Ｈ）では、選択信号ＳＥＬ［１］〜［Ｎ］のうち選択信号ＳＥＬ［ｎ］のみがハイレベルとなり、次の１水平走査期間では、選択信号ＳＥＬ［１］〜［Ｎ］のうち選択信号ＳＥＬ［ｎ＋１］のみがハイレベルとなる。つまり、選択信号ＳＥＬ［１］〜［Ｎ］のレベルは、１水平走査期間を単位として巡回的かつ排他的にハイレベルとなる。
【００３３】
また、図に示すように、ｎ行目の画素回路Ｐに対してデータ信号（ＤＡＴＡ）が供給される１水平走査期間（１Ｈ）では、リセット信号ＲＥＳ［１］〜［Ｎ−１］のうちリセット信号ＲＥＳ［ｎ＋２］のみのレベルがＶＤとなり、その直前の１水平走査期間では、リセット信号ＲＥＳ［１］〜［Ｎ−１］のうちリセット信号ＲＥＳ［ｎ＋１］のみのレベルがＶＤとなり、その直前の１水平走査期間では、リセット信号ＲＥＳ［１］〜［Ｎ−１］のうちリセット信号ＲＥＳ［ｎ］のみのレベルがＶＤとなる。つまり、リセット信号ＲＥＳ［１］〜［Ｎ−１］のレベルは、１水平走査期間を単位として巡回的かつ排他的にＶＤとなる。
【００３４】
図に示すように、ｎ本目の走査線３０に供給される選択信号ＳＥＬ［ｎ］と、ｎ＋２本目の走査線３０に供給されるリセット信号ＲＥＳ［ｎ＋２］は、同一となる。ただし、リセット信号ＲＥＳ［Ｎ］は存在せず、選択信号ＳＥＬ［Ｎ−１］はリセット信号ＲＥＳ［１］と、選択信号ＳＥＬ［Ｎ］はリセット信号ＲＥＳ［２］と同一となる。したがって、リセット信号ＲＥＳ［Ｎ−１］のレベルがＶＤとなる１水平走査期間の次の１水平走査期間（リセット信号ＲＥＳ［１］のレベルがＶＤとなる１水平走査期間の直前の１水平走査期間）では、いずれのリセット信号ＲＥＳのレベルもＶＤとならず、この期間においてリセット期間Ｔresを迎えるセンシング回路４０は、Ｌ＋１列目の単位回路に含まれていない。
【００３５】
以上より明らかなように、Ｌ＋１列目の単位回路（Ｎ−１個のセンシング回路４０）は、１水平走査期間を単位として巡回的かつ排他的にリセット期間Ｔresを迎え、Ｎ行目の単位回路（Ｌ個のセンシング回路４０）は、選択信号ＳＥＬ［Ｎ］がローレベルとなるとリセット期間Ｔresを迎える。
【００３６】
ｎ行Ｌ＋１列目の単位回路（センシング回路４０）は、リセット信号ＲＥＳ［ｎ］がハイレベルからローレベルに変化するとセンシング期間Ｔsenを迎え、選択信号ＳＥＬ［ｎ］がローレベルからハイレベルに変化すると読出期間Ｔoutを迎える。つまり、Ｌ＋１列目の単位回路（Ｎ−１個のセンシング回路４０）は、１水平走査期間を単位として巡回的かつ排他的にセンシング期間Ｔsenおよび読出期間Ｔoutを迎える。各期間におけるセンシング回路４０の動作は前述の通りである。よって、検出線２１には、Ｎ−１個のセンシング回路４０からの検出電流Ｉdet（Ｖｓ）が１水平走査期間を単位として巡回的かつ排他的に流れる。なお、Ｎ−１個のセンシング回路４０の各々のためのプリチャージ期間Ｔpreは、当該センシング回路４０のための読出期間Ｔoutの前の期間であって、Ｎ−１個のセンシング回路４０のうち当該センシング回路４０の直前に読出期間Ｔoutを迎えるセンシング回路４０のための読出期間Ｔoutの後の期間である。
【００３７】
一方、図に示すように、選択信号ＳＥＬ［Ｎ］がハイレベルの期間では、１水平走査期間をＬ等分した期間を１単位期間としたとき、ある１単位期間（１ｈ）では選択信号ｓｅｌ［１］〜［Ｌ］のうち選択信号ｓｅｌ［ｍ］のみがハイレベルとなったとすると、次の１単位期間では選択信号ｓｅｌ［１］〜［Ｌ］のうち選択信号ｓｅｌ［ｍ＋１］のみがハイレベルとなる。つまり、Ｎ行目の単位回路（Ｌ個のセンシング回路４０）は、選択信号ＳＥＬ［Ｎ］がハイレベルとなるとセンシング期間Ｔsenを迎え、選択信号ＳＥＬ［Ｎ］がハイレベルの期間において、１単位期間を単位として排他的に読出期間Ｔoutを迎える。各期間におけるセンシング回路４０の動作は前述の通りであるから、検出線２２には、選択信号ＳＥＬ［Ｎ］がハイレベルの期間において、Ｌ個のセンシング回路４０からの検出電流Ｉdet（Ｖｓ）が１単位期間を単位として排他的に流れる。
【００３８】
なお、液晶表示装置５０１を変形し、センシング領域Ｂ２をＹドライバ１０１と表示領域Ａとの間に配置した形態としてもよいし、センシング領域Ｂ１をＸドライバ２００と表示領域Ａとの間に配置した形態としてもよい。後者の場合、Ｘドライバ２００に代えて、Ｘドライバ２００およびセンサ用Ｘドライバ３０１の機能を備えたＸドライバを採用するのが好ましい。
【００３９】
次に、センシング回路４０と表示領域Ａに表示される画像の関係について、図１３を参照して説明する。この例では、表示領域Ａの端部の内側の個別領域Ｑ１およびＱ２に図示せぬ制御回路がメニューボタンを表示させるように制御する。ユーザーはメニューボタンを押下げることによって、装置に対して指示を入力することができる。個別領域Ｑ１はセンシング回路４０が配置されるセンシング領域Ｂ１に近接して配置される。ここで、ユーザーが個別領域Ｑ１を指で押すと、その周りの部分がへこむので、これと連動して、センシング領域Ｂ１のセンシング回路４０に形成された静電容量検出素子４５の容量値Ｃｓが変化する。したがって、ユーザーがどの個別領域Ｑ１を指でふれたかを検知することができる。
【００４０】
センシング回路４０を表示領域Ａの内部に形成すると、開口率が低下するが、センシング領域Ｂ１およびＢ２に形成すれば、そのような不都合はない。また、センシング回路４０が形成されるセンシング領域Ｂ１およびＢ２は、表示領域Ａの端部に沿って形成されており、静電容量検出素子４５はセルギャップのギャップ長が変化すると静電容量が変化するので、ユーザーがセンシング領域Ｂ１およびＢ２を直接押さなくても、これを検出することが可能である。
【００４１】
図１４にセンシング回路４０が配置される他の態様を説明する。図１４（Ａ）は、表示領域Ａの下辺に沿ってセンシング領域Ｂ１が形成され、そこにセンシング回路４０が配置される。この場合、センシング領域Ｂ１が配置される下辺と対向する上辺に沿って、Ｘドライバ２００を配置することが好ましい。このようにＸドライバ２００を配置すると、センシング回路４０を横切ってデータ線３１を配置する必要がないので、配線レイアウトを簡素化することが可能となる。
【００４２】
また、図１４（Ｂ）に示すように表示領域Ａの上辺に沿ってセンシング領域Ｂ３を形成し、表示領域Ａの下辺に沿ってセンシング領域Ｂ１を形成してもよい。また、図１４（Ｃ）に示すように、表示領域Ａの下辺、右辺、および上辺に沿ってセンシング領域Ｂ１、Ｂ２およびＢ３を各々配置してもよい。さらに、図１４（Ｄ）に示すように、表示領域Ａの四辺に沿ってセンシング領域Ｂ１、Ｂ２、Ｂ３およびＢ４を各々配置してもよい。
【００４３】
＜２．応用例＞
次に、本発明に係る液晶表示装置を利用した電子機器について説明する。図１５は、液晶表示装置５００又は５０１を表示部として採用したモバイル型のパーソナルコンピュータの構成を示す斜視図である。パーソナルコンピュータ２０００は、表示部としての液晶表示装置５００又は５０１と本体部２０１０とを備える。本体部２０１０には、電源スイッチ２００１およびキーボード２００２が設けられている。液晶表示装置５００又は５０１にはメニューボタン２０２０、２０３０、および２０４０が表示される。これらのメニューボタンには各種のプログラムを割り当てることができる。例えば、メニューボタン２０２０には電子メールを割り当て、メニューボタン２０３０にはブラウザを割り当て、メニューボタン２０４０には描画ソフトを割り当てることができる。ユーザーはキーボード２００２を操作しなくても、メニューボタンに触れるだけで、所望のソフトを起動することが可能となる。
【００４４】
図１６に、実施形態に係る液晶表示装置５００又は５０１を適用した携帯電話機の構成を示す。携帯電話機３０００は、複数の操作ボタン３００１およびスクロールボタン３００２、ならびに表示部としての液晶表示装置５００又は５０１を備える。スクロールボタン３００２を操作することによって、液晶表示装置５００又は５０１に表示される画面がスクロールされる。液晶表示装置５００又は５０１にはメニューボタン３０１０および３０２０が表示される。例えば、メニューボタン３０１０をユーザーが触れると電話帳が表示され、メニューボタン３０２０をユーザーが触れるとこの携帯電話機の電話番号が表示される。
【００４５】
図１７に、実施形態に係る液晶表示装置５００又は５０１を適用した携帯情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants）の構成を示す。情報携帯端末４０００は、複数の操作ボタン４００１および電源スイッチ４００２、ならびに表示部としての液晶表示装置５００又は５０１を備える。電源スイッチ４００２を操作すると、メニューボタン４０１０および４０２０が表示される。メニューボタン４０１０を押すと住所録が表示され、メニューボタン４０２０を押すとスケジュール帳が表示される。
【００４６】
なお、本発明に係る電気光学装置が適用される電子機器としては、図１５から図１７に示したもののほか、デジタルスチルカメラ、テレビ、ビデオカメラ、カーナビゲーション装置、電子手帳、電子ペーパー、電卓、ワードプロセッサ、ワークステーション、テレビ電話、スキャナ、複写機、ビデオプレーヤ、タッチパネルを備えた機器等などが挙げられる。
【００４７】
なお、上述したセンシング回路４０は、表示領域Ａの画素回路Ｐが形成される同一の平面上に形成されたが、表示領域Ａの上に別の基板として形成し、両者を張り合わせて用いてもよい。また、表示領域Ａの内部にセンシング回路４０を設けてもよい。これらの場合でも、第１制御線１０によって基準容量素子４４の一方の電極に電位を供給する配線と、リセットトランジスタ４２のゲートにリセット信号ＲＥＳを供給する配線とを兼用することによる配線数の低減効果は損なわれることはない。
【図面の簡単な説明】
【００４８】
【図１】本発明の実施形態に係る液晶表示装置の構成を示すブロック図である。
【図２】センシング回路の構成を示す回路図である。
【図３】センシング回路の動作を示すタイミングチャートである。
【図４】リセット期間におけるセンシング回路の動作を示す説明図である。
【図５】センシング期間におけるセンシング回路の動作を示す説明図である。
【図６】読出期間におけるセンシング回路の動作を示す説明図である。
【図７】静電容量検出素子の構造を示す断面図である。
【図８】センシング回路の他の例を示す回路図である。
【図９】ＦＦＳ方式の形態の構造例を示す断面図である。
【図１０】液晶表示装置の他の構成例を示すブロック図である。
【図１１】他の構成例の回路図である。
【図１２】他の構成例の動作を示すタイミングチャートである。
【図１３】センシング回路と表示領域に表示される画像の関係について説明するための説明図である。
【図１４】センシング回路と表示領域に表示される画像の他の関係について説明するための説明図である。
【図１５】本発明に係る電子機器の具体的な形態を示す斜視図である。
【図１６】本発明に係る電子機器の具体的な形態を示す斜視図である。
【図１７】本発明に係る電子機器の具体的な形態を示す斜視図である。
【符号の説明】
【００４９】
５００，５０１……液晶表示装置、Ａ……表示領域、Ｂ１〜Ｂ４……センシング領域、Ｑ１〜Ｑ４……個別領域、４０，４０’……センシング回路、４１……増幅トランジスタ、４２，９４……リセットトランジスタ、４３……選択トランジスタ、４４……基準容量素子、４５，９１……静電容量検出素子、ＲＥＳ……リセット信号、ＳＥＬ……選択信号、１０……第１制御線、１１……第２制御線、２０……電源線、２１，２２……検出線、Ｔres……リセット期間、Ｔsen……センシング期間、Ｔout……読出期間、Ｔpre……プリチャージ期間。
【特許請求の範囲】
【請求項１】
複数の画素回路が形成され、画像を表示する表示領域と、
前記表示領域の外延に沿って形成され、画像を表示しないセンシング領域とを備え、
前記センシング領域に静電容量の変化を検出するセンシング回路を形成した、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記センシング領域は、前記表示領域の辺の一部または全部に配置され、
当該センシング領域に、複数の前記センシング回路がライン状に形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記センシング領域に隣接する表示領域の一辺と対向する辺に沿って、前記複数の画素回路を駆動するための駆動回路を形成した、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記表示領域には、複数の走査線と、複数のデータ線と、前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられた複数の画素回路とが形成され、
前記表示領域の一辺に沿って前記複数の走査線を順次選択する駆動回路を形成し、
当該一辺と交わる辺に沿って、前記センシング領域を配置し、
前記駆動回路から出力される信号に基づいて当該センシング領域に形成される複数のセンシング回路を駆動する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記複数の画素回路の各々は、画素電極と、共通電極と、前記画素電極と前記共通電極との間で生じる電界が加わる液晶とを備え、
前記センシング回路は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間で生じる電界が加わる前記液晶によって形成される静電容量の変化を検出する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記画素回路が備える前記液晶は、前記画素電極と前記共通電極との間に挟持されることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記画素電極と前記共通電極は別々の層に形成され、
前記画素回路が備える前記液晶は、前記画素電極を含む層と前記共通電極を含む層との間の領域とは異なる領域に配置される、
ことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項８】
前記画素電極と前記共通電極は同一の層に形成され、
前記画素回路が備える前記液晶は、前記層とは異なる層に含まれる、
ことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項９】
利用者が指示を入力するためのボタンを、前記表示領域の内側であって、前記センシング領域と隣接した位置に表示させる制御回路を備えることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記センシング回路は、
一方の電極に電源線が電気的に接続され、ゲート電位に応じた検出電流を他方の電極から出力する第１トランジスタと、
前記第１トランジスタのゲートと電源線との間に設けられ、第１制御線を介してゲートに供給されるリセット信号に応じてオン状態となる第２トランジスタと、
前記第１制御線と前記第１トランジスタのゲートとの間に設けられた基準容量と、
一方の端子が前記第１トランジスタのゲートに電気的に接続され、他方の端子に所定電位が供給される静電容量検出素子と、
前記第１トランジスタの他方の電極と検出線との間に設けられ、第２制御線を介してゲートに供給される選択信号に応じてオン状態となる第３トランジスタとを、
備えることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の表示装置を備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
複数の画素回路が形成され、画像を表示する表示領域と、
前記表示領域の外延に沿って形成され、画像を表示しないセンシング領域とを備え、
前記センシング領域に静電容量の変化を検出するセンシング回路を形成した、
ことを特徴とする表示装置。
【請求項２】
前記センシング領域は、前記表示領域の辺の一部または全部に配置され、
当該センシング領域に、複数の前記センシング回路がライン状に形成される、
ことを特徴とする請求項１に記載の表示装置。
【請求項３】
前記センシング領域に隣接する表示領域の一辺と対向する辺に沿って、前記複数の画素回路を駆動するための駆動回路を形成した、
ことを特徴とする請求項１または２に記載の表示装置。
【請求項４】
前記表示領域には、複数の走査線と、複数のデータ線と、前記走査線と前記データ線との交差に対応して設けられた複数の画素回路とが形成され、
前記表示領域の一辺に沿って前記複数の走査線を順次選択する駆動回路を形成し、
当該一辺と交わる辺に沿って、前記センシング領域を配置し、
前記駆動回路から出力される信号に基づいて当該センシング領域に形成される複数のセンシング回路を駆動する、
ことを特徴とする請求項１乃至３のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項５】
前記複数の画素回路の各々は、画素電極と、共通電極と、前記画素電極と前記共通電極との間で生じる電界が加わる液晶とを備え、
前記センシング回路は、第１電極と、第２電極と、前記第１電極と前記第２電極との間で生じる電界が加わる前記液晶によって形成される静電容量の変化を検出する、
ことを特徴とする請求項１乃至４のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項６】
前記画素回路が備える前記液晶は、前記画素電極と前記共通電極との間に挟持されることを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項７】
前記画素電極と前記共通電極は別々の層に形成され、
前記画素回路が備える前記液晶は、前記画素電極を含む層と前記共通電極を含む層との間の領域とは異なる領域に配置される、
ことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項８】
前記画素電極と前記共通電極は同一の層に形成され、
前記画素回路が備える前記液晶は、前記層とは異なる層に含まれる、
ことを特徴とする請求項５に記載の表示装置。
【請求項９】
利用者が指示を入力するためのボタンを、前記表示領域の内側であって、前記センシング領域と隣接した位置に表示させる制御回路を備えることを特徴とする請求項１乃至８のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１０】
前記センシング回路は、
一方の電極に電源線が電気的に接続され、ゲート電位に応じた検出電流を他方の電極から出力する第１トランジスタと、
前記第１トランジスタのゲートと電源線との間に設けられ、第１制御線を介してゲートに供給されるリセット信号に応じてオン状態となる第２トランジスタと、
前記第１制御線と前記第１トランジスタのゲートとの間に設けられた基準容量と、
一方の端子が前記第１トランジスタのゲートに電気的に接続され、他方の端子に所定電位が供給される静電容量検出素子と、
前記第１トランジスタの他方の電極と検出線との間に設けられ、第２制御線を介してゲートに供給される選択信号に応じてオン状態となる第３トランジスタとを、
備えることを特徴とする請求項１乃至９のうちいずれか１項に記載の表示装置。
【請求項１１】
請求項１０に記載の表示装置を備えた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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【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１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【公開番号】特開２００９−３４１４（Ｐ２００９−３４１４Ａ）
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００８−６５２８０（Ｐ２００８−６５２８０）
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２１年１月８日（２００９．１．８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２０年３月１４日（２００８．３．１４）
【出願人】（０００００２３６９）セイコーエプソン株式会社 (51,324)
【Ｆターム（参考）】
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