JP2008090623A - 表示装置、表示装置の駆動装置及び駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示パネルとタッチパネルとを備えた表示装置において、表示パネルの対向電極の極性反転などに起因する誘起電圧によってタッチパネルの位置検出精度が低下することができ、かつ、位置検出期間を長くする。
【解決手段】表示パネルの表示期間及び非表示期間中に、タッチパネルの透明導電膜に対して、対向電極に印加される信号電圧である共通電圧と同じ信号電圧を印加するタッチパネル駆動回路を備えている。
【選択図】図１

Description

本発明は、ペンや指などによって接触された表示面上の位置を検出するタッチパネルを備えた表示装置、表示装置の駆動装置及び駆動方法に関する。

従来、表示面に指やペンなどが接触した位置を検出し、情報処理システムにユーザの意図を伝達するための入力装置であるタッチパネル（タッチセンサ）を備えた表示装置が普及している。タッチパネルに用いられる位置検出の方式としては、静電容量結合方式、抵抗膜方式、赤外線方式、超音波方式及び電磁誘導／結合方式などが知られている。

例えば、特許文献１には、静電容量結合方式のタッチセンサが開示されている。また、特許文献２には、抵抗膜方式のタッチセンサを備えた表示装置が開示されている。

一般に、タッチパネルを表示装置と一体的に使用する場合、タッチパネルは液晶パネルなどの表示パネルの前面（観察者側）に配置される。

ところが、この場合、タッチパネルが表示パネルからのノイズを受け、タッチパネルの位置検出精度が低下する場合がある。表示パネルからのノイズには、例えば、液晶パネルに備えられた対向電極に印加される共通電圧に起因してタッチパネルに備えられた位置検出用透明導電膜に発生する誘起電圧が含まれる。

このため、従来、液晶パネルに静電容量結合方式のタッチセンサを配置する場合、タッチセンサが備える位置検出用透明導電膜と液晶パネルとの間にシールド層を配置し、このシールド層により、タッチセンサが液晶パネルからのノイズによって悪影響を受けるのを抑制していた。あるいは、タッチセンサの位置検出用透明導電膜を液晶パネルから十分に遠ざけて配置することによって液晶パネルからのノイズによる影響を抑制していた。

また、特許文献２では、液晶駆動信号の出力変化タイミングとタッチパネルに対する接触位置に応じた出力データを取り込むタイミングとが一致するタイミングでは、接触位置に応じた出力データの取り込みを停止させ、異なるタイミングで接触位置に応じた出力データを取り込むようにすることによって、出力データに液晶パネルから発生するノイズが混入しないようにしている。
特開昭５６−５００２３０号公報（公開日：１９８１年２月２６日） 特開平９−１２８１４６号公報（公開日：１９９７年５月１６日）

しかしながら、前記従来の表示装置、表示装置の駆動装置及び駆動方法では、タッチセンサと液晶パネルとの間にシールド層を設けたり、タッチセンサの位置検出用透明導電膜を液晶パネルから遠ざけて配置したりすると、視差が大きくなるという問題がある。また、シールド層の存在により透過率が低下する場合がある。さらに、タッチセンサを設けた表示装置が大型化し、薄型化が困難になるという問題もある。

また、前記特許文献２の表示装置では、タッチパネルのサンプリングクロックと液晶駆動信号の出力変化タイミングとを常時監視する回路、及び、液晶駆動信号出力がタッチパネル信号にノイズとして混入するおそれがある場合に、タッチパネルのサンプリングクロックを変化させるための回路を設ける必要がある。このため、装置の回路構成が複雑化するという問題もある。

また、前記特許文献２の技術は、液晶駆動信号に起因するノイズの発生が限られた期間にのみ発生することが前提になっており、液晶駆動信号に起因するノイズの発生が定常的に発生する場合にはノイズの影響を回避できない。例えば、図８に示すように、表示パネルの対向電極に印加する共通電圧の極性を１水平同期期間毎に反転させる液晶表示装置では、表示パネルとタッチパネルとの間の容量結合が強い場合には共通電圧の極性反転毎にタッチパネルの透明導電膜に誘起電圧が発生する。このため、特許文献２の技術ではノイズの影響を適切に除去できない場合がある。

さらに、前記特許文献２の技術では、位置検出に対するノイズの影響を回避できる期間、詳しくは液晶駆動信号の出力変化タイミングと位置データ取り込みタイミングとが一致しない期間に限定して位置検出を行っている。このため、位置検出期間を長くすることができず、よって位置検出精度が低下したり、位置検出のレスポンスが低下したりする場合がある。

本発明は、前記の問題点に鑑みてなされたものであり、その目的は、表示パネルとタッチパネルとを備えた表示装置において、表示パネルの対向電極の極性反転などに起因する誘起電圧によってタッチパネルの位置検出精度が低下することを抑制することができ、かつ、位置検出期間を長くすることができる表示装置、表示装置の駆動装置及び駆動方法を提供することにある。

本発明の表示装置の駆動装置は、前記の課題を解決するために、対向する絶縁基板間に挟持された光学変調層と、前記対向する絶縁基板の一方の絶縁基板に形成された複数の画素電極と、前記対向する絶縁基板の他方の絶縁基板に前記複数の画素電極と対向して形成された対向電極とを備え、前記各画素電極と対向電極との間に電圧を印加することによって前記光学変調層の光学特性を変化させて表示を行う表示パネルと、前記光学変調層の観察者側に配置されかつ透明導電膜を有するタッチパネルとを備えた表示装置の駆動装置において、前記表示パネルの表示期間及び非表示期間中に、前記タッチパネルの透明導電膜に対して、前記対向電極に印加される信号電圧である共通電圧と同じ信号電圧を印加するタッチパネル電圧印加手段を備えていることを特徴としている。

また、本発明の表示装置の駆動装置では、前記透明電極膜に印加される信号電圧と前記対向電極に印加される信号電圧とは、波形と位相とが互いに等しいことが好ましい。ここで波形とは電圧の経時変化を示す形であり、位相とは速度及び周波数の等しい２つの波についての、同時刻における相対的なずれを意味する。

また、本発明の表示装置の駆動装置では、前記タッチパネルは、前記透明導電膜の表面における互いに異なる箇所に、それぞれ前記透明導電膜と前記タッチパネル電圧印加手段とに電気的に接続された複数の端子を備え、前記タッチパネルの透明導電膜にタッチすることによって透明導電膜に対する接触点が形成されたときに前記各端子に流れる電流の検出結果に基づいて、前記接触点の位置を検出する位置検出手段を備え、かつ、前記位置検出手段は前記接触点の位置検出を、前記表示期間及び非表示期間中に行うことが好ましい。なお、前記の接触点とは、例えば操作者が指やスタイラスペンなどのペン等を、タッチパネルの透明導電膜に接触させた位置である。ここで、スタイラスペンとは、ＰＤＡ（Personal Digital Assistant）などにおいて、表示画面上の座標を指定するために用いるペン型の入力装置を意味する。

また、本発明の表示装置では、前記表示装置の駆動装置を備えることが好ましい。

また、本発明の表示装置の駆動方法は、前記の課題を解決するために、対向する絶縁基板間に挟持された光学変調層と、前記対向する絶縁基板の一方の絶縁基板に形成された複数の画素電極と、前記対向する絶縁基板の他方の絶縁基板に前記複数の画素電極と対向して形成された対向電極とを備え、前記各画素電極と対向電極との間に電圧を印加することによって前記光学変調層の光学特性を変化させて表示を行う表示パネルと、前記光学変調層の観察者側に配置されかつ透明導電膜を有するタッチパネルとを備えた表示装置の駆動方法において、前記表示パネルの表示期間及び非表示期間中に、前記タッチパネルの透明導電膜に対して、前記対向電極に印加される信号電圧である共通電圧と同じ信号電圧を印加することを特徴としている。

前記の構成によれば、表示パネルの表示期間及び非表示期間の全表示期間中に、透明導電膜に対して対向電極に印加される信号電圧である共通電圧と同じ信号電圧が印加されるので、透明導電膜の電位と対向電極の電位とが同じになる。言い換えると、全表示期間中に、透明導電膜と対向電極とに同じ信号が入力されるので、透明電極膜・対向電極間に電位差が生じない。これによって、位置検出を透明導電膜の表面電荷の変化を基に行う場合に、特に正確な位置検出を妨げる原因となっていた、対向電極の例えば極性反転や急峻な電位変化によって発生する誘起電圧を、表示パネルの全表示期間中において小さくすることができる。以下、詳細に説明する。

通常、表示期間には、対向電極に対して１水平同期期間毎に反転する信号電圧が印加されるので、透明導電膜との間で誘起電圧が生じやすい。この誘起電圧は位置検出に対してノイズとなり、位置検出精度を低下させるものである。そこで、従来、対向電極に対して印加する電圧を任意に設定できる非表示期間に位置検出を行っていた。詳しくは、対向電極に対して一定電圧又は電位変化の緩やかな信号電圧を印加することによって前記誘起電圧の発生を抑制して、位置検出精度の低下を抑制していた。しかし、この構成では位置検出期間が非表示期間に限定されるので、位置検出期間が短くなり、正確な位置検出が困難であった。また、位置検出のレスポンスが低下する場合があった。さらに、位置検出期間を一定期間に制御するための回路などが必要となり、駆動装置が複雑化していた。

これに対して本発明によれば、表示期間及び非表示期間の全表示期間において対向電極の電位とタッチパネルの透明導電膜との電位が同じになっている。この結果、表示期間及び非表示期間のいずれの期間においても誘起電圧が発生しにくく、また、位置検出期間を長く取ることができるので、位置検出をより正確に行うことができる。さらに、位置検出期間が限定されず、全表示期間において位置検出が可能なので、位置検出のレスポンスの低下が抑制できる。また、位置検出を行う期間を全期間中の一定期間、例えば非表示期間や対向電極の電位変化の小さい期間などに限定する必要がないので、位置検出期間を制御するための回路などが不要となり、駆動装置を簡素化することができる。

したがって、表示パネルとタッチパネルとを備えた表示装置において、表示パネルの対向電極の極性反転などに起因する誘起電圧によってタッチパネルの位置検出精度が低下することを抑制することができ、かつ、位置検出期間を長くすることができる表示装置、表示装置の駆動装置及び駆動方法を提供することができる。

また、本発明の表示装置の駆動装置では、前記対向電極に印加される信号電圧の電位の極性は、前記表示パネルの１水平同期期間毎に反転することが好ましい。

前記の構成によれば、対向電極に、表示パネルの駆動制御に適した信号電圧の一例である、１水平同期期間毎に信号電圧の電位の極性が反転する信号電圧が印加される。このときには、特に極性反転に起因して誘起電圧が発生し易い。しかし、本発明では、信号電圧の電位の極性が反転しても、透明導電膜には対向電極に印加される信号電圧と同じ信号電圧を印加されるので、透明導電膜の信号電圧も同様に極性が反転される。この結果、信号電圧の電位の極性が反転しても、透明導電膜の信号電圧との電位差は発生しないので、タッチパネルの位置検出精度の低下を抑制しながら、表示パネルの表示品位の低下を抑制することができる。

また、本発明の表示装置の駆動装置では、前記位置検出手段は、前記透明導電膜に対する接触点が形成されていないときに前記各端子に流れる電流と、前記透明導電膜に対する接触点が形成されたときに前記各端子に流れる電流との差に基づいて、前記接触点の位置を検出することが好ましい。

前記の構成によれば、透明導電膜に対する接触点が形成されていないときに前記各端子に電流が流れる場合であっても、正確に位置検出することができる。ここで、本発明の表示装置の駆動装置では、タッチパネルの透明導電膜と対向電極とが同電位であるので、前記接触点が形成されていないときに端子に流れる電流は原理的にはゼロとなり得る。しかし、実際には、回路自体が持つ固有の静電容量である浮遊容量によって端子に電流が流れる場合がある。この場合であっても、前記電流の差に基づいて位置を検出することによって、正確に位置検出をすることができる。ここで、浮遊容量とは、配線のための電線及びパターン、並びに、部品などが持つ静電容量のことを意味する。

また、本発明の表示装置の駆動装置では、前記端子と前記位置検出手段とを接続するリード配線と、前記リード配線の外周を覆うシールド配線とが設けられているとともに、前記シールド配線に対して、前記対向電極に対して印加される信号電圧と同じ信号電圧が印加されることが好ましい。

前記の構成によれば、シールド配線に対しても、対向電極と同じ信号電圧を印加することによって、シールド配線・リード線間に寄生容量が発生することを抑制することができる。これは、タッチパネルの透明導電膜と液晶素子の対向電極との間に発生する寄生容量をそれぞれに同じ信号電圧を印加してキャンセルすることと同様の原理による。すなわち、透明導電膜に対する信号電圧印加の経路であるリード線には対向電極と同じ信号電圧が印加されており、さらに従来グランド（ＧＮＤ）であったシールド配線に対しても対向電極と同じ信号電圧を印加することによって、シールド配線・リード線間に発生していた寄生容量をキャンセルすることができる。したがって、より正確な位置検出が可能となる。

また、本発明の表示装置の駆動装置では、前記タッチパネルの透明導電膜は、前記対向する絶縁基板のうち対向電極が備えられた絶縁基板と前記対向電極との間に形成されてことが好ましい。

前記の構成によれば、タッチパネルの透明導電膜が表示パネルの対向電極と近接している。したがって、寄生容量の発生のキャンセルがより効果的に行われ、より正確な位置検出を行うことができる。

本発明の表示装置、表示装置の駆動装置及び駆動方法は、以上のように、表示パネルの表示期間及び非表示期間中に、前記タッチパネルの透明導電膜に対して、前記対向電極に印加される信号電圧である共通電圧と同じ信号電圧を印加するタッチパネル電圧印加手段を備えている。

それゆえ、表示パネルとタッチパネルとを備えた表示装置において、表示パネルの対向電極の極性反転などに起因する誘起電圧によってタッチパネルの位置検出精度が低下することができ、かつ、位置検出期間を長くし得る表示装置、表示装置の駆動装置及び駆動方法を提供するという効果を奏する。

〔実施の形態１〕
本発明の一実施形態について図１ないし図６に基づいて説明すれば、以下の通りである。図２は、本実施の形態の表示装置１００に備えられる表示パネル１０及びタッチパネル２０の概略構成を示す斜視図である。

同図に示すように、表示パネル１０は、対向配置された２枚の絶縁基板１・６と、絶縁基板１における絶縁基板６との対向面側に設けられたＴＦＴアレイ層２と、絶縁基板６における絶縁基板１との対向面側に設けられたカラーフィルタ層５及び対向電極層としての対向電極４と、前記ＴＦＴアレイ層２と対向電極４との間に挟持された光学変調層としての液晶層３とを備えている。

絶縁基板１・６は、ガラスあるいはプラスチック等の絶縁性の透明材料からなる。また、絶縁基板１・６の外面側つまり対向面とは反対側には、偏光板５１・５２がそれぞれ設けられている。絶縁基板６の厚さは、例えば０．２ｍｍ以上１．１ｍｍ以下である。

また、絶縁基板６における絶縁基板１との対向面とは反対側の面には、タッチパネル基板２１及び透明導電膜２２を有するタッチパネル２０が設けられている。

図３（ａ）は、表示装置１００における表示パネル１０及びその駆動装置の構成を示すブロック図である。図３（ａ）に示すように、表示装置１００は、コントロール回路１１、階調基準電圧生成回路１２、ソースドライバ１３、ゲートドライバ１４、対向電極駆動回路１５及び位置検出装置２４を備えている。また、詳細は後述するが、この位置検出装置２４は、位置検出手段としての位置検出回路２４ａと、タッチパネル電圧印加手段としてのタッチパネル駆動回路２４ｂとを備えている。

コントロール回路１１には、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介して、データとしての表示映像信号など所定の信号が供給され、水平同期信号ＨＳＹＣ、垂直同期信号ＶＳＹＣ、及び画素クロックであるクロック信号ＣＬＫ（Ｃｌｏｃｋ）などが入力される。また、コントロール回路１１は、前記入力された表示映像信号、水平同期信号ＨＳＹＣ、垂直同期信号ＶＳＹＣ、クロック信号ＣＬＫ等に基づいて各種制御信号を生成し、階調基準電圧生成回路１２、ソースドライバ１３、ゲートドライバ１４、対向電極駆動回路１５に出力する。なお、映像信号がアナログの場合には、クロック信号ＣＬＫは例えばコントロール回路１１の内部でＰＬＬ回路（Phase Locked Loop回路：位相同期ループ回路）によって生成されてもよい。

階調基準電圧生成回路１２は、階調表示電圧を生成してソースドライバ１３に供給する。

ソースドライバ１３は、コントロール回路１１からの制御信号に基づくタイミングで各データ信号線にデータ信号を供給する。ゲートドライバ１４は、コントロール回路１１からの制御信号に基づくタイミングで各走査信号線に走査信号を供給する。なお、ソースドライバ１３及びゲートドライバ１４は、表示パネル１０の絶縁基板１上に実装又はモノリシックに形成されている。

対向電極駆動回路１５は、コントロール回路１１からの各種制御信号に基づいて、対向電極４の電位を制御する。なお、表示装置１００では、表示パネル１０の液晶層３に直流電圧が印加されるのを防止するため、及び、ソースドライバ１３、ゲートドライバ１４の各駆動用ＩＣに要求される耐圧を低減させるために、共通電圧の極性を一定周期毎に反転させるようになっている。具体的には、例えば１水平同期期間毎に反転（以下、「１Ｈ反転」という。）する。

また、詳細は後述するが、表示装置１００では、画像表示の表示期間及び非表示期間中に、タッチパネル２０の透明導電膜２２に対して、対向電極４に印加される信号電圧と同じ信号が印加される。詳しくは、前記対向電極駆動回路１５は、対向電極４の電位を制御するとともに、位置検出装置２４に対向電極駆動信号を供給し、位置検出装置２４に備えられたタッチパネル駆動回路２３ｂを介し、タッチパネル２０の透明導電膜２２に対して対向電極４に印加される信号電圧と同じ信号が印加される。

すなわち、本実施の形態の表示装置１００においては、コントロール回路１１は、タッチパネル駆動信号を、入力された垂直同期信号ＶＳＹＣ、水平同期信号ＨＳＹＣ、及び必要に応じてクロック信号ＣＬＫに基づいて、位置検出装置２４に直接供給するのではなく、対向電極駆動回路１５を通じて対向電極４に供給された対向電極駆動信号と同じ信号を、位置検出装置２４に供給する。

図３（ｂ）は、前記本実施の形態の表示パネル１０の配線を示す概略図である。図３（ｂ）に示すように、表示パネル１０におけるＴＦＴアレイ層２には、複数のデータ信号線ＳＬ１〜ＳＬｎ（ｎは２以上の任意の整数）と、各データ信号線ＳＬ１〜ＳＬｎにそれぞれ交差する複数の走査信号線ＧＬ１〜ＧＬｍ（ｍは２以上の任意の整数）とが設けられ、これらデータ信号線ＳＬ１〜ＳＬｎ及び走査信号線ＧＬ１〜ＧＬｍの各交差部毎に、画素１１０が設けられている。

また、図４は、表示パネルにおける各画素１１０の等価回路図である。各画素１１０には、図４に示すように、スイッチング素子１６、画素電極１７、及び対向電極４が設けられている。なお、スイッチング素子１６及び画素電極１７はＴＦＴアレイ層２に形成されており、対向電極４は絶縁基板６における絶縁基板１との対向面側に設けられている。

スイッチング素子１６としては、例えばＴＦＴ（薄膜トランジスタ）等が用いられ、スイッチング素子１６のゲート電極が走査信号線ＧＬｉ（ｉは１以上の任意の整数）に接続され、ソース電極がデータ信号線ＳＬｊ（ｊは１以上の任意の整数）に接続され、ドレイン電極が画素電極１７に接続されている。また、対向電極４は、全画素１１０に共通の図示しない共通電極線に接続されている。これにより、画素電極１７、対向電極４、及び当該両電極間の液晶層３によって画素容量１８が形成される。

そして、各画素１１０において、走査信号線ＧＬｊが選択されると、スイッチング素子１６が導通し、コントロール回路１１からソースドライバ１３に入力される表示データ信号に基づいて決定される信号電圧が、階調基準電圧生成回路１２及びソースドライバ１３によりデータ信号線ＳＬｉを介して画素容量１８に印加される。画素容量１８は、走査信号線ＧＬｊの選択期間が終了してスイッチング素子１６が遮断されている間、理想的には、遮断時の電圧を保持し続ける。

また、位置検出装置２４は、透明導電膜２２の複数の箇所から流れる電流に基づいて、接触点の位置を検出するものであり、詳細については後述する。

以下、本実施の形態の表示装置１００のタッチパネル２０について、より詳しく説明する。タッチパネル２０の透明導電膜２２は、図２に示すように、ガラス又は透明プラスチックからなるタッチパネル基板２１の表面に形成されており、表示パネル１０の外面である観察者側表面に接着剤などを用いて直接接着又は空気層からなる間隙を設けて装着されている。透明導電膜２２は、スパッタなどの周知の薄膜形成技術にて形成されたインジウム・錫酸化物（ＩＴＯ：Indium Tin Oxide）、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ：Indium Zinc Oxide）、酸化錫（ＮＥＳＡ：Pittburg Plate Glass社の商品名）、酸化亜鉛等の透明導電膜である。なお、透明導電膜２２の材料及び成膜方法、膜厚は特に限定されるものではなく、公知の材料及び成膜方法を用いることができる。ただし、耐熱性・耐久性の良好な透明導電膜２２を得るためには、Ｍｇを含有するターゲットを用いてスパッタ法にて成膜することが好ましい。

表示装置１００においては、対向電極４と透明導電膜２２との間にシールド層は設けられておらず、対向電極４と透明導電膜２２との距離が２ｍｍ以下に設定されている。このため、従来のような、対向電極４と透明導電膜２２との間にシールド層を設けた構成、あるいは対向電極４と透明導電膜２２との間を大きくした構成に比べて、視差が小さくなっている。なお、対向電極４と透明導電膜２２との間には、絶縁基板６だけでなく、カラーフィルタ層５、偏光板５２、位相差板（図示せず）等が必要に応じて配置されるが、これらの厚さは小さいので、視差に与える影響は小さい。なお、対向電極４と透明導電膜２２との距離を２ｍｍ以下にすることで、視差の影響を十分に小さくできる。

なお、透明導電膜２２を表示パネル１０側に配置し、タッチパネル基板２１を観察者側に配置してもよく、逆に、タッチパネル基板２１を表示パネル１０側に配置してもよい。いずれの場合も、表示パネル１０とタッチパネル２０とを別々に製造し、最後に組み合わすことができるので、歩留り、生産効率を向上できる。さらに、タッチパネル基板２１を表示パネル１０に直接接着した場合は両者の間に空気との界面が形成されないので、表示の妨げになる外光反射を低減することができる。一方、タッチパネル基板２１を表示パネル１０の外面に間隙を設けて装着する場合は、接触点の形成による押圧が表示パネル１０に直接加わり表示画像が乱れることを抑止することができる。

また、透明導電膜２２は、表示パネル１０の絶縁基板６の外面に直接形成してもよい。この構成では、表示装置１００全体の厚さを薄くできるという利点がある。

また、透明導電膜２２における観察者側の面にＳｉＯ２やＳｉＮＯｘ等の無機薄膜、透明樹脂の塗膜あるいはＰＥＴ（Poly Ethylene Terephthalate）、ＴＡＣ（Tri Acetyl cellulose）等の透明樹脂フィルムからなる保護層を形成してもよい。さらに、必要に応じて反射防止処理及び／又は防汚処理を施してもよい。

図５は、タッチパネル２０、位置検出装置２４及び表示パネルの概略構成を示す説明図であり、表示パネルは各々絶縁基板に形成されたＴＦＴアレイ層２と対向電極４とを備える。この図に示すように、透明導電膜２２の４隅には、端子２５ａ〜２５ｄがそれぞれ設けられており、これらの端子２５ａ〜２５ｄは、リード線７０を介して位置検出装置２４の端子Ｅ１〜Ｅ４にそれぞれ接続されている。また、端子Ｅ１〜Ｅ４のもう一端は、それぞれ検波回路としての電流検出回路３１ａ〜３１ｄに接続されており、位置検出についての情報が位置検出回路２４ａに伝達される。

そして、対向電極駆動回路から供給される対向電極駆動信号、すなわち対向電極４に供給される信号と同位相同電位の交流電圧が、位置検出用の信号として、タッチパネル駆動回路、端子Ｅ１〜Ｅ４及び端子２５ａ〜２５ｄを介して透明導電膜２２に供給される。これによって、透明導電膜２２と対向電極４との電位差がなくなるので、透明導電膜２２と対向電極４との間のタッチパネル−対向電極間容量を、原理的にはゼロにすることができる。

なお、ここでは透明導電膜２２に端子を４つ備える構成としているが、これに限るものではなく、端子の数は少なくとも２つあれば、端子間の位置を求めることができる。

透明導電膜２２又はその観察者側に設けられた保護層の表面を、ペンや指などによって触れると、透明導電膜２２に接触点が形成される。透明導電膜２２に接触点が形成されると、透明導電膜２２がグランドである接地面と容量的に結合される。この容量とは、例えば、保護層と透明導電膜２２との間の容量、及び、操作者と地面であるグランドとの間に存在するインピーダンスが合成されたものである。

容量結合した接触部分と透明導電膜２２の４隅の端子との間における電気抵抗値は、接触部分と各端子との間の距離に比例する。したがって、透明導電膜２２の４隅に配置された各端子には、接触部分と各端子との間の距離に概ね反比例した電流が流れることになる。これらの電流の大きさの相対比を検出すれば、接触部分の位置座標を求めることができる。

位置座標の検出方法について、より詳しく説明する。指などの接触によって透明導電膜２２の４隅に配置した端子２５ａ〜２５ｄに流れる電流のそれぞれをｉ１〜ｉ４とする。なお、ここでは簡単のために、透明導電膜２２に接触点が形成されていない場合には電流が流れないものとして説明するが、後述するように実際には、接触点が形成されていないときにも浮遊容量を通じて電流が流れるので、位置検出のためには、接触点が形成されたことによる電流の変化分（増加分）を求める必要がある。

透明導電膜２２に対する接触位置のＸ座標及びＹ座標は、次式に基づいて決定することができる。

Ｘ＝ｋ１＋ｋ２・（ｉ２＋ｉ３）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋ｉ４） （式１）
Ｙ＝ｋ１＋ｋ２・（ｉ１＋ｉ２）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋ｉ４） （式２）
あるいは、以下の計算式を用いてもよい。

Ｘ＝ｋ１＋ｋ２・［ｉ２／（ｉ２＋ｉ４）＋ｉ３／（ｉ１＋ｉ３）］ （式３）
Ｙ＝ｋ１＋ｋ２・［ｉ１／（ｉ１＋ｉ３）＋ｉ２／（ｉ２＋ｉ４）］ （式４）
ここで、Ｘは透明導電膜２２上における接触位置のＸ座標、Ｙは透明導電膜２２上における接触位置のＹ座標である。また、ｋ１はオフセット（出力座標を原点とする場合は０）、ｋ２は倍率である。ｋ１及びｋ２は、操作者のインピーダンスに依存しない定数である。

位置検出領域のセンターを原点とすると、（式１）〜（式４）は、それぞれ（式５）〜（式８）のように表すことができる。

Ｘ＝ｋ・（ｉ２＋ｉ３−ｉ１−ｉ４）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋ｉ４） （式５）
Ｙ＝ｋ・（ｉ１＋ｉ２−ｉ３−ｉ４）／（ｉ１＋ｉ２＋ｉ３＋ｉ４） （式６）
Ｘ＝ｋ・［（ｉ２−ｉ４）／（ｉ２＋ｉ４）−（ｉ１−ｉ３）／（ｉ１＋ｉ３）］ （式７）
Ｙ＝ｋ・［（ｉ１−ｉ３）／（ｉ１＋ｉ３）＋（ｉ２−ｉ４）／（ｉ２＋ｉ４）］ （式８）
したがって、透明導電膜２２に対する接触位置は、４つの端子２５ａ〜２５ｄを流れる電流ｉ１〜ｉ４の測定値から求めることができる。なお、前記の計算式だけで十分な座標精度が得られない場合は、必要に応じてさらに高次の補正計算を行ってもよい。

また、透明導電膜２２の位置検出領域の外周部には、電界分布の調整を目的として低抵抗の導電パターンが形成されるとともに、前記透明導電膜２２に形成された端子２５ａ〜２５ｄと位置検出装置２４の端子Ｅ１〜Ｅ４とを接続するためのリート線７０が形成されている。また、このリード線及び透明導電膜２２の周辺には、これらの外周を覆うシールド配線（図示せず）が形成されている。なお、このリード線及びシールド配線は、いずれも周知の薄膜形成技術あるいは厚膜印刷技術等によって形成されている。

そして、本実施の形態の表示装置１００では、対向電極駆動回路から供給される対向電極駆動信号、すなわち対向電極４に供給される信号と同位相同電位の交流電圧が、上記シールド配線にも供給される。これによって、シールド配線とリード線との間のタッチパネル−対向電極間容量を、原理的にはゼロにすることができる。

次に、位置検出装置について図６を基に説明する。位置検出装置は、位置検出回路２４ａとタッチパネル駆動回路とを備え、透明導電膜に備えられた複数の端子から流れる電流を検出し、検出された電流、詳しくは接触点の形成による電流の変化に基づいて透明導電膜に対する接触点の位置データを生成するものである。図６は、位置検出装置２４に備えられた位置検出回路２４ａの一構成例を示すブロック図である。この図に示すように、位置検出回路２４ａは、それぞれ端子Ｅ１〜Ｅ４に対応して設けられた電流検出回路３１ａ〜３１ｄ、検波フィルタリング回路３３ａ〜３３ｄ、サンプルホールド回路３４ａ〜３４ｄ、アナログマルチプレクサ３５、Ａ／Ｄ変換器３６、及び処理装置３７を備えている。

電流検出回路３１ａ〜３１ｄは、端子Ｅ１〜Ｅ４に流れる電流を検出し電流信号を検波フィルタリング回路３３ａ〜３３ｄに出力するものである。より詳細には、電流検出回路３１ａ〜３１ｄは、透明導電膜２２の４つの端子Ｅ１〜Ｅ４の各々とグランドとの間を流れる電流を測定する。透明導電膜２２には、位置検出用の交流電圧が印加されているため、指などの接触によって各端子Ｅ１〜Ｅ４を流れる電流は交流成分を有している。

そして、電流検出回路３１ａ〜３１ｄは、画像表示の表示期間及び非表示期間における任意の期間（位置検出期間）に電流信号を検波フィルタリング回路３３ａ〜３３ｄに出力する。本実施の形態の表示装置１００では、表示期間及び非表示期間において、前記の通りタッチパネル−対向電極間容量を抑制でき、正確な位置検出が可能であるので、位置検出期間を表示期間及び非表示期間すなわち全表示期間に設定することが可能であり、また、位置検出期間を全表示期間内の任意の期間に設定することも可能である。また、なお、位置検出期間以外の期間では、上記検波フィルタリング回路３３ａ〜３３ｄへの出力は行われない。

検波フィルタリング回路３３ａ〜３３ｄは、電流検出回路３１ａ〜３１ｄから入力された電流信号を検波するものである。検波フィルタリング回路３３ａ〜３３ｄは、例えば半波整流回路、全波整流回路、あるいは同期検波回路（交流電圧発生回路の周波数をレファレンスとする）を含む。同期検波回路はＣＲフィルタ又はＬＣフィルタと比べて周波数弁別能力が高い。また、検波フィルタリング回路３３ａ〜３３ｄは、受け取ったノイズカット電流信号に含まれている周波数成分から、交流電圧発生回路の周波数と異なる周波数の様々なノイズを除去するためにフィルタリング（帯域制限）を行う。

検波フィルタリング回路３３ａ〜３３ｄから出力された信号は、サンプルホールド回路３４ａ〜３４ｄに入力され、所定の期間保持される。サンプルホールド回路３４ａ〜３４ｄは、外部から供給されるホールド信号に同期して保持した信号を、アナログマルチプレクサ３５を介してＡ／Ｄ変換器３６に送る。なお、アナログマルチプレクサ３５及びＡ／Ｄ変換器３６は、４つのサンプルホールド回路３４ａ〜３４ｄに共通に設けられている。

このように、サンプルホールド回路３４ａ〜３４ｄを設けることによって、複数のチャンネル（ここでは４チャンネル）の電流信号を１つのＡ／Ｄ変換器３６を用いて順次処理できるので、装置の構成を簡略化でき、コストを低減することができる。また、Ａ／Ｄ変換器３６を共有することにより、Ａ／Ｄ変換器３６を各チャンネル毎に設けるよりもチャンネル間のバラツキを低減することができ、位置検出精度を向上させることができる。

このサンプルホールド動作は、コントロール回路１１からサンプルホールド回路３４ａ〜３４ｄに供給されるホールド信号に応じたタイミングで行われる。コントロール回路１１は、例えば、サンプルホールド動作を表示パネル１０に供給される垂直同期信号ＶＳＹＣに同期させて行わせるように前記のホールド信号を生成する。なお、Ａ／Ｄ変換器３６の変換速度が十分速ければサンプルホールド回路３４ａ〜３４ｄを省略してもよい。

アナログマルチプレクサ３５は、４つの端子Ｅ１〜Ｅ４からの電流信号に対応する出力をＡ／Ｄ変換器３６に送出する。Ａ／Ｄ変換器３６は、デジタル化された電流信号（デジタル化電流データ）を生成し、処理装置３７に送出する。ここでいうデジタル化電流データとは、例えば上述した式１及び式２のｉ１〜ｉ４を直流電圧値に変換し、これらをさらにデジタル化したものを指す。

処理装置３７は、これらの値を用いて、前記式１及び式２に基づいて接触点の座標Ｘ，Ｙを求め、接触点を形成した操作者による入力命令を判断し、所定のデータ処理などを行う。例えば、タッチパネルに何も接触していないときつまりスタイラスが接触していないときの検出信号と、接触したときの検出信号との差に基づいて、接触位置の位置座標を検出する。処理装置３７は、例えば、表示装置１００を備えたカーナビゲーション装置、携帯型情報端末（ＰＤＡ：Personal Digital Assistants等）、ＡＴＭ（Aautomated Teller Machine）、券売機、ゲーム機、各種タッチパネル付き表示装置等、あるいは各種コンピュータ内部に搭載され、データ処理を実行する。

なお、位置検出装置２４が生成する位置データは前記の例に限られるものではない。位置検出装置２４が、例えば、前記デジタル化された直流電圧値を用いてＸＹ座標を求めて、これを位置データとして出力してもよい。

次に、表示装置１００における画像表示動作及び位置検出動作について説明する。

図１は、対向電極駆動信号、タッチパネル駆動信号、及びホールド信号の波形図である。なお、本実施の形態の表示装置１００では、表示期間・非表示期間にかかわらず、常時、タッチパネルの透明導電膜と対向電極とに同じ信号電圧が印加されるので、タッチパネルの透明導電膜と対向電極とに同じ信号電圧を印加する期間を特定するためのタイミング制御信号は不要となる。

図１に示すように、表示期間・非表示期間にかかわらず全表示期間において、対向電極駆動回路１５は、コントロール回路１１からの制御に基づいて、対向電極４に対して、対向電極４に印加される電位の極性が１水平同期期間毎に反転されるように、対向電極駆動信号を出力する。なお、図１の例では、正の電位であるＶａと負の電位であるＶｂとに極性反転されている。ここで、Ｖａ及びＶｂの絶対値（Ｖａ及びＶｂと基準電位（グランド電位）との差の絶対値）は同じであってもよく、異なっていてもよい。また、水平同期周波数及び垂直同期周波数は特に限定されるものではないが、一例としては、水平同期周波数は１５．７５ｋＨｚ（ＮＴＳＣ、ＥＧＡ、ＱＶＧＡ）あるいは３１．５ｋＨｚ（ＶＧＡ、ワイドＶＧＡ）であり、垂直同期周波数は６０Ｈｚである。また、垂直帰線期間は例えば１．１４ｍｓである。

そして、本実施の形態の表示装置１００では、対向電極駆動回路１５から、上記対向電極駆動信号が、タッチパネル２０の位置検出装置２４にも出力される。これによって、タッチパネルの２０の透明導電膜２２に、対向電極４に印加される電位と同じ電位が印加される。すなわち、対向電極４とタッチパネル２０の透明導電膜２２とに印加される波形が、互いに同じ波形になる。これによって、対向電極４と透明導電膜２２との間に寄生容量が発生することを抑制することができる。

これによって、表示期間及び非表示期間中の全期間中に、対向電極４に印加される信号である対向電極駆動信号と、タッチパネル２０の透明導電膜２２に印加される信号であるタッチパネル駆動信号とが同電位となり、対向電極４と透明導電膜２２との間に電位差がなくなる。

本実施の形態の表示装置１００では、対向電極４とタッチパネル２０の透明導電膜２２とが、同じ電位になっているので、対向電極４と透明導電膜２２との電位差に起因してタッチパネル２０に生じる誘起電圧を、位置検出精度を低下させない程度に小さくすることができる。原理的には、前記誘起電圧を小さくするのみならず、ゼロにすることも可能となる。したがって、位置検出精度を高めることができる。

〔実施の形態２〕
本発明の他の実施の形態について図７に基づいて説明すれば、以下の通りである。図７は、本発明の他の実施の形態の表示装置１００の概略構成を示す断面図である。なお、本実施の形態において説明すること以外の構成は、前記実施の形態１と同じである。また、説明の便宜上、前記の実施の形態１の図面に示した部材と同一の機能を有する部材については、同一の符号を付し、その説明を省略する。

本実施の形態の表示装置１００は、前記実施の形態１の表示装置１００と異なり、タッチパネルの透明導電膜２２が表示パネル１０の内部に形成されている。これによって、前記表示装置１００は、タッチパネルが表示パネル１０に内付けされた、タッチパネル・液晶表示装置一体型の表示装置１００とされている。

具体的には、表示パネル１０を構成する絶縁基板１・６のうちの、観察者側に配置される絶縁基板６において、カラーフィルタ層５と対向電極４との層間に透明導電膜２２が形成されている。そして、透明導電膜２２と対向電極４との間には、互いを電気的に絶縁するオーバーコート層６０が形成されている。このオーバーコート層６０の材料、厚みなどは特に限定されるものではなく、絶縁材として汎用的なもの、例えば酸化珪素などの酸化膜などが用いられる。

本実施の形態の表示装置１００では、透明導電膜２２が表示パネル１０内の対向電極４に近接して形成されており、透明導電膜２２と対向電極４との距離が、上記実施の形態１の表示装置１００よりも短くなっている。したがって、透明導電膜２２と対向電極４との間において、寄生容量の発生をより効果的にキャンセルすることができる。

なお、本実施の形態では、表示パネル１０としてアクティブマトリクス型液晶パネルを用いる場合を例示したが、本実施の形態に使用される表示パネル１０はこれに限定されるものではない。表示パネル１０が備える対向電極に、極性の周期的な反転を伴う共通電圧が印加されるものであれば、任意の表示パネルが利用可能である。例えば、液晶層（光学変調層）３に代えて、電気泳動性を示す媒質からなる光学変調層を用いてもよい。つまり、表示パネル１０は、液晶表示パネルであってもよく、電気泳動層を有する電気泳動表示パネルであってもよい。

また、本実施の形態では主に、対向電極４の電位をライン反転駆動（１水平同期期間毎に反転）する場合について説明したが、これに限るものではなく、例えば、２ライン反転（２Ｈ反転）に適用することもできる。

また、全表示期間においてタッチパネルの透明電極膜と表示パネルの対向電極とに同じ信号電圧を印加する方法は、上記実施の形態に限定されるものではなく、表示期間には、透明導電膜に対して、対向電極に印加される対向電極駆動信号の信号電圧、例えば、矩形の反転信号の信号電圧を印加し、一方非表示期間には、対向電極に対して、透明電極膜に印加されるタッチパネル駆動信号、例えば高周波信号の信号電圧を印加する方法もある。

また、本実施の形態にかかる表示装置に備えられるタッチパネルは、指やペン等の接触による電気的特性の変化を利用して位置検出を行うものであれば特に限定されない。

本発明は上述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能であり、異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態についても本発明の技術的範囲に含まれる。

本発明は、タッチパネルを備えた表示装置に適用できる。例えば、カーナビゲーション装置、携帯型情報端末（ＰＤＡ等）、ＡＴＭ、券売機、各種自動販売機、ゲーム機等に適用できる。

本発明の一実施形態の表示装置における、画像表示動作及び位置検出動作に関する信号の波形図である。 前記表示装置に備えられる表示パネル及びタッチパネルの概略構成を示す斜視図である。 （ａ）は、前記表示装置に備えられる表示パネル及びその駆動装置の構成をブロック図であり、（ｂ）は、表示パネルの配線を示す概略図である。 前記表示装置に備えられる表示パネルにおける各画素の等価回路図である。 前記表示装置に備えられるタッチパネル及び位置検出装置の概略構成を示す説明図である。 本発明の一実施形態にかかる表示装置に備えられる位置検出回路の構成を示すブロック図である。 本発明の他の実施形態の表示装置の概略構成を示す断面図である。 従来のタッチパネル付き表示装置における、対向電極の電位と、この対向電極の電位の極性反転によってタッチパネルの透明導電膜に生じる誘起電圧との関係を示した説明図である。

符号の説明

１ 絶縁基板
２ ＴＦＴアレイ層
３ 液晶層（光学変調層）
４ 対向電極
５ カラーフィルタ層
６ 絶縁基板
１０ 表示パネル
１１ コントロール回路
１２ 階調基準電圧生成回路
１３ ソースドライバ
１４ ゲートドライバ
１５ 対向電極駆動回路
１６ スイッチング素子
１７ 画素電極
１８ 画素容量
２０ タッチパネル
２１ タッチパネル基板
２２ 透明導電膜
２４ 位置検出装置
２４ａ 位置検出回路（位置検出手段）
２３ｂ タッチパネル駆動回路（タッチパネル電圧印加手段）
２５ａ〜２５ｄ 端子
３１ａ〜３１ｄ 電流検出回路
３３ａ〜３３ｄ 検波フィルタリング回路
３４ａ〜３４ｄ サンプルホールド回路
３５ アナログマルチプレクサ
３６ Ａ／Ｄ変換器
３７ 処理装置
４０ タッチパネル−対向電極間容量
５１ 偏光板
５２ 偏光板
６０ オーバーコート層
７０ リード線
１００ 表示装置
１１０ 画素
Ｅ１〜Ｅ４ 端子

Claims (9)

1. 対向する絶縁基板間に挟持された光学変調層と、前記対向する絶縁基板の一方の絶縁基板に形成された複数の画素電極と、前記対向する絶縁基板の他方の絶縁基板に前記複数の画素電極と対向して形成された対向電極とを備え、前記各画素電極と対向電極との間に電圧を印加することによって前記光学変調層の光学特性を変化させて表示を行う表示パネルと、
   前記光学変調層の観察者側に配置されかつ透明導電膜を有するタッチパネルとを備えた表示装置の駆動装置において、
   前記表示パネルの表示期間及び非表示期間中に、前記タッチパネルの透明導電膜に対して、前記対向電極に印加される信号電圧である共通電圧と同じ信号電圧を印加するタッチパネル電圧印加手段を備えていることを特徴とする表示装置の駆動装置。
2. 前記透明電極膜に印加される信号電圧と前記対向電極に印加される信号電圧とは、波形と位相とが互いに等しいことを特徴とする請求項１に記載の表示装置の駆動装置。
3. 前記対向電極に印加される信号電圧の電位の極性は、前記表示パネルの１水平同期期間毎に反転することを特徴とする請求項１に記載の表示装置の駆動装置。
4. 前記タッチパネルは、前記透明導電膜の表面における互いに異なる箇所に、それぞれ前記透明導電膜と前記タッチパネル電圧印加手段とに電気的に接続された複数の端子を備え、
   前記タッチパネルの透明導電膜にタッチすることによって透明導電膜に対する接触点が形成されたときに前記各端子に流れる電流の検出結果に基づいて、前記接触点の位置を検出する位置検出手段を備え、かつ、前記位置検出手段は前記接触点の位置検出を、前記表示期間及び非表示期間中に行うことを特徴とする請求項１に記載の表示装置の駆動装置。
5. 前記位置検出手段は、前記透明導電膜に対する接触点が形成されていないときに前記各端子に流れる電流と、前記透明導電膜に対する接触点が形成されたときに前記各端子に流れる電流との差に基づいて、前記接触点の位置を検出することを特徴とする請求項４に記載の表示装置の駆動装置。
6. 前記端子と前記位置検出手段とを接続するリード配線と、
   前記リード配線の外周を覆うシールド配線とが設けられているとともに、
   前記シールド配線に対して、前記対向電極に対して印加される信号電圧と同じ信号電圧が印加されることを特徴とする請求項４に記載の表示装置の駆動装置。
7. 前記タッチパネルの透明導電膜は、前記対向する絶縁基板のうち対向電極が備えられた絶縁基板と前記対向電極との間に形成されてことを特徴とする請求項１に記載の表示装置の駆動装置。
8. 請求項１に記載の表示装置の駆動装置を備えていることを特徴とする表示装置。
9. 対向する絶縁基板間に挟持された光学変調層と、前記対向する絶縁基板の一方の絶縁基板に形成された複数の画素電極と、前記対向する絶縁基板の他方の絶縁基板に前記複数の画素電極と対向して形成された対向電極とを備え、前記各画素電極と対向電極との間に電圧を印加することによって前記光学変調層の光学特性を変化させて表示を行う表示パネルと、
   前記光学変調層の観察者側に配置されかつ透明導電膜を有するタッチパネルとを備えた表示装置の駆動方法において、
   前記タッチパネルの透明導電膜に対して、前記対向電極に印加される信号電圧である共通電圧と同じ信号電圧を印加することを特徴とする表示装置の駆動方法。

Images