JP2014016403A - タッチパネル一体型液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】薄型化およびコストの削減を図ることができ、液晶表示とタッチパネルのセンシングとを簡易な構成によって適正かつ効率的に行うことができるタッチパネル一体型液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】互いに対向する基板２，３の両内側表面上に、コモン電極を兼ねた静電容量検出用の複数の駆動電極４と、これらに対向する複数のセグメント電極５とがそれぞれ配置されたパッシブ型の液晶表示パネル１Ａと、駆動電極４に対して、液晶駆動用の選択信号を兼ねた静電容量検出用の駆動信号をデューティ駆動によって順次印加する駆動手段１０と、基板２における駆動電極４と反対側の表面上に配置され、駆動信号に同期した静電容量の検出を行う複数の検出電極１４とを備えたこと。
【選択図】 図１

Description

本発明は、タッチパネル一体型液晶表示装置に係り、特に、静電容量型のタッチパネルとの一体化に好適なタッチパネル一体型液晶表示装置に関する。

近年、静電容量式のタッチパネルと液晶表示装置とを一体化したタッチパネル一体型液晶表示装置が、低消費電力等の利点によって多用されるようになった。

この種のタッチパネル一体型液晶表示装置は、従前は、タッチパネルと液晶表示装置とを個別に製造し、両者を貼り合わせることによって一体化するものが多かった。

しかし、このようなタッチパネル一体型液晶表示装置は、タッチパネルと液晶表示装置とを別工程・別構造で製造しなければならない上に、液晶表示装置に印加される液晶駆動用の信号がタッチパネルにおける静電容量の検出（センシング）を妨害しないように、タッチパネルを液晶駆動用の信号から遮蔽するシールドを新たに設けなければならなかった。このため、従前のタッチパネル一体型液晶表示装置においては、コストの上昇を余儀なくされ、また、薄型化が困難であるといった問題点が指摘されていた。

このような問題に対処し得る手段としては、これまでにも、例えば、特許文献１に示すようなタッチパネル一体型液晶表示装置が提案されている。

すなわち、特許文献１のタッチパネル一体型液晶表示装置においては、画素ごとの個別のスイッチング素子（ＴＦＴ等）を有しないいわゆるパッシブ型の液晶表示パネルを備えた上で、この液晶表示パネルのセグメント電極を、タッチパネルの駆動と共用の電極として、液晶表示とセンシングとに交互に利用するようになっている。

特開２００９−１１６２２４号公報

特許文献１に記載のタッチパネル一体型液晶表示装置においては、表示期間の合間に高周波のセンシング用のドライブ信号をセグメント電極に印加するようになっているが、ドライブ信号が表示に及ぼす影響や、センシング期間後に表示期間を置くこと（特許文献１図５（Ｂ）参照）およびセンシングをドライブ信号が印加されたセグメント電極からずれた位置（隣接位置または近傍位置）のセグメント電極によって行うこと（特許文献１段落００５６参照）によるセンシングの効率および精度への影響が懸念される。

本発明は、このような点に鑑みなされたものであり、薄型化およびコストの削減を図ることができるとともに、液晶表示とタッチパネルのセンシングとを簡易な構成によって適正かつ効率的に行うことができるタッチパネル一体型液晶表示装置を提供することを目的とするものである。

前述した目的を達成するため、本発明に係るタッチパネル一体型液晶表示装置の特徴は、液晶表示装置と静電容量型のタッチパネルとが一体化されたタッチパネル一体型液晶表示装置であって、液晶層を挟んで互いに対向する一対の基板の両内側表面上に、コモン電極を兼ねた静電容量検出用の複数の駆動電極と、これらの駆動電極に対向する複数のセグメント電極とがそれぞれ配置されたパッシブ型の液晶表示パネルと、前記複数の駆動電極に対して、液晶駆動用の選択信号を兼ねた静電容量検出用の駆動信号をデューティ駆動によって順次印加する駆動手段と、前記駆動電極が配置された一方の前記基板における前記駆動電極と反対側の表面上に配置され、前記駆動信号に同期した静電容量の検出を行う複数の検出電極とを備えた点にある。

そして、このような構成によれば、簡易なパッシブ型の液晶表示パネルを基礎として、駆動手段により、コモン電極を兼ねた静電容量検出用の駆動電極に対して、液晶駆動用の選択信号を兼ねた静電容量検出用の駆動信号をデューティ駆動によって順次印加することで、液晶表示に同期したセンシングを行うことができる。このとき、駆動電極がシールドの役目をして、セグメント電極に対する印加信号による影響を回避することができるので、薄型化およびコストの削減を図ることができるとともに、液晶表示とタッチパネルのセンシングとを簡易な構成によって適正かつ効率的に行うことができる。

また、前記駆動手段による前記デューティ駆動の順番と、前記検出電極の検出信号およびこれに対応する前記検出電極の番号と、前記検出信号の動作初期値とに基づいて、タッチパネルの操作位置を検知する検知手段を備えるようにしてもよい。

そして、このような構成によれば、タッチパネルの操作位置を簡便かつ正確に検知することができる。

さらに、前記駆動信号は、Ｂ波形としてもよい。

そして、このような構成によれば、消費電力の抑制に重点を置きながら、液晶表示とタッチパネルのセンシングとを適正かつ効率的に行うことができる。

本発明によれば、薄型化およびコストの削減を図ることができるとともに、液晶表示とタッチパネルのセンシングとを簡易な構成によって適正かつ効率的に行うことができる。

本発明に係るタッチパネル一体型液晶表示装置の実施形態を示す断面模式図 図１のタッチパネル一体型液晶表示装置の平面模式図 図１のタッチパネル一体型液晶表示装置の駆動／検出回路系を示すブロック図 タッチパネル一体型液晶表示装置の作用を説明するために用いる透明電極と画素の配置状態を示す模式図 タッチパネル一体型液晶表示装置の作用を説明するために用いる透明電極への信号の印加状態を示すタイムチャート タッチパネル一体型液晶表示装置の作用を説明するために用いる画素の電位差を示すタイムチャート タッチパネル一体型液晶表示装置の作用を説明するために用いる液晶表示とセンシングとの同期状態を示すタイムチャート 本発明の実施形態の第１の変形例を示す選択兼ドライブ信号の波形図 本発明の実施形態の第２の変形例を示す選択兼ドライブ信号の波形図

以下、本発明に係るタッチパネル一体型液晶表示装置の実施形態について、図１乃至図９を参照して説明する。

図１および図２に示すように、本実施形態におけるタッチパネル一体型液晶表示装置１は、パッシブ型の液晶表示パネル１Ａと静電容量型のタッチパネル１Ｂとが、一部の構成を共有するように一体化されたものである。

具体的には、図１および図２に示すように、本実施形態におけるタッチパネル一体型液晶表示装置１は、ガラス等からなる一対の透明基板２，３を有しており、両透明基板２，３の互いに対向する両内側表面には、ＩＴＯ（酸化インジウムスズ）等からなる透明電極４，５および所定の方向にラビング処理が施された配向膜６，６がそれぞれ形成されている。

また、両透明基板２，３は、枠状のシール７を介して互いに貼り合わされており、シール７および両透明基板２，３によって囲繞された空間内には、液晶層８が封入されている。

両透明電極４，５のうち、図１において上方に示す一方の透明電極４は、図１における紙面垂直方向に長尺な帯状に形成されているとともに、図１における横方向に所定の間隔を設けて複数が整列配置されている。これらの透明電極４は、コモン電極を兼ねたタッチパネルのセンシング用（静電容量検出用）のドライブ電極（以下、コモン兼ドライブ電極と称する）４とされている。図２に示すように、各コモン兼ドライブ電極４からは、液晶駆動用の選択信号（換言すれば、走査信号）を兼ねた静電容量検出用の駆動信号（以下、選択兼ドライブ信号と称する）を印加するための配線４１が、図２における下方に向けて引き回されている。

そして、この配線４１の端子部４１ａには、駆動手段としてのコモン兼ドライブ用ドライバＩＣ１０が接続されている。このコモン兼ドライブ用ドライバＩＣ１０は、各コモン兼ドライブ電極４に対して、選択兼ドライブ信号を、デューティ駆動（換言すれば、ダイナミック駆動）によって順次印加するようになっている。デューテイ駆動においては、各コモン兼ドライブ電極４に対して、１フレーム時間Ｔｆを時分割数Ｎで除した時間Ｔｆ／Ｎずつ、選択兼ドライブ信号が印加されることになる。

なお、図２において、コモン兼ドライブ用ドライバＩＣ１０は、ＣＯＧ(Chip On Glass)によって透明基板２上に実装されているが、本発明は、このような構成に限定されるものではなく、例えば、ＣＯＦ(Chip On Film)等の他のＩＣ実装技術によって端子部４１ａに接続されていてもよい。

一方、図１において下方に示す他方の透明電極５は、図１における横方向に長尺な帯状に形成されているとともに、図１における紙面垂直方向に所定の間隔を設けて複数が整列配置されている。これらの透明電極５は、セグメント電極５とされており、各セグメント電極５は、各コモン兼ドライブ電極４と交差するように対向配置されていることによって、各コモン兼ドライブ電極４との間で格子状を呈している。

図１に示すように、セグメント電極５からは、表示データに応じた表示信号（セグメント駆動信号）を印加するための配線５１が、図１における左方に向けて引き回されている。この配線５１は、シール７内に散布された図示しない導電粒子によって、コモン兼ドライブ電極４側の透明基板２の内側表面における左端部に形成された取り出し電極５２に導通されている。この取り出し電極５２には、セグメント用ドライバＩＣ１１がＣＯＧ等の実装技術によって接続されており、このセグメント用ドライバＩＣ１１は、各セグメント電極５に対して、表示信号を選択的に印加するようになっている。なお、図１および図２においては、セグメント用ドライバＩＣ１１がコモン兼ドライブ用ドライバＩＣ１０と別体となっているが、配線４１，５１の引き廻し形状を変更することによって、両ＩＣ１０，１１を一体の構成としてもよい。

また、図１に示すように、上側の透明基板２におけるコモン兼ドライブ電極４と反対側の表面（図１における上面）上には、検出電極としてのＩＴＯ等からなるセンシング電極１４が形成されている。図１および図２に示すように、センシング電極１４は、図１における横方向に長尺な帯状に形成されているとともに、図１における紙面垂直方向に所定の間隔を設けて複数が整列配置されている。各センシング電極１４は、図２に示すように、各コモン兼ドライブ電極４と交差するように対向配置されていることによって、各コモン兼ドライブ電極４との間で格子状を呈している。各センシング電極１４は、選択兼ドライブ信号に同期して、各コモン兼ドライブ電極４との交差部分に形成される静電容量を検出するようになっている。なお、センシング電極１４による検出結果は、静電容量に応じた検出信号（電圧信号であってもよい）として出力されるようになっている。

さらに、図２に示すように、各センシング電極１４からは、図２における左方に向けて配線１４１が引き回されており、この配線１４１の端子部１４１ａには、検知手段としての検知回路１５が接続されている。この検知回路１５は、コモン兼ドライブ用ドライバＩＣ１０によるデューティ駆動の順番と、センシング電極１４の検出信号および当該検出信号に対応したセンシング電極１４の番号と、検出信号の動作初期値とにそれぞれ基づいて、タッチパネルの操作位置を検知するようになっている。なお、動作初期値は、タッチパネル一体型液晶表示装置の起動時に検出されるようにしてもよい。

つぎに、図３は、検知回路１５の具体的な構成の一例を示したものである。

すなわち、図３に示す検知回路１５は、プリアンプ１５１、Ｓ／Ｈ（サンプルホールド回路）１５２、ＡＤＣ（Ａ／Ｄコンバータ）１５３、ＣＰＵ（中央処理装置）１５４およびメモリ１５５によって構成されている。ここで、図３に示すように、プリアンプ１５１には、センシング電極１４からの検出信号が入力されるようになっている。そして、プリアンプ１５１は、入力された検出信号を増幅させて、後段のＳ／Ｈ１５２に出力するようになっている。

コモン兼ドライブ用ドライバＩＣ１０から選択兼ドライブ信号に同期して出力された同期信号が検知回路１５に入力されると、ＣＰＵ１５４はこの同期信号を検出して、Ｓ／Ｈ１５２およびＡＤＣ１５３を用いてセンシングの検出信号をデジタル値に変換するようになっている。

そして、ＣＰＵ１５４は、デジタル値に変換された検出信号と、メモリ１５５に記憶されたデューティ駆動の順番と、検出信号に対応するセンシング電極１４の番号および検出信号の動作初期値とにそれぞれ基づいて、選択兼ドライブ信号に同期したタッチパネルの操作位置の検知を行うようになっている。なお、検出信号の動作初期値は、この初期値に対する検出信号の値の変化を、タッチパネルの操作として検知するために用いられる。ＣＰＵ１５４による検知結果は、検知データとして出力されて、タッチパネルの入力操作結果としてタッチパネル一体型液晶表示装置１の次動作に反映されることになる。

その他の構成として、両透明基板２，３の外側表面上には、偏光板１６，１６がそれぞれ配置されている。また、透明基板２の内側表面上に、ＲＧＢカラーフィルタおよびブラックマスクを配置してもよいことは勿論である。

このように、本実施形態においては、一対の透明基板２，３、コモン兼ドライブ電極４、セグメント電極５、配向膜６、シール７、液晶層８および偏光板１６からなるパッシブ型の液晶表示パネル１Ａと、一方の透明基板２、コモン兼ドライブ電極４およびセンシング電極１４からなる静電容量型のタッチパネル１Ｂとが、一部の構成である透明基板２とコモン兼ドライブ電極４とを共有するようにして一体化されている。

つぎに、前述した本発明の実施形態の作用の一例について説明する。

なお、以下の説明においては、図４に示すように、便宜上、コモン兼ドライブ電極４およびセグメント電極５がいずれも８本ずつとされた簡略化されたモデルを用いる。また、図４に示すように、両電極４，５の交差部は、画素Ｐとして扱う。

本実施形態においては、図５（ａ）に示すように、８本のコモン兼ドライブ電極Ｒ１〜Ｒ８に対して、コモン兼ドライブ用ドライバＩＣ１０により、Ｒ１から順に１／８フレーム時間ごとに順次選択兼ドライブ信号（電圧）を印加するという１／８デューテイ駆動を行う。

なお、図５（ａ）において、各コモン兼ドライブ電極Ｒ１〜Ｒ８の選択兼ドライブ信号（矩形駆動パルス）は、次のフレーム時間における極性が前のフレーム時間における極性から反転したＢ波形の信号とされている。Ｂ波形は、1フレーム毎に極性を反転させる駆動波形と言い換えることもできる。このとき、８本のセグメント電極Ｃ１〜Ｃ８に対しては、図５（ｂ）に示すように、セグメント用ドライバＩＣ１１により、表示データに応じた表示信号が印加される。

これにより、図４においてハッチングが施された表示（オン）画素Ｐにおける電位差は、図６（ａ）に示すようになり、この電位差は、実効値が液晶の動作閾値電圧Ｖｔｈを超えている。なお、図６（ａ）は、Ｒ２とＣ１との交差部における電位差に相当する。一方、図４においてハッチングが施されていない非表示（オフ）画素Ｐにおける電位差は、図６（ｂ）に示すようになり、この電位差は、実効値がＶｔｈを下回っている。なお、図６（ｂ）は、Ｒ１とＣ１との交差部における電位差に相当する。

そして、本実施形態においては、図７に示すように、各コモン兼ドライブ電極Ｒ１〜Ｒ８に対する選択兼ドライブ信号の印加に同期して、各センシング電極１４によるセンシングを行う。このとき、タッチパネルの操作が行われた場合には、この操作位置において容量結合が生じ、両電極４（Ｒ１〜Ｒ８），１４間の静電容量に操作指示体（指等）の静電容量が直列に追加されるので、操作位置における検出信号の値が動作初期値から変化することになる。これにより、検出信号の変化が示されたセンシング電極１４の番号と、デューティ駆動の順番とに基づいて、操作位置を容易に特定することができる。

このように、本実施形態のタッチパネル一体型液晶表示装置によれば、簡易なパッシブ型の液晶表示パネル１Ａを基礎として、コモン兼ドライブ用ドライバＩＣ１０により、コモン兼ドライブ電極４に対して、選択兼ドライブ信号をデューティ駆動によって順次印加することで、液晶表示に同期したセンシングを行うことができる。

また、このとき、選択されていないコモン兼ドライブ電極４は、フローティング状態にあるわけではなく、ある電位（図５においては０Ｖ）になっているので、セグメント電極５に表示信号が印加されても、コモン兼ドライブ電極４がシールドの役目をして表示信号による影響を回避することができる。具体的には、表示信号によってセグメント電極５の電位が変化したとしても、これが容量性結合の飛び込み信号（ノイズ）となってタッチパネルの静電容量検出が妨害されるのを回避することができる。

この結果、薄型化およびコストの削減を図ることができるとともに、液晶表示とタッチパネルのセンシングとを簡易な構成によって適正かつ効率的に行うことができる。

また、タッチパネル駆動を液晶駆動と独立して行う必要がないので、汎用性の高いＩＣ１０を用いることができ、ひいては、ＥＯＬ（Ｅｎｄ ｏｆ Ｌｉｆｅ：生産中止）にも簡単に対応することができる。

なお、本発明のタッチパネル一体型液晶表示装置は、前述した実施の形態に限定されるものではなく、必要に応じて種々変更してもよい。

例えば、図５（ａ）および図７においては、選択兼ドライブ信号を、消費電力の低減に好適なＢ波形の信号としているが、液晶層の劣化の抑制に重点を置きたい場合には、図８に示すように、Ａ波形（1選択期間で極性を反転させる駆動波形）の選択兼ドライブ信号を採用してもよい。あるいは、図９に示すように、Ａ波形とＢ波形とを混合した選択兼ドライブ信号を採用してもよい。

また、前述のように、図５（ａ）および図７においては、デューテイ駆動におけるデューティ比が１／８となっているが、他のデューティ比を選択してもよい。

さらに、コモン兼ドライブ電極４およびセグメント電極５は、図１に示した構成に限定される必要はなく、アイコン等の特殊な形状に対応するように配置されていてもよい。

１ タッチパネル一体型液晶表示装置
２ 透明基板
３ 透明基板
４ コモン兼ドライブ電極
５ セグメント電極
８ 液晶層
１０ コモン兼ドライブ用ドライバＩＣ
１４ センシング電極

Claims (3)

1. 液晶表示装置と静電容量型のタッチパネルとが一体化されたタッチパネル一体型液晶表示装置であって、
   液晶層を挟んで互いに対向する一対の基板の両内側表面上に、コモン電極を兼ねた静電容量検出用の複数の駆動電極と、これらの駆動電極に対向された複数のセグメント電極とがそれぞれ配置されたパッシブ型の液晶表示パネルと、
   前記複数の駆動電極に対して、液晶駆動用の選択信号を兼ねた静電容量検出用の駆動信号をデューティ駆動によって順次印加する駆動手段と、
   前記駆動電極が配置された一方の前記基板における前記駆動電極と反対側の表面上に配置され、前記駆動信号に同期した静電容量の検出を行う複数の検出電極と
   を備えたことを特徴とするタッチパネル一体型液晶表示装置。
2. 前記駆動手段による前記デューティ駆動の順番と、前記検出電極の検出信号およびこれに対応する前記検出電極の番号と、前記検出信号の動作初期値とに基づいて、タッチパネルの操作位置を検知する検知手段を備えたこと
   を特徴とする請求項１に記載のタッチパネル一体型液晶表示装置。
3. 前記駆動信号は、Ｂ波形であること
   を特徴とする請求項１または２に記載のタッチパネル一体型液晶表示装置。

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