JP3817012B2 - 座標検出機能付液晶表示装置とその駆動回路 - Google Patents
座標検出機能付液晶表示装置とその駆動回路 Download PDFInfo
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Description
【０００１】
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標入力を行うタブレットをマトリクス型ディスプレイと一体化した座標検出機能付液晶表示装置とその駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の座標検出機能付液晶表示装置は、図11に示すブロック図のように構成されている。図11において、１は液晶パネル、２は検出用ペン、３は走査電極駆動回路、４は信号電極駆動回路、５は検出部、６は制御部、Ｒ(１〜m)は走査電極、Ｓ(１〜n)は信号電極である。また、図12は座標検出の原理とそのタイミングを示す図で、２は検出用ペン、ｒ１〜ｒ10，Ｓ１は液晶パネルの各電極、Ｃ１〜Ｃ10(Ｃａ)は検出用ペン２と電極ｒ１〜ｒ10(Ｓ１)の間に生じた静電容量結合、Ｐ１〜Ｐ７は検出走査パルス、Ｄ１は検出信号波形、Ｄ２は検出信号波形Ｄ１の微分波形である。
【０００３】
従来、液晶パネルの各電極をそのまま用いて座標検出を行う座標検出機能付液晶表示装置にあっては、１垂直走査期間(１フレーム)中に表示期間と検出期間とを設けて、液晶パネルの各走査電極，信号電極に対し順次検出走査パルスの印加を行うと、液晶パネルに近接した検出用ペン２と液晶パネルの電極間に生じた静電容量結合を介して、検出用ペン２に検出走査パルスによる検出信号波形Ｄ１が検出され、その検出タイミングからその座標位置を決定している。
【０００４】
さらに、図13は図11に示す座標検出機能付液晶表示装置における座標検出の各信号のタイミングチャートである。図13において、Ｖpは検出用ペン２に検出された検出信号波形、dＶp／dtは検出信号波形Ｖpの微分波形である。図13に示す検出信号波形Ｖpがピークに達した時間、あるいは微分波形dＶp／dtが０になった時間等から、検出用ペン２の位置を判別する。
【０００５】
前述した座標検出機能付液晶表示装置は主に単純マトリクス型液晶表示装置で実現する方法を説明したものである。最近ではアクティブマトリクス型液晶表示装置を用いて実現する方法も考案されている。アクティブマトリクス型液晶表示装置で実現する場合においても基本的な原理は単純マトリクス型液晶表示装置と同様である。しかし、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルの場合には構造上の制約がある。以下、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の液晶パネルを用いた場合の実現方法を説明する。
【０００６】
動作期間は単純マトリクス型表示装置の液晶パネルの場合と同様で、１フレームが表示期間と検出期間に分かれ、表示期間には表示動作を検出期間には検出動作を行う。さらに、検出期間ではＸ座標(行方向)検出期間とＹ座標(列方向)検出期間に分け、走査電極および信号電極に順次検出走査パルスを印加する。検出走査パルスが印加された各電極と検出用ペンの間の容量を介して信号を検出し、その信号の検出タイミングによってＸ、Ｙの座標値を決定する。ただし、一般的に従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルには以下の制約がある。
【０００７】
図14は従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルの構造を示す図である。図14に示すようにマトリクス状に配置された信号電極Ｓと走査電極Ｒの各交点に対応してスイッチング素子(ＴＦＴ)７と、スイッチング素子７に接続された画素電極Ｈが配置されるアレイ基板８があり。さらにアレイ基板８に対向して配置された対向基板９には、対向電極Ｃが一般的にはベタの電極として配置される。この液晶パネルは、表面には対向基板９、裏面にはアレイ基板８を配置するという構造をとる。このような配置であると、対向電極Ｃが走査電極Ｒや信号電極Ｓからの信号をシールドすることになるために、検出用ペンで検出信号を充分に得ることができない。また、充分な検出信号を得るためにアレイ基板８の面を表にすると、スイッチング素子７や走査電極Ｒ、信号電極Ｓの反射がある。これを防ぐためには各電極の配線やスイッチング素子７に反射防止用のブラックマトリクス層を設ける必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように座標検出機能付液晶表示装置に用いられるアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルでは構造上、液晶パネルの各電極からの信号が対向電極によってシールドされることで、微弱になり検出用ペンで検出することが困難であるという問題があった。また、液晶パネルのアレイ面を表側にしても各電極の配線やスイッチング素子の反射、あるいはその反射を防止するためにブラックマトリクス層を設けなければならないという問題があった。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決することに指向するものであり、横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルを採用し、対向電極によるシールド効果を軽減することにより、より精度の高い座標検出を行うことができる座標検出機能付液晶表示装置とその駆動回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係る座標検出機能付液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の信号電極と走査電極およびその各交点に対応して設けられたスイッチング素子、スイッチング素子に接続された櫛形状の画素電極、および画素電極と咬合して形成され、各走査電極と平行な対向電極配線に接続された対向電極を有するアレイ基板と、アレイ基板に対向して配置された対向基板と、アレイ基板と対向基板に狭持された液晶層から成るアクティブマトリクス型の液晶パネルと、液晶パネルに有する走査電極，信号電極，対向電極に電圧を印加する各駆動手段と、液晶パネルに近接させたときに走査電極および信号電極との間に生じる静電容量結合を介して信号を検出する検出用導体と、検出用導体を通じて検出された信号から、検出用導体の位置を検出する検出手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、液晶パネルに近接させたときに対向電極および信号電極との間に生じる静電容量結合を介して信号を検出する検出用導体を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記座標検出機能付液晶表示装置の駆動回路には、表示期間に表示選択パルスを印加する走査電極を指定するための選択信号を、検出期間に検出走査パルスを印加する走査電極を指定するための選択信号を順次シフトして出力するシフトレジスタと、シフトレジスタの出力に応じて指定された電圧を選択し、走査電極に印加する選択手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、前記シフトレジスタは、検出期間に検出走査パルスを印加する前記対向電極配線を指定するための選択信号を順次シフトして出力し、前記選択手段は、シフトレジスタの出力に応じて指定された電圧を選択し、対向電極配線に印加することを特徴とする。
【００１４】
また、前記シフトレジスタは、表示期間に表示選択パルスを印加する走査電極を指定するための選択信号を順次シフトし、検出期間に検出走査パルスを印加する対向電極配線を指定するための選択信号を順次シフトして出力し、前記選択手段は、表示期間にシフトレジスタの出力に応じて指定された電圧を選択して走査電極に印加し、検出期間にシフトレジスタの出力に応じて指定された電圧を選択して対向電極配線に印加するように構成したものである。
【００１５】
前記構成における本発明の請求項１の記載によれば、液晶パネルのアレイ基板上に対向電極を設けたことで、検出用導体と液晶パネル間の対向電極によるシールド効果を軽減することができる。
【００１６】
また、本発明の請求項２の記載によれば、対向電極がアレイ基板の画素部分に配置されることから、検出用導体との静電容量結合において走査電極より大きな容量の対向電極を用いて、対向電極に検出走査パルスを走査させることで、より高い精度で検出することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項３の記載によれば、検出走査パルスの電圧値をスイッチング素子が導通状態にならない値とすることで、画素電極に関係ない信号が印加されることを防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明の請求項４または５の記載によれば、検出走査パルスの極性を１垂直走査期間毎に反転させることにより、印加される信号を交流化させることができる。
【００１９】
また、本発明の請求項６の記載によれば、表示期間と検出期間において走査電極に印加される各電圧を選択することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項７の記載によれば、検出期間にのみ検出走査パルスを対向電極に印加することができる。
【００２１】
また、本発明の請求項８の記載によれば、表示期間に表示選択パルスを印加する走査電極を指定するシフトレジスタを検出期間に検出走査パルスを印加する対向電極配線を指定するシフトレジスタとしても使用できる。
【００２２】
また、本発明の請求項９または10の記載によれば、検出走査パルスの極性を１垂直走査期間毎に反転させることにより、印加される信号を交流化させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態における座標検出機能付液晶表示装置の液晶パネルに用いられるアレイ基板の各電極のパターン構成を示す部分平面図である。ここで、前記従来例を示す図14において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示す。図１において、７はスイッチング素子(ＴＦＴ)、Ｇは走査電極、Ｓは信号電極、Ｃは対向電極、Ｃ′は対向電極Ｃが接続される対向電極配線、Ｈは画素電極である。このように構成されるアレイ基板において、表示期間には、走査電極ＧにＴＦＴ７を導通状態にする表示選択パルスが印加されると、ＴＦＴ７を通じて信号電極Ｓに印加された画像信号が画素電極Ｈに印加される。画素電極Ｈと対向電極Ｃとの電位差に応じて、液晶分子の配向状態が変化して画面の表示が行われる。
【００２４】
図２は本発明の実施の形態１における座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。ここでも、前記従来例の図11で説明した構成部材に対応するものには同一の符号を付して、さらに以下の各図においても同様とする。図２において、１は図１に示すアレイ基板を有する液晶パネル、２は検出用導体である検出用ペン、４は信号電極駆動回路、５は検出用ペン２からの検出信号の変化を検出する検出部、６は検出部５や各駆動回路を制御する制御部、10は走査電極駆動回路、11は対向電極駆動回路、Ｇ(１〜m)は走査電極、Ｓ(１〜n)は信号電極、Ｃ(１〜m)は対向電極である。
【００２５】
また、図３は本実施の形態１における座標検出機能付液晶表示装置の座標検出の各信号を示すタイミングチャートである。図３に示すように１フレームには表示動作を行う表示期間と検出動作を行う検出期間とを設けている。さらに、図４は本実施の形態１における座標検出機能付液晶表示装置に使用する走査電極駆動回路の構成を示すブロック図である。図４において、12は表示選択パルスを印加する走査電極Ｇを指定する選択信号を順次シフトするシフトレジスタ、13は選択手段であるスイッチング回路、ＳＷ１は表示選択パルスの表示期間と検出期間とで電圧レベルを選択する第１選択回路、ＳＷ２は走査電極Ｇへの出力電圧を選択する第２選択回路、Ｑ(１〜m)はシフトレジスタ12の出力、Ｇ(１〜m)は走査電極、Ｖsは検出期間において検出走査パルスが印加される走査電極Ｇに印加する電圧、Ｖonは走査電極Ｇに印加されＴＦＴを導通状態にする時に印加する電圧、Ｖoffは走査電極Ｇに印加されＴＦＴを導通させない時に印加する電圧、ＳＥＬは表示期間と検出期間を示す信号、ＣＬＫはシフトレジスタの転送クロック、ＦＳはシフトレジスタのデータである選択信号である。
【００２６】
１フレームの表示期間において、ＳＥＬは“Ｈ”に設定され、図４に示す走査電極駆動回路のシフトレジスタ12に選択信号ＦＳが入力され、入力された転送クロックＣＬＫに同期してシフトレジスタ12により順次シフトされる。シフトレジスタ12の出力Ｑが“Ｈ”のとき、ＳＷ１はＶonを出力し、ＳＷ２は走査電極ＧにＳＷ１の出力を印加し、シフトレジスタ12の出力Ｑが“Ｌ”のとき、Ｖoffを走査電極Ｇに印加するように切り替わり、走査電極Ｇに図３で示すように順次表示選択パルスを印加し、信号電極Ｓには表示選択パルスに同期して表示画像データに応じた信号を印加する。また、対向電極Ｃには対向電圧を印加する。これらの動作により、画素の液晶分子の配向状態を変化させて表示を行う。
【００２７】
そして次の検出期間において、ＳＥＬは“Ｌ”に設定され、図４に示す走査電極駆動回路のシフトレジスタ12に選択信号ＦＳが入力され、入力される転送クロックＣＬＫに同期してシフトレジスタ12により、順次選択信号はシフトされる。シフトレジスタ12の出力Ｑが“Ｈ”のとき、ＳＷ１はＶsを出力し、ＳＷ２は走査電極ＧにＳＷ１の出力を印加し、シフトレジスタ12の出力Ｑが“Ｌ”のとき、Ｖoffを走査電極Ｇに印加するように切り替わり、図３で示すように行方向検出期間において、走査電極Ｇに順次検出走査パルスを印加する。
【００２８】
この場合、検出信号の強度を上げるために複数本の走査電極Ｇに同時に検出走査パルスを印加する。また、検出走査パルスの電圧値は画素のＴＦＴが導通状態にならないような値にする必要がある。図２に示す走査電極Ｇと検出用ペン２の間には静電容量結合が存在し、液晶パネル１上の検出用ペン２の位置に検出走査パルスが近づくと、図３に示す検出信号波形Ｖpのように検出用ペン２の電位が変化し、最も接近した時に最大となる。また、この検出用ペン２が検出した検出信号を微分回路を通して微分すると図３に示す微分波形dＶp／dtとなり、この微分波形dＶp／dtが正から負に変化する時点等を図２に示す検出部５で検出し、例えば、走査電極Ｇへの検出走査パルスの印加を開始した時点との時間差から、検出用ペン２が液晶パネルのどの走査電極Ｇ上に存在するかを決定する。
【００２９】
同様に、図３に示すように列方向検出期間において信号電極Ｓにも順次検出走査パルスを印加する。この場合も、検出信号の強度を上げるために複数本の信号電極Ｓに同時に検出走査パルスを印加する。図２の信号電極Ｓと検出用ペン２の間には静電容量結合が存在し、前記した行方向検出期間と同じように信号電極Ｓへの検出走査パルスの印加を開始した時点との時間差から、検出用ペン２が液晶パネル上のどの信号電極Ｓ上に存在するかを決定する。
【００３０】
なお、これらの出力電圧レベルは実施の形態１の説明で示した組み合わせに限定されるものではない。また、検出走査パルスを各フレーム毎に反転することにより、検出走査パルスにより液晶に印加されるＤＣ成分を解消することができる。
【００３１】
図５は本発明の実施の形態２における座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。図５において、１は液晶パネル、２は検出用ペン、３は走査電極駆動回路、４は信号電極駆動回路、５は検出部、６は制御部、11′は対向電極駆動回路、Ｇ(１〜m)は走査電極、Ｓ(１〜n)は信号電極、Ｃ(１〜m)は対向電極である。図６は本実施の形態２における座標検出機能付液晶表示装置の座標検出の各信号を示すタイミングチャートである。１フレームに表示動作を行う表示期間と検出動作を行う検出期間を設けている。
【００３２】
また、図７は本実施の形態２における座標検出機能付液晶表示装置に使用する対向電極駆動回路の構成を示すブロック図である。図７において、14は検出走査パルスを印加する対向電極(対向電極配線)Ｃを指定する選択信号を順次シフトするシフトレジスタ、15はスイッチング回路、ＳＷは対向電極Ｃへの出力電圧を選択する選択回路、Ｑ(１〜m)はシフトレジスタ14の出力、Ｖcomは検出走査パルスが印加されない時に対向電極Ｃに印加される電圧、Ｖsは検出期間において検出走査パルスが印加される対向電極Ｃに印加する電圧、ＣＬＫはシフトレジスタの転送クロック、ＦＳはシフトレジスタのデータである選択信号である。
【００３３】
１フレームの表示期間においては、走査電極Ｇに図６で示すように順次表示選択パルスを印加し、信号電極Ｓには表示選択パルスに同期して表示画像データに応じた信号を印加する。また、図７に示す対向電極駆動回路においてスイッチング回路15からは電圧Ｖcomが出力され、対向電極Ｃに印加される。これらの動作により、画素の液晶分子の配向状態を変化させて表示を行う。
【００３４】
次に検出期間において、図７に示す対向電極駆動回路のシフトレジスタ14に選択信号ＦＳが入力され、入力された転送クロックＣＬＫに同期して、シフトレジスタ14により、順次選択信号はシフトされる。ＳＷはシフトレジスタ14からの出力Ｑが“Ｈ”の時にＶsを選択し、図６で示すように行方向検出期間において、対向電極Ｃに順次検出走査パルスを印加する。この場合、検出信号の強度を上げるために複数本の対向電極Ｃに同時に検出走査パルスを印加する。図５に示す対向電極Ｃと検出用ペン２の間には静電容量結合が存在し、液晶パネル１上の検出用ペン２の位置に検出走査パルスが近づくと、図６に示すように検出用ペン２の電位が変化し、最も接近した時に最大となる。この検出用ペン２が検出した検出信号波形Ｖpを微分回路を通して微分すると図６のような微分波形dＶp／dtとなり、微分波形が正から負に変化する時点等を図５の検出部５で検出し、例えば、対向電極Ｃへの検出走査パルスの印加を開始した時点との時間差から、検出用ペン２が液晶パネルのどの対向電極Ｃ上に存在するかを決定する。
【００３５】
同様に、図６で示すように列方向検出期間において信号電極Ｓに順次検出走査パルスを印加する。この場合も、検出信号の強度を上げるために複数本の信号電極Ｓに同時に検出走査パルスを印加する。図５の信号電極Ｓと検出用ペン２の間に静電容量結合が存在し、前記行方向検出期間の説明と同じように、図６に示す検出信号波形Ｖp，微分波形dＶp／dtが最大，正から負に変化する時点等を検出部５で検出し、信号電極Ｓへの検出走査パルスの印加を開始した時点との時間差から、検出用ペン２が液晶パネルのどの信号電極Ｓ上に存在するかを決定する。
【００３６】
なお、図７で示した駆動回路は一例にすぎず、液晶パネルの駆動方法や検出走査パルスの形態によってその構成は変わり、また表示期間と検出期間において、出力電圧が変更できればよい。また、出力電圧レベルは本実施の形態２で示した組み合わせに限定されるものではない。さらに、検出走査パルスをフレーム毎に反転することにより、検出走査パルスによる液晶に印加されるＤＣ成分を解消することができる。
【００３７】
図８は本発明の実施の形態３における座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。図８において、１は液晶パネル、２は検出用ペン、４は信号電極駆動回路、５は検出部、６は制御部、16は走査および対向電極駆動回路、Ｇ(１〜m)は走査電極、Ｓ(１〜n)は信号電極、Ｃ(１〜m)は対向電極である。図９は本実施の形態３における座標検出機能付液晶表示装置の座標検出の各信号を示すタイミングチャートである。１フレームに表示動作を行う表示期間と検出動作を行う検出期間を設けている。
【００３８】
また、図10は本実施の形態３における座標検出機能付液晶表示装置に使用する走査および対向電極駆動回路の構成を示すブロック図である。図10において、17は検出走査パルスを印加する走査電極または対向電極を指定する選択信号を順次シフトするシフトレジスタ、18はスイッチング回路、ＳＷ１は走査電極Ｇへの出力電圧を選択する第１選択回路、ＳＷ２は対向電極Ｃへの出力電圧を選択する第２選択回路、Ｑ(１〜m)はシフトレジスタ17の出力、Ｖcomは検出走査パルスが印加されない時に対向電極Ｃに印加される電圧、Ｖsは検出期間において検出走査パルスが印加される対向電極Ｃに印加する電圧、Ｖonは走査電極Ｇに印加されＴＦＴを導通状態にする時に印加する電圧、Ｖoffは走査電極Ｇに印加されＴＦＴを導通させない時に印加する電圧、ＳＥＬは表示期間と検出期間を示す信号、ＣＬＫはシフトレジスタの転送クロック、ＦＳはシフトレジスタのデータである選択信号である。
【００３９】
１フレームの表示期間において、ＳＥＬは“Ｈ”に設定され、図10に示す走査および対向電極駆動回路のシフトレジスタ17に選択信号ＦＳが入力され、入力された転送クロックＣＬＫに同期してシフトレジスタ17により順次シフトされる。ＳＷ１はシフトレジスタ17の出力Ｑが“Ｈ”のときに、走査電極ＧにＶonを印加し、シフトレジスタ17の出力Ｑが“Ｌ”のときは走査電極ＧにＶoffを印加するように切り替わる。この動作の結果、走査電極Ｇに図９で示すように順次表示選択パルスが印加される。信号電極Ｓには表示選択パルスに同期して表示画像データに応じた信号が印加される。また、表示期間においてはＳＷ２は常にＶcomを選択し、対向電極ＣにはＶcomが印加される。
【００４０】
次に検出期間において、ＳＥＬは“Ｌ”に設定され、図10に示す走査および対向電極駆動回路のシフトレジスタ17に選択信号ＦＳが入力され、入力される転送クロックＣＬＫに同期してシフトレジスタ17により、順次選択信号はシフトされる。ＳＷ１は検出期間においてはＶoffを選択し、走査電極ＧにはＶoffが印加される。ＳＷ２はシフトレジスタ17の出力Ｑが“Ｈ”のときには対向電極ＣにＶsを印加し、シフトレジスタ17の出力Ｑが“Ｌ”のときは対向電極ＣにＶcomを印加するように切り替わる。この動作の結果、対向電極Ｃに図９で示す行方向検出期間のように順次検出走査パルスが印加される。この場合、検出信号の強度を上げるために複数本の対向電極Ｃに同時に検出走査パルスを印加する。
【００４１】
図８の対向電極Ｃと検出用ペン２の間には静電容量結合が存在し、液晶パネル１上の検出用ペン２の位置に検出走査パルスが近づくと、図９に示すように検出用ペン２の電位が変化し、最も接近した時に最大となる。この検出用ペン２が検出した検出信号波形Ｖpを微分回路を通して微分すると図９のような微分波形
dＶp／dtとなり、微分波形が正から負に変化する時点等を図８の検出部５で検出し、例えば、走査電極Ｇへの検出走査パルスの印加を開始した時点との時間差から、検出用ペン２が液晶パネル１のどの走査電極Ｇ上に存在するかを決定する。
【００４２】
同様に、図９で示す列方向検出期間のように信号電極Ｓに順次検出走査パルスを印加する。この場合も、検出信号の強度を上げるために複数本の信号電極に同時に検出走査パルスを印加する。信号電極Ｓと検出用ペン２の間には静電容量結合が存在し、前記行方向検出期間で説明したように検出用ペン２の検出信号を検出部５で検出し、信号電極Ｓへの検出走査パルスの印加を開始した時点との時間差から、検出用ペン２が液晶パネルのどの信号電極上に存在するかを決定する。
【００４３】
なお、図10で示した駆動回路も一例にすぎず、液晶パネルの駆動方法や検出走査パルスの電圧値等により、その構成は変わってくる。また、シフトレジスタ17が、表示期間では走査電極駆動回路のシフトレジスタとして、検出期間では対向電極駆動回路のシフトレジスタとして動作すればよい。さらに、出力電圧レベルは本実施の形態３で示した組み合わせに限定されるものではなく、検出走査パルスをフレーム毎に反転することにより、検出走査パルスにより液晶に印加されるＤＣ成分を解消することができる。
【００４４】
以上のことから、本発明の座標検出機能付液晶表示装置とその駆動回路によれば、アレイ基板上に画素電極を配置し、それに対向する基板上に対向電極を配置した従来のアクティブマトリクス型液晶パネルを採用する座標検出機能付液晶表示装置のように、検出用ペンと検出走査パルスが印加される電極の間に対向電極によるシールドがなくなり、検出用ペンに検出される信号の強度があがるので、より精度の良い座標検出を行うことができる。また、横電界方式の液晶パネルの構成上、対向電極は画素内にも存在することから、対向電極を検出用の電極として使用することにより、検出用電極と検出用ペンの間の結合容量をより大きく取ることができ、検出される信号の強度を上げることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の構成によれば、座標検出機能付液晶表示装置において、そのアレイ基板上に画素電極と対向電極を配置した横電界方式のアクティブマトリクス型液晶パネルを採用することにより、従来の座標検出機能付液晶表示装置のように検出用ペンと検出走査パルスが印加される電極の間に対向電極によるシールドがなく、検出用ペンに検出される信号の強度をあげることができるので、より精度の良い座標検出を行うことが可能となる。
【００４６】
また、本発明の請求項２記載の構成によれば、横電界方式の液晶パネルであることから対向電極は画素内にも存在することになり、対向電極を検出用の電極として使用することによって、検出用電極と検出用ペンの間の結合容量をより大きく取ることができ、検出用ペンに検出される信号の強度を上げることができる。
【００４７】
また、本発明の請求項３，４または５記載の構成によれば、検出走査パルスの電圧値をＴＦＴが導通状態とならない値とし、さらに１フレーム毎に検出走査パルスの極性を反転させることにより、画素電極に関係のない信号を印加されることがなく、印加される信号のＤＣ成分を解消することができる。
【００４８】
また、座標検出機能付液晶表示装置の駆動回路において、本発明の請求項６記載の構成によれば、１フレーム毎の表示期間と検出期間において走査電極に印加される各電圧を選択することができ、請求項７記載の構成によれば、検出期間のみ検出走査パルスを対向電極に印加することができ、請求項８記載の構成によれば、表示期間に表示選択パルスを走査電極へ、検出期間に検出走査パルスを対向電極(対向電極配線)へ切り替え印加することができ、画素電極に関係のない信号が印加されることなく、シフトレジスタを共用することも可能となり周辺回路を削減することができる。
【００４９】
また、本発明の請求項９または10記載の構成によれば、１フレーム毎に検出走査パルスの極性を反転させ、印加される信号のＤＣ成分を解消することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における座標検出機能付液晶表示装置の液晶パネルに用いられるアレイ基板の各電極のパターン構成を示す部分平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態１における座標検出機能付液晶表示装置の座標検出の各信号を示すタイミングチャートである。
【図４】本実施の形態１における座標検出機能付液晶表示装置に使用する走査電極駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２における座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本実施の形態２における座標検出機能付液晶表示装置の座標検出の各信号を示すタイミングチャートである。
【図７】本実施の形態２における座標検出機能付液晶表示装置に使用する対向電極駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態３における座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】本実施の形態３における座標検出機能付液晶表示装置の座標検出の各信号を示すタイミングチャートである。
【図１０】本実施の形態３における座標検出機能付液晶表示装置に使用する走査および対向電極駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】座標検出の原理とそのタイミングを示す図である。
【図１３】従来の座標検出機能付液晶表示装置における座標検出の各信号のタイミングチャートである。
【図１４】従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルの構造を示す図である。
【符号の説明】
１…液晶パネル、 ２…検出用ペン、 ３，10…走査電極駆動回路、 ４…信号電極駆動回路、 ５…検出部、 ６…制御部、 ７…ＴＦＴ、 ８…アレイ基板、 ９…対向基板、 11，11′…対向電極駆動回路、 12，14，17…シフトレジスタ、 13，15，18…スイッチング回路、 16…走査および対向電極駆動回路。
【発明の属する技術分野】
本発明は、座標入力を行うタブレットをマトリクス型ディスプレイと一体化した座標検出機能付液晶表示装置とその駆動回路に関するものである。
【０００２】
【従来の技術】
従来のこの種の座標検出機能付液晶表示装置は、図11に示すブロック図のように構成されている。図11において、１は液晶パネル、２は検出用ペン、３は走査電極駆動回路、４は信号電極駆動回路、５は検出部、６は制御部、Ｒ(１〜m)は走査電極、Ｓ(１〜n)は信号電極である。また、図12は座標検出の原理とそのタイミングを示す図で、２は検出用ペン、ｒ１〜ｒ10，Ｓ１は液晶パネルの各電極、Ｃ１〜Ｃ10(Ｃａ)は検出用ペン２と電極ｒ１〜ｒ10(Ｓ１)の間に生じた静電容量結合、Ｐ１〜Ｐ７は検出走査パルス、Ｄ１は検出信号波形、Ｄ２は検出信号波形Ｄ１の微分波形である。
【０００３】
従来、液晶パネルの各電極をそのまま用いて座標検出を行う座標検出機能付液晶表示装置にあっては、１垂直走査期間(１フレーム)中に表示期間と検出期間とを設けて、液晶パネルの各走査電極，信号電極に対し順次検出走査パルスの印加を行うと、液晶パネルに近接した検出用ペン２と液晶パネルの電極間に生じた静電容量結合を介して、検出用ペン２に検出走査パルスによる検出信号波形Ｄ１が検出され、その検出タイミングからその座標位置を決定している。
【０００４】
さらに、図13は図11に示す座標検出機能付液晶表示装置における座標検出の各信号のタイミングチャートである。図13において、Ｖpは検出用ペン２に検出された検出信号波形、dＶp／dtは検出信号波形Ｖpの微分波形である。図13に示す検出信号波形Ｖpがピークに達した時間、あるいは微分波形dＶp／dtが０になった時間等から、検出用ペン２の位置を判別する。
【０００５】
前述した座標検出機能付液晶表示装置は主に単純マトリクス型液晶表示装置で実現する方法を説明したものである。最近ではアクティブマトリクス型液晶表示装置を用いて実現する方法も考案されている。アクティブマトリクス型液晶表示装置で実現する場合においても基本的な原理は単純マトリクス型液晶表示装置と同様である。しかし、従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルの場合には構造上の制約がある。以下、アクティブマトリクス型の液晶表示装置の液晶パネルを用いた場合の実現方法を説明する。
【０００６】
動作期間は単純マトリクス型表示装置の液晶パネルの場合と同様で、１フレームが表示期間と検出期間に分かれ、表示期間には表示動作を検出期間には検出動作を行う。さらに、検出期間ではＸ座標(行方向)検出期間とＹ座標(列方向)検出期間に分け、走査電極および信号電極に順次検出走査パルスを印加する。検出走査パルスが印加された各電極と検出用ペンの間の容量を介して信号を検出し、その信号の検出タイミングによってＸ、Ｙの座標値を決定する。ただし、一般的に従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルには以下の制約がある。
【０００７】
図14は従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルの構造を示す図である。図14に示すようにマトリクス状に配置された信号電極Ｓと走査電極Ｒの各交点に対応してスイッチング素子(ＴＦＴ)７と、スイッチング素子７に接続された画素電極Ｈが配置されるアレイ基板８があり。さらにアレイ基板８に対向して配置された対向基板９には、対向電極Ｃが一般的にはベタの電極として配置される。この液晶パネルは、表面には対向基板９、裏面にはアレイ基板８を配置するという構造をとる。このような配置であると、対向電極Ｃが走査電極Ｒや信号電極Ｓからの信号をシールドすることになるために、検出用ペンで検出信号を充分に得ることができない。また、充分な検出信号を得るためにアレイ基板８の面を表にすると、スイッチング素子７や走査電極Ｒ、信号電極Ｓの反射がある。これを防ぐためには各電極の配線やスイッチング素子７に反射防止用のブラックマトリクス層を設ける必要がある。
【０００８】
【発明が解決しようとする課題】
このように座標検出機能付液晶表示装置に用いられるアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルでは構造上、液晶パネルの各電極からの信号が対向電極によってシールドされることで、微弱になり検出用ペンで検出することが困難であるという問題があった。また、液晶パネルのアレイ面を表側にしても各電極の配線やスイッチング素子の反射、あるいはその反射を防止するためにブラックマトリクス層を設けなければならないという問題があった。
【０００９】
本発明は、前記従来技術の問題点を解決することに指向するものであり、横電界方式のアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルを採用し、対向電極によるシールド効果を軽減することにより、より精度の高い座標検出を行うことができる座標検出機能付液晶表示装置とその駆動回路を提供することを目的とする。
【００１０】
【課題を解決するための手段】
この目的を達成するために、本発明に係る座標検出機能付液晶表示装置は、マトリクス状に配置された複数の信号電極と走査電極およびその各交点に対応して設けられたスイッチング素子、スイッチング素子に接続された櫛形状の画素電極、および画素電極と咬合して形成され、各走査電極と平行な対向電極配線に接続された対向電極を有するアレイ基板と、アレイ基板に対向して配置された対向基板と、アレイ基板と対向基板に狭持された液晶層から成るアクティブマトリクス型の液晶パネルと、液晶パネルに有する走査電極，信号電極，対向電極に電圧を印加する各駆動手段と、液晶パネルに近接させたときに走査電極および信号電極との間に生じる静電容量結合を介して信号を検出する検出用導体と、検出用導体を通じて検出された信号から、検出用導体の位置を検出する検出手段を備えたことを特徴とする。
【００１１】
また、液晶パネルに近接させたときに対向電極および信号電極との間に生じる静電容量結合を介して信号を検出する検出用導体を備えたことを特徴とする。
【００１２】
また、前記座標検出機能付液晶表示装置の駆動回路には、表示期間に表示選択パルスを印加する走査電極を指定するための選択信号を、検出期間に検出走査パルスを印加する走査電極を指定するための選択信号を順次シフトして出力するシフトレジスタと、シフトレジスタの出力に応じて指定された電圧を選択し、走査電極に印加する選択手段を備えたことを特徴とする。
【００１３】
また、前記シフトレジスタは、検出期間に検出走査パルスを印加する前記対向電極配線を指定するための選択信号を順次シフトして出力し、前記選択手段は、シフトレジスタの出力に応じて指定された電圧を選択し、対向電極配線に印加することを特徴とする。
【００１４】
また、前記シフトレジスタは、表示期間に表示選択パルスを印加する走査電極を指定するための選択信号を順次シフトし、検出期間に検出走査パルスを印加する対向電極配線を指定するための選択信号を順次シフトして出力し、前記選択手段は、表示期間にシフトレジスタの出力に応じて指定された電圧を選択して走査電極に印加し、検出期間にシフトレジスタの出力に応じて指定された電圧を選択して対向電極配線に印加するように構成したものである。
【００１５】
前記構成における本発明の請求項１の記載によれば、液晶パネルのアレイ基板上に対向電極を設けたことで、検出用導体と液晶パネル間の対向電極によるシールド効果を軽減することができる。
【００１６】
また、本発明の請求項２の記載によれば、対向電極がアレイ基板の画素部分に配置されることから、検出用導体との静電容量結合において走査電極より大きな容量の対向電極を用いて、対向電極に検出走査パルスを走査させることで、より高い精度で検出することができる。
【００１７】
また、本発明の請求項３の記載によれば、検出走査パルスの電圧値をスイッチング素子が導通状態にならない値とすることで、画素電極に関係ない信号が印加されることを防ぐことができる。
【００１８】
また、本発明の請求項４または５の記載によれば、検出走査パルスの極性を１垂直走査期間毎に反転させることにより、印加される信号を交流化させることができる。
【００１９】
また、本発明の請求項６の記載によれば、表示期間と検出期間において走査電極に印加される各電圧を選択することができる。
【００２０】
また、本発明の請求項７の記載によれば、検出期間にのみ検出走査パルスを対向電極に印加することができる。
【００２１】
また、本発明の請求項８の記載によれば、表示期間に表示選択パルスを印加する走査電極を指定するシフトレジスタを検出期間に検出走査パルスを印加する対向電極配線を指定するシフトレジスタとしても使用できる。
【００２２】
また、本発明の請求項９または10の記載によれば、検出走査パルスの極性を１垂直走査期間毎に反転させることにより、印加される信号を交流化させることができる。
【００２３】
【発明の実施の形態】
以下、図面を参照して本発明における実施の形態を詳細に説明する。
図１は本発明の実施の形態における座標検出機能付液晶表示装置の液晶パネルに用いられるアレイ基板の各電極のパターン構成を示す部分平面図である。ここで、前記従来例を示す図14において説明した構成部材に対応し実質的に同等の機能を有するものには同一の符号を付してこれを示す。図１において、７はスイッチング素子(ＴＦＴ)、Ｇは走査電極、Ｓは信号電極、Ｃは対向電極、Ｃ′は対向電極Ｃが接続される対向電極配線、Ｈは画素電極である。このように構成されるアレイ基板において、表示期間には、走査電極ＧにＴＦＴ７を導通状態にする表示選択パルスが印加されると、ＴＦＴ７を通じて信号電極Ｓに印加された画像信号が画素電極Ｈに印加される。画素電極Ｈと対向電極Ｃとの電位差に応じて、液晶分子の配向状態が変化して画面の表示が行われる。
【００２４】
図２は本発明の実施の形態１における座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。ここでも、前記従来例の図11で説明した構成部材に対応するものには同一の符号を付して、さらに以下の各図においても同様とする。図２において、１は図１に示すアレイ基板を有する液晶パネル、２は検出用導体である検出用ペン、４は信号電極駆動回路、５は検出用ペン２からの検出信号の変化を検出する検出部、６は検出部５や各駆動回路を制御する制御部、10は走査電極駆動回路、11は対向電極駆動回路、Ｇ(１〜m)は走査電極、Ｓ(１〜n)は信号電極、Ｃ(１〜m)は対向電極である。
【００２５】
また、図３は本実施の形態１における座標検出機能付液晶表示装置の座標検出の各信号を示すタイミングチャートである。図３に示すように１フレームには表示動作を行う表示期間と検出動作を行う検出期間とを設けている。さらに、図４は本実施の形態１における座標検出機能付液晶表示装置に使用する走査電極駆動回路の構成を示すブロック図である。図４において、12は表示選択パルスを印加する走査電極Ｇを指定する選択信号を順次シフトするシフトレジスタ、13は選択手段であるスイッチング回路、ＳＷ１は表示選択パルスの表示期間と検出期間とで電圧レベルを選択する第１選択回路、ＳＷ２は走査電極Ｇへの出力電圧を選択する第２選択回路、Ｑ(１〜m)はシフトレジスタ12の出力、Ｇ(１〜m)は走査電極、Ｖsは検出期間において検出走査パルスが印加される走査電極Ｇに印加する電圧、Ｖonは走査電極Ｇに印加されＴＦＴを導通状態にする時に印加する電圧、Ｖoffは走査電極Ｇに印加されＴＦＴを導通させない時に印加する電圧、ＳＥＬは表示期間と検出期間を示す信号、ＣＬＫはシフトレジスタの転送クロック、ＦＳはシフトレジスタのデータである選択信号である。
【００２６】
１フレームの表示期間において、ＳＥＬは“Ｈ”に設定され、図４に示す走査電極駆動回路のシフトレジスタ12に選択信号ＦＳが入力され、入力された転送クロックＣＬＫに同期してシフトレジスタ12により順次シフトされる。シフトレジスタ12の出力Ｑが“Ｈ”のとき、ＳＷ１はＶonを出力し、ＳＷ２は走査電極ＧにＳＷ１の出力を印加し、シフトレジスタ12の出力Ｑが“Ｌ”のとき、Ｖoffを走査電極Ｇに印加するように切り替わり、走査電極Ｇに図３で示すように順次表示選択パルスを印加し、信号電極Ｓには表示選択パルスに同期して表示画像データに応じた信号を印加する。また、対向電極Ｃには対向電圧を印加する。これらの動作により、画素の液晶分子の配向状態を変化させて表示を行う。
【００２７】
そして次の検出期間において、ＳＥＬは“Ｌ”に設定され、図４に示す走査電極駆動回路のシフトレジスタ12に選択信号ＦＳが入力され、入力される転送クロックＣＬＫに同期してシフトレジスタ12により、順次選択信号はシフトされる。シフトレジスタ12の出力Ｑが“Ｈ”のとき、ＳＷ１はＶsを出力し、ＳＷ２は走査電極ＧにＳＷ１の出力を印加し、シフトレジスタ12の出力Ｑが“Ｌ”のとき、Ｖoffを走査電極Ｇに印加するように切り替わり、図３で示すように行方向検出期間において、走査電極Ｇに順次検出走査パルスを印加する。
【００２８】
この場合、検出信号の強度を上げるために複数本の走査電極Ｇに同時に検出走査パルスを印加する。また、検出走査パルスの電圧値は画素のＴＦＴが導通状態にならないような値にする必要がある。図２に示す走査電極Ｇと検出用ペン２の間には静電容量結合が存在し、液晶パネル１上の検出用ペン２の位置に検出走査パルスが近づくと、図３に示す検出信号波形Ｖpのように検出用ペン２の電位が変化し、最も接近した時に最大となる。また、この検出用ペン２が検出した検出信号を微分回路を通して微分すると図３に示す微分波形dＶp／dtとなり、この微分波形dＶp／dtが正から負に変化する時点等を図２に示す検出部５で検出し、例えば、走査電極Ｇへの検出走査パルスの印加を開始した時点との時間差から、検出用ペン２が液晶パネルのどの走査電極Ｇ上に存在するかを決定する。
【００２９】
同様に、図３に示すように列方向検出期間において信号電極Ｓにも順次検出走査パルスを印加する。この場合も、検出信号の強度を上げるために複数本の信号電極Ｓに同時に検出走査パルスを印加する。図２の信号電極Ｓと検出用ペン２の間には静電容量結合が存在し、前記した行方向検出期間と同じように信号電極Ｓへの検出走査パルスの印加を開始した時点との時間差から、検出用ペン２が液晶パネル上のどの信号電極Ｓ上に存在するかを決定する。
【００３０】
なお、これらの出力電圧レベルは実施の形態１の説明で示した組み合わせに限定されるものではない。また、検出走査パルスを各フレーム毎に反転することにより、検出走査パルスにより液晶に印加されるＤＣ成分を解消することができる。
【００３１】
図５は本発明の実施の形態２における座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。図５において、１は液晶パネル、２は検出用ペン、３は走査電極駆動回路、４は信号電極駆動回路、５は検出部、６は制御部、11′は対向電極駆動回路、Ｇ(１〜m)は走査電極、Ｓ(１〜n)は信号電極、Ｃ(１〜m)は対向電極である。図６は本実施の形態２における座標検出機能付液晶表示装置の座標検出の各信号を示すタイミングチャートである。１フレームに表示動作を行う表示期間と検出動作を行う検出期間を設けている。
【００３２】
また、図７は本実施の形態２における座標検出機能付液晶表示装置に使用する対向電極駆動回路の構成を示すブロック図である。図７において、14は検出走査パルスを印加する対向電極(対向電極配線)Ｃを指定する選択信号を順次シフトするシフトレジスタ、15はスイッチング回路、ＳＷは対向電極Ｃへの出力電圧を選択する選択回路、Ｑ(１〜m)はシフトレジスタ14の出力、Ｖcomは検出走査パルスが印加されない時に対向電極Ｃに印加される電圧、Ｖsは検出期間において検出走査パルスが印加される対向電極Ｃに印加する電圧、ＣＬＫはシフトレジスタの転送クロック、ＦＳはシフトレジスタのデータである選択信号である。
【００３３】
１フレームの表示期間においては、走査電極Ｇに図６で示すように順次表示選択パルスを印加し、信号電極Ｓには表示選択パルスに同期して表示画像データに応じた信号を印加する。また、図７に示す対向電極駆動回路においてスイッチング回路15からは電圧Ｖcomが出力され、対向電極Ｃに印加される。これらの動作により、画素の液晶分子の配向状態を変化させて表示を行う。
【００３４】
次に検出期間において、図７に示す対向電極駆動回路のシフトレジスタ14に選択信号ＦＳが入力され、入力された転送クロックＣＬＫに同期して、シフトレジスタ14により、順次選択信号はシフトされる。ＳＷはシフトレジスタ14からの出力Ｑが“Ｈ”の時にＶsを選択し、図６で示すように行方向検出期間において、対向電極Ｃに順次検出走査パルスを印加する。この場合、検出信号の強度を上げるために複数本の対向電極Ｃに同時に検出走査パルスを印加する。図５に示す対向電極Ｃと検出用ペン２の間には静電容量結合が存在し、液晶パネル１上の検出用ペン２の位置に検出走査パルスが近づくと、図６に示すように検出用ペン２の電位が変化し、最も接近した時に最大となる。この検出用ペン２が検出した検出信号波形Ｖpを微分回路を通して微分すると図６のような微分波形dＶp／dtとなり、微分波形が正から負に変化する時点等を図５の検出部５で検出し、例えば、対向電極Ｃへの検出走査パルスの印加を開始した時点との時間差から、検出用ペン２が液晶パネルのどの対向電極Ｃ上に存在するかを決定する。
【００３５】
同様に、図６で示すように列方向検出期間において信号電極Ｓに順次検出走査パルスを印加する。この場合も、検出信号の強度を上げるために複数本の信号電極Ｓに同時に検出走査パルスを印加する。図５の信号電極Ｓと検出用ペン２の間に静電容量結合が存在し、前記行方向検出期間の説明と同じように、図６に示す検出信号波形Ｖp，微分波形dＶp／dtが最大，正から負に変化する時点等を検出部５で検出し、信号電極Ｓへの検出走査パルスの印加を開始した時点との時間差から、検出用ペン２が液晶パネルのどの信号電極Ｓ上に存在するかを決定する。
【００３６】
なお、図７で示した駆動回路は一例にすぎず、液晶パネルの駆動方法や検出走査パルスの形態によってその構成は変わり、また表示期間と検出期間において、出力電圧が変更できればよい。また、出力電圧レベルは本実施の形態２で示した組み合わせに限定されるものではない。さらに、検出走査パルスをフレーム毎に反転することにより、検出走査パルスによる液晶に印加されるＤＣ成分を解消することができる。
【００３７】
図８は本発明の実施の形態３における座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。図８において、１は液晶パネル、２は検出用ペン、４は信号電極駆動回路、５は検出部、６は制御部、16は走査および対向電極駆動回路、Ｇ(１〜m)は走査電極、Ｓ(１〜n)は信号電極、Ｃ(１〜m)は対向電極である。図９は本実施の形態３における座標検出機能付液晶表示装置の座標検出の各信号を示すタイミングチャートである。１フレームに表示動作を行う表示期間と検出動作を行う検出期間を設けている。
【００３８】
また、図10は本実施の形態３における座標検出機能付液晶表示装置に使用する走査および対向電極駆動回路の構成を示すブロック図である。図10において、17は検出走査パルスを印加する走査電極または対向電極を指定する選択信号を順次シフトするシフトレジスタ、18はスイッチング回路、ＳＷ１は走査電極Ｇへの出力電圧を選択する第１選択回路、ＳＷ２は対向電極Ｃへの出力電圧を選択する第２選択回路、Ｑ(１〜m)はシフトレジスタ17の出力、Ｖcomは検出走査パルスが印加されない時に対向電極Ｃに印加される電圧、Ｖsは検出期間において検出走査パルスが印加される対向電極Ｃに印加する電圧、Ｖonは走査電極Ｇに印加されＴＦＴを導通状態にする時に印加する電圧、Ｖoffは走査電極Ｇに印加されＴＦＴを導通させない時に印加する電圧、ＳＥＬは表示期間と検出期間を示す信号、ＣＬＫはシフトレジスタの転送クロック、ＦＳはシフトレジスタのデータである選択信号である。
【００３９】
１フレームの表示期間において、ＳＥＬは“Ｈ”に設定され、図10に示す走査および対向電極駆動回路のシフトレジスタ17に選択信号ＦＳが入力され、入力された転送クロックＣＬＫに同期してシフトレジスタ17により順次シフトされる。ＳＷ１はシフトレジスタ17の出力Ｑが“Ｈ”のときに、走査電極ＧにＶonを印加し、シフトレジスタ17の出力Ｑが“Ｌ”のときは走査電極ＧにＶoffを印加するように切り替わる。この動作の結果、走査電極Ｇに図９で示すように順次表示選択パルスが印加される。信号電極Ｓには表示選択パルスに同期して表示画像データに応じた信号が印加される。また、表示期間においてはＳＷ２は常にＶcomを選択し、対向電極ＣにはＶcomが印加される。
【００４０】
次に検出期間において、ＳＥＬは“Ｌ”に設定され、図10に示す走査および対向電極駆動回路のシフトレジスタ17に選択信号ＦＳが入力され、入力される転送クロックＣＬＫに同期してシフトレジスタ17により、順次選択信号はシフトされる。ＳＷ１は検出期間においてはＶoffを選択し、走査電極ＧにはＶoffが印加される。ＳＷ２はシフトレジスタ17の出力Ｑが“Ｈ”のときには対向電極ＣにＶsを印加し、シフトレジスタ17の出力Ｑが“Ｌ”のときは対向電極ＣにＶcomを印加するように切り替わる。この動作の結果、対向電極Ｃに図９で示す行方向検出期間のように順次検出走査パルスが印加される。この場合、検出信号の強度を上げるために複数本の対向電極Ｃに同時に検出走査パルスを印加する。
【００４１】
図８の対向電極Ｃと検出用ペン２の間には静電容量結合が存在し、液晶パネル１上の検出用ペン２の位置に検出走査パルスが近づくと、図９に示すように検出用ペン２の電位が変化し、最も接近した時に最大となる。この検出用ペン２が検出した検出信号波形Ｖpを微分回路を通して微分すると図９のような微分波形
dＶp／dtとなり、微分波形が正から負に変化する時点等を図８の検出部５で検出し、例えば、走査電極Ｇへの検出走査パルスの印加を開始した時点との時間差から、検出用ペン２が液晶パネル１のどの走査電極Ｇ上に存在するかを決定する。
【００４２】
同様に、図９で示す列方向検出期間のように信号電極Ｓに順次検出走査パルスを印加する。この場合も、検出信号の強度を上げるために複数本の信号電極に同時に検出走査パルスを印加する。信号電極Ｓと検出用ペン２の間には静電容量結合が存在し、前記行方向検出期間で説明したように検出用ペン２の検出信号を検出部５で検出し、信号電極Ｓへの検出走査パルスの印加を開始した時点との時間差から、検出用ペン２が液晶パネルのどの信号電極上に存在するかを決定する。
【００４３】
なお、図10で示した駆動回路も一例にすぎず、液晶パネルの駆動方法や検出走査パルスの電圧値等により、その構成は変わってくる。また、シフトレジスタ17が、表示期間では走査電極駆動回路のシフトレジスタとして、検出期間では対向電極駆動回路のシフトレジスタとして動作すればよい。さらに、出力電圧レベルは本実施の形態３で示した組み合わせに限定されるものではなく、検出走査パルスをフレーム毎に反転することにより、検出走査パルスにより液晶に印加されるＤＣ成分を解消することができる。
【００４４】
以上のことから、本発明の座標検出機能付液晶表示装置とその駆動回路によれば、アレイ基板上に画素電極を配置し、それに対向する基板上に対向電極を配置した従来のアクティブマトリクス型液晶パネルを採用する座標検出機能付液晶表示装置のように、検出用ペンと検出走査パルスが印加される電極の間に対向電極によるシールドがなくなり、検出用ペンに検出される信号の強度があがるので、より精度の良い座標検出を行うことができる。また、横電界方式の液晶パネルの構成上、対向電極は画素内にも存在することから、対向電極を検出用の電極として使用することにより、検出用電極と検出用ペンの間の結合容量をより大きく取ることができ、検出される信号の強度を上げることができる。
【００４５】
【発明の効果】
以上説明したように、本発明の請求項１記載の構成によれば、座標検出機能付液晶表示装置において、そのアレイ基板上に画素電極と対向電極を配置した横電界方式のアクティブマトリクス型液晶パネルを採用することにより、従来の座標検出機能付液晶表示装置のように検出用ペンと検出走査パルスが印加される電極の間に対向電極によるシールドがなく、検出用ペンに検出される信号の強度をあげることができるので、より精度の良い座標検出を行うことが可能となる。
【００４６】
また、本発明の請求項２記載の構成によれば、横電界方式の液晶パネルであることから対向電極は画素内にも存在することになり、対向電極を検出用の電極として使用することによって、検出用電極と検出用ペンの間の結合容量をより大きく取ることができ、検出用ペンに検出される信号の強度を上げることができる。
【００４７】
また、本発明の請求項３，４または５記載の構成によれば、検出走査パルスの電圧値をＴＦＴが導通状態とならない値とし、さらに１フレーム毎に検出走査パルスの極性を反転させることにより、画素電極に関係のない信号を印加されることがなく、印加される信号のＤＣ成分を解消することができる。
【００４８】
また、座標検出機能付液晶表示装置の駆動回路において、本発明の請求項６記載の構成によれば、１フレーム毎の表示期間と検出期間において走査電極に印加される各電圧を選択することができ、請求項７記載の構成によれば、検出期間のみ検出走査パルスを対向電極に印加することができ、請求項８記載の構成によれば、表示期間に表示選択パルスを走査電極へ、検出期間に検出走査パルスを対向電極(対向電極配線)へ切り替え印加することができ、画素電極に関係のない信号が印加されることなく、シフトレジスタを共用することも可能となり周辺回路を削減することができる。
【００４９】
また、本発明の請求項９または10記載の構成によれば、１フレーム毎に検出走査パルスの極性を反転させ、印加される信号のＤＣ成分を解消することができるという効果を奏する。
【図面の簡単な説明】
【図１】本発明の実施の形態における座標検出機能付液晶表示装置の液晶パネルに用いられるアレイ基板の各電極のパターン構成を示す部分平面図である。
【図２】本発明の実施の形態１における座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図３】本実施の形態１における座標検出機能付液晶表示装置の座標検出の各信号を示すタイミングチャートである。
【図４】本実施の形態１における座標検出機能付液晶表示装置に使用する走査電極駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図５】本発明の実施の形態２における座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図６】本実施の形態２における座標検出機能付液晶表示装置の座標検出の各信号を示すタイミングチャートである。
【図７】本実施の形態２における座標検出機能付液晶表示装置に使用する対向電極駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図８】本発明の実施の形態３における座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図９】本実施の形態３における座標検出機能付液晶表示装置の座標検出の各信号を示すタイミングチャートである。
【図１０】本実施の形態３における座標検出機能付液晶表示装置に使用する走査および対向電極駆動回路の構成を示すブロック図である。
【図１１】従来の座標検出機能付液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。
【図１２】座標検出の原理とそのタイミングを示す図である。
【図１３】従来の座標検出機能付液晶表示装置における座標検出の各信号のタイミングチャートである。
【図１４】従来のアクティブマトリクス型液晶表示装置の液晶パネルの構造を示す図である。
【符号の説明】
１…液晶パネル、 ２…検出用ペン、 ３，10…走査電極駆動回路、 ４…信号電極駆動回路、 ５…検出部、 ６…制御部、 ７…ＴＦＴ、 ８…アレイ基板、 ９…対向基板、 11，11′…対向電極駆動回路、 12，14，17…シフトレジスタ、 13，15，18…スイッチング回路、 16…走査および対向電極駆動回路。
Claims (10)
- マトリクス状に配置された複数の信号電極と走査電極およびその各交点に対応して設けられたスイッチング素子、該スイッチング素子に接続された櫛形状の画素電極、および前記画素電極と咬合して形成され、各走査電極と平行な対向電極配線に接続された対向電極を有するアレイ基板と、該アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板に狭持された液晶層から成るアクティブマトリクス型の液晶パネルと、
該液晶パネルに有する走査電極，信号電極，対向電極に電圧を印加する各駆動手段と、前記液晶パネルに近接させたときに前記走査電極および前記信号電極との間に生じる静電容量結合を介して信号を検出する検出用導体と、該検出用導体を通じて検出された信号から、前記検出用導体の位置を検出する検出手段を備え、
１垂直走査期間が、表示期間と検出期間からなり、前記表示期間は、前記スイッチング素子を導通状態にする表示選択パルスを順次前記走査電極に印加し、前記表示選択パルスに同期して表示画像データに応じた画像信号を前記信号電極に印加し、前記スイッチング素子を通じて前記画素電極に前記画像信号を書き込み、前記画素電極と対向電極の間に、前記アレイ基板および対向基板に対して、ほぼ平行な電界を発生させることにより、液晶分子の配列を変化させ、表示画像データを表示し、
前記検出期間は、検出走査パルスを前記走査電極および前記信号電極に順次印加し、前記液晶パネルに検出用導体を近接させたときに前記検出用導体と前記走査電極および前記信号電極との間に生じる静電容量結合を介して前記検出用導体に生じる電圧の変化分を検出し、前記変化分を検出した時点から、前記検出用導体の前記液晶パネル上での位置を検出することを特徴とする座標検出機能付液晶表示装置。 - マトリクス状に配置された複数の信号電極と走査電極およびその各交点に対応して設けられたスイッチング素子、該スイッチング素子に接続された櫛形状の画素電極、および前記画素電極と咬合して形成され、各走査電極と平行な対向電極配線に接続された対向電極を有するアレイ基板と、該アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板に狭持された液晶層から成るアクティブマトリクス型の液晶パネルと、
該液晶パネルに有する走査電極，信号電極，対向電極に電圧を印加する各駆動手段と、前記液晶パネルに近接させたときに前記対向電極および前記信号電極との間に生じる静電容量結合を介して信号を検出する検出用導体と、該検出用導体を通じて検出された信号から、前記検出用導体の位置を検出する検出手段を備え、
１垂直走査期間が、表示期間と検出期間からなり、前記表示期間は、前記スイッチング素子を導通状態にする表示選択パルスを順次前記走査電極に印加し、前記表示選択パルスに同期して表示画像データに応じた画像信号を前記信号電極に印加し、前記スイッチング素子を通じて前記画素電極に前記画像信号を書き込み、前記画素電極と対向電極の間に、前記アレイ基板および対向基板に対して、ほぼ平行な電界を発生させることにより、液晶分子の配列を変化させ、表示画像データを表示し、
前記検出期間は、検出走査パルスを前記対向電極および前記信号電極に順次印加し、前記液晶パネルに検出用導体を近接させたときに前記検出用導体と前記対向電極および前記信号電極との間に生じる静電容量結合を介して前記検出用導体に生じる電圧の変化分を検出し、前記変化分を検出した時点から、前記検出用導体の前記液晶パネル上での位置を検出することを特徴とする座標検出機能付液晶表示装置。 - 前記検出期間において、走査電極に印加される検出走査パルスの電圧値は、スイッチング素子が導通状態にならない値であることを特徴とする請求項１記載の座標検出機能付液晶表示装置。
- 前記検出期間において、走査電極に印加される検出走査パルスの極性を１垂直走査期間毎に反転させることを特徴とする請求項１または３記載の座標検出機能付液晶表示装置。
- 前記検出期間において、対向電極に印加される検出走査パルスの極性を１垂直走査期間毎に反転させることを特徴とする請求項２記載の座標検出機能付液晶表示装置。
- マトリクス状に配置された複数の信号電極と走査電極およびその各交点に対応して設けられたスイッチング素子、該スイッチング素子に接続された櫛形状の画素電極、および前記画素電極と咬合して形成され、各走査電極と平行に配線された対向電極配線に接続された対向電極を有するアレイ基板と、該アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板に狭持された液晶層から成るアクティブマトリクス型の液晶パネルを有し、
１垂直走査期間が、表示期間と検出期間からなり、前記表示期間は、前記スイッチング素子を導通状態にする表示選択パルスを順次前記走査電極に印加し、前記表示選択パルスに同期して表示画像データに応じた画像信号を前記信号電極に印加し、前記スイッチング素子を通じて前記画素電極に前記画像信号を書き込み、前記画素電極と対向電極の間に、前記アレイ基板および対向基板に対して、ほぼ平行な電界を発生させることにより、液晶分子の配列を変化させ、表示画像データを表示し、前記検出期間は、検出走査パルスを前記走査電極および前記信号電極に順次印加し、前記液晶パネルに検出用導体を近接させたときに前記検出用導体と前記走査電極および前記信号電極との間に生じる静電容量結合を介して前記検出用導体に生じる電圧の変化分を検出し、前記変化分を検出した時点から、前記検出用導体の前記液晶パネル上での位置を検出する座標検出機能付液晶表示装置において、
前記表示期間には、前記表示選択パルスを印加する前記走査電極を指定するための選択信号を順次シフトし、前記検出期間には、前記検出走査パルスを印加する前記走査電極を指定するための選択信号を順次シフトして出力するシフトレジスタと、該シフトレジスタの出力に応じて指定された電圧を選択し、前記走査電極に印加する選択手段を備えたことを特徴とする座標検出機能付液晶表示装置の駆動回路。 - マトリクス状に配置された複数の信号電極と走査電極およびその各交点に対応して設けられたスイッチング素子、該スイッチング素子に接続された櫛形状の画素電極、および前記画素電極と咬合して形成され、各走査電極と平行に配線された対向電極配線に接続された対向電極を有するアレイ基板と、該アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板に狭持された液晶層から成るアクティブマトリクス型の液晶パネルを有し、
１垂直走査期間が、表示期間と検出期間からなり、前記表示期間は、前記スイッチング素子を導通状態にする表示選択パルスを順次前記走査電極に印加し、前記表示選択パルスに同期して表示画像データに応じた画像信号を前記信号電極に印加し、前記スイッチング素子を通じて前記画素電極に前記画像信号を書き込み、前記画素電極と前記対向電極の間に、前記アレイ基板および対向基板に対して、ほぼ平行な電界を発生させることにより、液晶分子の配列を変化させ、表示画像データを表示し、前記検出期間は、検出走査パルスを前記対向電極および前記信号電極に順次印加し、前記液晶パネルに検出用導体を近接させたときに前記検出用導体と前記対向電極および前記信号電極との間に生じる静電容量結合を介して前記検出用導体に生じる電圧の変化分を検出し、前記変化分を検出した時点から、前記検出用導体の前記液晶パネル上での位置を検出する座標検出機能付液晶表示装置において、
前記検出期間には、前記検出走査パルスを印加する前記対向電極配線を指定するための選択信号を順次シフトして出力するシフトレジスタと、該シフトレジスタの出力に応じて指定された電圧を選択し、前記対向電極配線に印加する選択手段を備えたことを特徴とする座標検出機能付液晶表示装置の駆動回路。 - マトリクス状に配置された複数の信号電極と走査電極およびその各交点に対応して設けられたスイッチング素子、該スイッチング素子に接続された櫛形状の画素電極、および前記画素電極と咬合して形成され、各走査電極と平行に配線された対向電極配線に接続された対向電極を有するアレイ基板と、該アレイ基板に対向して配置された対向基板と、前記アレイ基板と前記対向基板に狭持された液晶層から成るアクティブマトリクス型の液晶パネルを有し、
１垂直走査期間が、表示期間と検出期間からなり、前記表示期間は、前記スイッチング素子を導通状態にする表示選択パルスを順次前記走査電極に印加し、前記表示選択パルスに同期して表示画像データに応じた画像信号を前記信号電極に印加し、前記スイッチング素子を通じて前記画素電極に前記画像信号を書き込み、前記画素電極と前記対向電極の間に、前記アレイ基板および対向基板に対して、ほぼ平行な電界を発生させることにより、液晶分子の配列を変化させ、表示画像データを表示し、前記検出期間は、検出走査パルスを前記対向電極および前記信号電極に順次印加し、前記液晶パネルに検出用導体を近接させたときに前記検出用導体と前記対向電極および前記信号電極との間に生じる静電容量結合を介して前記検出用導体に生じる電圧の変化分を検出し、前記変化分を検出した時点から、前記検出用導体の前記液晶パネル上での位置を検出する座標検出機能付液晶表示装置において、
前記表示期間には、前記表示選択パルスを印加する前記走査電極を指定するための選択信号を順次シフトし、前記検出期間には、前記検出走査パルスを印加する前記対向電極配線を指定するための選択信号を順次シフトして出力するシフトレジスタと、前記表示期間には、前記シフトレジスタの出力に応じて指定された電圧を選択して前記走査電極に印加し、前記検出期間には、前記シフトレジスタの出力に応じて指定された電圧を選択して前記対向電極配線に印加する選択手段を備えたことを特徴とする座標検出機能付液晶表示装置の駆動回路。 - 前記検出期間において、走査電極に印加される検出走査パルスの極性を１垂直走査期間毎に反転させることを特徴とする請求項６記載の座標検出機能付液晶表示装置の駆動回路。
- 前記検出期間において、対向電極に印加される検出走査パルスの極性を１垂直走査期間毎に反転させることを特徴とする請求項７または８記載の座標検出機能付液晶表示装置の駆動回路。
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