JP5885237B2

JP5885237B2 - タッチパネルを備えた液晶表示装置およびその駆動方法

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Publication number: JP5885237B2
Application number: JP2011224876A
Authority: JP
Inventors: 平木　克良; 克良平木; 成撤金; 鈴木　貴之; 貴之鈴木; 智慎三代川; 炳三柳
Original assignee: エルジーディスプレイカンパニーリミテッド
Priority date: 2011-10-12
Filing date: 2011-10-12
Publication date: 2016-03-15
Anticipated expiration: 2031-10-12
Also published as: KR101950842B1; JP2013084196A; KR20130039703A

Description

この発明は、静電容量（Ｐｒｏｊｅｃｔｅｄｃａｐ）方式のタッチパネルを備えた液晶表示装置およびその駆動方法に関する。

静電容量方式のタッチパネルは、指の接触等による静電容量の変化を測定することによってタッチ位置を検出するものであり、例えば携帯電話やタブレットＰＣ等に適用されている。

図８は、従来の一般的なタッチパネルを備えた液晶表示装置を示す断面図である。図８において、この液晶表示装置は、液晶ディスプレイ（以下、「ＬＣＤ（ＬｉｑｕｉｄＣｒｙｓｔａｌＤｉｓｐｌａｙ）」と称する）１０と、ＬＣＤ１０の表面に設けられたタッチパネル２０とから構成されている。

ＬＣＤ１０は、第１偏光板１１、ＴＦＴ（ＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ）側ガラス基板１２、ＴＦＴ側ガラス基板１２の表面に形成された液晶駆動電極１３、カラーフィルタ側ガラス基板１４、および第２偏光板１５が、層状に重ねられて構成されている。なお、液晶は、ＴＦＴ側ガラス基板１２と液晶駆動電極１３との間に注入等されるが、図示を省略している。また、カラーフィルタおよび配向膜も、図示を省略している。

タッチパネル２０は、第２偏光板１５とエアギャップを介して設けられたシールドＩＴＯ（ＩｎｄｉｕｍＴｉｎＯｘｉｄｅ）２１、センサ基板２２、センサ基板２２の表面に形成されたセンサＩＴＯ２３、接着剤２４、および接着剤２４によって接着されるカバーガラス２５が、層状に重ねられて構成されている。

図９は、図８に示した液晶表示装置の駆動回路を示す回路ブロック図である。図９において、この駆動回路は、ＬＣＤ１０およびＬＣＤ１０に接続されたタイミングコントローラ３０と、タッチパネル２０およびタッチパネル２０に接続されたタッチパネルコントローラ４０と、タイミングコントローラ３０およびタッチパネルコントローラ４０に接続されたホストコントローラ５０とを備えている。

タイミングコントローラ３０は、ホストコントローラ５０から入力される第１クロック信号、画像データ信号および水平同期信号に基づいて、ＬＣＤ１０にＬＣＤ制御信号を出力し、ＬＣＤ１０の液晶書き込みを実行する。

タッチパネルコントローラ４０は、タッチパネル２０に駆動信号（センシング矩形波）Ｔｘを出力（ドライビング）するとともに、タッチパネル２０からスキャン信号Ｒｘが入力される。また、タッチパネルコントローラ４０は、入力されたスキャン信号Ｒｘに基づいて、座標データ信号をホストコントローラ５０に出力する。ここで、タッチパネルコントローラ４０の動作タイミングは、タイミングコントローラ３０の動作タイミングから独立している（ＧＮＤは共通）。

一般的に、液晶表示装置においては、ＬＣＤ１０の液晶書き込みに伴ってノイズが発生する。以下、このノイズを「ＬＣＤノイズ」と称する。なお、最も大きなＬＣＤノイズは、液晶駆動電極１３に供給される共通電圧Ｖｃｏｍの変動によるノイズである。

ここで、図８に示した液晶表示装置では、カラーフィルタ側ガラス基板１４は約０．４ｍｍ、第２偏光板１５は約０．２ｍｍ、エアギャップは約０．５ｍｍ、センサ基板２２は約０．５ｍｍの厚さをそれぞれ有している。

すなわち、ＬＣＤノイズの発生源である液晶駆動電極１３から、タッチパネル２０のセンサＩＴＯ２３までは、約１．６ｍｍの距離が確保される。また、シールドＩＴＯ２１が存在するとともに、シールドＩＴＯ２１がグランド（ＧＮＤ）に接続されている。そのため、図８に示した液晶表示装置は、ＬＣＤノイズに対して強い構成となっている。

一方、近年では、静電容量方式のタッチパネルの薄型化が進んでおり、ＬＣＤ内部にセンサが取り込まれたオンセル方式のタッチパネルが提案されている（例えば、特許文献１参照）。

図１０は、従来の薄型タッチパネルを備えた液晶表示装置を示す断面図である。図１０において、この液晶表示装置は、ＬＣＤ１０Ａと、ＬＣＤ１０Ａの内部にセンサＩＴＯ２３が形成されたタッチパネル２０Ａとから構成されている。

ＬＣＤ１０Ａは、第１偏光板１１、ＴＦＴ側ガラス基板１２、ＴＦＴ側ガラス基板１２の表面に形成された液晶駆動電極１３、カラーフィルタ側ガラス基板１４、および第２偏光板１５が、層状に重ねられて構成されている。なお、液晶は、ＴＦＴ側ガラス基板１２と液晶駆動電極１３との間に注入等されるが、図示を省略している。また、カラーフィルタおよび配向膜も、図示を省略している。

タッチパネル２０Ａは、カラーフィルタ側ガラス基板１４の表面に形成されたセンサＩＴＯ２３、第２偏光板１５の表面に設けられた接着剤２４、および接着剤２４によって接着されるカバーガラス２５が、層状に重ねられて構成されている。

特開２０１０−２３２１６２号公報

しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
図１０に示した従来の薄型タッチパネルを備えた液晶表示装置では、カラーフィルタ側ガラス基板１４が約０．４ｍｍの厚さなので、ＬＣＤノイズの発生源である液晶駆動電極１３から、タッチパネル２０ＡのセンサＩＴＯ２３までの距離が、約０．４ｍｍとなる。

すなわち、図１０に示した液晶表示装置では、図８に示した液晶表示装置と比較して、液晶駆動電極１３とセンサＩＴＯ２３との距離が近くなる。また、図８に示したシールドＩＴＯが省略されていることから、ＬＣＤノイズの影響を受けやすい構成となっている。そのため、ＬＣＤノイズの影響によって誤動作が生じるとともに操作感が低下し、タッチパネル２０Ａのパフォーマンスが低下するという問題があった。

図１１は、図８および図１０に示した液晶表示装置のノイズ量およびノイズ期間を示す説明図である。図１１において、図８に示した一般的なタッチパネルでは、ノイズが発生していないのに対して、図１０に示した薄型タッチパネルでは、最大で８４０ｍＶのノイズが１５．６μｓ継続することが分かる。

ここで、タッチパネルにおいて、ＬＣＤノイズがない状態でのスキャン信号Ｒｘの波形およびＬＣＤノイズがある状態でのスキャン信号Ｒｘの波形を、図１２（ａ）および（ｂ）にそれぞれ示す。図１２から、ＬＣＤノイズがある状態では、スキャン信号Ｒｘの波形が大きく変化していることが分かる。

この発明は、上記のような課題を解決するためになされたものであり、ＬＣＤノイズの影響を除去することにより、誤動作を防止し、操作感を向上させることができるタッチパネルを備えた液晶表示装置およびその駆動方法を得ることを目的とする。

この発明に係るタッチパネルを備えた液晶表示装置は、静電容量方式のタッチパネルを備えた液晶表示装置であって、液晶ディスプレイの液晶書き込みに伴って発生するＬＣＤノイズと、電圧生成回路から液晶ディスプレイの液晶駆動電極に共通電圧として供給され、液晶駆動電極を経由して再び電圧生成回路に入力されるフィードバック電圧とは、信号波形の位相が互いに類似して、レベルが互いに異なることを用いて、電圧生成回路から供給される共通電圧のフィードバック電圧をデジタル信号に変換した後、レベルおよびオフセットの少なくとも一方を調整してノイズ信号を生成し、タッチパネルに供給されたセンシング用の駆動信号に応答してタッチパネルから入力されるスキャン信号をデジタルスキャン信号に変換し、デジタルスキャン信号からノイズ信号を減算することで、デジタルスキャン信号からノイズ成分を除去して、座標データ信号を出力するタッチパネルコントローラを備えたものである。

また、この発明に係るタッチパネルを備えた液晶表示装置の駆動方法は、静電容量方式のタッチパネルを備えた液晶表示装置の駆動方法であって、液晶ディスプレイの液晶書き込みに伴って発生するＬＣＤノイズと、電圧生成回路から液晶ディスプレイの液晶駆動電極に共通電圧として供給され、液晶駆動電極を経由して再び電圧生成回路に入力されるフィードバック電圧とは、信号波形の位相が互いに類似して、レベルが互いに異なることを用いて、電圧生成回路から供給される共通電圧のフィードバック電圧をデジタル信号に変換するとともに、タッチパネルに供給されたセンシング用の駆動信号に応答してタッチパネルから入力されるスキャン信号をデジタルスキャン信号に変換するステップと、デジタル化した共通電圧のフィードバック電圧について、レベルおよびオフセットの少なくとも一方を調整してノイズ信号を生成するステップと、デジタルスキャン信号からノイズ信号を減算することで、デジタルスキャン信号からノイズ成分を除去して、座標データ信号を出力するステップとを備えたものである。

この発明に係るタッチパネルを備えた液晶表示装置およびその駆動方法によれば、タッチパネルコントローラは、センシング用の駆動信号に応答してタッチパネルから入力されるスキャン信号、および液晶ディスプレイに供給される共通電圧のフィードバック電圧をそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換するとともに、デジタル化したスキャン信号からフィードバック電圧を減算して、座標データ信号を出力する。
そのため、ＬＣＤノイズの影響を除去することにより、タッチパネルの誤動作を防止し、操作感を向上させることができる。

この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置における共通電圧を示す説明図である。この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置におけるＬＣＤノイズを説明するための模式断面図である。この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置におけるフィードバック電圧とＬＣＤノイズとの関係を示す説明図である。この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置におけるタッチパネルから出力されるスキャン信号と、ＬＣＤから出力されるフィードバック電圧とを模式的に示す説明図である。この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の駆動回路を示す回路ブロック図である。この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置のタッチパネルコントローラの構成を示すブロック図である。図６に示したタッチパネルコントローラの動作を示す説明図である。従来の一般的なタッチパネルを備えた液晶表示装置を示す断面図である。図８に示した液晶表示装置の駆動回路を示す回路ブロック図である。従来の薄型タッチパネルを備えた液晶表示装置を示す断面図である。図８および図１０に示した液晶表示装置のノイズ量およびノイズ期間を示す説明図である。（ａ）、（ｂ）は、それぞれタッチパネルにおいて、ＬＣＤノイズがない状態でのスキャン信号の波形およびＬＣＤノイズがある状態でのスキャン信号の波形を示す説明図である。

以下、この発明に係るタッチパネルを備えた液晶表示装置およびその駆動方法好適な実施の形態につき図面を用いて説明するが、各図において同一、または相当する部分については、同一符号を付して説明する。

実施の形態１．
この発明の実施の形態１に係るタッチパネルを備えた液晶表示装置の構成は、図１０に示したものと同様なので、説明を省略する。

まず、図１〜３を参照しながら、この液晶表示装置において、ＬＣＤ１０Ａの液晶書き込みに伴って発生するＬＣＤノイズについて説明する。図１は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置における共通電圧Ｖｃｏｍを示す説明図である。図２は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置におけるＬＣＤノイズを説明するための模式断面図である。図３は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置におけるフィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢとＬＣＤノイズとの関係を示す説明図である。

上述したように、最も大きなＬＣＤノイズは、ＬＣＤ１０Ａの液晶駆動電極１３に供給される共通電圧Ｖｃｏｍの変動によるノイズである。共通電圧Ｖｃｏｍは、図１に示されるように、電圧生成回路６０からＬＣＤ１０Ａの液晶駆動電極１３に供給される。電圧生成回路６０は、所定の参照電圧ＲｅｆおよびＬＣＤ１０Ａからのフィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢに基づいて、共通電圧Ｖｃｏｍを安定化している。

また、ＬＣＤノイズは、図２に示されるように、Ｖｃｏｍ−Ｒｘ間に形成される容量成分Ｃｇを通じて伝播する。そのため、ＬＣＤノイズの形は、図３に示されるように、ＬＣＤ１０Ａからのフィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢと同じ形になる。

図４は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置におけるタッチパネル２０Ａから出力されるスキャン信号Ｒｘの波形と、ＬＣＤ１０Ａから出力されるフィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢの波形とを模式的に示す説明図である。図４において、スキャン信号Ｒｘには、ＬＣＤノイズが付加されている。また、フィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢは、レベルは異なるものの、スキャン信号Ｒｘに付加されているＬＣＤノイズと同じ形を有している。

すなわち、フィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢのレベルおよびオフセットを調整し、ＬＣＤノイズが付加されたスキャン信号Ｒｘとの差分をとることにより、ＬＣＤノイズを除去することができる。

図５は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置の駆動回路を示す回路ブロック図である。図５において、この駆動回路は、図９に示したタッチパネルコントローラ４０に代えて、タッチパネルコントローラ４０Ａを備えている。タッチパネルコントローラ４０Ａには、ＬＣＤ１０Ａからフィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢが入力されている。駆動回路のその他のブロック構成は、図９に示したものと同様なので、説明を省略する。

図６は、この発明の実施の形態１に係る液晶表示装置のタッチパネルコントローラ４０Ａの構成を示すブロック図である。図６において、タッチパネルコントローラ４０Ａは、Ｒｘ入力部（スキャン信号入力部）４１−１〜４１−Ｎ、Ｖｃｏｍ＿ＦＢ入力部（フィードバック電圧入力部）４２、アナログ−デジタル変換器（ＡＤＣ：ＡｎａｌｏｇＤｉｇｉｔａｌＣｏｎｖｅｒｔｅｒ）４３、レベル・オフセット調整部４４および減算部４５を有している。

Ｒｘ入力部４１−１〜４１−Ｎは、タッチパネル２０Ａのセンサ数（１〜Ｎ）に対応して設けられ、タッチパネル２０Ａからのスキャン信号Ｒｘ１〜ＲｘＮが入力される。Ｖｃｏｍ＿ＦＢ入力部４２は、ＬＣＤ１０Ａからのフィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢが入力される。

ＡＤＣ４３は、Ｒｘ入力部４１−１〜４１−Ｎからのスキャン信号Ｒｘ１〜ＲｘＮ、およびＶｃｏｍ＿ＦＢ入力部４２からのフィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢをアナログ信号からデジタル信号に変換する。また、ＡＤＣ４３は、デジタル化したスキャン信号Ｒｘをレベル・オフセット調整部４４および減算部４５に出力するとともに、デジタル化したフィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢをレベル・オフセット調整部４４に出力する。

レベル・オフセット調整部４４は、スキャン信号Ｒｘに付加されたＬＣＤノイズのレベルおよびオフセットに基づいて、フィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢに対するゲインおよびオフセット量を設定し、フィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢのレベルおよびオフセットを、ＬＣＤノイズのレベルおよびオフセットと等しくなるように調整する。

また、レベル・オフセット調整部４４は、調整後のフィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢを減算部４５に出力する。なお、レベル・オフセット調整部４４は、レベルおよびオフセットの何れか一方を調整してもよい。

減算部４５は、ＡＤＣ４３からのデジタル化したスキャン信号Ｒｘから、レベル・オフセット調整部４４からの調整後のフィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢを減算し、座標データ信号を出力する。

図７は、図６に示したタッチパネルコントローラ４０Ａの動作を示す説明図である。図７から、レベルおよびオフセットを調整したフィードバック電圧Ｖｃｏｍ＿ＦＢを、スキャン信号Ｒｘから減算することによって、ＬＣＤノイズが除去された座標データ信号が得られることが分かる。

以上のように、実施の形態１によれば、タッチパネルコントローラは、センシング用の駆動信号に応答してタッチパネルから入力されるスキャン信号、および液晶ディスプレイに供給される共通電圧のフィードバック電圧をそれぞれアナログ信号からデジタル信号に変換するとともに、デジタル化したスキャン信号からフィードバック電圧を減算して、座標データ信号を出力する。
そのため、ＬＣＤノイズの影響を除去することにより、タッチパネルの誤動作を防止し、操作感を向上させることができる。

また、タッチパネルコントローラは、スキャン信号およびフィードバック電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器と、スキャン信号に付加されたノイズのレベルおよびオフセットに基づいて、フィードバック電圧に対するゲインおよびオフセット量を設定し、フィードバック電圧のレベルおよびオフセットの少なくとも一方を、ノイズのレベルおよびオフセットと等しくなるように調整するレベル・オフセット調整部とを有している。
そのため、フィードバック電圧をデジタル化した後に、フィードバック電圧のレベルおよびオフセットを調整することができるので、容易かつ正確な調整を行うことができる。また、タッチパネルコントローラを、安価かつ簡素に構成することができる。

なお、上記実施の形態１において、レベル・オフセット調整部４４は、タッチパネルコントローラ４０Ａの外部に設けられてもよい。この場合も、上記実施の形態１と同様の効果を得ることができる。

１０、１０ＡＬＣＤ、１１第１偏光板、１２ＴＦＴ側ガラス基板、１３液晶駆動電極、１４カラーフィルタ側ガラス基板、１５第２偏光板、２０、２０Ａタッチパネル、２１シールドＩＴＯ、２２センサ基板、２３センサＩＴＯ、２４接着剤、２５カバーガラス、３０タイミングコントローラ、４０、４０Ａタッチパネルコントローラ、４１Ｒｘ入力部（スキャン信号入力部）、４２Ｖｃｏｍ＿ＦＢ入力部（フィードバック電圧入力部）、４３ＡＤＣ、４４レベル・オフセット調整部、４５減算部、５０ホストコントローラ、６０電圧生成回路。

Claims

静電容量方式のタッチパネルを備えた液晶表示装置であって、
液晶ディスプレイの液晶書き込みに伴って発生するＬＣＤノイズと、電圧生成回路から前記液晶ディスプレイの液晶駆動電極に共通電圧として供給され、前記液晶駆動電極を経由して再び前記電圧生成回路に入力されるフィードバック電圧とは、信号波形の位相が互いに類似して、レベルが互いに異なることを用いて、
前記電圧生成回路から供給される前記共通電圧のフィードバック電圧をデジタル信号に変換した後、レベルおよびオフセットの少なくとも一方を調整してノイズ信号を生成し、前記タッチパネルに供給されたセンシング用の駆動信号に応答して前記タッチパネルから入力されるスキャン信号をデジタルスキャン信号に変換し、前記デジタルスキャン信号から前記ノイズ信号を減算することで、前記デジタルスキャン信号からノイズ成分を除去して、座標データ信号を出力するタッチパネルコントローラ
を備えたタッチパネルを備えた液晶表示装置。
前記タッチパネルコントローラは、
前記タッチパネルからのスキャン信号が入力されるスキャン信号入力部と、
前記電圧生成回路から供給される前記共通電圧のフィードバック電圧が入力されるフィードバック電圧入力部と、
前記スキャン信号および前記共通電圧のフィードバック電圧をアナログ信号からデジタル信号に変換するアナログ−デジタル変換器と、
前記スキャン信号に付加されたノイズのレベルおよびオフセットに基づいて、前記共通電圧のフィードバック電圧に対するゲインおよびオフセット量を設定し、設定されたゲインおよびオフセット量を用いて、デジタル化した前記共通電圧のフィードバック電圧のレベルおよびオフセットの少なくとも一方を、前記スキャン信号に付加された前記ノイズのレベルおよびオフセットと等しくなるように調整して前記ノイズ信号として出力するレベル・オフセット調整部と、
前記アナログ−デジタル変換器からの前記デジタルスキャン信号から、前記レベル・オフセット調整部からの前記ノイズ信号を減算する減算部と、
を有している請求項１に記載のタッチパネルを備えた液晶表示装置。
前記レベル・オフセット調整部は、前記タッチパネルコントローラの外部に設けられている
請求項２に記載のタッチパネルを備えた液晶表示装置。
前記スキャン信号入力部は、前記タッチパネルのセンサ数に対応して複数設けられている
請求項２または請求項３に記載のタッチパネルを備えた液晶表示装置。
静電容量方式のタッチパネルを備えた液晶表示装置の駆動方法であって、
液晶ディスプレイの液晶書き込みに伴って発生するＬＣＤノイズと、電圧生成回路から前記液晶ディスプレイの液晶駆動電極に共通電圧として供給され、前記液晶駆動電極を経由して再び前記電圧生成回路に入力されるフィードバック電圧とは、信号波形の位相が互いに類似して、レベルが互いに異なることを用いて、
前記電圧生成回路から供給される前記共通電圧のフィードバック電圧をデジタル信号に変換するとともに、前記タッチパネルに供給されたセンシング用の駆動信号に応答して前記タッチパネルから入力されるスキャン信号をデジタルスキャン信号に変換するステップと、
デジタル化した前記共通電圧のフィードバック電圧について、レベルおよびオフセットの少なくとも一方を調整してノイズ信号を生成するステップと、
前記デジタルスキャン信号から前記ノイズ信号を減算することで、前記デジタルスキャン信号からノイズ成分を除去して、座標データ信号を出力するステップと、
を備えたタッチパネルを備えた液晶表示装置の駆動方法。