JP6665051B2 - 表示装置及びその駆動方法 - Google Patents
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Description
開示はあくまで一例にすぎず、以下の実施形態に記載した内容により開示が限定されるものではない。当業者が容易に想到し得る変形は、当然に開示の範囲に含まれる。説明をより明確にするため、図面において、各部分のサイズ、形状等について実際の実施態様に対して変更して模式的に表している場合もある。複数の図面において、対応する要素には同じ参照数字を付して、詳細な説明を省略する場合もある。
図1は実施形態によるタッチ検出機能付きの表示装置の一例の全体的な概略構成例を示す斜視図である。表示装置は、タッチ検出機構を備える表示パネルと、その駆動回路、制御回路を備える。表示パネルとしては、液晶を用いた表示パネル及び有機ELを用いた表示パネル等を用いることができるが、本明細書は、液晶を用いた表示パネルを説明する。液晶表示パネルは、TFT(Thin Film Transistor)の画素が形成される画素基板を含む。「タッチ検出」は、人間の指やタッチペン等の物体が表示パネルに接触したことのみでなく、物体が表示パネルに近接したことも検知することを意味する。「一体型」とは、タッチセンサを表示パネルに外付けするのではなく、タッチセンサを表示パネルに内蔵することを意味する。内蔵は、画素基板にタッチセンサを設けるインセル型と、カラ―フィルタを形成するガラス基板と偏光板との間にタッチセンサを設けるオンセル型とを含む。実施例は、インセル型のタッチセンサを説明するが、本発明はオンセル型のタッチセンサでも実施可能である。
図2は、画素アレイ18の回路図である。第1基板12の中央部には、マトリクス状の多数の(例えば、1080×1920)画素40からなる画素アレイ18が形成される。なお、1画素40は赤、緑、青の3色のサブ画素42R、42G、42B(42と総称することもある)からなる。サブ画素の色成分は赤、緑、青以外の3色でもよいし、赤、緑、青にさらに他の色(例えば、白)を加えた4色以上でもよい。各サブ画素42は、薄膜MOSFETからなるスイッチング素子45、画素電極46と、共通電極48とを有する。回路図では、各画素40がそれぞれ共通電極48を含むが、実際には、個別の共通電極48が設けられるのではなく、共通電極22(図3、図4参照)内の画素電極46に対向する部分が仮想的に各サブ画素42の共通電極48となる。1または複数の画素40(図2では1画素の場合を示す)に含まれるサブ画素42の共通電極48が1枚の共通電極22に含まれる。
図3は、図1の表示装置のX方向に沿った断面構造を示す。バックライト36の上に第1光学素子52、第1基板12、液晶層54、第2基板14、第2光学素子56が設けられる。図3は、表示モードとしてFFS(Fringe Field Switching)モードを使用した構成を示すが、他の表示モードを使用してもよい。第1基板12と第2基板14とは、所定のセルギャップを形成した状態で貼り合わされる。液晶層54は、第1基板12と第2基板14との間のセルギャップに保持される。
図4はミューチュアルセンシング方式のタッチパネル20の基本構成の一例を示す。第2基板14に形成される検出電極24−1、24−2、…(24と総称することもある)はX方向に延びるストライプ形状であり、Y方向に配列される。第1基板12に形成される共通電極22はY方向に延びるストライプ形状であり、X方向に配列される。すなわち、タッチパネル20上で共通電極22は検出電極24と直交する。ソース線はY方向に延びており、共通電極と平行である。この配置を縦COM型と称する。タッチパネル20上で直交する検出電極24と共通電極22の配置は図4の逆に、検出電極24をY方向に延びるストライプ形状とし、共通電極22をX方向に延びるストライプ形状としてもよい。この場合、ソース線と共通電極は交差する。この配置を横COM型と称する。以下の説明は、縦COM型を例にとるが、本発明は横COM型にも同様に適用可能である。
Vp:Vx=(1/Cp):(1/Cx) (2)
Vx=(Cp/(Cp+Cx))×Vc (3)
上記のように、スイッチSW1を介して容量Ccが電圧Vcまで充電された後、スイッチSW1がオフされたままスイッチSW2,SW3が繰り返しオンとオフを繰り返すと、容量Ccの電圧Vcが次第に低下し、容量Cxの電圧Vxも次第に低下する。この動作、つまり容量Ccが電圧Vcまで充電された後、スイッチSW2,SW3が繰り返しオンとオフを繰り返す動作は、電圧Vxが比較電圧Vrefよりも小さくなるまで続けられる。
図11は、表示装置の電気的構成の一例を示す回路図である。第1基板12上の画素アレイ18の少なくとも一方の長辺(例えば左側長辺)の外側にゲートドライバ102が形成される。第1基板12上の画素アレイ18の一方の短辺(例えば下側短辺)の外側にRGB選択スイッチ(マルチプレクサとも称する)104が形成される。
図13は、ゲート線のガード駆動に関するパネル制御信号生成回路124の部分を示す。正負の外部入力電源VSP(例えば、+5.5V)、VSN(例えば、−5.5V)が夫々昇圧回路170、172に接続される。昇圧回路170は、2倍昇圧回路であり、例えば、+11.0Vの正の高電圧VGHを出力する。高電圧VGHは、LDOレギュレータ172により降圧され、例えば、+8.5Vの正出力電圧VGHOとされる。正出力電圧VGHOは、正電圧端子162に接続されるセレクタ174の第1端子に供給される。セレクタ174の第2端子はハイインピーダンス状態である。セレクタ174は、表示期間に第1端子を選択して正出力電圧VGHOを正電圧端子162から出力し、タッチ検出期間に第2端子を選択して正電圧端子162をハイインピーダンス状態とする。図示しないが、高電圧VGHは、画素アレイ18、タッチパネル20にも供給され、種々の電源に利用される。
図15は、パネル制御信号生成回路124内のRGB選択スイッチ104の選択制御信号の生成に関する部分を示す。外部入力電源VSPとVSNとの間にセレクタとしてのCMOSスイッチ190R、190G、190Bが接続される。CMOSスイッチ190は直列接続されたPMOSFETと、NMOSFETとからなる。CMOSスイッチ190において、PMOSFETがVSP側に、NMOSFETがVSN側に接続され、PMOSFET、NMOSFETの両FETのゲートはクロック端子CLKに接続される。CMOSスイッチ190は、クロック端子CLKのレベルに応じて、VSP、VSNのいずれかを両FETの接続点から出力する。COMSスイッチ190の出力がインバータ191を介して選択制御信号selR、selG、selBとして選択スイッチ104に供給される。インバータ191の電源は、次段を駆動する電圧が出力できるように、VSPとVSNに接続されている。
第1実施形態では、タッチ検出期間にタッチ検出のための駆動信号Txに同期したガード信号に基づいてガード駆動する対象は、図14(h)に示すように、画素アレイ18内のゲート線46、及びSIG-COMスイッチ148がオンすることにより駆動信号が供給されるソース線44である。第1実施形態では、図14(i)に示すように、画素信号をサブ画素信号に分離するためのRGB選択スイッチ104は表示期間に順次オンし、タッチ検出期間にオフである。そのため、タッチ検出期間にRGB選択スイッチ104の制御信号線に寄生容量が生じる可能性がある。この寄生容量の影響を抑える第2実施形態を説明する。第1実施形態と同様に、第2実施形態もセルフセンシング方式のタッチセンサでもミューチュアルセンシング方式のタッチセンサでも同様に適用可能である。
第2実施形態の選択制御信号生成回路の変形例に関する第3実施形態を説明する。図19は、第3実施形態の選択制御(SEL)信号生成回路222Rの回路図である。他の色の選択制御信号生成回路222G、222Bも同様である。第1実施形態、第2実施形態の選択制御信号生成回路は表示制御回路16内に設けてもよいし、ゲートドライバ102やRGB選択スイッチ104と同様に第1基板12上に設けてもよいが、第3実施形態の生成回路222は第1基板12上に設けられる。第1、第2実施形態と同様に、第3実施形態もセルフセンシング方式のタッチセンサでもミューチュアルセンシング方式のタッチセンサでも同様に適用可能である。
第2、第3実施形態ではタッチ検出期間にガード駆動する対象はRGB選択スイッチ104の選択制御信号であった。タッチ検出期間にガード駆動する対象をRGB選択スイッチ104の入力信号、すなわちソース増幅器118の出力信号とし、全ての駆動電極を同時に駆動するセルフセンシング方式のタッチセンサに適用する第4実施形態を説明する。
第5実施形態は、第4実施形態と同様に、タッチ検出期間にソース増幅器118からガード信号を出力する。第4実施形態は、同時駆動のセルフセンシングに適用するが、第5実施形態は、ミューチュアルセンシング方式のタッチセンサに適用する。前に述べたように、ミューチュアルセンシング方式のタッチセンサは、タッチ検出期間に共通電極22−1、22−2、…を順次選択し、選択した共通電極に駆動パルスTx1、Tx2、…を順次供給する。
タッチ検出期間に共通電極ドライバ126から共通電極22に供給される駆動信号Txにソース増幅器118からのガード信号を加える第5実施形態は、通常の2チップ(表示コントローラICとタッチコントローラIC)構成のミューチュアルセンシング方式のタッチセンサにも適用できる。
図26は、セルフセンシング式のタッチパネルに応用された第7実施形態のブロック図である。
上述した全ての実施形態の共通な変形例に関する第8実施形態を説明する。図27は、第8実施形態のゲート線のガード駆動に関するパネル制御信号生成回路124の部分を示す。図13に示した第1実施形態のパネル制御信号生成回路124に対して、電圧端子308が追加されている。正外部入力電源VSP(例えば、+5.5V)を2倍昇圧する昇圧回路170の出力VGH(例えば、+11.0V)がLDOレギュレータ172に供給されるとともに、セレクタ312の第1端子に供給される。セレクタ312の第2端子はハイインピーダンスとされる。セレクタ312は表示期間に第1端子を選択し、タッチ検出期間に第2端子を選択する。セレクタ312の出力端子は電圧端子308に接続される。
本発明の実施形態は以下の態様を含む。
行列状に配置された複数の画素40からなる画素アレイ18と、
画素アレイ18の上に設けられる静電容量式タッチ検出のための複数の共通電極22と、
表示期間に表示のための直流電圧を共通電極22に供給し、タッチ検出期間にタッチ検出のための駆動信号Txを共通電極22に供給する共通電極ドライバ126と、
画素アレイ18中の各列の画素40に接続される複数のソース線44と、
複数のソース線44に画像信号を供給するソース増幅器118と、
画素アレイ18中の各行の画素40に接続される複数のゲート線46と、
表示期間に複数のゲート線46に順次走査信号を供給し、タッチ検出期間に複数のゲート線46に駆動信号と同位相のガード信号を供給するゲートドライバ102と、
ソース線44と共通電極22との間に接続され、タッチ検出期間にソース線44と共通電極22とを導通するスイッチ148と、
を具備する。
Claims (12)
- 2次元的に配列された複数の画素からなり、前記画素は複数の色のサブ画素からなる画素アレイと、
前記画素アレイの上に配置される静電容量式のタッチ検出のための複数の共通電極と、
表示期間に表示のための電圧を前記複数の共通電極に供給し、タッチ検出期間にタッチ検出のための駆動信号を前記複数の共通電極に供給する共通電極ドライバと、
前記画素アレイの各列の画素に接続される複数のソース線と、
前記複数のソース線に複数の色のサブ画素信号が時分割多重されてなる画像信号を供給するソース増幅器と、
前記画素アレイの各行の画素に接続される複数のゲート線と、
表示期間に前記複数のゲート線に走査信号を順次供給し、タッチ検出期間に前記複数のゲート線に前記駆動信号と同位相の信号を供給するゲートドライバと、
前記複数のソース線と前記複数の共通電極との間に接続され、タッチ検出期間に前記複数のソース線と前記複数の共通電極とを導通する第1スイッチと、
前記複数のソース線と前記ソース増幅器との間に接続され、前記ソース増幅器から出力された前記画像信号を前記複数の色のサブ画素信号に分離し、前記複数の色のサブ画素信号を前記複数のソース線に供給する複数のトランジスタからなる選択スイッチと、
前記選択スイッチに接続され、表示期間に前記複数のトランジスタを順次オンさせる第1制御信号を前記複数のトランジスタのゲートに供給し、タッチ検出期間に前記駆動信号と同位相の信号を含む第2制御信号を前記複数のトランジスタのゲートに供給するコントローラと、
を具備する表示装置。 - 前記複数の共通電極に前記駆動信号を同時に供給し、前記共通電極の静電容量に基づいてセルフセンシング方式のタッチ検出を行う請求項1記載の表示装置。
- 前記ソース増幅器は、タッチ検出期間に前記選択スイッチに前記駆動信号と同位相の信号を供給する請求項1記載の表示装置。
- 前記ソース増幅器は、正極増幅器と負極増幅器とを具備し、タッチ検出期間に前記正極増幅器が前記駆動信号と同位相の信号を出力する請求項3記載の表示装置。
- 前記複数の共通電極に前記駆動信号を同時に供給し、前記共通電極の静電容量に基づいてセルフセンシング方式のタッチ検出を行う請求項3または請求項4記載の表示装置。
- 前記複数の共通電極に交差する複数の検出電極を具備し、
前記複数の共通電極に前記駆動信号を順次供給し、前記検出電極の検出電位に基づいてミューチュアルセンシング方式のタッチ検出を行う請求項3または請求項4記載の表示装置。 - 前記ソース増幅器は、タッチ検出期間に前記選択スイッチに供給される信号の立上り期間と立下り期間は所定の電源で駆動され、信号の立上り期間と立下り期間の間のレベルが一定の期間は出力がハイインピーダンスとされる請求項1記載の表示装置。
- 前記複数の共通電極は、2次元的に配列され、
前記複数の共通電極に前記駆動信号を順次供給し、前記共通電極の静電容量に基づいてセルフセンシング方式のタッチ検出を行う請求項1記載の表示装置。 - 前記ゲートドライバは、外部電源電圧を昇圧して第1電圧を生成する昇圧回路を具備し、表示期間に前記複数のゲート線に前記第1電圧に基づいた走査信号を順次供給し、タッチ検出期間に前記複数のゲート線に前記駆動信号と同位相の信号が前記第1電圧に重畳された信号を供給する請求項1記載の表示装置。
- 前記ゲートドライバは、
前記昇圧回路の出力端子に前記駆動信号と同位相の信号を重畳する帰還回路とを具備する請求項9記載の表示装置。 - 前記駆動信号と同位相の信号は、前記駆動信号に含まれるパルスの振幅と同じ振幅のパルスを含む請求項1から請求項10のいずれか一項記載の表示装置。
- 2次元的に配列された複数の画素からなり、前記画素は複数の色のサブ画素からなる画素アレイと、
前記画素アレイの上に配置される静電容量式のタッチ検出のための複数の共通電極と、
前記複数の共通電極に接続される共通電極ドライバと、
前記画素アレイの各列の画素に接続される複数のソース線と、
前記複数のソース線に接続されるソース増幅器と、
前記画素アレイの各行の画素に接続される複数のゲート線と、
前記複数のゲート線に接続されるゲートドライバと、
前記複数のソース線と前記複数の共通電極との間に接続される第1スイッチと、
前記複数のソース線と前記ソース増幅器との間に接続される複数のトランジスタからなる選択スイッチと、
前記選択スイッチに接続されるコントローラと、
を具備する表示装置の駆動方法であって、
前記共通電極ドライバは、表示期間に表示のための電圧を前記複数の共通電極に供給し、タッチ検出期間にタッチ検出のための駆動信号を前記複数の共通電極に供給し、
前記ソース増幅器は、前記複数のソース線に画像信号を供給し、
前記ゲートドライバは、表示期間に前記複数のゲート線に走査信号を順次供給し、タッチ検出期間に前記複数のゲート線に前記駆動信号と同位相の信号を供給し、
前記第1スイッチは、タッチ検出期間に前記複数のソース線と前記複数の共通電極とを導通し、
前記選択スイッチは、前記ソース増幅器から出力された前記画像信号を前記複数の色のサブ画素信号に分離し、前記複数の色のサブ画素信号を前記複数のソース線に供給し、
前記コントローラは、表示期間に前記複数のトランジスタを順次オンさせる第1制御信号を前記複数のトランジスタのゲートに供給し、タッチ検出期間に前記駆動信号と同位相の信号を含む第2制御信号を前記複数のトランジスタのゲートに供給する駆動方法。
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