本発明を実施するための形態(実施形態)につき、図面を参照しつつ詳細に説明する。なお、以下の実施形態に記載した内容により本発明が限定されるものではない。また、以下に記載した構成要素には、当業者が容易に想定できるもの、実質的に同一のものが含まれる。さらに、以下に記載した構成要素は適宜組み合わせることが可能である。また、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
(実施形態1)
図1は、実施形態1に係る表示装置の構成例を示すブロック図である。図2は、実施形態1に係る表示装置の検出部の構成例を示すブロック図である。図1に示すように、表示装置1は、表示パネル10と、制御部11と、検出部40とを備えている。表示パネル10は、画像を表示する表示部20と、表示部20の表示面において操作者の指等の被検出体を検出する検出装置であるタッチセンサ30とを含む。
表示パネル10は、表示部20とタッチセンサ30とが一体化された表示装置である。具体的には、表示パネル10は、表示部20に静電容量型のタッチセンサ30を内蔵して一体化した、いわゆるインセルタイプあるいはハイブリッドタイプの装置である。表示部20に静電容量型のタッチセンサ30を内蔵して一体化するとは、例えば、表示部20として使用される基板や電極などの一部の部材と、タッチセンサ30として使用される基板や電極などの一部の部材とを兼用することを含む。なお、表示パネル10は、表示部20の上にタッチセンサ30を装着した、いわゆるオンセルタイプの装置であってもよい。オンセルタイプの装置の場合、表示部20の直上にタッチセンサ30が設けられていてもよいし、表示部20の直上ではなく他の層を介して上方にタッチセンサ30が設けられていてもよい。
また、本構成例では、表示部20として液晶表示素子を用いた液晶表示デバイスが採用されているが、表示部20は有機エレクトロルミネッセンス(有機EL)素子を用いた構成であってもよい。この場合、有機EL素子を形成するアノード及びカソードのうち一方を、後述する駆動電極COMLとしてもよい。
表示部20は、表示素子を有する複数の画素を備えるとともに、複数の画素に対向する表示面を有している。表示部20は、後述するように、ゲートドライバ12から供給される走査信号Vscanに従って、1水平ラインずつ順次走査して表示を行う。
制御部11は、ゲートドライバ12、ソースドライバ13及び駆動電極ドライバ14を備える。制御部11は、外部より供給された映像信号Vdispに基づいて、ゲートドライバ12、接続回路18及び検出部40に制御信号を供給して、表示動作と検出動作を制御する回路である。
制御部11は、タッチセンサ30による検出モードとして、タッチ検出とホバー検出の2つの検出モードを有する。本明細書において、タッチ検出は、被検出体が表示面に接触した状態又は接触と同視し得るほど近接した状態(以下、「接触状態」と表す)において、被検出体の位置や動きを検出することを表す。また、ホバー検出は、被検出体が表示面に接触していない状態又は接触と同視し得るほどには近接していない状態(以下、「非接触状態」と表す)において、被検出体の位置や動きを検出することを表す。また、表示面に対向する位置に被検出体が存在しない場合、又はホバー検出において被検出体を検出できない程度に被検出体が表示面から離れている状態を「非存在状態」と表す。
また、制御部11は、タッチセンサ30によるホバー検出の際の検出値を補正するための補正値検出モードを有する。本明細書において、補正値検出は、非接触状態又は非存在状態において実施する。
ゲートドライバ12は、制御部11から供給される制御信号に基づいて、表示部20の、後述するゲート線GCL(図15参照)に走査信号Vscanを供給し、表示パネル10の表示駆動の対象となる1水平ラインを順次選択する機能を有する回路である。また、ゲートドライバ12は、タッチ検出、ホバー検出、補正値検出の際に、ゲート線GCLを固定電位(GND)又はハイインピーダンスとするか、あるいは後述するガード信号Vgdを供給する機能を有している。
ソースドライバ13は、表示部20の、後述するデータ線SGL(図15参照)を介して、各副画素SPixに画素信号Vpixを供給する回路である。また、ソースドライバ13は、タッチ検出、ホバー検出、補正値検出の際に、データ線SGLを固定電位(GND)又はハイインピーダンスとするか、あるいはガード信号Vgdを供給する機能を有している。ソースドライバ13の機能の一部は、表示パネル10に搭載されていてもよい。この場合、制御部11が画素信号Vpix、ガード信号Vgdを生成し、これら画素信号Vpix、ガード信号Vgdをソースドライバ13に供給してもよい。
駆動電極ドライバ14は、表示部20の、後述する駆動電極COMLに表示用の駆動信号Vcomdc又はタッチ検出用の駆動信号Vcomを供給する回路である。また、駆動電極ドライバ14は、ホバー検出及び補正値検出の際に、駆動電極COMLを固定電位(GND)又はハイインピーダンスとするか、あるいはガード信号Vgdを供給する機能を有している。なお、本実施形態において、タッチ検出用の駆動信号Vcomとガード信号Vgdとは、実質的に同一の信号であっても良い。
タッチセンサ30は、相互静電容量方式によるタッチ検出の基本原理に基づいて、表示パネル10の表示面にタッチした被検出体の位置を検出するタッチ検出機能を有する。タッチセンサ30は、相互静電容量方式のタッチ検出において、被検出体のタッチを検出した場合、検出信号Vdet1を検出部40に出力する。また、タッチセンサ30は、自己静電容量方式によるタッチ検出の基本原理に基づいて、表示パネル10の表示面にホバーした被検出体の位置を検出するホバー検出機能を有する。タッチセンサ30は、自己静電容量方式のホバー検出において、被検出体のホバーを検出した場合、検出信号Vdet2を検出部40に出力する。
また、タッチセンサ30は、自己静電容量方式又は相互静電容量方式によるタッチ検出の基本原理に基づいて、ホバー検出の際の検出値を補正するための補正値を検出する補正値検出機能を有する。タッチセンサ30は、補正値検出において検出した検出信号Vdet3を検出部40に出力する。
接続回路18は、複数のタッチ検出電極TDLの各々を、配線51(後述の図14参照)を介して互いに接続させる。これにより、タッチ検出では、後述するタッチ検出電極ブロックTDLAが検出電極として形成され、ホバー検出及び補正値検出では、後述するタッチ検出電極ブロックTDLBが検出電極として形成される。また、タッチ検出電極TDLAから出力される検出信号Vdet1、タッチ検出電極ブロックTDLBから出力される検出信号Vdet2,Vdet3は、接続回路18を介して検出部40に供給される。
検出部40は、相互静電容量方式のタッチ検出において、制御部11から供給される制御信号と、表示パネル10から出力される検出信号Vdet1とに基づいて、表示パネル10の表示面への被検出体のタッチの有無を検出する回路である。また、検出部40は、自己静電容量方式のホバー検出において駆動信号Vtdを供給すると共に、制御部11から供給される制御信号と、表示パネル10から出力される検出信号Vdet2,Vdet3とに基づいて、表示パネル10の表示面への被検出体のホバーの有無を検出する回路でもある。また、検出部40は、タッチがある場合においてタッチ入力が行われた座標などを求める。また、検出部40は、ホバー検出で被検出体が検出された場合において、ホバー入力が行われた座標などを求める。
図2に示すように、検出部40は、タッチ検出電極ドライバ41と、検出信号増幅部42と、A/D変換部43と、信号処理部44と、座標抽出部45と、検出タイミング制御部46と、を備える。検出タイミング制御部46は、制御部11から供給される制御信号に基づいて、タッチ検出電極ドライバ41と、検出信号増幅部42と、A/D変換部43と、信号処理部44と、座標抽出部45とが同期して動作するように制御する。
タッチ検出電極ドライバ41は、自己静電容量方式によるホバー検出用又は補正値検出用の駆動信号Vtdを表示パネル10に供給する。
検出信号増幅部42は、表示パネル10から供給される検出信号Vdet1,Vdet2,Vdet3を増幅する。A/D変換部43は、駆動信号Vcom,Vtdに同期したタイミングで、検出信号増幅部42から出力されるアナログ信号をそれぞれサンプリングしてデジタル信号に変換する。
信号処理部44は、A/D変換部43の出力信号に基づいて、表示パネル10に対するタッチの有無や、ホバーの有無を検出する論理回路である。例えば、信号処理部44は、指による検出信号の差分の信号(絶対値|ΔV|)を取り出し、例えば所定期間内における平均値処理や最大値処理等の所定の検出値算出処理を行い、当該検出値算出処理結果である検出値を所定の閾値と比較することで、被検出体の接触状態、非接触状態、非存在状態の判定を行う。このようにして、検出部40はタッチ検出やホバー検出が可能となる。なお、指による検出信号の差分の信号(絶対値|ΔV|)から検出値を算出する検出値算出処理の手法は、平均値処理や最大値処理に限るものではなく、この検出値算出処理の手法により本発明が限定されるものではない。
また、本実施形態において、信号処理部44は、ホバー検出における検出値を補正する機能を有している。このホバー検出における検出値の補正機能については後述する。
座標抽出部45は、信号処理部44においてタッチ検出又はホバー検出で被検出体が検出されたときに、その検出された位置のパネル座標を求める論理回路である。座標抽出部45は、求めたパネル座標を出力信号Voutとして出力する。座標抽出部45は、出力信号Voutを制御部11に出力してもよい。制御部11は出力信号Voutに基づいて、所定の表示動作又は検出動作を実行することができる。
なお、検出部40のタッチ検出電極ドライバ41と、検出信号増幅部42と、A/D変換部43と、信号処理部44と、座標抽出部45と、検出タイミング制御部46とは、表示装置1に搭載される。ただし、これに限定されず、検出部40の全部又は一部の機能は外部のプロセッサ等に搭載されてもよい。例えば、座標抽出部45は、表示装置1とは別の外部プロセッサに搭載されており、検出部40は、信号処理部44が信号処理した信号を出力信号Voutとして出力してもよい。
ここで、図3から図7を参照して、本実施形態の表示装置1の相互静電容量方式によるタッチ検出の基本原理について説明する。図3は、相互静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指がタッチしていない状態を表す説明図である。図4は、図3に示す指がタッチしていない状態の等価回路の例を示す説明図である。図5は、相互静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指がタッチした状態を表す説明図である。図6は、図5に示す指がタッチした状態の等価回路の例を示す説明図である。図7は、相互静電容量方式のタッチ検出の駆動信号及び検出信号の波形の一例を表す図である。なお、図6は、検出回路を併せて示している。また、以下の説明では、被検出体として指がタッチする場合を説明するが、被検出体は指に限られず、例えばスタイラスペン等の導体を含む物体であってもよい。
例えば、図3に示すように、容量素子C1は、誘電体Dを挟んで互いに対向配置された一対の電極、駆動電極E1及び検出電極E2を備えている。図4に示すように、容量素子C1は、その一端が交流信号源(駆動信号源)Sに接続され、他端は電圧検出器DETに接続される。電圧検出器DETは、例えば図2に示す検出信号増幅部42に含まれる積分回路である。
交流信号源Sから駆動電極E1(容量素子C1の一端)に所定の周波数(例えば数kHzから数百kHz程度)の交流矩形波Sgが印加されると、検出電極E2(容量素子C1の他端)側に接続された電圧検出器DETを介して、図7に示すような出力波形(検出信号Vdet1’)が現れる。なお、この交流矩形波Sgは、駆動電極ドライバ14から入力される駆動信号Vcomに相当するものである。
表示面に対向する位置に指が存在しない場合、又はホバー検出において指を検出できない程度に指が表示面から離れている状態(非存在状態)では、図3及び図4に示すように、容量素子C1に対する充放電に伴って、容量素子C1の容量値に応じた電流I0が流れる。図4に示す電圧検出器DETは、交流矩形波Sgに応じた電流I0の変動を電圧の変動(実線の波形V0(図7参照))に変換する。
一方、指が接触又は近接した状態(接触状態)では、図5に示すように、指によって形成される静電容量C2が、検出電極E2と接触している又は近傍にあることにより、駆動電極E1及び検出電極E2の間にあるフリンジ分の静電容量が遮られる。このため、容量素子C1は、図6に示すように、非存在状態での容量値よりも容量値の小さい容量素子C11として作用する。そして、図6に示す等価回路でみると、容量素子C11に電流I1が流れる。
図7に示すように、電圧検出器DETは、交流矩形波Sgに応じた電流I1の変動を電圧の変動(点線の波形V1)に変換する。この場合、波形V1は、上述した波形V0と比べて振幅が小さくなる。これにより、波形V0と波形V1との電圧差分の絶対値|ΔV|は、指などの外部から接触又は近接する導体の影響に応じて変化することになる。なお、電圧検出器DETは、波形V0と波形V1との電圧差分の絶対値|ΔV|を精度よく検出するため、回路内のスイッチングにより、交流矩形波Sgの周波数に合わせて、コンデンサの充放電をリセットする期間Resetを設けた動作とすることがより好ましい。
図1に示すタッチセンサ30は、上述した相互静電容量方式によるタッチ検出を行う。このとき、タッチセンサ30は、後述する複数のタッチ検出電極ブロックTDLAから、検出ブロック毎に検出信号Vdet1を出力する。検出信号Vdet1は、検出部40の検出信号増幅部42に供給され、例えば検出信号増幅部42に含まれる電圧検出器DETによって積分され、検出信号Vdet1’が出力される。
次に、図8から図11を参照して、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理について説明する。図8は、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指がタッチしていない状態を表す説明図である。図9は、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指がタッチした状態を表す説明図である。図10は、自己静電容量方式のタッチ検出の等価回路の例を示す説明図である。図11は、自己静電容量方式のタッチ検出の駆動信号及び検出信号の波形の一例を表す図である。
自己静電容量方式では、上述の駆動電極E1が検出電極となる。図8左図は、指がタッチしていない状態において、スイッチング素子SW1により電源Vddと検出電極E1とが接続され、スイッチング素子SW2により検出電極E1がコンデンサCcrに接続されていない状態を示している。この状態では、検出電極E1が有する静電容量Cx1が充電される。図8右図は、スイッチング素子SW1により、電源Vddと検出電極E1との接続がオフされ、スイッチング素子SW2により、検出電極E1とコンデンサCcrとが接続された状態を示している。この状態では、静電容量Cx1の電荷はコンデンサCcrを介して放電される。静電容量Cx1の値は、検出電極E1に対向又は近接する周辺導体との間の容量値で決まる。
図9左図は、指がタッチした状態において、スイッチング素子SW1により電源Vddと検出電極E1とが接続され、スイッチング素子SW2により検出電極E1がコンデンサCcrに接続されていない状態を示している。この状態では、検出電極E1が有する静電容量Cx1に加え、検出電極E1に近接している指により生じる静電容量Cx2も充電される。図9右図は、スイッチング素子SW1により、電源Vddと検出電極E1との接続がオフされ、スイッチング素子SW2により検出電極E1とコンデンサCcrとが接続された状態を示している。この状態では、静電容量Cx1の電荷と静電容量Cx2の電荷とがコンデンサCcrを介して放電される。
ここで、図8右図に示す放電時(指がタッチしていない状態)におけるコンデンサCcrの電圧変化特性に対して、図9右図に示す放電時(指がタッチした状態)におけるコンデンサCcrの電圧変化特性は、静電容量Cx2が存在するために、明らかに異なる。したがって、自己静電容量方式では、コンデンサCcrの電圧変化特性が、静電容量Cx2の有無により、異なることを利用して、指などの操作入力の有無を判断している。
具体的には、検出電極E1に所定の周波数(例えば数kHzから数百kHz程度)の交流矩形波Sg(図11参照)が印加される。図10に示す電圧検出器DETは、交流矩形波Sgに応じた電流の変動を電圧の変動(波形V4、V5)に変換する。
上述のように、検出電極E1はスイッチング素子SW1及びスイッチング素子SW2によって電源Vdd及びコンデンサCcrから切り離すことが可能な構成となっている。図11において、時刻T01のタイミングで交流矩形波Sgは電圧V0に相当する電圧レベルに上昇させる。このときスイッチング素子SW1はオンしておりスイッチング素子SW2はオフしている。このため検出電極E1の電圧も電圧V0に上昇する。次に時刻T11のタイミングの前にスイッチング素子SW1をオフとする。このとき検出電極E1は、電気的にどことも接続されていない状態であるが、検出電極E1の静電容量Cx1(図8参照)、あるいは検出電極E1の静電容量Cx1に指等のタッチによる静電容量Cx2を加えた容量(Cx1+Cx2、図9参照)によって、検出電極E1の電位はV0が維持される。さらに、時刻T11のタイミングの前にスイッチング素子SW3をオンさせ所定の時間経過後にオフさせ電圧検出器DETをリセットさせる。このリセット動作により出力電圧は基準電圧Vrefと略等しい電圧となる。
続いて、時刻T11のタイミングでスイッチング素子SW2をオンさせると、電圧検出器DETの反転入力部が検出電極E1の電圧V0となり、その後、検出電極E1の静電容量Cx1(または、Cx1+Cx2)と電圧検出器DET内の静電容量C5の時定数に従って電圧検出器DETの反転入力部は基準電圧Vrefまで低下する。このとき、検出電極E1の静電容量Cx1(または、Cx1+Cx2)に蓄積されていた電荷が電圧検出器DET内の静電容量C5に移動するため、電圧検出器DETの出力が上昇する(Vdet2’)。電圧検出器DETの出力(Vdet2’)は、検出電極E1に指等がタッチしていないときは、実線で示す波形V4となり、Vdet2’=Cx1×V0/C5となる。指等の影響による容量が付加されたときは、点線で示す波形V5となり、Vdet2’=(Cx1+Cx2)×V0/C5となる。
その後、検出電極E1の静電容量Cx1(または、Cx1+Cx2)の電荷が静電容量C5に十分移動した後の時刻T31のタイミングでスイッチング素子SW2をオフさせ、スイッチング素子SW1及びスイッチング素子SW3をオンさせることにより、検出電極E1の電位を交流矩形波Sgと同電位のローレベルにするとともに電圧検出器DETをリセットさせる。なお、このとき、スイッチング素子SW1をオンさせるタイミングは、スイッチング素子SW2をオフさせた後、時刻T02以前であればいずれのタイミングでもよい。また、電圧検出器DETをリセットさせるタイミングは、スイッチング素子SW2をオフさせた後、時刻T12以前であればいずれのタイミングとしてもよい。以上の動作を所定の周波数(例えば数kHzから数百kHz程度)で繰り返す。波形V4と波形V5との差分の絶対値|ΔV|に基づいて、外部近接物体の有無(タッチの有無)を測定することができる。なお、検出電極E1の電位は、図11に示すように、指等がタッチしていないときはV2の波形となり、指等の影響による静電容量Cx2が付加されるときはV3の波形となる。波形V1と波形V2とが、それぞれ所定の閾値電圧VTHまで下がる時間を測定することにより外部近接物体の有無(タッチの有無)を測定することも可能である。
図1に示すタッチセンサ30は、上述した自己静電容量方式によるホバー検出を行う。このとき、タッチセンサ30は、後述するタッチ検出電極ブロックTDLBから、検出信号Vdet2を出力する。検出信号Vdet2は、検出部40の検出信号増幅部42に供給され、例えば検出信号増幅部42に含まれる電圧検出器DETによって積分され、検出信号Vdet2’が出力される。なお、本実施形態のホバー検出において、交流矩形波Sgは、検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)、及び、検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)に対向又は近接する周辺導体(本実施形態では、駆動電極COML)に対して印加される。
また、図1に示すタッチセンサ30は、上述した自己静電容量方式又は相互静電容量方式による補正値検出を行う。このとき、タッチセンサ30は、後述するタッチ検出電極ブロックTDLBから、検出信号Vdet3を出力する。検出信号Vdet3は、検出部40の検出信号増幅部42に供給され、例えば検出信号増幅部42に含まれる電圧検出器DETによって積分され、検出信号Vdet3’が出力される。なお、本実施形態の補正値検出において、交流矩形波Sgは、検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)に対向又は近接する周辺導体(本実施形態では、駆動電極COML)に対して印加される。
次に、表示装置1の構成例を詳細に説明する。図12は、表示装置の概略断面構造を表す断面図である。図13は、実施形態1に係る表示装置を構成するTFT基板を模式的に示す平面図である。図14は、実施形態1に係る表示装置を構成する対向基板を模式的に示す平面図である。
図12に示すように、表示装置1は、画素基板2と、画素基板2の表面に垂直な方向に対向して配置された対向基板3と、画素基板2と対向基板3との間に挿設された液晶層6とを備える。
図12に示すように、画素基板2は、回路基板としてのTFT(Thin Film Transistor)基板21と、TFT基板21の上方に行列状(マトリクス状)に配設された複数の画素電極22と、TFT基板21と画素電極22との間に設けられた複数の駆動電極COMLと、画素電極22と駆動電極COMLとを絶縁する絶縁層24と、を含む。TFT基板21の下側には、接着層(図示しない)を介して偏光板35Bが設けられている。なお、本明細書において、TFT基板21に垂直な方向において、TFT基板21から対向基板31に向かう方向を「上側」とする。また、対向基板31からTFT基板21に向かう方向を「下側」とする。
図13及び図14に示すように、TFT基板21及び対向基板31は、画像を表示させるための表示領域10aと、表示領域10aの周囲に設けられた額縁領域10bとを有する。表示領域10aは、一対の長辺と短辺とを有する矩形状である。額縁領域10bは、表示領域10aの4辺を囲む枠状となっている。
図13に示すように、複数の駆動電極COMLは、TFT基板21の表示領域10aに設けられている。より具体的には、表示領域10aの短辺に沿った方向(X方向)に延びる駆動電極COMLが、表示領域10aの長辺に沿った方向(Y方向)に並び複数配列されている。それぞれの駆動電極COMLは、平面視で矩形状である。駆動電極COMLは、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性を有する導電性材料で構成されている。1つの駆動電極COMLに対応する位置に、複数の画素電極22が行列状に配置される。画素電極22は、駆動電極COMLよりも小さい面積を有している。なお、図13では一部の駆動電極COML及び画素電極22について示しているが、駆動電極COML及び画素電極22は表示領域10aの全域に亘って配置される。
TFT基板21の額縁領域10bには、表示用IC19が配置されている。表示用IC19は、TFT基板21にCOG(Chip On Glass)実装されたチップである。表示用IC19は、例えば、制御部11(図1参照)を内蔵している。表示用IC19は、外部のホストIC(図示しない)から供給された映像信号Vdisp(図1参照)に基づいて、後述するゲート線GCL及びデータ線SGL等に制御信号を出力する。
また、TFT基板21の額縁領域10bには、検出用IC49が配置されたフレキシブル基板47が接続されている。検出用IC49は、フレキシブル基板47に実装されたチップである。検出用IC49は、例えば、検出部40(図1参照)を内蔵し、フレキシブル基板47を介して表示用IC19と接続されている。
図13に示すように、表示用IC19は、例えば、額縁領域10bの短辺側に配置されていてもよい。これによれば、額縁領域10bの長辺側に表示用IC19を設ける必要がなく、額縁領域10bの長辺側の幅を小さくすることができる。
図12に示すように、対向基板3は、対向基板31と、この対向基板31の一方の面に形成されたカラーフィルタ32とを含む。対向基板31の他方の面には、タッチセンサ30のタッチ検出電極TDLが設けられている。さらに、タッチ検出電極TDLの上方には、接着層(図示しない)を介して偏光板35Aが設けられている。また、対向基板31には図示しないフレキシブル基板が接続されている。フレキシブル基板は額縁配線を介してタッチ検出電極TDLと接続される。
図12に示すように、TFT基板21と対向基板31とは、所定の間隔を設けて対向して配置される。TFT基板21と対向基板31との間の空間に、表示機能層として液晶層6が設けられる。液晶層6は、電界の状態に応じてそこを通過する光を変調するものであり、例えば、FFS(フリンジフィールドスイッチング)を含むIPS(インプレーンスイッチング)等の横電界モードの液晶が用いられる。なお、図12に示す液晶層6と画素基板2との間、及び液晶層6と対向基板3との間には、それぞれ配向膜が配設されてもよい。
図14に示すように、複数のタッチ検出電極TDLは、対向基板31の表示領域10aに設けられており、行方向(X方向)及び列方向(Y方向)に並び、行列状に複数配列されている。それぞれのタッチ検出電極TDLは、平面視で矩形状、又は正方形状である。タッチ検出電極TDLは、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性を有する導電性材料で構成されている。なお、タッチ検出電極TDLは、ITOに限定されず、例えば、金属材料を用いた金属細線等により構成されていてもよい。本実施形態では、相互静電容量方式によるタッチ検出の際に、行方向に複数配列されたタッチ検出電極TDLが接続回路18により互いに接続されて、ライン状のタッチ検出電極ブロックTDLAが構成される。なお、図14では一部のタッチ検出電極TDLについて示しているが、タッチ検出電極TDLは表示領域10aの全域に亘って配置される。
配線51は、表示領域10aに配置されたタッチ検出電極TDLのそれぞれに接続され、額縁領域10bまで引き出されている。タッチ検出電極TDLの端部は、TFT基板21の額縁領域10bの短辺側に設けられたフレキシブル基板47(図13参照)に接続されている。例えば、検出用IC49(図13参照)に内蔵された検出部40(図1参照)は、フレキシブル基板47と、TFT基板21と、対向基板31の額縁領域10bに配置された接続回路18と、配線51とを介して、複数のタッチ検出電極TDLにそれぞれ接続される。
図12に示すように、TFT基板21と対向基板31とは、所定の間隔を設けて対向して配置される。TFT基板21と対向基板31との間の空間に、表示機能層として液晶層6が設けられる。液晶層6は、電界の状態に応じてそこを通過する光を変調するものであり、例えば、FFS(フリンジフィールドスイッチング)を含むIPS(インプレーンスイッチング)等の横電界モードの液晶が用いられる。なお、図12に示す液晶層6と画素基板2との間、及び液晶層6と対向基板3との間には、それぞれ配向膜が配設されてもよい。
図15は、実施形態1に係る表示部の画素配列を表す回路図である。図16は、副画素の構成例を示す平面図である。図17は、図16のA1−A2線に沿う断面図である。
図12に示すTFT基板21には、図15に示す各副画素SPixのスイッチング素子TrD、各画素電極22に画素信号Vpixを供給するデータ線SGL、各スイッチング素子TrDを駆動する駆動信号を供給するゲート線GCL等の配線が形成されている。データ線SGL及びゲート線GCLは、TFT基板21の表面と平行な平面に延在する。
図15に示す表示部20は、行列状に配列された複数の副画素SPixを有している。副画素SPixは、それぞれスイッチング素子TrD及び液晶素子LCを備えている。スイッチング素子TrDは、薄膜トランジスタにより構成されるものであり、この例では、nチャネルのMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のTFTで構成されている。スイッチング素子TrDのソースはデータ線SGLに接続され、ゲートはゲート線GCLに接続され、ドレインは液晶素子LCの一端に接続されている。液晶素子LCの他端は、駆動電極ブロックCOMLAに含まれる駆動電極COMLに接続されている。また、画素電極22と駆動電極COMLとの間に絶縁層24(図12参照)が設けられ、これによって図15に示す保持容量Csが形成される。
副画素SPixは、ゲート線GCLにより、表示部20の同じ行に属する他の副画素SPixと互いに接続されている。ゲート線GCLは、ゲートドライバ12(図1参照)と接続され、ゲートドライバ12より走査信号Vscanが供給される。また、副画素SPixは、データ線SGLにより、表示部20の同じ列に属する他の副画素SPixと互いに接続されている。データ線SGLは、ソースドライバ13(図1参照)と接続され、ソースドライバ13より画素信号Vpixが供給される。駆動電極ブロックCOMLAに含まれる各駆動電極COMLは、駆動電極ドライバ14(図1参照)と接続され、駆動電極ドライバ14より駆動信号Vcomが供給される。
図16に示すように、ゲート線GCLとデータ線SGLとで囲まれた領域が副画素SPixである。副画素SPixは、画素電極22と駆動電極COMLとが重なる領域を含んで設けられる。複数の画素電極22は、それぞれスイッチング素子TrDを介してデータ線SGLと接続される。
図16に示すように、画素電極22は、複数の帯状電極22aと、連結部22bとを有する。帯状電極22aは、データ線SGLに沿って設けられ、ゲート線GCLに沿った方向に複数配列されている。連結部22bは帯状電極22aの端部同士を連結する。なお、画素電極22は、5本の帯状電極22aを有しているが、これに限定されず、4本以下又は6本以上の帯状電極22aを有していてもよい。例えば、画素電極22は、2本の帯状電極22aを有していてもよい。
図16に示すように、スイッチング素子TrDは、半導体層61、ソース電極62、ドレイン電極63及びゲート電極64を含む。また、半導体層61の下側に遮光層65が設けられている。
図17に示すように、遮光層65は基板121の上に設けられている。絶縁層58aは、遮光層65を覆って基板121の上に設けられている。絶縁層58aの上には半導体層61が設けられている。半導体層61の上側に絶縁層58bを介して、ゲート電極64(ゲート線GCL)が設けられている。ゲート電極64(ゲート線GCL)の上側に絶縁層58cを介してドレイン電極63及びソース電極62(データ線SGL)が設けられる。ドレイン電極63及びソース電極62(データ線SGL)の上側に絶縁層58dを介して配線51(図14参照)が設けられる。配線51の上側に絶縁層58eを介して、駆動電極COMLが設けられる。上述のように駆動電極COMLの上側に絶縁層24を介して画素電極22が設けられる。画素電極22の上には配向膜34が設けられる。また、配向膜33は、液晶層6を挟んで配向膜34と対向する。
図16及び図17に示すように、画素電極22は、コンタクトホールH11を介してスイッチング素子TrDのドレイン電極63と接続されている。半導体層61は、コンタクトホールH12を介してドレイン電極63に接続される。半導体層61は、平面視でゲート電極64と交差する。ゲート電極64はゲート線GCLに接続され、ゲート線GCLの一辺から突出して設けられている。半導体層61は、ソース電極62と重畳する位置まで延びて、コンタクトホールH13を介してソース電極62と電気的に接続される。ソース電極62は、データ線SGLに接続され、データ線SGLの一辺から突出している。なお、配線51は、データ線SGL及びゲート線GCLと異なる層に設けられ、スイッチング素子TrDと電気的に接続されていない。
半導体層61の材料としては、ポリシリコンや酸化物半導体などの公知の材料を用いることができる。例えばTAOS(Transparent Amorphous Oxide Semiconductor、透明アモルファス酸化物半導体)を用いることで、映像表示用の電圧を長時間保持する能力(保持率)が良く、表示品位を向上させることができる。
半導体層61において、ゲート電極64と重畳する部分にチャネル部(図示しない)が設けられている。遮光層65は、チャネル部と重なる位置に設けられ、チャネル部よりも大きい面積を有していることが好ましい。遮光層65を設けているので、例えばバックライトから半導体層61に入射する光が遮光される。
図1に示すゲートドライバ12は、ゲート線GCLを順次走査するように駆動する。ゲートドライバ12は、ゲート線GCLを介して、走査信号Vscan(図1参照)を副画素SPixのTFT素子Trのゲートに印加することにより、副画素SPixのうちの1行(1水平ライン)を表示駆動の対象として順次選択する。また、ソースドライバ13は、ゲートドライバ12によって選択された1水平ラインに属する副画素SPixに対して、図15に示すデータ線SGLを介して、画素信号Vpixを供給する。そして、副画素SPixでは、供給される画素信号Vpixに応じて1水平ラインずつ表示が行われる。この表示動作を行う際、駆動電極ドライバ14は、駆動電極COMLに表示用の駆動信号Vcomdcを印加する。これにより、各駆動電極COMLは、表示時には画素電極22に対する共通電極として機能する。
図12に示すカラーフィルタ32は、例えば、赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色されたカラーフィルタの色領域が周期的に配列されている。上述した図15に示す各副画素SPixに、R、G、Bの3色の色領域32R、32G、32Bが1組として対応付けられ、3色の色領域32R、32G、32Bに対応する副画素SPixを1組として画素Pixが構成される。図12に示すように、カラーフィルタ32は、TFT基板21と垂直な方向において、液晶層6と対向する。なお、カラーフィルタ32は、異なる色に着色されていれば、他の色の組み合わせであってもよい。また、カラーフィルタ32は、3色の組み合わせに限定されず、4色以上の組み合わせであってもよい。
図15に示すように、本実施形態では、複数の駆動電極COMLがゲート線GCLの延在方向と平行な方向に延在し、データ線SGLの延在方向と交差する方向に延びている。なお、駆動電極COMLはこれに限定されず、例えばデータ線SGLと平行な方向に延びていてもよい。
図12及び図13に示す駆動電極COMLは、表示部20の複数の画素電極22に対し共通の電位(基準電位)を与える共通電極として機能する。また、駆動電極COMLは、タッチセンサ30の相互静電容量方式によるタッチ検出を行う際の駆動電極としても機能する。また、駆動電極COMLは、タッチセンサ30の自己静電容量方式によるホバー検出又は補正値検出を行う際の駆動電極としても機能する。また、駆動電極COMLは、タッチセンサ30の相互静電容量方式による補正値検出を行う際の駆動電極としても機能する。
図18は、実施形態1に係る表示パネルの駆動電極及びタッチ検出電極の構成例を表す斜視図である。タッチセンサ30は、画素基板2に設けられた駆動電極COMLと、対向基板3に設けられたタッチ検出電極TDLにより構成されている。複数の駆動電極COMLは、図18の左右方向に延在する複数のストライプ状の電極パターンを含む。複数のタッチ検出電極TDLを含むタッチ検出電極ブロックTDLAは、駆動電極COMLの延在方向と交差する方向に延びる複数の電極パターンとして機能する。そして、タッチ検出電極ブロックTDLAは、TFT基板21(図12参照)の表面に対する垂直な方向において、駆動電極COMLと対向している。タッチ検出電極ブロックTDLAの各電極パターンは、検出部40の検出信号増幅部42の入力にそれぞれ接続される(図2参照)。駆動電極COMLとタッチ検出電極ブロックTDLAの各電極パターンとの交差部分に、それぞれ静電容量が形成される。
タッチ検出電極ブロックTDLA及び駆動電極COMLは、ストライプ状に複数に分割される形状に限られない。例えば、駆動電極COMLは櫛歯形状等であってもよい。あるいは駆動電極COMLは、複数に分割されていればよく、タッチ検出電極TDLを分割するスリットの形状は直線であっても、曲線であってもよい。
タッチセンサ30では、相互静電容量方式のタッチ検出を行う際、駆動電極ドライバ14が駆動電極COMLごとに時分割的に順次走査するように駆動することにより、駆動電極COMLが順次選択される。そして、タッチ検出電極ブロックTDLAから検出信号Vdet1が出力されることにより、駆動電極COMLのタッチ検出が行われる。つまり、駆動電極COMLは、上述した相互静電容量方式のタッチ検出の基本原理における駆動電極E1に対応し、タッチ検出電極ブロックTDLAは検出電極E2に対応する。タッチセンサ30は、この基本原理に従ってタッチ検出を行う。図18に示すように、互いに交差したタッチ検出電極ブロックTDLA及び駆動電極COMLは、タッチ検出面を行列状に構成している。タッチセンサ30では、行列状に構成されたタッチ検出面が全体に亘って走査されることにより、外部からの導体の接触又は近接が生じた位置の検出が可能である。
表示装置1の動作方法の一例として、表示装置1は、検出動作(検出動作期間)と表示動作(表示動作期間)とを時分割に行う。表示装置1は、検出動作と表示動作とをどのように分けて行ってもよい。以下では、表示装置1が、表示部20の1フレーム期間(1F期間)、すなわち、一画面分の映像情報が表示されるのに要する時間の中において、検出動作と表示動作とをそれぞれ複数回に分割して行う方法について説明する。
図19は、1フレーム期間における表示動作期間と検出動作期間の配置の一例を表す模式図である。1フレーム期間は、複数の表示動作期間Pd及び複数の検出動作期間Ptを含む。これらの各期間は、時間軸上において、表示動作期間Pd、検出動作期間Pt、表示動作期間Pd、検出動作期間Pt、・・・のように交互に配置されている。
制御部11(図1参照)は、ゲートドライバ12とソースドライバ13とを介して、各表示動作期間Pdに選択される複数行の画素Pix(図15参照)に画素信号Vpixを供給する。なお、本実施形態において、駆動電極COMLは表示部20の共通電極を兼用する。このため、制御部11は、各表示動作期間Pdにおいては、駆動電極ドライバ14を介して選択される駆動電極COMLに、表示用の共通電極電位である表示用の駆動信号Vcomdcを供給する。
また、各検出動作期間Ptには、相互静電容量方式によるタッチ検出動作、自己静電容量方式によるホバー検出動作、又は、ホバー検出の際に検出値を補正するための補正値を検出する補正値検出動作の何れかが行われる。
なお、図19に示す例では、表示装置1は、1フレーム期間において1画面分の映像表示を複数回に分けて行うが、1フレーム期間内の表示動作期間Pdと検出動作期間Ptとは、それぞれ1回ずつ設けても良い。この場合には、検出動作期間Ptにおいて、タッチ検出動作、ホバー検出動作、及び補正値検出動作をそれぞれ時系列で行うようにすれば良い。また、1フレーム期間において、タッチ検出動作、ホバー検出動作、及び補正値検出動作を行う回数は、それぞれ1回以上であれば良いが、各動作における検出精度を高めるためには、それぞれ複数回行うことが好ましい。
図20及び図21は、表示装置が検出するホバーの一例を示す模式図である。図20及び図21では、被検出体CQとして、ユーザの手を例示している。表示装置1は、検出動作期間Pt1、Pt2のホバー検出期間において、表示面4の上方に位置する被検出体CQの位置や高さを検出することが可能である。図20及び図21において、被検出体CQは、表示装置1の表示面4に対して非存在状態又は非接触状態である。被検出体CQと表示面4との間は距離(高さ)D1離れている。また、表示面4側に配置された駆動電極COML(図示しない)と被検出体CQとの間には静電容量C2が形成される。検出部40(図1参照)は、静電容量C2が形成されるタッチ検出電極ブロックTDLBにホバー検出用の駆動信号Vtdを供給する。そして、検出部40は、タッチ検出電極ブロックTDLBから出力される検出信号Vdet2に基づいて、被検出体CQの有無を検出する。
非接触状態では、被検出体CQと表示面4との距離D1が小さいほど、静電容量C2は大きくなる。そして、静電容量C2が大きいほど、検出信号Vdet2の差分の絶対値|ΔV|は大きくなる。このため、検出部40は、絶対値|ΔV|の大きさから距離D1を検出することができる。また、検出部40は、絶対値|ΔV|が所定の閾値以上である駆動電極COMLを特定することで、表示面4において、被検出体CQと対向する位置R1を検出することができる。これにより、表示装置1は、図21に示すように、表示面4に沿って手を移動させるスワイプや、手によるジェスチャ等を検出することができる。
図22は、タッチ検出電極と配線との接続の一例を示す図である。図23は、ライン状のタッチ検出電極ブロックの構成例を示す図である。図24は、正方形状のタッチ検出電極ブロックの構成例を示す図である。図22に示すように、複数のタッチ検出電極TDLは、行方向(X方向)及び列方向(Y方向)にそれぞれ並んで配置されており、複数の行と、複数の列とを構成している。図22は、複数のタッチ検出電極TDLが、8行8列を構成するように配置されている場合を例示している。
複数の配線51の各々は、行方向(X方向)に並ぶ複数のタッチ検出電極TDLにそれぞれ接続されている。例えば、1本の配線51は、列方向(Y方向)に延設された4本の配線51aから51dを含む。具体的には、図22中の最左行の各タッチ検出電極TDLでは、接続回路18側から見て、1番目と2番目のタッチ検出電極TDLは配線51aにそれぞれ接続され、3番目と4番目のタッチ検出電極TDLは配線51bにそれぞれ接続され、5番目と6番目のタッチ検出電極TDLは配線51cにそれぞれ接続され、7番目と8番目のタッチ検出電極TDLは配線51dに接続されている。図22中の最左行より右の各タッチ検出電極TDLでも、配線51aから51dは図22中の最左行の各タッチ検出電極TDLと同様に接続されている。
図22に示すように、複数の配線51は接続回路18にそれぞれ接続されている。接続回路18は、例えば、入出力可能なチャネル数が16以上であるマルチプレクサを含む。接続回路18は、複数の検出用データ線SLを介して検出部40に接続されている。接続回路18は、対向基板31の額縁領域10b(図14参照)に形成されている。または、接続回路18は、検出用IC49(図13参照)に内蔵されていてもよい。
接続回路18は、制御部11から送信される制御信号に基づいて、タッチ検出電極TDLと配線51との接続を切り替える。これにより、接続回路18は、図23に示すように、複数のタッチ検出電極TDLを列方向(Y方向)に接続してタッチ検出電極ブロックTDLAを構成したり、図24に示すように、複数のタッチ検出電極TDLを行方向(X方向)及び列方向(Y方向)に接続してタッチ検出電極ブロックTDLBを構成したりすることができる。なお、図24では複数のタッチ検出電極TDLを行方向及び列方向の両方で接続してタッチ検出電極ブロックTDLBを構成したが、これに限定されない。例えば、複数のタッチ検出電極TDLを列方向に接続してタッチ検出電極ブロックTDLBを構成してもよい。タッチ検出電極ブロックTDLAを構成する際は、行方向に複数のタッチ検出電極TDLを接続し、タッチ検出電極ブロックTDLBを構成する際は、列方向に複数のタッチ検出電極TDLを接続してもよい。
図25は、実施形態1に係る接続回路の構成例を示す図である。図25に示すように、接続回路18は、複数のスイッチング素子SW11からSW18、SW21からSW24を備える。スイッチング素子SW11からSW18、SW21からSW24は、複数の配線51にそれぞれ接続されており、複数の配線51のうちの一方の配線と他方の配線との間を接続し、又は遮断する。タッチ検出電極TDL間の接続は、スイッチング素子SW11からSW18、SW21からSW24により、接続又は非接続のいずれかに切り替え可能になっている。
スイッチング素子SW11からSW18がオンで、スイッチング素子SW21からSW24がオフのとき、複数のタッチ検出電極TDLは行方向(X方向)で互いに接続されて、タッチ検出電極ブロックTDLA(図23参照)が構成される。例えば、隣り合う8個のタッチ検出電極TDLが行方向(X方向)に接続されて、1本のタッチ検出電極ブロックTDLAが構成される。
図23は、本実施形態の一例として、行方向(X方向)及び列方向(Y方向)にそれぞれ等間隔で並ぶ64個のタッチ検出電極TDLから、8本のタッチ検出電極ブロックTDLA(A1からA8)が構成される場合を示している。8本のタッチ検出電極ブロックTDLAは、行方向(X方向)に等間隔で並んでいる。8本のタッチ検出電極ブロックTDLAは、スイッチング素子SW11からSW18を介して、検出用データ線SL1からSL8にそれぞれ接続される。
一方、スイッチング素子SW11からSW18がオフで、スイッチング素子SW21からSW24がオンのとき、複数のタッチ検出電極TDLは行方向(X方向)及び列方向(Y方向)で互いに接続されて、タッチ検出電極ブロックTDLB(図24参照)が構成される。例えば、行方向(X方向)及び列方向(Y方向)で隣り合うタッチ検出電極TDLが互いに接続されて、4個のタッチ検出電極TDLから1個のタッチ検出電極ブロックTDLBが構成される。
図24は、本実施形態の一例として、64個のタッチ検出電極TDLから、16個のタッチ検出電極ブロックTDLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)が構成される場合を示している。タッチ検出電極ブロックTDLBの平面視による形状は、略正方形である。16個のタッチ検出電極ブロックTDLBは、行方向(X方向)及び列方向(Y方向)にそれぞれ等間隔で並んでいる。16個のタッチ検出電極ブロックTDLBは、スイッチング素子SW21からSW24を介して、検出用データ線SL1からSL16にそれぞれ接続される。
本実施形態では、図23に示す各タッチ検出電極ブロックTDLA(A1からA8)を検出電極(図3に示す検出電極E2)として、相互静電容量方式の基本原理を用いたタッチ検出を行う。また、本実施形態では、図24に示す各タッチ検出電極ブロックTDLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を検出電極(図8から図10に示す検出電極E1)として、自己静電容量方式の基本原理を用いたホバー検出を行う。
なお、図23から図25に示す例では、自己静電容量方式の基本原理を用いたホバー検出及び相互静電容量方式の基本原理を用いた補正値検出を行う際に、4個のタッチ検出電極TDLから略正方形の1個のタッチ検出電極ブロックTDLBが構成される例を示したが、タッチ検出電極ブロックTDLBを構成するタッチ検出電極TDLの数や平面視による形状はこれに限るものではなく、例えば、9個のタッチ検出電極TDLから略正方形の1個のタッチ検出電極ブロックTDLBが構成される態様であっても良いし、タッチ検出電極ブロックTDLBの平面視による形状が略矩形であっても良い。タッチ検出電極ブロックTDLBを構成するタッチ検出電極TDLの数や平面視による形状によって本発明が限定されるものではない。
図26は、実施形態1に係る表示装置の基本的な動作の第1例を示すタイミング波形図である。図27は、実施形態1に係る表示装置の基本的な動作の第2例を示すタイミング波形図である。図26及び図27に示す例では、図24に示す各タッチ検出電極ブロックTDLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を検出電極(図5に示す検出電極E2)として、相互静電容量方式の基本原理を用いた補正値検出を行う。
図26及び図27に示すように、本実施形態では、基本的に、1フレーム期間内において、相互容量方式によるタッチ検出動作を行うタッチ検出期間PTと、自己静電容量方式によるホバー検出動作を行うホバー検出期間PHと、ホバー検出の際に検出値を補正するための補正値を検出する補正値検出動作を行う補正値検出期間PCとを含む。タッチ検出期間PT、ホバー検出期間PH、補正値検出期間PCでは、それぞれ、表示動作期間Pdと検出動作期間Ptとが交互に配置されている。
各表示動作期間Pdにおいては、駆動電極ドライバ14から駆動電極COMLに対して表示用の共通電極電位である表示用の駆動信号Vcomdcが供給される。これにより、駆動電極COMLの電位は、表示用の駆動信号Vcomdcに固定される。この状態で、ゲートドライバ12からゲート線GCL1、GCL2、GCL3、…に制御信号が順次出力され、ソースドライバ13からデータ線SGL1、SGL2、SGL3、…に画素信号Vpixが順次出力される。このようにして、表示動作期間Pdに選択される複数行の画素Pix(図15参照)に画素信号Vpixが順次供給され、表示データの書き込みが行われる。
タッチ検出期間PTの各検出動作期間Ptにおいては、接続回路18(図25参照)のスイッチング素子SW11からSW18がオンに制御され、スイッチング素子SW21からSW24がオフに制御される。これにより、図23に示したように、複数のタッチ検出電極TDLは、複数のタッチ検出電極ブロックTDLA(A1からA8)を構成する。この状態で、駆動電極ドライバ14から各検出動作期間Ptに選択される駆動電極COMLにタッチ検出用の駆動信号Vcomが供給される。また、図26に示すように、ゲートドライバ12からゲート線GCLに対して、タッチ検出用の駆動信号Vcomと同じ波形で、且つ駆動信号Vcomに同期したガード信号Vgdが供給される。また、図26に示すように、ソースドライバ13からソース線SGLに対して、タッチ検出用の駆動信号Vcomと同じ波形で、且つ駆動信号Vcomに同期したガード信号Vgdが供給される。これにより、各タッチ検出電極ブロックTDLAから検出信号Vdet1が順次出力される。なお、図26に示す第1例では、タッチ検出期間PTの各検出動作期間Ptにおいて、ゲート線GCL及びソース線SGLに対してガード信号Vgdが供給される例を示したが、図27に示すように、ゲート線GCL及びソース線SGLをハイインピーダンス(Hi−Z)とする態様であっても良い。
検出部40は、各タッチ検出電極ブロックTDLAからそれぞれ出力される検出信号Vdet1を、検出用データ線SL1からSL8を介して取得する。そして、検出部40は、取得した検出信号Vdet1に基づく演算処理を行い、演算処理の結果から、被検出体が接触状態であるか、非接触状態又は被存在状態であるかを判定する。
ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおいては、接続回路18(図25参照)のスイッチング素子SW11からSW18がオフに制御され、スイッチング素子SW21からSW24がオンに制御される。これにより、図24に示したように、複数のタッチ検出電極TDLは、複数のタッチ検出電極ブロックTDLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を構成する。この状態で、検出部40のタッチ検出電極ドライバ41から接続回路18の検出用データ線SL1からSL16を介して、ホバー検出用の駆動信号Vtdが各タッチ検出電極ブロックTDLBに供給される。例えば、タッチ検出電極ドライバ41は、検出用データ線SL1からSL16に、ホバー検出用の駆動信号Vtdを同じ波形で且つ同期して供給する。また、駆動電極ドライバ14から駆動電極COMLに対して、ホバー検出用の駆動信号Vtdと同じ波形で、且つ駆動信号Vtdに同期したガード信号Vgdが供給される。また、図26に示すように、ゲートドライバ12からゲート線GCLに対して、ホバー検出用の駆動信号Vtdと同じ波形で、且つ駆動信号Vtdに同期したガード信号Vgdが供給される。また、図26に示すように、ソースドライバ13からソース線SGLに対して、ホバー検出用の駆動信号Vtdと同じ波形で、且つ駆動信号Vtdに同期したガード信号Vgdが供給される。これにより、各タッチ検出電極ブロックTDLBから検出信号Vdet2が同時に出力される。なお、図26に示す第1例では、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおいて、ゲート線GCL及びソース線SGLに対してガード信号Vgdが供給される例を示したが、図27に示すように、ゲート線GCL及びソース線SGLをハイインピーダンス(Hi−Z)とする態様であっても良い。
なお、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおけるホバー検出用の駆動信号Vtdは、タッチ検出期間PTの各検出動作期間Ptにおけるタッチ検出用の駆動信号Vcomと同じ波形で、且つ駆動信号Vcomに同期した信号であっても良い。この場合には、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおけるガード信号Vgdと、タッチ検出期間PTの各検出動作期間Ptにおけるガード信号Vgdとは、実質的に同一の信号となる。
検出部40は、各タッチ検出電極ブロックTDLBからそれぞれ出力される検出信号Vdet2を、検出用データ線SL1からSL16を介してそれぞれ取得する。そして、検出部40は、取得した検出信号Vdet2に基づく演算処理を行い、演算処理の結果から、被検出体が非接触状態であるか非存在状態であるかを判定する。
補正値検出期間PCの各検出動作期間Ptにおいては、接続回路18(図25参照)のスイッチング素子SW11からSW18がオフに制御され、スイッチング素子SW21からSW24がオンに制御される。これにより、図24に示したように、複数のタッチ検出電極TDLは、複数のタッチ検出電極ブロックTDLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を構成する。この状態で、駆動電極ドライバ14から駆動電極COMLに対してガード信号Vgdが供給される。また、図26に示すように、ゲートドライバ12からゲート線GCLに対して、ガード信号Vgdが供給され、ソースドライバ13からソース線SGLに対して、ガード信号Vgdが供給される。これにより、各タッチ検出電極ブロックTDLBから検出信号Vdet3が同時に出力される。
なお、補正値検出期間PCの各検出動作期間Ptにおけるガード信号Vgdは、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおけるガード信号Vgdと実質的に同一の信号である。
検出部40は、各タッチ検出電極ブロックTDLBからそれぞれ出力される検出信号Vdet3を、検出用データ線SL1からSL16を介してそれぞれ取得する。そして、検出部40は、取得した検出信号Vdet3に基づく演算処理を行い、ホバー検出の際に検出値を補正するための補正値を求める。
図28は、実施形態1に係る表示装置の基本的な動作の第3例を示すタイミング波形図である。図29は、実施形態1に係る表示装置の基本的な動作の第4例を示すタイミング波形図である。図28及び図29に示す例では、図24に示す各タッチ検出電極ブロックTDLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を検出電極(図8から図10に示す検出電極E1)として、自己静電容量方式の基本原理を用いた補正値検出を行う。
図28及び図29に示す例において、補正値検出期間PCの各検出動作期間Ptでは、接続回路18(図25参照)のスイッチング素子SW11からSW18がオフに制御され、スイッチング素子SW21からSW24がオンに制御される。これにより、図24に示したように、複数のタッチ検出電極TDLは、複数のタッチ検出電極ブロックTDLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を構成する。この状態で、検出部40のタッチ検出電極ドライバ41から接続回路18の検出用データ線SL1からSL16を介して、補正値検出用の駆動信号Vtdが各タッチ検出電極ブロックTDLBに供給される。例えば、タッチ検出電極ドライバ41は、検出用データ線SL1からSL16に、補正値検出用の駆動信号Vtdを同じ波形で且つ同期して供給する。これにより、各タッチ検出電極ブロックTDLBから検出信号Vdet3が同時に出力される。また、図28及び図29に示す例において、駆動電極COMLと、ソース線SGL及びゲート線GCLとは、少なくとも一方が固定電位(GND)とされる。固定電位(GND)とされていない他方は、ハイインピーダンス(Hi−Z)とされる。
なお、図28及び図29に示す例において、補正値検出期間PCの各検出動作期間Ptにおけるガード信号Vgdは、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおけるガード信号Vgdと実質的に同一の信号である。
検出部40は、各タッチ検出電極ブロックTDLBからそれぞれ出力される検出信号Vdet3を、検出用データ線SL1からSL16を介してそれぞれ取得する。そして、検出部40は、取得した検出信号Vdet3に基づく演算処理を行い、ホバー検出の際に検出値を補正するための補正値を求める。
ここで、タッチ検出動作において被検出体が接触状態であることを検出した場合には、ホバー検出において被検出体が非接触状態であるか非存在状態であるかを判定する必要がない。このため、本実施形態では、タッチ検出期間PTの全期間又はタッチ検出期間PT内の所定期間(図26から図29に示す例では、タッチ検出期間PTの全期間)を、ホバー検出において被検出体が非接触状態であるか非存在状態であるかを判定する必要があるか否かを判定するホバー検出要否判定期間PJとしている。
図30は、実施形態1に係る表示装置のホバー検出要否判定期間において、被検出体が接触状態であることを検出した場合の図26に示す第1例及び図28に示す第3例における動作例を示すタイミング波形図である。図31は、実施形態1に係る表示装置のホバー検出要否判定期間において、被検出体が接触状態であることを検出した場合の図27に示す第2例及び図29に示す第4例における動作例を示すタイミング波形図である。図30及び図31に示すように、ホバー検出要否判定期間PJにおいて被検出体が接触状態であることを検出した場合には、ホバー検出期間PH及び補正値検出期間PCを設けず、1フレーム期間の全期間をタッチ検出期間PTとする。
一方、ホバー検出要否判定期間PJにおいて被検出体が接触状態であることを検出しなかった場合には、図26から図29に示すように、ホバー検出期間PH及び補正値検出期間PCを設ける。
ここで、本実施形態に係るホバー検出の概念について説明する。図32は、ホバー検出を行う際の検出回路の等価回路を示す図である。図33は、ホバー検出を行う際のタッチセンサと被検出体との位置関係を示す図である。
図32及び図33において、E1はホバー検出及び補正値検出の際の検出電極を示し、Eは検出電極E1に対向又は近接する周辺導体を示し、Fは指等の被検出体を示し、Cpは検出電極E1と周辺導体Eとの間の容量値を示し、Cfは検出電極E1と被検出体Fとの間の容量値を示し、OPは電圧検出器DETに含まれるオペアンプを示し、CopはオペアンプOPの入出力端間に設けられた容量値を示している。
図32に示すように、検出部40(検出信号増幅部42)は、図4、図6、及び図10に示す電圧検出器DETを含んでいる。なお、検出部40(検出信号増幅部42)は、タッチセンサ30に設けられた複数の検出電極E1に対応する複数の電圧検出器DETを有している。
本実施形態において、検出電極E1はタッチ検出電極ブロックTDLBであり、周辺導体Eとしては、駆動電極COMLが例示される。図33に示すように、ホバー検出を行う際の検出電極E1と被検出体Fとの間の距離は、検出電極E1と周辺導体Eとの間の距離に比べて極めて大きい。このため、ホバー検出を行う際の検出電極E1と被検出体Fとの間の容量値Cfは、検出電極E1と周辺導体Eとの間の容量値Cpに対して極めて小さい値となる(Cf<<Cp)。従って、非接触状態における電圧検出器DETの出力(Vdet2’)と、非存在状態における電圧検出器DETの出力(Vdet2’)との差が相対的に小さくなり、非接触状態の検出が困難となる。
このため、本実施形態において、ホバー検出の際には、第1駆動回路(タッチ検出電極ドライバ41に対応)から、第1駆動信号(駆動信号Vtdに対応)を検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLBに対応)に供給し、第2駆動回路(駆動電極ドライバ14に対応)から、第1駆動信号と同じ波形で、且つ第1駆動信号に同期した第2駆動信号(ガード信号Vgdに対応)を周辺電極E(駆動電極COMLに対応)に供給する。このとき、電圧検出器DETの出力(Vdet2’)は、検出電極E1に供給される第1駆動信号及び周辺電極Eに供給される第2駆動信号の波高値をVoとしたとき、以下の(1)式で表される。
Vdet2’=Cf×Vo/Cop・・・(1)
これにより、非存在状態における電圧検出器DETの出力(Vdet2’)が略0となり、非接触状態の検出が容易となる。
一方、電圧検出器DETを構成するオペアンプOPは、温度によって出力特性が変化する温度特性を有している。すなわち、電圧検出器DETの出力(Vdet2’)は、温度に応じて変動する。
ホバー検出においては、上述したように、検出電極E1と被検出体Fとの間の容量値Cfが小さいため、オペアンプOPの温度特性の影響を受け易い。このため、非接触状態の検出精度が低下し、高精度なホバー検出ができない可能性がある。
従って、本実施形態では、非接触状態の検出精度(すなわち、ホバー検出精度)を高めるために、ホバー検出における検出値を補正する。
また、図33に示すように、被検出体Fから近い位置にある検出電極E1と被検出体Fとの間の容量値Cf1は、被検出体Fから遠い位置にある検出電極E1と被検出体Fとの間の容量値Cf2よりも大きくなる。電圧検出器DETは、検出電極E1毎に設けられており、検出電極E1と被検出体Fとの間の容量値Cfの大きさによってオペアンプOPに流れる電流値が変化する。すなわち、被検出体Fから近い位置にある検出電極E1に対応する電圧検出器DETを構成するオペアンプOPと、被検出体Fから遠い位置にある検出電極E1に対応する電圧検出器DETを構成するオペアンプOPとでは温度が異なる可能性がある。このため、電圧検出器DET毎に、ホバー検出における検出値を補正する必要がある。
図34は、信号処理部の内部ブロック構成の一例を示す図である。図34に示すように、検出部40の信号処理部44は、内部ブロックとして、検出値算出処理部441と、補正処理部442と、判定処理部443と、記憶部444とを備える。
検出値算出処理部441は、検出信号増幅部42の電圧検出器DETから出力され、A/D変換部43においてデジタル信号に変換された検出信号Vdet1’,Vdet2’,Vdet3’が入力される。検出値算出処理部441は、検出信号Vdet1’,Vdet2’,Vdet3’に対し、例えば所定期間内における平均値処理や最大値処理等の所定の検出値算出処理を行い、検出値Det1,Det2,Det3を補正処理部442に出力する。
補正値検出において、補正処理部442は、ホバー検出における検出値Det2に対して乗じる温度補正係数kを求める。以下、温度補正係数kの導出手法について説明する。
図35は、補正値検出において温度補正係数の導出を行う際の検出回路の等価回路を示す図である。
本実施形態において、補正値検出における温度補正係数kの導出は、被検出体Fの非接触状態又は非存在状態において行う。
補正値検出の際には、第2駆動回路(駆動電極ドライバ14に対応)から、上述した第2駆動信号(ガード信号Vgdに対応)を周辺電極E(駆動電極COMLに対応)に供給する。このとき、電圧検出器DETの出力(Vdet3’)は、周辺電極Eに供給される第2駆動信号の波高値をVoとしたとき、以下の(2)式で表される。
Vdet3’=(Cp+Cf)×Vo/Cop・・・(2)
上述したように、検出電極E1と周辺導体Eとの間の容量値Cpは、ホバー検出を行う際の検出電極E1と被検出体Fとの間の容量値Cfに対して極めて大きい値となる(Cp>>Cf)。従って、被検出体Fの非接触状態又は非存在状態では、以下の(3)式に示すように、検出電極E1と被検出体Fとの間の容量値Cfを略0と見做すことができる。
Vdet3’≒Cp×Vo/Cop・・・(3)
また、検出電極E1と周辺導体Eとの間の容量値Cpは、表示パネル10の構造によって決まる値であるため、温度特性による変化量は略0と見做すことができる。従って、電圧検出器DETの出力(Vdet3’)の変動は、電圧検出器DETを構成するオペアンプOPの温度特性によるものと見做すことができる。
温度T1における電圧検出器DETの出力(Vdet3’)をVT1、温度T2における電圧検出器DETの出力(Vdet3’)をVT2としたとき、温度T1における検出値Det3T1と温度T2における検出値Det3T2とは、以下の(4)式に示す比例関係にある。
VT2/VT1=Det3T2/Det3T1・・・(4)
本実施形態では、検出電極E1毎に設けられる電圧検出器DETのオペアンプOP毎の基準温度(例えば、室温25℃環境下)における基準検出値をDrefとし、以下の(5)式を用いて温度補正係数kを導出する。
k=Dref/Det3・・・(5)
上記(5)式に示されるように、温度補正係数kは、環境温度に応じた検出値Det3によって変動する変動値である。本実施形態における補正値検出は、検出値Det3を用いて温度補正係数kを導出することを示す。記憶部444には、検出電極E1毎に設けられる電圧検出器DETのオペアンプOP毎の基準温度(例えば、室温25℃環境下)における基準検出値Drefが格納されている。検出電極E1と、電圧検出器DETのオペアンプOPとは、互いに1対1で対応する。従って、以下の説明では、検出電極E1毎に設けられる電圧検出器DETのオペアンプOP毎の基準検出値Drefを、検出電極E1毎の基準検出値Drefとも称する。図36は、検出電極毎の基準検出値を含む基準検出値情報の一例を示す図である。図36に示す例では、検出電極E11,E12,E13,・・・,E1n(nは、自然数)毎の基準検出値Dref1,Dref2,Dref3,・・・Drefnが格納されている例を示している。
本実施形態において、基準検出値Drefは、予め表示装置1の出荷時において被検出体の非存在状態で検出された値が設定されているものとする。
タッチ検出において、補正処理部442は、入力された検出値Det1を判定処理部443に出力する。
補正値検出において、補正処理部442は、記憶部444に格納された基準検出値情報(図36)から、検出電極E1毎の基準検出値Drefを読み出し、上記(5)式を用いて温度補正係数kを求め、求めた検出電極E1毎の温度補正係数kを、図37に示す温度補正係数情報として記憶部444に格納する。図37は、検出電極毎の温度補正係数を含む温度補正係数情報の一例を示す図である。図37に示す例では、検出電極E11,E12,E13,・・・,E1n(nは、自然数)毎の温度補正係数k1,k2,k3,・・・knが格納されている例を示している。なお、温度補正係数k1,k2,k3,・・・knは、検出電極E1毎に設けられる電圧検出器DETのオペアンプOP毎の基準温度(例えば、室温25℃環境下)における初期値「1」が、予め表示装置1の出荷時において記憶部444に記憶されている。この場合、後述する検出処理手順において、補正値検出期間PCで検出される温度補正係数k1,k2,k3,・・・knの検出値が格納されるまでの間、ホバー検出期間PHで適用される温度補正係数k1,k2,k3,・・・knとして、上述した初期値「1」を適用する。
ホバー検出において、補正処理部442は、記憶部444に格納された温度補正係数情報(図37)から、検出電極E1毎の温度補正係数kを読み出し、以下の(6)式を用いて検出値Det2を補正した補正後検出値Dcorを判定処理部443に出力する。
Dcor=k×Det2・・・(6)
タッチ検出において、判定処理部443は、入力された検出値Det1に基づき、被検出体が接触状態であるか、非接触状態又は非存在状態であるかを判定する。具体的には、例えば、1フレーム期間毎に検出される各検出値Det1を所定の第1閾値Dth1と比較し、各検出値Det1の1つ以上が第1閾値Dth1以上であれば(Det1≧Dth1)、被検出体が接触状態であると判定し、制御部11に出力する。また、検出値Det1が第1閾値Dth1以上となった位置の情報を、後段の座標抽出部45に出力する。また、例えば、1フレーム期間毎の各検出値Det1を記憶部444に記憶し、所定フレーム毎に、記憶部444に記憶された各検出値Det1を第1閾値Dth1と比較する態様であっても良い。なお、本実施形態において、基準検出値Drefは、上述したように、予め表示装置1の出荷時において被検出体の非存在状態で検出された値が設定されている。この基準検出値Drefの設定手法としては、例えば、基準温度環境下において、検出値Det1が第1閾値未満(Det1<Dth1)であるときの検出値Det3を基準検出値Drefとすれば良い。
ホバー検出において、判定処理部443は、検出電極E1毎の補正後検出値Dcorに基づき、被検出体が非接触状態であるか非存在状態であるかを判定する。具体的には、例えば、検出電極E1毎の補正後検出値Dcorを所定の第2閾値Dth2と比較し、検出電極E1毎の補正後検出値Dcorの1つ以上が第2閾値Dth2以上であれば(Dcor≧Dth2)、被検出体が非接触状態であると判定し、補正後検出値Dcorが第2閾値Dth2以上となった検出電極E1の位置の情報を、後段の座標抽出部45に出力する。また、例えば、1フレーム期間毎の各補正後検出値Dcorを記憶部444に記憶し、所定フレーム毎に、記憶部444に記憶された各補正後検出値Dcorを第2閾値Dth2と比較する態様であっても良い。
図38は、ホバー検出の際の検出値と補正後検出値とを示す図である。図38において、縦軸はホバー検出における補正処理部442の入出力値を示し、横軸は時間を示している。図38に示す破線はホバー検出における補正処理部442の入力値である検出値Det2を示し、実線はホバー検出における補正処理部442の出力値である補正後検出値Dcorを示している。なお、図38に示す例では、非接触状態において検出電極E1と被検出体Fとの間の距離が一定であるものとする。
図38に示すように、非接触状態において電圧検出器DETを構成するオペアンプOPに流れる電荷量が増加するため、時間の経過と共にオペアンプOPの温度が上昇し、これに伴いホバー検出における補正処理部442の入力値である検出値Det2も上昇する。また、非存在状態となった後は、時間の経過と共にオペアンプOPの温度が低下し、これに伴いホバー検出における補正処理部442の入力値である検出値Det2も低下する。
一方、ホバー検出における補正処理部442の出力値である補正後検出値Dcorは、補正処理部442によって温度補正されることで、非存在状態及び非接触状態においてそれぞれ一定の値となる。
このように、ホバー検出の際の検出値を補正することで、ホバー検出精度を高めることが可能となる。
次に、実施形態1に係る検出処理手順について説明する。図39は、実施形態1に係る検出処理手順の一例を示すフローチャートである。図39に示すフローチャートでは、タッチ検出、ホバー検出、及び補正値検出をそれぞれ1回以上行う例を示している。また、記憶部444には、タッチ検出における検出回数nPT(nPTは、自然数)と、ホバー検出における検出回数nPH(nPHは、自然数)と、補正値検出における検出回数nPC(nPCは、自然数)とが記憶されるものとする。なお、タッチ検出における検出回数nPTは、例えば、タッチ検出期間PTにおける検出動作期間Ptの回数であっても良いし、1フレーム期間の繰り返し回数であっても良い。また、ホバー検出における検出回数nPHは、例えば、ホバー検出期間PHにおける検出動作期間Ptの回数であっても良いし、1フレーム期間の繰り返し回数であっても良い。また、補正値検出における検出回数nPCは、例えば、補正値検出期間PCにおける検出動作期間Ptの回数であっても良いし、1フレーム期間の繰り返し回数であっても良い。
まず、制御部11は、タッチ検出期間PTにおいてタッチ検出動作を行うように制御する。検出部40は、タッチ検出における検出回数nPTをリセットし(ステップS101)、タッチ検出期間PTにおいて判定処理部443に入力された検出値Det1を記憶部444に記憶し(ステップS102)、タッチ検出における検出回数nPTを加算し(ステップS103)、タッチ検出における検出回数nPTが所定回数mPTとなったか否かを判定する(ステップS104)。
タッチ検出における検出回数nPTが所定回数mPTに満たない場合(ステップS104;No)、タッチ検出における検出回数nPTが所定回数mPTとなるまで(ステップS104;Yes)、ステップS102からステップS104までの処理を繰り返す。
タッチ検出における検出回数nPTが所定回数mPTとなると(ステップS104;Yes)、検出部40の判定処理部443は、記憶部444に記憶された検出値Det1に基づき、被検出体が接触状態であるか否かを判定する(ステップS105)。
検出部40の判定処理部443は、被検出体が接触状態であると判定した場合(ステップS105;Yes)、当該タッチ判定結果を出力する(ステップS106)。具体的に、検出部40の判定処理部443は、例えば、1フレーム期間毎に検出される各検出値Det1を所定の第1閾値Dth1と比較し、各検出値Det1の1つ以上が第1閾値Dth1以上であれば(Det1≧Dth1)、被検出体が接触状態であると判定し、制御部11に出力する。また、検出値Det1が第1閾値Dth1以上となった位置の情報を、後段の座標抽出部45に出力する。そして、制御部11は、1フレーム期間の全期間をタッチ検出期間PTとしてタッチ検出動作を行うように制御し、ステップS101の処理に戻る。
一方、被検出体が接触状態でない、すなわち、被検出体が非接触状態又は非存在状態であると検出部40の判定処理部443が判定した場合(ステップS105;No)、制御部11は、1フレーム期間内にホバー検出期間PH及び補正値検出期間PCを設け、ホバー検出期間PHにおいてホバー検出動作を行い、補正値検出期間PCにおいて補正値検出動作を行うように制御する。
検出部40は、ホバー検出における検出回数nPHをリセットする(ステップS107)。そして、検出部40の補正処理部442は、記憶部444に記憶された温度補正係数情報(図37)から、検出電極E1毎の温度補正係数kを読み出し(ステップS108)、上記(6)式を用いて、補正後検出値Dcorを算出する(ステップS109)。具体的に、検出部40の補正処理部442は、入力された検出電極E1毎の検出値Det2に対し、検出電極E1毎の温度補正係数kを乗じて、検出電極E1毎の検出値Det2を補正した補正後検出値Dcorを求める。
そして、検出部40の判定処理部443は、補正処理部442によって算出された補正後検出値Dcorを記憶部444に記憶し(ステップS110)、ホバー検出における検出回数nPHを加算し(ステップS111)、ホバー検出における検出回数nPHが所定回数mPHとなったか否かを判定する(ステップS112)。
ホバー検出における検出回数nPHが所定回数mPHに満たない場合(ステップS112;No)、ホバー検出における検出回数nPHが所定回数mPHとなるまで(ステップS112;Yes)、ステップS108からステップS112までの処理を繰り返す。
ホバー検出における検出回数nPHが所定回数mPHとなると(ステップS112;Yes)、検出部40の判定処理部443は、記憶部444に記憶された補正後検出値Dcorに基づき、被検出体が非接触状態であるか否かを判定する(ステップS113)。
検出部40の判定処理部443は、被検出体が非接触状態であると判定した場合(ステップS113;Yes)、当該ホバー判定結果を後段の座標抽出部45に出力する(ステップS114)。具体的に、検出部40の判定処理部443は、例えば、1フレーム期間毎に検出される検出電極E1毎の補正後検出値Dcorを所定の第2閾値Dth2と比較し、検出電極E1毎の補正後検出値Dcorの1つ以上が第2閾値Dth2以上であれば(Dcor≧Dth2)、被検出体が非接触状態であると判定し、補正後検出値Dcorが第2閾値Dth2以上となった検出電極E1の位置の情報を、後段の座標抽出部45に出力する。
ステップS114においてホバー判定結果を後段の座標抽出部45に出力した後、又は、被検出体が非接触状態でない、すなわち、被検出体が非存在状態であると検出部40の判定処理部443が判定した場合(ステップS113;No)、検出部40は、補正値出における検出回数nPCをリセットし(ステップS115)、補正値検出期間PCにおいて補正処理部442に入力された検出値Det3を記憶部444に記憶し(ステップS116)、補正値検出における検出回数nPCを加算し(ステップS117)、補正値検出における検出回数nPCが所定回数mPCとなったか否かを判定する(ステップS118)。
補正値検出における検出回数nPCが所定回数mPCに満たない場合(ステップS118;No)、補正値検出における検出回数nPCが所定回数mPCとなるまで(ステップS118;Yes)、ステップS116からステップS118までの処理を繰り返す。
補正値検出における検出回数nPCが所定回数mPCとなると(ステップS118;Yes)、検出部40の補正処理部442は、記憶部444に記憶された基準検出値情報(図36)から、検出電極E1毎の基準検出値Drefを読み出し(ステップS119)、上記(5)式を用いて、検出電極E1毎の温度補正係数kを算出する(ステップS120)。具体的に、検出部40の補正処理部442は、検出電極E1毎の基準検出値Drefを、入力された検出電極E1毎の検出値Det3で除して、検出電極E1毎の温度補正係数kを求める。
そして、補正処理部442は、求めた検出電極E1毎の温度補正係数kを、温度補正係数情報として記憶部444に記憶し(ステップS121)、ステップS101の処理に戻る。
上述した処理を実行することにより、ホバー検出の際に、検出電極E1毎に設けられる電圧検出器DETのオペアンプOP毎の温度特性の影響を抑制することができ、ホバー検出精度を高めることができる。
図40は、実施形態1の変形例に係る表示装置の基本的な動作の第1例を示すタイミング波形図である。図41は、実施形態1の変形例に係る表示装置の基本的な動作の第2例を示すタイミング波形図である。図40及び図41に示す例では、図24に示す各タッチ検出電極ブロックTDLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を検出電極(図5に示す検出電極E2)として、相互静電容量方式の基本原理を用いた補正値検出を行う。図42は、実施形態1の変形例に係る表示装置の基本的な動作の第3例を示すタイミング波形図である。図43は、実施形態1の変形例に係る表示装置の基本的な動作の第4例を示すタイミング波形図である。図42及び図43に示す例では、図24に示す各タッチ検出電極ブロックTDLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を検出電極(図8から図10に示す検出電極E1)として、自己静電容量方式の基本原理を用いた補正値検出を行う。
図44は、実施形態1の変形例に係る検出処理手順の一例を示すフローチャートである。
上述した例(図26から図29、及び図39)では、1フレーム期間における各検出期間を、タッチ検出期間PT、ホバー検出期間PH、補正値検出期間PCの順に設けたが、ここでは、図40から図43に示すように、1フレーム期間における各検出期間を、タッチ検出期間PT、補正値検出期間PC、ホバー検出期間PHの順に設けた例について説明する。
図44に示す例では、検出部40の判定処理部443が、ステップS105において、被検出体が接触状態でない、すなわち、被検出体が非接触状態又は非存在状態であると判定した場合(ステップS105;No)、検出部40は、補正値検出における検出回数nPCをリセットし(ステップS115)、以降のステップS121までの処理を行う。また、検出部40の補正処理部442が、ステップS121において、検出電極E1毎の温度補正係数kを、温度補正係数情報として記憶部444に記憶した後、検出部40は、ホバー検出における検出回数nPHをリセットし(ステップS107)、以降のステップS114までの処理を行う。そして、検出部40の判定処理部443が、ステップS113において、被検出体が非接触状態でない、すなわち、被検出体が非存在状態であると判定するか(ステップS113;No)、又は、ステップS114において、ホバー判定結果を後段の座標抽出部45に出力した後、ステップS101の処理に戻る。
これにより、ホバー検出を行う直前の補正値検出において算出された温度補正係数kを用いて、ホバー検出を行うことができるので、ホバー検出精度をより高めることができる。
以上説明したように、実施形態1に係る表示装置1は、複数の検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)と、検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)と対向又は近接して配置された複数の周辺導体E(駆動電極COML)と、第1駆動信号(駆動信号Vtd)を検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)に供給する第1駆動回路(タッチ検出電極ドライバ41)と、第1駆動信号(駆動信号Vtd)と同じ波形で、且つ第1駆動信号(駆動信号Vtd)に同期した第2駆動信号(駆動信号Vcom又はガード信号Vgd)を周辺導体E(駆動電極COML)に供給する第2駆動回路(駆動電極ドライバ14)と、第2駆動信号(駆動信号Vcom)が周辺導体E(駆動電極COML)に供給されて検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLA)から出力される第1検出信号Vdet1、第1駆動信号(駆動信号Vtd)が検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)に供給され、且つ第2駆動信号(ガード信号Vgd)が周辺導体E(駆動電極COML)に供給されて検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)から出力される第2検出信号Vdet2、及び、第2駆動信号(ガード信号Vgd)が周辺導体E(駆動電極COML)に供給されて検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)から出力される第3検出信号Vdet3を検出する検出部40と、を備える。
または、実施形態1に係る表示装置1は、複数の検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)と、検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)と対向又は近接して配置された複数の周辺導体E(駆動電極COML)と、第1駆動信号(駆動信号Vtd)を検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)に供給する第1駆動回路(タッチ検出電極ドライバ41)と、第1駆動信号(駆動信号Vtd)と同じ波形で、且つ第1駆動信号(駆動信号Vtd)に同期した第2駆動信号(駆動信号Vcom又はガード信号Vgd)を周辺導体E(駆動電極COML)に供給する第2駆動回路(駆動電極ドライバ14)と、第2駆動信号(駆動信号Vcom)が周辺導体E(駆動電極COML)に供給されて検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLA)から出力される第1検出信号Vdet1、第1駆動信号(駆動信号Vtd)が検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)に供給され、且つ第2駆動信号(ガード信号Vgd)が周辺導体E(駆動電極COML)に供給されて検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)から出力される第2検出信号Vdet2、及び、第1駆動信号(駆動信号Vtd)が検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)に供給されて検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)から出力される第3検出信号Vdet3を検出する検出部40と、を備える。
上記構成において、検出部40は、第1検出信号Vdet1の検出値Det1が所定の閾値(第1閾値Dth1)未満である場合に、第2検出信号Vdet2及び第3検出信号Vdet3を検出し、第2検出信号Vdet2の検出値Det2を、第3検出信号Vdet3の検出値Det3によって補正する。
具体的に、検出部40は、第1検出信号Vdet1の検出値Det1が閾値(第1閾値Dth1)未満であるときに所定の基準温度において予め検出された第3検出信号Vdet3の基準検出値Drefを保持し、この基準検出値Drefと第3検出信号Vdet3の検出値Det3との比率(Dref/Det3)である温度補正係数kを、第2検出信号Vdet2の検出値Det2に乗じて、補正後検出値Dcorとする。
これによれば、ホバー検出の際に、検出電極E1(タッチ検出電極ブロックTDLB)毎に設けられる電圧検出器DETのオペアンプOP毎の温度特性の影響を抑制することができ、ホバー検出精度を高めることができる。
本実施形態により、表示装置1は、タッチ検出とホバー検出とで電極を共用しつつ、精度よくタッチ検出を行うとともに、良好にホバー検出を行うことができる。
実施形態1では、タッチ検出電極TDLが「第1電極」に対応し、駆動電極COML(周辺導体E)が「第2電極」に対応している。また、タッチ検出電極ドライバ41が「第1駆動回路」に対応し、駆動電極ドライバ14が「第2駆動回路」に対応している。また、駆動信号Vtdが「第1駆動信号」に対応し、駆動信号Vcom又はガード信号Vgdが「第2駆動信号」に対応している。また、検出信号Vdet1が「第1検出信号」に対応し、検出信号Vdet2が「第2検出信号」に対応し、検出信号Vdet3が「第3検出信号」に対応している。また、基準検出値Drefが「基準検出値」に対応し、第1閾値Dth1が「閾値」に対応する。また、行方向が「第1方向」に対応し、列方向が「第2方向」に対応している。また、タッチ検出電極ブロックTDLAが「第1電極ブロック」に対応し、タッチ検出電極ブロックTDLBが「第2電極ブロック」に対応している。また、画素基板2が「基板」に対応している。また、駆動電極COMLと、タッチ検出電極TDLと、検出部40とを備える装置が「検出装置」に対応している。また、タッチ検出期間PTが「第1期間」に対応し、ホバー検出期間PHが「第2期間」に対応し、補正値検出期間PCが「第3期間」に対応する。また、「表示装置」は、検出装置と、表示領域10aを有する画素基板2と、表示領域10aに画像を表示するための液晶層6と、制御部11と、を備えている。
(実施形態2)
図45は、実施形態2に係る表示装置の構成例を示すブロック図である。図46は、実施形態2に係る表示装置の検出部の構成例を示すブロック図である。なお、実施形態1と同等あるいは同一の構成部については、重複する説明を省略する。
実施形態2に係る表示装置1aにおいて、制御部11aのゲートドライバ12aは、制御部11aから供給される制御信号に基づいて、表示部20のゲート線GCLに走査信号Vscanを供給し、表示パネル10の表示駆動の対象となる1水平ラインを順次選択する機能を有する回路である。また、ゲートドライバ12aは、タッチ検出、ホバー検出、補正値検出の際に、ゲート線GCLを固定電位(GND)又はハイインピーダンスとするか、あるいはガード信号Vgdを供給する機能を有している。
ソースドライバ13aは、表示部20の、データ線SGLを介して、各副画素SPixに画素信号Vpixを供給する回路である。また、ソースドライバ13aは、タッチ検出、ホバー検出、補正値検出の際に、データ線SGLを固定電位(GND)又はハイインピーダンスとするか、あるいはガード信号Vgdを供給する機能を有している。ソースドライバ13aの機能の一部は、表示パネル10に搭載されていてもよい。この場合、制御部11aが画素信号Vpix、ガード信号Vgdを生成し、これら画素信号Vpix、ガード信号Vgdをソースドライバ13aに供給してもよい。
駆動電極ドライバ14aは、表示パネル10の表示部20に表示用の駆動信号Vcomdc又はタッチ検出用の駆動信号Vcomを供給する回路である。また、駆動電極ドライバ14aは、ホバー検出、補正値検出の際に、ホバー検出用又は補正値検出用の駆動信号Vtdを供給する機能を有している。なお、本実施形態において、タッチ検出用の駆動信号Vcomとホバー検出用又は補正値検出用の駆動信号Vtdとは、実質的に同一の信号であっても良い。
接続回路18aは、複数の駆動電極の各々を配線51(後述の図47参照)を介して互いに接続させる。これにより、タッチ検出では、後述する駆動電極ブロックCOMLAが駆動電極として形成され、ホバー検出及び補正値検出では、後述する駆動電極ブロックCOMLBが検出電極として形成される。また、タッチ検出電極TDLから出力される検出信号Vdet1、駆動電極ブロックCOMLBから出力される検出信号Vdet2,Vdet3は、接続回路18aを介して検出部40に供給される。
図46に示すように、検出部40aは、タッチ検出電極ドライバ41aと、検出信号増幅部42と、A/D変換部43と、信号処理部44と、座標抽出部45と、検出タイミング制御部46と、を備える。検出タイミング制御部46は、制御部11aから供給される制御信号に基づいて、タッチ検出電極ドライバ41aと、検出信号増幅部42と、A/D変換部43と、信号処理部44と、座標抽出部45とが同期して動作するように制御する。
タッチ検出電極ドライバ41aは、ホバー検出及び補正値検出の際に、タッチ検出電極TDLを固定電位(GND)又はハイインピーダンスとするか、あるいは自己静電容量方式による補正値検出用のガード信号Vgdを表示パネル10に供給する回路である。
タッチセンサ30aは、実施形態1において説明した相互静電容量方式によるタッチ検出を行う。このとき、タッチセンサ30aは、複数のタッチ検出電極TDLから、検出ブロック毎に検出信号Vdet1を出力する。検出信号Vdet1は、検出部40aの検出信号増幅部42に供給され、例えば検出信号増幅部42に含まれる電圧検出器DETによって積分され、検出信号Vdet1’が出力される。
また、タッチセンサ30aは、実施形態1において説明した自己静電容量方式によるホバー検出を行う。このとき、タッチセンサ30aは、後述する駆動電極ブロックCOMLBから、検出信号Vdet2を出力する。検出信号Vdet2は、検出部40aの検出信号増幅部42に供給され、例えば検出信号増幅部42に含まれる電圧検出器DETによって積分され、検出信号Vdet2’が出力される。なお、本実施形態のホバー検出において、交流矩形波Sg(図11参照)は、検出電極E1(駆動電極ブロックCOMLB)、及び、検出電極E1(駆動電極ブロックCOMLB)に対向又は近接する周辺導体(本実施形態では、ゲート線GCL、ゲート電極64、データ線SGL、画素電極22(図17参照))に対して印加される。
また、タッチセンサ30aは、実施形態1において説明した自己静電容量方式による補正値検出を行う。このとき、タッチセンサ30aは、後述する駆動電極ブロックCOMLBから、検出信号Vdet3を出力する。検出信号Vdet3は、検出部40aの検出信号増幅部42に供給され、例えば検出信号増幅部42に含まれる電圧検出器DETによって積分され、検出信号Vdet3’が出力される。なお、本実施形態の補正値検出において、交流矩形波Sg(図11参照)は、検出電極E1(駆動電極ブロックCOMLB)に対向又は近接する周辺導体(本実施形態では、ゲート線GCL、ゲート電極64、データ線SGL、画素電極22(図17参照))に対して印加される。
次に、表示装置1の構成例を詳細に説明する。図47は、実施形態2に係る表示装置を構成するTFT基板を模式的に示す平面図である。図48は、実施形態2に係る表示装置を構成する対向基板を模式的に示す平面図である。
図47及び図48に示すように、TFT基板21及び対向基板31は、画像を表示させるための表示領域10aと、表示領域10aの周囲に設けられた額縁領域10bとを有する。表示領域10aは、一対の長辺と短辺とを有する矩形状である。額縁領域10bは、表示領域10aの4辺を囲む枠状となっている。
図47に示すように、複数の駆動電極COMLは、TFT基板21の表示領域10aに設けられており、行方向(X方向)及び列方向(Y方向)に並び、行列状に複数配列されている。それぞれの駆動電極COMLは、平面視で矩形状、又は正方形状である。駆動電極COMLは、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性を有する導電性材料で構成されている。1つの駆動電極COMLに対応する位置に、複数の画素電極22が行列状に配置される。画素電極22は、駆動電極COMLよりも小さい面積を有している。なお、図47では一部の駆動電極COML及び画素電極22について示しているが、駆動電極COML及び画素電極22は表示領域10aの全域に亘って配置される。また、本実施形態では、相互静電容量方式によるタッチ検出の際に、行方向に複数配列された駆動電極COMLが接続回路18aにより互いに接続されて、ライン状の駆動電極ブロックCOMLAが構成される。
TFT基板21の額縁領域10bには、表示用IC19が配置されている。表示用IC19は、TFT基板21にCOG(Chip On Glass)実装されたチップである。表示用IC19は、例えば、制御部11a(図45参照)を内蔵している。表示用IC19は、外部のホストIC(図示しない)から供給された映像信号Vdisp(図45参照)に基づいて、後述するゲート線GCL及びデータ線SGL等に制御信号を出力する。
また、TFT基板21の額縁領域10bには、検出用IC49が配置されたフレキシブル基板47が接続されている。検出用IC49は、フレキシブル基板47に実装されたチップである。検出用IC49は、例えば、検出部40a(図45参照)を内蔵し、フレキシブル基板47を介して表示用IC19と接続されている。
配線51は、表示領域10aに配置された駆動電極COMLのそれぞれに接続され、額縁領域10bまで引き出されている。駆動電極COMLの端部は、TFT基板21の額縁領域10bの短辺側に設けられたフレキシブル基板47(図47参照)に接続されている。例えば、検出用IC49(図47参照)に内蔵された検出部40a(図45参照)は、フレキシブル基板47と、TFT基板21と、接続回路18aと、配線51とを介して、複数の駆動電極COMLにそれぞれ接続される。
図47に示すように、表示用IC19は、例えば、額縁領域10bの短辺側に配置されていてもよい。これによれば、額縁領域10bの長辺側に表示用IC19を設ける必要がなく、額縁領域10bの長辺側の幅を小さくすることができる。
図48に示すように、複数のタッチ検出電極TDLは、対向基板31の表示領域10aに設けられている。より具体的には、表示領域10aの短辺に沿った方向(X方向)に延びるタッチ検出電極TDLが、表示領域10aの長辺に沿った方向(Y方向)に並び複数配列されている。それぞれのタッチ検出電極TDLは、平面視で矩形状である。タッチ検出電極TDLは、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)等の透光性を有する導電性材料で構成されている。なお、タッチ検出電極TDLは、ITOに限定されず、例えば、金属材料を用いた金属細線等により構成されていてもよい。なお、図48では一部のタッチ検出電極TDLについて示しているが、タッチ検出電極TDLは表示領域10aの全域に亘って配置される。
図49は、実施形態2に係る表示パネルの駆動電極及びタッチ検出電極の構成例を表す斜視図である。タッチセンサ30aは、画素基板2に設けられた駆動電極COMLと、対向基板3に設けられたタッチ検出電極TDLにより構成されている。複数の駆動電極COMLを含む駆動電極ブロックCOMLAは、図49の左右方向に延在する複数のストライプ状の電極パターンとして機能する。複数のタッチ検出電極TDLは、駆動電極ブロックCOMLAの延在方向と交差する方向に延びる複数の電極パターンを含む。そして、タッチ検出電極TDLは、TFT基板21(図12参照)の表面に対する垂直な方向において、駆動電極ブロックCOMLAと対向している。タッチ検出電極TDLの各電極パターンは、検出部40aの検出信号増幅部42の入力にそれぞれ接続される(図46参照)。駆動電極ブロックCOMLAの各駆動電極COMLとタッチ検出電極TDLの各電極パターンとの交差部分に、それぞれ静電容量が形成される。
タッチ検出電極TDL及び駆動電極ブロックCOMLAは、ストライプ状に複数に分割される形状に限られない。例えば、タッチ検出電極TDLは櫛歯形状等であってもよい。あるいはタッチ検出電極TDLは、複数に分割されていればよく、駆動電極COMLを分割するスリットの形状は直線であっても、曲線であってもよい。
タッチセンサ30aでは、相互静電容量方式のタッチ検出を行う際、駆動電極ドライバ14aが駆動電極ブロックCOMLAごとに時分割的に順次走査するように駆動することにより、駆動電極ブロックCOMLAが順次選択される。そして、タッチ検出電極TDLから検出信号Vdet1が出力されることにより、駆動電極ブロックCOMLAのタッチ検出が行われる。つまり、駆動電極ブロックCOMLAは、上述した相互静電容量方式のタッチ検出の基本原理における駆動電極E1に対応し、タッチ検出電極TDLは検出電極E2に対応する。タッチセンサ30aは、この基本原理に従ってタッチ検出を行う。図49に示すように、互いに交差したタッチ検出電極TDL及び駆動電極ブロックCOMLAは、タッチ検出面を行列状に構成している。タッチセンサ30aでは、行列状に構成されたタッチ検出面が全体に亘って走査されることにより、外部からの導体の接触又は近接が生じた位置の検出が可能である。
図50は、駆動電極と配線との接続の一例を示す図である。図51は、ライン状の駆動電極ブロックの構成例を示す図である。図52は、正方形状の駆動電極ブロックの構成例を示す図である。図50に示すように、複数の駆動電極COMLは、行方向(X方向)及び列方向(Y方向)にそれぞれ並んで配置されており、複数の行と、複数の列とを構成している。図50は、複数の駆動電極COMLが、8行8列を構成するように配置されている場合を例示している。
複数の配線51の各々は、行方向(X方向)に並ぶ複数の駆動電極COMLにそれぞれ接続されている。例えば、1本の配線51は、列方向(Y方向)に延設された4本の配線51aから51dを含む。具体的には、図50中の最上段の各駆動電極COMLでは、接続回路18a側から見て、1番目と2番目の駆動電極COMLは配線51aにそれぞれ接続され、3番目と4番目の駆動電極COMLは配線51bにそれぞれ接続され、5番目と6番目の駆動電極COMLは配線51cにそれぞれ接続され、7番目と8番目の駆動電極COMLは配線51dに接続されている。図50中の最上段より下の各駆動電極COMLでも、配線51aから51dは図50中の最上段の各駆動電極COMLと同様に接続されている。
図50に示すように、複数の配線51は接続回路18aにそれぞれ接続されている。接続回路18aは、例えば、入出力可能なチャネル数が16以上であるマルチプレクサを含む。接続回路18aは、複数の検出用データ線SLを介して検出部40aに接続されている。接続回路18aは、TFT基板21の額縁領域10b(図47参照)に形成されている。または、接続回路18aは、検出用IC49に内蔵されていてもよい。
接続回路18aは、制御部11aから送信される制御信号に基づいて、駆動電極COMLと配線51との接続を切り替える。これにより、接続回路18aは、図51に示すように、複数の駆動電極COMLを行方向(X方向)に接続して駆動電極ブロックCOMLAを構成したり、図52に示すように、複数の駆動電極COMLを行方向(X方向)及び列方向(Y方向)に接続して駆動電極ブロックCOMLBを構成したりすることができる。なお、図52では複数の駆動電極COMLを行方向及び列方向の両方で接続して駆動電極ブロックCOMLBを構成したが、これに限定されない。例えば、複数の駆動電極COMLを列方向に接続して駆動電極ブロックCOMLBを構成してもよい。駆動電極ブロックCOMLAを構成する際は、行方向に複数の駆動電極COMLを接続し、駆動電極ブロックCOMLBを構成する際は、列方向に複数の駆動電極COMLを接続してもよい。
図53は、実施形態2に係る接続回路の構成例を示す図である。図53に示すように、接続回路18aは、複数のスイッチング素子SW11からSW18、SW21からSW24を備える。スイッチング素子SW11からSW18、SW21からSW24は、複数の配線51にそれぞれ接続されており、複数の配線51のうちの一方の配線と他方の配線との間を接続し、又は遮断する。駆動電極COML間の接続は、スイッチング素子SW11からSW18、SW21からSW24により、接続又は非接続のいずれかに切り替え可能になっている。
スイッチング素子SW11からSW18がオンで、スイッチング素子SW21からSW24がオフのとき、複数の駆動電極COMLは行方向(X方向)で互いに接続されて、駆動電極ブロックCOMLA(図51参照)が構成される。例えば、隣り合う8個の駆動電極COMLが行方向(X方向)に接続されて、1本の駆動電極ブロックCOMLAが構成される。
図51は、本実施形態の一例として、行方向(X方向)及び列方向(Y方向)にそれぞれ等間隔で並ぶ64個のタッチ検出電極TDLから、8本の駆動電極ブロックCOMLA(A1からA8)が構成される場合を示している。8本の駆動電極ブロックCOMLAは、列方向(Y方向)に等間隔で並んでいる。8本の駆動電極ブロックCOMLAは、スイッチング素子SW11からSW18を介して、検出用データ線SL1からSL8にそれぞれ接続される。
一方、スイッチング素子SW11からSW18がオフで、スイッチング素子SW21からSW24がオンのとき、複数の駆動電極COMLは行方向(X方向)及び列方向(Y方向)で互いに接続されて、駆動電極ブロックCOMLB(図52参照)が構成される。例えば、行方向(X方向)及び列方向(Y方向)で隣り合う駆動電極COMLが互いに接続されて、4個の駆動電極COMLから1個の駆動電極ブロックCOMLBが構成される。
図52は、本実施形態の一例として、64個の駆動電極COMLから、16個の駆動電極ブロックCOMLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)が構成される場合を示している。駆動電極ブロックCOMLBの平面視による形状は、略正方形である。16個の駆動電極ブロックCOMLBは、行方向(X方向)及び列方向(Y方向)にそれぞれ等間隔で並んでいる。16個の駆動電極ブロックCOMLBは、スイッチング素子SW21からSW24を介して、検出用データ線SL1からSL16にそれぞれ接続される。
本実施形態では、図51に示す各駆動電極ブロックCOMLA(A1からA8)を駆動電極(図3に示す駆動電極E1)として相互静電容量方式のタッチ検出を行い、図52に示す各タッチ検出電極ブロックTDLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を検出電極(図8から図10に示す検出電極E1)として自己静電容量方式のホバー検出及び補正値検出を行う。
なお、図51から図53に示す例では、自己静電容量方式のホバー検出及び補正値検出を行う際に、4個の駆動電極COMLから略正方形の1個の駆動電極ブロックCOMLBが構成される例を示したが、駆動電極ブロックCOMLBを構成する駆動電極COMLの数や平面視による形状はこれに限るものではなく、例えば、9個の駆動電極COMLから略正方形の1個の駆動電極ブロックCOMLBが構成される態様であっても良いし、駆動電極ブロックCOMLBの平面視による形状が略矩形であっても良い。駆動電極ブロックCOMLBを構成する駆動電極COMLの数や平面視による形状によって本発明が限定されるものではない。
図54は、実施形態2に係る表示装置の基本的な動作の第1例を示すタイミング波形図である。図55は、実施形態2に係る表示装置の基本的な動作の第2例を示すタイミング波形図である。図54及び図55に示す例では、図52に示す各駆動電極ブロックCOMLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を検出電極(図8から図10に示す検出電極E1)として、相互静電容量方式の基本原理を用いた補正値検出を行う。図54及び図55では、1フレーム期間における各検出期間を、タッチ検出期間PT、ホバー検出期間PH、補正値検出期間PCの順に設けた例を示している。
図54及び図55に示すように、本実施形態では、実施形態1と同様に、基本的に、1フレーム期間内において、相互容量方式によるタッチ検出動作を行うタッチ検出期間PTと、自己静電容量方式によるホバー検出動作を行うホバー検出期間PHと、ホバー検出の際に検出値を補正するための補正値を検出する補正値検出動作を行う補正値検出期間PCとを含む。タッチ検出期間PT、ホバー検出期間PH、補正値検出期間PCでは、それぞれ、表示動作期間Pdと検出動作期間Ptとが交互に配置されている。
各表示動作期間Pdにおいては、駆動電極ドライバ14aから駆動電極COMLに対して表示用の共通電極電位である表示用の駆動信号Vcomdcが供給される。これにより、駆動電極COMLの電位は、表示用の駆動信号Vcomdcに固定される。この状態で、ゲートドライバ12からゲート線GCL1、GCL2、GCL3、…に制御信号が順次出力され、ソースドライバ13からデータ線SGL1、SGL2、SGL3、…に画素信号Vpixが順次出力される。このようにして、表示動作期間Pdに選択される複数行の画素Pix(図15参照)に画素信号Vpixが順次供給され、表示データの書き込みが行われる。
タッチ検出期間PTの各検出動作期間Ptにおいては、接続回路18a(図53参照)のスイッチング素子SW11からSW18がオンに制御され、スイッチング素子SW21からSW24がオフに制御される。これにより、図51に示したように、複数の駆動電極COMLは、複数の駆動電極ブロックCOMLA(A1からA8)を構成する。この状態で、駆動電極ドライバ14aから接続回路18aの検出用データ線SL1からSL16を介して、各検出動作期間Ptに選択される各駆動電極ブロックCOMLAにタッチ検出用の駆動信号Vcomが供給される。また、図54に示すように、ゲートドライバ12aからゲート線GCLに対して、タッチ検出用の駆動信号Vcomと同じ波形で、且つ駆動信号Vcomに同期したガード信号Vgdが供給される。また、図54に示すように、ソースドライバ13aからソース線SGLに対して、タッチ検出用の駆動信号Vcomと同じ波形で、且つ駆動信号Vcomに同期したガード信号Vgdが供給される。これにより、各タッチ検出電極TDLから検出信号Vdet1が順次出力される。なお、図54に示す第1例では、タッチ検出期間PTの各検出動作期間Ptにおいて、ゲート線GCL及びソース線SGLに対してガード信号Vgdが供給される例を示したが、図55に示すように、ゲート線GCL及びソース線SGLをハイインピーダンス(Hi−Z)とする態様であっても良い。
検出部40aは、各タッチ検出電極TDLからそれぞれ出力される検出信号Vdet1を取得する。そして、検出部40aは、取得した検出信号Vdet1に基づく演算処理を行い、演算処理の結果から、被検出体が接触状態であるか、非接触状態又は被存在状態であるかを判定する。
ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおいては、接続回路18a(図53参照)のスイッチング素子SW11からSW18がオフに制御され、スイッチング素子SW21からSW24がオンに制御される。これにより、図52に示したように、複数の駆動電極COMLは、複数の駆動電極ブロックCOMLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を構成する。この状態で、駆動電極ドライバ14aから接続回路18aの検出用データ線SL1からSL16を介して、各駆動電極ブロックCOMLBにホバー検出用の駆動信号Vtdが供給される。例えば、駆動電極ドライバ14aは、検出用データ線SL1からSL16に、ホバー検出用の駆動信号Vtdを同じ波形で且つ同期して供給する。また、図54に示すように、ゲートドライバ12aからゲート線GCLに対して、ホバー検出用の駆動信号Vtdと同じ波形で、且つ駆動信号Vtdに同期したガード信号Vgdが供給される。また、図54に示すように、ソースドライバ13aからデータ線SGLに対して、ホバー検出用の駆動信号Vtdと同じ波形で、且つ駆動信号Vtdに同期したガード信号Vgdが供給される。また、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおいて、検出部40aのタッチ検出電極ドライバ41aによってタッチ検出電極TDLがハイインピーダンス(Hi−Z)とされる。これにより、各駆動電極ブロックCOMLBから検出信号Vdet2が同時に出力される。
なお、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおけるホバー検出用の駆動信号Vtdは、タッチ検出期間PTの各検出動作期間Ptにおけるタッチ検出用の駆動信号Vcomと同じ波形で、且つ駆動信号Vcomに同期した信号であっても良い。この場合には、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおけるガード信号Vgdと、タッチ検出期間PTの各検出動作期間Ptにおけるガード信号Vgdとは、実質的に同一の信号となる。
検出部40aは、各駆動電極ブロックCOMLBからそれぞれ出力される検出信号Vdet2を、検出用データ線SL1からSL16を介してそれぞれ取得する。そして、検出部40aは、取得した検出信号Vdet2に基づく演算処理を行い、演算処理の結果から、被検出体が非接触状態であるか非存在状態であるかを判定する。
補正値検出期間PCの各検出動作期間Ptにおいては、接続回路18a(図53参照)のスイッチング素子SW11からSW18がオフに制御され、スイッチング素子SW21からSW24がオンに制御される。これにより、図52に示したように、複数の駆動電極COMLは、複数の駆動電極ブロックCOMLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を構成する。この状態で、ゲートドライバ12aからゲート線GCLに対してガード信号Vgdが供給され、ソースドライバ13aからデータ線SGLに対してガード信号Vgdが供給される。これにより、各駆動電極ブロックCOMLBから検出信号Vdet3が同時に出力される。
なお、補正値検出期間PCの各検出動作期間Ptにおけるガード信号Vgdは、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおけるガード信号Vgdと実質的に同一の信号である。
検出部40aは、各駆動電極ブロックCOMLBからそれぞれ出力される検出信号Vdet3を、検出用データ線SL1からSL16を介してそれぞれ取得する。そして、検出部40aは、取得した検出信号Vdet3に基づく演算処理を行い、ホバー検出の際に検出値を補正するための補正値を求める。
図56は、実施形態2に係る表示装置の基本的な動作の第3例を示すタイミング波形図である。図57は、実施形態2に係る表示装置の基本的な動作の第4例を示すタイミング波形図である。図58は、実施形態2に係る表示装置の基本的な動作の第5例を示すタイミング波形図である。図59は、実施形態2に係る表示装置の基本的な動作の第6例を示すタイミング波形図である。
図56から図59に示す例では、図52に示す各駆動電極ブロックCOMLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を検出電極(図8から図10に示す検出電極E1)として、自己静電容量方式の基本原理を用いた補正値検出を行う。
図56から図59に示す例において、補正値検出期間PCの各検出動作期間Ptでは、接続回路18a(図53参照)のスイッチング素子SW11からSW18がオフに制御され、スイッチング素子SW21からSW24がオンに制御される。これにより、図52に示したように、複数のタッチ検出電極TDLは、複数の駆動電極ブロックCOMLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を構成する。この状態で、制御部11aの駆動電極ドライバ14aから接続回路18aの検出用データ線SL1からSL16を介して、補正値検出用の駆動信号Vtdが各駆動電極ブロックCOMLBに供給される。例えば、駆動電極ドライバ14aは、検出用データ線SL1からSL16に、補正値検出用の駆動信号Vtdを同じ波形で且つ同期して供給する。
また、図56及び図57に示す例では、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおいて、検出部40aのタッチ検出電極ドライバ41aによってタッチ検出電極TDLが固定電位(GND)とされる。また、図56及び図57に示す例では、ゲートドライバ12aからゲート線GCLに対して、補正値検出用の駆動信号Vtdと同じ波形で、且つ駆動信号Vtdに同期したガード信号Vgdが供給される。また、図56及び図57に示す例では、ソースドライバ13aからソース線SGLに対して、補正値検出用の駆動信号Vtdと同じ波形で、且つ駆動信号Vtdに同期したガード信号Vgdが供給される。これにより、各駆動電極ブロックCOMLBから検出信号Vdet3が同時に出力される。
また、図58及び図59に示す例では、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおいて、検出部40aのタッチ検出電極ドライバ41aからタッチ検出電極TDLに対して、補正値検出用の駆動信号Vtdと同じ波形で、且つ駆動信号Vtdに同期したガード信号Vgdが供給される。また、図58及び図59に示す例では、ゲートドライバ12aによってゲート線GCLが固定電位(GND)とされる。また、図58及び図59に示す例では、ソースドライバ13aによってソース線SGLが固定電位(GND)とされる。これにより、各駆動電極ブロックCOMLBから検出信号Vdet3が同時に出力される。
なお、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおいて、タッチ検出電極TDL、ゲート線GCL、及びソース線SGLが固定電位(GND)とされる態様であっても良い。
また、図56から図59に示す例において、補正値検出期間PCの各検出動作期間Ptにおける補正値検出用の駆動信号Vtdは、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおけるホバー検出用の駆動信号Vtdと同じ波形で、且つ同期した信号であり、補正値検出期間PCの各検出動作期間Ptにおけるガード信号Vgdは、ホバー検出期間PHの各検出動作期間Ptにおけるガード信号Vgdと実質的に同一の信号である。
検出部40aは、各駆動電極ブロックCOMLBからそれぞれ出力される検出信号Vdet3を、検出用データ線SL1からSL16を介してそれぞれ取得する。そして、検出部40aは、取得した検出信号Vdet3に基づく演算処理を行い、ホバー検出の際に検出値を補正するための補正値を求める。
図60は、実施形態2に係る表示装置のホバー検出要否判定期間において、被検出体が接触状態であることを検出した場合の図54に示す第1例、図56に示す第3例、及び図58に示す第5例における動作例を示すタイミング波形図である。図61は、実施形態2に係る表示装置のホバー検出要否判定期間において、被検出体が接触状態であることを検出した場合の図55に示す第2例、図57に示す第4例、及び図59に示す第6例における動作例を示すタイミング波形図である。図60及び図61に示すように、ホバー検出要否判定期間PJにおいて被検出体が接触状態であることを検出した場合には、ホバー検出期間PH及び補正値検出期間PCを設けず、1フレーム期間の全期間をタッチ検出期間PTとする。
一方、ホバー検出要否判定期間PJにおいて被検出体が接触状態であることを検出しなかった場合には、図56から図59に示すように、ホバー検出期間PH及び補正値検出期間PCを設ける。
図62は、実施形態2の変形例に係る表示装置の基本的な動作の第1例を示すタイミング波形図である。図63は、実施形態2の変形例に係る表示装置の基本的な動作の第2例を示すタイミング波形図である。図62及び図63に示す例では、図52に示す各駆動電極ブロックCOMLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を検出電極(図5に示す検出電極E2)として、相互静電容量方式の基本原理を用いた補正値検出を行う。図64は、実施形態2の変形例に係る表示装置の基本的な動作の第3例を示すタイミング波形図である。図65は、実施形態2の変形例に係る表示装置の基本的な動作の第4例を示すタイミング波形図である。図66は、実施形態2の変形例に係る表示装置の基本的な動作の第5例を示すタイミング波形図である。図67は、実施形態2の変形例に係る表示装置の基本的な動作の第6例を示すタイミング波形図である。図64から図67に示す例では、図52に示す各駆動電極ブロックCOMLB(B11からB14、B21からB24、B31からB34、B41からB44)を検出電極(図8から図10に示す検出電極E1)として、自己静電容量方式の基本原理を用いた補正値検出を行う。図60から図63では、1フレーム期間における各検出期間を、タッチ検出期間PT、補正値検出期間PC、ホバー検出期間PHの順に設けた例を示している。各検出期間の詳細については、図56から図59に示した例と同様であるので、ここでの詳細な説明を省略する。
本実施形態では、駆動電極ブロックCOMLBが、実施形態1の図28以降で説明した検出電極E1(第1駆動電極)に対応し、ゲート線GCL、ゲート電極64、データ線SGL、画素電極22(図17参照)が、周辺導体E(第2駆動電極)に対応する。また、ホバー検出の際に検出電極E1(駆動電極ブロックCOMLB)に供給するホバー検出用及び補正値検出用の駆動信号Vtdが、第1駆動信号に対応し、ホバー検出及び補正値検出の際に周辺導体E(ゲート線GCL、ゲート電極64、データ線SGL、画素電極22)に供給するガード信号Vgdが、第2駆動信号に対応する。
上述した構成において、実施形態1の図39で説明した処理を実行することにより、ホバー検出の際に、検出電極E1毎に設けられる電圧検出器DETのオペアンプOP毎の温度特性の影響を抑制することができ、ホバー検出精度を高めることができる。また、実施形態1の図44で説明した処理を実行することにより、ホバー検出を行う直前の補正値検出において算出された温度補正係数kを用いて、ホバー検出を行うことができるので、ホバー検出精度をより高めることができる。
実施形態2では、駆動電極COMLが「第1電極」に対応し、ゲート線GCL、ゲート電極64、データ線SGL、画素電極22を含む周辺導体Eが「第2電極」に対応している。また、駆動電極ドライバ14aが「第1駆動回路」に対応し、ゲートドライバ12a、ソースドライバ13aが「第2駆動回路」に対応している。また、駆動信号Vcom及び駆動信号Vtdが「第1駆動信号」に対応し、ガード信号Vgdが「第2駆動信号」に対応している。また、駆動電極ブロックCOMLAが「第1電極ブロック」に対応し、駆動電極ブロックCOMLBが「第2電極ブロック」に対応している。
以上、本発明の好適な実施の形態を説明したが、本発明はこのような実施の形態に限定されるものではない。実施の形態で開示された内容はあくまで一例にすぎず、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々の変更が可能である。例えば、実施形態1では、カラー表示可能な液晶表示装置を示したが、本発明はカラー表示対応の液晶表示装置に限定されず、モノクロ表示対応の液晶表示装置であってもよい。本発明の趣旨を逸脱しない範囲で行われた適宜の変更についても、当然に本発明の技術的範囲に属する。
例えば、本態様の検出装置及び表示装置は、以下の態様をとることができる。
(1)複数の第1電極と、
前記第1電極と対向又は近接して配置された複数の第2電極と、
第1駆動信号を前記第1電極に供給する第1駆動回路と、
前記第1駆動信号と同じ波形で、且つ前記第1駆動信号に同期した第2駆動信号を前記第2電極に供給する第2駆動回路と、
前記第2駆動信号が前記第2電極に供給されて前記第1電極から出力される第1検出信号、前記第1駆動信号が前記第1電極に供給され、且つ前記第2駆動信号が前記第2電極に供給されて前記第1電極から出力される第2検出信号、及び、前記第2駆動信号が前記第2電極に供給されて前記第1電極から出力される第3検出信号を検出する検出部と、
を備え、
前記検出部は、
前記第1検出信号の検出値が所定の閾値未満である場合に、前記第2検出信号及び前記第3検出信号を検出し、前記第2検出信号の検出値を、前記第3検出信号の検出値によって補正する、検出装置。
(2)複数の第1電極と、
前記第1電極と対向又は近接して配置された複数の第2電極と、
第1駆動信号を前記第1電極に供給する第1駆動回路と、
前記第1駆動信号と同じ波形で、且つ前記第1駆動信号に同期した第2駆動信号を前記第2電極に供給する第2駆動回路と、
前記第2駆動信号が前記第2電極に供給されて前記第1電極から出力される第1検出信号、前記第1駆動信号が前記第1電極に供給され、且つ前記第2駆動信号が前記第2電極に供給されて前記第1電極から出力される第2検出信号、及び、前記第1駆動信号が前記第1電極に供給されて前記第1電極から出力される第3検出信号を検出する検出部と、
を備え、
前記検出部は、
前記第1検出信号の検出値が所定の閾値未満である場合に、前記第2検出信号及び前記第3検出信号を検出し、前記第2検出信号の検出値を、前記第3検出信号の検出値によって補正する、検出装置。
(3)前記検出部は、
前記第1検出信号の検出値が前記閾値未満であるときに所定の基準温度において検出された前記第3検出信号の基準検出値を保持し、当該基準検出値と前記第3検出信号の検出値との比率を、前記第1検出信号の検出値に乗じる、上記(1)又は上記(2)に記載の検出装置。
(4)複数の前記第1電極は、第1方向と、前記第1方向と交差する第2方向とにそれぞれ並んで配置され、
複数の前記第2電極は、前記第2方向に延設され、
前記検出部が前記第1検出信号を検出する期間において、前記複数の第1電極の各々を前記第1方向で互いに接続させて第1電極ブロックを構成し、前記検出部が前記第2検出信号を検出する期間において、少なくとも2つ以上の前記第1電極の各々を少なくとも前記第2方向で互いに接続させて、第2電極ブロックを構成する接続回路を備える、上記(1)から上記(3)の何れかに記載の検出装置。
(5)前記接続回路は、少なくとも2つ以上の前記第1電極の各々を前記第1方向及び前記第2方向で互いに接続させて前記第2電極ブロックを構成し、前記第2方向に並ぶ前記第1電極の数が前記第1電極ブロックよりも多い、上記(4)に記載の検出装置。
(6)上記(1)から上記(5)の何れかに記載の検出装置と、
表示領域を有する基板と、
前記表示領域に画像を表示するための表示機能層と、を備える、表示装置。
(7)前記検出部は、
前記第1期間において前記第1検出信号を所定回数検出し、
前記第2期間において前記第2検出信号を所定回数検出し、
前記第3期間において前記第3検出信号を所定回数検出する、上記(6)に記載の表示装置。