JP5345299B2 - 表示装置及びこれの駆動方法 - Google Patents

Description

本発明は表示装置に関し、特にタッチパネルと一体化された表示装置に関する。

一般に、タッチパネルは表示装置の画面上に配置されている。ユーザは画面表示に基づき、指又はペン先で画面の一部に触れる。タッチパネルは、その指又はペン先の触れた画面上の位置を検出する。それにより、その位置に表示された画像に対応するデータが入力される。

近年、タッチパネルの機能と画面表示機能とを併せ持つタッチパネル一体型液晶表示パネルが開発されつつある。タッチパネル一体型液晶表示パネルでは、光センサなどの感知素子が液晶表示パネルに一体的に形成されている。具体的には、この液晶表示パネルは、アレイ基板、カラーフィルタ基板、及び液晶層を含む。アレイ基板には、画像表示用の駆動信号を伝達するゲート配線とソース配線とに加え、接触感知用の位置信号を伝達するＸ軸読み出し配線とＹ軸読み出し配線とが形成されている。液晶表示パネルの画面に指又はペン先が接触すると、その接触した位置で電気的な特性の変化が生じる。その変化が位置信号としてＸ軸読み出し配線とＹ軸読み出し配線とを通じて伝達される。

従来のタッチパネル一体型液晶表示パネルでは上記のとおり、ゲート配線とソース配線との他に、読み出し配線が形成されているので、画像表示機能のみを持つ液晶表示パネルより画素の開口率が一般に低い。更に、表示パネルに含まれている配線の数が多く、かつその構造が複雑である。それらの結果、表示パネルの更なる高画質化、及び、工程性や信頼性の更なる向上がいずれも困難である。
本発明の目的は、タッチパネルの機能を表示パネルに簡単な構造で一体化させ、それにより画素の開口率を高く維持できる表示装置、を提供することにある。

本発明による表示装置は、表示パネル、ソース駆動部、ゲート駆動部、読み出し部、及びパルス発生部を含む。表示パネルは、ソース配線とゲート配線とが形成されたアレイ基板、及び、共通電極が形成された対向基板を含む。ソース駆動部は、各フレームの表示区間においてソース配線へデータ信号を出力する。ゲート駆動部は、各表示区間においてゲート配線へゲート信号を出力する。読み出し部は、ソース配線及びゲート配線の少なくとも一方から、ソース配線、ゲート配線、及び共通電極のいずれかに生じる電気的変化を取得し、感知信号を出力する。パルス発生部は、各フレームの除去区間において読み出し部に制御パルスを出力し、各除去区間で読み出し部を駆動する。読み出し部は、第１読み出し部及び第２読み出し部を含む。第１読み出し部は、ソース配線に接続され、ソース配線に生じる電気的変化を第１感知信号に変換する。第２読み出し部は、ゲート配線に接続され、ゲート配線に生じる電気的変化を第２感知信号に変換する。パルス発生部は、第１読み出し部に第１制御パルスを出力して第１読み出し部の駆動を制御し、第２読み出し部に第２制御パルスを出力して第２読み出し部の駆動を制御する。第１制御パルスの電圧レベルがデータ信号の電圧レベルより高く、第２制御パルスの電圧レベルがゲートオフ電圧のレベルより低い。

本発明による上記の表示装置は好ましくは、次の段階を順に含む方法で駆動される。各フレームの表示区間において、ソース配線とゲート配線とのそれぞれへ駆動信号を出力して表示装置に画像を表示する段階。各フレームの除去区間において、ソース配線及びゲート配線の少なくとも一方から、ソース配線、ゲート配線、及び共通電極のいずれかに生じた電気的変化を取得する段階。取得した電気的変化をもとに感知信号を出力する段階。なお、感知信号を出力する段階は、ソース配線に生じた電気的変化を、データ信号の電圧レベルより高い第１制御パルスに応じて第１感知信号として出力する段階、及び、ゲート配線に生じた電気的変化を、ゲートオフ電圧レベルより低い第２制御パルスに応じて第２感知信号として出力する段階、を含む。

本発明による上記の表示装置では、読み出し部が画像表示用の配線と共通電極とを通じて感知信号を表示パネルから読み出す。それにより、従来のタッチパネル一体型表示装置とは異なり、感知信号の伝達用の配線が不要である。従って、本発明による表示装置は従来の装置より、表示品質の更なる向上、及び構造の更なる簡単化がいずれも容易である。

以下、添付の図面を参照しながら、本発明の好ましい実施形態を詳細に説明する。
図1に、本発明の第１実施例による表示装置の模式的な平面図を示す。図1に示されているように、この表示装置は、表示パネル300、ゲート駆動部130、第１読み出し部150、第２読み出し部170、及び駆動部400を含む。

表示パネル300は、アレイ基板100、対向基板200、及び液晶層（図示せず）を含む。アレイ基板100と対向基板200とは液晶層を間に挟んで対向している。アレイ基板100は、画像が表示される矩形の表示領域DAと、その表示領域DAを三方から囲む３つの周辺領域PA1、PA2、PA3とで構成されている。表示領域DAにはユーザが指やペン等で接触できる。第１周辺領域PA1と第３周辺領域PA3とは表示領域DAを挟んで対向している。

表示領域DAにはソース配線DLとゲート配線GLとが複数ずつ形成されている。ソース配線DLとゲート配線GLとは表示領域DAで縦横に延びて互いに交差し、表示領域DAを複数の画素部Pに分けている。各画素部Pには、スイッチング素子TFT、ストレージキャパシタCST、及び液晶キャパシタCLCの第１電極である画素電極（図示せず）が形成されている。対向基板200には、液晶キャパシタCLCの第２電極である共通電極（図示せず）が形成されている。共通電極は液晶層を隔てて各画素電極と対向している。

ゲート駆動部130はアレイ基板100の第１周辺領域PA1に形成されている。ゲート駆動部130は各ゲート配線GLに接続され、それらにゲート信号を順番に出力する。ゲート信号はゲート配線GLを通じて各画素部Pのスイッチング素子TFTに伝達される。ゲート信号の電圧レベルがゲートオン電圧であるとき、そのスイッチング素子TFTがターンオンし、ゲート信号の電圧レベルがゲートオン電圧であるとき、そのスイッチング素子TFTがターンオフする。更に、スイッチング素子TFTのオンオフに応じ、ストレージキャパシタCSTと液晶キャパシタCLCとがソース配線DLに接続され、又は分離される。

第１読み出し部150はアレイ基板100の第２周辺領域PA2に形成されている。第１読み出し部150は各ソース配線DLに接続され、各ソース配線DLに生じた電気的変化を第１感知信号として出力する。第１読み出し部150は特にその出力を、駆動部400から入力される第１制御パルスに応じて行う。
第２読み出し部170はアレイ基板100の第３周辺領域PA3に形成されている。第２読み出し部170は各ゲート線GLに接続され、各ゲート線GLに生じた電気的変化を第２感知信号として出力する。第２読み出し部170は特にその出力動作を、駆動部400から入力される第２制御パルスに応じて行う。

ゲート駆動部130、第１読み出し部150、及び第２読み出し部170は好ましくは、アレイ基板100の上に直に集積化されている。その他に、単一又は複数のチップに組み込まれてアレイ基板100に直接、又はＴＣＰで実装されていても良い。

駆動部400はアレイ基板100の第２周辺領域PA2に形成され、第１読み出し部150を通してソース配線DLに接続されている。駆動部400は単一又は複数のチップに組み込まれていても、アレイ基板100に直に集積化されていても良い。駆動部400がチップとして実装されている場合、各読み出し部150、170を含んでいても良い。駆動部400は各フレームの表示区間において、各ソース配線DLにデータ信号を出力する。データ信号はソース配線DLを通じて画素部Pに伝達される。スイッチング素子TFTがオン状態にあるとき、データ信号はストレージキャパシタCSTと液晶キャパシタCLCとの両端電圧を決める。
駆動部400は更に、表示区間にゲート制御信号をゲート駆動部130に出力する。ゲート駆動部130はゲート制御信号の示すタイミングで各ゲート配線GLに順番にゲート信号を出力する。
駆動部400はその上、各フレームの除去区間において、第１読み出し部150には第１制御パルスを出力し、第２読み出し部170には第２制御パルスを出力する。各読み出し部150、170は各制御パルスに応じ、ソース配線DL又はゲート配線GLに生じる電気的変化を感知信号として出力する。駆動部400はそれらの感知信号を解析し、ユーザの指又はペン先等の物体が接触した表示領域DA上の位置の座標を検出する。

図2に、表示パネル300の断面図を示す。図2に示されているように、表示パネル300は、アレイ基板100、対向基板200、液晶層LC、第１光学フィルム120、及び第２光学フィルム220を含む。表示パネル300では、アレイ基板100が背面側（図2では下側）に配置され、対向基板200が前面側（図2では上側）に配置されている。アレイ基板100は第１ガラス基板110を含む。第１ガラス基板110の内面には、ソース配線DL、ゲート配線GL、及び画素電極PEが形成されている。対向基板200は第２ガラス基板210を含む。第２ガラス基板210の内面にはカラーフィルタCF及び共通電極CEが形成されている。第１光学フィルム120は第１ガラス基板110の外面に接着され、第２光学フィルム220は第２ガラス基板210の外面に接着されている。表示パネル300には、アレイ基板100の背面から光が入射し、液晶層LCを透過して対向基板200の前面から出射される。対向基板200の前面には、ユーザの指やペン先等の物体Fが接触する。

図3は、図2に示した表示パネル300の断面図を更に模式化した図である。図4は、図3に模式的に示した表示パネル300の構造を利用したタッチパネルの等価回路である。図4に示されているように、タッチパネルは、第１ノードN1、感知素子CS、パルス発生器PG、第２ノードN2、及び電流検出器Aを含む。第１ノードN1は第２光学フィルム220である。第２ノードN2はソース配線DL又はゲート配線GLである。ここで、タッチパネルの動作期間では、対向基板200の共通電極CEはフローティング状態を維持する。感知素子CSは、液晶層LCを隔てて対向する共通電極CEとソース配線DL又はゲート配線GLとによって構成されるキャパシタである。感知素子CSの第１電極は共通電極CEであり、第１ノードN1に接続されている。感知素子CSの第２電極は第２ノードN2、すなわちソース配線DL又はゲート配線GLであり、パルス発生器PG及び電流検出器Aに接続されている。パルス発生器PGは駆動部400に設置され、電流検出器Aは各読み出し部150、170に設置されている。

上記のタッチパネルは次のように動作する。まず、パルス発生器PGがソース配線DL又はゲート配線GLに対してパルス電圧を所定の周期で印加する。
対向基板200に外部の物体が接触していないとき、第１ノードN1の電位が第１電圧である。その場合、パルス発生器PGから感知素子CSに対して印加されたパルス電圧に応じて第１電流が第２ノードN2と電流検出器Aとの間を流れる。電流検出器Aはそのとき、第１電流に応じたレベルの感知信号を出力する。

対向基板200に外部の物体が接触しているとき、対向基板200のその接触部分は物体からの圧力によって変形し、更にその変形により電気的性質が変化する。その結果、対向基板200のその接触部分では第１ノードN1の電位が第２電圧に変化する。その場合、パルス発生器PGから感知素子CSに対して印加されたパルス電圧に応じて第２電流が第２ノードN2と電流検出器Aとの間を流れる。電流検出器Aはそのとき、第２電流に応じたレベルの感知信号を出力する。

図5に、各読み出し部150、170の回路図を示す。図5に示されているように、第１読み出し部150は第１スイッチング部151及び第１電流検出部153を含み、第２読み出し部170は第２スイッチング部171及び第２電流検出部173を含む。

第１スイッチング部151は、各ソース配線DL1、…、DLmに一つずつ接続された複数の第１トランジスタTX1、…、TXmを含む。各第１トランジスタTX1、…、TXmのゲート電極に対しては、同じ第１制御パルスPC1が印加される。各第１トランジスタTX1のソース電極は各ソース配線DL1、…、DLmに接続されている。各第１トランジスタTX1のドレイン電極は第１電流検出部153に接続されている。第１トランジスタTX1、…、TXmは第１制御パルスPC1に応じてターンオンし、各ソース配線DL1、…、DLmを第１電流検出部153に接続する。

第１電流検出部153は複数の第１オペアンプAX1、…、AXiを含む。各第１オペアンプAX1、…、AXiは好ましくはミラー積分器を構成している。各第１オペアンプAX1、…、AXiの入力端子は好ましくは、図5に示されているように、複数の第１トランジスタTX1、…、TXmのドレイン電極に共通接続されている。その他に、各第１オペアンプが第１トランジスタと一対一で接続されていても良い。図5では一例として、第１オペアンプAX1が四つの第１トランジスタTX1、…、TX4に接続されている。それにより、第１オペアンプAX1は四つのソース配線DL1、DL2、DL3、DL4に流れる電流を積分し、その積分値に比例するレベルの電圧を第１感知信号X1として出力する。他の第１オペアンプについても同様である。

第２スイッチング部171は、各ゲート配線GL1、…、GLnに一つずつ接続された複数の第２トランジスタTY1、…、TYnを含む。各第２トランジスタTY1、…、TYnのゲート電極とソース電極とに対しては、同じ第２制御パルスPC2が印加される。各第２トランジスタTY1、…、TYnのドレイン電極は各ゲート配線GL1、…、GLnに接続されている。第２トランジスタTY1、…、TYnは第２制御パルスPC2に応じてターンオンし、第２制御パルスPC2を各ゲート配線GL1、…、GLnに対して印加する。

第２電流検出部173は複数の第２オペアンプAY1、…、AYjを含む。各第２オペアンプAY1、…、AYjは好ましくはミラー積分器を構成している。各第２オペアンプAY1、…、AYjの入力端子は好ましくは、図5に示されているように、複数のゲート配線GL1、…、GLnに共通接続されている。その他に、各第２オペアンプがゲート配線と一対一で接続されていても良い。図5では一例として、第２オペアンプAY1が四つのゲート配線GL1、…、GL4に接続されている。それにより、第２オペアンプAY1は四つのゲート配線GL1、GL2、GL3、GL4に流れる電流を積分し、その積分値に比例するレベルの電圧を第２感知信号Y1として出力する。他の第２オペアンプについても同様である。

図6に、駆動部400のブロック図を示す。図6に示されているように、駆動部400は、制御部410、メモリ420、電圧発生部430、ゲート制御部440、ソース駆動部450、パルス発生部460、及びサンプリング部470を含む。制御部410は、外部の装置から水平同期信号Vsync等の制御信号と映像データとを入力し、それらに基づいて駆動部400に含まれている各構成要素の動作全般を制御する。制御部410は特に、外部からの制御信号に基づき、ゲート制御信号、及び各フレームの除去区間を示す制御信号を生成する。メモリ420は、外部の装置から制御部410に入力された映像データを所定の単位ずつ保存する。電圧発生部430は、外部電源から供給される電圧を駆動電圧に変換する。駆動電圧は、ゲート制御部440に提供されるゲートオン電圧VSSとゲートオフ電圧VDD、ソース駆動部450に提供される基準ガンマ電圧VREF、表示パネル300の液晶キャパシタCLCとストレージキャパシタCSTとに提供される共通電圧VCOM、及び、パルス発生部460に提供される第１パルス電圧PV1と第２パルス電圧PV2を含む。

ゲート制御部440は、ゲート制御信号、ゲートオン電圧VSS、及びゲートオフ電圧VDDをゲート駆動部130に出力する。ゲート制御信号は、垂直開始信号、第１クロック信号、及び第２クロック信号を含む。
ソース駆動部450は、メモリ420から映像データを読み出し、基準ガンマ電圧VREFに基づいてデジタルの映像データをアナログのデータ信号に変換する。ソース駆動部450は更に、各フレームの表示区間に、各ソース配線DL1、…、DLmへデータ信号を出力する。

パルス発生部460は、制御部410からの制御信号に従い、各フレームの除去区間に、各読み出し部150、170へ各制御パルスPC1、PC2を出力する。第１制御パルスPC1は、高さが第１パルス電圧PV1に等しいパルス電圧である。第１パルス電圧PV1は好ましくは、各画素部Pの液晶キャパシタCLCに対して印加されるデータ信号の電圧レベルより高く設定される。データ信号の電圧レベルは一般に0V〜10V程度の範囲に含まれるので、第１パルス電圧PV1は10Vより高ければよい。第２制御パルスPC2は、高さが第２パルス電圧PV2に等しいパルス電圧である。第２パルス電圧PV2は好ましくは、ゲートオフ電圧VSSより低く設定される。第２制御パルスPC2は、各フレームの除去区間にゲート配線GL1、…、GLnに対して印加され、各画素部Pのスイッチング素子TFTを確実にオフ状態に維持する。それにより、各液晶キャパシタCLCが両端電圧をデータ信号の電圧レベルと共通電圧VCOMとの差に維持する。

サンプリング部470は、制御部410からの制御信号に従い、各フレームの除去区間に、第１電流検出部153から出力された第１感知信号X1、…、Xiと、第２電流検出部173から出力された第２感知信号Y1、…、Yjとを受信する。サンプリング部470は更に、それらの感知信号を分析し、外部の物体が接触した表示パネル300上の位置の座標を検出する。

図7に、表示パネル300の駆動に利用される各信号のタイミング図を示す。図7に示されているように、まず、制御部410に外部から水平同期信号Vsyncが各フレームの開始時に入力される。制御部410は水平同期信号Vsyncに基づき、各フレームを表示区間DISPLAYとその前後の除去区間FP、BPとに分け、各除去区間FP、BPを示す制御信号を、電圧発生部430、パルス発生460、及びサンプリング部470に出力する。ここで、除去区間は、フロントポーチ（Front Porch）区間FPとバックポーチ（Back Porch）区間BPとから成る。表示区間DISPLAYでは、表示パネル300の表示領域DAに画像が実際に表示される。一方、各除去区間FP、BPでは表示領域DAには画像が表示されない。

制御部410は、各フレームの表示区間DISPLAYでは、メモリ420、ゲート制御部440、及びソース駆動部450を制御して表示パネル300の表示領域DAに画像を表示する。具体的には、制御部410はまず、メモリ420から映像データを読み出してソース駆動部450に出力する。ソース駆動部450はその映像データをデータ信号に変換して各ソース配線DL1、…、DLmに出力する。制御部410は次に、ゲート制御部440を通してゲート駆動部130にゲート制御信号を出力する。ゲート駆動部130はゲート制御信号に従って各ゲート配線GL1、…、GLnにゲート信号を出力し、各ゲート信号の電圧レベルを順番に、ゲートオン電圧VSSとゲートオフ電圧VDDとの間で切り換える。制御部410は更に、電圧発生部430を制御し、表示パネル300の共通電極CEに対して共通電圧VCOMを印加する。共通電圧VCOMは好ましくは、図7に示されているように、水平同期信号Vsyncと同じ周期で変動する矩形状のパルス電圧である。その他に、共通電圧VCOMが、各フレームで一定レベルに維持される直流電圧であっても良い。こうして、表示区間DISPLAYでは、表示パネル300の表示領域DAに所定の画像が表示される。

制御部410は、各フレームの除去区間FP、BPでは、電圧発生部430、パルス発生部460、及びサンプリング部470を制御し、外部の物体が接触した表示パネル300の表示領域DA上の位置の座標を検出する。具体的には、制御部410はまず、各除去区間FP、BPに電圧発生部430を制御し、共通電極CEに対する共通電圧VCOMの印加を停止させる。それにより、共通電極CEがフローティング状態に維持される。制御部410は次に、パルス発生部460を制御して各読み出し部150、170に対して各制御パルスPC1、PC2を印加する。第１読み出し部150は第１制御パルスPC1に応じ、ソース配線DL1、…、DLmの電気的変化を第１感知信号X1、…、Xiとしてサンプリング部470に出力する。第２読み出し部170は第２制御パルスPC2に応じてゲート配線GL1、…、GLnの電気的変化を第２感知信号Y1、…、Yjとしてサンプリング部470に出力する。サンプリング部470は、制御部410からの制御信号に従い、各除去区間FP、BPに第１感知信号X1、…、Xi、及び第２感知信号Y1、…、Yjを受信する。サンプリング部470は更に、各感知信号を分析し、外部の物体が接触した表示領域DA上の位置の座標を検出する。こうして、表示パネル300は、各フレームの除去区間FP、BPではタッチパネルとして機能する。

上記のとおり、表示パネル300は、各フレームの表示区間DISPLAYでは画像を表示し、除去区間FP、BPではタッチパネルとして機能する。各除去区間では特に、ソース配線DL1、…、DLm、及びゲート配線GL1、…、GLnが感知信号の読み出し用の配線として用いられる。それにより、表示パネル300は従来のタッチパネル一体型の表示パネルとは異なり、各画素部Pの開口率を更に向上させることができる。その上、配線数が少なく抑えられるので、表示パネルの構造、及びその製造工程を更に簡単化できる。

図8に、本発明の第２実施例による表示パネルの断面図を示す。図8では、前述の第１実施例の構成要素と同様な構成要素に対しては同一の符号を付す。更に、それら同様な構成要素の詳細は、第１実施例についての説明を援用する。
図8に示されているように、表示パネル500は、対向基板200が背面側（図8では下側）に配置され、アレイ基板100が前面側（図8では上側）に配置されている。表示パネル500では、対向基板200の背面から光が入射し、アレイ基板100の前面から出射される。更に、アレイ基板100の前面には外部の物体（ユーザの指やペン先）が接触可能である。

図9は、図8に示した表示パネル500の断面図を更に模式化した図である。図10は、図9に模式的に示した表示パネル500の構造を利用したタッチパネルの等価回路である。図9及び図10に示されているように、タッチパネルは、第１ノードN1、感知素子CS、パルス発生器PG、第２ノードN2、電流検出器A、寄生キャパシタCP、及び第３ノードN3を含む。第１ノードN1は、アレイ基板100の上面に貼られた第１光学フィルム120である。第２ノードN2はソース配線DL又はゲート配線GLである。第３ノードN3は共通電極CEである。感知素子CSは、第１光学フィルム120、ソース配線DL又はゲート配線GL、及び、第１光学フィルム120とソース配線DL又はゲート配線GLとの間に挟まれた誘電体層（例えば、第１ガラス基板110、ゲート絶縁層、チャンネル層など）によって構成されるキャパシタである。寄生キャパシタCPは、液晶層LCを隔てて対向するソース配線DL又はゲート配線GLと対向基板200の共通電極CEとによって構成されるキャパシタである。第２ノードN2にはパルス発生器PG及び電流検出器Aが接続されている。パルス発生部PGは所定の周期でパルス電圧を第２ノードN2に対して印加する。電流検出器Aは、パルス発生器PGからのパルス電圧に応じて第２ノードN2を流れる電流を検出し、その結果を感知信号としてサンプリング部470に出力する。パルス発生器PGがパルス電圧を発生させるとき、第３ノードN3に対しては一定の直流電圧が印加される。それにより、寄生キャパシタCPを流れる電流は所定値に維持される。従って、電流検出器Aによって検出される電流値は、第１ノードN1の電位の変化に応じて変動する。

上記のタッチパネルは次のように動作する。まず、パルス発生器PGがソース配線DL又はゲート配線GLに対してパルス電圧を所定の周期で印加する。
アレイ基板100に外部の物体が接触していないとき、第１ノードN1の電位が第１電圧である。その場合、電流検出器Aには、パルス発生器PGから出力されたパルス電圧に応じ、感知素子CSを流れる電流と寄生キャパシタCPを流れる電流との間の差に等しい電流が流れる。電流検出器Aはその電流を検出し、検出された電流量に応じたレベルの感知信号を出力する。

アレイ基板100に外部の物体が接触しているとき、アレイ基板100のその接触部分は物体からの圧力によって変形し、更にその変形により電気的性質が変化する。その結果、アレイ基板100のその接触部分では第１ノードN1の電位が第２電圧に変化する。その場合、第２ノードN2には、パルス発生器PGから出力されたパルス電圧に応じ、感知素子CSを流れる電流と寄生キャパシタCPを流れる電流との間の差に等しい電流が流れる。電流検出器Aはその電流量を検出し、検出された電流量に応じたレベルの感知信号を出力する。

サンプリング部470は、電流検出器Aからの感知信号を分析し、電流検出器Aを流れる電流量の変化を検出する。ここで、寄生キャパシタを流れる電流量は一定に維持されているので、電流検出器Aを流れる電流量は、感知素子CSを流れる電流量に応じて変動する。感知素子CSを流れる電流量は第１ノードN1の電位の変化に対応する。従って、サンプリング部470は、電流検出器Aを流れる電流量の変化から、外部の物体が接触したアレイ基板100上の位置を検出できる。

図11に、図8に示した表示パネル500の駆動に利用される各信号のタイミング図を示す。図11に示されているように、まず、制御部410に外部から、水平同期信号Vsyncが各フレームの開始時に入力される。制御部410は水平同期信号Vsyncに基づき、各フレームを表示区間DISPLAYとその前後の除去区間FP、BPとに分け、各除去区間FP、BPを示す制御信号を、電圧発生部430、パルス発生部460、及びサンプリング部470に出力する。

制御部410は、各フレームの表示区間DISPLAYでは、メモリ420、ゲート制御部440、及びソース駆動部450を制御して表示パネル500の表示領域DAに画像を表示する。具体的には、制御部410はまず、メモリ420から映像データを読み出してソース駆動部450に出力する。ソース駆動部450はその映像データをデータ信号に変換して各ソース配線DL1、…DLmに出力する。制御部410は次に、ゲート制御部440を通してゲート駆動部130にゲート制御信号を出力する。ゲート駆動部130はゲート制御信号に従って各ゲート配線GL1、…、GLnにゲート信号を出力し、各ゲート信号の電圧レベルを順番に、ゲートオン電圧VSSとゲートオフ電圧VDDとの間で切り換える。制御部410は更に、電圧発生部430を制御し、表示パネル500の共通電極CEに対して共通電圧VCOMを印加する。こうして、表示区間DISPLAYでは、表示パネル500の表示領域DAに所定の画像が表示される。

制御部410は、各フレームの除去区間FP、BPでは、電圧発生部430、パルス発生部460、及びサンプリング部470を制御し、外部の物体が接触した表示パネル300の表示領域DA上の位置の座標を検出する。具体的には、制御部410はまず、各除去区間FP、BPに電圧発生部430を制御し、一定レベルの直流電圧を共通電極CEに対して印加する。それにより、図10に示されている寄生キャパシタCPを流れる電流量を一定に維持する。制御部410は次に、パルス発生部460を制御して各読み出し部150、170に対して各制御パルスPC1、PC2を印加する。第１読み出し部150は第１制御パルスPC1に応じ、ソース配線DL1、…、DLmの電気的変化を第１感知信号X1、…、Xiとしてサンプリング部470に出力する。第２読み出し部170は第２制御パルスPC2に応じてゲート配線GL1、…、GLnの電気的変化を第２感知信号Y1、…、Yjとしてサンプリング部470に出力する。サンプリング部470は、制御部410からの制御信号に従い、各除去区間FP、BPに第１感知信号X1、…、Xi、及び第２感知信号Y1、…、Yjを受信する。サンプリング部470は更に、各感知信号を分析し、外部の物体が接触した表示領域DA上の位置の座標を検出する。こうして、表示パネル500は、各フレームの除去区間FP、BPではタッチパネルとして機能する。

図12に、本発明の第３実施例による表示装置の平面図を示す。図12に示されている表示装置は表示パネル600を含む。図12では、図1に示されている構成要素と同様な構成要素に対して同じ符号を付す。更に、同様な構成要素の詳細については、図1に示されている構成要素の説明を援用する。
表示パネル600は、第１実施例による表示パネル300とは異なり、周辺領域PAに複数の短絡点SP1、SP2、SP3、SP4が形成されている。更に、対向基板200では、共通電極がパターニングにより、複数の電極CE1、CE2、CE3、CE4に分割されている。各電極CE1、CE2、CE3、CE4は短絡点SP1、SP2、SP3、SP4に一つずつ接続されている。

図13は、図12に示されている表示パネル600の断面図である。図13を図1と比較すると明らかなとおり、表示パネル600は第１実施例による表示パネル300とは、対向基板200の共通電極が複数の電極CE1、CE2に分割されている点でのみ異なる。

図14は、図13に示した表示パネル600の断面図を更に模式化した図である。図15は、図14に模式的に示した表示パネル600の構造を利用したタッチパネルの等価回路である。図14及び図15に示されているように、このタッチパネルは、第１実施例によるタッチパネルとは感知素子CSの構成が異なる。具体的には、第３実施例によるタッチパネルは、第１ノードN1、感知素子CS、パルス発生器PG、第２ノードN2、電流検出器A、寄生キャパシタCP、及び第３ノードN3を含む。第１ノードN1は対向基板200の第２光学フィルム220であり、外部の物体が接触可能である。第２ノードN2は複数の電極CE1〜CE4のいずれかである。第３ノードN3はソース配線DL又はゲート配線GLである。感知素子CSは第１ノードN1と第２ノードN2との間に形成されたキャパシタである。第２光学フィルム220と電極CE1〜CE4のいずれかとが感知素子CSの両端電極として機能する。感知素子CSでは更に、第２光学フィルム220と電極CE1〜CE4との間に配置された第２ガラス基板210とカラーフィルタCFなどとが誘電体として機能する。寄生キャパシタCPは、液晶層LCを隔てて対向する電極CE1〜CE4のいずれかとソース配線DL又はゲート配線GLとによって構成されるキャパシタである。第２ノードN2にはパルス発生器PG及び電流検出器Aが接続されている。パルス発生部PGは所定の周期でパルス電圧を第２ノードN2に対して印加する。電流検出器Aはパルス発生器PGからのパルス電圧に応じて第２ノードN2を流れる電流を検出し、その結果を感知信号としてサンプリング部470に出力する。パルス発生器PGがパルス電圧を発生させるとき、第３ノードN3に対しては一定の直流電圧が印加され、寄生キャパシタCPを流れる電流量を一定に維持する。従って、電流検出器Aによって検出される電流量の変化は、感知素子CSを流れる電流量の変化にのみ依存する。その他に、第３ノードN3をフローティング状態に維持し、寄生キャパシタCPに電流が流れないようにしても良い。

上記のタッチパネルは次のように動作する。まず、パルス発生器PGが共通電極の各部分CE1〜CE4に対してパルス電圧を所定の周期で印加する。
対向基板200に外部の物体が接触していないとき、第１ノードN1の電位が第１電圧である。その場合、電流検出器Aには、パルス発生器PGから出力されたパルス電圧に応じ、感知素子CSを流れる電流と寄生キャパシタCPを流れる電流との間の差に等しい電流が流れる。電流検出器Aはその電流量を検出し、検出された電流量に応じたレベルの感知信号を出力する。

対向基板200に外部の物体が接触しているとき、対向基板200のその接触部分は物体からの圧力によって変形し、更にその変形により電気的性質が変化する。その結果、対向基板200のその接触部分では第１ノードN1の電位が第２電圧に変換する。その場合、第２ノードN2には、パルス発生器PGから出力されたパルス電圧に応じ、感知素子CSを流れる電流と寄生キャパシタCPを流れる電流との間の差に等しい電流が流れる。電流検出器Aはその電流量を検出し、検出された電流量に応じたレベルの感知信号を出力する。

パルス発生器PGがパルス電圧を発生させるとき、第３ノードN3がソース配線DLである場合、そのソース配線DLに対して一定の直流電圧を印加し、寄生キャパシタCPを流れる電流量を一定に維持する。一方、第３ノードN3がゲート配線GLである場合、そのゲート配線GLに対してゲートオフ電圧VSSを印加し、寄生キャパシタCPを流れる電流量を一定に維持する。

サンプリング部470は、電流検出器Aからの感知信号を分析し、電流検出器Aを流れる電流量の変化を検出する。ここで、寄生キャパシタを流れる電流量は一定に維持されているので、電流検出器Aを流れる電流量は、感知素子CSを流れる電流量に応じて変動する。感知素子CSを流れる電流量は第１ノードN1の電位の変化に対応する。従って、サンプリング部470は、電流検出器Aを流れる電流量の変化から、外部の物体が接触した対向基板200上の位置を検出できる。

図16に、図12に示されている読み出し部180の回路図を示す。図16に示されているように、読み出し部180はスイッチング部181及び電流検出部183を含む。読み出し部180は好ましくは、アレイ基板100上に直接集積化される。その他に、読み出し部180がチップ形態でアレイ基板100上に実装されていても、駆動部400と同じチップの中に組み込まれていても良い。

スイッチング部181は、各短絡点SP1、SP2、SP3、SP4に接続されたトランジスタTR1、…、TR4を含む。各トランジスタTRのゲート電極には制御パルスPCが印加される。各トランジスタTRのソース電極は短絡点SP1〜SP4のいずれかに接続され、ドレイン電極は電流検出部183に接続されている。各トランジスタTRは、制御パルスPCの印加時に、各短絡点SP1〜SP4を電流検出部183に接続する。

電流検出部183は複数のオペアンプA1、…、A4を含む。各オペアンプA1〜A4の反転入力端子は各トランジスタTR1〜TR4のドレイン電極に接続されている。各オペアンプA1〜A4はミラー積分器を構成している。各オペアンプA1〜A4は各短絡点SP1を流れる電流を積分し、その積分値に対応するレベルの電圧を感知信号X1〜X4としてサンプリング部470に出力する。

外部の物体が対向基板200の第２光学フィルム220に接触した場合、各電極CE1、…、CE4と各短絡点SP1、…、SP4との間を流れる電流が読み出し部180によって感知信号X1、…、X4に変換される。駆動部400内のサンプリング部470はそれらの感知信号X1、…、X4に基づき、外部の物体が接触した対向基板200上の位置の座標を検出する。

図17に、図12に示した表示パネル600の駆動に利用される各信号のタイミング図を示す。図17に示されているように、まず、制御部410に外部から、水平同期信号Vsyncが各フレームの開始時に入力される。制御部410は水平同期信号Vsyncに基づき、各フレームを表示区間DISPLAYとその前後の除去区間FP、BPとに分け、各除去区間FP、BPを示す制御信号を、電圧発生部430、パルス発生部460、及びサンプリング部470に出力する。

制御部410は、各フレームの表示区間DISPLAYでは、メモリ420とソース駆動部450とを制御してソース配線DL1、…、DLmにデータ信号を出力する。一方、ゲート駆動部130を制御してゲート配線GL1、…、GLnにゲートオン電圧VDDを出力する。こうして、表示区間DISPLAYでは、表示パネル600の表示領域DAに所定の画像が表示される。

制御部410は、各フレームの除去区間FP、BPでは、ソース駆動部450、パルス発生部460、及びサンプリング部470を制御し、外部の物体が接触した表示領域DA上の位置の座標を検出する。具体的には、制御部410はまず、ソース駆動部450を制御してソース配線D1、…、DLmに一定レベルの直流電圧DATA＿OUTを出力する。それにより、ソース配線が第３ノードとして利用される場合では第３ノードN3の電位が一定レベルに維持されるので、各除去区間FP、BPでは、寄生キャパシタCPを流れる電流量が一定に維持される。制御部410は更に、ゲート駆動部130を制御し、ゲート配線GL1、…、GLnにゲートオフ電圧VSSを出力する。それにより、ゲート配線が第３ノードとして利用される場合では第３ノードN3がフローティング状態に維持されるので、各除去区間FP、BPでは寄生キャパシタCPに電流が流れない。尚、一般的には、各除去区間FP、BPではゲート配線GL1、…、GLnに対してゲートオフ電圧VSSが印加されるので、特段の駆動手段は不要である。

制御部410は更に、各除去区間FP、BPにパルス発生部460を制御し、読み出し部180に対して制御パルスPCを印加する。読み出し部180は制御パルスPCに応じ、各電極CE1、…、CE4と各短絡点SP1、…、SP4との間を流れる電流を感知信号X1、…、X4に変換する。読み出し部180は更に、感知信号をサンプリング部470に出力する。サンプリング部470は、制御部410からの制御信号に応じ、各除去区間FP、BPに感知信号X1、…、X4を受信する。サンプリング部470は更に、感知信号を分析し、外部の物体が接触した表示領域DA上の位置の座標を検出する。

第３実施例による表示装置では上記のとおり、第１、２実施例による表示装置とは異なり、ソース配線DLやゲート配線GLに代え、共通電極CE1〜CE4をタッチパネル用の読み出し電極として利用する。ここで、タッチパネルの感知精度を更に高めるには、パターニングによる共通電極の分割数を増加し、分割された各電極に接続されるべき短絡点の個数を増加すれば良い。

以上の説明のとおり、本発明の実施例によるタッチパネル一体型の表示装置では、アレイ基板に形成されたソース配線とゲート配線、又は対向基板に形成された共通電極の電気的変化を通じ、外部の物体が接触した表示パネル上の位置を検出できる。それにより、画素の開口率を更に高くでき、表示パネルの構造及びその製造工程を更に簡単化できる。

以上、本発明の好ましい実施例について詳細に説明した。しかし、本発明の実施形態は上記の実施例には限定されない。本発明が属する技術分野において通常の知識を有する者であれば、本発明の思想と精神とを離脱することなく、本発明の上記の実施例を修正し、又は変更できる。従って、それらの修正や変更も当然に、本発明の技術的範囲に属すると解されるべきである。

本発明の第１実施例による表示装置の平面図 図1に示した表示パネルの断面図 図2に示した表示パネルのうち、タッチパネルとして利用される部分の模式図 図2に示したタッチパネルの等価回路図 図1に示した読み出し部の回路図 図1に示した駆動部のブロック図 図1に示した表示パネルの駆動に利用される各信号のタイミング図 本発明の第２実施例による表示パネルの断面図 図8に示した表示パネルのうち、タッチパネルとして利用される部分の模式図 図8に示したタッチパネルの等価回路図 図8に示した表示パネルの駆動に利用される各信号のタイミング図 本発明の第３実施例による表示装置の平面図 図12に示した表示パネルの断面図 図13に示した表示パネルのうち、タッチパネルとして利用される部分の模式図 図13に示したタッチパネルの等価回路図 図12に示した読み出し部の回路図 図12に示した表示パネルの駆動に利用される各信号のタイミング図

符号の説明

100 アレイ基板
130 ゲート駆動部
150 第１読み出し部
170 第２読み出す部
200 対向基板
300 表示パネル
400 駆動部
410 制御部
430 電圧発生部
450 ソース駆動部
460 パルス発生部
470 サンプリング部

Claims (12)

1. 互いに交差するソース配線とゲート配線とが形成されたアレイ基板、及び、共通電極が形成された対向基板、を含む表示パネル、
   各フレームの表示区間において前記ソース配線へデータ信号を出力するソース駆動部、
   前記表示区間において前記ゲート配線へゲート信号を出力するゲート駆動部、
   前記ソース配線及び前記ゲート配線の少なくとも一方から、前記ソース配線、前記ゲート配線、及び前記共通電極のいずれかに生じる電気的変化を取得し、感知信号を出力する読み出し部、並びに、
   各フレーム区間の除去区間において前記読み出し部に制御パルスを出力して前記読み出し部を駆動するパルス発生部、
   を有し、
   前記読み出し部が、
   前記ソース配線に接続され、前記ソース配線に生じる電気的変化を第１感知信号に変換する第１読み出し部、及び、
   前記ゲート配線に接続され、前記ゲート配線に生じる電気的変化を第２感知信号に変換する第２読み出し部、
   を含み、
   前記パルス発生部は、前記第１読み出し部に第１制御パルスを出力して前記第１読み出し部の駆動を制御し、前記第２読み出し部に第２制御パルスを出力して前記第２読み出し部の駆動を制御し、
   前記第１制御パルスの電圧レベルが前記データ信号の電圧レベルより高く、
   前記第２制御パルスの電圧レベルがゲートオフ電圧のレベルより低い、表示装置。
2. 前記第１読み出し部が、
   前記ソース配線に接続され、前記第１制御パルスに応じてターンオンする第１スイッチング部と、
   前記第１スイッチング部に接続され、前記ソース配線を流れる電流を第１感知信号に変換する第１電流検出部と、
   を含む、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記第２読み出し部が、
   前記ゲート配線に接続され、前記第２制御パルスに応じてターンオンする第２スイッチング部と、
   前記第２スイッチング部に接続され、前記ゲート配線を流れる電流を第２感知信号に変換する第２電流検出部と、
   を含む、請求項１に記載の表示装置。
4. 前記表示パネルでは、前記アレイ基板に光が入射し、前記対向基板に外部の物体が接触可能である、請求項１に記載の表示装置。
5. 前記除去区間に前記共通電極をフローティング状態に維持する電圧発生部、を更に有する、請求項１に記載の表示装置。
6. 前記表示パネルでは、前記対向基板に光が入射し、前記アレイ基板に外部の物体が接触可能である、請求項１に記載の表示装置。
7. 前記除去区間に所定の直流電圧を前記共通電極に対して印加する電圧発生部、を更に有する、請求項１に記載の表示装置。
8. ソース配線とゲート配線との形成されたアレイ基板、及び、共通電極が形成された対向基板、を含む表示装置の駆動方法であり、
   各フレームの表示区間において前記ソース配線と前記ゲート配線とへ駆動信号を出力して前記表示装置に画像を表示する段階、
   各フレームの除去区間において、前記ソース配線及び前記ゲート配線の少なくとも一方から、前記ソース配線、前記ゲート配線、及び前記共通電極のいずれかに生じた電気的変化を取得する段階、及び、
   前記取得した電気的変化をもとに感知信号を出力する段階、
   を有し、
   前記感知信号を出力する段階が、
   前記ソース配線に生じた電気的変化を、データ信号の電圧レベルより高い第１制御パルスに応じて第１感知信号として出力する段階、及び、
   前記ゲート配線に生じた電気的変化を、ゲートオフ電圧レベルより低い第２制御パルスに応じて第２感知信号として出力する段階、
   を含む、表示装置の駆動方法。
9. 前記電気的変化を取得する段階が、前記除去区間に前記共通電極をフローティング状態に維持する段階を更に含む、請求項８に記載の表示装置の駆動方法。
10. 前記電気的変化を取得する段階が、前記除去区間に直流電圧を前記共通電極に対して印加する段階を更に含む、請求項８に記載の表示装置の駆動方法。
11. 前記感知信号を出力する段階が、前記共通電極に生じた電気的変化を感知信号として出力する段階を含む、請求項８に記載の表示装置の駆動方法。
12. 前記電気的変化を取得する段階が、前記除去区間に直流電圧を前記ソース配線に出力する段階を更に含む、請求項１１に記載の表示装置の駆動方法。

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