JP2013171369A - エンベディッド型タッチスクリーン - Google Patents

Abstract

【課題】画素の開口率の低下を伴わず、なおかつ、従来技術のものに比して単純な検知回路により十分な精度による座標検知を行い得るエンベディッド型タッチスクリーンを提供する。
【解決手段】本発明に係るエンベディッド型タッチスクリーンは、第１の基板、第１の方向に延びる走査信号線及び第２の方向に延びる映像信号線、それらにより区画される複数の画素、前記画素毎に前記走査信号線に接続されたスイッチング素子を介して前記映像信号線に接続される画素電極及び共通電極を備えた第２の基板、液晶層、前記第１の方向又は前記第２の方向に沿って配置される複数の励起電極に交番信号を印加する印加回路、前記励起電極に隣接して配置される複数の検出電極に励起された信号を検出する検出回路及び、少なくとも前記複数の励起電極と前記複数の検出電極のいずれかを、少なくとも前記第２の方向に関して走査する走査回路と、を備えた。
【選択図】図２

Description

本発明はエンベディッド型タッチスクリーンに関する。

タブレット型情報端末や、多機能型携帯電話（いわゆるスマートフォン）において、タッチスクリーンを備えたものが普及してきている。ここで、タッチスクリーンとは、例えば液晶表示装置のような画像表示装置にタッチパネルを組み合わせたものである。また、ここでタッチパネルとは、平面形状の接触検知式ポインティングデバイスを指す。使用者は、タッチスクリーンに表示された画像を見ながら、指やスタイラス等でその画面を直接触れることにより入力を行う。

一般的に普及しているタッチスクリーンは、別個に作成された画像表示装置と接触検知型入力装置を一体に貼り合わせたものである。このようなタッチパネルは、パネルの厚みや重量、部品点数及びコストの点で不利であり、また製造工程も多くなるため歩留まりが悪化する問題がある。

そこで、画像表示装置と接触検知型入力装置を別個に制作することなく一体としたタッチスクリーンが提案されている。このようなタッチスクリーンは、エンベディッド型或いはインセル型等と称されるが、本明細書では、以後、エンベディッド型タッチスクリーンと呼び慣わすこととする。

特許文献１には、光センサと、センサ出力をチャージ電圧として取り出すためのＴＦＴ（Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）とを液晶表示装置の画素内に配置したエンベディッド型タッチスクリーンが記載されている。

特許文献２には、液晶表示装置の共通電極をブロックに分割し互いに容量結合させ、タッチ時の容量変化により接触検知を行うエンベディッド型タッチスクリーンが記載されている。

非特許文献１には、液晶表示装置の画素内に容量素子と信号読み出し用ＴＦＴを設け、タッチ時の液晶セルギャップの変動に伴う容量の変動を外部に読み出すエンベディッド型タッチスクリーンが記載されている。

特開２００８−０２７２９２号公報 特表２０１１−５２７７８７号公報

TechnicalDigest of Society for Information Display Symposium 2008 pp.834-837"Integrated Active Matrix Capacitive Sensors for Touch Panel LTPS-TFTLCDs"

特許文献１及び非特許文献１に記載のエンベディッド型タッチスクリーンでは、画素内に液晶の駆動用のＴＦＴとは別個のＴＦＴを設けらなければならないが、この場合、画素の開口率が低下する。特に、小型または高精細の画像表示装置では、そもそも画素全体に対しＴＦＴが占める面積の割合が大きいため、さらに画素内のＴＦＴの数を増加することはあまり現実的でない。

特許文献２に記載のエンベディッド型タッチスクリーンでは、共通電極を複雑な形状に分割する必要があるとともに、接触検知はブロック毎となるため座標検知の精度が劣る。座標検知の精度を上げるには、共通電極をより多数の細かいブロックに分割する必要があるが、一方で各ブロックごとに増幅器を含む検知回路が要求される。そのため、座標検知の精度を高めると検知回路の回路規模が増大することになる。

本発明はかかる事情に鑑みてなされたものであって、画素の開口率の低下を伴わず、なおかつ、従来技術のものに比して単純な検知回路により十分な精度による座標検知を行い得るエンベディッド型タッチスクリーンを提供することを課題とする。

本出願において開示される発明は種々の側面を有しており、それら側面の代表的なものの概要は以下のとおりである。
（１）第１の基板と、第１の方向に延びる複数の走査信号線及び第２の方向に延びる複数の映像信号線により格子状に区画された複数の画素が画像領域に配置され、前記画素毎に前記走査信号線に接続されたスイッチング素子を介して前記映像信号線に接続される画素電極と、共通電極を前面に備えた第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板に挟まれた液晶層と、前記第１の方向又は前記第２の方向に沿って配置される複数の励起電極に交番信号を印加する印加回路と、前記励起電極に隣接して配置される複数の検出電極に励起された信号を検出する検出回路と、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出の際に、少なくとも前記複数の励起電極と前記複数の検出電極のいずれかを、少なくとも前記第２の方向に関して走査する走査回路と、を備えたエンベディッド型タッチスクリーン。
（２）（１）において、前記励起電極及び前記検出電極は、それぞれ、前記画素電極、前記共通電極、前記映像信号線及び前記映像信号線と平行かつ重畳して設けられる映像信号遮蔽電極のすくなくともいずれかであるエンベディッド型タッチスクリーン。
（３）（１）又は（２）において、前記検出回路は、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出の際に、前記第２の方向に関して、前記複数の検出電極に励起された信号を同時に検出するエンベディッド型タッチスクリーン。
（４）（１）又は（２）において、前記検出回路は、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出の際に、前記第２の方向に関して走査することにより、前記複数の検出電極に励起された信号を検出するエンベディッド型タッチスクリーン。
（５）（１）乃至（４）のいずれかにおいて、前記励起電極及び前記検出電極は、その配置方向に対する幅方向に関し、複数の前記画素に跨るエンベディッド型タッチスクリーン。
（６）（５）において、隣接する前記励起電極と前記検出電極間のピッチは、前記第１の基板の前面から前記第２の基板の前面までの距離より大きいエンベディッド型タッチスクリーン。
（７）（１）乃至（６）のいずれかにおいて、前記印加回路は、前記検出電極に隣接する前記励起電極の一方に印加する交番信号に対し、１８０°位相の反転した交番信号を前記検出電極に隣接する前記励起電極の他方に印加するエンベディッド型タッチスクリーン。
（８）（１）乃至（６）のいずれかにおいて、前記検出回路は、前記検出電極に励起された信号と、前記印加回路により印加される交番信号と同位相の交番信号との差分をとるエンベディッド型タッチスクリーン。
（９）第１の基板と、第１の方向に延びる複数の走査信号線及び第２の方向に延びる複数の映像信号線により格子状に区画された複数の画素が画像領域に配置され、前記画素毎に前記走査信号線に接続されたスイッチング素子を介して前記映像信号線に接続される画素電極と、共通電極を前面に備えた第２の基板と、前記第１の基板と前記第２の基板に挟まれた液晶層と、複数の励起電極に交番信号を印加する印加回路と、前記第１の方向に沿って配置される複数の第１の検出電極に励起された信号を検出するとともに、前記第２の方向に沿って配置される複数の第２の検出電極に励起された信号を検出する検出回路と、を備えたエンベディッド型タッチスクリーン。
（１０）（９）において、前記複数の励起電極間の間隙は、少なくとも前記第１の方向又は前記第２の方向に延び、少なくとも前記第１の検出電極又は前記第２の検出電極は、平面視において、前記間隙と重畳する位置に配置されるエンベディッド型タッチスクリーン。
（１１）（９）において、前記複数の励起電極は、前記第１の方向に沿って配置される複数の第１の励起電極と前記第２の方向に沿って配置される複数の第２の励起電極を含み、前記第１の検出電極は前記第１の励起電極に隣接して配置され、前記第２の検出電極は前記第２の励起電極に隣接して配置されるエンベディッド型タッチスクリーン。
（１２）（９）乃至（１１）のいずれかにおいて、前記励起電極、前記第１の検出電極及び前記第２の検出電極は、それぞれ、前記画素電極、前記共通電極、前記映像信号線及び前記映像信号線と平行かつ重畳して設けられる映像信号遮蔽電極のすくなくともいずれかであるエンベディッド型タッチスクリーン。
（１３）（９）乃至（１２）のいずれかにおいて、前記検出回路は、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出の際に、前記第２の方向に関して、前記複数の第１の検出電極に励起された信号を同時に検出するとともに、前記第１の方向に関して、前記複数の第２の検出電極に励起された信号を同時に検出するエンベディッド型タッチスクリーン。
（１４）（９）乃至（１２）のいずれかにおいて、前記検出回路は、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出の際に、前記第２の方向に関して走査することにより、前記複数の第１の検出電極に励起された信号を検出し、前記第１の方向に関して走査することにより、前記複数の第２の検出電極に励起された信号を検出するエンベディッド型タッチスクリーン。
（１５）（９）乃至（１４）のいずれかにおいて、前記励起電極、前記第２の励起電極、前記第１の検出電極及び前記第２の検出電極は、その配置方向に対する幅方向に関し、複数の前記画素に跨るエンベディッド型タッチスクリーン。
（１６）（１５）において、隣接する励起電極と前記第１の検出電極間のピッチ及び隣接する前記励起電極と前記第２の検出電極間のピッチは、前記第１の基板の前面から前記第２の基板の前面までの距離より大きいエンベディッド型タッチスクリーン。
（１７）（９）乃至（１６）のいずれかにおいて、前記印加回路は、前記第１の検出電極に隣接する前記励起電極の一方に印加する交番信号に対し、１８０°位相の反転した交番信号を前記第１の検出電極に隣接する前記励起電極の他方に印加し、前記第２の検出電極に隣接する前記励起電極の一方に印加する交番信号に対し、１８０°位相の反転した交番信号を前記第２の検出電極に隣接する前記励起電極の他方に印加するエンベディッド型タッチスクリーン。
（１８）（９）乃至（１６）のいずれかにおいて、前記検出回路は、前記第１の検出電極及び前記第２の検出電極に励起された信号と、前記印加回路により印加される交番信号と同位相の交番信号との差分をとるエンベディッド型タッチスクリーン。
（１９）（１）乃至（１８）のいずれかにおいて、さらに前記画素電極に映像信号を書き込む映像表示回路を有し、前記映像信号が更新される期間であるフレームは前記映像表示回路が映像信号を書き込む書き込み期間と、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出がなされる検出期間を含み、前記検出期間の間、前記画素電極が保持する信号が黒表示とされるか、又は、バックライトが消灯されるエンベディッド型タッチスクリーン。
（２０）（１）乃至（１８）のいずれかにおいて、さらに前記画素電極に映像信号を書き込む映像表示回路を有し、前記映像信号が更新される期間であるフレームは前記映像表示回路が映像信号を書き込む書き込み期間と、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出がなされる検出期間を含み、前記検出期間の間、前記画素電極は映像信号を保持し、前記画素電極に前記印加回路により印加される交番信号又は前記交番信号により励起される信号が重畳されるエンベディッド型タッチスクリーン。

上記本発明の（１）の側面によれば、画素の開口率の低下を伴わず、なおかつ、従来技術のものに比して単純な検知回路により十分な精度による座標検知を行い得るエンベディッド型タッチスクリーンが提供される。

上記本発明の（２）の側面によれば、既存の液晶表示装置の回路構成を大きく変更することなくエンベディッド型タッチスクリーンが得られる。

上記本発明の（３）の側面によれば、より短時間の間に座標検知ができる。

上記本発明の（４）の側面によれば、より小規模な検知回路により座標検知ができる。

上記本発明の（５）又は（６）の側面によれば、小型または高精細のエンベディッド型タッチスクリーンにおいても、座標検知を行い得る。

上記本発明の（７）又は（８）の側面によれば、ノイズに影響されにくく検出感度の高いエンベディッド型タッチスクリーンが得られる。

上記本発明の（９）乃至（１１）の側面によれば、画素の開口率の低下を伴わず、なおかつ、従来技術のものに比して単純な検知回路により十分な精度による座標検知を行い得るエンベディッド型タッチスクリーンが提供される。

上記本発明の（１２）の側面によれば、既存の液晶表示装置の回路構成を大きく変更することなくエンベディッド型タッチスクリーンが得られる。

上記本発明の（１３）の側面によれば、より短時間の間に座標検知ができる。

上記本発明の（１４）の側面によれば、より小規模な検知回路により座標検知ができる。

上記本発明の（１５）又は（１６）の側面によれば、小型または高精細のエンベディッド型タッチスクリーンにおいても、座標検知を行い得る。

上記本発明の（１７）又は（１８）の側面によれば、ノイズに影響されにくく検出感度の高いエンベディッド型タッチスクリーンが得られる。

上記本発明の（１９）の側面によれば、表示される映像に影響を与えることなく座標検知ができる。

上記本発明の（２０）の側面によれば、表示される映像の輝度を損なうことなく座標検知ができる。

本発明に係るエンベディッド型タッチスクリーンの原理を示すための模式断面図である。 本発明に係るエンベディッド型タッチスクリーンの原理を示すための模式断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンの構成を示す図である。 液晶パネルに形成される画素の一つを回路図により示したものである。 エンベディッド型タッチスクリーンの第２の基板の部分拡大平面図である。 図５のＶＩ−ＶＩ線による断面図である。 図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線による断面図である。 本発明の第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンが接触検知及び座標検知を行う際の部分的な構成を模式的に示した図である。 本発明の第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンが接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。 本発明の第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンの動作信号の波形を示す図である。 本発明の第２の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンが接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。 本発明の第３の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンが接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。 本発明の第４の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンが接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。 本発明の第５の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンが接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。 本発明の第６の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンが接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。 本発明の第７の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンが接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。 本発明の第８の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンが接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。 本発明の第９の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンが接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。

まず、本発明の各実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーンの基本的な原理を図１及び２を参照しつつ説明する。

図１は、本発明に係るエンベディッド型タッチスクリーン１の原理を示すための模式断面図である。同図において、エンベディッド型タッチスクリーン１に表示される画像は、図中上側より観察者により観察される。エンベディッド型タッチスクリーン１は、一般的な液晶表示装置としての構成を有しており、観察者側に配置されるガラス等からなる透明基板である第１の基板２と第２の基板３とに液晶層４が挟まれた構造の液晶パネルと、さらにその背面側に平面光源であるバックライト５が配置される。以降では、エンベディッド型タッチスクリーン１の観察者側に向く面を前面、その反対側の面を背面と呼び、観察者側を前面側、その反対側を背面側と呼びならわす。

第１の基板２の背面には、絶縁層６が形成されている。絶縁層６は、同図ではその詳細な構造を省略して示しているが、カラーフィルタ層や配向膜などから構成されており、そのため、第１の基板２は一般にカラーフィルタ基板と呼ばれる。また、エンベディッド型タッチスクリーン１がアクティブマトリクス形式の液晶表示装置でもある場合、第２の基板３の前面には、スイッチング素子としてのＴＦＴや各種配線、液晶層４中の液晶材料の配向方向を制御するための各種電極等の電気的構造が形成される。ここでは、それら電気的構造は、模式的に付番７及び８が付された電極のみが示されている。付番７及び８が付された電極やその他の電気的構造は、絶縁層９に覆われている。絶縁層９は、同図ではその詳細な構造を省略して示しているが、一般的な絶縁膜や配向膜などから構成されるものである。

ここで、付番７が付された電極は、交番電源１０に接続されており、同回路により交番信号が印加される励起電極７である。なお、ここで交番信号とは、周期的にその大きさと向きが変化する電流又は電圧を示しており、その波形は問わない。本明細書では、以降交番信号としてはその代表的なものとして、正弦波交流電圧を用いることとするが、これに限定するものではない。一方、付番８が付された電極は、励起電極７に隣接して配置される検出電極８であり、同電極に接続された増幅器１１により、同電極に励起された信号、すなわち電圧又は電流を増幅し、その結果を検出するためのものである。ここでは、例として、増幅器１１は検出電極８に励起された電圧を増幅するものとする。

ここで、励起電極７に印加された交番信号により励起される電界は交番電界であり、図１にその電気力線を破線で示すように、励起電極７から第１の基板の前面側にはみ出し、検出電極８へとつながる。このとき、検出電極８には、かかる交番電界により励起された信号が発生する。ここで、エンベディッド型タッチスクリーン１の使用者が、第１の基板２の前面に指１２、あるいは導電性を有するスタイラスその他の部材を触れると、図２に示すように、励起電極７と検出電極８間の交番電界が遮られ、検出電極８に励起される信号のレベルは低下する。増幅器１１により増幅された、かかる信号レベルの変化を検知することにより、エンベディッド型タッチスクリーン１の前面に使用者が触れたことが検知され、さらに、信号レベルの変化のあった検出電極８の位置により、使用者が触れた位置、すなわち、座標検知がなされるのである。

ところで、このような原理により接触検知及び座標検知を行う場合には、図１に示されるように、励起電極７により励起される交番電界が第１の基板２の前面側にはみ出していなければならない。そのためには第１の条件として、第１の基板２には、交番電界が前面側にはみ出すのを妨げるような電極が形成されていてはならない。すなわち、第１の基板２には電界を遮蔽するいわゆるファラデーケージとなるような電極があってはならないのである。一般的に、液晶表示装置は画素電極と共通電極の間に形成される電界により液晶の配向方向を制御するものであり、液晶の駆動方式によっては、共通電極は第１の基板に形成されることも、第２の基板に形成されることもある。そして、第１の基板に形成された共通電極はファラデーケージとなるため、本発明においては、共通電極は第２の基板３に形成される形式でなければならない。すなわち、第２の基板３の前面には、画素電極と共通電極が形成される。このような形式をとる液晶の駆動方式の代表的なものとしてＩＰＳ（Ｉｎ Ｐｌａｎｅ Ｓｗｉｔｃｈｉｎｇ）があり、本明細書ではエンベディッド型タッチスクリーン１はＩＰＳ方式の液晶表示装置でもあるものとする。

第２の条件としては、励起電極７と検出電極８間のピッチが十分に大きいことである。両者間のピッチが小さいと、交番電極はエンベディッド型タッチスクリーン１内部にとどまり、ほとんど第１の基板２の前面側にはみ出さない。より具体的には、励起電極７と検出電極８間のピッチＤが、少なくとも、第１の基板２の前面から第２の基板３の前面までの距離ｄより大きいことが必要である。

なお、ここで説明した励起電極７と検出電極８は、エンベディッド型タッチスクリーン１が接触検知及び座標検知を行う場合の機能に着目して電極を区別するための便宜的な呼び名であり、それぞれに専用の電極を設ける必要は必ずしもない。そして、励起電極７と検出電極８は、エンベディッド型タッチスクリーン１が液晶表示装置として機能する際に必要となる何らかの電極により兼ねることができ、それにより、既存の液晶表示装置の回路構成を大きく変更することなくエンベディッド型タッチスクリーン１が得られる。そのような電極としては、画素電極、共通電極、映像信号線及び映像信号線と平行かつ重畳して設けられる映像信号遮蔽電極を挙げることができる。励起電極７と検出電極８は、これらのいずれであってもよく、またその複数であってもよいし、また、励起電極７と検出電極８の双方が同じ電極（例えば、画素電極）であってもよい。

なお、励起電極７により励起される交番電界は、図１に示されるように、液晶層４を貫くため、かかる交番電界が液晶の配向方向に影響を与える恐れがある。そのため、交番電源１０により励起電極７に印加される交番信号の周波数を液晶層４の液晶が応答しない程度以上の周波数とすることにより、実質的に交番電界による液晶への影響を排除する。液晶が応答し得る周波数は、液晶の組成や液晶層４の厚み、気温などの外的要因により変動するため一概には言えないが、通常は印加される電界の周波数が１ｋＨｚ程度以上となると応答しないと考えられる。従って、本発明における交番信号の周波数の下限は、１ｋＨｚ以上、より好ましくは１０ｋＨｚ以上とすればよい。一方、理想的には交番信号の周波数の上限はないが、現実には種々の要因、例えば、増幅器１１の検出限界や、ＴＦＴの遮断周波数により上限が定められる。したがって、現時点でのエンベディッド型タッチスクリーン１、すなわち液晶表示装置の製造技術を考慮すると、交番信号の上限はおおよそ１０〜２０ＭＨｚ程度である。

なお、以上の説明では、第１の基板２を観察者側に配置するものとして説明したが、必ずしもこれによらず、第２の基板３を観察者側に配置するものとしてもよい。この場合、前述の第１の条件は必ずしも満たされずともよく、第１の基板２上に適当な電極が形成されていても差し支えないこととなる。このような配置をとる場合には、共通電極が第１の基板２上に形成される形式の液晶駆動方式、例えば、ＴＮ（Ｔｗｉｓｔｅｄ Ｎｅｍａｔｉｃ）やＶＡ（Ｖｅｒｔｉｃａｌ Ａｌｉｇｎｍｅｎｔ）を採用してもよいことになる。また、第２の条件についても、励起電極７と検出電極８間に形成される交番電界が第２の基板３を通過してその前面にはみ出していればよく、そのピッチＤは少なくとも第２の基板３の厚みより大きければよい。

以下、上述した原理に基いてエンベディッド型タッチスクリーン１を具体的に構成した例を実施形態として説明する。

図３は、本発明の第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン１００の構成を示す図である。

液晶パネル１３は矩形であり、その左右方向及び上下方向の長さは、エンベディッド型タッチスクリーン１００の用途に応じて定められる。図示した液晶パネル１３は横長形状（左右方向の長さが上下方向の長さより長い）であるが、これに限られず、縦長形状（左右方向の長さが上下方向の長さより短い）であっても、左右方向と上下方向の長さが等しくともよい。

液晶パネル１３の第２の基板３には複数の映像信号線Ｙと複数の走査信号線Ｘとが形成されている。映像信号線Ｙと走査信号線Ｘは互いに直交しており、格子状に形成されている。そして隣接する２つの映像信号線Ｙと隣接する２つの走査信号線Ｘとによって囲まれた領域が１つの画素となっている。

図４は、液晶パネル１３に形成される画素の一つを回路図により示したものである。図中に示した映像信号線Ｙｎ及びＹｎ＋１、並びに走査信号線Ｘｎ及びＸｎ＋１に囲まれた領域が一つの画素となっている。ここで注目する画素は、映像信号線Ｙｎ及び走査信号線Ｘｎにより駆動されるものとする。各画素の第２の基板３側には、ＴＦＴ１４が設けられている。ＴＦＴ１４は走査信号線Ｘｎから入力される走査信号によってオン状態となる。映像信号線Ｙｎは当該画素の画素電極１５に、オン状態のＴＦＴ１４を介して電圧（各画素の階調値を表す信号）を加える。

また、同じく第２の基板３側には、一方、第１の基板２と第２の基板３間に挟まれて封入されている液晶層４を介して容量を形成するように共通電極１６が形成されている。共通電極１６は、共通電位に電気的に接続される。そのため、画素電極１５に印加された電圧に応じて、画素電極１５と共通電極１６の間の電界が変化し、それにより液晶層４中の液晶の配向状態が変化し、液晶パネル１３を透過する光線の偏光状態を制御する。そして、液晶パネル１３の前面と背面には偏光フィルタが貼り付けられている。これにより、液晶パネル１３に形成された各画素は、光の透過率を制御する素子として機能する。そして、各画素の光の透過率を入力された画像データに応じて制御することにより画像が形成される。従って、液晶パネル１３において、画素が形成されている領域が、画像が形成される画像領域となる。

図３に戻り、制御装置１７には、外部機器より映像データが入力される。制御装置１７は、ＣＰＵ（Ｃｅｎｔｒａｌ Ｐｒｏｃｅｓｓｉｎｇ Ｕｎｉｔ）と、ＲＯＭ（Ｒｅａｄ Ｏｎｌｙ Ｍｅｍｏｒｙ）やＲＡＭ（Ｒａｎｄｏｍ Ａｃｃｅｓｓ Ｍｅｍｏｒｙ）などの不揮発性／揮発性記憶素子とを備えたマイクロコンピュータであってよい。制御装置１７は入力された映像データに対して色調整などの各種画像処理を行い、各画素の階調値を示す映像信号を生成するとともに、後述するようにエンベディッド型タッチスクリーン１００による接触検知及び座標検知を制御し、その結果得られる座標データを外部機器に出力する。

制御装置１７は生成した映像信号を映像信号線駆動回路１８に出力する。また、制御装置１７は入力された映像データに基づいて、映像信号線駆動回路１８、走査信号線駆動回路１９、バックライト駆動回路２０、印加回路２１及び検出回路２２が同期を取るためのタイミング信号を生成し、各回路に向けて出力する。なお、制御装置１７の物理的な形態は特に限定されず、複数のＬＳＩ（Ｌａｒｇｅ Ｓｃａｌｅ Ｉｎｔｅｇｒａｔｉｏｎ）から構成されてもよいし、単体であってもよい。また、バックライト駆動回路２０とその他の回路との同期を取らないものとしてもよい。

バックライト駆動回路２０は、バックライト５に必要な電流を供給する回路である。本実施形態では、制御装置１７は入力される映像データに基づいてバックライト５の輝度を制御するための信号を生成し、バックライト駆動回路２０に向けて出力する。そして、バックライト駆動回路２０は、当該生成された信号及び必要であればタイミング信号に応じてバックライト５に供給される電流の量を制御し、その輝度を調節する。なお、バックライト５の輝度は、バックライト５の領域毎に調節してもよい。バックライト５の光源としては、公知のいかなる光源を用いてもよいが、発光ダイオードを光源として用いる場合には、その輝度を制御する方法として、電流量を一定として、発光期間で明るさを制御するＰＷＭ（Ｐｕｌｓｅ Ｗｉｄｔｈ Ｍｏｄｕｌａｔｉｏｎ）方式を用いてもよく、あるいは、発光ダイオードの輝度を制御せず、一定の光量で発光するように電流量を一定としてもよい。

走査信号線駆動回路１９は走査信号線Ｘに接続されている。走査信号線駆動回路１９は制御装置１７から入力されるタイミング信号に応じて走査信号線Ｘを順番に選択し、選択した走査信号線Ｘに電圧を印加する。走査信号線Ｘに電圧が印加されると、当該走査信号線Ｘに接続されたＴＦＴ１４がオン状態となる。

映像信号線駆動回路１８は映像信号線Ｙに接続されている。映像信号線駆動回路１８は走査信号線駆動回路１９による走査信号線Ｘの選択に合わせて、当該選択された走査信号線Ｘに接続されるＴＦＴ１４のそれぞれに、各画素の階調値を表す映像信号に応じた電圧を印加する。

なお、本実施形態では、図３に示した制御装置１７及びバックライト駆動回路２０は、図示しない制御基板上に形成されている。また、映像信号線駆動回路１８及び走査信号線駆動回路１９からなる映像表示回路２３、並びに印加回路２１及び検出回路２２は、液晶パネル１３に電気的に接続されたＦＰＣ（Ｆｌｅｘｉｂｌｅ Ｐｒｉｎｔｅｄ Ｃｉｒｃｕｉｔｓ）上あるいは、液晶パネル１３を構成する基板上に形成されている（いわゆる、ＳＯＧ（Ｓｙｓｔｅｍ Ｏｎ Ｇｌａｓｓ））。なお、これらの配置は一例であり、各回路をどの部分に設けるかは任意である。印加回路２１及び検出回路２２については後述するが、印加回路２１は交番電源１０を、検出回路２２は増幅器１１を含む回路である（図１及び２参照）。

図５はエンベディッド型タッチスクリーン１００の第２の基板３の部分拡大平面図である。同図には、隣接する３つの画素が含まれる部分を示しており、走査信号線２４、映像信号線２５、画素電極１５、共通電極１６と、各画素毎に形成されるＴＦＴ１４及び、映像信号遮蔽電極２６が示されている。なお、これら各部材は第２の基板３表面に公知の半導体製造プロセスを用いて積層され、適宜絶縁層を介して互いに重なり合うように配置されるが、図５では、互いの位置関係を明らかとするため重なり合う部分についてもその外形を示している。

走査信号線２４は、図中横方向に連続して延びるストリップ線であり、本実施形態では、ＩＴＯ（酸化インジウム錫）と銅の積層膜である。また、映像信号線２５は、走査信号線２４と直交するように図中縦方向に連続して延びる銅薄膜によるストリップ線である。以降、本明細書では、走査信号線２４が延びる方向を第１の方向、映像信号線２５が延びる方向を第２の方向と称する。そして、隣接する走査信号線２４同士、映像信号線２５同士に囲まれた略矩形の領域が一画素となる。なお、本実施形態では、表示特性を改善するため画素の形状は完全な矩形でなく折れ曲がった形状となっており、映像信号線２５も第２の方向に沿う直線ではなく若干折れ曲がった形状となっている。

画素内部には、画素電極１５と、画素電極１５に重なり合う位置に形成される共通電極１６が配置される。画素電極１５は、ＩＴＯ薄膜による櫛歯形状のパターンを持つ電極であり、ＴＦＴ１４のソース電極に接続される。共通電極１６は、画素全体を覆うベタパターンのＩＴＯ薄膜であり、第１の方向に隣接する共通電極１６同士は互いに接続されている。また、映像信号遮蔽電極２６は、映像信号線２５の直上に平行かつ重畳するように形成され、第２の方向に延びるＩＴＯ薄膜によるストリップ線である。映像信号遮蔽電極２６は、画像表示時には共通電位に維持され、映像信号線２５からのノイズ電界が画素電極１５に到達しないように、映像信号線２５を電気的に遮蔽する役割を有しており、クロストークによる画像の劣化を防ぐためのものである。なお、映像信号遮蔽電極２６は必須の構成ではなく、不要であれば省略してもよい。

図６は、図５のＶＩ−ＶＩ線による断面図である。同図は、ＴＦＴ１４の断面を示しており、第２の基板３上に形成された走査信号線２４及び共通電極１６を覆うようにＳｉＮからなるゲート絶縁膜２７が形成されている。ゲート絶縁膜２７上には、水素化アモルファスシリコン（ａ−Ｓｉ：Ｈ）からなる半導体層２８が形成される。半導体層２８上には、平面視において互いに分離されるようにソース電極２９及びドレイン電極３０が形成される。ソース電極２９及びドレイン電極３０は、リンをドープしたｎ＋型水素化アモルファスシリコン膜上に、必要に応じて銅及びモリブデン積層体等の金属膜を積層したものである。これら、ゲート電極として機能する走査信号線２４、ゲート絶縁膜２７、半導体層２８、ソース電極２９及びドレイン電極３０によりＴＦＴ１４が構成される。

ドレイン電極には、映像信号線２５が接続される。また、ＴＦＴ１４、映像信号線２５を含む全体を被覆するようにＳｉＮからなる保護絶縁膜３１が形成される。保護絶縁膜３１上には画素電極１５が形成され、画素電極１５とソース電極２９はスルーホール３２を介して接続される。また、保護絶縁膜３１を挟み、映像信号線２５と重畳する位置には映像信号遮蔽電極２６が形成される。

図７は、図５のＶＩＩ−ＶＩＩ線による断面図である。同図は、画素の光透過領域の断面を示しており、櫛歯状のパターンを持つ画素電極１５と、その下層に形成される共通電極１６が示されている。画素電極１５に電荷が与えられ、所定の電圧が書き込まれると、画素電極１５と共通電極１６の間に略水平方向の電界が形成され、これにより液晶の配向方向を制御する。かかる形式の液晶駆動方式がＩＰＳ方式であり、液晶の応答が速く広い視野角を持つ特性がある。また、同図には、画素電極１５とは同一層に映像信号遮蔽電極２６が映像信号線２５と重畳且つ絶縁するように形成されている様子が示されている。

なお、以上図６及び７を参照して説明した構成は、通常のＩＰＳ方式の液晶表示装置と同等のものであり、各部材の材質や形状は、その機能を損なわない限度で当業者が任意に変更して差し支えない。

また、以上説明した構成において、エンベディッド型タッチスクリーン１００として重要な点は、走査信号線２４及び共通電極１６は第１の方向に延びる形状であり、映像信号線２５及び映像信号遮蔽電極２６は第２の方向に延びる形状をしているという点である。また、画素電極１５は、ＴＦＴ１４を介して映像信号線２５と接続されており、第１の方向に並ぶものについては、走査信号線２４からの信号により一斉にオン又はオフとされる。第２の方向に並ぶものは、同一の映像信号線２５と接続されることになる。

図８は、本実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン１００が接触検知及び座標検知を行う際の部分的な構成を模式的に示した図である。同図では、第２の基板３上に形成された回路のうち、接触検知及び座標検知に寄与する部材のみ示し、それ以外の部分は省略して示している。

図左側に示した６本の映像信号遮蔽電極２６は、互いに短絡され一体となって交番電源１０に接続され、励起電極として働く。一方、図右側の４行５列の画素電極１５（図中では代表するもの一つだけに付番を付した）は一体となって検出電極として働く。すなわち、図中に示した画素電極１５が接続されるＴＦＴ１４はオンの状態とされ、また５列の映像信号線２５は互いに短絡され一体となって増幅器１１に接続される。この結果、図中に示した画素電極１５に励起される電圧は映像信号線２５を経て増幅器１１により増幅され、外部に読み出される。

本実施形態では、励起電極は第２の方向に延びる映像信号遮蔽電極２６により構成されており、さらに、その配置方向である第２の方向に対する幅方向、すなわち第１の方向に関し、複数の画素に跨る。具体的には、６つの画素に跨る６本の映像信号遮蔽電極２６を束ねて１つの励起電極として用いている。また、検出電極についても同様であり、検出電極を構成する画素電極１５が配置される方向である第２の方向に対する幅方向である第１の方向に関し、複数の画素に跨る。この例では、５つの画素に跨る画素電極１５を束ねて１つの検出電極として用いている。

この理由は、前述したとおり、交番電界が第１の基板２の前面からはみ出すよう、励起電極と検出電極間のピッチを大きくとることにある。現時点において一般に、液晶層４の厚さは通常３〜５μｍ、第１の基板２の厚さは０．５〜０．７ｍｍ程度であるから、励起電極及び検出電極の隣接方向のサイズもこれと同等の大きさとすることが必要である。このような大きさの電極を新たに設けることは、エンベディッド型タッチスクリーン１の液晶表示装置としての機能に鑑みるとあまり現実的でない。そこで、本実施形態のように、励起電極又は検出電極の配置方向に対する幅方向に関し、複数の画素に跨るように複数の既存の電極を束ねて短絡し、一体として用いることにより、大面積の電極を実効的に合成するのである。束ねる電極の数、すなわち、跨る画素の数は、画素のサイズや得たい座標検知の精度にも依存するため一概には言えないが、上記したような０．５〜０．７ｍｍの電極を得るためには、エンベディッド型タッチスクリーン１００がＲＧＢそれぞれの副画素を有するフルカラー表示に対応した液晶パネル１３を備えているものである場合、第１の方向については副画素単位で好ましくは３列以上、より好ましくは６列以上を束ねるとよく、第２の方向については副画素単位で好ましくは２列以上、より好ましくは４列以上を束ねるとよい。

図９は、本実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン１００が接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。エンベディッド型タッチスクリーン１００の画像領域における第２の基板３上には、符号ＥＸで示す励起電極と、符号ＲＣで示す検出電極が、第１の方向に交互に配置されている。また、励起電極ＥＸと検出電極ＲＣは、配置方向である第２の方向に沿って長く伸びた形状をしている。なお、区別のため、励起電極ＥＸにはハッチングを施してある。

ここで、励起電極ＥＸは、具体的には前述の通り複数の映像信号遮蔽電極２６を束ねたものであるが、ここでは便宜的に束ねられた映像信号遮蔽電極２６を１個の励起電極ＥＸとして取り扱う。同様に、検出電極ＲＣは複数の画素電極１５を束ねたものであるが、束ねられた画素電極１５を１個の検出電極ＲＣとして取り扱う。

励起電極ＥＸには、印加回路２１が接続されており、交番電源１０からの交番信号が各励起電極ＥＸに印加されるようになっている。検出電極ＲＣには、検出回路２２が接続されている。検出回路２２では、検出電極ＲＣに励起された信号及び、第２の交番電源３３からの信号を増幅器１１に入力し、両者の差分を増幅してデジタル信号処理回路３４へと入力する。ここで、第２の交番電源３３は、交番電源１０と同位相の交番信号を出力するものであり、エンベディッド型タッチスクリーン１００の前面に指等の接触がない状態で検出電極ＲＣに励起される信号を打ち消して最小の出力になるよう調整されている。この構成は、接触検知の感度及び正確さを高めるためのものである。なお、特段問題なければ交番電源１０により第２の交番電源を兼ねてもよい。また、デジタル信号処理回路３４は、増幅された増幅器１１からの信号を基に接触が検知された座標をデジタル信号として出力するためのものであり、ローパスフィルタ、積分回路、Ａ／Ｄ変換回路或いはコンパレータその他適宜の信号処理のための回路を備えていてよい。

このような構成では、複数用意された増幅器１１のいずれからの信号に変化が生じたかを検出することにより、接触検知と同時に、第１の方向における座標検知、すなわち接触位置の検知がなされる。しかしながら、このままでは第２の方向における座標検知はできない。そこで、本実施形態では、走査回路３５を備え、検出電極ＲＣを第２の方向に時分割することにより、接触検知のなされたタイミングから第２の方向における座標検知をする。走査回路３５は、走査信号線２４と接続されており、走査信号線２４にＴＦＴ１４をオンとする信号を順次印加し、第２の方向に走査する。ここで、図示のように、走査回路３５による走査の単位は１画素毎でなくともよく、複数画素毎であってよい。ここで示した例では、４画素を束ねて順次走査するようにしている。

従って、あるタイミング、例えば、励起電極ＥＸに交番信号が印加されており、また、走査回路３５により図９中上から５段目の走査単位における走査信号線２４にＴＦＴ１４をオンとする信号が印加されている場合、検出電極ＲＣ中、図中黒塗りで示した部分における画素電極１５のみが映像信号線２５と短絡され、その信号が増幅器１１に入力される。このタイミングでいずれかの増幅器１１からの出力信号に変化があったならば、変化が検出された増幅器１１の位置により第１の方向における接触位置が、また、上から５段目の走査単位の位置により第２の方向における接触位置が判明することから、結局、座標検知がなされることとなる。なお、走査回路３５は、走査信号線駆動回路１９（図３参照）とは独立に設けてもよいし、両者を兼ねるものとしてもよい。

なお、本明細書でいう「走査」とは、一続きに並べられた全ての対象に対して、各対象を一度ずつ、同時に一つのみ選択していく動作を指しており、かかる選択の順番は問わない。一般的には、「走査」として、制御あるいは回路が単純なものとなるよう、一続きに並べられた全ての対象を端から順番に選択していく動作を行うことが多く、本実施形態においても同様の動作を採用しているが、これに限定するものではない。

図１０は本実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン１００の動作信号の波形を示す図である。エンベディッド型タッチスクリーン１００は、表示する画像を順次更新しているが、このある画像を表示してから次の画像が表示されるまでの期間をフレームと呼ぶ。さらに、エンベディッド型タッチスクリーン１００では、フレームをさらに分割し、表示サブフレームと接触検知サブフレームに分割している。１フレームの長さはフレーム周波数に依存するが、一例としてフレーム周波数を６０Ｈｚとすると１６．７ｍｓとなる。サブフレームの長さをどのように定めるかは任意であるが、一例として、表示サブフレームを１２ｍｓ、接触検知サブフレームを４．７ｍｓとする。

エンベディッド型タッチスクリーン１００が画像を表示する期間であり、映像表示回路２３が映像信号を書き込む書き込み期間でもある表示サブフレームにおいては、走査信号線駆動回路１９（図３参照）から画素１行毎のパルス信号である走査信号線駆動信号Ｖｓｃａｎ１を順次入力し、映像信号Ｖｉｍａｇｅを画素電極１５に書き込む。また、バックライト駆動信号Ｖｌｉｇｈｔはオンの状態であり、バックライト５が点灯される。このとき、走査回路３５からの接触検知用走査信号Ｖｓｃａｎ２及び、印加回路２１からの交番信号Ｖａｌｔは供給されない。

なお、液晶表示装置としてのエンベディッド型タッチスクリーン１００の動作の詳細は本発明を説明する上で重要でないので、上述した表示サブフレームにおける動作信号の波形は簡略化したものである。上述の説明では表示サブフレームの全期間にわたり映像信号Ｖｉｍａｇｅが書き込まれるとともにバックライト５が点灯しているかのごとく説明しているが、エンベディッド型タッチスクリーン１００を実現するにあたり、映像信号Ｖｉｍａｇｅを書き込む期間は表示サブフレームの期間の一部であってよく、また、バックライト５は映像信号Ｖｉｍａｇｅが書き込まれている期間は全面的にあるいは部分的に消灯してもよい。

エンベディッド型タッチスクリーン１００が接触検知及び座標検知を行う期間であり、印加回路２１による印加及び検出回路２２による検出がなされる検出期間でもある接触検知サブフレームにおいては、走査信号線駆動信号Ｖｓｃａｎ１、映像信号Ｖｉｍａｇｅの供給を停止し、励起電極ＥＸに交番信号Ｖａｌｔを供給する。接触検知サブフレーム中に走査信号線駆動信号Ｖｓｃａｎ１、映像信号Ｖｉｍａｇｅの供給を停止することで、これらの信号からの電磁ノイズが接触検知及び座標検知に影響を及ぼすことを回避できる。

交番信号Ｖａｌｔの周波数は、前述したとおり、液晶が応答しない周波数とすることが望ましく、１ｋＨｚ以上、より好ましくは１０ｋＨｚ以上とする。一方、本実施形態では、信号はＴＦＴ１４を介して検出されるため、励起周波数はＴＦＴ１４の遮断周波数より十分小さい必要がある。遮断周波数は用いられるＴＦＴの種類や大きさに依存するため、Ｖａｌｔの周波数の上限は設計により異なるが、現時点で一般的に用いられるＭＯＳ型ＴＦＴの場合、大型テレビジョン受像機に広く用いられるアモルファスシリコンＴＦＴであればおおよそ１００ｋＨｚ以下、携帯機器等に用いられる小型ディスプレイに用いられるポリシリコンＴＦＴでは、おおよそ１０ＭＨｚ以下とするとよい。

また、走査単位毎のパルス信号である接触検知用走査信号Ｖｓｃａｎ２が順次入力され、エンベディッド型タッチスクリーン１００の全面が第２の方向に走査される。さらに、このとき、バックライト駆動信号Ｖｌｉｇｈｔをオフの状態として、バックライト５を消灯する。

この理由は、接触検知用走査信号Ｖｓｃａｎ２が入力されることにより、走査単位に含まれる画素電極１５が短絡するため、エンベディッド型タッチスクリーン１００に表示される画像が乱れるが、これに起因する画像の劣化を防ぐためである。なお、バックライト５の消灯に換えて、画素電極１５に黒表示となる電圧を書き込むことにより、画素電極１５が保持する信号を黒表示としてもよい。

或いは、接触検知サブフレームにおいて、画素電極１５が映像信号Ｖｉｍａｇｅを保持し、画素電極１５に交番信号Ｖａｌｔにより励起される信号が重畳されるようにすることにより、接触検知サブフレームにおいても画像を表示したままとしてもよい。この場合、若干回路的な工夫が必要となるが、図９において検出回路２２と検出電極ＲＣに含まれる個々の画素電極１５とをハイパスフィルターを介して接続するようにするとよい。ハイパスフィルターの遮断周波数は、交番信号Ｖａｌｔは通過するが映像信号Ｖｉｍａｇｅは通過できないような値に定めるとよい。この場合、接触検知サブフレームにおいて必ずしもバックライト５を消灯しなくともよい。

以上説明した実施形態は、種々の変形が可能である。以下、そのような変形例を示す。

まず、先の実施形態においては、励起電極ＥＸとして映像信号遮蔽電極２６を、検出電極ＲＣとして画素電極１５を用いたが、励起電極ＥＸ及び検出電極ＲＣとして利用する電極は様々であり、これを変更しても差し支えない。具体的には、励起電極ＥＸ及び検出電極ＲＣとしては、画素電極１５、共通電極１６、映像信号線２５及び映像信号遮蔽電極２６の少なくともいずれかとすることができる。

図１１は、本発明の第２の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン２００が接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。なお、同図に示した以外の詳細なエンベディッド型タッチスクリーン２００の構造は、先に示した第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン１００のものと同様であるから、重複する説明は省略するものとする。

エンベディッド型タッチスクリーン２００では、映像信号遮蔽電極２６を検出電極ＲＣとして用い、画素電極１５を励起電極ＥＸとして用いている。従って、印加回路２１は画素電極１５に接続される映像信号線２５に、検出回路２２は映像信号遮蔽電極２６に接続されることになる。また、走査回路３５は、画素電極１５を走査単位毎に走査するため、本実施形態では、励起電極ＥＸが第２の方向に走査されることになる。このような構成としても、先の実施形態と全く同様に、信号の変化が検出された増幅器１１の位置により第１の方向に関する接触位置が、また信号の変化が検出されたタイミングにより第２の方向に関する接触位置が検出され、この両者により接触検知及び座標検知がなされる。なお、本図においても、励起電極ＥＸにはハッチングを施し、また、走査回路３５によりＴＦＴ１４がオンとされている走査単位（一例として、上から５番目の走査単位）を黒塗りで示した。

また、図５において、共通電極１６を第１の方向に隣接するもの同士が短絡されているものとして示したが、これに換え、共通電極１６が第２の方向に隣接するもの同士が短絡されている構造の場合、第１の実施形態及び第２の実施形態において、映像信号遮蔽電極２６に換えて共通電極１６を励起電極ＥＸ又は検出電極ＲＣとして用いてよい。

図１２は、本発明の第３の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン３００が接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。なお、同図に示した以外の詳細なエンベディッド型タッチスクリーン３００の構造もまた、先に示した第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン１００のものと同様であるから、重複する説明は省略するものとする。

エンベディッド型タッチスクリーン３００では、画素電極１５を励起電極ＥＸ及び検出電極ＲＣの双方として用いている。従って、印加回路２１は画素電極１５のうち励起電極ＥＸとして使用されるものに接続される映像信号線２５に、検出回路２２は画素電極１５のうち検出電極ＲＣとして使用されるものに接続される映像信号線２５にそれぞれ接続されることになる。また、走査回路３５は、画素電極１５を走査単位毎に走査するため、本実施形態では、励起電極ＥＸ及び検出電極ＲＣの両方が同時に第２の方向に走査されることになる。このような構成としても、第１の実施形態と全く同様に、信号の変化が検出された増幅器１１の位置により第１の方向に関する接触位置が、また信号の変化が検出されたタイミングにより第２の方向に関する接触位置が検出され、この両者により接触検知及び座標検知がなされる。なお、本図においても、励起電極ＥＸにはハッチングを施し、また、走査回路３５によりＴＦＴ１４がオンとされている走査単位（一例として、上から５番目の走査単位）を黒塗りで示した。

図１３は、本発明の第４の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン４００が接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。なお、同図に示した以外の詳細なエンベディッド型タッチスクリーン４００の構造もまた、先に示した第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン１００のものと同様であるから、重複する説明は省略するものとする。

エンベディッド型タッチスクリーン４００では、励起電極ＥＸ及び検出電極ＲＣの配置方向が第１の方向となっており、その形状は第１の方向に延びるものとなっている。また、励起電極ＥＸ及び検出電極ＲＣは第２の方向に交互に配置される。ここで、励起電極ＥＸとしては、第１の方向に延びる電極を用いることが必要であり、本実施形態では共通電極１６を用いている。また、検出電極ＲＣには画素電極１５を用いている。従って、印加回路２１は共通電極１６のうち励起電極ＥＸとして使用されるものに接続される。また、検出回路２２は映像信号線２５に接続されるが、第１の方向に必要な数の画素毎に、この例では８画素分の映像信号線を束ねて増幅器１１に接続している。さらに、走査回路３５は検出電極ＲＣとして用いられる画素電極１５に接続されている走査信号線２４に接続されており、走査単位毎に第２の方向に検出電極ＲＣを走査する。

このような構成としても、第１の実施形態と全く同様に、信号の変化が検出された増幅器１１の位置により第１の方向に関する接触位置が、また信号の変化が検出されたタイミングにより第２の方向に関する接触位置が検出され、この両者により接触検知及び座標検知がなされる。なお、本図においても、励起電極ＥＸにはハッチングを施し、また、走査回路３５によりＴＦＴ１４がオンとされている走査単位（一例として、上から４番目の走査単位）を黒塗りで示した。

さらに、第１の実施形態に対し第２の実施形態で示したように、本実施形態における励起電極ＥＸと検出電極ＲＣを入れ替えてもよい。

図１４は、本発明の第５の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン５００が接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。なお、同図に示した以外の詳細なエンベディッド型タッチスクリーン５００の構造もまた、先に示した第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン１００のものと同様であるから、重複する説明は省略するものとする。

エンベディッド型タッチスクリーン５００では、励起電極ＥＸ及び検出電極ＲＣの配置及び構成、並びに印加回路２１の配置及び構成は、第１の実施形態のものと同様である。検出回路２２の構成は第１の実施形態のものと異なっており、増幅器１１は各検出電極ＲＣと、第２の走査回路３６を介して接続されている。また、増幅器１１の数はこの例では１つのみであり、検出電極ＲＣの数に満たない。

本実施形態では、検出電極ＲＣを第１の方向にも時分割することにより、接触検知のなされたタイミングから、第２の方向のみならず、第１の方向における座標検知をもする。すならち、第２の走査回路３６は、増幅器１１と検出電極ＲＣを順次接続することにより、第１の方向に向かって検出電極ＲＣを走査するものであり、第２の走査回路の走査中には、一の検出電極ＲＣが増幅器１１に接続される。

また、同時に走査回路３５による第２の方向についての走査もなされている。この第２の走査回路３６による第１の方向についての走査と、走査回路３５による第２の方向についての走査の順番は限定されないが、本実施形態では、走査回路３５による第２の方向について特定の走査単位が選択された状態で、第２の走査回路３６による第１の方向についての一連の走査がなされ、その後走査回路３５が新たな走査単位を選択し、再び第２の走査回路３６による第１の方向についての一連の走査がなされるという動作が繰り返されることにより、画像領域全体の走査がなされる。このようにすることにより、増幅器１１からの信号に変化が検出されたタイミングにより、第１の方向及び第２の方向双方について接触位置が検出され、それにより接触検知及び座標検知がなされる。

この構成では、第１の実施形態に比して、第１の方向についての走査を繰り返す分、接触検知及び座標検知に要する時間は長くなるものの、増幅器１１がこの例では１つのみと少なく、また信号線の数も少なくデジタル信号処理回路３４の回路規模も小規模なものとなるなど、検出回路２２が単純で簡潔なものとなる。

なお、本図においても、励起電極ＥＸにはハッチングを施し、また、走査回路３５によりＴＦＴ１４がオンとされている走査単位（一例として、上から５番目の走査単位）を黒塗りで示した。また、本実施形態で示したような、検出回路２２が第２の走査回路３６を含む構成は、第１の実施形態のみならず、第２乃至第４の実施形態及び、この後説明する第６乃至第９の実施形態に適用してもよい。

図１５は、本発明の第６の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン６００が接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。なお、同図に示した以外の詳細なエンベディッド型タッチスクリーン６００の構造もまた、先に示した第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン１００のものと同様であるから、重複する説明は省略するものとする。

エンベディッド型タッチスクリーン６００では、励起電極ＥＸ及び検出電極ＲＣの配置及び構成は第１の実施形態のものと同様である。

印加回路２１は、交番電源１０に加え、第２の交番電源３３を有しており、交番電源１０からの交番信号は励起電極ＥＸに対し、第１の方向に一つおきに印加される。残った励起電極ＥＸに対しては、第２の交番電源３３からの交番信号が印加される。すなわち、励起電極ＥＸのみに着目すれば、第１の方向に沿って、交番電源１０からの交番信号と第２の交番電源３３からの交番信号が交互に印加されることになる。

ここで、第２の交番電源３３から出力される交番信号は、交番電源１０から出力される交番信号に対し１８０°位相が反転している信号である。したがって、一の検出電極ＲＣに着目すると、かかる検出電極ＲＣに隣接する励起電極ＥＸの一方には交番電源１０から出力される交番信号が印加され、反対側に位置する励起電極ＥＸの他方にはこれに対し１８０°位相の反転した交番信号が第２の交番電源３３から出力され印加されることとなる。

このようにすると、エンベディッド型タッチスクリーン６００の表面に何も接触していない状態では、検出電極ＲＣに対し、交番電源１０から出力される交番信号により励起される交番電界と、これに対し１８０°位相の反転した交番信号により励起される交番電界が作用することとなり、両者がバランスし打ち消しあうため、ほとんど何らの信号も検出されない。これに対し、エンベディッド型タッチスクリーン６００の表面に指等が接触すると、このバランスが乱され、検出電極ＲＣは信号を検出するようになる。このような構成としても、接触検知の感度及び正確さを高めることができる。

なお、本図において、第２の交番電源３３は交番電源１０と独立して設けられるかのごとく図示したが、必ずしもこれに限定するものではない。すなわち、第２の交番電源３３として、交番電源１０を一部流用する、またはその逆を行うことは何ら差し支えない。例えば、交番電源１０に位相反転回路を接続することにより、交番電源１０からの交番信号に対し１８０°位相の反転した交番信号を得るようにしてもよい。この場合、第２の交番電源３３は、交番電源１０と位相反転回路により構成されることになる。また、本図においても、励起電極ＥＸにはハッチングを施し、また、走査回路３５によりＴＦＴ１４がオンとされている走査単位（一例として、上から５番目の走査単位）を黒塗りで示した。また、本実施形態のように、検出電極ＲＣに隣接する励起電極ＥＣの一方に印加する交番信号に対し、１８０°位相の反転した交番信号を当該検出電極ＲＣの隣接する励起電極ＥＣの他方に印加する構成は、第１の実施形態のみならず、第２乃至第５の実施形態及び、この後説明する第７乃至第９の実施形態に適用してもよい。

図１６は、本発明の第７の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン７００が接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。なお、同図に示した以外の詳細なエンベディッド型タッチスクリーン７００の構造もまた、先に示した第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン１００のものと同様であるから、重複する説明は省略するものとする。

エンベディッド型タッチスクリーン７００では、励起電極ＥＸの配置及び構成並びに印加回路２１の配置及び構成は、第１の実施形態のものと同様である。そして、検出電極として、第１の方向に沿って配置される第１の検出電極ＲＣ１と、第２の方向に沿って配置される第２の検出電極ＲＣ２が設けられる。ここで、励起電極ＥＸは先に述べたように、複数の映像信号遮蔽電極２６を束ねたものであり、第２の方向に沿って配置される。そして、第１の検出電極ＲＣ１は、複数の共通電極１６を束ねたものであり、第１の方向に沿って配置される。また、第２の検出電極ＲＣ２は、複数の画素電極１５を束ねたものであり、第２の方向に沿って配置される。励起電極ＥＸは第１の方向に間隙を開けて配置されているため、かかる間隙は第２の方向に延び、第２の検出電極ＲＣ２は隣り合う励起電極ＥＸ間の間隙と重畳する位置に配置される。この結果、励起電極ＥＸと第２の検出電極ＲＣ２は互いに重なり合うことなく隣接して配置される。一方、第１の検出電極ＲＣ１は、部分的に励起電極ＥＸ及び第２の検出電極ＲＣ２と重なり合う。

また、検出回路２２は複数の増幅器１１を有しており、各増幅器１１はそれぞれ各第１の検出電極ＲＣ１及び各第２の検出電極ＲＣ２と接続されている。

このような構成によれば、何ら走査を行うことなく、信号の変化を検知した増幅器１１の位置によって直ちに接触位置の座標を特定することができる。例えば、第１の方向に並べられている増幅器１１の左から４番目のものと、第２の方向に並べられている増幅器１１の上から４番目のものについて信号の変化があったならば、図中黒塗りで示した位置に接触があったことが特定される。したがって、この構成によれば接触検知及び座標検知を短時間で行うことができ、或いは、検知に要する積分時間を長くとることができるのでノイズに対する耐性を高いものとすることができる。

もちろん、第５の実施形態において示したような第２の走査回路３６（図１４参照）を用いて増幅器１１の数及びデジタル信号処理回路３４の回路規模を小さいものとしても、接触検知及び座標検知を行うに当たっての障害はない。

また、本実施形態においての励起電極ＥＸの配置方向は一例であり、第２の方向に換えて、第１の方向をその配置方向としてもよい。この場合、励起電極ＥＸとしては例えば共通電極１６を用いることができ、第１の検出電極ＲＣ１が、励起電極ＥＸ間の間隙と重畳する位置に配置されることとなる。

なお、本図においても、励起電極ＥＸにはハッチングを施して示した。

ところで、第７の実施形態においては、励起電極ＥＸと第１の検出電極ＲＣ１が部分的に重なり合うため、励起電極ＥＸから第１の検出電極ＲＣ１へと向かう交番電界がその重なり合う部分に集中し、エンベディッド型タッチスクリーン７００の前面にはみ出しにくいため、接触検知及び座標検知の感度が低下する恐れがある。

図１７は、かかる問題点を解決する本発明の第８の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン８００が接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。なお、同図に示した以外の詳細なエンベディッド型タッチスクリーン８００の構造もまた、先に示した第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン１００のものと同様であるから、重複する説明は省略するものとする。

エンベディッド型タッチスクリーン８００では、励起電極ＥＸは複数の画素電極１５を束ねたものであり、第２の方向に沿って配置される。そして、第１の方向に沿って配置される第１の検出電極ＲＣ１は複数の共通電極１６を束ねたものであり、第２の検出電極ＲＣ２は、複数の映像信号遮蔽電極２６を束ねたものである。

また、検出回路２２は複数の増幅器１１を有しており、各増幅器１１はそれぞれ各第１の検出電極ＲＣ１及び各第２の検出電極ＲＣ２と接続されている。

ここで、図示しない回路により、画素電極１５に接続されるＴＦＴ１４を駆動する走査信号線２４のうち、第１の検出電極ＲＣ１と重畳しない画素に接続されるもののみに信号を供給し、ＴＦＴ１４をオンとする。その結果、図中墨塗りで示したように格子状に第１の方向、第２の方向ともに間隙を開けて存在する領域のみが励起電極ＥＸとして機能することになる。この結果、第１の検出電極ＲＣ１及び第２の検出電極ＲＣ２の両方が、励起電極ＥＸ間の間隙と重畳する位置に配置されることとなり、どちらも励起電極ＥＸと互いに重なり合うことなく隣接して配置される。

これにより、励起電極ＥＸから第１の検出電極ＲＣ１に向かう交番電界及び励起電極ＥＸから第２の検出電極ＲＣ２に向かう交番電界の両方がエンベディッド型タッチスクリーン７００の前面にはみ出し、接触検知を感度良く行うことができる。

なお、本実施形態の残余の点については先の第７の実施形態と同様である。

図１８は、本発明の第９の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン９００が接触検知及び座標検知を行う際の全体的な構成を模式的に示した図である。なお、同図に示した以外の詳細なエンベディッド型タッチスクリーン９００の構造もまた、先に示した第１の実施形態に係るエンベディッド型タッチスクリーン１００のものと同様であるから、重複する説明は省略するものとする。

エンベディッド型タッチスクリーン９００では、励起電極として、第１の方向に沿って配置される第１の励起電極ＥＸ１と第２の方向に沿って配置される第２の励起電極ＥＸ２が、検出電極として、第１の方向に沿って配置される第１の検出電極ＲＣ１と第２の方向に沿って配置される第２の検出電極ＲＣ２が、それぞれ設けられる。そして、第１の励起電極ＥＸ１と第１の検出電極ＲＣ１は第２の方向に関して交互に、また、第２の励起電極ＥＸ２と第２の検出電極ＲＣ２は第１の方向に関して交互に隣接するように配置されている。具体的には、本実施形態では、第１の検出電極ＲＣ１及び第１の検出電極ＲＣ１として、複数の共通電極１６を束ねたものを、第２の励起電極ＥＸ２及び第２の検出電極ＲＣ２として、複数の映像信号遮蔽電極２６を束ねたものを用いている。もちろん、これら電極を他のものを用いるように変更してもよい。

印加回路２１は交番電源１０からの交番信号を切替スイッチ３７を介して第１の励起電極ＥＸ１又は第２の励起電極ＥＸ２に入力するように構成されており、切替スイッチ３７の制御により、第１の励起電極ＥＸ１及び第２の励起電極ＥＸ２のいずれか一方のみに交番信号を印加する。検出回路２２の構成については、先の第７の実施形態のものと同様である。

本実施形態における接触検知及び座標検知は２段階で行われる。すなわち、印加回路２１はまず切替スイッチ３７を第１のポジションとして、第１の励起電極ＥＸ１のみに交番信号を印加する。このとき、検出電極としては第１の検出電極ＲＣ１のみを用い、検出回路２２は図中第２の方向に並べられている増幅器１１の出力の変化の有無を検出する。この結果、第２の方向についての接触位置の検出がなされる。

続いて、印加回路２１は切替スイッチ３７を第２のポジションとして、第２の励起電極ＥＸ２のみに交番信号を印加する。このとき、検出電極としては第２の検出電極ＲＣ２のみが用いられる。この結果、第１の方向についての接触位置の検出がなされる。

そして、この第１の方向についての検出結果と、第２の方向についての検出結果より、接触位置が両方向について特定され、接触検知及び座標検知がなされる。

このように、本実施形態では、第１の方向についての接触位置の検出と、第２の方向についての接触位置の検出を時分割により別々に行う。このようにしても、交番電源１０により印加される交番信号は高周波であり、接触位置の検出自体は瞬時に行われるため、物理的な接触、特に人による操作を検出する上では特段の問題は生じない。

なお、以上説明した各実施形態において化体された具体的な構成は、本発明を説明する上で例示されたものであり、本発明の技術的範囲をかかる具体的な構成に限定するものではない。当業者は、上記各実施形態において開示された内容を適宜変形乃至最適化することができ、例えば、各部材の配置位置、数、形状等は必要に応じ任意に変更してよい。

１，１００，２００，３００，４００，５００，６００，７００，８００，９００ エンベディッド型タッチスクリーン、２ 第１の基板、３ 第２の基板、４ 液晶層、５ バックライト、６ 絶縁層、７ 励起電極、８ 検出電極、９ 絶縁層、１０ 交番電源、１１ 増幅器、１２ 指、１３ 液晶パネル、１４ ＴＦＴ、１５ 画素電極、１６ 共通電極、１７ 制御装置、１８ 映像信号線駆動回路、１９ 走査信号線駆動回路、２０ バックライト駆動回路、２１ 印加回路、２２ 検出回路、２３ 映像表示回路、２４ 走査信号線、２５ 映像信号線、２６ 映像信号遮蔽電極、２７ ゲート絶縁膜、２８ 半導体層、２９ ソース電極、３０ ドレイン電極、３１ 保護絶縁膜、３２ スルーホール、３３ 第２の交番電源、３４ デジタル信号処理回路、３５ 走査回路、３６ 第２の走査回路、３７ 切替スイッチ。

Claims (20)

1. 第１の基板と、
   第１の方向に延びる複数の走査信号線及び第２の方向に延びる複数の映像信号線により格子状に区画された複数の画素が画像領域に配置され、前記画素毎に前記走査信号線に接続されたスイッチング素子を介して前記映像信号線に接続される画素電極と、共通電極を前面に備えた第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板に挟まれた液晶層と、
   前記第１の方向又は前記第２の方向に沿って配置される複数の励起電極に交番信号を印加する印加回路と、
   前記励起電極に隣接して配置される複数の検出電極に励起された信号を検出する検出回路と、
   前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出の際に、少なくとも前記複数の励起電極と前記複数の検出電極のいずれかを、少なくとも前記第２の方向に関して走査する走査回路と、
   を備えたエンベディッド型タッチスクリーン。
2. 前記励起電極及び前記検出電極は、それぞれ、前記画素電極、前記共通電極、前記映像信号線及び前記映像信号線と平行かつ重畳して設けられる映像信号遮蔽電極のすくなくともいずれかである請求項１記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
3. 前記検出回路は、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出の際に、前記第２の方向に関して、前記複数の検出電極に励起された信号を同時に検出する請求項１又は２記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
4. 前記検出回路は、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出の際に、前記第２の方向に関して走査することにより、前記複数の検出電極に励起された信号を検出する請求項１又は２記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
5. 前記励起電極及び前記検出電極は、その配置方向に対する幅方向に関し、複数の前記画素に跨る請求項１乃至４のいずれかに記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
6. 隣接する前記励起電極と前記検出電極間のピッチは、前記第１の基板の前面から前記第２の基板の前面までの距離より大きい請求項５に記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
7. 前記印加回路は、前記検出電極に隣接する前記励起電極の一方に印加する交番信号に対し、１８０°位相の反転した交番信号を前記検出電極に隣接する前記励起電極の他方に印加する請求項１乃至６のいずれかに記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
8. 前記検出回路は、前記検出電極に励起された信号と、前記印加回路により印加される交番信号と同位相の交番信号との差分をとる請求項１乃至６のいずれかに記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
9. 第１の基板と、
   第１の方向に延びる複数の走査信号線及び第２の方向に延びる複数の映像信号線により格子状に区画された複数の画素が画像領域に配置され、前記画素毎に前記走査信号線に接続されたスイッチング素子を介して前記映像信号線に接続される画素電極と、共通電極を前面に備えた第２の基板と、
   前記第１の基板と前記第２の基板に挟まれた液晶層と、
   複数の励起電極に交番信号を印加する印加回路と、
   前記第１の方向に沿って配置される複数の第１の検出電極に励起された信号を検出するとともに、前記第２の方向に沿って配置される複数の第２の検出電極に励起された信号を検出する検出回路と、
   を備えたエンベディッド型タッチスクリーン。
10. 前記複数の励起電極間の間隙は、少なくとも前記第１の方向又は前記第２の方向に延び、
    少なくとも前記第１の検出電極又は前記第２の検出電極は、平面視において、前記間隙と重畳する位置に配置される
    請求項９記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
11. 前記複数の励起電極は、前記第１の方向に沿って配置される複数の第１の励起電極と前記第２の方向に沿って配置される複数の第２の励起電極を含み、
    前記第１の検出電極は前記第１の励起電極に隣接して配置され、前記第２の検出電極は前記第２の励起電極に隣接して配置される
    請求項９記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
12. 前記励起電極、前記第１の検出電極及び前記第２の検出電極は、それぞれ、前記画素電極、前記共通電極、前記映像信号線及び前記映像信号線と平行かつ重畳して設けられる映像信号遮蔽電極のすくなくともいずれかである請求項９乃至１１のいずれかに記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
13. 前記検出回路は、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出の際に、前記第２の方向に関して、前記複数の第１の検出電極に励起された信号を同時に検出するとともに、前記第１の方向に関して、前記複数の第２の検出電極に励起された信号を同時に検出する請求項９乃至１２のいずれかに記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
14. 前記検出回路は、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出の際に、前記第２の方向に関して走査することにより、前記複数の第１の検出電極に励起された信号を検出し、前記第１の方向に関して走査することにより、前記複数の第２の検出電極に励起された信号を検出する請求項９乃至１２のいずれかに記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
15. 前記励起電極、前記第１の検出電極及び前記第２の検出電極は、その配置方向に対する幅方向に関し、複数の前記画素に跨る請求項９乃至１４のいずれかに記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
16. 隣接する前記励起電極と前記第１の検出電極間のピッチ及び隣接する前記励起電極と前記第２の検出電極間のピッチは、前記第１の基板の前面から前記第２の基板の前面までの距離より大きい請求項１５に記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
17. 前記印加回路は、前記第１の検出電極に隣接する前記励起電極の一方に印加する交番信号に対し、１８０°位相の反転した交番信号を前記第１の検出電極に隣接する前記励起電極の他方に印加し、前記第２の検出電極に隣接する前記励起電極の一方に印加する交番信号に対し、１８０°位相の反転した交番信号を前記第２の検出電極に隣接する前記励起電極の他方に印加する請求項９乃至１６のいずれかに記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
18. 前記検出回路は、前記第１の検出電極及び前記第２の検出電極に励起された信号と、前記印加回路により印加される交番信号と同位相の交番信号との差分をとる請求項９乃至１６のいずれかに記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
19. さらに前記画素電極に映像信号を書き込む映像表示回路を有し、
    前記映像信号が更新される期間であるフレームは前記映像表示回路が映像信号を書き込む書き込み期間と、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出がなされる検出期間を含み、
    前記検出期間の間、前記画素電極が保持する信号が黒表示とされるか、又は、バックライトが消灯される請求項１乃至１８のいずれかに記載のエンベディッド型タッチスクリーン。
20. さらに前記画素電極に映像信号を書き込む映像表示回路を有し、
    前記映像信号が更新される期間であるフレームは前記映像表示回路が映像信号を書き込む書き込み期間と、前記印加回路による印加及び前記検出回路による検出がなされる検出期間を含み、
    前記検出期間の間、前記画素電極は映像信号を保持し、前記画素電極に前記印加回路により印加される交番信号又は前記交番信号により励起される信号が重畳される請求項１乃至１８のいずれかに記載のエンベディッド型タッチスクリーン。

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