(57)【要約】      （修正有）【課題】必要機能を確保しながら薄型化、低コスト、高開口率のインセル式タッチ表示装置を提供する。【解決手段】インセルタッチパネルのセンサー回路は、一つの検出制御トランジスタと、１つの基準電圧と、一つのタッチ検出ラインと、タッチ検出ラインと交差する複数のラインとの間を絶縁して設けられる複数の容量を含む。検出制御トランジスタは、ゲート電極に検出制御信号を受けて開閉し、閉じた間に基準電圧Ｖｒｅｆが検出ラインに印加され前記複数の容量５０３に基準電圧が保持され、開いた時にトランジスタのフィードスルー電圧で保持された基準電圧が変化する。フィードスルー電圧は、ゲート電極とソース電極（検出ライン）間の寄生容量と、検出ラインの複数の容量と、検出制御信号電圧できまり、タッチが有ると検出ラインにタッチによる容量が追加されてフィードスルー電圧が変化する。これを検知して検出ラインの位置に基づいてタッチ位置を感知する。【選択図】図２
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【特許請求の範囲】
【請求項１】
第一基板と、第二基板と、前記第一基板と第二基板との間に形成される表示デバイスと駆動制御モジュールと、を備えるインセル式タッチ表示デバイスモジュールにおいて、
前記第一基板には複数のＳｃａｎラインと複数のＤａｔａライン及び複数のタッチセンサーモジュールが形成されており、
垂直座標のタッチ検出センサーモジュールは前記Ｓｃａｎラインと平行して設けられる検出ライン又は検出ラインを兼ねたＳｃａｎラインと、交差する配線との間に形成される容量と、一つの検出制御トランジスタと、コンタクト部を含み、水平座標のタッチ検出センサーモジュールは前記Ｄａｔａラインと平行して設けられる検出ライン又は検出ラインを兼ねたＤａｔａラインと、交差する配線との間に形成される容量と、一つの検出制御トランジスタと、を含み、前記各検出制御トランジスタは、表示エリアの外側に配置され各々の対応する検出ラインと電気接続され、
前記検出制御トランジスタは、順次または同時にＯＮ／ＯＦＦされ、この時、ＯＮ期間に検出ラインを定電圧にし、この状態からＯＦＦした時にトランジスタのフィードスルー電圧の電位及び遅延を検出ラインから検出し、タッチが有った時と無い時の前記電位及び遅延の違いでタッチを検知し、検知した検出ラインの位置に基づいて、タッチ座標を検知する事を特徴とするインセル式タッチ表示装置。
【請求項２】
前記タッチ検出制御トランジスタは、定電圧源に電気接続されたドレイン電極と、ＯＮ／ＯＦＦ信号を発生する信号発生源と電気接続されたゲート電極と、ゲート電極と同層のメタル（ゲートメタル）で配線された検出ライン又は検出ラインを兼ねたＳｃａｎラインにコンタクトを介して電気接続されるソース電極と、を備えた事を特徴とする前記請求項１に記載のインセル式タッチ表示装置。
【請求項３】
前記検出ラインは、Ｓｃａｎライン（走査線）と平行に配線され、前記Ｓｃａｎラインと交差するドレインメタル（トランジスタのドレイン電極及びソース電極を形成するメタル）配線との間に絶縁層を形成し容量とする事を特徴とする請求項２に記載のインセル式タッチ表示装置。
【請求項４】
前記タッチ検出制御トランジスタは、定電圧源に電気接続されたドレイン電極と、ＯＮ／ＯＦＦ信号を発生する信号発生源と電気接続されたゲート電極と、ドレインメタルで配線された検出ラインに電気接続されたソース電極と、を備えた事を特徴とする前記請求項１に記載のインセル式タッチ表示装置。
【請求項５】
前記検出ラインは、Ｄａｔａラインと平行に配線され、前記Ｄａｔａラインと交差するゲートメタルラインとの間に絶縁層を形成し容量とすることを特徴とする請求項４に記載のインセル式タッチ表示装置。
【請求項６】
前記タッチセンサーモジュールの数は、前記ＳｃａｎラインとＤａｔａラインの数より少なく又は前記ＳｃａｎラインとＤａｔａラインの数に等しい事を特徴とする請求項１に記載のインセル式タッチ表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】  本発明は、タッチ検知機能を有する表示装置に係り、特に外部近接物体による静電容量の変化に基づいてタッチを検出するタッチ検出機能付き表示装置、およびそのようなタッチ検出機能付き表示装置を備えた電子機器に関する。【０００２】  タッチ技術の発展につれて、タッチパネルを備えた電子製品は広く用いられている。従来のタッチパネルは、主に外掛け静電容量式及び外掛け抵抗膜式に分かれている。しかし、いずれのタッチ方式においても、タッチパネルモジュールを表示パネルの表示面に取り付けなければならないため、表示装置全体の厚さ及び重さを増加させ、表示装置の輝度及びコントラストを低減させ、製造整合性の難度を高めるなどの問題を引起した。
【技術背景】
【０００３】  近年、スマートフォンを代表する携帯液晶端末、及びその他液晶表示装置には、タッチパネル機能が搭載されている。このようなタッチパネル機能を搭載した液晶表示装置は、従来は液晶表示装置上にタッチパネルを取り付けた外付け型が主流であった。
外付け型は、液晶表示装置とタッチパネルとを別々に製造した後に一体化するため、何れか一方に不良があっても片方は利用可能であり、歩留まりに優れるものであるが、厚みや重さが増えるという問題があった。
このような外付け型の問題（厚みや重さ）を解消するものとして、液晶表示装置の液晶素子と偏光板との間にタッチパネルを組み込んだ、いわゆるオンセル型の液晶表示装置が登場している。
そして、さらに近年では、オンセル型よりもさらに厚みや重さを低減するものとして、タッチ機能を液晶素子の中に組み込んだ、いわゆるインセル型の液晶表示装置が開発され始めている（特許文献１、２）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】  特開２０１１−７６６０２
【特許文献２】  特開２０１１−２２２００９
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００５】  従来のタッチパネルは、主に外掛け静電容量式及び外掛け抵抗膜式に分かれている。しかし、いずれのタッチ方式においても、タッチパネルモジュールを表示パネルの表示面に取り付けなければならないため、表示装置全体の厚さ及び重さを増加させ、表示装置の輝度及びコントラストを低減させ、製造整合性の難度を高めるなどの問題を引起した。【０００６】  上記の問題を解決するために、フラット表示装置のメーカーは、タッチセンサーモジュールを統合したフラット表示装置（インセル型）の開発を競っている。
例えば、インセル型の液晶表示装置は、タッチ機能を組み込んだ液晶素子上に、種々の機能を有するフィルム等を接着層を介して貼り合わせた光学積層体を設置した構成からなっている。種々の機能を有するフィルム等とは、例えば、位相差板、偏光膜、偏光膜の保護フィルム、カバーガラス等が挙げられる。
また、偏光サングラスを通しての視認性を良好にするため、カバーガラス上に、いわゆる１／４波長位相差板を貼り合わせることも行われている。
特にモバイル用途の表示装置においては薄型化が重要視されるため従来のインセルタッチは薄型化に対する問題があった。
【課題を解決するための手段】
【０００７】  本発明のセンシング部は、液晶表示装置や有機ＥＬ表示装置などに用いられているＴｈｉｎＦｉｌｍＴｒａｎｓｉｓｔｏｒ（ＴＦＴ）と前記ＴＦＴを構成するゲートメタルとドレインメタルで構成され、Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ（ＭＯＳ）構造のトラジスタで発生するフィードスルー電圧の変化を検出する。
【発明の効果】
【０００８】  タッチを検知するために従来のインセルタッチパネルのようにタッチ機能を組み込んだ光学積層帯を設置する必要がなく。  コスト削減の効果もある。
【図面の簡単な説明】
【０００９】
【図１】本発明の表示装置のブロック図
【図２】本発明におけるインセル式タッチ表示装置の構成図例
【図３】検出ライン容量構成図例
【図４（ａ）】Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇａｔｅ（ＡＳＧ）回路図例１
【図４（ｂ）】Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇａｔｅ（ＡＳＧ）回路図例２
【図５】表示部Ｄａｔａ駆動部と水平座標検出部構成図例
【図６】垂直座標検出部構成図例
【図７】本発明のタイミング例
【図８】Ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌ回路図
【図９（ａ）】検出モジュール回路と判別回路図  タッチ無し
【図９（ｂ）】検出モジュール回路と判別回路図  タッチ有り
【図１０】タッチ検出回路の電圧変化図
【図１１】検出モジュール等価回路と判別回路例
【図１２】検出時のフィードスルー電圧の遅延
【発明を実施するための形態】
【００１０】  本発明のブロック図を図１に構成を図２に示したように、本発明の第一実施形態に係るインセル式タッチ表示装置のセンサー回路は、第一Ｔｈｉｎ  Ｆｉｌｍ  Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ（検出制御ＴＦＴ）５０１とドレインメタルで配線された水平座標検出ライン２０４及び、ドレインメタルとゲートメタルコンタクト５０２を介してゲートメタルで配線された垂直座標検出ライン２０５を備え、前記水平座標検出ライン２０４のドレインメタルと交差する複数のゲートメタルで配線されたラインと絶縁膜で絶縁することで形成される複数の容量５０３と、前記垂直座標検出ライン２０５のドレインメタルと交差する複数のゲートメタルで配線されたラインと絶縁することで形成される複数の容量５０３を備える。
【００１１】  表示部２００のＳｕｂ−ｐｉｘｅｌ２０１は、隣り合う２つの走査線Ｓｃａｎライン２０３及び隣り合う２つのデータ線Ｄａｔａ  Ｌｉｎｅ２０２、又は隣り合うＳｃａｎライン２０３と垂直座標の検出ライン２０５及び隣合う水平座標の検出ライン兼Ｄａｔａライン２０４とＤａｔａライン２０２によって囲まれて形成された領域内に設置され、且つ第二ＴＦＴ画素電極制御トランジスタ２０６及び画素電極２０７を含む。前記画素電極制御トランジスタ２０６は、前記１つのＳｃａｎライン２０３と前記１つのＤａｔａライン２０２の交差部又は前記Ｓｃａｎライン２０３と水平座標の検出ライン兼Ｄａｔａライン２０４の交差部の近傍に設けられ、且つ前記Ｓｃａｎライン２０３と前記Ｄａｔａライン２０２及び前記画素電極２０７又は、前記Ｓｃａｎライン２０３と水平座標検出ライン兼Ｄａｔａライン２０４及び前記画素電極２０７にそれぞれ電気接続する。前記インセル式タッチ液晶表示装置の各Ｓｃａｎライン２０３は、表示の垂直走査部３００のスキャン駆動回路Ａｍｏｒｐｈｏｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  Ｇａｔｅ（ＡＳＧ）回路に接続され、各Ｄａｔａライン２０２は、Ｄａｔａ駆動部兼水平座標検出部４００の出力端子４０８に接続され、各水平座標検出ライン兼Ｄａｔａラインは前記Ｄａｔａ駆動部兼水平座標検出部の入出力端子４０９に接続される。前記表示の垂直走査部３００は、各画素電極制御トランジスタ２０６の開閉、Ｄａｔａ駆動部兼水平座標検出部４００は前記画素電極２０７の電圧を制御する。
【００１２】  センサー部５００は、前記Ｓｃａｎライン２０３に平行して配置される垂直座標検出ライン（Ｖｓｅｎｓｅ１〜ｍ）２０５、前記垂直座標検出ライン２０５と交差する水平座標検出ライン兼Ｄａｔａライン２０４及びＤａｔａライン２０２とを絶縁することで交差剖に設けられる各々の容量５０３及び検出制御ＴＦＴ５０１を備える。前記垂直座標検出ライン２０５はコンタクト５０２を介してドレインメタルに電気接続して検出制御ＴＦＴ５０１のソース電極に接続される。前記検出制御ＴＦＴ５０１はゲート電極に垂直座標検出走査を行うＡＳＧ６０１、ドレイン電極に基準電圧（Ｖｒｅｆ）が接続される。前記ＡＳＧ６０１は図４（ａ）、（ｂ）にあるように第三ＴＦＴ郡とコンデンサで構成され図７のタイミングチャートのようにスタートパルス（ＴＳＴ）を受けてクロックＣＫ’及びＣＫＢ’で順次パルスがシフトし走査される。前記Ｖｒｅｆは検出ライン２０５及び２０４に定電圧を印加するための電圧で図５にあるようにＤａｔａ電圧を生成するＧａｍｍａ電圧生成回路４０１から供給される。前記検出制御ＴＦＴ５０１は前記ＡＳＧ６０１の出力で開閉され、前記ＡＳＧ６０１の出力がＨｉｇｈ期間にＶｒｅｆ電圧が垂直座標検出ライン２０５に印加される。その前記ＡＳＧ６０１の出力がＬｏｗに切り換ったときＴＦＴのフィードスルー電圧によって垂直座標検出ライン２０５の電位は低下する。この現象は画素電極でも起こり、この画素電極の電圧変化は対向電極（ＶＣＯＭ）の電圧を調整する事で補正されている。前記画素電圧変化は下記の数式１で求められることが分かっている。
【００１３】
【数１】
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2017188053.tif 000004
（Ｄａｔａ電圧）と前記画素電極制御ＴＦＴ２０６がＯＦＦしたときの画素電極電圧の差を示す。Ｃｇｓ、Ｃｌｃ、Ｃｃｓは図８に示すように前記画素電極ＴＦＴ２０６のゲート電極とソース電極間の寄生容量Ｃｇｓ、液晶容量Ｃｌｃ、補償容量Ｃｃｓを示す。
【００１４】  従って、同じ構造をもつ検出制御ＴＦＴ５０１、垂直座標検出ライン２０５と交差する各ｄａｔａライン２０２と、各水平座標検出ライン兼Ｄａｔａライン２０４と、ＡＳＧの配線間との間に形成された複数の容量５０３とオペアンプの入力容量における検出制御ＴＦＴ５０１のフィードスルー電圧は下記の数式２で求められる。
【００１５】
【数２】
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（Ｖｒｅｆ電圧）と前記検出制御ＴＦＴ５０１がＯＦＦした時の前記垂直座標検出ライン２０５の電圧の差を示す。Ｃｇｓ’は検出制御ＴＦＴ５０１のゲート電極とソース電極間の寄生容量を示し、Ｃｌｇｄ１〜ｍは垂直座標検出ライン２０５と各Ｄａｔａライン及び各水平座標検出ライン兼Ｄａｔａライン２０４間の容量５０３を示す。これらの回路図を図９（ａ）に示す。上記式におけるＣａｍｐ（図示せず）は、図９（ａ）における垂直座標検出ライン２０５とオペアンプの入力容量と、垂直表示走査回路ＡＳＧ配線との容量３０２を合わせた容量を示す。
【００１６】  図９（ａ）と図９（ｂ）を参照すれば、その違いはタッチによる容量Ｃｆｉｎ５０５の違いにあり図９（ｂ）における検出制御ＴＦＴ５０１のフィードスルー電圧は下記の数式３で与えられる。
【００１７】
【式３】
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【００２１】
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５電圧（Ｖｒｅｆ電圧）と前記検出制御ＴＦＴ５０１がＯＦＦした時の前記垂直座標検出ライン２０５の電圧の差を示し、上記数式２と数式３を比較すれば分子の大きさは同じであることから下記の数式で示すことができる。
【００１８】
【数４】
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【００１９】
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（ｂ）に示すようにＬｏｗとＨｉｇｈで区別することができタッチを感知可能。
【００２０】  前述した垂直座標タッチ検出に対して水平座標タッチ検出は、図２の水平座標検出制御信号入力に連結された検出制御ＴＦＴ５０１（水平座標検出制御ＴＦＴ）に図７のタイミングチャートの水平座標検出制御信号が制御信号として前記水平座標検出制御ＴＦＴを開閉する。各水平座標検出制御ＴＦＴのドレイン電極にＶｒｅｆ、ソース電極にＤａｔａライン兼水平座標検出ライン２０４、さらに前記Ｄａｔａライン兼水平座標検出ライン２０４は表示用のＳｃａｎライン２０３及び垂直座標検出ライン２０５と絶縁して形成される複数の容量５０３で構成される。したがって、水平座標タッチ検出は、水平座標検出信号で一括検出する以外の原理は垂直タッチ検出と同じであり、検出回路は図５の構成図に示すようにＤａｔａライン兼水平座標検出ライン２０４に対応するＤａｔａライン駆動部のセルは入出力端子となっておりＳＷ４０７とＣＮＴ信号で入出力が制御される。ＣＮＴ信号がＨｉｇｈでＳＷ４０７が検出用オペアンプ４０５側に閉じＤａｔａライン兼水平座標検出ライン２０４は検出用オペアンプ４０５を経てコンパレータ４０６に連結されており垂直座標タッチ検出の回路構成と同じとなる。
【００２１】  前述したように垂直方向は図６に示すようにコンパレータ７０２でＡ／Ｄ変換されエンコーダ７０３へ、水平方向は図５に示すようにコンパレータ４０６でＡ／Ｄ変換されエンコーダ４０８で符号化する。以上のように垂直座標と水平座標を検知する事が出来る。
【００２２】  本実施形態において検出制御ＴＦＴ及び画素制御ＴＦＴ、ＡＳＧ回路のＴＦＴはＡｍｏｒｐｈａｏｕｓ  Ｓｉｌｉｃｏｎ  ＴＦＴに限定されるものではなく、金属酸化物薄膜（Ｍｅｔａｌ  Ｏｘｉｄｅ  Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ）ＴＦＴさらには低温ポリシリコン（Ｌｏｗ−Ｔｅｍｐｅｒａｔｕｒｅ  Ｐｏｌｙ−Ｓｌｉｃｏｎ）ＴＦＴでもかまわない。また、ＴＦＴ構造においても限定されるものではなく、走査駆動回路においてもＩＣで第一基板（ＴＦＴアレイ基板）上に搭載されてもかまわない。さらに、図３に示した検出ライン容量構成も一例であって限定されるものではなく、水平垂直の検出ラインの構成と検出制御においても垂直座標検出をＳｃａｎラインと検出ラインを兼ねたラインとし一括検出、水平座標検出をＤａｔａラインと検出ラインを独立したラインとし順次検出としても良い。他にも本実施形態において液晶表示装置としたがマトリックス表示装置であれば有機エレクトロルミネッセンス表示装置でもかまわない。
【００２３】  実際の使用状況において表示走査周期とタッチ検出走査周期は表示品質が維持できる６０Ｈｚ以上が理想であるが、ユーザーのタッチ操作は前記走査速度に比べて極めて緩やかであるためタッチ感応効果が得られる周波数であれば６０Ｈｚ未満でもかまわない。さらに本実施形態における検出ライン２０４、２０５の線の数及び密度は、表示装置の画素密度や開口率、透過率及び感知密度によって感知密度の設計要求に従って変更できる。
【００２４】  図１１の（ａ）（ｂ）は、本発明の第二実施形態に係るインセル式タッチ表示装置の検出方法を示すものである。  図２に示す検出ライン２０４と２０５の配線には抵抗があり、検出ラインの等価回路と第二実施例における検出回路を図１１に示す。図１１に示すように検出ラインは配線による抵抗と容量５０３のローパスフィルタが連続する形になっており、このためフィードスルー電圧の伝達に遅延が発生する。さらに、タッチがあった場合は、検出ラインにタッチによる容量が付加されるので時定数が大きくなり遅延がさらに大きくなる。これを図１２に示す。前述した遅延時間の差は図１２に示すようにフィードスルーが発生するＶｏｎ−Ｖｏｆｆ信号の立下りからコンパレータが検出するまでの時間（Ｔ１とＴ２）をカウンターでカウントしてカウンタ値で判別できる。
【００２７】  本発明の第二実施形態によれば、タッチ検出方法はフィードスルー電圧だけでなくフィードスルー電圧の遅延を検出してもよい。
【００２８】  以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は改良が可能であり、該変形又は改良も、本発明の特許請求の範囲内に含まれることであるのが、いうまでもない。
【符号の説明】
【００２９】１００：インセルタッチパネル
２００：表示部
２０１：Ｓｕｂ−Ｐｉｘｅｌ
２０２：Ｄａｔａライン
２０３：Ｓｃａｎライン
２０４：Ｄａｔａライン兼水平座標検出ライン
２０５：垂直座標検出ライン
２０６：画素電極制御ＴＦＴ
２０７：画素電極
２０８：対向電極及び補償容量電極
２０９：液晶容量
２１０：補償容量
２１１：画素電極制御ＴＦＴゲート・ソース間寄生容量
３００：表示の垂直走査部
３０１：表示の走査回路ＡＳＧセル
４００：Ｄａｔａ駆動部兼垂直座標検出部
４０１：Ｇａｍｍａ，基準電圧（Ｖｒｅｆ）発生回路
４０２：表示用データレジスタ
４０３：Ｄ／Ａ変換回路
４０４：Ｄａｔａ用オペアンプ
４０５：検出用オペアンプ
４０６：コンパレータ
４０７：ＳＷ
４０８：出力端子
４０９：入出力端子
４１０：水平座標検出エンコーダー
５００：タッチ検出部
５０１：検出制御ＴＦＴ
５０２：コンタクト
５０３：容量
５０４：検出制御ＴＦＴゲート・ソース間寄生容量
５０５：タッチ容量
６００：垂直座標検出走査部
７００：垂直座標検出部
７０１：検出用オペアンプ
７０２：コンパレータ
７０３：垂直座標検出エンコーダー
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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