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技術 力検出装置

出願人 株式会社ジャパンディスプレイ
発明者 鈴木崇章保坂翔太野口幸治寺西康幸
出願日 2016年7月29日 (2年5ヶ月経過) 出願番号 2016-150606
公開日 2018年2月1日 (11ヶ月経過) 公開番号 2018-017705
状態 未査定
技術分野 力の測定一般 特定の目的に適した力の測定
主要キーワード 調整フレーム 力検出領域 表示出力内容 Y座標 基準力 出荷前検査 定数テーブル ソースセレクタ
関連する未来課題
重要な関連分野

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図面 (20)

課題

力を好適に検出する。

解決手段

被検出物印加する力を表す補正力信号値を出力する力検出部と、力との関係が直線状になる補正後力信号値を出力する力検出制御部と、を含む。力検出部は、入力面に対向する電極と、力によって変形可能な第1層及び第2層を挟んで、電極と対向する導電体と、を含む。力検出制御部は、第1層が変形して第2層が変形しない力の第1範囲では、力と予め定められた第1定数との積により、補正後力信号値を算出し、第1層及び第2層が変形する力の第2範囲では、第1範囲と第2範囲との境界を表す力閾値と第1定数との積と、力と力閾値との差分と予め定められた第2定数との積と、の和により、補正後力信号値を算出する。

概要

背景

近年、いわゆるタッチパネルと呼ばれる、外部近接物体を検出可能なタッチ検出装置が注目されている。タッチパネルは、液晶表示装置等の表示装置上に装着され、又は表示装置と一体化されて、タッチ検出機能付き表示装置として用いられる。そして、タッチ検出機能付き表示装置は、表示装置に各種のボタン画像等を表示させることにより、タッチパネルを通常の機械式ボタンの代わりとして情報入力を可能としている。

タッチ検出に加えて、力をも検出できる力検出装置も用いられるようになってきている。

関連する技術として、下記の特許文献1には、感圧センサ出力特性関数逆関数を使用して、感圧センサの出力特性を直線化する入力装置が記載されている。

概要

力を好適に検出する。被検出物印加する力を表す補正力信号値を出力する力検出部と、力との関係が直線状になる補正後力信号値を出力する力検出制御部と、を含む。力検出部は、入力面に対向する電極と、力によって変形可能な第1層及び第2層を挟んで、電極と対向する導電体と、を含む。力検出制御部は、第1層が変形して第2層が変形しない力の第1範囲では、力と予め定められた第1定数との積により、補正後力信号値を算出し、第1層及び第2層が変形する力の第2範囲では、第1範囲と第2範囲との境界を表す力閾値と第1定数との積と、力と力閾値との差分と予め定められた第2定数との積と、の和により、補正後力信号値を算出する。

目的

本発明は、力を好適に検出できる力検出装置を提供することを目的とする

効果

実績

技術文献被引用数
0件
牽制数
0件

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請求項1

被検出物入力面印加する力を表す補正力信号値を出力する力検出部と、力との関係が直線状になる補正後力信号値を出力する力検出制御部と、を含み、前記力検出部は、前記入力面に対向する電極と、力によって変形可能な第1層及び第2層を挟んで、前記電極と対向する導電体と、を含み、前記力検出制御部は、前記第1層が変形して前記第2層が変形しない力の第1範囲では、力と予め定められた第1定数との積により、前記補正後力信号値を算出し、前記第1層及び前記第2層が変形する力の第2範囲では、前記第1範囲と前記第2範囲との境界を表す力閾値と前記第1定数との積と、力と前記力閾値との差分と予め定められた第2定数との積と、の和により、前記補正後力信号値を算出する、力検出装置

請求項2

前記被検出物の前記入力面への接触又は近接を検出するタッチ検出部と、前記被検出物が接触又は近接する座標を算出するタッチ検出制御部と、を更に含み、前記力検出制御部は、力検出領域の座標に対応させて、複数の前記力閾値を格納した力閾値テーブルを記憶する力閾値テーブル記憶部と、前記力検出領域の座標に対応させて、複数の前記第1定数を格納した第1定数テーブルを記憶する第1定数テーブル記憶部と、前記力検出領域の座標に対応させて、複数の前記第2定数を格納した第2定数テーブルを記憶する第2定数テーブル記憶部と、前記被検出物が接触又は近接している座標に対応する前記力閾値を前記力閾値テーブルから読み出す力閾値読出部と、前記補正前力信号値に基づいて、力を算出する力算出部と、前記力閾値読出部で読み出された前記力閾値と、前記力算出部で算出された力と、を比較し、力が前記力閾値以下であるか又は力が前記力閾値より大きいかを判定する比較部と、力が前記力閾値以下であると前記比較部で判定された場合に、前記被検出物が接触又は近接している座標に対応する前記第1定数を使用して前記補正後力信号値を算出する第1力信号値算出部と、力が前記力閾値より大きいと前記比較部で判定された場合に、前記被検出物が接触又は近接している座標に対応する前記第1定数及び前記第2定数を使用して前記補正後力信号値を算出する第2力信号値算出部と、を含む、請求項1に記載の力検出装置。

請求項3

前記力検出制御部は、前記電極と前記導電体との間の容量と、前記補正前力信号値と、の相関を表す相関テーブルを記憶する相関テーブル記憶部と、前記導電体の電位基準電位にし、又は、前記電極に印加される駆動信号同相且つ同振幅の信号を前記導電体に印加する電位制御部と、前記導電体の電位が前記基準電位にされたときの前記補正前力信号値と、前記電極に印加される駆動信号と同相且つ同振幅の信号が前記導電体に印加されたときの前記補正前力信号値と、の差分により、前記電極と前記導電体との間の容量を算出し、前記容量と、前記相関テーブルと、を照らし合わせて、基準力が印加された場合の前記補正前力信号値である基準力印加時補正前力信号値を取得し、前記基準力印加時補正前力信号値に基づいて、前記力閾値テーブルに格納されている前記複数の力閾値を調整する力閾値テーブル調整部と、を更に含む、請求項2に記載の力検出装置。

請求項4

前記力検出制御部は、基準力が治具によって印加された場合の前記補正前力信号値である基準力印加時補正前力信号値を取得し、前記基準力印加時補正前力信号値に基づいて、前記力閾値テーブルに格納されている前記複数の力閾値を調整する力閾値テーブル調整部を更に含む、請求項2に記載の力検出装置。

請求項5

前記第1層は、空気層であり、前記第2層は、クッション層である、請求項1から4のいずれか1項に記載の力検出装置。

技術分野

0001

本発明は、力(フォース)を検出可能な力検出装置に関する。

背景技術

0002

近年、いわゆるタッチパネルと呼ばれる、外部近接物体を検出可能なタッチ検出装置が注目されている。タッチパネルは、液晶表示装置等の表示装置上に装着され、又は表示装置と一体化されて、タッチ検出機能付き表示装置として用いられる。そして、タッチ検出機能付き表示装置は、表示装置に各種のボタン画像等を表示させることにより、タッチパネルを通常の機械式ボタンの代わりとして情報入力を可能としている。

0003

タッチ検出に加えて、力をも検出できる力検出装置も用いられるようになってきている。

0004

関連する技術として、下記の特許文献1には、感圧センサ出力特性関数逆関数を使用して、感圧センサの出力特性を直線化する入力装置が記載されている。

先行技術

0005

特開2015−127657号公報

発明が解決しようとする課題

0006

タッチパネルの入力面側に設けられた第1の導体と、タッチパネルの裏面側に設けられた第2の導体と、の間の静電容量の変化に基づいて力を検出する力検出装置がある。検出装置入力面に力が印加されると、タッチパネルが撓み、第1の導体と第2の導体との間の空気層の厚みが薄くなり、第1の導体と第2の導体との間の距離が短くなり、第1の導体と第2の導体との間の静電容量が増加する。力検出装置は、この静電容量の変化に基づいて、力信号値を出力する。

0007

ところで、第1の導体と第2の導体との間に空気層が存在するだけでは、強い力が入力面に印加されると、空気層の厚みがゼロに至ってしまうので、検出装置は、強い力を検出することができない。そこで、第1の導体と第2の導体との間に、空気層に加えてクッション層を設けることが考えられる。このようにすると、弱い力が入力面に印加された場合には、空気層の厚みだけが薄くなり、クッション層は変形しないので、力検出装置は、弱い力を好適に検出できる。また、強い力が入力面に印加された場合には、空気層の厚みがゼロに至り、クッション層が力に応じて弾性変形するので、力検出装置は、強い力を好適に検出できる。

0008

空気層の厚みだけが薄くなりクッション層は変形しない力の第1範囲では、力と力信号値との関係が直線状になる。同様に、空気層の厚みがなくなりクッション層が力に応じて弾性変形する力の第2範囲でも、力と力信号値との関係が直線状になる。しかしながら、空気層の誘電率とクッション層の誘電率とは、異なる。また、力に対する空気層の厚みの変化の度合いと、力に対するクッション層の厚みの変化の度合いと、は異なる。そのため、第1範囲と第2範囲との境目では、力と力信号値との関係に変曲点ができてしまう。従って、第1範囲と第2範囲とを合わせた全範囲では、力と力信号値との関係が直線状にならない。そのため、力検出装置は、力を好適に検出できない。

0009

本発明は、力を好適に検出できる力検出装置を提供することを目的とする。

課題を解決するための手段

0010

本発明の一態様の力検出装置は、被検出物が入力面に印加する力を表す補正前力信号値を出力する力検出部と、力との関係が直線状になる補正後力信号値を出力する力検出制御部と、を含む。力検出部は、入力面に対向する電極と、力によって変形可能な第1層及び第2層を挟んで、電極と対向する導電体と、を含む。力検出制御部は、第1層が変形して第2層が変形しない力の第1範囲では、力と予め定められた第1定数との積により、補正後力信号値を算出し、第1層及び第2層が変形する力の第2範囲では、第1範囲と第2範囲との境界を表す力閾値と第1定数との積と、力と力閾値との差分と予め定められた第2定数との積と、の和により、補正後力信号値を算出する。

図面の簡単な説明

0011

図1は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成を示すブロック図である。
図2は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置のタッチ検出部及び表示部の構成例を示すブロック図である。
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、被検出物が接触又は近接した状態を表す説明図である。
図4は、相互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5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波形の一例を表す図である。
図6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、被検出物が接触又は近接していない状態を表す説明図である。
図7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、被検出物が接触又は近接した状態を表す説明図である。
図8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9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。
図10は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置を実装したモジュールの例を示す図である。
図11は、タッチ検出機能付き表示部の概略断面構造を表す断面図である。
図12は、タッチ検出機能付き表示部の画素配置を表す回路図である。
図13は、タッチ検出機能付き表示部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。
図14は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成例を示す分解斜視図である。
図15は、バックライトユニットを示す分解斜視図である。
図16は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成例を示す断面図である。
図17は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置のタッチ検出電極、駆動電極ブロック中間電極及び電極を示す斜視図である。
図18は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の全体構成の一例を示す断面図である。
図19は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の全体構成の他の例を示す断面図である。
図20は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成を示す断面図である。
図21は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成を示す断面図である。
図22は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成を示す断面図である。
図23は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置に印加される力と力信号値との関係を示すグラフである。
図24は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明する図である。
図25は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の平面図である。
図26は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置に印加される力と力信号値との関係を示すグラフである。
図27は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。
図28は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力が印加される領域のY座標と力閾値との関係を示すグラフである。
図29は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。
図30は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。
図31は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。
図32は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力閾値テーブルを示す図である。
図33は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力閾値テーブルに格納されている複数の力閾値をプロットしたグラフである。
図34は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の第1定数テーブルを示す図である。
図35は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の第1定数テーブルに格納されている複数の第1定数をプロットしたグラフである。
図36は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の第2定数テーブルを示す図である。
図37は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の第2定数テーブルに格納されている複数の第2定数をプロットしたグラフである。
図38は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置に印加される力と力信号値との関係を示すグラフである。
図39は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置に印加される力と力信号値との関係を示すグラフである。
図40は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。
図41は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。
図42は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明する図である。
図43は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の相関テーブルを示す図である。
図44は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の相関テーブルをプロットしたグラフである。
図45は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。
図46は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出制御部の機能ブロックを示す図である。
図47は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出制御部が実行する処理を示すフローチャートである。
図48は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出制御部が実行する処理を示すフローチャートである。
図49は、タッチ検出機能付き表示装置の力検出領域の各部に同じ力を印加した場合の力信号値をプロットしたグラフである。
図50は、タッチ検出機能付き表示装置の力検出領域の各部に同じ力を印加した場合の力信号値をプロットしたグラフである。
図51は、第1変形例に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出制御部の機能ブロックを示す図である。
図52は、第1変形例に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出制御部の力閾値テーブル調整部が実行する処理を示すフローチャートである。
図53は、第2変形例に係るタッチ検出機能付き表示装置を実装したモジュールの例を示す図である。
図54は、第2変形例に係るタッチ検出機能付き表示装置の電極を示す斜視図である。

実施例

0012

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。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。なお、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。

0013

(実施形態)
図1は、本発明の実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成を示すブロック図である。

0014

本実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置1は、タッチ検出部SE1と、表示部DPと、力検出部SE2と、制御部CTRLと、を含む。タッチ検出機能付き表示装置1内の力検出部SE2及び制御部CTRLが、本発明の力検出装置に対応する。

0015

タッチ検出部SE1は、被検出物OBJの、カバー部材CGの入力面ISへの接触又は近接を検出する。具体的には、タッチ検出部SE1は、被検出物OBJが入力面ISと垂直な方向で重なる領域の接触又は近接に応じた信号値を、制御部CTRLに出力する。

0016

被検出物OBJは、入力面ISと接触して変形する第1の種類の物であっても良いし、入力面ISと接触して変形しない又は第1の種類の物と比較して相対的に変形が少ない第2の種類の物であっても良い。第1の種類の物は、指が例示されるが、これに限定されない。第2の種類の物は、樹脂又は金属のスタイラスペンが例示されるが、これに限定されない。

0017

タッチ検出部SE1が検出できる被検出物の数は、1個に限定されない。タッチ検出部SE1は、2個以上の被検出物を検出できることとしても良い。

0018

タッチ検出部SE1は、静電容量方式センサ又は抵抗膜方式センサが例示されるが、これらに限定されない。静電容量方式は、相互静電容量方式又は自己静電容量方式が例示される。

0019

表示部DPは、入力面IS側に向けて画像を表示する。表示部DPは、液晶表示装置又は有機エレクトロルミネッセンス(Electro-Luminescence)表示装置が例示されるが、これらに限定されない。

0020

タッチ検出部SE1及び表示部DPは、一体化された、いわゆるインセルタイプあるいはハイブリッドタイプであっても良い。また、タッチ検出部SE1及び表示部DPは、表示部DPの上にタッチ検出部SE1が装着された、いわゆるオンセルタイプであっても良い。

0021

力検出部SE2は、被検出物OBJが入力面ISに印加する力を検出する。具体的には、力検出部SE2は、被検出物OBJが入力面ISに印加する力に応じた信号を、制御部CTRLに出力する。

0022

力検出部SE2は、静電容量方式センサが例示される。

0023

制御部CTRLは、力検出部SE2から出力される信号に基づいて、力を表す力信号値を算出する。

0024

制御部CTRLは、表示制御部11と、タッチ検出制御部40と、力検出制御部50と、ホストHSTと、を含む。

0025

表示制御部11は、表示部DPのガラス基板上に実装されたICチップが例示される。タッチ検出制御部40は、表示部DPのガラス基板に接続されたプリント基板(例えば、フレキシブルプリント基板)上に実装されたICチップが例示される。力検出制御部50は、表示部DPのガラス基板に接続されたプリント基板上に実装されたICチップが例示される。ホストHSTは、CPU(Central Processing Unit)が例示される。表示制御部11、タッチ検出制御部40、力検出制御部50及びホストHSTは、協働してタッチ検出部SE1、表示部DP及び力検出部SE2を制御する。

0026

制御部CTRLが実行する、力信号値を算出するための処理は、表示制御部11が実行しても良いし、タッチ検出制御部40が実行しても良いし、力検出制御部50が実行しても良いし、ホストHSTが実行しても良いし、表示制御部11、タッチ検出制御部40、力検出制御部50及びホストHSTの内の2つ以上が協働して実行しても良い。

0027

以下に、タッチ検出部SE1、表示部DP及び力検出部SE2の具体的な構成例について説明するが、これらの構成例は例示であり、これらの構成例に限定されない。

0028

<タッチ検出部及び表示部の構成例>
図2は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置のタッチ検出部及び表示部の構成例を示すブロック図である。図2に示すタッチ検出機能付き表示装置1は、いわゆる相互静電容量方式及び自己静電容量方式により、被検出物OBJの座標及び接触面積の検出を行う装置である。

0029

タッチ検出機能付き表示装置1は、タッチ検出機能付き表示部10と、表示制御部11と、ゲートドライバ12と、ソースドライバ13と、ソースセレクタ部13Sと、駆動電極ドライバ14と、タッチ検出制御部40と、を含む。

0030

タッチ検出機能付き表示部10は、表示素子として液晶表示素子を用いている液晶表示デバイス20に静電容量型タッチ検出デバイス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。なお、液晶表示デバイス20に静電容量型のタッチ検出デバイス30を内蔵して一体化するとは、例えば、液晶表示デバイス20として使用される基板や電極などの一部の部材と、タッチ検出デバイス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。

0031

液晶表示デバイス20が、図1の表示部DPに対応する。タッチ検出デバイス30が、図1のタッチ検出部SE1に対応する。

0032

なお、タッチ検出機能付き表示部10は、表示素子として液晶表示素子を用いた液晶表示デバイス20の上方に、静電容量型のタッチ検出デバイス30が装着された、いわゆるオンセルタイプの装置であっても良い。オンセルタイプの装置の場合、液晶表示デバイス20の直上にタッチ検出デバイス30が設けられていても良いし、液晶表示デバイス20の直上ではなく他の層を介して上方にタッチ検出デバイス30が設けられていても良い。

0033

また、本構成例では、表示部DPとして液晶表示デバイス20が採用されているが、表示部DPは、有機EL素子を採用した構成であっても良い。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、後述するタッチ検出に係る駆動電極COMLとしても良い。

0034

液晶表示デバイス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デバイスである。

0035

表示制御部11は、ホストHST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、ソースドライバ13、駆動電極ドライバ14、及びタッチ検出制御部40に対してそれぞれ制御信号を供給し、これらが互いに同期して動作するように制御する回路である。また、表示制御部11は、1水平ライン分の映像信号Vdispから、液晶表示デバイス20の複数の副画素SPixの画素信号Vpixを時分割多重化した画素信号Vsigを生成し、ソースドライバ13に供給する。

0036

本開示における制御部CTRLは、表示制御部11、ゲートドライバ12、ソースドライバ13、駆動電極ドライバ14を含む。

0037

ゲートドライバ12は、表示制御部11から供給される制御信号に基づいて、タッチ検出機能付き表示部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している。

0038

ソースドライバ13は、表示制御部11から供給される制御信号に基づいて、タッチ検出機能付き表示部10の、各画素Pix(副画素SPix)に画素信号Vpixを供給する回路である。ソースドライバ13には、例えば6ビットのR(赤)、G(緑)及びB(青)の画像信号Vsigが与えられる。

0039

ソースドライバ13は、表示制御部11から画像信号Vsigを受け取り、ソースセレクタ部13Sに供給する。また、ソースドライバ13は、画像信号Vsigに多重化された画素信号Vpixを分離するために必要なスイッチ制御信号Vselを生成し、画素信号Vpixとともにソースセレクタ部13Sに供給する。ソースセレクタ部13Sは、ソースドライバ13と表示制御部11との間の配線数を少なくすることができる。ソースセレクタ部13Sはなくても良い。また、ソースドライバ13の一部の制御は、表示制御部11が行ってもよく、ソースセレクタ部13Sのみが配置されていても良い。

0040

駆動電極ドライバ14は、表示制御部11から供給される制御信号に基づいて、タッチ検出機能付き表示部10の、後述する駆動電極COMLに駆動信号Vcom(相互静電容量方式のタッチ検出用の駆動信号(タッチ用駆動信号、以下駆動信号という。)Vcomtm、自己静電容量方式のタッチ検出用の駆動信号Vcomts2及び表示用電圧である表示用駆動電圧VcomDC)を供給する回路である。

0041

タッチ検出制御部40は、自己静電容量方式によるタッチ検出動作を行う際に、後述するタッチ検出電極TDLに駆動信号Vcomts1を供給するための駆動ドライバ47を含む。

0042

タッチ検出デバイス30は、相互静電容量方式のタッチ検出の基本原理に基づいて動作し、タッチ検出電極TDLは、検出信号Vdet1を出力する。また、タッチ検出デバイス30は、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理に基づいて動作し、タッチ検出電極TDLは、検出信号Vdet2を出力する。また、タッチ検出デバイス30は、自己静電容量方式のタッチ検出の基本原理に基づいて動作し、駆動電極COMLは、検出信号Vdet3を出力する。

0043

タッチ検出デバイス30は、相互静電容量方式だけでも、タッチ検出をすることができる。しかしながら、入力面ISに付着した水滴等の影響を好適に抑制するため及びスタイラスペン等を好適に検出するため、本構成例では、タッチ検出デバイス30は、相互静電容量方式のタッチ検出及び自己静電容量方式のタッチ検出の両方を実行する。但し、本発明は、相互静電容量方式のタッチ検出及び自己静電容量方式のタッチ検出の両方を実行する場合に限定されない。

0044

図3から図5までを参照して、本構成例のタッチ検出機能付き表示装置1の相互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。

0045

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、被検出物が接触又は近接した状態を表す説明図である。図4は、相互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5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4は、検出回路を併せて示している。

0046

例えば、図3に示すように、容量素子C11は、誘電体Dを挟んで互いに対向配置された一対の電極である、駆動電極E1及びタッチ検出電極E2を備えている。図4に示すように、容量素子C11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(タッチ検出部)DETに接続される。電圧検出器DETは、例えば図2に示すタッチ検出信号増幅部42に含まれる積分回路である。

0047

交流信号源Sから駆動電極E1(容量素子C11の一端)に所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)の交流矩形波Sgを印加すると、タッチ検出電極E2(容量素子C11の他端)側に接続された電圧検出器DETを介して、出力波形(検出信号Vdet1)が現れる。なお、この交流矩形波Sgは、後述する駆動信号Vcomtmに相当するものである。

0048

被検出物が接触(又は近接)していない状態(非接触状態)では、容量素子C11に対する充放電に伴って、容量素子C11の容量値に応じた電流I0が流れる。図5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I0の変動を電圧の変動(実線の波形V0)に変換する。

0049

一方、被検出物が接触(又は近接)した状態(接触状態)では、図3に示すように、指によって形成される静電容量C12がタッチ検出電極E2と接している又は近傍にあることにより、駆動電極E1及びタッチ検出電極E2の間にあるフリンジ分の静電容量が遮られ、容量素子C11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4に示す等価回路でみると、容量素子C11’に電流I1が流れる。

0050

図5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、被検出物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|を精度良く検出するため、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Resを設けた動作とすることがより好ましい。

0051

再び図2を参照すると、タッチ検出デバイス30は、駆動電極ドライバ14から供給される駆動信号Vcomtmに従って、1検出ブロックずつ順次走査して検出信号Vdet1を出力する。

0052

次に、図6から図9を参照して、本構成例のタッチ検出機能付き表示装置1の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。

0053

図6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、被検出物が接触又は近接していない状態を表す説明図である。図7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、被検出物が接触又は近接した状態を表す説明図である。図8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9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。

0054

図6左図は、被検出物が接触又は近接していない状態において、スイッチSW11により電源Vddと検出電極E1とが接続され、スイッチSW12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が有する容量Cx1が充電される。図6右図は、スイッチSW11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SW12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、容量Cx1の電荷はコンデンサCcrを介して放電される。

0055

図7左図は、被検出物が接触又は近接した状態において、スイッチSW11により電源Vddと検出電極E1とが接続され、スイッチSW12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が有する容量Cx1に加え、検出電極E1に近接している被検出物により生じる容量Cx2も充電される。図7右図は、スイッチSW11により、電源Vddと検出電極E1がオフされ、スイッチSW12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、容量Cx1の電荷と容量Cx2の電荷とがコンデンサCcrを介して放電される。

0056

ここで、図6右図に示す放電時(被検出物が接触または近接していない状態)におけるコンデンサCcrの電圧変化特性に対して、図7右図に示す放電時(被検出物が接触又は近接した状態)におけるコンデンサCcrの電圧変化特性は、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、容量Cx2の有無により異なることを利用して、被検出物の接触又は近接の有無を判定している。

0057

具体的には、検出電極E1に所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)の交流矩形波Sg(図9参照)が印加される。図8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V3、V4)に変換する。電圧検出器DETは、例えば図2に示すタッチ検出信号増幅部42に含まれる積分回路である。

0058

上述のように、検出電極E1は、スイッチSW11及びスイッチSW12で切り離すことが可能な構成となっている。図9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する。このとき、スイッチSW11はオンしており、スイッチSW12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。

0059

次に時刻T11のタイミングの前に、スイッチSW11をオフとする。このとき、検出電極E1はフローティング状態であるが、検出電極E1の容量Cx1(図6参照)、あるいは検出電極E1の容量Cx1に被検出物の接触又は近接よる容量Cx2を加えた容量(Cx1+Cx2、図7参照)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SW13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、電圧検出器DETの出力電圧(検出信号)Vdetは、基準電圧Vrefと略等しい電圧となる。

0060

続いて、時刻T11のタイミングでスイッチSW12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となる。その後、検出電極E1の容量Cx1(またはCx1+Cx2)と電圧検出器DET内の容量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内の容量C5に移動するので、電圧検出器DETの出力電圧(検出信号)Vdet2及びVdet3が上昇する。

0061

電圧検出器DETの出力電圧Vdet2は、検出電極E1に被検出物が近接していないときは、実線で示す波形V3となり、Vdet2=Cx1×V0/C5となる。同様に、電圧検出器DETの出力電圧Vdet3は、検出電極E1に被検出物が近接していないときは、実線で示す波形V3となり、Vdet3=Cx1×V0/C5となる。

0062

電圧検出器DETの出力電圧Vdet2は、被検出物の影響による容量が付加されたときは、点線で示す波形V4となり、Vdet2=(Cx1+Cx2)×V0/C5となる。同様に、電圧検出器DETの出力電圧Vdet3は、被検出物の影響による容量が付加されたときは、点線で示す波形V4となり、Vdet3=(Cx1+Cx2)×V0/C5となる。

0063

その後、検出電極E1の容量Cx1(またはCx1+Cx2)の電荷が容量C5に十分移動した後の時刻T31のタイミングでスイッチSW12をオフさせ、スイッチSW11及びスイッチSW13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SW11をオンさせるタイミングは、スイッチSW12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良い。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SW12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良い。

0064

以上の動作を所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)で繰り返す。波形V3と波形V4との差分の絶対値|ΔV|に基づいて、被検出物の有無(タッチの有無)を検出することができる。なお、検出電極E1の電位は、図9に示すように、被検出物が近接していないときはV1の波形となり、被検出物の影響による容量Cx2が付加されるときはV2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。

0065

本構成例において、タッチ検出デバイス30は、図2に示す駆動ドライバ47から供給される駆動信号Vcomts1に従って、タッチ検出電極TDLにそれぞれ電荷が供給され、自己静電容量方式によるタッチ検出を行い、タッチ検出電極TDLは、検出信号Vdet2を出力する。また、タッチ検出デバイス30は、図2に示す駆動電極ドライバ14から供給される駆動信号Vcomts2に従って、駆動電極COMLにそれぞれ電荷が供給され、自己静電容量方式によるタッチ検出を行い、駆動電極COMLは、検出信号Vdet3を出力する。

0066

再び図2を参照すると、タッチ検出制御部40は、表示制御部11から供給される制御信号と、タッチ検出機能付き表示部10のタッチ検出デバイス30から供給される検出信号Vdet1、Vdet2及びVdet3と、に基づいて、タッチ検出デバイス30に対するタッチ(上述した接触状態)の有無を検出し、タッチがある場合においてタッチ検出領域におけるその座標及び接触面積などを求める回路である。

0067

タッチ検出制御部40は、タッチ検出信号増幅部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、を含む。

0068

相互静電容量方式のタッチ検出の際に、タッチ検出デバイス30は、複数の後述するタッチ検出電極TDLから、図4に示す電圧検出器DETを介して、検出信号Vdet1を出力し、タッチ検出制御部40のタッチ検出信号増幅部42に供給するようになっている。

0069

自己静電容量方式のタッチ検出の際に、タッチ検出デバイス30は、複数の後述するタッチ検出電極TDLから、図8に示す電圧検出器DETを介して、検出信号Vdet2を出力し、タッチ検出制御部40のタッチ信号増幅部42に供給するようになっている。また、自己静電容量方式のタッチ検出の際に、タッチ検出デバイス30は、複数の後述する駆動電極COMLから、図8に示す電圧検出器DETを介して、検出信号Vdet3を出力し、タッチ検出制御部40のタッチ検出信号増幅部42に供給するようになっている。

0070

タッチ検出信号増幅部42は、タッチ検出デバイス30から供給される検出信号Vdet1、Vdet2及びVdet3を増幅する。タッチ検出信号増幅部42によって増幅されたタッチ検出信号は、A/D変換部43に供給される。タッチ検出信号増幅部42は、検出信号Vdet1、Vdet2及びVdet3に含まれる高い周波数成分(ノイズ成分)を除去し、タッチ成分を取り出してそれぞれ出力する低域通過アナログフィルタを備えていても良い。なお、タッチ検出制御部40は、タッチ検出信号増幅部42を有さなくても良い。つまり、タッチ検出デバイス30からの検出信号Vdet1、Vdet2及びVdet3は、A/D変換部43に供給されても良い。

0071

A/D変換部43は、駆動信号Vcomtm、Vcomts1及びVcomts2に同期したタイミングで、タッチ検出信号増幅部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回路である。

0072

信号処理部44は、A/D変換部43の出力信号に含まれる、駆動信号Vcomtm、Vcomts1及びVcomts2をサンプリングした周波数以外の周波数成分(ノイズ成分)を低減するデジタルフィルタを備えている。

0073

信号処理部44は、A/D変換部43の出力信号に基づいて、タッチ検出デバイス30に対するタッチの有無を検出する論理回路である。信号処理部44は、指による差分の信号のみ取り出す処理を行う。この指による差分の信号は、上述した波形V0と波形V1との差分の絶対値|ΔV|である。

0074

信号処理部44は、1検出ブロック当たりの絶対値|ΔV|を平均化する演算を行い、絶対値|ΔV|の平均値を求めても良い。これにより、信号処理部44は、ノイズによる影響を低減できる。

0075

信号処理部44は、検出した指による差分の信号を所定の閾値電圧Vthと比較し、検出した差分の信号が閾値電圧Vth以上であれば、外部近接物体の非接触状態と判断する。

0076

一方、信号処理部44は、検出した差分の信号を所定の閾値電圧Vthと比較し、検出した差分の信号が閾値電圧Vth未満であれば、外部近接物体の接触状態と判断する。このようにして、タッチ検出制御部40は、タッチ検出が可能となる。

0077

座標抽出部45は、信号処理部44においてタッチが検出されたときに、そのタッチパネル座標を求める論理回路である。検出タイミング制御部46は、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。座標抽出部45は、タッチパネル座標を信号Voutとして出力する。

0078

図10は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置を実装したモジュールの例を示す図である。タッチ検出機能付き表示装置1は、第1基板(例えば、画素基板2)と、プリント基板(例えば、フレキシブルプリント基板)Tとを備えている。

0079

画素基板2は、第1絶縁基板(例えば、TFT基板21)を有する。なお、TFT基板21は、例えば、ガラス基板又はフィルム基板である。また、TFT基板21には、駆動ICチップ(例えば、COG(Chip On Glass)19)が実装されている。また、画素基板2(TFT基板21)には、液晶表示デバイス20の表示領域Adと、額縁Gdとが形成されている。

0080

COG19は、TFT基板21に実装されたドライバであるICチップであり、図2に示した表示制御部11等、表示動作に必要な各回路を内蔵した制御装置である。

0081

本構成例では、ソースドライバ13及びソースセレクタ部13Sは、TFT基板21上に形成されている。ソースドライバ13及びソースセレクタ部13Sは、COG19に内蔵されていても良い。

0082

駆動電極ドライバ14の一部である、駆動電極走査部14A及び14Bは、TFT基板21上に形成されている。

0083

ゲートドライバ12は、ゲートドライバ12A及び12Bとして、TFT基板21上に形成されている。

0084

タッチ検出機能付き表示装置1は、COG19に駆動電極走査部14A及び14B、ゲートドライバ12などの回路を内蔵しても良い。なお、COG19はあくまで実装の一形態であってこれに限られるものでない。例えば、COG19と同様の機能を有する構成をCOF(Chip On Film又はChip On Flexible)としてフレキシブルプリント基板T上に実装しても良い。

0085

図10に示すように、TFT基板21の表面に対する垂直方向において、駆動電極COMLの駆動電極ブロックBと、タッチ検出電極TDLとは、立体交差するように形成されている。

0086

また、駆動電極COMLは、一方向に延在する複数のストライプ状の電極パターンに分割されている。タッチ検出動作を行う際は、各電極パターンには、駆動電極ドライバ14によって駆動信号VcomACが順次供給される。同時に駆動信号VcomACが供給される、駆動電極COMLの複数のストライプ状の電極パターンが図10に示す駆動電極ブロックBである。

0087

駆動電極ブロックB(駆動電極COML)は、タッチ検出機能付き表示部10の短辺と平行な方向に形成されている。後述するタッチ検出電極TDLは、駆動電極ブロックBの延在方向と交差する方向に形成されており、例えば、タッチ検出機能付き表示部10の長辺と平行な方向に形成されている。

0088

タッチ検出電極TDLは、タッチ検出機能付き表示部10の短辺側に接続されたフレキシブルプリント基板T上に実装されたタッチIC49に、接続されている。タッチIC49は、フレキシブルプリント基板Tに実装されたドライバであるICチップであり、図2に示したタッチ検出制御部40等、タッチ動作に必要な各回路を内蔵した制御装置である。このように、タッチIC49は、フレキシブルプリント基板T上に実装され、並設された複数のタッチ検出電極TDLのそれぞれと接続されている。フレキシブルプリント基板Tは、端子であれば良く、基板に限られない。この場合、タッチIC49は、モジュールの外部に備えられる。なお、タッチIC49は、フレキシブルプリント基板T上に配置される場合に限らず、TFT基板21または第2絶縁基板31上に配置されていても良い。

0089

本構成例では、タッチIC49は、タッチ検出制御部40として機能する制御装置であるが、タッチ検出制御部40の一部の機能は、他のMPUの機能として設けられても良い。

0090

具体的には、タッチドライバであるICチップの機能として設けられ得るA/D変換、ノイズ除去等の各種機能のうち一部の機能(例えば、ノイズ除去等)は、タッチドライバであるICチップと別個に設けられたMPU等の回路で実施されても良い。また、ドライバであるICチップを1つ(1チップ構成)にする場合等、例えば、フレキシブルプリント基板T等の配線を介して検出信号をアレイ基板上のタッチドライバであるICチップに伝送するようにしても良い。

0091

ソースセレクタ部13Sは、TFT基板21上の表示領域Adの近傍に、TFT素子を用いて形成されている。表示領域Adには、後述する画素Pixがマトリックス状(行列状)に多数配置されている。額縁Gdは、TFT基板21の表面を垂直な方向からみて画素Pixが配置されていない領域である。ゲートドライバ12と、駆動電極ドライバ14のうち駆動電極走査部14A及び14Bとは、額縁Gdに配置されている。

0092

ゲートドライバ12は、例えば、ゲートドライバ12A及び12Bを備え、TFT基板21上にTFT素子を用いて形成されている。ゲートドライバ12A及び12Bは、後述する副画素SPix(画素)がマトリックス状に配置された表示領域Adを挟んで両側から駆動することができるようになっている。また、走査線は、ゲートドライバ12Aとゲートドライバ12Bとの間に配列する。このため、走査線は、TFT基板21の表面に対する垂直方向において、駆動電極COMLの延在方向と平行な方向に延びるように設けられている。

0093

本構成例では、ゲートドライバ12として、ゲートドライバ12A及び12Bの2つの回路が設けられているが、これはゲートドライバ12の具体的構成の一例であってこれに限られるものでない。例えば、ゲートドライバ12は、走査線の一方端のみに設けられた1つの回路であっても良い。

0094

駆動電極ドライバ14は、例えば、駆動電極走査部14A及び14Bを備え、TFT基板21上にTFT素子を用いて形成されている。駆動電極走査部14A及び14Bは、COG19から、表示用駆動電圧VcomDCの供給を受けると共に、駆動信号Vcomtm及びVcomts2の供給を受ける。駆動電極走査部14A及び14Bは、並設された複数の駆動電極ブロックBのそれぞれを、両側から駆動することができるようになっている。

0095

本構成例では、駆動電極ドライバ14として、駆動電極走査部14A及び14Bの2つの回路が設けられているが、これは駆動電極ドライバ14の具体的構成の一例であってこれに限られるものでない。例えば、駆動電極ドライバ14は、駆動電極ブロックBの一方端のみに設けられた1つの回路であっても良い。

0096

タッチ検出機能付き表示装置1は、上述した検出信号Vdet1、Vdet2及びVdet3を、タッチ検出機能付き表示部10の短辺側から出力する。これにより、タッチ検出機能付き表示装置1は、端子部であるフレキシブルプリント基板Tを介してタッチ検出制御部40に接続する際の配線の引き回しが容易になる。

0097

図11は、タッチ検出機能付き表示部の概略断面構造を表す断面図である。図12は、タッチ検出機能付き表示部の画素配置を表す回路図である。タッチ検出機能付き表示部10は、画素基板2と、この画素基板2の表面に垂直な方向に対向して配置された第2基板(例えば、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表示機能層(例えば、液晶層6)と、を含む。

0098

画素基板2は、回路基板としてのTFT基板21と、このTFT基板21上に行列状に配設された複数の画素電極22と、TFT基板21及び画素電極22の間に形成さ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。

0099

TFT基板21には、図12に示す、各副画素SPixの薄膜トランジスタ(TFT:Thin Film Transistor)素子Tr、図12に示す、各画素電極22に画素信号Vpixを供給する画素信号線SGL、図12に示す、各TFT素子Trを駆動する走査信号線GCL等の配線が形成されている。画素信号線SGLは、TFT基板21の表面と平行な平面に延在し、画像を表示するための画素信号Vpixを副画素SPixに供給する。なお、副画素SPixとは、画素信号Vpixで制御される構成単位を示す。また、副画素SPixは、画素信号線SGLと走査信号線GCLで囲われた領域であって、TFT素子Trによって制御される構成単位を示す。

0100

図12に示すように、液晶表示デバイス20は、行列状に配置した複数の副画素SPixを有している。副画素SPixは、TFT素子Tr及び液晶素子LCを含む。TFT素子Tr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。

0101

TFT素子Trのソース又はドレインの一方は画素信号線SGLに結合され、ゲートは走査信号線GCLに結合され、ソース又はドレインの他方は液晶素子LCの一端に結合されている。液晶素子LCは、例えば、一端がTFT素子Trのドレインに結合され、他端が駆動電極COMLに結合されている。なお、図11において、TFT基板21に対して、画素電極22、絶縁層24、駆動電極COMLの順で積層されているが、これに限られない。TFT基板21に対して、駆動電極COML、絶縁層24、画素電極22の順で積層しても良いし、駆動電極COMLと画素電極22とを、絶縁層24を介して同一層に形成しても良い。

0102

副画素SPixは、走査信号線GCLにより、液晶表示デバイス20の同じ行に属する他の副画素SPixと互いに結合されている。走査信号線GCLは、ゲートドライバ12と結合され、ゲートドライバ12より走査信号Vscanが供給される。

0103

また、副画素SPixは、画素信号線SGLにより、液晶表示デバイス20の同じ列に属する他の副画素SPixと互いに結合されている。画素信号線SGLは、ソースドライバ13と結合され、ソースドライバ13より画素信号Vpixが供給される。

0104

さらに、副画素SPixは、駆動電極COMLにより、液晶表示デバイス20の同じ行に属する他の副画素SPixと互いに結合されている。駆動電極COMLは、駆動電極ドライバ14と結合され、駆動電極ドライバ14より駆動信号Vcomが供給される。つまり、この例では、同じ一行に属する複数の副画素SPixが一本の駆動電極COMLを共有するようになっている。

0105

本構成例の駆動電極COMLが延在する方向は、走査信号線GCLが延在する方向と平行である。駆動電極COMLが延在する方向は、これに限定されない。例えば、駆動電極COMLが延在する方向は、画素信号線SGLが延在する方向と平行な方向であっても良い。また、タッチ検出電極TDLが延在する方向は、画素信号線SGLが延在する方向に限らない。タッチ検出電極TDLが延在する方向は、走査信号線GCLが延在する方向と平行な方向であっても良い。

0106

図2に示すゲートドライバ12は、走査信号Vscanを、図12に示す走査信号線GCLを介して、画素PixのTFT素子Trのゲートに印加することにより、液晶表示デバイス20に行列状に形成されている副画素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。

0107

図2に示すソースドライバ13は、画素信号Vpixを、図12に示す画素信号線SGLを介して、ゲートドライバ12により順次選択される1水平ラインを構成する各副画素SPixにそれぞれ供給する。そして、これらの副画素SPixでは、供給される画素信号Vpixに応じて、1水平ラインの表示が行われるようになっている。

0108

図2に示す駆動電極ドライバ14は、駆動信号Vcomを印加し、所定の本数の駆動電極COMLからなるブロックごとに駆動電極COMLを駆動する。

0109

上述したように、液晶表示デバイス20は、ゲートドライバ12が走査信号線GCLを時分割的線順次走査するように駆動することにより、1水平ラインが順次選択される。また、液晶表示デバイス20は、1水平ラインに属する副画素SPixに対して、ソースドライバ13が画素信号Vpixを供給することにより、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、その1水平ラインに対応する駆動電極COMLを含むブロックに対して駆動信号Vcomを印加するようになっている。

0110

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る。駆動電極COMLの駆動時、画素電極22に供給された画素信号Vpixに応じた電圧が液晶層6に印加され、電界が生じることで、液晶層6を構成する液晶が電界に応じた配向を示して液晶層6を通過する光を変調する。

0111

このように、画素電極22及び駆動電極COMLは、液晶層6に電界を生じさせる一対の電極として機能する。すなわち、液晶表示デバイス20は、一対の電極に与えられる電荷に応じて表示出力内容が変化する表示部DPとして機能する。ここで、画素電極22は、少なくとも画素Pix若しくは副画素SPix毎に配置され、駆動電極COMLは、少なくとも複数の画素Pix若しくは副画素SPix毎に配置される。

0112

本構成例では、液晶表示デバイス20として、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を用いた液晶表示デバイスが用いられる。なお、図11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良い。

0113

液晶表示デバイス20は、横電界モードに対応した構成を有しているが、他の表示モードに対応した構成を有していても良い。例えば、液晶表示デバイス20は、TN(Twisted Nematic)モード、OCB(Optically Compensated Bend)モード、VA(Vertical Aligned)モード等の主として基板主面間に生じる縦電界を利用するモードに対応した構成を有していても良い。縦電界を利用する表示モードでは、例えば画素基板2に画素電極22が備えられ、対向基板3に駆動電極COMLが備えられた構成が適用可能である。

0114

対向基板3は、第2絶縁基板31と、この第2絶縁基板31の一方の面に形成されたカラーフィルタ32とを含む。第2絶縁基板31の他方の面には、タッチ検出デバイス30の検出電極であるタッチ検出電極TDLが形成され、さらに、このタッチ検出電極TDLの上には、偏光板35が配設されている。

0115

なお、カラーフィルタ32の実装方式は、アレイ基板である画素基板2にカラーフィルタ32が形成された所謂カラーフィルタ・オン・アレイ(COA:Color-filter On Array)方式であっても良い。

0116

図11に示すカラーフィルタ32は、例えば赤(R)、緑(G)及び青(B)の3色に着色されたカラーフィルタの色領域を周期的に配置して、各副画素SPixにR、G及びBの3色の色領域32R,32G及び32Bが対応付けられ、色領域32R,32G及び32Bを1組として画素Pixを構成している。

0117

画素Pixは、走査信号線GCLに平行な方向及び画素信号線SGLに平行な方向に沿って行列状に配置され、後述する表示領域Adを形成する。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。このように、副画素SPixは、単色の色表示を行うことができる。

0118

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良い。また、カラーフィルタ32は、なくても良い。このように、カラーフィルタ32が存在しない領域、すなわち着色しない副画素SPixがあっても良い。また、画素Pixが有する副画素SPixは4以上であっても良い。

0119

図13は、タッチ検出機能付き表示部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。本構成例に係る駆動電極COMLは、液晶表示デバイス20の駆動電極として機能するとともに、タッチ検出デバイス30の駆動電極としても機能する。

0120

駆動電極COMLは、TFT基板21の表面に対する垂直方向において、画素電極22に対向している。タッチ検出デバイス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。

0121

タッチ検出電極TDLは、駆動電極COMLの電極パターンの延在方向と交差する方向に延びるストライプ状の電極パターンから構成されている。そして、タッチ検出電極TDLは、TFT基板21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TDLの各電極パターンは、タッチ検出制御部40のタッチ検出信号増幅部42の入力にそれぞれ接続されている。

0122

駆動電極COMLとタッチ検出電極TDLとが互いに交差した電極パターンは、その交差部分に静電容量を生じさせる。タッチ検出デバイス30では、駆動電極ドライバ14が駆動電極COMLに対して駆動信号Vcomtmを印加することにより、タッチ検出電極TDLから検出信号Vdet1を出力し、タッチ検出が行われるようになっている。

0123

つまり、駆動電極COMLは、図3から図5までに示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、タッチ検出電極E2に対応する。そして、タッチ検出デバイス30は、この基本原理に従ってタッチを検出するようになっている。

0124

このように、タッチ検出デバイス30は、画素電極22又は駆動電極COMLのいずれか一方の電極(例えば、駆動電極COML)と相互静電容量を形成するタッチ検出電極TDLを有し、相互静電容量の変化に基づいてタッチ検出を行う。

0125

駆動電極COMLとタッチ検出電極TDLとが互いに交差した電極パターンは、相互静電容量式タッチセンサをマトリックス状に構成している。よって、タッチ検出制御部40は、タッチ検出デバイス30の入力面IS全体にわたって走査することにより、被検出物OBJの接触又は近接が生じた位置及び接触面積の検出も可能となっている。

0126

つまり、タッチ検出デバイス30では、タッチ検出動作を行う際、駆動電極ドライバ14が、図10に示す駆動電極ブロックBを時分割的に線順次走査するように駆動する。これにより、スキャン方向Scanに駆動電極COMLの駆動電極ブロックB(1検出ブロック)は、順次選択される。そして、タッチ検出デバイス30は、タッチ検出電極TDLから検出信号Vdet1を出力する。このようにタッチ検出デバイス30は、1検出ブロックのタッチ検出が行われるようになっている。

0127

検出ブロックと表示出力におけるライン数との関係は任意であるが、本実施形態では、2ライン分の表示領域Adに対応するタッチ検出領域が1検出ブロックとなっている。言い換えると、検出ブロックと、対向する画素電極、走査信号線、又は、画素信号線のいずかとの関係は任意であるが、本実施形態では、2つの画素電極または2つの走査信号線と、1つの駆動電極COMLが対向する。

0128

なお、タッチ検出電極TDL又は駆動電極COML(駆動電極ブロックB)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又は駆動電極COML(駆動電極ブロックB)は、櫛歯形状であっても良い。あるいはタッチ検出電極TDL又は駆動電極COML(駆動電極ブロックB)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、曲線であっても良い。

0129

タッチ検出機能付き表示装置1の動作方法の一例として、タッチ検出機能付き表示装置1は、タッチ検出動作(タッチ検出期間)と表示動作(表示動作期間)とを時分割に行う。タッチ検出動作と表示動作とはどのように分けて行っても良い。

0130

<力検出部の構成例>
図14は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成例を示す分解斜視図である。図14に示すように、タッチ検出機能付き表示装置1は、タッチ検出機能付き表示部10と、タッチ検出機能付き表示部10を照らす照明部(例えば、バックライトユニットBL)と、電極SUSと、タッチ検出機能付き表示部10及びバックライトユニットBLを制御するホストHSTと、筐体CAと、カバー部材CGと、を含む。

0131

タッチ検出機能付き表示部10は、互いに直交する第1方向であるX方向と第2方向であるY方向とで規定されるX−Y平面と、平行な平面を有している。本構成例において、第1方向であるX方向及び第2方向であるY方向は、互いに直交しているが、90°以外の角度で交差していても良い。第3方向であるZ方向は、第1方向であるX方向及び第2方向であるY方向の各々と互いに直交している。第3方向であるZ方向は、タッチ検出機能付き表示部10の厚み方向である。

0132

筐体CAは、上部に開口を有する箱形状を有しており、タッチ検出機能付き表示部10、バックライトユニットBL及びホストHSTを収容している。筐体CAは、金属等の導電体で形成される場合や、樹脂で形成してその表面層金属材料等の導電体とする場合があり得る。

0133

カバー部材CGは、筐体CAの開口を閉塞し、タッチ検出機能付き表示部10、バックライトユニットBL及びホストHSTを覆っている。

0134

X−Y平面視において、カバー部材CGの寸法は、第2基板の寸法や、第1基板の寸法より大きい。カバー部材CGは、ガラス基板又は樹脂基板などの光透過性を有する基板が例示される。カバー部材CGがガラス基板である場合、カバー部材CGは、カバーガラスと称される場合がある。

0135

第3方向であるZ方向において、タッチ検出機能付き表示部10、バックライトユニットBL及び電極SUSは、筐体CAの底面とカバー部材CGとの間に位置し、バックライトユニットBL及び電極SUSは、筐体CAとタッチ検出機能付き表示部10との間に位置している。バックライトユニットBL及び電極SUSは、タッチ検出機能付き表示部10と間隔を空けて配置され得る。また、バックライトユニットBL及び電極SUSは、筐体CAに間隔を空けて配置され得る。

0136

力検出部SE2が力を検出する力検出領域は、表示領域Adと同じであっても良い。

0137

図15は、バックライトユニットを示す分解斜視図である。バックライトユニットBLは、導光体LG、光源LS、光反射体RS、光拡散シートDI、輝度向上フィルムBEF及びフレームFRを有している。バックライトユニットBLは、タッチ検出機能付き表示部10に対応した形状及びサイズを有している。

0138

導光体LGは、タッチ検出機能付き表示部10と筐体CAとの間に配置されている。本構成例において、導光体LGは、扁平な矩形状に形成されている。光源LSは、導光体LGに光を出射する。本構成例において、光源LSは、発光ダイオードLED)を利用し、導光体LGの一側面に対向配置されている。

0139

光反射体RSは、導光体LGと筐体CAとの間に配置されている。光反射体RSは、導光体LGからタッチ検出機能付き表示部10とは反対方向に出された光を反射させ、タッチ検出機能付き表示部10側に出射する。光反射体RSは、光のロスを減らすことにより、表示画像輝度レベルを向上させることができる。本構成例において、光反射体RSは、矩形のシート状に形成されている。X−Y平面において、光反射体RSの面積は、導光体LGの面積と略同一である。例えば、光反射体RSは、ポリエステル系樹脂を用いた多層膜構造を有していても良い。

0140

光拡散シートDIは、導光体LGとタッチ検出機能付き表示部10との間に配置されている。光拡散シートDIは、導光体LG側から入射する光を拡散させてタッチ検出機能付き表示部10に出射させる。すなわち、光拡散シートDIを透過した光は拡散されるので、光拡散シートDIは、バックライトユニットBLの出射光のX−Y平面における輝度ムラを抑制することができる。本構成例において、光拡散シートDIは、矩形のシート状に形成されている。X−Y平面において、光拡散シートDIの面積は導光体LGの面積と略同一である。

0141

輝度向上フィルムBEFは、光拡散シートDIとタッチ検出機能付き表示部10との間に配置されている。輝度向上フィルムBEFは、バックライトユニットBLの出射光の輝度レベルを向上させる作用を有している。本構成例において、輝度向上フィルムBEFは、矩形の膜状に形成されている。X−Y平面において、輝度向上フィルムBEFの面積は導光体LGの面積と略同一である。

0142

フレームFRは、バックライトユニットBLのモジュール化に用いられている。フレームFRには、導光体LG、光源LS、光反射体RS、光拡散シートDI及び輝度向上フィルムBEFが取り付けられる。これにより、導光体LGと光源LSとの相対的な位置が固定される。

0143

本構成例において、フレームFRは、矩形枠状に形成されている。X−Y平面において、フレームFRは、導光体LG及び光源LSの集合体を全体的に囲んでいる。フレームFRには、光源LSに接続されるフレキシブルプリント基板Tが通るパスFRPが形成されている。フレームFRは、金属などの導電材料で形成される場合があり得る。

0144

なお、X−Y平面におけるフレームFRの形状は、種々変形可能であり、タッチ検出機能付き表示部10の照明を妨げることの無い形状であれば良い。例えば、X−Y平面におけるフレームFRの形状は、導光体LGの隣り合う2辺と対向したL字状、導光体LGの隣り合う3辺と対向したΠ字状又は導光体LGの対向する2辺と対向したII字状が例示される。

0145

ここで、図15にはバックライトユニットBLを例示的に示したが、バックライトユニットBLとしては種々の形態が適用可能である。例えば、光反射体RS、光拡散シートDI及び輝度向上フィルムBEFの少なくとも一部を除いてバックライトユニットBLが形成されていても良い。又は、図15に示していない光学部材を付加してバックライトユニットBLが形成されていても良い。バックライトユニットBLは、タッチ検出機能付き表示部10に光を放出するように構成されていれば良い。

0146

なお、タッチ検出機能付き表示部10が反射機能層、例えば、画素電極を金属等の反射電極で構成した反射型の液晶表示装置である場合や表示機能層として自発光素子OLEDを利用した表示装置である場合には、バックライトユニットBLは省略される。また、照明部として、タッチ検出機能付き表示部10の前面から光を照射するフロントライトユニットを構成しても良い。

0147

図16は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成例を示す断面図である。図16に示すように、タッチ検出機能付き表示装置1は、タッチ検出機能付き表示部10と、COG19と、カバー部材CGと、第1光学素子OD1と、第2光学素子OD2と、タッチIC49と、バックライトユニットBLと、第1プリント基板、第2プリント基板及び第3プリント基板(例えば、フレキシブルプリント基板T、T2及びT3)と、クッション層CUSと、電極SUSと、を含む。

0148

COG19は、タッチ検出機能付き表示部10の画素基板2上に実装されている。フレキシブルプリント基板T2は、画素基板2に接続されている。コネクタCO1及びコネクタCO2は、フレキシブルプリント基板T2上に実装されている。フレキシブルプリント基板T2は、コネクタCO1を介してホストHSTに接続されている。

0149

フレキシブルプリント基板Tは、タッチ検出電極TDLとコネクタCO2との間を接続している。COG19は、フレキシブルプリント基板T2、コネクタCO2及びフレキシブルプリント基板Tを介して、タッチIC49に接続されている。タッチIC49の配置に関して例示的に示すと、タッチIC49は、フレキシブルプリント基板T、T2、T3、及び、対向基板3の内のいずれか1個の基板上に実装されたり、いずれか2つ以上の基板上に分割して実装されたりすることができる。

0150

フレキシブルプリント基板T3は、光源LSとフレキシブルプリント基板T2との間を接続している。ホストHSTは、コネクタCO1及びフレキシブルプリント基板T3を介して光源LSに接続され、光源LSに電力を供給し、光源LSの駆動を制御する。なお、光源LSは、フレキシブルプリント基板T3及びフレキシブルプリント基板T2を介してCOG19と接続され、COG19によって光源LSが制御されても良い。言い換えると、表示制御部11には、光源を制御する光源制御部を含んでも良い。

0151

ホストHST、タッチ検出機能付き表示部10、タッチ検出電極TDL、光源LS、中間電極ELC及び電極SUSを接続する手段は、種々変形可能である。

0152

例えば、上記の独立した3個のフレキシブルプリント基板T、T2及びT3とコネクタCO1及びCO2の代わりに、1個のフレキシブルプリント基板を利用しても良い。この場合、1個のフレキシブルプリント基板をホストHSTに接続し、フレキシブルプリント基板の第1分岐部をタッチ検出機能付き表示部10に接続し、フレキシブルプリント基板の第2分岐部をタッチ検出電極TDLに接続し、フレキシブルプリント基板の第3分岐部を光源LSに接続することができる。また、フレキシブルプリント基板間、又は、フレキシブルプリント基板とホストHST若しくは基板とは、コネクタCO1及びコネクタCO2のようなコネクタを介して接続されていても良いし、コネクタの代わりに半田等で接続されていても良い。

0153

ホストHST、COG19及びタッチIC49は、タッチ検出機能付き表示部10の駆動電極COMLとタッチ検出電極TDLとを有するタッチ検出部SE1を制御する制御部CTRLとして機能する。

0154

また、ホストHST、COG19及びタッチIC49は、タッチ検出機能付き表示部10の駆動電極COMLと電極SUSとを有する力検出部SE2を制御する制御部CTRLとして機能する。

0155

ホストHSTをアプリケーションプロセッサと言い換えることができる。タッチIC49は、タッチ検出部SE1及び力検出部SE2の駆動時期を知らせるタイミング信号をCOG19に与えることができる。又は、COG19は、駆動電極COMLの駆動時期を知らせるタイミング信号をタッチIC49に与えることができる。又は、ホストHSTは、COG19及びタッチIC49の各々にタイミング信号を与えることができる。このタイミング信号により、COG19の駆動と、タッチIC49の駆動と、の同期化を図ることができる。

0156

カバー部材CGは、タッチ検出機能付き表示部10の外側に位置し、対向基板3に対向している。この構成例では、タッチ検出機能付き表示装置1の入力面ISは、カバー部材CGの表面である。タッチ検出機能付き表示装置1は、被検出物OBJが入力面ISに接触したときに、被検出物OBJの位置及び接触面積を検出することができる。

0157

また、タッチ検出機能付き表示装置1の力検出部SE2は、被検出物OBJによって入力面ISに力が印加された場合に、力に応じた信号を制御部CTRLに出力することができる。力に応じた信号とは、被検出物OBJが入力面ISを押下する力に応じた信号であり、力の大きさによって変化する信号である。

0158

タッチ検出機能付き表示部10とバックライトユニットBLとの間には、空気層(エアギャップ)AGが設けられている。

0159

バックライトユニットBLと電極SUSとの間には、クッション層CUSが設けられている。クッション層CUSは、不導体であり、ポリウレタンが例示される。電極SUSの電位は、基準電位(例えば、接地電位GND)にされている。

0160

弱い力が入力面ISに印加された場合には、空気層AGの厚みだけが薄くなり、クッション層CUSは変形しないので、タッチ検出機能付き表示装置1は、弱い力を好適に検出できる。また、強い力が入力面ISに印加された場合には、空気層AGの厚みがゼロに至り、クッション層CUSが力に応じて弾性変形するので、タッチ検出機能付き表示装置1は、強い力を好適に検出できる。

0161

第1光学素子OD1は、画素基板2とバックライトユニットBLとの間に配置されている。第1光学素子OD1は、画素基板2に貼り付けられている。

0162

第2光学素子OD2は、タッチ検出機能付き表示部10とカバー部材CGとの間に配置されている。第2光学素子OD2は、対向基板3及びタッチ検出電極TDLに貼り付けられている。

0163

第1光学素子OD1及び第2光学素子OD2の各々は、少なくとも偏光板を含んでおり、必要に応じて位相差板を含んでいても良い。第1光学素子OD1に含まれる偏光板の吸収軸は、第2光学素子OD2に含まれる偏光板の吸収軸と互いに交差している。例えば、第1光学素子OD1に含まれる偏光板の吸収軸と、第2光学素子OD2に含まれる偏光板の吸収軸とは、互いに直交している。

0164

カバー部材CGは、接着層ALにより第2光学素子OD2に貼り付けられている。接着層ALは、光学用透明樹脂(OCR:Optically Clear Resin)が例示される。タッチ検出機能付き表示部10は力を検出するので、接着層ALは、弾性変形しても良いが、カバー部材CGから加えられる力を第2光学素子OD2に伝えることができれば良い。

0165

タッチ検出電極TDLは、駆動電極COMLとカバー部材CGとの間に配置されている。この構成例において、タッチ検出電極TDLは、対向基板3の、第2光学素子OD2に対向する側の面の上方に設けられている。タッチ検出電極TDLは、対向基板3に接していてもよく、対向基板3から離れていても良い。タッチ検出電極TDLが対向基板3から離れている場合、対向基板3とタッチ検出電極TDLとの間には、図示しない絶縁膜等の部材が介在する。タッチ検出電極TDLは、第2方向であるY方向に延在している。

0166

駆動電極COML及びタッチ検出電極TDLは、相互静電容量方式及び自己静電容量方式のタッチ検出部SE1を構成する。駆動電極COMLは、表示用の電極として機能するとともに、センサ駆動電極としても機能する。タッチ検出部SE1は、被検出物OBJの位置及び接触面積を検出するために用いられる。

0167

本構成例では、電極SUSは、導電体(例えば、アルミニウム)で形成されている。電極SUSの電位は、基準電位である。基準電位は、接地電位GNDが例示される。なお、タッチIC49、COG19、ホストHSTのいずれかと、電極SUSとが接続配線等で電気的に接続され、タッチIC49、COG19、ホストHSTのいずれかから基準電位が供給されても良い。

0168

電極SUSは、タッチ検出機能付き表示部10と間隔を空けて配置されている。本構成例において、タッチ検出機能付き表示部10と電極SUSとの間には、クッション層CUSが設けられている。すなわち、タッチ検出機能付き表示装置1は、タッチ検出機能付き表示部10とバックライトユニットBLとの間の空気層AGと、バックライトユニットBLと電極SUSとの間のクッション層CUSと、を有する。

0169

電極SUSと駆動電極COMLとの間には、空気層AG及びクッション層CUSが設けられている。空気層AG及びクッション層CUSが存在することにより、電極SUSと駆動電極COMLとの間隔は、入力面ISに印加される力の大きさに応じて変化可能である。また、入力面ISに印加されていた力が取り除かれた際、電極SUSと駆動電極COMLとの間隔は、時間の経過とともに、元の間隔に復帰する。

0170

駆動電極COMLが、本発明の「電極」に対応する。電極SUSが、本発明の「導電体」に対応する。空気層AGが、本発明の「第1層」に対応する。クッション層CUSが、本発明の「第2層」に対応する。

0171

なお、本構成例では、空気層AGがタッチ検出機能付き表示部10とバックライトユニットBLとの間に設けられているが、これに限定されない。空気層AGに代えて、バックライトユニットBLから出射される光の透過率が高い樹脂層がタッチ検出機能付き表示部10とバックライトユニットBLとの間に設けられても良い。この場合、力に対する樹脂層の厚みの変化の度合いは、力に対するクッション層CUSの厚みの変化の度合いより、大きくても良い。つまり、樹脂層は、クッション層CUSよりも柔らかいものであっても良い。この場合、樹脂層が、本発明の「第1層」に対応する。

0172

電極SUSから駆動電極COMLまでの距離d3は、第3方向であるZ方向の距離であり、電極SUSの駆動電極COMLに対向する側の面から、駆動電極COMLの電極SUSに対向する側の面までの距離である。距離d3は、カバー部材CGに印加される力の大きさ及び力が加えられる位置に応じて変化する。

0173

駆動電極COMLと電極SUSとの間には、容量C3が存在する。すなわち、駆動電極COMLは、電極SUSと容量結合する。容量C3は、距離d3に対応して変化する。従って、COG19は、容量C3の変化を検出することにより、力情報を検出することができる。なお、力検出の原理については、後で詳しく説明する。

0174

力検出制御部50は、駆動電極COMLを駆動し、容量C3の変化に基づいた力情報を駆動電極COMLから取り出す。例えば、力検出制御部50は、COG19に含まれ、COG19は、駆動電極COMLに信号を出力し、容量C3の変化に基づく信号を駆動電極COMLから読み出す。また、力検出制御部50は、タッチIC49又はホストHSTに含まれても良い。表示制御部11、タッチ検出制御部40、力検出制御部50及びホストHSTは、協働してタッチ検出部SE1、表示部DP及び力検出部SE2を制御しても良い。

0175

本構成例では、駆動電極COMLは、タッチ検出部SE1、表示部DP及び力検出部SE2で兼用される。

0176

図17は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置のタッチ検出電極、駆動電極ブロック、中間電極及び電極を示す斜視図である。複数のタッチ検出電極TDL並びに駆動電極ブロックBa、Bb、Bc、Bd、Be及びBfは、図1のタッチ検出部SE1を構成する。

0177

駆動電極ブロックBa、Bb、Bc、Bd、Be及びBf、並びに、電極SUSは、図1の力検出部SE2を構成する。

0178

なお、本実施形態において、タッチ検出部SE1と力検出部SE2とで駆動する駆動電極ブロックの単位を共通にしているが、これに限られない。例えば、タッチ検出部SE1は、駆動電極ブロックを個別に駆動し、力検出部SE2は、全ての駆動電極ブロック、または、2以上の複数の駆動電極ブロックを同時に駆動するようにしても良い。

0179

図18は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の全体構成の一例を示す断面図である。図18に示す構成例では、タッチ検出機能付き表示部10とバックライトユニットBLとは、端部がスペーサSP1及びSP2によって接続されており、タッチ検出機能付き表示部10とバックライトユニットBLとの間には、空気層AGが設けられている。

0180

バックライトユニットBLと電極SUSとの間には、クッション層CUSが設けられている。図18に示す構成例では、図15で示したフレームFRを備えていない。電極SUSと筐体CAとの間には、空気層AG2が設けられている。

0181

図19は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の全体構成の他の例を示す断面図である。図19に示す構成例では、タッチ検出機能付き表示部10とバックライトユニットBLとは、端部がスペーサSP1及びSP2によって接続されており、タッチ検出機能付き表示部10とバックライトユニットBLとの間には、空気層AG1が介在している。

0182

筐体CAは、基準電位にされている。筐体CAの底面には、クッション層CUSが設けられている。バックライトユニットBLとクッション層CUSとの間には、空気層AG2が介在している。空気層AG1及びAG2が、駆動電極COMLとクッション層CUSとの間の空気層AGを構成する。図19に示す構成例では、筐体CAが電極SUSの代わりになる。従って、図19に示す構成例では、図14図16及び図17で示した電極SUSを備えていない。

0183

図19に示す構成例では、筐体CAが、本発明の「導電体」に対応する。

0184

<力検出の原理>
[基本原理]
図20は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成を示す断面図である。駆動電極COMLとクッション層CUSとの間には、容量C1が存在し、クッション層CUSと電極SUSとの間には、容量C2が存在する。

0185

図20に示すように、被検出物(ここでは指)OBJが入力面ISに接触したとき、駆動電極COMLと被検出物OBJとの間には、容量Cfingerが発生する。

0186

図21は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成を示す断面図である。図21に示すように、被検出物OBJが入力面ISに力を印加したとき、タッチ検出機能付き表示部10がたわむ。タッチ検出機能付き表示部10がたわむと、空気層AGの厚みが薄くなり、駆動電極COMLとクッション層CUSとの間の距離が短くなるので、駆動電極COMLとクッション層CUSとの間の容量は、ΔC1だけ増加し、(C1+ΔC1)になる。従って、駆動電極COMLと電極SUSとの間の容量C3=1/(1/(C1+ΔC1)+1/C2)になる。タッチ検出機能付き表示装置1は、駆動電極COMLと電極SUSとの間の容量C3に基づいて、力を検出する。

0187

図22は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の構成を示す断面図である。図22に示すように、被検出物OBJが入力面ISに更に強い力を印加したとき、タッチ検出機能付き表示部10がたわみ、空気層AGの厚みがゼロに至り、タッチ検出機能付き表示部10がバックライトユニットBLに接触し、クッション層CUSが圧縮され弾性変形する。

0188

クッション層CUSが圧縮され弾性変形すると、クッション層CUSと電極SUSとの間の距離が短くなるので、クッション層CUSと電極SUSとの間の容量は、ΔC2だけ増加し、(C2+ΔC2)になる。従って、駆動電極COMLと電極SUSとの間の容量C3=1/(1/(C1+ΔC1)+1/(C2+ΔC2))になる。タッチ検出機能付き表示装置1は、駆動電極COMLと電極SUSとの間の容量C3に基づいて、力を検出する。

0189

図23は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置に印加される力と力信号値との関係を示すグラフである。図23において、横軸は、入力面ISに印加される力(g重)を表す。縦軸は、駆動電極COMLと電極SUSとの間の容量C3に基づいて検出される力信号値Csigを表す。力信号値Csigは、自己静電容量方式の基本原理により、駆動電極COMLから出力される検出信号Vdet3に基づく信号値である。

0190

力信号値Csigが、本発明の「補正前力信号値」に対応する。

0191

空気層AGの厚みだけが薄くなりクッション層CUSは変形しない力の第1範囲R1では、力と力信号値との関係が直線状になる。

0192

同様に、空気層AGの厚みがゼロに至りクッション層CUSが力に応じて弾性変形する力の第2範囲R2でも、力と力信号値との関係が直線状になる。

0193

しかしながら、空気層AGの誘電率とクッション層CUSの誘電率とは、異なる。また、力に対する空気層AGの厚みの変化の度合いと、力に対するクッション層CUSの厚みの変化の度合いと、は異なる。力に対するクッション層CUSの厚みの変化の度合いは、ヤング率(Young's modulus)が例示される。クッション層CUSは、空気層AGよりも変形しづらい。そのため、第1範囲R1と第2範囲R2との境界では、力と力信号値との関係に変曲点P0ができてしまう。従って、第1範囲R1と第2範囲R2とを合わせた全範囲R3では、力と力信号値との関係が直線状にならない。そのため、タッチ検出機能付き表示装置1は、力を好適に検出できない。つまり、タッチ検出機能付き表示装置1は、力の検出精度の向上を図ることができない。

0194

なお、図23において、縦軸の目盛りは、変曲点P0での力信号値を「1」として正規化したものである。

0195

図24は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。図24において、横軸は、力(g重)を表し、縦軸は、力信号値を表す。変曲点P0での力を力閾値Fthとする。力閾値Fthは、第1範囲R1と第2範囲R2との境界を表す。

0196

力検出制御部50は、力信号値Csigに基づいて算出された力Fsigが力閾値Fth以下の第1範囲R1内である場合には、力と力信号値との関係を表す線121の傾きを、ターゲット直線123の傾きに向けて変化させる。例えば、力検出制御部50は、補正後の力信号値Cforceを次の式(1)により算出する。
Cforce=α・Fsig ・・・(1)

0197

式(1)において、αは、予め定められた第1定数である。第1定数αは、空気層AGの厚みだけが薄くなりクッション層CUSは変形しない力の第1範囲R1で、力と力信号値との関係を表す線121の傾きを、ターゲット直線123の傾きに向けて変化させる値である。式(1)の右辺α・Fsigにより、線121は、矢印124の方向にシフトし、ターゲット直線123に重なるようになる。

0198

また、力検出制御部50は、力信号値Csigに基づいて算出された力Fsigが力閾値Fthより大きい第2範囲R2内である場合には、力と力信号値との関係を表す線122の傾きを、ターゲット直線123の傾きに向けて変化させる。例えば、力検出制御部50は、補正後の力信号値Cforceを次の式(2)により算出する。
Cforce=α・Fth+β(Fsig−Fth) ・・・(2)

0199

式(2)において、βは、予め定められた第2定数である。第2定数βは、空気層AGの厚みがゼロに至りクッション層CUSが力に応じて弾性変形する力の第2範囲R2で、力と力信号値との関係を表す線122の傾きを、ターゲット直線123の傾きに向けて変化させる値である。

0200

式(2)の右辺第1項α・Fthにより、変曲点P0は、矢印126の方向にシフトし、ターゲット直線123に重なるようになる。式(2)の右辺第2項β(Fsig−Fth)により、線122は、矢印125の方向にシフトし、ターゲット直線123に重なるようになる。

0201

ターゲット直線123の傾きは、任意の傾きとすることができる。ターゲット直線123の傾きと線121の傾きとに基づいて、第1定数αを予め決定できる。ターゲット直線123の傾きと線122の傾きとに基づいて、第2定数βを予め決定できる。

0202

これにより、第1範囲R1と第2範囲R2とを合わせた全範囲R3で、力と力信号値との関係がターゲット直線123に重なるようになる。つまり、タッチ検出機能付き表示装置1は、力と力信号値との関係を直線状にできる。これにより、タッチ検出機能付き表示装置1は、力を好適に検出できる。つまり、タッチ検出機能付き表示装置1は、力の検出精度の向上を図ることができる。

0203

[更に解決可能な第1課題と解決原理]
図25は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の平面図である。力検出領域Afにおいて、Y軸方向に平行で、且つ、力検出領域AfのX軸方向の中央を通過する直線130を想定する。

0204

領域131は、直線130上で、且つ、力検出領域Afの中央部に位置する領域である。領域133は、直線130上で、且つ、力検出領域Afの辺縁部に位置する領域である。領域132は、直線130上で、且つ、領域131と領域133との中間に位置する領域である。

0205

タッチ検出機能付き表示部10の中央部付近は、辺縁部付近よりも、たわみ易い。換言すると、或る力がタッチ検出機能付き表示部10の中央部付近に印加された場合のタッチ検出機能付き表示部10のたわみ量(変形量)は、同じ力がタッチ検出機能付き表示部10の辺縁部付近に印加された場合のタッチ検出機能付き表示部10のたわみ量よりも、大きい。

0206

つまり、或る力が領域131に印加された場合のタッチ検出機能付き表示部10のたわみ量は、同じ力が領域132に印加された場合のタッチ検出機能付き表示部10のたわみ量よりも大きい。同じ力が領域132に印加された場合のタッチ検出機能付き表示部10のたわみ量は、同じ力が領域131に印加された場合のタッチ検出機能付き表示部10のたわみ量よりも小さく、且つ、同じ力が領域133に印加された場合のタッチ検出機能付き表示部10のたわみ量よりも大きい。

0207

図26は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置に印加される力と力信号値との関係を示すグラフである。図26において、横軸は、力(g重)を表し、縦軸は、力信号値を表す。

0208

図26において、線141は、領域131(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線である。線142は、領域132(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線である。線143は、領域133(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線である。

0209

タッチ検出機能付き表示部10の領域131は、領域132よりも、たわみ易い。つまり、タッチ検出機能付き表示部10の領域131に力が印加される場合の、空気層AGの厚みがゼロに至る力は、領域132に力が印加される場合の、空気層AGの厚みがゼロに至る力よりも、小さい。従って、線141の変曲点P1での力は、線142の変曲点P2での力よりも、小さい。

0210

タッチ検出機能付き表示部10の領域132は、領域133よりも、たわみ易い。つまり、タッチ検出機能付き表示部10の領域132に力が印加される場合の、空気層AGの厚みがゼロに至る力は、領域133に力が印加される場合の、空気層AGの厚みがゼロに至る力よりも、小さい。従って、線142の変曲点P2での力は、線143の変曲点P3での力よりも、小さい。

0211

ここで、領域131、領域132及び領域133での力閾値Fthとして、150g重を共通に使用することを考える。線144は、力閾値Fth=150g重を表す線である。

0212

図27は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。図27において、横軸は、力(g重)を表し、縦軸は、力信号値を表す。

0213

図27において、線151は、領域131(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線141(図26参照)を、力閾値Fth=150g重を使用し、上記した式(1)及び式(2)で補正した線である。

0214

線152は、領域132(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線142(図26参照)を、力閾値Fth=150g重を使用し、上記した式(1)及び式(2)で補正した線である。

0215

線153は、領域133(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線143(図26参照)を、力閾値Fth=150g重を使用し、上記した式(1)及び式(2)で補正した線である。

0216

図27に示すように、線151、線152及び線153は、ターゲット直線123からのずれ量が大きく、曲線状になってしまうという第1課題がある。これは、領域131、領域132及び領域133で、力閾値Fth=150g重を共通に使用したからである。

0217

そこで、タッチ検出機能付き表示装置1は、力が印加される座標毎に、異なる力閾値を使用することで、上記した第1課題を解決する。

0218

図28は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力が印加される領域のY座標と力閾値との関係を示すグラフである。図28において、横軸は、Y座標を表し、縦軸は、力閾値を表す。

0219

図28において、線160は、各Y座標での力閾値を表す線である。線161は、領域131のY座標を表す線であり、線163は、領域133のY座標を表す線である。

0220

タッチ検出機能付き表示部10は、領域131で最もたわみ易い。従って、線160は、線161と交差する点で、極小となる。この点での力閾値をFth131とする。

0221

タッチ検出機能付き表示部10は、領域133では、領域131よりもたわみ難い。線160と線161とが交差する点での力閾値をFth133とする。

0222

図29は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。図29において、横軸は、力(g重)を表し、縦軸は、力信号値を表す。図29は、領域131(図25参照)での、力と力信号値との関係を示すグラフである。

0223

タッチ検出機能付き表示装置1は、力信号値Csigに基づいて算出された力Fsigが力閾値Fth131以下の第1範囲R4内である場合には、力と力信号値との関係を表す線171の傾きを、ターゲット直線123の傾きに向けて変化させる。具体的には、タッチ検出機能付き表示装置1は、補正後の力信号値Cforceを上記した式(1)により算出する。図29の例では、線171がターゲット直線123に一致しているので、第1定数α=1となる。

0224

また、タッチ検出機能付き表示装置1は、力信号値Csigに基づいて算出された力Fsigが力閾値Fth131より大きい第2範囲R5内である場合には、力と力信号値との関係を表す線172の傾きを、ターゲット直線123の傾きに向けて変化させる。具体的には、タッチ検出機能付き表示装置1は、補正後の力信号値Cforceを上記した式(2)により算出する。これにより、線172は、矢印173の方向にシフトし、ターゲット直線123に重なるようになる。

0225

これにより、第1範囲R4と第2範囲R5とを合わせた全範囲R6で、力と力信号値との関係がターゲット直線123に重なるようになる。つまり、タッチ検出機能付き表示装置1は、力と力信号値との関係を直線状にできる。これにより、タッチ検出機能付き表示装置1は、力を好適に検出できる。つまり、タッチ検出機能付き表示装置1は、力の検出精度の向上を図ることができる。

0226

図30は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。図30において、横軸は、力(g重)を表し、縦軸は、力信号値を表す。図30は、領域133(図25参照)での、力と力信号値との関係を示すグラフである。

0227

タッチ検出機能付き表示装置1は、力信号値Csigに基づいて算出された力Fsigが力閾値Fth133以下の第1範囲R7内である場合には、力と力信号値との関係を表す線181の傾きを、ターゲット直線123の傾きに向けて変化させる。具体的には、タッチ検出機能付き表示装置1は、補正後の力信号値Cforceを上記した式(1)により算出する。これにより、線181は、矢印183の方向にシフトし、ターゲット直線123に重なるようになる。

0228

また、タッチ検出機能付き表示装置1は、力信号値Csigに基づいて算出された力Fsigが力閾値Fth133より大きい第2範囲R8内である場合には、力と力信号値との関係を表す線182の傾きを、ターゲット直線123の傾きに向けて変化させる。具体的には、タッチ検出機能付き表示装置1は、補正後の力信号値Cforceを上記した式(2)により算出する。これにより、線182は、矢印184の方向にシフトし、ターゲット直線123に重なるようになる。

0229

これにより、第1範囲R7と第2範囲R8とを合わせた全範囲R9で、力と力信号値との関係がターゲット直線123に重なるようになる。つまり、タッチ検出機能付き表示装置1は、力と力信号値との関係を直線状にできる。これにより、タッチ検出機能付き表示装置1は、力を好適に検出できる。つまり、タッチ検出機能付き表示装置1は、力の検出精度の向上を図ることができる。

0230

図31は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。図31において、横軸は、力(g重)を表し、縦軸は、力信号値を表す。

0231

図31において、線191は、領域131(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線141(図26参照)を、図28で図示した力閾値Fth131を使用し、上記した式(1)及び式(2)で補正した線である。

0232

線192は、領域132(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線142(図26参照)を、図28で図示した力閾値を使用し、上記した式(1)及び式(2)で補正した線である。

0233

線193は、領域133(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線143(図26参照)を、図28で示した力閾値Fth133を使用し、上記した式(1)及び式(2)で補正した線である。

0234

図27図31とを比較すると、図31の線191、線192及び線193は、図27の線151、線152及び線153とは異なり、直線状に近くなる。これは、領域131、領域132及び領域133毎に、異なる力閾値を使用したからである。

0235

このように、タッチ検出機能付き表示装置1は、力が印加される座標毎に、異なる力閾値を使用することで、上記した第1の問題点を解決できる。

0236

なお、上記では、領域131、領域132及び領域133が直線130(図25参照)上にある場合について説明した。しかし、実際には、力検出領域Afは、図25に示したように、2次元である。従って、タッチ検出機能付き表示装置1は、力が印加されるX座標及びY座標毎に、異なる力閾値を使用する。

0237

図32は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力閾値テーブルを示す図である。力閾値テーブル52b1は、力検出制御部50内の後述する記憶部52内に記憶される2次元テーブルである。力閾値テーブル52b1の横方向は、X座標に対応しており、縦方向は、Y座標に対応している。力閾値テーブル52b1の各要素201は、X座標及びY座標で特定される座標に対応する力閾値を格納している。力閾値テーブル52b1は、力検出領域Afの座標に対応させて、空気層AGが変形してクッション層CUSが変形しない力の第1範囲と、空気層AG及びクッション層CUSが変形する力の第2範囲と、の境界を表す複数の力閾値を格納する。

0238

図33は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力閾値テーブルに格納されている複数の力閾値をプロットしたグラフである。図33は、力閾値テーブル52b1の各要素201に格納されている複数の力閾値を、各要素201に対応するX座標及びY座標に対応させてプロットしたグラフである。

0239

図33に示すように、力閾値は、座標の辺縁部つまり力検出領域Afの辺縁部で大きく、座標の中央部つまり力検出領域Afの中央部で小さくなっている。

0240

図34は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の第1定数テーブルを示す図である。第1定数テーブル52c1は、力検出制御部50内の後述する記憶部52内に記憶される2次元テーブルである。第1定数テーブル52c1の横方向は、X座標に対応しており、縦方向は、Y座標に対応している。第1定数テーブル52c1の各要素202は、X座標及びY座標で特定される座標に対応する第1定数αを格納している。第1定数テーブル52c1は、力検出領域Afの座標に対応させて、予め定められた複数の第1定数αを格納する。

0241

図35は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の第1定数テーブルに格納されている複数の第1定数をプロットしたグラフである。図35は、第1定数テーブル52c1の各要素202に格納されている複数の第1定数αを、各要素202に対応するX座標及びY座標に対応させてプロットしたグラフである。

0242

図35に示すように、第1定数αは、座標の辺縁部つまり力検出領域Afの辺縁部で大きく、座標の中央部つまり力検出領域Afの中央部で小さくなっている。

0243

図36は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の第2定数テーブルを示す図である。第2定数テーブル52d1は、力検出制御部50内の後述する記憶部52内に記憶される2次元テーブルである。第2定数テーブル52d1の横方向は、X座標に対応しており、縦方向は、Y座標に対応している。第2定数テーブル52d1の各要素203は、X座標及びY座標で特定される座標に対応する第2定数βを格納している。第2定数テーブル52d1は、力検出領域Afの座標に対応させて、予め定められた複数の第2定数βを格納する。

0244

図37は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の第2定数テーブルに格納されている複数の第2定数をプロットしたグラフである。図37では、第2定数テーブル52d1の各要素203に格納されている複数の第2定数βを、各要素203に対応するX座標及びY座標に対応させてプロットしたグラフである。

0245

図37に示すように、第2定数βは、座標の辺縁部つまり力検出領域Afの辺縁部で大きく、座標の中央部つまり力検出領域Afの中央部で小さくなっている。

0246

[更に解決可能な第2課題と解決原理]
タッチ検出機能付き表示装置1には、個体差がある。具体的には、タッチ検出機能付き表示装置1の空気層AGの厚みつまりギャップ長には、個体差がある。空気層AGの厚みが異なると、空気層AGの厚みがゼロに至る力が異なる。つまり、上記した変曲点の位置が異なる。

0247

実施形態では、空気層AGの厚みの設計値を、80μmとする。

0248

図38は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置に印加される力と力信号値との関係を示すグラフである。図38において、横軸は、力(g重)を表し、縦軸は、力信号値を表す。

0249

図38において、線201は、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の、領域131(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線である。線202は、空気層AGの厚みが180μmである個体の、領域131での力と力信号値との関係を表す線である。

0250

線203は、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の領域131での、空気層AGの厚みがゼロに至る力(力閾値)F11を示す線である。つまり、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の領域131での変曲点は、線201と線203との交点に位置する。

0251

線204は、空気層AGの厚みが180μmである個体の領域131での、空気層AGの厚みがゼロに至る力(力閾値)F11’を示す線である。つまり、空気層AGの厚みが180μmである個体の領域131での変曲点は、線202と線204との交点に位置する。

0252

図38に示すように、空気層AGの厚みが180μmである個体の領域131での、空気層AGの厚みがゼロに至る力F11’は、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の領域131での、空気層AGの厚みがゼロに至る力F11よりも、大きい。つまり、空気層AGの厚みが180μmである個体の領域131での変曲点は、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の領域131での変曲点よりも、差分205だけ、高力側に位置する。

0253

図39は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置に印加される力と力信号値との関係を示すグラフである。図39において、横軸は、力(g重)を表し、縦軸は、力信号値を表す。

0254

図39において、線211は、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の領域133(図25参照)での、力と力信号値との関係を表す線である。

0255

線212は、空気層AGの厚みが180μmである個体の領域133での、力と力信号値との関係を表す線である。

0256

線213は、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の領域133での、空気層AGの厚みがゼロに至る力(力閾値)F13を示す線である。つまり、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の領域133での変曲点は、線211と線213との交点に位置する。

0257

線214は、空気層AGの厚みが180μmである個体の領域133での、空気層AGの厚みがゼロに至る力(力閾値)F13’を示す線である。つまり、空気層AGの厚みが180μmである個体の領域133での変曲点は、線212と線214との交点に位置する。

0258

図39に示すように、空気層AGの厚みが180μmである個体の領域133での、空気層AGの厚みがゼロに至る力F13’は、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の領域133での、空気層AGの厚みがゼロに至る力F13よりも、大きい。つまり、空気層AGの厚みが180μmである個体の領域133での変曲点は、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の領域133での変曲点よりも、差分215だけ、高力側に位置する。

0259

図40は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。図40において、横軸は、力(g重)を表し、縦軸は、力信号値を表す。

0260

図40において、線221は、空気層AGの厚みが180μmである個体の領域131(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線202(図38参照)を、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の領域131(図25参照)での力閾値を使用して、上記した式(1)及び式(2)により補正した線である。

0261

線222は、空気層AGの厚みが180μmである個体の領域132(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線を、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の領域132(図25参照)での力閾値を使用して、上記した式(1)及び式(2)により補正した線である。

0262

線223は、空気層AGの厚みが180μmである個体の領域133(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線212(図39参照)を、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の領域133(図25参照)での力閾値を使用して、上記した式(1)及び式(2)により補正した線である。

0263

図40に示すように、線221、線222及び線223は、直線状にならず、曲線状になってしまうという第2課題がある。これは、空気層AGの厚みが180μmである個体の力閾値として、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の力閾値を使用したからである。

0264

そこで、タッチ検出機能付き表示装置1は、個体に合わせて、力閾値テーブル52b1に格納されている複数の力閾値を調整することで、上記した第2課題を解決する。

0265

図41は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。図41において、横軸は、力(g重)を表し、縦軸は、力信号値を表す。

0266

図41において、線231は、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体における、力と力信号値との関係を表す線である。線232は、空気層AGの厚みが設計値と異なる(例えば、180μm)個体における、力と力信号値との関係を表す線である。

0267

空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体において、変曲点P4での力はF1であり、力信号値はTable1である。力F1及び力信号値Table1は既知である。また、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体において、基準力F2(但し、F2>F1)のときの力信号値はTable2である。基準力F2及び力信号値Table2は既知である。

0268

空気層AGの厚みが設計値と異なる(例えば、180μm)個体において、変曲点P5での力をF1’とし、力信号値をTable1’とする。力F1’及び力信号値Table1’は未知である。また、空気層AGの厚みが設計値と異なる(例えば、180μm)個体において、基準力F2のときの力信号値はTable2’である。基準力F2は既知であり、力信号値Table2’は未知である。

0269

例えば、変曲点P5が位置すると思われる力の近傍で、力を少しずつ変化させながら、空気層AGの厚みが設計値と異なる(例えば、180μm)個体に力を治具によって印加することで、変曲点P5の位置を特定できる。即ち、変曲点P5での力F1’及び力信号値Table1’が得られる。しかしながら、力を少しずつ変化させながら、空気層AGの厚みが設計値と異なる(例えば、180μm)個体に力を治具によって印加するのでは、タクト(時間)が長くなってしまうので、好ましくない。

0270

ところで、図41において、次の式(3)及び式(4)が成り立つ。

0271

式(3)及び式(4)より、次の式(5)が成り立つ。

0272

式(5)に示されるように、力信号値Table2’が得られれば、力F1’が算出できる。

0273

また、式(4)及び式(5)より、次の式(6)が成り立つ。

0274

式(6)に示されるように、力F1’が算出できれば、力信号値Table1’が算出できる。

0275

つまり、力信号値Table2’が得られれば、変曲点P5での力F1’及び力信号値Table1’が算出できる。変曲点P5での力F1’及び力信号値Table1’が算出できれば、個体に合わせて力閾値テーブル52b1に格納されている複数の力閾値を調整できる。

0276

力信号値Table2’が、本発明の「基準力印加時補正前力信号値」に対応する。

0277

力信号値Table2’を得る1つの手法として、タッチ検出機能付き表示装置1に基準力F2を治具によって印加し、力信号値Table2’を検出する手法が考えられる。しかし、この手法では、基準力F2を治具によって印加する必要があるので、タクトが長くなってしまう。また、治具を使用するので、タッチ検出機能付き表示装置1の出荷前検査時に行う必要がある。従って、タッチ検出機能付き表示装置1の出荷後に、ユーザによるタッチ検出機能付き表示装置1の使用に起因して、タッチ検出機能付き表示装置1の温度変化等により空気層AGの厚みが変化した場合に、力閾値テーブル52b1に格納されている複数の力閾値が好適ではなくなってしまう可能性がある。

0278

そこで、力信号値Table2’を得る他の1つの手法として、下記の手法が考えられる。下記の手法では、治具を使用しないので、タクトが長くなることを抑制できる。また、治具を使用しないので、タッチ検出機能付き表示装置1の出荷後に、タッチ検出機能付き表示装置1の温度変化等により空気層AGの厚みが変化した場合でも、力閾値テーブル52b1に格納されている複数の力閾値を適時調整できる。

0279

図42は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明する図である。図42は、被検出物OBJが入力面ISに接触又は近接していないときのタッチ検出機能付き表示装置1を示している。

0280

タッチ検出機能付き表示装置1の駆動電極COMLは、電圧検出器DET(図8参照)に接続されている。電圧検出器DETの出力信号は、自己静電容量方式の基本原理による検出信号Vdet3である。検出信号Vdet3は、A/D変換部43(図2参照)でA/D変換され、力検出制御部50(図1参照)に入力される。電圧検出器DET及びA/D変換部43は、タッチ検出制御部40(図1参照)と力検出制御部50とで兼用が可能である。

0281

電極SUSは、電位制御部51aに接続されている。電位制御部51aは、スイッチSW1を備え、電極SUSの電位を基準電位(例えば、接地電位GND)にし、又は、駆動信号Vcomts2と同相且つ同振幅の信号を電極SUSに出力する。電位制御部51aは、力検出制御部50に含まれても良い。

0282

駆動電極COMLには、タッチ検出機能付き表示装置1を構成する部材による寄生容量Cpが存在する。被検出物OBJが入力面ISに接触又は近接していないとき、駆動電極COMLと電極SUSとの間には、容量C3が存在する。

0283

電位制御部51aが電極SUSの電位を基準電位にしたとき、電圧検出器DETが検出する、駆動電極COMLに生ずる容量CGNDは、次の式(7)で表される。
CGND=Cp+C3 ・・・(7)

0284

電位制御部51aが駆動信号Vcomts2と同相且つ同振幅の信号を電極SUSに出力したとき、容量C3の両端が同相且つ同電位になり、容量C3がゼロとみなせる。従って、電圧検出器DETが検出する、駆動電極COMLに生ずる容量CGuardは、次の式(8)で表される。
CGuard=Cp ・・・(8)

0285

式(7)及び式(8)より、容量C3は、次の式(9)で算出できる。
C3=CGND−CGuard ・・・(9)

0286

ところで、一般に、静電容量Cは、両電極の対向面積S、両電極間物質誘電率ε及び両電極間の距離dを用いて、次の式(10)で定義される。
C=ε・S/d ・・・(10)

0287

従って、容量C3は、駆動電極COMLと電極SUSとの間の距離と相関がある。従って、容量C3は、空気層AGの厚みと相関がある。従って、容量C3は、力信号値Table2’と相関がある。従って、空気層AGの厚みは、力信号値Table2’と相関がある。

0288

そこで、容量C3と力信号値Table2’との相関を表すテーブルを、力検出制御部50内の後述する記憶部52内に記憶しておき、上記のようにして測定した容量C3に基づいて、力信号値Table2’を得ることができる。

0289

図43は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の相関テーブルを示す図である。相関テーブル52a1は、力検出制御部50内の後述する記憶部52内に記憶される1次元テーブルである。相関テーブル52a1の各行には、容量C3と、力信号値Table2’と、が対応付けて格納されている。相関テーブル52a1は、容量C3と力信号値Table2’との相関を表す。

0290

図44は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の相関テーブルをプロットしたグラフである。図44において、横軸は、容量(pF)を表し、縦軸は、力信号値を表す。図44において、線233は、容量と、力信号値と、の相関を表す線である。

0291

図44において、線234は、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の、容量C3_80を表す線である。線235は、空気層AGの厚みが設計値と異なる(例えば、180μm)個体の、容量C3_180を表す線である。

0292

空気層AGの厚みが180μmの個体の容量C3_180は、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の容量C3_80よりも、小さい。従って、線235は、線234よりも低容量側に位置している。

0293

線233と線235との交点236により、空気層AGの厚みが設計値と異なる(例えば、180μm)個体の、力信号値Table2’を得ることができるので、上記した式(5)及び式(6)により、変曲点P5(図41参照)での力F1’及び力信号値Table1’が算出できる。変曲点P5での力F1’及び力信号値Table1’が算出できるので、力閾値を個体に合わせて調整できる。

0294

式(5)及び式(6)の演算を力検出領域Afの全領域に関して実行することにより、力閾値テーブル52b1に格納されている複数の力閾値を、個体に合わせて調整できる。

0295

図45は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出の原理を説明するグラフである。図45において、横軸は、力(g重)を表し、縦軸は、力信号値を表す。

0296

図45において、線237は、空気層AGの厚みが設計値と異なる(例えば、180μm)個体の領域131(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線202(図38参照)を、個体に合わせて調整した後の力閾値テーブル52b1を使用して、上記した式(1)及び式(2)で補正した線である。

0297

線238は、空気層AGの厚みが設計値と異なる(例えば、180μm)個体の領域132(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線を、個体に合わせて調整した後の力閾値テーブル52b1を使用して、上記した式(1)及び式(2)で補正した線である。

0298

線239は、空気層AGの厚みが設計値と異なる(例えば、180μm)個体の領域133(図25参照)での力と力信号値との関係を表す線212(図39参照)を、個体に合わせて調整した後の力閾値テーブル52b1を使用して、上記した式(1)及び式(2)で補正した線である。

0299

図40図45とを比較すると、図45の線237、線238及び線239は、図40の線221、線222及び線223とは異なり、直線状に近くなる。これは、個体に合わせて調整した後の力閾値テーブル52b1を使用したからである。

0300

このように、タッチ検出機能付き表示装置1は、個体に合わせて、力閾値テーブル52b1に格納されている複数の力閾値を調整することで、上記した第2の問題点を解決できる。

0301

<力検出制御部の構成及び動作>
図46は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出制御部の機能ブロックを示す図である。力検出制御部50は、調整部51と、記憶部52と、算出部53と、を含む。

0302

力検出制御部50は、空気層AGが変形してクッション層CUSが変形しない力の第1範囲では、予め定められた第1定数αと力Fsigとの積により、補正後の力信号値Cforceを算出し、空気層AG及びクッション層CUSが変形する力の第2範囲では、力閾値Fthと第1定数αとの積と、力Fsigと力閾値Fthとの差分と第2定数βとの積と、の和により、補正後の力信号値を算出する。

0303

調整部51は、電位制御部51aと、力閾値テーブル調整部51bと、を含む。記憶部52は、相関テーブル記憶部52aと、力閾値テーブル記憶部52bと、第1定数テーブル記憶部52cと、第2定数テーブル記憶部52dと、を含む。算出部53は、力閾値読出部53aと、力算出部53bと、比較部53cと、第1力信号値算出部53dと、第2力信号値算出部53eと、を含む。

0304

力閾値テーブル調整部51b、力閾値読出部53a、力算出部53b、比較部53c、第1力信号値算出部53d及び第2力信号値算出部53eは、COG19、タッチIC49又はホストHSTがプログラムを実行することで実現できる。または、力閾値テーブル調整部51b、力閾値読出部53a、力算出部53b、比較部53c、第1力信号値算出部53d及び第2力信号値算出部53eは、COG19、タッチIC49及びホストHSTの内の2つ以上がプログラムを協働して実行することで実現できる。

0305

電位制御部51aのスイッチSW1は、ホストHSTによって制御されても良いし、力閾値テーブル調整部51bによって制御されても良い。

0306

力閾値テーブル調整部51bは、A/D変換部43から出力される力信号値Csigに基づく容量C3と、相関テーブル記憶部52aに記憶されている相関テーブル52a1と、を照らし合わせて、力信号値Table2’を得る。そして、力閾値テーブル調整部51bは、力信号値Table2’に基づいて、上記した式(5)及び式(6)の演算を力検出領域Afの全領域に関して実行することにより、力閾値テーブル52b1に格納されている複数の力閾値を、個体に合わせて調整する。

0307

力閾値読出部53aは、タッチ検出制御部40(図2参照)から出力される信号Voutに基づいて、力検出領域Af内の力が印加されている座標に対応する力閾値Fthを、力閾値テーブル記憶部52bに記憶されている力閾値テーブル52b1から読み出す。

0308

力算出部53bは、A/D変換部43から出力される力信号値Csigに基づいて、力Fsigを算出する。

0309

比較部53cは、力閾値読出部53aで読み出された力閾値Fthと、力算出部53bで算出された力Fsigと、を比較し、力Fsigが力閾値Fth以下であるか又は力Fsigが力閾値Fthより大きいかを判定する。

0310

第1力信号値算出部53dは、力Fsigが力閾値Fth以下であると比較部53cで判定された場合に、タッチ検出制御部40(図2参照)から出力される信号Voutに基づいて、力検出領域Af内の力が印加されている座標に対応する第1定数αを、第1定数テーブル記憶部52cに記憶されている第1定数テーブル52c1から読み出す。そして、第1力信号値算出部53dは、第1定数αを使用して、上記した式(1)の演算を実行することにより、補正後の力信号値Cforceを出力する。

0311

第2力信号値算出部53eは、力Fsigが力閾値Fthより大きいと比較部53cで判定された場合に、タッチ検出制御部40(図2参照)から出力される信号Voutに基づいて、力検出領域Af内の力が印加されている座標に対応する第1定数αを、第1定数テーブル記憶部52cに記憶されている第1定数テーブル52c1から読み出す。また、第2力信号値算出部53eは、信号Voutに基づいて、力検出領域Af内の力が印加されている座標に対応する第2定数βを、第2定数テーブル記憶部52dに記憶されている第2定数テーブル52d1から読み出す。そして、第2力信号値算出部53eは、力閾値Fth、第1定数α及び第2定数βを使用して、上記した式(2)の演算を実行することにより、補正後の力信号値Cforceを出力する。

0312

記憶部52は、揮発性メモリ又は書き換え可能な不揮発性メモリが例示される。揮発性メモリは、RAM(Random Access Memory)が例示される。書き換え可能な不揮発性メモリは、フラッシュメモリ登録商標)が例示される。記憶部52が揮発性メモリの場合には、相関テーブル52a1、力閾値テーブル52b1、第1定数テーブル52c1及び第2定数テーブル52d1は、初期時(例えば、タッチ検出機能付き表示装置1のパワーオン時又はスリープからの復帰時)に、ホストHSTから記憶部52に転送されても良い。記憶部52が不揮発性メモリの場合には、相関テーブル52a1、力閾値テーブル52b1、第1定数テーブル52c1及び第2定数テーブル52d1は、タッチ検出機能付き表示装置1の出荷時に、記憶部52に書き込まれても良い。

0313

図47は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出制御部が実行する処理を示すフローチャートである。図47に示す処理は、定期的又は不定期的な力検出タイミングで実行される。

0314

力閾値テーブル調整部51bは、ステップS100において、力信号値Csigが基準力信号値(例えば、0)より小さいか否かを、判定する。基準力信号値は、空気層AGの厚みが設計値(80μm)である個体の力非印加時の力信号値である。力検出領域Afに力が印加されると力信号値Csigが増加するが、力信号値Csigが減少することはない。従って、力閾値テーブル調整部51bは、力信号値Csigが基準力信号値より小さい場合は、力閾値テーブル52b1の調整が必要であると判定できる。

0315

力閾値テーブル調整部51bは、力信号値Csigが基準力信号値より小さいと判定したら(ステップS100でYes)、ステップS102において、力閾値テーブル調整サブルーチンを実行する。

0316

図48は、実施形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の力検出制御部が実行する処理を示すフローチャートである。図48は、力閾値テーブル調整サブルーチンを示すフローチャートである。

0317

電位制御部51aは、ステップS200において、駆動信号Vcomts2と同相且つ同振幅の信号を電極SUSに出力する。

0318

力閾値テーブル調整部51bは、ステップS202において、力信号値Csigに基づき容量C3を算出する。

0319

力閾値テーブル調整部51bは、ステップS204において、容量C3と、相関テーブル記憶部52aに記憶されている相関テーブル52a1と、を照らし合わせて、力信号値Table2’を得る。

0320

力閾値テーブル調整部51bは、ステップS206において、力信号値Table2’に基づいて、上記した式(5)及び式(6)の演算を力検出領域Afの全領域に関して実行することにより、力閾値テーブル52b1に格納されている複数の力閾値を、個体に合わせて調整する。力閾値テーブル調整部51bは、力閾値テーブル調整サブルーチンを終了する。

0321

再び図47を参照すると、力閾値テーブル調整部51bは、力信号値Csigが基準力信号値より小さくないと判定したら(ステップS100でNo)、ステップS104において、タッチ検出制御部40(図2参照)から出力される信号Voutに基づいて、被検出物OBJが入力面ISに接触又は近接しているか否かを判定する。

0322

被検出物OBJが入力面ISに接触又は近接していない場合は、駆動電極COMLと被検出物OBJとの間に容量Cfingerが発生しないので、力閾値テーブル52b1の調整に好適である。

0323

力閾値テーブル調整部51bは、被検出物OBJが入力面ISに接触又は近接していないと判定したら(ステップS104でNo)、ステップS106において、現在のフレームが力閾値テーブルの調整フレームであるか否かを判定する。調整フレームは、予め定められたタイミングに合致するフレームである。

0324

力閾値テーブル調整部51bは、現在のフレームが力閾値テーブルの調整フレームであると判定したら(ステップS106でYes)、ステップS102において、力閾値テーブル調整サブルーチンを実行する。

0325

力閾値テーブル調整部51bは、現在のフレームが力閾値テーブルの調整フレームではないと判定したら(ステップS106でNo)、処理をステップS100に進める。

0326

比較部53cは、被検出物OBJが入力面ISに接触又は近接していると力閾値テーブル調整部51bで判定されたら(ステップS104でYes)、ステップS108において、力算出部53bで算出された力Fsigが力閾値読出部53aで読み出された力閾値Fth以下であるか否かを、判定する。

0327

第1力信号値算出部53dは、力Fsigが力閾値Fth以下であると比較部53cによって判定されたら(ステップS108でYes)、ステップS110において、タッチ検出制御部40(図2参照)から出力される信号Voutに基づいて、力検出領域Af内の力が印加されている座標に対応する第1定数αを、第1定数テーブル記憶部52cに記憶されている第1定数テーブル52c1から読み出す。そして、第1力信号値算出部53dは、第1定数αを使用して、上記した式(1)の演算を実行することにより、補正後の力信号値Cforceを算出し、出力する。力信号値Cforceは、例えば、ホストHSTに出力される。

0328

第2力信号値算出部53eは、力Fsigが力閾値Fth以下ではないと比較部53cによって判定されたら(ステップS108でNo)、ステップS112において、タッチ検出制御部40(図2参照)から出力される信号Voutに基づいて、力検出領域Af内の力が印加されている座標に対応する第1定数αを、第1定数テーブル記憶部52cに記憶されている第1定数テーブル52c1から読み出す。また、第2力信号値算出部53eは、信号Voutに基づいて、力検出領域Af内の力が印加されている座標に対応する第2定数βを、第2定数テーブル記憶部52dに記憶されている第2定数テーブル52d1から読み出す。そして、第2力信号値算出部53eは、力閾値Fth、第1定数α及び第2定数βを使用して、上記した式(2)の演算を実行することにより、補正後の力信号値Cforceを算出し、出力する。力信号値Cforceは、例えば、ホストHSTに出力される。

0329

<実施形態の効果>
タッチ検出機能付き表示装置1は、上記した式(1)及び式(2)により力信号値Cforceを算出することで、力と力信号値Cforceとの関係を全範囲で直線状にできる。例えば、ホストHSTは、力との関係が全範囲で直線状の力信号値Cforceを受け取ることができる。これにより、タッチ検出機能付き表示装置1は、力を好適に検出できる。つまり、タッチ検出機能付き表示装置1は、力の検出精度の向上を図ることができる。

0330

図49は、タッチ検出機能付き表示装置の力検出領域の各部に同じ力を印加した場合の力信号値をプロットしたグラフである。図49は、タッチ検出機能付き表示装置1の力検出領域Afの各部に同じ力を印加した場合の力信号値Csigを示している。

0331

タッチ検出機能付き表示部10の中央部付近は、辺縁部付近よりも、たわみ易い。換言すると、或る力がタッチ検出機能付き表示部10の中央部付近に印加された場合のタッチ検出機能付き表示部10のたわみ量(変形量)は、同じ力がタッチ検出機能付き表示部10の辺縁部付近に印加された場合のタッチ検出機能付き表示部10のたわみ量よりも、大きい。従って、図49に示すように、タッチ検出機能付き表示装置1の力検出領域Afの各部に同じ力を印加した場合に、中央部付近での力信号値Csigは大きく、辺縁部付近での力信号値Csigは小さくなる。

0332

図50は、タッチ検出機能付き表示装置の力検出領域の各部に同じ力を印加した場合の力信号値をプロットしたグラフである。図50は、タッチ検出機能付き表示装置1の力検出領域Afの各部に同じ力を印加した場合の、力検出制御部50から出力される力信号値Cforceを示している。

0333

図50に示すように、タッチ検出機能付き表示装置1の力検出領域Afの各部に同じ力を印加した場合に、中央部付近での力信号値Cforceと、辺縁部付近での力信号値Cforceとは、略同じになる。

0334

このように、タッチ検出機能付き表示装置1は、力が印加される座標毎に、異なる力閾値を使用することで、力が印加される座標にかかわらず、力と力信号値Cforceとの関係を直線状にできる。これにより、タッチ検出機能付き表示装置1は、力を好適に検出できる。つまり、タッチ検出機能付き表示装置1は、力の検出精度の向上を図ることができる。

0335

タッチ検出機能付き表示装置1は、個体に合わせて、力閾値テーブル52b1に格納されている複数の力閾値を調整することで、個体にかかわらず、力と力信号値Cforceとの関係を直線状にできる。これにより、タッチ検出機能付き表示装置1は、力を好適に検出できる。つまり、タッチ検出機能付き表示装置1は、力の検出精度の向上を図ることができる。

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