带有触摸面板的显示装置

摘要

本发明提供一种带有触摸面板的显示装置，包括在观察者一侧的面上具有面状透明导电膜的基板，该透明导电膜被用作静电电容耦合方式的触摸面板的透明电极，其包括：输入位置检测用的脉冲电压的位置检测用脉冲电压生成电路和计算观察者的手指触摸到透明导电膜的触摸位置的坐标位置运算电路，透明导电膜是具有4个角的形状，位置检测用脉冲电压生成电路分别向透明导电膜的4个角以不同的定时提供位置检测用的脉冲电压，坐标位置运算电路根据在向透明导电膜的4角之一提供了位置检测用的脉冲电压时从与被提供了脉冲电压的角相同的对角线上的角输出的电压来计算观察者的手指触摸到透明导电膜的触摸位置。能不使光的透射率降低且使成本减少。

权利要求

1.一种带有触摸面板的显示装置，包括在观察者一侧的面上具有面状的透明导电膜的基板，上述透明导电膜被用作静电电容耦合方式的触摸面板的透明电极，上述显示装置的特征在于，包括：生成位置检测用的脉冲电压的位置检测用脉冲电压生成电路；以及计算触摸上述透明导电膜的触摸位置的坐标位置运算电路，

上述透明导电膜是具有4个角的形状，

上述位置检测用脉冲电压生成电路以不同的定时分别向上述透明导电膜的4个角提供上述位置检测用的上述脉冲电压，上述坐标位置运算电路在向上述透明导电膜的4个角中的1个角提供了上述位置检测用的上述脉冲电压时，检测从与被提供了上述脉冲电压的上述4个角中的1个角相同的对角线上的角输出的电压，上述坐标位置运算电路根据上述4个角的每个角所输出的上述电压来计算触摸上述透明导电膜的触摸位置。

2.根据权利要求1所述的带有触摸面板的显示装置，其特征在于：当将上述透明导电膜的一条对角线上的两个角设为角A和角B，并将上述透明导电膜的另一条对角线上的两个角设为角C和角D时，上述坐标位置运算电路根据时间差(A-B)和时间差(C-D)来计算触摸上述透明导电膜的触摸位置，其中，上述时间差(A-B)是在向上述透明导电膜的上述角A提供了上述位置检测用的脉冲电压时从上述角B输出的电压成为预定电压的时间A、与在向上述透明导电膜的上述角B提供了上述位置检测用的脉冲电压时从上述角A输出的电压成为预定电压的时间B之间的时间差，上述时间差(C-D)是在向上述透明导电膜的上述角C提供了上述位置检测用的脉冲电压时从上述角D输出的电压成为预定电压的时间C、与在向上述透明导电膜的上述角D提供了上述位置检测用的脉冲电压时从上述角C输出的电压成为预定电压的时间D之间的时间差。

3.根据权利要求2所述的带有触摸面板的显示装置，其特征在于：提供给上述透明导电膜的上述角A或上述角C的上述位置检测用的脉冲电压是从第一电压电平变化为第二电压电平的脉冲电压，提供给上述透明导电膜的上述角B或上述角D的上述位置检测用的脉冲电压是从第二电压电平变化为第一电压电平的脉冲电压。

4.根据权利要求2所述的带有触摸面板的显示装置，其特征在于：上述坐标位置运算电路具有积分电路，

上述积分电路通过在上述时间A或上述时间C的期间对预定电流进行积分且在上述时间B或上述时间D的期间对预定电流进行放电，来输出与上述时间差(A-B)或上述时间差(C-D)对应的电压。

5.根据权利要求4所述的带有触摸面板的显示装置，其特征在于：上述积分电路具有：在上述时间A的期间对预定电流进行积分并在上述时间B的期间对预定电流进行放电的积分电路A；和在上述时间C的期间对预定电流进行积分并在上述时间D的期间对预定电流进行放电的积分电路B。

6.根据权利要求4所述的带有触摸面板的显示装置，其特征在于：上述位置检测用脉冲电压生成电路分别向上述4个角多次提供上述位置检测用的脉冲电压，上述积分电路输出将与分别向上述4个角多次提供了上述位置检测用的脉冲电压时的时间差(A-B)或时间差(C-D)对应的电压相加后的电压。

7.根据权利要求4所述的带有触摸面板的显示装置，其特征在于：上述坐标位置运算电路具有与积分电路的后级相连接的A/D转换电路。

8.根据权利要求1所述的带有触摸面板的显示装置，其特征在于：上述显示装置是IPS方式的液晶显示装置。

9.根据权利要求8所述的带有触摸面板的显示装置，其特征在于：具有配置在上述透明导电膜上的导电性偏振片。

说明书

带有触摸面板的显示装置

技术领域

[0001] 本发明涉及带有触摸面板的显示装置，特别涉及具有实现了高透射率的静电电容耦合方式的触摸面板功能的带有触摸面板的显示装置。

背景技术

[0002] 近年来，在移动设备的普及中，支持“人性化”的图形用户界面的触摸面板技术日益重要起来。

[0003] 作为该触摸面板技术，已知有静电电容耦合方式的触摸面板，在一般的静电电容耦合方式的触摸面板中，在玻璃基板的表面设置有实施了导电涂层(透明导电膜)的触摸面板基板，通过使手指与其接触来实施位置检测。

[0004] 而且，还已知有如下带有触摸面板的液晶显示装置：将上述触摸面板基板安装在液晶显示板的表面，通过使用手指触摸显示在液晶显示板上的菜单画面来执行与菜单相对应的动作(参照下述的专利文献1)。

[0005] 作为与本申请发明相关的现有技术文献，具有如下文献。

[0006] 专利文献1：日本特开2006-146895号公报

发明内容

[0007] 在上述专利文献1所记载的带有触摸面板的液晶显示装置中，从涂敷有透明导电膜的触摸面板四个角施加交流信号，检测流过触摸到触摸面板的手指的电流来检测坐标。电流的检测是通过检测设置在触摸面板的四个角的用于电流检测的电阻的两端电压来换算成电流的。

[0008] 但是，在上述的专利文献1所记载的带有触摸面板的液晶显示装 置中，存在以下这样的问题。

[0009] (1)为了确保流过触摸到触摸面板的手指的电流，需要增加透明导电膜的厚度来使电阻减小。因此，将导致触摸面板的透射率降低。

[0010] (2)对应于4个角而需要4组电路。即，分别需要4组电流检测电路、噪声滤波器、采样保持器，所以电路结构复杂。

[0011] 本发明是为了解决上述现有技术问题而完成的，本发明的目的在于提供不使光的透射率降低且使成本降低的带有触摸面板的显示装置。

[0012] 本发明的上述以及其他目的和新的特征通过本说明书的记述以及附图将更加明确。

[0013] 若简单说明本申请所公开的发明中代表性的发明的概要，则如下所述。 [0014] (1)一种带有触摸面板的显示装置，包括在观察者一侧的面上具有面状的透明导电膜的基板，上述透明导电膜被用作静电电容耦合方式的触摸面板的透明电极，上述显示装置包括：输入位置检测用的脉冲电压的位置检测用脉冲电压生成电路、以及计算上述观察者的手指触摸上述透明导电膜的触摸位置的坐标位置运算电路，上述透明导电膜是具有4角的形状，上述位置检测用脉冲电压生成电路以不同的定时分别向上述透明导电膜的4个角提供位置检测用的脉冲电压，上述坐标位置运电路在向上述透明导电膜的4个角中的
1个角提供了位置检测用的脉冲电压时，检测从与被提供了上述脉冲电压的角相同的对角线上的角输出的电压，上述坐标位置运算电路根据上述4个角的每个角所输出的上述电压来计算上述观察者的手指触摸上述透明导电膜的触摸位置。

[0015] (2)在(1)中，当将上述透明导电膜的一条对角线上的两个角设为角A和角B，并将上述透明导电膜的另一条对角线上的两个角设为角C和角D时，上述坐标位置运算电路根据时间差(A-B)和时间差(C-D)来计算上述观察者的手指触摸上述透明导电膜的触摸位置，其中，上述时间差(A-B)是在向上述透明导电膜的角A提供了位置检测用的脉冲电压时从上述角B输出的电压成为预定电压 的时间A、与在向上述透明导电膜的角B提供了位置检测用的脉冲电压时从角A输出的电压成为预定电压的时间B之间的时间差(A-B)，上述时间差(C-D)是在向上述透明导电膜的角C提供了位置检测用的脉冲电压时从角D输出的电压成为预定电压的时间C、与在向上述透明导电膜的角D提供了位置检测用的脉冲电压时从角C输出的电压成为预定电压的时间D之间的时间差(C-D)。

[0016] (3)在(2)中，提供给上述透明导电膜的角A或角C的位置检测用的脉冲电压是从第一电压电平变化为第二电压电平的脉冲电压，提供给上述透明导电膜的角B或角D的位置检测用的脉冲电压是从第二电压电平变化为第一电压电平的脉冲电压。 [0017] (4)在(2)或(3)中，上述坐标位置运算电路具有积分电路，上述积分电路通过在上述时间A或上述时间C的期间对预定电流进行积分且在上述时间B或上述时间D的期间对预定电流进行放电，来输出与上述时间差(A-B)或上述时间差(C-D)对应的电压。 [0018] (5)在(4)中，上述积分电路具有：在上述时间A的期间对预定电流进行积分并在上述时间B的期间对预定电流进行放电的积分电路A；和在上述时间C的期间对预定电流进行积分并在上述时间D的期间对预定电流进行放电的积分电路B。

[0019] (6)在(4)或(5)中，上述位置检测用脉冲电压生成电路向上述各个角多次提供上述位置检测用的脉冲电压，上述积分电路输出将与向上述各个角多次提供了上述位置检测用的脉冲电压时的时间差(A-B)或时间差(C-D)对应的电压相加后的电压。 [0020] (7)在(4)至(6)中的任意一个中，上述坐标位置运算电路具有与积分电路的后级相连接的A/D转换电路。

[0021] 若简单说明通过本申请所公开的发明中代表性的发明而取得的效果，则如下所述。

[0022] 根据本发明的带有触摸面板的显示装置，能够不降低光的透射率且使成本降低。 附图说明

[0023] 图1A～图1E是说明本发明的带有触摸面板的液晶显示装置中的触摸面板的位置检测原理的图。

[0024] 图2是示出本发明的带有触摸面板的液晶显示装置中的触摸面板的概略结构的图。

[0025] 图3是示出图2所示的各部分的电压波形的时序图。

[0026] 图4是示出本发明实施例的带有触摸面板的液晶显示装置的概略结构的框图。 [0027] 图5是示出本发明的实施例的液晶显示装置的1个子像素的结构的俯视图。 [0028] 图6是示出沿着图5所示的A-A’切割线的剖面结构的剖视图。

具体实施方式

[0029] 以下，参照附图详细说明将本发明应用于液晶显示装置的实施例。 [0030] 在用于说明实施例的所有附图中，对具有相同功能的部分附加相同的标号并省略对其进行重复说明。

[0031] 图1A～图1E是说明本发明的带有触摸面板的液晶显示装置中的、触摸面板的位置检测原理的图。

[0032] 在图1A中，1是涂敷有透明导电膜的触摸面板。现在，当观察者的手指触摸到触摸面板1的图1A的P点时，电容元件C被插入到触摸面板1的P点和基准电位GND之间。 [0033] 在该状态下，从脉冲电压生成电路2向触摸面板1的四个角中的角3提供脉冲电压Vin，测量从与触摸面板1的角3相对的角(同一对角线上的角)4输出的脉冲电压从预定的电压Vref 1上升到预定的电压Verf 2的上升时间。图1B示出该状态时的触摸面板1的等效电路，图1C示出此时从触摸面板1的角4输出的脉冲电压的上升时间。此外，在图1C中，Vout 1表示从触摸面板1的角4输出的脉冲电压，T1表示上升时间。 [0034] 接着，从脉冲电压生成电路2向触摸面板1的角4提供脉冲电压Vin，测量从触摸面板1的角3输出的脉冲电压从预定的电压Vref 1上升到预定的电压Vref 2的上升时间。
图1D示出该状态时的触摸面板1的等效电路，图1E示出此时从角3输出的脉冲电压的上升时间。此外，在图1B、图1D中，R1表示触摸面板1的角3和P点之间的等效电阻，R2表示触摸面板1的角4和点P之间的等效电阻。另外，在图1E中，Vout 2表示从触摸面板1的角3输出的脉冲电压，T2表示上升时间。

[0035] 接着，求出T1和T2的时间差(T1-T2)。在此，当R1＞R2时T1＞T2，当R1＝R2时T1＝T2，当R1＜R2时T1＜T2。

[0036] 因此，如果时间差(T1-T2)为0，就能够判断为观察者的手指触摸到的位置是触摸面板1的中心点(两条对角线交叉的点)的位置。

[0037] 另外，如果时间差(T1-T2)为正值，就能够判断为观察者的手指触摸到的位置是触摸面板1的中心点与角4之间的位置，对于该位置，时间差(T1-T)的正值越大，观察者的手指触摸到的位置越靠近角4。

[0038] 同样地，如果时间差(T1-T2)为负值，就能够判断为观察者的手指触摸到的位置是触摸面板1的中心点与角3之间的位置，对于该位置，时间差(T1-T2)的负值越小，观察者的手指触摸到的位置越靠近角3。

[0039] 通过对触摸面板1的对角线上的角5、角6也执行上述程序，能够检测出观察者的手指触摸到的触摸面板上的位置。

[0040] 图2是示出本发明的带有触摸面板的液晶显示装置中的、触摸面板概略结构的图，图3是示出图2所示的各部分的电压波形的时序图。

[0041] 触摸面板1的角3、角4、角5、角6分别经由开关7～10与脉冲电压生成电路2相连接，并且经由开关11～14与缓冲放大器15相连接。

[0042] 例如，在图3的(a)所示的F1周期，使开关7和开关13导通，从脉冲电压生成电路2向触摸面板1的角3提供脉冲电压(参照图3 的(a))，经由缓冲放大器15向比较器电路16输入从触摸面板1的角4输出的以预定的时间常数上升的脉冲电压(参照图3的(b))。缓冲放大器15是用于增大从角4观察的缓冲放大器侧的阻抗来防止电流流入角4的部件。假设当电流流入角4时，从触摸面板1的角4输出的脉冲电压的上升时间发生变化，将导致在触摸面板1的位置检测中产生误差。

[0043] 比较器电路16将从触摸面板1的角4输出的以预定的时间常数上升的脉冲电压转换为第一时间宽度(图3中(c)的T1)的信号。

[0044] 此外，比较器电路16由输入Vref 1的基准电压17的比较器19、输入Vref 2的基准电压18的比较器20、以及求取比较器19和比较器20的逻辑积的与电路36构成。 [0045] 上述第一时间宽度的信号使电荷泵电路22的开关28接通(参照图3的(d))，将电流源27的电流输出到积分电路31。

[0046] 与积分电路31的第一时间宽度的信号的时间宽度(图3C的T1)对应地，向连接在构成积分电路31的运算放大器32的反向端子和输出端子之间的电容器33充电。在第一时间宽度的信号的时间宽度较长时，充电量变大，在时间宽度较短时，充电量变小。 [0047] 此外，电荷泵电路22具有与电路25、26。与电路25在控制信号23为High时利用比较器电路16的输出使开关28接通。与电路26在控制信号24为High时利用比较器电路16的输出使开关29接通。

[0048] 接着，在图3的(a)所示的F2周期，使开关9和开关11接通，从脉冲电压生成电路2向触摸面板1的角4提供脉冲电压(参照图3的(a))，经由缓冲放大器15向比较器电路16输入从触摸面板1的角4输出的、以预定的时间常数下降的脉冲电压(参照图3的(b))。

[0049] 此外，在图1D所示的电路结构中在向电阻R2提供了从基准电压GND变化为Vin电压的脉冲电压时从预定的电压Vref 1上升到预定的电压Vref 2的上升时间、与在图1D所示的电路结构中在向电阻R2提供了从Vin变化为基准电压GND的脉冲电压时从预定的电压Vref 2下降到预定的电压Vref 1的下降时间相等，因此，在图2中， 向触摸面板1的角4提供了从Vin变化为基准电压GND的电压的脉冲电压。

[0050] 比较器电路16将从触摸面板1的角4输出的、以预定的时间常数下降的脉冲电压转换为第二时间宽度(图3中(c)的T2)的信号。

[0051] 上述第二时间宽度的信号使电荷泵电路22的开关29接通(参照图3的(e))，将电流源30的电流输出到积分电路31。由此，与第二时间宽度的信号的时间宽度(图3中的(c)的T2)对应地，从积分电路31的电容器33释放电荷。在第二时间宽度的信号的时间宽度较长时放电量较大，在时间宽度较短时放电量变小。

[0052] 在经过以上的程序后，利用A/D转换器35将积分电路31的输出电压(SV，参照图3的(f))进行数字转换。

[0053] 在积分电路31的输出为负极性的电压时，意味着触摸到触摸面板1的观察者的手指处于靠近角4的一侧。相反，在其输出为正极性的电压时，意味着靠近角3的一侧，在其输出为零时，意味着触摸到与角3和角4的距离大致相等的位置。

[0054] 因此，积分电路31的输出电压表示触摸面板1的角3和角4之间的距离的关系，因此能够通过对其进行数字转换，取得手指在角3和角4之间触摸的位置的坐标。 [0055] 接着，在使积分电路31的开关34接通来将电容器33复位后，对触摸面板1的角5和角6也如上述那样提供脉冲电压，将出现在该对角上的以预定的时间常数上升的脉冲电压、或以预定的时间常数下降的脉冲电压转换为时间宽度的信号，利用与上述相同的方法，能够取得在角5和角6之间的观察者的手指触摸的位置的坐标。由此，能够在触摸面板1上确定观察者的手指触摸到的位置。

[0056] 此外，在利用A/D转换器35对积分电路31的输出电压进行数字转换时，也可以重复进行多次图3的(a)至图3的(f)所示的动作，增大积分电路31的电压后，利用A/D转换器35来进行数字转换。

[0057] 另外，对于缓冲放大器15、比较器电路16、电荷泵电路22、以及积分电路31，还可以设置2组，即1组用于角3和角4，另1组用 于角5和角6。

[0058] 如以上说明的那样，在本实施例中，向触摸面板1的对角交替地提供脉冲电压，因此能够消除在触摸面板1上产生的噪声，能够实现耐噪声强的触摸面板。 [0059] 特别是，若将本发明应用于与液晶显示板或EL面板等一体化的带有输入功能的显示装置，则能够实现耐噪声强的输入功能，该噪声从液晶显示板或EL面板产生。 [0060] 进而，本实施例能够由开关电路、比较器、电荷泵、积分电路简单地构成，所以能够降低成本。

[0061] 另外，在本实施例中，测量触摸到触摸面板1的观察者的手指(或者记录笔(stylus pen))的位置、与至提供脉冲电压的各角的距离相当的电阻、以及与观察者的手指具有的静电电容相对应的脉冲宽度。因此，能够减小涂敷在触摸面板1的透明导电膜的厚度来提高电阻。其结果，能够使触摸面板1的透射率提高。

[0062] 作为液晶显示装置，已知有IPS方式的液晶显示装置，在该IPS方式的液晶显示装置中，通过在相同基板上形成像素电极和对置电极并向其间施加电场来使液晶在基板平面内旋转，从而进行明暗的控制。因此，具有斜向观看画面时显示图像的浓淡不翻转(颠倒)这样的特征。

[0063] 该IPS方式的液晶显示装置如TN方式的液晶显示装置或VA方式的液晶显示装置那样，在设置有滤色片的基板上不存在对置电极。因此，根据降低显示噪声的等理由，在设置有滤色片的基板上形成有背面侧透明导电膜。

[0064] 通过将上述背面侧透明电极作为本实施例的触摸面板1的透明导电膜，能够不增加成本地构成液晶显示装置，进而，也能够使液晶显示装置的透射率与现有的IPS方式的显示装置相同。

[0065] 以下，说明将背面侧透明电极用作本实施例的触摸面板1的透明导电膜的液晶显示装置的一例。

[0066] 图4是示出将背面侧透明电极用作本实施例的触摸面板1的透明 导电膜的显示装置的一例的概略结构的框图。图4所示的带有触摸面板的液晶显示装置是用作便携电话机、数字照相机等的显示部的小型液晶显示装置。

[0067] 图4所示的液晶显示装置构成为：隔开预定的间隙而重叠设置有像素电极、薄膜晶体管等的第一基板(也称为TFT基板、有源矩阵基板)SUB 1和形成有滤色片等的第二基板(也称为对置基板)SUB 2，利用在该两基板间的周边部附近呈框状设置的密封材料来贴合两基板，并且从在密封材料的一部分设置的液晶封入口向两基板间的密封材料的内侧封入液晶并进行密封，进而在两基板的外侧粘贴偏振片。

[0068] 这样，在图4所示的液晶显示装置中，形成液晶被挟持于一对基板之间的结构。 [0069] 另外，第一基板SUB 1具有大于第二基板SUB 2的面积，在第一基板SUB 1的不与第二基板SUB 2相对的区域，安装构成驱动薄膜晶体管的驱动器的半导体芯片Dr，进而在该区域的一边的周边部安装有挠性布线基板FPC。

[0070] 图5是示出图4所示的液晶显示装置的1个子像素的结构的俯视图。 [0071] 图6是示出沿着图5所示的A-A’切割线的剖面结构的剖视图。以下，使用图5、图6来说明图4所示的液晶显示装置的结构。

[0072] 本实施例的液晶显示装置是使用面状的对置电极的IPS方式的液晶显示装置，第二基板SUB 2的主表面侧为观察侧。

[0073] 在由玻璃基板或塑料基板等透明基板构成的第二基板SUB 2的液晶层LC侧，从第二基板SUB 2朝着液晶层LC依次形成有遮光膜BM和滤色片层CF、涂层(overcoat)OC、定向膜AL 2。而且，在第二基板SUB 2的外侧形成有背面侧透明导电膜CD和偏振片POL 2。 [0074] 另外，在由玻璃基板或塑料基板等透明基板构成的第一基板SUB1的液晶层LC侧，从第一基板SUB 1朝着液晶层LC依次形成有扫描线(也称为栅极线)GL(未图示)、层间绝缘膜PAS 3、图像线(也称为漏极线、源极线)DL(未图示)、层间绝缘膜PAS 2、面状的对 置电极CT、层间绝缘膜PAS 1、由梳齿电极构成的像素电极PX、定向膜AL 1。而且，在第一基板SUB 1的外侧形成有偏振片POL 1。

[0075] 另外，在图5中，52是栅电极，53是半导体层，54是源电极。

[0076] 图4所示的液晶显示装置通过将背面侧透明导电膜CD兼用作静电电容耦合方式的触摸面板的透明电极来实现触摸面板功能。因此，图4所示的背面侧透明导电膜CD兼用作图2所示的触摸面板1的透明导电膜。在图6的结构中，在背面侧透明导电膜上配置有偏振片POL 2。而且，还假设如下情况：在偏振片POL 2为绝缘性的情况下，当观察者的手指触摸了偏振片POL 2时，观察者的手指不作为电容发挥作用。此时，使用具有导电性的偏振片来作为偏振片POL 2即可。

[0077] 另外，图2所示的脉冲电压生成电路2、开关元件7～14、缓冲放大器15、比较器电路16、电荷泵电路22、积分电路31、以及A/D转换器35可以安装在图4所示的半导体芯片Dr内，或者也可以设置在外部(在此，便携电话机的主体侧)。

[0078] 如上述说明那样，根据图4所示的液晶显示装置，可提供具有有效利用IPS方式的液晶显示装置的特征、并实现低成本、高透射率的静电电容耦合方式的触摸面板的液晶显示装置。即，通过将背面侧透明导电膜CD兼用作静电电容耦合方式的触摸面板的透明电极，从而无需设置新的玻璃基板(即触摸面板基板)，所以能够防止透射率降低，能够进一步抑制成本提高。

[0079] 而且，在图4所示的液晶显示装置中，无需设置新的玻璃基板(即触摸面板)，所以不仅能够使液晶显示装置的厚度变薄，还能够谋求轻型化。

[0080] 此外，本发明不限于IPS方式的液晶显示装置，还能够应用于TN方式的液晶显示装置、或VA方式的液晶显示装置。但是，在为如TN方式的液晶显示装置、VA方式的液晶显示装置那样的、无需在第二基板SUB 2的配置有液晶的侧的相反侧的面上形成透明导电膜的液晶显示装置的情况下，重新形成透明导电膜。

[0081] 此外，本发明不限于液晶显示装置，例如还能够应用于有机EL 显示装置等所有的显示装置。

[0082] 以上，根据上述实施例对本发明人所完成的发明进行了具体说明，但本发明显然并不局限于上述实施例，而是在不脱离其主旨的范围内可以进行各种变更。