(19)【発行国】日本国特許庁(JP)
(12)【公報種別】特許公報(B2)
(11)【特許番号】6687353
(24)【登録日】2020年4月6日
(45)【発行日】2020年4月22日
(54)【発明の名称】センサ入出力数低減回路およびセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置
(51)【国際特許分類】
G06F 3/041 20060101AFI20200413BHJP
G02F 1/1333 20060101ALI20200413BHJP
G09F 9/00 20060101ALI20200413BHJP
G09F 9/30 20060101ALI20200413BHJP
【FI】
G06F3/041 510
G02F1/1333
G06F3/041 430
G09F9/00 366A
G09F9/30 349Z
【請求項の数】11
【全頁数】12
(21)【出願番号】特願2015-195596(P2015-195596)
(22)【出願日】2015年10月1日
(65)【公開番号】特開2017-68728(P2017-68728A)
(43)【公開日】2017年4月6日
【審査請求日】2018年10月1日
(73)【特許権者】
【識別番号】501426046
【氏名又は名称】エルジー ディスプレイ カンパニー リミテッド
(74)【代理人】
【識別番号】110002077
【氏名又は名称】園田・小林特許業務法人
(72)【発明者】
【氏名】松本 昭一郎
【審査官】
円子 英紀
(56)【参考文献】
【文献】
米国特許出願公開第2015/0220209(US,A1)
【文献】
中国特許出願公開第103257743(CN,A)
【文献】
特開2008−191465(JP,A)
【文献】
特開2015−143933(JP,A)
(58)【調査した分野】(Int.Cl.,DB名)
G06F 3/041
G02F 1/1333
G09F 9/00
G09F 9/30
(57)【特許請求の範囲】
【請求項1】
複数のセンサにそれぞれ接続される複数のセンサ線、複数の入出力パッド、及び複数の入出力パッドにそれぞれ接続される複数の入出力線が形成された表示パネルに内蔵される複数のセンサと、前記複数のセンサのそれぞれの検出結果を読み取る駆動ICに接続される複数の入出力パッドと、の間に配置されるセンサ入出力数低減回路であって、
前記複数のセンサは、2以上のセンサからなる複数のセンサ群にブロック化され、かつ、ブロック化されたそれぞれのセンサ群は、さらにサブブロック化されており、
前記センサ入出力数低減回路は、前記表示パネル上で前記複数のセンサ群と前記複数の入出力パッドとの間に設けられ、前記複数のセンサ線を介して前記複数のセンサに電気的に接続され、外部指令に応じて、ブロック化された前記複数のセンサ群の2以上のセンサ群を選択するとともに、選択されたそれぞれのセンサ群の中からサブブロック化されたセンサを順次選択切り替えして前記駆動ICに接続するマルチプレクサを実現する薄膜トランジスタ回路
を備え、
前記複数のセンサのそれぞれの検出結果を2以上のサブブロック単位で並列に読み出すことを可能とし、
前記複数の入出力パッドの数は、並列して読み込まれるサブブロックに含まれるセンサの数であるセンサ入出力数低減回路。
【請求項2】
前記ブロック化されたそれぞれのセンサ群は、垂直方向の1ライン分であるストライプ状の集合として、あるいは水平方向1ライン分であるボーダー状の集合として、サブブロック化されている
請求項1に記載のセンサ入出力数低減回路。
【請求項3】
前記薄膜トランジスタ回路は、前記駆動ICからの前記外部指令により時分割駆動されることで、前記マルチプレクサを実現する
請求項1または2に記載のセンサ入出力数低減回路。
【請求項4】
前記表示パネル上に設けられ、前記外部指令を出力することで、選択された前記2以上のセンサ群の中のサブブロック化されたセンサが、時分割で順次前記駆動ICに接続されるように前記薄膜トランジスタ回路を切り替え制御するシフトレジスタ回路
をさらに備える請求項1または2に記載のセンサ入出力数低減回路。
【請求項5】
前記シフトレジスタ回路は、1組の極性の異なるCLK,CLKB信号と、センシングの開始、終了を指示する信号で駆動される
請求項4に記載のセンサ入出力数低減回路。
【請求項6】
前記薄膜トランジスタ回路は、回路パターンサイズが
GW/GL>10
を満たす請求項1から5のいずれか1項に記載のセンサ入出力数低減回路。
【請求項7】
前記薄膜トランジスタ回路は、LTPS工程で製作された回路である
請求項1から6のいずれか1項に記載のセンサ入出力数低減回路。
【請求項8】
請求項1から7のいずれか1項に記載のセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置。
【請求項9】
前記複数のセンサのそれぞれは、前記表示パネルの画素内に形成されたフォトセンサである
請求項8に記載のセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置。
【請求項10】
前記複数のセンサのそれぞれは、AITタッチセンサである
請求項8に記載のセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置。
【請求項11】
前記複数のセンサによるセンシング時には、前記表示パネルに設けられたビデオデータ線は、フローティングとする
請求項8から10のいずれか1項に記載のセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【0001】
本発明は、液晶表示装置あるいは有機EL表示装置といった表示装置に内蔵されるタッチセンサなどのセンサ駆動技術に関し、特に、表示パネルと駆動ICとの間の入出力数低減技術に関するものである。
【背景技術】
【0002】
表示装置にタッチ機能を内蔵する技術は、株式会社ジャパンディスプレイから、高解像度タブレット向けの「Pixel Eyes(登録商標)」として、表示パネルの内部にセンサ電極を内蔵する製品が発売されている。
【0003】
また、本願の出願人は、「AIT(Advanced In−Cell Touch)」と呼ばれる新しいタッチ技術を開発している。
図7は、AITタッチセンサの配線に関する説明図である。AIT技術は、画素表示面に約4mm角の透明電極を設け、その電極と指の間に形成される容量変化を検出することで、タッチがあったか否かと、そのタッチ強度を検出している。
【0004】
各透明電極の大きさは、検出の細度と精度を決める重要な要素であり、この電極サイズを大きくすることは、細度と精度を低下させる要因となる。各センサ電極は、
図7に示すように、M3(第3メタル)配線で接続され、パネル外部のRead Out IC(ROIC)に接続されている(例えば、特許文献1参照)。
【先行技術文献】
【特許文献】
【0005】
【特許文献1】特開2014−115613号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【0006】
しかしながら、従来技術には、以下のような課題がある。
図8は、従来型AIT駆動ICの配線構成を示した説明図である。タッチ用の各透明電極には、駆動ICから信号が入力され、その電位の到達値を駆動ICに伝えるための配線が接続されている。従って、センサの数だけ入出力パッドが必要となり、駆動ICにセンサ(透明電極)数のパッド用面積が必要となる。
【0007】
通常、パッド周りのレイアウト設計ルールは、TFT周りのレイアウト設計ルールよりも大きなルール(配線幅や面積を大きくすること)が必要である。この結果、入出力パッド数が多くなるほど、駆動ICチップ面積の有効活用度が低下し、無駄に大きな面積を含む駆動ICとなり、コスト増加の元となる。
【0008】
ビデオ信号用とセンサ信号用の入出力配線が接続されることで、駆動ICとしては、大きな面積を有することが分かる。
【0009】
近年、タッチ機能の高度化は目覚ましく、細いペン先の検知を実現すべく、センサ面積の最小化が推進されている。この結果、センサ数が増加し、それに伴う駆動入出力線の増加に至っている。
【0010】
さらに、センサ数の増加に起因して、表示パネルとセンサ駆動ICとの間のパッド数の増加、駆動ICのピッチ面積の増加およびそれに伴うコストの増加にも繋がっている。従って、センサ入出力数の低減が求められている。
【0011】
従来技術の問題点の発生原因を整理すると、以下の2点が挙げられる。
(1)タッチ機能の高度化に伴ってセンサ数が多くなると、センサ用の入出力線を直接駆動ICに接続していることで、センサ入出力線の増加につながる。さらに、これに伴って、駆動ICパッド数、および駆動ICの面積が増加し、結果的にコストアップにつながってしまう。
(2)センサ入出力パッド数を低減させようとすると、表示面での検知精度が劣化する。
【0012】
本発明は、前記のような課題を解決するためになされたものであり、センサ精度を劣化させることなく、駆動IC面積の縮小およびコスト低減を可能にするセンサ入出力数低減回路およびセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置を得ることを目的とする。
【課題を解決するための手段】
【0013】
本発明に係るセンサ入出力数低減回路は、表示パネルに内蔵される複数のセンサと、複数のセンサと電気的に接続されることで複数のセンサのそれぞれの検出結果を読み取る駆動ICとの間に配置されるセンサ入出力数低減回路であって、複数のセンサは、2以上のセンサからなる複数のセンサ群にブロック化され、かつ、ブロック化されたそれぞれのセンサ群は、さらにサブブロック化されており、表示パネル上で複数のセンサ群と駆動ICとの間に設けられ、外部指令に応じて、ブロック化された複数のセンサ群の2以上のセンサ群を選択するとともに、選択されたそれぞれのセンサ群の中からサブブロック化されたセンサを順次選択切り替えして駆動ICに接続するマルチプレクサを実現する薄膜トランジスタ回路を備え、複数のセンサのそれぞれの検出結果を2以上のサブブロック単位で並列に読み出すことを可能とするものである。
【発明の効果】
【0014】
本発明によれば、複数のセンサをブロック化し、ブロック化された2以上の領域について、ストライプ状あるいはボーダー状にサブブロック化された複数のセンサデータを並列に順次読み出せる回路を、マルチプレクサを用いて実現する回路構成を備えている。この結果、センサ精度を劣化させることなく、駆動IC面積の縮小およびコスト低減を可能にするセンサ入出力数低減回路およびセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置を得ることができる。
【図面の簡単な説明】
【0015】
【
図1】本発明の実施の形態1におけるセンサ入出力線数低減回路を適用した表示装置による配線構成を示した説明図である。
【
図2】本発明の実施の形態1におけるセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置によるセンサ部による検出データを読み出す機能を説明するための図である。
【
図3】本発明の実施の形態1に係るセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置において、ストライプ状にデータを読み出す一例を示した説明図である。
【
図4】本発明の実施の形態1におけるマルチプレクサ回路とシフトレジスタ回路の具体的な配置例を示した図である。
【
図5】本発明の実施の形態1に係るセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置において、ボーダー状にデータを読み出す一例を示した説明図である。
【
図6】本発明の実施の形態1におけるマルチプレクサ回路とシフトレジスタ回路の具体的な配置例を示した図である。
【
図7】AITタッチセンサの配線に関する説明図である。
【
図8】従来型AIT駆動ICの配線構成を示した説明図である。
【発明を実施するための形態】
【0016】
以下、本発明のセンサ入出力数低減回路およびセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置の好適な実施の形態につき、図面を用いて説明する。
【0017】
実施の形態1.
図1は、本発明の実施の形態1におけるセンサ入出力線数低減回路を適用した表示装置による配線構成を示した説明図である。本実施の形態1における駆動ICは、ビデオ信号を入力する従来のDisplay Driver IC(DDIC)の機能と、センサを駆動するRead Out IC(ROIC)の機能の両方を含むものである。
【0018】
本実施の形態1に係るセンサ入出力線数低減回路の主要ポイントを以下に示す。
・従来技術では、センサ線を駆動ICに直接接続していた。これに対して、本実施の形態1におけるセンサ入出力線数低減回路は、パネル上に形成されたTFT(Thin Film Transistor)を介して、駆動ICに接続されている。ここで、TFTは、切り替え機能を有したマルチプレクサ(Multiplexer:
図1および後述する
図3、
図5では、単に「Mux.」と省略して表記している)に相当する。
【0019】
・マルチプレクサ用TFTは、同一パネル上に形成されたシフトレジスタ回路によって駆動され、時分割で、ROICと接続される。
・
図1においては、本実施の形態1におけるセンサ入出力線数低減回路の具体的な接続構成として、(a)〜(c)の3パターンを示している。
【0020】
・
図1(a)は、センサ線を左側に配置し、ビデオデータ線を右側に配置することで、信号線を2つに分離した場合を示している。この場合には、センサ配線の負荷のバランスは、悪いこととなる。
【0021】
・
図1(b)は、センサ線を両側に配置し、ビデオデータ線を中央に配置することで、信号線を3つに分離した場合を示している。この場合は、先の
図3(a)と比較して、負荷のバランスはよい。
【0022】
・
図1(c)は、センサ線を両側に配置し、ビデオデータ線を中央に配置し、さらに、駆動ICをセンサ線用の2つのROICと、ビデオデータ線用のDDICとに分離した場合を示している。すなわち、
図1(c)では、駆動ICの機能を特化して、3つのICを個別配置している。この場合には、汎用ICを使うこともできるため、コスト低下に有効である。
【0023】
次に、本発明によるセンサ部による検出データを読み出す機能の改善について、検証結果も含めて説明する。
図2は、本発明の実施の形態1におけるセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置によるセンサ部による検出データを読み出す機能を説明するための図である。
【0024】
図2(a)は、従来型の読み出し回路を示した図である。なお、
図2(a)および
図2(b)における領域Sは、センサ回路がレイアウトされた画素を示している。
図2(a)において、画素R、G、B、Sの両側に配置された線が、ビデオデータやセンサ信号を伝達する信号線である。
【0025】
特に、センサ信号を伝達する信号線(センサ線)は、点線枠で囲まれたRead Buffer回路を経て、ROICに直接接続されている。この場合、センサ線は、2画素に1本あり、FHD(Full High Definition)であれば、1080×2=2160本のセンサ線が存在する。すなわち、2160個のパッド数がROIC側に必要となり、チップ面積が大きくなるのは必至である。
【0026】
これに対して、
図2(b)は、本発明を応用した読み出し回路を示した図である。
図2(b)では、センサ信号が、「Mux.」として図示されているマルチプレクサとして機能する切り替えTFTに接続されており、後段のシフトレジスタ回路によって、センサ信号を時分割でROICに伝達している。
【0027】
この場合、センサ信号の読み出しとセンシング時間に余裕があれば、出力数は、1つでよいが、通常は、マルチプレクサとシフトレジスタ回路をペアにして、複数用意する方がよい。例えば、2160本のセンサ線が存在する場合に40分割すれば、1分割54本のセンサ線となる。この結果、ROICへの入出力線は、40パッドで済み、54回に分けてセンシングを行うことになる。
【0028】
すなわち、
図2(b)の回路構成を採用することで、従来の
図2(a)の回路構成において必要であった2160個のパッド数を、40個に激減させることが可能となる。
【0029】
図3は、本発明の実施の形態1に係るセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置において、ストライプ状にデータを読み出す一例を示した説明図である。具体的には、AITセンサにおいて、ストライプ状にデータを読み出す場合を例に、以下のような
図3(a)から
図3(c)に分けて記載されている。
【0030】
図3(a)は、センサ電極の配置図を示しており、縦30×横18、合計540個のセンサが表示装置に配置されている状態を示している。
【0031】
図3(b)は、ストライプ状にセンサデータを読み出す方法を説明した図であり、センサ部を表示装置の上下左右で4つの領域にブロック化して分割し、さらに、それぞれのブロック内をストライブ状にサブブロック化し、4つのブロックのうちの左右2つのブロックからサブブロック単位で15個ずつ、15個×2=30個のデータを一度に読み出す場合を示している。なお、ストライブ状とは、ブロック化されたそれぞれのセンサ群のうち、垂直方向の1ライン分のセンサの集合に相当する。
【0032】
図3に示した具体例では、上部における左右のデータを読み出した後、下部における左右のデータを読み出す方法であり、全部で9×2=18回のスキャンで全データが読み出されることになる
【0033】
図3(c)は、センサ部から入出力パッドまでの配線の流れを示した図である。配線は、センサ部から左右に集められ、マルチプレクサに接続されている。そして、マルチプレクサは、シフトレジスタ回路によって順次「On」され、「On」された部分のデータが、パッドを介してROICに順次出力される。
【0034】
図3(c)に例示したシフトレジスタ回路は、1つのマルチプレクサ回路の左右に、それぞれ1つずつ分散配置されている。
【0035】
この
図3のように、ストライプ状のサブブロック単位でセンサデータを順次、2ブロックごとに並列に読み出す回路構成とすることで、センサ数560個は変えることなく、パッド数およびセンサ配線数を、30に縮小することができる。
【0036】
図4は、本発明の実施の形態1におけるマルチプレクサ回路とシフトレジスタ回路の具体的な配置例を示した図である。より具体的には、先の
図3に示したように、ストライプ状のサブブロック単位でセンサ信号を順次読み出すための具体的な回路構成を示している。
【0037】
H1の縦に並ぶセンサ部分は、上下(UpとDown)に分割され、H1〜H9のUp側が、時間的に先にセンシングされる。また、Up側のV1〜V15は、シフトレジスタ回路SR−1によって駆動され、Down側のV16〜V30は、シフトレジスタ回路SR−10によって駆動される。
【0038】
ROICからセンサを見た場合、従来は、駆動IC内のBulk Si Transistorによって、駆動されていた。これに対して、本発明は、性能が低いTFTで駆動することが可能となる。
【0039】
ここで、ROICにとっては、以下のような2点の問題がある。
(問題1)トランジスタの「On抵抗」が大きくなる
(問題2)TFTの特徴である飛び込み電圧が大きくなる。
【0040】
これらの問題を回避するには、「On抵抗」を小さくし、飛び込み電圧を均一化することに配慮する必要があり、パターン設計が重要となる。「On抵抗」を小さくするためには、
GW/GL比>10
の条件を満たす必要がある。また、センシング時において、ビデオ信号がセンサ信号に与える影響を除くために、ビデオデータ線は、フローティングとしている。
【0041】
図5は、本発明の実施の形態1に係るセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置において、ボーダー状にデータを読み出す一例を示した説明図である。具体的には、AITセンサにおいて、ボーダー状にデータを読み出す場合を例に、以下のような
図5(a)から
図5(c)に分けて記載されている。
【0042】
図5(a)は、センサ電極の配置図を示しており、縦30×横18、合計540個のセンサが表示装置に配置されている状態を示している。
【0043】
図5(b)は、ボーダー状にセンサデータを読み出す方法を説明した図であり、センサ部を表示装置の上下左右で4つの領域にブロック化して分割し、さらに、それぞれのブロック内をボーダー状にサブブロック化し、4つの分割領域からサブブロック単位で9個ずつ、9個×4=36個のデータを一度に読み出す場合を示している。なお、ボーダー状とは、ブロック化されたそれぞれのセンサ群のうち、水平方向の1ライン分のセンサの集合に相当する。
【0044】
先の
図3に示した具体例では、上部における左右のデータを読み出した後、下部における左右のデータを読み出す方法であり、全部で9×2=18回のスキャンで全データが読み出されるものであった。
【0045】
これに対して、
図5に示した具体例では、上下左右4つの領域から、同時にスキャンデータが検出される方法であり、全部で15回のスキャンで全データが読み出されることになる。
【0046】
図5(c)は、センサ部から入出力パッドまでの配線の流れを示した図である。配線は、センサ部から左右に集められ、マルチプレクサに接続されている。そして、マルチプレクサは、シフトレジスタ回路によって順次「On」され、「On」された部分のデータが、パッドを介してROICに順次出力される。
【0047】
図3(c)に例示したシフトレジスタ回路は、センター部分に集中配置されている。
【0048】
この
図5のように、ボーダー状のサブブロック単位でセンサデータを順次、4ブロック並列に読み出す回路構成とすることで、センサ数560個は変えることなく、パッド数およびセンサ配線数を、36に縮小することができる。
【0049】
図6は、本発明の実施の形態1におけるマルチプレクサ回路とシフトレジスタ回路の具体的な配置例を示した図である。より具体的には、先の
図5に示したように、ボーダー状のサブブロック単位でセンサ信号を順次読み出すための具体的な回路構成を示している。
【0050】
H1ブロックのV1〜V15までは、パッド1に出力され、H1ブロックのV16〜V30までは、パッドd2に出力される。そして、例えば、シフトレジスタ回路の出力BLK1が「High」になると、パッド1〜パッド18までに、ひとまとまりのデータが出力される。
【0051】
このとき、奇数パッドのデータは、Up領域のデータであり、偶数パッドのデータは、Down領域のデータである。
【0052】
上述した本実施の形態1に係るセンサ入出力数低減回路およびセンサ入出力数低減回路を備えた表示装置の特徴を整理すると、以下のようになる。
(1)センサ配線と駆動ICとの間で、パネル基板上にマルチプレクサを実現するTFTを設ける。
(2)TFTは、同一パネル基板上に作られたシフトレジスタ回路によってOn/Off駆動される。
【0053】
(3)TFTのサイズは、ON抵抗を小さくするため、GW/GL比>10とする。
(4)シフトレジスタ回路は、1組の極性の異なるCLK、CLKB信号、センシング開始(Sst)、終了(Srst)を指示する信号で駆動される。
(5)シフトレジスタ回路は、センシングの内容に応じて、以下の配置とする。
(5−1)指紋センサ、すなわち、Read Outのみを用いる場合:シフトレジスタ回路は、あらかじめ分割されたセンサブロック毎に分散配置される。
(5−2)本願の出願人によるタッチ技術(AIT)、すなわち、信号入力とData出力の両方を伴う場合であって、垂直センサ読み出しを行う場合:シフトレジスタ回路は、1つのセンサ毎に分散配置される。
(5−3)本願の出願人によるタッチ技術(AIT)、すなわち、信号入力とData出力の両方を伴う場合であって、水平センサ読み出しを行う場合:シフトレジスタ回路は、左右同時活性化ブロック毎に2つ、中央部に配置される。
【0054】
(6)センシングは、それぞれのゲート線活性化後に行われ、1画面終了と同時に、全センサからのデータ読み出しを終える。
(7)センシング時、ビデオ信号のセンサ信号への影響を除くため、ビデオデータ線は、フローティングとする。
【0055】
以上のように、実施の形態1によれば、複数のセンサをブロック化し、ブロック化された2以上の領域について、ストライプ状あるいはボーダー状にサブブロック化された複数のセンサデータを順次、並列に読み出せる回路を、マルチプレクサおよびシフトレジスタを用いて実現している。この結果、以下のような優れた効果を得ることができる。
(効果1)センサ数は減らないため、検知精度維持が可能となる。
(効果2)センサをブロック化し、ブロック内のセンサデータをストライプ状あるいはボーダー状のまとまりとしてサブブロック化し、2以上のブロックを選択し、選択したブロック内のデータをサブブロックの単位で時分割多重して順次読み出せる構成とすることで、センサ内蔵パネルと駆動ICとの間の入出力パッド数を劇的に減らすことができ、駆動IC面積の縮小化が可能となる。
(効果3)汎用IC化、多チップ化構成を採用することで、コスト削減が可能となる。
【0056】
なお、上述した実施の形態1では、マルチプレクサ(薄膜トランジスタ)とシフトレジスタによりセンサ入出力数低減回路を構成する場合について説明したが、本発明のセンサ入出力数低減回路は、この構成に限定されるものではない。シフトレジスタがない構成とし、駆動ICからマルチプレクサを時分割駆動するようにして本発明のセンサ入出力数低減回路を実現することも可能であり、同様の効果を得ることができる。
【0057】
また、上述した実施の形態1では、垂直方向の1ライン分であるストライプ状の集合として、あるいは水平方向1ライン分であるボーダー状の集合として、サブブロック化する場合について説明したが、本発明のセンサ入出力数低減回路は、この構成に限定されるものではない。複数ライン分をまとめてサブブロック化することも可能であり、同様の効果を得ることができる。
【符号の説明】
【0058】
Mux マルチプレクサ(薄膜トランジスタ回路)、SR シフトレジスタ