JP5479885B2 - Touch sensor and driving method thereof, display device with touch sensor, and electronic device - Google Patents

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Description

本発明は、外部近接物体を検出するタッチセンサに係り、特に静電容量の変化により外部近接物体の検出が可能なタッチセンサおよびその駆動方法、タッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器に関する。   The present invention relates to a touch sensor for detecting an external proximity object, and more particularly to a touch sensor capable of detecting an external proximity object by a change in capacitance, a driving method thereof, a display device with a touch sensor, and an electronic apparatus.

近年、指等の接触を検出するタッチセンサを表示画面もしくはその周辺部に配置した表示装置が注目されている。このようなタッチセンサを有する表示装置は、キーボードやマウス、キーパッドのような入力装置を必要としないため、コンピュータのほか、携帯電話のような携帯情報端末などでも、使用が拡大する傾向にある。   In recent years, attention has been paid to a display device in which a touch sensor for detecting contact with a finger or the like is arranged on a display screen or its peripheral portion. Since a display device having such a touch sensor does not require an input device such as a keyboard, a mouse, or a keypad, the use of the display device tends to increase in a portable information terminal such as a mobile phone as well as a computer. .

このようなタッチセンサには、例えば、液晶表示部などの表示画面上にタッチセンサを搭載して表示装置を構成し、その表示画面に各種のボタン画像などを表示させることにより情報入力を可能としたものがある(例えば、特許文献1など)。また、例えば、機能を示す記号などを表面に印刷したタッチセンサを液晶表示部などの表示画面の周辺部(額縁領域)に搭載することにより表示装置を構成し、タッチに基づいて表示画面に情報を表示するものや、あるいは、表示画面に表示された情報に基づいて情報を入力するものがある(例えば、非特許文献1など)。   For such touch sensors, for example, a display device is configured by mounting a touch sensor on a display screen such as a liquid crystal display unit, and information can be input by displaying various button images on the display screen. (For example, patent document 1 etc.). In addition, for example, a display device is configured by mounting a touch sensor on which a symbol indicating a function or the like is printed on the periphery (frame area) of a display screen such as a liquid crystal display unit, and information is displayed on the display screen based on the touch. Some of them display information, or others input information based on information displayed on the display screen (for example, Non-Patent Document 1).

特開2006−148536号公報JP 2006-148536 A

Xmini製品紹介、[online]、ソニー・エリクソン・モバイルコミュニケーションズ株式会社、[平成21年11月1日検索]、インターネット<URL:http://www.sonyericsson.co.jp/product/au/xmini/function/usability.html >Xmini product introduction, [online], Sony Ericsson Mobile Communications Co., Ltd., [Searched on November 1, 2009], Internet <URL: http://www.sonyericsson.co.jp/product/au/xmini/ function / usability.html>

ところで、携帯情報端末においては、持ち運びのしやすさや使いやすさの観点から、機器の小型化が望まれており、上述したタッチセンサを有する表示装置においても、表示部の小型化に加え、タッチセンサをいかに省スペースで実現できるかが課題となっている。   By the way, in the portable information terminal, downsizing of the device is desired from the viewpoint of ease of carrying and use, and in the display device having the touch sensor described above, in addition to downsizing of the display unit, touch The challenge is how to save the sensor space.

タッチセンサは、一般に、外部近接物体に対する検出感度が低いため、検出された信号をアンプなどの回路を用いて増幅した後に、外部近接物体の有無を判定する。つまり、このような構成のタッチセンサでは、回路が複雑になるため規模が大きくなり、その結果、省スペースを実現しにくくなる。   Since the touch sensor generally has low detection sensitivity with respect to an external proximity object, the presence or absence of the external proximity object is determined after the detected signal is amplified using a circuit such as an amplifier. In other words, the touch sensor having such a configuration increases the scale because the circuit is complicated, and as a result, it is difficult to realize space saving.

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、外部近接物体に対する検出感度が高く、シンプルな回路構成を有し、省スペースを実現可能なタッチセンサおよびその駆動方法、タッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器を提供することにある。   The present invention has been made in view of such a problem, and an object thereof is a touch sensor having a high detection sensitivity to an external proximity object, having a simple circuit configuration, and capable of realizing space saving, a driving method thereof, and a touch sensor. It is to provide an attached display device and an electronic device.

本発明のタッチセンサは、第1の電極と、第2の電極と、容量素子と、駆動制御部と、検出部とを備えている。第1の電極と第2の電極との間には静電容量が形成されている。駆動制御部は、第1および第2の電極のうちの少なくとも第1の電極を駆動すると共に、この第1の電極の駆動動作と同期して、第2の電極と容量素子との間の接続状態を制御する。検出部は、容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する。   The touch sensor of the present invention includes a first electrode, a second electrode, a capacitive element, a drive control unit, and a detection unit. A capacitance is formed between the first electrode and the second electrode. The drive control unit drives at least the first electrode of the first and second electrodes, and connects between the second electrode and the capacitive element in synchronization with the drive operation of the first electrode. Control the state. The detection unit detects an external proximity object based on how the voltage of the capacitive element changes.

本発明のタッチセンサの駆動方法は、相互間に電極間静電容量が形成される第1および第2の電極のうちの少なくとも第1の電極を駆動すると共に、この第1の電極の駆動動作と同期して第2の電極と容量素子との間の接続状態を制御し、容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出するものである。   The touch sensor driving method of the present invention drives at least the first electrode of the first and second electrodes in which the interelectrode capacitance is formed between them, and the driving operation of the first electrode. The connection state between the second electrode and the capacitive element is controlled in synchronization with each other, and an external proximity object is detected based on how the voltage of the capacitive element changes.

本発明のタッチセンサ付き表示装置は、画像表示部とタッチセンサ部とが一体に形成されてなる表示パネルを備えている。画像表示部は、複数の表示素子を含み、画像信号に基づく画像表示を行う。タッチセンサ部は、上記本発明のタッチセンサを有し、画像表示部の有効表示領域の外側の額縁領域に配置されている。表示パネルは、例えば、この額縁領域に、他の表示部を有していても良い。この場合、他の表示部は、画像表示部の表示素子と同一構造の表示素子を含むことが望ましい。   The display device with a touch sensor of the present invention includes a display panel in which an image display unit and a touch sensor unit are integrally formed. The image display unit includes a plurality of display elements and performs image display based on the image signal. The touch sensor unit includes the touch sensor of the present invention, and is arranged in a frame area outside the effective display area of the image display unit. The display panel may have other display units in this frame area, for example. In this case, the other display unit desirably includes a display element having the same structure as the display element of the image display unit.

本発明の電子機器は、上記本発明の撮像機能付き表示装置を備えたものであり、例えば、テレビジョン装置、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、ビデオカメラあるいは携帯電話等の携帯端末装置などが該当する。   An electronic apparatus according to the present invention includes the display device with an imaging function according to the present invention, and includes, for example, a television set, a digital camera, a personal computer, a video camera, or a mobile terminal device such as a mobile phone.

本発明のタッチセンサおよびその駆動方法、タッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器では、駆動制御部が第1の電極を駆動すると、第2の電極の電圧が、第1および第2の電極の間の電極間静電容量のカップリングにより、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づき変化する。このとき、外部近接物体が存在すると、この電極間静電容量が変化するため、第2の電極の電圧は外部近接物体の存在の有無に対応したものとなる。この第2の電極を容量素子と接続すると、第2の電極と容量素子との間で電荷が移動する。このように、第1および第2の電極のそれぞれと接地との間に形成される接地容量と、電極間静電容量と、容量素子との間で電荷を相互に移動させることにより、容量素子の電圧が変化する。この容量素子の電圧は、外部近接物体の存在の有無に対応したものであり、この電圧に基づいて外部近接物体が検出される。   In the touch sensor and the driving method thereof, the display device with a touch sensor, and the electronic device of the present invention, when the drive control unit drives the first electrode, the voltage of the second electrode is between the first and second electrodes. Due to the coupling of the capacitance between the electrodes, it changes based on the operating principle of a so-called switched capacitor. At this time, if there is an external proximity object, the capacitance between the electrodes changes, so the voltage of the second electrode corresponds to the presence or absence of the external proximity object. When the second electrode is connected to the capacitor, electric charge moves between the second electrode and the capacitor. In this way, by moving charges between the grounded capacitance formed between each of the first and second electrodes and the ground, the interelectrode capacitance, and the capacitive element, the capacitive element is moved. The voltage changes. The voltage of this capacitive element corresponds to the presence or absence of an external proximity object, and the external proximity object is detected based on this voltage.

駆動制御部が第1および第2の電極を駆動する際に、以下の2つの方法を用いることができる。 When the drive control unit drives the first and second electrodes, it is possible to use the following two methods.

第1の方法は、第1の電極を駆動電極として駆動する一方、第2の電極を検出電極として利用する方法である。この方法では、駆動制御部は、例えば、以下の2つの動作を行うように制御する。第1の動作は、第1および第2の電極の両方の電圧レベルを初期化すると共に、第2の電極と容量素子との間を非接続状態にするものである。第2の動作は、第1の電極に駆動電圧を印加すると共に、第2の電極と容量素子との間を接続するものである。   The first method is a method in which the first electrode is driven as a drive electrode while the second electrode is used as a detection electrode. In this method, the drive control unit performs control so as to perform the following two operations, for example. In the first operation, the voltage levels of both the first and second electrodes are initialized, and the second electrode and the capacitive element are disconnected from each other. In the second operation, a driving voltage is applied to the first electrode, and the second electrode and the capacitive element are connected.

この方法では、例えば、これらの第1の動作と第2の動作とを繰り返すように制御しても良い。この場合、検出部は、外部近接物体の存在の有無によって容量素子の電圧の変化速度が異なることを利用して、外部近接物体を検出することができる。その際、検出部は、例えば、容量素子の電圧が所定のしきい値に達するまでの時間に基づいて外部近接物体を検出するものでも良い。もしくは、検出部は、第1および第2の動作を所定回数繰り返した時点における容量素子の電圧レベルに基づいて外部近接物体を検出するものでもよい。   In this method, for example, the first operation and the second operation may be controlled to be repeated. In this case, the detection unit can detect the external proximity object by using the fact that the change rate of the voltage of the capacitive element varies depending on the presence or absence of the external proximity object. In this case, the detection unit may detect an external proximity object based on the time until the voltage of the capacitive element reaches a predetermined threshold value, for example. Alternatively, the detection unit may detect an external proximity object based on the voltage level of the capacitive element when the first and second operations are repeated a predetermined number of times.

第2の方法は、第1および第2の電極の両方を駆動電極として駆動すると共に、第2の電極を検出電極として利用する方法である。この方法では、駆動制御部は、例えば、初期化動作と駆動動作とを行うように制御する。初期化動作は、第1および第2の電極の両方の電圧レベルを初期化すると共に、第2の電極と容量素子との間を非接続状態にするものである。駆動動作は、この初期化動作に続いて行うものであり、第1および第2の電極のいずれか一方に第1の駆動電圧を印加する動作と他方に第2の駆動電圧を印加する動作とを交互に行うとともに、第1の電極に第1および第2の駆動電圧を印加する最後の動作において、第2の電極と容量素子との間を接続するものである。   The second method is a method in which both the first and second electrodes are driven as drive electrodes and the second electrode is used as a detection electrode. In this method, the drive control unit performs control so as to perform, for example, an initialization operation and a drive operation. In the initialization operation, the voltage levels of both the first electrode and the second electrode are initialized, and the second electrode and the capacitive element are disconnected from each other. The drive operation is performed subsequent to the initialization operation, and includes an operation of applying the first drive voltage to one of the first and second electrodes and an operation of applying the second drive voltage to the other. In the final operation of applying the first and second drive voltages to the first electrode, the second electrode and the capacitive element are connected.

この方法の具体例としては、例えば、以下の4つの動作をこの順で繰り返すものがある。第1の動作は初期化動作である。第2の動作は、第2の電極と容量素子の間を非接続状態にしたまま、第1の電極に第1の駆動電圧を印加するものである。第3の動作は、第2の電極と容量素子との間を非接続状態にしたまま、第2の電極に第2の駆動電圧を印加するものである。第4の動作は、第1の電極に第1の駆動電圧を印加すると共に、第2の電極と容量素子との間を接続するものである。この場合も、検出部は、外部近接物体の存在の有無によって容量素子の電圧の変化速度が異なることを利用して、外部近接物体を検出することができる。   As a specific example of this method, for example, the following four operations are repeated in this order. The first operation is an initialization operation. In the second operation, the first drive voltage is applied to the first electrode while the second electrode and the capacitor are not connected. In the third operation, the second drive voltage is applied to the second electrode while the second electrode and the capacitor are not connected. In the fourth operation, the first drive voltage is applied to the first electrode, and the second electrode and the capacitive element are connected. Also in this case, the detection unit can detect the external proximity object by using the fact that the change rate of the voltage of the capacitive element varies depending on the presence or absence of the external proximity object.

検出部は、例えば、第1のスイッチング素子と、他の容量素子と、反転回路と、第2のスイッチング素子を有するコンパレータ回路を含んでもよい。第1のスイッチング素子は、コンパレータ回路の入力端子と参照電圧端子との間に配置され、オンオフ制御されるものである。他の容量素子は、一方の端子がコンパレータ回路の入力端子に接続されている。反転回路は、その入力が他の容量素子の他方の端子と接続され、その出力がコンパレータ回路の出力端子に接続されている。第2のスイッチング素子は、反転回路の入出力間に配置され、オンオフ制御されるものである。このコンパレータ回路は、まず、第1および第2のスイッチング素子の双方をオン状態にして、参照電圧端子に印加された参照電圧を参照電圧レベルとして設定する。その後、第1および第2のスイッチング素子の双方をオフ状態にして、コンパレータの入力端子に印加された入力電圧をこの設定された参照電圧レベルと比較し、その結果を出力端子から出力するものである。   The detection unit may include, for example, a comparator circuit having a first switching element, another capacitive element, an inverting circuit, and a second switching element. The first switching element is disposed between the input terminal of the comparator circuit and the reference voltage terminal, and is on / off controlled. The other capacitor element has one terminal connected to the input terminal of the comparator circuit. The inverting circuit has its input connected to the other terminal of the other capacitive element, and its output connected to the output terminal of the comparator circuit. The second switching element is disposed between the input and output of the inverting circuit and is on / off controlled. In this comparator circuit, first, both the first and second switching elements are turned on, and the reference voltage applied to the reference voltage terminal is set as the reference voltage level. Thereafter, both the first and second switching elements are turned off, the input voltage applied to the input terminal of the comparator is compared with the set reference voltage level, and the result is output from the output terminal. is there.

本発明のタッチセンサ、その駆動方法、およびタッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器によれば、相互間に静電容量が形成された2つの電極を用いて、シンプルな構成でタッチセンサを構成したので、外部近接物体に対する高い検出感度と、省スペースを実現できる。   According to the touch sensor of the present invention, the driving method thereof, the display device with the touch sensor, and the electronic device, the touch sensor is configured with a simple configuration by using two electrodes in which capacitance is formed between them. Therefore, high detection sensitivity for external proximity objects and space saving can be realized.

本発明の第1の実施の形態に係るタッチセンサ付き表示装置の一構成例を表す平面図である。It is a top view showing an example of 1 composition of a display with a touch sensor concerning a 1st embodiment of the present invention. 図1に示したセンサ部の電極の一構成例および形成される静電容量を説明するための断面図である。It is sectional drawing for demonstrating one structural example of the electrode of the sensor part shown in FIG. 1, and the electrostatic capacitance formed. タッチセンサの一構成例を表すブロック図である。It is a block diagram showing an example of 1 composition of a touch sensor. 図3に示したタッチセンサにおいて、外部近接物体が無い状態における一動作例を表すタイミング波形図である。FIG. 4 is a timing waveform diagram illustrating an operation example in a state where there is no external proximity object in the touch sensor illustrated in FIG. 3. 図3に示したセンサ部および検出部において、自己オフセット補正期間の状態について説明するためのブロック図である。FIG. 4 is a block diagram for explaining a state of a self-offset correction period in the sensor unit and the detection unit illustrated in FIG. 3. 図3に示したコンパレータ回路の動作原理を説明するための特性図である。FIG. 4 is a characteristic diagram for explaining an operation principle of the comparator circuit shown in FIG. 3. 図3に示したセンサ部および検出部において、タッチ検出期間の状態について説明するためのブロック図である。FIG. 4 is a block diagram for explaining a state of a touch detection period in the sensor unit and the detection unit illustrated in FIG. 3. 図3に示したタッチセンサにおいて、外部近接物体がある状態における一動作例を表すタイミング波形図である。FIG. 4 is a timing waveform diagram illustrating an operation example in a state where there is an external proximity object in the touch sensor illustrated in FIG. 3. 本発明の第1の実施の形態の変形例に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。It is a block diagram showing the example of 1 structure of the touch sensor which concerns on the modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第1の実施の形態の他の変形例に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。It is a block diagram showing the example of 1 structure of the touch sensor which concerns on the other modification of the 1st Embodiment of this invention. 図10に示したタッチセンサの一動作例を表すタイミング波形図である。FIG. 11 is a timing waveform diagram illustrating an operation example of the touch sensor illustrated in FIG. 10. 本発明の第1の実施の形態のさらに他の変形例に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。It is a block diagram showing the example of 1 structure of the touch sensor which concerns on the further another modification of the 1st Embodiment of this invention. 本発明の第2の実施の形態に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。It is a block diagram showing the example of 1 structure of the touch sensor which concerns on the 2nd Embodiment of this invention. 図13に示したタッチセンサにおいて、外部近接物体が無い状態における一動作例を表すタイミング波形図である。FIG. 14 is a timing waveform diagram illustrating an operation example in a state where there is no external proximity object in the touch sensor illustrated in FIG. 13. 図13に示したセンサ部の一動作例を表すタイミング波形図である。FIG. 14 is a timing waveform diagram illustrating an operation example of the sensor unit illustrated in FIG. 13. 図13に示したセンサ部において、タッチ検出期間の状態について説明するためのブロック図である。It is a block diagram for demonstrating the state of a touch detection period in the sensor part shown in FIG. 図13に示したタッチセンサにおいて、外部近接物体がある状態における一動作例を表すタイミング波形図である。FIG. 14 is a timing waveform diagram illustrating an operation example in a state where there is an external proximity object in the touch sensor illustrated in FIG. 13. 本発明の第2の実施の形態の変形例に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。It is a block diagram showing the example of 1 structure of the touch sensor which concerns on the modification of the 2nd Embodiment of this invention. 図18に示したセンサ部の一動作例を表すタイミング波形図である。FIG. 19 is a timing waveform diagram illustrating an operation example of the sensor unit illustrated in FIG. 18. 実施の形態を応用したタッチセンサのうち、応用例1の外観構成を表す平面図である。It is a top view showing the external appearance structure of the application example 1 among the touch sensors which applied embodiment. 応用例2の外観構成を表す平面図および構成図である。10 is a plan view and a configuration diagram illustrating an external configuration of an application example 2. FIG. 応用例3の外観構成を表す平面図および構成図である。12 is a plan view and a configuration diagram illustrating an appearance configuration of an application example 3. FIG. 応用例4の外観構成を表す平面図および構成図である。10 is a plan view and a configuration diagram illustrating an external configuration of an application example 4. FIG. 実施の形態を適用したタッチセンサ付き表示装置のうち、適用例1の外観構成を表す斜視図である。It is a perspective view showing the appearance composition of application example 1 among display devices with a touch sensor to which an embodiment is applied. 適用例2の外観構成を表す斜視図である。12 is a perspective view illustrating an appearance configuration of an application example 2. FIG. 適用例3の外観構成を表す斜視図である。12 is a perspective view illustrating an appearance configuration of an application example 3. FIG. 適用例4の外観構成を表す斜視図である。14 is a perspective view illustrating an appearance configuration of an application example 4. FIG. 適用例5の外観構成を表す正面図、側面図、上面図および下面図である。FIG. 10 is a front view, a side view, a top view, and a bottom view illustrating an appearance configuration of application example 5.

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
1.第1の実施の形態
2.第2の実施の形態
3.具体的な応用例
4.電子機器への適用例
Hereinafter, embodiments of the present invention will be described in detail with reference to the drawings. The description will be given in the following order.
1. First Embodiment 2. FIG. Second Embodiment 3. FIG. Specific application example 4. Application example to electronic equipment

<1.第1の実施の形態>
[構成例]
(全体構成例)
図1は、本発明の第1の実施の形態に係るタッチセンサ付き表示装置の一構成例を表すものである。なお、本発明の実施の形態に係るタッチセンサの駆動方法は、本実施の形態により具現化されるので、併せて説明する。タッチセンサ付き表示装置1は、表示素子として液晶素子を用いた表示パネルの有効表示領域の外側に、タッチセンサを配置するとともに、そのタッチセンサのタッチ検出領域およびその周辺部に、有効表示領域とは別の表示領域を設けたものである。このタッチセンサ付き表示装置1は、アレイ基板11と、カラーフィルタ基板12と、センサ表示部14と、センサ部2とを備えている。
<1. First Embodiment>
[Configuration example]
(Overall configuration example)
FIG. 1 shows a configuration example of a display device with a touch sensor according to the first embodiment of the present invention. Note that the touch sensor driving method according to the embodiment of the present invention is embodied by the present embodiment, and will be described together. The display device with a touch sensor 1 has a touch sensor arranged outside an effective display area of a display panel using a liquid crystal element as a display element, and an effective display area and a touch detection area of the touch sensor and a peripheral portion thereof. Is provided with another display area. The display device with a touch sensor 1 includes an array substrate 11, a color filter substrate 12, a sensor display unit 14, and a sensor unit 2.

アレイ基板11は、透明基板上に液晶素子を駆動するためのTFT(Thin Film Transistor;薄膜トランジスタ)や透明な画素電極などを形成してなる基板である。カラーフィルタ基板12は、透明基板上にカラーフィルタや透明な共通電極などを形成してなる基板である。アレイ基板11とカラーフィルタ基板12との間には、図示しない液晶層が設けられている。アレイ基板11上にはCOG(Chip On Glass)15が配置されている。このCOG15は、画素電極、共通電極やTFTなどを駆動するための回路をチップ化したものである。さらに、COG15には、このほか、後述するように、タッチセンサ用の回路も搭載されている。アレイ基板11には、端子部16が設けられている。この端子部16は、画像を表示するための信号やタッチセンサ用の信号を、外部とやりとりするためのものである。   The array substrate 11 is a substrate on which a TFT (Thin Film Transistor) for driving a liquid crystal element, a transparent pixel electrode, and the like are formed on a transparent substrate. The color filter substrate 12 is a substrate formed by forming a color filter, a transparent common electrode, or the like on a transparent substrate. A liquid crystal layer (not shown) is provided between the array substrate 11 and the color filter substrate 12. A COG (Chip On Glass) 15 is disposed on the array substrate 11. The COG 15 is a chip formed with a circuit for driving a pixel electrode, a common electrode, a TFT, and the like. In addition, the COG 15 is also equipped with a circuit for a touch sensor as will be described later. A terminal portion 16 is provided on the array substrate 11. The terminal portion 16 is for exchanging signals for displaying images and signals for touch sensors with the outside.

アレイ基板11とカラーフィルタ基板12には、任意の画像を表示するための領域である、有効表示領域13が設けられている。有効表示領域13では、端子部16を介して外部より供給された、画像を表示するための信号に基づいて、画素電極、共通電極やTFTを駆動して液晶層が変調されることにより、表示が行われる。   The array substrate 11 and the color filter substrate 12 are provided with an effective display area 13 which is an area for displaying an arbitrary image. In the effective display area 13, the liquid crystal layer is modulated by driving the pixel electrode, the common electrode, and the TFT based on a signal for displaying an image supplied from the outside via the terminal portion 16, thereby displaying the image. Is done.

センサ部2は、有効表示領域13の外側に配置され、センサ部2およびその近隣領域(タッチ検出領域)における外部近接物体を検出するものである。センサ部2は、後述するように2つの電極21,22を有しており、外部近接物体の有無に対応してこれらの電極に係る静電容量が変化することを利用して、外部近接物体を検出するように機能するものである。   The sensor unit 2 is arranged outside the effective display region 13 and detects an external proximity object in the sensor unit 2 and its neighboring region (touch detection region). The sensor unit 2 has two electrodes 21 and 22 as will be described later, and uses the fact that the capacitance related to these electrodes changes in accordance with the presence or absence of the external proximity object, so that the external proximity object It functions to detect.

図2は、センサ部2の電極の一構成例を、形成される電気力線および静電容量とともに断面図を用いて表すものであり、(A)は外部近接物体が無い状態を示し、(B)は外部近接物体が有る状態を示す。センサ部2は電極21,22を有する。この電極21,22は、この例では、アレイ基板11上に、互いに離間して配置されるものであり、例えば、ITO(Indium Tin Oxide)などの透明導電膜によりそれぞれ構成される。なお、電極21,22は、この例のように、アレイ基板上に形成されるのが望ましいが、カラーフィルタ基板上に形成されていてもよい。また、この図では、説明の便宜上、電極21の電圧(電極電圧Vel1)が、電極22の電圧(電極電圧Vel2)よりも高く設定されている。   FIG. 2 shows a configuration example of the electrodes of the sensor unit 2 using a cross-sectional view together with lines of electric force and capacitance formed, (A) shows a state where there is no external proximity object, B) shows a state where there is an external proximity object. The sensor unit 2 has electrodes 21 and 22. In this example, the electrodes 21 and 22 are arranged on the array substrate 11 so as to be spaced apart from each other, and are made of a transparent conductive film such as ITO (Indium Tin Oxide), for example. The electrodes 21 and 22 are desirably formed on the array substrate as in this example, but may be formed on the color filter substrate. Further, in this figure, for convenience of explanation, the voltage of the electrode 21 (electrode voltage Vel1) is set higher than the voltage of the electrode 22 (electrode voltage Vel2).

外部近接物体が無い状態では、図2(A)に示したように、電極21から電極22に向かう電気力線が発生し、これに対応して、電極21と電極22との間に静電容量Cmaが形成されている。また、電極21と接地との間には静電容量Cp1が形成され、電極22と接地との間には静電容量Cp2が形成されている。これらの静電容量Cp1,Cp2は、電極21または22と、近隣に配置されている配線などとの間の寄生容量である。   In the state where there is no external proximity object, as shown in FIG. 2A, electric lines of force from the electrode 21 to the electrode 22 are generated, and correspondingly, electrostatic force is generated between the electrode 21 and the electrode 22. A capacitor Cma is formed. Further, a capacitance Cp1 is formed between the electrode 21 and the ground, and a capacitance Cp2 is formed between the electrode 22 and the ground. These electrostatic capacitances Cp1 and Cp2 are parasitic capacitances between the electrode 21 or 22 and wirings arranged in the vicinity.

一方、外部近接物体(ここでは指)が有る状態では、図2(B)に示したように、電極21から電極22に向かう電気力線が発生するものの、その一部はこの外部近接物体により遮断されるようになる。これに対応して、電極21と電極22との間の静電容量Cmbは、外部近接物体が無い状態における静電容量Cmaと比べて、小さくなる。一方、電極21,22と外部近接物体との間にはそれぞれ電気力線が発生し、電極21と接地との間に、その外部近接物体を介して静電容量Cf1が新たに形成され、電極22と接地との間に、その外部近接物体を介して静電容量Cf2が新たに形成される。よって、電極21と接地との間の静電容量はCp1+Cf1になり、電極22と接地との間の静電容量はCp2+Cf2になる。つまり、外部近接物体が有る状態における、電極21と接地との間の静電容量および電極22と接地との間の静電容量は、外部近接物体が無い状態に比べて大きくなる。   On the other hand, in the state where there is an external proximity object (here, a finger), as shown in FIG. 2B, electric lines of force from the electrode 21 to the electrode 22 are generated. It will be blocked. Correspondingly, the electrostatic capacity Cmb between the electrode 21 and the electrode 22 is smaller than the electrostatic capacity Cma in the state where there is no external proximity object. On the other hand, lines of electric force are generated between the electrodes 21 and 22 and the external proximity object, respectively, and a capacitance Cf1 is newly formed between the electrode 21 and the ground via the external proximity object, A capacitance Cf2 is newly formed between the terminal 22 and the ground via the external proximity object. Therefore, the capacitance between the electrode 21 and the ground is Cp1 + Cf1, and the capacitance between the electrode 22 and the ground is Cp2 + Cf2. That is, the capacitance between the electrode 21 and the ground and the capacitance between the electrode 22 and the ground in the state where there is an external proximity object are larger than those in the case where there is no external proximity object.

センサ部2の近くには、図1に示したように、アレイ基板11上に、検出部3が配置されている。上述したセンサ部2における静電容量の変化は、この検出部3において検出される。   As shown in FIG. 1, the detection unit 3 is disposed on the array substrate 11 near the sensor unit 2. The change in capacitance in the sensor unit 2 described above is detected by the detection unit 3.

センサ表示部14は、センサ部2およびその周辺部に表示を行うためのものであり、有効表示領域13と同一の構造をもつ表示素子(この例では液晶素子)を有している。センサ表示部14では、有効表示領域13と同様に、端子部16を介して外部より供給された、画像を表示するための信号に基づいて、表示が行われる。このセンサ表示部14とセンサ部2により、タッチセンサ付き表示部17が構成される。   The sensor display unit 14 is for displaying on the sensor unit 2 and its peripheral part, and has a display element (in this example, a liquid crystal element) having the same structure as the effective display region 13. Similar to the effective display area 13, the sensor display unit 14 performs display based on a signal for displaying an image supplied from the outside via the terminal unit 16. The sensor display unit 14 and the sensor unit 2 constitute a display unit 17 with a touch sensor.

なお、アレイ基板11の下には、図示しないバックライトが配置され、アレイ基板11に向かって光を射出する。この光が液晶層により変調されることによって、有効表示領域13やセンサ表示部14に画像が表示され、タッチセンサ付き表示装置1は液晶表示装置として機能することとなる。   Note that a backlight (not shown) is disposed under the array substrate 11 and emits light toward the array substrate 11. The light is modulated by the liquid crystal layer, whereby an image is displayed on the effective display area 13 and the sensor display unit 14, and the display device with a touch sensor 1 functions as a liquid crystal display device.

(タッチセンサの回路構成例)
次に、タッチセンサ付き表示装置1のタッチセンサ機能に着目し、その回路構成の一例を説明する。
(Touch sensor circuit configuration example)
Next, focusing on the touch sensor function of the display device with a touch sensor 1, an example of the circuit configuration will be described.

図3は、タッチセンサの回路構成例を表すものである。タッチセンサ10は、上述したセンサ部2および検出部3のほか、タッチ判定部4と、制御信号生成部5と、タイミング制御回路6とを備えている。   FIG. 3 illustrates a circuit configuration example of the touch sensor. In addition to the sensor unit 2 and the detection unit 3 described above, the touch sensor 10 includes a touch determination unit 4, a control signal generation unit 5, and a timing control circuit 6.

センサ部2は、上述した電極21,22のほか、スイッチング素子SW1〜SW4を有している。なお、図3では、電極21と電極22との間の静電容量(電極間静電容量)は、外部近接物体が無いときの静電容量Cma(図2(A))と外部近接物体が有るときの静電容量Cmb(図2(B))の総称として、静電容量Cmで示している。また、電極21,22と接地との間の静電容量(接地容量)は、外部近接物体が無いときの静電容量Cp1,Cp2(図2(A))と外部近接物体が有るときの静電容量Cp1+Cf1,Cp2+Cf2(図2(B))の総称として、静電容量Cg1,Cg2でそれぞれ示している。   The sensor unit 2 includes switching elements SW1 to SW4 in addition to the electrodes 21 and 22 described above. In FIG. 3, the capacitance between the electrode 21 and the electrode 22 (capacitance between the electrodes) is the capacitance Cma (FIG. 2A) when there is no external proximity object and the external proximity object. As a general term for the capacitance Cmb (FIG. 2B) when present, the capacitance Cm is indicated. In addition, the capacitance (grounding capacitance) between the electrodes 21 and 22 and the ground is the static capacitance Cp1 and Cp2 (FIG. 2A) when there is no external proximity object and the static when there is an external proximity object. Capacitances Cp1 + Cf1, Cp2 + Cf2 (FIG. 2 (B)) are collectively indicated by capacitances Cg1, Cg2, respectively.

スイッチング素子SW1〜SW3は、電極21,22に電圧を時分割的に印加するものである。スイッチング素子SW1は、接地(GND)と電極21との間に配置され、SW制御信号SCによりオンオフ制御が行われ、電極21に0Vを時分割的に印加する。スイッチング素子SW2は、電圧VDDと電極21との間に配置され、SW制御信号SCBによりオンオフ制御が行われ、電極21に電圧VDDを時分割的に印加する。スイッチング素子SW3は、接地(GND)と電極22との間に配置され、SW制御信号SCによりオンオフ制御が行われ、電極22に0Vを時分割的に印加する。SW制御信号SC,SCBは、後述するように、制御信号生成部5により供給される論理信号であり、SW制御信号SCBはSW制御信号SCを反転したものである。これにより、電極21,22のうちの少なくともどちらか一方に、電圧VDDもしくは0Vを時分割的に印加するようになっている。なお、スイッチング素子SW1〜SW3はそれぞれ、アレイ基板11上にTFTにより形成される。スイッチング素子SW1,SW3としては、例えばnチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のTFTが使用可能であり、スイッチング素子SW2としては、例えばpチャネルMOS型のTFTが使用可能である。   The switching elements SW1 to SW3 apply a voltage to the electrodes 21 and 22 in a time-sharing manner. The switching element SW1 is disposed between the ground (GND) and the electrode 21, is on / off controlled by the SW control signal SC, and applies 0V to the electrode 21 in a time-sharing manner. The switching element SW2 is disposed between the voltage VDD and the electrode 21, is on / off controlled by the SW control signal SCB, and applies the voltage VDD to the electrode 21 in a time division manner. The switching element SW3 is disposed between the ground (GND) and the electrode 22, is on / off controlled by the SW control signal SC, and applies 0 V to the electrode 22 in a time-sharing manner. As will be described later, the SW control signals SC and SCB are logic signals supplied by the control signal generator 5, and the SW control signal SCB is obtained by inverting the SW control signal SC. Thereby, the voltage VDD or 0V is applied to at least one of the electrodes 21 and 22 in a time-sharing manner. The switching elements SW1 to SW3 are each formed on the array substrate 11 with TFTs. As the switching elements SW1 and SW3, for example, n-channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) type TFTs can be used, and as the switching element SW2, for example, p-channel MOS type TFTs can be used.

スイッチング素子SW4は、後述するように、あらかじめ定められたタイミングで、センサ部2と検出部3とを接続することにより、タッチ検出領域における外部近接物体の有無に関する情報を検出部3に伝える機能を有する。スイッチング素子SW4は、電極22と検出部3の容量素子Cstr(後述)との間に配置され、SW制御信号SCBによりオンオフ制御が行われる。これにより、センサ部2の静電容量Cm,Cg2と、検出部3の容量素子Cstrとの間では、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、スイッチング素子SW4がオン状態になるたびに電荷のやりとりが行われる。なお、スイッチング素子SW4は、アレイ基板11上にTFTにより形成されるものであり、例えばアナログスイッチ(伝送ゲート)が使用可能である。   As will be described later, the switching element SW4 connects the sensor unit 2 and the detection unit 3 at a predetermined timing so as to transmit information about the presence or absence of an external proximity object in the touch detection region to the detection unit 3. Have. The switching element SW4 is disposed between the electrode 22 and the capacitive element Cstr (described later) of the detection unit 3, and is turned on / off by the SW control signal SCB. As a result, an electric charge is generated between the electrostatic capacitances Cm and Cg2 of the sensor unit 2 and the capacitive element Cstr of the detection unit 3 every time the switching element SW4 is turned on based on the operation principle of a so-called switched capacitor. Is exchanged. Note that the switching element SW4 is formed by a TFT on the array substrate 11, and for example, an analog switch (transmission gate) can be used.

検出部3は、センサ部2から供給される電荷を蓄積し、その蓄積量がある一定量を超えたときに信号を検出信号Vdetとして出力する回路であり、図1に示したように、センサ部2の近くのアレイ基板11上に配置される。検出部3は、容量素子Cstrと、コンパレータ回路30とを有している。   The detection unit 3 is a circuit that accumulates charges supplied from the sensor unit 2 and outputs a signal as a detection signal Vdet when the accumulated amount exceeds a certain amount. As shown in FIG. Arranged on the array substrate 11 near the portion 2. The detection unit 3 includes a capacitive element Cstr and a comparator circuit 30.

容量素子Cstrは、スイッチング素子SW4がオン状態になるたびに、センサ部2と電荷のやりとりを行い、その電荷を蓄積するものである。この容量素子Cstrには、並列にスイッチング素子SW5が接続されている。スイッチング素子SW5は、SW制御信号SAによりオンオフ制御される。SW制御信号SAは、制御信号生成部5(後述)により供給される論理信号であり、容量素子Cstrを放電させるために使用される。具体的には、後述するように、容量素子Cstrへの電荷の蓄積に先立ち、SW制御信号SAによりスイッチング素子SW5がオン状態になり、容量素子Cstrに蓄積された電荷が放電されるようになっている。スイッチング素子SW5は、アレイ基板11上にTFTにより形成されるものであり、例えばnチャネルMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のTFTが使用可能である。なお、SW制御信号SAは、後述するコンパレータ回路30のオフセット調整機能にも使用される。   The capacitive element Cstr exchanges charges with the sensor unit 2 every time the switching element SW4 is turned on, and accumulates the charges. A switching element SW5 is connected in parallel to the capacitive element Cstr. The switching element SW5 is on / off controlled by the SW control signal SA. The SW control signal SA is a logic signal supplied by a control signal generation unit 5 (described later), and is used for discharging the capacitive element Cstr. Specifically, as will be described later, prior to accumulation of charge in the capacitive element Cstr, the switching element SW5 is turned on by the SW control signal SA, and the charge accumulated in the capacitive element Cstr is discharged. ing. The switching element SW5 is formed by a TFT on the array substrate 11, and for example, an n-channel MOS (Metal Oxide Semiconductor) type TFT can be used. The SW control signal SA is also used for an offset adjustment function of the comparator circuit 30 described later.

容量素子Cstrとコンパレータ回路30の間には、スイッチング素子SW8が挿入されており、SW制御信号SBによりオンオフ制御が行われる。SW制御信号SBは、制御信号生成部5(後述)により供給される論理信号である。スイッチング素子SW8は、アレイ基板11上にTFTにより形成されるものであり、例えばアナログスイッチ(伝送ゲート)が使用可能である。   A switching element SW8 is inserted between the capacitive element Cstr and the comparator circuit 30, and on / off control is performed by the SW control signal SB. The SW control signal SB is a logic signal supplied by a control signal generation unit 5 (described later). The switching element SW8 is formed on the array substrate 11 with TFTs, and for example, an analog switch (transmission gate) can be used.

コンパレータ回路30は、スイッチング素子SW8を介して、容量素子Cstrに蓄積された電荷を蓄積電圧Vstrとしてモニタし、その電圧レベルとあらかじめ定められたリファレンス電圧Vrefとを比較して、その比較結果を出力する回路である。このコンパレータ回路30は、インバータ回路31,32と、容量素子Ccompと、スイッチング素子SW6,SW7とを有している。スイッチング素子SW6は、リファレンス電圧Vrefをコンパレータ回路30の入力に供給するスイッチであり、SW制御信号SAによりオンオフ制御が行われる。容量素子Ccompは、コンパレータ回路30の入力とインバータ回路31の入力との間に挿入される。インバータ回路31は、入力された信号を反転し出力する回路である。スイッチング素子SW7は、インバータ回路31の入出力間に挿入され、SW制御信号SAによりオンオフ制御が行われる。インバータ回路32は、インバータ回路31から供給される信号を反転し、コンパレータ回路30の出力信号として出力する回路である。この構成により、コンパレータ回路30は、詳細は後述するが、スイッチング素子SW6,SW7がオン状態になったときに、リファレンス電圧Vrefをコンパレータ回路30のしきい値電圧Vthcに設定(自己オフセット調整)し、スイッチング素子SW6,SW7がオフ状態になったときに、コンパレータ回路30の入力(コンパレータ入力電圧Vcomp)とこのしきい値電圧Vthcとを比較するように機能する。なお、スイッチング素子SW6,SW7、およびインバータ回路31,32は、アレイ基板11上にTFTにより形成される。スイッチング素子SW6,7としては、例えばアナログスイッチ(伝送ゲート)が使用可能であり、インバータ回路31,32としては、例えばCMOS(Complementary Metal Oxide Semiconductor)インバータ回路が使用可能である。   The comparator circuit 30 monitors the charge accumulated in the capacitive element Cstr as the accumulated voltage Vstr via the switching element SW8, compares the voltage level with a predetermined reference voltage Vref, and outputs the comparison result. Circuit. The comparator circuit 30 includes inverter circuits 31 and 32, a capacitive element Ccomp, and switching elements SW6 and SW7. The switching element SW6 is a switch that supplies the reference voltage Vref to the input of the comparator circuit 30, and is controlled to be turned on / off by the SW control signal SA. The capacitive element Ccomp is inserted between the input of the comparator circuit 30 and the input of the inverter circuit 31. The inverter circuit 31 is a circuit that inverts and outputs an input signal. The switching element SW7 is inserted between the input and output of the inverter circuit 31, and ON / OFF control is performed by the SW control signal SA. The inverter circuit 32 is a circuit that inverts the signal supplied from the inverter circuit 31 and outputs it as an output signal of the comparator circuit 30. With this configuration, the comparator circuit 30 sets the reference voltage Vref to the threshold voltage Vthc of the comparator circuit 30 (self-offset adjustment) when the switching elements SW6 and SW7 are turned on. When the switching elements SW6 and SW7 are turned off, they function to compare the input of the comparator circuit 30 (comparator input voltage Vcomp) with this threshold voltage Vthc. The switching elements SW6 and SW7 and the inverter circuits 31 and 32 are formed on the array substrate 11 by TFTs. As the switching elements SW6 and 7, for example, analog switches (transmission gates) can be used, and as the inverter circuits 31 and 32, for example, a CMOS (Complementary Metal Oxide Semiconductor) inverter circuit can be used.

タッチ判定部4は、検出部3から供給される検出信号Vdetに基づいて、検出部3の容量素子Cstrへの電荷の蓄積が開始された後、その容量素子Cstrの電荷の蓄積量がある一定量に到達するまでの時間(蓄積時間tstr)を検出することにより、外部近接物体の有無を検出するものである。このタッチ判定部4は、時間計測回路41と、判定回路42と、メモリ43とを有している。   Based on the detection signal Vdet supplied from the detection unit 3, the touch determination unit 4 starts to accumulate charges in the capacitive element Cstr of the detection unit 3, and then has a certain amount of accumulated charge in the capacitive element Cstr. By detecting the time to reach the amount (accumulation time tstr), the presence / absence of an external proximity object is detected. The touch determination unit 4 includes a time measurement circuit 41, a determination circuit 42, and a memory 43.

時間計測回路41は、検出部3から供給される検出信号Vdetに基づいて、蓄積時間tstrを検出する回路である。この蓄積時間tstrの計測は、例えば、内部で生成されるクロック信号や、もしくは、外部から供給されるクロック信号(図示せず)のパルス数を数える方法などが使用可能である。   The time measurement circuit 41 is a circuit that detects the accumulation time tstr based on the detection signal Vdet supplied from the detection unit 3. For example, a method of counting the number of pulses of an internally generated clock signal or an externally supplied clock signal (not shown) can be used to measure the accumulation time tstr.

判定回路42は、時間計測回路41で検出された蓄積時間tstrと、あらかじめ定められたリファレンス時間trefとを比較することにより、外部近接物体の有無を検出する回路である。リファレンス時間trefとしては、例えば、外部近接物体が有るときと無いときとにおける蓄積時間tstrをあらかじめ測定しておき、これらの2条件での蓄積時間tstrの中間値を用いることができる。この動作原理は、後述するように、蓄積時間tstrが外部近接物体の有無により変化することを利用したものである。   The determination circuit 42 is a circuit that detects the presence or absence of an external proximity object by comparing the accumulation time tstr detected by the time measurement circuit 41 with a predetermined reference time tref. As the reference time tref, for example, the accumulation time tstr with and without an external proximity object is measured in advance, and an intermediate value of the accumulation time tstr under these two conditions can be used. As will be described later, this operation principle uses the fact that the accumulation time tstr changes depending on the presence or absence of an external proximity object.

メモリ43は、判定回路42における外部近接物体の有無に関する判定結果を保持し、タッチ判定出力Voutとして出力するものである。そして、メモリ内の判定結果は、判定回路42が判定するたびに更新されることとなる。   The memory 43 holds a determination result regarding the presence / absence of an external proximity object in the determination circuit 42 and outputs it as a touch determination output Vout. The determination result in the memory is updated every time the determination circuit 42 determines.

制御信号生成部5は、SW制御信号SA,SB,SC,SCBを生成し、センサ部2および検出部3に供給するものである。この制御信号生成部5は、制御信号生成回路50と、インバータ回路51とを有している。制御信号生成回路50は、後述するタイミング制御回路6から供給される制御信号に基づいて、SW制御信号SA,SB,SCを生成するとともに、SW制御信号SA,SBを検出部3に供給し、SW制御信号SCをセンサ部2に供給するようになっている。インバータ回路51は、制御信号生成回路50が生成したSW制御信号SCを反転し、SW制御信号SCBとして出力するとともに、センサ部2に供給するものである。   The control signal generation unit 5 generates SW control signals SA, SB, SC, and SCB and supplies them to the sensor unit 2 and the detection unit 3. The control signal generation unit 5 includes a control signal generation circuit 50 and an inverter circuit 51. The control signal generation circuit 50 generates the SW control signals SA, SB, SC based on the control signal supplied from the timing control circuit 6 described later, and supplies the SW control signals SA, SB to the detection unit 3, The SW control signal SC is supplied to the sensor unit 2. The inverter circuit 51 inverts the SW control signal SC generated by the control signal generation circuit 50 and outputs it as the SW control signal SCB and supplies it to the sensor unit 2.

タイミング制御回路6は、タッチ判定部4、および制御信号生成部5に、動作タイミングを指示する制御信号を生成し供給する回路である。   The timing control circuit 6 is a circuit that generates and supplies a control signal instructing operation timing to the touch determination unit 4 and the control signal generation unit 5.

なお、タッチ判定部4、制御信号生成部5およびタイミング制御回路6は、図1において、COG15に搭載される。もしくは、これに代えて、アレイ基板11上に、TFTにより形成されてもよい。   The touch determination unit 4, the control signal generation unit 5, and the timing control circuit 6 are mounted on the COG 15 in FIG. Alternatively, it may be formed on the array substrate 11 by TFT instead.

ここで、電極21は、本発明における「第1の電極」の一具体例に対応し、電極22は、本発明における「第2の電極」の一具体例に対応する。容量素子Cstrは、本発明における「容量素子」の一具体例に対応する。制御信号生成部5およびスイッチング素子SW1〜SW4は、本発明における「駆動制御部」の一具体例に対応する。検出部3およびタッチ判定部4は、本発明における「検出部」の一具体例に対応する。センサ表示部14は、本発明における「他の表示部」の一具体例に対応する。   Here, the electrode 21 corresponds to a specific example of “first electrode” in the present invention, and the electrode 22 corresponds to a specific example of “second electrode” in the present invention. The capacitive element Cstr corresponds to a specific example of “a capacitive element” in the present invention. The control signal generator 5 and the switching elements SW1 to SW4 correspond to a specific example of “drive controller” in the present invention. The detection unit 3 and the touch determination unit 4 correspond to a specific example of “detection unit” in the present invention. The sensor display unit 14 corresponds to a specific example of “another display unit” in the present invention.

また、スイッチング素子SW6は、本発明における「第1のスイッチング素子」の一具体例に対応し、スイッチング素子SW7は、本発明における「第2のスイッチング素子」の一具体例に対応する。容量素子Ccompは、本発明における「他の容量素子」の一具体例に対応する。インバータ回路31は、本発明における「反転回路」の一具体例に対応する。   The switching element SW6 corresponds to a specific example of “first switching element” in the present invention, and the switching element SW7 corresponds to a specific example of “second switching element” in the present invention. The capacitive element Ccomp corresponds to a specific example of “another capacitive element” in the present invention. The inverter circuit 31 corresponds to a specific example of “an inverting circuit” in the present invention.

[動作および作用]
続いて、本実施の形態のタッチセンサ付き表示装置1の動作および作用について説明する。
[Operation and Action]
Next, the operation and action of the display device with a touch sensor 1 according to the present embodiment will be described.

(全体動作概要)
アレイ基板11の下にあるバックライトから射出された光は、アレイ基板11とカラーフィルタ基板12の間の液晶層に入射される。COG15は、アレイ基板11の画素電極やTFT、カラーフィルタ基板12の共通電極を駆動し、液晶層を変調する。入射された光の強度は、この液晶層により変調される。これにより、有効表示領域13やセンサ表示部14に画像が表示される。
(Overview of overall operation)
The light emitted from the backlight under the array substrate 11 is incident on the liquid crystal layer between the array substrate 11 and the color filter substrate 12. The COG 15 drives the pixel electrodes and TFTs of the array substrate 11 and the common electrode of the color filter substrate 12 to modulate the liquid crystal layer. The intensity of the incident light is modulated by this liquid crystal layer. As a result, an image is displayed on the effective display area 13 and the sensor display unit 14.

センサ部2は、制御信号生成部5により供給されるSW制御信号SC,SCBに基づいて、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理により、検出部3の容量素子Cstrとの間で、電荷のやり取りを行い、容量素子Cstrに電荷を蓄積する。検出部3のコンパレータ回路30は、容量素子Cstrに蓄積された電荷を蓄積電圧Vstrとしてモニタし、その電圧レベルとリファレンス電圧Vrefとを比較し、その比較結果を検出信号Vdetとして出力する。タッチ判定部4の時間計測回路41は、検出信号Vdetに基づいて、蓄積時間tstrを検出する。判定回路42は、蓄積時間tstrと、あらかじめ定められたリファレンス時間trefとを比較することにより、外部近接物体の有無を判定する。そしてメモリ43は、その判定結果を保持する。   Based on the SW control signals SC and SCB supplied from the control signal generation unit 5, the sensor unit 2 exchanges charges with the capacitive element Cstr of the detection unit 3 based on the so-called switched capacitor operating principle. And charge is accumulated in the capacitive element Cstr. The comparator circuit 30 of the detector 3 monitors the charge accumulated in the capacitive element Cstr as the accumulated voltage Vstr, compares the voltage level with the reference voltage Vref, and outputs the comparison result as a detection signal Vdet. The time measuring circuit 41 of the touch determination unit 4 detects the accumulation time tstr based on the detection signal Vdet. The determination circuit 42 determines whether or not there is an external proximity object by comparing the accumulation time tstr with a predetermined reference time tref. The memory 43 holds the determination result.

(外部近接物体が無いときのタッチセンサ10の動作)
最初に、タッチセンサ10のタッチ検出領域に外部近接物体が無いときにおける動作例を説明する。
(Operation of the touch sensor 10 when there is no external proximity object)
First, an operation example when there is no external proximity object in the touch detection area of the touch sensor 10 will be described.

図4は、本実施の形態に係るタッチセンサ10のタイミング図であり、外部近接物体が無いときの例を表すものである。図4において、(A)はSW制御信号SAの電圧波形を示し、(B)はSW制御信号SBの電圧波形を示し、(C)はSW制御信号SCの電圧波形を示し、(D)はSW制御信号SCBの電圧波形を示す。図4(A)〜(D)は、論理信号であるSW制御信号SA,SB,SC,SCBの電圧レベルが、低レベルと高レベルとの間で周期的に変化している様子を示している。なお、SW制御信号SA,SB,SC,SCBにより制御されるスイッチング素子SW1〜8は、説明の便宜上、この論理信号の電圧レベルが高レベルの時にそれぞれオン状態となり、低レベルの時にそれぞれオフ状態になるものとする。また、図4において、(E)は電極21の電極電圧Vel1の波形を示し、(F)は電極22の電極電圧Vel2の波形を示し、(G)は蓄積電圧Vstrの波形を示し、(H)はコンパレータ入力電圧Vcompの波形を示し、(I)は検出信号Vdetの波形を示す。   FIG. 4 is a timing chart of the touch sensor 10 according to the present embodiment, and represents an example when there is no external proximity object. 4A shows the voltage waveform of the SW control signal SA, FIG. 4B shows the voltage waveform of the SW control signal SB, FIG. 4C shows the voltage waveform of the SW control signal SC, and FIG. The voltage waveform of SW control signal SCB is shown. 4A to 4D show how the voltage levels of the SW control signals SA, SB, SC, and SCB that are logic signals periodically change between a low level and a high level. Yes. The switching elements SW1 to SW8 controlled by the SW control signals SA, SB, SC, and SCB are turned on when the voltage level of the logic signal is high and are turned off when the voltage level of the logic signal is low. Shall be. 4, (E) shows the waveform of the electrode voltage Vel1 of the electrode 21, (F) shows the waveform of the electrode voltage Vel2 of the electrode 22, (G) shows the waveform of the accumulated voltage Vstr, and (H ) Shows the waveform of the comparator input voltage Vcomp, and (I) shows the waveform of the detection signal Vdet.

タッチセンサ10は、まず、自己オフセット補正期間T0において、コンパレータ回路30の自己オフセット補正を行うとともに、容量素子Cstrを放電する。そして、タッチ検出期間T1において、センサ部2がスイッチト・キャパシタの動作を行うことにより、容量素子Cstrに電荷を蓄積する。その蓄積電荷があらかじめ定められた一定量に到達したときに、検出信号Vdetが変化する。タッチ判定部4は、この検出信号Vdetに基づいて、蓄積時間tstrを検出することにより、外部近接物体の有無を検出する。その後、終了期間T2を経て、自己オフセット補正期間T0へ戻る。タッチセンサ10は、この期間T0〜T2によるサイクルを繰り返すことにより、外部近接物体の有無を継続的に検出する。   First, in the self-offset correction period T0, the touch sensor 10 performs self-offset correction of the comparator circuit 30 and discharges the capacitive element Cstr. Then, in the touch detection period T1, the sensor unit 2 performs the operation of the switched capacitor, thereby accumulating charges in the capacitive element Cstr. When the accumulated charge reaches a predetermined amount, the detection signal Vdet changes. The touch determination unit 4 detects the presence / absence of an external proximity object by detecting the accumulation time tstr based on the detection signal Vdet. Thereafter, after the end period T2, the process returns to the self-offset correction period T0. The touch sensor 10 continuously detects the presence or absence of an external proximity object by repeating the cycle of the periods T0 to T2.

(自己オフセット補正期間T0)
最初に、検出部3は、コンパレータ回路30の自己オフセット補正を行うとともに、容量素子Cstrを放電する。具体的には、SW制御信号SBの電圧が低レベルになっている期間において、制御信号生成部5が、SW制御信号SAの電圧を低レベルから高レベルに変化させる(図4(A))。これにより、スイッチング素子SW5がオン状態になり、容量素子Cstrが放電され、蓄積電圧Vstrが0Vになる(図4(G))。また、スイッチング素子SW6,7がオン状態になり、コンパレータ回路30のしきい値電圧Vthcが補正される。
(Self offset correction period T0)
First, the detection unit 3 performs self-offset correction of the comparator circuit 30 and discharges the capacitive element Cstr. Specifically, the control signal generation unit 5 changes the voltage of the SW control signal SA from the low level to the high level during the period in which the voltage of the SW control signal SB is low (FIG. 4A). . Accordingly, the switching element SW5 is turned on, the capacitor element Cstr is discharged, and the accumulated voltage Vstr becomes 0 V (FIG. 4G). Further, the switching elements SW6 and SW7 are turned on, and the threshold voltage Vthc of the comparator circuit 30 is corrected.

次に、コンパレータ回路30のしきい値電圧Vthcの補正について説明する。   Next, correction of the threshold voltage Vthc of the comparator circuit 30 will be described.

図5は、自己オフセット補正期間T0における、センサ部2と検出部3の状態を表すものである。スイッチング素子SW6がオン状態になっており、リファレンス電圧Vrefがコンパレータ回路30の入力(図5における容量素子Ccompの左側の端子)に印加される。一方、スイッチング素子SW7もオン状態になっており、これによりインバータ回路31には負帰還パスが形成されている。   FIG. 5 shows the states of the sensor unit 2 and the detection unit 3 during the self-offset correction period T0. The switching element SW6 is turned on, and the reference voltage Vref is applied to the input of the comparator circuit 30 (the terminal on the left side of the capacitive element Ccomp in FIG. 5). On the other hand, the switching element SW7 is also in an on state, thereby forming a negative feedback path in the inverter circuit 31.

図6(A)は、インバータ回路31単体の入出力特性例を表すものである。横軸はインバータ回路31の入力電圧Viを示し、縦軸はインバータ回路31の出力電圧Voを示す。特性W1は、インバータ回路31単体における入出力特性の例であり、インバータ回路31のしきい値電圧Vthiを境目として出力電圧Voが反転する様子を示している。スイッチング素子SW7がオン状態になったとき、負帰還により、入力電圧Viと出力電圧Voは等しくなる(Vi=Vo)。このとき、インバータ回路31は、インバータ回路31単体の入出力特性W1と、負帰還の関係式Vi=Voを示す特性W2とが両立する(交差する)、点P1をその動作点とするように動作する。つまり、インバータ回路31の入力(図5における容量素子Ccompの右側の端子)の電圧Viは、インバータ回路31のしきい値電圧Vthiと等しくなる。   FIG. 6A shows an input / output characteristic example of the inverter circuit 31 alone. The horizontal axis represents the input voltage Vi of the inverter circuit 31, and the vertical axis represents the output voltage Vo of the inverter circuit 31. A characteristic W1 is an example of input / output characteristics of the inverter circuit 31 alone, and shows a state in which the output voltage Vo is inverted with the threshold voltage Vthi of the inverter circuit 31 as a boundary. When the switching element SW7 is turned on, the input voltage Vi becomes equal to the output voltage Vo due to negative feedback (Vi = Vo). At this time, the inverter circuit 31 is such that the input / output characteristic W1 of the inverter circuit 31 alone and the characteristic W2 indicating the negative feedback relational expression Vi = Vo are compatible (intersect) with the point P1 as its operating point. Operate. That is, the voltage Vi at the input of the inverter circuit 31 (the right terminal of the capacitive element Ccomp in FIG. 5) is equal to the threshold voltage Vthi of the inverter circuit 31.

このようにして、自己オフセット補正期間T0では、容量素子Ccompの両端には、リファレンス電圧Vrefと、インバータ回路31のしきい値電圧Vthiが印加されることとなる。この容量素子Ccompの両端の電位差ΔVcomp=Vref−Vthiは、自己オフセット補正期間T0に続くタッチ検出期間T1では、後述するように、スイッチング素子SW7がオフ状態になることに起因して、維持されることとなる。つまり、容量素子Ccompは、コンパレータ回路30の入力電圧である蓄積電圧Vstrを、電位差ΔVcompの分だけレベルシフトして、インバータ回路31の入力に供給するように機能する。   Thus, in the self-offset correction period T0, the reference voltage Vref and the threshold voltage Vthi of the inverter circuit 31 are applied to both ends of the capacitive element Ccomp. The potential difference ΔVcomp = Vref−Vthi across the capacitor Ccomp is maintained in the touch detection period T1 following the self-offset correction period T0 due to the switching element SW7 being turned off, as will be described later. It will be. That is, the capacitive element Ccomp functions to shift the stored voltage Vstr, which is the input voltage of the comparator circuit 30, by the level of the potential difference ΔVcomp and supply it to the input of the inverter circuit 31.

図6(B)は、タッチ検出期間T1におけるコンパレータ回路30の入出力特性例を表すものである。横軸はコンパレータ回路30の入力電圧Vcompを示し、縦軸はコンパレータ回路30の出力電圧である検出信号Vdetの電圧を示す。コンパレータ回路30の入出力特性(特性W3)は、リファレンス電圧Vrefを境目として、検出信号Vdetが変化する様子を示している。この特性が実現されるのは、以下の理由による。すなわち、例えば、コンパレータ回路30の入力電圧Vcompが、リファレンス電圧Vrefと同じ電圧である場合、上述した容量素子Ccompによるレベルシフトにより、インバータ回路31の入力電圧ViにはVthi(=Vref−ΔVcomp)が供給される。インバータ回路31は、この電圧を境目として反転し(図6(A))、インバータ回路31の後段のインバータ回路32も、これに対応して反転する。よって、コンパレータ回路30の入出力特性は、図6(B)に示したように、リファレンス電圧Vrefを境目として、その出力電圧である検出信号Vdetの電圧が変化することとなる。このことは、リファレンス電圧Vrefがコンパレータ回路30のしきい値電圧Vthcに設定される(自己オフセット調整)ことを意味している。   FIG. 6B illustrates an example of input / output characteristics of the comparator circuit 30 in the touch detection period T1. The horizontal axis represents the input voltage Vcomp of the comparator circuit 30, and the vertical axis represents the voltage of the detection signal Vdet which is the output voltage of the comparator circuit 30. The input / output characteristic (characteristic W3) of the comparator circuit 30 shows how the detection signal Vdet changes with the reference voltage Vref as a boundary. This characteristic is realized for the following reason. That is, for example, when the input voltage Vcomp of the comparator circuit 30 is the same voltage as the reference voltage Vref, Vthi (= Vref−ΔVcomp) is applied to the input voltage Vi of the inverter circuit 31 due to the level shift caused by the capacitance element Ccomp. Supplied. The inverter circuit 31 is inverted using this voltage as a boundary (FIG. 6A), and the inverter circuit 32 at the subsequent stage of the inverter circuit 31 is also inverted correspondingly. Therefore, as shown in FIG. 6B, the input / output characteristics of the comparator circuit 30 change the voltage of the detection signal Vdet, which is the output voltage, with the reference voltage Vref as a boundary. This means that the reference voltage Vref is set to the threshold voltage Vthc of the comparator circuit 30 (self-offset adjustment).

このように、コンパレータ回路30の自己オフセット補正と、容量素子Cstrの放電とが終了した後、制御信号生成部5は、SW制御信号SAの電圧を高レベルから低レベルに変化させる(図4(A))。以上で、自己オフセット補正期間T0が終了する。なお、この自己オフセット補正期間T0の動作は、外部近接物体の有無に影響されずに、同じように行われる。   Thus, after the self-offset correction of the comparator circuit 30 and the discharge of the capacitive element Cstr are completed, the control signal generator 5 changes the voltage of the SW control signal SA from a high level to a low level (FIG. 4 ( A)). Thus, the self-offset correction period T0 ends. The operation in the self-offset correction period T0 is performed in the same manner without being affected by the presence or absence of an external proximity object.

(タッチ検出期間T1)
次に、センサ部2は、スイッチト・キャパシタの動作を行うことにより、容量素子Cstrへの電荷の蓄積を開始する。具体的には、まず、SW制御信号SAの電圧が低レベルになっている期間において、制御信号生成部5が、SW制御信号SBの電圧を低レベルから高レベルに変化させる(図4(B))。これによりスイッチング素子SW8がオン状態となり、容量素子Cstrの蓄積電荷に対応する電圧が、蓄積電圧Vstrとしてコンパレータ回路30の入力に供給されるようになる。つまり、蓄積電圧Vstrはタッチ検出期間T1の開始とともに0Vとなる(図4(G))。さらに、コンパレータ回路30は、入力された蓄積電圧Vstrがリファレンス電圧Vrefに比べて低いため、低レベル(0V)を出力する(図4(I))。一方、これらと同時に、制御信号生成部5は、SW制御信号SC,SCBの電圧を周期的に変化させ始める(図4(C),(D))。すなわち、タッチ検出期間T1の開始と同時に、まず、制御信号生成部5は、SW制御信号SCを低レベルから高レベルに変化させるとともに(図4(C))、SW制御信号SCBを高レベルから低レベルに変化させ(図4(D))、その状態を一定時間維持する(第1の期間T11)。その後、制御信号生成部5は、SW制御信号SCを高レベルから低レベルに変化させるとともに(図4(C))、SW制御信号SCBを低レベルから高レベルに変化させ(図4(D))、その状態を一定時間維持する(第2の期間T12)。制御信号生成部5は、タッチ検出時間T1の間、この第1の期間T11と第2の期間T12とを交互に繰り返すように、SW制御信号SC,SCBを生成し出力する。
(Touch detection period T1)
Next, the sensor unit 2 starts accumulation of electric charges in the capacitive element Cstr by performing the operation of the switched capacitor. Specifically, first, the control signal generator 5 changes the voltage of the SW control signal SB from a low level to a high level during a period in which the voltage of the SW control signal SA is low (FIG. 4B )). As a result, the switching element SW8 is turned on, and a voltage corresponding to the accumulated charge of the capacitive element Cstr is supplied to the input of the comparator circuit 30 as the accumulated voltage Vstr. That is, the accumulated voltage Vstr becomes 0 V with the start of the touch detection period T1 (FIG. 4G). Further, the comparator circuit 30 outputs a low level (0 V) because the inputted storage voltage Vstr is lower than the reference voltage Vref (FIG. 4 (I)). On the other hand, at the same time, the control signal generator 5 starts to periodically change the voltages of the SW control signals SC and SCB (FIGS. 4C and 4D). That is, simultaneously with the start of the touch detection period T1, first, the control signal generation unit 5 changes the SW control signal SC from a low level to a high level (FIG. 4C), and also changes the SW control signal SCB from a high level. The state is changed to a low level (FIG. 4D), and the state is maintained for a certain time (first period T11). Thereafter, the control signal generator 5 changes the SW control signal SC from the high level to the low level (FIG. 4C), and changes the SW control signal SCB from the low level to the high level (FIG. 4D). The state is maintained for a certain period of time (second period T12). The control signal generator 5 generates and outputs the SW control signals SC and SCB so as to alternately repeat the first period T11 and the second period T12 during the touch detection time T1.

図7は、タッチ検出期間T1における、センサ部2と検出部3の状態を表すものであり、(A)は第1の期間T11における状態を示し、(B)は第2の期間T12における状態を示す。   FIG. 7 shows the states of the sensor unit 2 and the detection unit 3 in the touch detection period T1, (A) shows the state in the first period T11, and (B) shows the state in the second period T12. Indicates.

第1の期間T11では、図7(A)に示したように、スイッチング素子SW1,SW3はオン状態になっており、スイッチング素子SW2,SW4はオフ状態になっている。これにより、電極21,22には、ともに0Vが印加(初期化)される(図4(E),(F))。   In the first period T11, as illustrated in FIG. 7A, the switching elements SW1 and SW3 are in the on state, and the switching elements SW2 and SW4 are in the off state. As a result, 0V is applied (initialized) to the electrodes 21 and 22 (FIGS. 4E and 4F).

第2の期間T12では、図7(B)に示したように、スイッチング素子SW2,SW4はオン状態になっており、スイッチング素子SW1,SW3はオフ状態になっている。これにより、電極21には電圧VDDが印加される(図4(E))。このとき、静電容量Cm,Cg2の電荷の一部が、スイッチング素子SW4を介して、過渡的な蓄積電流Istrとして容量素子Cstrに流れ込む。そして、蓄積電圧Vstrは、過渡的な蓄積電流Istrとして流れ込んだ電荷の分だけ上昇する(図4(G))。   In the second period T12, as shown in FIG. 7B, the switching elements SW2 and SW4 are in the on state, and the switching elements SW1 and SW3 are in the off state. Accordingly, the voltage VDD is applied to the electrode 21 (FIG. 4E). At this time, some of the charges of the electrostatic capacitances Cm and Cg2 flow into the capacitive element Cstr as the transient accumulated current Istr via the switching element SW4. Then, the storage voltage Vstr rises by the amount of charge that has flowed in as a transient storage current Istr (FIG. 4G).

その後、この第1の期間T11と第2の期間T12とが交互に繰り返されることにより、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、第2の期間T12において、スイッチング素子SW4がオン状態になるたびに、容量素子Cstrには電荷が蓄積され、それに伴い、蓄積電圧Vstrが上昇する(図4(G))。   Thereafter, the first period T11 and the second period T12 are alternately repeated, so that the switching element SW4 is turned on in the second period T12 based on the so-called switched capacitor operating principle. Each time, charge is accumulated in the capacitor Cstr, and accordingly, the accumulated voltage Vstr rises (FIG. 4G).

そして、この蓄積電圧Vstr(コンパレータ入力電圧Vcomp)が、リファレンス電圧Vrefの電圧レベルを超えるようになると、コンパレータ回路30が、これらの比較結果(検出信号Vdet)として高レベル電圧を出力する(図4(I))。つまり、検出信号Vdetは、容量素子Cstrへの電荷の蓄積が開始された後、容量素子Cstrの電荷の蓄積量がある一定量(Cstr×Vref)に到達するまでの時間(蓄積時間tstr)、低レベルを維持する。タッチ判定部4は、検出信号Vdetに基づいて、この蓄積時間tstrを検出し、これを利用して外部近接物体の有無を検出する。   When the accumulated voltage Vstr (comparator input voltage Vcomp) exceeds the voltage level of the reference voltage Vref, the comparator circuit 30 outputs a high level voltage as a comparison result (detection signal Vdet) (FIG. 4). (I)). That is, the detection signal Vdet is the time (accumulation time tstr) until the charge accumulation amount of the capacitance element Cstr reaches a certain amount (Cstr × Vref) after the accumulation of the charge in the capacitance element Cstr is started. Maintain a low level. The touch determination unit 4 detects the accumulation time tstr based on the detection signal Vdet, and detects the presence or absence of an external proximity object using this.

(終了期間T2)
最後に、センサ部2がスイッチト・キャパシタの動作を終了するとともに、次のサイクルの準備を行う。具体的には、まず、制御信号生成部5が、SW制御信号SC,SCBの周期的な変化を停止させる(図4(C),(D))。そして、制御信号生成部5が、SW制御信号SBの電圧を高レベルから低レベルに変化させる(図4(B))。これによりスイッチング素子SW8がオフ状態となり、容量素子Cstrとコンパレータ回路30とが切り離される。
(End period T2)
Finally, the sensor unit 2 finishes the operation of the switched capacitor and prepares for the next cycle. Specifically, first, the control signal generator 5 stops the periodic change of the SW control signals SC and SCB (FIGS. 4C and 4D). Then, the control signal generation unit 5 changes the voltage of the SW control signal SB from the high level to the low level (FIG. 4B). As a result, the switching element SW8 is turned off, and the capacitive element Cstr and the comparator circuit 30 are disconnected.

その後、所定の期間が経過したのち、タッチセンサ10は、上述した自己オフセット補正期間T0へ移行する。そして、タッチセンサ10は、この期間T0〜T2のサイクルを繰り返すように動作する。   Thereafter, after a predetermined period has elapsed, the touch sensor 10 proceeds to the self-offset correction period T0 described above. The touch sensor 10 operates so as to repeat the cycle of the period T0 to T2.

(外部近接物体が有るときのタッチセンサ10の動作)
次に、タッチセンサ10のタッチ検出領域に外部近接物体が有るときにおける、タッチ検出期間T1の動作例を説明する。なお、自己オフセット補正期間T0と終了期間T2の動作については、外部近接物体の有無に依らず同じであるため、説明を省略する。
(Operation of the touch sensor 10 when there is an external proximity object)
Next, an operation example of the touch detection period T1 when there is an external proximity object in the touch detection area of the touch sensor 10 will be described. Since the operations in the self-offset correction period T0 and the end period T2 are the same regardless of the presence or absence of an external proximity object, the description thereof is omitted.

外部近接物体が有るときでも、センサ部2および検出部3は、外部近接物体が無いときと同様に、タッチ検出期間T1において、図7に示したように動作する。しかしながら、第2の期間T12における、過渡的な蓄積電流Istrは、外部近接物体の有無により異なる。   Even when there is an external proximity object, the sensor unit 2 and the detection unit 3 operate as shown in FIG. 7 in the touch detection period T1 in the same manner as when there is no external proximity object. However, the transient accumulated current Istr in the second period T12 varies depending on the presence or absence of an external proximity object.

図2に示したように、タッチセンサ10のタッチ検出領域での外部近接物体の有無により、静電容量Cm,Cg1,Cg2は変化する。すなわち、静電容量Cmに関しては、外部近接物体が有るときの値(静電容量Cmb)は、外部近接物体が無いときの値(静電容量Cma)よりも小さくなる。また、静電容量Cg1,Cg2に関しては、外部近接物体が有るときの値(Cp1+Cf1,Cp2+Cf2)は、外部近接物体が無いときの値(Cp1,Cp2)よりも大きくなる。これにより、外部近接物体が有るときの過渡的な蓄積電流Istrは、外部近接物体が無いときに比べ小さくなる。   As shown in FIG. 2, the capacitances Cm, Cg1, and Cg2 change depending on the presence or absence of an external proximity object in the touch detection area of the touch sensor 10. That is, regarding the capacitance Cm, the value when there is an external proximity object (capacitance Cmb) is smaller than the value when there is no external proximity object (capacitance Cma). Regarding the capacitances Cg1 and Cg2, values when there are external proximity objects (Cp1 + Cf1, Cp2 + Cf2) are larger than values when there are no external proximity objects (Cp1, Cp2). As a result, the transient accumulated current Istr when there is an external proximity object is smaller than when there is no external proximity object.

図8は、本実施の形態に係るタッチセンサ10のタイミング図の一例であり、外部近接物体があるときの例を表すものである。図8において、(A)はSW制御信号SAの電圧波形を示し、(B)はSW制御信号SBの電圧波形を示し、(C)はSW制御信号SCの電圧波形を示し、(D)はSW制御信号SCBの電圧波形を示し、(E)は電極21の電極電圧Vel1の波形を示し、(F)は電極22の電極電圧Vel2の波形を示し、(G)は蓄積電圧Vstrの波形を示し、(H)はコンパレータ入力電圧Vcompの波形を示し、(I)は検出信号Vdetの波形を示す。   FIG. 8 is an example of a timing diagram of the touch sensor 10 according to the present embodiment, and represents an example when there is an external proximity object. 8A shows the voltage waveform of the SW control signal SA, FIG. 8B shows the voltage waveform of the SW control signal SB, FIG. 8C shows the voltage waveform of the SW control signal SC, and FIG. The voltage waveform of the SW control signal SCB is shown, (E) shows the waveform of the electrode voltage Vel1 of the electrode 21, (F) shows the waveform of the electrode voltage Vel2 of the electrode 22, and (G) shows the waveform of the accumulated voltage Vstr. (H) shows the waveform of the comparator input voltage Vcomp, and (I) shows the waveform of the detection signal Vdet.

外部近接物体が有る場合、第2の期間T12において、過渡的な蓄積電流Istrが少なくなり、これが流れ込む容量素子Cstrにおける電荷の蓄積量も減少し、これに伴い、蓄積電圧Vstrの上昇量もまた減少する。このタッチ検出期間T1では、第1の期間T11と第2の期間T12とが交互に繰り返されることにより、第2の期間T12のたびに、蓄積電圧Vstrが上昇するが、外部近接物体がある場合には、その蓄積電圧Vstrの変化速度が遅くなることとなる。これに起因して、外部近接物体がある場合は、蓄積時間tstrが長くなる(図8(I))。   In the case where there is an external proximity object, in the second period T12, the transient accumulated current Istr decreases, the amount of charge accumulated in the capacitive element Cstr into which it flows, and accordingly, the amount of increase in the accumulated voltage Vstr also increases. Decrease. In the touch detection period T1, the first period T11 and the second period T12 are alternately repeated, so that the accumulated voltage Vstr increases every second period T12, but there is an external proximity object. In this case, the changing speed of the accumulated voltage Vstr becomes slow. Due to this, when there is an external proximity object, the accumulation time tstr becomes longer (FIG. 8I).

以上に示したように、蓄積時間tstrは、外部近接物体の有無に応じて変化する。よって、タッチ判定部4の判定回路42は、蓄積時間tstrと、あらかじめ定められたリファレンス時間trefとを比較することにより、外部近接物体の有無を判定することができる。   As described above, the accumulation time tstr varies depending on the presence or absence of an external proximity object. Accordingly, the determination circuit 42 of the touch determination unit 4 can determine the presence / absence of an external proximity object by comparing the accumulation time tstr with a predetermined reference time tref.

[効果]
以上のように本実施の形態では、外部近接物体の有無を、2つの電極21,22の間の静電容量Cmの変化を利用して検出するようにしたので、1つの電極の静電容量の変化を利用する場合に比べて、例えばアレイ基板11上の配線など、周辺部の導電物質による影響を小さくすることができ、小型化や感度の向上を実現することができる。
[effect]
As described above, in the present embodiment, the presence / absence of an external proximity object is detected using the change in the capacitance Cm between the two electrodes 21 and 22, so the capacitance of one electrode Compared with the case of using the change, for example, the influence of the conductive material in the peripheral portion such as the wiring on the array substrate 11 can be reduced, and downsizing and improvement in sensitivity can be realized.

また、本実施の形態では、センサ部2の近傍に検出部3を配置するようにしたので、センサ部2と検出部3との間の配線の寄生容量が減るとともに、クロストークによる雑音の混入も最小限にすることができる。その結果、感度の高い複雑なセンサ構造を用いることなく、また、アンプなどを設けることもなく、シンプルな構造のセンサ部2から供給される微小な信号に基づいて、外部近接物体の有無を検出することができ、小型化やコストの削減を実現することができる。   In the present embodiment, since the detection unit 3 is arranged in the vicinity of the sensor unit 2, the parasitic capacitance of the wiring between the sensor unit 2 and the detection unit 3 is reduced, and noise caused by crosstalk is mixed. Can also be minimized. As a result, the presence or absence of an external proximity object is detected based on a minute signal supplied from the sensor unit 2 having a simple structure without using a complicated sensor structure with high sensitivity and without providing an amplifier. Thus, downsizing and cost reduction can be realized.

また、本実施の形態では、外部近接物体の検出方法として、スイッチト・キャパシタを用い、また、検出回路として、自己オフセット補正機能付きのコンパレータ回路30を用いている。これにより、瞬間的なノイズや、TFTの製造プロセスに起因する素子ばらつきに対する耐性が強くなり、小型かつシンプルな回路構成を実現することができる。   In the present embodiment, a switched capacitor is used as a method for detecting an external proximity object, and a comparator circuit 30 with a self-offset correction function is used as a detection circuit. As a result, resistance to instantaneous noise and element variations caused by the TFT manufacturing process is increased, and a small and simple circuit configuration can be realized.

また、本実施の形態では、以上のようにシンプルな構成のセンサ部と検出部とを用いてタッチセンサを構成したので、省スペース化を実現でき、これを用いてタッチセンサ付き表示装置を構成した場合には、額縁領域の狭いタッチセンサ付き表示装置を実現できる。   In the present embodiment, since the touch sensor is configured using the sensor unit and the detection unit having a simple configuration as described above, space can be saved, and a display device with a touch sensor is configured using the touch sensor. In this case, a display device with a touch sensor having a narrow frame area can be realized.

さらに、本実施の形態では、タッチセンサ付き表示装置を構成した場合において、センサ部と検出部とを、液晶表示装置(有効表示領域)と同じアレイ基板上に形成し、その他の必要な回路をCOGに搭載するようにしたので、部品点数を削減しコストを削減するとともに、その額縁領域を狭くすることができる。   Furthermore, in this embodiment, when a display device with a touch sensor is configured, the sensor unit and the detection unit are formed on the same array substrate as the liquid crystal display device (effective display area), and other necessary circuits are provided. Since it is mounted on the COG, the number of parts can be reduced, the cost can be reduced, and the frame area can be narrowed.

[変形例1−1]
上記実施の形態では、スイッチング素子SW1,SW3の一端を接地(GND)に接続し、またスイッチング素子SW2の一端を電圧VDDに接続するようにしたが、それに限定されるものではない。また、上記の実施の形態では、容量素子Cstrの一端を接地(GND)に接続するようにしたが、それに限定されるものではない。例えば、図9に示したように、スイッチング素子SW1,SW3の一端を電圧VDDに接続し、スイッチング素子SW2の一端を接地(GND)に接続し、さらに容量素子Cstrの一端を電圧VDDに接続するようにしても良い。この例では、タッチ検出期間T1においてスイッチト・キャパシタの動作を行う際、蓄積電圧Vstrは、電圧VDDから少しずつ下降するように動作する。これにより、コンパレータ回路30の出力である検出信号Vdetは、上記実施の形態と反転した波形となる。タッチ判定部4Bの時間計測回路41Bは、この反転した波形に基づいて、蓄積時間tstrを測定する回路である。なお、この場合は、スイッチング素子SW1,SW3,SW5としては、例えばpチャネルMOS型のTFTが使用可能であり、スイッチング素子SW2としては、例えばnチャネルMOS型のTFTが使用可能である。その他は、上記実施の形態と同様である。
[Modification 1-1]
In the above embodiment, one end of the switching elements SW1 and SW3 is connected to the ground (GND), and one end of the switching element SW2 is connected to the voltage VDD. However, the present invention is not limited to this. In the above embodiment, one end of the capacitive element Cstr is connected to the ground (GND). However, the present invention is not limited to this. For example, as shown in FIG. 9, one end of the switching elements SW1 and SW3 is connected to the voltage VDD, one end of the switching element SW2 is connected to the ground (GND), and one end of the capacitive element Cstr is connected to the voltage VDD. You may do it. In this example, when the operation of the switched capacitor is performed in the touch detection period T1, the accumulated voltage Vstr operates so as to gradually decrease from the voltage VDD. As a result, the detection signal Vdet, which is the output of the comparator circuit 30, has a waveform inverted from that of the above embodiment. The time measurement circuit 41B of the touch determination unit 4B is a circuit that measures the accumulation time tstr based on the inverted waveform. In this case, for example, p-channel MOS type TFTs can be used as the switching elements SW1, SW3, and SW5, and for example, n-channel MOS type TFTs can be used as the switching element SW2. Others are the same as in the above embodiment.

[変形例1−2]
上記実施の形態では、タッチ検出期間T1における蓄積電圧Vstrの変化速度を、蓄積電圧Vstrがある一定値に到達する時間(蓄積時間tstr)として測定したが、これに代えて、蓄積電圧Vstrの変化速度を、蓄積開始後のある所定のタイミングにおける蓄積電圧Vstrの電圧値として測定してもよい。以下、本変形例について詳細に説明する。
[Modification 1-2]
In the above embodiment, the change speed of the accumulated voltage Vstr in the touch detection period T1 is measured as the time (accumulation time tstr) until the accumulated voltage Vstr reaches a certain value, but instead, the change of the accumulated voltage Vstr. The speed may be measured as a voltage value of the storage voltage Vstr at a predetermined timing after the start of storage. Hereinafter, this modification will be described in detail.

図10は、本変形例に係るタッチセンサ10Cの一構成例を表すものである。なお、上記実施の形態に係るタッチセンサ10と実質的に同一の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。   FIG. 10 illustrates a configuration example of the touch sensor 10C according to the present modification. Note that parts that are substantially the same as those of the touch sensor 10 according to the above-described embodiment are denoted by the same reference numerals, and description thereof is omitted as appropriate.

タッチセンサ10Cは、検出部3C、タッチ判定部4C、制御信号生成部5C、タイミング制御回路6Cを備えている。検出部3Cは、S/H(Sample and Hold)回路33とADC(Analog to Digital Converter)回路34を有しており、制御信号生成部5Cから供給される読込制御信号SDに基づいて蓄積電圧Vstrをサンプリングし、ADC回路34でデジタル信号に変換し、その結果を検出コードCdetとして出力するものである。なお、ここでは、説明の便宜上ADC回路のデジタル出力のビット幅は2ビットとしているが、これに限定されるものではなく、例えば4ビットや8ビットなど、ビット幅を増やし、より高い精度で蓄積電圧VstrをA/D変換するようにしてもよい。タッチ判定部4Cは、判定回路42Cを有しており、この判定回路42Cが、検出部3Cから供給される検出コードCdetとあらかじめ定められたリファレンスコードCrefとを比較することにより、外部近接物体の有無を検出するものである。   The touch sensor 10C includes a detection unit 3C, a touch determination unit 4C, a control signal generation unit 5C, and a timing control circuit 6C. The detection unit 3C includes an S / H (Sample and Hold) circuit 33 and an ADC (Analog to Digital Converter) circuit 34, and the storage voltage Vstr based on the read control signal SD supplied from the control signal generation unit 5C. Is converted into a digital signal by the ADC circuit 34, and the result is output as a detection code Cdet. Here, the bit width of the digital output of the ADC circuit is 2 bits for convenience of explanation. However, the bit width is not limited to this. For example, the bit width is increased to 4 bits or 8 bits and stored with higher accuracy. The voltage Vstr may be A / D converted. The touch determination unit 4C includes a determination circuit 42C. The determination circuit 42C compares the detection code Cdet supplied from the detection unit 3C with a predetermined reference code Cref, thereby detecting an external proximity object. The presence or absence is detected.

図11は、本実施の形態に係るタッチセンサ10Cのタイミング図を表すものである。図11において、(A)はSW制御信号SAの電圧波形を示し、(B)はSW制御信号SCの電圧波形を示し、(C)はSW制御信号SCBの電圧波形を示し、(D)は読込制御信号SDの電圧波形を示し、(E)は電極21の電極電圧Vel1の波形を示し、(F)は電極22の電極電圧Vel2の波形を示し、(G)は蓄積電圧Vstrの波形を示し、(H)はADC入力電圧Vadcの波形を示し、(I)は検出信号Vdetの波形を示す。なお、タッチセンサ10Cの動作は、センサ部2に関しては、本実施の形態に係るタッチセンサ10と同じである(図11(B),(C),(E)〜(G))。   FIG. 11 is a timing chart of the touch sensor 10C according to the present embodiment. 11A shows the voltage waveform of the SW control signal SA, FIG. 11B shows the voltage waveform of the SW control signal SC, FIG. 11C shows the voltage waveform of the SW control signal SCB, and FIG. The voltage waveform of the read control signal SD is shown, (E) shows the waveform of the electrode voltage Vel1 of the electrode 21, (F) shows the waveform of the electrode voltage Vel2 of the electrode 22, and (G) shows the waveform of the accumulated voltage Vstr. (H) shows the waveform of the ADC input voltage Vadc, and (I) shows the waveform of the detection signal Vdet. The operation of the touch sensor 10C is the same as that of the touch sensor 10 according to the present embodiment with respect to the sensor unit 2 (FIGS. 11B, 11C, 11E and 11G).

タッチセンサ10Cは、まず、準備期間T0cにおいて、容量素子Cstrを放電するとともに、SW制御信号SAに基づいて、S/H回路33の状態を初期化する(図11(H))。その後、タッチ検出期間T1cにおいて、本実施の形態に係るタッチセンサ10と同様に、センサ部2がスイッチト・キャパシタの動作を行うことにより、容量素子Cstrに電荷を蓄積し、それに対応して蓄積電圧Vstrが上昇する(図11(G))。そして、タッチ検出期間T1が開始された後、ある一定の時間を経たタイミングにおいて、ある幅を持つパルスが読込制御信号SDとして供給され、これに基づいて、S/H回路33が蓄積電圧Vstrをサンプリングし、その後その状態を維持する(図11(H))。ADC回路34はこの電圧をA/D変換し、検出コードCdetとして出力する(図11(I))。タッチ判定部4Cは、この検出コードCdetに基づいて、外部近接物体の有無を検出する。その後、タッチセンサ10Cは、準備期間T0cへ戻る。タッチセンサ10は、この期間T0〜T2によるサイクルを繰り返すことにより、外部近接物体の有無を継続的に検出する。   First, in the preparation period T0c, the touch sensor 10C discharges the capacitive element Cstr and initializes the state of the S / H circuit 33 based on the SW control signal SA (FIG. 11 (H)). Thereafter, in the touch detection period T1c, as in the touch sensor 10 according to the present embodiment, the sensor unit 2 operates as a switched capacitor, thereby accumulating charges in the capacitive element Cstr and accumulating correspondingly. The voltage Vstr increases (FIG. 11 (G)). Then, after the touch detection period T1 is started, a pulse having a certain width is supplied as a read control signal SD at a timing after a certain period of time, and based on this, the S / H circuit 33 generates the accumulated voltage Vstr. Sampling is performed, and then the state is maintained (FIG. 11H). The ADC circuit 34 A / D converts this voltage and outputs it as a detection code Cdet (FIG. 11 (I)). The touch determination unit 4C detects the presence or absence of an external proximity object based on the detection code Cdet. Thereafter, the touch sensor 10C returns to the preparation period T0c. The touch sensor 10 continuously detects the presence or absence of an external proximity object by repeating the cycle of the periods T0 to T2.

本変形例に係るタッチセンサ10Cでは、本実施の形態に係るタッチセンサ10と異なり、ある所定のタイミングにおける蓄積電圧Vstrを測定することにより、外部近接物体の有無を検出している。よって、単に外部近接物体があるかどうかだけでなく、外部近接物体のタッチ検出領域への近接の度合いも検出することができる。特に、ADC回路34として、より高分解能の変換特性を有するものを用いた場合には、蓄積電圧Vstrをより高精度で測定できるため、より高い精度で近接の度合いを検出できるようになる。   Unlike the touch sensor 10 according to the present embodiment, the touch sensor 10C according to the present modification detects the presence or absence of an external proximity object by measuring the accumulated voltage Vstr at a predetermined timing. Therefore, it is possible to detect not only whether there is an external proximity object but also the degree of proximity of the external proximity object to the touch detection area. In particular, when the ADC circuit 34 having a conversion characteristic with higher resolution is used, the stored voltage Vstr can be measured with higher accuracy, so that the degree of proximity can be detected with higher accuracy.

なお、同様の動作は、図12に示したタッチセンサ10Dでも実現することができる。タッチセンサ10Dは、タッチセンサ10Cにおいて、ADC回路34の前に配置されたS/H回路33の代わりに、ADC回路34の後ろにラッチ回路35を設けたものであり、その他の構成は同じである。ラッチ回路35は、読込制御信号SDによりラッチされ、SW制御信号SAにより初期化されるものである。つまり、タッチセンサ10Cとタッチセンサ10Dとは、ある所定のタイミングにおける蓄積電圧Vstrをサンプリングし維持するという機能ブロックを、ADC回路34の前段に配置(図10におけるS/H回路33)するか、後段に配置するか(図12におけるラッチ回路35)の違いであり、本質的には同じものである。よって、タッチセンサ10Dにおいても、外部近接物体のタッチ検出領域への近接の度合いも検出することができる。   A similar operation can be realized by the touch sensor 10D shown in FIG. The touch sensor 10D is a touch sensor 10C in which a latch circuit 35 is provided behind the ADC circuit 34 instead of the S / H circuit 33 disposed in front of the ADC circuit 34, and the other configurations are the same. is there. The latch circuit 35 is latched by the read control signal SD and is initialized by the SW control signal SA. In other words, the touch sensor 10C and the touch sensor 10D may arrange a functional block that samples and maintains the accumulated voltage Vstr at a predetermined timing in the previous stage of the ADC circuit 34 (S / H circuit 33 in FIG. 10). The difference is whether it is arranged in the subsequent stage (latch circuit 35 in FIG. 12), which is essentially the same. Therefore, the touch sensor 10D can also detect the degree of proximity of the external proximity object to the touch detection area.

<2.第2の実施の形態>
次に、本発明の第2の実施の形態に係るタッチセンサ付き表示装置について説明する。本実施の形態は、図1に示したタッチセンサ付き表示装置を構成するタッチセンサにおいて、センサ部の電極21,22の駆動方法が、上記第1の実施の形態と異なるものである。すなわち、上記第1の実施の形態(図3)では、制御信号生成部5およびセンサ部2を用いて、電極21のみを駆動電極として動作するタッチセンサ10を構成したが、これに代えて、本実施の形態では、制御信号生成回路8およびセンサ部7を用いて、電極21,22の両方を駆動電極として動作するタッチセンサ90を構成している。その他の構成は、上記第1の実施の形態(図3)と同様である。なお、上記第1の実施の形態に係るタッチセンサ付き表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
<2. Second Embodiment>
Next, a display device with a touch sensor according to a second embodiment of the present invention will be described. In the present embodiment, in the touch sensor constituting the display device with a touch sensor shown in FIG. 1, the driving method of the electrodes 21 and 22 of the sensor unit is different from that in the first embodiment. That is, in the first embodiment (FIG. 3), the touch sensor 10 that operates using only the electrode 21 as the drive electrode is configured using the control signal generation unit 5 and the sensor unit 2, but instead, In the present embodiment, a touch sensor 90 that operates using both the electrodes 21 and 22 as drive electrodes is configured using the control signal generation circuit 8 and the sensor unit 7. Other configurations are the same as those of the first embodiment (FIG. 3). In addition, the same code | symbol is attached | subjected to the substantially same component as the display apparatus with a touch sensor which concerns on the said 1st Embodiment, and description is abbreviate | omitted suitably.

[構成例]
(タッチセンサの回路構成例)
図13は、タッチセンサ90の回路構成例を表すものである。タッチセンサ90は、センサ部7と、制御信号生成部8とを備えている。
[Configuration example]
(Touch sensor circuit configuration example)
FIG. 13 illustrates a circuit configuration example of the touch sensor 90. The touch sensor 90 includes a sensor unit 7 and a control signal generation unit 8.

センサ部7は、電極21,22と、スイッチング素子SW11〜SW14を有している。   The sensor unit 7 includes electrodes 21 and 22 and switching elements SW11 to SW14.

スイッチング素子SW11〜SW13は、電極21,22に電圧を時分割的に印加するものである。スイッチング素子SW11は、電圧VDDと電極21との間に配置され、SW制御信号SC11によりオンオフ制御が行われ、電極21に電圧VDDを時分割的に印加する。スイッチング素子SW12は、接地(GND)と電極21との間に配置され、SW制御信号SC12によりオンオフ制御が行われ、電極21に0Vを時分割的に印加する。スイッチング素子SW13は、電圧VDDと電極22との間に配置され、SW制御信号SC13によりオンオフ制御が行われ、電極22に電圧VDDを時分割的に印加する。SW制御信号SC11〜SC13は、後述するように、制御信号生成回路8により供給される論理信号であり、電極21,22のうちの少なくともどちらか一方に、電圧VDDもしくは0Vを時分割的に印加するようになっている。なお、スイッチング素子SW11〜SW13はそれぞれ、アレイ基板11上にTFTにより形成される。スイッチング素子SW11,SW13としては、例えばpチャネルMOS型のTFTが使用可能であり、スイッチング素子SW12としては、例えばnチャネルMOS型のTFTが使用可能である。   The switching elements SW11 to SW13 apply voltages to the electrodes 21 and 22 in a time division manner. The switching element SW11 is disposed between the voltage VDD and the electrode 21, is on / off controlled by the SW control signal SC11, and applies the voltage VDD to the electrode 21 in a time division manner. The switching element SW12 is disposed between the ground (GND) and the electrode 21, is on / off controlled by the SW control signal SC12, and applies 0V to the electrode 21 in a time-sharing manner. The switching element SW13 is disposed between the voltage VDD and the electrode 22, is on / off controlled by the SW control signal SC13, and applies the voltage VDD to the electrode 22 in a time division manner. As will be described later, the SW control signals SC11 to SC13 are logic signals supplied by the control signal generation circuit 8, and the voltage VDD or 0V is applied to at least one of the electrodes 21 and 22 in a time-sharing manner. It is supposed to be. The switching elements SW11 to SW13 are each formed on the array substrate 11 by TFTs. As the switching elements SW11 and SW13, for example, a p-channel MOS type TFT can be used, and as the switching element SW12, for example, an n-channel MOS type TFT can be used.

スイッチング素子SW14は、後述するように、あらかじめ定められたタイミングで、センサ部7と検出部3とを接続することにより、タッチ検出領域における外部近接物体の有無に関する情報を検出部3に伝える機能を有する。スイッチング素子SW14は、電極22と検出部7の容量素子Cstrとの間に配置され、SW制御信号SC14によりオンオフ制御が行われる。これにより、センサ部7の静電容量Cm,Cg2と、検出部3の容量素子Cstrとの間では、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、スイッチング素子SW14がオン状態になるたびに電荷のやりとりが行われる。SW制御信号SC14は、制御信号生成回路8(後述)により供給される論理信号である。なお、スイッチング素子SW14は、アレイ基板11上にTFTにより形成されるものであり、例えばアナログスイッチ(伝送ゲート)が使用可能である。   As will be described later, the switching element SW14 has a function of connecting the sensor unit 7 and the detection unit 3 at a predetermined timing to transmit information regarding the presence or absence of an external proximity object in the touch detection region to the detection unit 3. Have. The switching element SW14 is disposed between the electrode 22 and the capacitive element Cstr of the detection unit 7, and ON / OFF control is performed by the SW control signal SC14. As a result, an electric charge is generated between the electrostatic capacitances Cm and Cg2 of the sensor unit 7 and the capacitive element Cstr of the detection unit 3 every time the switching element SW14 is turned on based on a so-called switched capacitor operating principle. Is exchanged. The SW control signal SC14 is a logic signal supplied by a control signal generation circuit 8 (described later). Note that the switching element SW14 is formed by a TFT on the array substrate 11, and an analog switch (transmission gate) can be used, for example.

制御信号生成回路8は、タイミング制御回路6に基づいて、SW制御信号SA,SB,SC11〜SC14を生成するとともに、SW制御信号SA,SBを検出部3に供給し、SW制御信号SC11〜SC14をセンサ部7に供給するものである。   The control signal generation circuit 8 generates the SW control signals SA, SB, SC11 to SC14 based on the timing control circuit 6, and supplies the SW control signals SA and SB to the detection unit 3, and the SW control signals SC11 to SC14. Is supplied to the sensor unit 7.

[動作および作用]
(外部近接物体が無いときのタッチセンサ90の動作)
図14は、本実施の形態に係るタッチセンサ90のタイミング図であり、外部近接物体が無いときの例を表すものである。図14において、(A)はSW制御信号SAの電圧波形を示し、(B)はSW制御信号SBの電圧波形を示し、(C)はSW制御信号SC11の電圧波形を示し、(D)はSW制御信号SC12の電圧波形を示し、(E)はSW制御信号SC13の電圧波形を示し、(F)はSW制御信号SC14の電圧波形を示す。図13(A)〜(F)は、論理信号であるSW制御信号SA,SB,SC11〜SC14の電圧レベルが、低レベルと高レベルとの間で周期的に変化している様子を示している。なお、SW制御信号SA,SB,SC11〜SC14により制御されるスイッチング素子SW1〜SW8は、説明の便宜上、この論理信号の電圧レベルが高レベルの時にそれぞれオン状態となり、低レベルの時にそれぞれオフ状態になるものとする。また、図14において、(G)は電極21の電極電圧Vel1の波形を示し、(H)は電極22の電極電圧Vel2の波形を示し、(I)は蓄積電圧Vstrの波形を示し、(J)はコンパレータ入力電圧Vcompの波形を示し、(K)は検出信号Vdetの波形を示す。
[Operation and Action]
(Operation of the touch sensor 90 when there is no external proximity object)
FIG. 14 is a timing chart of the touch sensor 90 according to the present embodiment, and represents an example when there is no external proximity object. 14A shows the voltage waveform of the SW control signal SA, FIG. 14B shows the voltage waveform of the SW control signal SB, FIG. 14C shows the voltage waveform of the SW control signal SC11, and FIG. The voltage waveform of SW control signal SC12 is shown, (E) shows the voltage waveform of SW control signal SC13, and (F) shows the voltage waveform of SW control signal SC14. FIGS. 13A to 13F show how the voltage levels of the SW control signals SA, SB, SC11 to SC14 that are logic signals periodically change between a low level and a high level. Yes. For convenience of explanation, the switching elements SW1 to SW8 controlled by the SW control signals SA, SB, SC11 to SC14 are turned on when the voltage level of the logic signal is high, and are turned off when the voltage level is low. Shall be. In FIG. 14, (G) shows the waveform of the electrode voltage Vel1 of the electrode 21, (H) shows the waveform of the electrode voltage Vel2 of the electrode 22, (I) shows the waveform of the accumulated voltage Vstr, and (J ) Shows the waveform of the comparator input voltage Vcomp, and (K) shows the waveform of the detection signal Vdet.

本実施の形態におけるタッチセンサ90の動作は、タッチ検出期間T1eの動作のみが、上記第1の実施の形態のタッチ検出期間T1(図4)と異なっている。つまり、自己オフセット期間T0および終了期間T2の動作については、上記第1の実施の形態におけるタッチセンサ10の対応する動作(図4の期間T0,T2)と同様である。   The operation of the touch sensor 90 in the present embodiment differs from the touch detection period T1 (FIG. 4) of the first embodiment only in the operation of the touch detection period T1e. That is, the operations in the self-offset period T0 and the end period T2 are the same as the corresponding operations (periods T0 and T2 in FIG. 4) of the touch sensor 10 in the first embodiment.

(タッチ検出期間T1e)
タッチ検出期間T1eでは、センサ部7は、スイッチト・キャパシタの動作を行うことにより、容量素子Cstrへの電荷の蓄積を開始する。具体的には、まず、SW制御信号SAの電圧が低レベルになっている期間において、制御信号生成回路8が、SW制御信号SBの電圧を低レベルから高レベルに変化させる(図14(B))。これによりスイッチング素子SW8がオン状態となり、容量素子Cstrの電圧が、蓄積電圧Vstrとしてコンパレータ回路30の入力に供給されるようになる。容量素子Cstrは、タッチ検出期間T1eに先立つ自己オフセット補正期間T0において放電されるため、この蓄積電圧Vstrはタッチ検出期間T1eの開始とともに0Vとなる(図14(I))。さらに、コンパレータ回路30は、入力された蓄積電圧Vstr(コンパレータ入力電圧Vcomp)がリファレンス電圧Vrefに比べて低いため、低レベル(0V)を出力する(図14(K))。一方、これらと同時に、制御信号生成回路8は、SW制御信号SC11〜SC14の電圧を周期的に変化させ始める(図14(C)〜(F))。すなわち、まず、制御信号生成回路8は、SW制御信号SC11,SC13を低レベルから高レベルに変化させるとともに(図14(C),(E))、SW制御信号SC12,SC14を高レベルから低レベルに変化させ(図14(D),(F))、その状態を一定時間維持する(第1の期間T11e)。次に、制御信号生成回路8は、SW制御信号SC11,SC13を高レベルから低レベルに変化させるとともに(図14(C),(E))、SW制御信号SC12を低レベルから高レベルに変化させ(図14(D))、その状態を一定時間維持する(第2の期間T12e)。その後、制御信号生成回路8は、SW制御信号SC13を低レベルから高レベルに変化させるとともに(図14(E))、SW制御信号SC12を高レベルから低レベルに変化させ(図14(D))、その状態を一定時間維持する(第3の期間T13e)。そして、制御信号生成回路8は、SW制御信号SC13を高レベルから低レベルに変化させるとともに(図14(E))、SW制御信号SC12,SC14を低レベルから高レベルに変化させ(図14(D),(F))、その状態を一定時間維持する(第4の期間T14e)。制御信号生成回路8は、タッチ検出時間T1eの間、これらの4つの期間T11e〜T14eからなる一連の動作を繰り返すように、SW制御信号SC11〜SC14を生成し出力する。
(Touch detection period T1e)
In the touch detection period T1e, the sensor unit 7 starts to accumulate charges in the capacitive element Cstr by performing the operation of the switched capacitor. Specifically, first, the control signal generation circuit 8 changes the voltage of the SW control signal SB from a low level to a high level during a period in which the voltage of the SW control signal SA is low (FIG. 14B )). As a result, the switching element SW8 is turned on, and the voltage of the capacitive element Cstr is supplied to the input of the comparator circuit 30 as the accumulated voltage Vstr. Since the capacitive element Cstr is discharged in the self-offset correction period T0 prior to the touch detection period T1e, the accumulated voltage Vstr becomes 0 V with the start of the touch detection period T1e (FIG. 14 (I)). Furthermore, the comparator circuit 30 outputs a low level (0 V) because the input storage voltage Vstr (comparator input voltage Vcomp) is lower than the reference voltage Vref (FIG. 14 (K)). On the other hand, at the same time, the control signal generation circuit 8 starts to periodically change the voltages of the SW control signals SC11 to SC14 (FIGS. 14C to 14F). That is, first, the control signal generation circuit 8 changes the SW control signals SC11 and SC13 from a low level to a high level (FIGS. 14C and 14E), and also changes the SW control signals SC12 and SC14 from a high level to a low level. The level is changed (FIGS. 14D and 14F), and the state is maintained for a certain time (first period T11e). Next, the control signal generation circuit 8 changes the SW control signals SC11 and SC13 from the high level to the low level (FIGS. 14C and 14E), and changes the SW control signal SC12 from the low level to the high level. (FIG. 14D) and the state is maintained for a certain time (second period T12e). Thereafter, the control signal generation circuit 8 changes the SW control signal SC13 from the low level to the high level (FIG. 14E), and changes the SW control signal SC12 from the high level to the low level (FIG. 14D). This state is maintained for a certain period of time (third period T13e). Then, the control signal generation circuit 8 changes the SW control signal SC13 from the high level to the low level (FIG. 14E), and changes the SW control signals SC12 and SC14 from the low level to the high level (FIG. 14 ( D) and (F)), and maintain the state for a certain period of time (fourth period T14e). The control signal generation circuit 8 generates and outputs SW control signals SC11 to SC14 so as to repeat a series of operations including these four periods T11e to T14e during the touch detection time T1e.

次に、図15および図16を参照して、期間T11e〜T14eにおけるセンサ部7の詳細動作について説明する。   Next, with reference to FIG. 15 and FIG. 16, the detailed operation of the sensor unit 7 in the periods T11e to T14e will be described.

図15は、期間T11e〜T14eにおけるセンサ部7の動作のタイミング図を表すものである。図15において、(A)はSW制御信号SC11の電圧波形を示し、(B)はSW制御信号SC12の電圧波形を示し、(C)はSW制御信号SC13の電圧波形を示し、(D)はSW制御信号SC14の電圧波形を示し、(E)は電極21の電極電圧Vel1の波形を示し、(F)は電極22の電極電圧Vel2の波形を示す。なお、ここでは説明の便宜上、センサ部7と検出部3とは、スイッチング素子SW14の状態に依らず切断されているとする。つまり、センサ部7の電極22から検出部3の容量素子Cstrへのいかなる蓄積電流も流れないとする。   FIG. 15 illustrates a timing chart of the operation of the sensor unit 7 in the periods T11e to T14e. 15A shows the voltage waveform of the SW control signal SC11, FIG. 15B shows the voltage waveform of the SW control signal SC12, FIG. 15C shows the voltage waveform of the SW control signal SC13, and FIG. The voltage waveform of SW control signal SC14 is shown, (E) shows the waveform of electrode voltage Vel1 of electrode 21, (F) shows the waveform of electrode voltage Vel2 of electrode 22. Here, for convenience of explanation, it is assumed that the sensor unit 7 and the detection unit 3 are disconnected regardless of the state of the switching element SW14. That is, it is assumed that no accumulated current flows from the electrode 22 of the sensor unit 7 to the capacitive element Cstr of the detection unit 3.

図16は、タッチ検出期間T1eにおける、センサ部7の状態を表すものであり、(A)は第1の期間T11eにおける状態を示し、(B)は第2の期間T12eにおける状態を示し、(C)は第3の期間T13eにおける状態を示し、(D)は第4の期間T14eにおける状態を示す。   FIG. 16 shows the state of the sensor unit 7 in the touch detection period T1e, (A) shows the state in the first period T11e, (B) shows the state in the second period T12e, C) shows a state in the third period T13e, and (D) shows a state in the fourth period T14e.

第1の期間T11eでは、図16(A)に示したように、スイッチング素子SW11,SW13はオン状態になっており、スイッチング素子SW12,SW14はオフ状態になっている。これにより、電極21,22には、ともに電圧VDDが印加(初期化)される(図15(E),(F))。   In the first period T11e, as shown in FIG. 16A, the switching elements SW11 and SW13 are in the on state, and the switching elements SW12 and SW14 are in the off state. As a result, the voltage VDD is applied (initialized) to the electrodes 21 and 22 (FIGS. 15E and 15F).

第2の期間T12eでは、図16(B)に示したように、スイッチング素子SW12はオン状態になっており、スイッチング素子SW11,SW13,SW14はオフ状態になっている。これにより、電極21には0Vが印加される(図15(E))。このとき、静電容量Cg2の電荷の一部(電荷量Q12e)が、電流として過渡的に静電容量Cmに流れ込む(図16(B))。これにより、電極21の電極電圧Vel1が0Vに下がるのに応じて、電極22の電極電圧Vel2も下がるものの、0Vにはならず、電圧ΔV1になる(図15(F))。言い換えれば、電極22の電極電圧Vel2は、電極21の電極電圧Vel1よりも電圧ΔV1だけ高くなる。   In the second period T12e, as shown in FIG. 16B, the switching element SW12 is in the on state, and the switching elements SW11, SW13, and SW14 are in the off state. Thus, 0 V is applied to the electrode 21 (FIG. 15E). At this time, part of the charge of the capacitance Cg2 (charge amount Q12e) transiently flows into the capacitance Cm as a current (FIG. 16B). Thus, as the electrode voltage Vel1 of the electrode 21 decreases to 0V, the electrode voltage Vel2 of the electrode 22 also decreases, but does not become 0V but becomes the voltage ΔV1 (FIG. 15 (F)). In other words, the electrode voltage Vel2 of the electrode 22 is higher than the electrode voltage Vel1 of the electrode 21 by the voltage ΔV1.

第3の期間T13eでは、図16(C)に示したように、スイッチング素子SW13はオン状態になっており、スイッチング素子SW11,SW12,SW14はオフ状態になっている。これにより、電極22には電圧VDDが印加される(図15(F))。このとき、静電容量Cmの電荷の一部(電荷量Q13e)が、電流として過渡的に静電容量Cg1に流れ込む(図16(C))。これにより、電極22の電極電圧Vel2が電圧VDDに上がるのに応じて、電極21の電極電圧Vel1も上がるものの、電圧VDDにはならず、電圧VDD−ΔV2になる(図15(E))。言い換えれば、電極22の電極電圧Vel2は、電極21の電極電圧Vel1よりも電圧ΔV2だけ高くなる。この電圧ΔV2は、電荷量Q12eと、電荷量Q13eとの和に対応するものである。   In the third period T13e, as shown in FIG. 16C, the switching element SW13 is in the on state, and the switching elements SW11, SW12, and SW14 are in the off state. Thus, the voltage VDD is applied to the electrode 22 (FIG. 15F). At this time, a part of the charge of the capacitance Cm (charge amount Q13e) transiently flows into the capacitance Cg1 as a current (FIG. 16C). Thereby, as the electrode voltage Vel2 of the electrode 22 rises to the voltage VDD, the electrode voltage Vel1 of the electrode 21 also rises, but does not become the voltage VDD but becomes the voltage VDD−ΔV2 (FIG. 15E). In other words, the electrode voltage Vel2 of the electrode 22 is higher than the electrode voltage Vel1 of the electrode 21 by the voltage ΔV2. This voltage ΔV2 corresponds to the sum of the charge amount Q12e and the charge amount Q13e.

第4の期間T14eでは、図16(D)に示したように、スイッチング素子SW12,SW14はオン状態になっており、スイッチング素子SW11,SW13はオフ状態になっている。これにより、電極21には0Vが印加される(図15(E))。このとき、静電容量Cg2の電荷の一部(電荷量Q14e)が、電流として過渡的に静電容量Cmに流れ込む(図16(D))。これにより、電極21の電極電圧Vel1が0Vに下がるのに応じて、電極22の電極電圧Vel2も下がるものの、0Vにはならず、電圧ΔV3になる(図15(F))。言い換えれば、電極22の電極電圧Vel2は、電極21の電極電圧Vel1よりも電圧ΔV3だけ高くなる。この電圧ΔV3は、電荷量Q12e、電荷量Q13e、および電荷量Q14eの和に対応するものである。   In the fourth period T14e, as illustrated in FIG. 16D, the switching elements SW12 and SW14 are in the on state, and the switching elements SW11 and SW13 are in the off state. Thus, 0 V is applied to the electrode 21 (FIG. 15E). At this time, a part of the charge of the capacitance Cg2 (charge amount Q14e) transiently flows into the capacitance Cm as a current (FIG. 16D). Thus, as the electrode voltage Vel1 of the electrode 21 decreases to 0V, the electrode voltage Vel2 of the electrode 22 also decreases, but does not become 0V but becomes the voltage ΔV3 (FIG. 15 (F)). In other words, the electrode voltage Vel2 of the electrode 22 is higher than the electrode voltage Vel1 of the electrode 21 by the voltage ΔV3. This voltage ΔV3 corresponds to the sum of the charge amount Q12e, the charge amount Q13e, and the charge amount Q14e.

このように、第2の期間T12eから第4の期間T14eの各期間では、静電容量Cmと静電容量Cg1,Cg2に起因する過渡電流がながれ、電極電圧Vel1と電極電圧Vel2とに電圧差が生ずるようになる。さらに、期間が進むごとにその電圧差は増幅され、電極22の電極電圧Vel2は、電極21の電極電圧Vel1よりも少しずつ大きくなっていく(図15(E),(F))。   As described above, in each period from the second period T12e to the fourth period T14e, the transient current due to the capacitance Cm and the capacitances Cg1 and Cg2 flows, and the voltage difference between the electrode voltage Vel1 and the electrode voltage Vel2 occurs. Will occur. Furthermore, the voltage difference is amplified with the progress of the period, and the electrode voltage Vel2 of the electrode 22 becomes gradually larger than the electrode voltage Vel1 of the electrode 21 (FIGS. 15E and 15F).

以上では、説明の便宜上、センサ部7と検出部3とは、スイッチング素子SW14の状態に依らず切断されているとしたが、実際には、第4の期間T14eにおいて、センサ部7の電極22は、検出部3の容量素子Cstrと接続される。これにより、電極電圧Vel2が増幅された電極22から、静電容量Cm,Cg2の電荷の一部が、スイッチング素子SW14を介して、過渡的な蓄積電流Istrとして容量素子Cstrに流れ込む。そして、蓄積電圧Vstrは、過渡的な蓄積電流Istrとして流れ込んだ電荷の分だけ上昇する(図14(I))。   In the above, for convenience of explanation, it is assumed that the sensor unit 7 and the detection unit 3 are disconnected regardless of the state of the switching element SW14, but actually, in the fourth period T14e, the electrode 22 of the sensor unit 7 is used. Is connected to the capacitive element Cstr of the detector 3. As a result, a part of the charges of the electrostatic capacitances Cm and Cg2 flows into the capacitive element Cstr as the transient accumulated current Istr through the switching element SW14 from the electrode 22 where the electrode voltage Vel2 is amplified. Then, the storage voltage Vstr rises by the amount of electric charge that flows as the transient storage current Istr (FIG. 14 (I)).

その後、第1の期間T11e〜第4の期間T14eからなる一連の動作が繰り返されることにより、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、第4の期間T14eにおいて、スイッチング素子SW14がオン状態になるたびに、容量素子Cstrには電荷が蓄積され、それに伴い、蓄積電圧Vstrが上昇する(図14(I))。   Thereafter, a series of operations including the first period T11e to the fourth period T14e is repeated, so that the switching element SW14 is turned on in the fourth period T14e based on the operation principle of the so-called switched capacitor. As a result, charges are accumulated in the capacitive element Cstr, and accordingly, the accumulated voltage Vstr rises (FIG. 14 (I)).

そして、この蓄積電圧Vstr(コンパレータ入力電圧Vcomp)が、リファレンス電圧Vrefの電圧レベルを超えるようになると、コンパレータ回路30が、これらの比較結果(検出信号Vdet)として高レベル電圧を出力する(図14(K))。つまり、検出信号Vdetは、容量素子Cstrへの電荷の蓄積が開始された後、容量素子Cstrの電荷の蓄積量がある一定量(Cstr×Vref)に到達するまでの時間(蓄積時間tstr)、低レベルを維持する。タッチ判定部4は、検出信号Vdetに基づいて、この蓄積時間tstrを検出し、これを利用して外部近接物体の有無を検出する。   When the accumulated voltage Vstr (comparator input voltage Vcomp) exceeds the voltage level of the reference voltage Vref, the comparator circuit 30 outputs a high level voltage as the comparison result (detection signal Vdet) (FIG. 14). (K)). That is, the detection signal Vdet is the time (accumulation time tstr) until the charge accumulation amount of the capacitance element Cstr reaches a certain amount (Cstr × Vref) after the accumulation of the charge in the capacitance element Cstr is started. Maintain a low level. The touch determination unit 4 detects the accumulation time tstr based on the detection signal Vdet, and detects the presence or absence of an external proximity object using this.

(外部近接物体が有るときのタッチセンサ90の動作)
次に、タッチセンサ90のタッチ検出領域に外部近接物体が有るときにおける、タッチ検出期間T1eの動作例を説明する。
(Operation of the touch sensor 90 when there is an external proximity object)
Next, an operation example of the touch detection period T1e when there is an external proximity object in the touch detection area of the touch sensor 90 will be described.

外部近接物体が有るときでも、センサ部2は、外部近接物体が無いときと同様に、タッチ検出期間T1eにおいて、図14および図15に示したように動作する。しかしながら、第2の期間T12e、第3の期間T13eおよび第4の期間T14eで発生する過渡電流は、外部近接物体の有無により異なり、結果として、電圧ΔV1〜ΔV3もまた異なるものとなる。   Even when there is an external proximity object, the sensor unit 2 operates as shown in FIGS. 14 and 15 in the touch detection period T1e as in the case where there is no external proximity object. However, the transient currents generated in the second period T12e, the third period T13e, and the fourth period T14e are different depending on the presence or absence of an external proximity object, and as a result, the voltages ΔV1 to ΔV3 are also different.

図2に示したように、タッチセンサ10のタッチ検出領域での外部近接物体の有無により、静電容量Cm,Cg1,Cg2は変化する。すなわち、静電容量Cmに関しては、外部近接物体が有るときの値(静電容量Cmb)は、外部近接物体が無いときの値(静電容量Cma)よりも小さくなる。また、静電容量Cg1,Cg2に関しては、外部近接物体が有るときの値(Cp1+Cf1,Cp2+Cf2)は、外部近接物体が無いときの値(Cp1,Cp2)よりも大きくなる。これにより、外部近接物体が有るときの上記の電圧ΔV1〜ΔV3は、外部近接物体が無いときに比べ大きくなる。よって、第4の期間T14eにおいて、電極22から容量素子Cstrに流れる過渡的な蓄積電流Istrもまた、外部近接物体が無いときに比べ大きくなる。   As shown in FIG. 2, the capacitances Cm, Cg1, and Cg2 change depending on the presence or absence of an external proximity object in the touch detection area of the touch sensor 10. That is, regarding the capacitance Cm, the value when there is an external proximity object (capacitance Cmb) is smaller than the value when there is no external proximity object (capacitance Cma). Regarding the capacitances Cg1 and Cg2, values when there is an external proximity object (Cp1 + Cf1, Cp2 + Cf2) are larger than values when there is no external proximity object (Cp1, Cp2). Accordingly, the voltages ΔV1 to ΔV3 when there is an external proximity object are larger than when there is no external proximity object. Therefore, in the fourth period T14e, the transient accumulated current Istr flowing from the electrode 22 to the capacitive element Cstr is also larger than when there is no external proximity object.

図17は、本実施の形態に係るタッチセンサ90のタイミング図の一例であり、外部近接物体があるときの例を表すものである。図17において、(A)はSW制御信号SAの電圧波形を示し、(B)はSW制御信号SBの電圧波形を示し、(C)はSW制御信号SC11の電圧波形を示し、(D)はSW制御信号SC12の電圧波形を示し、(E)はSW制御信号SC13の電圧波形を示し、(F)はSW制御信号SC14の電圧波形を示し、(G)は電極21の電極電圧Vel1の波形を示し、(H)は電極22の電極電圧Vel2の波形を示し、(I)は蓄積電圧Vstrの波形を示し、(J)はコンパレータ入力電圧Vcompの波形を示し、(K)は検出信号Vdetの波形を示す。   FIG. 17 is an example of a timing diagram of the touch sensor 90 according to the present embodiment, and represents an example when there is an external proximity object. 17A shows the voltage waveform of the SW control signal SA, FIG. 17B shows the voltage waveform of the SW control signal SB, FIG. 17C shows the voltage waveform of the SW control signal SC11, and FIG. The voltage waveform of the SW control signal SC12 is shown, (E) shows the voltage waveform of the SW control signal SC13, (F) shows the voltage waveform of the SW control signal SC14, and (G) shows the waveform of the electrode voltage Vel1 of the electrode 21. (H) shows the waveform of the electrode voltage Vel2 of the electrode 22, (I) shows the waveform of the accumulated voltage Vstr, (J) shows the waveform of the comparator input voltage Vcomp, and (K) shows the detection signal Vdet. The waveform is shown.

外部近接物体がある場合には、例えば、第4の期間T14eにおいて、過渡的な蓄積電流Istrが多くなり、これが流れ込む容量素子Cstrにおける電荷の蓄積量も多くなり、これに伴い、蓄積電圧Vstrの上昇量もまた大きくなる。このタッチ検出期間T1eでは、第1の期間T11e〜第4の期間T14eからなる一連の動作が繰り返されることにより、第4の期間T14eのたびに、蓄積電圧Vstrが上昇するが、外部近接物体がある場合には、その蓄積電圧Vstrの変化速度が早くなることとなる。これに起因して、外部近接物体がある場合は、蓄積時間tstrが短くなる(図17(K))。   In the case where there is an external proximity object, for example, in the fourth period T14e, the transient accumulated current Istr increases, and the accumulated amount of charge in the capacitive element Cstr into which it flows increases. The amount of increase will also increase. In the touch detection period T1e, a series of operations including the first period T11e to the fourth period T14e are repeated, so that the accumulated voltage Vstr increases every fourth period T14e. In some cases, the rate of change of the accumulated voltage Vstr increases. Due to this, when there is an external proximity object, the accumulation time tstr is shortened (FIG. 17K).

以上に示したように、蓄積時間tstrは、外部近接物体の有無に応じて変化する。よって、タッチ判定部4の判定回路は、蓄積時間tstrと、あらかじめ定められたリファレンス時間trefとを比較することにより、外部近接物体の有無を判定することができる。   As described above, the accumulation time tstr varies depending on the presence or absence of an external proximity object. Therefore, the determination circuit of the touch determination unit 4 can determine the presence or absence of an external proximity object by comparing the accumulation time tstr with a predetermined reference time tref.

[効果]
以上のように本実施の形態では、第1の電極および第2の電極の両方を駆動電極とし、これらの電極の間で複数回スイッチト・キャパシタ動作を繰り返すようにしたので、外部近接物体の有無に対応した情報が増幅され、小さい電極によりセンサ部を構成した場合でも、精度よく外部近接物体の有無を検出することができる。特に、小さい電極を有するセンサ部を用いてタッチセンサ付き表示装置を構成した場合は、センサ部を小型化できるため、その額縁領域を狭くすることができる。その他の効果は、上記第1の実施の形態の場合と同様である。
[effect]
As described above, in the present embodiment, both the first electrode and the second electrode are used as drive electrodes, and the switched capacitor operation is repeated a plurality of times between these electrodes. Even when information corresponding to the presence / absence is amplified and the sensor unit is configured by small electrodes, the presence / absence of an external proximity object can be detected with high accuracy. In particular, when a display device with a touch sensor is configured using a sensor portion having small electrodes, the frame portion can be narrowed because the sensor portion can be reduced in size. Other effects are the same as in the case of the first embodiment.

[変形例2−1]
上記実施の形態では、タッチ検出期間T1eは、4つの期間T11e〜T14eを有し、これを繰り返すものとしたが、これに限定されるものではなく、n個の期間(nは自然数)を有し、これを繰り返すものとしても良い。nが偶数の場合には、回路構成は、本実施の形態(n=4)におけるタッチセンサ90(図13)と同様のものを用いることができ、そのタイミング図は、図14,15と同様のものを用いることができる。具体的には、そのタイミング図は、図14,15における第2の期間T12eおよび第3の期間T13eを、必要な回数だけ交互に追加したものを用いることができる。例えば、n=6の場合は、タッチ検出期間T1eは、6つの期間(T11e、T12e、T13e、T12e、T13e、T14e)を有し、これを繰り返すものである。一方、nが奇数の場合には、その回路構成は、例えば、図18に示したものになる。
[Modification 2-1]
In the above embodiment, the touch detection period T1e has four periods T11e to T14e and is repeated. However, the present invention is not limited to this, and has n periods (n is a natural number). However, this may be repeated. When n is an even number, the same circuit configuration as that of the touch sensor 90 (FIG. 13) in the present embodiment (n = 4) can be used, and the timing chart thereof is the same as in FIGS. Can be used. Specifically, the timing diagram can be obtained by alternately adding the second period T12e and the third period T13e in FIGS. 14 and 15 as many times as necessary. For example, when n = 6, the touch detection period T1e has six periods (T11e, T12e, T13e, T12e, T13e, and T14e), and this is repeated. On the other hand, when n is an odd number, the circuit configuration is, for example, as shown in FIG.

図18は、nが奇数の場合のタッチセンサの回路構成例を表すものである。タッチセンサ90Fは、センサ部7Fと、駆動信号生成回路8Fとを有する。その他の構成は、本実施の形態(図13)と同様である。センサ部7Fは、電極21,22と、スイッチング素子SW21〜SW24とを有している。スイッチング素子SW21は、接地(GND)と電極21との間に配置され、SW制御信号SC21によりオンオフ制御が行われ、電極21に接地(GND)を時分割的に印加する。スイッチング素子SW22は、電圧VDDと電極22との間に配置され、SW制御信号SC22によりオンオフ制御が行われ、電極22に電圧VDDを時分割的に印加する。スイッチング素子SW23は、接地(GND)と電極22との間に配置され、SW制御信号SC23によりオンオフ制御が行われ、電極22に接地(GND)を時分割的に印加する。スイッチング素子SW24は、電極22と検出部7の容量素子Cstrとの間に配置され、SW制御信号SC24によりオンオフ制御が行われる。信号生成回路8Fは、タイミング制御回路6に基づいて、SW制御信号SA,SB,SC21〜SC24を生成するとともに、SW制御信号SA,SBを検出部3に供給し、SW制御信号SC21〜SC24をセンサ部7Fに供給するものである。   FIG. 18 illustrates a circuit configuration example of the touch sensor when n is an odd number. The touch sensor 90F includes a sensor unit 7F and a drive signal generation circuit 8F. Other configurations are the same as those of the present embodiment (FIG. 13). The sensor unit 7F includes electrodes 21 and 22 and switching elements SW21 to SW24. The switching element SW21 is disposed between the ground (GND) and the electrode 21, is on / off controlled by the SW control signal SC21, and applies the ground (GND) to the electrode 21 in a time-sharing manner. The switching element SW22 is arranged between the voltage VDD and the electrode 22, and is subjected to on / off control by the SW control signal SC22, and applies the voltage VDD to the electrode 22 in a time-sharing manner. The switching element SW23 is arranged between the ground (GND) and the electrode 22, is on / off controlled by the SW control signal SC23, and applies the ground (GND) to the electrode 22 in a time-sharing manner. The switching element SW24 is disposed between the electrode 22 and the capacitive element Cstr of the detection unit 7, and ON / OFF control is performed by the SW control signal SC24. Based on the timing control circuit 6, the signal generation circuit 8F generates the SW control signals SA, SB, SC21 to SC24, supplies the SW control signals SA and SB to the detection unit 3, and supplies the SW control signals SC21 to SC24. It supplies to the sensor part 7F.

図19は、n=5の場合のセンサ部7Fの動作のタイミング図を表すものである。この場合、5つの期間は、T11f、T12f、T13f、T14f、T15fからなる。電極21の電極電圧Vel1と電極22の電極電圧Vel2との電圧差Vel2−Vel1は、第2の期間T12fにおいて電圧ΔV1となり、第3の期間T13fにおいて電圧ΔV2となり、第4の期間T14fにおいて電圧ΔV3となり、第5の期間T15fにおいて電圧ΔV4となることにより、電極22の電極電圧Vel2を増幅するとともに、電極22から容量素子Cstrに過渡的な蓄積電流Istrを流し込み、これにより容量素子Cstrに電荷が蓄積される。そして、第1の期間T11f〜第5の期間T15fからなる一連の動作が繰り返されることにより、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、第5の期間T15fにおいて、スイッチング素子SW24がオン状態になるたびに、容量素子Cstrには電荷が蓄積され、それに伴い、蓄積電圧Vstrが上昇する。   FIG. 19 shows a timing chart of the operation of the sensor unit 7F when n = 5. In this case, the five periods include T11f, T12f, T13f, T14f, and T15f. The voltage difference Vel2-Vel1 between the electrode voltage Vel1 of the electrode 21 and the electrode voltage Vel2 of the electrode 22 is the voltage ΔV1 in the second period T12f, the voltage ΔV2 in the third period T13f, and the voltage ΔV3 in the fourth period T14f. Thus, the voltage ΔV4 in the fifth period T15f amplifies the electrode voltage Vel2 of the electrode 22, and the transient accumulated current Istr flows from the electrode 22 to the capacitive element Cstr. Accumulated. Then, by repeating a series of operations including the first period T11f to the fifth period T15f, the switching element SW24 is turned on in the fifth period T15f based on the operation principle of the so-called switched capacitor. Every time the charge is accumulated in the capacitive element Cstr, the accumulated voltage Vstr rises accordingly.

このように、第1の電極および第2の電極の間におけるスイッチト・キャパシタ動作の繰り返し回数は、任意の回数に設定することができる。よって、この繰り返し回数を増やすことにより、外部近接物体の有無に対応した情報が増幅され、さらに精度よく外部近接物体の有無を検出することができる。   As described above, the number of times the switched capacitor operation is repeated between the first electrode and the second electrode can be set to an arbitrary number. Therefore, by increasing the number of repetitions, information corresponding to the presence or absence of an external proximity object is amplified, and the presence or absence of an external proximity object can be detected with higher accuracy.

[変形例2−2]
本実施の形態におけるタッチセンサは、第1の実施の形態と同様に、蓄積電圧Vstrの変化速度を、ある一定のタイミングにおける蓄積電圧Vstrの電圧値として測定してもよい。その際、図10や図12に示したように、ADC回路を用いて検出部を構成してもよい。
[Modification 2-2]
As in the first embodiment, the touch sensor according to the present embodiment may measure the rate of change of the accumulated voltage Vstr as the voltage value of the accumulated voltage Vstr at a certain timing. At that time, as shown in FIGS. 10 and 12, the detection unit may be configured using an ADC circuit.

<3.具体的な応用例>
次に、図20〜図23を参照して、上記実施の形態および変形例で説明したタッチセンサおよびタッチセンサ付き表示装置の具体的な応用例について説明する。
<3. Specific application examples>
Next, specific application examples of the touch sensor and the display device with the touch sensor described in the above embodiment and the modified examples will be described with reference to FIGS.

(応用例1)
図20(A),(B)は、携帯情報端末110の表示動作およびタッチセンサ動作の一例を表すものである。タッチセンサ付き表示部17Aは、図20(A)に示したように、主画面100の額縁領域に配置されており、例えば、主画面100に表示された内容に従い、ユーザがタッチセンサ付き表示部17Aを用いて情報を入力できるようになっている。タッチセンサ付き表示部17Aは、図1に示したものと同様に、センサ部2およびセンサ表示部14を有している。このタッチセンサ付き表示部17Aは、省スペース性の観点から、主画面100(有効表示領域)と同じアレイ基板に形成されることが望ましく、特に、そのセンサ表示部14は、主画面100と同一の構造の表示素子をもつことが望ましい。具体的には、主画面100が液晶素子を用いている場合には、そのセンサ表示部14は、液晶素子により表示を行うものが望ましい。
(Application 1)
20A and 20B illustrate an example of the display operation and touch sensor operation of the portable information terminal 110. FIG. As shown in FIG. 20A, the display unit 17A with the touch sensor is arranged in the frame area of the main screen 100. For example, the display unit with the touch sensor is displayed by the user according to the content displayed on the main screen 100. Information can be input using 17A. The display unit 17A with a touch sensor includes the sensor unit 2 and the sensor display unit 14 as in the case shown in FIG. The display unit 17A with a touch sensor is preferably formed on the same array substrate as the main screen 100 (effective display area) from the viewpoint of space saving. In particular, the sensor display unit 14 is the same as the main screen 100. It is desirable to have a display element of the structure. Specifically, when the main screen 100 uses a liquid crystal element, it is desirable that the sensor display unit 14 performs display using the liquid crystal element.

携帯情報端末110は、主画面100に表示された内容に従い、対応するタッチセンサ付き表示部17Aにタッチすることにより情報を入力する機能を有する。例えば、図20(A)では、ユーザは、タッチセンサ付き表示部17Aをタッチすることにより、4つの機能のうち1つを選択することができる。また、図20(B)では、例えば携帯情報端末110が音を出力する機能を有している場合などにおいて、ユーザは、複数のタッチセンサ付き表示部17Aにまたがって指をスライドして動かすことにより、音量を調節することができる。このように、携帯情報端末110では、主画面100に表示する内容を変更することにより、その表示内容に応じた様々な情報を、タッチセンサ付き表示部17Aを用いて入力することができる。   The portable information terminal 110 has a function of inputting information by touching the corresponding display unit 17A with a touch sensor in accordance with the content displayed on the main screen 100. For example, in FIG. 20A, the user can select one of four functions by touching the display unit 17A with a touch sensor. In FIG. 20B, for example, when the portable information terminal 110 has a function of outputting sound, the user slides and moves his / her finger across the plurality of display units 17A with touch sensors. The volume can be adjusted. Thus, in the portable information terminal 110, by changing the content displayed on the main screen 100, various information according to the display content can be input using the display unit 17A with a touch sensor.

(応用例2)
図21は、携帯情報端末120の表示動作およびタッチセンサ動作の一例を表すものであり、(A)は携帯情報端末120の平面図を示し、(B)はタッチセンサ付き表示部17Bの構成例を示す。タッチセンサ付き表示部17Bは、図21(A)に示したように、主画面100および副画面101に隣接する場所に配置されており、例えば、ユーザが、主画面100もしくは副画面101に表示された内容に従ってタッチセンサ付き表示部17Bを用いて情報を入力し、あるいは、タッチセンサ付き表示部17Bを用いて情報を入力しながら、主画面100および副画面101における表示を確認できるようになっている。タッチセンサ付き表示部17Bは、図21(B)に示したように、センサ部2および表示素子102を有している。表示素子102は、図1のセンサ表示部14を構成する一表示要素である。これらは、タッチセンサ付き表示部17Bにおいてマトリックス状に配置されており、表示の自由度をある程度確保するとともに、タッチ位置の検出の機能も有するようになっている。このタッチセンサ付き表示部17Bは、省スペース性の観点から、少なくとも副画面101(有効表示領域)と同じ基板上に形成されることが望ましく、副画面101と同一の構造の表示素子をもつことが望ましい。さらに、センサ表示部14は、副画面101だけでなく主画面100(有効表示領域)と同じ基板上に形成されても良く、センサ表示部14、主画面100、および副画面101が、お互いに同一の構造の表示素子を持つことが望ましい。
(Application example 2)
FIG. 21 illustrates an example of the display operation and the touch sensor operation of the portable information terminal 120, (A) shows a plan view of the portable information terminal 120, and (B) shows a configuration example of the display unit 17B with a touch sensor. Indicates. As shown in FIG. 21A, the display unit with a touch sensor 17B is arranged at a location adjacent to the main screen 100 and the sub screen 101. For example, the user can display the display unit 17B on the main screen 100 or the sub screen 101. In accordance with the contents, information can be input using the display unit 17B with a touch sensor, or display on the main screen 100 and the sub screen 101 can be confirmed while inputting information using the display unit 17B with a touch sensor. ing. The display unit 17B with the touch sensor includes the sensor unit 2 and the display element 102 as illustrated in FIG. The display element 102 is one display element that constitutes the sensor display unit 14 of FIG. These are arranged in a matrix in the display unit 17B with a touch sensor, and ensure a certain degree of freedom of display and also have a function of detecting a touch position. The display unit 17B with a touch sensor is desirably formed on at least the same substrate as the sub screen 101 (effective display area) from the viewpoint of space saving, and has a display element having the same structure as the sub screen 101. Is desirable. Further, the sensor display unit 14 may be formed not only on the sub screen 101 but also on the same substrate as the main screen 100 (effective display area), and the sensor display unit 14, the main screen 100, and the sub screen 101 are mutually connected. It is desirable to have display elements having the same structure.

携帯情報端末120は、この例では、主画面100もしくは副画面101に表示された内容に従い、タッチセンサ表示部17Bに表示されたボタンにより、情報を入力する機能を有する。また、携帯情報端末101と同様に、主画面100もしくは副画面101において表示する内容を変更することにより、その表示内容に応じた様々な情報を入力することができる。さらに、タッチセンサ表示部17B自体の表示内容を変更することにより、例えば、ユーザがより直感的に操作方法を理解できるようにすることが可能である。また、タッチ位置の検出機能を利用することにより、例えば、タッチセンサ表示部17Bに複数のボタンを表示し、複数の情報を入力できるようにすることも可能である。   In this example, the portable information terminal 120 has a function of inputting information using buttons displayed on the touch sensor display unit 17B in accordance with the contents displayed on the main screen 100 or the sub screen 101. Similarly to the portable information terminal 101, by changing the content displayed on the main screen 100 or the sub screen 101, various information according to the display content can be input. Furthermore, by changing the display content of the touch sensor display unit 17B itself, for example, the user can more intuitively understand the operation method. In addition, by using the touch position detection function, for example, it is possible to display a plurality of buttons on the touch sensor display unit 17B and to input a plurality of information.

(応用例3)
図22は、携帯情報端末130の表示動作およびタッチセンサ動作の一例を表すものであり、(A)は携帯情報端末130の平面図を示し、(B)はタッチセンサ付き表示部17Cの構成例を示す。タッチセンサ付き表示部17Cは、図22(A)に示したように、主画面100および副画面101に隣接する場所に配置されている。タッチセンサ付き表示部17Cの構成は、図22(B)に示したように、タッチセンサ付き表示部17B(図21(B))と同様であり、表示の自由度をある程度確保するとともに、タッチ位置の検出の機能も有するようになっている。
(Application 3)
22A and 22B show an example of the display operation and touch sensor operation of the portable information terminal 130. FIG. 22A is a plan view of the portable information terminal 130, and FIG. 22B is a configuration example of the display unit 17C with a touch sensor. Indicates. As shown in FIG. 22A, the display unit with a touch sensor 17C is arranged at a location adjacent to the main screen 100 and the sub screen 101. The configuration of the display unit 17C with a touch sensor is the same as that of the display unit 17B with a touch sensor (FIG. 21B), as shown in FIG. It also has a function of position detection.

携帯情報端末130は、この例では、主画面100もしくは副画面101に表示された内容に従い、タッチセンサ表示部17Cに表示された4つの方向を示す選択スイッチにより、情報を入力する機能を有する。これにより、選択スイッチの数に依存せずに、より多くの情報を入力することが可能となる。   In this example, the portable information terminal 130 has a function of inputting information according to the contents displayed on the main screen 100 or the sub-screen 101 by using a selection switch indicating four directions displayed on the touch sensor display unit 17C. This makes it possible to input more information without depending on the number of selection switches.

(応用例4)
図23は、携帯情報端末140の表示動作およびタッチセンサ動作の一例を表すものであり、(A)は携帯情報端末140の平面図を示し、(B)はタッチセンサ付き表示部17Dの構成例を示す。タッチセンサ付き表示部17Dは、図23(A)に示したように、主画面100および副画面101に隣接する場所に配置されている。さらに、携帯情報端末140には、タッチセンサ付き表示部17Dとは別の情報入力機能をもつタッチセンサ付き表示部(この例ではタッチセンサ付き表示部17C)も配置されている。タッチセンサ付き表示部17Dの構成は、図23(B)に示したように、タッチセンサ付き表示部17B(図21(B)),17C(図22(B))と同様であり、表示の自由度をある程度確保するとともに、タッチ位置の検出の機能も有するようになっている。
(Application 4)
23A and 23B show an example of the display operation and touch sensor operation of the portable information terminal 140. FIG. 23A is a plan view of the portable information terminal 140, and FIG. 23B is a configuration example of the display unit 17D with a touch sensor. Indicates. The display unit 17D with a touch sensor is arranged at a location adjacent to the main screen 100 and the sub screen 101 as shown in FIG. Further, the mobile information terminal 140 is also provided with a display unit with a touch sensor (in this example, display unit 17C with a touch sensor) having an information input function different from the display unit with touch sensor 17D. As shown in FIG. 23B, the configuration of the display unit 17D with a touch sensor is the same as that of the display units 17B (FIG. 21B) and 17C (FIG. 22B) with a touch sensor. While ensuring a certain degree of freedom, it also has a function of detecting the touch position.

携帯情報端末140は、主画面100もしくは副画面101に表示された内容に従い、タッチセンサ表示部17C,17Dを用いて情報を入力する機能を有する。例えば、図23(B)では、例えば携帯情報端末140が主画面100に写真を表示する機能を有している場合などにおいて、ユーザは、タッチセンサ付き表示部17Dに表示されたリング状の図形をなぞることにより、いわゆるロータリースイッチとして、その写真の一部を拡大もしくは縮小して表示するように指示することができる。また、携帯情報端末140では、複数のタッチセンサ表示部17C,17Dを設けることにより、様々な情報を並行して入力することが可能になる。   The portable information terminal 140 has a function of inputting information using the touch sensor display units 17C and 17D in accordance with the contents displayed on the main screen 100 or the sub screen 101. For example, in FIG. 23B, when the portable information terminal 140 has a function of displaying a photograph on the main screen 100, for example, the user displays a ring-shaped graphic displayed on the display unit 17D with a touch sensor. Can be instructed to enlarge or reduce a part of the photograph as a so-called rotary switch. Moreover, in the portable information terminal 140, by providing a plurality of touch sensor display units 17C and 17D, various information can be input in parallel.

また、いずれの携帯情報端末においても、タッチセンサ付き表示部の機能を固定せずに、携帯情報端末における操作内容によって、例えば、ボタン(図21(B))の機能と選択スイッチ(図22(B))の機能とを切り替えることにより、情報入力の自由度はより高いものとなる。これにより、特に、小型もしくは多機能な携帯情報端末においては、そのユーザーインターフェースが大幅に向上することとなる。   Further, in any portable information terminal, the function of the button (FIG. 21B) and the selection switch (FIG. 22 (FIG. 22B)) are not fixed depending on the operation content in the portable information terminal without fixing the function of the display unit with the touch sensor. By switching the function of B)), the degree of freedom of information input becomes higher. Thereby, especially in a small-sized or multifunctional portable information terminal, the user interface is greatly improved.

<4.電子機器への適用例>
次に、図24〜図28を参照して、上記実施の形態および変形例で説明したタッチセンサ付き表示装置の電子機器への適用例について説明する。上記実施の形態等のタッチセンサ付き表示装置は、テレビジョン装置、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどのあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。言い換えると、上記実施の形態等のタッチセンサ付き表示装置は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。
<4. Application example to electronic equipment>
Next, with reference to FIGS. 24 to 28, application examples of the display device with a touch sensor described in the above embodiment and the modified examples to electronic devices will be described. The display device with a touch sensor in the above-described embodiments can be applied to electronic devices in various fields such as a television device, a digital camera, a notebook personal computer, a mobile terminal device such as a mobile phone, or a video camera. . In other words, the display device with a touch sensor according to the above-described embodiment or the like can be applied to electronic devices in various fields that display an externally input video signal or an internally generated video signal as an image or video. is there.

(適用例1)
図24は、上記実施の形態等のタッチセンサ付き表示装置が適用されるテレビジョン装置の外観を表すものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル511およびフィルターガラス512を含む映像表示画面部510を有しており、この映像表示画面部510は、上記実施の形態等に係るタッチセンサ付き表示装置により構成されている。
(Application example 1)
FIG. 24 illustrates an appearance of a television device to which the display device with a touch sensor according to the above-described embodiment and the like is applied. The television apparatus has, for example, a video display screen unit 510 including a front panel 511 and a filter glass 512, and the video display screen unit 510 is configured by the display device with a touch sensor according to the above-described embodiment and the like. Has been.

(適用例2)
図25は、上記実施の形態等のタッチセンサ付き表示装置が適用されるデジタルカメラの外観を表すものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部521、表示部522、メニュースイッチ523およびシャッターボタン524を有しており、その表示部522は、上記実施の形態等に係るタッチセンサ付き表示装置により構成されている。
(Application example 2)
FIG. 25 illustrates an appearance of a digital camera to which the display device with a touch sensor according to the above-described embodiment or the like is applied. The digital camera includes, for example, a flash light emitting unit 521, a display unit 522, a menu switch 523, and a shutter button 524. The display unit 522 is provided by the display device with a touch sensor according to the above-described embodiment and the like. It is configured.

(適用例3)
図26は、上記実施の形態等のタッチセンサ付き表示装置が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を表すものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体531、文字等の入力操作のためのキーボード532および画像を表示する表示部533を有しており、その表示部533は、上記実施の形態等に係るタッチセンサ付き表示装置により構成されている。
(Application example 3)
FIG. 26 illustrates an appearance of a notebook personal computer to which the display device with a touch sensor according to the above-described embodiment or the like is applied. The notebook personal computer includes, for example, a main body 531, a keyboard 532 for inputting characters and the like, and a display unit 533 for displaying an image. The display unit 533 is a touch according to the above-described embodiment and the like. It is comprised by the display apparatus with a sensor.

(適用例4)
図27は、上記実施の形態等のタッチセンサ付き表示装置が適用されるビデオカメラの外観を表すものである。このビデオカメラは、例えば、本体部541、この本体部541の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ542、撮影時のスタート/ストップスイッチ543および表示部544を有している。そして、その表示部544は、上記実施の形態等に係るタッチセンサ付き表示装置により構成されている。
(Application example 4)
FIG. 27 illustrates an appearance of a video camera to which the display device with a touch sensor according to the above-described embodiment or the like is applied. This video camera has, for example, a main body 541, a subject shooting lens 542 provided on the front side surface of the main body 541, a start / stop switch 543 at the time of shooting, and a display 544. And the display part 544 is comprised by the display apparatus with a touch sensor which concerns on the said embodiment etc.

(適用例5)
図28は、上記実施の形態等のタッチセンサ付き表示装置が適用される携帯電話機の外観を表すものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体710と下側筐体720とを連結部(ヒンジ部)730で連結したものであり、ディスプレイ740、サブディスプレイ750、ピクチャーライト760およびカメラ770を有している。そのディスプレイ740またはサブディスプレイ750は、上記実施の形態等に係るタッチセンサ付き表示装置により構成されている。
(Application example 5)
FIG. 28 illustrates an appearance of a mobile phone to which the display device with a touch sensor according to the above-described embodiment and the like is applied. For example, the mobile phone is obtained by connecting an upper housing 710 and a lower housing 720 with a connecting portion (hinge portion) 730, and includes a display 740, a sub-display 750, a picture light 760, and a camera 770. Yes. The display 740 or the sub-display 750 is configured by a display device with a touch sensor according to the above-described embodiment or the like.

以上、いくつかの実施の形態および変形例、ならびにそれらの具体的な応用例および電子機器への適用例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等には限定されず、種々の変形が可能である。   As described above, the present invention has been described with reference to some embodiments and modifications, and specific application examples and application examples to electronic devices. However, the present invention is not limited to these embodiments and the like. However, various modifications are possible.

上記実施の形態等では、有効表示領域13およびセンサ表示部14の表示素子として、ともに液晶素子を用いるとしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、ともに有機EL(Electro Luminescence)素子などのEL素子を用いてもよい。また、有効表示領域13とセンサ表示部14とで、別の構造をもつ表示素子を用いても良い。   In the above-described embodiment and the like, liquid crystal elements are used as the display elements of the effective display area 13 and the sensor display unit 14, but the present invention is not limited to this, and instead, for example, both organic EL ( An EL element such as an Electro Luminescence element may be used. Further, display elements having different structures may be used for the effective display region 13 and the sensor display unit 14.

上記実施の形態等では、センサ表示部14は有効表示領域13と同様に表示を行うものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、センサ表示部14の表示内容が固定されていてもよい。この場合、例えば、センサ表示部14は、液晶を介さずにバックライトから光を射出し、センサ表示部14の表面に配置されたカバー部材にあらかじめ印刷された、機能を示す記号などを通して表示を行うものであってもよい。また、省スペース性が重要でない場合には、例えば、センサ表示部14は、発光ダイオードを新たに設け、その発光ダイオードから光を射出し、同様にあらかじめ印刷された記号などを通して表示を行うものであってもよい。   In the above-described embodiment and the like, the sensor display unit 14 performs display in the same manner as the effective display area 13, but is not limited to this. For example, the display content of the sensor display unit 14 is fixed. Also good. In this case, for example, the sensor display unit 14 emits light from the backlight without passing through the liquid crystal, and displays the display through a symbol or the like indicating a function printed in advance on a cover member disposed on the surface of the sensor display unit 14. You may do it. In addition, when space saving is not important, for example, the sensor display unit 14 is newly provided with a light emitting diode, emits light from the light emitting diode, and similarly displays through a preprinted symbol or the like. There may be.

上記実施の形態等では、センサ表示部14を設けるとしたが、これを設けなくても良い。この場合でも、センサ部2や検出部3を同じアレイ基板11上に形成することにより、小型化が実現できる。   In the above embodiment and the like, the sensor display unit 14 is provided, but this may not be provided. Even in this case, it is possible to reduce the size by forming the sensor unit 2 and the detection unit 3 on the same array substrate 11.

1…タッチセンサ付き表示装置、2,2B,7,7F…センサ部、3,3B,3C,3D…検出部、4,4B,4C…タッチ判定部、5,5C…制御信号生成部、6,6C…タイミング制御回路、8,8F,50,50C…制御信号生成回路、10,10B,10C,10D、90,90F…タッチセンサ、11…アレイ基板、12…カラーフィルタ基板、13…有効表示領域、14…センサ表示部、15…COG、16…端子部、17,17A,17B,17C,17D…タッチセンサ付き表示部、21,22…電極、30…コンパレータ回路、31,32,51…インバータ回路、33…S/H回路、34…ADC回路、35…ラッチ回路、41,41B…時間計測回路、42,42C…判定回路、43…メモリ、100…主画面、101…副画面、102A,102B…表示素子、110,120,130,140…携帯情報端末、Cdet…検出コード、Ccomp,Cstr…容量素子、Cf1,Cf2,Cg,Cm,Cma,Cmb,Cp1,Cp2…静電容量、GND…接地、Istr…過渡電流、P1…点、Q12e,Q13e,Q14e…電荷量、SA,SB,SC,SCB,SC11〜SC14,SC21〜SC24…SW制御信号、SD…読込制御信号、SW1〜SW8,SW11〜SW14、SW21〜SW24…スイッチング素子、T0…自己オフセット補正期間、T0c…準備期間、T1,T1c,T1e…タッチ検出期間、T11,T12,T11e,T12e,T13e,T14e…期間、T2…終了期間、Tstr…蓄積時間、Vcomp…コンパレータ入力電圧、VDD…電源、Vdet…検出信号、Vel1,Vel2…電極電圧、Vi…入力電圧、Vo…出力電圧、Vout…タッチ判定出力、Vref…リファレンス電圧、Vstr…蓄積電圧、Vthi,Vthc…しきい値、W1〜W3…特性、ΔVcomp…電位差、ΔV1〜ΔV4…電圧 DESCRIPTION OF SYMBOLS 1 ... Display apparatus with a touch sensor, 2, 2B, 7, 7F ... Sensor part, 3, 3B, 3C, 3D ... Detection part, 4, 4B, 4C ... Touch determination part, 5, 5C ... Control signal generation part, 6 , 6C ... Timing control circuit, 8, 8F, 50, 50C ... Control signal generation circuit, 10, 10B, 10C, 10D, 90, 90F ... Touch sensor, 11 ... Array substrate, 12 ... Color filter substrate, 13 ... Effective display Area, 14 ... Sensor display section, 15 ... COG, 16 ... Terminal section, 17, 17A, 17B, 17C, 17D ... Display section with touch sensor, 21, 22 ... Electrode, 30 ... Comparator circuit, 31, 32, 51 ... Inverter circuit, 33 ... S / H circuit, 34 ... ADC circuit, 35 ... latch circuit, 41,41B ... time measuring circuit, 42,42C ... determination circuit, 43 ... memory, 100 ... main screen, 10 ... sub-screen, 102A, 102B ... display element, 110, 120, 130, 140 ... portable information terminal, Cdet ... detection code, Ccomp, Cstr ... capacitive element, Cf1, Cf2, Cg, Cm, Cma, Cmb, Cp1, Cp2 ... Capacitance, GND ... Ground, Istr ... Transient current, P1 ... Point, Q12e, Q13e, Q14e ... Charge amount, SA, SB, SC, SCB, SC11-SC14, SC21-SC24 ... SW control signal, SD ... Read Control signals, SW1 to SW8, SW11 to SW14, SW21 to SW24, switching elements, T0, self-offset correction period, T0c, preparation period, T1, T1c, T1e, touch detection period, T11, T12, T11e, T12e, T13e, T14e ... period, T2 ... end period, Tstr ... accumulation time, Vcomp ... comparator input voltage, VDD ... power supply, Vdet ... detection signal , Vel1, Vel2 ... electrode voltage, Vi ... input voltage, Vo ... output voltage, Vout ... touch determination output, Vref ... reference voltage, Vstr ... storage voltage, Vthi, Vthc ... threshold, W1-W3 ... characteristic, [Delta] Vcomp ... Potential difference, ΔV1 to ΔV4 ... Voltage

Claims (14)

相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第1の電極および第2の電極と、
容量素子と、
前記第1の電極を駆動電極として駆動する一方、前記第2の電極を検出電極として利用すると共に、前記第1の電極の駆動動作と同期して前記第2の電極と前記容量素子との間の接続状態を制御して、前記第1の電極および前記第2の電極の両方の電圧レベルを初期化し、前記第2の電極と前記容量素子との間を非接続状態にする第1の動作と、前記第1の電極に駆動電圧を印加し、前記第2の電極と前記容量素子との間を接続する第2の動作と、を行う駆動制御部と、
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する検出部と
を備えたタッチセンサ。
A first electrode and a second electrode arranged so that an interelectrode capacitance is formed between them;
A capacitive element;
Between the one that drives the first electrode as a drive electrode, said with the second electrode of Use as a detection electrode, the first driving operation of the electrodes in synchronization with the second electrode the capacitive element A first operation of initializing voltage levels of both the first electrode and the second electrode and controlling the connection state between the second electrode and the capacitive element A drive control unit that applies a drive voltage to the first electrode and connects the second electrode and the capacitive element ;
A touch sensor comprising: a detection unit that detects an external proximity object based on how the voltage of the capacitive element changes.
前記駆動制御部は、前記容量素子の電圧が所定のしきい値に達するまで前記第1の動作および前記第2の動作を繰り返すように制御を行い、The drive control unit performs control to repeat the first operation and the second operation until the voltage of the capacitive element reaches a predetermined threshold value,
前記検出部は、前記容量素子の電圧が前記しきい値に達するまでの時間に基づいて前記外部近接物体を検出するThe detection unit detects the external proximity object based on a time until the voltage of the capacitive element reaches the threshold value.
請求項1に記載のタッチセンサ。The touch sensor according to claim 1.
前記駆動制御部は、前記第1の動作および前記第2の動作を所定回数繰り返すように制御を行い、The drive control unit performs control to repeat the first operation and the second operation a predetermined number of times,
前記検出部は、前記第1の動作および前記第2の動作の前記所定回数の繰り返しが終了した時点における前記容量素子の電圧レベルに基づいて前記外部近接物体を検出するThe detection unit detects the external proximity object based on a voltage level of the capacitive element at the time when the predetermined number of repetitions of the first operation and the second operation are completed.
請求項1に記載のタッチセンサ。The touch sensor according to claim 1.
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第1の電極および第2の電極と、A first electrode and a second electrode arranged so that an interelectrode capacitance is formed between them;
容量素子と、A capacitive element;
前記第1の電極および前記第2の電極の両方を駆動電極として駆動すると共に、前記第2の電極を検出電極としても利用し、前記第1の電極の駆動動作と同期して前記第2の電極と前記容量素子との間の接続状態を制御する駆動制御部と、Both the first electrode and the second electrode are driven as drive electrodes, and the second electrode is also used as a detection electrode, and the second electrode is synchronized with the drive operation of the first electrode. A drive control unit for controlling a connection state between the electrode and the capacitive element;
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する検出部とA detection unit for detecting an external proximity object based on a change in voltage of the capacitive element;
を備えたタッチセンサ。Touch sensor equipped with.
前記駆動制御部は、The drive control unit
前記第1の電極および前記第2の電極の両方の電圧レベルを初期化すると共に、前記第2の電極と前記容量素子との間を非接続状態にする初期化動作と、An initialization operation for initializing voltage levels of both the first electrode and the second electrode, and disconnecting the second electrode from the capacitor;
前記初期化動作に続き、前記第2の電極と前記容量素子との間を非接続状態にしたまま、前記第1の電極および前記第2の電極のいずれか一方に第1の駆動電圧を印加する動作と前記第1の電極および前記第2の電極の他方に第2の駆動電圧を印加する動作とを交互に行い、前記第1の電極に前記第1の駆動電圧もしくは前記第2の駆動電圧を印加する最後の動作において前記第2の電極と前記容量素子との間を接続する駆動動作とを行うように制御するSubsequent to the initialization operation, a first drive voltage is applied to either the first electrode or the second electrode while the second electrode and the capacitor are not connected. And an operation of alternately applying a second drive voltage to the other of the first electrode and the second electrode, and the first drive voltage or the second drive is applied to the first electrode. Control is performed so as to perform a driving operation for connecting the second electrode and the capacitive element in the final operation of applying a voltage.
請求項4に記載のタッチセンサ。The touch sensor according to claim 4.
前記駆動制御部は、The drive control unit
前記初期化動作としての第1の動作と、A first operation as the initialization operation;
前記第2の電極と前記容量素子との間を非接続状態にしたまま、前記第1の電極に前記第1の駆動電圧を印加する第2の動作と、A second operation of applying the first drive voltage to the first electrode while leaving the second electrode and the capacitive element in a disconnected state;
前記第2の電極と前記容量素子との間を非接続状態にしたまま、前記第2の電極に前記第2の駆動電圧を印加する第3の動作と、A third operation of applying the second drive voltage to the second electrode while leaving the second electrode and the capacitive element in a disconnected state;
前記第1の電極に前記第1の駆動電圧を印加するとともに、前記第2の電極と前記容量素子との間を接続する第4の動作とA fourth operation of applying the first driving voltage to the first electrode and connecting between the second electrode and the capacitive element;
を、この順序で繰り返すRepeat in this order
請求項5に記載のタッチセンサ。The touch sensor according to claim 5.
前記検出部は、The detector is
入力端子と参照電圧端子との間に配置され、オンオフ制御される第1のスイッチング素子と、A first switching element disposed between the input terminal and the reference voltage terminal and controlled to be turned on and off;
2つの端子のうちの片方が前記入力端子に接続された他の容量素子と、Another capacitive element in which one of the two terminals is connected to the input terminal;
入力が前記他の容量素子の他方の端子と接続され、出力が出力端子に接続された反転回路と、An inverting circuit having an input connected to the other terminal of the other capacitive element and an output connected to the output terminal;
前記反転回路の入出力間に配置され、オンオフ制御される第2のスイッチング素子とA second switching element disposed between the input and output of the inverting circuit and controlled to be turned on and off;
を有するコンパレータ回路を含み、A comparator circuit having
前記コンパレータ回路は、前記第1のスイッチング素子および前記第2のスイッチング素子の双方をオン状態にした後にオフ状態に変化させると共に、そのオフ状態において前記入力端子に印加された入力電圧を、前記参照電圧端子に印加された参照電圧と比較し、その結果を前記出力端子より出力するThe comparator circuit changes both the first switching element and the second switching element to an off state and then changes to an off state, and refers to the input voltage applied to the input terminal in the off state. Compare with the reference voltage applied to the voltage terminal and output the result from the output terminal
請求項1〜6のうちいずれか一項に記載のタッチセンサ。The touch sensor as described in any one of Claims 1-6.
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第1の電極および第2の電極の初期化と前記第1の電極へのタッチ検出用の駆動電圧の印加とを交互に行うと共に前記第1の電極への前記駆動電圧の印加に同期して前記第2の電極に容量素子を接続する、という一連の動作を1回以上繰り返すことにより、前記第1の電極および前記第2の電極のそれぞれと接地との間に形成される接地容量と、前記電極間静電容量と、前記容量素子との間で電荷を相互に移動させて前記容量素子の電圧を変化させ、The initialization of the first electrode and the second electrode arranged so that the interelectrode capacitance is formed between them and the application of the drive voltage for touch detection to the first electrode are alternately performed. At the same time, a series of operations of connecting a capacitive element to the second electrode in synchronization with the application of the driving voltage to the first electrode is repeated one or more times, whereby the first electrode and the second electrode Each of the electrodes and the ground capacitance formed between the ground, the capacitance between the electrodes, and the capacitance element to move the electric charge to each other to change the voltage of the capacitance element,
外部近接物体の存在の有無によって前記容量素子の電圧の変化速度が異なることを利用して、前記外部近接物体を検出するThe external proximity object is detected by utilizing the fact that the voltage change speed of the capacitive element varies depending on the presence or absence of the external proximity object.
タッチセンサの駆動方法。Touch sensor drive method.
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第1の電極および第2の電極を初期化したのち、前記第1の電極および前記第2の電極のいずれか一方に第1の駆動電圧を印加する動作と他方に第2の駆動電圧を印加する動作とを交互に行い、前記第1の電極に前記第1の駆動電圧もしくは前記第2の駆動電圧を印加する最後の動作において前記第2の電極と容量素子との間を接続する、という一連の動作を1回以上繰り返すことにより、前記第1の電極および前記第2の電極のそれぞれと接地との間に形成される接地容量と、前記電極間静電容量と、前記容量素子との間で電荷を相互に移動させて前記容量素子の電圧を変化させ、After initializing the first electrode and the second electrode arranged so that an interelectrode capacitance is formed between each other, the first electrode is set to one of the first electrode and the second electrode. The last operation of applying the first drive voltage or the second drive voltage to the first electrode by alternately performing the operation of applying the second drive voltage and the operation of applying the second drive voltage to the other Is formed between each of the first electrode and the second electrode and the ground by repeating a series of operations of connecting the second electrode and the capacitive element at least once. The voltage of the capacitive element is changed by moving electric charges between the grounded capacitance, the interelectrode capacitance, and the capacitive element,
外部近接物体の存在の有無によって前記容量素子の電圧の変化速度が異なることを利用して、前記外部近接物体を検出するThe external proximity object is detected by utilizing the fact that the voltage change speed of the capacitive element varies depending on the presence or absence of the external proximity object.
タッチセンサの駆動方法。Touch sensor drive method.
複数の表示素子を含み、画像信号に基づく画像表示を行う画像表示部と、前記画像表示部の有効表示領域の外側の額縁領域に位置するタッチセンサ部とが一体に形成されてなる表示パネルを備え、An image display unit that includes a plurality of display elements and that displays an image based on an image signal and a touch sensor unit that is located in a frame area outside the effective display area of the image display unit is integrally formed. Prepared,
前記タッチセンサ部が、The touch sensor unit is
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第1の電極および第2の電極と、A first electrode and a second electrode arranged so that an interelectrode capacitance is formed between them;
容量素子と、A capacitive element;
前記第1の電極を駆動電極として駆動する一方、前記第2の電極を検出電極として利用すると共に、前記第1の電極の駆動動作と同期して前記第2の電極と前記容量素子との間の接続状態を制御して、前記第1の電極および前記第2の電極の両方の電圧レベルを初期化し、前記第2の電極と前記容量素子との間を非接続状態にする第1の動作と、前記第1の電極に駆動電圧を印加し、前記第2の電極と前記容量素子との間を接続する第2の動作と、を行う駆動制御部と、While driving the first electrode as a drive electrode, the second electrode is used as a detection electrode, and between the second electrode and the capacitive element in synchronization with the drive operation of the first electrode. A first operation of initializing voltage levels of both the first electrode and the second electrode and controlling the connection state between the second electrode and the capacitive element A drive control unit that applies a drive voltage to the first electrode and connects the second electrode and the capacitive element;
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する検出部とA detection unit for detecting an external proximity object based on a change in voltage of the capacitive element;
を有するHave
タッチセンサ付き表示装置。Display device with touch sensor.
複数の表示素子を含み、画像信号に基づく画像表示を行う画像表示部と、前記画像表示部の有効表示領域の外側の額縁領域に位置するタッチセンサ部とが一体に形成されてなる表示パネルを備え、An image display unit that includes a plurality of display elements and that displays an image based on an image signal and a touch sensor unit that is located in a frame area outside the effective display area of the image display unit is integrally formed. Prepared,
前記タッチセンサ部が、The touch sensor unit is
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第1の電極および第2の電極と、A first electrode and a second electrode arranged so that an interelectrode capacitance is formed between them;
容量素子と、A capacitive element;
前記第1の電極および前記第2の電極の両方を駆動電極として駆動すると共に、前記第2の電極を検出電極としても利用し、前記第1の電極の駆動動作と同期して前記第2の電極と前記容量素子との間の接続状態を制御する駆動制御部と、Both the first electrode and the second electrode are driven as drive electrodes, and the second electrode is also used as a detection electrode, and the second electrode is synchronized with the drive operation of the first electrode. A drive control unit for controlling a connection state between the electrode and the capacitive element;
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する検出部とA detection unit for detecting an external proximity object based on a change in voltage of the capacitive element;
を有するHave
タッチセンサ付き表示装置。Display device with touch sensor.
前記表示パネルは、前記額縁領域に、前記画像表示部の前記表示素子と同一構造の表示素子を含む他の表示部を有するThe display panel has another display unit including a display element having the same structure as the display element of the image display unit in the frame area.
請求項10または11に記載のタッチセンサ付き表示装置。The display device with a touch sensor according to claim 10 or 11.
外部近接物体を検出するタッチセンサと、A touch sensor for detecting an external proximity object;
前記タッチセンサを通じて入力された情報に基づいて所定の処理を行う処理部とA processing unit that performs a predetermined process based on information input through the touch sensor;
を備え、With
前記タッチセンサが、The touch sensor is
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第1の電極および第2の電極と、A first electrode and a second electrode arranged so that an interelectrode capacitance is formed between them;
容量素子と、A capacitive element;
前記第1の電極を駆動電極として駆動する一方、前記第2の電極を検出電極として利用すると共に、前記第1の電極の駆動動作と同期して前記第2の電極と前記容量素子との間の接続状態を制御して、前記第1の電極および前記第2の電極の両方の電圧レベルを初期化し、前記第2の電極と前記容量素子との間を非接続状態にする第1の動作と、前記第1の電極に駆動電圧を印加し、前記第2の電極と前記容量素子との間を接続する第2の動作と、を行う駆動制御部と、While driving the first electrode as a drive electrode, the second electrode is used as a detection electrode, and between the second electrode and the capacitive element in synchronization with the drive operation of the first electrode. A first operation of initializing voltage levels of both the first electrode and the second electrode and controlling the connection state between the second electrode and the capacitive element A drive control unit that applies a drive voltage to the first electrode and connects the second electrode and the capacitive element;
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて前記外部近接物体を検出する検出部とA detection unit for detecting the external proximity object based on a change in voltage of the capacitive element;
を有するHave
電子機器。Electronics.
外部近接物体を検出するタッチセンサと、A touch sensor for detecting an external proximity object;
前記タッチセンサを通じて入力された情報に基づいて所定の処理を行う処理部とA processing unit that performs a predetermined process based on information input through the touch sensor;
を備え、With
前記タッチセンサが、The touch sensor is
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第1の電極および第2の電極と、A first electrode and a second electrode arranged so that an interelectrode capacitance is formed between them;
容量素子と、A capacitive element;
前記第1の電極および前記第2の電極の両方を駆動電極として駆動すると共に、前記第2の電極を検出電極としても利用し、前記第1の電極の駆動動作と同期して前記第2の電極と前記容量素子との間の接続状態を制御する駆動制御部と、Both the first electrode and the second electrode are driven as drive electrodes, and the second electrode is also used as a detection electrode, and the second electrode is synchronized with the drive operation of the first electrode. A drive control unit for controlling a connection state between the electrode and the capacitive element;
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて前記外部近接物体を検出する検出部とA detection unit for detecting the external proximity object based on a change in voltage of the capacitive element;
を有するHave
電子機器。Electronics.

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