JP2009258182A - 表示装置とその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】表示装置の薄型化が可能な構成、および、当該構成に適合した駆動を行う。
【解決手段】複数の画素電極２２と、その走査方向に分離されている複数ｎ個の対向電極４３と、液晶層６と、ｎ個の対向電極４３の各々との間に静電容量Ｃ１が形成される検出電極４４と、垂直駆動回路と、Ｖｃｏｍ駆動回路９と、検出回路８とを有する。垂直駆動回路は、画素表示ライン内の所定数の前記画素電極に対して信号線の電圧を書き込む動作と、この書き込み対象を走査方向に順に切り替えるシフト動作とを繰り返す。Ｖｃｏｍ駆動回路９は、書き込み対象の画素電極と対向する対向電極を含むことを条件にｎ個の対向電極から限定されるｓ（１≦ｓ＜ｎ）個の対向電極に電圧を交流駆動し、当該交流駆動の対象を走査方向でシフトする。
【選択図】図４

Description

本発明は、液晶表示装置等の表示装置、特に、ユーザが指等で触れることにより情報入力が可能な静電容量式のタッチセンサを有する表示装置と、その駆動方法に関する。

いわゆるタッチパネルと呼ばれる接触検出装置（以下、タッチセンサという）付きの液晶表示装置が知られている。この液晶表示装置は、タッチセンサを液晶パネルに重ねて形成し、液晶表示面に画像として各種のボタンを表示させることにより、通常のボタンの代わりとして情報入力を可能とする。この技術を小型のモバイル機器に適用すると、ディスプレイとボタンの配置の共用化が可能で画面の大型化、あるいは、操作部の省スペース化や部品点数の削減という大きなメリットをもたらす。しかしながら、タッチパネルを液晶パネルに設けると、液晶モジュールの全体の厚さが厚くなる。

そこで、例えば特許文献１には、液晶表示素子の観察側基板とその外面に配置された観察用偏光板との間にタッチパネル用導電膜を設け、このタッチパネル用導電膜と偏光板の外面との間に、偏光板の外面をタッチ面とした静電容量型タッチパネルを形成したタッチパネル付き液晶表示素子が提案され、薄型化が図られている。

特開２００８−９７５０号公報

しかしながら、上記特許文献１に開示されたタッチパネル付き液晶表示素子では、原理的に、タッチパネル用導電膜が利用者と同電位にあることが必要であり、利用者がきちんと接地されている必要がある。したがって、コンセントから電源を取っているような据置型のテレビジョン受像機はともかく、モバイル機器用途に適用するのは現実的に見て困難である。また、上記技術では、タッチパネル用導電膜が利用者の指に極めて接近していることが必要なので、液晶表示素子の例えば奥深い部分に配設することが無理である等、配設部位が制限される。すなわち、設計の自由度が小さい。さらに、上記技術では、その構成上、タッチパネル駆動部や座標検出部といった回路部分を、液晶表示素子の表示駆動回路部とは別個に設けなければならず、装置全体としての回路の集積化が困難である。

本発明は、表示装置の薄型化が可能な構成、および、当該構成に適合した駆動を行う表示装置と、その駆動方法とを提供するためのものである。

本発明の第１の観点に関わる表示装置は、複数の走査線および複数の信号線により相互接続され、対応する一の前記信号線の電圧を、対応する一の前記走査線の印加電圧に応じて書き込むスイッチを各々が含む複数の画素と、前記画素ごとに設けられ、面状に行列配置された複数の画素電極と、前記画素電極と対向する面状に配置され、前記画素電極の一方の配置方向である走査方向で前記画素電極の配列が有するピッチ長の１倍以上のピッチ長を有し、前記走査方向内で等間隔に配置された複数ｎ個の対向電極と、前記ｎ個の対向電極の各々との間に静電容量が形成される検出電極と、互いに対向する前記画素電極と前記対向電極との間に印加される信号電圧に応じて画像の表示機能を発揮する表示機能層と、前記走査方向と直交する他方向に並ぶ所定数の前記画素電極に対して、所定数の前記スイッチをオンして所定数の前記信号線の電圧を書き込む動作と、書き込み対象となる前記所定数の画素電極を前記走査方向に順に切り替えるシフト動作とを繰り返す書き込み駆動走査部と、前記書き込み対象である前記所定数の画素電極と対向する対向電極を含むことを条件に前記ｎ個の対向電極から限定されるｓ（１≦ｓ＜ｎ）個の対向電極に電圧を交流駆動し、当該交流駆動の対象である前記ｓ個の対向電極を前記走査方向で前記条件を満たすようにシフトする交流駆動走査部と、外部容量の影響で生じる前記静電容量の印加電圧の変化を前記検出電極側で検出する検出部と、を有する。

上記構成を有する第１の観点に関わる表示装置によれば、表示駆動に用いられ、画素電極と対向して配置される対向電極が、一方向（走査方向）に分離して複数ｎ個、配置されている。この対向電極は、少なくとも、表示駆動を行っている画素に対応する部分で交流駆動される。表示機能層に印加される信号電圧は、対向電極と画素電極間に印加されるため、例えば対向電極の電圧を基準とした画素電極の書き込み電圧の大きさが信号電圧となる。
一方、ｎ個の対向電極と検出電極との間に静電容量が形成される。対向電極が交流駆動されているため、その交流電圧が静電容量を介して検出電極に伝わる。検出部は、この交流電圧を検出電極側で検出している。つまり、検出部は、検出電極側に出現する交流電圧によって、静電容量の印加電圧が変化することを検出する。この静電容量の印加電圧変化は、外部容量で交流駆動の交流電流が一部消費されることにより発生する。つまり、指などの外部容量が等価的に検出電極に接続される状態となると、静電容量の印加電圧が変化し、これを検出部が検出する。

書き込み駆動走査部は、走査方向と直交する他方向の所定数の画素電極を単位として、画素電極に上記信号電圧を規定する電圧を書き込む。この一度に電圧が書き込まれる所定数の画素電極、以下、「書き込みユニット」と称する。書き込み駆動走査部は、この書き込み動作を、書き込みユニットを走査方向に順次シフトさせながら繰り返す。
このとき交流駆動走査部は、走査方向内のｎ個の対向電極から限定されたｓ（１≦ｓ＜ｎ）個の対向電極の電圧を交流駆動する。この交流駆動を行うｓ個の対向電極にかせられる条件は、書き込み対象である（書き込みユニット内の）所定数の画素電極と対向する対向電極を含むことである。そして、交流駆動走査部は、書き込みユニットのシフトにともなって、上記条件が常に満たされるように、交流駆動すべき上記ｓ個の対向電極を走査方向内でシフトする。

本発明では、好適に、前記書き込み駆動走査部は、前記ｎ個の対向電極から、連続する２つ以上の前記ｓ個の対向電極を選択して当該選択したｓ個の対向電極を交流駆動し、前記対向電極の選択対象を前記走査方向内でシフトしながら前記交流駆動を繰り返し、当該交流駆動を繰り返す最中に、連続する２回の前記交流駆動で共通な１つ以上の対向電極が前記選択対象に含まれるように前記シフトを行う。

この好適な場合、交流駆動走査部は、同時に駆動する２つ以上の対向電極の組み合わせ（選択対象）を変えながら交流駆動を行う。このとき、交流駆動操作部は、連続する２回の交流駆動で共通な１つ以上の対向電極が選択対象に含まれるようにシフトを行う。よって、交流駆動を行っている対向電極群のシフトのステップが、対向電極を同時に駆動する対向電極群のステップより小さい。逆に言うと、対向電極は細かくシフトしつつも、同時に交流駆動している対向電極群の幅（走査方向の長さ）が大きくできる。よって、対向電極のシフトのステップを小さくすることと、対向電極の実効的な分割数を小さくするという、相反する２つのことが両立する。

本発明では、あるいは好適に、前記ｎ個の対向電極が、前記走査方向で前記画素電極の配列が有するピッチ長の２倍以上のピッチ長を有し、前記書き込み駆動走査部と前記交流駆動走査部は、前記所定数の画素電極を１つの書き込みユニットとしたときに前記交流駆動している一の前記対向電極と対向する２つ以上の書き込みユニットにおいて、書き込みユニットごとに前記書き込みを行い、当該２つ以上の書き込みユニットの書き込みが終了したら、前記交流駆動対象を隣の他の対向電極に切り替えて、当該他の対向電極と対向する他の２つ以上の書き込みユニットにおいて書き込みユニットごとに前記書き込みを行う。

本発明の第２の観点に関わる表示装置の駆動方法は、面状に行列配置された複数の画素電極と、当該画素電極と対向する面状に配置され、前記画素電極の一方の配置方向である走査方向に分離されている複数の対向電極と、の間に印加される信号電圧を制御して画像の階調表現を行う表示駆動のステップと、互いに対向する前記ｎ個の対向電極と検出電極との間に形成される静電容量の印加電圧が外部容量の影響で変化することを、前記表示駆動の最中に前記検出電極側で検出するタッチ検出のステップと、を含み、前記表示駆動のステップが、前記走査方向と直交する他方向に並ぶ所定数の前記画素電極に対して前記信号電圧の印加のために画素ごとの画素電圧を書き込む動作と、書き込み対象となる前記所定数の画素電極を前記走査方向に順に切り替えるシフト動作とを繰り返す書き込み駆動のステップと、前記書き込み対象である前記所定数の画素電極と対向する対向電極を含むことを条件に前記ｎ個の対向電極から限定されるｓ（１≦ｓ＜ｎ）個の対向電極に印加される、前記画素電圧との電圧差が前記信号電圧となる基準電圧を交流駆動し、当該前記走査方向で前記条件を満たすようにシフトする交流駆動のステップと、を含む。

この駆動方法では、好適に、書き込み駆動のステップでは、前記ｎ個の対向電極から、連続する２つ以上の前記ｓ個の対向電極を選択して当該選択したｓ個の対向電極を交流駆動し、前記対向電極の選択対象を前記走査方向内でシフトしながら前記交流駆動を繰り返し、当該交流駆動を繰り返す最中に、連続する２回の前記交流駆動で共通な１つ以上の対向電極が前記選択対象に含まれるように前記シフトを行う。
あるいは好適に、前記書き込み駆動のステップと前記交流駆動のステップでは、前記ｎ個の対向電極が前記走査方向で前記画素電極の配列が有するピッチ長の２倍以上のピッチ長を有している場合に、前記所定数の画素電極を１つの書き込みユニットとしたときに前記交流駆動している一の前記対向電極と対向する２つ以上の書き込みユニットにおいて、書き込みユニットごとに前記書き込みを行い、当該２つ以上の書き込みユニットの書き込みが終了したら、前記交流駆動対象を隣の他の対向電極に切り替え、当該他の対向電極と対向する他の２つ以上の書き込みユニットにおいて書き込みユニットごとに前記書き込みを行う。

本発明によれば、表示装置の薄型化が可能な構成、および、当該構成に適合した駆動を行う表示装置と、その駆動方法とを提供することができる。

本発明の実施形態では、タッチセンサの検出電極（表示面側で指等が近接する電極）よりパネル内部に設けられ、検出のための静電容量を検出電極との間に形成するもう片方の電極を、液晶制御のための電極と兼用する。この電極は検出電極と画素電極の双方に対向するように設けることが好ましいため、以下、単に「対向電極」と称する。

一方、液晶制御のための電極としては、液晶層などの表示機能層に対して電界を印加するために複数の画素に共通に設けられた共通電極（いわゆるＶｃｏｍ駆動電極）が、画素ごとの画素電極と対向して用いられる。液晶表示制御において、共通電極に与える共通電圧Ｖｃｏｍは信号電圧の基準となる電圧である。よく知られている低消費電力駆動では、使用する電圧の絶対値をほぼ半減するための方法として、共通電圧ＶｃｏｍをＡＣパルス駆動する。
本発明の実施形態では、例えば、液晶等を制御のためにＡＣパルス駆動といった交流で駆動される共通電圧Ｖｃｏｍを、タッチセンサの駆動電圧としても利用するものである。別の言い方をすると、上記タッチサンサの対向電極を、液晶駆動の共通電極と共用する。

ここで、当然ながら、対向電極の交流駆動は、Ｖｃｏｍ駆動に適合したものでなければならず、これが表示駆動のための要請である（第１の要請）。

また、タッチセンサは指等が表示装置の表示面に接近または接触したことを単に検出するのみならず、その指などの表示面内での操作位置を検出することが望ましい。例えば複数のボタンの画像を表示した場合、どのボタンが操作されたかを検出するために、表示駆動の共通電極とタッチセンサの駆動電力を兼ねる電極（対向電極）を、複数に分割している。これは、表示画素ラインの駆動に支障のない範囲で、どの対向電極に静電容量変化が発生したかによって操作位置の検出を行うためである。
より詳細には、表示駆動のために走査の対象となっている画素ラインを含む領域に位置する、分割された一の対向電極のみＡＣパルス駆動する。そして、画素ラインの走査にともなって、ＡＣパルス駆動すべき対向電極を、走査中の画素ラインを含む領域の移動にもとなって移動（走査）させる。この走査の最中、静電容量変化を監視し、容量変化が最も大きい対向電極の位置によって指などの操作位置が特定できる。
以上が、表示制御の共通電極とセンサ駆動電極とを共用した場合に、タッチセンサの位置検出のための要請である（第２の要請）。

さらに、上記第２の要請を満たすために、タッチセンサの電極駆動が画面内の一部に対して行われる場合、以下の不都合が発生する可能性がある。
対向電極の端に最も近い画素ラインが表示されて、次の画素ラインへ走査が移行するときは、それにともなって対向電極のＡＣパルス駆動を、隣の対向電極側へ切り替える操作も行われる。そのため、微妙な駆動電圧の変動が画素ラインの表示に影響する。つまり、表示画面全体では、対向電極の境目がわずかに線として見える画質低下の懸念がある。

その一方で、画素ラインごとに対向電極も細かく区切ると、画素ラインごとの表示駆動ごとに、ＡＣパルス駆動する対向電極も切り替わる。このとき、どの画素ラインにとっても対向電極のＡＣパルス駆動が切り替わる条件が等しいため、境目の線は見えにくい。また、画素電極の切り替わり周波数が共通電圧Ｖｃｏｍの駆動周波数に近い。このため、画素ラインごとに対向電極を設けた場合は、仮に微妙な駆動電圧の変動があっても人の目には見にくい。

さらに、画素ラインごとに対向電極も細かく区切ると、タッチセンサとしての列方向の分解能は高くなる。しかし、指等の被検出物は画素ラインより遥かに大きいことが普通であるため、そこまで高い分解能は不要である。また、何よりも、画素ラインごとに対向電極も細かく区切ると、共通電極の共通電圧Ｖｃｏｍが静電容量を介して検出電極に伝達された電圧（センサ電圧Ｖｓ）が小さくなるため、ノイズの影響を受けてＳ／Ｎ比が低下する。
以上より、タッチセンサの位置検出のために対向電極を分割して順次、駆動すると、駆動対象の対向電極が切り替わる線が見えて画質が低下することと、センタ電圧Ｖｓの大きさ確保（Ｓ／Ｎ比確保）とが相反するトレードオフの関係にある。
このトレードオフの克服または緩和は、センサ駆動電極と表示駆動の共通電極とを共用する場合に要求される、第３の要請である。

以下に説明する４つの実施形態は、上記第１〜第３の要請の１つ以上を満たすための、対向電極の構造とその駆動法を含む。以下、図面を用いて詳細に説明する。

最初に、４つの実施形態に共通な事項として、図１〜図３を参照して、本実施形態の表示装置におけるタッチ検出の基本を説明する。
図１（Ａ）と図２（Ａ）は、タッチセンサ部の等価回路図、図１（Ｂ）と図２（Ｂ）は、タッチセンサ部の構造図（概略断面図）である。ここで図１は、被検出物としての指がセンサに近接していない場合、図２がセンサに近接または接触している場合をそれぞれ示す。

図解するタッチセンサ部は、静電容量型タッチセンサであり、図１（Ｂ）および図２（Ｂ）に示すように容量素子からなる。具体的に、誘電体Ｄと、誘電体Ｄを挟んで対向配置する１対の電極、すなわち駆動電極Ｅ１および検出電極Ｅ２とから容量素子（静電容量）Ｃ１が形成されている。
図１（Ａ）および図２（Ａ）に示すように、容量素子Ｃ１は、駆動電極Ｅ１がＡＣパルス信号Ｓｇを発生する交流信号源Ｓに接続され、検出電極Ｅ２が電圧検出器ＤＥＴに接続される。このとき検出電極Ｅ２は抵抗Ｒを介して接地されることで、ＤＣレベルが電気的に固定される。

交流信号源Ｓから駆動電極Ｅ１に所定の周波数、例えば数[kHz]〜十数[kHz]程度のＡＣパルス信号Ｓｇを印加する。このＡＣパルス信号Ｓｇの波形図を図３（Ｂ）に例示する。
すると検出電極Ｅ２に、図３（Ａ）に示すような出力波形（検出信号Ｖdet）が現れる。
なお、詳細は後述するが、本発明の実施形態では、駆動電極Ｅ１が液晶駆動のための対向電極（画素電極に対向する、複数画素で共通の電極）に相当する。ここで対向電極は液晶駆動のため、いわゆるＶｃｏｍ反転駆動と称される交流駆動がなされる。よって、本発明の実施形態では、Ｖｃｏｍ反転駆動のためのコモン駆動信号Ｖｃｏｍを、駆動電極Ｅ１をタッチセンサのために駆動するＡＣパルス信号Ｓｇとしても用いる。

指を接触していない図１に示す状態では、容量素子Ｃ１の駆動電極Ｅ１が交流駆動され、その充放電にともなって検出電極Ｅ２に交流の検出信号Ｖdetが出現する。以下、このときの検出信号を「初期検出信号Ｖdet０」と表記する。検出電極Ｅ２側はＤＣ接地されているが高周波的には接地されていないため交流の放電経路がなく、初期検出信号Ｖdet０のパルス波高値は比較的大きい。ただし、ＡＣパルス信号Ｓｇが立ち上がってから時間が経過すると、初期検出信号Ｖdet０のパルス波高値が損失のため徐々に低下している。図３（Ｃ）に、スケールとともに波形を拡大して示す。初期検出信号Ｖdet０のパルス波高値は、初期値の2.8[V]から高周波ロスによって僅かな時間の経過で0.5[V]ほど、低下している。

この初期状態から、指が検出電極Ｅ２に接触、または、影響を及ぼす至近距離まで接近すると、図２（Ａ）に示すように、検出電極Ｅ２に容量素子Ｃ２が接続された場合と等価な状態に回路状態が変化する。これは、高周波的に人体が、片側が接地された容量と等価になるからである。
この接触状態では、容量素子Ｃ１とＣ２を介した交流信号の放電経路が形成される。よって、容量素子Ｃ１とＣ２の充放電に伴って、容量素子Ｃ１,Ｃ２に、それぞれ交流電流Ｉ１,Ｉ２が流れる。そのため、初期検出信号Ｖdet０は、容量素子Ｃ１とＣ２の比等で決まる値に分圧され、パルス波高値が低下する。

図３（Ａ）および図３（Ｃ）に示す検出信号Ｖdet１は、この指が接触したときに検出電極Ｅ２に出現する検出信号である。図３（Ｃ）から、検出信号の低下量は0.5[V]〜0.8[V]程度であることが分かる。
図１および図２に示す電圧検出器ＤＥＴは、この検出信号の低下を、例えば閾値Ｖｔｈを用いて検出することにより、指の接触を検出する。

以下、より詳細な実施形態を、表示装置の構成と動作により説明する。

《第１実施形態》
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に、本実施形態に関わる表示装置の電極と、その駆動や検出のための回路の配置に特化した平面図を示す。また、図４（Ｄ）に、本実施形態に関わる表示装置の概略的な断面構造を示す。図４（Ｄ）は、例えば行方向（画素表示ライン方向）の６画素分の断面を表している。図５は、画素の等価回路図である。
図４に図解する表示装置は、「表示機能層」としての液晶層を備える液晶表示装置である。

液晶表示装置は、前述したように、液晶層を挟んで対抗する２つの画素のうち、複数の画素で共通な電極であり、各画素ごとに階調表示のための信号電圧に対し基準電圧を付与するコモン駆動信号Ｖｃｏｍが印加される電極（対向電極）を有する。本発明の実施形態では、この対向電極をセンサ駆動のための電極としても用いる。
図４（Ｄ）では断面構造を見易くするために、この本発明の主要な構成である、対向電極、画素電極および検出電極についてはハッチングを付すが、それ以外の部分（基板、絶縁膜および機能膜等）についてはハッチングを省略している。このハッチングの省略は、これ以降の他の断面構造図においても同様である。

液晶表示装置１は、図５に示す画素ＰＩＸがマトリクス配置されている。
各画素ＰＩＸは、図５に示すように、画素のセレクト素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；thin film transistor、以下、ＴＦＴ２３と表記）と、液晶層６の等価容量Ｃ６と、保持容量（付加容量ともいう）Ｃｘとを有する。液晶層６を表す等価容量Ｃ６の一方側の電極は、画素ごとに分離されてマトリクス配置された画素電極２２であり、他方側の電極は複数の画素で共通な対向電極４３である。

ＴＦＴ２３のソースとドレインの一方に画素電極２２が接続され、ＴＦＴ２３のソースとドレインの他方に信号線ＳＩＧが接続されている。信号線ＳＩＧは不図示の垂直駆動回路（後述の実施形態に関わる図１４参照）に接続され、信号電圧を持つ映像信号が信号線ＳＩＧに垂直駆動回路から供給される。
対向電極４３には、コモン駆動信号Ｖｃｏｍが与えられる。コモン駆動信号Ｖｃｏｍは、中心電位を基準として正と負の電位を、１水平期間（１Ｈ）ごとに反転した信号である。
ＴＦＴ２３のゲートは行方向、即ち表示画面の横方向に並ぶ全ての画素ＰＩＸで電気的に共通化され、これにより走査線ＳＣＮが形成されている。走査線ＳＣＮは、不図示の垂直駆動回路から出力され、ＴＦＴ２３のゲートを開閉するためのゲートパルスが供給される。そのため走査線ＳＣＮはゲート線とも称させる。

図５に示すように、保持容量Ｃｘが等価容量Ｃ６と並列に接続されている。保持容量Ｃｘは、等価容量Ｃ６では蓄積容量が不足し、ＴＦＴ２３のリーク電流などによって書き込み電位が低下するのを防止するために設けられている。また、保持容量Ｃｘの追加はフリッカ防止や画面輝度の一様性向上にも役立っている。

このような画素が配置された液晶表示装置１は、断面構造（図４（Ｄ））で見ると、断面に現れない箇所で図５に示すＴＦＴ２３が形成され画素の駆動信号（信号電圧）が供給される基板（以下、駆動基板２という）と、駆動基板２に対向して配置された対向基板４と、駆動基板２と対向基板４との間に配置された液晶層６とを備えている。

駆動基板２は、図５のＴＦＴ２３が形成された回路基板としてのＴＦＴ基板２１（基板ボディ部はガラス等からなる）と、このＴＦＴ基板２１上にマトリクス配置された複数の画素電極２２とを有する。
ＴＦＴ基板２１に、各画素電極２２を駆動するための図示しない表示ドライバ（垂直駆動回路、水平駆動回路等）が形成されている。また、ＴＦＴ基板２１に、図５に示すＴＦＴ２３、ならびに、信号線ＳＩＧおよび走査線ＳＣＮ等の配線が形成されている。ＴＦＴ基板２１に、後述するタッチ検出動作を行う検出回路（図６）が形成されていてもよい。

対向基板４は、ガラス基板４１と、このガラス基板４１の一方の面に形成されたカラーフィルタ４２と、カラーフィルタ４２の上（液晶層６側）に形成された対向電極４３とを有する。カラーフィルタ４２は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のカラーフィルタ層を周期的に配列して構成したもので、画素ＰＩＸ（画素電極２２）ごとにＲ、Ｇ、Ｂの３色の１色が対応付けられている。なお、１色が対応付けられている画素をサブ画素といい、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のサブ画素を画素という場合があるが、ここではサブ画素も画素ＰＩＸと表記する。
対向電極４３は、タッチ検出動作を行うタッチセンサの一部を構成するセンサ駆動電極としても兼用されるものであり、図１および図２における駆動電極Ｅ１に相当する。

対向電極４３は、コンタクト導電柱７によってＴＦＴ基板２１と連結されている。このコンタクト導電柱７を介して、ＴＦＴ基板２１から対向電極４３に交流パルス波形のコモン駆動信号Ｖｃｏｍが印加されるようになっている。このコモン駆動信号Ｖｃｏｍは、図１および図２の駆動信号源Ｓから供給されるＡＣパルス信号Ｓｇに相当する。

ガラス基板４１の他方の面（表示面側）には、検出電極４４が形成され、さらに、検出電極４４の上には、保護層４５が形成されている。検出電極４４は、タッチセンサの一部を構成するもので、図１および図２における検出電極Ｅ２に相当する。ガラス基板４１に、後述するタッチ検出動作を行う検出回路（図６）が形成されていてもよい。

液晶層６は、「表示機能層」として、印加される電界の状態に応じて厚さ方向（電極の対向方向）を通過する光を変調する。液晶層６は、例えば、ＴＮ（ツイステッドネマティック）、ＶＡ（垂直配向）、ＥＣＢ（電界制御複屈折）等の各種モードの液晶材料が用いられる。

なお、液晶層６と駆動基板２との間、および液晶層６と対向基板４との間には、それぞれ配向膜が配設される。また、駆動基板２の反表示面側（即ち背面側）と対向基板４の表示面側には、それぞれ偏光板が配置される。これらの光学機能層は、図４で図示を省略している。

対向電極４３は、図４（Ａ）に示すように、画素配列の行または列、本例では列の方向（図の縦方向）に分割されている。この分割の方向は、表示駆動における画素ラインの走査方向、すなわち不図示の垂直駆動回路が走査線ＳＣＮを順次活性化していく方向と対応する。
対向電極４３は、合計でｎ個に分割されている。よって、対向電極４３＿１,４３＿２,…,４３＿ｍ,…,４３＿ｎは、行方向に長い帯状のパターンを有して面状配置され、当該面内で互いの離間距離をとって平行に敷き詰められている。

ｎ分割された対向電極４３＿１〜４３＿ｎは、少なくとも２以上のｍ（＜ｎ）本で同時に駆動される。つまり、ｍ本の対向電極４３＿１〜４３＿ｍに同時にコモン駆動信号Ｖｃｏｍが印加されて、その電位が反転を１水平期間（１Ｈ）ごとに繰り返す。そのとき、他の対向電極は、駆動信号が与えられないため電位変動しない。本発明の実施形態では、この同時駆動される対向電極の束を、交流駆動電極ユニットＥＵと表記する。
本発明の実施形態では、交流駆動電極ユニットＥＵごとに対向電極の数は一定の数ｍとする。また、交流駆動電極ユニットＥＵが、その束ねる対向電極の組み合わせを変えながら列方位にステップ状にシフトする。つまり、シフトごとに交流駆動電極ユニットＥＵとして選択される対向電極の組み合わせが変化する。そして、２回のシフトでは１つの、分割された対向電極のみが選択から外れ、代わりに、分割された対向電極が新たに選択される。

このシフト動作を言い換えると、「ｎ個の対向電極４３＿１〜４３＿ｎは、列方向において画素電極２２と同じ数（つまり画素数）だけ等間隔に配置され、Ｖｃｏｍ交流駆動を繰り返す際に、１つの交流駆動電極ユニットＥＵとして選択するｍ（＜ｎ）個の対向電極の組み合わせを、列方向内で対向電極４３＿１〜４３＿ｎが配置されたピッチを単位にシフトする。ここで「対向電極のピッチ」とは、列方向の対向電極の幅と、その幅方向の片側に隣接する他の対向電極までの離間距離との合計した距離である。通常、列方向における対向電極のピッチは、列方向における画素サイズに等しい。

このような対向電極の交流駆動電極ユニットＥＵを単位とするＶｃｏｍ駆動と、そのシフト動作は、不図示の垂直駆動回路（書き込み駆動走査部）内に設けられた、「交流駆動走査部」としてのＶｃｏｍ駆動回路９により行われる。Ｖｃｏｍ駆動回路９の動作は、「ｍ本の対向電極の配線を同時にＶｃｏｍ交流駆動する交流信号源Ｓ（図１および図２参照）を列方向に移動して、選択する対向電極を１つずつ変えながら列方向に走査する動作」に等しいとみなせる。

一方、検出電極４４は、対向電極４３の電極パターン（対向電極４３＿１〜４３＿ｎ）の分離方向に延びる複数のストライプ状の電極パターン（検出電極４４＿１〜４４＿ｋ）から構成されている。ｋ個の検出電極４４＿１〜４４＿ｋから、それぞれ検出信号Ｖdetが出力される。これらｋ個の検出信号Ｖdetが、図１および図２に示す電圧検出器ＤＥＴを基本検出単位とする、「検出部」としての検出回路８に入力されるようになっている。

なお、図４（Ａ）と図４（Ｂ）は電極パターン説明のために分けた図であるが、実際には、図４（Ｃ）のように対向電極４３＿１〜４３＿ｎと検出電極４４＿１〜４４＿ｋとは重ねて配置され、２次元平面内の位置検出が可能になっている。
この構成によって、検出回路８は、どの電圧検出器ＤＥＴに電圧変化が生じたかで行方向の位置が検出でき、その検出時のタイミングによって列方向の位置情報を得ることができる。つまり、Ｖｃｏｍ駆動回路９のＶｃｏｍ駆動と検出回路８の動作が、例えば所定周期のクロック信号で同期しているとする。このような同期動作によって、検出回路８が電圧変化を得たときが、Ｖｃｏｍ駆動回路９が分割された、どの対向電極を駆動していたときに対応するかが分かるため、指の接触位置中心を検出できる。このような検出動作は、液晶表示装置１全体を統括する不図示のコンピュータベースの統括制御回路、例えばＣＰＵやマイクロコンピュータ、あるいは、タッチ検出のための制御回路により制御される。

図６は、タッチ検出動作を行う検出回路８の一構成例を、検出対象の位置を示す電極パターンとともに示す図である。
図６に示すように、斜線により示す対向電極４３＿１が交流信号源Ｓに接続されて選択され、それ以外の対向電極４３＿２〜４３＿５がＶｃｏｍ反転駆動の中心電位を与えるＧＮＤ電位で保持されている。前者の対向電極が選択された状態をオン、非選択の状態をオフともいう。
図６は、これらの対向電極群に交差する、ある検出電極４４に接続された電圧検出器ＤＥＴと、交流信号源Ｓの回路図を示している。検出電極４４と各対向電極との各交差部分に、（静電）容量素子Ｃ１＿１〜Ｃ１＿５が形成される。なお、本実施形態では実際には、前述したようにｍ個の対向電極からなる交流駆動電極ユニットＥＵ１つが同時に交流駆動される。よって、図６に示す１つの対向電極（例えば、４３＿１の１つ）が、図４の交流駆動電極ユニットＥＵに対応するとみなしてよい。

図６に図解する交流信号源Ｓは、制御部９１と、２つのスイッチＳＷ(+),ＳＷ(-)と、ラッチ回路９２と、バッファ回路（波形整形部）９３と、出力スイッチＳＷを有する。
制御部９１は、プラス電圧Ｖ(+)とマイナス電圧Ｖ(-)を各々がスイッチする２つのスイッチＳＷ(+),ＳＷ(-)を制御する回路である。制御部９１は、交流信号源Ｓ内に設けなくとも、外部のＣＰＵ等で代用できる。
スイッチＳＷ(+)はプラス電圧Ｖ(+)とラッチ回路９２の入力との間に接続され、スイッチＳＷ(-)はマイナス電圧Ｖ(-)とラッチ回路９２の入力との間に接続されている。ラッチ回路９２の出力はバッファ回路９３を介して、出力スイッチＳＷのオン側ノードに接続されている。バッファ回路９３はプラス電圧Ｖ(+)とマイナス電圧Ｖ(-)に、入力電位を電位補償して出力する回路である。
ここで出力スイッチＳＷは、制御部９１により制御されて、当該交流信号源Ｓをオン（選択状態あるいは活性状態）とするか、非活性のＧＮＤ接続とするかを制御する。この制御部９１の機能は他の交流信号源Ｓとの制御と同期させる関係上、通常は、たとえば活性化する交流信号源Ｓのグループをシフトして選択する信号を、シフトレジスタ等で順送りする等の構成によって実施される。

（静電）容量素子Ｃ１＿１〜Ｃ１＿５が接続された検出電極４４に、電圧検出器ＤＥＴが接続されている。
図６に図解する電圧検出器ＤＥＴは、ＯＰアンプ回路８１、整流回路８２およびＡＤコンバータ８３から構成される。
ＯＰアンプ回路８１は、ＯＰアンプ８４、抵抗Ｒ１とＲ２、および、容量Ｃ３により図示のように構成され、ノイズ除去のためのフィルタ回路を形成する。このフィルタ回路は抵抗の比等で増幅率が決まり、信号増幅回路としても機能する。
ＯＰアンプ８４の非反転入力「＋」に検出電極４４が接続され、ここから検出信号Ｖdetが入力される。検出電極４４は、その電位のＤＣレベルを電気的に固定するために抵抗Ｒを介して接地電位に接続されている。ＯＰアンプ８４の出力と反転入力「−」との間に抵抗Ｒ２と容量Ｃ３が並列接続され、ＯＰアンプ８４の反転入力「−」と接地電位との間に抵抗Ｒ１が接続されている。
整流回路８２は、半波整流を行うダイオードＤ１と、充電キャパシタＣ４と、放電抵抗Ｒ０とを有する。ダイオードＤ１のアノードがＯＰアンプ回路８１の出力に接続され、ダイオードＤ１のカソードと接地電位との間に、充電キャパシタＣ４と放電抵抗Ｒ０がそれぞれ接続されている。充電キャパシタＣ４と放電抵抗Ｒ０により平滑回路が形成される。
ダイオードＤ１のカソード（整流回路８２の出力）電位が、ＡＤコンバータ８３を介してデジタル値として読み出される。図６に示すＡＤコンバータ８３は、閾値と電圧比較を実行するコンパレータ８５のみ示すが、抵抗ラダー型や容量分割型などコンバータのタイプに依存して異なる構成は省略する。ＡＤコンバータ８３から出力されたデジタル値を、さらに不図示の比較器等によって所定の閾値Ｖｔｈ（図３（Ａ）参照）と比較する。比較回路は、ＣＰＵなどの制御回路（不図示）の機能としても実現できるため、ここでは図示を省略している。この比較結果が、タッチされたか否かを示す信号、例えばボタン操作の有無を示す信号として各種アプリケーションに利用される。

「交流駆動走査部」としてのＶｃｏｍ駆動回路９は、図４（Ｄ）の駆動基板２側に形成されるが、「検出部」としての検出回路８は、駆動基板２側でも対向基板４側でもよい。ＴＦＴが多く集積化されているため製造工程数を減らすには駆動基板２に検出回路８も一緒に形成することが望ましい。ただし、検出電極４４が対向基板４側に存在し、検出電極４４が透明電極材料から形成されるため配線抵抗が高くなることがある。そのような場合、配線抵抗が高いことの不具合を回避するには、対向基板４側に検出回路８を形成することが好ましい。ただし、検出回路８だけのために対向基板４にＴＦＴ形成プロセスを用いると、コスト高になるという不利益がある。
以上の利益と不利益を総合的に勘案して、検出回路８の形成位置を決定するとよい。

つぎに、以上の交流信号源Ｓを基本構成とするＶｃｏｍ駆動回路９による、対向電極４３のシフトおよび交流駆動について、図面を用いて説明する。
図７（Ａ）に、画素表示ライン単位（書き込みユニットともいう）で分割された対向電極４３＿１〜４３＿ｎを示す。図７（Ｂ）に、そのうちの最初の１本である対向電極４３＿１の駆動時におけるタッチセンサ部の等価回路図を示す。
図７（Ａ）に示すように対向電極４３＿１に交流信号源Ｓが接続されてＶｃｏｍ交流駆動されている。このときタッチセンサ部は、既に説明したように図７（Ｂ）のような等価回路が形成される。ただし、ここでは容量素子Ｃ１＿１〜Ｃ１＿ｎの各静電容量値を“Ｃｐ”、検出電極４４に、容量素子Ｃ１＿１〜Ｃ１＿ｎ以外に接続されている容量成分（寄生容量）を“Ｃｃ”、交流信号源Ｓによる交流電圧の実効値を“Ｖ１”と表す。
このとき電圧検出器ＤＥＴで検出される検出信号Ｖdetは、指が非接触のときは電圧Ｖｓ、指が接触のときは電圧Ｖｆとなる。以下、電圧Ｖｓ,Ｖｆをセンサ電圧という。

非接触時のセンサ電圧Ｖｓは、図７（Ｃ）のような式によって表される。この式から、対向電極４３の分割数ｎが大きいと、その分、各静電容量値Ｃｐは小さくなる。図７（Ｃ）の式の分母は“ｎＣｐ”がほぼ一定なため余り大きな変化がないが、分子が小さくなる。よって、対向電極４３の分割数ｎが大きくなるにしたがって、センサ電圧Ｖｓの大きさ（交流の実効値）も小さくなる。
したがって、分割数ｎは余り大きくできない。

一方、分割数ｎが小さく、１つの対向電極４３＿１の面積が大きいと、そのＶｃｏｍ交流駆動が電極間で切り替わる時の微妙な電位変動（過渡的な電位変動）が表示画面で線として見えてしまう。
そこで、本実施形態では前述したように、分割自体は画素表示ライン（書き込みユニット）ごとに行うが、複数の対向電極を同時にＶｃｏｍ交流駆動する。また、一部の分割された対向電極は、２回連続して選択する。これにより、分割数ｎが大きくなることによるセンサ電圧の低下（Ｓ／Ｎ比の低下）と、電極切り替わり時の電位変動の希釈化（目立たなくすること）とを同時に達成する。

図８に、この交流駆動とシフトの動作説明図を示す。
図８において斜線により示す７本の対向電極により交流駆動電極ユニットＥＵが構成されている。図８（Ａ）〜（Ｃ）は、交流駆動電極ユニットＥＵを１画素ライン単位で列方向にシフトさせたときの選択範囲の推移を示す。
図８（Ａ）の時間Ｔ１では、最初の１つの書き込みユニットは非選択であるが、２番目から８番目のラインに対応した対向電極が選択されて同時に交流信号源Ｓで交流駆動されている。次のサイクル（時間Ｔ２）では、１つの書き込みユニット分シフトし、１番目と２番目のラインに対応する２つの対向電極が非選択、３番目以降の７本が選択、その他が非選択となっている。さらにその次のサイクル（時間Ｔ３）では、さらに１つの書き込みユニット分シフトし、１〜３番目のラインに対応する対向電極が非選択、４番目以降の７本が選択、その他が非選択となる。
以後、同様にシフトと交流駆動を繰り返す。

以上の記載から、本実施形態に関わる表示装置の駆動方法は、「面状に行列配置された複数の画素電極２２と、当該画素電極２２と対向する面状に配置され、行列配置の行または列と平行な走査方向に分離されている複数の対向電極４３と、の間に印加される電圧を制御して、画像の階調表現を行う表示駆動のステップと、互いに対向する複数の対向電極４３と検出電極４４との間に形成される静電容量Ｃ１の印加電圧（例えば、センサ電圧Ｖｓに比例）が外部容量Ｃ２の影響で低下することを、表示駆動の最中に検出電極４４側で検出するタッチ検出のステップと、を含む。そして、表示駆動およびタッチ検出のステップが、複数の対向電極４３から、連続する２つ以上の対向電極を選択して当該選択した対向電極を交流駆動する交流駆動のステップと、交流駆動時に検出電極４４側に伝達される交流電圧の大きさを測定し、当該測定の結果に基づいて外部容量Ｃ２の有無を判定する検出のステップと、連続する２回の交流駆動で共通な１つ以上の対向電極が選択されるように、対向電極の選択対象を走査方向内でシフトするシフトのステップと、を含む」ことの一例といえる。

この動作により、図７（Ｃ）に示した式におけるｎの値は、実際の分割数の１／７に低減されてセンサ電圧Ｖｓの実効値がその分、大きくなる。一方、図８に示すように、選択グループに新たに含まれ、それに変わって含まれなくなる単位が１画素ラインに対応する１つの対向電極である。よって、交流駆動の切り替わり周波数がコモン駆動信号Ｖｃｏｍの１Ｈ反転周波数と等しくなる。この周波数は商用電源周波数、例えば60[Hz]を列方向の画素数倍した非常に高い周波数となる。たとえば列方向の画素数が480の場合、この周波数は28.8[kHz]、パルス波形の周波数としては、その半分の14.4[kHz]となる。よって、交流駆動のシフトに起因する画像変化は、人の目に視認できない十分に高い周波数となる。
以上より、センサ電圧の低下によるＳ／Ｎ比低下の防止と、電極駆動の切り替えによる画質低下の防止が両立できる。

次に、以上のような構成の表示装置の動作を説明する。

駆動基板２の表示ドライバ（図示しない水平駆動回路および垂直駆動回路等）は、対向電極４３の各電極パターン（対向電極４３＿１〜４３＿ｎ）に対してコモン駆動信号Ｖｃｏｍを線順次で供給する。このとき、対向電極の選択の仕方とシフトの仕方は、上述したとおりである。コモン駆動信号Ｖｃｏｍは、画像表示の対向電極電位制御のためにも用いられる。
また、表示ドライバは、信号線ＳＩＧを介して画素電極２２へ信号電圧を供給すると共に、これに同期して、走査線ＳＣＮを介して各画素電極のＴＦＴのスイッチングを線順次で制御する。これにより、液晶層６には、画素ごとに、コモン駆動信号Ｖｃｏｍと各画素信号とにより定まる縦方向（基板に垂直な方向）の電界が印加されて液晶状態の変調が行われる。このようにして、いわゆる反転駆動による表示が行われる。

一方、対向基板４の側では、対向電極４３の各電極パターン（対向電極４３＿１〜４３＿ｎ）と、検出電極４４の各電極パターン（検出電極４４＿１〜４４＿ｋ）との交差部分にそれぞれ容量素子Ｃ１が形成される。対向電極４３の各電極パターンにコモン駆動信号Ｖｃｏｍを時分割的に順次印加していくと、その印加された対向電極４３の電極パターンと検出電極４４の各電極パターンとの交差部分に形成されている一列分の容量素子Ｃ１の各々に対する充放電が行われる。その結果、容量素子Ｃ１の容量値に応じた大きさの検出信号Ｖdetが、検出電極４４の各電極パターンからそれぞれ出力される。対向基板４の表面にユーザの指が触れられていない状態においては、この検出信号Ｖdetの大きさはほぼ一定（センサ電圧Ｖｓ）となる。コモン駆動信号Ｖｃｏｍのスキャンに伴い、充放電の対象となる容量素子Ｃ１の列が線順次的に移動していく。

ここで、対向基板４の表面のいずれかの場所にユーザの指が触れると、そのタッチ箇所に元々形成されている容量素子Ｃ１に、指による容量素子Ｃ２が付加される。その結果、そのタッチ箇所がスキャンされた時点（すなわち、対向電極４３の電極パターンのうち、そのタッチ箇所に対応する電極パターンにコモン駆動信号Ｖｃｏｍが印加されたとき）の検出信号Ｖdetの値（センサ電圧Ｖｓ）が他の箇所よりも小さくなる（センサ電圧Ｖｆ（＜Ｖｓ）となる）。検出回路８（図６）は、この検出信号Ｖdetを閾値電圧Ｖthと比較して、閾値電圧Ｖth以下の場合に、その箇所をタッチ箇所として判定する。このタッチ箇所は、コモン駆動信号Ｖｃｏｍの印加タイミングと、閾値電圧Ｖth以下の検出信号Ｖdetの検出タイミングとから求めることができる。

このように、本実施形態によれば、液晶表示素子に元々備えられている液晶駆動の共通電極（対向電極４３）を、駆動電極と検出電極とからなる一対のタッチセンサ用電極のうちの一方として兼用すると共に、表示駆動信号としてのコモン駆動信号Ｖｃｏｍを、タッチセンサ駆動信号として共用するようにして静電容量型タッチセンサを構成している。よって、新たに設ける電極は検出電極４４だけでよく、また、タッチセンサ駆動信号を新たに用意する必要がない。したがって、構成が簡単である。
また、複数の対向電極を同時に交流駆動し、その同時に交流駆動する電極グループを、各対向電極が２回の交流駆動で共に選択されるようにシフトする。このため、センサの検出電圧のＳ／Ｎ比低下と画質低下の防止を両立できる。
さらにコモン駆動信号Ｖｃｏｍの駆動電極と駆動回路を、センサ駆動電極と駆動回路と兼用できるため、その分の配置スペースと消費電力の節約ができる。

なお、図４および図６において、検出電極４４は細い幅のラインとして示すが、行方向に大きな幅に形成してもよい。この幅は、容量素子Ｃ１の容量値が小さ過ぎて、より大きくしたい場合に、電極幅を大きく対処できる。逆に、例えば誘電体Ｄが薄いために容量素子Ｃ１の容量値が大き過ぎて、より小さくしたい場合は、電極幅を小さくして対処できる。
あるいは、検出電極４４を列方向に分割して、それぞれの分割した孤立パターンから配線を列方向に引き出してもよい。それぞれの配線に電圧検出器ＤＥＴを接続してもよいが、回路規模が増大することを防止するために複数の検出電極４４で１つの電圧検出器ＤＥＴを共用してもよい。例えば、１つの電圧検出器ＤＥＴを１列の検出電極４４で共用し、当該電圧検出器ＤＥＴによって、時分割で検出電極４４ごとの検出を行ってもよい。

＜変形例１＞
第１実施形態では、分割された対向電極の１ピッチごとに、同時駆動する対向電極グループ（交流駆動電極ユニットＥＵ）をシフトしたが、これに限定されない。
たとえば、対向電極の２ピッチ、３ピッチ、または、それ以上の単位で交流駆動電極ユニットＥＵをシフト動作してもよい。ただし、１回のシフト動作に対応する上記ピッチ数が増えると、画素の切り替えが見えやすくなるので、事実上の限界はある。ただし、１回のシフト動作に対応する上記ピッチ数を増やしていったときに、どの段階で画質に影響するかは、電位変動を起こす配線に接続されている容量の大きさなどが違うと異なるので、一律には決められない。
また、交流駆動電極ユニットＥＵに含まれる分割された対向電極４３の数は、２以上なら任意である。ただし、あまり、この数を大きくすると分割しシフトする意味が薄れ、また、センサの列方向の分解能が低下する。さらに、表示制御やセンサ駆動にとって無駄なＶｃｏｍ駆動領域が増えるため、無駄な電力消費が増大する。これらをすべて勘案して、交流駆動電極ユニットＥＵに含まれる分割された対向電極４３の数の上限や最適値が決められる。

いずれにしても、この変形例１は、「複数の対向電極は、走査方向において２以上の所定数の画素電極ごとに１つの割合で等間隔に配置され、駆動検出部は、交流駆動を繰り返す際に、選択する対向電極の組み合わせを、走査方向内で前記対向電極が配置されたピッチを単位にシフトする」ことの一例といえる。
なお、この変形例１は、後述する第２実施形態、第４実施形態でも適用できる。
また、検出電極４４は複数ｋ個、設けたが、列方向にのみタッチ検出する場合は、検出電極４４は１つで構わない。本発明の実施形態は、タッチ位置をマトリクス検出できる構成例を示すものである。

＜変形例２＞
図９に、第１実施形態における変形例（変形例２）を示す。
変形例２では、断面構造内において検出電極４４を、カラーフィルタ４２を挟んで対向電極４３と対抗する位置に形成している。これにより容量素子Ｃ１が大きくなるが、表示面から検出電極４４までの距離が遠くなるため指の接近による影響（容量Ｃ２）が小さくなる。しかし、指の大きさは画素に比べて大きいので、容量Ｃ２は低下しても、容量素子Ｃ１との関係でその低下の影響が軽微な場合もある。あるいは、逆に感度が高くなる場合もある。よって、図９のような構造が採用できる。図９に示す構造においても、検出電極４４の幅で容量素子Ｃ１の大きさが調整できる。

《第２実施形態》
次に、第２実施形態について説明する。本実施形態は、上記第１実施形態の場合とは異なり、表示素子として横電界モードの液晶素子を用いるようにしたものである。

図１０は、本実施形態の表示装置の概略的な断面構造図である。図１０で、第１実施形態と同一の構成は、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施形態の表示装置が、電極の位置に限り（パターンは異なる）、第１野実施形態と異なる点は、対向電極４３を駆動基板２側に配置することである。本実施形態における対向電極４３は、画素電極２２の反液晶層６側に画素電極２２と対向して配置されている。ここで対向といっても、特に図示しないが、画素電極２２同士の間の距離が比較的大きく取られ、画素電極２２の間から対向電極４３が液晶層６に電界を作用させる。つまり、液晶層６に対する電界の作用する方向が横方向の横電界モードの液晶表示となる。
その他の構成は、断面における配置に限れば、第１実施形態と第２実施形態は同じとなる。

容量素子Ｃ１は、検出電極４４と対向電極４３との間に形成されるため、第１実施形態（図４（Ｄ））に比べると、容量値が低くなる。しかし、電極間隔が遠くなることを、電極幅を大きくするなどで補うような対処が可能であり、また、容量素子Ｃ２との関係で感度が大きくなる場合もある。

液晶層６は、電界の状態に応じてそこを通過する光を変調するものであり、例えば、ＦＦＳ（フリンジフィールドスイッチング）モードや、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）モード等の横電界モードの液晶が用いられる。

つぎに、図１１を参照して、より詳細に説明する。
図１１に示すＦＦＳモードの液晶素子においては、駆動基板２上に形成された対向電極４３の上に、絶縁層２５を介して、櫛歯状にパターニングされた画素電極２２が配置され、これを覆うように配向膜２６が形成される。この配向膜２６と、対向基板４側の配向膜４６との間に、液晶層６が挟持される。２枚の偏光板２４，４５は、クロスニコルの状態で配置される。２枚の配向膜２６，４６のラビング方向は、２枚の偏光板２４，４５の一方の透過軸と一致している。図１０では、ラビング方向が出射側の保護層４５の透過軸と一致している場合を図示してある。さらに、２枚の配向膜２６，４６のラビング方向および保護層４５の透過軸の方向は、液晶分子が回転する方向が規定される範囲で、画素電極２２の延設方向（櫛歯の長手方向）とほぼ平行に設定されている。

次に、以上のような構成の表示装置の動作を説明する。

ここではまず、図１１および図１２を参照して、ＦＦＳモードの液晶素子の表示動作原理について簡単に説明する。ここで、図１２は液晶素子の要部断面を拡大して表したものである。これらの図で、（Ａ）は電界非印加時、（Ｂ）は電界印加時における液晶素子の状態を示す。

対向電極４３と画素電極２２との間に電圧を印加していない状態では（図１１（Ａ）、図１２（Ａ））、液晶層６を構成する液晶分子６１の軸が入射側の偏光板２４の透過軸と直交し、かつ、出射側の保護層４５の透過軸と平行な状態となる。このため、入射側の偏光板２４を透過した入射光ｈは、液晶層６内において位相差を生じることなく出射側の保護層４５に達し、ここで吸収されるため、黒表示となる。一方、対向電極４３と画素電極２２との間に電圧を印加した状態では（図１１（Ｂ）、図１２（Ｂ））、液晶分子６１の配向方向が、画素電極間に生じる横電界Ｅにより、画素電極２２の延設方向に対して斜め方向に回転する。この際、液晶層６の厚み方向の中央に位置する液晶分子６１が約４５度回転するように白表示時の電界強度を最適化する。これにより、入射側の偏光板２４を透過した入射光ｈには、液晶層６内を透過する間に位相差が生じ、９０度回転した直線偏光となり、出射側の保護層４５を通過するため、白表示となる。

なお、タッチセンサ部に関しては、断面構造内の電極配置が異なるのみで、基本的な動作は第１実施形態と共通する。つまり、Ｖｃｏｍ交流駆動とシフトの繰り返しにより対向電極４３を列方向で駆動し、そのときのセンサ電圧ＶｓとＶｆの差を、電圧検出器ＤＥＴを介して読み取る。デジタル値として読み取ったセンサ電圧ｖを、閾値電圧Ｖｔｈを用いて比較し、指の接触または接近の位置をマトリクス状に検出する。
このとき、第１実施形態と同様に、図８に示すように、ｍ本（図８ではｍ＝７）同時に対向電極４３を交流駆動し、１つの書き込みユニットに対応する１本の対向電極４３ずつずらしてシフトしてから再度交流駆動を行い、このシフトと交流駆動を繰り返す。このため、図７（Ｃ）に示した式におけるｎの値は、実際の分割数の１／ｍに低減されてセンサ電圧Ｖｓがその分、大きくなる。一方、図８に示すように、選択グループに新たに含まれ、それに変わって含まれなくなる単位が１画素ラインに対応する１つの対向電極である。よって、交流駆動の切り替わり周波数がコモン駆動信号Ｖｃｏｍの１Ｈ反転周波数と等しくなる。この周波数は商用電源周波数、例えば60[Hz]を列方向の画素数倍した非常に高い周波数となる。たとえば列方向の画素数が４８０の場合、この周波数は28.8[kHz]、パルス波形の周波数としては、その半分の14.4[kHz]と、人の目に視認できない十分に高い周波数となる。
以上より、センサ電圧の低下によるＳ／Ｎ比低下の防止と、電極駆動の切り替えによる画質低下の防止が両立できる。

以上の効果に加え、第１実施形態と同様に、Ｖｃｏｍ駆動とセンサ駆動の電極の共用により、構成が簡単であるという利点がある。また、コモン駆動信号Ｖｃｏｍの駆動電極と駆動回路を、センサ駆動電極と駆動回路と兼用できるため、その分の配置スペースと消費電力の節約ができる。

＜変形例３＞
図１３に、第２実施形態における変形例（変形例３）を示す。
変形例３では、断面構造内において検出電極４４を、カラーフィルタ４２を挟んで対向電極４３と対抗する位置に形成している。これにより容量素子Ｃ１を大きくできる。特にセンサ電極（対向電極４３と検出電極４４）間が離れている第２実施形態では、容量素子Ｃ１を大きくことは望ましい。
なお、表示面から検出電極４４までの距離が遠くなるため指の接近による影響（容量Ｃ２）が小さくなる。しかし、指の大きさは画素に比べて大きいので、容量Ｃ２は低下しても容量素子Ｃ１が大きくすると、感度が高くなる場合もある。そのような場合、図１３のような構造が採用できる。この場合も、検出電極４４の幅で容量素子Ｃ１の大きさが調整できる。

《第３実施形態》
第３実施形態は、上記第１実施形態と上記第２実施形態の何れの構造の表示装置に対しても適用できる、他の駆動方法を提供するものである。

図１４に、本実施形態に関わる対向電極の交流駆動方法を示す。図１４は、図８に代わる図であり、その他の図４〜図１３は、本実施形態でも適用できる。ただし、図４、図６、図７等に示すＶｃｏｍ駆動回路９および交流信号源Ｓは、前述した第１および第２実施形態（変形例も含む）では、１以上の所定の画素表示ライン（書き込みユニット）を単位として、交流駆動の複数の対向電極（交流駆動電極ユニットＥＵ）を選択していた。これに対し、本実施形態では、ｎ個に分割された対向電極の走査方向のピッチ長（幅と離間距離の合計）を、走査方向における画素表示ライン（書き込みユニット）のピッチ長、即ち画素電極配列のピッチ長の２倍以上に設定する。
図１４では、一例として３つの画素表示ラインに１つの割合でピッチ長を有する対向電極画素を形成している。なお、実際には、走査方向の画素数は偶数であるため偶数の画素表示ラインに１つの割合で対向電極を分割することが望ましい。

第３実施形態における交流駆動走査部（図４等のＶｃｏｍ駆動回路９に相当）は、最初に対向電極４３＿１を選択して、これにＶｃｏｍ交流電圧を印加する。
その対向電極４３＿１が交流駆動されている期間（Ｔ１）に、第３実施形態における書き込み駆動走査部（たとえば、次の実施形態に関する図１５に示す垂直駆動回路（Ｖ−ＤＲＶ））は、図１４（Ａ）に示すように、対向電極４３＿１に対応する３つの画素表示ラインを順次走査して、表示制御を行う。

次の期間（Ｔ２）においては、図１４（Ｂ）に示すように、対向電極４３＿２が選択されて、対向電極４３＿２のみがＶｃｏｍ交流駆動される。その期間（Ｔ２）において、同様に、不図示の垂直駆動回路（Ｖ−ＤＲＶ））は、対向電極４３＿２に対応する３つの画素表示ラインを順次走査して、表示制御を行う。
以後、同様にして図１４（Ｃ）に示す次の期間（Ｔ３）の制御が行われ、この制御（Ｖｃｏｍ交流駆動の対象となる対向電極のシフトと書き込み走査）が繰り返されて、１画面の表示制御が完結する。

第３実施形態では、前述した第１の要請はＶｃｏｍ交流駆動によって満たされるが、第２の要請と第３の要請は条件によって満たされる場合と、そうでない場合がある。
詳細には、対向電極４３の走査方向の分割数ｎが小さいとタッチセンサの解像度が低下する。その一方で、分割数ｎが大きいと、センサ電圧Ｖｓの低下によるＳ／Ｎ比の低下と、１つの画対向電極の面積が大きく１画面内でＶｃｏｍ駆動している対向電極の切り替えが画面に見えてしまうという不都合がある。
このように、走査方向（列方向）の画素数Ｙに対して、この１つの分割された対向電極（例えば、４３＿１）の走査方向のピッチを、画素ピッチ（画素電極ピッチ）の２倍以上としている。

《第４実施形態》
以上の第１実施形態とその変形例１と２、第２実施形態とその変形例３、第３実施形態においては、検出回路８を駆動基板２と対向基板４のどちらの側に設けるかは任意である。
第４実施形態では、駆動基板２にＶｃｏｍ駆動回路９が形成され、外部の他の基板に検出回路８が形成された場合を例として実装構造例を示す。

図１５（Ａ）に、駆動基板２における回路部の配置例を示す。
図１５（Ａ）に示す駆動基板２では、対向電極４３が列方向にｎ個配置されている表示部の周囲に、「書き込み駆動走査部」としての垂直駆動回路（Ｖ−ＤＲＶ）と、Ｖｃｏｍ駆動回路９が行方向の一方と他方に配置されている。また、水平駆動回路（Ｈ−ＤＲＶ）が列方向の一方に配置されている。これらの回路は同一のＴＦＴ製造プロセスによって一括して形成される。
ここで本実施形態の特徴として、検出回路８を駆動基板２や対向基板４に形成しないで、表示パネルからフレキシブル基板ＦＬＳによって引き出されたＩＣ内や基板に実装された回路として実現する。

図１５（Ｂ）は、駆動基板２に対向基板４を重ねて表示パネルを形成し、さらに、フレキシブル基板ＦＬＳを駆動基板２に接合した状態を示す。
フレキシブル基板ＦＬＳと駆動基板２には多数の接合端子が設けられている。その一部は、垂直駆動回路（Ｖ−ＤＲＶ）、水平駆動回路（Ｈ−ＤＲＶ）、Ｖｃｏｍ駆動回路９のための信号や電圧を供給するために用いられる。本実施形態では、これらの接合端子のうち、残りの一部を用いて検出電極４４の出力を表示パネル外部に引き出している。また、フレキシブル基板ＦＬＳ内のＩＣや実装回路によって検出回路８を実現している。
そのため検出電極４４が水平駆動回路（Ｈ−ＤＲＶ）の形成領域と交差する必要がある。画像表示時に、水平駆動回路（Ｈ−ＤＲＶ）は比較的大きな振幅の信号によって活発に動作している。このため、振幅が比較的小さくてアナログの検出信号Ｖdet（検出回路８に入力前の信号）が、水平駆動回路（Ｈ−ＤＲＶ）と交差する際にノイズにより信号品質が低下する可能性がある。

本実施形態では、このようなノイズの影響を防止、または、低減することを意図して、水平駆動回路（Ｈ−ＤＲＶ）などの駆動基板２側回路の上を検出電極４４が交差するときは、その間に電位的に固定されたシールド層１０を設けている。これにより、検出信号ＶdetのＳ／Ｎ比低下が有効に防止できるという利益が得られる。
なお、図１６のように、対向基板４側に検出回路８を設け、デジタル信号とされた後の検出信号を外部に引き出すための配線１１が水平駆動回路（Ｈ−ＤＲＶ）の上方を通るときは、シールド層１０を設ける必要は必ずしもない。ただし、この場合でもシールド層１０を設けて万全を期してもよい。

本発明の実施形態に関わるタッチセンサ部の動作を説明するための等価回路図と概略断面図である。 図１に示すタッチセンサ部に指が接触または接近した場合の、同等価回路図と同概略断面図である。 本発明の実施形態に関わるタッチセンサ部の入出力波形を示す図である。 本発明の実施形態に関わる表示装置のタッチ検出のための電極と、その駆動や検出のための回路の配置に特化した平面図と概略断面図である。このうち概略断面図は、特に第１実施形態を示すものである。 本発明の実施形態に関わる表示装置の画素の等価回路図である。 本発明の実施形態に関わる表示装置において、センサ駆動のための交流信号源と電圧検出器の回路例を示すための図である。 本発明の実施形態に関わる対向電極のパターンと、当該パターンも含めたタッチセンサ部の等価回路図ならびにセンサ電圧の式を示す図である。 本発明の実施形態に関わる対向電極の選択（同時に交流駆動する電極グループの決定）と、そのシフト（再選択）の様子を示す平面図である。 本発明の実施形態の変形例２に関わる表示装置の概略断面図である。 本発明の第２実施形態に関わる表示装置の概略断面図である。 本発明の第２実施形態に関わるＦＦＳモード液晶素子の動作説明図である。 図１１の動作を断面図において示す図である。 本発明の実施形態の変形例３に関わる表示装置の概略断面図である。 本発明の第３実施形態に関わる表示装置の交流駆動方法の説明図である。 本発明の第４実施形態に関わる表示装置のパネル構造を示す平面図である。 第４実施形態の変形例を示すパネル断面構造図である。

符号の説明

１…液晶表示装置、２…駆動基板、２１…ＴＦＴ基板、２２…画素電極、２３…ＴＦＴ、４…対向基板、４１…ガラス基板、４２…カラーフィルタ、４３…対向電極、４４…検出電極、６…液晶層、７…コンタクト導電柱、８…検出回路、８１…ＯＰアンプ回路、８２…整流回路、８３…ＡＤコンバータ、Ｃ１,Ｃ２…容量素子、Ｓ…交流信号源、ＤＥＴ…電圧検出器、Ｓｇ…ＡＣパルス信号、Ｅ１…駆動電極、Ｅ２…検出電極、Ｖｃｏｍ…コモン駆動信号、Ｖdet…検出信号、Ｖth…閾値電圧、Ｖｓ…センサ電圧(非接触時)、Ｖｆ…センサ電圧(接触時)

Claims (10)

1. 複数の走査線および複数の信号線により相互接続され、対応する一の前記信号線の電圧を、対応する一の前記走査線の印加電圧に応じて書き込むスイッチを各々が含む複数の画素と、
   前記画素ごとに設けられ、面状に行列配置された複数の画素電極と、
   前記画素電極と対向する面状に配置され、前記画素電極の一方の配置方向である走査方向で前記画素電極の配列が有するピッチ長の１倍以上のピッチ長を有し、前記走査方向内で等間隔に配置された複数ｎ個の対向電極と、
   前記ｎ個の対向電極の各々との間に静電容量が形成される検出電極と、
   互いに対向する前記画素電極と前記対向電極との間に印加される信号電圧に応じて画像の表示機能を発揮する表示機能層と、
   前記走査方向と直交する他方向に並ぶ所定数の前記画素電極に対して、所定数の前記スイッチをオンして所定数の前記信号線の電圧を書き込む動作と、書き込み対象となる前記所定数の画素電極を前記走査方向に順に切り替えるシフト動作とを繰り返す書き込み駆動走査部と、
   前記書き込み対象である前記所定数の画素電極と対向する対向電極を含むことを条件に前記ｎ個の対向電極から限定されるｓ（１≦ｓ＜ｎ）個の対向電極に電圧を交流駆動し、当該交流駆動の対象である前記ｓ個の対向電極を前記走査方向で前記条件を満たすようにシフトする交流駆動走査部と、
   外部容量の影響で生じる前記静電容量の印加電圧の変化を前記検出電極側で検出する検出部と、
   を有する表示装置。
2. 前記書き込み駆動走査部は、前記ｎ個の対向電極から、連続する２つ以上の前記ｓ個の対向電極を選択して当該選択したｓ個の対向電極を交流駆動し、前記対向電極の選択対象を前記走査方向内でシフトしながら前記交流駆動を繰り返し、当該交流駆動を繰り返す最中に、連続する２回の前記交流駆動で共通な１つ以上の対向電極が前記選択対象に含まれるように前記シフトを行う
   請求項１に記載の表示装置。
3. 前記ｎ個の対向電極は、前記走査方向において前記画素電極と同じ数だけ等間隔に配置され、
   前記交流駆動走査部は、前記交流駆動を行う前記対向電極の組み合わせを、前記走査方向内で前記対向電極が配置されたピッチを単位にシフトする
   請求項１に記載の表示装置。
4. 前記ｎ個の対向電極は、前記走査方向において２以上の所定数の画素電極ごとに１つの割合で等間隔に配置され、
   前記駆動検出部は、前記交流駆動を繰り返す際に、選択する前記対向電極の組み合わせを、前記走査方向内で前記対向電極が配置されたピッチを単位にシフトする
   請求項１に記載の表示装置。
5. 前記ｎ個の対向電極が、前記走査方向で前記画素電極の配列が有するピッチ長の２倍以上のピッチ長を有し、
   前記書き込み駆動走査部と前記交流駆動走査部は、前記所定数の画素電極を１つの書き込みユニットとしたときに前記交流駆動している一の前記対向電極と対向する２つ以上の書き込みユニットにおいて、書き込みユニットごとに前記書き込みを行い、当該２つ以上の書き込みユニットの書き込みが終了したら、前記交流駆動対象を隣の他の対向電極に切り替えて、当該他の対向電極と対向する他の２つ以上の書き込みユニットにおいて書き込みユニットごとに前記書き込みを行う
   請求項１に記載の表示装置。
6. 前記検出電極は、前記走査方向と直交する他方向に分離されて複数配置され、
   前記検出部は、複数の前記検出電極ごとに接続され、それぞれが前記静電容量の印加電圧の変化を検出する複数の電圧検出回路器を含む
   請求項１に記載の表示装置。
7. 面状に行列配置された複数の画素電極と、当該画素電極と対向する面状に配置され、前記画素電極の一方の配置方向である走査方向に分離されている複数の対向電極と、の間に印加される信号電圧を制御して画像の階調表現を行う表示駆動のステップと、
   互いに対向する前記ｎ個の対向電極と検出電極との間に形成される静電容量の印加電圧が外部容量の影響で変化することを、前記表示駆動の最中に前記検出電極側で検出するタッチ検出のステップと、
   を含み、
   前記表示駆動のステップが、
   前記走査方向と直交する他方向に並ぶ所定数の前記画素電極に対して前記信号電圧の印加のために画素ごとの画素電圧を書き込む動作と、書き込み対象となる前記所定数の画素電極を前記走査方向に順に切り替えるシフト動作とを繰り返す書き込み駆動のステップと、
   前記書き込み対象である前記所定数の画素電極と対向する対向電極を含むことを条件に前記ｎ個の対向電極から限定されるｓ（１≦ｓ＜ｎ）個の対向電極に印加される、前記画素電圧との電圧差が前記信号電圧となる基準電圧を交流駆動し、当該前記走査方向で前記条件を満たすようにシフトする交流駆動のステップと、
   を含む表示装置の駆動方法。
8. 書き込み駆動のステップでは、前記ｎ個の対向電極から、連続する２つ以上の前記ｓ個の対向電極を選択して当該選択したｓ個の対向電極を交流駆動し、前記対向電極の選択対象を前記走査方向内でシフトしながら前記交流駆動を繰り返し、当該交流駆動を繰り返す最中に、連続する２回の前記交流駆動で共通な１つ以上の対向電極が前記選択対象に含まれるように前記シフトを行う
   請求項７に記載の表示装置の駆動方法。
9. 前記書き込み駆動のステップと前記交流駆動のステップでは、
   前記ｎ個の対向電極が前記走査方向で前記画素電極の配列が有するピッチ長の２倍以上のピッチ長を有している場合に、
   前記所定数の画素電極を１つの書き込みユニットとしたときに前記交流駆動している一の前記対向電極と対向する２つ以上の書き込みユニットにおいて、書き込みユニットごとに前記書き込みを行い、
   当該２つ以上の書き込みユニットの書き込みが終了したら、前記交流駆動対象を隣の他の対向電極に切り替え、
   当該他の対向電極と対向する他の２つ以上の書き込みユニットにおいて書き込みユニットごとに前記書き込みを行う
   請求項７に記載の表示装置の駆動方法。
10. 前記表示駆動のステップでは、前記書き込み対象を切り替える前記シフト動作と、前記交流駆動の対象である前記ｓ個の対向電極をシフトする動作の双方において、前記走査方向内で一方から他方に向かうシフトを、同じ向きに複数回繰り返す循環シフトさせる
    請求項７に記載の表示装置の駆動方法。

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