JP2011028721A - タッチセンサおよび表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】センサから離れた場所においても物体の有無を検出することが可能な静電容量型のタッチセンサ、およびそのようなタッチセンサを備えた表示装置および電子機器を提供する。
【解決手段】表示装置１Ａは、 センサ用駆動電極としての共通電極４３、この共通電極４３との間に静電容量を形成するセンサ用検出電極４４、物体の有無を検出する検出回路および制御部を備えている。共通電極４３に線順次で駆動信号を印加することにより、共通電極４３とセンサ用検出電極４４との間に形成される静電容量が、物体の有無によって変化し、この静電容量の変化に応じた検出信号がセンサ用検出電極４４から得られる。制御部５は、共通電極４３とセンサ用検出電極４４との間に発生する電気力線の到達範囲を変化させ、検出回路は、この到達範囲に応じて得られた検出信号に基づいて、物体の有無を検出する。
【選択図】図１１

Description

本発明は、液晶表示装置等の表示装置に係わり、特に、ユーザが指等で接触または近接す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およびそのようなタッチセンサを備えた表示装置に関する。

近年、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。）を液晶表示装置上に直接装着すると共に、液晶表示装置に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した表示装置が注目されている。この技術は、モバイル機器の画面の大型化傾向の中にあって、ディスプレイとボタンの配置の共用化を可能にすることから、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、この技術には、タッチセンサの装着によって液晶モジュールの全体の厚さが厚くなるという問題があった。特にモバイル機器用途においては、タッチセンサの傷防止のための保護層が必要となることから、液晶モジュールが益々厚くなる傾向があり、薄型化のトレンドに反するという問題があった。

そこで、例えば特許文献１には、静電容量型のタッチセンサを形成したタッチセンサ付き液晶表示素子が提案され、薄型化が図られている。これは、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センサ用導電膜を設け、このタッチセンサ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センサを形成するようにしたものである。

特開２００８−９７５０号公報

ところが、上記特許文献１に開示されたタッチセンサ付き液晶表示素子では、原理的に、タッチセンサ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。従って、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、その構成上、タッチセンサ駆動部や座標検出回路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。

そこで、元々表示用駆動電圧の印加用に設けられた共通電極に加えて、この共通電極との間に静電容量を形成するタッチ検出電極を新たに設けることが考えられる（新構造の静電容量型のタッチセンサを備えた表示装置）。この静電容量は物体の接触または近接の有無によって変化するため、表示制御回路により共通電極に印加される表示用駆動電圧をタッチセンサ用駆動信号としても利用（兼用）するようにすれば、静電容量の変化に応じた検出信号がタッチ検出電極から得られるからである。そして、この検出信号を所定のタッチ検出回路に入力するようにすれば、物体の接触または近接の有無が検出可能になる。また、この手法によれば、利用者の電位が不定であることが多いモバイル機器用途にも適合可能なタッチセンサ付き表示装置を得ることができる。また、表示用の回路とセンサ用の回路とを１つの回路基板上に一体に集積することが容易になり、回路の集積化も容易であるという利点がある。

しかしながら、上記特許文献１や上記新構造のものを含め、静電容量型のタッチセンサでは、接触または近接する物体の有無については検出可能であるものの、タッチセンサから離れた場所（遠距離）において物体の有無を検出することが困難である。遠距離にある物体を検出することができれば、タッチパネルに触れることなく、タッチパネルから離れた位置で情報入力が可能となるため、様々なアプリケーションへの活用が期待できる。このため、遠距離での物体の有無を検出可能なタッチセンサの実現が望まれている。

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、センサから離れた場所においても物体の有無を検出することが可能な静電容量型のタッチセンサ、およびそのようなタッチセンサを備えた表示装置を提供することにある。

本発明のタッチセンサは、駆動電極と、この駆動電極との間に静電容量を形成する検出電極と、駆動電極に対して駆動信号を印加することにより検出電極から得られる検出信号に基づき、物体の有無を検出する検出回路と、駆動電極と検出電極との間に発生する電気力線の到達範囲を変化させる制御部とを備えたものである。

本発明の第１の表示装置は、複数の表示画素電極と、これらの表示画素電極と対向して設けられた共通電極と、画像表示機能を有する表示機能層と、表示画素電極と共通電極との間に画像信号に基づく電圧を印加して表示機能層の表示機能を発揮させるように画像表示制御を行う表示制御回路と、上記本発明のタッチセンサとを備えたものである。

本発明の第２の表示装置は、複数の表示画素電極と、これらの表示画素電極と対向して設けられた共通電極と、画像表示機能を有する表示機能層と、表示画素電極と共通電極との間に画像信号に基づく電圧を印加して表示機能層の表示機能を発揮させるように画像表示制御を行う表示制御回路と、センサ用駆動電極と、センサ用駆動電極との間に静電容量を形成するセンサ用検出電極と、センサ用駆動電極に対してセンサ用駆動信号を印加することによりセンサ用検出電極から得られる検出信号に基づき、物体の有無の検出を行う検出回路とを備えたものである。ここで、共通電極は、センサ用駆動電極を兼ねており、その共通電極に対し、センサ用駆動信号として表示用コモン駆動信号よりも大きな電圧を印加する制御を行うようになっている。

本発明のタッチセンサおよび第１の表示装置では、駆動電極に（センサ用）駆動信号を印加することにより、（センサ用）駆動電極と（センサ用）検出電極との間に形成される静電容量が、物体の有無によって変化する。このような静電容量の変化に応じた検出信号が検出電極から得られる。ここで、制御部が、駆動電極と検出電極との間に発生する電気力線の到達範囲を変化させることにより、検出回路は、この到達範囲に応じて得られた検出信号に基づいて、物体の有無を検出する。

本発明の第２の表示装置では、センサ用駆動電極にセンサ用駆動信号を印加することにより、センサ用駆動電極とセンサ用検出電極との間に形成される静電容量が、物体の有無によって変化する。このような静電容量の変化に応じた検出信号が検出電極から得られる。ここで、表示用の共通電極がセンサ用駆動電極を兼ねており、その共通電極に対してコモン駆動信号よりも大きなセンサ用駆動信号を印加することにより、検出感度が向上する。

本発明のタッチセンサおよび第１の表示装置によれば、制御部が、駆動電極と検出電極との間に発生する電気力線の到達範囲を変化させるようにしたので、タッチセンサに接触または近接している場合に限らず、タッチセンサから離れた場所においても物体の有無を検出することができる。また、本発明の第２の表示装置によれば、表示用の共通電極をセンサ用駆動電極と兼用させ、その共通電極に対してコモン駆動信号よりも大きなセンサ用駆動信号を印加するようにしたので、検出感度を向上させてタッチセンサから離れた場所においても物体の有無を検出することが可能となる。

本発明に係るタッチセンサ付きの表示装置の動作原理を説明するための図であり、指非接触時の状態を示す図である。 本発明に係るタッチセンサ付きの表示装置の動作原理を説明するための図であり、指接触時の状態を示す図である。 本発明に係る表示装置の動作原理を説明するための図であり、タッチセンサの駆動信号および検出信号の波形の一例を示す図である。 本発明に係る表示装置における各検出モードの概要を説明するための概念図である。 本発明の第１の実施の形態に係る表示装置の概略構造を表す断面図である。 図５に示した表示装置における画素構造およびドライバの詳細構成の一例を表すブロック図である。 図５に示した表示装置の要部（共通電極およびセンサ用検出電極）の一構成例を示す斜視図である。 図５に示した表示装置における検出回路等の一構成例を示す回路図である。 比較例に係る共通電極の線順次駆動動作の一例を表す模式図である。 図５に示した表示装置における共通電極の線順次駆動動作の一例を表す模式図である。 図５に示した表示装置の遠距離検出モードおよび位置検出モードにおける各電気力線の到達範囲を説明するための模式図である。 図５に示した表示装置の検出モード切り替え動作を表す流れ図である。 本発明の第２の実施の形態に係る表示装置における検出電極の一例を表す模式図である。 図１２に示した表示装置の遠距離検出モードおよび位置検出モードにおける各電気力線の到達範囲を説明するための模式図である。 本発明の第３の実施の形態に係る検出用の駆動信号の反転波形を表す模式図である。 本発明の第４の実施の形態に係る検出用駆動信号および表示用コモン駆動信号の印加タイミングを模式的に表したものである。 図１６に示した実施の形態の比較例に係るタイミング図である。 本発明の第５の実施の形態に係る駆動信号、映像信号およびＴＦＴのゲート電位のタイミング図である。 比較例に係る映像信号書き込み直後の駆動信号Ｖcomおよび画素電位Ｖpixの挙動を説明するための図である。 本発明の第６の実施の形態に係る駆動信号、映像信号およびＴＦＴのゲート電位のタイミング図である。 図２０に示した駆動信号の他の例を表すタイミング図である。 変形例１に係る表示装置の概略構造を表す断面図である。 変形例２に係る表示装置の概略構造を表す断面図である。 変形例３に係る表示装置の概略構造を表す断面図である。 図２３に示した表示装置における画素基板の一部の詳細構成に表す断面図および平面図である。 図２３に示した表示装置の要部の拡大斜視図である。 図２３に示した表示装置の動作を説明するための断面図である。 上記各実施の形態等の表示装置の適用例１の外観を表す斜視図である。 （Ａ）は適用例２の表側から見た外観を表す斜視図であり、（Ｂ）は裏側から見た外観を表す斜視図である。 適用例３の外観を表す斜視図である。 適用例４の外観を表す斜視図である。 （Ａ）は適用例５の開いた状態の正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態の正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。

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。尚、説明は以下の順序で行う。

１．タッチ検出方式の基本原理、各種検出モードの概要
２．第１の実施の形態（共通電極（センサ用駆動電極）の電極パターン数を段階的に変化させる例）
３．第２の実施の形態（センサ用検出電極の電極パターン数を段階的に変化させる例）
４．第３の実施の形態（センサ用コモン駆動信号の絶対値を変化させる例）
５．第４の実施の形態〜第６の実施の形態
６．変形例１（外付けタッチパネルの例）
７．変形例２（センサ用検出電極を偏光板の外側に設けた例）
８．変形例３（表示素子として横電界モードの液晶素子を用いた例）
９．適用例（タッチセンサ付きの表示装置の電子機器への適用例）

＜タッチ検出方式の基本原理＞
はじめに、図１〜図３を参照して、本発明の表示装置におけるタッチ検出方式の基本原理について説明する。このタッチ検出方式は、静電容量型タッチセンサとして具現化されるものであり、例えば図１（Ａ）に示したように、誘電体Ｄを挟んで互いに対向配置された一対の電極（駆動電極Ｅ１および検出電極Ｅ２）を用い、容量素子を構成する。この構造は、図１（Ｂ）に示した等価回路として表される。駆動電極Ｅ１、検出電極Ｅ２および誘電体Ｄによって、容量素子Ｃ１が構成される。容量素子Ｃ１は、その一端が交流信号源（駆動信号源）Ｓに接続され、他端Ｐは抵抗器Ｒを介して接地されると共に、電圧検出器（検出回路）ＤＥＴに接続される。交流信号源Ｓから駆動電極Ｅ１（容量素子Ｃ１の一端）に所定の周波数（例えば数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚ程度）の交流矩形波Ｓｇ（図３（Ｂ））を印加すると、検出電極Ｅ２（容量素子Ｃ１の他端Ｐ）に、図３（Ａ）に示したような出力波形（検出信号Ｖdet）が現れる。尚、この交流矩形波Ｓｇは、本実施の形態では、後述するコモン駆動信号Ｖcomに相当するものである。

指が接触（または近接）していない状態では、図１に示したように、容量素子Ｃ１に対する充放電に伴って、容量素子Ｃ１の容量値に応じた電流Ｉ０が流れる。このときの容量素子Ｃ１の他端Ｐの電位波形は、例えば図３（Ａ）の波形Ｖ０のようになり、これが電圧検出器ＤＥＴによって検出される。

一方、指が接触（または近接）した状態では、図２に示したように、指によって形成される容量素子Ｃ２が容量素子Ｃ１に直列に追加された形となる。この状態では、容量素子Ｃ１，Ｃ２に対する充放電に伴って、それぞれ電流Ｉ１，Ｉ２が流れる。このときの容量素子Ｃ１の他端Ｐの電位波形は、例えば図３（Ａ）の波形Ｖ１のようになり、これが電圧検出器ＤＥＴによって検出される。このとき、点Ｐの電位は、容量素子Ｃ１，Ｃ２を流れる電流Ｉ１，Ｉ２の値によって定まる分圧電位となる。このため、波形Ｖ１は、非接触状態での波形Ｖ０よりも小さい値となる。電圧検出器ＤＥＴは、後述するように、検出した電圧を所定のしきい値電圧Ｖthと比較し、このしきい値電圧以上であれば非接触状態と判断する一方、しきい値電圧未満であれば接触状態と判断する。このようにして、タッチ検出が可能となる。

＜検出モードの概要＞
続いて、図４（Ａ）〜（Ｄ）を参照して、以下の各実施の形態の表示装置における検出モードの一例について説明する。これらの表示装置では、特に図４（Ａ）に示したように、物体が表示装置から離れた場所（遠距離）にある場合に、物体の有無（存在）を検出する（遠距離検出モード）。一方、図４（Ｄ）に示したように、物体が表示装置に接触または近接している場合には、物体の位置（位置座標）を検出する（位置検出モード）。更に、これらの遠距離検出モードと位置検出モードとの間の中間的な距離においても、段階的な検出を行う（中距離検出モード、近距離検出モード）。但し、詳細は後述するが、物体を検出することが可能な距離（検出可能距離）と位置分解能とはトレードオフの関係にある。即ち、より遠くの物体の有無を検出しようとすると、位置分解能が低下し、より精度良く物体の位置を検出しようとすると、検出可能距離が小さくなる。

そして、これらの表示装置では、上記のような各検出モードを段階的に発現させるべく、上記基本原理において説明した駆動電極Ｅ１と検出電極Ｅ２との間に発生する電気力線の到達範囲を変化させる制御がなされる。電気力線の到達範囲がより遠くまで及ぶ場合には遠距離検出モードとなり、到達範囲が近距離に留まる場合には、近距離検出モードあるいは位置検出モードとなる。以下、このような電気力線の到達範囲を変化させる具体的な手段について、実施の形態および変形例を挙げて詳細に説明する。

＜第１の実施の形態＞
［表示装置１Ａの構成例］
図５は、本発明の第１の実施の形態に係る表示装置１Ａの要部断面構造を表すものである。表示装置１Ａは、表示素子として液晶表示素子を用いると共に、この液晶表示素子に元々備えられている電極の一部（後述する共通電極４３）および表示用駆動信号（後述するコモン駆動信号Ｖcom）を兼用して静電容量型タッチセンサを構成したものである。この表示装置１Ａは、画素基板２と、この画素基板２に対向して配置された対向基板４との間に液晶層６が挿設されたものである。

画素基板２は、回路基板としてのＴＦＴ基板２１と、このＴＦＴ基板２１上にマトリクス状に配設された複数の画素電極２２とを有する。ＴＦＴ基板２１には、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やＴＦＴ（薄膜トランジスタ）の他、各画素電極に画像信号を供給するソース線（後述するソース線２５）や、各ＴＦＴを駆動するゲート線（後述するゲート線２６）等の配線が形成されている。

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、このカラーフィルタ４２の上に形成された共通電極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、表示画素（画素電極２２）毎にＲ、Ｇ、Ｂの３色が１組として対応付けられている。共通電極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用駆動電極としても兼用されるものであり、図１における駆動電極Ｅ１に相当する。

共通電極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から共通電極４３に交流矩形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、画素電極２２に印加される画素電圧とともに各画素の表示電圧を画定するものであるが、タッチセンサの駆動信号としても兼用されるものであり、図１における駆動信号源Ｓから供給される交流矩形波Ｓｇに相当する。即ち、このコモン駆動信号Ｖcomは、所定の周期ごとに極性反転するものとなっている。

ガラス基板４１の他方の面には、センサ用検出電極４４が形成され、更に、このセンサ用検出電極４４の上には、偏光板４５が配設されている。センサ用検出電極４４は、タッチセンサの一部を構成するもので、図１における検出電極Ｅ２に相当する。

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、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が用いられる。

尚、液晶層６と画素基板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、また、画素基板２の下面側には入射側偏光板が配置されるが、ここでは図示を省略している。

（画素構造およびドライバの構成例）
図６は、表示装置１Ａにおける画素構造および各種ドライバの構成例を表したものである。表示装置１Ａでは、有効表示エリア１００内に、ＴＦＴ素子Ｔｒと液晶素子ＬＣとを有する複数の画素（表示画素２０）がマトリクス状に配置されている。

表示画素２０には、ゲートドライバ２６Ｄに接続されたゲート線２６と、図示しないソースドライバに接続された信号線（ソース線）２５と、共通電極ドライバ４３Ｄに接続された共通電極４３１〜４３ｎとが接続されている。共通電極ドライバ４３は、前述したように、共通電極４３１〜４３ｎに対してコモン駆動信号Ｖcom（Ｖcom(1)〜Ｖcom(n)）を順次供給するものである。この共通電極ドライバ４３Ｄは、例えば、シフトレジスタ４３Ｄ１と、ＣＯＭセレクト部４３Ｄ２と、レベルシフタ４３Ｄ３と、ＣＯＭバッファ４３Ｄ４とを有している。

シフトレジスタ４３Ｄ１は、入力パルスを順次転送するためのロジック回路である。ＣＯＭセレクト部４３Ｄ２は、コモン駆動信号Ｖcomを、有効表示エリア１００内の各表示画素２０に対して出力するか否かを制御するロジック回路であり、コモン駆動信号Ｖcomの出力を、有効表示エリア１００内の位置等に応じて制御するものである。レベルシフタ４３Ｄ３は、ＣＯＭセレクト部４３Ｄ２から供給される制御信号を、コモン駆動信号Ｖcomを制御するのに十分な電位レベルまでシフトさせるための回路である。ＣＯＭバッファ４３Ｄ４は、コモン駆動信号Ｖcom（Ｖcom(1)〜Ｖcom(n)）を順次供給するための最終出力ロジック回路であり、出力バッファ回路もしくはスイッチ回路等を含んで構成されている。

（共通電極４３およびセンサ用検出電極４４の構成例）
図７は、対向基板４における共通電極４３およびセンサ用検出電極４４の一例を表したものである。共通電極４３は、図の左右方向に延在する複数のストライプ状の電極パターン（以下、駆動電極パターンという）に分割されている。ここでは、ｎ個（ｎ：２以上の整数）の電極パターン４３１〜４３ｎに分割されている。各電極パターンには、共通電極ドライバ４３Ｄによってコモン駆動信号Ｖcomが順次供給されつつ走査が行われる。

但し、本実施の形態では、これらの電極パターンを順次駆動する際、１または２以上の選択的な電極パターン毎に駆動信号Ｖcomを印加しつつ、走査方向（スキャン方向）に沿って駆動を行う。即ち、共通電極４３のうち選択的な数の電極パターンを束ね、この電極パターンの“束”を単位駆動ラインとして線順次駆動を行う。そして、この単位駆動ラインにおける駆動電極パターンの選択数は、後述の制御部５の制御に応じて変更可能となっている。

センサ用検出電極４４は、共通電極４３の駆動電極パターンの延在方向と直交する方向に延びる複数のストライプ状の電極パターン（以下、検出電極パターンという）からなる。各検出電極パターンからは、検出信号Ｖdetが出力され、後述の検出回路８に入力されるようになっている。

このように、共通電極４３の各駆動電極パターンと、センサ用検出電極４４の各検出電極パターンとが、互いに直交する方向に延在していることにより、センサ全体として、物体の位置をマトリクス状の座標として検出することが可能となっている。これにより、例えば、詳細は後述するが、共通電極４３を、駆動電極パターン毎に時分割で順次駆動するモード（位置検出モード）において、物体の詳細な位置座標を得ることが可能となっている。また、この場合、複数人および複数指によるタッチの有無の検出（所謂、マルチタッチ）等も実現できる。

（制御部５および検出回路８）
図８は、タッチ検出動作を行う検出回路８、タイミング・ジェネレータとしてのタイミング制御部９、および制御部５の機能ブロック構成を表したものである。本実施の形態では、制御部５が、検出回路８から出力される検出信号Ｄoutに基づいて、タイミング制御部９を駆動するようになっている。尚、このタイミング制御部９が、本発明における第１〜第３のタイミング制御部の一具体例である。

図８において、容量素子Ｃ１１〜Ｃ１ｎは、図７に示した各共通電極４３１〜４３ｎとセンサ用検出電極４４との間に形成される（静電）容量素子に対応するものである。これらの容量素子Ｃ１１〜Ｃ１ｎは、コモン駆動信号Ｖcom（Ｓｇ）を供給するための駆動信号源Ｓにそれぞれ接続されている。

検出回路８（電圧検出器ＤＥＴ）は、例えば増幅部８１、Ａ／Ｄ（アナログ／デジタル）変換部８３、信号処理部８４、フレームメモリ８６、座標抽出部８５および抵抗器Ｒを有している。この検出回路８の入力端子Ｔinは、各容量素子Ｃ１１〜Ｃ１６の他端側（センサ用検出電極４４側）に共通して接続されている。

増幅部８１は、入力端子Ｔinから入力される検出信号Ｖdetを増幅するものであり、信号増幅用のオペアンプやキャパシタ等を有している。抵抗器Ｒは、増幅部８１と接地との間に配置されている。この抵抗器Ｒは、センサ用検出電極４４がフローティング状態になってしまうのを回避して安定状態を保つためのものである。これにより、検出回路８において、検出信号Ｖdetの信号値がふらついて変動してしまうのが回避されると共に、この抵抗器Ｒを介して静電気を接地に逃がすことができるという利点もある。

Ａ／Ｄ変換部８３は、増幅部８１において増幅されたアナログの検出信号Ｖdetを、デジタルの検出信号に変換する部分であり、図示しないコンパレータを含んで構成されている。このコンパレータは、入力された検出信号と所定のしきい値電圧Ｖth（図３参照）との電位を比較するものである。尚、このＡ／Ｄ変換部８３におけるＡ／Ｄ変換の際のサンプリングタイミングは、タイミング制御部９から供給されるタイミング制御信号ＣＴＬ２によって制御されるようになっている。

信号処理部８４は、Ａ／Ｄ変換部８３から出力されるデジタルの検出信号に対し、所定の信号処理（例えば、デジタル的なノイズ除去処理や、周波数情報を位置情報に変換する処理などの信号処理）を施すものである。

座標抽出部８５は、信号処理部８４から出力される検出信号に基づいて、物体が有るか無いか、または物体の位置（座標）を求め、これを検出結果（検出信号Ｄout）として出力端子Ｔoutから出力するものである。

このような検出回路８は、対向基板４上の周辺領域（非表示領域または額縁領域）に形成するようにしてもよいし、あるいは、画素基板２上の周辺領域に形成するようにしてもよい。但し、画素基板２上に形成すれば、元々画素基板２上に形成されている表示制御用の各種回路素子等との集積化が図れるので、集積化による簡略化という観点で好ましい。この場合には、コンタクト導電柱７と同様のコンタクト導電柱（図示せず）によって、センサ用検出電極４４の各電極パターンと画素基板２の検出回路８との間を接続し、検出信号Ｖdetをセンサ用検出電極４４から検出回路８に伝送するようにすればよい。

制御部５は、検出回路８から出力される検出信号Ｄoutに基づいて、タイミング制御部９に制御信号ＣＴＬ３を出力するものである。具体的には、詳細は後述するが、検出結果Ｄoutとして、物体“有り”の判定結果を得た場合には、単位駆動ラインにおける駆動電極パターンの選択数を減らす制御を行う。このような制御動作を継続して行うことにより、上述した各検出モード（遠距離検出モード〜位置検出モード）を段階的に発現させる。

［表示装置１Ａの作用・効果］
次に、本実施の形態の表示装置１Ａにおける作用および効果について説明する。

（基本動作）
この表示装置１Ａでは、画素基板２の表示ドライバ（共通電極ドライバ４３Ｄ等）が、共通電極４３の各駆動電極パターン（共通電極４３１〜４３ｎ）に対してコモン駆動信号Ｖcomを線順次で供給する。この表示ドライバはまた、ソース線２５を介して画素電極２２へ画素信号（画像信号）を供給すると共に、これに同期して、ゲート線２６を介して各画素電極のＴＦＴ（ＴＦＴ素子Ｔｒ）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、表示画素２０ごとに、コモン駆動信号Ｖcomと各画像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、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、共通電極４３の各駆動電極パターンと、センサ用検出電極４４の各検出電極パターンとの交差部分にそれぞれ、容量素子Ｃ１（容量素子Ｃ１１〜Ｃ１ｎ）が形成される。ここで、例えば図７中の矢印（スキャン方向）に示したように、共通電極４３の各駆動電極パターンに、コモン駆動信号Ｖcomを時分割的に印加していくと、以下のようになる。即ち、コモン駆動信号Ｖcomが印加された駆動電極パターンと、各検出電極パターンとの交差部分に形成されている１または複数列分の容量素子Ｃ１１〜Ｃ１ｎの各々に対し、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、センサ用検出電極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の表面側にユーザの指等が存在し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の列が順次移動していく。

このとき、ユーザの指が対向基板４に接触すると、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（即ち、共通電極４３の全駆動電極パターンのうち、タッチ箇所に対応する駆動電極パターンにコモン駆動信号Ｖcomが印加された時点）の検出信号Ｖdetの値が、他の箇所よりも小さくなる。検出回路８は、この検出信号Ｖdetをしきい値電圧Ｖthと比較して、しきい値電圧Ｖth未満の場合に、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、しきい値電圧Ｖth未満の検出信号Ｖdetの検出タイミングとから割り出すことができる。

ここで、上記共通電極４３における本実施の形態の線順次駆動動作について、比較例と比較しつつ詳細に説明する。まず、図９（Ａ）〜（Ｃ）を参照して、比較例に係る共通電極１０１の線順次駆動動作について説明する。

（比較例の線順次駆動動作）
比較例では、検出のための線順次駆動において、共通電極１０１における一部の駆動電極パターンを束ね、この駆動電極パターンの“束”を単位駆動ライン（検出用駆動ラインＬ１０１）として順次駆動を行う。一方、表示のための線順次駆動としては、少数（ここでは１つ）の駆動電極パターンを表示用駆動ライン（Ｌ１０２）として順次駆動を行う。このとき、検出用駆動ラインＬ１０１における駆動電極パターンの数は、固定値となっている。ところが、このような比較例では、指等の物体が接触（近接）状態にある場合には、その有無を検出可能であるが、一定距離以上離れた場所における物体検出（遠距離検出）が困難である。

そこで、本実施の形態では、物体の検出可能距離が、共通電極４３と検出電極４４との間に発生する電気力線の到達範囲と密接に関係していることに着目し、この関係を利用することにより、物体の遠距離検出を行う。即ち、電気力線の到達範囲を拡げ、より遠くまで飛ばすことによって、より遠くにある物体の検出を可能としたのである。また、この電気力線の到達範囲を変化させることにより、様々な距離にある物体の検出を行うことができる。本実施の形態では、その電気力線の到達範囲を変化させる具体的手段として、以下のような共通電極４３の線順次駆動動作（検出のための線順次駆動動作）を行う。

（本実施の形態の線順次駆動動作）
図１０（Ａ）〜（Ｄ）は、本実施の形態に係る共通電極４３の線順次駆動動作の一例を模式的に表すものである。表示装置１Ａでは、上述のように、遠距離検出モード、中距離検出モード、近距離検出モードおよび位置検出モードの計４つの検出モードが順に発現されるものであるが、本実施の形態では、これらの各検出モードにおいて、互いに異なる線順次駆動動作を行う。即ち、遠距離検出モードから位置検出モードに至るまでの各検出モードにおいて、共通電極４３の各単位駆動ライン（検出用駆動ラインＬａ〜Ｌｄ）の駆動電極パターンの選択数が段階的に少なくなるような制御がなされる。

具体的には、遠距離検出モードでは、検出用駆動ラインＬａとして、共通電極４３の全数かそれに近い数の駆動電極パターンが選択される。一方、位置検出モードでは、検出用駆動ラインＬｄとして、共通電極４３の１つかそれに近い数の駆動電極パターンが選択される。中距離検出モードでは、検出用駆動ラインＬｂとして、遠距離検出モードよりも少数の駆動電極パターン、例えば全駆動電極パターンの数分の１（ここでは、３分の１程度）の数の駆動電極パターンが選択される。近距離検出モードでは、検出用駆動ラインＬｃとして、位置検出モードと同程度か、あるいはそれよりも若干多い数の駆動電極パターンが選択される。

ここで、図１１（Ａ），（Ｂ）を参照して、このような検出用駆動ラインＬａ〜Ｌｄにおける駆動電極パターンの選択数の違いによって生じる作用について説明する。図１１（Ａ），（Ｂ）は、表示装置１Ａの断面構造を簡略化して表したものである。但し、ここでは最も駆動電極パターンの選択数の多い遠距離検出モード（図１１（Ａ））と、最も駆動電極パターンの選択数の少ない位置検出モード（図１１（Ｂ））とを例に挙げる。また、各図において、点線で電気力線（Ａ１，Ａ２）の軌跡を示しているが、これは実際の電気力線を厳密に表現したものではなく、その到達範囲を説明するために模式的に表したものである。

例えば、遠距離検出モードでは、図１１（Ａ）に示したように、検出用駆動ラインＬａの駆動電極パターンの選択数が多いため、共通電極４３とセンサ用検出電極４４との間に発生する電気力線（Ａ１）の到達範囲が遠方まで拡がる。その結果、表示装置１Ａの上面（偏光板４５の表面）から離れた距離Ｄ１の場所まで電気力線Ａ１が及ぶ。これにより、表示装置１Ａの上面から距離Ｄ１の場所までの間のいずれかの場所に物体が“有る”場合には、センサ用検出電極４４から出力される検出信号Ｖdetに変化が生じ、これにより検出結果Ｄoutとして物体“有り”の判定結果が出力される。但し、遠距離検出モードでは、遠くにある物体を検知できるものの、物体の配置エリアを特定しにくい。

一方、位置検出モードでは、図１１（Ｂ）に示したように、検出用駆動ラインＬｄの駆動電極パターンの選択数が少ないため、共通電極４３とセンサ用検出電極４４との間に発生する電気力線（Ａ２）の到達範囲は、表示装置１Ａの上面から距離Ｄ２（Ｄ２＜＜Ｄ１）の場所までしか及ばない。このため、表示装置１Ａの上面付近では物体の有無を判定することができるものの、上記遠距離検出モードのように、表示装置１Ａから離れた場所における物体の検出は困難である。その一方で、位置検出モードでは、駆動電極パターンの選択数が１つかそれに近い数に設定される（即ち、細分化された単位駆動ラインを用いて時分割的に線順次駆動がなされる）ため、物体の詳細な配置エリア（位置座標）の検出が可能となる。

中距離検出モードおよび近距離検出モードについても同様で、検出用駆動ラインＬｂ，Ｌｃにおける駆動電極パターンの選択数に準じた距離だけ離れた場所までの物体検出が可能となる。このように、単位駆動ラインにおける駆動電極パターンの選択数に応じて電気力線の到達範囲が変化する。即ち、駆動電極パターンの選択数が多い程、電気力線の到達範囲が拡がり、検出可能距離が大きくなる一方、選択数が少ない程、電気力線の到達範囲が狭くなり、検出可能距離が小さくなる。他方、位置分解能については、駆動電極パターンの選択数が少ない程高くなり、多い程低くなる。

従って、遠距離検出モードでは、遠距離における物体の有無についての判定がなされる。中距離検出モードでは、中距離における物体の有無が判定されると同時に、物体が有る場合にはその配置エリアが概ね特定される。近距離検出モードでは、近距離検出モードでは、近距離における物体の有無が判定されると同時に、物体がある場合にはその配置エリアが特定される。そして、位置検出モードでは、接触あるいは近接する物体の有無が判定されると同時に、物体がある場合にはその配置エリアがＸＹマトリクスにおける位置座標として取得される。即ち、検出可能距離と位置分解能とはトレードオフの関係となっている。

ここで、制御部５は、上記のような各検出モードを段階的に発現させるために、検出用駆動ラインＬａ〜Ｌｄにおける駆動電極パターンの選択数を、検出回路８から出力される検出結果Ｄoutに応じて、段階的に変更する。即ち、制御部５は、遠距離検出モードを初期モードとして、検出結果Ｄoutに応じて、中距離検出モード、近距離検出モードおよび位置検出モードへ、検出モードを順次切り替えて発現させる。以下、この各検出モードの切り替え手順について図１２を参照して説明する。

具体的には、図１２に示したように、まず遠距離検出モードにおいて、物体の有無を判定し（ステップＳ１１）、物体が“有る”場合（ステップＳ１１：Ｙ）には、検出用駆動ラインＬａから検出用駆動ラインＬｂへ、駆動電極パターンの選択数を減らす制御を行う。これにより、遠距離検出モードから中距離検出モードへ移行する。一方、物体が“無い”場合（ステップＳ１１：Ｎ）には、遠距離検出モードを継続する制御（即ち、検出用駆動ラインＬａにおける駆動電極パターンの選択数を維持する制御）を行う。

続いて、中距離検出モードにおいて、物体の有無を判定し（ステップＳ１２）、物体が“有る”場合（ステップＳ１２：Ｙ）には、検出用駆動ラインＬｂから検出用駆動ラインＬｃへ、駆動電極パターンの選択数を減らす制御を行う。これにより、中距離検出モードから近距離検出モードへ移行する。一方、物体が“無い”場合（ステップＳ１２：Ｎ）には、検出用駆動ラインＬｂから検出用駆動ラインＬａへ、駆動電極パターンの選択数を増やす制御を行い、遠距離検出モード（ステップＳ１１）へ戻る。

次いで、近距離検出モードにおいて、物体の有無を判定し（ステップＳ１３）、物体が“有る”場合（ステップＳ１３：Ｙ）には、検出用駆動ラインＬｃから検出用駆動ラインＬｄへ、駆動電極パターンの選択数を減らす制御を行う。これにより、近距離検出モードから位置検出モードへ移行する。一方、物体が“無い”場合（ステップＳ１３：Ｎ）には、検出用駆動ラインＬｃから検出用駆動ラインＬｂへ、駆動電極パターンの選択数を増やす制御を行い、中距離検出モード（ステップＳ１２）へ戻る。

最後に、位置検出モードにおいて、物体の有無を判定し（ステップＳ１４）、物体が“有る”場合（ステップＳ１４：Ｙ）には、物体の位置座標を抽出し（ステップＳ１５）、検出終了となる。一方、物体が“無い”場合（ステップＳ１４：Ｎ）には、検出用駆動ラインＬｄから検出用駆動ラインＬｃへ、駆動電極パターンの選択数を増やす制御を行い、近距離検出モード（ステップＳ１３）へ戻る。

検出モード毎に検出結果Ｄout（物体の“有り”または"無し"の判定結果）が制御部５へ出力されると、制御部５は、その検出結果Ｄoutに基づき、検出用駆動ラインＬａ〜Ｌｄのいずれかを用いた線順次駆動動作を行うように、タイミング制御部９へ制御信号ＣＴＬ３を出力する。タイミング制御部９は、この制御信号ＣＴＬ３に基づいて、共通電極４３の線順次駆動を行う。このようにして、例えば遠距離検出モードを初期状態として、物体の有無を検出しつつ、段階的に駆動電極パターンの選択数の増減を行い、各検出モード間の移行を行う。

以上のように、本実施の形態では、電気力線の到達範囲を変化させる手段として、共通電極４３の線順次駆動の際、選択的な数の駆動電極パターンの束を単位駆動ライン（検出用駆動ラインＬａ〜Ｌｄ）とし、その駆動電極パターンの選択数を変化させる。このようにしたので、駆動電極パターンの選択数に準じた距離離れた場所まで、物体の有無を検出することができる。よって、表示装置１Ａに接触または近接している場合に限らず、離れた場所においても物体の有無を検出することが可能となる。

例えば、共通電極４３の線順次駆動において、駆動電極パターンの選択数をその全数かそれに近い数とすれば、遠距離における物体の有無を検出することができる（遠距離検出モード）。逆に、駆動電極パターンの選択数を１つかそれに近い数とすれば、物体の配置エリアをマトリクス状の座標として特定することができるため、高精度な位置検出が可能となる（位置検出モード）。よって、物体の遠距離検出と高精度な位置検出との双方を実現することができる。

特に、これらの遠距離検出モードから位置検出モードに至るまで、検出用駆動ラインの駆動電極パターンの選択数を、検出結果Ｄoutに応じて段階的に減らすようにすれば、遠距離検出モードを初期状態として、物体の存在を確認しながら（検出可能距離を保持しながら）、段階的に位置分解能を高めていく、といった物体の段階的検出が可能となる。即ち、物体の距離に応じて適切な検出が可能となり、アプリケーションへの活用の幅が拡がる。例えば、表示画面に触れることなく情報入力を行うようにしたり、表示画面に遠方から接近してくる物体の配置エリアを段階的に絞り込んでいくことが可能となる。

また、本実施の形態では、液晶表示素子に元々備えられている共通電極４３が、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されている。また、表示用駆動信号としてのコモン駆動信号Ｖcomが、タッチセンサ用駆動信号として共用されている。これにより、静電容量型のタッチセンサにおいて、新たに設ける電極はセンサ用検出電極４４だけでよく、また、タッチセンサ用駆動信号を新たに用意する必要がない。従って、構成が簡単となる。

＜第２の実施の形態＞
［第２の実施の形態の特徴的構成］
図１３（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第２の実施の形態に係るセンサ用検出電極４４における有効電極パターンと無効電極パターンの配置構成について模式的に表すものである。上記実施の形態では、電気力線の到達範囲を変化させる具体的手段として、共通電極４３の駆動電極パターンの選択数を変化させたが、本実施の形態では、センサ用検出電極４４において選択的な数の検出電極パターンを有効に機能させ、その選択数を変化させる。尚、本実施の形態では、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様の静電容量型タッチセンサに適用され、遠距離検出モード〜位置検出モードの段階的検出を行う場合を例に挙げて説明する。以下、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

センサ用検出電極４４は、上記第１の形態で説明したように、共通電極４３の駆動電極パターンの延在方向と直交する方向に延びる複数のストライプ状の検出電極パターンからなる。また、各検出電極パターンからは、検出信号Ｖdetが出力され、検出回路８に入力されるようになっている。

但し、本実施の形態では、各検出電極パターンに、検出電極パターン毎にオン状態（検出機能の有効状態）およびオフ状態（検出機能の無効状態）を切り替えるためのスイッチが設けられている。尚、ここでいうオフ状態は、フローティング状態またはハイインピーダンス状態を示す。このようなスイッチを利用して、検出モード毎に、センサ用検出電極４４における検出電極パターンを間引き、１または２以上の選択的な検出電極パターンのみを有効に機能させる。そして、この有効機能させる検出電極パターン（以下、有効電極パターンという）の選択数を検出モード毎に異なるように変化させる。

制御部５は、上記第１の形態で説明したように、検出回路８から出力される検出結果Ｄoutに基づいて、タイミング制御部９に制御信号ＣＴＬ３を出力するものである。但し、本実施の形態では、検出回路８から出力される検出結果Ｄoutが、物体“有り”である場合には、センサ用検出電極４４の有効電極パターンの選択数を増やす制御を行う。このような制御動作を継続して行うことにより、上述した各検出モード（遠距離検出モード〜位置検出モード）を段階的に発現させる。

［第２の実施の形態の作用、効果］
本実施の形態では、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様の作用により表示が行われる一方、共通電極４３におけるコモン駆動信号Ｖcomのスキャンに伴い、センサ用検出電極４４から検出回路８へ検出信号が供給され、検出結果Ｄoutが出力される。

（本実施の形態の検出動作）
但し、本実施の形態では、各検出モードにおいて、センサ用検出電極４４における全電極パターンのうち、有効電極パターンの選択数を変化させる。具体的には、遠距離検出モードでは、図１３（Ａ）に示したように、センサ用検出電極４４の全検出電極パターンのうち、１つあるいはそれに近い数（ここでは、最も外側に配置された２つ）の検出電極パターンが、有効電極パターン４４Ａとして選択される。一方、位置検出モードでは、図１３（Ｄ）に示したように、センサ用検出電極４４の全数かそれに近い数の検出電極パターンが有効電極パターン４４Ａとして選択される。中距離検出モードでは、図１３（Ｂ）に示したように、遠距離検出モードよりも多数、例えば全検出電極パターンの数分の１（ここでは、３分の１程度）の数の検出電極パターンが、有効電極パターン４４Ａとして選択される。近距離検出モードでは、半数程度以上の電極パターンが有効電極パターン４４Ａとして選択される。尚、有効電極パターン４４Ａは、各検出モードにおいて、等間隔で配置されることが望ましい。換言すると、有効電極パターン４４Ａ同士の間の無効電極パターン４４Ｂの数は、各検出モードにおいて同数となっていることが望ましい。

ここで、図１４（Ａ），（Ｂ）を参照して、このような有効電極パターン４４Ａの選択数の違いによって生じる作用について説明する。図１４（Ａ），（Ｂ）は、表示装置１Ａの断面構造を簡略化して表したものである。但し、ここでは最も有効電極パターン４４Ａの選択数の少ない遠距離検出モード（図１４（Ａ））と、最も有効電極パターン４４Ａの選択数の多い位置検出モード（図１４（Ｂ））とを例に挙げる。また、各図において、点線で電気力線（Ａ３，Ａ４）の軌跡を示しているが、これは実際の電気力線を厳密に表現したものではなく、その到達範囲を説明するために模式的に表したものである。

例えば、遠距離検出モードでは、図１４（Ａ）に示したように、有効電極パターン４４Ａの選択数が少ないため、換言すると、センサ用検出電極のほとんどの検出電極パターンが間引かれているため、検出電極パターン同士の間の寄生容量の発生が抑制され、電気力線（Ａ３）の到達範囲が遠方まで拡がる。その結果、表示装置１Ａの上面から離れた距離Ｄ１の場所まで電気力線Ａ３が及ぶ。このため、上記第１の実施の形態と同様、表示装置１Ａの上面から距離Ｄ１までの間のいずれかの場所に物体が“有る”場合には、検出結果Ｄoutとして物体“有り”の判定結果が出力される。但し、この遠距離検出モードでは、センサ用検出電極４４のうちほとんどの検出電極パターンが間引かれているため、物体が配置された詳細なエリアを特定することは難しい。

一方、位置検出モードでは、図１４（Ｂ）に示したように、有効電極パターン４４Ａの選択数が多いため、検出電極パターン同士の間の寄生容量の発生に伴い、電気力線（Ａ４）の到達範囲は、表示装置１Ａの上面から距離Ｄ１（Ｄ１＜＜Ｄ２）の場所までしか及ばない。このため、上記第１の実施の形態と同様、表示装置１Ａの上面付近では物体の有無を判定することができるものの、上記遠距離検出モードのように、表示装置１Ａから離れた場所における物体の検出が困難である。その一方で、位置検出モードでは、有効電極パターン４４Ａの選択数がほぼ全数に設定されているため、物体の詳細な配置エリア（位置座標）の検出が可能となる。

中距離検出モードおよび近距離検出モードについても同様で、有効電極パターン４４Ａの選択数に準じた距離だけ離れた場所までの物体検出が可能となる。このように、有効電極パターン４４Ａの選択数に応じて電気力線の到達範囲が変化する。即ち、有効電極パターン４４Ａの選択数が少ない程、電気力線の到達範囲が拡がり、検出可能距離が大きくなる一方、有効電極パターン４４Ａの選択数が多い程、電気力線の到達範囲が狭くなり、検出可能距離が小さくなる。他方、位置分解能については、有効電極パターン４４Ａの選択数が少ない程低くなり、多い程高くなる。

従って、上記第１の実施の形態と同様、遠距離検出モードでは、遠距離における物体の有無が判定され、中距離検出モードでは、中距離における物体の有無が判定されると同時に、物体が有る場合にはその配置エリアが概ね特定される。近距離検出モードでは、近距離における物体の有無が判定されると同時に、物体が有る場合にはその配置エリアが特定される。そして、位置検出モードでは、接触あるいは近接する物体の有無が判定されると同時に、物体が有る場合にはその配置エリアがＸＹマトリクスにおける位置座標として取得される。

ここで、制御部５は、上記のような各検出モードを段階的に発現させるために、有効電極パターン４４Ａの選択数を、検出回路８から出力される検出結果Ｄoutに応じて、段階的に変更する。但し、本実施の形態では、遠距離検出モードにおいて物体が“有る”場合に、有効電極パターン４４Ａの選択数を増やして中距離モードへ移行し、物体が“無い”場合には、有効電極パターン４４Ａの選択数を維持して遠距離検出モードを継続させる。また、中距離検出モードにおいて物体が“有る”場合には、有効電極パターン４４Ａの選択数を増やして近距離検出モードへ移行し、物体が“無い”場合には、有効電極パターン４４Ａの選択数を減らし、遠距離検出モードへ戻る。近距離検出モードにおいても同様で、物体の有無に応じて、位置検出モードへ移行するか、あるいは中距離検出モードへ戻る。そして、位置検出モードにおいて物体が“有る”場合には、物体の位置座標を抽出し、検出終了となる。物体が“無い”場合には、有効電極パターン４４Ａの選択数を増やし、近距離検出モードへ戻る。

検出モード毎に検出結果Ｄout（物体の“有り”または"無し"の判定結果）が制御部５へ出力されると、制御部５は、その検出結果Ｄoutに基づいて、上記有効電極パターン４４Ａを用いた検出動作を行うように、タイミング制御部９へ制御信号ＣＴＬ３を出力する。タイミング制御部９は、この制御信号ＣＴＬ３に基づいて、センサ用検出電極４４における有効電極パターン４４Ａの選択を行う。このように、遠距離検出モードを初期状態として、物体の有無を検出しつつ、段階的に有効電極パターン４４Ａの選択数を増減し、各検出モード間の移行を行う。

以上のように、本実施の形態では、電気力線の到達範囲を変化させる手段として、センサ用検出電極４４における有効電極パターン４４Ａの選択数を変化させるようにしたので、有効電極パターン４４Ａの選択数に準じた距離まで、物体の有無を検出可能となる。よって、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。

また、例えば、センサ用検出電極４４において、有効電極パターン４４Ａの選択数を１つかそれに近い数とすれば、遠距離における物体の有無を検出することができる（遠距離検出モード）。逆に、有効電極パターン４４Ａの選択数を全数かそれに近い数とすれば、物体の配置エリアをマトリクス状の座標として特定することができるため、高精度な位置検出が可能となる（位置検出モード）。よって、上記第１の実施の形態と同様、物体の遠距離検出と高精度な位置検出との双方を実現できる。

特に、これらの遠距離検出モードから位置検出モードに至るまで、有効電極パターン４４Ａの選択数を、検出結果Ｄoutに応じて段階的に増やすようにすれば、遠距離検出モードを初期状態として、検出可能距離を保持しながら段階的に位置分解能を高めていく、といった物体の段階的検出が可能となる。よって、上記第１の実施の形態と同様、物体の距離に応じて適切な検出が可能となり、アプリケーションへの活用の幅が拡がる。

尚、上記第１および第２の実施の形態では、電気力線の到達範囲を変化させる手段として、共通電極４３の線順次駆動時の駆動電極パターンの選択数、センサ用検出電極４４の有効電極パターン４４Ａの選択数をそれぞれ変化させる手法を例に挙げたが、これらを組み合わせてもよい。即ち、遠距離検出モードでは、共通電極４３において線順次駆動時の駆動電極パターンの選択数を全数かそれに近い数に設定すると共に、センサ用検出電極４４において有効電極パターン４４Ａの選択数を１つかそれに近い数に設定する。一方、位置検出モードでは、共通電極４３において線順次駆動時の駆動電極パターンの選択数を１つかそれに近い数に設定すると共に、センサ用検出電極４４において有効電極パターン４４Ａの選択数を全数かそれに近い数に設定すればよい。

＜第３の実施の形態＞
図１５（Ａ）〜（Ｄ）は、本発明の第３の実施の形態に係る検出用の駆動信号（Ｖcom２）の反転波形（交流矩形波Ｓｇ）を検出モード毎に模式的に表すものである。上記実施の形態では、電気力線の到達範囲を変化させる手段として、共通電極４３の線順次駆動時における駆動電極パターンの選択数あるいはセンサ用検出電極４４の有効電極パターンの選択数を変化させるようにした。本実施の形態では、共通電極４３の線順次駆動時に各駆動電極パターンに印加する駆動信号Ｖcom２を変化させるようにしている。尚、本実施の形態では、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様の静電容量型タッチセンサに適用され、遠距離検出モード〜位置検出モードの段階的検出を行う場合を例に挙げて説明する。以下、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

本実施の形態では、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様の作用により表示が行われる一方、共通電極４３におけるコモン駆動信号Ｖcomのスキャンに伴い、センサ用検出電極４４から検出回路８へ検出信号が供給され、検出結果Ｄoutが出力される。

但し、本実施の形態では、共通電極４３の線順次駆動時に、各駆動電極パターンに印加する駆動信号として、表示用のコモン駆動信号（Ｖcom１）とは別に、検出用の駆動信号Ｖcom２を用いると共に、その駆動信号Ｖcom２を検出モード毎に変化させる。具体的には、遠距離検出モードから位置検出モードに至るまで、図１５（Ａ）〜（Ｄ）に示したように駆動信号Ｖcom２の絶対値が段階的に小さくなるように変化させる（Ｖａ＞Ｖｂ＞Ｖｃ＞Ｖｄ）。

ここで、制御部５は、各検出モードを段階的に発現させるために、駆動信号Ｖcom２を、検出回路８から出力される検出結果Ｄoutに応じて、段階的に変更する。具体的には、遠距離検出モードにおいて、物体が“有る”場合には駆動信号Ｖcom２の絶対値（矩形波における振幅）を小さくして中距離モードへ移行し、物体が“無い”場合には、現状の駆動信号Ｖcom２を維持して遠距離検出モードを継続させる。続いて、中距離検出モードにおいて、物体が“有る”場合には、駆動信号Ｖcom２の絶対値を小さくして近距離検出モードへ移行し、物体が“無い”場合には、駆動信号Ｖcom２の絶対値を大きくして遠距離検出モードへ戻る。続く近距離検出モードにおいても同様で、物体の有無に応じて、位置検出モードへ移行するか、あるいは中距離検出モードへ戻る。そして、位置検出モードにおいて、物体が“有る”場合には、物体の位置座標を抽出し、検出終了となる。位置検出モードにおいて、物体が“無い”場合には、駆動信号Ｖcom２の絶対値を大きくして近距離検出モードへ戻る。

各検出モードにおいて、検出結果Ｄout（物体の“有り”または"無し"の判定結果）が制御部５へ出力されると、制御部５は、この検出結果Ｄoutに基づいて、上記のような駆動信号Ｖcom２を用いた検出動作を行うように、タイミング制御部９へ制御信号ＣＴＬ３を出力する。タイミング制御部９は、この制御信号ＣＴＬ３に基づく駆動信号Ｖcom２を用いた線順次駆動を行う。このように、遠距離検出モードを初期状態として、物体の有無を検出しつつ、段階的に駆動信号Ｖcom２の絶対値を増減し、各検出モード間の移行を行う。

以上のように、本実施の形態では、電気力線の到達範囲を変化させる手段として、駆動信号Ｖcom２の絶対値を変化させるようにしたので、その駆動信号Ｖcom２の大きさに準じた距離まで、物体の有無を検出することができる。よって、上記第１の実施の形態と同等の効果を得ることができる。

尚、電気力線の到達範囲を変化させる手段として、上記第３の実施の形態における駆動信号Ｖcom２を変化させる制御と、共通電極４３の線順次駆動時における駆動電極パターンの選択数を変化させる制御（第１の実施の形態）とを、組み合わせてもよい。即ち、遠距離検出モードでは、駆動電極パターンの選択数を全数かそれに近い数に設定すると同時に、その選択した駆動電極パターンに印加する駆動信号Ｖcom２として駆動信号Ｖａを用いる。一方、位置検出モードでは、駆動電極パターンの選択数を１つかそれに近い数に設定すると共に、その選択した駆動電極パターンに印加する駆動信号Ｖcom２として駆動信号Ｖｄを用いるようにすればよい。

また、上記第３の実施の形態における駆動信号Ｖcom２を変化させる制御と、上記第２の実施の形態におけるセンサ用検出電極４４の有効電極パターンの選択数を変化させる制御とを組み合わせてもよい。あるいは、上記第１〜第３の実施の形態における各手法を全て組み合わせるようにしてもよい。

＜第４の実施の形態＞
図１６は、本発明の第４の実施の形態に係る駆動信号Ｖcom２およびコモン駆動信号Ｖcom１の印加タイミングを模式的に表したものである。上記第１〜第３の実施の形態では、表示用の共通電極４３が検出用の駆動電極を兼ねている場合を例に挙げて説明してきたが、このような場合、詳細には、共通電極４３に対して、表示用のコモン駆動信号Ｖcom１と検出用の駆動信号Ｖcom２との両方が印加される。本実施の形態では、これらの駆動信号Ｖcom１，Ｖcom２が互いに異なる場合における駆動信号Ｖcom１，Ｖcom２の好適な印加動作（駆動信号Ｖcomの変調動作）について説明する。駆動信号Ｖcom１，Ｖcom２が互いに異なる場合としては、例えば、検出感度を増大させるために、駆動信号Ｖcom２を駆動信号Ｖcom１より大きくする場合（Ｖcom２＞Ｖcom１）や、駆動信号Ｖcom２の絶対値を変調することによりモード間遷移を行う場合（第３の実施の形態）等が挙げられる。尚、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。また、ここでは、駆動信号Ｖcom２の絶対値が駆動信号Ｖcom１の絶対値よりも大きい場合を例に挙げて説明する。

具体的には、タイミング制御部９は、共通電極４３の各駆動電極パターンに対し、次のようなタイミングで駆動信号Ｖcom２を印加する。即ち、各駆動電極パターンには、線順次で表示用の駆動信号Ｖcom１を印加するが、その駆動信号Ｖcom１の印加タイミングと、検出用の駆動信号Ｖcom２の印加タイミングとが互いに異なるように制御する。換言すると、タイミング制御部９は、各駆動電極パターンのうち、駆動信号Ｖcom１を印加していない駆動電極パターンに対して駆動信号Ｖcom２を印加するようにする。例えば、図１６に示したように、各駆動電極パターン（ここでは、６つの駆動電極パターンＣＯＭ１〜６を例に挙げる）に対し、駆動信号Ｖcom１（斜線部分）を印加した後、駆動信号Ｖcom２を順次印加する。換言すると、駆動信号Ｖcom１を印加した後、その駆動信号Ｖcom１の絶対値を大きくして（振幅を拡大して）駆動信号Ｖcom２へ変調する。

以上のように、表示用の共通電極４３を検出用の駆動電極として兼用する場合には、駆動信号Ｖcom２と駆動信号Ｖcom１との印加タイミングが互いに異なるようにすることが望ましい。仮に、駆動信号Ｖcom１の印加タイミング（映像信号の書き込みタイミング）と駆動信号Ｖcom２の印加タイミングが同期した場合（例えば図１７のような場合）には、画素電極２２および共通電極４３間の電位差が変化し、所望の表示（映像信号Ｖsigに基づく本来の輝度レベルの表示）を得にくくなってしまう。従って、本実施の形態のように、駆動信号Ｖcom１，Ｖcom２を互いに異なるタイミングで印加することにより、表示用の共通電極４３を検出用の駆動電極として兼用する場合であっても、所望の表示を実現し易くなる。尚、図１７では、線順次で印加される駆動信号Ｖcom１に対し、駆動信号Ｖcom２を破線で示している。

また、上記のようなメリットは、駆動信号Ｖcom１，Ｖcom２間の差が大きい場合、例えば駆動信号Ｖcom２をより大きくして検出感度を高めたい場合や、上記第３の実施の形態における遠距離検出モード等において、特に大きなものとなる。駆動信号Ｖcom１との差がより大きい駆動信号Ｖcom２が映像書き込み時に印加されると、表示への影響が生じ易くなるためである。

＜第５の実施の形態＞
図１８は、本発明の第５の実施の形態に係る駆動信号Ｖcom（Ｖcom１，Ｖcom２）、映像信号Ｖsig、およびＴＦＴ（図６に示したＴＦＴ素子Ｔｒ）のゲート電位Ｖgateのタイミングチャートである。上記第４の実施の形態では、表示用の共通電極４３を検出用の駆動電極として兼用する場合に、共通電極４３に対し、駆動信号Ｖcom１，Ｖcom２を互いに異なるタイミングで印加する動作について説明したが、本実施の形態では、その更に好適な動作について説明する。尚、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

具体的には、タイミング制御部９が、ゲート電位Ｖgateがオン電位のとき（ＴＦＴがオン状態のとき）に、共通電極４３に駆動信号Ｖcom１、画素電極２２に映像信号Ｖsigをそれぞれ印加することにより、画素電位Ｖpix（図６に示した液晶素子ＬＣの電位）を変位させ、映像書き込みを行う。このとき、本実施の形態では、各ＴＦＴのオフ状態におけるゲート電位（ＶgateＬとする）が、以下の式（１）を満足するように設定されている。但し、ＶsigＬを映像信号Ｖsigの低電位、ΔＶcom２を駆動信号Ｖcom２における最小電位から最大電位までの変位量（振幅の２倍）、ＶthをＴＦＴの閾値電圧とする。尚、ΔＶcom２は、例えば以下の式（２）に基づいて設定される。また、より望ましくは、Ｖgate（飛び込み）を考慮した式（３）を満足するようにする。但し、Ｖgate（飛び込み）を、ゲート線２６と画素（図６に示した液晶素子ＬＣの電位）との間の寄生容量による飛び込み電位とする。
ＶgateＬ≦ＶsigＬ−ΔＶcom２＋Ｖth ………（１）
ΔＶcom２＝Ｖcom１_H−Ｖcom２_L ………（２）
ＶgateＬ≦ＶsigＬ−ΔＶcom２＋Ｖth−Ｖgate（飛び込み） ………（３）

ここで、図１９（Ａ），（ｂ）を参照して、本実施の形態の比較例について説明する。図１９（Ａ），（Ｂ）は、映像信号書き込み直後、即ちゲート電位Ｖgateがオン電位からオフ電位へ遷移した際の駆動信号Ｖcomおよび画素電位Ｖpixの挙動を示したものである。図１９（Ａ）に示したように、映像信号書き込み直後は、ゲート電位がオフ電位まで下がり、これに連動して駆動信号Ｖcomも低下する（黒色矢印）ため、それに伴って画素電位Ｖpixが低下する（斜線矢印）。従って、そのような映像信号書き込み直後の状態において、図１９（Ｂ）に示したように、その振幅が大きくなるように駆動信号Ｖcomを変調すると、画素電位Ｖpixが大幅に落ち込み、その結果ゲート電位よりも低くなってしまうことがある。このように画素電位Ｖpixがゲート電位（オフ電位）よりも低くなると、各画素には逆バイアス電圧が印加されることになるため、所望の映像表示を行うことが困難となる。

そこで本実施の形態のように、ゲート電位ＶgateＬが、駆動信号Ｖcom２に応じた上記式（１）（望ましくは式（２））を満足することにより、映像信号書き込み直後に駆動信号Ｖcom２を印加した場合であっても、それによって落ち込む画素電位Ｖpixがゲート電位ＶgateＬを下回ることを抑制することができる。よって、駆動信号Ｖcomを変調しつつも、画素電位Ｖpixの低下による表示への影響を抑制して、所望の映像表示を実現することができる。

＜第６の実施の形態＞
図２０は、本発明の第６の実施の形態に係る駆動信号Ｖcom（Ｖcom１，Ｖcom２）、映像信号Ｖsig、およびＴＦＴのゲート電位Ｖgateのタイミングチャートである。ここで、上記第５の実施の形態では、駆動信号Ｖcom１，Ｖcom２を異なるタイミングで印加する場合において、ゲート電位ＶgateＬが所定の式を満たすように設定することにより、画素電位Ｖpixの低下が表示へ影響することを抑制した。本実施の形態では、そのような表示への影響を抑制するための他の手法について説明する。尚、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

具体的には、上記第５の実施の形態と同様、タイミング制御部９が、ゲート電位Ｖgateがオン電位のとき（ＴＦＴがオン状態のとき）に、共通電極４３に駆動信号Ｖcom１、画素電極２２に映像信号Ｖsigをそれぞれ印加することにより、映像書き込みを行う。

但し、本実施の形態では、上記第５の実施の形態と異なり、駆動信号Ｖcom２の印加（駆動信号Ｖcom１からＶcom２への変調制御）を、駆動信号Ｖcom１の印加直後（映像信号書き込み直後）ではなく、その一定期間経過後に行う。例えば、図２０に示したように、駆動信号Ｖcom１の印加終了時点（ｔ１）から、駆動信号Ｖcomの矩形波における半周期経過時点（ｔ２）までは、駆動信号Ｖcom２を印加しない（駆動信号Ｖcom１からＶcom２へ変調する制御を行わない）ようにする。そして、上記時点ｔ２において、駆動信号Ｖcom２を印加する制御を行う（駆動信号Ｖcom１からＶcom２へ変調する制御を行う）。尚、本実施の形態においても、上記第５の実施の形態における式（１）〜（３）を満足するようにしてもよい。

このように、駆動信号Ｖcom２の印加を、駆動信号Ｖcom１を印加してから一定期間経過後に行うことにより、次のような効果が得られる。即ち、映像信号書き込み直後においては、上述のようにゲート電位Ｖgateがオフ電位へ遷移することにより画素電位Ｖpixは一旦落ち込むが、この際の画素電位Ｖpixの落ち込みは、ゲート電位Ｖgateにおけるオフ電位を下回る程ではないので、表示への影響は少ない。この後、駆動信号Ｖcomにおける振幅を拡大して駆動信号Ｖcom２を印加すると、それに伴って画素電位Ｖpixが持ち上がる。よって、上記第５の実施の形態と同様、画素電位Ｖpixの落ち込みによる表示への影響を抑制しつつ、駆動信号Ｖcomを変調することができる。

尚、上記第４〜第６の実施の形態では、共通電極４３へ印加する表示用の駆動信号Ｖcom１と検出用の駆動信号Ｖcom２とが互いに異なる場合おける好適な駆動動作についていくつか例を挙げて説明したが、これらに限らず、次のような駆動手法を用いることもできる。即ち、図１７に示したように、駆動信号Ｖcom１の書き込み対象画素に対し、駆動信号Ｖcom２が重ねて印加されると、画素電位が変化してしまうことは既に述べたが、例えばその画素電位の変化を見越して映像信号Ｖsigのレベル自体を変調させてもよい。このような手法によっても、所望の表示を得ることが可能である。但し、映像信号Ｖsigのレベルを変調させる場合、ＩＣ駆動に負荷がかかり易いため、上記第４〜第６の実施の形態で説明した手法が実用的である。

また、駆動信号Ｖcom２を特定の期間にのみ印加するようにしてもよい。具体的には、図２１に示したように、物体検出を実行する期間ｔａ，ｔｂ（ここでは、Ｖcomの極性が変化する瞬間の直前および直後の各期間）においてのみ、振幅を拡大する（駆動信号Ｖcom１から駆動信号Ｖcom２への変調を行う）。このような駆動動作により、液晶へのＤＣ電圧印加時間が短くなるため、焼き付き等の発生を抑制できる。また、映像信号Ｖsigの印加前に、駆動信号Ｖcom２から表示用の駆動信号Ｖcom１に戻しておくことができるため、異なる２つの電位を同時に使用する必要がなくなり、ＩＣの負荷や周辺回路を単純化することができる。

更に、駆動信号Ｖcom１，Ｖcom２が互いに異なる場合の一例として、検出感度を増大させるためにＶcom２をＶcom１より大きくする場合を挙げたが、この際、前述のような検出モードの変更を必ずしも伴わなくともよい。即ち、上記第１〜第３の実施の形態で説明した検出モードの変更動作を前提として、Ｖcom２＞Ｖcom１と設定してもよいが、モード変更を行うことなく、つまりある一定の値の駆動信号Ｖcom２（＞Ｖcom１）を継続的に用いて検出駆動を行ってもよい。駆動信号Ｖcom２の値をより大きく設定することにより、検出感度が向上して遠距離検出を行うことが可能である。尚、モード変更動作（電気力線の到達範囲の変更動作）を伴う前者の形態が、本発明の第１の表示装置に対応し、モード変更動作を伴わない後者の形態が、本発明の第２の表示装置に対応している。

次に、上記第１〜第６の実施の形態における表示装置の変形例について説明する。以下では、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様の構成要素については同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

（変形例１）
図２２は、変形例１に係る表示装置１Ｂの要部断面構造を表すものである。表示装置１Ｂは、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様、液晶表示素子と、静電容量型タッチセンサとを備えたものである。但し、本変形例では、表示用の共通電極４３を兼用して液晶表示素子と一体的にタッチセンサが設けられている上記第１の実施の形態と異なり、タッチセンサがタッチパネル５０として、液晶表示素子とは別体として設けられている。即ち、表示装置１Ｂでは、画素基板２と対向基板４との間に液晶層６を封止してなる液晶表示素子の偏光板４５の側にタッチパネル５０が配置されて使用される。

タッチパネル５０は、透明基板５１上に、センサ用駆動電極５２、接着層５３、透明基板５４およびセンサ用検出電極５５がこの順に設けられたものである。センサ用駆動電極５２は、上記第１の実施の形態における共通電極４３と同様、複数の駆動電極パターンに分割されており、各駆動電極パターンには線順次で駆動信号Ｖcomが印加されるようになっている。センサ用検出電極５５についても、上記第１の実施の形態におけるセンサ用検出電極４４と同様で、複数の検出電極パターンに分割されており、各検出電極パターンがセンサ用駆動電極５２の駆動電極パターンの延在方向と直交するように延在している。

このように、タッチセンサは、表示素子と別体であってもよく、このような構成の表示装置１Ｂに対しても、上記第１〜第３の実施の形態で説明した各手法を上記と同様にして適用可能である。但し、共通電極４３がセンサ用の駆動電極を兼用してなる上記第１の実施の形態の表示装置１Ａの方が、構成を簡易化することができる。

（変形例２）
図２３は、変形例２に係る表示装置１Ｃの要部断面構造を表すものである。表示装置１Ｃは、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様、液晶表示素子と、静電容量型タッチセンサとを備えたものである。但し、表示装置１Ｃは、対向基板４において、センサ用検出電極４４が偏光板４５よりも外側に配置されている点において、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと異なっている。即ち、表示装置１Ｃは、偏光板４５上に接着層４７、センサ用検出電極４４および透明基板４８がこの順に設けられたものである。このように、センサ用検出電極４４は必ずしも偏光板４５よりも内側に設けられている必要はなく、使用者側に配設されるような構成であってもよい。

（変形例３）
［表示装置１Ｄの構成］
図２４は、変形例３に係る表示装置１Ｄの要部断面構造を表すものである。図２５（Ａ），（Ｂ）は、この表示装置１Ｄにおける画素基板（後述する画素基板２Ｂ）の詳細構成を表すものである。図２６（Ａ），（Ｂ）は、表示装置１Ｄの斜視構造を表すものである。表示装置１Ｄは、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと同様、液晶表示素子と、静電容量型タッチセンサとを備えたものである。但し、表示装置１Ｄは、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点において、上記第１の実施の形態の表示装置１Ａと異なっている。

表示装置１Ｄは、画素基板２Ｂと、この画素基板２Ｂに対向して配置された対向基板４Ｂとの間に液晶層６を備えたものである。

画素基板２Ｂは、ＴＦＴ基板２１と、このＴＦＴ基板２１上に配設された共通電極４３と、この共通電極４３の上に絶縁層２３を介してマトリクス状に配設された複数の画素電極２２とを有する。ＴＦＴ基板２１には、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やＴＦＴの他、絶縁層２３１，２３２を介して、各画素電極に画像信号を供給する信号線（ソース線）２５や、各ＴＦＴを駆動するゲート線２６等の配線が形成されている（図２５（Ａ），（Ｂ））。ＴＦＴ基板２１にはまた、タッチ検出動作を行う検出回路８が形成されている。共通電極４３は、上記第１の実施の形態と同様、センサ用駆動電極として兼用されている。

対向基板４Ｂは、ガラス基板４１の一方の面にカラーフィルタ４２が形成されたものである。ガラス基板４１の他方の面には、センサ用検出電極４４が形成され、更に、このセンサ用検出電極４４の上に偏光板４５が配設されている。センサ用検出電極４４は、薄膜プロセスにより対向基板４Ｂの上に直接形成してもよいが、間接的に形成してもよい。共通電極４３は、ＴＦＴ基板２１から交流矩形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、画素電極２２に印加される画素電圧と共に各画素の表示電圧を画定するものであるが、タッチセンサの駆動信号としても兼用されるものである。これらの共通電極４３およびセンサ用検出電極４４は、上記第１の実施の形態と同様、互いに交差するように延在する複数の電極パターンに分割されている。

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。ここで、図２６（Ａ），（Ｂ）を参照して、ＦＦＳモードについて説明する。ＦＦＳモードの液晶素子においては、画素基板２Ｂ上に形成された共通電極４３の上に、絶縁層２３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が形成されている。この配向膜２６と、対向基板４Ｂ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。ここでは、ラビング方向が出射側の偏光板４５の透過軸と一致している場合を図示してある。更に、２枚の配向膜２６，４６のラビング方向および偏光板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。

［表示装置１Ｄの作用・効果］
まず、図２６（Ａ），（Ｂ）および図２７（Ａ），（Ｂ）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。図２７（Ａ），（Ｂ）は液晶素子の要部断面を拡大して表したものであり、（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。

共通電極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２６（Ａ）、図２７（Ａ））、液晶層６における液晶分子６１の軸が入射側の偏光板２４の透過軸と直交し、かつ、出射側の偏光板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偏光板４５に達し、ここで吸収されるため、黒表示となる。一方、共通電極４３と画素電極２２との間に電圧を印加した状態では（図２６（Ｂ）、図２７（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、出射側の偏光板４５を通過するため、白表示となる。

次に、表示装置１Ｄにおける表示制御動作およびタッチ検出動作について説明する。画素基板２Ｂの表示ドライバ（図示せず）は、共通電極４３の各駆動電極パターンに対してコモン駆動信号Ｖcomを線順次で供給する。表示ドライバはまた、ソース線２５を介して画素電極２２へ画像信号を供給すると共に、これに同期して、ゲート線２６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、画素毎に、コモン駆動信号Ｖcomと各画像信号とにより定まる横方向（基板に平行な方向）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４Ｂの側では、共通電極４３の各駆動電極パターンに、コモン駆動信号Ｖcomを時分割的に順次印加していく。すると、上記第１の実施の形態と同様、その印加された共通電極４３の各駆動電極パターンとセンサ用検出電極４４の各検出電極パターンとの交差部分に形成された一列分の容量素子Ｃ１（Ｃ１１〜Ｃ１ｎ）の各々に対し、充放電が行われる。そして、容量素子Ｃ１の容量値に応じた大きさの検出信号Ｖdetが、センサ用検出電極４４の各検出電極パターンからそれぞれ出力される。

このように、液晶表示素子として横電界モードの液晶を用いた表示装置１Ｄに対しても、上記第１〜第３の実施の形態で説明した各手法を上記と同様にして適用可能である。但し、本実施の形態では、タッチセンサ用駆動電極としての共通電極４３が画素基板２Ｂの側（ＴＦＴ基板２１の上）に設けられた構造を有していることから、ＴＦＴ基板２１から共通電極４３にコモン駆動信号Ｖcomを供給することが極めて容易であると共に、必要な回路や電極パターンおよび配線等を画素基板２に集中させることができ、回路の集積化が図られる。従って、上記第１の実施の形態において必要であった、画素基板２側から対向基板４側へのコモン駆動信号Ｖcomの供給経路（コンタクト導電柱７）が不要となり、構造がより簡単になる。

尚、上記変形例３では、センサ用検出電極４４をガラス基板４１の表面側（液晶層６と反対側）に設けるようにしたが、センサ用検出電極４４をカラーフィルタ４２よりも液晶層６の側に設けるようにしてもよい。あるいは、センサ用検出電極４４をガラス基板４１とカラーフィルタ４２との間に設けるようにしてもよい。また、センサ用検出電極４４を偏光板４５の外側に設けるようにしてもよい。

＜適用例＞
次に、図２８〜図３２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の表示装置の適用例について説明する。上記実施の形態等の表示装置は、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。

（適用例１）
図２８は、上記実施の形態等の表示装置が適用されるテレビジョン装置の外観を表したものである。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が、上記実施の形態等に係る表示装置に相当する。

（適用例２）
図２９は、上記実施の形態等の表示装置が適用されるデジタルカメラの外観を表したものである。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が、上記実施の形態等に係る表示装置に相当する。

（適用例３）
図３０は、上記実施の形態等の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したものである。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表示装置に相当する。

（適用例４）
図３１は、上記実施の形態等の表示装置が適用されるビデオカメラの外観を表したものである。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表示装置に相当する。

（適用例５）
図３２は、上記実施の形態等の表示装置が適用される携帯電話機の外観を表したものである。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表示装置に相当する。

以上、いくつかの実施の形態、変形例および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限定されず、種々の変形が可能である。例えば、遠距離検出モード（第１の検出モード）と位置検出モード（第２の検出モード）との双方を発現させる構成を例に挙げて説明したが、位置検出モードは必須ではなく、使用状況や用途等に応じて、遠距離検出モードのみを発現させる構成としてもよい。

また、上記実施の形態等では、遠距離検出モード（第１の検出モード）から位置検出モード（第２の検出モード）に至るまで、計４つの検出モードを段階的に発現させる場合を例に挙げたが、検出モードの数や距離分解能については、特に限定されない。例えば、発現させる検出モードの数は２つまたは３つであってもよいし、あるいは５つ以上であってもよい。検出モードの数を多くするに従って、距離分解能が高くなり、タッチセンサからどのくらい離れた距離に物体が有るのかを判定し易くなる。

更に、上記実施の形態では、遠距離モードを初期モードとして、段階的検出を行う場合を例に挙げて説明したが、初期モードとしては、必ずしも遠距離モードでなくともよく、位置検出モード等の他の検出モードを初期モードとしてもよい。

また、上記実施の形態等では、表示素子として液晶表示素子を用いた表示装置について説明したが、それ以外の表示素子、例えば有機ＥＬ素子を用いた表示装置にも適用可能である。

更に、上記実施の形態等において説明した一連の処理は、ハードウェアにより行うこともできるし、ソフトウェアにより行うこともできる。一連の処理をソフトウェアによって行う場合には、そのソフトウェアを構成するプログラムが、汎用のコンピュータ等にインストールされるようになっている。このようなプログラムは、コンピュータに内蔵されている記録媒体に予め記録してさせておくようにしてもよい。

１，１Ｂ〜１Ｄ…表示装置１、１００…有効表示エリア、１１…ＳＷ制御部、１２…スイッチ素子、１４…オペアンプ、１５…スイッチ素子、２，２Ｂ…画素基板、２０…表示画素、２１…ＴＦＴ基板（回路基板）、２２…画素電極、２３，２３１，２３２…絶縁層、２４…偏光板、４，４Ｂ〜４Ｄ…対向基板、４０Ｄ…ゲート・共通電極ドライバ、４１…ガラス基板、４２…カラーフィルタ、４３，４３１〜４３ｎ…共通電極（兼センサ用駆動電極）、４３Ｄ…共通電極ドライバ、４４…センサ用検出電極、４５…偏光板、６…液晶層、７…コンタクト導電柱、８…検出回路、８１…増幅部、８３…Ａ／Ｄ変換部、８４…信号処理部、８５…座標抽出部、９…タイミング制御部、Ｃ１，Ｃ１１〜Ｃ１ｎ，Ｃ２…容量素子、Ｓｇ…交流矩形波、Ｅ１…駆動電極、Ｅ２…検出電極、Ｓ…交流信号源（駆動信号源）、Ｖcom…コモン駆動信号、ＤＥＴ…電圧検出器（検出回路）、Ｖdet…検出信号、Ｖth…しきい値電圧、Ｔin…入力端子、Ｔout…出力端子、Ｒ…抵抗器、ＣＴＬ１，ＣＴＬ２…タイミング制御信号、ＣＴＬ３…制御信号、Ｌ１…検出用駆動ライン、Ｌ２…表示用駆動ライン。

Claims (20)

1. 駆動電極と、
   前記駆動電極との間に静電容量を形成する検出電極と、
   前記駆動電極に対して駆動信号を印加することにより前記検出電極から得られる検出信号に基づき、物体の有無を検出する検出回路と、
   前記駆動電極と前記検出電極との間に発生する電気力線の到達範囲を変化させる制御部と
   を備えたタッチセンサ。
2. 前記制御部は、前記検出回路による検出結果に応じて前記電気力線の到達範囲を変化させる
   請求項１に記載のタッチセンサ。
3. 前記駆動電極は、第１の方向に沿って延在する複数の駆動電極パターンを有し、
   前記検出電極は、前記第１の方向と直交する第２の方向に沿って延在する複数の検出電極パターンを有する
   請求項２に記載のタッチセンサ。
4. 前記複数の駆動電極パターンを、それらのうちの１または２以上の選択的な数の駆動電極パターン毎に順次駆動させる第１のタイミング制御部を備え、
   前記制御部は、前記検出結果に応じて、前記駆動電極パターンの選択数を変更する
   請求項３に記載のタッチセンサ。
5. 前記検出回路は、前記駆動電極パターンの選択数が相対的に多い第１の検出モードにおいて物体の有無を検出すると共に、前記駆動電極パターンの選択数が相対的に少ない第２の検出モードにおいて物体の位置を検出する
   請求項４に記載のタッチセンサ。
6. 前記第１の検出モードと前記第２の検出モードとの間に、前記駆動電極パターンの選択数が互いに異なる１または２以上の検出モードを有し、
   前記検出回路は、検出モード毎に物体の有無を検出しつつ、その検出結果を前記制御部へ順次出力し、
   前記制御部は、順次入力される検出結果に基づいて、前記駆動電極パターンの選択数を増減させる制御を行う
   請求項５に記載のタッチセンサ。
7. 前記制御部は、前記検出回路により物体の存在が検出された場合には、前記駆動電極パターンの選択数を減らし、前記検出回路により物体の存在が検出されなかった場合には、前記駆動電極パターンの選択数を増やす制御を行う
   請求項６に記載のタッチセンサ。
8. 前記複数の検出電極パターンのうち１または２以上の検出電極パターンを選択的に有効に機能させる第２のタイミング制御部を備え、
   前記制御部は、前記検出結果に応じて、前記検出電極パターンの選択数を変更する
   請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載のタッチセンサ。
9. 前記検出回路は、前記検出電極パターンの選択数が相対的に少ない第１の検出モードにおいて物体の有無を検出すると共に、前記検出電極パターンの選択数が相対的に多い第２の検出モードにおいて物体の位置を検出する
   請求項８に記載のタッチセンサ。
10. 前記第１の検出モードと前記第２の検出モードとの間に、前記検出電極パターンの選択数が互いに異なる１または２以上の検出モードを有し、
    前記検出回路は、検出モード毎に物体の有無を検出しつつ、その検出結果を前記制御部へ順次出力し、
    前記制御部は、順次入力される検出結果に基づいて、前記検出電極パターンの選択数を増減させる制御を行う
    請求項９に記載のタッチセンサ。
11. 前記複数の駆動電極パターンに対し前記駆動信号を印加しつつ順次駆動させる第３のタイミング制御部を備え、
    前記制御部は、前記検出結果に応じて、前記駆動信号の絶対値を変化させる制御を行う
    請求項３ないし請求項７のいずれか１項に記載のタッチセンサ。
12. 前記検出回路は、相対的に絶対値の大きい駆動信号を用いた第１の検出モードにおいて物体の有無を検出すると共に、相対的に絶対値の小さい駆動信号を用いた第２の検出モードにおいて物体の位置を検出する
    請求項１１に記載のタッチセンサ。
13. 前記第１の検出モードと前記第２の検出モードとの間に、前記駆動信号の絶対値が互いに異なる１または２以上の検出モードを有し、
    前記検出回路は、検出モード毎に物体の有無を検出しつつ、その検出結果を前記制御部へ順次出力し、
    前記制御部は、順次入力される検出結果に基づいて、前記駆動信号の絶対値を増減させる制御を行う
    請求項１２に記載のタッチセンサ。
14. 複数の表示画素電極と、
    前記表示画素電極と対向して設けられた共通電極と、
    画像表示機能を有する表示機能層と、
    前記表示画素電極と前記共通電極との間に、画像信号に基づく電圧を印加して前記表示機能層の表示機能を発揮させるように画像表示制御を行う表示制御回路と、
    センサ用駆動電極と、
    前記センサ用駆動電極との間に静電容量を形成するセンサ用検出電極と、
    前記センサ用駆動電極に対してセンサ用駆動信号を印加することにより前記センサ用検出電極から得られる検出信号に基づき、物体の有無の検出を行う検出回路と、
    前記センサ用駆動電極と前記センサ用検出電極との間に発生する電気力線の到達範囲を変化させる制御部と
    を備えた表示装置。
15. 前記共通電極が、前記センサ用駆動電極を兼ねている
    請求項１４に記載の表示装置。
16. 前記共通電極に対し、表示用コモン駆動信号と前記センサ用駆動信号とを互いに異なるタイミングで印加するタイミング制御部を備えた
    請求項１５に記載の表示装置。
17. 前記複数の表示画素電極に対応してＴＦＴ素子を有し、
    前記ＴＦＴ素子のオフ状態におけるゲート電位が以下の式（１）を満足する
    請求項１６に記載の表示装置。
    ＶgateＬ≦ＶsigＬ−ΔＶcom＋Ｖth ………（１）
    但し、
    ＶgateＬ：ＴＦＴ素子のオフゲート電位
    ＶsigＬ：映像信号の低電位
    ΔＶcom：センサ用駆動信号における最小値から最大値までの変位量
    Ｖth：ＴＦＴ素子の閾値電圧
    とする。
18. 前記タイミング制御部は、前記センサ用駆動信号を、前記表示用コモン駆動信号を印加してから一定期間経過後に印加する
    請求項１６に記載の表示装置。
19. 前記タイミング制御部は、前記センサ用駆動信号を検出タイミングに応じた期間にのみ印加する
    請求項１６に記載の表示装置。
20. 複数の表示画素電極と、
    前記表示画素電極と対向して設けられた共通電極と、
    画像表示機能を有する表示機能層と、
    前記表示画素電極と前記共通電極との間に、画像信号に基づく電圧を印加して前記表示機能層の表示機能を発揮させるように画像表示制御を行う表示制御回路と、
    センサ用駆動電極と、
    前記センサ用駆動電極との間に静電容量を形成するセンサ用検出電極と、
    前記センサ用駆動電極に対してセンサ用駆動信号を印加することにより前記センサ用検出電極から得られる検出信号に基づき、物体の有無の検出を行う検出回路とを備え、
    前記共通電極が前記センサ用駆動電極を兼ねており、
    前記共通電極に対し、前記センサ用駆動信号として表示用コモン駆動信号よりも大きな電圧を印加する制御を行う
    表示装置。

Images