JP2019101713A - タッチセンサ内蔵型の表示装置およびその駆動方法 - Google Patents

Abstract

【課題】従来よりも高性能なタッチセンサ内蔵型の表示装置を実現する。【解決手段】センサ電極が設けられた表示部とセンサ電極から得られる検出信号を処理する信号処理部とを有するタッチセンサ内蔵型の表示装置に、検出信号の処理単位となるセグメントのサイズが指示信号ＳＩに応じたサイズとなるようセンサ電極間の電気的接続および電気的切断を行うセグメントサイズ切り替え部１６０が設けられる。セグメントサイズ切り替え部１６０は、例えば、複数のセンサ電極と複数のアナログフロントエンドとの接続関係の切り替えを行うスイッチ回路１５と、指示信号ＳＩに応じてスイッチ回路１５の動作を制御する切り替え制御部１１１とによって構成される。【選択図】図１

Description

以下の開示は、タッチセンサ内蔵型の表示装置およびその駆動方法に関し、より詳しくは、画像表示に用いられている共通電極をセンサ電極（タッチ検出用の電極）としても用いるようにしたタッチセンサ内蔵型の表示装置およびその駆動方法に関する。

コンピュータシステムなどにおいて操作を行うための入力デバイスとして、タッチパネルが従来より注目されている。例えば静電容量方式のタッチパネルでは、ユーザー（操作者）の指またはタッチペンなどの被検出物の位置が、静電容量の変化に基づき検出される。このようなタッチパネルは、従来、液晶パネルなどの表示パネル上に重ねて用いられていた。表示パネル上に設けられるこのようなタッチパネルは、「アウトセル型のタッチパネル」と呼ばれている。アウトセル型のタッチパネルは、例えば、２種類の菱形状電極（横方向に接続されている電極９０１と縦方向に接続されている電極９０２）からなる図１７に示すようなセンサパターンを有している。

ところが、アウトセル型のタッチパネルでは、表示パネルおよびタッチパネルからなる装置全体の重量・厚さの増加やタッチパネルの駆動に要する電力の増加が問題となっていた。そこで、近年、表示パネルとタッチパネルとが一体化した構成の表示装置の開発が進んでいる。このような表示装置では、表示パネル内にタッチセンサとして機能する部分が含まれている。従って、以下、このような表示装置を「タッチセンサ内蔵型の表示装置」という。

ところで、表示パネルと一体化した構成のタッチパネルには、主に、「オンセル型のタッチパネル」と呼ばれるものと「インセル型のタッチパネル」と呼ばれるものとがある。オンセル型のタッチパネルについては、表示パネルを構成する２枚のガラス基板のうちの一方のガラス基板と偏光板との間に、センサ電極が設けられている。インセル型のタッチパネルについては、２枚のガラス基板の内側にセンサ電極が設けられている。

以上のようにタッチパネルにはいくつかの種類があるが、近年、市場においてはインセル型のタッチパネルが主流となりつつある。インセル型のタッチパネルは、様々なアプリケーションで使用されることが見込まれている。例えば、携帯電話（特にスマートフォン），タブレット端末，パソコン，アミューズメント向けの装置，車載向けの装置，産業機器などでの使用が特に見込まれている。

インセル型のタッチパネルは、例えば、ガラス基板上にマトリクス状に配置された複数のセンサ電極９１からなる図１８に示すようなセンサパターンを有している。ガラス基板上には、また、タッチ検出用配線９２が配設されている。各センサ電極９１は、それに対応するタッチ検出用配線９２とコンタクト部９３で接続されている。タッチ検出用配線９２は、各センサ電極９１から得られる検出信号に基づいてタッチ位置を特定するための処理を行う回路等を含むＩＣに接続されている。以上のような構成において、ガラス基板上に配置された複数のセンサ電極９１は、画像を表示するために用いられる電極（例えば液晶表示装置における共通電極）と共用される。すなわち、１つの電極が、タッチ検出を行うためのセンサ電極としても使用されるし、画像表示用の電極としても使用される。このように画像表示用の電極とセンサ電極とを共用することによって、装置の薄型化や軽量化が実現されている。

なお、本件に関連して、特開２０１６−５１４８０号公報には、タッチ検出のための駆動時間を短縮するためにＸ方向およびＹ方向について複数個のセンサ電極を電気的に接続するようにした構成が開示されている。

特開２０１６−５１４８０号公報

ところが、インセル型のタッチパネルについては、現状では充分な性能が得られていない。その理由の１つとして、インセル化に起因する感度不足が挙げられる。静電容量方式のタッチパネルにおけるセンサ感度は、指やペンなどの認識対象物とセンサ（センサ電極）との距離に応じて決まる。詳しくは、センサから認識対象物までの距離が長くなるほど、図１９に示すように検出信号の信号値が減衰するので、センサ感度は低下する。従って、図２０から把握されるようにインセル化に伴ってセンサから認識対象物までの距離（センサからコンタクト面までの距離）が長くなるので、センサ感度が低下する。その結果、タッチパネルの反応が悪くなる。これにより、ホバー機能を用いた検出や手袋等の検出が、アウトセル型のタッチパネルでは可能であったが、インセル型のタッチパネルでは困難となっている。

インセル化によって感度が不足する主な原因しては、次の３つの原因が考えられる。第１の原因は、上述したようにインセル化によってセンサから認識対象物までの距離が長くなることである。第２の原因は、インセル型のタッチパネルでは、高電圧駆動を行うと画像表示への影響が大きいために、高電圧駆動を採用できないことである。第３の原因は、インセル型のタッチパネルでは表示装置とタッチパネルとが互いに干渉しないように画像表示のための駆動とタッチ検出のための駆動とを時分割で行う必要があり、表示装置の高解像度化に伴ってタッチ検出のための期間を充分に確保することが困難になっていることである。

以上のように、インセル型のタッチパネルについては、感度不足が生じることから充分な性能が得られていない。そのため、性能向上が強く求められている。特に、特殊なユーザー仕様が求められる車載向けの装置や産業機器などで使用されるタッチパネル（インセル型のタッチパネル）に関して、性能向上が強く求められている。なお、特開２０１６−５１４８０号公報に開示された発明によれば、タッチ検出のための駆動時間の短縮や低消費電力化は可能であるが、感度の観点では不充分である。

そこで、以下の開示は、従来よりも高性能なタッチセンサ内蔵型の表示装置を実現することを目的とする。

一実施形態による表示装置は、マトリクス状に配置されたタッチ検出用のＫ個（Ｋは４以上の整数）のセンサ電極が設けられた表示部と前記Ｋ個のセンサ電極から得られる検出信号を処理する信号処理部とを有するタッチセンサ内蔵型の表示装置であって、
１個またはＪ個（Ｊは２以上Ｋ以下の整数）のセンサ電極で構成され前記検出信号の処理単位となるセグメントのサイズが指示信号に応じたサイズとなるよう、センサ電極間の電気的接続および電気的切断を行うセグメントサイズ切り替え部と、
前記信号処理部からの出力に基づいてタッチ位置の特定を行う位置検出処理部と
を備える。

以上のような構成によれば、タッチセンサ内蔵型の表示装置において、検出信号の処理単位となるセグメントのサイズが変更可能となっている。セグメントサイズが大きいほど検出信号の信号値は大きくなる（すなわち感度が高くなる）ので、必要に応じてセグメントサイズを大きくすることによって従来検出できなかった微弱な検出信号を検出することが可能となる。以上より、従来よりも高性能なタッチセンサ内蔵型の表示装置が実現される。

本発明の一実施形態において、セグメントサイズ切り替え部について説明するための図である。 上記実施形態に係るタッチセンサ内蔵型の液晶表示装置の機能構成を説明するためのブロック図である。 上記実施形態において、物理的な構成の一例について説明するための図である。 上記実施形態において、画素形成部の構成を示す回路図である。 上記実施形態において、タッチパネルを構成するセンサパターンについて説明するための図である。 上記実施形態において、セグメントサイズについて説明するための図である。 上記実施形態において、ＩＣの概略構成を示す図である。 上記実施形態において、セグメントの状態が第１パターンの状態であるときの或る一時点におけるタッチ検出用配線とＡＦＥとの接続状態を示す図である。 上記実施形態において、セグメントの状態が第２パターンの状態であるときの或る一時点におけるタッチ検出用配線とＡＦＥとの接続状態を示す図である。 上記実施形態において、セグメントの状態が第３パターンの状態であるときの或る一時点におけるタッチ検出用配線とＡＦＥとの接続状態を示す図である。 上記実施形態において、スイッチ回路内にデマルチプレクサが設けられることについて説明するための図である。 上記実施形態において、スイッチ回路内にマルチプレクサが設けられることについて説明するための図である。 上記実施形態において、アンテナセンサ機能の実現例について説明するための図である。 上記実施形態において、アンテナセンサ機能の実現例について説明するための図である。 上記実施形態において、アンテナセンサ機能の実現による効果について説明するための図である。 上記実施形態に関し、セグメントサイズと検出信号の信号値の大きさとの関係を表したグラフである。 アウトセル型のタッチパネルのセンサパターンの一例を示す図である。 インセル型のタッチパネルのセンサパターンの一例を示す図である。 センサから認識対象物までの距離と信号値の大きさとの関係を表したグラフである。 インセル化に伴うセンサ感度の低下について説明するための図である。

以下、添付図面を参照しつつ本発明の一実施形態について説明する。

＜１．機能構成＞
図２は、本発明の一実施形態に係るタッチセンサ内蔵型の液晶表示装置の機能構成を説明するためのブロック図である。この液晶表示装置は、タッチパネル制御部１１０とタッチパネル（タッチセンサ）１１５と表示制御部１２０とソースドライバ１３０とゲートドライバ１４０と表示部１５０とを備えている。タッチパネル制御部１１０とタッチパネル１１５とはタッチ検出に関連する構成要素であり、表示制御部１２０とソースドライバ１３０とゲートドライバ１４０と表示部１５０とは画像表示に関連する構成要素である。なお、図２は機能構成を示す図であるので、構成要素間の位置関係などについては実際とは異なっている。

タッチパネル制御部１１０は、切り替え制御部１１１とタッチパネル駆動部１１２と位置検出処理部１１３とを含んでいる。タッチパネル制御部１１０は、タッチパネル１１５の動作を制御する。その際、タッチパネル駆動部１１２は、表示制御部１２０から与えられる制御信号ＣＴＬ１に基づいて、タッチ検出を行うための駆動信号ＳＤをタッチパネル１１５に与える。なお、制御信号ＣＴＬ１は、画像表示のための処理が行われていない期間中にタッチ検出のための処理が行われるようにするための信号（タイミングを制御するための信号）である。タッチパネル１１５からタッチパネル制御部１１０に検知結果としての検出信号ＳＸが与えられると、当該検出信号ＳＸに基づいて、タッチパネル１１５に対するタッチが行われた位置を位置検出処理部１１３が検出する。そして、タッチパネル制御部１１０は、タッチが行われた位置に応じた処理が行われるよう、表示制御部１２０に制御信号ＣＴＬ２を与える。なお、本実施形態においては、後述するように検出信号ＳＸの処理単位となるセグメントのサイズの切り替え（変更）が可能となっており、切り替え制御部１１１がセグメントサイズの切り替えを制御する。

タッチパネル１１５は、認識対象物（指や手袋など）によるタッチ（より詳しくは、認識対象物の接触あるいは接近）を検知する。検知タイミングは、タッチパネル制御部１１０から与えられる駆動信号ＳＤに基づいて決定される。タッチパネル１１５は、検知結果としての検出信号ＳＸをタッチパネル制御部１１０に与える。

なお、物理的には、図２に示す構成要素に関連するＩＣとして、例えば、図３に示すように、ソースドライバ１３０としての機能およびタッチパネル駆動部１１２としての機能を有するＩＣ１１と、タッチパネル用のＩＣ１８と、表示用のＩＣ１９とが設けられる。タッチパネル用のＩＣ１８は、例えば、切り替え制御部１１１としての機能や位置検出処理部１１３としての機能を有している。表示用のＩＣ１９は、例えば、表示制御部１２０としての機能を有している。液晶パネル１７には、表示部およびタッチパネルとして機能する部分とゲートドライバ１４０として機能する部分とが含まれている。ＩＣ１１は、液晶パネル１７を構成する基板（後述するＴＦＴアレイ基板）上に設けられる。タッチパネル用のＩＣ１８および表示用のＩＣ１９は、例えばＦＰＣを介して、ＩＣ１１が設けられている基板面の裏側に設けられる。以下においては、説明の便宜上、タッチパネル用のＩＣ１８と表示用のＩＣ１９とをまとめて「コントローラ」という。コントローラには符号１００を付す。なお、以上のようなＩＣの構成は一例であって、当該構成には限定されない。

表示部１５０は、ソースドライバ１３０およびゲートドライバ１４０による制御に基づいて画像を表示する。ところで、表示部１５０には、複数本のソースバスライン（映像信号線）ＳＬと複数本のゲートバスライン（走査信号線）ＧＬとが配設されている。それら複数本のソースバスラインＳＬと複数本のゲートバスラインＧＬとの各交差点に対応して、画素を形成する画素形成部が設けられている。すなわち、表示部１５０には、複数個の画素形成部が含まれている。それら複数個の画素形成部は画素マトリクスを構成している。図４は、画素形成部５の構成を示す回路図である。各画素形成部５には、対応する交差点を通過するゲートバスラインＧＬにゲート端子が接続されると共に当該交差点を通過するソースバスラインＳＬにソース端子が接続されたスイッチング素子であるＴＦＴ（画素ＴＦＴ）５０と、そのＴＦＴ５０のドレイン端子に接続された画素電極５１と、上記複数個の画素形成部５に共通的に設けられた共通電極５４および補助容量電極５５と、画素電極５１と共通電極５４とによって形成される液晶容量５２と、画素電極５１と補助容量電極５５とによって形成される補助容量５３とが含まれている。液晶容量５２と補助容量５３とによって画素容量５６が構成されている。

表示部１５０内のＴＦＴ５０としては、例えば、半導体層に酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタ（酸化物半導体ＴＦＴ）を採用することができる。より具体的には、インジウム（Ｉｎ），ガリウム（Ｇａ），亜鉛（Ｚｎ），および酸素（Ｏ）を主成分とする酸化物半導体であるＩｎ−Ｇａ−Ｚｎ−Ｏ（酸化インジウムガリウム亜鉛）によりチャネル層が形成されたＴＦＴ（以下、「ＩＧＺＯ−ＴＦＴ」という。）をＴＦＴ５０として採用することができる。酸化物半導体は電子移動度が高いため、ＩＧＺＯ−ＴＦＴなどの酸化物半導体ＴＦＴを用いることにより、ＴＦＴ５０の小型化が可能となり高精細化・高開口率化の点で有利となる。また、リーク電流が低減されるため、低消費電力化の点で有利となる。さらに、画素の電圧保持率が高められる。なお、薄膜トランジスタの半導体層の材料については、様々なバリエーションが適用可能である。半導体層に酸化物半導体を用いた薄膜トランジスタの他、例えば、半導体層にアモルファスシリコンを用いた薄膜トランジスタ（ａ−Ｓｉ ＴＦＴ），半導体層に微結晶シリコンを用いた薄膜トランジスタ，半導体層に低温ポリシリコンを用いた薄膜トランジスタ（ＬＴＰＳ−ＴＦＴ）などを採用することもできる。

表示制御部１２０は、外部から送られる画像データＤＡＴおよびタッチパネル制御部１１０から送られる制御信号ＣＴＬ２を受け取り、デジタル映像信号ＤＶと、ソースドライバ１３０の動作を制御するソース制御信号ＳＣＴＬと、ゲートドライバ１４０の動作を制御するゲート制御信号ＧＣＴＬとを出力する。ソース制御信号ＳＣＴＬには、例えば、ソーススタートパルス信号，ソースクロック信号，ラッチストローブ信号などが含まれている。ゲート制御信号ＧＣＴＬには、ゲートスタートパルス信号，ゲートクロック信号などが含まれている。

ソースドライバ１３０は、表示制御部１２０から送られるデジタル映像信号ＤＶとソース制御信号ＳＣＴＬとに基づいて、各ソースバスラインＳＬに駆動用映像信号を印加する。このとき、ソースドライバ１３０では、ソースクロック信号のパルスが発生するタイミングで、各ソースバスラインＳＬに印加すべき電圧を示すデジタル映像信号ＤＶが順次に保持される。そして、ラッチストローブ信号のパルスが発生するタイミングで、上記保持されたデジタル映像信号ＤＶがアナログ電圧に変換される。その変換されたアナログ電圧は、駆動用映像信号として全てのソースバスラインＳＬに一斉に印加される。

ゲートドライバ１４０は、表示制御部１２０から送られるゲート制御信号ＧＣＴＬに基づいて、アクティブな走査信号の各ゲートバスラインＧＬへの印加を１垂直走査期間を周期として繰り返す。

以上のようにして、ソースバスラインＳＬに駆動用映像信号が印加され、ゲートバスラインＧＬに走査信号が印加されることにより、外部から送られた画像データＤＡＴに基づく画像が表示部１５０に表示される。また、タッチパネル１１５に対するタッチが検出されると、タッチ位置に応じた処理がこの液晶表示装置で行われる。

＜２．タッチ検出のための構成＞
図５は、本実施形態におけるタッチパネル１１５を構成するセンサパターンについて説明するための図である。本実施形態においては、インセル型のタッチパネルが採用されている。本実施形態に係る液晶表示装置は、互いに対向する２枚のガラス基板（ＴＦＴアレイ基板およびカラーフィルタ基板）で構成された液晶パネルを有している。それら２枚のガラス基板のうちのＴＦＴアレイ基板１０上に、タッチ検出のための構成要素が設けられている。図５に示すように、ＴＦＴアレイ基板１０上には、タッチ検出のための構成要素として、センサ電極（タッチ検出用の電極）１２と、タッチ検出用配線１３と、上述したＩＣ１１と、スイッチ回路１５と、ＦＰＣ１６とが設けられている。ＩＣ１１は、ＦＰＣ１６を介して、上述したコントローラ１００（タッチパネル用のＩＣ１８および表示用のＩＣ１９）に接続されている。また、ＴＦＴアレイ基板１０上には、センサ電極１２とタッチ検出用配線１３とを接続するためのコンタクト部１４が設けられている。なお、ＴＦＴアレイ基板１０上の領域のうち複数個のセンサ電極１２が設けられている領域の左右両側には、上述したゲートドライバ１４０が形成されている。

ところで、本実施形態においては、１つの電極が共通電極５４として機能するとともにセンサ電極１２としても機能する。詳しくは、従来の一般的な共通電極が図５に示すようにマトリクス状に分割されることによって、複数個（４個以上のＫ個）のセンサ電極１２が形成されている。一例を挙げると、従来の一般的な共通電極が、横方向（ゲートバスラインＧＬが延びる方向）に１８個に分割され、縦方向（ソースバスラインＳＬが延びる方向）に３２個に分割されている。この場合、５７６個のセンサ電極１２が形成される。分割後の各電極は、画像表示のための処理が行われる際には共通電極５４として機能し、タッチ検出のための処理が行われる際にはセンサ電極１２として機能する。なお、共通電極５４の分割の数については特に限定されず、目標とする分解能に応じて分割されていれば良い。

タッチ検出用配線１３の一端は、対応するセンサ電極１２に形成されたコンタクト部１４に接続され、タッチ検出用配線１３の他端は、スイッチ回路１５を介してＩＣ１１に接続されている。これにより、ＩＣ１１から各センサ電極１２に駆動信号ＳＤを与えるとともに検出信号ＳＸに基づいてタッチ位置の特定を行うことが可能となっている。

スイッチ回路１５は、タッチ検出用配線１３とＩＣ１１との接続関係を制御する多数のスイッチで構成されており、各スイッチの状態を制御することによってセンサ電極１２間の電気的接続および電気的切断を行う。このようにしてセンサ電極１２間の電気的接続および電気的切断が行われることにより、セグメントサイズが切り替えられる。なお、図５に示す構成ではＩＣ１１の外部にスイッチ回路１５が設けられているが、ＩＣ１１内にスイッチ回路１５が設けられる構成を採用することもできる。

図６に示すように、１つのセンサ電極１２は例えば「縦４ｍｍ×横４ｍｍ」のサイズを有している。この場合、各セグメントが１つのセンサ電極１２によって構成されるときには、セグメントサイズは「縦４ｍｍ×横４ｍｍ」となる。また、例えば、各セグメントが４つ（縦２×横２）のセンサ電極１２によって構成されるときには、セグメントサイズは「縦８ｍｍ×横８ｍｍ」となる。さらに、例えば、各セグメントが９つ（縦３×横３）のセンサ電極１２によって構成されるときには、セグメントサイズは「縦１２ｍｍ×横１２ｍｍ」となる。なお、センサ電極１２のサイズが「縦４ｍｍ×横４ｍｍ」になっている理由は、人の指の認識を精度良く行うようにするためである。

図７は、ＩＣ１１の概略構成を示す図である。ＩＣ１１には、ソースドライバ１３０と、検出信号ＳＸを処理するための複数個（ｎ個）のＡＦＥ２２（１）〜２２（ｎ）からなるＡＦＥブロック２０とが含まれている。なお、ＡＦＥは「Ａｎａｌｏｇ Ｆｒｏｎｔ Ｅｎｄ」（アナログフロントエンド）の略である。ＩＣ１１はコントローラ１００に接続されており、コントローラ１００には、タッチパネル制御部１１０の一部（切り替え制御部１１１、位置検出処理部１１３）と表示制御部１２０とが含まれている（図２参照）。

なお、ＩＣ１１内には図７に示した構成要素以外の構成要素も含まれているが、それらについては本発明に直接には関係しないのでその説明および図示を省略する。また、ここでは１つのＡＦＥブロック２０が設けられている例を示しているが、ＩＣ１１の内部の一端側と他端側とでＡＦＥの特性が異なる場合を考慮して２つのＡＦＥブロックを設けるようにしても良い。

コントローラ１００には、上述したように、位置検出処理部１１３および切り替え制御部１１１が含まれている。位置検出処理部１１３は、ＡＦＥ２２（１）〜２２（ｎ）からの出力に基づいて、ＴＦＴアレイ基板１０上に設けられたセンサ電極１２（より詳しくは、１個または複数個のセンサ電極１２によって構成されるセグメント）に対するタッチの有無の判定およびタッチ位置の特定を行う。切り替え制御部１１１は、スイッチ回路１５内のスイッチの状態を制御する。

本実施形態においては、位置検出の方式には、自己容量方式が採用される。自己容量方式は、タッチパネルへの認識対象物の接触あるいは接近に起因して静電容量が増加したことを検知することによって当該認識対象物の位置を測定する方式である。ところで、従来より、マトリクス状に配置された複数の電極からなるセンサパターンが採用されている場合、タッチ検出のための処理は、ＡＦＥの接続先をスイッチで切り替えながら行われている。例えば、上述のように５７６個のセンサ電極１２が形成されている場合に９個のＡＦＥが設けられていれば、タッチ検出のための処理は、９個のセンサ電極１２毎に順次に行われる。すなわち、最初のタッチ検出期間には、９個のＡＦＥは１対１で対応するように９個のセンサ電極１２に接続される。このような状態において、各センサ電極１２に駆動信号ＳＤが与えられ、それに応じて得られる検出信号ＳＸに基づいて各センサ電極１２へのタッチの有無の判定が行われる。そして、次のタッチ検出期間には、９個のＡＦＥは１対１で対応するように別の９個のセンサ電極１２に接続される。このような状態において、各センサ電極１２に駆動信号ＳＤが与えられ、それに応じて得られる検出信号ＳＸに基づいて各センサ電極１２へのタッチの有無の判定が行われる。このような処理が繰り返されることによって、全てのセンサ電極１２についてのタッチの有無の判定が行われ、タッチされている位置を特定することができる。

以上のようにして、各ＡＦＥ２２（１）〜２２（ｎ）の接続先を切り替えながらタッチ検出のための処理が行われる。すなわち、各ＡＦＥ２２（１）〜２２（ｎ）は、複数のセンサ電極１２から得られる検出信号ＳＸを処理するための回路として共用されている。このようにＡＦＥを共用することによって、ＩＣ１１のサイズを小さくすることができるとともにコストが低減される。

なお、本実施形態においては、ＡＦＥブロック２０によって信号処理部が実現され、スイッチ回路１５によって切り替え回路部が実現されている。

＜３．セグメントサイズの切り替え（変更）＞
一般に、タッチ検出に関してはセグメントサイズが大きくなるほど精度は低下する。一方、セグメントサイズが大きいほど感度は高くなる。このように、セグメントサイズを変更することに関して、感度と精度とはトレードオフの関係にある。ここで、ユーザーの使用状態によってはタッチ検出に関して高い精度が要求されないこともある。例えばアプリケーションが用意しているボタンサイズが大きいような場合には、タッチ検出の精度は重要な要素とはならないと考えられる。このような点に鑑み、上述したように本実施形態においてはセグメントサイズの切り替え（変更）が可能となっている。

セグメントサイズとして選択可能なサイズは装置毎に予め用意される。ここでは説明の便宜上、セグメントサイズとして３種類のサイズが用意されているものと仮定する。それら３種類のサイズのそれぞれのパターンを「第１〜第３パターン」という。第１パターンは、各セグメントが１つのセンサ電極１２によって構成されるパターンである。第２パターンは、各セグメントが４つ（縦２×横２）のセンサ電極１２によって構成されるパターンである。第３パターンは、各セグメントが９つ（縦３×横３）のセンサ電極１２によって構成されるパターンである。以上のような３つのパターンの間でセグメントサイズが適宜切り替えられる。このように、本実施形態に係るタッチセンサ内蔵型の液晶表示装置では、セグメントサイズを予め想定しているサイズの間で自由に切り替えることが可能となっている。

図８は、セグメントの状態が第１パターンの状態であるときの或る一時点におけるタッチ検出用配線１３とＡＦＥ２２との接続状態を示す図である。図８に示すように、各ＡＦＥ２２は１個のセンサ電極１２に接続されている。或るタッチ検出期間が終了すると、各ＡＦＥ２２は別の１個のセンサ電極１２に接続される。

図９は、セグメントの状態が第２パターンの状態であるときの或る一時点におけるタッチ検出用配線１３とＡＦＥ２２との接続状態を示す図である。なお、各セグメントを太枠で表している（図１０も同様）。図９に示すように、各ＡＦＥ２２は「縦２×横２」の４個のセンサ電極１２に接続されている。或るタッチ検出期間が終了すると、各ＡＦＥ２２は別の４個のセンサ電極１２に接続される。

図１０は、セグメントの状態が第３パターンの状態であるときの或る一時点におけるタッチ検出用配線１３とＡＦＥ２２との接続状態を示す図である。図１０に示すように、各ＡＦＥ２２は「縦３×横３」の９個のセンサ電極１２に接続されている。或るタッチ検出期間が終了すると、各ＡＦＥ２２は別の９個のセンサ電極１２に接続される。

以上のような３つのパターンの間での切り替えは、センサ電極１２に接続されたタッチ検出用配線１３とＡＦＥ２２との接続状態がスイッチ回路１５内で切り替えられることによって行われる。スイッチ回路１５の具体的な構成は限定されないが、予め用意したセグメントサイズが実現されるようＫ個のセンサ電極１２とｎ個のＡＦＥ２２（１）〜ＡＦＥ２２（ｎ）との接続関係の切り替えを行うことのできる構成であれば良い。例えば、Ｋ個のセンサ電極１２とｎ個のＡＦＥ２２（１）〜ＡＦＥ２２（ｎ）との接続関係の切り替えを行うために、以下に記すようにデマルチプレクサやマルチプレクサをスイッチ回路１５内に設けるようにしても良い。これに関し、図８〜図１０において符号１２（ａ）を付したセンサ電極は、１つのＡＦＥ２２（１）のみに接続され得る。図８〜図１０において符号１２（ｂ）を付したセンサ電極は、２つのＡＦＥ２２（１），２２（２）に接続され得る。図８〜図１０において符号１２（ｃ）を付したセンサ電極は、３つのＡＦＥ２２（１）〜２２（３）に接続され得る。このように、本実施形態においては、Ｋ個のセンサ電極１２の中には複数のＡＦＥ２２に接続され得るセンサ電極１２が存在する。これは、例えば、センサ電極１２の接続先（タッチ検出用配線１３の接続先）を複数のＡＦＥ２２の間で切り替えるためのデマルチプレクサ１５２をスイッチ回路１５内に設けることによって実現することができる（図１１参照）。また、各ＡＦＥ２２の接続先は、セグメントサイズが或る１つのサイズで維持されている期間中にも切り替えられるし、図８〜図１０から把握されるようにセグメントサイズが変更することによっても切り替えられる。これは、例えば、ＡＦＥ２２の接続先を切り替えるためのマルチプレクサ１５４をスイッチ回路１５内に設けることによって実現することができる（図１２参照）。

また、上記のようなスイッチ回路１５の動作は、切り替え制御部１１１から与えられる切り替え制御信号ＳＷＣＴＬによって制御される。切り替え制御部１１１は、所定の指示信号ＳＩに応じてスイッチ回路１５の動作を制御する。なお、本実施形態においては、切り替え制御部１１１とスイッチ回路１５とによって、センサ電極１２間の電気的接続および電気的切断を行うことによってセグメントサイズを切り替えるセグメントサイズ切り替え部１６０が実現されている（図１参照）。指示信号ＳＩに関しては、例えば微弱な信号を検知する必要がある時（ホバー機能を用いた検出や手袋の検出が行われる時）にはセグメントサイズを大きくする（例えば上述の第３パターンを選択する）旨の指示信号ＳＩを切り替え制御部１１１に与え、指がタッチパネル１１５に触れることによって検出信号ＳＸに関して或る閾値以上の信号値が得られたらセグメントサイズを小さくする（例えば上述の第１パターンを選択する）旨の指示信号ＳＩを切り替え制御部１１１に与えるようにすれば良い。また、例えば、上述の第１〜第３パターンが時分割で選択されるよう指示信号ＳＩが切り替え制御部１１１に与えられるようにしても良い。

以上のように、切り替え制御部１１１とスイッチ回路１５とによって実現されるセグメントサイズ切り替え部１６０については、セグメントサイズを動的に切り替えるようにしても良いし、利用者の使用用途に応じてセグメントサイズを切り替えるようにしても良いし、セグメントサイズを予め用意された複数のサイズに時分割で切り替えるようにしても良い。

＜４．応用例＞
ここで、セグメントサイズの切り替えに関する応用例を説明する。具体的には、ホバー機能で検知可能な位置よりも遠い位置（タッチパネルからの距離が遠い位置）にある認識対象物を検知するためのアンテナセンサ機能の実現例について説明する。例えば、表示部１５０内に図１３に示すようにセンサ電極１２が形成されていると仮定する。このような場合に、図１４において網掛けを施した部分のように、表示部１５０の端部に沿って配置されている複数個のセンサ電極１２を電気的に接続することによって１つのセグメントを構成する。そうすると、当該セグメントは１つのセンサ電極１２に比べて顕著に大きな面積を有するので、当該セグメントは高感度のセンサとして機能する。これにより、図１５に示すように例えば人の手６１が表示部１５０に接近したときに手６１の接近を検知することが可能となる。この手法によれば、表示部１５０の周縁部に実際にアンテナセンサを設ける必要がなくなるので、狭額縁化を図ることが可能となる。また、何ら操作が行われていない時にはアンテナセンサ機能を有する上記セグメントを構成するセンサ電極１２だけを駆動することで低消費電力化を図ることもできる。

＜５．効果＞
本実施形態によれば、タッチセンサ内蔵型の液晶表示装置において、検出信号ＳＸの処理単位となるセグメントのサイズが予め想定しているサイズの間で自由に切り替え可能となっている。ところで、セグメントサイズと検出信号ＳＸの信号値との関係は、図１６に示すように比例関係となっている。このような関係が得られる理由は、静電容量方式では静電容量の値Ｃが次式（１）で表されるからである。なお、ε０は真空の誘電率（ＭＫＳ単位系では、８．８５４×１０^-12Ｆ／ｍである）で、εｒは比誘電率で、Ｓは面積（電極の面積）で、ｄは距離（２つの導電体間の距離）である。
Ｃ＝ε０・εｒ・Ｓ／ｄ ・・・（１）
以上より、セグメントサイズが大きいほどセンサとしての感度が高くなることが把握される。従って、必要に応じてセグメントサイズを大きくすることによって、従来検出できなかった微弱な検出信号を検出することが可能となる。これにより、例えばホバー機能を用いた検出や手袋等の検出を精度良く行うことが可能となる。以上のように、本実施形態によれば、従来よりも高性能なタッチセンサ内蔵型の液晶表示装置が実現される。

＜６．その他＞
本発明は、上記実施形態に限定されるものではなく、本発明の趣旨を逸脱しない範囲で種々変形して実施することができる。例えば、上記実施形態においては、セグメントサイズのパターンとして、各セグメントが１つのセンサ電極１２によって構成される第１パターンと、各セグメントが４つ（縦２×横２）のセンサ電極１２によって構成される第２パターンと、各セグメントが９つ（縦３×横３）のセンサ電極１２によって構成される第３パターンとが用意されていたが、これには限定されない。さらに多数のパターンが用意されていても良いし、例えば「縦２×横３」のように各セグメントの縦のサイズと横のサイズとが異なるパターンが用意されていても良い。

１０…ＴＦＴアレイ基板
１１…ＩＣ
１２…センサ電極
１３…タッチ検出用配線
１４…コンタクト部
１５…スイッチ回路
２０…ＡＦＥブロック
２２，２２（１）〜２２（ｎ）…ＡＦＥ（アナログフロントエンド）
５４…共通電極
１００…コントローラ
１１０…タッチパネル制御部
１１１…切り替え制御部
１１２…タッチパネル駆動部
１１３…位置検出処理部
１１５…タッチパネル（タッチセンサ）
１５０…表示部
１６０…セグメントサイズ切り替え部
ＳＤ…駆動信号
ＳＸ…検出信号

Claims (8)

1. マトリクス状に配置されたタッチ検出用のＫ個（Ｋは４以上の整数）のセンサ電極が設けられた表示部と前記Ｋ個のセンサ電極から得られる検出信号を処理する信号処理部とを有するタッチセンサ内蔵型の表示装置であって、
   １個またはＪ個（Ｊは２以上Ｋ以下の整数）のセンサ電極で構成され前記検出信号の処理単位となるセグメントのサイズが指示信号に応じたサイズとなるよう、センサ電極間の電気的接続および電気的切断を行うセグメントサイズ切り替え部と、
   前記信号処理部からの出力に基づいてタッチ位置の特定を行う位置検出処理部と
   を備えることを特徴とする、表示装置。
2. 前記セグメントサイズ切り替え部は、前記セグメントのサイズを動的に切り替えることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
3. 前記セグメントサイズ切り替え部は、利用者の使用用途に応じて前記セグメントのサイズを切り替えることを特徴とする、請求項２に記載の表示装置。
4. 前記セグメントサイズ切り替え部は、前記セグメントのサイズを予め用意された複数のサイズに時分割で切り替えることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
5. 前記信号処理部は、複数個のアナログフロントエンドからなり、
   前記セグメントサイズ切り替え部は、
   前記Ｋ個のセンサ電極と前記複数個のアナログフロントエンドとの接続関係の切り替えを行うための切り替え回路部と、
   前記指示信号に応じて前記切り替え回路部の動作を制御する切り替え制御部と
   を含むことを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
6. 前記表示部の端部に沿って配置されている複数個のセンサ電極を電気的に接続したセグメントが設けられていることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
7. 前記表示部は、表示画像に応じた電圧を印加するための画素電極と、前記画素電極に対向して設けられる共通電極とを含み、
   前記Ｋ個のセンサ電極は、前記共通電極と共用されていることを特徴とする、請求項１に記載の表示装置。
8. マトリクス状に配置されたタッチ検出用のＫ個（Ｋは４以上の整数）のセンサ電極が設けられた表示部と前記Ｋ個のセンサ電極から得られる検出信号を処理する信号処理部とを有するタッチセンサ内蔵型の表示装置の駆動方法であって、
   １個またはＪ個（Ｊは２以上Ｋ以下の整数）のセンサ電極で構成され前記検出信号の処理単位となるセグメントのサイズが指示信号に応じたサイズとなるよう、センサ電極間の電気的接続および電気的切断を行うセグメントサイズ切り替えステップと、
   前記信号処理部からの出力に基づいてタッチ位置の特定を行う位置検出ステップと
   を含むことを特徴とする、駆動方法。

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