JP2019121231A - タッチパネル - Google Patents

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Yasuhiro Sugita
靖博 杉田
ジョン ムジラネザ
Mugiraneza Jean
ジョン ムジラネザ
和寿 木田
Kazuhisa Kida
和寿 木田
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Abstract

【課題】センサ電極を短時間で充電可能なタッチパネルを実現する【解決手段】センサ電極（４）ごとに個別に設けられるトランジスタ（ＴＨ）は、ゲート電極、電源ライン（ＶＨ）に接続されるソース電極、および、センサ電極（４）に接続されるドレイン電極を有する。【選択図】図３

Description

本発明は、タッチパネルに関する。
非特許文献１および２に、従来のインセルタッチパネルの一例が開示されている。
Chelose Kim et. al.: "Advanced In-cell Touch Technology for Large Sized Liquid Crystal Displays," SID 2015 DIGEST, 2015. "技術情報：JDIの液晶ディスプレイ技術：薄さ・軽さ"、［online］、株式会社ジャパンディスプレイ、［平成29年11月2日検索］、インターネット〈http://www.j-display.com/technology/jdilcd/thin_light.html〉
従来のタッチパネルでは、センサ電極がドライバから遠く離れているため、充電ラインの配線抵抗および寄生抵抗が大きくなる。これにより、センサ電極の充電に時間がかかるので、時定数が大きくなるという問題が生ずる。
本発明は、前記の課題を解決するためになされたものであり、その目的は、時定数が小さいタッチパネルを実現することにある。
本発明の一態様に係るタッチパネルは、前記の課題を解決するために、平面的に配置される複数のセンサ電極と、前記複数のセンサ電極の少なくともいずれかに対応して配置される複数のセンスラインと、第１電源ラインと、前記第１電源ラインに第１電圧を出力する第１電源と、前記センサ電極ごとに個別に設けられ、制御電極、前記第１電源ラインに接続される第１導通電極、および、前記センサ電極に接続される第２導通電極を有する複数の第１トランジスタとを備えていることを特徴としている。
本発明の一態様によれば、時定数が小さいタッチパネルを実現するという効果を奏する。
実施形態１に係るタッチパネルの構成を示す図である。 実施形態１に係るタッチパネルの内部構成をより詳細に示す図である。 実施形態１におけるセンサ電極の充電およびセンサ電極からの電荷の読み出しを説明する図である。 実施形態１に係るタッチパネルの動作時のタイミングチャートである。 実施形態１による利点を説明するグラフを示す図である。 実施形態２に係るタッチパネルの構成を示す図である。 実施形態２に係るタッチパネルの内部構成をより詳細に示す図である。 実施形態２におけるセンサ電極の充電およびセンサ電極からの電荷の読み出しを説明する図である。 実施形態２に係るタッチパネルの動作時のタイミングチャートである。 実施形態３に係るタッチパネルの構成を示す図である。 実施形態３に係るタッチパネルの内部構成をより詳細に示す図である。 実施形態２におけるセンサ電極の充電およびセンサ電極からの電荷の読み出しを説明する図である。 実施形態１に係るタッチパネルの動作時のタイミングチャートである。
〔実施形態１〕
図１は、実施形態１に係るタッチパネル１の構成を示す図である。この図に示すように、タッチパネル１は、タッチ検出領域２、複数のセンサ電極４、検出部６、電源８（第１電源）、制御ラインＲＨ（第１制御ライン）、電源ラインＶＨ（第１電源ライン）、および複数のセンスラインＳＬを備えている。
複数のセンサ電極４は、タッチ検出領域２内において平面的に配置される。本実施形態では、複数のセンサ電極４は、マトリックス状に配置される。図１では、タッチパネル１は、Ｍ行（Ｍは２以上の整数）×Ｌ列（Ｌは２以上の整数）のセンサ電極４を備えている。タッチ検出領域２における１行ごとにＬ個のセンサ電極４が配置され、タッチ検出領域２における１列ごとにＭ個のセンサ電極４が配置される。
電源ラインＶＨは、すべてのセンサ電極４に対して共通に設けられる。複数のセンスラインＳＬは、複数のセンサ電極４の少なくともいずれかに対応して配置される。
検出部６は、タッチ検出領域２の外側において、タッチ検出領域２の端部に対向して配置される。検出部６は、タッチ検出領域２に対するユーザの押下を検出するための回路である。電源８は、検出部６の内部に配置される。これに限らず、電源８は、検出部６の外部に配置されてもよい。電源８は、センサ電極を充電するための電圧ＶＨ（第１電圧）を電源ラインＶＨに出力する。このように、本実施形態では、あるラインに対して出力される電圧または信号を、そのラインと同一の名称でよぶ場合がある。
図２は、実施形態１に係るタッチパネル１の内部構成をより詳細に示す図である。この図に示すように、タッチパネル１は、センサ電極４ごとに設けられる複数のトランジスタＴＨ（第１トランジスタ）をさらに備えている。各トランジスタＴＨは、ゲート電極（差制御電極）、ソース電極（第１導通電極）、およびドレイン電極（第２導通電極）を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。あるセンサ電極４に設けられるトランジスタＴＨにおいて、ゲート電極は制御ラインＲＨに接続され、ソース電極は電源ラインＶＨに接続され、ドレイン電極はセンサ電極４に接続される。言い換えれば、複数のトランジスタのゲート電極は、いずれも制御ラインＲＨに共通して接続される。これにより、検出部６がオンレベルの制御信号ＲＨを制御ラインＲＨに出力すれば、すべてのトランジスタＴＨが一斉にオンされ、検出部６がオフレベルの制御信号ＲＨを制御ラインＲＨを出力すれば、すべてのトランジスタＴＨが一斉にオフされる。したがって、タッチパネル１では、従来技術に比べて制御ラインＲＨの本数が劇的に増加することがない（２本増加するのみ）。
本実施形態では、ラインにオンレベルの制御信号を出力することを、ラインを駆動すると表現する場合もある。
図２では、センサ電極４ごとに、対応するセンスラインＳＬが設けられ、センサ電極４は対応するセンスラインＳＬに接続される。したがって、検出部６は、複数のセンサ電極４から同時かつ個別に電荷を読み出すことができる。また、センスラインＳＬの本数はセンサ電極４の個数に等しく、Ｌ×Ｍ本である。
検出部６は、電源８から電源ラインＶＨに電圧ＶＨを常時出力させ続ける。したがって、電源ラインＶＨには、常時、電圧ＶＨが充電された状態にある。トランジスタＴＨがオフされている場合、電圧ＶＨはセンサ電極４に供給されない。
（充電および読み出し）
図３は、実施形態１におけるセンサ電極４の充電および電荷の読み出しを説明する図である。図４は、実施形態１に係るタッチパネル１の動作時のタイミングチャートである。
図３に示すように、タッチパネル１では、センサ電極４の直下にトランジスタＴＨが設けられている。トランジスタＴＨがオフされているとき、トランジスタＴＨのソース電極に接続される電源ラインＶＨには、電圧ＶＨが事前に供給されている。これにより、トランジスタＴＨは、電圧ＶＨを供給可能な電源として事実上機能する。
図４の（ａ）に示すように、検出部６は、充電期間２０において、オンレベル（パルス状）の制御信号ＲＨを、制御ラインＲＨを通じてトランジスタＴＨのゲート電極に出力する。これによりトランジスタＴＨがオンされ、その結果、矢印１０に示すように、トランジスタＴＨを通じて電圧ＶＨが直ちにセンサ電極４に供給される。これは、制御ラインＲＨの供給によって、電源として機能するトランジスタＴＨからセンサ電極４に電圧ＶＨが供給されることに等しい。
ユーザの指などの導電性の指示体がセンサ電極４の近傍にあると、センサ電極４に対する電圧ＶＨの供給によって、センサ電極４と指示体との間に電荷が蓄積される。検出部６は、充電期間２０の後の読み出し期間２２において、オフレベルの制御信号ＲＨを、制御ラインＲＨを通じてトランジスタＴＨのゲート電極に出力する。これによりトランジスタＴＨがオフされ、その結果、センサ電極４と指示体との間に蓄積された電荷が、矢印１２に示すように、センサ電極４に接続されるセンスラインＳＬを通じて検出部６に読み出される。検出部６は、読み出した電荷に基づいて電荷量を検出する。こうして、一回の充電および読み出し動作が完了する。
図４の（ｂ）では、検出部６は、一定期間ごとにセンサ電極４の充電および電荷の読み出しを複数回行うことによって、検出電荷量を平均化する。検出部６は、例えば、期間ｔ１において、センサ電極４の充電および電荷の読み出しをそれぞれ５回ずつ行い、検出した個々の電荷量を平均化する。検出部６は、期間ｔ２以降も同様に動作する。これらによって、タッチパネル１は、検出される電荷量のＳ／Ｎ比を高めることができる。したがって、タッチパネル１は、タッチ検出領域２における押下位置をより正しく検出することができる。
（本実施形態の利点）
図５は、本実施形態による利点を説明するグラフである。図５において、横軸はタッチパネルの画面サイズ（インチ）を示し、縦軸は、タッチパネルの充電時間（マイクロ秒）を示す。曲線３０は、従来技術に係るタッチパネルにおける充電時間と画面サイズとの関係を示す直線である。直線３２は、本実施形態に係るタッチパネル１における充電時間と画面サイズとの関係を示す直線である。充電時間とは、センサ電極の充電時間を意味する。画面サイズとは、タッチパネルの画面サイズを意味する。
従来技術に係るタッチパネルでは、複数のセンサ電極のそれぞれにセンスラインが個別に接続され、各センサ電極への充電および各センサ電極からの電荷の読み出しは、いずれも同一のセンスラインを通じて行われる。これにより、従来技術に係るタッチパネルの充電時間ｔｃｈａｒｇｅは、次の式（１）で表される。
ｔｃｈａｒｇｅ＝（Ｒｔｒａｃｅ×Ｃｔｒａｃｅ）÷２＋Ｒｔｒａｃｅ×Ｃｐａｄ・・・式（１）
式（１）において、Ｒｔｒａｃｅは、センスラインの配線抵抗である。Ｃｔｒａｃｅは、センスラインの配線容量（寄生容量）である。Ｃｐａｄは、センサ電極の容量である。
従来技術に係るタッチパネルでは、センサ電極が、センスラインを通じて電源に接続されている。電源は、タッチ検出領域の外部に設けられるので、センサ電極から遠く離れている。タッチ画面のサイズがより大きくなるほど、センスラインの距離もより長くなる。したがって、タッチ画面のサイズがより大きくなるほど、配線抵抗Ｒｔｒａｃｅおよび配線容量Ｃｔｒａｃｅもより大きくなる。このことから、図５の曲線３０に示すように、従来技術に係るタッチパネルでは、画面サイズが大きくなるほど、指数関数的に充電時間ｔｃｈａｒｇｅが増加する。この結果、タッチパネルの性能が低下したり、タッチパネルを大画面化することが困難になったりするという問題が生ずる。
一方、本実施形態に係るタッチパネル１では、タッチパネル１の充電時間ｔｃｈａｒｇｅは次の式（２）で表される。
ｔｃｈａｒｇｅ＝（Ｒｔｒａｃｅ×Ｃｔｒａｃｅ）÷２＋（Ｒｔｒａｃｅ÷Ｍ＋ＲＴＦＴ）×Ｃｐａｄ・・・式（２）
式（２）において、Ｒｔｒａｃｅは、電源ラインＶＨの配線抵抗である。Ｃｔｒａｃｅは、電源ラインＶＨの配線容量（寄生容量）である。ＲＴＦＴは、トランジスタＴＨのオン抵抗である。Ｃｐａｄは、センサ電極の容量である。
本実施形態に係るタッチパネル１では、センサ電極４の直下に配置されるトランジスタＴＨを通じて、電源電圧ＶＨがセンサ電極４に素早く提供される。トランジスタＴＨは事実上電源として機能し、かつ、トランジスタＴＨのゲート電極とセンサ電極４との間の配線の長さは、電源ラインＶＨの長さに比べると、事実上ゼロであると見なせる。これにより、タッチパネル１では配線抵抗Ｒｔｒａｃｅ＝０かつ配線容量Ｃｔｒａｃｅ＝０であると見なせるので、式（２）から次の式（３）が導出される。
ｔｃｈａｒｇｅ＝ＲＴＦＴ×Ｃｐａｄ・・・式（３）
式（３）に示すように、タッチパネル１の充電時間ｔｃｈａｒｇｅは、トランジスタＴＨのオン抵抗ＲＴＦＴにセンサ電極４の寄生容量Ｃｐａｄを乗算した値となる。オン抵抗ＲＴＦＴおよび寄生容量Ｃｐａｄは、いずれもタッチパネル１の画面サイズに関わらず一定である。タッチパネル１では、配線抵抗Ｒｔｒａｃｅおよび配線容量Ｃｔｒａｃｅが充電時間ｔｃｈａｒｇｅに影響しないので、充電時間ｔｃｈａｒｇｅを小さくすることができる。さらに、図５の直線３２に示すように、タッチパネル１の充電時間ｔｃｈａｒｇｅを画面サイズに関わらず一定にすることもできる。したがって、タッチパネル１を高性能化することができる。さらに、タッチパネル１を大画面かつ高精細にすることができる。また、タッチパネル１をアクティブペンに対応させることもできる。
〔実施形態２〕
図６は、実施形態２に係るタッチパネル１の構成を示す図である。この図に示すように、タッチパネル１は、タッチ検出領域２、複数のセンサ電極４、検出部６、電源８、制御ラインＲＨ、電源ラインＶＨ、複数のセンスラインＳＬ、および複数の制御ラインＲＳ（
第２制御ライン）を備えている。
図７は、実施形態２に係るタッチパネル１の内部構成をより詳細に示す図である。この図に示すように、タッチパネル１は、センサ電極４ごとに設けられる複数のトランジスタＴＨと、センサ電極４ごとに設けられる複数のトランジスタＴＳ（第２トランジスタ）とをさらに備えている。
制御ラインＲＨおよび複数のトランジスタＴＨの配置および接続形態は、実施形態１と同一である。
複数の制御ラインＲＳは、１行分のセンサ電極４ごとに個別に設けられる。言い換えれば、複数の制御ラインＲＳは、タッチ検出領域２内の１行目からＭ行目までにそれぞれ配置されるＭ本の制御ラインＲＳ１〜ＲＳＭによって構成される。
複数のセンスラインＳＬは、１列分のセンサ電極４ごとに個別に設けられる。言い換えれば、複数のセンスラインＳＬは、タッチ検出領域２内の１列目からＬ列目までにそれぞれ配置されるＬ本のセンスラインＳＬ１〜ＳＬＬによって構成される。
複数のトランジスタＴＳは、ゲート電極（制御電極）、ソース電極（第１導通電極）、およびドレイン電極（第２導通電極）を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。あるセンサ電極４に設けられるトランジスタＴＳにおいて、ゲート電極は、センサ電極４に対応する制御ラインＲＳに接続され、ソース電極は、センサ電極４に対応するセンスラインＳＬに接続され、ドレイン電極は、対応するセンサ電極４に接続される。言い換えれば、一行分のトランジスタＴＳのゲート電極は、これらのトランジスタＴＳと同一の行に配置される制御ラインＲＳに共通に接続される。また、一列分のトランジスタＴＳのドレイン電極は、これらのトランジスタＴＳと同一の列に配置されるセンスラインＳＬに共通に接続される。
図７では、例えば、１行目に配置される各トランジスタＴＳのゲート電極は、１行目に配置される制御ラインＲＳ１に共通に接続される。これにより検出部は、１行目に配置される各トランジスタＴＳのオンまたはオフを、一斉に制御することができる。２行目以降の各トランジスタＴＳについても同様である。図７では、例えば、１列目に配置される各トランジスタＴＳのドレイン電極は、１列目に配置されるセンスラインＳＬ１に共通に接続される。これにより、１列目に配置される各センサ電極４から、共通のセンスラインＳＬ１を通じて電荷を個別に読み出すことができる。
（充電および読み出し）
図８は、実施形態２におけるセンサ電極４の充電およびセンサ電極４からの電荷の読み出しを説明する図である。
本実施形態において、検出部６は、オンレベル（パルス状）の制御信号ＲＨを、制御ラインＲＨを通じてトランジスタＴＨのゲート電極に出力する。これによりトランジスタＴＨがオンされ、その結果、矢印１０に示すように、トランジスタＴＨを通じて電圧ＶＨが直ちにセンサ電極４に供給される。この点は、実施形態１と変わりない。本実施形態では、検出部６は、制御信号ＲＨの出力後、オンレベルの制御信号ＲＳを、制御ラインＲＳを通じてトランジスタＴＳのゲート電極に出力する。これによりトランジスタＴＳがオンされ、センサ電極４と指示体との間に蓄積された電荷が、図８の矢印１２に示すように、センサ電極４に接続されるトランジスタＴＳおよびセンスラインＳＬを通じて検出部６に読み出される。
図９は、実施形態２に係るタッチパネル１の動作時のタイミングチャートである。本実施形態では、検出部６は、実施形態１と同様に、すべてのセンサ電極４を一斉に充電する。検出部６は、その後、一定期間内に、１行分の各センサ電極４の電荷を、センスラインＳＬ１〜ＳＬＬを通じて一斉に行単位で読み出す。
図９に示すように、検出部６は、期間Ｔ１の最初に、パルス状態のオンレベルの制御信号ＲＨを制御ラインＲＨに出力する。これにより、すべてのセンサ電極４が、図８の矢印１０に示すように一斉に充電される。この時点では、トランジスタＴＳはオフされているので、電荷は読み出されない。制御信号ＲＨがオフレベルに戻ると、センサ電極４の充電は完了する。
検出部６は、パルス状のオンレベルの制御信号ＲＨを出力した後、パルス状態のオンレベルの制御信号ＲＳを、制御ラインＲＳ１を通じて１行目のＬ個の各トランジスタＴＳのゲート電極に出力する。これにより、１行目の各トランジスタＴＳが一斉にオンされるので、検出部６は、１行目に配置されるＬ個のセンサ電極４からセンスラインＳＬ１〜ＳＬＬを通じて電荷を読み出す。検出部６は、次に、パルス状態のオンレベルの制御信号ＲＳを、制御ラインＲＳ２を通じて２行目のＬ個の各トランジスタＴＳのゲート電極に出力する。これにより、２行目の各トランジスタＴＳが一斉にオンされるので、検出部６は、２行目に配置されるＬ個のセンサ電極４からセンスラインＳＬ１〜ＳＬＬを通じて電荷を読み出す。３行目〜Ｍ行目についても、同様である。こうして、期間Ｔ１において、すべてのセンサ電極４からの電荷読み出しが完了する。
検出部６は、期間Ｔ１よりも後の各期間においても、期間Ｔ１と同様に動作する。したがって、検出部６は、期間ごとに、タッチ検出領域２に配置されるすべてのセンサ電極４から電荷を読み出すことができる。
（本実施形態の利点）
本実施形態では、センサ電極４に対する電圧ＶＨの充電は、実施形態１と同様にセンサ電極４の直下にあるトランジスタＴＨによって行われる。これにより、実施形態１と同様に、時定数を小さくすることができ、かつ、タッチパネル１の時定数を画面サイズに関わらず一定にすることができる。したがって、タッチパネル１を高性能化することができる。さらに、タッチパネル１を大画面かつ高精細にすることができる。また、タッチパネル１をアクティブペンに対応させることもできる。
本実施形態では、センスラインＳＬが、１列分のセンサ電極４ごとに設けられる。したがって、センスラインＳＬの本数はＬ本である。一方、従来技術に係るタッチパネルでは、センサ電極ごとにセンスラインごとに設けられるので、センスラインの数はＬ×Ｍ本である。このように、本実施形態に係るタッチパネル１では、センスラインＳＬの総数を従来技術に係るタッチパネルよりも大幅に減らすことができ、かつ、タッチ検出領域２内のセンスラインＳＬの配線抵抗の総量を大幅に減らすことができる。したがって、タッチパネル１における端子部の実装が非常に容易になったり、汎用のタッチパネルコントローラＩＣをタッチパネル１に用いることができたりするなどの利点も得られる。
〔実施形態３〕
図１０は、実施形態３に係るタッチパネル１の構成を示す図である。この図に示すように、本実施形態に係るタッチパネル１は、タッチ検出領域２、複数のセンサ電極４、検出部６、電源８、電源４０（第２電源）、複数の制御ラインＲＨ、電源ラインＶＨ、複数の制御ラインＲＬ（第３制御ライン）、電源ラインＶＬ（第２電源ライン）、複数のセンスラインＳＬ、および制御ラインＲＳを備えている。
電源ラインＶＬは、すべてのセンサ電極４に対して共通に設けられる。電源４０は、電源ラインＶＬに、センサ電極４を充電するための電圧ＶＬ（第２電圧）を出力する。電圧ＶＬは、電源ラインＶＨから出力される電圧ＶＨとは異なる電圧である。例えば、電圧ＶＨが正極性の電圧＋Ｖである場合、電圧ＶＬは、負極性の電圧−Ｖである。例えば、電圧ＶＨがハイレベル電圧であれば、電圧ＶＬはローレベル電圧である。
図１１は、実施形態３に係るタッチパネル１の内部構成をより詳細に示す図である。この図に示すように、タッチパネル１は、センサ電極４ごとに個別に設けられる複数のトランジスタＴＨと、センサ電極４ごとに個別に設けられる複数のトランジスタＴＬ（第３トランジスタ）と、センサ電極４ごとに個別に設けられる複数のトランジスタＴＣとをさらに備えている。
複数の制御ラインＲＨは、１行分のセンサ電極４ごとに個別に設けられる。言い換えれば、複数の制御ラインＲＨは、タッチ検出領域２内の１行目からＭ行目までにそれぞれ配置されるＭ本の制御ラインＲＨ１〜ＲＨＭによって構成される。
複数の制御ラインＲＬは、１行分のセンサ電極４ごとに個別に設けられる。言い換えれば、複数の制御ラインＲＬは、タッチ検出領域２内の１行目からＭ行目までにそれぞれ配置されるＭ本の制御ラインＲＬ１〜ＲＬＭによって構成される。
制御ラインＲＳは、すべてのセンサ電極４に対して共通に設けられる。
複数のセンスラインＳＬは、１列分のセンサ電極４ごとに個別に設けられる。言い換えれば、複数のセンスラインＳＬは、タッチ検出領域２内の１列目からＬ列目までにそれぞれ配置されるＬ本のセンスラインＳＬ１〜ＳＬＬによって構成される。
あるセンサ電極４に設けられるトランジスタＴＨにおいて、ゲート電極はセンサ電極４に対応する制御ラインＲＨに接続され、ソース電極は電源ラインＶＨに接続され、ドレイン電極はセンサ電極４に接続される。言い換えれば、一行分のトランジスタＴＨのゲート電極は、これらのトランジスタＴＨと同一の行に配置される制御ラインＲＨに共通に接続される。図１１では、１行目に配置される各トランジスタＴＨのゲート電極は、１行目に配置される制御ラインＲＨ１に共通に接続される。これにより検出部６は、１行目に配置される各トランジスタＴＨのオンまたはオフを一斉に制御することができるので、一行目に配置される各センサ電極４を電圧ＶＨで一斉に充電することができる。２行目以降の各トランジスタＴＨについても同様である。
各トランジスタＴＬは、ゲート電極、ソース電極、およびドレイン電極を有する薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）である。あるセンサ電極４に設けられるトランジスタＴＬにおいて、ゲート電極はセンサ電極４に対応する制御ラインＲＬに接続され、ソース電極は電源ラインＶＬに接続され、ドレイン電極はセンサ電極４に接続される。言い換えれば、トランジスタＴＬのゲート電極は、トランジスタＴＬと同一の行に配置される制御ラインＲＬに共通に接続される。図１１では、１行目に配置される各トランジスタＴＬのゲート電極は、１行目に配置される制御ラインＲＬ１に共通に接続される。これにより検出部６は、１行目に配置される各トランジスタＴＬのオンまたはオフを一斉に制御することができるので、一行目に配置される各センサ電極４を電圧ＶＬで一斉に充電することができる。２行目以降の各トランジスタＴＬについても同様である。
あるセンサ電極４に設けられるトランジスタＴＳにおいて、ゲート電極は制御ラインＲＳに接続され、ソース電極はセンサ電極４に接続され、ドレイン電極はセンサ電極４に対応するセンスラインＳＬに接続される。言い換えれば、すべてのトランジスタＴＳのゲート電極は、同一の制御ラインＲＳに共通に接続され、トランジスタＴＳのドレイン電極は、トランジスタＴＳと同一の行に配置されるセンスラインＳＬに共通に接続される。図１１では、１列目に配置される各トランジスタＴＳのドレイン電極は、１列目に配置される制御ラインＳＬ１に共通に接続される。これにより、検出部６は、１列目に配置される各センサ電極４から、共通の制御ラインＳＬ１を通じて電荷を一斉に読み出すことができる。検出部６は、２列目以降に配置される１列分の各センサ電極４からも、同様に、対応するセンスラインＳＬを通じて電荷を一斉に読み出すことができる。
図１１に示すように、タッチパネル１では、センサ電極４の直下にトランジスタＴＬが設けられている。トランジスタＴＬがオフされているとき、トランジスタＴＬのソース電極に接続される電源ラインＶＬには、電源４０から電圧ＶＬが事前に供給されている。これにより、トランジスタＴＬは、電圧ＶＬを供給可能な電源として事実上機能する。
（充電および読み出し）
図１２は、実施形態３におけるセンサ電極４の充電およびセンサ電極４からの電荷の読み出しを説明する図である。
本実施形態において、検出部６は、センサ電極４を、電圧ＶＨまたは電圧ＶＬのいずれかによって充電する。検出部６は、センサ電極４を電圧ＶＨで充電する場合、オンレベル（パルス状）の制御信号ＲＨを制御ラインＲＨに出力すると共に、オフレベルの制御信号ＲＬを制御ラインＲＬに出力する。これにより、トランジスタＴＨがオンされ、トランジスタＴＬはオフされる。この結果、矢印１０に示すように、トランジスタＴＨを通じて電圧ＶＨが直ちにセンサ電極４に供給される。検出部６は、センサ電極４を電圧ＶＬで充電する場合、オフレベルの制御信号ＲＨを制御ラインＲＨに出力すると共に、オンレベル（パルス状）の制御信号ＲＬを制御ラインＲＬに出力する。これにより、トランジスタＴＨがオフされ、トランジスタＴＬはオンされる。この結果、矢印１４に示すように、トランジスタＴＬを通じて電圧ＶＬが直ちにセンサ電極４に供給される。これは、制御信号ＲＬの供給によって、電源として機能するトランジスタＴＬからセンサ電極４に電圧ＶＬが供給されることに等しい。
検出部６は、センサ電極４の充電後、オンレベルの制御信号ＲＳを制御ラインＲＳに出力する。これによりトランジスタＴＳがオンされ、センサ電極４と指示体との間に蓄積された電荷が、図１２の矢印１２に示すように、センサ電極４に接続されるトランジスタＴＳおよびセンスラインＳＬを通じて検出部６に読み出される。
図１３は、実施形態３に係るタッチパネル１の動作時のタイミングチャートである。本実施形態では、検出部６は、１行分のセンサ電極４を、行単位で電圧ＶＨまたは電圧ＶＬのいずれかで一斉に充電する。その後、検出部６は、１行分の各センサ電極４の電荷を、センスラインＳＬ１〜ＳＬＬを通じて一斉に読み出す。このように、本実施形態では、検出部６は、一回の読み出し動作によって、すべてのセンサ電極４から一斉に電荷を読み出す。検出部６は、さらに、センサ電極４に対する電圧ＶＨまたは電圧ＶＬでの充電のパターンを変化させながら、電荷の一斉読み出しを所定回数繰り返す。そして、所定回数分の読み出し結果を解析することによって、各センサ電極４における電荷量をそれぞれ算出することができる。
詳細には、まず、＋１と−１とから構成される互いに直交する符号長Ｎ（ＮはＭよりも大きい整数）の符号系列ｄｉ＝（ｄｉ１、ｄｉ２、…、ｄｉＮ）（ｉ＝１、…、Ｍ）を準備する。ここで、符号長Ｎの符号系列ｄｉ＝（ｄｉ１、ｄｉ２、…、ｄｉＮ）（ｉ＝１、…、Ｍ）が「直交する」とは、符号系列ｄｉが下記に示す条件を満足することをいう。
Figure 2019121231
符号系列ｄｉの具体例は、特許第4927216号に開示されている。検出部６は、符号系列ｄｉに基づいて、＋１の場合は電圧ＶＨがセンサ電極４に印加され、−１の場合は電圧ＶＬがセンサ電極４に印加されるように、Ｍ本の制御ラインＲＨ１〜ＲＨＭおよびＭ本の制御ラインＲＬ１〜ＲＬＭを並列に駆動する。これにより、符号系列の各要素（＋１または−１）に応じて、センサ電極４に供給された電圧ＶＨまたは電圧ＶＬに対応する電荷が、各センサ電極４に蓄積される。検出部６は、センサ電極４の充電後、制御ラインＲＳを駆動することによって、同じセンスラインＳＬにつながる各センサ電極４に蓄積された電荷を、同じセンスラインＳＬに沿って、センスラインＳＬごとにそれぞれ加算する。検出部６は、加算された電荷をセンスラインＳＬごとに一斉に読み出す。
検出部６は、符号系列ｄｉに基づいて、センサ電極４の充電および電荷の読み出しを合計でＮ回行い、その結果として、出力系列ベクトルｓｊ＝（ｓｊ１、ｓｊ２、…、ｓｊＮ）（ｊ＝１、…、Ｌ）を得る。検出部６は、得られた出力系列ベクトルｓｊと、符号系列ｄｉとの内積演算に基づいて、ｊ番目のセンスラインＳＬにそれぞれ対応するＭ個のセンサ電極４の容量値を推定する。
図１３の例では、検出部６は、期間Ｔ１において、ｄｉ１に基づいて、制御ラインＲＨ１〜ＲＨＭおよび制御ラインＲＬ１〜ＲＬＭの駆動パターンを決定する。詳細には、検出部６は、期間Ｔ１において、制御ラインＲＨ１を駆動すると共に、制御ラインＲＬ１を駆動しない。これにより、１行目の各センサ電極４には、電圧ＶＨが充電される。検出部６は、期間Ｔ１において、制御ラインＲＨ２を駆動しないと共に、制御ラインＲＬ１を駆動する。これにより、２行目の各センサ電極４には、電圧ＶＬが充電される。検出部６は、期間Ｔ１において、制御ラインＲＨ３を駆動しないと共に、制御ラインＲＬ３を駆動する。これにより、２行目の各センサ電極４には、電圧ＶＬが充電される。検出部６は、期間Ｔ１において、各センサ電極４を電圧ＶＨまたはＶＬで充電した後、制御ラインＲＳを駆動する。これにより、各センスラインＳＬｊを通じて出力ｓｊ１を一斉に得る。センサ電極４は、これらの動作を同一のＴ１期間において合計で５回実行することによって、５回分の出力ｓｊ１を得て、これらの平均値を算出する。
図１３の例では、検出部６は、期間Ｔ２において、ｄｉ２に基づいて、制御ラインＲＨ１〜ＲＨＭおよび制御ラインＲＬ１〜ＲＬＭの駆動パターンを決定する。詳細には、検出部６は、期間Ｔ２において、制御ラインＲＨ１を駆動すると共に、制御ラインＲＬ１を駆動しない。これにより、１行目の各センサ電極４には、電圧ＶＨが充電される。検出部６は、期間Ｔ２において、制御ラインＲＨ２を駆動すると共に、制御ラインＲＬ２を駆動する。これにより、２行目の各センサ電極４には、電圧ＶＨが充電される。検出部６は、期間Ｔ２において、制御ラインＲＨ３を駆動しないと共に、制御ラインＲＬ３を駆動する。これにより、２行目の各センサ電極４には、電圧ＶＬが充電される。検出部６は、期間Ｔ２において、各センサ電極４を電圧ＶＨまたはＶＬで充電した後、制御ラインＲＳを駆動する。これにより、各センスラインＳＬｊを通じて出力ｓｊ２を一斉に得る。センサ電極４は、これらの動作を同一のＴ２期間において合計で５回実行することによって、５回分の出力ｓｊ２を得て、これらの平均値を算出する。
検出部６は、期間Ｔ３から期間ＴＮまでにおいても同様に動作することによって、出力系列ベクトルｓｊを得る。
（本実施形態の利点）
本実施形態では、センサ電極４に対する電圧ＶＨの充電は、実施形態１と同様にセンサ電極４の直下にあるトランジスタＴＨによって行われる。さらに、センサ電極４に対する電圧ＶＬの充電は、センサ電極４の直下にあるトランジスタＴＬによって行われる。これのより、センサ電極４が電圧ＶＨおよびＶＬのうちいずれで充電される場合も、タッチパネル１の時定数を小さくすることができ、かつ、時定数を画面サイズに関わらず一定にすることができる。したがって、タッチパネル１を高性能化することができる。さらに、タッチパネル１を大画面かつ高精細にすることができる。また、タッチパネル１をアクティブペンに対応させることもできる。
上述した駆動方法は、特許第4927216号に開示される駆動方法を本実施形態のタッチパネル１に適用したものである。したがって本実施形態によれば、特許第4927216号と同様に、検出精度が良好になり、かつ解像度も良好で高速動作が可能なタッチパネル１が実現される。
実施形態２に係るタッチパネル１において、各センサ電極４からデータをＮ回読み出す場合、読み出しを行ごとに順番に行う必要があるため、Ｎ回のデータ読み出しの完了に要する時間は、一回の読出し時間×行数×Ｎ回となる。一方、実施例３に係るタッチパネルにおいて、実施形態２と同様に各センサ電極４からデータをＮ回読み出す場合、読み出しを全画面で一度に行うことができるため、Ｎ回のデータ読み出しの完了に要する時間は、一回の読出し時間×Ｎ回となる。このように、実施形態３に係るタッチパネル１は、実施形態２に係るタッチパネル１よりも高速にデータ読み出しを完了させることができる。さらに、タッチパネル１の行数が増えれば増えるほど、この利点はより大きくなる。したがって、実施形態３によれば、実施形態２と同一性能のタッチパネル１を、実施形態２に比べてより高速に駆動することができる。
〔まとめ〕
態様１：平面的に配置される複数のセンサ電極と、前記複数のセンサ電極の少なくともいずれかに対応して配置される複数のセンスラインと、第１電源ラインと、前記第１電源ラインに第１電圧を出力する第１電源と、前記センサ電極ごとに個別に設けられ、制御電極、前記第１電源ラインに接続される第１導通電極、および、前記センサ電極に接続される第２導通電極を有する複数の第１トランジスタとを備えていることを特徴とするタッチパネル。
態様２：第１制御ラインをさらに備えており、前記複数の第１トランジスタの制御電極は、いずれも前記第１制御ラインに接続されることを特徴とする態様１のタッチパネル。
態様３：前記センサ電極ごとに、対応する前記センスラインが設けられ、前記センサ電極は、対応する前記センスラインに接続されることを特徴とする態様２のタッチパネル。
態様４：１列分の前記センサ電極ごとに、対応する前記センスラインが設けられ、１行分の前記センサ電極ごとに個別に設けられる複数の第２制御ラインと、前記センサ電極ごとに設けられ、前記センサ電極に対応する前記第２制御ラインに接続される制御電極、前記センサ電極に対応する前記センスラインに接続される第１導通電極、および、前記センサ電極に接続される第２導通電極を有する第２トランジスタとをさらに備えていることを特徴とする態様２のタッチパネル。
態様５：１行分の前記センサ電極ごとに個別に設けられる複数の第１制御ラインをさらに備えており、前記第１トランジスタの制御電極は、対応する前記センサ電極に対応する前記第１制御ラインに接続されることを特徴とする態様１のタッチパネル。
態様６：１列分の前記センサ電極ごとに、対応する前記センスラインが設けられ、第２制御ラインと、前記センサ電極ごとに個別に設けられ、前記第２制御ラインに接続される制御電極、前記センサ電極に対応する前記センスラインに接続される第１導通電極、および、前記センサ電極に接続される第２導通電極を有する複数の第２トランジスタと、１行分の前記センサ電極ごとに個別に設けられる複数の第３制御ラインとをさらに備えていることを特徴とする態様５のタッチパネル。
態様７：第２電源ラインと、前記第１電圧と異なる第２電圧を前記第２電源ラインに出力する第２電源と、前記センサ電極ごとに個別に設けられ、前記センサ電極に対応する前記第３制御ラインに接続される制御電極、前記第２電源ラインに接続される第１導通電極、および、前記センサ電極に接続される第２導通電極を有する複数の第３トランジスタとをさらに備えていることを特徴とする態様６のタッチパネル。
本発明は前述した各実施形態に限定されるものではなく、請求項に示した範囲で種々の変更が可能である。異なる実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を適宜組み合わせて得られる実施形態も、本発明の技術的範囲に含まれる。各実施形態にそれぞれ開示された技術的手段を組み合わせることによって、新しい技術的特徴を形成することもできる。
１ タッチパネル、２ タッチ検出領域、４ センサ電極、６ 検出部、８ 電源（第１電源）、４０ 電源（第２電源）、ＶＨ 電源ライン（第１電源ライン）、ＶＬ 電源ライン（第２電源ライン）、ＲＨ 制御ライン（第１制御ライン）、ＲＳ 制御ライン（第２制御ライン）、ＲＬ 制御ライン（第３制御ライン）、ＳＬ センスライン

Claims (7)

  1. 平面的に配置される複数のセンサ電極と、
    前記複数のセンサ電極の少なくともいずれかに対応して配置される複数のセンスラインと、
    第１電源ラインと、
    前記第１電源ラインに第１電圧を出力する第１電源と、
    前記センサ電極ごとに個別に設けられ、制御電極、前記第１電源ラインに接続される第１導通電極、および、前記センサ電極に接続される第２導通電極を有する複数の第１トランジスタとを備えていることを特徴とするタッチパネル。
  2. 第１制御ラインをさらに備えており、
    前記複数の第１トランジスタの制御電極は、いずれも前記第１制御ラインに接続されることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
  3. 前記センサ電極ごとに、対応する前記センスラインが設けられ、
    前記センサ電極は、対応する前記センスラインに接続されることを特徴とする請求項２に記載のタッチパネル。
  4. １列分の前記センサ電極ごとに、対応する前記センスラインが設けられ、
    １行分の前記センサ電極ごとに個別に設けられる複数の第２制御ラインと、
    前記センサ電極ごとに設けられ、前記センサ電極に対応する前記第２制御ラインに接続される制御電極、前記センサ電極に対応する前記センスラインに接続される第１導通電極、および、前記センサ電極に接続される第２導通電極を有する第２トランジスタとをさらに備えていることを特徴とする請求項２に記載のタッチパネル。
  5. １行分の前記センサ電極ごとに個別に設けられる複数の第１制御ラインをさらに備えており、
    前記第１トランジスタの制御電極は、対応する前記センサ電極に対応する前記第１制御ラインに接続されることを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル。
  6. １列分の前記センサ電極ごとに、対応する前記センスラインが設けられ、
    第２制御ラインと、
    前記センサ電極ごとに個別に設けられ、前記第２制御ラインに接続される制御電極、前記センサ電極に対応する前記センスラインに接続される第１導通電極、および、前記センサ電極に接続される第２導通電極を有する複数の第２トランジスタと、
    １行分の前記センサ電極ごとに個別に設けられる複数の第３制御ラインとをさらに備えていることを特徴とする請求項５に記載のタッチパネル。
  7. 第２電源ラインと、
    前記第１電圧と異なる第２電圧を前記第２電源ラインに出力する第２電源と、
    前記センサ電極ごとに個別に設けられ、前記センサ電極に対応する前記第３制御ラインに接続される制御電極、前記第２電源ラインに接続される第１導通電極、および、前記センサ電極に接続される第２導通電極を有する複数の第３トランジスタとをさらに備えていることを特徴とする請求項６に記載のタッチパネル。
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