JP5508561B2

JP5508561B2 - 表示装置

Info

Publication number: JP5508561B2
Application number: JP2013041023A
Authority: JP
Inventors: 幸治野口; 剛也竹内
Original assignee: Japan Display Inc
Current assignee: Japan Display Inc
Priority date: 2013-03-01
Filing date: 2013-03-01
Publication date: 2014-06-04
Anticipated expiration: 2028-09-16
Also published as: JP2013101713A

Description

本技術は、ユーザが指やペン等を検出面に接触または近接させることを検出する接触検出装置の機能を表示部内にもつ表示装置に関する。

いわゆるタッチパネルと呼ばれる接触検出装置が知られている。
一般に、接触検出装置は、検出面に対しユーザの指やペン等が接触し、あるいは、近接したことを検出する装置である。

これに対しタッチパネルは、表示パネルに重ねて形成し、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。

このように"タッチパネル"というとき、一般には、表示装置と組み合わされるパネル状の接触検出装置を指す。
タッチパネルの接触検出方式は、光学式、抵抗膜式、静電容量式の３つが知られている。

一方、接触や近接に応じて生じる電気的変化を位置情報に対応させるためには、位置特定が可能に組み合わされてマトリクス配置された多数の配線が必要となる。
この配線の組み合わせによる位置検出の仕方で、検出の解像度を上げるためには配線数が膨大となる。

このため、上記３つの検出方式では、電気的変化を出力するラインを一方向に走査しながら接触位置または近接位置を検出する駆動法が主流となってきている（例えば非特許文献１（光学式）、非特許文献２（抵抗膜式）、非特許文献３（静電容量式）参照）。ここでラインとは、接触検出のために所定の規則で２次元配置された微小なセンサ部のＸ方向またはＹ方向の並びをいう。

ところで、タッチパネルを表示パネル上に重ねて設けると、表示モジュール全体の厚さが厚くなる。
そこで、近年、タッチパネルは表示パネル上に重ねて取り付けられるものから、表示パネル内に内蔵されるものへと開発されるタイプの主流が推移している（上記非特許文献１〜３、特許文献１参照）。

以下、タッチパネルが表示パネル上に重ねて取り付けられるか、表示パネルと一体に形成されるかを問わない呼び方として、"タッチセンサ付き表示装置"を用いる。

特開２００８−９７５０号公報

Hirotaka Hayashi etc., "Optical Sensor Embedded Input Display Usable under High-Ambient-Light Conditions", SID 07 DIGEST p1105. Bong Hyun Youetc., "12.1-inch a-Si:H TFT LCD with Embedded Touch Screen Panel", SID 08 DIGEST p830. Joohyung Lee etc., "Hybrid Touch Screen Panel Integrated in TFT-LCD", SID 08 DIGEST p834.

接触検出装置をラインごとに駆動する駆動法は、Ｙ軸方向とＸ軸方向の片方または両方に沿ったラインを高速に走査する必要がある。このため、接触検出装置においては、駆動周波数等が非常に高く消費電力等が非常に大きいという改善点がある。

一方、特に、表示装置と接触検出装置が組み合わされる、タッチセンサ付きの表示装置では、検出駆動の周波数が表示駆動の周波数によって制約され、自由に検出駆動周波数を決めることができない場合がある。

本願の技術者は液晶表示のための画素電極を容量検出方式の一方の検出電極と兼用させることで、表示装置の薄型化を図る技術を提案している（例えば、特願２００８−１０４０７９号参照）。この場合、表示駆動周波数と検出駆動周波数とが構造上の理由から、一致する。

しかし、この技術の場合、検出速度が小さく情報入力の応答性が悪いので検出駆動周波数を上げようとしても、表示駆動周波数の制約から、自由に検出駆動周波数を変えることができないという不都合がある。

本技術は、検出速度が小さく情報入力の応答性が悪いとき、あるいは、その逆のときに表示駆動に可能な限り制約されないで検出駆動周波数を任意に決めることができる構造の、接触検出機能付きの表示装置を提供するものである。

本技術に関わる表示装置は、表示部と、表示駆動走査部と、接触応答部と、接触駆動走査部とを有する。表示部は、映像信号が供給される画素電極が形成された第一の基板と、駆動信号が供給される対向電極と、第一の基板に対向する第二の基板と、第一の基板と第二の基板との間に配置された液晶層と、を備え、入力される映像信号に応じて液晶層が透過光量を光変調し、変調後の光を表示面から出力する。表示駆動走査部は、表示部がもつ光変調の最小単位である画素の一方向の並びをラインとしたときに、当該ラインごとに光変調の駆動電圧を印加する動作をラインと直交する他方向に走査する。接触応答部は、被検出物が表示面に接触または近接することに応答して電気的変化を発生する。接触駆動走査部は、接触応答部への駆動電圧の印加を表示面内の一方向内で走査して、電気的変化の出力を時系列に制御する。また、接触駆動走査部は、接触応答部の異なる領域に対する複数の走査を並列に実行し、複数の電気的変化を並列に出力し、対向電極は、表示部の画素のラインごとに光変調の駆動電圧を印加するとともに接触応答部への駆動電圧を印加する。

本技術によれば、検出速度が小さく情報入力の応答性が悪いとき、あるいは、その逆のときに表示駆動に可能な限り制約されないで検出駆動周波数を任意に決めることができる構造の、接触検出機能付きの表示装置を提供することができる。

第１〜第６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。第１〜第６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。第１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。第１〜第６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。第１実施形態における逆相駆動と検出線の応答波形を示す図である。第２実施形態における異なる振幅での駆動と検出線の応答波形を示す図である。第２実施形態における、さらに駆動電圧の振幅の大きさの種類を増やした場合の図である。図８の応答波形の電位レベルを詳しく示す図である。第３実施形態における逆相駆動と検出線の応答波形を示す図である。第３実施形態における同相駆動と検出線の応答波形を示す図である。第４実施形態における検出線と検出回路の配置を示す図である。第５および第６実施形態に関わる表示装置の画素の等価回路図である。第５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。第５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。第５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。第６実施形態に関わる表示装置の概略断面図である。第６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１８の動作を断面図において示す図である。

以下、本技術の実施形態を、静電容量式の接触検出装置、および、当該接触検出の機能をもつ液晶表示装置を主な例として図面を参照して説明する。なお、抵抗膜式や光学式にも本技術は適用可能である。また、ここでは液晶表示装置を例とするが、有機ＥＬ表示装置などの他の表示装置に対しても本技術は適用可能である。

最初に、実施形態で前提となる事項として、図１〜図３を参照して、静電容量式接触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を、図２はセンサに指が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の駆動電極Ｅ１は、ＡＣパルス信号Ｓｇを発生する駆動信号源Ｓに接続される。容量素子Ｃ１の検出電極Ｅ２は、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。

駆動信号源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。
ＡＣパルス信号Ｓｇの印加に応じて、検出電極Ｅ２に、図３（Ａ）に示す出力波形の信号（検出信号Ｖdet）が現れる。

なお、詳細は後述するが、接触検出装置の機能を液晶表示パネル内に有する液晶表示装置の実施形態では、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、本技術の実施形態では、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。

《第１実施形態》
本実施形態では、表示パネルに外付け可能な静電容量式のタッチパネルを例として、本技術に関わる接触検出装置の実施形態を説明する。

図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に、本実施形態に関わる接触検出装置の電極と、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接触検出装置を、液晶表示装置の表示面側に外付けしたとき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４（Ｄ）では断面構造を見易くするために、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。

なお、図４（Ｄ）に示す液晶表示装置の詳細は後述する他の実施形態で説明する。そのため図４（Ｄ）には、その説明で用いる符号を付しているが、本実施形態では液晶表示装置自体の詳しい説明は省略する。

図４（Ｄ）に示す液晶表示装置は、画素の駆動のための信号が主に供給される基板（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。

本実施形態に関わる接触検出装置（以下、タッチパネル１０という）は、接着層１２を介して対向基板４上に貼られている。
タッチパネル１０は、液晶表示装置側の駆動電極Ｅ１と、駆動電極Ｅ１上に誘電体層１４を介して重なる検出電極Ｅ２とを有する。検出電極Ｅ２上には保護層１３が形成されている。

「検出面１３Ａ」は、保護層１３の最表面を指す。
図４（Ｄ）のようにタッチパネル１０が液晶表示装置１上に貼られた状態ではタッチパネル１０を通して表示光がユーザ側に出射されるため、検出面１３Ａが表示面となる。

また、「接触応答部」は、検出面１３Ａに対し、ユーザが指やペンなどの被検出物で接触または近接する操作を行うと、その操作に応答して電気的変化が生じる部分を指す。したがって、図１〜図３との対応から明らかなように、上記接触または近接に応答して電位変化を生じるための構成、即ち、本例では、少なくとも駆動電極Ｅ１、検出電極Ｅ２およびその間の誘電体層１４を含む部分が、「接触応答部」の一実施例に相当する。

駆動電極Ｅ１と検出電極Ｅ２は、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、互いに直交する方向で分割されている。
ここで、検出面１３Ａをユーザ側から見ると、図４（Ａ）のように「接触応答部」が複数の領域、例えば第１領域Ｒｅ１と第２領域Ｒｅ２に区分されている。第１領域Ｒｅ１と第２領域Ｒｅ２のそれぞれに、所定数ｍ本の駆動電極Ｅ１が配置されている。図４では、第１領域Ｒｅ１の駆動電極Ｅ１を符号"Ｅ１１＿１〜Ｅ１１＿ｍ"により示し、第２領域Ｒｅ２の駆動電極Ｅ１を符号"Ｅ１２＿１〜Ｅ１２＿ｍ"により示している。

各駆動電極Ｅ１１＿１〜Ｅ１１ｍまたはＥ１２＿１〜Ｅ１２＿ｍは、比較的太い幅の帯形状を有し、互いに平行に配置されている。
駆動電極Ｅ１１＿１〜Ｅ１１＿ｍは駆動電極の第１組ＥＵ１１を構成し、駆動電極Ｅ１２＿１〜Ｅ１２＿ｍは駆動電極の第２組ＥＵ１２を構成する。

これに対し、検出電極Ｅ２は、駆動電極Ｅ１とは直交する方向に長い平行ストライプ配置の所定数ｋの導電層から形成されている。以下、この平行ストライプ状の検出電極の各々を"検出線"と呼ぶ。図４では、この検出線を符号"Ｅ２＿１〜Ｅ２＿ｋ"により示している。

ｋ本の検出線Ｅ２＿１〜Ｅ２＿ｋは、１つの検出線の組ＥＵ２を構成する。本実施形態では検出線の組が１組配置されている。そのため、本実施形態では、検出線の組（所定数ｋの検出線）が、第１領域Ｒｅ１と第２領域Ｒｅ２の各々に対して同じように交差している。より詳細には、駆動電極と検出線の重なりの態様が、第１領域Ｒｅ１と第２領域Ｒｅ２で同じである。

以上のように配置されたｋ本の検出線Ｅ２＿１〜Ｅ２＿ｋの一方端に、「検出部」としての検出回路８が接続されている。検出回路８は、図１および図２に示す電圧検出器ＤＥＴを基本検出単位として有する。ｋ個の検出線Ｅ２＿１〜Ｅ２＿ｋから、それぞれ検出信号Ｖdet（図３参照）が検出回路８の対応する電圧検出器ＤＥＴに入力されるようになっている。

また、駆動電極Ｅ１１＿１〜Ｅ１２＿ｍに対して接触駆動走査部１１が接続されている。
本技術の大きな特徴は、この接触駆動走査部１１が、第１領域Ｒｅ１と第２領域Ｒｅ２に対して駆動電圧の走査を別々に、かつ、並列に実行することである。接触駆動走査部１１は、この並列な走査の実行によって、被検出物の接触または近接に応答して「接触応答部」で発生する電気的変化、即ち、ここでは検出線の電位変化を並列に出力する。

図５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５において、斜線により示す駆動電極Ｅ１１＿１が駆動信号源Ｓに接続されて選択され、それ以外の非選択の駆動電極Ｅ１１＿２〜Ｅ１１＿５がＧＮＤ電位で保持されている。駆動電極が選択された状態をオン状態、非選択の状態をオフ状態ともいう。

図５は、これらの駆動電極群に交差する、ある検出線Ｅ２＿ｉ(ｉ＝１〜ｋ)に接続された電圧検出器ＤＥＴと、駆動信号源Ｓの回路図を示している。検出線Ｅ２＿ｉ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個の駆動電極からなる駆動電極の第１組ＥＵ１１と第２組ＥＵ１２が並列に駆動される。

図５に図解する駆動信号源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とを有する。
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(-)と、出力スイッチＳＷとを制御する回路である。制御部９１は、駆動信号源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、当該駆動信号源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の機能は他の駆動信号源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駆動信号源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が接続された検出線Ｅ２に、電圧検出器ＤＥＴが接続されている。
図５に図解する電圧検出器ＤＥＴは、ＯＰアンプ回路８１、整流回路８２および出力回路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「＋」に検出線Ｅ２が接続され、ここから検出信号Ｖdetが入力される。検出線Ｅ２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、出力回路８３を介してデジタル値として読み出される。図５に示す出力回路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。出力回路８３はＡＤコンバータの機能も有する。ＡＤコンバータは、抵抗ラダー型や容量分割型などコンバータのタイプは任意である。出力回路８３は、入力したアナログ信号をコンパレータ８５によって閾値Ｖｔｈ（図３（Ａ）参照）と比較する。コンパレータ８５は、ＣＰＵなどの制御回路（不図示）の機能として実現してもよい。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。

コンパレータ８５の参照電圧としての閾値Ｖｔは、ＣＰＵなどの制御部によって変更可能であり、これにより、検出信号Ｖdetの電位を判別可能である。
図４に説明を戻す。

図４に示す接触駆動走査部１１は、駆動信号源Ｓと、駆動信号源Ｓとは出力する駆動電圧の位相が反転している反転駆動信号源Ｓｘとを有する。
接触駆動走査部１１は、駆動信号源Ｓにより第１領域Ｒｅ１の駆動電極の第１組ＥＵ１１を交流駆動し、反転駆動信号源Ｓｘにより第２組ＥＵ１２を交流駆動する。この交流駆動の対象は、駆動電極単位で順次一方向にシフトされ、これにより走査が実行される。走査の向きは、図４では一方の向きに揃えているが、逆でもよい。また、第１組ＥＵ１１と第２組ＥＵ１２の両方に対し、往復の走査を繰り返してよく、あるいは、帰線期間を設け同じ一方端を起点とする走査を繰り返してもよい。

図６に、本実施形態における逆相駆動と検出線の応答波形とを示す。
なお、この図における「応答波形」は、非常に短い時間だけ指１００を検出面１３Ａ（図４（Ｄ）参照）に接触させ、直ぐに離す、いわゆるインパルス応答時の検出信号Ｖdetの変化成分を模式的に示すものである。

図６に示す第１領域Ｒｅ１の駆動電極の第１組ＥＵ１１の走査（駆動電圧印加のシフト動作）と、第２領域Ｒｅ２の駆動電極の第２組ＥＵ１２の走査とは、駆動電圧が逆相となっている。同じ検出線に対応する第１領域Ｒｅ１の位置（ポイントＡ）と第２領域Ｒｅ２の位置（ポイントＢ）で同時に接触が行われた場合（"Ａ＋Ｂ"と表記）、応答波形は発生しないか発生しても無視できるほど小さい。このことは、両ポイントとも接触がない場合（"untouched"と表記）でも同様である。

これに対し、ポイントＡでの接触で図示のように電位が低下する場合、ポイントＢでは電位が上昇する電位変化が発生する。これとは逆に、ポイントＡでの接触で電位が上昇する場合、ポイントＢでは電位が低下する。一方、ポイントＡとＢでの同時接触では、この正負の電位が打ち消しあって見かけ上、検出線に電位変化は発生しない。

検出回路８および不図示のＣＰＵ等を含む「検出部」は、まず、ｋ本の検出線のどの検出線に電位変化が発生したかにより接触位置のｘ方向アドレスを確定する。また、走査のタイミングと出力変化のタイミングから、接触位置のＹ方向のアドレスを確定する。このとき、電位変化の発生の程度、即ち正または負の極性によって第１領域Ｒｅ１への接触であるか、第２領域Ｒｅ２への接触であるかを識別できる。なお、２箇所の接触のタイミングと接触時間が全く同じであることは極めて稀であるため、同時接触でも何らかの応答波形が出現し、その出現パターン、例えば連続して正負の電位変化が出現する場合は２箇所同時接触と判断することもできる。

図６には、第１領域Ｒｅ１に「書き込み＋駆動ボーダー」と表示され、第２領域Ｒｅ２に「駆動ボーダー」と表示されている。この表示の意味は、液晶表示装置１の表示のための映像信号の書き込みを第１領域Ｒｅ１で開始すると同時に、第１領域Ｒｅ１と第２領域Ｒｅ２で並行して接触駆動走査を開始することを意味している。このように表示駆動と同期させることは任意であるが、接触駆動と表示駆動を同期させるとすると、走査駆動部を兼用できる利点があり好ましい。

つぎに、本実施形態における利点を説明する。
本実施形態では、接触検出の駆動走査を同一時間内に２回以上、並列に行うことで１回の走査時間を大きく減らすことが可能となる。

これに対し、本技術が適用されない場合、タッチパネル１０の１フレーム(Ｆ)全部を使って１回の走査を行う場合、その走査周波数60Hz（１Ｆに対する１回の走査時間は16.7[msec]）となる。

しかし、このような場合、走査が過ぎてすぐに画面にタッチされた場合は、33.4（=16.7×2）[msec]後の検出となり、その後ＣＰＵ等での処理が行われて始めて、画面にタッチされたことが認識される。その認識に基づいて、アプリケーションに応じて画像が変化し、操作スイッチの場合はスイッチがオンまたはオフする。

たとえば、触った後のアプリケーションソフトウエア処理が50〜100[msec]程度かかるといわれており、ユーザに伝わる反応が100[msec]程度もかかってしまう。この反応をユーザは非常に遅いと感じてストレスとなる。

表示とタッチパネルの検出を同期させる場合、上記タッチしてから反応が出現するまでの遅さを改善するためには、書き込むフレーム周波数を増加させる方法が考えられる。
しかし、書き込む周波数を増加させると書き込み不良が発生し、また処理負担が重い画像処理等が必要となる。例えば60[Hz]の信号から画像を作る必要があるため、大がかりな画像処理や消費電力が大幅に増加する等の不利益を被る。

本実施形態では、タッチパネルの駆動ラインを同時に２本以上走査して、そのうちの１つのみで表示のための書き込みを行い、他方は書き込みを伴わず接触検出の駆動電極のみ交流駆動する。

そのため、タッチパネルのスキャン周波数は、２つの検出駆動走査を同時に行う場合は２倍に、３つの検出駆動走査を同時に行う場合は３倍にすることが可能となる。なお、上記例では反転駆動する領域を２つ設けたが、一般には、領域をＮ個設ける場合、その駆動電圧の位相を１周期のＮ等分ずつずらすとよい。その場合、単に検出線電位変化の正負の極性だけでは判別が困難な場合がある。その場合、極性に加えて、その電位変化のレベルを、図５に示すコンパレータの基準電位を変えながら判別することで、接触が生じた領域の識別が可能である。

なお、表示装置の書き込みと同期させる必要は必ずしもなく、その場合でも接触検出の駆動周波数が低減するため、その分、消費電力を抑制し、あるいは、タッチパネルの応答性を高めることが可能となる。

《第２実施形態》
本実施形態では複数の領域、例えば領域数が２の場合、第１領域Ｒｅ１と第２領域Ｒｅ２で接触駆動電圧の振幅を異なるレベルで供給する。

図７に領域数および振幅レベル数が２の場合、図８と図９に領域数および振幅レベル数が３の場合の応答波形を示す。
図７に示す実施例では、第１領域Ｒｅ１の駆動電極の第１組ＥＵ１１に供給する駆動電圧と、第２領域Ｒｅ２の駆動電極の第２組ＥＵ１２に供給する駆動電圧とが振幅において異なる。図７は、後者の駆動電圧の振幅が前者の駆動電圧の振幅のほぼ２倍程度である場合を例示する。両駆動電圧は位相が同じである。

この駆動電圧の位相が同じで振幅差があること以外は、第１実施形態と同じである。よって、図４で接触駆動走査部１１が反転駆動信号源Ｓｘに代えて、振幅が２倍の同相交流信号源を有する以外、図４は第２実施形態でも適用される。また、図５も同様に適用される。

図７に示すように、非接触（untouched）の場合で応答波形の波高値が最も大きい。次に応答波形の波高値が大きいのは、駆動振幅が小さい側のポイントＡ（第１領域Ｒｅ１）をタッチした場合である。その次に応答波形の波高値が大きいのは、駆動振幅が大きい側のポイントＢ（第２領域Ｒｅ２）をタッチした場合である。そして、両方のポイントを同時にタッチした場合、応答波形の波高値が最も低下して最小となる。検出回路８は、図５のコンパレータ８５の参照電圧（閾値Ｖｔ）を変え、このレベル差を検出することによって、どの領域がタッチされたかを識別できる。

図８に示す例ではさらに領域が１つ増えて、第３領域Ｒｅ３を有する場合を示す。
第３領域には駆動電極の第３組ＥＵ１３が設けられている。第３組ＥＵ１３の駆動電極は、接触駆動走査部１１（図４参照）によって、最も大きな振幅の駆動電圧が印加される。

図８では、同じ検出線に対する第１領域Ｒｅ１内の指１００の接触点をポイントＹ１、第２領域Ｒｅ２内の接触点をポイントＹ２、第３領域Ｒｅ３内の接触点をポイントＹ３と表記する。また、ポイントＹ１での駆動電圧を"Ｖ₁"とすると、ポイントＹ２では"２×Ｖ₁"、ポイントＹ３では"３×Ｖ₁"の振幅の交流パルスが印加されるとしている。

電圧検出器ＤＥＴにおける検出線の検出電圧が、ポイントＹ１のみの接触時にＡ₁からＢ₁（＜Ａ₁）へと小さくなった場合に、その変化する電圧比（以下、変化率という）を、"ｂ（＝Ｂ₁／Ａ₁）"とおく。その場合、ポイントＹ２のみ接触時、ポイントＹ３のみの接触時も同じ変化率ｂで検出線の電位が変化する。

一方、どのポイントにも接触がない（untouchedの）場合、応答波形の波高値は、３種類の駆動電圧の波高値を合計した６Ａ₁（＝Ａ₁＋２Ａ₁＋３Ａ₁）となる。また、複数のポイントで接触が同時に行われた場合、そのポイントの組み合わせに応じて異なる電位変化が発生する。

図９に、全ての組み合わせにおける電位変化（電位低下）を重ねて示す。
図９から、どのような組み合わせで接触が生じたかは、その検出線の電位低下のレベルで一意に確定できる。このレベル認識も、例えば図５のコンパレータ８５の参照電圧（閾値Ｖｔ）を変えることで実行できる。

《第３実施形態》
本実施形態ではｋ本の検出線の組ＥＵ２を２つ設ける。

図１０に逆相駆動の場合、図１１に同相駆動の場合の応答波形を示す。
図１０および図１１に示すように、第１領域Ｒｅ１と第２領域Ｒｅ２に同じようにして交差する検出線の組（以下、第１組ＥＵ２１という）を有することは、上記第１〜第２実施形態と同じである。本実施形態では、さらに、第２領域Ｒｅ２に対してのみ交差するもう１組のｋ本の検出線を設ける。この追加したｋ本の検出線を、以下、検出線の第２組ＥＵ２２と呼ぶ。

検出線の第１組ＥＵ２１の一方端には、電圧検出器ＤＥＴａがｋ個含まれる検出回路８ａが接続されている。同様に、検出線の第２組ＥＵ２２の一方端には、電圧検出器ＤＥＴｂがｋ個含まれる検出回路８ｂが接続されている。検出回路８ａと８ｂを含む構成が"２つの検出部"の実施例に該当する。

このように領域に対し交差の仕方が異なる２組の検出線を設け、さらに、検出線の各組で検出器を分けて設けると、図１０のように検出器の入力に現れる応答波形が得られる。
電圧検出器ＤＥＴａでは図６と同様な応答波形となる。

一方、電圧検出器ＤＥＴｂでは、非接触時（untouched）とポイントＡの接触時で正の応答波形、ポイントＢとポイントＡ＋Ｂの接触時で、それより電位が低下した正の応答波形となる。ここでポイントＡとポイントＢでは、検出電圧の最大波高値が異なる。これは、電圧検出器ＤＥＴａとＤＥＴｂでは、それぞれに接続された検出線の長さが異なり、その結果、負荷容量が異なるためである。図１０ではポイントＡでの最大波高値を符号"Ａ₁"により示し、ポイントＢでの最大波高値を符号"Ｂ₁"により示す。

第３実施形態では、特にポイントＡ＋Ｂと非接触時（untouched）が、第１実施形態より確実に識別できるという利点がある。
図１１は、図１０の逆相駆動を同相駆動とした場合である。

この場合も図１０と同様に、検出線の長さに起因した負荷容量の違いによって、電圧検出器ＤＥＴａとＤＥＴｂでは、検出電圧の最大波高値が異なる。ここでもポイントＡでの最大波高値を符号"Ａ₁"により示し、ポイントＢでの最大波高値を符号"Ｂ₁"により示す。また、駆動電圧振幅をＶ₁により表す。

ポイントＡとポイントＢの双方が非接触（untouched）の場合、電圧検出器ＤＥＴａに入力される検出電圧が最大波高値Ａ₁を維持し、電圧検出器ＤＥＴｂに入力される検出電圧が最大波高値Ｂ₁を維持する。

ポイントＡのみの接触の場合、電圧検出器ＤＥＴｂでは最大波高値Ｂ₁の出力状態に変化がないが、電圧検出器ＤＥＴａの検出電圧が最大波高値Ａ₁から変化率ｆ（０＜ｆ＜１）で低下する。

ポイントＢのみの接触の場合、ポイントＡのみの接触の場合からさらに、電圧検出器ＤＥＴｂにおいても、最大波高値Ｂ１から変化率ｆで検出電圧が低下する。
ポイントＡとポイントＢの同時接触の場合、ポイントＢのみの接触の場合からさらに、電圧検出器ＤＥＴａに変化率ｆの検出電圧低下が生じる。このとき電圧検出器ＤＥＴａに入力される検出電圧は、初期の最大波高値Ａ₁から２ｆの割合で電圧低下が観測される。

したがって、図１１に示す駆動法においても、接触と非接触の組み合わせである４つの場合を確実に識別できる利点がある。
このような検出線の重なり方と駆動電圧の仕方が違うこと以外は、第１実施形態の図４および図５が、本第３実施形態でも適用できる。

なお、第３実施形態と第２実施形態を任意に組み合わせることができる。
以上より、『検出部は、検出線の交差の仕方と駆動の仕方の少なくとも一方が領域間で異なることに応じて発生する検出線の電圧変化パターンに基づいて接触が発生した領域の識別を行うことができる』。

《第４実施形態》
図１２に、第４実施形態の構成図を示す。

図１２に示す駆動法では、ｋ個の検出線の組を第１領域Ｒｅ１と第２領域Ｒｅ２で完全に分離している。例えば、第１領域Ｒｅ１側の検出線に検出回路８ａを接続し、第２領域Ｒｅ２側の検出線に検出回路８ｂを接続している。そのため図１２に示すように、望ましくは、２つの検出回路８ａと８ｂが走査方向の両側に配置される。

第４実施形態では、駆動電圧が同じでも検出線と検出回路の組み合わせが別系統であるため、どの領域への接触かは容易に判別できる。
しかし、表示パネルに適用する場合には検出回路の配置スペースに無駄が生じやすい。つまり、表示パネルは、その有効表示領域を可能な限り大きくし、枠スペースを可能な限り小さくする要請がある。この要請は特に小型の電子機器に搭載される表示パネルに対して強い。一般に、この枠スペースの無駄を省くために、表示パネルと外部との信号や電圧の入出力は、表示パネルの片側（一辺側）からフレキシブル基板等によってまとめて行うことが多い。

そのような入出力形態には図１２の検出回路配置はマッチングが悪い。図１２のように２つの検出回路を両側配置できない場合、片方の検出回路への配線を表示パネルの外周の半周分引き回す必要がある。しかし、微小な信号電位がノイズに影響されてＳ／Ｎ比が低下する懸念がある。よって、検出回路８の信号増幅率を上げるなど余分な回路負担が強いられる。

しかし、本実施形態の方法は、領域判定に関しては最もシンプルで確実な方法であり、検出回路の配置の自由度が高い場合に好適な実施形態である。

《第５実施形態》
第５実施形態では、タッチパネルの機能を液晶表示パネル内に内蔵させる。この場合、好ましくは、表示駆動電極の一部と検出駆動電極を兼用する。また、検出駆動が表示に影響しない工夫が必要になる。

なお、本実施形態は、上記第１〜第４実施形態と任意に組み合わせることができる。検出駆動における動作は、既に説明したため、以下、表示装置の構成と動作を、詳しく説明する。

液晶表示装置は、複数の画素で共通な電極として、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１３は、画素の等価回路図である。また、図１４は、表示パネルの概略的な平面図と断面図である。
液晶表示装置１は、図１３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１３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はゲート線とも呼ばれる。

図１３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１４（Ｄ））で見ると、断面に現れない箇所で図１３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）を有する。また、液晶表示装置１は、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とを有する。

駆動基板２は、図１３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１３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、タッチ検出動作を行う検出回路８等（図５）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（または画素電極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色のサブ画素の集合を「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（４４＿１〜４４＿ｋ）が形成され、さらに、検出電極４４の上には、偏光板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、タッチ検出動作を行う検出回路ＤＥＴ（図５）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１４で図示を省略している。

対向電極４３は、図１４（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、駆動電極を兼ねることに基づく必要性から、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。本技術の実施形態では、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。

このように、ｎ個の対向電極４３＿１〜４３＿ｎは、列方向の画素数だけ等間隔に配置されている。ｎ個の対向電極４３＿１〜４３＿ｎは、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、「表示駆動走査部」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交流駆動する駆動信号源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。

なお、図１４（Ａ）と図１４（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１４（Ｃ）のように対向電極４３＿１〜４３＿ｍ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。

つぎに、以上の駆動信号源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１５（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１５（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１５（Ａ）に示すように対向電極４３＿１に駆動信号源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１５（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"、駆動信号源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１５（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１５（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１６に、この交流駆動とシフトの動作説明図を示す。
図１６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１６（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１６（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駆動信号源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。
この動作により、図１５（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１６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５）は、この検出信号Ｖdetを閾値Ｖｔと比較して、検出信号Ｖdetが閾値Ｖｔ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Ｖｔ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一方（駆動電極）と兼用する。また、本実施形態によれば、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。

また、上記第１〜第４の実施形態における領域の識別は、この検出電極４４（検出線Ｅ２）の幅を領域で変えることによっても可能である。
第５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。

また、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もよい。

《第６実施形態》
次に、第６実施形態について説明する。本実施形態は、上記第５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１７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１７で、第５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５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の液晶層６と反対の側に画素電極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実施形態とは同じとなる。
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５実施形態（図１４（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１８を参照して、より詳細に説明する。
図１８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１７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。さらに、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。

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１８および図１９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１９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１８（Ａ）、図１９（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、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１８（Ｂ）、図１９（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。

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〜第４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Ｖｓを閾値Ｖｔと比較し、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１６に示すように、ｍ本（図１６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１５（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１６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５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。

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…出力回路、１０…タッチパネル、１１…接触駆動走査部、１２…接着層、１３…保護層、１３Ａ…検出面、１４…誘電体層、Ｃ１,Ｃ２…容量素子、Ｓ…駆動信号源、Ｓｘ…反転駆動信号源、ＤＥＴ,ＤＥＴａ,ＤＥＴｂ…電圧検出器、Ｅ１…駆動電極、Ｅ２…検出電極（検出線）、Ｖｃｏｍ…コモン駆動信号、Ｖdet…検出信号、Ｖｔ…閾値、Ｖｓ…センサ電圧(非接触時)、Ｖｆ…センサ電圧(接触時)

Claims

映像信号が供給される画素電極が形成された第一の基板と、駆動信号が供給される対向電極と、前記第一の基板に対向する第二の基板と、前記第一の基板と第二の基板との間に配置された液晶層と、を備え、入力される前記映像信号に応じて前記液晶層が透過光量を光変調し、変調後の光を表示面から出力する表示部と、
前記表示部がもつ前記光変調の最小単位である画素の一方向の並びをラインとしたときに、当該ラインごとに前記光変調の駆動電圧を印加する動作を前記ラインと直交する他方向に走査する表示駆動走査部と、
被検出物が前記表示面に接触または近接することに応答して電気的変化を発生する接触応答部と、
前記接触応答部への駆動電圧の印加を前記表示面内の一方向内で走査して、前記電気的変化の出力を時系列に制御する接触駆動走査部と、
を有し、
前記接触駆動走査部は、前記接触応答部の異なる領域に対する複数の走査を並列に実行し、複数の前記電気的変化を並列に出力し、
前記対向電極は、前記表示部の画素のラインごとに前記光変調の前記駆動電圧を印加するとともに前記接触応答部への前記駆動電圧を印加し、
前記接触応答部の異なる領域は、前記接触駆動走査部が駆動電圧の印加を走査する方向と垂直方向に前記接触応答部を分割した、複数の異なる領域であり、
前記複数の走査は、それぞれの前記複数の異なる領域内における走査を１サイクルとする
表示装置。
前記対向電極は、前記第一の基板に形成され、前記画素電極は、前記第一の基板の前記第二の基板側の面に形成され、前記対向電極の上に、絶縁層を介して積層されている、請求項１に記載の表示装置。
前記対向電極と、前記画素電極とは、同一平面内に互いに並んで配置されている、請求項１に記載の表示装置。
前記表示駆動走査部が前記接触応答部のある領域において前記映像信号の書き込みを開始すると同時に、前記映像信号の書き込みを行っている領域と、前記映像信号の書き込みを行っていない異なる領域とにおいて、前記接触駆動走査部が接触駆動走査を開始する、請求項１に記載の表示装置。
前記接触応答部の複数の領域ごとに対応する複数の検出線の組を有し、前記検出線は前記複数の領域において組ごとに分離され、かつ組ごとに異なる検出回路に接続される、請求項１に記載の表示装置。
前記複数の検出線の組は、各領域において前記接触駆動走査部より印加される、同一の駆動信号を検出する、請求項５に記載の表示装置。