JP6037146B2 - 触感提示機能つきタッチパネル装置 - Google Patents

Description

本発明は、ユーザに触感を提示する触感提示機能つきタッチパネル装置に関する。

近年、携帯電話、銀行端末、ゲーム機器等において、画面上にタッチパネルを積層することがある。ユーザは、これらの機器の画面に表示されたボタンやアイコンを視認しながら、指やペン等でタッチパネルの特定部分に触れることにより機器を操作する。

また、近年、機器の画面に触れたときにユーザに触感を与える技術が開発されている。これらの技術として、特許文献１や特許文献２に記載の技術がある。

特許文献１には、タッチパネルの背面に触感提示用の複数の平面電極を有する触感提示デバイスが開示されている。この装置では、平面電極に時間的に変化する電圧を印加する。電圧を印加した状態で電極近傍に指が近接すると、電極−指−電極の回路が構成される。このとき、指−電極間に電界が発生し、この電界による静電気力により指に触感が発生する。

特許文献２には、圧電素子を用いた触感提示機能つきタッチパネル装置が開示されている。この触感提示機能つきタッチパネル装置では、圧電素子を用いた１枚のパネルにより、タッチパネルとしての機能と触感提示デバイスとしての機能の両方を実現する技術が開示されている。

特開２００９-８７３５９ 特開２０１１-２９２６

本発明は、触感を効率的に提示することができる触感提示機能つきタッチパネル装置を提供することを目的とする。

本発明の一態様である触感提示機能つきタッチパネル装置は、
同一平面上に配置された複数の電極と、
前記複数の電極のうちの一部の電極に時間的に変化する第１の電圧を印加し、その状態において残りの電極のうちの少なくとも一部の電極に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第１の動作と、前記複数の電極のうちの一部の電極に時間的に変化する第２の電圧を印加し、当該一部の電極により変化する電界を生じさせる第２の動作とを時分割で行う制御部と、
を備える。

本発明によれば、ユーザに触感を効率的に提示することができる触感提示機能つきタッチパネル装置を提供することができる。

本発明の一態様である実施形態１における触感提示機能つきタッチパネルの構造を示す図である。 図１における（ａ）線による断面図である。 図１における（ｂ）線による断面図である。 触感提示機能つきタッチパネル１００をタッチセンサとして使用した状態を示す図である。 触感提示機能つきタッチパネル１００を触感提示デバイスとして使用した状態を示す図である。 作用電極１上に誘電体５が位置している状況を示す断面図である。 電圧源６が発生する電圧の波形である。 本発明の一態様である実施形態２における触感提示機能つきタッチパネルの構造を示す図である。 図８における（a）線による断面図である。 触感提示機能つきタッチパネル１００をタッチセンサとして使用した状態を示す図である。 触感提示機能つきタッチパネル１００を触感提示デバイスとして使用した状態を示す図である。 本発明の一態様である実施形態３の触感提示機能つきタッチパネル装置の構成を示す図である。 第１の導線２、第２の導線３、及び半導体回路７の回路構成の一例を示す図である。 半導体回路７１の具体的構成の一例を示す図である。 パターン書き込み共通駆動方法のタイミングチャートである パターン書き込み共通駆動方法の触感パターン書き込み期間及び触感提示期間における、より詳しいタイミングチャートである 作用電極逐次設定方法のタイミングチャートである。 作用電極逐次設定方法の触感提示期間における、より詳しいタイミングチャートである。 ドライブ電圧の電圧波形の一例を示す図である。 本発明の一態様である実施形態４にかかる制御部２０の具体的構成の一例を示す図である。 本発明の一態様である実施形態５にかかる制御部２０の具体的構成の他の例を示す図である。

（本発明に係る一形態を得るに至った経緯）
特許文献１に記載の装置においては、触感提示用の電極は、タッチパネルの背面に配置されている。そのため、触感提示用の電極と指との間の静電気力は、タッチパネルの存在により低下する。したがって、ユーザの指に効率的に静電気力を作用させられない。

この問題を解決する手段として、発明者は、触感提示用の電極を、タッチパネルの前面に配置することを考えた。しかし、この構成では、タッチパネルと指との間に触感提示用の電極が存在することとなり、タッチパネルのタッチセンスの感度が低下するという問題が発生する。

すなわち、特許文献１に記載の装置のように、タッチパネルと触感提示用の電極とを重ねた構成では、ユーザの指に効率的に静電気力を作用させることと、タッチパネルのタッチセンスの感度を良好なものとすることを両立させることはできない。

そこで、タッチパネルと触感提示用の電極とを同一面上に配置することが考えられる。特許文献２は、このような構成を開示している。具体的には、圧電素子を用いて、タッチセンサとしての機能と、触感提示デバイスとしての機能を時分割で実現する。

本発明者が特許文献２の構成を検討したところ、圧電素子により指に十分な触感を与えるためには、圧電素子の変位量が、指に十分な触感を与えることができる量以上である必要があることがわかった。そして、この変位量を得るためには、圧電素子が厚くなり、触感提示デバイスの透明性が悪化し、その結果、裏面に配置された液晶表示装置に表示された映像に対する視認性が低下することがわかった。

そこで、本発明者は、液晶表示装置の前面に配置した場合でも、液晶表示装置に表示された映像の視認性を低下させずに、触感を効率的に提示することができる触感提示機能つきタッチパネル装置を提供すべく、鋭意検討を行い、以下に記載の構成に想到した。

本発明の一態様である触感提示機能つきタッチパネル装置は、
同一平面上に配置された複数の電極と、
前記複数の電極のうちの一部の電極に時間的に変化する第１の電圧を印加し、その状態において残りの電極のうちの少なくとも一部の電極に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第１の動作と、前記複数の電極のうちの一部の電極に時間的に変化する第２の電圧を印加し、当該一部の電極により変化する電界を生じさせる第２の動作とを時分割で行う制御部と、
を備える。

以下、実施形態について、図面を用いて説明する。

（実施形態１）
図１は、本発明の一態様である実施形態１におけるパッシブマトリックス型の触感提示機能つきタッチパネル装置の構造を示す図である。図２は、図１における（ａ）線による断面図である。図３は、図１における（ｂ）線による断面図である。

触感提示機能つきタッチパネル装置は、触感提示機能つきタッチパネル１００（以下、「タッチパネル１００」という）と、制御部２０を有する。

タッチパネル１００は、複数の作用電極１、複数の第１の導線２、複数の第２の導線３及び絶縁体４を有する。

作用電極１は、１００ｎｍ厚のＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる。作用電極１は、０.８ｍｍ角の大きさを有する。複数の作用電極１は、ピッチ１ｍｍ、電極間隔０.２ｍｍで同一平面状に並べられている。

第１の導線２は、作用電極１の下部に配置され一方向に延びている。本実施形態では、第１の導線２は、作用電極１の配置された平面と平行な方向に延びている。

第２の導線３は、作用電極１の下部に配置され、第１の導線２とは異なる一方向に延びている。本実施形態では、第２の導線３は、作用電極１の配置された平面と平行で、かつ第１の導線２と直交する方向に延びている。

第１の導線２及び第２の導線３は、それぞれ１００ｎｍ厚、線幅５０μｍのＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる。

各作用電極１は、それぞれの下部において第１の導線２もしくは第２の導線３に電気的に接続されている。

絶縁体４は、作用電極１を包囲するように設けられている。絶縁体４は、ガラス材よりなる。絶縁体４は、作用電極１の表面における厚みが１μｍである。なお、絶縁体４は、ガラス材に限らず、絶縁性及び透明性が確保されるものであればよい。

制御部２０は、タッチパネル１００を、タッチセンサまたは触感提示デバイスとして時分割で機能させる。制御部２０は、本機能を実現するためのプログラムをプロセッサで実行することにより、後述する各機能を実現する。なお、制御部２０は、本機能を実現する可能なハードワイヤードな素子により実現してもよい。

制御部２０は、タッチパネル１００をタッチセンサとして機能させる際、所定の第２の導線３にドライブ電圧を印加する。これにより、当該第２の導線３上の作用電極１がドライブ電極となる。また、これと同時に、各第１の導線２の電圧を検出する。つまり、当該第１の導線２上の作用電極１がセンス電極となる。そして、制御部２０は、ドライブ電圧を印加した第２の導線３の位置や複数の第１の導線２で検出された電圧に基づいて、人間の指等の誘電体の位置を特定する。なお、第２の導線３にドライブ電圧を印加して各第１の導線２の電圧を検出した後、ドライブ電圧を印加する第２の導線３を例えば隣接する第２の導線３に変更して再度各第１の導線２の電圧を検出する動作を繰り返し、その結果に基づいて、人間の指等の誘電体の位置を特定してもよい。こうすることにより、位置の特定精度を向上させることができる。

また、制御部２０は、タッチパネル１００を触感提示デバイスとして機能させる際、触感提示の対象エリアに存在する所定の第２の導線３と所定の第１の導線２の間に電位差を与える。

図４は、タッチパネル１００をタッチセンサとして機能させた状態の一例を示す図である。

図４の例では、制御部２０は、複数の第２の導線３のうちの第２の導線３Ｂに、ドライブ電圧（タッチ駆動）を印加し、各第１の導線２の電位を順次検出する（タッチセンス）。これにより、複数の作用電極１のうち、第２の導線３Ｂに電気的に接続された作用電極１がドライブ電極１２（図４においてハッチングを付して示す作用電極１）として動作し、第１の導線２に接続された作用電極１がセンス電極１１（図４においてドットを付して示す作用電極１）として動作する。

ドライブ電極１２に例えば交流信号を印加した場合、ドライブ電極１２とセンス電極１１の間の容量に応じた交流信号が第１の導線２から得られる。ドライブ電極１２とセンス電極１１の位置に人間の指等の誘電体が存在する場合と存在しない場合とで、ドライブ電極１２とセンス電極１１の間の静電容量が異なる。このため、ドライブ電極１２に交流電圧を印加し、センス電極１１の波形を測定することにより、ドライブ電極１２とセンス電極１１の間の容量を検出することができる。そして、この容量に基づいて、人間の指等の誘電体の有無を検出することができる。また、駆動した第２の導線３と信号を検出した第１の導線２の位置により人間の指等の誘電体の位置を特定することが可能になる。さらに、交流電圧を印加する第２の導線３を例えば隣接する第２の導線３に順次変更することにより、ドライブ電極１２として機能させる作用電極１を順次変更することができる。これにより、複数の作用電極１が配置された、触感提示機能つきタッチパネル装置のタッチ面内における人間の指等の誘電体の位置を検出することができる。

実際にドライブ電極１２に電圧５Ｖ、周波数１ｋＨｚの矩形波を印加し、ドライブ電極１２とセンス電極１１間の容量を測定した。測定された容量は、指が存在しない場合、０.０１ｐＦであり、指が存在する場合、０.１２ｐＦであった。そして、この測定した容量に基づいて指の有無を検出することができた。なお、誘電体（指等）のサイズや位置により電極を覆う面積が変わり、それに応じて容量の値は変化する。測定の際の電圧等の条件は一例であり、これによって容量が変化するものではない。上記構成により、１ｍｍ以下の精度で誘電体の位置や形状を検出することができる。本測定では０.１ｍｍ単位で指の位置を検出することができた。

図５は、タッチパネル１００を触感提示デバイスとして機能させた状態を示す図である。

図５の例では、制御部２０は、複数の第２の導線３のうちの第２の導線３Ｃに、ドライブ電圧（触感正）を印加し、複数の第１の導線２のうちの第１の導線２Ｂ、２Ｃに、ドライブ電圧（触感負）を印加する。換言すれば、第２の導線３Ｃと第１の導線２Ｂ、２Ｃとの間にドライブ電圧（触感正）とドライブ電圧（触感負）との差の電圧を与える。これにより、複数の作用電極１のうちの一部が正の作用電極１３（図６においてハッチングを付して示す作用電極１）として動作し、残りの作用電極１のうちの一部が負の作用電極１４（図６においてドットを付して示す作用電極１）として動作する。このとき、正の作用電極１３には、規定の電圧が印加される。例えば、ここでの正の作用電極１３とは、０Ｖ以上の電圧が印加される作用電極１を意味し、負の作用電極１４とは、０Ｖ以下の電圧が印加される作用電極１を意味するものとする。また、実際には、正の作用電極１３と負の作用電極１４の電圧が異なっていれば良く、電圧の符号が逆転している必要はない。

図６は、作用電極１上方に誘電体５が位置している状況を示す断面図である。

図６では、誘電体５として人間の指を例示している。電圧源６は、正の作用電極１３と負の作用電極１４との間に電圧を加える。電圧源６により、正の作用電極１３と負の作用電極１４の間に図７（ｂ）に示すような電圧が与えられるものとする。

図７は、電圧源６が発生する電圧の波形である。図７（ａ）は、電圧源６が発生する電圧が、正の所定の値とこれと逆極性の所定の値との間でパルス状に変化する場合を示し、図７（ｂ）は、電圧源６が発生する電圧が正の所定の値と０との間でパルス状に変化する場合を示す。

電圧源６により、正の作用電極１３と負の作用電極１４の間に図７（ａ）に示すような電圧が与えられると、各作用電極１３、１４と誘電体５の間には絶縁体４を挟んで電界が発生する。具体的には、誘電体５の正の作用電極１３と対向する部分には負の電荷が発生し、誘電体５の負の作用電極１４と対向する部分には正の電荷が発生する。この結果、誘電体５の電荷と正の作用電極１３、負の作用電極１４の間には静電気力が働き、誘電体５は作用電極１の方向に静電気力を受ける。電圧源６の電圧を時間的に変動させることにより、誘電体５が受ける静電気力が変化する。ユーザは、この誘電体５（指）における静電気力の変化を、振動として感じる。

通常、指を物体表面に平行に移動させると、指が物体表面の凹凸により振動し、その振動の強度・周波数により、ユーザは、ざらざら、すべすべなどの触感を得る。触感提示機能つきタッチパネル装置は、時間的に変動する静電気力を利用して指に振動を感じさせることにより、擬似的にざらざら感やすべすべ感を与えることができる。

なお、図７（ｂ）に示すような電圧を印加してもよい。この例における電圧は、正の所定の値とこれと逆極性の所定の値との間でパルス状に変化する。例えば、正の作用電極１３に対して５〜２００Ｖ（ピーク値）、負の作用電極１４に対して０Ｖ、周波数２０〜５００Ｈｚの電圧を印加したところ、ざらざらする感触を得ることができた。ざらざらの強度は、正の作用電極１３に印加する電圧が高い電圧であるほど強く、低い電圧であるほど弱い。０〜５Ｖではざらざら感を得ることはなく、ガラスのような滑らかな触感を得ることができた。また、周波数２０〜５００Ｈｚの範囲における低い周波数においては、荒い表面の感覚が得られ、高い周波数においては細かな表面の感覚が得られた。これより、電圧のピーク値を０〜２００Ｖ、周波数を０〜５００Ｈｚの間の任意の値に設定することにより、ガラスのような滑らかな触感からざらざらの触感までを表現することができた。また、電圧及び周波数を時間的に変化させれば、触感を時間的に変化させることもできる。

本実施形態においては、ドライブ電極１２とセンス電極１１の近辺に検出対象の物体が存在する場合の静電容量が、ドライブ電極１２とセンス電極１１の近辺に空気しか存在しない場合の静電容量と異なれば、検出対象の物体を検出することができる。つまり、空気とは誘電率が異なる誘電体であれば、人間の指等に限らず、種々のものを検出することができる。例えば、導電体でも検出可能である。導電体であっても、ドライブ電極１２とセンス電極１１の間の静電容量を変化させるからである。また、有機樹脂製のペンや、金属製のペン、手袋でも検出が可能である。

本実施形態において、ドライブ電極１２に与える信号は電圧５Ｖ、周波数１ｋＨｚの矩形波信号としたが、タッチ位置の検出の際に誘電体の存在による容量の変化を検出できる信号であれば、ドライブ電極１２に与える信号の電圧・波形・周波数はこれに限らない。例えば、信号の波形は、三角波やステップ信号、サイン波などでも良い。また、電圧は、低電圧側においてはセンシングができる電圧、高電圧側においては検出用のＩＣの耐圧以内となる電圧であればよい。

本実施形態において、作用電極１の形状はダイヤモンド型としたが、人間の指等との間に静電容量を形成する形状であれば他の形状でもよい。例えば、正方形、長方形、６角形、円形などでもよい。また、作用電極１、第１の導線２、第２の導線３を構成する材料はＩＴＯとしたが、電気伝導体であれば他の材料でもよい。例えば、ＺｎＯ（酸化亜鉛）などの金属酸化物や、ＡｌやＡｇ、Ａｕなどの金属、導電性有機材料などを使用してもよい。また、絶縁体４としてガラスを用いたが、絶縁材であれば特に材料は問わない。例えば、ＰＥＴ、ポリイミド等の有機絶縁体などを用いてもよい。また、作用電極１、第１の導線２、第２の導線３、絶縁体４の材料として、ＩＴＯやＺｎＯ、ガラスなどの可視光線に対して透明な材料を用いれば、液晶表示装置の前面に触感提示機能つきタッチパネル装置を配置しても、液晶表示装置の表示機能を損なうことがない。

本実施形態において、絶縁体４の作用電極１の厚みは１μｍとしたが、これに限らない。

正の作用電極１３と負の作用電極１４の間に時間的に変化する電圧が印加されている状態において、誘電体５がタッチパネル１００の表面近傍に存在しているときにおける、誘電体５がタッチパネル１００から受ける単位面積あたりの静電気力の変化量Δｆ／Ｓは、数式１により現される。

式１において、Δｆは誘電体５が受ける力の変化量、Ｓは作用電極１が構成する平面への誘電体５の投影面積、つまり、誘電体５と作用電極１とが構成する容量の面積、εｒは絶縁体４の比誘電率、ε０は真空中の誘電率、ΔＶは作用電極１と誘電体５の間に発生する電位差の最大値（正の作用電極１３と負の作用電極１４の間の電位差であり、正の作用電極１３（負の作用電極１４）の電位の時間的変化量でもある）、ｈは作用電極１と誘電体５の間の距離である。使用中においては、通常、誘電体５は絶縁体４の表面に接触しているので、ｈは、作用電極１表面側の絶縁体４の厚みとなる。数式１より、単位面積当たりの力の変化量Δｆ／Ｓは電圧差ΔＶの２乗に比例し、絶縁体４の厚みｈの２乗に反比例することがわかる。本実施形態において、絶縁体４の厚みｈが１μｍ、電圧ΔＶが０〜２００Ｖにおいて触感提示機能が得られた。ΔＶ／ｈ＞５［Ｖ／μｍ]をみたせば十分な単位面積当たりの力の変化量Δｆ／Ｓが得られる。例えば、絶縁体４の厚みが１０μｍであれば、電圧ΔＶが５０Ｖ以上の範囲において触感提示機能が得られる。

本実施形態において作用電極１のピッチは１ｍｍとしたが、人間の指には約２ｍｍ間隔で、触覚情報を受けとる触覚受容器が存在する。したがって、作用電極１のピッチは、例えば２ｍｍ以下とすればよい。好ましくは１ｍｍ以下である。

以上説明したように、本実施形態の触感提示機能つきタッチパネル装置は、同一平面上に配置された複数の作用電極１と、制御部２０とを備える。制御部２０は、複数の作用電極１のうちの一部の作用電極１に時間的に変化する第１の電圧を印加し、その状態において残りの作用電極１のうちの少なくとも一部の作用電極１に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第１の動作と、複数の作用電極１のうちの一部の作用電極１に時間的に変化する第２の電圧を印加し、当該一部の作用電極１により変化する電界を生じさせる第２の動作とを時分割で行う。

このような構成によれば、第１の動作において、複数の作用電極１のうちの一部の作用電極１に時間的に変化する第１の電圧が印加され、その状態において残りの作用電極１のうちの少なくとも一部の作用電極１に生じる電圧が検出される。そして、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置が検出される。誘電体が例えばユーザの指である場合、触感提示機能つきタッチパネル装置は、ユーザが指で指し示した位置を検出することができる。

また、第２の動作において、複数の作用電極１のうちの一部の作用電極１に時間的に変化する第２の電圧が印加され、当該一部の作用電極１により電界が生じる。このとき、当該一部の作用電極１近傍に誘電体が存在していると、誘電体は、作用電極１により生じた変化する電界により刺激を受ける。誘電体が例えばユーザの指である場合、ユーザは、変化する電界により指に触感を受けることとなる。

このように、本実施形態の触感提示機能つきタッチパネル装置では、複数の作用電極１を用いて時分割で異なる動作を行うことにより、タッチセンサとしての機能と、触感提示デバイスとしての機能を、同一の平面上に配置された複数の作用電極１により実現することができる。

作用電極１、第１の導線２、及び第２の導線３は、前述したように、例えば１００ｎｍ厚のＩＴＯ（酸化インジウムスズ）でよい。そのため、タッチセンサとしての機能と触感提示デバイスとしての機能の両方の機能を有する触感提示機能つきタッチパネル１００を、圧電素子等を用いた触感提示機能つきタッチパネルよりも薄い構造とすることができる。そのため、本実施形態のタッチパネル１００では、良好な透明性が確保される。したがって、液晶表示装置の前面にタッチパネル１００を配置した場合でも、液晶表示装置に表示された映像に対する良好な視認性を確保することができる。また、タッチパネル１００を、液晶表示装置の前面に配置することにより、触感提示デバイとして機能させたときに、ユーザに触感を効率的に提示することができるとともに、タッチセンサとして機能させたときに、誘電体（指等）の位置を良好に検出することができる。

以上のように、本実施形態の触感提示機能つきタッチパネル装置によれば、液晶表示装置の前面に配置した場合でも、液晶表示装置に表示された映像の視認性を低下させずに、触感を効率的に提示することができる触感提示機能つきタッチパネル装置を提供することができる。

なお、本実施形態の触感提示機能つきタッチパネル装置では、パッシブマトリックス方式を採用している。これにより、複数の作用電極１のうち、タッチセンサとしての機能及び触感提示機能を提供させるための作用電極１を、第１の導線２の単位または第２の導線３の単位で選択することができる。

また、本実施形態の触感提示機能つきタッチパネル装置では、複数の作用電極１の表面に絶縁体４が設けられている。これにより、複数の作用電極１の表面に、指等の物体が直接接触するのを防止することができる。よって、作用電極１間の容量によるタッチセンサとしての機能、及び電極と誘電体との間の電界による触感提示機能を確実に実現することができる。

また、本実施形態の触感提示機能つきタッチパネル装置では、第１の導線２と第２の導線３は直交している。これにより、作用電極１の配置が容易となる。

（実施形態２）
図８は、本発明の一態様である実施形態２における、アクティブマトリックス型の触感提示機能つきタッチパネル装置の構造を示す図である。図９は、図８における（ａ）線による断面図である。なお、実施形態１と同様の構成要素に対しては実施形態１と同じ符号を付す。また、実施形態１と同様の構成、作用、効果等についての説明は省略する。実施形態３、４、５において同様とする。

触感提示機能つきタッチパネル装置は、タッチパネル１００と、制御部２０を有する。

タッチパネル１００は、複数の作用電極１、複数の第１の導線２、複数の第２の導線３及び絶縁体４及び複数の半導体回路７を有する。

作用電極１は１００ｎｍ厚のＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる。各作用電極１は０.８ｍｍ角の大きさを有する。作用電極１は、ピッチ１ｍｍ、電極間隔０.２ｍｍで同一平面状に並べられている。

第１の導線２は、作用電極１の下部に配置され一方向に延びている。本実施形態では、第１の導線２は、作用電極１の配置された平面と平行な方向に延びている。

第２の導線３は、作用電極１の下部に配置され、第１の導線２とは異なる一方向に、延びている。本実施形態では、第１の導線２は、作用電極１の配置された平面と平行で、かつ第１の導線２と直交する方向に延びている。

第１の導線２及び第２の導線３は、例えばそれぞれ１００ｎｍ厚、線幅５０μｍのＩＴＯ（酸化インジウムスズ）からなる。

なお、図８では、便宜上、第１の導線２及び第２の導線３は、作用電極１に電圧を印加するためのドライブ線、作用電極１上の電荷、電圧を検出するためのドライブ線、半導体回路７を制御するためのＸ方向選択線及びＹ方向選択線をまとめて一本で記載している。第１の導線２、第２の導線３には、ドライブ線、Ｘ方向選択線、Ｙ方向選択線のいずれかが含まれている。いずれを含めるかは、適宜設定すればよい。半導体回路７、ドライブ線、Ｘ方向選択線、Ｙ方向選択線の構成例については、実施形態３で説明する。

絶縁体４は、作用電極１を包囲するように設けられている。絶縁体４は、ガラス材よりなる。絶縁体４は、作用電極１の表面における厚みが１μｍである。

半導体回路７は、作用電極１の下部に配置されている。半導体回路７は、ＴＦＴで構成されている。半導体回路７は、制御部２０からの選択信号に基づき、当該半導体回路７上方の作用電極１と当該半導体回路７下方の第１の導線２または第２の導線３とを断接する。なお、半導体回路７としては実施形態３の半導体回路７と同様のものが適用可能である。なお、ドライブ線、Ｘ方向選択線及びＹ方向選択線の配置及び敷設方向に関しては、適宜変更すればよい。

制御部２０は、タッチパネル１００を、タッチセンサまたは触感提示デバイスとして時分割で機能させる。

制御部２０は、タッチパネル１００をタッチセンサとして機能させる際、所定の第２の導線３上の半導体回路７をＯＮ状態として、当該第２の導線３上方の作用電極１と当該第２の導線３とを接続する。そして、当該第２の導線３にドライブ電圧を印加する。これにより、当該第２の導線３上の作用電極１がドライブ電極１２となる。また、これと同時に、所定の第１の導線２に対応する半導体回路７をＯＮ状態として、当該半導体回路７上の作用電極１と当該第１の導線２とを接続する。そして、当該第１の導線２の電圧を検出する。これにより、当該第１の導線２上の作用電極１がセンス電極１１となる。そして、制御部２０は、ドライブ電圧を印加した第２の導線３の位置や複数の第１の導線２で検出された電圧に基づいて、人間の指等の誘電体の位置を特定する。なお、第２の導線３にドライブ電圧を印加して各第１の導線２の電圧を検出した後、ドライブ電圧を印加する第２の導線３を例えば隣接する第２の導線３に変更して再度各第１の導線２の電圧を検出する動作を繰り返し、その結果に基づいて、人間の指等の誘電体の位置を特定してもよい。こうすることにより、位置の特定精度を向上させることができる。

また、制御部２０は、タッチパネル１００を触感提示デバイスとして機能させる際、所定の第２の導線３上の半導体回路７をＯＮ状態として、当該半導体回路７に対応する作用電極１と当該第２の導線３とを接続する。また、所定の第１の導線２上の半導体回路７をＯＮ状態として、当該半導体回路７に対応する作用電極１と当該第１の導線２とを接続する。そして、制御部２０は、上記第２の導線３と当該第１の導線２の間に電位差を与える。

なお、前記説明において、作用電極１に電圧を与える際、第１の導線２と第２の導線３の一方を指定したが、他方の導線を介して電圧を与えてもよい。

また、半導体回路７の具体的構成及び動作については、実施形態３において詳しく説明するものを用いることができる。なお、本実施形態では、ドライブ電圧を与えるドライブ線は、Ｘ方向とＹ方向に分離して設けられていることとなるが、後述する図１３のように、Ｘ方向選択線と平行に設けてもよい。

図１０は、タッチパネル１００をタッチセンサとして機能させた状態を示す図である。

図１０の例では、制御部２０は、複数の第２の導線３のうちの第２の導線３Ｄに、ドライブ電圧（タッチ駆動）を印加し、複数の第１の導線２のうちの第１の導線２Ａ、２Ｃ、２Ｅの電位を順次検出する（タッチセンス）。本実施形態では、半導体回路７によりアクティブマトリックスを構成しているため、１ラインあるいは１列の全ての作用電極１でなく、ドライブ電極１２あるいはセンス電極１１として機能させたい作用電極１についてのみ、選択的に、ドライブ電極１２あるいはセンス電極１１として機能させることができる。なお、ドライブ電極１２とセンス電極１１とにより奏される作用は、実施形態１と同様であり、説明を省略する。

図１１は、タッチパネル１００を触感提示デバイスとして機能させた状態を示す図である。

図１１の例では、制御部２０は、複数の第２の導線３のうちの第２の導線３Ｅに、ドライブ電圧（触感正）を印加し、複数の第１の導線２のうちの第１の導線２Ｄ、２Ｆに、ドライブ電圧（触感負）を印加する。換言すれば、第２の導線３Ｅと第１の導線２Ｄ、２Ｆとの間に、ドライブ電圧（触感正）とドライブ電圧（触感負）との差の電圧を印加する。本実施形態では、タッチパネル１００は、半導体回路７によりアクティブマトリックス方式で駆動されるため、１ラインあるいは１列の全ての作用電極１でなく、正の作用電極１３あるいは負の作用電極１４として機能させたい作用電極１についてのみ、選択的に、正の作用電極１３あるいは負の作用電極１４として機能させることができる。なお、正の作用電極１３と負の作用電極１４により奏される作用は、実施形態１と同様であり、説明を省略する。

以上説明したように、本実施形態の触感提示機能つきタッチパネル装置では、アクティブマトリックス方式を採用している。これにより、複数の作用電極１のうちの任意の作用電極１について選択的に、タッチセンサとしての機能及び触感提示機能を実現することができる。

なお、本実施形態の触感提示機能つきタッチパネル装置では、実施形態１の構成に加えて、半導体回路７を備えているが、半導体回路７は例えばＴＦＴにより構成することができる。ＴＦＴは薄膜であるので、タッチパネル１００において良好な透明性が確保される。よって、本実施形態の触感提示機能つきタッチパネル装置によれば、液晶表示装置の前面に配置した場合でも、液晶表示装置に表示された映像の視認性を低下させずに、触感を効率的に提示することができる触感提示機能つきタッチパネル装置を提供することができる。

（実施形態３）
本実施形態では、触感提示機能つきタッチパネル装置において、時分割でタッチセンス機能と触感提示機能を実現するための具体的構成の一例について説明する。

図１２は、本発明の一態様である実施形態３の触感提示機能つきタッチパネル装置の構成を示す図である。

実施形態３の触感提示機能つきタッチパネル装置は、触感提示機能つきタッチパネル１０と、制御部２０とを備える。

触感提示機能つきタッチパネル装置は、実施形態１、２同様、複数の作用電極１、複数の第１の導線２、複数の第２の導線３及び絶縁体（図示せず）を有する。また、作用電極１の下部にはそれぞれ半導体回路が設けられている。なお、本実施形態では、作用電極１の形状が正方形の場合について説明するが、実施形態１、２のように、ダイヤモンド形等の場合にも適用できる。

制御部２０は、第１の導線２、第２の導線３に信号を出力することにより、触感提示機能つきタッチパネルにおいて、時分割でタッチセンス機能と触感提示機能とを実現する。制御部２０による制御の詳細は後述する。

第１の導線２、第２の導線３に出力される信号について説明する前に、まず、第１の導線２、第２の導線３、及び半導体回路７の構成について説明する。

図１３は、作用電極１、第１の導線２、第２の導線３、及び半導体回路７の具体的な回路構成の一例を示す図である。

本実施形態では、第１の導線２は、Ｙ方向選択線（タッチ駆動）２１、Ｙ方向選択線（触感正）２２、Ｙ方向選択線（タッチセンス）２３、Ｙ方向選択線（触感負）２４の４本の選択線を含む。

第２の導線３は、ドライブ線（タッチ駆動）３１、Ｘ方向選択線（タッチ駆動）３２、ドライブ線（触感正）３３、Ｘ方向選択線（触感正）３４、ドライブ線（タッチセンス）３５、Ｘ方向選択線（タッチセンス）３６、ドライブ線（触感負）３７、Ｘ方向選択線（触感負）３８の８本の導線を含む。

半導体回路７は、４つの同一の半導体回路７１〜７４を含む。

半導体回路７１は、Ｘ方向選択線（タッチ駆動）３２、ドライブ線（タッチ駆動）３１、Ｙ方向選択線（タッチ駆動）２１の交点に配置されている。半導体回路７２は、Ｘ方向選択線（触感正）３４、ドライブ線（触感正）３３、Ｙ方向選択線（触感正）２２の交点に配置されている。半導体回路７３は、Ｘ方向選択線（タッチセンス）３６、ドライブ線（タッチセンス）３５、Ｙ方向選択線（タッチセンス）２３の交点に配置されている。半導体回路７４は、Ｘ方向選択線（触感負）３８、ドライブ線（触感負）３７、Ｙ方向選択線（触感負）２４の交点に配置されている。各半導体回路７１〜７４と作用電極１が接続されている。

図１４は、半導体回路７１〜７４の具体的構成を示す図である。半導体回路７１〜７４は、同一の構成を有している。そのため、半導体回路７１を例にとって説明する。

半導体回路７１は、Ｘ方向選択半導体素子７１１及びドライバ半導体素子７１２を含む。

Ｘ方向選択半導体素子７１１は、Ｘ方向選択用の半導体素子である。Ｘ方向選択半導体素子７１１は、Ｙ方向選択線２１とドライバ半導体素子７１２のゲートとの間に接続されている。Ｘ方向選択半導体素子７１１のゲートは、Ｘ方向選択線３２に接続されている。

ドライバ半導体素子７１２は、作用電極１とドライブ線３１との間に接続され、ドライブ線３１と作用電極１とを断接する。ドライバ半導体素子７１２のゲートは、Ｘ方向選択半導体素子７１１のゲート端子以外の端子に接続されている。

ドライバ半導体素子７１２のゲートと作用電極１の間に、保持容量７１３が接続されている。

Ｘ方向選択線３２およびＹ方向選択線２１にＯＮ電圧を印加すると、Ｘ方向選択半導体素子７１１がＯＮ状態になり、保持容量７１３に電荷が蓄積され、ドライバ半導体素子７１２がＯＮ状態となる。この後、Ｘ方向選択線３２の電圧をＯＦＦ電圧にし、さらにＹ方向選択線２１の電位を変更しても、保持容量７１３の電荷は維持され、ドライバ半導体素子７１２はＯＮ状態のまま維持される。この状態でドライブ線３１にドライブ電圧を印加することにより、作用電極１にドライブ電圧が印加されることになる。

そして、Ｘ方向選択線３２にＯＮ電圧を、Ｙ方向選択線２１にＯＦＦ電圧を印加することにより、Ｘ方向選択半導体素子７１１がＯＮ状態になり、保持容量７１３の電荷が放電され、ドライバ半導体素子７１２がＯＦＦ状態となる。この後、Ｘ方向選択線３２の電圧をＯＦＦ電圧にすれば、さらにＹ方向選択線２１の電圧を変更しても、ドライバ半導体素子７１２はＯＦＦ状態のまま維持される。この状態でドライブ線３１にドライブ電圧を印加しても、作用電極１にドライブ線３１の電圧が印加されることはない。

なお、本例では、半導体回路７１〜７４のうちの半導体回路７１について説明したが、半導体回路７３の場合、当該半導体回路７３を半導体回路７１同様に動作させることにより、作用電極１に現れる電荷・電位をドライブ線３５を介して制御部に導くことができる。また、半導体回路７２の場合、当該半導体回路７２を半導体回路７１同様に動作させることにより、触感提示用のドライブ電圧をドライブ線３３を介して制御部から作用電極１に印加することができる。また、半導体回路７４の場合、当該半導体回路７４を半導体回路７１同様に動作させることにより、触感提示用のドライブ電圧（触感負）をドライブ線３７を介して制御部から作用電極１に印加することができる。

このように、図１３に示す半導体回路７１〜７４のうち、所定の機能に関する半導体回路をＯＮ状態とすることにより、作用電極１を、タッチセンサのドライブ電極１２、タッチセンサのセンス電極１１、触感提示機能の正電極１３、触感提示機能の負電極１４のうちのいずれかの電極として、機能させることが可能になる。

具体的に、作用電極１をタッチセンサのドライブ電極１２として機能させる場合を説明する。まず、タッチセンサのドライブ電極１２として機能させる作用電極１に対応するＸ方向選択線（タッチ駆動）３２とＹ方向選択線（タッチ駆動）２１をＯＮ電圧にし、これらの選択線２１，３２の交点に位置する半導体回路７１の保持容量７１３を充電する。次に、Ｘ方向選択線（触感正）３４、Ｘ方向選択線（タッチセンス）３６、Ｘ方向選択線（触感負）３８をＯＮ電圧にした後、Ｙ方向選択線（触感正）２２、Ｙ方向選択線（タッチセンス）２３、Ｙ方向選択線（触感負）２４をＯＦＦ電圧にし、半導体回路７２、７３、７４に対応する各保持容量７１３の電荷を放電する。こうすることにより、ドライブ線（タッチ駆動）３１の電圧が作用電極１に現れるとともに、この作用電極１の電圧が、ドライブ線（触感正）３３、ドライブ線（タッチセンス）３５、ドライブ線（触感負）３７の電圧に左右されなくなる。

さらには、一定時間経過後、半導体回路７１〜７４の保持容量７１３を該当する第１の導線２および第２の導線３を用いて再充電もしくは放電することにより、各作用電極１において異なる機能を持たせることが可能になる。

図１３に示す構成では、１つの作用電極１に対して４個の半導体回路７１〜７４が接続されている。そして、１個の作用電極１が、タッチセンサのドライブ電極、タッチセンサのセンス電極、触感提示用の正電極、及び触感提示用の負電極のうちのいずれかの電極として時分割で機能するようになっている。しかし、１つの作用電極１が前記４種類の電極としての機能をすべて果たすことが必要なわけではない。例えば、複数の作用電極１のうちの半数がタッチセンサのドライブ電極としての機能と触感提示用の正の作用電極としての機能を果たし、残りの半数がタッチセンサのセンス電極としての機能と触感提示用の負の作用電極としての機能を果たすようにしてもよい。この場合、複数の作用電極１全体でタッチセンサとしての機能と触感提示デバイスとしての機能を果たすことが可能となる。この場合、１つの作用電極１に対して半導体回路７１は２個だけでよくなり、半導体回路７１の面積の縮小化と低価格化が可能になる。

なお、作用電極１をタッチセンサとして機能させるか、触感提示デバイスとして機能させるかは、作用電極１に与える信号の違いにより決まる。本実施形態では、作用電極１に与える信号を、作用電極１の下部に設けた４つの半導体回路７１〜７４により切り換える。しかし、これに限らない。例えば、制御部２０において作用電極１に与える信号を切り替えることも可能である。その場合、１つの作用電極１に対して４つの半導体回路７１〜７４を設ける必要はない。つまり、制御部２０から供給されるドライブ電圧等を作用電極１に対して与えるか否かを制御するための半導体回路を１個だけ設ければよい。これにより、半導体回路７の面積の縮小化と低価格化が可能になる。

次に、半導体回路７の駆動方法について説明する。

駆動方法としては、（１）パターン書き込み共通駆動方法と、（２）作用電極逐次設定方法がある。以下、これらの駆動方法について順番に説明する。

１．パターン書き込み共通駆動方法
パターン書き込み共通駆動方法とは、触感提示機能つきタッチパネル装置のパネル面にパターンを書き込んだ後、つまり、使用する全ての作用電極１を選択してトライブ電圧を印加可能とした後、当該作用電極１に駆動信号を与える方法である。

図１５は、パターン書き込み共通駆動方法のタイミングチャートである。

パターン書き込み共通駆動方法では、一駆動周期が、触感パターン書き込み期間、触感提示期間、タッチセンス期間の３つの期間に分けられる。

触感パターン書き込み期間では、全作用電極１のうち、触感を与えたい範囲に存在する作用電極１に対応するＸ方向選択線（触感正）３４、Ｘ方向選択線（触感負）３８及びＹ方向選択線（触感正）２２、Ｙ方向選択線（触感負）２４に選択信号（ＯＮ電圧）を出力する。

触感提示期間では、全作用電極１のうち、触感を与えたい範囲に存在する作用電極１に対応するドライブ線（触感正）３３、ドライブ線（触感負）３７にドライブ電圧を印加する。

タッチセンス期間では、Ｘ・Ｙ方向選択線（タッチセンス）３６、２３、Ｘ・Ｙ方向選択線（タッチ駆動）３２、２１と、ドライブ線（タッチセンス）３５、ドライブ線（タッチ駆動）３１とに時間的に交互に選択信号とドライブ電圧を出力する。

図１６は、パターン書き込み共通駆動方法の触感パターン書き込み期間及び触感提示期間における、より詳しいタイミングチャートである。

なお、Ｙ方向選択線（触感正）２２及びＹ方向選択線（触感負）２４はそれぞれＮ本（Ｎは正の整数）存在するものとする。そして、ｎ番目（ｎは正の整数）のＹ方向選択線（触感正）２２及びＹ方向選択線（触感負）２４をＹ方向選択線（触感正）ｙｎ及びＹ方向選択線（触感負）ｙｎとあらわすものとする。また、Ｘ方向選択線（触感正）３４、Ｘ方向選択線（触感負）３８、ドライブ線（触感正）３３及びドライブ線（触感負）３７はＭ本（Ｍは正の整数）存在するものとする。そして、ｍ番目（ｍは正の整数）のＸ方向選択線（触感正）３４及びＸ方向選択線（触感負）３８をＸ方向選択線（触感正）ｘｍ及びＸ方向選択線（触感負）ｘｍとあらわすものとする。また、ｍ番目のドライブ線（触感正）３３及びドライブ線（触感負）３７を、ドライブ線（触感正）ｚｍ及びドライブ線（触感負）ｚｍとあらわすものとする。

パターン書き込み共通駆動方法では、触感提示期間中、作用電極１を、触感提示用の正の作用電極としての状態、触感提示用の負の作用電極としての状態、いずれの電極でもない状態のいずれかに設定する。

触感パターン書き込み期間が開始すると、まず、１ライン目の複数の作用電極１のうち、正の作用電極として機能させるものを設定する。具体的には、Ｙ方向選択線（触感正）ｙ１に選択信号を出力するとともに、これと同時に、Ｘ方向選択線（触感正）１〜ｍのうち、正の作用電極として機能させたい作用電極１に対応するＸ方向選択線（触感正）に選択信号を出力する。これにより、１ライン目における、正の作用電極として機能させたい作用電極１に対応する半導体回路７２のドライブ半導体素子７１２がそれぞれＯＮ状態となり、当該各作用電極１にドライブ電圧（触感正）を印加することが可能となる。

次に、１ライン目の複数の作用電極のうち、負の作用電極として機能させるものを設定する。具体的には、Ｙ方向選択線（触感負）ｙ１に選択信号を出力するとともに、これと同時に、Ｘ方向選択線（触感負）１〜ｍのうち、負の作用電極として機能させたい作用電極１に対応するＸ方向選択線（触感負）に選択信号を出力する。これにより、１ライン目における、負の作用電極として機能させたい作用電極１に対応する半導体回路７４のドライブ半導体素子７１２がそれぞれＯＮ状態となり、当該各作用電極１にドライブ電圧（触感負）を印加することが可能となる。

次に、２ライン目の複数の作用電極１のうち、正の作用電極として機能させるものを設定する。具体的には、Ｙ方向選択線（触感正）ｙ２に選択信号を出力するとともに、これと同時に、Ｘ方向選択線（触感正）１〜ｍのうち、正の作用電極として機能させたい作用電極１に対応するＸ方向選択線（触感正）に選択信号を出力する。これにより、２ライン目における、正の作用電極として機能させたい作用電極１に対応する半導体回路７２のドライブ半導体素子７１２がそれぞれＯＮ状態となり、当該各作用電極１にドライブ電圧（触感正）を印加することが可能となる。

次に、２ライン目の複数の作用電極のうち、負の作用電極として機能させるものを設定する。具体的には、Ｙ方向選択線（触感負）ｙ２に選択信号を出力するとともに、これと同時に、Ｘ方向選択線（触感負）１〜ｍのうち、負の作用電極として機能させたい作用電極１に対応するＸ方向選択線（触感負）に選択信号を出力する。これにより、２ライン目における、負の作用電極として機能させたい作用電極１に対応する半導体回路７４のドライブ半導体素子７１２がそれぞれＯＮ状態となり、当該各作用電極１にドライブ電圧（触感負）を印加することが可能となる。

以後同様に、３〜Ｎラインのそれぞれについて、ｎライン目の複数の作用電極のうち、正の作用電極として機能させるものを設定する。具体的には、Ｙ方向選択線（触感正）ｙｎに選択信号を出力するとともに、これと同時に、Ｘ方向選択線（触感正）１〜ｍのうち、正の作用電極として機能させたい作用電極１に対応するＸ方向選択線（触感正）に選択信号を出力する。これにより、ｎライン目における、正の作用電極として機能させたい作用電極１に対応する半導体回路７２のドライブ半導体素子７１２がそれぞれＯＮ状態となり、当該各作用電極１にドライブ電圧（触感正）を印加することが可能となる。

また、３〜Ｎラインのそれぞれについて、ｎライン目の複数の作用電極のうち、負の作用電極として機能させるものを設定する。具体的には、Ｙ方向選択線（触感負）ｙｎに選択信号を出力するとともに、これと同時に、Ｘ方向選択線（触感負）１〜ｍのうち、負の作用電極として機能させたい作用電極１に対応するＸ方向選択線（触感負）に選択信号を出力する。これにより、ｎライン目における、負の作用電極として機能させたい作用電極１に対応する半導体回路７４のドライブ半導体素子７１２がそれぞれＯＮ状態となり、当該各作用電極１にドライブ電圧（触感負）を印加することが可能となる。

触感提示期間が開始すると、全てのドライブ線（触感正）ｚ１〜ｚｍにドライブ電圧（触感正）を印加するとともに、全てのドライブ線（触感負）ｚ１〜ｚｍにドライブ電圧（触感負）を印加する。これにより、正の作用電極として機能させたい作用電極１にドライブ電圧（触感正）が印加され、負の作用電極として機能させたい作用電極１にドライブ電圧（触感負）が印加されることとなる。なお、図１６においては、ドライブ線（触感正）とドライブ線（触感負）に時間的に交互に正のパルス状のドライブ電圧を印加するようにしているが、ドライブ線（触感負）に対しては正のドライブ電圧を印加せずに、０Ｖのままとしてもよい。

本駆動方法によれば、触感提示期間中は、電極の選択動作が行われないので、駆動信号の周波数や電圧を任意に設定しやすい。その結果、駆動信号を高速化することができる。また、ドライブ電圧を生成するＦＥＴのスイッチ速度が遅い場合でも実現することができる。

２．作用電極逐次設定方法
作用電極逐次設定方法とは、ドライブ線（触感正）３３及びドライブ線（触感負）３７には定電圧を与えておき、作用電極１の下の半導体回路７をＯＮ／ＯＦＦすることにより、作用電極１上で駆動信号を直接作り出す方法である。

図１７は、作用電極逐次設定方法のタイミングチャートである。

作用電極逐次設定方法では、一駆動周期が、触感提示期間と、タッチセンス期間の２つの期間に分けられる。

触感提示期間では、Ｘ方向選択線（触感正）３４、Ｘ方向選択線（触感負）３８、Ｙ方向選択線（触感正）２２及びＹ方向選択線（触感負）２４に選択信号を出力する。また、ドライブ線（触感正）３３、ドライブ線（触感負）３７にドライブ電圧（定電圧）を印加する。なお、ドライブ線（触感負）３７には、ドライブ電圧を印加しなくてもよい。図１７は、ドライブ線（触感負）３７にドライブ電圧を印加しない場合を例示している。

タッチセンス期間では、Ｘ・Ｙ方向選択線（タッチセンス）３６、２３、Ｘ・Ｙ方向選択線（タッチ駆動）３２、２１と、ドライブ線（タッチセンス）３５、ドライブ線（タッチ駆動）３１とに時間的に交互に選択信号とドライブ電圧を出力する。

図１８は、作用電極逐次設定方法の触感提示期間における、より詳しいタイミングチャートである。

作用電極逐次設定方法では、触感提示期間が開始すると、これと同時に全てのドライブ線（触感正）ｚ１〜ｚｍにドライブ電圧（触感正）を印加するとともに、全てのドライブ線（触感負）ｚ１〜ｚｍにドライブ電圧（触感負）を印加する。ドライブ電圧（触感正）及びドライブ電圧（触感負）は、触感提示期間中、連続的に印加される。

また、作用電極逐次設定方法では、触感提示期間が複数の触感設定期間に分割されている。各触感設定期間においては、Ｙ方向選択線１〜ｎ及びＸ方向選択線１〜ｍに対して、パターン書き込み共通駆動方法と同様のパターン書き込み動作が行われる。

すなわち、各触感設定期間においては、１〜Ｎラインのそれぞれについて、ｎライン目の複数の作用電極１のうち、正の作用電極として機能させるものを設定する。具体的には、Ｙ方向選択線（触感正）ｙｎに選択信号を出力するとともに、これと同時に、Ｘ方向選択線（触感正）１〜ｍのうち、正の作用電極として機能させたい作用電極１に対応するＸ方向選択線（触感正）に選択信号を出力する。これにより、ｎライン目における、正の作用電極として機能させたい作用電極１に対応する半導体回路７２のドライブ半導体素子７１２がそれぞれＯＮ状態となり、当該各作用電極１にドライブ電圧（触感正）を印加することが可能となる。

また、１〜Ｎラインのそれぞれについて、ｎライン目の複数の作用電極のうち、負の作用電極として機能させるものを設定する。具体的には、Ｙ方向選択線（触感負）ｙｎに選択信号を出力するとともに、これと同時に、Ｘ方向選択線（触感負）１〜ｍのうち、負の作用電極として機能させたい作用電極１に対応するＸ方向選択線（触感負）に選択信号を出力する。これにより、ｎライン目における、負の作用電極として機能させたい作用電極１に対応する半導体回路７４のドライブ半導体素子７１２がそれぞれＯＮ状態となり、当該各作用電極１にドライブ電圧（触感負）を印加することが可能となる。

ここで、作用電極逐次設定方法では、触感提示期間が開始すると、上述のように触感提示期間中連続的にドライブ電圧（触感正）及びドライブ電圧（触感負）が印加される。そのため、触感正（触感負）の作用電極として機能させたい作用電極１に対応する半導体回路７２または７４のドライブ半導体素子７１２がＯＮ状態となると、それと同時に、当該作用電極１にドライブ電圧（触感正）またはドライブ電圧（触感負）が印加されることとなる

現在の触感設定期間が終了すると、次の触感設定期間が開始する。作用電極逐次設定方法では、上述のように、触感設定期間毎に、Ｙ方向選択線（触感正）及びＹ方向選択線（触感負）、各Ｘ方向選択線（触感負）、各Ｘ方向選択線（触感負）に信号を出力するので、同一の作用電極１を、触感設定期間毎に、触感提示用の正の作用電極としての状態、触感提示用の負の作用電極としての状態、いずれの電極でもない状態のいずれかに設定することができる。つまり、時間的に切り換えることができる。

本駆動方法によれば、作用電極毎に異なる触感を与えることができる。

なお、図１８においては、ドライブ線（触感正）にのみドライブ電圧を印加するようにしているが、これに限らない。例えば、ドライブ線（触感正）とドライブ線（触感負）の両方に対してドライブ電圧を印加するようにしてもよい。あるいは、ドライブ線（触感負）に対してのみドライブ電圧を印加するようにしてもよい。

３．電圧波形
図１９は、パターン書き込み共通駆動方法におけるドライブ電圧の電圧波形の一例を示す図である。

図１９において、Ｎは触感提示期間におけるＯＮ回数、ｔＯＮは駆動時間（触感提示期間）、ｔＯＦＦは休止時間（触感パターン書き込み期間）、Ｖは駆動電圧、ｔｈはＯＮ時間、ｔｌはＯＦＦ時間、ｔｒは立ち上がり時間、ｔｆはたち下がり時間、θは立ち上がり角を示す。

この電圧波形の上記各パラメータを調整することにより、ユーザの指に種々の触感を与えることができる。

実施形態３では、半導体回路７、第１の導線２、第２の導線３の構成の具体的一例について説明したが、半導体回路７、第１の導線２、第２の導線３の構成はこれに限らない。例えば、半導体回路７を、作用電極１毎でなく、所定個数の作用電極１毎に設け、一つの半導体回路７により、複数の作用電極１を同時に制御するようにしてもよい。

（実施形態４）
実施形態４では、制御部２０の具体的構成の例について説明する。

図２０は、本実施形態にかかる制御部２０の具体的構成を示す図である。

制御部２０は、Ｙ方向選択制御用半導体素子２０１と、Ｘ方向選択制御用半導体素子２０２と、これらの素子２０１、２０２を制御する、コントローラ２０３とを備える。

Ｙ方向選択制御用半導体素子２０１は、複数のＹ方向選択線２（２１〜２４）に選択的にＹ方向選択信号を出力する

Ｘ方向選択制御用半導体素子２０２は、複数のＸ方向選択線３（３２、３４、３６、３８）に選択的にＸ方向選択信号を出力する。また、Ｘ方向選択制御用半導体素子２０２は、複数のドライブ線３（３１、３３、３５、３７）に選択的にドライブ電圧を印加する。

なお、Ｘ方向選択制御用半導体素子２０２は、Ｘ方向選択線３（３２、３４、３６、３８）の本数に応じて複数個に分割してもよい。例えば、Ｘ方向選択線３（３２、３４、３６、３８）の本数が１０〜４００本の場合は１個の半導体素子とし、それを超える場合は複数個の半導体素子を用いることができる。Ｙ方向半導体素子においても、Ｘ方向半導体素子と同様である。

本実施形態によれば、Ｘ方向選択用の半導体素子とドライブ電圧印加用のドライブ半導体素子とを一体化しているので、チップコスト・実装コストを低減することができ、また小型化が可能となる。

（実施形態５）
実施形態５では、制御部２０の具体的構成の他の例について説明する。

図２１は、本実施形態にかかる制御部２０の具体的構成を示す図である。

制御部２０は、Ｙ方向選択制御用半導体素子２０１と、Ｘ方向選択制御用半導体素子２０２′と、駆動用ドライバ素子２０４と、これらの素子を制御する、コントローラ２０３とを備える。

Ｙ方向選択制御用半導体素子２０１は、複数のＹ方向選択線２（２１〜２４）に対して、選択的にＹ方向選択信号を出力する

Ｘ方向選択制御用半導体素子２０２′は、複数のＸ方向選択線３（３２、３４、３６、３８））に対して、選択的にＸ方向選択信号を出力する。

駆動用ドライバ素子２０４は、複数のドライブ線に対してドライブ電圧を印加する。

なお、Ｘ方向選択制御用半導体素子２０２′は、Ｘ方向選択線の本数に応じて複数個に分割してもよい。例えば、Ｘ方向選択線の本数が１０〜４００本の場合は１個の半導体素子とし、それを超える場合は複数個の半導体素子を用いることができる。Ｙ方向半導体素子においても、Ｘ方向半導体素子と同様である。

ここで、ドライブ電圧は一般に高電圧が必要となるため、Ｘ方向選択用半導体素子からドライブ電圧を発生させようとすると、Ｘ方向選択用半導体素子を高耐圧化する必要がある。しかし、本実施形態によれば、高電圧を印加させるための駆動用ドライバ素子２０４を、Ｘ方向選択用半導体素子とは分離したので、Ｘ方向選択用半導体素子として低耐圧の素子を用いることができる。そのため、触感提示機能つきタッチパネル装置を、低コスト化することができる。

（発明の一態様の概要）
（１） 本発明の第１の態様の触感提示機能つきタッチパネル装置は、
同一平面上に配置された複数の電極と、
前記複数の電極のうちの一部の電極に第１の電圧を印加し、その状態において残りの電極のうちの少なくとも一部の電極に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第１の動作と、前記複数の電極のうちの一部の電極に第２の電圧を印加し、当該一部の電極により変化する電界を生じさせる第２の動作とを、時分割で行う制御部と、
を備える。

これにより、触感を効率的に提示することができる触感提示機能つきタッチパネル装置を提供することができる。

（２） 本発明の第２の態様の触感提示機能つきタッチパネル装置は、前記第１の態様の触感提示機能つきタッチパネル装置において、
所定の間隔をもって所定の方向に延びる複数の第１の導線と、
所定の間隔をもって前記第１の導線と異なる方向に延びる複数の第２の導線と、
をさらに備え、
前記複数の電極は、
前記各第１の導線上に所定間隔で配置され、当該導線に接続された第１の電極と、
前記各第２の導線上に所定間隔で配置され、当該導線に接続された第２の電極とで構成され、
前記制御部は、
前記第１の電極のうちの一部の電極に前記第１の導線のうちの当該一部の電極に対応する導線を介して前記第１の電圧を印加し、その状態において前記第２の所定の電極のうちの少なくとも一部の電極に生じる電圧を前記第２の導線のうちの当該一部の電極に対応する導線を介して検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第１の動作と、
前記第２の電極のうちの一部の電極に前記第１の導線のうちの当該一部の電極に対応する導線を介して前記第２の電圧を印加し、当該一部の電極により変化する電界を生じさせる第２の動作とを時分割で行ってもよい。

これにより、複数の電極のうち、タッチセンサとしての機能及び触感提示機能を提供させるための電極を、第１の導線単位または第２の導線単位で選択することができる。

（３） 本発明の第３の態様の触感提示機能つきタッチパネル装置は、前記第１の態様の触感提示機能つきタッチパネル装置において、
所定の間隔をもって所定の方向に延びる複数の第１の導線と、
所定の間隔をもって前記第１の導線と異なる方向に延びる複数の第２の導線と、
前記第１の導線と前記第２の導線との交点にそれぞれ設けられた複数の半導体回路と、
とをさらに備え、
前記複数の電極を構成する各電極は、前記第１の導線と前記第２の導線との交点上にそれぞれ配置されて、当該交点上の前記半導体回路に接続され、
前記制御部は、
前記複数の電極のうちの一部の電極に対応する半導体回路に、当該半導体回路に対応する第１の導線及び第２の導線を介して制御信号を出力することにより当該一部の半導体回路を選択的にＯＮ状態として、当該一部の電極に当該一部の半導体回路を介して、前記第１の電圧を印加し、
かつその状態において前記複数の電極のうちの残りの電極に対応する半導体回路に前記第１の導線及び前記第２の導線のうちの残りの第１の導線及び第２の導線を介して制御信号を出力することにより、当該一部の半導体回路を選択的にＯＮ状態として、当該一部の電極に生じる電圧を当該一部の半導体回路を介して検出する第１の動作と、
前記複数の電極のうちの一部の電極に対応する半導体回路に、当該半導体回路に対応する第１の導線及び第２の導線を介して制御信号を出力することにより当該一部の半導体回路を選択的にＯＮ状態として、当該一部の電極に当該一部の半導体回路を介して、前記第２の電圧を印加し、当該一部の電極により変化する電界を生じさせる第２の動作とを時分割で行ってもよい。

これにより、複数の電極のうち、タッチセンサとしての機能及び触感提示機能を提供させるための電極を、電極単位で任意に選択することができる。

（４） 本発明の第４の態様の触感提示機能つきタッチパネル装置は、前記第１から第３の態様のいずれかの触感提示機能つきタッチパネル装置において、
前記複数の電極の表面に絶縁体が設けられていてもよい。

これにより、複数の電極の表面に、指等の物体が接触するのを防止することができる。よって、電極間の容量によるタッチセンサとしての機能、及び電極と誘電体との間の電界による触感提示機能を確実に実現することができる。

（５） 本発明の第５の態様の触感提示機能つきタッチパネル装置は、前記第１から第４の態様のいずれかの触感提示機能つきタッチパネル装置において、
前記第１の導線と前記第２の導線は直交していてもよい。

これにより、電極の配置が容易となる。

なお、制御部における「検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する」機能は、例えば、ハード資源（プロセッサとメモリ上のプログラムとの協働）により実現される。具体的には、制御部２０内のプロセッサとメモリ上のプログラムとの協働により実現される。なお、制御部は、ハードワイヤードな素子により実現してもよい。

上述の本発明の一態様である触感提示機能つきタッチパネル装置は、スマートフォンやスマートパッドなどの携帯情報端末に用いることができ、自動車や家電製品の操作パネル、更には、盲人用の案内板等にも適用することができる。

１ 作用電極
２ 第１の導線
３ 第２の導線
４ 絶縁体
５ 誘電体
６ 電圧源
７ 半導体回路
２０ 制御部
１１ センス電極
１２ ドライブ線
１３ 正の作用電極
１４ 負の作用電極
２１ Ｙ方向選択線（タッチ駆動）
２２ Ｙ方向選択線（触感正）
２３ Ｙ方向選択線（タッチセンス）
２４ Ｙ方向選択線（触感負）
３１ ドライブ線（タッチ駆動）
３２ Ｘ方向選択線（タッチ駆動）
３３ ドライブ線（触感正）
３４ Ｘ方向選択線（触感正）
３５ ドライブ線（タッチセンス）
３６ Ｘ方向選択線（タッチセンス）
３７ ドライブ線（触感負）
３８ Ｘ方向選択線（触感負）
７１ 半導体回路（タッチ駆動）
７２ 半導体回路（触感正）
７３ 半導体回路（タッチセンス）
７４ 半導体回路（触感負）
７１１ Ｘ方向選択半導体素子
７１２ ドライブ半導体素子
２０１ Ｙ方向選択制御用半導体素子
２０２、２０２′ Ｘ方向選択制御用半導体素子
２０３ コントローラ
２０４ 駆動用ドライバ素子

Claims (4)

1. 同一平面上に配置された複数の電極と、
   前記複数の電極のうちの一部の電極に時間的に変化する第１の電圧を印加し、その状態において残りの電極のうちの少なくとも一部の電極に生じる電圧を検出し、検出した電圧に基づいて自装置近傍に存在する誘電体の位置を検出する第１の動作と、前記複数の電極のうちの一部の電極に時間的に変化する第２の電圧を印加し、当該一部の電極により変化する電界を生じさせる第２の動作とを時分割で行う制御部と、
   所定の間隔をもって所定の方向に延びる複数の第１の導線と、
   所定の間隔をもって前記第１の導線と異なる方向に延びる複数の第２の導線と、
   前記第１の導線と前記第２の導線との交点にそれぞれ設けられた複数の半導体回路とを備え、
   前記複数の電極を構成する各電極は、前記第１の導線と前記第２の導線との交点上にそれぞれ配置されて、当該交点上の前記半導体回路に接続され、
   前記制御部は、
   前記複数の電極のうちの一部の電極に対応する半導体回路に、当該半導体回路に対応する第１の導線及び第２の導線を介して制御信号を出力することにより当該一部の半導体回路を選択的にＯＮ状態として、当該一部の電極に当該一部の半導体回路を介して、前記第１の電圧を印加し、
   かつその状態において前記複数の電極のうちの残りの電極に対応する半導体回路に前記第１の導線及び前記第２の導線のうちの残りの第１の導線及び第２の導線を介して制御信号を出力することにより、当該一部の半導体回路を選択的にＯＮ状態として、当該一部の電極に生じる電圧を当該一部の半導体回路を介して検出する第１の動作と、
   前記複数の電極のうちの一部の電極に対応する半導体回路に、当該半導体回路に対応する第１の導線及び第２の導線を介して制御信号を出力することにより当該一部の半導体回路を選択的にＯＮ状態として、当該一部の電極に当該一部の半導体回路を介して、前記第２の電圧を印加し、当該一部の電極により変化する電界を生じさせる第２の動作とを時分割で行う、
   ことを特徴とする触感提示機能つきタッチパネル装置。
2. 前記複数の電極の表面に絶縁体を有する、
   請求項１に記載の触感提示機能つきタッチパネル装置。
3. 前記第１の導線と前記第２の導線は直交している、
   請求項１または２に記載の触感提示機能つきタッチパネル装置。
4. 前記複数の電極、前記絶縁体、前記導線が可視光線の波長領域において透明である、
   請求項２に記載の触感提示機能つきタッチパネル装置。

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