JP6522854B2 - タッチスクリーン - Google Patents

Description

本発明はタッチパネル装置に関する。特に、この発明は容量型タッチパネルに関する。容量型タッチパネル装置は、携帯電話、タブレットおよびデスクトップＰＣなどを含む消費家電製品、電子書籍リーダならびにデジタル信号製品の範囲内に適用を見出されてもよい。

タッチパネルは、スマートフォンおよびタブレット装置などの電子製品の範囲に関して、入力装置として広く取り入れられてきている。

最高性能の携帯手持ち電子装置は今、タッチパネルを備える。これは、タッチスクリーンの一部として、すなわち、タッチパネルのタッチゾーンがディスプレイのディスプレイ域と対応するように揃えられているディスプレイとタッチパネルとして最も頻繁に用いられている。

タッチスクリーンを備える電子装置について最も普及しているユーザインタフェースは、対話的に見えるポイントを有するディスプレイ上の映像である。より具体的に、装置はボタンの画像を表示してもよく、ユーザはそしてボタンを指またはスタイラスでタッチするか押すか打つかすることによって装置と対話できる。例えば、ユーザはボタンを「押す」ことができ、タッチパネルはタッチ（またはタッチら）を検知する。検知されたタッチまたはタッチらに応答して、電子装置はある適切な機能を実行する。例えば、電子装置は、自身の電源を切ったり、アプリケーションを実行したり、などしてもよい。

数々の異なる技術がタッチパネルを作成するために用いられることができるとはいえ、容量システムは、活性力が僅かしかないかまたは無いタッチ入力イベントを検出できるその精度、耐久度および能力のために、最も一般的にならしためられている。

タッチパネルの容量検出の最も基本的方法は、例えばＵＳ４２９３７３４（Ｐｅｐｐｅｒ，１９８１年１０月６日）に開示されている表面容量方法‐自己容量としても知られている‐である。表面容量型タッチパネルの典型的実施は、図１に示され、透明基板１０を備える。透明基板１０の表面は、検出電極１１を形成する導電材料で被覆されている。１つ以上の電圧源１２は、検出電極に、例えば各角で接続されており、基板の上方に静電場を生成するために用いられている。電気的導電性である入力物体‐人間の指など‐が検出電極のかなり近傍に来たとき、容量１４は、検出電極１１と入力物体との間で動的に形成され、この場は掻き乱される。容量１４は、電圧源１２から引き出される電流量の変化を引き起こし、電流変化の大きさは、指位置と電圧源が検出電極に接続されているポイントとの間の距離に相関している。電流検出器１５は、各電圧源１２から引き出される電流を測定するために設けられており、タッチ入力イベントの位置は、各源で測定された電流の大きさを比較することによって算出される。単純な構造および動作であるが、表面容量型タッチパネルは、例えば２本以上の指がタッチパネルに接触しているときに起きるような複数同時タッチ入力イベントを検知できない。

タッチパネルに適用される容量検出の別の周知な方法は、投射容量方法‐相互容量としても知られている‐である。この方法では、図２に示すように、駆動電極２０と検出電極２１とは、ある透明基板（不図示）上に形成されている。変化電圧または励起信号は、駆動電圧に電圧源２２から印加される。信号はそして、駆動電極２０と検出電極２１との間に形成される相互結合容量を介する容量結合によって、検出電極２１の近所に生成される。電流測定手段２４は、検出電極２１に接続されており、相互結合容量２３のサイズを測定できる。入力物体１３は、両電極のかなり近傍に持ってこられているとき、駆動電極に対する第１動的容量２７と検出電極に対する第２動的容量２８とを形成する。もしも、例えば人体に接続されている人間の指の例の場合のように、入力物体が接地されていれば、これら動的に形成される容量の効果は、駆動電極と検出電極との間の容量結合量の現象として表れ、ゆえに、信号の大きさの減少は、検出電極２１に取付けられた電流測定手段２４によって測定される。

周知でありＵＳ５，８４１，０７８（Ｂｉｓｓｅｔら，１９９６年１０月３０日）などおいて開示されているように、グリッドパターンに複数の駆動電極と検出電極とを配置して電極アレイを形成することによって、この投射容量検出方法はタッチパネル装置を形成するために用いられることができる。投射容量検出方法の表面容量方法より優れた利点は、複数同時タッチ入力イベントが検知されうることである。

タッチパネルがスイッチによって自己容量モードと投射容量モードとの間でスイッチできる発明が開示されてきており、例えばＵＳ２０１４／００７８０９６Ａ１（Ｔａｎら，２０１４年３月）は、固定されたタッチパネルパターンにある方法を適用している。この能力の目標は、物体検知のためにより有益な方のモードを用いることである。

さらに、幾つかの発明は、検出電極と駆動電極との形状またはサイズ、或いはその空間的配置の変化を可能にする。例えばＵＳ８０５４３００（Ａｐｐｌｅ，２０１１年１１月）は、パネルの側面または分離ボードに配置されたスイッチによって再構成可能な方法を提案している。

多くのタッチスクリーンにおけるタッチパネルは、ディスプレイから独立した装置である。タッチパネルはディスプレイの上に据えられ、ディスプレイによって生じる光は、タッチパネルによって光量が吸収されながら、タッチパネルを横切る。より最近の実施において、例えばＵＳ７８５９５２１Ｂ２（Ａｐｐｌｅ，２０１０年１２月）において、タッチパネルの一部はディスプレイ積層体に一体化されており、タッチパネルとディスプレイとは、透明電極などの若干の構造を共同利用してもよい。タッチパネルのディスプレイ構造へのこの一体化は、製品を単純化することによって、および、タッチパネルがディスプレイから独立しておりディスプレイ積層体の上に配置されているときに生じる光通過損失を低減することによって、価格を低減するために求められている。

別の完全に一体化されたタッチパネルは、ＵＳ２０１１／００５０５８５（Ａｐｐｌｅ，２０１１年３月）とＵＳ８３９０５８２Ｂ２（Ａｐｐｌｅ，２０１３年３月）とに記載されている。この特許は、追加信号線らとトランジスタらを用いて、ディスプレイ機能と自己容量タッチパネル機能との間でスイッチングし、画素毎に少なくとも３個のトランジスタが必要である。ディスプレイＲＧＢデータ線らは、トランジスタのソース／ドレイン端子に接続されており、電圧駆動線らまたは充電検出線らの何れとしても働く；これによって、タッチパネルとディスプレイとの同時駆動が防止される。

本発明は、自己容量タッチ検出モードと相互容量タッチ検出モードとの何れでも動作可能な一体化されたタッチスクリーンを提供する。

本明細書において、「タッチスクリーン」は、ディスプレイとタッチパネルとの両方を備える装置であり、そのため、ディスプレイとしてとタッチパネルとしてとの両方で（同時である必要はないが）操作可能である。「一体化された」によっては、少なくとも幾つかの構成要素がタッチパネルとディスプレイとの両方で共通していることを意味する。

本発明の第１態様が提供する一体化されたタッチスクリーンは、自己容量タッチ検出モードと相互容量タッチ検出モードとの何れでも動作可能であり、２次元マトリックス状の行と列とに配列された複数のディスプレイ画素を備え、各画素行は対応付けられたディスプレイ制御線を備え、各画素列は対応付けられたディスプレイデータ線を備え、各画素は画素電極を備え、共通電極と前記ディスプレイデータ線に前記画素電極を選択的に接続するためのディスプレイ制御スイッチとは前記画素に対応付けられており、前記ディスプレイ制御スイッチは、前記画素に対応付けられた前記ディスプレイ制御線に接続された制御端子を備え；マトリックス状タッチ素子は前記ディスプレイ画素に画定されてもよく、１つのタッチ素子はｎ×ｍ群のタッチユニットセルを含み、１つのユニットセルはｋ×ｊ群のディスプレイ画素から構成され、ｋは画素の行数であり、ｊは画素の列数であり；前記タッチユニットセルに含まれる前記ディスプレイ画素の前記共通電極は、電気的に一緒に接合されて、前記タッチユニットセルのための共通電極を形成し；前記タッチ素子に含まれる前記ユニットセルの前記共通電極は、前記タッチ素子のための共通電極を形成し；１つのタッチユニットセルは、行方向に延伸するａ本の導電線と、列方向に延伸するｂ本の導電線と、を備えてもよく、ａ≦ｋ、かつｂ≦ｊ、かつａおよびｂの少なくとも一方は非０であり、；１つのタッチ素子に含まれるあるユニットセルの前記（ａ＋ｂ）本の導電線の各々は、該タッチ素子に含まれる別ユニットセルの各導電線に接続されており、前記タッチユニットセルは２つのスイッチ構成を備えることができ、一方は第１タッチデータ線に前記タッチ素子の前記共通電極を選択的に接続するためのスイッチ構成であり、他方は第２タッチデータ線に前記タッチユニットセルの前記共通電極を選択的に接続するためのスイッチ構成であり；該タッチスクリーンは、コントローラを備えてもよく、前記コントローラは、少なくとも１つのタッチ素子について、前記コントローラが、前記タッチ素子の前記共通電極に励起電圧を印加し、前記タッチ素子によって生じた信号を検出する自己容量検出モードと、前記コントローラが、少なくとも１つのタッチ素子の前記共通電極に励起電圧を印加し、前記マトリックス状タッチ素子の少なくとも１つの別のタッチ素子において生じる信号を測定する相互容量検出モードと、の何れでも動作するように適合されている。

本発明のタッチスクリーンにおいて、「タッチ素子」は、ｎ×ｍマトリックス状タッチユニットセルによって構成されており、タッチ素子の全タッチユニットセルは、互いに並列に接続されている。ゆえに、タッチ素子は、タッチユニットセルと同じ本数の制御線と駆動線とをそなえる‐例えば、タッチユニットセルが２本の制御線と１本の駆動線と１本の検出線とを備える実施形態において、タッチ素子も２本の制御線と１本の駆動線と１本の検出線とを備えるものである。タッチ素子を形成するユニットセルの数は、使い易さのために望まれるサイズのタッチ素子を提供するように選択されてもよい。タッチ素子に含まれるユニットセルの共通電極は、電気的に一緒に接続されて、タッチ素子のための共通電極を形成してもよい。これはしかしながら不可欠ではない‐タッチ素子のユニットセルの共通電極が直接的には電気的に一緒に接続されていなくても、各ユニットセルは駆動／検出電極から同じ制御信号を受信できるので、タッチ素子内のユニットセルのための共通電極の集合は、接続されていなくても、タッチ素子のための単一共通電極としてやはり機能する。

行方向に延伸するａ本の導電線と列方向に延伸するｂ本の導電線とは、タッチ検出機能を可能にするように設けられており、ディスプレイ機能を提供するために必要なディスプレイ制御線とディスプレイデータ線とに追加的である。行方向に延伸するａ本の導電線と列方向に延伸するｂ本の導電線とは、タッチ検出機能を実施するために必要な導電線に過ぎない。）幾つかの実施形態において、行方向に延伸する１本以上の導電線および／または列方向に延伸するｂ本の導電線は、画素の開口率を等しくするためだけに設けられた「ダミー」線である。

同様に、２つのスイッチ構成は、ディスプレイ機能を提供するために必要なディスプレイ制御スイッチに付加的である。（なお、２つのスイッチ構成は、機能レベルで、第１タッチデータ線にタッチユニットセルの共通電極を選択的に接続するためのスイッチ構成と第２タッチデータ線にタッチユニットセルの共通電極を選択的に接続するためのスイッチ構成とを提供できれば、共通構造であるスイッチ構成によって、構成されてもよい。あるいは、２つのスイッチ構成は、分離構造であるスイッチ構成らによって実施されてもよい。）画素毎に少なくとも３つの追加スイッチ（トランジスタ）を必要とするＵＳ８３９０５８２と対照的に、本発明は、２つのみのスイッチ構成がタッチユニットセル毎に設けられることを必要とし、すなわち、ｋ×ｊ群のディスプレイ画素の各群に２つのスイッチ構成のみを必要とする。好ましくはしたがって、１つのタッチユニットセルにあるスイッチ構成は、該２つのスイッチ構成のみである。さらに、幾つかの実施における各スイッチ構成は、タッチ機能は２つのみの追加トランジスタが１つのｋ×ｊ群のディスプレイ画素に設けられることを必要とするように、単独のスイッチ（例、単独のトランジスタ）から構成されてもよい。

ｎおよびｍの値は、タッチ素子が所望のサイズを備えるように、典型的には高さおよび幅が数ｍｍであるように、選択されてもよい。これは通常、ｎおよびｍの両方が１より大きいことを必要とするもので、例えば１つのタッチ素子は４行の８つのタッチユニットから成ってもよい。原理的にはしかし、１つのタッチ素子は、タッチ素子のサイズがそれで適切ならば、たった１つのタッチユニットセル（すなわちｎ＝ｍ＝１）から成ることもできる。

複数のユニットセルによって形成された１つのタッチ素子は、より低い抵抗率を示す；これによって、より高い周波数の動作が可能になり、より高い周波数の動作はより高い標本率を意味し、より高い標本率は信号対雑音比を改善して最終的にタッチ検出の精度を改善する。ユニットセルを２つのサブユニットに分離することができ、各サブユニットには２つのスイッチ構成の一方のみが設けられる。各タッチ素子はそして、これらサブユニットセルの各々の少なくとも一方を含む必要があるだろう。この変形はしかし、本明細書に開示されたアイデアの代替的実施として扱われる。

１つのタッチユニットセルにおいて、行方向に延伸する前記ａ本の導電線は、該タッチユニットセルに含まれるディスプレイ画素の異なる行に配置されてもよい。行方向に延伸する導電線の本数は、１つのタッチユニットセルにおける表示画素の行数以下であるので、これは、各ディスプレイ画素行が多くとも１本の追加導電線を含み、それによって開口率の低減を最小化することを意味する。さらに、ａ＝ｋならば、全画素行に１本の導電線を設けることができ、これは、ディスプレイ画素全体の開口率を均一化する一助となる。

加えてまたは代わりに、１つのタッチユニットセルにおいて、列方向に延伸する前記ｂ本の導電線は、該タッチユニットセルに含まれるディスプレイ画素の異なる列に配置されてもよい。

前記自己容量タッチ検出モードにおいて、使用中のコントローラは、前記第１タッチデータ線または前記第２タッチデータ線を経て共通電極に励起電圧を印加してもよい。

前記相互容量タッチ検出モードにおいて、使用中のコントローラは、前記第１タッチデータ線または前記第２タッチデータ線を経て共通電極に励起電圧を印加してもよい。

前記一方のスイッチ構成は、第１タッチ制御スイッチを備えてもよく、前記第１タッチ制御スイッチは、前記第１タッチデータ線と前記共通電極との間に接続され、第１タッチ検出制御線に接続された制御端子を有する。

前記他方のスイッチ構成は、第２タッチ制御スイッチを備えてもよく、前記第２タッチ制御スイッチは、前記第２タッチデータ線と前記共通電極との間に接続され、第２タッチ検出制御線に接続された制御端子を有する。

前記第１タッチ制御スイッチは、前記タッチ素子に含まれる前記ディスプレイ画素のうちの第１ディスプレイ画素に配置されてもよく、前記第２タッチ制御スイッチは、前記タッチ素子に含まれる前記ディスプレイ画素のうちの第２ディスプレイ画素に配置されてもよく、前記第２ディスプレイ画素は、前記第１ディスプレイ画素と異なる。

前記第２ディスプレイ画素は、前記第１ディスプレイ画素と異なるディスプレイ画素行にあってもよい。

前記第２タッチ検出制御線は、前記第１タッチ検出制御線と異なるディスプレイ画素行に配置されてもよい。重ねて、これは、ディスプレイ画素全体の開口率を均一化する一助となる。

前記第１タッチデータ線は、前記第１画素の前記画素電極に接続可能な前記ディスプレイデータ線から区別されてもよく、前記第２タッチデータ線は、前記第２画素の前記画素電極に接続可能な前記ディスプレイデータ線から区別されてもよい；例えば第１タッチデータ線および第２タッチデータ線は、１つのタッチユニットセルに設けられた２本の導電線によって構成されてもよい。本発明の他の実施において、しかし、第１タッチデータ線はディスプレイデータ線のうちの１本からなってもよく、および／または、第２タッチデータ線はディスプレイデータ線のうちの１本からなってもよい。

前記第１タッチ検出制御線と前記第２タッチ検出制御線とは、互いからと前記ディスプレイ制御線からと区別されてもよい。

前記一方のスイッチ構成はさらに、第３タッチ制御スイッチを備えてもよく、前記第３タッチ制御スイッチは、前記第１タッチ制御スイッチと直列に、前記第１タッチデータ線と前記共通電極との間に接続され、第３タッチ検出制御線に接続された制御端子を有する。これによって、同じ行にあるタッチパネル素子を異なる状態にすることができ、動作のフレキシブル性を高めることができる。

あるいは、前記他方のスイッチ構成はさらに、第３タッチ制御スイッチを備えてもよく、前記第３タッチ制御スイッチは、前記第２タッチ制御スイッチと直列に、前記第２タッチデータ線と前記共通電極との間に接続され、第３タッチ検出制御線に接続された制御端子を有する。これによって、同じ列にあるタッチパネル素子を異なる状態にすることができ、動作のフレキシブル性を高めることができる。

前記第３タッチ制御スイッチは、前記タッチ素子に含まれる前記ディスプレイ画素の内の第３ディスプレイ画素に配置されてもよく、前記第３ディスプレイ画素は、前記第１ディスプレイ画素および前記第２ディスプレイ画素と異なる。

前記第３タッチ検出制御線は、前記第１タッチ検出制御線および前記第２タッチ検出制御線と異なるディスプレイ画素行にあてもよい。これは、ディスプレイ画素全体の開口率を均一化する一助となる。

前記コントローラはさらに、少なくとも１つのタッチ素子について、前記タッチ素子の前記共通電極を前記第１タッチデータ線と前記第２タッチデータ線との両方から分離するように動作可能であってもよい。

前記コントローラはさらに、少なくとも１つのタッチ素子について、前記タッチ素子の前記共通電極を前記第１タッチデータ線と前記第２タッチデータ線との両方に同時接続するように動作可能である。

前記第１タッチデータ線と前記第２タッチデータ線とは、前記ディスプレイデータ線から区別されてもよく、例えば、１つのタッチユニットセルに設けられた２本の導電線によって構成されてもよい。この実施形態において、前記コントローラは、少なくとも１つの前記タッチ素子に励起電圧を供給する間に、前記少なくとも１つのタッチ素子に含まれるディスプレイ画素行らから異なるディスプレイ画素行における１つ以上のディスプレイ画素にディスプレイデータを同時書き込みするように動作可能であってもよい。

前記第１タッチデータ線と前記第１タッチデータ線との少なくとも一方は、行方向に延伸してもよく、１つのディスプレイ画素行に設けられてもよい。

或いは、本発明の他の実施において、第１タッチデータ線はディスプレイデータ線のうちの１本によって構成されてもよく、および／または、第２タッチデータ線はディスプレイデータ線のうちの１本によって構成されてもよい。これによって、タッチ機能をじっすするために１つのタッチユニットセルに設けられる必要がある導電線の本数が低減されるが、ディスプレイ機能とタッチ機能とを同時提供できなくなるかもしれない。

前記ｋ×ｊ群のディスプレイ画素は、ｋ≧２またはｋ≧３であってもよく、および／またはｊ≧２であってもよい。一実施形態においてｋ＝ｊ＝２であり、別の一実施形態においてｋ＝３かつｊ＝２である。

前記第１ディスプレイ画素と前記第２ディスプレイ画素とは、異なるディスプレイ画素列にあてもよい。

本発明に係るタッチパネルにおいて、タッチ素子は、２つ以上の可能な機能（駆動（ディスプレイ）および検出；駆動（ディスプレイ），検出および非接続；あるいは駆動（ディスプレイ），検出，非接続および短絡など）のうちの１つを備えるように選択されてもよい。幾つかの実施形態において、タッチ素子の機能は、タッチ素子の行（または列）にで、タッチ素子の他の行（または列）で選択された機能から独立に、選択可能である。他の実施形態において、タッチ素子の機能は、他のタッチ素子で選択された機能から独立に選択可能である。

本発明が関する容量タッチパネルの形状、サイズ、および機能は、薄膜トランジスタら（ＴＦＴら）のアクティブマトリックスによって選択可能であり、該ＴＦＴらは、ディスプレイ電子基板に一体化されており、複数のディスプレイ画素にわたって分配されている。

該タッチパネルは、タッチパネル素子の集合から成る。これらタッチパネル素子は、アドレス線およびＴＦＴらによって駆動素子または検出素子として振る舞うように選択されることができ、これら線およびＴＦＴらはアクティブマトリックスを形成する。検出素子は、自己容量モードで互いから独立に働いたり、駆動素子として機能する他のタッチ素子と関連付けられて相互容量モードで働いたりすることができる。複数のタッチパネル素子は、駆動素子として作動される１つのタッチパネル素子と連動して、該駆動素子によって投射された電場の異なる領域を独立に検出するように、検出素子として動作されてもよい。

本発明のタッチスクリーンが相互容量検出モードで動作されているとき、隣接する２行（または２列）以上のタッチパネル素子は駆動素子として選択されることができ、および／または、隣接する２行（または２列）以上のタッチパネル素子は検出素子として選択されることができる。ゆえに、幾つかのタッチパネル素子は、構成された検出または駆動電極として一致して働く群として、素子群の全体的なサイズおよび形状によって決定されるサイズおよび形状を有するように、選択されることができる。検出電極群は、自己容量モードで働いたり、他の駆動電極らまたは駆動電極群らと連動して相互容量モードで働いたりすることができる。タッチ素子群も、前述のＴＦＴらとアクティブマトリックスの線らの信号との組み合わせによって出来上がる。

１つのタッチパネル素子のＴＦＴら信号線らおよびは、ディスプレイ画素と同じ電子基板に一体化されていてもよく、場合によっては、ディスプレイシステムと信号線らおよびＴＦＴらを共有してもよい。タッチ素子のＴＦＴらおよび信号は、該素子によってカバーされるエリア内の特定位置に位置する必要はないが、タッチ素子に関連付けられた複数の画素の間に配置されてもよい。同じ電子基板にタッチ機能とディスプレイ機能とが統合されているが、本発明の幾つかの実施形態では、タッチパネルとディスプレイとを同時駆動できる。

自己容量（または表面容量）タッチパネルの概略図である。 相互容量（または投射容量）タッチパネルの概略図である。 タッチスクリーンの概略断面図を示す。 一体化されたタッチおよびディスプレイ層を有するタッチスクリーンの概略断面図である。 本発明の一実施形態に係るアクティブマトリックスタッチパネルの概略図である。 本発明の一実施形態に係るタッチパネルの２つのタッチユニットセルの等価回路図である。 本発明の一実施形態に係るタッチパネルにおけるタッチユニットセルとタッチ素子との間の関係を示す。 自己容量タッチパネルの素子として動作している図５Ａの１つのタッチユニットセルの等価回路図である。 自己容量動作の２段階方法を示す。 自己容量動作の別の２段階方法を示す。 相互容量タッチパネルの素子として動作している図５Ａの前記タッチユニットセルの等価回路図である。 図５Ａのタッチ素子で可能な３つの機能パターンの概略図である。 本発明を実施する一体化されたアクティブマトリックスタッチパネルの部分平面図である。 図６Ａのタッチパネルの可能な駆動スキームを示す。 本発明を実施する別の一体化されたアクティブマトリックスタッチパネルの部分平面図である。 本発明の別の一実施形態に係るタッチパネルの２つのタッチユニットセルの等価回路図である。 図９Ａの前記２つのタッチユニットセルの動作を示す。 図９Ａのタッチユニットセルで可能な３つの機能パターンの概略図である。 図９Ａの修正タッチユニットセルで可能な３つの機能パターンの概略図である。 本発明の別の一実施形態に係るタッチユニットセルのタッチ素子の等価回路図である。 本発明を実施する別の一体化されたアクティブマトリックスタッチパネルの部分平面図である。 本発明を実施する別の一体化されたアクティブマトリックスタッチパネルの部分平面図である。

本発明が提供する容量タッチセンサは、例えば、タッチパネルディスプレイシステムまたは類似物に用いられてもよい。図３Ａは、タッチスクリーンの一例の、すなわち、ディスプレイとタッチパネルとの組み合わせの断面３０の概略図を示す。タッチパネル３１とディスプレイ３２とは物理的に分離されており、積層の順序と編成とは異なってもよいが、典型的にタッチパネルはカバーガラスよりも下に配置される。タッチパネルコントローラ３３とディスプレイドライバ３４とは、タッチパネル機能とディスプレイ機能とを各々制御する。あるいは、図３Ｂの断面３６に示すように、ディスプレイとタッチセンサとは、その他のディスプレイ層の間に挟まれている同一層３７に一体化されてもよい。

図４は、アクティブマトリックスタッチパネルの原理を図示する。タッチパネル４０は複数のタッチ素子４１を備え、各タッチ素子４１は複数のユニットセル４２から成り、ユニットセル１つは、タッチ機能を完備する最小構造として規定される。ユニットセル１つは、複数のディスプレイ画素４５をカバーする。各タッチ素子は、複数の信号線４３，４４に接続されている。あるタッチ素子上の信号線４３，４４の交差は、タッチ素子の機能が特定組の信号線によって制御されることを象徴する。タッチ素子１つに対して水平線が１本のみと垂直線が１本のみとあることを意味せず、水平方向と垂直方向とに、または、特定実施形態で必要な任意の他の角度に、複数の線があることを意味する。タッチ素子１つでの信号線の交差は、図示の都合上、特定タッチユニット上に描かれているが、該交差が特定ユニットセルに何らか対応付けられていることを必ずしも意味するものでない。タッチパネル素子とユニットセルとディスプレイ画素との間の機能関係は、実施形態の説明において続いて詳述されるものであり、この図のみから推定されるべきではない。

図５は、本発明の実施形態の理解のための出発点となる基本設計の概略図であり、該基本設計を、後述する。２つのタッチユニットセル５００，５０１は、相互容量５０５を介して互いに影響する。これらのタッチユニットセルは、容量５０３，５０４を各々介して、物体の、この場合は人の指５０６の存在によっても影響される。

タッチユニットセル５００で、容量５０３，５０５は共通ノード５５０に接続されており、共通ノード５５０は、容量５０３，５０５の導電板をアクティブマトリックス回路に連結する導電素子である。電気スイッチ（例えば、図５ＡにおけるＴＦＴらなどのトランジスタ）５２０，５２１は、データ線５４０，５４１の何れが共通ノード５５０へ接続されるかを選択するために用いられる。この選択は、ゲートノード５３０，５３１での電圧に依存し、該電圧は各制御線５１０，５１１に制御される。ゲート５３０が高位のとき、トランジスタ５２０はデータ線５４１を共通ノード５５０に接続する。ゲート５３１が高位のとき、トランジスタ５２１はデータ線５４０を共通ノード５５０に接続する。

タッチユニットセル５０１で、容量５０４，５０５は共通ノード５５１に接続されており、共通ノード５５１は、容量５０５，５０４の導電板をアクティブマトリックス回路に連結する導電素子である。トランジスタ５２２，５２３は、データ線５４２，５４３の何れが共通ノード５５１へ接続されるかを選択するために用いられる。この選択は、ゲートノード５３２，５３３での電圧に依存し、該電圧は各制御線５１２，５１３に制御される。ゲート５３２が高位のとき、トランジスタ５２２はデータ線５４３を共通ノード５５１に接続する。ゲート５３３が高位のとき、トランジスタ５２３はデータ線５４２を共通ノード５５１に接続する。トランジスタゲート５３０，５３１，５３２，５３３は、制御線５１０，５１１，５１２，５１３によって各々作動される。

理解されるように、各タッチユニットセルは、２本の制御線と２本のデータ線とを有する。タッチユニットセル５００は、２本の制御線５１０，５１１と２本のデータ線５４０，５４１とを有し、一方、タッチユニットセル５０１は、２本の制御線５１２，５１３と２本のデータ線５４２，５４３とを有する。この実施形態において、２本の制御線と１本のデータ線５４０（または５４２）は、行方向に概ね沿って延伸し、残りのデータ線５４１（または５４３）、列方向に概ね沿って延伸するが、本発明は、制御線と信号線とについてこの構成に限られるものではない。

図５Ａの制御線５１０，５１１（５１２，５１３）と図５Ａのデータ線５４０，５４１（５４２，５４３）は、タッチ機能を実施するので、「タッチ制御線」と「タッチデータ線」として各々見做されてもよい。ただし、例えば、データ線を「タッチデータ線」として参照することは、該データ線がタッチ機能のみを実施することを必ずしも意味するものでない―後述する幾つかの実施形態において、データ線は、タッチ機能とディスプレイ機能との両方を実施するために用いられてもよく、原理的に制御線は、タッチ機能とディスプレイ機能との両方を実施するために用いられてもよい。また、制御［データ］線は、明確性のために必要な場合、「タッチ」制御［データ］線」または「ディスプレイ」制御［データ］線」として明細書中に明確に参照される。

データ線５４０，５４１（５４２，５４３）は、データ線に駆動信号を供給するための各駆動回路（不図示）に接続されている。加えて、一方のデータ線は、検出回路（不図示）にも接続されて、自己容量モードでの動作を可能にする。なお、前述において、列方向に概ね沿って延伸するデータ線５４１（５４３）が検出回路に接続されていると想定してもよいが、これは例示に過ぎず、本発明はこの構成に限られるものではない。したがって、データ線５４１は「検出データ線」（または「検出/駆動データ線」）として見做されてもよく、データ線５４０は「駆動データ線」として見做されてもよい。好ましくは、データ線５４１（５４３）に接続された駆動回路と検出回路とは、複合駆動／検出回路として実現される。駆動回路と駆動／検出回路とは、タッチパネルコントローラ（図３Ａ，３Ｂに３３として示す）内に便宜的に適宜構成されてもよい。

後述するように、タッチユニットセルは、ディスプレイ画素の群に、典型的に直交群に形成される。これら画素の共通電極は、一緒に連結されて、タッチユニットセルの共通電極を形成する。タッチユニットセルは、そのため、１００μｍオーダまたは数百μｍオーダの典型的な大きさを有しがちであるので、タッチパネルの使用便宜のために望まれるよりも小さくてもよい。実際の実施において、１つ以上のユニットセル（５００、図５Ａにおいて）は、並列に接続されて、１つのタッチ素子を形成してもよい。これらユニットセルの共通電極は、一緒に接続されており、該タッチ素子の共通電極を形成する。１つのタッチ素子を形成するユニットセルの数は、使用容易のために望まれるサイズの、例えば、４ｍｍ幅かつ２ｍｍ高さのタッチ素子を提供するように選択される。ゆえに、１つのタッチ素子におけるユニットセルの数は、数百程度に多くてもよい。１つのタッチ素子を構成するユニットセルの制御線とデータ線とは、各々一緒に接続されるので、該タッチ素子は、１本の制御Ａ線、１本の制御Ｂ線、１本の駆動線、および１本の検出線を有する。１つのタッチパネルは、マトリックス状に配置された１つ以上のこれらタッチ素子のアレイ、ならびに各制御線および各データ線への接続線によって形成されている。（なお、原理的に１つのタッチ素子は、適切サイズのタッチ素子を提供できるのであれば、１つのタッチユニットセルから構成されてもよい。）
これは、図５Ｂにおいて一例として図示される。図５Ｂが上段で示す１つのタッチユニットセルは、２本の制御線５１０，５１１（すなわち「制御Ａ」，「制御Ｂ」）と駆動データ線５４０と検出データ線５４１とを有し、破線で示されるマトリックス状ディスプレイ画素として実現されている。（後述のように、図５Ｂにおけるタッチユニットセルに示される３×２マトリックス状ディスプレイ画素は、例示に過ぎず、本発明はこれに限られない。）図５Ｂはさらに、各タッチ素子が複数のユニットセル―例えば、４行８列のユニットセル（３２ユニットセル）―から成り、タッチパネルが複数のタッチ素子―例えば、５行９列のタッチ素子（４５タッチ素子）から成ることを示している。タッチパネルは、５本の制御Ａ線（各行のタッチ素子に対して１本）と、５本の制御Ｂ線（各行のタッチ素子に対して１本）と、５本の駆動線（各行のタッチ素子に対して１本）と、を有する。５本の制御Ａ線は、互いに独立にアドレス可能であるが、図５Ｂに示すように、共通バスにおいて一緒の群にされてもよい。５本の制御Ｂ線と５本の駆動線とは同様に、各共通バスに配置されてもよいが、線の個別性は維持される。同様に、パネルは、９本の検出線（各列のタッチ素子に対して１本）を有し、９本の検出線は、個別にアドレス可能であるが、検出バスにおいて一緒に群にされてもよい。

なお、本発明は、（１つのタッチ素子が１より多くのユニットセルを含む場合に、）１つのタッチ素子における各タッチユニットセルが、互いに同一であることを、必ずしも要求するものではない。上述のように、最低限要求されることは、１つのタッチ素子が、該タッチ素子の共通電極を検出データ線へ接続するためのスイッチ構成と、該タッチ素子の共通電極を駆動データ線へ接続するためのスイッチ構成と、を含むことである。しかしながら、全タッチユニットセルを互いに同一に、スイッチ構成が各ユニットセルに設けられるように構成することによって、タッチパネルの設計を簡素化してもよい。

上述の回路は、制御線のステータスに依存して、自己容量モードまたは相互容量モードで動作でき、該ステータスはタッチパネルコントローラによって選択される。図５Ｃは、自己容量モードで１つのタッチユニットセルを動作する一例を図示する。制御線５１０，５１１は、高位と低位とに各々ある。ゆえに、電子スイッチ５２０は閉じており、電流の通過を可能にしている。一方、電子スイッチ５２１は開いており、電流の通過の通過を阻害している。これら条件下で、容量５０３，５０５はデータ線５４１に接続される。タッチパネルコントローラ３３は、その後、知らされた電圧信号で線５４１を励起してもよく、該線の容量を線５４１に接続された駆動／検出回路を介して、例えば合成電流を検出することによって、判断してもよい。この容量値および／またはこの容量値の変化を分析することによって、タッチパネルコントローラは、指５０６などの物体の接近に関する情報を推測できる。

制御線５１０，５１１が高位と低位とに各々あるとき、スイッチ５２０は、この対の制御線によって制御される行のタッチ素子の各タッチユニットセルにおいて、閉じるものである。タッチ素子は、適切な励起電圧を１つのタッチ素子の検出線５４１へ印加することと、合成信号を検出することと、その後に同行の他のタッチ素子に順にこれを繰り返すことと、によって１つずつ駆動されてもよい。この手順は、タッチ素子の他の一行について繰り返されてもよく、その他も同様である。あるいは、コントローラは、一行の全タッチ素子を同時に励起および検出してもよい。

図５Ｃにおいて、タッチ素子が電圧信号によって励起されている間、合成信号は検出される。代替案として、図５Ｄは、２段階自己容量動作メソッドを図示する。第１段階において、（スイッチ５２０は開いており、）タッチユニットセルは、駆動線５４０とスイッチ５２１とを介して共通ノード５５０に励起信号を印加することによって、動作する。ここで、励起信号はノード５５０に接続された容量を充電する。第２段階において、図５Ｄの右手側に示すように、スイッチ５２１は開いており、スイッチ５２０は閉じているので、共通ノードは検出線５４１に接続されている。容量５５０に蓄えられた電荷は、そして、検出線５４１を通って放電され、検出回路によって測定される。あるいは、図５Ｅのように、第１段階は、線５４１を通じたタッチユニットセルの励起によってノード５００の容量を充電することから成り、続いて、次の放電（段階２）も線５４１を通じてもよい。

図５Ｆは、相互容量モードで２つのタッチユニットを動作する一例を図示する。制御線５１０，５１１，５１２，５１３は、低位，高位，高位，低位に各々あり、タッチユニットセル５００を駆動状態にし、タッチユニットセル５０１を検出状態にする。なお、本発明の実際の実施において、図５Ｂの例に示すように、制御線５１０，５１１（５１２，５１３）は一行のタッチ素子の全長を超えて延伸するものである。ゆえに、タッチユニット５００が駆動素子として動作する間に、図５Ｄのタッチユニットセル５０１が自己容量検出モードで検出素子として動作するためには、タッチユニットセル５０１がタッチユニットセル５００と異なる行のタッチ素子内にある必要がある。

制御線５１０，５１１，５１２，５１３を、低位，高位，高位，低位に各々することによって、スイッチ５２０，５２１，５２２，５２３は、各々、開き、閉じ、閉じ、開く。この条件下で、ノード５５０はデータ線５４０に接続され、一方、ノード５５１はデータ線５４３に接続される。タッチパネルコントローラ３３は、その後、線５４０に接続された駆動回路を介して知らされた信号（図５Ｃ，５Ｄの自己容量モードで用いられた信号と同じでも異なってもよい）でデータ線５４０を励起してもよく、データ線５４３に接続された検出回路または駆動／検出回路によってデータ線５４３を通じて戻り信号を読み出してもよい。すなわち、タッチユニットセル５００は「駆動」状態であると見做されてよく、タッチユニットセル５０１は「検出」状態であると見做されてよい。実際に応じて、図５Ｆの構成においてタッチパネルユニットセル５００，５０１は、自己容量測定スキームで駆動電極および検出電極として各々振る舞う。

両スイッチ５２０，５２１が同時に開いているとき、タッチユニットセル５００は、非接続（本明細書で、「ＮＣ」）状態にある。この条件下で、ノード５５０と続いて容量５０３，５０５とは、両データ線５４０，５４１からと続いてタッチ回路の残部からと隔離されている。この状態は、全てのタッチ素子で検出したくないときに有用なことがあり、省エネルギー化に導くことができる。あるいは、両スイッチ５２０，５２１が閉じているとき、ノード５５０は両データ線５４０，５４１に接続されており、この状態を本明細書で「短絡」状態として参照する。この「短絡」状態は、寄生容量を放電するなどの様々な付属タスクのために用いられてもよい。

上述のようなタッチ素子は、制御線とデータ線とを用いることによる機能に準じて一緒の群にされてもよく、結果的に異なる形状とサイズとのタッチ群になってもよい。個別のタッチ素子またはタッチ素子群は、自己容量検出電極として働いてもよい。あるいは、駆動および検出機能を備えるタッチ素子またはタッチ素子群を複合することによって、タッチパネルは相互容量モードで動作してもよい。図５Ｇは、図５Ｃの回路スキームで可能な機能パターン例を示す。この例において、仮にタッチユニットセル５００がオン状態に、例えば駆動状態に、適切な制御電圧を制御線５１０，５１１に供給することによってされているならば、制御線５１０，５１１に対応付けられた他全てのタッチユニットセルも、同じ状態にされるものである。同様に、仮にタッチ素子５０１がある状態に、例えば検出状態に、適切な制御電圧を制御線５１２，５１３に供給することによってされているならば、制御線５１２，５１３に対応付けられた他全てのタッチユニットセルは、同じ状態にされるものである。これは、ＮＣ状態や短絡状態でも真である。したがって、なお、図５Ｂの例のように、一行の全タッチ素子が同じ制御線５１０，５１１（５１２，５１３）によって制御されるタッチパネルにおいて、一行の全タッチ素子は、図５Ｇのパターンに示すように同じ状態になければならない。

本発明の第１実施形態は図６に示され、図６は、図５Ａ〜図５Ｆに記載された一般構造を有するタッチパネルユニットセルが、３×２群に編成された６つのディスプレイ画素（すなわち、３行２列のディスプレイ画素）の群に一体化されている本発明の一実施形態に係るタッチパネルの部分平面図である。１つのタッチユニットセルのみを図６に示す。不連続線は、ディスプレイ画素（６００）の典型構造を囲む。この実施形態は、フルカラーディスプレイに関するので、ディスプレイ画素６００は、赤と緑と青とのサブ画素から成り、各サブ画素は、画素電極６０１Ｒ，６０１Ｇ，６０１Ｂと共通電極６０２（通例、ＶＣＯＭ電極として参照される）とディスプレイゲート線６０３とディスプレイトランジスタ６０４，６０５，６０６とＲ，Ｇ，Ｂディスプレイデータ線６０７，６０８．６０９とを適宜有する。（図６において区別するために、第１画素列のためのＲ，Ｇ，Ｂディスプレイデータ線は、６０７Ａ，６０８Ａ，６０９Ａと付票されており、第２画素列のためのＲ，Ｇ，Ｂディスプレイデータ線は、６０７Ｂ，６０８Ｂ，６０９Ｂと付票されている。同様に区別するために、上画素行のためのディスプレイゲート線は、６０３Ｘと付票されており、第２画素行のためのディスプレイゲート線は、６０３Ｙと付票されており、以下同様である。）
従来ディスプレイにおいて、画素電極６０１Ｒ，６０１Ｇ，６０１Ｂが所望映像をディスプレイするように駆動できなければならないので、ディスプレイ画素には、ディスプレイゲート線６０３とＲ，Ｇ，Ｂディスプレイデータ線６０７，６０８，６０９とが設けられたものだった。図６の実施形態においてしかしながら、各画素は、ディスプレイゲート線の下に水平導電線の追加部１つと、画素の右に垂直導電線の追加部１つとを有する。水平導電線のこれら追加部と、垂直導電線の追加部の一式と、はある行または列での隣接画素間で互いに連続し、３×２画素アレイに結合して、（本例において行方向に延伸している）タッチ制御線５１０，５１１と（本例において行方向および列方向に各々延伸している）タッチデータ線５４０，５４１とを構成する。

従来ディスプレイにおいて、画素電極６０１Ｒ，６０１Ｇ，６０１Ｂを選択的にＲ，Ｇ，Ｂディスプレイデータ線６０７，６０８，６０９に接続またはから分離できなければならないので、ディスプレイ画素にはさらに、ディスプレイトランジスタ６０４，６０５，６０６が設けられたものだった。図６の実施形態においてしかしながら、さらに２つのトランジスタ５２０，５２１がタッチパネル素子内に設けられている。トランジスタ５２０は、図６の左列の画素の内の一画素の共通電極とタッチデータ線５４１との間に接続されており、タッチ制御線５１０に接続されたゲートを有する。トランジスタ５２１は、図６の右列の画素の内の一画素の共通電極とタッチデータ線５４０との間に接続されており、タッチ制御線５１１に接続されたゲートを有する。トランジスタ５２０，５２１は、６つの画素のうち２つの画素（図６の例において、中左と下右）にのみ設けられている。

各画素は、ディスプレイゲート線の下に水平導電線の追加部１つと、画素の右に垂直導電線の追加部１つとを有する。水平導電線のこれら追加部と、垂直導電線の追加部の一式と、はある行または列での隣接画素間で互いに連続し、３×２画素アレイに結合して、（本例において行方向に延伸している）タッチ制御線５１０，５１１と（本例において行方向および列方向に各々延伸している）タッチデータ線５４０，５４１とを構成する。右中と右下との画素など幾つかの画素において、導電線（６１０）の垂直部は、タッチ検出データ線５４０とトランジスタ５２１との間の内部相互接続として機能する。右上の画素など他の画素において、導電線（６１１）の垂直部は、構造全域の開口率の均一性を保証するために備えられたダミー電極である。（導電線６１１´の垂直部は、導電線６１１の垂直部に対応するダミー電極であるが、図６に示すタッチパネルユニットセルより下のタッチパネルユニットセルのためのものである。）
あるタッチ素子に含まれる画素らのＶＣＯＭ電極６０２は、該タッチ素子と概ね同じサイズを有する共通ＶＣＯＭ電極を形成する。なお、あるタッチ素子における全画素のＶＣＯＭ電極は、一緒に電気的に接続されてもよく、これは図６に、ユニットセル内の画素らのＶＣＯＭ電極を互いに接続する導電ブリッジ６２０，６２１によって、およびユニットセル内の画素らのＶＣＯＭ電極を隣接ユニットセル内の画素ら（非図示）のＶＣＯＭ電極に接続する更なる導電ブリッジによって象徴されている。（なお、図６のタッチユニットセルはタッチ素子内の左上タッチユニットなので、ＶＣＯＭ電極が図６に示すタッチ素子より左または上のタッチユニットセル電極に接続されているようには、これらは同じタッチ素子内にないので、示さない。）ただし、当業者にとって、タッチ素子のサイズであり覆われる全画素によって共用される連続ＶＣＯＭ電極を作成するなど、様々な方法で実際に成されてもよい。この共通ＶＣＯＭ電極は、そして、ノード５５０へ電気的に接続され、この方法では、共通ＶＣＯＭ電極は物理的に、容量５０３，５０５の導電板の一方になる。

なお、図６に示す３×２のディスプレイ画素群は、この実施形態において、タッチユニットセルも設けることができる最小画素群である。しかしながら、この最小画素群よりも大きな画素群が、タッチユニットセルを設けるために用いられてもよい。

図５Ａ，図５Ｃ〜図５Ｆに示された一般構造を有するタッチユニットセルをディスプレイ画素の３×２群に一体化することは、各画素内の行方向の１本の追加伝導線を設けることによって、タッチ制御線５１０，５１１（５１２，５１３）と１本のタッチデータ線５４０（５４１）を設けるという利点、および各画素内の列方向の１本の追加伝導線を設けることによって、別のタッチデータ線５４１と内部相互接続として機能する導電線６１０とを設けるという利点を有する。ディスプレイ画素の３×２群はしたがって、この実施形態において、画素毎に行方向の追加導電線を１本、１本のみを設け、画素毎に列方向の追加導電線を１本、１本のみを設けながら、タッチ機能を提供するために必要な追加導電線を設けることができる最小画素群である。３×２画素ブロックよりも小さな画素ブロックにタッチユニットセルを一体化するならば、１つの画素内に行方向の２本の追加導電線を設けることを必要とするか、または、１つの画素内に列方向の２つの導電線を設けることを必要とすることになる‐これは、画素の開口率を著しく減少することがある。

なお、当業者にとって、図６に示すタッチユニットセル構造は、追加ディスプレイ画素で行方向および／または列方向に引き伸ばされてもよいので、タッチ素子は代わりに、４×２画素、５×２画素、３×３画素などを含んでもよい。タッチユニットセルに含まれるこのような追加ディスプレイ画素の何れにも、特定設計が要求するかもしれないように、タッチ検出のためのトランジスタが設けられなくてもよい（が、これら追加ディスプレイ画素は、画素が所望映像をディスプレイできるように、トランジスタ６０４，６０５，６０６に対応するトランジスタを含むだろう）。さらに、データ線５４０，５４１および／または制御線５１０，５１１，５１２，５１３の役割をスイッチすること、ならびに／あるいは水平方向と垂直方向とを逆転することは、結果的に上記実施形態のバリエーションである更なる実施形態となるだろう。タッチユニットセルに含まるこのような追加ディスプレイ画素の何れにも好ましくは、行方向のダミー導電線と列方向のダミー導電線とが、図６に示される画素のように同じ光学開口度を有するために、設けられる。

同様に、タッチ素子は、上述と同じ配慮で、追加ディスプレイ画素で行方向および／または列方向に引き伸ばされてもよい。すなわち、あるタッチ素子内の２つのタッチユニットは、互いに隣接していなくてもよく、例えば、タッチ機能を備えない一行以上または一列以上のディスプレイ画素によって引き離されていてもよい。

なお、図６は、構造の電子的／電気的構成要素のみを示す。図３Ａ，図３Ｂの偏光子、カラーフィルタ、およびディスプレイ媒体などの構成要素は、図６に示されていない。

図６に示す構造には、幾つかの新規な態様が在る。各画素は、タッチ検出するために水平導電部と垂直導電部とを有する。この一定パターンは、構造全域で均一な光学開口度を保証する。さらに、重要なことに、スイッチ素子５２０，５２１は全画素には必要でなく、タッチ素子に対応付けられた画素のうちの幾つか（図６の６つの画素のうち２つ）のみに必要であり、残りの画素はタッチ機能のためのトランジスタを含まない。これは、電子層上のスペースを節約し、設計を簡素化する。加えて、ＮＣ状態は、タッチパネルを操作するときのエネルギーを節約可能にする特徴である。エネルギー利用を最小化しなければならない用途での利用を見出されてもよい。

その上、図６の実施形態によって、タッチパネルとディスプレイとの同時動作が可能になる。ディスプレイ駆動回路とタッチ駆動回路との間のクロストークを避けるために、タッチ回路は、ディスプレイリフレッシュ周期を待っている最中の行でのみ駆動されてもよい。これは、この実施形態のタッチ機能とディスプレイ機能との独立アドレススキームによって、可能である。この特徴をタッチ素子行毎にｋ画素行と総計Ｎタッチ行とを有する構成について可能にする駆動スキームを、図７に図示する。タッチ駆動とディスプレイ駆動とは、大文字「Ｔ」と「Ｄ」とによって各々象徴される。典型的ディスプレイにおいて、ディスプレイドライバは、ディスプレイ行を順次、例えば、上から下へスキャンする。あるピクセル行は、リフレッシュされた後、ディスプレイドライバがスクリーンの残りをスキャンし終えるまで、図のディスプレイ点から不活性になる。このディスプレイ不活性時間の間、画素行は、タッチパネルによってアドレス可能である。ある行のタッチ素子に対応付けられたｋ画素行らがリフレッシュされ終えたとき、タッチパネルコントローラは、該行のタッチ素子を駆動し始めてもよい。ゆえに、タッチパネルドライバは、画素がディスプレイドライバによってリフレッシュされている最中のタッチ素子を除いて、タッチパネル全域の何処でも検出することができる。

図６の実施形態において、図５Ａのタッチデータ線５４０，５４１は、ディスプレイ電子層に追加された追加導電線として実施されている。他の実施形態において、これらのデータ線は、既存の導電線を再利用することによって実施されてもよい。図８は、そのような実施形態の一例を提供し、該例において、存在するＲＧＢディスプレイデータ線は、タッチデータ線５４０，５４１の役割を果たす。（図６と同様に、図８は、一タッチユニットセルのみを示すタッチパネルの部分平面図である。）より正確には図８において、左列の緑ディスプレイデータ線（６０８Ａ）はタッチ駆動／検出データ線５４１の役割を果たし、右列の青ディスプレイデータ線（６０９Ｂ）はタッチ駆動データ線５４０の役割を果たす。図６の垂直導電線６１０，６１１は、この実施形態において不要であり、除去されている。タッチ機能とディスプレイ機能とを分離するために、タッチ制御線５１０，５１１は、ＶＣＯＭ電極６０２から線６０９Ａ，６０９Ｂの接続を繋げたり切ったりする電子スイッチ５２０，５２１を制御している。これらタッチ制御線６１０，５１１は、ディスプレイゲート線６０３Ｘ，６０３Ｙと直交に動作する。ゆえに、この実施形態において、前述の実施形態のタッチ機能とディスプレイ機能との同時駆動は、適用できない。

図８の実施形態において、タッチ素子のユニットセルは、２×２群のディスプレイ画素として実施されてもよい。これは、タッチ駆動データ線５４０とタッチ駆動／検出データ線５４１とが既存の導電線（すなわちディスプレイデータ線）を再利用することによって実施されているため、タッチ制御線５１０，５１１のみがディスプレイ電子層に追加された追加導電線として必要であるので、可能である。タッチ制御線５１０は一画素行内に設けられることができ、タッチ制御線５１０は別の一画素行内に設けられることができる‐このため、この実施形態のタッチユニットセルは、（各画素行内に、１本の追加導電線を、１本のみの追加導電線を設けることによって）画素行間の開口率を維持しながら、２×２群のディスプレイ画素として実施されることができる。（なお、図８に示す２×２ディスプレイ画素群は、この実施形態において、タッチユニットセルを設けることができる最小画素群である。しかしながら、この最小画素群よりも大きな画素群が、タッチユニットセルを設けるために用いられてもよい。これは、図８に示さない他の行内または列内の画素のＶＣＯＭ電極へＶＣＯＭ電極を接続する更なる導電ブリッジによって、図８中で示唆されている。）
以上で示された２つの実施形態において、タッチ素子の駆動／検出／ＮＣ／短絡機能は、制御ゲートが配置されている結果として、各行のタッチ素子ごとに選択可能であり、他の行のタッチ素子で選択された機能から独立である。しかし、幾つかのタッチパネル適用例において、一連の駆動タッチ素子に垂直な方向に検出タッチ素子を有することが望ましいかもしれない。これは、行向き方法と列向き方法との両方において機能を選択可能にするため必要とされてもよい。図９Ａは図５Ａの基本回路の修正版を提示し、該修正版は、トランジスタ９００の追加とその制御のための導電線９１０の利用とによってそのような機能を提供する（その近所で第２タッチ素子５０１についてトランジスタ９０１と制御線９１１とが、同様に該図に示されている）。この回路において、スイッチ５２０，９００は、共通ノード５５０とデータ線５４１との間に直列に接続されており、異なる制御線５１０，９１０によって各々制御されている。スイッチ５２１は、図５Ａのように共通ノード５５０とデータ線５４０との間に接続されており、ゲート制御線５１１によって制御されている。回路の動作は、図９Ｂの表に纏められている。制御線の３つの組合せは、ノード５５０がデータ線らからの接続を切られているという結果になる；これは、タッチ素子が上述のＮＣ状態であることを意味する。スイッチ５２０，９００が閉じており、スイッチ５２１が開いているとき、データ線５４１がノード５５０に接続されている；これは、タッチ素子についての「検出」状態に対応する。スイッチ５２１が閉じており、スイッチ５２０，９００の少なくとも一方が開いているとき、データ線５４０がノード５５０に接続されている；これは、タッチ素子についての「駆動」状態に対応する。３つ全てのスイッチが閉じているとき、両データ線５４０，５４１がノード５５０に接続され、タッチ素子についての「短絡」状態に対応する。図９Ｃは、図９Ａの回路で可能なタッチ素子パターンの例を示す；「短絡」状態はこれらの例に示されない。

図９Ｃのタッチ素子パターンにおいて、図５Ｅのように、この場合もやはり、（制御線５１０，５１１がある行のタッチ素子のうちの全タッチ素子を制御するなら、）ある行全体のタッチ素子が駆動状態にされなければならない。しかしながら、図９Ｃに見ることができるように、ある行の全タッチ素子が検出状態にされることは不要であり、一行は検出状態のタッチ素子とＮＣ状態のタッチ素子とを含むことができる。これは追加スイッチ９００を設けることによって可能であり、追加スイッチ９００は列方向に沿って延伸する制御線９１０によって制御されるので、スイッチ９００は同じ行の異なるタッチ素子について異なる状態であることができる。

図９Ａの回路のバリエーション（図９Ｅに示す）において、スイッチ９００はスイッチ５２０と直列でなくスイッチ５２１と直列に追加されており、この構成の可能なタッチ素子パターンの例を図９Ｄにしめす；「短絡」状態は省略されている。この実施形態において、ある行全体のタッチ素子が検出状態にされなければならないが、しかし一行は駆動状態のタッチ素子とＮＣ状態のタッチ素子とを含むことができる。位置変更されたスイッチ９００は、列方向に延伸する制御線によって制御されるので、同じ行の異なる列における素子は、駆動状態またはＮＣ状態であることができる。

図１０の実施形態は、第１実施形態と第２実施形態との組み合わせに基づく、図９Ａの一実施例である。（図６と同様に、図１０は、一タッチユニットセルのみを示すタッチパネルの部分平面図である。）図１０は、３×２マトリックス状画素から形成されているタッチユニットセルを示す。ディスプレイ機能を提供するために必要なスイッチ（すなわち、カラーサブ画素毎に１つ）に加えて、タッチユニットセルは、検出および駆動機能を提供するために更に３つのスイッチ（この実施形態では、一個のトランジスタから形成されている）を有する。この実施形態におけるスイッチ９００がスイッチ５２０と同じ列の（サブ）画素内に随意的に配置されている理由は、原理的に必須ではないが、これによって、電子スイッチ５２０，５９０が、内部垂直導電線１０００によって接続されることができるからである。導電線８００，１００１は、は、構造対称性のために追加されている。この特定例において、左列の緑ディスプレイデータ線（６０８Ａ）はデータ線５４０の役割を果たし、右列の赤ディスプレイデータ線（６０８Ｂ）はデータ線５４１の役割を果たす。ＶＣＯＭ電極６０２は、前と同様に、ノード５５０に電気的に接続される。

以上、３行かける２列パターンでの実施形態を述べたが、このようなパターンに限られる必要はない。例えば、図１１は、タッチユニットセルが４行２列の画素を含む更なる実施形態を紹介する。（図６と同様に、図１１は、一タッチユニットセルのみを示すタッチパネルの部分平面図である。）ディスプレイ機能を提供するために必要なスイッチ（すなわち、カラーサブ画素毎に１つ）に加えて、この実施形態は、検出および駆動機能を提供するために３つの電子スイッチ（この実施形態では、一個のトランジスタから形成されている）を用いる。この実施形態において、あるタッチ素子の機能は、他のタッチ素子の機能から独立に選択されてもよい‐すなわち、行と列との両方による検出／駆動機能選択が可能である。同様に、タッチ機能を実施するためにディスプレイのカラーデータ線の何れも用いないので、この実施形態は、タッチパネルとディスプレイとの同時動作を可能にする。回路構造は、スイッチ５２０，９００が直列にノード５５０（およびＶＣＯＭ６０２）をデータ線５４１に接続しており、スイッチ５２１がノード５５０（およびＶＣＯＭ６０２）をデータ線５４０に接続しているので、図９Ａのと同じである。なお、読み手は、この実施形態におけるデータ５４０，５４１が、図９とは対照的方向を備えることに気付いてもよい。これは、図９Ａが回路の概略説明に過ぎず、特定実施形態の何れかの描写ではないことの結果である。１１００と付票されている垂直導電線の部分は、スイッチ５２０とデータ線５４１とを接続するために用いられている。この実施形態の作動も、図９Ｂによって纏められている。

当業者は、本開示において述べられた実施形態と同一または類似機能を提供できる他の画素パターンおよびスイッチ配置が可能であると理解する。

Claims (25)

1. 自己容量タッチ検出モードと相互容量タッチ検出モードとの何れでも動作可能であり、２次元マトリックス状の行と列とに配列された複数のディスプレイ画素を備える、一体化されたタッチスクリーンであり、
   各ディスプレイ画素行は対応付けられたディスプレイ制御線を備え、各ディスプレイ画素列は対応付けられたディスプレイデータ線を備え、各ディスプレイ画素はディスプレイ画素電極を備え、共通電極と前記ディスプレイデータ線に前記ディスプレイ画素電極を選択的に接続するためのディスプレイ制御スイッチとは前記ディスプレイ画素に対応付けられており、前記ディスプレイ制御スイッチは、前記ディスプレイ画素に対応付けられた前記ディスプレイ制御線に接続された制御端子を備え；
   マトリックス状タッチ素子は前記ディスプレイ画素に画定されており、１つのタッチ素子はｎ×ｍ群のタッチユニットセルを含み、各タッチユニットセルはｋ×ｊ群のディスプレイ画素から構成され、ｋはディスプレイ画素の行数であり、ｊはディスプレイ画素の列数であり；
   前記タッチユニットセルに含まれる前記ディスプレイ画素の前記共通電極は、電気的に一緒に接合されて、前記タッチユニットセルのための共通電極を形成し；
   前記タッチ素子に含まれる前記タッチユニットセルの前記共通電極は、前記タッチ素子のための共通電極を形成し；
   前記タッチユニットセルは、行方向に延伸するａ本の導電線と、列方向に延伸するｂ本の導電線と、を備え、ａ≦ｋ、かつｂ≦ｊ、かつａおよびｂの少なくとも一方は非０であり、；
   １つのタッチ素子に含まれるあるタッチユニットセルの前記（ａ＋ｂ）本の導電線の各々は、該タッチ素子に含まれる別タッチユニットセルの各導電線に接続されており、
   １つのタッチユニットセルは２つのスイッチ構成を備え、一方は第１タッチデータ線に前記タッチ素子の前記共通電極を選択的に接続するためのスイッチ構成であり、他方は第２タッチデータ線に前記タッチユニットセルの前記共通電極を選択的に接続するためのスイッチ構成であり；
   該タッチスクリーンは、コントローラを備え、
   前記コントローラは、
   少なくとも１つのタッチ素子について、前記コントローラが、前記タッチ素子の前記共通電極に励起電圧を印加し、前記タッチ素子によって生じた信号を検出する自己容量検出モードと、
   前記コントローラが、少なくとも１つのタッチ素子の前記共通電極に励起電圧を印加し、前記マトリックス状タッチ素子の少なくとも１つの別のタッチ素子において生じる信号を測定する相互容量検出モードと、の何れでも動作するように適合されているタッチスクリーン。
2. １つのタッチユニットセルにおいて、行方向に延伸する前記ａ本の導電線は、該タッチユニットセルに含まれるディスプレイ画素の異なる行に配置されている請求項１に記載のタッチスクリーン。
3. １つのタッチユニットセルにおいて、列方向に延伸する前記ｂ本の導電線は、該タッチユニットセルに含まれるディスプレイ画素の異なる列に配置されている請求項１または２に記載のタッチスクリーン。
4. 前記自己容量タッチ検出モードにおいて、使用中のコントローラは、前記第１タッチデータ線または前記第２タッチデータ線を経て共通電極に励起電圧を印加する請求項１，２および３の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
5. 前記相互容量タッチ検出モードにおいて、使用中のコントローラは、前記第１タッチデータ線または前記第２タッチデータ線を経て共通電極に励起電圧を印加する請求項１から４の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
6. 前記一方のスイッチ構成は、第１タッチ制御スイッチを備え、
   前記第１タッチ制御スイッチは、
   前記第１タッチデータ線と前記共通電極との間に接続され、
   第１タッチ検出制御線に接続された制御端子を有する請求項１から５の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
7. 前記他方のスイッチ構成は、第２タッチ制御スイッチを備え、
   前記第２タッチ制御スイッチは、
   前記第２タッチデータ線と前記共通電極との間に接続され、
   第２タッチ検出制御線に接続された制御端子を有する請求項６に記載のタッチスクリーン。
8. 前記第１タッチ制御スイッチは、前記タッチユニットセルに含まれる前記ディスプレイ画素のうちの第１ディスプレイ画素に配置されており、
   前記第２タッチ制御スイッチは、前記タッチユニットセルに含まれる前記ディスプレイ画素のうちの第２ディスプレイ画素に配置されており、
   前記第２ディスプレイ画素は、前記第１ディスプレイ画素と異なる請求項７に記載のタッチスクリーン。
9. 前記第２ディスプレイ画素は、前記第１ディスプレイ画素と異なるディスプレイ画素行にある請求項８に記載のタッチスクリーン。
10. 前記第２タッチ検出制御線は、前記第１タッチ検出制御線と異なるディスプレイ画素行に配置されている請求項７，８および９の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
11. 前記第１タッチデータ線は、前記第１ディスプレイ画素の前記ディスプレイ画素電極に接続可能な前記ディスプレイデータ線から区別され、
    前記第２タッチデータ線は、前記第２ディスプレイ画素の前記ディスプレイ画素電極に接続可能な前記ディスプレイデータ線から区別される請求項８または９に記載のタッチスクリーン。
12. 前記第１タッチ検出制御線と前記第２タッチ検出制御線とは、互いからと前記ディスプレイ制御線からと区別される請求項７から１１の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
13. 前記一方のスイッチ構成はさらに、第３タッチ制御スイッチを備え、
    前記第３タッチ制御スイッチは、
    前記第１タッチ制御スイッチと直列に、前記第１タッチデータ線と前記共通電極との間に接続され、
    第３タッチ検出制御線に接続された制御端子を有する請求項７から１２の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
14. 前記他方のスイッチ構成はさらに、第３タッチ制御スイッチを備え、
    前記第３タッチ制御スイッチは、
    前記第２タッチ制御スイッチと直列に、前記第２タッチデータ線と前記共通電極との間に接続され、
    第３タッチ検出制御線に接続された制御端子を有する請求項７から１２の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
15. 前記第１タッチ制御スイッチは、前記タッチユニットセルに含まれる前記ディスプレイ画素のうちの第１ディスプレイ画素に配置されており、
    前記第２タッチ制御スイッチは、前記タッチユニットセルに含まれる前記ディスプレイ画素のうちの第２ディスプレイ画素に配置されており、
    前記第２ディスプレイ画素は、前記第１ディスプレイ画素と異なり、
    前記第３タッチ制御スイッチは、前記タッチ素子に含まれる前記ディスプレイ画素の内の第３ディスプレイ画素に配置されており、
    前記第３ディスプレイ画素は、前記第１ディスプレイ画素および前記第２ディスプレイ画素と異なる請求項１３または１４に記載のタッチスクリーン。
16. 前記第３タッチ検出制御線は、前記第１タッチ検出制御線および前記第２タッチ検出制御線と異なるディスプレイ画素行にある請求項１３，１４および１５の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
17. 前記コントローラはさらに、少なくとも１つのタッチ素子について、前記タッチ素子の前記共通電極を前記第１タッチデータ線と前記第２タッチデータ線との両方から分離するように動作可能である請求項１から１６の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
18. 前記コントローラはさらに、少なくとも１つのタッチ素子について、前記タッチ素子の前記共通電極を前記第１タッチデータ線と前記第２タッチデータ線との両方に同時接続するように動作可能である請求項１から１７の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
19. 前記第１タッチデータ線と前記第２タッチデータ線とは、前記ディスプレイデータ線から区別される請求項１から１８の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
20. 前記コントローラは、少なくとも１つの前記タッチ素子に励起電圧を供給する間に、前記少なくとも１つのタッチ素子に含まれるディスプレイ画素行らから異なるディスプレイ画素行における１つ以上のディスプレイ画素にディスプレイデータを同時書き込みするように動作可能である請求項１９に記載のタッチスクリーン。
21. 前記第１タッチデータ線と前記第２タッチデータ線との一方は、行方向に延伸し、１つのディスプレイ画素行に設けられている請求項１から２０の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
22. 前記ディスプレイデータ線のうちの何れか２本は、前記第１タッチデータ線と前記第２タッチデータ線とを各々構成する請求項１から１８の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
23. ｋ≧３である請求項１から２２の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
24. ｊ≧２である請求項１から２３の何れか１項に記載のタッチスクリーン。
25. 前記第１ディスプレイ画素と前記第２ディスプレイ画素とは、異なるディスプレイ画素列にある請求項８，９および１５の何れか１項に記載のタッチスクリーン。

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