JP6700896B2 - 検出装置及びタッチ検出機能付き表示装置 - Google Patents

検出装置及びタッチ検出機能付き表示装置 Download PDF

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Description

本発明は、検出装置及びタッチ検出機能付き表示装置に関する。
一方向に沿って設けられて電圧が印加される複数の駆動電極と、駆動電極とねじれの位置となるよう設けられて静電容量を形成するタッチ検出電極とを設け、静電容量に基づいてタッチ操作の位置検出を行うタッチ検出装置が知られている(例えば特許文献1)。
特開2010−277152号公報
タッチ操作の位置に加えてタッチ操作に伴いタッチ検出面に加えられる押圧を検出したいという需要がある。しかしながら、タッチ操作に係る位置検出を行う構成と押圧検出を行う構成の両方を個別に設けることは、両方の構成を備える機器の大型化や高コスト化を招く。そこで、両方の構成で部品を共有させたいという需要がある。具体的には、上記のタッチ検出装置の構成のうち、駆動電極を押圧検出用の電極として利用することが考えられている。しかしながら、一方向に沿って設けられた複数の駆動電極を用いたとしても当該一方向に直交する他方向にしか分解能を有しないため、当該一方向について押圧検出に係る情報を得られないという問題があり、タッチ操作に係る位置検出を行う構成と押圧検出を行う構成で部品を共有することができなかった。
本発明は、上記の課題に鑑みてなされたもので、タッチ操作に係る位置検出を行う構成と押圧検出を行う構成で部品を共有することができる検出装置及びタッチ検出機能付き表示装置を提供することを目的とする。
本発明の一態様による検出装置は、二次元の検出領域として機能するタッチ検出面に対してタッチ操作が行われた位置を示すタッチ検出信号を出力するタッチ検出信号出力部と、前記タッチ検出面から加えられた前記タッチ操作に伴う押圧に係る押圧信号を出力する押圧信号出力部と、を備え、前記タッチ検出信号出力部は、前記二次元を構成する二方向のうち一方向に沿う複数の第1電極と、前記複数の第1電極と接続されて前記第1電極の自己容量が示す前記タッチ操作が行われた前記一方向と直交する他方向の位置を示す第1信号を出力する第1信号出力部とを有し、前記第1電極は、前記検出領域内でそれぞれ異なる位置に設けられた複数の分割電極を有し、異なる前記第1電極の前記分割電極同士は、前記他方向に並び、前記他方向に並ぶ複数の前記分割電極を束ねて設けられた第1検出領域が複数設定されており、前記押圧信号出力部は、所定のギャップを挟んで前記分割電極と対向する位置に設けられ、前記押圧に応じて前記第1電極に前記所定のギャップ側への撓みが生じた場合に当該第1電極を構成する複数の分割電極の各々との距離が変わるベース電極を有し、前記押圧信号は、1つの前記第1検出領域を構成する複数の前記分割電極と前記ベース電極とによる静電容量の検出を複数の前記第1検出領域について個別に行う個別検出で得られた複数の前記第1検出領域の静電容量に基づいた信号である。
本発明の一態様によるタッチ検出機能付き表示装置は、検出装置と、前記タッチ検出面側に画像を表示する表示部とを備える。
図1は、本発明の実施形態1に係る表示装置の主要構成例を示すブロック図である。 図2は、表示部の主要構成例を表すブロック図である。 図3は、画素の構成例を模式的に示す回路図である。 図4は、タッチ検出機能付き表示パネルの概略断面構造を表す断面図である。 図5は、自己容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指が接触または近接していない状態を表す説明図である。 図6は、自己容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指が接触または近接した状態を表す説明図である。 図7は、駆動信号及びタッチ検出信号の波形の一例を表す図である。 図8は、第1電極の配置例を示す模式的な図である。 図9は、第2電極の配置例を示す模式的な図である。 図10は、実施形態1におけるタッチ検出において発生し得るゴーストの例を示す図である。 図11は、実施形態1における押圧検出のために設定される複数の第1検出領域を網掛けの差異で区別して示す図である。 図12は、分割電極の電気的な接続関係の切替に係る構成の例を模式的に示す回路図である。 図13は、実施形態1における走査線、信号線、第1電極及び第2電極に係る信号の関係の一例を示すタイミングチャートである。 図14は、本発明の実施形態2に係る表示装置の主要構成例を示すブロック図である。 図15は、相互容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指が接触または近接していない状態を表す説明図である。 図16は、図15に示す指が接触または近接していない状態の等価回路の例を示す説明図である。 図17は、駆動信号及びタッチ検出信号の波形の一例を表す図である。 図18は、第1電極と第2電極の配置例及び第1電極の走査方向の例を表す斜視図である。 図19は、実施形態2における分割電極の形状及び駆動ドライバによる駆動電極ブロックの例を示す図である。 図20は、ずらし駆動を採用した場合の駆動電極ブロックの例を示す図である。 図21は、実施形態2における押圧検出のために設定される複数の第1検出領域を網掛けの差異で区別して示す図である。 図22は、実施形態2における走査線、信号線、第1電極及び第2電極に係る信号の関係の一例を示すタイミングチャートである。 図23は、変形例1における分割電極の形状及び押圧検出のために設定される複数の第1検出領域を網掛けの差異で区別して示す図である。 図24は、テーパー又は逆テーパーがついた形状の分割電極と信号線との関係の一例を模式的に示す図である。 図25は、実施形態2に係る他の具体的態様の一例を示す説明図である。 図26は、本発明の実施形態3に係る表示装置の主要構成例を示すブロック図である。 図27は、実施形態3における分割電極の形状及び押圧検出のために設定される複数の第1検出領域を網掛けの差異で区別して示す図である。 図28は、実施形態3における走査線、信号線、第1電極及び第2電極に係る信号の関係の一例を示すタイミングチャートである。 図29は、第1期間と第2期間の差異を模式的に示す図である。 図30は、実施形態3における分割電極の電気的な接続関係の切替に係る構成の例を模式的に示す回路図である。 図31は、延出部を有する分割電極の別の形態例を示す図である。 図32は、1つの分割電極の接続に複数の信号線を用いる形態例を示す図である。
以下に、本発明の各実施の形態について、図面を参照しつつ説明する。なお、開示はあくまで一例にすぎず、当業者において、発明の主旨を保っての適宜変更について容易に想到し得るものについては、当然に本発明の範囲に含有されるものである。また、図面は説明をより明確にするため、実際の態様に比べ、各部の幅、厚さ、形状等について模式的に表される場合があるが、あくまで一例であって、本発明の解釈を限定するものではない。また、本明細書と各図において、既出の図に関して前述したものと同様の要素には、同一の符号を付して、詳細な説明を適宜省略することがある。
(実施形態1)
図1は、本発明の実施形態1に係る表示装置100の主要構成例を示すブロック図である。表示装置100は、例えば、タッチ検出機能付き表示パネル1、演算部9等を備える。タッチ検出機能付き表示パネル1は表示出力に係る構成並びにタッチ操作の位置検出及び押圧検出に係る構成が設けられた所謂インセルタイプの表示デバイスである。タッチ検出機能付き表示パネル1は、例えば、表示部2、タッチ検出部3、制御部として機能するDDIC4、信号出力部5、ベース電極8等を備える。演算部9は、タッチ検出機能付き表示パネル1から出力される各種の信号に基づいて、タッチ操作の位置検出及び押圧検出に係る演算を行う回路である。なお、図1等における「セルフ」の記載は、後述する自己容量方式に係る構成であることを示す。
まず、表示出力に係る構成である表示部について説明する。図2は、表示部の主要構成例を表すブロック図である。図3は、画素Pixの構成例を模式的に示す回路図である。図4は、タッチ検出機能付き表示パネル1の概略断面構造を表す断面図である。
表示部2は、画素電極22が設けられた第1基板20と、液晶層LCを挟んで第1基板20と対向する第2基板30とを有する。液晶層LCの反対側に面する第1基板20の一面側(図2における上側)が表示面側になり、反対側が背面側になる。第1基板20は、例えば、回路基板としてのガラス基板23の表示面側に、第1電極Tx、画素電極22と第1電極Txとを絶縁する絶縁層24、画素電極22が積層されている構成である。第2基板30は、例えば、回路基板としてのガラス基板31の表示面側に第2電極Rxが設けられ、ガラス基板31の背面側にカラーフィルタ32が設けられた構成である。また、実施形態1では、第1基板20の背面側及び第2基板30の表示面側に偏光板25,35が設けられている。液晶層LCは、第1基板20と第2基板30との間隙に設けられた図示しないスペーサによって設けられたギャップに封入されている。なお、回路基板としてのガラス基板23,31はガラスに限らず、透明な樹脂等、透光性を有し回路形成が可能な他の素材を用いた構成であってもよい。
表示部2は、画素Pixがマトリクス状(行列状)に多数配置されてなる表示エリア部21を有する。具体的には、表示部2の表示エリア部21は、副画素VpixがM行×N列に配置されたマトリクス(行列状)構造を有している。実施形態1において、副画素Vpixの行方向は、所定方向(X方向)に沿っている。また、副画素Vpixの列方向は、所定方向に直交する方向(Y方向)に沿っている。X方向及びY方向は、例えば、タッチ操作による押圧が加わっていない状態におけるタッチ検出機能付き表示パネル1のパネルに沿う。なお、X方向及びY方向に直交する方向、すなわち、第1基板20と第2基板30の積層方向をZ方向と記載することがある。
表示部2は、副画素VpixのM行N列の配列に対して行毎に設けられた走査線12、12、12・・・12、列毎に設けられた信号線13、13、13・・・13を有する。以後、走査線12、12、12・・・12を代表して走査線12のように表記し、信号線13、13、13・・・13を代表して信号線13のように表記することがある。また、走査線12、12、12・・・12の任意の3本の走査線を、走査線12、12m+1、12m+2(ただし、mは、m≦M−2を満たす自然数)のように表記し、信号線13、13、13・・・13の任意の4本の信号線を、信号線13、13n+1、13n+2、13n+3(ただし、nは、n≦N−3を満たす自然数)のように表記することがある。
DDIC4は、例えば、COG(Chip On Glass)によって第1基板20のガラス基板23上に実装された回路である。DDIC4は、例えば、フレキシブルプリント基板(FPC:Flexible Printed Circuits)等の配線基板を介して信号出力部5、演算部9等と接続されている。DDIC4は、図示しない画像の入力元である外部機器から与えられる各種の信号に応じて表示部2を動作させる。外部機器は、例えば、マスタークロック、水平同期信号、垂直同期信号、表示画像信号等をDDIC4に出力する。DDIC4は、これらの信号等に基づいてゲートドライバ14を動作させる。また、DDIC4は、ソースドライバとして機能する。
ゲートドライバ14は、垂直同期信号及び水平同期信号に同期して水平同期信号に応じた1水平期間単位でデジタルデータをラッチする。ゲートドライバ14は、ラッチされた1ライン分のデジタルデータを垂直走査パルスとして順に出力し、表示エリア部21の走査線12に与えることによって副画素Vpixを行単位で順次選択する。ソースドライバには、例えば、外部機器から供給される画像信号が与えられる。ソースドライバは、信号線13を介して、ゲートドライバ14による垂直走査によって選択された行の副画素Vpixに対して画像信号に応じた副画素Vpix毎の映像信号を書き込む。なお、図2等では走査線12の一端側に単一のゲートドライバ14が図示されているが、ゲートドライバ14の具体的形態はこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。例えば、後述するゲートドライバ14a,14b(図23参照)のように、走査線12の両端側に設けられてもよい。
副画素Vpixは、薄膜トランジスタ(Thin Film Transistor:TFT)素子Trを有する。TFT素子Trは、薄膜トランジスタにより構成されるものであり、例えば、nチャネルのMOS(Metal Oxide Semiconductor)型のTFTで構成されている。TFT素子Trのソース又はドレインの一方は信号線13、13n+1、13n+2に接続され、ゲートは走査線12、12m+1、12m+2に接続され、ソース又はドレインの他方は画素電極22に接続されることで液晶層LCを構成する液晶素子の一端に電気的な影響を与える。当該液晶素子は、TFT素子Trのソース又はドレインの他方(画素電極22)と、共通電極として機能する第1電極Txとの間で生じる電界の影響を受けて向きを変ずる。
表示部2は、ゲートドライバ14が走査線12を順次走査するように駆動することにより、1水平ラインが順次選択される。また、液晶表示装置は、1水平ラインに属する副画素Vpixに対して、ソースドライバが信号線13を介して画素信号を供給する。液晶素子は、映像信号に応じて画素電極22と第1電極Txとの間に生じた電界に応じた向きを取る。これによって、1水平ラインずつ表示が行われる。
カラーフィルタ32は、格子形状のブラックマトリクス(Black Matrix:BM)16と、開口部17とを有する。BM16は、図3に示すように副画素Vpixの外周を囲うように形成されている。BM16は、光の吸収率が高い材料で形成されている。表示エリア部21は、Z方向からみた場合、走査線12と信号線13がカラーフィルタ32のBM16と重なる領域に配置されている。つまり、走査線12及び信号線13は、表示面側から見てBM16の後ろに隠されることになる。開口部17は、BM16の格子形状で形成されている開口である。開口部17の配置は、副画素Vpixの配置に対応している。開口部17は、例えば、4色の出力用副画素に対応する色領域を含む。具体的には、開口部17は、例えば、第1の色、第2の色、第3の色の一形態である赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色された色領域と、第4の色(例えば、白(W))の色領域とを含む。カラーフィルタ32は、開口部17に例えば赤(R)、緑(G)、青(B)の3色に着色された色領域を周期的に配列する。第4の色が白(W)である場合、この白(W)の開口部17に対してカラーフィルタ32による着色は施されない。第4の色が他の色である場合、第4の色として採用された色がカラーフィルタ32により着色される。実施形態1では、図3に示す各副画素VpixにR、G、Bの3色の色領域と第4の色(例えばW)との計4色が1組として画素Pixとして対応付けられている。なお、カラーフィルタ32は、異なる色に着色されていれば、他の色の組み合わせであってもよい。また、第4の色が白(W)である場合に、カラーフィルタ32に光透過性の樹脂を用いて白色としてもよい。
第1基板20に設けられた偏光板25の背面側には、バックライトBLが設けられている。バックライトBLは、例えば、発光ダイオード(light emitting diode:LED)等の光源、光源からの光を表示エリア部21の表示面側に導く導光板、反射板等を有する。バックライトBLは、DDIC4の制御下で動作し、表示エリア部21を照明する。
次に、タッチ操作の位置検出及び押圧検出に係るタッチ検出部3について説明する。タッチ検出部3は、上記の第1電極Tx及び第2電極Rxを有する。実施形態1において、第1電極Tx及び第2電極Rxは、自己容量方式でタッチ検出を行うためのタッチ検出電極E1として機能する。
図5〜図7を参照して、自己容量方式のタッチ検出の基本原理について説明する。図5は、自己容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指Fiが接触または近接していない状態を表す説明図である。図6は、自己容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指Fiが接触または近接した状態を表す説明図である。図7は、駆動信号及びタッチ検出信号の波形の一例を表す図である。
図5に示すように、指Fiが接触または近接していない状態において、タッチ検出電極E1に所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)の交流矩形波Sg1が印加される。タッチ検出電極E1は、静電容量C1を有しており、静電容量C1に応じた電流が流れる。セルフ信号出力部DAの電圧検出器DETは、交流矩形波Sg1に応じた電流の変動を電圧の変動(実線の波形V(図7参照))に変換する。
次に、図6に示すように、指Fiが接触または近接した状態において、指Fiとタッチ検出との間の静電容量C2が、タッチ検出電極E1の静電容量C1に加わる。したがって、タッチ検出電極E1に交流矩形波Sg1が印加されると、静電容量C1及びC2に応じた電流が流れる。図7に示すように、電圧検出器DETは、交流矩形波Sg1に応じた電流の変動を電圧の変動(点線の波形V)に変換する。そして、得られた波形V及び波形Vの電圧値をそれぞれ積分し、これらの値を比較することで、タッチ検出電極E1への、指Fiの接触または近接の有無を判別することができる。なお、図7では、波形Vと波形Vについて、所定の基準電圧に低下するまでの期間を求めて、これらの期間を比較する等の方法であってもよい。
具体的には、図5及び図6に示すように、タッチ検出電極E1はスイッチSW1及びスイッチSW2で切り離すことが可能な構成となっている。図7において、時刻T01のタイミングで交流矩形波Sg1は電圧Vに相当する電圧レベルを上昇させる。このときスイッチSW1はオンしておりスイッチSW2はオフしている。このためタッチ検出電極E1も電圧Vの電圧上昇となる。ここで、スイッチSW1がオフになると、タッチ検出電極E1はフローティング状態になるが、タッチ検出電極E1の静電容量C1(図5参照)、あるいはタッチ検出電極E1の静電容量C1に指Fi等の接触または近接よる静電容量C2を加えた容量(C1+C2、図6参照)によって、タッチ検出電極E1は電圧Vが維持される。更に、時刻T11のタイミングの前にスイッチSW3をオンさせ所定の時間経過後にオフさせ電圧検出器DETをリセットさせる。このリセット動作により出力電圧は基準電圧Vrefと略等しい電圧となる。
続いて、時刻T11のタイミングでスイッチSW2をオンさせると、電圧検出器DETの反転入力部がタッチ検出電極E1の電圧Vとなり、その後、タッチ検出電極E1の静電容量C1(またはC1+C2)と電圧検出器DET内の静電容量C3の時定数に従って電圧検出器DETの反転入力部は基準電圧Vrefまで低下する。このとき、タッチ検出電極E1の静電容量C1(またはC1+C2)に蓄積されていた電荷が電圧検出器DET内の静電容量C3に移動するため、電圧検出器DETの出力(R1)が上昇する。電圧検出器DETの出力(R1)は、タッチ検出電極E1に指Fi等が近接していないときは、実線で示す波形Vとなり、R1=C1・V/C3となる。指Fi等の影響による容量が付加されたときは、点線で示す波形Vとなり、R1=(C1+C2)・V/C3となる。その後、タッチ検出電極E1の静電容量C1(またはC1+C2)の電荷が静電容量C3に十分移動した後の時刻T31のタイミングでスイッチSW2をオフさせ、スイッチSW1及びスイッチSW3をオンさせることにより、タッチ検出電極E1の電位を交流矩形波Sg1と同電位のローレベルにするとともに電圧検出器DETをリセットさせる。なお、このとき、スイッチSW1をオンさせるタイミングは、スイッチSW2をオフさせた後、時刻T02以前であればいずれのタイミングでもよい。また、電圧検出器DETをリセットさせるタイミングは、スイッチSW2をオフさせた後、時刻T12以前であればいずれのタイミングとしてもよい。以上の動作を所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)で繰り返す。波形Vと波形Vとの差分の絶対値|ΔV|に基づいて、外部近接物体の有無(タッチの有無)を測定することができる。なお、タッチ検出電極E1の電位は、図7に示すように、指Fi等が近接していないときはVの波形となり、指Fi等の影響による静電容量C2が付加されるときはVの波形となる。波形Vと波形Vとが、それぞれ所定の電圧VTHまで下がる時間を測定することにより外部近接物体の有無(タッチの有無)を測定することも可能である。
図8は、第1電極Txの配置例を示す模式的な図である。図9は、第2電極Rxの配置例を示す模式的な図である。図8等、第1電極Txの配置例を示す模式的な図では、Y方向に沿って延設されてX方向に並ぶ7つの第1電極Tx(第1電極Tx,Tx,…,Tx)が例示されているが、係る記載は実際の第1電極Txの形態を限定するものでない。また、図9等、第2電極Rxの配置例を示す模式的な図では、X方向に沿って延設されてY方向に並ぶ10のRxが例示されているが、係る記載は実際の第2電極Rxの形態を限定するものでない。第1電極Tx、第2電極Rxの数、配置間隔等の具体的な事項については適宜変更可能である。
第1電極Tx及び第2電極Rxは、表示部2による表示に応じてユーザにより第1基板20の表示面側で行われるタッチ操作に応じた出力を生じさせる。実施形態1では、例えば図8及び図9に示すように、表示エリア部21を全体的にカバーするように設けられた複数の第1電極Tx及び第2電極Rxによって、第1基板20の表示面側における表示エリア部21内の領域で行われるタッチ操作を検出することができる。よって、実施形態1において、少なくとも表示エリア部21内の領域を含む第1基板20の表示面は、二次元の検出領域として機能する。係る2次元の検出領域とは、例えば表示エリア部21の表示面に沿うX−Y領域であるが、係るX−Y領域のX方向及びY方向の少なくとも一方が湾曲する所謂曲面ディスプレイの表示面に沿う領域も含む。
第1電極Txは、検出領域内でそれぞれ異なる位置に設けられた複数の分割電極を有する。具体的には、実施形態1において第1電極Txの各々を構成する複数の分割電極は、一方向(Y方向)に並ぶ。より具体的には、図8に示す第1電極Txは、第1電極TxのY方向の延設長を3つに分けるように設けられた3つの分割電極を有する。図8では、第1電極Txの延設方向であるY方向に沿って並ぶ3つの分割電極が1つずつ配置されている3つの領域に符号(a),(b),(c)を付している。すなわち、領域(a),(b),(c)は、第1電極Txを用いたタッチ検出に係る検出領域の分割領域であるといえる。係る3つの分割電極の具体的な形態は、例えばY方向について表示エリア部21の幅以上の延設長を有する第1電極Txを3等分した形態であるが、これは一例であってこれに限られるものでない。第1電極Txを構成する複数の分割電極の具体的な形態は、適宜変更可能である。
複数の第1電極Txの分割電極同士は、他方向(X方向)に並ぶ。具体的には、例えば図8に示すように、領域(a)に配置されている7つの第1電極Tx(第1電極Tx,Tx,…,Tx)の分割電極同士は、X方向に並んでいる。同様に、領域(b)に配置されている7つの第1電極Tx(第1電極Tx,Tx,…,Tx)の分割電極同士及び領域(c)に配置されている7つの第1電極Tx(第1電極Tx,Tx,…,Tx)の分割電極同士は、X方向に並んでいる。
第1電極Txは、検出領域においてタッチ操作が行われた位置のうち、他方向(X方向)の位置検出に用いられる。例えば、図8では、自己容量方式でのタッチ操作位置検出に際してそれぞれ1つの電極として扱われる1つ又は2つの電極に同一の網掛けをしている。すなわち、図8に示す例では、第1電極Tx,Tx,Tx,Tx,Txが1つずつ独立したタッチ検出電極E1として機能する。また、図8に示す例では、2つの第1電極Tx,Txが1つのタッチ検出電極E1として機能する。このように、X方向に並ぶ複数の第1電極Txは、タッチ操作の位置検出に際してX方向の分解能を有するタッチ検出電極E1として機能する。
第2電極Rxは、検出領域においてタッチ操作が行われた位置のうち、Y方向の位置検出に用いられる。具体的には、例えば図9に示す複数の第2電極Rxは、それぞれ独立したタッチ検出電極E1として機能する。このように、Y方向に並ぶ複数の第2電極Rxは、タッチ操作の位置検出に際してY方向の分解能を有するタッチ検出電極E1として機能する。
信号出力部5は、第1電極出力部6及び第2電極出力部71として機能する回路である。第1電極出力部6及び第2電極出力部71は、それぞれ上記のセルフ信号出力部DAを複数有する。第1電極出力部6が有するセルフ信号出力部DAは、図8を参照して説明したようにタッチ検出電極E1として機能する第1電極Txと接続されることで、タッチ検出信号R11を出力する第1信号出力部として機能する。また、第2電極出力部71が有するセルフ信号出力部DAは、図9を参照して説明したようにタッチ検出電極E1として機能する第2電極Rxと接続されることで、タッチ検出信号R12を出力する。なお、タッチ検出信号R11,R12は、例えば上記のタッチ検出信号R1であり、演算部9のタッチ算出部91によるタッチ検出位置の算出に用いられる。このように、タッチ検出機能付き表示パネル1は、二次元の検出領域として機能するタッチ検出面に対してタッチ操作が行われた位置を示すタッチ検出信号を出力するタッチ検出信号出力部として機能する。また、信号出力部5は、複数の第1電極Txと接続されて第1電極Txの自己容量が示すタッチ操作が行われた他方向(X方向)の位置を示す第1信号R11を出力する第1信号出力部61として機能する。また、信号出力部5は、複数の第2電極Rxと接続されて第2電極Rxの自己容量が示すタッチ操作が行われた他方向(X方向)の位置を示す第2信号R12を出力する第2信号出力部(例えば、第2電極出力部71)として機能する。
信号出力部5は、第1電極Tx及び第2電極Rxからの出力の増幅に用いられるアンプ、第1電極Tx及び第2電極Rxからの出力が含みうるノイズ成分を除去するためのフィルタ回路等を有していてもよい。また、信号出力部5は、第1信号R11、第2信号R12等の各種の出力をデジタル信号化するA/Dコンバータを有していてもよい。A/Dコンバータは、演算部9が有していてもよいし、信号出力部5と演算部9との信号伝送経路上に設けられた独立した構成であってもよい。
演算部9は、例えばASIC(Application Specific Integrated Circuit)、FPGA(Field-Programmable Gate Array)等を有し、予め定められた機能に係る各種の演算を行う回路である。実施形態1の演算部9は、タッチ算出部91、押圧算出部92及びタッチ補正部93として機能する。タッチ算出部91は、信号出力部5が出力するタッチ検出信号(例えば、第1信号R11及び第2信号R12に基づいてタッチ操作が行われた二次元の位置を算出する。具体的には、タッチ算出部91は、第1電極Tx及び第2電極Rxの配置を座標として管理する情報を保持しており、タッチ操作に応じた出力を生じさせた第1電極Txと第2電極Rxが交差する位置をタッチ操作が行われた二次元の位置を示す座標として算出する。
押圧算出部92は、タッチ操作に伴う押圧の度合い及び押圧が加えられた二次元の位置を算出する。タッチ補正部93は、押圧が加えられた二次元の位置に基づいて、タッチ操作が行われた二次元の位置を補正する。押圧算出部92及びタッチ補正部93の詳細については後述する。
図10は、実施形態1におけるタッチ検出において発生し得るゴーストの例を示す図である。例えば図10に示すタッチ操作位置P1,P2のように、検出領域内で複数の位置を同時に操作する行為(マルチタッチ)が行われた場合について説明する。この場合、タッチ操作位置P1,P2の各々に対応する第1電極Txがタッチ操作に応じた出力を生じさせる。また、タッチ操作位置P1,P2の各々に対応する第2電極Rxがタッチ操作に応じた出力を生じさせる。この結果、第1電極Txの出力と第2電極Rxの出力との組み合わせにより求められるタッチ操作位置、すなわち、タッチ操作に応じた出力を生じさせた第1電極Txと第2電極Rxが交差する位置は、タッチ操作位置P1,P2及びゴースト発生位置G1,G2になる。ゴースト発生位置G1,G2では実際にはタッチ操作が行われていないが、自己容量方式のみを採用したタッチ操作の位置検出においてマルチタッチが行われた場合、このようなゴースト発生位置G1,G2とタッチ操作位置P1,P2のいずれでタッチ操作が行われたのかを識別することが困難になる。そこで、実施形態1では、タッチ操作に伴う押圧の検出結果に基づいて、タッチ操作位置P1,P2とゴースト発生位置G1,G2とを区別する。
タッチ操作に伴う押圧の検出には、第1電極Tx及びベース電極8が用いられる。図4に示すように、ベース電極8は、例えば、バックライトBLの背面側に所定の電位を示す状態(例えば、フローティング状態)で設けられた面状の電極である。ベース電極8は、表示面側からの平面視で検出領域をカバーするよう設けられている。実施形態1では、タッチ操作が行われていない場合、第1電極Txとベース電極8とは略平行の関係になる。この場合、第1電極Txとベース電極8との距離Inは、予め定められた距離となる。
第1電極Txとベース電極8とは距離に応じた静電容量を生じさせる。すなわち、タッチ操作が行われていない場合、第1電極Txの出力は、距離Inが予め定められた距離である場合に生じる静電容量による影響を含む出力になる。タッチ操作に伴って指Fi等によって表示面側からタッチ検出機能付き表示パネル1に押圧が加えられた場合、押圧が加えられたタッチ操作位置を中心に第2基板30及び第1基板20が背面側に撓む。第1電極Txとベース電極8との間には、第1電極Txが設けられた構成(例えば第1基板20)のベース電極8側への撓みを許す所定のギャップGPが設けられており、所定のギャップGPのZ方向の幅に応じた距離Inの変動の余地がある。所定のギャップGPは、例えば図4に示すように偏光板25とバックライトBLとの間に設けられたエアギャップであるが、所定のギャップGPは、押圧検出に用いられる一対の電極(本実施形態では、第1電極Txとベース電極8)の間に設けられていればその具体的構成はこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。例えば、所定のギャップGPとして、弾性復帰可能な樹脂層を設けてもよい。この場合、当該樹脂層は透明である等、透光性に優れていることが望ましい。係る撓みによって、押圧が加えられたタッチ操作位置を中心として第1電極Txとベース電極8との距離Inが予め定められた距離よりも短くなって第1電極Txとベース電極8との間に生じる静電容量を変化させる。このため、タッチ操作に伴って押圧が加えられた場合、第1電極Txの出力は、加えられた押圧に応じて変化した静電容量による影響を含む出力になる。撓みの度合いは押圧の度合いに応じる。また、押圧が解消されると、第1電極Txが設けられた構成の撓みは係る構成が有する弾性によって解消される。このように、ベース電極8は、所定のギャップGPを挟んで分割電極と対向する位置に設けられて分割電極と静電容量を形成し、押圧に応じて第1電極Txに所定のギャップGP側への撓みが生じた場合に当該第1電極Txを構成する複数の分割電極の各々との距離が変わる構成である。係る仕組みで、実施形態1では、第1電極Txの出力に基づいて押圧を検出することができる。
より具体的には、第1電極Txとベース電極8との距離Inの変化に応じた静電容量の変化は、第1電極Txが自己容量方式のタッチ検出電極E1として機能する場合の出力の変化として現れる。このため、例えば表示面への近接又は極めて微弱な接触によるタッチ操作で押圧が加えられていない場合の出力を基準とすると、押圧が加えられた場合の出力は基準と異なる出力になる。演算部9の押圧算出部92は、例えば係る基準の出力を示す情報を保持することで、当該基準と自己容量方式のタッチ検出電極E1として機能する第1電極Txの出力との差に基づいて、タッチ操作に伴い表示面からタッチ検出機能付き表示パネル1に加えられている押圧を算出することができる。また、例えばタッチ操作がない場合の出力を基準とすると、押圧算出部92は、当該基準に対する変化に基づいて押圧検出とともにタッチ操作の位置検出も行うことができることになる。押圧算出部92は、係る仕組みで押圧検出と共にタッチ操作が行われた二次元の位置を算出する。このように、演算部9は、個別検出で得られた複数の第1検出領域の静電容量の大小に基づいて押圧の度合い及び押圧が加えられた二次元の位置を算出する押圧算出部92を有する。
図11は、実施形態1における押圧検出のために設定される複数の第1検出領域を網掛けの差異で区別して示す図である。タッチ検出機能付き表示パネル1には、押圧の検出に係り、他方向(X方向)に並ぶ複数の分割電極を束ねて設けられた第1検出領域が複数設定されている。複数の第1検出領域は、押圧検出が個別に行われる領域である。具体的には、例えば図11に示すように、第1電極Tx,Tx,Txの分割電極のうち領域(a)に配置されている3つの分割電極が配置されている領域が、1つの第1検出領域として設定されている。また、第1電極Tx,Tx,Txの分割電極のうち領域(b)に配置されている3つの分割電極が配置されている領域が、1つの第1検出領域として設定されている。また、第1電極Tx,Tx,Txの分割電極のうち領域(c)に配置されている3つの分割電極が配置されている領域が、1つの第1検出領域として設定されている。また、第1電極Tx,Tx,Tx,Txの分割電極のうち領域(a)に配置されている4つの分割電極が配置されている領域が、1つの第1検出領域として設定されている。また、第1電極Tx,Tx,Tx,Txの分割電極のうち領域(b)に配置されている4つの分割電極が配置されている領域が、1つの第1検出領域として設定されている。また、第1電極Tx,Tx,Tx,Txの分割電極のうち領域(c)に配置されている4つの分割電極が配置されている領域が、1つの第1検出領域として設定されている。このように、実施形態1では、6つの第1検出領域が設定されている。なお、図11を参照して説明した第1検出領域の設定はあくまで一例であってこれに限られるものでない。他方向(X方向)に並ぶ複数の分割電極をどのように組み合わせた設定を採用するかは適宜変更可能である。
図10に示すタッチ操作位置P1,P2でのマルチタッチが行われている場合、図11に示すように、第1電極Tx,Tx,Tx,Txの分割電極のうち領域(a)に配置されている4つの分割電極が配置されている第1検出領域ではタッチ操作及び押圧が検出されないか、或いはごくわずかに検出されるのみである。また、第1電極Tx,Tx,Txの分割電極のうち領域(c)に配置されている3つの分割電極が配置されている第1検出領域ではタッチ操作及び押圧が検出されないか、或いはごくわずかに検出されるのみである。仮に、ゴースト発生位置G1,G2でタッチ操作が行われているならば、これらの第1検出領域で少なくともタッチ操作が行われていることを示す出力が生じてタッチ操作が検出されるはずである。よって、実施形態1では、第1電極Tx及び第2電極Rxを用いた自己容量方式によるタッチ操作の位置検出と、図11に示すような第1検出領域での自己容量方式によるタッチ操作の位置検出を兼ねた押圧検出によって、マルチタッチが行われた場合であってもより正確にタッチ検出を行うことができる。
実施形態1のタッチ補正部93は、図11を参照して説明した押圧検出に伴うタッチ操作の位置検出に基づいて押圧算出部92により算出されたタッチ操作の位置に基づいて、タッチ算出部91により算出されたタッチ操作位置P1,P2とゴースト発生位置G1,G2との区別に係る処理を行うことができる。具体的には、タッチ補正部93は、例えば、タッチ算出部91により算出されたタッチ操作の位置のうち、押圧算出部92により算出されたタッチ操作の位置に当てはまらないタッチ操作の位置を排除することで、タッチ算出部91により算出されたタッチ操作の位置を補正する。
上記のように、実施形態1で第1電極Txを用いた位置検出及び押圧検出で採用される方式は、自己容量方式である。第1電極出力部6が有するセルフ信号出力部DAは、押圧検出でも用いられる。すなわち、第1電極出力部6の押圧信号出力部62は、例えば、押圧検出に際して用いられる第1電極出力部6のセルフ信号出力部DAである。図1では、押圧信号出力部62として機能し、押圧を示す信号として機能するセルフ信号出力部DAの出力(タッチ検出信号R1)を押圧信号R13としている。このように、タッチ検出機能付き表示パネル1は、タッチ検出面から加えられたタッチ操作に伴う押圧に係る押圧信号(例えば、押圧信号R13)を出力する押圧信号出力部62として機能する。また、押圧信号R13は、図11を参照して説明したように、1つの第1検出領域を構成する複数の分割電極とベース電極8とによる静電容量の検出を複数の第1検出領域について個別に行う個別検出で得られた複数の第1検出領域の静電容量に基づいた信号である。押圧信号R13は、例えば、演算部9の押圧算出部92による押圧の算出に用いられる。
図11を参照して説明した第1検出領域の各々における複数の分割電極は、電位を共有する1つの電極として電気的に統合された状態で機能する。このとき、第1電極Txは、分割電極単位で電気的に独立した状態になりうる。一方、図8を参照して説明した他方向(X方向)のタッチ操作位置の検出に係り、1つの第1電極Txを構成する複数の分割電極は、各々が電気的に独立せず、電位を共有する1つの電極(1つの第1電極Tx)として電気的に統合された状態で機能する。このように、第1電極Txを構成する複数の分割電極の各々は、X方向のタッチ位置検出時と押圧検出時で他の分割電極との電気的な接続関係を切替可能に設けられた構成である。以下、X方向のタッチ位置検出時等、第1電極Txとして機能するに際してY方向に連続する複数の分割電極同士が電気的に接続される状態を「第1状態」と記載することがある。また、1つの第1検出領域に設けられた複数の分割電極同士が電気的に接続される状態を「第2状態」と記載することがある。
図12は、分割電極の電気的な接続関係の切替に係る構成の例を模式的に示す回路図である。なお、図8及び図11における分割電極の網掛けと、図12におけるセルフ信号出力部DA,DA,DA,DA,DA,DAの網掛けとは対応関係を有する。すなわち、同一の網掛けが施されている分割電極とセルフ信号出力部DA,DA,DA,DA,DA,DAとが接続される。
複数の分割電極は、第1状態と第2状態とを切替可能な切替回路GS1を介して第1電極出力部6と接続されている。切替回路GS1は、例えば、接続線Lと、スイッチ部SE1,SE2,SE3と、第1状態接続線Lx,Lx,Lx34,Lx,Lx,Lxと、第2状態接続線Lp,Lp,Lp,Lp,Lp,Lpとを有する。
接続線Lは、一端側が複数の分割電極に個別に接続され、第1電極出力部6側に向かう他端側が2つに分岐している。スイッチ部SE1,SE2は、接続線Lの他端側の2つの分岐線の各々に個別に設けられて、分岐線の電気的な接続と非接続と切り替えるスイッチを有する。
第1状態接続線Lx,Lx,Lx34,Lx,Lx,Lxは、スイッチ部SE1が設けられた複数の分岐線の他端同士を接続する。具体的には、第1状態接続線Lxは、第1電極Txを構成する領域(a),(b),(c)の3つの分割電極と接続されている接続線Lの分岐線の他端同士を接続する。同様に、第1状態接続線Lx,Lx,Lx,Lxは、それぞれ、第1電極Tx,Tx,Tx,Txを構成する領域(a),(b),(c)の3つの分割電極と接続されている接続線Lの分岐線の他端同士を接続する。なお、第1状態接続線Lx34は、第1電極Txを構成する領域(a),(b),(c)の3つの分割電極と接続されている接続線Lの分岐線の他端同士及び第1電極Txを構成する領域(a),(b),(c)の3つの分割電極と接続されている接続線Lの分岐線の他端同士の、計6つの分割電極接続されている接続線Lの分岐線の他端同士を接続する。
第2状態接続線Lp,Lp,Lp,Lp,Lp,Lpは、スイッチ部SE2が設けられた複数の分岐線の他端同士を接続する。具体的には、第2状態接続線Lpは、領域(a)に設けられた第1電極Tx,Tx,Txの分割電極と接続されている接続線Lの分岐線の他端同士を接続する。また、第2状態接続線Lpは、領域(b)に設けられた第1電極Tx,Tx,Txの分割電極と接続されている接続線Lの分岐線の他端同士を接続する。また、第2状態接続線Lpは、領域(c)に設けられた第1電極Tx,Tx,Txの分割電極と接続されている接続線Lの分岐線の他端同士を接続する。また、第2状態接続線Lpは、領域(a)に設けられた第1電極Tx,Tx,Tx,Txの分割電極と接続されている接続線Lの分岐線の他端同士を接続する。また、第2状態接続線Lpは、領域(b)に設けられた第1電極Tx,Tx,Tx,Txの分割電極と接続されている接続線Lの分岐線の他端同士を接続する。また、第2状態接続線Lpは、領域(c)に設けられた第1電極Tx,Tx,Tx,Txの分割電極と接続されている接続線Lの分岐線の他端同士を接続する。
スイッチ部SE3は、第1電極出力部6が有するセルフ信号出力部DA,DA,DA,DA,DA,DAを、第1状態接続線Lx,Lx,Lx34,Lx,Lx,Lx又は第2状態接続線Lp,Lp,Lp,Lp,Lp,Lpのいずれか一方に接続するスイッチを有する。スイッチ部SE3が第1状態接続線Lx,Lx,Lx34,Lx,Lx,Lxと接続される際、スイッチ部SE1は接続状態になり、スイッチ部SE2は非接続状態になる。スイッチ部SE3が第2状態接続線Lp,Lp,Lp,Lp,Lp,Lpと接続される際、スイッチ部SE1は非接続状態になり、スイッチ部SE2は接続状態になる。このように、複数の分割電極は、スイッチ部SE3によってセルフ信号出力部DA,DA,DA,DA,DA,DAと接続された系統によって電気的な接続関係を成立させる。
例えば、スイッチ部SE1が接続状態である場合、第1電極Tx,Tx,Tx,Tx,Txを構成する領域(a),(b),(c)の3つの分割電極同士がそれぞれ電気的に接続されるとともに、第1電極Tx,Txをそれぞれ構成する領域(a),(b),(c)の計6つの分割電極同士が電気的に接続される。すなわち、スイッチ部SE1が接続状態である場合、実施形態1における第1状態(図8参照)が成立する。一方、スイッチ部SE2が接続状態である場合、第1検出領域の各々に設けられた複数の分割電極同士が電気的に接続されて、実施形態1における第2状態(図11参照)が成立する。
セルフ信号出力部DA,DA,DA,DA,DA,DAは、第1電極出力部6が有する複数のセルフ信号出力部DAを個別に識別するために符号に下付き番号を付して説明しているものであり、それぞれがセルフ信号出力部DAとして機能する。すなわち、セルフ信号出力部DA,DA,DA,DA,DA,DAは、第1状態接続線Lx,Lx,Lx34,Lx,Lx,Lxと接続された場合に第1信号出力部61として機能し、第2状態接続線Lp,Lp,Lp,Lp,Lp,Lpと接続された場合に押圧信号出力部62として機能する。
実施形態1では、信号出力部5が有するセルフ信号出力部DAの数が押圧検出のために設定される第1検出領域の数(6)に合わせられている。このため、セルフ信号出力部DAの数(6)よりも多い(例えば、7つ)の第1電極TxをX方向のタッチ位置検出に用いるに際して、第1状態接続線Lx34によって、第1電極Txを構成する領域(a),(b),(c)の3つの分割電極と接続されている接続線Lの分岐線の他端同士及び第1電極Txを構成する領域(a),(b),(c)の3つの分割電極と接続されている接続線Lの分岐線の他端同士の、計6つの分割電極接続されている接続線Lの分岐線の他端同士を接続している。このように、第1状態接続線Lx等、切替回路GS1の配線を工夫することで、第1電極Txの数と第1検出領域の数とに差がある場合であっても、信号出力部5の構成をタッチ位置検出と押圧検出で共有することができる。
実施形態1では、DDIC4がタッチ検出部3の各構成の動作を制御する。具体的には、DDIC4は、例えば、マスタークロック、水平同期信号、垂直同期信号等に基づいて、表示部2によるライン単位の表示出力と交互に第1電極Tx又は第2電極Rxの少なくとも一方が示す静電容量の変化に応じた信号の出力を行うよう信号出力部5を動作させる。
図13は、実施形態1における走査線12、信号線13、第1電極Tx及び第2電極Rxに係る信号の関係の一例を示すタイミングチャートである。なお、図13等のタイミングチャートにおける「Gate」及び「Sig」は、それぞれ走査線12及び信号線13に係る信号を示す。実施形態1では、例えば図13に示すように、表示出力が行われる表示期間(ステップS1,S3,S5)と、X方向のタッチ位置検出、Y方向のタッチ位置検出又は押圧検出のいずれか一つが行われる期間(ステップS2,S4,S6)とが交互に設けられる。例えば、ステップS1の期間では、垂直走査パルスが入力された走査線12と接続されている副画素Vpixに対して信号線13を介して映像信号が出力される。ステップS3,S5の期間では走査線12の垂直走査パルスの図示を省略しているが、実際にはステップS1の期間と同様の信号出力が行われる。
ステップS2の期間では、第1電極Txを用いたX方向のタッチ位置検出が行われる(図8参照)。具体的には、スイッチ部SE1側の系統で複数の分割電極同士が接続された状態で、第1信号出力部61として機能する第1電極出力部6が第1信号R11を出力する。ステップS4の期間では、第2電極Rxを用いたY方向のタッチ位置検出が行われる(図9参照)。具体的には、第2電極Rxと接続されている第2電極出力部71が第2信号R12を出力する。ステップS6の期間では、複数の第1検出領域の設定に基づいた押圧検出が行われる(図11参照)。具体的には、スイッチ部SE2側の系統で複数の分割電極同士が接続された状態で、押圧信号出力部62として機能する第1電極出力部6が押圧信号R13を出力する。なお、ステップS2,S4,S6の期間における走査線12及び信号線13は、フローティング状態である。また、ステップS2,6の期間における第2電極Rxは、例えば交流電流が与えられて電位が変化し続けるアクティブシールド状態である。また、ステップS4の期間における第1電極Txは、例えば交流電流が与えられて電位が変化し続けるアクティブシールド状態である。
図13では、ステップS7以降の期間の図示を省略しているが、実際には、ステップS7以降の期間では、ステップS1〜S6の期間が同様の順序で繰り返される。ステップS2,S4,S6は、順不同である。また、ステップS1,S3,S5,…とステップS2,S4,S6,…のタイミングの前後関係は入れ替わってもよい。
以上、実施形態1によれば、第1電極Txが検出領域内でそれぞれ異なる位置に設けられた複数の分割電極を有し、X方向に並ぶ複数の分割電極を束ねて設けられた第1検出領域が複数設定され、1つの第1検出領域を構成する複数の分割電極とベース電極8とによる静電容量の検出を複数の第1検出領域について個別に行う個別検出で得られた複数の第1検出領域の静電容量に基づいた押圧信号(例えば、押圧信号R13)を得る。このため、第1電極Txの延設方向に依存しない第1検出領域毎に押圧を検出することができる。よって、タッチ操作に係る位置検出を行う構成と押圧検出を行う構成で部品を共有することができる。
また、X方向に沿う複数の第2電極Rxと、複数の第2電極Rxと接続されて第2電極Rxの自己容量が示すタッチ操作が行われた他方向の位置を示す第2信号12を出力する第2信号出力部(例えば、第2電極出力部71)とを有するので、第1電極Txと第2電極Rxとによってより高い精度で二次元の位置を示す信号を得られる。
また、押圧が加えられた二次元の位置に基づいてタッチ操作が行われた二次元の位置を補正するので、ゴーストの発生を抑制することができ、より高い精度でタッチ検出を行うことができる。
また、第1電極Txを構成する複数の分割電極は、一方向(Y方向)に並ぶので、簡易な構成で複数の第1検出領域に一方向の分解能を生じさせることができる。
(実施形態2)
次に、実施形態1と異なる本発明の実施形態である実施形態2について説明する。実施形態2の説明に係り、実施形態1と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略することがある。
図14は、本発明の実施形態2に係る表示装置100Aの主要構成例を示すブロック図である。実施形態2の表示装置100Aは、実施形態1の表示装置100における信号出力部5に代えて、信号出力部5Aを備える。また、実施形態2の表示装置100Aは、実施形態1の表示装置100における演算部9に代えて、演算部9Aを備える。なお、図14等における「ミューチャル」の記載は、後述する相互容量方式に係る構成であることを示す。
信号出力部5Aは、信号出力部5と同様の機能に加えて、相互容量信号出力部72として機能する回路である。相互容量信号出力部72は、相互容量方式で動作する第2電極Rxからの出力に基づいたタッチ検出信号R2を出力する。
図15〜図17を参照して、相互容量方式のタッチ検出の基本原理について説明する。図15は、相互容量方式のタッチ検出の基本原理を説明するための、指Fiが接触または近接していない状態を表す説明図である。図16は、図15に示す指Fiが接触または近接していない状態の等価回路の例を示す説明図である。図17は、駆動信号及びタッチ検出信号の波形の一例を表す図である。なお、以下の説明では、指Fiが接触または近接する場合を説明するが、指Fiに限られず、導体を含むスタイラスペン等の装置であってもよい。
例えば、図15に示すように、容量素子Cは、誘電体Dを挟んで互いに対向配置された一対の電極、駆動電極E2及びタッチ検出電極E3を備えている。図16に示すように、容量素子Cは、その一端が交流信号源(駆動信号源)Sに結合され、他端はミューチャル信号出力部DBの電圧検出器DETに結合される。
交流信号源Sから駆動電極E2(容量素子Cの一端)に所定の周波数(例えば数kHz〜数百kHz程度)の交流矩形波Sg2を印加すると、タッチ検出電極E3(容量素子Cの他端)側に接続された電圧検出器DETを介して、図17に示すような出力波形(タッチ検出信号R2)が現れる。なお、この交流矩形波Sg2は、例えば、駆動ドライバ15(図19参照)が出力する駆動信号である。
指Fiが接触(または近接)していない状態(非接触状態)では、図15及び図16に示すように、容量素子Cに対する充放電に伴って、容量素子Cの容量値に応じた出力(電流I)が流れる。図17に示すように、電圧検出器DETは、交流矩形波Sg2に応じた電流Iの変動を電圧の変動(実線の波形V)に変換する。
一方、指Fiが接触(または近接)した状態(接触状態)では、指Fiによって形成される静電容量がタッチ検出電極E3と接している又は近傍にあることにより、駆動電極E2及びタッチ検出電極E3の間にあるフリンジ分の静電容量が遮られ、容量素子Cが非接触状態の容量値よりも小さい容量値の容量素子として作用する。そして、容量素子Cの変化に応じて変動する電流Iが流れる。図17に示すように、電圧検出器DETは、交流矩形波Sg2に応じた電流Iの変動を電圧の変動(点線の波形V)に変換する。この場合、波形Vは、上述した波形Vと比べて振幅が小さくなる。これにより、波形Vと波形Vとの電圧差分の絶対値|Δv|は、指Fiなどの外部から近接する物体の影響に応じて変化することになる。なお、電圧検出器DETは、波形Vと波形Vとの電圧差分の絶対値|Δv|を精度よく検出するため、回路内のスイッチングにより、交流矩形波Sg2の周波数に合わせて、コンデンサの充放電をリセットする期間Resetを設けた動作とすることがより好ましい。
図18は、第1電極Txと第2電極Rxの配置例及び第1電極Txの走査方向の例を表す斜視図である。実施形態2において、第1電極Txは、実施形態1と同様に表示部2による表示に用いられる電極及びタッチ検出部3による自己容量方式のタッチ検出電極E1として機能することに加えて、相互容量方式でタッチ検出を行うための駆動電極E2として機能する。また、第2電極Rxは、実施形態1と同様にタッチ検出部3による自己容量方式のタッチ検出電極E1として機能することに加えて、相互容量方式でタッチ検出を行うためのタッチ検出電極E3として機能する。
第1基板20においてY方向に沿って延設されてX方向に並ぶ第1電極Txと、第2基板30においてX方向に沿って延設されてY方向に並ぶ第2電極Rxとがねじれの位置関係で交差した電極パターンは、その交差部分に静電容量を生じさせる。タッチ検出部3では、駆動ドライバ15が第1電極Txに対して交流矩形波Sg2を印加することに応じた第2電極Rxの出力に基づいてミューチャル信号出力部DBを有する相互容量信号出力部72がタッチ検出信号R2を出力する。
図18に示すように互いに交差した電極パターンは、検出領域内で静電容量式タッチセンサをマトリクス状に構成している。よって、タッチ検出部3のタッチ検出面として機能する表示面側の表示エリア部21全体にわたって走査することにより、外部近接物体の接触又は近接が生じた位置の検出を行うことができるようになっている。具体的には、例えば、相互容量方式でタッチ検出動作を行う際、駆動ドライバ15が、1つの第1電極Tx又は複数の第1電極Txを束ねた駆動電極ブロックを時分割的に線順次走査するように駆動する。これによって図18に示す矢印が示す走査方向に沿ってタッチ検出が行われるようになっている。このように、実施形態2のタッチ検出機能付き表示パネル1は、複数の第2電極Rxと接続されて第1電極Txに対する電圧の印加に応じて第1電極Txと第2電極Rxとが生じさせる相互容量に基づいてタッチ操作が行われた二次元の位置を示す相互容量信号を出力する相互容量信号出力部72を有する。
図19は、実施形態2における分割電極の形状及び駆動ドライバ15による駆動電極ブロックの例を示す図である。図19では、1つの駆動電極ブロックとして扱われる1つ又は2つの電極に同一の網掛けをしている。すなわち、図19に示す例では、2つの第1電極Tx,Txの組、2つの第1電極Tx,Txの組及び2つの第1電極Tx,Txの組並びに1つの第1電極Txが独立した1つの駆動電極ブロックとして機能する。
図20は、ずらし駆動を採用した場合の駆動電極ブロックの例を示す図である。駆動電極ブロックの具体的な形態は図19に示す例に限らず任意であり、例えば図20に示すようなずらし駆動等の仕組みを適用し、第1のタイミングで駆動される駆動電極ブロック群を構成する第1電極Txと、第2のタイミングで駆動される駆動電極ブロック群を構成する第1電極Txとが一部重複してもよい。
図21は、実施形態2における押圧検出のために設定される複数の第1検出領域を網掛けの差異で区別して示す図である。実施形態2では、例えば図21に示すように、第1電極Tx,Tx,Tx,Txの分割電極のうち領域(A)側に配置されている4つの分割電極が配置されている領域が、1つの第1検出領域として設定されている。また、第1電極Tx,Tx,Tx,Txの分割電極のうち領域(B)側に配置されている4つの分割電極が配置されている領域が、1つの第1検出領域として設定されている。また、第1電極Tx,Tx,Txの分割電極のうち領域(A)側に配置されている3つの分割電極が配置されている領域が、1つの第1検出領域として設定されている。また、第1電極Tx,Tx,Txの分割電極のうち領域(B)側に配置されている3つの分割電極が配置されている領域が、1つの第1検出領域として設定されている。このように、実施形態2では、4つの第1検出領域が設定されている。実施形態2でも、実施形態1における分割電極の電気的な接続関係の切替(図12参照)と同様の仕組みで、駆動電極ブロック単位(図19参照)の電気的接続と第1検出領域単位(図21参照)の電気的接続とを切替可能になっている。
実施形態2において第1電極Txを構成する複数の分割電極は、他方向(X方向)について2つの分割電極が位置する重複領域を有する。具体的には、実施形態1における3つの分割電極の形状が矩形状であったのに対し、実施形態2における2つの分割電極の形状は、例えば図19及び図21に示すようにL字状である。係るL字状の2つの分割電極は、一方が逆さになってL字の一辺が互いに噛み合うように配置されることで、実施形態1と同様、長手方向がY方向に沿う矩形状の第1電極Txを構成している。係る2つの分割電極同士が噛み合っている領域(A+B)は、X方向に2つの分割電極が位置する重複領域になっている。
実施形態2において、例えば図21に示すタッチ操作位置P3,P4のように、X方向について略同一の位置で異なる分割電極が配置されている複数の領域(例えば、領域(A)と領域(B))に対するマルチタッチが行われた場合を考える。この場合、実施形態2おける押圧信号出力部62の出力(押圧信号R14)では、Y方向についてタッチ操作位置P3,P4の中間に位置する重複領域(例えば、領域(A+B))のタッチ操作位置G3と、タッチ操作位置P3,P4との区別が困難になることがある。これは、タッチ操作位置P3,P4に対するマルチタッチであってもタッチ操作位置G3に対するシングルタッチであっても領域(A)と領域(B)の両方で押圧が検出されるからである。しかしながら、実施形態2の場合、タッチ操作の位置検出に相互容量方式が採用されているので、自己容量方式のような仕組みでのゴーストの発生は抑制されている。よって、実施形態2では、相互容量信号出力部72から出力されるタッチ検出信号R2に基づいてタッチ操作の位置を求めることで、押圧が加えられているタッチ操作の位置を同時に求めることができる。
実施形態2では、相互容量方式でのタッチ操作の位置検出に加えて、実施形態1と同様の自己容量方式によるタッチ操作の位置検出を行ってよい。相互容量方式では、タッチ検出面に水滴が付着する等、タッチ操作の位置と異なる位置でタッチ操作と誤認するレベルで静電容量に影響を与える量の水分が検出領域に存在する場合、本来タッチ操作が行われていない位置をタッチ操作の位置として検出する可能性がある。自己容量方式では、係る水分による影響が抑制されているので、相互容量方式と自己容量方式の両方を採用することでより高い精度でタッチ検出を行うことができる。
具体的には、実施形態2では、例えば図20に示す駆動電極ブロックと同様の組み合わせで第1電極Txを束ねてX方向のタッチ位置検出を自己容量方式で行う。実施形態2では、相互容量方式による二次元方向(XY方向)のタッチ位置検出によってタッチ操作の位置が求められるので、自己容量方式でのタッチ位置検出は、上記の水分による影響を排除することができる程度の分解能でよい。このため、実施形態2における自己容量方式でのタッチ位置検出の分解能は実施形態1に比して低い分解能であってもよく、信号出力部5Aが有するセルフ信号出力部DAの数を低減しやすい。セルフ信号出力部DAの数の低減によって、信号出力部5Aの回路規模を縮小することができる。
実施形態2の演算部9Aは、実施形態1の演算部9におけるタッチ算出部91に代えて、タッチ算出部91Aとして機能する回路である。タッチ算出部91が自己容量方式の出力(第1信号R11、第2信号R12)に基づいてタッチ操作の位置を算出していたのに対し、タッチ算出部91Aは、相互容量方式の出力(タッチ検出信号R2)に基づいてタッチ操作の位置を算出する。具体的には、タッチ算出部91Aは、例えば、検出領域内で静電容量式タッチセンサをマトリクス状に構成している第1電極Tx及び第2電極Rxの電極パターンを前提として、第1電極Txの駆動タイミングと第2電極Rxの出力との関係に基づいて、タッチ操作を検出した静電容量式タッチセンサの位置を特定する演算を行う。
また、演算部9Aは、演算部9におけるタッチ補正部93に代えて、タッチ補正部93Aとして機能する。タッチ補正部93が押圧算出部92の算出結果に基づいてタッチ操作の位置を補正していたのに対し、タッチ補正部93Aは、タッチ算出部91Aが出力する相互容量方式でのタッチ操作の位置検出結果に対して上記で説明した水分の影響を抑制するための補正を行う。具体的には、タッチ補正部93Aは、タッチ算出部91Aの出力が示すタッチ検出位置のうち、例えば第1信号R11,第2信号R12に基づいて実施形態1と同様の方法で特定されるタッチ検出位置にも同様に含まれるタッチ検出位置を保持し、含まれないタッチ検出位置を排除する。このように、実施形態2の演算部9Aは、相互容量信号に基づいてタッチ操作が行われた二次元の位置を算出するタッチ算出部91Aと、第1信号R11に基づいてタッチ算出部91Aにより算出された二次元の位置を補正するタッチ補正部93Aとして機能する。
図22は、実施形態2における走査線12、信号線13、第1電極Tx及び第2電極Rxに係る信号の関係の一例を示すタイミングチャートである。実施形態2では、例えば図22に示すように、実施形態1と同様、表示出力が行われる表示期間(ステップS11,S13,S15,S17,S19)と、他の期間(ステップS12,S14,S16,S18,S20)とが交互に設けられる。実施形態2における他の期間とは、相互容量方式での二次元方向(XY方向)のタッチ位置検出、自己容量方式でのX方向のタッチ位置検出、自己容量方式でのY方向のタッチ位置検出若しくは押圧検出のいずれか一つが行われる期間である。実施形態2における表示期間は、実施形態1における表示期間と同様である。また、実施形態2における自己容量方式でのX方向のタッチ位置検出、自己容量方式でのY方向のタッチ位置検出及び押圧検出の期間(ステップS16,S18,S20)は、実施形態1におけるこれらの期間と同様である。図22では、ステップS21以降の期間の図示を省略しているが、実際には、ステップS21以降の期間では、ステップS11〜S20の期間が同様の順序で繰り返される。ステップS12,S14,S16,S18,S20は、順不同である。また、ステップS11,S13,S15,…とステップS12,S14,S16,…のタイミングの前後関係は入れ替わってもよい。
静電容量方式でのタッチ位置検出期間は、例えば、タッチ検出(ステップS12)とノイズ検出(ステップS14)の2つの期間を含む。ステップS12の期間では、相互容量信号出力部72が、駆動電極ブロックの走査に応じた第2電極Rxからの出力を得る。ステップS14の期間では、相互容量信号出力部72が、走査されていない駆動電極ブロックと第2電極Rxとの静電容量が示す出力をノイズ成分として得る。相互容量信号出力部72は、ステップS12で得た出力からステップS14で得たノイズ成分を排除してタッチ検出信号R2を出力する。なお、ステップS12,S14の期間における信号線13は、フローティング状態である。また、ステップS12,S14の期間における走査線12は、表示期間と同様の接続状態である。
以上、実施形態2によれば、相互容量に基づいてタッチ操作が行われた二次元の位置を得られるので、タッチ操作が行われた位置をより高い精度で示す情報を得られる。特に、図22を参照した説明では、相互容量方式でのタッチ検出、自己容量方式でのタッチ検出及び押圧検出を組み合わせている。これによって、相互容量方式でのタッチ検出を用いたより確実なゴーストの消去と、自己容量方式でのタッチ検出を用いた水分の影響の抑制と、押圧検出による押圧の位置及び押圧の度合いの検出を実現することができ、タッチ操作の位置及び押圧に係る検出をより高い精度で実現することができる。すなわち、実施形態2によれば、自己容量方式でのタッチ検出と押圧検出との組み合わせ、相互容量方式でのタッチ検出領域と押圧検出との組み合わせよりもさらに高い精度でタッチ操作の位置及び押圧に係る検出を行うことができる。
また、相互容量方式で求められた二次元の位置を自己容量方式で求められた位置で補正するので、相互容量方式における水分の影響を抑制することができ、より高い精度でタッチ検出を行うことができる。
また、他方向(X方向)について2つの分割電極が位置する重複領域を有するので、より少ない分割電極で一方向(Y方向)の分解能をより高めることができる。
(実施形態2の変形例)
次に、実施形態2の変形例である変形例について説明する。変形例の説明に係り、実施形態2と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略することがある。
図23は、変形例1における分割電極の形状及び押圧検出のために設定される複数の第1検出領域を網掛けの差異で区別して示す図である。変形例1では、第1電極Txを構成する複数の分割電極の各々が一方向(Y方向)にテーパー又は逆テーパーがついた形状である。具体的には、例えば図23に示すように、変形例1の第1電極Txは、第1電極Txの形状である矩形の2つの対角線のうち一方をなぞる分割線で2つに分割されている分割電極Tj,Tkを有する。変形例1における分割電極Tj,Tkは、形状が異なることを除いて実施形態2の分割電極と同様の構成である。駆動ドライバ15側を一端側として見た場合、分割電極Tkは他端側に向かって細くなるテーパーを有し、分割電極Tjは他端側に向かって太くなる逆テーパーを有する。
図24は、テーパー又は逆テーパーがついた形状の分割電極と信号線13との関係の一例を模式的に示す図である。変形例1では、信号線13とDDIC4との間の接続と非接続とを切り替えて非接続時に信号線13をフローティング状態にするスイッチ部SHが設けられている。また、変形例1では、信号線13を介して分割電極Tjと分割電極Tkとを電気的に接続する接続経路を開閉するスイッチ部SIが設けられている。変形例1において、スイッチ部SH,SIは、相互容量方式での二次元方向(XY方向)のタッチ位置検出(ステップS12,S14)並びに自己容量方式でのX方向のタッチ位置検出(ステップS16)及び自己容量方式でのY方向のタッチ位置検出(ステップS18)が行われている期間に接続状態になる。これによって、信号線13を介して分割電極Tjと分割電極Tkとをショートさせて分割電極Tj,Tk及び信号線13が連続する電気的構成を1つの電極として作用させることができ、タッチ操作の位置検出精度が向上する。一方、スイッチ部SHは、押圧検出(ステップS20)の期間に少なくともスイッチ部SHを非接続状態にする。これによって、信号線13をフローティング状態にして信号線13を介したノイズの伝搬を抑制することができる。
図25は、実施形態2に係る他の具体的態様の一例を示す説明図である。図23及び図24を参照して実施形態2の変形例について説明したが、実施形態2においても、実施形態1と同様、第1電極Txを構成する複数の分割電極の具体的な形態は、適宜変更可能である。例えば、図25に示すように、実施形態2における複数の分割電極を実施形態1における複数の分割電極(図8等参照)としてもよい。図25では、実施形態2における「ミューチャル期間(XY)」、すなわち、静電容量方式でのタッチ位置検出期間(ステップS12,S14)において駆動電極E2として機能する第1電極Tx及びタッチ検出電極E3として機能する第2電極Rxの両方が用いられることを示している。図25では、駆動電極E2として機能する第1電極Txにずらし駆動(図20参照)が採用されているが、具体的な駆動方式は適宜変更可能である。また、図25では、自己容量方式でのX方向のタッチ位置検出(ステップS16)においてそれぞれ1つの電極として扱われる1つ又は2つの第1電極Txに同一の網掛けをしている(図8参照)。また、図25では、自己容量方式でのY方向のタッチ位置検出(ステップS18)において用いられる第2電極Rxを示している(図9参照)。また、図25では、押圧検出の期間(ステップS20)においてそれぞれ1つの第1検出領域として機能する分割電極を網掛けで区別している(図11参照)。図25に示す例では、分割電極の電気的な接続関係の切替に係る構成として実施形態1と同様の構成を採用することができる(図12参照)。このように、実施形態2に係る特徴のうち実施形態1と共通の特徴については、実施形態1と同様にしてもよい。逆に、図19、図21及び図23を参照して説明した実施形態2及びその変形例における特徴を実施形態1に採用してもよい。また、図25に示す例に限らず、実施形態1のようなY方向に並ぶ複数の分割電極の一部又は全部が、図19を参照して説明したような重複領域を有していてもよいし、図23を参照して説明したようなテーパー又は逆テーパーがついた形状であってもよい。
(実施形態3)
次に、実施形態1,2と異なる本発明の実施形態である実施形態3について説明する。実施形態3の説明に係り、実施形態1,2と同様の構成については同じ符号を付して説明を省略することがある。
図26は、本発明の実施形態3に係る表示装置100Bの主要構成例を示すブロック図である。実施形態3の表示装置100Bは、実施形態2の表示装置100Aにおける信号出力部5Aに代えて、信号出力部5Bを備える。また、実施形態3の表示装置100Bは、実施形態2の表示装置100における演算部9Aに代えて、演算部9Bを備える。実施形態3におけるタッチ操作の位置検出の仕組みは、例えば、相互容量方式による二次元方向(XY方向)の位置検出を自己容量方式で補正する仕組みであり、実施形態2と同様である。
図27は、実施形態3における分割電極の形状及び押圧検出のために設定される複数の第1検出領域を網掛けの差異で区別して示す図である。実施形態3では、例えば図27に示すように、各々の第1電極Txが4つの分割電極で構成されている。係る4つの分割電極の具体的な形態は、例えばY方向について表示エリア部21の幅以上の延設長を有する第1電極Txを4等分するよう設定された領域(e),(f),(g),(h)の各々に電極の面積の全て又は大部分(図30等参照)が位置するよう配置された形態である。図27に示す例では、領域(e),(f),(g),(h)の各々が第1検出領域として設定されているが、これは一例であってこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。
信号出力部5Bは、信号出力部5Aにおける押圧信号出力部62が押圧信号出力部62Aとして機能する点を除いて、信号出力部5Aと同様である。押圧信号出力部62Aの出力(押圧信号R15)は、実施形態1,2の押圧信号出力部62と同様の出力に加えて、第1検出領域とは別に設定された第2検出領域を用いた出力を含む。第2検出領域は、例えば、第1電極Tx,Tx,…,Txがそれぞれ設けられている領域である。すなわち、実施形態3における第2検出領域は、例えば、複数の第1電極Txのうち1つが配置されている領域である。第2検出領域は、複数の第1電極Txのうち1つ以上が配置されている領域であってもよい。例えば、図19で例示した駆動電極ブロックと同様の組み合わせで2つの第1電極Txが配置されている領域を第2検出領域としてもよい。
図28は、実施形態3における走査線12、信号線13、第1電極Tx及び第2電極Rxに係る信号の関係の一例を示すタイミングチャートである。実施形態3では、例えば図28に示すように、実施形態1,2と同様、表示出力が行われる表示期間(ステップS31,S33,S35,S37,S39,S41)と、他の期間(ステップS32,S34,S36,S38,S40,S42)とが交互に設けられる。実施形態3における他の期間とは、相互容量方式での二次元方向(XY方向)のタッチ位置検出、自己容量方式でのX方向のタッチ位置検出、自己容量方式でのY方向のタッチ位置検出若しくはX方向の押圧検出又はY方向の押圧検出のいずれか一つが行われる期間である。実施形態3における表示期間は、実施形態1,2における表示期間と同様である。また、実施形態3における相互容量方式での二次元方向(XY方向)のタッチ位置検出、自己容量方式でのX方向のタッチ位置検出及び自己容量方式でのY方向のタッチ位置検出の期間(ステップS32,S34,S36,S38)は、実施形態2におけるこれらの期間と同様である。ただし、ステップS36における自己容量方式でのX方向のタッチ位置検出は、第2検出領域単位で行われる。図28では、ステップS43以降の期間の図示を省略しているが、実際には、ステップS43以降の期間では、ステップS31〜S42の期間が同様の順序で繰り返される。ステップS32,S34,S36,S38,S40,S42は、順不同である。また、ステップS31,S33,S35,…とステップS32,S34,S36,…のタイミングの前後関係は入れ替わってもよい。
ステップS40におけるX方向の押圧検出は、第2検出領域単位で行われる。なお、ステップS40の期間における走査線12,信号線13は、フローティング状態である。また、ステップS40の期間における第2電極Rxは、所定の電位(固定電位)である。ここで、ステップS36の期間は、第1期間として機能する。また、ステップS40の期間は、第2期間として機能する。
図29は、第1期間と第2期間の差異を模式的に示す図である。ステップS36のような第1期間では、第2電極Rxの電位が変化するアクティブシールド状態である。これによって、第1電極Txと外部の容量(例えば、指Fi等)との間で生じる電界が第2電極Rxに向かわなくなる。このような第1期間に自己容量方式のタッチ検出電極E1として機能する第1電極Txから得られる出力信号の成分は、合成成分PL1のようになる。合成成分PL1は、第1電極Txと指Fi等との間の電界による成分UP1(上成分)と、第1電極Txとベース電極8との間の距離Inに応じた静電容量CPがもたらす成分UD1(下成分)とが合成された成分である。よって、合成成分PL1は、以下の式(1)で求められることになる。
PL1=UP1+UD1…(1)
一方、ステップS40のような第2期間では、第2電極Rxの電位が固定電位である。これによって、第1電極Txと外部の容量(例えば、指Fi等)との間で生じる電界の一部が第2電極Rxに向かう。このような第2期間に自己容量方式のタッチ検出電極E1として機能する第1電極Txから得られる出力信号の成分は、合成成分PL2のようになる。合成成分PL2は、第1電極Txと指Fi等との間の電界による成分UP2(上成分)と、第1電極Txとベース電極8との間の距離Inに応じた静電容量CPがもたらす成分UD2(下成分)と、第2電極Rxが固定電位であることによって加わる成分(Z)が合成された成分である。
合成成分PL1,PL2のうち、押圧を示す成分は、成分UD1,UD2である。第1期間と第2期間でタッチ操作位置及び押圧が同一である場合、成分UD1と成分UD2とは等しい。また、この場合、第2電極Rxが固定電位であることで成分UP2に与えられている影響を第2電極Rxの状態に応じた固定値(α)を用いて表すと、UP2=UP1/αとすることができる。これらを考慮すると、合成成分PL2は、以下の式(2)で求められることになる。
PL2=UP2+UD2+Z
=(UP1/α)+UD1+Z…(2)
αは、第2電極Rxの固定電位の設定に基づいて求めることができる。また、第2電極Rxが固定電位であることによって加わる成分(Z)は、タッチ操作が行われていない場合の当該成分をあらかじめ測定しておくことで求めることができる。よって、上記の式(1),(2)に基づいて、以下の式(3),(4)の連立方程式を解くことで成分UD1を求めることができる。すなわち、第1期間に得られる出力信号と第2期間に得られる出力信号とに基づいて、押圧を検出することができる。演算部9Bの押圧算出部92Aは、式(1)〜(4)を用いて説明した仕組みに基づいて押圧を算出する回路である。
UD1=PL1−UP1…(3)
UD1=PL2−(UP1/α)−Z…(4)
このように、実施形態3における押圧信号は、1つの第2検出領域を構成する第1電極Txとベース電極8とによる静電容量の検出を、複数の第2検出領域毎に、第2電極Rxの電位が変化するアクティブシールド状態である第1期間、及び、第2電極Rxが固定電位である第2期間について個別に行うことで得られた複数の第2検出領域の静電容量が示す情報を含む。なお、ステップS36の期間の出力は、第1信号出力部61の出力(第1信号R11)である。このように、実施形態3では、第1信号R11が、演算部9Bの押圧算出部92Aに利用されることになる。押圧算出部92Aは、第1期間に得られた複数の第2検出領域の静電容量と第2期間に得られた複数の第2検出領域の静電容量の差分に基づいて押圧の度合い及び押圧が加えられた他方向(X方向)の位置を算出する第2押圧算出部94として機能する。実施形態3における第1信号R11は、実施形態2と同様、演算部9Bのタッチ補正部93Aにも利用される。
図28のステップS42におけるY方向の押圧検出は、実施形態1における押圧検出、すなわち、第1検出領域単位で行われる押圧検出と同様である。係る押圧検出に基づいた押圧の検出結果と上記の第1期間の出力信号と第2期間の出力信号に基づいた押圧の検出結果とを併用することで、より高い精度で押圧を検出することができる。なお、ステップS42の期間における走査線12,信号線13は、フローティング状態である。また、ステップS42の期間における第2電極Rxは、所定の電位(固定電位)である。
実施形態3では、ステップS42による第1検出領域を用いた押圧検出を第2期間として扱ってもよい。この場合、第1検出領域を用いた第1期間として機能する新たな期間を設定してもよい。具体的には、第2電極Rxの電位が変化するアクティブシールド状態で第1検出領域を用いた自己容量方式でのタッチ検出を行う期間を新たな期間として設定することで、係る新たな期間の出力信号とステップS42の期間の出力信号とに基づいて、上記の成分UD1を求める仕組みと同様の仕組みで押圧検出を行うことができる。この場合、実施形態3において信号出力部5Bが出力する押圧信号は、第2電極Rxの電位が変化するアクティブシールド状態である第1期間中における個別検出で得られた複数の第1検出領域の静電容量が示す情報と、第2電極Rxが固定電位である第2期間中における個別検出で得られた複数の第1検出領域の静電容量が示す情報とを含むことになる。また、押圧算出部92Aは、第1期間に得られた複数の第1検出領域の静電容量と第2期間に得られた複数の第1検出領域の静電容量の差分に基づいて押圧の度合い及び押圧が加えられた一方向(Y方向)の位置を算出する第1押圧算出部95として機能する。新たな期間は、ステップS38の期間を置換することで設定されてもよい。
図30は、実施形態3における分割電極の電気的な接続関係の切替に係る構成の例を模式的に示す回路図である。なお、図27における分割電極の網掛けと、図30におけるセルフ信号出力部DA,DA,DA,DA,DA,DAの網掛けとは対応関係を有する。すなわち、同一の網掛けが施されている分割電極とセルフ信号出力部DA,DA,DA,DA,DA,DAとが接続される。
分割電極は、一部の分割電極は、配線を兼ねる延出部を有していてもよい。具体的には、例えば図30に示すように、領域(f)に配置されている分割電極は、領域(e)側に延出された延出部を有する。また、領域(g)に配置されている分割電極は、領域(h)側に延出された延出部を有する。領域(e),(h)に配置されている分割電極は、矩形状であり、それぞれの領域内で隣接する領域から延出されている延出部と非接触となるよう配置されている。
また、分割電極と駆動ドライバ15(又は第1電極出力部6A)とを接続する配線の一部に信号線13を用いてもよい。具体的には、例えば図30に示すように、領域(e),(f)の分割電極と切替回路GS2とを接続する配線として、信号線13を用いるようにしてもよい。より具体的には、信号線13は、スイッチ部SH2を介して領域(e)又は(f)の分割電極と接続されている。また、信号線13は、スイッチ部SH1を介して切替回路GS2と接続されている。スイッチ部SH1,SH2を接続状態にすることで、領域(e),(f)の分割電極と切替回路GS2とを接続することができる。スイッチ部SH1,SH2を非接続状態にすることで、領域(e),(f)の分割電極と切替回路GS2とを非接続とするとともに、信号線13をフローティング状態にすることができる。
分割電極と、駆動ドライバ15及び第1電極出力部6Aとの接続経路には、切替回路GS2及び切替回路GS3が設けられている。切替回路GS2は、例えば、接続線Lと、スイッチ部SE4,SE5,SE6と、第1状態接続線Lx11,Lx12,Lx13,Lx14,…と、第2状態接続線Lp11,Lp12,Lp13,Lp14とを有する。切替回路GS3は、例えば、スイッチ部SE7,SE8を有する。
接続線Lは、一端側が領域(g)又は領域(h)の分割電極に個別に接続され、第1電極出力部6側に向かう他端側が2つに分岐している。なお、信号線13を介して切替回路GS2と接続されている分割電極と接続されているスイッチ部SE4のスイッチの他端側も、同様に2つに分岐している。スイッチ部SE4,SE5は、係る他端側の2つの分岐線の各々に個別に設けられて、分岐線の電気的な接続と非接続とを切り替えるスイッチを有する。
第1状態接続線Lx11,Lx12,Lx13,Lx14は、スイッチ部SE4が設けられた複数の分岐線の他端同士を接続する。具体的には、第1状態接続線Lx11は、第1電極Txを構成する領域(e),(f),(g),(h)の4つの分割電極と接続されている分岐線の他端同士を接続する。同様に、第1状態接続線Lx12,Lx13,Lx14,…は、それぞれ、第1電極Tx,Tx,Tx,…を構成する領域(e),(f),(g),(h)の4つの分割電極と接続されている分岐線の他端同士を接続する。
第2状態接続線Lp11,Lp12,Lp13,Lp14は、スイッチ部SE5が設けられた複数の分岐線の他端同士を接続する。具体的には、第2状態接続線Lp11は、領域(g)に設けられた第1電極Tx,Tx,…,Txの分割電極と接続されている分岐線の他端同士を接続する。また、第2状態接続線Lp12は、領域(h)に設けられた第1電極Tx,Tx,…,Txの分割電極と接続されている分岐線の他端同士を接続する。また、第2状態接続線Lp13は、領域(e)に設けられた第1電極Tx,Tx,…,Txの分割電極と接続されている分岐線の他端同士を接続する。また、第2状態接続線Lp14は、領域(f)に設けられた第1電極Tx,Tx,…,Txの分割電極と接続されている分岐線の他端同士を接続する。
スイッチ部SE6は、切替回路GS3との接続線と、第1状態接続線Lx11,Lx12,Lx13,Lx14,…又は第2状態接続線Lp11,Lp12,Lp13,Lp14のいずれか一方とを接続する。スイッチ部SE6が第1状態接続線Lx11,Lx12,Lx13,Lx14,…と接続される際、スイッチ部SE4は接続状態になり、スイッチ部SE5は非接続状態になる。スイッチ部SE6が第2状態接続線Lp11,Lp12,Lp13,Lp14と接続される際、スイッチ部SE4は非接続状態になり、スイッチ部SE5は接続状態になる。このように、複数の分割電極は、スイッチ部SE6によってセルフ信号出力部DA11,DA12,DA13,DA14,…と接続された系統によって電気的な接続関係を成立させる。
切替回路GS3は、切替回路GS2との接続線と、駆動ドライバ15又は第1電極出力部6Aが有するセルフ信号出力部DA11,DA12,DA13,DA14,…のいずれか一方とを接続する。具体的には、一端側が切替回路GS2と接続されている接続線は、他端側が2つに分岐している。スイッチ部SE7は、2つに分岐した接続線の他端側の一方と駆動ドライバ15との間の接続と非接続とを切り替えるスイッチを有する。スイッチ部SE8は、2つに分岐した接続線の他端側の他方と第1電極出力部6Aが有するセルフ信号出力部DA11,DA12,DA13,DA14,…との間の接続と非接続とを切り替える。セルフ信号出力部DA11,DA12,DA13,DA14,…は、第1電極出力部6Aが有する複数のセルフ信号出力部DAを個別に識別するために符号に下付き番号を付して説明しているものである。スイッチ部SE7が接続状態であり、スイッチ部SE8が非接続状態であることで、分割電極と駆動ドライバ15とを接続することができる。また、スイッチ部SE7が非接続状態であり、スイッチ部SE8が接続状態であることで、分割電極とセルフ信号出力部DA11,DA12,DA13,DA14,…とを接続することができる。切替回路GS3のような構成により、相互容量方式における第1電極Txの駆動と自己容量方式における第1電極Txを用いたタッチ検出とを両立することができる。実施形態2でも、同様の構成を採用することができる。
図31は、延出部を有する分割電極の別の形態例を示す図である。図31では、X方向に並ぶ2つの第1電極Txに符号Tx,Txを付している。また、領域(e),(f),(g),(h)にそれぞれ配置されている第1電極Tx,Txの分割電極に、それぞれ符号e,f,g,h,e,f,g,hを付している。領域(e),(f),(g),(h)の4つの分割電極は、信号線13を介さず接続可能に設けられてもよい。具体的には、例えば図31に示すように、領域(e)の分割電極e,eが、領域(f),(g),(h)に延出されている延出部を有していてもよい。また、領域(f)の分割電極f,fが、領域(g),(h)に延出されている延出部を有していてもよい。また、領域(g)の分割電極g,gが、領域(h)に延出されている延出部を有していてもよい。このように、駆動ドライバ15、第1電極出力部6Aに対して相対的に遠方に位置する領域に配置されている分割電極が延出部を介して接続されてもよい。
分割電極は、例えば酸化インジウムスズ(ITO:Indium Tin Oxide)を用いた膜状の透明電極Baseと、透明電極Baseに格子状に設けられた金属配線Lineとを有する。分割電極は、透明電極Baseによって透光性を獲得すると共に、金属配線Lineによって透明電極Baseのみの場合に比してより高い導電性を獲得する。分割電極が設けられる第1電極Txの層は、透明電極Base及び金属配線Lineが積層された層を切断部Cutで切断することで複数の分割電極として設けられる。また、第1電極Txの層には、切断部Cutを目立たなくするためのミシン目Mが形成されていてもよい。
図32は、1つの分割電極の接続に複数の信号線13を用いる形態例を示す図である。図32に示す例では、X方向に並ぶ2つの第1電極Txに符号Tx,Txを付している。また、領域(i),(j),(k),(l),(m)にそれぞれ配置されている第1電極Tx,Txの分割電極と電気的な接続関係が成立し得る接続線に、それぞれ符号i,j,k,l,m,i,j,k,l,mを付している。図32に示す例では、例えば第1電極Txを5等分するよう設定された領域(i),(j),(k),(l),(m)の各々に電極の面積の大部分が位置する分割電極が配置されている。また、領域(l)の分割電極は、領域(m)に延出されている延出部を有する。また、領域(j)の分割電極は、領域(i)に延出されている延出部を有する。また、領域(k)の分割電極は、領域(l),(m)に延出されている延出部を有する。
図32では、接続線i,j,k,l,m,i,j,k,l,mが設けられている一端側(図32の下方)から見て相対的に遠方に位置する領域(i),(j)に配置されている分割電極が、複数の信号線13を介して接続線i,j,i,jとの電気的な接続関係を成立させる。具体的には、接続線i,iは、他端側に向かって3つに分岐しており、スイッチ部SH1の3つのスイッチ、3つの信号線13及びスイッチ部SH2の3つのスイッチを介して他端側で1つに収束されて領域(i)の分割電極と接続されている。また、接続線j,jは、他端側に向かって4つに分岐しており、スイッチ部SH1の4つのスイッチ、4つの信号線13及びスイッチ部SH2の4つのスイッチを介して他端側で1つに収束されて領域(j)の分割電極と接続されている。このように、接続線と分割電極との間の配線長に応じて接続に用いる信号線13の数を増やすことで、分割電極と他の構成を接続する系統における導電率をより高めることができ、より微弱な信号を識別可能な状態で伝送することができるようになる。図27、図30〜図32の形態を例として実施形態3の分割電極について説明したが、これらの形態はあくまで一例であってこれに限られるものでなく、適宜変更可能である。また、各実施形態で例示した分割電極の形態は、他の実施形態でも採用可能である。
以上、実施形態3によれば、第1期間と第2期間とを設けることで、押圧の度合いを示す成分(例えば、成分UD1,UD2)をより高い精度で抽出することができる。
なお、上記では表示部とタッチ検出部とが一体化した所謂インセルタイプの表示デバイスを例示したが、表示部とタッチ検出部がそれぞれ独立した所謂アウトセルタイプであってもよい。その場合、タッチ検出部は、第1電極Tx、第2電極Rxに対応する構成を有する。また、表示部は省略可能である。また、上記で説明した実施形態及び変形例では、表示部として液晶表示装置が適用された場合を例示したが、その他の適用例として、有機EL表示装置、その他の自発光型表示装置、あるいは電気泳動素子等を有する電子ペーパー型表示装置等、あらゆるフラットパネル型の表示装置が挙げられる。また、中小型から大型まで、特に限定することなく適用が可能である。
第1電極Tx及び第2電極Rxは、ストライプ状に複数に分割される矩形状に限られない。例えば、第1電極Tx及び第2電極Rxの少なくとも一方は、櫛歯形状であってもよい。第1電極Tx及び第2電極Rxの少なくとも一方を複数に分割する切断部(例えば、切断部Cut)の形状は直線状であっても、曲線状であってもよい。第1電極Tx及び第2電極Rxは、例えばITOを素材とするが、具体的な構成及び態様は、適宜変更可能である。第1電極Tx及び第2電極Rxは、金属製の導電材料であってもよい。この場合、タッチ検出電極E3は、例えば、アルミニウム(Al)、銅(Cu)、銀(Ag)、モリブデン(Mo)又はこれらの合金の少なくとも1つの金属材料を用いた構成として設けられる。第1電極Tx及び第2電極Rxは、これらの金属材料を1以上用いて、複数積層した積層体であってもよい。第1電極Tx及び第2電極Rxに金属製の導電材料を用いる場合は、メッシュ加工を施した所謂メタルメッシュ(Metal Mesh)の構成としたり、黒色材料でメッキ加工するなどの不可視化処理をするとより良い。また、第2電極Rxは省略されてもよい。
また、実施形態及び変形例において述べた態様によりもたらされる他の作用効果について本明細書記載から明らかなもの、又は当業者において適宜想到し得るものについては、当然に本発明によりもたらされるものと解される。
1 タッチ検出機能付き表示パネル
2 表示部
3 タッチ検出部
4 DDIC
5,5A,5B 信号出力部
6,6A 第1電極出力部
8 ベース電極
9,9A,9B 演算部
12 走査線
13 信号線
14,14a,14b ゲートドライバ
15 駆動ドライバ
20 第1基板
25,35 偏光板
61 第1信号出力部
62,62A,62B 押圧信号出力部
71 第2電極出力部
72 相互容量信号出力部
91,91A タッチ算出部
92,92A,92B 押圧算出部
93,93A タッチ補正部
100,100A,100B 表示装置
BL バックライト
CP 静電容量
DA セルフ信号出力部
DB ミューチャル信号出力部
FPC フレキシブルプリント基板
In 距離
LC 液晶層
P1,P2,P3,P4 タッチ操作位置
G1,G2 ゴースト発生位置
GS1,GS2,GS3 切替回路
Pix 画素
R1,R2 タッチ検出信号
R11 第1信号
R12 第2信号
R13,R14,R15 押圧信号
Rx 第2電極
SH,SH1,SH2 スイッチ部
Tj,Tk 分割電極
Tx 第1電極

Claims (15)

  1. 二次元の検出領域として機能するタッチ検出面に対してタッチ操作が行われた位置を示すタッチ検出信号を出力するタッチ検出信号出力部と、
    前記タッチ検出面から加えられた前記タッチ操作に伴う押圧に係る押圧信号を出力する押圧信号出力部と、を備え、
    前記タッチ検出信号出力部は、
    前記二次元を構成する二方向のうち一方向に沿う複数の第1電極と、
    前記複数の第1電極と接続されて前記第1電極の自己容量が示す前記タッチ操作が行われた前記一方向と直交する他方向の位置を示す第1信号を出力する第1信号出力部とを有し、
    前記第1電極は、前記検出領域内でそれぞれ異なる位置に設けられた複数の分割電極を有し、
    異なる前記第1電極の前記分割電極同士は、前記他方向に並び、
    前記他方向に並ぶ複数の前記分割電極を束ねて設けられた第1検出領域が複数設定されており、
    前記押圧信号出力部は、
    所定のギャップを挟んで前記分割電極と対向する位置に設けられ、前記タッチ検出面への押圧に応じて前記第1電極に前記所定のギャップ側への撓みが生じた場合に当該第1電極の複数の分割電極の各々との距離が変わるベース電極を有し、
    前記押圧信号は、1つの前記第1検出領域を構成する複数の前記分割電極と前記ベース電極とによる静電容量の検出を複数の前記第1検出領域について個別に行う個別検出で得られた複数の前記第1検出領域の静電容量に基づいた信号である
    検出装置。
  2. 前記タッチ検出信号出力部は、
    前記他方向に沿う複数の第2電極と、
    前記複数の第2電極と接続されて前記第1電極に対する電圧の印加に応じて前記第1電極と前記第2電極とが生じさせる相互容量に基づいてタッチ操作が行われた二次元の位置を示す相互容量信号を出力する相互容量信号出力部を有する
    請求項1に記載の検出装置。
  3. 前記押圧信号は、
    前記第2電極の電位が変化するアクティブシールド状態である第1期間中における前記個別検出で得られた複数の前記第1検出領域の静電容量が示す情報と、前記第2電極が固定電位である第2期間中における前記個別検出で得られた複数の前記第1検出領域の静電容量が示す情報とを含む
    請求項2に記載の検出装置。
  4. 前記第1期間に得られた複数の前記第1検出領域の静電容量と前記第2期間に得られた複数の前記第1検出領域の静電容量の差分に基づいて前記押圧の度合い及び前記押圧が加えられた前記一方向の位置を算出する第1押圧算出部を有する
    請求項3に記載の検出装置。
  5. 前記他方向に沿って複数設定され、それぞれに複数の第1電極のうち1つ以上が配置されている第2検出領域が設定され、
    前記押圧信号は、
    1つの前記第2検出領域を構成する前記第1電極と前記ベース電極とによる静電容量の検出を、複数の前記第2検出領域毎に、前記第2電極の電位が変化するアクティブシールド状態である第1期間、及び、前記第2電極が固定電位である第2期間について個別に行うことで得られた複数の前記第2検出領域の静電容量が示す情報を含む
    請求項2から4のいずれか一項に記載の検出装置。
  6. 前記第1期間に得られた複数の前記第2検出領域の静電容量と前記第2期間に得られた複数の前記第2検出領域の静電容量の差分に基づいて前記押圧の度合い及び前記押圧が加えられた前記他方向の位置を算出する第2押圧算出部を有する
    請求項5に記載の検出装置。
  7. 前記個別検出で得られた複数の前記第1検出領域の静電容量の大小に基づいて前記押圧の度合い及び前記押圧が加えられた二次元の位置を算出する押圧算出部を有する
    請求項2に記載の検出装置。
  8. 前記相互容量信号に基づいて前記タッチ操作が行われた二次元の位置を算出するタッチ算出部と、
    前記第1信号に基づいて前記タッチ算出部により算出された二次元の位置を補正するタッチ補正部とを有する
    請求項2から7のいずれか一項に記載の検出装置。
  9. 前記タッチ検出信号出力部は、
    前記他方向に沿う複数の第2電極と、
    前記複数の第2電極と接続されて前記第2電極の自己容量が示す前記タッチ操作が行われた前記一方向の位置を示す第2信号を出力する第2信号出力部とを有する
    請求項1に記載の検出装置。
  10. 前記個別検出で得られた複数の前記第1検出領域の静電容量の大小に基づいて前記押圧の度合い及び前記押圧が加えられた二次元の位置を算出する押圧算出部と、
    前記第1信号及び前記第2信号に基づいて前記タッチ操作が行われた二次元の位置を算出するタッチ算出部と、
    前記押圧算出部により算出された前記押圧が加えられた二次元の位置に基づいて前記タッチ操作が行われた二次元の位置を補正するタッチ補正部とを有する
    請求項9に記載の検出装置。
  11. 前記個別検出で得られた複数の前記第1検出領域の静電容量の大小に基づいて前記押圧の度合い及び前記押圧が加えられた二次元の位置を算出する算出部を備える
    請求項1に記載の検出装置。
  12. 前記第1電極を構成する複数の前記分割電極は、前記他方向について2つの前記分割電極が位置する重複領域を有する
    請求項1から11のいずれか一項に記載の検出装置。
  13. 前記第1電極は、当該第1電極を構成する複数の前記分割電極の各々が一方向にテーパー又は逆テーパーがついた形状である
    請求項12に記載の検出装置。
  14. 前記第1電極を構成する複数の前記分割電極は、前記一方向に並ぶ
    請求項1から13のいずれか一項に記載の検出装置。
  15. 請求項1から14のいずれか一項に記載の検出装置と、
    前記タッチ検出面側に画像を表示する表示部と
    を備えるタッチ検出機能付き表示装置。
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