WO2011114900A1

WO2011114900A1 - タッチセンサ付き表示装置

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Publication number: WO2011114900A1
Application number: PCT/JP2011/054951
Authority: WO
Inventors: 智彦西村; 仁宮澤
Original assignee: シャープ株式会社
Priority date: 2010-03-17
Filing date: 2011-03-03
Publication date: 2011-09-22
Also published as: US20130027338A1; US8723829B2

Abstract

　特別な回路を用いずに、表示装置の共通電圧の極性反転に起因するノイズの影響を回避できる、タッチセンサ付き表示装置を提供する。タッチセンサ部（７）の複数のセンサ電極に順次接続され、各電極の電気特性に応じた信号電圧を出力するセンサ出力読出回路（２１）と、センサ出力読出回路（２１）へ制御信号を供給するセンサ制御回路（２３）と、前記信号電圧に基づいて接触位置を検出する座標演算回路（２２）とを備えた、タッチセンサ付き表示装置である。座標演算回路（２２）が、共通電圧が正極性から負極性へ反転するときの水平同期信号に同期して開始されたスキャン時の信号電圧値と、共通電圧が負極性から正極性へ反転するときの水平同期信号に同期して開始されたスキャン時の信号電圧値との平均値を算出する平均化回路（２２１）と、前記平均値に基づいて接触位置を検出する接触位置検出回路（２２２）とを備える。

Description

タッチセンサ付き表示装置

　本発明は、指等が接触した位置を検出することができるタッチセンサを備えた表示装置に関する。

　従来、ディスプレイの前面（観察者側）にタッチセンサ（「タッチパネル」ともいう。）が設けられたタッチセンサ付き表示装置が、様々な用途に用いられている。タッチセンサは、指やペン等が接触した箇所の位置を検出することにより、操作指示やデータ入力を可能とする入力装置である。位置検出の方式としては、静電容量結合方式、抵抗膜方式、赤外線方式、超音波方式および電磁誘導／結合方式などが知られている。

　タッチセンサを表示装置と一体的に使用する場合、タッチセンサが表示装置からのノイズを受け、タッチセンサの位置検出精度が低下することが問題になっている。例えば、表示装置が液晶パネルを利用したものである場合、液晶パネルの対向電極に印加される共通電圧に起因して、タッチセンサの位置検出用導電膜に誘起電圧が発生する。この誘起電圧が、ノイズの原因となる。

　このようなノイズを除去するための構成が、例えば特開２００６－１４６８９５号公報に開示されている。前記公報に開示されたタッチセンサ付き表示装置は、ストローブ信号生成回路と、ノイズカット電流信号生成回路とを備えている。ストローブ信号生成回路は、対向電極に供給される共通電圧の極性反転の周期に同期したストローブ信号を生成する。ノイズカット電流信号生成回路は、ストローブ信号に基づいて、タッチセンサ部に接続された端子から流れる電流から所定の部分を除いたノイズカット電流信号を生成する。

　この従来の構成によれば、共通電圧の周期的な極性反転に起因して位置検出用導電膜の出力電流に生じるノイズが、ストローブ信号を用いて除去される。これにより、タッチセンサ出力のＳＮ比が改善され、位置検出精度が向上する。

　しかしながら、上記従来の構成は、ストローブ信号生成回路とノイズカット電流信号生成回路という、ノイズ除去用の専用回路を必要とするので、構造が複雑になる。

　本発明の目的は、ストローブ信号生成回路やノイズカット電流信号生成回路を用いずに、表示装置の共通電圧の極性反転に起因するノイズの影響を回避できる、タッチセンサ付き表示装置を提供することである。

　上記の目的を達成するために、本発明の一実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置は、複数の画素電極を備えるアクティブマトリクス基板と、表示媒体層と、前記複数の画素電極に対向する対向電極を備える対向基板とを有する表示パネルと、前記複数の画素電極に表示信号電圧を供給するとともに、前記対向電極に極性の周期的な反転を伴う共通電圧を供給する表示パネル駆動回路と、前記表示パネルの対向基板側の表面に配置され、接触体が触れたときに電気特性が変化するセンサ電極を複数備えたタッチセンサ部と、前記センサ電極のそれぞれに順次接続され、接続されたセンサ電極の電気特性に応じた信号電圧を出力するセンサ出力読出回路と、前記センサ出力読出回路へ制御信号を供給するセンサ制御回路と、前記センサ出力読出回路から出力される信号電圧に基づいて、前記タッチセンサ部において前記接触体が触れた位置を検出する座標演算回路とを備え、前記センサ制御回路が、前記タッチセンサ部のセンサ電極の全てへ当該センサ出力読出回路を順次接続して前記信号電圧を出力させるスキャン動作を、前記表示パネル駆動回路へ供給される水平同期信号に同期させて開始させ、前記座標演算回路が、前記共通電圧が負極性から正極性へ反転するときの水平同期信号に同期して開始されたスキャン動作によって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値と、前記共通電圧が正極性から負極性へ反転するときの水平同期信号に同期して開始されたスキャン動作によって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値との平均値を算出する平均化回路と、前記平均値に基づいて、前記タッチセンサ部において前記接触体が触れた位置を検出する座標位置検出回路とを備えている。

　本発明によれば、ストローブ信号生成回路やノイズカット電流信号生成回路等の特別な回路を用いずに、表示装置の共通電圧の極性反転に起因するノイズの影響を回避できる、タッチセンサ付き表示装置を提供することができる。

図１は、本発明の一実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置の構成を示す模式図である。図２は、本発明の第１の実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置の構成において、特に、駆動回路等との接続関係を示す模式図である。図３は、表示パネルの対向電極に印加される共通電圧（ＣＯＭ電圧）の時間変化の一例を示す図である。図４Ａは、タッチセンサ部の透明導電膜において、Ｘ方向におけるタッチ位置を検出するための透明導電膜のみを抽出し、その構成例を示す模式図である。図４Ｂは、タッチセンサ部の透明導電膜において、Ｙ方向におけるタッチ位置を検出するための透明導電膜のみを抽出し、その構成例を示す模式図である。図４Ｃは、タッチセンサ部の透明導電膜の全体構成を示す模式図である。図５は、タッチセンサ用回路の内部構成を示す回路図である。図６は、タッチセンサ用回路の動作の一例を示すフローチャートである。図７は、第１の実施形態にかかるタッチセンサ用回路におけるスキャン動作および平均値算出動作のタイミングを示すタイミング図である。図８は、第２の実施形態にかかるタッチセンサ用回路の動作の変形例を示すフローチャートである。図９は、第２の実施形態にかかるタッチセンサ用回路におけるスキャン動作および平均値算出動作のタイミングを示すタイミング図である。

　本発明の一実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置は、複数の画素電極を備えるアクティブマトリクス基板と、表示媒体層と、前記複数の画素電極に対向する対向電極を備える対向基板とを有する表示パネルと、前記複数の画素電極に表示信号電圧を供給するとともに、前記対向電極に極性の周期的な反転を伴う共通電圧を供給する表示パネル駆動回路と、前記表示パネルの対向基板側の表面に配置され、接触体が触れたときに電気特性が変化するセンサ電極を複数備えたタッチセンサ部と、前記センサ電極のそれぞれに順次接続され、接続されたセンサ電極の電気特性に応じた信号電圧を出力するセンサ出力読出回路と、前記センサ出力読出回路へ制御信号を供給するセンサ制御回路と、前記センサ出力読出回路から出力される信号電圧に基づいて、前記タッチセンサ部において前記接触体が触れた位置を検出する座標演算回路とを備え、前記センサ制御回路が、前記タッチセンサ部のセンサ電極の全てへ当該センサ出力読出回路を順次接続して前記信号電圧を出力させるスキャン動作を、前記表示パネル駆動回路へ供給される水平同期信号に同期させて開始させ、前記座標演算回路が、前記共通電圧が負極性から正極性へ反転するときの水平同期信号に同期して開始されたスキャン動作によって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値と、前記共通電圧が正極性から負極性へ反転するときの水平同期信号に同期して開始されたスキャン動作によって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値との平均値を算出する平均化回路と、前記平均値に基づいて、前記タッチセンサ部において前記接触体が触れた位置を検出する座標位置検出回路とを備えている。

　この構成によれば、ノイズ除去用の専用回路を用いることなく、共通電圧の極性反転に伴うノイズを除去することが可能となる。その理由は以下のとおりである。共通電圧の極性は、水平同期信号の立ち下がり（ハイレベルからローレベルへの切り替わり）に同期して、負極性から正極性へ、または、正極性から負極性へ、交互に反転する。したがって、前記共通電圧が負極性から正極性へ反転するときの水平同期信号に同期して開始されたスキャン動作によって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値に含まれるノイズと、前記共通電圧が正極性から負極性へ反転するときの水平同期信号に同期して開始されたスキャン動作によって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値に含まれるノイズとは、互いに逆極性となる。したがって、平均化回路において、これらの信号電圧値との平均値を求めることにより、共通電圧の極性反転に起因するノイズを打ち消すことができる。

　以上より、上記の構成によれば、ストローブ信号生成回路やノイズカット電流信号生成回路等の特別な回路を用いずに、表示装置の共通電圧の極性反転に起因するノイズの影響を回避できる、タッチセンサ付き表示装置を提供することができる。

　上記の構成において、前記平均化回路が、１つの水平同期信号に同期して開始されたスキャン動作によって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値と、前記１つの水平同期信号から奇数番目の水平同期信号に同期して開始されたスキャン動作によって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値との平均値を算出することが好ましい。なお、前記平均化回路は、前記平均値の算出を、前記スキャン動作の２周期毎に行っても良いし、前記スキャン動作の１周期毎に行っても良い。

　また、本実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置において、前記センサ電極が、前記タッチセンサ部において座標の第１軸方向に複数並んだ第１のセンサ電極群と、前記タッチセンサ部において座標の第２軸方向に複数並んだ第２のセンサ電極群とを含み、前記座標演算回路が、前記センサ出力読出回路が前記第１のセンサ電極群に属するセンサ電極に接続された際に出力した信号電圧に基づいて、前記接触体が触れた位置の第１軸方向の座標を決定し、前記センサ出力読出回路が前記第２のセンサ電極群に属するセンサ電極に接続された際に出力した信号電圧に基づいて、前記接触体が触れた位置の第２軸方向の座標を決定する構成とすることが好ましい。

　また、本実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置は、前記共通電圧の極性が１水平期間毎に反転する構成であっても良いし、前記共通電圧の極性が２水平期間毎に反転する構成であっても良い。
　[第１の実施形態]

　以下、図面を参照し、本発明の実施の形態を詳しく説明する。図中同一又は相当部分には同一符号を付してその説明は繰り返さない。

　図１および図２は、本発明の第１の実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置２０の構成を示す模式図である。

　図１および図２に示すように、タッチセンサ付き表示装置２０は、アクティブマトリクス型（例えばＴＦＴ型）の表示パネル１０と、タッチセンサ部７と、表示パネル１０に各種信号を供給する駆動回路１４と、タッチセンサ用回路１６とを備えている。

　駆動回路１４は、ＦＰＣ（フレキシブル回路基板）１３を介して、ソースドライバ１２ａおよびゲートドライバ１２ｂに接続されている。ソースドライバ１２ａおよびゲートドライバ１２ｂは、表示パネル１０のアクティブマトリクス基板８上にチップとして実装されていても良いし、アクティブマトリクス基板８上にモノリシックに形成されていても良い。

　駆動回路１４には、外部インターフェース（Ｉ／Ｆ）を介して、映像信号、水平同期信号Ｈ_ＳＹＮＣ、垂直同期信号Ｖ_ＳＹＮＣ、およびクロック信号ＣＬＫ（画素クロック）等が入力される。なお、映像信号がアナログの場合には、クロック信号ＣＬＫを、例えば駆動回路１４の内部でＰＬＬ回路によって生成してもよい。タッチセンサ用回路１６には、駆動回路１４を介して、あるいは外部から直接に、垂直同期信号Ｖ_ＳＹＮＣ、水平同期信号Ｈ_ＳＹＮＣ、および必要に応じてクロック信号ＣＬＫが供給される。

　表示パネル１０は、少なくとも、アクティブマトリクス基板８と、対向基板６と、これらの基板間に配置された表示媒体層４とを有している。

　アクティブマトリクス基板８は、ガラス基板２上に、ＴＦＴ等のスイッチング素子や配線等を含むＴＦＴアレイ層３を有している。また、アクティブマトリクス基板８は、マトリクス状に配置された複数の画素電極を有している。表示媒体層４は、例えば液晶層である。対向基板６は、カラーフィルタ（図示せず）と、基板全面に形成された対向電極５とを有している。なお、表示パネル１０が、表示媒体層４として例えば液晶を用い、偏光を利用して表示を制御する表示パネルである場合は、表示パネル１０の少なくとも一方の表面に偏光板が設けられる。図１の構成例では、アクティブマトリクス基板８の背面側（観察者とは反対側）に、第１偏光板１（偏光子）が設けられている。なお、偏光の種類によっては、検光子としての第２偏光板（図示せず）を対向基板６側に設けても良い。

　なお、上記の説明では、表示パネル１０にカラーフィルタや第２偏光板を設けるものとしたが、カラーフィルタや第２偏光板をタッチセンサ部７の観察者側に配置した構成としても良い。また、この他に、表示パネル１０には、位相差板やレンズシート等の各種の光学部材が、必要に応じて設けられる。

　タッチセンサ部７は、表示パネル１０の前面（観察者側）に配置されている。タッチセンサ部７は、例えばガラスまたは透明プラスチックからなるタッチセンサ基板と、このタッチセンサ基板の表面に設けられた透明導電膜とを有している。透明導電膜は、後に詳しく説明するが、スパッタ法などの周知の薄膜形成技術にて、所定のパターンに形成されている。透明導電膜の材料は、例えば、インジウム・錫酸化物（ＩＴＯ）、インジウム・亜鉛酸化物（ＩＺＯ）、酸化錫（ＮＥＳＡ）、または、酸化亜鉛等である。耐熱性および耐久性の良好な透明導電膜を得るためには、Ｍｇを含有するターゲットを用いて、スパッタ法にて成膜することが好ましい。しかし、透明導電膜の材料および成膜方法は、特にここに記載された例に限定されず、種々の材料および成膜方法を用いることができる。

　タッチセンサ部７は、表示パネル１０の表面に、接着剤などを用いて間隙無く接着されても良いし、間隙（空気層）を設けて装着されても良い。このとき、タッチセンサ部７の透明導電膜を表示パネル１０側に配置しても良いし、逆に、タッチセンサ基板を表示パネル１０側に配置しても良い。

　なお、タッチセンサ部７は、前記のタッチセンサ基板を持たない構成としても良い。この場合のタッチセンサ部７は、表示パネル１０の観察者側の外面に、透明導電膜を直接形成することによって実現できる。この構成によれば、タッチセンサ付き表示装置全体の厚さを薄くできるという利点がある。

　タッチセンサ部７において、タッチセンサ基板を備える場合および備えない場合のいずれにおいても、観察者側の最表面に保護層を形成することが好ましい。保護層としては、例えば、ＳｉＯ_２やＳｉＮＯ_Ｘ等の無機薄膜、透明樹脂の塗膜、あるいは、ＰＥＴやＴＡＣ等の透明樹脂フィルム等を用いることができる。タッチセンサ部７には、さらに、必要に応じて、反射防止処理および／または防汚処理を施してもよい。

　本実施形態においては、表示パネル１０として、アクティブマトリクス型（例えばＴＦＴ型）液晶表示パネルを用いる。表示パネル１０においては、対向基板６の対向電極５に供給する共通電圧の極性が、一定周期（例えば１水平同期期間）毎に反転される。これは、表示媒体層４としての液晶層に直流電圧が印加されるのを防止するため、および、ゲートドライバやソースドライバに要求される耐圧を低減させるためである。

　図３は、表示パネル１０の対向電極５に印加される共通電圧（ＣＯＭ電圧）の時間変化の一例を示す図である。図３の例は、１水平同期期間毎に、共通電圧の極性（正および負）が反転する、いわゆるライン反転駆動である。ただし、本発明はこれに限定されず、２水平同期期間毎に共通電圧の極性が反転する、いわゆる２ライン反転駆動等にも適用できる。なお、図３には、共通電圧の正極性の電圧の絶対値と負極性の電圧の絶対値とが互いに等しい共通電圧波形を例示した。しかし、例えばＴＦＴ型液晶パネルの場合は、共通電圧の正極性の電圧の絶対値は、負極性の電圧の絶対値と必ずしも等しくない。

　図３に示すように、共通電圧の極性は、水平同期信号（Ｈ_ＳＹＮＣ）の立ち下がり（ハイレベルからローレベルへの切り替わり）に同期して、正から負へ、または負から正へ、反転する。本実施形態においては、図７に示すように、タッチセンサ部７におけるセンサ電極に対するスキャン動作は、水平同期信号の立ち下がりに同期して開始される。このスキャン動作については、後に詳しく説明する。

　なお、このように対向電極５へ供給される共通電圧の極性が正から負へ、または負から正へ切り替わるときに、タッチセンサ部７に誘起電圧が生じ、タッチセンサ出力のノイズ成分となる。

　次に、本実施形態にかかるタッチセンサ部７の構成とその駆動動作について、さらに詳しく説明する。以下の説明では、タッチセンサ部７の長辺方向をＸ方向とし、それに直交する方向をＹ方向とする。図４Ａは、タッチセンサ部７の透明導電膜において、Ｘ方向におけるタッチ位置を検出するための透明導電膜のみを抽出し、その構成例を示す模式図である。図４Ｂは、タッチセンサ部７の透明導電膜において、Ｙ方向におけるタッチ位置を検出するための透明導電膜のみを抽出し、その構成例を示す模式図である。図４Ｃは、タッチセンサ部７の透明導電膜の全体構成を示す模式図である。なお、図４Ｂおよび図４Ｃにおいて、Ｙ方向におけるタッチ位置を検出するための透明導電膜に対して、Ｘ方向の透明導電膜と区別しやすくするために、便宜的に砂地模様を付して図示した。すなわち、実際の透明電極膜にこのような模様があるわけではない。

　図４Ａおよび図４Ｂに示すように、タッチセンサ部７は、Ｘ方向にｍ本の電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍ（第１のセンサ電極群）と、Ｙ方向にｎ本の電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎ（第２のセンサ電極群）とを有している。なお、図４Ａ等においては、説明を分かりやすくするために図示を簡略化しているが、実際にタッチセンサ部７に設けられる電極パターンの本数（ｍ，ｎ）は、タッチセンサ部７に必要とされるセンサ解像度に応じて決定される。本実施形態のタッチセンサ部７は、タッチ位置のＸ座標を電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍによって決定し、タッチ位置のＹ座標を電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎによって決定する。したがって、指やペン等の接触物が触れた場合に、Ｘ方向の電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍの少なくとも一本と、Ｙ方向の電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎの少なくとも一本とに当該接触物が同時に触れる程度の密度で、これらの電極パターンが配置されていることが好ましい。

　図４Ａおよび図４Ｂに示すように、電極パターン７Ｘ１～７Ｘｍおよび電極パターン７Ｙ１～７Ｙｎのそれぞれは、複数の矩形状にパターニングされた導電膜が、矩形の頂点同士が対向するように導電性配線を介して直列に接続されたパターンを有している。なお、この導電性配線は、導電膜と同じ材料で形成されていても良いし、他の導電材料で形成されていても良い。前記導電性配線は、図４Ｃに示すように、タッチセンサ部７の外部へ引き出され、後に説明するセンサ出力読出回路に接続される。

　図４Ｃに示す例では、Ｘ方向の電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍの矩形部と、Ｙ方向の電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎの矩形部とが、互いに重なり合わないように配置されている。なお、電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍの導電性配線と、電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎの導電性配線との交差部では、Ｘ方向の導電性配線とＹ方向の導電性配線とが電気的に接続しないよう、これらの配線間に絶縁膜を介在させている。

　ただし、タッチセンサ部７の導電膜の構成は、図４Ｃに示した例に限定されない。例えば、Ｘ方向の電極パターンとＹ方向の電極パターンが、互いに重なりを持つ構成としても良い。この場合は、Ｘ方向の電極パターンとＹ方向の電極パターンとを、絶縁膜層を介して、異なる層に形成すれば良い。あるいは、Ｘ方向の電極パターンとＹ方向の電極パターンとの間において、少なくともこれらのパターンが重なる箇所に、絶縁膜を介在させても良い。

　次に、タッチセンサ用回路１６の構成について説明する。図５は、タッチセンサ用回路１６の内部構成を示す回路図である。図５に示すように、タッチセンサ用回路１６は、センサ出力読出回路２１、座標演算装置２２、およびスイッチ制御装置２３（センサ制御回路）を備えている。

　センサ出力読出回路２１は、タッチセンサ部７の電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍおよび電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎの容量を表す信号を出力する。座標演算装置２２は、センサ出力読出回路２１からの出力信号値に基づいて、電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍおよび電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎに接触体が接触している位置の座標を求める。スイッチ制御装置２３は、センサ出力読出回路２１の各種スイッチ等へ制御信号を供給することにより、センサ出力読出回路２１の動作を制御する。

　センサ出力読出回路２１は、マルチプレクサ２１１、補償回路２１２、充電回路２１３、および電流－電圧変換回路２１４を備えている。

　マルチプレクサ２１１は、タッチセンサ部７の電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍおよび電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎからの出力を、充電回路２１３へ順次一つずつ選択的に接続する。すなわち、マルチプレクサ２１１は、１センササイクルを（ｍ＋ｎ）個の期間に分割し、１期間に１つの電極パターンを選択する。マルチプレクサ２１１における電極パターンの選択は、スイッチ制御装置２３から供給される選択信号Ｓｍｐによって制御される。

　充電回路２１３は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２を備える。スイッチング素子ＳＷ１は、充電回路２１３の端子Ｔ１と電流－電圧変換回路２１４との間の接続と非接続とを切り替える。スイッチング素子ＳＷ２は、端子Ｔ１と接地電圧との間の接続と非接続とを切り替える。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ２の切り替えは、スイッチ制御装置２３から供給される制御信号Ｓａ，Ｓｂによって制御される。

　補償回路２１２は、キャパシタＣｃと、スイッチング素子ＳＷ６，ＳＷ７とを備える。スイッチング素子ＳＷ６は、キャパシタＣｃの一端子と、電圧（Ｖ_０＋Ｖ_ＲＥＦ×２）が印加された電源端子との間の接続と非接続とを切り替える。スイッチング素子ＳＷ７は、キャパシタＣｃの一端子と、充電回路２１３のスイッチング素子ＳＷ１との間の接続と非接続とを切り替える。キャパシタＣｃの他方の端子は、接地電位に保持されている。キャパシタＣｃの容量は、タッチセンサ部７の電極パターンと充電回路２１３の端子Ｔ１との間に形成される寄生容量Ｃａと同じ容量に設定されている。補償回路２１２は、寄生容量Ｃａに流れる電流ｉ３を補償するために、同じ大きさの電流ｉ３を、スイッチング素子ＳＷ１を介してタッチセンサ部７側へ供給する。

　電流－電圧変換回路２１４は、キャパシタＣ１と、差動増幅器ＯＰ１と、スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４，ＳＷ５とを備えている。キャパシタＣ１は、電荷を蓄積するための電荷蓄積部として機能する。キャパシタＣ１の一端子は、差動増幅器ＯＰ１の２つの入力端のうちの一方に接続されている。差動増幅器ＯＰ１の他方の入力端は、電圧Ｖ_ＲＥＦが印加された電源端子Ｖｓ１に接続されている。キャパシタＣ１の他方の端子は、差動増幅器ＯＰ１の出力端に接続されている。

　スイッチング素子ＳＷ３は、差動増幅器ＯＰ１の入力端に接続された側のキャパシタＣ１の端子と、電圧Ｖ_ＲＥＦが印加された電源端子Ｖｓ１との間の接続と非接続とを切り替える。スイッチング素子ＳＷ４は、キャパシタＣ１の両端子間の接続と非接続とを切り替える。スイッチング素子ＳＷ３，ＳＷ４の切り替えは、スイッチ制御装置２３から供給される制御信号Ｓｃによって制御される。

　スイッチング素子ＳＷ５は、差動増幅器ＯＰ１の出力端と座標演算装置２２との間の接続と非接続とを切り替える。スイッチング素子ＳＷ５の切り替えは、スイッチ制御装置２３から供給される制御信号Ｓｄによって制御される。

　座標演算装置２２は、平均化回路２２１と、接触位置検出回路２２２（座標位置検出回路）とを備える。平均化回路２２１は、後に詳しく説明するが、センサ出力読出回路２１による複数回のスキャンによって得られた出力信号値の平均値を求める。接触位置検出回路２２２は、平均化回路２２１で求められた平均値に基づいて、ペンや指等が触れた位置の座標を算出する。

　以下、タッチセンサ用回路１６による座標位置検出動作について説明する。

　まず、スイッチ制御装置２３は、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４およびＳＷ６をＯＮ状態にするとともに、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ５およびＳＷ７をＯＦＦ状態にする。この状態では、端子１１１の電圧はＶ_０（接地電圧）に設定され、キャパシタＣｃの両端子間の電位差はＶ_０＋２Ｖ_ＲＥＦに設定される。また、キャパシタＣ１の両端子は同じ電圧Ｖ_ＲＥＦに設定される。このとき、キャパシタＣ１の両端子間の電位差は０Ｖになる。

　次に、スイッチ制御装置２３は、スイッチング素子ＳＷ１、ＳＷ５およびＳＷ７をＯＮ状態にするとともに、スイッチング素子ＳＷ２、ＳＷ３、ＳＷ４およびＳＷ６をＯＦＦ状態にする。この状態では、キャパシタＣ１と、タッチセンサ部７の電極パターンのうち、マルチプレクサ２１１で選択された電極パターンとが接続される。このとき、電極パターンに指やペン等の接触体が接触していると、その接触体に電流が流れ、キャパシタＣ１に蓄積された電荷量が変化する。このとき、寄生容量Ｃａに流れる電流ｉ３は、キャパシタＣｃから流れる同じ大きさの電流ｉ３により補償される。差動増幅器ＯＰ１は、キャパシタＣ１に蓄積されている電荷量に応じた電圧信号を出力する。これにより、電流－電圧変換回路２１４の端子Ｔ３からは、タッチセンサ部７の電極パターンに接触体が接触しているか否か、および接触体の誘電率等の違いに応じて、互いに異なる電圧の信号が出力されることとなる。

　したがって、座標演算装置２２は、電流－電圧変換回路２１４の端子Ｔ３からの出力信号にしたがって、タッチセンサ部７の電極パターンに接触体が接触しているか否かを検知することができる。例えば、タッチセンサ部７の電極パターンに何も接触していない場合の電流－電圧変換回路２１４の端子Ｔ３からの出力信号の値を予め計測して記憶させておき、その値と出力信号の値とを比較することによって、接触の有無を検知することができる。

　座標演算装置２２は、電流－電圧変換回路２１４の端子Ｔ３からの出力信号の値を格納するメモリ（図示せず）を備えている。前述のように、マルチプレクサ２１１は、１センササイクル（１回のスキャン）において、Ｘ方向の電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍと、Ｙ方向の電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎとの合計（ｍ＋ｎ）本の電極パターンを順次選択する。これにより、１センササイクルにおいて、電流－電圧変換回路２１４の端子Ｔ３からの出力信号として、（ｍ＋ｎ）個の信号値が得られる。座標演算装置２２は、これら（ｍ＋ｎ）個の信号値に基づいて、接触体による接触位置を検知する。例えば、Ｘ方向の電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍのうち電極パターン７Ｘ１に接触があると判断され、かつ、Ｙ方向の電極パターン７Ｙ１にも接触があると判断された場合は、Ｘ方向の電極パターン７Ｘ１とＹ方向の電極パターン７Ｙ１との交差点の近傍に、指やペン等が接触しているものと判断することができる。なお、１回のセンササイクルにおいて検出される接触点の数は１個に限定されない。

　次に、本実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置２０における、表示パネル１０の駆動動作とタッチセンサ部７の駆動動作とについて説明する。図６は、タッチセンサ用回路１６の動作の一例を示すフローチャートである。

　図６に示すように、電源がＯＮされることにより、タッチセンサ用回路１６の動作がスタートする。最初に、各種の初期値が設定される（ステップＳ１）。

　次に、センサ出力読出回路２１において、スイッチ制御装置２３からの制御信号Ｓｍｐにしたがって、マルチプレクサ２１１が、Ｘ方向の電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍを順次選択する。これにより、これらの電極パターンが充電回路２１３へ順次接続されることにより、各電極パターンの容量に応じた、ｍ個の出力信号値が得られる（ステップＳ２）。ステップＳ２で得られたｍ個の出力信号値は、１回目のスキャンで得られたＸ方向のデータとして、座標演算装置２２の内部または外部のメモリ（図示せず）に格納される。なお、スイッチ制御装置２３は、図７に示すように、水平同期信号Ｈ_ＳＹＮＣの１つのパルス５１の立ち下がり（ハイレベルからローレベルへの切り替わり）に同期して、マルチプレクサ２１１による電極パターンの選択を開始させる。

　引き続き、マルチプレクサ２１１は、スイッチ制御装置２３からの制御信号Ｓｍｐにより、Ｙ方向の電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎを順次選択する。これにより、これらの電極パターンが充電回路２１３へ順次接続されることにより、各電極パターンの容量に応じた、ｎ個の出力信号値が得られる（ステップＳ３）。ステップＳ３で得られたｎ個の出力信号値は、１回目のスキャンで得られたＹ方向のデータとして、座標演算装置２２の内部または外部のメモリ（図示せず）に格納される。

　次に、マルチプレクサ２１１が、スイッチ制御装置２３からの制御信号Ｓｍｐにより、再度、Ｘ方向の電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍを順次選択する。これにより、これらの電極パターンの容量に応じたｍ個の出力信号値が得られる（ステップＳ４）。ステップＳ４で得られたｍ個の出力信号値は、２回目のスキャンで得られたＸ方向のデータとして、座標演算装置２２の内部または外部のメモリ（図示せず）に格納される。なお、この２回目のスキャンにおいては、スイッチ制御装置２３は、図７に示すように、ステップＳ２のスキャン開始のトリガーとなるパルス５１から数えて奇数個目（図７の例では３個目）のパルス５２の立ち下がりに同期して、マルチプレクサ２１１による電極パターンの選択を開始させる。

　マルチプレクサ２１１は、引き続き、スイッチ制御装置２３からの制御信号Ｓｍｐにより、Ｙ方向の電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎを順次選択する。これにより、これらの電極パターンの容量に応じたｎ個の出力信号値が得られる（ステップＳ５）。ステップＳ５で得られたｎ個の出力信号値は、２回目のスキャンで得られたＹ方向のデータとして、座標演算装置２２の内部または外部のメモリ（図示せず）に格納される。

　以上のステップＳ２～Ｓ５の処理により、前記メモリには、１回目のスキャンで得られた（ｍ＋ｎ）個の出力信号値と、２回目のスキャンで得られた（ｍ＋ｎ）個の出力信号値とが格納されていることとなる。

　次に、座標演算装置２２において、平均化回路２２１が、前記メモリに格納されたデータを読み出し、１回目のスキャンで得られた（ｍ＋ｎ）個の出力信号値と、２回目のスキャンで得られた（ｍ＋ｎ）個の出力信号値との平均値を求める（ステップＳ６）。すなわち、座標演算装置２２は、電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍと、電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎとのそれぞれから得られた出力信号値について、１回目のスキャンで得られた値と２回目のスキャンで得られた値との平均値を求める。

　次に、座標演算装置２２において、接触位置検出回路２２２が、ステップＳ６で求められた平均値と所定の閾値とを比較することにより、接触体が触れている位置の座標を求める（ステップＳ７）。ここで、前記所定の閾値とは、例えば、電極パターンに何も接触していない場合のセンサ出力読出回路２１の出力信号値に、必要に応じてマージンを付加したものである。

　以降、ステップＳ２～Ｓ５によって、奇数回目のスキャンで得られた出力信号値と、偶数回目のスキャンで得られた出力信号値とをそれぞれメモリに格納し、ステップＳ６でそれらの平均値を求め、ステップＳ７で接触位置の座標を求める処理を、繰り返す。

　上記の処理により、タッチセンサ用回路１６は、図７に示すように、水平同期信号Ｈ_ＳＹＮＣの３周期分を１周期として、電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍ，７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎのそれぞれの容量に基づき、（ｍ＋ｎ）個の出力信号値の取得を繰り返す。また、平均化回路２２１が、２回のスキャン毎に、各スキャン動作で得られた出力信号値の平均値を求める。なお、対向電極５に供給される共通電圧（ＣＯＭ電圧）は、水平同期信号Ｈ_ＳＹＮＣのパルス５１の立ち下がり時点では、正極性から負極性へ切り替わる。一方、パルス５２の立ち下がり時点では、負極性から正極性へ切り替わる。

　したがって、本実施形態において、図７に示されている１回目のスキャンはＣＯＭ電圧が負極性のときにスタートし、２回目のスキャンはＣＯＭ電圧が正極性のときにスタートすることとなる。したがって、１回目のスキャン時に得られる出力信号値が、ＣＯＭ電圧の極性反転により受けるノイズと、２回目のスキャン時に得られる出力信号値が、ＣＯＭ電圧の極性反転により受けるノイズとは、互いに逆極性となる。例えば、図７の例では、１回目のスキャン動作中に、水平同期信号Ｈ_ＳＹＮＣのパルス５３に同期して、ＣＯＭ電圧が負極性から正極性へ反転する。一方、２回目のスキャン動作中には、水平同期信号Ｈ_ＳＹＮＣのパルス５４に同期して、ＣＯＭ電圧が正極性から負極性へ反転する。したがって、平均化回路２２１において、１回目のスキャンで得られた出力信号値と２回目のスキャンで得られた出力信号値との平均値を求めることによって、ＣＯＭ電圧の極性反転に起因するノイズを打ち消すことができる。

　[第２の実施形態]
　本発明の第２の実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置について、図面を参照しながら以下に説明する。なお、第１の実施形態と同じ機能を有する構成については、同じ参照符号を付記し、その詳細な説明を省略する。

　第２の実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置の構成は、第１の実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置２０と同様である。ただし、第２の実施形態にかかるタッチセンサ付き表示装置においては、タッチセンサ用回路１６の動作が、第１の実施形態とは異なる。

　図８は、本実施形態にかかるタッチセンサ用回路１６の動作の変形例を示すフローチャートである。図８に示すように、電源がＯＮされることにより、タッチセンサ用回路１６の動作がスタートする。最初に、各種の初期値が設定される（ステップＳ１１）。このとき、センサ出力読出回路２１の出力信号値を格納するメモリには、各電極パターンに対する「前回のスキャンで得られた出力信号値」の初期値として、例えばゼロが設定される。

　次に、マルチプレクサ２１１が、スイッチ制御装置２３からの制御信号Ｓｍｐにより、Ｘ方向の電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍを順次選択する。これにより、これらの電極パターンの容量に応じたｍ個の出力信号値が得られる（ステップＳ１２）。ステップＳ１２で得られたｍ個の出力信号値は、今回のスキャンで得られたＸ方向のデータとして、座標演算装置２２の内部または外部のメモリ（図示せず）に格納される。なお、このメモリにおいては、前回のスキャンで得られたデータと、今回のスキャンで得られたデータとを格納する領域が別個に設けられている。また、本実施形態においても、スイッチ制御装置２３は、図９に示すように、水平同期信号Ｈ_ＳＹＮＣのパルス５１の立ち下がりに同期して、マルチプレクサ２１１による電極パターンの選択を開始させる。

　マルチプレクサ２１１は、引き続き、スイッチ制御装置２３からの制御信号Ｓｍｐにより、Ｙ方向の電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎを順次選択する。これによりこれらの電極パターンの容量に応じたｎ個の出力信号値が得られる（ステップＳ１３）。ステップＳ１３で得られたｎ個の出力信号値は、今回のスキャンで得られたＹ方向のデータとして、座標演算装置２２の内部または外部のメモリ（図示せず）に格納される。

　次に、座標演算装置２２の平均化回路２２１が、前記メモリを参照し、前回のスキャンで得られた出力信号値と、今回のスキャンで得られた出力信号値との平均値を求める（ステップＳ１４）。

　続いて、座標演算装置２２の接触位置検出回路２２２が、ステップＳ１４で求められた平均値と所定の閾値とを比較することにより、接触体が触れている位置の座標を求める（ステップＳ１５）。ここで、前記所定の閾値とは、例えば、電極パターンに何も接触していない場合のセンサ出力読出回路２１の出力信号値に、必要に応じてマージンを付加したものである。

　次に、座標演算装置２２は、ステップＳ１２およびステップＳ１３で得られた出力信号値を、「前回のスキャンで得られた出力信号値」として前記メモリへ格納する（ステップＳ１６）。

　以降、ステップＳ１２～Ｓ１６の処理が繰り返し行われる。なお、ステップＳ１２の２回目以降のスキャンにおいては、スイッチ制御装置２３は、図９に示すように、前回のスキャン開始のトリガーとなるパルス５１から数えて奇数個目（図９の例では３個目）のパルス５２の立ち下がりに同期して、マルチプレクサ２１１による電極パターンの選択を開始させる。

　したがって、ステップＳ１４が最初に実行されるときには、ステップＳ１１の初期値設定処理により、電極パターンのそれぞれについて、前回のスキャンで得られた出力信号値が前記メモリ上でゼロに設定されているので、平均化回路２２１からの出力値は、今回のスキャンで得られた出力信号値となる。一方、ステップＳ１４が２回目以降に実行されるときには、前回のスキャンで実際に得られた出力信号値が前記メモリに格納されているので、それとの平均値を求めることにより、第１の実施形態において説明したとおり、ＣＯＭ電圧の極性反転に起因するノイズを打ち消すことができる。

　図９に示すとおり、第２の実施形態にかかる構成においては、タッチセンサ部７において１回のスキャンを行う毎に、前回のスキャン時の出力信号値との平均値をとり、その平均値に基づいて接触位置の座標を求める。したがって、図７に示した第１の実施形態にかかる構成と比較して、タッチセンサ部７における接触位置の座標検出周波数が２倍になるという効果がある。

　以上、本発明の実施の形態を説明したが、上述した実施の形態は本発明を実施するための例示に過ぎない。よって、本発明は上述した実施の形態に限定されることなく、その趣旨を逸脱しない範囲内で、上述した各種の実施形態を適宜変形して実施することが可能である。

　例えば、上述の説明では、指やペン等が接触した際に電極パターンの容量が変化することを利用して、接触位置を検出する構成を例示した。しかし、タッチセンサ部の構成は、このような静電容量結合方式に限定されず、他の任意の方式を適用できる。また、接触式のセンサに限定されず、指やペン等が近接したことを電気的または光学的に検出するセンサにも、本発明を適用することができる。

　また、上述の説明では、電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍと、電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎとを、１つのマルチプレクサを用いて、１センササイクルにおいて順次選択する構成を例示した。すなわち、上述の説明では、タッチセンサ用回路１６に１つのセンサ出力読出回路２１を備えた構成を例示した。しかし、電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍと、電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎとのそれぞれに対して、センサ出力読出回路２１を１つずつ設けた構成としても良い。この構成によれば、電極パターン７Ｘ１，７Ｘ２，・・・７Ｘｍと、電極パターン７Ｙ１，７Ｙ２，・・・７Ｙｎとを同時並行的にスキャンすることが可能となる。

　また、上記の実施形態においては、２回のスキャン動作の結果として得られた出力信号値の平均をとる例を示したが、平均の対象となるスキャン動作の回数は、２回にのみ限定されない。例えば、４回のスキャン動作による出力信号値の平均を求めることとしても良い。

　本発明は、タッチセンサ付き表示装置として、産業上の利用が可能である。

Claims

　複数の画素電極を備えるアクティブマトリクス基板と、表示媒体層と、前記複数の画素電極に対向する対向電極を備える対向基板とを有する表示パネルと、
　前記複数の画素電極に表示信号電圧を供給するとともに、前記対向電極に極性の周期的な反転を伴う共通電圧を供給する表示パネル駆動回路と、
　前記表示パネルの対向基板側の表面に配置され、接触体が触れたときに電気特性が変化するセンサ電極を複数備えたタッチセンサ部と、
　前記センサ電極のそれぞれに順次接続され、接続されたセンサ電極の電気特性に応じた信号電圧を出力するセンサ出力読出回路と、
　前記センサ出力読出回路へ制御信号を供給するセンサ制御回路と、
　前記センサ出力読出回路から出力される信号電圧に基づいて、前記タッチセンサ部において前記接触体が触れた位置を検出する座標演算回路とを備え、
　前記センサ制御回路が、前記タッチセンサ部のセンサ電極の全てへ当該センサ出力読出回路を順次接続して前記信号電圧を出力させるスキャン動作を、前記表示パネル駆動回路へ供給される水平同期信号に同期させて開始させ、
　前記座標演算回路が、
　前記共通電圧が負極性から正極性へ反転するときの水平同期信号に同期して開始されたスキャン動作によって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値と、前記共通電圧が正極性から負極性へ反転するときの水平同期信号に同期して開始されたスキャン動作によって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値との平均値を算出する平均化回路と、
　前記平均値に基づいて、前記タッチセンサ部において前記接触体が触れた位置を検出する座標位置検出回路とを備えた、タッチセンサ付き表示装置。
　前記平均化回路が、１つの水平同期信号に同期して開始されたスキャン動作によって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値と、前記１つの水平同期信号から奇数番目の水平同期信号に同期して開始されたスキャン動作によって前記センサ出力読出回路から出力された信号電圧値との平均値を算出する、請求項１に記載のタッチセンサ付き表示装置。
　前記平均化回路が、前記平均値の算出を、前記スキャン動作の２周期毎に行う、請求項２に記載のタッチセンサ付き表示装置。
　前記平均化回路が、前記平均値の算出を、前記スキャン動作の１周期毎に行う、請求項２に記載のタッチセンサ付き表示装置。
　前記センサ電極が、前記タッチセンサ部において座標の第１軸方向に複数並んだ第１のセンサ電極群と、前記タッチセンサ部において座標の第２軸方向に複数並んだ第２のセンサ電極群とを含み、
　前記座標演算回路が、前記センサ出力読出回路が前記第１のセンサ電極群に属するセンサ電極に接続された際に出力した信号電圧に基づいて、前記接触体が触れた位置の第１軸方向の座標を決定し、前記センサ出力読出回路が前記第２のセンサ電極群に属するセンサ電極に接続された際に出力した信号電圧に基づいて、前記接触体が触れた位置の第２軸方向の座標を決定する、請求項１～４のいずれか一項に記載のタッチセンサ付き表示装置。
　前記共通電圧の極性が１水平期間毎に反転する、請求項１～５のいずれか一項に記載のタッチセンサ付き表示装置。
　前記共通電圧の極性が２水平期間毎に反転する、請求項１～５のいずれか一項に記載のタッチセンサ付き表示装置。