JP2011008724A - タッチパネルの駆動方法、静電容量型タッチパネルおよびタッチ検出機能付き表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】簡単な構成で外乱ノイズの低減とタッチ検出時間の短縮が可能な静電容量式タッチパネルを得る。
【解決手段】それぞれが帯形状を有する複数の駆動電極と、これらの駆動電極にタッチ検出用の駆動信号（Ｖcom）が選択的に印加されるように制御を行う駆動制御回路と、複数の駆動電極と交差するように配置され、駆動信号に同期した検出信号（Ｖdet）を出力する複数のタッチ検出電極と、検出信号に基づいて、外部近接物体の存在を検出する検出回路とを備え、駆動制御回路は、検出信号が外部近接物体の存在に起因する正負非対称の信号成分を含む極***番信号となるように、前記駆動信号の印加制御を行う。
【選択図】図９

Description

本発明は、ユーザが指などで接触または近接することにより情報入力が可能なタッチパネルに係わり、特に、静電容量の変化に基づいてタッチを検出するタッチパネルの駆動方法、ならびにその駆動方法を用いたタッチパネルおよびタッチ検出機能付き表示装置に関する。

近年、いわゆるタッチパネルと呼ばれる接触検出装置を液晶表示装置などの表示装置上に装着し、その表示装置に各種のボタン画像を表示させることにより、通常の機械式ボタンの代わりとして情報入力を可能とした表示装置が注目されている。タッチパネルの方式としては、光学式や抵抗式などいくつかの方式が存在するが、特に携帯端末などでは、比較的単純な構造をもち、かつ低消費電力が実現できる、静電容量型のタッチパネルが期待されている。しかしながら、静電容量型のタッチパネルには、インバータ蛍光灯やＡＭ波、ＡＣ電源などに起因するノイズ（以下、外乱ノイズという。）に対して、人体がアンテナの役目を果たし、そのノイズがタッチパネルに伝播し誤動作を引き起こす可能性がある。

この誤動作は、タッチパネルにユーザが指などで接触または近接することにより発生するタッチの有無に関する信号（以下、タッチ信号という。）と外乱ノイズとを区別できないことに起因する。通常、タッチ信号は、検出回路においてＡ／Ｄ変換（サンプリング）されるが、その際に折り返しノイズが発生する。つまり、ナイキスト周波数より高い周波数成分の信号がサンプリングされると、それらはナイキスト周波数を基準として折り返され、ナイキスト周波数より低い周波数成分の信号として出力される。よって、ナイキスト周波数より高い周波数成分をもつ外乱ノイズが検出回路に入力されたとき、このノイズ成分の周波数はナイキスト周波数以下の周波数帯にあることと等価となる。これにより、この外乱ノイズと、ナイキスト周波数以下の周波数帯にある本来検出すべきタッチ信号とが区別できなくなる。

そこで、例えば特許文献１では、静電容量型のタッチパネルを駆動する信号（以下、駆動信号）に同期したタッチ信号を検出する際、周波数の異なる複数の駆動信号を用い、外乱ノイズの影響を受けない条件を選択して検出する方法が提案されている。この方法における検出回路は、周波数の異なる複数の駆動信号を用い、それらに対応した複数のサンプリング周波数でタッチ信号をサンプリングするため、ナイキスト周波数も変化する。これは、折り返しの基準が変化することを意味する。よって、ナイキスト周波数より高い周波数成分をもつ外乱ノイズが検出回路に入力されたとき、ナイキスト周波数以下の周波数帯に現れる、この外乱ノイズに等価なノイズ成分の周波数は、ナイキスト周波数に応じて変化する。一方、タッチ信号成分の周波数は、ナイキスト周波数が変わっても変化しない。よって、この等価なノイズ成分とタッチ信号成分とを区別できるようにナイキスト周波数を選ぶことにより、外乱ノイズとタッチ信号とを区別するようになっている。

米国特許出願公開２００７／０２５７８９０号明細書

しかしながら、上記特許文献１に開示された静電容量型タッチパネルの駆動および検出方法では、駆動信号の周波数を順次切り替え、外乱ノイズの影響を受けない条件を選択する必要があるため、その条件を選択するのに時間がかかる可能性がある。つまり検出時間が長くなる可能性がある。更に、複数の周波数の駆動信号を準備し、それらの切り替えの判断を行う必要があるなど、回路構成が複雑で大きくなる可能性がある。

一方、外乱ノイズを除去する他の方法として、一般的に知られているノイズ除去フィルタを採用する方法が考えられる。例えば、Ａ／Ｄ変換の前に、そのナイキスト周波数よりも低いカットオフ周波数を持つ低域通過フィルタを挿入することにより、折り返しノイズを除去することができる。これにより、外乱ノイズを除去することができ、Ａ／Ｄ変換以降の検出回路をシンプルな構成にすることができる。しかしながら、タッチパネルから出力される駆動信号に同期したタッチ信号は、正負対称の極***番信号であるため、その低域通過フィルタを通過することができない。つまり、その低域通過フィルタは外乱ノイズだけでなくタッチ信号も除去する。

本発明はかかる問題点に鑑みてなされたもので、その目的は、比較的簡単な回路構成でありながら、外乱ノイズの影響の低減とタッチ検出時間の短縮とを達成しつつ、タッチの有無を確実に検出することができるタッチパネルの駆動方法、ならびにその駆動方法を用いたタッチパネルおよびタッチ検出機能付き表示装置を提供することにある。

本発明の静電容量型タッチパネルは、駆動制御回路と、複数の駆動電極と、複数のタッチ検出電極と、検出回路とを備えている。ここで、駆動制御回路は、タッチ検出用の駆動信号を複数の駆動電極に選択的に印加するように制御を行う。複数の駆動電極は、それぞれが帯形状を有しており、駆動信号が選択的に印加される。複数のタッチ検出電極は、複数の駆動電極と交差するように配置され、その交差部分に静電容量が形成されており、駆動信号に同期した検出信号がそれぞれから出力される。検出回路は、検出信号に基づいて、外部近接物体の存在を検出する。特に、上記駆動制御回路は、上記検出信号が、外部近接物体の存在に起因する正負非対称の信号成分を含む極***番信号になるように、駆動信号の印加制御を行う。

本発明のタッチ検出機能付き表示装置は、上記本発明の静電容量型タッチパネルを備えた表示装置である。この場合、タッチ検出用の駆動信号が表示駆動信号の一部を兼ねるように構成することが可能である。

本発明のタッチパネルの駆動方法は、それぞれが帯形状を有する複数の駆動電極にタッチ検出用の駆動信号を選択的に印加し、外部近接物体が存在するときに、上記の複数の駆動電極と交差するように配置されてその交差部分に静電容量が形成される複数のタッチ検出電極の各々から、外部近接物体の存在に起因する正負非対称の信号成分を含む極***番信号としての検出信号を駆動信号に同期して出力させ、この検出信号に基づいて外部近接物体を検出するようにしたものである。

本発明のタッチパネルの駆動方法、静電容量型タッチパネルおよびタッチ検出機能付き表示装置では、複数の駆動電極に駆動信号を選択的に印加すると、駆動電極とタッチ検出電極との間の静電容量に応じた極***番信号が検出信号としてタッチ検出電極から出力される。このとき、指等の外部近接物体が存在すると、この物体に対応した部分における駆動電極−タッチ検出電極間の静電容量が変化し、その変化分（タッチ成分）が検出信号中に現れる。このタッチ成分は、外部近接物体の存在に起因する正負非対称の信号成分である。この正負非対称性の存在により、たとえ、ノイズ除去のためのアナログフィルタを介して検出信号の信号処理を行うようにした場合であっても、検出信号からタッチ成分が除去されてしまうことはない。

検出信号中に現れるタッチ成分が正負非対称性をもつようにするためには、いくつかの方法がある。

その第１の方法は、駆動信号として、第１の電圧の区間と、第１のレベルとは異なる第２の電圧の区間とを含む周期的波形の信号を用い、複数の駆動電極から第１および第２のグループの駆動電極を選択し、選択した第１のグループの駆動電極と第２のグループの駆動電極とに対してそれぞれ駆動信号の第１の電圧と第２の電圧とを印加するという方法である。駆動電極の選択に際しては、複数の駆動電極の配設領域における任意の位置において第１のグループの駆動電極のうち外部近接物体の大きさに相当する基準幅の中に入る駆動電極の合計幅が、第２のグループの駆動電極のうち基準幅の中に入る駆動電極の合計幅とは異なるようにする。これにより、駆動信号の第１の電圧の印加期間と第２の電圧の印加期間とでは、駆動電極とタッチ検出電極との間の静電容量の大きさが異なることになり、結果として、極性が交番する検出信号中のタッチ成分が正負非対称になる。

上記の第１の方法では、さらに、第２のグループの駆動電極全体を複数のサブグループへと離散的に分割し、各サブグループの駆動電極に駆動信号を印加するのが好ましい。この場合には、さらに、第１のグループのすべての駆動電極の合計幅が第２のグループのすべての駆動電極の合計幅と等しくなるようにするのが好ましい。例えば表示デバイスと一体型のインセル型のタッチパネルを構成した場合において、タッチ検出動作が、表示素子への書き込みに伴う内部ノイズによる影響を受けにくくなるからである。

第２の方法は、駆動信号として、第１の電圧の区間と、第１のレベルとは異なる第２の電圧の区間とを含む周期的波形の信号を用い、複数の駆動電極から、帯状領域を構成する一群の駆動電極を選択し、駆動信号の第１の電圧を一群の駆動電極に印加する一方、第２の電圧についてはいずれの駆動電極にも印加しないようにするという方法である。この方法では、駆動信号の第１の電圧の印加期間においてのみ検出信号中にタッチ成分が現れ、第２の電圧の印加期間には現れない。結果として、極性が交番する検出信号中のタッチ成分は正負非対称になる。

本発明のタッチパネルの駆動方法、静電容量型タッチパネルおよびタッチ検出機能付き表示装置によれば、外部近接物体が存在するときにタッチ検出電極からの検出信号に含まれるタッチ成分が正負非対称性をもつようにしたので、たとえノイズ除去のためのアナログフィルタを介して検出信号の信号処理を行うようにした場合であっても、検出信号からタッチ成分が除去されてしまうことはない。このため、外乱ノイズを除去しつつ、タッチ信号を確実に検出することができる。また、従来とは異なり、駆動信号の周波数を順次切り替えて検出条件を選択するという処理が不要になるため、検出回路の小型化と検出時間の短縮とが可能となる。

本発明に係るタッチ検出機能付き表示装置におけるタッチ検出方式の基本原理を説明するための図であり、指が接触または近接した状態を表す図である。 本発明に係るタッチ検出機能付き表示装置におけるタッチ検出方式の基本原理を説明するための図であり、指が接触または近接していない状態を表す図である。 本発明に係るタッチ検出機能付き表示装置におけるタッチ検出方式の基本原理を説明するための図であり、駆動信号および検出信号の波形の一例を表す図である。 本発明の第１の実施の形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の一構成例を表すブロック図である。 図４に示したタッチ検出機能付き表示デバイスの概略断面構造を表す断面図である。 図４に示した液晶表示デバイスの画素配列を表す回路図である。 図４に示したタッチセンサの駆動電極およびタッチ検出電極の一構成例を表す斜視図である。 図４に示したタッチ検出機能付き表示デバイスに係る駆動電極の選択状態の一例を表す模式図である。 図４に示したタッチ検出機能付き表示装置の動作を説明するためのタイミング図である。 図４に示したタッチ検出機能付き表示装置において、長い時間スケールでみたときの波形例を示す図である。 図４に示したタッチ検出機能付き表示装置において、内部ノイズがあり、タッチが無い時のタイミングの一例を示す図である。 図４に示したタッチ検出機能付き表示装置において、内部ノイズがあり、タッチが有る時のタイミングの一例を示す図である。 第１の実施の形態の変形例に係る駆動電極の選択状態の一例を表す模式図である。 第１の実施の形態の変形例に係る駆動電極の選択状態の一例を表す模式図である。 本発明の第２の実施の形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の一構成例を表すブロック図である。 図１５に示したタッチ検出機能付き表示デバイスに係る駆動電極の選択状態の一例を表す模式図である。 図１５に示したタッチ検出機能付き表示装置におけるタイミングの一例を示す図である。 図１５に示したタッチ検出機能付き表示装置において、内部ノイズがあり、タッチが無い時のタイミングの一例を示す図である。 上記各実施の形態を適用したタッチ検出機能付き表示装置のうち、適用例１の概観構成を表すものであり、（Ａ）は表側から見た外観図であり、（Ｂ）は裏側から見た外観を表す斜視図である。 適用例２の概観構成を表すものであり、（Ａ）は表側から見た外観を表す斜視図であり、（Ｂ）は裏側から見た外観を表す斜視図である。 適用例３の外観構成を表す斜視図である。 適用例４の外観構成を表す斜視図である。 適用例５の外観構成を表すものであり、（Ａ）は開いた状態の正面図、（Ｂ）はその側面図、（Ｃ）は閉じた状態の正面図、（Ｄ）は左側面図、（Ｅ）は右側面図、（Ｆ）は上面図、（Ｇ）は下面図である。 第１および第２の実施の形態の変形例に係るタッチ検出機能付きデバイスの概略断面構造を表す断面図である。 第１の実施の形態の変形例に係るタッチパネルの一構成例を表すブロック図である。

以下、本発明の実施の形態について、図面を参照して詳細に説明する。なお、説明は以下の順序で行う。
１．静電容量型タッチ検出の基本原理
２．第１の実施の形態
３．第２の実施の形態
４．適用例
５．その他の変形例

＜１．静電容量型タッチ検出の基本原理＞
まず最初に、図１〜図３を参照して、本発明のタッチパネルおよびタッチ検出機能付き表示装置におけるタッチ検出方式の基本原理について説明する。このタッチ検出方式は、静電容量型のタッチセンサとして具現化されるものであり、例えば図１（Ａ）に示したように、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Ｅ１および検出電極Ｅ２）を用い、容量素子を構成する。この構造は、図１（Ｂ）に示した等価回路として表される。駆動電極Ｅ１、検出電極Ｅ２および誘電体Ｄによって、容量素子Ｃ１が構成される。容量素子Ｃ１は、その一端が交流信号源（駆動信号源）Ｓに接続され、他端Ｐは抵抗器Ｒを介して接地されると共に、電圧検出器（検出回路）ＤＥＴに接続される。交流信号源Ｓから駆動電極Ｅ１（容量素子Ｃ１の一端）に所定の周波数（例えば数ｋＨｚ〜十数ｋＨｚ程度）の交流矩形波Ｓｇ（図３（Ｂ））を印加すると、検出電極Ｅ２（容量素子Ｃ１の他端Ｐ）に、図３（Ａ）に示したような出力波形（検出信号Ｖdet）が現れる。なお、この交流矩形波Ｓｇは、後述する駆動信号Ｖcomに相当するものである。

指が接触（または近接）していない状態では、図１に示したように、容量素子Ｃ１に対する充放電に伴って、容量素子Ｃ１の容量値に応じた電流Ｉ０が流れる。このときの容量素子Ｃ１の他端Ｐの電位波形は、例えば図３（Ａ）の波形Ｖ０のようになり、これが電圧検出器ＤＥＴによって検出される。

一方、指が接触（または近接）した状態では、図２に示したように、指によって形成される容量素子Ｃ２が容量素子Ｃ１に直列に追加された形となる。この状態では、容量素子Ｃ１、Ｃ２に対する充放電に伴って、それぞれ電流Ｉ１、Ｉ２が流れる。このときの容量素子Ｃ１の他端Ｐの電位波形は、例えば図３（Ａ）の波形Ｖ１のようになり、これが電圧検出器ＤＥＴによって検出される。このとき、点Ｐの電位は、容量素子Ｃ１、Ｃ２を流れる電流Ｉ１、Ｉ２の値によって定まる分圧電位となる。このため、波形Ｖ１は、非接触状態での波形Ｖ０よりも小さい値となる。電圧検出器ＤＥＴは、検出した電圧を所定のしきい値電圧Ｖthと比較し、このしきい値電圧以上であれば非接触状態と判断する一方、しきい値電圧未満であれば接触状態と判断する。このようにして、タッチ検出が可能となる。

＜２．第１の実施の形態＞
［構成例］
（全体構成例）
図４は、本発明の第１の実施の形態に係るタッチ検出機能付き表示装置の一構成例を表すものである。尚、本発明の実施の形態に係るタッチパネルの駆動方式は、本実施の形態により具現化されるので、併せて説明する。この表示装置は、表示素子として液晶表示素子を用いており、更にその液晶表示素子により構成される液晶表示デバイスと静電容量型のタッチセンサとを一体化した、いわゆるインセルタイプの装置である。

このタッチ検出機能付き表示装置４０は、Ｖcom発生部４１と、駆動制御回路４２と、駆動電極ドライバ４３と、タッチ検出機能付き表示デバイス４４と、ゲートドライバ４５と、ソースドライバ４６と、マルチプレクサ４７と、検出回路４８と、抵抗Ｒとを備えている。

Ｖcom発生部４１は、タッチ検出機能付き表示デバイス４４で使用される駆動信号Ｖcomを発生する回路である。ここで、駆動信号Ｖcomは、後述する図９（Ａ）に示したように、極性が交番する矩形波であり、正極性区間（第１の電圧の区間）と負極性区間（第２の電圧の区間）とを有する。つまり、本実施の形態の液晶表示素子は、液晶素子への印加電圧極性が１水平画素ライン（１Ｈ）ごとに反転する、いわゆる極性反転駆動方式による駆動が行われるものである。

駆動電極制御部４２は、Ｖcom発生部４１から供給された駆動信号Ｖcomを後述するタッチ検出機能付き表示デバイス４４の複数の駆動電極に供給する際、その電極を選択し制御する回路である。その際、この駆動制御回路４２は、駆動信号Ｖcomの極性（正極性または負極性）に応じて、駆動信号Ｖcomを印加する駆動電極の配置や本数、走査移動などを制御することができるようになっている。特に、本実施の形態における駆動電極制御部４２は、後述するように、駆動信号Ｖcomを印加する駆動電極の本数を駆動信号Ｖcomの正極性区間および負極性区間のいずれにおいても常に一定数に維持したまま、これらの２つの区間の間で、駆動信号Ｖcomを印加する駆動電極の配置パターンを変える制御が可能になっている。

駆動電極ドライバ４３は、駆動制御回路４２からの制御信号に基づいて、Ｖcom発生部４１から供給された駆動信号Ｖcomを、後述するタッチ検出機能付き表示デバイス４４の複数の駆動電極に供給する回路である。

タッチ検出機能付き表示デバイス４４は、タッチセンサ４４１と液晶表示デバイス４４２とを有する。このタッチセンサ４４１は、上述した静電容量型タッチ検出の基本原理に基づいて、例えば図９（Ｂ），（Ｃ）に示したような波形の検出信号Ｖdetを出力するようになっている。この検出信号Ｖdetは、後述するように、タッチ動作に起因する信号成分（以下、「タッチ成分」という。）を含むものである。

ゲートドライバ４５は、表示する水平画素ラインを選択するための信号を液晶表示デバイス４４２に供給する回路である。ソースドライバ４６は、画像信号を液晶表示デバイス４４２に供給する回路である。マルチプレクサ４７は、検出信号Ｖdetを、タッチセンサ４４１の複数のタッチ検出電極（後述）から順番に取り出す際、その取り出し元を切り替える回路である。

検出回路４８は、マルチプレクサ４７で切り替えられた検出信号Ｖdetを基に、タッチセンサ４４１へのタッチの有無を検出し、さらに、タッチパネル上におけるその座標などを求める回路である。この検出回路４８は、アナログＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）５１と、Ａ／Ｄ変換部５２と、信号処理部５３と、座標抽出部５４とを有している。アナログＬＰＦ５１は、検出信号Ｖdetの高い周波数成分を除去して出力する低域通過アナログフィルタである。このアナログＬＰＦ５１は、後述するＡ／Ｄ変換部５２において発生する折り返しノイズを除去する目的で挿入されたものである。Ａ／Ｄ変換部５２は、アナログＬＰＦ５１から出力されるアナログ信号をディジダル信号に変換する回路である。信号処理部５３は、Ａ／Ｄ変換部５２の出力信号を基に、タッチセンサ４４１へのタッチの有無を検出する論理回路である。座標抽出部５４は、信号処理部５３においてタッチ検出がなされたタッチパネル座標を求める論理回路である。

なお、これらの回路は、図示しないタイミング制御部により制御されている。

（タッチ検出機能付き表示デバイス４４の構成例）
図５は、タッチ検出機能付き表示デバイス４４の要部断面構造の例を表すものである。このタッチ検出機能付き表示デバイス４４は、画素基板２と、この画素基板２に対向して配置された対向基板３と、画素基板２と対向基板３との間に挿設された液晶層６とを備えている。

画素基板２は、回路基板としてのＴＦＴ基板２１と、このＴＦＴ基板２１上にマトリックス状に配設された複数の画素電極２２とを有する。ＴＦＴ基板２１には、図示していないものの、各画素のＴＦＴ（薄膜トランジスタ）や、各画素電極に画像信号を供給するソース線、各ＴＦＴを駆動するゲート線等の配線が形成されている。なお、その他、図４に示した回路の一部もしくは全てを含めて形成されていてもよい。

対向基板３は、ガラス基板３１と、このガラス基板３１の一方の面に形成されたカラーフィルタ３２と、このカラーフィルタ３２の上に形成された駆動電極３３とを有する。カラーフィルタ３２は、例えば赤（Ｒ）、緑（Ｇ）、青（Ｂ）の３色のカラーフィルタ層を周期的に配列して構成したもので、各表示画素にＲ、Ｇ、Ｂの３色が１組として対応付けられている。駆動電極３３は、液晶表示デバイス４４２の共通駆動電極として機能し、更にタッチセンサ４４１の駆動電極としても共用される。駆動電極３３は、コンタクト導電柱７によってＴＦＴ基板２１と連結されている。このコンタクト導電柱７を介して、ＴＦＴ基板２１から駆動電極３３に交流矩形波形の駆動信号Ｖcomが印加されるようになっている。この駆動信号Ｖcomは、画素電極２２に印加される画素電圧とともに各画素の表示電圧を画定するものであり共通駆動信号とも呼ばれる。この駆動信号Ｖcomは、更にタッチセンサの駆動信号としても共用される。

ガラス基板３１の他方の面には、タッチセンサ４４１の検出電極であるタッチ検出電極３４が形成され、さらに、このタッチ検出電極３４の上には、偏光板３５が配設されている。

液晶層６は、電界の状態に応じてそこを通過する光を変調するものであり、例えば、ＴＮ（ツイステッドネマティック）、ＶＡ（垂直配向）、ＥＣＢ（電界制御複屈折）等の各種モードの液晶が用いられる。

なお、液晶層６と画素基板２との間、および液晶層６と対向基板３との間には、それぞれ配向膜が配設され、また、画素基板２の下面側には入射側偏光板が配置されるが、ここでは図示を省略している。

図６は、液晶表示デバイス４４２における画素構造の構成例を表すものである。液晶表示デバイス４４２には、ＴＦＴ素子Ｔｒと液晶素子ＬＣとを有する複数の表示画素２０がマトリックス状に配置されている。

表示画素２０には、ソース線２５と、ゲート線２６と、駆動電極３３（ここでは、一例としてｎ個（ｎ：２以上の整数）の電極３３１〜３３ｎ）とが接続されている。ソース線２５は、各表示画素２０に画像信号を供給するための信号線であり、ソースドライバ４６に接続されている。ゲート線２６は、表示を行う表示画素２０を選択する信号を供給するための信号線であり、ゲートドライバ４５に接続されている。この例では、各ゲート線２６は、水平に配置された全ての表示画素２０と接続されている。つまり、この液晶表示デバイス４４２は、各ゲート線２６の制御信号により、水平画素ラインごとに表示するようになっている。駆動電極３３は、液晶を駆動するための駆動信号を印加する電極であり、駆動電極ドライバ４３に接続されている。この例では、各駆動電極は、水平に配置された全ての表示画素２０と接続されている。つまり、この液晶表示デバイス４４２は、各駆動電極の駆動信号により、水平画素ラインごとに駆動されるようになっている。

図７は、タッチセンサ４４１について、対向基板３における駆動電極３３（３３１〜３３ｎ）およびタッチ検出電極３４の一構成例を斜視状態にて表すものである。駆動電極３３は、図の左右方向に延在する複数のストライプ状の電極パターンに分割されている。各電極パターンには、駆動電極ドライバ４３によって駆動信号Ｖcom（図９（Ａ））が順次供給され、後述するように時分割的に線順次走査駆動が行われるようになっている。一方、タッチ検出電極３４は、駆動電極３３の電極パターンの延在方向と直交する方向に延びる複数のストライプ状の電極パターンから構成されている。タッチ検出電極３４の各電極パターンからは、それぞれ、検出信号Ｖdet（図９（Ｂ），（Ｃ））が出力され、マルチプレクサ４７を経て検出回路４８に入力されるようになっている。

駆動電極３３とタッチ検出電極３４により互いに交差した電極パターンは、その交差部分に静電容量を形成する。駆動電極３３は、静電容量型タッチ検出の基本原理として図１及び図２に示した駆動電極Ｅ１に対応するものである。一方、タッチ検出電極３４は、図１及び図２に示した検出電極Ｅ２に対応するものである。これにより、このタッチセンサは、上述した静電容量型タッチ検出の基本原理に従ってタッチを検出することができる。更に、上述したように互いに交差した電極パターンは、タッチセンサをマトリックス状に構成する。よって、物体の接触または近接が生じた位置の検出も可能となる。

［動作および作用］
（全体の基本動作）
まず、本実施の形態のタッチ検出機能付き表示装置４０の全体動作を説明する。

Ｖcom発生部４１は、駆動信号Ｖcomを発生し、駆動電極ドライバ４３に供給する。駆動電極ドライバ４３は、駆動制御回路４２からの制御信号に基づいて、駆動信号Ｖcomをタッチ検出機能付き表示デバイス４４の複数の駆動電極３３１〜３３ｎに順次切り替えながら供給する。駆動制御回路４２は、駆動信号Ｖcomの電圧レベルに応じて、複数の駆動電極３３１〜３３ｎの中から駆動信号Ｖcomを供給する駆動電極を選択するように制御する。その選択は、タッチセンサ４４１用と液晶表示デバイス４４２用とで別々に（別個の選択処理として）行われる。

タッチセンサ４４１の各タッチ検出電極３４からは、上述した静電容量型タッチ検出の基本原理に基づいて、駆動信号Ｖcomの電圧変化タイミングに同期した立ち上がりおよび立ち下がりをもつ波形の検出信号Ｖdetが出力される。マルチプレクサ４７は、タッチセンサ４４１の各タッチ検出電極３４から出力された検出信号Ｖdetを、その取り出し元を順次切り替えることにより、順番に取り出し、検出回路４８に送出する。検出回路４８では、アナログＬＰＦ５１が、検出信号Ｖdetから高周波数成分を除去し、検出信号Ｖdet２として出力する。Ａ／Ｄ変換部５２は、アナログＬＰＦ５１からの検出信号Ｖdet２をデジタル信号に変換する。信号処理部５３は、Ａ／Ｄ変換部５２の出力信号を基に、論理演算により、タッチセンサ４４１に対するタッチの有無を判定する。座標抽出部５４は、信号処理部５３によるタッチ検出結果を基に、タッチセンサ上のタッチ座標を検出する。このようにして、ユーザがタッチパネルにタッチした場合には、そのタッチ位置が検出される。

ソースドライバ４６は、画像信号を液晶表示デバイス４４２に供給する。また、ゲートドライバ４５は、液晶デバイス４４２は、表示する水平画素ラインを選択するための選択信号（ゲート信号）を液晶表示デバイス４４２に供給する。液晶表示デバイス４４２は、これらの信号と駆動信号とを基に水平画素ラインごとに線順次に全画面にわたって走査を行うことにより、画面に画像を表示する。より詳細には、図６において、ソース線２５を介して供給された画素信号が、ゲート線２６によって線順次に選択された表示画素２０のＴＦＴ素子Ｔｒを介して液晶素子ＬＣの画素電極２２に印加されると共に、極性が交番する駆動信号Ｖｃｏｍ（図９（Ａ））が共通電極（駆動電極３３）に印加される。これにより、液晶素子ＬＣに画素データが書き込まれ、画像表示が行われる。

次に、本実施の形態の特徴的な部分について詳細に説明する。

（駆動制御回路４２の動作例）
駆動制御回路４２は、タッチ検出機能付き表示デバイス４４の複数の駆動電極３３から、駆動電極ドライバ４３が駆動信号Ｖcomを印加する駆動電極を選択する。その選択は、タッチセンサ４４１用と液晶表示デバイス４４２用で別々に行われる。

図８は、駆動信号Ｖcomが印加された駆動電極の動作例を表したものであり、（Ａ）は駆動信号Ｖcomの電圧が高レベルの時の動作例を示し、（Ｂ）は駆動信号Ｖcomの電圧が低レベルの時であり（Ａ）の直後の状態での動作例示す。

図８において、タッチセンサ４４１の駆動に用いられる駆動信号Ｖcomが印加される駆動電極は、正極性区間の第１の電圧が印加される検出駆動ライングループＬ１Ｐ（第１のグループ）と、負極性区間の第２の電圧が印加される検出駆動ライングループＬ１Ｎ（第２のグループ）とに分類される。検出駆動ライングループＬ１Ｐは、連続的に隣接する一連の駆動電極を含み、それらが集まって単一の太い帯状駆動電極を構成する。一方、検出駆動ライングループＬ１Ｎは、１つ１つの駆動電極をパネル面全体に分散させた複数の駆動電極を含む。これにより、指などの近接物体がタッチセンサ４４１のどこにある場合においても、その近接物体と検出駆動ライングループＬ１Ｐの重なる領域における駆動電極の本数は、その近接物体と検出駆動ライングループＬ１Ｎの重なる領域における駆動電極の本数と異なるようになっている。言い換えれば、その近接物体の大きさに相当する基準幅Ｗの中に入る第１のグループの駆動電極の合計幅Ｗ１は、その基準幅Ｗの中に入る第２のグループの駆動電極の合計幅Ｗ２と異なるようになっており、図示の例ではＷ１＞Ｗ２となっている。一方、液晶表示デバイス４４２の駆動に用いられる駆動信号Ｖcomが印加される駆動電極は、正極性区間および負極性区間のいずれの区間においても、単一の表示駆動ラインＬ２である。なお、本実施の形態では、第１のグループと第２のグループの駆動電極のそれぞれの総本数は、互いに等しくなっている。

表示駆動ラインＬ２は、図８に示したように、駆動信号Ｖcomの極性の交番に同期して液晶表示デバイス４４２の全面を順次走査移動する。すなわち、表示駆動ラインＬ２には、１水平画素ライン分だけ移動するごとに正極性電圧（第１の電圧）と負極性電圧（第２の電圧）とが交互に印加される。さらに、ゲートドライバ４５もまた、表示駆動ラインＬ２と同期して同じ水平画素ラインを順次走査する。これにより選択された水平画素ラインに、ソース線２５から画像信号が供給され、その水平画素ライン各画素へのデータ書き込みが行われる。これを線順次に繰り返すことにより、液晶表示デバイス４４２に画像が表示されることとなる。

タッチセンサ４４１の駆動においては、図８に示したように、駆動信号Ｖcomが印加される駆動電極の数やレイアウトパターンは、駆動信号Ｖcomの極性区間によって異なる。すなわち、駆動信号Ｖcomの正極性区間では、図８（Ａ）に示したように、単一の太い帯状駆動電極を構成する検出駆動ライングループＬ１Ｐが選択されて、これに正極性の電圧（第１の電圧）が印加される。この単一の帯状駆動電極は、表示駆動ラインＬ２と同期して１水平画素ラインずつ順次走査移動する。この走査は、タッチセンサ４４１において、指などが接触または近接している位置を検出するために行われる。一方、駆動信号Ｖcomの負極性区間では、図８（Ｂ）に示したように、分散された複数の駆動電極からなる検出駆動ライングループＬ１Ｎが選択されて、これらに対して一括して負極性の電圧（第２の電圧）が印加される。

（タッチセンサ４４１の動作例）
次に、タッチセンサ４４１の動作をより詳細に説明する。

図９は、タッチ検出機能付き表示装置４０のタイミングの一例を表したものであり、（Ａ）は駆動信号Ｖcomの波形を示し、（Ｂ）はタッチが無い時の検出信号Ｖdetの波形を示し、（Ｃ）はタッチが有る時の検出信号Ｖdetの波形を示す。なお、（Ｂ）および（Ｃ）は、複数のタッチ検出電極３４のうちの一本に着目したときの検出波形の一例である。本実施の形態のようにタッチセンサと表示部デバイスが一体化された、いわゆるインセルタイプの装置では、後述するように、液晶表示デバイス４４２で発生した内部ノイズがタッチセンサ４４１の出力である検出信号Ｖdetに現れることがある。そこで、ここでは、内部ノイズがない場合とある場合とに分けて説明する。

（Ｉ）内部ノイズがないときの動作
図９（Ｂ）に示したように、タッチ動作がないときの検出信号Ｖdetの波形は、駆動信号Ｖcomの極***番に同期した正負対称の信号波形となっている。これは、図８に示したように、駆動の対象となる駆動電極の総本数が、駆動信号Ｖcomの正極性区間（検出駆動ライングループＬ１Ｐ）と負極性区間（検出駆動ライングループＬ１Ｎ）とで変化しないことに起因している。つまり、ある一本のタッチ検出電極に着目した場合、このタッチ検出電極と検出駆動ライングループＬ１Ｐとの交差部分の静電容量が、同じタッチ検出電極と検出駆動ライングループＬ１Ｎとの交差部分の静電容量と等しく、よって、図１（Ｂ）の等価回路もまた駆動信号Ｖcomの極***番動作によって変化しないためである。

このように、タッチ動作がされない状態では、検出信号Ｖdetの時間平均レベルは、検出信号Ｖdetの正負対称性により、検出信号Ｖdetの波形の中心電圧にほぼ対応するものとなる。

一方、図９（Ｃ）に示したように、タッチ動作がなされたときの検出信号Ｖdetの波形は、駆動信号Ｖcomの極***番に同期した正負非対称の信号波形となっている。これは、図８に示したように、タッチセンサ４４１に指が接触または近接したとき、その指と検出駆動ライングループＬ１Ｐとのオーバーラップ面積が、指と検出駆動ライングループＬ１Ｎとのオーバーラップ面積とは異なることに起因している。つまり、駆動信号Ｖcomの正極性区間では、そのオーバーラップ面積が大きく、タッチ動作の有無による静電容量変化が大きいため、検出信号Ｖdetの振幅の減少の度合いはタッチ動作がされないときに比べて大きくなる。一方、駆動信号Ｖcomの負極性区間では、そのオーバーラップ面積が小さく、タッチの有無による静電容量変化が小さいため、検出信号Ｖdetの減少の度合いは、タッチ動作がされないときに比べて小さくなる。

このタッチ動作がされた状態では、検出信号Ｖdetの時間平均レベルが、検出信号Ｖdetの正負非対称性により、検出信号Ｖdetの波形の中心電圧よりも低電圧側（負側）にシフトする。この低電圧側へとシフトする部分の出現周波数は十分に低く、後段のアナログＬＰＦをそのまま通過するので、この低周波成分のみを取り出すことができ、タッチ動作の有無を検出することができる。

図１０は、より長い時間スケールでみたときの波形例を表したものであり、（Ａ）は検出信号Ｖdetの波形を示し、（Ｂ）はアナログＬＰＦ５１から出力される検出信号Ｖdet２の波形を示す。（Ａ）からわかるように、タッチ動作がなされている期間では、検出信号Ｖdetの正負非対称性に起因して、検出信号Ｖdetの波形の上側エンベロープレベルの方がより低下している。この波形をアナログＬＰＦ５１に入力すると、その高周波成分が除去され、その出力に（Ｂ）に示したようにタッチの有無に対応したタッチ検出用信号が現れる。

なお、アナログＬＰＦ５１の出力に図１０（Ｂ）のような検出信号Ｖdet２が現れるのは、図９（Ｂ）および（Ｃ）に示したように、検出信号Ｖdetの波形の正負対称性が、タッチがあるときとないときとで変化することに起因している。よって、たとえタッチがあるときとないときとで、検出信号Ｖdetの振幅が変化したとしても、検出信号Ｖdetの波形が正負対称である限り、アナログＬＰＦ５１の出力には図１０（Ｂ）のような信号は現れない。このことは、後述するように、正負対称に存在しうる内部ノイズもまた、アナログＬＰＦ５１により除去されることを意味している。

タッチ検出機能付き表示装置４０は、図１０（Ｂ）に示した検出信号Ｖdet２の波形をＡ／Ｄ変換部５２においてデジタル信号に変換する。アナログＬＰＦ５１のカットオフ周波数は、ユーザが指などで接触または近接することにより発生する低周波の信号成分(図１０(Ｂ)を通過させることができる限りにおいて、できるだけ低く設定される方が望ましい。このカットオフ周波数が、Ａ／Ｄ変換部５２のサンプリング周波数から計算されるナイキスト周波数よりも低く設定されれば、折り返しノイズは除去されることとなる。これにより、タッチ検出機能付き表示装置４０は、ナイキスト周波数以上の周波数成分をもつ外乱ノイズの影響を大幅に低減できる。

（ＩＩ）内部ノイズがあるときの動作
次に、液晶表示デバイス４４２が発生する内部ノイズがタッチセンサ４４１に与える影響について説明する。

上記したように、液晶表示デバイス４４２の、ある水平画素ラインのゲート線２６にゲート信号が印加されると、その水平画素ラインに属する液晶表示素子ＬＣの画素電極２２にはソース線２５より印加される画素信号が供給され、共通電極（駆動電極３３）には駆動信号Ｖcomが供給される。これにより、その水平画素ラインに属する画素の情報が表示されることとなる。この書き込みの時に、ソース線２５の信号が駆動電極３３に伝わり、更にタッチセンサ４４１の出力である検出信号Ｖdetに内部ノイズとして現れることがある。特に、その内部ノイズの量は、その水平画素ラインに属するすべての画素信号（すなわち、その書き込みタイミングですべてのソース線２５を伝わってくる画像信号）の電圧振幅が大きい場合（具体的には、その水平画素ライン上の全画素に白情報もしくは黒情報を書き込む場合）に顕著になる。

図１１は、内部ノイズが存在する場合においてタッチ動作がなされないときの各波形の一例を表したものであり、（Ａ）は駆動信号Ｖcomの波形を示し、（Ｂ）は白情報書き込み時の検出信号Ｖdetの波形を示し、（Ｃ）は黒情報書き込み時の検出信号Ｖdetの波形を示す。ここで、Δｔaは画素に書き込みが行われていない時間、Δｔbは画素に書き込みが行われている時間を示す。

図１１（Ｂ）および（Ｃ）に示したように、画素に書き込みが行われると、検出信号Ｖdetには、その書き込まれた画素信号に起因する内部ノイズが現れる。このとき、その内部ノイズの大きさは、書き込まれた画素信号の大きさ（表示輝度や表示色）に依存する。ただし、この検出信号Ｖdetの波形は、駆動信号Ｖcomの極***番に同期した正負対称波形となっている。これは、図９（Ｂ）に示した、この内部ノイズがないときのタッチセンサ４４１の動作と同じ理由による。つまり、駆動信号Ｖcomが印加される駆動電極の総本数が、駆動信号Ｖcomの正極性区間と負極性区間とで変化しないことに起因している。

このように、タッチ動作がされない状態では、検出信号Ｖdetの時間平均レベルは、検出信号Ｖdetの正負対称性により、検出信号Ｖdetの波形の中心電圧にほぼ対応するものとなる。

図１２は、内部ノイズが存在する場合においてタッチ動作がなされたときの各波形の一例を表したものであり、（Ａ）は駆動信号Ｖcomの波形を示し、（Ｂ）は白情報書き込み時の検出信号Ｖdetの波形を示し、（Ｃ）は黒情報書き込み時の検出信号Ｖdetの波形を示す。ここで、ΔｔaおよびΔｔbの意味は、図１１の場合と同様である。

図１２（Ｂ）および（Ｃ）に示したように、タッチ動作がなされたときの検出信号Ｖdetの波形は、駆動信号Ｖcomの極***番に同期した正負非対称波形となっている。これは、図９（Ｃ）に示した、内部ノイズがないときのタッチセンサ４４１の動作と同じ理由による。つまり、駆動信号Ｖcomの正極性区間では、そのオーバーラップ面積が大きく、タッチ動作の有無による静電容量変化が大きいため、検出信号Ｖdetの振幅の減少の度合いはタッチ動作がされないときに比べて大きくなる。一方、駆動信号Ｖcomの負極性区間では、そのオーバーラップ面積が小さく、タッチの有無による静電容量変化が小さいため、検出信号Ｖdetの減少の度合いは、タッチ動作がされないときに比べて小さくなる。

このタッチ動作状態では、検出信号Ｖdetの時間平均レベルが、検出信号Ｖdetの正負非対称性により、検出信号Ｖdetの波形の中心電圧よりも低電圧側（負側）にシフトする。この低電圧側へとシフトする部分の出現周波数は十分に低く、後段のアナログＬＰＦをそのまま通過するので、この低周波成分のみを取り出すことができ、タッチ動作の有無を検出することができる。

［効果］
以上のように本実施の形態では、駆動制御回路４２は、図８に示したように、駆動信号Ｖcomの電圧レベル（極性）に応じて、駆動信号Ｖcomを印加する駆動電極の選択の仕方（本数や位置）を異ならせるようにしたので、タッチセンサ４４１からの検出信号Ｖdetは、駆動信号における電圧レベルの遷移に起因する正負対称な信号成分と、タッチ動作に起因する正負非対称な信号成分（タッチ成分）とを含むようになる。このため、その後段にアナログＬＰＦを設けたとしても、タッチ成分がキャンセルされてしまうことがなく、タッチの有無に対応したタッチ検出用信号を抽出することができる。

本実施の形態では、さらに、駆動信号Ｖcomを印加する駆動電極の本数が、駆動信号Ｖcomの電圧レベルに依らず（正極性区間および負極性区間のいずれの区間でも）、常に同数になるようにしたので、表示動作に伴う内部ノイズによる影響を回避することができる。

また、従来とは異なり、駆動信号の周波数を順次切り替えて検出条件を選択する必要がないため、検出時間を短くすることができ、かつ、回路が複雑化することがないので小型化が可能になる。

さらに、そのアナログＬＰＦのカットオフ周波数を、ナイキスト周波数より低く設定することにより、ナイキスト周波数より高い外乱ノイズ成分を低減すると同時に、信号の周波数帯域を低域に制限している。これにより、Ａ／Ｄ変換部及び信号処理部がシンプルになり、より一層の回路の小型化が可能になる。

［第１の実施の形態の変形例］
（変形例１−１）
上記の実施の形態では、駆動信号Ｖcomの電圧が正極性（高レベル）のときに図８（Ａ）のように検出駆動ライングループＬ１Ｐを選択し、負極性（低レベル）のときに図８（Ｂ）のように検出駆動ライングループＬ１Ｎを選択するようにしたが、その逆の設定としてもよい。具体的には、駆動信号Ｖcomの電圧が負極性（低レベル）のときに図８（Ａ）のように検出駆動ライングループを選択し、正極性（高レベル）のときに図８（Ｂ）のように検出駆動ライングループを選択するようにしてもよい。

（変形例１−２）
上記の実施の形態では、駆動信号Ｖcomの電圧が負極性のときの検出駆動ラインＬ１Ｎは、タッチセンサ４４１の全面に対して離散的に配置された駆動電極より構成されるとしたが、これに限定されるものではなく、指などの近接物体がタッチセンサ４４１のどこにある場合においても、検出駆動ライングループＬ１Ｎのうち、その近接物体と重なる帯状領域の幅（駆動電極の本数）が、検出駆動ライングループＬ１Ｐのうち、その近接物体と重なる帯状の領域の幅（駆動電極の本数）よりも少ない、という条件を満たす限りにおいて、適宜変更可能である。例えば、図１３に示したように、駆動信号Ｖcomの電圧が負極性（低レベル）のときの検出駆動ライングループＬ１Ｎの各駆動電極を、タッチセンサ４４１の上半分の領域にのみ離散的に位置させるようにしてもよい。あるいは、例えば図１４に示したように、一本の駆動電極ずつ離散させるのではなく、互いに隣接する複数の駆動電極からなる細い帯状駆動電極部分を、パネル全体またはその一部の領域に離散させるようにしてもよい。

（変形例１−３）
上記の実施の形態では、駆動信号Ｖcomの負極性電圧が印加される検出駆動ライングループＬ１Ｎについては、垂直方向への走査移動を行っていないが、走査移動させるようにしてもよい。

＜３．第２の実施の形態＞
次に、本発明の第２の実施の形態に係るタッチ検出機能付き表示装置について説明する。なお、上記第１の実施の形態に係るタッチ検出機能付き表示装置と実質的に同一の構成部分には同一の符号を付し、適宜説明を省略する。

［構成例］
（全体構成例）
図１５は、本実施の形態に係るタッチ検出機能付き表示装置１４０の一構成例を表すものである。

このタッチ検出機能付き表示装置１４０は、Ｖcom発生部４１と、駆動制御回路１４２と、駆動電極ドライバ４３と、タッチ検出機能付き表示デバイス４４と、ゲートドライバ４５と、ソースドライバ４６と、マルチプレクサ４７と、検出回路１４８と、抵抗Ｒとを備えている。

駆動制御回路１４２は、Ｖcom発生部４１から供給された駆動信号Ｖcomをタッチ検出機能付き表示デバイス４４の複数の駆動電極に供給する際、その電極を選択し制御する回路である。その際、この駆動制御回路１４２は、駆動信号Ｖcomの極性（正極性または負極性）に応じて、駆動信号Ｖcomを印加する駆動電極の配置や本数、走査動作などを制御することができるようになっている。特に、本実施の形態における駆動制御回路１４２は、タッチセンサ４４１用の制御としては、後述するように、駆動信号Ｖcomの正極性区間でのみ、駆動信号Ｖcomを駆動電極に印加するように制御するものである。

検出回路１４８は、マルチプレクサ４７で切り替えられた検出信号Ｖdetを基に、タッチセンサ４４１へのタッチの有無を検出し、さらに、タッチパネル上におけるその座標などを求める回路である。この検出回路４８は、アナログＬＰＦ（Ｌｏｗ Ｐａｓｓ Ｆｉｌｔｅｒ）５１と、Ａ／Ｄ変換部５２と、信号処理部１５３と、座標抽出部５４とを有している。信号処理部１５３は、Ａ／Ｄ変換部５２の出力信号と、外部から入力された画像信号Ｓigを基に、タッチセンサ４４１へのタッチの有無を検出する論理回路である。

なお、これらの回路は、図示しないタイミング制御部により制御されている。

［動作および作用］
（駆動制御回路１４２の動作例）
駆動制御回路１４２は、タッチ検出機能付き表示デバイス４４の複数の駆動電極３３から、駆動電極ドライバ４３が駆動信号Ｖcomを印加する駆動電極を選択する。その選択は、タッチセンサ４４１用と液晶表示デバイス４４２用で別々に行われる。

図１６は、駆動信号Ｖcomが印加された駆動電極の動作例を表したものであり、（Ａ）は駆動信号Ｖcomの電圧が高レベルの時の動作例を示し、（Ｂ）は駆動信号Ｖcomの電圧が低レベルの時であり（Ａ）の直後の状態での動作例を示す。

図１６において、タッチセンサ４４１の駆動に用いられる駆動信号Ｖcomが印加される駆動電極は、正極性区間の第１の電圧が印加される検出駆動ライングループＬ１Ｐ（第１のクループ）のみに属する。つまり、負極性区間には、どの駆動電極もタッチセンサ４４１の駆動に用いられない。一方、液晶表示デバイス４４２の駆動に用いられる駆動信号Ｖcomが印加される駆動電極は、正極性区間および負極性区間のいずれの区間においても、単一の表示駆動ラインＬ２である。尚、表示駆動ラインＬ２の動作は、第１の実施の形態と同じである。

タッチセンサ４４１の駆動においては、図１６に示したように、駆動信号Ｖcomが印加される駆動電極の数やレイアウトパターンは、駆動信号Ｖcomの極性区間によって異なる。すなわち、駆動信号Ｖcomの正極性区間では、図１６（Ａ）に示したように、単一の太い帯状駆動電極を構成する検出駆動ライングループＬ１Ｐが選択されて、これに正極性の電圧（第１の電圧）が印加される。この単一の帯状駆動電極は、表示駆動ラインＬ２と同期して１水平画素ラインずつ順次走査移動する。この走査は、タッチセンサ４４１において、指などが接触または近接している位置を検出するために行われる。一方、駆動信号Ｖcomの負極性区間では、図１６（Ｂ）に示したように、どの駆動電極も選択されず、タッチセンサ４４１を駆動しない。

（タッチセンサ４４１の動作例）
次に、タッチセンサ４４１の動作をより詳細に説明する。
図１７は、タッチ検出機能付き表示装置１４０のタイミングの一例を表したものであり、（Ａ）は駆動信号Ｖcomの波形を示し、（Ｂ）はタッチが無い時の検出信号Ｖdetの波形を示し、（Ｃ）はタッチが有る時の検出信号Ｖdetの波形を示す。

（Ｉ）内部ノイズがないときの動作
図１７（Ｂ）に示したように、タッチ動作がないときの検出信号Ｖdetの波形は、第１の実施の形態における図９（Ｂ）とは異なり、駆動信号Ｖcomの極***番には同期しているものの、正負非対称な信号波形となっている。これは、図１６に示したように、検出駆動ライングループが、駆動信号Ｖcomの正極性区間にのみ構成されることに起因している。つまり、ある一本のタッチ検出電極に着目した場合、駆動信号Ｖcomの正極性区間にのみ、このタッチ検出電極と検出駆動ライングループＬ１Ｐとの交差部分に静電容量が発生するため、このときにのみ、上述した静電容量型タッチ検出の基本原理に従って波形が現れるようになる。

更に、図１７（Ｃ）に示したように、タッチ動作がなされたときの検出信号Ｖdetの波形も、駆動信号Ｖcomの極***番には同期しているものの、正負非対称な信号波形となっている。これも、図１７（Ｂ）の場合と同じように、検出駆動ライングループが、駆動信号Ｖcomの正極性区間にのみ構成されることに起因している。

このタッチ動作がなされた状態では、検出信号Ｖdetの時間平均レベルが、タッチ動作が無い時に比べ低電圧側（負側）にシフトする。この低電圧側へシフトする部分の出現周波数は十分に低く、アナログＬＰＦをそのまま通過するので、この低周波成分のみを取り出すことができ、タッチ動作の有無を検出できる。

（内部ノイズがあるときの動作）
次に、液晶表示デバイス４４２が発生する内部ノイズがタッチセンサ４４１に与える影響について説明する。

図１８は、内部ノイズが存在する場合においてタッチ動作がなされないときの各波形の一例を表したものであり、（Ａ）は駆動信号Ｖcomの波形を示し、（Ｂ）は白情報書き込み時の検出信号Ｖdetの波形を示し、（Ｃ）は黒情報書き込み時の検出信号Ｖdetの波形を示す。

図１８（Ｂ）および（Ｃ）に示したように、画素に書き込みが行われると、検出信号Ｖdetにはその書き込まれた画素信号に起因する内部ノイズが現れる。このとき、その内部ノイズの大きさは、書き込まれた画素信号の大きさ（表示輝度や表示色）に依存する。更に、これらのノイズも、駆動信号Ｖcomの正極性区間にのみ存在する。このことは、書き込まれた画素信号によって、検出信号Ｖdetの時間平均レベルが変化することを意味している。よって、画素信号によっては、その低周波成分がアナログＬＰＦをそのまま通過してしまい、内部ノイズが出力されてしまう。この場合、この内部ノイズとタッチ動作の有無を区別できない。

そこで、本実施の形態では、図１５に示したように、信号処理部１５３において、Ａ／Ｄ変換部５２の出力信号と外部から入力された画像信号Ｓigとを用いて処理を行うようにしている。つまり、この画像信号Ｓigを基に内部ノイズ量を計算し、Ａ／Ｄ変換部５２の出力信号とこの計算された内部ノイズ量の差分を得ることにより、内部ノイズを除去し、タッチの有無のみを検出することが可能となる。画像信号Ｓigは、この図に示したように外部から供給される他、ソースドライバ４６から供給されても良い。

［効果］
以上のように本実施の形態では、図１６に示したように、タッチセンサの駆動において、駆動信号Ｖcomの正極性区間にのみ駆動信号Ｖcomを駆動電極に印加するようにしたので、タッチセンサ４４１からの検出信号Ｖdetは、タッチ動作に起因する正負非対称な信号成分（タッチ成分）を含むようになる。このため、その後段にアナログＬＰＦを設けたとしても、タッチ成分がキャンセルされてしまうことがなく、タッチの有無に対応したタッチ検出用信号を抽出することができる。

本実施の形態では、さらに、検出回路において、外部から入力された画像信号Ｓigを用いて演算するようにしたので、内部ノイズに起因する正負非対称な信号成分を除去することができる。

［第２の実施の形態の変形例］
（変形例２−１）
上記の実施の形態では、駆動信号Ｖcomの電圧が正極性（高レベル）のときのみに図１６（Ａ）のように検出駆動ライングループＬ１Ｐを選択するようにしたが、その逆の設定としても良い。具体的には、駆動信号Ｖcomの電圧が負極性（低レベル）のときのみに、図１６（Ａ）のように検出駆動ライングループを選択するようにしてもよい。

（変形例２−２）
上記の実施の形態では、駆動信号Ｖcomの電圧が負極性（低レベル）のときは検出駆動ラインを選択しないこととしたが、これに限定されるものではなく、検出駆動ライングループＬ１Ｎを生成してもよい。つまり、指などの近接物体がタッチセンサ４４１のどこにある場合でも、その物体と重なる検出駆動ラインＬ１Ｎのうち、その近接物体と重なる帯状領域の幅（駆動電極の本数）が、検出駆動ライングループＬ１Ｐのうち、その近接物体と重なる帯状の領域の幅（駆動電極の本数）よりも少ない、という条件を満たす限りにおいて適宜変更可能である。このとき、図１７（Ｂ）および（Ｃ）、図１８（Ｂ）および（Ｃ）には、負電圧側にもパルスが現れることとなり、その波形は正負非対称となる。この場合でも、外部から入力された画像信号Ｓigを用いて演算することにより内部ノイズを除去し、タッチ検出用信号を抽出することができる。

＜４．適用例＞
次に、図１９〜図２３を参照して、上記実施の形態および変形例で説明したタッチパネル駆動方法、静電容量型タッチパネルおよびタッチ検出機能付き表示装置の適用例について説明する。上記実施の形態等のタッチパネル駆動方法、静電容量型タッチパネルおよびタッチ検出機能付き表示装置は、テレビジョン装置、デジタルカメラ、ノート型パーソナルコンピュータ、携帯電話等の携帯端末装置あるいはビデオカメラなどのあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。言い換えると、上記実施の形態等の表示装置は、外部から入力された映像信号あるいは内部で生成した映像信号を、画像あるいは映像として表示するあらゆる分野の電子機器に適用することが可能である。

（適用例１）
図１９は、上記実施の形態等のタッチ検出機能付き表示装置が適用されるテレビジョン装置の外観を表すものである。このテレビジョン装置は、例えば、フロントパネル５１１およびフィルターガラス５１２を含む映像表示画面部５１０を有しており、この映像表示画面部５１０は、上記実施の形態等に係るタッチ検出機能付き表示装置により構成されている。

（適用例２）
図２０は、上記実施の形態等のタッチ検出機能付き表示装置が適用されるデジタルカメラの外観を表すものである。このデジタルカメラは、例えば、フラッシュ用の発光部５２１、表示部５２２、メニュースイッチ５２３およびシャッターボタン５２４を有しており、その表示部５２２は、上記実施の形態等に係るタッチ検出機能付き表示装置により構成されている。

（適用例３）
図２１は、上記実施の形態等のタッチ検出機能付き表示装置が適用されるノート型パーソナルコンピュータの外観を表すものである。このノート型パーソナルコンピュータは、例えば、本体５３１、文字等の入力操作のためのキーボード５３２および画像を表示する表示部５３３を有しており、その表示部５３３は、上記実施の形態等に係るタッチ検出機能付き表示装置により構成されている。

（適用例４）
図２２は、上記実施の形態等のタッチ検出機能付き表示装置が適用されるビデオカメラの外観を表すものである。このビデオカメラは、例えば、本体部５４１、この本体部５４１の前方側面に設けられた被写体撮影用のレンズ５４２、撮影時のスタート／ストップスイッチ５４３および表示部５４４を有している。そして、その表示部５４４は、上記実施の形態等に係るタッチ検出機能付き表示装置により構成されている。

（適用例５）
図２３は、上記実施の形態等のタッチ検出機能付き表示装置が適用される携帯電話機の外観を表すものである。この携帯電話機は、例えば、上側筐体７１０と下側筐体７２０とを連結部（ヒンジ部）７３０で連結したものであり、ディスプレイ７４０、サブディスプレイ７５０、ピクチャーライト７６０およびカメラ７７０を有している。そのディスプレイ７４０またはサブディスプレイ７５０は、上記実施の形態等に係るタッチ検出機能付き表示装置により構成されている。

＜５．その他の変形例＞
以上、いくつかの実施の形態およびその変形例を挙げて本発明を説明したが、本発明はこれらの実施の形態等に限定されず、種々の変形が可能である。

（変形例３−１）
例えば、各実施の形態では、駆動信号Ｖcomの電圧が正極性（高レベル）のときの検出駆動ラインＬ１Ｐと表示駆動ラインＬ２は同様に順次走査するとしたが、これに限定されない。例えば、検出駆動ラインＬ１Ｐは複数の駆動電極ごとの走査であってもよく、またはランダムな走査であっても良い。

（変形例３−２）
また、例えば、各実施の形態では、ＴＮ（ツイステッドネマティック）やＶＡ（垂直配向）、ＥＣＢ（電界制御複屈折）等の各種モードの液晶を用いた液晶表示デバイス４４２とタッチセンサ４４１とを一体化してタッチ検出機能付き表示デバイス４４を構成したが、これに代えて、ＦＦＳ（フリンジフィールドスイッチング）やＩＰＳ（インプレーンスイッチング）等の横電界モードの液晶を用いた液晶表示デバイスとタッチセンサとを一体化しても良い。例えば、横電界モードの液晶を用いた場合には、タッチ検出機能付き表示デバイス４４Ｂを、図２４に示したように構成可能である。この図は、タッチ検出機能付き表示デバイス４４Ｂの要部断面構造の一例を表すものであり、画素基板２Ｂと対向基板３Ｂとの間に液晶層６Ｂを挟持された状態を示している。その他の各部の名称や機能等は図５の場合と同様なので、説明を省略する。この例では、図５の場合とは異なり、表示用とタッチ検出用の双方に兼用される駆動電極３３は、ＴＦＴ基板２１の直ぐ上に形成され、画素基板２Ｂの一部を構成する。駆動電極３３の上方には、絶縁層２３を介して画素電極２２が配置される。この場合、駆動電極３３とタッチ検出電極３４との間の、液晶層６Ｂをも含むすべての誘電体が容量Ｃ１の形成に寄与する。

（変形例３−３）
更に、例えば、各実施の形態では、液晶表示デバイス４４２とタッチセンサ４４１とを一体化しているが、一体化していなくても良い。図２５は、第１の実施の形態に対してこの変形を施した場合における静電容量型タッチパネル４０Ｃの一構成例を表すものである。

静電容量型タッチパネル４０Ｃは、Ｖcom発生部４１と、駆動制御回路４２Ｃと、駆動電極ドライバ４３と、タッチセンサ４４１と、マルチプレクサ４７と、検出回路４８と、抵抗Ｒとを備えている。本変形例では、駆動制御回路４２Ｃは、検出駆動ラインＬ１Ｐ、Ｌ１Ｎのみを生成するように、駆動電極ドライバ４３を制御する。また、駆動信号Ｖcomはタッチセンサ４４１のみで使用されるため、内部ノイズが発生しない。それ以外の動作は、第１の実施の形態と同じである。

２、２Ｂ…画素基板、３、３Ｂ…対向基板、６、６Ｂ…液晶層、７…コンタクト導電柱、２０…表示画素、２１…ＴＦＴ基板、２２…画素電極、２３…絶縁層、２５…ソース線、２６…ゲート線、３１…ガラス基板、３２…カラーフィルタ、３３、３３１〜３３ｎ…駆動電極、３４…タッチ検出電極、３５…偏光板、４０、１４０…タッチ検出機能付き表示装置、４０Ｃ…タッチパネル、４１…Ｖcom発生部、４２、４２Ｃ、１４２…駆動制御回路、４３…駆動電極ドライバ、４４、４４Ｂ…タッチ検出機能付きデバイス、４５…ゲートドライバ、４６…ソースドライバ、４７…マルチプレクサ、４８、１４８…検出回路、５１…アナログＬＰＦ、５２…Ａ／Ｄ変換部、５３…信号処理部、５４…座標抽出部、４４１…タッチセンサ、４４２…液晶表示デバイス、Ｌ１Ｐ、Ｌ１Ｎ…検出駆動ライン、Ｌ２…表示駆動ライン、ＬＣ…液晶素子、Ｒ…抵抗器、Ｓig…画像信号、Ｔｒ…ＴＦＴ素子、Ｖcom…駆動信号、Ｖdet、Ｖdet２…検出信号、Ｗ…基準幅

Claims (12)

1. それぞれが帯形状を有する複数の駆動電極と、
   前記複数の駆動電極にタッチ検出用の駆動信号が選択的に印加されるように制御を行う駆動制御回路と、
   前記複数の駆動電極と交差するように配置され、その交差部分に静電容量が形成されると共に、前記駆動信号に同期した検出信号をそれぞれ出力する複数のタッチ検出電極と、
   前記検出信号に基づいて、外部近接物体の存在を検出する検出回路と
   を備え、
   前記駆動制御回路は、前記検出信号が、前記外部近接物体の存在に起因する正負非対称の信号成分を含む極***番信号となるように、前記駆動信号の印加制御を行う
   静電容量型タッチパネル。
2. 前記駆動信号が、第１の電圧の区間と、前記第１のレベルとは異なる第２の電圧の区間とを含む周期的波形の信号であり、
   前記駆動制御回路は、前記複数の駆動電極から第１および第２のグループの駆動電極を選択すると共に、その選択に際して、前記複数の駆動電極の配設領域における任意の位置において第１のグループの駆動電極のうち前記外部近接物体の大きさに相当する基準幅の中に入る駆動電極の合計幅が第２のグループの駆動電極のうち前記基準幅の中に入る駆動電極の合計幅とは異なるようにし、選択した第１および第２のグループの駆動電極に、それぞれ、前記駆動信号の前記第１および第２の電圧を印加する
   請求項１に記載の静電容量型タッチパネル。
3. 前記駆動制御回路は、前記第１のグループの駆動電極が、時分割的に走査移動する一の帯状領域を構成するように、前記駆動信号の印加制御を行う
   請求項２に記載の静電容量型タッチパネル。
4. 前記駆動制御回路は、前記第２のグループの駆動電極が、離散的に位置する複数のサブグループへと分割されるように、前記駆動信号の印加制御を行う
   請求項２に記載の静電容量型タッチパネル。
5. 前記駆動制御回路は、前記第１のグループのすべての駆動電極の合計幅が前記第２のグループのすべての駆動電極の合計幅と等しくなるように、前記駆動信号の印加制御を行う
   請求項４に記載の静電容量型タッチパネル。
6. 前記駆動信号が、第１の電圧の区間と、前記第１のレベルとは異なる第２の電圧の区間とを含む周期的波形の信号であり、
   前記駆動制御回路は、前記複数の駆動電極から、帯状領域を構成する一群の駆動電極を選択し、前記駆動信号の前記第１の電圧が前記一群の駆動電極に印加されると共に前記第２の電圧がいずれの駆動電極にも印加されないように、前記駆動信号の印加制御を行う
   請求項１に記載の静電容量型タッチパネル。
7. 前記検出回路は、前記検出信号に対して、所定周波数以上の帯域をカットする高域カット処理を行うアナログフィルタを有する
   請求項１に記載の静電容量型タッチパネル。
8. それぞれが帯形状を有する複数の駆動電極と、
   前記複数の駆動電極にタッチ検出用の駆動信号が選択的に印加されるように制御を行う駆動制御回路と、
   前記複数の駆動電極と交差するように配置され、その交差部分に静電容量が形成されると共に、前記駆動信号に同期した検出信号をそれぞれ出力する複数のタッチ検出電極と、
   前記検出信号に基づいて、外部近接物体の存在を検出する検出回路と、
   画像信号に基づいて画像を表示する表示部と
   を備え、
   前記駆動制御回路は、前記検出信号が、前記外部近接物体の存在に起因する正負非対称の信号成分を含む極***番信号となるように、前記駆動信号の印加制御を行う
   タッチ検出機能付き表示装置。
9. 前記表示部は液晶素子を用いて構成され、
   前記タッチ検出用の駆動信号は、前記表示部を駆動する表示駆動信号の一部を兼ねている
   請求項８に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
10. 前記表示駆動信号は、前記画像信号に基づく画素信号と共通駆動信号とを含み、
    前記表示部は、前記画素信号および前記共通駆動信号に基づく前記液晶素子への印加電圧の極性を時分割的に反転させる極性反転駆動により表示が行われるものであり、
    前記タッチ検出用の駆動信号が前記共通駆動信号を兼ねている
    請求項９に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
11. 前記表示部の駆動に伴って前記検出信号に生ずる正負非対称性を前記画像信号に基づいて補償する
    請求項８に記載のタッチ検出機能付き表示装置。
12. それぞれが帯形状を有する複数の駆動電極にタッチ検出用の駆動信号を選択的に印加し、
    外部近接物体が存在するときに、前記複数の駆動電極と交差するように配置されてその交差部分に静電容量が形成される複数のタッチ検出電極の各々から、前記外部近接物体の存在に起因する正負非対称の信号成分を含む極***番信号としての検出信号を前記駆動信号に同期して出力させ、
    前記検出信号に基づいて、前記外部近接物体を検出する
    タッチパネルの駆動方法。

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