(57)【要約】【課題】静電容量式の接触検出装置のＳ／Ｎ比と検出精度の両方を高いレベルに維持させる。【解決手段】走査方向に並ぶｎ個の駆動電極Ｅ１と、検出駆動走査部１１と、複数の検出電極と、ｋ個の電圧検出器ＤＥＴとを有する。検出駆動走査部１１は、ｎ個の駆動電極Ｅ１から連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の駆動電極を含む交流駆動電極ユニットＥＵを選択し、これを交流駆動する。検出駆動走査部１１は、この選択対象を走査方向内で変更するシフト動作を、各シフト動作の前後で共通な１つ以上の駆動電極が選択対象に含まれるように繰り返す。各電圧検出器ＤＥＴは、検出駆動走査部１１がシフト動作を行うたびに、対応する検出電極Ｅ２の電位を所定の閾値Ｖｔと比較する。【選択図】図４
2010092275.tif 000002
【特許請求の範囲】
【請求項１】
走査方向に並ぶｎ個の駆動電極と、
前記ｎ個の駆動電極から連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の駆動電極を選択し、当該選択したｍ個の駆動電極を同時に交流駆動し、当該ｍ個の駆動電極の選択対象を前記走査方向内で変更するシフト動作を、各シフト動作の前後で共通な１つ以上の駆動電極が前記選択対象に含まれるように繰り返す検出駆動走査部と、
前記ｎ個の駆動電極の各々との間に静電容量を形成する複数の検出電極と、
前記複数の検出電極に１対１で接続され、前記検出駆動走査部が前記シフト動作を行うたびに、対応する検出電極の電位を所定の閾値と比較する複数の検出回路と、
を有する接触検出装置。
【請求項２】
前記複数の検出回路の各々は、前記対応する検出電極の電位が前記閾値を超えた場合と超えない場合で異なる論理値をとる検出信号を発生する
請求項１に記載の接触検出装置。
【請求項３】
前記複数の検出回路から複数の前記検出信号を入力し、入力した前記複数の検出信号を時間サンプリングして得られるビットマップ上の処理により、当該ビットマップ上でビット変化領域の重心位置を特定する検出処理部を
有する請求項２に記載の接触検出装置。
【請求項４】
前記検出処理部は、前記走査方向と当該走査方向に直交する方向との２方向の各々において前記ビット変化領域の平均座標点を求め、得られた２つの平均座標点から前記重点位置を特定し、特定した重点位置から、前記静電容量の変化を引き起こす被検出物の位置を判定する
請求項３に記載の接触検出装置。
【請求項５】
前記複数の検出回路から複数の前記検出信号を入力し、入力した前記複数の検出信号を時間サンプリングして得られるビットマップ上の処理により、当該ビットマップ上でビット変化領域の範囲を求め、得られたビット変化領域の範囲から、前記静電容量の変化を引き起こす被検出物の大きさを判定する検出処理部を
有する請求項２に記載の接触検出装置。
【請求項６】
前記検出駆動走査部は、前記連続する２回の交流駆動で共通な（ｍ−１）個の駆動電極が前記選択対象に含まれるように、駆動電極１つ分を単位として前記シフト動作を繰り返す
請求項１に記載の接触検出装置。
【請求項７】
一定のピッチで走査方向に並ぶｎ個の駆動電極と、
前記ｎ個の駆動電極の各々との間に静電容量が形成される複数の検出電極と、
前記走査方向に連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の駆動電極を同時に交流駆動する駆動動作を行い、同時に交流駆動する前記ｍ個の駆動電極の組み合わせを前記走査方向内で変更するシフト動作を、前記ｍ個より少ない個数の駆動電極が有する前記走査方向のサイズを１回のシフト量として繰り返す検出駆動走査部と、
前記複数の検出電極に１対１で接続され、前記検出駆動走査部が前記シフト動作を行うたびに、対応する検出電極の電位を所定の閾値と比較する複数の検出回路と、
を有する接触検出装置。
【請求項８】
画素ごとに設けられ、面状に行列配置された複数の画素電極と、
前記画素電極と対向する面状に配置され、前記画素電極の一方の配置方向である走査方向で前記画素電極の配列が有するピッチ長の自然数倍のピッチ長を有し、前記走査方向で等間隔に配置されたｎ個の対向電極と、
前記ｎ個の対向電極の各々との間に静電容量が形成される複数の検出電極と、
互いに対向する前記画素電極と前記対向電極との間に印加される信号電圧に応じて画像の表示機能を発揮する表示機能層と、
前記ｎ個の対向電極から連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の対向電極を選択し、当該選択したｍ個の対向電極を同時に交流駆動し、当該ｍ個の駆動電極の選択対象を前記走査方向内で変更するシフト動作を、各シフト動作の前後で共通な１つ以上の駆動電極が前記選択対象に含まれるように繰り返す検出駆動走査部と、
前記複数の検出電極に１対１で接続され、前記検出駆動走査部が前記シフト動作を行うたびに、対応する検出電極の電位を所定の閾値と比較する複数の検出回路と、
を有する表示装置。
【請求項９】
画素ごとに設けられ、面状に行列配置された複数の画素電極と、
前記画素電極と対向する面状に配置され、前記画素電極の一方の配置方向である走査方向で前記画素電極の配列が有するピッチ長の自然数倍のピッチ長を有し、前記走査方向で等間隔に配置されたｎ個の対向電極と、
前記ｎ個の対向電極の各々との間に静電容量が形成される複数の検出電極と、
互いに対向する前記画素電極と前記対向電極との間に印加される信号電圧に応じて画像の表示機能を発揮する表示機能層と、
前記走査方向に連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の対向電極を同時に交流駆動する駆動動作を行い、同時に交流駆動する前記ｍ個の対向電極の組み合わせを前記走査方向内で変更するシフト動作を、前記ｍ個より少ない個数の駆動電極が有する前記走査方向のサイズを１回のシフト量として繰り返す検出駆動走査部と、
前記複数の検出電極に１対１で接続され、前記検出駆動走査部が前記シフト動作を行うたびに、対応する検出電極の電位を所定の閾値と比較する複数の検出回路と、
を有する表示装置。
【請求項１０】
走査方向に並ぶｎ個の駆動電極から、連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の駆動電極を選択し、当該選択したｍ個の駆動電極を同時に交流駆動し、当該ｍ個の駆動電極の選択対象を前記走査方向内で変更するシフト動作を、各シフト動作の前後で共通な１つ以上の駆動電極が前記選択対象に含まれるように繰り返す駆動走査のステップと、
前記駆動走査のステップで前記シフト動作を行うたびに、各駆動電極の電位を所定の閾値と比較する電位検出のステップと、
得られた比較結果から、前記ｎ個の駆動電極と各検出電極との間に形成される静電容量の印加電圧が外部容量の影響で変化する変化領域の位置と大きさの少なくとも一方を判定する判定のステップと、
を含む接触検出方法。
【請求項１１】
前記電位検出のステップでは、対応する検出電極の電位が前記閾値を超えた場合と越えない場合で異なる論理値をとる検出信号を発生し、
前記判定のステップでは、前記複数の検出信号を時間サンプリングして得られるビットマップ上でビット変化領域の重心位置を特定する
請求項１０に記載の接触検出方法。
【請求項１２】
前記判定のステップでは、前記走査方向と当該走査方向に直交する方向との２方向の各々において前記ビット変化領域の平均座標点を求め、得られた２つの平均座標点から前記重点位置を特定し、特定した重点位置から、前記静電容量の変化を引き起こす被検出物の位置を判定する
請求項１１に記載の接触検出方法。
【請求項１３】
前記電位検出のステップでは、対応する検出電極の電位が前記閾値を超えた場合と越えない場合で異なる論理値をとる検出信号を発生し、
前記判定のステップでは、前記複数の検出信号を時間サンプリングして得られるビットマップ上でビット変化領域の範囲を求め、得られたビット変化領域の範囲から、前記静電容量の変化を引き起こす被検出物の大きさを判定する
請求項１０に記載の接触検出方法。
【請求項１４】
前記駆動走査のステップでは、前記連続する２回の交流駆動で共通な（ｍ−１）個の駆動電極が前記選択対象に含まれるように、駆動電極１つ分を単位として前記シフト動作を繰り返す
請求項１０に記載の接触検出方法。
【請求項１５】
走査方向に並ぶｎ個の駆動電極から、連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の駆動電極を同時に交流駆動する駆動動作を行い、同時に交流駆動する前記ｍ個の駆動電極の組み合わせを前記走査方向内で変更するシフト動作を、前記ｍ個より少ない個数の駆動電極が有する前記走査方向のサイズを１回のシフト量として繰り返す駆動走査のステップと、
前記駆動走査のステップで前記シフト動作を行うたびに、各駆動電極の電位を所定の閾値と比較する電位検出のステップと、
得られた比較結果から、前記ｎ個の駆動電極と各検出電極との間に形成される静電容量の印加電圧が外部容量の影響で変化する変化領域の位置と大きさの少なくとも一方を判定する判定のステップと、
を含む接触検出方法。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、ユーザが指等で触れることにより情報入力が可能な静電容量式の接触検出装置と接触検出方法とに関する。また、本発明は、当該接触検出装置の機能を有する表示装置に関する。
【背景技術】
【０００２】
いわゆるタッチパネルと呼ばれる接触検出装置が知られている。
一般に、接触検出装置は、検出面に対しユーザの指やペン等が接触し、あるいは、近接したことを検出する装置である。
【０００３】
これに対しタッチパネルは、表示パネルに重ねて形成し、表示面に画像として各種のボタンを表示させることにより、通常のボタンの代わりとして情報入力を可能とする。この技術を小型のモバイル機器に適用すると、ディスプレイとボタンの配置の共用化が可能で画面の大型化、あるいは、操作部の省スペース化や部品点数の削減という大きなメリットをもたらす。
このように“タッチパネル”というとき、一般には、表示装置と組み合わされるパネル状の接触検出装置を指す。
しかしながら、タッチパネルを液晶パネルに設けると、液晶モジュールの全体の厚さが厚くなる。
【０００４】
そこで、例えば特許文献１には、液晶表示素子の観察側基板とその外面に配置された観察用偏光板との間にタッチパネル用導電膜を設け、このタッチパネル用導電膜と偏光板の外面との間に、偏光板の外面をタッチ面とした静電容量型タッチパネルを形成したタッチパネル付き液晶表示素子が提案され、薄型化が図られている。
【０００５】
静電容量式のタッチセンサは、複数の駆動電極と、当該複数の駆動電極の各々と静電容量を形成する複数の検出電極を有する。
センサ検出精度は駆動電極と検出電極の数に比例するが、検出電極とは別にセンサ出力線を設けると配線の数が膨大となる。したがって、検出電極をセンサ出力線としても機能させるために、複数の駆動電極の１つを交流駆動し、その交流駆動している駆動電極を、駆動電極が一定ピッチで並ぶ方向（以下、走査方向）にシフトする駆動法が主流となってきている。この交流駆動する駆動電極の一方向に走査する手法では、走査に追従して検出電極の電位変化を観察すると、電位変化があった走査時の位置から被検出物のタッチパネル面への接触または近接が検出できる。
【０００６】
【特許文献１】特開２００８−９７５０号公報
【発明の開示】
【発明が解決しようとする課題】
【０００７】
しかしながら、例えば上記特許文献１に開示されるような静電容量式のタッチパネル、あるいは、当該タッチセンサの機能をもつ液晶表示素子では、検出電極の電位変化を検出する際のＳ／Ｎ比と検出精度（検出時の分解能）とがトレードオフの関係にある。
より詳細には、交流駆動する単位である駆動電極の面積が小さいと検出電極から出力される電位変化が小さく、Ｓ／Ｎ比が悪い。
一方で、駆動電極の面積を大きくすると、走査方向の駆動電極の幅が大きくなる。走査方向のタッチパネルの大きさ（パネル高さ）が一定とすると、駆動電極の幅が大きいほど、一定のパネル高さに収まる駆動電極数が減り、走査方向の分解能が低くなる。ここで分解能とは、被検出物を小さくしていったときに検出可能な被検出物の下限の大きさである。
【０００８】
本発明は、表示装置に内蔵するか外付けするかを問わず、静電容量式の接触検出装置のＳ／Ｎ比と検出精度の両方を高いレベルに維持させるためのものである。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明の第１観点に関わる接触検出装置は、走査方向に並ぶｎ個の駆動電極と、当該ｎ個の駆動電極を駆動する検出駆動走査部と、複数の検出電極と、複数の検出回路とを有する。
前記検出駆動走査部は、前記ｎ個の駆動電極から連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の駆動電極を選択し、当該選択したｍ個の駆動電極を同時に交流駆動し、当該ｍ個の駆動電極の選択対象を前記走査方向内で変更するシフト動作を、各シフト動作の前後で共通な１つ以上の駆動電極が前記選択対象に含まれるように繰り返す。
前記複数の検出電極は、前記ｎ個の駆動電極の各々との間に静電容量を形成している。
前記複数の検出回路は、前記複数の検出電極に１対１で接続され、前記検出駆動走査部が前記シフト動作を行うたびに、対応する検出電極の電位を所定の閾値と比較する。
【００１０】
上記構成によれば、上述したようにして、検出駆動走査部がｎ個の駆動電極からｍ個の駆動電極を同時に交流駆動し、その駆動対象を走査方向内で変更するシフト動作を繰り返す。ｍ個の駆動電極の組み合わせが変わるシフト動作のたびに、当該ｍ個の駆動電極との間で静電容量が形成されている複数の検出電極にも交流電位変化が静電容量を介して伝達される。このとき検出電極に出現する交流電位変化の大きさは静電容量の大きさに依存し、静電容量が大きいほど大きな交流電位変化が得られる。
【００１１】
ここで被検出物が幾つかの検出電極の近くに存在すると、その被検出物の容量（外部容量）の影響で、上記検出電極における変化後の交流電位が異なる値をとる。
複数の検出回路は、例えば、その閾値が外部容量の影響有りと影響無しが判別できるレベルに設定されているとする。すると、複数の検出回路のうち、被検出物の位置に対応する幾つかの検出回路の出力が、他の検出回路の出力と同じ論理値から反転する。反転が起きた検出回路と、その反転が生じたタイミングから得られる走査位置との関係から、被検出物の位置が判別できる。
【００１２】
この動作では、上述したように駆動電極の個数、ｍを大きくすれば検出電極に出現する交流電位変化を大きくでき、このためＳ／Ｎ比が高い検出信号で被検出物の位置判別が可能である。ここで「ｍを大きくする」とは、駆動電極ごとに交流駆動する場合で言うと、駆動電極の走査方向の幅を大きくすることに相当する。
その一方で駆動電極ｍ個分を１回のシフト量とする制御では、ｍが大きいほど被検出物の位置検出の精度が低くなる。ここで検出可能な被検出物の最小の大きさを分解能と呼ぶと、分解能は１回のシフト量に対応する。このことを駆動電極ごとに交流駆動する場合で言うと、「駆動電極の幅が大きいほど被検出物の位置検出の精度(分解能)が小さくなる」ことに相当する。
【００１３】
第１観点の本発明では、各シフト動作の前後で共通な１つ以上の駆動電極が選択対象に含まれるようにシフトを行う。このため、駆動電極ｍ個分を１回のシフト量とする制御に比べると、位置検出精度が高い。
【００１４】
上記第１観点では各シフト動作の前後で共通する駆動電極数に着目したが、同じことは、シフト量を規定する駆動電極数でも表現できる。
即ち、本発明の第２観点に関わる接触検出装置は、その検出駆動走査部が、前記走査方向に連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の駆動電極を同時に交流駆動する駆動動作を行い、同時に交流駆動する前記ｍ個の駆動電極の組み合わせを前記走査方向内で変更するシフト動作を、前記ｍ個より少ない個数の駆動電極が有する前記走査方向のサイズを１回のシフト量として繰り返す。
【００１５】
上記第１観点または第２観点において、最も位置検出精度を上げるには、駆動電極１つ分を単位としてシフトを繰り返すとよい。このとき、検出駆動走査部は、連続する２回の交流駆動で共通な（ｍ−１）個の駆動電極が選択対象に含まれるようにシフトを行う。
【００１６】
本発明では好適に、前記複数の検出回路の各々は、前記対応する検出電極の電位が前記閾値を超えた場合と超えない場合で異なる論理値をとる検出信号を発生する。この検出信号を時間サンプリングすると、そのサンプリングしたデジタル値の集合はビットマップを形成する。
本発明では好適に検出処理部を有する。検出処理部は、ビットマップ上の処理により、当該ビットマップ上でビット変化領域の重心位置を特定する。この重心位置から、被検出物の位置判定が可能である。
検出処理部は、ビットマップ上でビット変化領域の範囲から被検出物の大きさを判定してもよい。検出処理部は、被検出物の位置と大きさの両方を判定してもよい。
【００１７】
前述した第１観点または第２観点の接触検出装置を、駆動電極を表示のための対向電極と共用し、表示装置と一体に形成できる。
【００１８】
本発明に関わる表示装置は、複数の画素電極と、ｎ個の対向電極（接触検出装置の駆動電極に相当）と、複数の検出電極と、表示機能層と、検出駆動走査部と、複数の検出回路とを有する。
前記複数の画素電極は、画素ごとに設けられ、面状に行列配置されている。
前記ｎ個の対向電極は、前記画素電極と対向する面状に配置され、前記画素電極の一方の配置方向である走査方向で前記画素電極の配列が有するピッチ長の自然数倍のピッチ長を有し、前記走査方向で等間隔に配置されている。
前記複数の検出電極は、前記ｎ個の対向電極の各々との間に静電容量を形成している。
前記表示機能層は、互いに対向する前記画素電極と前記対向電極との間に印加される信号電圧に応じて画像の表示機能を発揮する。
【００１９】
前記検出駆動走査部は、第１観点においては、前記ｎ個の対向電極から連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の対向電極を選択し、当該選択したｍ個の対向電極を同時に交流駆動し、当該ｍ個の駆動電極の選択対象を前記走査方向内で変更するシフト動作を、各シフト動作の前後で共通な１つ以上の駆動電極が前記選択対象に含まれるように繰り返す。
前記検出駆動走査部は、第２観点においては、前記走査方向に連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の対向電極を同時に交流駆動する駆動動作を行い、同時に交流駆動する前記ｍ個の対向電極の組み合わせを前記走査方向内で変更するシフト動作を、前記ｍ個より少ない個数の駆動電極が有する前記走査方向のサイズを１回のシフト量として繰り返す。
【００２０】
前記複数の検出回路は、前記複数の検出電極に１対１で接続され、前記検出駆動走査部が前記シフト動作を行うたびに、対応する検出電極の電位を所定の閾値と比較する。
【００２１】
本発明の関わる接触検出方法は、以下の３つのステップを含む。
（１）駆動走査のステップ：
第１観点では、走査方向に並ぶｎ個の駆動電極から、連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の駆動電極を選択し、当該選択したｍ個の駆動電極を同時に交流駆動し、当該ｍ個の駆動電極の選択対象を前記走査方向内で変更するシフト動作を、各シフト動作の前後で共通な１つ以上の駆動電極が前記選択対象に含まれるように繰り返す。
第２観点では、走査方向に並ぶｎ個の駆動電極から、連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の駆動電極を同時に交流駆動する駆動動作を行い、同時に交流駆動する前記ｍ個の駆動電極の組み合わせを前記走査方向内で変更するシフト動作を、前記ｍ個より少ない個数の駆動電極が有する前記走査方向のサイズを１回のシフト量として繰り返す。
【００２２】
（２）電位検出のステップ：
前記駆動走査のステップで前記シフト動作を行うたびに、各駆動電極の電位を所定の閾値と比較する。
【００２３】
（３）判定のステップ：
得られた比較結果から、前記ｎ個の駆動電極と各検出電極との間に形成される静電容量の印加電圧が外部容量の影響で変化する変化領域の位置と大きさの少なくとも一方を判定する。
【発明の効果】
【００２４】
本発明によれば、表示装置に内蔵するか外付けするかを問わず、静電容量式の接触検出時のＳ／Ｎ比と検出精度の両方を高いレベルに維持できる。
【発明を実施するための最良の形態】
【００２５】
以下、本発明の実施形態を、静電容量式の接触検出装置、および、当該接触検出の機能をもつ液晶表示装置を主な例として図面を参照して説明する。
【００２６】
最初に、実施形態で前提となる事項として、図１〜図３を参照して、静電容量式接触検出の基本を説明する。
図１（Ａ）と図２（Ａ）はタッチセンサ部の等価回路図、図１（Ｂ）と図２（Ｂ）はタッチセンサ部の構造図（概略断面図）である。ここで図１は被検出物としての指がセンサに近接していない場合を、図２はセンサに指が近接または接触している場合を、それぞれ示す。
【００２７】
図解するタッチセンサ部は、静電容量型タッチセンサであり、図１（Ｂ）および図２（Ｂ）に示すように容量素子からなる。具体的に、誘電体Ｄと、誘電体Ｄを挟んで対向配置する１対の電極、すなわち駆動電極Ｅ１および検出電極Ｅ２とから容量素子（静電容量）Ｃ１が形成されている。
図１（Ａ）および図２（Ａ）に示すように、容量素子Ｃ１の駆動電極Ｅ１が、ＡＣパルス信号Ｓｇを発生する駆動信号源Ｓに接続される。容量素子Ｃ１の検出電極Ｅ２は、電圧検出器ＤＥＴに接続される。このとき検出電極Ｅ２は抵抗Ｒを介して接地されることで、ＤＣレベルが電気的に固定される。
【００２８】
駆動信号源Ｓから駆動電極Ｅ１に所定の周波数、例えば数[kHz]〜十数[kHz]程度のＡＣパルス信号Ｓｇを印加する。このＡＣパルス信号Ｓｇの波形図を図３（Ｂ）に例示する。
ＡＣパルス信号Ｓｇの印加に応じて、検出電極Ｅ２に、図３（Ａ）に示す出力波形の信号（検出信号Ｖdet）が現れる。
【００２９】
なお、詳細は後述するが、接触検出装置の機能を液晶表示パネル内に有する液晶表示装置の実施形態では、駆動電極Ｅ１が液晶駆動のための対向電極（画素電極に対向する、複数画素で共通の電極）に相当する。ここで対向電極は液晶駆動のため、いわゆるＶｃｏｍ反転駆動と称される交流駆動がなされる。よって、本発明の実施形態では、Ｖｃｏｍ反転駆動のためのコモン駆動信号Ｖｃｏｍを、駆動電極Ｅ１をタッチセンサのために駆動するＡＣパルス信号Ｓｇとしても用いる。
【００３０】
指を接触していない図１に示す状態では、容量素子Ｃ１の駆動電極Ｅ１が交流駆動され、その充放電にともなって検出電極Ｅ２に交流の検出信号Ｖdetが出現する。以下、このときの検出信号を「初期検出信号Ｖdet０」と表記する。検出電極Ｅ２側はＤＣ接地されているが高周波的には接地されていないため交流の放電経路がなく、初期検出信号Ｖdet０のパルス波高値は比較的大きい。ただし、ＡＣパルス信号Ｓｇが立ち上がってから時間が経過すると、初期検出信号Ｖdet０のパルス波高値が損失のため徐々に低下している。図３（Ｃ）に、拡大した波形をスケールとともに示す。初期検出信号Ｖdet０のパルス波高値は、初期値の2.8[V]から高周波ロスによって僅かな時間の経過で0.5[V]ほど、低下している。
【００３１】
この初期状態から、指が検出電極Ｅ２に接触、または、影響を及ぼす至近距離まで接近すると、図２（Ａ）に示すように、検出電極Ｅ２に容量素子Ｃ２が接続された場合と等価な状態に回路状態が変化する。これは、高周波的に人体が、片側が接地された容量と等価になるからである。
この接触状態では、容量素子Ｃ１とＣ２を介した交流信号の放電経路が形成される。よって、容量素子Ｃ１とＣ２の充放電に伴って、容量素子Ｃ１,Ｃ２に、それぞれ交流電流Ｉ１,Ｉ２が流れる。そのため、初期検出信号Ｖdet０は、容量素子Ｃ１とＣ２の比等で決まる値に分圧され、パルス波高値が低下する。
【００３２】
図３（Ａ）および図３（Ｃ）に示す検出信号Ｖdet１は、この指が接触したときに検出電極Ｅ２に出現する検出信号である。図３（Ｃ）から、検出信号の低下量は0.5[V]〜0.8[V]程度であることが分かる。
図１および図２に示す電圧検出器ＤＥＴは、この検出信号の低下を、例えば閾値Ｖｔを用いて検出することにより、指の接触を検出する。
【００３３】
《第１実施形態》
本実施形態では、表示パネルに外付け可能な静電容量式のタッチパネルを例として、本発明に関わる接触検出装置の実施形態を説明する。
【００３４】
図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に、本実施形態に関わる接触検出装置の電極と、その駆動や検出のための回路の配置に特化した平面図を示す。また、図４（Ｄ）に、本実施形態に関わる接触検出装置を、液晶表示パネルの表示面側に外付けしたときの概略的な断面構造を示す。図４（Ｄ）は、例えば行方向（画素表示ライン方向）の６画素分の断面を表している。
【００３５】
図４（Ｄ）では断面構造を見易くするために、対向電極、画素電極および検出電極についてはハッチングを付すが、それ以外の部分（基板、絶縁膜および機能膜等）についてはハッチングを省略している。このハッチングの省略は、これ以降の他の断面構造図においても同様である。
なお、図４（Ｄ）に示す液晶表示パネルの詳細は後述する他の実施形態で説明する。そのため図４（Ｄ）には、その説明で用いる符号を付しているが、本実施形態では液晶表示パネル自体の詳しい説明は省略する。
【００３６】
図４（Ｄ）に示す液晶表示パネルは、画素の駆動のための信号が主に供給される基板（以下、駆動基板２という）と、駆動基板２に対向して配置された対向基板４と、駆動基板２と対向基板４との間に配置された液晶層６とを備えている。
本実施形態に関わる接触検出装置（以下、タッチパネル１０という）は、接着層１２を介して対向基板４上に貼られている。
タッチパネル１０は、液晶表示パネル側の駆動電極Ｅ１と、駆動電極Ｅ１上に誘電体層１４を介して重なる検出電極Ｅ２とを有する。検出電極Ｅ２上には保護層１３が形成されている。
【００３７】
「検出面１３Ａ」は、保護層１３の最表面を指す。
図４（Ｄ）のようにタッチパネル１０が液晶表示パネル１上に貼られた状態ではタッチパネル１０を通して表示光がユーザ側に出射されるため、検出面１３Ａが表示面となる。
【００３８】
駆動電極Ｅ１と検出電極Ｅ２は、図４（Ａ）〜図４（Ｃ）に示すように、互いに直交する方向で分割されている。
ここで、検出面１３Ａをユーザ側から透視すると、図４（Ａ）のように、所定数ｍ本の駆動電極Ｅ１が配置されている。図４では、ｎ本の駆動電極Ｅ１を符号“Ｅ１＿１,Ｅ１＿２,…,Ｅ１＿ｍ,…Ｅ１＿ｎ”により示している。ここで“ｍ”は“ｎ”より小さい２以上の整数である。
駆動電極Ｅ１＿１〜Ｅ１＿ｎは、比較的細い幅の帯形状を有し、互いに平行に配置されている。ここで、表示装置に外付けするタッチパネル１０において、駆動電極の幅（走査方向のサイズ）は表示装置の画素サイズとは無関係に規定できる。駆動電極の幅を小さくすればするほど検出精度あるいは物体検出の解像度は高くなる。
【００３９】
ｎ分割された駆動電極Ｅ１＿１〜Ｅ１＿ｎは、ｍ（２≦ｍ＜ｎ）本で同時に駆動される。
同時駆動される駆動電極の束を、交流駆動電極ユニットＥＵと表記する。本実施形態では、１つの交流駆動電極ユニットＥＵが包含する駆動電極の数は一定の数ｍとする。また、駆動電極の組み合わせを一部重複しつつ変えながら、交流駆動電極ユニットＥＵが列方位にステップ状にシフトする。シフトの方向は図４（Ａ）〜図４（Ｃ）の紙面の縦方向であり、この方向を走査方向と言う。また、連続した駆動電極の束として選択される駆動電極の組み合わせを一方にずらす動作を走査と称する。
【００４０】
走査では、シフトごとに交流駆動電極ユニットＥＵとして選択される対向電極の組み合わせが変化する。
このとき、１回のシフトの前後で行われる連続する２回の選択で、１つ以上の駆動電極が重複して選択される。シフト量を駆動電極の数で表わすと、そのシフト量の範囲が１以上で（ｍ−１）以下の駆動電極数に対応する。
【００４１】
このような駆動電極の交流駆動電極ユニットＥＵを単位とする交流駆動の動作と、そのシフト動作は検出駆動走査部１１により行われる。
ここでシフト量を最小の駆動電極１個分とすると、検出精度や被検出物の解像度を最も高くできるため望ましい。以下、この望ましい最小のシフト量を前提とする。この前提の下における検出駆動走査部１１の動作は、「ｍ本の駆動電極を同時に交流駆動する駆動信号源Ｓ（図１および図２参照）を列方向に移動して、選択する駆動電極を１つずつ変えながら列方向に走査する動作」に等しいとみなせる。図４（Ａ）と図４（Ｃ）で駆動信号源Ｓから矢印を引いているのは、この信号源の走査を模式的に示すものである。
【００４２】
これに対し、検出電極Ｅ２は、駆動電極Ｅ１とは直交する方向に長い平行ストライプ配置の所定数ｋの導電層から形成されている。以下、この平行ストライプ状の検出電極の各々を“検出線”と呼ぶ。図４では、この検出線を符号“Ｅ２＿１〜Ｅ２＿ｋ”により示している。
【００４３】
以上のように配置されたｋ本の検出線Ｅ２＿１〜Ｅ２＿ｋの一方端に、検出部８が接続されている。検出部８は、図１および図２に示す「検出回路」としての電圧検出器ＤＥＴを基本検出単位とする。ｋ個の検出線Ｅ２＿１〜Ｅ２＿ｋの各が、検出部８の対応する電圧検出器ＤＥＴに接続されている。よって、各検出線からの検出信号Ｖdet（図３参照）が、電圧検出器ＤＥＴで検出可能となっている。
【００４４】
図５は、タッチ検出動作を行う検出部８の一構成例を、検出対象の位置を示す電極パターンとともに示す図である。
図５において、斜線により示す駆動電極Ｅ１＿１〜ｍが駆動信号源Ｓに接続されて選択され、それ以外の駆動電極Ｅ１＿ｍ＋１〜Ｅ１＿ｍ＋４がＧＮＤ電位で保持されている。駆動電極が選択された状態をオン状態、ＧＮＤ電位で保持された非選択の状態をオフ状態ともいう。なお、実際にはオン状態の駆動電極はｍ個（≧２）存在するため、図５に示す駆動電極Ｅ１＿１〜ｍのみ、ｍ個の駆動電極の総体を表している。
図５は、これらの駆動電極群に交差する、ある検出線Ｅ２＿ｉ(ｉ＝１〜ｋ)に接続された電圧検出器ＤＥＴと、駆動信号源Ｓの回路図を示している。検出線Ｅ２＿ｉと各駆動電極との各交差部分に、（静電）容量素子Ｃ１＿０〜Ｃ１＿４が形成される。
【００４５】
図５に図解する駆動信号源Ｓは、制御部９１と、２つの出力スイッチＳＷ(+),ＳＷ(-)と、ラッチ回路９２と、バッファ回路（波形整形部）９３と、出力スイッチＳＷとを有する。
制御部９１は、プラス電圧Ｖ(+)とマイナス電圧Ｖ(-)を各々がスイッチする２つの出力スイッチＳＷ(+),ＳＷ(-)と、出力スイッチＳＷとを制御する回路である。制御部９１は、駆動信号源Ｓ内に設けなくとも、外部のＣＰＵ等で代用できる。
出力スイッチＳＷ(+)はプラス電圧Ｖ(+)とラッチ回路９２の入力との間に接続され、出力スイッチＳＷ(-)はマイナス電圧Ｖ(-)とラッチ回路９２の入力との間に接続されている。ラッチ回路９２の出力はバッファ回路９３を介して、出力スイッチＳＷのオン側ノードに接続されている。バッファ回路９３はプラス電圧Ｖ(+)とマイナス電圧Ｖ(-)に、入力電位を電位補償して出力する回路である。
ここで出力スイッチＳＷは、制御部９１により制御されて、当該駆動信号源Ｓをオン（選択状態あるいは活性状態）とするか、非活性のＧＮＤ接続とするかを制御する。この制御部９１の機能は他の駆動信号源Ｓとの制御と同期させる関係上、通常は、たとえば活性化する駆動信号源Ｓのグループをシフトして選択する信号を、シフトレジスタ等で順送りする等の構成によって実施される。
【００４６】
（静電）容量素子Ｃ１＿０〜Ｃ１＿４が接続された検出線Ｅ２に、電圧検出器ＤＥＴが接続されている。
図５に図解する電圧検出器ＤＥＴは、ＯＰアンプ回路８１、整流回路８２および出力回路８３から構成される。
ＯＰアンプ回路８１は、ＯＰアンプ８４、抵抗Ｒ１とＲ２、および、容量Ｃ３により図示のように構成され、ノイズ除去のためのフィルタ回路を形成する。このフィルタ回路は抵抗の比等で増幅率が決まり、信号増幅回路としても機能する。
ＯＰアンプ８４の非反転入力「＋」に検出線Ｅ２が接続され、ここから検出信号Ｖdetが入力される。検出線Ｅ２は、その電位のＤＣレベルを電気的に固定するために抵抗Ｒを介して接地電位に接続されている。ＯＰアンプ８４の出力と反転入力「−」との間に抵抗Ｒ２と容量Ｃ３が並列接続され、ＯＰアンプ８４の反転入力「−」と接地電位との間に抵抗Ｒ１が接続されている。
【００４７】
整流回路８２は、半波整流を行うダイオードＤ１と、充電キャパシタＣ４と、放電抵抗Ｒ０とを有する。ダイオードＤ１のアノードがＯＰアンプ回路８１の出力に接続され、ダイオードＤ１のカソードと接地電位との間に、充電キャパシタＣ４と放電抵抗Ｒ０がそれぞれ接続されている。充電キャパシタＣ４と放電抵抗Ｒ０により平滑回路が形成される。
ダイオードＤ１のカソード（整流回路８２の出力）電位が、出力回路８３を介してデジタル値として読み出される。図５に示す出力回路８３は、閾値と電圧比較を実行するコンパレータ８５のみ示す。出力回路８３はＡＤコンバータの機能も有する。ＡＤコンバータに関し、抵抗ラダー型や容量分割型などのタイプは任意である。出力回路８３は、入力したアナログ信号をコンパレータ８５によって閾値Ｖｔ（図３（Ａ）参照）と比較する。コンパレータ８５は、ＣＰＵなどの制御回路（不図示）の機能として実現してもよい。この比較結果が、タッチされたか否かを示す信号、例えばボタン操作の有無を示す信号として各種アプリケーションに利用される。
【００４８】
コンパレータ８５の参照電圧としての閾値Ｖｔは、ＣＰＵなどの制御部によって変更可能である。コンパレータ８５は、閾値Ｖｔを用いて検出信号Ｖdetの電位を検出する。不図示のＣＰＵなどを含む「検出処理部」は、検出した電位に基づいて被検出物の位置や大きさを判定可能である。非検出物の位置や大きさの判定のための処理、ならびに、判定の手法の詳細は後述する。
【００４９】
つぎに、検出駆動走査部１１による、ｍ本の選択された駆動電源（交流駆動電極ユニットＥＵ）のシフトおよび交流駆動について、図面を用いて説明する。
図６（Ａ）に、画素表示ライン単位（書き込みユニットともいう）で分割された駆動電極Ｅ１＿１〜Ｅ１＿ｎを示す。図６（Ｂ）に、そのうちの最初の１本である駆動電極Ｅ１＿１の駆動時におけるタッチセンサ部の等価回路図を示す。
図６（Ａ）に示すように駆動電極Ｅ１＿１は駆動信号源Ｓに接続されることによって交流駆動されている。このときタッチセンサ部は、既に説明したように図６（Ｂ）のような等価回路が形成される。ただし、ここでは容量素子Ｃ１＿０〜Ｃ１＿ｎの各静電容量値を“Ｃｐ”、検出電極Ｅ２に、容量素子Ｃ１＿０〜Ｃ１＿ｎ以外に接続されている容量成分（寄生容量）を“Ｃｃ”、駆動信号源Ｓによる交流電圧の実効値を“Ｖ１”と表す。
このとき電圧検出器ＤＥＴで検出される検出信号Ｖdetは、指が非接触のときは電圧Ｖｓ、指が接触のときは電圧Ｖｆとなる。以下、電圧Ｖｓ,Ｖｆをセンサ電圧という。
【００５０】
非接触時のセンサ電圧Ｖｓは、図６（Ｃ）のような式によって表される。この式から、駆動電極Ｅ１の分割数ｎが大きいと、その分、各静電容量値Ｃｐは小さくなる。図６（Ｃ）の式の分母は“ｎＣｐ”がほぼ一定なため余り大きな変化がないが、分子が小さくなる。よって、駆動電極Ｅ１の分割数ｎが大きくなるにしたがって、センサ電圧Ｖｓの大きさ（交流の実効値）も小さくなる。
したがって、Ｓ／Ｎ比をある程度大きくするためには、分割数ｎを余り大きくできない。
【００５１】
一方、分割数ｎが小さく、１つの駆動電極Ｅ１＿１の面積が大きいと、被検出物の検出精度が低下する。
そこで、本実施形態では前述したように、分割数は大きくして個々の駆動電極の幅（走査方向の長さ）を小さくするが、複数の駆動電極を同時に交流駆動する。また、一部の駆動電極は、２回連続して選択する。これにより、分割数ｎが大きくなることによるセンサ電圧の低下（Ｓ／Ｎ比の低下）と、高い検出精度の確保とを同時に達成する。
【００５２】
図７に、交流駆動とシフトの動作説明図を示す。
図７において斜線により示す７本の対向電極により交流駆動電極ユニットＥＵが構成されている。図７（Ａ）〜図７（Ｃ）は、交流駆動電極ユニットＥＵを１つの駆動電極を単位として列方向にシフトさせたときの選択範囲の推移を示す。
図７（Ａ）の時間Ｔ１では、最初の１つの駆動電極は非選択であるが、２番目から８番目の駆動電極が選択されて同時に駆動信号源Ｓで交流駆動されている。次のサイクル（時間Ｔ２）では、１つの駆動電極分シフトし、１番目と２番目の２つの駆動電極が非選択、３番目以降の７つが選択、その他が非選択となっている。さらにその次のサイクル（時間Ｔ３）では、さらに１つの駆動電極分シフトし、１〜３番目の駆動電極が非選択、４番目以降の７つが選択、その他が非選択となる。
以後、同様にシフトと交流駆動を繰り返す。
【００５３】
この動作により、図６（Ｃ）に示した式におけるｎの値は、実際の分割数の１／７に低減されてセンサ電圧Ｖｓの実効値がその分、大きくなる。一方、図７に示すように、選択グループ（交流駆動電極ユニットＥＵ）に新たに含まれ、それに変わって含まれなくなる単位（シフト量）が１つの駆動電極である。よって、交流駆動電極ユニットＥＵのシフト量が最小の単位で移動し、そのたびに検出信号Ｖdetが出力される。このため、検出信号Ｖdetと閾値Ｖｔの比較が頻繁に行われ、駆動電極の分割数ｎを上げただけ高い検出精度が得られる。
【００５４】
＜判定手法の基本概念＞
つぎに、検出信号Ｖdetと閾値Ｖｔの比較結果に基づく、位置や大きさの判定手法の基本的概念について図８を用いて説明する。
図８（Ａ）に、走査方向（Ｙ軸方向）の位置座標における駆動電極や交流駆動電極ユニットＥＵの幅を示す。
交流駆動電極ユニットＥＵのＹ軸方向の幅を、以下、「ボーダ(boarder)幅Ｂ」と呼ぶ。ここで駆動電極Ｅ１の幅を“ｂ”とすると、ボーダ幅Ｂに含まれる駆動電極数ｍであるから、Ｂ＝ｍ×ｂとなる。
【００５５】
図８（Ｂ）に、ボーダ幅Ｂの交流駆動電極ユニットＥＵを駆動電極幅ｂのシフト量で交流駆動することにより、１フレームの画面を走査するときの動作を模式的に示す。
１つの交流駆動と次の交流駆動の開始時間の時間間隔は任意である。後述する表示装置と連動する場合、この時間間隔は、例えば１水平表示期間（１Ｈ）とすることができる。この場合、１フレームが16.7[msec]であるため、Ｙ軸方向の駆動電極数ｎとボーダ幅Ｂ内の駆動電極数ｍとによって、１フレーム内に切り替える交流駆動電極ユニットＥＵの数（ボーダ数）は決められる。
【００５６】
図８（Ｃ）に、図５に示すコンパレータ８５の出力波形の例と、被検出物の位置や大きさの判定手法の概略を示す。この判定は、図５には図示を省略した、ＣＰＵ等を含む「検出処理部」によって行われる。
【００５７】
図８（Ｃ）に示す例では全部で１８回の交流駆動シフトが行われ、そのうち最初の３回までは、図５に示すコンパレータ８５の出力ビットが、初期レベル（オフレベル）のままである。３回目と４回目の交流駆動間で生じるコンパレータ８５の入力変化が、閾値Ｖｔのレベルを跨いで起こる。このため、コンパレータ８５の出力ビットが、オフレベルからオンレベルに変化する。コンパレータ８５の出力ビットがオフからオンに変化したタイミングは、最初の交流駆動から何回目の交流駆動かによって決まってくる。つまり、１回の交流駆動の時間幅は予め決められているので、最初の交流駆動時（走査開始時）からの時間をカウントすることで、出力ビット変化が何回目の交流駆動時に生じたかを確認できる。出力ビット変化はボーダ幅Ｂの中心で生じたと仮定する。走査開始から出力ビット変化が生るまでのボーダ数とボーダ幅Ｂとの関係から、出力ビットがオフからオンに変化したＹ軸上の位置（以下、第１のエッジ位置Ｙｓという）が求まる。
【００５８】
図８（Ｃ）の例では、出力ビットがオフからオンに変化したボーダ（交流駆動電極ユニットＥＵ）から数えて、さらに４つ目のボーダで出力ビットがオンから初期状態のオフに戻る。出力ビットがオンからオフに戻ったときのボーダ幅Ｂ中心で、当該出力ビット変化が生じたと仮定する。
上記第１のエッジ位置Ｙｓと同様にして、走査開始から当該出力ビット変化が生るまでのボーダ数とボーダ幅Ｂとの関係から、出力ビットがオンからオフに戻ったＹ軸上の位置（以下、第２のエッジ位置Ｙｅという）が求まる。
【００５９】
ＣＰＵ等を含む不図示の「検出処理部」は、この第１のエッジ位置Ｙｓと第２のエッジ位置Ｙｅをそれぞれ計算により求める。そして、被検出物の中心位置Ｙａを、Ｙａ＝（Ｙｅ＋Ｙｓ）／２により求める。また、被検出物のＹ軸方向の大きさＷを、Ｗ＝（Ｙｅ−Ｙｓ）により求める。
なお、閾値Ｖｔの取り方によって、上記方法で求めた被検出物（本例では指）の大きさＷを、被検出物のＹ軸方向の実際の大きさＡと、ほぼ一致させることができる。逆に言うと、「検出処理部」は、被検出物が指なのかスタイラスペンなのかに応じて、このように大きさが一致するように、予め閾値Ｖｔを個々に求めておく。また、「検出処理部」は、大きさＷの絶対値から推定される被検出物の種類、例えば指かスタイラスペンかの違いに応じて、コンパレータ８５に出力する上記閾値Ｖｔを変えるようにしてもよい。
【００６０】
図９に、判定手法の基本的概念で、より具体的な数値を定めた例を示す。
図９（Ａ）にボーダ幅、ボーダのシフト量および指の大きさの例を示す。ここでは、ボーダ幅Ｂが10[mm]、シフト量（駆動電極の幅）ｂが0.1[mm]、指のＹ軸方位の大きさＡが5[mm]であるとする。また、ボーダの移動範囲がＹ軸原点から最大60[mm]とする。
【００６１】
図９（Ｂ）は、閾値設定の具体例を模式的に示す図である。この図９（Ｂ）のように、走査の途中で最初に、ボーダ幅Ｂｓにすっぽりと被検出物（指）が含まれるようになったときにコンパレータ８５の出力ビットがオフからオンに変化するように閾値Ｖｔを設定する。このように設定された閾値Ｖｔの下では、ボーダ幅Ｂｅにすっぽりと指が含まれた状態から外れる瞬間にコンパレータ８５の出力ビットがオンからオフに変化する。
【００６２】
ここで、図９（Ｂ）の閾値Ｖｔを定義したときのボーダ幅Ｂｓの後方（原点側）エッジ座標が画素電極22.5[mm]、前方エッジ座標が12.5[mm]であるとする。また、出力ビットがオフに戻るときのボーダ幅Ｂｅの後方エッジ座標が17.5[mm]、前方エッジ座標が27.5[mm]であるとする。
このとき出力ビットがオンするときの第１のエッジ位置Ｙｓはボーダ幅Ｂｓの中心座標であり、図９（Ｃ）のようにＹｓ＝17.5[mm]と計算される。同様に、出力ビットがオフに戻るときの第２のエッジ位置Ｙｅはボーダ幅Ｂｅの中心座標であり、図９（Ｃ）のようにＹｅ＝22.5[mm]と計算される。
この場合、被検出物（指）の中心位置Ｙａは、Ｙａ＝（Ｙｅ＋Ｙｓ）／２＝20[mm]と計算される。また、被検出物（指）のＹ軸方向の大きさＷは、Ｗ＝（Ｙｅ−Ｙｓ）＝5[mm]となり、実際の指の大きさＡと一致する。
【００６３】
以上のようにして、被検出物の走査方向の中心座標と大きさを正確に測定することができる。
Ｙ軸と直交するＸ軸方向の解像度は、図４（Ｂ）や図４（Ｃ）に示す検出線Ｅ２の数ｋと、検出線に１：１で接続される電圧検出器ＤＥＴの数を増やすだけで、原理的にはいくらでも高くすることが可能である。
以上より、本実施形態の駆動および接触検出の方法を用いることで非常に細かい位置検出が可能となる。
【００６４】
なお、上記説明では電圧検出器ＤＥＴがタッチパネル１０に備えられていることを前提とするが、タッチパネル１０の外に電圧検出器ＤＥＴを設けることもできる。
前者の場合、タッチパネル１０を本発明の「接触検出装置」の実施例としてよい。一方、後者の場合、タッチパネル１０とその外部の電圧検出器ＤＥＴとを含む範囲が本発明の「接触検出装置」の実施例となる。
【００６５】
以上の記載から、本実施形態に関わる接触検出装置の接触位置検出ならびに駆動の方法は、以下の３つのステップを含む方法の一例である。
（１）駆動走査のステップ：
第１観点では、走査方向に並ぶｎ個の駆動電極から、連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の駆動電極を選択し、当該選択したｍ個の駆動電極を同時に交流駆動し、当該ｍ個の駆動電極の選択対象を前記走査方向内で変更するシフト動作を、各シフト動作の前後で共通な１つ以上の駆動電極が前記選択対象に含まれるように繰り返す。
第２観点では、走査方向に並ぶｎ個の駆動電極から、連続するｍ（２≦ｍ＜ｎ）個の駆動電極を同時に交流駆動する駆動動作を行い、同時に交流駆動する前記ｍ個の駆動電極の組み合わせを前記走査方向内で変更するシフト動作を、前記ｍ個より少ない個数の駆動電極が有する前記走査方向のサイズを１回のシフト量として繰り返す。
【００６６】
（２）電位検出のステップ：
前記駆動走査のステップで前記シフト動作を行うたびに、各駆動電極の電位を所定の閾値と比較する。
【００６７】
（３）判定のステップ：
得られた比較結果から、ｎ個の駆動電極と各検出電極との間に形成される静電容量の印加電圧が外部容量の影響で変化する変化領域の位置と大きさの少なくとも一方を判定する。
【００６８】
＜検出処理の具体的手法＞
以上の基本概念では「逐次、閾値Ｖｔとの比較を行い、その出力波形がオンしてからオフする時間をクロックカウンタ等で計測し、その計測結果から被検出物の位置や大きさを求める」といった具体的手法が容易に思いつく。
しかしながら、そのような具体的手法では、走査方向の位置や大きさの検出ができても、走査方向と直交する検出線の配列方向（Ｘ座標方向）の検出ができない。したがって、検出線の配列方向（Ｘ座標方向）でのリアルタイム処理を行うには別の検出アルゴリズムが必要となる。
【００６９】
以下に述べるビットマップを用いた検出処理の具体的手法（以下、ビットマップ検出処理という）は、Ｙ座標方向のみならず、Ｘ座標方向もリアルタイムで判定可能な手法である。
【００７０】
図１０は、ビットマップ検出処理の実行手段として、検出部８に接続された「検出処理部」の具体的構成例を示すブロック図である。図１１は、ビットマップ検出処理の主な手順を示すフローチャートである。また、図１２は、ビットマップ展開例を示す模式図である。
【００７１】
図１０に示すように、「検出処理部」は、電圧検出器ＤＥＴがＸ方向に並ぶ検出部８の出力波形からサンプリングによりビット情報を発生するサンプリング部８６を有する。また、「検出処理部」は、サンプリング部８６が発生したビット情報を、メモリ空間に展開しビットマップを作成する画像メモリ８７と、ＣＰＵ等の制御部８８とを有する。制御部８８は、検出部８、サンプリング部８６、画像メモリ８７を制御する手段である。制御部８８を、これらを含む接触検出装置全体を制御する手段としてもよい。
ここで、画像メモリ８７にサンプリング部８６から入力されるビット情報は、例えば、電圧検出器で閾値Ｖｔより大きいと判断されたドットを“1”、閾値Ｖｔ以下と判断されたドットを“0”で表す。
【００７２】
図１２に示す例では、接触検出装置１の検出面の離れた２箇所に指先が接触している。
以下、この接触例を用いて、図１１に沿って処理内容を説明する。
【００７３】
図１１のステップＳＴ１では、図１０に示すサンプリング部８６が２値化を行い、これを順次画像メモリ内に展開し、記憶させることによってビットマップＢＭを作成する。
ビットマップＢＭは、図１２の例では１つのドット（あるいはビット）が１つの格子に該当し、白抜きの格子が“0”、グレーの格子が“1”のビットの集合から形成されている。被検出物である指が接触検出装置１に接触または近接していない場合の初期状態では、ビットマップＢＭ全体が白抜きの格子からなる全ビット“0”の状態である。
【００７４】
この状態から、指の接触によって、その接触に対応した部分の領域がビット変化する。図１２の例では、１つ目の指の接触により発生するビット変化領域を符号“ＢＭＲｅ１”により表し、２つ目の指の接触により発生するビット変化領域を符号“ＢＭＲｅ２”により表わしている。
【００７５】
図１１のステップＳＴ２では、作成されたビットマップＢＭ上の処理で、ビット変化領域の識別を行う。この処理はラベリング処理と呼ばれ、主に制御部８８によって実行される。
ラベリング処理後は、ビット変化領域ＢＭＲｅ１とＢＭＲｅ２の識別番号等によって別の領域（被接触物）であることが区別される。例えば、図１２に模式的に示すように、ビット変化領域ＢＭＲｅ１とＢＭＲｅ２は、識別番号“1”と“2”が割り当てられる。
【００７６】
なお、領域形状に応じて被接触物かどうかを判別してもよい。ビット変化領域の形状が指やペン先かどうか分からない複雑な領域形状の場合、ビット変化領域とは判定しないようにしてもよい。この場合、意図的に接触したものでなく、例えば手の平や甲が意図しないで触れてしまったような場合には、以後の処理を中止してもよい。
このように領域形状の判断ステップを入れて、処理の継続か中止かを決めると、無駄な処理による電力の消費やハードウエアの負担を軽減することができる。
【００７７】
図１１の次のステップＳＴ３では、被検出物の位置と大きさの少なくとも一方が判定される。ここでは、ステップＳＴ３が、位置を判定するステップＳＴ３Ａと、大きさを判定するステップＳＴ３Ｂとからなる。ステップＳＴ３ＡとＳＴ３Ｂの内容は図示のものと逆でもよい。
【００７８】
ステップＳＴ３Ａでは、識別番号等を指標として得られる１つのビット変化領域ごとに、Ｘ方向、Ｙ方位のそれぞれで重心位置を求める。重心計算は、例えば、ビット変化領域のＸアドレスとＹアドレスの各々に対して、アドレスの平均を求めることで実行できる。
これによりビット変化領域の重心座標が求まり、これを被接触物の接触位置と判定する。
【００７９】
ステップＳＴ３Ｂでは、ビット変化領域の範囲から、被検出物の大きさを求める。大きさは、Ｘ方向の最大サイズ、Ｙ方向の最大サイズから表現したものでもよいし、ビットマップ上の最大サイズ（斜め方向の場合も含む）を求めてもよい。
【００８０】
以上のビットマップ処理では、閾値と比較して得られる検出情報を、一旦メモリ空間に展開してから処理により、位置と大きさを求める。あるフレームに対して閾値と比較している間に、前回のフレームの接触位置や大きさの判定を行うようにすれば、リアルタイム処理が可能である。また、Ｘ方向とＹ方向でほぼ同時に位置や大きさの判定ができる。また、斜め方向の最大サイズなども容易に求まる。
なお、リアルタイム性を確実にするには、メモリ空間を必要量の２倍用意し、その半分にビットマップを作成している間に、他の半分に対して、既に作成されているビットマップから被検出物の位置や大きさを判定する処理を実行するようにしてもよい。
【００８１】
ここで、以上の第１実施形態により示される接触検出の方法の利点を、比較例を挙げて説明する。
【００８２】
＜比較例＞
図１３に、本実施形態に関わる図５に示す回路に対する比較例を示す。
図１３に示す駆動検出回路１００は、図５と同一符号の（静電）容量素子Ｃ１＿０に対する駆動と保持電位変化の検出を行う回路である。この駆動検出回路１００は、電流源１０１と、スイッチＳＷＴと、コンパレータ１０２と、パルス変調回路（ＰＷＭ）１０３と、タイマ回路１０４とを有する。
【００８３】
容量素子Ｃ１＿０の一方電極に電流源１０１が接続され、これにより充電が行われる。スイッチＳＷＴは容量素子Ｃ１＿０の一方電極と他方電極間に接続されて、容量素子Ｃ１＿０の放電経路の形成を制御する。スイッチＳＷＴはコンパレータ１０２の出力に応じて制御される。
コンパレータ１０２は、容量素子Ｃ１＿０の一方電極の充電電位を基準電位ＶＢＧと比較してパルスを発生する回路である。容量素子Ｃ１＿０の一方電極の充電が進み、その電位が基準電位ＶＢＧを超えるとコンパレータ１０２の出力にパルスが立ち上がる。しかし、コンパレータ１０２の出力がハイレベルとなるとスイッチＳＷＴがオンして放電が開始される。よって、コンパレータ１０２の出力パルスは直ぐに終了する。
【００８４】
回路構成上、この充電と放電は交互に発生するため、コンパレータ１０２からは一定周期の連続パルスが出力される。このパルスはＰＷＭ１０３の入力クロックとして用いられている。ＰＷＭ１０３は、入力パルス（“１”と表記）をパルス幅変調する回路であり、その出力パルス幅は入力クロックに応じて変化する。ＰＷＭ１０３の出力はタイマ回路１０４のイネーブル端子に入力されている。タイマ回路１０４は、イネーブル期間の時間を、入力されるシステムクロックＳＹＳＣＬＫの周期を単位として計測する。
【００８５】
ここで、指（被検出物）の接近により容量素子Ｃ１＿０は、その容量値がΔＣだけ上昇する。すると、単位時間当たりに容量素子Ｃ１＿０を充電する速度が見かけ上低下する。したがって、コンパレータ１０２から出力されるパルスの幅がΔＣに応じて大きくなる。このためＰＷＭ１０３の入力クロック周波数が低下し、ＰＷＭ１０３からの出力パルスの幅が大きくなる。よって、タイマ回路１０４の計測時間も、その分大きくなる。
【００８６】
このように構成され動作する、静電容量式タッチセンサの駆動検出回路１００は、数十回〜数百回のパルス発生を待って１回の接触検出を行う。したがって、駆動検出回路１００は、その動作原理上、１つのボーダ幅の駆動時間は比較的長い。逆に言うと、駆動検出回路１００は、比較的長い時間の接触検出を監視することで、接触ありを確実に検出するための回路構成となっている。したがって、駆動検出回路１００は、電灯のスイッチなどの意図的な接触を確実に検出し、短い意図しない接触は無視するなどの用途に向いている。
一方で、例えば表示パネルの表示内容と連動した高度な情報入力の用途に対しては、駆動検出回路１００は接触検出の応答性が悪く、不向きである。
【００８７】
本実施形態で説明した駆動検出の回路および手法は、微細な被検出物の検出をする検出精度を上げても、検出信号Ｖdetの波高値を下げないで済み、むしろ大きくできる。このため、接触検出のための電位比較を図１０のように何十〜何百回もする必要がなく、１交流駆動ごとに１回の電位比較でよい。よって、本実施形態では、電位変化から被検出物の有無や位置の判定までの時間が非常に短く、応答性がよい接触検出装置を提供できるという利点がある。
【００８８】
《第２実施形態》
第２実施形態では、タッチセンサの検出電極（表示面側で指等が近接する電極）よりパネル内部に設けられ、検出のための静電容量を検出電極との間に形成する駆動電極を、液晶制御のための電極と兼用する。この電極は検出電極と画素電極の双方に対向するように設けることが好ましいため、以下、単に「対向電極」と称する。
【００８９】
一方、液晶制御のための電極としては、液晶層などの表示機能層に対して電界を印加するために複数の画素に共通に設けられた共通電極（いわゆるＶｃｏｍ駆動電極）が、画素ごとの画素電極と対向して用いられる。液晶表示制御において、共通電極に与えるコモン駆動信号Ｖｃｏｍは信号電圧の基準となる電圧である。よく知られている低消費電力駆動では、使用する電圧の絶対値をほぼ半減するための方法として、コモン駆動信号ＶｃｏｍをＡＣパルス駆動する。また、この交流駆動は、液晶の特性低下防止のためにも有効である。
本実施形態では、例えば、液晶等を制御のためにＡＣパルス駆動といった交流で駆動されるコモン駆動信号Ｖｃｏｍを、タッチセンサの駆動電圧としても利用するものである。別の言い方をすると、上記タッチサンサの対向電極を、液晶駆動の共通電極と共用する。
【００９０】
ここで、当然ながら、対向電極の交流駆動は、Ｖｃｏｍ駆動に適合したものでなければならず、これが表示駆動のための要請である（第１の要請）。
【００９１】
また、タッチセンサは指等が表示装置の表示面に接近または接触したことを単に検出するのみならず、その指などの表示面内での操作位置を検出することが望ましい。例えば複数のボタンの画像を表示した場合、どのボタンが操作されたかを検出する必要がある。このために、表示駆動の共通電極とタッチセンサの駆動電力を兼ねる電極（対向電極）を、複数に分割する。これは、表示画素ラインの駆動に支障のない範囲で、どの対向電極に静電容量変化が発生したかによって操作位置の検出を行うためである。
より詳細には、表示駆動のために走査の対象となっている画素ラインを含む領域に位置する、分割された一の対向電極のみＡＣパルス駆動する。そして、表示駆動をする画素ラインを移動（走査）させることにともなって、接触検出のためにＡＣパルス駆動すべき対向電極を移動（走査）させる。この表示駆動と接触検出のためのＡＣパルス駆動の対象を走査する最中、静電容量変化を監視し、第１実施形態と同様に、閾値Ｖｔを用いた指などの位置判定も可能である。
以上が、表示制御の共通電極とセンサ駆動電極とを共用した場合に、タッチセンサの位置検出のための要請である（第２の要請）。
【００９２】
さらに、上記第２の要請を満たすために、タッチセンサの電極駆動が画面内の一部に対して行われる場合、以下の不都合が発生する可能性がある。
対向電極の端に最も近い画素ラインが表示されて、次の画素ラインへ走査が移行するときは、それにともなって対向電極のＡＣパルス駆動を、隣の対向電極側へ切り替える操作も行われる。そのため、微妙な駆動電圧の変動が画素ラインの表示に影響する。つまり、表示画面全体では、対向電極の境目がわずかに線として見える画質低下の懸念がある。
【００９３】
その一方で、画素ラインごとに対向電極も細かく区切ると、画素ラインごとの表示駆動ごとに、ＡＣパルス駆動する対向電極も切り替わる。このとき、どの画素ラインにとっても対向電極のＡＣパルス駆動が切り替わる条件が等しいため、境目の線は見えにくい。また、画素電極の切り替わり周波数がコモン駆動信号Ｖｃｏｍの駆動周波数に近い。このため、画素ラインごとに対向電極を設けた場合は、仮に微妙な駆動電圧の変動があっても人の目には見にくい。
【００９４】
さらに、画素ラインごとに対向電極も細かく区切ると、タッチセンサとしての列方向の分解能は高くなる。しかし、画素ラインごとに対向電極も細かく区切ると、共通電極のコモン駆動信号Ｖｃｏｍが静電容量を介して検出電極に伝達された電圧（センサ電圧Ｖｓ）が小さくなるため、ノイズの影響を受けてＳ／Ｎ比が低下する。
以上より、タッチセンサの位置検出のために対向電極を分割して順次、駆動すると、駆動対象の対向電極が切り替わる線が見えて画質が低下することと、センサ電圧Ｖｓの大きさ確保（Ｓ／Ｎ比確保）とが相反するトレードオフの関係にある。また、タッチセンサとしての分解能を高めることと、Ｓ／Ｎ比の確保ともトレードオフの関係にある。
このトレードオフの克服または緩和は、センサ駆動電極と表示駆動の共通電極とを共用する場合に要求される、第３の要請である。
【００９５】
以下に説明する２つの実施形態は、上記第１〜第３の要請の１つ以上を満たすための、対向電極の構造とその駆動法を含む。
ただし、第１実施形態と同様に、対向電極（駆動電極に相当）から出力されるアナログの検出信号Ｖdetを閾値Ｖｔを用いて比較する検出手法は、以下に述べるどの実施形態でも共通する。また、図１〜図３を用いて既に説明した静電容量式接触検出の基本は、以下の実施形態でも同じである。図５に示す検出駆動走査部１１（以下の実施形態では、Ｖｃｏｍ駆動回路９と呼ぶ）の基本構成、ならびに、検出部８の基本構成は、第１実施形態と共通する。図６と図７に示す分割数と検出精度の関係やシフトの仕方も、本実施形態において「駆動電極」を「対向電極」と読み替えることによって適用できる。図８および図９に示す被検出物の位置や大きさの判定手法も、第２実施形態において同様に適用できる。さらに、図１０〜図１２を用いて説明したビットマップ検出処理が適用可能なことも第１実施形態と同じである。
【００９６】
以下、主に、第１実施形態と異なる点を中心として表示装置の実施形態を、図面を用いて詳細に説明する。
図１４（Ａ）〜図１４（Ｃ）に、本実施形態に関わる表示装置の電極と、その駆動や検出のための回路の配置に特化した平面図を示す。また、図１４（Ｄ）に、本実施形態に関わる表示装置の概略的な断面構造を示す。図１４（Ｄ）は、例えば行方向（画素表示ライン方向）の６画素分の断面を表している。図１５は、画素の等価回路図である。
図１４に図解する表示装置は、「表示機能層」としての液晶層を備える液晶表示装置である。
【００９７】
液晶表示装置は、前述したように、複数の画素で共通な電極として、各画素ごとに階調表示のための信号電圧に対し基準電圧を付与するコモン駆動信号Ｖｃｏｍが印加される電極（対向電極）を有する。本発明の実施形態では、この対向電極をセンサ駆動のための電極としても用いる。
【００９８】
液晶表示パネル１は、図１５に示す画素ＰＩＸがマトリクス配置されている。
各画素ＰＩＸは、図１５に示すように、画素のセレクト素子としての薄膜トランジスタ（ＴＦＴ；thin film transistor、以下、ＴＦＴ２３と表記）と、液晶層６の等価容量Ｃ６と、保持容量（付加容量ともいう）Ｃｘとを有する。液晶層６を表す等価容量Ｃ６の一方側の電極は、画素ごとに分離されてマトリクス配置された画素電極２２であり、他方側の電極は複数の画素で共通な対向電極４３である。
【００９９】
ＴＦＴ２３のソースとドレインの一方に画素電極２２が接続され、ＴＦＴ２３のソースとドレインの他方に信号線ＳＩＧが接続されている。信号線ＳＩＧは不図示の垂直駆動回路（後述の実施形態に関わる図１４参照）に接続され、信号電圧を持つ映像信号が信号線ＳＩＧに垂直駆動回路から供給される。
対向電極４３には、コモン駆動信号Ｖｃｏｍが与えられる。コモン駆動信号Ｖｃｏｍは、中心電位を基準として正と負の電位を、１水平期間（１Ｈ）ごとに反転した信号である。
ＴＦＴ２３のゲートは行方向、即ち表示画面の横方向に並ぶ全ての画素ＰＩＸで電気的に共通化され、これにより走査線ＳＣＮが形成されている。走査線ＳＣＮは、不図示の垂直駆動回路から出力され、ＴＦＴ２３のゲートを開閉するためのゲートパルスが供給される。そのため走査線ＳＣＮはゲート線とも呼ばれる。
【０１００】
図１５に示すように、保持容量Ｃｘが等価容量Ｃ６と並列に接続されている。保持容量Ｃｘは、等価容量Ｃ６では蓄積容量が不足し、ＴＦＴ２３のリーク電流などによって書き込み電位が低下するのを防止するために設けられている。また、保持容量Ｃｘの追加はフリッカ防止や画面輝度の一様性向上にも役立っている。
【０１０１】
このような画素が配置された液晶表示パネル１は、断面構造（図１４（Ｄ））で見ると、断面に現れない箇所で図１５に示すＴＦＴ２３が形成され画素の駆動信号（信号電圧）が供給される駆動基板２を備えている。また、液晶表示パネル１は、駆動基板２に対向して配置された対向基板４と、駆動基板２と対向基板４との間に配置された液晶層６とを備えている。
【０１０２】
駆動基板２は、図１５のＴＦＴ２３が形成された回路基板としてのＴＦＴ基板２１（基板ボディ部はガラス等からなる）と、このＴＦＴ基板２１上にマトリクス配置された複数の画素電極２２とを有する。
ＴＦＴ基板２１に、各画素電極２２を駆動するための図示しない表示ドライバ（垂直駆動回路、水平駆動回路等）が形成されている。また、ＴＦＴ基板２１に、図１５に示すＴＦＴ２３、ならびに、信号線ＳＩＧおよび走査線ＳＣＮ等の配線が形成されている。ＴＦＴ基板２１に、タッチ検出動作を行う電圧検出器ＤＥＴ（図５参照）が形成されていてもよい。
【０１０３】
対向基板４は、ガラス基板４１と、このガラス基板４１の一方の面に形成されたカラーフィルタ４２と、カラーフィルタ４２の上（液晶層６側）に形成された対向電極４３とを有する。カラーフィルタ４２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、画素ＰＩＸ（または画素電極２２）ごとにＲ、Ｇ、Ｂの３色の１色が対応付けられている。なお、１色が対応付けられている画素を「サブ画素」といい、Ｒ、Ｇ、Ｂの３色のサブ画素の集合を「画素」という場合があるが、ここではサブ画素も「画素ＰＩＸ」と表記する。
対向電極４３は、タッチ検出動作を行うタッチセンサの一部を構成するセンサ駆動電極としても兼用されるものであり、図１および図２における駆動電極Ｅ１に相当する。
【０１０４】
対向電極４３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から対向電極４３に交流パルス波形のコモン駆動信号Ｖｃｏｍが印加されるようになっている。このコモン駆動信号Ｖｃｏｍは、図１および図２の駆動信号源Ｓから供給されるＡＣパルス信号Ｓｇに相当する。
【０１０５】
ガラス基板４１の他方の面（表示面側）には、検出電極４４（４４＿１〜４４＿ｋ）が形成され、さらに、検出電極４４の上には、保護層４５が形成されている。検出電極４４は、タッチセンサの一部を構成するもので、図１および図２における検出電極Ｅ２に相当する。ガラス基板４１に、タッチ検出動作を行う電圧検出器ＤＥＴ（図５参照）が形成されていてもよい。
【０１０６】
液晶層６は、「表示機能層」として、印加される電界の状態に応じて厚さ方向（電極の対向方向）を通過する光を変調する。液晶層６は、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材料が用いられる。
【０１０７】
なお、液晶層６と駆動基板２との間、および液晶層６と対向基板４との間には、それぞれ配向膜が配設される。また、駆動基板２の反表示面側（即ち背面側）と対向基板４の表示面側には、それぞれ偏光板が配置される。これらの光学機能層は、図４で図示を省略している。
【０１０８】
対向電極４３は、図１４（Ａ）に示すように、画素配列の行または列、本例では列の方向（図の縦方向）に分割されている。この分割の方向は、表示駆動における画素ラインの走査方向、すなわち不図示の垂直駆動回路が走査線ＳＣＮを順次活性化していく方向と対応する。
対向電極４３は、駆動電極を兼ねることに基づく必要性から、合計でｎ個に分割されている。よって、対向電極４３＿１,４３＿２,…,４３＿ｍ,…,４３＿ｎは、行方向に長い帯状のパターンを有して面状配置され、当該面内で互いの離間距離をとって平行に敷き詰められている。
【０１０９】
ｎ分割された対向電極４３＿１〜４３＿ｎは、少なくとも２以上のｍ（＜ｎ）本で同時に駆動される。つまり、ｍ本の対向電極４３＿１〜４３＿ｍに同時にコモン駆動信号Ｖｃｏｍが印加されて、その電位が反転を１水平期間（１Ｈ）ごとに繰り返す。そのとき、他の対向電極は、駆動信号が与えられないため電位変動しない。この同時駆動される対向電極の束が、第１実施形態と同様な交流駆動電極ユニットＥＵを構成する。
本実施形態で、交流駆動電極ユニットＥＵごとに対向電極の数は一定の数ｍとする。また、交流駆動電極ユニットＥＵが、その束ねる対向電極の組み合わせを変えながら列方位にステップ状にシフトする。つまり、シフトごとに交流駆動電極ユニットＥＵとして選択される対向電極の組み合わせが変化する。そして、２回のシフトでは１つの、分割された対向電極のみが選択から外れ、代わりに、分割された対向電極が新たに選択される。
【０１１０】
このような対向電極の交流駆動電極ユニットＥＵを単位とするＶｃｏｍ駆動と、そのシフト動作は、不図示の垂直駆動回路（書き込み駆動走査部）内に設けられた、「検出駆動走査部」としてのＶｃｏｍ駆動回路９により行われる。Ｖｃｏｍ駆動回路９の動作は、「ｍ本の対向電極の配線を同時にＶｃｏｍ交流駆動する駆動信号源Ｓ（図１および図２参照）を列方向に移動して、選択する対向電極を１つずつ変えながら列方向に走査する動作」に等しいとみなせる。
【０１１１】
一方、検出電極４４は、対向電極４３の電極パターン（対向電極４３＿１〜４３＿ｎ）の分離方向に延びる複数のストライプ状の電極パターン（検出電極４４＿１〜４４＿ｋ）から構成されている。ｋ個の検出電極４４＿１〜４４＿ｋから、それぞれ検出信号Ｖdetが出力される。これらｋ個の検出信号Ｖdetが、図１および図２に示す電圧検出器ＤＥＴを基本検出単位とする、検出部８に入力されるようになっている。
【０１１２】
なお、図１４（Ａ）と図１４（Ｂ）は電極パターン説明のために分けた図であるが、実際には、図１４（Ｃ）のように対向電極４３＿１〜４３＿ｎと検出電極４４＿１〜４４＿ｋとは重ねて配置され、２次元平面内の位置検出が可能になっている。
この構成によって、検出部８は、どの電圧検出器ＤＥＴに電圧変化が生じたかで行方向の位置が検出でき、その検出時のタイミングによって列方向の位置情報を得ることができる。つまり、Ｖｃｏｍ駆動回路９のＶｃｏｍ駆動と検出部８の動作が、例えば所定周期のクロック信号で同期しているとする。このような同期動作によって、検出部８が電圧変化を得たときが、Ｖｃｏｍ駆動回路９が分割された、どの対向電極を駆動していたときに対応するかが分かるため、指の接触位置中心を検出できる。このような検出動作は、液晶表示パネル１全体を統括する不図示のコンピュータベースの統括制御回路、例えばＣＰＵやマイクロコンピュータ、あるいは、タッチ検出のための制御回路により制御される。
【０１１３】
「検出駆動走査部」としてのＶｃｏｍ駆動回路９は、図１４（Ｄ）の駆動基板２側に形成されるが、「検出部」としての検出部８は、駆動基板２側でも対向基板４側でもよい。ＴＦＴが多く集積化されているため製造工程数を減らすには駆動基板２に検出部８も一緒に形成することが望ましい。ただし、検出電極４４が対向基板４側に存在し、検出電極４４が透明電極材料から形成されるため配線抵抗が高くなることがある。そのような場合、配線抵抗が高いことの不具合を回避するには、対向基板４側に検出部８を形成することが好ましい。ただし、検出部８だけのために対向基板４にＴＦＴ形成プロセスを用いると、コスト高になるという不利益がある。
以上の利益と不利益を総合的に勘案して、検出部８の形成位置を決定するとよい。
【０１１４】
次に、以上のような構成の表示装置の動作を説明する。
【０１１５】
駆動基板２の表示ドライバ（図示しない水平駆動回路および垂直駆動回路等）は、対向電極４３の各電極パターン（対向電極４３＿１〜４３＿ｎ）に対してコモン駆動信号Ｖｃｏｍを線順次で供給する。このとき、対向電極の選択の仕方とシフトの仕方は、上述したとおりである。コモン駆動信号Ｖｃｏｍは、画像表示の対向電極電位制御のためにも用いられる。
また、表示ドライバは、信号線ＳＩＧを介して画素電極２２へ信号電圧を供給すると共に、これに同期して、走査線ＳＣＮを介して各画素電極のＴＦＴのスイッチングを線順次で制御する。これにより、液晶層６には、画素ごとに、コモン駆動信号Ｖｃｏｍと各画素信号とにより定まる縦方向（基板に垂直な方向）の電界が印加されて液晶状態の変調が行われる。このようにして、いわゆる反転駆動による表示が行われる。
【０１１６】
一方、対向基板４の側では、対向電極４３の各電極パターン（対向電極４３＿１〜４３＿ｎ）と、検出電極４４の各電極パターン（検出電極４４＿１〜４４＿ｋ）との交差部分にそれぞれ容量素子Ｃ１が形成される。対向電極４３の各電極パターンにコモン駆動信号Ｖｃｏｍを時分割的に順次印加していくと、その印加された対向電極４３の電極パターンと検出電極４４の各電極パターンとの交差部分に形成されている一列分の容量素子Ｃ１の各々に対する充放電が行われる。その結果、容量素子Ｃ１の容量値に応じた大きさの検出信号Ｖdetが、検出電極４４の各電極パターンからそれぞれ出力される。対向基板４の表面にユーザの指が触れられていない状態においては、この検出信号Ｖdetの大きさはほぼ一定（センサ電圧Ｖｓ）となる。コモン駆動信号Ｖｃｏｍのスキャンに伴い、充放電の対象となる容量素子Ｃ１の列が線順次的に移動していく。
【０１１７】
ここで、対向基板４の表面のいずれかの場所にユーザの指が触れると、そのタッチ箇所に元々形成されている容量素子Ｃ１に、指による容量素子Ｃ２が付加される。その結果、そのタッチ箇所がスキャンされ、当該タッチ箇所に対応する駆動電極にコモン駆動信号Ｖｃｏｍが印加されたときの検出信号Ｖdetの値（センサ電圧Ｖｓ）が他の箇所よりも小さくなる。つまり、センサ電圧Ｖｆ＜センサ電圧Ｖｓとなる。検出部８（図５）は、この検出信号Ｖdetを閾値Ｖｔと比較して、検出信号Ｖdetが閾値Ｖｔ以下の場合に、その箇所をタッチ箇所として判定する。このタッチ箇所は、コモン駆動信号Ｖｃｏｍの印加タイミングと、閾値Ｖｔ以下の検出信号Ｖdetの検出タイミングとから求めることができる。
【０１１８】
このように、本実施形態によれば、液晶表示素子に元々備えられている液晶駆動の共通電極（対向電極４３）を、駆動電極と検出電極とからなる一対のタッチセンサ用電極の一方（駆動電極）と兼用する。また、本実施形態では、表示駆動信号としてのコモン駆動信号Ｖｃｏｍを、タッチセンサ駆動信号として共用する。よって、新たに設ける電極は検出電極４４だけでよく、また、タッチセンサ駆動信号を新たに用意する必要がない。したがって、構成が簡単である。
また、複数の対向電極を同時に交流駆動し、その同時に交流駆動する電極グループを、各対向電極が２回の交流駆動で共に選択されるようにシフトする。このため、第１実施形態と同様、Ｓ／Ｎ比とセンサ検出精度の両方を高いレベルで維持できる。
【０１１９】
交流駆動の切り替わり周波数がコモン駆動信号Ｖｃｏｍの１Ｈ反転周波数と等しくなる。この周波数は商用電源周波数、例えば60[Hz]を列方向の画素数倍した非常に高い周波数となる。たとえば列方向の画素数が480の場合、この周波数は28.8[kHz]、パルス波形の周波数としては、その半分の14.4[kHz]となる。よって、交流駆動のシフトに起因する画像変化は、人の目に視認できない十分に高い周波数となる。
以上より、センサ電圧の低下によるＳ／Ｎ比低下の防止と、電極駆動の切り替えによる画質低下の防止が両立できる。
なお、このＳ／Ｎ比低下の防止と、電極駆動の切り替えによる画質低下の防止が両立は必須の要件でない。よって、センサ検出精度の向上を、この画質低下防止より優先させてよい。
【０１２０】
本実施形態によれば、さらにコモン駆動信号Ｖｃｏｍの駆動電極と駆動回路を、センサ駆動電極と駆動回路と兼用できるため、その分の配置スペースと消費電力の節約ができる。
【０１２１】
なお、図１４において、検出電極４４は細い幅のラインとして示すが、行方向に大きな幅に形成してもよい。この幅は、容量素子Ｃ１の容量値が小さ過ぎて、より大きくしたい場合に、電極幅を大きく対処できる。逆に、例えば誘電体Ｄが薄いために容量素子Ｃ１の容量値が大き過ぎて、より小さくしたい場合は、電極幅を小さくして対処できる。
あるいは、検出電極４４を列方向に分割して、それぞれの分割した孤立パターンから配線を列方向に引き出してもよい。それぞれの配線に電圧検出器ＤＥＴを接続してもよいが、回路規模が増大することを防止するために複数の検出電極４４で１つの電圧検出器ＤＥＴを共用してもよい。例えば、１つの電圧検出器ＤＥＴを１列の検出電極４４で共用し、当該電圧検出器ＤＥＴによって、時分割で検出電極４４ごとの検出を行ってもよい。
【０１２２】
《第３実施形態》
次に、第３実施形態について説明する。本実施形態は、上記第２実施形態の場合とは異なり、表示素子として横電界モードの液晶素子を用いるようにしたものである。
【０１２３】
図１６は、本実施形態の表示装置の概略的な断面構造図である。図１６で、第２実施形態と同一の構成は、同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【０１２４】
本実施形態の表示装置が、第２実施形態と異なる点は、対向電極４３を駆動基板２側に配置することである。本実施形態における対向電極４３は、画素電極２２の反液晶層側に画素電極２２と対向して配置されている。ここで対向といっても、特に図示しないが、画素電極２２同士の間の距離が比較的大きく取られ、画素電極２２の間から対向電極４３が液晶層６に電界を作用させる。つまり、液晶層６に対する電界の作用する方向が横方向の横電界モードの液晶表示となる。
その他の構成は、断面における配置に限れば、第３実施形態と第２実施形態は同じとなる。
【０１２５】
容量素子Ｃ１は、検出電極４４と対向電極４３との間に形成されるため、第２実施形態（図１４（Ｄ））に比べると、容量値が低くなる。しかし、電極間隔が遠くなることを、電極幅を大きくするなどで補うような対処が可能であり、また、容量素子Ｃ２との関係で感度が大きくなる場合もある。
【０１２６】
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、ＦＦＳ（フリンジフィールドスイッチング）モードや、ＩＰＳ（インプレーンスイッチング）モード等の横電界モードの液晶が用いられる。
【０１２７】
つぎに、図１７を参照して、より詳細に説明する。
図１７に示すＦＦＳモードの液晶素子においては、駆動基板２上に形成された対向電極４３の上に、絶縁層２５を介して、櫛歯状にパターニングされた画素電極２２が配置され、これを覆うように配向膜２６が形成される。この配向膜２６と、対向基板４側の配向膜４６との間に、液晶層６が挟持される。２枚の偏光板２４，４５は、クロスニコルの状態で配置される。２枚の配向膜２６，４６のラビング方向は、２枚の偏光板２４，４５の一方の透過軸と一致している。図１７では、ラビング方向が出射側の保護層４５の透過軸と一致している場合を図示してある。さらに、２枚の配向膜２６，４６のラビング方向および保護層４５の透過軸の方向は、液晶分子が回転する方向が規定される範囲で、画素電極２２の延設方向（櫛歯の長手方向）とほぼ平行に設定されている。
【０１２８】
次に、以上のような構成の表示装置の動作を説明する。
【０１２９】
ここではまず、図１７および図１８を参照して、ＦＦＳモードの液晶素子の表示動作原理について簡単に説明する。ここで、図１８は液晶素子の要部断面を拡大して表したものである。これらの図で、（Ａ）は電界非印加時、（Ｂ）は電界印加時における液晶素子の状態を示す。
【０１３０】
対向電極４３と画素電極２２との間に電圧を印加していない状態では（図１７（Ａ）、図１８（Ａ））、液晶層６を構成する液晶分子６１の軸が入射側の偏光板２４の透過軸と直交し、かつ、出射側の保護層４５の透過軸と平行な状態となる。このため、入射側の偏光板２４を透過した入射光ｈは、液晶層６内において位相差を生じることなく出射側の保護層４５に達し、ここで吸収されるため、黒表示となる。一方、対向電極４３と画素電極２２との間に電圧を印加した状態では（図１７（Ｂ）、図１８（Ｂ））、液晶分子６１の配向方向が、画素電極間に生じる横電界Ｅにより、画素電極２２の延設方向に対して斜め方向に回転する。この際、液晶層６の厚み方向の中央に位置する液晶分子６１が約４５度回転するように白表示時の電界強度を最適化する。これにより、入射側の偏光板２４を透過した入射光ｈには、液晶層６内を透過する間に位相差が生じ、９０度回転した直線偏光となり、出射側の保護層４５を通過するため、白表示となる。
【０１３１】
なお、タッチセンサ部に関しては、断面構造内の電極配置が異なるのみで、基本的な動作は第１および第２実施形態と共通する。つまり、Ｖｃｏｍ交流駆動とシフトの繰り返しにより対向電極４３を列方向で駆動し、そのときのセンサ電圧ＶｓとＶｆの差を、電圧検出器ＤＥＴを介して読み取る。デジタル値として読み取ったセンサ電圧Ｖｓを閾値Ｖｔと比較し、指の接触または接近の位置をマトリクス状に検出する。
このとき、図７と同様に、ｍ本（図７ではｍ＝７）同時に対向電極４３を交流駆動し、１つの書き込みユニットに対応する１本の対向電極４３ずつずらしてシフトしてから再度交流駆動を行い、このシフトと交流駆動を繰り返す。このため、図６（Ｃ）に示した式におけるｎの値は、実際の分割数の１／ｍに低減されてセンサ電圧Ｖｓがその分、大きくなる。一方、図７に示すように、選択グループに新たに含まれ、それに変わって含まれなくなる単位が１画素ラインに対応する１つの対向電極である。よって、Ｓ／Ｎ比とセンサ検出精度を高いレベルで維持できる。
【０１３２】
また、交流駆動の切り替わり周波数がコモン駆動信号Ｖｃｏｍの１Ｈ反転周波数と等しくしてもよい。この周波数は商用電源周波数、例えば60[Hz]を列方向の画素数倍した非常に高い周波数となる。たとえば列方向の画素数が４８０の場合、この周波数は28.8[kHz]、パルス波形の周波数としては、その半分の14.4[kHz]と、人の目に視認できない十分に高い周波数となる。
以上より、センサ電圧の低下によるＳ／Ｎ比低下の防止と、電極駆動の切り替えによる画質低下の防止が両立できる。
【０１３３】
以上の効果に加え、第２実施形態と同様に、Ｖｃｏｍ駆動とセンサ駆動の電極の共用により、構成が簡単であるという利点がある。また、コモン駆動信号Ｖｃｏｍの駆動電極と駆動回路を、センサ駆動電極と駆動回路と兼用できるため、その分の配置スペースと消費電力の節約ができる。
より詳細には、対向基板側に透明電極材（ＩＴＯ）が存在する液晶モード（ＶＡ,ＴＮ,ＥＣＢ等の各モード）は駆動用の対向基板の電位をＴＦＴ素子から上げる必要がある。このため、ＴＦＴ基板と対向電極間に多数のコンタクトが必要となり、構造が複雑になる。
これに対し、第３実施形態の横電界モードの液晶表示装置では、そのような構造を複雑化する要素がなく、その点でも望ましい。
【図面の簡単な説明】
【０１３４】
【図１】実施形態に関わるタッチセンサ部の動作を説明するための等価回路図と概略断面図である。
【図２】図１に示すタッチセンサ部に指が接触または接近した場合の、同等価回路図と同概略断面図である。
【図３】実施形態に関わるタッチセンサ部の入出力波形を示す図である。
【図４】第１実施形態に関わる接触検出装置のタッチ検出のための電極と、その駆動や検出のための回路の配置に特化した平面図と概略断面図である。
【図５】実施形態に関わる表示装置において、センサ駆動のための駆動信号源と電圧検出器の回路例を示すための図である。
【図６】実施形態に関わる駆動電極のパターンと、当該パターンも含めたタッチセンサ部の等価回路図ならびにセンサ電圧の式を示す図である。
【図７】実施形態に関わる駆動電極の選択（同時に交流駆動する電極グループの決定）と、そのシフト（再選択）の様子を示す平面図である。
【図８】実施形態に関わる位置判定手法の説明図である。
【図９】図９の位置検出手法を、数値を定めて具体化した実施例を示す図である。
【図１０】実施形態に関わるビットマップ検出処理の実行手段を含むブロック図である。
【図１１】実施形態に関わるビットマップ検出処理の主な手順を示すフローチャートである。
【図１２】実施形態に関わるビットマップ展開例を示す模式図である。
【図１３】実施形態に関わる比較例の駆動検出回路の構成図である。
【図１４】第２実施形態に関わる表示装置のタッチ検出のための電極と、その駆動や検出のための回路の配置に特化した平面図と概略断面図である。
【図１５】第２および第３実施形態に関わる表示装置の画素の等価回路図である。
【図１６】第３実施形態に関わる表示装置の概略断面図である。
【図１７】第３実施形態に関わるＦＦＳモード液晶素子の動作説明図である。
【図１８】図１７の動作を断面図において示す図である。
【符号の説明】
【０１３５】
１…液晶表示装置、２…駆動基板、２１…ＴＦＴ基板、２２…画素電極、２３…ＴＦＴ、４…対向基板、４１…ガラス基板、４２…カラーフィルタ、４３…対向電極、４４…検出電極、６…液晶層、７…コンタクト導電柱、８…検出部、８１…ＯＰアンプ回路、８２…整流回路、８３…出力回路、８６…サンプリング部、８７…画像メモリ、８８…制御部、１０…タッチパネル、１１…検出駆動走査部、１２…接着層、１３…保護層、１４…誘電体層、Ｃ１,Ｃ２…容量素子、Ｓ…駆動信号源、ＤＥＴ…電圧検出器、Ｓｇ…ＡＣパルス信号、Ｅ１…駆動電極、Ｅ２…検出電極、Ｖｃｏｍ…コモン駆動信号、Ｖdet…検出信号、Ｖｔ…閾値、Ｖｓ…センサ電圧(非接触時)、Ｖｆ…センサ電圧(接触時)
【図１】
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【図２】
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【図３】
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【図４】
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【図５】
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【図６】
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【図７】
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【図８】
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【図９】
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【図１０】
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【図１１】
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【図１２】
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【図１３】
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【図１４】
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【図１５】
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【図１６】
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【図１７】
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【図１８】
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