JP4945345B2 - タッチパネル付き表示装置 - Google Patents

Description

本発明は、タッチパネル付き表示装置に係り、特に、観察者がタッチした複数のタッチ位置を検出することが可能な静電容量結合方式のタッチパネル機能を備えたタッチパネル付き表示装置に関する。

近年、モバイル機器の普及において、“人にやさしい”グラフィカルユーザインターフェースを支えるタッチパネル技術が重要となってきている。
このタッチパネル技術として、静電容量結合方式のタッチパネルが知られており、この静電容量結合方式のタッチパネルとして、観察者がタッチした複数のタッチ位置を検出するものが知られている。（下記、特許文献１参照）
下記特許文献１に記載されているタッチパネルは、タブレットの周辺にデマルチプレクサとマルチプレクサを設け、マルチプレクサを順次切り替えてＸ方向の電極線とＹ方向の電極線との結合容量を検出して、観察者がタッチした複数のタッチ位置座標を検出している。

なお、本願発明に関連する先行技術文献としては以下のものがある。
特開平８−１６３０７号公報

しかしながら、前述の特許文献１に記載されているタッチパネルのように、デマルチプレクサとマルチプレクサを順次切り替える方法では、Ｘ方向の電極線とＹ方向の電極線との結合容量が小さくなるため、分解能を高くできないという問題点があった。
本発明は、前記従来技術の問題点を解決するためになされたものであり、本発明の目的は、寄生容量をキャンセルして、より小さな電極間容量を検出可能となし、より電極数が多い高分解のタッチパネルを提供することにある。
本発明の前記ならびにその他の目的と新規な特徴は、本明細書の記述及び添付図面によって明らかにする。

本願において開示される発明のうち、代表的なものの概要を簡単に説明すれば、下記の通りである。
（１）表示パネルと、前記表示パネルの観測者側の面上に配置される静電容量結合方式のタッチパネルとを備え、前記タッチパネルは、第１の方向に延びる複数の第１電極と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延びる複数の第２電極と、駆動回路と、検出回路と、前記観察者の前記タッチパネルへのタッチ位置を演算する座標位置演算回路とを有するタッチパネル付き表示装置であって、前記駆動回路は、前記複数の第１電極の中から２つの第１電極を順次選択し、当該選択された２つの第１電極の一方に基準電圧よりも高電位の電圧を、他方に基準電圧を供給し、前記検出回路は、選択した前記第２電極と前記高電位の電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ａと、前記選択した前記第２電極と前記基準電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ｂとの間の容量差（Ａ−Ｂ）を検出し、
前記座標位置演算回路は、前記選択された第１電極および第２電極の位置と、前記容量差（Ａ−Ｂ）に基づき前記観察者の前記タッチパネルへのタッチ位置を演算する。
（２）（１）において、前記選択された２つの第１電極は、隣接する２つの前記第１電極である。

（３）（１）または（２）において、前記検出回路は、積分回路を有し、前記積分回路は、前記容量Ａを流れる電流と、前記容量Ｂを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ａ−Ｂ）に比例する電圧を出力する。
（４）（３）において、前記検出回路は、前記第２電極を時分割で順次選択し、前記積分回路は、前記順次選択された第２電極と前記高電位の電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ａを流れる電流と、前記順次選択された前記第２電極と前記基準電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ｂを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ａ−Ｂ）に比例する電圧を出力する。
（５）（３）において、前記検出回路は、前記複数の第２電極を同時に選択し、前記積分回路は、前記複数の第２電極毎に設けられ、前記各積分回路は、前記各積分回路に対応する第２電極と前記高電位の電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ａを流れる電流と、前記各積分回路に対応する第２電極と前記基準電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ｂを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ａ−Ｂ）に比例する電圧を出力する。

（６）表示パネルと、前記表示パネルの観測者側の面上に配置される静電容量結合方式のタッチパネルとを備え、前記タッチパネルは、第１の方向に延びる複数の第１電極と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延びる複数の第２電極と、駆動回路と、検出回路と、前記観察者の前記タッチパネルへのタッチ位置を演算する座標位置演算回路とを有するタッチパネル付き表示装置であって、前記駆動回路は、期間Ａに前記複数の第１電極の中から２つの第１電極を順次選択し、当該選択された２つの第１電極の一方に基準電圧よりも高電位の電圧を、他方に基準電圧を供給するとともに、期間Ｂに前記複数の第２電極の中から２つの第２電極を順次選択し、当該選択された２つの第２電極の一方に基準電圧よりも高電位の電圧を、他方に基準電圧を供給し、前記検出回路は、前記期間Ａに前記各第２電極と前記高電位の電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ａと、前記各第２電極と前記基準電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ｂとの間の容量差（Ａ−Ｂ）を検出し、前記期間Ｂに前記各第１電極と前記高電位の電圧が供給された前記第２電極との間の容量Ｃと、前記各第１電極と前記基準電圧が供給された前記第２電極との間の容量Ｄとの間の容量差（Ｃ−Ｄ）を検出し、前記座標位置演算回路は、前記選択された第１電極および前記容量差（Ａ−Ｂ）と、前記選択された第２電極および前記容量差（Ｃ−Ｄ）とに基づき前記観察者の前記タッチパネルへのタッチ位置を演算する。

（７）（６）において、前記期間Ａに選択された２つの第１電極は、隣接する２つの前記第１電極であり、前記期間Ｂに選択された２つの第２電極は、隣接する２つの前記第２電極である。
（８）（６）または（７）において、前記検出回路は、積分回路を有し、前記積分回路は、前記期間Ａに前記容量Ａを流れる電流と前記容量Ｂを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ａ−Ｂ）に比例する電圧を出力し、前記期間Ｂに前記容量Ｃを流れる電流と前記容量Ｄを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ｃ−Ｄ）に比例する電圧を出力する。

（９）表示パネルと、前記表示パネルの観測者側の面上に配置される静電容量結合方式のタッチパネルとを備え、前記タッチパネルは、第１の方向に延びる複数の第１電極と、前記第１の方向とは異なる第２の方向に延びる複数の第２電極と、第１電極選択回路と、第２電極選択回路と、検出回路と、前記観察者の前記タッチパネルへのタッチ位置を演算する座標位置演算回路とを有するタッチパネル付き表示装置であって、前記第１電極選択回路は、期間Ａに前記複数の第１電極の中から２つの第１電極を順次選択し、当該選択された２つの第１電極の一方に電圧レベルが基準電圧よりも高電位の正極性のパルスを、他方に電圧レベルが基準電圧よりも低電位の負極性のパルスを供給し、前記第２電極選択回路は、期間Ｂに前記複数の第２電極の中から２つの第２電極を順次選択し、当該選択された２つの第２電極の一方に電圧レベルが基準電圧よりも高電位の正極性のパルスを、他方に電圧レベルが基準電圧よりも低電位の負極性のパルスを供給し、前記検出回路は、前記期間Ａに前記各第２電極と前記正極性のパルスが供給された前記第１電極との間の容量Ａと、前記各第２電極と前記負極性のパルスが供給された前記第１電極との間の容量Ｂとの間の容量差（Ａ−Ｂ）を検出し、前記期間Ｂに前記各第１電極と前記正極性のパルスが供給された前記第２電極との間の容量Ｃと、前記各第１電極と前記負極性のパルスが供給された前記第２電極との間の容量Ｄとの間の容量差（Ｃ−Ｄ）を検出し、前記座標位置演算回路は、前記選択された第１電極および前記容量差（Ａ−Ｂ）と、前記選択された第２電極および前記容量差（Ｃ−Ｄ）とに基づき前記観察者の前記タッチパネルへのタッチ位置を演算する。

（１０）（９）において、前記期間Ａに選択された２つの第１電極は、隣接する２つの前記第１電極であり、前記期間Ｂに選択された２つの第２電極は、隣接する２つの前記第２電極である。
（１１）（９）において、前記期間Ａに選択された２つの第１電極は、基準となる前記第１電極と、それ以外の前記第１電極であり、前記期間Ｂに選択された２つの第２電極は、基準となる前記第２電極と、それ以外の前記第２電極である。
（１２）（９）ないし（１１）の何れかにおいて、前記第１電極選択回路は、前記期間Ｂに前記各第１電極に前記基準電圧を供給し、前記第２電極選択回路は、前記期間Ａに前記各第２電極に前記基準電圧を供給する。
（１３）（９）ないし（１２）の何れかにおいて、前記検出回路は、積分回路を有し、前記積分回路は、前記期間Ａに前記容量Ａを流れる電流と前記容量Ｂを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ａ−Ｂ）に比例する電圧を出力し、前記期間Ｂに前記容量Ｃを流れる電流と、前記容量Ｄを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ｃ−Ｄ）に比例する電圧を出力する。
（１４）（３）ないし（５）、（８）、（１３）の何れかにおいて、前記検出回路は、積分回路の後段に接続されるＡ／Ｄ変換回路を有する。
（１５）（１）ないし（１４）の何れかにおいて、前記各第１電極は、隣接する前記２つの第２電極の間に幅広の電極パターンを有し、前記各第２電極は、隣接する前記２つの第１電極の間に幅広の電極パターンを有する。
（１６）（１）ないし（１５）の何れかにおいて、前記表示装置は、ＩＰＳ型の液晶表示装置である。

本願において開示される発明のうち代表的なものによって得られる効果を簡単に説明すれば、下記の通りである。
本発明によれば、寄生容量をキャンセルして、より小さな電極間容量を検出可能となし、より電極数が多い高分解のタッチパネルを提供することが可能となる。

以下、図面を参照して本発明の実施例を詳細に説明する。
なお、実施例を説明するための全図において、同一機能を有するものは同一符号を付け、その繰り返しの説明は省略する。
［実施例１］
図１は、本発明の実施例１の液晶表示装置に使用されるタッチパネルの概略構成を示すブロック図である。
図１において、１０はタッチセンサ、２０は制御回路、３０はＹ駆動回路、４０はＸ検出回路、５０は座標検出回路である。また、Ｘ１〜Ｘ４は第１の方向（図１のＹ方向）に伸びるＸ電極、Ｙ１〜Ｙ４は第２の方向（図１のＸ方向）に伸びるＹ電極であり、Ｃは各Ｘ電極と、各Ｙ電極との間に形成される結合容量を示している。
図２は、図１に示すＸ電極と、Ｙ電極の電極形状を示す図である。図２に示すように、Ｘ１〜Ｘ４のＸ電極は、Ｙ１〜Ｙ４のＹ電極の間に幅広の電極パターン１２１を有し、Ｙ１〜Ｙ４のＹ電極は、Ｘ１〜Ｘ４のＸ電極の間に幅広の電極パターン１４１を有する。
図３は、図１に示すタッチパネルを使用する本実施例のタッチパネル付き液晶表示装置を示す断面図である。
図３において、１００はタッチセンサ、１０２はカバー、１０４は液晶表示装置、１０６はバックライト、１０８は観察者の指である。タッチセンサ１００は、基板（例えば、ガラス基板）１１０と、基板１１０上に形成されたＸ電極１２０と、Ｘ電極１２０上に形成された絶縁層１３０と、絶縁層１３０上に形成されたＹ電極１４０とで構成される。なお、図３では、観察者の指１０８とＸ電極１２０との間にＣ１，Ｃ３の容量が、観察者の指１０８とＹ電極１４０との間に、Ｃ２の容量が形成されていることを模式的に示している。
なお、この図３において、タッチセンサ１００は、図２のＡＡ切断線に沿った断面構造を示している。また、図３において、液晶表示装置１０４は、ＩＰＳ方式の液晶表示装置、ＴＮ方式の液晶表示装置や、ＶＡ方式の液晶表示装置である。

図４は、図１に示すＹ駆動回路３０を示す図である。
図４に示すように、Ｙ駆動回路３０は、シフトレジスタ３１０を有する。シフトレジスタ３１０の各シフト段の出力がＨｉｇｈ（以下、Ｈレベルという）となると、ｐＭＯＳトランジスタ３２２がオフ、ｎＭＯＳトランジスタ３２４がオンとなり、Ｙ１〜Ｙ４のＹ電極に基準電圧（ここでは、ＶＬの電圧）が供給される。
また、シフトレジスタ３１０の各シフト段の出力がＬｏｗ（以下、Ｌレベルという）となると、ｐＭＯＳトランジスタ３２２がオン、ｎＭＯＳトランジスタ３２４がオフとなり、Ｙ１〜Ｙ４のＹ電極に基準電圧より高電位の電圧（ここでは、ＶＨの電圧）が供給される。
図５は、図１に示すＸ検出回路４０を示す図である。
図５に示すように、Ｘ検出回路４０は、オペアンプ４１２と積分容量４１８とで構成される積分回路を有する。積分回路の後段には、サンプルホールド回路４２２とＡ／Ｄ変換回路４２４が設けられる。
積分回路は、スイッチング素子４１４がオンのときに、Ｙ１〜Ｙ４のＹ電極に供給される電圧が、Ｈレベル→Ｌレベル、あるいは、Ｌレベル→Ｈレベルに変化したときに、Ｘ１〜Ｘ４に流れる電流を積分する。また、積分回路の積分容量４１８は、スイッチング素子４１６がオンの時にリセットされる。

図６は、図１に示すタッチパネルの動作を説明するためのタイミングチャートである。
Ｙ駆動回路３０のシフトレジスタ３１０には、スタートパルスＳＴと、クロックＣＬＫとが入力され、Ｙ１〜Ｙ４のＹ電極に、順次Ｌレベルの電圧を供給する。
そして、Ｙ１〜Ｙ４のＹ電極の電圧が、Ｈレベル→Ｌレベルに変化した時と、Ｌレベル→Ｈレベルに変化した時に、Ｙ１〜Ｙ４のＹ電極からＸ１からＸ４のＸ電極にそれぞれ電流が流れる。
この電流を、Ｘ電極で検出する。例えば、Ｙ１〜Ｙ４のＹ電極からＸ１のＸ電極には、図６のＩ−１１，Ｉ−２１，Ｉ−３１、Ｉ−４１に示す電流が流れる。この結果、Ｘ１のＸ電極には、これらの電流和である図６のＩ−Ｘ１に示す電流が流れる。この電流を、積分回路で積分すると、図６のＶ−Ｘ１に示す電圧を検出することができる。なお、スイッチング素子４１４はタイミングパルスＴＧ１によりオンとなり、スイッチング素子４１６はタイミングパルスＴＧ２によりオンとなる。
本実施例において、Ｘ電極とＹ電極との結合容量が同じ場合には、Ｙ１のＹ電極の電圧が、Ｌレベル→Ｈレベルに変化した時と、Ｙ２のＹ電極がＨレベル→Ｌレベルに変化した時に、Ｘ電極に流れる電流は、電流の向きが逆方向で、大きさが同じであるので、積分回路の出力電圧は、０となる。しかしながら、Ｘ電極とＹ電極との結合容量が異なる場合には、Ｙ１のＹ電極の電圧が、Ｌレベル→Ｈレベルに変化した時と、Ｙ２のＹ電極がＨレベル→Ｌレベルに変化した時に、Ｘ電極に流れる電流は、電流の向きが逆方向で、大きさが容量差に応じて異なることになるので、積分回路の出力電圧は、０以外の電圧となる。

ここで、積分回路は、Ｘ電極で検出された電流値を積分するので、積分回路の出力電圧は、Ｘ電極とＹ電極との結合容量の容量差に比例することになる。
座標検出回路５０は、Ｌレベルの電圧が供給されたＹ電極の位置と、各Ｘ電極で検出された電流値に応じて、観察者の指がタッチした、タッチセンサ１０上のタッチ位置座標を検出する。この場合、本実施例では、観察者がタッチした複数のタッチ位置を検出することができる。
このように、本実施例では、Ｘ電極とＹ電極との結合容量の容量差を検出して、観察者の指がタッチした、タッチセンサ１０上の座標位置を検出するにしたので、Ｘ電極とＹ電極との間の寄生容量をキャンセルすることが可能である。
この結果、本実施例では、製造上生ずる配置上の変動によるＸ電極とＹ電極との間の寄生容量や、温度などの外的要因によるＸ電極とＹ電極との間の寄生容量の変動の影響を受けずに、観察者の指がタッチした位置を検出することが可能となる。
一般に、観察者の指がタッチセンサ１０をタッチしたときの、Ｘ電極とＹ電極との結合容量は、Ｘ電極とＹ電極の電極数を増加すると減少するが、本実施例では、Ｘ電極とＹ電極との間の寄生容量をキャンセルして、より小さなＸ電極とＹ電極との結合容量を検出することができるので、より電極数が多い高分解のタッチパネルを実現することが可能となる。

前述の説明では、Ｘ検出回路４０内の積分回路を各Ｘ電極毎に設け、各Ｘ電極を流れる電流を同時に検出するようにしたが、Ｘ検出回路４０内に、積分回路を１個だけ設け、各Ｘ電極を流れる電流を時分割で順次、各Ｘ電極毎に検出することも可能であり、その場合の構成を図７に示す。
図７に示す構成では、Ｘ検出回路４０は、シフトレジスタ４４０を有する。シフトレジスタ４４０には、スタートパルス（ＳＴＹ）とクロック（ＣＫＹ）が入力され、シフトレジスタ４４０は、時分割で順次、４４１〜４４４のスイッチング素子をオンとなし、各Ｘ電極を流れる電流を積分回路に入力する。オペアンプ４５２と積分容量４５８とで構成される積分回路は、各Ｘ電極に流れる電流を、時分割で順次積分する。
なお、スイッチング素子４５６はタイミングパルスＴＧ１によりオンとなり、スイッチング素子４５６がオンの時に積分容量はリセットされる。なお、図７において、４６２はサンプルホールド回路、４６４はＡ／Ｄ変換回路である。

［実施例２］
図８は、本実施例２の液晶表示装置に使用されるタッチパネルの概略構成を示すブロック図である。
図８において、１０はタッチセンサ、２０は制御回路、７０は電流検出回路、８０は電極駆動回路である。
前述の実施例では、各Ｙ電極に、時分割で順次Ｌレベルの電圧を供給し、各Ｘ電極に流れる電流を検出して座標位置を検出するようにしたが、本実施例では、制御回路２０がスイッチ９０を制御し、期間Ａ内に、電極駆動回路８０が、各Ｙ電極に時分割で順次Ｌレベルの電圧を供給するとともに、電流検出回路７０が、全Ｘ電極に流れる電流を検出し、また、期間Ｂ内に、電極駆動回路８０が、各Ｘ電極に時分割で順次Ｌレベルの電圧を供給するとともに、電流検出回路７０が、全Ｙ電極に流れる電流を検出する。なお、電流検出回路７０の後段には、座標検出回路が設けられるが、図８では省略している。
本実施例では、期間Ａ内に、全Ｘ電極で検出される電流値は、連続する２つのＹ電極の一方と全Ｘ電極の間の結合容量と、連続する２つのＹ電極の他方と全Ｘ電極の間の結合容量との容量差に比例する。
したがって、期間Ａ内に、観察者の指がタッチしたタッチセンサ１０上のＹ電極の位置を検出することができ、同様に、期間Ｂ内に、全Ｙ電極で検出された電流値に応じて、観察者の指がタッチしたタッチセンサ１０上のＸ電極の位置を検出することができる。
これにより、観察者の指がタッチしたタッチセンサ１０上のタッチ位置座標を検出することができる。この場合、本実施例では、観察者がタッチした複数のタッチ位置を検出することができる。

図９は、図８に示す電極駆動回路８０の一例を示す図である。
図９において、８１０はシフトレジスタ、８２２はｐＭＯＳトランジスタ、８２４はｎＭＯＳトランジスタである。図９において、太線はバス接続であることを示しており、図９に示す電極駆動回路８０の回路構成は、図４に示すＹ駆動回路３０と同じである。
図１０は、図８に示す電流検出回路７０の一例を示す図である。図１０においても、太線はバス接続であることを示している。図１０に示す電流検出回路は、全電極（Ｘ電極、あるいはＹ電極）を流れる電流を検出する点で、図７のＸ検出回路と異なるが、それ以外の回路構成は、図７のＸ検出回路と同じである。

［実施例３］
図１１は、本実施例３の液晶表示装置に使用されるタッチパネルの概略構成を示すブロック図である。
図１１において、１０はタッチセンサ、２１０はＹ電極選択回路、２２０はＸ電極選択回路、２３０は電流検出回路である。Ｙ電極選択回路２１０と、Ｘ電極選択回路２２０とは同一の回路構成を有するが、図１１では、Ｙ電極選択回路２１０の回路構成のみを図示している。
Ｙ電極選択回路２１０およびＸ電極選択回路２２０は、走査回路２１１と、走査回路２１２とを有する。走査回路２１２は、期間Ａ内に全スイッチング素子ＳＷ３をオフ、期間Ｂ内に、全スイッチング素子ＳＷ３をオンとする。
走査回路２１１は、期間Ａ内に、時分割で順次、隣接する電極（Ｙ電極、あるいはＸ電極）に対応するスイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２のオン・オフを制御し、期間Ｂ内に、全スイッチング素子ＳＷ１と全スイッチング素子ＳＷ２とをオフとする。例えば、走査回路２１１は、期間Ａの始めの時分割期間に、スイッチング素子ＳＷ１−１をオン、スイッチング素子ＳＷ２−１をオンとし、さらに、残りのスイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２とをオフにする。
また、次の時分割期間に、スイッチング素子ＳＷ１−２をオン、スイッチング素子ＳＷ２−２をオンとし、さらに、残りのスイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２とをオフにする。以下、同様にして、電極（Ｙ電極、あるいはＸ電極）を選択する。

図１３は、図１１に示す電流検出回路２３０の一例を示す図である。
図１３において、２２１はオペアンプ、２２２は積分容量、２２３はスイッチ制御回路、２２４はサンプルホールド回路、２２５はＡ／Ｄ変換回路である。なお、図１３において、Ｔ１、Ｔ２は、Ｘ電極あるいはＹ電極の隣接する２つの電極を示す。
図１４は、図１３の電流検出回路２３０の動作を説明するためのタイムチャートである。
以下、図１３のＴ１、Ｔ２に、Ｙ１とＹ２の電極が接続されているもの（以下、仮定Ａ）として、図１３に示す電流検出回路の動作を説明する。
前述した仮定Ａの場合に、Ｙ電極選択回路２１０内のスイッチング素子ＳＷ１−１はオン、スイッチング素子ＳＷ２−１はオン、残りのスイッチング素子ＳＷ１とスイッチング素子ＳＷ２とはオフ、かつ、全スイッチ素子ＳＷ３はオフとなっている。
また、Ｘ電極選択回路２２０内の全スイッチング素子ＳＷ１と全スイッチング素子ＳＷ２はオフ、全スイッチング素子ＳＷ３はオンとなり、全Ｘ電極には基準電圧（ＧＮＤ）が供給される。
図１４に示すように、始めに、スイッチ制御回路２２３の制御下に、スイッチング素子ＳＷ_Ａがオンとなり、積分容量２２２がリセットされる。次に、スイッチ制御回路２２３の制御下に、スイッチング素子ＳＷ_Ｂがオンとなり、Ｙ１の電極に、電圧レベルが基準電圧（ＧＮＤ）よりも高電位（＋Ｖｒｅｆ）の正極性のパルスが、Ｙ２の電極に、電圧レベルが基準電圧（ＧＮＤ）よりも低電位（−Ｖｒｅｆ）の負極性のパルスを供給される。その後、スイッチ制御回路２２３の制御下に、スイッチング素子ＳＷ_Ｃがオンとなり、オペアンプ２２１と積分容量２２２とから構成される積分回路からＶｏの電圧が得られる。

ここで、Ｖｏは、下記（１）式で表される。
［数１］
Ｖｏ＝Ｖｒｅｆ／Ｃｏ×（Ｃ_ｎ＋１−Ｃ_ｎ） ・・・・・・・・・・・ （１）
但し、Ｃｏは、積分容量２２２の容量値、Ｃ_ｎは、隣接する２つのＹ電極の中の一方の電極（ここでは、Ｙ１の電極）と全Ｘ電極との間の結合容量、Ｃ_ｎ＋１は、隣接する２つの電極の中の他方の電極（ここでは、Ｙ２の電極）と全Ｘ電極との間の結合容量である。なお、図１３のＴ１、Ｔ２に、Ｘ電極の中の隣接する２つの電極が接続されている場合には、Ｃ_ｎは、隣接する２つのＸ電極の中の一方の電極と全Ｙ電極との間の結合容量、Ｃ_ｎ＋１は、隣接する２つのＸ電極の中の他方の電極と全Ｘ電極との間の結合容量となる。
このように、全Ｘ電極で検出される電流値は、連続する２つのＹ電極の一方と全Ｘ電極の間の結合容量と、連続する２つのＹ電極の他方と全Ｘ電極の間の結合容量との容量差に比例する。
したがって、期間Ａ内に、全Ｘ電極に基準電圧（ＧＮＤ）を供給するとともに、Ｙ電極を時分割で順次Ｙ電極の中の隣接する２つの電極を選択し、一方の電極に正極性のパルスを、他方の電極に負極性のパルスを供給することにより、観察者の指がタッチしたタッチセンサ１０上のＹ電極の位置を検出することが可能となる。
同様に、期間Ｂ内に、全Ｙ電極に基準電圧（ＧＮＤ）を供給するとともに、Ｘ電極を時分割で順次Ｘ電極の中の隣接する２つの電極を選択し、一方の電極に正極性のパルスを、他方の電極に負極性のパルスを供給することにより、観察者の指がタッチしたタッチセンサ１０上のＸ電極の位置を検出することが可能となる。
これにより、観察者の指がタッチしたタッチセンサ１０上のタッチ位置座標を検出することができる。この場合、本実施例では、観察者がタッチした複数のタッチ位置を検出することができる。

図１２は、本実施例３のタッチパネルの変形例の概略構成を示すブロック図である。なお、図１１、図１２に示す電流検出回路２３０の後段には、座標検出回路が設けられるが、図１１、図１２では省略している。
本実施例は、基準となる電極（図１２では、Ｙ０の電極）と、それ以外の電極との間で、結合容量の容量差を検出するようにしたものである。
図１２に示すタッチパネルの場合、期間Ａ内に、走査回路２１１がスイッチング素子ＳＷ４をオンとして、電極（図１２では、Ｙ０の電極）に、正極性のパルス（あるいは、負極性のパルス）を供給し、期間Ｂ内に、走査回路２１１がスイッチング素子ＳＷ４をオフとする。
また、走査回路２１２は、期間Ａ内に、時分割で順次スイッチング素子ＳＷ５をオン、全スイッチング素子ＳＷ６をオフとし、期間Ｂ内に、全スイッチング素子ＳＷ５をオフ、全スイッチング素子ＳＷ６をオンとする。例えば、走査回路２１１は、期間Ａの始めの時分割期間に、スイッチング素子ＳＷ５−１をオン、残りのスイッチング素子ＳＷ５をオフ、さらに、全スイッチング素子ＳＷ６をオフにする。これにより、この時分割期間に、１番目の電極（ここでは、Ｙ１の電極）に負極性のパルスを供給する。
また、次の時分割期間に、スイッチング素子ＳＷ５−２をオン、残りのスイッチング素子ＳＷ５をオフ、さらに、全スイッチング素子ＳＷ６をオフにする。以下、同様にして、電極（Ｙ電極、あるいはＸ電極）を選択する。これにより、この時分割期間に、２番目の電極（ここでは、Ｙ２の電極）に負極性のパルスを供給する。

本実施例においても、オペアンプ２２１と積分容量２２２とから構成される積分回路からＶ’ｏの電圧が得られる。このＶ’ｏの電圧は、下記（２）式で表される。
［数２］
Ｖ’ｏ＝Ｖｒｅｆ／Ｃｏ×（Ｃ_ｎ−Ｃ_０） ・・・・・・・・・・・ （２）
但し、Ｃｏは、積分容量２２２の容量値、Ｃ_０は、基準となる電極（ここでは、Ｙ０の電極）と全Ｘ電極との間の結合容量、Ｃ_ｎは、ｎ番目の電極（ここでは、Ｙ１の電極）と全Ｘ電極との間の結合容量である。
このように、本実施例でも、全Ｘ電極で検出される電流値は、基準となる電極（図１２では、Ｙ０の電極）と全Ｘ電極の間の結合容量と、それ以外の電極（図１２では、Ｙ０以外のＹ電極）と全Ｘ電極の間の結合容量との容量差に比例する。
したがって、期間Ａ内に、全Ｘ電極に基準電圧（ＧＮＤ）を供給するとともに、基準となるＹ電極に正極性（あるいは、負極性）のパルスを、それ以外のＹ電極に、時分割で順次負極性（あるいは、正極性）のパルスを供給することにより、観察者の指がタッチしたタッチセンサ１０上のＹ電極の位置を検出することが可能となる。
同様に、期間Ｂ内に、全Ｙ電極に基準電圧（ＧＮＤ）を供給するとともに、基準となるＸ電極に正極性（あるいは、負極性）のパルスを、それ以外のＸ電極に、時分割で順次負極性（あるいは、正極性）のパルスを供給することにより、観察者の指がタッチしたタッチセンサ１０上のＸ電極の位置を検出することが可能となる。
これにより、観察者の指がタッチしたタッチセンサ１０上のタッチ位置座標を検出することができる。
図１５（ａ）に、前述の特許文献１に記載されている方法により検出される検出容量と電極アドレスとの関係を、図１５（ｂ）に、本実施例の変形例（図１２に示す構成）により検出される検出容量と電極アドレスとの関係を、図１５（ｃ）に、本実施例（図１１に示す構成）により検出される検出容量と電極アドレスとの関係を示す。

以上説明したように、本実施例のタッチパネルによれば、Ｘ電極とＹ電極との間の結合容量の容量差を検出するようにしたので、Ｘ電極とＹ電極との間の寄生容量をキャンセルすることができ、この結果として、製造上生ずる配置上の変動によるＸ電極とＹ電極との間の寄生容量や、温度などの外的要因によるＸ電極とＹ電極との間の寄生容量の変動の影響を受けずに、観察者の指がタッチしたタッチセンサ１０上のタッチ位置座標を検出することが可能となる。
前述の特許文献１に記載されているように、デマルチプレクサとマルチプレクサを順次切り替える方法は、多点同時入力の検出は可能であるものの、検出すべきＸ電極とＹ電極との間の結合容量が小さくなる。また、タッチしたときのＸ電極とＹ電極との間の結合容量は、Ｘ電極とＹ電極の電極数を増やすと減少する。
しかしながら、本実施例では、Ｘ電極とＹ電極との間の寄生容量をキャンセルし、より小さなＸ電極とＹ電極との間の結合容量を検出することができるので、より電極数が多い高分解のタッチパネルを実現することが可能となる。
なお、前述までの説明では、本発明を液晶表示装置に適用した実施例について説明したが、本発明はこれに限定されるものではなく、例えば、有機ＥＬ表示装置などの表示装置全般にも適用可能である。
以上、本発明者によってなされた発明を、前記実施例に基づき具体的に説明したが、本
発明は、前記実施例に限定されるものではなく、その要旨を逸脱しない範囲において種々変更可能であることは勿論である。

本発明の実施例１のタッチパネル付き液晶表示装置に使用されるタッチパネルの概略構成を示すブロック図である。 図１に示すＸ電極と、Ｙ電極の電極形状を示す図である。 本発明の実施例１のタッチパネル付き液晶表示装置の概略構成を示すブロック図である。 図１に示すＹ駆動回路を示す図である。 図１に示すＸ検出回路を示す図である。 図１に示すタッチパネルの動作を説明するためのタイミングチャートである。 図４に示すＸ検出回路の変形例を示す図である。 本発明の実施例２のタッチパネル付き液晶表示装置に使用されるタッチパネルの概略構成を示すブロック図である。 図８に示す電極駆動回路を示す図である。 図８に示す電流検出回路を示す図である。 本発明の実施例３のタッチパネル付き液晶表示装置に使用されるタッチパネルの概略構成を示すブロック図である。 本発明の実施例３のタッチパネル付き液晶表示装置に使用されるタッチパネルの変形例の概略構成を示すブロック図である。 図１１に示す電流検出回路を示す図である。 図１３に示す電流検出回路の動作を説明するためのタイムチャートである。 本発明の実施例３により検出される検出容量と電極アドレスとの関係と、本発明の実施例３の変形例により検出される検出容量と電極アドレスとの関係と、従来の方法により検出される検出容量と電極アドレスとの関係を示す図である。

符号の説明

１０，１００ タッチセンサ
２０ 制御回路
３０ Ｙ駆動回路
４０ Ｘ検出回路
５０ 座標検出回路
７０ 電流検出回路
８０ 電極駆動回路
９０ スイッチ
１０２ カバー
１０４ 液晶表示装置
１０６ バックライト
１０８ 観察者の指
１１０ 基板（例えば、ガラス基板）
１２０，Ｘ１〜Ｘ４ Ｘ電極
１４０，Ｙ１〜Ｙ４ Ｙ電極
１２１，１４１ 電極パターン
１３０ 絶縁層
２１０ Ｙ電極選択回路
２２０ Ｘ電極選択回路
２３０ 電流検出回路
２１１，２１２ 走査回路
４１４，４１６，４４１〜４４４，４５６，ＳＷ１〜ＳＷ６，ＳＷ_Ａ，ＳＷ_Ｂ，ＳＷ_Ｃ スイッチング素子
２２１，４１２，４５２ オペアンプ
２２２，４１８，４５８ 積分容量
２２３ スイッチ制御回路
２２４，４２２，４６２ サンプルホールド回路
２２５，４２４，４６４ Ａ／Ｄ変換回路
３１０，４４０，８１０ シフトレジスタ
３２２，８２２ ｐＭＯＳトランジスタ
３２４，８２４ ｎＭＯＳトランジスタ

Claims (12)

1. 表示パネルと、
   前記表示パネルの観測者側の面上に配置される静電容量結合方式のタッチパネルとを備え、
   前記タッチパネルは、第１の方向に延びる複数の第１電極と、
   前記第１の方向とは異なる第２の方向に延びる複数の第２電極と、
   駆動回路と、
   検出回路と、
   前記観察者の前記タッチパネルへのタッチ位置を演算する座標位置演算回路とを有するタッチパネル付き表示装置であって、
   前記駆動回路は、前記複数の第１電極の中から２つの第１電極を順次選択し、当該選択された２つの第１電極の一方に基準電圧よりも高電位の電圧を、他方に基準電圧を供給し、
   前記検出回路は、選択した前記第２電極と前記高電位の電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ａと、前記選択した前記第２電極と前記基準電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ｂとの間の容量差（Ａ−Ｂ）を検出し、
   前記座標位置演算回路は、前記選択された第１電極および第２電極の位置と、前記容量差（Ａ−Ｂ）に基づき前記観察者の前記タッチパネルへのタッチ位置を演算し、
   前記選択された２つの第１電極は、隣接する２つの前記第１電極であることを特徴とするタッチパネル付き表示装置。
2. 前記検出回路は、積分回路を有し、
   前記積分回路は、前記容量Ａを流れる電流と、前記容量Ｂを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ａ−Ｂ）に比例する電圧を出力することを特徴とする請求項１に記載のタッチパネル付き表示装置。
3. 前記検出回路は、前記第２電極を時分割で順次選択し、
   前記積分回路は、前記順次選択された第２電極と前記高電位の電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ａを流れる電流と、前記順次選択された前記第２電極と前記基準電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ｂを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ａ−Ｂ）に比例する電圧を出力することを特徴とする請求項２に記載のタッチパネル付き表示装置。
4. 前記検出回路は、前記複数の第２電極を同時に選択し、
   前記積分回路は、前記複数の第２電極毎に設けられ、
   前記各積分回路は、前記各積分回路に対応する第２電極と前記高電位の電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ａを流れる電流と、前記各積分回路に対応する第２電極と前記基準電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ｂを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ａ−Ｂ）に比例する電圧を出力することを特徴とする請求項２に記載のタッチパネル付き表示装置。
5. 表示パネルと、
   前記表示パネルの観測者側の面上に配置される静電容量結合方式のタッチパネルとを備え、
   前記タッチパネルは、第１の方向に延びる複数の第１電極と、
   前記第１の方向とは異なる第２の方向に延びる複数の第２電極と、
   駆動回路と、
   検出回路と、
   前記観察者の前記タッチパネルへのタッチ位置を演算する座標位置演算回路とを有するタッチパネル付き表示装置であって、
   前記駆動回路は、期間Ａに前記複数の第１電極の中から２つの第１電極を順次選択し、当該選択された２つの第１電極の一方に基準電圧よりも高電位の電圧を、他方に基準電圧を供給するとともに、期間Ｂに前記複数の第２電極の中から２つの第２電極を順次選択し、当該選択された２つの第２電極の一方に基準電圧よりも高電位の電圧を、他方に基準電圧を供給し、
   前記検出回路は、前記期間Ａに前記各第２電極と前記高電位の電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ａと、前記各第２電極と前記基準電圧が供給された前記第１電極との間の容量Ｂとの間の容量差（Ａ−Ｂ）を検出し、前記期間Ｂに前記各第１電極と前記高電位の電圧が供給された前記第２電極との間の容量Ｃと、前記各第１電極と前記基準電圧が供給された前記第２電極との間の容量Ｄとの間の容量差（Ｃ−Ｄ）を検出し、
   前記座標位置演算回路は、前記選択された第１電極および前記容量差（Ａ−Ｂ）と、前記選択された第２電極および前記容量差（Ｃ−Ｄ）とに基づき前記観察者の前記タッチパネルへのタッチ位置を演算し、
   前記期間Ａに選択された２つの第１電極は、隣接する２つの前記第１電極であり、前記期間Ｂに選択された２つの第２電極は、隣接する２つの前記第２電極であることを特徴とするタッチパネル付き表示装置。
6. 前記検出回路は、積分回路を有し、
   前記積分回路は、前記期間Ａに前記容量Ａを流れる電流と前記容量Ｂを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ａ−Ｂ）に比例する電圧を出力し、前記期間Ｂに前記容量Ｃを流れる電流と前記容量Ｄを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ｃ−Ｄ）に比例する電圧を出力することを特徴とする請求項５に記載のタッチパネル付き表示装置。
7. 表示パネルと、
   前記表示パネルの観測者側の面上に配置される静電容量結合方式のタッチパネルとを備え、
   前記タッチパネルは、第１の方向に延びる複数の第１電極と、
   前記第１の方向とは異なる第２の方向に延びる複数の第２電極と、
   第１電極選択回路と、
   第２電極選択回路と、
   検出回路と、
   前記観察者の前記タッチパネルへのタッチ位置を演算する座標位置演算回路とを有するタッチパネル付き表示装置であって、
   前記第１電極選択回路は、期間Ａに前記複数の第１電極の中から２つの第１電極を順次選択し、当該選択された２つの第１電極の一方に電圧レベルが基準電圧よりも高電位の正極性のパルスを、他方に電圧レベルが基準電圧よりも低電位の負極性のパルスを供給し、
   前記第２電極選択回路は、期間Ｂに前記複数の第２電極の中から２つの第２電極を順次選択し、当該選択された２つの第２電極の一方に電圧レベルが基準電圧よりも高電位の正極性のパルスを、他方に電圧レベルが基準電圧よりも低電位の負極性のパルスを供給し、
   前記検出回路は、前記期間Ａに前記各第２電極と前記正極性のパルスが供給された前記第１電極との間の容量Ａと、前記各第２電極と前記負極性のパルスが供給された前記第１電極との間の容量Ｂとの間の容量差（Ａ−Ｂ）を検出し、前記期間Ｂに前記各第１電極と前記正極性のパルスが供給された前記第２電極との間の容量Ｃと、前記各第１電極と前記負極性のパルスが供給された前記第２電極との間の容量Ｄとの間の容量差（Ｃ−Ｄ）を検出し、
   前記座標位置演算回路は、前記選択された第１電極および前記容量差（Ａ−Ｂ）と、前記選択された第２電極および前記容量差（Ｃ−Ｄ）とに基づき前記観察者の前記タッチパネルへのタッチ位置を演算し、
   前記期間Ａに選択された２つの第１電極は、隣接する２つの前記第１電極であり、前記期間Ｂに選択された２つの第２電極は、隣接する２つの前記第２電極であることを特徴とするタッチパネル付き表示装置。
8. 前記第１電極選択回路は、前記期間Ｂに前記各第１電極に前記基準電圧を供給し、
   前記第２電極選択回路は、前記期間Ａに前記各第２電極に前記基準電圧を供給することを特徴とする請求項７に記載のタッチパネル付き表示装置。
9. 前記検出回路は、積分回路を有し、
   前記積分回路は、前記期間Ａに前記容量Ａを流れる電流と前記容量Ｂを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ａ−Ｂ）に比例する電圧を出力し、前記期間Ｂに前記容量Ｃを流れる電流と、前記容量Ｄを流れる電流の電流差を積分し、前記容量差（Ｃ−Ｄ）に比例する電圧を出力することを特徴とする請求項７または請求項８に記載のタッチパネル付き表示装置。
10. 前記検出回路は、積分回路の後段に接続されるＡ／Ｄ変換回路を有することを特徴とする請求項２ないし請求項４、請求項６、請求項９のいずれか１項に記載のタッチパネル付き表示装置。
11. 前記各第１電極は、隣接する前記２つの第２電極の間に幅広の電極パターンを有し、
    前記各第２電極は、隣接する前記２つの第１電極の間に幅広の電極パターンを有することを特徴とする請求項１ないし請求項１０のいずれか１項に記載のタッチパネル付き表示装置。
12. 前記表示装置は、ＩＰＳ型の液晶表示装置であることを特徴とする請求項１ないし請求項１１のいずれか１項に記載のタッチパネル付き表示装置。

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