タッチセンサおよびその駆動方法、タッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器
【課題】シンプルな構成により省スペースを実現できるタッチセンサを得る。
【解決手段】相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第１の電極（電極２１）および第２の電極（電極２２）と、容量素子Ｃstrと、第１および第２の電極のうちの少なくとも第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して第２の電極と容量素子との間の接続状態を制御する駆動制御部（制御信号生成部５）と、容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する検出部（検出部３およびタッチ判定部４）とを備える。
【解決手段】相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第１の電極（電極２１）および第２の電極（電極２２）と、容量素子Ｃstrと、第１および第２の電極のうちの少なくとも第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して第２の電極と容量素子との間の接続状態を制御する駆動制御部（制御信号生成部５）と、容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する検出部（検出部３およびタッチ判定部４）とを備える。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部近接物体を検出するタッチセンサに係り、特に静電容量の変化により外部近接物体の検出が可能なタッチセンサおよびその駆動方法、タッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、指等の接触を検出するタッチセンサを表示画面もしくはその周辺部に配置した表示装置が注目されている。このようなタッチセンサを有する表示装置は、キーボードやマウス、キーパッドのような入力装置を必要としないため、コンピュータのほか、携帯電話のような携帯情報端末などでも、使用が拡大する傾向にある。
【０００３】
このようなタッチセンサには、例えば、液晶表示部などの表示画面上にタッチセンサを搭載して表示装置を構成し、その表示画面に各種のボタン画像などを表示させることにより情報入力を可能としたものがある（例えば、特許文献１など）。また、例えば、機能を示す記号などを表面に印刷したタッチセンサを液晶表示部などの表示画面の周辺部（額縁領域）に搭載することにより表示装置を構成し、タッチに基づいて表示画面に情報を表示するものや、あるいは、表示画面に表示された情報に基づいて情報を入力するものがある（例えば、非特許文献１など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４８５３６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｘｍｉｎｉ製品紹介、[online]、ソニー・エリクソン・モバイルコミュニケーションズ株式会社、［平成２１年１１月１日検索］、インターネット＜URL：http://www.sonyericsson.co.jp/product/au/xmini/function/usability.html ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、携帯情報端末においては、持ち運びのしやすさや使いやすさの観点から、機器の小型化が望まれており、上述したタッチセンサを有する表示装置においても、表示部の小型化に加え、タッチセンサをいかに省スペースで実現できるかが課題となっている。
【０００７】
タッチセンサは、一般に、外部近接物体に対する検出感度が低いため、検出された信号をアンプなどの回路を用いて増幅した後に、外部近接物体の有無を判定する。つまり、このような構成のタッチセンサでは、回路が複雑になるため規模が大きくなり、その結果、省スペースを実現しにくくなる。
【０００８】
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、外部近接物体に対する検出感度が高く、シンプルな回路構成を有し、省スペースを実現可能なタッチセンサおよびその駆動方法、タッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のタッチセンサは、第１の電極と、第２の電極と、容量素子と、駆動制御部と、検出部とを備えている。第１の電極と第２の電極との間には静電容量が形成されている。駆動制御部は、第１および第２の電極のうちの少なくとも第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して、第２の電極と容量素子との間の接続状態を制御する。検出部は、容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する。
【００１０】
本発明のタッチセンサの駆動方法は、相互間に電極間静電容量が形成される第１および第２の電極のうちの少なくとも第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して第２の電極と容量素子との間の接続状態を制御し、容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出するものである。
【００１１】
本発明のタッチセンサ付き表示装置は、画像表示部とタッチセンサ部とが一体に形成されてなる表示パネルを備えている。画像表示部は、複数の表示素子を含み、画像信号に基づく画像表示を行う。タッチセンサ部は、上記本発明のタッチセンサを有し、画像表示部の有効表示領域の外側の額縁領域に配置されている。表示パネルは、例えば、この額縁領域に、他の表示部を有していても良い。この場合、他の表示部は、画像表示部の表示素子と同一構造の表示素子を含むことが望ましい。
【００１２】
本発明の電子機器は、上記本発明の撮像機能付き表示装置を備えたものであり、例えば、テレビジョン装置、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、ビデオカメラあるいは携帯電話等の携帯端末装置などが該当する。
【００１３】
本発明のタッチセンサおよびその駆動方法、タッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器では、駆動制御部が第１の電極を駆動すると、第２の電極の電圧が、第１および第２の電極の間の電極間静電容量のカップリングにより、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づき変化する。このとき、外部近接物体が存在すると、この電極間静電容量が変化するため、第２の電極の電圧は外部近接物体の存在の有無に対応したものとなる。この第２の電極を容量素子と接続すると、第２の電極と容量素子との間で電荷が移動する。このように、第１および第２の電極のそれぞれと接地との間に形成される接地容量と、電極間静電容量と、容量素子との間で電荷を相互に移動させることにより、容量素子の電圧が変化する。この容量素子の電圧は、外部近接物体の存在の有無に対応したものであり、この電圧に基づいて外部近接物体が検出される。
【００１４】
駆動制御部が第１および第２の電極を駆動する具体例としては、例えば、以下の２つの方法を用いることができる。
【００１５】
第１の方法は、第１の電極を駆動電極として駆動する一方、第２の電極を検出電極として利用する方法である。この方法では、駆動制御部は、例えば、以下の２つの動作を行うように制御する。第１の動作は、第１および第２の電極の両方の電圧レベルを初期化すると共に、第２の電極と容量素子との間を非接続状態にするものである。第２の動作は、第１の電極に駆動電圧を印加すると共に、第２の電極と容量素子との間を接続するものである。
【００１６】
この方法では、例えば、これらの第１の動作と第２の動作とを繰り返すように制御しても良い。この場合、検出部は、外部近接物体の存在の有無によって容量素子の電圧の変化速度が異なることを利用して、外部近接物体を検出することができる。その際、検出部は、例えば、容量素子の電圧が所定のしきい値に達するまでの時間に基づいて外部近接物体を検出するものでも良い。もしくは、検出部は、第１および第２の動作を所定回数繰り返した時点における容量素子の電圧レベルに基づいて外部近接物体を検出するものでもよい。
【００１７】
第２の方法は、第１および第２の電極の両方を駆動電極として駆動すると共に、第２の電極を検出電極として利用する方法である。この方法では、駆動制御部は、例えば、初期化動作と駆動動作とを行うように制御する。初期化動作は、第１および第２の電極の両方の電圧レベルを初期化すると共に、第２の電極と容量素子との間を非接続状態にするものである。駆動動作は、この初期化動作に続いて行うものであり、第１および第２の電極のいずれか一方に第１の駆動電圧を印加する動作と他方に第２の駆動電圧を印加する動作とを交互に行うとともに、第１の電極に第１および第２の駆動電圧を印加する最後の動作において、第２の電極と容量素子との間を接続するものである。
【００１８】
この方法の具体例としては、例えば、以下の４つの動作をこの順で繰り返すものがある。第１の動作は初期化動作である。第２の動作は、第２の電極と容量素子の間を非接続状態にしたまま、第１の電極に第１の駆動電圧を印加するものである。第３の動作は、第２の電極と容量素子との間を非接続状態にしたまま、第２の電極に第２の駆動電圧を印加するものである。第４の動作は、第１の電極に第１の駆動電圧を印加すると共に、第２の電極と容量素子との間を接続するものである。この場合も、検出部は、外部近接物体の存在の有無によって容量素子の電圧の変化速度が異なることを利用して、外部近接物体を検出することができる。
【００１９】
検出部は、例えば、第１のスイッチング素子と、他の容量素子と、反転回路と、第２のスイッチング素子を有するコンパレータ回路を含んでもよい。第１のスイッチング素子は、コンパレータ回路の入力端子と参照電圧端子との間に配置され、オンオフ制御されるものである。他の容量素子は、一方の端子がコンパレータ回路の入力端子に接続されている。反転回路は、その入力が他の容量素子の他方の端子と接続され、その出力がコンパレータ回路の出力端子に接続されている。第２のスイッチング素子は、反転回路の入出力間に配置され、オンオフ制御されるものである。このコンパレータ回路は、まず、第１および第２のスイッチング素子の双方をオン状態にして、参照電圧端子に印加された参照電圧を参照電圧レベルとして設定する。その後、第１および第２のスイッチング素子の双方をオフ状態にして、コンパレータの入力端子に印加された入力電圧をこの設定された参照電圧レベルと比較し、その結果を出力端子から出力するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のタッチセンサ、その駆動方法、およびタッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器によれば、相互間に静電容量が形成された２つの電極を用いて、シンプルな構成でタッチセンサを構成したので、外部近接物体に対する高い検出感度と、省スペースを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るタッチセンサ付き表示装置の一構成例を表す平面図である。
【図２】図１に示したセンサ部の電極の一構成例および形成される静電容量を説明するための断面図である。
【図３】タッチセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図４】図３に示したタッチセンサにおいて、外部近接物体が無い状態における一動作例を表すタイミング波形図である。
【図５】図３に示したセンサ部および検出部において、自己オフセット補正期間の状態について説明するためのブロック図である。
【図６】図３に示したコンパレータ回路の動作原理を説明するための特性図である。
【図７】図３に示したセンサ部および検出部において、タッチ検出期間の状態について説明するためのブロック図である。
【図８】図３に示したタッチセンサにおいて、外部近接物体がある状態における一動作例を表すタイミング波形図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の変形例に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の他の変形例に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図１１】図１０に示したタッチセンサの一動作例を表すタイミング波形図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態のさらに他の変形例に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図１４】図１３に示したタッチセンサにおいて、外部近接物体が無い状態における一動作例を表すタイミング波形図である。
【図１５】図１３に示したセンサ部の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図１６】図１３に示したセンサ部において、タッチ検出期間の状態について説明するためのブロック図である。
【図１７】図１３に示したタッチセンサにおいて、外部近接物体がある状態における一動作例を表すタイミング波形図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態の変形例に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図１９】図１８に示したセンサ部の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図２０】実施の形態を応用したタッチセンサのうち、応用例１の外観構成を表す平面図である。
【図２１】応用例２の外観構成を表す平面図および構成図である。
【図２２】応用例３の外観構成を表す平面図および構成図である。
【図２３】応用例４の外観構成を表す平面図および構成図である。
【図２４】実施の形態を適用したタッチセンサ付き表示装置のうち、適用例１の外観構成を表す斜視図である。
【図２５】適用例２の外観構成を表す斜視図である。
【図２６】適用例３の外観構成を表す斜視図である。
【図２７】適用例４の外観構成を表す斜視図である。
【図２８】適用例５の外観構成を表す正面図、側面図、上面図および下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．具体的な応用例
４．電子機器への適用例
【００２３】
＜１．第１の実施の形態＞
［構成例］
（全体構成例）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るタッチセンサ付き表示装置の一構成例を表すものである。なお、本発明の実施の形態に係るタッチセンサの駆動方法は、本実施の形態により具現化されるので、併せて説明する。タッチセンサ付き表示装置１は、表示素子として液晶素子を用いた表示パネルの有効表示領域の外側に、タッチセンサを配置するとともに、そのタッチセンサのタッチ検出領域およびその周辺部に、有効表示領域とは別の表示領域を設けたものである。このタッチセンサ付き表示装置１は、アレイ基板１１と、カラーフィルタ基板１２と、センサ表示部１４と、センサ部２とを備えている。
【００２４】
アレイ基板１１は、透明基板上に液晶素子を駆動するためのＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）や透明な画素電極などを形成してなる基板である。カラーフィルタ基板１２は、透明基板上にカラーフィルタや透明な共通電極などを形成してなる基板である。アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２との間には、図示しない液晶層が設けられている。アレイ基板１１上にはＣＯＧ（Chip On Glass）１５が配置されている。このＣＯＧ１５は、画素電極、共通電極やＴＦＴなどを駆動するための回路をチップ化したものである。さらに、ＣＯＧ１５には、このほか、後述するように、タッチセンサ用の回路も搭載されている。アレイ基板１１には、端子部１６が設けられている。この端子部１６は、画像を表示するための信号やタッチセンサ用の信号を、外部とやりとりするためのものである。
【００２５】
アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２には、任意の画像を表示するための領域である、有効表示領域１３が設けられている。有効表示領域１３では、端子部１６を介して外部より供給された、画像を表示するための信号に基づいて、画素電極、共通電極やＴＦＴを駆動して液晶層が変調されることにより、表示が行われる。
【００２６】
センサ部２は、有効表示領域１３の外側に配置され、センサ部２およびその近隣領域（タッチ検出領域）における外部近接物体を検出するものである。センサ部２は、後述するように２つの電極２１，２２を有しており、外部近接物体の有無に対応してこれらの電極に係る静電容量が変化することを利用して、外部近接物体を検出するように機能するものである。
【００２７】
図２は、センサ部２の電極の一構成例を、形成される電気力線および静電容量とともに断面図を用いて表すものであり、（Ａ）は外部近接物体が無い状態を示し、（Ｂ）は外部近接物体が有る状態を示す。センサ部２は電極２１，２２を有する。この電極２１，２２は、この例では、アレイ基板１１上に、互いに離間して配置されるものであり、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電膜によりそれぞれ構成される。なお、電極２１，２２は、この例のように、アレイ基板上に形成されるのが望ましいが、カラーフィルタ基板上に形成されていてもよい。また、この図では、説明の便宜上、電極２１の電圧（電極電圧Ｖel1）が、電極２２の電圧（電極電圧Ｖel2）よりも高く設定されている。
【００２８】
外部近接物体が無い状態では、図２（Ａ）に示したように、電極２１から電極２２に向かう電気力線が発生し、これに対応して、電極２１と電極２２との間に静電容量Ｃmaが形成されている。また、電極２１と接地との間には静電容量Ｃp1が形成され、電極２２と接地との間には静電容量Ｃp2が形成されている。これらの静電容量Ｃp1，Ｃp2は、電極２１または２２と、近隣に配置されている配線などとの間の寄生容量である。
【００２９】
一方、外部近接物体（ここでは指）が有る状態では、図２（Ｂ）に示したように、電極２１から電極２２に向かう電気力線が発生するものの、その一部はこの外部近接物体により遮断されるようになる。これに対応して、電極２１と電極２２との間の静電容量Ｃmbは、外部近接物体が無い状態における静電容量Ｃmaと比べて、小さくなる。一方、電極２１，２２と外部近接物体との間にはそれぞれ電気力線が発生し、電極２１と接地との間に、その外部近接物体を介して静電容量Ｃf1が新たに形成され、電極２２と接地との間に、その外部近接物体を介して静電容量Ｃf2が新たに形成される。よって、電極２１と接地との間の静電容量はＣp1＋Ｃf1になり、電極２２と接地との間の静電容量はＣp2＋Ｃf2になる。つまり、外部近接物体が有る状態における、電極２１と接地との間の静電容量および電極２２と接地との間の静電容量は、外部近接物体が無い状態に比べて大きくなる。
【００３０】
センサ部２の近くには、図１に示したように、アレイ基板１１上に、検出部３が配置されている。上述したセンサ部２における静電容量の変化は、この検出部３において検出される。
【００３１】
センサ表示部１４は、センサ部２およびその周辺部に表示を行うためのものであり、有効表示領域１３と同一の構造をもつ表示素子（この例では液晶素子）を有している。センサ表示部１４では、有効表示領域１３と同様に、端子部１６を介して外部より供給された、画像を表示するための信号に基づいて、表示が行われる。このセンサ表示部１４とセンサ部２により、タッチセンサ付き表示部１７が構成される。
【００３２】
なお、アレイ基板１１の下には、図示しないバックライトが配置され、アレイ基板１１に向かって光を射出する。この光が液晶層により変調されることによって、有効表示領域１３やセンサ表示部１４に画像が表示され、タッチセンサ付き表示装置１は液晶表示装置として機能することとなる。
【００３３】
（タッチセンサの回路構成例）
次に、タッチセンサ付き表示装置１のタッチセンサ機能に着目し、その回路構成の一例を説明する。
【００３４】
図３は、タッチセンサの回路構成例を表すものである。タッチセンサ１０は、上述したセンサ部２および検出部３のほか、タッチ判定部４と、制御信号生成部５と、タイミング制御回路６とを備えている。
【００３５】
センサ部２は、上述した電極２１，２２のほか、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を有している。なお、図３では、電極２１と電極２２との間の静電容量（電極間静電容量）は、外部近接物体が無いときの静電容量Ｃma（図２（Ａ））と外部近接物体が有るときの静電容量Ｃmb（図２（Ｂ））の総称として、静電容量Ｃｍで示している。また、電極２１，２２と接地との間の静電容量（接地容量）は、外部近接物体が無いときの静電容量Ｃp1，Ｃp2（図２（Ａ））と外部近接物体が有るときの静電容量Ｃp1＋Ｃf1，Ｃp2＋Ｃf2（図２（Ｂ））の総称として、静電容量Ｃg1，Ｃg2でそれぞれ示している。
【００３６】
スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ３は、電極２１，２２に電圧を時分割的に印加するものである。スイッチング素子ＳＷ１は、接地（ＧＮＤ）と電極２１との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣによりオンオフ制御が行われ、電極２１に０Ｖを時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ２は、電圧ＶＤＤと電極２１との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣＢによりオンオフ制御が行われ、電極２１に電圧ＶＤＤを時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ３は、接地（ＧＮＤ）と電極２２との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣによりオンオフ制御が行われ、電極２２に０Ｖを時分割的に印加する。ＳＷ制御信号ＳＣ，ＳＣＢは、後述するように、制御信号生成部５により供給される論理信号であり、ＳＷ制御信号ＳＣＢはＳＷ制御信号ＳＣを反転したものである。これにより、電極２１，２２のうちの少なくともどちらか一方に、電圧ＶＤＤもしくは０Ｖを時分割的に印加するようになっている。なお、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ３はそれぞれ、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成される。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３としては、例えばｎチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型のＴＦＴが使用可能であり、スイッチング素子ＳＷ２としては、例えばｐチャネルＭＯＳ型のＴＦＴが使用可能である。
【００３７】
スイッチング素子ＳＷ４は、後述するように、あらかじめ定められたタイミングで、センサ部２と検出部３とを接続することにより、タッチ検出領域における外部近接物体の有無に関する情報を検出部３に伝える機能を有する。スイッチング素子ＳＷ４は、電極２２と検出部３の容量素子Ｃstr（後述）との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣＢによりオンオフ制御が行われる。これにより、センサ部２の静電容量Ｃｍ，Ｃg2と、検出部３の容量素子Ｃstrとの間では、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、スイッチング素子ＳＷ４がオン状態になるたびに電荷のやりとりが行われる。なお、スイッチング素子ＳＷ４は、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成されるものであり、例えばアナログスイッチ（伝送ゲート）が使用可能である。
【００３８】
検出部３は、センサ部２から供給される電荷を蓄積し、その蓄積量がある一定量を超えたときに信号を検出信号Ｖdetとして出力する回路であり、図１に示したように、センサ部２の近くのアレイ基板１１上に配置される。検出部３は、容量素子Ｃstrと、コンパレータ回路３０とを有している。
【００３９】
容量素子Ｃstrは、スイッチング素子ＳＷ４がオン状態になるたびに、センサ部２と電荷のやりとりを行い、その電荷を蓄積するものである。この容量素子Ｃstrには、並列にスイッチング素子ＳＷ５が接続されている。スイッチング素子ＳＷ５は、ＳＷ制御信号ＳＡによりオンオフ制御される。ＳＷ制御信号ＳＡは、制御信号生成部５（後述）により供給される論理信号であり、容量素子Ｃstrを放電させるために使用される。具体的には、後述するように、容量素子Ｃstrへの電荷の蓄積に先立ち、ＳＷ制御信号ＳＡによりスイッチング素子ＳＷ５がオン状態になり、容量素子Ｃstrに蓄積された電荷が放電されるようになっている。スイッチング素子ＳＷ５は、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成されるものであり、例えばｎチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型のＴＦＴが使用可能である。なお、ＳＷ制御信号ＳＡは、後述するコンパレータ回路３０のオフセット調整機能にも使用される。
【００４０】
容量素子Ｃstrとコンパレータ回路３０の間には、スイッチング素子ＳＷ８が挿入されており、ＳＷ制御信号ＳＢによりオンオフ制御が行われる。ＳＷ制御信号ＳＢは、制御信号生成部５（後述）により供給される論理信号である。スイッチング素子ＳＷ８は、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成されるものであり、例えばアナログスイッチ（伝送ゲート）が使用可能である。
【００４１】
コンパレータ回路３０は、スイッチング素子ＳＷ８を介して、容量素子Ｃstrに蓄積された電荷を蓄積電圧Ｖstrとしてモニタし、その電圧レベルとあらかじめ定められたリファレンス電圧Ｖrefとを比較して、その比較結果を出力する回路である。このコンパレータ回路３０は、インバータ回路３１，３２と、容量素子Ｃcompと、スイッチング素子ＳＷ６，ＳＷ７とを有している。スイッチング素子ＳＷ６は、リファレンス電圧Ｖrefをコンパレータ回路３０の入力に供給するスイッチであり、ＳＷ制御信号ＳＡによりオンオフ制御が行われる。容量素子Ｃcompは、コンパレータ回路３０の入力とインバータ回路３１の入力との間に挿入される。インバータ回路３１は、入力された信号を反転し出力する回路である。スイッチング素子ＳＷ７は、インバータ回路３１の入出力間に挿入され、ＳＷ制御信号ＳＡによりオンオフ制御が行われる。インバータ回路３２は、インバータ回路３１から供給される信号を反転し、コンパレータ回路３０の出力信号として出力する回路である。この構成により、コンパレータ回路３０は、詳細は後述するが、スイッチング素子ＳＷ６，ＳＷ７がオン状態になったときに、リファレンス電圧Ｖrefをコンパレータ回路３０のしきい値電圧Ｖthcに設定（自己オフセット調整）し、スイッチング素子ＳＷ６，ＳＷ７がオフ状態になったときに、コンパレータ回路３０の入力（コンパレータ入力電圧Ｖcomp）とこのしきい値電圧Ｖthcとを比較するように機能する。なお、スイッチング素子ＳＷ６，ＳＷ７、およびインバータ回路３１，３２は、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成される。スイッチング素子ＳＷ６，７としては、例えばアナログスイッチ（伝送ゲート）が使用可能であり、インバータ回路３１，３２としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）インバータ回路が使用可能である。
【００４２】
タッチ判定部４は、検出部３から供給される検出信号Ｖdetに基づいて、検出部３の容量素子Ｃstrへの電荷の蓄積が開始された後、その容量素子Ｃstrの電荷の蓄積量がある一定量に到達するまでの時間（蓄積時間ｔstr）を検出することにより、外部近接物体の有無を検出するものである。このタッチ判定部４は、時間計測回路４１と、判定回路４２と、メモリ４３とを有している。
【００４３】
時間計測回路４１は、検出部３から供給される検出信号Ｖdetに基づいて、蓄積時間ｔstrを検出する回路である。この蓄積時間ｔstrの計測は、例えば、内部で生成されるクロック信号や、もしくは、外部から供給されるクロック信号（図示せず）のパルス数を数える方法などが使用可能である。
【００４４】
判定回路４２は、時間計測回路４１で検出された蓄積時間ｔstrと、あらかじめ定められたリファレンス時間ｔrefとを比較することにより、外部近接物体の有無を検出する回路である。リファレンス時間ｔrefとしては、例えば、外部近接物体が有るときと無いときとにおける蓄積時間ｔstrをあらかじめ測定しておき、これらの２条件での蓄積時間ｔstrの中間値を用いることができる。この動作原理は、後述するように、蓄積時間ｔstrが外部近接物体の有無により変化することを利用したものである。
【００４５】
メモリ４３は、判定回路４２における外部近接物体の有無に関する判定結果を保持し、タッチ判定出力Ｖoutとして出力するものである。そして、メモリ内の判定結果は、判定回路４２が判定するたびに更新されることとなる。
【００４６】
制御信号生成部５は、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＣＢを生成し、センサ部２および検出部３に供給するものである。この制御信号生成部５は、制御信号生成回路５０と、インバータ回路５１とを有している。制御信号生成回路５０は、後述するタイミング制御回路６から供給される制御信号に基づいて、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣを生成するとともに、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢを検出部３に供給し、ＳＷ制御信号ＳＣをセンサ部２に供給するようになっている。インバータ回路５１は、制御信号生成回路５０が生成したＳＷ制御信号ＳＣを反転し、ＳＷ制御信号ＳＣＢとして出力するとともに、センサ部２に供給するものである。
【００４７】
タイミング制御回路６は、タッチ判定部４、および制御信号生成部５に、動作タイミングを指示する制御信号を生成し供給する回路である。
【００４８】
なお、タッチ判定部４、制御信号生成部５およびタイミング制御回路６は、図１において、ＣＯＧ１５に搭載される。もしくは、これに代えて、アレイ基板１１上に、ＴＦＴにより形成されてもよい。
【００４９】
ここで、電極２１は、本発明における「第１の電極」の一具体例に対応し、電極２２は、本発明における「第２の電極」の一具体例に対応する。容量素子Ｃstrは、本発明における「容量素子」の一具体例に対応する。制御信号生成部５およびスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、本発明における「駆動制御部」の一具体例に対応する。検出部３およびタッチ判定部４は、本発明における「検出部」の一具体例に対応する。センサ表示部１４は、本発明における「他の表示部」の一具体例に対応する。
【００５０】
また、スイッチング素子ＳＷ６は、本発明における「第１のスイッチング素子」の一具体例に対応し、スイッチング素子ＳＷ７は、本発明における「第２のスイッチング素子」の一具体例に対応する。容量素子Ｃcompは、本発明における「他の容量素子」の一具体例に対応する。インバータ回路３１は、本発明における「反転回路」の一具体例に対応する。
【００５１】
［動作および作用］
続いて、本実施の形態のタッチセンサ付き表示装置１の動作および作用について説明する。
【００５２】
（全体動作概要）
アレイ基板１１の下にあるバックライトから射出された光は、アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２の間の液晶層に入射される。ＣＯＧ１５は、アレイ基板１１の画素電極やＴＦＴ、カラーフィルタ基板１２の共通電極を駆動し、液晶層を変調する。入射された光の強度は、この液晶層により変調される。これにより、有効表示領域１３やセンサ表示部１４に画像が表示される。
【００５３】
センサ部２は、制御信号生成部５により供給されるＳＷ制御信号ＳＣ，ＳＣＢに基づいて、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理により、検出部３の容量素子Ｃstrとの間で、電荷のやり取りを行い、容量素子Ｃstrに電荷を蓄積する。検出部３のコンパレータ回路３０は、容量素子Ｃstrに蓄積された電荷を蓄積電圧Ｖstrとしてモニタし、その電圧レベルとリファレンス電圧Ｖrefとを比較し、その比較結果を検出信号Ｖdetとして出力する。タッチ判定部４の時間計測回路４１は、検出信号Ｖdetに基づいて、蓄積時間ｔstrを検出する。判定回路４２は、蓄積時間ｔstrと、あらかじめ定められたリファレンス時間ｔrefとを比較することにより、外部近接物体の有無を判定する。そしてメモリ４３は、その判定結果を保持する。
【００５４】
（外部近接物体が無いときのタッチセンサ１０の動作）
最初に、タッチセンサ１０のタッチ検出領域に外部近接物体が無いときにおける動作例を説明する。
【００５５】
図４は、本実施の形態に係るタッチセンサ１０のタイミング図であり、外部近接物体が無いときの例を表すものである。図４において、（Ａ）はＳＷ制御信号ＳＡの電圧波形を示し、（Ｂ）はＳＷ制御信号ＳＢの電圧波形を示し、（Ｃ）はＳＷ制御信号ＳＣの電圧波形を示し、（Ｄ）はＳＷ制御信号ＳＣＢの電圧波形を示す。図４（Ａ）〜（Ｄ）は、論理信号であるＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＣＢの電圧レベルが、低レベルと高レベルとの間で周期的に変化している様子を示している。なお、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＣＢにより制御されるスイッチング素子ＳＷ１〜８は、説明の便宜上、この論理信号の電圧レベルが高レベルの時にそれぞれオン状態となり、低レベルの時にそれぞれオフ状態になるものとする。また、図４において、（Ｅ）は電極２１の電極電圧Ｖel1の波形を示し、（Ｆ）は電極２２の電極電圧Ｖel2の波形を示し、（Ｇ）は蓄積電圧Ｖstrの波形を示し、（Ｈ）はコンパレータ入力電圧Ｖcompの波形を示し、（Ｉ）は検出信号Ｖdetの波形を示す。
【００５６】
タッチセンサ１０は、まず、自己オフセット補正期間Ｔ０において、コンパレータ回路３０の自己オフセット補正を行うとともに、容量素子Ｃstrを放電する。そして、タッチ検出期間Ｔ１において、センサ部２がスイッチト・キャパシタの動作を行うことにより、容量素子Ｃstrに電荷を蓄積する。その蓄積電荷があらかじめ定められた一定量に到達したときに、検出信号Ｖdetが変化する。タッチ判定部４は、この検出信号Ｖdetに基づいて、蓄積時間ｔstrを検出することにより、外部近接物体の有無を検出する。その後、終了期間Ｔ２を経て、自己オフセット補正期間Ｔ０へ戻る。タッチセンサ１０は、この期間Ｔ０〜Ｔ２によるサイクルを繰り返すことにより、外部近接物体の有無を継続的に検出する。
【００５７】
（自己オフセット補正期間Ｔ０）
最初に、検出部３は、コンパレータ回路３０の自己オフセット補正を行うとともに、容量素子Ｃstrを放電する。具体的には、ＳＷ制御信号ＳＢの電圧が低レベルになっている期間において、制御信号生成部５が、ＳＷ制御信号ＳＡの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図４（Ａ））。これにより、スイッチング素子ＳＷ５がオン状態になり、容量素子Ｃstrが放電され、蓄積電圧Ｖstrが０Ｖになる（図４（Ｇ））。また、スイッチング素子ＳＷ６，７がオン状態になり、コンパレータ回路３０のしきい値電圧Ｖthcが補正される。
【００５８】
次に、コンパレータ回路３０のしきい値電圧Ｖthcの補正について説明する。
【００５９】
図５は、自己オフセット補正期間Ｔ０における、センサ部２と検出部３の状態を表すものである。スイッチング素子ＳＷ６がオン状態になっており、リファレンス電圧Ｖrefがコンパレータ回路３０の入力（図５における容量素子Ｃcompの左側の端子）に印加される。一方、スイッチング素子ＳＷ７もオン状態になっており、これによりインバータ回路３１には負帰還パスが形成されている。
【００６０】
図６（Ａ）は、インバータ回路３１単体の入出力特性例を表すものである。横軸はインバータ回路３１の入力電圧Ｖｉを示し、縦軸はインバータ回路３１の出力電圧Ｖｏを示す。特性Ｗ１は、インバータ回路３１単体における入出力特性の例であり、インバータ回路３１のしきい値電圧Ｖthiを境目として出力電圧Ｖｏが反転する様子を示している。スイッチング素子ＳＷ７がオン状態になったとき、負帰還により、入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏは等しくなる（Ｖｉ＝Ｖｏ）。このとき、インバータ回路３１は、インバータ回路３１単体の入出力特性Ｗ１と、負帰還の関係式Ｖｉ＝Ｖｏを示す特性Ｗ２とが両立する（交差する）、点Ｐ１をその動作点とするように動作する。つまり、インバータ回路３１の入力（図５における容量素子Ｃcompの右側の端子）の電圧Ｖｉは、インバータ回路３１のしきい値電圧Ｖthiと等しくなる。
【００６１】
このようにして、自己オフセット補正期間Ｔ０では、容量素子Ｃcompの両端には、リファレンス電圧Ｖrefと、インバータ回路３１のしきい値電圧Ｖthiが印加されることとなる。この容量素子Ｃcompの両端の電位差ΔＶcomp＝Ｖref−Ｖthiは、自己オフセット補正期間Ｔ０に続くタッチ検出期間Ｔ１では、後述するように、スイッチング素子ＳＷ７がオフ状態になることに起因して、維持されることとなる。つまり、容量素子Ｃcompは、コンパレータ回路３０の入力電圧である蓄積電圧Ｖstrを、電位差ΔＶcompの分だけレベルシフトして、インバータ回路３１の入力に供給するように機能する。
【００６２】
図６（Ｂ）は、タッチ検出期間Ｔ１におけるコンパレータ回路３０の入出力特性例を表すものである。横軸はコンパレータ回路３０の入力電圧Ｖcompを示し、縦軸はコンパレータ回路３０の出力電圧である検出信号Ｖdetの電圧を示す。コンパレータ回路３０の入出力特性（特性Ｗ３）は、リファレンス電圧Ｖrefを境目として、検出信号Ｖdetが変化する様子を示している。この特性が実現されるのは、以下の理由による。すなわち、例えば、コンパレータ回路３０の入力電圧Ｖcompが、リファレンス電圧Ｖrefと同じ電圧である場合、上述した容量素子Ｃcompによるレベルシフトにより、インバータ回路３１の入力電圧ＶｉにはＶthi（＝Ｖref−ΔＶcomp）が供給される。インバータ回路３１は、この電圧を境目として反転し（図６（Ａ））、インバータ回路３１の後段のインバータ回路３２も、これに対応して反転する。よって、コンパレータ回路３０の入出力特性は、図６（Ｂ）に示したように、リファレンス電圧Ｖrefを境目として、その出力電圧である検出信号Ｖdetの電圧が変化することとなる。このことは、リファレンス電圧Ｖrefがコンパレータ回路３０のしきい値電圧Ｖthcに設定される（自己オフセット調整）ことを意味している。
【００６３】
このように、コンパレータ回路３０の自己オフセット補正と、容量素子Ｃstrの放電とが終了した後、制御信号生成部５は、ＳＷ制御信号ＳＡの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図４（Ａ））。以上で、自己オフセット補正期間Ｔ０が終了する。なお、この自己オフセット補正期間Ｔ０の動作は、外部近接物体の有無に影響されずに、同じように行われる。
【００６４】
（タッチ検出期間Ｔ１）
次に、センサ部２は、スイッチト・キャパシタの動作を行うことにより、容量素子Ｃstrへの電荷の蓄積を開始する。具体的には、まず、ＳＷ制御信号ＳＡの電圧が低レベルになっている期間において、制御信号生成部５が、ＳＷ制御信号ＳＢの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図４（Ｂ））。これによりスイッチング素子ＳＷ８がオン状態となり、容量素子Ｃstrの蓄積電荷に対応する電圧が、蓄積電圧Ｖstrとしてコンパレータ回路３０の入力に供給されるようになる。つまり、蓄積電圧Ｖstrはタッチ検出期間Ｔ１の開始とともに０Ｖとなる（図４（Ｇ））。さらに、コンパレータ回路３０は、入力された蓄積電圧Ｖstrがリファレンス電圧Ｖrefに比べて低いため、低レベル（０Ｖ）を出力する（図４（Ｉ））。一方、これらと同時に、制御信号生成部５は、ＳＷ制御信号ＳＣ，ＳＣＢの電圧を周期的に変化させ始める（図４（Ｃ），（Ｄ））。すなわち、タッチ検出期間Ｔ１の開始と同時に、まず、制御信号生成部５は、ＳＷ制御信号ＳＣを低レベルから高レベルに変化させるとともに（図４（Ｃ））、ＳＷ制御信号ＳＣＢを高レベルから低レベルに変化させ（図４（Ｄ））、その状態を一定時間維持する（第１の期間Ｔ１１）。その後、制御信号生成部５は、ＳＷ制御信号ＳＣを高レベルから低レベルに変化させるとともに（図４（Ｃ））、ＳＷ制御信号ＳＣＢを低レベルから高レベルに変化させ（図４（Ｄ））、その状態を一定時間維持する（第２の期間Ｔ１２）。制御信号生成部５は、タッチ検出時間Ｔ１の間、この第１の期間Ｔ１１と第２の期間Ｔ１２とを交互に繰り返すように、ＳＷ制御信号ＳＣ，ＳＣＢを生成し出力する。
【００６５】
図７は、タッチ検出期間Ｔ１における、センサ部２と検出部３の状態を表すものであり、（Ａ）は第１の期間Ｔ１１における状態を示し、（Ｂ）は第２の期間Ｔ１２における状態を示す。
【００６６】
第１の期間Ｔ１１では、図７（Ａ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３はオン状態になっており、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４はオフ状態になっている。これにより、電極２１，２２には、ともに０Ｖが印加（初期化）される（図４（Ｅ），（Ｆ））。
【００６７】
第２の期間Ｔ１２では、図７（Ｂ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４はオン状態になっており、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３はオフ状態になっている。これにより、電極２１には電圧ＶＤＤが印加される（図４（Ｅ））。このとき、静電容量Ｃｍ，Ｃg2の電荷の一部が、スイッチング素子ＳＷ４を介して、過渡的な蓄積電流Ｉstrとして容量素子Ｃstrに流れ込む。そして、蓄積電圧Ｖstrは、過渡的な蓄積電流Ｉstrとして流れ込んだ電荷の分だけ上昇する（図４（Ｇ））。
【００６８】
その後、この第１の期間Ｔ１１と第２の期間Ｔ１２とが交互に繰り返されることにより、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、第２の期間Ｔ１２において、スイッチング素子ＳＷ４がオン状態になるたびに、容量素子Ｃstrには電荷が蓄積され、それに伴い、蓄積電圧Ｖstrが上昇する（図４（Ｇ））。
【００６９】
そして、この蓄積電圧Ｖstr（コンパレータ入力電圧Ｖcomp）が、リファレンス電圧Ｖrefの電圧レベルを超えるようになると、コンパレータ回路３０が、これらの比較結果（検出信号Ｖdet）として高レベル電圧を出力する（図４（Ｉ））。つまり、検出信号Ｖdetは、容量素子Ｃstrへの電荷の蓄積が開始された後、容量素子Ｃstrの電荷の蓄積量がある一定量（Ｃstr×Ｖref）に到達するまでの時間（蓄積時間ｔstr）、低レベルを維持する。タッチ判定部４は、検出信号Ｖdetに基づいて、この蓄積時間ｔstrを検出し、これを利用して外部近接物体の有無を検出する。
【００７０】
（終了期間Ｔ２）
最後に、センサ部２がスイッチト・キャパシタの動作を終了するとともに、次のサイクルの準備を行う。具体的には、まず、制御信号生成部５が、ＳＷ制御信号ＳＣ，ＳＣＢの周期的な変化を停止させる（図４（Ｃ），（Ｄ））。そして、制御信号生成部５が、ＳＷ制御信号ＳＢの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図４（Ｂ））。これによりスイッチング素子ＳＷ８がオフ状態となり、容量素子Ｃstrとコンパレータ回路３０とが切り離される。
【００７１】
その後、所定の期間が経過したのち、タッチセンサ１０は、上述した自己オフセット補正期間Ｔ０へ移行する。そして、タッチセンサ１０は、この期間Ｔ０〜Ｔ２のサイクルを繰り返すように動作する。
【００７２】
（外部近接物体が有るときのタッチセンサ１０の動作）
次に、タッチセンサ１０のタッチ検出領域に外部近接物体が有るときにおける、タッチ検出期間Ｔ１の動作例を説明する。なお、自己オフセット補正期間Ｔ０と終了期間Ｔ２の動作については、外部近接物体の有無に依らず同じであるため、説明を省略する。
【００７３】
外部近接物体が有るときでも、センサ部２および検出部３は、外部近接物体が無いときと同様に、タッチ検出期間Ｔ１において、図７に示したように動作する。しかしながら、第２の期間Ｔ１２における、過渡的な蓄積電流Ｉstrは、外部近接物体の有無により異なる。
【００７４】
図２に示したように、タッチセンサ１０のタッチ検出領域での外部近接物体の有無により、静電容量Ｃｍ，Ｃg1，Ｃg2は変化する。すなわち、静電容量Ｃｍに関しては、外部近接物体が有るときの値（静電容量Ｃmb）は、外部近接物体が無いときの値（静電容量Ｃma）よりも小さくなる。また、静電容量Ｃg1，Ｃg2に関しては、外部近接物体が有るときの値（Ｃp1＋Ｃf1，Ｃp2＋Ｃf2）は、外部近接物体が無いときの値（Ｃp1，Ｃp2）よりも大きくなる。これにより、外部近接物体が有るときの過渡的な蓄積電流Ｉstrは、外部近接物体が無いときに比べ小さくなる。
【００７５】
図８は、本実施の形態に係るタッチセンサ１０のタイミング図の一例であり、外部近接物体があるときの例を表すものである。図８において、（Ａ）はＳＷ制御信号ＳＡの電圧波形を示し、（Ｂ）はＳＷ制御信号ＳＢの電圧波形を示し、（Ｃ）はＳＷ制御信号ＳＣの電圧波形を示し、（Ｄ）はＳＷ制御信号ＳＣＢの電圧波形を示し、（Ｅ）は電極２１の電極電圧Ｖel1の波形を示し、（Ｆ）は電極２２の電極電圧Ｖel2の波形を示し、（Ｇ）は蓄積電圧Ｖstrの波形を示し、（Ｈ）はコンパレータ入力電圧Ｖcompの波形を示し、（Ｉ）は検出信号Ｖdetの波形を示す。
【００７６】
外部近接物体が有る場合、第２の期間Ｔ１２において、過渡的な蓄積電流Ｉstrが少なくなり、これが流れ込む容量素子Ｃstrにおける電荷の蓄積量も減少し、これに伴い、蓄積電圧Ｖstrの上昇量もまた減少する。このタッチ検出期間Ｔ１では、第１の期間Ｔ１１と第２の期間Ｔ１２とが交互に繰り返されることにより、第２の期間Ｔ１２のたびに、蓄積電圧Ｖstrが上昇するが、外部近接物体がある場合には、その蓄積電圧Ｖstrの変化速度が遅くなることとなる。これに起因して、外部近接物体がある場合は、蓄積時間ｔstrが長くなる（図８（Ｉ））。
【００７７】
以上に示したように、蓄積時間ｔstrは、外部近接物体の有無に応じて変化する。よって、タッチ判定部４の判定回路４２は、蓄積時間ｔstrと、あらかじめ定められたリファレンス時間ｔrefとを比較することにより、外部近接物体の有無を判定することができる。
【００７８】
［効果］
以上のように本実施の形態では、外部近接物体の有無を、２つの電極２１，２２の間の静電容量Ｃｍの変化を利用して検出するようにしたので、１つの電極の静電容量の変化を利用する場合に比べて、例えばアレイ基板１１上の配線など、周辺部の導電物質による影響を小さくすることができ、小型化や感度の向上を実現することができる。
【００７９】
また、本実施の形態では、センサ部２の近傍に検出部３を配置するようにしたので、センサ部２と検出部３との間の配線の寄生容量が減るとともに、クロストークによる雑音の混入も最小限にすることができる。その結果、感度の高い複雑なセンサ構造を用いることなく、また、アンプなどを設けることもなく、シンプルな構造のセンサ部２から供給される微小な信号に基づいて、外部近接物体の有無を検出することができ、小型化やコストの削減を実現することができる。
【００８０】
また、本実施の形態では、外部近接物体の検出方法として、スイッチト・キャパシタを用い、また、検出回路として、自己オフセット補正機能付きのコンパレータ回路３０を用いている。これにより、瞬間的なノイズや、ＴＦＴの製造プロセスに起因する素子ばらつきに対する耐性が強くなり、小型かつシンプルな回路構成を実現することができる。
【００８１】
また、本実施の形態では、以上のようにシンプルな構成のセンサ部と検出部とを用いてタッチセンサを構成したので、省スペース化を実現でき、これを用いてタッチセンサ付き表示装置を構成した場合には、額縁領域の狭いタッチセンサ付き表示装置を実現できる。
【００８２】
さらに、本実施の形態では、タッチセンサ付き表示装置を構成した場合において、センサ部と検出部とを、液晶表示装置（有効表示領域）と同じアレイ基板上に形成し、その他の必要な回路をＣＯＧに搭載するようにしたので、部品点数を削減しコストを削減するとともに、その額縁領域を狭くすることができる。
【００８３】
［変形例１−１］
上記実施の形態では、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３の一端を接地（ＧＮＤ）に接続し、またスイッチング素子ＳＷ２の一端を電圧ＶＤＤに接続するようにしたが、それに限定されるものではない。また、上記の実施の形態では、容量素子Ｃstrの一端を接地（ＧＮＤ）に接続するようにしたが、それに限定されるものではない。例えば、図９に示したように、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３の一端を電圧ＶＤＤに接続し、スイッチング素子ＳＷ２の一端を接地（ＧＮＤ）に接続し、さらに容量素子Ｃstrの一端を電圧ＶＤＤに接続するようにしても良い。この例では、タッチ検出期間Ｔ１においてスイッチト・キャパシタの動作を行う際、蓄積電圧Ｖstrは、電圧ＶＤＤから少しずつ下降するように動作する。これにより、コンパレータ回路３０の出力である検出信号Ｖdetは、上記実施の形態と反転した波形となる。タッチ判定部４Ｂの時間計測回路４１Ｂは、この反転した波形に基づいて、蓄積時間ｔstrを測定する回路である。なお、この場合は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５としては、例えばｐチャネルＭＯＳ型のＴＦＴが使用可能であり、スイッチング素子ＳＷ２としては、例えばｎチャネルＭＯＳ型のＴＦＴが使用可能である。その他は、上記実施の形態と同様である。
【００８４】
［変形例１−２］
上記実施の形態では、タッチ検出期間Ｔ１における蓄積電圧Ｖstrの変化速度を、蓄積電圧Ｖstrがある一定値に到達する時間（蓄積時間ｔstr）として測定したが、これに代えて、蓄積電圧Ｖstrの変化速度を、蓄積開始後のある所定のタイミングにおける蓄積電圧Ｖstrの電圧値として測定してもよい。以下、本変形例について詳細に説明する。
【００８５】
図１０は、本変形例に係るタッチセンサ１０Ｃの一構成例を表すものである。なお、上記実施の形態に係るタッチセンサ１０と実質的に同一の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００８６】
タッチセンサ１０Ｃは、検出部３Ｃ、タッチ判定部４Ｃ、制御信号生成部５Ｃ、タイミング制御回路６Ｃを備えている。検出部３Ｃは、Ｓ／Ｈ（Sample and Hold）回路３３とＡＤＣ（Analog to Digital Converter）回路３４を有しており、制御信号生成部５Ｃから供給される読込制御信号ＳＤに基づいて蓄積電圧Ｖstrをサンプリングし、ＡＤＣ回路３４でデジタル信号に変換し、その結果を検出コードＣdetとして出力するものである。なお、ここでは、説明の便宜上ＡＤＣ回路のデジタル出力のビット幅は２ビットとしているが、これに限定されるものではなく、例えば４ビットや８ビットなど、ビット幅を増やし、より高い精度で蓄積電圧ＶstrをＡ／Ｄ変換するようにしてもよい。タッチ判定部４Ｃは、判定回路４２Ｃを有しており、この判定回路４２Ｃが、検出部３Ｃから供給される検出コードＣdetとあらかじめ定められたリファレンスコードＣrefとを比較することにより、外部近接物体の有無を検出するものである。
【００８７】
図１１は、本実施の形態に係るタッチセンサ１０Ｃのタイミング図を表すものである。図１１において、（Ａ）はＳＷ制御信号ＳＡの電圧波形を示し、（Ｂ）はＳＷ制御信号ＳＣの電圧波形を示し、（Ｃ）はＳＷ制御信号ＳＣＢの電圧波形を示し、（Ｄ）は読込制御信号ＳＤの電圧波形を示し、（Ｅ）は電極２１の電極電圧Ｖel1の波形を示し、（Ｆ）は電極２２の電極電圧Ｖel2の波形を示し、（Ｇ）は蓄積電圧Ｖstrの波形を示し、（Ｈ）はＡＤＣ入力電圧Ｖadcの波形を示し、（Ｉ）は検出信号Ｖdetの波形を示す。なお、タッチセンサ１０Ｃの動作は、センサ部２に関しては、本実施の形態に係るタッチセンサ１０と同じである（図１１（Ｂ），（Ｃ），（Ｅ）〜（Ｇ））。
【００８８】
タッチセンサ１０Ｃは、まず、準備期間Ｔ０ｃにおいて、容量素子Ｃstrを放電するとともに、ＳＷ制御信号ＳＡに基づいて、Ｓ／Ｈ回路３３の状態を初期化する（図１１（Ｈ））。その後、タッチ検出期間Ｔ１ｃにおいて、本実施の形態に係るタッチセンサ１０と同様に、センサ部２がスイッチト・キャパシタの動作を行うことにより、容量素子Ｃstrに電荷を蓄積し、それに対応して蓄積電圧Ｖstrが上昇する（図１１（Ｇ））。そして、タッチ検出期間Ｔ１が開始された後、ある一定の時間を経たタイミングにおいて、ある幅を持つパルスが読込制御信号ＳＤとして供給され、これに基づいて、Ｓ／Ｈ回路３３が蓄積電圧Ｖstrをサンプリングし、その後その状態を維持する（図１１（Ｈ））。ＡＤＣ回路３４はこの電圧をＡ／Ｄ変換し、検出コードＣdetとして出力する（図１１（Ｉ））。タッチ判定部４Ｃは、この検出コードＣdetに基づいて、外部近接物体の有無を検出する。その後、タッチセンサ１０Ｃは、準備期間Ｔ０ｃへ戻る。タッチセンサ１０は、この期間Ｔ０〜Ｔ２によるサイクルを繰り返すことにより、外部近接物体の有無を継続的に検出する。
【００８９】
本変形例に係るタッチセンサ１０Ｃでは、本実施の形態に係るタッチセンサ１０と異なり、ある所定のタイミングにおける蓄積電圧Ｖstrを測定することにより、外部近接物体の有無を検出している。よって、単に外部近接物体があるかどうかだけでなく、外部近接物体のタッチ検出領域への近接の度合いも検出することができる。特に、ＡＤＣ回路３４として、より高分解能の変換特性を有するものを用いた場合には、蓄積電圧Ｖstrをより高精度で測定できるため、より高い精度で近接の度合いを検出できるようになる。
【００９０】
なお、同様の動作は、図１２に示したタッチセンサ１０Ｄでも実現することができる。タッチセンサ１０Ｄは、タッチセンサ１０Ｃにおいて、ＡＤＣ回路３４の前に配置されたＳ／Ｈ回路３３の代わりに、ＡＤＣ回路３４の後ろにラッチ回路３５を設けたものであり、その他の構成は同じである。ラッチ回路３５は、読込制御信号ＳＤによりラッチされ、ＳＷ制御信号ＳＡにより初期化されるものである。つまり、タッチセンサ１０Ｃとタッチセンサ１０Ｄとは、ある所定のタイミングにおける蓄積電圧Ｖstrをサンプリングし維持するという機能ブロックを、ＡＤＣ回路３４の前段に配置（図１０におけるＳ／Ｈ回路３３）するか、後段に配置するか（図１２におけるラッチ回路３５）の違いであり、本質的には同じものである。よって、タッチセンサ１０Ｄにおいても、外部近接物体のタッチ検出領域への近接の度合いも検出することができる。
【００９１】
＜２．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センサ付き表示装置について説明する。本実施の形態は、図１に示したタッチセンサ付き表示装置を構成するタッチセンサにおいて、センサ部の電極２１，２２の駆動方法が、上記第１の実施の形態と異なるものである。すなわち、上記第１の実施の形態（図３）では、制御信号生成部５およびセンサ部２を用いて、電極２１のみを駆動電極として動作するタッチセンサ１０を構成したが、これに代えて、本実施の形態では、制御信号生成回路８およびセンサ部７を用いて、電極２１，２２の両方を駆動電極として動作するタッチセンサ９０を構成している。その他の構成は、上記第１の実施の形態（図３）と同様である。なお、上記第１の実施の形態に係るタッチセンサ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。
【００９２】
［構成例］
（タッチセンサの回路構成例）
図１３は、タッチセンサ９０の回路構成例を表すものである。タッチセンサ９０は、センサ部７と、制御信号生成部８とを備えている。
【００９３】
センサ部７は、電極２１，２２と、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４を有している。
【００９４】
スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１３は、電極２１，２２に電圧を時分割的に印加するものである。スイッチング素子ＳＷ１１は、電圧ＶＤＤと電極２１との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ１１によりオンオフ制御が行われ、電極２１に電圧ＶＤＤを時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ１２は、接地（ＧＮＤ）と電極２１との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ１２によりオンオフ制御が行われ、電極２１に０Ｖを時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ１３は、電圧ＶＤＤと電極２２との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ１３によりオンオフ制御が行われ、電極２２に電圧ＶＤＤを時分割的に印加する。ＳＷ制御信号ＳＣ１１〜ＳＣ１３は、後述するように、制御信号生成回路８により供給される論理信号であり、電極２１，２２のうちの少なくともどちらか一方に、電圧ＶＤＤもしくは０Ｖを時分割的に印加するようになっている。なお、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１３はそれぞれ、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成される。スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３としては、例えばｐチャネルＭＯＳ型のＴＦＴが使用可能であり、スイッチング素子ＳＷ１２としては、例えばｎチャネルＭＯＳ型のＴＦＴが使用可能である。
【００９５】
スイッチング素子ＳＷ１４は、後述するように、あらかじめ定められたタイミングで、センサ部７と検出部３とを接続することにより、タッチ検出領域における外部近接物体の有無に関する情報を検出部３に伝える機能を有する。スイッチング素子ＳＷ１４は、電極２２と検出部７の容量素子Ｃstrとの間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ１４によりオンオフ制御が行われる。これにより、センサ部７の静電容量Ｃｍ，Ｃg2と、検出部３の容量素子Ｃstrとの間では、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、スイッチング素子ＳＷ１４がオン状態になるたびに電荷のやりとりが行われる。ＳＷ制御信号ＳＣ１４は、制御信号生成回路８（後述）により供給される論理信号である。なお、スイッチング素子ＳＷ１４は、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成されるものであり、例えばアナログスイッチ（伝送ゲート）が使用可能である。
【００９６】
制御信号生成回路８は、タイミング制御回路６に基づいて、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ１１〜ＳＣ１４を生成するとともに、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢを検出部３に供給し、ＳＷ制御信号ＳＣ１１〜ＳＣ１４をセンサ部７に供給するものである。
【００９７】
［動作および作用］
（外部近接物体が無いときのタッチセンサ９０の動作）
図１４は、本実施の形態に係るタッチセンサ９０のタイミング図であり、外部近接物体が無いときの例を表すものである。図１４において、（Ａ）はＳＷ制御信号ＳＡの電圧波形を示し、（Ｂ）はＳＷ制御信号ＳＢの電圧波形を示し、（Ｃ）はＳＷ制御信号ＳＣ１１の電圧波形を示し、（Ｄ）はＳＷ制御信号ＳＣ１２の電圧波形を示し、（Ｅ）はＳＷ制御信号ＳＣ１３の電圧波形を示し、（Ｆ）はＳＷ制御信号ＳＣ１４の電圧波形を示す。図１３（Ａ）〜（Ｆ）は、論理信号であるＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ１１〜ＳＣ１４の電圧レベルが、低レベルと高レベルとの間で周期的に変化している様子を示している。なお、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ１１〜ＳＣ１４により制御されるスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ８は、説明の便宜上、この論理信号の電圧レベルが高レベルの時にそれぞれオン状態となり、低レベルの時にそれぞれオフ状態になるものとする。また、図１４において、（Ｇ）は電極２１の電極電圧Ｖel1の波形を示し、（Ｈ）は電極２２の電極電圧Ｖel2の波形を示し、（Ｉ）は蓄積電圧Ｖstrの波形を示し、（Ｊ）はコンパレータ入力電圧Ｖcompの波形を示し、（Ｋ）は検出信号Ｖdetの波形を示す。
【００９８】
本実施の形態におけるタッチセンサ９０の動作は、タッチ検出期間Ｔ１ｅの動作のみが、上記第１の実施の形態のタッチ検出期間Ｔ１（図４）と異なっている。つまり、自己オフセット期間Ｔ０および終了期間Ｔ２の動作については、上記第１の実施の形態におけるタッチセンサ１０の対応する動作（図４の期間Ｔ０，Ｔ２）と同様である。
【００９９】
（タッチ検出期間Ｔ１ｅ）
タッチ検出期間Ｔ１ｅでは、センサ部７は、スイッチト・キャパシタの動作を行うことにより、容量素子Ｃstrへの電荷の蓄積を開始する。具体的には、まず、ＳＷ制御信号ＳＡの電圧が低レベルになっている期間において、制御信号生成回路８が、ＳＷ制御信号ＳＢの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図１４（Ｂ））。これによりスイッチング素子ＳＷ８がオン状態となり、容量素子Ｃstrの電圧が、蓄積電圧Ｖstrとしてコンパレータ回路３０の入力に供給されるようになる。容量素子Ｃstrは、タッチ検出期間Ｔ１ｅに先立つ自己オフセット補正期間Ｔ０において放電されるため、この蓄積電圧Ｖstrはタッチ検出期間Ｔ１ｅの開始とともに０Ｖとなる（図１４（Ｉ））。さらに、コンパレータ回路３０は、入力された蓄積電圧Ｖstr（コンパレータ入力電圧Ｖcomp）がリファレンス電圧Ｖrefに比べて低いため、低レベル（０Ｖ）を出力する（図１４（Ｋ））。一方、これらと同時に、制御信号生成回路８は、ＳＷ制御信号ＳＣ１１〜ＳＣ１４の電圧を周期的に変化させ始める（図１４（Ｃ）〜（Ｆ））。すなわち、まず、制御信号生成回路８は、ＳＷ制御信号ＳＣ１１，ＳＣ１３を低レベルから高レベルに変化させるとともに（図１４（Ｃ），（Ｅ））、ＳＷ制御信号ＳＣ１２，ＳＣ１４を高レベルから低レベルに変化させ（図１４（Ｄ），（Ｆ））、その状態を一定時間維持する（第１の期間Ｔ１１ｅ）。次に、制御信号生成回路８は、ＳＷ制御信号ＳＣ１１，ＳＣ１３を高レベルから低レベルに変化させるとともに（図１４（Ｃ），（Ｅ））、ＳＷ制御信号ＳＣ１２を低レベルから高レベルに変化させ（図１４（Ｄ））、その状態を一定時間維持する（第２の期間Ｔ１２ｅ）。その後、制御信号生成回路８は、ＳＷ制御信号ＳＣ１３を低レベルから高レベルに変化させるとともに（図１４（Ｅ））、ＳＷ制御信号ＳＣ１２を高レベルから低レベルに変化させ（図１４（Ｄ））、その状態を一定時間維持する（第３の期間Ｔ１３ｅ）。そして、制御信号生成回路８は、ＳＷ制御信号ＳＣ１３を高レベルから低レベルに変化させるとともに（図１４（Ｅ））、ＳＷ制御信号ＳＣ１２，ＳＣ１４を低レベルから高レベルに変化させ（図１４（Ｄ），（Ｆ））、その状態を一定時間維持する（第４の期間Ｔ１４ｅ）。制御信号生成回路８は、タッチ検出時間Ｔ１ｅの間、これらの４つの期間Ｔ１１ｅ〜Ｔ１４ｅからなる一連の動作を繰り返すように、ＳＷ制御信号ＳＣ１１〜ＳＣ１４を生成し出力する。
【０１００】
次に、図１５および図１６を参照して、期間Ｔ１１ｅ〜Ｔ１４ｅにおけるセンサ部７の詳細動作について説明する。
【０１０１】
図１５は、期間Ｔ１１ｅ〜Ｔ１４ｅにおけるセンサ部７の動作のタイミング図を表すものである。図１５において、（Ａ）はＳＷ制御信号ＳＣ１１の電圧波形を示し、（Ｂ）はＳＷ制御信号ＳＣ１２の電圧波形を示し、（Ｃ）はＳＷ制御信号ＳＣ１３の電圧波形を示し、（Ｄ）はＳＷ制御信号ＳＣ１４の電圧波形を示し、（Ｅ）は電極２１の電極電圧Ｖel1の波形を示し、（Ｆ）は電極２２の電極電圧Ｖel2の波形を示す。なお、ここでは説明の便宜上、センサ部７と検出部３とは、スイッチング素子ＳＷ１４の状態に依らず切断されているとする。つまり、センサ部７の電極２２から検出部３の容量素子Ｃstrへのいかなる蓄積電流も流れないとする。
【０１０２】
図１６は、タッチ検出期間Ｔ１ｅにおける、センサ部７の状態を表すものであり、（Ａ）は第１の期間Ｔ１１ｅにおける状態を示し、（Ｂ）は第２の期間Ｔ１２ｅにおける状態を示し、（Ｃ）は第３の期間Ｔ１３ｅにおける状態を示し、（Ｄ）は第４の期間Ｔ１４ｅにおける状態を示す。
【０１０３】
第１の期間Ｔ１１ｅでは、図１６（Ａ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３はオン状態になっており、スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１４はオフ状態になっている。これにより、電極２１，２２には、ともに電圧ＶＤＤが印加（初期化）される（図１５（Ｅ），（Ｆ））。
【０１０４】
第２の期間Ｔ１２ｅでは、図１６（Ｂ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１２はオン状態になっており、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３，ＳＷ１４はオフ状態になっている。これにより、電極２１には０Ｖが印加される（図１５（Ｅ））。このとき、静電容量Ｃg2の電荷の一部（電荷量Ｑ１２ｅ）が、電流として過渡的に静電容量Ｃｍに流れ込む（図１６（Ｂ））。これにより、電極２１の電極電圧Ｖel1が０Ｖに下がるのに応じて、電極２２の電極電圧Ｖel2も下がるものの、０Ｖにはならず、電圧ΔＶ１になる（図１５（Ｆ））。言い換えれば、電極２２の電極電圧Ｖel2は、電極２１の電極電圧Ｖel1よりも電圧ΔＶ１だけ高くなる。
【０１０５】
第３の期間Ｔ１３ｅでは、図１６（Ｃ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１３はオン状態になっており、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１４はオフ状態になっている。これにより、電極２２には電圧ＶＤＤが印加される（図１５（Ｆ））。このとき、静電容量Ｃｍの電荷の一部（電荷量Ｑ１３ｅ）が、電流として過渡的に静電容量Ｃg1に流れ込む（図１６（Ｃ））。これにより、電極２２の電極電圧Ｖel2が電圧ＶＤＤに上がるのに応じて、電極２１の電極電圧Ｖel1も上がるものの、電圧ＶＤＤにはならず、電圧ＶＤＤ−ΔＶ２になる（図１５（Ｅ））。言い換えれば、電極２２の電極電圧Ｖel2は、電極２１の電極電圧Ｖel1よりも電圧ΔＶ２だけ高くなる。この電圧ΔＶ２は、電荷量Ｑ１２ｅと、電荷量Ｑ１３ｅとの和に対応するものである。
【０１０６】
第４の期間Ｔ１４ｅでは、図１６（Ｄ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１４はオン状態になっており、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３はオフ状態になっている。これにより、電極２１には０Ｖが印加される（図１５（Ｅ））。このとき、静電容量Ｃg2の電荷の一部（電荷量Ｑ１４ｅ）が、電流として過渡的に静電容量Ｃｍに流れ込む（図１６（Ｄ））。これにより、電極２１の電極電圧Ｖel1が０Ｖに下がるのに応じて、電極２２の電極電圧Ｖel2も下がるものの、０Ｖにはならず、電圧ΔＶ３になる（図１５（Ｆ））。言い換えれば、電極２２の電極電圧Ｖel2は、電極２１の電極電圧Ｖel1よりも電圧ΔＶ３だけ高くなる。この電圧ΔＶ３は、電荷量Ｑ１２ｅ、電荷量Ｑ１３ｅ、および電荷量Ｑ１４ｅの和に対応するものである。
【０１０７】
このように、第２の期間Ｔ１２ｅから第４の期間Ｔ１４ｅの各期間では、静電容量Ｃｍと静電容量Ｃg1，Ｃg2に起因する過渡電流がながれ、電極電圧Ｖel1と電極電圧Ｖel2とに電圧差が生ずるようになる。さらに、期間が進むごとにその電圧差は増幅され、電極２２の電極電圧Ｖel2は、電極２１の電極電圧Ｖel1よりも少しずつ大きくなっていく（図１５（Ｅ），（Ｆ））。
【０１０８】
以上では、説明の便宜上、センサ部７と検出部３とは、スイッチング素子ＳＷ１４の状態に依らず切断されているとしたが、実際には、第４の期間Ｔ１４ｅにおいて、センサ部７の電極２２は、検出部３の容量素子Ｃstrと接続される。これにより、電極電圧Ｖel2が増幅された電極２２から、静電容量Ｃｍ，Ｃg2の電荷の一部が、スイッチング素子ＳＷ１４を介して、過渡的な蓄積電流Ｉstrとして容量素子Ｃstrに流れ込む。そして、蓄積電圧Ｖstrは、過渡的な蓄積電流Ｉstrとして流れ込んだ電荷の分だけ上昇する（図１４（Ｉ））。
【０１０９】
その後、第１の期間Ｔ１１ｅ〜第４の期間Ｔ１４ｅからなる一連の動作が繰り返されることにより、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、第４の期間Ｔ１４ｅにおいて、スイッチング素子ＳＷ１４がオン状態になるたびに、容量素子Ｃstrには電荷が蓄積され、それに伴い、蓄積電圧Ｖstrが上昇する（図１４（Ｉ））。
【０１１０】
そして、この蓄積電圧Ｖstr（コンパレータ入力電圧Ｖcomp）が、リファレンス電圧Ｖrefの電圧レベルを超えるようになると、コンパレータ回路３０が、これらの比較結果（検出信号Ｖdet）として高レベル電圧を出力する（図１４（Ｋ））。つまり、検出信号Ｖdetは、容量素子Ｃstrへの電荷の蓄積が開始された後、容量素子Ｃstrの電荷の蓄積量がある一定量（Ｃstr×Ｖref）に到達するまでの時間（蓄積時間ｔstr）、低レベルを維持する。タッチ判定部４は、検出信号Ｖdetに基づいて、この蓄積時間ｔstrを検出し、これを利用して外部近接物体の有無を検出する。
【０１１１】
（外部近接物体が有るときのタッチセンサ９０の動作）
次に、タッチセンサ９０のタッチ検出領域に外部近接物体が有るときにおける、タッチ検出期間Ｔ１ｅの動作例を説明する。
【０１１２】
外部近接物体が有るときでも、センサ部２は、外部近接物体が無いときと同様に、タッチ検出期間Ｔ１ｅにおいて、図１４および図１５に示したように動作する。しかしながら、第２の期間Ｔ１２ｅ、第３の期間Ｔ１３ｅおよび第４の期間Ｔ１４ｅで発生する過渡電流は、外部近接物体の有無により異なり、結果として、電圧ΔＶ１〜ΔＶ３もまた異なるものとなる。
【０１１３】
図２に示したように、タッチセンサ１０のタッチ検出領域での外部近接物体の有無により、静電容量Ｃｍ，Ｃg1，Ｃg2は変化する。すなわち、静電容量Ｃｍに関しては、外部近接物体が有るときの値（静電容量Ｃmb）は、外部近接物体が無いときの値（静電容量Ｃma）よりも小さくなる。また、静電容量Ｃg1，Ｃg2に関しては、外部近接物体が有るときの値（Ｃp1＋Ｃf1，Ｃp2＋Ｃf2）は、外部近接物体が無いときの値（Ｃp1，Ｃp2）よりも大きくなる。これにより、外部近接物体が有るときの上記の電圧ΔＶ１〜ΔＶ３は、外部近接物体が無いときに比べ大きくなる。よって、第４の期間Ｔ１４ｅにおいて、電極２２から容量素子Ｃstrに流れる過渡的な蓄積電流Ｉstrもまた、外部近接物体が無いときに比べ大きくなる。
【０１１４】
図１７は、本実施の形態に係るタッチセンサ９０のタイミング図の一例であり、外部近接物体があるときの例を表すものである。図１７において、（Ａ）はＳＷ制御信号ＳＡの電圧波形を示し、（Ｂ）はＳＷ制御信号ＳＢの電圧波形を示し、（Ｃ）はＳＷ制御信号ＳＣ１１の電圧波形を示し、（Ｄ）はＳＷ制御信号ＳＣ１２の電圧波形を示し、（Ｅ）はＳＷ制御信号ＳＣ１３の電圧波形を示し、（Ｆ）はＳＷ制御信号ＳＣ１４の電圧波形を示し、（Ｇ）は電極２１の電極電圧Ｖel1の波形を示し、（Ｈ）は電極２２の電極電圧Ｖel2の波形を示し、（Ｉ）は蓄積電圧Ｖstrの波形を示し、（Ｊ）はコンパレータ入力電圧Ｖcompの波形を示し、（Ｋ）は検出信号Ｖdetの波形を示す。
【０１１５】
外部近接物体がある場合には、例えば、第４の期間Ｔ１４ｅにおいて、過渡的な蓄積電流Ｉstrが多くなり、これが流れ込む容量素子Ｃstrにおける電荷の蓄積量も多くなり、これに伴い、蓄積電圧Ｖstrの上昇量もまた大きくなる。このタッチ検出期間Ｔ１ｅでは、第１の期間Ｔ１１ｅ〜第４の期間Ｔ１４ｅからなる一連の動作が繰り返されることにより、第４の期間Ｔ１４ｅのたびに、蓄積電圧Ｖstrが上昇するが、外部近接物体がある場合には、その蓄積電圧Ｖstrの変化速度が早くなることとなる。これに起因して、外部近接物体がある場合は、蓄積時間ｔstrが短くなる（図１７（Ｋ））。
【０１１６】
以上に示したように、蓄積時間ｔstrは、外部近接物体の有無に応じて変化する。よって、タッチ判定部４の判定回路は、蓄積時間ｔstrと、あらかじめ定められたリファレンス時間ｔrefとを比較することにより、外部近接物体の有無を判定することができる。
【０１１７】
［効果］
以上のように本実施の形態では、第１の電極および第２の電極の両方を駆動電極とし、これらの電極の間で複数回スイッチト・キャパシタ動作を繰り返すようにしたので、外部近接物体の有無に対応した情報が増幅され、小さい電極によりセンサ部を構成した場合でも、精度よく外部近接物体の有無を検出することができる。特に、小さい電極を有するセンサ部を用いてタッチセンサ付き表示装置を構成した場合は、センサ部を小型化できるため、その額縁領域を狭くすることができる。その他の効果は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【０１１８】
［変形例２−１］
上記実施の形態では、タッチ検出期間Ｔ１ｅは、４つの期間Ｔ１１ｅ〜Ｔ１４ｅを有し、これを繰り返すものとしたが、これに限定されるものではなく、ｎ個の期間（ｎは自然数）を有し、これを繰り返すものとしても良い。ｎが偶数の場合には、回路構成は、本実施の形態（ｎ＝４）におけるタッチセンサ９０（図１３）と同様のものを用いることができ、そのタイミング図は、図１４，１５と同様のものを用いることができる。具体的には、そのタイミング図は、図１４，１５における第２の期間Ｔ１２ｅおよび第３の期間Ｔ１３ｅを、必要な回数だけ交互に追加したものを用いることができる。例えば、ｎ＝６の場合は、タッチ検出期間Ｔ１ｅは、６つの期間（Ｔ１１ｅ、Ｔ１２ｅ、Ｔ１３ｅ、Ｔ１２ｅ、Ｔ１３ｅ、Ｔ１４ｅ）を有し、これを繰り返すものである。一方、ｎが奇数の場合には、その回路構成は、例えば、図１８に示したものになる。
【０１１９】
図１８は、ｎが奇数の場合のタッチセンサの回路構成例を表すものである。タッチセンサ９０Ｆは、センサ部７Ｆと、駆動信号生成回路８Ｆとを有する。その他の構成は、本実施の形態（図１３）と同様である。センサ部７Ｆは、電極２１，２２と、スイッチング素子ＳＷ２１〜ＳＷ２４とを有している。スイッチング素子ＳＷ２１は、接地（ＧＮＤ）と電極２１との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ２１によりオンオフ制御が行われ、電極２１に接地（ＧＮＤ）を時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ２２は、電圧ＶＤＤと電極２２との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ２２によりオンオフ制御が行われ、電極２２に電圧ＶＤＤを時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ２３は、接地（ＧＮＤ）と電極２２との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ２３によりオンオフ制御が行われ、電極２２に接地（ＧＮＤ）を時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ２４は、電極２２と検出部７の容量素子Ｃstrとの間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ２４によりオンオフ制御が行われる。信号生成回路８Ｆは、タイミング制御回路６に基づいて、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ２１〜ＳＣ２４を生成するとともに、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢを検出部３に供給し、ＳＷ制御信号ＳＣ２１〜ＳＣ２４をセンサ部７Ｆに供給するものである。
【０１２０】
図１９は、ｎ＝５の場合のセンサ部７Ｆの動作のタイミング図を表すものである。この場合、５つの期間は、Ｔ１１ｆ、Ｔ１２ｆ、Ｔ１３ｆ、Ｔ１４ｆ、Ｔ１５ｆからなる。電極２１の電極電圧Ｖel1と電極２２の電極電圧Ｖel2との電圧差Ｖel2−Ｖel1は、第２の期間Ｔ１２ｆにおいて電圧ΔＶ１となり、第３の期間Ｔ１３ｆにおいて電圧ΔＶ２となり、第４の期間Ｔ１４ｆにおいて電圧ΔＶ３となり、第５の期間Ｔ１５ｆにおいて電圧ΔＶ４となることにより、電極２２の電極電圧Ｖel2を増幅するとともに、電極２２から容量素子Ｃstrに過渡的な蓄積電流Ｉstrを流し込み、これにより容量素子Ｃstrに電荷が蓄積される。そして、第１の期間Ｔ１１ｆ〜第５の期間Ｔ１５ｆからなる一連の動作が繰り返されることにより、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、第５の期間Ｔ１５ｆにおいて、スイッチング素子ＳＷ２４がオン状態になるたびに、容量素子Ｃstrには電荷が蓄積され、それに伴い、蓄積電圧Ｖstrが上昇する。
【０１２１】
このように、第１の電極および第２の電極の間におけるスイッチト・キャパシタ動作の繰り返し回数は、任意の回数に設定することができる。よって、この繰り返し回数を増やすことにより、外部近接物体の有無に対応した情報が増幅され、さらに精度よく外部近接物体の有無を検出することができる。
【０１２２】
［変形例２−２］
本実施の形態におけるタッチセンサは、第１の実施の形態と同様に、蓄積電圧Ｖstrの変化速度を、ある一定のタイミングにおける蓄積電圧Ｖstrの電圧値として測定してもよい。その際、図１０や図１２に示したように、ＡＤＣ回路を用いて検出部を構成してもよい。
【０１２３】
＜３．具体的な応用例＞
次に、図２０〜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センサおよびタッチセンサ付き表示装置の具体的な応用例について説明する。
【０１２４】
（応用例１）
図２０（Ａ），（Ｂ）は、携帯情報端末１１０の表示動作およびタッチセンサ動作の一例を表すものである。タッチセンサ付き表示部１７Ａは、図２０（Ａ）に示したように、主画面１００の額縁領域に配置されており、例えば、主画面１００に表示された内容に従い、ユーザがタッチセンサ付き表示部１７Ａを用いて情報を入力できるようになっている。タッチセンサ付き表示部１７Ａは、図１に示したものと同様に、センサ部２およびセンサ表示部１４を有している。このタッチセンサ付き表示部１７Ａは、省スペース性の観点から、主画面１００（有効表示領域）と同じアレイ基板に形成されることが望ましく、特に、そのセンサ表示部１４は、主画面１００と同一の構造の表示素子をもつことが望ましい。具体的には、主画面１００が液晶素子を用いている場合には、そのセンサ表示部１４は、液晶素子により表示を行うものが望ましい。
【０１２５】
携帯情報端末１１０は、主画面１００に表示された内容に従い、対応するタッチセンサ付き表示部１７Ａにタッチすることにより情報を入力する機能を有する。例えば、図２０（Ａ）では、ユーザは、タッチセンサ付き表示部１７Ａをタッチすることにより、４つの機能のうち１つを選択することができる。また、図２０（Ｂ）では、例えば携帯情報端末１１０が音を出力する機能を有している場合などにおいて、ユーザは、複数のタッチセンサ付き表示部１７Ａにまたがって指をスライドして動かすことにより、音量を調節することができる。このように、携帯情報端末１１０では、主画面１００に表示する内容を変更することにより、その表示内容に応じた様々な情報を、タッチセンサ付き表示部１７Ａを用いて入力することができる。
【０１２６】
（応用例２）
図２１は、携帯情報端末１２０の表示動作およびタッチセンサ動作の一例を表すものであり、（Ａ）は携帯情報端末１２０の平面図を示し、（Ｂ）はタッチセンサ付き表示部１７Ｂの構成例を示す。タッチセンサ付き表示部１７Ｂは、図２１（Ａ）に示したように、主画面１００および副画面１０１に隣接する場所に配置されており、例えば、ユーザが、主画面１００もしくは副画面１０１に表示された内容に従ってタッチセンサ付き表示部１７Ｂを用いて情報を入力し、あるいは、タッチセンサ付き表示部１７Ｂを用いて情報を入力しながら、主画面１００および副画面１０１における表示を確認できるようになっている。タッチセンサ付き表示部１７Ｂは、図２１（Ｂ）に示したように、センサ部２および表示素子１０２を有している。表示素子１０２は、図１のセンサ表示部１４を構成する一表示要素である。これらは、タッチセンサ付き表示部１７Ｂにおいてマトリックス状に配置されており、表示の自由度をある程度確保するとともに、タッチ位置の検出の機能も有するようになっている。このタッチセンサ付き表示部１７Ｂは、省スペース性の観点から、少なくとも副画面１０１（有効表示領域）と同じ基板上に形成されることが望ましく、副画面１０１と同一の構造の表示素子をもつことが望ましい。さらに、センサ表示部１４は、副画面１０１だけでなく主画面１００（有効表示領域）と同じ基板上に形成されても良く、センサ表示部１４、主画面１００、および副画面１０１が、お互いに同一の構造の表示素子を持つことが望ましい。
【０１２７】
携帯情報端末１２０は、この例では、主画面１００もしくは副画面１０１に表示された内容に従い、タッチセンサ表示部１７Ｂに表示されたボタンにより、情報を入力する機能を有する。また、携帯情報端末１０１と同様に、主画面１００もしくは副画面１０１において表示する内容を変更することにより、その表示内容に応じた様々な情報を入力することができる。さらに、タッチセンサ表示部１７Ｂ自体の表示内容を変更することにより、例えば、ユーザがより直感的に操作方法を理解できるようにすることが可能である。また、タッチ位置の検出機能を利用することにより、例えば、タッチセンサ表示部１７Ｂに複数のボタンを表示し、複数の情報を入力できるようにすることも可能である。
【０１２８】
（応用例３）
図２２は、携帯情報端末１３０の表示動作およびタッチセンサ動作の一例を表すものであり、（Ａ）は携帯情報端末１３０の平面図を示し、（Ｂ）はタッチセンサ付き表示部１７Ｃの構成例を示す。タッチセンサ付き表示部１７Ｃは、図２２（Ａ）に示したように、主画面１００および副画面１０１に隣接する場所に配置されている。タッチセンサ付き表示部１７Ｃの構成は、図２２（Ｂ）に示したように、タッチセンサ付き表示部１７Ｂ（図２１（Ｂ））と同様であり、表示の自由度をある程度確保するとともに、タッチ位置の検出の機能も有するようになっている。
【０１２９】
携帯情報端末１３０は、この例では、主画面１００もしくは副画面１０１に表示された内容に従い、タッチセンサ表示部１７Ｃに表示された４つの方向を示す選択スイッチにより、情報を入力する機能を有する。これにより、選択スイッチの数に依存せずに、より多くの情報を入力することが可能となる。
【０１３０】
（応用例４）
図２３は、携帯情報端末１４０の表示動作およびタッチセンサ動作の一例を表すものであり、（Ａ）は携帯情報端末１４０の平面図を示し、（Ｂ）はタッチセンサ付き表示部１７Ｄの構成例を示す。タッチセンサ付き表示部１７Ｄは、図２３（Ａ）に示したように、主画面１００および副画面１０１に隣接する場所に配置されている。さらに、携帯情報端末１４０には、タッチセンサ付き表示部１７Ｄとは別の情報入力機能をもつタッチセンサ付き表示部（この例ではタッチセンサ付き表示部１７Ｃ）も配置されている。タッチセンサ付き表示部１７Ｄの構成は、図２３（Ｂ）に示したように、タッチセンサ付き表示部１７Ｂ（図２１（Ｂ）），１７Ｃ（図２２（Ｂ））と同様であり、表示の自由度をある程度確保するとともに、タッチ位置の検出の機能も有するようになっている。
【０１３１】
携帯情報端末１４０は、主画面１００もしくは副画面１０１に表示された内容に従い、タッチセンサ表示部１７Ｃ，１７Ｄを用いて情報を入力する機能を有する。例えば、図２３（Ｂ）では、例えば携帯情報端末１４０が主画面１００に写真を表示する機能を有している場合などにおいて、ユーザは、タッチセンサ付き表示部１７Ｄに表示されたリング状の図形をなぞることにより、いわゆるロータリースイッチとして、その写真の一部を拡大もしくは縮小して表示するように指示することができる。また、携帯情報端末１４０では、複数のタッチセンサ表示部１７Ｃ，１７Ｄを設けることにより、様々な情報を並行して入力することが可能になる。
【０１３２】
また、いずれの携帯情報端末においても、タッチセンサ付き表示部の機能を固定せずに、携帯情報端末における操作内容によって、例えば、ボタン（図２１（Ｂ））の機能と選択スイッチ（図２２（Ｂ））の機能とを切り替えることにより、情報入力の自由度はより高いものとなる。これにより、特に、小型もしくは多機能な携帯情報端末においては、そのユーザーインターフェースが大幅に向上することとなる。
【０１３３】
＜４．電子機器への適用例＞
次に、図２４〜図２８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センサ付き表示装置の電子機器への適用例について説明する。上記実施の形態等のタッチセンサ付き表示装置は、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タッチセンサ付き表示装置は、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。
【０１３４】
（適用例１）
図２４は、上記実施の形態等のタッチセンサ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センサ付き表示装置により構成されている。
【０１３５】
（適用例２）
図２５は、上記実施の形態等のタッチセンサ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センサ付き表示装置により構成されている。
【０１３６】
（適用例３）
図２６は、上記実施の形態等のタッチセンサ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センサ付き表示装置により構成されている。
【０１３７】
（適用例４）
図２７は、上記実施の形態等のタッチセンサ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センサ付き表示装置により構成されている。
【０１３８】
（適用例５）
図２８は、上記実施の形態等のタッチセンサ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センサ付き表示装置により構成されている。
【０１３９】
以上、いくつかの実施の形態および変形例、ならびにそれらの具体的な応用例および電子機器への適用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は限定されず、種々の変形が可能である。
【０１４０】
上記実施の形態等では、有効表示領域１３およびセンサ表示部１４の表示素子として、ともに液晶素子を用いるとしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、ともに有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子などのＥＬ素子を用いてもよい。また、有効表示領域１３とセンサ表示部１４とで、別の構造をもつ表示素子を用いても良い。
【０１４１】
上記実施の形態等では、センサ表示部１４は有効表示領域１３と同様に表示を行うものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、センサ表示部１４の表示内容が固定されていてもよい。この場合、例えば、センサ表示部１４は、液晶を介さずにバックライトから光を射出し、センサ表示部１４の表面に配置されたカバー部材にあらかじめ印刷された、機能を示す記号などを通して表示を行うものであってもよい。また、省スペース性が重要でない場合には、例えば、センサ表示部１４は、発光ダイオードを新たに設け、その発光ダイオードから光を射出し、同様にあらかじめ印刷された記号などを通して表示を行うものであってもよい。
【０１４２】
上記実施の形態等では、センサ表示部１４を設けるとしたが、これを設けなくても良い。この場合でも、センサ部２や検出部３を同じアレイ基板１１上に形成することにより、小型化が実現できる。
【符号の説明】
【０１４３】
１…タッチセンサ付き表示装置、２，２Ｂ，７，７Ｆ…センサ部、３，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…検出部、４，４Ｂ，４Ｃ…タッチ判定部、５，５Ｃ…制御信号生成部、６，６Ｃ…タイミング制御回路、８，８Ｆ，５０，５０Ｃ…制御信号生成回路、１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ、９０，９０Ｆ…タッチセンサ、１１…アレイ基板、１２…カラーフィルタ基板、１３…有効表示領域、１４…センサ表示部、１５…ＣＯＧ、１６…端子部、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ…タッチセンサ付き表示部、２１，２２…電極、３０…コンパレータ回路、３１，３２，５１…インバータ回路、３３…Ｓ／Ｈ回路、３４…ＡＤＣ回路、３５…ラッチ回路、４１，４１Ｂ…時間計測回路、４２，４２Ｃ…判定回路、４３…メモリ、１００…主画面、１０１…副画面、１０２Ａ，１０２Ｂ…表示素子、１１０，１２０，１３０，１４０…携帯情報端末、Ｃdet…検出コード、Ｃcomp，Ｃstr…容量素子、Ｃf1，Ｃf2，Ｃg，Ｃm，Ｃma，Ｃmb，Ｃp1，Ｃp2…静電容量、ＧＮＤ…接地、Ｉstr…過渡電流、Ｐ１…点、Ｑ１２ｅ，Ｑ１３ｅ，Ｑ１４ｅ…電荷量、ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＣＢ，ＳＣ１１〜ＳＣ１４，ＳＣ２１〜ＳＣ２４…ＳＷ制御信号、ＳＤ…読込制御信号、ＳＷ１〜ＳＷ８，ＳＷ１１〜ＳＷ１４、ＳＷ２１〜ＳＷ２４…スイッチング素子、Ｔ０…自己オフセット補正期間、Ｔ０ｃ…準備期間、Ｔ１，Ｔ１ｃ，Ｔ１ｅ…タッチ検出期間、Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１１ｅ，Ｔ１２ｅ，Ｔ１３ｅ，Ｔ１４ｅ…期間、Ｔ２…終了期間、Ｔstr…蓄積時間、Ｖcomp…コンパレータ入力電圧、ＶＤＤ…電源、Ｖdet…検出信号、Ｖel1，Ｖel2…電極電圧、Ｖi…入力電圧、Ｖo…出力電圧、Ｖout…タッチ判定出力、Ｖref…リファレンス電圧、Ｖstr…蓄積電圧、Ｖthi，Ｖthc…しきい値、Ｗ１〜Ｗ３…特性、ΔＶcomp…電位差、ΔＶ１〜ΔＶ４…電圧
【技術分野】
【０００１】
本発明は、外部近接物体を検出するタッチセンサに係り、特に静電容量の変化により外部近接物体の検出が可能なタッチセンサおよびその駆動方法、タッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器に関する。
【背景技術】
【０００２】
近年、指等の接触を検出するタッチセンサを表示画面もしくはその周辺部に配置した表示装置が注目されている。このようなタッチセンサを有する表示装置は、キーボードやマウス、キーパッドのような入力装置を必要としないため、コンピュータのほか、携帯電話のような携帯情報端末などでも、使用が拡大する傾向にある。
【０００３】
このようなタッチセンサには、例えば、液晶表示部などの表示画面上にタッチセンサを搭載して表示装置を構成し、その表示画面に各種のボタン画像などを表示させることにより情報入力を可能としたものがある（例えば、特許文献１など）。また、例えば、機能を示す記号などを表面に印刷したタッチセンサを液晶表示部などの表示画面の周辺部（額縁領域）に搭載することにより表示装置を構成し、タッチに基づいて表示画面に情報を表示するものや、あるいは、表示画面に表示された情報に基づいて情報を入力するものがある（例えば、非特許文献１など）。
【先行技術文献】
【特許文献】
【０００４】
【特許文献１】特開２００６−１４８５３６号公報
【非特許文献】
【０００５】
【非特許文献１】Ｘｍｉｎｉ製品紹介、[online]、ソニー・エリクソン・モバイルコミュニケーションズ株式会社、［平成２１年１１月１日検索］、インターネット＜URL：http://www.sonyericsson.co.jp/product/au/xmini/function/usability.html ＞
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【０００６】
ところで、携帯情報端末においては、持ち運びのしやすさや使いやすさの観点から、機器の小型化が望まれており、上述したタッチセンサを有する表示装置においても、表示部の小型化に加え、タッチセンサをいかに省スペースで実現できるかが課題となっている。
【０００７】
タッチセンサは、一般に、外部近接物体に対する検出感度が低いため、検出された信号をアンプなどの回路を用いて増幅した後に、外部近接物体の有無を判定する。つまり、このような構成のタッチセンサでは、回路が複雑になるため規模が大きくなり、その結果、省スペースを実現しにくくなる。
【０００８】
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、外部近接物体に対する検出感度が高く、シンプルな回路構成を有し、省スペースを実現可能なタッチセンサおよびその駆動方法、タッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【０００９】
本発明のタッチセンサは、第１の電極と、第２の電極と、容量素子と、駆動制御部と、検出部とを備えている。第１の電極と第２の電極との間には静電容量が形成されている。駆動制御部は、第１および第２の電極のうちの少なくとも第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して、第２の電極と容量素子との間の接続状態を制御する。検出部は、容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する。
【００１０】
本発明のタッチセンサの駆動方法は、相互間に電極間静電容量が形成される第１および第２の電極のうちの少なくとも第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して第２の電極と容量素子との間の接続状態を制御し、容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出するものである。
【００１１】
本発明のタッチセンサ付き表示装置は、画像表示部とタッチセンサ部とが一体に形成されてなる表示パネルを備えている。画像表示部は、複数の表示素子を含み、画像信号に基づく画像表示を行う。タッチセンサ部は、上記本発明のタッチセンサを有し、画像表示部の有効表示領域の外側の額縁領域に配置されている。表示パネルは、例えば、この額縁領域に、他の表示部を有していても良い。この場合、他の表示部は、画像表示部の表示素子と同一構造の表示素子を含むことが望ましい。
【００１２】
本発明の電子機器は、上記本発明の撮像機能付き表示装置を備えたものであり、例えば、テレビジョン装置、デジタルカメラ、パーソナルコンピュータ、ビデオカメラあるいは携帯電話等の携帯端末装置などが該当する。
【００１３】
本発明のタッチセンサおよびその駆動方法、タッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器では、駆動制御部が第１の電極を駆動すると、第２の電極の電圧が、第１および第２の電極の間の電極間静電容量のカップリングにより、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づき変化する。このとき、外部近接物体が存在すると、この電極間静電容量が変化するため、第２の電極の電圧は外部近接物体の存在の有無に対応したものとなる。この第２の電極を容量素子と接続すると、第２の電極と容量素子との間で電荷が移動する。このように、第１および第２の電極のそれぞれと接地との間に形成される接地容量と、電極間静電容量と、容量素子との間で電荷を相互に移動させることにより、容量素子の電圧が変化する。この容量素子の電圧は、外部近接物体の存在の有無に対応したものであり、この電圧に基づいて外部近接物体が検出される。
【００１４】
駆動制御部が第１および第２の電極を駆動する具体例としては、例えば、以下の２つの方法を用いることができる。
【００１５】
第１の方法は、第１の電極を駆動電極として駆動する一方、第２の電極を検出電極として利用する方法である。この方法では、駆動制御部は、例えば、以下の２つの動作を行うように制御する。第１の動作は、第１および第２の電極の両方の電圧レベルを初期化すると共に、第２の電極と容量素子との間を非接続状態にするものである。第２の動作は、第１の電極に駆動電圧を印加すると共に、第２の電極と容量素子との間を接続するものである。
【００１６】
この方法では、例えば、これらの第１の動作と第２の動作とを繰り返すように制御しても良い。この場合、検出部は、外部近接物体の存在の有無によって容量素子の電圧の変化速度が異なることを利用して、外部近接物体を検出することができる。その際、検出部は、例えば、容量素子の電圧が所定のしきい値に達するまでの時間に基づいて外部近接物体を検出するものでも良い。もしくは、検出部は、第１および第２の動作を所定回数繰り返した時点における容量素子の電圧レベルに基づいて外部近接物体を検出するものでもよい。
【００１７】
第２の方法は、第１および第２の電極の両方を駆動電極として駆動すると共に、第２の電極を検出電極として利用する方法である。この方法では、駆動制御部は、例えば、初期化動作と駆動動作とを行うように制御する。初期化動作は、第１および第２の電極の両方の電圧レベルを初期化すると共に、第２の電極と容量素子との間を非接続状態にするものである。駆動動作は、この初期化動作に続いて行うものであり、第１および第２の電極のいずれか一方に第１の駆動電圧を印加する動作と他方に第２の駆動電圧を印加する動作とを交互に行うとともに、第１の電極に第１および第２の駆動電圧を印加する最後の動作において、第２の電極と容量素子との間を接続するものである。
【００１８】
この方法の具体例としては、例えば、以下の４つの動作をこの順で繰り返すものがある。第１の動作は初期化動作である。第２の動作は、第２の電極と容量素子の間を非接続状態にしたまま、第１の電極に第１の駆動電圧を印加するものである。第３の動作は、第２の電極と容量素子との間を非接続状態にしたまま、第２の電極に第２の駆動電圧を印加するものである。第４の動作は、第１の電極に第１の駆動電圧を印加すると共に、第２の電極と容量素子との間を接続するものである。この場合も、検出部は、外部近接物体の存在の有無によって容量素子の電圧の変化速度が異なることを利用して、外部近接物体を検出することができる。
【００１９】
検出部は、例えば、第１のスイッチング素子と、他の容量素子と、反転回路と、第２のスイッチング素子を有するコンパレータ回路を含んでもよい。第１のスイッチング素子は、コンパレータ回路の入力端子と参照電圧端子との間に配置され、オンオフ制御されるものである。他の容量素子は、一方の端子がコンパレータ回路の入力端子に接続されている。反転回路は、その入力が他の容量素子の他方の端子と接続され、その出力がコンパレータ回路の出力端子に接続されている。第２のスイッチング素子は、反転回路の入出力間に配置され、オンオフ制御されるものである。このコンパレータ回路は、まず、第１および第２のスイッチング素子の双方をオン状態にして、参照電圧端子に印加された参照電圧を参照電圧レベルとして設定する。その後、第１および第２のスイッチング素子の双方をオフ状態にして、コンパレータの入力端子に印加された入力電圧をこの設定された参照電圧レベルと比較し、その結果を出力端子から出力するものである。
【発明の効果】
【００２０】
本発明のタッチセンサ、その駆動方法、およびタッチセンサ付き表示装置、ならびに電子機器によれば、相互間に静電容量が形成された２つの電極を用いて、シンプルな構成でタッチセンサを構成したので、外部近接物体に対する高い検出感度と、省スペースを実現できる。
【図面の簡単な説明】
【００２１】
【図１】本発明の第１の実施の形態に係るタッチセンサ付き表示装置の一構成例を表す平面図である。
【図２】図１に示したセンサ部の電極の一構成例および形成される静電容量を説明するための断面図である。
【図３】タッチセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図４】図３に示したタッチセンサにおいて、外部近接物体が無い状態における一動作例を表すタイミング波形図である。
【図５】図３に示したセンサ部および検出部において、自己オフセット補正期間の状態について説明するためのブロック図である。
【図６】図３に示したコンパレータ回路の動作原理を説明するための特性図である。
【図７】図３に示したセンサ部および検出部において、タッチ検出期間の状態について説明するためのブロック図である。
【図８】図３に示したタッチセンサにおいて、外部近接物体がある状態における一動作例を表すタイミング波形図である。
【図９】本発明の第１の実施の形態の変形例に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図１０】本発明の第１の実施の形態の他の変形例に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図１１】図１０に示したタッチセンサの一動作例を表すタイミング波形図である。
【図１２】本発明の第１の実施の形態のさらに他の変形例に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図１３】本発明の第２の実施の形態に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図１４】図１３に示したタッチセンサにおいて、外部近接物体が無い状態における一動作例を表すタイミング波形図である。
【図１５】図１３に示したセンサ部の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図１６】図１３に示したセンサ部において、タッチ検出期間の状態について説明するためのブロック図である。
【図１７】図１３に示したタッチセンサにおいて、外部近接物体がある状態における一動作例を表すタイミング波形図である。
【図１８】本発明の第２の実施の形態の変形例に係るタッチセンサの一構成例を表すブロック図である。
【図１９】図１８に示したセンサ部の一動作例を表すタイミング波形図である。
【図２０】実施の形態を応用したタッチセンサのうち、応用例１の外観構成を表す平面図である。
【図２１】応用例２の外観構成を表す平面図および構成図である。
【図２２】応用例３の外観構成を表す平面図および構成図である。
【図２３】応用例４の外観構成を表す平面図および構成図である。
【図２４】実施の形態を適用したタッチセンサ付き表示装置のうち、適用例１の外観構成を表す斜視図である。
【図２５】適用例２の外観構成を表す斜視図である。
【図２６】適用例３の外観構成を表す斜視図である。
【図２７】適用例４の外観構成を表す斜視図である。
【図２８】適用例５の外観構成を表す正面図、側面図、上面図および下面図である。
【発明を実施するための形態】
【００２２】
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．第１の実施の形態
２．第２の実施の形態
３．具体的な応用例
４．電子機器への適用例
【００２３】
＜１．第１の実施の形態＞
［構成例］
（全体構成例）
図１は、本発明の第１の実施の形態に係るタッチセンサ付き表示装置の一構成例を表すものである。なお、本発明の実施の形態に係るタッチセンサの駆動方法は、本実施の形態により具現化されるので、併せて説明する。タッチセンサ付き表示装置１は、表示素子として液晶素子を用いた表示パネルの有効表示領域の外側に、タッチセンサを配置するとともに、そのタッチセンサのタッチ検出領域およびその周辺部に、有効表示領域とは別の表示領域を設けたものである。このタッチセンサ付き表示装置１は、アレイ基板１１と、カラーフィルタ基板１２と、センサ表示部１４と、センサ部２とを備えている。
【００２４】
アレイ基板１１は、透明基板上に液晶素子を駆動するためのＴＦＴ（Thin Film Transistor；薄膜トランジスタ）や透明な画素電極などを形成してなる基板である。カラーフィルタ基板１２は、透明基板上にカラーフィルタや透明な共通電極などを形成してなる基板である。アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２との間には、図示しない液晶層が設けられている。アレイ基板１１上にはＣＯＧ（Chip On Glass）１５が配置されている。このＣＯＧ１５は、画素電極、共通電極やＴＦＴなどを駆動するための回路をチップ化したものである。さらに、ＣＯＧ１５には、このほか、後述するように、タッチセンサ用の回路も搭載されている。アレイ基板１１には、端子部１６が設けられている。この端子部１６は、画像を表示するための信号やタッチセンサ用の信号を、外部とやりとりするためのものである。
【００２５】
アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２には、任意の画像を表示するための領域である、有効表示領域１３が設けられている。有効表示領域１３では、端子部１６を介して外部より供給された、画像を表示するための信号に基づいて、画素電極、共通電極やＴＦＴを駆動して液晶層が変調されることにより、表示が行われる。
【００２６】
センサ部２は、有効表示領域１３の外側に配置され、センサ部２およびその近隣領域（タッチ検出領域）における外部近接物体を検出するものである。センサ部２は、後述するように２つの電極２１，２２を有しており、外部近接物体の有無に対応してこれらの電極に係る静電容量が変化することを利用して、外部近接物体を検出するように機能するものである。
【００２７】
図２は、センサ部２の電極の一構成例を、形成される電気力線および静電容量とともに断面図を用いて表すものであり、（Ａ）は外部近接物体が無い状態を示し、（Ｂ）は外部近接物体が有る状態を示す。センサ部２は電極２１，２２を有する。この電極２１，２２は、この例では、アレイ基板１１上に、互いに離間して配置されるものであり、例えば、ＩＴＯ（Indium Tin Oxide）などの透明導電膜によりそれぞれ構成される。なお、電極２１，２２は、この例のように、アレイ基板上に形成されるのが望ましいが、カラーフィルタ基板上に形成されていてもよい。また、この図では、説明の便宜上、電極２１の電圧（電極電圧Ｖel1）が、電極２２の電圧（電極電圧Ｖel2）よりも高く設定されている。
【００２８】
外部近接物体が無い状態では、図２（Ａ）に示したように、電極２１から電極２２に向かう電気力線が発生し、これに対応して、電極２１と電極２２との間に静電容量Ｃmaが形成されている。また、電極２１と接地との間には静電容量Ｃp1が形成され、電極２２と接地との間には静電容量Ｃp2が形成されている。これらの静電容量Ｃp1，Ｃp2は、電極２１または２２と、近隣に配置されている配線などとの間の寄生容量である。
【００２９】
一方、外部近接物体（ここでは指）が有る状態では、図２（Ｂ）に示したように、電極２１から電極２２に向かう電気力線が発生するものの、その一部はこの外部近接物体により遮断されるようになる。これに対応して、電極２１と電極２２との間の静電容量Ｃmbは、外部近接物体が無い状態における静電容量Ｃmaと比べて、小さくなる。一方、電極２１，２２と外部近接物体との間にはそれぞれ電気力線が発生し、電極２１と接地との間に、その外部近接物体を介して静電容量Ｃf1が新たに形成され、電極２２と接地との間に、その外部近接物体を介して静電容量Ｃf2が新たに形成される。よって、電極２１と接地との間の静電容量はＣp1＋Ｃf1になり、電極２２と接地との間の静電容量はＣp2＋Ｃf2になる。つまり、外部近接物体が有る状態における、電極２１と接地との間の静電容量および電極２２と接地との間の静電容量は、外部近接物体が無い状態に比べて大きくなる。
【００３０】
センサ部２の近くには、図１に示したように、アレイ基板１１上に、検出部３が配置されている。上述したセンサ部２における静電容量の変化は、この検出部３において検出される。
【００３１】
センサ表示部１４は、センサ部２およびその周辺部に表示を行うためのものであり、有効表示領域１３と同一の構造をもつ表示素子（この例では液晶素子）を有している。センサ表示部１４では、有効表示領域１３と同様に、端子部１６を介して外部より供給された、画像を表示するための信号に基づいて、表示が行われる。このセンサ表示部１４とセンサ部２により、タッチセンサ付き表示部１７が構成される。
【００３２】
なお、アレイ基板１１の下には、図示しないバックライトが配置され、アレイ基板１１に向かって光を射出する。この光が液晶層により変調されることによって、有効表示領域１３やセンサ表示部１４に画像が表示され、タッチセンサ付き表示装置１は液晶表示装置として機能することとなる。
【００３３】
（タッチセンサの回路構成例）
次に、タッチセンサ付き表示装置１のタッチセンサ機能に着目し、その回路構成の一例を説明する。
【００３４】
図３は、タッチセンサの回路構成例を表すものである。タッチセンサ１０は、上述したセンサ部２および検出部３のほか、タッチ判定部４と、制御信号生成部５と、タイミング制御回路６とを備えている。
【００３５】
センサ部２は、上述した電極２１，２２のほか、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４を有している。なお、図３では、電極２１と電極２２との間の静電容量（電極間静電容量）は、外部近接物体が無いときの静電容量Ｃma（図２（Ａ））と外部近接物体が有るときの静電容量Ｃmb（図２（Ｂ））の総称として、静電容量Ｃｍで示している。また、電極２１，２２と接地との間の静電容量（接地容量）は、外部近接物体が無いときの静電容量Ｃp1，Ｃp2（図２（Ａ））と外部近接物体が有るときの静電容量Ｃp1＋Ｃf1，Ｃp2＋Ｃf2（図２（Ｂ））の総称として、静電容量Ｃg1，Ｃg2でそれぞれ示している。
【００３６】
スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ３は、電極２１，２２に電圧を時分割的に印加するものである。スイッチング素子ＳＷ１は、接地（ＧＮＤ）と電極２１との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣによりオンオフ制御が行われ、電極２１に０Ｖを時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ２は、電圧ＶＤＤと電極２１との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣＢによりオンオフ制御が行われ、電極２１に電圧ＶＤＤを時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ３は、接地（ＧＮＤ）と電極２２との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣによりオンオフ制御が行われ、電極２２に０Ｖを時分割的に印加する。ＳＷ制御信号ＳＣ，ＳＣＢは、後述するように、制御信号生成部５により供給される論理信号であり、ＳＷ制御信号ＳＣＢはＳＷ制御信号ＳＣを反転したものである。これにより、電極２１，２２のうちの少なくともどちらか一方に、電圧ＶＤＤもしくは０Ｖを時分割的に印加するようになっている。なお、スイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ３はそれぞれ、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成される。スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３としては、例えばｎチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型のＴＦＴが使用可能であり、スイッチング素子ＳＷ２としては、例えばｐチャネルＭＯＳ型のＴＦＴが使用可能である。
【００３７】
スイッチング素子ＳＷ４は、後述するように、あらかじめ定められたタイミングで、センサ部２と検出部３とを接続することにより、タッチ検出領域における外部近接物体の有無に関する情報を検出部３に伝える機能を有する。スイッチング素子ＳＷ４は、電極２２と検出部３の容量素子Ｃstr（後述）との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣＢによりオンオフ制御が行われる。これにより、センサ部２の静電容量Ｃｍ，Ｃg2と、検出部３の容量素子Ｃstrとの間では、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、スイッチング素子ＳＷ４がオン状態になるたびに電荷のやりとりが行われる。なお、スイッチング素子ＳＷ４は、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成されるものであり、例えばアナログスイッチ（伝送ゲート）が使用可能である。
【００３８】
検出部３は、センサ部２から供給される電荷を蓄積し、その蓄積量がある一定量を超えたときに信号を検出信号Ｖdetとして出力する回路であり、図１に示したように、センサ部２の近くのアレイ基板１１上に配置される。検出部３は、容量素子Ｃstrと、コンパレータ回路３０とを有している。
【００３９】
容量素子Ｃstrは、スイッチング素子ＳＷ４がオン状態になるたびに、センサ部２と電荷のやりとりを行い、その電荷を蓄積するものである。この容量素子Ｃstrには、並列にスイッチング素子ＳＷ５が接続されている。スイッチング素子ＳＷ５は、ＳＷ制御信号ＳＡによりオンオフ制御される。ＳＷ制御信号ＳＡは、制御信号生成部５（後述）により供給される論理信号であり、容量素子Ｃstrを放電させるために使用される。具体的には、後述するように、容量素子Ｃstrへの電荷の蓄積に先立ち、ＳＷ制御信号ＳＡによりスイッチング素子ＳＷ５がオン状態になり、容量素子Ｃstrに蓄積された電荷が放電されるようになっている。スイッチング素子ＳＷ５は、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成されるものであり、例えばｎチャネルＭＯＳ（Metal Oxide Semiconductor）型のＴＦＴが使用可能である。なお、ＳＷ制御信号ＳＡは、後述するコンパレータ回路３０のオフセット調整機能にも使用される。
【００４０】
容量素子Ｃstrとコンパレータ回路３０の間には、スイッチング素子ＳＷ８が挿入されており、ＳＷ制御信号ＳＢによりオンオフ制御が行われる。ＳＷ制御信号ＳＢは、制御信号生成部５（後述）により供給される論理信号である。スイッチング素子ＳＷ８は、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成されるものであり、例えばアナログスイッチ（伝送ゲート）が使用可能である。
【００４１】
コンパレータ回路３０は、スイッチング素子ＳＷ８を介して、容量素子Ｃstrに蓄積された電荷を蓄積電圧Ｖstrとしてモニタし、その電圧レベルとあらかじめ定められたリファレンス電圧Ｖrefとを比較して、その比較結果を出力する回路である。このコンパレータ回路３０は、インバータ回路３１，３２と、容量素子Ｃcompと、スイッチング素子ＳＷ６，ＳＷ７とを有している。スイッチング素子ＳＷ６は、リファレンス電圧Ｖrefをコンパレータ回路３０の入力に供給するスイッチであり、ＳＷ制御信号ＳＡによりオンオフ制御が行われる。容量素子Ｃcompは、コンパレータ回路３０の入力とインバータ回路３１の入力との間に挿入される。インバータ回路３１は、入力された信号を反転し出力する回路である。スイッチング素子ＳＷ７は、インバータ回路３１の入出力間に挿入され、ＳＷ制御信号ＳＡによりオンオフ制御が行われる。インバータ回路３２は、インバータ回路３１から供給される信号を反転し、コンパレータ回路３０の出力信号として出力する回路である。この構成により、コンパレータ回路３０は、詳細は後述するが、スイッチング素子ＳＷ６，ＳＷ７がオン状態になったときに、リファレンス電圧Ｖrefをコンパレータ回路３０のしきい値電圧Ｖthcに設定（自己オフセット調整）し、スイッチング素子ＳＷ６，ＳＷ７がオフ状態になったときに、コンパレータ回路３０の入力（コンパレータ入力電圧Ｖcomp）とこのしきい値電圧Ｖthcとを比較するように機能する。なお、スイッチング素子ＳＷ６，ＳＷ７、およびインバータ回路３１，３２は、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成される。スイッチング素子ＳＷ６，７としては、例えばアナログスイッチ（伝送ゲート）が使用可能であり、インバータ回路３１，３２としては、例えばＣＭＯＳ（Complementary Metal Oxide Semiconductor）インバータ回路が使用可能である。
【００４２】
タッチ判定部４は、検出部３から供給される検出信号Ｖdetに基づいて、検出部３の容量素子Ｃstrへの電荷の蓄積が開始された後、その容量素子Ｃstrの電荷の蓄積量がある一定量に到達するまでの時間（蓄積時間ｔstr）を検出することにより、外部近接物体の有無を検出するものである。このタッチ判定部４は、時間計測回路４１と、判定回路４２と、メモリ４３とを有している。
【００４３】
時間計測回路４１は、検出部３から供給される検出信号Ｖdetに基づいて、蓄積時間ｔstrを検出する回路である。この蓄積時間ｔstrの計測は、例えば、内部で生成されるクロック信号や、もしくは、外部から供給されるクロック信号（図示せず）のパルス数を数える方法などが使用可能である。
【００４４】
判定回路４２は、時間計測回路４１で検出された蓄積時間ｔstrと、あらかじめ定められたリファレンス時間ｔrefとを比較することにより、外部近接物体の有無を検出する回路である。リファレンス時間ｔrefとしては、例えば、外部近接物体が有るときと無いときとにおける蓄積時間ｔstrをあらかじめ測定しておき、これらの２条件での蓄積時間ｔstrの中間値を用いることができる。この動作原理は、後述するように、蓄積時間ｔstrが外部近接物体の有無により変化することを利用したものである。
【００４５】
メモリ４３は、判定回路４２における外部近接物体の有無に関する判定結果を保持し、タッチ判定出力Ｖoutとして出力するものである。そして、メモリ内の判定結果は、判定回路４２が判定するたびに更新されることとなる。
【００４６】
制御信号生成部５は、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＣＢを生成し、センサ部２および検出部３に供給するものである。この制御信号生成部５は、制御信号生成回路５０と、インバータ回路５１とを有している。制御信号生成回路５０は、後述するタイミング制御回路６から供給される制御信号に基づいて、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣを生成するとともに、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢを検出部３に供給し、ＳＷ制御信号ＳＣをセンサ部２に供給するようになっている。インバータ回路５１は、制御信号生成回路５０が生成したＳＷ制御信号ＳＣを反転し、ＳＷ制御信号ＳＣＢとして出力するとともに、センサ部２に供給するものである。
【００４７】
タイミング制御回路６は、タッチ判定部４、および制御信号生成部５に、動作タイミングを指示する制御信号を生成し供給する回路である。
【００４８】
なお、タッチ判定部４、制御信号生成部５およびタイミング制御回路６は、図１において、ＣＯＧ１５に搭載される。もしくは、これに代えて、アレイ基板１１上に、ＴＦＴにより形成されてもよい。
【００４９】
ここで、電極２１は、本発明における「第１の電極」の一具体例に対応し、電極２２は、本発明における「第２の電極」の一具体例に対応する。容量素子Ｃstrは、本発明における「容量素子」の一具体例に対応する。制御信号生成部５およびスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ４は、本発明における「駆動制御部」の一具体例に対応する。検出部３およびタッチ判定部４は、本発明における「検出部」の一具体例に対応する。センサ表示部１４は、本発明における「他の表示部」の一具体例に対応する。
【００５０】
また、スイッチング素子ＳＷ６は、本発明における「第１のスイッチング素子」の一具体例に対応し、スイッチング素子ＳＷ７は、本発明における「第２のスイッチング素子」の一具体例に対応する。容量素子Ｃcompは、本発明における「他の容量素子」の一具体例に対応する。インバータ回路３１は、本発明における「反転回路」の一具体例に対応する。
【００５１】
［動作および作用］
続いて、本実施の形態のタッチセンサ付き表示装置１の動作および作用について説明する。
【００５２】
（全体動作概要）
アレイ基板１１の下にあるバックライトから射出された光は、アレイ基板１１とカラーフィルタ基板１２の間の液晶層に入射される。ＣＯＧ１５は、アレイ基板１１の画素電極やＴＦＴ、カラーフィルタ基板１２の共通電極を駆動し、液晶層を変調する。入射された光の強度は、この液晶層により変調される。これにより、有効表示領域１３やセンサ表示部１４に画像が表示される。
【００５３】
センサ部２は、制御信号生成部５により供給されるＳＷ制御信号ＳＣ，ＳＣＢに基づいて、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理により、検出部３の容量素子Ｃstrとの間で、電荷のやり取りを行い、容量素子Ｃstrに電荷を蓄積する。検出部３のコンパレータ回路３０は、容量素子Ｃstrに蓄積された電荷を蓄積電圧Ｖstrとしてモニタし、その電圧レベルとリファレンス電圧Ｖrefとを比較し、その比較結果を検出信号Ｖdetとして出力する。タッチ判定部４の時間計測回路４１は、検出信号Ｖdetに基づいて、蓄積時間ｔstrを検出する。判定回路４２は、蓄積時間ｔstrと、あらかじめ定められたリファレンス時間ｔrefとを比較することにより、外部近接物体の有無を判定する。そしてメモリ４３は、その判定結果を保持する。
【００５４】
（外部近接物体が無いときのタッチセンサ１０の動作）
最初に、タッチセンサ１０のタッチ検出領域に外部近接物体が無いときにおける動作例を説明する。
【００５５】
図４は、本実施の形態に係るタッチセンサ１０のタイミング図であり、外部近接物体が無いときの例を表すものである。図４において、（Ａ）はＳＷ制御信号ＳＡの電圧波形を示し、（Ｂ）はＳＷ制御信号ＳＢの電圧波形を示し、（Ｃ）はＳＷ制御信号ＳＣの電圧波形を示し、（Ｄ）はＳＷ制御信号ＳＣＢの電圧波形を示す。図４（Ａ）〜（Ｄ）は、論理信号であるＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＣＢの電圧レベルが、低レベルと高レベルとの間で周期的に変化している様子を示している。なお、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＣＢにより制御されるスイッチング素子ＳＷ１〜８は、説明の便宜上、この論理信号の電圧レベルが高レベルの時にそれぞれオン状態となり、低レベルの時にそれぞれオフ状態になるものとする。また、図４において、（Ｅ）は電極２１の電極電圧Ｖel1の波形を示し、（Ｆ）は電極２２の電極電圧Ｖel2の波形を示し、（Ｇ）は蓄積電圧Ｖstrの波形を示し、（Ｈ）はコンパレータ入力電圧Ｖcompの波形を示し、（Ｉ）は検出信号Ｖdetの波形を示す。
【００５６】
タッチセンサ１０は、まず、自己オフセット補正期間Ｔ０において、コンパレータ回路３０の自己オフセット補正を行うとともに、容量素子Ｃstrを放電する。そして、タッチ検出期間Ｔ１において、センサ部２がスイッチト・キャパシタの動作を行うことにより、容量素子Ｃstrに電荷を蓄積する。その蓄積電荷があらかじめ定められた一定量に到達したときに、検出信号Ｖdetが変化する。タッチ判定部４は、この検出信号Ｖdetに基づいて、蓄積時間ｔstrを検出することにより、外部近接物体の有無を検出する。その後、終了期間Ｔ２を経て、自己オフセット補正期間Ｔ０へ戻る。タッチセンサ１０は、この期間Ｔ０〜Ｔ２によるサイクルを繰り返すことにより、外部近接物体の有無を継続的に検出する。
【００５７】
（自己オフセット補正期間Ｔ０）
最初に、検出部３は、コンパレータ回路３０の自己オフセット補正を行うとともに、容量素子Ｃstrを放電する。具体的には、ＳＷ制御信号ＳＢの電圧が低レベルになっている期間において、制御信号生成部５が、ＳＷ制御信号ＳＡの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図４（Ａ））。これにより、スイッチング素子ＳＷ５がオン状態になり、容量素子Ｃstrが放電され、蓄積電圧Ｖstrが０Ｖになる（図４（Ｇ））。また、スイッチング素子ＳＷ６，７がオン状態になり、コンパレータ回路３０のしきい値電圧Ｖthcが補正される。
【００５８】
次に、コンパレータ回路３０のしきい値電圧Ｖthcの補正について説明する。
【００５９】
図５は、自己オフセット補正期間Ｔ０における、センサ部２と検出部３の状態を表すものである。スイッチング素子ＳＷ６がオン状態になっており、リファレンス電圧Ｖrefがコンパレータ回路３０の入力（図５における容量素子Ｃcompの左側の端子）に印加される。一方、スイッチング素子ＳＷ７もオン状態になっており、これによりインバータ回路３１には負帰還パスが形成されている。
【００６０】
図６（Ａ）は、インバータ回路３１単体の入出力特性例を表すものである。横軸はインバータ回路３１の入力電圧Ｖｉを示し、縦軸はインバータ回路３１の出力電圧Ｖｏを示す。特性Ｗ１は、インバータ回路３１単体における入出力特性の例であり、インバータ回路３１のしきい値電圧Ｖthiを境目として出力電圧Ｖｏが反転する様子を示している。スイッチング素子ＳＷ７がオン状態になったとき、負帰還により、入力電圧Ｖｉと出力電圧Ｖｏは等しくなる（Ｖｉ＝Ｖｏ）。このとき、インバータ回路３１は、インバータ回路３１単体の入出力特性Ｗ１と、負帰還の関係式Ｖｉ＝Ｖｏを示す特性Ｗ２とが両立する（交差する）、点Ｐ１をその動作点とするように動作する。つまり、インバータ回路３１の入力（図５における容量素子Ｃcompの右側の端子）の電圧Ｖｉは、インバータ回路３１のしきい値電圧Ｖthiと等しくなる。
【００６１】
このようにして、自己オフセット補正期間Ｔ０では、容量素子Ｃcompの両端には、リファレンス電圧Ｖrefと、インバータ回路３１のしきい値電圧Ｖthiが印加されることとなる。この容量素子Ｃcompの両端の電位差ΔＶcomp＝Ｖref−Ｖthiは、自己オフセット補正期間Ｔ０に続くタッチ検出期間Ｔ１では、後述するように、スイッチング素子ＳＷ７がオフ状態になることに起因して、維持されることとなる。つまり、容量素子Ｃcompは、コンパレータ回路３０の入力電圧である蓄積電圧Ｖstrを、電位差ΔＶcompの分だけレベルシフトして、インバータ回路３１の入力に供給するように機能する。
【００６２】
図６（Ｂ）は、タッチ検出期間Ｔ１におけるコンパレータ回路３０の入出力特性例を表すものである。横軸はコンパレータ回路３０の入力電圧Ｖcompを示し、縦軸はコンパレータ回路３０の出力電圧である検出信号Ｖdetの電圧を示す。コンパレータ回路３０の入出力特性（特性Ｗ３）は、リファレンス電圧Ｖrefを境目として、検出信号Ｖdetが変化する様子を示している。この特性が実現されるのは、以下の理由による。すなわち、例えば、コンパレータ回路３０の入力電圧Ｖcompが、リファレンス電圧Ｖrefと同じ電圧である場合、上述した容量素子Ｃcompによるレベルシフトにより、インバータ回路３１の入力電圧ＶｉにはＶthi（＝Ｖref−ΔＶcomp）が供給される。インバータ回路３１は、この電圧を境目として反転し（図６（Ａ））、インバータ回路３１の後段のインバータ回路３２も、これに対応して反転する。よって、コンパレータ回路３０の入出力特性は、図６（Ｂ）に示したように、リファレンス電圧Ｖrefを境目として、その出力電圧である検出信号Ｖdetの電圧が変化することとなる。このことは、リファレンス電圧Ｖrefがコンパレータ回路３０のしきい値電圧Ｖthcに設定される（自己オフセット調整）ことを意味している。
【００６３】
このように、コンパレータ回路３０の自己オフセット補正と、容量素子Ｃstrの放電とが終了した後、制御信号生成部５は、ＳＷ制御信号ＳＡの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図４（Ａ））。以上で、自己オフセット補正期間Ｔ０が終了する。なお、この自己オフセット補正期間Ｔ０の動作は、外部近接物体の有無に影響されずに、同じように行われる。
【００６４】
（タッチ検出期間Ｔ１）
次に、センサ部２は、スイッチト・キャパシタの動作を行うことにより、容量素子Ｃstrへの電荷の蓄積を開始する。具体的には、まず、ＳＷ制御信号ＳＡの電圧が低レベルになっている期間において、制御信号生成部５が、ＳＷ制御信号ＳＢの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図４（Ｂ））。これによりスイッチング素子ＳＷ８がオン状態となり、容量素子Ｃstrの蓄積電荷に対応する電圧が、蓄積電圧Ｖstrとしてコンパレータ回路３０の入力に供給されるようになる。つまり、蓄積電圧Ｖstrはタッチ検出期間Ｔ１の開始とともに０Ｖとなる（図４（Ｇ））。さらに、コンパレータ回路３０は、入力された蓄積電圧Ｖstrがリファレンス電圧Ｖrefに比べて低いため、低レベル（０Ｖ）を出力する（図４（Ｉ））。一方、これらと同時に、制御信号生成部５は、ＳＷ制御信号ＳＣ，ＳＣＢの電圧を周期的に変化させ始める（図４（Ｃ），（Ｄ））。すなわち、タッチ検出期間Ｔ１の開始と同時に、まず、制御信号生成部５は、ＳＷ制御信号ＳＣを低レベルから高レベルに変化させるとともに（図４（Ｃ））、ＳＷ制御信号ＳＣＢを高レベルから低レベルに変化させ（図４（Ｄ））、その状態を一定時間維持する（第１の期間Ｔ１１）。その後、制御信号生成部５は、ＳＷ制御信号ＳＣを高レベルから低レベルに変化させるとともに（図４（Ｃ））、ＳＷ制御信号ＳＣＢを低レベルから高レベルに変化させ（図４（Ｄ））、その状態を一定時間維持する（第２の期間Ｔ１２）。制御信号生成部５は、タッチ検出時間Ｔ１の間、この第１の期間Ｔ１１と第２の期間Ｔ１２とを交互に繰り返すように、ＳＷ制御信号ＳＣ，ＳＣＢを生成し出力する。
【００６５】
図７は、タッチ検出期間Ｔ１における、センサ部２と検出部３の状態を表すものであり、（Ａ）は第１の期間Ｔ１１における状態を示し、（Ｂ）は第２の期間Ｔ１２における状態を示す。
【００６６】
第１の期間Ｔ１１では、図７（Ａ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３はオン状態になっており、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４はオフ状態になっている。これにより、電極２１，２２には、ともに０Ｖが印加（初期化）される（図４（Ｅ），（Ｆ））。
【００６７】
第２の期間Ｔ１２では、図７（Ｂ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ２，ＳＷ４はオン状態になっており、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３はオフ状態になっている。これにより、電極２１には電圧ＶＤＤが印加される（図４（Ｅ））。このとき、静電容量Ｃｍ，Ｃg2の電荷の一部が、スイッチング素子ＳＷ４を介して、過渡的な蓄積電流Ｉstrとして容量素子Ｃstrに流れ込む。そして、蓄積電圧Ｖstrは、過渡的な蓄積電流Ｉstrとして流れ込んだ電荷の分だけ上昇する（図４（Ｇ））。
【００６８】
その後、この第１の期間Ｔ１１と第２の期間Ｔ１２とが交互に繰り返されることにより、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、第２の期間Ｔ１２において、スイッチング素子ＳＷ４がオン状態になるたびに、容量素子Ｃstrには電荷が蓄積され、それに伴い、蓄積電圧Ｖstrが上昇する（図４（Ｇ））。
【００６９】
そして、この蓄積電圧Ｖstr（コンパレータ入力電圧Ｖcomp）が、リファレンス電圧Ｖrefの電圧レベルを超えるようになると、コンパレータ回路３０が、これらの比較結果（検出信号Ｖdet）として高レベル電圧を出力する（図４（Ｉ））。つまり、検出信号Ｖdetは、容量素子Ｃstrへの電荷の蓄積が開始された後、容量素子Ｃstrの電荷の蓄積量がある一定量（Ｃstr×Ｖref）に到達するまでの時間（蓄積時間ｔstr）、低レベルを維持する。タッチ判定部４は、検出信号Ｖdetに基づいて、この蓄積時間ｔstrを検出し、これを利用して外部近接物体の有無を検出する。
【００７０】
（終了期間Ｔ２）
最後に、センサ部２がスイッチト・キャパシタの動作を終了するとともに、次のサイクルの準備を行う。具体的には、まず、制御信号生成部５が、ＳＷ制御信号ＳＣ，ＳＣＢの周期的な変化を停止させる（図４（Ｃ），（Ｄ））。そして、制御信号生成部５が、ＳＷ制御信号ＳＢの電圧を高レベルから低レベルに変化させる（図４（Ｂ））。これによりスイッチング素子ＳＷ８がオフ状態となり、容量素子Ｃstrとコンパレータ回路３０とが切り離される。
【００７１】
その後、所定の期間が経過したのち、タッチセンサ１０は、上述した自己オフセット補正期間Ｔ０へ移行する。そして、タッチセンサ１０は、この期間Ｔ０〜Ｔ２のサイクルを繰り返すように動作する。
【００７２】
（外部近接物体が有るときのタッチセンサ１０の動作）
次に、タッチセンサ１０のタッチ検出領域に外部近接物体が有るときにおける、タッチ検出期間Ｔ１の動作例を説明する。なお、自己オフセット補正期間Ｔ０と終了期間Ｔ２の動作については、外部近接物体の有無に依らず同じであるため、説明を省略する。
【００７３】
外部近接物体が有るときでも、センサ部２および検出部３は、外部近接物体が無いときと同様に、タッチ検出期間Ｔ１において、図７に示したように動作する。しかしながら、第２の期間Ｔ１２における、過渡的な蓄積電流Ｉstrは、外部近接物体の有無により異なる。
【００７４】
図２に示したように、タッチセンサ１０のタッチ検出領域での外部近接物体の有無により、静電容量Ｃｍ，Ｃg1，Ｃg2は変化する。すなわち、静電容量Ｃｍに関しては、外部近接物体が有るときの値（静電容量Ｃmb）は、外部近接物体が無いときの値（静電容量Ｃma）よりも小さくなる。また、静電容量Ｃg1，Ｃg2に関しては、外部近接物体が有るときの値（Ｃp1＋Ｃf1，Ｃp2＋Ｃf2）は、外部近接物体が無いときの値（Ｃp1，Ｃp2）よりも大きくなる。これにより、外部近接物体が有るときの過渡的な蓄積電流Ｉstrは、外部近接物体が無いときに比べ小さくなる。
【００７５】
図８は、本実施の形態に係るタッチセンサ１０のタイミング図の一例であり、外部近接物体があるときの例を表すものである。図８において、（Ａ）はＳＷ制御信号ＳＡの電圧波形を示し、（Ｂ）はＳＷ制御信号ＳＢの電圧波形を示し、（Ｃ）はＳＷ制御信号ＳＣの電圧波形を示し、（Ｄ）はＳＷ制御信号ＳＣＢの電圧波形を示し、（Ｅ）は電極２１の電極電圧Ｖel1の波形を示し、（Ｆ）は電極２２の電極電圧Ｖel2の波形を示し、（Ｇ）は蓄積電圧Ｖstrの波形を示し、（Ｈ）はコンパレータ入力電圧Ｖcompの波形を示し、（Ｉ）は検出信号Ｖdetの波形を示す。
【００７６】
外部近接物体が有る場合、第２の期間Ｔ１２において、過渡的な蓄積電流Ｉstrが少なくなり、これが流れ込む容量素子Ｃstrにおける電荷の蓄積量も減少し、これに伴い、蓄積電圧Ｖstrの上昇量もまた減少する。このタッチ検出期間Ｔ１では、第１の期間Ｔ１１と第２の期間Ｔ１２とが交互に繰り返されることにより、第２の期間Ｔ１２のたびに、蓄積電圧Ｖstrが上昇するが、外部近接物体がある場合には、その蓄積電圧Ｖstrの変化速度が遅くなることとなる。これに起因して、外部近接物体がある場合は、蓄積時間ｔstrが長くなる（図８（Ｉ））。
【００７７】
以上に示したように、蓄積時間ｔstrは、外部近接物体の有無に応じて変化する。よって、タッチ判定部４の判定回路４２は、蓄積時間ｔstrと、あらかじめ定められたリファレンス時間ｔrefとを比較することにより、外部近接物体の有無を判定することができる。
【００７８】
［効果］
以上のように本実施の形態では、外部近接物体の有無を、２つの電極２１，２２の間の静電容量Ｃｍの変化を利用して検出するようにしたので、１つの電極の静電容量の変化を利用する場合に比べて、例えばアレイ基板１１上の配線など、周辺部の導電物質による影響を小さくすることができ、小型化や感度の向上を実現することができる。
【００７９】
また、本実施の形態では、センサ部２の近傍に検出部３を配置するようにしたので、センサ部２と検出部３との間の配線の寄生容量が減るとともに、クロストークによる雑音の混入も最小限にすることができる。その結果、感度の高い複雑なセンサ構造を用いることなく、また、アンプなどを設けることもなく、シンプルな構造のセンサ部２から供給される微小な信号に基づいて、外部近接物体の有無を検出することができ、小型化やコストの削減を実現することができる。
【００８０】
また、本実施の形態では、外部近接物体の検出方法として、スイッチト・キャパシタを用い、また、検出回路として、自己オフセット補正機能付きのコンパレータ回路３０を用いている。これにより、瞬間的なノイズや、ＴＦＴの製造プロセスに起因する素子ばらつきに対する耐性が強くなり、小型かつシンプルな回路構成を実現することができる。
【００８１】
また、本実施の形態では、以上のようにシンプルな構成のセンサ部と検出部とを用いてタッチセンサを構成したので、省スペース化を実現でき、これを用いてタッチセンサ付き表示装置を構成した場合には、額縁領域の狭いタッチセンサ付き表示装置を実現できる。
【００８２】
さらに、本実施の形態では、タッチセンサ付き表示装置を構成した場合において、センサ部と検出部とを、液晶表示装置（有効表示領域）と同じアレイ基板上に形成し、その他の必要な回路をＣＯＧに搭載するようにしたので、部品点数を削減しコストを削減するとともに、その額縁領域を狭くすることができる。
【００８３】
［変形例１−１］
上記実施の形態では、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３の一端を接地（ＧＮＤ）に接続し、またスイッチング素子ＳＷ２の一端を電圧ＶＤＤに接続するようにしたが、それに限定されるものではない。また、上記の実施の形態では、容量素子Ｃstrの一端を接地（ＧＮＤ）に接続するようにしたが、それに限定されるものではない。例えば、図９に示したように、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３の一端を電圧ＶＤＤに接続し、スイッチング素子ＳＷ２の一端を接地（ＧＮＤ）に接続し、さらに容量素子Ｃstrの一端を電圧ＶＤＤに接続するようにしても良い。この例では、タッチ検出期間Ｔ１においてスイッチト・キャパシタの動作を行う際、蓄積電圧Ｖstrは、電圧ＶＤＤから少しずつ下降するように動作する。これにより、コンパレータ回路３０の出力である検出信号Ｖdetは、上記実施の形態と反転した波形となる。タッチ判定部４Ｂの時間計測回路４１Ｂは、この反転した波形に基づいて、蓄積時間ｔstrを測定する回路である。なお、この場合は、スイッチング素子ＳＷ１，ＳＷ３，ＳＷ５としては、例えばｐチャネルＭＯＳ型のＴＦＴが使用可能であり、スイッチング素子ＳＷ２としては、例えばｎチャネルＭＯＳ型のＴＦＴが使用可能である。その他は、上記実施の形態と同様である。
【００８４】
［変形例１−２］
上記実施の形態では、タッチ検出期間Ｔ１における蓄積電圧Ｖstrの変化速度を、蓄積電圧Ｖstrがある一定値に到達する時間（蓄積時間ｔstr）として測定したが、これに代えて、蓄積電圧Ｖstrの変化速度を、蓄積開始後のある所定のタイミングにおける蓄積電圧Ｖstrの電圧値として測定してもよい。以下、本変形例について詳細に説明する。
【００８５】
図１０は、本変形例に係るタッチセンサ１０Ｃの一構成例を表すものである。なお、上記実施の形態に係るタッチセンサ１０と実質的に同一の部分は同一の符号を付し、適宜説明を省略する。
【００８６】
タッチセンサ１０Ｃは、検出部３Ｃ、タッチ判定部４Ｃ、制御信号生成部５Ｃ、タイミング制御回路６Ｃを備えている。検出部３Ｃは、Ｓ／Ｈ（Sample and Hold）回路３３とＡＤＣ（Analog to Digital Converter）回路３４を有しており、制御信号生成部５Ｃから供給される読込制御信号ＳＤに基づいて蓄積電圧Ｖstrをサンプリングし、ＡＤＣ回路３４でデジタル信号に変換し、その結果を検出コードＣdetとして出力するものである。なお、ここでは、説明の便宜上ＡＤＣ回路のデジタル出力のビット幅は２ビットとしているが、これに限定されるものではなく、例えば４ビットや８ビットなど、ビット幅を増やし、より高い精度で蓄積電圧ＶstrをＡ／Ｄ変換するようにしてもよい。タッチ判定部４Ｃは、判定回路４２Ｃを有しており、この判定回路４２Ｃが、検出部３Ｃから供給される検出コードＣdetとあらかじめ定められたリファレンスコードＣrefとを比較することにより、外部近接物体の有無を検出するものである。
【００８７】
図１１は、本実施の形態に係るタッチセンサ１０Ｃのタイミング図を表すものである。図１１において、（Ａ）はＳＷ制御信号ＳＡの電圧波形を示し、（Ｂ）はＳＷ制御信号ＳＣの電圧波形を示し、（Ｃ）はＳＷ制御信号ＳＣＢの電圧波形を示し、（Ｄ）は読込制御信号ＳＤの電圧波形を示し、（Ｅ）は電極２１の電極電圧Ｖel1の波形を示し、（Ｆ）は電極２２の電極電圧Ｖel2の波形を示し、（Ｇ）は蓄積電圧Ｖstrの波形を示し、（Ｈ）はＡＤＣ入力電圧Ｖadcの波形を示し、（Ｉ）は検出信号Ｖdetの波形を示す。なお、タッチセンサ１０Ｃの動作は、センサ部２に関しては、本実施の形態に係るタッチセンサ１０と同じである（図１１（Ｂ），（Ｃ），（Ｅ）〜（Ｇ））。
【００８８】
タッチセンサ１０Ｃは、まず、準備期間Ｔ０ｃにおいて、容量素子Ｃstrを放電するとともに、ＳＷ制御信号ＳＡに基づいて、Ｓ／Ｈ回路３３の状態を初期化する（図１１（Ｈ））。その後、タッチ検出期間Ｔ１ｃにおいて、本実施の形態に係るタッチセンサ１０と同様に、センサ部２がスイッチト・キャパシタの動作を行うことにより、容量素子Ｃstrに電荷を蓄積し、それに対応して蓄積電圧Ｖstrが上昇する（図１１（Ｇ））。そして、タッチ検出期間Ｔ１が開始された後、ある一定の時間を経たタイミングにおいて、ある幅を持つパルスが読込制御信号ＳＤとして供給され、これに基づいて、Ｓ／Ｈ回路３３が蓄積電圧Ｖstrをサンプリングし、その後その状態を維持する（図１１（Ｈ））。ＡＤＣ回路３４はこの電圧をＡ／Ｄ変換し、検出コードＣdetとして出力する（図１１（Ｉ））。タッチ判定部４Ｃは、この検出コードＣdetに基づいて、外部近接物体の有無を検出する。その後、タッチセンサ１０Ｃは、準備期間Ｔ０ｃへ戻る。タッチセンサ１０は、この期間Ｔ０〜Ｔ２によるサイクルを繰り返すことにより、外部近接物体の有無を継続的に検出する。
【００８９】
本変形例に係るタッチセンサ１０Ｃでは、本実施の形態に係るタッチセンサ１０と異なり、ある所定のタイミングにおける蓄積電圧Ｖstrを測定することにより、外部近接物体の有無を検出している。よって、単に外部近接物体があるかどうかだけでなく、外部近接物体のタッチ検出領域への近接の度合いも検出することができる。特に、ＡＤＣ回路３４として、より高分解能の変換特性を有するものを用いた場合には、蓄積電圧Ｖstrをより高精度で測定できるため、より高い精度で近接の度合いを検出できるようになる。
【００９０】
なお、同様の動作は、図１２に示したタッチセンサ１０Ｄでも実現することができる。タッチセンサ１０Ｄは、タッチセンサ１０Ｃにおいて、ＡＤＣ回路３４の前に配置されたＳ／Ｈ回路３３の代わりに、ＡＤＣ回路３４の後ろにラッチ回路３５を設けたものであり、その他の構成は同じである。ラッチ回路３５は、読込制御信号ＳＤによりラッチされ、ＳＷ制御信号ＳＡにより初期化されるものである。つまり、タッチセンサ１０Ｃとタッチセンサ１０Ｄとは、ある所定のタイミングにおける蓄積電圧Ｖstrをサンプリングし維持するという機能ブロックを、ＡＤＣ回路３４の前段に配置（図１０におけるＳ／Ｈ回路３３）するか、後段に配置するか（図１２におけるラッチ回路３５）の違いであり、本質的には同じものである。よって、タッチセンサ１０Ｄにおいても、外部近接物体のタッチ検出領域への近接の度合いも検出することができる。
【００９１】
＜２．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センサ付き表示装置について説明する。本実施の形態は、図１に示したタッチセンサ付き表示装置を構成するタッチセンサにおいて、センサ部の電極２１，２２の駆動方法が、上記第１の実施の形態と異なるものである。すなわち、上記第１の実施の形態（図３）では、制御信号生成部５およびセンサ部２を用いて、電極２１のみを駆動電極として動作するタッチセンサ１０を構成したが、これに代えて、本実施の形態では、制御信号生成回路８およびセンサ部７を用いて、電極２１，２２の両方を駆動電極として動作するタッチセンサ９０を構成している。その他の構成は、上記第１の実施の形態（図３）と同様である。なお、上記第１の実施の形態に係るタッチセンサ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。
【００９２】
［構成例］
（タッチセンサの回路構成例）
図１３は、タッチセンサ９０の回路構成例を表すものである。タッチセンサ９０は、センサ部７と、制御信号生成部８とを備えている。
【００９３】
センサ部７は、電極２１，２２と、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１４を有している。
【００９４】
スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１３は、電極２１，２２に電圧を時分割的に印加するものである。スイッチング素子ＳＷ１１は、電圧ＶＤＤと電極２１との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ１１によりオンオフ制御が行われ、電極２１に電圧ＶＤＤを時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ１２は、接地（ＧＮＤ）と電極２１との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ１２によりオンオフ制御が行われ、電極２１に０Ｖを時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ１３は、電圧ＶＤＤと電極２２との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ１３によりオンオフ制御が行われ、電極２２に電圧ＶＤＤを時分割的に印加する。ＳＷ制御信号ＳＣ１１〜ＳＣ１３は、後述するように、制御信号生成回路８により供給される論理信号であり、電極２１，２２のうちの少なくともどちらか一方に、電圧ＶＤＤもしくは０Ｖを時分割的に印加するようになっている。なお、スイッチング素子ＳＷ１１〜ＳＷ１３はそれぞれ、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成される。スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３としては、例えばｐチャネルＭＯＳ型のＴＦＴが使用可能であり、スイッチング素子ＳＷ１２としては、例えばｎチャネルＭＯＳ型のＴＦＴが使用可能である。
【００９５】
スイッチング素子ＳＷ１４は、後述するように、あらかじめ定められたタイミングで、センサ部７と検出部３とを接続することにより、タッチ検出領域における外部近接物体の有無に関する情報を検出部３に伝える機能を有する。スイッチング素子ＳＷ１４は、電極２２と検出部７の容量素子Ｃstrとの間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ１４によりオンオフ制御が行われる。これにより、センサ部７の静電容量Ｃｍ，Ｃg2と、検出部３の容量素子Ｃstrとの間では、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、スイッチング素子ＳＷ１４がオン状態になるたびに電荷のやりとりが行われる。ＳＷ制御信号ＳＣ１４は、制御信号生成回路８（後述）により供給される論理信号である。なお、スイッチング素子ＳＷ１４は、アレイ基板１１上にＴＦＴにより形成されるものであり、例えばアナログスイッチ（伝送ゲート）が使用可能である。
【００９６】
制御信号生成回路８は、タイミング制御回路６に基づいて、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ１１〜ＳＣ１４を生成するとともに、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢを検出部３に供給し、ＳＷ制御信号ＳＣ１１〜ＳＣ１４をセンサ部７に供給するものである。
【００９７】
［動作および作用］
（外部近接物体が無いときのタッチセンサ９０の動作）
図１４は、本実施の形態に係るタッチセンサ９０のタイミング図であり、外部近接物体が無いときの例を表すものである。図１４において、（Ａ）はＳＷ制御信号ＳＡの電圧波形を示し、（Ｂ）はＳＷ制御信号ＳＢの電圧波形を示し、（Ｃ）はＳＷ制御信号ＳＣ１１の電圧波形を示し、（Ｄ）はＳＷ制御信号ＳＣ１２の電圧波形を示し、（Ｅ）はＳＷ制御信号ＳＣ１３の電圧波形を示し、（Ｆ）はＳＷ制御信号ＳＣ１４の電圧波形を示す。図１３（Ａ）〜（Ｆ）は、論理信号であるＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ１１〜ＳＣ１４の電圧レベルが、低レベルと高レベルとの間で周期的に変化している様子を示している。なお、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ１１〜ＳＣ１４により制御されるスイッチング素子ＳＷ１〜ＳＷ８は、説明の便宜上、この論理信号の電圧レベルが高レベルの時にそれぞれオン状態となり、低レベルの時にそれぞれオフ状態になるものとする。また、図１４において、（Ｇ）は電極２１の電極電圧Ｖel1の波形を示し、（Ｈ）は電極２２の電極電圧Ｖel2の波形を示し、（Ｉ）は蓄積電圧Ｖstrの波形を示し、（Ｊ）はコンパレータ入力電圧Ｖcompの波形を示し、（Ｋ）は検出信号Ｖdetの波形を示す。
【００９８】
本実施の形態におけるタッチセンサ９０の動作は、タッチ検出期間Ｔ１ｅの動作のみが、上記第１の実施の形態のタッチ検出期間Ｔ１（図４）と異なっている。つまり、自己オフセット期間Ｔ０および終了期間Ｔ２の動作については、上記第１の実施の形態におけるタッチセンサ１０の対応する動作（図４の期間Ｔ０，Ｔ２）と同様である。
【００９９】
（タッチ検出期間Ｔ１ｅ）
タッチ検出期間Ｔ１ｅでは、センサ部７は、スイッチト・キャパシタの動作を行うことにより、容量素子Ｃstrへの電荷の蓄積を開始する。具体的には、まず、ＳＷ制御信号ＳＡの電圧が低レベルになっている期間において、制御信号生成回路８が、ＳＷ制御信号ＳＢの電圧を低レベルから高レベルに変化させる（図１４（Ｂ））。これによりスイッチング素子ＳＷ８がオン状態となり、容量素子Ｃstrの電圧が、蓄積電圧Ｖstrとしてコンパレータ回路３０の入力に供給されるようになる。容量素子Ｃstrは、タッチ検出期間Ｔ１ｅに先立つ自己オフセット補正期間Ｔ０において放電されるため、この蓄積電圧Ｖstrはタッチ検出期間Ｔ１ｅの開始とともに０Ｖとなる（図１４（Ｉ））。さらに、コンパレータ回路３０は、入力された蓄積電圧Ｖstr（コンパレータ入力電圧Ｖcomp）がリファレンス電圧Ｖrefに比べて低いため、低レベル（０Ｖ）を出力する（図１４（Ｋ））。一方、これらと同時に、制御信号生成回路８は、ＳＷ制御信号ＳＣ１１〜ＳＣ１４の電圧を周期的に変化させ始める（図１４（Ｃ）〜（Ｆ））。すなわち、まず、制御信号生成回路８は、ＳＷ制御信号ＳＣ１１，ＳＣ１３を低レベルから高レベルに変化させるとともに（図１４（Ｃ），（Ｅ））、ＳＷ制御信号ＳＣ１２，ＳＣ１４を高レベルから低レベルに変化させ（図１４（Ｄ），（Ｆ））、その状態を一定時間維持する（第１の期間Ｔ１１ｅ）。次に、制御信号生成回路８は、ＳＷ制御信号ＳＣ１１，ＳＣ１３を高レベルから低レベルに変化させるとともに（図１４（Ｃ），（Ｅ））、ＳＷ制御信号ＳＣ１２を低レベルから高レベルに変化させ（図１４（Ｄ））、その状態を一定時間維持する（第２の期間Ｔ１２ｅ）。その後、制御信号生成回路８は、ＳＷ制御信号ＳＣ１３を低レベルから高レベルに変化させるとともに（図１４（Ｅ））、ＳＷ制御信号ＳＣ１２を高レベルから低レベルに変化させ（図１４（Ｄ））、その状態を一定時間維持する（第３の期間Ｔ１３ｅ）。そして、制御信号生成回路８は、ＳＷ制御信号ＳＣ１３を高レベルから低レベルに変化させるとともに（図１４（Ｅ））、ＳＷ制御信号ＳＣ１２，ＳＣ１４を低レベルから高レベルに変化させ（図１４（Ｄ），（Ｆ））、その状態を一定時間維持する（第４の期間Ｔ１４ｅ）。制御信号生成回路８は、タッチ検出時間Ｔ１ｅの間、これらの４つの期間Ｔ１１ｅ〜Ｔ１４ｅからなる一連の動作を繰り返すように、ＳＷ制御信号ＳＣ１１〜ＳＣ１４を生成し出力する。
【０１００】
次に、図１５および図１６を参照して、期間Ｔ１１ｅ〜Ｔ１４ｅにおけるセンサ部７の詳細動作について説明する。
【０１０１】
図１５は、期間Ｔ１１ｅ〜Ｔ１４ｅにおけるセンサ部７の動作のタイミング図を表すものである。図１５において、（Ａ）はＳＷ制御信号ＳＣ１１の電圧波形を示し、（Ｂ）はＳＷ制御信号ＳＣ１２の電圧波形を示し、（Ｃ）はＳＷ制御信号ＳＣ１３の電圧波形を示し、（Ｄ）はＳＷ制御信号ＳＣ１４の電圧波形を示し、（Ｅ）は電極２１の電極電圧Ｖel1の波形を示し、（Ｆ）は電極２２の電極電圧Ｖel2の波形を示す。なお、ここでは説明の便宜上、センサ部７と検出部３とは、スイッチング素子ＳＷ１４の状態に依らず切断されているとする。つまり、センサ部７の電極２２から検出部３の容量素子Ｃstrへのいかなる蓄積電流も流れないとする。
【０１０２】
図１６は、タッチ検出期間Ｔ１ｅにおける、センサ部７の状態を表すものであり、（Ａ）は第１の期間Ｔ１１ｅにおける状態を示し、（Ｂ）は第２の期間Ｔ１２ｅにおける状態を示し、（Ｃ）は第３の期間Ｔ１３ｅにおける状態を示し、（Ｄ）は第４の期間Ｔ１４ｅにおける状態を示す。
【０１０３】
第１の期間Ｔ１１ｅでは、図１６（Ａ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３はオン状態になっており、スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１４はオフ状態になっている。これにより、電極２１，２２には、ともに電圧ＶＤＤが印加（初期化）される（図１５（Ｅ），（Ｆ））。
【０１０４】
第２の期間Ｔ１２ｅでは、図１６（Ｂ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１２はオン状態になっており、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３，ＳＷ１４はオフ状態になっている。これにより、電極２１には０Ｖが印加される（図１５（Ｅ））。このとき、静電容量Ｃg2の電荷の一部（電荷量Ｑ１２ｅ）が、電流として過渡的に静電容量Ｃｍに流れ込む（図１６（Ｂ））。これにより、電極２１の電極電圧Ｖel1が０Ｖに下がるのに応じて、電極２２の電極電圧Ｖel2も下がるものの、０Ｖにはならず、電圧ΔＶ１になる（図１５（Ｆ））。言い換えれば、電極２２の電極電圧Ｖel2は、電極２１の電極電圧Ｖel1よりも電圧ΔＶ１だけ高くなる。
【０１０５】
第３の期間Ｔ１３ｅでは、図１６（Ｃ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１３はオン状態になっており、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１２，ＳＷ１４はオフ状態になっている。これにより、電極２２には電圧ＶＤＤが印加される（図１５（Ｆ））。このとき、静電容量Ｃｍの電荷の一部（電荷量Ｑ１３ｅ）が、電流として過渡的に静電容量Ｃg1に流れ込む（図１６（Ｃ））。これにより、電極２２の電極電圧Ｖel2が電圧ＶＤＤに上がるのに応じて、電極２１の電極電圧Ｖel1も上がるものの、電圧ＶＤＤにはならず、電圧ＶＤＤ−ΔＶ２になる（図１５（Ｅ））。言い換えれば、電極２２の電極電圧Ｖel2は、電極２１の電極電圧Ｖel1よりも電圧ΔＶ２だけ高くなる。この電圧ΔＶ２は、電荷量Ｑ１２ｅと、電荷量Ｑ１３ｅとの和に対応するものである。
【０１０６】
第４の期間Ｔ１４ｅでは、図１６（Ｄ）に示したように、スイッチング素子ＳＷ１２，ＳＷ１４はオン状態になっており、スイッチング素子ＳＷ１１，ＳＷ１３はオフ状態になっている。これにより、電極２１には０Ｖが印加される（図１５（Ｅ））。このとき、静電容量Ｃg2の電荷の一部（電荷量Ｑ１４ｅ）が、電流として過渡的に静電容量Ｃｍに流れ込む（図１６（Ｄ））。これにより、電極２１の電極電圧Ｖel1が０Ｖに下がるのに応じて、電極２２の電極電圧Ｖel2も下がるものの、０Ｖにはならず、電圧ΔＶ３になる（図１５（Ｆ））。言い換えれば、電極２２の電極電圧Ｖel2は、電極２１の電極電圧Ｖel1よりも電圧ΔＶ３だけ高くなる。この電圧ΔＶ３は、電荷量Ｑ１２ｅ、電荷量Ｑ１３ｅ、および電荷量Ｑ１４ｅの和に対応するものである。
【０１０７】
このように、第２の期間Ｔ１２ｅから第４の期間Ｔ１４ｅの各期間では、静電容量Ｃｍと静電容量Ｃg1，Ｃg2に起因する過渡電流がながれ、電極電圧Ｖel1と電極電圧Ｖel2とに電圧差が生ずるようになる。さらに、期間が進むごとにその電圧差は増幅され、電極２２の電極電圧Ｖel2は、電極２１の電極電圧Ｖel1よりも少しずつ大きくなっていく（図１５（Ｅ），（Ｆ））。
【０１０８】
以上では、説明の便宜上、センサ部７と検出部３とは、スイッチング素子ＳＷ１４の状態に依らず切断されているとしたが、実際には、第４の期間Ｔ１４ｅにおいて、センサ部７の電極２２は、検出部３の容量素子Ｃstrと接続される。これにより、電極電圧Ｖel2が増幅された電極２２から、静電容量Ｃｍ，Ｃg2の電荷の一部が、スイッチング素子ＳＷ１４を介して、過渡的な蓄積電流Ｉstrとして容量素子Ｃstrに流れ込む。そして、蓄積電圧Ｖstrは、過渡的な蓄積電流Ｉstrとして流れ込んだ電荷の分だけ上昇する（図１４（Ｉ））。
【０１０９】
その後、第１の期間Ｔ１１ｅ〜第４の期間Ｔ１４ｅからなる一連の動作が繰り返されることにより、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、第４の期間Ｔ１４ｅにおいて、スイッチング素子ＳＷ１４がオン状態になるたびに、容量素子Ｃstrには電荷が蓄積され、それに伴い、蓄積電圧Ｖstrが上昇する（図１４（Ｉ））。
【０１１０】
そして、この蓄積電圧Ｖstr（コンパレータ入力電圧Ｖcomp）が、リファレンス電圧Ｖrefの電圧レベルを超えるようになると、コンパレータ回路３０が、これらの比較結果（検出信号Ｖdet）として高レベル電圧を出力する（図１４（Ｋ））。つまり、検出信号Ｖdetは、容量素子Ｃstrへの電荷の蓄積が開始された後、容量素子Ｃstrの電荷の蓄積量がある一定量（Ｃstr×Ｖref）に到達するまでの時間（蓄積時間ｔstr）、低レベルを維持する。タッチ判定部４は、検出信号Ｖdetに基づいて、この蓄積時間ｔstrを検出し、これを利用して外部近接物体の有無を検出する。
【０１１１】
（外部近接物体が有るときのタッチセンサ９０の動作）
次に、タッチセンサ９０のタッチ検出領域に外部近接物体が有るときにおける、タッチ検出期間Ｔ１ｅの動作例を説明する。
【０１１２】
外部近接物体が有るときでも、センサ部２は、外部近接物体が無いときと同様に、タッチ検出期間Ｔ１ｅにおいて、図１４および図１５に示したように動作する。しかしながら、第２の期間Ｔ１２ｅ、第３の期間Ｔ１３ｅおよび第４の期間Ｔ１４ｅで発生する過渡電流は、外部近接物体の有無により異なり、結果として、電圧ΔＶ１〜ΔＶ３もまた異なるものとなる。
【０１１３】
図２に示したように、タッチセンサ１０のタッチ検出領域での外部近接物体の有無により、静電容量Ｃｍ，Ｃg1，Ｃg2は変化する。すなわち、静電容量Ｃｍに関しては、外部近接物体が有るときの値（静電容量Ｃmb）は、外部近接物体が無いときの値（静電容量Ｃma）よりも小さくなる。また、静電容量Ｃg1，Ｃg2に関しては、外部近接物体が有るときの値（Ｃp1＋Ｃf1，Ｃp2＋Ｃf2）は、外部近接物体が無いときの値（Ｃp1，Ｃp2）よりも大きくなる。これにより、外部近接物体が有るときの上記の電圧ΔＶ１〜ΔＶ３は、外部近接物体が無いときに比べ大きくなる。よって、第４の期間Ｔ１４ｅにおいて、電極２２から容量素子Ｃstrに流れる過渡的な蓄積電流Ｉstrもまた、外部近接物体が無いときに比べ大きくなる。
【０１１４】
図１７は、本実施の形態に係るタッチセンサ９０のタイミング図の一例であり、外部近接物体があるときの例を表すものである。図１７において、（Ａ）はＳＷ制御信号ＳＡの電圧波形を示し、（Ｂ）はＳＷ制御信号ＳＢの電圧波形を示し、（Ｃ）はＳＷ制御信号ＳＣ１１の電圧波形を示し、（Ｄ）はＳＷ制御信号ＳＣ１２の電圧波形を示し、（Ｅ）はＳＷ制御信号ＳＣ１３の電圧波形を示し、（Ｆ）はＳＷ制御信号ＳＣ１４の電圧波形を示し、（Ｇ）は電極２１の電極電圧Ｖel1の波形を示し、（Ｈ）は電極２２の電極電圧Ｖel2の波形を示し、（Ｉ）は蓄積電圧Ｖstrの波形を示し、（Ｊ）はコンパレータ入力電圧Ｖcompの波形を示し、（Ｋ）は検出信号Ｖdetの波形を示す。
【０１１５】
外部近接物体がある場合には、例えば、第４の期間Ｔ１４ｅにおいて、過渡的な蓄積電流Ｉstrが多くなり、これが流れ込む容量素子Ｃstrにおける電荷の蓄積量も多くなり、これに伴い、蓄積電圧Ｖstrの上昇量もまた大きくなる。このタッチ検出期間Ｔ１ｅでは、第１の期間Ｔ１１ｅ〜第４の期間Ｔ１４ｅからなる一連の動作が繰り返されることにより、第４の期間Ｔ１４ｅのたびに、蓄積電圧Ｖstrが上昇するが、外部近接物体がある場合には、その蓄積電圧Ｖstrの変化速度が早くなることとなる。これに起因して、外部近接物体がある場合は、蓄積時間ｔstrが短くなる（図１７（Ｋ））。
【０１１６】
以上に示したように、蓄積時間ｔstrは、外部近接物体の有無に応じて変化する。よって、タッチ判定部４の判定回路は、蓄積時間ｔstrと、あらかじめ定められたリファレンス時間ｔrefとを比較することにより、外部近接物体の有無を判定することができる。
【０１１７】
［効果］
以上のように本実施の形態では、第１の電極および第２の電極の両方を駆動電極とし、これらの電極の間で複数回スイッチト・キャパシタ動作を繰り返すようにしたので、外部近接物体の有無に対応した情報が増幅され、小さい電極によりセンサ部を構成した場合でも、精度よく外部近接物体の有無を検出することができる。特に、小さい電極を有するセンサ部を用いてタッチセンサ付き表示装置を構成した場合は、センサ部を小型化できるため、その額縁領域を狭くすることができる。その他の効果は、上記第１の実施の形態の場合と同様である。
【０１１８】
［変形例２−１］
上記実施の形態では、タッチ検出期間Ｔ１ｅは、４つの期間Ｔ１１ｅ〜Ｔ１４ｅを有し、これを繰り返すものとしたが、これに限定されるものではなく、ｎ個の期間（ｎは自然数）を有し、これを繰り返すものとしても良い。ｎが偶数の場合には、回路構成は、本実施の形態（ｎ＝４）におけるタッチセンサ９０（図１３）と同様のものを用いることができ、そのタイミング図は、図１４，１５と同様のものを用いることができる。具体的には、そのタイミング図は、図１４，１５における第２の期間Ｔ１２ｅおよび第３の期間Ｔ１３ｅを、必要な回数だけ交互に追加したものを用いることができる。例えば、ｎ＝６の場合は、タッチ検出期間Ｔ１ｅは、６つの期間（Ｔ１１ｅ、Ｔ１２ｅ、Ｔ１３ｅ、Ｔ１２ｅ、Ｔ１３ｅ、Ｔ１４ｅ）を有し、これを繰り返すものである。一方、ｎが奇数の場合には、その回路構成は、例えば、図１８に示したものになる。
【０１１９】
図１８は、ｎが奇数の場合のタッチセンサの回路構成例を表すものである。タッチセンサ９０Ｆは、センサ部７Ｆと、駆動信号生成回路８Ｆとを有する。その他の構成は、本実施の形態（図１３）と同様である。センサ部７Ｆは、電極２１，２２と、スイッチング素子ＳＷ２１〜ＳＷ２４とを有している。スイッチング素子ＳＷ２１は、接地（ＧＮＤ）と電極２１との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ２１によりオンオフ制御が行われ、電極２１に接地（ＧＮＤ）を時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ２２は、電圧ＶＤＤと電極２２との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ２２によりオンオフ制御が行われ、電極２２に電圧ＶＤＤを時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ２３は、接地（ＧＮＤ）と電極２２との間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ２３によりオンオフ制御が行われ、電極２２に接地（ＧＮＤ）を時分割的に印加する。スイッチング素子ＳＷ２４は、電極２２と検出部７の容量素子Ｃstrとの間に配置され、ＳＷ制御信号ＳＣ２４によりオンオフ制御が行われる。信号生成回路８Ｆは、タイミング制御回路６に基づいて、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ２１〜ＳＣ２４を生成するとともに、ＳＷ制御信号ＳＡ，ＳＢを検出部３に供給し、ＳＷ制御信号ＳＣ２１〜ＳＣ２４をセンサ部７Ｆに供給するものである。
【０１２０】
図１９は、ｎ＝５の場合のセンサ部７Ｆの動作のタイミング図を表すものである。この場合、５つの期間は、Ｔ１１ｆ、Ｔ１２ｆ、Ｔ１３ｆ、Ｔ１４ｆ、Ｔ１５ｆからなる。電極２１の電極電圧Ｖel1と電極２２の電極電圧Ｖel2との電圧差Ｖel2−Ｖel1は、第２の期間Ｔ１２ｆにおいて電圧ΔＶ１となり、第３の期間Ｔ１３ｆにおいて電圧ΔＶ２となり、第４の期間Ｔ１４ｆにおいて電圧ΔＶ３となり、第５の期間Ｔ１５ｆにおいて電圧ΔＶ４となることにより、電極２２の電極電圧Ｖel2を増幅するとともに、電極２２から容量素子Ｃstrに過渡的な蓄積電流Ｉstrを流し込み、これにより容量素子Ｃstrに電荷が蓄積される。そして、第１の期間Ｔ１１ｆ〜第５の期間Ｔ１５ｆからなる一連の動作が繰り返されることにより、いわゆるスイッチト・キャパシタの動作原理に基づいて、第５の期間Ｔ１５ｆにおいて、スイッチング素子ＳＷ２４がオン状態になるたびに、容量素子Ｃstrには電荷が蓄積され、それに伴い、蓄積電圧Ｖstrが上昇する。
【０１２１】
このように、第１の電極および第２の電極の間におけるスイッチト・キャパシタ動作の繰り返し回数は、任意の回数に設定することができる。よって、この繰り返し回数を増やすことにより、外部近接物体の有無に対応した情報が増幅され、さらに精度よく外部近接物体の有無を検出することができる。
【０１２２】
［変形例２−２］
本実施の形態におけるタッチセンサは、第１の実施の形態と同様に、蓄積電圧Ｖstrの変化速度を、ある一定のタイミングにおける蓄積電圧Ｖstrの電圧値として測定してもよい。その際、図１０や図１２に示したように、ＡＤＣ回路を用いて検出部を構成してもよい。
【０１２３】
＜３．具体的な応用例＞
次に、図２０〜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センサおよびタッチセンサ付き表示装置の具体的な応用例について説明する。
【０１２４】
（応用例１）
図２０（Ａ），（Ｂ）は、携帯情報端末１１０の表示動作およびタッチセンサ動作の一例を表すものである。タッチセンサ付き表示部１７Ａは、図２０（Ａ）に示したように、主画面１００の額縁領域に配置されており、例えば、主画面１００に表示された内容に従い、ユーザがタッチセンサ付き表示部１７Ａを用いて情報を入力できるようになっている。タッチセンサ付き表示部１７Ａは、図１に示したものと同様に、センサ部２およびセンサ表示部１４を有している。このタッチセンサ付き表示部１７Ａは、省スペース性の観点から、主画面１００（有効表示領域）と同じアレイ基板に形成されることが望ましく、特に、そのセンサ表示部１４は、主画面１００と同一の構造の表示素子をもつことが望ましい。具体的には、主画面１００が液晶素子を用いている場合には、そのセンサ表示部１４は、液晶素子により表示を行うものが望ましい。
【０１２５】
携帯情報端末１１０は、主画面１００に表示された内容に従い、対応するタッチセンサ付き表示部１７Ａにタッチすることにより情報を入力する機能を有する。例えば、図２０（Ａ）では、ユーザは、タッチセンサ付き表示部１７Ａをタッチすることにより、４つの機能のうち１つを選択することができる。また、図２０（Ｂ）では、例えば携帯情報端末１１０が音を出力する機能を有している場合などにおいて、ユーザは、複数のタッチセンサ付き表示部１７Ａにまたがって指をスライドして動かすことにより、音量を調節することができる。このように、携帯情報端末１１０では、主画面１００に表示する内容を変更することにより、その表示内容に応じた様々な情報を、タッチセンサ付き表示部１７Ａを用いて入力することができる。
【０１２６】
（応用例２）
図２１は、携帯情報端末１２０の表示動作およびタッチセンサ動作の一例を表すものであり、（Ａ）は携帯情報端末１２０の平面図を示し、（Ｂ）はタッチセンサ付き表示部１７Ｂの構成例を示す。タッチセンサ付き表示部１７Ｂは、図２１（Ａ）に示したように、主画面１００および副画面１０１に隣接する場所に配置されており、例えば、ユーザが、主画面１００もしくは副画面１０１に表示された内容に従ってタッチセンサ付き表示部１７Ｂを用いて情報を入力し、あるいは、タッチセンサ付き表示部１７Ｂを用いて情報を入力しながら、主画面１００および副画面１０１における表示を確認できるようになっている。タッチセンサ付き表示部１７Ｂは、図２１（Ｂ）に示したように、センサ部２および表示素子１０２を有している。表示素子１０２は、図１のセンサ表示部１４を構成する一表示要素である。これらは、タッチセンサ付き表示部１７Ｂにおいてマトリックス状に配置されており、表示の自由度をある程度確保するとともに、タッチ位置の検出の機能も有するようになっている。このタッチセンサ付き表示部１７Ｂは、省スペース性の観点から、少なくとも副画面１０１（有効表示領域）と同じ基板上に形成されることが望ましく、副画面１０１と同一の構造の表示素子をもつことが望ましい。さらに、センサ表示部１４は、副画面１０１だけでなく主画面１００（有効表示領域）と同じ基板上に形成されても良く、センサ表示部１４、主画面１００、および副画面１０１が、お互いに同一の構造の表示素子を持つことが望ましい。
【０１２７】
携帯情報端末１２０は、この例では、主画面１００もしくは副画面１０１に表示された内容に従い、タッチセンサ表示部１７Ｂに表示されたボタンにより、情報を入力する機能を有する。また、携帯情報端末１０１と同様に、主画面１００もしくは副画面１０１において表示する内容を変更することにより、その表示内容に応じた様々な情報を入力することができる。さらに、タッチセンサ表示部１７Ｂ自体の表示内容を変更することにより、例えば、ユーザがより直感的に操作方法を理解できるようにすることが可能である。また、タッチ位置の検出機能を利用することにより、例えば、タッチセンサ表示部１７Ｂに複数のボタンを表示し、複数の情報を入力できるようにすることも可能である。
【０１２８】
（応用例３）
図２２は、携帯情報端末１３０の表示動作およびタッチセンサ動作の一例を表すものであり、（Ａ）は携帯情報端末１３０の平面図を示し、（Ｂ）はタッチセンサ付き表示部１７Ｃの構成例を示す。タッチセンサ付き表示部１７Ｃは、図２２（Ａ）に示したように、主画面１００および副画面１０１に隣接する場所に配置されている。タッチセンサ付き表示部１７Ｃの構成は、図２２（Ｂ）に示したように、タッチセンサ付き表示部１７Ｂ（図２１（Ｂ））と同様であり、表示の自由度をある程度確保するとともに、タッチ位置の検出の機能も有するようになっている。
【０１２９】
携帯情報端末１３０は、この例では、主画面１００もしくは副画面１０１に表示された内容に従い、タッチセンサ表示部１７Ｃに表示された４つの方向を示す選択スイッチにより、情報を入力する機能を有する。これにより、選択スイッチの数に依存せずに、より多くの情報を入力することが可能となる。
【０１３０】
（応用例４）
図２３は、携帯情報端末１４０の表示動作およびタッチセンサ動作の一例を表すものであり、（Ａ）は携帯情報端末１４０の平面図を示し、（Ｂ）はタッチセンサ付き表示部１７Ｄの構成例を示す。タッチセンサ付き表示部１７Ｄは、図２３（Ａ）に示したように、主画面１００および副画面１０１に隣接する場所に配置されている。さらに、携帯情報端末１４０には、タッチセンサ付き表示部１７Ｄとは別の情報入力機能をもつタッチセンサ付き表示部（この例ではタッチセンサ付き表示部１７Ｃ）も配置されている。タッチセンサ付き表示部１７Ｄの構成は、図２３（Ｂ）に示したように、タッチセンサ付き表示部１７Ｂ（図２１（Ｂ）），１７Ｃ（図２２（Ｂ））と同様であり、表示の自由度をある程度確保するとともに、タッチ位置の検出の機能も有するようになっている。
【０１３１】
携帯情報端末１４０は、主画面１００もしくは副画面１０１に表示された内容に従い、タッチセンサ表示部１７Ｃ，１７Ｄを用いて情報を入力する機能を有する。例えば、図２３（Ｂ）では、例えば携帯情報端末１４０が主画面１００に写真を表示する機能を有している場合などにおいて、ユーザは、タッチセンサ付き表示部１７Ｄに表示されたリング状の図形をなぞることにより、いわゆるロータリースイッチとして、その写真の一部を拡大もしくは縮小して表示するように指示することができる。また、携帯情報端末１４０では、複数のタッチセンサ表示部１７Ｃ，１７Ｄを設けることにより、様々な情報を並行して入力することが可能になる。
【０１３２】
また、いずれの携帯情報端末においても、タッチセンサ付き表示部の機能を固定せずに、携帯情報端末における操作内容によって、例えば、ボタン（図２１（Ｂ））の機能と選択スイッチ（図２２（Ｂ））の機能とを切り替えることにより、情報入力の自由度はより高いものとなる。これにより、特に、小型もしくは多機能な携帯情報端末においては、そのユーザーインターフェースが大幅に向上することとなる。
【０１３３】
＜４．電子機器への適用例＞
次に、図２４〜図２８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センサ付き表示装置の電子機器への適用例について説明する。上記実施の形態等のタッチセンサ付き表示装置は、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タッチセンサ付き表示装置は、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。
【０１３４】
（適用例１）
図２４は、上記実施の形態等のタッチセンサ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センサ付き表示装置により構成されている。
【０１３５】
（適用例２）
図２５は、上記実施の形態等のタッチセンサ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センサ付き表示装置により構成されている。
【０１３６】
（適用例３）
図２６は、上記実施の形態等のタッチセンサ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センサ付き表示装置により構成されている。
【０１３７】
（適用例４）
図２７は、上記実施の形態等のタッチセンサ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センサ付き表示装置により構成されている。
【０１３８】
（適用例５）
図２８は、上記実施の形態等のタッチセンサ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センサ付き表示装置により構成されている。
【０１３９】
以上、いくつかの実施の形態および変形例、ならびにそれらの具体的な応用例および電子機器への適用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は限定されず、種々の変形が可能である。
【０１４０】
上記実施の形態等では、有効表示領域１３およびセンサ表示部１４の表示素子として、ともに液晶素子を用いるとしたが、これに限定されるものではなく、これに代えて、例えば、ともに有機ＥＬ（Electro Luminescence）素子などのＥＬ素子を用いてもよい。また、有効表示領域１３とセンサ表示部１４とで、別の構造をもつ表示素子を用いても良い。
【０１４１】
上記実施の形態等では、センサ表示部１４は有効表示領域１３と同様に表示を行うものとしたが、これに限定されるものではなく、例えば、センサ表示部１４の表示内容が固定されていてもよい。この場合、例えば、センサ表示部１４は、液晶を介さずにバックライトから光を射出し、センサ表示部１４の表面に配置されたカバー部材にあらかじめ印刷された、機能を示す記号などを通して表示を行うものであってもよい。また、省スペース性が重要でない場合には、例えば、センサ表示部１４は、発光ダイオードを新たに設け、その発光ダイオードから光を射出し、同様にあらかじめ印刷された記号などを通して表示を行うものであってもよい。
【０１４２】
上記実施の形態等では、センサ表示部１４を設けるとしたが、これを設けなくても良い。この場合でも、センサ部２や検出部３を同じアレイ基板１１上に形成することにより、小型化が実現できる。
【符号の説明】
【０１４３】
１…タッチセンサ付き表示装置、２，２Ｂ，７，７Ｆ…センサ部、３，３Ｂ，３Ｃ，３Ｄ…検出部、４，４Ｂ，４Ｃ…タッチ判定部、５，５Ｃ…制御信号生成部、６，６Ｃ…タイミング制御回路、８，８Ｆ，５０，５０Ｃ…制御信号生成回路、１０，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ、９０，９０Ｆ…タッチセンサ、１１…アレイ基板、１２…カラーフィルタ基板、１３…有効表示領域、１４…センサ表示部、１５…ＣＯＧ、１６…端子部、１７，１７Ａ，１７Ｂ，１７Ｃ，１７Ｄ…タッチセンサ付き表示部、２１，２２…電極、３０…コンパレータ回路、３１，３２，５１…インバータ回路、３３…Ｓ／Ｈ回路、３４…ＡＤＣ回路、３５…ラッチ回路、４１，４１Ｂ…時間計測回路、４２，４２Ｃ…判定回路、４３…メモリ、１００…主画面、１０１…副画面、１０２Ａ，１０２Ｂ…表示素子、１１０，１２０，１３０，１４０…携帯情報端末、Ｃdet…検出コード、Ｃcomp，Ｃstr…容量素子、Ｃf1，Ｃf2，Ｃg，Ｃm，Ｃma，Ｃmb，Ｃp1，Ｃp2…静電容量、ＧＮＤ…接地、Ｉstr…過渡電流、Ｐ１…点、Ｑ１２ｅ，Ｑ１３ｅ，Ｑ１４ｅ…電荷量、ＳＡ，ＳＢ，ＳＣ，ＳＣＢ，ＳＣ１１〜ＳＣ１４，ＳＣ２１〜ＳＣ２４…ＳＷ制御信号、ＳＤ…読込制御信号、ＳＷ１〜ＳＷ８，ＳＷ１１〜ＳＷ１４、ＳＷ２１〜ＳＷ２４…スイッチング素子、Ｔ０…自己オフセット補正期間、Ｔ０ｃ…準備期間、Ｔ１，Ｔ１ｃ，Ｔ１ｅ…タッチ検出期間、Ｔ１１，Ｔ１２，Ｔ１１ｅ，Ｔ１２ｅ，Ｔ１３ｅ，Ｔ１４ｅ…期間、Ｔ２…終了期間、Ｔstr…蓄積時間、Ｖcomp…コンパレータ入力電圧、ＶＤＤ…電源、Ｖdet…検出信号、Ｖel1，Ｖel2…電極電圧、Ｖi…入力電圧、Ｖo…出力電圧、Ｖout…タッチ判定出力、Ｖref…リファレンス電圧、Ｖstr…蓄積電圧、Ｖthi，Ｖthc…しきい値、Ｗ１〜Ｗ３…特性、ΔＶcomp…電位差、ΔＶ１〜ΔＶ４…電圧
【特許請求の範囲】
【請求項１】
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第１の電極および第２の電極と、
容量素子と、
前記第１および第２の電極のうちの少なくとも前記第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して前記第２の電極と前記容量素子との間の接続状態を制御する駆動制御部と、
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する検出部と
を備えたタッチセンサ。
【請求項２】
前記駆動制御部は、前記第１の電極を駆動電極として駆動する一方、前記第２の電極を検出電極として利用する
請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項３】
前記駆動制御部は、
前記第１および第２の電極の両方の電圧レベルを初期化すると共に、前記第２の電極と前記容量素子との間を非接続状態にする第１の動作と、
前記第１の電極に駆動電圧を印加すると共に、前記第２の電極と前記容量素子との間を接続する第２の動作と
を行うように制御する請求項２に記載のタッチセンサ。
【請求項４】
前記駆動制御部は、前記容量素子の電圧が所定のしきい値に達するまで前記第１および第２の動作を繰り返すように制御を行い、
前記検出部は、前記容量素子の電圧が前記しきい値に達するまでの時間に基づいて前記外部近接物体を検出する
請求項３に記載のタッチセンサ。
【請求項５】
前記駆動制御部は、前記第１および第２の動作を所定回数繰り返すように制御を行い、
前記検出部は、前記第１および第２の動作の前記所定回数の繰り返しが終了した時点における前記容量素子の電圧レベルに基づいて前記外部近接物体を検出する
請求項３に記載のタッチセンサ。
【請求項６】
前記駆動制御部は、前記第１および第２の電極の両方を駆動電極として駆動すると共に、前記第２の電極を検出電極としても利用する
請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項７】
前記駆動制御部は、
前記第１および第２の電極の両方の電圧レベルを初期化すると共に、前記第２の電極と前記容量素子との間を非接続状態にする初期化動作と、
前記初期化動作に続き、前記第２の電極と前記容量素子との間を非接続状態にしたまま、前記第１および第２の電極のいずれか一方に第１の駆動電圧を印加する動作と前記第１および第２の電極の他方に第２の駆動電圧を印加する動作とを交互に行い、前記第１の電極に前記第１もしくは第２の駆動電圧を印加する最後の動作において前記第２の電極と前記容量素子との間を接続する駆動動作と
を行うように制御する
請求項６に記載のタッチセンサ。
【請求項８】
前記駆動制御部は、
前記初期化動作としての第１の動作と、
前記第２の電極と前記容量素子との間を非接続状態にしたまま、前記第１の電極に第１の駆動電圧を印加する第２の動作と、
前記第２の電極と前記容量素子との間を非接続状態にしたまま、前記第２の電極に第２の駆動電圧を印加する第３の動作と、
前記第１の電極に第１の駆動電圧を印加するとともに、第２の電極と前記容量素子との間を接続する第４の動作と
を、この順序で繰り返す
請求項７に記載のタッチセンサ。
【請求項９】
前記検出部は、
入力端子と参照電圧端子との間に配置され、オンオフ制御される第１のスイッチング素子と、
２つの端子のうちの片方が前記入力端子に接続された他の容量素子と、
入力が前記他の容量素子の他方の端子と接続され、出力が出力端子に接続された反転回路と、
前記反転回路の入出力間に配置され、オンオフ制御される第２のスイッチング素子と
を有するコンパレータ回路を含み、
前記コンパレータ回路は、前記第１および第２のスイッチング素子の双方をオン状態にした後にオフ状態に変化させると共に、そのオフ状態において前記入力端子に印加された入力電圧を、前記参照電圧端子に印加された参照電圧と比較し、その結果を前記出力端子より出力する
請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項１０】
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第１および第２の電極のうちの少なくとも前記第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して前記第２の電極と容量素子との間の接続状態を制御し、
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する
タッチセンサの駆動方法。
【請求項１１】
前記第１および第２の電極の初期化と前記第１の電極へのタッチ検出用の駆動電圧の印加とを交互に行うと共に前記第１の電極への前記駆動電圧の印加に同期して前記第２の電極に前記容量素子を接続する、という一連の動作を１回以上繰り返すことにより、前記第１および第２の電極のそれぞれと接地との間に形成される接地容量と、前記電極間静電容量と、前記容量素子との間で電荷を相互に移動させて前記容量素子の電圧を変化させ、
前記外部近接物体の存在の有無によって前記容量素子の電圧の変化速度が異なることを利用して、前記外部近接物体を検出する
請求項１０に記載のタッチセンサの駆動方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の電極を初期化したのち、前記第１および第２の電極のいずれか一方に第１の駆動電圧を印加する動作と他方に第２の駆動電圧を印加する動作とを交互に行い、前記第１の電極に前記第１もしくは第２の駆動電圧を印加する最後の動作において前記第２の電極と前記容量素子との間を接続する、という一連の動作を１回以上繰り返すことにより、前記第１および第２の電極のそれぞれと接地との間に形成される接地容量と、前記電極間静電容量と、前記容量素子との間で電荷を相互に移動させて前記容量素子の電圧を変化させ、
前記外部近接物体の存在の有無によって前記容量素子の電圧の変化速度が異なることを利用して、前記外部近接物体を検出する
請求項１０に記載のタッチセンサの駆動方法。
【請求項１３】
複数の表示素子を含み、画像信号に基づく画像表示を行う画像表示部と、この画像表示部の有効表示領域の外側の額縁領域に位置するタッチセンサ部とが一体に形成されてなる表示パネルを備え、
前記タッチセンサ部が、
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第１の電極および第２の電極と、
容量素子と、
前記第１および第２の電極のうちの少なくとも前記第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して前記第２の電極と前記容量素子との間の接続状態を制御する駆動制御部と、
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する検出部と
を有する
タッチセンサ付き表示装置。
【請求項１４】
前記表示パネルは、前記額縁領域に、前記画像表示部の前記表示素子と同一構造の表示素子を含む他の表示部を有する
請求項１３に記載のタッチセンサ付き表示装置。
【請求項１５】
外部近接物体を検出するタッチセンサと、
前記タッチセンサを通じて入力された情報に基づいて所定の処理を行う処理部と
を備え、
前記タッチセンサが、
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第１の電極および第２の電極と、
容量素子と、
前記第１および第２の電極のうちの少なくとも前記第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して前記第２の電極と前記容量素子との間の接続状態を制御する駆動制御部と、
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する検出部と
を有する
電子機器。
【請求項１】
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第１の電極および第２の電極と、
容量素子と、
前記第１および第２の電極のうちの少なくとも前記第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して前記第２の電極と前記容量素子との間の接続状態を制御する駆動制御部と、
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する検出部と
を備えたタッチセンサ。
【請求項２】
前記駆動制御部は、前記第１の電極を駆動電極として駆動する一方、前記第２の電極を検出電極として利用する
請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項３】
前記駆動制御部は、
前記第１および第２の電極の両方の電圧レベルを初期化すると共に、前記第２の電極と前記容量素子との間を非接続状態にする第１の動作と、
前記第１の電極に駆動電圧を印加すると共に、前記第２の電極と前記容量素子との間を接続する第２の動作と
を行うように制御する請求項２に記載のタッチセンサ。
【請求項４】
前記駆動制御部は、前記容量素子の電圧が所定のしきい値に達するまで前記第１および第２の動作を繰り返すように制御を行い、
前記検出部は、前記容量素子の電圧が前記しきい値に達するまでの時間に基づいて前記外部近接物体を検出する
請求項３に記載のタッチセンサ。
【請求項５】
前記駆動制御部は、前記第１および第２の動作を所定回数繰り返すように制御を行い、
前記検出部は、前記第１および第２の動作の前記所定回数の繰り返しが終了した時点における前記容量素子の電圧レベルに基づいて前記外部近接物体を検出する
請求項３に記載のタッチセンサ。
【請求項６】
前記駆動制御部は、前記第１および第２の電極の両方を駆動電極として駆動すると共に、前記第２の電極を検出電極としても利用する
請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項７】
前記駆動制御部は、
前記第１および第２の電極の両方の電圧レベルを初期化すると共に、前記第２の電極と前記容量素子との間を非接続状態にする初期化動作と、
前記初期化動作に続き、前記第２の電極と前記容量素子との間を非接続状態にしたまま、前記第１および第２の電極のいずれか一方に第１の駆動電圧を印加する動作と前記第１および第２の電極の他方に第２の駆動電圧を印加する動作とを交互に行い、前記第１の電極に前記第１もしくは第２の駆動電圧を印加する最後の動作において前記第２の電極と前記容量素子との間を接続する駆動動作と
を行うように制御する
請求項６に記載のタッチセンサ。
【請求項８】
前記駆動制御部は、
前記初期化動作としての第１の動作と、
前記第２の電極と前記容量素子との間を非接続状態にしたまま、前記第１の電極に第１の駆動電圧を印加する第２の動作と、
前記第２の電極と前記容量素子との間を非接続状態にしたまま、前記第２の電極に第２の駆動電圧を印加する第３の動作と、
前記第１の電極に第１の駆動電圧を印加するとともに、第２の電極と前記容量素子との間を接続する第４の動作と
を、この順序で繰り返す
請求項７に記載のタッチセンサ。
【請求項９】
前記検出部は、
入力端子と参照電圧端子との間に配置され、オンオフ制御される第１のスイッチング素子と、
２つの端子のうちの片方が前記入力端子に接続された他の容量素子と、
入力が前記他の容量素子の他方の端子と接続され、出力が出力端子に接続された反転回路と、
前記反転回路の入出力間に配置され、オンオフ制御される第２のスイッチング素子と
を有するコンパレータ回路を含み、
前記コンパレータ回路は、前記第１および第２のスイッチング素子の双方をオン状態にした後にオフ状態に変化させると共に、そのオフ状態において前記入力端子に印加された入力電圧を、前記参照電圧端子に印加された参照電圧と比較し、その結果を前記出力端子より出力する
請求項１に記載のタッチセンサ。
【請求項１０】
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第１および第２の電極のうちの少なくとも前記第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して前記第２の電極と容量素子との間の接続状態を制御し、
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する
タッチセンサの駆動方法。
【請求項１１】
前記第１および第２の電極の初期化と前記第１の電極へのタッチ検出用の駆動電圧の印加とを交互に行うと共に前記第１の電極への前記駆動電圧の印加に同期して前記第２の電極に前記容量素子を接続する、という一連の動作を１回以上繰り返すことにより、前記第１および第２の電極のそれぞれと接地との間に形成される接地容量と、前記電極間静電容量と、前記容量素子との間で電荷を相互に移動させて前記容量素子の電圧を変化させ、
前記外部近接物体の存在の有無によって前記容量素子の電圧の変化速度が異なることを利用して、前記外部近接物体を検出する
請求項１０に記載のタッチセンサの駆動方法。
【請求項１２】
前記第１および第２の電極を初期化したのち、前記第１および第２の電極のいずれか一方に第１の駆動電圧を印加する動作と他方に第２の駆動電圧を印加する動作とを交互に行い、前記第１の電極に前記第１もしくは第２の駆動電圧を印加する最後の動作において前記第２の電極と前記容量素子との間を接続する、という一連の動作を１回以上繰り返すことにより、前記第１および第２の電極のそれぞれと接地との間に形成される接地容量と、前記電極間静電容量と、前記容量素子との間で電荷を相互に移動させて前記容量素子の電圧を変化させ、
前記外部近接物体の存在の有無によって前記容量素子の電圧の変化速度が異なることを利用して、前記外部近接物体を検出する
請求項１０に記載のタッチセンサの駆動方法。
【請求項１３】
複数の表示素子を含み、画像信号に基づく画像表示を行う画像表示部と、この画像表示部の有効表示領域の外側の額縁領域に位置するタッチセンサ部とが一体に形成されてなる表示パネルを備え、
前記タッチセンサ部が、
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第１の電極および第２の電極と、
容量素子と、
前記第１および第２の電極のうちの少なくとも前記第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して前記第２の電極と前記容量素子との間の接続状態を制御する駆動制御部と、
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する検出部と
を有する
タッチセンサ付き表示装置。
【請求項１４】
前記表示パネルは、前記額縁領域に、前記画像表示部の前記表示素子と同一構造の表示素子を含む他の表示部を有する
請求項１３に記載のタッチセンサ付き表示装置。
【請求項１５】
外部近接物体を検出するタッチセンサと、
前記タッチセンサを通じて入力された情報に基づいて所定の処理を行う処理部と
を備え、
前記タッチセンサが、
相互間に電極間静電容量が形成されるように配置された第１の電極および第２の電極と、
容量素子と、
前記第１および第２の電極のうちの少なくとも前記第１の電極を駆動すると共に、この第１の電極の駆動動作と同期して前記第２の電極と前記容量素子との間の接続状態を制御する駆動制御部と、
前記容量素子の電圧の変化の仕方に基づいて外部近接物体を検出する検出部と
を有する
電子機器。
【図１】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【図２】
【図３】
【図４】
【図５】
【図６】
【図７】
【図８】
【図９】
【図１０】
【図１１】
【図１２】
【図１３】
【図１４】
【図１５】
【図１６】
【図１７】
【図１８】
【図１９】
【図２０】
【図２１】
【図２２】
【図２３】
【図２４】
【図２５】
【図２６】
【図２７】
【図２８】
【公開番号】特開２０１１−１３８６９２（Ｐ２０１１−１３８６９２Ａ）
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２００９−２９８１０６（Ｐ２００９−２９８１０６）
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２３年７月１４日（２０１１．７．１４）
【国際特許分類】
【出願日】平成２１年１２月２８日（２００９．１２．２８）
【出願人】（０００００２１８５）ソニー株式会社 (34,172)
【Ｆターム（参考）】
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