タッチセンサ装置及びこれを備えた電子機器
【課題】表面型静電容量方式タッチセンサの検出精度を向上し得るタッチセンサ装置等を提供する。
【解決手段】本発明のタッチセンサ装置１Ａは、人体４が接触又は近接すると人体４との間に静電容量を形成するタッチパネル２と、直流電圧を出力するバッテリ(電池)等を有するとともに前記直流電圧を交流電圧に変換してタッチパネル２から出力する電源部と、前記交流電圧の基準電位となる基準電位部と、基準電位部に電気的に接続されるとともに人体４が接触するリストストラップ１１及びケーブル９と、電源部から人体４へ流れる電流を検出する電流検出部と、を備えたことを特徴とする。
【解決手段】本発明のタッチセンサ装置１Ａは、人体４が接触又は近接すると人体４との間に静電容量を形成するタッチパネル２と、直流電圧を出力するバッテリ(電池)等を有するとともに前記直流電圧を交流電圧に変換してタッチパネル２から出力する電源部と、前記交流電圧の基準電位となる基準電位部と、基準電位部に電気的に接続されるとともに人体４が接触するリストストラップ１１及びケーブル９と、電源部から人体４へ流れる電流を検出する電流検出部と、を備えたことを特徴とする。
【発明の詳細な説明】
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面型静電容量方式のタッチセンサ装置、これを備えた電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチセンサ装置は、指やペンなどを用いて指し示された位置座標、又は指し示す動作の有無を検出する装置であり、通常、液晶ディスプレイ（以下「ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）」という。）やプラズマディスプレイ（以下「ＰＤＰ（Plasma Display Panel）」という。）等の面表示装置と組み合わせて用いられる。
【０００３】
タッチセンサ装置の出力をコンピュータに入力し、コンピュータによって表示装置の表示内容を制御したり機器を制御したりすることにより、使い勝手の良いマンマシン・インターフェイスが実現される。現在はゲーム機、携帯情報端末、券売機、ＡＴＭ（Automated Teller Machine）、カーナビゲーションなど、日常生活において広く利用されている。そして、コンピュータの高性能化やネットワーク接続環境の普及とともに、電子機器で供給されるサービスが多様化し、これに伴いタッチセンサ装置を備えた表示装置のニーズが拡大し続けている。
【０００４】
タッチセンサ装置の方式として、静電容量方式、抵抗膜方式、赤外線方式、超音波方式、電磁誘導方式などが知られている。タッチセンサ装置の中でも、静電容量方式のタッチセンサ装置は、様々な厚さのガラスやプラスチックを通して指の接触を感知することで、工業用製品や白物家電などの多くのアプリケーション領域において堅牢性を発揮している。ただし、タッチするものは、指や、指と同等の静電容量を形成する導電性のものに限られる。
【０００５】
静電容量方式タッチセンサ装置は、更に投影型（Projected capacitive型）と表面型（Surface capacitive型）とに分類される。
【０００６】
投影型は、Ｘ−Ｙ透明電極をマトリクス形状で形成した方式である。Ｘ−Ｙ透明電極に指が近づくと、電極間の静電容量が増加し、Ｘ−Ｙのラインの静電容量の変化をコントローラが検知し、指の位置を検出する。
【０００７】
投影型は、ガラス基板の両面にＸＹ電極が形成されている。そのガラス基板の両面に透明電極を形成するために、透明導電層を二層成膜する必要がある。これに加え、透明電極をマトリクス形状にするために、透明導電層をパターニングする必要があり、製造工程数が多い。また、ＸＹ電極数が多い上に、ＸＹ電極の各々に対応する端子を必要とするため、それらの端子数も多い。
【０００８】
更に、透明電極の代表的な材料としてＩＴＯ（indium tin oxide）が挙げられるが、液晶パネルやタッチパネル市場が伸びているため、ＩＴＯの需要が高まっている。特にＩＴＯを構成するインジウムは希少金属であり、高価である。また、ＩＴＯは蒸着により、成膜するので、製造タクトタイムが長く、一度に大量生産することができない。よって、ＩＴＯフィルムメーカの増産が追いつかずに、ＩＴＯフィルムの供給不足に陥り、透明電極部材の価格が高騰しつつある。結果として、投影型は製造コストが高くなってしまうという欠点がある。
【０００９】
これに対し、表面型は、後述するように、絶縁性基板の表面に透明導電層を一層成膜するだけであるので、投影型に比較して構造がシンプルで製造コストを抑えることができる。
【００１０】
すなわち、一般の表面型は、絶縁性基板と、その表面に形成された均一な透明導電層と、その上面に形成された薄い絶縁層（保護層）とで構成する。このタッチセンサ装置を駆動する際は、その透明導電層の四隅に交流電圧を印加する。指でタッチセンサを触れると、透明導電層と指によって形成される静電容量を介して、指に微小電流が流れる。この電流は、透明導電層の四隅のそれぞれから指がタッチ(指が接触)した点へ流れる。そして、信号処理回路が、それぞれの電流の和からタッチの有無を検出する。また、それぞれの電流の比から、タッチ位置の座標を計算する。このような表面型に関する技術については、例えば次の特許文献１〜６に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４２９３７３４号明細書
【特許文献２】特表昭５６−５００２３０号公報
【特許文献３】特開２００１−０９９６０９号公報
【特許文献４】特開２００５−２６９０９０号公報
【特許文献５】特開２００７−２６４９２３号公報
【特許文献６】特許第３８６４５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、表面型静電容量方式のタッチセンサ装置には、次のような課題があった。
【００１３】
表面型静電容量方式タッチセンサ装置を携帯機器に組み込んだ場合、すなわちモバイル環境下においては、接触位置を検出するタッチセンサ機能のＳ／Ｎ（信号対雑音比）が低下することにより、タッチセンサ機能の感度及び位置精度が劣化する。更に、周囲の環境が変化すると接触感度及び位置検出精度も影響を受けやすい。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、表面型静電容量方式のタッチセンサ装置の位置検出精度を向上し得るタッチセンサ装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るタッチセンサ装置は、
人体が接触又は近接すると当該人体との間に静電容量を形成する第一の人体接触部と、
この第一の人体接触部との間に交流電圧を出力する電源部と、
この電源部から前記人体へ流れる電流を検出する電流検出部と、
前記交流電圧の基準電位となる基準電位部と、
この基準電位部に電気的に接続されるとともに前記人体が接触する第二の人体接触部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、検出電流の流れる閉ループに寄生インピーダンスを含まないことから、検出電流を増加できるとともにノイズや周囲の影響を抑制できるので、検出電流による検出位置精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【図２】図１の携帯機器の断面模式図である。
【図３】実施形態１のタッチセンサ装置の等価回路図である。
【図４】実施形態１のタッチセンサ装置における動作の電圧波形を示すグラフである。
【図５】図５［１］は、表面型静電容量方式のタッチセンサ装置の一般的な動作原理を示す等価回路図である。図５［２］は、実施形態１のタッチセンサ装置が解決する課題を示す等価回路図である。
【図６】タッチに伴う電流に対する寄生インピーダンスの影響についての計算結果を示すグラフである。
【図７】図７［１］は、実施形態１のタッチセンサ装置の動作原理を示す等価回路図である。図７［２］は、実施形態１のタッチセンサ装置におけるタッチに伴う電流の測定結果を示すグラフである。
【図８】実施形態２のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【図９】図８の携帯機器の断面模式図である。
【図１０】図１０［１］は、実施形態３のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す平面模式図である。図１０［２］は、図１０［１］におけるＩ−Ｉ’線断面模式図である。
【図１１】図１１［１］は、実施形態４のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す平面模式図（背面側）である。図１１［２］は、図１１［１］におけるII−II’線断面模式図である。
【図１２】実施形態６のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【図１３】実施形態７のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器のバックライト部分を示す断面模式図である。
【図１４】実施形態８のタッチセンサ装置を搭載したカーナビゲーションと自動車の内装とを示す斜視図である。
【図１５】実施形態９のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【図１６】図１６［１］は、実施形態９の携帯機器のタッチスイッチ部分を示す平面模式図である。図１６［２］は、図１６［１］におけるIII−III’線断面模式図である。
【図１７】実施形態１０のタッチセンサ装置を内蔵したＬＣＤを示す分解斜視図である。
【図１８】図１７のＬＣＤの平面模式図である。
【図１９】実施形態１０のタッチセンサ装置の各部の電圧を示すタイミングチャートである。
【図２０】実施形態１１のタッチセンサ装置における対向基板を示す平面模式図である。
【図２１】図２０におけるIV−IV’線断面模式図である。
【図２２】実施形態１１のタッチセンサ装置の各部の電圧を示すタイミングチャートである。
【図２３】実施形態１２のタッチセンサ装置における対向基板を示す平面模式図である。
【図２４】図２３におけるＶ−Ｖ’線断面模式図である。
【図２５】実施形態１３のタッチセンサ装置を搭載したＬＣＤの平面模式図である。
【図２６】図２５におけるVI−VI’線断面模式図である。
【図２７】図２７［１］は、一般的なタッチセンサ装置の動作原理を示す等価回路図である。図２７［２］は、実施形態１４のタッチセンサ装置の動作原理を示す等価回路図である。
【図２８】実施形態５のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【図２９】図２８におけるペンの平面図及びそのＡ―Ａ’線縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明者は、実際に表面型静電容量方式のタッチセンサ装置を作製し、特に携帯（モバイル）用とした場合の本質的な課題を見出した。その詳細については以下の実施形態において説明するが、その課題を要約すると次のようになる。モバイル環境下においては、タッチセンサ機能のＳ／Ｎ（信号対雑音比）が低下し、タッチセンサ機能の検出感度(以下単に感度という)及び位置精度が劣化する。更に、周囲の環境が変化すると、その感度及び位置精度も影響を受けやすい。
【００１９】
その第一の原因は、回路の基準電位ノードがアースに対して浮いているため、形成された回路の基準電位ノードとアースとの間の第一の寄生インピーダンスの影響により、タッチに伴う信号成分が減少するためである。回路の基準電位ノードがアースに対して浮いている理由は、携帯機器等の場合は、一般的に電源プラグをＡＣコンセントに接続せずに、内蔵しているバッテリから電力を供給するために、回路の基準電位ノードがアースに接続されないことによる。従って、周囲環境の変化とは、回路の基準電位ノードとアースとの間のインピーダンスの変化である。特に、回路の基準電位ノードは筐体に覆われるのが一般的であり、筐体が絶縁性であると、特に、回路の基準電位ノードとアースとの間のインピーダンスが高くなる。
【００２０】
その第二の原因は、人体がアースに対して浮いているため、形成された人体とアースとの間の第二の寄生インピーダンスの影響により、タッチに伴う信号成分が減少するためである。人体がアースに対して浮いている理由は、通常の生活では人体をアースに落とすことがないためである。第二の寄生インピーダンスは、第一の寄生インピーダンスと直列に接続される関係にあり、第一の寄生インピーダンスと同様に周囲環境の変化に応じて変化しやすい。
【００２１】
つまり、第一及び第二の寄生インピーダンスの存在によって検出電流が減少し、かつ、第一及び第二の寄生インピーダンス（浮遊インピーダンス）が不安定であることから感度及び位置精度が劣化するのである。
【００２２】
上記課題を解決する目的を達成するため、本発明は、表面型静電容量方式のタッチセンサ機能であって、インピーダンス面と、前記インピーダンス面と電気的に接続された電流検出回路と、バッテリで駆動する手段とを有するものにおいて、前記電流検出回路の基準電位ノードと人体とを低インピーダンスで接続するための手段を有することを特徴としている。このとき、前記電流検出回路の基準電位ノードと人体とを接続することで、前記電流検出回路の基準電位ノードとアースとの間のインピーダンス及び人体とアースとの間のインピーダンスを無視できることを特徴としている。ここで、基準電位ノードとアースとの間のインピーダンスは容量性であってもよい。
【００２３】
本発明によれば、回路の基準電位ノードと人体とを低インピーダンスで電気的に接続することで、モバイル(携帯機器使用)環境下におけるタッチに伴う信号のＳ／Ｎの低下を抑制できる。したがって、モバイル環境下においても、タッチセンサ機能の感度及び位置精度に優れたタッチセンサ機能を提供できる。その理由は、人体は導電性であるため基準電位ノードを低インピーダンスで人体と接続することにより、携帯機器の浮いている回路の基準電位ノードをタッチ部と同一電位にすることができるためである。以上の効果が得られる理由や作用の詳細は実施形態とともに後述する。以下、本発明の好適な実施形態の複数例について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
〔実施形態１〕
図１は、本実施形態１のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。図２は、図１の携帯機器の断面模式図である。図３は、本実施形態１のタッチセンサ装置の等価回路図である。以下、図１乃至図３に基づき説明する。
【００２５】
本実施形態１のタッチセンサ装置１Ａは、人体４が接触又は近接すると人体４との間に静電容量２５を形成する第一の人体接触部（２）と、第一の人体接触部（２）との間で交流電圧を出力する電源部（２７）と、電源部（２７）から人体４へ流れる電流を検出する電流検出部（２９）と、前記交流電圧の基準電位となる基準電位部（１５，１６）と、基準電位部（１５，１６）に電気的に接続されるとともに人体４が接触する第二の人体接触部８と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
ここでいう第二の人体接触部８と人体４との接触には、直接接触する場合の他に、静電容量などの低インピーダンスを介して接触する場合や、導電性部材を介して間接的に接触する場合も含まれるものとする。第二の人体接触部と人体とが低インピーダンスを介して接触する場合の具体例としては、第二の人体接触部が導電性筺体であるとき、その導電性筺体を薄い絶縁膜で覆った場合などが挙げられる。
【００２７】
また、「基準電位部」とは回路のグランド（ＧＮＤ）のことをいい、「アース」とは大地のことをいい、「接地」とはアースに接続することをいうものとする。したがって、基準電位部の電位とアースの電位とは、必ずしも一致しない。
【００２８】
関連技術のタッチセンサ装置では、電源部→人体接触部→人体→寄生インピーダンス→アース(接地電位）→寄生インピーダンス→基準電位部、という閉ループで電流が流れ、この電流を検出していた。しかし、寄生インピーダンスでの電圧降下が大きいために電流が流れにくいこと、及び不安定な寄生インピーダンスが周囲の影響を受けて変動すること等のため、電流の検出精度が低下していた。これに対し、タッチセンサ装置１Ａでは、電源部（２７）→第一の人体接触部（２）→人体４→第二の人体接触部８→基準電位部（１５，１６）、という閉ループで電流が流れ、この電流を検出する。そのため、閉ループ中に寄生インピーダンスを含まないことから、電流が増加するとともに寄生インピーダンスの変動やノイズの影響が抑制されるので、電流の検出精度が向上する。
【００２９】
第一の人体接触部（２）は、人体４が接触又は近接する導電膜から成るインピーダンス面（３９）と、インピーダンス面（３９）に設けられるとともに前記交流電圧が印加される複数の電極３８ａ〜３８ｄとを有する。電流検出部（２９）は、複数の電極３８ａ〜３８ｄに流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出回路２９ａ〜２９ｄを有する。電源部（２７）は、直流電圧を出力するバッテリ１７を有するとともに前記直流電圧を前記交流電圧に変換して第一の人体接触部（２）から出力する。
【００３０】
タッチセンサ装置１Ａは、電子機器（１０Ａ）に組み込まれている。第二の人体接触部８は、基準電位部（１５，１６）に接続された導線（９）と、導線（９）に接続された導体（１１）とを有する。
【００３１】
本実施形態１では、電子機器（１０Ａ）は携帯機器１０Ａ、第一の人体接触部（２）はタッチパネル２、インピーダンス面（３９）は透明導電層３９、電源部（２７）は交流電圧源２７、基準電位部（１５，１６）は基準電位配線１５及び基準電位ノード１６、電流検出部（２９）は電流検出回路２９ａ〜２９ｄ、導線（９）はケーブル９、導体（１１）はリストストラップ１１で、それぞれ実現されている。以下に、更に詳しく説明する。
【００３２】
［構成の説明］
図２に示すように、携帯機器１０Ａは、バッテリ１７を搭載し、回路の基準電位ノード１６がＡＣコンセントを介してアース(接地電位)に接続されてないことが一般的である。ここで、「基準電位ノード」とは、グランド（ＧＮＤ）のノードであり、回路上で０Ｖの電位を示す。また、「ＡＣ（Alternating Current）コンセント」は、家電製品などの電気器具のプラグを接続する電力供給用の差し込み口である。日本における単相交流１００Ｖ用のＡＣコンセントでは、細長い差し込み口が二つのあるものが主流であるが、その一方の差し込み口がアースになっている。また、二つの差し込み口の下に、接地極用の丸い差し込み口を有するアース付コンセントというものもある。
【００３３】
図２に示すように、タッチパネル２の周辺の上面と、携帯機器１０Ａの筐体３の内部とが接着されることで、タッチパネル２が支持されている。ここで、筐体３の材質はプラスチックとした。プラスチックは、高分子化合物から成り、可塑性を有し、絶縁体である。また、タッチパネル２の下側に、表示装置としてＬＣＤ５が設けられている。図２においては、タッチパネル２とＬＣＤ５の間を離しているが、ＬＣＤ５とタッチパネル２との間に接着フィルムを使って、これらをラミネート加工などで貼り合わせてもよい。その場合は、ＬＣＤ５とタッチパネル２との間に空気層が入らないので、ＬＣＤ５からタッチパネル２への光の透過率を高められるという利点がある。
【００３４】
ＬＣＤ５は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やＰＤＰなど他の表示装置に比べて薄くて軽いので、携帯機器に搭載するのに適している。ＬＣＤ５に用いる液晶パネルは、二枚のガラス板の間に液晶を封入し、電圧をかけることによって液晶分子の向きを変え、光の透過率を増減させることで画像を表示する構造になっている。液晶を照明するために、液晶パネルの背面にバックライトが設けられている。二枚のガラス基板は、一般にＴＦＴ（thin film transistor）基板と対向基板とからなる。このように、背面からの面状のバックライト光を液晶パネルで変調し画像を表示する透過型のＬＣＤを例にとって説明したが、前述のＴＦＴ基板上に反射板となる金属電極を形成し、周囲光を表示に利用する反射型ＬＣＤとしてもよい。また、その反射板に網点状に微細な穴を開けることにより、透過・反射兼用とした半透過型ＬＣＤとしてもよい。
【００３５】
タッチパネル２には、絶縁性基板４１上にスパッタ法などにより透明導電層３９が形成されたものを用いた。ここで、透明導電層３９の材料は、ＩＴＯ（Indium tin oxide：インジウムスズ酸化物）とした。ここで、透明導電層３９の厚みを１０〜３００ｎｍとし、そのシート抵抗を１００〜１０００Ωとした。
【００３６】
透明導電層３９(図３)が形成されたタッチパネル２とメイン基板１９とは離れているために、電気信号を伝達する配線（ＦＰＣ７）が形成されている。ここでは、空間的制約のために配線や基板を曲げる必要がある箇所があるために、フレキシブルプリント基板（以下「ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）」という。）を用いた。ＦＰＣ７は、柔軟性があり大きく変形させることが可能なプリント基板であり、厚みが１２〜５０μｍのフィルム状の絶縁性基板の上に接着層を形成し、更にその上に厚み１２〜５０μｍ程度の導体箔を形成した構造である。ＦＰＣ７の端子部やハンダ部以外には、絶縁体を被せて保護している。
【００３７】
透明導電層３９の四隅には、それぞれ異方性導電性フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）などの導電性の接着材料を介して、ＦＰＣ７の端子部（図３：電極３８ａ〜３８ｄ）が接続されている。あるいは、透明導電層３９の四隅に、金属から成る電極を形成してもよい。この場合の金属は、銀やチタンなどの、ＩＴＯに対して接触抵抗が低い材料が好ましい。また、金属から成る配線を形成し、透明導電層３９の外周を引き廻してもよい。
【００３８】
更に、透明導電層３９を被覆する絶縁性の保護層３７を形成する。ここで、保護層３７の厚みを０．１〜１ｍｍと厚くし、タッチした指２３と透明導電層３９との間に十分な静電容量２５を形成しながらも、堅牢性を高めた。
【００３９】
透明導電層３９から引き出されたＦＰＣ７のもう一方の端子部は、メイン基板１９上のコネクタを介して、タッチセンサ装置１Ａ用のコントローラ２１の入力側に接続されている。メイン基板１９は、液晶パネル、バックライトなどから成るＬＣＤモジュールと、コネクタを介して接続されている（図示せず）。バッテリ１７は、コネクタを使わずにメイン基板１９と接続されている。バッテリ１７とメイン基板１９との間は、正電源電圧＋３〜＋１５Ｖ、負電源電圧−１５〜−３Ｖ及び、基準電圧０Ｖの配線が接続されている。
【００４０】
バッテリ１７にはリチウムイオン二次電池を用いている。リチウムイオン二次電池は、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担い、かつ金属リチウムを電池内に含まず、充電を行うことにより繰り返し使用することができる。あるいは、電解質にポリマーを使用したリチウムポリマ二次電池を用いても良い。なお、バッテリ１７としては、蓄電池（storage battery）、乾電池（dry battery）、太陽電池、燃料電池等の独立して電力を供給できる電池電源であればいずれも用いることができる。
【００４１】
また、メイン基板１９は、表面実装基板から成り、マイクロコントローラやフラッシュメモリを内蔵したチップ、ディスプレイのインターフェース用ＩＣ、電源制御ＩＣ、タッチセンサ装置１Ａ用のコントローラ２１、発振回路ＩＣの主要な機能を持つチップなどを実装している。あるいは、コントローラ２１をＦＰＣ７上などに設けた薄型プリント配線基板上に、メイン基板１９を実装してもよい。
【００４２】
各チップの基準電位ノード１６(図３)は、まとめられて、バッテリ１７から供給される基準電位配線１５と接続されている。
【００４３】
図３はタッチセンサ装置１Ａの機能に関する等価回路図である。タッチセンサ装置１Ａ用のコントローラ２１は、四つの電流検出回路２９ａ〜２９ｄなどから成り、透明導電層３９の四隅の夫々に電極３８ａ〜３８ｄを介して電気的に接続されている。また、発振回路ＩＣの出力端子（交流電圧源２７）が透明導電層３９の四隅に電気的に接続されている。ここで、交流電圧は、正弦波とし、その振幅を０．５〜２Ｖ、その周波数を２０〜２００ｋＨｚとした。
【００４４】
電流検出回路２９ａ〜２９ｄは、前段である電流―電圧変換回路と後段であるＡＣ−ＤＣ変換回路から成る（図示せず）。そして、ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力端子は、マイクロコントローラに内蔵されたアナログ−デジタル変換回路に入力されている。アナログ−デジタル変換回路はサンプルホールド回路を備えている。携帯機器１０Ａの組み込みシステムにはタッチセンサ機能の専用のプログラムが内蔵され、そのタッチセンサ機能がマイクロコントローラによって制御されている。
【００４５】
図２を参照すると、メイン基板１９上の基準電位配線１５と、携帯機器１０Ａの筐体３の一部に設けたジャック１３とを、ケーブル６によって接続している。ここで、図１を参照すると、ケーブル６，９は、金属などの導体を線状に引き伸ばし、この導体を芯として端部を除き絶縁体を被せて保護している。筐体３の外部にもジャック１３などの端子を設け、リストストラップ１１のケーブル９の端部にバナナプラグなどのプラグ１２を設ける。
【００４６】
あるいは、筐体３の外部の端子をピンなどにして、リストストラップ１１のケーブル９の端部に付けたワニ口クリップで、このピンを挟んで接続してもよい。ここで、バナナプラグ又はワニ口クリップの導電性部分の材料は金メッキとする。また、リストストラップ１１は、人体４の手首に巻く部分に導電繊維を織込んだ伸縮性の高いバンドとし、脱着自在な面状ファスナが付いており、プッシュホックで確実に装着しながらも、容易に脱着できる。
【００４７】
ここで、リストストラップ１１と筐体３のジャック１３とをケーブル９を介して接続したときに、人体４とジャック１３との電位差が大きい場合に、人体４に流れる電流が大きくなるおそれがある。そこで、１００ｋ〜1０ＭΩの電流制限用の抵抗器を、ケーブル９に内蔵してもよい。
【００４８】
第二の人体接触部の他の具体例として、イヤホンやヘッドフォンを利用してもよい。イヤホンは耳に差し込むものであり、ヘッドフォンは両耳に当てるものである。イヤホンやヘッドフォンは、そもそも携帯機器から出力される電気信号を、耳に接近したスピーカを用いて、音波に変換する装置である。これらは、通常、コネクタ（ジャック１３とプラグ１２など）を用いて機器と分離できるようになっている。例えば、イヤホンやヘッドフォンに対して、音波に関する電気信号を通す導線の他に、回路の基準電位配線１５もケーブル９の中を通し、耳やその周りの人体と接する部分を導電性にする。
【００４９】
同じく他の具体例として、ストラップを利用してもよい。ストラップは、携帯機器の重量がそれなりにあり、衝撃により壊れやすいものであるために、落下防止のために手首等に通すものである。また、その種類はショートストラップとネックストラップとがあり、ショートストラップの多くは手首又は指を通すが、ネックストラップは首にかけて使用する。携帯機器に付いているストラップ用の穴（ストラップホール）に、細い輪を通して使用する。ここで、ストラップホールの部分と回路の基準電位配線１５とを接続するとともに、導電繊維を織込んだストラップを用いて、人体とストラップとを電気的に接続する。このようにして、回路の基準電位ノード１６を、導電性のストラップを介して、人体と接続する。
【００５０】
［動作の説明］
次に、本実施形態１のタッチセンサ装置１Ａの動作について、図３を中心に詳細に説明する。
【００５１】
交流電圧源２７から透明導電層３９に正弦波が印加され、透明導電層３９が均一な電圧に保たれる。指２３が保護層３７の表面をタッチ(接触)すると、保護層３７を介して、人体４と透明導電層３９との間に５〜５０ｐＦの静電容量２５が形成される。また、人体４は導電性であるため、指２３のタッチにより形成された静電容量２５が人体４の電位に接続される。
【００５２】
携帯機器１０Ａの電力はバッテリ１７から供給されているので、当然のことながら携帯機器１０Ａは電源コードによってＡＣコンセントと接続されていない。このために、回路の基準電位ノード１６は、ＡＣコンセントを介して、アースに接続されていない。したがって、そのままでは、回路の基準電位ノード１６はアースに対して浮いていることになる。
【００５３】
ここでは、図１に示すように、導電性のリストストラップ１１を操作者の左手首に装着し、リストストラップ１１のケーブル９のプラグ１２を、携帯機器１０Ａの筐体３のジャック１３に挿入する。ジャック１３は筐体３内で回路の基準電位配線１５と接続されているので、回路の基準電位ノード１６と人体４とが電気的に接続される。前述のとおり、人体４は導電性であるので、浮いている回路の基準電位ノード１６は人体４の電位になる。したがって、電源コードがＡＣコンセントに挿入されていなくても、回路の基準電位ノード１６を一定電位に固定することができる。
【００５４】
図３を参照すると、回路の基準電位ノード１６及び静電容量２５が人体４に接続された閉回路が形成され、透明導電層３９を介して、タッチした指２３に微弱電流（タッチに伴う電流）が流れる。ここで、透明導電層３９において、タッチに対応する位置からそれぞれの隅までの抵抗をＲａ〜Ｒｄとする。ここで、前述の通り、タッチに伴う静電容量２５が５〜５０ｐＦであり、交流電圧源２７の周波数が２０〜２００ｋＨｚであるので、タッチに伴う静電容量２５のインピーダンスは数百ｋΩである。一方、透明導電層３９のシート抵抗は１００〜１０００Ωであり、透明導電層３９の隅から隅まで（１辺）の抵抗はタッチパネル２のサイズにも依存するが、例えば数ｋΩである。したがって、透明導電層３９の抵抗に対して、タッチに伴う静電容量２５のインピーダンスが３桁以上高い。したがって、この閉回路における支配的なインピーダンスは、タッチに伴う静電容量２５であり、タッチに伴う電流の量は、タッチに伴う静電容量２５、及び交流電圧源２７の振幅に依存することがわかる。
【００５５】
タッチに伴う電流は、透明導電層３９を介して電流検出回路２９ａ〜２９ｄに夫々電流Ｉａ〜Ｉｄとして分流する。電流Ｉａ〜Ｉｄの比率は透明導電層３９の抵抗Ｒａ〜Ｒｄに応じて変化し、抵抗Ｒａ〜Ｒｄはタッチパネル２上のタッチした指２３の位置に応じて変化する。
【００５６】
また、タッチ位置に関する演算の一例は次式となる。
ｘ＝ｋ１＋ｋ２・（Ｉｂ＋Ｉｃ）／（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｄ） （式１）
ｙ＝ｋ１＋ｋ２・（Ｉａ＋Ｉｂ）／（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｄ） （式２）
ここで、ｘはタッチ位置のｘ座標、ｙはｙ座標である。ｋ１及びｋ２は定数である。
【００５７】
また、電流Ｉａ〜Ｉｄは、図３に示した電流検出回路２９ａ〜２９ｄで検出される電流である。つまり、電流Ｉａは電流検出回路２９ａ、電流Ｉｂは電流検出回路２９ｂ、電流Ｉｃは電流検出回路２９ｃ、電流Ｉｄは電流検出回路２９ｄで、それぞれ検出された電流である。
【００５８】
次に、上記図１乃至図３に、下記図４乃至図７加え、更に詳しく説明する。
【００５９】
図４に、本実施形態１のタッチセンサ装置における動作の電圧波形を示す。図４を参照すると、タッチの検出期間を３ｍｓｅｃとし、タッチの検出期間の周期を６０Ｈｚとした。このとき、１周期は概１６ｍｓｅｃであるが、タッチの検出期間は３ｍｓｅｃであるので、残りの概１３ｍｓｅｃは休止期間とした。
【００６０】
図４に示す、Ｖｉｎは交流電圧源２７の出力波形であり、Ｖｏｕｔは電流−電圧変換回路の出力波形である。ここで、Ｖｉｎの周波数を１００ｋＨｚとし、振幅を２Ｖとした。タッチが存在して無い場合は、Ｖｏｕｔの振幅はほぼ０Ｖであるが、タッチが存在している場合は、Ｖｏｕｔの振幅は６Ｖというように、タッチの存在の有無によって、明確な電圧変化がある。電流−電圧変換回路の出力は交流電圧なので、その後段のＡＣ−ＤＣ変換回路によって交流電圧を直流電圧に変換する。更に、ＡＣ−ＤＣ変換回路の直流電圧出力はアナログ信号であるので、その後段のアナログ−デジタル変換回路によってアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００６１】
ここで、サンプリングレートは１ｋ〜２００ｋサンプル／秒とし、垂直分解能は８〜１６ビットとした。サンプルホールド回路の制御端子へ入力される信号がＬｏｗからＨｉｇｈに変化した時に、サンプリングを開始する。このパルス信号の周期を６０Ｈｚとする。変換されたデジタル信号を基にマイクロコントローラによって信号処理することにより、タッチの存在の感知、タッチ位置に関する演算、及びオペレーティングシステム上でのマウスイベント、を実行する。このようにして、アナログ−デジタル変換からマウスイベントまでの処理が６０Ｈｚで実行される。このように、マイクロコントローラ制御によって自動運転ができる。
【００６２】
次に、本実施形態１の課題、及び本実施形態１の効果が得られる理由や作用の詳細について述べる。なお、便宜上、タッチの位置（座標）までは検出せず、タッチの存在のみを感知する静電容量スイッチを例にとって説明する。また、一般の携帯機器の構成要素を説明する場合も、携帯機器１０Ａの構成要素と同じ部分は同じ符号を使用する。図５［１］は、図３の表面型タッチセンサ装置の一般的な動作原理を示す等価回路図であり、回路の基準電位ノード１６がＡＣコンセントを介してアース３５に接続されている場合である。まず、図３を参照すると、透明導電層３９には交流電圧（振幅Ｖｉｎ）が印加されている。タッチに伴い、指２３を含む人体４と透明導電層３９との間で静電容量２５が形成される。すると、図５［１］に示すように、静電容量２５が人体４を介してアース３５に接続される。これは、人体４に接地効果があることによる。ただし、人体４とアース３５との間には寄生インピーダンスが存在する。その寄生インピーダンスをインピーダンスＺｂとする。
【００６３】
このとき、静電容量２５からなる容量性のインピーダンスを、図５［１］の等価回路に示すようにＺとすると、回路の基準電位ノード１６とインピーダンスＺとがアース３５及びインピーダンスＺｂを介して接続され、閉回路が形成される。そして、この閉回路のインピーダンスはタッチに伴う容量性のインピーダンスＺと寄生する容量性のインピーダンスＺｂとからなり、これらの合成インピーダンスに交流電圧Ｖｉｎが印加され、電流（振幅Ｉｏ）が生じる。
【００６４】
図５［２］は、本実施形態１が解決する課題を示す等価回路図である。一般の携帯機器は搭載したバッテリ１７から電力が供給されるが、バッテリ１７を充電する場合はバッテリ１７が充電器を介してＡＣコンセントに接続される。そして、携帯機器を携帯して使用する場合には、バッテリ１７はＡＣコンセントから外されるので、回路の基準電位ノード１６がＡＣコンセントを介して、アース３５に接続されない。このように、一般の携帯機器では、バッテリ１７を搭載しているので、回路の基準電位ノード１６がアース３５に接続されない場合がある。
【００６５】
そして、図５［１］と同様に、タッチに伴いインピーダンスＺが形成され、インピーダンスＺがアース３５に接続される。一方、回路の基準電位ノード１６はアース３５に直接接続されないために、基準電位ノード１６とアース３５との間に浮遊容量などから成る容量性の寄生インピーダンスＺａが形成される。すなわち、基準電位ノード１６はインピーダンスＺａを介して接地されている。ここで、インピーダンスＺａとインピーダンスＺｂとの合成インピーダンスを、インピーダンスＺｐとする。図５［２］の閉回路において、インピーダンスＺ，Ｚｐは直列関係にあり、これらの合成インピーダンスは（Ｚ＋Ｚｐ）である。したがって、図５［２］の閉回路に流れる電流（振幅Ｉ）はＩ＝Ｖｉｎ／（Ｚ＋Ｚｐ）となる。なお、人体４と基準電位ノード１６との間にも寄生インピーダンスが存在するが、その寄生インピーダンスの成分は等価回路によってインピーダンスＺａ，Ｚｂに含まれていると考えることができる。
【００６６】
図６は、閉回路のインピーダンスと電流との関係を計算し、グラフ化したものである。導出した式は次のとおりである。
Ｉ／Ｉｏ＝１／（Ｚｐ／Ｚ＋１） （式３）
【００６７】
図６の横軸はインピーダンスＺｐとインピーダンスＺとの比Ｚｐ／Ｚである。縦軸はタッチに伴う信号、すなわち図５［２］における電流Ｉと図５［１］における電流Ｉｏとの比Ｉ／Ｉｏをパーセントで表記している。ここで、交流電圧の周波数ｆを１００ｋＨｚとした。インピーダンスＺと比べてインピーダンスＺｐが無視できなくなる大きさになると電流Ｉが影響を受けて減少するため、図示するようにＩ／Ｉｏが減少している。
【００６８】
タッチに伴う電流は、タッチセンサ機能の信号成分に相当するので、タッチに伴う電流が減少すれば、タッチセンサ機能のＳ／Ｎが低下する。したがって、タッチセンサ機能の感度が劣化する。同様にタッチされた位置の検出における位置精度が劣化する。すなわち、図６に示したように、寄生するインピーダンスＺｐが大きくなると、感度と位置精度が劣化する。また、回路を覆う筐体の導電性によっても、インピーダンスＺｐが変化する。回路の周囲の環境が変化すると、インピーダンスＺｐが変化する。更に、携帯機器を携帯し、移動することにより周囲の環境が絶えず変化するため、インピーダンスＺｐが変化する。このように、周囲の環境や使用状況によってインピーダンスＺｐが変化するため、タッチセンサ機能の感度及び位置精度が不安定なものになってしまう。
【００６９】
図７［１］は本実施形態１の動作原理を示す等価回路図である。表面型であって、モバイル用としてバッテリ１７を搭載しており、回路の基準電位ノード１６がアースに対して浮いている。図５［１］［２］と同様に、タッチに伴い静電容量２５が形成され、静電容量２５の一方が人体４に接続される。本実施形態１では、図５［２］と異なり、さらに静電容量２５の他方についてはアースに対して浮いている回路の基準電位ノード１６が低インピーダンスで人体４に接続される。人体４は導電性があるので、図７［１］の回路の基準電位ノード１６は人体４と接続されることで、浮いている回路の基準電位ノード１６も人体４の電位になる。
【００７０】
このようにして、インピーダンスＺｐが減少し、これによって閉回路のインピーダンスが減少する。ここで、図７［１］においては、インピーダンスＺｐがほぼ０として、図示していない。インピーダンスＺに対して図７［１］のインピーダンスＺｐは十分に小さいので、無視することができ、従って図６において、グラフの横軸であるＺｐ／（Ｚｐ＋Ｚ）はほぼ０となる。このとき、図６において、電流変化量は減少しないことがわかる。したがって、表面型のモバイル用としての閉回路に流れるタッチに伴う電流変化量の減少を抑制できる。
【００７１】
本実施形態１の効果を確認するために、次に示す（ａ）〜（ｃ）の各構成においてタッチに伴う電流を測定した。（ａ）は、回路の基準電位配線１５がＡＣコンセントを介してアース３５に接続されている場合である（図５［１］）。（ｂ）は、バッテリ駆動とし、回路の基準電位ノード１６が浮いている場合である（図５［２］）。（ｃ）は、バッテリ駆動とし、回路の基準電位ノード１６と人体４とが接続されている場合である（図７［１］）。
【００７２】
そして、交流電圧源２７の振幅を１Ｖとし、周波数を１００ｋＨｚとし、電流−電圧変換回路の出力を測定した。この測定で、測定系のアースの影響を受けないようにするために、バッテリを内蔵するマルチメータを測定器として用いた。出力の測定結果を基に、タッチに伴う電流を計算した結果を図７［２］に示す。
【００７３】
図７［２］からわかるように、（ａ）５．３μＡ、（ｂ）３．８μＡ、（ｃ）５．５μＡと顕著な差が見られた。（ａ）の電流値を基準Ｉｏとし、（ｂ）、（ｃ）の電流値をＩとすると、（ｂ）ではＩ／Ｉｏ＝７２％と顕著に減少し、本発明の課題にあたる。一方、本発明の（ｃ）ではＩ／Ｉｏ＝１０３％とほぼ１００％であり、バッテリ駆動においても回路の基準電位ノード１６を人体４に接続すれば、タッチに伴う電流減少を抑えることができることを確認した。
【００７４】
また、図６の曲線（式３）において、Ｚｐ／Ｚが十分に小さい場合は、Ｚｐ／Ｚの増加に対してＩ／Ｉｏの減少が緩やかであるが、Ｚｐ／Ｚが０．４より大きくなると、図に示した直線Ｉ／Ｉｏ＝―０．２４・Ｌｎ（Ｚｐ／Ｚ）＋０．５に沿って、Ｉ／Ｉｏが急減に減少する。したがって、Ｉ／Ｉｏの減少を抑えるために、Ｚｐ／Ｚは０．４以下であることが好ましい。このときのＺｐを次のように算出した。タッチの存在を感知するのに、必要な容量を３ｐＦとし、タッチに伴う容量Ｃ＝３ｐＦとすると、Ｚ=１／ｗ／Ｃより、Ｚ＝５３１ｋΩとなる。ここで、ｗ（＝２πｆ）は角周波数である。Ｚ＝５３１ｋΩをＺｐ／Ｚ≦０．４に代入すると、Ｚｐ≦２１２ｋΩとなる。
【００７５】
（ｃ）の構成において、図１に携帯機器１０Ａの使用例を示すように、人体４の一部に導電性のリストストラップ１１を装着し、リストストラップ１１のケーブル９のプラグ１２を、携帯機器１０Ａの筐体３にあるジャック１３に挿入する。ジャック１３は筐体３内で回路の基準電位ノード１６と接続されている。このようにして、回路の基準電位ノード１６をリストストラップ１１などの道具を用いて、人体４と接続する。
【００７６】
本実施形態１によれば、回路の基準電位ノード１６と人体４とを電気的に接続することで、モバイル環境下におけるタッチに伴う信号の減少を抑制できる。したがって、モバイル環境下においても、タッチセンサ機能の感度及び位置精度が優れたタッチセンサ装置１Ａを提供できる。その理由は、人体４は導電性であるので、浮いている回路の基準電位ノード１６を人体４の電位にすることができるためである。特に、本実施形態１では、基準電位配線１５にケーブル９及びリストストラップ１１を介して人体４を接続することにより、基準電位配線１５と人体４との確実な導通が得られるので、タッチセンサ装置１Ａの動作をより安定化できる。
【００７７】
第２の効果は、イヤホンやヘッドフォンを利用することで、回路の基準電位ノード１６と人体４とを接続するためのリストストラップ１１などの専用の道具を必要としない経済的な構成とすることができる。その理由は、イヤホンやヘッドフォンは携帯機器１０Ａから出力される電気信号を耳の近傍で音波に変換するという本来の効果を奏しながらも、回路の基準電位配線１５もケーブル９の中に入れて、耳やその周りの人体４の一部と接続できることによる。
【００７８】
〔実施形態２〕
次に、本発明に係る実施形態２について、図８及び図９に基づいて説明する。以下、実施形態１と実質的に同様の構成に関しては実施形態１と同じ符号を使用し、実施形態１と異なる部分についてのみ述べる。図８は、本実施形態２のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。図９は、図８の携帯機器の断面模式図である。
【００７９】
本実施形態２のタッチセンサ装置１Ｂは、携帯機器１０Ｂに組み込まれている。第二の人体接触部は、携帯機器１０Ｂの筺体３の表面を成す導体（３ｂ）である。導体（３ｂ）は、筺体３の導電性部３ｂによって実現されている。
【００８０】
前述した実施形態１（図１及び図２）では、回路の基準電位配線１５とリストストラップ１１などの道具を接続して、回路の基準電位配線１５を実質的に携帯機器１０Ａの外部に引き出している。これに対し、本実施形態２では、リストストラップ１１などの道具を使用しない。つまり、筐体３の少なくとも一部にステンレス鋼やアルミニウム合金などの導電性の材料を使用することにより導電性部３ｂを形成し、筐体３の導電性部３ｂとタッチセンサ装置１Ｂの回路の基準電位配線１５とを接続する。導電性部３ｂは、携帯機器１０Ａの背面側に設けられている。ここでは、回路の基準電位配線１５の導電性の芯を、被覆保護層からむき出しにして、ハンダ部４３を介して、筐体３の導電性部３ｂと接続した。このようにして、筐体３の一部（導電性部３ｂ）において、その内側から外側まで回路の基準電位ノード１６となる。
【００８１】
一方、タッチセンサ装置１Ｂを搭載したＰＤＡなどの携帯機器１０Ｂは、操作者がタッチパネル２を指２３でタッチし、もう一方の手の手のひらなどで携帯機器１０Ｂを支持するのが一般的である。このように、筐体３を手で支持するときに、人体４の一部と筐体３の外側の部（導電性部３ｂ）とが接触する。本実施形態２によれば、筐体３の一部を導電性部３ｂとし、導電性部３ｂを回路の基準電位配線１５と電気的に接続することにより、回路の基準電位ノード１６と人体４の一部とが接続され、浮いている回路の基準電位ノード１６を人体４の電位にすることができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同様である。
【００８２】
〔実施形態３〕
次に、本発明に係る実施形態３について、図１０に基づいて説明する。以下、実施形態２と実質的に同様の構成に関しては実施形態２と同じ符号を使用し、実施形態２と異なる部分についてのみ述べる。図１０［１］は、本実施形態３のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す平面模式図である。図１０［２］は、図１０［１］におけるＩ−Ｉ’線の断面模式図である。
【００８３】
本実施形態３のタッチセンサ装置１Ｃは、携帯機器１０Ｃに組み込まれている。第二の人体接触部は、携帯機器１０Ｃの筺体３の表面を成す導体（３ｃ）である。導体（３ｃ）は、タッチパネルの第一の人体接触部（２）の周囲を除き、筺体３の表面の全体を成す。導体（３ｃ）は、筺体３の導電性部３ｃによって実現されている。
【００８４】
前述の実施形態２（図８及び図９）では、筐体３の一部（背面）のみを導電性部３ｂとしている。これに対し、本実施形態３では、筐体３のほぼ全体を導電性部３ｃとし、タッチパネル２の周りの筐体３の一部のみ絶縁性部３ｃ’とする。タッチパネル２の保護層３７は絶縁性であるが、図１０（ｂ）を参照すると、保護層３７の外周と筐体３の一部とが平面的に重なっており、その重なっている部分において筐体３と保護層３７とが接着している。このようにして、筐体３でタッチパネル２を支持している。
【００８５】
仮に、この部分（保護層３７との接着部分）の筐体３が、導電性であって、回路の基準電位ノード１６の電位にあるとする。すると、透明導電層３９に交流電圧が印加されているので、透明導電層３９と導電性の筐体３との電位差に応じて、保護層３７の容量性インピーダンスを介して、導電性の筐体３に交流電流が流れる。この交流電流は、タッチに伴う信号に対してノイズ信号になることにより、タッチセンサ機能のＳ／Ｎを劣化させる。言い換えれば、透明導電層３９から見た寄生容量が増加する。このように、タッチパネル２の周り部分の筐体３を導電性にすると、その部分が基準電位ノード１６の電位になるので、新たな課題が生じてしまう。
【００８６】
そこで、筐体３のほぼ全体を導電性部３ｃとしたとき、タッチパネル２の周り筐体３を絶縁性部３ｃ’にすることで、このようなノイズ信号を小さくできる。具体的には、樹脂とステンレス鋼とを一体成形した筐体３（３ｃ，３ｃ’）を使う。薄い板状のステンレス鋼を型に入れ、タッチパネル２の周りの筐体部分には樹脂を流し込んで筐体３（３ｃ，３ｃ’）を形成する。
【００８７】
また、絶縁性部３ｃ’の距離（すなわち透明導電層３９から導電性部３ｃまでの距離）が長くなるにつれて、ノイズ信号が小さくなる。その理由は、静電容量は絶縁体の距離に反比例することによる。一方、タッチに伴う静電容量は、保護層３７の厚みが薄いほど大きくなる。したがって、回路の基準電位ノード１６に保たれた導電性部３ｃについてはタッチパネル２からの離間距離を長くするほど、保護層３７については薄くするほど、タッチセンサ機能のＳ／Ｎを高くできる。具体的には、絶縁性部３ｃ’の距離は、保護層３７の厚み０．１〜１ｍｍに対して、１０倍以上の距離が好ましい。
【００８８】
また、筐体３の絶縁性部３ｃ’は撥水性にするとよい。このとき、水が絶縁性部３ｃ’に落ちても、水滴が小さく弾かれるように飛散する。特に、絶縁性部３ｃ’と水滴との接触角を１００°以上とすると、絶縁性部３ｃ’上で水滴が立っているかのような球状を保つ。具体的には、絶縁性部３ｃ’の材料としてシリコン樹脂などを用いる。
【００８９】
携帯機器１０Ｃを使用していて、筐体３に水分がかかってしまうことがありうる。水分は通常イオン性の不純物が含まれており導電性であるので、タッチパネル２の周りの筐体３を絶縁性にしても、水分が付着してしまえば、前述したタッチパネル２の周りの筐体３を導電性にした場合と、同様な課題が生じてしまう。したがって、絶縁性部３ｃ’を撥水性にすることにより、水分がかかっても水分をはじき留まらせないことで、寄生容量を低減できる。
【００９０】
また、筐体３の絶縁性部３ｃ’を防塵性にするとよい。具体的には、材料として油脂やアクリル系などの塗料を塗る。携帯機器１０Ｃを使用していて、筐体３に塵埃が降りかかることがありうる。塵埃は導電性の材料を含むこともありうるので、絶縁性部３ｃ’に塵埃が付着してしまえば、前述したタッチパネル２の周りの筐体３を導電性にした場合と、同様な課題が生じてしまう。したがって、絶縁性部３ｃ’を防塵性にすることにより、筐体３に塵埃が降りかかっても、塵埃をはじき留まらせないことで、寄生容量を低減できるという効果がある。したがって、本実施形態３により筐体３の導電性部３ｃを基準電位ノード１６の電位にすることによる、ノイズ信号を低減できる効果がある。その他の構成、作用及び効果は、実施形態２と同様である。
【００９１】
〔実施形態４〕
次に、本発明に係る実施形態４について、図１１に基づいて説明する。以下、実施形態３と実質的に同様の構成に関しては実施形態３と同じ符号を使用し、実施形態３と異なる部分についてのみ述べる。図１１［１］は、本実施形態４のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す平面模式図（背面側）である。図１１［２］は、図１１［１］におけるII−II’線の断面模式図である。
【００９２】
本実施形態４のタッチセンサ装置１Ｄは、携帯機器１０Ｄに組み込まれている。第二の人体接触部は、携帯機器１０Ｄの筺体３の表面を成す導体（４５）である。導体（４５）は、筺体３の表面に設けられた導電膜（４５）である。導電膜（４５）は、導電性の接着ラベル４５によって実現されている。本実施形態４では、携帯機器１０Ｄの背面にだけ接着ラベル４５が設けられている。
【００９３】
前述の実施形態３（図１０）では、携帯機器１０Ｄの筐体３について、タッチパネル２の周りの部分に樹脂などの絶縁性の材料を用い、それ以外の部分にステンレス鋼、アルミニウム合金などの導電性の材料を用いる。そして、回路の基準電位配線１５と筐体３の導電性部３ｃとを接続している。これに対し、実施形態４では、筐体３の表面の一部を導電性インクなどによって印刷された接着ラベル４５にする。接着ラベル４５を得る方法として、他に塗装、蒸着などがある。接着ラベル４５の材料として、導電性樹脂などが用いられる。導電性樹脂の添加剤（フィラー）として、銀やカーボン、あるいはグラファイトが使われる。樹脂材料はポリエステルやアクリルが用いられる。
【００９４】
本実施形態４では、筐体３の材料が導電性でなくても良い。筐体３の必要な部分だけを簡単に導電性にすることができる。携帯機器１０Ｄを手など人体の一部で支持するために、筐体３の触れる部分だけを導電性にすればよい。そして、筐体３にスルーホール４７を形成し、そこに導電性樹脂によるスルーホール電極を形成することにより、筐体３の接着ラベル４５と回路の基準電位配線１５とを接続する。
【００９５】
他の方法として、一般にバッテリ１７を交換するためなどに、筐体３に設けられる蓋（図示せず）を利用する方法がある。この方法では、蓋を表面、裏面、側面の全てを導電性にすることによって、蓋の表面と裏面が電気的に接続されるので、回路の基準電位配線１５と蓋の裏面とを接続し、蓋の表面と人体とを接続すればよい。
【００９６】
ステンレス鋼、アルミニウム合金などの導電性の材料に比べて、樹脂などの絶縁性の材料は製造コストが低い。この結果、本実施形態４によれば、実施形態３の効果に加えて、筐体３のそのものの材料に制約が無いうえ、第二の人体接触部（４５）を低コストで製造できる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態３と同様である。
【００９７】
〔実施形態５〕
次に、本発明に係る実施形態５について、図２８に基づいて説明する。以下、実施形態２と実質的に同様の構成に関しては実施形態２と同じ符号を使用し、実施形態２と異なる部分についてのみ述べる。図２８は、本実施形態５のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【００９８】
本実施形態５のタッチセンサ装置１Ｎは、携帯機器１０Ｎに組み込まれるとともに、指示体としてのペン７０を更に備えている。ペン７０は、インピーダンス面としての透明導電層３９に近接する先端部７２と、人体４の手で握る握り部７４とを有する。先端部７２と握り部７４とは、ともに導電性であり、かつ電気的に接続されている。先端部７２は、人体４の指先と同程度の弾性を有することが好ましい。本実施形態５では、透明導電層３９を被覆する絶縁性の保護層３７（図３等）に、すなわちタッチパネル２の表面に、先端部７２が接触することにより、透明導電層３９に先端部７２が近接する。
【００９９】
表面型のタッチセンサの方式は、人体４の一部である指先で操作するものであるため、スタイラスと呼ばれるペンに代表される指示体で操作できない（従来型のペンは図示せず）。指先など人体の一部でしか操作できないと、次に示す課題がある。タッチパネル２の表面に指先が触れると、指の指紋や脂などの汚れが付着して、画面が見えにくくなる。また、これらの汚れによって使用者に不快感を与えるなど、衛生的な問題もある。また、脂の付着はタッチパネル２から見た浮遊容量になり、さらに、これらの脂はタッチパネル２の表面上でムラになって付着するので、浮遊容量が不均一に分布し、検出精度が低くなりうる。これらの問題を避けるためには、ペン操作ができればよい。以下、本実施形態５におけるペン７０の構造を説明する。
【０１００】
ペン７０の先端部７２と握り部（グリップ）７４とを導電性とし、先端部７２と握り部７４とを低インピーダンスで接続した。図２９を基に、ペン７０の構造を説明する。ペン７０の平面図及びそのＡ―Ａ’線縦断面図を、図２９に示す。先端部７２において、表面７２ａにはステンレスやアルミニウムなどの導電体を用い、芯７２ｂにはウレタンやシリコーン樹脂などの弾性体を用いる。又は、表面７２ａと芯７２ｂとで素材を変えずに、先端部７２全体に導電性のスポンジを用いてもよい。
【０１０１】
このように先端部７２の全体又はその表面７２ａを指と同等の静電容量を形成し得るものとすることで、先端部７２と位置検出用の透明導電層３９との間での静電容量の変化を捉えられる。
【０１０２】
一方、先端部７２の接触表面に凹凸があると、先端部７２とタッチパネル２の表面とが接触したときに、先端部７２とタッチパネル２の表面との実際の接触面積が小さくなる。また、タッチパネル２の表面に対してペン７０に傾きが生じる場合がある。先端部７２とタッチパネル２の表面とが接触したときに、先端部７２の表面７２ａとタッチパネル２の表面との傾きが大きくなるにつれて、実際に接触する面積が小さくなる。
【０１０３】
これに対して、芯７２ｂを指先と同等の弾性体にすることで、先端部７２がタッチパネル２の表面に接触したときに、先端部７２に反発する力が加わるので、タッチパネル２の表面に合わせて先端部７２が変形する。このようにして、先端部７２とタッチパネル２の表面との接触面積が大きくなるため、十分な静電容量の変化を捉えられる。
【０１０４】
また、ペン７０を操作する手で握り部７４を握ることによって、グリップ７４を介して、先端部７２と人体４とを低インピーダンスで接続できる。
【０１０５】
更に、実施形態２と同様に、携帯機器１０Ｎの筐体３の一部分を導電性部３ｂとし、その導電性部３ｂと検出回路の基準電位ノードとを低インピーダンスで接続する。ユーザーが携帯機器１０Ｎを支持するときに、導電性部３ｂを手などで触れることで、基準電位ノードと人体４とを低インピーダンスで接続できる。したがって、人体４及びペン７０を介して、基準電位ノードとタッチパネル２の表面とを低インピーダンスで接続できる。このようにして、基準電位ノードをコンセントなどを介してアースに接続しなくても、タッチ部分を含む閉回路に十分な電流を流すことができる。
【０１０６】
以上のようにして、タッチパネル２の表面を指先で押えるのと同様の原理で、ペン操作が可能になる。本実施形態５によれば、指先操作のみならずペン操作が可能となることにより、タッチパネル２に指先が触れることが無いので、指先が触れることによる指紋や脂が付着するといった問題を避けることができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態２と同様である。なお、本実施形態５では、透明導電層３９に先端部７２が近接する構成にしているが、保護層３７（図３等）を設けないことにより、透明導電層３９に先端部７２が接触する構成にしてもよい。
【０１０７】
〔実施形態６〕
次に、本発明に係る実施形態６について、図１２に基づいて説明する。以下、実施形態４と実質的に同様の構成に関しては実施形態４と同じ符号を使用し、実施形態４と異なる部分についてのみ述べる。図１２は、本実施形態６のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【０１０８】
本実施形態６のタッチセンサ装置１Ｅは、携帯機器１０Ｅに組み込まれている。第二の人体接触部は、携帯機器１０Ｅの筺体３の表面を成す導体（３ｅ）である。導体（３ｅ）は導電性部３ｅによって実現されている。
【０１０９】
前述の実施形態１〜４（例えば図８）では、携帯機器１０Ｂの操作者の一方の手でタッチパネル２をタッチし、もう一方の手で携帯機器１０Ｂを支持するような形態を想定していた。これに対し、本実施形態６は、携帯機器１０Ｅの支持と操作を主に片手で行うものにおいて、回路の基準電位配線ノードに接続された筺体３の導電性部３ｅを、携帯機器１０Ｅを支持する手が接触するように配置する。図１２においては、携帯機器１０Ｅの背面が手のひらに触れるので、携帯機器１０Ｅの背面を導電性部３ｅとしている。このようにして、携帯機器１０Ｅの支持と操作を片手で行う場合においても、タッチに伴う信号の減少を抑制することができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態４と同様である。
【０１１０】
〔実施形態７〕
次に、本発明に係る実施形態７について、図１３に基づいて説明する。以下、実施形態２と実質的に同様の構成に関しては実施形態２と同じ符号を使用し、実施形態２と異なる部分についてのみ述べる。図１３は、本実施形態７のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器の一部を示す断面模式図である。
【０１１１】
実施形態２の図９及び本実施形態７の図１３を用いて説明すると、本実施形態７の携帯機器は、ＬＣＤ５と、ＬＣＤ５を透過する光を発生するバックライト（５１，５３）と、バックライト（５１，５３）から発生した光を反射してＬＣＤ５へ導く導電性のフォルダ４９とを有している。第一の人体接触部（２）がＬＣＤ５の表示面に設けられている。フォルダ４９と基準電位部（１５）とが電気的に接続されている。バックライト（５１，５３）は、導光板５１と発光源５３とによって実現されている。
【０１１２】
図１３は、本実施形態７の携帯機器のうち、バックライト（５１，５３）及びその周囲のみを示している。本実施形態７では、バックライトの発光源５３として冷陰極管（Cold-Cathode Fluorescent Lamp：ＣＣＦＬ）が用いられている。発光源５３及びその電圧印加部（図示せず）はフォルダ４９によって覆われており、フォルダ４９は導電性である。これに、反射板（図示せず）と導光板５１とが組み合わされている。導光板５１は、アクリル板に白色インクで反射ドットを印刷したものである。
【０１１３】
しかしながら、静電容量方式のタッチセンサ装置にとって、発光源５３及びその電圧印加部からの高周波電界はノイズ源となり、タッチの存在の感知及びタッチの位置の精度を劣化させるという問題がある。
【０１１４】
そこで、本実施形態７においては、発光源５３及び電圧印加部を覆うフォルダ４９も基準電位配線１５に接続する。そして、基準電位配線１５と人体４の一部を接続することによって、浮いているバックライトの導電性のフォルダ４９を人体４に接続する。この結果、発光源５３及び電圧印加部からの高周波電界を遮蔽できる。したがって、タッチに伴う信号の減少の抑制を図りながらも、高周波電界の影響を打ち消すことができるという効果がある。このようにして、タッチの存在及びタッチ位置を正確に検出することができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態２と同様である。
【０１１５】
〔実施形態８〕
次に、本発明に係る実施形態８について、図１４に基づいて説明する。以下、実施形態１と実質的に同様の構成に関しては実施形態１と同じ符号を使用し、実施形態１と異なる部分についてのみ述べる。図１４は、本実施形態８のタッチセンサ装置を搭載したカーナビゲーション及び自動車の内装を示す斜視図である。
【０１１６】
本実施形態８のタッチセンサ装置１Ｇは、車載機器（１０Ｇ）に組み込まれている。第二の人体接触部（９，５７，５８，５９，６１）は、基準電位部に接続された導線（９）と、導線（９）に接続された導体（５７，５８，５９，６１）とを有する。導体（５７，５８，５９，６１）は、人体４が乗車中に触れる部分に設けられたものである。本実施形態８では、車載機器（１０Ｇ）はカーナビゲーション１０Ｇ、導線（９）はケーブル９、導体（５７，５８，５９，６１）はハンドル５７、ペダル５８、座席シート５９及びシートベルト６１の少なくとも一部で、それぞれ実現されている。以下に、更に詳しく説明する。
【０１１７】
カーナビゲーション１０Ｇは、自動車を停車中にルート設定や施設名検索を操作できる電子機器である。安全のため、運転中に操作できないようになっているものが多い。カーナビゲーション１０Ｇは、運転手がルートを確認するために車内の前方に設置され、運転手又は助手席に乗車している人間が操作する。カーナビゲーション１０Ｇの入力デバイスとして、タッチセンサ機能を有するタッチセンサ装置１Ｇが用いられている。一部のカーナビゲーションでは、本体に搭載されたキーボード及びリモコン機能も使われているが、操作する際に画面表示と入力デバイスとを交互に見るなどして不便である。また、カーナビゲーション１０Ｇは、カーオーディオなどを含めて、自動車に装備したバッテリによって駆動される。
【０１１８】
したがって、前述の通り、一般の表面型静電容量方式のタッチセンサ装置をカーナビゲーション１０Ｇに用いると、タッチに伴う信号成分が減少してしまう課題がある。したがって、カーナビゲーション１０Ｇの基準電位ノード１６（図３）を人体４の一部と接続することによって、タッチに伴う信号の減少を抑制できる。このとき、乗車している人体４が接している道具を介して、基準電位ノードと人体４の一部を接続するのが好ましい。具体的な道具としては、導電性を有する、シートベルト６１、ハンドル５７、ペダル５８、座席シート５９、足マットなどがある。そして、これらの道具とカーナビゲーション１０Ｇの基準電位ノードとをケーブル９によって接続している。
【０１１９】
このようにして、バッテリ駆動であるが、機器本体を手で支持しないカーナビゲーション１０Ｇのような電子機器においても、タッチに伴う信号減少を抑制できる。また、カーナビゲーション１０Ｇのような、バッテリ駆動であって機器本体を手で支持しない他の電子機器の例として、卓上で使用するポータブル映像再生機器、飛行機やバスの客席に取り付けるテレビ・ゲーム機などが挙げられる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同様である。
【０１２０】
〔実施形態９〕
次に、本発明に係る実施形態９について、図１５及び図１６に基づいて説明する。以下、実施形態２と実質的に同様の構成に関しては実施形態２と同じ符号を使用し、実施形態２と異なる部分についてのみ述べる。図１５は、本実施形態９のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。図１６［１］は図１５の携帯機器の平面模式図、図１６［２］は図１６［１］におけるIII−III’線の断面模式図である。
【０１２１】
本実施形態９のタッチセンサ装置１Ｈは、人体４が接触又は近接すると人体４との間に静電容量２５を形成する第一の人体接触部（２ｈ）と、直流電圧を出力するバッテリを有するとともに前記直流電圧を交流電圧に変換して第一の人体接触部（２ｈ）から出力する電源部（２７）と、前記交流電圧の基準電位となる基準電位部（１６）と、基準電位部（１６）に電気的に接続されるとともに人体４が接触する第二の人体接触部（３ｈ）と、電源部（２７）から人体４へ流れる電流を検出する電流検出部（２９）と、を備えたことを特徴とする。
【０１２２】
第一の人体接触部（２ｈ）は、人体４が接触又は近接する導電膜から成るインピーダンス面（３９）と、インピーダンス面（３９）に設けられるとともに前記交流電圧が印加される複数の電極３８ｅ，３８ｆ，…とを有する。電流検出部（２９）は、複数の電極３８ｅ，３８ｆ，…に流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出回路２９ｅ，２９ｄ，…を有する。
【０１２３】
本実施形態９のタッチセンサ装置１Ｈは、携帯機器１０Ｈに組み込まれている。第二の人体接触部（３ｈ）は、携帯機器１０Ｈの筺体３の表面を成す導体（３ｈ）である。第一の人体接触部（２ｈ）はタッチスイッチ２ｈ、インピーダンス面（３９）は透明導電層３９、電源部（２７）は交流電圧源２７、基準電位部（１６）は基準電位ノード１６、電流検出部（２９）は電流検出回路２９、導体（３ｈ）は導電性部３ｈによって実現されている。導電性部３ｈは、例えば筐体３の背面に設けられている。以下に、更に詳しく説明する。
【０１２４】
携帯機器１０Ｈは、電話機能及びＥメール機能などを備えている。画面表示部６５の下側に、複数のキー６３が縦横に配列されている。これらのキー６３は、アルファベットや数などを入力する入力デバイスである表面型静電容量方式のタッチセンサ素子を構成している。各キー６３を含むタッチスイッチ２ｈは、タッチの存在のみを感知するものであり、一般に「静電容量スイッチ」と呼ばれている。静電容量スイッチは、しきい値を設定することで動作する。これらのしきい値は、指２３がキー６３に置かれた時のみならず離れた時の判断にも使われる。
【０１２５】
図１６［１］を参照すると、横長の透明導電層３９が縦方向に三つ配列され、各透明導電層３９に三個のキー６３が横方向に配列されている。図１６［２］を参照すると、透明導電層３９の左右の端に電極３８ｅ，３８ｆが形成され、電極３８ｅ，３８ｆにそれぞれ電流検出回路２９ｅ，２９ｆが直列に接続されている。透明導電層３９は保護層３７によって覆われている。このようにして、左右方向のいわゆる一次元の位置検出を行う。また、同様に、複数のキー６３を縦方向にまとめてもよい。
【０１２６】
あるいは、各キー６３を三つずつまとめず、それぞれ独立にしてもよい。例えば、キー６３と同じか又は一回り大きなサイズの透明導電層を縦横に配列し、それぞれの透明導電層に電極を一つ設け、それぞれの電極と電流検出回路とを一対一の関係で接続する（図示せず）。又は、全てのキー６３を一枚の透明導電層で覆って、その透明導電層の四隅に電極を設けても良い（図示せず）。この場合、他の実施形態と同様に、いわゆる２次元方向の位置検出を行う。
【０１２７】
ここで、携帯機器１０Ｈの電力が内蔵したバッテリから供給されており、回路の基準電位ノード１６がアースに対して浮いている。各電流検出回路２９の基準電位ノード１６は、バッテリの基準電位ノード１６などとまとめられて、筐体３の導電性部３ｈを介して、操作者が携帯機器１０Ｈを支持する際に人体４と接続される。このようにして、浮いていた回路の基準電位ノード１６を人体４の電位にし、回路の基準電位ノード１６から人体４までのインピーンダンスを低減することができる。したがって、タッチの存在のみを感知するタッチセンサ装置１Ｈにおいても、タッチに伴う信号の減少を抑制することができる。
【０１２８】
また、タッチセンサ装置１Ｈの他の用途として、エレベータの呼び出しスイッチ、自動車のフロントパネルディスプレイボタン、防犯用タッチスイッチ、自動ドア用タッチスイッチ、アミューズメント機器の入力スイッチなどがある。エレベータの呼び出しスイッチや自動ドア用タッチスイッチ等では、例えば、足元に導電性シートを敷き、それをタッチセンサ装置１Ｈの回路の基準電位ノード１６と接続することで、本実施形態９の効果を達成することができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態２と同様である。
【０１２９】
〔実施形態１０〕
次に、本発明に係る実施形態１０について、図１７及び図１８に基づいて説明する。以下、実施形態１と実質的に同様の構成に関しては実施形態１と同じ符号を使用し、実施形態１と異なる部分についてのみ述べる。図１７は、本実施形態１０のタッチセンサ装置を内蔵したＬＣＤを示す斜視図である。図１８は、図１７のＬＣＤの平面模式図である。図１８では、対向基板の図示を省略している。
【０１３０】
本実施形態１０のタッチセンサ装置１Ｉは、対向電極１１２と画素電極１０５及び配線（１０４，１０６，１０８）との間に液晶（１０２）を挟む構造を有するＬＣＤ１０Ｉに組み込まれて、対向電極１１２がインピーダンス面として兼用され、配線（１０４，１０６，１０８）の少なくとも一部を電気的に浮遊させる、又は、配線（１０４，１０６，１０８）の少なくとも一部を電気的に浮遊させたうえで、前記インピーダンス面に印加する交流電圧を配線（１０４，１０６，１０８）の少なくとも一部に印加するスイッチ部（１１６，１１７，１１８，１２１）を更に備えた、ことを特徴とする。
【０１３１】
換言すると、本実施形態１０のタッチセンサ装置１Ｉは、対向電極１１２、液晶（１０２）及び画素電極１０５から成る三層構造を有するＬＣＤ１０Ｉに組み込まれて、対向電極１１２がインピーダンス面として兼用され、前記インピーダンス面に印加する交流電圧を蓄積容量線１０８にも同時に印加する又は走査線１０６を電気的に浮遊させるスイッチ部（１１６，１１７，１１８，１２１）を更に備えた、ことを特徴とする。
【０１３２】
実施形態１では、表示装置とタッチセンサ装置とを別体として製造する。これに対して、本実施形態１０では、表示装置にＬＣＤ１０Ｉを用いて、表面型静電容量結合式のタッチセンサ装置１Ｉを内蔵する（図１７）。後述するように、ＬＣＤ１０Ｉの対向電極１１２に用いる透明導電層をインピーダンス面として利用する。このようにして、タッチセンサ装置１Ｉの製造工程を簡略化し、製造コストを低減できる。更に、タッチセンサ装置１Ｉの専用の基板が不要であるので、軽量かつ薄型になる。そして、光の透過率が高く表示装置の画質が良いという効果がある。
【０１３３】
しかし、対向電極１１２は液晶素子１０２を介してＴＦＴ基板１１０に接近しているため、液晶素子１０２などの極めて大きな静電容量が存在する。そのため、ＴＦＴ基板１１０上の電極及び配線（蓄積容量線１０８、信号線１０４、走査線１０６等）の電位によって、対向電極１１２とＴＦＴ基板１１０との間に電位差が生じることになる。したがって、インピーダンス面を兼ねる対向電極１１２は、極めて大きな寄生容量の影響を受ける。その結果、タッチセンサ機能のＳ／Ｎが減少することにより、タッチの存在を感知してタッチの位置を正確に検出することが困難になってしまう。
【０１３４】
そこで、後述するように本実施形態１０では、表示期間と位置検出期間とを時間的に分割する。そして、位置検出期間において、表示領域１０３をその外部に対してハイインピーダンスにして、電気的にフローティングにする。あるいは、位置検出期間において、ＴＦＴ基板１１０上の電極及び配線に、対向電極１１２と同じ電圧を印加する。これらの結果、表示領域１０３と対向電極１１２との間の容量結合により、表示領域１０３が対向電極１１２と同じ電位に保持される。このため、表示領域１０３の電位が対向電極１１２と同じ電位に追従するので、対向電極１１２に対する寄生容量の影響を極めて小さくできる。
【０１３５】
本実施形態１０の詳細について、図１８に基づいて説明する。本実施形態１０では、表示領域外部から表示領域内部へ電気信号を伝えるための配線上にスイッチ素子を設けた構成としている。
【０１３６】
具体的には、本実施形態１０では、表示領域１０３の外部の第２回路部（走査線駆動回路１１４、信号線駆動回路１１５等）から表示領域１０３の内部の第１回路部（ＴＦＴ１１１等）へ電気信号を伝えるための配線部（後述）上にハイインピーダンススイッチ部１１６（第１のハイインピーダンススイッチ）、ハイインピーダンススイッチ部１１７（第２のハイインピーダンススイッチ）、ハイインピーダンススイッチ部１１８（第３のハイインピーダンススイッチ）を設けている。
【０１３７】
ここで、表示領域１０３の外部の第２回路部は、表示領域１０３の内部の第１回路部と同一基板上に形成されていても、外部基板上にあってもよい。表示領域１０３の外部の第２回路部が表示領域１０３の内部の第１回路部と同一基板上に設けられる場合、表示領域１０３の外部と外部基板とを結ぶ配線部上にハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８を設けることが好ましい。具体的には、ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８が設けられる配線部は、信号線１０４、走査線１０６、蓄積容量線１０８、電源線（図示せず）の少なくとも１つであることが好ましい。
【０１３８】
また、ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８を制御するスイッチング制御回路１２０を備えることが好ましい。スイッチング制御回路１２０は、電流検出回路２９が電流を検出する期間に、表示領域１０３の外部から表示領域１０３の内部へ電気信号を伝えるための配線部の少なくとも１つをハイインピーダンスに制御することが好ましい。
【０１３９】
ここで、ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８とスイッチング制御回路１２０とにより、「インピーダンス制御手段」を構成することができる。この「インピーダンス制御手段」は、ＴＦＴ基板１１０上に形成されてもよいし、別体の制御回路基板に形成されてもよい。
【０１４０】
この「インピーダンス制御手段」は、接触位置を検出する検出期間中に、ＴＦＴ基板１１０の表示領域１０３内の第１回路部を、表示領域１０３外の第２回路部に対して電気的にハイインピーダンスとすることができる。また、この「インピーダンス制御手段」は、第１回路部と第２回路部とを接続する配線部に形成されるハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８と、ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８をオンオフ制御するスイッチング制御回路１２０と、を含むことができる。
【０１４１】
次に、ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８の動作について説明する。表示領域１０３の内部（画素マトリクス部内）の第１回路部と、表示領域１０３の外周部の第２回路部との間を、電気的にハイインピーダンスとするために、表示領域１０３の外周部は次のような構成になっている。走査線１０６の信号パスにはそれぞれハイインピーダンススイッチ部１１６が設けられており、信号線１０４の信号パスにはそれぞれハイインピーダンススイッチ部１１７が設けられており、蓄積容量線１０８の信号パスにはそれぞれハイインピーダンススイッチ部１１８が設けられている。ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８は、スイッチング制御回路１２０によってスイッチング制御される。これにより、表示領域１０３の外部から内部へ電気信号を伝えるための走査線１０６や信号線１０４をハイインピーダンスにすることが可能となる。
【０１４２】
位置検出期間は、垂直ブランキング期間を利用する。位置検出期間において、ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８は、図１８に示すように、全てオフ状態となる。このとき、信号線１０４、走査線１０６及び蓄積容量線１０８は、表示領域１０３の外部の配線（走査線駆動回路１１４、信号線駆動回路１１５及び共通電極ＣＯＭに接続されている配線）に対して、ハイインピーダンスとされる。
【０１４３】
また、位置検出期間において、ＣＯＭ−電流検出回路切り替えスイッチ部１２１は、電流検出回路２９を含む交流電圧源２７側に対して導通状態となる。図１８に示すスイッチの状態において、交流電圧源２７によって生成される同相の交流電圧をＴＦＴ基板１１０の四隅近傍にある電極１３０ａ〜１３０ｄに印加する。電極１３０ａ〜１３０ｄは異方性導電体１３４を介して対向電極１１２と電気的に接続しているので、対向電極１１２の四隅近傍に交流電圧が印加される。
【０１４４】
図１９に、本実施形態１０のタッチセンサ装置１Ｉにおける各部の電圧を示すタイミングチャートを示す。対向電極１１２の電圧はＶｃ、信号線１０４の電圧はＶｄ、走査線１０６の電圧はＶｇ、画素電極１０５の電圧はＶｓで、それぞれ示した。走査線１０６の電圧Ｖｇと画素電極１０５の電圧Ｖｓとの差をＶｇｓで示した。対向電極１１２、信号線１０４、走査線１０６及び画素電極１０５は、共通電極ＣＯＭ又は電流検出回路２９に配線を介して電気的に接続される。共通電極ＣＯＭ又は電流検出回路２９の切り替えには、ＣＯＭ−電流検出回路切り替えスイッチ部１２１が使用される。
【０１４５】
また、表示駆動期間の後に、位置検出期間がある構成としている。なお、図中には各電圧の例を示しているが、信号線１０４の電圧Ｖｄは書き込む信号によって電圧が異なるため、特に数値は記入していない。図１９の電圧のタイミングチャートを参照すると、位置検出期間中、各走査線１０６は、ハイインピーダンスであり、かつ、対向電極１１２と容量結合している。そのため、対向電極１１２の電圧振幅と同振幅で走査線１０６の電圧Ｖｇが変動する。以上のように本実施形態１０によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏しながらも、位置検出期間において、画素マトリクス内部の回路（画素電極１０５等）が外部の回路に対してハイインピーダンスとされるため、対向電極１１２に交流電圧を印加する際に、対向電極１１２から見た寄生容量が極めて小さくなる。具体的には、関連技術では寄生容量が例えば１５ｎＦであるのに対して、本実施形態１０では寄生容量が例えば１００ｐＦまで小さくなる。この結果、電流検出回路２９から出力される信号のＳ／Ｎ比が、関連技術では例えば４×１０−４であるのに対して、本実施形態１０では例えば６×１０−２と１５０倍になる。
【０１４６】
また、位置検出期間中は、ＴＦＴ１１１のゲート電圧及びソース電圧がともに対向電極１１２の電圧振幅と同振幅で電圧が変化するために、ゲート電圧とソース電圧の相対的な差は一定となり、トランジスタのＶｇｓは変動しない。この結果、位置検出期間の駆動による画質劣化への影響を最小限にするといった格別な効果が得られる。
【０１４７】
ここで、表示領域１０３の内部と外部とを電気的にハイインピーダンスとするハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８としてｎチャネル型ＴＦＴを用いている。しかし、このハイインピーダンススイッチ部は、ｐチャネル型のＴＦＴでもよいし、ｎチャネル型とｐチャネル型とを組み合わせたトランスファーゲートでもよい。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同様である。
【０１４８】
〔実施形態１１〕
次に、本発明に係る実施形態１１について、図２０及び図２１に基づいて説明する。以下、実施形態１０と実質的に同様の構成に関しては実施形態１０と同じ符号を使用し又は図示を略し、実施形態１０と異なる部分についてのみ述べる。図２０は、本実施形態１１のタッチセンサ装置を内蔵したＬＣＤの対向基板を示す平面模式図である。図２１は、図２０におけるIV−IV’線の部分断面図である。
【０１４９】
本実施形態１１のタッチセンサ装置は、インピーダンス面（２０１）に印加する交流電圧を対向電極１１２及び蓄積容量線（実施形態１０参照）にも同時に印加するスイッチ部（実施形態１０参照）を備えたことを特徴とする。つまり、本実施形態１１は対向基板１１９ｊに特徴がある。
【０１５０】
実施形態１０においては、ＬＣＤの対向電極１１２を位置検出期間中にタッチセンサとして用いて、表示領域外部に対して表示領域を電気的にハイインピーダンスにしている。この結果、対向電極１１２の寄生容量が低減されているものの、タッチに伴う容量と比べて、対向電極１１２から見た寄生容量が依然として遥かに大きい。
【０１５１】
これに対して、本実施形態１１においては、図２１を参照すると、対向電極１１２が下側に形成された絶縁性基板４１上に、透明導電層から成る位置検出導電層２０１が形成されている。この位置検出導電層２０１を、タッチパネルの一部として利用する。更に、位置検出導電層２０１上に絶縁性の保護層３７が形成されている、ここで、保護層３７として偏光板を用いるとよい。
【０１５２】
図２０を参照すると、位置検出導電層２０１の四隅にそれぞれ電極１３０ａ〜１３０ｄが形成されており、電極１３０ａ〜１３０ｄにそれぞれ電流検出回路２９ａ〜２９ｄが電気的に接続されている。更に、電流検出回路２９ａ〜２９ｄを介して、交流電圧源２７が電気的に接続されている。
【０１５３】
ここで、実施形態１０の対向電極１１２の透明導電層と比べて、位置検出導電層２０１は、ＴＦＴ基板に対して遠く、タッチ箇所に対して近い。したがって、対向電極１１２と比べて、位置検出導電層２０１から見た寄生容量は低く、タッチに伴う静電容量が大きい。この結果、タッチセンサ装置のＳ／Ｎが改善される。
【０１５４】
ただし、タッチに伴う静電容量に対して、位置検出導電層２０１から見た寄生容量の変動の方が大きいという問題がある。特に、ＬＣＤの表示内容に伴う変動が問題である。これは、液晶分子の誘電率異方性に起因するもので、表示内容によって配向が変化し、位置検出導電層２０１の寄生容量に作用する原理に基づいて生じる問題である。この結果、信号処理回路は、タッチの存在の有無を感知することが難しいといった問題が生じる。つまり、信号処理回路は、指のタッチで信号が変化したのか、あるいは、表示内容が変化したから信号が変化したのかを区別しにくい。
【０１５５】
図２２に、本実施形態１１におけるＬＣＤの電極の電圧を示すタイミングチャートを示す。位置検出導電層２０１の電圧は、図２２のＶａで示した。他の電圧は、実施形態１０と同様の記号が割り当てられるとともに、同様の電圧が印加されている。Ｖａは交流電圧源２７の電圧とし、対向電極１１２の電圧ＶｃにもＶａと同位相・同振幅の電圧が印加されている。この結果、対向電極１１２が、位置検出導電層２０１に対する理想的なシールド層として機能するようになり、対向電極１１２とＴＦＴ基板との間に存在する誘電体の誘電率変動で生じる、対向電極１１２から見たＴＦＴ基板の静電容量の変動の影響を受けにくくなる。
【０１５６】
この結果、位置検出導電層２０１の寄生容量（より正確には寄生容量として検出される信号）が顕著に減少する。また、人体の指と位置検出導電層２０１とで形成される静電容量に対して、ＬＣＤの表示内容に伴う静電容量の変動の方を小さくでき、タッチの有無を正確に検出できるという効果がある。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１０と同様である。
【０１５７】
［実施形態１２］
次に、本発明に係る実施形態１２について、図２３及び図２４に基づいて説明する。以下、実施形態１１と実質的に同様の構成に関しては実施形態１１と同じ符号を使用し又は図示を略し、実施形態１１と異なる部分についてのみ述べる。図２３は、本実施形態１２のタッチセンサ装置を内蔵したＬＣＤの対向基板を示す平面模式図である。図２４は、図２３におけるＶ−Ｖ’線の部分断面図である。
【０１５８】
本実施形態１２のタッチセンサ装置は、インピーダンス面（２０１）の表面に、インピーダンス面（２０１）の電位分布を設定するリニアライゼイションパタン１３０が設けられたことを特徴とする。つまり、本実施形態１２は対向基板１１９ｋに特徴がある。前述の実施形態１１において、位置検出導電層２０１に四隅から交流電圧を印加しただけでは、位置検出導電層２０１上に分布している電界曲線が湾曲してしまい不均一であり、指などのタッチ位置の検出精度の向上の妨げとなる。そこで、本実施形態１２では、図２３に示すように、位置検出導電層２０１の外周部に電極１３０ｋを形成することによって、位置検出導電層２０１上で、直線的な等電位線が均等な間隔で分布するようにしている。以下、位置検出導電層２０１の四隅の電極１３０ａ〜１３０ｄ及び外周部の電極１３０ｋを総称して、リニアライゼイションパタン１３０とする。
【０１５９】
次に、リニアライゼイションパタン１３０の作用について説明する。リニアライゼイションパタン１３０によって、位置検出導電層２０１の部分的な領域の抵抗を低減せしめることができる。一般的に、位置検出導電層２０１を構成する透明導電層の抵抗に比べて、リニアライゼイションパタン１３０がある領域の抵抗は低い。これは、リニアライゼイションパタン１３０がある領域の抵抗は、位置検出導電層２０１の抵抗とリニアライゼイションパタン１３０の抵抗とを並列接続した合成抵抗と見なせるので、リニアライゼイションパタン１３０の抵抗の大小によらず、位置検出導電層２０１の抵抗よりも低くなるということである。
【０１６０】
このようにして、リニアライゼイションパタン１３０は、対応する位置検出導電層２０１の領域の抵抗を低減している。その目的は、指でＬＣＤの表面をタッチしたときの容量結合で、タッチ部に対応する位置検出導電層２０１の領域の電位が下がっても、位置検出導電層２０１の外周領域を同電位に保つためである。ここで、位置検出導電層２０１の四隅近傍の交流電圧に対して、外周領域において電圧降下が生じるが、位置検出導電層２０１の四隅近傍から外周領域の任意の点までの抵抗を調整することにより、外周領域の任意の点で電圧降下を揃えている。その四隅近傍の領域から四隅に隣接する辺の任意の点までの抵抗の調節は、リニアライゼイションパタン１３０が設けられた低抵抗領域とリニアライゼイションパタン１３０が設けられていない高抵抗領域とを組み合わせることにより行われている。
【０１６１】
次に、リニアライゼイションパタン１３０の製造方法について述べる。位置検出導電層２０１の四隅の電極１３０ａ〜１３０ｄ及び外周部の電極１３０ｋは同一工程で形成することが好ましい。材料に導電性ペーストを用いて、スクリーン印刷やディスペンスなどにより、塗布する。続いて焼成し、硬化させる。導電性ペーストは、具体的には導電性樹脂などが用いられる。導電性樹脂材料の添加剤（フィラー）として、銀やカーボン、あるいはグラファイトが使われる。樹脂材料はポリエステルやアクリルが用いられる。
【０１６２】
また、リニアライゼイションパタン１３０上にフロントシールドを設けるとよい。フロントシールドは、リニアライゼイションパタンを塩化ビニル樹脂やポリイミド等の絶縁体で挟み込む等の構成とする。タッチする面側の指以外の手のひらや、もう一方の手等とリニアライゼイションパタンとの間の寄生容量を減らす効果がある。この理由は、リニアライゼイションパタンを覆う絶縁体によって、絶縁体の厚みを厚くする、使用する材料によって比誘電率を下げることができることによる。
【０１６３】
また、リニアライゼイションパタンとは異なる導電層により、フロントシールドを設けることも可能である。例えば、銅箔を塩化ビニル樹脂等でサンドイッチしたシートを、四隅の電極やリニアライゼイションパタンの上面に、額縁状に形成する。タッチ面側から四隅の電極やリニアライゼイションパタンに影響を及ぼす浮遊容量を低減するために、この構成のフロントシールド内の銅箔はグランドに接続される。
【０１６４】
以上より、リニアライゼンションパタンを形成することによって、位置検出導電層（透明導電層）上に分布している電界曲線を矯正し、位置検出導電層（透明導電層）上で、直線的な等電位線が均等な間隔で分布する。その結果、指などのタッチ位置を正確に検出できるという効果がある。
【０１６５】
なお、本実施形態１２において、対向電極１１２の上方に位置検出導電層２０１を設け、タッチセンサ装置を内蔵したＬＣＤを例にとって述べたが、実施形態１〜９に示すように、ＬＣＤとタッチセンサ装置とを別体とする場合のタッチセンサ装置にも適用できる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１１と同様である。
【０１６６】
［実施形態１３］
次に、本発明に係る実施形態１３について、図２５及び図２６に基づいて説明する。以下、実施形態１０、１２と実質的に同様の構成に関しては実施形態１０、１２と同じ符号を使用し、実施形態１０、１２と異なる部分についてのみ述べる。図２５は、本実施形態１３のタッチセンサ装置を内蔵したＬＣＤの平面模式図である。図２６は、図２５におけるVI−VI’線の部分断面図である。図２５では、対向基板の図示を省略している。
【０１６７】
本実施形態１３のタッチセンサ装置１Ｌは、対向電極１１２、液晶素子１０２及び画素電極１０５から成る三層構造を有するＬＣＤ１０Ｌに組み込まれている。そして、対向電極１１２がインピーダンス面として兼用され、画素電極１０５がＴＦＴ基板１１０に形成され、インピーダンス面（対向電極１１２）の電位分布を設定するリニアライゼイションパタン１４０がＴＦＴ基板１１０に設けられるとともに異方性導電体１３４を介してインピーダンス面（対向電極１１２）に電気的に接続されている。リニアライゼイションパタン１４０は、ＴＦＴ基板１１０の四隅の電極１４０ａ〜１４０ｄ及び外周部の電極１４０ｋから成る。
【０１６８】
前述の実施形態１２では、リニアライゼイションパタンについて、スクリーン印刷などで導電性ペーストを用いて形成する場合、製造工程数が増加するとともに、製造装置、及び導電性ペーストなどの高価な材料を必要とする。このことは、タッチセンサ機能を内蔵したＬＣＤについて製造コストを低減する際の妨げとなる。
【０１６９】
これに対して、本実施形態１３においては、ＴＦＴ基板１１０にリニアライゼイションパタン１４０を形成し、リニアライゼイションパタン１４０と対向電極１１２とは異方性導電体１３４を介して電気的に接続される。このように、ＴＦＴ基板１１０上のリニアライゼイションパタン１４０と対向電極１１２とが異方性導電体１３４を介して電気的に接続されることによって、リニアライゼイションパタン１４０の形状に対応する対向電極１１２がリニアライゼイションパタン１４０の垂直方向にあるので、リニアライゼイションパタン１４０と対向電極１１２とは低インピーダンスで接続するが、分割されたリニアライゼイションパタン１４０同士は低インピーダンスで接続されない。このようにして、前述の実施形態１２に示した、対向電極１１２（透明導電層）上に導電性ペーストでリニアライゼイションパタンを形成した構造と、同様な機能を持たせることができる。
【０１７０】
一方で、リニアライゼイションパタン１４０は、ＴＦＴ基板１１０上で、のアルミニウム層１４２（ＴＦＴ１１１のドレイン）と透明導電層１４３（画素電極１０５）との積層から成る。アルミニウム層１４２と透明導電層１４３とは、絶縁層１４１に形成したコンタクトホールを介して電気的に接続される。一方、ＴＦＴ１１１は一般に成膜及びフォトリソグラフィの繰り返しなどによって形成されるが、リニアライゼイションパタン１４０を構成するアルミニウム層１４２、透明導電層１４３、及びコンタクトホールを形成した絶縁層１４１もＴＦＴ１１１と同時に形成できる。つまり、ＴＦＴ１１１を形成するフォトリソグラフィのフォトマスクの設計情報に、リニアライゼイションパタン１４０の設計情報を加えるだけでよいので、製造工程を追加する必要が無い。
【０１７１】
また、ＴＦＴ基板１１０と対向基板１１９とで液晶素子１０２を挟み込み、液晶素子１０２の周囲をシール（図示せず）によって封止しているが、このシールの材料を異方性導電体として、ＴＦＴ基板１１０上に形成したリニアライゼイションパタン１４０を、シールを介して、対向電極１１２と接続してもよい。このようにすれば、異方性導電体専用のスペースを省略することができるので、ＬＣＤ１０Ｌを狭額縁化できる。以上より、タッチの位置精度の向上を図りながらも、タッチセンサ装置１Ｌを内蔵したＬＣＤ１０Ｌの製造コストを低減できる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１０、１２と同様である。
【０１７２】
［実施形態１４］
次に、本発明に係る実施形態１４について、図２７に基づいて説明する。以下、実施形態１と実質的に同様の構成に関しては実施形態１と同じ符号を使用し又は図示を略し、実施形態１と異なる部分についてのみ述べる。図２７［１］は、一般的なタッチセンサ装置の動作原理を示す等価回路図である。図２７［２］は、本実施形態１４のタッチセンサ装置の動作原理を示す等価回路図である。
【０１７３】
上記各実施形態では、タッチセンサ装置がＡＣコンセントに接続されない状態での使用について述べている。これに対し、本実施形態１４では、タッチセンサ装置がＡＣコンセントに接続された状態での使用について述べる。
【０１７４】
図２７［１］に示すタッチセンサ装置１Ｎは、ＡＣコンセントに接続された状態で使用される一般的なものであり、その動作原理は図５［１］の説明で述べたとおりである。基準電位ノード１６はアース３５に接続されている。
【０１７５】
図２７［２］に示すタッチセンサ装置１Ｍにおける電源部２７ｍは、ＡＣコンセントから交流電圧を得て直流電圧に変換する直流安定化電源や、あるいはＡＣコンセントから交流電圧を得てその電圧値を変える変圧器などを有する。タッチセンサ装置１Ｍの使用中も、回路の基準電位ノード１６はアース３５に接続されている。電源部２７ｍも、他の実施形態における電源部と同様に交流電圧を出力する。つまり、タッチセンサ装置１Ｍは、上記各実施形態のタッチセンサ装置において電源部２７（各図参照）を電源部２７ｍに置き換えたものと同じである。
【０１７６】
一般的なタッチセンサ装置１ＮのインピーダンスＺは、静電容量２５によるインピーダンスＺと、これに直列接続される人体４−アース３５間の寄生インピーダンスＺｂとの、合成インピーダンスＺｏとなっている。これに対し、本実施形態１４におけるインピーダンスは、静電容量２５のインピーダンスＺのみである。なぜなら、基準電位ノード１６は、上記各実施形態で説明したように人体４と同電位であり、かつアース３５とも同電位であるため、人体４とアース３５との間の寄生インピーダンスを無視できるからである。つまり、Ｚ＜Ｚｏが成り立つので、両者に流れる電流の関係はＩ＞Ｉｏとなる。
【０１７７】
本実施形態１４のタッチセンサ装置１Ｍによれば、一般的なタッチセンサ装置１Ｎに比べて、閉ループ中のインピーダンスが減少することから電流が増加し、これにより電流の検出精度が向上する。
【０１７８】
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【０１７９】
また、本発明は次のように構成することもできる。
＜１＞表面型静電容量方式のタッチセンサ装置において、インピーダンス面に形成される静電容量により、人体のタッチの存在を感知するタッチセンサ機能と、前記インピーダンス面と電気的に接続された電流検出回路とを有し、前記電流検出回路は外部の交流電源から電力を供給され、かつ前記電流検出回路の基準電位ノードと人体との間を低インピーダンスで接続する手段を有することを特徴とするタッチセンサ装置。
＜２＞前記タッチセンサ機能が搭載された携帯機器の筐体が導電部を有し、前記導電部と前記基準電位ノードとを低インピーダンスで接続し、操作者が前記筐体を支持する際に、人体と前記導電部とが接触するように、前記筐体上で前記導電部が配置されていることを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
＜３＞前記タッチセンサ機能が搭載された携帯機器の筐体が導電部を有し、前記導電部と前記基準電位ノードとを電気的に接続し、前記インピーダンス面を覆う絶縁性の保護層と前記インピーダンス面の周囲を囲む絶縁体との少なくともどちらか一つを有し、前記保護層又は前記周囲を囲む絶縁体の厚さに対して、前記導電部分と前記インピーダンス面との離間距離が長いことを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
＜４＞電気光学応答を行う表示素子を照明する装置の電圧印加部又は発光源を覆う導電性のフォルダを有し、前記フォルダと前記基準電位ノードとが電気的に接続されることを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
＜５＞電気光学的応答をする表示素子要素と表示素子要素に電気信号を与えるための第一の導体と表示素子要素に電気信号を与えるための第二の導体とを含み構成される面表示装置と、前記表示素子要素に電気信号を与えるためのインピーダンス面を有する対向基板と、電流検出回路とを有し、前記電流検出回路が電流を検出する時、前記第一の導体又は前記第二の導体の二者うち、一方に、前記インピーダンス面と概同一の電圧を印加し、他方をフローティングにする、又は、前記インピーダンス面と概同一の電圧を印加する制御回路と、を有することを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
＜６＞前記インピーダンス面は、リニアライゼイションパタンを有し、前記リニアライゼイションパタンの上方に、導電体が形成され、前記導電体は基準電位ノードに電気的に接続されることを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
＜７＞電気光学的応答をする表示素子要素と、前記表示素子要素に電気信号を与えるための表示装置基板と、前記表示素子要素に電気信号を与えるためのインピーダンス面を有する対向基板と、電流検出回路と、前記表示装置基板上に形成したリニアライゼイションパタンと、を有し、前記リニアライゼイションパタンと、前記インピーダンス面とは異方性導電体を介して接続されることを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
＜８＞前記基準電位ノードと人体とを接続することによって、前記基準電位ノードと人体の間のインピーダンスが減少することを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
【０１８０】
また、本発明は次のように要約することもできる。本発明の課題は、携帯機器に適し、製造コストの低減を図りながらも、タッチの有無やタッチ位置を精度よく検出可能なタッチセンサ機能を備えた面表示装置及びこれを備えた電子機器を提供することにある。本発明の解決手段は、モバイル環境下において、浮いている回路の基準電位を、人体の一部と電気的に接続し、人体の電位にする。このようにして、回路の基準電位からアースまでの寄生インピーダンスを無視することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８１】
本発明は、表示面上において指やペンなどを用いて指し示された位置座標を検出する面表示装置、又は指し示す動作の有無を検出する面表示装置に利用可能である。また、本発明の活用例として、ゲーム機、携帯情報端末、ＰＤＡ、カーナビゲーション、ノートパソコン、携帯ＤＶＤプレーヤ、飛行機やバスの客席に取り付けるテレビ・ゲーム機、ファクトリ・オートメーション（ＦＡ）機器に使用されるタッチセンサ機能が挙げられる。
【符号の説明】
【０１８２】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｌ，１Ｍ，１Ｎ タッチセンサ装置
２ タッチパネル（第一の人体接触部）
２ｈ タッチスイッチ（第一の人体接触部）
３ 筐体
３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｈ 筐体の導電性部（導体、第二の人体接触部）
３ｃ’ 筐体の絶縁性部
４ 人体
５ ＬＣＤ
６ ケーブル
７ ＦＰＣ
８ 第二の人体接触部
９ ケーブル（導線、第二の人体接触部）
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｈ，１０Ｎ 携帯機器（電子機器）
１０Ｇ カーナビゲーション（車載機器、電子機器）
１０Ｉ，１０Ｌ ＬＣＤ（表示装置、電子機器）
１１ リストストラップ（導体、第二の人体接触部）
１２ ケーブルのプラグ
１３ ジャック
１５ 基準電位配線（基準電位部）
１６ 基準電位ノード（基準電位部）
１７ バッテリ（電源部）
１９ メイン基板
２１ コントローラ
２３ 指
２５ タッチに伴う静電容量
２７ 交流電圧源（電源部）
２７ｍ 電源部
２９，２９ａ〜２９ｆ 電流検出回路（電流検出部）
３５ アース（接地）
３７ 保護層
３８ａ〜３８ｆ 電極（第一の人体接触部）
３９ 透明導電層（インピーダンス面）
４１ 絶縁性基板
４３ ハンダ部
４５ 導電性の接着ラベル（導電膜、導体、第二の人体接触部）
４７ スルーホール
４９ 導電性のフォルダ
５１ 導光板
５３ 発光源
５７ ハンドル（導体、第二の人体接触部）
５８ ペダル（導体、第二の人体接触部）
５９ 座席シート（導体、第二の人体接触部）
６１ シートベルト（導体、第二の人体接触部）
６３ キー
６５ 表示部
７０ ペン（指示体）
７２ 先端部
７２ａ 表面
７２ｂ 芯
７４ 握り部
１０２ 液晶素子（液晶）
１０３ 表示領域
１０４ 信号線
１０５ 画素電極
１０６ 走査線
１０８ 蓄積容量線
１１０ ＴＦＴ基板
１１１ ＴＦＴ
１１２ 対向電極（透明導電層、インピーダンス面）
１１４ 走査線駆動回路
１１５ 信号線駆動回路
１１６ データ線のハイインピーダンススイッチ部（スイッチ部）
１１７ ゲート線のハイインピーダンススイッチ部（スイッチ部）
１１８ 蓄積容量線のハイインピーダンススイッチ部（スイッチ部）
１１９，１１９ｊ，１１９ｋ 対向基板
１２０ スイッチング制御回路（スイッチ部）
１２０ａ〜１２０ｄ 電極（第一の人体接触部）
１２１ ＣＯＭ−電流検出回路切り替えスイッチ部（スイッチ部）
１３０ リニアライゼイションパタン
１３０ａ〜１３０ｄ 電極（第一の人体接触部、リニアライゼイションパタン）
１３０ｋ 電極（リニアライゼイションパタン）
１３２ 配線
１３４ 異方性導電体
１３８ ＬＣＤのＦＰＣ
１４０ リニアライゼイションパタン
１４０ａ〜１４０ｄ 電極（第一の人体接触部、リニアライゼイションパタン）
１４０ｋ 電極（リニアライゼイションパタン）
１４１ 絶縁層（パッシベーション膜及び平坦化膜）
１４２ アルミニウム層（ソース電極及びドレイン電極の材料）
１４３ 透明導電層（画素電極）
２０１ 位置検出導電層（透明導電層、インピーダンス面）
Ｚ タッチに伴うインピーダンス
Ｚｐ 浮いている基準電位ノードとアースとの間のインピーダンス
ＣＯＭ 共通電極
【技術分野】
【０００１】
本発明は、表面型静電容量方式のタッチセンサ装置、これを備えた電子機器等に関する。
【背景技術】
【０００２】
タッチセンサ装置は、指やペンなどを用いて指し示された位置座標、又は指し示す動作の有無を検出する装置であり、通常、液晶ディスプレイ（以下「ＬＣＤ（Liquid Crystal Display）」という。）やプラズマディスプレイ（以下「ＰＤＰ（Plasma Display Panel）」という。）等の面表示装置と組み合わせて用いられる。
【０００３】
タッチセンサ装置の出力をコンピュータに入力し、コンピュータによって表示装置の表示内容を制御したり機器を制御したりすることにより、使い勝手の良いマンマシン・インターフェイスが実現される。現在はゲーム機、携帯情報端末、券売機、ＡＴＭ（Automated Teller Machine）、カーナビゲーションなど、日常生活において広く利用されている。そして、コンピュータの高性能化やネットワーク接続環境の普及とともに、電子機器で供給されるサービスが多様化し、これに伴いタッチセンサ装置を備えた表示装置のニーズが拡大し続けている。
【０００４】
タッチセンサ装置の方式として、静電容量方式、抵抗膜方式、赤外線方式、超音波方式、電磁誘導方式などが知られている。タッチセンサ装置の中でも、静電容量方式のタッチセンサ装置は、様々な厚さのガラスやプラスチックを通して指の接触を感知することで、工業用製品や白物家電などの多くのアプリケーション領域において堅牢性を発揮している。ただし、タッチするものは、指や、指と同等の静電容量を形成する導電性のものに限られる。
【０００５】
静電容量方式タッチセンサ装置は、更に投影型（Projected capacitive型）と表面型（Surface capacitive型）とに分類される。
【０００６】
投影型は、Ｘ−Ｙ透明電極をマトリクス形状で形成した方式である。Ｘ−Ｙ透明電極に指が近づくと、電極間の静電容量が増加し、Ｘ−Ｙのラインの静電容量の変化をコントローラが検知し、指の位置を検出する。
【０００７】
投影型は、ガラス基板の両面にＸＹ電極が形成されている。そのガラス基板の両面に透明電極を形成するために、透明導電層を二層成膜する必要がある。これに加え、透明電極をマトリクス形状にするために、透明導電層をパターニングする必要があり、製造工程数が多い。また、ＸＹ電極数が多い上に、ＸＹ電極の各々に対応する端子を必要とするため、それらの端子数も多い。
【０００８】
更に、透明電極の代表的な材料としてＩＴＯ（indium tin oxide）が挙げられるが、液晶パネルやタッチパネル市場が伸びているため、ＩＴＯの需要が高まっている。特にＩＴＯを構成するインジウムは希少金属であり、高価である。また、ＩＴＯは蒸着により、成膜するので、製造タクトタイムが長く、一度に大量生産することができない。よって、ＩＴＯフィルムメーカの増産が追いつかずに、ＩＴＯフィルムの供給不足に陥り、透明電極部材の価格が高騰しつつある。結果として、投影型は製造コストが高くなってしまうという欠点がある。
【０００９】
これに対し、表面型は、後述するように、絶縁性基板の表面に透明導電層を一層成膜するだけであるので、投影型に比較して構造がシンプルで製造コストを抑えることができる。
【００１０】
すなわち、一般の表面型は、絶縁性基板と、その表面に形成された均一な透明導電層と、その上面に形成された薄い絶縁層（保護層）とで構成する。このタッチセンサ装置を駆動する際は、その透明導電層の四隅に交流電圧を印加する。指でタッチセンサを触れると、透明導電層と指によって形成される静電容量を介して、指に微小電流が流れる。この電流は、透明導電層の四隅のそれぞれから指がタッチ(指が接触)した点へ流れる。そして、信号処理回路が、それぞれの電流の和からタッチの有無を検出する。また、それぞれの電流の比から、タッチ位置の座標を計算する。このような表面型に関する技術については、例えば次の特許文献１〜６に開示されている。
【先行技術文献】
【特許文献】
【００１１】
【特許文献１】米国特許第４２９３７３４号明細書
【特許文献２】特表昭５６−５００２３０号公報
【特許文献３】特開２００１−０９９６０９号公報
【特許文献４】特開２００５−２６９０９０号公報
【特許文献５】特開２００７−２６４９２３号公報
【特許文献６】特許第３８６４５１２号公報
【発明の概要】
【発明が解決しようとする課題】
【００１２】
しかしながら、表面型静電容量方式のタッチセンサ装置には、次のような課題があった。
【００１３】
表面型静電容量方式タッチセンサ装置を携帯機器に組み込んだ場合、すなわちモバイル環境下においては、接触位置を検出するタッチセンサ機能のＳ／Ｎ（信号対雑音比）が低下することにより、タッチセンサ機能の感度及び位置精度が劣化する。更に、周囲の環境が変化すると接触感度及び位置検出精度も影響を受けやすい。
【００１４】
そこで、本発明の目的は、表面型静電容量方式のタッチセンサ装置の位置検出精度を向上し得るタッチセンサ装置等を提供することにある。
【課題を解決するための手段】
【００１５】
本発明に係るタッチセンサ装置は、
人体が接触又は近接すると当該人体との間に静電容量を形成する第一の人体接触部と、
この第一の人体接触部との間に交流電圧を出力する電源部と、
この電源部から前記人体へ流れる電流を検出する電流検出部と、
前記交流電圧の基準電位となる基準電位部と、
この基準電位部に電気的に接続されるとともに前記人体が接触する第二の人体接触部と、
を備えたことを特徴とする。
【発明の効果】
【００１６】
本発明によれば、検出電流の流れる閉ループに寄生インピーダンスを含まないことから、検出電流を増加できるとともにノイズや周囲の影響を抑制できるので、検出電流による検出位置精度を向上できる。
【図面の簡単な説明】
【００１７】
【図１】実施形態１のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【図２】図１の携帯機器の断面模式図である。
【図３】実施形態１のタッチセンサ装置の等価回路図である。
【図４】実施形態１のタッチセンサ装置における動作の電圧波形を示すグラフである。
【図５】図５［１］は、表面型静電容量方式のタッチセンサ装置の一般的な動作原理を示す等価回路図である。図５［２］は、実施形態１のタッチセンサ装置が解決する課題を示す等価回路図である。
【図６】タッチに伴う電流に対する寄生インピーダンスの影響についての計算結果を示すグラフである。
【図７】図７［１］は、実施形態１のタッチセンサ装置の動作原理を示す等価回路図である。図７［２］は、実施形態１のタッチセンサ装置におけるタッチに伴う電流の測定結果を示すグラフである。
【図８】実施形態２のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【図９】図８の携帯機器の断面模式図である。
【図１０】図１０［１］は、実施形態３のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す平面模式図である。図１０［２］は、図１０［１］におけるＩ−Ｉ’線断面模式図である。
【図１１】図１１［１］は、実施形態４のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す平面模式図（背面側）である。図１１［２］は、図１１［１］におけるII−II’線断面模式図である。
【図１２】実施形態６のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【図１３】実施形態７のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器のバックライト部分を示す断面模式図である。
【図１４】実施形態８のタッチセンサ装置を搭載したカーナビゲーションと自動車の内装とを示す斜視図である。
【図１５】実施形態９のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【図１６】図１６［１］は、実施形態９の携帯機器のタッチスイッチ部分を示す平面模式図である。図１６［２］は、図１６［１］におけるIII−III’線断面模式図である。
【図１７】実施形態１０のタッチセンサ装置を内蔵したＬＣＤを示す分解斜視図である。
【図１８】図１７のＬＣＤの平面模式図である。
【図１９】実施形態１０のタッチセンサ装置の各部の電圧を示すタイミングチャートである。
【図２０】実施形態１１のタッチセンサ装置における対向基板を示す平面模式図である。
【図２１】図２０におけるIV−IV’線断面模式図である。
【図２２】実施形態１１のタッチセンサ装置の各部の電圧を示すタイミングチャートである。
【図２３】実施形態１２のタッチセンサ装置における対向基板を示す平面模式図である。
【図２４】図２３におけるＶ−Ｖ’線断面模式図である。
【図２５】実施形態１３のタッチセンサ装置を搭載したＬＣＤの平面模式図である。
【図２６】図２５におけるVI−VI’線断面模式図である。
【図２７】図２７［１］は、一般的なタッチセンサ装置の動作原理を示す等価回路図である。図２７［２］は、実施形態１４のタッチセンサ装置の動作原理を示す等価回路図である。
【図２８】実施形態５のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【図２９】図２８におけるペンの平面図及びそのＡ―Ａ’線縦断面図である。
【発明を実施するための形態】
【００１８】
本発明者は、実際に表面型静電容量方式のタッチセンサ装置を作製し、特に携帯（モバイル）用とした場合の本質的な課題を見出した。その詳細については以下の実施形態において説明するが、その課題を要約すると次のようになる。モバイル環境下においては、タッチセンサ機能のＳ／Ｎ（信号対雑音比）が低下し、タッチセンサ機能の検出感度(以下単に感度という)及び位置精度が劣化する。更に、周囲の環境が変化すると、その感度及び位置精度も影響を受けやすい。
【００１９】
その第一の原因は、回路の基準電位ノードがアースに対して浮いているため、形成された回路の基準電位ノードとアースとの間の第一の寄生インピーダンスの影響により、タッチに伴う信号成分が減少するためである。回路の基準電位ノードがアースに対して浮いている理由は、携帯機器等の場合は、一般的に電源プラグをＡＣコンセントに接続せずに、内蔵しているバッテリから電力を供給するために、回路の基準電位ノードがアースに接続されないことによる。従って、周囲環境の変化とは、回路の基準電位ノードとアースとの間のインピーダンスの変化である。特に、回路の基準電位ノードは筐体に覆われるのが一般的であり、筐体が絶縁性であると、特に、回路の基準電位ノードとアースとの間のインピーダンスが高くなる。
【００２０】
その第二の原因は、人体がアースに対して浮いているため、形成された人体とアースとの間の第二の寄生インピーダンスの影響により、タッチに伴う信号成分が減少するためである。人体がアースに対して浮いている理由は、通常の生活では人体をアースに落とすことがないためである。第二の寄生インピーダンスは、第一の寄生インピーダンスと直列に接続される関係にあり、第一の寄生インピーダンスと同様に周囲環境の変化に応じて変化しやすい。
【００２１】
つまり、第一及び第二の寄生インピーダンスの存在によって検出電流が減少し、かつ、第一及び第二の寄生インピーダンス（浮遊インピーダンス）が不安定であることから感度及び位置精度が劣化するのである。
【００２２】
上記課題を解決する目的を達成するため、本発明は、表面型静電容量方式のタッチセンサ機能であって、インピーダンス面と、前記インピーダンス面と電気的に接続された電流検出回路と、バッテリで駆動する手段とを有するものにおいて、前記電流検出回路の基準電位ノードと人体とを低インピーダンスで接続するための手段を有することを特徴としている。このとき、前記電流検出回路の基準電位ノードと人体とを接続することで、前記電流検出回路の基準電位ノードとアースとの間のインピーダンス及び人体とアースとの間のインピーダンスを無視できることを特徴としている。ここで、基準電位ノードとアースとの間のインピーダンスは容量性であってもよい。
【００２３】
本発明によれば、回路の基準電位ノードと人体とを低インピーダンスで電気的に接続することで、モバイル(携帯機器使用)環境下におけるタッチに伴う信号のＳ／Ｎの低下を抑制できる。したがって、モバイル環境下においても、タッチセンサ機能の感度及び位置精度に優れたタッチセンサ機能を提供できる。その理由は、人体は導電性であるため基準電位ノードを低インピーダンスで人体と接続することにより、携帯機器の浮いている回路の基準電位ノードをタッチ部と同一電位にすることができるためである。以上の効果が得られる理由や作用の詳細は実施形態とともに後述する。以下、本発明の好適な実施形態の複数例について、図面を参照して具体的に説明する。
【００２４】
〔実施形態１〕
図１は、本実施形態１のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。図２は、図１の携帯機器の断面模式図である。図３は、本実施形態１のタッチセンサ装置の等価回路図である。以下、図１乃至図３に基づき説明する。
【００２５】
本実施形態１のタッチセンサ装置１Ａは、人体４が接触又は近接すると人体４との間に静電容量２５を形成する第一の人体接触部（２）と、第一の人体接触部（２）との間で交流電圧を出力する電源部（２７）と、電源部（２７）から人体４へ流れる電流を検出する電流検出部（２９）と、前記交流電圧の基準電位となる基準電位部（１５，１６）と、基準電位部（１５，１６）に電気的に接続されるとともに人体４が接触する第二の人体接触部８と、を備えたことを特徴とする。
【００２６】
ここでいう第二の人体接触部８と人体４との接触には、直接接触する場合の他に、静電容量などの低インピーダンスを介して接触する場合や、導電性部材を介して間接的に接触する場合も含まれるものとする。第二の人体接触部と人体とが低インピーダンスを介して接触する場合の具体例としては、第二の人体接触部が導電性筺体であるとき、その導電性筺体を薄い絶縁膜で覆った場合などが挙げられる。
【００２７】
また、「基準電位部」とは回路のグランド（ＧＮＤ）のことをいい、「アース」とは大地のことをいい、「接地」とはアースに接続することをいうものとする。したがって、基準電位部の電位とアースの電位とは、必ずしも一致しない。
【００２８】
関連技術のタッチセンサ装置では、電源部→人体接触部→人体→寄生インピーダンス→アース(接地電位）→寄生インピーダンス→基準電位部、という閉ループで電流が流れ、この電流を検出していた。しかし、寄生インピーダンスでの電圧降下が大きいために電流が流れにくいこと、及び不安定な寄生インピーダンスが周囲の影響を受けて変動すること等のため、電流の検出精度が低下していた。これに対し、タッチセンサ装置１Ａでは、電源部（２７）→第一の人体接触部（２）→人体４→第二の人体接触部８→基準電位部（１５，１６）、という閉ループで電流が流れ、この電流を検出する。そのため、閉ループ中に寄生インピーダンスを含まないことから、電流が増加するとともに寄生インピーダンスの変動やノイズの影響が抑制されるので、電流の検出精度が向上する。
【００２９】
第一の人体接触部（２）は、人体４が接触又は近接する導電膜から成るインピーダンス面（３９）と、インピーダンス面（３９）に設けられるとともに前記交流電圧が印加される複数の電極３８ａ〜３８ｄとを有する。電流検出部（２９）は、複数の電極３８ａ〜３８ｄに流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出回路２９ａ〜２９ｄを有する。電源部（２７）は、直流電圧を出力するバッテリ１７を有するとともに前記直流電圧を前記交流電圧に変換して第一の人体接触部（２）から出力する。
【００３０】
タッチセンサ装置１Ａは、電子機器（１０Ａ）に組み込まれている。第二の人体接触部８は、基準電位部（１５，１６）に接続された導線（９）と、導線（９）に接続された導体（１１）とを有する。
【００３１】
本実施形態１では、電子機器（１０Ａ）は携帯機器１０Ａ、第一の人体接触部（２）はタッチパネル２、インピーダンス面（３９）は透明導電層３９、電源部（２７）は交流電圧源２７、基準電位部（１５，１６）は基準電位配線１５及び基準電位ノード１６、電流検出部（２９）は電流検出回路２９ａ〜２９ｄ、導線（９）はケーブル９、導体（１１）はリストストラップ１１で、それぞれ実現されている。以下に、更に詳しく説明する。
【００３２】
［構成の説明］
図２に示すように、携帯機器１０Ａは、バッテリ１７を搭載し、回路の基準電位ノード１６がＡＣコンセントを介してアース(接地電位)に接続されてないことが一般的である。ここで、「基準電位ノード」とは、グランド（ＧＮＤ）のノードであり、回路上で０Ｖの電位を示す。また、「ＡＣ（Alternating Current）コンセント」は、家電製品などの電気器具のプラグを接続する電力供給用の差し込み口である。日本における単相交流１００Ｖ用のＡＣコンセントでは、細長い差し込み口が二つのあるものが主流であるが、その一方の差し込み口がアースになっている。また、二つの差し込み口の下に、接地極用の丸い差し込み口を有するアース付コンセントというものもある。
【００３３】
図２に示すように、タッチパネル２の周辺の上面と、携帯機器１０Ａの筐体３の内部とが接着されることで、タッチパネル２が支持されている。ここで、筐体３の材質はプラスチックとした。プラスチックは、高分子化合物から成り、可塑性を有し、絶縁体である。また、タッチパネル２の下側に、表示装置としてＬＣＤ５が設けられている。図２においては、タッチパネル２とＬＣＤ５の間を離しているが、ＬＣＤ５とタッチパネル２との間に接着フィルムを使って、これらをラミネート加工などで貼り合わせてもよい。その場合は、ＬＣＤ５とタッチパネル２との間に空気層が入らないので、ＬＣＤ５からタッチパネル２への光の透過率を高められるという利点がある。
【００３４】
ＬＣＤ５は、ＣＲＴ（Cathode Ray Tube）やＰＤＰなど他の表示装置に比べて薄くて軽いので、携帯機器に搭載するのに適している。ＬＣＤ５に用いる液晶パネルは、二枚のガラス板の間に液晶を封入し、電圧をかけることによって液晶分子の向きを変え、光の透過率を増減させることで画像を表示する構造になっている。液晶を照明するために、液晶パネルの背面にバックライトが設けられている。二枚のガラス基板は、一般にＴＦＴ（thin film transistor）基板と対向基板とからなる。このように、背面からの面状のバックライト光を液晶パネルで変調し画像を表示する透過型のＬＣＤを例にとって説明したが、前述のＴＦＴ基板上に反射板となる金属電極を形成し、周囲光を表示に利用する反射型ＬＣＤとしてもよい。また、その反射板に網点状に微細な穴を開けることにより、透過・反射兼用とした半透過型ＬＣＤとしてもよい。
【００３５】
タッチパネル２には、絶縁性基板４１上にスパッタ法などにより透明導電層３９が形成されたものを用いた。ここで、透明導電層３９の材料は、ＩＴＯ（Indium tin oxide：インジウムスズ酸化物）とした。ここで、透明導電層３９の厚みを１０〜３００ｎｍとし、そのシート抵抗を１００〜１０００Ωとした。
【００３６】
透明導電層３９(図３)が形成されたタッチパネル２とメイン基板１９とは離れているために、電気信号を伝達する配線（ＦＰＣ７）が形成されている。ここでは、空間的制約のために配線や基板を曲げる必要がある箇所があるために、フレキシブルプリント基板（以下「ＦＰＣ（Flexible Printed Circuits）」という。）を用いた。ＦＰＣ７は、柔軟性があり大きく変形させることが可能なプリント基板であり、厚みが１２〜５０μｍのフィルム状の絶縁性基板の上に接着層を形成し、更にその上に厚み１２〜５０μｍ程度の導体箔を形成した構造である。ＦＰＣ７の端子部やハンダ部以外には、絶縁体を被せて保護している。
【００３７】
透明導電層３９の四隅には、それぞれ異方性導電性フィルム（ＡＣＦ：Anisotropic Conductive Film）などの導電性の接着材料を介して、ＦＰＣ７の端子部（図３：電極３８ａ〜３８ｄ）が接続されている。あるいは、透明導電層３９の四隅に、金属から成る電極を形成してもよい。この場合の金属は、銀やチタンなどの、ＩＴＯに対して接触抵抗が低い材料が好ましい。また、金属から成る配線を形成し、透明導電層３９の外周を引き廻してもよい。
【００３８】
更に、透明導電層３９を被覆する絶縁性の保護層３７を形成する。ここで、保護層３７の厚みを０．１〜１ｍｍと厚くし、タッチした指２３と透明導電層３９との間に十分な静電容量２５を形成しながらも、堅牢性を高めた。
【００３９】
透明導電層３９から引き出されたＦＰＣ７のもう一方の端子部は、メイン基板１９上のコネクタを介して、タッチセンサ装置１Ａ用のコントローラ２１の入力側に接続されている。メイン基板１９は、液晶パネル、バックライトなどから成るＬＣＤモジュールと、コネクタを介して接続されている（図示せず）。バッテリ１７は、コネクタを使わずにメイン基板１９と接続されている。バッテリ１７とメイン基板１９との間は、正電源電圧＋３〜＋１５Ｖ、負電源電圧−１５〜−３Ｖ及び、基準電圧０Ｖの配線が接続されている。
【００４０】
バッテリ１７にはリチウムイオン二次電池を用いている。リチウムイオン二次電池は、電解質中のリチウムイオンが電気伝導を担い、かつ金属リチウムを電池内に含まず、充電を行うことにより繰り返し使用することができる。あるいは、電解質にポリマーを使用したリチウムポリマ二次電池を用いても良い。なお、バッテリ１７としては、蓄電池（storage battery）、乾電池（dry battery）、太陽電池、燃料電池等の独立して電力を供給できる電池電源であればいずれも用いることができる。
【００４１】
また、メイン基板１９は、表面実装基板から成り、マイクロコントローラやフラッシュメモリを内蔵したチップ、ディスプレイのインターフェース用ＩＣ、電源制御ＩＣ、タッチセンサ装置１Ａ用のコントローラ２１、発振回路ＩＣの主要な機能を持つチップなどを実装している。あるいは、コントローラ２１をＦＰＣ７上などに設けた薄型プリント配線基板上に、メイン基板１９を実装してもよい。
【００４２】
各チップの基準電位ノード１６(図３)は、まとめられて、バッテリ１７から供給される基準電位配線１５と接続されている。
【００４３】
図３はタッチセンサ装置１Ａの機能に関する等価回路図である。タッチセンサ装置１Ａ用のコントローラ２１は、四つの電流検出回路２９ａ〜２９ｄなどから成り、透明導電層３９の四隅の夫々に電極３８ａ〜３８ｄを介して電気的に接続されている。また、発振回路ＩＣの出力端子（交流電圧源２７）が透明導電層３９の四隅に電気的に接続されている。ここで、交流電圧は、正弦波とし、その振幅を０．５〜２Ｖ、その周波数を２０〜２００ｋＨｚとした。
【００４４】
電流検出回路２９ａ〜２９ｄは、前段である電流―電圧変換回路と後段であるＡＣ−ＤＣ変換回路から成る（図示せず）。そして、ＡＣ−ＤＣ変換回路の出力端子は、マイクロコントローラに内蔵されたアナログ−デジタル変換回路に入力されている。アナログ−デジタル変換回路はサンプルホールド回路を備えている。携帯機器１０Ａの組み込みシステムにはタッチセンサ機能の専用のプログラムが内蔵され、そのタッチセンサ機能がマイクロコントローラによって制御されている。
【００４５】
図２を参照すると、メイン基板１９上の基準電位配線１５と、携帯機器１０Ａの筐体３の一部に設けたジャック１３とを、ケーブル６によって接続している。ここで、図１を参照すると、ケーブル６，９は、金属などの導体を線状に引き伸ばし、この導体を芯として端部を除き絶縁体を被せて保護している。筐体３の外部にもジャック１３などの端子を設け、リストストラップ１１のケーブル９の端部にバナナプラグなどのプラグ１２を設ける。
【００４６】
あるいは、筐体３の外部の端子をピンなどにして、リストストラップ１１のケーブル９の端部に付けたワニ口クリップで、このピンを挟んで接続してもよい。ここで、バナナプラグ又はワニ口クリップの導電性部分の材料は金メッキとする。また、リストストラップ１１は、人体４の手首に巻く部分に導電繊維を織込んだ伸縮性の高いバンドとし、脱着自在な面状ファスナが付いており、プッシュホックで確実に装着しながらも、容易に脱着できる。
【００４７】
ここで、リストストラップ１１と筐体３のジャック１３とをケーブル９を介して接続したときに、人体４とジャック１３との電位差が大きい場合に、人体４に流れる電流が大きくなるおそれがある。そこで、１００ｋ〜1０ＭΩの電流制限用の抵抗器を、ケーブル９に内蔵してもよい。
【００４８】
第二の人体接触部の他の具体例として、イヤホンやヘッドフォンを利用してもよい。イヤホンは耳に差し込むものであり、ヘッドフォンは両耳に当てるものである。イヤホンやヘッドフォンは、そもそも携帯機器から出力される電気信号を、耳に接近したスピーカを用いて、音波に変換する装置である。これらは、通常、コネクタ（ジャック１３とプラグ１２など）を用いて機器と分離できるようになっている。例えば、イヤホンやヘッドフォンに対して、音波に関する電気信号を通す導線の他に、回路の基準電位配線１５もケーブル９の中を通し、耳やその周りの人体と接する部分を導電性にする。
【００４９】
同じく他の具体例として、ストラップを利用してもよい。ストラップは、携帯機器の重量がそれなりにあり、衝撃により壊れやすいものであるために、落下防止のために手首等に通すものである。また、その種類はショートストラップとネックストラップとがあり、ショートストラップの多くは手首又は指を通すが、ネックストラップは首にかけて使用する。携帯機器に付いているストラップ用の穴（ストラップホール）に、細い輪を通して使用する。ここで、ストラップホールの部分と回路の基準電位配線１５とを接続するとともに、導電繊維を織込んだストラップを用いて、人体とストラップとを電気的に接続する。このようにして、回路の基準電位ノード１６を、導電性のストラップを介して、人体と接続する。
【００５０】
［動作の説明］
次に、本実施形態１のタッチセンサ装置１Ａの動作について、図３を中心に詳細に説明する。
【００５１】
交流電圧源２７から透明導電層３９に正弦波が印加され、透明導電層３９が均一な電圧に保たれる。指２３が保護層３７の表面をタッチ(接触)すると、保護層３７を介して、人体４と透明導電層３９との間に５〜５０ｐＦの静電容量２５が形成される。また、人体４は導電性であるため、指２３のタッチにより形成された静電容量２５が人体４の電位に接続される。
【００５２】
携帯機器１０Ａの電力はバッテリ１７から供給されているので、当然のことながら携帯機器１０Ａは電源コードによってＡＣコンセントと接続されていない。このために、回路の基準電位ノード１６は、ＡＣコンセントを介して、アースに接続されていない。したがって、そのままでは、回路の基準電位ノード１６はアースに対して浮いていることになる。
【００５３】
ここでは、図１に示すように、導電性のリストストラップ１１を操作者の左手首に装着し、リストストラップ１１のケーブル９のプラグ１２を、携帯機器１０Ａの筐体３のジャック１３に挿入する。ジャック１３は筐体３内で回路の基準電位配線１５と接続されているので、回路の基準電位ノード１６と人体４とが電気的に接続される。前述のとおり、人体４は導電性であるので、浮いている回路の基準電位ノード１６は人体４の電位になる。したがって、電源コードがＡＣコンセントに挿入されていなくても、回路の基準電位ノード１６を一定電位に固定することができる。
【００５４】
図３を参照すると、回路の基準電位ノード１６及び静電容量２５が人体４に接続された閉回路が形成され、透明導電層３９を介して、タッチした指２３に微弱電流（タッチに伴う電流）が流れる。ここで、透明導電層３９において、タッチに対応する位置からそれぞれの隅までの抵抗をＲａ〜Ｒｄとする。ここで、前述の通り、タッチに伴う静電容量２５が５〜５０ｐＦであり、交流電圧源２７の周波数が２０〜２００ｋＨｚであるので、タッチに伴う静電容量２５のインピーダンスは数百ｋΩである。一方、透明導電層３９のシート抵抗は１００〜１０００Ωであり、透明導電層３９の隅から隅まで（１辺）の抵抗はタッチパネル２のサイズにも依存するが、例えば数ｋΩである。したがって、透明導電層３９の抵抗に対して、タッチに伴う静電容量２５のインピーダンスが３桁以上高い。したがって、この閉回路における支配的なインピーダンスは、タッチに伴う静電容量２５であり、タッチに伴う電流の量は、タッチに伴う静電容量２５、及び交流電圧源２７の振幅に依存することがわかる。
【００５５】
タッチに伴う電流は、透明導電層３９を介して電流検出回路２９ａ〜２９ｄに夫々電流Ｉａ〜Ｉｄとして分流する。電流Ｉａ〜Ｉｄの比率は透明導電層３９の抵抗Ｒａ〜Ｒｄに応じて変化し、抵抗Ｒａ〜Ｒｄはタッチパネル２上のタッチした指２３の位置に応じて変化する。
【００５６】
また、タッチ位置に関する演算の一例は次式となる。
ｘ＝ｋ１＋ｋ２・（Ｉｂ＋Ｉｃ）／（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｄ） （式１）
ｙ＝ｋ１＋ｋ２・（Ｉａ＋Ｉｂ）／（Ｉａ＋Ｉｂ＋Ｉｃ＋Ｉｄ） （式２）
ここで、ｘはタッチ位置のｘ座標、ｙはｙ座標である。ｋ１及びｋ２は定数である。
【００５７】
また、電流Ｉａ〜Ｉｄは、図３に示した電流検出回路２９ａ〜２９ｄで検出される電流である。つまり、電流Ｉａは電流検出回路２９ａ、電流Ｉｂは電流検出回路２９ｂ、電流Ｉｃは電流検出回路２９ｃ、電流Ｉｄは電流検出回路２９ｄで、それぞれ検出された電流である。
【００５８】
次に、上記図１乃至図３に、下記図４乃至図７加え、更に詳しく説明する。
【００５９】
図４に、本実施形態１のタッチセンサ装置における動作の電圧波形を示す。図４を参照すると、タッチの検出期間を３ｍｓｅｃとし、タッチの検出期間の周期を６０Ｈｚとした。このとき、１周期は概１６ｍｓｅｃであるが、タッチの検出期間は３ｍｓｅｃであるので、残りの概１３ｍｓｅｃは休止期間とした。
【００６０】
図４に示す、Ｖｉｎは交流電圧源２７の出力波形であり、Ｖｏｕｔは電流−電圧変換回路の出力波形である。ここで、Ｖｉｎの周波数を１００ｋＨｚとし、振幅を２Ｖとした。タッチが存在して無い場合は、Ｖｏｕｔの振幅はほぼ０Ｖであるが、タッチが存在している場合は、Ｖｏｕｔの振幅は６Ｖというように、タッチの存在の有無によって、明確な電圧変化がある。電流−電圧変換回路の出力は交流電圧なので、その後段のＡＣ−ＤＣ変換回路によって交流電圧を直流電圧に変換する。更に、ＡＣ−ＤＣ変換回路の直流電圧出力はアナログ信号であるので、その後段のアナログ−デジタル変換回路によってアナログ信号をデジタル信号に変換する。
【００６１】
ここで、サンプリングレートは１ｋ〜２００ｋサンプル／秒とし、垂直分解能は８〜１６ビットとした。サンプルホールド回路の制御端子へ入力される信号がＬｏｗからＨｉｇｈに変化した時に、サンプリングを開始する。このパルス信号の周期を６０Ｈｚとする。変換されたデジタル信号を基にマイクロコントローラによって信号処理することにより、タッチの存在の感知、タッチ位置に関する演算、及びオペレーティングシステム上でのマウスイベント、を実行する。このようにして、アナログ−デジタル変換からマウスイベントまでの処理が６０Ｈｚで実行される。このように、マイクロコントローラ制御によって自動運転ができる。
【００６２】
次に、本実施形態１の課題、及び本実施形態１の効果が得られる理由や作用の詳細について述べる。なお、便宜上、タッチの位置（座標）までは検出せず、タッチの存在のみを感知する静電容量スイッチを例にとって説明する。また、一般の携帯機器の構成要素を説明する場合も、携帯機器１０Ａの構成要素と同じ部分は同じ符号を使用する。図５［１］は、図３の表面型タッチセンサ装置の一般的な動作原理を示す等価回路図であり、回路の基準電位ノード１６がＡＣコンセントを介してアース３５に接続されている場合である。まず、図３を参照すると、透明導電層３９には交流電圧（振幅Ｖｉｎ）が印加されている。タッチに伴い、指２３を含む人体４と透明導電層３９との間で静電容量２５が形成される。すると、図５［１］に示すように、静電容量２５が人体４を介してアース３５に接続される。これは、人体４に接地効果があることによる。ただし、人体４とアース３５との間には寄生インピーダンスが存在する。その寄生インピーダンスをインピーダンスＺｂとする。
【００６３】
このとき、静電容量２５からなる容量性のインピーダンスを、図５［１］の等価回路に示すようにＺとすると、回路の基準電位ノード１６とインピーダンスＺとがアース３５及びインピーダンスＺｂを介して接続され、閉回路が形成される。そして、この閉回路のインピーダンスはタッチに伴う容量性のインピーダンスＺと寄生する容量性のインピーダンスＺｂとからなり、これらの合成インピーダンスに交流電圧Ｖｉｎが印加され、電流（振幅Ｉｏ）が生じる。
【００６４】
図５［２］は、本実施形態１が解決する課題を示す等価回路図である。一般の携帯機器は搭載したバッテリ１７から電力が供給されるが、バッテリ１７を充電する場合はバッテリ１７が充電器を介してＡＣコンセントに接続される。そして、携帯機器を携帯して使用する場合には、バッテリ１７はＡＣコンセントから外されるので、回路の基準電位ノード１６がＡＣコンセントを介して、アース３５に接続されない。このように、一般の携帯機器では、バッテリ１７を搭載しているので、回路の基準電位ノード１６がアース３５に接続されない場合がある。
【００６５】
そして、図５［１］と同様に、タッチに伴いインピーダンスＺが形成され、インピーダンスＺがアース３５に接続される。一方、回路の基準電位ノード１６はアース３５に直接接続されないために、基準電位ノード１６とアース３５との間に浮遊容量などから成る容量性の寄生インピーダンスＺａが形成される。すなわち、基準電位ノード１６はインピーダンスＺａを介して接地されている。ここで、インピーダンスＺａとインピーダンスＺｂとの合成インピーダンスを、インピーダンスＺｐとする。図５［２］の閉回路において、インピーダンスＺ，Ｚｐは直列関係にあり、これらの合成インピーダンスは（Ｚ＋Ｚｐ）である。したがって、図５［２］の閉回路に流れる電流（振幅Ｉ）はＩ＝Ｖｉｎ／（Ｚ＋Ｚｐ）となる。なお、人体４と基準電位ノード１６との間にも寄生インピーダンスが存在するが、その寄生インピーダンスの成分は等価回路によってインピーダンスＺａ，Ｚｂに含まれていると考えることができる。
【００６６】
図６は、閉回路のインピーダンスと電流との関係を計算し、グラフ化したものである。導出した式は次のとおりである。
Ｉ／Ｉｏ＝１／（Ｚｐ／Ｚ＋１） （式３）
【００６７】
図６の横軸はインピーダンスＺｐとインピーダンスＺとの比Ｚｐ／Ｚである。縦軸はタッチに伴う信号、すなわち図５［２］における電流Ｉと図５［１］における電流Ｉｏとの比Ｉ／Ｉｏをパーセントで表記している。ここで、交流電圧の周波数ｆを１００ｋＨｚとした。インピーダンスＺと比べてインピーダンスＺｐが無視できなくなる大きさになると電流Ｉが影響を受けて減少するため、図示するようにＩ／Ｉｏが減少している。
【００６８】
タッチに伴う電流は、タッチセンサ機能の信号成分に相当するので、タッチに伴う電流が減少すれば、タッチセンサ機能のＳ／Ｎが低下する。したがって、タッチセンサ機能の感度が劣化する。同様にタッチされた位置の検出における位置精度が劣化する。すなわち、図６に示したように、寄生するインピーダンスＺｐが大きくなると、感度と位置精度が劣化する。また、回路を覆う筐体の導電性によっても、インピーダンスＺｐが変化する。回路の周囲の環境が変化すると、インピーダンスＺｐが変化する。更に、携帯機器を携帯し、移動することにより周囲の環境が絶えず変化するため、インピーダンスＺｐが変化する。このように、周囲の環境や使用状況によってインピーダンスＺｐが変化するため、タッチセンサ機能の感度及び位置精度が不安定なものになってしまう。
【００６９】
図７［１］は本実施形態１の動作原理を示す等価回路図である。表面型であって、モバイル用としてバッテリ１７を搭載しており、回路の基準電位ノード１６がアースに対して浮いている。図５［１］［２］と同様に、タッチに伴い静電容量２５が形成され、静電容量２５の一方が人体４に接続される。本実施形態１では、図５［２］と異なり、さらに静電容量２５の他方についてはアースに対して浮いている回路の基準電位ノード１６が低インピーダンスで人体４に接続される。人体４は導電性があるので、図７［１］の回路の基準電位ノード１６は人体４と接続されることで、浮いている回路の基準電位ノード１６も人体４の電位になる。
【００７０】
このようにして、インピーダンスＺｐが減少し、これによって閉回路のインピーダンスが減少する。ここで、図７［１］においては、インピーダンスＺｐがほぼ０として、図示していない。インピーダンスＺに対して図７［１］のインピーダンスＺｐは十分に小さいので、無視することができ、従って図６において、グラフの横軸であるＺｐ／（Ｚｐ＋Ｚ）はほぼ０となる。このとき、図６において、電流変化量は減少しないことがわかる。したがって、表面型のモバイル用としての閉回路に流れるタッチに伴う電流変化量の減少を抑制できる。
【００７１】
本実施形態１の効果を確認するために、次に示す（ａ）〜（ｃ）の各構成においてタッチに伴う電流を測定した。（ａ）は、回路の基準電位配線１５がＡＣコンセントを介してアース３５に接続されている場合である（図５［１］）。（ｂ）は、バッテリ駆動とし、回路の基準電位ノード１６が浮いている場合である（図５［２］）。（ｃ）は、バッテリ駆動とし、回路の基準電位ノード１６と人体４とが接続されている場合である（図７［１］）。
【００７２】
そして、交流電圧源２７の振幅を１Ｖとし、周波数を１００ｋＨｚとし、電流−電圧変換回路の出力を測定した。この測定で、測定系のアースの影響を受けないようにするために、バッテリを内蔵するマルチメータを測定器として用いた。出力の測定結果を基に、タッチに伴う電流を計算した結果を図７［２］に示す。
【００７３】
図７［２］からわかるように、（ａ）５．３μＡ、（ｂ）３．８μＡ、（ｃ）５．５μＡと顕著な差が見られた。（ａ）の電流値を基準Ｉｏとし、（ｂ）、（ｃ）の電流値をＩとすると、（ｂ）ではＩ／Ｉｏ＝７２％と顕著に減少し、本発明の課題にあたる。一方、本発明の（ｃ）ではＩ／Ｉｏ＝１０３％とほぼ１００％であり、バッテリ駆動においても回路の基準電位ノード１６を人体４に接続すれば、タッチに伴う電流減少を抑えることができることを確認した。
【００７４】
また、図６の曲線（式３）において、Ｚｐ／Ｚが十分に小さい場合は、Ｚｐ／Ｚの増加に対してＩ／Ｉｏの減少が緩やかであるが、Ｚｐ／Ｚが０．４より大きくなると、図に示した直線Ｉ／Ｉｏ＝―０．２４・Ｌｎ（Ｚｐ／Ｚ）＋０．５に沿って、Ｉ／Ｉｏが急減に減少する。したがって、Ｉ／Ｉｏの減少を抑えるために、Ｚｐ／Ｚは０．４以下であることが好ましい。このときのＺｐを次のように算出した。タッチの存在を感知するのに、必要な容量を３ｐＦとし、タッチに伴う容量Ｃ＝３ｐＦとすると、Ｚ=１／ｗ／Ｃより、Ｚ＝５３１ｋΩとなる。ここで、ｗ（＝２πｆ）は角周波数である。Ｚ＝５３１ｋΩをＺｐ／Ｚ≦０．４に代入すると、Ｚｐ≦２１２ｋΩとなる。
【００７５】
（ｃ）の構成において、図１に携帯機器１０Ａの使用例を示すように、人体４の一部に導電性のリストストラップ１１を装着し、リストストラップ１１のケーブル９のプラグ１２を、携帯機器１０Ａの筐体３にあるジャック１３に挿入する。ジャック１３は筐体３内で回路の基準電位ノード１６と接続されている。このようにして、回路の基準電位ノード１６をリストストラップ１１などの道具を用いて、人体４と接続する。
【００７６】
本実施形態１によれば、回路の基準電位ノード１６と人体４とを電気的に接続することで、モバイル環境下におけるタッチに伴う信号の減少を抑制できる。したがって、モバイル環境下においても、タッチセンサ機能の感度及び位置精度が優れたタッチセンサ装置１Ａを提供できる。その理由は、人体４は導電性であるので、浮いている回路の基準電位ノード１６を人体４の電位にすることができるためである。特に、本実施形態１では、基準電位配線１５にケーブル９及びリストストラップ１１を介して人体４を接続することにより、基準電位配線１５と人体４との確実な導通が得られるので、タッチセンサ装置１Ａの動作をより安定化できる。
【００７７】
第２の効果は、イヤホンやヘッドフォンを利用することで、回路の基準電位ノード１６と人体４とを接続するためのリストストラップ１１などの専用の道具を必要としない経済的な構成とすることができる。その理由は、イヤホンやヘッドフォンは携帯機器１０Ａから出力される電気信号を耳の近傍で音波に変換するという本来の効果を奏しながらも、回路の基準電位配線１５もケーブル９の中に入れて、耳やその周りの人体４の一部と接続できることによる。
【００７８】
〔実施形態２〕
次に、本発明に係る実施形態２について、図８及び図９に基づいて説明する。以下、実施形態１と実質的に同様の構成に関しては実施形態１と同じ符号を使用し、実施形態１と異なる部分についてのみ述べる。図８は、本実施形態２のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。図９は、図８の携帯機器の断面模式図である。
【００７９】
本実施形態２のタッチセンサ装置１Ｂは、携帯機器１０Ｂに組み込まれている。第二の人体接触部は、携帯機器１０Ｂの筺体３の表面を成す導体（３ｂ）である。導体（３ｂ）は、筺体３の導電性部３ｂによって実現されている。
【００８０】
前述した実施形態１（図１及び図２）では、回路の基準電位配線１５とリストストラップ１１などの道具を接続して、回路の基準電位配線１５を実質的に携帯機器１０Ａの外部に引き出している。これに対し、本実施形態２では、リストストラップ１１などの道具を使用しない。つまり、筐体３の少なくとも一部にステンレス鋼やアルミニウム合金などの導電性の材料を使用することにより導電性部３ｂを形成し、筐体３の導電性部３ｂとタッチセンサ装置１Ｂの回路の基準電位配線１５とを接続する。導電性部３ｂは、携帯機器１０Ａの背面側に設けられている。ここでは、回路の基準電位配線１５の導電性の芯を、被覆保護層からむき出しにして、ハンダ部４３を介して、筐体３の導電性部３ｂと接続した。このようにして、筐体３の一部（導電性部３ｂ）において、その内側から外側まで回路の基準電位ノード１６となる。
【００８１】
一方、タッチセンサ装置１Ｂを搭載したＰＤＡなどの携帯機器１０Ｂは、操作者がタッチパネル２を指２３でタッチし、もう一方の手の手のひらなどで携帯機器１０Ｂを支持するのが一般的である。このように、筐体３を手で支持するときに、人体４の一部と筐体３の外側の部（導電性部３ｂ）とが接触する。本実施形態２によれば、筐体３の一部を導電性部３ｂとし、導電性部３ｂを回路の基準電位配線１５と電気的に接続することにより、回路の基準電位ノード１６と人体４の一部とが接続され、浮いている回路の基準電位ノード１６を人体４の電位にすることができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同様である。
【００８２】
〔実施形態３〕
次に、本発明に係る実施形態３について、図１０に基づいて説明する。以下、実施形態２と実質的に同様の構成に関しては実施形態２と同じ符号を使用し、実施形態２と異なる部分についてのみ述べる。図１０［１］は、本実施形態３のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す平面模式図である。図１０［２］は、図１０［１］におけるＩ−Ｉ’線の断面模式図である。
【００８３】
本実施形態３のタッチセンサ装置１Ｃは、携帯機器１０Ｃに組み込まれている。第二の人体接触部は、携帯機器１０Ｃの筺体３の表面を成す導体（３ｃ）である。導体（３ｃ）は、タッチパネルの第一の人体接触部（２）の周囲を除き、筺体３の表面の全体を成す。導体（３ｃ）は、筺体３の導電性部３ｃによって実現されている。
【００８４】
前述の実施形態２（図８及び図９）では、筐体３の一部（背面）のみを導電性部３ｂとしている。これに対し、本実施形態３では、筐体３のほぼ全体を導電性部３ｃとし、タッチパネル２の周りの筐体３の一部のみ絶縁性部３ｃ’とする。タッチパネル２の保護層３７は絶縁性であるが、図１０（ｂ）を参照すると、保護層３７の外周と筐体３の一部とが平面的に重なっており、その重なっている部分において筐体３と保護層３７とが接着している。このようにして、筐体３でタッチパネル２を支持している。
【００８５】
仮に、この部分（保護層３７との接着部分）の筐体３が、導電性であって、回路の基準電位ノード１６の電位にあるとする。すると、透明導電層３９に交流電圧が印加されているので、透明導電層３９と導電性の筐体３との電位差に応じて、保護層３７の容量性インピーダンスを介して、導電性の筐体３に交流電流が流れる。この交流電流は、タッチに伴う信号に対してノイズ信号になることにより、タッチセンサ機能のＳ／Ｎを劣化させる。言い換えれば、透明導電層３９から見た寄生容量が増加する。このように、タッチパネル２の周り部分の筐体３を導電性にすると、その部分が基準電位ノード１６の電位になるので、新たな課題が生じてしまう。
【００８６】
そこで、筐体３のほぼ全体を導電性部３ｃとしたとき、タッチパネル２の周り筐体３を絶縁性部３ｃ’にすることで、このようなノイズ信号を小さくできる。具体的には、樹脂とステンレス鋼とを一体成形した筐体３（３ｃ，３ｃ’）を使う。薄い板状のステンレス鋼を型に入れ、タッチパネル２の周りの筐体部分には樹脂を流し込んで筐体３（３ｃ，３ｃ’）を形成する。
【００８７】
また、絶縁性部３ｃ’の距離（すなわち透明導電層３９から導電性部３ｃまでの距離）が長くなるにつれて、ノイズ信号が小さくなる。その理由は、静電容量は絶縁体の距離に反比例することによる。一方、タッチに伴う静電容量は、保護層３７の厚みが薄いほど大きくなる。したがって、回路の基準電位ノード１６に保たれた導電性部３ｃについてはタッチパネル２からの離間距離を長くするほど、保護層３７については薄くするほど、タッチセンサ機能のＳ／Ｎを高くできる。具体的には、絶縁性部３ｃ’の距離は、保護層３７の厚み０．１〜１ｍｍに対して、１０倍以上の距離が好ましい。
【００８８】
また、筐体３の絶縁性部３ｃ’は撥水性にするとよい。このとき、水が絶縁性部３ｃ’に落ちても、水滴が小さく弾かれるように飛散する。特に、絶縁性部３ｃ’と水滴との接触角を１００°以上とすると、絶縁性部３ｃ’上で水滴が立っているかのような球状を保つ。具体的には、絶縁性部３ｃ’の材料としてシリコン樹脂などを用いる。
【００８９】
携帯機器１０Ｃを使用していて、筐体３に水分がかかってしまうことがありうる。水分は通常イオン性の不純物が含まれており導電性であるので、タッチパネル２の周りの筐体３を絶縁性にしても、水分が付着してしまえば、前述したタッチパネル２の周りの筐体３を導電性にした場合と、同様な課題が生じてしまう。したがって、絶縁性部３ｃ’を撥水性にすることにより、水分がかかっても水分をはじき留まらせないことで、寄生容量を低減できる。
【００９０】
また、筐体３の絶縁性部３ｃ’を防塵性にするとよい。具体的には、材料として油脂やアクリル系などの塗料を塗る。携帯機器１０Ｃを使用していて、筐体３に塵埃が降りかかることがありうる。塵埃は導電性の材料を含むこともありうるので、絶縁性部３ｃ’に塵埃が付着してしまえば、前述したタッチパネル２の周りの筐体３を導電性にした場合と、同様な課題が生じてしまう。したがって、絶縁性部３ｃ’を防塵性にすることにより、筐体３に塵埃が降りかかっても、塵埃をはじき留まらせないことで、寄生容量を低減できるという効果がある。したがって、本実施形態３により筐体３の導電性部３ｃを基準電位ノード１６の電位にすることによる、ノイズ信号を低減できる効果がある。その他の構成、作用及び効果は、実施形態２と同様である。
【００９１】
〔実施形態４〕
次に、本発明に係る実施形態４について、図１１に基づいて説明する。以下、実施形態３と実質的に同様の構成に関しては実施形態３と同じ符号を使用し、実施形態３と異なる部分についてのみ述べる。図１１［１］は、本実施形態４のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す平面模式図（背面側）である。図１１［２］は、図１１［１］におけるII−II’線の断面模式図である。
【００９２】
本実施形態４のタッチセンサ装置１Ｄは、携帯機器１０Ｄに組み込まれている。第二の人体接触部は、携帯機器１０Ｄの筺体３の表面を成す導体（４５）である。導体（４５）は、筺体３の表面に設けられた導電膜（４５）である。導電膜（４５）は、導電性の接着ラベル４５によって実現されている。本実施形態４では、携帯機器１０Ｄの背面にだけ接着ラベル４５が設けられている。
【００９３】
前述の実施形態３（図１０）では、携帯機器１０Ｄの筐体３について、タッチパネル２の周りの部分に樹脂などの絶縁性の材料を用い、それ以外の部分にステンレス鋼、アルミニウム合金などの導電性の材料を用いる。そして、回路の基準電位配線１５と筐体３の導電性部３ｃとを接続している。これに対し、実施形態４では、筐体３の表面の一部を導電性インクなどによって印刷された接着ラベル４５にする。接着ラベル４５を得る方法として、他に塗装、蒸着などがある。接着ラベル４５の材料として、導電性樹脂などが用いられる。導電性樹脂の添加剤（フィラー）として、銀やカーボン、あるいはグラファイトが使われる。樹脂材料はポリエステルやアクリルが用いられる。
【００９４】
本実施形態４では、筐体３の材料が導電性でなくても良い。筐体３の必要な部分だけを簡単に導電性にすることができる。携帯機器１０Ｄを手など人体の一部で支持するために、筐体３の触れる部分だけを導電性にすればよい。そして、筐体３にスルーホール４７を形成し、そこに導電性樹脂によるスルーホール電極を形成することにより、筐体３の接着ラベル４５と回路の基準電位配線１５とを接続する。
【００９５】
他の方法として、一般にバッテリ１７を交換するためなどに、筐体３に設けられる蓋（図示せず）を利用する方法がある。この方法では、蓋を表面、裏面、側面の全てを導電性にすることによって、蓋の表面と裏面が電気的に接続されるので、回路の基準電位配線１５と蓋の裏面とを接続し、蓋の表面と人体とを接続すればよい。
【００９６】
ステンレス鋼、アルミニウム合金などの導電性の材料に比べて、樹脂などの絶縁性の材料は製造コストが低い。この結果、本実施形態４によれば、実施形態３の効果に加えて、筐体３のそのものの材料に制約が無いうえ、第二の人体接触部（４５）を低コストで製造できる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態３と同様である。
【００９７】
〔実施形態５〕
次に、本発明に係る実施形態５について、図２８に基づいて説明する。以下、実施形態２と実質的に同様の構成に関しては実施形態２と同じ符号を使用し、実施形態２と異なる部分についてのみ述べる。図２８は、本実施形態５のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【００９８】
本実施形態５のタッチセンサ装置１Ｎは、携帯機器１０Ｎに組み込まれるとともに、指示体としてのペン７０を更に備えている。ペン７０は、インピーダンス面としての透明導電層３９に近接する先端部７２と、人体４の手で握る握り部７４とを有する。先端部７２と握り部７４とは、ともに導電性であり、かつ電気的に接続されている。先端部７２は、人体４の指先と同程度の弾性を有することが好ましい。本実施形態５では、透明導電層３９を被覆する絶縁性の保護層３７（図３等）に、すなわちタッチパネル２の表面に、先端部７２が接触することにより、透明導電層３９に先端部７２が近接する。
【００９９】
表面型のタッチセンサの方式は、人体４の一部である指先で操作するものであるため、スタイラスと呼ばれるペンに代表される指示体で操作できない（従来型のペンは図示せず）。指先など人体の一部でしか操作できないと、次に示す課題がある。タッチパネル２の表面に指先が触れると、指の指紋や脂などの汚れが付着して、画面が見えにくくなる。また、これらの汚れによって使用者に不快感を与えるなど、衛生的な問題もある。また、脂の付着はタッチパネル２から見た浮遊容量になり、さらに、これらの脂はタッチパネル２の表面上でムラになって付着するので、浮遊容量が不均一に分布し、検出精度が低くなりうる。これらの問題を避けるためには、ペン操作ができればよい。以下、本実施形態５におけるペン７０の構造を説明する。
【０１００】
ペン７０の先端部７２と握り部（グリップ）７４とを導電性とし、先端部７２と握り部７４とを低インピーダンスで接続した。図２９を基に、ペン７０の構造を説明する。ペン７０の平面図及びそのＡ―Ａ’線縦断面図を、図２９に示す。先端部７２において、表面７２ａにはステンレスやアルミニウムなどの導電体を用い、芯７２ｂにはウレタンやシリコーン樹脂などの弾性体を用いる。又は、表面７２ａと芯７２ｂとで素材を変えずに、先端部７２全体に導電性のスポンジを用いてもよい。
【０１０１】
このように先端部７２の全体又はその表面７２ａを指と同等の静電容量を形成し得るものとすることで、先端部７２と位置検出用の透明導電層３９との間での静電容量の変化を捉えられる。
【０１０２】
一方、先端部７２の接触表面に凹凸があると、先端部７２とタッチパネル２の表面とが接触したときに、先端部７２とタッチパネル２の表面との実際の接触面積が小さくなる。また、タッチパネル２の表面に対してペン７０に傾きが生じる場合がある。先端部７２とタッチパネル２の表面とが接触したときに、先端部７２の表面７２ａとタッチパネル２の表面との傾きが大きくなるにつれて、実際に接触する面積が小さくなる。
【０１０３】
これに対して、芯７２ｂを指先と同等の弾性体にすることで、先端部７２がタッチパネル２の表面に接触したときに、先端部７２に反発する力が加わるので、タッチパネル２の表面に合わせて先端部７２が変形する。このようにして、先端部７２とタッチパネル２の表面との接触面積が大きくなるため、十分な静電容量の変化を捉えられる。
【０１０４】
また、ペン７０を操作する手で握り部７４を握ることによって、グリップ７４を介して、先端部７２と人体４とを低インピーダンスで接続できる。
【０１０５】
更に、実施形態２と同様に、携帯機器１０Ｎの筐体３の一部分を導電性部３ｂとし、その導電性部３ｂと検出回路の基準電位ノードとを低インピーダンスで接続する。ユーザーが携帯機器１０Ｎを支持するときに、導電性部３ｂを手などで触れることで、基準電位ノードと人体４とを低インピーダンスで接続できる。したがって、人体４及びペン７０を介して、基準電位ノードとタッチパネル２の表面とを低インピーダンスで接続できる。このようにして、基準電位ノードをコンセントなどを介してアースに接続しなくても、タッチ部分を含む閉回路に十分な電流を流すことができる。
【０１０６】
以上のようにして、タッチパネル２の表面を指先で押えるのと同様の原理で、ペン操作が可能になる。本実施形態５によれば、指先操作のみならずペン操作が可能となることにより、タッチパネル２に指先が触れることが無いので、指先が触れることによる指紋や脂が付着するといった問題を避けることができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態２と同様である。なお、本実施形態５では、透明導電層３９に先端部７２が近接する構成にしているが、保護層３７（図３等）を設けないことにより、透明導電層３９に先端部７２が接触する構成にしてもよい。
【０１０７】
〔実施形態６〕
次に、本発明に係る実施形態６について、図１２に基づいて説明する。以下、実施形態４と実質的に同様の構成に関しては実施形態４と同じ符号を使用し、実施形態４と異なる部分についてのみ述べる。図１２は、本実施形態６のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。
【０１０８】
本実施形態６のタッチセンサ装置１Ｅは、携帯機器１０Ｅに組み込まれている。第二の人体接触部は、携帯機器１０Ｅの筺体３の表面を成す導体（３ｅ）である。導体（３ｅ）は導電性部３ｅによって実現されている。
【０１０９】
前述の実施形態１〜４（例えば図８）では、携帯機器１０Ｂの操作者の一方の手でタッチパネル２をタッチし、もう一方の手で携帯機器１０Ｂを支持するような形態を想定していた。これに対し、本実施形態６は、携帯機器１０Ｅの支持と操作を主に片手で行うものにおいて、回路の基準電位配線ノードに接続された筺体３の導電性部３ｅを、携帯機器１０Ｅを支持する手が接触するように配置する。図１２においては、携帯機器１０Ｅの背面が手のひらに触れるので、携帯機器１０Ｅの背面を導電性部３ｅとしている。このようにして、携帯機器１０Ｅの支持と操作を片手で行う場合においても、タッチに伴う信号の減少を抑制することができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態４と同様である。
【０１１０】
〔実施形態７〕
次に、本発明に係る実施形態７について、図１３に基づいて説明する。以下、実施形態２と実質的に同様の構成に関しては実施形態２と同じ符号を使用し、実施形態２と異なる部分についてのみ述べる。図１３は、本実施形態７のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器の一部を示す断面模式図である。
【０１１１】
実施形態２の図９及び本実施形態７の図１３を用いて説明すると、本実施形態７の携帯機器は、ＬＣＤ５と、ＬＣＤ５を透過する光を発生するバックライト（５１，５３）と、バックライト（５１，５３）から発生した光を反射してＬＣＤ５へ導く導電性のフォルダ４９とを有している。第一の人体接触部（２）がＬＣＤ５の表示面に設けられている。フォルダ４９と基準電位部（１５）とが電気的に接続されている。バックライト（５１，５３）は、導光板５１と発光源５３とによって実現されている。
【０１１２】
図１３は、本実施形態７の携帯機器のうち、バックライト（５１，５３）及びその周囲のみを示している。本実施形態７では、バックライトの発光源５３として冷陰極管（Cold-Cathode Fluorescent Lamp：ＣＣＦＬ）が用いられている。発光源５３及びその電圧印加部（図示せず）はフォルダ４９によって覆われており、フォルダ４９は導電性である。これに、反射板（図示せず）と導光板５１とが組み合わされている。導光板５１は、アクリル板に白色インクで反射ドットを印刷したものである。
【０１１３】
しかしながら、静電容量方式のタッチセンサ装置にとって、発光源５３及びその電圧印加部からの高周波電界はノイズ源となり、タッチの存在の感知及びタッチの位置の精度を劣化させるという問題がある。
【０１１４】
そこで、本実施形態７においては、発光源５３及び電圧印加部を覆うフォルダ４９も基準電位配線１５に接続する。そして、基準電位配線１５と人体４の一部を接続することによって、浮いているバックライトの導電性のフォルダ４９を人体４に接続する。この結果、発光源５３及び電圧印加部からの高周波電界を遮蔽できる。したがって、タッチに伴う信号の減少の抑制を図りながらも、高周波電界の影響を打ち消すことができるという効果がある。このようにして、タッチの存在及びタッチ位置を正確に検出することができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態２と同様である。
【０１１５】
〔実施形態８〕
次に、本発明に係る実施形態８について、図１４に基づいて説明する。以下、実施形態１と実質的に同様の構成に関しては実施形態１と同じ符号を使用し、実施形態１と異なる部分についてのみ述べる。図１４は、本実施形態８のタッチセンサ装置を搭載したカーナビゲーション及び自動車の内装を示す斜視図である。
【０１１６】
本実施形態８のタッチセンサ装置１Ｇは、車載機器（１０Ｇ）に組み込まれている。第二の人体接触部（９，５７，５８，５９，６１）は、基準電位部に接続された導線（９）と、導線（９）に接続された導体（５７，５８，５９，６１）とを有する。導体（５７，５８，５９，６１）は、人体４が乗車中に触れる部分に設けられたものである。本実施形態８では、車載機器（１０Ｇ）はカーナビゲーション１０Ｇ、導線（９）はケーブル９、導体（５７，５８，５９，６１）はハンドル５７、ペダル５８、座席シート５９及びシートベルト６１の少なくとも一部で、それぞれ実現されている。以下に、更に詳しく説明する。
【０１１７】
カーナビゲーション１０Ｇは、自動車を停車中にルート設定や施設名検索を操作できる電子機器である。安全のため、運転中に操作できないようになっているものが多い。カーナビゲーション１０Ｇは、運転手がルートを確認するために車内の前方に設置され、運転手又は助手席に乗車している人間が操作する。カーナビゲーション１０Ｇの入力デバイスとして、タッチセンサ機能を有するタッチセンサ装置１Ｇが用いられている。一部のカーナビゲーションでは、本体に搭載されたキーボード及びリモコン機能も使われているが、操作する際に画面表示と入力デバイスとを交互に見るなどして不便である。また、カーナビゲーション１０Ｇは、カーオーディオなどを含めて、自動車に装備したバッテリによって駆動される。
【０１１８】
したがって、前述の通り、一般の表面型静電容量方式のタッチセンサ装置をカーナビゲーション１０Ｇに用いると、タッチに伴う信号成分が減少してしまう課題がある。したがって、カーナビゲーション１０Ｇの基準電位ノード１６（図３）を人体４の一部と接続することによって、タッチに伴う信号の減少を抑制できる。このとき、乗車している人体４が接している道具を介して、基準電位ノードと人体４の一部を接続するのが好ましい。具体的な道具としては、導電性を有する、シートベルト６１、ハンドル５７、ペダル５８、座席シート５９、足マットなどがある。そして、これらの道具とカーナビゲーション１０Ｇの基準電位ノードとをケーブル９によって接続している。
【０１１９】
このようにして、バッテリ駆動であるが、機器本体を手で支持しないカーナビゲーション１０Ｇのような電子機器においても、タッチに伴う信号減少を抑制できる。また、カーナビゲーション１０Ｇのような、バッテリ駆動であって機器本体を手で支持しない他の電子機器の例として、卓上で使用するポータブル映像再生機器、飛行機やバスの客席に取り付けるテレビ・ゲーム機などが挙げられる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同様である。
【０１２０】
〔実施形態９〕
次に、本発明に係る実施形態９について、図１５及び図１６に基づいて説明する。以下、実施形態２と実質的に同様の構成に関しては実施形態２と同じ符号を使用し、実施形態２と異なる部分についてのみ述べる。図１５は、本実施形態９のタッチセンサ装置を搭載した携帯機器を示す斜視図である。図１６［１］は図１５の携帯機器の平面模式図、図１６［２］は図１６［１］におけるIII−III’線の断面模式図である。
【０１２１】
本実施形態９のタッチセンサ装置１Ｈは、人体４が接触又は近接すると人体４との間に静電容量２５を形成する第一の人体接触部（２ｈ）と、直流電圧を出力するバッテリを有するとともに前記直流電圧を交流電圧に変換して第一の人体接触部（２ｈ）から出力する電源部（２７）と、前記交流電圧の基準電位となる基準電位部（１６）と、基準電位部（１６）に電気的に接続されるとともに人体４が接触する第二の人体接触部（３ｈ）と、電源部（２７）から人体４へ流れる電流を検出する電流検出部（２９）と、を備えたことを特徴とする。
【０１２２】
第一の人体接触部（２ｈ）は、人体４が接触又は近接する導電膜から成るインピーダンス面（３９）と、インピーダンス面（３９）に設けられるとともに前記交流電圧が印加される複数の電極３８ｅ，３８ｆ，…とを有する。電流検出部（２９）は、複数の電極３８ｅ，３８ｆ，…に流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出回路２９ｅ，２９ｄ，…を有する。
【０１２３】
本実施形態９のタッチセンサ装置１Ｈは、携帯機器１０Ｈに組み込まれている。第二の人体接触部（３ｈ）は、携帯機器１０Ｈの筺体３の表面を成す導体（３ｈ）である。第一の人体接触部（２ｈ）はタッチスイッチ２ｈ、インピーダンス面（３９）は透明導電層３９、電源部（２７）は交流電圧源２７、基準電位部（１６）は基準電位ノード１６、電流検出部（２９）は電流検出回路２９、導体（３ｈ）は導電性部３ｈによって実現されている。導電性部３ｈは、例えば筐体３の背面に設けられている。以下に、更に詳しく説明する。
【０１２４】
携帯機器１０Ｈは、電話機能及びＥメール機能などを備えている。画面表示部６５の下側に、複数のキー６３が縦横に配列されている。これらのキー６３は、アルファベットや数などを入力する入力デバイスである表面型静電容量方式のタッチセンサ素子を構成している。各キー６３を含むタッチスイッチ２ｈは、タッチの存在のみを感知するものであり、一般に「静電容量スイッチ」と呼ばれている。静電容量スイッチは、しきい値を設定することで動作する。これらのしきい値は、指２３がキー６３に置かれた時のみならず離れた時の判断にも使われる。
【０１２５】
図１６［１］を参照すると、横長の透明導電層３９が縦方向に三つ配列され、各透明導電層３９に三個のキー６３が横方向に配列されている。図１６［２］を参照すると、透明導電層３９の左右の端に電極３８ｅ，３８ｆが形成され、電極３８ｅ，３８ｆにそれぞれ電流検出回路２９ｅ，２９ｆが直列に接続されている。透明導電層３９は保護層３７によって覆われている。このようにして、左右方向のいわゆる一次元の位置検出を行う。また、同様に、複数のキー６３を縦方向にまとめてもよい。
【０１２６】
あるいは、各キー６３を三つずつまとめず、それぞれ独立にしてもよい。例えば、キー６３と同じか又は一回り大きなサイズの透明導電層を縦横に配列し、それぞれの透明導電層に電極を一つ設け、それぞれの電極と電流検出回路とを一対一の関係で接続する（図示せず）。又は、全てのキー６３を一枚の透明導電層で覆って、その透明導電層の四隅に電極を設けても良い（図示せず）。この場合、他の実施形態と同様に、いわゆる２次元方向の位置検出を行う。
【０１２７】
ここで、携帯機器１０Ｈの電力が内蔵したバッテリから供給されており、回路の基準電位ノード１６がアースに対して浮いている。各電流検出回路２９の基準電位ノード１６は、バッテリの基準電位ノード１６などとまとめられて、筐体３の導電性部３ｈを介して、操作者が携帯機器１０Ｈを支持する際に人体４と接続される。このようにして、浮いていた回路の基準電位ノード１６を人体４の電位にし、回路の基準電位ノード１６から人体４までのインピーンダンスを低減することができる。したがって、タッチの存在のみを感知するタッチセンサ装置１Ｈにおいても、タッチに伴う信号の減少を抑制することができる。
【０１２８】
また、タッチセンサ装置１Ｈの他の用途として、エレベータの呼び出しスイッチ、自動車のフロントパネルディスプレイボタン、防犯用タッチスイッチ、自動ドア用タッチスイッチ、アミューズメント機器の入力スイッチなどがある。エレベータの呼び出しスイッチや自動ドア用タッチスイッチ等では、例えば、足元に導電性シートを敷き、それをタッチセンサ装置１Ｈの回路の基準電位ノード１６と接続することで、本実施形態９の効果を達成することができる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態２と同様である。
【０１２９】
〔実施形態１０〕
次に、本発明に係る実施形態１０について、図１７及び図１８に基づいて説明する。以下、実施形態１と実質的に同様の構成に関しては実施形態１と同じ符号を使用し、実施形態１と異なる部分についてのみ述べる。図１７は、本実施形態１０のタッチセンサ装置を内蔵したＬＣＤを示す斜視図である。図１８は、図１７のＬＣＤの平面模式図である。図１８では、対向基板の図示を省略している。
【０１３０】
本実施形態１０のタッチセンサ装置１Ｉは、対向電極１１２と画素電極１０５及び配線（１０４，１０６，１０８）との間に液晶（１０２）を挟む構造を有するＬＣＤ１０Ｉに組み込まれて、対向電極１１２がインピーダンス面として兼用され、配線（１０４，１０６，１０８）の少なくとも一部を電気的に浮遊させる、又は、配線（１０４，１０６，１０８）の少なくとも一部を電気的に浮遊させたうえで、前記インピーダンス面に印加する交流電圧を配線（１０４，１０６，１０８）の少なくとも一部に印加するスイッチ部（１１６，１１７，１１８，１２１）を更に備えた、ことを特徴とする。
【０１３１】
換言すると、本実施形態１０のタッチセンサ装置１Ｉは、対向電極１１２、液晶（１０２）及び画素電極１０５から成る三層構造を有するＬＣＤ１０Ｉに組み込まれて、対向電極１１２がインピーダンス面として兼用され、前記インピーダンス面に印加する交流電圧を蓄積容量線１０８にも同時に印加する又は走査線１０６を電気的に浮遊させるスイッチ部（１１６，１１７，１１８，１２１）を更に備えた、ことを特徴とする。
【０１３２】
実施形態１では、表示装置とタッチセンサ装置とを別体として製造する。これに対して、本実施形態１０では、表示装置にＬＣＤ１０Ｉを用いて、表面型静電容量結合式のタッチセンサ装置１Ｉを内蔵する（図１７）。後述するように、ＬＣＤ１０Ｉの対向電極１１２に用いる透明導電層をインピーダンス面として利用する。このようにして、タッチセンサ装置１Ｉの製造工程を簡略化し、製造コストを低減できる。更に、タッチセンサ装置１Ｉの専用の基板が不要であるので、軽量かつ薄型になる。そして、光の透過率が高く表示装置の画質が良いという効果がある。
【０１３３】
しかし、対向電極１１２は液晶素子１０２を介してＴＦＴ基板１１０に接近しているため、液晶素子１０２などの極めて大きな静電容量が存在する。そのため、ＴＦＴ基板１１０上の電極及び配線（蓄積容量線１０８、信号線１０４、走査線１０６等）の電位によって、対向電極１１２とＴＦＴ基板１１０との間に電位差が生じることになる。したがって、インピーダンス面を兼ねる対向電極１１２は、極めて大きな寄生容量の影響を受ける。その結果、タッチセンサ機能のＳ／Ｎが減少することにより、タッチの存在を感知してタッチの位置を正確に検出することが困難になってしまう。
【０１３４】
そこで、後述するように本実施形態１０では、表示期間と位置検出期間とを時間的に分割する。そして、位置検出期間において、表示領域１０３をその外部に対してハイインピーダンスにして、電気的にフローティングにする。あるいは、位置検出期間において、ＴＦＴ基板１１０上の電極及び配線に、対向電極１１２と同じ電圧を印加する。これらの結果、表示領域１０３と対向電極１１２との間の容量結合により、表示領域１０３が対向電極１１２と同じ電位に保持される。このため、表示領域１０３の電位が対向電極１１２と同じ電位に追従するので、対向電極１１２に対する寄生容量の影響を極めて小さくできる。
【０１３５】
本実施形態１０の詳細について、図１８に基づいて説明する。本実施形態１０では、表示領域外部から表示領域内部へ電気信号を伝えるための配線上にスイッチ素子を設けた構成としている。
【０１３６】
具体的には、本実施形態１０では、表示領域１０３の外部の第２回路部（走査線駆動回路１１４、信号線駆動回路１１５等）から表示領域１０３の内部の第１回路部（ＴＦＴ１１１等）へ電気信号を伝えるための配線部（後述）上にハイインピーダンススイッチ部１１６（第１のハイインピーダンススイッチ）、ハイインピーダンススイッチ部１１７（第２のハイインピーダンススイッチ）、ハイインピーダンススイッチ部１１８（第３のハイインピーダンススイッチ）を設けている。
【０１３７】
ここで、表示領域１０３の外部の第２回路部は、表示領域１０３の内部の第１回路部と同一基板上に形成されていても、外部基板上にあってもよい。表示領域１０３の外部の第２回路部が表示領域１０３の内部の第１回路部と同一基板上に設けられる場合、表示領域１０３の外部と外部基板とを結ぶ配線部上にハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８を設けることが好ましい。具体的には、ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８が設けられる配線部は、信号線１０４、走査線１０６、蓄積容量線１０８、電源線（図示せず）の少なくとも１つであることが好ましい。
【０１３８】
また、ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８を制御するスイッチング制御回路１２０を備えることが好ましい。スイッチング制御回路１２０は、電流検出回路２９が電流を検出する期間に、表示領域１０３の外部から表示領域１０３の内部へ電気信号を伝えるための配線部の少なくとも１つをハイインピーダンスに制御することが好ましい。
【０１３９】
ここで、ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８とスイッチング制御回路１２０とにより、「インピーダンス制御手段」を構成することができる。この「インピーダンス制御手段」は、ＴＦＴ基板１１０上に形成されてもよいし、別体の制御回路基板に形成されてもよい。
【０１４０】
この「インピーダンス制御手段」は、接触位置を検出する検出期間中に、ＴＦＴ基板１１０の表示領域１０３内の第１回路部を、表示領域１０３外の第２回路部に対して電気的にハイインピーダンスとすることができる。また、この「インピーダンス制御手段」は、第１回路部と第２回路部とを接続する配線部に形成されるハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８と、ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８をオンオフ制御するスイッチング制御回路１２０と、を含むことができる。
【０１４１】
次に、ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８の動作について説明する。表示領域１０３の内部（画素マトリクス部内）の第１回路部と、表示領域１０３の外周部の第２回路部との間を、電気的にハイインピーダンスとするために、表示領域１０３の外周部は次のような構成になっている。走査線１０６の信号パスにはそれぞれハイインピーダンススイッチ部１１６が設けられており、信号線１０４の信号パスにはそれぞれハイインピーダンススイッチ部１１７が設けられており、蓄積容量線１０８の信号パスにはそれぞれハイインピーダンススイッチ部１１８が設けられている。ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８は、スイッチング制御回路１２０によってスイッチング制御される。これにより、表示領域１０３の外部から内部へ電気信号を伝えるための走査線１０６や信号線１０４をハイインピーダンスにすることが可能となる。
【０１４２】
位置検出期間は、垂直ブランキング期間を利用する。位置検出期間において、ハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８は、図１８に示すように、全てオフ状態となる。このとき、信号線１０４、走査線１０６及び蓄積容量線１０８は、表示領域１０３の外部の配線（走査線駆動回路１１４、信号線駆動回路１１５及び共通電極ＣＯＭに接続されている配線）に対して、ハイインピーダンスとされる。
【０１４３】
また、位置検出期間において、ＣＯＭ−電流検出回路切り替えスイッチ部１２１は、電流検出回路２９を含む交流電圧源２７側に対して導通状態となる。図１８に示すスイッチの状態において、交流電圧源２７によって生成される同相の交流電圧をＴＦＴ基板１１０の四隅近傍にある電極１３０ａ〜１３０ｄに印加する。電極１３０ａ〜１３０ｄは異方性導電体１３４を介して対向電極１１２と電気的に接続しているので、対向電極１１２の四隅近傍に交流電圧が印加される。
【０１４４】
図１９に、本実施形態１０のタッチセンサ装置１Ｉにおける各部の電圧を示すタイミングチャートを示す。対向電極１１２の電圧はＶｃ、信号線１０４の電圧はＶｄ、走査線１０６の電圧はＶｇ、画素電極１０５の電圧はＶｓで、それぞれ示した。走査線１０６の電圧Ｖｇと画素電極１０５の電圧Ｖｓとの差をＶｇｓで示した。対向電極１１２、信号線１０４、走査線１０６及び画素電極１０５は、共通電極ＣＯＭ又は電流検出回路２９に配線を介して電気的に接続される。共通電極ＣＯＭ又は電流検出回路２９の切り替えには、ＣＯＭ−電流検出回路切り替えスイッチ部１２１が使用される。
【０１４５】
また、表示駆動期間の後に、位置検出期間がある構成としている。なお、図中には各電圧の例を示しているが、信号線１０４の電圧Ｖｄは書き込む信号によって電圧が異なるため、特に数値は記入していない。図１９の電圧のタイミングチャートを参照すると、位置検出期間中、各走査線１０６は、ハイインピーダンスであり、かつ、対向電極１１２と容量結合している。そのため、対向電極１１２の電圧振幅と同振幅で走査線１０６の電圧Ｖｇが変動する。以上のように本実施形態１０によれば、実施形態１と同様の作用効果を奏しながらも、位置検出期間において、画素マトリクス内部の回路（画素電極１０５等）が外部の回路に対してハイインピーダンスとされるため、対向電極１１２に交流電圧を印加する際に、対向電極１１２から見た寄生容量が極めて小さくなる。具体的には、関連技術では寄生容量が例えば１５ｎＦであるのに対して、本実施形態１０では寄生容量が例えば１００ｐＦまで小さくなる。この結果、電流検出回路２９から出力される信号のＳ／Ｎ比が、関連技術では例えば４×１０−４であるのに対して、本実施形態１０では例えば６×１０−２と１５０倍になる。
【０１４６】
また、位置検出期間中は、ＴＦＴ１１１のゲート電圧及びソース電圧がともに対向電極１１２の電圧振幅と同振幅で電圧が変化するために、ゲート電圧とソース電圧の相対的な差は一定となり、トランジスタのＶｇｓは変動しない。この結果、位置検出期間の駆動による画質劣化への影響を最小限にするといった格別な効果が得られる。
【０１４７】
ここで、表示領域１０３の内部と外部とを電気的にハイインピーダンスとするハイインピーダンススイッチ部１１６，１１７，１１８としてｎチャネル型ＴＦＴを用いている。しかし、このハイインピーダンススイッチ部は、ｐチャネル型のＴＦＴでもよいし、ｎチャネル型とｐチャネル型とを組み合わせたトランスファーゲートでもよい。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１と同様である。
【０１４８】
〔実施形態１１〕
次に、本発明に係る実施形態１１について、図２０及び図２１に基づいて説明する。以下、実施形態１０と実質的に同様の構成に関しては実施形態１０と同じ符号を使用し又は図示を略し、実施形態１０と異なる部分についてのみ述べる。図２０は、本実施形態１１のタッチセンサ装置を内蔵したＬＣＤの対向基板を示す平面模式図である。図２１は、図２０におけるIV−IV’線の部分断面図である。
【０１４９】
本実施形態１１のタッチセンサ装置は、インピーダンス面（２０１）に印加する交流電圧を対向電極１１２及び蓄積容量線（実施形態１０参照）にも同時に印加するスイッチ部（実施形態１０参照）を備えたことを特徴とする。つまり、本実施形態１１は対向基板１１９ｊに特徴がある。
【０１５０】
実施形態１０においては、ＬＣＤの対向電極１１２を位置検出期間中にタッチセンサとして用いて、表示領域外部に対して表示領域を電気的にハイインピーダンスにしている。この結果、対向電極１１２の寄生容量が低減されているものの、タッチに伴う容量と比べて、対向電極１１２から見た寄生容量が依然として遥かに大きい。
【０１５１】
これに対して、本実施形態１１においては、図２１を参照すると、対向電極１１２が下側に形成された絶縁性基板４１上に、透明導電層から成る位置検出導電層２０１が形成されている。この位置検出導電層２０１を、タッチパネルの一部として利用する。更に、位置検出導電層２０１上に絶縁性の保護層３７が形成されている、ここで、保護層３７として偏光板を用いるとよい。
【０１５２】
図２０を参照すると、位置検出導電層２０１の四隅にそれぞれ電極１３０ａ〜１３０ｄが形成されており、電極１３０ａ〜１３０ｄにそれぞれ電流検出回路２９ａ〜２９ｄが電気的に接続されている。更に、電流検出回路２９ａ〜２９ｄを介して、交流電圧源２７が電気的に接続されている。
【０１５３】
ここで、実施形態１０の対向電極１１２の透明導電層と比べて、位置検出導電層２０１は、ＴＦＴ基板に対して遠く、タッチ箇所に対して近い。したがって、対向電極１１２と比べて、位置検出導電層２０１から見た寄生容量は低く、タッチに伴う静電容量が大きい。この結果、タッチセンサ装置のＳ／Ｎが改善される。
【０１５４】
ただし、タッチに伴う静電容量に対して、位置検出導電層２０１から見た寄生容量の変動の方が大きいという問題がある。特に、ＬＣＤの表示内容に伴う変動が問題である。これは、液晶分子の誘電率異方性に起因するもので、表示内容によって配向が変化し、位置検出導電層２０１の寄生容量に作用する原理に基づいて生じる問題である。この結果、信号処理回路は、タッチの存在の有無を感知することが難しいといった問題が生じる。つまり、信号処理回路は、指のタッチで信号が変化したのか、あるいは、表示内容が変化したから信号が変化したのかを区別しにくい。
【０１５５】
図２２に、本実施形態１１におけるＬＣＤの電極の電圧を示すタイミングチャートを示す。位置検出導電層２０１の電圧は、図２２のＶａで示した。他の電圧は、実施形態１０と同様の記号が割り当てられるとともに、同様の電圧が印加されている。Ｖａは交流電圧源２７の電圧とし、対向電極１１２の電圧ＶｃにもＶａと同位相・同振幅の電圧が印加されている。この結果、対向電極１１２が、位置検出導電層２０１に対する理想的なシールド層として機能するようになり、対向電極１１２とＴＦＴ基板との間に存在する誘電体の誘電率変動で生じる、対向電極１１２から見たＴＦＴ基板の静電容量の変動の影響を受けにくくなる。
【０１５６】
この結果、位置検出導電層２０１の寄生容量（より正確には寄生容量として検出される信号）が顕著に減少する。また、人体の指と位置検出導電層２０１とで形成される静電容量に対して、ＬＣＤの表示内容に伴う静電容量の変動の方を小さくでき、タッチの有無を正確に検出できるという効果がある。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１０と同様である。
【０１５７】
［実施形態１２］
次に、本発明に係る実施形態１２について、図２３及び図２４に基づいて説明する。以下、実施形態１１と実質的に同様の構成に関しては実施形態１１と同じ符号を使用し又は図示を略し、実施形態１１と異なる部分についてのみ述べる。図２３は、本実施形態１２のタッチセンサ装置を内蔵したＬＣＤの対向基板を示す平面模式図である。図２４は、図２３におけるＶ−Ｖ’線の部分断面図である。
【０１５８】
本実施形態１２のタッチセンサ装置は、インピーダンス面（２０１）の表面に、インピーダンス面（２０１）の電位分布を設定するリニアライゼイションパタン１３０が設けられたことを特徴とする。つまり、本実施形態１２は対向基板１１９ｋに特徴がある。前述の実施形態１１において、位置検出導電層２０１に四隅から交流電圧を印加しただけでは、位置検出導電層２０１上に分布している電界曲線が湾曲してしまい不均一であり、指などのタッチ位置の検出精度の向上の妨げとなる。そこで、本実施形態１２では、図２３に示すように、位置検出導電層２０１の外周部に電極１３０ｋを形成することによって、位置検出導電層２０１上で、直線的な等電位線が均等な間隔で分布するようにしている。以下、位置検出導電層２０１の四隅の電極１３０ａ〜１３０ｄ及び外周部の電極１３０ｋを総称して、リニアライゼイションパタン１３０とする。
【０１５９】
次に、リニアライゼイションパタン１３０の作用について説明する。リニアライゼイションパタン１３０によって、位置検出導電層２０１の部分的な領域の抵抗を低減せしめることができる。一般的に、位置検出導電層２０１を構成する透明導電層の抵抗に比べて、リニアライゼイションパタン１３０がある領域の抵抗は低い。これは、リニアライゼイションパタン１３０がある領域の抵抗は、位置検出導電層２０１の抵抗とリニアライゼイションパタン１３０の抵抗とを並列接続した合成抵抗と見なせるので、リニアライゼイションパタン１３０の抵抗の大小によらず、位置検出導電層２０１の抵抗よりも低くなるということである。
【０１６０】
このようにして、リニアライゼイションパタン１３０は、対応する位置検出導電層２０１の領域の抵抗を低減している。その目的は、指でＬＣＤの表面をタッチしたときの容量結合で、タッチ部に対応する位置検出導電層２０１の領域の電位が下がっても、位置検出導電層２０１の外周領域を同電位に保つためである。ここで、位置検出導電層２０１の四隅近傍の交流電圧に対して、外周領域において電圧降下が生じるが、位置検出導電層２０１の四隅近傍から外周領域の任意の点までの抵抗を調整することにより、外周領域の任意の点で電圧降下を揃えている。その四隅近傍の領域から四隅に隣接する辺の任意の点までの抵抗の調節は、リニアライゼイションパタン１３０が設けられた低抵抗領域とリニアライゼイションパタン１３０が設けられていない高抵抗領域とを組み合わせることにより行われている。
【０１６１】
次に、リニアライゼイションパタン１３０の製造方法について述べる。位置検出導電層２０１の四隅の電極１３０ａ〜１３０ｄ及び外周部の電極１３０ｋは同一工程で形成することが好ましい。材料に導電性ペーストを用いて、スクリーン印刷やディスペンスなどにより、塗布する。続いて焼成し、硬化させる。導電性ペーストは、具体的には導電性樹脂などが用いられる。導電性樹脂材料の添加剤（フィラー）として、銀やカーボン、あるいはグラファイトが使われる。樹脂材料はポリエステルやアクリルが用いられる。
【０１６２】
また、リニアライゼイションパタン１３０上にフロントシールドを設けるとよい。フロントシールドは、リニアライゼイションパタンを塩化ビニル樹脂やポリイミド等の絶縁体で挟み込む等の構成とする。タッチする面側の指以外の手のひらや、もう一方の手等とリニアライゼイションパタンとの間の寄生容量を減らす効果がある。この理由は、リニアライゼイションパタンを覆う絶縁体によって、絶縁体の厚みを厚くする、使用する材料によって比誘電率を下げることができることによる。
【０１６３】
また、リニアライゼイションパタンとは異なる導電層により、フロントシールドを設けることも可能である。例えば、銅箔を塩化ビニル樹脂等でサンドイッチしたシートを、四隅の電極やリニアライゼイションパタンの上面に、額縁状に形成する。タッチ面側から四隅の電極やリニアライゼイションパタンに影響を及ぼす浮遊容量を低減するために、この構成のフロントシールド内の銅箔はグランドに接続される。
【０１６４】
以上より、リニアライゼンションパタンを形成することによって、位置検出導電層（透明導電層）上に分布している電界曲線を矯正し、位置検出導電層（透明導電層）上で、直線的な等電位線が均等な間隔で分布する。その結果、指などのタッチ位置を正確に検出できるという効果がある。
【０１６５】
なお、本実施形態１２において、対向電極１１２の上方に位置検出導電層２０１を設け、タッチセンサ装置を内蔵したＬＣＤを例にとって述べたが、実施形態１〜９に示すように、ＬＣＤとタッチセンサ装置とを別体とする場合のタッチセンサ装置にも適用できる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１１と同様である。
【０１６６】
［実施形態１３］
次に、本発明に係る実施形態１３について、図２５及び図２６に基づいて説明する。以下、実施形態１０、１２と実質的に同様の構成に関しては実施形態１０、１２と同じ符号を使用し、実施形態１０、１２と異なる部分についてのみ述べる。図２５は、本実施形態１３のタッチセンサ装置を内蔵したＬＣＤの平面模式図である。図２６は、図２５におけるVI−VI’線の部分断面図である。図２５では、対向基板の図示を省略している。
【０１６７】
本実施形態１３のタッチセンサ装置１Ｌは、対向電極１１２、液晶素子１０２及び画素電極１０５から成る三層構造を有するＬＣＤ１０Ｌに組み込まれている。そして、対向電極１１２がインピーダンス面として兼用され、画素電極１０５がＴＦＴ基板１１０に形成され、インピーダンス面（対向電極１１２）の電位分布を設定するリニアライゼイションパタン１４０がＴＦＴ基板１１０に設けられるとともに異方性導電体１３４を介してインピーダンス面（対向電極１１２）に電気的に接続されている。リニアライゼイションパタン１４０は、ＴＦＴ基板１１０の四隅の電極１４０ａ〜１４０ｄ及び外周部の電極１４０ｋから成る。
【０１６８】
前述の実施形態１２では、リニアライゼイションパタンについて、スクリーン印刷などで導電性ペーストを用いて形成する場合、製造工程数が増加するとともに、製造装置、及び導電性ペーストなどの高価な材料を必要とする。このことは、タッチセンサ機能を内蔵したＬＣＤについて製造コストを低減する際の妨げとなる。
【０１６９】
これに対して、本実施形態１３においては、ＴＦＴ基板１１０にリニアライゼイションパタン１４０を形成し、リニアライゼイションパタン１４０と対向電極１１２とは異方性導電体１３４を介して電気的に接続される。このように、ＴＦＴ基板１１０上のリニアライゼイションパタン１４０と対向電極１１２とが異方性導電体１３４を介して電気的に接続されることによって、リニアライゼイションパタン１４０の形状に対応する対向電極１１２がリニアライゼイションパタン１４０の垂直方向にあるので、リニアライゼイションパタン１４０と対向電極１１２とは低インピーダンスで接続するが、分割されたリニアライゼイションパタン１４０同士は低インピーダンスで接続されない。このようにして、前述の実施形態１２に示した、対向電極１１２（透明導電層）上に導電性ペーストでリニアライゼイションパタンを形成した構造と、同様な機能を持たせることができる。
【０１７０】
一方で、リニアライゼイションパタン１４０は、ＴＦＴ基板１１０上で、のアルミニウム層１４２（ＴＦＴ１１１のドレイン）と透明導電層１４３（画素電極１０５）との積層から成る。アルミニウム層１４２と透明導電層１４３とは、絶縁層１４１に形成したコンタクトホールを介して電気的に接続される。一方、ＴＦＴ１１１は一般に成膜及びフォトリソグラフィの繰り返しなどによって形成されるが、リニアライゼイションパタン１４０を構成するアルミニウム層１４２、透明導電層１４３、及びコンタクトホールを形成した絶縁層１４１もＴＦＴ１１１と同時に形成できる。つまり、ＴＦＴ１１１を形成するフォトリソグラフィのフォトマスクの設計情報に、リニアライゼイションパタン１４０の設計情報を加えるだけでよいので、製造工程を追加する必要が無い。
【０１７１】
また、ＴＦＴ基板１１０と対向基板１１９とで液晶素子１０２を挟み込み、液晶素子１０２の周囲をシール（図示せず）によって封止しているが、このシールの材料を異方性導電体として、ＴＦＴ基板１１０上に形成したリニアライゼイションパタン１４０を、シールを介して、対向電極１１２と接続してもよい。このようにすれば、異方性導電体専用のスペースを省略することができるので、ＬＣＤ１０Ｌを狭額縁化できる。以上より、タッチの位置精度の向上を図りながらも、タッチセンサ装置１Ｌを内蔵したＬＣＤ１０Ｌの製造コストを低減できる。その他の構成、作用及び効果は、実施形態１０、１２と同様である。
【０１７２】
［実施形態１４］
次に、本発明に係る実施形態１４について、図２７に基づいて説明する。以下、実施形態１と実質的に同様の構成に関しては実施形態１と同じ符号を使用し又は図示を略し、実施形態１と異なる部分についてのみ述べる。図２７［１］は、一般的なタッチセンサ装置の動作原理を示す等価回路図である。図２７［２］は、本実施形態１４のタッチセンサ装置の動作原理を示す等価回路図である。
【０１７３】
上記各実施形態では、タッチセンサ装置がＡＣコンセントに接続されない状態での使用について述べている。これに対し、本実施形態１４では、タッチセンサ装置がＡＣコンセントに接続された状態での使用について述べる。
【０１７４】
図２７［１］に示すタッチセンサ装置１Ｎは、ＡＣコンセントに接続された状態で使用される一般的なものであり、その動作原理は図５［１］の説明で述べたとおりである。基準電位ノード１６はアース３５に接続されている。
【０１７５】
図２７［２］に示すタッチセンサ装置１Ｍにおける電源部２７ｍは、ＡＣコンセントから交流電圧を得て直流電圧に変換する直流安定化電源や、あるいはＡＣコンセントから交流電圧を得てその電圧値を変える変圧器などを有する。タッチセンサ装置１Ｍの使用中も、回路の基準電位ノード１６はアース３５に接続されている。電源部２７ｍも、他の実施形態における電源部と同様に交流電圧を出力する。つまり、タッチセンサ装置１Ｍは、上記各実施形態のタッチセンサ装置において電源部２７（各図参照）を電源部２７ｍに置き換えたものと同じである。
【０１７６】
一般的なタッチセンサ装置１ＮのインピーダンスＺは、静電容量２５によるインピーダンスＺと、これに直列接続される人体４−アース３５間の寄生インピーダンスＺｂとの、合成インピーダンスＺｏとなっている。これに対し、本実施形態１４におけるインピーダンスは、静電容量２５のインピーダンスＺのみである。なぜなら、基準電位ノード１６は、上記各実施形態で説明したように人体４と同電位であり、かつアース３５とも同電位であるため、人体４とアース３５との間の寄生インピーダンスを無視できるからである。つまり、Ｚ＜Ｚｏが成り立つので、両者に流れる電流の関係はＩ＞Ｉｏとなる。
【０１７７】
本実施形態１４のタッチセンサ装置１Ｍによれば、一般的なタッチセンサ装置１Ｎに比べて、閉ループ中のインピーダンスが減少することから電流が増加し、これにより電流の検出精度が向上する。
【０１７８】
以上、上記各実施形態を参照して本発明を説明したが、本発明は上記各実施形態に限定されるものではない。本発明の構成や詳細については、当業者が理解し得るさまざまな変更を加えることができる。また、本発明には、上記各実施形態の構成の一部又は全部を相互に適宜組み合わせたものも含まれる。
【０１７９】
また、本発明は次のように構成することもできる。
＜１＞表面型静電容量方式のタッチセンサ装置において、インピーダンス面に形成される静電容量により、人体のタッチの存在を感知するタッチセンサ機能と、前記インピーダンス面と電気的に接続された電流検出回路とを有し、前記電流検出回路は外部の交流電源から電力を供給され、かつ前記電流検出回路の基準電位ノードと人体との間を低インピーダンスで接続する手段を有することを特徴とするタッチセンサ装置。
＜２＞前記タッチセンサ機能が搭載された携帯機器の筐体が導電部を有し、前記導電部と前記基準電位ノードとを低インピーダンスで接続し、操作者が前記筐体を支持する際に、人体と前記導電部とが接触するように、前記筐体上で前記導電部が配置されていることを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
＜３＞前記タッチセンサ機能が搭載された携帯機器の筐体が導電部を有し、前記導電部と前記基準電位ノードとを電気的に接続し、前記インピーダンス面を覆う絶縁性の保護層と前記インピーダンス面の周囲を囲む絶縁体との少なくともどちらか一つを有し、前記保護層又は前記周囲を囲む絶縁体の厚さに対して、前記導電部分と前記インピーダンス面との離間距離が長いことを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
＜４＞電気光学応答を行う表示素子を照明する装置の電圧印加部又は発光源を覆う導電性のフォルダを有し、前記フォルダと前記基準電位ノードとが電気的に接続されることを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
＜５＞電気光学的応答をする表示素子要素と表示素子要素に電気信号を与えるための第一の導体と表示素子要素に電気信号を与えるための第二の導体とを含み構成される面表示装置と、前記表示素子要素に電気信号を与えるためのインピーダンス面を有する対向基板と、電流検出回路とを有し、前記電流検出回路が電流を検出する時、前記第一の導体又は前記第二の導体の二者うち、一方に、前記インピーダンス面と概同一の電圧を印加し、他方をフローティングにする、又は、前記インピーダンス面と概同一の電圧を印加する制御回路と、を有することを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
＜６＞前記インピーダンス面は、リニアライゼイションパタンを有し、前記リニアライゼイションパタンの上方に、導電体が形成され、前記導電体は基準電位ノードに電気的に接続されることを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
＜７＞電気光学的応答をする表示素子要素と、前記表示素子要素に電気信号を与えるための表示装置基板と、前記表示素子要素に電気信号を与えるためのインピーダンス面を有する対向基板と、電流検出回路と、前記表示装置基板上に形成したリニアライゼイションパタンと、を有し、前記リニアライゼイションパタンと、前記インピーダンス面とは異方性導電体を介して接続されることを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
＜８＞前記基準電位ノードと人体とを接続することによって、前記基準電位ノードと人体の間のインピーダンスが減少することを特徴とする、＜１＞に記載のタッチセンサ装置。
【０１８０】
また、本発明は次のように要約することもできる。本発明の課題は、携帯機器に適し、製造コストの低減を図りながらも、タッチの有無やタッチ位置を精度よく検出可能なタッチセンサ機能を備えた面表示装置及びこれを備えた電子機器を提供することにある。本発明の解決手段は、モバイル環境下において、浮いている回路の基準電位を、人体の一部と電気的に接続し、人体の電位にする。このようにして、回路の基準電位からアースまでの寄生インピーダンスを無視することができる。
【産業上の利用可能性】
【０１８１】
本発明は、表示面上において指やペンなどを用いて指し示された位置座標を検出する面表示装置、又は指し示す動作の有無を検出する面表示装置に利用可能である。また、本発明の活用例として、ゲーム機、携帯情報端末、ＰＤＡ、カーナビゲーション、ノートパソコン、携帯ＤＶＤプレーヤ、飛行機やバスの客席に取り付けるテレビ・ゲーム機、ファクトリ・オートメーション（ＦＡ）機器に使用されるタッチセンサ機能が挙げられる。
【符号の説明】
【０１８２】
１Ａ，１Ｂ，１Ｃ，１Ｄ，１Ｅ，１Ｇ，１Ｈ，１Ｉ，１Ｌ，１Ｍ，１Ｎ タッチセンサ装置
２ タッチパネル（第一の人体接触部）
２ｈ タッチスイッチ（第一の人体接触部）
３ 筐体
３ｂ，３ｃ，３ｅ，３ｈ 筐体の導電性部（導体、第二の人体接触部）
３ｃ’ 筐体の絶縁性部
４ 人体
５ ＬＣＤ
６ ケーブル
７ ＦＰＣ
８ 第二の人体接触部
９ ケーブル（導線、第二の人体接触部）
１０Ａ，１０Ｂ，１０Ｃ，１０Ｄ，１０Ｅ，１０Ｈ，１０Ｎ 携帯機器（電子機器）
１０Ｇ カーナビゲーション（車載機器、電子機器）
１０Ｉ，１０Ｌ ＬＣＤ（表示装置、電子機器）
１１ リストストラップ（導体、第二の人体接触部）
１２ ケーブルのプラグ
１３ ジャック
１５ 基準電位配線（基準電位部）
１６ 基準電位ノード（基準電位部）
１７ バッテリ（電源部）
１９ メイン基板
２１ コントローラ
２３ 指
２５ タッチに伴う静電容量
２７ 交流電圧源（電源部）
２７ｍ 電源部
２９，２９ａ〜２９ｆ 電流検出回路（電流検出部）
３５ アース（接地）
３７ 保護層
３８ａ〜３８ｆ 電極（第一の人体接触部）
３９ 透明導電層（インピーダンス面）
４１ 絶縁性基板
４３ ハンダ部
４５ 導電性の接着ラベル（導電膜、導体、第二の人体接触部）
４７ スルーホール
４９ 導電性のフォルダ
５１ 導光板
５３ 発光源
５７ ハンドル（導体、第二の人体接触部）
５８ ペダル（導体、第二の人体接触部）
５９ 座席シート（導体、第二の人体接触部）
６１ シートベルト（導体、第二の人体接触部）
６３ キー
６５ 表示部
７０ ペン（指示体）
７２ 先端部
７２ａ 表面
７２ｂ 芯
７４ 握り部
１０２ 液晶素子（液晶）
１０３ 表示領域
１０４ 信号線
１０５ 画素電極
１０６ 走査線
１０８ 蓄積容量線
１１０ ＴＦＴ基板
１１１ ＴＦＴ
１１２ 対向電極（透明導電層、インピーダンス面）
１１４ 走査線駆動回路
１１５ 信号線駆動回路
１１６ データ線のハイインピーダンススイッチ部（スイッチ部）
１１７ ゲート線のハイインピーダンススイッチ部（スイッチ部）
１１８ 蓄積容量線のハイインピーダンススイッチ部（スイッチ部）
１１９，１１９ｊ，１１９ｋ 対向基板
１２０ スイッチング制御回路（スイッチ部）
１２０ａ〜１２０ｄ 電極（第一の人体接触部）
１２１ ＣＯＭ−電流検出回路切り替えスイッチ部（スイッチ部）
１３０ リニアライゼイションパタン
１３０ａ〜１３０ｄ 電極（第一の人体接触部、リニアライゼイションパタン）
１３０ｋ 電極（リニアライゼイションパタン）
１３２ 配線
１３４ 異方性導電体
１３８ ＬＣＤのＦＰＣ
１４０ リニアライゼイションパタン
１４０ａ〜１４０ｄ 電極（第一の人体接触部、リニアライゼイションパタン）
１４０ｋ 電極（リニアライゼイションパタン）
１４１ 絶縁層（パッシベーション膜及び平坦化膜）
１４２ アルミニウム層（ソース電極及びドレイン電極の材料）
１４３ 透明導電層（画素電極）
２０１ 位置検出導電層（透明導電層、インピーダンス面）
Ｚ タッチに伴うインピーダンス
Ｚｐ 浮いている基準電位ノードとアースとの間のインピーダンス
ＣＯＭ 共通電極
【特許請求の範囲】
【請求項１】
人体が接触又は近接すると当該人体との間に静電容量を形成する第一の人体接触部と、
この第一の人体接触部との間に交流電圧を出力する電源部と、
この電源部から前記人体へ流れる電流を検出する電流検出部と、
前記交流電圧の基準電位となる基準電位部と、
この基準電位部に電気的に接続されるとともに前記人体が接触する第二の人体接触部と、
を備えたことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項２】
前記第一の人体接触部は、前記人体が接触又は近接する導電膜から成るインピーダンス面と、このインピーダンス面に設けられるとともに前記交流電圧が印加される複数の電極とを有し、
前記電流検出部は、前記複数の電極に流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出回路を有する、
ことを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ装置。
【請求項３】
前記導電膜に前記人体が接触又は近接することによって当該導電膜と当該人体との間に形成される容量インピーダンスをＺとし、前記容量インピーダンスに直列に接続される寄生インピーダンスをＺｐとしたとき、
Ｚｐ／Ｚ≦０．４
が成り立つことを特徴とする請求項２記載のタッチセンサ装置。
【請求項４】
前記電源部は、直流電圧を出力するバッテリを有するとともに前記直流電圧を前記交流電圧に変換して前記第一の人体接触部から出力する、
ことを特徴とする請求項２又は３記載のタッチセンサ装置。
【請求項５】
携帯機器に組み込まれた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記第二の人体接触部は、前記携帯機器の筺体の表面を成す導体である、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項６】
前記導体は、前記第一の人体接触部の周囲を除き、前記筺体の表面の全体を成す、
ことを特徴とする請求項５記載のタッチセンサ装置。
【請求項７】
前記導体は、前記筺体の表面に設けられた導電膜である、
ことを特徴とする請求項５又は６記載のタッチセンサ装置。
【請求項８】
前記携帯機器は、液晶ディスプレイと、この液晶ディスプレイを透過する光を発生するバックライトと、このバックライトから発生した光を反射して前記液晶ディスプレイへ導く導電性のフォルダとを有し、
前記第一の人体接触部が前記液晶ディスプレイの表示面に設けられ、
前記フォルダと前記基準電位部とが電気的に接続された、
ことを特徴とする請求項５又は６記載のタッチセンサ装置。
【請求項９】
携帯機器に組み込まれた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記第二の人体接触部は、前記基準電位部に接続された導線と、この導線に接続された導体とを有する、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１０】
携帯機器に組み込まれるとともに指示体を更に備えた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記指示体は、前記インピーダンス面に接触する先端部と、前記人体の手で握る握り部とを有し、
前記先端部と前記握り部とは、ともに導電性であり、かつ電気的に接続されている、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１１】
前記先端部が前記人体の指先と同程度の弾性を有する、
ことを特徴とする請求項１０記載のタッチセンサ装置。
【請求項１２】
車載機器に組み込まれた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記導体は、前記人体が乗車中に触れる部分に設けられた、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１３】
対向電極と画素電極及び配線との間に液晶を挟む構造を有する液晶ディスプレイに組み込まれた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記対向電極が前記インピーダンス面として兼用され、
前記インピーダンス面に印加する前記交流電圧を前記配線の少なくとも一部にも同時に印加するスイッチ部を更に備えた、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１４】
対向電極と画素電極及び配線との間に液晶を挟む構造を有する液晶ディスプレイに組み込まれた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記対向電極が前記インピーダンス面として兼用され、
前記配線の少なくとも一部を電気的に浮遊させるスイッチ部を更に備えた、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１５】
対向電極、液晶及び画素電極を有する液晶ディスプレイに組み込まれた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記インピーダンス面に印加する前記交流電圧を前記対向電極にも同時に印加するスイッチ部を更に備えた、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１６】
前記インピーダンス面の表面に、当該インピーダンス面の電位分布を設定するリニアライゼイションパタンが設けられた、
ことを特徴とする請求項４記載のタッチセンサ装置。
【請求項１７】
対向電極、液晶及び画素電極を有する液晶ディスプレイに組み込まれた請求項２記載のタッチセンサ装置であって、
前記対向電極が前記インピーダンス面として兼用され、
前記画素電極がＴＦＴ基板に形成され、
前記インピーダンス面の電位分布を設定するリニアライゼイションパタンが前記ＴＦＴ基板に設けられるとともに異方性導電体を介して前記インピーダンス面に電気的に接続された、
ことを特徴とする請求項４記載のタッチセンサ装置。
【請求項１８】
請求項４乃至１１のいずれか一項記載のタッチセンサ装置を、
備えたことを特徴とする携帯機器。
【請求項１９】
請求項１２記載のタッチセンサ装置を、
備えたことを特徴とする車載機器。
【請求項２０】
請求項１、２、１３、１４、１５、１６又は１７記載のタッチセンサ装置を、
備えたことを特徴とする電子機器。
【請求項１】
人体が接触又は近接すると当該人体との間に静電容量を形成する第一の人体接触部と、
この第一の人体接触部との間に交流電圧を出力する電源部と、
この電源部から前記人体へ流れる電流を検出する電流検出部と、
前記交流電圧の基準電位となる基準電位部と、
この基準電位部に電気的に接続されるとともに前記人体が接触する第二の人体接触部と、
を備えたことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項２】
前記第一の人体接触部は、前記人体が接触又は近接する導電膜から成るインピーダンス面と、このインピーダンス面に設けられるとともに前記交流電圧が印加される複数の電極とを有し、
前記電流検出部は、前記複数の電極に流れる電流をそれぞれ検出する複数の電流検出回路を有する、
ことを特徴とする請求項１記載のタッチセンサ装置。
【請求項３】
前記導電膜に前記人体が接触又は近接することによって当該導電膜と当該人体との間に形成される容量インピーダンスをＺとし、前記容量インピーダンスに直列に接続される寄生インピーダンスをＺｐとしたとき、
Ｚｐ／Ｚ≦０．４
が成り立つことを特徴とする請求項２記載のタッチセンサ装置。
【請求項４】
前記電源部は、直流電圧を出力するバッテリを有するとともに前記直流電圧を前記交流電圧に変換して前記第一の人体接触部から出力する、
ことを特徴とする請求項２又は３記載のタッチセンサ装置。
【請求項５】
携帯機器に組み込まれた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記第二の人体接触部は、前記携帯機器の筺体の表面を成す導体である、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項６】
前記導体は、前記第一の人体接触部の周囲を除き、前記筺体の表面の全体を成す、
ことを特徴とする請求項５記載のタッチセンサ装置。
【請求項７】
前記導体は、前記筺体の表面に設けられた導電膜である、
ことを特徴とする請求項５又は６記載のタッチセンサ装置。
【請求項８】
前記携帯機器は、液晶ディスプレイと、この液晶ディスプレイを透過する光を発生するバックライトと、このバックライトから発生した光を反射して前記液晶ディスプレイへ導く導電性のフォルダとを有し、
前記第一の人体接触部が前記液晶ディスプレイの表示面に設けられ、
前記フォルダと前記基準電位部とが電気的に接続された、
ことを特徴とする請求項５又は６記載のタッチセンサ装置。
【請求項９】
携帯機器に組み込まれた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記第二の人体接触部は、前記基準電位部に接続された導線と、この導線に接続された導体とを有する、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１０】
携帯機器に組み込まれるとともに指示体を更に備えた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記指示体は、前記インピーダンス面に接触する先端部と、前記人体の手で握る握り部とを有し、
前記先端部と前記握り部とは、ともに導電性であり、かつ電気的に接続されている、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１１】
前記先端部が前記人体の指先と同程度の弾性を有する、
ことを特徴とする請求項１０記載のタッチセンサ装置。
【請求項１２】
車載機器に組み込まれた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記導体は、前記人体が乗車中に触れる部分に設けられた、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１３】
対向電極と画素電極及び配線との間に液晶を挟む構造を有する液晶ディスプレイに組み込まれた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記対向電極が前記インピーダンス面として兼用され、
前記インピーダンス面に印加する前記交流電圧を前記配線の少なくとも一部にも同時に印加するスイッチ部を更に備えた、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１４】
対向電極と画素電極及び配線との間に液晶を挟む構造を有する液晶ディスプレイに組み込まれた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記対向電極が前記インピーダンス面として兼用され、
前記配線の少なくとも一部を電気的に浮遊させるスイッチ部を更に備えた、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１５】
対向電極、液晶及び画素電極を有する液晶ディスプレイに組み込まれた請求項４記載のタッチセンサ装置であって、
前記インピーダンス面に印加する前記交流電圧を前記対向電極にも同時に印加するスイッチ部を更に備えた、
ことを特徴とするタッチセンサ装置。
【請求項１６】
前記インピーダンス面の表面に、当該インピーダンス面の電位分布を設定するリニアライゼイションパタンが設けられた、
ことを特徴とする請求項４記載のタッチセンサ装置。
【請求項１７】
対向電極、液晶及び画素電極を有する液晶ディスプレイに組み込まれた請求項２記載のタッチセンサ装置であって、
前記対向電極が前記インピーダンス面として兼用され、
前記画素電極がＴＦＴ基板に形成され、
前記インピーダンス面の電位分布を設定するリニアライゼイションパタンが前記ＴＦＴ基板に設けられるとともに異方性導電体を介して前記インピーダンス面に電気的に接続された、
ことを特徴とする請求項４記載のタッチセンサ装置。
【請求項１８】
請求項４乃至１１のいずれか一項記載のタッチセンサ装置を、
備えたことを特徴とする携帯機器。
【請求項１９】
請求項１２記載のタッチセンサ装置を、
備えたことを特徴とする車載機器。
【請求項２０】
請求項１、２、１３、１４、１５、１６又は１７記載のタッチセンサ装置を、
備えたことを特徴とする電子機器。
【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２９】
【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２９】
【公開番号】特開２０１０−２６２６２６（Ｐ２０１０−２６２６２６Ａ）
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願番号】特願２０１０−４９４３０（Ｐ２０１０−４９４３０）
【出願日】平成２２年３月５日（２０１０．３．５）
【出願人】（３０３０１８８２７）ＮＥＣ液晶テクノロジー株式会社 (547)
【Ｆターム（参考）】
【公開日】平成２２年１１月１８日（２０１０．１１．１８）
【国際特許分類】
【出願日】平成２２年３月５日（２０１０．３．５）
【出願人】（３０３０１８８２７）ＮＥＣ液晶テクノロジー株式会社 (547)
【Ｆターム（参考）】
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