CN101719344A

CN101719344A - 接触检测装置、显示装置和接触检测方法

Info

Publication number: CN101719344A
Application number: CN200910179413A
Authority: CN
Inventors: 野口幸治; 石崎刚司
Original assignee: Sony Corp
Current assignee: Japan Display West Inc
Priority date: 2008-10-08
Filing date: 2009-10-09
Publication date: 2010-06-02
Anticipated expiration: 2029-10-09
Also published as: JP5067763B2; US8411064B2; TW201017495A; US20100085324A1; CN101719344B; TWI402729B; JP2010092275A

Abstract

本发明公开了接触检测装置、显示装置和接触检测方法。该接触检装置包括：n个驱动电极，其沿扫描方向布置；检测驱动扫描单元，其从所述n个驱动电极中选择连续的m(2≤m＜n)个驱动电极，同时交流驱动所选择的m个驱动电极，并重复用于在所述扫描方向上改变所述m个驱动电极的选择对象的轮换操作，使得每次执行轮换操作前后有共同的一个或多个驱动电极被包括在选择对象中；多个检测电极，在所述多个检测电极和各个所述n个驱动电极之间形成电容器；多个检测电路，其连接到多个检测电极，并在每次检测驱动扫描单元执行轮换操作时将与其对应的检测电极的电势与预定阈值进行比较。

Description

接触检测装置、显示装置和接触检测方法

技术领域

本发明涉及电容型接触检测装置和接触检测方法，用户能够用手指等触摸所述装置来输入信息。本发明还涉及具有接触检测装置的功能的显示装置。

背景技术

一种被称为触摸面板的接触检测装置是是已知的。一般而言，接触检测装置是对用户的手指、笔等靠近检测表面或与检测表面进行接触的情况进行检测的装置。

另一方面，触摸面板被形成在显示面板之上，并在显示表面上显示各种按钮作为图像，由此作为通常按钮的替代而允许用户输入信息。当此技术应用到小型移动设备时，按钮的布置能和显示共用。这导致了诸如显示屏幕尺寸的增大、为操作单元节省空间、以及减小了部件数量之类的显著优点。

以此方式，一般地，“触摸面板”表示与显示装置组合的面板状接触检测装置。

然而，当触摸面板设置在液晶面板中时，整个液晶模块的厚度增大。

因而，例如，JP-A-2008-9750公开了一种具有触摸面板的液晶显示元件，其中用于触摸面板的导电膜设置在液晶显示元件的观察侧基板和布置在观察侧基板的外表面上用于观察的偏振片之间，并且以偏振片的外表面作为触摸表面的电容型触摸面板形成在用于触摸面板的导电膜和偏振片的外表面之间。实现了液晶显示元件的厚度的减小。

电容型触摸传感器包括：多个驱动电极；和与各个驱动电极形成电容器的多个检测电极。

传感器检测精度与驱动电极的数量和检测电极的数量成比例。然而，如果传感器输出线与检测电极分立地设置，则需要很大数量的导线。因而，为了使检测电极也用作传感器输出线，主要采用了以下驱动方法：交流驱动多个驱动电极中的一个电极，并在以固定间距布置驱动电极所沿的方向(以下，扫描方向)上轮换被交流驱动的电极。利用在被交流驱动的驱动电极的一个方向上执行扫描的方法，当随着扫描而观测到检测电极中的电势变化时，可以根据发生电势变化的扫描期间的位置来对检测物体是否接触或靠近触摸面板表面的情况进行检测。

发明内容

然而，例如，在JP-A-2008-9750中公开的电容型触摸面板或具有触摸传感器的功能的液晶显示元件中，对检测电极的电势变化进行检测的S/N比和检测精度(检测期间的分辨率)处于两者折衷关系。

更具体地，当作为交流驱动的单位的驱动电极的面积较小时，从检测电极输出的电势变化较小并且S/N比较低。

另一方面，当驱动电极的面积设定得较大时，驱动电极在扫描方向上的宽度增大。如果触摸面板在扫描方向上的尺寸(面板高度)固定，则随着驱动电极的宽度增大，以在固定面板高度装配的驱动电极的数量减小并且扫描方向上的分辨率降低。分辨率意味着当检测物体的尺寸减小时能够被检测到的检测物体的下限尺寸。

因而，期望不管接触检测装置是结合在显示装置中还是外部连接到显示装置，都能将电容型接触检测装置的S/N比和检测精度维持在高水平。

根据本发明的第一实施例，提供了一种接触检测装置，包括布置沿扫描方向布置的n个驱动电极、驱动n个驱动电极的检测驱动扫描单元、多个检测电极、和多个检测电路。

检测驱动扫描单元从所述n个驱动电极中选择连续的m(2≤m＜n)个驱动电极，同时交流驱动所选择的m个驱动电极，并重复用于在所述扫描方向上改变所述m个驱动电极的选择对象的轮换操作，使得每次执行所述轮换操作前后有共同的一个或多个驱动电极被包括在所述选择对象中。

在所述多个检测电极和各个所述n个驱动电极之间形成电容器。

多个检测电路连接到所述多个检测电极，并在每次所述检测驱动扫描单元执行所述轮换操作时将与其对应的所述检测电极的电势与预定阈值进行比较

利用以上所述的构造，检测驱动扫描单元同时交流驱动n个驱动电极中的m个驱动电极，并重复用于在扫描方向上改变驱动对象的轮换操作。每次执行用于改变m个驱动电极的组合的轮换操作时，交流电势变化也经由电容器传输到多个检测电极，在多个检测电极和m个驱动电极之间形成所述电容器。此时在检测电极中出现的交流电势变化的大小取决于电容的大小。电容越大，获得越大的交流电势变化。

当检测物体存在于数个检测电极附近时，检测电极发生变化之后的交流电势由于检测物体的电容(外部电容)的影响而取不同的值。

在多个检测电路中，例如，假定阈值被设定为可以判别是否存在外部电容影响的水平。于是，多个检测电路当中与检测物体的位置对应的几个检测电路的输出从与其它检测电路的输出的逻辑值相同的逻辑值发生反转。能根据发生输出反转的检测电路和由发生反转的时机获得的扫描位置之间的关系来确定检测物体的位置。

在此操作中，如上所述，如果驱动电极的数量m设定得较大，则在检测电极中出现的交流电势变化能增大。因而，可以使用具有高S/N比的检测信号来判定检测物体的位置。当每个驱动电极被交流驱动时，“将m设定得较大”相当于将驱动电极在扫描方向上的宽度设定得较大。

另一方面，在将m个驱动电极设定为一次轮换量的情况下进行的控制中，m越大，则检测物体的位置检测精度越低。当检测物体的可检测的最小尺寸称为分辨率时，分辨率对应于一次轮换量。当每个驱动电极被交流驱动时，这相当于“驱动电极的宽度越大，则检测物体的位置检测精度(分辨率)越低”。

在第一实施例中，执行轮换，使得每次执行的轮换操作前后有共同的一个或多个驱动电极被包括在选择对象中。因而，相较于以m个驱动电极设定为一次轮换量进行的控制，位置检测精度较高。

在第一实施例中，关注每次执行的轮换操作前后共同的驱动电极的数量。它能由对轮换量作出界定的驱动电极的数量来表示。

具体地，在根据本发明第二实施例的接触检测装置中，其检测驱动扫描单元执行用于同时交流驱动在所述扫描方向上连续的m(2≤m＜n)个驱动电极的驱动操作，并在将数量小于m个的所述驱动电极在所述扫描方向上的尺寸设定为一次的轮换量的情况下，来重复用于改变在所述扫描方向上的被同时驱动的m个驱动电极的组合的轮换操作。

在第一和第二实施例中，为了最大程度地提高位置检测精度，优选以一个驱动电极设定为单位来重复轮换操作。检测驱动扫描单元执行轮换，使得两次连续交流驱动中有共同的(m-1)个驱动电极被包括在选择对象中。

优选地，所述多个检测电路分别以一一对应的关系连接到所述多个检测电极，并产生在与其对应的所述检测电极的电势超过所述阈值时和在所述电势没有超过所述阈值时取不同逻辑值的检测信号。当使检测信号经历时间采样时，采样得到的比特值的集合形成比特图。

优选地，所述接触检测装置还包括检测处理单元。检测处理单元根据对比特图的处理来指明在比特图上比特变化区域的重心位置。根据重心位置确定检测物体的位置。

检测处理单元可以根据比特图上的比特变化区域的范围来判定检测物体的尺寸。检测处理单元可以判定检测物体的位置和尺寸两者。

在根据第一或第二实施例的接触检测装置中，驱动电极可以与用于显示的对向电极共用，并与显示装置一体地形成。

根据本发明第三实施例，提供了一种显示装置，包括多个像素电极、n个对向电极(相当于接触检测装置的驱动电极)、多个检测电极、显示功能层、检测驱动扫描单元和多个检测电路。

多个像素电极被设置用于各个像素并被平面状地布置成矩阵。

n个对向电极被平面地布置成与所述像素电极相对，在扫描方向上具有比所述像素电极的阵列的间距长度大自然数倍的间距长度，并在所述扫描方向上等间隔地布置，所述扫描方向是所述像素电极的一个布置方向。

在所述多个检测电极和各个所述n个对向电极之间形成电容器。

显示功能层根据在彼此相对的所述像素电极和所述对向电极之间施加的信号电压发挥图像显示功能。

在第一实施例中，检测驱动扫描单元从所述n个驱动电极中选择连续的m(2≤m＜n)个驱动电极，同时交流驱动所选择的m个驱动电极，并重复用于在所述扫描方向上改变所述m个驱动电极的选择对象的轮换操作，使得每次执行所述轮换操作前后有共同的一个或多个驱动电极被包括在所述选择对象中。

在第二实施例中，检测驱动扫描单元执行用于同时交流驱动在所述扫描方向上连续的m(2≤m＜n)个对向电极的驱动操作，并在将数量小于m个的所述驱动电极在所述扫描方向上的尺寸设定为一次的轮换量的情况下，来重复用于在所述扫描方向上改变被同时驱动的所述m个驱动电极的组合的轮换操作。

多个检测电路，其以一一对应的关系连接到所述多个检测电极，并在每次所述检测驱动扫描单元执行所述轮换操作时将与其对应的所述检测电极的电势与预定阈值进行比较。

根据本发明第三实施例，提供一种包括以下三个步骤的接触检测方法。

(1)驱动和扫描步骤

在第一实施例中，从n个驱动电极中选择连续的m(2≤m＜n)个驱动电极，同时交流驱动所选择的m个驱动电极，并重复用于在所述扫描方向上改变所述m个驱动电极的选择对象的轮换操作，使得每次执行所述轮换操作前后有共同的一个或多个驱动电极包括在所述选择对象中

在第二实施例中，执行用于同时交流驱动布置沿扫描方向布置的n个驱动电极中连续的m(2≤m＜n)个驱动电极的驱动操作，并在将数量小于m个的所述驱动电极在所述扫描方向上的尺寸设定为一次的轮换量的情况下，来重复用于在所述扫描方向上改变被同时驱动的所述m个驱动电极的组合的轮换操作。

(2)电势检测步骤

每次在驱动和扫描步骤中执行轮换操作时，将各个驱动电极的电势与预定阈值进行比较。

(3)判定步骤

根据所获得的比较结果，判定其中在所述n个驱动电极和各个所述检测电极之间形成的电容器的施加电压由于外部电容的影响而发生变化的变化区域的位置和尺寸中的至少一者。

根据本发明的实施例，不管接触检测装置是结合在显示装置中还是外部连接到显示装置，都可以将电容型接触检测装置的S/N比和检测精度两者维持在高水平。

附图说明

图1A和图1B是用于说明根据本发明实施例的触摸传感器单元的工作的等效电路图和示意剖视图；

图2A和图2B是其中手指接触或靠近图1A和图1B所示的触摸传感器单元的等效电路图和示意剖视图。

图3A至图3C是根据本实施例的触摸传感器单元的输入和输出波形的图；

图4A至图4D是用于具体说明用于根据第一实施例的接触检测装置的触摸检测的电极以及用于电极的驱动和检测的电路布置的平面视图和示意剖视图；

图5是在根据第一实施例的显示装置中用于传感器驱动的驱动信号源和电压检测器的电路示例的图；

图6A至图6C是根据第一实施例的驱动电极的图案、包括该图案的触摸传感器单元的等效电路图和用于传感器电压的公式的图；

图7A至图7C是根据第一实施例的驱动电极的选择(被同时交流驱动的电极组的判定)和驱动电极的轮换(再选择)状态的平面视图；

图8A至图8C是用于说明根据第一实施例的位置判定方法的图；

图9A至图9C是通过设定数值而实施的图8A至图8C所示的位置检测方法的示例的图；

图10是包括根据第一实施例的用于比特图检测处理的执行装置的框图；

图11是根据第一实施例的比特图检测处理的主要过程的流程图；

图12是根据第一实施例的比特图放大示例的示意图；

图13是根据第一实施例的比较示例的驱动和检测电路的图；

图14A至图14D是用于具体说明用于根据本发明第二实施例的显示装置的触摸检测的电极以及用于电极的驱动和检测的电路布置的平面视图和示意剖视图；

图15是根据第二实施例的显示装置的像素的等效电路图；

图16是根据本发明第三实施例的显示装置的示意剖视图；

图17A和图17B是用于说明根据第三实施例的FFS模式液晶元件的工作的图；并且

图18A和图18B是用于说明图17A和图17B所示的工作的剖视图。

具体实施方式

以下参照附图说明本发明的实施例。电容型接触检测装置和具有接触检测功能的液晶显示装置是本实施例中的主要示例。

作为本实施例的前提，参照图1A和1B至图3A-3C来说明电容型接触检测的基础。

图1A和图2A是触摸传感器单元的等效电路图。图1B和图2B是触摸传感器单元的图(示意剖面图)。在图1A和图1B，作为检测物体的手指没有靠近传感器。在图2A和图2B中，手指靠近或接触传感器。

在附图中示出的触摸传感器单元是电容类型的传感器。如图1B和2B所示，触摸传感器单元包括电容元件。具体地，电容元件(电容器)C1包括电介质D和布置成隔着电介质彼此相对的一对电极(即，驱动电极E1和检测电极E2)。

如图1A和2A所示，电容元件C1的驱动电极E1连接到产生交流脉冲信号Sg的驱动信号源S。电容元件C1的检测电极E2连接到电压检测器DET。由于检测电极E2经由电阻R接地，所以DC水平被电固定。

驱动信号源S将具有预定频率(例如，约几千赫兹到十至二十千赫兹)的交流脉冲信号Sg施加到驱动电极E1。交流脉冲信号Sg的波形图在图3B中示出。

根据交流脉冲信号Sg的施加，在检测电极E2出现具有图3A所示的输出波形的信号(检测信号Vdet)。

如下文详细说明的，在液晶显示面板中具有接触检测装置功能的液晶显示装置中，驱动电极E1相当于用于液晶驱动的对向电极(与像素电极相对并对于多个像素共用的电极)。为了液晶驱动，对向电极受到所谓的Vcom反转驱动的交流驱动。因而，在本发明的实施例中，用于Vcom反转驱动的共用驱动信号也用作用于对触摸传感器的驱动电极E1进行驱动的交流脉冲信号Sg。

在图1A和1B所示的手指没有接触传感器的状态中，电容器C1的驱动电极E1被交流驱动。交流检测信号Vdet根据驱动电极E1的充电和放电而出现在检测电极E2中。此时的检测信号以下被表示为“初始检测信号Vdet0”。检测电极E2侧是直流接地，但是针对高频不接地。因而，对交流电流，没有放电路径。初始检测信号Vdet0的脉冲波峰值相对较大。然而，当在交流脉冲信号Sg出现之后时间流逝时，初始检测信号Vdet0的脉冲峰值由于损耗而逐渐下降。在图3C中和比例尺一起示出了放大的波形。初始检测信号Vdet0的脉冲峰值由于高频损失而在很短的时间流逝时从初始值2.8V下降了约0.5V。

从此初始状态，当手指接触检测电极E2或在手指影响检测电极E2的短距离内靠近检测电极E2时，如图2A所示，电路状态改变为相当于电容元件C2连接到检测电极E2的状态。这是因为人体变成相当于其一侧针对高频接地的电容器。

在此接触状态下，形成经由电容元件C1和C2的用于交流信号的放电路径。因而，根据电容元件C1和C2的充电和放电，交流电流I1和I2分别流向电容元件C1和C2。因而，初始检测信号Vdet0分为由例如电容元件C1和C2的比率确定的值。脉冲峰值下降。

图3A和图3C所示的检测信号Vdet1是当手指接触检测电极E2时在检测电极E2中出现的检测信号。从图3C可见，检测信号的下降量约为0.5V至0.8V。

图1A和1B以及图2A和2B所示的电压检测器DET通过使用例如阈值Vt来对检测信号的下降进行检测，来检测手指的接触。

第一实施例

以下说明根据本发明第一实施例的接触检测装置。作为示例，接触检测装置是能外部连接到显示面板的电容型触摸面板。

图4A至图4C是用于具体说明根据本实施例的接触检测装置的电极和用于电极的驱动和检测的电路的平面视图。图4D是外部连接到液晶显示面板的显示表面侧的根据本实施例的接触检测装置的剖面结构的示意剖视图。在图4D中，示出了例如行方向(像素显示线方向)的六个像素的剖面。

在图4D中，为了便于理解剖面结构，对向电极、像素电极和检测电极用斜线表示。然而，关于其它部分(基板、绝缘膜、功能膜等)，省略了斜线。在以下其它剖面结构图中同样省略了斜线。

图4D所示的液晶显示面板的细节在下文的其它实施例中说明。因而，附加在说明中使用的参考标号和符号。然而，在本实施例中，省略了对液晶显示面板自身的详细说明。

在图4D中所示的液晶显示面板包括用于驱动像素的信号主要供应到的基板(以下称为驱动基板2)、布置成与驱动基板2相对的对向基板4、以及布置在驱动基板2和对向基板4之间的液晶层6。

根据本实施例的接触检测装置(以下称为触摸面板10)经由接合层12接合在对向基板4上。

触摸面板10包括在液晶显示面板侧上的驱动电极E1和隔着电介质层14叠置在驱动电极E1上的检测电极E2。保护膜13形成在检测电极E2上。

“检测表面13A”表示保护层13的顶表面。

在如图4D所示触摸面板10接合在液晶显示面板1上的状态下，显示光通过触摸面板10出射到用户侧。因而，检测表面13A是显示表面。

如图4A至4C所示分别在彼此正交的方向上分割驱动电极E1和检测电极E2。

当从用户侧观看检测表面13A时，如图4A所示，布置预定数量的驱动电极E1。在图4A中，n个驱动电极E1由参考符号“E1_1、E1_2、...、E1_m、...、和E1_n”表示。“m”是小于“n”并等于或大于二的整数。

驱动电极E1_1至E1_n具有宽度相对较小的带形，并且彼此平行地布置。在外部连接到显示装置的触摸面板10中，不管像素尺寸如何，均能规定驱动电极的宽度(在扫描方向上的尺寸)。驱动电极的宽度设定得越小，物体检测的检测精度或分辨率提高。

在被分成n个的驱动电极E1_1至E1_n中，m个(2≤m≤n)驱动电极被同时驱动。

被同时驱动的驱动电极的束表示为交流驱动电极单元EU。在本实施例中，被包括在一个交流驱动电极单元EU中的驱动电极的数量是固定的数量m。在驱动电极的组合在其一部分叠置的情况下发生变化时，交流驱动电极单元EU在列方向上步进地轮换。轮换的方向是图4A至图4C的纸表面的纵向方向。此方向称为扫描方向。将被选择作为在一个方向上连续的驱动电极的束的、驱动电极的组合进行轮换的操作称为扫描。

在扫描中，被选为交流驱动电极单元EU的驱动电极的组合在每次轮换时发生变化。

在轮换前后执行的连续两次选择中，一个或多个驱动电极被重复地选择。当轮换量由驱动电极的数量表示时，轮换量的范围与等于或大于1并且等于或小于(m-1)的驱动电极的数量对应。

以这种驱动电极的交流驱动电极单元EU设定为单位的交流驱动的操作、和用于交流驱动电极单元EU的轮换操作由检测驱动扫描单元11来执行。

轮换量理想地是与一个驱动电极相当的最小量，因为检测物体的检测精度和分辨率能被设定成最高。此理想最小轮换量是以下说明的前提。在此前提下的检测驱动扫描单元11的操作能视为等于“用于使对m个驱动电极同时交流驱动的驱动信号源S(参见图1A和1B和图2A和2B)在列方向上移动，并在逐一改变被选择的驱动电极的同时在列方向上执行扫描的操作”。在图4A和4C中从驱动信号源S引出的箭头示意地表示信号源的扫描。

另一方面，通过在与驱动电极E1正交的方向上较长的平行条状布置预定数量k的导电层来形成检测电极E2。具有平行条状的各个检测电极称为“检测线”。在图4B和4C中，检测线由参考符号“E2_1至E2_k”来表示。

检测单元8连接到如上所述布置的k个检测线E2_1至E2_k的一端。检测单元8的基本检测单位是作为图1A和1B以及图2A和2B所示的“检测电路”的电压检测器DET。k个检测线E2_1至E2_k各个连接到与检测单元8对应的电压检测器DET。因而，电压检测器DET能从检测线检测到检测信号Vdet(参见图3A至3C)。

图5是执行触摸检测操作的检测单元8的构造示例和表示检测对象的位置的电极图案的图。

在图5中，由斜线表示的驱动电极E1_1～m连接到驱动信号源S并被选择。其它驱动电极E1_m+1至E1_m+4维持在GND电位。驱动电极被选择的状态还称为接通(ON)状态，并且驱动电极维持在GND电势并且未被选择的状态还称为关断(OFF)状态。实际上，有m(≥2)个处于接通状态的驱动电极。因而，在图5中示出的驱动电极E1_1～m表示m个驱动电极的总体。

在图5中，示出连接到与驱动电极组交叉的特定检测线E2_i(i＝1至k)的电压检测器DET以及驱动信号源S的电路图。电容元件C1_0至C1_4形成在检测线E2_i和驱动电极的交叉部分中。

图5所示的驱动信号S包括控制单元91、两个输出开关SW(+)和SW(-)、闩锁电路92、缓冲电路(波形整形单元)93和输出开关SW。

控制单元91是控制两个输出开关SW(+)和SW(-)(其中分别对正电压V(+)和负电压V(-)进行开关)和输出开关SW的电路。即使控制单元91没有设置在驱动信号源S中，外部的CPU等能代替控制单元91。

输出开关SW(+)连接在正电压V(+)和闩锁电路92的输入之间。输出开关SW(-)连接在负电压V(-)和闩锁电路92的输入之间。闩锁电路92的输出经由缓冲电路93连接到输出开关SW的接通侧节点。缓冲电路93是被确保为正电压V(+)和负电压V(-)的输入电势的情况下将输入电势输出的电路。

输出开关SW由控制单元91控制以接通驱动信号源S(选择状态或活性状态)或非活性地将驱动信号源S连接到GND。因为控制单元91的功能与其它驱动信号源的控制同步，所以通常通过例如用轮换电阻器(shiftresistor)等对通过对被置于非活性的驱动信号源S的组进行轮换而选择的信号进行前馈，来实现该功能。

电压检测器DET连接到与电容元件C1_0至C1_4连接的检测线E2。

图5所示的电压检测器DET包括OP放大器电路81、整流电路82和输出电路83。

OP放大器电路81如图所示包括OP放大器84、电阻器R1和R2以及电容器C3以形成用于去噪的滤波电路。滤波电路的放大率由电阻的比率等确定。滤波电路还用作信号放大电路。

检测线E2连接到OP放大器84的非反转输入“+”。检测信号Vdet从非反转输入“+”输入。检测线E2经由电阻器R连接到接地电势，以电固定其电势的DC水平。电阻器R2和电容器C3并联连接在OP放大器84的输出和反转输入“-”之间。电阻器R1连接在OP放大器84的反转输入“-”和接地电势之间。

整流电路82包括执行半波整流的二极管D1、充电电容器C4和放电电阻器R0。二极管D1的阳极连接到OP放大电路81的输出。充电电容器C4和放电电阻器R0连接在二极管D1的阴极和接地电势之间。由充电电容器C4和放电电阻器R0形成平滑电路。

二极管D1的阴极(整流电路82的输出)的电势经由输出电路83读取为数字值。在图5所示的输出电路83中，示出了执行阈值和电压比较的比较器85。输出电路83还具有AD转换器的功能。关于AD转换器，诸如电阻梯形(1adder)型或电容分割型的类型是任意的。输出电路83使用比较器85来比较将输入的模拟信号与阈值Vt(参见图3A)进行比较。比较器85可以实现为诸如CPU之类的控制电路(在附图中未示出)的功能。比较的结果被各种应用所使用，作为表示触摸面板10是否被触摸的信号，例如，表示是否存在按钮操作的信号。

能够由诸如CPU之类的控制单元改变作为比较器85的基准电压的阈值Vt。比较器85使用阈值Vt来对检测信号Vdet的电势进行检测。未示出的包括CPU等的“检测处理单元”能基于检测到的电势来判定检测物体的位置和尺寸。以下将说明用于判定检测物体的位置和尺寸的处理和用于判定的方法的细节。

参照附图说明由检测驱动扫描单元11进行的对所选择的m个驱动电极(交流驱动电极单元EU)的轮换和交流驱动。

在图6A中示出在像素显示线单元(还称为写入单元)中分割的驱动电极E1_1至E1_n。在图6B中示出了在驱动电极E1_1(其为驱动电极E1_1至E1_n中的第一个驱动电极)的驱动期间触摸传感器单元的等效电路图。

如图6A所示，驱动电极E1_1连接到驱动信号源S，由此被交流驱动。此时，在触摸传感器单元中，如上所说明的形成图6B示出的等效电路。电容元件C1_0至C1_n的电容值表示为“Cp”，除电容元件C1_0至C1_n以外的、连接到检测电极E2的电容成分(寄生电容)表示为“Cc”，并且由驱动信号源S提供的交流电压的有效值表示“V1”。

此时由电压检测器DET检测到的检测信号Vdet在手指不接触时为电压Vs，在手指接触时为电压Vf。电压Vs和Vf以下称为传感器电压。

在不接触期间的传感器电压Vs由图6C所示的公式表示。根据此公式，当驱动电极E1的分割数量n较大时，电容值Cp较小。图6C所示的公式的分母基本上不变化，这是因为“nCp”大致固定。然而，分子减小。因而，随着驱动电极E1的分割数量n增大，传感器电压Vs的幅值(交流电流的有效值)减小。

因而，为了在一定程度上将S/N比设定得较大，分割数量n不应该设定得太大。

另一方面，当分割数量n较小并且一个驱动电极E1_1的面积较大时，检测物体的检测精度下降。

因而，在本实施例中，如上所述，分割数量设定得较大，并且各个驱动电极的宽度(在扫描方向上的长度)设定得较小。多个驱动电极同时被交流驱动。驱动电极的一部分被连续地选择了两次。结果，同时获得由于分割数量n较大而造成的传感器电压的下降(S/N比下降)和可靠的高检测精度。

图7A至图7C是用于说明AC驱动和轮换操作的图。

在图7A至7C中，AC驱动电极单元EU包括由斜线表示的七个对向电极。在图7A至7C中示出了在一个驱动电极设定为单位的情况下在列方向上对交流驱动电极单元EU进行轮换时选择范围的推移。

在图7A中的时刻T1，没有选择第一驱动电极。然而，选择并由驱动信号源S同时交流驱动第二至第八驱动电极。在下一个循环(时刻T2)，交流驱动电极单元EU被轮换了一个驱动电极。第一和第二两个驱动电极未被选择，选择第三和后续的七个驱动电极，并且没有选择其它驱动电极。在下一个循环(时刻T3)，交流驱动电极单元EU还进一步轮换一个驱动电极。第一至第三驱动电极未被选择，选择了第四和后续的七个驱动电极，且没有选择其它驱动电极。

此后，以相同的方式重复轮换和交流驱动。

根据此操作，图6C所示的公式中n的值被减小到实际分割数量的1/7。因为n的值的减小，传感器电压Vs的有效值增大。另一方面，如图7A至7C所示，新包括在所选择的组(交流驱动电极单元EU)中并且由于该包括而从所选择的组中排除的单位(轮换量)是一个驱动电极。因而，交流驱动电极单元EU的轮换量以最小的单位进行移动，并且每次移动轮换量时输出检测信号Vdet。因而，频繁地执行检测信号Vdet与阈值Vt的比较，并增大驱动电极的分割数量n。结果，获得了高检测精度。判定方法的基本概念

参照图8A至8C说明基于检测信号Vdet与阈值Vt的比较结果来判定检测物体的位置和尺寸的方法的基本概念。

在图8A中示出了在沿扫描方向(Y轴方向)的位置坐标中驱动电极的宽度和交流驱动电极单元EU的宽度。

交流驱动电极单元EU在Y轴方向上的宽度以下称为“边界宽度B”。当驱动电极E1的宽度表示为“b”，由于包括在边界宽度B中的驱动电极的数量是m，所以B＝m×b。

在图8B中示意性示出了通过以驱动电极宽度b的轮换量交流驱动具有边界宽度B的交流驱动电极单元EU来扫描一帧的屏幕的操作。

一次交流驱动和下一次交流驱动的开始时间之间的时间间隔是任意的。当交流驱动与下文说明的显示装置相关时，这个时间间隔能设定成例如一个水平显示周期(1H)。在此情况下，由于一帧是16.7msec，在一帧中切换的交流驱动电极单元EU的数量由Y轴方向上的驱动电极数量n和边界宽度B内的驱动电极的数量m确定。

在图8C中示出了图5所示的比较器85的输出波形的示例以及判定检测物体的位置和尺寸的方法的概略。此判定由在图5中未示出的包括CPU等的“检测处理单元”执行。

在图8C所示的示例中，交流驱动轮换总共执行十八次。在最初的三次交流驱动轮换中，图5所示的比较器85的输出比特保持在初始的水平(关断的水平)。在第三次的交流驱动和第四次交流驱动之间造成的比较器85的输入变化跨过阈值Vt的水平而发生。因而，比较器85的输出比特从关断水平改变到接通水平。根据第一次交流驱动之后执行交流驱动的次数来确定比较器85的输出比特从关断改变到接通时的时机。具体地，通过从第一次交流驱动(扫描开始)起计时，来预先确定用于执行交流驱动一次的时间宽度，可以确认当输出比特发生变化时执行了多少次交流驱动。假定在边界宽度B的中心发生输出比特变化。根据边界宽度B和从扫描开始起到输出比特发生变化时的边界数量之间的关系，来计算输出比特从关断改变为接通时在Y轴上的位置(以下称为第一边缘位置Ys)。

在图8C所示的示例中，在从其中输出比特从关断改变为接通的边界(交流驱动电极单元EU)数起的第四边界中，输出比特从接通返回到初始状态关断。假定在输出比特从接通返回到关断时在边界宽度B的中心处发生输出比特变化。

和第一边缘位置Ys一样，根据边界宽度B和从扫描开始起到输出比特变化发生的边界数量之间的关系来计算输出比特从接通返回为关断时在Y轴上的位置(以下称为第二边缘位置Ye)。

未示出的包括CPU等的“检测处理单元”计算第一边缘位置Ys和第二边缘位置Ye。“检测处理单元”根据公式Ya＝(Ye+Ys)/2来计算检测物体的中心位置Ya。“检测处理单元”根据公式W＝(Ye-Ys)来计算检测物体在Y轴方向上的尺寸W。

根据设定阈值Vt的方法，由以上所述的方法计算得到的检测物体(在此示例中，手指)的尺寸W能被设定成与检测物体在Y轴方向上的实际尺寸A大致相同。相反，根据检测物体是否为手指或指点笔，“检测处理单元”个别地预先计算阈值Vt，使得尺寸以此方式彼此一致。“检测处理单元”可以根据从尺寸W的绝对值估计的检测物体的类型(例如，手指或指点笔)的差异来改变输出到比较器85的阈值Vt。

在图9A至图9C中示出了在判定方法的基本概念中设定的更具体的数值的示例。

在图9A中示出了边界宽度、边界轮换量和手指尺寸的示例。假定边界宽度B是10mm，轮换量(驱动电极的宽度)b是0.1mm，并且手指在Y轴方向上的尺寸A是5mm。假定边界的移动范围从Y轴原点起最大是60mm。

图9B是阈值设定的具体示例的示意图。如图9所示，在扫描期间，最初，阈值Vt被设定成当检测物体(手指)被完全包括在边界宽度Bs时，比较器85的输出比特从关断改变为接通。在以此方式设定的阈值Vt下，在手指偏离其中手指被完全包括在边界宽度Be中的状态的瞬间，比较器85的输出比特从接通改变为关断。

假定在限定图9B所示的阈值Vt时边界宽度Bs的后(原点侧)边缘坐标为22.5mm并且其前边缘坐标是12.5mm。假定在输出比特返回为关断时边界宽度Be的后边缘坐标是17.5mm，并且其前边缘坐标是27.5mm。

在此情况下，在输出比特改变到接通时的第一边缘位置Ys是边界宽度Bs的中心坐标。如图9C所示，第一边缘位置Ys被计算为17.5mm。类似地，在输出比特返回到关断时的第二边缘位置Ye是边界宽度Be的中心坐标。如图9C所示，第二边缘位置Ye被计算为22.5mm。

在此情况下，检测物体(手指)的中心位置Ya被计算为Ya＝(Ye+Ys)/2＝20mm。检测物体(手指)在Y轴方向上的尺寸W是W＝(Ye-Ys)＝5mm，并与手指的实际尺寸A一致。

如上所述，能精确地测量检测物体在扫描方向上的中心坐标和尺寸。

原理上，通过简单地增大图4B和图4C所示的检测线E2的数量k和以一一对应关系连接到检测线的电压检测器DET的数量，能将与Y轴正交的X轴方向上分辨率设定成尽可能高。

结果，通过使用根据此实施例的驱动和接触检测方法，能实现非常细的位置检测。

以上说明是以电压检测器DET设置在触摸面板10中为前提。然而，电压检测器DET能设置在触摸面板10的外部。

在前者的情况下，触摸面板10可以是根据本实施例的“接触检测装置”的示例。另一方面，在后者的情况下，包括触摸面板10和位于触摸面板10的外部的电压检测器DET的部分是根据本实施例的“接触检测装置”的示例。

根据以上说明，根据本实施例的接触检测装置的接触位置检测和驱动的方法是包括以下说明的三个步骤的示例。

(1)驱动和扫描步骤

在第一实施例中，从n个驱动电极中选择连续的m(2≤m＜n)个驱动电极，所选择的m个驱动电极被同时交流驱动，并且重复用于在扫描方向上改变m个驱动电极的选择对象的轮换操作，使得每次执行轮换操作前后有共同的一个或多个驱动电极被包括在选择对象中。

在第二实施例中，执行用于同时交流驱动沿扫描方向布置的n个驱动电极中连续的m(2≤m＜n)个驱动电极的驱动操作，并且在将数量小于m个的驱动电极在扫描方向上的尺寸设定为一次的轮换量的情况下，来重复用于在扫描方向上改变被同时驱动的m个驱动电极的组合的轮换操作。

(2)电势检测步骤

每次在驱动和扫描步骤中执行轮换操作时，将驱动电极的电势与阈值进行比较。

(3)判定步骤

根据所获得的比较结果，来判定其中在n个驱动电极和各个检测电极之间形成的电容器的施加电压由于外部电容的影响而发生变化的变化区域的位置和尺寸中的至少一者。

用于检测处理的具体方法

在以上所说明的基本概念下，可容易地想到“逐次比较检测信号和阈值Vt，利用时钟计时器等测量检测信号的输出波形的从接通到关断的时间，并根据测量结果来计算检测物体的位置和尺寸”。

然而，利用这种具体的方法，即使能检测到扫描方向上的位置和尺寸，也难以在与扫描方向正交的检测线的阵列方向(X坐标方向)上执行检测。因而，需要另一检测运算以执行在检测线的阵列方向(X坐标方向)上的实时处理。

以下说明的用于通过使用比特图执行检测处理(以下称为比特图检测处理)的具体方法是不仅在Y坐标方向而且在X坐标方向上实时进行判定的方法。

图10是作为用于比特图检测处理的执行装置的、连接到检测单元8的“检测处理单元”的具体构造示例的框图。图11是比特图检测处理的主要过程的流程图。图12是比特图展开示例的示意图。

如在图10中所示，“检测处理单元”包括采样单元86，其通过对其中电压检测器DET沿X方向布置的检测单元8的输出波形进行采样来产生比特信息。此外，“检测处理单元”包括图像存储器87和诸如CPU之类的控制单元88，图像存储器87在存储空间展开由采样单元86产生的比特信息，并形成比特图。控制单元88是用于控制检测单元8、采样单元86和图像存储器87的装置。控制单元88可以是用于控制包括这三个单元的整个接触检测装置的装置。

在从采样单元86输入到图像存储器87的比特信息中，例如，由电压检测器判断为比阈值Vt大的点由“1”来表示，并且判断为等于或小于阈值Vt的点由“0”来表示。

在图12所示的示例中，指尖与接触检测装置1的检测表面上两个较远的地方接触。

以下使用此接触示例参照图11来说明处理内容。

在图11中的步骤ST1，图10所示的采样单元86执行比特信息的二进制化，并顺次在图像存储器中展开比特信息，并存储比特信息，由此形成比特图BM。

在比特图BM中，在图12的示例中，一个点(或比特)对应于一个格子。比特图BM由用空白的格子表示“0”且用灰色的格子表示“1”的比特集合形成。在作为检测物体的手指没有接触或靠近接触检测装置1的初始状态下，整个比特图BM处于所有比特为包括空白格子的“0”的状态下。

从此状态，当手指与接触检测装置1接触时，与接触对应的部分的区域中的比特发生变化。在图12的示例中，由手指的第一接触形成的比特变化区域由“BMRe1”表示，并且由手指的第二接触形成的比特变化区域由“BMRe2”表示。

在图11中的步骤ST2，检测处理单元在对形成的比特图BM的处理中执行比特变化区域的识别。此处理称为标识处理，并主要由控制单元88执行。

在标识处理之后，检测处理单元根据比特变化区域BMRe1和BMRe2的识别号等来区别作为单独区域(接触物体)的比特改变区域。例如，如图12示意所示，识别号“1”和“2”被分配给比特变化区域BMRe1和BMRe2。

检测处理单元根据区域形状来判断比特改变区域是否为接触物体。当比特改变区域的形状是不会被识别为手指或笔尖的复杂区域形状时，检测处理单元以判定为比特变化区域不一定是接触物体。在此情况下，例如，如果手的手掌或手背无意图地触摸了触摸检测装置1，则检测处理单元可以中止此后的处理。

当插入用于区域形状的判定步骤以判断处理是否应该继续或中止时，能降低由于不需要的处理而造成的电力消耗和硬件负荷。

在图11中的步骤ST3，检测处理单元判定检测物体的位置和尺寸中的至少一者。步骤ST3包括用于判定位置的步骤ST3A和用于判定尺寸的步骤ST3B。步骤ST3A和ST3B的内容可以与附图中所示的那些相反。

在步骤ST3A，检测处理单元针对以识别号等设定为指标而获得的每个比特变化区域来计算X方向和Y方向的重心位置。通过例如计算与比特变化区域中的X地址和Y地址有关的地址平均来执行重心计算。结果，计算比特变化区域的重心坐标。检测处理单元将此重心位置判定为接触物体的接触位置。

在步骤ST3B，检测处理单元根据比特变化区域的范围来计算检测物体的尺寸。该尺寸可以由X方向上的最大尺寸和Y方向上的最大尺寸来表示。可以计算比特图上的最大尺寸(包括倾斜方向上的最大尺寸)。

在以上说明的比特图处理中，检测处理单元通过一旦在存储区域中将通过与阈值的比较而获得的检测信息展开之后进行的处理来计算位置和尺寸。如果检测处理单元在关于特定帧将检测信号与阈值进行比较的同时执行前一帧的接触位置和尺寸的判定，则可以进行实时的处理。可以在X方向和Y方向上基本同时执行位置和尺寸的判定。能容易地计算倾斜方向的最大尺寸等。

为了确保实时特性，可以准备为需要量的两倍大的存储空间，而可以在存储空间的一半中产生比特图，而用于根据比特图判定检测物体的位置和尺寸的处理可以在另一半中执行。

以下参照比较例来说明由第一实施例表示的接触检测方法的优点。

比较例

在图13中示出了与根据本实施例的在图5中所示的电路相关的比较例。

在图13中所示的驱动和检测电路100是执行对与图5所示相同的电容元件C11_0的驱动和对保持电势变化的检测的电路。驱动和检测电路100包括电流源101、开关SWT、比较器102、脉冲调制电路(PWM)103和计时电路104。

电流源101连接到电容元件C1_0的一个电极，由此对电容元件C1_0进行充电。开关SWT连接在电容元件C1_0的一个电极和另一个电极之间，并控制电容元件C1_0的放电路径的形成。根据比较器102的输出来控制开关SWT。

比较器102是将电容元件C1_0的一个电极的充电电势与基准电势VBG比较并产生脉冲的电路。当对电容元件C1_0的一个电极进行充电并且其电势超过基准电势VBG时，在比较器102的输出中出现脉冲。然而，当比较器102的输出改变为高水平时，开关SWT接通，并且开始放电。因而，比较器102的输出脉冲立即结束。

因为电路构造，所以交替执行放电和充电。因而，从比较器102输出固定周期的连续脉冲。脉冲用作PWM 103的输入时钟。PWM 103是对输入脉冲(表示为“1”)进行脉冲宽度调制的电路。其输出脉冲宽度根据输入时钟而变化。PWM 103的输出被输入到计时电路104的启用端子。计时电路104以将输入系统时针SYSCLK的周期设定为单位来测量启用周期的时间。

随着手指(检测物体)靠近接触检测装置1，电容元件C1_0的电容值升高AC。然后，每单位时间对电容元件C1_0进行充电的速度表观上降低。因而，从比较器102输出的脉冲的宽度根据ΔC增大。因而，PWM103的输入时针频率降低，并且来自PWM 103的输出脉冲的宽度增大。计时电路104的测量时间也根据输入时钟频率的降低和输出脉冲的宽度的增大而增大。

当脉冲产生几十至几百次时，如上所示构造并工作的电容型触摸传感器的驱动和检测电路100执行接触检测一次。因而，驱动和检测电路100由于其工作原理而在一个边界宽度中具有相对较长的驱动时间。相反，驱动和检测电路100具有用于通过在相对较长的时间监视接触检测来可靠地检测接触的电路构造。因而，驱动和检测电路100适合于可靠地检测具有灯的开关等的预期接触，并忽视短的非预期的接触。

另一方面，驱动和检测电路100由于对接触检测的响应性较低不适合于例如与显示面板的显示内容相关的高级信息输入的用途。

在本实施例中说明的用于驱动和检测的电路和方法中，即使用于检测细微检测物体的检测精度提高，检测信号Vdet的峰值也不一定被减小，相反可以增大。因而，不必如图10所示几十至几百次执行用于接触检测的电势比较。针对每个直流驱动仅必须执行一次电势比较。因而，在本实施例中，有以下优点：可以提供一种这样的接触检测装置，其具有极其短的、从电势变化到判定出检测物体的存在与否和位置的时间，并具有高响应性。

第二实施例

在本发明的第二实施例中，驱动电极比触摸传感器的检测电极(在手指等靠近的显示表面侧的电极)设置在面板的更内侧并在驱动电极与检测电极之间形成检测电极电容器，所述驱动电极还用作用于液晶控制的电极。电极理想地设置成与检测电极和像素电极相对。因而，电极在以下简称为“对向电极”。

另一方面，作为用于液晶控制的电极，对多个像素共用设置以将电场施加到诸如液晶层之类的显示功能层的共用电极(所谓的Vcom驱动电极)被设置成与用于各个像素的像素电极相对并被使用。在液晶显示控制中，给予共用电极的共用驱动信号Vcom是作为信号电压基准的电压。在公知的低功耗驱动中，作为将使用电压的绝对值减半的方法，共用驱动信号Vcom是被交流脉冲驱动的。此交流驱动还对防止液晶的特性的劣化有效。

在本实施例中，例如，由诸如交流脉冲驱动之类的交流电流来驱动从而控制液晶等的共用驱动信号Vcom还用作用于触摸传感器的驱动电压。换言之，触摸传感器的对向电极还用作用于液晶驱动的共用电极。

自然，对向电极的交流驱动必须与Vcom驱动兼容。这是显示驱动的要求(第一要求)。

期望触摸传感器不仅检测对手指等靠近或接触显示装置的显示表面的情况进行检测，还检测手指等在显示表面中的操作位置。例如，当显示多个按钮的图像时，需要检测哪个按钮被操作。因而，用于显示驱动的共用电极和还用于触摸传感器的驱动电力的电极(对向电极)被分割成多个电极。这是为了这样的目的：在显示像素线的驱动不受防碍的范围内根据哪个对向电极中发生电容变化来检测操作位置。

更具体地，位于包括被设定为用于显示驱动的扫描对象的像素线的区域中的仅一个分割对向电极被交流脉冲驱动。根据要受到显示驱动的像素线的移动(扫描)，移动(扫描)应该用于接触检测而被交流脉冲驱动的对向电极。在显示驱动和用于接触检测的交流脉冲驱动的对象被扫描的同时，还可以监视电容变化，并且如在第一实施例中那样，使用阈值Vt执行手指等的位置判定。

以上是当用于显示控制的共用电极和传感器驱动电极被共用时，触摸传感器的位置检测的要求(第二要求)。

此外，当用于触摸传感器的电极驱动被施加到屏幕的一部分以满足第二要求时，很可能发生以下说明的不便。

当最靠近对向电极的端部的像素线被显示并扫描轮换到下个像素线时，根据此轮换来执行用于将对向电极的交流脉冲驱动切换到下一个对向电极侧的操作。因而，驱动电压的微小波动将影响像素线的显示。换言之，在整个显示屏中，担心造成对向电极的边界稍微看起来像条线的图像品质劣化。

另一方面，如果针对各个像素线细微地划分对向电极，则还要对于每个像素线在每次显示驱动中均切换要被交流脉冲驱动的对向电极。此时，由于用于切换对向电极的交流脉冲驱动的条件对于所有像素线都相等，所以不容易看到边界线。像素电极的切换频率接近共用驱动信号Vcom的驱动频率。因而，当针对各个像素线设置对向电极时，即使存在驱动电压的略微波动，人的眼睛更不容易看见波动。

此外，如果还对各个像素线细微地划分对向电极，则触摸传感器的列方向上的分辨率增大。然而，当共用电极的共用驱动信号Vcom经由电容器传输到检测电极时获得的电压(传感器电压Vs)降低。因而，S/N比受到噪音的影响并下降。

结果，当为了触摸传感器的位置检测而分割并且逐次驱动对向电极时，由于作为驱动对象的对向电极的切换线的出现而造成图像品质下降、和传感器电压Vs的大小的确保(S/N比的确保)是折衷关系。触摸传感器的分辨率的增大和S/N比的确保也处于折衷关系。

克服或缓和这种折衷是当传感器驱动电极和用于显示驱动的共用电极被共用时要求的第三要求。

以下说明的两个实施例包括用于满足第一至第三要求中一个或更多个的对向电极的结构和驱动方法。

然而，如在第一实施例中那样，用于将从对向电极(相当于驱动电极)输出的模拟检测信号Vdet与阈值Vt进行比较的检测方法对于下文说明的所有实施例是相同的。已经参照图1A和1B至图3A至图3C进行说明的电容型接触检测的基础在各个实施例中是相同的。图5所示的检测驱动扫描单元11(在以下说明的实施例中称为Vcom驱动电路9)的基本构造和检测单元8的基本构造与第一实施例相同。通过将“驱动电极”读为“对向电极”，图6A和图6B以及图7A至图7C所示的分割数量和检测精度之间的关系以及轮换的方式能用在本实施例中。在图8A至图8C和图9A至9C所示的判定检测物体的位置和尺寸的方法也能应用在本实施例中。如在第一实施例中那样，能应用参照图10至12说明的比特图检测处理。

参照附图主要详细地说明根据本实施例的显示装置和第一实施例的不同。

图14A至14C是用于具体说明根据本实施例的显示装置的电极和用于电极的驱动和检测的电路布置的平面视图。图14D是根据本实施例的显示装置的剖面结构的示意剖视图。在图14D中，示出了例如行方向(像素显示线方向)的六个像素的剖面。图15是像素的等效电路图。

图14A至14C所示的显示装置是包括作为“显示功能层”的液晶显示层的液晶显示装置。

如上所述，液晶显示装置包括施加有共用驱动信号Vcom电极的电极(对向电极)作为多个像素共用的电极，共用驱动信号Vcom用于针对各个像素而分级(gradation)显示的信号电压赋予基准电压。在本实施例中，对向电极还用作用于传感器驱动的电极。

在液晶显示面板1中，图15所示的像素布置成矩阵。

如图15所示，每个像素包括作为像素选择元件的薄膜晶体管(TFT；以下称为TFT 23)、液晶层6的等效电容器C6和保持电容器(还称为附加电容器Cx)。在表示液晶层6的等效电容器C6的一侧上的电极是布置成矩阵并针对各个像素分立的像素电极22，并且另一侧上的电极是多个像素共用的对向电极43。

像素电极22连接到TFT 23的源极和漏极中的一者。信号线SIG连接到TFT 23的源极和漏极中的另一者。信号线SIG连接到未示出的竖直驱动电路(参见与下文说明的实施例相关的图14A至图14C)。具有信号电压的视频信号从竖直驱动电路供应到信号线SIG。

将共用驱动信号Vcom给予对向电极43。共用驱动信号Vcom是以中心电势为基准针对每个水平周期(1H)对正电势和负电势反转而获得的信号。

TFT 23的栅极被电气设定成对于沿行方向(即，显示屏幕的横向方向)布置的所有像素共用，由此形成扫描线SCN。扫描线SCN被供应有从未示出的竖直驱动电路输出并用于使TFT 23的栅极接通和关断的栅极脉冲。因而，扫描线SCN还称为栅极线。

如在图15所示，保持电容器Cx并联连接到等效电容器C6。保持电容器Cx被设置成防止在等效电容器C6中蓄电电容变成不足而使得由于TFT 23的泄漏电流等造成写入电势的下降。保持电容器Cx的附加还用于防止闪烁并提高屏幕照度的均匀性。

其中布置这种像素的液晶显示面板1在剖面结构(图14D)中包括驱动基板2，如图15所示的TFT 23在未存在于该剖面中的部分处形成在驱动基板2上，并且像素的驱动信号(信号电压)供应到驱动基板2。液晶显示面板1包括被布置成与驱动基板2相对的对向基板4、以及布置在驱动基板2和对向基板4之间的液晶层6。

驱动基板2包括：TFT基板21(由玻璃等制成的基板主体部分)作为图15所示的TFT 23形成在其上的电路板，以及以矩阵方式布置在TFT基板21上的多个像素电极22。

用于驱动像素电极22的未示出的显示驱动器(竖直驱动电路、水平驱动电路等)形成在TFT基板21上。图15所示的TFT 23以及诸如信号线SIG和扫描线SCN之类的线形成在TFT基板21上。执行触摸检测操作的电压检测器DET(参见图5)可以形成在TFT基板21上。

对向基板4包括玻璃衬底41、在玻璃衬底41的一侧上形成的色彩过滤器42、以及形成在色彩过滤器42(的液晶层6侧)上形成的对向电极43。色彩过滤器42构造成周期地对例如红(R)、绿(G)和蓝(B)三个色彩的色彩过滤器层进行编排。三个色彩R、G和B中的一者与每个像素(或像素电极22)相关联。与一个色彩相关联的像素可以称为“子像素”，并且R、G和B的三个色彩的子像素的集合可以称为“像素”。然而，在此说明书中，子像素还表示为“像素PIX”。

对向电极43还用作形成执行触摸检测操作的触摸传感器的一部分的传感器驱动电极。对向电极43相当于图1A和图1B以及图2A和图2B所示的驱动电极E1。

对向电极43通过接触导电柱7连接到TFT基板21。具有交流脉冲波形的共用驱动信号Vcom从TFT基板21经由接触导电柱7施加到对向电极43。共用驱动信号Vcom相当于从图1A和图1B以及图2A和图2B所示的驱动信号源S供应的交流脉冲信号。

检测电极44(44_1至44_k)形成在玻璃基板41的另一侧(显示表面侧)上。保护层45形成在检测电极44上。检测电极44形成触摸传感器44的一部分并相当于图1A和图1B以及图2A和图2B所示的检测电极E2。可以在玻璃基板41中形成执行触摸检测操作的电压检测器DET(参见图5)。

作为“显示功能层”的液晶层6根据施加到其的电场状态来调制在厚度方向上(与电极相对的方向)传播的光。诸如TN(扭转向列)、VA(竖向定线)和ECB(电控双折射)之类的各种模式的液晶材料可以用于液晶层6。

定向膜分别设置在液晶层6和驱动基板2之间以及液晶层6和对向基板4之间。偏振片分别布置在驱动基板2的逆显示表面侧(即，背表面侧)上和对向基板4的显示表面侧上。这些光学功能层在图4A至图4D中未示出。

如图14A所示，对向电极43在像素阵列的行方向或列方向上被分割，在此示例中，在列方向(附图的纵向方向)上被分割。分割方向对应于显示驱动中像素线的扫描方向，即，未示出的竖直驱动电路逐次激活扫描线SCN所沿的方向。

对向电极43因为还需要用作驱动电极而总共被分割成n个。因而，对向电极43_1、43_2、...、43_m、...、和43_n被平面状地布置成具有沿行方向较长的带状图案，并且在该平面中彼此间隔开地平行布局。

被分割成n个的对向电极43_1至43_n中至少m(＜n，m等于或大于2)个对向电极被同时驱动。具体地，共用驱动信号Vcom同时施加到m个对向电极43_1至43_m，并且其电势在每个水平周期(1H)重复反转。在其它对向电极中，因为驱动信号没有给予其它对向电极，所以电势不波动。被同时驱动的对向电极的束构造成与第一实施例相同的交流驱动电极单元EU。

在此实施例中，对向电极的数量对于每个交流驱动电极单元EU而言是固定的数量m。在对要构成束的对向电极的组合进行改变时，交流驱动电极单元EU在列方向上步进地轮换。换言之，每次交流驱动电极单元EU轮换时，被选为交流驱动电极单元EU的对向电极的组合发生变化。当连续执行轮换两次时，从选择中排除仅一个分割对向电极。取而代之，新选择分割对向电极。

以这种对向电极的交流驱动电极单元EU设定为单位进行的Vcom驱动、以及和交流驱动电极单元EU的轮换操作由设置在未示出的竖直驱动电路(写入驱动和扫描单元)中的、作为“检测驱动扫描单元”的Vcom驱动电路9来执行。Vcom驱动电路9的操作可以视为等同于“用于在列方向上使同时地对m个对向电极的配线进行Vcom交流驱动的驱动信号源S(参见图1A和图1B以及图2A和图2B)移动，并在逐个改变要被选择的对向电极的同时在列方向上执行扫描”。

另一方面，检测电极44包括在对向电极43的电极图案(对向电极43_1至43_k)的分离方向上延伸的多个条状电极图案(检测电极441至44k)。分别从k个检测电极441至44k输出检测信号Vdet。这些k个检测信号Vdet被输入到具有图1A和图1B以及图2A和图2B所示的电压检测器DET作为基本检测单元的检测单元8。

图14A和图14B是为了说明电路图案而分开的图。然而，实际上，如图14C所示，对向电极43_1至43_n和检测电极44_1至44_k布置成叠置，使得能进行二维平面内的位置检测。

利用该构造，检测单元8能根据在哪个电压检测器DET中发生了电压变化来检测行方向上的位置。检测单元8能根据检测时机来获得列方向上的位置信息。换言之，假定通过例如具有预定周期的时钟信号使Vcom驱动电路9的Vcom驱动和检测单元8的操作同步。根据这种同步操作，可以知道当检测单元8获得电压变化时，Vcom驱动电路9驱动哪个分割对向电极。因而，能检测手指的接触位置中心。这样的检测操作对整个液晶显示面板1进行总管控制的未示出的基于计算机的总管控制电路(例如，CPU或微计算机或用于触摸检测的控制电路)控制。

作为“检测驱动扫描单元”的Vcom驱动电路9形成在图14D所示的驱动基板2侧上。然而，作为“检测单元”的检测单元8可以设置在驱动基板2侧上或对向基板4侧上。由于集成了大量的TFT，所以期望与驱动基板2一起形成检测单元8，从而减小制造步骤数。然而，由于检测电极44位于对向基板4侧上并且由透明电极材料制成，所以配线电阻可能较高。在此情况下，为了防止高配线电阻的缺陷，期望将检测单元8形成在对向基板4侧。然而，如果仅仅为了检测单元8使用TFT形成处理来形成对向电极4，则存在成本较高的缺点。

建议综合考虑到以上所述的优点和缺点来确定检测单元8的形成位置。

以下说明具有该构造的显示装置的操作。

驱动基板2的显示驱动器(在附图中未示出的水平驱动电路、竖直驱动电路等)逐线地将共用驱动信号Vcom供应到对向电极43的电极图案(对向电极43_1至43_n)。以下说明选择对向电极的方法和轮换的方法。共用驱动信号Vcom还被用于针对图像显示的对向电极电势控制。

显示驱动器将信号电压经由信号线SIG供应到像素电极22，并与信号电压的供应同步地经由扫描线SCN逐线地控制像素电极的TFT的开关。结果，针对每个像素由共用驱动信号Vcom和像素信号确定的纵向方向(与基板垂直的方向)上的电场被施加到液晶层6，并执行液晶状态的调制。以此方式，执行由所谓的反转驱动的显示。

另一方面，在对向基板4的侧面上，电容元件C1分别形成在对向电极43的电极图案(对向电极43_1至43_n)和检测电极44的电极图案(检测电极44_1至44_k)的交叉部分中。当共用驱动信号Vcom以时分方式顺次施加到对向电极43的电极图案时，充电和放电操作被施加到共用驱动信号Vcom所施加到的对向电极43的电极图案和检测电极44的电极图案的交叉部分中形成的一列电容元件C1。结果，具有与电容元件C1的电容值对应的大小的检测信号Vdet分别从检测电极44的电极图案输出。在用户的手指没有触摸对向基板4的表面的状态下，检测信号Vdet的大小基本上固定(传感器电压Vs)。根据共用驱动信号Vcom的扫描，该列电容元件C1作为充电和放电的对象逐线地移动。

当用户的手指触摸对向基板4的表面上的任何部位时，由手指形成的电容元件C2被添加到触摸处原本形成的电容元件C1。结果，触摸部位被扫描。在共用驱动信号Vcom施加到与触摸部位对应的驱动电极时检测信号Vdet的值(传感器电压Vs)小于其它部位的值。换言之，传感器电压Vf小于传感器电压Vs。检测单元8(图5)将检测信号Vdet与阈值Vt比较，并且当检测信号Vdet等于或小于阈值Vt时，将该部分判定为触摸部位。能根据共用驱动信号Vcom的施加时机和等于或小于阈值Vt的检测信号Vdet的检测时机来计算触摸部位。

如上所述，根据本实施例，原先设置在液晶显示元件中并用于液晶驱动的共用电极(对向电极43)也被用作包括驱动电极和检测电极的触摸传感器电极对中的一个(驱动电极)。在本实施例中，作为显示驱动信号的共用驱动信号Vcom还用作触摸传感器驱动信号。因而，必须要重新设置的电极仅为检测电极44。不必重新准备触摸传感器驱动信号。因而，简化了构造。

多个对向电极被同时交流驱动。被同时交流驱动的电极组被轮换，使得在两次交流驱动中来有共同的各对向电极被选择。因而，如第一实施例那样，S/N比和传感器检测精度能维持在高水平。

交流驱动的切换频率等于共用驱动信号Vcom的1H反转频率。此频率是通过将商用电源频率(例如，60Hz)乘以列方向上的像素数量而得到的极高频率。例如，当列方向上的像素数量为480时，此频率是28.8kHz。脉冲波形的频率是28.8Hz一半高的14.4kHz。因而，由于交流驱动的轮换而造成的图像变化具有不会被人的眼睛可视地识别的足够高的频率。

结果，实现了防止由于传感器电压下降而造成的S/N比的下降，而且还防止了由于电极驱动的切换造成的图像品质的劣化。

同时实现防止S/N比的下降和防止由于电极驱动的切换而造成图像品质的劣化两者不是必需的要求。因而，传感器检测精度的改进可以优先于防止图像品质的劣化。

此外，根据本实施例，由于用于共用驱动信号Vcom的驱动电极和驱动电路还能用作传感器驱动电极和驱动电路，所以能节省布置空间和电力消耗。

在图14A至图14D中，检测电极44被示出为具有小宽度的线。然而，检测电极44可以在行方向上形成较大的宽度。当电容元件C1的电容值太小并且被期望增大时，可以增大电极宽度。相反，当电容元件C1的电容由于电介质D较薄而太大时，可以减小电极宽度。

可选地，可以在列方向上分割检测电极44，以沿着列方向从各个分割的孤立图案引出配线。电压检测器DET可以连接到各个配线。然而，一个电压检测器DET可以被多个检测电极44共用，从而防止电路尺寸增大。例如，一个电压检测器DET可以被一列中的检测电极44共用，以用电压检测器DET以时分方式针对每个检测电极44执行检测。

第三实施例

以下说明本发明的第三实施例。在此实施例中，不像第二实施例，水平场模式的液晶元件用作显示元件。

图16是根据本实施例的显示装置的示意剖视图。在图16中，与第二实施例相同的部件由相同的标号和符号来表示。适当地省略部件的说明。

根据本实施例的显示装置与根据第二实施的显示装置不同在于对向电极43布置在驱动基板2侧上。本实施例中的对向电极43被布置成与像素电极22的逆液晶层侧上的像素电极22相对。没有在附图中具体地示出该相对布置。像素电极22之间的距离设定得相对较大。对向电极43使电场从像素电极22之间的空间作用在液晶层6上。换言之，执行其中电场在水平方向上作用在液晶层6上的水平场模式的液晶显示。

只要是关于剖面的布置，第三实施例中的其它部件与第二实施例相同。

电容元件C1形成在检测电极44和对向电极43之间。因而，与第二实施例(图14D)相比，电容值较低。然而，可以通过增大电极宽度来补偿较大的电极空间。由于与电容元件C2的关系，可以增大灵敏度。

液晶层6调制通过液晶层6传播的光。例如，使用FFS(边缘场开关)模式、IPS(面内开关)模式等的液晶。

参照图17A和17B更详细地描述显示装置。

在图17A和17B中所示的FFS模式的液晶元件中，在形成在驱动基板2上的对向电极43上，隔着绝缘膜25布置以梳齿形状被图案化的像素电极22。定向膜26被形成为覆盖像素电极22。液晶层6保持在定向膜26和对向基板4侧上的定向膜46之间。在交叉尼科尔(cross Nichol)的状态下布置两个偏振片24和45。两个定向膜26和46的摩擦方向与两个偏振片24和45中的一个偏光板的透过轴一致。两个定向膜26和46的摩擦方向以及保护层45的透过轴的方向被设定成在规定液晶分子的旋转方向的范围内与像素电极22的延伸方向(梳齿的纵向方向)大致平行的方向。

以下说明具有这种构造的显示装置的操作。

首先，参照图17A和图17B以及图18A和图18B简要说明FFS模式的液晶元件的显示工作原理。图18A和图18B是液晶元件的主要部分剖面的放大图。在图17A和18A中示出了在未施加电场期间液晶元件的状态。在图17B和图18B中示出了在施加电场期间液晶元件的状态。

在未在对向电极43和像素电极22之间施加电压的状态下(图17A和图18A)，形成液晶层6的液晶分子61的轴与入射侧的偏振片24的透过轴正交，并与出射侧的保护层45的透过轴平行。因而，透射通过入射侧的偏振片24的入射光h在不造成液晶层6的相位差的情况下到达出射侧的保护层45，并被保护层45吸收。因而，执行黑色显示。另一方面，在电压施加在对向电极43和像素电极22之间的状态下(图17B和图18B)，通过像素电极22之间产生的水平电场E使液晶分子61的定向方向在相对于像素电极22的延伸方向倾斜的方向上转动。当定向方向转动时，对白色显示期间的场强进行优化，使得位于液晶层6的厚度方向上的中心的液晶分子61转动约45度。结果，在入射光h透射通过液晶层6的同时，在透射通过入射侧的偏振片24的入射光h中发生相位差。入射光h改变为旋转了90度的线偏振光，并透射通过出射侧的保护膜45。因而，执行白色显示。

关于触摸传感器单元，仅剖面结构的电极布置不同。基本操作与第一和第二实施例相同。具体地，通过重复Vcom交流驱动和轮换，来在列方向上驱动对向电极43。经由电压检测器DET读取此时传感器电压Vs和Vf之间的差。将读取为数值的传感器电压Vs与阈值Vt比较。以矩阵的形状检测手指接触或靠近的位置。

以与参照图7A至图7C所进行的说明类似的方式，m(在图7A至图7C中m＝7)个对向电极43被同时交流驱动。在轮换与一个写入单元对应的一个对向电极43之后，对向电极43再次被交流驱动。重复此轮换和交流驱动。因而，图6C所示的公式中的值n被降低为实际分割数量的1/m。传感器电压Vs随着值n的减小而增大。另一方面，如图7A至图7C所示，新包括在所选择的组中并由于该包括而从所选择的组中排除的单位是与一个像素线对应的一个对向电极。因而，能将S/N比和传感器检测精度维持在高水平。

交流驱动的开关频率可以等于共用驱动信号Vcom的1H反转频率。此频率是通过将商用电力供应频率(例如，60Hz)乘以列方向上的像素数量而获得极其高的频率。例如，当列方向上的像素数量是480时，此频率是28.8kHz。脉冲波形的频率是28.8Hz的一半的14.4kHz。这是不会被人的眼睛可视地识别的足够高的频率。

结果，能实现防止由于传感器电压的下降而造成的S/N比的下降和防止由于电极驱动的开关而造成图像品质的劣化这两者。

除了以上所述的效果之外，如在第二实施例中那样，由于用于Vcom驱动和传感器驱动的电极被共用，存在构造简单的优点。由于用于共用驱动信号Vcom的驱动电极和驱动电路还用作传感器驱动电极和传感器驱动电路，能节省布置空间和电力消耗。

更具体地，在其中透明电极材料(ITO)存在于对向基板侧的液晶模式(诸如Va、TN和ECB的模式)中，用于驱动的对向电极的电势需要相比TFT元件升高。因而，在TFT基板和对向电极之间需要大量的触点，并且使显示装置的结构复杂。

另一方面，在根据第三实施例的水平场模式的液晶显示装置中，不存在这种使结构复杂的因素。在这点上，该液晶限制装置也是更理想的。

本发明包括与2008年10月8日递交给日本特许厅的日本在先专利申请JP2008-261777中公开的内容相关的主题，其全部内容通过引用而结合于此。

本领域的技术人员应该理解，只要在权利要求或其等同技术方案的范围内，可以依赖于设计要求和其它因素进行各种修改、组合、子组合和替换。

Claims

1.一种接触检测装置，包括：

n个驱动电极，其沿扫描方向布置；

检测驱动扫描单元，其从所述n个驱动电极中选择连续的m(2≤m＜n)个驱动电极，同时交流驱动所选择的m个驱动电极，并重复用于在所述扫描方向上改变所述m个驱动电极的选择对象的轮换操作，使得每次执行所述轮换操作前后有共同的一个或多个驱动电极被包括在所述选择对象中；

多个检测电极，在所述多个检测电极和各个所述n个驱动电极之间形成电容器；

多个检测电路，其连接到所述多个检测电极，并在每次所述检测驱动扫描单元执行所述轮换操作时将与其对应的所述检测电极的电势与预定阈值进行比较。

2.根据权利要求1所述的接触检测装置，其中，所述多个检测电路分别以一一对应的关系连接到所述多个检测电极，并产生在与其对应的所述检测电极的电势超过所述阈值时和在所述电势没有超过所述阈值时取不同逻辑值的检测信号。

3.根据权利要求2所述的接触检测装置，还包括检测处理单元，其从所述多个检测电路接收多个所述检测信号的输入，并根据对通过所输入的所述多个检测信号的时间采样而获得的比特图进行的处理，来指明在所述比特图上比特变化区域的重心位置。

4.根据权利要求3所述的接触检测装置，其中，所述检测处理单元计算所述比特变化区域在所述扫描方向和与所述扫描方向正交的方向这两个方向中的每个方向上的平均坐标点，根据所获得的两个平均坐标点来指明所述重心位置，并从所指明的所述重心位置来判定引起所述电容器变化的检测物体的位置。

5.根据权利要求2所述的接触检测装置，还包括检测处理单元，其从所述多个检测电路接收多个所述检测信号的输入，并根据通过所输入的多个检测信号的时间采样而获得的比特图进行的处理，来计算所述比特图上比特改变区域的范围，并判定引起所述电容器变化的检测物体的尺寸。

6.根据权利要求1所述的接触检测装置，其中，所述检测驱动扫描单元以一个驱动电极设定为单位来重复所述轮换操作，使得在连续两次交流驱动中有共同的m-1个驱动电极被包括在所述选择对象中。

7.一种接触检测装置，包括：

n个驱动电极，其以固定的间隔沿扫描方向布置；

检测驱动扫描单元，其执行用于同时交流驱动在所述扫描方向上连续的m(2≤m＜n)个驱动电极的驱动操作，并在将数量小于m个的所述驱动电极在所述扫描方向上的尺寸设定为一次的轮换量的情况下，来重复用于在所述扫描方向上改变被同时驱动的所述m个驱动电极的组合的轮换操作；

8.一种显示装置，包括：

多个像素电极，其被设置用于各个像素并被平面状地布置成矩阵；

n个对向电极，其被平面状地布置成与所述像素电极相对，在扫描方向上具有比所述像素电极的阵列的间距长度大自然数倍的间距长度，并在所述扫描方向上等间隔地布置，所述扫描方向是所述像素电极的一个布置方向，

多个检测电极，在所述多个检测电极和各个所述n个对向电极之间形成电容器；

显示功能层，其根据在彼此相对的所述像素电极和所述对向电极之间施加的信号电压发挥图像显示功能；

检测驱动扫描单元，其从所述n个对向电极中选择连续的m(2≤m＜n)个对向电极，同时交流驱动所选择的m个对向电极，并重复用于在所述扫描方向上改变所述m个对向电极的选择对象的轮换操作，使得每次执行所述轮换操作前后有共同的一个或多个对向电极被包括在所述选择对象中；以及

多个检测电路，其以一一对应的关系连接到所述多个检测电极，并在每次所述检测驱动扫描单元执行所述轮换操作时将与其对应的所述检测电极的电势与预定阈值比较。

9.一种显示装置，包括：

检测驱动扫描单元，其执行用于同时交流驱动在所述扫描方向上连续的m(2≤m＜n)个对向电极的驱动操作，并在将数量小于m个的所述驱动电极在所述扫描方向上的尺寸设定为一次的轮换量的情况下，来重复用于在所述扫描方向上改变被同时驱动的所述m个驱动电极的组合的轮换操作；

10.一种接触检测方法，包括以下步骤：

从沿扫描方向布置的n个驱动电极中选择连续的m(2≤m＜n)个驱动电极；

同时交流驱动所选择的m个驱动电极，并重复用于在所述扫描方向上改变所述m个驱动电极的选择对象的轮换操作，使得每次执行所述轮换操作前后有共同的一个或多个驱动电极被包括在所述选择对象中；

在每次执行所述轮换操作时将与各个所述驱动电极的电势与预定阈值进行比较；以及

根据所获得的比较结果，来判定其中在所述n个驱动电极和各个所述检测电极之间形成的电容器的施加电压由于外部电容的影响而发生变化的变化区域的位置和尺寸中的至少一者。

11.根据权利要求10所述的接触检测方法，其中，

所述将所述电势与所述阈值进行比较的步骤包括：产生在与所述驱动电极对应的所述检测电极的电势超过所述阈值时和在所述电势没有超过所述阈值时取不同逻辑值的检测信号，并且

所述判定位置和大小中的至少一者的步骤包括：指明在通过多个所述检测信号的时间采样而获得的比特图上比特变化区域的重心位置。

12.根据权利要求11所述的接触检测方法，其中，所述判定位置和大小中的至少一者的步骤包括：计算所述比特变化区域在所述扫描方向和与所述扫描方向正交的方向这两个方向中的每个方向上的平均坐标点，根据所获得的两个平均坐标点来指明所述重心位置，并从所指明的所述重心位置来判定引起所述电容器中变化的检测物体的位置。

13.根据权利要求10所述的接触检测方法，其中，

所述判定位置和大小中的至少一者的步骤包括：计算在通过多个所述检测信号的时间采样而获得的比特图上比特变化区域的范围，并根据所获得的所述比特变化区域的范围来判定引起所述电容器中变化的检测物体的尺寸。

14.根据权利要求10所述的接触检测方法，其中，所述重复所述轮换操作的步骤包括：以一个驱动电极设定为单位来重复所述轮换操作，使得在连续两次交流驱动中有共同的m-1个驱动电极被包括在所述选择对象中。

15.一种接触检测方法，包括以下步骤：

执行用于同时交流驱动沿扫描方向布置的n个驱动电极中连续的m(2≤m＜n)个驱动电极的驱动操作，并在将数量小于m个的所述驱动电极在所述扫描方向上的尺寸设定为一次的轮换量的情况下，来重复用于在所述扫描方向上改变被同时驱动的所述m个驱动电极的组合的轮换操作；

在每次执行所述轮换操作时将各个所述驱动电极的电势与预定阈值进行比较；以及