CN101937140A - 触摸传感器、显示器和电子单元 - Google Patents

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Abstract

显示器包括：显示像素电极；公用电极；显示层；显示控制电路；触摸检测电极；和触摸检测电路，用于利用施加于公用电极作为触摸传感器驱动信号的显示用公用驱动电压，根据从触摸检测电极获得的检测信号检测外部接近物体。触摸检测电路包括：第一滤波器，允许包含在检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的基频相同的基波检测信号通过；多个第二滤波器，分别允许包含在检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的各自谐频相同的两个或更多个谐波检测信号通过；和检测部分，根据基波检测信号和谐波检测信号进行检测操作。

Description

触摸传感器、显示器和电子单元
技术领域
本发明涉及像液晶显示器那样的显示器，尤其涉及允许通过用户的手指等接触或靠近触摸传感器来将信息输入其中的电容型触摸传感器以及包括这种触摸传感器的显示器和电子单元。
背景技术
近年来，人们对在其中将所谓触摸面板的接触式检测器件(下文称为“触摸传感器”)直接安装在液晶显示器上，并在液晶显示器上显示各种按钮，以便允许通过这些按钮而不是常规按钮输入信息的显示器给予了关注。这种技术在移动设备趋向于更大的屏幕尺寸下提供了节省空间和减少组件数量的巨大优点，因为允许显示器和按钮处在公用区中。然而，在这种技术中，存在触摸传感器的安装引起液晶模块的总厚度增大的问题。尤其，在将触摸传感器应用于移动设备的情况下，在触摸传感器上用于防止刮划的保护层是必须的，因此液晶模块趋向于具有较厚的厚度，这种趋势与朝向更薄液晶模块的趋势背道而驰。
因此，例如，如日本待审专利申请公告第2008-9750号和美国专利第6057903号所述，人们提出了带有形成电容型触摸传感器的触摸传感器的液晶显示元件，以便减小液晶显示元件的厚度。在这种情况下，将触摸传感器的导电膜安排在液晶显示元件的观察侧衬底与安排在观察侧衬底的外表面上观察侧偏振片之间，并且在触摸传感器的导电膜与偏振片的外表面之间形成将偏振片的外表面作为触摸表面的电容型触摸传感器。此外，例如，如PCT国际申请的已公布日本译文第S56-500230号所述，人们提出了带有内置触摸传感器的显示器。
发明内容
然而，在公开在日本待审专利申请公告第2008-9750号和美国专利第6057903号中的带触摸传感器液晶显示元件中，原则上，触摸传感器的导电膜必须具有与用户相同的电位，并且用户必须适当地接地。因此，除了从插座获取电力的固定电视机之外，实际上难以将带触摸传感器的液晶显示元件应用于移动设备。此外，在上述技术中，触摸传感器的导电膜必须非常靠近用户的手指，因此安排触摸传感器的导电膜的位置受到限制，例如，不允许深入地将触摸传感器的导电膜安排在液晶显示元件中。也就是说，设计的灵活度低。此外，在上述技术中，由于这种配置，必须与液晶显示元件的显示驱动电路部分分开地安排包括触摸传感器驱动部分或坐标检测部分的电路部分，因此难以集成整个装置的电路。
因此，人们考虑除了原来为施加显示驱动电压而安排的公用电极之外，还在显示器(带有具有新配置的电容型触摸传感器的显示器)中安排在触摸检测电极与公用电极之间形成电容的触摸检测电极。这是因为电容随物体接触还是靠近触摸检测电极而变，因此当将通过显示控制电路施加于公用电极的显示驱动电压用作(兼作)触摸传感器驱动信号时，从触摸检测电极中获得响应电容变化的检测信号。然后，当将检测信号输入预定触摸检测电路中时，无论物体接触还是靠近触摸检测电极都是可检测的。此外，通过这种技术，可获得可应用于其用户往往具有不稳定电位的移动设备的带触摸传感器显示器。此外，可获得在按照显示功能层类型的设计中具有高灵活度的带触摸传感器显示器，并且显示器的电路和传感器的电路可以容易地集成到一个电路衬底中，因此具有电路易于集成的优点。
在包括日本待审专利申请公告第2008-9750号、美国专利第6057903号以及PCT国际申请的已公布日本译文第S56-500230号中的触摸传感器和具有上述新配置的触摸传感器的电容型触摸传感器中，考虑到触摸传感器用在不同环境中的情况，人们希望消除(降低)外部环境引起的噪声(外部噪声或干扰噪声)并稳定地检测物体(提高物体检测精度)。这是因为，外部噪声通过接触(或靠近)触摸传感器的导电检测物体使来自外部的电场发生变化，从而使位置检测失灵。例如，在用户用他的手指触摸触摸面板的情况下，用户起拾取围绕用户的电磁波的天线的作用，然后将电磁波发送给检测电极而引起检测错误。
因此，例如，美国专利公告第2007/0257890号公开了具有在外部噪声难以与检测信号区分开的情况下，通过改变检测驱动信号的频率(驱动频率)防止外部噪声影响的技术的电容型触摸传感器。
然而，在这种技术中，要事先准备多个用于检测的驱动频率，并且视外部噪声的状态而进行多个驱动频率的切换，因此存在因为使用了多个驱动频率，所以使电路配置复杂化的问题。
此外，在带有具有上述新配置的电容型触摸传感器的显示器中，如上所述，也将施加于公用电极的显示驱动电压用作(兼作)触摸传感器驱动信号。因此，显示驱动电压的信号频率通常是固定的，因此与上述技术不同，认为难以视外部噪声的状态而进行多个驱动频率的切换。
如上所述，在电容型触摸传感器中，难以使用与外部环境无关的简单配置稳定地检测物体，因此存在改进的余地。
人们希望提供允许使用与外部环境无关的简单配置稳定地检测物体的电容型触摸传感器以及包括这样触摸传感器的显示器和电子单元。
按照本发明的实施例，提供了包括如下的显示器：多个显示像素电极；安排成面对所述显示像素电极的多个公用电极；显示层；显示控制电路，用于根据图像信号进行图像显示控制，以便在所述显示像素电极与所述公用电极之间施加显示用电压激活显示层；多个触摸检测电极，面对所述公用电极或每个都与每个所述公用电极并排排列，以便在每个所述触摸检测电极与每个所述公用电极之间形成电容；和触摸检测电路，用于利用所述显示控制电路施加于所述公用电极作为触摸传感器驱动信号的显示用公用驱动电压，根据从所述触摸检测电极获得的检测信号检测外部接近物体。此外，所述触摸检测电路包括：第一滤波器，允许包含在检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的基频相同的基波检测信号通过；多个第二滤波器，分别允许包含在检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的各自谐频相同的两个或更多个谐波检测信号通过；和检测部分，根据基波检测信号和多个谐波检测信号进行检测操作。
按照本发明的实施例，提供了包括按照上述本发明实施例的显示器的电子单元。
在按照本发明实施例的显示器和电子单元中，在原来为施加显示公用电压而安排的每个公用电极与另外安排的每个触摸检测电极之间形成电容。电容随外部接近物体接触或靠近触摸检测电极而变。因此，通过显示控制电路施加于公用电极的显示用公用驱动电压也用作(兼作)触摸传感器驱动信号，从而从触摸检测电极中获得基于电容变化的检测信号。然后，当将检测信号输入触摸检测电路中时，检测外部接近物体(外部接近物体接触还是靠近触摸检测电极等)。在这种情况下，在触摸检测电路中，第一滤波器允许包含在上述检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的基频相同的基波检测信号通过。另一方面，多个第二滤波器分别允许包含在检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的谐频相同的两个或更多个谐波检测信号通过。然后，根据已经通过滤波器的基波检测信号和多个谐波检测信号进行检测操作。从而，允许不需改变检测驱动频率(触摸传感器检测信号的频率)而利用物体检测信号(具有例如矩形波形、锯齿波形等)与外部噪声信号(具有例如正弦波形、三角波形等)之间的谐波特性(例如，生成滤波的频率、在该频率上的信号电平等)差异进行受外部噪声影响较小的检测操作。
按照本发明的实施例，提供了包括如下的触摸传感器：多个触摸驱动电路；多个触摸检测电极，面对所述触摸驱动电极或每个都与每个所述触摸驱动电极并排排列，以便在每个所述触摸检测电极与每个所述触摸驱动电极之间形成电容；和触摸检测电路，用于通过将触摸传感器驱动信号施加于所述触摸驱动电极，根据从所述触摸检测电极获得的检测信号检测外部接近物体。此外，所述触摸检测电路包括：上述第一滤波器、上述多个第二滤波器和上述检测部分。
在按照本发明实施例的触摸传感器中，在每个触摸驱动电极与每个触摸检测电极之间形成电容。电容随外部接近物体接触或靠近触摸检测电极而变。因此，当将触摸传感器驱动信号施加于触摸驱动电极时，从触摸检测电极中获得基于电容变化的检测信号。然后，当将检测信号输入触摸检测电路中时，检测外部接近物体(外部接近物体接触还是靠近触摸检测电极等)。在触摸检测电路中，通过与按照上述本发明实施例的显示器和电子单元中的那些相同的功能，允许不用改变检测驱动频率(触摸传感器驱动信号的频率)而利用物体检测信号与外部噪声信号之间的谐波特性差异进行受外部噪声影响较小的检测操作。
在按照本发明实施例的触摸传感器、显示器和电子单元中，响应电容的变化，根据从触摸检测电极获得的检测信号检测外部接近物体，并且在检测中，根据包含在从触摸检测电极获得的检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的基频相同的基波检测信号以及包含在从触摸检测电极获得的检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的谐频相同的两个或更多个信号(多个谐波检测信号)进行检测操作，因此允许不用改变检测驱动频率而利用物体检测信号与外部噪声信号之间的谐波特性差异进行受外部噪声影响较小的检测操作。因此，允许利用与外部环境无关的简单配置进行稳定物体检测。
本发明的其它和进一步目的、特征和优点可以从如下描述中更全面地显示出来。
附图说明
图1的A和B是描述带有不用手指触摸的按照本发明的触摸传感器的显示器的工作原理的示图；
图2的A和B是描述带有用手指触摸的按照本发明的触摸传感器的显示器的工作原理的示图；
图3的A和B是描述带有按照本发明的触摸传感器的显示器的工作原理的示图，并图解了触摸传感器驱动信号和检测信号的波形的示例；
图4是图解带有按照本发明第一实施例的触摸传感器的显示器的示意性截面图；
图5是图解在图4中被图解的显示器的主要部分(公用电极和传感器检测电极)的配置示例的透视图；
图6是图解在图4中被图解的显示器中的像素配置和驱动器的特定配置的一个示例的框图；
图7是图解在图4中被图解的显示器中的像素配置和驱动器的特定配置的另一个示例的框图；
图8是图解图4中所图解的显示器中的检测电路等的配置示例的电路图；
图9是图解在图8中所图解的信号处理部分的特定配置示例的框图；
图10A、图10B和图10C是图解在图9中的多数选择部分的特定配置和多数选择部分的操作示例的示图；
图11的A、B和C是图解公用电极的行顺序操作驱动的示例的示意图；
图12的A和B部分是描述显示器中的检测操作中的干扰噪声(外部噪声)的定时波形图；
图13的A～F部分是描述按照第一实施例消除外部噪声的方法的过程的定时波形图；
图14的A和B部分是图解检测操作中的显示写入操作引起的噪声(内部噪声)与A/D转换中的取样定时之间的关系的示例的定时波形图；
图15的A～D部分是描述检测驱动信号和外部噪声的波形和频率成分的示图；
图16是带有按照本发明第二实施例的触摸传感器的显示器的示意性截面图；
图17A和图17B是图解在图16中所图解的显示器中的像素衬底的一部分的特定配置的截面图和平面图；
图18A和图18B是图解在图16中的显示器的主要部分的放大透视图；
图19A和图19B是描述图解在图16中的显示器的操作的截面图；
图20是图解带有按照第二实施例的一种变体的触摸传感器的显示器的示意性截面图；
图21是图解带有按照第二实施例的另一种变体的触摸传感器的显示器的示意性截面图；
图22是按照上述各个实施例等的显示器的应用示例1的外部透视图；
图23A和图23B是分别从应用示例2的前侧和后侧观看的外部透视图；
图24是应用示例3的外部透视图；
图25是应用示例4的外部透视图；
图26A到图26G图解了应用示例5，图26A和图26B分别是在应用示例5打开状态下的前视图和侧视图，和图26C到图26G分别是在应用示例5闭合状态下的前视图、左视图、右视图、顶视图和底视图；和
图27是图解本发明另一变体的触摸传感器的主要部分的配置的截面图。
具体实施方式
下面将参照附图详细描述优选实施例。另外，这些描述将按如下次序给出。
1.触摸检测系统的基本原理
2.第一实施例(利用分别允许检测驱动频率的基频和两个或更多个谐频通过的三个或更多个滤波器消除外部噪声的方法的示例)
3.第二实施例(横电模(transverse electric mode)液晶元件用作显示元件的示例)
4.应用示例(带有触摸传感器的显示器应用于电子单元的应用示例)
5.其它变体
触摸检测系统的基本原理
首先，参照图1到图3，下面将描述带有本发明的触摸传感器的显示器中的触摸检测系统的基本原理。触摸检测系统被具体化成电容型触摸传感器，例如，如图1中的A部分所示，该触摸检测系统具有电容元件由安排成面对面而其间有电介质D的一对电极(驱动电极E1和检测电极E2)构成的配置。这种配置被图解成图解在图1中的B部分中的等效电路。电容元件C1由驱动电极E1、检测电极E2和电介质D构成。在电容元件C1中，其一端与AC信号源(驱动信号源)S连接，而其另一端通过电阻R接地并与电压检测器(检测电路)DET连接。当将具有预定频率(例如，大约几kHz到十几kHz)的AC矩形波Sg(参照图3中的B部分)从AC信号源S施加到驱动电极E1(电容元件C1的一端)时，在检测电极E2(电容元件C1的另一端P)中出现如图3中的A部分所示的输出波形(检测信号Vdet)。另外，AC矩形波Sg对应于后面将描述的公用驱动信号Vcom。
在手指不触摸(或接近)检测电极E2的状态下，如图1所示，在电容元件C1充放电期间，有随电容元件C1的电容值而变的电流I0流过。此时电容元件C1的另一端P上的电位波形如例如图3中的A部分中的波形V0所示，电压检测器DET检测到波形V0。
另一方面，在手指触摸(或接近)检测电极E2的状态下，如图2所示，由手指形成的电容元件C2串联地加到电容元件C1中。在这种状态下，在电容元件C1和C2充放电期间，分别有电流I1和I2流过。此时电容元件C1的另一端P上的电位波形如例如图3中的A部分中的波形V1所示，电压检测器DET检测到波形V1。此时，P点上的电位是由分别流过电容元件C1和C2的电流I1和I2的值确定的分电位。因此，波形V1具有比在非接触状态下的波形V0小的值。如后所述，电压检测器DET将检测电压与预定阈电压Vth相比较，并且当检测电压等于或高于阈电压Vth时，电压检测器DET确定状态是非接触状态，而当检测电压小于阈电压Vth时，电压检测器DET确定状态是接触状态。因此，允许触摸检测。
第一实施例
AV(垂直对准型)和ECB(电控双折射型)那样的各种模式中的任何一种的液晶。
另外，将对准膜分别安排在液晶层6与像素衬底2之间和液晶层6与相对衬底4之间。此外，将入射侧偏振片(本文未示出)安排在像素衬底2的下表面上。
公用电极43和传感器检测电极44的特定配置示例
图5图解了公用电极43和相对衬底4中的传感器检测电极44的配置示例的透视图。在本例中，公用电极43被划分成在图中沿着横向延伸的多根条状电极栅(electrode pattern)(在这种情况下，为n(n是2或更大的整数)根公用电极431-43n)。通过公用电极驱动器43D将公用驱动信号Vcom依次供应给电极栅，以便如后所述地以时分方式进行行顺序扫描驱动(line-sequentialscanning drive)。另一方面，传感器检测电极44由沿着与公用电极43的电极栅延伸的方式正交的方向延伸的多根条状电极栅构成。检测信号Vdet从传感器检测电极44的每根电极栅输出，输入到图解在图6到图8等中的检测电路8中。
像素配置和驱动器的配置示例
图6和7图解了显示器1中的像素配置和各种驱动器的配置示例。在图1中，包括TFT元件和液晶元件LC的多个像素(显示像素20)以矩阵形式排列在有效显示区100中。
在图解在图6中的示例中，与栅极驱动器26D连接的栅极线26、与源极驱动器(未示出)连接的信号线(源极线)25以及与公用电极驱动器43D连接的公用电极431-43n都与显示像素20连接。如上所述，公用电极驱动器43D依次将公用驱动信号Vcom(公用驱动信号Vcom(1)-Vcom(n))供应给公用电极431-43n。公用电极驱动器43D包括例如移位寄存器43D1、COM选择部分43D2、电平移位器43D3和COM缓冲器43D4。
移位寄存器43D1是依次转移输入脉冲的逻辑电路。更具体地说，当将转移触发脉冲(开始脉冲)输入移位寄存器43D1中时，开始转移时钟脉冲。此外，在一个帧周期内多次输入开始脉冲的情况下，允许相应地重复转移。另外，作为移位寄存器43D1，可以相互独立地安排转移逻辑电路，以便分别控制多个公用电极431-43n。在这种情况下，控制电路尺寸增大了，因此如后面所述的图7所示，优选的是，在栅极驱动器和公用电极驱动器之间共享转
显示器1的配置示例
图4图解了带有按照本发明第一实施例的触摸传感器的显示器1的主要部分的截面配置。显示器1将液晶显示元件用作显示元件，并通过共同使用原来包括在液晶显示元件中的一些电极(后面所述的公用电极43)和显示驱动信号(后面所述的公用驱动信号Vcom)配置电容型触摸传感器。
如图4所示，显示器1包括像素衬底2、安排成面对像素衬底2的相对衬底4以及安排在像素衬底2与相对衬底4之间的液晶层6。
像素衬底2包括作为电路衬底的TFT衬底21以及以矩阵形式安排在TFT衬底21上的多个像素电极22。在TFT衬底21中，除了驱动每个像素电极22的显示驱动器和TFT(薄膜晶体管)(两者都未示出)之外，还形成像将图像信号供应给每个像素电极22的源极线(后面所述的源极线25)和驱动每个TFT的栅极线(后面所述的栅极线26)那样的布线。在TFT衬底21中还可以形成进行后面所述的触摸检测操作的检测电路(参照图8)。
相对衬底4包括玻璃衬底41、在玻璃衬底41的一个表面上形成的滤波器42以及在滤波器42上形成的公用电极43。滤波器42例如由包括周期性排列的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)的三种颜色的滤波层构成，并将三种颜色R、G和B的组合指定给每个显示像素(每个像素电极22)。公用电极43兼作构成进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，并对应于图1中的驱动电极E1。
公用电极43通过接触式导电柱7与TFT衬底21连接。通过接触式导电柱7将具有AC矩形波形的公用驱动信号Vcom从TFT衬底21施加到公用电极43。公用驱动信号Vcom确定具有施加于像素电极22的像素电压的每个像素的显示电压，并且公用驱动信号Vcom兼作触摸传感器驱动信号，并对应于从图1中的驱动信号源S供应的AC矩形波形Sg。换句话说，公用驱动信号Vcom的极性每隔预定间隔就反相。在该实施例中，如后所述，公用驱动信号Vcom具有固定频率(例如，基频f0＝几十kHz或更高)的矩形波形或锯齿波形。
在玻璃衬底41的另一个表面上形成传感器检测电极(触摸检测电极)44，并将偏振片45安排在传感器检测电极44上。传感器检测电极44构成触摸传感器的一部分，并对应于图1中的检测电极E2。
液晶层6按照电场状态调制经过的光，并且使用例如像TN(扭曲向列型)、移逻辑电路，更优选的是，与公用电极43的数量无关地使用单个转移逻辑电路。
COM选择部分43D2是控制是否将公用驱动信号Vcom输出到有效显示区100中的每个显示像素20的逻辑电路。换句话说，COM选择部分43D2按照有效显示区100中的位置等控制公用驱动信号Vcom的输出。此外，如后面更详细所述，当输入到COM选择部分43D2的控制脉冲可变时，可在每个水平行中随意改变公用驱动信号Vcom的输出位置，或可在经过了多个水平时段之后改变输出位置。
电平移位器43D3是将COM选择部分43D2供应的控制信号移位到足以控制公用驱动信号Vcom的电位电平的电路。
COM缓冲器43D4是依次供应公用驱动信号Vcom(公用驱动信号Vcom(1)-Vcom(n))的最终输出逻辑电路，并且包括输出缓冲电路、开关电路等。
另一方面，在图解在图7中的示例中，与栅极-公用电极驱动器40D连接的栅极线26和公用电极431-43n和与源极驱动器(未示出)连接的信号线(源极线)25都与显示像素20连接。栅极-公用电极驱动器40D通过栅极线26将栅极驱动信号供应给每个显示像素20，并将公用驱动信号Vcom(公用驱动信号Vcom(1)-Vcom(n))依次供应给公用电极431-43n。栅极-公用电极驱动器40D包括例如移位寄存器40D1、使能控制部分40D2、栅极/COM选择部分40D3、电平移位器40D4和栅极/COM缓冲器40D5。
除了栅极驱动器和公用电极驱动器共享移位寄存器40D1的使用之外，移位寄存器40D1具有与上述移位寄存器43D1相同的功能。
使能控制部分40D2利用从移位寄存器40D1转移的时钟脉冲产生通过捕获使能脉冲(enable pulse)控制栅极线26的脉冲。
栅极/COM选择部分40D3是控制是否将公用驱动信号Vcom和栅极信号VG输出到有效显示区100中的每个显示像素20的逻辑电路。换句话说，栅极/COM选择部分40D3按照有效显示区100中的位置等控制公用驱动信号Vcom的输出和栅极信号VG的输出。
电平移位器40D4是将栅极/COM选择部分40D3供应的控制信号移位到足以控制栅极信号VG和公用驱动信号Vcom的电位电平的电路。
栅极/COM缓冲器40D5是依次供应公用驱动信号Vcom(公用驱动信号Vcom(1)-Vcom(n))和栅极信号VG(栅极信号VG(1)-VG(n))的最终输出逻辑电路，并且包括输出缓冲电路、开关电路等。
另外，在图解在图7中的示例中，除了这些组件之外，还将T/G-DC/DC转换器20D安排在显示器1中。T/G-DC/DC转换器20D起T/G(定时发生器)和DC/DC转换器的作用。
驱动信号源S和检测电路8的电路配置示例
图8图解了在图1中所图解的驱动信号源S和利用作为定时发生器的定时控制部分9进行触摸检测操作的检测电路8的电路配置示例。在该图中，电容元件C11-C1n分别对应于在图解在图5中的公用电极431-43n与传感器检测电极44之间形成的(静电)电容元件。
为电容元件C11-C1n的每一个安排一个驱动信号源S。驱动信号源S包括SW控制部分11、两个开关元件12和15、两个反相(逻辑否)电路131和132以及运算放大器14。SW控制部分11控制开关元件12的ON/OFF(接通/断开)状态，从而控制电源+V与反相电路131和132之间的连接状态。反相电路131的输入端与开关元件12的一端(与面对电源+V的一侧相对的那一侧上的一端)和反相电路132的输出端连接。反相电路131的输出端与反相电路132的输入端和运算放大器14的输入端连接。从而，这些反相电路131和132起输出预定脉冲信号的振荡电路的作用。运算放大器14与两个电源+V和-V连接。响应定时控制部分9供应的定时控制信号CTL1控制开关元件15的ON/OFF状态。更具体地说，通过开关元件15，将电容元件C11-C1n每一个的一端(在面对公用电极431-43n的一侧上)与运算放大器14的输出端(在面对公用驱动信号Vcom的供应源的一侧上)或地连接。从而，将公用驱动信号Vcom从每个驱动信号源S供应给电容元件C11-C1n的每一个。
检测电路8(电压检测器DET)包括放大部分81、A/D(模拟/数字)转换部分83、信号处理部分84、帧存储器86、坐标提取部分85和上述电阻R。另外，检测电路8的输入端Tin与电容元件C11-C1n每一个的另一端(在面对传感器检测电极44的一侧上)共接。
放大部分81是放大从输入端Tin输入的检测信号Vdet的部分，并且包括用于信号放大的运算放大器811和两个电阻812和813。运算放大器811的正输入端(+)与输入端Tin连接，而运算放大器811的输出端与后面将描述的A/D转换部分83的输入端连接。电阻812的一端和电阻813的一端与运算放大器811的负输入端(-)连接，而电阻812的另一端与运算放大器811的输出端连接，并且电阻813的另一端与地连接。从而，放大部分81起非反相的放大器电路的作用。
电阻R被安排在运算放大器811的正输入端(+)侧上的连接点P与地之间。电阻R防止传感器检测电极44被浮置，以便保持稳定状态。从而，具有如下优点：在检测电路8中，防止检测信号Vdet的信号值不稳定和起伏，并允许通过电阻R将静电放电到地。
A/D转换部分83以预定定时(取样定时ts)进行由放大部分81放大的模拟检测信号Vdet的取样，将通过取样获得的检测信号Sin供应给信号处理部分84。A/D转换部分83中的取样定时ts(取样频率fs)通过定时控制部分9供应的定时控制信号CTL2来控制。另外，后面将详细描述取样定时ts(参照图14)。
信号处理部分84对通过取样获得和从A/D转换部分83输出的检测信号Sin进行预信号处理(例如，像数字消除噪声的处理或将频率信息转换成位置信息的处理那样的预信号处理)。如后详述，信号处理部分84还进行利用用于检测的公用驱动信号Vcom的已知波形(例如，矩形波或锯齿形波)和已知基频f0来消除(降低)噪声的预定操作处理。在这种情况下，这样的噪声大致划分成两种类型，即，由图像信号写入操作引起的噪声(内部噪声)和由外部环境引起的噪声(外部噪声)。另外，后面将详细描述信号处理部分84的配置(参照图9、10A、10B和图10C)。
坐标提取部分85根据从信号处理部分84输出的检测信号(消除(降低)上述内部噪声或外部噪声获得的检测信号Sout)确定物体检测结果，以便将物体检测结果输出到输出端Tout。物体检测结果包括检测传感器检测电极44是否被物体接触，并且在传感器检测电极44被物体接触的情况下，接触位置的位置坐标的结果。
另外，这样的检测电路8可以在相对衬底4上的周边区(非显示区或框架区)或在像素衬底2上的周边区中形成。然而，就通过电路集成的简化而言，更优选的是，在像素衬底2上形成检测电路8，因为可以将检测电路8与在像素衬底2上形成的用于显示控制的各种电路元件集成在一起。在这种情况下，传感器检测电极44的每根电极栅和像素衬底2的检测电路8可以通过与接触式导电柱7类似的接触式导电柱(未示出)相互连接，以便将检测信号Vdet从传感器检测电极44发送到检测电路8。
信号处理部分84的特定配置示例
图9图解了在图8中所图解的信号处理部分84的特定配置的框图。信号处理部分84包括三个带通滤波器(BPF)841A，843A和845A、三个增益运算部分841B，843B和845B以及绝对值转换部分841C，843C和845C。信号处理部分84进一步包括三个低通滤波器(LPF)841D，843D和845D、三个二进制化部分841E，843E和845E以及一个多数(majority)选择部分840。另外，图9图解了在公用驱动信号Vcom是矩形波情况下的配置示例。
BPF 841A是有选择地允许包含在通过取样获得和从A/D转换部分83输入的检测信号Sin中并且具有频率与公用驱动信号Vcom的基频f0相同的信号(检测信号S11；基波检测信号)通过的滤波器。BPF 841A对应于本发明中的“第一滤波器”的特定示例。
BPF 843A是有选择地允许包含在通过取样获得的检测信号Sin中并且具有与三倍于公用驱动信号Vcom的基频f0的频率相同的频率(谐频3f0)的信号(检测信号S13；谐波检测信号)通过的滤波器。BPF 845A是有选择地允许包含在通过取样获得的检测信号Sin中并且具有与五倍于公用驱动信号Vcom的基频f0的频率相同的频率(谐频5f0)的信号(检测信号S15；谐波检测信号)通过的滤波器。这些BPF 843A和845A对应于本发明中的“多个第二滤波器”的特定示例。
另外，在这种情况下，作为一个示例，公用驱动信号Vcom是矩形波，因此BPF 843A和845A(第二滤波器)中信号的通过频率是谐频3f0和5f0(与三倍于或更大奇数倍于f0的频率相同的频率)。另一方面，在公用驱动信号Vcom是锯齿形波的情况下，如后所述，BPF 843A和845A(第二滤波器)中信号的通过频率是谐频2f0、3f0、4f0等(与两倍于或更大整数倍于f0的频率相同的频率)。
增益运算部分841B进行将已经通过BPF 841A的检测信号S11乘以1倍(×1)增益的增益运算。换句话说，在增益运算部分841B的增益运算中，实际上不进行检测信号S11的增益放大。另一方面，增益运算部分843B和845B进行将已经通过BPF 843A和BPF 845A的检测信号S13和S15分别乘以3倍(×3)和5倍(×5)增益的增益运算。从而，进行检测信号S13和S15的增益放大。
绝对值转换部分841C，843C和845C对通过增益运算获得并从增益运算部分841B，843B和845B输出的检测信号进行相对于0(零)电压值的绝对值转换(相对于作为中心的0V对信号波形的负部取反的处理)。
LPF 841D，843D和845D对通过绝对值转换部分获得和从绝对值转换部分841C，843C和845C输出的检测信号S21，S23和S25进行预定LPF处理，以分别产生检测信号S31，S33和S35。更具体地说，LPF 841D，843D和845D有选择地只允许与要检测的物体相对应的信号的频率通过(只提取该信号的该频率)。另外，取代这样的LPF，可以使用BPF或包络检测电路。
二进制化部分841E，843E和845E通过将检测信号S31，S33和S35与预定阈值相比较，对已经分别通过LPF 841D，843D和845D的检测信号S31，S33和S35进行二进制化处理，以便产生检测信号S41，S43和S45。
多数选择部分840利用分别从二进制化部分841E，843E和845E输出的检测信号S41，S43和S45进行预定多数规则操作，以便将用于物体检测的最终检测信号Sout输出到坐标提取部分85。更具体地说，使用和输出三个检测信号S41，S43和S45中由多数决定的检测信号(在这种情况下，检测信号S41，S43和S45的两个或更多个具有相同值)作为检测信号Sout。在这种情况下，多数选择部分840和上述坐标提取部分85对应于本发明中的“检测部分”的特定示例。
图10A，图10B和图10C图解了多数选择部分840的特定配置和操作，并且图10A，图10B和图10C分别图解了多数选择部分840的逻辑电路的配置、逻辑电路中的真值表以及指示逻辑电路中的操作结果的波形图。另外，在这些图中，作为输入信号的检测信号S41，S43和S45分别是信号A，B和C，而作为输出信号的检测信号Sout是信号O。
如图10A所示，多数选择部分840包括两个OR(逻辑或)电路840A和840D以及两个AND(逻辑与)电路840B和840C。信号B和C分别输入到OR电路840A和AND电路840B每一个的两个端子。信号A和来自OR电路840A的输出信号分别输入AND电路840C的两个输入端中。来自AND电路840B的输出信号和来自AND电路840C的输出信号分别输入OR电路840D的两个输入端中。然后，来自OR电路840D的输出信号是信号O(检测信号Sout)。因此，从图10B和图10C中可明显看出，在通过多数决定逻辑“1”的情况和通过多数决定逻辑“0”的情况下，使用相同电路配置，以便使电路易于构成。
显示器1的功能和效果
接着，下面描述按照本实施例的显示器1的功能和效果。
1.基本操作
在显示器1中，像素衬底2的显示驱动器(像公用电极驱动器43D那样)将公用驱动信号Vcom行顺序地供应给公用电极43的电极栅(公用电极431-43n)。显示驱动器还通过源极线25将像素信号(图像信号)供应给像素电极22，并与像素信号的供应同步地通过栅极线26行顺序地控制像素电极22的TFT的开关。从而，将由公用驱动信号Vcom和每个图像信号确定的沿着纵向(与衬底垂直的方向)的电场施加于每个显示像素20中的液晶层6，以调制液晶状态。因此，进行通过所谓反相驱动的显示。
另一方面，在相对衬底4中，分别在公用电极43的电极栅与传感器检测电极44的电极栅的交叉处形成电容元件C1(电容元件C11-C1n)。在这种情况下，例如，如图5中的箭头(扫描方向)所示，当以时分方式依次将公用驱动信号Vcom施加于公用电极43的电极栅时，使一行中在公用电极43的施加了公用驱动信号Vcom的电极栅与传感器检测电极44的电极栅的交叉处形成的电容元件C11-C1n充电和放电。其结果是，从传感器检测电极44的每根电极栅输出幅度随电容元件C1的电容值而变的检测信号Vdet。在用户的手指未触摸相对衬底4的表面的情况下，检测信号Vdet的幅度基本上是常数。按照通过公用驱动信号Vcom的扫描行顺序移动经受充放电的电容元件C1所在的行。
另外，在以例如如图11中的A、B和C部分所示这样的方式行顺序驱动公用电极的电极栅的情况下，优选的是，对公用电极43的一些电极栅集体进行行顺序驱动操作。更具体地说，由一些电极栅构成的驱动行L包括由多根电极栅构成的检测驱动行L1和由一根或多根(在这种情况下为一根)电极栅构成的显示驱动行L2。从而，可防止由刮痕或与公用电极43的电极栅的形状相对应的斑点引起的图像质量的变差。
在这种情况下，当用户的手指触摸相对衬底4的表面位置时，由手指引起的电容元件C2与原来在触摸位置中形成的电容元件C1相加。其结果是，扫描触摸位置时(即，当将公用驱动信号Vcom施加于公用电极43的电极栅中与该触摸位置相对应的电极栅时)检测信号Vdet的值小于扫描其它位置时的检测信号Vdet的值。检测电路8(参照图8)将检测信号Vdet与阈电压Vth相比较，在检测信号Vdet小于阈电压Vth的情况下，检测电路8将该位置确定为触摸位置。允许根据施加公用驱动信号Vcom的定时和检测小于阈电压Vth的检测信号Vdet的定时确定触摸位置。
因此，在带有按照本实施例的触摸传感器的显示器1中，原来包括在液晶显示元件中的公用电极43兼作由驱动电极和检测电极构成的一对触摸传感器电极之一。此外，作为显示驱动信号的公用驱动信号Vcom兼作触摸传感器驱动信号。从而，在电容型触摸传感器中，另外只安排了传感器检测电极44，而不必另外准备触摸传感器驱动信号。因此，带有触摸传感器的显示器1的配置简单。此外，组件的数量减少，显示器1的厚度也变薄，因此允许将显示器1安装在薄电子单元中。
此外，在带有现有技术(参照日本待审专利申请公告第2008-9750号)下的触摸传感器的显示器中，精确地测量流过传感器的电流的幅度，并通过模拟操作，根据测量值确定触摸位置。另一方面，在按照本实施例的显示器1中，只需数字地检测电流存在与否是否取决于触摸传感器检测电极44的相对变化(电位变化)，因此允许利用简单检测电路配置提高检测精度。此外，在原来为施加公用驱动信号Vcom而安排的公用电极43与另外安排的传感器检测电极44之间形成电容，并利用电容随用户手指触摸的变化进行触摸检测。因此，显示器1可应用于其用户往往具有不稳定电位的移动设备。
而且，传感器检测电极44被划分成多根电极栅，并以时分方式分别驱动电极栅，因此可检测触摸位置。
2.特征部分的功能：使用噪声消除处理的检测操作
接着，参照图12-15，下面将详细描述作为本发明的特征部分之一的使用噪声消除处理的检测操作。
首先，例如，如图12中的A部分所示，在用户手指触摸的范围(检测时段Δt1)内，如上所述，检测信号Vdet的值因原来形成的电容元件C1和手指形成的电容元件C2的电容耦合而小于其它位置中的值。另一方面，例如，像来自反相器荧光灯的光那样的外部环境引起的外部噪声(干扰噪声)通过手指施加于传感器检测电极44，例如，使检测信号Vdet如图12中的B部分所示那样变化。换句话说，在检测时段Δt1内，外部噪声Sn的波形重叠在图解在图12的A部分中的检测信号Vdet的波形上。在使用具有在其上重叠了这样的外部噪声Sn的波形的检测信号Vdet的情况下，难以马上检测物体。
2-1.整个噪声消除处理的过程
在本实施例中，在检测电路8中的信号处理部分84和坐标提取部分85中，例如，如图13-15所示，进行没有(或较少)受上述外部噪声(和内部噪声)影响的物体检测。
图13利用定时波形图图解了消除(降低)这样外部噪声的方法的过程。在该图中，A、B、C、E和F部分分别图解了取样前后的检测信号Vdet和Sin、检测信号S11，S13和S15、检测信号S21，S23和S25、检测信号S31，S33和S35、检测信号S41，S43和S45以及检测信号Sout(有关每个检测信号的细节请参照图9)。
首先，检测电路8中的A/D转换部分83以预定取样定时ts取样在放大部分81中放大的模拟检测信号Vdet，并将通过取样获得的检测信号Sin供应给信号处理部分84。此时，例如，如图14中的A和B部分所示，在实际检测信号Vdet的波形中生成由图像显示控制中图像信号的写入操作引起的内部噪声，并发生随图像信号灰度级的波形起伏。更具体地说，当写入黑色时(参照图中的“黑色”)，包括与公用驱动信号Vcom同相的内部噪声，而当写入白色时(参照图中的“白色”)，包括与公用驱动信号Vcom反相的内部噪声。检测信号Vdet的波形在这样的内部噪声生成定时上随图像信号的灰度级起伏，因此难以将物体是否接触传感器检测电极44所引起的检测波形的变化(参考图3)与检测信号Vdet的波形的起伏区分开。
因此，在A/D转换部分83中，在除了内部噪声生成定时之外的定时(参照图中的箭头所指的取样定时ts)上，响应定时控制部分9供应的定时控制信号CTL2取样检测信号Vdet。从而，允许具有不受或少受内部噪声影响的物体检测。更具体地说，在使用与高达五倍于后面所述的公用驱动信号Vcom的基频f0的频率相同的谐频的情况下，两倍或更大倍数于谐频的取样速率是必须的，因此十倍或更大倍数于基频f0的取样速率是必须的。在这种情况下，作为一个示例，使用以与20倍于基频f0的频率相同的频率的取样定时(参照图13中的A部分和图14中的B部分)。
接着，在信号处理部分84中，BPF 841A有选择地允许包含在通过这样的取样获得的检测信号Sin中并且具有矩形波形的公用驱动信号Vcom的基频f0的信号(检测信号S11)通过。另一方面，BPF 843A有选择地允许包含在检测信号Sin中并且具有与三倍于基频f0的频率相同的频率(谐频3f0)的检测信号S13通过。此外，BPF 843B有选择地允许包含在检测信号Sin中并且具有与五倍于基频f0的频率相同的频率(谐频5f0)的检测信号S15通过(参见图13中的B部分)。此时，在基频f0和谐频3f0和5f0中至多一个与外部噪声Sn或其重叠噪声的频率匹配的情况下，匹配的检测信号(检测信号S11，S13和S15之一)的波形变形。
接着，增益运算部分841B、843B和845B进行将已经通过BPF 841A、843A和845A的检测信号S11，S13和S15分别乘以1(×1)、3(×3)和5(×5)因子的增益运算。从而，对检测信号S13和S15进行增益放大。
接着，绝对值转换部分841C，843C和845C对通过增益运算获得和从增益运算部分841B，843B和845B输出的检测信号进行相对于0(零)电压值的绝对值转换(相对于作为中心的0V对信号波形的负部取反的处理)。从而，产生检测信号S21，S23和S25(参照图13中的C部分)。
然后，LPF 841D，843D和845D对通过绝对值转换获得的检测信号S21，S23和S25进行有选择地只允许与要检测的物体相对应的信号的频率通过(有选择地提取该频率)的LPF处理。从而，产生检测信号S31，S33和S35(参照图13中的D部分)。
接着，二进制化部分841E，843E和845E通过将检测信号S31，S33和S35与预定阈值TH相比较，对分别通过LPF 841D，843D和845D的检测信号S31，S33和S35进行二进制化处理。从而，产生检测信号S41，S43和S45(参照图13中的E部分)。此时，如上所述，在基频f0、谐频3f0和5f0中至多一个与外部噪声Sn或其重叠噪声的频率匹配的情况下，匹配的检测信号(在这种情况下，为检测信号S41，S43和S45之一)的波形变形。
接着，多数选择部分840利用检测信号S41，S43和S45进行预定多数规则操作，以便将用于物体检测的最终检测信号Sout输出到坐标提取部分85。更具体地说，将三个检测信号S41，S43和S45中由多数决定的检测信号(在这种情况下，检测信号S41，S43和S45的两个或更多个具有相同值)用作检测信号Sout加以输出(参照图13中的F部分)。在这种情况下，进行这样的多数规则操作，并由于如下原因，将由多数决定的检测信号用作物体检测的最终检测信号Sout。如上所述，这是因为当基频f0和谐频3f0和5f0中至多一个与外部噪声Sn或其重叠噪声的频率匹配时，检测信号的波形可能因外部噪声Sn的影响而变形。因此，当将由多数决定的检测信号用作物体检测的最终检测信号Sout时，使这样外部噪声Sn的影响得到消除(降低)。
然后，在坐标提取部分85中，根据以这样的方式确定的检测信号Sout(通过消除(降低)内部噪声或外部噪声获得的检测信号Sout)确定物体检测结果，以便从输出端Tout输出。因此，完成了该实施例中不受(或少受)外部噪声(和内部噪声)影响的物体检测。
2-2.噪声消除处理中的特性函数
现在，参照图15，下面将详细描述上述噪声消除处理中的特性函数。图15图解了作为检测驱动信号的公用驱动信号Vcom和外部噪声Sn的波形示例(图15中的A到D部分)以及它们的频率成分(图15中的E到H部分中)。
首先，在该实施例中，作为公用驱动信号Vcom，即，检测驱动信号，例如，基频f0的谐波成分(谐频和它的信号电平)使用像矩形波(参照图15中的A部分)或锯齿形波(参照图15中的B部分)那样的已知波形。
更具体地说，如图15中的A和E部分所示，在矩形波用作公用驱动信号Vcom(基频f0)的情况下，矩形波的谐波具有与奇数倍于基频f0的频率相同的频率f0，3f0，5f0，7f0，...。然后，在基频f0的信号电平是V0的情况下，谐波的信号电平随频率3f0，5f0，7f0，...衰减成(1/3)V0，(1/5)V0，(1/7)V0，...。
如图15中的B和F部分所示，在锯齿形波用作公用驱动信号Vcom(基频f0)的情况下，锯齿形波的谐波具有与整数倍于基频f0的频率相同的频率f0，2f0，3f0，4f0，5f0，6f0，7f0，...。然后，在基频f0的信号电平是V0的情况下，谐波的信号电平随频率2f0，3f0，4f0，...衰减成(1/2)V0，(1/3)V0，(1/4)V0，...。
另一方面，一般说来，外部噪声Sn具有与矩形波或锯齿形波不同的波形。换句话说，首先，例如，在具有几十kHz或更高的基频f0的信号用在公用驱动信号Vcom，即，检测驱动信号中的情况下，反相器荧光灯的工作频率近似等于基频f0。然后，由反相器荧光灯引起的外部噪声Sn的波形不是用作公用驱动信号Vcom的矩形波或锯齿形波，而是正弦波或三角形波。在这种情况下，检测信号Vdet具有通过调制作为检测驱动信号的公用驱动信号Vcom的波形的振幅或频率形成的波形。另外，这样的正弦波或三角形波具有简单波形，但是，由反相器荧光灯引起的外部噪声Sn可能具有高于检测信号Vdet的强度，从而使物体检测失败。
如图15中的C和G部分所示，在外部噪声Sn(基频f0)是正弦波的情况下，正弦波不包括谐波，只包括具有基频f0的基波。另一方面，如图15中的D和H部分所示，在外部噪声Sn(基频f0)是三角形波的情况下，与图解在图15中的A部分中的矩形波的情况一样，三角形波的谐波具有与奇数倍于基频f0的频率相同的频率f0，3f0，5f0，7f0，...。然而，在基频f0的信号电平是V0的情况下，三角形波的谐波的信号电平与矩形波的情况相比，随频率3f0，5f0，7f0，...迅速衰减至(1/9)V0，(1/25)V0，(1/49)V0，...。
因此，在使用利用矩形波或锯齿形波的公用驱动信号Vcom的情况下，检测信号Vdet包括公用驱动信号Vcom的基频f0的大量谐波(参照图15中的A、B、E和F部分)。另一方面，在由正弦波或三角形波构成的外部噪声Sn中，即使外部噪声Sn或其重叠噪声的频率与公用驱动信号Vcom的基频f0匹配，也只包括基频f0的很少的谐波(参照图15中的C、D、G和H部分)。
从而，即使如上所述，外部噪声Sn或其重叠噪声的频率与公用驱动信号Vcom的基频f0匹配，也允许通过利用谐波特性的差异进行物体检测，将检测信号Vdet与外部噪声Sn区分开。换句话说，如上所述，基频f0和谐频3f0和5f0中至多一个(在许多情况下，一个也没有)与外部噪声Sn或其重叠噪声的频率匹配。因此，如上所述，将由多数决定的检测信号用作物体检测的最终检测信号Sout，从而使外部噪声Sn的影响得到消除(降低)。
因此，在本实施例中的物体检测技术中，利用检测信号Vdet(具有，例如，与公用驱动信号Vcom的波形相对应的矩形波形、锯齿波形等)与外部噪声Sn(具有例如正弦波形、三角波形等)之间谐波特性(例如，生成谐波的频率、该频率的信号电平等)的差异进行物体检测。从而，允许不用改变检测驱动频率(公用驱动信号Vcom的基频f0)进行受外部噪声的影响较小的检测操作。
如上所述，在本实施例中，根据随电容的变化而变的从传感器检测电极44获得的检测信号Vdet检测物体接触(附近)的位置，并且在该检测中，根据从传感器检测电极44获得的检测信号Vdet(Sin)当中具有公用驱动信号Vcom的基频f0的一个信号(检测信号S11)和公用驱动信号Vcom的谐波3f0和5f0的两个信号(检测信号S13和S15)进行检测操作，因此允许利用检测信号Vdet与外部噪声Sn之间谐波特性的差异，而不用改变检测驱动频率(基频f0)，来进行受外部噪声的影响较小的检测操作。因此，允许利用与外部环境无关的简单配置进行稳定物体检测。
更具体地说，在矩形波用作公用驱动信号Vcom的情况下，作为BPF 843A和BPF 845A中信号的通过频率，使用公用驱动信号Vcom的谐频3f0和5f0(与三倍于或更大奇数倍于基频f0的频率相同)，因此可达到上述效果。此外，在矩形波用作公用驱动信号Vcom的情况下，具有允许相对容易地产生波形的优点。
此外，在锯齿形波用作公用驱动信号Vcom的情况下，作为BPF 843A和BPF 845A中信号的通过频率，使用公用驱动信号Vcom的谐频2f0、4f0等(与两倍于或更大整数倍于基频f0的频率相同)，因此可达到上述效果。此外，在锯齿形波用作公用驱动信号Vcom的情况下，具有允许更精确地将检测信号Vdet与外部噪声区分开的优点。
第二实施例
接着，下面将描述本发明的第二实施例。该实施例与上述第一实施例的不同之处在于，将横电模液晶元件用作显示元件。
显示器1B的配置示例
图16图解了带有按照本实施例的触摸传感器的显示器1B的主要部分的截面图。图17A和图17B分别图解了显示器1B中的像素衬底(后面将描述的像素衬底2B)的特定配置的截面图和平面图。图18图解了显示器1B的透视图。另外，在这些图中，相同组件像在上述第一实施例中的图4等的那样用相同标号表示，并不再作进一步描述。
按照本实施例的显示器1B包括像素衬底2B、安排成面对像素衬底2B的相对衬底4B以及安排在像素衬底2B与相对衬底4B之间的液晶层6。
像素衬底2B包括TFT衬底21、安排在TFT衬底21上的公用电极43和以矩阵形式安排在公用电极43上的多个像素电极22，在公用电极43和像素电极22间有绝缘层23。在TFT衬底21中，除了驱动每个像素电极22的显示驱动器和TFT(两者都未示出)之外，还形成像将图像信号供应给每个像素电极22的信号线(源极线)25和驱动每个TFT的栅极线26那样的布线(参照图17)。在TFT衬底21中还形成进行触摸检测操作的检测电路8(参照图8)。公用电极43兼作构成进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，并对应于图1中的驱动电极E1。
相对衬底4B包括玻璃衬底41以及在玻璃衬底41的一个表面上形成的色彩滤波器42。在玻璃衬底41的另一个表面上形成传感器检测电极44，并将偏振片45安排在传感器检测电极44上。传感器检测电极44构成触摸传感器的一部分，并对应于图1中的检测电极E2。如图5所示，传感器检测电极44被划分成多根电极栅。可以通过薄膜工艺直接或间接地在相对衬底4B上形成传感器检测电极44。在这种情况下，可以在膜基(未示出)上形成传感器检测电极44，并且可以将形成传感器检测电极44的膜基与相对衬底4B的表面结合在一起。在这种情况下，可以将膜基与偏振片的上表面结合在一起，而不是在玻璃与偏振片之间，并且可以在构成偏振片的膜中形成。
将具有AC矩形波形的公用驱动信号Vcom从TFT衬底21施加于公用电极43。公用驱动信号Vcom确定具有施加于像素电极22的像素电压的每个像素的显示电压，并且公用驱动信号Vcom兼作触摸传感器驱动信号，并对应于从图1中的驱动信号源S供应的AC矩形波形Sg。
液晶层6响应电场状态调制通过的光，并且使用例如像FFS(边缘场开关)模式或IPS(共面开关)模式那样的横电模液晶。
例如，像素衬底2B中的公用电极43和相对衬底4B中的传感器检测电极44的配置与图解在图5中的那些相同，并且两者都由延伸成彼此相交的多根电极栅构成。
现在，参照图18给出更具体描述。在本文图解的FFS模式液晶元件中，将模样做成梳齿状的像素电极22安排在在像素衬底2B上形成的公用电极43上，其间存在绝缘层23，并且形成对准膜27，以便覆盖在像素电极22上。液晶层6夹在对准膜27与处在面对相对衬底4B的一侧上的对准膜46之间。两个偏振片24和45被安排在交叉尼科尔(Nicols)状态下。两个对准膜27和46的摩擦方向(rubbing direction)与两个偏振片24和45的透射轴之一一致。在图18中，图解了摩擦方向与出射侧上的偏振片45的透射轴一致的情况。此外，两个对准膜27和46的摩擦方向和偏振片45的透射轴的方向被设置成基本上与规定液晶分子旋转的方向的范围内像素电极22延伸(沿着梳齿的纵向)的方向平行。
显示器1B的功能和效果
接着，下面描述按照本实施例的显示器1B的功能和效果。
首先，参照图18A、18B、19A和图19B，下面将简要描述FFS模式液晶元件的显示工作原理。这里，图19A和图19B图解了液晶元件的主要部分的放大截面图。在这些图中，图18A和图19A以及18B和图19B分别指示未施加电场时液晶元件的状态以及施加电场时液晶元件的状态。
在未将电压施加于公用电极43与像素电极22之间的状态下(参照图18A和图19A)，构成液晶层6的液晶分子61的轴与入射侧上的偏振片24的透射轴正交，并与出射侧上的偏振片45的透射轴平行。因此，已经经过入射侧上的偏振片24的入射光h在液晶层6中未造成相差的情况下到达出射侧上的偏振片45，然后，入射光h在偏振片45中被吸收，因此显示黑色。另一方面，在将电压施加于公用电极43与像素电极22之间的状态下(参照图18B和图19B)，液晶分子61的对准方向依靠像素电极之间生成的横电场E从像素电极22延伸的方向沿着对角线方向旋转。此时，优化白色显示中的电场强度，以便使位于中心的液晶分子61沿着液晶层6的厚度方向旋转大约45°。从而，在经过入射侧上的偏振片24的入射光h中，在光线h经过液晶层6的同时造成相差，从而使光线h转变成旋转了90°的线偏振光，并穿过出射侧上的偏振片45，因此显示白色。
接着，下面将描述显示器1B中的显示控制操作和触摸检测操作。这些操作与上述第一实施例中的操作相同，因此不作详细描述。
像素衬底2B的显示驱动器(未示出)将公用驱动信号Vcom行顺序供应给公用电极43的电极栅。显示驱动器还通过源极线25将图像信号供应给像素电极22，并与将图像信号供应给像素电极22同步地通过栅极线26行顺序控制像素电极的TFT的开关。从而，将由公用驱动信号Vcom和每个图像信号确定的沿着横向(与衬底平行的方向)上的电场施加于每个像素中的液晶层6，以调制液晶状态。因此，进行通过所谓反相驱动的显示。
另一方面，在相对衬底4B侧，以时分方式依次将公用驱动信号Vcom施加于公用电极43的电极栅。然后，使一行中在公用电极43的电极栅与传感器检测电极44的电极栅的交叉处形成的电容元件C1(C11-C1n)充电和放电。然后，从传感器检测电极44的每根电极栅输出幅度随电容元件C1的电容值而变的检测信号Vdet。在用户的手指未触摸相对衬底4B的表面的情况下，检测信号Vdet的幅度基本上是常数。当用户的手指触摸相对衬底4B的表面上的位置时，由手指引起的电容元件C2与原来在触摸位置中形成的电容元件C1相加，其结果是，扫描触摸位置时检测信号Vdet的值小于扫描其它位置时检测信号Vdet的值。检测电路8(参照图8)将检测信号Vdet与阈电压Vth相比较，在检测信号Vdet小于阈电压Vth的情况下，将该位置确定为触摸位置。触摸位置根据施加公用驱动信号Vcom的定时和检测小于阈电压Vth的检测信号Vdet的定时来确定。
如上所述，在本实施例中，与上述第一实施例的情况一样，电容型触摸传感器被配置成原来包括在液晶显示元件中的公用电极43兼作由驱动电极和检测电极构成的一对触摸传感器电极之一，而作为显示驱动信号的公用驱动信号Vcom兼作触摸传感器驱动信号，因此在电容型触摸传感器中，只另外安排传感器检测电极44，而不必另外准备触摸传感器驱动信号。因此，带有触摸传感器的显示器1B的配置简单。
此外，在本实施例中，包括在上述第一实施例中所述的检测电路8，因此通过上述第一实施例中的相同功能可达到与上述第一实施例中的那些相同的效果。换句话说，在带有电容型触摸传感器的显示器中，允许利用与外部环境无关的简单配置进行稳定物体检测。
尤其，在本实施例中，将作为触摸传感器驱动电极的公用电极43安排在像素衬底2B侧(在TFT衬底21上)，因此可以极其容易地将公用驱动信号Vcom从TFT衬底21供应给公用电极43，并允许将必要电路、必要电极栅、必要布线等集中在像素衬底2B中，从而使电路集成。因此，将公用驱动信号Vcom从像素衬底2B供应给相对衬底4B的路径(触摸式导电柱7)是不必要的，因此进一步简化了带有触摸传感器的显示器1B的配置。
而且，如上所述，将作为触摸传感器驱动电极的公用电极43安排在像素衬底2B侧，而将源极线25和栅极线26安排在像素衬底2B上，因此在本实施例中，显示器1B具有对上述内部噪声的影响特别敏感的配置。因此，在按照本实施例的显示器1B中，认为在如图14所示消除内部噪声影响的同时，进行检测操作的优点特别大。
另外，检测电路8(参照图8)可以在相对衬底4B上的周边区(非显示区或框架区)中形成，但优选的是，在像素衬底2B上的周边区中形成检测电路8。当在像素衬底2B上形成检测电路8时，将检测电路8与原来在像素衬底2B上形成的用于显示控制的各种电路元件集成在一起。
第二实施例的变体
另外，在本实施例中，将传感器检测电极44安排在玻璃衬底41的表面(在与面对液晶层6的一侧相对的那一侧上)上，但是，可以按如下修改传感器检测电极44的安排。
例如，像图解在图20中的显示器1C的情况那样，在相对衬底4C中，可以将传感器检测电极44安排成比滤波器42更靠近液晶层6。
可替代地，像图解在图21中的显示器1D的情况那样，在相对衬底4D中，可以将传感器检测电极44安排在玻璃衬底41与滤波器42之间。在这种情况下，在横电模的情况下，当沿着纵向安排电极时，沿着纵向施加电场，使液晶分子竖起，从而使视角等大幅度恶化。因此，像显示器1D的情况那样，当其间存在像滤波器42那样的电介质地安排传感器检测电极44时，使这个问题得到极大缓解。
应用示例
接着，参照图22A到图26A至图26G，下面将描述带有在上述实施例和上述变体中所述的触摸传感器的显示器的应用示例。按照上述实施例等的显示器可应用于像电视机、数字照相机、笔记本电脑、像蜂窝式电话那样的便携式终端设备以及摄像机那样，任何领域中的电子单元。换句话说，按照上述实施例等的显示器可应用于任何领域中将从外部输入的画面信号或内部产生的画面信号显示成图像或画面的电子单元。
应用示例1
图22图解了应用按照上述各个实施例等的显示器的电视机的外观。该电视机含有例如包括前面板511和滤波玻璃512的画面显示屏部分510。画面显示屏部分510由按照上述各个实施例等的显示器构成。
应用示例2
图23A和图23B图解了应用按照上述各个实施例等的显示器的数字照相机的外观。该数字照相机含有例如用于闪光的发光部分521、显示部分522、菜单开关523以及快门按钮524。显示部分522由按照上述各个实施例等的显示器构成。
应用示例3
图24图解了应用按照上述各个实施例等的显示器的笔记本电脑的外观。该笔记本电脑含有例如主体531、用于输入字符等的操作的键盘532以及用于显示图像的显示部分533。显示部分533由按照上述各个实施例等的显示器构成。
应用示例4
图25图解了应用按照上述各个实施例等的显示器的摄像机的外观。该摄像机含有例如主体541、安排在主体541的前表面上的用于拍摄物体的透镜542、拍摄开始/停止开关543以及显示部分544。显示部分544由按照上述各个实施例等的显示器构成。
应用示例5
图26A到图26G图解了应用按照上述各个实施例等的显示器的蜂窝式电话的外观。该蜂窝式电话通过连接部分(铰链部分)730将例如顶侧机盖710和底侧机盖720相互连接形成。该蜂窝式电话含有显示器740、副显示器750、画面光源760以及照相机770。显示器740或副显示器750由按照上述各个实施例等的显示器构成。
其它变体
尽管通过参照实施例、修正示例和应用示例对本发明作了描述，但本发明不局限于此，可以作出各种各样的修改。
例如，在上述实施例等中，描述了将三个BPF、三个增益运算部分、三个绝对值转换部分、三个LPF和三个二进制化部分安排在信号处理部分84中的情况。然而，可以安排四个或更多个BPF、增益运算部分、绝对值转换部分、LPF和二进制化部分。此外，在这种情况下，当公用驱动信号Vcom是矩形波时，每个第二滤波器可以允许具有与三倍于或更多奇数倍于公用驱动信号Vcom的基频f0的频率相同的频率(谐频3f0，5f0，7f0，...)的信号通过。同样，在公用驱动信号Vcom是锯齿形波的情况下，每个第二滤波器可以允许具有与两倍于或更多整数倍于公用驱动信号Vcom的基频f0的频率相同的频率(谐频2f0，3f0，4f0，...)的信号通过。
此外，在信号处理部分84中不必安排增益运算部分和绝对值转换部分。
而且，在上述第二实施例中，作为横电模，将FFS模型液晶元件描述成一个示例，但是，可以相同方式应用IPS模式液晶。
另外，在上述实施例等中，描述了将液晶显示元件用作显示元件的显示器，但是，本发明可应用于使用任何其它显示元件，例如，有机EL(场致发光)元件的显示器。
此外，在上述实施例等中，详细描述了将触摸传感器嵌入显示器(带有触摸传感器的显示器)中的配置，但本发明不局限于此。更具体地说，本发明可广泛应用于任何其它配置，只要将触摸传感器嵌入与显示部分相对应的显示器中即可。
而且，本发明的触摸传感器不仅可用于将触摸传感器嵌入上述显示器中的情况，而且可应用于将触摸传感器安排在显示器的外部(外部触摸传感器)的情况。更具体地说，例如，可以将图解在图27中的触摸传感器安排在显示器的外部。触摸传感器10包括由例如玻璃等制成的一对绝缘衬底411和412、在衬底411和412之间形成的传感器驱动电极(触摸驱动电极)430、传感器检测电极44和绝缘层230。传感器驱动电极430形成在绝缘衬底411上，将触摸传感器驱动信号供应给传感器驱动电极430。传感器检测电极44形成在绝缘层412上，与上述实施例等的情况一样，传感器检测电极44是获取检测信号Vdet的电极。绝缘层230形成在传感器驱动电极430和传感器检测电极44之间。另外，例如，触摸传感器10的透视配置与如图5等所示的上述实施例中的那个相同。此外，例如，驱动信号源S、检测电路8和定时控制部分9的电路配置等与如图8所示的上述实施例中的那些相同。此外，在触摸传感器10中，当使用上述实施例等中的技术时，允许在消除(降低)内部噪声(在这种情况下，显示器中的画面噪声)或外部噪声影响的同时进行检测操作。
另外，在上述实施例等中所述的处理可以通过硬件或软件来执行。在通过软件进行处理的情况下，将形成软件的程序安装在通用计算机等中。这样的程序可以事先存储在安装在计算机中的记录媒体中。
本申请包含与公开在2009年6月29日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-154210中的主题有关的主题，特此通过引用并入其全部内容。
本领域的普通技术人员应该明白，视设计要求和其它因素而定，可以作出各种各样的修改、组合、部分组合和变更，它们都在所附权利要求书或其等效物的范围之内。

Claims (13)

1.一种显示器，包含：
多个显示像素电极；
安排成面对所述显示像素电极的多个公用电极；
显示层；
显示控制电路，用于根据图像信号进行图像显示控制，以便通过在所述显示像素电极与所述公用电极之间施加显示用电压激活显示层；
多个触摸检测电极，面对所述公用电极或每个都与每个所述公用电极并排排列，以便在每个所述触摸检测电极与每个所述公用电极之间形成电容；和
触摸检测电路，用于利用所述显示控制电路施加于所述公用电极作为触摸传感器驱动信号的显示用公用驱动电压，根据从所述触摸检测电极获得的检测信号检测外部接近物体，
其中，所述触摸检测电路包括：
第一滤波器，允许包含在检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的基频相同的基波检测信号通过；
多个第二滤波器，分别允许包含在检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的各自谐频相同的两个或更多个谐波检测信号通过；和
检测部分，根据基波检测信号和多个谐波检测信号进行检测操作。
2.按照权利要求1所述的显示器，其中，
所述检测部分利用基波检测信号和多个谐波检测信号进行多数规则操作，并利用通过所述多数规则操作获得的检测信号进行检测操作。
3.按照权利要求1所述的显示器，其中，
所述触摸传感器驱动信号具有矩形波形，和
每个所述第二滤波器允许具有谐频与三倍于或更多奇数倍于触摸传感器驱动信号的基频的频率相同的谐波检测信号通过。
4.按照权利要求1所述的显示器，其中，
所述触摸传感器驱动信号具有锯齿波形，和
每个所述第二滤波器允许具有谐频与两倍于或更多整数倍于触摸传感器驱动信号的基频的频率相同的谐波检测信号通过。
5.按照权利要求1所述的显示器，其中，
所述触摸检测电路包括以预定定时进行检测信号的取样并将通过取样获得的检测信号供应给所述第一滤波器和所述多个第二滤波器的A/D转换部分，和
所述A/D转换部分以除了由所述显示控制电路对图像信号的写入操作引起的内部噪声的生成定时之外的其它定时进行检测信号的取样。
6.按照权利要求1所述的显示器，其中，
所述公用电极是多根条状电极栅。
7.按照权利要求6所述的显示器，其中，
所述显示控制电路以这样的方式驱动和扫描所述公用电极，即每次驱动从所述多根电极栅选择的一组电极栅，同时依次移位该组电极栅的选择。
8.按照权利要求1所述的显示器，包含：
在其上形成所述显示控制电路的电路衬底；和
安排成面对所述电路衬底的相对衬底，
其中，所述显示像素电极被安排在所述电路衬底面对所述相对衬底的一侧上，
所述公用电极被安排在所述相对衬底面对所述电路衬底的一侧上，和
所述显示层夹在所述电路衬底的所述显示像素电极与所述相对衬底的所述公用电极之间。
9.按照权利要求8所述的显示器，其中，
所述显示层是液晶层。
10.按照权利要求1所述的显示器，包含：
在其上形成所述显示控制电路的电路衬底；和
安排成面对所述电路衬底的相对衬底，
其中，将所述公用电极和所述显示像素电极按次序叠在所述电路衬底上，而在所述公用电极和所述显示像素电极之间存在绝缘层，和
所述显示层夹在所述电路衬底的所述显示像素电极与所述相对衬底之间。
11.按照权利要求10所述的显示器，其中，
所述显示层是以横电模式进行液晶显示的液晶层。
12.一种触摸传感器，包含：
多个触摸驱动电极；
多个触摸检测电极，面对所述触摸驱动电极或每个都与每个所述触摸驱动电极并排排列，以便在每个所述触摸检测电极与每个所述触摸驱动电极之间形成电容；和
触摸检测电路，用于通过将触摸传感器驱动信号施加于所述触摸驱动电极，根据从所述触摸检测电极获得的检测信号检测外部接近物体，
其中，所述触摸检测电路：
第一滤波器，允许包含在检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的基频相同的基波检测信号通过；
多个第二滤波器，分别允许包含在检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的各自谐频相同的两个或更多个谐波检测信号通过；和
检测部分，根据基波检测信号和多个谐波检测信号进行检测操作。
13.一种含有带有触摸传感器的显示器的电子单元，包含：
多个显示像素电极；
安排成面对所述显示像素电极的多个公用电极；
显示层；
显示控制电路，用于根据图像信号进行图像显示控制，以便通过在所述显示像素电极与所述公用电极之间施加显示用电压激活显示层；
多个触摸检测电极，面对所述公用电极或每个都与每个所述公用电极并排排列，以便在每个所述触摸检测电极与每个所述公用电极之间形成电容；和
触摸检测电路，用于利用所述显示控制电路施加于所述公用电极作为触摸传感器驱动信号的显示用公用驱动电压，根据从所述触摸检测电极获得的检测信号检测外部接近物体，
其中，所述触摸检测电路包括：
第一滤波器，允许包含在检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的基频相同的基波检测信号通过；
多个第二滤波器，分别允许包含在检测信号中并且具有频率与触摸传感器驱动信号的各自谐频相同的两个或更多个谐波检测信号通过；和
检测部分，根据基波检测信号和多个谐波检测信号进行检测操作。
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