CN101937141B - 触摸传感器、显示器和电子单元 - Google Patents

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Abstract

提供了显示器、触摸传感器和电子单元。所述显示器包括：显示像素电极；公共电极；显示层；基于图像信号执行图像显示控制的显示控制电路；触摸检测电极，每个布置来在每个触摸检测电极和每个公共电极之间形成电容；以及触摸检测电路，使用由显示控制电路作为触摸传感器驱动信号施加到公共电极的用于显示的公共驱动电压，基于从触摸检测电极得到的检测信号来检测外部临近对象。触摸检测电路包括：A/D模拟-数字转换器部件，在三个或更多个不同采样频率执行从每个触摸检测电极得到的检测信号的采样，以生成三个或更多个采样检测信号，以及检测部件，基于该三个或更多个采样检测信号执行检测操作。

Description

触摸传感器、显示器和电子单元
技术领域
本发明涉及诸如液晶显示器之类的显示器，特别地，涉及通过使用户的手指等接触或靠近触摸传感器来允许将信息输入到其中的电容型触摸传感器，以及包括这样的触摸传感器的显示器和电子单元。
背景技术
最近几年，注意力集中在了如下显示器：直接将被称为触摸面板的接触检测设备(在下文中，被称为“触摸传感器”)安装在液晶显示器上，并将各种按钮显示在液晶显示器上，使得允许通过所述按钮而不是普通按钮来输入信息。在向移动设备的更大屏幕尺寸发展的趋势中，该技术提供空间节省和组件数量减小的明显优势，这是因为允许将显示器和按钮放置在公共的区域中。然而，在该技术中，存在触摸传感器的安装导致液晶模块的整个厚度增加的问题。特别地，在将触摸传感器应用于移动设备的情况下，因为需要用于防止触摸传感器上的划痕的保护层，所以液晶模块趋向于具有更大的厚度，并且该趋势与朝着更薄的液晶模块的趋势相反的方向。
因此，例如，如日本未审查专利申请公开No.2008-9750和美国专利No.6057903所描述的，提出了具有在其中形成电容型触摸传感器的触摸传感器的液晶显示元件，以减小液晶显示元件的厚度。在该情况下，在液晶显示元件的观察侧衬底和布置在观察侧衬底的外表面上的观察侧极化板之间布置触摸传感器的导电薄膜(conductive film)，以及在触摸传感器的导电薄膜和极化板的外表面之间形成将极化板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国际申请的公开的日文翻译No.S56-500230所描述的，提出了具有内置触摸传感器的显示器。
发明内容
然而，在日本未审查专利申请公开No.2008-9750和美国专利No.6057903中公开的具有触摸传感器的液晶显示元件中，原则上，需要触摸传感器的导电薄膜具有与用户相同的电势，并且用户需要恰当地接地。因此，除了来自插座(outlet)的固定电视牵引功率(drawing power)之外，实际上很难将具有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，因为触摸传感器的导电薄膜需要非常靠近用户的手指，所以限制了布置触摸传感器的导电薄膜的位置，例如，不允许将触摸传感器的导电薄膜在液晶显示元件中布置得深。也就是，设计的灵活性程度低。此外，在上述技术中，由于该配置，需要将包括触摸传感器驱动部件或坐标检测部件的电路部件与液晶显示元件的显示驱动电路部件分离地布置，所以整个装置的电路集成很难。
因此，要考虑的是，除了最初布置来施加显示驱动电压的公共(common)电极之外，在显示器(具有新颖配置的电容型触摸传感器的显示器)中布置形成触摸检测电极和公共电极之间的电容的触摸检测电极。这是因为电容取决于对象是否触摸或靠近触摸检测电极而改变，所以当将由显示控制电路施加到公共电极的显示驱动电压还用作(兼饰两角(double))触摸传感器驱动信号时，从触摸检测电极获取响应于电容改变的检测信号。然后，当将检测信号输入到预定的触摸检测电路中时，对象是否触摸或靠近触摸检测电极是可检测的。而且，通过该技术，可获得具有可应用到用户通常具有其不稳定电势的移动设备的触摸传感器的显示器。此外，可获得具有根据显示功能层的类型而具有设计高灵活度的触摸传感器的显示器，并且容易将用于显示的电路和用于传感器的电路集成到一个电路衬底中，所以存在容易的电路集成的优点。
包括日本未审查专利申请公开No.2008-9750、美国专利No.6057903和PCT国际申请的公开的日文翻译No.S56-500230中的触摸传感器的电容型触摸传感器以及具有上述新颖配置的触摸传感器中，考虑到在不同环境中使用触摸传感器的情况，希望去除(减小)由外部环境导致的噪声(外部噪声或干扰噪声)，并且稳定地检测对象(改善对象检测准确度)。这是因为外部噪声通过触摸(或靠近)触摸传感器的导电检测对象从外部引起电场改变，从而导致位置检测的故障。例如，在用户用他的手指触摸触摸面板的情况下，用户充当天线来拾取用户周围的电磁波，然后电磁波被发送到检测电极以导致检测错误。
因此，例如，美国专利申请公开No.2007/0257890公开了具有在很难从检测信号区分出外部噪声的状态中通过改变检测驱动信号的频率(驱动频率)来阻止外部噪声的影响的技术的电容型触摸传感器。
然而，在该技术中，预先准备用于检测的多个驱动频率，并取决于外部噪声的状态来执行多个驱动频率的切换，因为使用了多个驱动频率，所以存在电路配置复杂的问题。
此外，如上所述，在具有上述新颖配置的电容型触摸传感器的显示器中，施加到公共电极的显示驱动电压还用作(兼饰两角)触摸传感器驱动信号。因此，通常显示驱动电压的信号频率是固定的，所以不像上述技术，取决于外部噪声的状态来执行多个驱动频率的切换被视为是困难的。
如上所述，在电容型触摸传感器中，使用简单配置来稳定地检测对象而无论外部环境如何是困难的，所以存在改善的空间。
希望提供允许用简单配置来稳定地检测对象而无论外部环境如何的电容触摸传感器，以及包括这样的触摸传感器的显示器和电子单元。
根据本发明的实施例，提供了一种显示器，包括：布置以面向显示像素电极的多个公共电极；显示层；显示控制电路，用于通过在显示像素电极和公共电极之间施加用于显示的电压，执行基于图像信号的图像显示控制以激活显示层；多个触摸检测电极，面向公共电极，或者每个与每个公共电极并排地布置，以在每个触摸检测电极和每个公共电极之间形成电容；以及触摸检测电路，用于使用由显示控制电路作为触摸传感器驱动信号施加到公共电极的用于显示的公共驱动电压，基于从触摸检测电极得到的检测信号来检测外部临近对象。此外，触摸检测电路包括：A/D(模拟-数字)转换器部件，用于在三个或更多个不同采样频率执行从每个触摸检测电极得到的检测信号的采样，以生成三个或更多个采样检测信号，以及检测部件，用于基于该三个或更多个采样检测信号来执行检测操作。
根据本发明的实施例，提供了一种包括根据本发明实施例的上述显示器的电子单元。
在根据本发明实施例的显示器和电子单元中，在最初布置来施加显示公共电压的每个公共电极和额外布置的每个触摸检测电极之间形成电容。取决于外部临近对象是否触摸或靠近触摸检测电极，电容改变。因此，由显示控制电路施加到公共电极的显示公共电压还用作(兼饰两角)触摸传感器驱动信号，从而从触摸检测电极得到基于电容改变的检测信号。接着，当将检测信号输入到触摸检测电路中时，检测外部临近对象(外部临近对象是否触摸或靠近触摸检测电极等)。在该情况下，在触摸检测电路中，在三个或更多个不同采样频率执行从触摸检测电极得到的检测信号的采样，以生成三个或更多个采样检测信号。接着，基于该三个或更多个采样检测信号执行检测操作。从而，即使在上述检测信号的频率区域周围生成外部噪声的折叠噪声，也很容易将在采样检测信号中生成折叠噪声的频率(折叠频率)相互区分开。换言之，在该三个或更多个采样检测信号中，在多个采样检测信号中的折叠频率彼此相等情况下的外部噪声的频率限于部分频率区域(例如，在比检测信号更高频侧的部分频率区域)。因此，容易从外部噪声的折叠噪声中区分(隔离)检测信号，并且不像现有技术，允许执行具有较少外部噪声影响的检测操作而不改变检测驱动频率(触摸传感器驱动信号的频率)。
根据本发明的实施例，提供了一种触摸传感器，包括：多个触摸驱动电极；多个触摸检测电极，面向触摸驱动电极，或者每个与每个触摸驱动电极并排地布置，以在每个触摸检测电极和每个触摸驱动电极之间形成电容；以及触摸检测电路，用于通过向触摸驱动电极施加触摸传感器驱动信号，基于从触摸检测电极得到的检测信号来检测外部临近对象。此外，触摸检测电路包括上述A/D转换器部件和上述检测部件。
在根据本发明实施例的触摸传感器中，在每个触摸驱动电极和每个触摸检测电极之间形成电容。取决于外部临近对象是否触摸或靠近触摸检测电极，电容改变。因此，当向触摸驱动电极施加触摸传感器驱动信号时，从触摸检测电极得到基于电容改变的检测信号。接着，当将检测信号输入到触摸检测电路中时，检测外部临近对象(外部临近对象是否触摸或靠近触摸检测电极等)。在触摸检测电路中，通过与根据本发明的上述实施例的显示器和电子单元相同的功能，容易从外部噪声的折叠噪声中区分(隔离)检测信号，并且不像现有技术，允许执行具有较少外部噪声影响的检测操作而不改变检测驱动频率(触摸传感器驱动信号的频率)。
在根据本发明实施例的触摸传感器、显示器和电子单元中，基于响应于电容改变从触摸检测电极得到的检测信号，来检测外部临近对象，以及在检测中，通过在三个或更多个不同采样频率的检测信号的采样来生成三个或更多个采样检测信号，并基于该三个或更多个采样检测信号来执行检测操作，所以容易从外部噪声的折叠噪声中区分(隔离)检测信号，并允许执行具有较少外部噪声影响的检测操作而不改变检测驱动频率。因此，允许用简单的配置执行稳定的对象检测而无论外部环境如何。
从下面的描述中，本发明的其他和进一步目的、特征和优点将更完全地呈现。
附图说明
图1(A)和图1(B)是用于描述具有不由手指触摸的根据本发明的触摸传感器的显示器的操作原理的示意图。
图2(A)和图2(B)是用于描述具有由手指触摸的根据本发明的触摸传感器的显示器的操作原理的示意图。
图3(A)和图3(B)是用于描述具有根据本发明的触摸传感器的显示器的操作原理的示意图，并图示了触摸传感器驱动信号和检测信号的波形的例子。
图4是图示根据本发明的第一实施例的具有触摸传感器的显示器的示意性截面图。
图5是图示图4所示的显示器的主要部分(公共电极和传感器检测电极)的配置例子的透视图。
图6是图示图4所示的显示器中像素配置和驱动器的具体配置的例子的框图。
图7是图示图4所示的显示器中像素配置和驱动器的具体配置的另一例子的框图。
图8是图示图4所示的显示器中检测电路等的配置例子的电路示意图。
图9是图示图8所示的A/D转换器部件和信号处理部件的具体配置例子的框图。
图10A、图10B和图10C是图9所示的多数(majority)选择部件的具体配置和多数选择部件的操作的例子的示意图。
图11(A)、图11(B)和图11(C)是图示公共电极的行顺序操作驱动的例子的示意图。
图12(A)和图12(B)是用于描述显示器中检测操作中的干扰噪声(外部噪声)的定时波形图。
图13是用于描述外部噪声的采样频率和折叠(folding)噪声之间的关系的示意图。
图14(A)-图14(F)是用于描述根据第一实施例的去除外部噪声的方法的过程的定时波形图。
图15(A)-图15(E)是图示在检测操作中由显示写操作导致的噪声(内部噪声)和A/D转换中的采样定时之间的关系的例子的定时波形图。
图16是用于描述根据第一实施例的去除外部噪声的方法中检测信号和外部噪声的频率区域的例子的示意图。
图17是根据本发明的第二实施例的具有触摸传感器的显示器的示意性截面图。
图18A和图18B是图示图17所示的显示器中像素衬底的一部分的具体配置的截面图和平面图。
图19A和图19B是图17所示的显示器的主要部分的放大的透视图。
图20A和图20B是用于描述图17所示的显示器的操作的截面图。
图21是图示根据第二实施例的修改的具有触摸传感器的显示器的示意性截面图。
图22是图示根据第二实施例的另一修改的具有触摸传感器的显示器的示意性截面图。
图23是根据上述各个实施例等的显示器的应用例子1的外部透视图。
图24A和图24B是分别从应用例子2的前侧和后侧看的外部透视图。
图25是应用例子3的外部透视图。
图26是应用例子4的外部透视图。
图27A至图27G图示了应用例子5，图27A和图27B分别是在打开应用例子5的状态中的正视图和侧视图。以及图27C至图27G分别是在关闭应用例子5的状态中的正视图、左侧视图、右侧视图、俯视图和仰视图。
图28是图示根据本发明的另一修改的触摸传感器的主要部分的配置的截面图。
具体实施方式
下面将参考附图详细描述优选实施例。另外，将以如下顺序给出描述：
1.触摸检测系统的基本原理
2.第一实施例(使用根据三个或更多个不同采用频率的检测信号的A/D转换来去除外部噪声的方法的例子)
3.第二实施例(将横电模式液晶元件用作显示元件的例子)
4.应用例子(具有触摸传感器的显示器到电子单元的应用例子)
5.其他修改
触摸检测系统的基本原理
首先，参考图1至3，将在下面描述在具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。触摸检测系统具体体现为电容型触摸传感器，以及例如如图1中的部分A所示，触摸检测系统具有如下配置：由被布置来彼此相向的电极对(驱动电极E1和检测电极E2)以及之间的电介质D来配置电容元件。将该配置图示为图1中的部分B所示的等价电路。电容元件C1由驱动电极E1、检测电极E2和电介质D配置。在电容元件C1中，其一端与AC信号源(驱动信号源)S相连接，而其另一端P通过电阻R接地，并与电压检测器(检测电路)DET相连接。当从AC信号源S向驱动电极E1(电容元件C1的一端)施加具有预定频率(例如，大约几kHz至几十KHz)的AC方波Sg(参考图3的部分B)时，图3中的部分A所示的输出波形(检测信号Vdet)出现在检测电极E2(电容元件C1的另一端P)中。另外，AC方波Sg对应于将在之后描述的公共驱动信号Vcom。
如图1所示，在手指不触摸(或靠近)检测电极E2的状态中，根据电容元件C1的电容值的电流I0在充电和放电电容元件C1期间流动。这时，在电容元件C1的另一端P处的电势波形例如如图3中的部分A中的波形V0所示，并由电压检测器DET检测波形V0。
另一方面，如图2所示，在手指触摸(或靠近)检测电极E2的状态中，由手指形成的电容元件C2被串联添加到电容元件C1。在该状态中，电流I1和I2分别在充电和放电电容元件C1和C2期间流动。这时，在电容元件C1的另一端P处的电势波形例如如图3中的部分A中的波形V1所示，并由电压检测器DET检测波形V1。这时，点P处的电势是由分别流过电容元件C1和C2的电流I1和I2的值决定的分压(divided)电势。因此，波形V1具有比非触摸状态中的波形V0更小的值。如将在之后描述的，电压检测器DET将所检测的电压与预定的阈值电压Vth相比较，并且当所检测的电压等于或高于阈值电压Vth时，电压检测器DET确定状态是非触摸状态，以及当所检测的电压小于阈值电压时，电压检测器DET确定状态是触摸状态。从而，允许触摸检测。
第一实施例
显示器1的配置例子
图4图示了根据本发明的第一实施例的具有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，并通过共同使用最初包括在液晶显示元件中的一些电极(将在之后描述的公共电极43)和显示驱动信号(将在之后描述的公共驱动信号Vcom)来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、布置来面向像素衬底2的相向衬底(opposed substrate)4以及在像素衬底2和相向衬底4之间布置的液晶层6。
像素衬底2包括作为电路衬底的TFT衬底21和在TFT衬底21上以矩阵形式布置的多个像素电极22。在TFT衬底21中，除了用于驱动每个像素电极22的显示驱动器和TFT(薄膜晶体管)(两者未示出)之外，形成诸如用于向每个像素电极22提供图像信号的源极线(将在之后描述的源极线25)和用于驱动每个TFT的栅极线(将在之后描述的栅极线26)之类的布线。还可以在TFT衬底21中形成将在之后描述的执行触摸检测操作的检测电路(参考图8)。
相向衬底4包括：玻璃衬底41、在玻璃衬底41的一个表面上形成的滤色器42和在滤色器42上形成的公共电极43。例如，由周期性布置的包括红(R)、绿(G)和蓝(B)的三种颜色的滤色层来配置滤色器42，并将三种颜色R、G和B的组合分配到每个显示像素(每个像素电极22)。公共电极43兼饰两角作为配置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，并对应于图1中的驱动电极E1。
公共电极43通过接触传导柱7与TFT衬底21相连接。从TFT衬底21通过接触传导柱7向公共电极43施加具有AC矩形波形的公共驱动信号Vcom。公共驱动信号Vcom使用施加到像素电极22的像素电压来确定每个像素的显示电压，并且公共驱动信号Vcom兼饰两角作为触摸传感器驱动信号，并对应于从图1中的驱动信号源S提供的AC方波Sg。换言之，公共驱动信号Vcom的极性在预定间隔反转。此外，公共驱动信号Vcom是具有固定频率(例如，基频f0＝几kHz或更多)的方波(或锯齿波)。
在玻璃衬底41的另一表面上形成传感器检测电极(触摸检测电极)44，并在传感器检测电极44上布置极化板45。传感器检测电极44配置一部分的触摸传感器，并对应于图1中的检测电极E2。
液晶层6根据电场状态调制经过它的光，并使用例如诸如TN(扭曲向列型)、VA(垂直定向)和ECB(电控制双折射)之类的各种模式的任何一种的液晶。
另外，分别在液晶层6和像素衬底2之间以及液晶层6和相向衬底4之间布置定向膜(alignment film)。此外，在像素衬底2的下表面上布置入射侧极化板(未在此示出)。
公共电极43和传感器检测电极44的具体配置例子
图5图示了相向衬底4中的公共电极43和传感器检测电极44的配置例子的透视图。在例子中，将公共电极43划分为在图中的横向延伸的多个条状电极图案(在该例子中，n个公共电极431至43n(n是2或更大的整数))。通过公共电极驱动器43D将公共驱动信号Vcom顺序提供到电极图案，以按时分方式执行行顺序扫描驱动，如将在之后描述的。另一方面，由在与公共电极43的电极图案延伸的方向正交的方向上延伸的多个条状电极图案来配置传感器检测电极44。从传感器检测电极44的每个电极图案输出检测信号Vdet，以输入到图6至图8所示的检测电路8等中。
像素配置和驱动器的配置例子
图6和图7图示了显示器1中各种驱动器的像素配置和配置例子。在显示器1中，在有效显示区域100中以矩阵形式布置包括TFT元件Tr和液晶元件LC的多个像素(显示像素20)。
在图6所示的例子中，与栅极驱动器26D相连接的栅极线26、与源极驱动器(未示出)相连接的信号线(源极线)25和与公共电极驱动器43D相连接的公共电极431至43n与显示像素20相连接。如上所述，公共电极驱动器43D将公共驱动信号Vcom(公共驱动信号Vcom(1)至Vcom(n))顺序提供给公共电极431至43n。例如，公共电极驱动器43D包括：移位寄存器43D1、COM选择部件43D2、电平移动器(shifter)43D3和COM缓存器43D4。
移位寄存器43D1是用于顺序传输输入脉冲的逻辑电路。更具体地，当将传输触发脉冲(起始脉冲)输入到移位寄存器43D1中时，时钟传输开始。此外，在一个帧周期中多次输入起始脉冲的情况下，允许相应地重复传输。另外，作为移动寄存器43D1，可以相互独立地布置传输逻辑电路以分别控制多个公共电极431至43n。在该情况下，增加了控制电路尺寸，所以如将在之后描述的图7所示，优选地，在栅极驱动器和公共电极驱动器之间共享传输逻辑电路，并且更优选地，使用单一的传输逻辑电路而无论公共电极43的数量如何。
COM选择部件43D2是控制是否将公共驱动信号Vcom输出到有效显示区域100中的每个显示像素20的逻辑电路。换言之，COM选择部件43D2根据有效显示区域100中的位置等来控制公共驱动信号Vcom的输出。此外，如将在之后详细描述的，当输入到COM选择部件43D2中的控制脉冲可变时，公共驱动信号Vcom的输出位置在每条水平线中是可任意改变的，或者在经过多个水平周期之后，输出位置是可改变的。
电平移动器43D3是用于将从COM选择部件43D2提供的控制信号移动到足以控制公共驱动信号Vcom的电势电平的电路。
COM缓存器43D4是用于顺序提供公共驱动信号Vcom(公共驱动信号Vcom(1)至Vcom(n))的最后的输出逻辑电路，并包括输出缓存电路、开关电路等。
另一方面，在图7所示的例子中，与栅极公共电极驱动器40D相连接的栅极线26和公共电极431至43n以及与源极驱动器(未示出)相连接的信号线(源极线)25与显示像素20相连接。栅极公共电极驱动器40D通过栅极线26向每个显示像素20提供栅极驱动信号，并向公共电极431至43n顺序提供公共驱动信号Vcom(公共驱动信号Vcom(1)至Vcom(n))。例如，栅极公共电极驱动器40D包括：移位寄存器40D1、使能控制部件40D2、栅极/COM选择部件40D3、电平移动器40D4和栅极/COM缓存器40D5。
除了栅极驱动器和公共电极驱动器共享移位寄存器40D1的使用外，移位寄存器40D1具有与上述移位寄存器43D1相同的功能。
使能控制部件40D2通过使用从移位寄存器40D1传输的时钟脉冲捕获使能脉冲，来生成用于控制栅极线26的脉冲。
栅极/COM选择部件40D3是控制是否向有效显示区域100中的每个显示像素20输出公共驱动信号Vcom和栅极信号VG的逻辑电路。换言之，栅极/COM选择部件40D3根据有效显示区域100中的位置等来控制公共驱动信号Vcom的输出和栅极信号VG的输出。
电平移动器40D4是用于将从栅极/COM选择部件40D3提供的控制信号移动到足以控制栅极信号VG和公共驱动信号Vcom的电势电平的电路。
栅极/COM缓存器40D5是用于顺序提供公共驱动信号Vcom(公共驱动信号Vcom(1)至Vcom(n))和栅极信号VG(栅极信号VG(1)至VG(n))的最后的输出逻辑电路，并包括输出缓存电路、开关电路等。
另外，在图7所示的例子中，除了这些组件之外，在显示器1中布置T/G-DC/DC转换器20D。T/G-DC/DC转换器20D充当T/G(定时生成器)和DC/DC转换器。
驱动信号源S和检测电路8的电路配置例子
图8图示了图1所示的驱动信号源S以及与作为定时生成器的定时控制部件9一起执行触摸检测操作的检测电路8的电路配置例子。在图中，电容元件C11至C1n分别相应于在图5所示的公共电极431至43n和传感器检测电极44之间形成的(静电)电容元件。
对于每个电容元件C11至C1n布置一个驱动信号源S。驱动信号源S包括：SW控制部件11、两个开关元件12和15、两个反相器(逻辑非)电路131和132以及运算放大器14。SW控制部件11控制开关元件12的导通/断开(ON/OFF)状态，从而控制电源+V和反相器电路131和132之间的连接状态。将反向器电路131的输入端与开关元件12的一端(在与面向电源+V的一侧相对的一侧上的一端)和反向器电路132的输出端相连接。反向器电路131的输出端与反相器电路132的输入端和运算放大器14的输入端相连接。从而，这些反向器电路131和132充当输出预定脉冲信号的振荡电路。运算放大器14与两个电源+V和-V相连接。响应于从定时控制部件9提供的定时控制信号CTL1，控制开关元件15的ON/OFF状态。更具体地，通过开关元件15，每个电容元件C11至C1n的一端(在面向公共电极431至43n的一侧)与运算放大器14的输出端(在面向公共驱动信号Vcom的供应源的一侧上)相连接或者接地。从而，从每个驱动信号源S向每个电容元件C11至C1n提供公共驱动信号Vcom。
检测电路8(电压检测器DET)包括：放大部件81、A/D(模拟/数字)转换器部件83、信号处理部件84、帧存储器86、坐标提取部件85和上述的电阻R。另外，将检测电路8的输入端Tin共同连接到每个电容元件C11至C1n的另一端(面向传感器检测电极44的一侧上)。
放大部件81是放大从输入端Tin输入的检测信号Vdet的部件，并包括用于信号放大的运算放大器811以及两个电阻812和813。运算放大器811的正输入端(+)与输入端Tin相连接，以及运算放大器811的输出端与将在之后描述的A/D转换器部件83的输入端相连接。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(-)相连接，以及电阻812的另一端与运算放大器811的输出端相连接，并且电阻813的另一端接地。从而，放大部件81充当非反相放大器电路。
在运算放大器811的正输入端(+)侧上的连接点P和地之间布置电阻R。电阻R阻止传感器检测电极44浮动以保持稳定状态。从而，存在如下优点：在检测电路8中，防止检测信号Vdet的信号值不稳定和波动，并且允许将静电通过电阻R放电到地。
A/D转换器部件83在预定定时(采样定时ts)执行由放大部件81放大的模拟检测信号Vdet的采样，以将通过采样得到的检测信号Sin(采样检测信号)提供给信号处理部件84。更具体地，如将在之后详细描述的，在三个或更多个(在该情况下，三个)不同采样频率fs采样检测信号Vdet，以生成三个或更多个(在该情况下，三个)采样检测信号Sin4、Sin5和Sin6。此外，由从定时控制部件9提供的定时控制信号CTL2(CTL24、CTL25、CTL26)来控制A/D转换器部件83中的采样定时ts(采样频率fs)。另外，将在之后详细描述采样定时ts(参考图13、图15和图16)。
信号处理部件84关于通过采样得到并从A/D转换器部件83输出的检测信号Sin(Sin4、Sin5和Sin6)执行预定的信号处理(例如，诸如数字地去除噪声的处理或将频率信息转换为位置信息的处理之类的信号处理)。信号处理部件84还利用在检测信号Sin4、Sin5和Sin6中生成(下面的外部噪声的)折叠频率的频率(折叠频率fi)容易相互区分的事实，关于每个检测信号Sin4、Sin5和Sin6执行用于去除(减小)噪声的预定操作处理。在该情况下，广义地将这样的噪声分为两种，也就是，由图像信号写操作导致的噪声(内部噪声)和由外部环境导致的噪声(外部噪声)。另外，将在之后详细描述信号处理部件84的配置(参考图9、图10A、图10B和图10C)。
坐标提取部件85基于从信号处理部件84输出的检测信号(通过去除(减小)上述内部噪声或外部噪声得到的检测信号Sout)来确定对象检测结果，以将对象检测结果输出给输出端Tout。对象检测结果包括对象是否触摸传感器检测电极44的结果，以及在对象触摸传感器检测电极44的情况下触摸位置的位置坐标。
另外，可以在相向衬底4上的外围区域(非显示区域或框架区域)或者像素衬底2上的外围区域中形成这样的检测电路8。然而，在电路集成的简单性方面，更优选的是在像素衬底2上形成检测电路8，这是因为与在像素衬底2上形成的用于显示控制的各种电路元件一起集成检测电路8。在该情况下，可以通过类似于接触导电柱7的接触导电柱(未示出)来将传感器检测电极44的每个电极图案和像素衬底2的检测电路8彼此相连接，以将检测信号Vdet从传感器检测电极44发送到检测电路8。
A/D转换器部件83和信号处理部件84的具体配置例子
图9图示了图8所示的A/D转换器部件83和信号处理部件84的具体配置的框图。A/D转换器部件83包括三个采样部件834、835和836。信号处理部件84包括三个带通滤波器(BPF)844A、845A和846A以及三个绝对值转换器部件844C、845C和846C。信号处理部件84还包括三个低通滤波器(LPF)844D、845D和846D、三个二进制化部件844E、845E和846E以及一个多数选择部件840。
采样部件834在预定采样定时ts，响应于定时控制信号CTL24的控制来采样从放大部件81提供的检测信号Vdet，以将通过采样得到的检测信号Sin4提供给信号处理部件84。类似地，采样部件835在预定采样定时ts’，响应于定时控制信号CTL25的控制来采样检测信号Vdet，以将通过采样得到的检测信号Sin5提供给信号处理部件84。此外，采样部件836在预定采样定时ts”，响应于定时控制信号CTL26的控制来采样检测信号Vdet，以将通过采样得到的检测信号Sin6提供给信号处理部件84。
在该情况下，在该实施例中，在这三个采样部件834、835和836中，在不同采样定时ts、ts’和ts”(采样频率fs)处执行检测信号Vdet的采样。更具体地，采样部件834将与公共驱动信号Vcom的基频f0四倍的频率相同的频率(4f0)用作采样频率fs。采样部件835将与基频f0五倍的频率相同的频率(5f0)用作采样频率fs，以及采样部件836将与基频f0六倍的频率相同的频率(6f0)用作采样频率fs。换言之，在该情况下，在每个采样部件834、835和836中，使用与基频f0 N(N是2或更大的整数)倍的频率相同的频率(N×f0)作为采样频率fs。然而，每个采样频率fs不限于与基频f0整数倍的频率相同的频率。例如，在显示噪声(将在之后描述的内部噪声)的影响小等情况下，采样频率fs不需要是与基频f0整数倍的频率相同的频率。
BPF 844A是选择性允许包括在通过采样得到并从采样部件834提供的检测信号Sin4中的、并具有与上述公共驱动信号Vcom的基频f0相同频率的信号(检测信号S14)通过其的滤波器。类似地，BPF 845A选择性允许包括在通过采样得到并从采样部件835提供的检测信号Sin5中的、并具有与基频f0相同频率的信号(检测信号S15)通过其。此外，BPF 846A选择性允许包括在通过采样得到并从采样部件836提供的检测信号Sin6中的、并具有与基频f0相同频率的信号(检测信号S16)通过其。另外，BPF 844A、845A和846A对应于本发明中“滤波器部件”的具体例子。
绝对值转换器部件844C、845C和846C分别关于通过BPF 844A、845A和846A的检测信号S14、S15和S16执行关于电压值0(零)的绝对值转换(关于作为中心的0V来反转信号波形的负数部分的处理)。
LPF 844D、845D和846D分别关于通过绝对值转换得到并从绝对值转换器部件844C、845C和846C输出的检测信号S24、S25和S26执行预定的LPF处理，以生成检测信号S34、S35和S36。更具体地，LPF 844D、845D和846D选择性仅允许与将被检测的对象对应的信号的频率通过其(仅提取信号的频率)。另外，可以使用BPF或包络检测器电路而不是这样的LPF。
二进制化部件844E、845E和846E分别通过将检测信号S34、S35和S36与预定的阈值比较，来关于已经通过LPF 844D、845D和846D的检测信号S34、S35和S36执行二进制化处理，以分别生成检测信号S44、S45和S46。
多数选择部件840使用分别从二进制化部件844E、845E和846E输出的检测信号S44、S45和S46来执行预定的多数规则操作，以向坐标提取部件85输出用于对象检测的最终检测信号Sout。更具体地，使用在三个检测信号S44、S45和S46中由多数决定的检测信号(在该情况下，两个或多个检测信号S44、S45和S46具有相同的值)，并作为检测信号Sout输出。在该情况下，多数选择部件840和上述坐标提取部件85对应于本发明中“检测部件”的具体例子。
图10A、图10B和图10C图示了多数选择部件840的具体配置和操作，以及图10A、图10B和图10C分别图示了多数选择部件840的逻辑电路的配置、逻辑电路中的真值表和表示逻辑电路中的操作结果的波形图。另外，在图中，作为输入信号的检测信号S44、S45和S46分别是信号A、B和C，以及作为输出信号的检测信号Sout是信号O。
如图10A所示，多数选择部件840包括两个或(逻辑OR)电路840A和840D以及两个与(逻辑AND)电路840B和840C。信号B和C被分别输入到OR电路840A和AND电路840B中每个的两端中。信号A和来自OR电路840A的输出信号被分别输入到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的输出信号分别被输入到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)。从而，从图10B和图10C中明显的是，在由多数决定逻辑“1”的情况和由多数决定逻辑“0”的两个情况下，使用相同的电路配置，使得容易配置电路。
显示器1的功能和效果
接下来，将在下面描述根据实施例的显示器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(例如公共电极驱动器43D)行顺序地将公共驱动信号Vcom提供给公共电极43的电极图案(公共电极431至43n)。显示驱动器还将像素信号(图像信号)通过源极线25提供给像素电极22，并同步于像素信号的提供，通过栅极线26行顺序地控制像素电极22的TFT(TFT元件Tr)的开关。从而，将由公共驱动信号Vcom确定的纵向(垂直于衬底的方向)电场和每个图像信号施加到每个显示像素20中的液晶层6以调制液晶状态。从而，执行根据所谓的反向驱动的显示。
另一方面，在相向衬底4中，分别在公共电极43的电极图案和传感器检测电极44的电极图案的相交处形成电容元件C1(电容元件C11至C1n)。在该情况下，例如如图5中箭头(扫描方向)所示，当以时分方式将公共驱动信号Vcom顺序施加到公共电极43的电极图案时，充电和放电在公共电极43的施加有公共驱动信号Vcom的电极图案和传感器检测电极44的电极图案的相交处形成的一行中的电容元件C11至C1n。所以，从传感器检测电极44的每个电极图案输出具有根据电容元件C1的电容值的幅度的检测信号Vdet。在用户的手指不触摸相向衬底4的表面的状态中，检测信号Vdet的幅度基本上恒定。由公共驱动信号Vcom根据扫描行顺序地移动经受了充电和放电的电容元件C1的行。
另外，在以这样的方式行顺序地驱动公共电极43的电极图案的情况下，例如如图11中的部分A、B和C所示，优选地，关于公共电极43的一些电极图案共同执行行顺序驱动操作。更具体地，由一些电极图案配置的驱动线L包括由多个电极图案配置的检测驱动线L1和由一个或多个(在该情况下，一个)电极图案配置的显示驱动线L2。从而，可防止由于与公共电极43的电极图案的形状相应的划痕或斑点而导致的图像质量的恶化。
在该情况下，当用户的手指触摸相向衬底4的表面的位置时，将由手指引起的电容元件C2添加到最初形成在被触摸的位置中的电容元件C1。所以，当扫描被触摸的位置时(也就是，当将公共驱动信号Vcom施加到与公共电极43的电极图案中被触摸的位置对应的电极图案时)的检测信号Vdet的值小于当扫描其他位置时的值。检测电路8(参考图8)将检测信号Vdet与阈值电压Vth相比较，以及在检测信号Vdet小于阈值电压Vth的情况下，检测电路8将位置确定为被触摸的位置。允许基于施加公共驱动信号Vcom的定时和检测小于阈值电压Vth的检测信号Vdet的定时来确定被触摸的位置。
从而，在根据实施例的具有触摸传感器的显示器1中，最初包括在液晶显示元件中的公共电极43兼饰两角作为由驱动电极和检测电极配置的触摸传感器电极对之一。此外，作为显示驱动信号的公共驱动信号Vcom兼饰两角作为触摸传感器驱动信号。从而，在电容型触摸传感器中，仅额外布置传感器检测电极44，而不需要额外准备触摸传感器驱动信号。从而，具有触摸传感器的显示器1的配置是简单的。此外，减少了组件数量，并减小了显示器1的厚度，所以允许在薄的电子单元中安装显示器1。
此外，在现有技术中的具有触摸传感器的显示器中(参考日本未审查专利申请公开No.2008-9750)，准确地测量流过传感器的电流的幅度，并由模拟操作基于所测量的值来确定被触摸的位置。另一方面，在根据实施例的显示器1中，仅需要取决于是否触摸传感器检测电极44来数字化地检测电流相对改变(电势改变)的存在或不存在，所以允许用简单的检测电路配置来改善检测精度。此外，在最初布置来施加公共驱动信号Vcom的公共电极43和额外布置的传感器检测电极44之间形成电容，并在用户的手指触摸时使用电容改变来执行触摸检测。因此，显示器1可应用于用户通常具有不稳定电势的移动设备。
此外，将传感器检测电极44划分为多个电极图案，并以时分方式单独驱动电极图案，所以被触摸的位置是可检测的。
2.特征部分的功能；使用噪声去除处理的检测操作
接下来，参考图12至图16，将在下面详细描述作为本发明的特征部分之一的使用噪声去除处理的检测操作。
首先，例如，如图12中的部分A所示，在由用户的手指触摸的范围(检测时段Δt1)中，如上所述，通过最初形成的电容元件C1和由手指形成的电容元件C2的电容耦合，检测信号Vdet的值小于其他位置中的值。另一方面，例如，由诸如来自换流器荧光灯的光之类的外部环境导致的外部噪声(干扰噪声)Sn或其折叠噪声Si被通过手指施加到传感器检测电极44，例如如图12中的部分B所示，检测信号Vdet改变。换言之，在检测时段Δt1中，将外部噪声Sn或其折叠噪声Si的波形叠加在图12中的部分A所示的检测信号Vdet的波形上。在使用具有在其上叠加有这样的外部噪声Sn或其折叠噪声Si的波形的检测信号Vdet的情况下，在该状态中，很难马上检测对象。
在该情况下，图13示意性地图示了这样的外部噪声Sn、其折叠噪声Si和A/D转换器部件83(采样部件834、835和836)中的采样频率fs之间关系(频率特征关系)的例子。
首先，在实施例中，不在A/D转换器部件83的前级中提供LPF。此外，优选的是不将采样频率fs(＝4f0、5f0和6f0)设置为比所需高的值以减小功耗。因此，在实施例中，如图13所示，外部噪声Sn的频率fn可能超过采样频率fs的1/2(fs/2)，并且在该情况下，生成外部噪声Sn的折叠噪声Si。在该情况下，由下面的表达式(1)代表折叠噪声Si的频率(折叠频率)fi，其中外部噪声Sn的频率是fn以及采样频率是fs。通过表达式(1)，如上所述，明显的是，在采样频率fs(在检测信号Sin4、Sin5和Sin6中)互不相同的情况下，即使外部噪声Sn相同，原理上生成折叠噪声Si的频率(折叠频率fi)互不相同。另外，如将在之后详细描述的，即使采样频率fs互不相同，因为下面的原因，折叠频率fi可能彼此相等。在表达式(1)中，当将系数n设置为与不同采样频率fs对应的多个系数n(例如，n1、n2等)的最小公倍数时，折叠频率fi彼此相等。
fi＝|fn-n×fs|  (n是整数)               (1)
2-1.整体噪声去除处理的过程
在实施例中，在检测电路8中的A/D转换器部件83、信息处理部件84和坐标提取部件85中，例如如将在之后描述的图14至图16所示，执行不具有(或具有很少的)上述外部噪声(和内部噪声)的影响的对象检测。
图14用定时波形图图示了去除(减小)这样的外部噪声的方法的过程。在图中，部分A、B、C、D、E、F分别图示了采样之前和之后的检测信号Vdet和Sin、检测信号S14、S15和S16、检测信号S24、S25和S26、检测信号S34、S35和S36、检测信号S44、S45和S46以及检测信号Sout(对于每个检测信号的细节，参考图9)。
首先，检测电路8中的A/D转换器部件83在预定采样定时ts采样由放大部件81放大的模拟检测信号Vdet，以将通过采样得到的检测信号Sin提供给信号处理部件84。更具体地，在A/D转换器部件83中的采样部件834、835和836中，例如如图15中的部分C至E所示，在不同的采样定时ts、ts’和ts”(采样频率fs＝4f0、5f0和6f0)执行检测信号Vdet的采样。
这时，例如如图15中的部分A和B所示，在实际检测信号Vdet的波形中生成在图像显示控制中由图像信号的写操作引起的内部噪声，并且发生根据图像信号的灰度级电平的波形波动。更具体地，当写黑时(参考图中的“黑”)，包括与公共驱动信号Vcom同相的内部噪声，以及当写白时(参考图中的“白”)，包括与公共驱动信号Vcom异相的内部噪声。检测信号Vdet的波形在这样的内部噪声的生成定时处根据图像信号的灰度级电平而波动，所以很难从检测信号Vdet的波形波动中分离由对象是否触摸传感器检测电极44引起的检测波形(参考图3)的改变。
因此，采样部件834、835和836在除了内部噪声的生成定时外的定时，分别响应于从定时控制部件9提供的定时控制信号CTL24、CTL25和CTL26来采样检测信号Vdet。更具体地，图15中的部分C至E所示的采样部件834、835和836中的采样定时ts、ts’和ts”(fs＝4f0、5f0和6f0)避免与图15中部分B中的参考标记P1所示的内部噪声的生成定时相重合。从而，允许不具有(或具有很少)内部噪声的影响的对象检测。
接下来，在信号处理部件84中，BPF 844A、845A和846A分别关于通过采样部件834、835和836中的采样得到的检测信号Sin(Sin4、Sin5和Sin6)执行预定的滤波处理。更具体地，BPF 844A、845A和846A分别选择性地允许包含在检测信号Sin4、Sin5和Sin6中、并具有与公共驱动信号Vcom的基频f0相同频率的信号(检测信号S14、S15和S16)通过其(参考图14中的部分B)。这时，在检测信号Sin4、Sin5和Sin6中，采样频率fs互不相同(fs＝4f0、5f0和6f0)，所以原理上(除了折叠频率fi彼此相等的情况)，外部噪声Sn的折叠噪声Si至多影响检测信号Sin4、Sin5和Sin6之一。换言之，在检测信号Sin4、Sin5和Sin6(检测信号S14、S15和S16)中出现由折叠噪声Si影响的检测信号的情况下，该检测信号的波形变形。
接下来，绝对值转换器部件844C、845C和846C关于已经通过BPF844A、845A和846A的检测信号S14、S15和S16执行关于电压值0(零)的绝对值转换(关于作为中心的0V来反转信号波形的负数部分的处理)。从而，生成检测信号S24、S25和S26(参考图14中的部分C)。
然后，LPF 844D、845D和846D关于通过绝对值转换得到的检测信号S24、S25和S26执行仅允许与将被检测的对象对应的信号的频率通过(选择性提取频率)的LPF处理。从而，生成检测信号S34、S35和S36(参考图14中的部分D)。
接下来，二进制化部件844E、845E和846E分别通过将检测信号S34、S35和S36与预定阈值TH相比较，来关于已经通过LPF 844D、845D和846D的检测信号S34、S35和S36执行二进制化处理。从而，生成检测信号S44、S45和S46(参考图14中的部分E)。这时，如上所述，原理上，外部噪声Sn的折叠噪声Si可能至多影响检测信号S44、S45和S46之一，从而使由折叠噪声Si影响的检测信号的波形变形。
接下来，多数选择部件840使用检测信号S44、S45和S46执行预定的多数规则操作，以向坐标提取部件85输出用于对象检测的最终检测信号Sout。更具体地，将在三个检测信号S44、S45和S46中由多数决定的检测信号(在该情况下，两个或多个检测信号S44、S45和S46具有相同的值)用于作为检测信号Sout输出(参考图14中的部分F)。在该情况下，执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用于对象检测的最终检测信号Sout。如上所述，因为原则上，外部噪声Sn的折叠噪声Si可能至多影响检测信号S44、S45和S46之一，从而使由折叠噪声Si影响的检测信号的波形变形。因此，当将由多数决定的检测信号用作用于对象检测的最终检测信号Sout时，允许去除(减小)这样的外部噪声Sn的折叠噪声Si的影响。
然后，在坐标提取部件85中，基于以从输出端Tout输出的方式(通过去除(减小)内部噪声或外部噪声得到的检测信号Sout)决定的检测信号Sout来确定对象检测结果。从而，完成实施例中的不具有(或具有很少)外部噪声(和内部噪声)的影响的对象检测。
2-2.噪声去除处理中的特征功能
现在，参考图16，将在下面详细描述上述噪声去除处理中的特征功能。图16示意性地图示了检测信号Vdet(Sin)和外部噪声Sn的频率区域以及采样频率fs之间的关系。
首先，在实施例中，A/D转换器部件83中的采样部件834、835和836分别(参考图15中的部分C至E)在不同采样频率fs(＝4f0、5f0和6f0)执行检测信号Vdet的采样。然后，信号处理部件84和坐标提取部件85基于通过采样得到的三个检测信号Sin4、Sin5和Sin6来执行对象检测操作。从而，即使在检测信号Vdet(Sin)的频率区域(基频f0)周围生成外部噪声Sn的折叠噪声Si，在检测信号Sin4、Sin5和Sin6中，容易将折叠频率fi相互区分开。另外，通过调制作为检测驱动信号的公共驱动信号Vcom的波形(基频f0)的幅度或频率，来形成检测信号Vdet(Sin)的波形。
换言之，如将在下面详细描述的，在检测信号Sin4、Sin5和Sin6中，多个检测信号中的折叠频率fi彼此相等的情况下的外部噪声Sn的频率限于部分频率区域。更具体地，例如，如图16所示，折叠频率fi彼此相等的情况下的外部噪声Sn的频率限于在比检测信号Vdet(Sin)高频侧上的部分区域Δf46、Δf45、Δf56和Δf456。在该情况下，频率区域Δf46意味着检测信号Sin4和Sin6中的折叠频率fi彼此相等的情况下的外部噪声Sn的频率区域。类似地，频率区域Δf45意味着检测信号Sin4和Sin5中的频率fi彼此相等的情况下的外部噪声Sn46的频率区域，以及频率区域Δf56意味着检测信号Sin5和Sin6中的折叠频率fi彼此相等的情况下的外部噪声Sn56的频率区域。此外，频率区域Δf456意味着检测信号Sin4、Sin5和Sin6中的折叠频率彼此相等的情况下的外部噪声Sn456的频率区域。
因此，在实施例中，容易从外部噪声Sn的折叠噪声Si中区分(隔离)检测信号(检测信号Sin4、Sin5、Sin6等)。从而，不像现有技术，允许执行具有很少外部噪声Sn(折叠噪声Si)的影响的检测操作，而不改变检测驱动频率(公共驱动信号Vcom的基频f0)。
在下文中，将在下面详细描述检测信号Sin4、Sin5和Sin6的多个检测信号中折叠频率fi彼此相等的情况下的外部噪声Sn的频率区域Δf46、Δf45、Δf56和Δf456。
首先，当将用于得到检测信号Sin4、Sin5和Sin6的采样频率fs＝4f0、5f0和6f0代入上述表达式(1)时，分别得到如下表达式(2)至(4)。另外，将每种情况下表达式(1)中的系数n定义为n、m或k。
fi＝|fn-n×4f0| (n是整数)                       (2)
fi＝|fn-m×5f0| (m是整数)                       (3)
fi＝|fn-k×6f0| (k是整数)                       (4)
从而，由如下表达式(5)至(8)表示与上述频率区域Δf46、Δf45、Δf56和Δf456对应的折叠频率。换言之，检测信号Sin4、Sin5和Sin6的多个(两个或多个)检测信号中的折叠频率fi彼此相等的情况下的条件表达式是如下表达式(5)至(8)。
Δf46：fi＝|fn-n×4f0|＝|fn-k×6f0|                     (5)
Δf45：fi＝|fn-n×4f0|＝|fn-m×5f0|                     (6)
Δf56：fi＝|fn-m×5f0|＝|fn-k×6f0|                     (7)
Δf456：fi＝|fn-n×4f0|＝|fn-m×5f0|＝|fn-k×6f0|       (8)
这里，满足上述表达式(5)的最小系数n和k相应于“4”和“6”的最小公倍数12，所以当建立n×4＝k×6＝12时也就是当n是3且k是2时，最小系数n和k满足表达式(5)。类似地，满足上述表达式(6)的系数n和m相应于“4”和“5”的最小公倍数20，所以当建立n×4＝m×5＝20时也就是当n是5且m是4时，系数n和m满足表达式(6)。此外，满足上述表达式(7)的系数m和k相应于“5”和“6”的最小公倍数“30”，所以当建立m×5＝k×6＝30时也就是当m是6且k是5时，系数m和k满足表达式(7)。此外，满足上述表达式(8)的系数n、m和k相应于“4”、“5”和“6”的最小公倍数“60”，所以当建立n×4＝m×5＝k×6＝60时也就是当n是15、m是12且k是10时，系数n、m和k满足表达式(8)。
因此，可以将上述表达式(5)至(8)修改为如下表达式(9)至(12)。
Δf46：fi＝|fn-12f0‖                              (9)
Δf45：fi＝|fn-20f0|                              (10)
Δf56：fi＝|fn-30f0|                              (11)
Δf456：fi＝|fn-60f0|                             (12)
此外，当将下面的表达式(13)作为生成折叠噪声Si情况下的条件表达式代入上述表达式(9)至(12)中的每一个以修改表达式(9)至(12)时，得到如下表达式(14)至(17)。
0＜fi＜(f0/2)                                     (13)
Δf46：11.5f0＝＜fn(Sn46的频率)＜12.5f0           (14)
Δf45：19.5f0＝＜fn(Sn56的频率)＜20.5f0           (15)
Δf56：29.5f0＝＜fn(Sn56的频率)＜30.5f0           (16)
Δf456：59.5f0＝＜fn(Sn456的频率)＜60.5f0         (17)
然后，作为例子，当将公共驱动信号Vcom的基频f0＝11.2kHz(检测驱动频率)代入上述表达式(14)至(17)中的每一个以修改表达式(14)至(17)时，得到如下表达式(18)至(21)。
Δf46：128.8kHz＝＜fn＜140.0kHz                   (18)
Δf45：218.4kHz＝＜fn＜229.6kHz                   (19)
Δf56：330.4kHz＝＜fn＜341.6kHz                   (20)
Δf456：666.4kHz＝＜fn＜677.6kHz                  (21)
从而，清楚的是，在两个或多个检测信号Sin4、Sin5和Sin6中的折叠频率fi彼此相等的情况下的外部噪声Sn的频率区域Δf46、Δf45、Δf56和Δf456限于比检测信号Vdet(Sin)高频侧上的部分区域。换言之，如图16所示，由折叠噪声的影响干扰检测操作的外部噪声Sn的频率区域限于非常高频的区域，所以减小了检测操作中外部噪声Sn的影响。此外，即便在上述频率区域Δf46、Δf45、Δf56和Δf456中包括外部噪声Sn的情况下，因为在信号处理部件84中提供了BPF 844A、845A和846A，所以在该情况下同样减小了外部噪声Sn的影响。换言之，这些BPF 844A、845A和846A选择性地允许公共驱动信号Vcom的基频f0(检测驱动频率)从其通过，所以即便在这样的情况下，仍允许减小外部噪声Si的影响。
从而，在实施例中，如上所述，容易从外部噪声Sn的折叠噪声Si中区分(隔离)检测信号(检测信号Sin4、Sin5、Sin6等)。换言之，原则上，外部噪声Sn的折叠噪声Si至多影响检测信号(检测信号Sin4、Sin5、Sin6等)之一(大多数情况下是0)，从而使由外部噪声Sn的折叠噪声Si影响的检测信号的波形变形。因此，如上所述，当由多数决定的检测信号是用于对象检测的最终检测信号Sout时，允许去除(减小)外部噪声Sn的影响。因此，不像现有技术，允许执行具有很少外部噪声Sn(折叠噪声Si)影响的检测操作，而不改变检测驱动频率(公共驱动信号Vcom的基频f0)。
另外，这时，在外部噪声Sn的频率fn等于公共驱动信号Vcom的基频f0(检测驱动频率)的情况下，很难从外部噪声Sn中区分(隔离)检测信号(检测信号Sin4、Sin5、Sin6等)。因此，优选地，将公共驱动信号Vcom的基频f0设置为低于所估计的外部噪声Sn的频率fn。例如，作为典型噪声源的换流器荧光灯的频率fn是40kHz至100kHz，所以优选地，将公共驱动信号Vcom的基频设置为40kHz或更少。从而，仅在其折叠噪声Si中观察到干扰检测操作的外部噪声，所以根据实施例的减少噪声的技术(从折叠噪声中区分检测信号的技术)是有效的。
如上所述，在实施例中，基于根据电容改变从传感器检测电极44得到的检测信号Vdet来检测由对象触摸(靠近)的位置，并且在检测中，在三个不同的采样频率fs采样检测信号Vdet以生成三个采样信号Sin4、Sin5和Sin6，以及基于该三个检测信号Sin4、Sin5和Sin6执行检测操作，所以容易从外部噪声Sn的折叠噪声Si中区分(隔离)检测信号(检测信号Sin4、Sin5、Sin6等)，并且允许执行具有很少外部噪声Sn影响的检测操作而不改变检测驱动频率(基频f0)。因此，允许用简单的配置来执行稳定的对象检测而无论外部环境如何。
第二实施例
接下来，将在下面描述本发明的第二实施例。由将横电模式液晶元件用作显示元件的事实，来区分该实施例和上述第一实施例。
显示器1B的配置例子
图17图示了根据实施例的具有触摸传感器的显示器1B的主要部分的截面图。图18A和图18B分别图示了显示器1B中像素衬底(将在之后描述像素衬底2B)的具体配置的截面图和平面图。图19图示了显示器1B的透视图。另外，在这些图中，用与图4相同的标记和上述第一实施例中的相同物来表示相同的组件，并且将不进行进一步描述。
根据该实施例的显示器1B包括：像素衬底2B、布置以面向像素衬底2B的相向衬底4B以及在像素衬底2B和相向衬底4B之间布置的液晶层6。
像素衬底2B包括：TFT衬底21、布置在TFT衬底21上的公共电极43以及在公共电极43上以矩阵形式布置且在之间具有绝缘层23的多个像素电极22。在TFT衬底21中，除了用于驱动每个像素电极22的显示驱动器和TFT(两者均未示出)之外，还形成诸如用于向每个像素电极22提供图像信号的信号线(源极线)25和驱动每个TFT的栅极线26之类的布线(参考图18)。还在TFT衬底21中形成执行触摸检测操作的检测电路8(参考图8)。公共电极43兼饰两角作为配置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，并对应于图1中的驱动电极E1。
相向衬底4B包括玻璃衬底41和在玻璃衬底41的一个表面上形成的滤色器42。在玻璃衬底41的另一表面上形成传感器检测电极44，并在传感器检测电极44上布置极化板45。传感器检测电极44配置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，将传感器检测电极44划分为多个电极图案。通过薄膜处理，可以在相向衬底4B上直接或间接形成传感器检测电极44。在该情况下，可以在片基(film base)(未示出)上形成传感器检测电极44，并且可以将在其上形成传感器检测电极44的片基绑定到相向衬底4B的表面。在该情况下，可以将片基绑定到极化板的上表面而不是玻璃和极化板之间，并且可以在配置极化板的膜中形成片基。
从TFT衬底21向公共电极43施加具有AC矩形波形的公共驱动信号Vcom。公共驱动信号Vcom用施加到像素电极22的像素电压来确定每个像素的显示电压，并且公共驱动信号Vcom兼饰两角作为触摸传感器驱动信号，并对应于从图1的驱动信号源S提供的AC方波Sg。
液晶层6响应于电场状态来调制通过它的光，并使用例如诸如FFS(边缘场切换)模式或IPS(平面切换)模式之类的横电模式液晶。
例如，像素衬底2B中的公共电极43和相向衬底4B中的传感器检测电极44的配置与图5所示的相同，并由延伸从而彼此相交的多个电极图案来配置它们两者。
现在，将参考图19给出更具体的描述。在此图示的FFS模式液晶元件中，在像素衬底2B上形成的公共电极43上布置形成为梳齿形图案的像素电极22，在之间具有绝缘层23，并形成定向膜27以放置在像素电极22之上。液晶层6夹在面向相向衬底4B的一侧的定向膜27和定向膜46之间。以正交偏光(crossed Nicols)状态布置两个极化板24和45。两个定向膜27和46的摩擦(rubbing)方向与两个极化板24和45的传输轴之一重合。在图18中，图示了摩擦方向与在出口侧的极化板45的传输轴相重合的情况。此外，将两个定向膜27和46的摩擦方向和极化板45的传输轴的方向设置为几乎平行于在指定旋转液晶分子的方向的范围中像素电极22延伸(梳齿的纵向)的方向。
显示器1B的功能和效果
接下来，将在下面描述根据实施例的显示器1B的功能和效果。
首先，参考图19A、图19B、图20A和图20B，将在下面简要描述FFS模式液晶元件的显示操作原理。这里，图20A和图20B图示了液晶元件的主要部分的放大截面图。在这些图中，图19A和图20A以及图19B和图20B分别指示不施加电场时的液晶元件的状态和施加电场时的液晶元件的状态。
在公共电极43和像素电极22之间不施加电压的状态中(参考图19A和图20A)，配置液晶层6的液晶分子61的轴正交于入射侧上极化板24的传输轴，并平行于出口侧上极化板45的传输轴。因此，已经通过入射侧上的极化板24的入射光h到达出口侧上的极化板45而不在液晶层6中生成相差，并接着在极化板45中吸收入射光h，所以显示黑色。另一方面，在公共电极43和像素电极22之间施加电压的状态中(参考图19B和图20B)，通过在像素电极之间生成的横电场E，在对角线方向从像素电极22延伸的方向旋转液晶分子61的定向方向。这时，优化白显示中的电场强度，使得将在液晶层6的厚度方向上位于中央的液晶分子61大约旋转45°。从而，在已经通过入射侧上极化板24的入射光h中，当光h通过液晶层6时生成相差，从而光h变为旋转90°的线性极化光，并通过出口侧上的极化板45，所以显示白色。
接下来，将在下面描述显示器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，并将不进行详细描述。
像素衬底2B的显示驱动器(未示出)向公共电极43的电极图案行顺序地提供公共驱动信号Vcom。显示驱动器还通过源极线25向像素电极22提供图像信号，并与向像素电极22提供图像信号同步地，通过栅极线26行顺序地控制像素电极的TFT的开关。从而，将由公共驱动信号Vcom和每个图像信号确定的横向(平行于衬底的方向)上的电场施加到每个像素中的液晶层6以调制液晶状态。从而，执行根据所谓的反向驱动的显示。
另一方面，在相向衬底4B侧上，以时分方式将公共驱动信号Vcom顺序施加到公共电极43的电极图案。然后，充电和放电在公共电极43的电极图案和传感器检测电极44的电极图案的相交处形成的一行中的电容元件C1(C11至C1n)。接着，从传感器检测电极44的每个电极图案输出具有根据电容元件C1的电容值的幅度的检测信号Vdet。在用户的手指不触摸相向衬底4A的表面的状态中，检测信号Vdet的幅度基本上恒定。当用户的手指触摸相向衬底4B的表面上的位置时，将手指的电容元件C2添加到最初形成在被触摸的位置中的电容元件C1，所以，当扫描被触摸的位置时的检测信号Vdet的值小于当扫描其他位置时的值。检测电路8(参考图8)将检测信号Vdet与阈值电压Vth相比较，以将检测信号Vdet小于阈值电压Vth的情况下的位置确定为被触摸的位置。基于施加公共驱动信号Vcom的定时和检测小于阈值电压Vth的检测信号Vdet的定时来确定被触摸的位置。
如上所述，在实施例中，如上述第一实施例的情况，配置电容型触摸传感器，使得最初包括在液晶显示元件中的公共电极43兼饰两角作为由驱动电极和检测电极配置的触摸传感器电极对之一，并且作为显示驱动信号的公共驱动信号Vcom兼饰两角作为触摸传感器驱动信号，所以仅额外布置传感器检测电极44，并且不需要额外准备触摸传感器驱动信号。因此，具有触摸传感器的显示器1B的配置是简单的。
此外，同样在实施例中，包括在上述第一实施例中描述的检测电路8，使得通过上述第一实施例中相同的功能，可以得到与上述第一实施例相同的效果。换言之，在具有电容型触摸传感器的显示器中，允许用简单的配置执行稳定的对象检测而无论外部环境如何。
特别地，在实施例中，在像素衬底2B侧(TFT衬底21上)布置作为触摸传感器驱动电极的公共电极43，所以及其容易从TFT衬底21向公共电极43提供公共驱动信号Vcom，并且允许将必要电路、必要电极图案、必要布线等集中在像素衬底2B中，从而集成电路。因此，用于从像素衬底2向相向衬底4提供公共驱动信号Vcom的、在上述实施例中必要的路径(接触导电柱7)不是必需的，所以进一步简化了具有触摸传感器的显示器1B的配置。
此外，如上所述，在像素衬底2B侧布置作为触摸传感器驱动电极的公共电极43，并在像素衬底2B上布置源极线25和栅极线26，所以在实施例中，显示器1B具有特别易受上述内部噪声影响的配置。因此，在根据实施例的显示器1B中，要考虑的是，当如图15所示去除内部噪声影响时执行检测操作的优点特别大。
另外，虽然可以在相向衬底4B上的外围区域(非显示区域或框架区域)中形成检测电路8(参考图8)，但是优选地，在像素衬底2B上的外围区域中形成检测电路8。当在像素衬底2B上形成检测电路8时，与最初形成在像素衬底2B上的用于显示控制的各种电路元件一起集成检测电路8。
第二实施例的修改
另外，在实施例中，虽然在玻璃衬底41的表面上(与面向液晶层6的一侧相对的一侧)布置传感器检测电极44，但是可以将传感器检测电极44的布置修改如下。
例如，如图21所示的显示器1C的情况，在相向衬底4C中，可以比滤色器42更靠近液晶层6来布置传感器检测电极44。
可替代地，如图22所示的显示器1D的情况，在相向衬底4D中，可以在玻璃衬底41和滤色器42之间布置传感器检测电极44。在该情况下，在横电模式的情况中，当纵向布置电极时，在纵向施加电场，并且液晶分子上升，从而导致视角等的大幅恶化。因此，如显示器1D的情况，当在之间具有诸如滤色器42之类的电介质来布置传感器检测电极44时，允许大幅减小该问题。
应用例子
接下来，参考图23至图27A至图27G，将在下面描述在上述实施例和上述修改中描述的具有触摸传感器的显示器的应用例子。可以将根据上述实施例等的显示器应用到任何领域中的电子单元，例如电视、数码相机、笔记本个人计算机、诸如手机之类的便携式终端设备和摄像机。换言之，可以将根据上述实施例等的显示器应用到任何领域中将从外部输入的图片信号或者在内部生成的图片信号显示为图像或图片的电子单元。
应用例子1
图23图示了根据上述各个实施例等的显示器所应用到的电视机的外观。例如，电视机具有包括前面板511和滤波器玻璃512的图片显示屏幕部件510。由根据上述各个实施例等的显示器来配置图片显示屏幕部件510。
应用例子2
图24A和图24B图示了根据上述各个实施例等的显示器所应用到的数码相机的外观。例如，数码照相机具有用于闪光的发光部件521、显示部件522、菜单切换523和快门按钮524。由根据各个实施例等的显示器来配置显示部件522。
应用例子3
图25图示了根据上述各个实施例等的显示器所应用到的笔记本个人计算机的外观。例如，笔记本个人计算机具有主机531、用于输入字符等的操作的键盘532和用于显示图像的显示部件533。由根据上述各个实施例等的显示器来配置显示部件533。
应用例子4
图26图示了根据上述各个实施例等的显示器所应用到的摄像机的外观。例如，摄像机具有主机541、布置在主机541的前表面上的用于拍摄对象的镜头542、拍摄开始/停止开关543以及显示部件544。由根据上述各个实施例等的显示器来配置显示部件544。
应用例子5
图27A至图27G图示了根据上述各个实施例等的显示器所应用到的手机的外观。例如，通过连接部件(铰链部件)730来将上外壳710和下外壳720彼此相连接而形成手机。手机具有显示器740、副显示器750、图片灯760和照相机770。由根据上述各个实施例等的显示器来配置显示器740或副显示器750。
其他修改
虽然参考实施例、修改例子和应用例子描述了本发明，但是本发明不限于此，并可以进行各种各样的修改。
例如，在上述实施例等中，描述了在A/D转换器部件84和信号处理部件84中布置三个采样部件、三个BPF、三个绝对值转换器部件、三个LPF和三个二进制化部件的情况。然而，本发明不限于此。可以布置四个或更多个采样部件、BPF、绝对值转换器部件、LPF和二进制化部件。此外，在上述实施例等中描述的信号处理部件84中，不必布置BPF和绝对值转换器部件。此外，在上述实施例等中，在A/D转换器部件83中布置多个采样部件来在多个不同的采样频率fs实现采样操作，但是本发明不限于该情况。更具体地，一个采样部件可以使用多个采样频率fs来实现采样操作。然而，容易设计根据上述实施例等的配置，因为允许使A/D转换器部件(采样部件)维持低性能。
此外，在上述实施例等中，描述了将与基频f0四倍、五倍和六倍的各个频率相同的频率用作多个不同采样频率fs的情况，但是本发明不限于此。更具体地，例如，每个采样频率fs可以是基频f0两倍或更大整数倍的频率，并且更具体地，每个采样频率fs不限于基频f0整数倍的频率，以及采样频率fs仅需要是三种不同频率。此外，特别地，例如，当将基频f0的倍数增加到7倍、11倍、......时，允许将外部噪声Sn的影响移动到更高频侧，并减少多个采样的结果彼此一致的情况，所以允许进一步改善噪声容限。另外，在使用多个采样频率fs的检测信号中采样频率fs的最小公倍数尽可能高的情况下，允许将外部噪声Sn的影响移动到更高频侧。因此，作为例子，所期望的是，所有的多个采样频率fs是基频f0质数倍的频率。
此外，在上述第二实施例中，作为横电模式，将FFS模式液晶元件描述为例子，但是可以以相同的方式应用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，但是可以将本发明应用到使用任何其他显示元件，例如有机EL元件的显示器。
此外，在上述实施例等中，详细描述了在显示器(具有触摸传感器的显示器)中嵌入触摸传感器的配置，但是本发明不限于此。更具体地，只要在与显示部件对应的显示器中嵌入触摸传感器，本发明就可以广泛应用到任何其他配置。
此外，本发明的触摸传感器不仅可以应用到在上述显示器中嵌入触摸传感器的情况，还可以应用到在显示器外布置触摸传感器(外部触摸传感器)的情况。更具体地，例如，可以在显示器外布置图28所示的触摸传感器10。触摸传感器10包括由例如玻璃等构成的一对绝缘衬底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。在绝缘衬底411上形成传感器驱动电极430，并向传感器驱动电极430施加触摸传感器驱动信号。在绝缘衬底412上形成传感器检测电极44，并且如上述实施例等的情况，传感器检测电极44是用于得到检测信号Vdet的电极。在传感器驱动电极430和传感器检测电极44之间形成绝缘层230。另外，例如，触摸传感器10的透视配置与上述实施例等的透视配置相同，如图5等所示。此外，例如，驱动信号源S、检测电路8和定时控制部件9的电路配置等与上述实施例等中的那些相同，如图8所示。并且在触摸传感器10中，当使用上述实施例等中的技术时，允许执行检测操作，同时去除(减小)内部噪声(在该情况下，显示器中的图片噪声)或外部噪声的影响。
另外，可以通过硬件或软件来执行在上述实施例等中描述的处理。在由软件执行处理的情况下，将形成软件的程序安装在通用计算机等中。可以预先将这种程序存储在安装在计算机中的记录介质中。
本发明包括与于2009年6月29日在日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-154209中公开的主题相关的主题，其全部内容通过引用合并于此。
本领域技术人员应该理解的是，取决于设计要求和其他因素可以发生各种各样的修改、组合、部分组合和替代，只要它们落入所附权利要求或其等价物的范围内即可。

Claims (16)

1.一种显示器，包括：
多个显示像素电极；
布置来面向所述显示像素电极的多个公共电极；
显示层；
显示控制电路，用于基于图像信号，通过在所述显示像素电极和所述公共电极之间施加用于显示的电压，执行图像显示控制以激活所述显示层；
多个触摸检测电极，面向所述公共电极，以在每个触摸检测电极和每个公共电极之间形成电容，在所述多个公共电极延伸的方向正交的方向上延伸所述多个触摸检测电极；以及
触摸检测电路，用于使用由所述显示控制电路作为触摸传感器驱动信号施加到所述公共电极的用于显示的公共驱动电压，基于从所述触摸检测电极得到的检测信号来检测外部临近对象，
其中所述触摸检测电路包括：
A/D模拟-数字转换器部件，用于在三个或更多个不同采样频率执行从每个触摸检测电极得到的检测信号的采样，以生成三个或更多个采样检测信号，以及
检测部件，用于基于所述三个或更多个采样检测信号执行检测操作。
2.根据权利要求1所述的显示器，其中
所述检测部件使用所述三个或更多个采样检测信号来执行多数规则操作，以及使用通过所述多数规则操作得到的采样检测信号来执行检测操作。
3.根据权利要求1所述的显示器，其中
每个采样频率是所述触摸传感器驱动信号的基频N倍的频率，N是2或更大的整数。
4.根据权利要求3所述的显示器，其中
在每个采样频率中，N是质数。
5.根据权利要求3所述的显示器，其中
所述触摸检测电路包括滤波器部件，允许包含在三个或更多个采样检测信号的各个信号中、并具有与所述触摸传感器驱动信号的基频相等频率的基本检测信号从其通过并被提供给所述检测部件。
6.根据权利要求1所述的显示器，其中
所述A/D转换器部件在除了由所述显示控制电路的图像信号的写操作导致的内部噪声的生成定时之外的定时，执行所述检测信号的采样。
7.根据权利要求1所述的显示器，其中
所述触摸传感器驱动信号的基频低于外部噪声频率。
8.根据权利要求1所述的显示器，其中
所述触摸传感器驱动信号的基频等于或低于40kHz。
9.根据权利要求1所述的显示器，其中
所述公共电极是多个条状电极图案。
10.根据权利要求9所述的显示器，其中
所述显示控制电路以每次驱动从多个电极图案选择的一组电极图案、同时顺序移动这样的电极图案组的选择的方式，驱动和扫描所述公共电极。
11.根据权利要求1所述的显示器，包括：
在其中形成所述显示控制电路的电路衬底；以及
布置来面向所述电路衬底的相向衬底，
其中在所述电路衬底的面向所述相向衬底的一侧上布置所述显示像素电极，
在所述相向衬底的面向所述电路衬底的一侧上布置所述公共电极，以及
所述显示层夹在所述电路衬底的所述显示像素电极和所述相向衬底的所述公共电极之间。
12.根据权利要求10所述的显示器，其中
所述显示层是液晶层。
13.根据权利要求1所述的显示器，包括：
在其中形成所述显示控制电路的电路衬底；以及
布置来面向所述电路衬底的相向衬底，
其中在所述电路衬底上顺序叠放所述公共电极和所述显示像素电极，且在之间具有绝缘层，以及
所述显示层夹在所述电路衬底的所述显示像素电极和所述相向衬底之间。
14.根据权利要求12所述的显示器，其中
所述显示层是以横电模式执行液晶显示的液晶层。
15.一种触摸传感器，包括：
多个触摸驱动电极；
多个触摸检测电极，面向所述触摸驱动电极，以在每个触摸检测电极和每个触摸驱动电极之间形成电容，在所述多个触摸驱动电极延伸的方向正交的方向上延伸所述多个触摸检测电极；以及
触摸检测电路，用于通过向所述触摸驱动电极施加触摸传感器驱动信号，基于从所述触摸检测电极得到的检测信号来检测外部临近对象，
其中所述触摸检测电路包括：
A/D模拟-数字转换器部件，用于在三个或更多个不同采样频率执行从每个触摸检测电极得到的检测信号的采样，以生成三个或更多个采样检测信号，以及
检测部件，基于所述三个或更多个采样检测信号执行检测操作。
16.一种具有包含触摸传感器的显示器的电子单元，所述显示器包括：
多个显示像素电极；
布置来面向所述显示像素电极的多个公共电极；
显示层；
显示控制电路，用于基于图像信号，通过在所述显示像素电极和所述公共电极之间施加用于显示的电压，执行图像显示控制以激活所述显示层；
多个触摸检测电极，面向所述公共电极，以在每个触摸检测电极和每个公共电极之间形成电容，在所述多个公共电极延伸的方向正交的方向上延伸所述多个触摸检测电极；以及
触摸检测电路，用于使用由所述显示控制电路作为触摸传感器驱动信号施加到所述公共电极的用于显示的公共驱动电压，基于从所述触摸检测电极得到的检测信号来检测外部临近对象，
其中所述触摸检测电路包括：
A/D模拟-数字转换器部件，用于在三个或更多个不同采样频率执行从每个触摸检测电极得到的检测信号的采样，以生成三个或更多个采样检测信号，以及
检测部件，用于基于所述三个或更多个采样检测信号执行检测操作。
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