CN101937298B - 触摸传感器和显示设备 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种可以检测远离传感器的对象的触摸传感器。触摸传感器包括一个或多个驱动电极；与各个驱动电极协作形成电容的一个或多个检测电极；检测电路，施加驱动信号到各个驱动电极，以便基于响应于各个驱动信号从各个检测电极获得的检测信号检测对象；以及控制器，控制来改变在驱动电极和检测电极之间生成的电力线的范围。

Description

触摸传感器和显示设备
技术领域
本发明涉及如液晶显示设备的显示设备，并且具体涉及电容型触摸传感器和具有这种触摸传感器的显示设备，所述电容型触摸传感器可以通过用户使用手指的接触或接近输入信息。
背景技术
近来注意到这样的显示设备，其中所谓触摸面板的接触检测器(下文中称为触摸传感器)直接附接到液晶显示设备上，并且在液晶显示设备上显示各种按钮图像作为对于典型的按钮的替代品，以便允许信息输入。在增加移动设备的屏幕的尺寸的趋势中，该技术提供节省空间和组件数目减少的巨大优点，因为显示安排和可以与按钮安排结合。然而，该技术具有的困难在于附接了触摸传感器，液晶模块的总的厚度因此增加。具体地，在移动设备应用中，出现以下困难：因为需要保护层用于避免触摸传感器上的刮伤，所以液晶模块趋于与趋势相反地在厚度上增加。
因此，例如，日本专利申请公开No.2008-9750提供了一种具有触摸传感器的液晶显示元件，在其上形成电容型触摸传感器用于减小厚度。在该液晶显示元件中，在液晶显示元件的观察侧基底和布置在基底的外表面上用于观察的偏振片之间提供用于触摸传感器的导电膜，并且在用于触摸传感器的导电膜和偏振片的外表面之间形成使用偏振片的外表面作为触摸表面的电容型触摸传感器。
发明内容
然而，在日本专利申请公开No.2008-9750中公开的具有触摸传感器的液晶显示元件中，用于触摸传感器的导电膜原则上需要处于与用户的电势相同的电势，因此用户需要安全地接地。因此，液晶显示元件实际上难以用于移动设备应用，尽管该元件可以用于通过电源插座供电的固定电视接收机。此外，在这样的技术中，如触摸传感器驱动部分和坐标检测电路的电路部分结构上需要与液晶显示元件的显示驱动电路部分分开提供，因此难以集成设备的总体电路。
因此，除了最初提供用于施加显示驱动电压的公共电极之外，考虑提供与公共电极形成电容的触摸检测电极(显示设备具有新构造的、电容型触摸传感器)。因为电容依赖于对象的接触或接近而改变，所以如果可以使用(公共地使用)由显示控制电路施加到公共电极的显示驱动电压作为触摸传感器驱动信号，则从触摸检测电极获得依赖于电容变化的检测信号。此外，当检测信号输入到预定触摸检测电路时，可以检测对象的接触或接近。此外，根据这种方法，可以提供具有触摸传感器的显示设备，该显示设备可适用于其中用户电势通常不固定的移动设备应用。此外，显示电路和传感器电路容易集成在一个电路板上，导致电路容易集成的优点。
然而，尽管包括日本专利申请公开No.2008-9750中的触摸传感器和新构造的触摸传感器的电容型触摸传感器可以检测对象的接触或接近，但是在远离触摸传感器的位置(在长距离处)，难以检测对象的存在。如果可以检测在长距离处的对象，则可以在远离触摸面板的位置输入信息而不用触摸该触摸面板，因此可以预期触摸传感器用于各种应用。因此，希望实现可以检测在长距离处的对象的存在的触摸传感器。
希望提供一种电容型触摸传感器和具有这种触摸传感器的显示设备，即使在远离传感器的位置，该触摸传感器也可以检测到对象的存在。
根据本发明实施例的触摸传感器包括：一个或多个驱动电极；与各个驱动电极协作形成电容的一个或多个检测电极；检测电路，施加驱动信号到各个驱动电极，以便基于响应于各个驱动信号从各个检测电极获得的检测信号检测对象；以及控制器，控制来改变在驱动电极和检测电极之间生成的电力线的范围。
根据本发明实施例的第一显示设备包括：多个显示像素电极；提供来面对显示像素电极的一个或多个公共电极；显示层；显示控制电路，通过在显示像素电极和公共电极之间施加基于图像信号的电压来控制显示层的图像显示性能；以及根据本发明实施例的触摸传感器。
根据本发明实施例的第二显示设备包括：多个显示像素电极；提供来面对显示像素电极的一个或多个公共电极；显示层；显示控制电路，通过在显示像素电极和公共电极之间施加基于图像信号的电压来控制显示层的图像显示性能；一个或多个传感器目的的驱动电极；与各个传感器目的的驱动电极协作形成电容的一个或多个传感器目的的检测电极；以及检测电路，施加传感器目的的驱动信号到各个传感器目的的驱动电极，以便基于响应于各个传感器目的的驱动信号从各个传感器目的的检测电极获得的检测信号检测对象。公共电极还用作传感器目的的驱动电极，并且公共电极提供有具有比显示目的的公共驱动信号的电压更大电压的传感器目的的驱动信号。
在根据本发明实施例的触摸传感器和第一显示设备中，(传感器)驱动信号施加到驱动电极，从而依赖于对象的存在或不存在，改变在(传感器)驱动电极和(传感器)检测电极之间形成的电容。从检测电极获得根据这种电容的改变的检测信号。控制器改变驱动电极和检测电极之间生成的电力线的范围，从而检测电路基于根据该范围获得的检测信号检测对象的存在。
在根据本发明实施例的第二显示设备中，传感器驱动信号施加到传感器驱动电极，从而依赖于对象的存在或不存在，改变在传感器驱动电极和传感器检测电极之间形成的电容。从检测电极获得根据这种电容的改变的检测信号。用于显示的公共电极共同地用作传感器驱动电极，并且公共电极施加有与公共驱动信号相比大的传感器驱动信号，从而改进检测灵敏度。
根据本发明实施例的触摸传感器和第一显示设备，因为控制器改变在驱动电极和检测电极之间生成的电力线的范围，所以不但可以在对象接触或接近触摸传感器的情况下，而且可以在对象位于远离触摸传感器的位置的情况下检测对象的存在。根据本发明实施例的第二显示设备，因为用于显示的公共电极共同地用作传感器驱动电极，并且公共电极施加有与公共驱动信号相比大的传感器驱动信号，所以改进检测灵敏度，因此即使在远离触摸传感器的位置也可以检测对象的存在。
本发明的其他和进一步的目的、特征和优点将从以下描述表现地更加完全。
附图说明
图1(A)和1(B)是用于图示根据本发明实施例的具有触摸传感器的显示设备的操作原理的图，其示出了手指的非接触状态。
图2(A)和2(B)是用于图示根据本发明实施例的具有触摸传感器的显示设备的操作原理的图，其示出了手指的接触状态。
图3(A)和3(B)是用于图示根据本发明实施例的显示设备的操作原理的图，其示出了触摸传感器的驱动信号和检测信号的每一个的波形的示例。
图4A到4D是用于图示根据本发明实施例的显示设备的每个检测模式的概述的概念图。
图5是示出根据本发明的第一实施例的显示设备的示意性结构的截面图。
图6是示出图5中示出的显示设备的像素结构和驱动器的每一个的详细配置的示例的框图。
图7是示出图5中示出的显示设备的相关部分(公共电极和传感器检测电极)的配置示例的透视图。
图8是示出图5中示出的显示设备的检测电路等的配置示例的电路图。
图9(A)到9(C)是示出根据比较示例的公共电极的线序驱动操作的示例的示意图。
图10A到10D是示出图5中示出的显示设备的公共电极的线序驱动操作的示例的示意图。
图11A和11B是用于图示图5中示出的显示设备的长距离检测模式和位置检测模式中的每条电力线的范围的示意图。
图12是示出图5中示出的显示设备的检测模式改变操作的流程图。
图13A到13D是示出根据本发明的第二实施例的显示设备的检测电极的示例的示意图。
图14A和14B是用于图示图13中示出的显示设备的长距离检测模式和位置检测模式中的每条电力线的范围的示意图。
图15A和15D是示出根据本发明的第三实施例的检测驱动信号的反相波形的示意图。
图16是示意性地示出根据本发明的第四实施例的检测驱动信号和显示公共驱动信号的每一个的应用定时的时序图。
图17是根据图16中示出的实施例的比较示例的时序图。
图18是根据本发明的第五实施例的TFT的驱动信号、视频信号和栅极电势的每一个的时序图。
图19A和19B是用于图示根据比较示例的、紧接在视频信号写入之后驱动信号Vcom和像素电势Vpix的每一个的行为的图。
图20是根据本发明的第六实施例的TFT的驱动信号、视频信号和栅极电势的每一个的时序图。
图21是示出图20中示出的驱动信号的另一示例的时序图。
图22是示出根据修改1的显示设备的示意性结构的截面图。
图23是示出根据修改2的显示设备的示意性结构的截面图。
图24是示出根据修改3的显示设备的示意性结构的截面图。
图25A和25B是示出图23中示出的显示设备的像素基底部分的详细配置的截面图和平面图。
图26A和26B是图23中示出的显示设备的相关部分的扩展透视图。
图27A和27B是用于图示图23中示出的显示设备的操作的截面图。
图28是示出根据每个实施例的显示设备的应用示例1的外观的透视图。
图29A和29B是透视图，其中图29A示出如从表面侧观看的应用示例2的外观，并且图29B示出如从后侧观看的应用示例2的外观。
图30是示出应用示例3的外观的透视图。
图31是示出应用示例4的外观的透视图。
图32A到32G是这样的视图，其中图32A是在打开状态下应用示例5的前视图，图32B是其侧视图，图32C是在关闭状态下的示例的前视图，图32D是其左侧视图，图32E是其右侧视图，图32F是其顶视图，并且图32G是其底视图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述本发明的优选实施例。按照以下顺序进行描述。
1.触摸检测方法的原理以及每个检测模式的概述
2.第一实施例(逐渐改变公共电极(传感器驱动电极)的电极图形(electrode pattern)的数目的示例)
3.第二实施例(逐渐改变传感器检测电极的电极图形的数目的示例)
4.第三实施例(改变传感器公共驱动信号的绝对值的示例)
5.第四到第六实施例
6.修改1(外部触摸面板的示例)
7.修改2(在偏振片的外侧上提供传感器检测电极的示例)
8.修改3(使用横向电模式的液晶元件作为显示元件的示例)
9.应用示例(具有触摸传感器的显示设备到电子设备的应用示例)
触摸检测方法的原理
首先，参照图1A到3B描述根据本发明实施例的显示设备的触摸检测方法的原理。触摸检测方法体现为电容型触摸传感器，其中例如如图1A所示，一对电极用于配置电容性元件，该对电极相互相对，它们之间有电介质D。这种结构表现为图1B中示出的等效电路。驱动电极E1、检测电极E2和电介质D共同配置电容性元件C1。电容性元件C1的一端连接到AC信号源(驱动信号源)S，并且其另一端P经由电阻器R接地并且连接到电压检测器(检测电路)DET。当具有预定频率(例如，大约几到超过10千赫)的AC方波Sg(图3B)从AC信号源S施加到驱动电极E1(电容性元件C1的一端)时，在检测电极E2(电容性元件C1的另一端P)出现如图3A所示的输出波形(检测信号Vdet)。AC方波Sg对应于本实施例中稍后描述的公共驱动信号Vcom。
在手指的非接触(或非接近)状态下，对应于电容性元件C1的电容值的电流I0随着电容性元件C1的充电和放电流动，如图1A和1B所示。此时，在电容性元件C1的另一端P的电势波形是例如如图3A所示的波形V0，其由电压检测器DET检测。
相反，在手指的接触(或接近)状态下，由手指形成的电容性元件C2串联添加到电容性元件C1，如图2A和2B所示。在此状态下，电流I1或I2随着电容性元件C1或C2的充电和放电流动。此时，在电容性元件C1的另一端P的电势波形是例如如图3A所示的波形V1，其由电压检测器DET检测。此时，在点P的电势变为通过流过各个电容性元件C1和C2的电流I1和I2的值确定的分割电势。因此，与非接触状态下的波形V0的值相比，波形V1具有小的值。如随后所述，电压检测器DET比较检测到的电压与预定的阈值电压Vth，并且当检测到的电压等于或高于阈值电压时，电压检测器确定状态为非接触状态，并且当检测到的电压低于阈值电压时，电压检测器确定状态为接触状态。以此方式，实现了触摸检测。
检测模式的概述
接下来，参照图4A到4D描述以下实施例的每个显示设备的检测模式的示例。在显示设备中，具体地，如图4A所示当对象位于远离显示设备的位置(在长距离)时，检测到对象的存在(长距离检测模式)。如图4D所示当对象接触或接近显示设备时，检测到对象的位置(位置坐标)(位置检测模式)。此外，即使在长距离检测模式和位置检测模式之间的中间距离，也执行逐渐检测(中距离检测模式和短距离检测模式)。然而，其中可以检测到对象的距离(可检测距离)和位置分辨率是平衡关系，如稍后所述。也就是说，当检测到更远距离对象的存在时，位置分辨率降低，而当更精确地检测对象的位置时，可检测的距离减小。
控制每个显示设备，使得在触摸检测方法的原理中描述的驱动电极E1和检测电极E2之间形成的电力线的范围改变，使得检测模式逐渐展现。当电力线的范围延伸超过长距离时，使用长距离检测模式，而当该范围维持在短距离内时，使用短距离检测模式或位置检测模式。下文中，使用实施例和修改详细描述用于改变电力线的这种范围的具体措施。
第一实施例
显示设备1A的配置示例
图5示出根据本发明的第一实施例的显示设备1A的相关部分截面结构。在显示设备1A中，液晶显示元件用作显示元件，并且原始提供在液晶显示元件中的电极的部分(稍后描述的公共电极43)和显示驱动信号(稍后描述的公共驱动信号Vcom)共同用于配置电容型触摸传感器。显示设备1A包括像素基底2、面对像素基底2布置的相对基底4、以及插入基底2和相对基底4之间的液晶层6。
像素基底2具有作为电路板的TFT基底21，以及TFT基底21上以矩阵模式排列的多个像素电极22。在TFT基底21上，形成用于驱动每个像素电极22的未示出的显示驱动器和TFT(薄膜晶体管)，此外，形成包括提供图像信号到每个像素电极的源极线(稍后描述的源极线25)和驱动每个TFT的栅极线(稍后描述的栅极线26)的各条线。
相对基底4具有玻璃基底41、在玻璃基底41的一个表面上形成的滤色镜42、以及在滤色镜42上形成的公共电极43。滤色镜42包括例如周期性排列的红(R)、绿(G)和蓝(B)三种颜色的滤色镜层，其中对应于每个显示像素(像素电极22)设置一组RGB三种颜色。公共电极43用作执行触摸检测操作的触摸传感器的传感器驱动电极配置部分，并且对应于图1A和1B中的驱动电极E1。
公共电极43通过接触导电杆7连接到TFT基底21。具有AC方波形的公共驱动信号Vcom经由接触导电杆7从TFT基底21施加到公共电极43。定义施加到像素电极22的像素电压和每个像素的显示电压的公共驱动信号Vcom共同地用作触摸传感器的驱动信号，并且对应于从图1A和1B中的驱动信号源S提供的AC方波Sg。也就是说，公共驱动信号Vcom在每个预定周期极性反转。
在玻璃基底41的另一表面上形成传感器检测电极44，比外，在传感器检测电极44上布置偏振片45。配置触摸传感器的部分的传感器检测电极44对应于图1A和1B中的检测电极E2。
液晶层6依赖于电场的状态调制通过层6的光，并且各种模式的液晶用于层6，包括TN(扭曲向列)、VA(垂直对准)和ECB(电场控制双折射)模式。
分别在液晶层6和像素基底2之间以及液晶层6和相对基底4之间布置对准膜，并且入射侧偏振片布置在像素基底2的底部侧，这些略去显示。
像素结构和驱动器的配置示例
图6示出显示设备1A的像素结构和各种驱动器的配置示例。在显示设备1A中，在有效显示区域100中以矩阵排列多个像素(显示像素20)，每个显示像素具有TFT元件Tr和液晶元件LC。
每个显示像素20与连接到栅极驱动器26D的栅极线26、连接到未示出的源极驱动器的信号线(源极线)25、以及连接到公共电极驱动器43D的每个公共电极43l到43n连接。如前所述，公共电极驱动器43D顺序提供公共驱动信号Vcom(Vcom(l)到Vcom(n))到公共电极43l到43n。公共电极驱动器43D具有例如移位电阻器43D1、COM选择部分43D2、电平偏移器43D3和COM缓冲器43D4。
移位电阻器43D1是用于顺序转移输入脉冲的逻辑电路。COM选择部分43D2是控制是否将公共驱动信号Vcom输入到有效显示区域100中的每个显示像素20的逻辑电路，并且依赖于有效显示区域100中的位置控制公共驱动信号Vcom的输出。电平偏移器43D3是用于将从COM选择部分43D2提供的控制信号偏移到足以控制公共驱动信号Vcom的电势电平的电路。COM缓冲器43D4是用于顺序提供公共驱动信号Vcom(Vcom(l)到Vcom(n))的最终输出逻辑电路，并且包括输出缓冲器电路或开关电路。
公共电极43和传感器检测电极44的配置示例
图7示出相对基底4上的公共电极43和传感器检测电极44的示例。公共电极43划分为在图中的右到左的方向上延伸的多个条形电极图形(下文中称为驱动电极图形)。这里，公共电极43分为n(n：2或更大的整数)个电极图形43l到43n。在由公共电极驱动器43D顺序提供有公共驱动信号Vcom的同时扫描电极图形。
然而，在实施例中，当顺序驱动电极图形时，在由一个或者至少两个选择的电极图形施加驱动信号Vcom的同时，沿着扫描方向驱动各图形。具体地，捆绑(bundle)选择数目的公共电极43的电极图形，并且在这样一束电极图形作为单位驱动线的情况下执行线序驱动。单位驱动线的驱动电极图形的选择数目可以根据稍后描述的控制器5的控制改变。
传感器检测电极44包括在垂直于公共电极43的驱动电极图形的延伸方向的方向上延伸的多个条形电极图形(下文中，称为检测电极图形)。从每个检测电极图形输出检测信号Vdet，并且将其输入到稍后描述的检测电路8。
以此方式，公共电极43的每个驱动电极图形和传感器检测电极44的每个检测电极图形在相互垂直的方向上延伸，从而传感器总体上可以检测对象的位置作为矩阵坐标。因此，例如，在以时分方式通过某些驱动电极图形顺序驱动公共电极43的模式(位置检测模式)中，可以获得对象的详细位置坐标。此外，在此情况下，可以实现通过多个人或多个手指(所谓的多触摸)的触摸检测。
控制器5和检测电路8
图8示出用于触摸检测操作的检测电路8、作为定时发生器的定时控制器9和控制器5的功能块配置。在实施例中，控制器5基于从检测电路8输出的检测信号Dout驱动定时控制器9。定时控制器9是本发明实施例的第一到第三定时控制器的每一个的具体示例。
在图8中，电容元件C1l到C1n对应于如图7所示的在公共电极43l和43n以及传感器检测电极44之间形成的(静电)电容元件。电容元件C1l到C1n连接到用于提供公共驱动信号Vcom(Sg)的驱动信号源S。
检测电路8(电压检测器DET)具有例如放大器81、A/D(模拟/数字)转换器83、信号处理器84、帧存储器86、坐标提取部分85和电阻器R。检测电路8的输入端子Tin共同地连接到电容元件C1l到C1n的每一个的另一端侧(传感器检测电极44侧)。
放大器81放大从输入端子Tin输入的检测信号Vdet，并且具有用于信号放大的运算放大器、电容器等。电阻器R布置在放大器81和地之间。电阻器R避免传感器检测电极44的浮置状态以保持稳定状态。这避免了检测电路8中检测信号Vdet的信号值的波动，此外，导致静电可以经由电阻器R排到地的优点。
A/D转换器83是将由放大器81放大的模拟检测信号Vdet转换为数字检测信号的部分，并且包括未示出的比较器。比较器比较输入的检测信号的电势与预定阈值电压Vth的电势(见图3)。通过A/D转换器83的A/D转换中的采样定时由从定时控制器9提供的定时控制信号CTL2控制。
信号处理器84对从A/D转换器83输出的数字检测信号执行预定信号处理(例如，数字噪声移除处理、或者将频率信息转换为位置信息的处理)。
坐标提取部分85基于从信号处理器84输出的检测信号获得关于对象的存在的信息，或者获得对象的位置(坐标)，并且将这样的信息等作为检测结果(检测信号Dout)从输出端子Tout输出。
这样的检测电路8可以在相对基底4上的外围区域(非显示区域或边框区域)中形成，或者可以在像素基底2的外围区域中形成。然而，从通过其集成简化电路等的观点看，检测电路8优选地在像素基底2上形成，因为检测电路可以与原本在像素基底2上形成的用于显示控制的各个电路元件集成。在此情况下，以下是足够的：传感器检测电极44的每个电极图形通过类似于接触导电杆7的接触导电杆(未示出)连接到像素基底2上的检测电路8，使得检测信号Vdet从传感器检测电极44传输到检测电路8。
控制器5基于从检测电路8输出的检测信号Dout将控制信号CTL3输出到定时控制器9。具体地，当控制器获得存在对象的确定结果作为检测结果Dout时，控制器执行减少单位驱动线的驱动电极图形的选择数目的控制，如稍后详细描述的。连续执行这样的控制操作，使得描述的检测模式(长距离检测模式到位置检测模式)逐渐展现。
显示设备1A的操作和效果
接下来，描述实施例的显示设备1A的操作和效果。
基本操作
在显示设备1A中，像素基底2上的显示驱动器(公共电极驱动器43D)线序地提供公共驱动信号Vcom到公共电极43的驱动电极图形(公共电极431到43n)。此外，显示驱动器以线序方式经由源极线25提供像素信号(图像信号)到每个像素电极22，并且同时经由栅极线25控制每个像素电极的TFT(TFT元件Tr)的切换。因此，液晶层6施加有纵向方向上(垂直于基底的方向上)的电场，该电场由对于每个显示像素20的公共驱动信号Vcom和每个图像信号确定，使得调制液晶状态。以此方式，通过所谓的反向驱动执行显示。
另一方面，在相对基底4侧，在公共电极43的驱动电极图形和传感器检测电极44的检测电极图形之间的互连中形成电容元件C1(电容元件C1l到C1n)。例如，当公共驱动信号Vcom在时间维度上施加到公共电极43的驱动电极图形时，如由图7中的箭头(扫描方向)所示，执行以下操作。也就是说，充电或放电一个或多个阵列中电容元件C1l到C1n的每一个，电容元件在施加有公共驱动信号Vcom的驱动电极图形和检测电极图形之间的互连中形成。结果，从传感器检测电极44的每个电极图形输出具有对应于电容器元件C1的电容值的大小的检测信号Vdet。在用户手指等不存在于相对基底4的表面侧的状态下，检测信号Vdet的大小基本恒定。要作为充电或放电的对象的电容C1的阵列随着公共驱动信号Vcom的扫描顺序移动。
此时，当用户手指触摸到相对基底4时，由手指导致的电容元件C2添加到在这样的触摸区域中已经原始形成的电容元件C1。结果，在扫描该触摸区域时的时间点(即，当公共驱动信号Vcom施加到公共电极43的所有驱动电极图形中对应于该触摸区域的驱动电极图形时的时间点)的检测信号Vdet的值变得小于另一区域中的值。检测电路8比较检测信号Vdet的电压与阈值电压Vth，并且当检测信号的电压低于阈值电压Vth时，检测电路确定相关区域为触摸区域。触摸区域可以从公共驱动信号Vcom的施加定时和具有低于阈值电压Vth的电压的检测信号Vdet的检测定时计算。
这里，与比较示例比较，详细描述实施例中的公共电极43的线序驱动操作。首先，参照图9A到9C描述根据比较示例的公共电极101的线序驱动操作。
比较示例中的线序驱动操作
在比较示例中，以这样的方式执行用于检测的线序驱动，捆绑公共电极101的驱动电极图形的部分，并且这样的一束驱动电极图形用作单位驱动线(检测驱动线L101)。另一方面，以这样的方式执行用于显示的线序驱动，小数目的(这里，一个)驱动电极图形用作显示驱动线(L102)。此时，检测驱动线L101的驱动电极图形的数目是固定值。然而，在这样的比较示例中，尽管可以在对象处于接触(接近)状态的情况下检测如手指的对象的存在，但是难以在远离对象一定距离的位置检测到对象(长距离检测)。
因此，在实施例中，注意到对象的可检测范围与在公共电极43和检测电极44之间生成的电力线的范围紧密相关，并且这种关系成功地用于对象的长距离检测。具体地，扩展电力线的范围以便覆盖更远的区域，从而可以检测更远的对象。此外，改变电力线的范围，使得可以检测处于各个距离的对象。在实施例中，执行公共电极43的以下线序驱动操作(用于检测的线序驱动操作)，作为改变电力线的范围的具体措施。
实施例中的线序驱动操作
图10A到10D示意性地示出根据实施例的公共电极43的线序驱动操作的示例。显示设备1A顺序展现长距离检测模式、中距离检测模式、短距离检测模式和位置检测模式总共四种检测模式。在该实施例中，在每个检测模式中以不同方式执行线序驱动操作。也就是说，控制公共电极43，使得每个检测模式中公共电极43的每个单位驱动线(检测驱动线La到Ld)的驱动电极图形的选择数目从长距离检测模式到位置检测模式逐渐减少。
具体地，在长距离检测模式中，选择总数或接近总数的数目的公共电极43的驱动电极图形的作为检测驱动线La。相反，在位置检测模式中，选择公共电极43的一个驱动电极图形或接近一的数目的驱动电极图形作为检测驱动线Ld。在中距离检测模式中，选择比长距离检测模式中的数目更小数目的驱动电极图形(例如，少于一半(这里，大约三分之一)的驱动电极图形)作为检测驱动线Lb。在短距离检测模式中，选择大约与位置检测模式中相同的数目或稍大数目的驱动电极图形作为检测驱动线Lc。
这里，参照图11A和11B描述由检测驱动线La到Ld之间驱动电极图形的选择数目的这种差别导致的操作。图11A和11B以简化方式示出显示设备1A的截面结构。然而，具有最大选择数目的驱动电极图形的长距离检测模式(图11A)和具有最小选择数目的驱动电极图形的位置检测模式(图11B)在此作为示例示出。在每个图中，尽管电力线(A1或A2)的轨迹通过点线示出，但是其不严格地表示实际电力线，而是示意性地表示用于图示电力线的范围的电力线。
例如，在长距离检测模式中，如图11A所示，因为检测驱动线La的驱动电极图形的选择数目大，所以在公共电极43和传感器检测电极44之间生成的电力线A1的范围扩展到大的距离。结果，电力线A1延伸到距显示设备1A的顶部(偏振片45的表面)距离D1的点。因此，当对象存在于从显示设备1A的顶部到距顶部距离D1的点的各点之一时，在从传感器检测电极44输出的检测信号Vdet中出现改变，因此输出对象存在的确定结果作为检测信号Dout。然而，在长距离检测模式中，尽管可以检测到远的对象，但是难以指定对象的布置区域。
另一方面，在位置检测模式中，如图11B所示，因为检测驱动线Ld的驱动电极图形的选择数目小，所以在公共电极43和传感器检测电极44之间生成的电力线A2的范围仅延伸到距显示设备1A的顶部距离D2(D2＜＜D1)的点。因此，尽管可以在接近显示设备1A的顶部的区域中确定对象的存在，但是不像在长距离检测模式，难以在远离显示设备1A的点检测到对象。相反，在位置检测模式中，因为驱动电极图形的选择数目设为一或接近一的数目(即，以定时方式用细分的单位驱动线执行线序驱动)，所以可以详细检测对象的布置区域(位置坐标)。
类似地，在中距离检测模式或短距离检测模式中，直到根据检测驱动线Lb或Lc的驱动电极图形的选择数目的距离的点，可以检测到对象。以此方式，电力线的范围依赖于单位驱动线的驱动电极图形的选择数目而改变。具体地，随着驱动电极图形的选择数目更大，电力线的范围扩大，因此可检测的距离增加。相反，随着选择数目更小，电力线的范围缩小，因此可检测的距离减小。另一方面，位置分辨率随着驱动电极图形的选择数目的减小而变得更高，而随着图形的选择数目的增加而变得更低。
因此，在长距离检测模式中，确定处于长距离的对象的存在。在中距离检测模式中，确定处于中距离的对象的存在，并且当对象存在时，近似地指定对象的布置区域。在短距离检测模式中，确定处于短距离的对象的存在，并且当对象存在时，指定对象的布置区域。在位置检测模式中，确定接触或接近显示设备的对象的存在，并且当对象存在时，获取对象的布置区域为XY矩阵中的位置坐标。也就是说，可检测距离和位置分辨率处于平衡关系。
控制器5根据从检测电路8输出的检测结果Dout逐渐改变检测驱动线La到Ld的每个的驱动电极图形的选择数目，使得检测模式逐渐展现。具体地，控制器5设置长距离检测模式为初始模式，并且根据检测结果Dout顺序地改变检测模式为中距离检测模式、短距离检测模式或位置检测模式，使得展现每个检测模式。下文中，参照图12描述改变每个检测模式的过程。
具体地，如图12所示，首先，控制器以长距离检测模式确定对象的存在(步骤S11)，并且当对象存在时(步骤S11：Y)，控制器执行将驱动电极图形的选择数目从检测驱动线La减少到检测驱动线Lb的控制。因此，长距离检测模式转到中距离检测模式。当对象不存在时(步骤S11：N)，控制器执行继续长距离检测模式的控制(即，保持检测驱动线La的驱动电极图形的选择数目的控制)。
接下来，控制器以中距离检测模式确定对象的存在(步骤S12)，并且当对象存在时(步骤S12：Y)，控制器执行将驱动电极图形的选择数目从检测驱动线Lb减少到检测驱动线Lc的控制。因此，中距离检测模式转到短距离检测模式。当对象不存在时(步骤S12：N)，控制器执行将驱动电极图形的选择数目从检测驱动线Lb增加到检测驱动线La的控制，使得检测模式返回到长距离检测模式(步骤S11)。
接下来，控制器以短距离检测模式确定对象的存在(步骤S13)，并且当对象存在时(步骤S13：Y)，控制器执行将驱动电极图形的选择数目从检测驱动线Lc减少到检测驱动线Ld的控制。因此，短距离检测模式转到位置检测模式。当对象不存在时(步骤S13：N)，控制器执行将驱动电极图形的选择数目从检测驱动线Lc增加到检测驱动线Lb的控制，使得检测模式返回到中距离检测模式(步骤S12)。
最后，在位置确定模式，控制器确定对象的存在(步骤S14)，并且当对象存在时(步骤S14：Y)，控制器提取对象的位置坐标(步骤S15)，并且完成检测。当对象不存在时(步骤S14：N)，控制器执行将驱动电极图形的选择数目从检测驱动线Ld增加到检测驱动线Lc的控制，使得检测模式返回到短距离检测模式(步骤S13)。
当在每个检测模式中将检测结果Dout(关于对象存在或不存在的检测结果)输出到控制器5时，控制器5基于检测结果Dout输出控制信号CTL3到定时控制器9，使得执行使用检测驱动线La到Ld之一的线序驱动操作。定时控制器9根据控制信号CTL3线序驱动公共电极43。以此方式，当在例如长距离检测模式作为初始模式的情况下检测对象的存在时，逐渐增加或减少驱动电极图形的选择数目，使得检测模式在各检测模式之间转移。
如上所述，在该实施例中，以这样的方式执行改变电力线的范围的措施，当线序驱动公共电极43时，设置一束选择数目的驱动电极图形作为单位驱动线(检测驱动线La到Ld的每个)，并且改变驱动电极图形的选择数目。因此，可以检测对象的存在直到处于根据驱动电极图形的选择数目的距离的点。结果，不但可以在对象接触或接近显示设置1A的情况下，而且可以在对象处于远离显示设备的位置的情况下检测对象的存在。
例如，当在公共电极43的线序驱动中驱动电极图形的选择数目设为总数或接近总数的数目时，可以检测处于长距离的对象的存在(长距离检测模式)。相反，当驱动电极图形的选择数目设为一或接近一的数目时，因为对象的布置区域可以指定为矩阵中的坐标，所以可以执行精确的位置检测(位置检测模式)。结果，可以实现对象的长距离检测和精确的位置检测。
特别地，当根据检测结果Dout从长距离检测模式到位置检测模式逐渐减少检测驱动线的驱动电极图形的选择数目时，可以以这样的方式执行对象的逐渐检测，在长距离检测模式作为初始模式的情况下确认对象的存在(在保持可检测的距离)的同时，逐步提高位置分辨率。也就是说，可以依赖于对象的距离执行适当的检测，这扩展了显示设备的应用。例如，可以输入信息而不用触摸显示屏幕，或者可以使从长距离接近显示屏幕的对象的布置区域逐渐变窄。
此外，在该实施例中，原本提供在液晶显示元件中的公共电极43共同地用作包括驱动电极和检测电极的一对触摸传感器电极之一。此外，作为显示驱动信号的公共驱动信号Vcom共同地用作触摸传感器驱动信号。因此，仅仅提供传感器检测电极44作为电容型触摸传感器中额外提供的电极是足够的，此外不需要重新准备触摸传感器驱动信号。结果，简化了设备配置。
第二实施例
第二实施例的特性配置
图13A到13D示意性地示出根据本发明的第二实施例的传感器检测电极44的有效电极图形和无效电极图形的布局。在上面的实施例中，改变公共电极43的驱动电极图形的选择数目作为用于改变电力线的范围的具体措施。在第二实施例中，有效地操作传感器检测电极44的检测电极图形的选择数目，并且改变该选择数目。在从长距离检测模式到位置检测模式执行逐渐检测的情况作为示例的情况下描述本实施例，本实施例应用到类似于第一实施例的显示设备1A的电容型触摸传感器。下文中，与第一实施例的显示设备1A中相同的组件用相同的参考标号或符号标记，并且适当地省略它们的描述。
传感器检测电极44包括多个在垂直于公共电极43的驱动电极图形的延伸方向的方向上延伸的条形检测电极图形。从每个检测电极图形输出检测信号Vdet，并且输入到检测电路8。
然而，在该实施例中，每个检测电极图形具有用于对于每个检测电极图形在接通状态(检测功能的有效状态)和断开状态(检测功能的无效状态)之间改变的开关。这里，断开状态指示浮置状态或高阻抗状态。这样的开关用于使传感器检测电极44的检测电极图形变薄，使得仅仅一个或至少两个选择的检测电极图形有效地操作。此外，改变要有效地操作的检测电极图形(下文中，称为有效电极图形)的选择数目，以便在每个检测模式中不同。
控制器5基于如在第一实施例中描述的从检测电路8输出的检测结果Dout，输出控制信号CTL3到定时控制器9。然而，在该实施例中，当从检测电路8输出的检测结果Dout显示对象存在时，控制器执行增加传感器检测电极44的有效电极图形的选择数目的控制。连续执行这种控制操作，从而逐渐展现描述的检测模式(长距离检测模式到位置检测模式)。
第二实施例的操作和效果
在该实施例中，在通过与第一实施例的显示设备1A中相同的操作执行显示的同时，随同用公共驱动信号Vcom扫描公共电极43一起从传感器检测电极44提供检测信号到检测电路8，因此输出检测结果Dout。
在该实施例中的检测操作
然而，在该实施例中，在传感器检测电极44的所有电极图形中，在每个检测模式中改变有效电极图形的选择数目。具体地，在长距离检测模式中，如图13A所示，选择传感器检测电极44的所有检测电极图形的一个检测电极图形或接近一个的数目的检测电极图形(这里，布置在最外侧的两个图形)作为有效电极图形44A。相反，在位置检测模式中，如图13D所示，选择总数或接近总数的数目的传感器检测电极44的检测电极图形作为有效电极图形44A。在中距离检测模式中，如图13B所示，选择比长距离检测模式中的数目更大数目的检测电极图形(例如，少于一半(这里，大约三分之一)的驱动电极图形)作为有效电极图形44A。在短距离检测模式中，选择至少大约一半的电极图形作为有效电极图形44A。在每个检测模式中希望以相等间隔排列有效电极图形44A。换句话说，在每个检测模式中希望有效电极图形44A之间的无效电极图形44B的数目是恒定的。
这里，参照图14A和14B描述由有效电极图形44A的选择数目的这种差别导致的操作。图14A和14B以简化方式示出显示设备1A的截面结构。然而，具有最小选择数目的有效电极图形44A的长距离检测模式(图14A)和具有最大选择数目的有效电极图形的位置检测模式(图14B)在此作为示例示出。在每个图中，尽管电力线(A3或A4)的轨迹通过点线示出，但是其不严格地表示实际电力线，而是示意性地表示用于图示电力线的范围的电力线。
例如，在长距离检测模式中，如图14A所示，因为有效电极图形44A的选择数目小，换句话说，因为传感器检测电极的大多数检测电极图形变窄，所以抑制在检测电极之间寄生电容的形成，结果电力线(A3)的范围扩展到长距离。结果，电力线A3延伸到距显示设备1A的顶部距离D1的点。因此，当对象存在于从显示设备1A的顶部到距顶部距离D1的点的各点之一时，输出对象存在的确定结果作为检测信号Dout。然而，在长距离检测模式中，因为传感器检测电极44的大多数检测电极图形变薄，所以难以详细指定对象的布置区域。
另一方面，在位置检测模式中，如图14B所示，因为有效电极图形44A的选择数目大，所以随着检测电极图形之间的寄生电容的形成，电力线(A4)的范围仅延伸到距显示设备1A的顶部距离D2(D2＜＜D1)的点。因此，如在第一实施例中，尽管可以在接近显示设备1A的顶部的区域中确定对象的存在，但是不像在长距离检测模式，难以在远离显示设备1A的点检测到对象。相反，在位置检测模式中，因为有效电极图形44A的选择数目设为接近总数，所以可以详细检测对象的布置区域(位置坐标)。
类似地，在中距离检测模式或短距离检测模式中，可以检测到对象直到根据有效电极图形44A的选择数目的距离的点。以此方式，电力线的范围依赖于有效电极图形44A的选择数目而改变。具体地，随着有效电极图形44A的选择数目更小，电力线的范围扩大，因此可检测的距离增加。相反，随着有效电极图形44A的选择数目更大，电力线的范围缩小，因此可检测的距离减小。另一方面，位置分辨率随着有效电极图形44A的选择数目的减小而变得更低，而随着图形的选择数目的增加而变得更高。
因此，如在第一实施例中，在长距离检测模式中，确定处于长距离的对象的存在。在中距离检测模式中，确定处于中距离的对象的存在，并且当对象存在时，近似地指定对象的布置区域。在短距离检测模式中，确定处于短距离的对象的存在，并且当对象存在时，指定对象的布置区域。在位置检测模式中，确定接触或接近显示设备的对象的存在，并且当对象存在时，获取对象的布置区域为XY矩阵中的位置坐标。
控制器5根据从检测电路8输出的检测结果Dout逐渐改变有效电极图形44A的选择数目，使得每个检测模式逐渐展现。然而，在该实施例中，当在长距离检测模式中对象存在时，增加有效电极图形44A的选择数目，使得检测模式转移到中距离检测模式，并且当对象不存在时，保持有效电极图形44A的选择数目，使得长距离检测模式继续。在中距离检测模式中，当对象存在时，增加有效电极图形44A的选择数目，使得检测模式转移到短距离检测模式，并且当对象不存在时，减小有效电极图形44A的选择数目，使得检测模式返回到长距离检测模式。类似地，在短距离检测模式中，依赖于对象的存在或不存在，检测模式转移到位置检测模式或返回到中距离检测模式。当在位置检测模式中对象存在时，提取对象的位置坐标，并且完成检测。当在该模式中对象不存在时，减少有效电极图形44A的选择数目，使得检测模式返回到短距离检测模式。
当在每个检测模式中将检测结果Dout(关于对象存在或不存在的检测结果)输出到控制器5时，控制器5基于检测结果Dout输出控制信号CTL3到定时控制器9，使得执行使用有效电极图形44A的检测操作。定时控制器9根据控制信号CTL3选择传感器检测电极44的有效电极图形44A。以此方式，当在长距离检测模式作为初始模式的情况下检测对象的存在时，逐渐增加或减少有效电极图形44A的选择数目，使得检测模式在各检测模式之间转移。
如上所述，在该实施例中，因为改变传感器检测电极的有效电极图形44A的选择数目作为改变电力线的范围的措施，所以可以检测对象的存在直到处于根据有效电极图形44A的选择数目的距离的点。结果，可以获得与第一实施例中相同的优点。
例如，当在传感器检测电极44的有效电极图形44A的选择数目设为一或接近一的数目时，可以检测处于长距离的对象的存在(长距离检测模式)。相反，当有效电极图形44A的选择数目设为总数或接近总数的数目时，因为对象的布置区域可以指定为矩阵中的坐标，所以可以执行精确的位置检测(位置检测模式)。结果，如在第一实施例中，可以实现对象的长距离检测和精确的位置检测。
特别地，当根据检测结果Dout从长距离检测模式到位置检测模式逐渐增加有效电极图形44A的选择数目时，可以以这样的方式执行对象的逐渐检测，在长距离检测模式作为初始模式的情况下保持可检测的距离的同时，逐步提高位置分辨率。结果，可以依赖于对象的距离执行适当的检测，如在第一实施例中，这扩展了显示设备的应用
在第一和第二实施例中，尽管给出改变公共电极43的线序驱动中的驱动电极图形的选择数目的方法，以及改变传感器检测电极44的有效电极图形44A的选择数目的方法分别作为改变电力线的范围的措施的示例，但是可以组合各方法。也就是说，在长距离检测模式中，公共电极43的线序驱动中的驱动电极图形的选择数目设为总数或接近总数的数目，并且传感器检测电极44的有效电极图形44A的选择数目设为一或接近一的数目。相反，在位置检测模式中，公共电极43的线序驱动中的驱动电极图形的选择数目设为一或接近一的数目，并且传感器检测电极44的有效电极图形44A的选择目数设为总数或接近总数的数目是足够的。
第三实施例
图15A到15D示意性地示出在每个检测模式中根据本发明的第三实施例的检测驱动信号(Vcom2)的反相波形(AC方波Sg)。在上面的实施例中，改变公共电极43的线序驱动中的驱动电极图形的选择数目，或者改变传感器检测电极44的有效电极图形的选择数目作为改变电力线的范围的措施。在第三实施例中，改变施加到公共电极43的线序驱动中的每个驱动电极图形的驱动信号Vcom2。在从长距离检测模式到位置检测模式执行逐渐检测的情况作为示例的情况下描述本实施例，本实施例应用到类似于第一实施例的显示设备1A的电容型触摸传感器。下文中，与第一实施例的显示设备1A中相同的组件用相同的参考标号或符号标记，并且适当地省略它们的描述。
在该实施例中，在通过与第一实施例的显示设备1A中相同的操作执行显示的同时，随同用公共驱动信号Vcom扫描公共电极43一起从传感器检测电极44提供检测信号到检测电路8，因此输出检测结果Dout。
然而，在该实施例中，与显示公共驱动信号(Vcom1)分离地使用检测驱动信号Vcom2作为施加到每个驱动电极图形的驱动信号，并且在公共电极43的线序驱动中的每个检测模式中改变驱动信号Vcom2。具体地，改变驱动信号Vcom2，使得如图15A到15D所示，从长距离检测模式到位置检测模式逐渐减小驱动信号Vcom2的绝对值(Va＞Vb＞Vc＞Vd)。
控制器5根据从检测电路8输出的确定结果Dout逐渐改变驱动信号Vcom2，使得逐渐展现每个检测模式。具体地，在长距离检测模式中，当对象存在时，减小驱动信号Vcom2的绝对值(方波的幅度)，使得检测模式转移到中距离检测模式，并且当对象不存在时，保持当前的驱动信号Vcom2，使得长距离检测模式继续。接下来，在中间检测模式中，当对象存在时，减小驱动信号Vcom2的绝对值，使得检测模式转移到短距离检测模式，并且当对象不存在时，增加驱动信号Vcom2的绝对值，使得检测模式返回到长距离检测模式。类似地，在随后的短距离检测模式中，依赖于对象的存在或不存在，检测模式转移到位置检测模式，或返回到中距离检测模式。当在位置检测模式中对象存在时，提取对象的位置坐标，并且完成检测。当在位置检测模式中对象不存在时，增加驱动信号Vcom2的绝对值，使得检测模式返回到短距离检测模式。
当在每个检测模式中将检测结果Dout(关于对象存在或不存在的检测结果)输出到控制器5时，控制器5基于检测结果Dout输出控制信号CTL3到定时控制器9，使得基于检测结果Dout执行使用驱动信号Vcom2的检测操作。定时控制器9根据控制信号CTL3执行使用驱动信号Vcom2的线序驱动。以此方式，当在长距离检测模式作为初始模式的情况下检测对象的存在时，逐渐增加或减小驱动信号Vcom2的绝对值，使得检测模式在各检测模式之间转移。
如上所述，在该实施例中，因为改变驱动信号Vcom2的绝对值作为改变电力线的范围的措施，所以可以检测对象的存在直到根据驱动信号Vcom2的大小的距离。结果，可以获得与第一实施例中相同的优点。
作为改变电力线的范围的措施，第三实施例中改变驱动信号Vcom2的控制可以与改变公共电极43的线序驱动中的驱动电极图形的选择数目的控制(第一实施例)组合。也就是说，在长距离检测模式中，驱动电极图形的选择数目设为总数或接近总数的数目，并且此外驱动信号Va用作施加到选择的驱动电极图形的驱动信号Vcom2。相反，在位置检测模式中，驱动电极图形的选择数目设为一或接近一的数目，并且驱动信号Vb用作施加到选择的驱动电极图形的驱动信号Vcom2是足够的。
第三实施例中改变驱动信号Vcom2的控制可以与第二实施例中改变传感器检测电极44的有效电极图形的选择数目的控制组合。可替代地，第一到第三实施例中的所有方法可以组合。
第四实施例
图16示意性地示出根据本发明的第四实施例的驱动信号Vcom2和公共驱动信号Vcom1的每个的施加定时。已经在用于显示的公共电极43共同地用作用于检测的驱动电极的情况作为示例的情况下描述了第一到第三实施例。在此情况下，具体地，公共电极43施加有显示公共驱动信号Vcom1和检测驱动信号Vcom2。在第四实施例中，在驱动信号Vcom1和Vcom2相互不同的情况下，对于驱动信号Vcom1或Vcom2的优选应用操作(驱动信号Vcom的调制操作)进行了描述。驱动信号Vcom1和Vcom2相互不同的情况包括例如使得驱动信号Vcom2大于驱动信号Vcom1(Vcom2＞Vcom1)以便改进检测灵敏度的情况，或者调制驱动信号Vcom2的绝对值用于在各模式之间转换(第三实施例)的情况。与第一实施例的显示设备1A中相同的组件用相同的参考标号或符号标记，并且适当地省略它们的描述。这里，对于作为示例的驱动信号Vcom2的绝对值大于驱动信号Vcom1的绝对值的情况进行描述。
具体地，定时控制器9在以下定时施加驱动信号Vcom2到公共电极43的每个驱动电极图形。也就是说，定时控制器执行控制，使得每个驱动电极图形顺序施加有显示驱动信号Vcom1，并且驱动信号Vcom1的施加定时不同于驱动信号Vcom2的施加定时。换句话说，定时控制器9施加驱动信号Vcom2到驱动电极图形中没有施加有驱动信号Vcom1的驱动电极图形。例如，如图16所示，驱动信号Vcom1(阴影部分)施加到每个驱动电极图形(这里，6个驱动电极图形COM1到COM6作为示例)，然后顺序施加驱动信号Vcom2。换句话说，施加驱动信号Vcom1，然后增大驱动信号Vcom1的绝对值(扩大幅度)，使得信号Vcom1调制为驱动信号Vcom2。
如上所述，当用于显示的公共电极43共同地用作用于检测的驱动电极时，希望驱动信号Vcom2的施加定时不同于驱动信号Vcom1的施加定时。如果驱动信号Vcom1的施加定时(视频信号的写入定时)与驱动信号Vcom2的施加定时同步(例如，图17的情况)，则像素电极22和公共电极43之间的电势差改变，使得难以获得希望的显示(基于视频信号Vsig的具有适当亮度级别的显示)。因此，如在该实施例中驱动信号Vcom1和Vcom2在不同定时施加，从而即使用于显示的公共电极43共同地用作用于检测的驱动电极，也容易实现希望的显示。在图17中，相对于以线序方式施加的驱动信号Vcom1，由虚线示出驱动信号Vcom2。
上面的优点在驱动信号Vcom1和Vcom2之间的差别大的情况下变大，例如，在使得驱动信号Vcom2更大以改进检测灵敏度的情况下，或者在第三实施例中的长距离检测模式的情况下。这是因为当在视频写入中施加具有与驱动信号Vcom1大的差别的驱动信号Vcom2时，显示趋于由此受影响。
第五实施例
图18示出根据本发明的第五实施例的驱动信号(Vcom1或Vcom2)、视频信号Vsig、以及TFT(图6中示出的TFT元件Tr)的栅极电势Vgate的时序图。在第四实施例中，已经对于当用于显示的公共电极43共同地用作用于检测的驱动电极，驱动信号Vcom1和Vcom2以相互不同的定时施加到公共电极43时的操作进行了描述。在第五实施例中，描述进一步的优选操作。与第一实施例的显示设备1A中相同的组件用相同的参考标号或符号标记，并且适当地省略它们的描述。
具体地，当栅极电势Vgate处于导通电势(TFT导通)时，定时控制器9分别施加驱动信号Vcom1到公共电极43，并且施加视频信号Vsig到像素电极22，从而取代像素电势Vpix(图6中示出的液晶元件LC的电势)，使得写入视频画面。在该实施例中，设置每个TFT的截止状态中的栅极电势(VgateL)满足以下公式(1)。在该公式中，VsigL表示视频信号Vsig的低电势，ΔVcom2表示从驱动信号Vcom2的最小电势到最大电势的位移(幅度的两倍大)，并且Vth表示TFT的阈值电压。根据以下公式(2)设置ΔVcom2。更希望地，考虑Vgate(陷入(plunge))设置VgateL满足以下公式(3)。Vgate(陷入)表示由栅极线26和像素之间的寄生电容导致的陷入电势(图6中示出的液晶元件LC的电势)。
VgateL≤VsigL-ΔVcom2+Vth.....(1)
ΔVcom2＝Vcom1H-Vcom2L.....(2)
VgateL≤VsigL-ΔVcom2+Vth-Vgate(plunge).....(3)
这里，参照图19A和19B描述实施例的比较示例。图19A和19B示出紧接在写入视频信号之后(即，在栅极电势Vgate从导通电势转换为截止电势的情况下)，驱动信号Vcom和像素电势Vpix的每一个的行为。如图19A所示，紧接在写入视频信号之后，栅极电势降低到截止电势，并且驱动信号Vcom与此一起减小(黑箭头)，因此像素电势Vpix(阴影箭头)相应地减小。因此，在这种紧接在写入视频信号之后的状态下，当调制驱动信号Vcom使得信号的幅度增加时，如图19B所示，像素电势Vpix极端地下降，这可能导致像素电势低于栅极电势的现象。当像素电势Vpix变得低于栅极电势(截止电势)时，因为每个像素施加有反向偏压，所以难以执行希望的视频显示。
因此，如在该实施例中，依赖于驱动信号Vcom，栅极电势满足公式(2)(希望公式(3))，从而即使紧接在写入视频信号之后施加驱动信号Vcom，也可以实际上避免像素电势Vpix降到栅极电势VgateL之下。结果，尽管调制了驱动信号Vcom，但是可以抑制由于像素电势Vpix的下降导致的对显示的影响，导致希望的视频显示。
第六实施例
图20示出根据本发明的第六实施例的驱动信号Vcom(Vcom1或Vcom2)、视频信号Vsig、以及TFT的栅极电势Vgate的时序图。在第五实施例中，当驱动信号Vcom1和Vcom2在不同定时施加时，栅极电势Vgate设为满足预定公式，从而抑制由于像素电势Vpix的下降导致的对显示的影响。在第六实施例中，描述用于抑制对显示的这种影响的另一方法。与第一实施例的显示设备1A中相同的组件用相同的参考标号或符号标记，并且适当地省略它们的描述。
具体地，当栅极电势Vgate处于导通电势(TFT导通)时，定时控制器9分别施加驱动信号Vcom1到公共电极43，并且施加视频信号Vsig到像素电极22，从而写入视频画面。
然而，在该实施例中，在从施加驱动信号Vcom1过去一定时间段之后而不像在第五实施例中紧接在施加驱动信号Vcom1之后执行驱动信号Vcom2的施加(从驱动信号Vcom1到驱动信号Vcom2的调制控制)。例如，如图20所示，从驱动信号Vcom1的施加完成点(t1)到驱动信号Vcom的方波的半个周期过去之后的点(t2)，没有施加驱动信号Vcom2(没有执行从驱动信号Vcom1到驱动信号Vcom2的调制控制)。在点t2执行施加驱动信号Vcom2的控制(执行从驱动信号Vcom1到驱动信号Vcom2的调制控制)。即使在该实施例中，也可以满足第五实施例中的公式(1)到(3)。
以此方式，在从施加驱动信号Vcom1过去一定时间段之后执行驱动信号Vcom2的施加，从而给出以下优点。也就是说，尽管如上所述通过紧接在写入视频信号之后栅极电势Vgate到截止电势的转换，像素电势Vpix暂时下降，但是像素电势Vpix的这种下降没有大到使得电势变得低于截止电势，因此显示从而较少受影响。此后，当扩大驱动信号Vcom的幅度，以便施加驱动信号Vcom2时，像素电势Vpix相应地上升。结果，在抑制由于像素电势Vpix的下降导致的对显示的影响的同时，可以如在第五实施例中调制驱动信号Vcom。
在第四到第六实施例中，已经用施加到公共电极43的显示驱动信号Vcom1和检测驱动信号Vcom2相互不同的情况下的若干示例描述了优选的驱动操作。然而，这不是限制性的，并且可以使用以下驱动方法。也就是说，如图17所示，当驱动信号Vcom2进一步施加到作为驱动信号Vcom1的写入对象的像素时，像素电势如前所述改变，并且例如，可以在像素电势的这种改变的预期中调制视频信号Vsig自身的电平。即使通过这样的方法，也可以获得希望的显示。然而，在调制视频信号Vsig的电平的情况下，因为IC驱动器趋于施加有负载，所以在第四到第六实施例的每一个中描述的方法是可行的。
可以仅在特定时段施加驱动信号Vcom2。具体地，如图21所示，仅在执行对象检测期间的时段ta或tb(这里，紧接在改变Vcom的极性的时刻之前和之后的每个时段)中扩大信号的幅度(从驱动信号Vcom1到驱动信号Vcom2的调制控制)。因为这种驱动操作减小DC电平到液晶的施加时间，所以可以抑制卡死(seizure)等的出现。此外，因为驱动信号Vcom2可以在施加视频信号Vsig之前返回到显示驱动信号Vcom1，所以不需要同时使用两种不同种类的电势，导致IC负载的减小或外围电路的简化。
已经对于为了增加检测灵敏度使得Vcom2大于Vcom1的情况作为驱动信号Vcom1和Vcom2相互不同的情况的示例进行了描述。在此情况下，可以不涉及检测模式的改变。具体地，尽管假设第一到第三实施例中描述的检测模式的改变操作可以设置Vcom2＞Vcom1，但是可以执行检测驱动而没有模式改变，即，可以在连续使用具有一定值的驱动信号Vcom2(＞Vcom1)的同时执行。驱动信号Vcom2的值设为更大，从而改进检测灵敏度，因此可以执行长距离检测。之前具有模式改变操作(电力线的范围的改变操作)的配置对应于本发明实施例的第一显示设备，而之后没有模式改变操作的配置对应于本发明实施例的第二显示设备。
接下来，描述第一到第六实施例的每一个的显示设备的修改。下文中，与第一实施例的显示设备1A中相同的组件用相同的参考标号或符号标记，并且适当地省略它们的描述。
修改1
图22示出根据修改1的显示设备1B的相关部分截面结构。显示设备1B包括像第一实施例的显示设备1A的液晶显示元件和电容型触摸传感器。然而，在该修改中，提供触摸传感器为与液晶显示元件分离的触摸面板50，不像在第一实施例中共同地使用用于显示的公共电极43，使得触摸传感器与液晶显示元件集成。具体地，在显示设备1B中，在液晶显示元件的偏振片45的一侧布置和使用触摸面板50，在液晶显示元件中液晶层6密封在像素基底2和相对基底4之间。
触摸面板50具有在透明基底51上以如下顺序提供的传感器驱动电极52、粘合层53、透明基底54和传感器检测电极55。传感器驱动电极52分为多个驱动电极图形，并且每个驱动电极图形线序地施加有驱动信号Vcom，如同第一实施例的公共电极43。类似地，传感器检测电极55分为多个检测电极图形，并且每个检测电极图形垂直于传感器驱动电极52的每个驱动电极图形的延伸方向延伸，如同第一实施例的传感器检测电极44。
触摸传感器可以以此方式与显示元件分离，并且在第一到第三实施例中描述的每个方法可以以如上的相同方式应用到显示设备1B。然而，在公共电极43共同地用作传感器驱动电极的第一实施例的显示设备1A中，设备配置可能更加简化。
修改2
图23示出根据修改2的显示设备1C的相关部分截面结构。显示设备1C包括像第一实施例的显示设备1A的液晶显示元件和电容型触摸传感器。然而，显示设备1C与第一实施例的显示设备1A不同在于传感器检测电极44布置在相对于偏振片45的外侧。具体地，显示设备1C具有在偏振片45上以如下顺序提供的粘合层47、传感器检测电极44和透明基底48。以此方式，传感器检测电极44不需要必须提供在相对于偏振片45的内侧，而是可以配置为安排在用户侧。
修改3
显示设备1D的配置
图24示出根据修改3的显示设备1D的相关部分截面结构。图25A和25B示出显示设备1D的像素基底(稍后描述的像素基底2B)的详细配置。图26A和26B示出显示设备1D的透视结构。显示设备1D包括像第一实施例的显示设备1A的液晶显示元件和电容型触摸传感器。然而，显示设备1D与第一实施例的显示设备1A不同在于横向电模式的液晶元件用作显示元件。
显示设备1D包括像素基底2B、面对像素基底2B布置的相对基底4B、以及提供在像素基底2B和相对基底4B之间的液晶层6。
像素基底2B具有TFT基底21、排列在TFT基底21上的公共电极43、以及经由绝缘层23在公共电极43上以矩阵模式排列的多个像素电极22。在TFT基底21上，形成用于驱动每个像素电极22和TFT的未示出的显示驱动器，此外，形成如提供图像信号到每个像素电极的信号线(源极线)25和驱动每个TFT的栅极线26的线(图25A和25B)。此外，在TFT基底21上形成执行触摸检测操作的检测电路8。如在第一实施例中，公共电极43共同地用作传感器驱动电极。
相对基底4B包括在玻璃基底41的一个表面上形成的滤色镜42。在玻璃基底41的另一表面上形成传感器检测电极44，此外，在传感器检测电极44上排列偏振片45。传感器检测电极44可以通过薄膜工艺直接在相对基底4B上形成，或者可以间接在其上形成。公共电极43施加有来自TFT基底21的具有AC方波形的公共驱动信号Vcom。公共驱动信号Vcom定义施加到每个像素电极22的像素电压和每个像素的显示电压，并且共同地用作触摸传感器的驱动信号。公共电极43和传感器检测电极44分为以如第一实施例中的相互交叉的方式延伸的多个电极图形。
液晶层6依赖于电场的状态调制通过层6的光，并且例如，如FFS(边缘场切换)模式或IPS(平面内切换)模式的横向电模式的液晶用于层6。这里，参照图26A和26B描述FFS模式。在FFS模式液晶元件中，在经由绝缘层23在显示基底2B上形成的公共电极43上布置以梳状形状成形的像素电极22，并且覆盖像素电极形成对准膜26。液晶层6夹在相对基底4B侧的对准膜26和对准膜46之间。两个偏振片24和45以交叉尼科尔状态排列。两个对准膜26和26的每一个的摩擦方向对应于两个偏振片24和45的透射轴之一的方向。这里，附图示出了摩擦方向对应于偏振片45的透射轴的方向的情况。此外，两个对准膜26和26的每一个的摩擦方向和偏振片45的透射轴的方向设为在限定液晶分子的旋转方向的范围内近似平行于每个像素电极22的延伸方向(梳的纵向方向)。
显示设备1D的操作和效果
首先，参照图26A和26B和图27A和27B简要描述FFS模式液晶元件的显示操作原理。图27A和27B示出液晶元件的相关部分截面，其中图27A示出液晶元件没有施加有电场的状态，而图27B示出液晶元件施加有电场的状态。
在公共电极43和像素电极22之间没有施加电压的状态下(图26A和27A)，液晶层6的每个液晶分子61的轴垂直于入射侧偏振片24的透射轴，并且平行于输出侧偏振片45的透射轴。因此，通过入射侧偏振片24透射的入射光h到达输出侧的偏振片45，而不导致液晶层6内的相位差，并且由片45吸收，导致黑显示。相反，在公共电极43和像素电极22之间施加电压的状态下(图26B和27B)，每个液晶分子61的对准方向通过在像素电极之间形成的横向电场E，在与每个像素电极22的延伸方向的倾斜方向上旋转。此时，优化白显示中的电场强度，使得位于液晶层6的厚度方向的中心的液晶分子61旋转大约45度。因此，在已经通过入射侧的偏振片24透射的入射光h通过液晶层6的同时，在光h中出现相位差，因此光变为旋转90度的线性偏振光，并且通过输出侧的偏振片45，导致白显示。
接下来，描述显示设备1D的显示控制操作和触摸检测操作。像素基底2B上的显示驱动器(未示出)线序地提供公共驱动信号Vcom到公共电极43的驱动电极图形。此外，显示驱动器经由源极线25提供图像信号到每个像素电极22，并且同时以线序方式经由栅极线26控制每个像素电极的TFT的切换。因此，液晶层6施加有横向方向(平行于基底的方向)上的电场，对于每个像素，该电场通过公共驱动信号Vcom和每个图像信号确定，使得调制液晶状态。以此方式，通过所谓的反相驱动执行显示。
相反，在相对基底4B侧，公共驱动信号Vcom在时间维度上顺序地施加到公共电极43的驱动电极图形。因此，充电或放电阵列中的每个电容元件C1(C1l到C1n)，如在第一实施例中，该电容元件在施加有信号Vcom的公共电极43的驱动电极图形和传感器检测电极44的检测电极图形之间的互连中形成。结果，具有对应于电容元件C1的电容值的大小的检测信号Vdet从传感器检测电极44的每个电极图形输出。
以此方式，在第一到第三实施例中描述的每个方法可以以与如上相同的方式应用到对于液晶显示元件使用横向电模式的液晶的显示设备1D。然而，因为该修改具有在像素电极2B侧(在TFT基底21上)提供作为触摸传感器驱动电极的公共电极43的结构，所以公共驱动信号Vcom极容易从TFT基底21提供到公共电极43，并且那些必需的电路、电极图形和线可以集中在像素基底2上，导致电路的集成。因此，从像素基底2侧到相对基底4侧的公共驱动信号Vcom的提供路径(接触导电杆7)不必需，导致更简化的结构，该提供路径在第一实施例中已经是必需的。
尽管在修改3中在玻璃基底41的表面侧(在与液晶层6相对的侧)提供传感器检测电极44，但是传感器检测电极44可以提供在相对于滤色镜42的液晶层6的一侧。可替代地，传感器检测电极44可以提供在玻璃基底41和滤色镜42之间，或者可以提供在偏振片45的外侧。
应用示例
接下来，参照图28到32G描述具有在实施例和修改的每一个中描述的触摸传感器的显示设备的应用示例。根据每个实施例等的显示设备可以应用到任何领域的电子设备，包括电视装置、数字相机、笔记本个人计算机、如运动电话的移动终端和摄像机。换句话说，根据每个实施例等的显示设备可以应用到任何领域的电子设备，其将外部输入的视频信号或内部生成的视频信号显示为图像或视频画面。
应用示例1
图28示出根据每个实施例等的显示设备的电视装置。该电视装置具有例如前面板511和包括滤色镜512的视频显示屏幕510，并且视频显示屏幕510对应于根据每个实施例等的显示设备。
应用示例2
图29A和29B示出使用根据每个实施例等的显示设备的数字相机的外观。该数字相机具有例如用于闪光的发光部分521、显示器522、菜单开关523和快门按钮524，并且显示器524对应于根据每个实施例等的显示设备。
应用示例3
图30示出使用根据每个实施例等的显示设备的笔记本个人计算机的外观。该笔记本个人计算机具有例如主体531、用于字母等的输入操作的键盘523、以及用于显示图像的显示器533，并且显示器533对应于根据每个实施例等的显示设备。
应用示例4
图31示出使用根据每个实施例等的显示设备的摄像机的外观。该摄像机具有例如主体541、在主体541的前面侧上提供的用于拍摄对象的透镜542，在拍摄中使用的开始/停止开关543、以及显示器544。显示器544对应于根据每个实施例等的显示设备。
应用示例5
图32A到32G示出使用根据每个实施例等的显示设备的移动电话的外观。例如，通过由铰链730将上部外壳710连接到下部外壳720来形成移动电话，并且移动电话具有显示器740、子显示器750、画面灯760和相机770。显示器740或子显示器750对应于根据每个实施例等的显示设备。
尽管已经用实施例、修改和应用示例描述了本发明，但是本发明不限于实施例等，并且可以进行不同的修改或改变。例如，尽管已经在展现长距离检测模式(第一检测模式)和位置检测模式(第二检测模式)两者的配置作为示例的情况下描述了本发明，但是位置检测模式不是不可缺少的，并且本发明可以配置为使得依赖于使用条件或应用仅展现长距离检测模式。
此外，在实施例等中给出逐渐展现从长距离检测模式(第一检测模式)到位置检测模式(第二检测模式)的总共四个检测模式的情况作为示例，但是不具体限制检测模式的数目或距离分辨率。例如，要展现的检测模式的数目可以是2、3或者5或更多。随着检测模式的数目增加，距离分辨率变得更高，并且对象存在的距离触摸传感器的距离更容易确定。
此外，尽管已经在用长距离检测模式作为初始模式执行逐渐检测的情况作为示例的情况下描述了实施例等，但是初始模式不必是长距离检测模式，并且如位置检测模式的另一检测模式可以用作初始模式。
此外，尽管在实施例等中已经描述了使用液晶显示元件作为显示元件的显示设备，但是本发明可以应用到使用另一显示元件(例如，有机EL元件)的显示设备。
此外，在实施例等中描述的一系列处理可以由硬件或软件执行。在该系列处理由软件执行的情况下，配置软件的程序安装在通用计算机等中。这样的程序可以被预先记录在计算机中建立的记录介质中。
本申请包含涉及于2009年6月30日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2009-155827和于2010年3月8日向日本专利局提交的日本优先权专利申请JP 2010-050483中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。
本领域的技术人员应该理解，取决于设计要求和其它因素，可以出现各种修改、组合、子组合和替换，只要它们在权利要求或其等价物的范围内。

Claims (17)

1.一种触摸传感器，包括：
一个或多个驱动电极；
与各个驱动电极协作形成电容的一个或多个检测电极；
检测电路，施加驱动信号到各个驱动电极，以便基于响应于各个驱动信号从各个检测电极获得的检测信号检测对象；以及
控制器，控制来改变在驱动电极和检测电极之间生成的电力线的范围，
其中控制器控制来根据通过检测电路的检测结果改变电力线的最大范围，
其中驱动电极是沿着第一方向延伸的多个驱动电极图形，以及
检测电极是沿着垂直于第一方向的第二方向延伸的多个检测电极图形，
所述触摸传感器还包括以这样的方式驱动多个驱动电极图形的第一定时控制器，使得每次选择一个或多个驱动电极图形来驱动，同时顺次转移驱动电极图形的这种选择，从而允许扫描全部多个驱动电极图形用于驱动，
其中控制器根据检测结果改变要选择的驱动电极图形的数目。
2.如权利要求1所述的触摸传感器，具有其中要选择的驱动电极图形的数目相对大的第一检测模式，以及其中要选择的驱动电极图形的数目相对小的第二检测模式，
其中检测电路在第一检测模式中检测对象的存在，并且在第二检测模式中检测对象的位置。
3.如权利要求2所述的触摸传感器，还具有另一检测模式或两个或多个其他检测模式，在另一检测模式或其他检测模式的每一个中选择的驱动电极图形的数目位于在第一检测模式中选择的驱动电极图形的数目和在第二检测模式中选择的驱动电极图形的数目之间，其中
检测电路在每个检测模式中检测对象的存在，并且然后为每个检测模式输出检测结果到控制器，并且
控制器基于从检测电路输入的检测结果执行增加或减少要选择的驱动电极图形的数目的控制。
4.如权利要求3所述的触摸传感器，其中
当通过检测电路检测到对象的存在时，控制器减少要选择的驱动电极图形的数目，以及
当通过检测电路没有检测到对象的存在时，控制器增加要选择的驱动电极图形的数目。
5.如权利要求1所述的触摸传感器，还包括第二定时控制器，其选择性地允许多个检测电极图形的一个或多个为有效，
其中控制器根据检测结果改变要选择的检测电极图形的数目。
6.如权利要求5所述的触摸传感器，具有其中要选择的检测电极图形的数目相对小的第一检测模式，以及其中要选择的检测电极图形的数目相对大的第二检测模式，
其中检测电路在第一检测模式中检测对象的存在，并且在第二检测模式中检测对象的位置。
7.如权利要求6所述的触摸传感器，还具有另一检测模式或两个或多个其他检测模式，在另一检测模式或其他检测模式的每一个中选择的驱动电极图形的数目位于在第一检测模式中选择的检测电极图形的数目和在第二检测模式中选择的检测电极图形的数目之间，其中
检测电路在每个检测模式中检测对象的存在，然后为每个检测模式输出检测结果到控制器，并且
控制器基于从检测电路输入的检测结果执行增加或减少要选择的检测电极图形的数目的控制。
8.如权利要求1所述的触摸传感器，还包括第三定时控制器，其通过顺次施加驱动信号到每个驱动电极图形来驱动多个驱动电极图形，
其中控制器根据检测结果改变驱动信号的幅度。
9.如权利要求8所述的触摸传感器，具有其中驱动信号的幅度相对大的第一检测模式，以及其中驱动信号的幅度相对小的第二检测模式，
其中检测电路在第一检测模式中检测对象的存在，并且在第二检测模式中检测对象的位置。
10.如权利要求9所述的触摸传感器，还具有另一检测模式或两个或多个其他检测模式，在另一检测模式或其他检测模式的每一个中使用的驱动信号的幅度位于在第一检测模式中使用的驱动信号的幅度和在第二检测模式中使用的驱动信号的幅度之间，其中
检测电路在每个检测模式中检测对象的存在，并且然后为每个检测模式输出检测结果到控制器，并且
控制器基于从检测电路输入的检测结果执行增加或减少驱动信号的幅度的控制。
11.一种显示单元，包括：
多个显示像素电极；
提供来面对显示像素电极的一个或多个公共电极；
显示层；
显示控制电路，通过在显示像素电极和公共电极之间施加基于图像信号的电压来控制显示层的图像显示性能；
一个或多个传感器目的的驱动电极；
与各个传感器目的的驱动电极协作形成电容的一个或多个传感器目的的检测电极；
检测电路，施加传感器目的的驱动信号到各个传感器目的的驱动电极，以便基于响应于各个传感器目的的驱动信号从各个传感器目的的检测电极获得的检测信号检测对象；以及
控制器，控制来改变在传感器目的的驱动电极和传感器目的的检测电极之间生成的电力线的范围。
12.如权利要求11所述的显示单元，其中公共电极还用作传感器目的的驱动电极。
13.如权利要求12所述的显示单元，还包括定时控制器，在相互不同的各个定时施加显示目的的公共驱动信号和传感器目的的驱动信号到公共电极。
14.如权利要求13所述的显示单元，还包括分别对应于多个显示像素电极的TFT元件，
其中处于每个TFT元件的截止状态的栅极电势满足以下表达式(1)VgateL≤VsigL-ΔVcom+Vth…··(1)
其中VgateL是每个TFT元件的截止栅极电势，VsigL是视频信号的低电势，ΔVcom是传感器目的的驱动信号的最小值和最大值之间的差，并且Vth是每个TFT元件的阈值电压。
15.如权利要求13所述的显示单元，其中在从施加显示目的的公共驱动信号开始过去一定时间段之后，定时控制器施加传感器目的的驱动信号。
16.如权利要求13所述的显示单元，其中仅在对应于检测定时的时段中，定时控制器施加传感器目的的驱动信号。
17.一种显示单元，包括：
多个显示像素电极；
提供来面对显示像素电极的一个或多个公共电极；
显示层；
显示控制电路，通过在显示像素电极和公共电极之间施加基于图像信号的电压来控制显示层的图像显示性能；
一个或多个传感器目的的驱动电极；
与各个传感器目的的驱动电极协作形成电容的一个或多个传感器目的的检测电极；
检测电路，施加传感器目的的驱动信号到各个传感器目的的驱动电极，以便基于响应于各个传感器目的的驱动信号从各个传感器目的的检测电极获得的检测信号检测对象；其中
公共电极还用作传感器目的的驱动电极，并且
公共电极提供有具有比显示目的的公共驱动信号的电压更大电压的传感器目的的驱动信号。
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