CN101937659B - 显示设备和驱动方法 - Google Patents

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Abstract

这里公开了一种显示设备，包括：显示表面；显示功能层，适于控制从显示表面外观看的屏幕的显示；驱动控制部分，可操作为执行适于在一个方向上扫描和驱动多个驱动电极的显示扫描和驱动，并且还可操作为多次并且对于M个显示屏幕执行检测扫描和驱动，该检测扫描和驱动适于在该时间段内连续扫描和驱动多个驱动电极的全部或部分；以及在所述一个方向以外的方向上安排以便彼此分离的多个传感器线，如果在驱动控制部分执行检测扫描和驱动的同时、要检测的对象与显示表面接触或接近，则该多个传感器线产生电气变化。

Description

显示设备和驱动方法
技术领域
本发明涉及显示设备及其驱动方法，该显示设备能够检测接触或接近显示表面的对象，如用户的手指或钢笔。
背景技术
三种方法(即，光学方法、电阻膜方法和静电电容方法)已知为触摸面板的接触检测方法。
另一方面，为了将从与接触或接近的对象导致的电气变化与位置信息相关联，要求以矩阵形式安排、并且以允许位置的标识的方式组合的多个布线。如果基于布线的组合进行位置检测，则需要数量巨大的布线来提供改进的检测分辨率。
出于该原因，一种驱动方法正变为上面的三种检测方法中的主流。该驱动方法检测接触或接近位置，同时在一个方向上扫描适于输出电气变化的线。该驱动方法在Hirotaka Hayashi等人的对于光学方法的“Optical SensorEmbedded Input Display Usable under High-Ambient-Light Conditions”(SID07DIGEST p1105(以下称为非专利文献1))中描述，在Bong Hyun You等人的对于电阻膜方法的“12.1-inch a-Si：H TFT LCD with Embedded TouchScreen Panel”(SID 08 DIGEST p830(以下称为非专利文献2))中描述，并且在Joohyung Lee等人的对于静电电容方法的“Hybrid Touch Screen PanelIntegrated in TFT-LCD”(SID 08 DIGEST p834(以下称为非专利文献3))中描述。这里，术语“线”指根据用于接触检测目的的预定规则二维安排的非常小的传感器部分的行或列。
顺便提及，将触摸面板重叠在显示面板上导致整体较厚的显示模块，导致框(围绕有效检测表面的部分)的增加的面积和增加的成本。
因此，近年来，主流类型的开发显示模块已经存在从将触摸面板重叠在显示面板上到将触摸面板合并到显示面板中的转变(例如，参见上面的非专利文献1到3以及日本专利公开No.2008-9750)。
发明内容
用户可以感觉到从他们触摸检测表面时到检测到接触时的延迟。延迟越长，可操作性变得越差。另一方面，依赖于应用，该延迟必须减小到非常小的级别。从要执行的指令的发出到指令的执行完成的延迟时间称为等待时间。等待时间必须最小化以提供改进的可操作性。
如果当触摸传感器功能合并到显示面板中时使用检测驱动电极和显示驱动电极两者，则需要将检测驱动频率与显示驱动频率同步。这使得难以检测比对显示频率指定的速度更快的接触。结果，仍然要减小等待时间。
本发明需要提供一种显示设备及其驱动方法，其具有具备高检测速度(例如，对于最小的等待时间)的接触检测功能。
根据本发明实施例的显示设备包括显示表面、显示功能层、多个驱动电极、驱动控制部分和多个传感器线。
显示功能层控制从显示表面外观看的屏幕的显示。
驱动控制部分执行适于在一个方向上扫描和驱动多个驱动电极的显示扫描和驱动。同一部分还多次并且对于M个显示屏幕执行检测扫描和驱动，该检测扫描和驱动适于在通过显示扫描和驱动显示N个显示屏幕的时间段内，连续扫描和驱动多个驱动电极的全部或部分(其中N和M是满足条件N＜M的任意自然数)。
多个传感器线在所述一个方向以外的方向上安排以便彼此分离。如果在驱动控制部分执行检测扫描和驱动的同时、要检测的对象与显示表面接触或接近，则该多个传感器线产生电气变化。
在多个传感器线中产生的该电气变化例如在显示设备中处理或在其外部处理。通过该处理检测要检测的对象的存在或不存在及其位置。
在这种配置中，尽管驱动控制部分控制显示扫描和驱动以及检测扫描和驱动，但是检测扫描和驱动比显示扫描和驱动快M/N倍(其中N和M是满足条件N＜M的任意自然数)。该放大倍数可按期望指定，因此允许快速接触或接近检测，而不需要由显示器控制。
根据本发明另一实施例的驱动方法，包括以下步骤：驱动步骤，适于用对于显示扫描和驱动的相同多个驱动电极执行检测扫描和驱动。更具体地，该驱动步骤执行显示扫描和驱动，所述显示扫描和驱动适于在一个方向上驱动多个驱动电极，所述多个驱动电极在与从外部观看其屏幕的显示表面相对的表面上在所述一个方向上安排以便彼此分离。同时，该驱动步骤执行用于传感器检测的相同多个驱动电极的检测扫描和驱动，所述检测扫描和驱动适于从电容性耦合到所述多个驱动电极的多个传感器线，检测作为要检测的对象的接近的结果的电容性耦合的变化。
同时，所述驱动步骤多次并且对于M个显示屏幕执行检测扫描和驱动，该检测扫描和驱动适于在通过显示扫描和驱动显示N个显示屏幕的时间段内，连续扫描和驱动多个驱动电极的全部或部分(其中N和M是满足条件N＜M的任意自然数)。
本发明提供具有接触检测功能的显示设备及其驱动方法，其具有高检测速度(例如，最小等待时间)。
附图说明
图1A和1B是用于描述根据第一和第二实施例的触摸传感器部分的等效电路图和示意横截面视图；
图2A和2B是当手指与图1A和1B所示的触摸传感器部分接触或接近时的等效电路图和示意横截面视图；
图3A到3C是图示根据第一和第二实施例的触摸传感器部分的输入和输出波形的图；
图4A到4D是图示根据第一实施例的显示设备的配置的平面图和示意横截面视图；
图5是像素的等效电路图；
图6A1到6B3是在第一实施例中的两倍速扫描期间的图示平面图；
图7A1到7C2是在第一实施例中的三倍速扫描期间的图示平面图；
图8是图示两倍速扫描的另一图；
图9是图示三倍速扫描的另一图；
图10是图示用于示出根据第二实施例的技术的三倍速扫描的图；
图11是图示用于示出根据第二实施例的技术的四倍速扫描的图；
图12是图示根据第三实施例的技术的图；
图13是图示FFS模式液晶显示设备中的像素电极模式和其他布线之间的关系的示意平面图；
图14A和14B是图示FFS模式液晶显示设备中的液晶的驱动的说明图；
图15A到15C是示意性图示根据修改示例2的扫描方法的图，该修改示例2适于通过同时变化多个驱动电极的电势来扫描所述多个驱动电极；
图16A和16B是图示具有应用了本发明实施例的液晶显示设备的数字照相机的透视图；
图17是图示具有应用了本发明实施例的液晶显示设备的个人计算机的透视图；
图18是具有应用了本发明实施例的液晶显示设备的摄像机；以及
图19A和19B是图示具有应用了本发明实施例的液晶显示设备的、处于打开和关闭位置的移动终端设备的正视图。
具体实施方式
以下，将以合并了基于静电电容的触摸传感器功能的FFS模式液晶显示设备为主要示例，参照附图给出本发明实施例的描述。应当注意，除了FFS模式液晶显示设备外，本发明可应用到其他类型的液晶显示设备，如垂直电场模式液晶显示设备。另一方面，本发明不仅可应用到基于静电电容方法的接触检测，而且可应用到基于电阻膜和光学方法的接触检测。
应当注意，将以下面的顺序给出描述：
1.第一实施例：适于执行两倍或更大倍速度的检测驱动的液晶显示设备
2.第二实施例：适于当以三倍或更大倍速度的检测驱动超过显示驱动时，以不影响显示的方式执行检测驱动的液晶显示设备
3.第三实施例：适于离散地减少经历检测扫描和驱动的驱动电极的数目的液晶显示设备
4.修改示例1：横向电场模式的液晶驱动
5.修改示例2：适于同时执行与像素间距相关联的多个驱动电极的检测扫描所谓的更宽扫描系统
6.到电子设备的应用示例
<1.第一实施例>
[用于接触检测的基本配置和操作]
首先，将参照图1A到3C，给出基于静电电容的接触检测的基础的描述，作为第一实施例中的前提条件(对该实施例和其他实施例共同的条件)。
图1A和2A是触摸传感器部分的等效电路图，并且图1B和2B是触摸传感器部分的结构图(示意横截面视图)。这里，图1A和1B图示要检测的对象或手指与传感器不接近的情况，并且图2A和2B图示手指与传感器接近或接触的情况。
图中图示的触摸传感器部分是包括如图1B和2B图示的电容性元件的静电电容触摸传感器。更具体地，电容性元件(静电电容)C1由电介质D和一对电极(即，驱动电极E1和检测电极E2)形成，该对电极彼此相对，其间提供有电介质D。
如图1A和2A所示，电容性元件C1的驱动电极E1连接到适于生成AC脉冲信号Sg的交流(AC)信号源AS。其检测电极E2连接到检测电路DET。此时，检测电极E2经由电阻器R接地。结果，同一电极E2的直流(DC)电平电固定。应当注意，经由电阻器接地不是绝对必须的。检测电极E2例如可以经由逻辑电路固定到GND或其他电势给定时间段，并且被允许在其他给定时间段浮置。
预定频率(如几十到几百kHz)的AC脉冲信号Sg从AC信号源AS施加到驱动电极E1。
图3B中示出AC脉冲信号Sg的波形的示例。具有图3A所示的输出波形的信号(检测信号Vdet)响应于AC脉冲信号Sg的施加，出现在检测电极E2处。
应当注意，尽管在下面将关于其他实施例给出详细描述，但是驱动电极E1对应于适于驱动液晶的相对电极(与像素电极相对并由多个像素共享的电极)。这里，相对电极由用于驱动液晶的AC电压驱动。该驱动称为Vcom驱动。因此，在其他实施例中，用于Vcom驱动的共同驱动信号也可用作AC脉冲信号Sg，该AC脉冲信号Sg适于驱动触摸传感器的驱动电极E1。
当如图1B所示手指与传感器不接触时，电容性元件C1的驱动电极E1由AC电压驱动。当电容性元件C1被充电和放电时，AC检测信号Vdet出现在检测电极E2处。此时的检测信号以下将写为“初始检测信号Vdet0”。尽管DC接地，但是检测电极E2在高频方面不接地。因此，没有AC放电路径。结果，初始检测信号Vdet0的脉冲峰值电平相对高。然而，应当注意，在AC脉冲信号Sg的前沿之后的时间段内，由于损失，初始检测信号Vdet0的脉冲峰值电平逐渐下降。
图3C图示放大尺度的放大波形。在短时间段内，初始检测信号Vdet0的脉冲峰值电平从2.8V的初始电平下降大约0.5V。
当手指与检测电极E2接触或与检测电极E2接近到足够在该初始条件下影响同一电极E2的距离时，电路改变到与其中检测电极E2连接到电容性元件C2的条件等效的条件。其原因在于人体在高频方面变为与其各侧之一接地的电容等效。
在该接触条件下，形成经由电容性元件C1和C2的AC信号放电路径。因此，当电容性元件C1和C2被充电和放电时，AC电流I1和I2分别流过同一元件C1和C2。结果，例如，根据电容性元件C1和C2之间的电容比划分初始检测信号Vdet0的电压电平，因此导致较低的脉冲峰值电平。
图3A和3C示出的检测信号Vdet1在手指与检测电极E2接触时出现。从图3C清楚的是，检测信号的脉冲峰值电平下降大约0.5V到0.8V。图1A到2B所示的检测电路DET通过例如使用阈值Vt检测检测信号的下降，检测手指的接触。
[显示设备的粗略配置]
图4A到4C图示根据本实施例的显示设备的平面图，主要强调在其电极和适于驱动和扫描电极的电路的安排上。图4D图示根据本实施例的显示设备的示意横截面结构。图4D例如图示在行方向(沿像素显示线的方向)上的六个像素的横截面部分。图5是像素的等效电路图。
图4A到4D图示的显示设备是具有用作“显示功能层”的液晶层的液晶显示设备。
液晶显示设备在彼此相对的两个基底之一上具有电极(驱动电极)，两个基底之间提供液晶层。这些电极的每个由多个像素共享。共同驱动信号Vcom施加到这些电极，以便对每个像素提供相对于用于灰度级显示的信号电压的参考电压。
在图4D中，驱动、像素和检测电极(即，本发明的主要组件)以阴影示出，而其他部分(例如，基底、绝缘膜和功能膜)没有，以使得其横截面结构易于观察。这对于下面将示出的其他横截面结构图也成立。
液晶显示设备1包括以矩阵形式安排的像素PIX，如图5所示。每个像素PIX包括薄膜晶体管(TFT；以下称为TFT 23)、液晶层6的等效电容器C6和保持电容器(附加电容器)Cx。表示液晶层6的等效电容器C6的电极之一是对每个像素提供一个的像素电极22。同一电极22以矩阵形式安排。等效电容器C6的另一电极是由多个像素共享的驱动电极DE。
像素电极22连接到TFT 23的源极和漏极之一。视频信号线SIG连接到TFT 23的源极和漏极的另一个。视频信号线SIG连接到未示出的垂直驱动电路。具有信号电压的视频信号从垂直驱动电路提供到视频信号线SIG。
驱动电极DE提供有共同驱动信号Vcom。在每个水平时段(1H)，同一信号Vcom在关于中间电势的正电势和负电势之间交替。
TFT 23的栅极由行方向(即，在显示屏幕上水平地)安排的多个像素PIX电气共享，因此形成扫描线SCN。同一线SCN提供有栅极脉冲，以接通或关断TFT 23的栅极。栅极脉冲从未示出的垂直驱动电路输出。因此，扫描线SCN也称为栅极线。
如图5所示，保持电容器Cx和等效电容器C6并联连接。保持电容器Cx提供来防止写电势例如由于作为等效电容器C6的不足存储电容的结果而导致的TFT 23的漏电流而下降。此外，保持电容器Cx的添加还防止闪烁，并对于屏幕亮度的改进的一致性有贡献。
液晶显示设备1的横截面结构(图4D)显示，同一设备1包括基底(以下称为驱动基底2)，在该基底上图5所示的TFT 23形成在未示出的横截面中，并对其提供像素驱动信号(信号电压)。同一设备1还包括提供来与驱动基底2相对的相对基底4、以及在驱动和相对基底2和4之间提供的液晶层6。
驱动基底2包括TFT基底(例如由玻璃制成的基底体部分)21、驱动电极DE和多个像素电极22。TFT基底21用作其上形成图5所示的TFT 23的电路基底。驱动电极DE和像素电极22形成在TFT基底21上。
这里，作为示出横向电场模式下的液晶显示设备的横截面结构的示例，驱动电极DE形成在TFT基底21上。具有AC脉冲波形的共同驱动信号Vcom施加到驱动电极DE。同一信号Vcom对应于从图1A到2B中示出的AC信号源AS提供的AC脉冲信号Sg。
驱动电极DE用作用于显示目的的AC驱动电极、以及形成适于检测接触的接触传感器的一部分的接触检测传感器的驱动电极。驱动电极DE对应于图1B到2B中的驱动电极E1。应当注意，驱动电极用作显示驱动电极和传感器检测驱动电极。然而，用于显示驱动的Vcom驱动信号可用作传感器检测驱动信号。替代地，其他AC驱动信号可用作传感器检测驱动信号。
绝缘层形成在驱动电极DE上。多个像素电极22以矩阵形式安排在TFT基底21上，以便经由绝缘层与驱动电极DE相对。
显示驱动器(即，垂直和水平驱动电路)形成在TFT基底21上，以驱动像素电极22。另一方面，尽管图4D中未示出，但是图5所示的TFT 23、视频信号线SIG、扫描线SCN和其他布线形成在TFT基底21上。
相对基底4包括玻璃基底41和滤色镜42。滤色镜42形成在玻璃基底41的一侧，并且例如包括周期性安排的红色(R)、绿色(G)和蓝色(B)滤色镜层。R、G和B之一指定到每个像素PIX(像素电极22)。应当注意，对其指定单个颜色的像素称为子像素，并且R、G和B的三个子像素在一些情况下称为像素。然而，这里，即使子像素也写为像素PIX。
传感器线SL形成在玻璃基底41的另一侧(显示表面侧)。此外，保护层45形成在传感器线SL上。传感器线SL形成触摸传感器的一部分，并且对应于图1B到2B中的检测电极E2。
液晶层6用作显示功能层，并且根据施加的电场的条件，调制在宽度方向(即，在电极彼此相对的方向)透过同一层6的光。不同模式(如，TN(双绞向列)、VA(垂直对齐)、和ECB(电控双折射)液晶材料)的液晶材料用作液晶层6。
应当注意，尽管图4D中未示出，但是定向膜(orientation film)一个布置在液晶层6和像素电极22之间，并且另一个布置在液晶层6和滤色镜42之间。此外，偏振片一个布置在驱动基底2的非显示表面侧(即，后侧)，并且另一个布置在相对基底4的显示表面侧。
n条传感器线SL1到SLn由如图4B所示的在Y方向上延伸的多个薄而长的布线形成。以下传感器线SL1到SLn的任意一个将写为传感器线SL。
以其纵向方向与其中布置传感器线SL1到SLn的方向(纵向)不同的方式确定布置驱动电极DE的方向。这里，驱动电极DE以X方向上的长条形形成，并且如图4A和4C所示在Y方向上以相同间距安排m个驱动电极DE。
按照其安排将驱动电极DE划分成的驱动电极DE1到DEm的间距被设置为按照其布置像素电极的间距的整数倍。按照其安排划分的驱动电极DE的最小间距等于按照其安排电极像素的间距(像素间距)。然而，该间距应当优选地对应于几个到几十个像素的间距。其主要原因在于提供改进的传感器灵敏度。其详细描述将在后面在修改示例中给出，该修改示例适于实现提供改进的传感器灵敏度和使得像素电极不可见之间的兼容性。
如图4C所示，驱动控制部分9布置为与m个驱动电极DE1到DEm的一端连接。此外，接触检测部分8布置为与n条传感器线SL1到SLn的一端连接。
驱动控制部分9具有对于每个驱动电极的AC信号源AS(参照图1A到2B)。同一部分9被设计为切换AC信号源AS以在由图4A中示出的其块中的箭头(扫描方向)示出的方向上激活。替代地，同一部分9具有单个AC信号源AS，并且被设计为在上述扫描方向上切换同一源AS和m个驱动电极DE之一之间的连接。
图4A到4D图示共同驱动信号Vcom(用于显示扫描和驱动的驱动信号)用作用于检测扫描和驱动的驱动信号的情况。因此，驱动控制部分9处理检测扫描和驱动、以及显示扫描和驱动。
这里，在本发明实施例中的术语“显示扫描和驱动”例如指适于通过重复下述两个操作来完成屏幕显示的操作，所述两个操作的一个为施加共同驱动信号Vcom，另一个为对其施加信号的目标在一个方向上偏移。另一方面，术语“检测扫描和驱动”指适于多次并对M个显示屏幕执行下述两个操作的操作，其中一个操作是施加检测驱动电压(例如，AC电压)，并且另一个是对其施加电压的目标在一个方向上偏移(其中，N和M是满足条件N＜M的任意自然数)。
此外，术语“扫描”指适于在从一侧的m个驱动电极的第一个到另一侧的最后一个的驱动电极之间切换的操作，对该驱动电极提供驱动电压(不必是AC或DC)。
另一方面，在对如上所述的每个驱动电极DE执行的Vcom驱动中，通过在未示出的垂直驱动电路(写入驱动和扫描部分)中提供的用作“检测扫描和驱动控制部分”的驱动控制部分9完成偏移。
该配置允许接触检测部分8沿已经形成电压改变的检测电路DET的行检测位置。检测定时提供沿列的位置信息。即，假设驱动控制部分9的Vcom驱动和接触检测部分8的操作通过给定时段的时钟信号同步。然后，由于两个操作同步，因此可能得知当接触检测部分8检测电压改变时，驱动控制部分9驱动哪个驱动电极，因此允许检测通过手指触摸的位置的中心。这样的检测操作由未示出的基于计算机的集中控制电路控制，该基于计算机的集中控制电路适于以集中方式整体控制液晶显示设备1，如CPU、微计算机或接触检测控制电路。
驱动控制部分9形成在图4D所示的驱动基底2上。然而，接触检测部分8可提供在驱动基底2或相对基底4上。替代地，同一部分8可在外部提供到液晶显示设备1。
因为集成了大量TFT，所以接触检测部分8应当优选地与驱动控制部分9一起形成在驱动基底2上，以减少制造步骤的数目。然而，这可能导致较高布线电阻，因为在相对基底4上提供的传感器线SL由透明电极材料制成。在此情况下，接触检测部分8应当优选地形成在相对基底4上，以避免从高布线电阻导致的故障。然而，应当指出，仅对于接触检测部分8使用TFT形成处理导致较高成本。因此，应当综合考虑上述优点和缺点确定在哪里形成接触检测部分8。
下面将给出用于显示和检测的扫描和驱动方法的描述，其是基于作为前提条件的上述配置的本实施例的特性。
总而言之，该扫描和驱动方法比显示驱动快M/N倍地执行检测驱动(其中，N＜M)。
更具体地，尽管以整数倍速的扫描(如两倍速或三倍速)扫描是优选的，但是扫描速度不限于整数倍速，并且可以是1.5倍速。
下面将以两倍到四倍速扫描为例给出驱动方法的详细描述。
[两倍速扫描]
图6A1到6B3图示两倍速扫描期间的图示平面图。
在图6A1到6B3中，作为接通图5所示的存取晶体管AT的垂直驱动电路的结果的、经历显示扫描和驱动的像素线写为“写入像素线WPL”。应当注意，共同驱动信号Vcom提供到与写入像素线WPL相关联的驱动电极DE。然而，被Vcom驱动来显示写入像素线WPL的驱动电极DE没有在图6A1到6B3中示出。图6A1到6B3中示出的驱动电极DE经历传感器检测驱动。
在图6A1中，第一扫描开始。此时，扫描从用于第一示例中的显示扫描和驱动的第一写入像素线WPL开始。当屏幕的显示完成时，在最后图(图6B3)中，扫描结束。
相反，在对于检测扫描和驱动的一个屏幕显示时段内，扫描面板两次。第一扫描在图6A1中开始，并且在图6A3中结束。第二扫描在图6B1中开始，并且在图6B3中结束。
更具体地，比逐行显示扫描快两倍地执行接触检测扫描。当同时开始两个扫描时，当完成显示扫描的一半时，整个表面上的第一检测扫描结束。接触检测扫描返回到初始位置并且重新开始。在显示扫描处于最后线的情况下，第二接触检测扫描跟上。
假设屏幕(帧)显示16.7ms的时段(60Hz)，即，在该时间段上进行帧的写入，则在8ms(这大约是显示时段的一半)左右的时段内完成接触检测扫描。
图7A1到7C2示出三倍速扫描期间的类似说明图。
可以以如图8所示不同的方式图示图7A1到7C2所示的三倍速扫描。该图示中的水平轴示出经过的时间，并且垂直轴示出屏幕的垂直位置。最大经过时间为一帧(1F)。
假设写入像素线WPL的显示扫描从屏幕的一端上的驱动电极开始，一侧的驱动电极DE1被驱动。检测驱动扫描继续，直到到达最后驱动电极Dem。经历该系列检测扫描的驱动电极组由图8中的参考符号“DEa(＝DE1到DEm)”表示。每次扫描一屏幕的写入像素线WPL，扫描驱动电极DEa三次。
图9示出如图8所示的同一显示方法的四倍速扫描。
如从图8和9所示的显示方法清楚的，在以等于或高于三倍速的N倍速执行的快速扫描中，经历检测扫描的驱动电极DE超越经历显示扫描的写入像素线WPL(N-2)次。
应当注意，在图6A1到9中，驱动电极DE可与第一扫描开始的写入像素线WPL相邻，使得在早期阶段不发生超越。即，检测扫描可从驱动电极DE2开始。然而，应当注意，本发明不限于此，并且检测扫描可从期望的驱动电极DE开始。可替代地，写入像素线WPL和驱动电极DE可间隔一个或更多驱动电极DE。
<2.第二实施例>
如上所述，在以三倍速或更大倍速执行的接触检测扫描的情况下，接触检测扫描在一些点超越显示扫描。当正显示的写入像素线WPL同时被接触检测扫描(检测扫描和驱动)驱动时，由于接触检测驱动信号，可能产生如视频信号中的噪声的问题。在此情况下，在与超越发生的点相关联的位置，可能一直观测到暗条纹，因此导致显示质量的变差。
本实施例提出两种方法来防止显示质量的这种变差。
第一方法是在经历检测扫描的驱动电极DE超越经历显示扫描的驱动电极DE的点、或在这些点之前和之后，跳过至少一个驱动电极DE(或更多)。该方法是所谓的离散减少方法，其适于离散地减少经历接触检测扫描的驱动电极的数目。
第二方法是在分开的场合执行接触检测扫描，使得不发生超越。利用该方法，检测扫描在每个场合逐行扫描m个驱动电极DE中的一些。
[第一方法]
尽管没有具体示出，但是在检测扫描和显示扫描彼此重叠的时间段T期间，写入像素线WPL优先。在时间段T期间，不使用与写入像素线WPL重叠的驱动电极DE。更优选地，在时间段T期间，在扫描之前和之后，经历接触检测的驱动电极DE应当总是与写入像素线WPL分离至少一个驱动电极DE。
该控制由例如图4A到4D中所示的扫描驱动部分9响应于由CPU执行的控制而执行。
[第二方法]
图10和11分别图示应用第二方法的三倍速和四倍速扫描。
在图10中，驱动电极DEa和DEd在一个场合经历完整检测扫描。相反，驱动电极DEb和DEc在两个分开的场合经历部分检测扫描。驱动电极以从DEa到DEb到DEc到DEd的顺序扫描。
类似地，在图11中，驱动电极DEa和DEf在一个场合经历完整检测扫描。相反，驱动电极DEb到DEe在分开的场合经历部分检测扫描。加在一起的驱动电极DEb和DEc的数目大于或小于等于完整扫描的驱动电极的数目。驱动电极以从DEa到DEb到DEc到DEd到DEe到DEf的顺序扫描。
利用这两种方法，经历检测扫描的驱动电极DE从不超越写入像素线WPL，因此防止显示质量的变差。
要注意的是，类似第一方法，写入像素线WPL可以与经历检测扫描的驱动电极DE分离至少一个不是要扫描的目标的驱动电极DE。
<3.第三实施例>
图12是图示根据第三实施例的驱动方法的图。
该驱动方法比显示扫描几乎快两倍地执行检测扫描。这里，如果在Y方向的驱动电极DE的安排间距是Y方向的像素间距的k倍的情况下执行边界扫描，则驱动电极间距比像素间距越大，显示扫描的两倍速与检测扫描速度相距越远。然而，应当注意，值k显著小于垂直像素计数。结果，速度差小。因此，可以以几乎相同频率执行显示扫描和检测扫描。这在可以简化扫描驱动部分9或时钟生成电路的配置方面是有利的。然而，应当注意，必须对于显示扫描使用隔行扫描。
可以说，图12所示的驱动设计为通过在对每两个显示扫描扫描的驱动电极的离散减少的数目的情况下执行一个检测扫描，离散地减少检测扫描的数目。
应当注意，可对每三个显示扫描执行在离散减少的扫描的驱动电极的数目的情况下的一个检测扫描。
除了提供更简单的电路外，根据第三实施例的驱动方法在以下方面也是有利的。
即，接触检测扫描的驱动频率可比显示扫描的驱动频率增加得更大。然而，这导致在显示写入期间施加到驱动电极DE的电压的显著改变，从而经由电容性耦合不利地影响信号线电势。结果，该方案不是优选的。
在显示和检测扫描设为相同频率的情况下，可对接触检测扫描每若干条线，而不是扫描每条线，因此最小化可能的不利影响。
接下来，将对上述第一到第三实施例的共同效果进行描述。
如上所述配置的液晶显示设备包括用于液晶显示的驱动电极DE，其被切割为各条线，执行两种扫描和驱动，一种适于驱动液晶，而另一种适于检测接触。在此情况下，检测扫描和驱动与图像写入同步，并且扫描频率通常是60Hz(对于单个扫描的扫描时间为16.7ms)。如果在扫描之后立刻触摸屏幕，则检测在33.4ms(16.7ms×2)内发生。此后是CPU和其他电路的处理，结果，识别了与屏幕的接触。基于识别到与屏幕的接触，依赖于预定应用程序的指定，发生某种响应，包括给定开关的激活或图像的改变。
顺便提及，通常认为，接触之后的软件处理需要50到100ms。结果，在响应发送给用户之前花费大约100ms。用户感到紧迫，因为他或她感觉到响应非常慢。
因为显示和接触检测同步，所以可能的解决方案将是增加写入频率以弥补该问题。
然而，增加写入频率导致写入失败，并且需要图像处理和其他任务(必须从60Hz信号生成图像)，因此导致不利，包括需要复杂的图像处理和显著增加的功耗。
另一可能的解决方案将是更快驱动触摸面板，使得显示和接触检测彼此不同步。然而，利用该方案，由于显示写入时对触摸面板的扫描，在各线中不一致地形成噪声，因此写入到像素的状态从一条线到另一条线而变化。这由人眼观察为闪烁或其他不期望的视觉效果。
根据本实施例的液晶显示设备通过采用上述扫描方法克服这些不利。
因此，同一显示设备提供比显示驱动更快的触摸面板驱动，同时维持显示写入和触摸面板驱动彼此同步。
第一到第三实施例优选地可应用到FFS(场边缘切换)模式液晶显示设备。应当注意，在图4D中，驱动电极DE和像素电极22层叠在TFT基底21上。因此，电极安排假设使用FFS模式液晶显示设备。下面将给出FFS模式液晶显示设备中的电极安排以外的配置示例、以及这种显示设备中的液晶驱动的详细描述。
[横向电场模式的液晶驱动]
图13是示出FFS模式液晶显示设备的像素(PIX)的TFT基底21的平面图。
像素电极22由透明电极层(TE)形成，并且具有多个槽。驱动电极形成在像素电极22下方，使得两个电极彼此面对面(图4D)。驱动电极由被所有像素共享的透明电极层(TE)形成。
像素电极22经由触点46连接到内部布线47。内部布线47是基础层，并且由铝(AL)制成。同一布线47连接到TFT 23的、薄膜半导体层48上形成的源极和漏极之一。薄膜半导体层48由多晶硅(PS)制成。由铝(AL)制成的信号线SIG连接到薄膜半导体层48的源极和漏极的另一个。在薄膜半导体层48之下提供并与同一层48交叉的扫描线SCN由栅极金属(GM)形成，该栅极金属由钼(Mo)或其他材料制成。布置扫描线SCN以便与信号线SIG以直角交叉。
应当注意，图4D所示的相对基底4层叠在具有图13所示的各个模式的TFT基底21之上(未示出)。液晶层6形成在两个基底之间。提供第一和第二偏振片，每个基底上一个偏振片。
图14A和14B是由FFS模式液晶元件的显示操作的说明图。图14是液晶元件的主要部分的放大横截面视图。图14A图示没有施加电场的情况下的液晶元件，并且图14B图示施加了电场的情况下的同一元件。
当在驱动电极DE和像素电极22之间没有施加电压时(图14A)，构成液晶层6的液晶分子的轴与入射侧的偏振片的透射轴正交，并且同时与发射侧的偏振片的透射轴平行。因此，透过入射侧的偏振片的入射光到达发射侧的偏振片，而不在液晶层6中经历任何相移，因此导致发射侧的偏振片吸收入射光并提供黑色显示。
另一方面，当在驱动电极DE和像素电极22之间施加电压时(图14B)，因为在像素电极之间形成的横向电场E，液晶分子61的朝向相对于像素电极22延伸的方向对角线旋转。此时，白色显示期间的电场强度优化，使得位于沿液晶层6的宽度的中心的液晶分子61旋转大约45度。这在其透过液晶层6期间已经透过入射侧的偏振片24的入射光中产生相移，作为90度旋转的结果，将光改为线性偏振。这导致光透过发射侧的偏振片，因此提供白色显示。
在当在像素电极22和驱动电极DE之间施加电压时以横向电场模式驱动液晶的显示设备中，驱动基底2对应于其上形成包括像素电路(图5)的“显示控制电路”的“电路基底”的示例。该“显示控制电路”可包括垂直和水平驱动电路。
接下来将给出第一到第三实施例的修改示例的描述。
<4.修改示例1>
在液晶显示设备中，液晶可以以垂直电场模式驱动。
这样的液晶显示设备具有安排在相对基底4、而不是图4D所示的TFT基底21上的驱动电极DE。更具体地，定向膜形成在面对相对基底4的液晶层6的一侧。驱动电极DE例如安排在该定向膜和滤色镜42之间。这允许驱动电极DE和像素电极22施加垂直电场到液晶层6以用于显示驱动。
<5.修改示例2>
参考图4A到4D描述了划分驱动电极DE的间距应当优选地大于像素间距，并且例如是像素的几倍到几十倍的间距。其原因在于过窄的驱动电极DE不能提供要求的检测灵敏度。
这里假设在Y方向安排驱动电极DE的间距与像素间距相同。在此情况下，Vcom电极在Y方向上分割成长条形，每个像素一个Vcom电极。
在VGS像素安排的情况下，例如，垂直地安排大约700条像素线，其中提供700个驱动电极，每个像素线一个驱动电极。通过逐行扫描以逐行地执行像素写入。然而，如果仅使用施加到写入像素线的Vcom驱动信号检测接触，则作为要检测的对象的接近的结果，需要用单个源极线SL检测静电电容的改变，其是未划分的Vcom驱动电极的静电电容的改变的700分之一。此时的检测信号的改变过小以致不能获得实际的S/N比。
出于该原因，可同时驱动对于多个像素线的多个驱动电极。该驱动与显示扫描分开执行，其中一次驱动一个写入像素线，因此提供触摸面板的改进的检测灵敏度。
图15A到15C示意性图示适于在扫描的同时改变多个驱动电极的电势的扫描方法。
在图15A到15C中，长条形的水平线表示对于每个像素线提供一个的驱动电极。
另一方面，在图15A中，驱动电极DE包括(对角线阴影的)k(其中k是任意数，并且作为示例，k＝7)个驱动电极43_1到43_k，对于一个像素线一个驱动电极。图15A到15C图示当在列方向驱动电极DE一次偏移一条像素线时、同一电极DE的逐行扫描(progression)。
在图15A中的时间T1，第一驱动电极43_0在写入像素线WPL上下降。因此，对于接触检测扫描没有选择同一电极43_0。此时，与第二到第八条线相关联的驱动电极43_1到43_k被选择并同时经历使用AC信号源AS的检测扫描和驱动。
在下一周期(在时间T2)，写入像素线WPL偏移到下一驱动电极43_1。此时，驱动电极DE也偏移一条像素线，导致选择从第三个开始的k个驱动电极。这些驱动电极DE驱动用于接触检测扫描。
类似地，在下一周期(在时间T3)，写入像素线WPL和驱动电极DE偏移一条线，导致为接触检测扫描驱动从第四个开始的k个驱动电极。从此开始，重复偏移和AC驱动。
如上所述，不仅要写入的像素线、而且其他像素线由AC电压同时驱动。可以通过增加同时驱动的像素线的数目来增加接触检测输出。
例如，同时驱动100条像素线的驱动电极DE提供大约比一次驱动一个像素线好大约两个量级大小的检测信号灵敏度。
替代地，在由AC电压驱动包括k个驱动电极43的驱动电极DE的情况下，同一电极43可以被偏移显著小于安排同一电极的间距的量。例如，如果如图15A到15C所示为接触检测一次偏移一个驱动电极43，则被驱动和不被驱动的位置之间的边界从不固定，因此消除由这种边界导致的条纹。这导致检测驱动电极不可见。
如果已经参考图6A1到12描述的扫描方法用于同时驱动图15A到15C所示的多个驱动电极43，则同一电极43可用作在驱动电极DE跳到写入像素线WPL时的基本单元，或离散地减少要扫描的驱动电极的数目，使得驱动电极DE与写入像素线WPL不重叠。即，要离散减少的驱动电极的数目可基于驱动电极43的自然数倍而控制。此外，经历检测扫描的驱动电极DE和正被写入的写入像素线WPL之间的距离可与驱动电极43的自然数倍相关联。扫描方法在所有其他方面与参照图6A1到12中描述的基本相同。
<6.到电子设备的应用示例>
接下来，将参照图16A到19B给出第一到第三实施例和修改示例1和2中描述的显示设备的应用示例的描述。根据第一到第三实施例和修改示例1和2的显示设备可应用到范围广泛的电子设备，包括电视机、数字相机、膝上型个人计算机、如移动电话的个人数字助理、以及摄像机。换句话说，根据第一到第三实施例和修改示例1和2的显示设备可应用到设计为显示外部馈送到电子设备或电子设备内生成的视频信号的视频或图像的各种电子设备。这里将描述这种电子设备的主要示例。
图16A和16B图示应用本发明的数字相机。图16A是正视图，并且图16B是后视图。
图16A和16B图示的数字相机310包括保护盖314中的图像拾取透镜、闪光发射部分311、显示部分313、控制开关、菜单开关、快门312和其他部分。数字相机310通过使用具有第一到第三实施例和修改示例1和2的触摸传感器功能的显示设备作为显示部分313来制造。
图17图示应用本发明的膝上个人计算机。
图17图示的膝上个人计算机340包括适于操纵来输入文本或其它信息到主体341的键盘342、以及适于在主体盖中显示图像的显示部分343。膝上个人计算机340通过使用具有第一到第三实施例和修改示例1和2的触摸传感器功能的显示设备作为显示部分343来制造。
图18图示应用本发明的摄像机。
图18所示的摄像机320包括主体部分321、前面一侧的表面上提供的用于捕获被摄体的图像的透镜322、成像开始/停止开关323、监视器324和其他部分。摄像机320通过使用具有第一到第三实施例和修改示例1和2的触摸传感器功能的显示设备作为监视器324来制造。
图19A和19B图示应用本发明的个人数字助理。图19A图示打开位置的个人数字助理。图19B图示关闭位置的个人数字助理。
图19A和19B图示的个人数字助理330包括顶壳331、底壳332、连接部分(该示例中为铰链部分)333、显示器334、子显示器335、画面灯336、相机337和其他部分。移动电话330通过使用具有第一到第三实施例和修改示例1和2中描述的触摸传感器功能的显示设备作为显示器334和副显示器335来制造。
如上所述，本发明的优选实施例提供了在接触检测扫描期间具有最小等待时间的显示设备、其驱动方法和使用其的电子设备。
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 2009-155194中公开的主题，在此通过引用并入其全部内容。
本领域技术人员应当理解，依赖于设计需求和其他因素可以出现各种修改、组合、子组合和更改，只要它们在权利要求或其等效物的范围内。

Claims (14)

1.一种显示设备，包括：
显示表面；
显示功能层，适于控制从显示表面外观看的屏幕的显示；
多个驱动电极，在与显示表面相对的表面上的一个方向上安排以便彼此分离；
驱动控制部分，可操作为执行适于在一个方向上扫描和驱动多个驱动电极的显示扫描和驱动，并且还可操作为多次并且对于M个显示屏幕执行检测扫描和驱动，该检测扫描和驱动适于在通过显示扫描和驱动显示N个显示屏幕的时间段内，连续扫描和驱动多个驱动电极的全部或部分，其中N和M是满足条件N＜M的任意自然数；以及
在所述一个方向以外的方向上安排以便彼此分离的多个传感器线，如果在驱动控制部分执行检测扫描和驱动的同时、要检测的对象与显示表面接触或接近，则该多个传感器线产生电气变化。
2.如权利要求1所述的显示设备，其中：
当经历检测扫描和驱动的驱动电极接近经历显示扫描和驱动的驱动电极时，驱动控制部分跳过一个或多个预定数目的驱动电极的检测扫描和驱动，以便超越经历显示扫描和驱动的驱动电极，以在扫描方向上从下一个或一个以上的驱动电极开始恢复检测扫描和驱动。
3.如权利要求1所述的显示设备，其中：
当从一侧的多个驱动电极的第一个开始到另一侧的最后一个执行显示扫描和驱动时，驱动控制部分在扫描方向上，从自其开始显示扫描和驱动的一侧的第一个的下一个或一个以上的驱动电极开始，开始其检测扫描和驱动的扫描。
4.如权利要求1所述的显示设备，其中：
当检测扫描和驱动的一个周期结束、此后是其下一个周期、同时在一个屏幕显示时段期间多次执行检测扫描和驱动时，根据所有多个驱动电极中的经历最近的显示扫描和驱动的驱动电极的位置，驱动控制部分确定在扫描方向上从经历最近显示扫描和驱动的那个驱动电极的下一个或一个以上的驱动电极开始、还是从自其开始显示扫描和驱动的一侧的第一个驱动电极开始，开始下一周期的检测扫描和驱动。
5.如权利要求4所述的显示设备，其中：
如果从经历最近显示扫描和驱动的驱动电极的位置确定下述第一时段短于下述第二时段，则驱动控制部分在扫描方向上从经历最近显示扫描和驱动的驱动电极的下一个或一个以上的驱动电极开始，开始下一周期的检测扫描和驱动，所述第一时段从当下一周期的检测扫描和驱动从经历最近显示扫描和驱动的驱动电极的下一个驱动电极开始时、持续到当另一侧的最后驱动电极的检测扫描和驱动终止时，所述第二时段从当下一周期的检测扫描和驱动从自其开始显示扫描和驱动的一侧的第一驱动电极起开始时、到当检测扫描和驱动跟上显示扫描和驱动时；以及
如果所述第一时段被确定为长于第二时段，则驱动控制部分从一侧的第一驱动电极起，开始下一周期的检测扫描和驱动。
6.如权利要求1所述的显示设备，其中：
值M是值N的两倍。
7.如权利要求1所述的显示设备，其中：
在显示扫描和驱动以及检测扫描和驱动设为相同驱动频率的情况下，驱动控制部分用离散减少数目的驱动电极执行检测扫描和驱动，该离散减少数目的驱动电极对每两个周期的显示扫描和驱动扫描一次，所述两个周期的显示扫描和驱动是两个显示时段。
8.如权利要求7所述的显示设备，其中
在使用隔行扫描的一个屏幕显示时段内，多次执行显示扫描和驱动。
9.如权利要求7所述的显示设备，其中
驱动控制部分执行从一侧的多个驱动电极的第一个开始、到另一侧的最后一个的多个周期的显示扫描和驱动的每一个；
驱动控制部分在扫描方向从自其开始显示扫描和驱动的一侧的第一个驱动电极的下一个或一个以上的驱动电极开始到另一侧的最后一个，执行在一个屏幕显示时段期间执行的多个周期的检测扫描和驱动当中的奇数编号的周期；并且
驱动控制部分从一侧的第一驱动电极开始到另一侧的最后一个或一个以上驱动电极之前的驱动电极，执行偶数编号的周期。
10.如权利要求1所述的显示设备，其中
驱动控制部分从多个驱动电极中选择两个或更多预定数目的驱动电极，并且同时驱动选择的驱动电极用于检测扫描和驱动，以在一个方向重复驱动电极的选择和同时驱动。
11.如权利要求1所述的显示设备，包括：
传感器部分，包括多个传感器线和多个驱动电极，其中
传感器部分是静电电容传感器部分，其中多个传感器线的每个通过静电电容耦合到多个驱动电极之一，使得在通过驱动控制部分的驱动期间，作为要检测的对象的接近的结果，静电电容变化。
12.如权利要求1所述的显示设备，其中
显示功能层是液晶层。
13.如权利要求12所述的显示设备，包括：
电路基底，其上形成显示控制电路；以及
相对基底，其安排为与电路基底相对，其中
在电路基底上形成多个驱动电极，并且多个像素电极堆叠在多个驱动电极之上，其间提供有绝缘层，并且
在电路基底上形成的多个像素电极和相对基底之间安排所述显示功能层，其中当在像素电极和驱动电极之间施加电压时，以横向电场模式驱动液晶。
14.一种显示设备驱动方法，包括以下步骤：
驱动步骤，执行显示扫描和驱动，所述显示扫描和驱动适于在一个方向上驱动多个驱动电极，所述多个驱动电极在与从外部观看其屏幕的显示表面相对的表面上在所述一个方向上安排以便彼此分离，并且执行用于传感器检测的相同多个驱动电极的检测扫描和驱动，所述检测扫描和驱动适于从电容性耦合到所述多个驱动电极的多个传感器线，检测作为要检测的对象的接近的结果的电容性耦合的变化；其中
所述驱动步骤多次并且对于M个显示屏幕执行检测扫描和驱动，该检测扫描和驱动适于在通过显示扫描和驱动显示N个显示屏幕的时间段内，连续扫描和驱动多个驱动电极的全部或部分，其中N和M是满足条件N＜M的任意自然数。
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