CN105467699A - 带有传感器的显示装置以及显示装置的控制方法 - Google Patents

带有传感器的显示装置以及显示装置的控制方法 Download PDF

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Abstract

本发明提供了带有传感器的显示装置以及显示装置的控制方法。根据实施方式，第一基板(100)具备向第一方向延伸的栅极布线(160)、向与所述第一方向交叉的第二方向延伸的源极布线(150)、与所述栅极布线(160)和所述源极布线(150)电连接的开关元件(SW)、以及与所述开关元件(SW)电连接的像素电极(108)。还具备与所述像素电极(108)对置且向所述第一方向延伸的共通电极(108)、以及与所述共通电极(110)平行延伸且通过金属材料形成的在对外部导体的接近状态进行感测时所需的检测电极元件Tx。由此，能够降低输入传感器的驱动电极的功耗，实现驱动频率的改善。

Description

带有传感器的显示装置以及显示装置的控制方法
本申请以日本专利申请No.2014-196696(申请日：2014年9月26日)为基础，享有该申请的优先权，并通过引用包括该申请的全部内容。
技术领域
本实施方式涉及带有传感器的显示装置以及显示装置的控制方法。
背景技术
最近，便携装置(智能手机、平板电脑、个人数字助理等)正在普及。而且，便携装置装备有检测静电电容变化的输入传感器。例如当用户的手指接近了便携装置的液晶显示面板的表面时，输入传感器可以检测出上述手指的位置信息作为操作输入。
作为输入传感器，有组装在液晶显示面板内部的in-cell式传感器、以及配置于液晶显示面板的面上的on-cell式传感器。
在上述in-cell式传感器中，使用液晶驱动用的共通电极(由具有透明性的氧化铟锡：ITO形成)作为构成输入传感器的检测电极元件。由于使用液晶驱动用的共通电极作为输入传感器的检测电极元件，能够抑制液晶显示面板的厚度增加，且减少用于构成输入传感器的制造工序。
发明内容
本发明第一方面的带有传感器的显示装置包括：第一基板，包括向第一方向延伸的栅极布线、向与所述第一方向交叉的第二方向延伸的源极布线、与所述栅极布线和所述源极布线电连接的开关元件、以及与所述开关元件电连接的像素电极；共通电极，与所述像素电极对置，向所述第一方向延伸；以及检测电极元件，与所述共通电极平行延伸，通过金属材料形成，被驱动以感测外部导体的接近状态。
本发明另一方面的显示装置的控制方法中，所述显示装置包括第一基板、共通电极、检测电极元件和第二基板，所述第一基板包括向第一方向延伸的栅极布线、向与所述第一方向交叉的第二方向延伸的源极布线、与所述栅极布线和所述源极布线电连接的开关元件、以及与所述开关元件电连接的像素电极，所述共通电极与所述像素电极对置且向所述第一方向延伸，所述检测电极元件与所述共通电极平行地延伸且通过金属材料形成、感测外部导体的接近状态时所需，所述第二基板隔着液晶层与所述第一基板对置，且包括与所述栅极布线以及所述检测电极元件对置且向所述第一方向延伸的遮光膜，所述显示装置的控制方法的特征在于，多个所述共通电极以n个组(束)或群的每一组或群为单位通过第一驱动电路被驱动，多个所述检测电极元件与多个所述共通电极成组，以n个组或群的每个组或群为单位通过第二驱动电路被驱动，n为正整数，当从所述第二驱动电路对所述检测电极元件的一个组供给驱动脉冲时，所述第一驱动电路将被驱动的所述检测电极元件的一个组对应的所述共通电极组设为浮动，且以恒定的直流电压固定其他所述共通电极。
附图说明
图1是概略示出一实施方式涉及的显示装置的结构的立体图。
图2是示出一实施方式涉及的显示装置的像素电极、共通电极与输入传感器的第一检测电极元件的配置关系的俯视图。
图3是取出图2的一个像素区域的部分剖面、即图2的线X-X剖面而示出的剖视图。
图4是用于说明共通电极、第一检测电极元件与像素电极的配置关系的示意图。
图5是用于说明共通电极与第一检测电极元件Tx(a-i)的驱动例的示意图。
图6是其他实施方式的、取出一个像素区域的部分剖面而示出的剖视图。
图7是表示图8的剖面位置X-X的图，用于说明图8示出的实施方式中的共通电极与第一检测电极元件Tx1、Tx2的配置关系。
图8是其他实施方式的、取出图2的一个像素区域的部分剖面而示出的剖视图。
图9A是用于说明在上述实施方式中第一检测电极元件被驱动的期间的一例的示意图。
图9B是用于说明在上述实施方式中第一检测电极元件被驱动的期间的其他例子的示意图。
图10是用于说明在上述实施方式中第一检测电极元件与共通电极的动作状态的图。
图11是用于说明基于互检(ミューチャル)方式的输入传感器的第一以及第二检测电极元件的排列例与动作的示意图。
图12A是用于说明可适用于上述显示装置的自检方式的图，示出了当检测电极与手指之间没有产生静电电容耦合时、检测电极被充电的状态。
图12B是继图12A用于对上述自检方式进行说明的图，示出了从检测电极放电的状态。
图12C是用于说明可适用于上述显示装置的自检方式的图，示出了当检测电极与手指之间产生了静电电容耦合时、检测电极被充电的状态。
图12D是继图12C对上述自检方式进行说明的图，示出了从检测电极放电的状态。
图13A是示出了实现上述自检方式的基本结构的例子的电路图。
图13B是示出了图13A所示的电容的等效电路图，是电容器Cc的电荷移动到了电容器Cp以及Cx的状态的示意图。
图14用条形图示出了图13A以及图13B所示的电容器Cx的电压Vx的值的变化，且用曲线图示出了电容器Cc的电压Vc的值的变化。
图15是示出自检方式的检测电极元件Tx的结构的一例。
图16是示出自检方式的检测电极元件Tx的结构的一例。
具体实施方式
参照附图，对各种实施方式进行说明。
最近，作为便携装置的平板电脑等的尺寸不断增大，且显示元件的高清晰化不断发展。
装置大型化的情况下，相比于以往，共通电极的长度变长，并且共通电极的宽度也变大。因此，例如共通电极与信号线之间的寄生电容变大。共通电极的电阻增大，并且配置于显示区域四周的边缘的金属布线的电阻也增大。
其结果是，输入传感器的驱动频率有时会降低。而且，由于布线的电阻增大，导致装置的耗电增大。
由此，本实施方式的目的在于提供一种带有传感器的显示装置以及显示装置的控制方法，其可抑制寄生电容的增大，且可抑制布线电阻的增加，其结果是，能够降低输入传感器的驱动电极的功耗且改善驱动频率。
一实施方式所涉及的带有输入传感器的显示装置包括：第一基板，包括向第一方向延伸的栅极布线、向与所述第一方向交叉的第二方向延伸的源极布线、与所述栅极布线和所述源极布线电连接的开关元件、以及与所述开关元件电连接的像素电极；共通电极，与所述像素电极对置，向所述第一方向延伸；以及检测电极元件，与所述共通电极平行延伸，通过金属材料形成，对外部导体的接近状态(或者操作输入信息)进行感测时所必需。
(2)还包括与所述第一基板对置的第二基板，所述第二基板包括遮光层(也可称作遮光膜)，该遮光层与所述栅极布线以及所述检测电极元件对置且向所述第一方向延伸。
下面，参照附图，进一步具体地对一实施方式所涉及的带有传感器的显示装置及其驱动方法进行详细说明。在本实施方式中，显示装置是液晶显示装置。
图1是示出一实施方式所涉及的带有传感器的显示装置的概略结构的立体图。在图1中，液晶显示装置DSP例如具备有源矩阵型显示面板PNL、用于驱动显示面板PNL的驱动IC芯片IC1(也可称作第一IC芯片或驱动电路)、电容变化检测型的输入传感器(后述)、用于驱动输入传感器的触摸IC芯片2(也可称作第二IC芯片或传感器电路)、用于对显示面板PNL进行照明的背光单元BL、主机设备(也可称作系统控制模块)HOS、以及柔性布线基板FPC1、FPC2、FPC3等。如后所述，显示面板PNL具备第一基板100、第二基板200，且在两基板之间具有液晶层300。
图2与图3示出了一实施方式所涉及的带有传感器的显示装置的显示面板PNL的部分俯视图、以及部分剖视图的例子。
图2代表性地示出了二维排列的四个像素区域PXA1、PXA2、PXA3、PXA4。
图2示出了像素电极108、共通电极110(110-1、110-2、…)、与后述的形成输入传感器的第一检测电极元件Tx之间的配置关系。检测电极元件Tx是进行所谓触摸输入(来自外部导体的接近状态、或者操作输入)的感测(检测或感知)时所必需的电极。
像素电极108被二维配置。另外，形成有多个狭缝SL，从而能够形成用于驱动液晶层300(参照图3)的液晶分子的电场。该显示装置在像素电极108与共通电极110之间，采用边缘场切换(FFS)或者面内切换(IPS)等作为驱动液晶分子的方式。
此外，图2示出了与第一方向平行配置的多个栅极布线160(也可称作扫描线)、以及与交叉于第一方向的第二方向平行配置的多个源极布线150(也可称作信号线)。像素电极108与开关元件(后述)的一组配置在栅极布线160与源极布线150的交点附近。开关元件例如由薄膜晶体管(ThinFilmTransistor，TFT)构成。
另外，后述的第一检测电极元件Tx与共通电极110平行地排列。该第一检测电极元件Tx是构成用于检测所谓触摸输入的传感器的一个元件。第一检测电极元件Tx优选为在俯视时与像素电极不重叠。
图3特别地取出一个像素区域的部分剖面而表示。图3是对包含第一基板100、第二基板200、液晶层300、背光单元BL的液晶显示装置沿着线X-X(参照图2)进行剖切的剖面图。在图3中，100是第一基板(也可称作阵列基板)，200是第二基板(也可称作对置基板)。第一基板100与第二基板200隔着液晶层300对置。
显示面板PNL根据电场的状态对液晶分子进行取向控制，能够对透过的光进行调制。液晶分子的取向控制模式采用前述的边缘场切换(FFS)或者面内切换(IPS)等的横向电场模式。
第二基板200从外侧依次朝内侧(液晶层300一侧)具备偏振光膜OD2、用于构成输入传感器的第二检测电极元件Rx、玻璃基板202、遮光膜203、滤色器204、覆盖层205以及取向膜206。
滤色器204将透过液晶层300的光转换成色光。遮光膜203用于防止从后述位于非显示区域的开关元件的金属电极、金属布线产生不需要的反射光。覆盖层205设置于滤色器204的内侧(液晶层一侧)，用于缓和滤色器204的凹凸。
将在后面对第二检测电极元件Rx的功能和动作、与设置在第一基板100侧的第一检测电极元件进行详细说明。
在第一基板100的外侧(图中的下部侧)，配置有背光单元BL。第一基板100从外侧朝着液晶层300侧依次配置有偏振光膜OD1、玻璃基板101、第一绝缘层102、第二绝缘层103、第三绝缘层104、第四绝缘层105、第五绝缘层106、以及取向膜107。
第一基板100的偏振光膜OD1与第二基板200的偏振光膜OD2彼此的偏振方向例如是垂直的关系。
第一基板100具备使用了半导体的开关元件SW。虽然开关元件SW在图中代表性地示出了一个，但是在第一基板100内二维(第一方向以及与第一方向交叉的第二方向)排列构成多个开关元件。
开关元件SW具备栅电极WG、半导体层WW、源电极WS、漏电极WD。半导体层WW在与栅电极WG相对置的中央位置具备沟道区域CH，在沟道区域CH的两侧具备源极区域SD、漏极区域DD。源极区域SD连接到源电极WS，漏极区域DD连接到漏电极WD。
栅电极WG、源电极WS、漏电极WD例如是铝等的金属。栅电极WG连接到形成于玻璃基板101的栅极布线160(参照图2)。栅电极WG与半导体层WW之间设有绝缘层102。此外，半导体层WW配置在绝缘层102与绝缘层103之间。
源电极WS通过绝缘层103、104的接触孔连接到源极区域SD，漏电极WD也通过绝缘层103、104的接触孔连接到漏极区域DD。
源电极WS连接到源极布线150(图2中所示)，从该源极布线150供给写入信号(也可称作像素信号)。漏电极WD通过绝缘层105、106连接到像素电极108。如图2所示，像素电极108具有狭缝SL。像素电极108是与开关元件SW相对应的电极。
在第一基板100上与多个开关元件SW对应地二维排列地具备多个像素电极。
在绝缘层105上、即绝缘层105与绝缘层106之间，沿着像素电极的一个排列方向设有共通电极110。在图3中示出了与像素电极108相对应的共通电极110，但也可与其他像素电极(图2所示)相对应。例如，如图2所示，对于排列在第一方向上的多个像素电极108、108…配置一个共通电极110-1或110-2。因此，在与第一方向相交叉的第二方向上，排列有多个共通电极110-1以及110-2。排列在与第一方向相交叉的第二方向上的多个共通电极110的数量，可根据显示装置的规格进行适当设定。
此外，在与共通电极110同一层上，形成有用于构成后述输入传感器的第一检测电极元件Tx。该第一检测电极元件Tx从共通电极110分隔，并沿着共通电极110被配置。像素电极108以及共通电极110例如是由ITO等形成的透明电极。
在上述显示面板PNL上，通过未图示的栅极驱动电路选择性地驱动栅极布线160。向规定的栅极布线160供给驱动电压时，连接到该栅极布线160的开关元件SW变为接通(ON)状态。由此，如果从源极驱动电路向源极布线150赋予写入信号，则通过接通状态的开关元件SW向对应的像素电路写入信号。写入信号是指，在形成为一组的像素电极与共通电极之间，充入并保持与写入信号(像素信号)相对应的电压。其结果是，根据充电电压，例如在像素电极108与共通电极110之间，产生通过像素电极的狭缝SL的电场。通过该电场来驱动液晶层300的液晶分子，从而根据该现象，对通过液晶层300的光量进行控制。
图4是用于说明共通电极110与第一检测电极元件Tx的配置关系、及他们的驱动例的图。驱动例是指使共通电极110与第一检测电极元件Tx作为输入传感器工作的驱动例。由于图4示出了多个共通电极与多个第一检测电极元件，因而在符号后附加了后缀a、b、c、…。
可以通过第一驱动电路(也可称作共通电极控制电路)500以多个行为单位对共通电极110a、110b、110c…进行控制。在图4的例子中，示出了共通电极能够以三行为单位进行控制的结构例。第一驱动电路500例如接通(ON)开关S1、断开(OFF)开关S2、S3，从而能够以恒定的直流(DC)电压将附图上侧的三行共通电极110a-100c固定，且将其他的共通电极110d-110i控制为浮动(floating)状态。
如上所述，也可以通过第二驱动电路(也可称作检测电极控制电路)550，与共通电极的驱动同步地以三行为单位对第一检测电极元件Txa-Txi进行驱动。
在上述实施方式中，在由共通电极与检测电极元件的一组形成的第一方向的行上，排列有多个像素电极。在图4中，代表性地对一行的多个像素电极赋予符号108a、108b、108c……。其他行上也排列有多个像素电极。
图5用于说明驱动检测电极元件、以取得操作输入信息时的一个工作期间的状态而示出。在固定期间内对第一检测电极元件Txa、Txb、Txc赋予规定频率的驱动脉冲(驱动信号)以进行驱动。此时，切断开关S1以将对应于第一检测电极Txa、Txb、Txc的共通电极110a、110b、110c设为浮动状态，对其他共通电极110d～110i赋予直流电压并设为固定电位。由此，通过驱动中的第一检测电极元件Txa、Txb、Txc的影响，抑制了其他共通电极110d～110i的电位变动，并且防止了对图像显示状态(也可称作保持状态)产生不良影响。
如上所述，通过驱动脉冲对例如三行单位的检测电极元件依次进行驱动，与该驱动同步地，对应的三行单位的共通电极也依次被控制为浮动状态，且以直流电压将其他共通电极控制为固定电位。此外，三行单位的驱动是一个示例，对行数没有特别限定。
如上所述，在构成输入传感器的第一检测电极元件Tx的驱动期间中，存在浮动状态的共通电极组(group)与直流电位固定状态的共通电极组。根据上述结构，通过对第一检测电极元件Tx进行铝等金属材料的布线，从而能够实现低电阻。由此，能够抑制输入传感器的驱动频率降低。而且，还能够减小第一检测电极元件Tx的布线宽度，且可减少寄生电容。其结果，还能够实现整体耗电的降低。
此外，基于第一驱动电路500和第二驱动电路550的共通电极的驱动和检测元件的驱动方式可以是各种方式。
当使用像素电极以显示图像的显示驱动时(显示期间)，第一驱动电路500对共通电极供给公共驱动信号。另外，当传感器执行感测的感测驱动时，第二驱动电路550可以对检测电极元件供给传感器驱动信号、或者可以从检测电极元件接收传感器检测信号、或者可以在对检测电极元件供给了传感器驱动信号之后再从检测电极元件接收传感器检测信号。
第二驱动电路550对检测电极元件供给了传感器驱动信号之后从检测电极元件接收传感器检测信号的动作会在后述的自感测时实现。
另外，第一驱动电路500在感测驱动时，有时会将共通电极维持在固定电位。此外，第一驱动电路500在感测驱动时，能够将共通电极切换成电浮动状态。或者，如果是将全部共通电极切换成固定电位和浮动状态的结构，则能够减小第一驱动电路的电路规模。
图6是其他实施方式，示出了相对于一个共通电极配置两个第一检测电极元件Tx1、Tx2的例子。也就是说，第一检测电极元件Tx相对于一个共通电极，并不限定为一个电极。其他部分在图3中进行过说明，因而省略。
如上所述，相对于一个共通电极排列有两个第一检测电极元件Tx1、Tx2时，可以将为检测操作输入所需的电容设置为大电容。
图7是其他实施方式，进一步示出了第一检测电极元件Tx与像素电极108配置在同一层的例子。配置有第一检测电极元件Tx的层并不限定为与共通电极110同一层。第一检测电极元件Tx配置成与共通电极组装，从而使得即使该检测电极元件Tx配置在与像素电极108同一层时，也能够实现图5中说明的控制。
图8示出了第一检测电极元件Tx配置在与像素电极108同一层时的、第一检测电极元件Tx与共通电极110的配置关系。第一检测电极元件Tx配置在与像素电极108同一层时，俯视观察时，被配置在开关元件SW与相邻的像素电极之间。即，如图8所示，对于共通电极110-1组合有第一检测电极元件Tx-1，如图8所示，对于共通电极110-2组合有第一检测电极元件Tx-2。
图9A是用于说明在上述实施方式中检测电极元件被驱动的期间的一例的示意图。图9B是用于说明在上述实施方式中检测电极元件被驱动的期间的其他例子的示意图。
图9A的时序图中，在一帧期间T1F中，将从开始时刻t1到时刻t2设定为图像信号写入期间TM。将从时刻t2到时刻t3设定为读取来自传感器的传感器检测信号的读取期间TD。此外，像素电路是未进行信号写入的行、且未读取传感器检测信号的行，其处于保存写入的图像信号的保存状态。在该保存状态(也可称作像素电路的显示状态)下，共通电极保持着恒定的直流电压。
图9B的时序图的例子中，在一帧期间中，分时设定图像信号写入期间TM1、TM2、…TMn以及读取传感器检测信号的期间TD1、TD2、…TDn。这种情况下，像素电路仍然是未进行信号写入的行、且未读取传感器检测信号的行，其处于图像信号的保持状态(显示状态)。
图10示出了在图9B示出的时序图中、图像信号的写入期间(或显示期间)与传感器驱动期间(传感器检测信号读取期间)的共通电极的状态。另外，是示出了对检测电极元件不赋予驱动信号的状态的说明图。
也就是说，在该装置中，与驱动中的第一检测电极元件Tx相对应的共通电极110FL，110FL、…被控制为浮动状态。与未驱动中的第一检测电极元件Tx相对应的共通电极110DC，110DC…被固定为恒定的直流(DC)电压。另外，第一检测电极元件Tx在驱动中被赋予规定频率的驱动脉冲(Tx驱动信号)，在驱动以外被赋予恒定的直流(DC)电压。
上述驱动通过图3、图4中示出的第一驱动电路500、第二驱动电路550来实施。
图11是进一步对传感器的基本结构和动作进行说明的示意图。如前所述，在第一基板100配置有共通电极110a、110b、……、以及第一检测电极元件Txa、Txb、……。在第二基板200也设置有第二检测电极元件Rx1、Rx2、……Rxn。该第二检测电极元件Rx1、Rx2、……Rxn例如是ITO等的透明材质，可以在与另一方的第一检测电极元件Txa、Txb、……之间形成电容。Rxs1、Rxs2、……Rxs(n-2)、Rxs(n-1)、Rxsn是从检测电极元件Rx1、Rx2、……Rxn输出的检测信号。
此处，例如手指35等的外部导体接近时，对置的检测电极元件之间的电容会变化。通过触摸IC芯片IC2(图1中示出)判定输出自第二检测电极元件Rx1、Rx2、……Rxn的传感器检测信号Rxs1、Rxs2、……的变化，由此指定该变化后的电容的坐标位置。
例如，将手指35接近图11的圆圈36的位置。这种情况下，例如当第一检测电极元件Txa、Txb被驱动时，来自第二检测电极元件Rx(n-1)、Rxn的传感器检测信号Rxs(n-1)、Rxsn的振幅相比于手指未接近时降低。
用于控制(包括)图4、图5中示出的第一驱动电路(检测电极控制电路)550的触摸IC芯片IC2(图1中示出)，可以在驱动第一检测电极元件Tx的同时，接收传感器检测信号Rxs1～Rxsn。因此，根据第一检测电极元件Txa、Txb、……的驱动定时以及输出自第二检测元件Rx1、Rx2、……Rxn的传感器检测信号Rxs1、Rxs2、……的变化，触摸IC芯片IC2能够判定变化电容的坐标位置。
此外，虽然在图3、图6、图7中，第二检测电极元件RX在第二基板(对置基板)上配置于偏振光膜OD2与玻璃基板202之间，但不限于此，只要是在相比于第一检测电极TX用户可目视确认的一侧，也可以适当地配置在其他层上。
图12A-图16是用于说明传感器的其他基本结构和动作的一例的示意图。上述检测电极元件Txa、Txb、Txc……也可用作自检电极。
对自检方式的原理进行说明。自检方式例如利用检测电极元件Tx具有的电容Cx1。或者，自检方式利用通过接近检测电极元件Tx的用户手指等而产生的电容Cx2。
图12A以及图12B示出了用户手指既没有接触又没有接近显示面板上表面的状态。因此，不会产生检测电极元件Tx与手指之间的静电电容Cx2。图12A示出了通过控制开关SWc连接电源Vdd与检测电极元件Tx的状态。图12B示出了通过控制开关SWc断开电源Vdd与检测电极元件Tx之间、且将检测电极元件Tx连接到电容器Ccp的状态。
在图12A的状态下，对电容器Cx1被充电，在图12B的状态下，对电容器Cx1被放电。此处，电容器Cx1被充电是指，对检测电极元件Tx写入固定的写入信号。另外，电容器Cx1被放电是指，读出表示检测电极元件Tx中产生的静电电容变化的信号。上述的写入和读取信号通过图4、图5中示出的第二驱动电路550进行输出和读取。
另一方面，图12C以及图12D示出了用户的手指接触或接近显示面板PNL的上表面的状态。由此，在检测电极元件Tx与手指之间产生了静电电容Cx2。图12C示出了通过控制开关SWc连接电源Vdd与检测电极元件Rx的状态。图12D示出了通过控制开关SWc断开电源Vdd与检测电极元件Tx之间、且将检测电极元件Tx连接到电容器Ccp的状态。
在图12C的状态下，电容器Cx1被充电，在图12D的状态下，电容器Cx1被放电。
此处，由于电容Cx2的存在，图12D所示的放电时的电容器Ccp的电压变化特性相对于图12B所示的放电时的电容器Ccp的电压变化特性明显不同。因此，在自检方式中，利用电容器Ccp的电压变化特性根据有无电容Cx2而不同的情况，对输入位置信息(例如有无操作输入)进行判断。
图13A示出了用于实现自检方式的基本电路的例子。该电路例如设置于图1所示的触摸IC芯片IC2。
如图13A所示，检测电极元件Tx连接到分压用的电容器Cp的一个端子且连接到比较器COMP的一个输入端子。检测电极元件Tx具有自电容Cx。比较器COMP的另一个输入端子连接到比较电压Vref的供给端子。
电容器Cp的另一个端子通过开关SW1连接到电压Vcc的电源线。另外，电容器Cp的另一个端子通过电阻Rc连接到电容器Cc的一个端子。电容器Cc的另一个端子连接到基准电位(例如接地电位)。
开关SW2连接在电容器Cp的另一个端子与基准电位之间，开关SW3连接在电容器Cp的一个端子与基准电位之间。开关SW1、SW2、SW3以及比较器COMP设置在触摸IC芯片IC2内的控制电路内。
接着，对动作进行说明。开关SW1可在一定周期接通，并对电容器Cc执行充电。当电容器Cc被充电时，断开开关SW2、SW3。当电容器Cc被充电之后，断开所有开关SW1、SW2、SW3，并保持电容器Cc的电荷。
接着，以一定时间接通开关SW2、SW3(此外开关SW1保持切断)。这样，电容器Cp、Cx的电荷几乎被放电的同时，电容器Cc的部分电荷通过电阻Rc被放电。
接着，开关SW1、SW2、SW3全部断开。这样，电容器Cc的电荷移动到电容器Cp、Cx，此时的等效电路可以如图13B那样表示。之后，在比较器COMP中，对电容器Cx的电压Vx与比较电压Vref或者阈值电压Vth进行比较。
如图13B的等价电路所示，当开关SW1、SW2、SW3全部设为切断状态时，电容器Cc的电荷移动到电容器Cp、Cx，接着在比较器COMP中对电容器Cx的电压Vx的变化与比较电压Vref进行比较。重复上述的动作，直到变为Vx＜Vref为止。
也就是，电容器Cc被充电之后，开关SW2、SW3在一定时间内接通(此外，开关SW1保持断开)。这样，电容器Cp、Cx的电荷几乎被放电的同时，电容器Cc的部分电荷通过电阻Rc被放电。接着，开关SW1、SW2、SW3全部断开。这样，电容器Cc的电荷移动到电容器Cp、Cx。
通过下式(1)至(3)表示电压Vp、Vc、Vx与电容Cp、Cc、Cx的关系。
Vc＝Vp+Vx…(1)
Vp：Vx＝(1/Cp)：(1/Cx)…(2)
Vx＝(Cp/(Cp+Cx))×Vc…(3)
如上所述，通过开关SW1，电容器Cc被充电至电压Vc之后，保持开关SW断开的状态下，重复开关SW2，SW3的接通和断开时，电容器Cc的电压Vc马上降低，电容器Cx的电压Vx也降低。持续执行该动作，也就是持续在电容器Cc充电至电压Vc之后、重复开关SW2、SW3的接通和断开的动作，直到电压Vx小于比较电压Vref。
图14示出了表示电容器Cc的电压Vc的变化的波形、以及比较器COMP的输出波形的例子。
开关SW1接通后，对电容器Cc充电至电压Vcc。之后，开关SW1、SW2、SW3全部变为断开状态，电容器Cc的电荷移动到电容器Cp、Cx。接着，在比较器COMP中对电容器Cx的电压Vx的变化与比较电压Vref进行比较。
电压Vc的变化特性或者变化程度根据电容Cp与电容Cx的总计值而变化。而且，电容Cc的变化也会对电容器Cx的电压Vx产生影响。而且，电容Cx的值根据用户手指对检测电极元件Tx的接近程度而不同。
因此，如图14所示，当手指远离检测电极元件Tx时，形成伴随着缓慢变化的特性VCP1，当手指接近检测电极Tx时，形成伴随着快速变化的特性VCP2。当手指接近检测电极元件Rx时，相比于远离时，Vc的降低率较大，这是因为电容Cc的值根据手指的电容而增加的缘故。
比较器COMP与开关SW2、SW3重复进行接通/断开动作同步地，将电压Vp与比较电压Vref或阈值电压Vth进行比较。然后，当Vp＞Vref时，比较器COMP获得输出脉冲。而当Vp＜Vref时，比较器COMP停止输出脉冲。
通过触摸IC芯片IC2内未图示的测量电路或者测量应用程序，对比较器COMP的输出脉冲被监视。也就是说，对电容器Cc一次充电后，执行基于上述开关SW1、SW2的短期间的重复放电，并反复测量电压Vp的值。
此时，可以测量获得比较器COMP的输出脉冲的期间(MP1或MP2)，也可以测量比较器COMP的输出脉冲数(从Cc充电后到Vp＜Vref为止的脉冲数)。
手指远离检测电极元件Tx的情况下，输出脉冲的期间长，手指接近检测电极元件Tx的情况下，输出脉冲的期间短。另外，手指远离检测电极元件Tx的情况下，比较器COMP的输出脉冲多，手指接近检测电极元件Tx的情况下，比较器COMP的输出脉冲数少。由此，能够根据检测脉冲的数量来判断手指对于传感器平面的接近程度。
接下来，为了对触摸传感器平面上的手指位置进行二维检测，通过对检测电极元件Tx进行二维(矩阵)排列，由此能够检测触摸传感器平面上的手指的位置。如上所述，检测出用户手指是否对检测电极元件Tx产生了影响，该检测期间为几十μs至几ms数量级(order)。
但是，本实施方式中使用的自检方式不需要用于二维检测触摸传感器平面上的手指位置的目的。
例如，通过第二驱动电路550(参照图4)，将检测电极元件Txa、Txb、Txc……以多行为单位(例如3至5)捆成一组，而且每组的检测电极元件被控制为进行自检动作。基于该自检动作，第二驱动电路550能够检测出触摸手指位于哪一行群(组)上。或者，第二驱动电路550能够检测出触摸手指从哪行群(组)移动到了哪行群(组)上。
例如需要进行将图像单纯移动到第二方向(上方或下方)的操作输入时，可以活用上述自检功能。或者，例如当检测触摸手指移动到了第二方向(上方或下方)的哪一个时，可以活用上述自检功能。
图15示出了自检方式、互检方式均可应对的检测电极元件的结构例。采用自检方式的动作时，主要利用检测电极元件Tx1～Txn。多个检测电极元件Txa、Txb、Txc……沿着第一方向配置在第一基板(也可称作阵列基板)。多个检测电极元件Tx1～Txn(透明电极)沿着与第一方向交叉的第二方向配置在第二基板(也可称作对置基板)上。多个检测电极元件的各个Txa、Txb、Txc……、Tx1～Txn均可驱动，并检测出检测电极元件Tx1～Txn的电位的变动。因此，无需在第二基板(对置基板)200内设置检测电极元件Rx。当手指接近图15的37区域时的、驱动检测电极元件Txb以及Tx(n-2)时的变动量，与如图12A～12D、图13A所示的、手指未接近时的变动量不同。此外，可以将多个检测电极元件Txa、Txb、Txc……、Tx1～Txn以任意个数分组，并进行驱动和检测。
图16是示出自检方式的检测电极元件Tx的结构的其他例子。在第一基板(也可称作阵列基板)上，多个检测电极元件Txa1～Txan、Txb1～Txbn、Txc1～Txcn……沿着共通电极110a、110b、110c……配置。检测电极元件Txa1～Txan、Txb1～Txbn、Txc1～Txcn……各自单独执行驱动以及检测。因此，能够高精度地检测手指的接近区域。另外，无需在第二基板(对置基板)200内设置检测电极元件Rx。当手指接近图16的38区域时、驱动检测电极元件Txb1时的电位变动量，与如图12A～12D、图13A所示、手指未接近时的电位变动量不同。此外，可以将多个检测电极元件Txa1～Txan、Txb1～Txbn、Txc1～Txcn……以任意个数分组，并进行驱动和检测。
从某种观点来看，也可以对上述实施方式做出如下描述。
第一基板具备朝第一方向延伸的栅极布线、朝与所述第一方向相交叉的第二方向延伸的源极布线、与所述栅极布线和所述源极布线电连接的开关元件、以及与所述开关元件电连接的像素电极。而且，共通电极与所述像素电极对置，并朝所述第一方向延伸。而且，是对外部导体的接近状态进行感测时所需的检测电极元件与上述共通电极平行地延伸，且通过金属材料形成。
另外，第二基板隔着液晶层与上述第一基板对置，该第二基板具备遮光层(也可称作遮光膜)，该遮光层与上述栅极布线和上述检测电极元件对置，且朝第一方向延伸。
另外，多个上述共通电极以n个(n为正整数)组(或群)的每一组为单位连接到第一驱动电路，多个上述检测电极元件与上述多个共通电极成组，以n个(n为正整数)组(或群)的每个组为单位连接到第二驱动电路，当从上述第二驱动电路对上述检测电极元件的一个组供给驱动脉冲时，上述第一驱动电路将被驱动的上述检测电极元件的一个组所对应的上述共通电极组设为浮动，且以恒定的直流电压固定其他共通电极。
另外，当在通过上述栅极布线和上述源极布线选择的上述像素电极的区域中写入像素信号时、以及或者保持被写入的像素信号时，上述第二驱动电路可以将上述检测电极元件设定为与上述共通电极相同的直流电位。
此外，在利用像素电极显示图像的显示驱动时，第一驱动电路500可以对共通电极供给公共驱动信号。而且，在执行感测的感测驱动时，第二驱动电路550对检测电极元件供给传感器驱动信号、或者从检测电极元件接收传感器检测信号、或者在对检测电极元件供给了传感器驱动信号之后从检测电极元件接收传感器检测信号。
从其他观点来看，也可以对上述实施方式做出如下描述。
第一基板包括上述栅极布线、上述源极布线、上述开关元件、上述像素电极、上述共通电极、以及上述检测电极元件。此处，多个上述共通电极以n个(n为正整数)组(或群)的每个组为单位通过第一驱动电路被驱动，多个上述检测电极元件与上述多个共通电极成组，以n个(n为正整数)组(或群)的每个组为单位通过第二驱动电路被驱动。而且，当从上述第二驱动电路对上述检测电极元件的一个组赋予驱动脉冲时，上述第一驱动电路将被驱动的上述检测电极元件的一个组所对应的上述共通电极组设为浮动，并且以恒定的直流电压固定其他共通电极。
由此，进一步当在通过上述栅极布线和上述源极布线选择的上述像素电极的区域中写入像素信号时、以及或者保持被写入的像素信号时，上述第二驱动电路可以将上述检测电极元件设定为与上述共通电极相同的直流电位。
从其他观点来看，也可以对上述实施方式做出如下描述。
即，(a1)一种显示装置，包括：第一基板，具有第一层，分别连接有开关元件的多个像素电极二维地配置在上述第一层上；第二基板，隔着液晶层与上述第一基板对置，还包括多个遮光膜，上述多个遮光膜与多个上述开关元件的一定方向上的排列对置；以及共通电极，排列在上述第一基板和上述第二基板中的任一方，用于形成驱动电场，该驱动电场用于与多个上述像素电极协同地驱动上述液晶层的液晶，其中，上述第一基板是非显示区域，沿着在与上述遮光膜对置的区域中的多个上述开关元件的上述一定排列方向，配置用于构成上述输入传感器的金属布线的电极。
(a2)另外，上述共通电极通过绝缘层相对于上述第一基板的上述像素电极被配置，上述金属布线的电极与上述共通电极同样地形成在上述第一层。
(a3)另外，上述共通电极通过绝缘层相对于上述第一基板的上述像素电极被配置，上述金属布线的电极与上述像素电极形成在同一层。
(a4)另外，一个上述带状共通电极的宽度是与一个像素宽度相对应的宽度。
(a5)另外，配置于多个上述带状共通电极之间的多个上述金属布线的电极按组被划分，各组的金属布线的电极共用连接。
(a6)另外，配置有上述金属布线的电极的上述非显示区域与构成像素电路的开关元件的电极位置对置。
上述实施方式说明了具有背光源和液晶层的显示装置。但是本发明的思考方法当然也可适用于具备发光元件(例如有机EL元件)的显示装置。
本发明说明了几个实施方式，但这些实施方式是作为示例提出的，并非限定发明的保护范围。这些新颖的实施方式可以以其他多种方式实施，在不偏离发明宗旨的范围内，可以进行各种省略、替换、变更。这些实施方式或其变形，包含于发明的保护范围或宗旨内，也包含于本发明的保护范围中记载的发明及其等同的保护范围内。

Claims (10)

1.一种带有传感器的显示装置，其特征在于，包括：
第一基板，包括向第一方向延伸的栅极布线、向与所述第一方向交叉的第二方向延伸的源极布线、与所述栅极布线和所述源极布线电连接的开关元件、以及与所述开关元件电连接的像素电极；
共通电极，与所述像素电极对置，向所述第一方向延伸；以及
检测电极元件，与所述共通电极平行延伸，通过金属材料形成，被驱动以感测外部导体的接近状态。
2.根据权利要求1所述的带有传感器的显示装置，其特征在于，
隔着液晶层与所述第一基板对置的第二基板包括遮光膜，所述遮光膜与所述栅极布线以及所述检测电极元件对置且向所述第一方向延伸。
3.根据权利要求1所述的带有传感器的显示装置，其特征在于，
所述检测电极元件与所述共通电极位于同一层。
4.根据权利要求1所述的带有传感器的显示装置，其特征在于，
所述检测电极元件与所述像素电极位于同一层。
5.根据权利要求1所述的带有传感器的显示装置，其特征在于，
对应于一个所述共通电极，多个所述检测电极元件邻近且平行地布线。
6.根据权利要求1所述的带有传感器的显示装置，其特征在于，还包括：
第一驱动电路，当使用所述像素电极来显示图像的显示驱动时，对所述共通电极供给公共驱动信号；以及
第二驱动电路，当执行感测的感测驱动时，对检测电极元件供给传感器驱动信号、或者从检测电极元件接收传感器检测信号、或者在对检测电极元件供给了传感器驱动信号之后从检测电极元件接收传感器检测信号。
7.根据权利要求6所述的带有传感器的显示装置，其特征在于，
第一驱动电路当所述感测驱动时，将所述共通电极维持在固定电位。
8.根据权利要求6所述的带有传感器的显示装置，其特征在于，
第一驱动电路当感测驱动时，将所述共通电极电切换成浮动状态。
9.一种显示装置的控制方法，所述显示装置包括第一基板、共通电极、检测电极元件和第二基板，所述第一基板包括向第一方向延伸的栅极布线、向与所述第一方向交叉的第二方向延伸的源极布线、与所述栅极布线和所述源极布线电连接的开关元件、以及与所述开关元件电连接的像素电极，所述共通电极与所述像素电极对置且向所述第一方向延伸，所述检测电极元件与所述共通电极平行地延伸且通过金属材料形成、感测外部导体的接近状态时所需，所述第二基板隔着液晶层与所述第一基板对置，且包括与所述栅极布线以及所述检测电极元件对置且向所述第一方向延伸的遮光膜，所述显示装置的控制方法的特征在于，
多个所述共通电极以n个组或群的每一组或群为单位通过第一驱动电路被驱动，多个所述检测电极元件与多个所述共通电极成组，以n个组或群的每个组或群为单位通过第二驱动电路被驱动，n为正整数，
当从所述第二驱动电路对所述检测电极元件的一个组供给驱动脉冲时，所述第一驱动电路将被驱动的所述检测电极元件的一个组对应的所述共通电极组设为浮动，且以恒定的直流电压固定其他所述共通电极。
10.根据权利要求9所述的显示装置的控制方法，其特征在于，
当在通过所述栅极布线和所述源极布线选择的所述像素电极的区域中写入像素信号时、或者保持被写入的像素信号时，所述第二驱动电路将所述检测电极元件设定为与所述共通电极相同的直流电位。
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