CN105912153A - 具有触摸检测功能的显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明披露了具有触摸检测功能的显示装置。一种具有触摸检测功能的显示装置，包括：多个液晶显示元件，执行显示操作；多个触摸检测电极，并且每一个都基于由外部接近物体所引起的静电电容的变化来输出检测信号；导电膜，与所述触摸检测电极绝缘或以高电阻与其连接，并且被设置为覆盖触摸检测电极；以及触摸检测电路，通过对检测信号进行采样来检测外部接近物体。导电膜具有等于或小于预定电阻值的薄层电阻，并且具有大于由触摸检测电路中的采样定时所限定的预定最小时间常数的时间常数。

Description

具有触摸检测功能的显示装置
本申请是申请日为2011年9月7日、申请号为201110264222.0、发明名称为“具有触摸检测功能的显示装置以及电子单元”的申请的分案申请，其全部内容结合于此作为参考。
技术领域
本发明涉及具有触摸检测功能的显示装置，具体地，涉及基于由外部接近物体而引起的静电电容的变化来检测触摸事件的具有触摸检测功能的显示装置，以及包括这样的具有触摸检测功能的显示装置的电子单元。
背景技术
近年来，能够通过将接触检测装置(所谓的触摸面板)安装在诸如液晶显示装置的显示装置上或将触摸面板与显示装置进行集成并且代替通常的机械按钮在显示装置上显示各种按钮图像等来输入信息的显示装置已经引起了人们关注。包括这种触摸面板的显示装置不需要诸如键盘、鼠标及键区的输入装置，因此，存在将这样的显示装置的使用扩展至除计算机之外的诸如手机的便携式信息终端的趋势。
作为用在触摸检测装置的方法，存在诸如光学法和电阻法的一些方法。然而，静电电容型触摸检测装置是很有前景的，其具有相对简单的结构，能够一次检测多个位置处的触摸事件，并且能够实现低功耗(这对于移动终端等是非常重要的)。例如，日本未审查专利申请公开第2008-129708(JP-A-2008-129708)号披露了一种触摸检测装置，包括多个X方向电极及被设置为面向X方向电极的多个Y方向电极，并且通过使用由外部接近物体所引起的静电电容的变化来检测触摸事件，静电电容形成在X方向电极与Y方向电极之间的每个交叉点处。另外，例如，在日本未审查专利申请公开第2009-244958(JP-A-2009-244958)号中，已经提出了一种结合触摸检测功能的显示装置，其中，设置在显示装置中用于原始显示的公共电极作为用于触摸传感器的一对电极中的一个被共用，而这对电极的另一个(触摸检测电极)被设置为与公共电极交叉。
通常，防静电放电(ESD)措施在电子单元中是很重要的。例如，在制造电子单元及其由用户使用的过程中，静电很可能被施加至电子单元。对于触摸检测装置，已经提出了一些ESD保护措施。例如，在日本未审查专利申请公开第2009-86077(JP-A-2009-86077)号中，已经描述了在液晶显示面板上安装了电阻膜型触摸检测装置的显示装置。在该显示装置中，为了消除在液晶显示面板的制造处理中粘结偏光板时所生成的静电，在液晶显示面板上形成透明导电膜，使其处于电浮置状态，在粘结了偏光板之后，允许夹具(jig)与透明导电膜接触。
发明内容
然而，在上述涉及具有各种优点的静电电容型触摸检测装置的JP-A-2008-129708和JP-A-2009-244958中，并没有描述ESD保护措施。在JP-A-2008-129708或JP-A-2009-244958中所描述的具有触摸检测功能的显示装置中，响应于由ESD引起的静电，显示可能被干扰。具体地，由于静电很难被释放，所以在与用于触摸检测的电极分开的区域中，显示受到很长时间的干扰。此外，像JP-A-2008-129708中所描述的具有触摸检测功能的显示装置，在区域中设置用于改进光学特性的虚拟电极的情况下，由于虚拟电极充有静电，所以显示可能受到更长时间的干扰。
在JP-A-2009-86077中所描述的显示装置中，透明导电膜处于电浮置状态。因此，例如，在其使用中，在带电手指触摸触摸面板的情况下或其他情况下，存在静电在透明导电膜中充电并很难从透明导电膜中释放的可能性。另外，在JP-A-2009-86077中，描述了安装了电阻膜型触摸检测装置的情况下的透明导电膜的配备；然而，并没有描述静电电容型触摸检测装置的情况。
期望提供一种即使在施加了静电的情况下也能够减小显示干扰的具有触摸检测功能的显示装置以及电子单元。
根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置包括多个液晶显示元件、多个触摸检测电极、导电膜以及触摸检测电路。液晶显示元件执行显示操作。多个触摸检测电极基于由外部接近物体所引起的静电电容的变化来输出检测信号。导电膜与触摸检测电极绝缘或以高电阻与其连接，并且被设置在触摸检测电极和触摸检测表面之间以覆盖在触摸检测电极上。触摸检测电路通过对检测信号进行采样来检测外部接近物体。其中，导电膜具有等于或小于预定电阻值的薄层电阻，当所述薄层电阻大于所述预定电阻值时，所述导电膜不提供通过所述导电膜的有效的静电放电路径。导电膜具有大于由触摸检测电路中的采样定时所限定的预定最小时间常数的时间常数。
根据发明实施方式的电子单元包括上述具有触摸检测功能的显示装置，并且例如对应于电视装置、数码相机、个人计算机、摄像机以及诸如手机的便携式终端装置。
在根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置和电子单元中，当施加了静电时，将导电膜的薄层电阻设定为预定电阻值或更小以通过导电膜将静电释放至触摸检测电极。另外，为了抑制由于导电膜的设置而引起的触摸检测灵敏度的降低，将导电膜的时间常数设定为大于预定的最小时间常数。
在根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置中，例如，期望预定电阻值为1012Ω/sq。此外，例如，触摸检测电路可以基于在检测时段的起始定时处的采样结果与其结束定时处的检测结果之差来检测外部接近物体。检测时段被设定为在其内包括检测信号的变换定时，并且预定最小时间常数可以被设定为检测时段的时间。在这种情况下，例如，导电膜的时间常数可以等于或大于预定最小时间常数的十倍或百倍。
此外，例如，根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置可以进一步包括偏光板，并且导电膜可以与偏光板一体形成。此外，例如，期望将导电膜设置为至少覆盖液晶显示元件执行显示操作的有效显示区。
另外，例如，根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置可以进一步包括并排设置为在与多个触摸检测电极交叉的方向上延伸的多个驱动电极，并且静电电容可以形成在多个触摸检测电极与多个驱动电极的每个交叉点处。在这种情况下，例如，导电膜可以设置在检测电极层的与驱动电极相对的一侧上，检测电极层包括触摸检测电极，并且期望驱动电极与检测电极之间的距离大于导电膜与检测电极层之间的距离。
例如，根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置可以进一步包括虚拟电极，它们设置在多个触摸检测电极之间，并且处于电浮置状态。在这种情况下，例如，彼此邻近的触摸检测电极与虚拟电极之间的间隔期望等于或小于50μm。另外，例如，在有效显示区中，触摸检测电极与虚拟电极的总设置面积期望为有效显示区面积的50％或更大。
例如，期望导电膜被提供有恒定电压。另外，触摸检测电极可以以10mm以下的节距并排设置。
例如，液晶显示元件可以被构造为包括液晶层和像素电极，像素电极被设置为面向驱动电极，液晶层介于其间。另外，例如，液晶显示元件可以被构造为包括液晶层和像素电极，其中，像素电极设置在液晶层和驱动电极之间，或设置在与液晶层相对的侧上使得驱动电极介于其间。
在根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置和电子单元中，导电膜的薄层电阻被设定为预定电阻值或更小，并且时间常数被设定为预定最小时间常数或更大。因此，可以实现即使当施加了ESD时也能降低对显示的干扰的具有触摸检测功能的显示装置和电子单元。
可以理解的是，前面的概述和以下详细的描述都是示例性的，并意在对要求保护的技术提供进一步说明。
附图说明
附图被包括以提供对发明的进一步理解，并结合在说明书中构成说明书的一部分。附图示出了实施方式，并且与说明书一起用于说明技术原理。
图1为用于描述在根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置中的触摸检测方法的基本原理的示图，并且为示出了手指没有接触或接近显示装置的状态的示图。
图2为用于描述在根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置中的触摸检测方法的基本原理的示图，并且为示出了手指接触或接近显示装置的状态的示图。
图3为用于描述在根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置中的触摸检测方法的基本原理的示图，并且为示出了驱动信号和触摸检测信号的波形的一个实例的示图。
图4为示出了根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置的结构实例的框图。
图5为示出了图4中所示的具有触摸检测功能的显示部的示意性截面结构的截面图。
图6为示出了图4中所示的具有触摸检测功能的显示部的像素排列的电路图。
图7为示出了图4中所示的具有触摸检测功能的显示部的驱动电极和触摸检测电极的结构实例的透视图。
图8为示出了图4中所示的具有触摸检测功能的显示部的触摸检测电极的结构实例的平面图。
图9为示出了图5中所示的偏光板的结构实例的截面图。
图10为示出了图4中所示的具有触摸检测功能的显示装置中的触摸检测操作的操作实例的定时波形图。
图11为示出了图9中所示的偏光板中的静电的流动的实例的示意图。
图12为用于描述图9中所示的导电膜的时间常数的示意图。
图13为示出了导电膜的时间常数与触摸检测信号的S/N比之间的关系的示图。
图14A和图14B为示出了根据变形例的偏光板的结构实例的截面图。
图15为示出了根据另一个变形例的具有触摸检测功能的显示装置的结构实例的平面图和截面图。
图16为示出了在应用了本实施方式的具有触摸检测功能的显示装置中的应用实例1的外观结构的透视图。
图17A和图17B为示出了应用实例2的外观结构的透视图。
图18为示出了应用实例3的外观结构的透视图。
图19为示出了应用实例4的外观结构的透视图。
图20A～图20G为示出了应用实例5的外观结构的正视图、侧视图、俯视图以及仰视图。
图21为示出了根据实施方式变形例的具有触摸检测功能的显示部的示意性截面结构的截面图。
具体实施方式
下文中，将参照附图详细描述发明的优选实施方式。需要注意，将以下面顺序进行描述。
1.静电电容型触摸检测的基本原理
2.实施方式
3.应用实例
[1.静电电容型触摸检测的基本原理]
首先，将参照图1～图3描述根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置中的触摸检测的基本原理。作为静电电容型触摸传感器来实现触摸检测方法，如图1的(A)中所示，使用彼此面对的一对电极(驱动电极E1和触摸检测电极E2)并使得介电体D介于其间来构成电容元件。该结构被表示为图1的(B)中所示的等效电路。电容元件C1由驱动电极E1、触摸检测电极E2以及介电体D构成。电容元件C1的一端连接至交流信号源(驱动信号源)S，而另一端P通过电阻器R接地，并且连接至电压检测器(触摸检测电路)DET。当将具有预定频率(例如，约几kHz至几十kHz)的交流矩形波Sg(图3的(B))从交流信号源S施加至驱动电极E1(电容元件C1的一端)时，图3的(A)中示出的输出波形(触摸检测信号Vdet)出现在触摸检测电极E2(电容元件C1的另一端P)中。需要注意的是，交流矩形波Sg对应于随后所描述的驱动信号Vcom。
如图1所示，在手指未接触(或未接近)显示装置的状态下，根据电容元件C1的电容值的电流I0响应于对电容元件C1的充电和放电而流动。此时电容元件C1的另一端P具有类似于图3的(A)中的波形V0的电位波形，并且所述波形由电压检测器DET检测。
另一方面，如图2所示，在手指接触(或接近)显示装置的状态下，以与电容元件C1串联的方式加入了由手指所形成的电容元件C2。在这种状态下，电流I1和I2分别响应于对电容元件C1和C2的充电和放电而流动。此时电容元件C1的另一端P具有类似于图3的(A)中的波形V1的电位波形，并且所述波形由电压检测器DET检测。此时，点P的电位为通过流过电容元件C1和C2的电流I1和I2的值所确定的分压(partial potential)。因此，波形V1为比非接触状态下的波形V0小的值。电压检测器DET将所检测的电压与预定阈值电压Vth进行比较，当所检测的电压等于或大于阈值电压时，确定为非接触状态，而当所检测电压小于阈值电压时，确定为接触状态。通过这种方式，能够实现触摸检测。
[2.实施方式]
[结构实例]
(通用结构实例)
图4示出了根据发明实施方式的具有触摸检测功能的显示装置1的结构实例。具有触摸检测功能的显示装置使用液晶显示元件作为显示元件，并且为所谓的内嵌型(in-celltype)，其中，将由液晶显示元件所构成的液晶显示部与静电电容型触摸检测部集成。
具有触摸检测功能的显示装置1包括控制部11、栅极驱动器12、源极驱动器13、驱动电极驱动器14、具有触摸检测功能的显示部10以及触摸检测电路40。
控制部11为根据从外部所提供的图像信号Vdisp将控制信号提供至栅极驱动器12、源极驱动器13、驱动电极驱动器14以及触摸检测电路40的每一个，并控制这些部分彼此同步地进行操作的电路。
栅极驱动器12具有基于从控制部11所提供的控制信号顺序选择作为具有触摸检测功能的显示部10的显示驱动目标的一条水平线的功能。具体地，如后所述，栅极驱动器12通过扫描信号线GCL将扫描信号Vscan提供至像素Pix的TFT元件Tr的栅极，从而顺序选择在具有触摸检测功能的显示部10的液晶显示部20中以矩阵形式所形成的像素Pix中的一行(一条水平线)作为显示驱动的目标。
源极驱动器13为基于从控制部11所提供的控制信号将像素信号Vpix提供至具有触摸检测功能的显示部10中的每个像素Pix(随后描述)的电路。具体地，如随后所述，源极驱动器13通过像素信号线SGL将像素信号Vpix提供至构成由栅极驱动器12顺序选择的一条水平线的每个像素Pix。随后，在像素Pix中，响应于所提供的像素信号Vpix，执行水平线的显示。
驱动电极驱动器14为基于从控制部11所提供的控制信号将驱动信号Vcom提供至具有触摸检测功能的显示部10的驱动电极COML(随后描述)的电路。具体地，驱动电极驱动器14以分时方式(time-divisional manner)将驱动信号Vcom顺序施加至驱动电极COML。随后，触摸检测部30从多个触摸检测电极TDL(随后描述)基于驱动信号Vcom输出触摸检测信号Vdet，并且将信号提供至触摸检测电路40。
具有触摸检测功能的显示部10为结合了触摸检测功能的显示部。具有触摸检测功能的显示部10包括液晶显示部20和触摸检测部30。如随后所描述的，液晶显示部20为根据从栅极驱动器12所提供的扫描信号Vscan以一条水平线为单位执行顺序扫描以执行显示的部件。触摸检测部30基于静电电容型触摸检测的上述基本原理进行操作，并输出触摸检测信号Vdet。如后所述，触摸检测部30根据从驱动电极驱动器14所提供的驱动信号Vcom执行顺序扫描以执行触摸检测。
触摸检测电路40为基于从控制部11所提供的控制信号和从具有触摸检测功能的显示部10的触摸检测部30所提供的触摸检测信号Vdet检测关于触摸检测部30的触摸事件的存在的电路，并且当检测到触摸事件时，触摸检测电路40确定触摸检测区中的坐标等。触摸检测电路40包括模拟LPF(低通滤波器)部42、A/D转换部43、信号处理部44、坐标提取部45以及检测定时控制部46。模拟LPF部42为去除包含在从触摸检测部30所提供的触摸检测信号Vdet中的高频分量(噪声分量)以提取触摸分量并输出每个触摸分量的低通模拟滤波器。用于施加直流电位(0V)的电阻器R连接在模拟LPF部42的每个输入终端与地线之间。顺便提及，例如，通过提供开关代替电阻器R并在预定时间接通开关，从而可以提供直流电位(0V)。A/D转换部43为在与驱动信号Vcom同步的定时通过采样将从模拟LPF部42所输出的每个模拟信号转换成数字信号的电路。信号处理部44为基于A/D转换部43的输出信号检测关于触摸检测部30的触摸事件的存在的逻辑电路。坐标提取部45为当通过信号处理部44检测到触摸事件时确定触摸面板坐标的逻辑电路。检测定时控制部46控制这些电路彼此同步操作。
(具有触摸检测功能的显示部10)
接下来，将详细描述具有触摸检测功能的显示部10的结构实例。
图5示出了具有触摸检测功能的显示部10的相关部分的截面结构的实例。具有触摸检测功能的显示部10具有像素基板2、设置为面向像素基板2的对向基板3以及插入在像素基板2与对向基板3之间的液晶层6。
像素基板2包括作为电路基板的TFT基板21和以矩阵形式排列在TFT基板21上的多个像素电极22。尽管未示出，但是在TFT基板21上形成了用于每个像素的薄膜晶体管(TFT)以及诸如用于将像素信号Vpix提供至每个像素电极22的像素信号线SGL和用于驱动每个TFT的扫描信号线GCL的配线。
对向基板3包括玻璃基板31、形成在玻璃基板31表面上的滤色器32以及形成在滤色器32上的多个驱动电极COML。例如，通过周期性排列红色(R)、绿色(G)以及蓝色(B)的三个滤色器层来构成滤色器32，一组三个颜色R、G以及B对应于每个显示像素。驱动电极COML用作用于液晶显示部20的共用驱动电极，并且也用作触摸检测部30的驱动电极。需要注意的是，在该实例中，尽管驱动电极COML被共享用于显示和用于触摸检测，但是可以分开设置用于显示和用于触摸检测的驱动电极。另外，例如，代替驱动电极COML，扫描信号线GCL或像素信号线SGL可以被共享作为用于触摸检测部30的驱动电极。在这些情况下，当扫描信号线GCL或像素信号线SGL由诸如Mo或Al的低电阻材料制成时，能够实现低电阻驱动电极。驱动电极COML通过接触导电柱(未示出)连接至TFT基板21，并且具有交流矩形波形的驱动信号Vcom通过接触导电柱从TFT基板21施加至驱动电极COML。在玻璃基板31的另一个表面上，形成了作为触摸检测部30的检测电极的触摸检测电极TDL。每个触摸检测电极TDL由ITO(氧化铟锡)、IZO、SnO、有机导电膜等构成，并具有透光性。需要注意的是，例如，每个触摸检测电极TDL可以在电极中对应于具有低透射率的彩色光的像素(在ITO情况下为蓝色(B)的像素)的部分处具有开口部。此外，偏光板35设置在触摸检测电极TDL上。顺便提及，在偏光板35上，可以设置由玻璃、薄膜、塑料等构成的覆盖窗。
液晶层6根据电场状态对通过其中的光进行调制，并且使用诸如TN(扭曲向列)、VA(垂直配向)以及ECB(电控双折射)的各种模式的液晶。
顺便提及，在液晶层6与像素基板2之间及液晶层6与对向基板3之间设置配向膜。另外，入射侧偏光板设置像素基板2的底面侧，图中未示出。
图6示出了液晶显示部20中的像素结构的结构实例。液晶显示部20具有以矩阵形式排列的多个像素Pix。每个像素Pix具有TFT元件Tr和液晶元件LC。TFT元件Tr由薄膜晶体管构成，并且在该实例中，TFT元件Tr由n沟道MOS(金属氧化物半导体)TFT构成。TFT元件Tr的源极连接至像素信号线SGL，其栅极连接至扫描信号线GCL，而其漏极连接至液晶元件LC的一端。液晶元件LC的一端连接至TFT元件Tr的漏极，而其另一端连接至驱动电极COML。
每个像素Pix通过扫描信号线GCL互相连接至处于液晶显示部20的相同行中的其他像素Pix。扫描信号线GCL连接至栅极驱动器12，并且从栅极驱动器12提供扫描信号Vscan。另外，每个像素Pix通过像素信号线SGL互相连接至处于液晶显示部20的相同列中的其他像素Pix。像素信号线SGL连接至源极驱动器13，并且从源极驱动器13提供像素信号Vpix。
此外，每个像素Pix通过驱动电极COML互相连接至处于液晶显示部20的相同行中的其他像素Pix。驱动电极COML连接至驱动电极驱动器14，并且从驱动电极驱动器14提供驱动信号Vcom。
通过这种结构，在液晶显示部20中，栅极驱动器12驱动扫描信号线GCL，以分时方式执行线顺序扫描，从而选择一条水平线。随后，源极驱动器13将像素信号Vpix提供至所选的水平线中的像素Pix，从而以水平线为单位执行显示。
图7为示出了触摸检测部30的结构实例的透视图。触摸检测部30由设置在对向基板3中的驱动电极COML和触摸检测电极TDL构成。每个驱动电极COML由在图的横向上延伸的条形电极图案构成。当执行触摸检测操作时，驱动信号Vcom通过驱动电极驱动器14被顺序提供至每个电极图案，从而以分时方式执行顺序扫描驱动。每个触摸检测电极TDL由在与每个驱动电极COML的电极图案的延伸方向正交的方向上延伸的电极图案构成。如随后所述，虚拟电极37(未示出)设置在触摸检测电极TDL之间。每个触摸检测电极TDL的电极图案被连接至触摸检测电路40。互相交叉的驱动电极COML的电极图案和触摸检测电极TDL的电极图案在每个交叉点处形成静电电容。
通过这种结构，在触摸检测电极30中，驱动电极驱动器14将驱动信号Vcom提供至驱动电极COML，以从触摸检测电极TDL输出触摸检测信号Vdet，从而执行触摸检测。驱动电极COML对应于图1～图3中所示的触摸检测的基本原理中的驱动电极E1，触摸检测电极TDL对应于触摸检测电极E2，触摸检测部30根据基本原理检测触摸事件。如图7所示，彼此交叉的电极图案以矩阵形式构成了静电电容型触摸传感器。因此，在触摸检测部30的整个触摸检测表面上执行扫描，使得也能够检测外部接近物体的接触位置或接近位置。
图8示出了触摸检测电极TDL的结构实例。例如，触摸检测电极TDL以5mm节距并排设置在有效显示区S中。虚拟电极37设置在触摸检测电极TDL之间，而虚拟电极38设置在有效显示区S两侧所设置的每个触摸检测电极TDL的外侧。虚拟电极37和38使得很难从外部看到触摸检测电极TDL，并且处于电浮置状态。偏光板35设置在比有效显示区S宽的区域中。换句话说，在偏光板35中所形成的导电层52(随后描述)被设置为覆盖有效显示区S。需要注意的是，图8中示出了8个触摸检测电极TDL，然而，有效显示区S中的触摸检测电极TDL数量并不限于此，而例如，可以为9个以上或7个以下。另外，在图8中，尽管在设置了导电层52(偏光板35)的区域中形成了触摸检测电极TDL和虚拟电极37，但是并不限于此。可以在设置了导电层52的区域外部形成触摸检测电极TDL和虚拟电极37。
图9示出了偏光板35的结构实例。偏光板35具有偏光层54和导电层52。偏光层54为具有偏光功能的层。覆盖层55形成在偏光层54表面上，而硬涂层56形成在覆盖层55上。覆盖层53形成在偏光层54的与形成有覆盖层55的表面相对的表面上，而导电层52形成在覆盖层53上。导电层52为具有透光性和导电性的层，并且由ITO、IZO、SnO、有机导电膜等构成。如后所述，提供导电层52用于ESD保护。导电层52抑制由于从外部施加并随后传输至液晶层的静电而导致的显示干扰，并且将触摸检测灵敏度的劣化抑制为最小。在导电层52上，设置了粘合层51以将导电层52与设置有触摸检测电极TDL和虚拟电极37和38的玻璃基板31粘合。如图9所示，导电层52与触摸检测电极TDL之间的距离d1被设定为比触摸检测电极TDL与驱动电极COML之间的距离d2小。
这里，液晶元件LC对应于本发明的“液晶显示元件”的具体实例。导电层52对应于本发明的“导电膜”的具体实例。
[操作和功能]
接下来，将描述实施方式的具有触摸检测功能的显示装置1的操作和功能。
(一般操作概述)
控制部11基于从外部提供的图像信号Vdisp将控制信号提供至栅极驱动器12、源极驱动器13、驱动电极驱动器14以及触摸检测电路40的每一个，并且控制这些部分彼此同步操作。栅极驱动器12将扫描信号Vscan提供至液晶显示部20，以顺序选择用于显示的待被驱动的一条水平线。源极驱动器13将像素信号Vpix提供至构成由栅极驱动器12所选的水平行线的每个像素Pix。驱动电极驱动器14将驱动信号Vcom顺序施加至驱动电极COML。具有触摸检测功能的显示部10执行显示操作，并基于驱动信号Vcom执行触摸检测操作，以从触摸检测电极TDL输出触摸检测信号Vdet。模拟LPF部42从触摸检测信号Vdet中去除高频分量以输出所得信号。A/D转换部43在与驱动信号Vcom同步的定时处将从模拟LPF部42中所输出的模拟信号转换成数字信号。信号处理部44基于来自A/D转换部43的输出信号检测关于触摸检测部30的触摸事件的存在。坐标提取部45响应于信号处理部44的触摸检测来确定触摸面板坐标。检测定时控制部46控制模拟LPF部42、A/D转换部43、信号处理部44以及坐标提取部45彼此同步操作。
图10示出了触摸检测操作的操作实例，其中，(A)示出了驱动信号Vcom的波形，而(B)示出了触摸检测信号Vdet的波形。驱动电极驱动器14将具有图10的(A)中所示的交流矩形波形的驱动信号Vcom施加至驱动电极COML。驱动信号Vcom通过静电电容被传输至触摸检测电极TDL，这引起了感应电流流动。随后，触摸检测信号Vdet发生变化(图10的(B))。A/D转换部43在检测时段Pdet期间在与驱动信号Vcom同步的采样定时ts1和ts2处对来自模拟LPF部42(其已经接收到触摸检测信号Vdet)的输出信号进行采样，以执行A/D转换(图10的(B))。采样定时ts1对应于触摸检测时段Pdet的起始定时，并且在驱动信号Vcom的变换定时前立即被设定。相对地，采样定时ts2对应于触摸检测时段Pdet的结束定时，并且在驱动信号Vcom的变换定时之后立即被设定。触摸检测电路40的信号处理部44基于采样定时ts1处的A/D转换结果与采样定时ts2处的A/D转换结果之差来执行触摸检测。这里，触摸检测时段Pdet对应于本发明的“检测时段”的具体实例。
接下来，将描述导电层52。在制造具有触摸检测功能的显示装置1及其使用过程中提供导电层52以用于ESD保护。在制造过程中，通常，例如，当在偏光板粘合前从偏光板上去除覆盖膜时，当利用透明粘合剂将覆盖玻璃(覆盖膜、或覆盖塑料)粘合至面板时，或者当检查时人的手指触摸触摸检测表面(硬涂层56的表面)时，偏光板可能被充电。另外，在使用具有触摸检测功能的显示装置1的过程中，当用户带电的手指触摸触摸检测表面时，偏光板可能被充电。导电层52用来释放静电。下面，将描述导电层52的功能及用于实现这种功能的电特性。
图11示意性地示出了当施加静电时的静电流动。在具有触摸检测功能的显示装置1中，例如，施加至偏光板35的表面(硬涂层56)的静电SE首先通过覆盖层55、偏光层54以及覆盖层53被传输至导电层52。随后，静电SE通过导电层52和虚拟电极37被传输至设置在其周围的触摸检测电极TDL。此后，使传输至触摸检测电极TDL的静电SE通过设置在触摸检测电路40的输入处的电阻器R(图4)或设置在其输入部中的ESD保护电路(未示出)释放至具有触摸检测功能的显示部的电源或GND。换句话说，在未设置导电层52的情况下，例如，静电被充电至偏光板自身，由静电所引起的电场会干扰液晶层6的液晶分子的配向，从而会干扰显示。但是，通过设置导电层52，很容易将静电释放，从而可以降低显示干扰的可能性。如图8所示，导电层52被设置为覆盖有效显示区S，从而使得在有效显示区S的整个表面上，静电很容易被释放，从而降低了对显示的干扰。
顺便提及，导电层52可以被设置为覆盖包括有效显示区S的宽的区域。例如，通过将导电层52设置为覆盖在像素基板2上设置的电路区，可以防止当制造过程中施加静电时的电路的击穿，并且可以降低在电路使用过程中施加静电时电路的故障。
为了容易地释放静电，彼此相邻的触摸电极TDL与虚拟像素37或38之间的每个间隔期望尽可能的窄，例如，期望被设定为50μm以下。此外，为了容易地释放静电，期望触摸检测电极TDL和虚拟像素37和38被设置为在有效显示区S中具有尽可能宽的总设置面积。例如，期望总设置面积为有效显示区S的面积的50％以上。
为了将所施加的静电SE容易地释放至设置在其周围的触摸检测电极TDL，期望使导电层52具有充分低的电阻。换句话说，鉴于ESD保护，导电层52的电阻具有上限。通常，众所周知，为了有效地释放静电，导电层52的薄层电阻(sheet resistance)值期望等于或小于1×1012Ω/sq，并且优选等于或小于1×1011Ω/sq。
另一方面，如果导电层52的电阻过低，则会降低触摸检测灵敏度。如图7所示，具有触摸检测功能的显示装置1通过使用由外部接近物体而引起的驱动电极COML与触摸检测电极TDL之间的静电电容的变化来检测触摸事件。因此，如果设置在触摸检测电极TDL与外部接近物体之间的导电层52的电阻过低，则导电层52用作屏蔽层，从而静电电容很难响应于外部接近物体而变化。换句话说，在触摸检测信号Vdet中，表示触摸事件存在的触摸分量被屏蔽层削弱，S/N比降低，从而触摸检测灵敏度相应地降低。如上所述，鉴于触摸检测灵敏度，导电层52的电阻具有下限。
换句话说，导电层52的电阻需要被设定为在鉴于ESD保护而限定的上限与鉴于触摸检测灵敏度而限定的下限之间的范围内的一个值。
接下来，将详细描述导电层52的电阻的下限。
图12示意性地示出了导电层52的电阻和导电层52与驱动电极COML之间的电容。为了防止触摸检测信号Vdet的触摸分量被导电层52削弱(以提高S/N比)，例如，如图10所示，当触摸检测信号Vdet在触摸检测时段Pdet期间根据驱动信号Vcom的变换而变化时，导电层52的电压需要表现出充分小的变化。导电层52的电压依赖于导电层52的时间常数τ(＝R52·C52)而变化。因此，为了提高S/N比，导电层52的时间常数τ需要大于对应于触摸检测时段Pdet的时间tdet。
图13示出了S/N比与导电层52的时间常数τ之间的关系。水平轴表示以时间tdet为单位的导电层52的时间常数τ。垂直轴表示当时间常数τ为无穷(对应于没有设置导电层52的情况)时的S/N比被定义为100时的S/N比(相对值)。需要注意的是，在这个研究中，假设噪声没有受到导电层52的影响，并且为常数。
如图13所示，当时间常数τ小时，S/N比变小。这是因为，如上所述，导电层52由于很小的时间常数τ而具有类似于屏蔽层的功能，从而触摸分量相应地被削弱。另一方面，当时间常数τ变大时，导电层52的影响降低，并且S/N比相应地增大。
如图13所示，尽管所需S/N比依赖于具有触摸检测功能的显示装置1的使用，然而例如，期望时间常数τ至少大于时间tdet。此时，S/N比(相对值)等于或大于37。此外，时间常数τ优选等于或大于时间tdet的10倍，此时的S/N比等于或大于90。此外，更优选时间常数τ等于或大于时间tdet的100倍。此时，S/N比(相对值)等于或大于99，并且触摸检测可以被执行而几乎不受导电层52的影响。
以这样的方式，导电层52的时间常数τ被设定为上述值或更大值，从而获得了对应于各个值的S/N比，并且确保了触摸检测灵敏度。
另外，如图8所示，导电层52被设置为覆盖有效显示区S。因此，在有效显示区S中发生触摸事件的任意部分中，导电层52对S/N比的影响恒定，从而将依赖于触摸位置的触摸检测灵敏度的差异抑制为最小。
[效果]
如上所述，在该实施方式中，设置了导电层，使得即使在静电被施加的情况下，也能降低显示的干扰。
此外，在该实施方式中，导电层的时间常数被设定为大于触摸检测时段的时间，使得将触摸检测灵敏度的降低抑制为最小。
此外，在该实施方式中，导电层被设置在偏光板中，实现了集成，从而有利于制造处理。另外，集成使得导电层与驱动电极之间的距离减小。结果，随着电容C52的增大，时间常数τ增大，因此，提高了S/N比。此外，当电阻R52随着电容C52的增大而减小时，允许容易地释放静电。
此外，在该实施方式中，导电层被设置为覆盖有效显示区。因此，可以抑制整个有效显示区中的显示的干扰，并且可以降低依赖于触摸位置的触摸检测灵敏度的差异。
此外，在该实施方式中，导电层与触摸检测电极之间的距离d1被设定为小于触摸检测电极与驱动电极之间的距离d2。因此，允许容易地释放静电。另外，例如，在导电层52的电阻随着允许静电被容易地释放而增大的情况下，可以抑制导电层透射性的降低或浑浊。
[变形例1]
在上述实施方式中，尽管导电层52设置在粘合层51与覆盖层53之间，但并不限于此。可选地，例如，如图14A所示，导电层52可以设置在覆盖层55与硬涂层56之间，或者如图14B所示，通过使用包括导电颗粒57的粘合剂构成粘合层51C来形成导电层52。同样，在这种情况下，通过调节粘合剂中所包含的导电颗粒57的大小或数量以及导电颗粒57的特性(诸如导电性)，可以有效地释放静电，从而可以将触摸检测灵敏度的降低抑制为最小。
[变形例2]
在上述实施方式中，尽管通过触摸检测电极TDL释放所施加的静电，但并不限于此。可以提供其他途径来释放静电。图15示出了根据变形例2的具有触摸检测功能的显示装置1B的结构实例，其中，(A)为平面图，并且(B)为图15的(A)的XV-XV箭头方向上的示意性截面图。具有触摸检测功能的显示装置1B具有GND线58。GND线58设置在偏光板35的周围，电连接至偏光板35的导电层52，并且被连接至具有触摸检测功能的显示装置1B的GND。因此，在具有触摸检测功能的显示装置1B中，所施加的静电可以通过导电层52容易地释放至GND。
在根据上述实施方式的具有触摸检测功能的显示装置1中，例如，在与触摸检测电极TDL连接的触摸检测电路40的输入中设置开关并且仅在检测定时接通开关的情况下，当开关处于接通状态时，确保了用于释放静电的通路。然而，当开关处于断开状态时，该通路被中断，因此，存在静电没有被充分释放的可能性。即使在这种情况下，在根据变形例2的具有触摸检测功能的显示装置1B中，由于GND线58一直连接至导电层52，所以一直保证了用于释放静电的通路，从而允许容易地释放静电。
[其他变形例]
在上述实施方式中，尽管触摸检测电极TDL以5mm节距并排设置，但并不限于此。当触摸检测电极TDL之间的节距很宽时，鉴于ESD保护，如图11所示，由于用于将静电SE通过导电层52释放至触摸检测电极TDL的通路很长而导致了静电SE可能很难释放。另外，鉴于触摸检测功能，触摸检测的位置分辨率降低。因此，触摸检测电极TDL之间的节距优选等于或小于10mm。
在上述实施方式中，尽管导电层52设置在偏光板35中，但并不限于此。可选地，导电层可以与偏光板分开配置。
在上述实施方式中，尽管虚拟电极37设置在触摸检测电极TDL之间，但并不限于此。可选地，可以不设置虚拟电极。
[3.应用实例]
接下来，将参照图16～图20G描述在实施方式和变形例中所描述的具有触摸检测功能的显示装置的应用实例。上述实施方式等的具有触摸检测功能的显示装置能够应用于任意领域的电子单元，诸如电视装置、数码相机、笔记本式个人计算机、诸如手机的便携式终端装置以及摄像机。换句话说，上述实施方式等的具有触摸检测功能的显示装置能够应用于各种领域的电子单元，用于将从外部输入的图像信号或内部生成的图像信号作为图像或画面来显示。
(应用实例1)
图16示出应用了上述实施方式等的具有触摸检测功能的显示装置的电视装置的外观。例如，电视装置具有包括正面面板511和滤光玻璃512的图像显示屏部510。图像显示屏部510由根据上述实施方式等的具有触摸检测功能的显示装置构成。
(应用实例2)
图17A和图17B示出应用了上述实施方式等的具有触摸检测功能的显示装置的数码相机的外观。例如，数码相机具有用于闪光的发光部521、显示部522、菜单开关523以及快门按钮524。显示部522由根据上述实施方式等的具有触摸检测功能的显示装置构成。
(应用实例3)
图18示出应用了上述实施方式等的具有触摸检测功能的显示装置的笔记本式个人计算机的外观。例如，笔记本式个人计算机具有主体531、用于输入字符等操作的键盘532以及用于显示图像的显示部533。显示部533由根据上述实施方式等的具有触摸检测功能的显示装置构成。
(应用实例4)
图19示出应用了上述实施方式等的具有触摸检测功能的显示装置的摄像机的外观。例如，摄像机具有主体541、用于拍摄设置在主体541的正面的物体的透镜542、拍摄启动/停止开关543以及显示部544。同样，显示部544由根据上述实施方式等的具有触摸检测功能的显示装置构成。(应用实例5)
图20A～图20G示出应用了上述实施方式等的具有触摸检测功能的显示装置的手机的外观。在该手机中，例如，顶侧外壳710和底侧外壳720通过连接部(铰链部)730连接。手机具有显示器740、副显示器750、图像灯760以及相机770。显示器740或副显示器750由根据上述实施方式等的具有触摸检测功能的显示装置构成。
在上文中，尽管已经参照实施方式、变形例以及对于电子单元的应用实例描述了发明，但是发明并不限于此，而是可以进行各种修改。
例如，在上述实施方式等中，具有触摸检测功能的显示装置为所谓的内嵌型，其中，集成了液晶显示部与触摸检测部。但是，并不限于此，可选地，具有触摸检测功能的显示装置可以为所谓的外挂型(on-cell)，其中，触摸检测部设置在液晶显示部的表面上，或者可以在液晶显示部的表面上外部设置有触摸检测部。
例如，在上述实施方式等中，通过将触摸检测部30与使用诸如TN、VA以及ECB的各种模式的液晶的液晶显示部20集成来构成具有触摸检测功能的显示部10。可选地，可以将触摸检测部与使用诸如FFS(边缘电场切换)和IPS(平面内切换)的横向电场模式的液晶的液晶显示部集成。例如，在使用横向电场模式的液晶的情况下，可以如图21所示构成具有触摸检测功能的显示部90。图21示出了具有触摸检测功能的显示部90中相关部分的截面结构的实例，并且示出了液晶层6B夹在像素基板2B与对向基板3B之间的状态。由于其他部分的名称、功能等与图5的情况相同，所以省略其描述。在该实例中，与图5的情况不同，共用于显示以及触摸检测的驱动电极COML直接设置在TFT基板21上，并且构成像素基板2B的一部分。像素电极22通过绝缘层23设置在驱动电极COML上。需要注意的是，该结构不限于这个实例，可选地，例如，像素电极22可以设置在TFT基板21上，而驱动电极COML可以通过绝缘层23而设置在像素电极22上。在这些情况下，设置在驱动电极COML与触摸检测电极TDL之间的包括液晶层6B的所有介电体对于电容元件C1的形成有贡献。
本发明包含与2010年9月14日向日本专利局提交的日本在先专利申请JP2010-205573中披露的主题相关的主题，其全部内容结合于此作为参考。
本领域技术人员应该理解的是，根据设计的需要和其他因素，可以进行各种变形、组合、子组合和修改，只要它们在所附权利要求或其等同替换的范围内。

Claims (26)

1.一种具有触摸检测表面的显示装置，包括：
多个液晶显示元件，执行显示操作；
多个触摸检测电极，基于由接触所述触摸检测表面或接近所述触摸检测表面的外部接近物体所引起的静电电容的变化来输出检测信号；
导电膜，与所述触摸检测电极绝缘或经由高电阻层与所述触摸检测电极连接，并且被设置在所述触摸检测电极和所述触摸检测表面之间以覆盖在所述触摸检测电极上；以及
触摸检测电路，通过对所述检测信号进行采样来检测所述外部接近物体，其中，
所述导电膜具有等于或小于预定电阻值的薄层电阻，当所述薄层电阻大于所述预定电阻值时，所述导电膜不提供通过所述导电膜的有效的静电放电路径，并且
所述导电膜具有大于由所述触摸检测电路中的采样定时所限定的最小时间常数的时间常数。
2.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述预定电阻值为1012Ω/sq。
3.根据权利要求2所述的显示装置，其中，
所述触摸检测电路基于检测时段的起始定时处的采样结果与所述检测时段的结束定时处的采样结果之间的差值来检测所述外部接近物体，所述检测时段被设定为在其内包括所述检测信号的变换定时，并且
采用所述检测时段的时间长度作为所述最小时间常数。
4.根据权利要求3所述的显示装置，其中，所述导电膜的时间常数具有等于或大于所述最小时间常数10倍的值。
5.根据权利要求3所述的显示装置，其中，所述导电膜的时间常数具有等于或大于所述最小时间常数100倍的值。
6.根据权利要求1至3任意一项所述的显示装置，进一步包括偏光板，
其中，所述导电膜与所述偏光板一体形成。
7.根据权利要求1至3任意一项所述的显示装置，其中，所述导电膜被设置为至少覆盖在所述液晶显示元件能够执行显示操作的有效显示区上。
8.根据权利要求7所述的显示装置，进一步包括虚拟电极，设置在所述多个触摸检测电极之间，并保持在电浮置状态。
9.根据权利要求8所述的显示装置，其中，彼此相邻的所述触摸检测电极与所述虚拟电极之间的间隔大小等于或小于50μm。
10.根据权利要求8所述的显示装置，其中，所述有效显示区内的所述触摸检测电极和所述虚拟电极的总设置面积为所述有效显示区的面积的50％以上。
11.根据权利要求1至3任意一项所述的显示装置，其中，所述导电膜被连接至恒定的电压源。
12.根据权利要求1至3任意一项所述的显示装置，其中，所述触摸检测电极以10mm以下的节距并排设置。
13.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述液晶显示元件包括液晶层和像素电极。
14.一种具有触摸检测表面的显示装置，包括：
多个液晶显示元件，执行显示操作；
多个触摸检测电极，基于由接触所述触摸检测表面或接近所述触摸检测表面的外部接近物体所引起的静电电容的变化来输出检测信号；
导电膜，与所述触摸检测电极绝缘或经由高电阻层与所述触摸检测电极连接，并且被设置在所述触摸检测电极和所述触摸检测表面之间以覆盖在所述触摸检测电极上；以及
触摸检测电路，基于用于触摸检测的驱动信号来检测所述外部接近物体，其中，
所述导电膜具有等于或小于预定电阻值的薄层电阻，当所述薄层电阻大于所述预定电阻值时，所述导电膜不提供通过所述导电膜的有效的静电放电路径，并且
所述导电膜具有大于由用于触摸检测的所述驱动信号的定时所限定的最小时间常数的时间常数。
15.根据权利要求14所述的显示装置，其中，所述预定电阻值为1012Ω/sq。
16.根据权利要求15所述的显示装置，其中，
所述触摸检测电路基于检测时段的起始定时处的采样结果与所述检测时段的结束定时处的采样结果之间的差值来检测所述外部接近物体，所述检测时段被设定为在其内包括所述检测信号的变换定时，并且
采用所述检测时段的时间长度作为所述最小时间常数。
17.根据权利要求16所述的显示装置，其中，所述导电膜的时间常数具有等于或大于所述最小时间常数10倍的值。
18.根据权利要求16所述的显示装置，其中，所述导电膜的时间常数具有等于或大于所述最小时间常数100倍的值。
19.根据权利要求14至16任意一项所述的显示装置，进一步包括偏光板，
其中，所述导电膜与所述偏光板一体形成。
20.根据权利要求14至16任意一项所述的显示装置，其中，所述导电膜被设置为至少覆盖在所述液晶显示元件能够执行显示操作的有效显示区上。
21.根据权利要求20所述的显示装置，进一步包括虚拟电极，设置在所述多个触摸检测电极之间，并保持在电浮置状态。
22.根据权利要求21所述的显示装置，其中，彼此相邻的所述触摸检测电极与所述虚拟电极之间的间隔大小等于或小于50μm。
23.根据权利要求21所述的显示装置，其中，所述有效显示区内的所述触摸检测电极和所述虚拟电极的总设置面积为所述有效显示区的面积的50％以上。
24.根据权利要求14至16任意一项所述的显示装置，其中，所述导电膜被连接至恒定的电压源。
25.根据权利要求14至16任意一项所述的显示装置，其中，所述触摸检测电极以10mm以下的节距并排设置。
26.根据权利要求14所述的显示装置，其中，所述液晶显示元件包括液晶层和像素电极。
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