具有触摸传感器的显示装置的制作方法

专利名称：具有触摸传感器的显示装置的制作方法
技术领域：
本发明涉及诸如液晶显示装置的显示装置，具体地涉及具有触摸传 感器的显示装置，该显示装置包括能够通过用户的手指等触摸而输入信 息的电容型触摸传感器。
背景技术：
近年来，能够通过设置接触检测装置(以下，称为触摸传感器)、即设 置所谓的触摸板而输入信息的显示装置已受到关注，所述触摸板直接安 装在液晶显示装置上并且在液晶显示装置上显示各种按钮而代替普通按 钮。随着移动装置的屏幕尺寸倾向于大型化，该技术使得显示屏和各按 钮可以共同设置，并且带来了诸如节省空间和减少部件个数的极大好处。 但是，在该技术中存在的问题是，由于安装了触摸板，所以整个液晶模 块的厚度增大。具体说来，在应用于移动装置时，由于在触摸板上需要 保护层以防止刮擦，所以存在液晶模块的厚度变得越来越厚的问题，而 这有悖于薄化的趋势。
于是，例如，在专利文献l中，提出了一种具有触摸板的液晶显示元 件，其中触摸板的导电膜设于液晶显示元件的观看侧的基板以及布置于 观看侧的基板的外表面上的用于观看的偏光板之间，并且利用偏光板的 外表面作为触摸表面，电容型的触摸板形成于触摸板的导电膜和偏光板 的外表面之间。由此，实现了薄型化。
专利文献l:日本未审査专利申请文件No.2008-9750

发明内容
但是，在专利文献l所披露的具有触摸板的液晶显示元件中，触摸板 的导电膜理论上需要具有与用户相同的电位，并且用户需要是接地属性。 于是，尽管应用于从电源插座等获取电源的静止的电视接收机不成问题， 但是将具有触摸板的液晶显示元件应用于移动装置在实践上是特别困难
6的。而且，在上述技术中，由于触摸板的导电膜需要极其靠近用户的手 指，所以触摸板的导电膜的布置区域是有限的，并且难以将触摸板的导 电膜例如设置在液晶显示元件内的深入部分。也就是说，设计的灵活性 低。而且，在上述技术中，因为配置，必须与液晶显示元件的显示驱动 电路部相互独立地设置诸如触摸板驱动部和坐标检测部的电路部，并且 难以集成整个装置的各电路。
鉴于前文所述，本发明的第一目的是提供一种具体适用于移动装置 的具有触摸传感器的显示装置。本发明的第二目的是提供具有高的设计 灵活性的具有触摸传感器的显示装置。本发明的第三目的是提供具有电 路易于集成的结构的具有触摸传感器的显示装置。
本发明的具有触摸传感器的显示装置包括多个显示像素电极；与 所述显示像素电极相对的公共电极；具有图像显示功能的显示功能层； 显示控制电路，其根据图像信号通过在每个所述显示像素电极和所述公 共电极之间施加显示用电压来进行图像显示控制，从而发挥所述显示功 能层的显示功能；以及触摸检测电极，其与所述公共电极相对设置，或 者设置在所述公共电极旁边，在所述触摸检测电极和所述公共电极之间 形成电容。
在本发明的具有触摸传感器的显示装置中，电容形成于最初设置用 于施加显示驱动电压的所述公共电极和新设置的所述触摸检测电极之 间。该电容根据物体接触的存在或不存在而改变。因而，当由显示控制 部施加在公共电极上的显示驱动电压被利用(或使用)为所述触摸传感 器的驱动信号时，可以从所述触摸检测电极得到与电容值的变化相应的 检测信号。当所述检测信号被输入给所述触摸检测电路时，能够检测到 物体接触的存在或不存在。而且，当所述触摸检测电极被分成多个电极 图形，并且所述多个电极图形被单独驱动时，能够检测物体的接触位置。 例如可以使用液晶层作为所述显示功能层。
在本发明的具有触摸传感器的显示装置中，可以是这样的结构，即 设有面对其中形成有所述显示控制电路的电路基板的相对基板，所述显 示像素电极设在所述的电路基板上的靠近于所述相对基板的一侧，所述 公共电极设于在所述的相对基板上靠近于所述电路基板的一侧，并且所述显示功能层设置为夹持在所述电路基板的显示像素电极和所述相对基板的公共电极之间。这种结构例如适合于所述显示功能层由TN(扭曲向
列)模式、VA(垂直取向)模式等的液晶构成的情况。在此情况下，所述触
摸检测电极优选地形成于相对的电极侧，并且所述触摸检测电路优选地形成于所述电路基板中。
并且，在本发明的具有触摸传感器的显示装置中，可以是这样的结构，即设有面对其中形成有所述显示控制电路的电路基板的相对基板，所述公共电极和所述显示像素电极在所述电路基板上依次堆叠，其中绝
缘层介于所述公共电极和所述显示像素电极之间，并且所述显示功能层
设置为夹持在所述电路基板的显示像素电极和所述相对基板之间。这种
结构例如适合于所述显示功能层由诸如FFS(边缘场切换)模式的所谓横向电场模式的液晶构成的情况。在此情况下，所述触摸检测电极可以形成于所述相对基板侧或所述电路基板侧。所述触摸检测电路优选地形成于所述电路基板中。在所述触摸检测电极形成于所述电路基板侧的情况下，所述公共电极设于所述电路基板的显示区域中，并且在围绕所述电路基板的显示区域的框架区域中，所述触摸检测电极与所述公共电极分开地形成为与所述公共电极处于相同层中的电极层。在所述触摸检测电极形成于所述相对基板侧，并且所述触摸检测电路形成于所述电路基板中的情况下，导电路径形成为连接于所述相对基板的触摸检测电极和所述电路基板的触摸检测电路之间。或者，电容耦合路径形成为在所述相对基板的触摸检测电极和所述电路基板的触摸检测电路之间建立电容耦合°
根据本发明的具有触摸传感器的显示装置，电容形成于最初设置用于施加显示驱动电压的所述公共电极和新设置的所述触摸检测电极之间，通过利用由物体(用户的手指)的接触所带来的电容值的变化实现触摸检测。于是，可以得到这样的具有触摸传感器的显示装置，即该具有触摸传感器的显示装置甚至可以适用于在许多情况下用户的电位不确定的移动装置中。具体地，当最初配备施加于公共电极以用于显示的现有的显示驱动电压用作触摸传感器的驱动信号时，可以从所述触摸检测电极得到与电容值的变化相应的检测信号，并且因而不必准备新的用于传感器的驱动信号。而且，当所述触摸检测电极被分成多个电极图形时，并且所述多个电极图形被单独驱动时，能够检测接触位置。
并且，根据本发明的具有触摸传感器的显示装置，可以根据所述显示功能层的类型任意地选择所述触摸检测电极形成于所述相对基板侧或者形成于所述像素基板侧。因而，可以得到设计灵活性高的具有触摸传感器的显示装置。
并且，根据本发明的具有触摸传感器的显示装置，也可以根据所述显示功能层的类型在所述电路基板侧形成所述触摸检测电极。于是，在结构设计中，优选地在所述电路基板中形成所述触摸检测电路，并且这易于在一个电路基板上将显示用电路和传感器用电路集成在一起。艮P，电路集成容易。


图l是用于说明本发明的具有触摸传感器的显示装置的工作原理的图，并且是表示手指未触摸状态的图。
图2是用于说明本发明的具有触摸传感器的显示装置的工作原理的图，并且是表示手指触摸状态的图。
图3是用于说明本发明的具有触摸传感器的显示装置的工作原理的图，并且是表示触摸传感器的驱动信号和检测信号的波形的示例的图。
图4是表示本发明第一实施例的具有触摸传感器的显示装置的示意性横剖面结构的横剖面图。
图5是表示图4中所示的具有触摸传感器的显示装置的主要部分(公共电极和传感器用检测电极)的结构的示例的立体图。
图6是表示图4中所示的具有触摸传感器的显示装置的检测电路的配置示例的电路图。
图7是表示图4中所示的具有触摸传感器的显示装置的主要部分(公共电极和传感器用检测电极)的结构的另一示例的立体图。
9图8是表示图4中所示的具有触摸传感器的显示装置的主要部分(公共电极和传感器用检测电极)的结构的又一示例的立体图。
图9是表示本发明第二实施例的具有触摸传感器的显示装置的示意
性横剖面结构的横剖面图。
图10是图9中所示的具有触摸传感器的显示装置的主要部分的放大的立体图。
图11是用于说明图9中所示的具有触摸传感器的显示装置的工作原理的横剖面图。
图12是表示图9中所示的具有触摸传感器的显示装置的结构的具体示例的横剖面图。
图13是表示图9中所示的具有触摸传感器的显示装置的变化例的横剖面图。
图14是表示图9中所示的具有触摸传感器的显示装置的另一变化例的横剖面图。
图15是表示图14中所示的具有触摸传感器的显示装置的结构的具体示例的横剖面图。
图16是表示本发明第三实施例的具有触摸传感器的显示装置的示意性横剖面结构的横剖面图。
图17是表示图16中所示的具有触摸传感器的显示装置的示意性平面结构的平面图。
图18是表示图16中所示的具有触摸传感器的显示装置的变化例的主要部分的横剖面图。
图19是表示图16中所示的具有触摸传感器的显示装置的另一变化例的示意性横剖面图。
具体实施例方式
以下，参照附图详细说明实施本发明的最优方式(以下简称为实施例)。首先，参照图1 图3，说明本实施例的具有触摸传感器的显示装置中的触摸检测方法的基本原理。该触摸检测方法由电容型触摸传感器实现，并且如图1(A)所示，电容性元件是这样构成的，即利用彼此面对的
一对电极(驱动电极E1和检测电极E2)，并将电介质D介于所述一对电极之间。该配置的等效电路如图1(B)所示。电容性元件C1配置有驱动电极E1、检测电极E2和电介质D。在电容性元件C1中， 一端与AC信号源S相连，另一端P通过电阻R接地并且与电压检测器DET相连。当具有预定频率(例如约为几kHz 十几kHz)的AC矩形波Sg(图3(B))从AC信号源S施加于驱动电极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)中会出现如图3(A)所示的输出波形(检测信号Vdet)。此外，该AC矩形波Sg与后文所述的公共驱动信号Vcom对应。
在手指未触摸的状态下，如图1所示，随着电容性元件Cl的充电/放电，与电容性元件C1的电容值相应的电流I。流过。这时，电容性元件C1中另一端P的电位的波形例如像图3(A)的波形V。，并且这通过电压检测器DET检测。
另外，在手指触摸的状态下，如图2所示，由手指所形成的电容性元件C2与电容性元件C1串联相加。在该状态下，随着电容性元件C1和C2的充电/放电，电流^和I2分别流过。这时，电容性元件C1中另一端P的电位的波形例如像图3(A)的波形Vi，并且这通过电压检测器DET检测。这时，P点的电位是由分别流过电容性元件Cl和C2的电流^和l2的值所限定的电偏势。因而，波形V/变为比未触摸状态下的波形Vo的值小。如后文所述，电压检测器DET将所检测的电压与预定的阈值电压Vth进行比较。当所检测的电压等于或小于阈值电压时，电压检测器DET判定为处于未触摸状态。另外，当所检测的电压等于或大于阈值电压时，电压检测器DET判定为处于触摸状态。这样，可以实现触摸检测。
第一实施例
图4示出了本实施例的具有触摸传感器的显示装置的主要部分的横剖面结构。在该具有触摸传感器的显示装置中，液晶显示元件用作显示元件，并且最初设于该液晶显示元件中的电极(后文所述的公共电极43)的一部分和用于显示的驱动信号(后文所述的公共驱动信号Vcom)还用于
其它目的，由此构成电容型触摸传感器。
如图4所示，该具有触摸传感器的显示装置包括像素基板2、与该像 素基板2相对的相对基板4以及夹在像素基板2和相对基板4之间的液晶层 6。
该像素基板2包括作为电路基板的TFT基板21和以矩阵形式设于TFT 基板21上的多个像素电极22。包括用于驱动每个像素电极22的图中未示 出的显示驱动器和TFT(薄膜晶体管)在内，诸如将像素信号供给各像素电
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在TFT基板21中也形成有后文所述的执行触摸检测操作的检测电路(图 6)。
相对基板4包括玻璃基板41、形成于该玻璃基板41的一个表面上的滤 色器42和形成于该滤色器42上的公共电极43。该滤色器42是这样构成的， 例如将红(R)、绿(G)和蓝(B)三种颜色的滤色器层循环排列，并且每个显 示像素(像素电极22)被分配有一组的R、 G和B三种颜色。该公共电极43 也用作传感器的驱动电极，该驱动电极构成执行触摸检测操作的触摸传 感器的一部分，并且与图1中的驱动电极E1相对应。
该公共电极43通过接触导电柱7与TFT基板21耦接。具有AC矩形波形 的公共驱动信号Vcom通过该接触导电柱7从TFT基板21施加于公共电极 43。该公共驱动信号Vcom限定了施加于像素电极22的像素电压以及各像 素的显示电压，并且也用作触摸传感器的驱动信号。公共驱动信号Vcom 与从图l的驱动信号源S所供给的AC矩形波Sg相对应。
在玻璃基板41的另一表面上，形成有传感器用检测电极44。而且， 在该传感器用检测电极44上，设有偏光板45。传感器用检测电极44构成 触摸传感器的一部分，并且与图1中的检测电极E2相对应。
液晶层6根据电场的状态调节穿过液晶层6的光，并且例如由TN(扭曲 向歹U)、 VA(垂直取向)和ECB (电控双折射)的各种模式的液晶制成。取向膜分别设在液晶层6和像素基板2之间以及液晶层6和相对基板4 之间。尽管位于光入射侧的偏光板设在像素基板2下方，但图中省略未示 出。
图5立体地图示了相对基板4中的公共电极43和传感器用检测电极44 的结构的示例。在该示例中，公共电极43被分成在图的左右方向上延伸 的多个条形电极图形。利用驱动器43D，公共驱动信号Vcom被依次地供 给每个电极图形，并且时分地进行线序扫描驱动。另外，传感器用检测 电极44配置为在与公共电极43中的电极图形的延伸方向垂直的方向上延 伸的多个条形电极图形。检测信号Vdet从传感器用检测电极44中的每个 电极图形输出，并且被输入给图6中所示的检测电路8。
图6示出了执行触摸检测操作的检测电路8的结构的示例。该检测电 路8包括用于信号放大的运算放大器81、截断高频分量并且允许低频分量 通过的低通滤波器(LPF)82、允许高频分量通过的高通滤波器(HPF)83、 整流平滑部84和比较器85。输入端Tin与运算放大器81的正输入端(+)相 连，并且检测信号Vdet被输入给输入端Tin。运算放大器81的输出端通过 LPF82与整流平滑部84相连。HPF83与LPF82相连。LPF82具有电阻82R 和电容82C并联连接的结构，HPF83具有电阻83R和电容83C在地和LPF82 之间串联连接的结构。LPF82和HPF83的连接点与运算放大器81的负输入 端(-)相连。整流平滑部84包括由半波整流二极管84D构成的整流部以及 平滑部，在该平滑部中，电阻84R和电容82C在地和半波整流二极管84D 之间并联连接。整流平滑部84的输出端与比较器85的正输入端(+)相连。 预定的阈值电压Vth(参照图3)被输入给比较器85的负输入端(-)。比较器 85的输出端与输出端Tout相连，并且检测结果(是否触摸)从输出端Tout输 出。
具有该结构的检测电路8按如下方式工作。被输入给输入端Tin的检 测信号Vdet被运算放大器81放大。然后，检测信号Vdet中的低频分量通 过LPF82，并且高频分量通过HPF83被滤除。通过LPF82的低频AC分量通 过整流平滑部84中的二极管84D被半波整流，之后被平滑为水平信号并输 入给比较器85。比较器85将输入电平信号与阈值电压Vth进行比较。当输 入电平信号等于或小于阈值电压Vth时，比较器85输出触摸检测信号。检测电路8形成于相对基板4上的周边区域(非显示区域或框架区域)
中。或者，检测电路8形成于像素基板2上的周边区域中。但是，当检测 电路8形成于像素基板2上时，实现了检测电路8和最初形成于像素基板2 上的用于显示控制等的各种电路元件的集成，并且从通过集成实现电路 简化的角度看，这是优选的。在此情况下，传感器用检测电极44中的每 个电极图形和像素基板2的检测电路8通过类似于接触导电柱7的接触导 电柱(图中未示出)相连，并且检测信号Vdet从传感器用检测电极44被传输 到检测电路8。
以下说明具有上述配置的具有触摸传感器的显示装置的工作原理。
像素基板2中的显示驱动器(图中未示出)线序地将公共驱动信号 Vcom供给公共电极43中的每个电极图形。显示驱动器还通过源极线将像 素信号供给像素电极22,并且与像素信号的供给同步地通过栅极线线序 地控制各像素电极中TFT的开关。由此，在由公共驱动信号Vcom和各像 素信号所限定的纵向(垂直于基板的方向)上的电场施加于各像素的液晶 层6，并且调节液晶状态。这样，利用所谓的反转驱动进行显示。
另外，在相对基板4侧，电容性元件C1形成于公共电极43中的各电极 图形和传感器用检测电极44中的各电极图形的各交叉部分处。当公共驱 动信号Vcom被时分地依次作用于公共电极43中的各电极图形时，在形成 于公共电极43中的电极图形和传感器用检测电极44中的各电极图形的各 交叉部分处的一列的各电容性元件Cl上进行充电/放电，其中公共驱动电 压Vcom施加于公共电极43上。因此，具有与电容性元件C1的电容值相应 的幅度的检测信号Vdet从传感器用检测电极44中的各电极图形输出。在 用户的手指未与相对基板4的表面接触的情况下，该检测信号Vdet的幅度 近似于常量。通过公共驱动信号Vcom的扫描，充电/放电的电容性元件 Cl的列线序地移动。
这里，当用户的手指触摸相对基板4的表面的任意位置时，由手指所 形成的电容性元件C2与最初形成于该触摸位置中的电容性元件C1叠加。 因此，与其它位置的检测信号Vdet相比，当该触摸位置被扫描时(g卩，在 公共电极43的电极图形中，当公共驱动信号Vcom作用于与该触摸位置对 应的电极图形时)的检测信号Vdet的值变小。检测电路8(图6)将该检测信
14号Vdet与阈值电压Vth进行比较。当检测信号Vdet等于或小于阈值电压 Vth时，检测电路8将该位置判定为触摸位置。该触摸位置可以通过公共 驱动信号Vcom的作用时间以及等于或小于阈值电压Vth的检测信号Vdet 的检测时间来判定。
这样，根据本实施例，电容型触摸传感器具有这样的结构，即最初 设于液晶显示元件中的公共电极43也用作触摸传感器的电极对中的一 个，所述电极对包括驱动电极和检测电极，并且作为显示用驱动信号的 公共驱动信号Vcom通常兼用作触摸传感器的驱动信号。于是，新设置的 电极只有传感器用检测电极44，而且不必重新准备触摸传感器的驱动信 号。因而，结构简单。
并且，在相关技术(专利文献l)的具有触摸板的显示装置中，精确测 量流过传感器的电流的幅度，并且根据该测量值，利用模拟计算判断触 摸位置。另外，在本实施例中，与触摸的存在或不存在相对应的电流的 相对变化(电位变化)的存在或不存在可以数字方式检测，并且可以利用简 单的检测电路结构提高检测精度。而且，电容形成于最初设置用于施加 公共驱动信号Vcom的公共电极43和新设置的传感器用检测电极44之间，
并且利用由用户的手指触摸所带来的电容变化进行触摸检测。于是，具 有触摸板的显示装置甚至可以应用于用户的电位在许多情况下不恒定的 移动装置。
并且，由于传感器用检测电极44被分成多个电极图形，并且多个电 极图形被单独地时分驱动，所以能够检测所触摸的位置。
此外，在以上说明中，如图5所示，尽管公共电极43和传感器用检测 电极44都形成为通过延伸而彼此交叉的多个电极图形，但并不局限于此。 例如，如图7所示，公共电极43形成为整体延伸的单个电极，而传感器用 检测电极44形成为以矩阵形式设置的多个单独的电极。在此情况下，可 以利用检测信号Vdet从构成传感器用检测电极44的各个单独的电极中立 即判断触摸位置。
或者，如图8所示，类似于图5，公共电极43可以形成为 按条形分开 的多个电极图形，并且类似于图7，传感器用检测电极44形成为以矩阵形式设置的多个单独的电极。并且在此情况下，可以在利用公共驱动信号
Vcom依次扫描公共电极43中的多个电极图形的同时进行检测。 第二实施例
以下，说明第二实施例。本实施例与上述第一实施例的不同之处在 于横向电场模式的液晶元件用作显示元件。
图9示出了本实施例的具有触摸传感器的显示装置的主要部分的横 剖面结构，并且图10示出了其立体结构。在这些图中，与图4中相同的附 图标记表示相同的元件，由此适当地省略说明。
本实施例的具有触摸传感器的显示装置包括像素基板2A、与该像素 基板2A相对的相对基板4A以及夹在像素基板2A和相对基板4A之间的液 晶层6。
该像素基板2A包括TFT基板21、设于该TFT基板21上的公共电极43 以及以矩阵形式设于公共电极43上的多个像素电极22，其中绝缘层23设 在公共电极43和多个像素电极22之间。包括用于驱动每个像素电极22的 图中未示出的显示驱动器和TFT在内，诸如将像素信号供给各像素电极 的源极线和驱动各TFT的栅极线等的布线也形成于TFT基板21中。而且， 执行触摸检测操作的检测电路(图6)形成于TFT基板21中。公共电极43也 用作传感器的驱动电极，该驱动电极构成执行触摸检测操作的触摸传感 器的一部分，并且与图1中的驱动电极E1相对应。
相对基板4A包括玻璃基板41、形成于该玻璃基板41的一个表面上的 滤色器42。在玻璃基板41的另一表面上，形成有传感器用检测电极44。 而且，在该传感器用检测电极44上，设有偏光板45。传感器用检测电极 44构成触摸传感器的一部分，并且与图1中的检测电极E2相对应。如图5、 图7或图8所示，传感器用检测电极44被分成多个电极图形。传感器用检 测电极44通过利用薄膜处理直接形成于相对基板4A上，或者间接形成于 其上。在此情况下，触摸检测电极44形成于图中未示出的膜基板上，并 且其上形成有该检测电极44的膜基板粘附于相对基板4A的表面上。在此 情况下，不但可以将膜基板粘附在玻璃和偏光板之间，而且可以将其粘 附在偏光板的上表面。该膜基板可以形成于构成偏光板的膜中。具有AC矩形波形的公共驱动信号Vcom从TFT基板21施加于公共电 极43。该公共驱动信号Vcom限定了施加于像素电极22的像素电压以及各 像素的显示电压，并且也用作触摸传感器的驱动信号。公共驱动信号 Vcom与从图l的驱动信号源S所供给的AC矩形波Sg相对应。
液晶层6根据电场的状态调节穿过液晶层6的光，并且例如由FFS(边 缘场切换)模式和IPS(平面内切换)模式的横向电场模式的液晶组成。
像素基板2A中的公共电极43和相对基板4A中的传感器用检测电极 44的结构例如类似于图5中所示的结构，并且公共电极43和传感器用检测 电极44都形成为通过延伸而彼此交叉的多个电极图形。但是，公共电极 43和传感器用检测电极44的结构也可以类似于上述图7或图8所示的结 构。
参照图10，进行更详细的说明。在这里所述的FFS模式的液晶元件中， 被图形化为梳状的像素电极22设于形成于像素基板2A上的公共电极43 上，绝缘层23设在公共电极43和像素电极22之间，并且形成有覆盖像素 电极22的取向膜26。在该取向膜26和位于相对基板4A侧的取向膜46之间， 夹持有液晶层6。两个偏光板24和45以正交尼科尔(cross-nichols)的状 态设置。两个取向膜26和46的摩擦方向和两个偏光板24和25之一的透射 轴一致。在图10中，示出了摩擦方向与光出射侧的偏光板45的透射轴一 致的情形。而且，两个取向膜26和46的摩擦方向和偏光板45的透射轴的 方向在液晶分子的转动方向所限定的范围内被设置为大致平行于像素电 极22的延伸方向(梳的纵向)。
以下，说明上述结构的具有触摸传感器的显示装置的工作原理。
这里，首先参照图10和图11，简要说明FFS模式的液晶元件的显示原 理。这里，图ll示出了液晶元件的主要部分的放大的横剖面图。在这些 图中，(A)示出了没有施加电场时的液晶元件的状态，(B)示出了施加电场 时的液晶元件的状态。
在公共电极43和像素电极22之间不施加电压的情况下(图10(A)和图 ll(A))，构成液晶层6的液晶分子61的轴线垂直于光入射侧的偏光板24的 透射轴，并且变得平行于光出射侧的偏光板45的透射轴。因此，透过光入射侧的偏光板24的入射光h到达光出射侧的偏光板45，而在液晶层6中 不产生相差，并且在偏光板45中被吸收，由此显示黑色。另外，在公共 电极43和像素电极22之间施加电压的情况下(图10(B)和图11(B))，在像素 电极之间所产生的横向电场E的作用下，液晶分子61的对准方向被转为相 对于像素电极22的延伸方向倾斜的方向。这时，显示白色时的电场强度 被最优化，从而位于液晶层6的厚度方向的中间处的液晶分子61转动大约 45度。由此，在入射光h透过光入射侧的偏光板24之后，当透过液晶层6 时会在液晶层6中产生相差。于是，入射光h成为转动90度的直线偏振光， 并且透过光出射侧的偏光板45，从而显示白色。
以下，说明具有触摸传感器的显示装置的显示控制操作和触摸检测 操作。这些操作类似于上述第一实施例中的操作，由此适当地省略说明。
像素基板2A中的显示驱动器(图中未示出)将公共驱动信号Vcom线 序地供给公共电极43中的各电极图形。显示驱动器还通过源极线将像素 信号供给像素电极22，并且与像素信号的供给同步地通过栅极线以线序 的方式控制各像素电极中TFT的开关。由此，在由公共驱动信号Vcom和 各像素信号所限定的横向(平行于基板的方向)上的电场施加于用于各像 素的液晶层6，并且调节液晶状态。这样，利用所谓的反转驱动进行显示。
另外，在相对基板4A侧，当公共驱动信号Vcom时分地依次作用于公 共电极43中的各电极图形时，在形成于公共电极43中的电极图形和传感 器用检测电极44中的各电极图形的交叉部分处的一列的各电容性元件C1 上进行充电/放电，其中公共驱动电压Vcom施加于公共电极43上。具有与 电容性元件Cl的电容值相应的幅度的检测信号Vdet从传感器用检测电极 44中的各电极图形输出。在用户的手指未与相对基板4A的表面接触的情 况下，该检测信号Vdet的幅度接近于常量。当用户的手指接触相对基板 4A的表面的任意位置时，由手指所形成的电容性元件C2与最初形成于该 触摸位置中的电容性元件C1叠加。因此，与其它位置的检测信号Vdet相 比，当该触摸位置被扫描时的检测信号Vdet的值变小。检测电路8(图6) 将该检测信号Vdet与阈值电压Vth进行比较。当检测信号Vdet等于或小于 阈值电压Vth时，检测电路8将该位置判定为触摸位置。该触摸位置可以通过公共驱动信号Vcom的作用时间以及等于或小于阈值电压Vth的检测 信号Vdet的检测时间来判定。
这样，根据本实施例，类似于上述第一实施例的情况(图5)，电容型 触摸传感器具有这样的结构，即最初设于液晶显示元件中的公共电极43 也用作触摸传感器的电极对中的一个，所述电极对包括驱动电极和检测
电极，并且作为显示用驱动信号的公共驱动信号Vcom通常兼用于触摸传 感器的驱动信号。于是，新设置的电极只有传感器用检测电极44，不必 重新准备触摸传感器的驱动信号。因而，结构简单。
具体地，在本实施例中，由于作为触摸传感器的驱动电极的公共电 极43布置在像素基板2侧(TFT基板21上)，所以及其容易将公共驱动信号 Vcom从TFT基板21供给公共电极43，并且必要的电路、电极图形和布线 等可以集中在像素基板2中。因而，实现了电路的集成。于是，从像素基 板2侧到相对基板4侧的公共驱动信号Vcom的供给路径(接触导电柱7)是 不需要的，而所述供给路径在上述第一实施例中是必要的(图5)，这样结 构更简单。
此外，尽管检测电路8(图6)形成于相对基板4上的周边区域(非显示区 域或框架区域)中，但检测电路8优选地形成于像素基板2上的周边区域 中。当检测电路8形成于像素基板2上时，实现了检测电路8和最初形成于 像素基板2上的用于显示控制等的各种电路元件的集成。在此情况下，如 图12所示，接触导电柱7A形成于周边区域中，并且形成于像素基板2中的 检测电路8(图中未示出)和相对基板4中的滤色器42的表面相连，由此在传 感器用检测电极44和检测电路8之间形成电容耦合路径。检测信号Vdet 通过该电容耦合路径从传感器用检测电极44被传输到检测电路8。但是， 在此情况下，由于传感器用检测电极44处于浮空状态，所以优选的是通 过高电阻10将传感器用检测电极44与地连接以避免该状态。并且从对地 释放静电荷的角度看，以这种方式使传感器用检测电极44接地会带来好 处。
变化例在第二实施例中，传感器用检测电极44设于玻璃基板41的表面侧(与
液晶层6相反的一侧)。但是，可以进行如下变化。
例如，如图13所示，与滤色器42相比，传感器用检测电极44设于液 晶层6的一侧。
或者，如图14所示，传感器用检测电极44优选地设于玻璃基板41和 滤色器42之间。在横向电场模式的情况下，当垂直方向上存在电极时， 在垂直方向上施加电场，并且视角等由于液晶的上升而大大恶化。当传 感器用检测电极44被设置为以例如滤色器42等电介质介于其间时，该问 题得到极大改善。在此情况下，例如，如图15所示，形成于像素基板2中 的检测电路8(图中未示出)和相对基板4中的传感器用检测电极44通过接 触导电柱7B相连。由此，导电路径形成于传感器用检测电极44和检测电 路8之间，并且检测信号Vdet通过该导电路径从传感器用检测电极44被传 输到检测电路8。
第三实施例
在上述第一实施例和第二实施例中，传感器用检测电极44设于显示 区域中。但是，在本实施例中，如图16和图17所示，传感器用检测电极 44设于围绕显示区域D的区域(框架区域F)中。图17示出了本实施例的具 有触摸传感器的显示装置的平面结构，图16示出了从图17中A-A箭头的 方向所视的结构。
在该具有触摸传感器的显示装置中，公共电极43和传感器用检测电 极44都形成于像素基板2B侧，公共电极43和传感器用检测电极44都不形 成于相对基板4侧。具体地，公共电极43形成于整个显示区域D的TFT基 板21上。另外，传感器用检测电极44只形成于框架区域F的TFT基板21上。 传感器用检测电极44形成为多个单独的电极组。各单独的电极例如被分 配为与显示应用的各种功能相对应的操作按钮。传感器用检测电极44中 的各单独的电极通过TFT50的源极和漏极与用于传感器的检测信号线51 相连，该TFT50通过来自于扫描信号线52的控制实现开关。扫描信号线 52和TFT50与像素的驱动电路同时形成，并且被配置成依次地且时分地扫描各单独的电极。因此，不需要分开个数的检测电路，这是极其高效 的。
在这种结构的具有触摸传感器的显示装置中，传感器用检测电极44
中的各单独的电极与公共电极43分开地设在与公共电极43的形成平面相 同的平面上。于是，在传感器用检测电极44中的各单独的电极和公共电 极43之间形成横向上的电容耦合，并且形成电容性元件C1。公共驱动信 号Vcom被施加给公共电极43(在图17的示例中为整体延伸的单个电极)， 并且TFT50通过扫描信号线52被依次导通。由此，检测信号Vdet从传感器 用检测电极44中的各单独的电极中被时分地取出。所取出的检测信号 Vdet通过用于传感器的检测信号线51被输入给具有图6所示结构的检测 电路8(图16中未示出)。
在用户的手指未与相对基板4D的表面接触的情况下，该检测信号 Vdet的幅度接近于常量。另外，当用户的手指接触相对基板4D的表面的 任意位置(与传感器用检测电极44中的任一单独电极对应的位置)时，由手 指所形成的电容性元件C2与最初形成于该触摸位置中的电容性元件C1 叠加。因此，当该触摸位置被扫描时检测信号Vdet的值变小。检测电路 8(图6)将该检测信号Vdet与阈值电压Vth进行比较。当检测信号Vdet等于 或小于阈值电压Vth时，检测电路8将该位置判定为触摸位置。该触摸位 置可以通过用扫描信号对传感器用检测电极44中的各个单独电极的扫描 时间，以及通过等于或小于阈值电压Vth的检测信号Vdet的检测时间来判 定。
这样，根据本实施例，由于公共电极43和传感器用检测电极44都设 于像素基板2侧，所以能够容易地在形成于TFT基板21中的传感器驱动电 路(图中未示出)和公共电极43之间形成公共驱动信号Vcom的传输路径， 并且在传感器用检测电极44和检测电路8之间形成检测信号Vdet的传输 路径，而无需在其间设置接触导电柱。因而，很容易在TFT基板21中将 公共电极43、传感器用检测电极44、用于显示的电路以及用于传感器的 驱动电路和检测电路集成在一起。
此外，如同本实施例，在公共电极43和传感器用检测电极44并排设 置，并且由横向上的电容耦合所形成的电容性元件C1形成于公共电极43和传感器用检测电极44之间的情况下，存在从公共电极43到TFT基板21 中的电路元件(TFT50等)的噪声转移的问题。于是，为了防止该问题，如 图18所示，优选的在传感器用检测电极44下方设置屏蔽电极53。但是， 也可以转而使用构成金属布线和像素电极的透明电极膜作为上述的屏蔽 层，而不专门设置新的特定层。
变化例
在上述第三实施例中，公共电极43和传感器用检测电极44并排地设 于TFT基板21上，并且电容性元件C1由横向上的电容耦合形成。然而， 与此不同，也可以由垂直方向向上的电容耦合形成电容性元件C1。例如， 如图19所示，公共电极43不仅延伸到TFT基板21上的显示区域D，而且延 伸到框架区域F，并且传感器用检测电极44形成为面对TFT基板21的框架 区域F中的公共电极43，作为电极层的传感器用检测电极44与公共电极43 处于不同的层。由此，电容性元件C1形成于公共电极43和传感器用检测 电极44之间。在此情况下，设有连接传感器用检测电极44和TFT基板21 的接触柱7C，由此来自于传感器用检测电极44的检测信号Vdet可以被传 输到TFT基板21侧。
从第一实施例 第三实施例的说明可见，根据作为显示功能层的液 晶层的类型，可以任意选择传感器用检测电极44形成于相对基板4侧或形 成于像素基板2侧。因而，具有结构设计的灵活性高的优点。
以上，尽管通过一些实施例说明本发明，但本发明并不局限于这些 实施例，可以进行各种变化。例如，在上述第二实施例和第三实施例中， 说明了作为横向电场模式的FFS模式的液晶元件的示例。然而，与此类似， 可以采用IPS模式的液晶。
在上述的各实施例中，说明了使用液晶显示元件作为显示元件的显 示装置。然而，本发明也可以应用于使用例如有机EL元件的其它显示元 件的显示装置。
权利要求
1.一种具有触摸传感器的显示装置，其包括多个显示像素电极；与所述显示像素电极相对的公共电极；具有图像显示功能的显示功能层；显示控制电路，其根据图像信号通过在每个所述显示像素电极和所述公共电极之间施加显示用电压来进行图像显示控制，从而发挥所述显示功能层的显示功能；以及触摸检测电极，其与所述公共电极相对设置，或者设置在所述公共电极旁边，在所述触摸检测电极和所述公共电极之间形成电容。
2. 如权利要求1所述的具有触摸传感器的显示装置，还包括触摸检测 电路，该触摸检测电路通过利用显示驱动电压作为触摸传感器驱动信号，根 据从所述触摸检测电极所得到的检测信号来检测被物体所触摸的位置，所述 显示驱动电压通过显示控制部被施加在所述公共电极上。
3. 如权利要求2所述的具有触摸传感器的显示装置，其包括 电路基板，所述显示控制电路形成于该电路基板中；以及 面对所述电路基板的相对基板，其中，所述显示像素电极设于所述电路基板上的靠近于所述相对基板的一侧， 所述公共电极设于所述相对基板上的靠近于所述电路基板的一侧，并且 所述显示功能层设置为夹持在所述电路基板中的显示像素电极和所述 相对基板上的公共电极之间。
4. 如权利要求3所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述触摸 检测电极设于所述相对基板上的与所述电路基板相反的一侧。
5. 如权利要求3所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述触摸 检测电极被分成多个电极图形。
6. 如权利要求3所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述触摸检测电路形成于所述电路基板中。
7. 如权利要求3所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述显示功能层是液晶层。
8. 如权利要求2所述的具有触摸传感器的显示装置，其包括电路基板，所述显示控制电路形成于该电路基板中；以及 面对所述电路基板的相对基板，其中，所述公共电极和所述显示像素电极在所述电路基板上依次堆叠，其 中绝缘层介于所述公共电极和所述显示像素电极之间，并且所述显示功能层设置为夹持在所述电路基板上的所述显示像素电极 和所述相对基板之间。
9. 如权利要求8所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述触摸 检测电极设于所述电路基板上。
10. 如权利要求9所述的具有触摸传感器的显示装置，其中， 所述公共电极设于所述电路基板的显示区域的内部，并且 在围绕所述电路基板的显示区域的框架区域中，所述触摸检测电极与所述公共电极分开地形成为与所述公共电极处于相同层中的电极层。
11. 如权利要求9所述的具有触摸传感器的显示装置，其中， 所述公共电极在所述电路基板上从显示区域延伸到框架区域，并且 在所述电路基板上的所述框架区域中，所述触摸检测电极形成为与所述公共电极处于不同层中的电极层，从而面对所述公共电极。
12. 如权利要求9所述的具有触摸传感器的显示装置，还包括对所述触 摸检测电极进行电磁屏蔽的屏蔽电极。
13. 如权利要求8所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述触摸 检测电极设于所述相对基板上。
14. 如权利要求13所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述触摸检测电极设于所述相对基板上的靠近于所述电路基板的一侧。
15. 如权利要求13所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述触 摸检测电极设于所述相对基板上与所述电路基板相反的一侧。
16. 如权利要求15所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述触 摸检测电极通过利用薄膜处理直接形成于所述相对基板上。
17. 如权利要求15所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述触 摸检测电极形成于基膜上，并且其上具有所述触摸检测电极的所述基膜粘附 在所述相对基板上。
18. 如权利要求13所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述触 摸检测电路形成于所述电路基板中。
19. 如权利要求18所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，在所述 相对基板上的触摸检测电极和所述电路基板中的触摸检测电路之间形成 导电路径以进行连接。
20. 如权利要求18所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，在所述 相对基板上的触摸检测电极和所述电路基板的触摸检测电路之间形成电 容耦合路径以建立电容耦合。
21. 如权利要求20所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述相 对基板上的触摸检测电极通过具有高阻值的电阻器接地。
22. 如权利要求8所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述触摸 检测电极被分成多个电极图形。
23.如权利要求8所述的具有触摸传感器的显示装置，其中，所述显 功能层由液晶层构成，并且在横向电场模式下实现液晶显示。
全文摘要
最初设于液晶显示元件中的显示用公共电极43也用作触摸传感器的一对电极中的一个(驱动电极)，并且重新形成所述一对电极中的另一个(传感器用检测电极44)。作为显示驱动信号的现有的公共驱动信号Vcom兼用于触摸传感器的驱动信号。在所述公共电极43和所述传感器用检测电极44之间形成电容，并且通过利用由用户的手指接触所带来的电容值的变化实现触摸检测。于是，具有触摸传感器的显示装置也可以用于在许多情况下用户的电位不恒定的移动装置。新设置的电极只有传感器用检测电极44，不必重新准备用于触摸传感器的驱动信号。因而，结构简单。
文档编号G06F3/041GK101681221SQ200980000383
公开日2010年3月24日 申请日期2009年3月25日 优先权日2008年3月28日
发明者木田芳利, 野口幸治, 高间大辅 申请人:索尼株式会社