专利名称：电容性触摸面板及具有触摸检测功能的显示设备的制作方法
技术领域：
本发明涉及一种触摸面板，其能够通过用户手指等的接触或接近进行信息输入的 触摸面板，具体地涉及一种基于静电电容的改变而检测触摸的电容性触摸面板以及具有静 电电容型触摸检测功能的显示设备。
背景技术：
近年来，通过在诸如液晶显示设备之类的显示设备上安装接触检测设备(即所谓 的触摸面板)、并且在该显示设备上显示各种按钮图像来代替典型的机械按钮而能够进行 信息输入的显示设备已经引起注意。存在几种触摸面板的方法，诸如光学方法和电阻方法， 并且具体地在便携式终端等中期望能够实现低功耗且同时具有相对简单的结构的电容性 触摸面板。然而，在电容性触摸面板中，人体充当对于由于变流器荧光灯、AM波或AC电源 等引起的噪声(下文中称为干扰噪声)的天线，存在由噪声传播到触摸面板引起故障的可 能性。该故障由与用户手指等接触或接近触摸面板而产生的触摸的存在或不存在相关 的信号(下文中，称为触摸信号)引起，并且干扰噪声是不可区分的。因此，例如，在专利文 献1中，当检测到与驱动电容性触摸面板的信号(下文中，驱动信号)同步的触摸信号时， 已经提出了如下检测方法其中，通过使用处于不同频率的多个驱动信号来选择不受干扰 噪声影响的条件(condition)。引用列表专利文献专利文献1 美国专利公开No. 2007/0257890
发明内容
然而，在上述专利文献1所公开的电容性触摸面板的驱动方法和检测方法中，由 于需要依序切换驱动信号的频率以便选择不受干扰噪声影响的条件，因此存在费时选择所 述条件的可能性。换句话说，存在检测时间较长的可能性。此外，由于准备了处于多个频率 的驱动信号，并且需要用于切换那些频率的确定等，因此存在电路结构复杂且庞大的可能 性。考虑到上述问题，本发明的目的是提供能够利用相对简单的电路结构降低干扰噪 声的影响并且降低触摸检测所需的时间的电容性触摸面板、以及具有触摸检测功能的显示 设备。根据本发明实施例的电容性触摸面板包括多个驱动电极；多个触摸检测电极； 第一采样电路和第二采样电路；滤波器电路；以及计算电路。这里，将多个驱动电极和多个 触摸检测电极排列为彼此交叉使得在每个交叉点处形成静电电容，并且从每个触摸检测电 极输出与被施加到每个驱动电极的驱动信号同步的检测信号。第一采样电路从自每个触摸 检测电极输出的检测信号中提取第一序列的采样信号，该第一序列的采样信号包括具有第
4一电平的信号分量并且包括噪声分量，而第二采样电路从自每个触摸检测电极输出的检测 信号中提取第二序列的采样信号，该第二序列的采样信号包括具有与第一电平不同的第二 电平的信号分量并且包括噪声分量。滤波器电路是执行高范围切除(cut)处理的低通滤波 器，其允许从第一序列的采样信号和第二序列的采样信号中切除高于或等于预定频率的频 带。计算电路基于滤波器电路的输出确定用于触摸检测的信号。根据本发明实施例的具有触摸检测功能的显示设备包括根据本发明实施例的电 容性触摸面板。在此情况下，将用于触摸检测的驱动信号配置为也充当显示驱动信号的一 部分。在根据本发明实施例的电容性触摸面板和具有触摸检测功能的显示设备中，输出 具有根据驱动电极和触摸检测电极之间的静电电容的幅度波形的极性交替信号作为来自 触摸检测电极的、与被施加到驱动电极的驱动信号同步的检测信号。此时，如果存在诸如手 指之类的外部邻近对象，驱动电极和触摸检测电极之间的、在与该对象对应的部分中的静 电电容改变，并且该改变(触摸分量)出现在检测信号中。此时，干扰噪声也通过人体传播 到触摸面板，并且噪声分量在触摸检测电极中出现并且被叠加在检测信号上。该检测信号 在第一采样电路和第二采样电路的每个中被采样，并且确定第一序列的采样信号和第二序 列的采样信号。在这些采样信号中，频带被滤波器电路限制为处于低范围，并且减少了在该 频带中包括的噪声分量。可以通过使用滤波器电路的输出在计算电路中执行预定计算，来 确定用于触摸检测的信号。用于触摸检测的信号被用于检测外部邻近对象的存在或不存在 以及位置。在根据本发明实施例的电容性触摸面板中，可以通过计算第一序列的采样信号和 第二序列的采样信号之间的差来确定用于触摸检测的信号。在此情况下，调整第一序列的 采样信号的相位和第二序列的采样信号的相位之一或两者，以便使这两个相位彼此一致， 第一序列的采样信号和第二序列的采样信号被滤波器电路处理，并且优选地确定这两个采 样信号之间的差。可以使用具有周期性波形的信号作为驱动信号，该周期性波形包括第一电压的部 分(section)和与第一电压不同的第二电压的部分。在此情况下，第一采样电路中的采样 周期等于第二采样电路中的采样周期，优选地将第一采样电路中的采样定时从第二采样电 路中的采样定时偏移(shift)半个周期。这可以通过将驱动信号的占空比稍微偏离50%来 实现。作为此情况下采样方法的具体示例，例如，存在如下方法在位于驱动信号中电压改 变点之一之前和之后并且彼此相邻的多个定时处，通过第一采样电路采样检测信号；并且 在紧接在驱动信号中的另一电压改变点之前的彼此相邻的多个定时处，通过第二采样电路 采样检测信号。此时，来自第一采样电路的第一序列的采样信号包括具有第一电平的信号 分量和噪声分量。同时，第二序列的采样信号仅包括噪声分量，而信号分量的第二电平为零 电平。因此，通过计算两者之间的差，消除噪声分量，并提取出具有第一电平的信号分量。作为采样方法的另一具体示例，例如，存在如接下来将描述的方法。将如下信号用 作驱动信号所述信号具有周期性波形，该周期性波形包括具有第一幅度的第一极性交替 波形的部分、以及具有与第一幅度不同的第二幅度的第二极性交替波形的部分；在位于第 一极性交替波形中的极性反转点之前和之后并且彼此相邻的多个定时处，通过第一采样电 路采样检测信号；并且在位于第二极性交替波形中的极性反转点之前和之后并且彼此相邻的多个定时处，通过第二采样电路采样检测信号。在此情况下，通过计算第一序列的采样信 号和第二序列的采样信号之间的差来消除噪声分量，并且仅仅提取具有第一电平的信号分 量与具有第二电平的信号分量之间的差。而且，可以使用如下面将描述的采样方法。将如下信号用作驱动信号所述信号具 有周期性波形，该周期性波形包括第一极性交替波形的部分和第二极性交替波形的部分， 所述第一极性交替波形和第二极性交替波形具有彼此偏移开的相位；在位于第一极性交替 波形中的电压改变点之一之前和之后并且彼此相邻的多个定时处，通过第一采样电路采样 检测信号；并且在位于紧接在第二极性交替波形中的电压改变点之一之前并且彼此相邻的 多个定时处，通过第二采样电路采样检测信号。在此情况下，通过计算第一序列的采样信号 和第二序列的采样信号之间的差来消除噪声分量，并且仅仅提取具有第一电平的信号分量 与具有第二电平的信号分量之间的差。按照根据本发明实施例的电容性触摸面板和具有触摸检测功能的显示设备，当基 于触摸检测电极根据静电电容的改变而确定的检测信号检测到对象的接触位置或接近位 置时，提取包括具有第一电平的信号分量和噪声分量的第一序列的采样信号、以及包括具 有与第一电平不同的第二电平的信号分量和噪声分量的第二序列的采样信号，并且基于这 些采样信号来执行触摸检测。因此，简化了电路结构，并且可以缩短触摸检测所需的时间。 此外，在采样电路的后级引入滤波器电路，从而更加简化了滤波器电路的后级中的计算电 路，并且可以利用更小的电路结构可靠地执行触摸检测。
图1是用于说明根据本发明的电容性触摸面板中的触摸检测方法的基本原理的 视图、以及图示手指接触或接近触摸面板的状态的视图。图2是用于说明根据本发明的电容性触摸面板中的触摸检测方法的基本原理的 视图、以及图示手指不接触或不接近触摸面板的状态的视图。图3是用于说明根据本发明的电容性触摸面板中的触摸检测方法的基本原理的 视图、以及图示驱动信号和检测信号的波形的示例的视图。图4是图示根据本发明第一实施例的电容性触摸面板的结构示例的框图。图5是图示图4所示的触摸传感器的结构示例的透视图。图6是图示图4所示的驱动信号和检测信号的波形、以及采样定时的时序图。图7是图示图4所示的A/D转换部分和信号处理部分的结构示例的框图。图8是图示图7所示的相位差检测电路的结构示例的框图。图9是图示在图4所示的电容性触摸面板中不存在干扰噪声的状态下的定时的示 例的视图。图10是图示用于说明图7所示的数字LPF进行的干扰噪声减小的频谱的示例的 视图。图11是图示在图4所示的电容性触摸面板中存在处于与采样频率的三倍接近的 频率处的干扰噪声的状态下的定时的示例的视图。图12是图示在图4所示的电容性触摸面板中存在处于与采样频率的两倍接近的 频率处的干扰噪声的状态下的定时的示例的视图。
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图13是图示在图4所示的电容性触摸面板中存在触摸分量和干扰噪声的状态下 的定时的示例的视图。图14是图示图4所示的电容性触摸面板的操作示例的视图。图15是图示根据本发明第二实施例的电容性触摸面板的结构示例的框图。图16是图示图15所示的A/D转换部分中的操作定时的时序图示例。图17是图示在图15所示的电容性触摸面板中存在触摸分量和干扰噪声的状态下 的定时的示例的视图。图18是图示根据本发明第二实施例的修改的A/D转换部分中的操作示例的时序 图。图19是图示在根据本发明第二实施例的修改的电容性触摸面板中存在触摸分量 和干扰噪声的状态下的定时的示例的视图。图20是图示根据本发明第三实施例的具有触摸检测功能的显示设备的结构示例 的框图。图21是图示图20所示的显示部分的示意横截面结构的横截面视图。图22是图示图21所示的液晶显示设备的像素结构的结构示例。图23是图示根据第三实施例的修改的显示部分的示意横截面结构的横截面视 图。图M是图示根据第一实施例的修改的驱动信号和检测信号的波形、以及采样定 时的时序图。图25图示向其应用每个实施例的、具有静电电容型触摸检测功能的显示设备中 的应用示例1的外观结构，(A)是从正面看上去的外观视图，而(B)是图示从后面看上去的 外观的透视图。图沈图示应用示例2的外观结构，㈧是图示从正面看上去的外观的透视图，而 (B)是图示从后面看上去的外观的透视图。图27是图示应用示例3的外观结构的透视图。图28是图示应用示例4的外观结构的透视图。图四图示应用示例5的外观结构，(A)图示处于打开状态的正视图，⑶图示其侧 视图，(C)是处于闭合状态的正视图，(D)是其左侧视图，(E)是其右侧视图，(F)是其顶面 视图，而(G)是其底面视图。
具体实施例方式下文中将参考附图详细给出本发明实施例的描述。另外，将按以下顺序给出描述。1.静电电容型触摸检测的基本原理
2.第一实施例
3.第二实施例
4.第三实施例
5.应用示例
<1.静电电容型触摸检测的基本原理 首先，将参考图1到图3描述本发明的电容性触摸面板中的触摸检测方法的基本原理。例如，如图I(A)所示，在该触摸检测方法中，通过使用被排列为彼此面对且在其间具 有介电体D的一对电极(驱动电极El和检测电极E2)来构造电容元件。该结构被表示为 图I(B)中所示的等效电路。电容元件Cl由驱动电极E1、检测电极E2和介电体D组成。在 电容元件Cl中，一端连接到交流信号源(驱动信号源)S，另一端P通过电阻器R接地并且 连接到电压检测器(检测电路)DET。当从交流信号源S向驱动电极El (电容元件Cl的一 端)施加处于预定频率(例如几KHz或几十KHz)的交流矩形波Sg (图3 (B))时，在检测电 极E2(电容元件Cl的另一端P)中出现如图3(A)所示的输出波形(检测信号Vdet)。另 外，该交流矩形波Sg对应于驱动信号Vcom，稍后将对其进行描述。在手指未接触(或未接近)触摸面板的状态下，如图1所示，与电容元件Cl的电 容值对应的电流IO流动，并且对电容元件Cl进行充电/放电。此时电容元件Cl的另一端 P的电势波形例如像图3(A)的波形V0，并且这被电压检测器DET检测到。同时，在手指接触(或接近)触摸面板的状态下，如图2所示，由手指形成的电容 元件C2与电容元件Cl串联相加。在此状态下，电流Il和12流动，并且分别对电容元件 Cl和C2进行充电/放电。此时电容元件Cl的另一端P的电势波形例如像图3(A)的波形 VI，并且这被电压检测器DET检测到。此时点P的电势是由流过电容元件Cl和C2的电流 Il和12的值限定的部分电压电势(partial-voltage potential)。因此，波形Vl具有比 非接触状态下的波形VO的值更小的值。电压检测器DET将所检测的电压与预定阈值电压 Vth比较，并且当所检测的电压等于或大于该阈值电压时确定其处于非接触状态。同时，当 所检测的电压小于该阈值电压时，电压检测器DET确定其处于接触状态。以此方式，可以进 行触摸检测。<2.第一实施例>[结构示例](总体结构示例)图4图示了根据本发明第一实施例的电容性触摸面板40的结构示例。电容性触 摸面板40包括Vcom产生部分41、解复用器42、触摸传感器43、复用器44、检测部分45、定 时控制部分46以及电阻R。Vcom产生部分41是产生驱动触摸传感器43的驱动信号Vcom的电路。这里，在驱 动信号Vcom中，如稍后将描述的，其占空比稍微偏离50 %。当向触摸传感器43的多个驱动电极一个接一个地提供从Vcom产生部分41提供 的驱动信号Vcom(稍后将描述)时，解复用器42是切换其提供目的地的电路。触摸传感器43是基于上述的静电电容型触摸检测的基本原理而检测触摸的传感
ο图5以透视状态图示触摸传感器43的结构示例。触摸传感器43包括多个驱动电 极53、驱动所述驱动电极53的驱动电极驱动器54、以及触摸检测电极55。驱动电极53被划分为沿着图中的左右方向延伸的多个条带形电极图案(这里，作 为示例，它们由数目n(n:2或更大的整数)个驱动电极531到53η组成)。驱动电极驱动 器讨一个接一个地向每个电极图案提供驱动信号Vcom，并且分时地执行行顺序扫描驱动。 同时，触摸检测电极阳由沿着与驱动电极53的电极图案的延伸方向垂直的方向延伸的多 个条带形电极图案组成。通过驱动电极53和触摸检测电极55彼此交叉的电极图案在其交叉部分中形成静电电容。在图5中，在触摸检测电极55所关注的电极、与驱动电极531到 53η中的每个驱动电极之间形成的静电电容Cll到Cln作为静电电容的示例而被图示。驱动电极53对应于作为静电电容型触摸检测的基本原理的图1和2中图示的驱 动电极Ε1。同时，触摸检测电极55对应于图1和2中图示的检测电极Ε2。由此，触摸传感 器43能够通过遵循上述的静电电容型触摸检测的基本原理而检测触摸。此外，如上所述彼 此交叉的电极图案构成矩阵形式的触摸传感器。因此，可以进行触摸位置的检测。当依序从多个触摸检测电极55提取从触摸传感器43输出的检测信号时，复用器 44是切换其提取源的电路。检测部分45是这样的电路其基于由复用器44切换的检测信号而检测手指等是 否接触或接近触摸传感器43，并且进一步在手指等接触或接近触摸传感器43时检测坐标。 检测部分45包括模拟LPF (低通滤波器)62、A/D转换部分63、信号处理部分64、以及坐标 提取部分65。模拟LPF 62是低通滤波器，其去除检测信号Vdet中的高频分量，并将作为结果的 信号输出为检测信号Vdet2。A/D转换部分63是将检测信号Vdet2转换为数字信号的电 路，信号处理部分64是基于A/D转换部分63的输出信号确定触摸的存在或不存在的逻辑 电路。另外，A/D转换部分63和信号处理部分64的细节将在稍后描述。坐标提取部分65 是检测在信号处理部分64中已经对其执行了触摸检测的触摸面板坐标的逻辑电路。定时控制部分46是控制Vcom产生部分41、解复用器42、复用器44和检测部分45 的操作定时的电路。图6图示了驱动信号Vcom的波形㈧和检测信号Vdet2的波形⑶、以及A/D转 换部分63中的采样定时(C)。驱动信号Vcom的波形是具有周期T的矩形波，在其中，极性交替(极性被交替地 反转)，并且驱动信号Vcom的波形包括第一电压(+Va)的部分和第二电压(_Va)的部分。 如上所述，其占空比稍微偏离50%。检测信号Vdet2的波形是与驱动信号Vcom同步的波 形，并且具有根据驱动电极53和触摸检测电极55之间的静电电容的幅度。换句话说，在手 指等未接触或未接近触摸传感器的状态下，检测信号Vdet2具有拥有大幅度的波形Wl。同 时，在手指等接触或接近触摸传感器的状态下，检测信号Vdet2具有拥有小幅度的波形W2。图6 (C)中图示的六个采样定时A1、A2、A3、B1、B2和B3与驱动信号Vcom同步，并 且相应的采样频率fs与驱动信号Vcom的周期T的倒数相同。这些采样定时(下文中，根据需要而简单地称为“定时”)在驱动信号Vcom的上 升沿(rise)附近和下降沿(fall)附近三个接三个地(three by three)彼此相邻地存在。 在驱动信号Vcom的上升沿附近按照时间顺序设置三个采样定时A1、A2和A3。同时在驱动 信号Vcom的下降沿附近按照时间顺序设置三个采样定时B1、B2和B3。与上升沿附近和下降沿附近分别对应的采样定时之间的时间差是驱动信号Vcom 的周期T的一半。换句话说，采样定时Al和Bl之间的时间差、采样定时A2和B2之间的时 间差、以及采样定时A3和B3之间的时间差分别为T/2。紧接在驱动信号Vcom的上升沿之前布置驱动信号Vcom的上升沿附近的全部三个 采样定时Al到A3。同时，在驱动信号Vcom的下降沿附近的三个采样定时中，Bl和B2紧接 在下降沿之前存在，而紧接在下降沿之后布置B3。
另外，如上所述，驱动信号Vcom的占空比稍微偏离50 %，使得采样定时Al、A2、A3、 B1、B2和B3满足上述关系。(A/D转换部分和信号处理部分的电路结构示例)图7图示A/D转换部分63和信号处理部分64的电路结构示例。A/D转换部分63是对检测信号Vdet2进行采样并数字化的电路，并且包括分别在 上述六个采样定时(Al、A2、A3、Bi、B2和B3)采样检测信号Vdet2的A/D转换电路71到 76。如图7所示，信号处理部分64包括减法电路77到80、88和90、数字LPF (低通滤 波器)81到84、乘法电路85、偏移电路86、相位差检测电路87和参考数据存储器89。
减法电路77到80是通过使用A/D转换部分63的六个A/D转换电路71到76的 输出信号执行减法的逻辑电路。具体地，减法电路77从A/D转换电路76(定时似)的输出 信号中减去A/D转换电路75 (定时B》的输出信号，减法电路78从A/D转换电路73 (定时 A3)的输出信号中减去A/D转换电路72(定时A2)的输出信号。减法电路79从A/D转换电 路75(定时B2)的输出信号中减去A/D转换电路74(定时Bi)的输出信号，而减法电路80 从A/D转换电路72(定时A2)的输出信号中减去A/D转换电路71 (定时Al)的输出信号。这里，首先关注减法电路77和78。在图7中，减法电路77从定时B3处的检测信 号Vdet2的采样结果中减去定时B2处的检测信号Vdet2的采样结果，并且检测并输出由于 驱动信号Vcom的下降沿而引起的检测信号Vdet2的改变。同时，减法电路78从定时A3处 的检测信号Vdet2的采样结果中减去定时A2处的检测信号Vdet2的采样结果，并且没有检 测到由于驱动信号Vcom的上升沿和下降沿引起的检测信号Vdet2的改变。换句话说，尽管 减法电路77的输出包括由触摸操作引起的改变，但减法电路78的输出不包括由触摸操作 引起的改变。这里，将进一步考虑在检测信号Vdet2中包括干扰噪声的情况。在此情况下， 在减法电路77和78的输出信号两者中包括噪声分量。因此，如稍后将描述的，可以通过计 算减法电路77的输出信号和减法电路78的输出信号之间的差来去除干扰噪声并确定触摸 检测信号。接下来，将关注减法电路79和80。在图7中，减法电路79从定时B2处的检测信 号Vdet2的采样结果中减去定时Bl处的检测信号Vdet2的采样结果，并且没有检测到由 于驱动信号Vcom的上升沿和下降沿引起的检测信号Vdet2的改变。以相同方式，减法电 路80从定时A2处的检测信号Vdet2的采样结果中减去定时Al处的检测信号Vdet2的采 样结果，并且没有检测到由于驱动信号Vcom的上升沿和下降沿引起的检测信号Vdet2的改 变。因此，减法电路79和80的输出不包括由触摸操作引起的改变。这里，将考虑在检测信 号Vdet2中包括干扰噪声的情况。在此情况下，在减法电路79和80的输出信号两者中包 括噪声分量。因此，如稍后将描述的，减法电路79和80仅检测干扰噪声的改变量而不受触 摸操作的影响。数字LPF 81到84是通过使用来自减法电路77到80的输出信号的时间序列数 据来执行低通滤波器计算的逻辑电路。具体地，数字LPF 81通过使用来自减法电路77的 输出信号的时间序列数据来执行计算，而数字LPF 82通过使用来自减法电路78的输出信 号的时间序列数据来执行计算。另外，数字LPF 83通过使用来自减法电路79的输出信号 的时间序列数据来执行计算，并且输出计算结果作为噪声改变量检测信号△ B，而数字LPF84通过使用来自减法电路80的输出信号的时间序列数据来执行计算，并且输出计算结果 作为噪声改变量检测信号ΔΑ。乘法电路85是将数字LPF 82的输出信号和作为相位差检测电路87的输出信号 的相位差检测信号Pdetl (稍后将描述)相乘的逻辑电路。此外，偏移电路86是基于作为 相位差检测电路87的输出信号的相位差检测信号Pdet2(稍后将描述)、将来自乘法电路 85的输出信号的时间序列数据沿时间轴方向偏移的逻辑电路。相位差检测电路87是接收噪声改变量检测信号Δ A和Δ B、检测这两个信号的时 间序列数据之间的相位差、并且输出结果作为相位差检测信号Pdetl和Pdet2的逻辑电路。图8图示相位差检测电路87的电路结构示例。相位差检测电路87包括插值 (interpolation)电路91、乘法电路92、傅里叶插值电路93、第一相位差检测电路94和第 二相位差检测电路95。插值电路91是对噪声改变量检测信号ΔΑ的时间序列数据执行插值处理的逻辑 电路。第一相位差检测电路94是检测噪声改变量检测信号ΔΒ的时间序列数据和来自插 值电路91的输出信号的时间序列数据之间的相位关系、并检测该相位关系是同相关系还 是反相关系以便输出结果作为相位差检测信号Pdetl的逻辑电路。乘法电路92是将噪声改变量检测信号Δ A与作为第一相位差检测电路94的输出 的相位差检测信号Pdetl相乘的逻辑电路。傅里叶插值电路93是对来自乘法电路92的输 出信号的时间序列数据执行傅里叶插值处理的逻辑电路。第二相位差检测电路95是检测 噪声改变量检测信号ΔΒ的时间序列数据和来自傅里叶插值电路93的输出信号的时间序 列数据之间的相位差的逻辑电路。第二相位差检测电路95可检测的相位差与第一相位差 检测电路94可检测的相位差相比更详细(detailed)。第二相位差检测电路95输出相位差 的检测结果作为相位差检测信号Pdet2。减法电路88是从数字LPF 81的输出信号中减去偏移电路86的输出信号的逻辑 电路。参考数据存储器89是存储数字信号的存储器，并且存储在手指等未接触或未接近触 摸传感器43时的数据。减法电路90是从减法电路88的输出信号中减去参考数据存储器 89的输出信号的逻辑电路。减法电路90的输出信号是信号处理部分64的输出，并且被提 供到坐标提取部分65。这里，A/D转换电路74到76在采样定时Bl到B3处执行采样，减法电路77对应 于本发明中的“第一采样电路”的具体示例。换句话说，减法电路77的输出对应于包括具 有第一电平的信号分量和噪声分量的第一序列的采样信号的具体示例。同时，A/D转换电路71到73在采样定时Al到A3处执行采样，减法电路78对应 于本发明中的“第二采样电路”的具体示例。换句话说，减法电路78的输出对应于包括具 有与第一电平不同的第二电平的信号分量和噪声分量的第二序列的采样信号的具体示例。 然而，在此实施例中，减法电路78的输出对应于其中具有第二电平的信号分量为0 (零)的 第二序列的采样信号。数字LPF 81和82对应于本发明中的“滤波器电路”的具体示例。由减法电路79、 80,88和90、数字LPF 83和84、乘法电路85、偏移电路86、相位差检测电路87和参考数据 存储器89组成的电路部分对应于本发明中的“计算电路”的具体示例。“计算电路”的输 出是本发明中的“用于触摸检测的信号”，并且其具体示例对应于稍后将描述的减法电路90
11的输出Dout。[操作和动作](总体基本操作)首先，将描述本实施例的电容性触摸面板40的总体操作。Vcom产生部分41产生驱动信号Vcom，并向解复用器42提供驱动信号Vcom。解复 用器42通过依序切换驱动信号Vcom的提供目的地而一个接一个地向触摸传感器43的多 个驱动电极531到53η提供驱动信号Vcom。基于上述的静电电容型触摸检测的基本原理， 从触摸传感器43的每个触摸检测电极55输出具有与驱动信号Vcom的电压改变定时同步 的上升沿和下降沿的波形的检测信号Vdet。复用器44通过依序切换提取源而提取从触摸 传感器43的每个触摸检测电极55输出的检测信号Vdet。在检测部分45中，模拟LPF 62 从检测信号Vdet中去除高频分量，并且输出作为结果的信号作为检测信号Vdet2。A/D转 换部分63将来自模拟LPF 62的检测信号Vdet2转换为数字信号。信号处理部分64通过 基于A/D转换部分63的输出信号的逻辑计算来确定在触摸传感器43上的触摸的存在或不 存在。坐标提取部分65基于信号处理部分64的触摸确定结果而检测触摸传感器上的触摸 坐标。以此方式，在用户触摸触摸面板的情况下检测触摸位置。接下来，将描述更详细的操作。(不存在干扰噪声时的操作)首先，将描述不存在干扰噪声时的操作和动作。图9是根据本发明第一实施例的电容性触摸面板40的时序图示例，并且图示在不 存在干扰噪声时的示例。图9(A)图示了驱动信号Vcom的波形，(B)图示了用于为了方便而利用波形来图 示触摸操作的存在或不存在的触摸状态波形，以及(C)图示了检测信号Vdet2的波形。这 里，在触摸状态波形(B)中，高电平部分指示手指等接触或接近触摸面板的状态，而低电平 部分指示手指等不接触或不接近触摸面板的状态。对应地，如(C)所示，基于上述的静电电 容型触摸检测的基本原理，在触摸状态波形处于高电平时，检测信号Vdet2具有拥有小幅 度的波形。同时，在触摸状态波形处于低电平时，检测信号Vdet2具有拥有大幅度的波形。图9(D)图示了 A/D转换部分63中的六个采样定时，(E)图示了数字LPF 82的输 出，而(F)图示了数字LPF 81的输出。(E)图示了其中从定时A3处的检测信号Vdet2的采 样结果中减去定时A2处的检测信号Vdet2的采样结果的波形，因此指示O (零)。同时，(F) 图示了其中从定时B3处的检测信号Vdet2的采样结果中减去定时B2处的检测信号Vdet2 的采样结果的波形，因此输出包括由触摸操作引起的改变(下文中，称为“触摸分量”)的波 形。这意味着该电路通过使用驱动信号Vcom的下降沿来提取触摸分量。图9(G)图示了偏移电路86的输出，(H)图示了减法电路88的输出。在图7中，尽 管数字LPF 82的输出被提供给乘法电路85，但由于如上所述数字LPF 82的输出为0(零)， 因此乘法电路85的输出也为O (零)。此外，该输出被提供到偏移电路86，并且以相同方式 偏移电路86的输出(G)也为0(零)。因此，减法电路88的输出(H)与数字LPF 81的输出 (F)相同。图9(1)图示了减法电路90的输出Dout。在图7中，在手指等未接触或未接近触 摸面板时的减法电路89的输出被存储在参考数据存储器89中。减法电路90通过从减法电路89的输出中减去参考数据存储器89的输出而仅提取触摸分量。换句话说，减法电路 90的输出Dout (图9(1))具有与触摸状态波形(图9(B))类似的波形。(存在干扰噪声时的操作)接下来，将描述在存在干扰噪声时的操作和动作。在图7中，引入数字LPF 81到84以便降低由于A/D转换部分63中的采样而引起 的折叠噪声(folding noise)的影响。典型地，当以采样频率fs执行采样时，等于或高于 输入信号的奈奎斯特频率(fs/2)的频率分量作为输出信号中的等于或低于fs/2的频率 (折叠噪声)出现。等于或高于输入信号的奈奎斯特频率的该分量典型地是不必要的。数 字LPF 81到84具有缩窄其中存在该不必要的信号的频率范围的作用。图10图示了数字LPF 81到84的输出信号中的频率分量对应于作为A/D转换部 分63的输入信号的检测信号Vdet2中的哪个频率分量。通过引入数字LPF 81到84缩窄 了在接近采样频率整数倍的频率处的不必要信号的频带。通过使用数字LPF 81到84的截 止频率fc，该带宽被表示为2fc。由此，优选的是将截止频率fc设置得较低。同时，触摸分 量需要通过数字LPF 81到84。因此，截止频率fc被设置为近似该触摸分量的频率。图10表明具有接近A/D转换部分63的采样频率整数倍的频率分量的干扰噪声通 过数字LPF 81到84。本发明还具有防止由此引起的故障的机制。下文中，将单独地详细描述干扰噪声具有接近采样频率奇数倍的频率的情况、以 及干扰噪声具有接近采样频率偶数倍的频率的情况。(I)存在处于接近采样频率奇数倍的频率的干扰噪声的情况图11是根据本发明第一实施例的电容性触摸面板40的时序图示例，并且图示了 存在处于接近A/D转换部分63的采样频率的三倍的频率处的干扰噪声的示例。图Il(A)图示了驱动信号Vcom的波形，⑶图示了触摸状态波形，(C)图示了由于 除干扰噪声之外的信号引起的检测信号Vdet2的波形，以及⑶图示了由于干扰噪声引起 的检测信号Vdet2的波形。这里，为了简化描述，在图Il(C)和11⑶中分开地图示了检测 信号Vdet2。检测信号Vdet2的实际波形是它们之和，并且在A/D转换部分63中采样求和 后的信号。此外，假设在整个时段期间手指等未接触或未接近触摸面板的状态。图Il(E)图示了 A/D转换部分63中的六个采样定时，(F)图示了数字LPF 82的 输出，而(G)图示了数字LPF 81的输出。在图Il(F)和(G)中，与图9(E)和(F)相比，由 干扰噪声引起的波形的波动看上去明显。此外，图Il(F)和(G)的波形之间的相位关系是 基本上彼此反相。这是由所假设的干扰噪声的频率接近A/D转换部分63的采样频率的三 倍而引起的。此外，在数字LPF 81的输出(G)中包括触摸分量。因此，如稍后将描述的，调 整数字LPF 82的输出的相位，使得数字LPF 81的输出的相位和数字LPF 82的输出的相位 彼此一致。并且，利用它们之间的差，可以确定预期的触摸检测信号。图Il(H)图示作为数字LPF 84的输出信号的噪声改变量检测信号ΔΑ，以及⑴ 图示作为数字LPF 83的输出信号的噪声改变量检测信号ΔΒ。当将(H)和⑴的波形相比 时，相位关系是基本上彼此反相。像(F)和(G)的情况，这也是由所假设的干扰噪声的频率 接近A/D转换部分63的采样频率的三倍而引起的。也就是说，(F)和(G)之间的相位关系 与(H)和(I)之间的相位关系相同。同时，与(F)和(G)不同，(H)和(I)几乎不受触摸分量 的影响。这意味着当以高精度检测(F)和(G)之间的相位差时可以使用(H)和(I)。因此，相位差检测电路87检测噪声改变量检测信号ΔΑ(Η)和噪声改变量检测信号ΔΒ(Ι)之间 的相位差，并且基于该结果调整数字LPF 82的输出的相位(乘法电路85和偏移电路86)。 由于(H)和(I)的波形之间的相位关系是基本上反相，因此相位差检测信号Pdetl是-1，如 稍后将描述的。另外，为便于描述，相位差检测信号Pdet2具有使得偏移电路86中的相位 偏移量为0(零)的值。图Il(J)图示了偏移电路86的输出，(K)图示了减法电路88的输出，以及(L)图 示了减法电路90的输出Dout。利用上述相位差检测信号Pdetl和Pdet2，偏移电路86的 输出(J)是数字LPF 82的输出(F)的反转。通过从数字LPF 81的输出(G)中减去偏移电 路86的输出(J)来确定减法电路88的输出(K)。通过该减法，消除了由于干扰噪声引起的 波形波动。而且，通过从减法电路88的输出(K)中减去参考数据存储器89的输出来确定 减法电路90的输出(L)，以便仅提取触摸分量。换句话说，减法电路90的输出(L)具有与 触摸状态波形(B)相似的波形。另外，尽管图11图示了干扰噪声的频率接近A/D转换部分63的采样频率的三倍 的情况，但并不限于该情况，该情形对于干扰噪声的频率接近所述采样频率的奇数倍的情 况也成立。此外，其对于干扰噪声的频率等于所述采样频率的奇数倍的情况也成立。(II)存在处于接近采样频率偶数倍的频率处的干扰噪声的情况图12是根据本发明第一实施例的电容性触摸面板40的时序图示例，并且图示了 存在处于接近A/D转换部分63的采样频率两倍的频率处的干扰噪声的示例。图12㈧图示了驱动信号Vcom的波形，⑶图示了触摸状态波形，(C)图示了由于 除干扰噪声之外的信号引起的检测信号Vdet2的波形，以及(D)图示了由于干扰噪声引起 的检测信号Vdet2的波形。所述条件与图11相同，以便简化描述并使得容易与图11比较。图12(E)图示了 A/D转换部分63中的六个采样定时，(F)图示了数字LPF 82的输 出，而(G)图示了数字LPF 81的输出。像图Il(F)和(G)中，在图12(F)和(G)中出现由 干扰噪声引起的波形的波动。同时，与图11不同，图12(F)和(G)之间的相位关系是基本 上彼此同相。这是由所假设的干扰噪声的频率接近A/D转换部分63的采样频率的两倍而 引起的。此外，在数字LPF 81的输出(G)中包括与触摸信号有关的信息。因此，如稍后将 描述的，调整数字LPF 82的输出的相位，使得数字LPF 81的输出的相位和数字LPF 82的 输出的相位彼此一致。并且，利用它们之间的差，可以确定预期的触摸检测信号。图12(H)图示作为数字LPF 84的输出信号的噪声改变量检测信号ΔΑ，以及⑴ 图示作为数字LPF 83的输出信号的噪声改变量检测信号ΔΒ。当将(H)和⑴的波形相比 时，相位关系是基本上彼此同相。像(F)和(G)的情况，这也是由所假设的干扰噪声的频率 接近A/D转换部分63的采样频率的两倍而引起的。换句话说，(F)和(G)之间的相位关系 与(H)和(I)之间的相位关系相同。同时，与(F)和(G)不同，(H)和(I)几乎不受触摸分量 的影响。这意味着当以高精度检测(F)和(G)之间的相位差时可以使用(H)和(I)。因此， 相位差检测电路87检测噪声改变量检测信号ΔΑ(Η)和噪声改变量检测信号ΔΒ(Ι)之间 的相位差，并且基于该结果调整数字LPF 82的输出的相位(乘法电路85和偏移电路86)。 由于(H)和(I)的波形之间的相位关系是基本上彼此同相，因此相位差检测信号Pdetl是 +1，如稍后将描述的。另外，为便于描述，相位差检测信号Pdet2具有使得偏移电路86中的 相位偏移量为0(零)的值。
图12(J)图示了偏移电路86的输出，(K)图示了减法电路88的输出，以及(L)图 示了减法电路90的输出Dout。利用上述相位差检测信号Pdetl和Pdet2，偏移电路86的 输出(J)与数字LPF 82的输出(F)相同。通过从数字LPF 81的输出(G)中减去偏移电路 86的输出(J)来确定减法电路88的输出(K)。通过该减法，消除了由于干扰噪声引起的波 形波动。而且，通过从减法电路88的输出(K)中减去参考数据存储器89的输出来确定减 法电路90的输出(L)，以便仅提取触摸分量。换句话说，减法电路90的输出(L)具有与触 摸状态波形(B)相似的波形。另外，尽管图12图示了干扰噪声的频率接近A/D转换部分63的采样频率的两倍 的情况，但并不限于该情况，该情形对于干扰噪声的频率接近所述采样频率的偶数倍的情 况也成立。此外，其对于干扰噪声的频率等于所述采样频率的偶数倍的情况也成立。(相位差检测电路87的操作)接下来，将描述相位差检测电路87的操作。在图8中，相位差检测电路87执行两级相位差检测。在第一级中，检测噪声改变 量检测信号ΔΑ和ΔΒ之间的相位关系是同相关系还是反相关系。在第二级中，更详细地 检测噪声改变量检测信号ΔΑ和ΔΒ之间的相位差。插值电路91对噪声改变量检测信号Δ A的时间序列数据执行插值处理。在图11 中，在采样定时Α2产生噪声改变量检测信号ΔΑ(Η)。同时，在采样定时Β2产生噪声改变量 检测信号Δ B (I)。因此，基于噪声改变量检测信号ΔΑ的时间序列数据，通过插值处理产生 作为采样定时Β2处的数据的噪声改变量检测信号ΔΑ2。第一相位差检测电路94基于噪声 改变量检测信号ΔΑ2的时间序列数据和噪声改变量检测信号ΔΒ的时间序列数据，来检测 噪声改变量检测信号ΔΑ和ΔΒ之间的相位关系。例如，可以采用其中计算Σ (I ΔΑ2+ΔΒ|) 和Σ (I ΔΑ2-ΔΒ|)以便比较幅度关系的方法作为检测方法。换句话说，当Σ (I ΔΑ2+ΔΒ|) >Σ (I ΔΑ2-ΔΒ|)成立时，噪声改变量检测信号ΔΑ和Δ B之间的相位关系是彼此同相关 系。同时，当Σ (I ΔΑ2+ΔΒ|) <Σ (I ΔΑ2-ΔΒ|)成立时，噪声改变量检测信号ΔΑ和ΔΒ 之间的相位关系是彼此反相关系。第一相位差检测电路94在噪声改变量检测信号ΔΑ和 ΔΒ之间的相位关系是彼此同相关系的情况下输出+1作为相位差检测信号Pdetl，而在相 位关系是彼此反相关系的情况下输出-1作为相位差检测信号Pdetl。乘法电路92将上述相位差检测信号Pdetl和噪声改变量检测信号Δ A相乘。由 此，其输出信号基本上具有与噪声改变量检测信号ΔΒ同相的关系。傅里叶插值电路93基 于乘法电路92的输出的时间序列数据，执行例如10点的傅里叶插值处理。另外，可以使 用除傅里叶插值处理之外的处理作为插值处理。第二相位差检测电路95基于噪声改变量 检测信号ΔΒ的时间序列数据和傅里叶插值电路93的输出的时间序列数据，检测更详细 (detailed)的相位差。例如可以采用其中噪声改变量检测信号ΔΒ的时间序列数据和傅里 叶插值电路93的输出的时间序列数据被相对彼此偏移开以便执行减法处理、并且确定使 减法结果最小化的最佳相位偏移量的方法作为检测方法。第二相位差检测电路95输出与 该相位偏移量有关的信息作为相位差检测信号Pdet2。(当包括干扰噪声和触摸分量两者时的操作)图13图示根据该实施例的电容性触摸面板40的定时的示例。这里，图示了检测 信号Vdet2包括触摸分量以及具有接近A/D转换部分63的采样频率两倍的频率的干扰噪声的示例。图13(A)图示了驱动信号Vcom的波形，⑶图示了触摸状态波形，(C)图示了由 于除干扰噪声之外的信号引起的检测信号Vdet2的波形，以及(D)图示了由于干扰噪声引 起的检测信号Vdet2的波形。这里，为了便于描述，在(C)和(D)中分开地图示了检测信号 Vdet2。通过将这些叠加来确定检测信号Vdet2的实际波形，并且在A/D转换部分63中采 样该叠加后的信号。图13(E)图示了 A/D转换部分63中的六个采样定时，(F)图示了数字LPF 82的 输出，而(G)图示了数字LPF 81的输出。在(F)中，由于干扰噪声引起的波形出现。同时， 在(G)中，表示由于干扰噪声引起的波形和由于触摸信号引起的波形之和的波形出现。在 (F)和(G)中，由于干扰噪声引起的波形之间的相位关系是基本上彼此同相关系。这是由所 假设的干扰噪声的频率接近A/D转换部分63的采样频率的两倍而引起的。因此，噪声改变 量检测信号ΔΑ(图中未示出)和ΔΒ(图中未示出)之间的相位关系基本上彼此同相。由 此，相位差检测信号Pdetl是+1。另外，相位差检测信号Pdet2具有使得偏移电路86中的 相位偏移量为0(零)的值。图13(H)图示了偏移电路86的输出，(I)图示了减法电路88的输出，以及(J)图 示了减法电路90的输出Dout。利用上述相位差检测信号Pdetl和Pdet2，偏移电路86的 输出(H)与数字LPF 82的输出(F)相似。通过从数字LPF 81的输出(G)中减去偏移电路 86的输出(H)来确定减法电路88的输出(I)。通过该减法，消除了由于干扰噪声引起的波 形波动。而且，通过从减法电路88的输出(I)中减去参考数据存储器89的输出来确定减 法电路90的输出(J)，以便仅提取触摸分量。换句话说，减法电路90的输出(J)具有与触 摸状态波形(B)相似的波形。(当包括干扰噪声和触摸分量两者时的实验示例)图14图示了电容性触摸面板40的操作的实验示例。㈧图示了从干扰噪声的波 形、以及干扰噪声和触摸分量的波形中提取出仅仅触摸分量。(B)图示了在触摸传感器的 多个触摸检测电极中对检测信号进行二值化(binarization)的示例。(C)图示了通过(B) 中图示的二值化进行的触摸面板上的触摸位置的检测示例。[效果]如上所述，在该实施例中，如图6所示，当采样检测信号Vdet2时，紧接在驱动信 号Vcom的上升沿之前设置在该上升沿附近的全部三个采样定时Al到A3。同时，在驱动信 号Vcom的下降沿附近的三个采样定时中，紧接在该驱动信号Vcom的下降沿之前布置Bl和 B2，而紧接在该下降沿之后设置B3。因此，Al到A3处的采样输出包括干扰噪声，而Bl到 B3处的采样输出包括触摸分量和干扰噪声分量，因此可以通过该差确定用于触摸检测的信 号。此外，通过在采样电路的后级中引入数字LPF，可以同时减小干扰噪声分量并将该 信号的频带限制到低的范围。因此，简化了通过计算差来确定用于触摸检测的信号的计算 电路。相应地，减小了用于触摸检测的电路结构的尺寸，并且提高了触摸检测的精度。此外，不需要像相关技术一样依序切换驱动信号的频率来选择检测条件，并且可 以缩短检测时间。[第一实施例的修改]
(修改1-1)在上述实施例中，尽管在驱动信号Vcom的下降沿附近的定时提取触摸分量，但是 替代这样做，可以在驱动信号Vcom的上升沿附近的定时提取触摸分量。(参改1-2)在上述实施例中，尽管将其中占空比稍微偏离50%的极性交替波形用作驱动信号 Vcom的波形，但其不限于此，替代这样做，例如可以使用包括两个极性交替波形Yl和Y2 (其 中，相位彼此偏移开)的波形，如图M所示。在此情况下，例如采样定时可以像图M(C) — 样或像图M(D) —样。在图M(C)中，紧接在极性交替波形Yl的上升沿之前布置所有三个 采样定时Al到A3。同时，在三个采样定时Bl到B3中，Bl和B2紧接在极性交替波形Yl的 上升沿之前存在，而紧接在该上升沿之后布置B3。此外，在图M(D)中，紧接在极性交替波 形Yl的下降沿之前布置所有三个采样定时Al到A3。同时，在三个采样定时Bl到B3中， Bl和B2紧接在极性交替波形Yl的下降沿之前存在，而紧接在该下降沿之后布置B3。即使 利用这一结构，也可以获得与上述实施例相同的效果。此外，由于与上述实施例的情况(图 6)相比，可以使采样周期更长，因此可以降低A/D转换部分63等的电流消耗。此外，与上述 实施例的情况(图6(A))不同，在根据该修改的驱动信号Vcom的波形(图M(A))中，在极 性交替波形Yl和Y2的周期中，可以使不同极性的时间跨度均等。因此，在奇数帧和偶数帧 中时间平均值(直流电平)相等，而不改变一帧中两个极性的占空比，并且例如即使在Vcom 产生部分41经由电容通过AC驱动将驱动信号Vcom提供给解复用器42和触摸传感器43 的情况下，也容易产生驱动信号Vcom。尽管在图M中极性交替波形Yl和Y2每个是一个周期的极性交替波形，但其不限 于此，并且例如可以是两个或多个周期的极性交替波形。由此，可以进一步增加采样周期， 并且可以进一步降低A/D转换部分63等的电流消耗。<3.第二实施例>接下来，将描述根据本发明第二实施例的电容性触摸面板。另外，将相同的参考标 记用于与根据第一实施例的电容性触摸面板的组件基本上相同的组件。[结构示例](整体结构示例)图15图示了根据本发明第二实施例的电容性触摸面板140的结构示例。电容性触 摸面板140包括Vcom产生部分141、解复用器42、触摸传感器43、复用器44、检测部分45、 定时控制部分146以及电阻R。Vcom产生部分141是产生驱动触摸传感器43的驱动信号Vcom的电路。定时控制部分146是控制Vcom产生部分141、解复用器42、复用器44和检测部分 45的操作定时的电路。在此实施例中，Vcom产生部分141和定时控制部分146不同于第一实施例中的 Vcom产生部分和定时控制部分。具体地，Vcom产生部分产生的波形、以及由定时控制部分 控制的A/D转换部分中的采样定时分别不同于第一实施例中的Vcom产生部分产生的波形、 以及由定时控制部分控制的A/D转换部分中的采样定时。图16图示了驱动信号Vcom的波形㈧和检测信号Vdet2的波形⑶、以及A/D转 换部分63中的采样定时。
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驱动信号Vcom的波形是具有周期T的重复信号，其中具有第一幅度的第一极性交 替波形的部分、以及具有与第一幅度不同的第二幅度的第二极性交替波形的部分交替。第 一极性交替波形从下降沿开始，并且其幅度(第一幅度)为2Va。尽管第二极性交替波形以 相同方式也从下降沿开始，但是其幅度(第二幅度)为Va。检测信号Vdet2的波形是与驱动信号Vcom同步的波形，并且具有根据驱动电极53 和触摸检测电极55之间的静电电容的幅度。换句话说，在手指等未接触或未接近触摸面板 的状态下，检测信号Vdet2具有拥有大幅度的波形。同时，在手指等接触或接近触摸面板的 状态下，检测信号Vdet2具有拥有小幅度的波形。图16(C)中图示的六个采样定时与驱动信号Vcom同步，并且它们各自的采样频率 fs与驱动信号Vcom的周期T的倒数相同。这些采样定时在驱动信号Vcom的第一极性交替波形的上升沿附近和第二极性交 替波形的上升沿附近三个接三个彼此相邻地存在。在第一极性交替波形的上升沿附近按照 时间顺序设置三个采样定时Al、A2和A3。同时在第二极性交替波形的上升沿附近按照时 间顺序设置三个采样定时Bi、B2和B3。分别与第一极性交替波形的上升沿和第二极性交替波形的上升沿附近对应的这 些采样定时之间的时间差是驱动信号Vcom的周期T的一半。换句话说，采样定时Al和Bl 之间的时间差、采样定时A2和B2之间的时间差、以及采样定时A3和B3之间的时间差分别 为 T/2。在第一极性交替波形的上升沿附近的三个采样定时中，紧接在该上升沿之前布置 Al和A2，而紧接在该上升沿之后布置A3。以相同方式，在第二极性交替波形的上升沿附近 的三个采样定时中，紧接在该上升沿之前布置Bl和B2，而紧接在该上升沿之后布置B3。这里，关注减法电路77和78。在图16中，减法电路77从采样定时B3处的检测 信号Vdet2的采样结果中减去采样定时B2处的检测信号Vdet2的采样结果，并且检测并输 出由于驱动信号Vcom的第二极性交替波形的上升沿而引起的检测信号Vdet2的改变。同 时，减法电路78从采样定时A3处的检测信号Vdet2的采样结果中减去采样定时A2处的检 测信号Vdet2的采样结果，并且检测并输出由于驱动信号Vcom的第一极性交替波形的上升 沿而引起的检测信号Vdet2的改变。因此，减法电路77和78输出具有与驱动信号Vcom中 第一极性交替波形和第二极性交替波形的每个上升沿的改变量相对应的不同幅度的信号。 换句话说，尽管减法电路77和78的输出包括触摸分量，但是他们的信号具有不同幅度。这 里，将进一步考虑其中在检测信号Vdet2中包括干扰噪声的情况。在此情况下，在减法电路 77和78的输出信号两者中都包括噪声分量。因此，如稍后将描述的，可以通过计算减法电 路77的输出信号和减法电路78的输出信号之间的差来去除干扰噪声分量，并确定预期的 触摸检测信号。这里，由在采样定时Bl到B3执行采样的A/D转换电路74_76、以及减法电路77组 成的电路部分对应于本发明中的“第一采样电路”的具体示例。换句话说，减法电路77的输 出对应于本发明中的“包括具有第一电平的信号分量和噪声分量的第一序列的采样信号” 的具体示例。同时，由在采样定时Al到A3执行采样的A/D转换电路71-73、以及减法电路 78组成的电路部分对应于本发明中的“第二采样电路”的具体示例。换句话说，减法电路78 的输出对应于本发明中的“包括具有与第一电平不同的第二电平的信号分量和噪声分量的第二序列的采样信号”。[操作和动作](在包括干扰噪声和触摸分量两者时的操作)图17图示了根据该实施例的电容性触摸面板140中的定时的示例。这里，图示了 检测信号Vdet2包括触摸分量、以及具有接近A/D转换部分63的采样频率的四倍的频率的 干扰噪声的示例。图17(A)图示了驱动信号Vcom的波形，⑶图示了触摸状态波形，(C)图示了由 于除干扰噪声之外的信号引起的检测信号Vdet2的波形，以及(D)图示了由于干扰噪声引 起的检测信号Vdet2的波形。这里，为了便于描述，在(C)和(D)中分开地图示了检测信号 Vdet2。通过将它们叠加来确定检测信号Vdet2的实际波形，并且在A/D转换部分63中采 样该叠加后的信号。图17(E)图示了 A/D转换部分63中的六个采样定时，(F)图示了数字LPF 82的 输出，而(G)图示了数字LPF 81的输出。在(F)和(G)两者中，每个表示由于干扰噪声引 起的波形和由于触摸信号引起的波形之和的波形出现。然而，由于触摸信号引起的波形在 (F)和(G)中在幅度上彼此不同。同时，在由于干扰噪声引起的波形中，(F)和(G)之间的 相位关系是基本上彼此同相。这是由所假设的干扰噪声的频率接近A/D转换部分63的采 样频率的四倍而引起的。因此，噪声改变量检测信号ΔΑ(图中未示出)和ΔΒ(图中未示 出)之间的相位关系是彼此同相。由此，相位差检测信号Pdetl为+1。另外，为了便于描 述，相位差检测信号Pdet2具有使得偏移电路86中的相位偏移量为0(零)的值。图17(H)图示了偏移电路86的输出，(I)图示了减法电路88的输出，以及(J)图 示了减法电路90的输出Dout。利用上述相位差检测信号Pdetl和Pdet2，偏移电路86的 输出(H)与数字LPF 82的输出(F)相似。通过从数字LPF 81的输出(G)中减去偏移电路 86的输出(H)来确定减法电路88的输出(I)。通过该减法，消除了由于干扰噪声引起的波 形波动。而且，减法电路90从减法电路88的输出(I)中减去参考数据存储器89的输出以 输出仅包括触摸分量的输出(J)。换句话说，减法电路90的输出(J)具有与触摸状态波形 (B)相似的波形。另外，其它部分的操作与第一实施例相同。[效果]如上所述，在该实施例中，如图16所示，当在驱动信号Vcom的第一极性交替波形 的上升沿附近的三个采样定时采样检测信号Vdet2时，紧接在该上升沿之前设置Al和A2， 而紧接在该上升沿之后设置A3。以相同方式，在驱动信号Vcom的第二极性交替波形的上 升沿附近的三个采样定时中，紧接在该上升沿之前设置Bl和B2，而紧接在该上升沿之后设 置B3。因此，Al到A3处的采样输出包括具有预定幅度的触摸分量以及干扰噪声分量，而Bl 到B3处的采样输出包括具有与Al到A3处的采样输出中的触摸分量的幅度不同的幅度的 触摸分量以及干扰噪声分量。因此，通过计算它们之间的差，可以消除干扰噪声分量，并且 可以确定预期的触摸检测信号。其它效果与第一实施例的情况相同。[第二实施例的修改](修改2-1)在上述实施例中，在驱动信号Vcom的第一和第二极性交替波形两者中，尽管在上 升沿附近的定时处提取触摸分量，但是替代这样做，可以在驱动信号Vcom的下降沿附近的
19定时处提取触摸分量。在此情况下，在图16中，在第一和第二极性交替波形两者中，驱动信 号Vcom可能具有从上升沿开始的波形。(修改2-2)此外，例如，在上述实施例中，尽管驱动信号Vcom的第一极性交替波形的幅度是 第二极性交替波形的幅度的两倍，但是替代这样做，可以将第一极性交替波形的幅度设置 为第二极性交替波形的幅度的任何倍数，只要该倍数不为1即可。换句话说，倍数可以大于 1、或小于1。例如，如图18和19所示，驱动信号Vcom的第一极性交替波形的幅度可以是第 二极性交替波形的幅度的零倍。<4.第三实施例〉接下来，将描述根据本发明第三实施例的具有静电电容型触摸检测功能的显示设 备。另外，将相同参考标记用于与根据第一和第二实施例的电容型触摸面板的组件基本上 相同的组件，并且将省略描述。[结构示例](整体结构示例)图20图示了根据本发明第三实施例的具有静电电容型触摸检测功能MO的显示 设备的结构示例。电容性触摸面板240包括Vcom产生部分41 (141)、解复用器M2、显示部 分对3、复用器44、检测部分45、定时控制部分46(146)以及电阻R。这里，在使用Vcom产 生部分41的情况下使用定时控制部分46，或者在使用Vcom产生部分141的情况下使用定 时控制部分146。当向显示部分M3的多个驱动电极一个接一个地提供从Vcom产生部分41或141 提供的驱动信号Vcom (稍后将描述)时，解复用器42是切换其提供目的地的电路。显示部分243是包括触摸传感器43和液晶显示设备244的设备。栅极驱动器245是向液晶显示设备244提供用于选择要在液晶显示设备244上显 示的水平行的信号的电路源极驱动器246是将图像信号提供到液晶显示设备244的电路。(显示部分M3的结构示例)图21图示了根据本发明第三实施例的显示部分M3的主要部分的横截面结构 的示例。显示部分243包括像素基板2、被布置以面对像素基板2的面对基板(facing substrate) 5、以及在像素基板2和面对基板5之间插入的液晶层6。像素基板2包括作为电路基板的TFT基板21、以及在TFT基板21上以矩阵安置的 多个像素电极22。尽管在图中未示出，在TFT基板21上形成诸如向每个像素的TFT (薄膜 晶体管)和每个像素电极提供像素信号的源极线、以及驱动每个TFT的栅极线的布线。而 且，可以形成TFT基板21以便另外包括在图20中图示的电路的一部分或整个电路。面对基板5包括玻璃基板51、在玻璃基板51的一面上形成的滤色器52、以及在滤 色器52上形成的驱动电极53。例如通过周期性地排列(align)红色(R)、绿色(G)和蓝色 (B)三种颜色的滤色器层来配置滤色器52，并且三种颜色R、G和B对应于每个显示像素中 的组。驱动电极53通常还被用作执行触摸检测操作的触摸传感器43的驱动电极，并且对 应于图1中的驱动电极E1。驱动电极53通过接触导电柱7连接到TFT基板21。具有交替 的矩形波形的驱动信号Vcom被通过该接触导电柱7从TFT基板21施加到驱动电极53。驱动信号Vcom定义被施加到像素电极22的像素电压以及每个像素的显示电压，但是通常还 被用作触摸传感器的驱动信号。驱动信号Vcom对应于从图1的驱动信号源S提供的交流 矩形波Sg。在玻璃基板51的另一面上形成作为用于触摸传感器的检测电极的触摸检测电极 55，并且进一步在触摸检测电极55上安置偏振片56。触摸检测电极55构成触摸传感器的 一部分，并且对应于图1的检测电极E2。液晶层6根据电场的状态对通过液晶层6的光进行调制，并且使用例如诸如 TN(扭转向列(twisted nematic))、VA(垂直排列(vertical alignment))禾PECB(电控双 折射)之类的各种模式的液晶。另外，尽管分别在液晶层6和像素基板2之间、以及在液晶层6和面对基板5之间 安置了配向膜(alignment film)，并且还在像素基板2的底面侧上安置了入射侧偏振片， 但这里在图中省略其图示。可以将图5的图示用作在图21图示的显示部分中使用的触摸传感器的结构示例。图22图示了液晶显示设备M4的像素结构的结构示例。在液晶显示设备M4中 以矩阵形式安置多个显示像素20，每个显示像素包括TFT元件Tr和液晶元件LC。源极线25、栅极线沈以及驱动电极53(531到53η)连接到显示像素20。源极线 25是用于将图像信号提供到每个显示像素20的信号线，并且连接到源极驱动器46。栅极 线26是用于提供用来选择执行显示的显示像素20的信号的信号线，并且连接到栅极驱动 器45。在该示例中，每条栅极线沈连接到所有水平安置的显示像素20。换句话说，液晶显 示设备244通过每条栅极线沈的控制信号对每一水平行执行显示。驱动电极53是施加驱 动液晶的驱动信号的电极，并且连接到驱动电极驱动器54。在该示例中，每个驱动电极连接 到所有水平安置的显示像素20。换句话说，通过每个驱动电极的驱动信号对每一水平行驱 动液晶显示设备对4。[操作和动作]该实施例的具有触摸检测功能的显示设备是所谓的内嵌(in-cell)型触摸面板 (其中第一和第二实施例中的触摸检测器与液晶显示设备一起形成)，并且能够执行触摸 检测以及液晶显示。在该示例中，驱动电极53和触摸检测电极55之间的介电层(玻璃基 板51和滤色器52)用于形成电容Cl。由于该设备中与触摸检测有关的操作与第一和第二 实施例中描述的那些操作完全相同，因此将省略描述，并且这里将描述与显示有关的操作。在具有触摸检测功能的显示设备中，通过源极线25提供的像素信号通过由栅极 线26按行顺序选择的显示像素20的TFT元件Tr被施加到液晶元件LC的像素电极22，并 且其中极性交替的驱动信号Vcom被施加到驱动电极53(531到53η)。由此，像素数据被写 入液晶元件LC，并且显示图像。另外，可以与显示操作同步地对于各个驱动电极531到53η按行顺序执行驱动信 号Vcom向驱动电极53 (531到53η)的施加，或者可以在与显示操作的定时不同的定时执行 驱动信号Vcom向驱动电极53(531到53η)的施加。在后一情况下，对于由多个驱动电极组 成的组的单元，可以按行顺序施加驱动信号Vcom。此外，仅仅处于正部分中的驱动信号Vcom的电压波形被施加到驱动电极531到 53η，而处于负部分中的电压波形可以不被施加到驱动电极531到53η。替代地，在给定时间的驱动电极的数目、与在给定时间被 施加了处于负部分中的电压波形的驱动电极的数目可以不同。在此情况下，由于触摸检测 信号Vdet的波形在正方向和负方向上不对称，因此通过被提供用于噪声消除的模拟低通 滤波器62来消除触摸检测信号Vdet中的正/负信号波形，并且可以避免触摸检测被禁止。[效果]如上所述，在此实施例中，由于触摸传感器与液晶显示设备被整体地形成以便公 共地使用用于显示驱动的公共电极和用于触摸检测的驱动电极，并且也使用在用于显示 的极性反转驱动中使用的公共驱动信号作为用于触摸检测的驱动信号，因此可以以外形小 (low-profile)的简单结构实现具有触摸检测功能的显示设备。其它效果与第一和第二实 施例相同。[第三实施例的修改](修改3-1)在上述实施例中，尽管已经描述了将使用诸如TN(扭转向列)、VA(垂直排列)和 ECB(电控双折射)之类的各种模式的液晶的液晶显示设备M4以及触摸传感器43集成来 构成显示部分的示例，但是替代这样做，可以集成使用诸如FFS(边缘场开关(fringe field switching))和IPS(平面开关(in-planeswitching))之类的横向电场模式的液晶的液晶 显示设备以及触摸检测器。例如，在使用横向电场模式的液晶的情况下，可以构成如图23 所示的显示部分M3B。该示了显示部分的主要部分的横截面结构的示例，并且图 示了其中液晶层6B被保持在像素基板2B和面对基板5B之间的状态。其它部分中的每个 部分的名称、功能等与图21的情况相同，并且将省略描述。在此示例中，与图21的情况不 同，紧接在TFT基板21上方形成用于显示和触摸检测两者的驱动电极53，并且该驱动电极 53构成像素基板2B的一部分。像素电极22通过绝缘层23安置在驱动电极53上方。在 此情况下，驱动电极53和触摸检测电极55之间的包括液晶层6B的所有介电体贡献于电容 Cl的形成。<5.应用示例>接下来，参考图25到四，将描述上述实施例和修改中描述的电容性触摸面板和具 有静电电容型触摸检测功能的显示设备的应用示例。上述实施例等的电容性触摸面板和具 有静电电容型触摸检测功能的显示设备可应用于任何领域中的电子设备，诸如电视设备、 数字照相机、笔记本型个人计算机、诸如移动电话之类的便携式终端设备、以及摄像机。换 句话说，上述实施例等的显示设备可应用到各种领域中的电子设备，用于将从外部输入的 视频信号、或者在内部产生的视频信号显示为图像或视频。(第一应用示例)图25图示向其应用上述实施例等的具有静电电容型触摸检测功能的显示设备的 电视设备的外观。电视设备具有例如包括前面板511和滤色玻璃512的视频显示屏幕部分 510。视频屏幕显示部分510由根据上述实施例等的具有静电电容型触摸检测功能的显示 设备构成。(第二应用示例)图沈图示向其应用上述实施例等的具有静电电容型触摸检测功能的显示设备的 数字照相机的外观。数字照相机具有例如用于闪光灯的发光部分521、显示部分522、菜单开关523、以及快门按钮524。该显示部分522由根据上述实施例等的具有静电电容型触摸 检测功能的显示设备构成。(第三应用示例)图27图示向其应用上述实施例等的具有静电电容型触摸检测功能的显示设备的 笔记本型个人计算机的外观。笔记本型个人计算机具有例如主体531、用于输入字符等的操 作的键盘532、以及用于显示图像的显示部分533。该显示部分533由根据上述实施例等的 具有静电电容型触摸检测功能的显示设备构成。(第四应用示例)图观图示向其应用上述实施例等的具有静电电容型触摸检测功能的显示设备的 摄像机的外观。摄像机具有例如主体Ml、在主体541的前侧表面上提供的用于捕捉对象的 镜头M2、捕捉的开始/停止开关M3、以及显示部分M4。此外，该显示部分M4由根据上 述实施例等的具有静电电容型触摸检测功能的显示设备构成。(第五应用示例)图四图示向其应用上述实施例等的具有静电电容型触摸检测功能的显示设备的 移动电话的外观。在移动电话中，例如，上外壳710和下外壳720通过接合部分(铰链部 分)730接合。该移动电话具有显示器740、副显示器750、画面灯760、以及照相机770。该 显示器740或副显示器750由根据上述实施例等的具有静电电容型触摸检测功能的显示设 备构成。尽管在上文中已经描述了几种实施例和修改，但是本发明不限于此，并且可以进 行各种修改。例如，在每个上述实施例中，尽管驱动信号Vcom具有周期为T的矩形波形， 其中，极性反转，并且其中心电势为0V，但是替代于此，所述中心电势可以是除OV之外的电势。
2权利要求
1.一种电容性触摸面板，包括多个驱动电极，每个被施加有用于触摸检测的驱动信号；多个触摸检测电极，被布置为与所述多个驱动电极交叉使得在所述驱动电极和所述触 摸检测电极的每个交叉点处形成静电电容，以便输出与所述驱动信号同步的检测信号；第一采样电路，从自每个触摸检测电极输出的检测信号中提取第一序列的采样信号， 该第一序列的采样信号包括具有第一电平的信号分量以及噪声分量；第二采样电路，从自每个触摸检测电极输出的检测信号中提取第二序列的采样信号， 该第二序列的采样信号包括具有与第一电平不同的第二电平的信号分量并且包括噪声分 量；滤波器电路，执行高范围切除处理，其允许从分别从第一采样电路和第二采样电路输 出的第一序列的采样信号和第二序列的采样信号中切除高于或等于预定频率的频带；以及计算电路，基于滤波器电路的输出确定用于触摸检测的信号。
2.如权利要求1所述的电容性触摸面板，其中，所述计算电路通过求出分别从第一采 样电路和第二采样电路输出的第一序列的采样信号和第二序列的采样信号之间的差来确 定用于触摸检测的信号。
3.如权利要求1所述的电容性触摸面板，其中，驱动信号是具有包括第一电压的部分和与第一电压不同的第二电压的部分的周期性 波形的信号，以及执行扫描控制使得按照时分方式一个接一个地向多个驱动电极中的每一个施加驱动信号。
4.如权利要求1所述的电容性触摸面板，其中，第一采样电路中的采样周期和第二采 样电路中的采样周期彼此相等，并且第一采样电路中的采样定时从第二采样电路中的采样 定时偏移半个周期。
5.如权利要求1所述的电容性触摸面板，其中，计算电路调整由滤波器电路处理的第 一序列的采样信号的相位和由滤波器电路处理的第二序列的采样信号的相位之一或两者， 以便允许所述相位彼此一致，然后通过求出这两个采样信号之间的差来确定用于触摸检测 的信号。
6.如权利要求1所述的电容性触摸面板，其中，所述信号分量的第二电平为零电平。
7.如权利要求6所述的电容性触摸面板，其中，驱动信号的占空比偏离50%。
8.如权利要求6所述的电容性触摸面板，其中，第一采样电路在位于驱动信号中的一个电压改变点之前和之后并且彼此相邻的多个 定时处采样检测信号，以及第二采样电路在位于紧接在驱动信号的另一电压改变点之前并且彼此相邻的多个定 时处采样检测信号。
9.如权利要求1所述的电容性触摸面板，其中，所述驱动信号是拥有包括具有第一幅 度的第一极性交替波形的部分以及具有与第一幅度不同的第二幅度的第二极性交替波形 的部分的周期性波形的信号。
10.如权利要求9所述的电容性触摸面板，其中，第一采样电路在位于第一极性交替波形中的极性反转点之前和之后并且彼此相邻的多个定时处采样检测信号，以及第二采样电路在位于第二极性交替波形中的极性反转点之前和之后并且彼此相邻的 多个定时处采样检测信号。
11.如权利要求1所述的电容性触摸面板，其中，所述驱动信号是具有包括第一极性交 替波形的部分和第二极性交替波形的部分的周期性波形的信号，所述第一极性交替波形和 第二极性交替波形具有彼此偏移开的相位。
12.如权利要求11所述的电容性触摸面板，其中，第一采样电路在位于第一极性交替波形中的电压改变点之一之前和之后并且彼此相 邻的多个定时处采样检测信号，以及第二采样电路在位于紧接在第二极性交替波形中的电压改变点之一之前并且彼此相 邻的多个定时处采样检测信号。
13.一种具有触摸检测功能的显示设备，包括 多个驱动电极，每个被施加有用于触摸检测的驱动信号；多个触摸检测电极，被布置为与所述多个驱动电极交叉使得在所述驱动电极和所述触 摸检测电极的每个交叉点处形成静电电容，以便输出与所述驱动信号同步的检测信号；第一采样电路，从自每个触摸检测电极输出的检测信号中提取第一序列的采样信号， 该第一序列的采样信号包括具有第一电平的信号分量以及噪声分量；第二采样电路，从自每个触摸检测电极输出的检测信号中提取第二序列的采样信号， 该第二序列的采样信号包括具有与第一电平不同的第二电平的信号分量并且包括噪声分 量；滤波器电路，执行高范围切除处理，其允许从分别从第一采样电路和第二采样电路输 出的第一序列的采样信号和第二序列的采样信号中切除高于或等于预定频率的频带； 计算电路，基于滤波器电路的输出确定用于触摸检测的信号；以及 显示部分，基于图像信号显示图像。
14.如权利要求13所述的具有触摸检测功能的显示设备，其中， 利用液晶设备来配置所述显示部分，以及用于触摸检测的驱动信号还充当驱动显示部分的显示驱动信号的一部分。
15.如权利要求14所述的具有触摸检测功能的显示设备，其中， 显示驱动信号包括基于图像信号的像素信号，并且包括公共信号，显示部分通过极性反转驱动来执行显示，在所述极性反转驱动中，被施加到液晶设备 的电压的极性被时分地反转，该电压基于所述像素信号和所述公共信号，以及 用于触摸检测的驱动信号也充当所述公共信号。
全文摘要
公开了一种静电电容型触摸面板，其具有简单的构造，并且使得可以减小由于外部干扰引起的噪声并缩短触摸检测时间。该触摸面板配备有多个驱动电极，向其施加用于触摸检测的驱动信号；多个触摸检测电极，输出与所述驱动信号同步的检测信号，并且被布置为与所述驱动电极交叉；第一采样电路(A/D转换电路(72，73))，从检测信号中提取第一序列的采样信号，该第一序列的采样信号包括第一电平的信号分量以及噪声分量；第二采样电路(A/D转换电路(75，76))，从检测信号中提取第二序列的采样信号，该第二序列的采样信号包括与第一电平不同的第二电平的信号分量以及噪声分量；滤波器电路(数字LPF(81，82))，关于第一和第二序列的采样信号执行高频带切除处理；以及计算电路(减法电路(90))，从滤波器电路的输出中求出触摸检测的信号。
文档编号G06F3/041GK102138121SQ201080002427
公开日2011年7月27日 申请日期2010年6月14日 优先权日2009年6月29日
发明者中西贵之, 原田勉, 木田芳利, 石崎刚司, 竹内刚也, 野口幸治 申请人:索尼公司