具有触摸检测功能的显示单元及电子装置 技术领域 本发明涉及一种具有触摸检测功能的显示单元， 具体涉及一种具有基于外部靠近 物体引起的电容变化来检测触摸的触摸检测功能的显示单元， 以及包括这样的具有触摸检 测功能的显示单元的电子装置。
背景技术 近年来， 人们在关注这样一种显示单元， 其通过将接触感测装置 ( 所谓的触摸面 板 ) 安装在诸如液晶显示器的显示单元上， 或通过集成触摸面板和显示单元， 从而使该显 示单元显示各种按钮图像等， 以能够取代普通的机械按钮来进行信息输入。具有这样的触 摸面板的显示单元可以不需要诸如键盘、 鼠标或袖珍键盘的输入装置， 因此， 在除计算机之 外的诸如移动电话的便携式信息终端中也使用此类显示单元的趋势日益增长。
存在一些触摸检测系统， 其中之一是电容式触摸检测系统。 例如， 日本未审查专利 申请公开第 2008-129708 号公开了一种触摸面板， 其具有 X 方向电极和被设置为与 X 方向
电极相对的 Y 方向电极， 利用它们的交叉点处所形成的电容会因为外部靠近物体而发生改 变的事实来检测触摸。 这些电极利用透光性材料形成， 例如， 将该触摸面板安装在显示单元 上， 使得用户可以在观看显示面板的同时执行输入操作。 发明内容
顺便提及， 即使当电极使用透光性材料形成时， 进入该电极的光也会根据电极的 透射率而减弱至一定程度， 然后被发射。因此， 如果触摸面板安装在显示单元上， 与未设置 电极的部分相比， 设置有用于触摸检测的电极的部分中的亮度会降低， 从而使得显示单元 的亮度不均匀。 具体地， 如果电极使用 ITO( 氧化铟锡 ) 形成， 存在以下可能性， 即， 当膜厚变 大以降低电极电阻时， 或当制造加工中结晶化不充分时， 透射率可能降低， 或者色彩或色调 不能变为中性， 因此该亮度差异可能变得明显， 降低了图像质量。此外还存在以下可能性， 即， 当对于显示像素的三色 (R、 G 和 B) 中的每一种的亮度不同时， 可能发生色度偏移。
考虑到前述内容， 希望提供一种具有触摸检测功能的显示单元以及具有该显示单 元的电子装置， 其中， 可降低用于触摸检测的电极的透光率引起的图像质量劣化。
根据本发明的一个实施方式， 提供了一种显示单元， 包括 ： 多个触摸检测电极， 被 并排布置以沿一个方向延伸， 每个触摸检测电极形成为包括电极部分和开口部分的预定电 极图案， 并基于由外部靠近物体引起的电容变化来输出检测信号 ； 以及多个显示元件， 形成 在与触摸检测电极的层不同的层中， 预定数量的显示元件被布置在与每个触摸检测电极对 应的区域的宽度范围内。预定电极图案对应于显示元件的布局图案 ( 布局模式 )。
根据本发明的一个实施方式， 提供了一种包括上述具有触摸功能的显示单元的电 子装置。例如， 电视机、 数码相机、 笔记本电脑、 摄像机、 或诸如移动电话的便携式终端装置 相当于此电子装置。
根据本发明实施方式的具有触摸检测功能的显示单元及电子装置中， 显示单元进行显示时， 光穿过设置有触摸检测电极的层发射， 触摸电极具有与显示元件的布局图案对 应的预定电极图案。 此时， 在与每个显示元件对应的区域中， 形成了相同的电极图案， 因此， 当整体观看显示元件时， 亮度降低的分布会更均匀。
根据本发明实施方式的具有触摸检测功能的显示单元例如可以具有将像素信号 传输至显示元件的信号线， 且电极部分的一部分可设置在与该信号线对应的区域内。在这 种情况下， 例如可以进一步设置用于选择作为显示操作对象的显示元件的选择线， 且电极 部分的其余部分可设置在与该选择线对应的区域内。而且， 电极部分例如可被设置在与彼 此相邻的显示元件之间的边界对应的区域中。
例如， 显示元件构成显示像素， 每个显示像素包括由红色子元件、 绿色子元件和蓝 色子元件组成的三种彩色子元件， 且电极部分至少可被设置在与从红光、 绿光和蓝光中选 择的一种光的彩色子元件对应的区域内， 该选定的一种光对于该电极部分表现出最高的透 射率。在这种情况下， 电极部分例如可至少被设置在与红色子元件对应的区域内。另外， 电 极部分还可以同样地被设置在与绿色子元件对应的区域内。而且， 电极部分和开口部分例 如可被设置在与蓝色子元件对应的区域内。在这种情况下， 优选例如将开口部分基本上设 置在蓝色子元件的中心处， 该中心为红色子元件、 绿色子元件和蓝色子元件排列方向上的 一个位置。
例如， 优选地， 多个虚拟电极被设置在多个触摸检测电极之间的区域中， 每个虚拟 电极形成为包括电极部分和开口部分的预定虚拟电极图案， 且该虚拟电极图案对应于显示 元件的布局图案。
例如， 可设置并排布置以沿与接触检测电极交叉的方向延伸的多个驱动电极， 且 电容可被形成在接触检测电极和驱动电极的每个交叉点处。
例如， 显示元件可包括液晶层和被设置为隔着液晶层面向驱动电极的像素电极， 从而使液晶层插入在像素电极和驱动电极之间。而且， 显示元件可包括液晶层和形成在液 晶层与驱动电极之间的像素电极。
根据本发明实施方式的具有触摸检测功能的显示单元及电子装置， 触摸检测电极 的电极图案被设置为与显示元件的布局图案对应， 因此， 可减少因触摸检测电极中的透光 率引起的图像质量劣化。
应理解， 前述总体说明和以下具体说明均为示意性的， 旨在对所要求保护的技术 提供进一步的解释。 附图说明 包括附图是为本发明提供进一步解释， 附图被结合进说明书中并构成说明书的一 部分。附图示出了实施方式， 且与说明书一起用于解释本技术的原理。
图 1 为用于解释根据本发明一个实施方式的具有触摸检测功能的显示装置中的 触摸检测系统的基本原理的示意图， 并示出没有手指触摸或靠近的状态。
图 2 为用于解释根据本发明该实施方式的具有触摸检测功能的显示装置中的触 摸检测系统的基本原理的示意图， 并示出有手指触摸或靠近的状态。
图 3 为用于解释根据本发明该实施方式的具有触摸检测功能的显示装置中的触 摸检测系统的基本原理的示意图， 并示出驱动信号波形的实例以及触摸检测信号波形的实
例。 图 4 为示出根据本发明一个实施方式的具有触摸检测功能的显示装置的构成例 的方框图。
图 5 为示出根据该实施方式的具有触摸检测功能的显示装置的示意性部件结构 的剖面图。
图 6A 和图 6B 分别为示出根据该实施方式的具有触摸检测功能的显示装置的像素 阵列的电路图和平面图。
图 7 为示出根据该实施方式的具有触摸检测功能的显示装置的驱动电极和触摸 检测电极的构成例的透视图。
图 8 为示出根据第一实施方式的触摸检测电极的构成例的平面图。
图 9 为示出根据第一实施方式的变形例的触摸检测电极的构成例的平面图。
图 10 为示出根据第一实施方式的另一变形例的触摸检测电极的构成例的平面 图。
图 11 为示出根据第一实施方式的另一变形例的触摸检测电极和虚拟电极的构成 例的平面图。
图 12 为示出根据第二实施方式的触摸检测电极的构成例的平面图。 图 13 为说明触摸检测电极中透光率的特性图。 图 14A 到图 14E 均为示出触摸检测电极的图案的示意图。 图 15 为表示 W 色度模拟结果的曲线图。 图 16 为表示透射率模拟结果的曲线图。 图 17 为示出透射率的电极电阻依赖性的特性图。 图 18 为示出根据第二实施方式的变形例的触摸检测电极的构成例的平面图。 图 19 为示出根据第三实施方式的触摸检测电极的构成例的平面图。 图 20 为示出采用了任意实施方式显示装置中的应用例 1 的外观构造的透视图。 图 21A 和图 21B 均为示出应用例 2 的外观构造的透视图。 图 22 为示出应用例 3 的外观构造的透视图。 图 23 为示出应用例 4 的外观构造的透视图。 图 24A 到图 24G 示出均代表应用例 5 的外观构造的前视图、 侧视图、 顶视图和底视图。
图 25 为示出根据本发明实施方式的另一变形例的具有触摸检测功能的显示装置 的示意性剖面结构的剖面图。具体实施方式
以下参考附图详细说明本发明的实施方式。说明按如下顺序进行。
1. 电容式触摸检测的基本原理
2. 第一实施方式
3. 第二实施方式
4. 第三实施方式
5. 应用例(1. 电容式触摸检测的基本原理 )
首先， 将参考图 1 到图 3 说明根据本发明实施方式的具有触摸检测功能的显示单 元中的触摸检测的基本原理。该触摸检测系统被实现为电容式触摸传感器， 且利用例如如 图 1(A) 部分所示的其间插入有电介质 D 的一对相对电极 ( 驱动电极 E1 和触摸检测电极 E2) 形成电容元件。此结构被表示为图 1(B) 部分所示的等效电路。利用驱动电极 E1、 触摸 检测电极 E2 和电介质 D 来构造电容元件 C1。电容元件 C1 的一端连接至 AC 信号源 ( 驱动 信号源 )S， 且另一端 P 通过电阻器 R 接地， 也连接至电压检测器 ( 触摸检测部 )DET。 当预定 频率 ( 例如， 约数 kHz 到数十 kHz) 的 AC 矩形波 Sg( 图 3(B) 部分 ) 从 AC 信号源 S 施加至 驱动电极 E1( 电容元件 C1 的一端 )， 如图 3(A) 部分所示的输出波形 ( 触摸检测信号 Vdet) 出现在触摸检测电极 E2 中 ( 电容元件 C1 的另一端 P)。需要说明的是， 此 AC 矩形波 Sg 等 同于下文所述的驱动信号 Vcom。
在没有手指触摸 ( 或靠近 ) 的状态下， 根据电容元件 C1 的电容值， 电流 I0 的流动 如图 1 所示， 伴随着电容元件 C1 的充电和放电。此时电容元件 C1 的另一端 P 处的电势波 形例如为如图 3(A) 部分中的波形 V0， 由电压检测器 DET 进行检测。
另一方面， 在存在手指触摸 ( 或靠近 ) 的状态下， 手指所形成的电容元件 C2 具有 如图 2 所示的被串联添加到电容元件 C1 的形状。在此状态下， 电流 I1 和 I2 的流动分别伴 随着电容元件 C1 和 C2 的充电和放电。此时电容元件 C1 的另一端 P 的电势波形例如为如 图 3(A) 部分中的波形 V1， 由电压检测器 DET 进行检测。此时， 点 P 的电势为通过流经电容 元件 C1 和 C2 的电流 I1 和 I2 的值来确定的分压电势。为此， 波形 V1 的值小于非接触状态 下的波形 V0 的值。电压检测器 DET 将检测到的电压与预定阈值电压 Vth 进行比较， 且当检 测到的电压等于或大于该阈值电压 Vth 时， 确定非接触状态建立 ； 另一方面， 当检测到的电 压小于该阈值电压 Vth 时， 确定接触状态建立。通过这种方式， 实现触摸检测。
(2. 第一实施方式 )
[ 构成例 ]
[ 整体构成例 ]
图 4 说明根据本发明第一实施方式的具有触摸检测功能的显示单元的构成例。该 具有触摸检测功能的显示单元是所谓的内单元型 (in-cell type)， 其中， 液晶元件用作显 示元件， 且利用液晶元件构造而成的液晶显示装置与电容式触摸检测装置被一体化。
具有触摸检测功能的显示单元 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装置 10 以及触摸检测部 40。
控制部 11 为基于外部提供的图像信号 Vdisp 向栅极驱动器 12、 源极驱动器 13、 驱 动电极驱动器 14 和触摸检测部 40 中的每一个提供控制信号的电路， 从而进行控制以使得 这些元件彼此同步运行。
栅极驱动器 12 具有基于控制部 11 提供的控制信号顺次选择一条水平线以用于具 有触摸检测功能的显示装置 10 的显示驱动的功能。具体地， 如后文所述， 栅极驱动器 12 经 由扫描信号线 GCL 施加扫描信号 Vscan 至像素 Pix 的 TFT 元件 Tr 的栅极， 从而顺次选择具 有触摸检测功能的显示装置 10 的液晶显示装置 20 中以矩阵形式形成的像素 Pix 中的一行 ( 一条水平线 )， 作为显示驱动的对象。
源极驱动器 13 是基于控制部 11 提供的控制信号将像素信号 Vpix 提供给具有触摸检测功能的显示装置 10 的每个像素 Pix( 后文会说明 ) 的电路。具体地， 如后文所述， 源 极驱动器 13 经由像素信号线 SGL 向构成由栅极驱动器 12 顺次选择的一条水平线的像素 Pix 中的每一个提供像素信号 Vpix。在这些像素 Pix 中， 根据所提供的像素信号 Vpix 来执 行一条水平线的显示。
驱动电极驱动器 14 是基于控制部 11 提供的控制信号将驱动信号 Vcom 提供给具 有触摸检测功能的显示装置 10 的驱动电极 COML( 后文会说明 ) 的电路。具体地， 驱动电极 驱动器 14 以时分方式将驱动信号 Vcom 顺次施加给驱动电极 COML。触摸检测装置 30 被配 置为基于驱动信号 Vcom 从多个触摸检测电极 TDL( 后文会说明 ) 输出触摸检测信号 Vdet， 并将输出的信号提供给触摸检测部 40。
具有触摸检测功能的显示装置 10 为具有内置触摸检测功能的显示装置。具有触 摸检测功能的显示装置 10 具有液晶显示装置 20 和触摸检测装置 30。如后文所述， 液晶显 示装置 20 是根据栅极驱动器 12 提供的扫描信号 Vscan 来顺次地逐条扫描水平线以进行显 示的装置。触摸检测装置 30 基于上述电容式触摸检测的基本原理运行， 并输出触摸检测信 号 Vdet。如后文所述， 触摸检测装置 30 被配置为根据驱动电极驱动器 14 提供的驱动信号 Vcom 执行顺次扫描， 从而进行触摸检测。 触摸检测部 40 为基于具有触摸检测功能的显示装置 10 的触摸检测装置 30 提供 的触摸检测信号 Vdet 和控制部 11 提供的控制信号来检测触摸检测装置 30 上是否存在触 摸的电路。存在触摸时， 触摸检测部 40 确定其在触摸检测区域内的坐标等， 并输出所确定 的坐标等作为输出信号 Out。
[ 具有触摸检测功能的显示装置 10]
接下来， 详细说明具有触摸检测功能的显示装置 10 的构成例。
图 5 示出了具有触摸检测功能的显示装置 10 的主要部分的截面结构的实例。具 有触摸检测功能的显示装置 10 包括像素基板 2、 被设置为与像素基板 2 相对的对向基板 3 以及插入像素基板 2 和对向基板 3 之间的液晶层 6。
像素基板 2 具有用作电路板的 TFT 基板 21 以及以矩阵形式设置在 TFT 基板 21 上 的多个像素电极 22。尽管未示出， 各像素的薄膜晶体管 (TFT) 和配线 ( 诸如向各像素电极 22 提供像素信号 Vpix 的像素信号线 SGL 以及驱动各 TFT 的扫描信号线 GCL) 形成在 TFT 基 板 21 上。
对向基板 3 具有玻璃基板 31、 形成于该玻璃基板 31 的一个面上的滤色器 32 以及 形成在该滤色器 32 上的驱动电极 COML。例如通过周期性布置红 (R)、 绿 (G) 和蓝 (B) 三色 的滤色层并且三色 R、 G 和 B 为一组对应于一个显示像素来构造滤色器 32。驱动电极 COML 具有作为液晶显示装置 20 的公共驱动电极的功能， 并且还具有作为触摸检测装置 30 的驱 动电极的功能。需要说明的是， 在该实例中， 显示和触摸检测共用驱动电极， 但驱动电极也 可设置为各个独立的元件。 驱动电极 COML 通过未示出的接触传导柱连接至 TFT 基板 21， 且 AC 矩形波形式的驱动信号 Vcom 通过此接触传导柱从 TFT 基板 21 施加至驱动电极 COML。 透 光层 33 形成在玻璃基板 31 的另一面上， 作为触摸检测装置 30 的检测电极的触摸电极 TDL 形成于其上。例如通过使用 ITO( 氧化铟锡 )、 IZO、 SnO 等来构造触摸检测电极 TDL， 且其 为透光性电极。如后文所述， 触摸检测电极 TDL 具有多个开口。透光层 33 例如由绝缘材料 ( 诸如 SiN 和 SiC) 制成， 并且在具有高可视性的波长 550nm 附近， 透光层 33 的折射率 ( 例
如， SiN 中约为 1.75， SiC 中约为 1.6) 处于玻璃基板 31 的折射率 ( 例如， 约为 1.5) 和触摸 检测电极 TDL 的折射率 ( 例如， 约为 1.8) 之间。该透光层 33 被设置作为折射率匹配层， 以 减少玻璃基板 31 和触摸检测电极 TDL 之间的反射。此外， 在该触摸检测电极 TDL 上， 设置 有偏光板 35。
如后文所述， 期望玻璃基板 31 较薄， 以减少依赖于用户观看角度的图像质量的改 变。具体地， 优选厚度为 0.3mm 以下， 更优选厚度为 0.2mm 以下。
液晶层 6 是根据电场状态来调制从其穿过的光的层， 其中， 例如采用任意的各种 液晶模式， 诸如 TN( 扭曲向列 )、 VA( 垂直配向 ) 和 ECB( 电控双折射 )。
需要说明的是， 在液晶层 6 和像素基板 2 之间以及液晶层 6 和对向基板 3 之间设 置有配向膜， 且入射侧偏光板设置在像素基板 2 的底面侧， 但此处省略其说明。
图 6A 和图 6B 示出了液晶显示装置 20 中的像素结构的构成例。 具体地， 图 6A 为电 路图， 图 6B 为平面图。具体地， 液晶显示装置 20 具有以矩阵形式布置的多个像素 Pix。各 像素 Pix 被配置为包括三个子像素 SPix。这三个子像素 SPix 被设置为分别对应于图 5 所 示的滤色器 32 的三色 (RGB)。子像素 SPix 具有 TFT 元件 Tr 和液晶元件 LC。通过使用薄 膜晶体管来构造 TFT 元件 Tr， 在本实例中， 通过使用 n 沟道 MOS( 金属氧化物半导体 )TFT 来 构造 TFT 元件 Tr。TFT 元件 Tr 的源极连接至像素信号线 SGL， 栅极连接至扫描信号线 GCL， 且漏极连接至液晶元件 LC 的一端。对于液晶元件 LC， 一端连接至 TFT 元件 Tr 的漏极， 另一 端连接至驱动电极 COML。
子像素 SPix 通过扫描信号线 GCL 连接至属于液晶显示装置 20 的同一行中的其他 子像素 SPix。扫描信号线 GCL 连接至栅极驱动器 12， 且接收来自栅极驱动器 12 的扫描信 号 Vscan。此外， 子像素 SPix 通过像素信号线 SGL 连接至属于液晶显示装置 20 的同一列中 的其他子像素 SPix。像素信号线 SGL 连接至源极驱动器 13， 且接收来自源极驱动器 13 的 像素信号 Vpix。
而且， 子像素 SPix 通过驱动电极 COML 连接至属于液晶显示装置 20 的同一行中的 其他子像素 SPix。驱动电极 COML 连接至驱动电极驱动器 14， 且接收来自驱动电极驱动器 14 的驱动信号 Vcom。
像素信号线 SGL 和扫描信号线 GCL 被设置在彼此相邻的子像素 SPix 之间的边界 上， 如图 6B 所示。具体地， 像素信号线 SGL 被设置在彼此横向相邻的子像素 SPix 之间的边 界上， 且扫描信号线 GCL 被设置在彼此纵向相邻的子像素 SPix 之间的边界上。像素信号线 SGL 和扫描信号线 GCL 例如由铝、 铝合金、 钼、 钛等制成的单层或多层膜形成。 这防止光穿过 设置有像素信号线 SGL 和扫描信号线 GCL 的部分。
得益于这种配置， 在液晶显示装置 20 中， 栅极驱动器 12 驱动扫描信号线 GCL， 以通 过时分方式进行线顺次扫描， 由此顺次选择一条水平线， 并且属于所选择的一条水平线的 像素 Pix 被提供来自源极驱动器 13 的像素信号 Vpix， 从而对每一条水平线执行显示。
图 7 以斜视方式示出了触摸检测装置 30 的构成例。触摸检测装置 30 被配置为包 括设置在对向基板 3 中的驱动电极 COML 和触摸检测电极 TDL。驱动电极 COML 被分区成沿 图中横向方向延伸的条形电极图案。在进行触摸检测操作时， 从驱动电极驱动器 14 向各电 极图案顺次施加驱动信号 Vcom， 且通过时分方式进行顺次扫描驱动。触摸检测电极 TDL 被 配置为具有沿与驱动电极 COML 的电极图案的延伸方向正交的方向延伸的电极图案。如后文所述， 各触摸检测电极 TDL 均具有包括条形电极部分的电极图案， 以降低触摸检测电极 TDL 的透光率对亮度的影响。如后文所述， 虚拟电极 37( 未示出 ) 被设置在触摸检测电极 TDL 之间 ( 检测电极间的区域中 )。触摸检测电极 TDL 的各电极图案连接至触摸检测部 40。 通过驱动电极 COML 和触摸检测电极 TDL 彼此交叉的电极图案在交叉点处形成电容。
通过该配置， 在触摸检测装置 30 中， 以下述方式执行触摸检测 ： 驱动电极驱动器 14 施加驱动信号 Vcom 至驱动电极 COML， 从而从触摸检测电极 TDL 输出驱动检测信号 Vdet。 换句话说， 驱动电极 COML 对应于图 1 到图 3 所示的触摸检测基本原理中的驱动电极 E1， 触 摸检测电极 TDL 对应于该基本原理中的触摸检测电极 E2， 且该触摸检测装置 30 被配置为根 据该基本原理检测触摸。如图 7 所示， 彼此交叉的电极图案形成矩阵形式的电容式触摸传 感器。因此， 通过对触摸检测装置 30 的触摸检测表面进行扫描， 也可以检测发生了外部靠 近物体的触摸或靠近的位置。
图 8 示出了触摸检测电极 TDL 的构成例。该触摸检测电极 TDL 形成为对应于像素 Pix。 具体地， 触摸检测电极 TDL 具有条形电极部分 L1， 条形电极部分 L1 形成在设置有像素 Pix 的显示区域 Sd 中的与图 6A 和图 6B 所示的像素信号线 SGL 对应的部分上。条形电极部 分 L1 通过形成在与扫描信号线 GCL 对应的位置处的连接部分 LC1 彼此连接。在该实例中， 连接部分 LC1 在与扫描信号线 GCL 对应的位置中的两个部位连接相邻的条形电极部分 L1， 尽管未示出， 连接部分 LC1 与扫描信号线 GCL 重叠。换句话说， 条形电极部分 L1 和连接部 分 LC1 均设置在与不允许光从其穿过的部分 ( 像素信号线 SGL 和扫描信号线 GCL) 对应的 位置处。触摸检测电极 TDL 的条形电极部分 L1 设置有在显示区域 Sd 外的边缘区域 Sf 中 彼此连接的图案， 且连接至触摸检测部 40。 在彼此相邻的触摸检测电极 TDL 之间的区域 ( 检测电极间的区域 Rd) 中， 形成有 多个虚拟电极 37。通过使用 ITO， 虚拟电极 37 被配置为类似触摸检测电极 TDL。虚拟电极 37 也形成为对应于像素 Pix。具体地， 虚拟电极 37 形成在与像素信号线 SGL 和扫描信号线 GCL 对应的位置处， 在该实例中， 如图 8 所示， 设置为围绕绿色 (G) 和蓝色 (B) 的子像素。因 此， 检测电极间的区域 Rd 中的虚拟电极 37 的电极图案类似于触摸检测电极 TDL( 条形电极 部分 L1 和连接部分 LC1) 中的电极图案。通过以这种方式配置虚拟电极 37， 这些区域的透 光率和反射率可具有相近的值， 并且可以难以从外面看到该触摸检测电极 TDL。此外， 各虚 拟电极 37 不与其他部分电连接， 且处于浮置状态。
此处， 子像素 SPix 对应于根据本发明的实施方式的 “显示元件” 的具体实例。像 素信号线 SGL 对应于根据本发明的实施方式的 “信号线” 的具体实例。扫描信号线 GCL 对 应于根据本发明的实施方式的 “选择线” 的具体实例。像素 Pix 对应于根据本发明的实施 方式的 “显示像素” 的具体实例。
[ 操作与效果 ]
以下， 将说明本实施方式中具有触摸检测功能的显示单元 1 的操作和效果。
[ 总体构成简述 ]
控制部 11 基于外部提供的图像信号 Vdisp 向栅极驱动器 12、 源极驱动器 13、 驱动 电极驱动器 14 和触摸检测部 40 中的每一个提供控制信号， 以进行控制， 使得这些元件彼此 同步运行。 栅极驱动器 12 提供扫描信号 Vscan 至液晶显示装置 20， 以顺次选择一条水平线 用于显示驱动。源极驱动器 13 提供像素信号 Vpix 至构成由栅极驱动器 12 所选择的一条
水平线的各像素 Pix。驱动电极驱动器 14 顺次施加驱动信号 Vcom 至驱动电极 COML。具有 触摸检测功能的显示装置 10 进行显示操作， 并且还基于驱动信号 Vcom 进行触摸检测操作， 从而从触摸检测电极 TDL 输出触摸检测信号 Vdet。触摸检测部 40 确定在触摸检测装置 30 上是否存在触摸以及触摸的坐标， 并输出结果作为输出信号 Out。
[ 触摸检测电极 TDL]
在具有触摸检测功能的显示单元 1 中， 触摸检测电极 TDL 和虚拟电极 37 形成为对 应于像素 Pix。 这可以减少由于触摸检测电极 TDL 和虚拟电极 37 的透光率引起的亮度降低 和色度偏移。细节将在下文说明。
如图 8 所示， 触摸检测电极 TDL 和虚拟电极 37 被设置在显示区域 Sd 中的与图 6A 和图 6B 所示的像素信号线 SGL 和扫描信号线 GCL 对应的部分上。换句话说， 这些电极被设 置在与最初不允许光从其穿过的部分对应的位置处。因此， 绝大部分来自子像素 SPix 的光 未穿过触摸检测电极 TDL 和虚拟电极 37。一般而言， 即便触摸检测电极 TDL 和虚拟电极 37 通过使用诸如 ITO 的透光性材料形成， 进入电极的光也会根据透射率而被减弱至一定程度 并被发射。具体地， 在这些电极中， 例如， 当增加膜厚以降低电极电阻或者在制造加工中结 晶化不充分时， 透光率降低。如果此类电极形成在子像素 SPix 上， 则子像素 SPix 的亮度下 降。在具有触摸检测功能的显示单元 1 中， 触摸检测电极 TDL 和虚拟电极 37 被设置在与最 初不允许光从其穿过的部分对应的位置处， 如图 8 所示， 因此， 可减少由这些电极引起的亮 度降低的情况。 而且， 触摸检测电极 TDL 和虚拟电极 37 形成为具有在各子像素 SPix 周围彼此类 似的电极图案。换句话说， 触摸检测电极 TDL 和虚拟电极 37 不是显著的大量地或显著的小 量地形成在某子像素 SPix 周围。通过这种方式， 这些电极没有局部的非均匀分布， 因此， 不 会出现由于这些电极的透光率而引起仅某种色调的子像素 SPix 的亮度降低的情况， 因此， 可降低色度在像素 Pix 中发生偏移的可能性。
而且， 触摸检测电极 TDL 和虚拟电极 37 的电极图案形成为对应于子像素 SPix， 如 图 8 所示。因此， 即使触摸检测电极 TDL 和虚拟电极 37 整体地形成在稍微偏离子像素 SPix 的位置， 该偏离的影响对于所有子像素 SPix 的影响是一样的。例如， 在图 8 中， 若触摸检测 电极 TDL 和虚拟电极 37 形成在横向上稍微偏离子像素 SPix 的位置， 则这些电极稍微偏离 所有的子像素 SPix， 并且不会出现例如这样的情况 ： 触摸检测电极 TDL 仅在很大程度上重 叠某种颜色的子像素 SPix。换句话说， 可降低制造误差导致的色度偏移。
此外， 在具有触摸检测功能的显示单元 1 中， 玻璃基板 31 较薄。当用户观看显示 单元的显示面时， 像素 Pix 和触摸检测电极 TDL 之间的相对位置关系随视角而变。具体地， 如果玻璃基板 31 很厚， 该相对位置关系的变化量就变大， 并且例如， 图 8 所示的触摸检测电 极 TDL 的条形电极部分 L1 会在很大程度上覆盖所有的子像素 SPix， 增加了整体亮度降低 或出现色度偏移的可能性。另一方面， 在具有触摸检测功能的显示单元 1 中， 玻璃基板 1 较 薄， 因此可以减少像素 Pix 和触摸检测电极 TDL 之间的相对位置关系随视角的变化， 从而抑 制图像质量的改变。
此外， 如图 8 所示， 在触摸检测电极 TDL 中， 条形电极部分 L1 通过连接部分 LC1 彼 此相连。
以这种方式设置连接部分 LC1， 可降低触摸检测电极 TDL 的电极电阻。 在具有触摸
检测功能的显示单元 1 中， 对应于外部靠近物体存在与否的触摸检测信号 Vdet 可通过触摸 检测电极 TDL 发送， 并输入触摸检测部 40。因此， 期望该触摸检测电极 TDL 的电极电阻低。 换句话说， 例如， 当触摸检测电极 TDL 的电极电阻高时， 触摸检测信号 Vdet 在通过触摸检测 电极 TDL 传送时可能会被减弱。在触摸检测电极 TDL 中， 设置了连接部分 LC1， 因此可降低 触摸检测电极 TDL 的电极电阻， 并且例如可减少触摸检测信号 Vdet 的变化。
[ 效果 ]
如上所述， 在本发明实施方式中， 触摸检测电极和虚拟电极的电极图案形成为对 应于子像素， 因此可为每个子像素形成相似的电极图案， 从而降低色度偏移。
此外， 在本实施方式中， 触摸检测电极和虚拟电极的电极图案形成在与像素信号 线和扫描信号线对应的位置处， 因此可弱化触摸检测电极的透光率的影响， 并减少亮度的 降低。
此外， 在本实施方式中， 玻璃基板 31 很薄， 因此可抑制依赖于用户观看角度的图 像质量的变化。
而且， 在本实施方式中， 触摸检测电极中设置有连接部分， 因此可降低触摸检测电 极的电极电阻。 [ 变形例 1-1]
在上述实施方式中， 连接部分 LC1 在两个部位连接相邻的条形电极部分 L1， 但不 限于此， 可替换地， 如图 9 所示， 可在一个部位建立连接。在根据本变形例的具有触摸检测 功能的显示单元中， 该连接部分 ( 连接部分 LC1B) 可被设置为与扫描信号线 GCL 重叠， 与上 述实施方式相比， 可减少由触摸检测电极引起的亮度降低。
[ 变形例 1-2]
在上述实施方式中， 设置连接部分 LC1， 但这并非提出限制， 相反地， 该连接部分可 被省略， 例如如图 10 所示。在这种情况下， 图中的横向方向上的电极部分在检测电极间的 区域 Rd 中也可被省略， 以使得检测电极间的区域 Rd 和触摸检测电极 TDLC 的电极图案彼此 相似。而且， 通过连接在图 10 中的垂直方向上彼此相邻的图 10 所示的虚拟电极 37C， 虚拟 电极被配置为如图 11 所示的垂直方向上的长电极 ( 虚拟电极 37D)。这使得可以提供检测 电极间的区域 Rd 和触摸检测电极 TDLC 的更相似的电极图案， 且触摸检测电极 TDLC 可以难 以从外面看到。
(3. 第二实施方式 )
接下来， 说明根据本发明第二实施方式的具有触摸检测功能的显示单元 5。 在本实 施方式中， 在与红 (R)、 绿 (G) 和蓝 (B) 三色中的对于触摸检测电极和虚拟电极来说透光率 最高的颜色的子像素对应的位置处设置这些电极。换句话说， 通过使用具有这样的触摸检 测功能的显示装置 50 来构造具有触摸检测功能的显示单元 5。 其他结构与上述第一实施方 式中的结构 ( 图 4 等 ) 相同。需要说明的是， 与第一实施方式中的具有触摸检测功能的显 示单元 1 的元件实质上相同的元件使用与第一实施方式中同样的参考标号， 且适当省略其 说明。
图 12 示出了根据具有触摸检测功能的显示单元 5 的触摸检测电极 TDL2 的构成 例。该触摸检测电极 TDL2 形成在与红色 (R) 子像素 Spix 对应的位置处， 并且宽度对应于 该子像素 SPix 的宽度。形成在与红色 (R) 子像素 Spix 对应的位置处的触摸检测电极 TDL2
的电极部分通过形成在与扫描信号线 GCL 对应的位置处的连接部分 LC2 彼此相连， 类似于 根据上述第一实施方式的触摸检测电极 TDL( 图 8)。
在检测电极间的区域 Rd 中形成多个虚拟电极 38， 类似于根据上述第一实施方式 的触摸检测电极 TDL( 图 8)。虚拟电极 38 形成在与红色 (R) 子像素 Spix 对应的位置处， 且 触摸检测电极 TDL2 和检测电极间的区域 Rd 具有类似的电极图案。
图 13 示出了不同膜厚的各 ITO 电极的透光率。水平轴表示光的波长， 垂直轴表 示透光率。在该实例中， 膜厚使用表面电阻 Rs 表示。换句话说， 表面电阻 Rs 最小的膜厚 ( 表面电阻 Rs ＝ 100[Ω/ □ ]) 代表最大的膜厚， 表面电阻 Rs 最大的膜厚 ( 表面电阻 Rs ＝ 1000[Ω/ □ ]) 代表最小的膜厚。如图 13 所示， 膜厚越大 ( 表面电阻 Rs 越小 )， 透射率的 波长相关性就越明显。具体地， 在红 (R， 580 到 780[nm])、 绿 (G， 500 到 600[nm]) 和蓝 (B， 400 到 530[nm]) 三色中的红色 (R) 的波长范围中， ITO 电极的透射率最高。
在具有触摸检测功能的显示单元 5 中， 触摸检测电极 TDL2 和虚拟电极 38 仅形成 在与红色 (R) 子像素 SPix 对应的位置处， 其中， 红色对于 ITO 电极来说是透射率最高的颜 色。换句话说， 只有具有最高透射率的红色 (R) 光在触摸检测电极 TDL2 和虚拟电极 38 中 被弱化， 绿色 (G) 和蓝色 (B) 光未穿过这些电极而被输出， 从而可减少由触摸检测电极 TDL2 和虚拟电极 38 引起的亮度降低。
而且， 在具有触摸检测功能的显示单元 5 中， 触摸检测电极 TDL2 的各条形电极部 分 L2 形成为具有与子像素 SPix 的宽度对应的宽度， 因而与根据上述第一实施方式的具有 触摸检测功能的显示单元 1 相比， 可降低电极电阻。
[ITO 电极图案之间的特性比较 ]
在具有触摸检测功能的显示单元 5 中， ITO 电极仅设置在与红色 (R) 子像素 SPix 对应的位置处， 但可以设想各种其他类型的 ITO 电极图案。因此， 使用一种以上的 ITO 电极 图案来对用作显示单元的特性进行模拟。细节将在下文说明。
图 14A 到图 14E 示意性示出了进行模拟的各 ITO 电极的电极图案。图 14A 示出了 ITO 电极形成为覆盖红色 (R)、 绿色 (G) 和蓝色 (B) 三色的所有子像素 SPix 的情况 ( 图案 PRGB)。图 14B 到图 14D 示出了 ITO 电极仅形成在分别与红色 (R) 子像素 SPix、 绿色 (G) 子 像素 SPix 和蓝色 (B) 子像素 SPix 对应的位置处的情况 ( 图案 PR、 图案 PG 和图案 PB)。图 14E 示出了 ITO 电极仅形成在与红色 (R) 和绿色 (G) 子像素 SPix 对应的位置处的情况 ( 图 案 PRG)。
图 15 示出了在图 14A 到图 14E 所示的五种电极图案中当 ITO 电极的膜厚变化时 W 色度的模拟结果。如图 15 所示， W 色度改变， 使得 ITO 电极的膜厚 t 越大， W 色度离白色 (P0) 附近越远。例如， 随着膜厚 t 变大， 图案 PRGB 和图案 PB 中的每一个的 W 色度在 x 和 y 均增加的方向 ( 即， 朝向黄色 ) 上偏移很大。另一方面， 随着膜厚 t 变大， 图案 PR 的 W 色 度在 x 减小的方向 ( 即， 朝向蓝色光 ) 上稍微偏移。换句话说， 这表明如果 ITO 电极仅形成 在与红色 (R) 子像素 SPix 对应的位置处， 则可最大程度地抑制色度的偏移， 如图 14B 所示 ( 即图案 PR)。
图 16 示出了在图 14A 到图 14E 所示的五种电极图案中 ITO 电极膜厚变化时透射 率的模拟结果。水平轴代表 ITO 单层透射率， 并表示 ITO 单层透射率越高， 电极的膜厚 t 就 越小 ； ITO 单层透射率越低， 电极的膜厚 t 就越大。垂直轴代表透射率， 且示出在未设置 ITO电极的情况下， 其值假定为 100％。如图 16 所示， 膜厚 t 越大 (ITO 单层透射率越低 )， 透射 率就越低。此时， 在图案 PR 和图案 PB 中的每一个中， 透射率的变化很小。具体地， 图案 PR 中透射率的变化很小， 这是因为红色 (R) 的透光率高于其他颜色的透光率 ( 如图 13 所示 )， 而且， 人眼对这种颜色的可视性也较差。
以上已参照图 15 和图 16 对用作显示单元的光学特性进行了说明。然而， 从触摸 检测装置的观点来看， ITO 电极的电极电阻也是一个重要的参数。因此， 对于具有不同电极 宽度的两种图案， 可以模拟电极电阻和透射率之间的关系。
图 17 示出了在图案 PR 和图案 PRG 中的每一个中透射率的电极电阻相关性。水平 轴表示电极电阻， 垂直轴表示透光率。如图 17 所示， 即使电极电阻相同， 图 14B 所示的图案 PR 的透射率也可实现高于图 14E 所示的图案 PRG 的透射率的透射率。换句话说， 在图案 PR 中， 通过使其膜厚 t 大于图案 PRG 的膜厚， 让其电极电阻等于图案 PRG 的电极电阻， 也可以 实现更高的透射率。
如上所述， 在本实施方式中， 触摸检测电极和虚拟电极的电极图案形成在与红色 子像素对应的位置处， 从而可减少亮度降低和色度偏移。
此外， 在本实施方式中， 触摸检测电极和虚拟电极的电极图案均形成为宽度与子 像素的宽度对应， 因此， 与第一实施方式中的具有触摸检测功能的显示单元 1 相比， 可减小 电极电阻。
而且， 在本实施方式中， 触摸检测电极的电极图案形成在与红色子像素对应的位 置处， 以具有与该子像素的宽度对应的宽度， 因此可在降低电极电阻的同时实现高透射率。
其他效果与第一实施方式中的效果相同。
[ 变形例 2-1]
在上述实施方式中， 连接部分 LC2 在两个部位处连接相邻的条形电极部分 L2， 但 并不限于这种情况， 且可在一个部位建立连接， 类似于第一实施方式的变形例。
[ 变形例 2-2]
在上述实施方式中， 设置连接部分 LC2， 但这并非提出限制， 相反， 该连接部分可被 省略， 例如如图 18 所示。在这种情况下， 为了使触摸检测电极 TDL2B 和检测电极间的区域 Rd 具有类似的电极图案， 图 12 所示的虚拟电极 38 的横向上的电极部分也被省略， 以便在检 测电极间的区域 Rd 配置虚拟电极 38B。此外， 通过连接图 18 所示的、 在图中的垂直方向上 彼此相邻的虚拟电极 38B， 该虚拟电极例如可被配置为沿垂直方向的长电极， 类似于第一实 施方式的变形例。
(4. 第三实施方式 )
现在， 将说明根据本发明第三实施方式的具有触摸检测功能的显示单元 7。 在本实 施方式中， 触摸检测电极和虚拟电极均被形成为具有对应于超过一个子像素 Spix 的宽度， 且开口形成在与这些电极中的红 (R)、 绿 (G) 和蓝 (G) 三色中透光率最低的颜色的子像素 SPix 对应的位置处。 换句话说， 使用具有这种触摸检测功能的显示装置 70 来构造具有触摸 检测功能的显示单元 7。其他结构与第一实施方式中的结构 ( 图 4 等 ) 相同。需要说明的 是， 与第一实施方式中的具有触摸检测功能的显示单元 1 的元件实质上相同的元件使用与 第一实施方式中同样的参考标号， 且适当省略其说明。
图 19 示出了根据具有触摸检测功能的显示单元 7 的触摸检测电极 TDL3 的构成例。触摸检测电极 TDL3 被形成为具有对应于多于一个子像素 SPix 的宽度， 且在显示区域 Sd 中形成了多个开口 36( 开口 36A 和 36B)。这些开口形成为对应于像素 Pix。具体地， 开 口 36A 形成在与蓝色 (B) 子像素 Spix 对应的位置处， 开口 36B 位于与像素 Pix 的在该图中 垂直方向上的边界对应的位置处。通过这种方式， 为每个像素 Pix 形成这些开口 36。
多个虚拟电极 39 形成在检测电极间的区域 Rd 中。虚拟电极 39 也形成为对应于 像素 Pix。具体地， 在图 19 中， 虚拟电极 39 被设置为使得该图中横向方向上相邻的虚拟电 极 39 之间的间隙对应于像素 Pix 中的蓝色 (B) 子像素 Spix。而且， 虚拟电极 39 被设置为 使得该图中垂直方向上相邻的虚拟电极 39 之间的间隙对应于像素 Pix 之间的边界。因此， 触摸检测电极 TDL3 的电极图案和检测电极间的区域 Rd 的电极图案彼此相似。
在具有触摸检测功能的显示单元 7 中， 触摸检测电极 TDL3 中的开口 36A 和图 19 中横向方向上相邻的虚拟电极 39 之间的间隙位于与蓝色 (B) 子像素 Spix 对应的位置处。 如图 13 所示， 这对应于以下情况 ： 触摸检测电极 TDL3 和虚拟电极 39(ITO 电极 ) 的透光率 在红色 (R)、 绿色 (G) 和蓝色 (B) 中的蓝色 (B) 中最低。换句话说， 通过将蓝色 (B) 子像素 Spix 设置在开口 36A 和虚拟电极 39 之间的间隙的位置处， 可以抑制蓝色光在这些电极中的 减弱。 图 19 所示的电极图案对应于以下情况 ： 开口 36 被设置在图 14A 所示的图案 PRGB 中。如图 15 所示， 随着 ITO 电极的膜厚 t 的增加， 该图案 PRGB 的 W 色度朝黄色偏移。这表 明， 蓝色 (B) 光比其他两种颜色弱。因此， 通过在与图 19 所示的蓝色 (B) 子像素 SPix 对应 的部分上设置开口 36A， 可抑制 ITO 电极引起的蓝色 (B) 光的减弱以及图 15 示出的如图案 PRGB 所示的色度偏移。
此外， 在具有触摸检测功能的显示单元 7 中， 开口 36A 和横向上相邻的虚拟电极 39 之间的间隙被形成为位于蓝色 (B) 子像素 SPix 的宽度的中心附近。因此， 即使因为制造误 差造成触摸检测电极 TDL3 和虚拟电极 39 整体上被形成在稍微偏离子像素 Spix 的位置处， 只要开口 36A 形成在蓝色 (B) 子像素 Spix 上， 依然可降低上述色度偏移。换句话说， 可降 低制造误差导致的色度偏移。
如上所述， 在本实施方式中， 触摸检测电极 TDL3 的开口 36A 形成在与蓝色子像素 对应的位置处， 可降低色度偏移。其他效果与前述第一和第二实施方式相同。
(5. 应用例 )
接下来， 参考图 20 到图 24G， 说明上述各实施方式和变形例中具有触摸检测功能 的显示单元的应用例。 上述各实施方式等中的具有触摸检测功能的显示单元可被应用至所 有领域中的电子装置， 诸如电视机、 数码相机、 笔记本电脑、 手机等便携式终端装置以及摄 像机。换句话说， 可将上述各实施方式等中的具有触摸检测功能的显示单元应用至所有领 域中的将外部输入的视频信号或内部生成的视频信号显示为静止或运动的图像的电子装 置。
[ 应用例 1]
图 20 示出了电视机的外观图， 该电视机应用了上述任一实施方式等中的具有触 摸检测功能的显示单元。该电视机例如具有视频显示屏部 510， 其包括前面板 511 和滤色 镜 512， 且该视频显示屏部 510 被配置为使用根据上述任一实施方式等的具有触摸检测功 能的显示单元。
[ 应用例 2]
图 21A 和图 21B 示出了数码相机的外观图， 该数码相机应用了上述任一实施方式 等中的具有触摸检测功能的显示单元。该数码相机例如包括闪光部 521、 显示部 522、 菜单 开关 523 和快门开关 524， 且该显示部 522 被配置为使用根据上述任一实施方式等的具有触 摸检测功能的显示单元。
[ 应用例 3]
图 22 示出了笔记本电脑的外观图， 该笔记本电脑应用了上述任一实施方式等中 的具有触摸检测功能的显示单元。 该笔记本电脑例如包括主体部 531、 用于输入字符等的键 盘 532 以及显示图像的显示部 533， 且该显示部 533 被配置为使用根据上述任一实施方式等 的具有触摸检测功能的显示单元。
[ 应用例 4]
图 23 示出了摄像机的外观图， 该摄像机应用了上述任一实施方式等中的具有触 摸检测功能的显示单元。该摄像机例如包括主体部 541、 设置在该主体部 541 的前面以拍 摄对象的图像的透镜 542、 摄影时使用的开始 / 结束开关 543 以及显示部 544， 且该显示部 544 被配置为使用根据上述任一实施方式等的具有触摸检测功能的显示单元。 [ 应用例 5]
图 24A 到图 24G 示出了手机的外观图， 该手机应用了上述任一实施方式等中的具 有触摸检测功能的显示单元。该手机例如为上壳 710 和底壳 720 通过连接部 ( 铰合部 )730 连接的装置， 且包括显示屏 740、 副显示屏 750、 闪光灯 760 和相机 770。该显示屏 740 或副 显示屏 750 被配置为使用根据上述任一实施方式等的具有触摸检测功能的显示单元。
已通过使用一些实施方式、 变形例以及应用至电子装置的实例说明了本技术， 但 本技术并不限于这些实施方式等， 且可进行各种变化。
例如， 在上述各实施方式等中， 透光层 33 形成在玻璃基板 31 和触摸检测电极 TDL 之间， 但并不限于此实例， 可替代地， 也可形成在触摸检测电极上。
例如， 在上述各实施方式等中， 设置了透光层 33， 但并不限于此， 可替代地， 透光层 33 可被省略。
例如， 在上述各实施方式等中， 虚拟电极被设置在检测电极间的区域 Rd 中， 但并 不限于此， 可替代地， 也可不设置虚拟电极。
例如， 在上述各实施方式等中， 通过一体化液晶显示装置 20( 使用诸如 TN、 VA 和 ECB 的任意各种模式的液晶 ) 和触摸检测装置 30 来构造具有触摸检测功能的显示装置 10。 然而， 可替代地， 采用诸如液晶 FFS( 边缘场切换 ) 或 IPS( 面内切换 ) 的横向电场模式的液 晶的液晶显示装置可与触摸检测装置一体化。 例如， 当使用横向电场模式的液晶时， 具有触 摸检测功能的显示装置 90 可被构造为如图 25 所示。该图表示具有触摸检测功能的显示装 置 90 的主要部分的截面结构的实例， 并示出了液晶层 6B 插入在像素基板 2B 和对向基板 3B 之间的状态。其他部分的名称和功能与图 5 中的情况相同， 因此省略其说明。在此实例中， 与图 5 的情况不同的是， 既用于显示又用于触摸检测的驱动电极 COML 形成在 TFT 基板 21 的正上方， 且形成为像素基板 2B 的一部分。像素电极 22 被设置在驱动电极 COML 的上方， 绝缘层 23 位于其间。在这种情况下， 驱动电极 COML 和触摸检测电极 TDL 之间的包括液晶 层 6B 的所有电介质有助于形成电容元件 C1。
本 公 开 包 含 与 2010 年 8 月 19 日 向 日 本 专 利 局 提 交 的 日 本 在 先 专 利 申 请 JP2010-184304 相关的主题， 其全部内容结合于此作为参考。
本领域技术人员应理解， 根据设计要求和其他因素， 可进行各种修改、 组合、 子组 合以及改变， 这均在所附权利要求或其等价物的范围内。