CN101086565B - 显示装置和控制触摸检测单元的方法 - Google Patents

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Abstract

一种显示装置包括显示板、配置在显示板上的多个像素、配置在显示板上且基于显示板的触摸生成传感信号的多个传感单元、接收传感信号并执行预定信号处理以生成传感数据的传感信号处理器、和触摸检测单元。触摸检测单元可包括第一控制器，第一控制器基于来自传感信号处理的传感数据确定是否传感单元发生了触摸和传感信号是否在适当的范围内。触摸检测单元还可包括第二控制器，第二控制器基于传感数据确定传感单元上触摸的发生和触摸的位置并控制传感信号处于期望的范围内。

Description

显示装置和控制触摸检测单元的方法
本申请要求于2006年2月24日向韩国知识产权局提交的申请号为No.10-2006-0018088的韩国专利申请为其优先权，其全部内容并入本申请作为参考。
技术领域
本发明涉及一种显示装置和控制其触摸检测单元的方法。
背景技术
传统的液晶显示(LCD)装置包括两个分别具有像素电极和公共电极的显示板和夹在两个显示板之间的具有各向异性的电介质的液晶层。像素电极排列成矩阵且连接到如薄膜晶体管(TFT)的相应开关元件，这些薄膜晶体管被顺序地施加数据电压。公共电极暴露在显示板的整个表面且被施加公共电压。夹在像素电极和公共电极之间的液晶层构成了液晶电容器。液晶电容器与连接到其上的开关元件一起作为像素的基本单元。
在这样的液晶显示装置中，电压被施加到两个电极以在液晶层中生成电场。调节电场的强度以控制穿过该液晶层的光的透射率，以便于获得一个理想的图像。为了阻止由长时间在一个方向向液晶层施加电场引起的液晶层的损坏，对于每一帧、行或像素反转相对于公共电压的数据电压的极性。
触摸屏面板附在液晶显示装置上以检测用户手指、触摸笔或触针的触摸(或接触)和触摸的位置以便于写出或绘出字符或图像，或检测到图标的触摸以使得如计算机的机器执行期望的命令。然而，因为触摸屏面板和将触摸屏面板附加到液晶显示装置的附加过程的成本，这样的构造成本高。这样的构造还导致液晶面板亮度下降且增加了液晶显示装置的厚度。
由构建在液晶显示装置的显示区域内的薄膜晶体管或不同电容器构成的传感单元可用于替代触摸屏面板。传感单元检测屏幕上光或压力的变化以检测屏幕上用户手指等的触摸和触摸的位置。
然而，来自构建在液晶显示装置中的传感单元的信号必须被处理以确定是否发生了触摸和在选择单元上触摸的位置，以调整驱动电压使得传感信号(其随液晶显示装置面板或周围环境的变化而改变)的电平处于期望的范围。在该情形中，使用如高级RISC机器(ARM)的处理器。不幸的是，当访问存储器或生成驱动时钟信号时这样的过程将消耗大量能量。
发明内容
此处公开的控制触摸检测单元的显示装置和方法的各种实施例可有利地降低与传感单元运行相关的能耗。
本发明的一个实施例提供了一种显示装置，其包括：显示板；配置在显示板上的多个像素；配置在显示板上并基于显示板的触摸而生成传感信号的多个传感单元；接收传感信号并执行预定信号处理以生成传感数据的传感信号处理器；以及具有第一控制器和第二控制器的触摸检测单元，第一控制器基于来自传感信号处理的传感数据确定传感单元是否发生了触摸和传感信号是否在期望的范围内，第二控制器基于传感数据确定传感单元上触摸的发生和触摸的位置并控制传感信号处于期望的范围内。
在本发明的上述实施例中，第二控制器是ARM(高级RISC机器)。
第一控制器由硬件有线逻辑构成。
第一控制器可包括数据分类单元、存储器、触摸状态检测单元和稳定状态单元，该数据分类单元将传感数据分类为垂直传感信号和水平传感信号，存储器存储被分类的垂直传感信号和水平传感信号的数据，触摸状态检测单元基于来自存储器的垂直传感信号检测传感单元的触摸发生，稳定状态单元基于来自存储器的传感信号确定传感信号是否处于期望的范围。
触摸检测单元还包括存储多个标志的值的寄存器。
多个标志包括存储器状态标志、唤醒标志、不稳定状态标志和触摸状态标志，存储器状态标志表示所有的水平传感信号和垂直传感信号都存储在存储器中，唤醒标志控制第二控制器的运行，不稳定状态标志表示传感信号是否处于期望的范围内，触摸状态标志表示传感单元是否被触摸。
当依据检测被触摸状态的结果确定传感单元处于被触摸状态或当稳定状态单元确定传感信号没有处于期望范围内时，唤醒标志具有一个激活的值。
当唤醒标志处于被激活的状态时，对第二控制器施加电力以基于传感数据确定传感单元上触摸的发生和触摸位置并控制传感信号处于期望的范围。
当稳定状态单元确定传感信号没有处于期望的范围内时，不稳定状态标志具有该激活的状态值。
在触摸检测单元被施加使能信号并被提供电力时，不稳定状态标志的值具有该激活状态的值。
当确定传感单元被触摸时，触摸状态标志具有该激活状态的值。
当数据分类单元存储所有水平数据和垂直数据在存储器中时，存储器状态标志具有该激活的状态值。
触摸检测单元还包括一个接口，该接口可为SPI(串行外围接口)。
每个传感单元可包括其电容随外部压力而变化的可变电容器和具有预定电容值的参考电容器。
本发明的另一实施例提供了一种基于显示板的触摸而控制触摸检测单元的方法，触摸检测单元具有第一控制器和第二控制器以基于来自多个传感单元的传感信号确定触摸发生和触摸位置，该方法包括：确定是否施加外部使能信号的初始化步骤，并当施加使能信号时，提供电力以初始化运行；在第一控制器中，分类传感信号、将被分类的传感信号存储在存储器中、基于传感信号确定传感单元是否被触摸和传感信号是否处于期望的范围内并设置唤醒标志处于激活状态的控制步骤；以及在第二控制器中，当唤醒标志的值处于激活状态时，执行初始化操作使得传感信号处于期望的范围内和确定传感单元的触摸发生以及触摸位置的操作的控制步骤。
在本发明的上述实施例中，初始化步骤还包括设置唤醒标志和不稳定状态标志的值处于激活状态，以使得第二控制器执行稳定的运行。
第一控制器中的控制步骤包括：将传感信号分为垂直传感信号和水平传感信号，在存储器中存储被分类的垂直传感信号和水平传感信号，并当完成存储时，改变存储器状态标志的值为激活状态；当唤醒标志处于激活状态时，允许第二控制器运行；当唤醒标志不处于激活状态时，确定传感信号是否处于期望的范围；当传感信号处于期望的范围时，确定传感单元是否被触摸；当传感单元没有被触摸时，执行分类传感信号的操作；当传感单元被触摸时，改变唤醒标志和触摸状态标志为激活状态；以及当传感信号不在期望的范围时，改变唤醒标志和触摸状态标志为激活状态。
第二控制器中的控制步骤包括：确定存储器状态标志是否处于激活状态；当存储器状态标志处于激活状态时，确定不稳定状态标志是否处于激活状态；当不稳定状态标志处于激活状态时，设置存储器状态标志处于不激活状态；确定传感信号是否处于期望的范围，并当传感信号处于期望的范围时，输出控制信号以改变传感信号的电平；当传感信号处于期望范围时，设置唤醒标志为不激活状态并关闭电源；当不稳定状态标志处于不激活状态时，确定触摸状态标志是否处于激活状态；当触摸状态标志处于不激活状态时，设置唤醒标志处于不激活状态并关闭电源；当触摸状态标志处于激活状态时，确定传感单元的触摸发生和触摸位置并产生触摸信息；当传感单元被触摸时，确定存储器状态标志是否处于激活状态；以及当没有触摸传感单元时，设置唤醒标志处于不激活状态并关闭电源。
附图说明
参照附图详细说明本发明的实施例以帮助理解与本发明各种实施例相关的各种优点。
图1是示出依据本发明实施例的液晶显示装置及其像素的方框图。
图2是依据本发明实施例的液晶显示装置的一个像素的等效电路图。
图3是示出依据本发明实施例的液晶显示装置及其传感单元的方框图。
图4是依据本发明实施例的液晶显示装置的一个传感单元的等效电路图。
图5是示出依据本发明实施例的液晶显示装置的示意图。
图6是依据本发明实施例的液晶显示装置中连接到一个传感数据线的多个传感单元的等效电路图。
图7是示出依据本发明实施例的触摸检测单元的方框图。
图8是示出依据本发明实施例的图7中所示的触摸检测单元的操作流程图。
图9示出依据本发明实施例的图7中所示的触摸检测单元的操作时序图。
具体实施方式
下文中参照附图更加详细地说明本发明的各种实施例。
附图中，为了清楚起见，放大了层、薄膜、面板、区域等的厚度。在整个说明书中相同的附图标志表示相同的元件。可以理解，当如层、薄膜、区域或基板的元件称为在另一元件“上”时，它是直接在另一元件上或存在中间的元件。相反，当元件称为“直接”在另一元件“上”时，不存在中间元件。
参照图1和图3，依据本发明实施例的液晶显示装置包括液晶板组件300、连接到液晶板组件300的图像扫描驱动器400、图像数据驱动器500、传感信号处理器800、连接到图像数据驱动器500的灰度电压发生器550、连接到传感信号处理器800的触摸检测单元700和控制上述元件的信号控制器600。
参照图1到图4，液晶板组件300包括：多个显示信号线G1到Gn和D1到Dm、连接到显示信号线G1到Gn和D1到Dm且基本以矩阵排列的多个像素PX、多个传感信号线SY1到SYN和SX1到SXM及RL、连接到传感信号线SY1到SYN和SX1到SXM且基本以矩阵排列的多个传感单元SU、每一个都连接到每个传感信号线SY1到SYN和SX1到SXM的一端的多个重置信号输入单元INI、每一个都连接到每个传感信号线SY1到SYN和SX1到SXM的另一端的多个传感信号输出单元SOUT以及每一个都连接到每个传感信号输出单元SOUT的多个输出数据线OY1到OYN和OX1到OXM。
参照图2和5，液晶板组件300包括彼此相对的薄膜晶体管阵列面板100和公共电极面板200、插入其间的液晶层3和形成两个显示板100和200之间的缝隙且能被轻微地挤压和变形的隔板(spacer)(未示出)。
该显示信号线G1到Gn和D1到Dm包括传输图像扫描信号的多个图像扫描线G1到Gn和传输图像数据信号的图像数据线D1到Dm。传感信号线SY1到SYN、SX1到SXM和RL包括传输传感数据信号的多个水平传感数据线SY1到SYN和多个垂直传感数据线SX1到SXM、以及多个传输参考电压的参考电压线RL，该参考电压具有高和低电平且在预定周期内在高和低电平之间波动。在一个实施例中，省略参考电压线RL。
布置图像扫描线G1到Gn和水平传感数据线SY1到SYN以基本在彼此平行的行方向延伸。布置图像数据线D1到Dm和垂直传感数据线SX1到SXM以基本在彼此平行的列方向延伸。布置参考电压线RL以在行或列方向延伸。
每个像素PX都包括连接到图像扫描线G1到Gn之一和图像数据线D1到Dm之一的开关元件Q、连接到开关元件Q的液晶电容器Clc和存储电容器Cst。在一个实施例中，省略存储电容器Cst。
开关元件Q用作如配置在薄膜晶体管阵列面板100上的薄膜晶体管的三端元件。开关元件Q具有连接到图像扫描线G1到Gn之一的控制端、连接到图像数据线D1到Dm之一的输入端和连接到液晶电容器Clc和存储电容器Cst的输出端。在一个实施例中，薄膜晶体管可包括非晶硅或多晶硅。
液晶电容器Clc使用薄膜晶体管阵列面板100的像素电极191和公共电极面板200的公共电极270作为两个端点，且插在两个电极191和270之间的液晶层3用作绝缘材料。像素电极191连接到开关元件Q。公共电极270配置在公共电极面板200的整个表面上且被施加公共电压Vcom。在另一个实施例中，公共电极270配置在薄膜晶体管阵列面板100上。在该情形中，两个电极191和270中至少一个以线或棒的形状形成。在一个实施例中，公共电压Vcom是具有预定电平的恒定DC电压，其约为0V。
具有用于液晶电容器Clc的辅助功能的存储电容器Cst由交迭配置在薄膜晶体管阵列面板100上的独立线(未示出)和每个像素电极191构成，其间夹有绝缘体，且每个独立信号线都被施加如公共电压Vcom的预定电压。可选择的，存储电容器Cst由交迭像素电极191和称为前图像扫描线的临近图像扫描线构成，其间夹有绝缘体。
为了执行彩色显示，每个像素PX唯一显示基色(空间分隔)，或每个像素PX根据时间(时间分隔)可选择地显示基色。结果，通过基色的空间或时间和获得期望的颜色。基色的一个例子是如红、绿和蓝的三个基色。图2示出了空间分隔的例子。如图所示，每个像素PX都包括用于表示基色之一的彩色滤波器230，其配置到与像素电极191相对应的公共电极面板200的区域。与图2示出的彩色滤波器230不同，彩色滤波器230可以配置在薄膜晶体管阵列面板100的像素电极191的上面或下面。用于偏振光的至少一个偏振器(未示出)被附在液晶板组件300的外表面上。
图4所示，每个传感单元SU都包括连接到由附图标志SL表示的水平或垂直传感数据线(下文中，为传感数据线)的可变电容器Cv，和连接在传感数据线SL和参考电压线RL之间的参考电容器Cp。
参考电容器Cp由交迭薄膜晶体管阵列面板100的参考电压线RL和传感数据线构成，其间夹有绝缘体(未示出)。
可变电容器Cv使用薄膜晶体管阵列面板100的传感数据线SL和公共电极面板200的公共电极270作为两端，且夹在两端之间的液晶层3作为绝缘材料。可变电容器Cv的电容随着外部的刺激(如通过用户的触摸加到液晶板组件300的电压)而改变。当压力被施加到公共电极面板200上时，隔板被挤压和变形，从而两个端点之间的距离改变。结果，可变电容器Cv的电容改变。在参考电容器Cp和可变电容器Cv之间的节点电压Vn主要依赖于可变电容器Cv的电容。结果，当可变电容器Cv的电容变化时，节点电压变化。节点电压Vn是传感数据信号且通过传感数据线SL传输。基于传感数据信号确定用户的触摸。在参考电容器Cp的两个端点之间的距离保持恒定，以便于参考电容器Cp保持基本恒定的电容。因此，传感数据信号能具有在预定范围内的电压电平。结果，可以容易地确定用户触摸的发生和位置。
每个传感单元SU都配置在邻近的像素PX之间。每个传感单元SU都连接到水平传感数据线SY1到SYN之一和垂直传感数据线SX1到SXM之一。在一个实施例中，配置在水平和垂直传感数据线SY1到SYN和SX1到SXM交叉点附近的传感单元SU对的密度大约是点密度的1/4。此处，一个点包括彼此平行排列的三个像素PX以表示三个基色。此外，一个点代表一个颜色且变为液晶显示装置的分辨率单元。可选择的，一个点包括四个或更多的像素PX。在该情形中，每个像素PX都代表三个基色和白色中的一个。
作为传感单元SU对的密度是点密度的1/4的情形的例子，传感单元对SU的水平和垂直分辨率分别是液晶显示装置的水平和垂直分辨率的1/2。在该情形中，存在不具有传感单元(SU)的像素行或像素列。
具有上述传感单元(SU)密度和上述点密度的液晶显示装置可用于字符识别或其它要求高精度的应用中。在其他实施例中，传感单元SU的分辨率可更高或更低。
在一个实施例中，为了使像素PX的孔径率的下降最小化，传感单元SU占用的空间相对于传感数据线SL占用的空间减少。
如图6所示，所有的重置信号输入单元INI都具有基本相同的结构，每个重置信号输入单元INI都包括重置晶体管Qr。重置晶体管Qr是如薄膜晶体管的三端元件。重置晶体管Qr具有连接到重置控制信号RST的控制端、连接到重置电压Vr的输入端和连接到传感数据线SL(图3中的SX1到SXM或SY1到SYN)的输出端。重置晶体管Qr配置在没有配置像素的液晶显示板组件300的边缘区域P2。重置晶体管Qr依据重置控制信号RST提供重置电压Vr到传感数据线SL。
此外，所有传感信号输出单元SOUT都具有基本相同的结构。每个传感信号输出单元SOUT都包括输出晶体管Qs。输出晶体管Qs也是如薄膜晶体管的三端元件。输出晶体管Qs具有连接到传感数据线SL的控制端、连接到输入电压Vs的输入端和连接到输出数据线OL的输出端。输出晶体管Qs也配置在液晶板组件300的边缘区域P2。输出晶体管Qs基于流过传感数据线SL的传感数据信号生成输出信号。作为输出信号的例子，存在一个电流信号。可选择的，输出晶体管Qs生成电压信号。
重置晶体管Qr和输出晶体管Qs可作为薄膜晶体管且与开关元件Q一起形成。
输出数据线OY1到OYN和OX1到OXM包括多个通过传感信号输出单元SOUT连接到水平和垂直传感数据线SY1到SYN和SX1到SXM的水平和垂直输出数据线OY1到OYN和OX1到OXM。输出数据线OY1到OYN和OX1到OXM连接到传感信号处理器800。输出数据线OY1到OYN和OX1到OXM传输传感信号输出单元SOUT的输出信号到传感信号处理器800。水平和垂直输出数据线OY1到OYN和OX1到OXM配置为基本在彼此平行的列方向上延伸。
返回到图1和图3，灰度电压发生器550根据像素的透射率生成两组灰度电压(参考灰度电压组)。一个灰度组具有相对于公共电压Vcom的正值，另一灰度电压组具有相对于公共电压Vcom的负值。
图像扫描驱动器400连接到液晶板组件300的图像扫描线G1到Gn，以向图像扫描线G1到Gn施加图像扫描信号，该图像扫描信号由用于接通开关元件Q的导通(gate-on)电压Von和用于断开开关元件Q的截止(gate-off)电压Voff的组合构成。
在一个实施例中，图像数据驱动器500连接到液晶板组件300的图像数据线D1到Dm，以选择来自灰度电压发生器550的灰度电压且将选择的灰度电压作为灰度数据信号施加到图像数据线D1到Dm。在另一个实施例中，灰度电压发生器550施加预定量的参考灰度电压，而不是整个灰度电压。在该情形中，图像数据驱动器500划分参考灰度电压以生成用于整个灰度的电压，且在用于整个灰度的电压中选择图像数据信号。
传感信号处理器800包括多个连接到液晶板组件300的输出数据线OY1到OYN和OX1到OXM的放大单元810。
如图6所示，多个放大单元810具有基本相同的结构。每个放大单元810都包括放大器AP、电容器Cf和开关SW。放大器AP具有反相端(-)、非反相端(+)和输出端。反相端(-)连接到输出数据线OL，电容器Cf和开关SW连接在反相端(-)和输出端之间，非反相端(+)连接到参考电压Va。放大器AP和电容器Cf提供电流积分器以对预定时间间隔的、来自输出晶体管Qs的输出电流积分，从而生成传感信号Vo。
传感信号处理器800通过使用模拟-数字转换器(未示出)转换来自放大单元810的模拟传感信号Vo为数字信号以生成数字传感信号DSN。
触摸检测单元700接收来自传感信号处理器800的数字传感信号DSN并执行预定处理以确定是否发生了触摸和触摸的位置，然后输出触摸信息INF到外部装置。触摸检测单元700基于数字传感信号DSN监控传感单元SU的运行状态以便于控制施加到传感单元SU的控制信号。以下详细描述触摸检测单元700。
信号控制器600控制图像扫描驱动器400、图像数据驱动器500、灰度电压发生器550和传感信号处理器800的运行。
在一个实施例中，驱动器400、500、550、600、700和800形成在直接配置在液晶板组件300上的至少一个IC芯片上。可选择的，驱动器400、500、550、600、700和800可以安装在一个柔性印刷电路膜(未示出)上且以载带封装(TCP)的形式附在液晶板组件300上，或装配在单独的印刷电路板(PCB)(未示出)上。作为其他选择，驱动器400、500、550、600、700和800与信号线G1到Gn、D1到Dm、SY1到SYN、SX1到SXM、OY1到OYN和OX1到OXM、RL以及薄膜晶体管Q集成在液晶板组件300中。
参考图5，液晶板组件300分为显示区域P1、边缘区域P2和暴露区域P3。像素PX、传感单元SU和信号线G1到Gn、D1到Dm、SY1到SYN和SX1到SXM、OY1到OYN和OX1到OXM、RL中的大部分配置在显示区域P1。公共电极面板200包括如黑矩阵的光遮挡部件(未示出)。光遮挡部件覆盖边缘区域P2的大部分以遮挡外部光。因为公共电极面板200比薄膜晶体管阵列面板100小，所以薄膜晶体管阵列面板100的部分被暴露，以便于形成暴露区域P3。在暴露区域P3上，装配有单个芯片610，且附着有柔性印刷电路(FPC)板620。
单个芯片610包括用于驱动液晶显示装置，如图像扫描驱动器400、图像数据驱动器500、灰度电压发生器550、信号控制器600、触摸检测单元700和传感信号处理器800，的驱动器。因为驱动器400、500、550、600、700和800被集成在单个芯片610上，所以减小了安装区域，并降低了能耗。如需要，至少一个驱动器或它的至少一个电路元件可以配置在单个芯片610外。
图像信号线G1到Gn、D1到Dm和传感数据线SY1到SYN和SX1到SXM可以构造为延伸到暴露区域P3以连接到相关的驱动器400、500和800。
FPC板620从外部装置接收信号并传输该信号到单个芯片610或液晶板组件300。为了连接方便，FPC板620的端部通常与连接器(未示出)构造在一起。
以下详细描述液晶显示装置的显示和传感过程。
信号控制器600从外部装置(未示出)接收输入图像信号R、G、B和用于控制其显示的输入控制信号。输入图像信号R、G、B包含像素PX的亮度信息f。亮度能用预定数量的灰度表示，例如，1024(＝210)、256(＝28)或64(＝26)灰度。例如，输入控制信号包括垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、主时钟信号MCLK和数据使能信号DE。
根据液晶板组件300和图像数据驱动器500的运行条件，基于输入图像信号R、G、B和输入控制信号，信号控制器600处理输入图像信号R、G、B以生成图像扫描控制信号CONT1、图像数据控制信号CONT2和传感数据控制信号CONT3。信号控制器600接着传输图像扫描控制信号CONT1到图像扫描驱动器400、图像数据控制信号CONT2和处理的图像信号DAT到图像数据驱动器500、和传感数据控制信号CONT3到传感信号处理器800。
图像扫描控制信号CONT1包括用于表示扫描开始的扫描起始信号STV和用于控制导通电压Von的输出的至少一个时钟信号。图像扫描控制信号CONT1还包括用于定义导通电压Von的持续时间的输出使能信号OE。
图像数据控制信号CONT2包括用于表示像素行PX的数据传输的水平同步起始信号STH、施加图像数据电压到图像数据线D1到Dm的负载信号LOAD和数据时钟信号HCLK。图像数据控制信号CONT2还包括相对于公共电压Vcom反转图像数据电压的极性的反转信号RVS。
响应于来自信号控制器600的图像数据控制信号CONT2，图像数据驱动器500接收像素行PX的数字图像信号DAT，依照数字图像信号DAT选择灰度电压，转换数字图像信号DAT为模拟图像数据电压，且将模拟图像数据电压施加到图像数据线D1到Dm。
响应于来自信号控制器600的图像扫描控制信号CONT1，图像扫描驱动器400施加导通电压Von到图像扫描线G1到Gn，以闭合连接到图像扫描线G1到Gn的开关元件Q。结果，施加到图像数据线D1到Dm的图像数据电压被施加到连接到闭合的开关元件Q的像素PX。
在图像数据电压和公共电压Vcom之间的差值用液晶电容器Clc的电荷电压(像素电压)表示。液晶分子的排列依照像素电压的强度而变化，以便于改变穿过液晶层3的光的偏振。偏振的改变导致由于附着到液晶显示板组件300的偏振器引起的光的透射率变化，以便于显示期望的图像。
在一个水平期(1H)，即水平同步信号Hsync和数据使能信号DE的一个周期，重复进行上述操作以顺序施加导通电压Von到所有图像扫描线G1到Gn，以便于将图像数据电压施加到所有像素PX。结果，显示一帧图像。
当一帧结束时，下一帧开始，且控制施加到图像数据驱动器500的反转信号RVS的状态，以便于施加到每个像素PX的图像数据电压的极性与前一帧的极性相反(帧反转)。此时，甚至在一帧中，依照反转信号RVS的特征，流过一个图像数据线的图像数据电压的极性被反转(例如，行反转或点反转)，且施加到一个像素行的图像数据电压的极性彼此相等(例如，列反转或点反转)。传感信号处理器800依照传感数据控制信号CONT3，在帧之间边缘期(porch period)将通过输出数据线OY1到OYN和OX1到OXM对每一帧施加的传感数据信号执行写入。在一个实施例中，传感信号处理器800在垂直同步信号Vsync之前的时期中执行传感操作。在该时期中，因为来自图像扫描驱动器400和图像数据驱动器500的驱动信号没有强烈影响传感数据信号，所以改善了传感数据信号的可靠性。不必每帧执行读出操作，可以一次对多个帧执行。此外，在一个时期中能执行两个或更多读出操作。可选择的，在该时期的一帧中至少执行一个读出操作。
以下参考图6描述传感数据信号的读出操作。公共电压Vcom具有高或低电平并且在1H期间在高和低电平之间波动。重置控制信号RST具有用于导通重置晶体管Qr的导通电压和用于截止晶体管Qr的截止电压。导通电压Von和截止电压Voff到用作导通电压和截止电压。可选择的，可使用其它电压。当公共电压Vcom是高电平时，施加重置控制信号RST的导通电压。
当施加导通电压到重置晶体管Qr时，导通重置晶体管Qr以将来自输入端的重置电压Vr施加到传感数据线SL，以便于传感数据线SL用重置电压Vr初始化。另一方面，在运行开始时，当参考电压Va施加到放大单元810时，放大单元810的电容器Cf被充电到参考电压Va，以便于放大器AP的输出电压Vo的幅值与参考电压Va相等。
当重置控制信号RST具有截止电压Voff时，传感数据线SL处于浮置状态，且施加到输出晶体管Qs的控制端的电压响应于可变电容器Cv的电容中的变化和响应于触摸传感单元SU的公共电压Vcom的变化而变化。流过输出晶体管Qs的传感数据信号的电流响应于施加到输出晶体管Qs的中心端电压的变化而变化。
在重置控制信号RST变化以显示截止电压Voff后，开关信号Vsw施加到开关SW，以便于电容器Cf中充的电压被释放。
在预定时期之后，传感信号处理器800读出传感信号Vo。优选地，在重置控制信号RST变为截止电压Voff后，读出传感信号Vo的时间被设置为小于1H。在一个实施例中，在公共电压Vcom变为高电平前读出传感信号Vo，因为传感信号Vo依照公共电压Vcom的电平变化而变化，所以高电平是优选的。
因为传感数据信号基于重置电压Vr而变化，所以传感数据信号总是具有恒定范围内的电压电平。因此，可以容易地确定触摸的发生和位置。
当公共电压Vcom处于低电平时，施加重置控制信号RST的导通电压。在该情形中，在公共电压Vcom变化为低电平前公共电压Vcom变化为高电平后，传感信号Vo被读出。此外，重置控制信号RST与施加到最后的图像扫描线Gn的图像扫描信号同步。
以该方式，在采用放大单元810读出模拟传感数据信号之后，传感信号处理器800将传感信号Vo转换为数字传感信号DSN，并传输数字传感信号DSN到触摸检测单元700。
触摸检测单元700对接收到的数字传感信号DSN进行适当的处理以确定触摸的发生和位置，且传输其结果到外部装置。基于该结果，外部装置传输图像信号R、G、B到液晶显示装置以在用户选择的屏幕和菜单上显示结果。
参考图7到图9详细描述触摸检测单元700的运行。
如图7所示，依据本发明的一个实施例的触摸检测单元700包括第一和第二控制器710和720、寄存器单元730、存储器740和750以及接口760。
第一控制器710包括存储器711、数据分类单元712、触摸状态检测单元713和稳定状态单元714。在一个实施例中，这些部件由硬线逻辑构成。第一控制器710还包括初始化单元(未示出)，其控制触摸检测单元700的初始化操作。
数据分类单元712从传感信号处理器800读出数字传感信号DSN且将数字传感信号DSN分为垂直传感信号和水平传感信号。数据分类单元712传输垂直传感信号和水平传感信号到存储器711以在存储器711中存储信号。
触摸状态检测单元713通过采用垂直或水平传感信号之一检测是否执行了触摸操作。
稳定状态单元714确定从传感单元SU输出的传感信号是否处于期望的范围。在传感单元SU没有被触摸的状态中，稳定状态单元714确定传感信号Vo的输出电平是否在期望的范围内，例如大约0.6V到0.8V，和传感信号Vo的值是否在正常的范围内。
第二控制器720是如ARM的处理器。第二控制器720确定传感单元SU是否被触摸及触摸的位置。当传感信号的输出电平不在理想范围内时，第二控制器720对于传感信号的值调节重置电压Vr处于期望的范围内。
寄存器单元730存储表示元件运行状态的标志值。存储器740是闪存，它存储操作第二控制器720的操作程序。存储器750是存储水平和垂直传感信号和运行所需的各种数据的数据存储器。接口760是串行外围接口(SPI)，它传输来自外围设备的触摸信息INF或控制信号CS且从外部设备接收需要的数据和控制信号。
以下参照图8描述触摸检测单元700的控制操作。参照图8，触摸检测单元700的控制操作包括初始化步骤S10、第一控制器710的控制步骤S20和第二控制器720的控制步骤S30。
如图8所示，当操作开始时，初始化单元确定芯片使能信号是否通过外部设备(如，信号控制器600)施加到触摸检测单元700(S11)。当施加芯片使能信号时，初始化单元对触摸检测单元700的运行提供电力，且设置唤醒标志WU和不稳定状态标志UNS到激活状态(例如，值为1)。唤醒标志WU和不稳定状态标志UNS的值存储在寄存器单元730中。
唤醒标志WU控制第二控制器720的运行开始。当唤醒标志WU的值为1时，第二控制器720被唤醒以执行预定操作。唤醒标志WU的值1代表正常提供电力的正常状态。当唤醒标志WU的值为0时，第二控制器720保持没有提供电力的电力节省状态。
不稳定状态标志UNS是表示传感信号Vo的值是否在理想范围的标志。不稳定状态标志UNS的值为1表示传感信号的值不在理想范围的状态。不稳定状态标志UNS的值为0表示传感信号的值在理想范围的状态。
为了正确地确定通过传感单元SU接收的触摸的发生，传感信号的值需要在期望的范围内。当电力提供操作开始，在步骤S13和S14中，唤醒标志WU和不稳定状态标志UNS的值设置为1，在执行传感单元SU的运行之前，第二控制器720调节重置电压Vr以使得传感信号的值在期望的范围内。
在该状态中，执行第一控制器710和第二控制器720的运行。
以下先描述第一控制器710的运行。在步骤S13中唤醒标志WU设置为1后，第一控制器710的数据分类单元712通过接口760接收数字传感信号DSN，将数字传感信号DSN分为水平传感信号和垂直传感信号，且在存储器711中存储水平传感信号和垂直传感信号(S21)。接着设置存储器状态标志Mem的值为1(S22)。存储器状态标志Mem是表示所有的水平和垂直传感信号存储在第一存储器711中的标志。存储器状态标志Mem的值为1表示水平和垂直传感信号完全存储在第一存储器711中。在该情形中，第二控制器720可以采用存储在第一存储器711中的传感信号。存储器状态标志Mem的值也存储在寄存器单元730中。
接着，第一控制器710确定唤醒标志WU的值是否是1(S23)。因为在步骤S13和S14中预先设置唤醒标志WU和不稳定状态标志UNS的值为1，以使得传感单元SU的传感信号在开始运行时处于理想范围，唤醒标志WU和不稳定状态标志UNS处于被激活状态。因此，在开始运行时，步骤S23进行第二控制器720的控制步骤S30以执行步骤S31到S39，以便于调节重置电压Vr。结果，控制传感单元SU的传感信号处于期望的范围。后面详细描述第二控制器720的运行。
然而，在开始运行时，如果完成了初始传感信号的电平调节操作且如果在步骤S23唤醒标志WU的值为0，则步骤S23进行到步骤S24。在该情形中，第一控制器710的稳定状态单元714设置不稳定状态标志UNS的值为0，且触摸状态检测单元713设置触摸状态标志TE的值为0(S24)。因此，对于传感信号的稳定状态确定操作和触摸发生确定操作，相关的标志UNS和TE的值初始化为0以便于处于不激活状态(S24)。
这里，触摸状态标志TE是表示传感单元SU的触摸发生的标志。如果传感单元SU被触摸，则触摸状态标志TE的值设为1。否则，触摸状态标志TE的值设为0。这些值也存储在寄存器单元730中。如上所述，通过采用垂直传感信号可以确定发生触摸。
接着，稳定状态单元714确定从接口760施加的传感信号的值是否在期望的范围内，且确定传感信号的输出范围(S25，26)。
当传感信号不在期望的范围内时，稳定状态单元714设置唤醒标志WU和不稳定状态标志UNS的值为1(S27)。接着，在控制步骤S30中，执行稳定操作，以便于第二控制器720调节重置电压Vr以便于使得传感信号在期望的范围内。
然而，当传感信号不在期望的范围内时，触摸状态检测单元713通过采用存储在存储器711中的水平传感信号确定传感单元SU上是否发生了触摸(S28和29)。
当传感单元SU被触摸时，触摸状态检测单元713设置唤醒标志WU的值和触摸状态标志TE的值为1，且在控制步骤S30中，第二控制器720确定传感单元SU被触摸的位置。以下描述第二控制器720的控制步骤S30。在备用状态S31中，在预定周期中，第二控制器720确定存储器状态标志Mem的值(S32)。当存储器状态标志Mem的值为0时，可确定数据分类单元712的操作没有完成，因此第二控制器720将处于备用状态(S31)。
然而，当存储器状态标志Mem的值为1时，完成输入垂直和水平传感信号DSN的分类操作，且垂直和水平传感信号DSN被存储在第一存储器711中。因此，第二控制器720设置存储器状态标志Mem的值为0(S33)。其后，第二控制器720读出不稳定状态标志UNS的值以确定传感信号是否在理想范围(S34)。以该方式，因为在步骤S33，存储器状态标志Mem的值设为0，数据分类单元712使得新的垂直和水平传感信号存储在存储器711中。
当不稳定状态标志UNS的值为0时，即，当确定传感信号没有处于期望的范围时，重置电压Vr保持在适当的幅值中。因此，第二控制器720确定触摸状态标志TE的值是否为1(S301)以便于确定在传感单元SU上发生触摸。
当触摸状态标志TE的值为1时，触摸状态检测单元713确定传感单元SU被触摸。因此，第二控制器720使用在存储器750中存储的垂直和水平传感信号以再次检测传感单元SU的触摸，并接着确定触摸的位置(S302)。结果，第二控制器720生成与实际发生的触摸和触摸位置相应的触摸信息INF(S303)。
当触摸信息INF的值为1时表示传感单元SU没有被触摸(S304)，第二控制器720不需要运行。因此，唤醒标志WU的值设为0以表示不激活的状态，断开第二控制器720的电力(例如，关闭)以节能(S39)。因此，通过第二控制器720能阻止不必要的能量消耗。
然而，当触摸信息INF的值为0时表示传感单元SU已经被触摸(S304)，第二控制器720继续运行，以便于第二控制器720进行到备用步骤S31以确定存储器状态标志Mem的值。
当在步骤S34中不稳定状态标志UNS的值为1时，第二控制器720基于在第三存储器750中存储的传感信号确定传感信号是否处于期望的范围(S35和S36)。
当传感信号处于期望的范围时，第二控制器720不需要运行。因此，唤醒标志WU的值设为0，且接着断开电力以便于进入节能状态(S39)。因此，第二控制器720可以防止不必要的能耗。
然而，在步骤S36中，当传感信号的值不处于期望的范围时，第二控制器720通过接口760输出用于调节重置电压Vr幅值的控制信号(S36)。外部元件如电压发生器(未示出)调节重置电压Vr的幅值以使得传感信号的输出电平适当，以便于能正常确定传感单元SU接收的触摸。当传感单元SU没有被触摸时，基于传感信号输出来确定被调节的重置电压Vr的幅值。
以该种方式，除了将传感信号调节到期望的范围的操作或确定通过传感单元SU接收的触摸的发生和位置的操作外，第二控制器的高能量操作保持在关闭状态。因此，甚至在第二控制器720由具有能耗大约为40mW的ARM实现的方案中，也能大大减少能耗。
以下参照图9的时间表描述第一和第二控制器710和720的运行状态。在图9中，“S”表示数据分类单元712的运行时间，“H”表示第一控制器710的运行时间，“A”表示第二控制器720的运行时间。此外，“T”表示接口760的运行时间。
在图9中，存储器状态标志Mem的值在每一帧期间设置为1，且水平和垂直传感信号存储在存储器711中。
在开始运行时，因为不稳定状态标志UNS的值为1，第二控制器720需要被唤醒以便于控制传感信号的稳定运行，从而将唤醒标志WU的值设为1。在第二控制器720执行传感信号的稳定运行之后，第二控制器720改变唤醒标志WU的值为0从而变为节能状态。在完成第二控制器720的运行后，第一控制器710的稳定状态单元714改变不稳定状态标志UNS的值为0。在该情形中，在第一控制器710中，数据分类单元712仅对垂直和水平传感信号进行分类操作。
接着，当触摸状态标志TE的值为1时，第二控制器720需要被唤醒以便于确定触摸的发生和触摸的位置，从而将唤醒标志WU的值也设为1。在第二控制器720确定触摸的发生和触摸的位置后，第二控制器720改变唤醒标志WU的值为0从而变为节能状态。触摸期TT包括在该时期内，当触摸信息INF的值为0时，第二控制器720在触摸期TT设置触摸信息INF的信号的状态为0以便于表示传感单元SU被触摸。在第二控制器720运行完成后，第一控制器710的触摸状态检测单元713改变触摸状态标志TE的值为0。
在上述实施例中，传感信号采用可变电容器和参考电容器。然而，可使用其它传感单元。例如，可采用压力传感单元，其采用公共电极面板的公共电极和薄膜晶体管阵列面板的传感数据线作为两个端点，其中当两个端点通过用户的触摸被物理地或电连接时，至少一个端点设计为突出且输出公共电压作为输出信号。可选择地，可采用依照光的亮度输出不同信号的光学传感器。此外，本发明能应用到包括两种或更多种传感单元的显示装置中。
在本发明的上述实施例中，将液晶显示装置作为显示装置的例子，但是不限于此。等离子显示装置、有机发光二极管(OLED)显示器或其它平板显示器都可以用于本发明。
依据本发明的各种实施例，当确定传感单元接收到触摸的发生和位置时或在输出电压稳定运行期间，仅仅运行第二控制器(例如ARM或其他大能耗的装置)。在其他时期，断开第二控制器的电力以进入节能状态。结果，减少了第二控制器的能耗，以至于可以减少包括传感单元的显示装置的能耗。
当联系目前考虑的实际的典型实施例描述本发明时，可以理解本发明不限于公开的实施例，而是，相反，希望覆盖包含在所附权利要求的实质和范围内的各种改进和等效结构。

Claims (25)

1.一种显示装置，包括：
显示板；
配置在显示板上的多个像素；
配置在显示板上的多个传感单元，该传感单元适于响应于传感单元接收的触摸而生成多个传感信号；
适于接收传感信号且响应于传感信号生成传感数据的传感信号处理器；和
具有第一控制器和第二控制器的触摸检测单元，第一控制器适于基于传感数据确定传感单元是否接收到触摸及传感信号是否在期望的范围内，第二控制器适于基于传感数据确定触摸的位置并使传感信号稳定在期望的范围内。
2.如权利要求1的显示装置，其中第二控制器是高级RISC机器ARM。
3.如权利要求1的显示装置，其中第一控制器由硬件有线逻辑实现。
4.如权利要求3的显示装置，其中第一控制器包括：
适于将传感数据分类为垂直传感信号和水平传感信号的数据分类单元；
适于存储垂直传感信号和水平传感信号的存储器；
适于基于存储器存储的垂直传感信号检测是否发生触摸的触摸状态检测单元；和
适于确定传感信号是否处于期望的范围的稳定状态单元。
5.如权利要求4的显示装置，其中触摸检测单元还包括适于存储与多个标志相关联的值的寄存器。
6.如权利要求5的显示装置，其中标志包括：
被配置以表示是否所有的水平传感信号和垂直传感信号存储在存储器中的存储器状态标志；
被配置以控制第二控制器的运行的唤醒标志；
被配置以表示传感信号是否处于期望的范围内的不稳定状态标志；和
被配置以表示传感单元是否接收一触摸的触摸状态标志。
7.如权利要求6的显示装置，其中如果传感单元接收到触摸或如果传感信号没有处于期望的范围时，唤醒标志被设为激活状态。
8.如权利要求7的显示装置，其中如果唤醒标志处于激活状态时，适于对第二控制器加电。
9.如权利要求6的显示装置，其中如果传感信号没有处于期望的范围，则不稳定状态标志被设置为激活状态。
10.如权利要求9的显示装置，其中如果对触摸检测单元加电，则不稳定状态标志被设置为激活状态。
11.如权利要求6的显示装置，其中如果传感单元接收到触摸，则触摸状态标志被设置为激活状态。
12.如权利要求6的显示装置，其中如果数据分类单元存储所有水平和垂直数据在存储器中，则存储器状态标志被设置为激活状态。
13.如权利要求1的显示装置，其中触摸检测单元还包括至外部设备的接口。
14.如权利要求13的显示装置，其中该接口可为串行外围接口SPI。
15.如权利要求1的显示装置，其中每个传感单元都包括其电容随外部压力而变化的可变电容器，和具有预定电容的参考电容器。
16.一种响应于显示板的多个传感单元接收到的触摸而控制触摸检测单元的方法，该触摸检测单元包括第一控制器和第二控制器，该方法包括：
确定触摸检测单元是否接收到外部使能信号；
响应于外部使能信号，提供电力以使触摸检测单元开始运行；
在第一控制器中，执行以下步骤：
对传感单元生成的多个传感信号进行分类，
将被分类的传感信号存储在存储器中，
基于传感信号确定传感单元是否接收到一触摸和传感信号是否处于期望的范围，且
设置唤醒标志处于激活状态；和
如果唤醒标志被设置处于激活状态，则在第二控制器中执行以下步骤：
使得传感信号稳定在期望的范围内，和
基于传感数据确定触摸的位置。
17.如权利要求16的方法，还包括设置唤醒标志和不稳定状态标志处于激活状态，其中如果唤醒标志和不稳定状态标志每个被设置处于激活状态，则执行稳定的运行。
18.如权利要求17的方法，其中：
所述分类包括将传感信号分为垂直传感信号和水平传感信号；
所述存储包括在存储器中存储被分类的垂直传感信号和水平传感信号；和
该方法还包括完成存储之后设置存储器状态标志为激活状态，其中第一控制器执行设置存储器状态标志。
19.如权利要求18的方法，还包括在第一控制器中执行以下：
如果唤醒标志处于激活状态，则允许第二控制器运行；及
如果唤醒标志不处于激活状态，则确定传感信号是否处于期望的范围。
20.如权利要求19的方法，还包括在第一控制器中执行以下：
如果传感信号处于期望的范围，则确定传感单元是否接收到触摸；
如果传感信号不在期望的范围，则设置唤醒标志和触摸状态标志为激活状态。
21.如权利要求20的方法，还包括在第一控制器中执行以下：如果传感单元接收到触摸，则设置唤醒标志和触摸状态标志为激活状态。
22.如权利要求21的方法，还包括在第二控制器中执行以下：
确定存储器状态标志是否处于激活状态；
如果存储器状态标志处于激活状态，则确定不稳定状态标志是否处于激活状态；且
如果不稳定状态标志处于激活状态：设置存储器状态标志处于不激活状态，确定传感信号是否处于期望的范围，并且如果传感信号处于期望的范围，则输出控制信号以改变传感信号的电平。
23.如权利要求22的方法，还包括在第二控制器中执行以下：
如果传感信号处于期望范围：
则设置唤醒标志为不激活状态；且
对第二控制器断电。
24.如权利要求23的方法，还包括在第二控制器中执行以下：
如果不稳定状态标志处于不激活状态，则确定触摸状态标志是否处于激活状态；
如果触摸状态标志处于不激活状态，则设置唤醒标志处于不激活状态并对第二控制器断电；且
如果触摸状态标志处于激活状态，则确定传感单元上的触摸位置并产生触摸信息。
25.如权利要求24的方法，还包括在第二控制器中执行以下：
如果传感单元接收到触摸，则确定存储器状态标志是否处于激活状态；及
如果传感单元没有接收到触摸，则设置唤醒标志为不激活状态并对第二控制器断电。
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