CN101206547A - 具有多触摸识别装置的显示装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提供具有多触摸识别装置的显示装置及其驱动方法。具有多触摸识别功能的显示装置包括：集成模块，该集成模块在显示板的边缘处集成有多个摄像机；和处理器，该处理器至少使用由所述多个摄像机分别捕捉的第一图像和第二图像来检测触摸区。

Description

具有多触摸识别装置的显示装置及其驱动方法
技术领域
本发明的实施例涉及显示装置，更具体地说，涉及显示装置及其驱动方法。本发明的实施例适于宽范围的应用。特别的是，本发明的实施例适于向显示装置提供多触摸识别能力。
背景技术
一般来说，触摸板是一种接合于显示装置的用户接口，具有其电特性在手或笔触摸该板的接触点处发生变化的性质。触摸板已经用于多种应用，如小型便携式终端、办公设备等。然而，如果通过两个或更多个大致同时的接触点产生多触摸，则触摸板可能失灵，或者可能由预设程序选择这些触摸中的任一个。
为了克服现有技术的触摸板中的多触摸识别的局限性，近来已经开发了同时识别多个触摸的多触摸识别装置。然而，因为多触摸识别装置被制造为与显示装置分开的结构，所以为了将多触摸装置接合于显示装置而使该显示装置产生了外观变形。在这种情况下，如果将多触摸识别装置接合于显示装置，则组装工艺变复杂，并且体积增大，从而需要很大的空间。此外，因为显示装置和多触摸识别装置不是单个单元，所以降低了显示装置与多触摸识别装置之间的结构稳定性。另一方面，存在在显示装置的各个像素中嵌入多触摸识别装置的光学传感器的方法，但是，该方法具有另一个问题：光学传感器使得显示装置的孔径比减小，由此降低了其亮度。
发明内容
因此，本发明的实施例致力于提供本质上消除了因现有技术的局限和缺点而造成的一个或更多个问题的具有多触摸识别功能的显示装置及其驱动方法。
本发明的一个目的是提供一种实现了触摸识别系统的强结构稳定性的具有多触摸识别功能的显示装置。
本发明的另一目的是提供一种保持了显示装置的外观的具有多触摸识别功能的显示装置。
本发明的其他特征和优点将在下面的对示例性实施例的说明中进行阐述，其部分地根据对示例性实施例的说明而变得清楚，或者可以通过对本发明示例性实施例的实施而获知。本发明的这些和其他优点可以由在对示例性实施例的文字说明及其权利要求书以及附图中具体指出的结构而实现并获得。
为了实现这些和其他优点，并且根据本文中所具体体现和广泛描述的发明宗旨，提供了一种具有多触摸识别功能的显示装置，该显示装置包括：集成模块，该集成模块在显示板的边缘处集成有多个摄像机；和处理器，该处理器至少使用由所述多个摄像机分别捕捉的第一图像和第二图像来检测触摸区。
在另一方面，提供了一种显示装置，该显示装置包括：显示板，该显示板用于显示表示显示图像的显示数据；与所述显示板组装在一起的第一捕捉装置和第二捕捉装置，所述第一捕捉装置和第二捕捉装置分别捕捉所述显示板的第一捕捉图像和第二捕捉图像；以及处理器，该处理器对所述显示数据与所述第一捕捉图像和所述第二捕捉图像中的每一个捕捉图像进行比较，以检测所述显示板上的触摸区。
在另一方面，提供了一种检测显示装置上的触摸区的方法，该显示装置包括：显示板，该显示板用于显示表示显示图像的显示数据；以及与所述显示板组装在一起的多个同步捕捉装置，所述方法包括以下步骤：使用所述多个同步捕捉装置中的对应捕捉装置来大致同时地捕捉所触摸的显示板的第一捕捉图像、第二捕捉图像、第三捕捉图像和第四捕捉图像；并且对所述显示数据与所述第一捕捉图像和所述第二捕捉图像中的每一个进行比较，以检测所述显示板上的触摸区。
应当理解，上文对本发明的概述与下文对本发明的详述都是示例性和解释性的，旨在提供对如权利要求所述发明的进一步解释。
附图说明
附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解，并且被并入并构成本申请的一部分，附图例示了本发明的实施例并与本说明一起用于解释本发明的实施例的原理。在附图中：
图1示出了表示根据本发明实施例的具有多触摸识别功能的示例性显示装置的框图；
图2示出了图1的显示装置的示意性说明图；
图3示出了来自图2的像素阵列的一部分的电路图；
图4例示了根据本发明实施例的接合于显示器的摄像机的示例性视角；
图5是图1的显示装置的剖面图，示出了根据本发明实施例的非反射型部件的示例性位置；
图6是表示根据本发明实施例的多触摸信号处理程序的控制顺序的流程图；
图7示出了根据本发明实施例的显示装置上的示例性触摸区；
图8示出了根据本发明实施例的示例性触摸区标识的示意性说明；
图9示出了根据本发明实施例的三角测量运算的示意性说明；以及
图10示出了根据本发明实施例的验证运算的示意性说明图。
具体实施方式
现在，对本发明的示例性实施例进行详细说明，附图中例示了其示例。
图1示出了表示根据本发明实施例的具有多触摸识别功能的示例性显示装置的框图。参照图1，根据本发明实施例的具有多触摸识别功能的显示装置包括：触摸及显示模块20，其中在显示图片的像素阵列10A的四个角处设置有摄像机21A至21D；控制板30，其控制触摸及显示模块20，并且计算触摸点的坐标；以及系统40，用于向控制板30提供要显示的数据RGB以及定时信号。
图2示出了图1的显示装置的示意性说明图。参照图2，触摸及显示模块20包括液晶显示板10，在液晶显示板10中形成有显示图片的像素阵列10A；源驱动器11，用于向液晶显示板10的数据线D1至Dm施加数据电压；选通驱动器12，向液晶显示板10的选通线G1至Gn施加扫描脉冲；以及摄像机21A至21D，分别设置在液晶显示板10的四个角附近。
图3示出了来自图2的像素阵列的一部分的电路图。参照图2和3，液晶显示板10包括薄膜晶体管(下文中称为“TFT”)基板和滤色器基板。在TFT基板与滤色器基板之间形成有液晶层。在TFT基板中，在下玻璃基板上彼此垂直交叉地形成有数据线D1至Dm和选通线G1至Gn，在由数据线D1至Dm和选通线G1至Gn限定的单元区域中按矩阵图案设置有液晶单元Clc。形成在数据线D1至Dm和选通线G1至Gn的交叉部分的TFT向液晶单元的像素电极发送通过数据线D1至Dm提供的数据电压。为此，TFT的栅极连接到选通线G1至Gn，其源极连接到数据线D1至Dm。TFT的漏极连接到液晶单元Clc的像素电极。公共电压Vcom提供到面对着像素电极的公共电极。
滤色器基板包括形成在上玻璃基板上的黑底和滤色器。
另一方面，在垂直电场驱动方法(如扭曲向列(TN)模式和垂直配向(VA)模式)中，公共电极形成在上玻璃基板上，而在水平电场驱动方法(如面内切换(IPS)模式和边缘场切换(FFS)模式)中，公共电极与像素电极一起形成在下玻璃基板上。
可以通过使选通线和液晶单元Clc的像素电极交叠而形成存储电容器Cst。另选的是，还可以通过使像素电极和隔开的公共线交叠而形成存储电容器Cst。
源驱动器11包括多个数据集成电路(下文中称为“IC”)。源驱动器11在控制板30的控制下，将从控制板30输入的数字视频数据RGB转换为正或负模拟伽马补偿电压，并且将该模拟伽马补偿电压提供到数据线D1至Dm，作为模拟数据电压。
选通驱动器12包括多个选通IC。选通驱动器12在控制板30的控制下，顺序地向选通线G1至Gn提供扫描脉冲。可以通过玻璃上芯片(COG)方法或者使用带载封装(TCP)的带自动接合(TAB)方法将源驱动器11的数据IC和选通驱动器12的选通IC形成在下玻璃基板上。可以在形成像素阵列10A的TFT的同时通过与TFT工艺相同的工艺将选通驱动器12的选通IC直接形成在下玻璃基板上。
摄像机21A至21D例如可以是CMOS(互补型金属氧化物半导体)传感器。摄像机21A至21D可以位于液晶显示板10的像素阵列10A的四个角处。摄像机21A至21D中的每一个摄像机都获取与像素区对应的显示板的表面及其附近的图像。用作摄像机21A至21D的CMOS传感器可以具有从大约320×240像素到大约1280×1024像素的分辨率。从摄像机21A至21D中的每一个摄像机获取的触摸图像提供给控制板30。
图4例示了根据本发明实施例的接合于显示器的摄像机的示例性视角。参照图4，将摄像机21A至21D各自的透镜视角选择为大约90°。可以根据液晶显示板10与摄像机21A至21D之间的距离或者根据液晶显示板10的大小来改变摄像机21A至21D的透镜视角。在本发明的实施例中，摄像机21A至21D各自的视角大约为80°至90°。这是因为，如果摄像机21A至21D的透镜视角变得窄于80°，则摄像机21A至21D不能获取的阴影区域会增大，由此妨碍正确检测多触摸区。此外，如果透镜视角宽于90°，则包括了液晶显示板之外的外部部分，同样妨碍正确检测多触摸区。
图5是图1的显示装置的剖面图，示出了根据本发明实施例的非反射型部件的示例性位置。参照图5，在液晶显示板10的玻璃基板的边缘附近处安装有非反射型部件13。非反射型部件13包括防反射器(anti-reflector)、黑色层、以及被设置为其光吸收轴彼此交叉的两片偏振滤光器中的任一种。非反射型部件13设置在摄像机21A至21D的透镜的前面，并且从玻璃基板的表面向上抬起多达指定高度(h1)。非反射型部件13与液晶显示板10的玻璃基板的表面之间的高度(h1)和液晶显示板10的大小成反比，和玻璃基板与摄像机透镜之间的距离成正比。在实施例中，高度h1处于几毫米(mm)到几十毫米的范围内。
非反射型部件13和摄像机21A至21D固定于支承触摸及显示模块20的支架14的边缘。非反射型部件13吸收或遮蔽外部的光，并且负责防止因外部光入射到摄像机21A至21D的透镜而造成光学干扰现象。
控制板30通过柔性印刷电路(FPC)和连接器连接到源驱动器11和选通驱动器12。控制板30包括定时控制器31和多触摸处理器32。定时控制器31使用垂直/水平信号V、H以及时钟CLK，产生用于控制选通驱动器12的操作定时的选通控制信号和用于控制源驱动器11的操作定时的数据控制信号。此外，定时控制器31向源驱动器11提供从系统40输入的数字视频数据RGB。定时控制器可以使摄像机21A至21D彼此同步以几乎同时地捕捉显示板的表面的图像。通过使摄像机21A至21D的图像捕捉同步，可以按更好的精度来检测触摸区的位置。
从定时控制器31响应于垂直/水平同步信号V、H以及时钟CLK而向多触摸处理器32周期性地输入背景图像的数字视频数据RGB，以使多触摸处理器32存储数据RGB，并且多触摸处理器32执行多触摸信号处理程序，以对摄像机21A至21D先前获取的背景图像与当前获取的触摸图像进行比较，由此提取触摸图像。这里，将摄像机21A至21D先前获取的背景图像存储在多触摸处理器32的存储器中。并且，多触摸处理器32计算触摸图像的坐标并将其结果Txy提供给系统40。多触摸处理器32与定时控制器31共享诸如垂直/水平同步信号V、H以及时钟CLK的定时信号，由此与定时控制器31同步地进行操作。因此，因为定时控制器31与多触摸处理器32同步，所以可以使对触摸图像和显示于液晶显示板10中的背景图像的合成图像的显示与对触摸点的坐标计算处理同步。
系统40包括：装有应用程序的存储器；中央处理单元(CPU)，用于执行该应用程序；以及图形处理电路，用于对背景图像和触摸图像进行合成，并对合成数据进行信号插值及其分辨率转换等处理。系统40接收来自多触摸处理器32的坐标数据Txy，并且执行与该坐标数据的坐标值相关联的应用程序。例如，如果在触摸点的坐标处存在特定程序的图标，则系统40将该程序加载到存储器中并执行该程序。此外，系统40可以实现在个人计算机(PC)上，并且通过串行接口或通用串行总线USB接口与多触摸处理器32互换数据。
图6是表示根据本发明实施例的多触摸信号处理程序的控制顺序的流程图。图7示出了根据本发明实施例的显示装置上的示例性触摸区。参照图6，多触摸信号处理程序接收由摄像机21A至21D获取的触摸图像，并且通过窗口处理来提取有效触摸区的图像(S1和S2)。参照图7，从摄像机21A至21D获取的触摸图像包括与触摸表面上方的空间相关的无效触摸区的图像、以及在像素阵列的触摸表面获取的有效触摸区的图像。因此，多触摸信号处理程序通过窗口处理，从由摄像机21A至21D各自获取的图像中提取在触摸表面附近进行触摸的有效触摸区的图像(阴影部分)。窗口处理使用图像提取技术，从而通过子矩阵运算对输入图像信号仅仅提取目标图像。
随后，多触摸信号处理程序将通过窗口处理提取的有效触摸区的图像中包括的R、G、B数据转换成灰度级值或灰度级浓度(S3)。通过摄像机21A至21D获取的图像包括R、G、B数据，通过窗口处理提取到的有效触摸图像也包括R、G、B数据。在步骤S3中，根据下面的数学公式1将来自有效触摸图像的R、G、B数据转换成灰度级值。为了检测触摸信息，基于灰度级对液晶显示板10的像素区10A中显示的背景图像的灰度级值与通过摄像机捕捉的图像的灰度级值进行比较。
[数学公式1]
灰度级浓度＝pR+qG+sB
其中，“p”、“q”以及“s”是具有彼此不同的值的常数。
在本发明的实施例中，通过对背景图像(其例如是液晶显示板10的像素区10A中显示的图像)与通过摄像机21A至21D之一捕捉的图像进行比较以提取表示进行了实际触摸的对应触摸图像，从而执行触摸图像检测。在另一实施例中，通过对先前存储的由摄像机21A至21D中的一个摄像机捕捉的图像与由摄像机21A至21D中的对应一个摄像机捕捉的新图像进行比较以提取表示进行了实际触摸的对应触摸图像，从而执行触摸图像检测。例如，可以通过背景(或先前存储的捕捉图像)与新捕捉的图像之间的差运算来实现对触摸图像的提取(S4)。
随后，多触摸信号处理程序将在S4中提取的触摸图像的灰度级浓度与预设的阈值进行比较。并且，多触摸信号处理程序仅仅对于不小于该阈值的数据将触摸图像的灰度级浓度转换成白色数据，并将该阈值之下的数据转换成黑色数据(S5)。白色数据表示有效触摸位置，黑色数据表示触摸图像中的没有实际触摸的无效数据。该阈值可以通过试验确定。
图8示出了根据本发明实施例的示例性触摸区标识的示意性说明。参照图8，在步骤S6中，多触摸信号处理程序针对每一个白色数据(即，有效触摸位置数据)，使用唯一的标识符(例如1至5)来标识检测到的触摸区。
随后，多触摸信号处理程序使用角度计算算法来计算面对着有效触摸区的摄像机的角度，以在二维平面上找出各个经转换有效触摸区的位置。接着，多触摸信号处理程序基于根据下面的数学公式2计算出的角度数据，使用三角测量运算来计算二维位置(S7和S8)。
图9示出了根据本发明实施例的三角测量运算的示意性说明。下面的数学公式2是将一个触摸位置计算到二维xy坐标值的计算公式，并且包括由两个摄像机测量的角度A和B、触摸位置与这两个摄像机之间的角度C、以及两个摄像机和触摸位置之间的距离a、b和c。这里，触摸位置与这两个摄像机之间的角度C被计算为“C＝180-A-B”。
[数学公式2]
a = c × sin A sin C
b = c × sin B sin C
x＝b×cosA
y＝b×sinA
这样，如果从多触摸信号处理程序计算了各个触摸位置的x、y坐标数据(Cxy)，则系统40使用其坐标数据来产生触摸数据，并且对该触摸数据与要在液晶显示板10中显示的背景图像进行合成。将与背景数据进行了合成的触摸数据发送到定时控制器31，以将其显示在液晶显示板10中。可以按多种形式来显示与背景图像合成的触摸数据。
在S7和S8的多触摸位置计算处理中，根据本发明实施例的具有多触摸识别功能的显示装置的驱动方法可以包括对通过三角测量(如数学公式2)计算出的触摸点的位置进行验证的处理。
图10示出了根据本发明实施例的验证运算的示意性说明。参照图10，假设在显示表面10A上存在两个多触摸点(X1，Y1)、(X2，Y2)，如数学公式3，比较并确定对于这两个点中的每一个点来说彼此相邻的四对摄像机(21C和21D、21A和21B、21B和21D以及21A和21C)的三角测量结果。
[数学公式3]
X1：A×cos(θ1)&&(L-C×sin(θ3))&&(H-E×cos(θ6))&&G×sin(θ8)
Y1：A×sin(θ1)&&(L-C×cos(θ3))&&(H-E×sin(θ6))&&G×cos(θ8)
X2：B×cos(θ2)&&(L-D×sin(θ4))&&(H-F×cos(θ5))&&H×sin(θ7)
Y2：B×sin(θ2)&&(L-D×cos(θ4))&&(H-F×sin(θ5))&&H×cos(θ7)
在数学公式3中，“&&”表示比较运算。如果在验证处理中通过相邻摄像机对(21C和21D、21A和21B、21B和21D以及21A和21C)测量出的位置(如图10和数学公式3中)的误差值超出预设阈值，则多触摸信号处理程序不将该位置作为触摸位置。
根据本发明实施例的具有多触摸识别功能的显示装置及其驱动方法不仅可以通过将摄像机设置在像素阵列之外的区域来最小化孔径比的劣化因素，而且可以通过将触摸识别模块和液晶显示模块集成在一起来在不造成集成显示装置的外观变形的情况下最小化结构稳定性的劣化。特别的是，本发明识别显示装置中的多触摸位置，并且实时地在显示装置显示背景图像和触摸图像，从而本发明可以应用于触摸识别、图像扫描、以及指纹识别等。
另一方面，可以将触摸及显示模块20的液晶显示板10替换为其他平面显示板，例如，有机发光二极管OLED的显示板、等离子显示板PDP、场发射显示器FED的显示板、或者包括平面显示板在内的三维图像显示装置的显示板。
如上所述，根据本发明实施例的具有多触摸识别功能的显示装置及其驱动方法不仅可以通过将摄像机设置在像素阵列之外的区域来最小化孔径比的劣化因素，而且可以通过将触摸识别模块和液晶显示模块集成在一起来在不造成集成显示装置的外观变形的情况下最小化结构稳定性的劣化。此外，本发明可以优化对液晶显示模块进行控制并对触摸识别进行处理的电路。
本领域的技术人员很清楚，可以对本发明的实施例进行多种修改和变型。因而，如果对本文所述实施例的修改和变型落入所附权利要求及其等同物的范围内，则本发明的实施例涵盖这些修改和变型。

Claims (21)

1.一种显示装置，该显示装置具有多触摸识别功能，所述显示装置包括：
集成模块，该集成模块在显示板的边缘处集成有多个摄像机；和
处理器，该处理器至少使用由所述多个摄像机分别捕捉的第一图像和第二图像来检测触摸区。
2.根据权利要求1所述的显示装置，所述显示装置还包括控制器，该控制器与所述处理器同步，以控制背景图像在所述显示板上的显示以及所述处理器对所述第一图像和所述第二图像的捕捉。
3.根据权利要求1所述的显示装置，其中，第一摄像机和第二摄像机各自的视角在大约80度到大约90度的范围内。
4.根据权利要求1所述的显示装置，所述显示装置还包括至少一个非反射型部件，该非反射型部件与第一摄像机和第二摄像机中的对应一个摄像机的空间关系使得可以防止入射光造成光学干扰。
5.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述至少一个非反射型部件大致位于第一摄像机和第二摄像机中的所述对应一个摄像机的前面，位于所述显示板的表面上方的与所述显示板的大小成反比的高度处。
6.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述至少一个非反射型部件在所述显示板的表面上方的高度与所述显示板的表面和所述对应一个摄像机之间的距离成正比。
7.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述至少一个非反射型部件包括第一偏振滤光器和第二偏振滤光器，所述第一偏振滤光器和第二偏振滤光器的光吸收轴彼此交叉。
8.根据权利要求4所述的显示装置，其中，所述至少一个非反射型部件包括黑色层和防反射器中的一种。
9.根据权利要求1所述的显示装置，其中，所述多个摄像机包括分别捕捉所述显示板的所述第一图像和所述第二图像的第一摄像机和第二摄像机，所述处理器将第一捕捉图像和第二捕捉图像中的每一个与显示的图像进行比较以检测触摸区。
10.根据权利要求9所述的显示装置，其中，控制器使得所述第一摄像机和所述第二摄像机同步，以大致同时地捕捉所述第一图像和所述第二图像。
11.根据权利要求9所述的显示装置，其中，所述多个摄像机还包括分别捕捉所述显示板的第三图像和第四图像的第三摄像机和第四摄像机，所述处理器使用由所述第三摄像机和所述第四摄像机检测到的触摸区来验证由所述第一摄像机和所述第二摄像机检测到的触摸区。
12.一种显示装置，该显示装置包括：
显示板，该显示板用于显示表示显示图像的显示数据；
与所述显示板组装在一起的第一捕捉装置和第二捕捉装置，所述第一捕捉装置和所述第二捕捉装置分别捕捉所述显示板的第一捕捉图像和第二捕捉图像；以及
处理器，该处理器将所述显示数据与所述第一捕捉图像和所述第二捕捉图像中的每一个进行比较，以检测在所述显示板上的触摸区。
13.根据权利要求12所述的显示装置，该显示装置还包括至少一个非反射型部件，该非反射型部件与所述第一捕捉装置和所述第二捕捉装置中的对应一个捕捉装置的空间关系使得可以防止入射光造成光学干扰。
14.根据权利要求13所述的显示装置，其中，所述至少一个非反射型部件大致位于所述第一捕捉装置和所述第二捕捉装置中的所述对应一个捕捉装置的前面，位于所述显示板的表面上方的与所述显示板的大小成反比的高度处。
15.根据权利要求14所述的显示装置，其中，所述至少一个非反射型部件在所述显示板的表面上方的高度与所述显示板的表面和所述对应一个捕捉装置之间的距离成正比。
16.根据权利要求12所述的显示装置，其中，所述第一捕捉装置和所述第二捕捉装置各自的视角小至足以防止捕捉所述显示板的不必要部分，但是大至足以减小所述第一捕捉图像中不能包括的阴影区域。
17.根据权利要求16所述的显示装置，其中，所述第一捕捉装置和所述第二捕捉装置各自的视角在大约80度到大约90度的范围内。
18.根据权利要求12所述的显示装置，该显示装置还包括与所述显示板组装在一起的第三捕捉装置和第四捕捉装置，所述第三捕捉装置和所述第四捕捉装置分别捕捉所述显示板的第三捕捉图像和第四捕捉图像。
19.根据权利要求18所述的显示装置，其中，所述处理器将所述显示数据与所述第三捕捉图像和所述第四捕捉图像中的每一个进行比较，以检测在所述显示板上的触摸区。
20.根据权利要求19所述的显示装置，其中，所述处理器使用由所述第三捕捉装置和所述第四捕捉装置检测到的触摸区来验证由所述第一捕捉装置和所述第二捕捉装置检测到的触摸区。
21.一种检测显示装置上的触摸区的方法，所述显示装置包括：显示板，该显示板用于显示表示显示图像的显示数据；以及与所述显示板组装在一起的多个同步捕捉装置，所述方法包括以下步骤：
使用所述多个同步捕捉装置中的对应捕捉装置来大致同时地捕捉被触摸的显示板的第一捕捉图像、第二捕捉图像、第三捕捉图像和第四捕捉图像；以及
将所述显示数据与所述第一捕捉图像和所述第二捕捉图像中的每一个进行比较，以检测在所述显示板上的触摸区。
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