CN103299260B - 电容式触摸检测装置及电容式触摸检测方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供使用电平移位的新颖电容式触摸检测构件、检测方法和触摸屏面板，且涉及内置了电容式触摸屏面板的显示装置，其将噪声或寄生电容的影响减到最小，且通过有效地使用由液晶显示器装置的公用电极施加的信号来检测触摸。

Description

电容式触摸检测装置及电容式触摸检测方法

技术领域

本发明涉及用于检测人体手指或具有导电特性类似于人体手指的触摸输入器具的电容式触摸输入的装置、方法以及屏面板，且更明确地说，涉及使用电平移位的电容式触摸检测装置、电容式触摸检测方法和触摸屏面板，以及具有内置触摸屏面板的显示装置，其在由触摸输入引起的触摸电容添加到形成在驱动垫与传感器垫之间的驱动电容时，通过驱动电容和添加的触摸电容的变化来检测在检测器的检测信号中是否发生电平移位现象，因此获取触摸信号。

背景技术

通常，触摸屏面板为分别附接到显示装置（例如，液晶显示器（LiquidCrystalDisplays,LCD）、等离子体显示面板（PlasmaDisplayPanels,PDP）、有机发光二极管（OrganicLightEmittingDiode,OLED）显示器以及有源矩阵有机发光二极管（ActiveMatrixOrganicLightEmittingDiode,AMOLED）显示器）上以因此产生输入信号的输入装置，所述输入信号对应于例如手指或触摸笔等物体在触摸屏面板上触摸的位置。触摸屏面板广泛用于例如小型便携式移动电话、工业终端装置以及数字信息装置（DigitalInformationDevice,DID）等移动装置的各种领域。

已揭示各种类型的常规触摸屏面板，但具有简单的制造工艺以及低廉的制造成本的电阻式触摸屏面板使用得最广泛。然而，电阻式触摸屏面板具有低透射性且经受将要施加的压力，进而分别造成使用不方便和难以辨识多个触摸和手势，因此导致出现检测错误。

相比之下，电容式触摸屏面板可具有高透射性，辨识轻触摸，且令人满意地辨识多个触摸和手势，因此逐步拓宽市场占有率。

图1显示常规电容式触摸屏面板的结构的实例。参照图1，在常规电容式触摸屏面板中，透明导电膜分别形成在由塑料或玻璃制成的透明衬底2的顶表面和底表面上。用于施加电压的金属电极4形成在透明衬底2的四个角落中的每一者处。透明导电膜由例如氧化铟锡（IndiumTinOxide，ITO）或氧化锑锡（AntimonyTinOxide，ATO）等透明金属形成。通过印刷例如银（Ag）等低电阻导电金属而形成分别形成在透明导电膜的四个角落处的金属电极4。电阻器网络形成在金属电极4周围。电阻器网络按线性图案形成以便在透明导电膜的整个表面上相等地传输控制信号。保护膜涂布在包含金属电极4的透明导电膜的顶部上。

在电容式触摸屏面板的情况下，当高频交流（alternating-current,AC）电压施加到金属电极4时，高频交流（AC）电压扩展到透明衬底2的整个表面。此处，如果手指8或导电触摸输入单元轻轻地触摸透明衬底2上的透明导电膜的顶表面，那么某一量的电流被吸入到人体中且电流的改变被控制器6的内置电流传感器检测到，因此计算出分别在四个金属电极4处的电流的量，且进而辨识触摸点。

然而，图1所示的电容式触摸屏面板检测微电流的量，且需要昂贵的检测装置，因此提高电容式触摸屏面板的价格，且使得难以辨识多个触摸。

在最近几年中，为了克服这些问题，已主要使用图2所示的电容式触摸屏面板。图2的触摸屏面板包含横向线性传感器图案5a、纵向线性传感器图案5b，以及用于分析触摸信号的触摸驱动集成电路（IntegratedCircuit，IC）7。触摸屏面板检测在线性传感器图案5与手指8之间形成的电容的量值。此处，触摸屏面板扫描横向线性传感器图案5a以及纵向线性传感器图案5b，因此检测触摸信号且进而辨识多个触摸点。

然而，当触摸屏面板安装在例如液晶显示器（LCD）等显示装置上且加以使用时，可能由于噪声而难以检测信号。举例来说，液晶显示器（LCD）使用公用电极，且在一些情况下交流（AC）公用电压Vcom施加到公用电极。当检测触摸点时，公用电极的交流公用电压Vcom充当噪声。

图3显示常规电容式触摸屏面板安装在液晶显示器（LCD）上的实例。显示装置200（例如，液晶显示器（LCD））具有液晶被密封且填充在下侧薄膜晶体管（thinfilmtransistor；TFT）衬底205与上侧彩色滤光片215之间以进而形成液晶层210的结构。为了密封液晶，TFT衬底205与彩色滤光片215在其外部部分处由密封剂230接合。尽管未图示，但偏振板附接在LCD面板的顶部以及底部上，且此外，设有例如背光单元（backlightunit；BLU）以及亮度增强膜（brightnessenhancementfilm；BEF）等光学薄片。

如图所示，触摸屏面板设置在显示装置200的顶部上。触摸屏面板具有线性传感器图案5置于衬底1的上表面上的结构。用于保护线性传感器图案5的保护面板3附接在衬底1的顶部上。触摸屏面板通过例如双面胶带（doubleadhesivetape；DAT）等粘合构件9结合到显示装置200的外部部分，且气隙9a形成在显示装置200与触摸屏面板之间。

在此配置中，如果如图3所示而发生触摸，那么电容Ct形成在手指8与线性传感器图案5之间。同时，如图所示，电容Cvcom形成在线性传感器图案5与形成在显示装置200的彩色滤光片215的下表面上的公用电极220之间，且未知寄生电容Cp也在线性传感器图案5处起作用。因此，与图4的等效电路相同的电路得以配置。

此处，常规触摸屏面板通过检测电容Ct的改变量来辨识触摸，其中例如电容Cvcom和Cp等背景分量在检测电容Ct时充当噪声。举例来说，用于移动装置的小型以及中等大小的LCD使用线反转方法，其中公用电极220的公用电压Vcom如图5所示按照一个或多个栅极线交替，以便减少电流消耗，且因此交流电场在检测触摸时充当相当大的噪声。

通常，为了移除噪声，气隙9a放置在触摸屏面板与显示装置200之间，如图3所示。另外，尽管未图示，但ITO层涂布在触摸屏面板的衬底1的下表面上，进而形成屏蔽层。另外，屏蔽层借助于接地电压而接地。

然而，产品变厚且产品的质量因为气隙9a而退化。另外，需要配置屏蔽层的单独工艺，进而导致制造成本升高。明确地说，在液晶显示器（LCD）中形成内置触摸屏面板的情况下，形成气隙9a或屏蔽层非常困难，且因此在例如液晶显示器（LCD）等显示装置中形成内置触摸屏面板也非常困难。

发明内容

【技术问题】

为了解决常规电容式触摸屏面板的上述问题，本发明的目标为提供使用电平移位的电容式触摸检测装置、电容式触摸检测方法和触摸屏面板，以及具有内置触摸屏面板的显示装置，其包含传感器垫以及与传感器垫间隔开的驱动垫，且取决于在交流电压(以下称为AC电压)施加到驱动垫时由触摸输入器具进行的触摸输入发生之时触摸电容的添加以及驱动电容的变化而检测传感器垫的电压变化是否发生电平移位，因此获取触摸信号，且进而将由外部噪声引起的影响、由寄生电容引起的影响以及由显示装置的公用电极引起的影响减到最小，且进而可靠地检测触摸信号，且同时促进将内置触摸屏面板并入例如液晶显示器（LCD）等显示装置中。

【技术解决方案】

为了实现本发明的上述目标，根据本发明的方面，提供一种电容式触摸检测装置，其用于通过人体手指（25）或例如类似于人体手指的导体等触摸输入器具的接近来检测触摸电容（Ct）的出现，所述电容式触摸检测装置包括：

传感器垫（10），其在所述触摸输入器具与所述传感器垫（10）之间形成所述触摸电容（Ct），且在显示装置（200）的公用电极（220）与所述传感器垫（10）之间形成公用电极电容（Cvcom）；

驱动垫（20），其通过绝缘体（15）与所述传感器垫（10）间隔开，在所述传感器垫（10）与所述驱动垫（20）之间形成驱动电容（Cdrv），且具有按预定频率交替的交流电压电平；

充电单元（12），其将电荷信号供应到所述传感器垫（10），因此在所述触摸电容（Ct）、所述公用电极电容（Cvcom）以及所述驱动电容（Cdrv）中积累电荷；以及

电平移位检测单元（14），其连接到所述传感器垫（10），且检测在触摸输入发生之时，在所述触摸电容（Ct）添加到所述公用电极电容（Cvcom）时由所述驱动垫（20）的所述交流电压电平引起的所述传感器垫（10）的电压变化相对于在触摸输入未发生之时，由所述驱动垫（20）的所述交流电压电平引起的所述传感器垫（10）的另一电压变化是否发生电平移位，进而获取触摸信号。

优选但未必，多个所述传感器垫（10）分别与连接器（10a）连接，因此形成线性传感器图案（10b），且多个驱动垫（20）分别与连接器（20a）连接，因此形成线性驱动图案（20b），其中所述驱动垫（20）的部分与所述传感器垫（10）的部分重叠。

优选但未必，所述绝缘体（15）厚度为约100埃到约100微米。

优选但未必，交流电压电平被依序扫描且供应到所述线性驱动图案（20b）中的每一者。

优选但未必，所述显示装置（200）的所述公用电极（220）具有直流（DC）电压电平。

优选但未必，在触摸输入未发生之时，由所述驱动电容（Cdrv）引起的所述传感器垫（10）的所述电压变化由以下方程式1确定，

当所述触摸电容（Ct）添加到所述公用电极电容（Cvcom），且所述驱动电容（Cdrv）变化时，所述传感器垫（10）的所述电压变化由以下方程式3确定，且

所述电平移位由于以下方程式1与3的所述电压变化之间的差而发生，

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{\mathrm{Cdrv}}{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}}---1$

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}}{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}+\mathrm{Ct}}---3,$

其中，ΔVsensor为所述传感器垫中的电压变化，VdrvH为施加到所述驱动垫的所述AC电压的高电平电压，VdrvL为施加到所述驱动垫的所述AC电压的低电平电压，Cdrv为所述驱动电容，Cdrv'为由于触摸输入的所述发生而变化的所述驱动电容，Cvcom为所述公用电极电容，Cp为寄生电容，且Ct为触摸电容。

优选但未必，所述显示装置（200）的所述公用电极（220）具有按预定频率交替的公用电压电平。

优选但未必，所述驱动垫（20）的所述交流电压电平与所述公用电极（220）的所述交流电压电平同相或反相地同步。

优选但未必，在触摸输入未发生之时，由所述驱动电容（Cdrv）引起的所述传感器垫（10）的所述电压变化由以下方程式7确定，

当所述触摸电容（Ct）添加到所述公用电极电容（Cvcom），且所述驱动电容（Cdrv）变化时，所述传感器垫（10）的所述电压变化由以下方程式9确定，且

所述电平移位由于以下方程式7与9的所述电压变化之间的差而发生，

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}}{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}}---7$

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}+\mathrm{Cvcom}}{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}+\mathrm{Ct}}---9,$

其中，ΔVsensor为所述传感器垫中的电压变化，VdrvH为施加到所述驱动垫的所述AC电压的高电平电压，VdrvL为施加到所述驱动垫的所述AC电压的低电平电压，Cdrv为所述驱动电容，Cdrv'为由于触摸输入的所述发生而变化的所述驱动电容，Cvcom为所述公用电极电容，Cp为寄生电容，且Ct为触摸电容。

优选但未必，所述电平移位检测单元（14）在所述驱动垫（20）的所述AC电压电平升高时间和/或下降时间检测所述传感器垫（10）的所述电平移位。

优选但未必，所述电平移位检测单元（14）对应于所述电平移位的大小检测所述触摸输入器具的触摸面积相对于所述传感器垫（10）的比率。

优选但未必，所述电平移位检测单元（14）包括接通/切断控制端子连接到所述传感器垫（10）的信号检测开关单元（16）。

优选但未必，所述电平移位检测单元（14）包括用以放大来自所述传感器垫（10）的信号的放大器（18）。

优选但未必，所述放大器（18）为用以差动地放大来自所述传感器垫（10）的所述信号的差动放大器（18a）。

更优选但未必，所述差动放大器（18a）的差动输入信号为对应于在触摸输入未发生之时由所述驱动电容（Cdrv）引起的所述传感器垫（10）的所述电压变化的信号。

优选但未必，所述电容式触摸检测装置更包括针对所述传感器垫（10）存储来自所述放大器（18）的输出的存储器单元（28），因此参考所述存储器单元（28）来检测针对所述传感器垫（10）的触摸输入是否发生。

根据本发明的另一方面，还提供一种电容式触摸检测方法，其用于通过人体手指（25）或例如类似于人体手指的导体等触摸输入器具的接近来检测触摸电容（Ct）的出现，所述电容式触摸检测方法包括以下步骤：

（a）将充电信号供应到传感器垫（10），以在所述传感器垫（10）与驱动垫（20）之间按所施加的预定频率交替的交流（AC）电压形成驱动电容（Cdrv），在显示装置（200）的公用电极（220）与所述传感器垫（10）之间形成公用电极电容（Cvcom），且在所述触摸输入器具与所述传感器垫（10）之间形成所述触摸电容（Ct），因此在所述驱动电容（Cdrv）、所述公用电极电容（Cvcom）以及所述触摸电容（Ct）中积累电荷；

（b）检测所述传感器垫（10）中的电压变化；以及

（c）检测在触摸输入发生之时，在所述触摸电容（Ct）添加到所述公用电极电容（Cvcom）时由所述驱动垫（20）的所述交流电压电平引起的所述传感器垫（10）的电压变化相对于在触摸输入未发生之时，由所述驱动垫（20）的所述交流电压电平引起的所述传感器垫（10）的另一电压变化是否发生电平移位，进而获取触摸信号。

优选但未必，多个所述传感器垫（10）分别与连接器（10a）连接，因此形成线性传感器图案（10b），且多个驱动垫（20）分别与连接器（20a）连接，因此形成线性驱动图案（20b），其中所述驱动垫（20）的部分与所述传感器垫（10）的部分重叠。

优选但未必，所述绝缘体（15）厚度为约100埃到约100微米。

优选但未必，交流电压电平被依序扫描且供应到所述线性驱动图案（20b）中的每一者。

优选但未必，所述显示装置（200）的所述公用电极（220）具有直流（DC）电压电平。

优选但未必，在步骤（c）中，在触摸输入未发生之时，由所述驱动电容（Cdrv）引起的所述传感器垫（10）的所述电压变化由以下方程式1确定，

当所述触摸电容（Ct）添加到所述公用电极电容（Cvcom），且所述驱动电容（Cdrv）变化时，所述传感器垫（10）的所述电压变化由以下方程式3确定，且

所述电平移位由于以下方程式1与3的所述电压变化之间的差而发生，

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{\mathrm{Cdrv}}{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}}---1$

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}}{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}+\mathrm{Ct}}---3,$

其中，ΔVsensor为所述传感器垫中的电压变化，VdrvH为施加到所述驱动垫的所述AC电压的高电平电压，VdrvL为施加到所述驱动垫的所述AC电压的低电平电压，Cdrv为所述驱动电容，Cdrv'为由于触摸输入的所述发生而变化的所述驱动电容，Cvcom为所述公用电极电容，Cp为寄生电容，且Ct为触摸电容。

优选但未必，所述显示装置（200）的所述公用电极（220）具有按预定频率交替的公用电压电平。

优选但未必，所述驱动垫（20）的所述交流电压电平与所述公用电极（220）的所述交流电压电平同相或反相地同步。

优选但未必，在步骤（c）中，在触摸输入未发生之时，由所述驱动电容（Cdrv）引起的所述传感器垫（10）的所述电压变化由以下方程式7确定，

当所述触摸电容（Ct）添加到所述公用电极电容（Cvcom），且所述驱动电容（Cdrv）变化时，所述传感器垫（10）的所述电压变化由以下方程式9确定，且

所述电平移位由于以下方程式7与9的所述电压变化之间的差而发生，

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}}{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}}---7$

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}+\mathrm{Cvcom}}{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}+\mathrm{Ct}}---9,$

其中，ΔVsensor为所述传感器垫中的电压变化，VdrvH为施加到所述驱动垫的所述AC电压的高电平电压，VdrvL为施加到所述驱动垫的所述AC电压的低电平电压，Cdrv为所述驱动电容，Cdrv'为由于触摸输入的所述发生而变化的所述驱动电容，Cvcom为所述公用电极电容，Cp为寄生电容，且Ct为触摸电容。

优选但未必，在步骤（c）中，在所述驱动垫（20）的所述AC电压电平升高时间和/或下降时间，检测所述传感器垫（10）的所述电平移位。

优选但未必，在步骤（c）中，所述电平移位检测步骤更包括对应于所述电平移位的大小检测所述触摸输入器具的触摸面积相对于所述传感器垫（10）的比率的步骤。

优选但未必，在步骤（c）中，接通/切断控制端子连接到所述传感器垫（10）的信号检测开关单元（16）用于所述电平移位检测步骤。

优选但未必，在步骤（c）中，对于所述电平移位检测步骤，放大器（18）用以放大来自所述传感器垫（10）的信号。

优选但未必，所述放大器（18）为用以差动地放大来自所述传感器垫（10）的所述信号的差动放大器（18a）。

更优选但未必，所述差动放大器（18a）的差动输入信号为对应于在触摸输入未发生之时由所述驱动电容（Cdrv）引起的所述传感器垫（10）的所述电压变化的信号。

优选但未必，所述电容式触摸检测方法更包括以下步骤：针对所述传感器垫（10）将来自所述放大器（18）的输出存储在存储器单元（28）中，以及参考所述存储器单元（28）来检测针对所述传感器垫（10）的触摸输入是否发生。

根据本发明的又一方面，还提供一种使用电平移位的电容式触摸屏面板，其用于通过人体手指（25）或例如类似于人体手指的导体等触摸输入器具的接近来检测触摸电容（Ct）的出现，所述电容式触摸屏面板包括：

衬底（50）；

传感器垫（10），其形成在所述衬底（50）的顶部上，且在所述触摸输入器具与所述传感器垫（10）之间形成所述触摸电容（Ct），且在显示装置（200）的公用电极（220）与所述传感器垫（10）之间形成公用电极电容（Cvcom）；

驱动垫（20），其通过绝缘体（15）与所述传感器垫（10）间隔开，在所述传感器垫（10）与所述驱动垫（20）之间形成驱动电容（Cdrv），且具有按预定频率交替的交流电压电平；

充电单元（12），其将电荷信号供应到所述传感器垫（10），因此在所述触摸电容（Ct）、所述公用电极电容（Cvcom）以及所述驱动电容（Cdrv）中积累电荷；

电平移位检测单元（14），其连接到所述传感器垫（10），且检测在触摸输入发生之时，在所述触摸电容（Ct）添加到所述公用电极电容（Cvcom）时由所述驱动垫（20）的所述交流电压电平引起的所述传感器垫（10）的电压变化相对于在触摸输入未发生之时，由所述驱动垫（20）的所述交流电压电平引起的所述传感器垫（10）的另一电压变化是否发生电平移位，进而获取触摸信号；以及

驱动集成电路（IC）（30），其通过所述充电单元（12）将充电信号供应到所述传感器垫（30），且从来自所述电平移位检测单元（14）的输出计算触摸坐标。

优选但未必，在所述衬底（50）的有效区中，多个所述传感器垫（10）分别与连接器（10a）连接，因此形成线性传感器图案（10b），且多个驱动垫（20）分别与连接器（20a）连接，因此形成线性驱动图案（20b），其中所述驱动垫（20）的部分与所述传感器垫（10）的部分重叠。

优选但未必，所述绝缘体（15）厚度为约100埃到约100微米。

优选但未必，所述驱动IC（30）依序扫描交流电压电平且将其供应到所述线性驱动图案（20b）中的每一者。

优选但未必，所述显示装置（200）的所述公用电极（220）具有直流（DC）电压电平。

优选但未必，在触摸输入未发生之时，由所述驱动电容（Cdrv）引起的所述传感器垫（10）的所述电压变化由以下方程式1确定，

当所述触摸电容（Ct）添加到所述公用电极电容（Cvcom），且所述驱动电容（Cdrv）变化时，所述传感器垫（10）的所述电压变化由以下方程式3确定，且

所述电平移位由于以下方程式1与3的所述电压变化之间的差而发生，

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{\mathrm{Cdrv}}{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}}---1$

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}}{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}+\mathrm{Ct}}---3,$

其中，ΔVsensor为所述传感器垫中的电压变化，VdrvH为施加到所述驱动垫的所述AC电压的高电平电压，VdrvL为施加到所述驱动垫的所述AC电压的低电平电压，Cdrv为所述驱动电容，Cdrv'为由于触摸输入的所述发生而变化的所述驱动电容，Cvcom为所述公用电极电容，Cp为寄生电容，且Ct为触摸电容。

优选但未必，所述显示装置（200）的所述公用电极（220）具有按预定频率交替的公用电压电平。

优选但未必，所述驱动垫（20）的所述交流电压电平与所述公用电极（220）的所述交流电压电平同相或反相地同步。

优选但未必，在触摸输入未发生之时，由所述驱动电容（Cdrv）引起的所述传感器垫（10）的所述电压变化由以下方程式7确定，

当所述触摸电容（Ct）添加到所述公用电极电容（Cvcom），且所述驱动电容（Cdrv）变化时，所述传感器垫（10）的所述电压变化由以下方程式9确定，且

所述电平移位由于以下方程式7与9的所述电压变化之间的差而发生，

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}}{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}}---7$

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}+\mathrm{Cvcom}}{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}+\mathrm{Ct}}---9,$

其中，ΔVsensor为所述传感器垫中的电压变化，VdrvH为施加到所述驱动垫的所述AC电压的高电平电压，VdrvL为施加到所述驱动垫的所述AC电压的低电平电压，Cdrv为所述驱动电容，Cdrv'为由于触摸输入的所述发生而变化的所述驱动电容，Cvcom为所述公用电极电容，Cp为寄生电容，且Ct为触摸电容。

优选但未必，所述电平移位检测单元（14）在所述驱动垫（20）的所述AC电压电平升高时间和/或下降时间检测所述传感器垫（10）的所述电平移位。

优选但未必，所述电平移位检测单元（14）对应于所述电平移位的大小检测所述触摸输入器具的触摸面积相对于所述传感器垫（10）的比率。

优选但未必，所述电平移位检测单元（14）包括接通/切断控制端子连接到所述传感器垫（10）的信号检测开关单元（16）。

优选但未必，所述电平移位检测单元（14）包括用以放大来自所述传感器垫（10）的信号的放大器（18）。

优选但未必，所述放大器（18）为用以差动地放大来自所述传感器垫（10）的所述信号的差动放大器（18a）。

更优选但未必，所述差动放大器（18a）的差动输入信号为对应于在触摸输入未发生之时由所述驱动电容（Cdrv）引起的所述传感器垫（10）的所述电压变化的信号。

优选但未必，所述电容式触摸检测装置更包括针对所述传感器垫（10）存储来自所述放大器（18）的输出的存储器单元（28），因此参考所述存储器单元（28）来检测针对所述传感器垫（10）的触摸输入是否发生。

优选但未必，驱动IC（30）以覆晶玻璃（ChipOnGlass,COG）图案或覆晶薄膜（ChipOnFilm,COF）图案的形式安装在所述衬底（50）的一侧上。

优选但未必，保护面板（52）进一步附接在所述衬底（50）的上表面上。

优选但未必，所述衬底（50）为建置在显示装置（200）中的衬底以及构成所述显示装置（200）的衬底中的一者。

根据本发明的又一方面，还提供一种具有内置电容式触摸屏面板的显示装置，其中所述电容式触摸屏面板为上述电容式触摸屏面板中的任一者，或具有基本配置的衬底中的任一衬底具有上述衬底（50）的配置。

优选但未必，所述显示装置（200）为液晶显示器（LCD）装置，且所述衬底（50）为所述LCD装置的彩色滤光片（215）。

优选但未必，所述驱动IC（30）集成在所述显示装置（200）的显示屏的驱动IC中。

【有利效果】

在使用电平移位的电容式触摸检测装置、使用电平移位的电容式触摸检测方法、使用电平移位的电容式触摸屏面板，以及具有内置电容式触摸屏面板的显示装置的情况下，根据本发明，

驱动垫形成在与传感器垫间隔开的一距离处，按给定频率交替的电压被逐行扫描且供应到所述驱动垫，进而取决于在触摸输入发生之时触摸电容的添加以及驱动电容的变化而检测电平移位检测单元的输入端中是否发生电平移位，且因此获取触摸信号。因此，由垂直噪声、耦合现象或来自显示装置的其它因素产生的寄生电容引起的影响减到最小，且信号的错误辨识也不会发生。另外，按相对高的电压电平检测触摸输入，因此甚至容易用小横截面积的触摸输入器具来俘获信号，且进而使得可能执行触笔输入。另外，本发明取决于移动电平的大小而获得触摸输入器具的触摸面积的比率，因此提高触摸分辨率且实现良好手写以及绘图。

附图说明

通过参照附图描述优选实施例，本发明的以上和其它目标和优点将变得更显而易见。

图1为显示常规电容式触摸屏面板的实例的透视图。

图2为显示常规电容式触摸屏面板的另一实例的平面图。

图3为显示图2的触摸屏面板安装在显示装置的顶部上的实例的横截面图。

图4为显示图3中检测触摸电容的等效电路图。

图5为说明液晶显示器装置的交流（AC）电压波形的波形图。

图6为说明根据本发明的触摸检测装置的电路图。

图7为驱动电容的变化的示意图。

图8为显示根据本发明的传感器垫以及驱动垫的图案的配置的框图。

图9为沿着图8的线I-I'截取的横截面图。

图10为显示触摸屏面板安装在显示装置上的配置的横截面图。

图11为显示触摸屏面板建置在显示装置中的配置的横截面图。

图12为显示电平移位检测器的实例的电路图。

图13为显示电平移位检测器的另一实例的电路图。

图14为显示电平移位检测器的又一实例的电路图。

图15为说明检测触摸信号的过程的波形图。

图16为显示存储器单元的配置的示意图。

主要元件标号说明：

1：衬底

2：透明衬底

3：保护面板

4：金属电极

5：线性传感器图案

5a：横向线性传感器图案

5b：纵向线性传感器图案

6：控制器

7：触摸驱动IC（集成电路）

8：手指

9：粘合构件

9a：气隙

10：传感器垫

10a：连接器

10b：线性传感器图案

12：充电单元

14：电平移位检测单元

15：绝缘体

16：信号检测开关单元

18：放大器

18a：差动放大器

20：驱动垫

20a：连接器

20b：线性驱动图案

20c：重叠区

25：人体手指

28：存储器单元

30：驱动IC

31：信号收发器

33：时序控制器

35：信号处理单元

40：中央处理单元（CPU）

43：公用电压检测器

45：公用电压接收器

50：衬底

52：保护面板

57：粘合构件

58：气隙

200：显示装置

205：薄膜晶体管衬底

210：液晶层

215：彩色滤光片

220：公用电极

230：密封剂

Cdrv：驱动电容

Cp：寄生电容

Ct：触摸电容

Cvcom：公用电极电容

P1：接头

Vb：充电信号

Vcom：交流公用电压

Vdif：差动输入电压

Vdrv：AC电压

Vg：栅极电压

V_P1：电位

Vt：输出

具体实施方式

下文中将参照附图详细描述本发明的优选实施例。

首先，本发明涉及使用电平移位的电容式触摸检测装置、使用电平移位的电容式触摸检测方法、使用电平移位的电容式触摸屏面板，以及具有内置电容式触摸屏面板的显示装置。常规电容式触摸检测装置检测由手指等的接触引起的电容的改变，但根据本发明的电容式触摸检测装置配置被依序施加交流（AC）电压的驱动垫的组合，使驱动垫20与传感器垫10电绝缘，且检测在驱动垫与传感器垫两者之间出现的驱动电容与在传感器垫中出现的触摸电容之间的相关性引起的电压变化。根据本发明的触摸检测系统将由在触摸输入未发生之时在驱动垫与传感器垫之间的驱动垫电容建立的电压变化与在触摸输入发生之时在驱动垫电容变化且添加了触摸电容时产生的电压变化进行比较，且检测电平移位（其为两个电压变化之间的量值差），因此将从显示装置产生的噪声或寄生电容导致的影响减到最小，且进而较可靠地获取触摸信号。

本发明检测手指或电特性类似于手指的的触摸输入器具的非接触触摸输入。此处，术语“非接触触摸输入”意味手指等的触摸输入器具以通过衬底、保护面板等与传感器垫间隔开预定距离的状态执行触摸输入。触摸输入器具可接触衬底的外表面。然而，甚至在此情况下，触摸输入器具与传感器垫保持于非接触状态。因此，手指在传感器垫上的触摸动作可表达为术语“接近”。同时，由于手指对于衬底的外表面可保持于接触状态，因此手指在衬底上的触摸动作可表达为术语“接触”。在本说明书以及权利要求书中，术语“接近”和“接触”如上共同用作相同含义。

例如“～部分”等组件为执行某些功能的可配置元件，且意指软件可配置元件或硬件可配置元件，例如现场可编程门阵列（Field-ProgrmmableGateArray,FPGA）或专用集成电路（ApplicationSpecificIntegratedCircuit,ASIC）。然而，例如“～部分”等组件不限于软件或硬件可配置元件。举例来说，软件或硬件可配置元件可配置成可寻址存储媒体，或可经配置以再生一个或一个以上处理器。作为实例，例如“～部分”等软件或硬件可配置元件可包含一些过程、功能、性质、子例程、程序代码的片断、固件、微码、数据库和变量。另外，例如“～部分”等软件或硬件可配置元件可包含在较大组件中或可包含较小组件。另外，例如“～部分”等软件或硬件可配置元件可在其中含有其自己的中央处理单元（CPU）。

在以下图式中，厚度或区域已扩大以明确地显示若干层和区域。在说明书的整体详细描述中，相似参考标号用于相似元件。当提到例如层、膜、区域以及衬底等一部分放置在另一部分“上”或“上表面上”时，这意味所述部分不仅“恰好放置在另一部分上”，而且所述部分放置在所述部分与所述另一部分之间的第三部分上。相比之下，当提到某一部分“恰好放置在另一部分上”时，这意味两者之间不存在其它部分。另外，除非另外陈述，否则本文中描述的信号统指电压或电流。

图6为说明根据本发明的触摸检测装置的电路图。图7为驱动电容的变化的示意图。图8为显示根据本发明的传感器垫以及驱动垫的图案的配置的框图。图9为沿着图8的线I-I'截取的横截面图。

首先参照图6，根据本发明的触摸检测装置包含传感器垫10、驱动垫20、充电单元12以及电平移位检测器（LevelShiftDetector,LSD）14。

传感器垫10为经图案化以检测触摸输入的电极。触摸电容Ct形成在传感器垫10与人体的手指25或例如类似于手指的电导体等触摸输入器具之间，且公用电极电容Cvcom形成在传感器垫10与（图10的）显示装置200的公用电极220之间。在触摸屏面板置于显示装置200上的情况下，传感器垫10形成为透明电导体。举例来说，传感器垫10由透明材料形成，例如氧化铟锡（IndiumTinOxide,ITO）、氧化锑锡（AntimonyTinOxide,ATO）、碳纳米管（CarbonNanoTube,CNT）或氧化铟锌（IndiumZincOxide,IZO）或导电特性类似于氧化铟锡、氧化锑锡、碳纳米管或氧化铟锌的透明材料。在例如触摸键盘或触摸板等触摸屏面板未安装在显示装置上的情况下，传感器垫10可由金属形成。

驱动垫20为与传感器垫10间隔开的电极。如图6所示，按给定频率交替的交流（AC）电压施加到驱动垫20。驱动垫20为以与传感器垫10的方式相同的方式图案化于衬底50上的电极。驱动垫20优选由例如氧化铟锡、氧化锑锡、碳纳米管或氧化铟锌等透明材料形成。驱动垫20也可由例如触摸板等装置中的金属形成。

绝缘体15设置在驱动垫20与传感器垫10之间。另外，驱动电容Cdrv形成在驱动垫20与传感器垫10之间。驱动电容Cdrv因手指25的触摸事件而变化。假设人体的手指25为浮动电介质材料。如图7所示，如果使手指25接近传感器垫10，那么传感器垫10与驱动垫20之间的电场变化且因此驱动电容Cdrv的值变大。这是因为当人体的手指25接近传感器垫10时，从驱动垫20开始且终止于传感器垫10的电力线的数目增加。

相比之下，当人体的手指25接地时，应用电场屏蔽模型。在此情况下，电场因手指25的接近而被屏蔽，但相反，驱动电容Cdrv变小。这是因为当人体的手指25接近传感器垫10时，电力线的数目因为来自驱动垫20的电力线中的一些被手指25阻隔而减少。

图8为显示传感器垫10以及驱动垫20的图案的配置的框图。在图8的实例中，传感器垫10以及驱动垫20分别被说明为呈菱形的形式，但每一垫的形状可改变为各种形式（例如，圆形、三角形或矩形）。另外，仅为了理解本发明，传感器垫10以及驱动垫20分别被说明为3*3的分辨率的实例，但实际上被布置成具有较高分辨率（例如，18*30或24*40）。

如图所示，多个传感器垫10分别与连接器10a连接，因此形成线性传感器图案10b。在图8的说明中，线性传感器图案10b布置在列方向上。多个驱动垫20也分别与连接器20a连接，因此形成线性驱动图案20b。线性驱动图案20b布置在行方向上。线性传感器图案10b以及线性驱动图案20b分别在连接器10a和20a处相互交叉。连接器10a和20a中的每一者在每一个接点处相互绝缘。

驱动垫20中的每一者的部分与传感器垫10中的一者的部分重叠。如图8所示，驱动垫20中的每一者的菱形图案的部分突出以覆盖传感器垫10中的一者的上表面，因此形成重叠区20c。另外，参照图9的横截面图，可见传感器垫10形成在衬底50的上表面上，绝缘体15形成在传感器垫10的上表面上，且驱动垫20形成在绝缘体15的上表面上。

绝缘体15越厚，驱动电容Cdrv的大小和光透射性变得越小。因此，优选将绝缘体15维持为具有预定厚度。作为实例，绝缘体15厚度为约100埃到约100微米。

在图9的说明中，保护面板52安装在衬底50的上表面上。保护面板52起到维持间隔的作用，以使得传感器垫10与手指25间隔开预定距离，且同时防止显示装置200的耐久性降级。保护面板52可由例如强化玻璃或透明丙烯树脂等材料制成。

同时，传感器垫10以及驱动垫20两者可定位在衬底50下方。在此情况下，衬底50起到保护面板52的作用。另外，驱动垫20可首先形成在衬底50的上表面上，且接着绝缘体15以及传感器垫10依序沉积在驱动垫20上。

图10和图11分别为显示安装触摸屏面板的实例的示意性横截面图，其中根据本发明的触摸屏面板安装在液晶显示器（LiquidCrystalDisplay,LCD装置）上。如图所示，一般来说，液晶显示器装置具有公用电极220（其称作Vcom电极）。将如下简要描述显示装置200。

显示装置200具有以下结构：液晶被密封并填充于下部TFT衬底205与上部彩色滤光片215之间，因此形成液晶层210。为了密封液晶，TFT衬底205与彩色滤光片215在其外部部分处由密封剂230接合。尽管未图示，但偏振板附接在液晶显示器面板的顶部以及底部上，且此外，设有例如背光单元（BackLightUnit,BLU）以及亮度增强膜（BrightnessEnhancementFilm,BEF）等光学薄片。

在图10的实施例中，如图所示，触摸屏面板的衬底50设置在显示装置200的顶部上。衬底50通过例如双面胶带（DoubleAdhesiveTape,DAT）等粘合构件57而在其外部部分附接到显示装置200的上部部分，且气隙58形成在衬底50与显示装置200之间。另外，尽管图中未示，但衬底50可用紫外线可固化树脂、硅树脂等直接附接在显示装置200的上部部分上而不形成气隙。

在图11的实施例中，例如图9的触摸组件等触摸组件可直接安装在显示装置200的彩色滤光片215的上部部分上。也就是说，彩色滤光片215充当触摸屏面板的衬底50。此结构具有以下优点：在制造显示装置200的工艺中一起制造触摸屏面板，此称作外嵌式（on-cell）方法。

显示装置200的公用电极220在点反转方法中具有直流（direct-current,DC）电压，但在线反转或列反转方法中具有交流电压电平。如图10和图11所示，公用电极电容Cvcom在两种反转方法中都形成在传感器垫10与公用电极220之间。

上述Cdrv、Ct和Cvcom为分别表示电容器的名称以及量值两者的符号。举例来说，符号“Ct”意味电容器名称为Ct且电容的量值为Ct。

返回参照图6，充电单元12为用于在所需时间点选择性地将充电信号供应到传感器垫10的单元。充电单元12为线性装置，例如根据供应到接通/切断控制端子的控制信号而执行开关操作的3端开关装置，或根据控制信号而供应信号的运算放大器（OP-AMP）。举例来说，充电单元12为以下各项中的任一者：继电器开关、金属氧化物半导体（MetalOxideSemiconductor,MOS）开关、双极结晶体管（BipolarJunctionTransistor,BJT）开关、场效应晶体管（FieldEffectTransistor,FET）开关、金属氧化物半导体场效应晶体管（MetalOxideSemiconductorFieldEffectTransistor,MOSFET）开关、绝缘栅极双极晶体管（InsulatedGateBipolarTransistor,IGBT）开关以及薄膜晶体管（ThinFilmTransistor,TFT）开关。

举例来说，继电器开关为如下装置：当电流施加到其控制端子时，施加到其输入端子的电压或电流被无损耗地输出。双极结晶体管开关为如下装置：当在高于基极端子的阈值电压的电流已施加到其基极端子的状态下将电流施加到基极端子时，某一量的经放大电流从其集极端子流动到其射极端子。另外，薄膜晶体管开关为用于液晶显示器或有源矩阵有机发光二极管的像素单元中的开关装置，且包含作为控制端子的栅极端子，以及分别为输入端子以及输出端子的漏极端子和源极端子，其中当高于阈值电压（其高于施加到源极端子的电压）的电压施加到栅极端子时，薄膜晶体管开关被激励，且因此取决于施加到栅极端子的电压的量值的电流从输入端子流动到输出端子。此外，例如具有启用端子以及停用端子的运算放大器（OP-AMP）以及双稳态触发器等多种装置可用作充电单元12。

如图6所示，作用于传感器垫10上的电容为驱动电容Cdrv、公用电极电容Cvcom、触摸电容Ct以及寄生电容Cp。当通过充电单元12施加充电信号时，例如Cdrv、Cvcom、Ct和Cp等电容器将都被充电。此后，如果充电单元12被切断，那么除非每一电容器中充电的信号以单独方式放电，否则经充电信号被隔离。为了稳定地隔离经充电信号，优选将3端开关装置用作充电单元12，如图12到图14所示，且电平移位检测器14的输入端具有高阻抗（或Hi-z）状态。如果在对经充电信号放电时观察触摸输入，以其它方式隔离经充电信号，或在放电起始时间迅速观察信号，那么无需不可避免地在电平移位检测器14的输入端具有高阻抗（或Hi-z）状态。

电平移位检测器14检测传感器垫10的信号电平是否移位。优选地，电平移位检测器14检测在触摸输入发生之时（即，当Ct并联地添加到Cdrv等且Cdrv变化时）传感器垫10的电压变化相对于触摸输入未发生之时（即，当Ct未形成时）传感器垫10的电压变化是否发生电平移位，因此获取触摸信号。

电平移位检测器14可具有广泛多种装置或电路配置。举例来说，电平移位检测器14可包含用以放大来自传感器垫10的信号的放大器、模/数转换器（analogtodigitalconverter，ADC）、电压频率转换器（voltagetofrequencyconverter，VFC）、双稳态触发器、锁存器、缓冲器、晶体管（TR）、薄膜晶体管（TFT）、比较器等，或这些组件的组合。

在图12的实施例中，电平移位检测器14包括信号检测开关装置16。作为实例，信号检测开关装置16为薄膜晶体管（TFT）。参照图12，信号检测开关装置16的接通/切断控制端子连接到传感器垫10。因此，流动通过信号检测开关装置16的输入/输出端子的电流“i”由传感器垫10的电位控制。因此，由触摸输入的发生引起的电平移位可通过检测电流“i”的改变而读取。

图13和图14显示电平移位检测器14的其它实例。参照图13，电平移位检测器14包含放大器18，其输入端子连接到传感器垫10。由于放大器18的输入端子也维持在Hi-z状态（其为高阻抗状态），因此传感器垫10与电容器之间的接头P1处的信号可稳定地得以隔离。放大器18放大来自传感器垫10的信号。因此，由于由触摸输入的发生引起的电平移位的大小被放大且输出，因此可稳定地获得触摸信号。

在图14的实施例中，差动放大器18a用作放大器18。差动放大器18a根据反相或非反相差动输入电压Vdif差动地放大来自传感器垫10的信号。此处，可在外部控制Vdif。Vdif可为对应于通过充电单元12施加的充电信号的信号。优选地，Vdif为对应于在触摸输入未发生之时在接头P1处的电压电平的信号。

同样，如果Vdif对应于在触摸输入未发生之时在接头P1处的电压电平，那么差动放大器18a仅放大在触摸输入发生之时的电平移位的值且输出经放大的结果。因此，可获得较清晰且可靠的触摸信号。

为了确定Vdif，需要提取在触摸输入未发生之时在接头P1处的电压电平。另外，为了分别在公用电压电平升高时间和下降时间获得触摸信号，也优选通过分别在公用电压电平升高时间和下降时间单独地提取在触摸输入未发生之时在接头P1处的电压电平来确定Vdif。可在制造触摸屏面板的步骤中确定并键入Vdif。另外，在最初接通电力之时或周期性地在触摸输入未发生时，可检测接头P1处的电压电平。

参照图6到图14的实施例以及图15所示的波形图，将如下描述通过使用电平移位来检测触摸信号的方法。

参照说明图8的系统配置的框图，驱动IC30包含信号收发器31、时序控制器33、信号处理单元35以及存储器单元28。另外，情况为驱动IC30可更包含公用电压检测器43和/或公用电压接收器45。

驱动IC30以覆晶玻璃（ChipOnGlass,COG）图案或覆晶薄膜（ChipOnFilm,COF）图案的形式安装在衬底50的一侧上。当然，驱动IC30可按其它方式安装在衬底50上。另外，在触摸屏面板建置在显示装置200中的情况下，如图11所示，驱动IC30可集成在显示装置200的显示屏的驱动IC中。

如图8所示，从驱动IC30获得的检测信号递送到中央处理单元（centralprocessingunit,CPU）40。中央处理单元40可为显示装置的中央处理单元、计算机装置的主要中央处理单元或触摸屏面板本身的中央处理单元。举例来说，可内置或嵌入8位或16位微处理器以处理触摸信号。尽管图中未示，但电力供应器可更包含在系统配置中以便产生信号的高电压或低电压以用于检测触摸输入。

嵌入在驱动IC30中的微处理器可计算触摸输入坐标，因此辨识例如缩放、旋转以及移动等手势，且将例如参考坐标（或中心点坐标）以及手势等数据递送到主CPU。另外，微处理器可计算触摸输入的面积以产生缩放信号，计算触摸输入的强度，且在多个GUI对象被同时触摸的情况下，仅将用户的所要GUI对象（例如，仅区域被频繁检测的GUI对象）辨识为有效输入，即，微处理器可处理呈各种形式的数据，且输出经处理的结果。

时序控制器33产生几十毫秒的时分信号，且信号处理单元35通过信号收发器31分别将信号发射到线性驱动图案20b中的每一者以及线性传感器图案10b中的每一者且从线性驱动图案20b中的每一者以及线性传感器图案10b中的每一者接收信号。信号收发器31供应接通/切断控制信号Vgn以及用于充电单元12的充电信号Vbn。作为优选实例，信号收发器31依序扫描交流电压电平且将其供应到线性驱动图案20b中的每一者。供应到线性驱动图案20b中的每一者的扫描信号表示为SCn。另外，信号收发器31从线性传感器图案10b中的每一者接收检测信号SENn。扫描信号SCn为交流AC波，且作为三角波、正弦波或方波来提供。优选地，SCn为方波。

存储器单元28解决包含Cp的电容器由于传感器垫10的位置、配线长度、其它外部因素等而变化的问题，且因此电平移位的偏差在每一单元中发生。稍后将描述通过使用存储器单元28来校准用于检测每一单元的触摸输入的参考信号的方法。

另外，存储器单元28用以临时存储触摸输入发生之时的信号。如图16所示，存储器单元28具有用于每一传感器垫10的唯一绝对地址。

在所说明实施例中，传感器垫10已说明为3*3的分辨率的实例，但实际上具有较高分辨率。因此，信号可在处理许多信号的过程中丢失。举例来说，在信号处理单元35处于“忙碌”状态的情况下，触摸检测信号未被辨识且可能遗漏。存储器单元28防止此信号的丢失。

信号处理单元35检测触摸信号，以接着临时存储于存储器单元28中。另外，信号处理单元35扫描整个有效区且接着参考存储器单元28判断遗漏信号是否存在。如果触摸坐标存储于存储器单元28中，但信号在信号处理时已丢失，那么信号处理单元35将对应触摸坐标作为正常输入处理，接着在下一扫描之前抹除存储器单元28。

下文中，若干重要方程式称作根据本发明的检测触摸输入的方法。首先将描述显示装置200的公用电极220如在点反转驱动方法中具有DC电压电平的情况，且接着稍后将描述显示装置200的公用电极220如在线反转驱动方法中具有AC波形的情况。

参照图6，当例如手指25等导体接近传感器垫10时，触摸电容Ct形成在传感器垫10与手指25之间，且触摸电容Ct由于经充电电压而具有预定电压电平。此处，由于触摸电容Ct的一端与驱动电容Cdrv的一端连接，因此传感器垫10的电位将因为施加到驱动垫20的AC电压而变化。另外，当人体的手指25接近形成在传感器垫10与驱动垫20之间的驱动电容Cdrv时，驱动电容Cdrv的大小变化。

如果显示装置200的公用电极220具有DC电压电平且触摸输入尚未发生，那么接头P1处的电压变化由以下方程式1确定。

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{\mathrm{Cdrv}}{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}}...1$

假设SC1处于接通状态，且SC2和SC3两者处于切断状态，那么手指25接近图8中的左下方传感器垫10。在此情况下，由于线性驱动图案20b在触摸输入发生的点处切断，因此对应触摸输入应被忽略。根据此假设，由于触摸电容Ct并联地添加到接头P1，因此接头P1处的电压变化由以下方程式2确定。

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{\mathrm{Cdrv}}{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}+\mathrm{Ct}}...2$

如果SC3根据时间的流逝而改变到接通状态，那么对应触摸信号被辨识为正常触摸信号，这是因为触摸输入在线性驱动图案20b已接通的点处发生。然而，在此情况下，如参照图6所描述，驱动电容Cdrv变化。在触摸检测系统的情况下，Cdrv'可变得大于或小于Cdrv。在以下说明中，将描述Cdrv'变得大于Cdrv的情况。根据以上假设，Ct的添加以及Cdrv的变化Cdrv'对接头P1处的电压变化起作用。接头P1处的电压变化由以下方程式3确定。

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}}{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}+\mathrm{Ct}}...3$

在方程式1到3中，ΔVsensor为传感器垫10中的电压变化，VdrvH为施加到驱动垫20的AC电压的高电平电压，vdrvL为施加到驱动垫20的AC电压的低电平电压，Cdrv为驱动电容，Cdrv′为由于触摸输入的发生而变化的驱动电容，Cvcom为公用电极电容，Cp为寄生电容，且Ct为触摸电容。

电平移位检测器14通过使用方程式1到3来检测传感器垫10中的电平移位，此将在下文中详细描述。

在方程式1到3中，VdrvH和VdrvL为可容易设置的值，且为AC电压的高电压以及低电压。另外，Cdrv可从以下方程式4获得。

$\mathrm{Cdrv}=\mathrm{\ϵ}\frac{S1}{D1}...4$

在方程式4中，ε为绝缘体15的介电常数（或电容率），且可通过将绝缘体15的材料的特定介电常数与真空的介电常数相乘而获得。S1为传感器垫10与驱动垫20之间的正对面积，其可从驱动垫20的重叠区20c的面积获得。另外，D1为传感器垫10与驱动垫20之间的距离，且因此对应于绝缘体15的厚度。在先前实例中，绝缘体15的厚度为约100埃到约100微米。如所见，Cdrv为可容易从设计值获得的值。Cvcom可从以下方程式5获得。

$\mathrm{Cvcom}=\mathrm{\ϵ}\frac{S2}{D2}...5$

在方程式5中，ε可从传感器垫10与公用电极220之间存在的媒介的介电常数（或电容率）获得。S2为传感器垫10与公用电极220之间的正对面积，且可从传感器垫10的横截面积获得，这是因为公用电极220形成在表面形状中。D2为传感器垫10与公用电极220之间的距离，且因此对应于传感器垫10与公用电极220之间存在的媒介的厚度。

此处，在图10和图11的实施例中，传感器垫10与公用电极220之间存在的媒介彼此不同。在衬底50、气隙58以及彩色滤光片215如图10所示而存在的情况下（由于偏振板、亮度增强膜等实际上进一步存在，因此应包含这些媒介的介电常数），应考虑因多个媒介而产生的电容器。在此情况下，由于Cvcom等于形成在电介质材料的正对表面中的每一者上的电容器串联连接的情况，因此可从这些电容器获得Cvcom。在图11的实例中，由于仅彩色滤光片215存在于传感器垫10与公用电极220之间，因此可较容易获得Cvcom。触摸电容Ct可从以下方程式6获得。

$\mathrm{Ct}=\mathrm{\ϵ}\frac{S3}{D3}...6$

在方程式6中，ε可从传感器图案10与手指25之间的媒介的介电常数获得。如果强化玻璃或保护面板52附接在衬底50的顶表面上，那么可通过将强化玻璃的特定介电常数与真空的介电常数相乘来获得电容率ε。S3为传感器垫10与手指25之间的正对面积。如果手指25覆盖某一传感器垫10的整个表面，那么S3对应于某一传感器垫10的已被手指25覆盖的面积。如果手指25覆盖某一传感器垫10的部分，那么S3将被减去某一传感器垫10的未被手指25覆盖的面积。另外，D3为传感器垫10与手指25之间的距离，且因此对应于置于衬底50的上表面上的强化玻璃或保护面板52的厚度。

如上所述，Ct为可容易获得且也可容易通过使用置于衬底50的上表面上的强化玻璃或保护面板52的材料或厚度而设置的值。明确地说，根据方程式6，由于Ct与手指25与传感器垫10之间的正对面积成比例，因此可从Ct计算手指25的触摸面积相对于传感器垫10的比率。

通过使用上述方程式1到6，可针对以下情况中的每一者检测接头P1处的电压变化，即：（i）在触摸输入未发生之时；（ii）在线性驱动图案20b的非扫描线中触摸输入发生之时；和（iii）当显示装置200的公用电压具有DC电平时，在线性驱动图案20b的扫描线中触摸输入发生之时。此处，实际上在第三情况下获得触摸信号，即（iii）在线性驱动图案20b的扫描线中触摸输入发生之时。电平移位检测器14检测接头P1处的电平移位，且驱动IC30判断当前情况是否为情况（iii），因此获取触摸信号。

同时，显示装置200的公用电压可为AC分量，如施加到驱动垫20的信号。在此情况下，公用电压的变化影响触摸输入的检测。考虑到公用电压的上述变化的接头P1处的电压变化通过以下方程式7到9而确定。在此实施例中，优选地，显示装置200的公用电压电平与施加到驱动垫20的交流电压电平同步。

为此，驱动IC30可包含公用电压检测器43或公用电压接收器45。公用电压检测器43自动检测公用电压。举例来说，公用电压检测器43按以下方式配置：在充电信号的供应在充电单元12中被阻隔且传感器垫10被电隔离的状态下，检测接头P1处的电位是否根据公用电压的交替而进行交替。公用电压接收器45直接从显示装置200接收公用电压信息。如果施加到驱动垫20的交流电压电平通过使用上述公用电压检测器43或公用电压接收器45而同相或反相地同步，那么可容易执行触摸检测操作，但显示装置200的公用电极220具有交流电压电平。

在此实施例中解释的方程式7到9引用先前描述的方程式4到6，以便获得电容器的值。

如果显示装置200的公用电极220交替，且触摸输入尚未发生，那么接头P1处的电压变化由以下方程式7确定。

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}}{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}}...7$

假设SC1处于接通状态，且SC2和SC3两者都处于切断状态，且手指25接近图8中的左下方传感器垫10。在此情况下，由于线性驱动图案20b在触摸输入发生的点处切断，因此对应触摸输入应被忽略。根据此假设，由于触摸电容Ct并联地添加到接头P1，因此接头P1处的电压变化由以下方程式8确定。

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}}{\mathrm{Cdrv}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}+\mathrm{Ct}}...8$

如果SC3根据时间的流逝而改变到接通状态，那么对应触摸信号被辨识为正常触摸信号，这是因为触摸输入在线性驱动图案20b已接通的点处发生。然而，在此情况下，如参照图6所描述，驱动电容Cdrv变化为Cdrv'。根据以上假设，Ct的添加以及Cdrv的变化Cdrv'对接头P1处的电压变化起作用。接头P1处的电压变化由以下方程式9确定。

$\mathrm{\ΔVsensor}=\±(\mathrm{VdrvH}-\mathrm{VdrvL})\frac{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}+\mathrm{Cvcom}}{{\mathrm{Cdrv}}^{\′}+\mathrm{Cvcom}+\mathrm{Cp}+\mathrm{Ct}}...9$

在方程式7到9中，ΔVsensor为传感器垫10中的电压变化，VdrvH为施加到驱动垫20的AC电压的高电平电压，VdrvL为施加到驱动垫20的AC电压的低电平电压，Cdrv为驱动电容，Cdrv′为由于触摸输入的发生而变化的驱动电容，Cvcom为公用电极电容，Cp为寄生电容，且Ct为触摸电容。

当显示装置200的公用电压交替时，电平移位检测器14通过使用方程式7到9来检测传感器垫10中的电平移位。

图15为根据本发明的说明检测触摸信号的过程的波形图，且显示当3端开关装置单元（例如，金属氧化物半导体或场效应晶体管）用作充电单元12且差动放大器18a用作电平移位检测器14（如图14所示）时检测触摸信号的实例。在图15的说明中，显示装置200的公用电压为DC电平，且参考以上方程式1到6。

在图15中，充电单元12的栅极电压Vg的接通电压为3伏且其切断电压为0伏。充电信号Vb是以5伏施加，且可随栅极电压Vg而变化且可维持为始终处于高状态。驱动垫20的AC电压Vdrv在高电平给定为约3伏且在低电平给定为约0伏。AC电压的高度差越大越好。然而，由于差动放大器18a用于本实施例中，因此可容易检测电平移位，即使AC电压的高度差较小也是如此。在充电操作之后执行检测，如图15的波形图的下部部分所示。另外，假设Cdrv与Ct相等，且Cvcom=10Ct，Cdrv'=1.5Cdrv，且Cp的值可忽略。假设Cvcom的大小较大的原因是Cvcom对整个线性传感器图案10b起作用，这是因为多个传感器垫10形成线性传感器图案10b。

当执行充电1时，接头P1处的电位V_P1维持为5伏，其为充电电压。在已执行充电1之后，在Vdrv升高时间执行检测1。在Vdrv升高时间之后或在预定时间周期已过去之后，检测1立即发生。此处，由于触摸输入未发生，因此ΔVsensor在方程式1中的值为“(3-0)*1/11”，即，约0.27伏。因此，电位V_P1升高到约5.27伏。在触摸输入未发生之时，Vdif也给定为约5.27伏。由于V_P1和Vdif的电压电平在触摸输入未发生之时理想地相同，因此差动放大器18a的输出Vt几乎不发生。如果存在由噪声等引起的影响，那么Vt输出为非常弱的信号。

如图15所示，假设触摸输入紧接在执行充电2之前（或正执行充电2时）发生，且触摸输入发生的点在线性驱动图案20b的非扫描线上。

当已执行充电2时，接头P1处的电压电平下降回到约5伏，其为充电电压。另外，由于触摸输入在Vdrv下降时间且在非扫描线中发生，因此当执行检测2时，V_P1根据方程式2变化“-(3-0)*1/12”。也就是说，V_P1变化约0.25伏。也就是说，从检测2可见，V_P1为4.75伏且与触摸输入未发生相比，0.02伏的电平移位相对于Vdrv的变化反相地发生。

在此情况下，差动放大器18a的Vdif对应于触摸输入未发生之时的V_P1的值，且因此根据方程式1变化“-(3-0)*1/12”而具有4.73伏的值。因此，差动放大器18a的输出Vt放大0.02伏（其为两个输入V_P1与Vdif之间的差）且输出经放大的结果。然而，由于难以在非扫描线上找到触摸信号的准确点，因此对应电平移位被忽略或可仅用作用于确定其它触摸点的参考数据。

如图所示，假设在已执行检测2之后针对线性驱动图案20b进行扫描操作，且因此触摸输入在扫描线上发生。一旦在已执行检测2之后执行充电3，V_P1便将根据充电电压返回到5伏。另外，由于触摸输入在检测3的过程中Vdrv升高时间且在扫描线上发生，因此V_P1根据方程式3变化“(3-0)*1.5/12.5”。也就是说，V_P1变化0.36伏。

因此，V_P1为5.36伏，且因此与触摸输入未发生相比，0.09伏的电平移位与Vdrv的变化同相地发生。当与非扫描线上的触摸输入引起的电平移位相比时，可见电平移位的相位已反转且其大小已变大。因此，易于通过区分非扫描线上的触摸输入与扫描线上的触摸输入来检测扫描线上的触摸信号。另外，如从Vt的波形可见，0.09伏的差被差动放大，因此较可靠地获取触摸信号。

如果在已执行检测3之后执行充电4，那么V_P1将根据充电电压返回到5伏。另外，由于触摸输入在检测4的过程中Vdrv下降时间且在扫描线上发生，因此V_P1根据方程式3变化“-(3-0)*1.5/12.5”。也就是说，V_P1变化-0.36伏。因此，V_P1为4.64伏，且因此-0.09伏的电平移位与Vdrv的变化同相地发生。

概述以上描述，在触摸输入未发生之时，V_P1与Vdif理想地相同。因此，Vt仅输出为对应于噪声的弱信号。如果触摸输入相对于某一传感器垫10在驱动电压的非扫描区中发生，那么V_P1在与相比于Vdif的驱动电压的变化相反的方向上电平移位。电平移位的大小相对较小。如果触摸输入相对于某一传感器垫10在驱动电压的扫描区中发生，那么V_P1在与相比于Vdif的驱动电压的变化相同的方向上电平移位。电平移位的大小相对较大。也就是说，可见驱动电压的非扫描线上的触摸输入的电平移位在与其扫描线上的电平移位相反的方向上进行，且驱动电压的非扫描线与扫描线上的触摸输入的电平移位之间的差较大（基于非扫描线上的电平移位的大小）。另外，非扫描线与扫描线上的触摸输入的电平移位之间的差将由差动放大器18a进一步加宽。因此，可见可容易且稳定地检测在驱动电压的扫描区上发生的触摸输入，且可辨识多点触摸输入。同时，由于也可容易地按以上方式计算手指25的触摸面积的比率，因此与传感器垫10的物理分辨率相比，可提高触摸分辨率。

在以上描述中，假设方程式1到3中的Cp与Cdrv相比为可忽略的小的值。然而，在一些实施例中，寄生电容Cp可起很大作用且会针对每一传感器垫10而不同。举例来说，很难针对每一传感器垫10均匀地设计传感器垫10的位置、配线长度、其它外部因素等。另外，Cdrv也会针对每一传感器垫10而不同。如果电平移位的大小较大，那么这些偏差可被忽略，但当电平移位的大小较小时，每一传感器垫10的此偏差变成不可忽略的值。

为了解决这些问题，驱动IC30使用存储器单元28，如上文简要地描述。当触摸输入未发生时，存储器单元28针对每一传感器垫10存储差动放大器18a的输出信号。从差动放大器18a输出且存储在存储器单元28中的输出信号为基于每一传感器垫10的唯一Cp的值，且可针对每一传感器垫10而变化。

举例来说，如果在将电力施加到传感器垫10之后立即扫描传感器垫10，那么可在触摸输入未发生的状态下获得差动放大器18a的输出。如果差动放大器18a的输出的偏差对于每一传感器垫10较大，那么差动放大器18a的输出被忽略。接着，可再次提取触摸输入未发生之时的差动放大器18a的输出。或者可在从制造商运送差动放大器18a的步骤时，针对每一传感器垫10将触摸输入未发生之时的差动放大器18a的输出存储在存储器单元28中。另外，驱动IC30可比较同一单元中的值与其中的先前值，且可在同一单元中的值变化达预设参考值或更高时判断触摸输入已发生。

参照图16，当传感器垫10布置成具有m*n的分辨率时，存储器单元28由具有m列和n行的表构成。举例来说，在触摸输入未发生之时已发生且指派在传感器垫10的最左上角处的差动放大器18a的输出可存储在地址M1-1中。另外，当检测触摸输入是否在传感器垫10的最左上角发生时，参考存储在存储器单元28中的信号。

可周期性地校准存储在存储器单元28的每一地址中的值。可如上所述在将电力施加到装置时或在休眠状态下执行周期性校准。如上所述，如果在每一传感器垫10的触摸输入未发生之时（或分别单独地在触摸输入未发生和发生之时）将差动放大器18a的输出存储在存储器单元28中，周期性地校准所述输出，且在检测触摸信号之时参考所述输出，那么可稳定地获取触摸信号，甚至在针对每一传感器垫10指派唯一Cp的情况下也是如此。

如上所述，已参考优选实施例描述了本发明。然而，本发明不限于上述实施例，且所属领域的技术人员有可能进行各种取代、修改以及变化，而不脱离由权利要求书界定的本发明的精神。

Claims (20)

1.一种电容式触摸检测装置，其用于通过人体手指(25)或类似于所述人体手指的导体的触摸输入器具的接近来检测触摸电容的出现，所述电容式触摸检测装置包括：

传感器垫(10)，其在所述触摸输入器具与所述传感器垫(10)之间形成所述触摸电容，且在显示装置(200)的公用电极(220)与所述传感器垫(10)之间形成公用电极电容；

驱动垫(20)，其通过绝缘体(15)与所述传感器垫(10)间隔开，在所述传感器垫(10)与所述驱动垫(20)之间形成驱动电容，且具有按预定频率交替的交流电压电平；

充电单元(12)，其将电荷信号供应到所述传感器垫(10)，因此在所述触摸电容、所述公用电极电容以及所述驱动电容中积累电荷；以及

电平移位检测单元(14)，其连接到所述传感器垫(10)，且检测在触摸输入发生之时，在所述触摸电容添加到所述公用电极电容时由所述驱动垫(20)的所述交流电压电平引起的所述传感器垫(10)的电压变化相对于在触摸输入未发生之时，由所述驱动垫(20)的所述交流电压电平引起的所述传感器垫(10)的另一电压变化是否发生电平移位，进而获取触摸信号。

2.根据权利要求1所述的电容式触摸检测装置，其中多个所述传感器垫(10)分别与连接器(10a)连接，因此形成线性传感器图案(10b)，且多个驱动垫(20)分别与连接器(20a)连接，因此形成线性驱动图案(20b)，其中所述驱动垫(20)的部分与所述传感器垫(10)的部分重叠。

3.根据权利要求2所述的电容式触摸检测装置，其中所述绝缘体(15)厚度为100埃到100微米。

4.根据权利要求2所述的电容式触摸检测装置，其中交流电压电平被依序扫描且供应到所述线性驱动图案(20b)中的每一者。

5.根据权利要求1所述的电容式触摸检测装置，其中所述电平移位检测单元(14)检测在所述触摸电容添加到所述公用电极电容，且所述驱动电容变化时所述传感器垫(10)的电压变化相对于在触摸输入未发生之时，由所述驱动电容引起的所述传感器垫(10)的另一电压变化是否发生电平移位。

6.根据权利要求1所述的电容式触摸检测装置，其中所述显示装置(200)的所述公用电极(220)具有直流电压电平。

7.根据权利要求6所述的电容式触摸检测装置，其中在触摸输入未发生之时，由所述驱动电容引起的所述传感器垫(10)的所述电压变化由以下方程式1确定，

其中当所述触摸电容添加到所述公用电极电容，且所述驱动电容变化时，所述传感器垫(10)的所述电压变化由以下方程式3确定，且

其中所述电平移位由于以下方程式1与3的所述电压变化之间的差而发生，

其中，ΔVsensor为所述传感器垫中的电压变化，VdrvH为施加到所述驱动垫的所述交流电压的高电平电压，VdrvL为施加到所述驱动垫的所述交流电压的低电平电压，Cdrv为所述驱动电容，Cdrv′为由于触摸输入的所述发生而变化的所述驱动电容，Cvcom为所述公用电极电容，Cp为寄生电容，且Ct为触摸电容。

8.根据权利要求1所述的电容式触摸检测装置，其中所述显示装置(200)的所述公用电极(220)具有按预定频率交替的公用电压电平。

9.根据权利要求8所述的电容式触摸检测装置，其中所述驱动垫(20)的所述交流电压电平与所述公用电极(220)的所述交流电压电平同相或反相地同步。

10.根据权利要求8所述的电容式触摸检测装置，其中在触摸输入未发生之时，由所述驱动电容引起的所述传感器垫(10)的所述电压变化由以下方程式7确定，

其中当所述触摸电容添加到所述公用电极电容，且所述驱动电容变化时，所述传感器垫(10)的所述电压变化由以下方程式9确定，且

其中所述电平移位由于以下方程式7与9的所述电压变化之间的差而发生，

其中，ΔVsensor为所述传感器垫中的电压变化，VdrvH为施加到所述驱动垫的所述交流电压的高电平电压，VdrvL为施加到所述驱动垫的所述交流电压的低电平电压，Cdrv为所述驱动电容，Cdrv′为由于触摸输入的所述发生而变化的所述驱动电容，Cvcom为所述公用电极电容，Cp为寄生电容，且Ct为触摸电容。

11.根据权利要求1所述的电容式触摸检测装置，其中所述电平移位检测单元(14)在所述驱动垫(20)的所述交流电压电平升高时间和/或下降时间检测所述传感器垫(10)的所述电平移位。

12.根据权利要求1所述的电容式触摸检测装置，其中所述电平移位检测单元(14)对应于所述电平移位的大小检测所述触摸输入器具的触摸面积相对于所述传感器垫(10)的比率。

13.根据权利要求1所述的电容式触摸检测装置，其中所述电平移位检测单元(14)包括接通/切断控制端子连接到所述传感器垫(10)的信号检测开关单元(16)。

14.根据权利要求1所述的电容式触摸检测装置，其中所述电平移位检测单元(14)包括用以放大来自所述传感器垫(10)的信号的放大器(18)。

15.根据权利要求14所述的电容式触摸检测装置，其中所述放大器(18)为用以差动地放大来自所述传感器垫(10)的所述信号的差动放大器(18a)。

16.根据权利要求15所述的电容式触摸检测装置，其中所述差动放大器(18a)的差动输入信号为对应于在触摸输入未发生之时由所述驱动电容引起的所述传感器垫(10)的所述电压变化的信号。

17.根据权利要求14所述的电容式触摸检测装置，更包括针对所述传感器垫(10)存储来自所述放大器(18)的输出的存储器单元(28)，因此参考所述存储器单元(28)来检测针对所述传感器垫(10)的触摸输入是否发生。

18.一种电容式触摸检测方法，其用于通过人体手指(25)或类似于所述人体手指的导体的触摸输入器具的接近来检测触摸电容的出现，所述电容式触摸检测方法包括以下步骤：

(a)将充电信号供应到传感器垫(10)，以在所述传感器垫(10)与驱动垫(20)之间按所施加的预定频率交替的交流电压形成驱动电容，在显示装置(200)的公用电极(220)与所述传感器垫(10)之间形成公用电极电容，且在所述触摸输入器具与所述传感器垫(10)之间形成所述触摸电容，因此在所述驱动电容、所述公用电极电容以及所述触摸电容中积累电荷；

(b)检测所述传感器垫(10)中的电压变化；以及

(c)检测在触摸输入发生之时，在所述触摸电容添加到所述公用电极电容时由所述驱动垫(20)的所述交流电压电平引起的所述传感器垫(10)的电压变化相对于在触摸输入未发生之时，由所述驱动垫(20)的所述交流电压电平引起的所述传感器垫(10)的另一电压变化是否发生电平移位，进而获取触摸信号。

19.根据权利要求18所述的电容式触摸检测方法，其中多个所述传感器垫(10)分别与连接器(10a)连接，因此形成线性传感器图案(10b)，且多个驱动垫(20)分别与连接器(20a)连接，因此形成线性驱动图案(20b)，其中所述驱动垫(20)的部分与所述传感器垫(10)的部分重叠。

20.根据权利要求19所述的电容式触摸检测方法，其中交流电压电平被依序扫描且供应到所述线性驱动图案(20b)中的每一者。