CN106055166A - 电容性触摸屏面板 - Google Patents

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Abstract

本发明提供一种显示装置的电容性触摸屏面板，本发明实施例的电容性触摸屏面板包括：多个传感器图案，其形成在接口的上表面或下表面而将所述显示装置的像素彼此分开，且当触摸工具接近所述多个传感器图案时产生触摸信号。本发明可简化制造工艺并且提供获得极佳产量的效应。

Description

电容性触摸屏面板
本申请是中国申请号为201280022139.5，发明名称为“基于电压波动的电容性触摸检测构件、检测方法和触摸屏面板以及具有内置电容性触摸屏面板的显示装置”的专利申请的分案申请，原申请的申请日是2012年03月02日。
技术领域
本发明涉及用于检测身体手指或与身体手指相似的具有导电特性的触摸输入工具的触摸屏面板，尤其涉及电容性摸屏面板。
背景技术
通常，触摸屏面板是输入装置，其分别附着到例如液晶显示器(Liquid CrystalDisplay，LCD)、等离子显示面板(Plasma Display Panel，PDP)、有机发光二极管(OrganicLight Emitting Diode，OLED)显示器和有源矩阵有机发光二极管(Active MatrixOrganic Light Emitting Diode，AMOLED)显示器等显示装置上，因而产生对应于例如手指或触摸笔等物体触摸在触摸屏面板上的位置的输入信号。触摸屏面板广泛用于例如小型便携式移动电话、工业终端装置和数字信息装置(Digital Information Device，DID)等移动装置的各种领域中。
揭示了各种类型的常规触摸屏面板，但具有简单制造工艺和低廉制造成本的电阻型触摸屏面板的使用最为广泛。然而，电阻型触摸屏面板分别具有低透射率并且经受待施加的压力，进而造成使用不便。电阻型触摸屏面板还难以辨识多个触摸和手势，并且造成检测误差。
相反，电容性触摸屏面板可具有高透射率，辨识轻触摸，并且令人满意地检测多个触摸和手势，因而逐渐拓宽市场份额。
图1展示常规电容性触摸屏面板的结构的实例。参看图1，在常规电容性触摸屏面板中，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处。透明导电膜是由例如氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)或氧化锑锡(Antimony Tin Oxide，ATO)等透明金属形成的。分别形成于透明导电膜的四个角落处的金属电极4是通过印刷例如银(Ag)等低电阻率导电金属来形成的。电阻器网络形成在金属电极4周围。所述电阻器网络以线性化图案形成以便在透明导电膜的整个表面上均等地传输控制信号。保护膜涂覆在包含金属电极4在内的透明导电膜之上。
在电容性触摸屏面板的情况下，当高频率交流(AC)电压施加到金属电极4时，高频率交流(AC)电压扩散到透明衬底2的整个表面。此处，如果手指8或导电触摸输入单元轻轻触摸透明衬底2上的透明导电膜的顶表面，那么特定量的电流被吸收到人体内并且控制器6的内置电流传感器检测到电流变化，因而分别计算四个金属电极4处的电流量，并且进而辨识触摸点。
然而，图1所示的电容性触摸屏面板检测微电流的量，并且需要昂贵的检测装置，因而提高电容性触摸屏面板的价格，并且使得难以检测多个触摸。
近些年来，为了克服这些问题，主要使用了图2所示的电容性触摸屏面板。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(Integrated Circuit，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和纵向线性传感器图案5b，以便因而检测触摸信号并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)等显示装置上并且进行使用时，可能由于噪声而难以检测信号。举例来说，在一些情况下，液晶显示器(LCD)使用共用电极，并且交流(AC)共用电压(Vcom)施加到共用电极。共用电极的共用电压Vcom在检测触摸点时充当噪声。
图3展示常规电容性触摸屏面板安装在液晶显示器(LCD)上的实例。例如液晶显示器(LCD)等显示装置200具有将液晶密封并填充在下侧薄膜晶体管(thin filmtransistor，TFT)衬底205与上侧彩色滤光片215之间以便进而形成液晶层210的结构。为了密封液晶，TFT衬底205与彩色滤光片215由密封剂230在其外部部分处接合。虽然未图示，但在LCD面板的顶部和底部上附着了偏振板，并且此外，设置了背光单元(back light unit，BLU)。
如图所示，触摸屏面板设置在显示装置200之上。触摸屏面板具有将线性传感器图案5放在衬底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附着在衬底1之上。触摸屏面板借助于例如双面胶带(double adhesive tape，DAT)等粘合部件9来结合到显示装置200的外部部分，并且气隙9a形成在显示装置200与触摸屏面板之间。
在这种配置中，如果如图3所示发生触摸，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与形成于显示装置200的彩色滤光片215的下表面上的共用电极220之间，并且由于图案之间的电容性耦合或制造工艺因素引起的未知寄生电容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的变化量来辨识触摸，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和中型LCD采用线反转法，其中共用电极220的共用电压Vcom通过一个或多个栅极线交变，如图5所示，以便降低电流消耗，并且因此，交变电场在检测触摸时充当可观的噪声。
通常，为了去除噪声，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，虽然未图示，但ITO层涂覆在触摸屏面板的衬底1的下表面上，以便进而形成屏蔽层。另外，屏蔽层用接地信号接地。
然而，在常规技术的情况下，由于气隙9a的缘故，产品变厚并且产品的质量恶化。另外，常规技术需要单独的屏蔽层以及配置屏蔽层的制造工艺，进而引起制造成本提高。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，极难以形成气隙9a或屏蔽层，并且因此也极难以在例如液晶显示器(LCD)等显示装置中形成内置触摸屏面板。
发明内容
【技术问题】
为了解决常规电容性触摸屏面板的上述问题，本发明的目的是提供一种电容性触摸检测装置、电容性触摸检测方法和电容性触摸屏面板，其通过当将辅助电容器连接到触摸检测传感器，通过辅助电容器施加驱动电压并且在触摸输入工具与传感器图案之间额外形成触摸电容时检测电压差来获取触摸信号，所述电压差造成根据触摸电容的量值从触摸检测传感器检测的电压量值之间的差值，本发明的目的还是提供一种具有内置电容性触摸屏面板的显示装置，以便进而使由于显示装置的共用电极的噪声引起的影响以及由于寄生电容引起的影响减到最小，进而稳定地获取触摸信号，并且进而同时促进在例如液晶显示器(LCD)等显示装置中并入内置触摸屏面板。
【技术解决方案】
为了实现本发明的上述目的，根据本发明的一方面，提供一种电容性触摸检测装置，用于通过身体手指25或与所述身体手指相似的导体等触摸输入工具的接近来对触摸电容(Ct)的发生进行检测，所述电容性触摸检测装置包括：至少一个传感器图案10，在所述触摸输入工具与所述传感器图案之间形成所述触摸电容(Ct)；辅助电容器(Caux)，一侧连接到所述传感器图案10并且另一侧被施加用于对触摸输入的驱动电压进行检测；充电单元12，将预充电信号供应到所述传感器图案10和所述辅助电容器(Caux)，以便在所述触摸电容(Ct)和所述辅助电容器(Caux)中积聚电荷；以及触摸检测传感器14，连接到所述传感器图案10，并且对电压差进行检测，以便进而对触摸信号进行检测，其中所述电压差是在发生触摸输入时，当添加所述触摸电容(Ct)时与在未发生触摸输入时在所述传感器图案10中由施加到所述辅助电容器(Caux)的驱动电压产生的电压的量值，与在未发生触摸输入时，在所述传感器图案10中由施加到所述辅助电容器(Caux)的驱动电压产生的电压的量值相比的差值。
根据本发明的一个实施例，所述充电单元12是三端子型开关装置。
根据本发明的另一实施例，所述辅助电容器(Caux)的所述另一侧连接到所述充电单元12的开/关控制端子，并且施加到所述辅助电容器(Caux)的所述另一侧的所述驱动电压与所述充电单元12的开/关控制电压相同。
根据本发明的另一实施例，施加到所述辅助电容器(Caux)的所述另一侧的所述驱动电压是按预定频率交变的交变电压。
根据本发明的另一实施例，所述触摸检测传感器14在施加到所述辅助电容器(Caux)的所述驱动电压的上升时间和/或下降时间处在所述传感器图案10中对电压差进行检测。
根据本发明的另一实施例，共用电极电容(Cvcom)形成在所述传感器图案10与显示装置200的共用电极220之间，并且所述电容性触摸检测装置还包括共用电压检测器43，对所述共用电极220的共用电压电平进行检测。
根据本发明的另一实施例，所述共用电压检测器43在所述传感器图案10中对由于所述共用电极电容(Cvcom)引起的电压差进行检测，以便对所述共用电压电平的上升时间和下降时间进行检测。
根据本发明的另一实施例，共用电极电容(Cvcom)形成在所述传感器图案10与显示装置200的共用电极220之间，并且所述电容性触摸检测装置还包括共用电压信息接收器45，从所述显示装置200接收所述共用电极220的共用电压信息。
根据本发明的另一实施例，所述触摸检测传感器14在所述共用电压电平的除了上升沿和下降沿之外的部分处对所述触摸信号进行检测。
根据本发明的另一实施例，在未发生触摸输入时，在所述传感器图案10中由施加到所述辅助电容器(Caux)的驱动电压产生的电压由以下方程式1来确定，在添加所述触摸电容(Ct)时，在所述传感器图案10中由施加到所述辅助电容器(Caux)的驱动电压产生的电压由以下方程式2来确定，并且所述电压差由于所述以下方程式1与2的所述电压之间的差值而发生，
其中ΔVsensor是所述传感器图案中的电压差，Vh是施加到所述辅助电容器的高电平电压，Vl是施加到所述辅助电容器的低电平电压，Caux是辅助电容器电容，Cvcom是共用电极电容，Cp是寄生电容，并且Ct是触摸电容。
根据本发明的另一实施例，所述触摸检测传感器14的输入端在对所述触摸信号进行检测时处于至少1兆欧的高阻抗状态。
根据本发明的另一实施例，所述触摸检测传感器14响应于所述电压差的量值对所述触摸输入工具相对于所述传感器图案10的触摸份额比率进行检测。
根据本发明的另一实施例，所述触摸检测传感器14是模/数转换器(ADC)。
根据本发明的另一实施例，所述触摸检测传感器14包括放大器18，放大来自所述传感器图案10的信号。
根据本发明的另一实施例，所述放大器18是差分放大器18a，以差分方式放大来自所述传感器图案10的信号。
根据本发明的另一实施例，所述电容性触摸检测装置还包括存储器单元28，在未发生触摸输入时针对每一传感器图案10存储所述放大器18的输出，其中参考所述存储器单元28针对每一传感器图案10判断是否存在触摸输入。
根据本发明的另一方面，还提供一种电容性触摸检测方法，用于通过身体手指25或与所述身体手指相似的导体等触摸输入工具的接近来对触摸电容(Ct)的发生进行检测，所述电容性触摸检测方法包括以下步骤：(a)将预充电信号供应到至少一个传感器图案10和辅助电容器(Caux)，所述传感器图案在所述触摸输入工具与所述传感器图案10之间形成所述触摸电容(Ct)，所述辅助电容器的一侧连接到所述传感器图案10并且所述辅助电容器的另一侧被施加用于对触摸输入的驱动电压进行检测；(b)在所述传感器图案10中对电压差进行检测；以及(c)对电压差的发生进行检测，以便对触摸信号进行检测，其中所述电压差是在发生触摸输入时，当添加所述触摸电容(Ct)时在所述传感器图案10中由施加到所述辅助电容器(Caux)的驱动电压产生的电压的量值，与在未发生触摸输入时，在所述传感器图案10中由施加到所述辅助电容器(Caux)的驱动电压产生的电压的量值相比的差值。
根据本发明的另一实施例，充电单元12是三端子型开关装置。
根据本发明的另一实施例，所述辅助电容器(Caux)的所述另一侧连接到所述充电单元12的开/关控制端子，并且施加到所述辅助电容器(Caux)的所述另一侧的所述驱动电压与所述充电单元12的开/关控制电压相同。
根据本发明的另一实施例，施加到所述辅助电容器(Caux)的所述另一侧的所述驱动电压是按预定频率交变的交变电压。
根据本发明的另一实施例，在步骤(b)处，在施加到所述辅助电容器(Caux)的所述驱动电压的上升时间和/或下降时间处在所述传感器图案10中对电压差进行检测。
根据本发明的另一实施例，共用电极电容(Cvcom)形成在所述传感器图案10与显示装置200的共用电极220之间，并且所述电容性触摸检测方法还包括对所述共用电极220的共用电压电平的步骤进行检测。
根据本发明的另一实施例，在所述对共用电压电平进行检测的步骤处，在所述传感器图案10中对由于所述共用电极电容(Cvcom)引起的电压差进行检测，以便对所述共用电压电平的上升时间和下降时间进行检测。
根据本发明的另一实施例，共用电极电容(Cvcom)形成在所述传感器图案10与显示装置200的共用电极220之间，并且所述电容性触摸检测方法还包括从所述显示装置(200)接收所述共用电极220的共用电压信息的步骤。
根据本发明的另一实施例，在步骤(c)处，在所述共用电压电平的除了上升沿和下降沿之外的部分处对所述触摸信号进行检测。
根据本发明的另一实施例，在未发生触摸输入时，在所述传感器图案10中由施加到所述辅助电容器(Caux)的驱动电压产生的电压由以下方程式1来确定，在添加所述触摸电容(Ct)时，在所述传感器图案10中由施加到所述辅助电容器(Caux)的驱动电压产生的电压由以下方程式2来确定，并且所述电压差由于所述以下方程式1与2的所述电压之间的差值而发生，
其中ΔVsensor是所述传感器图案中的电压差，Vh是施加到所述辅助电容器的高电平电压，Vl是施加到所述辅助电容器的低电平电压，Caux是辅助电容器电容，Cvcom是共用电极电容，Cp是寄生电容，并且Ct是触摸电容。
根据本发明的另一实施例，在步骤(c)处，对所述触摸信号进行检测的部分的输入端在对所述触摸信号进行检测时处于至少1兆欧的高阻抗状态。
根据本发明的另一实施例，在步骤(c)处，响应于所述电压差的量值，对所述触摸输入工具相对于所述传感器图案10的触摸份额比率进行检测。
根据本发明的另一实施例，在步骤(c)处，通过使用模/数转换器(ADC)来对是否在所述传感器图案10中检测到电压差进行检测。
根据本发明的另一实施例，在步骤(c)处，通过使用放大来自所述传感器图案10的信号的放大器18来对是否在所述传感器图案10中检测到电压差进行检测。
根据本发明的另一实施例，所述放大器18是差分放大器18a，以差分方式放大来自所述传感器图案10的信号。
根据本发明的另一实施例，所述电容性触摸检测方法还包括在未发生触摸输入时，针对每一传感器图案10将所述放大器18的输出存储在存储器单元28中的步骤，其中在步骤(c)处，参考所述存储器单元28针对每一传感器图案10对是否在所述传感器图案10中检测到电压差进行检测。
根据本发明的另一方面，还提供一种电容性触摸屏面板，用于通过身体手指25或与所述身体手指相似的导体等触摸输入工具的接近来对触摸电容(Ct)的发生进行检测，所述电容性触摸屏面板包括：衬底50；至少一个传感器图案10，形成于所述衬底50之上，并且在所述触摸输入工具与所述传感器图案之间形成所述触摸电容(Ct)；辅助电容器(Caux)，一侧连接到所述传感器图案10并且另一侧被施加用于对触摸输入进行检测的驱动电压；充电单元12，将预充电信号供应到所述传感器图案10和所述辅助电容器(Caux)，以便在所述触摸电容(Ct)和所述辅助电容器(Caux)中积聚电荷；触摸检测传感器14，连接到所述传感器图案10，并且对电压差进行检测，以便对触摸信号进行检测，其中所述电压差是在发生触摸输入时，当添加所述触摸电容(Ct)时在所述传感器图案10中由施加到所述辅助电容器(Caux)的驱动电压产生的电压的量值，与在未发生触摸输入时在所述传感器图案10中由施加到所述辅助电容器(Caux)的驱动电压产生的电压的量值相比的差值；以及驱动集成电路30，控制所述充电单元12来将预充电信号供应到所述触摸电容(Ct)并且从所述触摸检测传感器14的输出计算触摸坐标。
根据本发明的另一实施例，所述充电单元12是三端子型开关装置。
根据本发明的另一实施例，所述辅助电容器(Caux)的所述另一侧连接到所述充电单元12的开/关控制端子，并且施加到所述辅助电容器(Caux)的所述另一侧的所述驱动电压与所述充电单元12的开/关控制电压相同。
根据本发明的另一实施例，施加到所述辅助电容器(Caux)的所述另一侧的所述驱动电压是按预定频率交变的交变电压。
根据本发明的另一实施例，所述触摸检测传感器14在施加到所述辅助电容器(Caux)的所述驱动电压的上升时间和/或下降时间处在所述传感器图案10中对电压差进行检测。
根据本发明的另一实施例，共用电极电容(Cvcom)形成在所述传感器图案10与显示装置200的共用电极220之间，并且所述电容性触摸屏面板还包括共用电压检测器43，对所述共用电极220的共用电压电平进行检测。
根据本发明的另一实施例，所述共用电压检测器43在所述传感器图案10中对由于所述共用电极电容(Cvcom)引起的电压差进行检测，以便对所述共用电压电平的上升时间和下降时间进行检测。
根据本发明的另一实施例，共用电极电容(Cvcom)形成在所述传感器图案10与显示装置200的共用电极220之间，并且所述电容性触摸屏面板还包括共用电压信息接收器45，从所述显示装置200接收所述共用电极220的共用电压信息。
根据本发明的另一实施例，所述触摸检测传感器14在所述共用电压电平的除了上升沿和下降沿之外的部分处对所述触摸信号进行检测。
根据本发明的另一实施例，在未发生触摸输入时，在所述传感器图案10中由施加到所述辅助电容器(Caux)的驱动电压产生的电压由以下方程式1来确定，在添加所述触摸电容(Ct)时在所述传感器图案10中由施加到所述辅助电容器(Caux)的驱动电压产生的电压由以下方程式2来确定，并且所述电压差由于所述以下方程式1与2的所述电压之间的差值而发生，
其中ΔVsensor是所述传感器图案中的电压差，Vh是施加到所述辅助电容器的高电平电压，Vl是施加到所述辅助电容器的低电平电压，Caux是辅助电容器电容，Cvcom是共用电极电容，Cp是寄生电容，并且Ct是触摸电容。
根据本发明的另一实施例，所述触摸检测传感器14的输入端在对所述触摸信号进行检测时处于至少1兆欧的高阻抗状态。
根据本发明的另一实施例，所述触摸检测传感器14响应于所述电压差的量值，对所述触摸输入工具相对于所述传感器图案10的触摸份额比率进行检测。
根据本发明的另一实施例，所述触摸检测传感器14是模/数转换器(ADC)。
根据本发明的另一实施例，所述触摸检测传感器14包括放大器18，放大来自所述传感器图案10的信号。
根据本发明的另一实施例，所述放大器18是差分放大器18a，以差分方式放大来自所述传感器图案10的信号。
根据本发明的另一实施例，所述电容性触摸屏面板还包括存储器单元28，在未发生触摸输入时针对每一传感器图案10存储所述放大器18的输出，其中参考所述存储器单元28针对每一传感器图案10判断是否存在触摸输入。
根掘本发明的另一实施例，多个所述传感器图案10以点阵形式布置在所述衬底50的有源区90中，并且所述充电单元12和所述触摸检测传感器14针对每一传感器图案10而设置。
根据本发明的另一实施例，多个所述传感器图案10以点阵形式布置在所述衬底50的有源区90中，并且所述充电单元12和所述触摸检测传感器14针对所述多个所述传感器图案10而分配并通过对所述多个所述传感器图案10进行多路复用来使用。
根据本发明的另一实施例，所述充电单元12和所述触摸检测传感器14设置在所述衬底50的不可见区92中。
根据本发明的另一实施例，所述充电单元12和所述触摸检测传感器14集成在所述驱动集成电路30中。
根据本发明的另一实施例，多个所述传感器图案10以线性形式布置在所述衬底50的有源区90中，并且至少两个或两个以上线性传感器图案10a、10b相交的交叉区段42得以形成。
根据本发明的另一实施例，所述线性传感器图案10a、10b包括在所述传感器图案10a、10b中的每一个与所述触摸输入工具之间形成触摸电容(Ct)的相对区域41a以及连接所述相对区域41a的连接器41b。
根据本发明的另一实施例，分配给所述线性传感器图案10a、10b中的每一个的所述充电单元12和所述触摸检测传感器14设置在所述衬底50的不可见区92中。
根据本发明的另一实施例，分配给所述线性传感器图案10a、10b中的每一个的所述充电单元12和所述触摸检测传感器14集成在所述驱动集成电路30中。
根据本发明的另一实施例，从所述传感器图案10引出的传感器信号线22在所述衬底50的至少有源区90中由透明信号线配线。
根据本发明的另一实施例，所述传感器信号线22在所述衬底50的所述不可见区92中配线到金属信号线22b中，所述金属信号线22b借助于连接器59来与所述透明信号线22a连接。
根据本发明的另一实施例，所述传感器信号线22在所述衬底50的所述有源区90中放置在所述传感器图案10之间。
根据本发明的另一实施例，所述传感器信号线22的线宽度取决于所述传感器图案10在所述衬底50上的位置而变化。
根据本发明的另一实施例，所述驱动集成电路30以玻璃上芯片(Chip On Glass，COG)或膜上芯片(Chip On Film，COF)形式安装在所述衬底50的一侧处。
根据本发明的另一实施例，多个驱动集成电路30安装在所述衬底50的一侧处，其中一个是将触摸信号传送到外部的主控驱动集成电路30a，并且其它是与所述主控驱动集成电路30a通信的从属驱动集成电路30b。
根据本发明的另一实施例，所述主控驱动集成电路30a和所述从属驱动集成电路30b参考控管所述主控驱动集成电路30a和所述从属驱动集成电路30b的区的边界表面上的相互触摸检测信息。
根据本发明的另一实施例，保护面板52进一步附着在所述衬底50之上。
根据本发明的另一实施例，所述衬底50内置在显示装置200中，或者是构成所述显示装置200的衬底中的任一个。
根据本发明的另一方面，还提供一种具有内置电容性触摸屏面板的显示装置，其中所述内置电容性触摸屏面板是根据以上所提及的内容的电容性触摸屏面板，并且基本结构的任何一个衬底具有衬底50的结构。
根据本发明的另一实施例，所述显示装置200是液晶显示装置，并且所述衬底50是所述显示装置的彩色滤光片215。
根据本发明的另一实施例，用于显示的所述驱动集成电路60和用于所述触摸屏面板的所述驱动集成电路30集成为单个集成电路。
根据本发明的另一实施例，所述传感器图案10位于区分像素的边界表面上。
根据本发明的另一实施例，所述传感器图案10经形成以避免侵占像素区域。
根据本发明的另一实施例，从所述传感器图案10引出的所述传感器信号线22沿着区分像素的所述边界表面来放置。
根据本发明的另一实施例，所述传感器图案10和所述传感器信号线22是由相同掩模来形成的。
根据本发明的另一实施例，所述传感器图案10和所述传感器信号线22是由金属形成的。
根据本发明的另一实施例，所述传感器图案10形成于彩色树脂与彩色滤光片215的玻璃之间。
【有利效应】
在显示装置的共用电极具有按预定频率交变的共用电压电平，显示装置的共用电极具有直流(DC)电平或者显示装置的共用电极按未经限定的未指定频率交变的情况下，根据本发明的基于电压差的电容性触摸检测装置、电容性触摸检测方法和电容性触摸屏面板以及具有内置电容性触摸屏面板的显示装置检测共用电压的状态的变化，避开状态变化的时间点，通过连接到触摸检测传感器的辅助电容器施加驱动电压，并且通过由触摸输入添加的触摸电容在触摸检测传感器中检测电压差的发生，以便进而获取触摸信号。结果，由于噪声所产生的寄生电容、耦合现象或其它因素引起的影响减到最小，并且不会发生信号的错误辨识。另外，本发明在相对较高的电压电平下检测触摸输入，以便因而即使用触摸输入工具的小横截面区域也能容易地俘获信号，并且进而使得有可能执行手写笔输入。另外，本发明获得取决于电压差的量值的触摸输入工具的触摸份额比率，以便因而提高触摸分辨率并且实现精细手写和绘图。另外，本发明可将触摸屏面板的有源区配置成单层，以便因而简化制造工艺并且提供获得极佳产量的效应。
附图说明
本发明的上述以及其它目的和优点将通过参看附图描述优选实施例而变得更显而易见。
图1是展示常规电容性触摸屏面板的一个实例的透视图。
图2是展示常规电容性触摸屏面板的另一实例的平面图。
图3是展示图2的触摸屏面板安装在显示装置之上的实例的横截面图。
图4是展示在图3中检测触摸电容的等效电路图。
图5是说明液晶显示装置的共用电压波形的波形图。
图6是在概念上展示常规三端子型开关装置的图式。
图7是描绘检测触摸输入的原理的概念图。
图8是说明根据本发明的一个实施例的触摸检测装置的基本结构的电路图。
图9是说明根据本发明的另一实施例的触摸检测装置的电路图。
图10是展示根据本发明的一个实施例的传感器图案的配置的横截面图。
图11是展示根据本发明的另一实施例的传感器图案的配置的横截面图。
图12是说明根据本发明的又一实施例的触摸检测装置的电路图。
图13是说明在本发明中检测触摸信号的过程的波形图。
图14是展示存储器单元的实例的示意性框图。
图15是展示根据本发明的一个实施例的触摸屏面板的示意图。
图16是展示根据本发明的另一实施例的触摸屏面板的示意图。
图17是展示设置多个驱动集成电路(IC)的实例的平面图。
图18是展示根据本发明的又一实施例的触摸屏面板的示意图。
图19是展示液晶显示器(LCD)装置的薄膜晶体管(TFT)衬底的配置的平面图。
图20是展示根据本发明的具有内置触摸屏面板的显示装置的横截面图。
图21是说明根据本发明的具有内置触摸屏面板的显示装置的分解透视图。
图22是展示根据本发明的又一实施例的传感器图案的配置的横截面图。
【主要附图标记说明】
1：衬底
2：透明衬底
3：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：触摸驱动集成电路
8：手指
9：粘合部件
9a：气隙
10：传感器图案
10a：x轴线性传感器图案
10b：y轴线性传感器图案
12：充电单元
14：触摸检测传感器
14a：ADC
18：放大器
18a：差分放大器
19：比较器
22：传感器信号线
22a：透明信号线
22b：金属信号线
24：保护层
25：手指
28：存储器单元
30：驱动IC
30a：主控驱动IC
30b：从属驱动IC
31：驱动器
33：时序控制器
35：信号处理器
37：交变电压产生器
40：CPU
41a：相对区域
41b：连接器
42：交叉部分
43：共用电压检测器
45：共用电压信息接收器
47：选择器
50：衬底
52：保护面板
57：粘合材料
58：气隙
59：连接器
60：驱动IC
90：有源区
92：不可见区
94：通信信道
96：FPC
97：FPC
98：UV固化树脂
200：显示装置
205：TFT衬底
210：液晶层
215：彩色滤光片
220：共用电极
230：密封剂
242：栅极线
244：数据线
246：共用电极线
248：像素电极线
250：TFT
251：栅极电极
253：源极电极
255：漏极电极
257：半导体层
270：点
270a、270b、270c：像素
275：BM(黑色矩阵)
具体实施方式
下文将参看附图详细描述本发明的优选实施例。
首先，本发明涉及一种基于电压差的电容性触摸检测装置、电容性触摸检测方法和电容性触摸屏面板，以及一种具有内置电容性触摸屏面板的显示装置。常规的电容性触摸检测装置检测由于手指和类似物接触引起的电容变化，但根据本发明的电容性触摸检测装置在将交变驱动电压施加到所添加的辅助电容器时检测由于辅助电容器与每一传感器图案引起的触摸电容的量值的相关性所造成的电压差。根据本发明的触摸检测系统将在未发生触摸输入时由于辅助电容器、共用电极电容和寄生电容引起的电压与在发生触摸输入时当向共用电极电容添加触摸电容时产生的电压进行比较，并且因此检测作为所述两个电压之间的量值的差值的电压差，以便因而使由外部噪声或寄生电容造成的影响减到最小，并且进而较可靠地获取触摸信号。
本发明中所提及的显示装置可为液晶显示器(LCD)、等离子显示面板(PDP)、有机发光二极管(OLED)显示器以及有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)显示器，或显示图像的任何其它构件。以上列举的显示装置的液晶显示器(LCD)需要共用电压(Vcom)来操作液晶。作为一个实例，用于移动装置的小型和中型LCD采用线反转法，其中共用电极的共用电压针对一个或多个栅极线交变，以便降低电流消耗。作为另一实例，大型LCD经配置以使得共用电极的共用电压具有恒定DC电平。作为又一实例，特定显示装置经配置以形成充当共用于整个面板以切断外部静电放电(ESD)的屏蔽电极，并且使得屏蔽电极接地到接地信号中。另外，在任何横向电场模式LCD中，共用电极位于TFT衬底上，并且从彩色滤光片的上表面检测到的共用电压经配置以基于DC电平来按未指定频率上下交变。
在本发明中，除了被施加上述共用电压(Vcom)的电极之外，在显示装置中起共用作用的所有电极也被称为“共用电极”，并且交变电压或DC电压或按未指定频率交变的电压被称为“共用电压”。
本发明检测手指或与手指相似的具有电学特性的触摸输入工具的非接触式触摸输入。此处，术语“非接触式触摸输入”意味着手指和类似物的触摸输入工具以通过衬底来与传感器图案分开预定距离的状态执行触摸输入。触摸输入工具可接触衬底的外表面。然而，即使在这种情况下，触摸输入工具和传感器图案仍保持处于非接触状态。因此，手指在传感器图案上的触摸动作可用术语“接近”来表述。同时，因为手指对于衬底的外表面来说保持处于接触状态，所以手指在衬底上的触摸动作可用术语“接触”来表述。在本说明书和权利要求书中，术语“接近”和“接触”通常用作如上相同意思。
例如“～部分”等组件是执行特定功能的配置元件并且意指软件配置元件或硬件配置元件，例如现场可编程门阵列(Field-Programmable Gate Array，FPGA)或专用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)。另外，软件或硬件配置元件可包含在较大组件中，或者可包含较小组件。另外，软件或硬件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，放大了厚度或区域以便明确地展示若干个层和区域。在本说明书的整个详细描述中，针对相同元件使用相同的附图标记。当提到例如层、膜、区域和衬底等一个部分被放置在另一部分“上”或其“上表面上”时，这意味着所述部分不仅“恰好”放置在另一部分上，而且前者放置在前者与后者之间的第三部分上。相反，当提到特定部分“恰好”放置在另一部分上时，这意味着在它们之间没有其它部分。另外，除非另有陈述，否则本文所描述的信号统称为电压或电流。
图6是展示在本发明中用作充电单元的实例的三端子型开关装置的概念图。参看图6，所述三端子型开关装置包含三个端子，其具有开/关控制端子(在图6中指示为“控制”)、输入端子(在图6中指示为“输入”)以及输出端子(在图6中指示为“输出”)。开/关控制端子是用于控制开关装置的开/关操作的控制端子。如果将预定量值的电压或电流施加到开/关控制端子，那么经由输出端子以电压或电流的形式输出施加到输入端子的电压或电流。
在本发明中称为充电单元的三端子型开关装置可为(例如)继电器、金属氧化物半导体(Metal Oxide Semiconductor，MOS)开关、双极结晶体管(Bipolar JunctionTransistor，BJT)开关、场效应晶体管(Field Effect Transistor，FET)开关、金属氧化物半导体场效应晶体管(Metal Oxide Semiconductor Field Effect Transistor，MOSFET)开关、绝缘栅极双极晶体管(Insulated Gate Bipolar Transistor，IGBT)开关、薄膜晶体管(TFT)开关或运算放大器(OPerational AMPlifier，OP-AMP)开关，并且可由这些开关当中的同类或异类组合来形成。
除了三端子型开关装置之外，继电器还可用作四端子型开关装置。具有接通/切断输入和输出的开/关控制端子而不管输入和输出端子的数目如何并且其输入和输出由开/关控制端子接通/切断的所有装置都可用作充电单元。
同时，作为三端子型开关装置的一个实例，互补金属氧化物半导体(Complementary Metal Oxide Semiconductor，CMOS)开关是由P沟道MOS(P-channel MOS，PMOS)与N沟道MOS(N-channel MOS，NMOS)开关的相互组合来形成的，其中输入端子与输出端子彼此连接，但开/关控制端子分开存在并且连接到相同的控制信号，或者分开连接到个别控制信号，以便因而确定开关的开/关状态。继电器是当将电流施加到控制端子时无损耗地输出施加到输入端子的电压或电流的装置。BJT开关是当在已经将比基极端子的阈值电压高的电流施加到基极端子的状态下将电流施加到其基极端子时特定量的放大电流从其集电极端子流到其发射极端子的装置。另外，TFT开关是在用于例如LCD或AMOLED等显示装置的像素单元中使用的开关装置，并且包含作为控制端子的栅极端子、作为输入端子的源极端子以及作为输出端子的漏极端子，其中当将比施加到漏极端子的电压高的高于阈值电压的电压施加到栅极端子时，所述TFT开关接通，并且因此，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到输出端子。
在描述本发明的实施例之前，将参看图7简要地描述在本发明中检测触摸输入的原理。如图7所示，假设当手指25或与手指相似的导电触摸单元接近传感器垫10时，手指25与传感器垫10之间的距离是间隔“d”，并且相对区域是“A”。静电电容“C”形成在手指25与传感器垫10之间，如图7的右侧等效电路和数值公式中所示。如果电压或电流信号施加到具有静电电容“C”的传感器垫10的信号输入线，那么量值“Q”的电荷积聚并且电压关系公式形成为V＝Q/C。结果，静电电容“C”使电荷“Q”积聚。在本发明中，当相对于静电电容“C”的量值具有相关性的电压差在与触摸检测传感器连接的传感器图案10中发生时，触摸输入通过使用所检测到的电压差来检测。
图8是说明根据本发明的触摸检测装置的基本结构的电路图。参看图8，根据本发明的触摸检测装置具有包含充电单元12、传感器图案10、传感器信号线22、辅助电容器Caux和触摸检测传感器14的基本结构。
在图8中，充电单元12是用于将预充电信号供应到传感器图案10的单元，其中预充电信号是在检测触摸输入之前作为恒定DC电压施加到连接至触摸检测传感器14的所有电容器以对电容器进行充电的电压。因此，充电单元12是根据供应到开/关控制端子的控制信号执行开关操作的开关装置，或基于控制信号供应信号的例如OP-AMP等线性装置。如图所示，当三端子型开关装置用作充电单元12时，恰当的充电电压可通过使用供应到开/关控制端子的控制信号和馈送到输入端子的信号来在所需的时间点处供应到传感器图案10。包含零伏在内的DC电压或例如正方形、三角形或正弦形波等交变AC电压可用作充电电压。
传感器图案10是由透明导体或金属形成的。在传感器图案10安装在显示装置上并且形成为透明导体的情况下，所述透明导体是由例如氧化铟锡(ITO)、氧化锑锡(ATO)、碳纳米管(Carbon Nano Tube，CNT)或氧化铟锌(Indium Zinc Oxide，IZO)等透明导电材料或与ITO、ATO、CNT或IZO相似的具有导电特性的透明材料形成的。在传感器图案10不是安装在显示装置上而是作为用于冰箱或监视器的触摸键盘或触摸小键盘来应用的情况下，传感器图案10可由例如金属等非透射性材料形成。
传感器图案10可被图案化为各种形式。举例来说，传感器图案10可布置成点阵形式，其中隔离岛以矩形形式布置在衬底50的有源区中，或者传感器图案10可经布置以使得线性图案纵向地和横向地布置在衬底50上。将在待稍后描述的实施例中描述传感器图案10的形式。
传感器信号线22是用于当手指25或具有与手指25的导电特性相似的导电特性的触摸单元(举例来说，例如电容性触摸笔)接近传感器图案10时检测触摸输入的存在的信号线。传感器信号线22是连接传感器图案10与触摸检测传感器14的信号线，并且可由与传感器图案10的材料相同的导电透明材料形成。然而，在一些情况下，传感器信号线22可由例如金属等非透射性材料形成。稍后将描述传感器信号线22的特定实施例。
辅助电容器(Caux)是被施加驱动电压以用于在本发明中检测触摸输入的元件，其中辅助电容器(Caux)的一端连接到触摸检测传感器14，并且另一端被施加驱动电压。此处，参考字符“Caux”是表示电容器的名称和量值两者的符号。举例来说，符号“Caux”意指名为Caux的电容器，并且同时意指量值为Caux的电容。例如Ct、Cvcom和Cp等稍后待描述的其它电容器符号表示电容器的名称和量值两者。
如所说明，充电单元12的输出端子(输出)连接到触摸检测传感器14。另外，辅助电容器(Caux)的一端连接到充电单元12的输出端子(输出)，并且驱动电压施加到辅助电容器(Caux)的另一端。驱动信号是交变电压，并且是例如正方形、正弦形或三角形波等周期性或非周期性波形。从触摸检测传感器14或传感器图案10导出并检测与交变驱动电压的大小成比例的电压。在触摸检测传感器14与传感器图案10之间的连接点处检测所述电压。因而，在传感器图案10处或在触摸检测传感器14处检测信号的表述贯穿本说明书始终意味着在传感器图案10与触摸检测传感器14之间的连接点处检测信号。
图9展示使用金属氧化物半导体(MOS)或场效应晶体管(FET)开关的开关装置的实施例，并且模/数转换器(ADC)用作触摸检测传感器14的实施例。ADC 14a将所检测到的模拟信号转换为数字信号。在本实施例中检测到的触摸信号被转换为数字信号，并且接着被传送到信号处理器35，稍后将参看图15描述所述信号处理器35。
如图9所示，如果身体手指25在距传感器图案10的特定距离内接近传感器图案10，那么触摸电容“Ct”形成在手指25与传感器图案10之间。Ct是由图7的关系式设定的值，并且可通过调整例如身体手指25等触摸单元与传感器图案10之间的间隔和传感器图案10的相对区域来自由产生。举例来说，如果传感器图案10被选择为较大区域，那么基于图7的关系式也使得触摸电容“Ct”具有较大值。相反，如果传感器图案10被选择为较小区域(例如，1平方毫米或更小)，那么触摸电容“Ct”也被设计为具有较小值。作为一个实施例，触摸电容“Ct”可被设计为具有几十毫微微法到几十微法的值。
图9的符号“Cp”是寄生电容器。“Cp”是除了被定义为“Ct”或“Caux”的电容器之外的电容器的值的总和，并且可被建模为一端连接到触摸检测传感器14且另一端连接到任何接地的电容器。因此，可形成多个以不同方式接地的寄生电容器(Cp)，但是在本说明书中仅采用一个接地，并且展示了连接到所述仅一个接地的仅一个寄生电容器。寄生电容器(Cp)可为在传感器信号线22与显示装置之间出现的寄生电容器，或者当以点阵形式设置多个所述传感器图案10时在传感器信号线22之间出现的寄生电容器，并且因此传感器信号线22彼此并联配线。
参看图9，预充电电压(Vpre)施加到充电单元12的输入端子，并且当开关装置由施加到控制端子的控制电压(Vg)接通时，预充电电压(Vpre)通过输出端子输出。因此，连接到充电单元12的输出端子的所有电容器被充电为预充电电压(Vpre)。
根据一个实施例，假设当Vpre为3伏且Vg的范围为0伏(零伏)到10伏时开关装置接通，那么辅助电容器(Caux)、触摸电容(Ct)和寄生电容器(Cp)被充电为3伏。在被充电之后，开关装置的控制电压(Vg)从10伏下降到0伏以便因而切断开关装置，并且触摸检测传感器的点“P”处于高阻抗状态，以便因而隔离所述点“P”处的电荷，并且接着交变驱动电压施加到辅助电容器(Caux)。在这种情况下，在点“P”处检测到的电压的量值取决于连接到点“P”的电容器的量值和驱动电压的量值。
此时，假设Caux和Cp为固定值，并且驱动电压的量值是恒定的，那么在点“P”处检测到的电压的量值取决于触摸电容(Ct)。因此，因为在触摸检测传感器14中检测到的电压取决于触摸电容(Ct)的量值而变化，所以有可能通过检测电压差来检测触摸输入的存在，并且计算传感器图案10与例如手指25等触摸输入工具之间的相对区域。
在这个实施例中，如下假设。忽略由于开关装置的接通电阻(Rdson)引起的电压降。另外，在辅助电容器(Caux)的制造过程处确定辅助电容器(Caux)的量值，并且因此，一旦确定了辅助电容器(Caux)的量值，辅助电容器(Caux)的量值便不会改变。另外，寄生电容(Cp)的量值也不会改变。
同时，在图9的传感器图案10作为触摸屏面板安装在显示面板的上表面上或嵌入在显示装置中的情况下，共用电极电容器(Cvcom)形成在传感器图案10与显示装置的共用电极之间。另外，共用电极电容器(Cvcom)可通过在形成传感器图案10的衬底的另一表面上形成共用电极220来人为地形成。
图10是展示根据本发明的一个实施例的传感器图案的配置的横截面图，并且图11是展示根据本发明的另一实施例的传感器图案的配置的横截面图。图10说明传感器图案10安装在与显示装置分开形成的衬底上，并且图11说明传感器图案10嵌入在显示装置中，或共用电极220形成在形成传感器图案10的衬底的另一表面上。参看图10和图11，将如下描述共用电极电容器(Cvcom)的形成。
如图10所示，显示装置200具有共用电极220。AMOLED显示装置没有起作用以显示图像质量的共用电压，而是可形成图9的共用电极电容器(Cvcom)的虚拟电势层形成在TFT衬底205与传感器图案10之间，所述虚拟电势层也被称为共用电极。
显示装置200可按照各种形式形成，如上所述。共用电极220可为液晶显示器(LCD)中的具有共用电压(Vcom)的电极，或者可为其它类型的电极中的一种。在多种显示装置当中，已经在图10的实施例中对LCD进行说明。
在图10所示的显示装置200中，液晶密封并填充在下侧薄膜晶体管(TFT)衬底205与上侧彩色滤光片215之间，以便因而具有形成液晶层210的结构。为了密封液晶，TFT衬底205与彩色滤光片215由密封剂230在其外部部分处接合。虽然未图示，但在LCD面板的顶部和底部上附着了偏振板，并且此外，设置了例如背光单元(BLU)和亮度增强膜(BEF)等光学薄片。
如图所示，触摸屏面板的衬底50设置在显示装置200之上。如图10所示，衬底50借助于例如双面胶带(DAT)等粘合部件57附着到显示装置200的上方部分的外部部分处，并且气隙58形成在衬底50与显示装置200之间。
如图10所示，按预定频率交变且量值变化的共用电压电平或恒定量值的共用电压直流(DC)电平施加到显示装置200的共用电极220。举例来说，线反转型小型LCD具有共用电极220的交变共用电压，如图5所示，并且例如笔记本计算机、监视器或TV等其它点反转型LCD具有恒定量值电压的共用电压直流(DC)电平。
如图所示，共用电极电容(Cvcom)形成在传感器图案10与显示装置200的共用电极220之间。如果特定预充电信号施加到传感器图案10，那么共用电极电容(Cvcom)将通过充电电压而具有预定电压电平。在这种情况下，共用电极电容(Cvcom)的一端用共用电极220接地，并且因此，当施加到共用电极220的电压为交变电压时，位于共用电极电容(Cvcom)的另一端处的传感器图案10的电势将通过施加到共用电极220的交变电压而交变。当DC电压施加到共用电极时，传感器图案10的电势不交变。
同时，图式中的附图标记24指示用以保护传感器图案10的保护层24。
图11展示传感器图案10内置在显示装置中的情况的实施例。参看图11，配置触摸屏面板的衬底50可为作为显示装置的一部分的彩色滤光片215。如图所示，共用电极220形成在彩色滤光片215的下方部分处，并且传感器图案10图案化在彩色滤光片的顶表面上。在图11的实施例中，保护层24由偏振器替代。
在这个实施例中，共用电极电容(Cvcom)也在共用电极220与传感器图案10之间形成。如果交变电压施加到共用电极，那么传感器图案10的电势由所述交变电压诱发并交变，并且如果DC电压施加到共用电极，那么传感器图案10的电势不会通过共用电极的共用电压而交变。
另外，在图11的实施例中，作为一个实例，传感器图案10图案化在衬底50的顶表面上，并且共用电极220人为地形成在衬底50的下表面上。在这种情况下，保护层24是用以保护传感器图案10的层。举例来说，保护层24可由玻璃或塑料膜形成。如果例如强化玻璃等保护面板附着在衬底50的上表面上，那么保护层24可去除。
在这种情况下，共用电极电容(Cvcom)也形成在传感器图案10与共用电极220之间。如上所述在传感器图案10的后表面上人为地形成共用电极220的结构可出于形成触摸屏面板以便与显示装置200分开并且避免来自显示装置200的噪声的目的来选择。
在参看图10和图11所描述的这三个实施例中，在传感器图案10的电压与交变共用电压同步并且因此交变的情况下，通过充电单元12的预充电电压应当进行以避免交变电压的上升沿和下降沿，以便进而避免由于交变共用电压引起的影响，并且稍后将描述波形的详细描述。
参看图9的电路图，对传感器图案10起作用的辅助电容器(Caux)、触摸电容(Ct)、共用电极电容(Cvcom)和寄生电容(Cp)连接到充电单元12的输出端子。因此，当例如任何电压或电流等预充电信号在充电单元12已经接通的状态下施加到充电单元12的输入端子时，Caux、Ct、Cvcom和Cp被充电。此后，如果充电单元12切断，那么已充电信号被隔离，除非已充电信号从四个电容器Caux、Ct、Cvcom和Cp单独放电。
为了稳定地隔离已充电信号，触摸检测传感器14的输入端具有高阻抗(或Hi-z)状态。优选地，触摸检测传感器14的输入端具有至少一兆欧的阻抗。如果在使在四个电容器中充电的信号放电的同时观测触摸输入，那么以其它方式隔离已充电信号，或者如果在放电起始时快速观测信号，那么无需不可避免地在触摸检测传感器14的输入端处必须具有高阻抗(或Hi-z)状态。
触摸检测传感器14检测传感器图案10的信号电平是否移位。优选地，与在不发生触摸输入时(也就是说，当未形成Ct时)传感器图案10的电压的量值对比，触摸检测传感器14检测是否作为在发生触摸输入时(也就是说，当形成Ct时)传感器图案10的电压的量值的差值而发生电压差，以便因而获取触摸信号。触摸检测传感器14可具有各种各样的装置或电路配置。在稍后待描述的实施例中，将描述开关装置和差分放大器用作触摸检测传感器14的实例，但触摸检测传感器14的配置不限于此。
不同于图9的辅助电容器(Caux)的连接方法，在图12的触摸检测传感器的实施例的情况下，辅助电容器(Caux)的一侧连接到充电单元12的控制端子。在这个实施例中，作为缺点，施加到辅助电容器(Caux)的信号的量值或施加所述信号的时间点取决于充电单元12的控制端子的操作，但作为优点，辅助电容器(Caux)可嵌入在充电单元12中，并且形成施加到辅助电容器(Caux)的驱动电压的部分并不单独存在。
在不发生触摸输入时由于辅助电容器(Caux)和施加到辅助电容器(Caux)的驱动电压引起的传感器图案10的电压差由以下方程式1确定。
因为在发生触摸输入时在触摸检测传感器14中并联添加Ct，所以传感器图案10的电压差由以下方程式2确定。
在方程式1和2中，ΔVsensor是传感器图案10或触摸检测传感器14中的电压差，Vh是施加到辅助电容器(Caux)的驱动信号的高电平电压或施加到充电单元12的控制端子的接通电压，Vl是施加到辅助电容器(Caux)的驱动信号的低电平电压或施加到充电单元12的控制端子的切断电压，Cvcom是共用电极电容，Cp是寄生电容，并且Ct是触摸电容。
触摸检测传感器14通过使用方程式1和2来在传感器图案10中检测作为方程式1与2之间的电压的差值的电压差，这将在下文中详细描述。
在方程式1和2中，Vh和Vl是可容易设定的值。Cvcom可从以下方程式3中获得。
在方程式3中，ε1可从存在于传感器图案10与共用电极220之间的介质的复合介电常数(或电容率)获得。举例来说，因为特定介电常数是3到5，所以在玻璃的情况下，衬底50的介电常数可通过将玻璃的特定介电常数乘以真空的介电常数来获得。在图10的情况下，由于玻璃，所以气室、偏振板和用于将偏振板附着到玻璃上的粘合剂存在于传感器图案10与共用电极220之间。S1是传感器图案10与共用电极20之间的相对区域，其将容易计算得到。在如图10所示共用电极220形成于彩色滤光片215的整个下表面上方的情况下，相对区域S1由传感器图案10的面积确定。另外，D1是传感器图案10与共用电极220之间的距离，并且因此对应于介质50的厚度。
如所见的，Cvcom是可容易获得和设置的值。
触摸电容Ct可从以下方程式4中获得。
在方程式4中，电容率ε2可从传感器图案10与手指25之间的介质获得。如果在图10中，在衬底50的顶表面上附着强化玻璃，那么电容率ε2可通过将强化玻璃的特定介电常数乘以真空的介电常数来获得。S2对应于传感器图案10与手指25之间的相对区域。如果手指25覆盖特定传感器图案10的整个表面，那么S2对应于所述特定传感器图案10的面积。如果手指25覆盖特定传感器图案10的一部分，那么S2将从传感器图案10的面积减少所述特定传感器图案的未被手指25覆盖的面积。另外，D2是传感器图案10与手指25之间的距离，并且因此对应于放在衬底50的上表面上的强化玻璃或平面化层24的厚度。
如上所述，Ct是也可容易获得的值，并且也可通过使用放在衬底50的上表面上的保护面板24或强化玻璃的材料和厚度来设定。明确地说，根据方程式4，因为Ct同手指25与传感器图案10之间的相对区域成比例，所以手指25相对于传感器图案10的触摸份额可从Ct来计算。
与由于方程式1引起的电压的量值相比，触摸检测传感器14检测是否存在作为由于方程式2引起的电压的量值的差值的电压差。触摸检测传感器14可包含放大器来放大来自传感器图案10、模/数转换器(ADC)、电压/频率转换器(VFC)、触发器、锁存器、缓冲器、晶体管(TR)、薄膜晶体管(TFT)、比较器、数/模转换器(DAC)、积分器、微分器等或这些组件的组合的信号。
图9说明触摸检测传感器14包含模/数转换器(ADC)14a。参看图9，传感器图案10连接到ADC 14a的输入端子。因此，通过ADC 14a的输入端子来检测传感器图案10中的电压差。如图所示，如果传感器图案10与ADC 14a的输入端子之间的结为P，那么结P的电势Vp受触摸电容Ct影响，如方程式1和2中所表述。
同时，如上所述，图9中所示的ADC 14a是带有具有高阻抗状态的缓冲器输入的模/数转换器(ADC)，或者由此类缓冲器的组合来配置。在贯穿本说明书将ADC或差分放大器用作触摸检测传感器14的一部分的情况下，认为其已经与高阻抗状态的缓冲器组合。
如图所示，具有特定强度并且交变的驱动电压施加到辅助电容器(Caux)的一端。虽然未图示，但在一个实施例中，驱动电压是反相器或“与门”的CMOS输出，或者是可输出交变电压的装置的输出，如OP-AMP的输出。因此，在辅助电容器(Caux)由表述为Vpre的充电电压预充电(或充电)的状态下，Vp的电势与施加到辅助电容器(Caux)的驱动电压同步并且交变。此后，在充电电压的供应和驱动电压的交变相继继续的同时，Vp在不发生触摸输入时具有方程式1的电压的量值。如果发生触摸输入，那么在方程式1的分母中添加Ct，以便因而变成方程式2。因此，Vp的电压降低，并且因此，发生电压差，这通过从方程式1减去方程式2来获得。
图13是说明在图9的实施例中检测触摸信号的过程的波形图。参看图13，下文将描述通过使用电压差来检测触摸信号的方法。
在图13的实施例中，将波形划分为三个区域。图13的第一区域是称为“未触摸”区域的区间，其中未发生触摸输入并且没有触摸电容(Ct)。图13的第二区域是称为“全触摸”区域的区间，其中手指25完全覆盖传感器图案10并且方程式4的触摸电容(Ct)达到最大。另一方面，位于图13的右下角的最后区域是称为“1/2触摸”区域的区间，其中手指25仅覆盖传感器图案10的50％并且触摸电容(Ct)具有与“全触摸”区域的Ct相比50％的大小。
如早先提及的，在本发明的一个实施例中，共用电压可为按恒定频率交变的交变电压，或者不交变的DC电压或不定期交变的AC电压。在这个实施例中，共用电压在“未触摸”区域和“全触摸”区域中交变，并且在“1/2触摸”区域中具有O伏(零伏)的DC电压。可看到，可不管共用电压的形式如何来实行本发明。然而，即使针对非周期性的共用电压(Vcom)也可感测上升沿和下降沿，以便进而以与本发明的周期性的共用电压(Vcom)的方法相同的方法来配置实施例。
为了继续进行本实施例，未图示的共用电压检测器应当检测共用电压。如果在共用电压以特定大小交变的情况下在检测到电压差的区间处施加共用电压的上升沿和下降沿的波形，那么在触摸检测传感器14中检测到的波形可能由于共同电压的波形而失真。因而，本发明在避开发生共用电压的上升沿和下降沿的时间点的同时检测预充电和触摸信号的电压差。然而，在另一实施例中，如在本发明的示范性实施例中，可一起检测在驱动电压施加到辅助电容器(Caux)的一侧时发生的电压差以及在共用电压的上升沿和下降沿处发生的电压差两者，以便因而检测触摸输入。
如果共用电压是不交变的DC电平，那么有可能检测不取决于共用电压的波形的电压差。稍后将描述的驱动IC 30可包含模式设置器单元，其设置在共用电压交变的情况下检测共用电压以便因而感测共用电压的上升沿和下降沿并且参考其所感测的上升沿和下降沿的模式，以及当共用电压不交变时不参考共用电压的模式。由于这个动作，当共用电压不交变时，有可能更容易地检测电压差。
如上所述，当首先检测到共用电压且接着共用电压交变时，可在避开共用电压交变的时间点的同时检测电压差。因此，根据这种方法的移除，可在共用电压交变或不交变的任何显示装置中检测由于触摸输入引起的电压差。
*“未触摸”区域中的实施例
首先检测共用电压的波形以便接着检测共用电压的波形的边沿，并且接着在预定时间(在本实施例中指示为“t1”)之后接通充电单元12的开/关控制端子以便进而使电容器充电。在未触摸区域中充电的电容器是Caux、Cvom和Cp。电容器充电所在的区间为图13中的区间②和⑦。
图13中的区间①和⑥是Vp的电压通过交变共用电压取决于共用电压的波形所在的区间，其中在区间①处将Vp的电压施加为0伏，但在区间⑥处Vp的电压的量值由特定公式来确定，这将在稍后进行描述。
如果在已经对电容器进行充电之后切断充电单元12，那么触摸检测传感器14的输入端处于Hi-z状态，也就是说，处于高阻抗状态，并且因此，存储在电容器中的电荷保持隔离。结果，传感器图案10的电势也得以保持。在这个实例中，充电单元12的接通电压是5伏，并且其切断电压是0伏。
作为一个实例，预充电信号(Vpre)被施加为5伏，并且可与栅极信号(Vg)同步来接通和切断，或者可总是保持接通状态。显示装置200的共用电极220的共用电压被假设为在高电平处给予5伏并且在低电平处给予-1伏。
同时，假设施加到辅助电容器(Caux)的驱动电压(Vdrv)在高电平处为9伏并且在低电平处为0伏，那么首先执行充电操作并且接着在驱动电压的上升时间和下降时间处执行检测操作，所述操作在区间④和⑧处执行，如图13所示。
在图13的实例中，当在区间②和⑦处执行预充电时，Vp的电势变为5伏。在图13的波形中，忽略在充电和放电时间处的瞬变和噪声的效应。
此后，即使切断Vg，存储在电容器上的电荷也保持隔离并且Vp的电势保持在5伏。在所述多个区间(区间④和区间⑧)处执行检测操作，并且因此，触摸仍尚未发生，而形成方程式1的电压。假设Caux、Cvcom和Cp均取决于相对大小，驱动电压在区间③处升高，并且Vp的电压与上升驱动电压同步升高。根据方程式1，在区间④处的ΔVsensor的值为“{9-(0)}*1/3”，所以为3伏。因此，在点P处的电势(Vp)在5伏到8伏的范围内，并且与驱动电压的大小同步变化。另一方面，作为一个实例，直到驱动电压在已经在区间②处发生预充电之后变化所采用的等待时间t2是几微秒到几十微秒，但等待时间t2优选地为几微秒。
在区间④处检测到的电压被存储在存储器中，并且被用作待与在发生触摸输入时检测的电压进行比较的比较数据。因此，在例如“工厂模式”(制造过程的一部分)或“校准模式”等未发生触摸输入的状态下，测量“未触摸”区域中的区间④处的检测电压并将其存储在存储器中，并且将其用作参考数据来在发生触摸输入时与“触摸模式”相比来检测电压差。
如果在区间④之后的区间⑤处与上述情况相反地在驱动电压(Vdrv)的下降沿处执行检测操作，那么ΔVsensor的值为“-{9-(0)}*1/3”，并且因此为-3伏。因此，点P处的电势(Vp)将从8伏改变为5伏。已经通过所述操作过程测量的数据将能够增加数据的可靠性。
参看图13，共用电压在区间⑥处交变，其中Vp的电压由以下方程式确定。
在方程式5中，ΔVsensor表示传感器图案10或触摸检测传感器14中的电压差，VcomH是施加到共用电极电容器(Cvcom)的共用电压的高电平电压，Vcomll是施加到共用电极电容器(Cvcom)的共用电压的低电平电压，Cvcom是共用电极电容，并且Cp是寄生电容。
根据方程式5，在共用电压降低的区间⑥处，ΔVsensor的大小为“-{5-(-1)}*1/3”且因此为-2伏，并且在发生共用电压变化之前Vp的电势为5伏。因此，Vp的电势在区间⑥处为3伏。
由于即使在从区间⑤到区间⑥的区间处也可检测到由于触摸引起的电压差，所以有可能检测是否发生触摸输入并且检测传感器图案10中的触摸区域份额。这是因为如果从区间⑤到区间⑥发生触摸输入并且因此产生触摸电容Ct，那么通过以下方程式6来计算在触摸检测传感器14中检测到的检测电压。
在方程式6中，Ct指示触摸电容。
在比较方程式5和6时，方程式5与6之间的差别是已经向方程式6的分母添加Ct。可看到，在触摸检测传感器14中检测到的电压的量值表示触摸的程度，所述量值取决于Ct的大小，也就是说，作为方程式5与6的值之间的差值的电压差。然而，因为这种方法需要交变共同电压，所以不可能在共用电压不交变的情况下(如“1/2触摸”区域)检测触摸。然而，可通过将交变共用电压施加到共用电极来解决所述缺点。
因为图13中的区间⑦是充电区间，所以Vp的电势被充电为5伏，并且区间⑧处的驱动电压从高下降到低。因此，区间⑧处的ΔVsensor为“-{9-(0)}*1/3”且所以为-3伏，并且在点P处为5伏的充电电压改变为2伏。
*全触摸区域中的实施例
参看图13，方程式4中的区域S在区间⑨处完全由手指25占据，其中Ct表示最大值。如果在与相对大小为一(1)的Cvcom或Caux相比时，Ct的相对大小为三(3)，那么区间⑨处的ΔVsensor由方程式6确定，并且ΔVsensor为“{5-(-1)}*1/6”且所以为1伏。因此，检测电压在区间⑧处为2伏，所述电压在区间⑨处为3伏。
如早先提及的，因为当Ct取决于是否发生触摸而在方程式6中存在和不存在时发生ΔVsensor中的1伏(＝2伏-1伏)的电压差，所以触摸检测传感器14检测到电压差并且因此检测是否发生触摸并计算传感器图案10与例如手指25等触摸工具之间的相对区域。
在区间⑩处，由方程式2确定ΔVsensor，并且通过上升驱动电压，ΔVsensor的大小为“{9-(0)}*1/6”且所以为1.5伏。因为检测电压的量值在区间⑩之前的充电区间处为5伏，所以检测电压在区间⑩处为6.5伏。
在“未触摸”区域中，检测电压的量值在区间④处为8伏，其中检测电压的量值由方程式1界定，并且在“全触摸”区域中，检测电压的量值在区间⑩处为6.5伏，其中检测电压的量值由方程式2界定。因而，通过从方程式1中减去方程式2来获得的电压(即，电压差)是1.5伏。触摸检测传感器14检测电压差的大小，并且确定是否发生触摸。
在区间处，检测电压由方程式2界定。在区间处，ΔVsensor的大小是“{9-(0)}*1/6”，即1.5伏。因为恰好在区间之前充电电压为5伏，所以检测电压被检测为3.5伏。检测电压在“未触摸”区域中归因于由方程式1界定的电压差而为2伏，但检测电压在区间处为3.5伏。因此，电压的差值(即，电压差)为1.5伏，并且因此与上文描述的电压差相同。因此，可看到，电压差的大小具有相同值，而不管驱动电压(Vdrv)是否处于上升沿或下降沿。因而，在驱动电压(Vdrv)的上升沿或下降沿处都可检测到电压差。
*1/2触摸区域的实施例
同时，如果手指25部分地覆盖传感器图案10，那么手指25与传感器图案10之间的相对区域s2在方程式4中变得较小，并且因此，Ct也减小。因此，在图13的波形图中，电压差的大小也将变得较小。换句话说，如果检测到电压差的量，那么可计算手指25对于传感器图案10的触摸份额。此类功能使得有可能提高触摸分辨率，虽然传感器图案10的大小和分辨率是有限的。另外，此类功能使得有可能检测触摸坐标中的细微变化并且通过使用手指或其它触摸输入工具来绘制高分辨率图片。
如果手指25覆盖传感器图案10的50％，那么Ct通过方程式4具有为“全触摸”时间的一半的相对值1.5。在“1/2触摸”区域中，共用电压不交变。因此，不需要施加驱动电压(Vdrv)以便避免共用电压交变的瞬间。因此，检测时间不取决于Vcom并且随机调整。
因为Ct在区间处为1.5，所以ΔVsensor为“{9-(0)}*1/4.5”且因此为2伏。因为充电电压恰好在区间之前为5伏，所以检测电压在区间处被检测为7伏。驱动电压(Vdrv)处于下降沿所在的区间处的检测电压变为3伏，其中从作为充电电压的5伏减去2伏。因此，触摸检测传感器14在“未触摸”区域中测量作为区间④或⑧处的检测电压与区间或处的检测电压的值之间的差值的电压差，以便因而使得有可能计算传感器图案10与手指25之间的相对区域。
图9说明辅助电容器(Caux)不取决于充电单元12的开/关控制端子的行为的情况，但图12展示施加到辅助电容器(Caux)的驱动电压(Vdrv)取决于充电单元12的开/关控制信号的情况的实施例。此类实施例具有由于不需要单独产生施加到辅助电容器(Caux)的驱动电压(Vdrv)而使电路简单的优点，但具有一些缺点，即驱动电压(Vdry)取决于充电单元12的控制电压，由于充电装置12的输出端子不处于Hi-z状态(即，不处于高阻抗状态)而不能够检测电压差，并且由于能够在控制电压下降时检测电压差而使检测速度减慢。然而，这些缺点可通过充电单元12的快速充电操作和快速检测操作来克服。
另一方面，图12展示放大器18用作触摸检测传感器14的情况。输入端处于Hi-z状态或与输入端处于Hi-z状态的缓冲器组合的放大器18也可以可靠地隔离在点P处的信号。
在图12的实施例中，点P处的电势通过Ct变化以便因而造成电压差的事实与图9的实施例相同。然而，放大器18用作检测电压差的检测传感器。放大器18放大来自传感器图案10的信号。因而，因为放大并输出由于发生触摸输入引起的电压差，所以即使电压差的值较小，也可以可靠地获得触摸信号。
除了放大器18之外，还可使用差分放大器18a。参看图12，除了放大器18之外，还将点P处的电势输入到差分放大器18a的输入端子，并且将用于形成差分电压的参考电压(Vdif)输入到差分放大器18a的另一输入端子。如果将参考电压(Vdif)输入到差分放大器18a的非反相端子，那么通过从点P处的电势减去参考电压(Vdif)且接着通过将相减结果乘以差分放大器18a的放大因子来获得的值将作为差分放大器18a的输出来输出。根据这个配置的优点，使得施加到点P的噪声的水平较小，以便因而较稳定地计算信号且增加触摸操作的准确性。在图12的实施例中，并不同时使用放大器18和差分放大器18a，而是两者中的仅一个连接到点P。
同时，在图13中，预充电电压(Vpre)被说明为5伏单电压，但预充电电压(Vpre)的量值可在驱动电压的上升沿和下降沿处变化，并且在必要时，可使用多个预充电电压。举例来说，在图13的区间④处，检测电压的量值是8伏，并且因此可能在使用抵抗压力为5伏的控制IC的情况下超过抵抗压力的范围。在这种情况下，可施加1伏的充电电压(Vpre)，并且因而，区间④处的检测电压变为4伏，以便因而使得有可能在满足控制IC的抵抗压力的范围内使用控制IC。
另一方面，Cp可针对每一传感器图案10而变化。举例来说，均匀地设计传感器图案10的位置、配线长度和每一传感器图案10的其它外部因素是极其困难的。另外，Cvcom也可针对每一传感器图案10而变化。如果电压差的大小较大，那么可忽略此类偏差，但如果电压差可能具有较小的大小，那么针对每一传感器图案10的偏差是不可忽略的。
为了解决上述问题，如图14所示，驱动IC 30还包含存储器单元28，其当在相应传感器图案10中没有发生触摸时存储触摸检测传感器14或待稍后描述的信号处理器35的信号处理结果。存储在存储器单元28中的信号是基于每一传感器图案10的唯一Cp和唯一Cvcom的值，并且可针对每一传感器图案10而变化。
举例来说，可在施加电力之后不发生触摸的状态下立刻扫描传感器图案10，或者可在“工厂模式”处获得触摸检测传感器14的输出或信号处理器35的处理结果，所述“工厂模式”是在从制造工厂发货之前没有发生触摸的状态。工厂默认值存储在存储器单元28中。
在发生触摸时获得的值还可存储在存储器单元28中。另外，可进一步提供存储当存在触摸时获得的值的额外存储器单元。另外，驱动IC 30比较相同单元的值，并且当发生超过预设参考值的电压差时判定发生触摸，以便因而通过操作计算来计算传感器图案10的触摸份额。
为了减小Cp的影响，还有可能在方程式1和2中将Caux或Ct的值设置为相对高于Cp的值。Caux内置在驱动IC中或安装在驱动IC的外部。当Caux内置在驱动IC中时，在IC的制造过程中确定Caux的大小。即使当Caux安装在驱动IC的外部时，大小可被抓紧的组件仍得以安装。因此，因为可实施相对较小的Cp，所以可使由未知因素确定的Cp的影响减到最小。
参看图14，当传感器图案10以点阵图案的形式来布置时，并且具有m*n的分辨率，那么存储器单元28由具有m行和n列的表格组成。举例来说，已经在未发生触摸输入时发生并且已经在传感器图案10的最左上角处分配的差分放大器18a的输出可存储在地址M1-1中。另外，当检测是否在传感器图案10的最左上角处发生触摸输入时参考存储在存储器单元28中的所述信号。
可周期性地校准存储在存储器单元28的每一地址中的值。可在将电力施加到装置时(如上所述)或者在休眠状态下实行周期性校准。如上所述，如果在针对每一传感器图案10未发生触摸输入时(或在未发生和发生触摸输入时分别单独地)将差分放大器18a的输出存储在存储器单元28中，周期性地对其进行校准，且在检测触摸信号时进行参考，那么即使在针对每一传感器图案10分配唯一Cp的情况下，也可稳定地获取触摸信号。
图15到图22分别展示根据本发明的触摸屏面板的实施例。图15和图16展示采用图9或图12的上述触摸检测装置的实施例，其中传感器图案10布置成点阵图案的形式。
驱动IC 30的配置展示在图15的下方部分处。驱动IC 70包含驱动器31、触摸检测传感器14、时序控制器33、信号处理器35和存储器单元28。另外，驱动IC 70还包含共用电压检测器43、共用电压信息接收器45和交变电压产生器37中的一个。另外，如图14所示，驱动IC 70经配置以包含所有共用电压检测器43、共用电压信息接收器45和交变电压产生器37，并且由选择器47选择共用电压检测器43、共用电压信息接收器45和交变电压产生器37中的一个。
从驱动IC 30获得的驱动信号传递到中央处理单元(CPU)40。CPU 40可为显示装置的CPU、计算机装置的主CPU或触摸屏面板自身的CPU。举例来说，8位或16位微处理器可内置或嵌入以处理触摸信号。虽然图式中未展示，但系统配置中可还包含电源以便产生用于检测触摸输入的信号的高或低电压。
嵌入在驱动IC 30中的微处理器可计算触摸输入坐标，以便因而辨识例如缩放、旋转和移动等手势，并且将例如参考坐标(或中心点坐标)和手势等数据传递到主CPU。另外，微处理器可计算触摸输入的区域以产生缩放信号，计算触摸输入的强度，并且在多个GUI对象被同时触摸的情况下，将仅用户所要的GUI对象(例如，仅区域被频繁检测到的GUI对象)辨识为有效输入，也就是说，微处理器可处理各种形式的数据并且输出所处理的结果。
时序控制器33产生几十毫秒的时间分割信号，并且信号处理器35分别通过驱动器31将信号传输到每一传感器图案10以及从每一传感器图案10接收信号。驱动器31提供充电单元12的开/关控制信号(Vg)和预充电信号(Vpre)。开/关控制信号(Vg)由时序控制器33进行时间分割并且针对每一传感器图案10依序或非依序进行时间分割。如参看图13所提及，存储器单元28用以在每一传感器图案10中未发生触摸输入时存储初始值，或在发生触摸输入时存储信号，并且具有用于相应传感器图案10的唯一绝对地址。
如上所述，可临时存储所获得的坐标值，或者可通过使用仅一个存储器单元28来存储在未发生触摸输入时的参考值。否则，设置多个存储器单元以便因而分别单独存储在未发生触摸输入时的参考值和在发生触摸输入时检测到的值。
在所说明的实施例中，传感器图案10已经被说明为4*5的分辨率的实例，但实际上具有较高分辨率。结果，可能在处理许多信号的过程中丢失信号。举例来说，在信号处理器35处于“繁忙”状态的情况下，不辨识触摸驱动信号，因而丢失信号。存储器单元28可防止此类信号的丢失。举例来说，信号处理器35将所检测到的触摸信号临时存储在存储器单元28中。另外，信号处理器35扫描整个传感器图案10并且接着参考存储器单元28来判断是否存在丢失信号。如果触摸坐标被存储在存储器单元28中，但已经在信号处理中丢失了信号，那么信号处理器35将对应的触摸坐标处理为正常输入。
共用电压信息接收器45直接从显示装置200接收共用电极220的共用电压信息。在这种情况下，很容易获得例如共用电压的开始点、大小、上升沿和下降沿等信息。另外，信号处理器35可容易地结合共用电压的上升沿和下降沿来处理信号。然而，繁琐的是，必须从显示装置200传输共用电压信息。
另一方面，在显示装置200的共用电极220具有恒定DC电平的情况下，交变电压产生器37能够被迫使将交变电压施加到共用电极220。交变电压产生器37根据时序控制器33的时间分割信号将按预定频率交变的电压电平施加到共用电极220。可通过调整电阻器来调整施加到共用电极220的交变电压的频率。即使在这种情况下，信号处理器35也可容易地结合共用电压的上升沿和下降沿来处理信号。然而，繁琐的是，必须将共用电压信息传输到显示装置200。
然而，共用电压检测器43自动地检测共用电压信息，并且因此不需要将与共用电压有关的信息传输到显示装置200以及从显示装置200接收所述信息。在共用电压检测器43中所检测到的共用电压是交变信号的情况下，信号处理器35在避免共用电压的上升沿或下降沿的同时将驱动电压施加到辅助电容器(Caux)，如图12所示。共用电压检测器43可具有多种电路配置。
在例如图15的实施例等一个实施例中，传感器信号线22在安装传感器图案10的有源区中放置在传感器图案10之间，并且与驱动IC 30连接。如果触摸屏面板被单独安装在显示装置上，或者嵌入在显示装置中，那么传感器信号线22应当由ITO或IZO形成以至少在可见区中形成透明信号线。根据这些导线的优点，不需要具有用于配线信号线的单独区域，因为不是通过一个路径收集全部信号线并将其传送到驱动IC 30。然而，因为信号线被放置在传感器图案10之间，所以加宽传感器图案10之间的间隙是繁琐的。
同时，在图15的传感器信号线22的配线方法中，因为连接到位于最上端的传感器图案10的信号线的长度不同于连接到位于最下端的传感器图案10的信号线的长度，所以信号线的配线电阻针对每一传感器图案10而变化。如果电阻值增大，那么在检测触摸信号时发生延迟。因而，如果使得配线在较上端的传感器信号线22的宽度比配线在较下端的传感器信号线22的宽度宽，并且导线的宽度随着其较靠近驱动IC 30而变得较窄，那么有可能针对所有传感器图案10匹配所有信号线的配线电阻。因此，信号处理器35可较容易地执行触摸信号的检测。
另一方面，在例如图2的方法等常规方法中，线性传感器图案是由透明材料形成的，但连接线性传感器图案与触摸驱动IC的信号线应当由例如银或铜等不透明金属形成以降低电阻值。结果，存在一个问题，即应当使用多个掩模，进而增加处理成本并且降低产量。然而，参看方程式1和2，其表示根据本发明的使用电压差的触摸检测，电阻不充当变量。因此，可将传感器信号线22的电阻值设置得相对较高。结果，可使用具有高电阻的ITO或IZO来形成传感器信号线22。因此，在与图15的配置相同的配置中，传感器图案10和传感器信号线22可用与例如ITO或IZO等透明材料相同的材料来配置，这意味着用单个掩模来制备传感器图案10和传感器信号线22，进而提供增加生产成本和产量的效应。
图16展示触摸屏面板的另一实施例。参看图16，传感器图案10和传感器信号线22形成在衬底50的有源区90中。传感器信号线22可在有源区90中用金属配线，但优选地，可在有源区90中配线为透明信号线22a。传感器信号线22可在有源区90中配线为透明信号线22a，并且因此可按如图15的实施例中的相同方式配线在传感器图案之间，但按如图16的实施例中的相同方式，传感器信号线22可在有源区90中配线为透明信号线22a并且可在不可见区92中配线为通过连接器59与透明信号线22a连接的金属信号线22b。然而，根据这种配线方法的缺点，应当加宽不可见区92的宽度并且因此难以使触摸装置变薄。
触摸检测传感器14可为安装在驱动IC 30中的模/数转换器(ADC)、缓冲器或放大器。然而，如图所示，如果差分放大器18a用作触摸检测传感器14，那么放大并处理去除噪声的触摸信号，并且因此容易俘获触摸信号。在图16中，不一起使用差分放大器18a和ADC14a，而是所述两者中的一个检测触摸输入。如果差分放大器18a检测触摸输入，那么ADC14a与差分放大器18a的输出端连接以便因而将从差分放大器18a输出的模拟信号转换为数字信号。
参看图16，比较器19进一步连接到差分放大器18a的输出端(或连接至点P的缓冲器的输出端，但图式中未展示)。比较器19用以在共用电压交变时自动检测显示装置200的共用电压的上升沿和下降沿。因为在已经切断充电单元12的状态下，差分放大器18a的输入端处于Hi-z状态，也就是说，处于高阻抗状态，所以传感器图案10被电隔离以成为浮动状态。在这种情况下，如果电压电平在显示装置200的共同电极220中波动，那么传感器图案10的电势改变。换句话说，点P的电势与交变共用电压同步地交变。交变电压电平基于充电电压而形成为高或低。如果点P的电压直接连接到比较器19，并且因此与作为比较电压的5伏(例如图13的波形中的充电电压)进行比较，那么可读出共用电压的高度。
如果发生触摸输入，那么点P处的电压差的宽度将较小。如图所示，在点P处的电压电平由差分放大器18a放大并且接着在比较器19中与参考电压(Vref)进行比较之后，可读出共用电压的高度。因此，共用电压检测器43可通过使用例如比较器19等简单电路来构造。
在图15或图16的实施例中，传感器图案10具有唯一位置坐标。每一传感器图案的唯一位置坐标可被识别，而不管通过依序扫描每一传感器图案还是通过在群组基础上扫描传感器图案，并且因此有可能根据本发明执行辨识在多个传感器图案10中发生多个触摸的多触摸辨识。
同时，在图16的实施例中，针对传感器图案10的每一单位单元单独设置充电单元12和触摸检测传感器14，但这些仅是示范性实施例。举例来说，可通过多路复用器(MUX)来分组多个传感器图案10并且将其与充电单元12和触摸检测传感器14连接。
图17展示提高触摸分辨率的方式。参看图17，可在衬底50上安装多个驱动IC 30a和30b。优选地，当安装多个驱动IC 30a和30b时，驱动IC 30a和30b以玻璃上芯片(COG)的形式安装在玻璃衬底50上，如图所示。驱动IC 30a和30b包含在外部传递触摸信号的主控驱动器IC 30a以及经由衬底50上的通信信道94连接到主控驱动IC 30a的从属驱动IC 30b。
用于在外部发送和接收信号的柔性印刷电路(FPC)96a连接到主控驱动IC 30a。因为从属驱动IC 30b通过通信信道94来与主控驱动IC 30a通信，所以单独FPC不需要连接到从属驱动IC 30b。然而，为了与电力线区别，用于电力传递的FPC 96b可连接到从属驱动IC30b，如图所示。
为了防止由主控驱动IC 30a检测的信号与由从属驱动IC 30b检测的信号之间的冲突，主控驱动IC 30a向由主控驱动IC 30a和从属驱动IC 30b检测的信号两者给予优先权，或给予扫描次序，或使用单独存储器空间，以便进而处理触摸信号。另外，主控驱动IC30a和从属驱动IC 30b可参考触摸检测边界表面上的相互信号。
举例来说，在图17的10×20(宽度×长度)的全分辨率的情况下，假设每一IC负责10×10(宽度×长度)的区域的触摸检测。在这种情况下，因为主控驱动IC 30a和从属驱动IC 30b不知道在纵向跨边界表面上的第十个和第十一个接触点处的在其自己区域外部的区域的触摸信息，所以将降低纵向第十个和第十一个区域处的检测能力。换句话说，降低触摸检测线性。
为了解决这些问题，驱动IC参考与在其之间的接口处的另一驱动IC相关的信息。举例来说，如果主控驱动IC 30a针对垂直方向上的第一个到第十个区域检测触摸，那么主控驱动IC 30a参考位于纵向第十一个区域处并且从属驱动IC 30b在其中检测触摸信号的区域的信号，并且因此检测纵向第十个传感器图案10的触摸。另外，当从属驱动IC 30b检测纵向第十一个传感器图案10的触摸时，从属驱动IC 30b参考由主控驱动IC 30a控管的纵向第十个传感器图案10的信息。
为此，进一步设置存储器单元，并且因此主控驱动IC 30a和从属驱动IC 30b经由其接口处的通信线接收在相对IC中检测到的信号，并且接着将所接收的信号写入在存储器单元上，以便用于信号处理器35中的操作。
图18展示触摸屏面板的另一实施例。在触摸屏面板的先前实施例中，传感器图案10以点阵图案的形式来布置，但在图18的实施例中，传感器图案10以线性图案的形式来布置。参看图18，a轴线性传感器图案10a和y轴线性传感器图案10b交叉布置在衬底50的有源区90中。线性传感器图案10a和10b中的每一个包含用于相对于触摸输入工具形成触摸电容Ct的相对区域部分41a，以及用于连接所述相对区域部分41a与另一相对区域部分41a的连接部分41b。另外，x轴线性传感器图案10a和y轴线性传感器图案10b在连接部分41b处彼此交叉，以便因而形成交叉部分42。
交叉部分42既定相互隔离相互不同轴的线性传感器图案10a和10b。举例来说，首先形成x轴线性传感器图案10a的连接部分41b，并且接着在x轴线性传感器图案10a的连接部分41b之上形成绝缘层，且接着以桥的形式形成线性传感器图案10b的y轴的连接部分41b以便越过绝缘层。
图18的实施例的大优点是大大减少了衬底50的有源区90或不可见区92中配线的信号线22的数目。如果传感器图案10的大小被设计为较小，那么可与先前实施例相比增加物理触摸分辨率，即使在衬底50的不可见区92或有源区90中配线在传感器图案10之间的传感器信号线22的数目未经设计来变大。
在图18的具有线性阵列的实施例中，x轴线性传感器图案10a和y轴线性传感器图案10b可检测是否在x轴和y轴中的一个上发生触摸并且接着检测是否在x轴和y轴中的另一个上发生触摸，或者可检测是否在x轴和y轴两者上发生触摸。在检测触摸时，使用扫描方法以便依序扫描x轴和y轴。另外，可在使整个x轴处于活动状态之后或在使整个y轴处于活动状态之后执行触摸检测。即使在这种配置的情况下，也以与上述点阵方法相同的方式应用使用电压差的检测技术。
同时，在图18的具有线性阵列的实施例中，参看方程式1和2来检测电压差，线性图案10和传感器信号线22的电阻值不包含在变量中。因而，具有相对较大电阻值的例如ITO或IZO等透明材料可用于线性图案10和传感器信号线22。因而，有可能用单个掩模来制造线性图案10和传感器信号线22。
另一方面，图19说明用于液晶显示器(LCD)的薄膜晶体管(TFT)衬底的配置，并且明确地说，展示横向电场模式的TFT衬底的配置。与前述实施例相反，共用电极220仅在横向电场模式的LCD中的面板的部分区域中形成。参看图19，下文将简要描述横向电场模式的LCD。
如图19所说明，栅极线242和数据线244在TFT衬底的上表面上在长度和宽度方向上布置，并且由栅极线242和数据线244分区的区域形成像素。用于开关像素信号的TFT 250安装在像素中。TFT 250的栅极电极251连接到栅极线242以接收扫描信号，并且其源极电极253和漏极电极255分别连接到数据线244和像素电极线248。另外，TFT 250的半导体层257在源极电极253与漏极电极255之间形成信道以便将图像信号施加到液晶层。如图所示，在像素中形成与像素电极线248平行的共用电极线246。
在具有此类配置的LCD中，如果激活了TFT 250并且因此将图像信号施加到像素电极线248，那么在共用电极线246与像素电极线248之间发生横向电场，并且液晶分子在平面上移动。
然而，如图所示，共用电极线246仅在部分区域中形成。因此，在传感器图案10与共用电极线246之间形成的Cvcom形成为比先前实施例中要小。因为Cvcom同传感器图案10与共用电极线246之间的相对区域成比例，所以相对区域是由共用电极线246所形成的区域来形成的，即使传感器图案10覆盖图18所示的整个像素。如果图18的实施例中的显示装置200的共用电极220形成为如图19所示，那么Cvcom的大小相对于Ct来说将非常小。因此，因为发生或未发生触摸输入引起的电压差的大小变得较大。
然而，在图19的实施例中，由于栅极线242、数据线244和像素电极线248引起的寄生电容Cp可具有接近于Cvcom的值或高于Cvcom的值。寄生电容Cp可用作用于触摸信号检测的噪声分量。因此，在图19的实施例中，当在LCD的栅极线242和数据线244中的信号没有变化时，需要驱动IC 30通过考虑时序来检测触摸。
图20和图21分别是具有内置触摸屏面板的显示装置的横截面图和分解透视图。参看图20和图21，下文将描述根据本发明的触摸屏面板和具有内置触摸屏面板的显示装置。
如图20所示，显示装置200的彩色滤光片215可用根据本发明的触摸屏面板替换。以如常规LCD中的相同方式，共用电极20形成在彩色滤光片215的下表面上。作为另一实例，在例如图19的模式等横向电场模式中，共用电极220形成在TFT衬底205的上表面上。在图19或图20的实例中，如图所示，传感器图案10形成在彩色滤光片215上。另外，例如强化玻璃等保护面板52可安装在传感器图案10的上表面上，以便保护传感器图案10。在图20的实施例中，保护面板52借助于例如UV固化树脂98等透明粘合材料来附着在彩色滤光片215的上表面上。
在这种配置中，只有彩色滤光片215作为介质存在于传感器图案10与共用电极220之间。因此，Cvcom变大，并且Ct变得相对较小。Cvcom的增长意味着可使Cp的影响减到最小，如方程式1中所示。因此，可通过使由于未知因素引起的Cp的影响减到最小来较稳定地获得触摸信号。
在所说明的实例中，用于在LCD上显示图像的驱动IC 60以COG图案的形式安装在TFT衬底205上。用于控制触摸信号的驱动IC 30以COG或COF图案的形式安装在彩色滤光片215上。FPC 96和97分别从驱动IC 30和60引出。另外，触摸驱动IC 30和LCD驱动IC 60可集成为单个IC。另外，TFT衬底205和彩色滤光片215连接到FPC以便在外部传输和接收信号。
同时，如果根据本发明的传感器图案10和传感器信号线22可通过使用单个掩模来制造，那么产量得以增加并且制造时间得以减少，以便因而降低制造成本。随后将参看图22描述此类用单个掩模制造传感器图案10和传感器信号线22的方法。
在如图20或图21所示在彩色滤光片215的顶表面上形成传感器图案10的情况下，表示某种色感的树脂以红、绿和蓝(R/G/B)的形式存在于上面图案化传感器图案10的彩色滤光片215的一个表面的另一侧上，其中红、绿和蓝树脂被界定为像素，并且R/G/B的三个像素270a、270b和270c的组合被界定为点270，如图22所示。
图22说明在水平方向上由六个点270且在垂直方向上由五个点270组成的彩色滤光片215。如图22所示，传感器图案10可位于黑色矩阵(BM)275处，所述黑色矩阵是相应像素270a、270b和270c的边界部分。
BM 275起隐藏连接到LCD的相应像素270a、270b和270c的信号线或者区分像素的色感的作用，并且通常放置在几微米到几十微米的宽度中。BM 275由不发生反射且不可穿透的黑色群组的材料组成，并且在彩色滤光片的下侧处位于树脂的边界表面处。BM 275在一个像素270a、270b或270c中的份额通常在20％到50％左右。因此，虽然在BM 275上形成传感器图案10，但可确保传感器图案的充足区域。
参看图22，传感器图案10位于BM中在像素之间，并且一个传感器图案10经形成以容纳四个点270。传感器图案10全部在BM 275内围绕像素270a、270b和270c以及点270以栅格结构的形式彼此连接，并且传感器信号线22配线到BM以便连接到驱动IC 30。
根据这种结构的优点，传感器图案10和传感器信号线22可设置在位于不可见区中的BM275中，并且传感器图案10和传感器信号线22可由金属形成。因此，传感器图案10和传感器信号线22可用单个掩模来形成。当然，传感器信号线22的电阻值可得以减小，并且因此不需要大大考虑配线电阻。另外，虽然传感器图案10和传感器信号线22由金属形成，但像素的孔径比不会降级。因为金属的导电性极好，所以有可能将较稳定的信号传送到驱动IC。
在图22的实施例中，在传感器图案10之间需要未含有传感器图案10的多个像素以配线传感器信号线22。另外，在所说明的实例中，传感器图案10的在垂直方向上的边界接口由单个像素分开，但可由多个像素分开。
在图22的实施例中，已经相对于传感器图案10安装在彩色滤光片的上表面上(即，在彩色滤光片的外部)的情况描述了传感器图案10，但其可存在于彩色滤光片的内部，即，在彩色树脂R/G/B与彩色滤光片的内侧之间。当传感器图案位于彩色滤光片的上侧上时，彩色滤光片的制造过程在玻璃的内部和外部的两个位置中发生，但当传感器图案位于彩色滤光片的内部处时，仅仅在玻璃内部执行制造过程，以便进而简化制造过程且增加产量。
在使用例如金属等非透射性材料的情况下，使用非反射性金属，或可在金属的顶表面上涂覆黑色群组的非反射性氧化铬或氧化银或无机材料或有机材料。已经在这个实施例中描述了使用金属的实例，但用以形成传感器图案和信号线的材料不限于例如金属等非透射性材料，而是也可应用例如透明导电材料等具有导电性的材料。
在此类实施例中，BM的份额为百分之几十，且因此安装在BM上的传感器图案10的区域为像素的区域的百分之几十。另外，因为在方程式4中形成的电容变为百分之几十，所以通过根据需要调整这些绝对面积来使触摸检测不受妨碍。
根据图22的实施例的另一优点，因为在像素的透射性区域中不存在物质，所以当与其它现有触摸屏相比时，像素的透射性升高。另外，在形成由常规透明导电材料制成的传感器图案的触摸屏的情况下，执行折射率匹配以便防止视觉识别透明导电材料。图22的实施例具有去除此类折射率匹配过程的优点。
在图22的实施例中，已经描述了点为6×5(宽度×长度)的情况，但本发明不限于此。也就是说，几十到几百或者数目超过几百的点可位于单个传感器图案10的下侧上。而且，在这个实例中，已经描述了通过彩色滤光片将点分开的情况，但本发明的实施例的技术精神可应用于具有将像素彼此分开的分离器的所有情况，例如没有彩色滤光片但具有通过隔壁使像素分开的分离器的实例，如等离子显示面板(PDP)。
然而，本发明不限于上述实施例，并且所属领域的技术人员有可能在不脱离本发明的精神的情况下做出各种替换、修改和变型。

Claims (19)

1.一种显示装置的电容性触摸屏面板，所述电容性触摸屏面板包括：
多个传感器图案，其形成在接口的上表面或下表面而将所述显示装置的像素彼此分开，且当触摸工具接近所述多个传感器图案时产生触摸信号。
2.根据权利要求1所述的电容性触摸屏面板，其中，所述显示装置包括红、绿和蓝树脂，并且
所述接口将所述像素彼此分开用以将所述红、绿和蓝树脂的红像素、绿像素和蓝像素中的每一个彼此分开。
3.根据权利要求1所述的电容性触摸屏面板，其中，所述显示装置包括红、绿和蓝像素中的每一个，并且
所述接口将所述像素彼此分开用以将所述红、绿和蓝像素的所述红像素、所述绿像素和所述蓝像素中的每一个彼此分开。
4.根据权利要求2所述的电容性触摸屏面板，其中，所述传感器图案具有形成在所述接口而将所述像素彼此分开的平面格子形状。
5.根据权利要求4所述的电容性触摸屏面板，其中，所述平面格子形状为正方形格子形状。
6.根据权利要求5所述的电容性触摸屏面板，其中，所述多个传感器图案具有以矩阵形式布置的所述正方形格子形状。
7.根据权利要求1所述的电容性触摸屏面板，其中，使用所述传感器图案的自身电容来形成所述触摸信号。
8.根据权利要求6所述的电容性触摸屏面板，还包括：
多个传感器信号线，其连接至所述传感器图案并且传输所述触摸信号至触摸驱动集成电路，
其中所述传感器信号线形成在所述接口上而将所述像素彼此分开。
9.根据权利要求8所述的电容性触摸屏面板，其中，所述传感器图案和所述传感器信号线是由金属形成的。
10.根据权利要求8所述的电容性触摸屏面板，其中，所述传感器图案和所述传感器信号线是由透明导电材料形成的。
11.根据权利要求8所述的电容性触摸屏面板，其中，所述传感器图案和所述传感器信号线是由单个掩模形成的。
12.根据权利要求8所述的电容性触摸屏面板，其中，所述传感器信号线形成在所述接口上而将所述传感器图案之间的像素彼此分开。
13.根据权利要求8所述的电容性触摸屏面板，其中，所述传感器图案设置在以所述矩阵形式布置的的相邻列上，由具有所述接口的至少一对所述红、绿和蓝树脂而将所述传感器图案分开，所述接口具有形成在所述接口上且将所述像素彼此分开的所述传感器信号线。
14.根据权利要求8所述的电容性触摸屏面板，其中，所述传感器图案设置在以所述矩阵形式布置的的相邻列上，由具有所述接口的至少一对所述红、绿和蓝像素而将所述传感器图案分开，所述接口具有形成在所述接口上且将所述像素彼此分开的所述传感器信号线。
15.根据权利要求8所述的电容性触摸屏面板，其中，所述传感器图案设置在以所述矩阵形式布置的的相邻列上，由具有所述接口的至少一对所述红、绿和蓝树脂而将所述传感器图案分开，所述接口不具有形成在所述接口上且将所述像素彼此分开的所述传感器信号线。
16.根据权利要求8所述的电容性触摸屏面板，其中，所述传感器图案设置在以所述矩阵形式布置的的相邻列上，由具有所述接口的至少一对所述红、绿和蓝像素而将所述传感器图案分开，所述接口不具有形成在所述接口上且将所述像素彼此分开的所述传感器信号线。
17.根据权利要求8所述的电容性触摸屏面板，其中，形成所述传感器图案的所述平面格子形状的大小是根据所述触摸驱动集成电路的距离而变化。
18.根据权利要求2所述的电容性触摸屏面板，还包括：
彩色滤光片，
其中所述多个传感器图案形成在所述彩色滤光片的上表面，并且
所述红、绿和蓝树脂形成在所述彩色滤光片的下表面。
19.根据权利要求2所述的电容性触摸屏面板，还包括：
彩色滤光片，
所述红、绿和蓝树脂形成在所述彩色滤光片的下表面，并且
所述多个传感器图案形成在所述彩色滤光片与所述红、绿和蓝树脂之间。
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