CN106886329A - 使用显示装置中的一或多个像素的触控检测设备和方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种使用显示装置中的一或多个像素的触控检测设备和方法，触控检测设备包含用于将AC输入电压施加到显示装置的驱动集成电路且与AC输入电压的振幅的改变同步而检测所述像素与物件之间的触控电容的改变的构件。根据本发明的示范性实施例的使用显示装置中的一或多个像素的触控检测设备包含：灰度电压产生器，其经配置以产生施加到多个显示装置中的一或多个像素的第一灰度电压；感测信号处理器，其经配置以基于施加到一或多个像素的第一灰度电压和从一或多个像素反馈的第二灰度电压检测触控信号。本发明通过使用由制造显示装置的过程设施制造的显示装置中的一或多个像素检测触控信号来简化制造，节省制造成本，执行指纹辨识，和额外功能。

Description

使用显示装置中的一或多个像素的触控检测设备和方法
相关申请案的交叉参考
本申请案主张2015年12月15日申请的韩国专利申请案第10-2015-0179330号的优先权和权益，所述韩国专利申请案在此出于所有目的以引用的方式并入，如同在本文中充分阐述一样。
技术领域
本发明涉及一种使用多个显示装置中的一或多个像素的触控检测设备和触控检测方法。
背景技术
通常，触控屏为添加在例如液晶显示器(liquid crystal display，LCD)、等离子体显示面板(plasma display panel，PDP)、有机发光二极管(organic light emittingdiode，OLED)以及有源矩阵有机发光二极管(active matrix organic light emittingdiode，AMOLED)等显示装置上或设计为内嵌在显示装置中的输入装置，并且为当例如手指及触控笔等物件接触屏幕时将所述物件辨识为输入信号的装置。近年来，触控输入装置已主要安装在例如移动电话和个人数字助理(PDA)等移动装置中。另外，触控输入装置已用于整个工业领域，例如导航、上网本、笔记本、数字信息装置、使用触控输入支持操作系统的台式计算机、因特网协议TV(internet protocol TV，IPTV)、剪刃战机、坦克以及装甲车。
用于以上显示装置或类似装置的触控屏可划分成附加型触控屏、单元上型或单元内型触控屏，这取决于其结构。所述附加型触控屏是将个别制造的触控屏添加在显示装置的上部板上的类型，且具有如下问题：因为显示装置的制造主体和附加型触控屏的制造主体不同，所以分布较复杂且因此质量较低并且成本增加。
另一方面，单元上型或单元内型触控屏是与制造显示装置同时制造触控屏的类型，且存在其中触控屏安装在显示装置(例如显示装置的彩色滤波器和TFT衬底)外部的单元上型触控屏等，以及其中触控屏内嵌在显示装置中的单元内型触控屏。
单元上型或单元内型触控屏可改进耐久性且在制造工艺期间变薄，且因此可解决其中触控屏添加在显示装置的上部板上的附加型触控屏中发生的问题。
然而，为制造单元上或单元内型触控屏，检测触控信号的触控传感器需要单独制造在显示装置的外侧或内层上，且因此存在以下问题：在制造单元上或单元内型触控屏时由于另外进行设施投资或使用现有显示装置制造商的现有设施而使得产率减少。
发明内容
本发明的一个目标是，提供一种触控检测设备，其能够使用通过制造显示装置的设施而制造的一或多个像素检测触控，以及提供一种触控检测方法。
如上文所描述，本发明的特征配置如下用于实现本发明的以上目标和本发明的特定效果。
根据本发明的示范性实施例，提供一种使用多个显示装置中的一或多个像素的触控检测设备，所述设备包括：灰度电压产生器，其产生施加到所述多个显示装置中的所述一或多个像素的第一灰度电压；以及感测信号处理器，其基于施加到所述一或多个像素的所述第一灰度电压和从所述一或多个像素反馈的第二灰度电压检测触控信号。
所述感测信号处理器计算所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值以检测所述触控信号。
所述感测信号处理器包含差分放大器，其计算且放大第一灰度电压与第二灰度电压之间的差值。
差分放大器的输入端子具备临时存储第二灰度电压的电路元件。
所述感测信号处理器计算第一灰度电压与第二灰度电压之间的差值，且将所述差值与预设参考值比较以检测触控信号。
所述感测信号处理器包含：差分放大器，其计算并放大第一灰度电压与第二灰度电压之间的差值；以及比较器，其将所述差值与预设参考值进行比较。
差分放大器的输入端子具备临时存储第二灰度电压的电路元件，或比较器的输入端子具备临时存储所述差值的电路元件。
所述感测信号处理器包含：差分放大器，其计算并放大第一灰度电压与第二灰度电压之间的差值；以及多个比较器，其将所述差值与多个预设参考值进行比较。
所述感测信号处理器包含：多个差分放大器，其计算并放大第一灰度电压与第二灰度电压之间的差值；多路复用器，其选择经由所述多个差分放大器输出的多个差值中的一个；以及多个比较器，其将选定的一个差值与多个预设参考值进行比较。
所述触控检测设备进一步包括：CPU，其基于所检测的触控信号执行指纹辨识操作。
所述触控检测设备进一步包括：CPU或一逻辑，其将显示装置上存在的至少两个像素分组且同时对其进行控制以增加触控信号的触控电容。
根据本发明的另一示范性实施例，提供一种使用多个显示装置中的一或多个像素的触控检测方法，所述方法包括：产生施加到所述多个显示装置中的所述一或多个像素的第一灰度电压；以及基于施加到所述一或多个像素的第一灰度电压和从所述一或多个像素反馈的第二灰度电压检测触控信号。
在所述检测的过程中，计算第一灰度电压与第二灰度电压之间的差值以检测触控信号。
所述检测包含由差分放大器计算和放大第一灰度电压与第二灰度电压之间的差值。
差分放大器的输入端子具备临时存储第二灰度电压的电路元件。
在所述检测的过程中，计算第一灰度电压与第二灰度电压之间的差值，且将所述差值与预设参考值进行比较以检测触控信号。
所述检测包含：由差分放大器计算和放大第一灰度电压与第二灰度电压之间的差值；以及由比较器将所述差值与预设参考值进行比较。
差分放大器的输入端子具备临时存储第二灰度电压的电路元件，或比较器的输入端子具备临时存储所述差值的电路元件。
所述检测包含：由差分放大器计算和放大第一灰度电压与第二灰度电压之间的差值；以及由多个比较器将所述差值与多个预设参考值进行比较。
所述检测包含：由多个差分放大器计算和放大第一灰度电压与第二灰度电压之间的差值；由一个多路复用器选择经由所述多个差分放大器输出的多个差值中的一个；以及由多个比较器将选定的一个差值与多个预设参考值进行比较。
所述触控检测方法进一步包括：由CPU基于所检测的触控信号辨识指纹。
所述触控检测方法进一步包括：由CPU或一逻辑将显示装置上存在的至少两个像素分组且同时对其进行控制以增加触控信号的触控电容。
附图说明
图1为说明LCD基本结构的图。
图2为说明AMOLED的结构的图。
图3为说明根据本发明的示范性实施例的灰度产生器的配置的图。
图4为用于描述并不包含触控屏的LCD的驱动原理的图。
图5为说明使用一或多个像素作为触控检测设备的本发明的示范性实施例的图。
图6到图10为说明根据本发明的示范性实施例的感测信号处理器的配置的图。
图11为说明根据本发明的示范性实施例使用MUX辨识多个放大器信号的概念的图。
图12为说明交变AC电压的实例的图。
图13为根据本发明的示范性实施例使用一或多个像素的触控检测方法的时序图。
图14为说明根据本发明的示范性实施例的触控检测概念的图。
图15为说明根据本发明的示范性实施例用于通过如同一个像素搬操作多个像素来形成一个触控电容的方法的图。
图16为图15的操作时序图。
图17为图4和图5的TFT的结构的横截面图。
图18为说明其中防护层安置于源极线下方的实例的图。
图19为说明添加在源极线上方或下方的防护层的图。
附图标记说明
5：灰度电压产生器/灰度产生器；
5a：伽马缓冲器；
7：电阻串单元；
100：彩色滤波器衬底；
110：彩色滤波器；
120：共同电极；
130：BM；
200：TFT衬底；
205：源极线；
220：TFT/TFT衬底；
240：栅极线；
241：面板中栅极(GIP)；
250：源极线；
280：钝化层；
295：防护层；
300：感测信号处理器；
310：放大器；
320：比较器；
321：第一比较器；
322：第二比较器；
323：第三比较器；
324：第四比较器；
330：开关；
340：样本与保持器/S&H；
400：源极驱动器；
500：功能块；
510：CPU；
520：电源单元；
530：数/模转换器；
540：定时单元；
550：通信单元；
560：存储器单元；
570：模/数转换器/ADC；
580：多路复用器；
590：逻辑单元；
700：电阻。
具体实施方式
下文中，将参考附图来详细描述本发明的示范性实施例。
首先，根据本发明的示范性实施例，本发明涉及一种使用多个显示装置中的一或多个像素的触控检测设备和触控检测方法。确切地说，本发明涉及一种触控检测设备和一种触控检测方法，其用于通过确定所添加的触控电容的大小或是否触控电容是与供应到触控与显示驱动集成电路(TDDI)的AC电源的上升或下降沿同步而添加(当所述触控电容通过例如手指和笔等外部物件与像素的接触而添加时)来输出触控坐标。
根据本发明的示范性实施例的触控检测设备可使用显示装置中的像素，但将多个像素彼此连接并使用所连接的像素，且检测施加到所述像素的电压与从所述像素反馈的电压之间的差以确定是否产生触控。
本发明中叙述的显示装置为一种液晶显示器(LCD)、等离子体显示面板(PDP)、有源矩阵有机发光二极管(AMOLED)和无源矩阵有机发光二极管(PMOLED)中的任一个，或包含对用户显示任何类型的静态图像(例如，JPG、TIF或类似者)或移动图片(MPEG-2、MPEG-4或类似者)的所有构件。
根据本发明，触控输入构件(或被称作物件)包含任何类型的输入(例如，比如具有预定形式的导体等物件或比如电磁波等输入)，其产生电压的改变，这可由触控检测设备以及手指、有源触控笔和无源触控笔感测到。
下文描述的例如“～单元”和“～群组”等组件是执行特定功能的一组单元功能元件。举例来说，用于任何信号的放大器为单元功能元件，且一组放大器或信号转换器可被命名为信号转换单元。此外，“～单元”或“～群组”可包含在作为上部层级组件的“～单元”或“～群组”中，或可包含作为较低层级组件的“～单元”或“～群组”。此外，“～单元”或“～群组”自身可包含操作功能或独立中央处理单元(CPU)，其可处理存储于存储器等中的命令等等。
在附图中，为清楚地表示层和区，在附图中为了清晰起见而夸示厚度或区。在说明书通篇，相同附图标记表示相同元件。
此外，假如例如层、区域和衬底等部分存在于另一部分或“上表面”、“上”，这意味着这些部分“仅安置在另一部分上(其间不存在另一部分)”，以及这些部分具有安置在其间的另一部分(例如中间层或绝缘层)。
此外，除非专门指示，否则在本说明书中描述的“信号”是电压或电流的通称。
此外，在本说明书中，“电容”表示物理量值。同时，“电容器”被称作具有表示物理量值的电容的元件。
在本说明书中，用作电容器的符号的符号C用作表示电容器的符号，且表示作为电容器的量值的电容。举例来说，C1不仅为指示电容器的符号，而且还指示电容器的电容。
此外，在本说明书中，显示红、绿或蓝的显示装置的最小单元被命名为像素(像元)，且一组RGB的三个像素被界定为斑点。
作为代表性显示装置，存在LCD和OLED。在那些当中，近来一直主要使用AMOLED，作为OLED。图1为说明LCD的基本结构的图。参看图1，彩色滤波器衬底100具有BM 130和形成于其上的共同电极120，其中BM 130在显示红/绿/蓝的树脂110之间，且共同电极120为例如ITO等透明电极，其为导电透明材料并施加有共同电压(未说明)以用TFT衬底的阳极的电压驱动液晶。
同时，下部衬底为TFT衬底200且具有将像素电压施加到阳极的纵向源极线250、接通/断开TFT的栅电压的横向栅极线240，和安置在其上的TFT 220。
源极线250和栅极线240连接到LCD驱动器集成电路(LDI)以使用时间共享方法通过内嵌在LDI中或与LDI分离的时间控制器(TCON)的操作来驱动LCD。在此情况下，栅极线240由面板中栅极(GIP)241操作，GIP 241由LCD衬底内部形成的TFT操作。在此情况下，LDI用以供应GIP中必需的时钟。
作为OLED，近来一直主要使用AMOLED，且图2说明AMOLED。参看图2，将像素电压施加到阳极的纵向源极线250、接通/断开TFT的栅电压的横向栅极线240和TFT 220安置于所述衬底上。
在AMOLED的显示装置中，施加到源极线250的像素电压经由TFT 220施加到阳极，且阳极将空穴注射到阳极与作为共同电极的阴极之间的有机发射极，且阴极将电子注射到有机发射极中以在有机物质中使空穴与电子组合，借此发光并取决于有机发射极的波长范围而划分红/绿/蓝。
查阅图1和图2，TFT衬底的结构相同但驱动方法存在差异，其中LCD是基于电压驱动方案，且OLED是基于电流驱动方案。
为方便起见，本发明描述LCD作为一实例，但所有技术构想相同地适用于OLED，且LCD和OLED共同地称为显示装置。此外，显示装置的种类不限于LCD和OLED，且包含连接到通过源极线和栅极线的驱动而操作的TFT的像素的所有显示装置包含在本发明中描述的显示装置的类别中。
返回参看图1，其中共同电极安置于彩色滤波器衬底100上的LCD的结构为TN类型，且在为共平面切换模式的IPS、FFS等中，共同电极不必安置于如图1中所说明的彩色滤波器衬底上。
当本发明的显示装置中的像素使用像素作为触控传感器时，如果共同电极安置于像素上，那么共同电极的电位阻碍像素与物件之间触控电容Ct的形成，且因此不发生触控电容Ct。因此，TN型LCD具有以下结构：TFT衬底向上升高且彩色滤波器安置在下部部分处以排除归因于共同电极的效应，借此执行触控检测。另一方面，在共平面切换模式的LCD中，彩色滤波器并不具有共同电极，且因此使用本发明的像素的触控传感器在不对LCD采取任何动作的情况下较好地操作。
图3说明产生施加到LCD的像素的电压的灰度产生器、灰度放大器，或灰度电压产生器5(下文被称作“灰度产生器5”)。
收集显示例如红/绿/蓝等三个颜色的像素从而形成斑点，且包含LCD的触控与显示驱动集成电路(TDDI)由像素自外部接收图像数据。图像数据包含针对R/G/B的每一数据，且16位、18位、24位或类似者的图像数据传递到TDDI。在16位的图像数据的情况下，通常使用针对红的6位信号、针对绿的6位信号和针对蓝的4位信号，且在18位的图像数据的情况下，由像素各自使用针对红的6位、针对绿的6位和针对蓝的6位。此外，在24位的图像数据的情况下，由像素使用8位的图像数据，且因此R+G+B形成24位。
如果使用24位的图像数据，那么R/G/B各自具有28的图像数据分布，且像素中显示的三个像素颜色具有224的分布，使得一个斑点具有16.7Mega的颜色分布。此外，显示R/G/B的像素中的每一个具有28的颜色分布。显示(28＝)256阶的颜色为“灰度图”或“灰度”，且图3的灰度产生器5为用于产生对应于自外部输入到TDDI的视频信号的灰度电压的设备。
图3说明LCD模式的灰度产生器5执行斑点逆转，且存在具有正极性的灰度电压(或术语“灰度”也用作相同含义)和具有负极性的灰度电压，其间具有共同电压。灰度产生器5针对每一红/绿/蓝存在，且具有正极性的灰度电压和具有负极性的灰度电压各自针对一个颜色存在。在此情况下，灰度产生器5将为6。
图3简要地说明灰度产生器5。如果使用8位的数据，那么将存在256正灰度和256负灰度。在图3中，正灰度为10(P0到P9)且负灰度也为10(N0到N9)。
图3的灰度电压产生器5将如下文进一步描述。灰度电压产生器5施加有从下文待描述的电压产生器产生的参考电压(Vdd和在相对侧安装到其上的接地)。还可施加除0V以外的DC电压，作为接地电压。从一级伽马电压产生器产生的灰度电压由伽马缓冲器5a缓冲且接着传递到二级电阻串单元7以进行细分。
电阻串单元7产生与视频信号的深度匹配的灰度电压。举例来说，如果红视频信号的深度为8位，那么产生256阶的灰度电压。
在斑点逆转中，基于位于伽马电压产生器5的中心部分处的共同电压Vcom划分正区(正型区)和负区(负型区)。正区被界定为其中灰度电压大于共同电压的正型区，且负区被界定为其中灰度电压小于共同电压的负型区。
如果从TDDI的外部传递到TDDI的视频信号由8位施加为红(R)、绿(G)和蓝(B)，那么灰度电压产生器5选择对应于其的灰度电压。举例来说，如果作为8位传递的红视频数据指示第10灰度电压，那么在图3中，选择Data_P9，且在斑点逆转的情况下，依次选择正数据和负数据，且因此由相同视频数据依次选择Data_P9。此外，如果视频数据为244(尽管图3中未说明)，那么将选择第224灰度电压。
由灰度单元选择的电压经由源极驱动器施加到每一源极线，且施加到源极线的电压在接通状态中仅传递到TFT，并由经激活栅极线上的TFT的接通电压传递到像素、存储电容器Cst和液晶电容器Clc。
施加到像素的灰度电压取决于与邻近于像素的上侧或左侧或右侧的共同电压的电压差而调整液晶的光量，借此通过颜色显示灰度。
图4为用于描述并不包含触控屏的LCD的驱动原理的图。参看图4，纵向源极线250连接到源极驱动器400且连接到所有纵向TFT的源极，且栅极线240连接到TFT的栅极。可使用使用OPAMP的缓冲器，作为连接到源极线250的源极驱动器400。因为缓冲器用以将输入灰度电压输出到源极线，所以输入灰度电压也传递到像素，而无时间延迟，且考虑连接到源极线250、线的电阻或类似者的寄生电容器的驱动能力很重要。
根据本发明的示范性实施例，为使用像素检测触控信号，源极驱动器400需要保持高阻抗(下文中，Hi-z)状态的单独功能。因此，根据本发明的示范性实施例，将灰度电压传递到源极线250的源极驱动器400需要输出(out)状态和Hi-z状态，其为两个状态。
栅极线240来源于栅极群组，其包含待连接到所有横向TFT的栅极的栅极集成电路(未说明)或面板中栅极(GIP)241。当存在大量像素时，栅极块存在于显示装置的左和右的每一个处，且偶数行和奇数行的TFT被单独地驱动，或屏幕的左和右的TFT被单独地驱动。根据本发明的示范性实施例，尽管栅极块个别地定位在显示装置的左和右处，如图4中所说明，其条件是栅极块形成于一个块中。
图5为说明使用一或多个像素作为触控检测设备的本发明的示范性实施例的图。参看图5，源极驱动器400中的源极驱动输出信号输入到感测信号处理器300。感测信号处理器300用于检测源极线的电压电平。
感测信号处理器300安装在比如源极驱动400等TDDI内部。或者，根据本发明的示范性实施例的显示装置可使用安装在显示装置的一侧处且包含在显示装置中作为基本元件的TFT来操作。
感测信号处理器300包含放大器、比较器、缓冲器、灰度电压连接器、参考电压连接器等。此外，为了感测信号处理器300执行信号处理，将若干功能块500添加到TDDI。功能块500包含CPU 510、电源单元520、数/模转换器530、定时单元540、通信单元550、存储器单元560、模/数转换器570、多路复用器580和逻辑单元590。
CPU 510用以基于所检测的触控信号计算触控坐标，且可用于操作感测信号处理器300。CPU 510可定位在TDDI内部或定位在TDDI外部。电源单元520产生在感测信号处理器300中使用的功率和本发明的AC输入功率。
定时单元540产生处理所检测的触控信号必需的时钟。举例来说，为了一个ADC570数字化若干检测到的触控信号，需要在检测下一触控信号之前完成数字化，且因此需要基于快速时钟完成数字化。在此情况下，从定时单元540产生用以控制ADC 570的速度的时钟。如果CPU完成触控坐标的产生，那么通信单元550用以将触控坐标发射到外部或接收自外部施加的信号。举例来说，触控坐标将经由I2C发射到外部主机CPU。
存储器单元560用以临时存储所检测的触控信号数据或存储操作CPU必需的固件。使用易失性RAM或非易失性ROM(比如快闪存储器)。ADC 570数字化所检测的触控信号，且因此CPU 510使用经数字化信号计算触控坐标，或ADC 570将所计算的触控坐标发射到外部主机(未说明)。多路复用器580用以选择若干检测到的触控信号中的一个。举例来说，若干触控信号处理器300的信号中的一个由多路复用器580选择且由ADC 570数字化。逻辑单元590执行由触控信号处理器300或功能块500处理的处理，且CPU 510也执行类似或相同功能。
将参看图5描述本发明的示范性实施例。在栅极块中，TFT的栅极接通电压(约15到20V)依照G1→G2→G3→G4→G5→G1的次序逐个地施加到栅极线，且栅极切断电压(约-15到-20V)施加到栅极接通电压并不施加到的四个栅极线。连接到栅极接通电压施加到的栅极线240的所有TFT处于接通状态。灰度电压与栅极接通电压的施加同步而施加到连接到源极线250的源极驱动400。
举例来说，如果20V的栅极接通电压施加到栅极线G1，那么连接到G1的五个横向TFT处于接通状态，且输入到源极驱动400的灰度电压经由源极驱动400施加到源极线S1到S5。施加到源极线S1到S5的灰度电压用于以显示装置中的像素显示图像，且与用作下文待描述的TDDI的电源电压的AC电源的上升沿或下降沿同步而检测触控信号。
图6到图10说明根据本发明的示范性实施例的感测信号处理器300的配置，且说明根据本发明的示范性实施例用于使用显示装置中的一或多个像素检测触控信号的方法。首先参看图6和图7，源极线250连接到放大器310的一个端子，且施加到源极线250的灰度电压施加到放大器310的另一端子。根据本发明的示范性实施例，检测经由连接到包含在感测信号处理器300中的放大器310的一个端子的源极线250反馈的灰度电压。此外，根据本发明的示范性实施例，感测信号处理器300使用多个像素检测施加到触控检测设备的预充电电压的反馈(下文待描述)。
放大器310放大原始灰度电压(施加到源极驱动的灰度电压)与反馈回到源极线250的灰度电压之间的差。
当放大器310放大灰度电压和预定时间之后反馈的灰度电压时，灰度电压处于与施加到源极线250的灰度电压相同的状态，也就是说，不存在功率振幅的改变。
可使用放大两个电压差的差分放大器，作为放大器310，但可使用若干类型的放大器。
由放大器310放大的模拟电压由如图6中所说明的ADC 570数字化且在图5中说明的功能块500的存储器单元560中接收。如果针对所有像素的触控信号检测完成且因此在存储器单元560中完成关于所有像素的触控信号检测的ADC数据的接收，那么当功能块500的逻辑单元590将触控信号检测的完成传递到CPU 510时，CPU 510可基于存储器单元560中接收的ADC数据计算触控坐标。
然而，ADC 570的使用占据TDDI的很大体积且消耗较大电流，且因此如图7中所说明，放大器310的输出可用作占据小面积的比较器320的输入，且因此比较器320确定是否产生触控。
通过放大灰度电压与所反馈的灰度电压(即，放大器310的输出)之间的差而获得的信号输入到图7的比较器320，也就是说，参考电压ref_1输入到比较器320。比较器320可将放大器310的输出电压与比较电压进行比较以确定是否产生触控。举例来说，如果由放大器310产生的放大电压在触控像素时比不触控像素时大，当比较器320的参考电压ref_1设定成产生触控时的电压与不进行触控时的电压之间的中间值时，比较器320的输出可取决于是否产生触控而输出为高层级或低层级，以确定是否产生触控。
从放大器310输出的电压的振幅取决于物件的状态或AC电源的交变振幅而改变，且因此参考电压需要具有各种振幅且TDDI具有可改变参考电压的振幅的构件。参考电压的振幅可通过设定TDDI的寄存器来改变。
如果在显示装置中的所有像素中检测到触控信号，那么针对每个像素产生一个比较器320的输出，且比较器320的输出存储于功能块500的存储器单元560中。因为比较器320的输出为具有状态0或1的二进制数，所以仅将2位分配到存储器就足够，使得即使当像素的数目为许多时，存储器的大小也不必大。
如图7中所说明，当使用比较器320时，比较器320的输出取决于包含在到比较器的放大器输入的信号中的噪声状态而为真值和虚值。随着包含在放大器的输出信号中的噪声的量增加，虚值的输出频率将增加。因此，当基于错误信号计算触控坐标时，发生坐标的误差。因此，为减小所述误差，比较器320将比较器的输出存储在临时存储器中两次、三次或多次以及各种过滤器对输出值求平均，在真值等于或大于预定频率的情况下确定输出值为真值，或可应用类似方法来提取对噪声稳健的比较器的输出值。为此目的，本发明包含可临时存储比较器的输出值多次的存储器。
同时，在图6或图7的示范性实施例中，为实现物件将灰度电压传递到作为TDDI的物件中的一个的显示装置，重要的是使检测触控额外所花费的时间最小化。为此目的，本发明提出一种用于使用样本与保持器(下文中，S&H 340)来减少检测触控所花费的时间的方法。
参看图8，从源极线250反馈的灰度电压可确定是否经由开关SW 330连接到放大器310。此外，S&H 340安置于放大器310与开关330之间。S&H 340为存储从源极线250反馈的电压的存储库，且通常使用电容器作为S&H 340。如果从源极线250反馈的电压俘获在S&H 340中，那么功能块500的CPU 510或逻辑单元590断开开关SW 330。连接到感测信号处理器300的源极线250由于开关330的切断而与感测信号处理器300断开。接下来，检测触控信号所必需的放大器310的操作或比较器320的操作独立于新施加到源极线250的灰度电压，且因此检测触控信号的处理可与将新灰度电压施加到像素的操作同时处理，借此节省检测触控信号所花费的时间。
如果触控信号检测完成，那么CPU 510或逻辑单元590再次接通开关330以对新反馈回到S&H 340的灰度电压充电。此外，连续重复以上过程。在此情况下，优选的是，在S&H340中对源极线250的反馈电压充电之前对现有电荷放电。原因是，大多数LCD使用斑点逆转，且因此如果反馈电压在灰度电压的极性改变时不对S&H 340的电荷放电，那么施加具有不同极性的灰度电压，且其结果是将错误电压施加到甚至源极线250，使得图像质量可劣化，检测触控信号所花费的时间较长，或所检测的触控信号也可能成问题。
然而，在并不使用逆转技术用于液晶的操作的LCD或OLED的情况下，与对S&H340的电荷放电相比，较优选的是，不对S&H340的电荷放电，以节省S&H340的充电时间。
同时，安装在放大器310的输入端子处的S&H 340也可安装在放大器310的输出端子处。此外，如果开关(未说明)安装在放大器310的输出端子与S&H 340之间，那么通过CPU510或逻辑单元590的干预接通/断开开关且独立于触控信号检测和基于存储在S&H 340中的电压对像素电压的操作而检测触控信号具有与将S&H 340安装在放大器310的输入端子处相同的效应。S&H 340可安装在放大器310的输入端子处，或S&H 340可安装在放大器310的输出端子处。
再次参看图6，为了每一放大器使用ADC 570，必需用于数千像素的数千ADC 570，且因此，TDDI可实际上不使用许多ADC 570。因此，本发明提出一种用于由一个ADC 570读取多个放大器320的信号的方法。
图11说明包含在功能块500中的多路复用器580和选择8个输入中的一个的8×1多路复用器。参看下文待参看图11描述的多路复用器580的实施例，将描述其中可由一个多路复用器580和一个ADC 570处理8个放大器310的信号的情况。由此，本发明可使用多路复用器580来由一个ADC 570处理所述多个放大器310的信号，借此最小化用以处理触控信号的ADC 570的数目。
此外，当处理相应放大器310的信号时，通过时间共享方法使用从功能块500的定时单元540产生的时钟循序处理放大器310的信号。举例来说，循序给予8个放大器310编号1到编号8，且ADC 570处理编号1放大器310的信号且接着编号2放大器的信号，且通过相同方法处理其余放大器。
当在TDDI中设计图6和图7的放大器时，占据较大面积，且因此当在实际应用中数千放大器310内嵌在TDDI中时，可发生TDDI的大小较大的问题。为避免所述问题，本发明提出一种在根据本发明的示范性实施例的使用一或多个像素的触控检测方法中不使用放大器310的方法。图9说明根据本发明的示范性实施例仅使用比较器320而不使用放大器310的触控信号检测。
参看图9，在对于其施加灰度电压的预定时间流逝之后将源极线250的反馈电压连同待与反馈电压进行比较的参考电压REF_GM一起施加到比较器320。(在此情况下，反馈电压可在输入到比较器320之前输入到缓冲器，且缓冲器的输出可输入到比较器320)。比较器320被实施为OPAMP，且其操作原理是所属领域的技术人员已知的，且因此将省略操作原理的详细描述。
输入到比较器320的源极线250的反馈电压为施加到源极驱动400的灰度电压的反馈电压。因此，输入到比较器320的反馈电压可基于施加到源极驱动400的伽马电压取决于是否产生触控而改变。因此，本发明的示范性实施例提出一种用于使用灰度电压产生器5产生比较器320的参考电压REF_GM的方法。
已经描述当AC电源摆动以检测触控信号时源极驱动400的输出处于Hi-z状态的事实。因此，在妥当地确定输入到比较器320反馈电压的定时处不再使用灰度电压。因此，在图9和图10的使用比较器320用于触控信号检测的示范性实施例中，灰度电压产生器5可用作比较器320的参考电压。
从源极线250反馈的灰度电压与原始灰度电压相比可具有较大或较小振幅，这取决于是否产生触控。如下文所描述，反馈电压的极性取决于在触控信号检测时反馈电压是否与交变AC电源的上升和下降沿同步而上升和下降而改变。因此，当已经施加的灰度电压被反馈时，作为用于与反馈电压进行比较的比较电压的灰度电压需要具有比之前大或小的振幅。
为使用灰度电压作为比较器320的参考电压，已经施加灰度电压以与反馈电压进行比较，且因此经选择以使用灰度电压作为比较电压的灰度电压的次序不必改变。举例来说，假如施加到当前任何阳极的灰度电压的次序在图3中为Data_P8，即使当Vdd、GND或类似者的振幅改变以使用灰度电压作为参考电压时，也需要持续维持Data_P8的次序。
*针对其中灰度电压的振幅改变的情况的第一示范性实施例。
根据用于改变灰度电压的振幅的示范性实施例，当图3的Data_P8的振幅为3.0V时，为将Data_P8的振幅改变到其上升到3.1V的方向，需要增加施加到图3的R1的Vdd的振幅，即灰度电压产生器5的参考电压Vdd。灰度电压产生器5的参考电压为施加到灰度电压产生器5以形成灰度电压的参考电压。为使灰度电压的振幅较小，灰度电压产生器5的参考电压需要施加得较低。由此，本发明的示范性实施例提供用于改变灰度电压产生器5的参考电压的振幅以改变灰度电压的振幅的构件。
此外，TDDI具有用于改变灰度电压产生器5的参考电压的振幅的构件。此可由TDDI内部的寄存器执行。
*针对其中灰度电压的振幅改变的第二示范性实施例
为改变灰度电压的振幅，存在一种连接到参考电压的灰度电压产生器5改变产生第一灰度电压的电阻的振幅的方法。在图3中，R1到R10为第一电阻串单元3，且存在产生第二灰度电压的电阻串单元7。为使灰度电压较大，减小第一电阻串单元3的R1的振幅就足够。此外，为使灰度电压较小，使R1的振幅较大就足够。
如果R1的振幅基于施加到第一电阻串单元3的单元电阻R而设定成10R，当R1的振幅减少到1R时，Data_P8的电压将依据电压划分原理而升高。此外，如果R1的振幅增加到20R，那么Data_P8的电压将减少。
此外，R1和R10对正型和负型灰度电压执行相同作用，且因此如果R1减小，那么R10也减小到相同振幅。
如上文所描述，本发明的示范性实施例可调整灰度电阻的振幅，更详细地说，第一灰度电阻串单元的大小，以改变灰度电压的振幅。
同时，如图9的示范性实施例中描述，当灰度电压产生器5改变以使用灰度电压作为比较器320的参考电压时，共同电压的振幅不必改变。原因是，除有源状态中(其中图像数据(灰度电压)施加到像素)的TFT外的TFT处于切断状态且正使用Cst中充电的电压与共同电压之间的相对电位来操作液晶，且因此如果共同电压改变，那么可能发生图像质量的异常。
因此，根据本发明的示范性实施例，即使当使用灰度电压产生器5作为用于检测触控信号的构件来改变灰度电压时，共同电压也不改变。
图7说明其中一个比较器320将放大器310的输出电压与比较电压进行比较的实例，其中有可能确定是否产生触控，但用于确定触控传感器(像素)与物件(其是形成所触控范围(即，触控电容)的主要因素)之间的接触面积或相对距离的信息不充分。举例来说，当使用像素执行指纹辨识时，除指纹的突起和凹陷被触控以显示指纹的信息之外，还需要知道触控范围。类似于此情况，可需要确认所触控范围。由此，触控范围为取决于触控传感器(像素)与物件之间的接触面积或相对距离而改变的触控信号之间的差。
图10说明根据本发明的示范性实施例的触控范围。为检测触控范围，所述多个比较器320安装在放大器的输出处，且向相应比较器施加不同的比较电压ref。
如果来自放大器310的电压输出存在于100mV与500mV之间(取决于所触控范围)，那么400mV(500mV-100mV)的信号差可由10个比较器320划分成10个数值，且相应比较器320的参考电压以40mV为单位设定以确认由比如140mV/180mV等参考电压检测到的触控信号的范围。
举例来说，当来自放大器310的电压输出为240mV时，第一比较器321的参考电压从100mV开始且因此第二比较器322的参考电压为140mV，第三比较器323的参考电压为180mV，第四比较器324的参考电压为220mV，且第五比较器325的参考电压为260mV，第一比较器321到第四比较器324的输出与其余比较器的输出可归因于从放大器310输出的240mV的电压而具有不同状态。CPU 510可指代确认当前从放大器310输出的电压的振幅的状态。
此外，根据本发明的示范性实施例，TDDI具有用于产生施加到比较器320的群组的多个参考电压的构件，和用于改变参考电压的振幅的构件。参考电压的振幅可通过改变TDDI的寄存器来改变。此外，有可能个别地改变多个参考电压的振幅。
为安装更多比较器320，由放大器310检测到的电压可更详细地细分，但TDDI的面积增加，这是TDDI的成本增加的原因。
为防止以上问题，本发明的示范性实施例提出一种用于使用比较器320的一个群组和执行如图10中说明的功能的功能块500的多路复用器580确认多个放大器310的触控状态的方法。
图11说明根据本发明的示范性实施例其中所述多个放大器310的信号由一个多路复用器580和比较器320的一个群组处理的实例。图11说明可选择8个输入信号中的一个的8×1多路复用器580，其中多路复用器580可依据来自功能块500(未说明)的CPU 510的控制信号或逻辑单元590的控制信号选择放大器310的8个输入信号中的一个。
斑点逆转方案的LCD主要支持1/2/4/8/16或类似者的斑点逆转。这意味着对存在于由一个栅极线240连接到TFT的栅极的相同行中的像素执行8斑点逆转，例如8个像素处于相同电位。举例来说，在所述8斑点逆转中，前八个斑点执行正型逆转，接下来8个斑点执行负型逆转，且接下来8个斑点再次执行正型逆转。在完成一个帧之后，前8个斑点从负型逆转开始。
施加有相同逆转(也就是说，相同正型或负型伽马电压)并将其放大的放大器优选地在相同多路复用器580中使用。原因是，保持比较器320的参考电压的正或负极性相同很容易。
参看图11，8个放大器310的输出用作一个多路复用器580的输入，且放大器310连接到源极线，所述源极线连接到像素从而允许8个放大功能相同地执行正型或负型逆转。
返回参看图9，开关330和S&H 340还可安装在输入到比较器320的反馈线处，类似于图8。
此外，开关330和S&H 340还可安装在输入到图10的放大器310的反馈线处。
如上文所描述，根据本发明的示范性实施例，开关330和S&H 340安装在连接到比较器320或放大器310的反馈线处以较快速地操作施加到像素的灰度电压。
在根据本发明的示范性实施例的使用一或多个像素的触控检测设备和触控检测方法中，用于使用一或多个像素检测触控信号的方法允许施加到TDDI的电源电压施加交变AC电压，且与AC电压的上升沿或下降沿同步而检测触控信号。
图12说明交变AC电压的实例。参看图12，存在基于AGND(其为接地)维持始终恒定的电压差的电压，其在本发明中被界定为Vci。
作为交变接地的AGND基于地面GND摆动，但基于AGND的Vci维持恒定电压且被界定为交变AC电压或AC电压。
举例来说，AC电压基于AGND始终维持在3V，且当AGND摆动时，Vci的振幅增加AGND的振幅。举例来说，当AGND的振幅为10V时，Vci的振幅为13V。
当AC电压摆动时，基于作为绝对电位的接地电位，正电压可摆动到负电压，负电压可摆动到正电压，还可在正电压内作出交变，且还可仅在负电压内作出交变。
根据本发明的示范性实施例使用一或多个像素的触控信号检测将灰度电压施加到所述像素，在Hi-z状态中生成像素，且接着交替AC电源并使用AC电源的上升或下降沿时产生于像素中的电压的改变检测触控信号。
在TDDI内部产生或在TDDI外部的电力管理集成电路(PMIC)中产生交变电源以施加到TDDI。此外，产生于PMIC中的AC电压除TDDI之外还相同地施加到根据本发明的示范性实施例的使用一或多个像素的触控检测装置中使用的所有电路，例如TCON和栅极集成电路。
图13为根据本发明的示范性实施例使用一或多个像素的触控检测方法的时序图。下文将参考图5和图12描述图13。
参看图13，仅描述图5的两个栅极线G1和G2的操作，但在实际显示装置中执行将TFT接通电压依次施加到从数百栅极线的头部到尾部的线的操作。此外，仅针对图5的五条源极线S1到S5界定信号，但在实际显示装置中，源极线的数目扩展到数百到数千。
施加图12的AC电源作为TDDI的电源。本发明不应用到的典型LDI或TDDI将被施加有DC电压，但在本发明中，使用AC电源。除所述电源之外，当TDDI中另外必需例如输入/输出(I/O)电源等电源时，施加到TDDI的所有电压通常使用AGND，且向TDDI供应具有相对于AGND相对确定的振幅的AC电压。
AC电源施加到TDDI，且因此TDDI必需的电压在电力产生器中产生。
参看图5和图13，首先，连接到G1的所有TFT在其中G1为高的区段中接通，且源极驱动400将预定灰度电压施加到源极线S1到S5。当所述像素以及TFT的Clc和Cst取决于源极驱动400的灰度电压的施加而充电时，CPU 510或逻辑单元590将源极驱动400的输出改变到Hi-z。
源极驱动400切换到Hi-z的时刻的像素变为Hi-z状态，类似于图14中建模。图14的附图标记600表示比较器、放大器、缓冲器或类似者，且使用输入处于Hi-z状态的所有元件。图14的电阻700为TFT的接通电阻，且本发明中忽略其振幅。
返回参看图13，当源极驱动40处于Hi-z状态时栅极仍处于接通状态，且作为交变AC电源的Vci从高摆动到低或从低摆动到高，类似于AGND。当作为施加到TDDI的电源电压的Vci摆动时，像素处检测到的电压(即，图14的附图标记600与像素之间的相交点处检测到的电压)如以下等式。
[等式1]
在以上等式1中，Vt表示触控检测时的所检测电压，且Vgrayscale表示液晶电容器Clc、存储电容器Cst等中充电的当前电压(作为由源极驱动400施加的灰度电压)。Cp为添加到像素的寄生电容器的总和，例如连接到像素的源极线250的群组的线之间产生的寄生电容器和待添加在源极线250上的防护层(下文待描述)与源极线250之间产生的寄生电容器，等。Clc为液晶电容器，且当前以Vgrayscale充电，且形成为相对于Vcom的相对接地。Cst为存储电容器且通过设定先前栅极线为接地而形成，且其接地由Cst_GND表示。
图14中，点P和Vcom的电位的相对振幅或点P和Cst_GND的电位的相对振幅为恒定DC值，但作为TDDI的GND的AGND摆动，且因此Vcom或Cst_GND基于作为接地电位的绝对电位而摆动(类似于AGND)。
参看以上[等式1]，当不进行触控时，不形成Ct，且因此施加到像素的电压相同于原始施加的灰度电压，使得图像可在显示装置上显示而不会发生图像质量的异常。然而，当像素与物件(比如手指)之间产生触控时，发生施加到像素的灰度电压的差，且如上文所描述，感测信号处理器300可使用放大器310或比较器320来检测电压，借此确定是否产生触控。
返回参看图6和图7，当差分放大器用作放大器310的配置时，描述放大器310中使用的电压中的一个为灰度电压且其另一个为反馈电压。差分放大器的输出电压放大两个输入电压之间的差且表示为以下[等式2]。
[等式2]
Vdiff＝Gain(V1-V2)
在以上等式2中，Vdiff表示差分放大器的输出电压，Gain表示差分放大器中设定的信号的放大量，V1表示连接到差分放大器的正输入的电压，且V2表示连接到负输入的电压。
假如当前灰度电压被界定为“Vgrayscale”且增益＝1，以上[等式2]可被界定为以下[等式3]。
[等式3]
参看以上[等式3]，差分放大器可通过使用使用差分放大器的以上方法确认归因于添加Ct(其为触控电容)的差。
返回参看图13，Vci摆动，且接着基于以上[等式2]或[等式3]检测到的电压由ADC570或比较器320处理以存储于存储器单元560中，且CPU 510或逻辑单元590可控制所述过程。此外，CPU 510基于存储于存储器单元560中的信号计算触控坐标，且经由通信单元550将所计算的触控坐标传递到外部主机CPU。
此外，参看图12和图13，为将AC输入电压从高交替到低或从低交替到高，AC输入电压需要在输出交变信号之前事先到达高或低状态。参看图13，在Vci摆动之前作出信号处理，其并未在图13中说明。
作为触控电容的Ct由以下[等式4]确定。
[等式4]
在以上等式4中，e表示电容率，d表示像素与物件之间的距离，且s表示像素与物件之间的接触面积。
像素的面积形成至少100到数百的大小，且例如手指和触控笔等物件的面积大于像素的面积，且因此S可被认为是像素的总体面积。
当像素的面积较小时，由以上[等式4]形成的触控电容比以上[等式1]或[等式3]的分母中分布的触控电容小得多，且因此难以检测触控信号。为解决以上问题，本发明的示范性实施例提出一种用于收集若干像素以产生触控的方法。
图15说明根据本发明的示范性实施例用于通过如同一个像素那样操作多个像素形成一个触控电容的方法，且图16为图15的操作的时序图。参看图15和图16，本发明中专门的电路元件和电路操作如下。
取决于作为CPU 510或逻辑单元590的控制信号的传感器块控制信号的高或低状态确定是否源极线S1到Sm连接到感测信号处理器。根据本发明的示范性实施例，如果传感器块控制线的状态为接地电位(AGND)的0V为低，且5V、10V等为高，那么线连接开关在状态中接通，其中传感器块控制线处于高(H)状态以将源极线连接到感测信号处理器300。
如果传感器块控制信号Bi到B1为高，那么四个源极线S1到S4由一个感测信号处理器300彼此连接。此外，参看图16(其是时序图)，栅极线G1到G4同时为高，且因此连接到纵向栅极线G1到G4的所有TFT接通，使得连接到G1到G4的所有TFT当中连接到源极线S1到S4的所有16个TFT同时接通以连接到感测信号处理器300，这产生16个像素如一个像素那样操作的结果。因此，检测触控信号的像素加宽，且从以上[等式4]导出的触控电容较大，借此促进触控信号检测。
返回参看图15和图16，如果G1到G4接通且传感器块控制信号为高以使所有线连接开关处于打开状态，那么包含在(S1到S4、G1到G4)、(S5到S8、G1到G4)、(S9到S12、G1到G4)、...、(Sm-3到Sm、G1到G4)中的所有16个像素彼此连接。((S1到S4、G1到G4)的含义意味着G1到G4同时接通且S1到S4形成为一个群组)。
将S1到S4设定为一个群组仅为了描述本发明的示范性实施例，但实际上更小或更大数目的像素可设定为一个群组。此外，同时接通G1到G4仅为了描述本发明的示范性实施例，但实际上更小或更大数目的栅极线可同时接通。
线连接开关形成在TDDI内部。因此，显示装置中不产生附加电路或过程改变。此外，S&H 340可安装在线连接开关与感测信号处理器300之间。
此外，作为控制线连接开关的线的传感器块控制线存在于TDDI内部，其由功能块500的CPU 510或逻辑单元590重复接通/断开。传感器块控制线可循序或随机重复地接通/断开。然而，较优选的是，同时执行接通和断开以缩短触控检测时间。
根据本发明的示范性实施例的使用若干像素的触控检测方法将在下文参看图16描述。
图16的区1为以多个像素检测触控的过程，随后区2通过将灰度电压施加到像素来显示图像。详述操作定时如下。
1.同时施加所述多个栅极TFT的接通电压的步骤
根据本发明的示范性实施例，TFT的接通电压施加到四个栅极线G1到G4，但实际上，TFT的接通电压可同时施加到2到10个栅极线。
为显示图像，TFT的接通电压需要施加到显示装置中的仅一个栅极线，但根据本发明的示范性实施例，TFT的接通电压施加到所述多个栅极线。
为同时接通所述多个TFT线，TCON将时钟或控制信号施加到栅极驱动集成电路或GIP块。在GIP中，一个栅极线240由所述多个时钟的组合选择，且因此所述多个时钟改变，或添加新时钟以选择所述多个栅极线。
此外，栅极驱动集成电路还通过所述多个时钟的组合选择解码器中的栅极线，且因此所述多个时钟改变，或添加新时钟以选择所述多个栅极线。
2.将电压(预充电电压)施加到连接到所述多个接通栅极线的像素和在以上1中通过使用源极线连接到所述像素的电容器的步骤
1)当向像素施加电压且接着向源极驱动400施加Hi-z和交变电源时，与交变电压的交变沿同步检测到触控信号。在此情况下，施加到像素的电压为独立于图像质量的电压，且因此称为预充电电压。
触控信号检测优选在交变上升或下降信号之后等待预定时间之后执行。原因是，发生归因于图14中说明的TFT的接通电阻Ron和Cp的信号延迟，且因此需要预定时间来经由源极线250反馈从像素产生的电压的改变。在此情况下，延迟时间优选地设定成0.5μs到1ms。
2)施加到像素的电压独立于待由像素显示的图像，且因此可施加任何电压作为预充电电压(图16的区为1/3/100的S1到Sm的输出区)。在此情况下，从放大器反馈的预充电电压的差基于所施加的预充电电压放大。
本发明的TDDI具有用于在触控检测时产生施加到像素的任何预充电电压的构件。此外，其具有用于改变所产生的任何预充电电压的振幅的构件。寄存器设定在TDDI内部，且有可能取决于寄存器的改变而改变任何预充电电压的振幅。
3)施加到像素的电压独立于待由像素显示的图像，但产生以上1)的任何预充电电压并对其进行操作使电源单元变复杂且TDDI的面积变大，这不是优选的。本发明可使用从灰度电压产生器5产生的任何灰度电压作为预充电电压。
4)当向所述多个像素施加预充电电压且接着电源摆动(或在源极驱动处于Hi-z状态之后)以检测触控信号时，传感器块控制线处于高(H)状态且因此像素电压可彼此连接(图16的区1)。
5)当向所述多个像素施加预充电电压以检测触控信号时，传感器块控制线处于高(H)状态且因此像素电压可彼此连接(图16的区3)。
3.检测触控信号的步骤
1)如果在向一或多个像素施加预充电电压之后流逝预定时间(图16的区1/3/100的S1到Sm的输出区)且因此对连接到所述一或多个像素的Cp、Clc、Cst或Ct进行充电，那么CPU 510或逻辑单元590将源极驱动400改变到Hi-z状态。(图16的区1/3/100)。
2)有可能通过将传感器块控制信号改变到高状态同时将预充电电压施加到一或多个像素(图16的区3)而将所述多个像素彼此连接。
3)当预充电电压施加到一或多个像素且接着源极驱动400处于Hi-z状态时，有可能通过将传感器块控制信号Bi到B1改变到高状态(图16的区1、区100)而将所述多个像素彼此连接。
4)有可能在以上2)或3)的中间时间在任何地方接通传感器块控制信号Bi到Bl。
5)源极驱动在其变为Hi-z之后施加作为交变电源的AC输入电压Vci。此为其中图16的区1/3/100的Vci摆动的区。
6)以上5)中的交变电源从低摆动到高或从高摆动到低。低意味着比高低的状态。
7)如果物件与像素之间产生触控以产生触控电容，那么在感测信号处理器300中产生从所述多个互连像素产生的取决于以上等式2的电压的改变，其由放大器310或比较器320在感测信号处理器300中检测到。
4.在用于触控检测的一或多个像素中形成图像的步骤
像素的原始目的是显示图像，但在显示图像之前向像素施加预充电电压以检测触控，且因此像素的图像不是想要的图像。因此，在多个像素中完成触控检测之后，图像数据需要施加到每个像素。
1)改变到个别像素的互连像素
(1)将TFT的接通电压个别地施加到栅极线240：仅一个栅极线240需要维持TFT接通状态以改变到个别像素的所述多个互连像素。区2/4/101显示施加高电压，其使栅极线中的每一个TFT接通状态。为了栅极编号101到104执行触控检测，如果TFT的接通电压同时施加且接着完成触控检测，那么向栅极编号101施加TFT的接通电压，且向其余栅极施加TFT的切断电压。
(2)个别地分离互连源极线250：为将所述多个互连像素改变为个别像素，将低电压施加到传感器块控制线Bi到Bl以将接通状态中的所有线连接开关改变到切断状态(也可施加高电压)。因此，源极线250个别地分离。
2)将图像数据传递到像素
所有像素并不经由所述过程彼此连接而是独立地分离，且因此循序地将TFT接通电压施加到栅极线240以施加灰度电压，借此在像素上显示图像。此为图16的区2/4/101的区，且当在像素中显示图像时，TFT的栅极接通电压仅施加到显示装置中的一个栅极线240。
5.计算触控信号的步骤
取决于以上[等式2]的由于形成于所述多个像素与物件之间的触控电容Ct引起的电压改变由感测信号处理器300的放大器310或比较器320检测到，且传递到存储器单元560。CPU510分析存储器的数据以确定是否产生触控。此在区(图16的区2/4/101)中形成，其中完成触控检测且图像在像素中显示。或者，可在其中执行触控检测的区(图16的区1/3/100)中同时进行触控检测和触控信号计算。或者，在到像素的图像传递完成之后，CPU可分析在帧静置周期中(垂直的前缘(porch)和后缘，图16的区102)存储于存储器中的触控信号以计算触控坐标。
由此，本发明可用于使用显示装置中的一或多个像素和所述显示装置进行触控信号检测。
如果不产生触控，那么需要在前面确定是否产生触控而非提取精确触控坐标，且因此不必进行关于如上文所描述用以确定是否产生触控的触控信号检测和图像显示的所有过程。举例来说，仅其中可部分进行触控检测的区移动到触控检测模式(图16的区1/3/101)以确定是否产生触控，且如果检测到触控，那么所述区进入正常触控检测模式是有效的。
因此，假如对于正常触控检测，彼此连接的像素的数目为100，当一些连接(即，仅50或25个连接)操作以检测触控时，可节省触控检测时间以产生用于显示像素的图像的时间，且功率消耗可减少。
举例来说，假如存在由四个栅极线和四个源极线形成的像素块，像素块处于用于触控检测的有源状态的情况为1，且不进行触控检测的情况为0，那么正常情况中使用一或多个像素的触控检测的状态可示出为如下。
示出由16个单元像素形成的像素块的数目在水平方向中为10且在垂直方向中为4，即存在用于触控检测的40个像素块。在仅检测是否产生触控的步骤中，40个像素块可示出为如下。
如果感测到一条线，且一条线未由组合感测到，那么感测时间减少到一半。或者，可提供例如用于感测一条线且不感测两条线的方法等各种方法。
S&H 340可连接到图15的感测信号处理器300，且详细操作原理如上文所描述。
返回参看图16，在通常仅显示像素的显示装置中，向栅极线240G1到Gm循序施加从低改变到高的电压。也就是说，区4从图16的区2继续，且最后，在显示装置上显示图像在区101中结束。
TCON将适于图像信号的定时提供到LDI，但在本发明的TCON中，在如图16中所说明发射图像信号之前检测触控信号的信号需要首先发射到本发明的TDDI。
如果TCON不能发射所述信号，那么图像信号从TCON接收且在TDDI的存储器中接收，且接着TDDI自身将触控检测信号与图像信号组合以执行取决于如图16中所说明的时序图的过程。
返回参看图1，源极线205或栅极线240的大小稍微夸示，但考虑到包含通常具有约6μm到10μm的线宽的源极线或栅极线以及具有约30μm的宽度的显示装置，可出现触控故障效应，就好像即使当源极线250由物件(比如手指)触控时也触控了像素一样。
图17说明根据本发明的示范性实施例用于防止源极线250的触控检测的方法。
图17为图4和图5的TFT的结构的横截面图。参看图17，防护层295安置于源极线250上。防护层295由例如铜、铝、碳纳米管件(CNT)和金属网或透明传导性材料(例如ITO和IZO)等金属材料制成。
防护层295安置于待在显示装置的一侧处连接到电源的源极线250上。作为连接到防护层295的电源电压，存在供应到TDDI的电源电压，也就是说，从供应交变AC电源的电力管理集成电路(PMIC)供应的电源电压。电源包含AGND。电源相对于AGND形成DC，但为基于接地电源的交变电压。
此外，防护层295还可连接到由TDDI供电的电源。举例来说，当从TDDI供应的5V电源连接时，电源具有基于AGND的5V DC但为基于作为绝对电位的接地电位的交变电压。
钝化层280安置于防护层295与源极线250之间，且源极线250和防护层295归因于钝化层280而不发生短路。
如果安装防护层295，那么源极线250在防护层295下方，且因此源极线250可不与例如外部手指等物件形成触控电容，借此解决源极线250辨识触控的错误。
此外，防护层295可安置在图1的彩色滤波器衬底100下方的BM区中。如上文所描述，为执行本发明，TN型LCD不能使用一或多个像素检测触控，因为彩色滤波器衬底100上的共同电极120抑制电容形成于像素与物件之间。然而，如果TN型LCD旋转180°以将TFT衬底定位在顶部处，那么触控电容形成于像素与物件之间以使用一或多个像素执行触控检测。
返回参看图1，在处于共平面切换模式(其中共同电极120并不安置于彩色滤波器衬底100上)的IPS或FFS型的LCD中，彩色滤波器衬底的黑色矩阵(BM)用以防止彩色滤波器的像素(RGB)之间的漏光，或保护TFT衬底200的源极线250或栅极线240。因此，以上防护层295安置于彩色滤波器衬底100之下，但将防护层295安置在BM 130中与源极线250相对以面对源极线250且施加与针对防护层295的以上实施例相同的电压就足够。
在此情况下，防护层295经由水平BM 130彼此连接或在显示装置的有源区域外部彼此连接，使得防护层295彼此传导。
根据本发明的其中防护层295在纵向方向上安置于彩色滤波器衬底100之下的示范性实施例，连接到防护层295的电源从TFT衬底220供电，且当彩色滤波器和TFT衬底用密封件彼此连接时，从TFT衬底200供电的用于防护层的电源通过密封件中混合的导电间隔物传递到彩色滤波器衬底100的防护层295，且连接到其上。
根据本发明的用于防止源极线250被触控的另一示范性实施例，以上彩色滤波器110下方的防护层295安置在彩色滤波器衬底100上。即使在此情况下，防护层295也形成于彩色滤波器的纵向BM 130上，且防护层295在筛网结构中彼此连接以彼此传导，且接着从彩色滤波器110的上表面的一侧施加用于以上防护层的电压。在施加电压时，施加来源于使用柔性电路板(例如FPC和COF)的PMIC或TDDI的电压。
在TN型LCD的情况下，归因于安置于彩色滤波器上的共同电极120而不能检测到触控。在此情况下，使用一或多个像素的触控信号检测可由以下结构作出：LCD旋转180°以将TFT衬底200定位在顶部处且将彩色滤波器衬底100定位在底部处，且背光单元(BLU)从彩色滤波器照射。
图18说明TN倒转的情况，其中根据本发明的示范性实施例，为了防止源极线250进行触控检测，防护层295安置于源极线250之下。此外，源极线250与防护层295之间的钝化层用以隔离所述两个物件。
在此情况下，一个掩模形成防护层295，且另一掩模蚀刻和暴露覆盖防护层295的钝化层280并连接用于以上防护层的电源。或者，一个掩模图案化防护层295，且其上表面的钝化层280使用LCD处理中使用的掩模来图案化，且防护层295的一侧暴露且接着用于以上防护层的电源可连接到暴露部分。在此情况下，除用于LCD的正常处理的掩模之外仅添加一掩模薄片，且因此可经济地形成防护层295。
图19中，说明由源极线250和栅极线240分割的像素，且较厚地说明添加到连接到像素的源极线250的上表面或下表面的防护层295。此外，图19说明形成于彩色滤波器的上表面或下表面上且用以覆盖源极线250的防护层295。
由此，根据本发明的示范性实施例的，防护层295安置于TFT衬底200中的源极线250的上表面或下表面上，或防护层295安置在彩色滤波器衬底100上方或下方以用以prevent源极线250与物件之间产生触控。
根据依据本发明的示范性实施例的使用显示装置中的一或多个像素的触控检测设备和触控检测方法，有可能通过使用由制造显示装置的过程设施制造的显示装置中的一或多个像素检测触控信号来简化制造，节省制造成本，执行指纹辨识，和额外功能。
上文中，描述本发明的实施例，但本发明的技术理念不限于前述实施例，且可在不脱离本发明的范围的情况下以各种方式实施本发明的技术理念。

Claims (22)

1.一种触控检测设备，使用多个显示装置中的一或多个像素，包括：
灰度电压产生器，其经配置以产生施加到所述多个显示装置中的所述一或多个像素的第一灰度电压；以及
感测信号处理器，其经配置以基于施加到所述一或多个像素的所述第一灰度电压和从所述一或多个像素反馈的第二灰度电压检测触控信号。
2.根据权利要求1所述的触控检测设备，其中所述感测信号处理器计算所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值以检测所述触控信号。
3.根据权利要求1所述的触控检测设备，其中所述感测信号处理器包含计算并放大所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值的差分放大器。
4.根据权利要求3所述的触控检测设备，其中所述差分放大器的输入端子具备临时存储所述第二灰度电压的电路元件。
5.根据权利要求1所述的触控检测设备，其中所述感测信号处理器计算所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值，且将所述差值与预设参考值进行比较以检测所述触控信号。
6.根据权利要求1所述的触控检测设备，其中所述感测信号处理器包含：
差分放大器，其经配置以计算并放大所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值；以及
比较器，其经配置以将所述差值与预设参考值进行比较。
7.根据权利要求6所述的触控检测设备，其中所述差分放大器的输入端子具备临时存储所述第二灰度电压的电路元件，或
所述比较器的输入端子具备临时存储所述差值的电路元件。
8.根据权利要求1所述的触控检测设备，其中所述感测信号处理器包含：
差分放大器，其经配置以计算和放大所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值；以及
多个比较器，其经配置以将所述差值与多个预设参考值进行比较。
9.根据权利要求1所述的触控检测设备，其中所述感测信号处理器包含：
多个差分放大器，其经配置以计算和放大所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值；
多路复用器，其经配置以选择经由所述多个差分放大器输出的多个差值中的一个；以及
多个比较器，其经配置以将所述选定的一个差值与多个预设参考值进行比较。
10.根据权利要求1所述的触控检测设备，其进一步包括：
中央处理单元，其经配置以基于所述所检测的触控信号执行指纹辨识操作。
11.根据权利要求1所述的触控检测设备，其进一步包括：
中央处理单元或一逻辑，其经配置以将所述显示装置上存在的至少两个像素分组，且同时对其进行控制以增加所述触控信号的触控电容。
12.一种触控检测方法，使用多个显示装置中的一或多个像素，包括：
产生施加到所述多个显示装置中的所述一或多个像素的第一灰度电压；以及
基于施加到所述一或多个像素的所述第一灰度电压和从所述一或多个像素反馈的第二灰度电压检测触控信号。
13.根据权利要求12所述的触控检测方法，其中在所述检测中，计算所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值以检测所述触控信号。
14.根据权利要求12所述的触控检测方法，其中所述检测包含由差分放大器计算和放大所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值。
15.根据权利要求14所述的触控检测方法，其中所述差分放大器的输入端子具备临时存储所述第二灰度电压的电路元件。
16.根据权利要求12所述的触控检测方法，其中在所述检测中，计算所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值，且将所述差值与预设参考值进行比较以检测所述触控信号。
17.根据权利要求12所述的触控检测方法，其中所述检测包含：
由差分放大器计算和放大所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值；以及
由比较器将所述差值与预设参考值进行比较。
18.根据权利要求17所述的触控检测方法，其中所述差分放大器的输入端子具备临时存储所述第二灰度电压的电路元件，或
所述比较器的输入端子具备临时存储所述差值的电路元件。
19.根据权利要求12所述的触控检测方法，其中所述检测包含：
由差分放大器计算和放大所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值；以及
由多个比较器将所述差值与多个预设参考值进行比较。
20.根据权利要求12所述的触控检测方法，其中所述检测包含：
由多个差分放大器计算和放大所述第一灰度电压与所述第二灰度电压之间的差值；
由一个多路复用器选择经由所述多个差分放大器输出的多个差值中的一个，以及
由多个比较器将所述选定的一个差值与多个预设参考值进行比较。
21.根据权利要求12所述的触控检测方法，其进一步包括：
由中央处理单元基于所述所检测的触控信号辨识指纹。
22.根据权利要求12所述的触控检测方法，其进一步包括：
由中央处理单元或一逻辑将所述多个显示装置上存在的至少两个像素分组，且同时对其进行控制以增加所述触控信号的触控电容。
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