CN1908881B - 感测电路和具有该感测电路的显示设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种感测电路，用于感测面板上外部提供的压力，并且包括感测电容、第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件；其中，所述感测电容包括在第一基底上的感测电极、绝缘层和相对电极；所述感测电容基于外部提供的压力而改变电容量；所述第一开关元件电连接到所述感测电极，以便基于第一开关信号来对所述感测电容充电；所述第二开关元件基于第二开关信号和第一电压来输出电流；所述第三开关元件电连接到所述感测电极，以便基于所述感测电容的电容量的变化来产生感测信号来控制所述电流；以及其中，减少了厚度，以及改进了图像显示质量。

Description

感测电路和具有该感测电路的显示设备

技术领域

本发明涉及触摸感测显示器。更特别地，本发明涉及一种能够感测外部提供的压力的感测电路和具有该感测电路的显示设备。

背景技术

通常，触摸面板感测由在显示设备上的手指或指示器形成的压力。触摸面板处于显示面板的最上部分。触摸面板检测手指或指示器的位置，以便显示设备产生输出信号。

触摸面板能够在没有键盘或鼠标的情况下读取数据。因此，触摸面板已经被广泛使用。不幸的是，当显示设备包括触摸面板时，增加了显示设备的厚度。

发明内容

本发明提供一种能够感测外部提供的压力的感测电路。本发明也提供一种具有该感测电路的显示设备。

根据本发明一示范性实施例的感测电路感测面板上外部提供的压力。该面板包括第一基底、具有相对电极的对应于第一基底的第二基底、和置于第一和第二基底之间的绝缘层。该感测电路包括：感测电容、第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件。该感测电容包括第一基底上的感测电极、绝缘层和相对电极。该感测电容基于外部提供的压力而改变电容量。第一开关元件电连接到所述感测电极，以便基于第一开关信号对所述感测电容充电。第二开关元件基于第二开关信号和第一电压而输出电流。第三开关元件电连接到所述感测电极，以便基于所述感测电容的电容量的变化而产生对应于外部提供的压力的感测信号来控制从第二开关元件输出的电流。

根据本发明另一示范性实施例的感测电路感测面板上外部提供的压力。该面板包括第一基底、具有相对电极的对应于第一基底的第二基底、和置于第一和第二基底之间的绝缘层。该感测电路包括：感测电容、第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件。该感测电容包括在第一基底上的感测电极、绝缘层和相对电极。该感测电容基于外部提供的压力而改变电容量。第一开关元件电连接到所述感测电极，以便基于第一开关信号对所述感测电容充电。第二开关元件电连接到所述感测电极，以便基于所述感测电容的电容量的变化来产生第一电流。第三开关元件电连接到所述第二开关元件以输出具有恒定电平的第二电流，从而产生对应于所述第一电流的变化的第三电流。

根据本发明再一示范性实施例的感测电路感测面板上外部提供的压力。该面板包括第一基底、具有相对电极的对应于第一基底的第二基底、和置于第一和第二基底之间的绝缘层。该感测电路包括：感测电容、第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件。该感测电容包括第一基底上的感测电极、绝缘层和相对电极。该感测电容基于外部提供的压力而改变电容量。第一开关元件电连接到所述感测电极，以便基于第一开关信号对所述感测电容充电。第二开关元件电连接到所述感测电极，以便基于所述感测电容的电容量的变化来产生电流。第三开关元件基于第二开关信号来控制从所述第二开关元件输出的电流。

根据本发明一示范性实施例的显示设备包括：显示面板、感测阵列和控制部件。所述显示面板包括：阵列基底、相对基底和液晶层。所述相对基底对应于阵列基底，以具有接收公共电压的公共电极。所述液晶层被置于所述阵列基底和所述相对基底之间，该液晶层基于显示面板上外部提供的压力而改变厚度。所述感测阵列在显示面板中，用来基于液晶层的厚度变化而产生感测信号。该感测阵列包括：感测电容、第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件。所述感测电容包括所述阵列基底上的感测电极、所述液晶层和所述公共电极。所述感测电容基于液晶层的厚度变化而改变电容量。所述第一开关元件电连接到所述感测电极，以便基于第一开关信号对所述感测电容充电。所述第二开关元件基于第二开关信号和第一电压来输出电流。所述第三开关元件电连接到所述感测电极，以便基于所述感测电容的电容量的变化来产生感测信号从而控制从所述第二开关元件输出的电流。所述控制部件是在阵列基底上，以便基于所述感测信号来产生定位数据。

根据本发明另一示范性实施例的显示设备包括：显示面板、感测阵列和控制部件。所述显示面板包括：阵列基底、相对基底和液晶层。所述相对基底对应于阵列基底，以便具有接收公共电压的公共电极。所述液晶层被置于所述阵列基底和相对基底之间。该液晶层基于显示面板上外部提供的压力而改变厚度。所述感测阵列在显示面板中，用于基于液晶层的厚度变化而产生感测信号。该感测阵列包括：感测电容、第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件。所述感测电容包括所述阵列基底上的感测电极、所述液晶层和所述公共电极。所述感测电容基于液晶层的厚度变化而改变电容量。所述第一开关元件电连接到所述感测电极，以便基于第一开关信号对所述感测电容充电。所述第二开关元件电连接到所述感测电极以便基于感测电容的电容量的变化来产生第一电流。所述第三开关元件电连接到所述第二开关元件以便输出具有恒定电平的第二电流，从而产生对应于所述第一电流的变化的感测信号。所述控制部件是在阵列基底上，以便基于所述感测信号来产生定位数据。

根据本发明再一示范性实施例的显示设备包括：显示面板、感测阵列和控制部件。所述显示面板包括：阵列基底、相对基底和液晶层。所述相对基底对应于阵列基底，以便具有接收公共电压的公共电极。所述液晶层被置于所述阵列基底和所述相对基底之间。该液晶层基于显示面板上外部提供的压力而改变厚度。所述感测阵列是在显示面板中，用于基于液晶层的厚度变化而产生感测信号。该感测阵列包括：感测电容、第一开关元件、第二开关元件和第三开关元件。所述感测电容包括所述阵列基底上的感测电极、所述液晶层和所述公共电极。所述感测电容基于液晶层的厚度变化而改变电容量。所述第一开关元件电连接到所述感测电极，以便基于第一开关信号对所述感测电容充电。所述第二开关元件电连接到所述感测电极以便基于感测电容的电容量的变化来产生感测信号。所述第三开关元件基于第二开关信号控制从所述第二开关元件输出的所述感测信号。所述控制部件是在阵列基底上，以便基于所述感测信号来产生定位数据。

根据本发明，所述显示设备包括：所述感测阵列，用于检测显示面板上外部提供的压力，从而所述显示面板执行所述触摸面板的功能。

附图说明

本发明的上述和其他特征将通过参考附图详细描述其示例性实施例变得更加明显，其中：

图1是示出根据本发明一个实施例的显示设备的平面图；

图2是示出图1中所示的显示面板的显示区域和外围区域的平面图；

图3是示出图1中所示的部分“A”的横截面图；

图4是示出图3中所示的用于感测外部提供的压力的感测电容的横截面图；

图5是示出图1中所示的运算放大器和感测阵列的电路图；

图6是示出施加到图5中所示的感测阵列的信号的时序图；

图7是示出从图5中所示的运算放大器输出的输出信号的时序图；

图8是示出根据本发明的另一实施例的显示设备的平面图；

图9是示出图8中所示的显示面板的显示区域和外围区域的平面图；

图10是示出图8中所示的运算放大器和感测阵列的电路图；

图11是示出根据本发明另一实施例的显示设备的平面图；

图12是示出图11中所示的显示面板的显示区域和外围区域的平面图；以及

图13是示出图11中所示的运算放大器和感测阵列的电路图。

具体实施方式

以下参考附图更加完整地说明本发明，其中，示出了本发明的示例性实施例。然而，本发明能够以多种不同的形式来实现且不应被认为限于在此提出的示例性实施例而构建。更确切地，提供这些示例性实施例，是为了本发明详尽和完整，并且对于本领域技术人员来讲将完整传达本发明的范围。在附图中，为了清楚起见，能够夸大层和区域的大小和相对大小。

应该理解，当元件或层被称为在另一元件或层的“上面”、“连接到”或“耦合到”另一元件或层时，其能够是直接在另一元件或层的上面、直接连接到或直接耦合到另一元件或层，或者可以呈现为介入了元件或层。相反，当元件或层被称为“直接”在另一元件或层的“上面”、“直接连接到”或“直接耦合到”另一元件或层时，就不存在介入了元件或层。相同的附图标记或字符可以表示相同的元件。如在此所使用的，术语“和/或”包括任何的和所有的一个或多个相关的列项的组合。

应该理解，尽管在此可以使用术语第一、第二和第三等来说明各种元件、组件、区域、层和/或部件，然而，这些元件、组件、区域、层和/或部件应该不限于这些术语。仅使用这些术语来将一个元件、组件、区域、层或部分与其他元件、组件、区域、层或部分区分开。因此，下面所讨论的第一元件、组件、区域、层或部分能够被命名为第二元件、组件、区域、层或部分而不偏离本公开的示教。

为了方便说明，在此可以使用相对空间术语，例如“在...之下”、“在...下面”、“下面的”、“在...上方”和“上面的”等，由此说明了如图所示的一个元件或特征与其他元件或特征的关系。应该理解，除了图中描绘的方向，空间相对术语旨在包含使用或操作中的设备的不同方向。例如，如果在图中的设备倒置，则描述为在其他元件或特征的“下方”或“下面”的元件是在所述其他元件或特征的“上面”。因此，示例术语“在...下面”能够包括上方和下方两个方向。否则，可以确定设备的方向(旋转90度或在其他方向上)以及用在此的空间相对的描述符相应地解释。

用在这里的术语的目的只在于说明特定的实施例，而不在于限制本发明。如在此所使用的，单数形式“a”、“an”和“the”也包括复数形式，除非上下文清楚地指出。应该进一步理解，在术语“包括”和/或“包含”用在说明书中时，其明确说明所声明的特征、整数、步骤、操作、元件和/或组件的存在，而不排除一个或多个其他特征、整数、步骤、操作、元件、组件和/或其组合的存在或增加。

在此参考横截面图示来描述本发明的实施例，横截面图示是本发明理想化的实施例(和中间结构)的示意性图解说明。同样地，作为例如制造工艺和/或公差的结果，想得到与图解说明的形状存在的差异。因此，本发明的实施例应该被认为不限于在此图解说明的特定的区域的形状，而是包括例如制造所产生的形状的偏差。例如，图解为矩形的注入区域典型地将具有圆或曲线的特征和/或在其边沿处注入浓度的梯度，不是从注入到非注入区域的二元改变。同样地，通过注入所形成的埋入区域可能导致在埋入区域和通过其发生注入的表面之间的区域中的一些注入。因此，实质上，附图中图解的区域是示意性的，以及其形状不旨在说明设备的区域的实际形状且不旨在限制本发明的范围。

除非另外限定，用在此处的所有术语(包括技术和科学术语)具有与本发明所属的相关领域的技术人员普遍理解的相同含意。应该进一步理解，诸如限定在普遍使用的字典中的术语应该被解释为具有与相关技术的上下文中它们的含意一致的含意，并且不被解释为理想化的或过于形式的含意，除非如此清楚地限定在此。

其后，将参考附图详细说明本发明。图1是示出根据本发明一实施例的显示设备的平面图。图2是示出图1所示的显示面板的显示区域和外围区域的平面图。图3是示出图1中所示的部分“A”的横截面图。

参考图1至图3，显示设备100A包括显示面板500，该显示面板500具有阵列基底200、相对基底300和液晶层400。在图1至图3中，显示面板500感测由手指或指示器形成的外部提供的压力。也就是说，显示面板500执行触摸面板功能。

阵列基底200包括第一基底210、像素阵列220和感测阵列230。第一基底210被划分为显示区域或区域DA以及外围区域或区域PA。在显示区域DA中显示图像。外围区域PA与显示区域DA相邻。

像素阵列220是在对应于显示区域DA的第一基底210上，并且具有矩阵形状。像素阵列220包括多条栅极(gate)线GL1、GL2、...GLn、多条数据线DL1、DL2、...、DLm和多个像素薄膜晶体管PT，其中n和m是自然数。

栅极线GL1、GL2、...GLn在第一方向上延伸。数据线DL1、DL2、...、DLm在第二方向上延伸，该第二方向与第一方向基本垂直。栅极线GL1、GL2、...、GLn与数据线DL1、DL2、...、DLm电性绝缘。栅极线GL1、GL2、...、GLn和数据线DL1、DL2、...、DLm限定了相邻的像素区域。

像素薄膜晶体管PT分别在第一基底210的像素区域中。每个像素薄膜晶体管PT包括电连接到栅极线GL1、GL2、...GLn之一的栅极、电连接到数据线DL1、DL2、...、DLm之一的源极、和与源极隔开的漏极。

栅极绝缘层250是在具有栅极的第一基底210上。钝化(passivation)层260是在具有源极和漏极的栅极绝缘层250上。多个像素电极是在钝化层260上。

感测阵列230包括感测电极SE、第一薄膜晶体管234、第二薄膜晶体管236和第三薄膜晶体管238。或者，感测阵列230还可以包括多个感测电极SE、多个第一薄膜晶体管234、多个第二薄膜晶体管236和多个第三薄膜晶体管238。

感测电极SE在第一基底210的显示区域DA中。感测电极SE可以包括与像素薄膜晶体管PT的源极和漏极基本相同的材料。感测电极SE可以基本与数据线DL1、DL2...和DLm平行。

在图1至图3中，感测电极SE基本与数据线DL1、DL2、...、DLm平行。或者，感测电极SE可以基本与栅极线GL1、GL2、...、GLn平行。当感测电极SE基本与栅极线GL1、GL2、...、GLn平行时，感测电极可以包括与栅极基本相同的材料。感测电极SE还可以包括与像素电极基本相同的材料。

第一、第二和第三薄膜晶体管234、236和238是在第一基底210的外围区域PA中。第一薄膜晶体管234是在与每条数据线DL1、DL2、...、DLm的第一端部相邻的外围区域PA的第一区域A1中。第二和第三薄膜晶体管236和238是在与数据线DL1、DL2、...、DLm的第二端部相邻的外围区域PA的第二区域A2中。

感测阵列230还可以包括第一电压线VL1、第二电压线VL2、第三电压线VL3、第一开关线SL1、第二开关线SL2和输出线OL。通过第一电压线VL1将第一电压Vsensor施加到第一薄膜晶体管。通过第二电压线VL2将第二电压VDD施加到第二薄膜晶体管236。通过第三电压线VL3将第三电压VSS施加到第三薄膜晶体管238。通过第一开关线SL1将第一开关信号S1施加到第一薄膜晶体管234。通过第二开关线SL2将第二开关信号S2施加到第二薄膜晶体管236。通过输出线OL将由显示面板500上外部提供的压力所产生的感测信号施加到运算放大器800(图5中示出)。

第一薄膜晶体管234的栅极电连接到第一开关线SL1。第一薄膜晶体管234的源极电连接到第一电压线VL1。第一薄膜晶体管234的漏极电连接到感测电极SE。第二薄膜晶体管236的栅极电连接到第二开关线SL2。第二薄膜晶体管236的漏极电连接到第二电压线VL2。第三薄膜晶体管238的栅极电连接到感测电极232。第三薄膜晶体管238的源极电连接到第三电压线VL3。第二薄膜晶体管236的源极电连接到第三薄膜晶体管238的漏极。

相对基底300对应于阵列基底200。相对基底300包括第二基底310、色彩过滤层320和公共电极330。色彩过滤层320是在第二基底310上，并且包括多个色彩过滤部分。公共电极330在彩色过滤层320上。公共电极330可以包括透明传导材料。

此外，相对基底300还可以包括第一黑色矩阵(未示出)和第二黑色矩阵(未示出)。第一黑色矩阵是在相邻色彩过滤部分之间以阻止相邻色彩过滤部分之间的光线。第一黑色矩阵对应于阵列基底200的显示区域DA。第二黑色矩阵围绕第一黑色矩阵和色彩过滤层320。第二黑色矩阵对应于阵列基底200的外围区域PA。感测阵列230的第一、第二和第三薄膜晶体管234、236和238对应于第二黑色矩阵。

液晶层400被置于阵列基底200和相对基底300之间。特别是，公共电极330对应于像素电极，从而将液晶层400置于公共电极330和像素电极之间。此外，公共电极330也对应于感测电极SE，从而将液晶层400置于公共电极330和感测电极SE之间。

公共电极330、液晶层400和每个像素电极限定了液晶电容Clc。此外，公共电极330、液晶层400和感测电极SE限定了感测电容Cs。各种寄生电容可能形成在显示面板500中。在图3中，感测电极SE、栅极绝缘层250和每条栅极线GL1、GL2、...、GLn形成寄生电容Cp。感测电容Cs通过第一节点N1电连接到寄生电容Cp。感测电容Cs的电容量相对于外部提供的压力而改变。

图4是示出图3中所示的用于感测外部提供的压力的感测电容的横截面图。参考图4，当对应于感测电容Cs的显示面板100A受到外部提供的压力的按压时，感测电容Cs的电容量发生变化。具体地说，减小公共电极330和感测电极SE之间的距离，从而增加感测电容Cs的电容量。

C＝εA/d                  (等式1)

“C”、“ε”、“A”和“d”分别表示电容量、介电常数、每个电极的表面以及电极之间的距离。

参考等式1，随着电极之间的距离d减少，电容量C增加。因此，当感测电容Cs被外部提供的压力按压时，公共电极330和感测电极SE之间的距离减少，从而感测电容Cs增加。感测阵列230产生对应于显示面板500上外部提供的压力的位置的感测信号，以便检测显示面板500上外部提供的压力的位置。

显示设备100A还可以包括栅极驱动电路600和数据驱动电路700。栅极驱动电路600电连接到栅极线GL1、GL2、...、GLn以将多个栅极信号顺序地施加到栅极线GL1、GL2、...、GLn。通过用于形成像素阵列220的薄膜沉积工艺，可以将栅极驱动电路600直接形成在第一基底210上。

数据驱动电路700电连接到数据线DL1、DL2、...、DLm，以便将多个数据信号施加到数据线DL1、DL2、...、DLm上。数据驱动电路700可以是安装在对应于外围区域PA的第一基底210上的芯片。

图5是示出图1中所示的运算放大器和感测阵列的电路图。图6是示出施加到图5中所示的感测阵列的信号的时序图。

参考图5和图6，当显示面板500被手指或指示器按压时，感测阵列230基于感测电容Cs的电容量的变化而产生感测信号。感测阵列230包括感测电极SE、以及第一、第二和第三薄膜晶体管234、236和238。

运算放大器800电连接到感测阵列230以接收感测信号。运算放大器800放大感测信号以基于感测信号产生感测电压Vs。运算放大器800可以在数据驱动电路700中。

具体地说，当显示面板500不被按压时，基于第一开关信号S1和第一电压Vsensor使第一薄膜晶体管234导通。此外，将公共电压Vcom施加到公共电极330，从而使第一节点N1被感测电容Cs初始化到第一电压Vsensor。

公共电压Vcom包括交替的高和低电平。第一开关信号S1可以具有与公共电压Vcom基本相同的相位。例如，当将第一开关信号S1的电平从低电平变到高电平时，可以同时将公共电压Vcom的电平从低电平变到高电平。然而，在第一开关信号S1的电平从高电平变到低电平后，可以将公共电压Vcom的电平从高电平变到低电平。也就是说，当每个公共电压Vcom和第一开关信号S1的电平从高电平变到低电平时，在公共电压Vcom和第一开关信号S1之间形成时延“t”。使第一开关信号S1浮动(float)，从而在时延“t”期间将第一节点N1浮动到第一电压。

当通过外部提供的压力按压显示面板500时，液晶层400的厚度被改变，从而改变施加到第一节点N1的电压电平。也就是说，感测电容Cs的电容量被外部提供的压力所改变。然而，外部提供的压力不改变寄生电容Cp的电容量，使得感测电容Cs的感测能力不被寄生电容Cp所改变。

当使施加到第一节点N1的电压电平减小时，减少了流过第三薄膜晶体管238的第三电流i3的量，从而增加了施加到运算放大器800的第一电流i1的量。具体地说，基于第二开关信号S2和第二电压VDD导通第二薄膜晶体管236，使得第二电流i2流过第二薄膜晶体管236。第二开关信号S2具有与第一开关信号S1基本相反的相位。也就是说，当第一开关信号S1处于高状态时，第二开关信号S2处于低状态中。此外，当第一开关信号S1处于低状态时，第二开关信号S2处于高状态中。第一电压Vsensor和第二电压VDD中的每一个基本具有直流功率。

因此，运算放大器800放大或转换第一电流i1以产生感测电压Vs。当显示面板500被外部提供的压力按压时，增加第一电流i1的量，从而增加感测电压Vs的电平。

运算放大器800将感测电压Vs施加到数据驱动电路700的控制部分(未示出)。具体地说，运算放大器800基于从控制部分产生的读出信号来将感测电压Vs施加到控制部分。读出信号具有与第二开关信号S2基本相同的相位。当读出信号处于高状态时，将感测电压Vs施加到控制部分。

控制部分将感测电压Vs与初始电压进行比较以产生定位数据。当显示面板500不被外部提供的压力按压时，运算放大器800产生初始电压，该初始电压具有比对应于外部提供的压力的感测电压Vs较低的电平。也就是说，在没有外部提供的压力的情况下，初始电压可以是感测电压Vs。此外，控制部分将第一开关信号S1、第二开关信号S2、第一电压Vsensor、第二电压VDD和第三电压VSS施加到感测阵列230。

图7是示出从图5中所示的运算放大器输出的输出信号的时序图。参考图3、4、5和7，曲线(a)表示施加到公共电极330的公共电压。曲线(b)表示施加到第一节点N1的电压。曲线(c)表示施加到第二节点N2的电压。曲线(d)表示在没有外部提供的压力的情况下，从运算放大器800输出的初始电压。曲线(e)表示基于外部提供的压力从运算放大器800输出的感测电压Vs。

曲线(d)的第一点Y1大约为0.4694V。曲线(e)的第二点Y2大约为1.1348V。因此，当显示面板500被外部提供的压力按压时，使从运算放大器800输出的感测电压Vs的电平增加大约600mV。

在图1至图7中，通过显示面板500上外部提供的压力增加感测电压Vs。或者，可以通过显示面板500上外部提供的压力减少感测电压Vs。

图8是示出根据本发明的另一实施例的显示设备的平面图。图9是示出图8中所示的显示面板的显示区域和外围区域的平面图。

图8和图9的显示设备除了阵列基底之外基本与图1至图7中的相同。因此，将使用相同的附图标记来表示与在图1至图7中描述的那些部件相同或类似的部件，并且将省略有关上述元件的任何进一步解释。

参考图8和图9，显示设备100B包括具有阵列基底200的显示面板500、相对基底300和液晶层400。在图8和图9中，显示面板500感测由手指或指示器形成的外部提供的压力，也就是说，显示面板500执行触摸面板功能。

阵列基底200包括第一基底210、像素阵列220和感测阵列800。第一基底210被划分为显示区域DA和外围区域PA。在显示区域DA上显示图像。外围区域PA与显示区域DA相邻。

感测阵列800包括感测电极SE、第一薄膜晶体管804、第二薄膜晶体管806和第三薄膜晶体管808。或者，感测阵列800还可以包括多个感测电极SE、多个第一薄膜晶体管804、多个第二薄膜晶体管806和多个第三薄膜晶体管808。

感测电极SE是在第一基底210的显示区域DA中。感测电极SE可以包括与像素薄膜晶体管PT的源极和漏极基本相同的材料。感测电极SE可以基本与数据线DL1、DL2、...、DLm平行。

在图8至图9中，感测电极SE基本与数据线DL1、DL2、...、DLm平行。或者，感测电极SE可以基本与栅极线GL1、GL2、...、GLn平行。当感测电极SE基本与栅极线GL1、GL2、...、GLn平行时，感测电极可以包括与栅极基本相同的材料。感测电极SE也可以包括与像素电极基本相同的材料。

第一、第二和第三薄膜晶体管804、806和808是在第一基底210的外围区域PA中。第一薄膜晶体管804是在与每条数据线DL1、DL2、...、DLm的第一端部相邻的外围区域PA的第一区域A1中。第二和第三薄膜晶体管806和808是在与数据线DL1、DL2、...、DLm的第二端部相邻的外围区域PA的第二区域A2中。

感测阵列800还可以包括第一电压线VL1、第二电压线VL2、第三电压线VL3、第一开关线SL1、第二开关线SL2和输出线OL。通过第一电压线VL1将第一电压Vsensor施加到第一薄膜晶体管804。通过第二电压线VL2将第二电压VDD施加到第二薄膜晶体管806。通过第三电压线VL3将第三电压VSS施加到第三薄膜晶体管808。通过第一开关线SL1将第一开关信号S1施加到第一薄膜晶体管804。通过第二开关线SL2将第二开关信号S2施加到第三薄膜晶体管808。通过输出线OL将由显示面板500上外部提供的压力所产生的感测信号施加到运算放大器900(图10中示出)。

第一薄膜晶体管804的栅极电连接到第一开关线SL1。第一薄膜晶体管804的漏极电连接到第一电压线VL1。第一薄膜晶体管804的源极电连接到感测电极SE。第二薄膜晶体管806的栅极电连接到感测电极SE。第二薄膜晶体管806的漏极电连接到第二电压线VL2。第三薄膜晶体管808的栅极电连接到第二开关线SL2。第三薄膜晶体管808的源极电连接到第三电压线VL3。第二薄膜晶体管806的源极电连接到第三薄膜晶体管808的漏极和输出线OL。

图10是示出图8中所示的运算放大器和感测阵列的电路图。参考图8至图10，当显示面板500被手指或指示器按压时，感测阵列800基于感测电容Cs的电容量的变化而产生感测信号。

相对基底300的公共电极330、液晶层400和感测电极SE限定了感测电容Cs。各种寄生电容可以形成在显示面板500中。在图8至图10中，感测电极SE、栅极绝缘层250和每条栅极线GL1、GL2、...、GLn形成寄生电容Cp。感测电容Cs通过第一节点N1电连接到寄生电容Cp。

运算放大器900电连接到感测阵列800以接收感测信号。运算放大器900放大感测信号以基于感测信号产生感测电压Vs。运算放大器900可以在数据驱动电路700中。

具体地说，当显示面板500不被按压时，基于第一开关信号S1和第一电压Vsensor使第一薄膜晶体管804导通。此外，将公共电压Vcom施加到公共电极330，从而使第一节点N1被感测电容Cs初始化到第一电压Vsensor。

公共电压Vcom包括交替的高和低电平。第一开关信号S1可以具有与公共电压Vcom基本相同的相位。例如，当将第一开关信号S1的电平从低电平变到高电平时，可以同时使公共电压Vcom的电平从低电平变到高电平。然而，在第一开关信号S1的电平从高电平变到低电平后，可以使公共电压Vcom的电平从高电平变到低电平。也就是说，当每个公共电压Vcom和第一开关信号S1的电平从高电平变到低电平时，在公共电压Vcom和第一开关信号S1之间形成时延“t”。使第一开关信号S1浮动，从而在时延“t”期间将第一节点N1浮动到第一电压。

当通过外部提供的压力按压显示面板500时，液晶层400的厚度被改变，从而改变施加到第一节点N1的电压电平。也就是说，感测电容Cs的电容量被外部提供的压力所改变。然而，外部提供的压力不改变寄生电容Cp的电容量，从而感测电容Cs的感测能力不被寄生电容Cp所改变。

当使施加到第一节点N1的电压电平减小时，减少了流过第二薄膜晶体管806的第一电流i1的量。第二电压VDD被施加到第二薄膜晶体管806。具体地说，第三薄膜晶体管808基于第二开关信号S2和第三电压VSS被导通。第二开关信号S2与第一开关信号S1基本反相。也就是说，当第一开关信号S1处于高状态中时，第二开关信号S2处于低状态中。此外，当第一开关信号S1处于低状态中时，第二开关信号S2处于高状态中。第一、第二和第三电压Vsensor、VDD和VSS中的每一个基本具有直流电功率。

当使第三薄膜晶体管808导通时，流过第三薄膜晶体管808的第二电流i2具有恒定电平，从而基于第一电流i1将第三电流i3施加到运算放大器900。相对于感测电容Cs的电容量来改变第一电流i1的量。具体地说，第三电流i3的量可以基本等于第一和第二电流i1和i2之间的差。也就是说，第二电流i2是恒流，而第一电流i1基于外部提供的压力而改变，从而使施加到运算放大器900的第三电流i3基于第一电流i1的改变而变化。因此，第三薄膜晶体管808从第一电流i1中提取对应于外部提供的压力的变化以产生第三电流i3。也就是说，第三薄膜晶体管808可以滤去第一电流i1，从而去除部分第一电流i1，其不包括定位数据，由此，改进了感测电容Cs的灵敏度。因此，运算放大器900放大第三电流i3以产生感测电压Vs。

运算放大器900将感测电压Vs施加到数据驱动电路700的控制部分(未示出)。具体地说，运算放大器900基于从控制部分产生的读出信号来将感测电压Vs施加到控制部分。读出信号与第二开关信号S2基本同相。当读出信号处于高状态中时，将感测电压Vs施加到控制部分。

控制部分将感测电压Vs与初始电压进行比较以产生定位数据。当显示面板500不被外部提供的压力按压时，运算放大器900产生初始电压，该初始电压具有比对应于外部提供的压力的感测电压Vs较低的电平。也就是说，在没有外部提供的压力的情况下，初始电压可以是感测电压Vs。此外，控制部分将第一开关信号S1、第二开关信号S2、第一电压Vsensor、第二电压VDD和第三电压VSS施加到感测阵列800。

根据图8至图10中所示的显示设备，通过第三薄膜晶体管808将基于感测电容Cs的变化而改变的第一电流i1施加到运算放大器900，从而，减少了运算放大器900的大小。因此，降低了运算放大器900的功耗。

图11是示出根据本发明另一实施例的显示设备的平面图。图12是示出图11中所示的显示面板的显示区域和外围区域的平面图。

图11和图12的显示设备除了阵列基底之外基本与图1至图7中的相同。因此，相同的附图标记被用来表示与图1至图7中所述的那些部件相同或类似的部件，并且将省略有关上述元件的进一步解释。

参考图11和图12，显示设备100C包括具有阵列基底200的显示面板500、相对基底300和液晶层400。在图11和图12中，显示面板500感测由手指或指示器形成的外部提供的压力。也就是说，显示面板500执行触摸面板功能。

阵列基底200包括第一基底210、像素阵列220和感测阵列1000。第一基底210被划分为显示区域DA以及外围区域PA。在显示区域DA中显示图像。外围区域PA与显示区域DA相邻。

感测阵列1000包括感测电极SE、第一薄膜晶体管1004、第二薄膜晶体管1006和第三薄膜晶体管1008。或者，感测阵列1000还可以包括多个感测电极SE、多个第一薄膜晶体管1004、多个第二薄膜晶体管1006和多个第三薄膜晶体管1008。

感测电极SE在第一基底210的显示区域DA中。第一、第二和第三薄膜晶体管1004、1006和1008在第一基底210的外围区域PA中。第一薄膜晶体管1004是在与每条数据线DL1、DL2、...、DLm的第一端部相邻的外围区域PA的第一区域A1中。第二和第三薄膜晶体管1006和1008是在与数据线DL1、DL2、...、DLm的第二端部相邻的外围区域PA的第二区域A2中。

感测阵列1000还可以包括第一电压线VL1、第二电压线VL2、第一开关线SL1、第二开关线SL2和输出线OL。通过第一电压线VL1将第一电压Vsensor施加到第一薄膜晶体管1004。通过第二电压线VL2将第二电压VDD施加到第二薄膜晶体管1006。通过第一开关线SL1将第一开关信号S1施加到第一薄膜晶体管1004。通过第二开关线SL2将第二开关信号S2施加到第三薄膜晶体管1008。通过输出线OL将由显示面板500上外部提供的压力所产生的感测信号施加到运算放大器1000(图13中示出)。

第一薄膜晶体管1004的栅极电连接到第一开关线SL1。第一薄膜晶体管1004的源极电连接到第一电压线VL1。第一薄膜晶体管1004的漏极电连接到感测电极SE。第二薄膜晶体管1006的栅极电连接到感测电极SE。第二薄膜晶体管1006的漏极电连接到第二电压线VL2。第三薄膜晶体管1008的栅极电连接到第二开关线SL2。第三薄膜晶体管1008的漏极电连接到第二薄膜晶体管1006的源极。第三薄膜晶体管1008的源极电连接到输出线OL。

图13是示出图11中所示的运算放大器和感测阵列的电路图。参考图11至图13，当显示面板500被手指或指示器按压时，感测阵列1000基于感测电容Cs的电容量的变化而产生感测信号。

相对基底300的公共电极330、液晶层400和感测电极SE限定了感测电容Cs。各种寄生电容可以形成在显示面板500中。在图8至图10中，感测电极SE、栅极绝缘层250和每条栅极线GL1、GL2、...、GLn形成寄生电容Cp。感测电容Cs通过第一节点N1电连接到寄生电容Cp。

运算放大器1100电连接到感测阵列1000以接收感测信号。运算放大器1100放大感测信号以基于感测信号来产生感测电压Vs。运算放大器1100可以在数据驱动电路700中。

具体地说，当显示面板500不被按压时，基于第一开关信号S1和第一电压Vsensor使第一薄膜晶体管1004导通。此外，将公共电压Vcom施加到公共电极330，从而使第一节点N1被感测电容Cs初始化到第一电压Vsensor。

公共电压Vcom包括交替的高和低电平。第一开关信号S1可以具有与公共电压Vcom基本相同的相位。例如，当将第一开关信号S1的电平从低电平变到高电平时，可以同时使公共电压Vcom的电平从低电平变到高电平。然而，在第一开关信号S1的电平从高电平变到低电平之后，可以将公共电压Vcom的电平从高电平变到低电平。也就是说，当公共电压Vcom和第一开关信号S1中每一个的电平从高电平变到低电平时，在公共电压Vcom和第一开关信号S1之间形成时延“t”。

使第一开关信号S1浮动，从而在时延“t”期间将第一节点N1浮动到第一电压。当通过外部提供的压力按压显示面板500时，液晶层400的厚度被改变，从而改变施加到第一节点N1的电压电平。也就是说，感测电容Cs的电容量被外部提供的压力所改变。然而，外部提供的压力不改变寄生电容Cp的电容量，从而感测电容Cs的感测能力不被寄生电容Cp所改变。

当使施加到第一节点N1的电压电平减小时，减少了流过第二薄膜晶体管1006的感测电流“is”的量。将感测电流“is”施加到运算放大器1100上。运算放大器1100放大感测电流“is”以产生感测电压Vs。运算放大器1100基于从控制部分产生的读出信号将感测电压Vs施加到数据驱动电路700的控制部分(未示出)。

使第三薄膜晶体管1008基于第二开关信号S2而导通。第二开关信号S2与第一开关信号S1基本反相。也就是说，当第一开关信号S1处于高状态中时，第二开关信号S2处于低状态中。此外，当第一开关信号S1处于低状态中时，第二开关信号S2处于高状态中。第一和第二电压Vsensor和VDD中的每一个基本具有直流电功率。

读出信号可以与第二开关信号S2基本相同的相位。因此，当读出信号处于高状态时，第三薄膜晶体管1008对施加给控制部分的感测电压Vs执行取样功能。此外，当读出信号处于低状态时，运算放大器1100可以不工作。

当第二开关信号S2处于高状态时，使第三薄膜晶体管1008导通，从而第二节点N2电连接到第三节点N3。因此，第二薄膜晶体管1006电连接到运算放大器1100，从而感测电流“is”被施加到运算放大器1100。也就是说，当第二开关信号S2处于高状态中时，读出信号处于高状态中，从而，运算放大器1100将感测电压Vs施加到数据驱动电路700。

当第二开关信号S2处于低状态中时，使第三薄膜晶体管1008截止，从而第二节点N2与第三节点N3电性地断开。因此，第二薄膜晶体管1006与运算放大器1100电性地断开，从而感测电流“is”不被施加到运算放大器1100。具体地说，当第二开关信号S2处于低状态中时，读出信号处于低状态中，从而，运算放大器1100不将感测电压Vs施加到数据驱动电路700。也就是说，当第二开关信号S2处于低状态中时，不执行取样功能。

当不将感测电压Vs通过第三薄膜晶体管1008施加到数据驱动电路700时，运算放大器1100不工作。因此，当读出信号处于低状态中时，运算放大器1100不工作，从而降低了显示设备的功耗。

在图1至图13中，将感测阵列用于液晶显示(LCD)设备。或者，可以将感测阵列用于具有基底和置于基底之间的绝缘层的各种显示设备。

根据本发明的示例性实施例，感测阵列包括第一、第二和第三薄膜晶体管以及感测电极。公共电极、液晶层和感测电极形成感测电容。感测电极是在显示面板的显示区域中。第一、第二和第三薄膜晶体管是在显示面板的外围区域中。

因此，感测阵列检测感测电容的电容量的变化以产生信息数据。通过显示面板上的外部提供的压力而改变感测电容的电容量，从而改变流过感测阵列的电流。因此，显示面板执行触摸面板功能。而且，显示设备的大小和厚度可以被减小。因此，改善了显示设备的图像显示质量。

此外，感测电极是在显示区域中，而第一、第二和第三薄膜晶体管是在外围区域中，从而增加了显示面板的开口比率(opening rate)。

已经参照示例性实施例描述了本发明。然而，根据前述的描述，本领域技术人员应当理解很多可选择的更改和变化将是明显的。因此，本发明包含所有这样可选择的更改和变化，其落在所附权利要求的精神和范围之内。

Claims (33)

1.一种感测电路，用于感测面板上外部提供的压力，所述面板包括第一基底、具有相对电极的对应于第一基底的第二基底、和置于第一和第二基底之间的绝缘层，该感测电路包括：

感测电容，其包括第一基底上的感测电极、绝缘层和相对电极，该感测电容基于外部提供的压力来改变电容量；

第一开关元件，电连接到所述感测电极，以便基于第一开关信号对所述感测电容充电；

第二开关元件，基于第二开关信号和第一电压输出电流；以及

第三开关元件，电连接到所述感测电极，以便基于所述感测电容的电容量的变化而产生对应于外部提供的压力的感测信号来控制从第二开关元件输出的电流。

2.如权利要求1所述的感测电路，其中，所述第二开关信号与所述第一开关信号反相。

3.如权利要求1所述的感测电路，还包括：

第一电压线，电连接到所述第二开关元件以发送第一电压；

第二电压线，电连接到所述第一开关元件以发送第二电压；

第三电压线，电连接到所述第三开关元件以发送第三电压；

第一开关线，电连接到所述第一开关元件以发送第一开关信号；以及

第二开关线，电连接到所述第二开关元件以发送第二开关信号。

4.如权利要求3所述的感测电路，其中，所述第一开关元件包括：

接收所述第二电压的第一电极；

接收所述第一开关信号的第二电极；以及

电连接到所述感测电极的第三电极。

5.如权利要求3所述的感测电路，其中，所述第二开关元件包括：

接收所述第一电压的第一电极；

接收所述第二开关信号的第二电极；以及

电连接到所述第三开关元件的第三电极。

6.如权利要求3所述的感测电路，其中，所述第三开关元件包括：

电连接到所述感测电容的第一电极； 

接收所述第三电压的第二电极；和

电连接到所述第二开关元件的第三电极。

7.如权利要求1所述的感测电路，还包括：运算放大器，用于放大所述感测信号。

8.一种显示设备，包括：

显示面板，包括：

阵列基底；

相对基底，对应于所述阵列基底，以便具有接收公共电压的公共电极；以及

液晶层，被置于所述阵列基底和所述相对基底之间，该液晶层基于显示面板上外部提供的压力来改变厚度；

显示面板中的感测阵列，用来基于液晶层的厚度变化而产生感测信号，该感测阵列包括：

感测电容，包括所述阵列基底上的感测电极、所述液晶层和所述公共电极，所述感测电容基于所述液晶层的厚度变化而改变电容量；

第一开关元件，电连接到所述感测电极，以便基于第一开关信号对所述感测电容充电；

第二开关元件，用于基于第二开关信号和第一电压来输出电流；以及

第三开关元件，电连接到所述感测电极，以便基于所述感测电容的电容量的变化来产生感测信号而控制从所述第二开关元件输出的电流；以及

在所述阵列基底上的控制部件，用于基于所述感测信号来产生定位数据。

9.如权利要求8所述的显示设备，其中，所述第二开关信号与所述第一开关信号反相。

10.如权利要求8所述的显示设备，其中，所述阵列基底还包括：

包含其中形成所述感测电极的显示区域和与该显示区域相邻的外围区域的基底，第一、第二和第三开关元件形成于所述外围区域中；以及

在对应于所述显示区域的基底上的像素阵列。

11.如权利要求10所述的显示设备，其中，所述像素阵列包括：

栅极线；

与所述栅极线交叉的数据线，所述数据线与所述栅极线电绝缘；

像素开关元件，电连接到所述栅极线和数据线；以及 

像素电极，电连接到所述像素开关元件。

12.如权利要求11所述的显示设备，其中，所述感测电极包括与所述栅极线或所述数据线相同的材料。

13.如权利要求11所述的显示设备，其中，所述感测电极与所述数据线平行，

所述第一开关元件是在与所述数据线的第一端部相邻的外围区域的第一区域中，以及

所述第二和第三开关元件是在与所述数据线的第二端部相邻的外围区域的第二区域中。

14.如权利要求11所述的显示设备，其中，所述感测电极包括与所述像素电极相同的材料。

15.如权利要求8所述的显示设备，其中，所述感测阵列还包括：

第一电压线，电连接到所述第二开关元件以发送第一电压；

第二电压线，电连接到所述第一开关元件以发送第二电压；

第三电压线，电连接到所述第三开关元件以发送第三电压；

第一开关线，电连接到所述第一开关元件以发送第一开关信号；以及

第二开关线，电连接到所述第二开关元件以发送第二开关信号。

16.如权利要求8所述的显示设备，还包括：运算放大器，用于放大感测信号的电平，以便将所放大的感测信号施加到所述控制部件。

17.一种感测电路，用于感测面板上外部提供的压力，该面板包括第一基底、具有相对电极的对应于第一基底的第二基底、和置于第一和第二基底之间的绝缘层，所述感测电路包括：

感测电容，包括第一基底上的感测电极、绝缘层和相对电极，该感测电容基于外部提供的压力来改变电容量；

第一开关元件，电连接到所述感测电极，以基于第一开关信号对所述感测电容充电；

第二开关元件，电连接到所述感测电极，以基于感测电容的电容量的变化来产生第一电流；以及

第三开关元件，电连接到所述第二开关元件以输出具有恒定电平的第二电流，从而产生与第一电流的变化相对应的第三电流。

18.如权利要求17所述的感测电路，其中，所述感测电路还包括： 

第一电压线，电连接到所述第一开关元件以发送第一电压；

第一开关线，电连接到所述第一开关元件以发送第一开关信号；

第二电压线，电连接到所述第二开关元件以发送第二电压；

第三电压线，电连接到所述第三开关元件以发送第三电压；以及

第二开关线，电连接到所述第三开关元件以发送第二开关信号。

19.如权利要求18所述的感测电路，其中，所述第一开关元件包括：

接收所述第一电压的第一电极；

接收所述第一开关信号的第二电极；以及

电连接到所述感测电极的第三电极。

20.如权利要求18所述的感测电路，其中，所述第二开关元件包括：

电连接到所述感测电极的第一电极；

接收所述第二电压的第二电极；以及

电连接到所述第三开关元件的第三电极。

21.如权利要求18所述的感测电路，其中，所述第三开关元件包括：

接收所述第二开关信号的第一电极；

接收所述第三电压的第二电极；和

电连接到所述第二开关元件的第三电极。

22.如权利要求21所述的感测电路，其中，所述第二开关信号与所述第一开关信号反相。

23.如权利要求17所述的感测电路，还包括：运算放大器，用于放大所述第三电流。

24.一种显示设备，包括：

显示面板，包括：

阵列基底；

相对基底，对应于所述阵列基底，以具有接收公共电压的公共电极；以及

液晶层，被置于所述阵列基底和所述相对基底之间，该液晶层基于显示面板上外部提供的压力而改变厚度；

显示面板中的感测阵列，基于液晶层的厚度变化而产生感测信号，该感测阵列包括：

感测电容，包括在所述阵列基底上的感测电极、所述液晶层和所述公 共电极，所述感测电容基于液晶层的厚度变化来改变电容量；

第一开关元件，电连接到所述感测电极，以便基于第一开关信号对所述感测电容充电；

第二开关元件，电连接到所述感测电极，以便基于感测电容的电容量的变化来产生第一电流；以及

第三开关元件，电连接到所述第二开关元件以输出具有恒定电平的第二电流，从而产生与所述第一电流的变化对应的所述感测信号；以及

在所述阵列基底上的控制部件，用于基于所述感测信号来产生定位数据。

25.一种感测电路，用于感测面板上外部提供的压力，该面板包括第一基底、具有相对电极的对应于第一基底的第二基底、和置于第一和第二基底之间的绝缘层，所述感测电路包括：

感测电容，包括在第一基底上的感测电极、绝缘层和相对电极，该感测电容基于外部提供的压力来改变电容量；

第一开关元件，电连接到所述感测电极，以便基于第一开关信号对所述感测电容充电；

第二开关元件，电连接到所述感测电极，以便基于所述感测电容的电容量的变化来产生电流；以及

第三开关元件，基于第二开关信号来控制从所述第二开关元件输出的电流。

26.如权利要求25所述的感测电路，其中，所述第二开关信号与所述第一开关信号反相。

27.如权利要求25所述的感测电路，还包括：运算放大器，用于放大所述电流以产生感测电压。

28.如权利要求27所述的感测电路，其中，所述运算放大器基于与所述第二开关信号同相的读出信号而输出感测电压。

29.如权利要求25所述的感测电路，其中，所述感测阵列包括：

第一电压线，电连接到所述第一开关元件以发送第一电压；

第一开关线，电连接到所述第一开关元件以发送第一开关信号；

第二电压线，电连接到所述第二开关元件以发送第二电压；以及

第二开关线，电连接到所述第三开关元件以发送第二开关信号。

30.如权利要求29所述的感测电路，其中，所述第一开关元件包括： 

接收所述第一电压的第一电极；

接收所述第一开关信号的第二电极；以及

电连接到所述感测电极的第三电极。

31.如权利要求29所述的感测电路，其中，所述第二开关元件包括：

电连接到所述感测电极的第一电极；

接收所述第二电压的第二电极；以及

电连接到所述第三开关元件的第三电极。

32.如权利要求29所述的感测电路，其中，所述第三开关元件包括：

接收所述第二开关信号的第一电极；

电连接到所述第二开关元件的第二电极；以及

输出与电容量的变化相对应的电流的第三电极。

33.一种显示设备，包括：

显示面板，包括：

阵列基底；

相对基底，对应于所述阵列基底，以具有接收公共电压的公共电极；以及

液晶层，被置于所述阵列基底和所述相对基底之间，该液晶层基于显示面板上外部提供的压力而改变厚度；

显示面板中的感测阵列，基于液晶层的厚度变化而产生感测信号，该感测阵列包括：

感测电容，包括所述阵列基底上的感测电极、所述液晶层和所述公共电极，所述感测电容基于液晶层的厚度变化而改变电容量；

第一开关元件，电连接到所述感测电极，以便基于第一开关信号对所述感测电容充电；

第二开关元件，电连接到所述感测电极，以便基于感测电容的电容量的变化来产生所述感测信号；以及

第三开关元件，基于第二开关信号来控制从所述第二开关元件输出的感测信号；以及

在所述阵列基底上的控制部件，用于基于所述感测信号来产生定位数据。 

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