CN1971352A - 触敏显示装置及其方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触敏显示装置，该显示装置包括：显示面板单元；形成在显示面板单元上的传感单元，用于接收传感器控制信号，并且基于施加在显示面板单元上的触摸而产生传感器数据信号；输出单元，基于来自传感单元的传感器数据信号产生传感信号；以及补偿单元，用于调整传感器控制信号以便将传感信号限制在预定范围内。

Description

触敏显示装置及其方法

本申请要求享有2005年10月26日提交的韩国专利申请No.10-2005-0101293的优先权，在此引入全文作为参考。

技术领域

本发明涉及一种显示装置及其方法。尤其是，本发明涉及一种触敏(touchsensitive)显示装置以及提高触摸测定的方法。

背景技术

液晶显示装置(LCD)包括一对具有像素电极和公共电极的面板、以及插入在面板之间的具有介电各向异性的液晶层。像素电极呈矩阵排列并与开关元件如薄膜晶体管(TFT)连接，以便一行一行地接收显示数据电压。公共电极覆盖两个面板之一的整个表面并提供公共电压。

像素电极、公共电极的对应部分、以及液晶层的对应部分形成液晶电容器器，其连同与液晶电容器器连接的开关元件一起为像素的基本元件。

LCD通过给像素电极和公共电极提供电压以产生电场，以及通过改变电场的强度来调整通过液晶层的光的透射率以显示图像。

触摸屏幕面板是利用手指或触针与其接触以书写，绘画，或点击图标以指示设备例如电脑执行指示的装置。包括安装到其上的触摸屏幕面板的显示装置例如LCD具有测定是否有以及何处发生触摸的自身机构。然而，具有触摸屏幕面板的LCD由于触摸屏幕面板的成本而具有较高的制造成本，由于需要将触摸屏幕面板装配到LCD上而具有较低的生产效率，LDC的亮度减小，LCD的厚度增大等缺陷。

包括TFT或可变电容器的传感器被用于结合到LCD中显示图像的显示区域以代替使用触摸屏幕面板。这样的传感器检测入射到面板上的光或施加到面板上的压力的变化以通知LCD是否有以及何处有用户的手指等在进行触摸。

基于传感器的输出信号的传感信号可能由于外部条件例如温度，传感器的故障等原因而变化。另外，传感器对于各种LCD可能存在偏差，使得传感信号的电平不一致。因此，基于这样的传感信号精确地判断是否以及何处在进行触摸是困难的。

发明内容

根据本发明的实施例的显示装置包括：显示面板单元；形成在显示面板单元上的传感单元，用于接收传感器控制信号，并且基于施加在显示面板单元的触摸而产生传感器数据信号；输出单元，基于传感单元的传感器数据信号而产生传感信号；以及补偿单元，用于调整传感器控制信号以便将传感信号限制在预定范围。

显示装置可以进一步包括基于传感信号产生反馈信号并将反馈信号提供给补偿单元的检测单元。补偿单元可以基于操作信号调整传感器控制信号，该操作信号可以是目标值与反馈信号的差。补偿单元可以调整传感器控制信号以使传感信号基本上等于目标值。

传感器控制信号(Vc)由下式给出：

$\mathrm{Vc}=V{c}^{\′}+\mathrm{Kp}\×\mathrm{ev}\left(t\right)+\mathrm{Ki}\×{\∫}_0^t\mathrm{ev}\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}+\mathrm{Kd}\×\frac{\mathrm{dev}\left(\mathrm{\τ}\right)}{d\left(\mathrm{\τ}\right)}$

其中Vc′为控制信号的先前值，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为导数增益，ev为操作信号。当传感信号在预定范围外时补偿单元可以控制传感信号。当目标值等于反馈信号时补偿单元可以不调整传感器控制信号。

补偿单元可以执行比例控制，比例-积分控制，以及比例-积分-导数控制中的一个。补偿单元可以以模拟电路或数字电路实现。

传感单元可以包括可变电容器Cv和与可变电容器Cv连接的参考电容器Cp，可变电容器Cv的电容量依赖于触摸的压力。显示装置可以进一步包括用于传输传感器数据信号并且连接在可变电容器Cv和参考电容器Cp之间的传感器数据线。显示装置可进一步包括与传感器数据线连接并向传感器数据线提供传感器控制信号的复位晶体管。输出单元可以包括与传感器数据线连接并基于传感器数据信号产生输出信号的输出晶体管。输出单元可进一步包括用于基于输出晶体管的输出信号产生传感信号的放大器。多个显示面板可以包括第一面板、面对第一面板的第二面板、以及插入在第一面板和第二面板之间的LC层。可变电容器可以包括设置在第一面板上的第一电极和形成在第二面板上的第二电容性电极。

传感单元可以选择性地包括感应伴随触摸的光以产生光电流的感光元件。感光元件可以具有与输入线连接的输入端、与传感器控制信号连接的控制端、以及输出端，并且感光单元可以通过输出端输出光电流。

显示装置可以进一步包括用于传输传感器数据信号的传感器数据线和用于从感光元件将光电流传送到传感器数据线作为传感器数据信号的开关元件。

根据本发明的实施例提高触敏显示装置中的触摸传感操作的方法，包括向传感器数据线提供传感器控制信号，基于施加到显示装置上的触摸从与传感器数据线连接的传感单元产生传感器数据信号，基于传感器数据信号产生传感信号，以及通过调整施加到传感器数据线的传感器控制信号将传感信号限制在预定范围内。

调整传感器控制信号可以包括基于传感器控制信号的先前值和操作信号计算传感器控制信号，操作信号为基于传感信号的反馈信号与传感信号的目标值之间的差。

附图说明

本发明将通过参照下述附图对实施例作进一步的描述而变得更加清楚：

图1为根据本发明示例性实施例的示例性液晶显示装置(LCD)的方框图；

图2为根据本发明示例性实施例的示例性LCD的示例性像素的等效电路图；

图3A和图3B为根据本发明示例性实施例的示例性LCD的示例性传感单元的等效电路图；

图4为从示例性LCD的示例性传感单元的立场来看的、根据本发明另一示例性实施例的示例性LCD的方框图；

图5为根据本发明另一示例性实施例的示例性LCD的示例性传感单元的等效电路图；

图6A为与根据本发明另一示例性实施例的示例性LCD的示例性传感数据线连接的多个示例性传感单元的等效电路图，以及图6B为简要描述示例性传感单元的等效电路图；

图7为根据本发明另一示例性实施例的示例性的LCD的传感操作的时序图；

图8为根据本发明示例性实施例的、用于图1至图7中所示的示例性LCD的示例性反馈控制系统的方框图；以及

图9为图解说明图8中所示的示例性LCD的示例性反馈控制的实验结果的曲线图。

具体实施方式

下文将参照示出本发明优选实施例的附图对本发明进行更全面的描述。然而，本发明可以以许多不同的形式实施，而不应该解释为限制于所列出的实施例。在附图中，层，膜，面板，区域等的厚度为清楚起见被放大。整个说明书中相同的附图标记表示相同的元件。应当理解当提及元件例如层，膜，区域，或基板在另一个的元件“之上”时，其可以是直接在另一个元件上或者可能存在居间元件。相反，当提及一个元件直接在另一个元件之上时，没有居间元件存在。在此所使用的，术语“和/或”包括所列项目的一个或多个的任意和所有的组合。

应当理解尽管术语第一、第二、第三等被用于描述不同的元件、部件、区域、层、和/或部分，但这些元件、部件、区域、层、和/或部分不被这些术语所限制。这些术语仅仅用作将一个元件、部件、区域、层、或部分与其它元件、部件、区域、层、或部分区分开。因此，第一元件、部件、区域、层、或部分可以被标为第二元件、部件、区域、层、或部分，而这并没有脱离本发明的教导。

这里所用的术语仅仅是为了说明特殊实施例的目的，而不是要限制本发明。如这里所用的，单数形式“一”或“一个”也可以包括复数形式，除非在上下文中有明确指示。还应当理解，当在说明中使用术语“包含”和/或“包括”说明某个特征、区域、整体、步骤、操作、元件、和/或成分的存在时，不排除另外的一个或多个其它特征、区域、整体、步骤、操作、元件、成分、和/或它们的组合的存在。

空间关系术语，例如“在......之下”、“在......下面”、“低于”、“ 在......上面”、“上面的”等等，在这里可用作描述附图中示出的一元件或特征与其它元件或特征的关系的简要说明。应当理解，这些空间关系术语是为了在除了附图中示出的方位外在使用或操作中装置的不同方位。例如，如果附图中的装置被翻转，被描述成与其它元件或特征的关系为“在......下面”或“在......之下”的元件与其它元件或特征的关系将变为“在......上面”。因此，示范性的术语“在......下面”可包括“在......上面”和“在......下面”的方位。装置可以是其它的取向(旋转90度或位于其它取向)并且在此使用的空间关系描述可以依此解释。

除非另有规定，这里所用的所有术语(包括技术术语和科学术语)具有与本发明所属领域普通技术人员通常理解的相同的意思。还应当理解，术语，例如字典中通常定义的，应当被解释为具有与本申请和上下文相关技术的意思一致的解释，并不作理想或过渡形式化的解释，除非在这里作清楚的限定。

此处参照示出本发明理想实施例的截面图来描述本发明的实施例。照此，所示的形状的变化，例如由于制造技术和/或公差所产生的，都是预料之中的。因此，本发明实施例不应当解释为限于这里所说的部分的具体形状，而应当包括例如制造得到的形状偏差。例如，被描述为平面的区域，典型地可具有粗糙和/或非线性的特征。此外，所示的锐角可能是圆形的。因此，附图中说明的区域实际上是示意性的，它们的形状不是要说明装置中区域的实际形状，也不是要限制本发明的范围。

下面将参照附图1至3B描述作为根据本发明的一个实施例的显示装置的实例的液晶显示装置(LCD)。

图1为根据本发明示例性实施例的示例性LCD的方框图，图2为根据本发明示例性实施例的示例性LCD的示例性像素的等效电路图，图3A和图3B为根据本发明示例性实施例的示例性LCD的示例性传感单元的等效电路图。

参见图1，LCD包括液晶(LC)面板组件300、显示或图像扫描驱动器400、显示或图像数据驱动器500、传感器扫描驱动器700、传感信号处理器800、补偿单元或补偿器950、灰度电压发生器550、触摸测定单元或接触测定元件900、以及信号控制器600。

参见图1，LC面板组件300包括多个基本呈矩阵排列的像素PX以及多个基本呈矩阵排列的传感单元SU。参见图2、图3A和图3B，LC面板组件300进一步包括多个与像素PX连接的显示信号线G_i和D_j(其中i和j为自然数)以及多个与传感单元SU连接的传感器信号线S_α、P_β、Psg，和Psd(其中α和β为自然数)。

在图2所示的等效电路图中，LC面板组件300包括薄膜晶体管(TFT)阵列面板或下面板100、面对TFT阵列面板100的公共电极面板或上面板200、插入到面板100和200之间的液晶层3、以及多个用于在两个面板100和200之间保持间隙的弹性衬垫(未示出)。例如，可以将第一或第二偏振膜设置在面板100和200上以根据液晶层3的排列方向调整从外部入射到面板100和200的光的传输方向。第一和第二偏振膜可以具有基本上彼此垂直的第一和第二偏振轴。

显示信号线包括从显示扫描驱动器400传输显示扫描信号Vg的多条显示扫描线G_i和从显示数据驱动器500传输显示数据信号Vd的多条显示数据线D_j。

多条传感器信号线包括从传感器扫描驱动器700传输传感器扫描信号Vs的多条传感器扫描线S_α、传输传感器数据信号Vp给传感信号处理器800的多条传感器数据线P_β、从补偿单元950传输传感器控制电压Vsg的多条控制电压线Psg、以及传输传感器输入电压的多条输入电压线Psd。

信号线G_i、D_j、S_α、P_β、Psg和Psd被设置于TFT阵列面板100上。显示扫描线G_i、传感器扫描线S_α、和控制电压线Psg基本沿行的方向，即第一方向延伸，并彼此基本平行，而显示数据线D_j、传感器数据线P_β和输入电压线Psd基本沿列的方向，即第二方向延伸，并彼此基本平行。第一方向可以基本与第二方向垂直。

每个像素PX包括与显示信号线G_i和D_j连接的开关元件Q(例如TFT)以及与开关元件Q连接的液晶电容器Clc和存储电容器Cst。在可供选择的实施例中，可以省略存储电容器Cst。

开关元件Q设置在TFT阵列面板100上并具有三个端，即控制端例如是与显示扫描线G_i连接的栅电极，输入端例如是与显示数据线D_j连接的源电极，输出端例如是与LC电容器Clc和存储电容器Cst连接的漏电极。

液晶电容器Clc包括作为两个端的设置在TFT阵列面板100上的像素电极191和设置在公共电极面板200上的公共电极270。设置在两电极191和270之间的LC层3作为LC电容器Clc的电介质。像素电极191与开关元件Q连接，例如与开关元件Q的输出端连接，公共电极270被提供有公共电压Vcom并覆盖公共电极面板200的整个表面，或基本上整个表面。在可选择的实施例中，公共电极270可改为设置在TFT阵列面板100上，并且电极191和270中的至少一个可以具有带状或条形的形状。

存储电容器Cst是LC电容器Clc的辅助电容器。存储电容器Cst包括像素电极191和设置在TFT阵列面板100上并经过绝缘体与像素电极191层叠的单独的信号线(未示出)，其被提供有预定的电压例如公共电压Vcom。可供选择的是，存储电容器Cst包括像素电极191和前面称为栅线的邻近栅线G_i-1，其经过绝缘体与像素电极191层叠。

对于彩色显示，每个像素PX唯一地表示一组颜色中的一种颜色，例如主色(即，空间分离)或每个像素PX依次顺序地表示色彩(即，时间分离)，从而颜色的空间或时间的总和被识别为所需要的颜色。一组颜色的例子包括红、绿和蓝。图2示出了空间分离的例子，其中每个像素PX包括在面对像素电极191的公共电极面板200的区域中表示一组颜色中的一种颜色的滤色器230。可供选择的是，滤色器230可以设置在TFT阵列面板100上的像素电极191之上或之下。

一组三个像素PX表示三个主色或一组颜色中的三种颜色，例如红、绿和蓝，其被彼此邻近地设置以表示作为图像的基本单元的点。点的行和列的数目表示LCD的分辨率。根据本发明的另一实施例，一个点可以包括四个或以上像素PX，在这种情况下，一些像素PX可以表示白光。

每个传感单元SU可以具有图3A和图3B中所示的结构中的一个。

图3A所示的传感单元SU1包括传感元件Qp1和开关元件Qs。

传感元件Qp1具有三个端，即，与控制电压线Psg连接的控制端、与输入电压线Psd连接的输入端、以及与开关元件Qs连接的输出端。传感元件Qp1包括在接收光后产生光电流的光电材料。传感元件Qp1的一个例子是具有能够产生光电流的非晶硅(a-Si)或多晶硅沟道的TFT。从控制电压线Psg施加足够低或足够高的传感器控制电压Vsg给传感元件Qp1的控制端以在没有入射光时保持传感元件Qp1处于截止状态。经过输入电压线Psd施加足够高的传感器输入电压给传感元件Qp的输入端以维持光电流流向开关元件Qs。

基于控制电压线Psg传输的传感器控制电压Vsg来测定传感元件Qp1的光电流和操作范围。因此，可以通过调整传感器控制电压Vsg来控制传感元件Qp1产生光电流。另外，传感元件Qp1的光电流可以通过调整由输入电压线Psd传输的传感器输入电压进行控制。

开关元件Qs也具有三个端，即，与传感器扫描线S_α连接的控制端、与传感器数据线P_β连接的输出端、以及与传感元件Qp1连接的输入端。开关元件Qs响应来自传感器扫描线S_α的传感器扫描信号Vs给传感器数据线P_β输出传感器输出信号。传感器输出信号可以是来自传感元件Qp1的光电流。

图3B所示的传感单元SU2包括与传感器信号线S_α、P_β、和Psd连接的传感元件Qp2，但不包括开关元件。

传感元件Qp2也具有三个端，即，与传感器扫描线S_α连接的控制端、与输入电压线Psd连接的输入端、与传感器数据线P_β连接的输出端。传感元件Qp2包括在接收光后产生光电流的光电材料，并响应来自传感器扫描线S_α的传感器扫描信号Vs将传感器输出信号输出到传感器数据线P_β。当传感器扫描信号Vs等于或高于预定电压时传感元件Qp2可以输出传感器输出信号。基于预定电压来测定传感元件Qp2的传感器输出信号和操作范围。因此，可以通过调整预定电压控制传感元件Qp2产生的传感器输出信号。另外，可以通过调整来自输入电压线Psd的传感器输出电压控制传感元件Qp2的传感器输出信号。当利用传感单元SU2时，可以省略图3A所示的控制电压线Psg。

这里，开关元件Q和Qs、以及传感元件Qp1和Qp2可以是包括a-Si或多晶硅的TFT。

传感单元SU设置在两个相邻像素PX之间，并且传感单元SU的密度可以大约为点的密度的四分之一，其中点包括一组不同颜色的像素PX，其是表示颜色并且测定LCD的分辨率的基本单元。当传感单元SU的密度为点的密度的四分之一时，例如，在一行中传感单元SU的数目为一行中点的数目的一半，在一列中传感单元SU的数目为一列中点的数目的一半。图1示出了像素PX和传感单元SU一起形成矩阵。像素PX和传感单元SU形成独立的列，当存在三种不同颜色的像素时，例如红色像素，绿色像素，和蓝色像素，每三列像素PX出现一列传感单元SU。在每列传感单元SU中，存在没有传感单元SU的位置，其被标为“X”。这样，存在没有传感单元SU的像素行和像素列。

具有上述传感单元SU和点的密度的LCD可以应用于精密用途，如字符识别。可以改变传感单元的分辨率。例如，传感单元SU的密度可以大于或小于上述的点的密度的四分之一。

同时，每个传感单元SU可以设置在由一对两条相邻显示扫描线G_i和一条两个相邻显示数据线D_j与像素PX包围的单位区域中，或可以设置在包括两个像素PX的两个单位区域之上。

两条相邻的传感器扫描线S_α可以彼此连接，从而两个传感单元SU的传感器输出信号与在列中相邻并与相同的传感器数据线P_β连接的传感器扫描线S_α连接，从而在传感器数据线P_β中重叠以作为传感器数据信号Vp输出。通过重叠传感器输出信号形成的传感器数据信号Vp可以减小传感单元SU的性能的变化并具有双倍的信-噪比以包含更精确的触摸信息。在这种情况下，传感单元SU阵列的实际分辨率可以等于传感单元SU的数目的一半。

又参见图1，灰度电压发生器550相对于像素PX的透射率产生两组灰度电压。第一组中的灰度电压具有相对于公共电压Vcom的正极性，而第二组中的灰度电压具有相对于公共电压Vcom的负极性。

显示扫描驱动器400与LC面板组件300的显示扫描线G_i连接，并合成开栅(gate-on)电压和闭栅(gate-off)电压，例如分别为第一高电压和第一低电压，以产生施加到显示扫描线G_i的显示扫描信号Vg。

显示数据驱动器500与LC面板组件300的显示数据线D_j连接，并施加从由灰度电压发生器550提供的灰度电压选择的显示数据信号Vd，给显示数据线D_j。然而，如果灰度电压发生器550仅仅提供有限数量的灰度电压(其被称为“参考灰度电压”)而不是所有灰度电压，则显示数据驱动器500将划分参考灰度电压以产生显示数据信号Vd。

传感器扫描驱动器700与LC面板组件300的传感器扫描线S_α连接，并响应由开栅电压和闭栅电压组成的传感器扫描控制信号CONT3，将传感器扫描信号Vs提供给传感器扫描线S_α。可选择的是，每个传感器扫描信号Vs可以由引起传感单元Qp2输出传感器输出信号的高电压和阻止传感单元Qp2输出传感器输出信号的低电压构成。高电压和低电压的电平取决于传感单元Qp2的操作范围。

传感信号处理器800与LC面板组件300的传感器数据线P_β连接。传感信号处理器800接收来自传感器数据线P_β的传感器数据信号Vp，处理例如放大和过滤传感器数据信号Vp，模-数转换传感器数据信号Vp以产生数字传感器数据信号DSN。在某时段从一条传感器数据线P_β流过的一个传感器数据信号Vp包括从一个传感元件Qp1或Qp2输出的一个传感器输出信号或从两个或多个传感元件Qp1或Qp2输出的两个或多个传感器输出信号。

触摸测定单元900接收数字传感器数据信号DSN，适当地处理数字传感器数据信号DSN以测定是否和何处发生触摸，并且发送有关发生和触摸位置的信息INF给外部设备。

补偿单元或补偿器950接收来自传感信号处理器800的数字传感器信号DSN，并调整用于传感单元SU1的传感器控制电压Vsg和用于传感单元SU2的传感器扫描信号Vs的高电压，直至数字传感器信号DSN被限定在预定范围内，这将在下面进一步描述。可供选择的是，补偿单元950可以调整用于传感单元SU的传感器输入电压。另外，补偿单元950可以基于被转换成数字传感器信号DSN之前的模拟传感器数据信号来执行此操作。

信号控制器600控制显示扫描驱动器400、显示数据驱动器500、传感器扫描驱动器700、传感信号处理器800等。

处理单元400、500、550、600、700、800、900、和950中的每一个可以包括直接设置在LC面板组件300上的至少一个集成电路(IC)芯片。然而，IC芯片可以设置在粘附在LC面板组件300上的载带封装(TCP)型的柔性印刷电路(FPC)膜上，或设置在单独的印刷电路板(PCB未示出)上。可供选择的是，处理单元400、500、550、600、700、800、900、和950中的至少一个可以与信号线G_i、D_j、S_α和P_β、TFTQ、Qs、Qp1、和Qp2等一起集成到LC面板组件300上。可供选择的是，所有处理单元400、500、550、600、700、800、900、和950可被集成到单个IC芯片，但处理单元400、500、550、600、700、800、900和950中的至少一个或者包含在处理单元400、500、550、600、700、800、900和950中的至少一个电路元件可被设置在单个IC芯片外。

现在，进一步描述上述LCD的显示操作和传感操作。

信号控制器600从外部图形控制器(未示出)被提供有输入图像信号R、G和B以及用于控制它们显示的输入控制信号。输入图像信号R、G和B包括每个像素PX的亮度信息，它们具有预定量的灰度，例如1024(＝2¹⁰)、256(＝2⁸)、或64(＝2⁶)灰度。输入控制信号包括，例如，垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、主时钟信号MCLK、数据使能信号DE等。

基于输入信号R、G和B以及输入控制信号，信号控制器600处理图像信号R、G和B以适应LC显示面板300和显示数据驱动器500的运行，并产生显示扫描控制信号CONT1、显示数据控制信号CONT2、传感器扫描控制信号CONT3，以及传感器数据控制信号CONT4。信号控制器600然后向显示扫描驱动器400发送显示扫描控制信号CONT1，向显示数据驱动器500发送显示数据控制信号CONT2和处理后的图像信号DAT，向传感扫描驱动器700发送传感器扫描控制信号CONT3，以及向传感信号处理器800发送传感器控制信号CONT4。

显示扫描控制信号CONT1包括用于指示显示扫描开始操作的显示扫描开始信号STV、以及至少一个用于控制开栅电压Von的输出时间的时钟信号。显示扫描控制信号CONT1可以进一步包括用于定义开栅电压Von的持续时间的输出使能信号OE。

显示数据控制信号CONT2包括用于通知用于一行像素的图像信号DAT开始传输的水平同步开始信号STH、用于指示将显示数据信号Vd应用于显示数据线D₁-D_m的加载信号LOAD、以及数据时钟信号HCLK。显示数据控制信号CONT2可以进一步包括反转显示数据信号Vd相对于公共电压Vcom的电压的极性(下文中简化为“显示数据信号的极性”)的反转信号RVS。

响应来自信号控制器600的显示数据控制信号CONT2，显示数据驱动器500接收用于像素PX行的数字图像信号DAT的信息包，将数字图像信号DAT转换为从来自灰度电压发生器550的灰度电压中选择的模拟显示数据信号Vd，并将模拟显示数据信号Vd施加到显示数据线D_j。

显示扫描驱动器400响应来自信号控制器600的显示扫描控制信号CONT1将开栅电压Von提供为显示扫描线G_i，从而接通连接在其上的开关元件Q。然后通过激活的开关元件Q将施加给显示数据线D_j的显示数据信号Vd提供给像素PX。可以通过显示扫描驱动器400将闭栅电压Voff施加到显示扫描线G_i以截止连接在其上的开关元件Q。

将显示数据信号Vd的电压与施加到像素PX的公共电压Vcom之间的差表示为像素PX的LC电容器Clc的两端的电压，其被称为像素电压。LC电容器Clc中的LC分子依赖于像素电压的大小取向排列，分子的取向排列决定了通过LC层3的光的偏振。偏振器将光的偏振转换为光的透射率以显示图像。

通过以水平周期(也称为“1H”，其等于行同步信号Hsync和数据使能信号DE的一个周期)为单位重复所述操作，所有显示扫描线G_i被顺序地提供开栅电压Von，从而通过显示数据线D_j将显示数据信号Vd提供给所有像素PX以显示一帧图像。

当一帧完成下一帧开始时，对施加到数据驱动器500的反转控制信号RVS进行控制以使多个显示数据信号Vd反向(其被称作“帧反转”)。

也可以控制反转控制信号RVS以使在数据线中流动的显示数据信号Vd的极性在一帧期间被周期性地反转(例如，行反转和点反转)，或一个信息包内的多个显示数据信号被反转(例如，列反转和点反转)。

同时，传感器扫描驱动器700响应来自信号控制器600的传感器扫描控制信号CONT3给传感器扫描线S_α提供开栅电压以接通与其连接的开关元件Qs。参照图3A所示的传感单元SU1，将来自传感元件Qp1的传感器输出信号Vp通过激活的开关元件Qs加载到传感器数据线P_β以变为传感数据电压Vp。可供选择的是，参照图3B所示的传感单元SU2，传感器扫描驱动器700将上述高电压施加给传感器扫描线S_α，因此与传感器扫描线S_α连接的传感元件Qp2可以将它们的传感器输出信号输出到传感器数据线P_β。加载在传感器数据线P_β上的传感器输出信号变为传感器数据信号Vp。

传感信号处理器800响应传感数据控制信号CONT4读取在传感器数据线P_β中传输的传感器数据信号Vp。传感信号处理器800通过处理，例如放大和过滤所读取的模拟传感器数据信号Vp，并将经过处理的模拟传感器数据信号Vp转换为数字传感器数据信号DSN。传感信号处理器800对传感器数据信号Vp的读取没有必要每帧都进行，如果必要，其可以在多个帧进行。

根据传感单元SU的列分辨率在一个或多个水平周期单元重复该步骤，使所有传感器扫描线S_α顺序地提供开栅电压/高电压，从而处理来自所有传感单元SU的传感器输出信号产生数字传感信号DSN以输出到触摸测定单元900。

触摸测定单元900接收并处理一个帧的来自传感信号处理器800的数字传感器数据信号DSN以测定在何处发生了触摸，然后在触摸的位置上输出信息INF给外部设备(未示出)。外部设备根据信息INF将图像信号R、G和B传输给LCD。可供选择的是，外部设备可以接收数字传感信号DSN以测定是否以及在何处发生了触摸。在这种情况下，可省略触摸测定单元900。

传感操作可以独立于显示操作进行。即，传感操作不需要在每一帧都进行，其可以每两帧或更多帧进行。

现在，将参照图4至7描述根据本发明的另一个实施例的示例性LCD。

参见图4，LCD包括液晶面板组件301、传感信号处理器801以及与LC面板组件301连接的补偿单元951、与传感信号处理器801连接的触摸测定单元901、以及用于控制上述元件的信号控制器601。LCD进一步包括显示扫描驱动器、显示数据驱动器、以及灰度电压发生器，尽管上述元件没有示出。上述元件可与前述实施例中描述的基本相同，因此将详细的描述省略。

参照图4，LC面板组件301包括多个传感器信号线SY₁-SY_N和SX₁-SX_M、多个传感单元SC、多个复位晶体管Qr、多个输出晶体管Qa、以及多个输出数据线OY₁-OY_N和OX₁-OX_M。LC面板组件301可进一步包括多个显示信号线以及与其连接的多个像素，尽管上述元件没有示出。由于图4所示的上述元件与前述实施例中的描述基本相同，因此将详细的描述省略。参见图5，LC面板组件301包括TFT阵列面板101、公共电极面板201、液晶层3、以及多个衬垫(未示出)。

参见图4，传感器信号线包括用于传输传感器数据信号的多个行传感器数据线SY₁-SY_N和多个列传感器数据线SX₁-SX_M。参见图5，传感器信号线进一步包括多个传输参考电压Vref的参考电压线RL。可供选择的是，可以将参考数据线RL省略，在这种情况下参考电压Vref可以通过显示信号线传输。

传感器信号线SY₁-SY_N，SX₁-SX_M，和RL设置在TFT阵列面板100上。行传感器信号线SY₁-SY_N基本沿行的方向，即第一方向延伸，且彼此平行，而列传感器信号线SX₁-SX_M基本沿列的方向，即第二方向延伸，且彼此平行。第二方向基本与第一方向垂直。如图4所示与传感器信号线SY₁-SY_N和SX₁-SX_M连接的传感单元SC基本呈矩阵排列。参见图5，每个传感单元SC包括可变电容器Cv和参考电容器Cp。可变电容器Cv与行传感器数据线或列传感器数据线(下文中称为传感器数据线SL)连接，以及参考电容器C_p与传感器数据线SL和参考电压线RL连接。

参考电容器Cp包括参考电压线RL以及通过绝缘体与参考电压线RL层叠的传感器数据线SL。

可变电容器Cv包括作为两个端的传感器数据线SL和设置在公共电极面板201公共电极271，以及设置在两个端SL和271之间作为可变电容器Cv的电介质的LC层3。可变电容器Cv的电容量根据施加在液晶面板组件301上的外部驱动力例如用户的触摸等变化。外部驱动力的一个例子可以是压力。当压力施加TFT阵列面板101和公共电极面板201的一个上以改变可变电容器Cv的端之间的距离，可变电容器Cv的电容量改变。可变电容器Cv的电容量的依次改变使参考电容器Cp和可变电容器Cv之间结点的电压Vn发生改变。结点电压Vn通过传感器数据线SL作为传感器数据信号Vp传输，并基于传感器数据信号Vp决定是否存在触摸。由于参考电容器Cp具有稳定的电容量以及施加到参考电容器Cp的参考电压是稳定的，使得结点电压Vn在一定范围内变化。因此，传感器数据信号Vp具有在限定范围内的电平，从而易于测定是否和何处发生了触摸。

每个传感单元SU可以设置在两个相邻像素之间。每对行传感器数据线SY_k(k＝1，2，...，N)和列传感器数据线SX_I(I＝1，2，...，M)定义与其连接的一对传感单元SC，其被放置得邻近一对传感器数据线SY_k和SX_I的交叉点。这样一对传感单元SC的密度大约是像素的点的密度的四分之一。如前述实施例中描述的传感单元SC的密度和像素的密度可以相同。

参见图4，每对复位晶体管Qr和输出晶体管Qa连接到每条传感器数据线SY₁-SY_N和SX₁-SX_M的相对端。

参见图6A，LC面板组件301包括多条传感器数据线SL、与每条传感器数据线SL连接的多个传感单元SC、复位晶体管Qr、输出晶体管Qa、与输出晶体管Qa连接的输出数据线OL。每个传感单元SC包括可变电容器Cv和参考电容器Cp。可变电容器Cv与来自公共电极271的公共电压Vcom连接，参考电容器Cp与来自参考电压线RL的参考电压Vref连接。用于每条传感器数据线SL的复位晶体管Qr具有三个端，即，与复位信号Vsw连接的控制端、与传感器控制电压Vst连接的输入端、以及与传感器数据线SL连接的输出端。复位晶体管Qr被设置于没有设置像素的邻近LC面板组件301的边缘区域(例如非显示区域)，并且响应复位信号Vsw给传感器数据线SL提供传感器控制电压Vst。

输出晶体管Qa也具有三个端，即，相对复位晶体管Qr与传感器数据线SL连接的控制端、与输入电压Vsd连接的输入端、以及与输出数据线OL(表示为OY₁-OY_N和OX₁-OX_M)连接的输出端。输出晶体管Qa也邻近LC面板组件301的边缘设置，并基于在传感器数据线SL中传输的传感器数据信号产生指示信号。指示信号的一个例子为输出电流。可供选择的是，输出晶体管Qa可以产生电压作为指示信号。如图4所示，复位晶体管Qr可以设置在LC面板组件301的第一和第三边，输出晶体管Qa可以设置在LC面板组件301的第二和第四边，其中第二和第四边分别与第一和第三边相对。

又参见图4，输出数据线包括多条行输出数据线OY₁-OY_N和多条列输出数据线OX₁-OX_M。行输出数据线OY₁-OY_N通过输出晶体管Qa与行传感器数据线SY₁-SY_N连接，以及列输出数据线OX₁-OX_M通过输出晶体管Qa与列传感器数据线SX₁-SX_M连接。输出数据线OY₁-OY_N和OX₁-OX_M与传感信号处理器801连接，并从输出晶体管Qa将指示信号传输到传感信号处理器801。输出数据线OY₁-OY_N和OX₁-OX_M基本沿列的方向延伸并且彼此基本垂直。

传感信号处理801与LC面板组件301的输出数据线OY₁-OY_N和OX₁-OX_M连接，并接收通过输出数据线OY₁-OY_N和OX₁-OX_M传输的指示信号。传感信号处理器801处理，例如放大指示信号以产生模拟传感器信号Vo，然后模-数转换模拟传感器信号Vo，以生成数字传感器信号DSN。参见图6A和6B，传感信号处理器801包括多个放大器AP。每个放大器AP为用于在预定时间积分输出晶体管Qa的输出电流以产生模拟传感器信号Vo的电流积分器。

触摸测定单元901接收来自传感信号处理器801的数字传感器数据信号DSN，适当地处理所接收的数字传感器数据信号DSN以测定在LC面板组件301上是否和何处发生触摸，并发送有关触摸的信息INF给外部设备。

在根据本发明的LCD中，基于行传感器数据线SY₁-SY_N中传输的传感器数据信号测定触摸的纵向位置，并且基于列传感器数据线SX₁-SX_M中传输的传感器数据信号测定触摸的模向位置。

补偿单元951接收来自传感信号处理器801的数字传感器信号DSN，并调整通过复位晶体管Qr的输入端施加到传感器数据线SL的传感器控制电压Vst，直至数字传感器信号DSN被限定在预定范围内。可供选择的是，补偿单元951可以调整施加到输出晶体管Qa的输入端的输入电压以控制数字传感器信号DSN。虽然已经描述了补偿单元951接收来自传感信号处理器801的数字传感器信号DSN，但补偿单元951可以替换地从传感信号处理器801接收被转换成数字传感器信号DSN前的模拟传感器信号，然后基于模拟传感器信号执行上述操作。

信号控制器601控制传感信号处理器801、补偿单元951等的操作。

参见图6A，包括多个可变电容器Cv和多个参考电容器Cp的多个传感单元SU与一个传感器数据线SL连接。可变电容器Cv可以由如图6B所示的一个可变电容器Cv′表示，其包括作为一端的传感器数据线SL。同样地，参考电容器Cp可以由图6B所示的一个参考电容器Cp′表示。

参见图7，LCD的传感操作可以在相邻帧之间的边沿周期内进行，尤其是，传感操作优选在水平同步信号Vsync的低电平电压周期前的前沿周期进行。

公共电压Vcom每1H在高电平和低电平之间波动。

施加给每个复位晶体管Qr的控制端的复位信号Vsw具有接通复位晶体管Qr的开栅电压和截止复位晶体管Qr的闭栅电压。当公共电压处于高电平时复位信号Vsw变为开栅电压。当开栅电压经过复位晶体管Qr的控制端施加给复位晶体管Qr时，复位晶体管Qr被接通，并且传感器控制电压Vst被施加到将被初始化的传感器数据线SL。

当复位信号Vsw在1H后变为闭栅电压时，公共电压Vcom变为低电平。然后，传感器数据线SL变为浮动以及传感器数据信号基于可变电容器Cv′的电容量的变化和公共电压Vcom的变化而变化。输出晶体管Qa响应传感器数据信号而输出指示信号，并且传感信号处理器801中的放大器AP对该指示信号积分以产生模拟传感信号Vo。在预定时间过去后，传感信号处理器801读取模拟传感器信号Vo并对模拟传感器信号Vo数字化。这里，优选在复位信号Vsw变为闭栅电压后的1H内进行模拟传感器信号Vo的读取。换句话说，优选在公共电压Vcom再变为高电平前读取模拟传感器信号Vo。

由于传感器数据信号可以基于传感器控制电压Vst变化，因此传感器数据信号可以具有限定范围的电压电平，从而能够容易地测定是否以及在何处发生了触摸。

虽然已经描述了当公共电压Vcom处于高电平时复位信号Vsw变为开栅电压，但在可供选择的实施例中当公共电压Vcom处于低电平时复位信号Vsw可以变为开栅电压。在这种情况下，在公共电压Vcom变为高电平以后且公共电压Vcom再变为低电平以前，传感信号处理器801读取模拟传感器信号Vo。复位信号Vsw可以与施加到LC面板组件301中的最后的显示扫描线的显示扫描信号同步。

图1至3B所示的LCD的许多特征也可以应用到图4至7所示的LCD。

现在，将参照图8和9描述根据本发明示例性实施例的用于示例性LCD的示例性反馈控制系统。

图8为根据本发明示例性实施例的用于图1至图7所示的示例性LCD的示例性反馈控制系统的结构图，图9为图解说明图8值所示的示例性LCD的示例性反馈控制的实验结果的曲线图。

如图8所示，从反馈控制的立场来看，LCD包括调整单元40、系统50以及检测单元60。调整单元40包括补偿单元950或951。系统50包括传感信号处理器800或801的放大器AP以及包括传感单元SU或SC的LC面板组件300或301。检测单元60包括除放大器AP以外的传感信号处理器800或801。

检测单元60从系统50接收传感信号Vo。然后检测单元60可以将所接收的传感信号Vo数字化以产生反馈信号ov，并将反馈信号ov输出给调整单元40。调整单元40接收操作信号ev，该操作信号ev为目标值dv和反馈信号ov之间的差，并执行比例控制(“P控制”)，比例-积分控制(“PI控制”)，或比例-积分-导数控制(“PID控制”)以基于操作信号ev产生控制信号Vc。系统50接收控制信号Vc并输出传感信号Vo。重复上述反馈控制操作直至操作信号ev变为“0”。

目标值dv等于系统50要输出的传感信号Vo的值。控制信号Vc使系统50输出传感信号Vo，且控制信号Vc等于LCD的传感器控制电压Vsg或Vst。可供选择的是，控制信号Vc可以等于上述施加到输出晶体管Qa的输入端的传感器输入电压Vsd。来自检测单元60的反馈信号ov可以等于数字传感器信号DSN，而反馈信号ov可选择等于模拟传感器信号Vo。

调整单元40根据等式1计算控制变量u并根据等式2运算而产生控制信号Vc。

(等式1)

$u\left(t\right)=\mathrm{Kp}\×\mathrm{ev}\left(t\right)+\mathrm{Ki}\×{\∫}_0^t\mathrm{ev}\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}+\mathrm{Kd}\×\frac{\mathrm{dev}\left(\mathrm{\τ}\right)}{d\left(\mathrm{\τ}\right)}$

(等式2)

Vc＝Vc`+u(t)

其中，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为导数增益，Vc′为控制信号Vc的先前值。

比例增益Kp、积分增益Ki、导数增益Kd可以通过监测用于控制信号Vc的系统50的输出信号Vo适当地测定。

当导数增益kd被设定为“0”时，等式1的运算可以是PI控制器。当比例增益Kp和导数增益Kd都被设定为“0”时，等式1的运算可以是P控制器。

当操作信号ev在预定范围内时，调整单元40不执行等式1和等式2的操作。也就是说，调整单元40测定传感信号Vo处于可靠范围内，并且调整单元40不执行控制操作。然而，当操作信号ev超过预定范围时，调整单元40开始控制操作并持续控制操作直至操作信号ev变为“0”即，直至与系统50的输出信号Vo对应的反馈信号ov变为等于目标值dv。

尽管等式1和等式2出现在连续的时间域内，但它们在离散的时间域内可以具有等效值。

图9示出了根据本发明示例性实施例的一个实验结果，其示出了传感信号Vo跟随着预定值，即LCD的工作点。这里，目标值dv，即传感信号Vo的工作点大约为0.7V，容差大约为±0.02V。即，将传感信号Vo的预定范围设定为大约0.5V至0.9V(0.7V±0.2V)。比例增益Kp大约为2.2，积分增益Ki大约为0.5，导数增益Kd大约为0。

参见图9，传感信号Vo的初始值直至第六帧大约为0.152V，从第六帧执行PI控制。从第六帧起五帧以后，在第十一帧传感信号Vo变为大约0.718V以达到目标值dv。同时，对于五帧，控制信号Vc被调整单元40从大约3.63V变为大约4.06V。

触摸发生下的传感信号Vo被限制在没有发生触摸时传感信号Vo的值大约±0.05V内。因此，一旦传感信号Vo达到工作点，传感信号Vo被限定在预定的范围，即使此处再发生触摸跟随工作点的控制操作也不会再执行。结果，依据传感信号Vo测定触摸的发生。

即使存在传感单元SU或SC的故障、传感状态的改变、或LC面板组件300或301的偏差，也能通过反馈控制使传感信号Vo处于预定范围，从而能够准确地执行触摸传感操作。

调整单元40可被实现为数字电路或模拟电路。调整单元40可以被包含于传感信号处理器800和801中或触摸测定单元900和901中，特别是调整单元40可被实现为由触摸测定单元900和901的处理器(未示出)执行的持续。调整单元40可被实现为硬有线(hardwired)的应用特殊集成电路(ASIC)芯片。

调整单元40可以使用不同于PID控制的控制方法。

在上述实施例中，光-传感元件或可变电容器以及参考电容器被描述为传感单元，然而也可以使用其它传感单元。

虽然已经将LCD作为显示装置进行了描述，但上述实施例也能应用于其它的平板显示装置例如等离子体显示装置，有机发光二极管(OLED)显示器，场致发光显示器等。

尽管在上文中对本发明的最佳实施例进行了描述，但应当理解，基于本发明理念对本领域技术人员存在教导的变化和/或修改仍然落入附加的权利要求所定义的本发明范围和精神中。

Claims (21)

1.一种显示装置，包括：

显示面板单元；

形成在所述显示面板单元上的传感单元，用于接收传感器控制信号，并基于施加到显示面板单元上的触摸而产生传感器数据信号；

输出单元，基于来自传感单元的传感器数据信号产生传感信号；以及

补偿单元，用于调整传感器控制信号，从而将传感信号限制在预定范围内。

2.如权利要求1所述的显示装置，进一步包括检测单元，其基于传感信号产生反馈信号并将反馈信号提供给补偿单元。

3.如权利要求2所述的显示装置，其中补偿单元基于操作信号而调整传感器控制信号，所述操作信号为目标值与反馈信号之间的差。

4.如权利要求3所述的显示装置，其中补偿单元调整传感器控制信号以使传感信号基本上等于目标值。

5.如权利要求3所述的显示装置，其中所述传感器控制信号Vc由下式测定：

$\mathrm{Vc}=V{c}^{\text{'}}+\mathrm{Kp}\×\mathrm{ev}\left(t\right)+\mathrm{Ki}\×{\∫}_0^t\mathrm{ev}\left(\mathrm{\τ}\right)\mathrm{d\τ}+\mathrm{Kd}\×\frac{\mathrm{dev}\left(\mathrm{\τ}\right)}{d\left(\mathrm{\τ}\right)}$

其中Vc′为控制信号的先前值，Kp为比例增益，Ki为积分增益，Kd为导数增益，ev为操作信号。

6.如权利要求3所述的显示装置，其中当目标值与反馈信号相等时补偿单元不调整传感器控制信号。

7.如权利要求1所述的显示装置，其中当传感信号在预定范围外时补偿单元控制传感信号。

8.如权利要求1所述的显示装置，其中补偿单元执行比例控制，比例-积分控制，以及比例-积分-导数控制中的一个。

9.如权利要求1所述的显示装置，其中补偿单元以模拟电路或数字电路实现。

10.如权利要求1所述的显示装置，其中所述传感单元包括可变电容器Cv和与可变电容器Cv连接的参考电容器Cp，并且可变电容器Cv的电容量依赖于触摸的压力。

11.如权利要求10所述的显示装置，进一步包括用于传输传感器数据信号并且连接在可变电容器Cv和参考电容器Cp之间的传感器数据线。

12.如权利要求11所述的显示装置，进一步包括与传感器数据线连接并向传感器数据线提供传感器控制信号的复位晶体管。

13.如权利要求11所述的显示装置，其中输出单元包括与传感器数据线连接并基于传感器数据信号产生输出信号的输出晶体管。

14.如权利要求13所述的显示装置，其中输出单元进一步包括基于输出晶体管的输出信号产生传感信号的放大器。

15.如权利要求10所述的显示装置，其中显示面板单元包括第一面板、面对第一面板的第二面板、以及插入在第一面板和第二面板之间的液晶层。

16.如权利要求15所述的显示装置，其中可变电容器包括设置在第一面板上的第一电极和形成在第二面板上的第二电容性电极。

17.如权利要求1所述的显示装置，其中传感单元包括感测伴随触摸的光以产生光电流的感光元件。

18.如权利要求17所述的显示装置，其中感光元件具有与输入线连接的输入端、与传感器控制信号连接的控制端、以及输出端，并且感光单元通过输出端输出光电流。

19.如权利要求17所述的显示装置，进一步包括：

用于传输传感器数据信号的传感器数据线；以及

用于将来自感光元件的光电流传送到传感器数据线作为传感器数据信号的开关元件。

20.一种提高触敏显示装置中的触摸传感操作的方法，该方法包括：

向传感器数据线提供传感器控制信号；

基于施加到显示装置上的触摸从与传感器数据线连接的传感单元产生传感器数据信号；

基于传感器数据信号产生传感信号；以及

通过调整施加到传感器数据线的传感器控制信号将传感信号限制在预定范围内。

21.如权利要求20所述的方法，其中调整传感器控制信号包括基于传感器控制信号的先前值和操作信号计算传感器控制信号，所述操作信号为基于传感信号的反馈信号与传感信号的目标值之间的差。

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