[发明专利]包含利用预充电操作的传感器电路阵列的液晶装置

说明书

技术领域

本发明涉及液晶装置，例如用于具有集成传感器的有源矩阵液晶显示器(AMLCD)领域的液晶装置。这样的装置可以用于感测液晶材料在显示器发生机械变形时的电容变化以便基于该测量结果产生触摸面板功能。这样的触摸面板不仅提供有关触摸输入事件的位置的信息，而且提供通过机械变形与电容变化量相关的触摸力的信息。

背景技术

用于测量液晶电容的电路可以在薄膜多晶硅工序中制造，该薄膜多晶硅工序与AMLCD的TFT基板的制造过程中所使用的薄膜多晶硅工序兼容。在这样的系统中，像素矩阵必须既包括传感器元件又包括显示器元件，并且传感器信号是用于显示器的同一液晶盒产生的。虽然在发生机械变形的传感器方面合乎需要的是在液晶盒中引起较大且易于检测的变化，但是这样的较大变化会对显示质量造成有害影响。

如图1中所示，液晶显示器(LCD)由两个相对的基板形成，每个基板带有透明导体构成的图案并且由注入有液晶材料的间隙隔开。该间隙的距离(被称为盒间隙)由显示器间隔物限定和保持。由相对的透明导体形成的每个唯一的电极对形成包含电容器的图像元素(像素)，在所述电容器中，液晶材料形成电介质材料。众所周知的是，通过提供测量显示区域内的这些液晶电容器的值的装置，可以在LCD内形成触摸面板。在这些装置中，输入物体(诸如手指或铁笔)被用于对显示器的表面施加压力，从而导致液晶盒的机械变形。这种变形通过施加压力的作用点区域中的盒间隙的变化、并且因此通过液晶电容值的变化来表征。对液晶电容的测量因此可以提供有关输入物体的位置及其施加的压力的信息。

根据用于传感器的电路技术，用于测量LCD内的液晶电容的方法可以分成三类：无源矩阵、无源像素和有源像素。

在例如“Entry of data and command for an LCD by direct touch；an integrated LCD panel”(Tanaka等人，Proc.SID 1986)所公开的并且如图2中所示的无源矩阵装置中，透明导体被图案化为多行和多列。对各行(或各列)施加测试信号，并检测作为响应而在各列(或各行)上产生的信号以提供处于各行和各列的交点处的液晶电容的测量值。然而，这种配置的一个重大缺点在于各行和各列必须既被用于显示功能又被用于感测功能。由于实现该双重功能必需要采用分时技术，所以LCD显示的图像的质量和电容测量的精确度会降低。

一种备选的无源矩阵配置在美国专利申请US2007-0040814(2007年2月22日公布)中公开并且在图3中示出。在该配置中，尽管显示器功能利用有源矩阵来实现，但是传感器功能是通过在同一有源矩阵基板上集成附加的行和列寻址线来实现的。在该配置中，在每个行或列寻址线与相对基板上的公共电极之间形成待测量的液晶电容器。检测电路设置在每行和每列的输出端以测量这些电容器中的每一个。触摸显示器的输入物体的位置于是可以通过处理这些测量值来确定。由于显示器功能和传感器功能在物理上是分离的，所以既可以改善显示图像的质量又可以改善所测电容的精确度。

更详细地，感测单元SU布置在两个像素之间。设置有多个复位信号输入单元INI。输出数据线OY₁-OY_N和OX₁-OX_M包括通过对应的感测信号输出单元SOUT连接到水平和垂直感测数据线SY₁-SY_N和SX₁-SX_M的水平和垂直输出数据线OY₁-OY_N和OX₁-OX_M。输出数据线OY₁-OY_N和OX₁-OX_M连接到感测信号处理单元800，以把来自感测信号输出单元SOUT的输出信号传送给感测信号处理单元800，感测信号处理单元800利用相应的放大单元810执行诸如对读取的感测数据信号进行放大之类的操作。接触确定单元700接收来自感测信号处理单元800的数字感测信号DSN并对其进行处理以确定是否产生了接触。元件600是信号控制器。

然而，所有无源矩阵型传感器共有的缺点是能够测量的电容的精确度受行和列寻址线的寄生电容限制。这些寄生元件衰减由可变液晶电容产生的信号，并使传感器对干扰和噪声敏感。另外，无源矩阵传感器需要对每行和每列进行外部连接，从而增大成本并降低装置的可靠性。