КОМПЛЕКСНЫЙ ПИКСЕЛЬНЫЙ ЭЛЕМЕНТ, КОМПЛЕКСНАЯ СЕНСОРНАЯ ЖИДКОКРИСТАЛЛИЧЕСКАЯ ПАНЕЛЬ И СПОСОБ УПРАВЛЕНИЯ ТАКОЙ ПАНЕЛЬЮ
COMPLEX PIXEL ELEMENT, COMPLEX TOUCH-SENSITIVE LIQUID-CRYSTAL PANEL AND METHOD OF CONTROLLING SAID PANEL

Область техники, к которой относится изобретение
Настоящее изобретение относится к сенсорной жидкокристаллической панели (сенсорной LCD панели), а более конкретно относится к комплексной сенсорной жидкокристаллической панели и способу управления такой панелью.
Уровень техники
По сравнению с традиционными устройствами ввода, такими как клавиатуры и компьютерные мыши, сенсорные панели имеют преимущества с точки зрения экономии места и простого дружественного к пользователю рабочего интерфейса.
Обычно конфигурирование стандартных жидкокристаллических (LCD) панелей с функцией сенсорного управления выполняется путем соединения таким образом, что сенсорная панель непосредственно накладывается на жидкокристаллическую панель. На фиг.1 представлен боковой вид в разрезе стандартной сенсорной жидкокристаллической панели 100, в основном содержащей сенсорную панель 110 и жидкокристаллическую панель 120. В сущности, сенсорная область 112, соответствующая области 125 изображения панели 120, размещается в центре сенсорной панели 110, а распознающая схема 114 размещается в периферийной части сенсорной панели 110. Когда какой-либо объект соприкасается с сенсорной областью 112, соответствующим образом генерируется электрический сигнал, который затем для последующей обработки передается в другую схему на печатной плате 130 через соединитель 132.
Кроме того, для увеличения стабильности и уменьшения вибраций между сенсорной панелью 110 и жидкокристаллической панелью 120 обычно размещается пластиковая буферная прокладка 140, а для закрепления всех компонентов используется корпус 150. Таким образом, стандартная сенсорная жидкокристаллическая панель неудобна для пользователей из-за увеличенной толщины и веса. К тому же в дополнение к уменьшенной яркости и увеличенной отражательной способности воздушный зазор между сенсорной панелью 110 и жидкокристаллической панелью 120 может стать причиной возникновения дефектов цветовой неоднородности (дефектов «мура»), например эффекта интерференционных колец Ньютона.
По указанным причинам существует потребность в легкой и надежной сенсорной жидкокристаллической панели.
Раскрытие изобретения
В свете недостатков, присущих известному уровню техники, в настоящем изобретении предлагается комплексная сенсорная жидкокристаллическая панель и способ управления такой панелью, обладающие такими преимуществами, как соответствие предъявляемым требованиям, легкость, отсутствие воздушного зазора и поддержка функции мультисенсора (multitouch, «мультитач»), т.е обработки нескольких прикосновений.
В соответствии с одним аспектом настоящего изобретения предлагается комплексный пиксельный элемент. Комплексный пиксельный элемент по настоящему изобретению содержит подложку матрицы транзисторов, подложку цветового фильтра и слой жидких кристаллов. Подложка цветового фильтра расположена над матрицей транзисторов и по существу параллельна ей. Слой жидких кристаллов расположен между подложкой матрицы транзисторов и подложкой цветового фильтра. Подложка матрицы транзисторов включает в себя первый транзистор, первый запоминающий конденсатор, соединенный с первым транзистором, второй транзистор, второй запоминающий конденсатор, соединенный со вторым транзистором, и проводящий выступ. Проводящий выступ имеет положение, соответствующее положению второго запоминающего конденсатора, и выполнен с возможностью электрического соединения второго запоминающего конденсатора и подложки цветового фильтра при нажатии на подложку цветового фильтра.
В соответствии с другим аспектом настоящего изобретения предлагается комплексная сенсорная жидкокристаллическая панель. Комплексная сенсорная жидкокристаллическая панель по настоящему изобретению содержит жидкокристаллическую панель, схему управления затвором, схему управления данными, схему считывания прикосновений и схему сравнения. Жидкокристаллическая панель включает в себя набор комплексных пиксельных элементов, охарактеризованных в п.1 формулы изобретения, набор шин затвора и набор шин данных. Схема управления затвором выполнена с возможностью подачи сигнала управления в набор шин затвора. Схема управления данными выполнена с возможностью подачи данных изображения и опорных данных прикосновений в набор шин данных. Схема считывания прикосновений соединена с набором шин данных с целью считывания данных, сохраненных во вторых запоминающих конденсаторах набора комплексных пиксельных элементов. Схема сравнения соединена со схемой считывания прикосновений с целью приема и обработки сохраненных данных для получения информации о прикосновениях, относящейся к месту прикосновения на жидкокристаллической панели.
В соответствии с еще одним аспектом настоящего изобретения предлагается способ управления комплексной сенсорной жидкокристаллической панелью. Комплексная сенсорная жидкокристаллическая панель содержит жидкокристаллическую панель, которая включает в себя набор комплексных пиксельных элементов по пункту 1 формулы изобретения, набор шин затвора и набор шин данных. Способ по настоящему изобретению состоит в том, что передают данные изображения в первые запоминающие конденсаторы с целью обновления изображения на жидкокристаллической панели; передают опорные данные прикосновений во вторые запоминающие конденсаторы; считывают данные, сохраненные во вторых запоминающих конденсаторах; и обрабатывают сохраненные данные с целью получения информации о прикосновениях, относящейся к месту прикосновения на жидкокристаллической панели.
Другие аспекты настоящего изобретения будут сформулированы доступно для понимания на протяжении нижеследующего описания вариантов осуществления настоящего изобретения. Аспекты настоящего изобретения будут определяться и реализовываться на основании элементов и их комбинаций, раскрытых в формуле изобретения. Необходимо понимать, что приведенное выше краткое изложение сущности изобретения и нижеследующее подробное описание приводятся только в качестве примера и не предназначены для какого-либо ограничения рамок настоящего изобретения.
Краткое описание чертежей
Чертежи используются для иллюстрации вариантов осуществления и принципов настоящего изобретения наряду с описанием. Однако следует понимать, что настоящее изобретение не ограничено приведенными конфигурациями и элементами.
Фиг.1 представляет собой вид в разрезе стандартной сенсорной жидкокристаллической панели.
Фиг.2 представляет собой схему одного комплексного пиксельного элемента в комплексной сенсорной жидкокристаллической панели в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.3A и 3B представляют собой виды в поперечном разрезе сенсорного элемента, показанного на фиг.2, в соответствии с двумя различными вариантами осуществления настоящего изобретения, соответственно.
На фиг.4A показаны различные структуры проводящего выступа, изображенного на фиг.3A и 3B;
На фиг.4B показаны различные комбинации проводящего выступа и разделителя в пикселе.
На фиг.5 показана печатная схема комплексного пиксельного элемента с сенсорным элементом в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.6 представляет собой блок-схему комплексной сенсорной жидкокристаллической панели в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
На фиг.7 проиллюстрирована структура схемы комплексной сенсорной жидкокристаллической панели, показанной на фиг.6, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.8 представляет собой временную диаграмму сигналов в каждой шине затвора и шине данных в схеме, показанной на фиг.7.
Фиг.9A-9D представляют собой пояснительные схемы, демонстрирующие операции чтения и записи в пиксельный элемент на основании временной диаграммы, показанной на фиг.8.
На фиг.10 показан путь разряда при прикосновении к сенсорной жидкокристаллической панели каким-либо объектом в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Фиг.11A-11D представляют собой пояснительные схемы, показывающие различные логические операции для определения места прикосновения в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения.
На фиг.12 показана структура схемы комплексной сенсорной жидкокристаллической панели, изображенной на фиг.6, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения;
Фиг.13 представляет собой временную диаграмму сигналов в каждой шине затвора и шине данных в схеме, показанной на фиг.12.
На фиг.14 показана структура схемы комплексной сенсорной жидкокристаллической панели, изображенной на фиг.6, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения.
Фиг.15 представляет собой временную диаграмму сигналов в каждой шине затвора и шине данных в схеме, показанной на фиг.12.
На фиг.16 проиллюстрирован способ управления комплексной сенсорной жидкокристаллической панелью в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения.
Осуществление изобретения
Предлагается сенсорная жидкокристаллическая панель с поддержкой функции мультисенсора, которая может быть реализована без добавления какого-либо сенсорного стекла/пленки или изменения структуры устройства. Объекты, признаки и преимущества настоящего изобретения станут более очевидны после ознакомления с нижеследующим описанием предпочтительных вариантов осуществления изобретения и фиг.2-16. При этом устройства, элементы и шаги способа, описанные в нижеследующих вариантах осуществления изобретения, предназначены для иллюстрации изобретения и не ограничивают объем охраны изобретения.
1
st1
LC
2
st2
1
1
1
st1
LC
st1
1
LC
1
st1
Фиг.2 представляет собой схему одного комплексного пиксельного элемента 200 в комплексной сенсорной жидкокристаллической панели в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Комплексный пиксельный элемент 200 содержит элемент 210 изображения и сенсорный элемент 220. Элемент 210 изображения содержит тонкопленочный транзистор M (thin-film transistor или TFT), запоминающий конденсатор C и жидкокристаллический (ЖК) конденсатор C, а сенсорный элемент 220 содержит TFT M и запоминающий конденсатор C. Сток TFT M подключается к шине 230 данных, затвор TFT M подключается к шине 212 затвора, а исток TFT M подключается к запоминающему конденсатору C и ЖК конденсатору C. Один вывод запоминающего конденсатора C подключается к общей шине 240. После открытия TFT M посредством шины 212 затвора напряжение на шине 230 данных может быть передано на ЖК конденсатор C через TFT M и далее может быть сохранено на определенный период времени запоминающим конденсатором C. Функции и строение компонентов элемента 210 изображения подобны функциям и строению пиксельного элемента стандартной жидкокристаллической панели и поэтому их подробное описание не приводится.
2
2
st2
2
st2
Как показано на фиг.2, в сенсорном элементе 220 сток TFT M подключается к шине 230 данных, затвор TFT М2 подключается к шине 222 затвора, и исток TFT M подключается к запоминающему конденсатору C. TFT M может быть открыт посредством шины 222 затвора, так что запоминающий конденсатор C может быть считан или записан посредством шины 230 данных. В соответствии с настоящим изобретением, когда какой-либо объект прикасается и производит нажатие в каком-либо месте на комплексной сенсорной жидкокристаллической панели, соответствующем пиксельному элементу 200, создается путь разряда к запоминающему конденсатору в пиксельном элементе 200, и, соответственно, падает напряжение, сохраненное в запоминающем конденсаторе. Таким образом, точное положение точки прикосновения может быть определено путем последовательного считывания данных, сохраненных в сенсорных элементах каждого пиксельного элемента в комплексной сенсорной жидкокристаллической панели.
2
st2
Фиг.3A и фиг.3B представляют собой поперечный вид в разрезе сенсорного элемента 220, показанного на фиг.2, в соответствии с двумя различными вариантами осуществления настоящего изобретения, соответственно. Как показано на фиг.3A, сенсорный элемент 300 содержит подложку 310 TFT матрицы, подложку 320 цветового фильтра и слой 330 жидких кристаллов, расположенный между двумя подложками 310 и 320. В подложке 310 TFT матрицы сначала формируются шины 312 и 313 затвора на прозрачной подложке 311, а затем формируется изолирующий слой 314 затвора для покрытия подложки 311 и шин 312 и 313 затвора. Затем с двух сторон поверх шины 312 затвора формируется электрод 315 стока и электрод 316 истока с образованием TFT M, показанного на фиг.2. Электрод 315 стока образует часть шины 230 данных, показанной на фиг.2, а электрод 316 истока проходит до соединения с проводящим электродом 317. Проводящий электрод 317, шина 313 затвора и часть изолирующего слоя 314 затвора между ними образуют запоминающий конденсатор C, показанный на фиг.2. Подложка цветового фильтра 320 включает в себя черные матрицы 324 и 325, сформированные на прозрачной подложке 321, цветовой RGB фильтр 322 и общий электрод 323.
st2
st2
st2
Как показано далее на фиг.3A, проводящий выступ 340 сформирован над запоминающим конденсатором C и соединен с ним. Проводящий выступ 340 располагается на предварительно определенном расстоянии от подложки 320 цветового фильтра. Когда пользователь прикасается и нажимает жидкокристаллическую панель, в месте прикосновения образуется небольшая деформация (то есть подложка 320 цветового фильтра прогибается вниз), что приводит в контакт проводящий выступ 340 и подложку 320 цветового фильтра. Тем временем заряд, сохраненный в запоминающем конденсаторе C, проходит через проводящий выступ 340 на общий электрод 323 подложки 320 цветового фильтра. Обычно, но необязательно, расстояние между проводящим выступом 340 и подложкой 320 цветового фильтра составляет от порядка 0,1 до порядка 2 мкм. Может быть дополнительно сформирован разделитель 342, например, вблизи проводящего выступа 340 в качестве средств повышения сопротивления нажатию жидкокристаллической панели. Основным назначением проводящего выступа 340 является обеспечение пути разряда для запоминающего конденсатора C при касании и нажатии на сенсорный элемент 300 и, таким образом, положение проводящего выступа 340 настоящим изобретением не ограничивается. Например, проводящий выступ 340 может размещаться на подложке 320 цветового фильтра, как показано на фиг.3B.
Обычно, как показано на фиг.2, фиг.3A и фиг.3B, пиксельный элемент (например, пиксельный элемент 200 на фиг.2) комплексной сенсорной жидкокристаллической панели в соответствии с настоящим изобретением содержит сенсорный элемент и элемент изображения, и при этом сенсорный элемент содержит по меньшей мере TFT, запоминающий конденсатор, проводящий выступ и разделитель. В сенсорном элементе проводящий выступ, находящийся на подложке TFT матрицы или на подложке цветового фильтра, может использоваться в качестве пути разряда, а разделитель может находиться на подложке TFT матрицы или на подложке цветового фильтра для обеспечения нормального функционирования жидкокристаллической панели. Необходимо отметить, что сенсорный элемент должен присутствовать не в каждом пикселе комплексной сенсорной жидкокристаллической панели и что компоновка сенсорных элементов в комплексной сенсорной жидкокристаллической панели может варьироваться в зависимости от требуемого разрешения, определяемого фактическим применением. Например, может быть предусмотрено, что каждый субпиксель (то есть субпиксель R, G или B) содержит один сенсорный элемент, каждый комбинированный пиксель, состоящий из трех субпикселей (R, G, B), содержит один сенсорный элемент, или же только один из N комбинированных RGB пикселей содержит сенсорный элемент. Кроме того, высота, размер и число проводящих выступов и разделителей в каждом сенсорном элементе может устанавливаться в зависимости от предъявляемых требований для каждого конкретного случая.
На фиг.4A показаны различные структуры 400, 410 и 420 проводящего выступа 340, показанного на фиг.3A и фиг.3B. Например, проводящий выступ 400 может быть выполнен путем создания столбика из органического материала, например смолы, и последующего добавления проводящих частиц в созданный столбик. В другом варианте осуществления изобретения проводящий выступ 410 может быть выполнен путем покрытия столбика 412 из органического материала (например, смолы) проводящей пленкой 414, выполненной из проводящего материала. В еще одном варианте осуществления изобретения проводящий выступ 420 может быть выполнен путем формирования электрического проводника на разделителе 422, который используется в качестве поддерживающего элемента, выполняющего функцию разряда и функцию поддержки. Как указано выше, помимо проводящего выступа может быть дополнительно выполнен один или несколько разделителей для повышения прочности жидкокристаллической панели. На фиг.4B показаны различные комбинации A, B и C проводящего выступа (выступов) и разделителя (разделителей) в пикселе. В комбинации A в пикселе имеется один проводящий выступ d и один разделитель s. В комбинации B в пикселе имеется два проводящих выступа d1 и d2 и два разделителя s1 и s2. В комбинации C в пикселе имеется один разделитель s и четыре окружающих его проводящих выступа d1, d2, d3 и d4. Как правило, чем больше количество проводящих выступов, тем выше скорость разряда. Различные структуры из проводящих выступов и/или разделителей могут быть выполнены посредством различных полупроводниковых технологий, хорошо известных специалистам в данной области техники. Например, столбики различной высоты могут быть сформированы на шаге экспонирования с использованием специального фотошаблона и органического светочувствительного материала, либо путем неоднократного выполнения процесса пленкообразования.
1
st1
2
st2
2
st2
На фиг.5 показана печатная схема комплексного пиксельного элемента 500, содержащего сенсорный элемент в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, который включает в себя подложку 510 TFT матрицы и подложку 520 цветового фильтра. Подложка 510 TFT матрицы содержит область 530 изображения и сенсорную область 540. Область 530 изображения содержит TFT M и запоминающий конденсатор C, а сенсорная область 540 содержит TFT M и запоминающий конденсатор C. Подложка 520 цветового фильтра содержит область 522 цветового фильтра и область 524 черной матрицы. Эффективная схема комплексного пиксельного элемента 500 может соответствовать схеме, показанной на фиг.2. Как правило, для предотвращения рассеяния светового потока или возникновения других дефектов типа «мура» при нажатии на панель предпочтительно, чтобы проводящий электрод в сенсорной области 540 был непрозрачным, либо чтобы положение сенсорной области 540 соответствовало положению области 524 черной матрицы на подложке 520 цветового фильтра. Например, в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.3A или фиг.3B, для обеспечения надлежащего качества изображения жидкокристаллической панели положение TFT M и запоминающего конденсатора C на подложке 310 TFT матрицы соответствует положению черных матриц 324 и 325 на подложке 320 цветового фильтра.
Фиг.6 представляет собой схему комплексной сенсорной жидкокристаллической панели 600 в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, которая содержит жидкокристаллическую панель 610, включающую в себя набор пиксельных элементов 612, схему 620 управления затвором, схему 640 считывания прикосновений, схему 650 управления данными и схему 660 выполнения сравнения. Каждый пиксельный элемент 612 содержит элемент изображения и сенсорный элемент (как показано на фиг.2), причем элементы изображения всех пиксельных элементов в жидкокристаллической панели 610 могут быть обновлены и могут быть произведены считывание и запись всех внедренных сенсорных элементов посредством управления схемой 620 управления затвором и схемой 650 управления данными. Схема 640 считывания прикосновений выполняется с возможностью считывания величины напряжения, сохраненного в запоминающем конденсаторе каждого сенсорного элемента, и может содержать усилитель, аналого-цифровой преобразователь, фильтр подавления помех и другие известные схемные элементы. Поскольку заряды в сенсорном элементе пиксельного элемента, соответствующем месту прикосновения, будут разряжены, координаты места прикосновения можно точно определить путем считывания данных, сохраненных в сенсорных элементах всех пиксельных элементов, посредством последовательного сканирования и последующего сравнения считанных данных схемой 660 выполнения сравнения (например, путем сравнения данных, записанных в сенсорный элемент, и данных, считанных из сенсорного элемента).
S1
S2
S1
S2
S1
S2
На фиг.7 показана структура схемы комплексной сенсорной жидкокристаллической панели 600, показанной на фиг.6, в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, которая в основном содержит жидкокристаллическую панель 710, схему 720 управления затвором, схему 730 переключения режима изображения/считывания, схему 740 считывания прикосновений, схему 750 управления данными и схему 760 выполнения сравнения. Жидкокристаллическая панель 710 содержит набор шин G1(A)-Gm(A) и G1(B)-Gm(B) затвора и набор шин D1(A)-Dm(A) данных. В данном варианте осуществления изобретения каждый пиксельный элемент 712 содержит элемент изображения и сенсорный элемент, как показано на фиг.2, и управляется посредством двух шин затвора и одной шины данных. Схема 720 управления затвором выполняется с возможностью подачи сигналов управления в шины G1(A)-Gm(A) затвора с целью управления элементами изображения в пиксельных элементах 712 и подачи сигналов управления в шины G1(B)-Gm(B) затвора с целью управления сенсорными элементами в пиксельных элементах 712. Схема 750 управления данными выполняется с возможностью передачи данных изображения в каждый элемент изображения или с возможностью передачи опорных данных прикосновений в каждый сенсорный элемент по шинам D1(A), D2(A),…Dm(A) данных, а схема 740 считывания прикосновений выполняется с возможностью считывания данных, сохраненных в каждом сенсорном элементе, по каждой шине D1(A), D2(A),…Dm(A) данных, соответственно. Схема 730 переключения режима изображения/считывания соединена со схемой 750 управления данными и схемой 740 считывания прикосновений, соответственно, для электрического подключения схемы 750 управления данными и схемы 740 считывания прикосновений к шинам D1(A), D2(A),…Dm(A) данных в разное время. В варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.7, схема 730 переключения режима изображения/считывания может содержать набор переключающих элементов, образованных переключающими транзисторами M и M, причем каждый переключающий элемент подключен к различным шинам D1(A), D2(A),…Dm(A) данных. Транзисторы M и M могут быть открыты или закрыты посредством шин Q1 и Q2 управления соответственно. Когда открывается транзистор M, схема 750 управления данными может электрически соединиться с шинами D1(A), D2(A),…Dm(A) данных, когда же открывается транзистор M, с шинами D1(A), D2(A),…Dm(A) данных может электрически соединиться схема 740 считывания прикосновений. Для определения координаты места прикосновения схема 760 выполнения сравнения подключается к схеме 750 управления данными и схеме 740 считывания прикосновений, соответственно, и сравнивает опорные данные прикосновений, записанные в шины D1(A), D2(A),…Dm(A) данных схемой 750 управления данными, и данные, считанные из шин D1(A), D2(A),…Dm(A) схемой 740 считывания прикосновений. В другом варианте осуществления изобретения схема 760 выполнения сравнения может подключаться только к схеме 740 считывания прикосновений и использовать предварительно определенное пороговое напряжение и логическую операцию для вычисления данных, считанных схемой 740 считывания прикосновений, благодаря чему могут быть определены координаты места прикосновения.
Фиг.8 представляет собой временную диаграмму сигналов в каждой шине затвора и шине данных в схеме, показанной на фиг.7. Как показано на фиг.7 и фиг.8, в течение N-го периода времени схема 720 управления затвором последовательно подает m импульсов в шины G1(A)-Gm(A) затвора, соответственно, так что при этом последовательно открываются транзисторы каждого элемента изображения. В это время схема 750 управления данными передает данные изображения в каждую шину D1(A), D2(A),…,Dm(A) данных через схему 730 переключения режима изображения/считывания с целью обновления изображения на жидкокристаллической панели 710. Затем в течение (N+1)-го периода времени схема 720 управления затвором последовательно подает m импульсов в шины G1(B)-Gm(B) затвора, соответственно, для последовательного открытия транзисторов каждого сенсорного элемента. В это время схема 750 управления данными все еще электрически соединена с каждой шиной D1(A), D2(A),…,Dm(A) данных посредством схемы 730 переключения режима изображения/считывания и передает опорные данные прикосновений в каждую шину D1(A), D2(A),…,Dm(A) данных с целью записи данных в каждый сенсорный элемент. Затем в течение (N+2)-го периода времени схема 720 управления затвором снова последовательно подает m импульсов в шины G1(A)-Gm(A) затвора и снова обновляет данные, сохраненные в каждом элементе изображения, посредством схемы 750 управления данными. Затем в течение (N+3)-го периода времени схема 720 управления затвором последовательно подает m импульсов в шины G1(B)-Gm(B) затвора, а схема 730 переключения режима изображения/считывания электрически соединяет схему 740 считывания прикосновений с каждой шиной D1(A), D2(A),…,Dm(A) данных с целью считывания данных, сохраненных в каждом сенсорном элементе. Как сказано выше, при касании и нажатии на жидкокристаллическую панель 710 в сенсорном элементе пикселя, соответствующем месту прикосновения, формируется путь разряда, так что соответствующим образом падает напряжение, сохраненное в сенсорном элементе, тем самым координаты места прикосновения могут быть точно определены посредством сравнения опорных данных прикосновений, записанных в течение (N+1)-ого периода времени, и данных, считанных в течение (N+3)-ого периода времени.
1
2
st1
1
1
2
st2
2
1
2
st1
1
1
2
st2
2
На фиг.9A-9D показаны операции чтения и записи для пиксельного элемента на основании временной диаграммы, показанной на фиг.8. Как показано на фиг.9A, в течение N-го периода времени TFT М открывается высоким напряжением в шине G(A) затвора, a TFT M закрывается низким напряжением в шине G(B) затвора, так что данные изображения могут быть переданы по шине D(A) данных и затем записаны в запоминающий конденсатор C посредством TFT M. Как показано на фиг.9B, в течение (N+1)-го периода времени TFT Mзакрывается низким напряжением в шине G(A) затвора, a TFT M открывается высоким напряжением в шине G(B) затвора, так что опорные данные прикосновений могут быть переданы по шине D(A) данных и затем записаны в запоминающий конденсатор C посредством TFT M. Как показано на фиг.9С, в течение (N+2)-го периода времени TFT M открыт, a TFT M закрыт, как и в течение N-го периода времени, так что данные изображения могут быть переданы по шине D(A) данных, а затем снова записаны в запоминающий конденсатор C посредством TFT M. Как показано на фиг.9D, в течение (N+3)-го периода времени TFT M закрыт, a TFT M открыт, так что данные, сохраненные в запоминающем конденсаторе C, могут быть переданы в шину D(A) данных посредством TFT M, а затем в схему 740 считывания прикосновений для последующего процесса вычисления и/или сравнения.
В вариантах осуществления изобретения, показанных на фиг.8 и фиг.9A - 9D, элементы изображения выполняют операцию обновления данных каждый второй период времени (то есть, запись данных изображения в течение N-го периода времени, (N+2)-го периода времени и т.д.), а сенсорные элементы выполняют операцию обновления данных каждый четвертый период времени (то есть, запись опорных данных прикосновений в течение (N+1)-го периода времени, (N+5)-го периода времени и т.д.). Другими словами, рабочая частота элементов изображения в два раза выше рабочей частоты сенсорных элементов. Например, рабочая частота элементов изображения может составлять 60 Гц, а рабочая частота сенсорных элементов может составлять 30 Гц. В другом варианте осуществления изобретения рабочая частота сенсорных элементов может устанавливаться в соответствии с фактическими требованиями, например, каждый раз, когда элементы изображения выполняют от двух до пяти операций обновления, сенсорные элементы могут выполнять только одну операцию записи/чтения. Необходимо отметить, что хотя в каждом пикселе, показанном на фиг.7, содержится сенсорный элемент, плотность сенсорных элементов в сенсорной жидкокристаллической панели может изменяться в зависимости от требуемого разрешения.
2
3
2
2
3
2
3
На фиг.10 показан путь разряда, формируемый в случае прикосновения какого-либо объекта к жидкокристаллической панели в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Когда объект (например, палец 1050 или ручка 1052) прикасается к жидкокристаллической панели, подложка 1020 цветового фильтра прогибается под направленным вниз нажатием, таким образом, что при этом образуется путь разряда (как показано стрелкой на фиг.10) в сенсорном элементе 1000, соответствующем месту прикосновения. Структура сенсорного элемента 1000 подобна структуре сенсорного элемента, показанного на фиг.3A, который в основном содержит подложку 1010 TFT матрицы, подложку 1020 цветового фильтра и слой 1030 жидких кристаллов. Как показано на фиг.10, при нажатии проводящий выступ 1040 прикасается к подложке 1020 цветового фильтра, при этом запоминающий конденсатор (образованный проводящим электродом 1017 и шиной 1013 затвора) в сенсорном элементе 1000 разряжается через общий электрод 1023 подложки 1020 цветового фильтра. Обычно в качестве материала общего электрода 1023 используется ITO (InO-SnO), IZO (90% InO, 10% ZnO), AZO (легированный AlO ZnO) или другой прозрачный проводящий материал. Высота, размер, число и плотность проводящих выступов 1040 может устанавливаться в зависимости от предъявляемых требований. Кроме того, могут использоваться проводящие выступы различной высоты для управления сопротивлением пути разряда и давлением прикосновения. Как правило, чем больше проводящих выступов 1040 имеется внутри сенсорного элемента 1000, тем выше скорость разряда. Высота, размер и плотность разделителей 1042 может изменяться в зависимости от требований по применению для сохранения достаточного места для слоя жидких кристаллов, обеспечения высокого уровня устойчивости относительно нажатий и увеличения срока службы панели. В настоящем изобретении не ограничивается число проводящих выступов и разделителей внутри одного сенсорного элемента.
Фиг.11A - 11D представляют собой пояснительные схемы, показывающие различные логические операции для определения координат места прикосновения в соответствии с различными вариантами осуществления настоящего изобретения. Как показано на фиг.11A, каждый сенсорный элемент жидкокристаллической панели заряжен, то есть данные, записанные в каждый сенсорный элемент, имеют высокий уровень напряжения или H, как показано в табл.1102. При нажатии напряжение, сохраненное в сенсорном элементе, соответствующем месту прикосновения, разряжается до низкого уровня напряжения или L, как показано в табл.1104. Координаты места прикосновения (A1, B1) могут быть определены посредством сравнения опорных данных прикосновений (см. 1102), записанных в каждый сенсорный элемент, и сохраненных данных (см. 1104), считанных из каждого сенсорного элемента, как показано в табл.1106. На фиг.11B показана другая логическая операция настоящего изобретения, посредством которой можно напрямую определить координату места прикосновения посредством считывания значений напряжения, сохраненных в каждом сенсорном элементе. Обычно опорные данные прикосновений, записанные в каждый сенсорный элемент, представляют собой цифровые сигналы с высоким логическим уровнем, а значение напряжения, сохраненное в сенсорном элементе, соответствующем месту прикосновения, уменьшается до низкого уровня из-за разряда, как показано в табл.1112. Поэтому координата места прикосновения (A2, B2) может быть определена считыванием значений напряжения, сохраненных в каждом сенсорном элементе, как показано в табл.1116. В этом варианте осуществления изобретения может быть установлено пороговое напряжение для отфильтровывания нежелательного шума с целью предотвращения некорректного определения координаты места прикосновения. Например, если опорные данные прикосновений, записанные в каждый сенсорный элемент, равны 5B, то для порогового напряжения может быть установлено значение 4B, при этом напряжение будет рассматриваться как имеющее высокий уровень напряжения, если напряжение, считанное из сенсорного элемента, больше 4B, и напряжение будет рассматриваться как имеющее низкий уровень напряжения, если напряжение, считанное из сенсорного элемента, меньше 4B. Как показано на фиг.11A и фиг.11B, различные точки прикосновения соответствуют различным сенсорным элементам, и данные, сохраненные в каждом сенсорном элементе, могут быть считаны по отдельности. Поэтому место прикосновения может быть определено точно и независимо с целью поддержки функции мультисенсора (обработки нескольких прикосновений).
В соответствии с настоящим изобретением, за исключением функции мультисенсора, остальная информация о прикосновениях, например площадь прикосновения или давление прикосновения, кроме функции обработки множественных прикосновений, может быть получена применением различных схем сенсорных элементов и схемы считывания. Например, внутри одного сенсорного элемента может быть сформировано несколько проводящих выступов различной высоты, в этом случае при слабом давлении прикосновения для формирования путей разряда будут использоваться более высокие проводящие выступы, а при более сильном давлении прикосновения для увеличения скорости разряда будут использоваться все проводящие выступы. Таким образом, благодаря использованию конкретной структуры плотности сенсорных элементов, числа и расположения проводящих выступов и разделителей, частоты обновления данных и структуры схемы считывания давление прикосновения может быть определено в соответствии с сохраненными данными, считанными из сенсорных элементов. На фиг.11C показана логика операций для реализации функции регистрации давления в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения, в котором в табл.1122 показаны опорные данные прикосновений, записанные в каждый сенсорный элемент (т.е. высокий уровень напряжения, H), а в табл.1124 показано сохраненное напряжение, считанное из каждого сенсорного элемента. M1 отличается от M2, и H>M2>M1. В этом варианте осуществления изобретения могут быть определены координаты места прикосновения (A3, B3) (как показано в табл.1126), и также может быть определено, что давление прикосновения в месте прикосновения, соответствующем напряжению M1, больше, чем в положении, соответствующем напряжению M2, то есть давление прикосновения в месте A3 прикосновения больше давления в месте B3 прикосновения.
В другом варианте осуществления изобретения величина силы, приложенной к сенсорной жидкокристаллической панели, может быть определена в соответствии с площадью/формой прикосновения наряду с логическими вычислениями. Например, на фиг.11D показана логика операций для реализации функции регистрации давления в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, в котором в табл.1132 показаны опорные данные прикосновений, записанные в каждый сенсорный элемент (т.е. высокий уровень напряжения, H), а в табл.1134 показано сохраненное напряжение, считанное из каждого сенсорного элемента. Символ M соответствует среднему уровню напряжения, а символ L соответствует низкому уровню напряжения. Уровень напряжения может быть определен предварительным заданием набора пороговых значений. Например, можно использовать следующие установки: пороговые значения могут быть заданы равными 2B и 4B, напряжение выше 4B определено как H, напряжение между 4B и 2B определено как M и напряжение ниже 2B определено как L. Путем сравнения табл.1132 с табл.1134 могут быть получены координаты места прикосновения (A4, B4) (как показано в табл.1136), и также может быть определено, что давление прикосновения и площадь прикосновения в месте A4 прикосновения больше давления и площади в месте B4 прикосновения.
На фиг.12 показана структура 1200 схемы комплексной сенсорной жидкокристаллической панели, изображенной на фиг.6, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, которая содержит жидкокристаллическую панель 1210, схемы 1220 и 1222 управления затвором, схему 1230 переключения режима изображения/считывания, схему 1240 считывания прикосновений, схему 1250 управления данными и схему 1260 выполнения сравнения. Каждый пиксельный элемент 1212 в жидкокристаллической панели 1210 содержит элемент изображения и сенсорный элемент и его управление выполняется посредством двух шин затвора и одной шины данных. Схема 1220 управления затвором выполняется с возможностью подачи сигналов управления в шины G1(A)-Gm(A) затвора с целью управления элементами изображения в пиксельных элементах 1212, а схема 1222 управления затвором выполняется с возможностью подачи сигналов управления в шины G1(B)-Gm(B) затвора с целью управления сенсорными элементами в пиксельных элементах 1212. Схема 1250 управления данными выполняется с возможностью передачи данных изображения в каждый элемент изображения и передачи опорных данных прикосновений в каждый сенсорный элемент по каждой шине D1(A), D2(A),…Dm(A) данных, а схема 1240 считывания прикосновений выполняется с возможностью считывания данных, сохраненных в каждом сенсорном элементе, посредством каждой шины D1(A), D2(A),…Dm(A) данных. Схема 1230 переключения режима изображения/считывания подключена к схеме 1250 управления данными и схеме 1240 считывания прикосновений, соответственно, для электрического подключения схемы 1250 управления данными и схемы 1240 считывания прикосновений к шинам D1(A), D2(A),…Dm(A) данных в разное время. Для определения координат места прикосновения схема 1260 выполнения сравнения подключается к схеме 1250 управления данными и схеме 1250 считывания прикосновений, соответственно, с целью сравнения опорных данных прикосновений, записанных в шины D1(A) D2(A),…Dm(A) данных схемой 1250 управления данными, с данными, считанными из шин D1(A), D2(A),…Dm(A) данных схемой 1240 считывания прикосновений. Необходимо отметить, что схема 1260 выполнения сравнения может определить координаты места прикосновения только на основании данных, записанных схемой 1240 считывания прикосновений. По сравнению со структурой 700 схемы, в которой используется единственная схема 720 управления затвором, как показано на фиг.7, в структуре 1200 схемы, показанной на фиг.12, используется две схемы 1220 и 1222 управления затвором для управления элементом изображения и сенсорным элементом соответственно, благодаря чему число выводов каждой из этих двух схем 1220 и 1222 управления затвором может быть уменьшено в два раза, и также может быть снижена рабочая частота.
Фиг.13 представляет собой временную диаграмму сигналов в каждой шине затвора и шине данных в схеме, показанной на фиг.12. Как показано на фиг.12 и фиг.13, в течение N-го периода времени схема 1220 управления затвором последовательно подает m импульсов в шины G1(A)-Gm(A) затвора, соответственно, для последовательного открытия транзисторов каждого элемента изображения. В это же время схема 1250 управления данными передает данные изображения в каждую шину D1(A), D2(A),…,Dm(A) данных посредством схемы 1230 переключения режима изображения/считывания с целью обновления данных, сохраненных в каждом элементе изображения. Затем в течение (N+1)-го периода времени схема 1222 управления затвором последовательно подает m импульсов в шины затвора G1(B)-Gm(B), соответственно, для последовательного открытия транзисторов каждого сенсорного элемента, а схема 1250 управления данными передает опорные данные прикосновений в каждую шину D1(A), D2(A),…,Dm(A) данных посредством схемы 1230 переключения режима изображения/считывания с целью записи данных в каждый сенсорный элемент. Затем в течение (N+2)-го периода времени схема 1220 управления затвором снова последовательно подает m импульсов в шины G1(A)-Gm(A) затвора и снова обновляет данные, сохраненные в каждом элементе изображения, посредством схемы 1250 управления данными. Затем в течение (N+3)-го периода времени схема 1222 управления затвором последовательно подает m импульсов в шины G1(B)-Gm(B) затвора, а схема 1240 считывания прикосновений электрически соединяется с каждой шиной D1(A), D2(A),…,Dm(A) данных с целью считывания данных, сохраненных в каждом сенсорном элементе. Как сказано выше, координаты места прикосновения могут быть точно определены посредством сравнения опорных данных прикосновений, записанных в (N+1)-м периоде времени, и данных, считанных в (N+3)-м периоде времени.
На фиг.14 показана структура 1400 схемы комплексной сенсорной жидкокристаллической панели, изображенной на фиг.6, в соответствии с другим вариантом осуществления настоящего изобретения, которая содержит жидкокристаллическую панель 1410, схему 1420 управления затвором, схему 1430 переключения, схему 1440 считывания прикосновений, схему 1450 управления данными изображения, схему 1455 управления данными прикосновений и схему 1460 выполнения сравнения. Каждый пиксельный элемент 1412 в жидкокристаллической панели 1410 содержит элемент изображения и сенсорный элемент, и его управление выполняется посредством одной шины затвора и двух шин данных. В этом варианте осуществления изобретения схема 1420 управления затвором выполняется с возможностью подачи сигналов управления в шины G1(A)-Gm(A) затвора с целью управления элементами изображения и сенсорными элементами в пиксельных элементах 1412. Схема 1450 управления данными изображения выполняется с возможностью передачи данных изображения в каждый элемент изображения по шинам D1(A), D2(A),…Dm(A) данных. Схема 1455 управления данными прикосновений выполняется с возможностью передачи опорных данных прикосновений в каждый сенсорный элемент посредством каждой шины D1(B), D2(B),…Dm(B) данных, а схема 1440 считывания прикосновений выполняется с возможностью считывания данных, сохраненных в каждом сенсорном элементе, посредством каждой шины D1(B), D2(B),…Dm(B) данных. Схема 1430 переключения подключается к схеме 1455 управления данными прикосновений и схеме 1440 считывания прикосновений, соответственно, для электрического подключения схемы 1455 управления данными прикосновений и схемы 1440 считывания прикосновений к шинам D1(B), D2(B),…Dm(B) данных в разное время. Для определения координат места прикосновения схема 1460 выполнения сравнения подключается к схеме 1450 управления данными прикосновений и схеме 1440 считывания прикосновений соответственно с целью сравнения данных, записанных схемой 1450 управления данными прикосновений, и данных, считанных схемой 1440 считывания прикосновений.
Фиг.15 представляет собой временную диаграмму сигналов в каждой шине затвора и шине данных в схеме, показанной на фиг.14. Как показано на фиг.14 и фиг.15, в течение каждого периода времени схема 1420 управления затвором последовательно подает m импульсов в шины G1(A)-Gm(A) затвора, при этом для каждого пикселя одновременно открывается транзистор элемента изображения и транзистор сенсорного элемента. В течение N-го периода времени схема 1450 управления данными изображения передает данные изображения в каждую шину D1(A), D2(A),…,Dm(A) данных с целью обновления данных в каждом элементе изображения, в это же время схема 1455 управления данными прикосновений передает опорные данные прикосновений в каждую шину данных D1(B), D2(B),..., Dm(B) посредством схемы 1430 переключения с целью записи данных в каждый сенсорный элемент. Затем в течение (N+1)-го периода времени схема 1450 управления данными изображения снова обновляет данные в каждом элементе изображения, а схема 1440 считывания прикосновений электрически соединяется с каждой шиной D1(B), D2(B),…,Dm(B) данных с целью считывания данных, сохраненных в каждом сенсорном элементе. Затем в течение (N+2)-го периода времени снова выполняется действие каждого элемента схемы, выполненное в течение N-го периода времени, то есть выполняется обновление данных в каждом элементе изображения и запись данных в каждый сенсорный элемент. Затем в течение (N+3)-го периода времени снова выполняется действие каждого элемента схемы, выполненное в течение (N+1)-го периода времени, то есть выполняется обновление данных в каждом элементе изображения и считывание данных, сохраненных в каждом сенсорном элементе. Как сказано выше, координаты места прикосновения могут быть точно определены посредством сравнения опорных данных прикосновений, записанных в N-м периоде времени, и данных, считанных в (N+1)-м периоде времени.
Необходимо отметить, что описанные выше структуры схем и временные диаграммы предназначены только для иллюстрации и не ограничивают каким-либо образом настоящее изобретение. Например, в варианте осуществления изобретения, показанном на фиг.2, опорные данные прикосновений, записанные в каждый сенсорный элемент, могут быть независимы от данных изображения, записанных в каждый элемент изображения. Однако в другом варианте осуществления изобретения опорные данные прикосновений, записанные в каждый сенсорный элемент, могут быть теми же, что и данные изображения, записанные в каждый элемент изображения, то есть схема 1450 управления данными изображения может заменить схему 1455 управления данными прикосновений для выполнения записи данных в сенсорные элементы. Еще в одном варианте осуществления изобретения частота обновления сенсорного элемента может устанавливаться в соответствии с фактическими вариантами применения. Например, каждый раз, когда элемент изображения выполняет операцию обновления от двух до пяти раз, сенсорный элемент может выполнить операцию записи/чтения только один раз для уменьшения потребляемой мощности. Кроме того, подложка матрицы тонкопленочных транзисторов может быть заменена подложкой с другим типом транзисторов или переключающих элементов. Например, подложка матрицы CMOS-транзисторов (КМОП-транзисторов) может заменить подложку матрицы тонкопленочных транзисторов для отражательного жидкокристаллического устройства.
На фиг.16 показан способ управления комплексной сенсорной жидкокристаллической панелью в соответствии с одним из вариантов осуществления настоящего изобретения. Сначала на шаге S1600 данные изображения записываются в элементы изображения в комплексных пиксельных элементах для обновления изображения на жидкокристаллической панели. Затем на шаге S1610 опорные данные прикосновений записываются в сенсорные элементы в комплексных пиксельных элементах, при этом опорные данные прикосновений могут быть либо теми же, либо независимыми от данных изображения на шаге S1600. Необходимо отметить, что шаг S1600 и шаг S1610 могут выполняться отдельно или синхронно, и рабочая частота и шага S1600, и шага S1610 может устанавливаться в соответствии с видом применения. Затем на шаге S1620 внешняя сила, приложенная к сенсорной жидкокристаллической панели, приводит к разряду сенсорного элемента, соответствующего месту прикосновения, и к соответствующему уменьшению величины напряжения, сохраненного в указанном сенсорном элементе. Затем на шаге S1630 считываются опорные напряжения, сохраненные в сенсорных элементах каждого пиксельного элемента, и в некоторых вариантах осуществления изобретения рабочая частота шага S1630 может отличаться от рабочей частоты шага S1610. Затем выполнение возвращается к шагу S1600, элементы изображения обновляются, и сенсорные элементы снова записываются и считываются; в это же время выполнение переходит к шагу S1640, и выполняется логическое вычисление данных, записанных и считанных на шаге S1610 и шаге S1630, соответственно. На шаге S1640 вычисления могут выполняться отдельно для каждого сенсорного элемента, так что может реализовываться функция мультисенсора. Кроме того, может быть заранее задано пороговое значение для определения величины силы, приложенной к сенсорной жидкокристаллической панели, и фильтрации нежелательного шума. Затем на шаге S1650 на основании результатов логических вычислений могут быть определены координаты, площадь прикосновения и давление в месте прикосновения.
В комплексной сенсорной жидкокристаллической панели, описываемой в настоящем изобретении, может применяться однослойная структура, благодаря чему общая толщина может быть уменьшена на 30-50% по сравнению со стандартной собираемой сенсорной жидкокристаллической панелью. Применение однослойной структуры может предотвратить возникновение дефектов цветовой неоднородности изображения (дефектов «мура»), например эффекта интерференционных колец Ньютона. Таким образом, настоящее изобретение характеризуется такими преимуществами, как небольшие размеры, малая толщина, низкий вес и высокая надежность. Кроме того, настоящее изобретение может идентифицировать положение нескольких точек одновременно и может подавлять шум посредством считывания данных, сохраненных во встроенных сенсорных элементах, и выполнения сравнения, которое может обеспечить точность определения места прикосновения.
Хотя настоящее изобретение было описано на примерных вариантах осуществления, эти описания не должны истолковываться в ограничительном смысле. Различные модификации примерных вариантов осуществления изобретения, так же как и другие варианты осуществления изобретения, очевидны при ссылке на эти описания. Таким образом предполагается, прилагаемая формула изобретения заключает все подобные модификации и варианты осуществления изобретения как попадающие в область охраны данного изобретения и его допустимых эквивалентов.