本公開內(nèi)容涉及觸摸感測裝置。

背景技術(shù)：

能夠使人(用戶)與各種電氣設(shè)備或電子設(shè)備之間進行通信的用戶接口(UI)使用戶能夠容易地按照他們所想的來控制設(shè)備。這樣的用戶接口的典型示例包括小鍵盤、鍵盤、鼠標、屏幕上顯示(OSD)以及具有紅外或射頻(RF)通信功能的遙控器。用戶接口技術(shù)朝向增強用戶情感和操作便利性穩(wěn)步推進。最近，用戶接口已經(jīng)演變?yōu)橛|摸UI、語音識別UI以及3D UI，并且其中，觸摸UI趨于主要被安裝在便攜式信息設(shè)備中。觸摸UI的應(yīng)用包括安裝在家用電器的顯示設(shè)備中或安裝在便攜式信息設(shè)備中的觸摸感測裝置。

電容式觸摸感測裝置具有高的耐用性和空間精度，并且能夠?qū)崿F(xiàn)多觸摸識別和接近觸摸識別。尤其是相比于現(xiàn)有的電阻式觸摸感測方案，電容式觸摸傳感器可以用于各種應(yīng)用中。在電容式觸摸感測裝置中，觸摸傳感器可以結(jié)合在顯示設(shè)備中或者可以安裝在顯示設(shè)備的顯示面板中，并且因此，觸摸傳感器與顯示設(shè)備的顯示像素電耦合。

觸摸感測裝置根據(jù)對觸摸傳感器的電容變化進行感測來確定觸摸是否被施加于觸摸傳感器；但是在一些情況下，由外部觸摸引起的觸摸傳感器的電容的變化量太小而致使不容易確定是否已經(jīng)施加觸摸。

為了更準確地確定是否已經(jīng)施加觸摸，需要較長的觸摸驅(qū)動周期。然而，在一個幀周期內(nèi)以時分復(fù)用的方式使用顯示面板驅(qū)動被耦接至顯示面板的觸摸面板，這難以確保足夠長的觸摸屏驅(qū)動周期。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

根據(jù)一個或多個實施方式，觸摸敏感顯示設(shè)備包括顯示面板、多個電極以及觸摸感測電路，該顯示面板包括在柵極線與數(shù)據(jù)線的交叉處限定的 多個顯示像素。該觸摸感測電路被配置為向電極提供觸摸驅(qū)動信號，以及檢測響應(yīng)于所提供的觸摸驅(qū)動信號而來自電極的相應(yīng)觸摸感測信號，觸摸感測信號指示響應(yīng)于被驅(qū)動電極上的觸摸輸入的、所述被驅(qū)動電極的自電容的變化。觸摸感測電路還被配置為在第一預(yù)定時間段上對每個觸摸感測信號的測量結(jié)果進行積分，以生成對應(yīng)于每個觸摸感測信號的第一積分信號；在第二預(yù)定時間段上對第一積分信號進行積分，以生成對應(yīng)于每個觸摸感測信號的第二積分信號；以及基于第二積分信號確定在所述電極中的一個或多個電極上存在一個或多個觸摸輸入。

在一個或多個實施方式中，觸摸敏感顯示設(shè)備是像素內(nèi)嵌入觸摸傳感器(in-cell)型觸摸敏感顯示設(shè)備，其中每個電極在顯示驅(qū)動模式期間工作為用于顯示像素中的一個或多個顯示像素的公共電極，以及在觸摸驅(qū)動模式期間工作為觸摸電極。

在一個或多個實施方式中，觸摸感測電路被配置為通過以下操作基于第二積分信號來確定在電極上存在觸摸輸入：將第二積分信號與預(yù)定閾值進行比較，以及如果個體電極的相應(yīng)第二積分信號超過預(yù)定閾值，則確定在該個體電極上存在觸摸輸入。

在一個或多個實施方式中，觸摸感測電路包括積分器電路，該積分器電路包括串聯(lián)連接的多個積分器。該多個積分器包括第一積分器和第二積分器，第一積分器分別基于第一控制信號和第二控制信號對觸摸感測信號的測量結(jié)果進行采樣和積累，以生成第一積分信號；第二積分器分別基于第一控制信號和第二控制信號對第一積分信號進行采樣和積累，以生成第二積分信號。

附圖說明

所包括的以進一步理解本公開內(nèi)容并且被并入且構(gòu)成本說明書的一部分的附圖示出了本公開內(nèi)容的實施方式，并且與說明書一起用于解釋本發(fā)明的原理。在附圖中：

圖1是示出根據(jù)實施方式的顯示設(shè)備的框圖。

圖2是液晶單元(liquid crystal cell)的等效電路圖。

圖3是示出根據(jù)實施方式的觸摸屏的互連結(jié)構(gòu)的平面圖。

圖4是示出用于對圖3的觸摸屏中的觸摸進行感測的觸摸驅(qū)動信號的 波形圖。

圖5是示出根據(jù)一個或多個實施方式的觸摸感測電路的配置的框圖。

圖6是根據(jù)實施方式的觸摸傳感器的等效電路圖。

圖7是由接收單元計算感測電壓的原理的圖形說明。

圖8是示出根據(jù)實施方式的多積分器(multi-integrator)的電路圖。

圖9示出了圖8的多積分器的等效模型。

圖10示出了根據(jù)一個或多個實施方式的由算法執(zhí)行單元計算(例如，檢測)觸摸輸入的存在。

具體實施方式

下文中，將參照附圖詳細描述本公開內(nèi)容的實施方式。相似的附圖標記表示相似的元件。

可以基于平板顯示設(shè)備來實施根據(jù)本公開內(nèi)容實施方式的顯示設(shè)備，平板顯示設(shè)備諸如液晶顯示器(LCD)、場發(fā)射顯示器(FED)、等離子顯示面板(PDP)、有機發(fā)光顯示器(OLED)或電泳顯示器(EPD)。下文中，將液晶顯示器(LCD)設(shè)備描述為平板顯示設(shè)備的示例，但是本發(fā)明的顯示設(shè)備不限于此。

圖1是示出根據(jù)本公開內(nèi)容的第一實施方式的包括觸摸面板的顯示設(shè)備的框圖。

參照圖1，根據(jù)本發(fā)明的第一實施方式的顯示設(shè)備包括顯示面板驅(qū)動電路、定時控制器22以及觸摸感測電路100。

顯示面板10包括兩個基板以及形成在兩個基板之間的液晶層?；蹇梢孕纬蔀椴ＡЩ濉⑺芰匣寤蚰せ?。形成在顯示面板10的下基板上的像素陣列包括數(shù)據(jù)線DL、與數(shù)據(jù)線DL交叉的柵極線GL以及以矩陣形式設(shè)置的像素。像素陣列還包括形成在數(shù)據(jù)線DL與柵極線GL的交叉處的多個薄膜晶體管(TFT)、用于對像素中的數(shù)據(jù)電壓進行充電的像素電極1、以及連接至像素電極以保持像素電壓的存儲電容器Cst。

以由數(shù)據(jù)線DL和柵極線GL限定的矩陣的形式設(shè)置顯示面板10的像素。由以下電場來驅(qū)動每個像素的液晶單元以調(diào)節(jié)入射光的透射量：所述電場是根據(jù)施加至像素電極1的數(shù)據(jù)電壓與施加至公共電極2的公共電 壓之間的差而被施加。響應(yīng)于來自柵極線GL的柵極脈沖，TFT導(dǎo)通，以將來自數(shù)據(jù)線DL的電壓提供給液晶單元的像素電極1。公共電極2可以形成在下基板或上基板上。

顯示面板10的上基板可以包括黑矩陣、濾色器等。偏振器被附接至上基板和下基板，取向?qū)?alignments layer)形成在基板的與液晶接觸的內(nèi)表面上，以設(shè)置液晶角的預(yù)傾斜角。維持液晶單元的單元間隙的間隔件形成在顯示面板10的上基板與下基板之間。

可以以任何已知的液晶模式來實施顯示面板10，液晶模式諸如扭曲向列(TN)模式、垂直取向(VA)模式、面內(nèi)切換(IPS)模式或者邊緣場切換(FFS)模式。背光單元可以設(shè)置在顯示面板10的后表面上。背光單元可以被實施為側(cè)光型(edge type)背光單元或直下型(direct type)背光單元，并且將光照射至顯示面板10。

顯示面板驅(qū)動電路可以通過使用數(shù)據(jù)驅(qū)動電路24以及柵極驅(qū)動電路26和30將輸入圖像的數(shù)據(jù)寫入顯示面板10的像素。

數(shù)據(jù)驅(qū)動電路24將數(shù)字視頻數(shù)據(jù)RGB轉(zhuǎn)換為正極/負極伽瑪補償電壓以生成數(shù)據(jù)電壓。數(shù)據(jù)驅(qū)動電路24將數(shù)據(jù)電壓提供給數(shù)據(jù)線DL，并且在定時控制器22的控制下反轉(zhuǎn)數(shù)據(jù)電壓的極性。

柵極驅(qū)動電路26和30將與數(shù)據(jù)電壓同步的柵極脈沖(或掃描脈沖)順序地提供給柵極線GL，以選擇數(shù)據(jù)電壓所被寫入到的顯示面板10的線。柵極驅(qū)動電路26和30包括電平移位器26和移位寄存器30。移位寄存器30可以以面內(nèi)柵極(gate-in-panel)(GIP)的方式直接形成在顯示面板10的基板上。

電平移位器26可以形成在電連接至顯示面板10的下基板的印刷電路板(PCB)20上。電平移位器26在定時控制器22的控制下輸出起始脈沖(VST)以及在柵極高電壓VGH與柵極低電壓VGL之間擺動的時鐘信號CLK。柵極高電壓VGH被設(shè)定為等于或高于形成在顯示面板10的像素陣列中的TFT的閾值電壓的電壓。柵極低電壓VGL被設(shè)定為低于形成在顯示面板10的像素陣列中的TFT的閾值電壓的電壓。響應(yīng)于從定時控制器22輸入的起始脈沖ST、第一時鐘GCLK和第二時鐘MCLK，電平移位器26輸出起始脈沖VST以及在柵極高電壓VGH與柵極低電壓VGL之間擺動的時鐘信號CLK。從電平移位器26輸出的時鐘信號CLK被順序地移相，并且被傳送至形成在顯示面板10中的移位寄存器30。

移位寄存器30形成在顯示面板10的形成有像素陣列的下基板的邊緣上，以使得移位寄存器30連接至像素陣列的柵極線12。移位寄存器30包括多個依賴性連接的級。移位寄存器30響應(yīng)于從電平移位器26輸入的起始脈沖VST開始進行操作，并且響應(yīng)于時鐘信號CLK對輸出進行移位，以將柵極脈沖順序地提供給顯示面板10的柵極線。

定時控制器22將從外部主機系統(tǒng)輸入的數(shù)字視頻數(shù)據(jù)提供給數(shù)據(jù)驅(qū)動電路24的集成電路(IC)。在從外部主機系統(tǒng)接收垂直同步信號Vsync、水平同步信號Hsync、數(shù)據(jù)使能信號(數(shù)據(jù)使能(DE))、定時信號如時鐘時，定時控制器22生成用于對柵極驅(qū)動電路26和30的操作定時進行控制的定時控制信號。定時控制器22或主機系統(tǒng)生成用于對顯示面板驅(qū)動電路和觸摸感測電路100的操作定時進行控制的同步信號SYNC。

觸摸感測電路100將觸摸驅(qū)動信號施加于連接至觸摸屏的電容式觸摸傳感器COM的感測線L1至感測線L4，以對觸摸之前或之后或者觸摸驅(qū)動信號的上升沿延遲時間或下降沿延遲時間之前或之后觸摸驅(qū)動信號電壓的變化進行計數(shù)，從而感測在觸摸(或接近觸摸)被輸入之前或之后電容的變化。觸摸感測電路100將從觸摸屏的電容式傳感器接收的電壓轉(zhuǎn)換為數(shù)字數(shù)據(jù)以生成觸摸原始數(shù)據(jù)，并且通過執(zhí)行預(yù)先設(shè)定的觸摸識別算法來分析觸摸原始數(shù)據(jù)，以檢測觸摸(或接近觸摸)輸入。觸摸感測電路100向主機系統(tǒng)傳送包括觸摸(或接近觸摸)輸入位置的坐標的觸摸報告數(shù)據(jù)。

主機系統(tǒng)可以實施為導(dǎo)航系統(tǒng)、機頂盒(STB)、DVD播放器、藍光播放器、個人計算機(PC)、家庭影院系統(tǒng)、廣播接收機以及電話系統(tǒng)中的任何一個。主機系統(tǒng)通過使用縮放器將輸入圖像的數(shù)字視頻信號轉(zhuǎn)換為適合于顯示面板10的分辨率的格式，并且將定時信號與相應(yīng)數(shù)據(jù)一起傳送至定時控制器22。此外，響應(yīng)于從觸摸感測電路100輸入的觸摸報告數(shù)據(jù)，主機系統(tǒng)執(zhí)行與觸摸(或接近觸摸)輸入相關(guān)聯(lián)的應(yīng)用程序。

圖3是示出自電容式(self-capacitive)觸摸屏(TSP)的互連結(jié)構(gòu)的平面圖。圖4是示出用于感測圖3的觸摸屏(TSP)的觸摸驅(qū)動信號的波形圖。

參照圖3和圖4，自電容式觸摸屏(TSP)包括觸摸傳感器COM。每個觸摸傳感器(COM)由大于像素的透明導(dǎo)電材料形成。每個觸摸傳感器(COM)覆蓋多個像素。每個觸摸傳感器(COM)連接至自電容，以使得在觸摸屏驅(qū)動周期Tt1、Tt2期間被用作自電容的電極。

觸摸感測電路100可以通過感測線L1至感測線L4以一對一的方式連接至觸摸傳感器C1至觸摸傳感器C4。在顯示面板驅(qū)動周期Td1、Td2期間，公共電壓源(未示出)通過感測線L1至感測線L4向觸摸傳感器COM提供公共電壓Vcom。因此，在顯示面板驅(qū)動周期Td1、Td2期間，觸摸傳感器COM工作為公共電極2。

觸摸感測電路100在顯示面板驅(qū)動周期Td1、Td2期間被禁用，并且在觸摸屏驅(qū)動周期Tt1、Tt2期間被啟用，以同時向感測線L1至感測線L4提供圖4中所示的觸摸驅(qū)動信號(Vac)。

圖5是示出觸摸感測電路100與觸摸傳感器COM之間的連接的示圖。如圖5所示，在自電容式觸摸屏(TSP)中，為了減少觸摸傳感器電路100的輸入/輸出引腳的數(shù)量，可以在觸摸感測電路100與感測線L1至感測線L4之間安裝復(fù)用器150。當復(fù)用器150被實施為1：N(N是等于或大于2且小于n的正整數(shù))的復(fù)用器時，在觸摸感測電路100中從其輸出觸摸驅(qū)動信號的n/N個輸入/輸出引腳被連接至復(fù)用器150的輸入端子。復(fù)用器150的n個輸出端子以一對一的方式連接到感測線L1至感測線L4。因此，在本發(fā)明中，通過使用復(fù)用器150，觸摸感測電路100的引腳數(shù)可以減少1/N。

當感測線L1至感測線L4被分為三組時，復(fù)用器150將n/3個輸入/輸出引腳P1至Pn/3連接至第一組感測線，以同時向連接至第一組感測線的電容式傳感器提供觸摸驅(qū)動信號。隨后，復(fù)用器150將n/3個輸入/輸出引腳P1至Pn/3連接至第二組感測線，以同時向連接至第二組感測線的電容式傳感器提供觸摸驅(qū)動信號。隨后，復(fù)用器150將n/3個輸入/輸出引腳P1至Pn/3連接至第三組感測線，以同時向連接至第三組感測線的電容式傳感器提供觸摸驅(qū)動信號。因此，觸摸感測電路100可以通過使用復(fù)用器150，經(jīng)由n/3個引腳向n個透明導(dǎo)電塊圖案COM1至COMn提供觸摸驅(qū)動信號。

觸摸感測電路100包括接收單元110、多積分器120以及采樣保持器單元130。接收單元110接收根據(jù)觸摸傳感器COM的電容而變化的觸摸驅(qū)動信號的電壓。多積分器120將從接收單元110傳送的感測電壓積累兩次或更多次。在下文中，將主要描述在多積分器120包括第一積分器121和第二積分器122(圖8中示出)的情況下的實施方式。采樣保持器單元130保持來自多積分器120的輸出，并且隨后將輸出傳送至ADC 170。

在接收到來自多積分器120的輸出時，ADC將輸出轉(zhuǎn)換為觸摸數(shù)據(jù)、 二進制數(shù)據(jù)，并且將觸摸數(shù)據(jù)傳送至算法執(zhí)行單元180。

算法執(zhí)行單元180接收來自ADC 170的觸摸數(shù)據(jù)并且計算觸摸坐標。

圖6是根據(jù)本發(fā)明的實施方式的觸摸傳感器的等效電路圖。圖7是示出由接收單元計算感測電壓的原理的圖示。

參照圖6和圖7，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的觸摸傳感器的等效電路包括電阻器R和電容器Cg、電容器Cd，以及電容器Co。電阻器R包括顯示面板10和觸摸傳感器COM的引線電阻和寄生電阻。Cg表示感測線L1至L4與柵極線之間的電容器，Cd是感測線L1至L4與數(shù)據(jù)線之間的電容器。Co是形成在顯示面板10中的除了數(shù)據(jù)線DL和柵極線GL以外的部件與感測線L1至L4之間的電容器。

當觸摸驅(qū)動信號Vo被施加于感測線L1至L4時，觸摸驅(qū)動信號Vo的上升沿和下降沿被延遲了RC延遲值，所述RC延遲值是通過電阻器R和電容器Cg、電容器Cd以及電容器Co來確定。當導(dǎo)體或手指接觸到觸摸傳感器COM時，電容增加了Cf(例如，對應(yīng)于由觸摸輸入引起的驅(qū)動觸摸電極的自電容的變化)，以增大RC延遲。例如，在圖7中，實線表示當不存在觸摸輸入時觸摸驅(qū)動信號的下降沿，虛線表示當存在觸摸輸入時觸摸驅(qū)動信號的下降沿。

接收單元110接收單位時間(△t)的觸摸驅(qū)動信號的下降沿電壓V2，并且將所接收的觸摸驅(qū)動信號的下降沿電壓與參考電壓V1進行比較。參考電壓V1指示當不存在觸摸輸入時單位時間(△t)的觸摸驅(qū)動信號的下降沿電壓。接收單元110計算參考電壓V1與觸摸驅(qū)動信號的下降沿電壓V2之間的差(△V)，并且輸出所計算的差作為感測電壓Vsen。

圖8是示出多積分器120的圖示，圖9是示出多積分器120的建模的圖示。

參照圖8，多積分器120包括第一積分器121和第二積分器122。第一積分器121接收(例如，經(jīng)由第一電容器C1來采樣)來自接收單元110的感測電壓Vsen，并且積累(例如，經(jīng)由第二電容器C2)n次。第二積分器122接收(例如，經(jīng)由第三電容器C3來采樣)來自第一積分器121的輸出，并且積累(例如，經(jīng)由第四電容器C4)n次。

第一積分器121通過第一開關(guān)S1至第四開關(guān)S4的操作來積累感測電壓Vsen。在第一周期期間，第一開關(guān)S1和第三開關(guān)S3通過第一控制信號CS1而導(dǎo)通，以將對應(yīng)于感測電壓Vsen的電荷積累至第一電容器 C1。通過如下的等式1和第一傳遞函數(shù)(H[Z]1)表示通過第一控制信號CS1的第一積分器121的操作。

[等式1]

H(z)1＝-(C1/C2)(1/(1-Z^-1)

本文中，-(C1/C2)是第一傳遞函數(shù)的增益值，Z表示在離散信號處理中確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性的Z域。

在第二周期期間，第二開關(guān)S2和第四開關(guān)S4通過第二控制信號CS2而導(dǎo)通，并且將在第一電容器C1中積累的電荷傳送至第二電容器C2。

因此，第一積分器121積累感測電壓Vsen達到開關(guān)信號的重復(fù)數(shù)(n)，并且輸出第一積分電壓Vout1，所述開關(guān)信號包括一對第一控制信號和第二控制信號。

第二積分器122通過第五開關(guān)S5至第八開關(guān)S8的操作再一次積累第一積分電壓Vout1。第五開關(guān)S5和第七開關(guān)S7通過第一控制信號而導(dǎo)通，以將對應(yīng)于第一積分電壓Vout1的電荷積累至第三電容器C3。通過如下的等式2和第二傳遞函數(shù)(H[Z]2)表示通過第一控制信號的第二積分器122的操作。

[等式2]

H(z)2＝-(C3/C4)(1/(1-Z^-1)

本文中，-(C3/C4)是第三傳遞函數(shù)的增益值，Z表示在離散信號處理中確定系統(tǒng)的穩(wěn)定性的Z域。

第六開關(guān)S6和第八開關(guān)S8通過第二控制信號而導(dǎo)通，并且將在第三電容器C3中積累的電荷傳送至第四電容器C4。

因此，第二積分器122積累從第一積分器121輸出的第一積分電壓Vout1達到開關(guān)信號的重復(fù)數(shù)，并且輸出第二積分電壓Vout2，所述開關(guān)信號包括一對第一控制信號和第二控制信號。

多積分器120可以如圖9所示被建模。也就是說，由于多積分器120再次積累感測電壓Vsen并且將其輸出，所以輸出了具有與積累數(shù)(n)的平方成比例的大小的感測電壓。

圖10是示出由多積分器120輸出的第二積分電壓Vout2的圖示。在圖10中，由虛線表示的曲線代表根據(jù)比較例的單個積分器的輸出(例如，Vout1)。

算法執(zhí)行單元180確定多積分器120的第二積累電壓是否達到閾值電壓Vx，并且當?shù)诙e累電壓Vout2等于或高于閾值電壓Vx時，算法執(zhí)行單元180確定已經(jīng)發(fā)生觸摸事件。本文中，如圖10所示，由于多積分器120基于第二積累電壓Vout2確定觸摸事件，所以相比于由虛線表示的比較例，多積分器120可以在短的時間段內(nèi)確定觸摸事件。例如，如圖10所示，通過由多積分器120再次積累某一感測電壓而獲得的電壓在時間段t3內(nèi)達到閾值電壓Vx，而根據(jù)比較例的輸出電壓Vout1在時間段t8內(nèi)達到閾值電壓Vx。

如上所述，根據(jù)本發(fā)明的實施方式的觸摸感測裝置可以在短的時間段內(nèi)確定是否發(fā)生觸摸事件。因此，在本發(fā)明中，即使觸摸感測周期短，也可以準確地感測到觸摸事件。

在第一幀周期內(nèi)以時分方式驅(qū)動顯示面板驅(qū)動周期和觸摸感測周期。因此，可以減小觸摸感測周期，以及可以以時分復(fù)用方式對顯示面板驅(qū)動周期和觸摸感測周期驅(qū)動兩次或更多次。也就是說，即使當驅(qū)動頻率增加從而觸摸感測周期縮短時，本發(fā)明的觸摸感測裝置也可以準確地感測觸摸事件。因此，本實施方式的觸摸感測裝置可以有利地應(yīng)用于LHB(長水平消隱(Long Horizontal Blank))驅(qū)動模式，并且因此，可以以高的驅(qū)動頻率來驅(qū)動顯示面板。

雖然已經(jīng)參照多個示例性實施方式描述了實施方式，但是應(yīng)該理解的是，本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠設(shè)想的許多其他修改和實施方式也將落入本公開的原理的范圍內(nèi)。更特別地，在本公開內(nèi)容、附圖以及所附權(quán)利要求書的范圍內(nèi)，可以對主題組合布置的組成部件和/或布置進行各種變型和修改。除了組成部件和/或布置的變型和修改以外，對于本領(lǐng)域技術(shù)人員而言替代使用也是顯而易見的。