专利名称：有源触控平板显示器的制作方法
有源触控平板显示器
技术领塽
本发明涉及触控式平板显示器，具体涉及有源触控平板显示器。
背景技术：
目前具有触控功能的平板显示器以显示屏、显示驱动器、触控屏、触 控信号检测器、背光源等部件构成，触控屏有应用不同感测原理的电阻式、
电容式、电磁式、超声波式和光电式等，显示屏有TN/STN液晶显示屏、 TFT液晶显示屏、OLED显示屏、PDP显示屏、纳米碳管显示屏等。带有触 控屏的平板显示器是将分体的触控屏与显示屏层叠在一起，通过显示屏探 测到触摸点的平面位置，再使显示屏上的光标跟随触摸点定位。触控屏与 显示屏的层叠使得触控式平板显示器变厚变重成本增加;在触控屏置于显 示屏前面时，触控屏感测电极产生的反射又会使得显示不均勻和在强外界 光环境下显示对比度的下降，影响显示效果。将触控板和显示屏集成为一 体，使具有触控功能的平板显示器变得更加轻薄，是人们努力的方向。
显示屏和触控板的集成方式主要为层叠式和镶嵌式两种，层叠式是将 触控板置于显示屏的顶面之前或底面之后，显示屏和触控板分别独立承担 显示和触控任务，中国专利(CN20010141451， MINXIANG INDUSTRY CO LTD， 2001)、芬兰专利(FI 19960002692， NOKIA MOBILE PHONES LTD, 1996)、 日本专利(JP19850161986， CANON KK， 1985)、 (JP19900095167, NIPPON TELEGRAPH & TELEPHONE, 1990) 、 (JP19930306286， PFU LTD, 1993), (JP19980014850, NISSHA PRINTING, 1998)、 (JP19990142260， MIMAKI DENSHI BUHIN KK， 1999)、韩国专利(KR20000084115， YU HWAN SEONG;LIM JOO-SOO, 2000)、 (KR20020083301， BANG YONG IK; etc., 2002)、 台湾专利(TW556141， AU OPTRONICS CORP, 2002)、美国专利(US6215476, APPLE COMPUTER, 2001)、 (US20030347603， TOPPOLY OPTOELECTRONICS CORP， 2003)等多项专利，都提出了电阻式、电容式、电磁式的触控板和 显示屏的各种层叠方案，但触控板置于显示屏顶面之前，会影响显示的亮 度、对比度、清晰度、颜色等显示效果；电磁式触控板置于显示屏底面之 后，使触控板电极与显示屏电极的对位困难，也会影响显示的亮度；并且 层叠的方法还会增加显示器的整体厚度；结构的复杂，又会导致可靠性下 降，并由生产过程的复杂和装配的复杂也至使成本偏高。
镶嵌式是将触控传感器嵌入显示屏内，在每一显示象素旁安置一个传 感器(多为光学传感器)，用双重电极连接显示象素和传感器，分别传输显 示驱动信号和触控探测信号，韩国专利(KR20030019631， JUNG YONG CHAE; YANG DONG KYU， 2003)、 (KR20030077574, CHOI JOON-HOO; JOO IN-SOO， 2003)、德国专利(GB0304587. 9， SHARP, 2003)、美国专利(US19970955388, SONY ELECTRONICS INC ， 1997) ， (US19980135959 ， IBM ， 1998)、 (US20030721129, EASTMAN KODAK CO， 2003)等多项专利,也分别提出了 镶嵌式的方案，但将触控传感器镶嵌入显示屏以及双重电极的制造工艺复 杂，电极引出线困难，因而也至使成本高，并且也可能产生显示驱动信号 和触控探测信号的相互干扰。
也有人试图靠探测液晶显示屏的盒间电容的方法来探测触控，如台湾 专利(TW20020116058， LEEYU-TUAN， 2002)，盒间电容的变化是靠触控压 力引起盒厚的变化产生，盒间的支承物使得要改变液晶显示屏的盒厚需要 很大力量，而且改变液晶显示屏的盒厚必定会影响显示，液晶材料的介电 各向异性又使得盒间电容随显示变化，要排除液晶材料介电各向异性引起 的盒间电容的变化又会影响显示，所以这种探测液晶显示屏的盒间电容来 探测触控的方法是不可取的。 找出一种解决上述的结构复杂、制造工艺难度大、生产过程复杂和装 配复杂问题的方案，提高可靠性、改善显示效果、压缩厚度、降低成本， 以简洁的方法实现平板显示器触控功能是必要的。
申请号为2005101244714的专利提出了利用正交的显示屏行扫描电 极和列信号电极中之一的单层电极作为触控电极感测触控，让作为触控电 极的行扫描电极或列信号电极在两端引出出脚,通过检测触控电极两端触 控信号的差别，确定触控点在触控电极上的位置。但2005101244714专利 的方法，是检测到触控电极两端触控信号的差别，要求作为触控电极的行 扫描电极或列信号电极要有相当的体电阻值。对于有源平板显示器行扫描 电极和列信号电极都是金属电极线，体电阻值非常小，不适合用 2005101244714专利的方法。
发明内容
本发明旨在提供一种有源触控平板显示器，以滑动条的方法定位触控 点在触控检测电极上的位置。
本发明的技术思路是:让显示驱动信号和触控探测信号复用显示屏电 极。在有源平板显示屏TFT阵列基板玻璃上，具有与TFT的柵极相连的扫 描电极线、与TFT的源极或漏极相连的信号电极线、接地电极线、甚至其 他的电极线；显示屏的另一片基板玻璃上具有彩色滤光膜、网格状掩光黑 膜层、以及公共电极。以TFT阵列基板玻璃上的部分电极线作为触控检测 电极，以同基板玻璃上与触控检测电极平行电极作为触控激励电极。触控 检测电极连接触控检测电路，触控激励电极连接触控激励源。触控激励源 发出触控信号到触控激励电极上，触控激励电极再发出触控信号到触控检 测电极上，与触控检测电极相连的触控检测电路检测触控信号。当手指或 触控笔等触控物靠近显示屏时，触控物与触控激励电极和触控检测电极间 产生耦合电容；触控激励电极上的触控信号部分从触控物洩漏出去，使触
控检测电极接收到的触控信号发生改变;触控检测电路检测到触控检测电 极上触控信号的变化，以检测到触控信号的大小，定位触控物在触控检测 电极上的位置。
触控检测电路对触控检测电极上触控信号的检测，可以只从触控检测 电极的单端检测触控信号，来定位触控物在触控检测电极上的位置；也可 以从触控检测电极的两端检测触控检测触控信号，以两端触控信号的差 别，来定位触控物在触控检测电极上的位置。
本发明的技术解决方案是对TFT阵列基板玻璃上的一组平行电极 线，以循环扫描方式取其中部分电极线作为触控检测电极，以此组平行电 极线其余的部分或全部电极线作为触控激励电极。触控检测电极的单侧端 头连接触控检测电路，触控激励电极连接触控激励源。当手指或触控笔等 触控物靠近显示屏时，触控检测电极循环扫描到触控物所在位置时，触控 物与触控激励电极和触控检测电极间产生耦合电容，触控激励电极上的触 控信号部分从触控物洩漏出去，触控检测电路检测到触控检测电极上触控 信号的变化。以检测到触控信号变化的触控检测电极，定位被触控电极； 以检测到触控信号的大小，定位触控物在被触控电极上的位置；从而确定 触控物在显示屏上的触控位置。当在多条触控检测电极上检测到触控信号 变化时，以触控信号变化最大的电极为触控定位点，或以这些检测到触控 信号变化电极的中间位置为触控定位点。
另一种方案是对TFT阵列基板玻璃上的一组平行电极线，以循环 扫描方式取其中部分电极线作为触控检测电极，以此组平行电极线其余的 部分或全部电极线作为触控激励电极。触控检测电极的两侧端头均连接触 控检测电路，触控激励电极连接触控激励源。当手指或触控笔等触控物靠 近显示屏时，触控检测电极循环扫描到触控物所在位置时，触控物与触控 激励电极和触控检测电极间产生耦合电容，触控激励电极上的触控信号部 分从触控物洩漏出去，触控检测电路检测到触控检测电极上触控信号的变
化。以检测到触控信号变化的触控检测电极，定位被触控电极；以检测到 的触控检测电极两侧端头触控信号的差别，定位触控物在被触控电极上的 位置；从而确定触控物在显示屏上的触控位置。当在多条触控检测电极上 检测到触控信号变化时，以触控信号变化最大的电极为触控定位点，或以 这些检测到触控信号变化电极的中间位置为触控定位点。
以上两种方案中，与触控检测电极平行的触控激励电极，可以让触 控检测电极单侧的电极作为触控激励电极，也可以让触控检测电极两侧的 电极均作为触控激励电极。
再一种方案是对TFT阵列基板玻璃上的一组平行电极线，取其中
部分电极线作为触控检测电极，以相邻的部分电极线作为触控激励电极， 再相邻的部分电极线又作为触控检测电极，再相邻的部分电极线又作为触 控激励电极，以此循环相间的方式布置触控检测和激励电极。各组触控检 测电极的单侧端头同时连接触控检测电路，各组触控激励电极同时连接触 控激励源。当手指或触控笔等触控物靠近显示屏时，触控物与其中的某组 触控激励电极和触控检测电极间产生耦合电容，触控激励电极上的触控信 号部分从触控物洩漏出去，触控检测电路同时对各组触控检测电极进行检 测，检测到某组触控检测电极上触控信号的变化。以检测到触控信号变化 的触控检测电极，定位被触控电极；以检测到触控信号变化的触控检测电 极上触控信号的大小，定位触控物在被触控电极上的位置；从而确定触控 物在显示屏上的触控位置。当在多条触控检测电极上检测到触控信号变化 时，以触控信号变化最大的电极为触控定位点，或以这些检测到触控信号 变化电极的中间位置为触控定位点。
又再一种方案是对TFT阵列基板玻璃上的一组平行电极线，取其 中部分电极线作为触控检测电极，以相邻的部分电极线作为触控激励电 极，再相邻的部分电极线又作为触控检测电极，再相邻的部分电极线又作 为触控激励电极，以此循环相间的方式布置触控检测和激励电极。各组触
控检测电极的两侧端头均同时连接触控检测电路，各组触控激励电极同时 连接触控激励源。当手指或触控笔等触控物靠近显示屏时，触控物与其中 的某组触控激励电极和触控检测电极间产生耦合电容，触控激励电极上的 触控信号部分从触控物洩漏出去，触控检测电路同时对各组触控检测电极 进行检测，检测到某组触控检测电极上触控信号的变化。以检测到触控信 号变化的触控检测电极，定位被触控电极；以检测到的触控检测电极两侧 端头触控信号的差别，定位触控物在被触控电极上的位置；从而确定触控 物在显示屏上的触控位置。当在多条触控检测电极上检测到触控信号变化 时，以触控信号变化最大的电极为触控定位点，或以这些检测到触控信号 变化电极的中间位置为触控定位点。
触控检测电路是以TFT阵列基板玻璃上扫描电极线、信号电极线、 接地电极线、或其他的电极线中的一种作为触控检测电极。
显示驱动信号和触控探测信号复用显示屏电极，以显示屏电极作为 触控检测电极，让显示屏电极既传输显示驱动信号，又感测并传输触控信 号，可以用时分复用和同时共用两种方法在显示驱动信号和触控探测信 号时分复用显示屏电极时，在显示屏电极与显示驱动电路间、显示屏电极 与触控检测电路间、显示屏电极与触控激励源间都加入模拟开关，让显示 屏电极分时连通显示驱动电路和触控检测电路或触控激励源，使显示屏电 极在不同时间段或传输显示驱动信号，或传输触控探测信号。在显示驱动 信号和触控探测信号同时共用显示屏电极时，触控信号具有与显示驱动信 号所不同的特征，如频率或编码特征。显示驱动电路和触控激励源通过信 号加载电路与显示屏电极连接，显示驱动电路和触控检测电路通过信号分 离电路与显示屏电极连接。信号加载电路使显示驱动信号和触控信号合成 为复合信号，并施加到显示屏电极上；信号分离电路将触控信号从显示驱 动信号和触控信号的复合信号中分离出来，并传输给触控检测电路。
让显示驱动信号和触控探测信号复用显示屏电极，触控激励源可以
在显示屏与驱动电路的接口处，通过模拟开关的切换向显示屏电极输入和 取出触控激励信号，或通过信号加载电路和信号分离电路向显示屏电极输
入和取出触控激励信号；显示驱动电路可划分为驱动源电路、选择和输出 电路、控制电路三部分，触控激励源也可以在驱动电路中的驱动源电路与 选择和输出电路间的接口处，通过模拟开关的切换向显示屏电极输入和取
出触控激励信号，或通过信号加载电路和信号分离电路向显示屏电极输入 和取出触控激励信号。
附圉简要说明
图1是一种时分复用TFT阵列基板玻璃上行扫描电极线的触控式 TFT-LCD。
图2是一种时分复用TFT阵列基板玻璃上列信号电极线的触控式 TFT-LCD。
图3是一种频分复用TFT阵列基板玻璃上行扫描电极线的触控式 TFT-LCDo
具体实施例方式
本发明的实施例之一如图1所示:一种时分复用TFT阵列基板玻璃上 行扫描电极线的触控式TFT-LCD 100。 TFT-LCD 100由液晶显示屏110、 显示驱动电路120和130、触控检测电路140和触控激励源150、控制系 统160组成。液晶显示屏110的TFT阵列基板玻璃上有N条行扫描电极线 111和M条列信号电极线112， N条行扫描电极线111从基板玻璃两侧均 有引出端。液晶显示屏llO的N条行扫描电极线lll的一端连接显示驱动 电路120; N条行扫描电极线111中奇数电极的另一端连接触控激励源 150， N条行扫描电极线111中偶数电极的另一端连接触控检测电路140。 对显示屏的电信号输出分为显示和触控两帧，在显示帧内，触控激励源
150停止向显示屏电极输出触控信号，触控检测电路140停止向显示屏电 极采样触控信号;显示驱动电路120和130向显示屏电极输出显示驱动信 号，驱动显示象素显示。在触控帧内，显示驱动电路120和130停止向显 示屏电极输出显示驱动信号；触控激励源150向N条行扫描电极线111 中的奇数电极输出触控信号，触控检测电路140向N条行扫描电极线111 中的偶数电极采样触控信号。当触控的手指170触及液晶显示屏110时， N条行扫描电极线111中的某一条偶数电极两侧奇数电极上的触控信号部 分从触控物洩漏出去，使与触控检测电路140连接的偶数电极接收到的触 控信号发生改变，触控检测电路140检测到触控信号的变化。以检测到触 控信号变化的行扫描电极线，定位被触控电极；以检测到的触控信号大小， 定位触控物在被触控电极上的位置；由触控电极和触控物在触控电极上的 位置确定触控位置。
本发明的实施例之二如图2所示: 一种时分复用TFT阵列基板玻璃上 列信号电极线的触控式TFT-LCD 200。 TFT-LCD 200由液晶显示屏210、 显示驱动电路220和230、触控检测电路240和触控激励源250、控制系 统260、 M位单刀双掷模拟开关组270和M位单刀单掷模拟开关组280组 成。液晶显示屏210的TFT阵列基板玻璃上有N条行扫描电极线211和M 条列信号电极线212，M条列信号电极线212从基板玻璃两侧均有引出端。 液晶显示屏210的M条列信号电极线212的一端，连接M位单刀双掷模拟 开关组270的固定端，显示驱动电路230连接到M位模拟开关组270的一 个切换端，触控激励源250连接到M位模拟开关组270中奇数开关的另一 个切换端,触控检测电路240连接到M位模拟开关组270中偶数开关的另 一个切换端；M条列信号电极线212中奇数电极的另一端通过单刀单掷模 拟开关组280连接触控激励源250， M条列信号电极线212中偶数电极的 另一端通过单刀单掷模拟开关组280连接触控检测电路240。在显示帧内， 控制系统260让模拟开关组270和280中偶数开关以扫描方式，使列信号
电极线中偶数电极线的一端，从连接显示驱动电路230转向连接触控检测 电路240，同时也让模拟开关组280中偶数开关以扫描方式，使列信号电 极线中偶数电极线的另一端，连通触控检测电路240;让模拟开关组270 中的奇数开关以同步的扫描方式，使列信号电极线中两个相邻的奇数电极 线从连接显示驱动电路230转向连接触控激励源250，同时也让模拟开关 组280中偶数开关以扫描方式，使列信号电极线中同样两条奇数电极线的 另一端，连通触控检测电路250。当触控的手指290触及液晶显示屏210， M条列信号电极线212中的某一条电极连接到触控检测电路240时，与触 控检测电路240连通的列信号电极线两侧与触控激励源250连通的列信号 电极线上的触控信号部分从触控物洩漏出去，使与触控检测电路240连通 的列信号电极线接收到的触控信号发生改变，触控检测电路240检测到触 控信号的变化。以检测到触控信号变化的列信号电极线，定位被触控电极； 以触控电极两端触控信号大小的差别，定位触控物在被触控电极上的位 置；由触控电极和触控物在触控电极上的位置确定触控位置。
本发明的实施例之三如图3所示: 一种频分复用TFT阵列基板玻璃上 行扫描电极线的触控式TFT-LCD 300。 TFT-LCD 300由液晶显示屏310(液 晶显示屏310的TFT阵列基板玻璃上有N条行扫描电极线311和M条列信 号电极线312)、显示驱动电路320、触控检测电路330和触控激励源340、 低通电路350、高通电路360和370组成。显示驱动电路320划分为驱动 源电路321、行选择和输出电路322、列选择和输出电路323、控制电路 324;行选择和输出电路322有选通电平输入端325，和非选通电平输入 端326，选通电平用于开启TFT，非选通电平用于关闭TFT。低通电路350 让显示驱动信号通过，让高频的触控信号不能通过；高通电路360和370 让显示驱动信号不能通过，让高频的触控信号通过。液晶显示屏310的N 条行扫描电极线311连接显示驱动电路320的行选择和输出电路322， M 条列信号电极线312连接显示驱动电路320的列选择和输出电路323;列
选择和输出电路323直接连接驱动源电路321，行选择和^T出电路322通 过低通电路350连接驱动源电路321;触控检测电路330通过高通电路360 连接显示驱动电路320的行选择和输出电路322的选通电平输入端325， 触控激励源340通过高通电路370连接显示驱动电路320非选通电平输入 端326。触控激励源340发出的触控信号通过高通电路370叠加在非选通 电平上，传输到行选择和输出电路322的非选通电平输入端325，再传输 到液晶显示屏310的行扫描电极线311的非选通电极线上;触控检测电路 330通过高通电路360，检测从行选择和输出电路322的选通电平输入端 324流出的触控信号。在显示过程中，随显示行扫描，触控检测电路330 逐行检测显示屏310的行扫描电极线311的触控信号，而行扫描电极线 311的非选通电极线上满布触控激励信号。当触控的手指380触及液晶显 示屏310， N条行扫描电极线311中的某一条电极连接到触控检测电路330 时，与触控检测电路330连通的列信号电极线两侧与触控激励源340连通 的列信号电极线上的触控信号部分从触控物洩漏出去，使与触控检测电路 330连通的列信号电极线接收到的触控信号发生改变，触控检测电路330 检测到触控信号的变化，以检测到触控信号变化的列信号电极线，定位被 触控电极；以检测到的触控信号大小，定位触控物在被触控电极上的位置； 由触控电极和触控物在触控电极上的位置确定触控位置。
上述的实施例并不代表所有可能的实施方案，其它的变形方案也应是 本发明的保护范围。
权利要求
1. 有源触控平板显示器，有源平板显示屏TFT阵列基板玻璃上，具 有与TFT的柵极相连的扫描电极线、与TFT的源极或漏极相连的信号电极 线、接地电极线、甚至其他的电极线，以TFT阵列基板玻璃上的电极线作 为触控检测电极，利用触控物与显示屏电极间产生的耦合电容，通过对触 控物与显示屏电极耦合信号的检测和分析计算，求得触控物在显示屏上的 位置，其特征在于以TFT阵列基板玻璃上的部分电极线作为触控检测电 极，以同基板玻璃上与触控检测电极平行电极作为触控激励电极，触控检 测电极连接触控检测电路，触控激励电极连接触控激励源，触控检测电路 以检测到的触控物与触控激励电极和触控检测电极间耦合所引起的触控信 号的变化，定位触控物在触控检测电极上的位置。
2. 根据权利要求1所述的有源触控平板显示器，其特征在于触控 检测电极的单侧端头连接触控检测电路，以检测到触控信号变化的触控检 测电极，定位被触控电极；以检测到触控信号的大小，定位触控物在被触 控电极上的位置。
3. 根据权利要求1所述的有源触控平板显示器，其特征在于触控 检测电极的两侧端头都连接触控检测电路，以检测到触控信号变化的触控 检测电极，定位被触控电极；以触控电极两端触控信号大小的差别，定位 触控物在被触控电极上的位置。
4. 根据权利要求1所述的有源触控平板显示器，其特征在于触控 检测电路是以TFT阵列基板玻璃上扫描电极线、信号电极线、接地电极线、 或其他的电极线中的一种作为触控检测电极。
5. 根据权利要求1所述的有源触控平板显示器，其特征在于以触 控检测电极单侧的平行电极，作为触控激励电极连接触控激励源。
6. 根据权利要求1所述的有源触控平板显示器，其特征在于以触 控检测电极两侧的平行电极，均作为触控激励电极连接触控激励源。
7. 根据权利要求1所述的有源触控平板显示器，其特征在于触控 激励源在显示屏与驱动电路的接口处，通过模拟开关的切换向显示屏电极 输入和取出触控信号。
8. 根据权利要求1所述的有源触控平板显示器，其特征在于触控 激励源在显示屏与驱动电路的接口处，通过信号加载电路向显示屏电极输 入触控信号，通过信号分离电路向显示屏电极取出触控信号。
9. 根据权利要求1所述的有源触控平板显示器，显示驱动电路可划 分为驱动源电路、选择和输出电路、控制电路三部分，其特征在于触控 激励源在驱动电路中的驱动源电路与选择和输出电路间的接口处，通过模 拟开关的切换向显示屏电极输入和取出触控信号。
10. 根据权利要求1所述的有源触控平板显示器，显示驱动电路可划 分为驱动源电路、选择和输出电路、控制电路三部分，其特征在于触控 激励源在驱动电路中的驱动源电路与选择和输出电路间的接口处，通过信 号加载电路向显示屏电极输入触控信号，通过信号分离电路向显示屏电极 取出触控信号。
全文摘要
本发明涉及触控式平板显示器，具体涉及有源触控平板显示器。有源平板显示器行扫描电极和列信号电极都是金属电极线，体电阻值非常小，无法通过对显示屏同一电极输入触控信号，并检测电极两端触控信号的差别，来定位触控物在触控检测电极上的位置。本发明以TFT阵列基板玻璃上的部分电极线作为触控检测电极，以同基板玻璃上与触控检测电极平行电极作为触控激励电极。以触控物控碰显示屏时，触控检测电路检测到触控检测电极上触控信号的大小，定位触控物在触控检测电极上的位置。本发明旨在提供一种有源触控平板显示器，以滑动条的方法定位触控点在触控检测电极上的位置。
文档编号G06F3/041GK101122838SQ200610115269
公开日2008年2月13日 申请日期2006年8月13日 优先权日2006年8月13日
发明者陈其良 申请人:陈其良;陈梅英