触摸感测装置的制作方法

本公开内容涉及触摸感测装置。

背景技术：

能够使人(用户)与各种电气设备或电子设备之间进行通信的用户接口(UI)使用户能够容易地按照他们所想的来控制设备。这样的用户接口的典型示例包括小键盘、键盘、鼠标、屏幕上显示(OSD)以及具有红外或射频(RF)通信功能的遥控器。用户接口技术朝向增强用户情感和操作便利性稳步推进。最近，用户接口已经演变为触摸UI、语音识别UI以及3D UI，并且其中，触摸UI趋于主要被安装在便携式信息设备中。触摸UI的应用包括安装在家用电器的显示设备中或安装在便携式信息设备中的触摸感测装置。

电容式触摸感测装置具有高的耐用性和空间精度，并且能够实现多触摸识别和接近触摸识别。尤其是相比于现有的电阻式触摸感测方案，电容式触摸传感器可以用于各种应用中。在电容式触摸感测装置中，触摸传感器可以结合在显示设备中或者可以安装在显示设备的显示面板中，并且因此，触摸传感器与显示设备的显示像素电耦合。

触摸感测装置根据对触摸传感器的电容变化进行感测来确定触摸是否被施加于触摸传感器；但是在一些情况下，由外部触摸引起的触摸传感器的电容的变化量太小而致使不容易确定是否已经施加触摸。

为了更准确地确定是否已经施加触摸，需要较长的触摸驱动周期。然而，在一个帧周期内以时分复用的方式使用显示面板驱动被耦接至显示面板的触摸面板，这难以确保足够长的触摸屏驱动周期。

技术实现要素：

根据一个或多个实施方式，触摸敏感显示设备包括显示面板、多个电极以及触摸感测电路，该显示面板包括在栅极线与数据线的交叉处限定的 多个显示像素。该触摸感测电路被配置为向电极提供触摸驱动信号，以及检测响应于所提供的触摸驱动信号而来自电极的相应触摸感测信号，触摸感测信号指示响应于被驱动电极上的触摸输入的、所述被驱动电极的自电容的变化。触摸感测电路还被配置为在第一预定时间段上对每个触摸感测信号的测量结果进行积分，以生成对应于每个触摸感测信号的第一积分信号；在第二预定时间段上对第一积分信号进行积分，以生成对应于每个触摸感测信号的第二积分信号；以及基于第二积分信号确定在所述电极中的一个或多个电极上存在一个或多个触摸输入。

在一个或多个实施方式中，触摸敏感显示设备是像素内嵌入触摸传感器(in-cell)型触摸敏感显示设备，其中每个电极在显示驱动模式期间工作为用于显示像素中的一个或多个显示像素的公共电极，以及在触摸驱动模式期间工作为触摸电极。

在一个或多个实施方式中，触摸感测电路被配置为通过以下操作基于第二积分信号来确定在电极上存在触摸输入：将第二积分信号与预定阈值进行比较，以及如果个体电极的相应第二积分信号超过预定阈值，则确定在该个体电极上存在触摸输入。

在一个或多个实施方式中，触摸感测电路包括积分器电路，该积分器电路包括串联连接的多个积分器。该多个积分器包括第一积分器和第二积分器，第一积分器分别基于第一控制信号和第二控制信号对触摸感测信号的测量结果进行采样和积累，以生成第一积分信号；第二积分器分别基于第一控制信号和第二控制信号对第一积分信号进行采样和积累，以生成第二积分信号。

附图说明

所包括的以进一步理解本公开内容并且被并入且构成本说明书的一部分的附图示出了本公开内容的实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是示出根据实施方式的显示设备的框图。

图2是液晶单元(liquid crystal cell)的等效电路图。

图3是示出根据实施方式的触摸屏的互连结构的平面图。

图4是示出用于对图3的触摸屏中的触摸进行感测的触摸驱动信号的 波形图。

图5是示出根据一个或多个实施方式的触摸感测电路的配置的框图。

图6是根据实施方式的触摸传感器的等效电路图。

图7是由接收单元计算感测电压的原理的图形说明。

图8是示出根据实施方式的多积分器(multi-integrator)的电路图。

图9示出了图8的多积分器的等效模型。

图10示出了根据一个或多个实施方式的由算法执行单元计算(例如，检测)触摸输入的存在。

具体实施方式

下文中，将参照附图详细描述本公开内容的实施方式。相似的附图标记表示相似的元件。

可以基于平板显示设备来实施根据本公开内容实施方式的显示设备，平板显示设备诸如液晶显示器(LCD)、场发射显示器(FED)、等离子显示面板(PDP)、有机发光显示器(OLED)或电泳显示器(EPD)。下文中，将液晶显示器(LCD)设备描述为平板显示设备的示例，但是本发明的显示设备不限于此。

图1是示出根据本公开内容的第一实施方式的包括触摸面板的显示设备的框图。

参照图1，根据本发明的第一实施方式的显示设备包括显示面板驱动电路、定时控制器22以及触摸感测电路100。

显示面板10包括两个基板以及形成在两个基板之间的液晶层。基板可以形成为玻璃基板、塑料基板或膜基板。形成在显示面板10的下基板上的像素阵列包括数据线DL、与数据线DL交叉的栅极线GL以及以矩阵形式设置的像素。像素阵列还包括形成在数据线DL与栅极线GL的交叉处的多个薄膜晶体管(TFT)、用于对像素中的数据电压进行充电的像素电极1、以及连接至像素电极以保持像素电压的存储电容器Cst。

以由数据线DL和栅极线GL限定的矩阵的形式设置显示面板10的像素。由以下电场来驱动每个像素的液晶单元以调节入射光的透射量：所述电场是根据施加至像素电极1的数据电压与施加至公共电极2的公共电 压之间的差而被施加。响应于来自栅极线GL的栅极脉冲，TFT导通，以将来自数据线DL的电压提供给液晶单元的像素电极1。公共电极2可以形成在下基板或上基板上。

显示面板10的上基板可以包括黑矩阵、滤色器等。偏振器被附接至上基板和下基板，取向层(alignments layer)形成在基板的与液晶接触的内表面上，以设置液晶角的预倾斜角。维持液晶单元的单元间隙的间隔件形成在显示面板10的上基板与下基板之间。

可以以任何已知的液晶模式来实施显示面板10，液晶模式诸如扭曲向列(TN)模式、垂直取向(VA)模式、面内切换(IPS)模式或者边缘场切换(FFS)模式。背光单元可以设置在显示面板10的后表面上。背光单元可以被实施为侧光型(edge type)背光单元或直下型(direct type)背光单元，并且将光照射至显示面板10。

显示面板驱动电路可以通过使用数据驱动电路24以及栅极驱动电路26和30将输入图像的数据写入显示面板10的像素。

数据驱动电路24将数字视频数据RGB转换为正极/负极伽玛补偿电压以生成数据电压。数据驱动电路24将数据电压提供给数据线DL，并且在定时控制器22的控制下反转数据电压的极性。

栅极驱动电路26和30将与数据电压同步的栅极脉冲(或扫描脉冲)顺序地提供给栅极线GL，以选择数据电压所被写入到的显示面板10的线。栅极驱动电路26和30包括电平移位器26和移位寄存器30。移位寄存器30可以以面内栅极(gate-in-panel)(GIP)的方式直接形成在显示面板10的基板上。

电平移位器26可以形成在电连接至显示面板10的下基板的印刷电路板(PCB)20上。电平移位器26在定时控制器22的控制下输出起始脉冲(VST)以及在栅极高电压VGH与栅极低电压VGL之间摆动的时钟信号CLK。栅极高电压VGH被设定为等于或高于形成在显示面板10的像素阵列中的TFT的阈值电压的电压。栅极低电压VGL被设定为低于形成在显示面板10的像素阵列中的TFT的阈值电压的电压。响应于从定时控制器22输入的起始脉冲ST、第一时钟GCLK和第二时钟MCLK，电平移位器26输出起始脉冲VST以及在栅极高电压VGH与栅极低电压VGL之间摆动的时钟信号CLK。从电平移位器26输出的时钟信号CLK被顺序地移相，并且被传送至形成在显示面板10中的移位寄存器30。

移位寄存器30形成在显示面板10的形成有像素阵列的下基板的边缘上，以使得移位寄存器30连接至像素阵列的栅极线12。移位寄存器30包括多个依赖性连接的级。移位寄存器30响应于从电平移位器26输入的起始脉冲VST开始进行操作，并且响应于时钟信号CLK对输出进行移位，以将栅极脉冲顺序地提供给显示面板10的栅极线。

定时控制器22将从外部主机系统输入的数字视频数据提供给数据驱动电路24的集成电路(IC)。在从外部主机系统接收垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能信号(数据使能(DE))、定时信号如时钟时，定时控制器22生成用于对栅极驱动电路26和30的操作定时进行控制的定时控制信号。定时控制器22或主机系统生成用于对显示面板驱动电路和触摸感测电路100的操作定时进行控制的同步信号SYNC。

触摸感测电路100将触摸驱动信号施加于连接至触摸屏的电容式触摸传感器COM的感测线L1至感测线L4，以对触摸之前或之后或者触摸驱动信号的上升沿延迟时间或下降沿延迟时间之前或之后触摸驱动信号电压的变化进行计数，从而感测在触摸(或接近触摸)被输入之前或之后电容的变化。触摸感测电路100将从触摸屏的电容式传感器接收的电压转换为数字数据以生成触摸原始数据，并且通过执行预先设定的触摸识别算法来分析触摸原始数据，以检测触摸(或接近触摸)输入。触摸感测电路100向主机系统传送包括触摸(或接近触摸)输入位置的坐标的触摸报告数据。

主机系统可以实施为导航系统、机顶盒(STB)、DVD播放器、蓝光播放器、个人计算机(PC)、家庭影院系统、广播接收机以及电话系统中的任何一个。主机系统通过使用缩放器将输入图像的数字视频信号转换为适合于显示面板10的分辨率的格式，并且将定时信号与相应数据一起传送至定时控制器22。此外，响应于从触摸感测电路100输入的触摸报告数据，主机系统执行与触摸(或接近触摸)输入相关联的应用程序。

图3是示出自电容式(self-capacitive)触摸屏(TSP)的互连结构的平面图。图4是示出用于感测图3的触摸屏(TSP)的触摸驱动信号的波形图。

参照图3和图4，自电容式触摸屏(TSP)包括触摸传感器COM。每个触摸传感器(COM)由大于像素的透明导电材料形成。每个触摸传感器(COM)覆盖多个像素。每个触摸传感器(COM)连接至自电容，以使得在触摸屏驱动周期Tt1、Tt2期间被用作自电容的电极。

触摸感测电路100可以通过感测线L1至感测线L4以一对一的方式连接至触摸传感器C1至触摸传感器C4。在显示面板驱动周期Td1、Td2期间，公共电压源(未示出)通过感测线L1至感测线L4向触摸传感器COM提供公共电压Vcom。因此，在显示面板驱动周期Td1、Td2期间，触摸传感器COM工作为公共电极2。

触摸感测电路100在显示面板驱动周期Td1、Td2期间被禁用，并且在触摸屏驱动周期Tt1、Tt2期间被启用，以同时向感测线L1至感测线L4提供图4中所示的触摸驱动信号(Vac)。

图5是示出触摸感测电路100与触摸传感器COM之间的连接的示图。如图5所示，在自电容式触摸屏(TSP)中，为了减少触摸传感器电路100的输入/输出引脚的数量，可以在触摸感测电路100与感测线L1至感测线L4之间安装复用器150。当复用器150被实施为1：N(N是等于或大于2且小于n的正整数)的复用器时，在触摸感测电路100中从其输出触摸驱动信号的n/N个输入/输出引脚被连接至复用器150的输入端子。复用器150的n个输出端子以一对一的方式连接到感测线L1至感测线L4。因此，在本发明中，通过使用复用器150，触摸感测电路100的引脚数可以减少1/N。

当感测线L1至感测线L4被分为三组时，复用器150将n/3个输入/输出引脚P1至Pn/3连接至第一组感测线，以同时向连接至第一组感测线的电容式传感器提供触摸驱动信号。随后，复用器150将n/3个输入/输出引脚P1至Pn/3连接至第二组感测线，以同时向连接至第二组感测线的电容式传感器提供触摸驱动信号。随后，复用器150将n/3个输入/输出引脚P1至Pn/3连接至第三组感测线，以同时向连接至第三组感测线的电容式传感器提供触摸驱动信号。因此，触摸感测电路100可以通过使用复用器150，经由n/3个引脚向n个透明导电块图案COM1至COMn提供触摸驱动信号。

触摸感测电路100包括接收单元110、多积分器120以及采样保持器单元130。接收单元110接收根据触摸传感器COM的电容而变化的触摸驱动信号的电压。多积分器120将从接收单元110传送的感测电压积累两次或更多次。在下文中，将主要描述在多积分器120包括第一积分器121和第二积分器122(图8中示出)的情况下的实施方式。采样保持器单元130保持来自多积分器120的输出，并且随后将输出传送至ADC 170。

在接收到来自多积分器120的输出时，ADC将输出转换为触摸数据、 二进制数据，并且将触摸数据传送至算法执行单元180。

算法执行单元180接收来自ADC 170的触摸数据并且计算触摸坐标。

图6是根据本发明的实施方式的触摸传感器的等效电路图。图7是示出由接收单元计算感测电压的原理的图示。

参照图6和图7，根据本发明的实施方式的触摸传感器的等效电路包括电阻器R和电容器Cg、电容器Cd，以及电容器Co。电阻器R包括显示面板10和触摸传感器COM的引线电阻和寄生电阻。Cg表示感测线L1至L4与栅极线之间的电容器，Cd是感测线L1至L4与数据线之间的电容器。Co是形成在显示面板10中的除了数据线DL和栅极线GL以外的部件与感测线L1至L4之间的电容器。

当触摸驱动信号Vo被施加于感测线L1至L4时，触摸驱动信号Vo的上升沿和下降沿被延迟了RC延迟值，所述RC延迟值是通过电阻器R和电容器Cg、电容器Cd以及电容器Co来确定。当导体或手指接触到触摸传感器COM时，电容增加了Cf(例如，对应于由触摸输入引起的驱动触摸电极的自电容的变化)，以增大RC延迟。例如，在图7中，实线表示当不存在触摸输入时触摸驱动信号的下降沿，虚线表示当存在触摸输入时触摸驱动信号的下降沿。

接收单元110接收单位时间(△t)的触摸驱动信号的下降沿电压V2，并且将所接收的触摸驱动信号的下降沿电压与参考电压V1进行比较。参考电压V1指示当不存在触摸输入时单位时间(△t)的触摸驱动信号的下降沿电压。接收单元110计算参考电压V1与触摸驱动信号的下降沿电压V2之间的差(△V)，并且输出所计算的差作为感测电压Vsen。

图8是示出多积分器120的图示，图9是示出多积分器120的建模的图示。

参照图8，多积分器120包括第一积分器121和第二积分器122。第一积分器121接收(例如，经由第一电容器C1来采样)来自接收单元110的感测电压Vsen，并且积累(例如，经由第二电容器C2)n次。第二积分器122接收(例如，经由第三电容器C3来采样)来自第一积分器121的输出，并且积累(例如，经由第四电容器C4)n次。

第一积分器121通过第一开关S1至第四开关S4的操作来积累感测电压Vsen。在第一周期期间，第一开关S1和第三开关S3通过第一控制信号CS1而导通，以将对应于感测电压Vsen的电荷积累至第一电容器 C1。通过如下的等式1和第一传递函数(H[Z]1)表示通过第一控制信号CS1的第一积分器121的操作。

[等式1]

H(z)1＝-(C1/C2)(1/(1-Z^-1)

本文中，-(C1/C2)是第一传递函数的增益值，Z表示在离散信号处理中确定系统的稳定性的Z域。

在第二周期期间，第二开关S2和第四开关S4通过第二控制信号CS2而导通，并且将在第一电容器C1中积累的电荷传送至第二电容器C2。

因此，第一积分器121积累感测电压Vsen达到开关信号的重复数(n)，并且输出第一积分电压Vout1，所述开关信号包括一对第一控制信号和第二控制信号。

第二积分器122通过第五开关S5至第八开关S8的操作再一次积累第一积分电压Vout1。第五开关S5和第七开关S7通过第一控制信号而导通，以将对应于第一积分电压Vout1的电荷积累至第三电容器C3。通过如下的等式2和第二传递函数(H[Z]2)表示通过第一控制信号的第二积分器122的操作。

[等式2]

H(z)2＝-(C3/C4)(1/(1-Z^-1)

本文中，-(C3/C4)是第三传递函数的增益值，Z表示在离散信号处理中确定系统的稳定性的Z域。

第六开关S6和第八开关S8通过第二控制信号而导通，并且将在第三电容器C3中积累的电荷传送至第四电容器C4。

因此，第二积分器122积累从第一积分器121输出的第一积分电压Vout1达到开关信号的重复数，并且输出第二积分电压Vout2，所述开关信号包括一对第一控制信号和第二控制信号。

多积分器120可以如图9所示被建模。也就是说，由于多积分器120再次积累感测电压Vsen并且将其输出，所以输出了具有与积累数(n)的平方成比例的大小的感测电压。

图10是示出由多积分器120输出的第二积分电压Vout2的图示。在图10中，由虚线表示的曲线代表根据比较例的单个积分器的输出(例如，Vout1)。

算法执行单元180确定多积分器120的第二积累电压是否达到阈值电压Vx，并且当第二积累电压Vout2等于或高于阈值电压Vx时，算法执行单元180确定已经发生触摸事件。本文中，如图10所示，由于多积分器120基于第二积累电压Vout2确定触摸事件，所以相比于由虚线表示的比较例，多积分器120可以在短的时间段内确定触摸事件。例如，如图10所示，通过由多积分器120再次积累某一感测电压而获得的电压在时间段t3内达到阈值电压Vx，而根据比较例的输出电压Vout1在时间段t8内达到阈值电压Vx。

如上所述，根据本发明的实施方式的触摸感测装置可以在短的时间段内确定是否发生触摸事件。因此，在本发明中，即使触摸感测周期短，也可以准确地感测到触摸事件。

在第一帧周期内以时分方式驱动显示面板驱动周期和触摸感测周期。因此，可以减小触摸感测周期，以及可以以时分复用方式对显示面板驱动周期和触摸感测周期驱动两次或更多次。也就是说，即使当驱动频率增加从而触摸感测周期缩短时，本发明的触摸感测装置也可以准确地感测触摸事件。因此，本实施方式的触摸感测装置可以有利地应用于LHB(长水平消隐(Long Horizontal Blank))驱动模式，并且因此，可以以高的驱动频率来驱动显示面板。

虽然已经参照多个示例性实施方式描述了实施方式，但是应该理解的是，本领域技术人员能够设想的许多其他修改和实施方式也将落入本公开的原理的范围内。更特别地，在本公开内容、附图以及所附权利要求书的范围内，可以对主题组合布置的组成部件和/或布置进行各种变型和修改。除了组成部件和/或布置的变型和修改以外，对于本领域技术人员而言替代使用也是显而易见的。