具有内置触摸传感器的显示设备的制作方法

本文件涉及具有内置触摸传感器的显示设备。

背景技术：

近年来，可以被制造为大尺寸的平板显示器(或显示设备)便宜，并且随着多媒体开发，正在积极开发提供高的显示质量(视频表示、分辨率、亮度、对比度、色彩再现性等)以便满足对能够恰当地显示多媒体内容的显示设备的需求。对于这种平板显示器，可以使用诸如键盘、鼠标、轨迹球、操纵杆、数字转换器等的各种输入设备来配置用户与显示设备之间的接口。然而，使用上述输入设备需要用户学习如何使用它们，并且它们占用用于安装和操作的空间，使得难以增加产品的成熟度。鉴于这种情况，对于方便且易于使用并且可以减少故障的显示器的输入设备的需求不断增长。响应于这种需求，提出了一种触摸传感器，该触摸传感器在用户观看显示设备时通过用他们的手或笔直接触摸屏幕或者将他们的手或笔在屏幕附近移动来输入信息时检测输入。

用于显示设备中的触摸传感器可以被实现为嵌入在显示面板中的盒内触摸传感器。盒内触摸显示器使用这样的方法，即，触摸传感器的触摸电极和显示面板的公共电极被一起使用，并且在显示时段和触摸感测时段中分开地以分时方式进行驱动。也就是说，公共电极在显示时段期间接收公共电压并且在触摸感测时段期间接收触摸驱动信号。

由于公共电极与数据线形成寄生电容，所以在显示时段期间施加到数据线的数据电压导致施加到公共电极的电压由于联接而改变，从而产生纹波。当公共电极中存在纹波时(特别是在显示时段结束时)，会影响在触摸感应时段的初始部分中的触摸驱动信号的电压电平，由此产生触摸噪声。

技术实现要素：

本发明的示例性实施方式提供了一种具有内置触摸传感器的显示设备，该显示设备包括显示面板、显示驱动电路、公共电压调节器和触摸感测电路。在所述显示面板中，具有内置触摸传感器的像素阵列以分时方式在显示时段和触摸感测时段中被分开驱动，并且所述触摸传感器和像素共享公共模式。所述显示驱动电路在显示时段期间将图像数据写入所述显示面板。所述公共电压调节器输出指示在所述触摸感测时段期间施加到所述公共电极的公共电压的电压电平的公共电压数据。所述触摸感测电路在所述触摸感测时段期间对所述公共电压数据进行解码以改变所述公共电压的电压电平，并将改变的公共电压施加到所述公共电极以驱动所述触摸传感器。所述公共电压调节器计算所述像素阵列的每条线的图像数据的平均值，并且当所述平均值处于预设阈值或高于预设阈值并且与正数据对应时，输出用于降低所述公共电压的电压电平的第一公共电压数据。

附图说明

附图被包括进来以提供对本发明的进一步理解并被并入且构成本说明书的一部分，附图示出了本发明的实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1是根据本发明的具有内置触摸传感器的显示设备的图；

图2是根据本发明的像素阵列的部分的平面图；

图3是根据本发明的显示设备中的驱动信号的图；

图4是数据驱动器的输出缓冲器的图；

图5是来自数据驱动器的伽玛电压的图；

图6是用于说明数据线与公共电极之间的寄生电容的图；

图7、图8和图9是用于说明公共电压中的纹波的图；

图10是公共电压调节器的构造的图；

图11是一行图像数据的示例的图；以及

图12、图13和图14是用于说明根据本发明的触摸感测时段期间触摸驱动信号的电压电平如何保持稳定的图。

具体实施方式

在下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。在整个说明书中，相同的附图标记表示基本相同的部件。在描述本发明时，当认为与本发明相关的已知功能或配置的详细描述可能不必要地使本发明的主题不清楚时，将省略它们。出于便于描述的目的来选择在本文中使用的元件的术语和名称，并且可能与实际产品中使用的名称不同。

图1是根据本发明的具有内置触摸传感器的显示设备的图。图2是包括在触摸传感器中的像素的图。图3是驱动电路部向信号线输出的信号的图。尽管图1至图3中的各个触摸传感器和感测线分别用各自的附图标记表示，但是在详细说明中当它们被共同指定而不考虑它们的位置时，它们将被称为触摸传感器tc和感测线tw。

参照图1至图3，根据本发明的具有内置触摸传感器的显示设备包括显示面板100、显示驱动电路和触摸感测电路150。显示驱动电路包括定时控制器110、数据驱动电路120、电平移位器130和移位寄存器140。

显示面板100包括像素阵列100a和非显示部分100b。用于显示图像信息的像素p和触摸传感器tc设置在像素阵列100a上。非显示部分100b设置在像素阵列100a周围。

像素阵列100a被划分为n个面板块pb1至pb[n]，并且对每个面板块pb进行图像显示和触摸感测。面板块pb1至pb[n]中的每一个包括k条像素线(k是自然数)，并且每条像素线连接到第一选通线g1至第k选通线g[k]。

显示面板100上的像素阵列100a包括数据线dl、选通线gl、形成在数据线dl和选通线gl的交叉处的薄膜晶体管tft、连接到薄膜晶体管tft的像素电极5和连接到像素电极5的存储电容器cst。薄膜晶体管tft响应于来自选通线gl的选通脉冲导通，并且将经由数据线dl施加的数据电压提供给像素电极5。液晶层lc由存储在像素电极5中的数据电压与施加到公共电极vcl的公共电压vcom之间的电压差驱动以调节透光量。

触摸传感器tc连接到多个像素，并被实现为电容式触摸传感器以感测触摸输入。每个触摸传感器tc可以包括多个像素p。图2描绘了布置在3×3矩阵中的9个像素p被分配给一个触摸传感器tc。由于每个触摸传感器tc划分公共电极vcl，所以公共电极vcl占据的区域可以被指定为触摸传感器tc。一条感测线tw被分配并连接到每个触摸传感器tc。例如，第一行和第一列中的感测线tw[1,1]连接到第一行和第一列中的触摸传感器tc[1,1]，并且第一行和第二列中的感测线tw[1,2]连接到第一行和第一列中的触摸传感器tc[1,2]。

在显示时段期间，给公共电极vcl提供公共电压vcom(即针对像素的基准电压)，并且在触摸感测时段期间，给公共电极vcl提供触摸驱动信号lfd。

显示驱动电路包括定时控制器110、数据驱动器120和选通驱动器(130和140)，并将输入图像的数据写入显示面板100上的像素p。显示驱动电路将1个帧周期分为多个显示时段和多个触摸感测时段，并且在显示时段期间以每块为基础向像素写入针对输入图像的数据。

定时控制器110向数据驱动器120发送从主机系统(未示出)接收的输入图像的数据。定时控制器110使用从主机系统与输入图像数据同步接收的诸如垂直同步信号vsync、水平同步信号hsync、数据使能信号de和主时钟mclk的定时信号来输出用于控制数据驱动器120的操作定时的数据定时控制信号和用于控制选通驱动器(130和140)的操作定时的选通定时控制信号。定时控制器110允许显示驱动电路和触摸感测电路150彼此同步地工作。

此外，定时控制器110包括用于在触摸感测时段期间改变施加到公共电极vcl的公共电压的公共电压调节器200。公共电压调节器200可以安装在定时控制器110中(如图1所示)，或者可以设置在定时控制器110外。下文将给出公共电压调节器200的详细描述。

数据驱动器120在显示时段td1、td2，...期间从定时控制器110接收图像数据，并将其转换为正/负伽玛补偿电压并输出正/负数据电压。

选通驱动器(130和140)在定时控制器110的控制下，向选通线gl顺序地供给选通脉冲。从选通驱动器(130和140)输出的选通脉冲与数据电压同步。选通驱动器(130和140)包括选通移位寄存器140和连接在定时控制器110和显示面板100上的选通线之间的电平移位器130。电平移位器130对从定时控制器110输入到选通-高电压vgh和选通-低电压vgl的选通时钟clk的ttl(晶体管-晶体管-逻辑)逻辑电平电压进行电平移位。移位寄存器140包括与选通时钟clk同步地移位起始信号vst并顺序地输出选通脉冲gout的级。

触摸感测电路150响应于从定时控制器110或主机系统输入的触摸使能信号tsync在触摸感测时段期间驱动触摸传感器。触摸感测电路150通过在触摸感测时段期间经由感测线tw向触摸传感器tc提供触摸驱动信号lfd来感测触摸输入。触摸感测电路150通过分析根据触摸输入是否存在而变化的触摸传感器中的电流的变化率来确定是否存在触摸输入，并且计算触摸位置的坐标。触摸位置的坐标信息被发送到主机系统。

图3是根据本发明的示例性实施方式的显示设备中的驱动信号的波形图。在图3中，gl是施加到选通线gl的电压，dl是施加到数据线dl的电压。vcl是施加到公共电极vcl的电压。

参考3，1个帧周期可以被分成多个显示时段td1、td2、...和多个触摸感测时段tt1、tt2、...。显示驱动电路110、120、130和140在第一显示时段td1期间将当前帧数据写入第一面板块pb1的像素中以用当前帧数据更新第一面板块pb1上再现的图像。

在第一显示时段td1期间，除了第一面板块pb1之外的其它面板块pb2至pbn保留先前的帧数据，并且触摸感测电路150不驱动触摸传感器。随后，触摸感测电路150在第一触摸感测时段tt1期间顺序地驱动所有触摸传感器以感测触摸输入，创建包含每个触摸输入的坐标信息和识别信息id的触摸报告，并将其发送到主机系统。触摸感测电路150在触摸感测时段tt1期间经由感测线tw向触摸传感器提供触摸传感器驱动信号，以检测在触摸输入前和触摸输入后的触摸传感器中的电荷量，并且将检测的电荷量与阈值电压进行比较以确定是否进行了触摸。

随后，显示驱动电路110、120、130和140在第二显示时段td2期间将当前帧数据写入到第二面板块pb2中的像素中，以用当前帧数据更新第二面板块pb2上再现的图像。在第二显示时段td2期间，第一面板块pb1保持先前的帧数据，并且触摸感测电路150不驱动触摸传感器。随后，触摸感测电路150在第二触摸感测时段tt2期间顺序地驱动所有触摸传感器以感测触摸输入，创建包含用于每个触摸输入的坐标信息和识别信息id的触摸报告，并将其发送到主机系统。

以这种方式，以分时方式驱动面板块pb1至pbn中的每一个，并且在驱动每个面板块pb1至pbn之后，触摸感测电路150驱动触摸传感器。

触摸感测电路150在触摸感测时段tt1和tt2期间经由感测线tw向触摸传感器提供触摸传感器驱动信号，以检测在触摸输入前和触摸输入后的触摸传感器中的电荷量，并且将检测到的电荷量与阈值电压进行比较，以确定是否进行了触摸。

触摸感测电路150可以以高于帧速率的触摸报告速率向主机系统发送触摸报告。例如，对于60hz的帧速率，触摸报告速率可以是120hz或更高。帧速率是将1帧图像写入像素阵列的频率。触摸报告速率是产生触摸位置的坐标信息的速度。触摸报告速率越高，可以检测到触摸位置的坐标越快，因此触摸灵敏度越好。

在触摸感测时段tt1和tt2期间，数据驱动器120可以提供与触摸传感器驱动信号相同的相位和电压的触摸驱动信号lfd，以便减小像素p和触摸传感器tc之间的寄生电容。类似地，选通驱动器(130和140)可以在触摸感测时段tt1和tt2期间提供与触摸传感器驱动信号相同的相位和电压的触摸驱动信号lfd，以便减小像素p和触摸传感器tc之间的寄生电容。触摸感测电路150除了向连接到当前感测触摸输入的触摸传感器的传感器线之外，还向其它传感器线提供触摸驱动信号lfd，从而防止相邻触摸传感器之间的寄生电容。

在具有内置的盒内触摸传感器的显示设备中，触摸传感器tc附接到像素p，因此在触摸传感器tc和像素p之间形成寄生电容。由于触摸传感器像素之间的寄生电容，可以降低触摸传感器的触摸灵敏度和触摸检测精度。

通过在触摸感测时段tt1和tt2期间将与触摸传感器驱动信号相同相位的触摸驱动信号lfd提供给显示面板100上的数据线dl1至dlm和选通线gl以及当前没有连接的触摸传感器，可以减少显示面板100的寄生电容中的电荷量。这是因为通过使寄生电容的两端之间的电压差最小化可以使寄生电容中的电荷量最小化。降低触摸传感器的寄生电容可以提高触摸传感器驱动信号的信噪比(以下称为“snr”)，从而扩大触摸感测电路的操作裕度，增强触摸输入和触摸灵敏度。

在本发明中，可以使用触摸驱动信号lfd来降低触摸噪声，但是由于在显示时段td结束时施加的数据电压的极性，所以在施加到公共电极的公共电压中会发生纹波。因此，可能无法完全消除触摸噪声。下面将描述由于数据电压的非对称极性分布和公共电压中的纹波引起的公共电压的电压电平的不一致。

图4是数据驱动器的输出缓冲器的图。图5是由输出缓冲器输出的数据电压的图。

参照图4和图5，数据驱动器120包括第一输出缓冲器buf1和第二输出缓冲器buf2，以输出正/负数据电压。第一输出缓冲器buf1输出用于表示灰度级的正图像数据的正数据电压vdata(+)，第二输出缓冲器buf2输出用于表示灰度级的负图像数据的负数据电压vdata(-)。作为第一输出缓冲器buf1和第二输出缓冲器buf2，可以使用被提供有电源电压vdd和vss的运算放大器op-amp。

图6是用于说明数据线与公共电极之间的寄生电容的图。图7至图9是用于说明公共电压中的纹波的图。

参照图6至图9，数据线dl和公共电极vcl之间设置有第一层间绝缘膜ild1和第二层间绝缘膜ild2。数据线dl在显示时段td1期间接收数据电压。公共电压vcl在显示时段td1期间经由感测线tw接收公共电压vcom，并且在触摸感测时段tt1期间接收触摸驱动信号lfd。

在第一显示时段td1期间，数据线dl顺序地接收施加到第一条像素线至第k条像素线的数据电压。在第一显示时段td1结束时，数据线dl的电压从施加到第k条像素线的第k数据电压vdata_l[k]变为与灰度级0(0g)对应的公共电压vcom。

如图7所示，当第k数据电压vdata_l[k]等于公共电压vcom时，施加到数据线dl的电压在第一显示时段td1结束时不改变。因此，与数据线dl形成寄生电容cdc的公共电极vcl的电压不改变。

如图8所示，当第k数据电压vdata_l[k]大于公共电压vcom时，施加到数据线dl的电压在第一显示时段td1结束时变为较低电压。因此，与数据线dl形成寄生电容cdc的公共电极vcl的电压降低。

由于在触摸感测时段tt的初始部分施加公共电压vcom，所以公共电极vcl的由于联接而降低的电压在第一触摸感测时段tt1开始时逐渐上升到公共电压vcom。也就是说，在第一触摸感测时段tt1开始时，公共电压vcom没有保持在恒定电平，而是瞬间改变，即发生纹波。

触摸驱动信号lfd在公共电压vcom和感测高电压va的范围内摆动。由于纹波，触摸驱动信号lfd的高电压电平不会保持在感测高电压va，而是在第一触摸感测时段tt1的初始部分产生电压变化δv。因此，触摸驱动信号lfd不具有与施加到数据线dl和选通线gl的触摸驱动信号lfd相同的电压电平，因此没有适当地消除触摸噪声。因此，可能在第一触摸感测时段tt1的初始阶段发生触摸噪声。

图9是用于说明当第k数据电压vdata_l[k]小于公共电压vcom时发生的纹波的图。当第k数据电压vdata_l[k]小于公共电压vcom时，施加到数据线dl的电压在第一显示时段td1结束时增加，并且公共电极vcl的电压也增加。因此，在第一触摸感测时段tt1开始时，公共电压vcom不保持在恒定电平，而是瞬间改变，即发生纹波。由于纹波，在第一触摸感测时段tt1的初始阶段产生触摸噪声。

本发明的公共电压调节器200改变公共电压vcom的电平，以便消除由纹波引起的触摸噪声。

图10是公共电压调节器的构造的图。

参照图10，公共电压调节器200包括平均值计算器201和公共电压数据生成器203。

平均值计算器201基于每条线计算图像数据data的平均值。具体地，平均值计算器201计算写入面板块pb的最后的像素线的图像数据data的平均值。例如，平均值计算器201计算写入作为第一面板块pb1的最后的像素线的第k条像素线的图像数据data的平均值davg。

图11是应用于第k条像素线的图像数据的示例的图。

参照图11，写入第k条像素线的第k图像数据包括第一图像数据data1至第m图像数据data[m]。将第一图像数据data1转换为第一数据电压并写入第一数据线dl，并且将第m图像数据data[m]转换为第m数据电压并写入第m数据线dlm。

将第一图像数据data1至第m图像数据data[m]转换为正(+)数据电压或负(-)数据电压。例如，当数据驱动器120通过水平1点反演方法(horizontal1-dotinversionmethod)操作时，奇数图像数据data1、data3、...、data[m-1]被转换为正(+)电压，偶数图像数据data2、...、data[m]被转换为负(-)数据电压。这里使用的转换为正(+)数据电压的图像数据在下文中将被称为正图像数据，并且转换为负(-)数据电压的图像数据在下文中将被称为负图像数据。一条线上的正图像数据和负图像数据的位置可以根据反演方法而变化。

平均值计算器201通过以下[式1]计算基于每条线的图像数据的平均值davg：

[式1]

davg＝(data1+data2+...data(m-1)+data(m)/m

如图5所示，正图像数据与0g至255g(+)的范围对应，负图像数据与0g至255g(-)的范围对应。因此，由平均值计算器201计算的平均值的绝对值的范围从0至255。

平均值计算器201为公共电压数据生成器203提供如上计算的针对每条线的图像数据的平均值davg。

公共电压数据生成器203将平均值davg与预设阈值dth进行比较。当平均值davg的绝对值在阈值dth处或阈值dth以上并且与正数据对应时，公共电压数据生成器203输出第一公共电压数据dvcom1，并且当平均值davg的绝对值在阈值dth处或高于阈值dth并且与负数据对应时，输入第二公共电压数据dvcom2。也就是说，如图5所示，当平均值davg与第一灰度区域ga1对应时，公共电压数据生成器203输出第一公共电压数据dvcom1，并且当平均值davg与第二灰度区域ga2对应时，输出第二公共电压数据dvcom2。尽管图5示出了正阈值dth+和负阈值dth-，但是由于公共电压数据生成器203将平均值davg的绝对值与阈值进行比较，所以阈值是不考虑其符号的绝对值。

触摸感测电路150对第一公共电压数据dvcom1和第二公共电压数据dvcom2进行解码，并且在触摸感测时段tt1期间输出第一公共电压vcom1和第二公共电压vcom2。第一公共电压vcom1具有比初始公共电压vcom更低的电压电平，并且第二公共电压vcom2具有比初始公共电压vcom更高的电压电平。初始公共电压vcom具有与在显示时段期间施加的公共电压vcom相同的电压电平。

参照图12至图14，下面将描述使用公共电压的变化来消除触摸感测时段中的噪声的方法。图12至图14中描绘的平均数据电压vdavg表示通过转换针对第k水平线的图像数据的平均值davg而得到的数据电压。

参照图12，在显示时段td1中的最后一条线的平均数据电压vdavg与第一灰度区域ga1对应的情况下，公共电压vcom由于在第一显示时段td1结束时的联接而减小。在第一触摸感测时段tt1期间，触摸感测电路150将低于公共电压vcom的第一公共电压vcom1输出为触摸驱动信号lfd的初始值。因此，在第一显示时段td1中减小之后，公共电极vcl的电压电平不会恢复到公共电压vcom，而是保持在第一公共电压vcom1。因此，施加到公共电极vcl的触摸驱动信号lfd的高电平电压在第一触摸感测时段tt1期间不改变，而是保持在恒定电平。也就是说，触摸感测电路150可以防止由触摸驱动信号lfd的电压电平不稳定而引起的触摸噪声。

参照图13，在显示时段td1中最后一条线的平均数据电压vdavg与第二灰度区域ga2对应的情况下，由于在第一显示时段td1结束时的联接，公共电压vcom增加。在第一触摸感测时段tt1期间，触摸感测电路150将高于公共电压vcom的第二公共电压vcom2输出为触摸驱动信号lfd的初始值。因此，在第一显示时段td1中增加之后，公共电极vcl的电压电平不会恢复到公共电压vcom，而是保持在第二公共电压vcom2。因此，施加到公共电极vcl的触摸驱动信号lfd的高电平电压在第一触摸感测时段tt1期间不改变，而是保持在恒定电平。也就是说，触摸感测电路150可以防止由触摸驱动信号lfd的电压电平不稳定而引起的触摸噪声。

参照图14，在显示时段td1中最后一条线的平均数据电压vdavg等于公共电压vcom的情况下，在第一显示时段td1结束时不发生纹波。因此，触摸感测电路150不改变在触摸感测时段tt1期间施加的触摸驱动信号lfd的初始值，而是将其保持在公共电压vcom的电压电平。

如图14所示，当最后一条线的平均数据电压vdavg等于公共电压vcom时，不产生纹波，因此公共电压vcom的电压电平可以不改变。顺便说一下，即使最后一条线的平均数据电压vdavg不与公共电压vcom完全相同，针对最后一条线的平均数据电压vdavg与公共电压vcom之间的较小的电压差也将产生较小的纹波。因此，触摸驱动信号lfd的电压电平的变化小到足以被忽略。因此，如上所述，当最后一条线的平均数据电压vdavg小于阈值dth时，不需要改变公共电压vcom的电平。也就是说，阈值dth被设定为能够被忽略的与图像数据的平均值davg成比例地发生的公共电压中的纹波的范围内的值。

在本发明的示例性实施方式中，将公共电压的电平被改变的灰度区域分为第一灰度区域ga1和第二灰度区域ga2。在本发明的示例性实施方式中，由于纹波量与图像数据的平均值davg成比例，因此可以将公共电压中的变化量设置为随着图像数据的平均值davg的增大而增大。

虽然已经参照实施方式的多个示例性实施方式对其进行了描述，但是应当理解，本领域技术人员可以设计出许多将落入本公开原理范围内的其它修改和实施方式。更具体地，在本公开、附图和所附权利要求的范围内的主题组合设置的组件部件和/或布置的各种变型和修改也是可能的。除了组件部件和/或布置的变型和修改之外，另选用途对本领域技术人员来说也是显而易见的。