CN101078961A - 线面电极式触控屏 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及触控屏，具体涉及线面电极式触控屏。将一块面状电极架在每组两条组内相互平行组间相互垂直的两组线状电极线间，线状电极相对面状电极为低阻抗，线状电极与面状电极间以电容耦合，对两条低阻抗线状电极线施加电流，两条低阻抗线状电极线又向面状电极流出电流，当触控物(如手指或笔)靠近或接触面状电极时，面状电极向触控物流出漏电流，两条低阻抗线状电极线流入面状电极的电流对漏电流的贡献与触控点距线状电极线的距离成反比。这样用线状电极和面状电极架成线面电极式触控屏，线状电极和面状电极间以耦合电容传递电信号，通过检测线状电极线上的电信号来定位面状电极上的触控点。
Description
技术领域
本发明涉及触控屏，具体涉及线面电极式触控屏。
背景技术
目前的电容式触控屏可分为数字和模拟两种方式。数字式电容触控屏是由每层有多条平行电极的两层电极组成，两层电极相互正交，当人的手指接触触控屏时，手指与触控屏上的某些电极形成耦合电容，并从耦合电容流出的漏电流，通过检测到两层电极上相互正交的与手指形成耦合电容的两条电极而确定触控位置。此种方法只适合用于较粗的定位，在要求细致定位时，要制做双层的细密电极，成本太高；并且置于显示器前面，触控屏感测电极产生的反射又会使得显示不均匀。
模拟电容式触控屏可分为单层感测电极和双层感测电极两种方式。单层感测电极的模拟电容式触控屏是由整面的单层电极组成，从单层电极的四个角向电极输入电流，当人的手指接触触控屏时，手指与电极形成耦合电容，并从耦合电容流出的漏电流，通过检测四个角分别流向电极电流的大小，计算出从手指流出电流的触控位置。此种方法可以细致定位，但控制电路的计算量大，在环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，会引起漂移，造成定位不准确；置于显示器前面，触控屏感测电极的不完全透射会使显示屏亮度降低，触控屏感测电极产生的反射又会使在强外界光环境下显示对比度的下降。
双层感测电极的模拟电容式触控屏是由每层有多条平行电极的两层电极组成，两层电极相互正交，当人的手指接触触控屏时，手指与触控屏上的某些电极形成耦合电容，并从耦合电容流出的漏电流，通过检测各电极流出电流的大小，分别在两层相互正交电极上计算出横向或纵向的触控位置。此种方法可以细致定位，对漂移问题也有改善，但需对双层感测电极逐条检测漏电流，检测和计算量大，检测和计算所需时间也随屏幕变大感测电极增多而提高；并且置于显示器前面，触控屏感测电极产生的反射又会使得显示不均匀，和在强外界光环境下显示对比度的下降。
申请号为2005101244714和2005201358852的中国专利提出了数模触控式平板显示器，让多位模拟开关组让平板显示器单层显示屏电极两端均具引出线，通过显示屏电极分时或与驱动电路或与触控信号连通，利用显示屏单层行电极或列电极作为触控电极感测触控，使得无需在显示屏内制做任何传感器，让平板显示器显示屏具有感知触控信号能力。但所提方案需让单层显示屏从两端出线，与通常的显示屏电极走线方法所不同，需特别设计和制做此种可具触控功能的显示屏；另外对显示屏单层电极的逐条两端检测，检测和计算量大，检测和计算所需时间也随屏幕变大感测电极增多而增加。
发明内容
本发明旨在提供一种以线状电极和面状电极组成的的触控屏，通过检测线状电极线上的电信号来定位面状电极上的触控点。
本发明的技术思路是：将一块面状电极架在每组两条组内相互平行组间相互垂直的两组线状电极线间，线状电极相对面状电极为低阻抗，线状电极与面状电极间存在耦合电容，对两条低阻抗线状电极线施加电流，两条低阻抗线状电极线又向面状电极流出电流，当触控物(如手指或笔)靠近或接触面状电极时，面状电极向触控物流出漏电流，两条低阻抗线状电极流入面状电极的电流对漏电流的贡献与触控点距线状电极的距离成反比。用线状电极和面状电极架成线面电极式触控屏，线状电极和面状电极间以耦合电容传递电信号，通过对线状电极线上电信号的检测，求得触控物在面状电极上的位置。
本发明的技术解决方案是：线状电极和面状电极组成如图1所示的线面电极式触控屏100，由相对低阻抗的两组检测电极110和120，以及相对高阻抗的面状感测电极130组成。两组检测电极110和120各含两条线状电极线111、112和121、122，两组检测电极组内相互平行组间相互垂直；线状检测电极110和120与面状感测电极130交叠，交叠的位置分别偏向面状感测电极的四边，线状检测电极110和120与面状感测电极130相互交叠部分产生电容耦合，传递电信号；线状检测电极110与120相互绝缘。一个时刻，对一对边的检测电极线111和112输入交变电流i11和i12，并检测电流的大小；当触控物(如手指或笔)靠近或接触面状感测电极130时，触控物与面状感测电极130间形成耦合电容，检测电极线111和112的电流通过线状电极与面状电极交叠部分的耦合电容流入面状感测电极130，再通过面状感测电极130与触控物的耦合电容流出漏电流到触控物上，通过比较检测电极线111和112上电流i11和i12的差别，确定触控点所在的面状感测电极130上垂直于检测电极线111和112方向上的位置。另一个时刻，对另一对边的检测电极线121和122输入交变电流i21和i22，并检测电流的大小；当触控物(如手指或笔)靠近或接触面状感测电极130时，触控物与面状感测电极130间形成耦合电容，检测电极线121和122的电流通过线状电极与面状电极交叠部分的耦合电容流入面状感测电极130，再通过面状感测电极130与触控物的耦合电容流出漏电流到触控物上，通过比较检测电极线121和122上电流i21和i22的差别，确定触控点所在的面状感测电极130上垂直于检测电极线121和122方向上的位置。由此，通过对内部两组对边上检测电极线电信号进行检测和分析计算，而可求得触控物在面状感测电极表面上的位置，由此得到线面电极式触控屏。
组成线面电极式触控屏的线状电极，可以只有两组组内相互平行组间相互垂直的线状电极，而对面状电极上的单个触控点进行定位；也可以有至少一组与其他多组相互垂直的线状电极，这样使触控屏可同时对面状电极上的多个区域内的触控点进行定位。
线状检测电极的阻抗值相对面状感测电极对边的阻抗值是低阻，它们的阻抗值最好有量级上的差别，让面状感测电极与线状检测电极相交叠的整条边基本处于等电位。线状检测电极和面状感测电极可以是制备在同一基板的不同层上，也可以是制备在不同基板上。检测电极和感测电极相交叠的位置，可以是在触控屏的触控区，也可以是在触控屏的非触控区。
对检测电极线上输出的检测电流，可以是具有特定频率的信号，也可以是具有特定编码或其它特征的信号，以防止测量检测电流时其他信号的干扰。对检测电极线上电信号的检测可以是检测电信号的幅值，也可以是电信号的频率，也可以是电信号的相位，也可以是电信号的编码，也可以是电信号的其它特征的信号。
触控物可以手指，可以是导电的金属笔，也可以是与检测信号具有相同谐振频率电路的电流吸收笔。
由触控物给面状感测电极输出电信号，从线状检测电极的端头检测电信号，通过比较线状检测电极端头电信号的差别，同样可确定触控点在面状感测电极方向上的位置。
触控屏多为置于显示器前与显示器协同工作，而有源平板显示屏具有相互正交的线状扫描电极和信号电极，以及面状的公共电极。可以利用有源平板显示屏一基板上的扫描电极和信号电极中的部分电极线作为检测电极，利用有源平板显示屏另一基板上的公共电极作为面状感测电极，组成线面电极式触控屏，让平板显示屏在不需增加额外的传感元件的情况下，既可以用于显示又可用于触控，一物两用。
附图简要说明
图1是线状电极和面状电极组成的线面电极式触控屏的示意图。
图2是一种时分复用有源液晶显示器(TFT-LCD)电极构成的线面电极式触控显示器。
图3是一种频分复用TFT-LCD公共电极构成的线面电极式触控显示器。
图4是一种频分复用TFT-LCD电极构成的多区域线面电极式触控显示器。
具体实施方式
本发明的实施例之一如图2所示：一种时分复用有源液晶显示器(TFT-LCD)电极构成的线面电极式触控显示器200。TFT-LCD的下基板玻璃210上具有与显示象素上有源元件的柵极相连的扫描电极230，和与显示象素上有源元件的源极或漏极相连的信号电极240；而上基板玻璃220上具有彩色滤光膜、网格状掩光黑膜层、以及公共电极250。以扫描电极230中两边最边缘位置的电极线231、23M作为触控功能的一组检测电极，以信号电极240中两边最边缘位置的电极线241、24N作为触控功能的另一组检测电极，让检测电极线分别通过模拟开关261、262和263、264与显示驱动电路270和触控检测电路280相连接；以公共电极250作为触控功能的面状感测电极，让公共电极250通过模拟开关265与地电极相连接；控制电路290通过控制模拟开关的通断，控制电极线231、23M和241、24N与显示驱动电路270的通断，和公共电极250与地电极的通断，使显示器200或处在显示时间段或处在触控时间段。在显示时间段内，控制电路290让模拟开关261、262和263、264使电极线231、23M和241、24N与显示驱动电路270连通，同时让模拟开关265使公共电极250与地电极连通，显示器200处于正常显示状态。在触控时间段内，控制电路290让模拟开关261、262和263、264使电极线231、23M和241、24N与显示驱动电路270断开，而与触控检测电路280连通，同时让模拟开关265使公共电极250与地电极断开，电极线231、23M和241、24N成为触控检测电极，公共电极250成为触控感测电极；触控检测电路280先在一个对边的检测电极线231和23M上加入相同电压的特定频率交流信号，并测量流入检测电极线231的电流i11和流入23M的电流i12，在触控物靠近或接触显示器200时，触控物与公共电极间形成耦合电容，流入检测电极线231和23M的电流通过检测电极与公共电极间的耦合电容和公共电极与触控物的耦合电容流出漏电流到触控物上，流入检测电极线231和23M的电流对漏电流的贡献反比于触控点距电极线231和23M的距离；触控检测电路280再在另一个对边的检测电极线241和24N上加入相同电压的特定频率交流信号，并测量流入检测电极线241的电流i21和流入24N的电流i22，在触控物靠近或接触显示器200时，流入检测电极线241和24N的电流通过检测电极与公共电极间的耦合电容流出漏电流到触控物上，流入检测电极线241和24N的电流对漏电流的贡献反比于触控点距电极线241和24N的距离。这样以时分复用TFT-LCD部分扫描电极线和信号电极线作为检测电极、公共电极作为感测电极组成的线面电极式触控屏，通过测量流入检测电极线的电流就可定位感测电极上的触控位置。控制电路290让显示器200在显示状态和触控状态间不断转换，控制显示器200每次切换到触控状态的时间，并利用显示的驰豫和人眼的留影现象，可以在显示器200的显示效果基本不受影响的情况下，使得显示器200既可显示信息又可感知触控。
本发明的实施例之二如图3所示：一种频分复用有源液晶显示器(TFT-LCD)公共电极构成的线面电极式触控显示器300。TFT-LCD的下基板玻璃310上具有与显示象素上有源元件的柵极相连的扫描电极330，和与显示象素上有源元件的源极或漏极相连的信号电极340，同时在下基板玻璃310四周边缘位置制做有两组触控检测电极线351、352和353、354；而上基板玻璃320上具有彩色滤光膜、网格状掩光黑膜层、以及公共电极360。扫描电极330和信号电极340与显示驱动电路370相连接，触控检测电极线351、352和353、354与触控检测电路380相连接，公共电极360通过低通电路390与地电极相连接；低通电路390具有对低频信号为低阻抗值，让低频信号与地电极连通，而对高频信号为高阻抗值，不让高频信号通过。显示驱动电路370对扫描电极330和信号电极340输出显示驱动信号，显示驱动信号驱动液晶层工作并传入公共电极360，低通电路390使得低频的显示驱动信号从公共电极360流入地电极，显示器300处于显示状态。另一方面，触控检测电路380先在一个对边的检测电极线351和352上加入相同电压相对显示信号为高频的触控信号，并测量流入检测电极线351的电流i11和流入352的电流i12，在触控物靠近或接触显示器300时，触控物与公共电极360间形成耦合电容，流入检测电极线351和352的电流通过检测电极与公共电极间的耦合电容和公共电极与触控物的耦合电容流出漏电流到触控物上，流入检测电极线351和352的电流对漏电流的贡献反比于触控点距电极线351和352的距离，而低通电路390对高频的触控信号为高阻抗值，不让公共电极360上的触控信号通过低通电路390流入地电极；触控检测电路380再在另一个对边的检测电极线353和354上加入相同电压高频的触控信号，并测量流入检测电极线353的电流i21和流入354的电流i22，在触控物靠近或接触显示器300时，流入检测电极线353和354的电流通过检测电极与公共电极间的耦合电容流出漏电流到触控物上，流入检测电极线353和354的电流对漏电流的贡献反比于触控点距电极线353和354的距离。这样以频分复用TFT-LCD公共电极作为感测电极组成的线面电极式触控屏，通过测量流入检测电极线的电流就可定位感测电极上的触控位置，而显示器300同时又处于触控状态，使得显示器300在显示信息的同时又可感知触控。
本发明的实施例之三如图4所示：一种频分复用有源液晶显示器(TFT-LCD)电极构成的多区域线面电极式触控显示器400。TFT-LCD的下基板玻璃410上具与显示象素上有源元件的柵极相连的扫描电极430，和与显示象素上有源元件的源极或漏极相连的信号电极440；而上基板玻璃420上具有彩色滤光膜、网格状掩光黑膜层、以及公共电极450。以扫描电极430中两边最边缘位置的电极线431、43M作为触控功能的一个方向的检测电极，以信号电极440中两边最边缘的电极线和中间位置电极线441、44i、44N作为触控功能的另一个方向的检测电极，检测电极线又分别通过信号加载电路461、462和463、464、465与显示驱动电路470和触控检测电路480相连接，信号加载电路461、462和463、464、465使得相对低频的显示驱动信号和相对高频的触控信号同时传入电极线431、43M和441、44i、44N；以公共电极450作为触控功能的面状感测电极，让公共电极450通过低通电路490与地电极相连接。低通电路490具有对低频信号为低阻抗值，让低频信号与地电极连通，又对高频信号为高阻抗值，不让高频信号通过。显示驱动电路470对扫描电极430和信号电极440输出显示驱动信号，显示驱动信号驱动液晶层工作并传入公共电极450，低通电路490使得低频的显示驱动信号从公共电极450流入地电极，显示器400处于显示状态。另一方面，触控检测电路480通过加载电路461和462，先在一个对边方向的检测电极线431和43M上加入相同电压相对显示信号为高频的触控信号，并测量流入检测电极线431的高频触控信号电流i11和流入43M的高频触控信号电流i12，在触控物靠近或接触显示器400时，触控物与公共电极450间形成耦合电容，流入检测电极线431和43M的高频触控信号电流通过检测电极与公共电极间的耦合电容和公共电极与触控物的耦合电容流出漏电流到触控物上，流入检测电极线431和43M的高频触控信号电流对漏电流的贡献反比于触控点距电极线431和43M的距离，而低通电路490对高频的触控信号为高阻抗值，不让公共电极450上的触控信号通过低通电路490流入地电极；触控检测电路480再通过加载电路463和464，在另一个对边方向的检测电极线441和44i上加入相同电压高频的触控信号，并测量流入检测电极线441的高频触控信号电流i21和流入44i的高频触控信号电流i22，在触控物靠近或接触显示器400时，流入检测电极线441和44i的高频触控信号电流通过检测电极与公共电极间的耦合电容流出漏电流到触控物上，流入检测电极线441和44i的高频触控信号电流对漏电流的贡献反比于触控点距电极线441和44i的距离；然后，触控检测电路480通过加载电路464和465，再在另一个对边的检测电极线44i和44N上加入相同电压高频的触控信号，并测量流入检测电极线44i的高频触控信号电流i22和流入44N的高频触控信号电流i23，在触控物靠近或接触显示器400时，流入检测电极线44i和44N的高频触控信号电流通过检测电极与公共电极间的耦合电容流出漏电流到触控物上，流入检测电极线44i和44N的高频触控信号电流对漏电流的贡献反比于触控点距电极线44i和44N的距离；这样通过测量流入触控检测电极线431、43M和441、44i、44N的电流，就可定位在显示器400上同时分别处于电极线441至44i和电极线44i至44N两个区域内的两个触控位置。这样以频分复用TFT-LCD部分扫描电极线和信号电极线作为检测电极、公共电极作为感测电极组成的线面电极式触控屏，通过测量流入检测电极线的电流就可定位感测电极上的触控位置，而显示器400同时又处于触控状态，使得显示器400在显示信息的同时又可感知触控。
上述三个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。
Claims (10)
1.线面电极式触控屏，通过对触控物与面状电极之间的信号耦合的检测，求得触控物在面状感测电极上的位置，其特征在于：以相互垂直的两组以上每组两条的线状电极与面状电极相交叠构成，线状电极线与面状电极交叠部分以电容相耦合，触控检测电路只对与其直接连通的线状电极线输出触控信号并检测每组两条线状电极线触控信号的差别，未与触控检测电路直接连通的面状电极在线状电极与触控物之间传递触控信号。
2.根据权利要求1所述的线面电极式触控屏，其特征在于：作为检测电极的线状电极由两组组内相互平行组间相互垂直的线状电极线组成，线状电极线与面状电极交叠的位置处于面状感测电极的四边，各条线状电极线与触控检测电路连通。
3.根据权利要求1所述的线面电极式触控屏，其特征在于：作为检测电极的线状电极由至少一组垂直于不少于两组的线状电极线组成，各条线状电极线与触控检测电路连通。
4.根据权利要求1所述的线面电极式触控屏，有不少于两组每组两条的线状电极线，其特征在于：触控检测电路每一时刻只对一组线状电极线输出触控信号和检测触控信号。
5.根据权利要求1所述的线面电极式触控屏，其特征在于：对线状电极电信号的检测是检测电信号的幅值、频率、相位、编码中的至少一种。
6.根据权利要求1所述的线面电极式触控屏，线状电极与面状电极相交叠，其特征在于：线状电极与面状电极相交叠，交叠的位置处于触控屏的非触控区。
7.根据权利要求1所述的线状电极和面状电极，其特征在于：线状电极的阻抗值相对面状电极对边的阻抗值是低阻。
8.根据权利要求1所述的线状电极和面状电极，其特征在于：线状电极和面状电极是制备在同一基板的不同层上。
9.根据权利要求1所述的线状电极和面状电极，其特征在于：线状电极和面状电极是制备在不同基板上。
10.根据权利要求1所述的线状电极和面状电极，其特征在于：以有源平板显示屏一基板上的扫描电极和信号电极中的部分电极线作为线状电极，以有源平板显示屏另一基板上的公共电极作为面状电极。
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