CN102214051B

CN102214051B - 触摸面板中补偿寄生电容的方法和设备

Info

Publication number: CN102214051B
Application number: CN201110132392.3A
Authority: CN
Inventors: 卞山镐; 崔伦竞; 白钟学
Original assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Current assignee: Samsung Electronics Co Ltd
Priority date: 2010-04-06
Filing date: 2011-04-06
Publication date: 2015-12-16
Anticipated expiration: 2031-04-06
Also published as: CN102214051A; JP5794810B2; US20110242050A1; KR20110112128A; JP2011222013A; TW201205403A

Abstract

本发明描述了触摸控制器和包括该触摸控制器的触摸显示设备。触摸控制器包括寄生电容补偿单元，其接收一公共电极电压来产生一电荷量，能够补偿与寄生电容相关联的一电荷量，该寄生电容位于触摸面板中的感测通道和公共电极之间，该触摸面板能够进行触摸输入的电容感测。

Description

触摸面板中补偿寄生电容的方法和设备

相关申请的交叉引用

本申请要求于2010年4月6日提交的韩国专利申请No.10-2010-0031561的权益，其主题通过引用合并于此。

背景技术

本发明构思涉及合并触摸面板的显示系统，且更特别地，涉及补偿和/或去除与触摸面板有关的各种寄生电容的方法，使得感测灵敏度最大化。

为满足用户需求，便携式电子设备已变得更加小和薄。不含有机械按钮和开关、并能提供改进性能和有吸引力的设计的触摸屏被广泛使用，例如，在普通自动取款机(ATM)设备、电视(TV)以及普通家用器具及小尺寸设备中。特别地，手机、便携式多媒体播放器(PMP)、个人数字助理(PDA)、电子书等等已经大大地减小了总体尺寸从而容易携带。为了进一步减小便携式设备的尺寸，整合(或合并)用户输入按钮和屏幕的方法已经成为热烈研究和发展的主题。在某些整合输入按钮和屏幕的特定方法中，用于触摸屏的能够检测触摸面板的触摸输入的触摸感知技术已经变得愈加重要。

通常，触摸屏是一操作为具有各种显示器的信息通信设备和用户之间的接口的输入设备。用户使用例如手指、笔、或类似物的输入工具直接接触触摸屏。包括触摸屏的平板显示设备示例包括液晶显示(LCD)设备、场发射显示(FED)设备、有机发光二极管显示(OLED)设备、等离子显示(PDP)设备等等。

平板显示设备通常包括排列为矩阵的多个像素从而显示图像。例如，LCD设备可能包括多个传输栅极信号的扫描线和多个传输灰度数据的数据线。多个像素形成于多个扫描线和多个数据线交叉的点上。每一个像素可能包括一晶体管和一电容器，或者只包括一个电容器。

触摸屏可能使用几个不同的操作方法中的一个，例如电阻覆盖方法、电容覆盖方法、表面声波方法、红外线方法、表面弹性波方法、感应方法等等。

在使用电阻覆盖方法的触摸屏中，电阻材料被涂在玻璃或者透明塑料板上，并且聚酯薄膜覆盖于其上，并且绝缘棒安装于有规律的间隔中，因此聚酯薄膜的两面彼此并不接触。在这种情况中，电阻和电压是变化的。接触触摸屏的触摸输入设备(例如，用户的手指)的位置(例如，触摸点)与电压变化程度有关地被感知。使用电阻覆盖方法的触摸屏具有较好的特性，例如草书输入，但也具有例如低传输、低耐用性和多接触点不检测(non-detectionofmulti-contactpoint)的缺点。

在使用表面声波方法的触摸屏中，发出声波的发射器和反射声波的反射器以有规律的相对间隔依附于玻璃表面。当触摸输入设备中断发射器和反射器之间的声波传送路径时，一时间值被计算以检测相应触摸点。

在使用红外线方法的触摸屏中，以类似于表面声波方法的声波方式使用红外线的方向性。按照与自发发射设备和光电晶体管相反的方式排列红外线发光二极管(LED)，从而形成一矩阵。由触摸输入设备导致的LED和光电晶体管之间光传输的中断在矩阵内被检测到，因此允许相应触摸点的检测。

现代便携式电子设备主要使用低成本及能够响应触摸设备范围的操作的电阻覆盖方法。然而，由于对采用多触摸的用户接口的研究已积极地进行，使用能够执行多触摸感知的电容覆盖方法的触摸屏，已经成为公众注意的中心。

发明内容

本发明构思的实施例提供了一种触摸控制器，用于补偿和/或去除与触摸感测单元有关联的某种寄生电容的影响。本发明构思的实施例还提供了一种包括这种类型的触摸控制器的触摸系统，以及在触摸系统中补偿寄生电容的方法。

一方面，本发明构思提供了一种包括寄生电容补偿单元的触摸控制器。寄生电容补偿单元接收一公共电极电压，来产生一电荷量，能够补偿与寄生电容相关联的一电荷量，所述寄生电容位于能够进行触摸输入的电容感测的触摸面板中的感测通道和公共电极之间。

另一方面，本发明构思提供了一种补偿寄生电容的触摸显示设备，该触摸显示设备包括：触摸面板，包括多个感测通道，所述多个感测通道执行触摸屏操作，用于感测布置于多个感测通道之中的感测单元内的变化，并输出感测单元的变化信号；以及触摸控制器，包括信号转换单元，其接收所述变化信号，将所述变化信号转变为电压，并输出所述电压，其中所述触摸控制器包括寄生电容补偿单元，其接收一公共电极电压来产生一电荷量，能够补偿与寄生电容相关联的一电荷量，所述寄生电容位于所述触摸面板中感测通道和公共电极之间。

另一方面，本发明构思包括一种在触摸系统中补偿寄生电容的方法，所述方法包括：响应于触摸输入，感测布置于多个感测通道中的多个感测单元的电容变化，并输出相应于所述变化的感测信号，接收、放大和输出所述感测信号，其中所述感测信号的所述接收、放大和输出由触摸控制器执行，并接收一公共电极电压来产生一电荷量，能够补偿与多个感测通道和公共电极之间的寄生电容相关联的一电荷量，其中所述公共电极电压的接收由触摸控制器的寄生电容补偿单元执行。

附图说明

根据下列与附图结合的详细说明，本发明构思的实施例将被更加清楚地理解，附图如下：

图1说明了一触摸屏面板和一用于处理触摸屏系统的触摸信号的信号处理单元；

图2说明了当采用互电容方法的触摸面板被使用时触摸被感测到的情况；

图3说明了当在触摸屏面板上执行操作时可能发生的电磁噪声；

图4A和4B是示出当噪声出现在显示面板中时由于触摸而产生的电容变化量的图；

图5说明了触摸系统中噪声引起的影响；

图6是其中电荷放大器被简化了的等效电路图；

图7A是根据本发明构思的实施例的触摸显示设备中包括了寄生电容补偿器和电荷放大器的触摸控制器的电路图；

图7B是根据本发明构思的另一实施例的触摸显示设备中包括了寄生电容补偿器和电荷放大器的触摸控制器的电路图；

图7C是根据本发明构思的实施例的明确地解释了使用图7A的触摸控制器补偿寄生电容器的方法的电路图；

图7D是根据本发明构思的实施例的实现图7C的方法的电路图；

图8是根据本发明构思的实施例的其中触摸控制器和显示驱动器电路集成在一个芯片中的集成电路(IC)的方块图；

图9A到9D说明了根据本发明构思的实施例的在其上布置触摸面板的显示设备的印刷电路板(PCB)的结构；

图10A到10D说明了当触摸面板和显示面板彼此整合为一体的时候PCB的结构；

图11A和11B说明了其中触摸控制器单元和显示驱动器电路单元被集成为一体的半导体芯片的结构以及柔性PCB(FPCB)的结构；

图12说明了根据本发明构思的实施例的包括其中触摸控制器和显示驱动器电路被集成为一体的半导体芯片的显示设备；以及

图13说明了根据本发明构思的实施例的应用在其上安装触摸系统的多种产品的示例。

具体实施方式

参考现将以随附附图中说明的发明构思的某些具体实施例之外的一些额外细节而作出。然而，本发明构思可以以不同方式具体表现且并不限于仅仅作出说明的实施例。遍及附图及书面说明，相似的引用数字和标记被使用以表示相同或相似组成部分。在某些附图中，为了清晰目的可以夸大层和区域的厚度和相对厚度。

将会被理解的是，当例如层、区域、或者基底的一组成部分被提及是“在……之上”、“连接到”或“耦接到”另一组成部分时，这可能是直接在……之上、连接或耦接到另一个组成部分或者可能存在中间元件。相反，当一组成部分被提及是“直接在……之上”、“直接连接到”或“直接耦接到”另一组成部分或层时，则不存在中间元件或层。相似引用数字始终涉及相似的组成部分。如此处使用的，术语“和/或”包括一个或多个相关联的列出术语的任何及所有组合。

将会被理解的是，尽管在本文中术语第一、第二、第三等等可以被用于描述各种各样的组成部分、部件、区域、层和/或单元，然而这些组成部分、部件、区域、层和/或单元并不被这些术语所限制。这些术语仅用于区别一个组成部分、部件、区域、层或单元与另一个区域、层或单元。因此，下面讨论的第一组成部分、部件、区域、层或单元可以被称为第二组成部分、部件、区域、层或单元，而不背离示范性实施例的教导。

在本文中例如“上面的”、“较高的”、“在……的下方”、“下面的”、“较低的”等等的空间相对术语可以被用于使描述如附图中说明的一个组成部分或特征与另一个(些)组成部分的关系的说明的容易。将会被理解的是，空间相对术语是用于包括除附图中描绘的方向之外的使用或操作中的设备的不同方向。例如，如果附图中的设备发生了翻转，描述为“下面的”或者“在”其它组成部分或特征“的下方”的组成部分将会随后被确定为在其它组成部分或特征“上面的”方向。因而，示范性术语“上面的”可以包括上面的和下面的方向。设备可以用别的方法确定方向(旋转90度或在其它方向)且本文使用的空间相对描述符相应地被解释。

本文使用的术语仅仅是用于描述特定实施例，且并不限于示范性实施例。如本文使用的，单数形式的“一”、“一个”和“该”也包括了复数形式，除非上下文有其他清楚示意。将要被进一步理解的是，当本说明书使用术语“包括”和/或“包含”时，具体说明了规定的特征、整数、步骤、操作、组成部分、和/或部件的存在，但并不排除一个或多个其它特征、整数、步骤、操作、组成部分、部件、和/或它们的分组的存在或附加。

本文的示范性实施例参考截面图示被描述，该截面图示是示范性实施例的示意性图示(和中间结构)。同样地，可以预期由于例如制造技术和/或偏差而产生的图示形状变化的结果。因此，示范性实施例不应理解为被局限于此处所说明的区域的特定形状，而是可以包括例如由于制造导致的形状上的偏差。

除非有其他定义，本文使用的所有术语(包括技术和科学术语)具有示范性实施例所属领域的普通技术人员通常理解的相同含义。将会进一步被理解的是例如那些在通常使用的字典中被定义的术语应该被解释为具有与有关技术上下文中它们的含义一致的含义，且不能以理想化的或过于正式的形式含义来解释，除非本文这样明确地定义。

图1说明了用于处理触摸屏系统10的触摸屏面板和触摸信号的信号处理单元。参考图1，触摸屏系统10包括：包括了多个感测单元的触摸屏；和信号处理单元12，该信号处理单元能够感测触摸屏面板11的多个感测单元的电容变化，并且能够处理该变化来有效地检测触摸输入及产生相应的触摸数据。

触摸屏面板11包括以行方向布置的多个感测单元和以列方向布置的多个感测单元。如图1中所说明的，触摸屏面板11包括多个行，其中布置了多个感测单元。布置在每一个行中的感测单元互相电连接。并且，触摸屏面板11包括多个列，其中布置了感测单元。每一个列中布置的感测单元互相电连接。

信号处理单元12通过感测触摸屏面板11的感测单元的电容变化生成触摸数据。例如，触摸屏系统10可以感测行和/或列之间的电容变化，从而检测出触摸输入位置。

然而，存在总是出现在触摸屏面板11的感测单元中的某些寄生电容。寄生电容可以包括在感测单元之间产生的水平电容分量，以及在感测单元和显示面板之间产生的垂直电容分量。因为与触摸输入有关的实际电容变化可以是相当小的，所以当累积的寄生电容较大时，触摸系统准确地检测触摸输入的能力大大减小。例如，当触摸输入设备接近预先确定的感测单元时，感测单元的电容将会增加。如果感测单元具有高寄生电容，相应感测灵敏度将会减小。并且，供给显示面板顶层玻璃的电极电压(VCOM)的变化由于垂直寄生电容而在触摸检测操作期间引起感测噪声。

因而，在使用电容覆盖方法的触摸屏系统之中，对于触摸输入和积累寄生电容的有关“大小”(也就是相关电容变化)相当重要，且可以成为重要系统操作特征。

图2说明了使用互电容方法的触摸面板感测触摸输入的实例。参考图2，在互电容方法中，预定电压脉冲被施加到驱动电极上，且相应于电压脉冲的电荷在接收电极被收集。为此，当触摸输入设备(例如，用户的手指)放置在驱动电极和接收电极之间时，先前存在的电场(虚线)被改变或中断。当在两个电极之间的电容由于相应电场的变化而改变时，使用触摸面板的系统感测触摸输入。

图3说明了当在触摸屏面板上执行操作时可能发生的电磁噪声。依照通常触摸功能能够接收用户输入数据的移动产品通过在显示面板35上布置触摸屏面板33来设法减少处理的数目并且提高价格竞争力，像在ON-cell类型的触摸面板中。如果触摸屏面板33和显示面板35被整合在一共有体之内，那么就会产生另外一个问题。也就是，寄生电容Cbx和Cby，和皮肤累积噪声或来自于系统的噪声大大增加，该寄生电容Cbx和Cby产生于触摸屏面板33的感测通道和显示面板35的数据线之间。同样地，来自于显示驱动器IC(DDI)以驱动显示器的与一些应用于显示面板35的源通道有关的某些电压的波动会引起噪声。不同于普通触摸感测系统，用于移动产品的方法需要开发新型触摸传感器电路，其必须能够减小由这种类型电路引起的噪声。

参考图3，触摸屏面板33包括多个感测单元，其组成x轴和y轴。多个感测单元在x轴方向上组成X感测线且在y轴方向上组成Y感测线。电阻R_ITO出现在X感测线和Y感测线之间。多个感测单元可以布置在邻近于用于显示触摸图像的显示面板35或者可以放在显示面板35的一个表面上。显示面板35表示显示面板35的顶层玻璃，电极电压VCOM被提供给显示面板35。例如，当显示面板35的顶层玻璃是液晶显示(LCD)面板的上面板时，电极电压VCOM可以被提供为公共电极电压，且当显示面板35的顶层玻璃是有机发光二极管(OLED)面板的上面板时，电极电压VCOM可以被提供为具有直流电(DC)电压的阴极电压。

触摸屏面板33还可以包括连接到以行方向(x-方向)布置的多个感测线的多个感测单元SU，以及连接到以列方向布置的多个感测线的多个感测单元SU。

感测单元SU分别输入与它们的布置结构相关的某些寄生电容分量。例如，感测单元SU输入产生于邻近感测单元SU之间的水平寄生电容分量C_adj，和产生于感测单元SU和显示面板35之间的垂直寄生电容分量Cbx和Cby。当与接近(或接触)感测单元SU的触摸输入有关的电容分量相比较寄生电容相对的大时，甚至当感测单元SU的电容由于触摸输入而变化时，感测灵敏度会显著降低。

图4A和4B是示出当噪声出现在显示面板35中时由于触摸输入而产生的电容变化量的图。参考图4A，每一个感测单元SU基本具有寄生电容分量C_b。当触摸输入设备接近物体或者接触物体时，感测单元SU的电容变化，并且因而，额外的电容分量C_sig产生。例如，当有传导性的物体接近感测单元SU或接触感测单元SU时，感测单元SU的电容增加。

图4A中所示的阶段A表示传导性物体并不接触感测单元SU的状态。感测单元SU的电容Csen可以是C_b，其相应于寄生电容分量。图4A的阶段B表示传导性物体接触感测单元SU的状态。在这种情况中，电容分量C_sig又在触摸输入设备和触摸屏面板33之间产生，且感测单元SU的电容Csen增长到电容Csen’，Csen’通过将寄生电容C_b和电容分量C_sig相加而获得。

然而，如图4B中说明，当多种噪声出现时，噪声分量可以大大影响感测单元SU的电容。由于感测单元SU的电容Csen’具有剧烈波动，因此触摸并不能够被准确地感测到。因此，触摸屏设备的感测灵敏度大大降低。

多种类型的噪声可能产生于LCD面板和OLED面板中。例如，当触摸面板布置在OLED面板上时，用于产生公共电压Vcom的公共电极层在触摸感测通道之下形成。通过使用外部开关型电源(SMPS)，公共电极层被维持在一预定恒定电压。因此，就OLED面板来说，触摸传感通道中累加的噪声非常小。

在另一方面，LCD面板使用两种方法来驱动，也就是，采用恒定电压驱动公共电极的方法和连续不断地反转公共电极的方法。公共电极的电压宽度大约是5V，且因此在触摸感测通道中不考虑这种电压切换的积累是不可能的。在采用恒定电压驱动公共电极的方法和连续不断地反转公共电极的两种方法中，无论何时数据被写入源通道，都会累积大量噪声。这是因为LCD面板被回转(slew)和写入源通道的数据所影响。

图5说明了触摸系统中的噪声引起的影响。参考图5，通过使用驱动LCD面板的方法之一的主动(active)电平转换器(ALS)方法，按照恒定电压DC驱动公共电极电压VcomDC511，并且升压电压被施加到布置于模块上的存储电容器(未显示)。相应的源通道513在LCDqVGA等级面板上呈现。由于布置在源通道线55上的源通道513的变化而在VcomDC511中产生噪声。产生于源通道513和公共电极(VCOM)面板53之间的寄生电容C_s是10nF或者更大。并且，在ON-cell类型触摸面板的情况下，产生于触摸感测通道51和VCOM面板53之间的寄生电容C_b是几个pF或者更大并且非常大。详细地，当多个源通道513被同时激活且每一个数据被应用到每一个触摸感测通道51时，触摸感测通道51中积累的噪声大大增加。另一方面，由于寄生电容C_b减小，触摸感测通道51中积累的噪声大大减少。并且，当源通道513的电压摆动宽度增加时，VCOM面板53中积累的噪声分量增加。用于驱动公共电极VCOM的电路是DDI内部块，并且在增加DDI内部块带宽方面存在限制。因此，在源通道513中积累的噪声不能在短时间内被稳定。这种噪声可能导致作为触摸传感器最终结果的坐标值中的异常值或者波动。因此，发生在触摸感测通道51和VCOM面板53之间的几十pF的寄生电容C_b的影响必须被最小化。

更进一步地，为了去除显示噪声，在普通LCD触摸面板的触摸感测通道之下放置一所谓的“保护层”是必要的。显示噪声的主要来源是如上面所描述的当数据被写入公共电极调制电压和源通道时所产生的噪声。然而，保护层的提供要求相关制造工艺的性能且提高了制作成本。增加面板的厚度也是不利的。

图6是其中电荷放大器69被简化了的等效电路图。

外围电路和由寄生电阻和电容器分量所引起的影响在图6中并没有显示。当从多个触摸感测通道中选择一个时在VCOM面板53中积累的噪声源被确定为V_c691。从噪声源V_c691到电荷放大器69的输出端的传递函数使用公式1来被简化：

V_{out} = - \frac{s C_{b} R_{f}}{1 + s C_{f} R_{f}} V_{c} - - - (1)

在公式1中，电阻R_f699的值是几兆欧姆(M)并且非常大。结果，采用电容器C_b695的电容和电容器C_f697的电容的比率来示出输出电压V_out694与噪声源V_c691的比率，如公式2所示：

\frac{V_{out}}{V_{c}} = - \frac{C_{b}}{C_{f}} - - - (2)

通常，就ON-cell类型触摸面板而言，电容器C_b695的电容是几十pF或更大并且因此，由噪声导致的增益是1或更多。详细地，根据由电容器C_b695和电容器C_f697引起的增益，电荷放大器69(其是差分放大器)增加了在VCOM面板53中积累的噪声。这使得电荷放大器69的输出脱离了动态区域，且因此触摸传感实质上不能被执行。为了在执行触摸传感时解决这个问题，则需要一种减小显示噪声的方法。

图7A是根据发明构思的实施例的触摸显示设备中包括了寄生电容补偿器730和电荷放大器750的触摸控制器70的电路图。

术语“触摸控制器”一般用于涉及本发明构思的某些具体实施例来表示触摸-DDI或者其替代物的电路部分。电荷放大器750是信号转换单元，其将输入触摸信号转换为电压信号并且放大该电压信号，如果必要的话，还包括一差分运算放大器。

参考图7A，电容Cx可以被理解为一模拟与触摸输入相关的电容的数值，电容C_b可以类似地被理解为与某种(些)发生在触摸感测通道和公共电极之间的寄生电容相关的值。电阻值R_s1、R_s2、和R_s3表示当触摸控制器70被连接到触摸面板71时产生的某些寄生电阻电阻器。当公共电极保护层被去除时，公共电极调制电压VCOMIN被施加到寄生电容器C_b之下的电极，寄生电容器C_b影响触摸感测通道。

举例说明的实施例中的触摸显示设备使用公共电极调制电压VCOMIN补偿寄生电容C_b。就是说，当预定感测通道由触摸输入选择时，寄生电容C_b通过产生一些等同于寄生电容C_b的电荷来弥补(offset)。由公共电极电压驱动器710产生的公共电极调制电压VCOMIN经由触摸面板71被施加到寄生电容补偿器730。寄生电容补偿器730产生弥补寄生电容C_b的电容，并且与寄生电容器C_b并联的方式应用所产生的电容到电荷放大器750。由电荷放大器750补偿的触摸输入信号可以随后经由滤波器760、模拟-数字转换器770、和数字滤波器780作为显示图像信号而被输出。

图7B是根据发明构思的另一个实施例的触摸显示设备中包括了寄生电容补偿器730和电荷放大器750的触摸控制器75的电路图。

在图7A中寄生电容C_b可以直接在公共电极层感测到，并且因此源通道噪声可以被补偿，然而寄生电容C_b是在IC公共电极焊盘中被感测到，并且因此寄生电阻器R_s1大大影响了噪声补偿。

公共电极电压驱动器710输出公共电极调制电压VCOM，并且经由寄生电阻器R_s3输入该公共电极调制电压VCOM到寄生电容补偿器730中，以作为公共电极调制电压VCOMIN。公共电极调制电压VCOMIN经由寄生电阻器R_s3输出，并且与公共电极调制电压VCOM有区别。

图7C是根据本发明构思的实施例的更进一步说明了使用图7A的触摸控制器70补偿寄生电容器的方法的电路图。

参考图7C，触摸控制器70包括寄生电容补偿器730、电荷放大器750，以及如先前描述的类似物。更进一步地，根据本发明构思的实施例，补偿寄生电容器的方法将公共电极调制电压VCOMIN施加到寄生电容补偿器730，并且产生一负电容C_q用于补偿寄生电容C_b。

寄生电容补偿器730包括差分运算放大器，差分运算放大器具有公共电极调制电压VCOMIN和激励脉冲VIN并行输入其中的反相输入端。激励脉冲缓冲器740缓冲激励脉冲VIN并且将激励脉冲VIN施加到一电荷放大器750的输入端。源驱动器720施加源通道电压，其中在源通道和公共电极面板之间积累有几十nF的寄生电容Cs。尽管电阻器R_X、R_Y、和R_B被替换为电容器器C1、C2、和C3，连接到差分运算放大器反向输入端的电阻器R_X，R_Y，和R_B能够实现同样的功能。

图7D是根据本发明构思的实施例的实现图7C的方法的电路图。

寄生电容补偿器730(其是反转放大器)使用电阻器R_X、R_Y、和R_B将公共电极调制电压VCOMIN和激励脉冲VIN求和，并且将公共电极调制电压VCOMIN和激励脉冲VIN求和后的值输入到其反相输入端。因此，为了感测触摸，施加到电荷放大器750的输入信号Cx必须输入到寄生电容补偿器730的反相输入端。以与图3所示的相同的方式，连接到差分运算放大器反相输入端的电阻器R_X、R_Y、和R_B能够实现相同的功能，尽管电阻器R_X、R_Y、和R_B被替换为电容器C1、C2、和C3。

对于上面提及的寄生电阻器的考虑被省略了。公共电极调制电压VCOMIN被替换为Vc电压源799。形成于寄生电容Cb中的电荷总数成比例于激励脉冲VIN和公共电极电压Vc之间的差，如下面的公式3所示。

ΔQ_b＝C_b(-V_IN-V_c)(3)

形成于用于补偿寄生电容器电荷的负电容器Cq中的电荷总数可以使用下面的公式4来表示。

Δ Q_{q} = Cq (- V_{IN} - (- \frac{R_{B}}{R_{X}} V_{C} - \frac{R_{B}}{R_{Y}} V_{IN})) - - - (4)

如果假设Cq＝2Cb，公式5可以被表示如下。

如果

\frac{R_{B}}{R_{X}} = \frac{1}{2}

且

\frac{R_{B}}{R_{Y}} = \frac{3}{2}

ΔQ_b＝ΔQ_q(5)

为了补偿满足公式5的寄生电容Cb，负电容器Cq的值必须被设置为比寄生电容C_b的值大两倍。这是因为寄生电容器补偿器730的内部放大器输出可以超过电源电压。

作为参考，触摸感测在5V模拟电源下操作。公共电极调制电压VCOMIN的改变是大约5V。电阻器R_X、R_Y、和R_B确定用于负电容C_q和寄生电容C_b的电荷总量是否相同。根据图7D和公式3到5，负电容Cq能够去除寄生电容Cb的影响。更详细地，仅仅是由触摸输入形成的输入信号Cx的变化经由电荷放大器750用于触摸感测处理。然而，因为两条路径A和B可以具有如图7D所示的不同阶段，因此噪声并不能够完全被去除。除了上面描述的补偿电路之外，使用具有带宽不同于公共电极调制频率带宽的激励脉冲VIN的频率，以及在电荷放大器750之后使用模拟滤波器760，可以进一步减小噪声。更进一步地，可以根据电阻比减小寄生电容补偿电路的闭环带宽，并且因此需要考虑这种减小的设计。

以上介绍了通过接收公共电极电压的补偿寄生电容的方法和设备。提供有用于补偿寄生电容的触摸控制器的触摸面板可以是ON-cell类型的触摸面板，其中触摸面板和显示面板被整合于一共有体之内。当触摸面板是覆盖类型的触摸面板时，可以应用根据本发明构思的实施例的用于补偿寄生电容的触摸控制器。甚至当按照惯例被提供以防止噪声的保护层被去除时，根据本发明构思的实施例的用于补偿寄生电容的电路可以有利地减少用于显示设备的面板生产过程的数目和相关制作成本。

图8是根据本发明构思的实施例的其中触摸控制器和显示驱动器电路整合在一个芯片中的集成电路(IC)800的方块图。

参考图8，IC800包括：触摸控制器单元810，用于作为触摸控制器和执行显示噪声补偿；以及显示驱动器单元830，用于作为显示驱动器电路。通过整合触摸控制器单元810和显示驱动器单元830到一个半导体芯片中，可以减少制作成本。

触摸控制器单元810可以包括用于执行触摸屏操作的多种组成部分。例如，触摸控制器810可以包括用于产生触摸数据的读出电路811、用于减少感测单元寄生电容分量的寄生电容补偿单元812、用于转换模拟数据为数字信号的模拟数字转换器(ADC)813、用于产生电源电压的电源电压产生单元814、用于补偿显示噪声的噪声补偿块815、微控制单元(MCU)816、数字有限脉冲响应(FIR)滤波器817、用于产生低功率振荡信号的振荡器818、用于与主控制器850之间发送和接收信号的接口单元819、控制逻辑单元820、和存储器(未显示)。并且，显示驱动器单元830可以包括用于产生显示操作的灰度数据的源驱动器831、灰度电压产生器832和用于存储显示数据的存储器833。如果必要的话，显示驱动器单元830可以包括定时控制逻辑单元834和用于产生至少一个电源电压的电源产生单元835。并且，显示驱动器单元830可以包括用于控制显示驱动器单元830全部操作的CPU和用于与主控制器850接口的接口单元836。

显示驱动器单元830可以从触摸控制器单元810接收至少一信息。例如，显示驱动器单元830可以从触摸控制器单元810接收一状态信号，例如，睡眠状态信号，如图8所说明。

并且，如图8所说明的，触摸控制器单元810和显示驱动器单元830的每一个包括用于产生电源的电路块、用于存储预定数据的存储器和用于控制每一个块的功能的控制单元。同样地，当触摸控制器单元810和显示驱动器单元830被集成于一个半导体芯片时，存储器、电源产生单元835和控制单元可以于触摸控制器单元810和显示驱动器单元830中共同使用。

图9A到9D说明了根据本发明构思的相应实施例的在其上布置触摸面板920的显示设备900的印刷电路板(PCB)的某些结构。在图9A到9D中，说明了具有其中触摸面板920和显示面板940彼此分开的结构的显示设备。

参考图9A，显示设备900可以包括窗口玻璃910、触摸面板920和显示面板940。并且，偏光器930可以进一步被安排于触摸面板920和显示面板940之间，从而具有光学特性。

窗口玻璃910用例如压克力、钢化玻璃或类似物的材料制造，并且保护模块免受由外部震动或重复触摸引起的刮伤。在玻璃基底或者聚对苯二甲酸乙二酯(PET)薄膜上面，通过图案化透明电极(例如氧化铟锡(ITO))形成触摸面板920。触摸屏控制器921可以采用板上芯片(COB)的形式安装在柔性印刷电路板(FPCB)上，从每一个电极感测电容变化，提取触摸坐标，并且提供触摸坐标给主机控制器。显示面板940通常通过粘结显示面板940中形成顶部玻璃和底部玻璃的两片玻璃形成。并且，显示驱动器电路941以玻载芯片(COG)的形式附接于手机的显示面板。

图9B说明了图9A中显示设备900的另一PCB结构的示例。参考图9B，触摸屏控制器921可以布置在主板960上，且来自于感测单元的电压信号可以在触摸面板920和触摸屏控制器921之间经由FPCB被发送和接收。另一方面，显示驱动器电路941可以采用COG的形式被附接，如图9A中所说明的。显示驱动器电路941可以经由FPCB连接到主板960。详细地，触摸屏控制器921和显示驱动器单元941可以与主板960之间发送和接收多种信息和信号。

图9C说明了当触摸屏控制器单元921和显示驱动器单元941被集成在一个半导体芯片951中时显示设备900的结构。参考图9C，显示设备900可以包括窗口玻璃910、触摸面板920、偏光器931和显示面板940。特别地，半导体芯片951可以以COG的形式附接到显示面板940。触摸面板920和半导体芯片951可以经由FPCB彼此电连接。

图9D说明了在图9A、9B和9C中说明的显示设备900的面板的一种可能结构。图9D说明了OLED作为显示设备。参考图9D，感测单元可以通过图案化透明电极ITO(传感器)形成，且可以在与显示面板分离的另外玻璃上形成。在其上形成感测单元的玻璃基底由于预定的空气间隙或树脂可以与窗口玻璃相分离，并且基于偏光器931可以与形成显示面板的顶部玻璃和底部玻璃相分离。

图10A到10D说明了当触摸面板和显示面板整合为一体时的PCB的某些结构。参考图10A，显示设备1000可以包括窗口玻璃1010、显示面板1020、和偏光器1030。特别地，当触摸面板被实现时，触摸面板并不形成在另外的玻璃基底上但是可以通过在显示面板1020顶部玻璃上图案化透明电极而形成。图10A说明了其中多个感测单元SU被布置于显示面板1020的顶部玻璃上的示例。并且，当PCB的结构以这种方式构成时，可以使用其中集成有触摸控制器单元和显示驱动器单元的一个半导体芯片1021。

当触摸控制器单元和显示驱动器单元被集成到一个半导体芯片1021中时，来自于感测单元SU的电压信号T_sig和来自于外部主机的图像数据I_data被提供给半导体芯片1021。并且，半导体芯片1021处理图像数据I_data，产生用于驱动显示设备1000的灰度数据(未显示)，和提供灰度数据给显示面板1020。为此，半导体芯片1021可以包括与触摸数据T_data相关的焊盘、和与图像数据I_data及灰度数据(未显示)相关的焊盘。半导体芯片1021经由连接到触摸面板一侧的导线接收来自于感测单元SU的电压信号T_sig。

当焊盘被布置于半导体芯片1021上时，用于接收电压信号T_sig的焊盘可以被布置在用于传递电压信号T_sig的导线邻近(从而数据中的噪声能够被减小)。尽管在图10A中并未显示，当用于提供灰度数据给显示面板1020的导线处于用于传递触摸数据T_data的电压信号T_sig的导线一侧的相对侧时，用于提供灰度数据的焊盘可以被布置在用于接收电压信号T_sig的焊盘一侧的相对侧。

图10B具有与图10A中显示设备1000的结构几乎相似的结构，并且说明了其中来自于感测单元的电压信号并不经由FPCB提供给半导体芯片1021、而是直接经由导线提供给半导体芯片1021的示例。并且，图10C中的显示设备1000具有与图10A中显示设备1000的结构几乎相同的结构，或者图10C中显示设备1000中的来自于感测单元的电压信号被传递给半导体芯片1021的路径不同于图10A中显示设备1000的路径。在这种情况中，布置于半导体芯片1021上的焊盘中，用于接收来自于感测单元的电压信号的焊盘可以被布置于相对地接近导线。

图10D说明了图10A、10B和10C中所说明的显示设备1000的面板结构。在图10A、10B和10C中的显示设备1000中，触摸面板和显示面板可以有效地被彼此整合为一体。图10D说明了OLED作为显示设备。透明电极ITO(传感器)并不是形成在另外的玻璃基板或者PET薄膜上，但是可以直接形成在显示面板的顶部玻璃上，如图10D所说明的。在这种情况下，当触摸显示面板被实现时，可以减小生产成本和模块厚度。然而，由于在透明电极ITO(传感器)和显示面板的顶部玻璃之间的距离减小，则感测单元的垂直寄生电容分量增加。然而，通过减少包括经使用适当方法的感测单元的垂直寄生电容分量的全部寄生电容分量引起的影响，触摸面板和显示面板可以有效地彼此整合为一体。

图11A和11B说明了其中触摸控制器单元和显示驱动器电路单元被集成的半导体芯片的可能布局结构、以及FPCB的相应结构。半导体芯片包括用于发送和接收触摸控制器单元相关信号的焊盘、和用于发送和接收关于显示驱动器电路单元的信号的焊盘。焊盘可以经由FPCB的连接端电连接到外部触摸面板、显示面板、主控制器或类似物。当半导体芯片被实现时，其中触摸控制器单元被布置的区域和其中显示驱动器电路单元被布置的区域可以彼此相分离。当连接端被布置于FPCB上时，连接到与触摸控制器单元相关的信号的连接端和连接到与显示驱动器电路单元相关的信号的连接端可以彼此相分离，从而相应于半导体芯片的焊盘。

包含图12(a)和12(b)的图12说明了根据本发明构思的实施例的包括其中安装了触摸控制器单元和显示驱动器电路的半导体芯片的显示设备。图12(a)说明了其中半导体芯片以COG的形式被布置于显示面板的玻璃之上的示例，和图12(b)说明了其中半导体芯片以膜上芯片(COF)的形式被布置于显示面板的薄膜之上的示例。

当触摸控制器单元和显示驱动器电路被布置在不同的芯片上时，触摸控制器单元通常可以COF的形式被布置，且显示驱动器电路通常可以COG的形式被布置。但是，其中安装了触摸控制器单元和显示驱动器电路的半导体芯片，如图12中所说明的，可以以COG和COF中的任何一种形式被布置。

图13说明了根据本发明构思的实施例的用于触摸系统的多种产品应用的示例。触摸屏类型的产品广泛地用于各种工业领域并且由于它们出众的空间特性迅速地替代了按钮类型的设备。手机领域的需求最为强烈。特别地，在手机中，便捷性和终端的大小非常重要，并且因此，不包括额外按键或者最小化按键数量的触摸式电话最近成为公众注意的中心。因此，根据本发明构思的当前实施例的触摸系统1300可以使用于手机1310中且还能被广泛应用于包括触摸屏的电视(TV)1320、自动提供银行现金提取和汇款服务的自动取款机(ATM)设备1330、电梯1340、用于地铁的售票机1350、便携式多媒体播放器(PMP)1360、电子书1370、导航设备1380等等。此外，在所有需要用户接口的领域，触摸显示设备都可以取代普通按钮类型接口。

本发明构思可以通过方法、设备、系统或类似物实现。当本发明构思由软件实现时，本发明构思的组成部分是用于执行基本工作的代码段。程序或代码段可以被存储于处理器可读介质中。

尽管根据本发明实施例，本发明构思已经被特别示出和描述，但，将会被理解的是在不背离下述权利要求保护范围的情况下，仍可以做出各种形式和细节上的变化。

Claims

1.一种触摸面板，包括：

寄生电容补偿单元，其接收一公共电极电压来产生一电荷量，能够补偿与寄生电容相关联的一电荷量，所述寄生电容位于触摸面板中的感测通道和公共电极之间，所述触摸面板能够进行触摸输入的电容感测，

其中所述寄生电容补偿单元包括差分运算放大器，所述差分运算放大器经由反相输入端接收所述公共电极电压和激励脉冲。

2.权利要求1所述的触摸面板，其中所述激励脉冲和所述公共电极电压被求和且被施加到所述差分运算放大器。

3.权利要求2所述的触摸面板，其中与所述寄生电容相关联的电荷量与所述激励脉冲和所述公共电极电压之间的电压差成比例。

4.权利要求1所述的触摸面板，更进一步包括：

负电容器，连接到所述差分运算放大器的输出且补偿所述寄生电容。

5.权利要求4所述的触摸面板，其中所述负电容器的电容范围是从所述寄生电容的1.7倍到所述寄生电容的2.3倍之间。

6.权利要求1所述的触摸面板，更进一步包括：

信号转换单元，其接收触摸信号，通过感测布置于所述触摸面板的所述感测通道中的感测单元的变化，产生所述触摸信号；

滤波单元，对所述触摸信号进行滤波；

模拟-数字转换单元，将所述触摸信号从模拟信号转换成相应的数字信号。

7.一种补偿寄生电容的触摸显示设备，所述触摸显示设备包括：

触摸面板，包括多个感测通道，执行触摸屏操作，所述触摸屏操作感测布置于所述多个感测通道中的感测单元内的变化，并输出所述感测单元的触摸信号，所述触摸信号产生于所述触摸屏操作期间；以及

触摸控制器，包括信号转换单元，其接收关于所述变化的信号，将关于所述变化的信号转变为电压，并输出所述电压，

其中所述触摸控制器包括：

寄生电容补偿单元，其接收一公共电极电压来产生一电荷量，能够补偿与寄生电容相关联的一电荷量，所述寄生电容位于所述触摸面板中感测通道和公共电极之间，

其中所述寄生电容补偿单元包括差分运算放大器，其经由反相输入端接收所述公共电极电压和激励脉冲。

8.权利要求7所述的触摸显示设备，其中所述激励脉冲和所述公共电极电压被求和且被施加到所述差分运算放大器。

9.权利要求8所述的触摸显示设备，其中与所述寄生电容相关联的电荷量与所述激励脉冲和所述公共电极电压之间的电压差成比例。

10.权利要求7所述的触摸显示设备，更进一步包括：

11.权利要求10所述的触摸显示设备，其中所述负电容器的电容范围是从所述寄生电容的1.7倍到所述寄生电容的4倍之间。

12.权利要求7所述的触摸显示设备，其中所述触摸控制器更进一步包括：

滤波单元，其对所述触摸信号进行滤波；以及

模拟-数字转换单元，其将所述触摸信号从模拟信号转换成相应的数字信号。

13.权利要求7所述的触摸显示设备，其中所述触摸面板包括与显示面板整合在一个共有体之中的ON-cell类型的触摸面板。

14.权利要求7所述的触摸显示设备，其中所述触摸面板包括覆盖触摸面板。

15.权利要求7所述的触摸显示设备，其中所述触摸显示设备的所述公共电极不包括公共电极保护层。

16.一种在触摸系统中补偿寄生电容的方法，所述方法包括：

响应于触摸输入感测布置于多个感测通道中的多个感测单元的电容变化，并输出相应于所述变化的触摸信号；

接收、放大和输出所述触摸信号，其中所述触摸信号的所述接收、放大和输出由触摸控制器执行；以及

接收一公共电极电压来产生一电荷量，能够补偿与寄生电容相关联的一电荷量，所述寄生电容位于所述多个感测通道和公共电极之间，其中所述公共电极电压的接收由所述触摸控制器的寄生电容补偿单元执行，

17.权利要求16所述的方法，其中所述激励脉冲和所述公共电极电压被求和且被施加到所述差分运算放大器。

18.权利要求17所述的方法，其中与所述寄生电容相关联的电荷量与所述激励脉冲和所述公共电极电压之间的电压差成比例。

19.权利要求16所述的方法，其中所述触摸系统包括：负电容器，连接到所述差分运算放大器的输出且补偿所述寄生电容。

20.权利要求19所述的方法，其中所述负电容器的电容范围是从所述寄生电容的1.7倍到所述寄生电容的2.3倍之间。

21.权利要求16所述的方法，更进一步包括：

在所述触摸信号的放大之后对所述触摸信号进行滤波；以及

在所述触摸信号的滤波之后将所述触摸信号从模拟形式转换成相应的数字形式。

22.权利要求16所述的方法，其中所述触摸系统的触摸面板包括与显示面板整合在一个共有体之中的ON-cell类型的触摸面板。

23.权利要求16所述的方法，其中所述触摸系统的触摸面板包括覆盖触摸面板。