CN102486707B - 电容式触控装置、触控显示器及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种电容式触控装置、触控显示器及其驱动方法，是检测电荷转移量而非电阻电容延迟(RC-Delay)时间且消除寄生电容的影响，因此可应用于较大尺寸的触控面板。电容式触控装置包括数条电极及数个积分器。数条电极分别耦接数个积分器，且各积分器包括运算放大器、电容及开关。运算放大器接收参考电压，参考电压是于重置时段由第一电位改变为第二电位，并于感测时段由第二电位改变为第一电位，重置时段是于感测时段之前。电容及开关耦接运算放大器，且开关是于重置时段导通以将电容两端电性连接，并于感测时段关闭。

Description

电容式触控装置、触控显示器及其驱动方法

技术领域

本发明是有关于一种触控装置，且特别是有关于一种电容式触控装置、触控显示器及其驱动方法。

背景技术

触控面板技术目前可分为电阻式及电容式。电阻式系统包含一片标准的玻璃面板，上面覆盖一传导和一电阻金属层；两层间用间隔器区隔开来，然后电流能够在两层间流动。最后会将一防刮痕层覆盖在上面。当使用者接触屏幕时，传导层和电阻金属层会接触在一起，而电场的改变就会被记录为一接触事件，再将信号进行后续处理。

电容式系统采用的是一电容传感器。当使用者接触屏幕时，会有连续的电流通过传感器，使传感器能够准确地在水平和垂直方向储存电子，形成一精密控制的电容场。当传感器的‘正常’电容场被另外一个电容场所改变时，也就是当手指接触到不同的位置。这时面板每个角落中的电路就会计算出电场的改变程度，然后将此接触事件信号进行后续处理。

请参照图1，图1绘示为第一种传统电容式触控装置。传统电容式触控装置10包括控制器110、感测集成电路120、感测集成电路130、列电极140(1)至140(m)、行电极150(1)至150(n)、列电极160(1)至160(m)、行电极170(1)至170(n)及基板180。控制器110控制感测集成电路120及感测集成电路130。感测集成电路120依序扫描列电极140(1)至140(m)及行电极150(1)至150(n)，而感测集成电路130依序扫描列电极160(1)至160(m)及行电极170(1)至170(n)。基板180包括左半部182及右半部184。列电极140(1)至140(m)及行电极150(1)至150(n)是设置于左半部182，而列电极160(1)至160(m)及行电极170(1)至170(n)是设置于右半部184。

请参照图2，图2绘示为第二种传统电容式触控装置。传统电容式触控装置20包括控制器210、感测集成电路220、感测集成电路230、列电极240(1)至240(m)、行电极250(1)至250(n)。控制器210控制感测集成电路220及感测集成电路230。感测集成电路220依序扫描列电极240(1)至240(m)，而感测集成电路230依序扫描行电极250(1)至250(n)。列电极240(1)至240(m)与行电极250(1)至250(n)是垂直交错排列。

请同时参照图3和图4，图3绘示为电容式触控装置被触碰时的等效电路图，图4绘示为等效电容两端电压随时间变化的示意图。当使用者触碰电容式触控装置时，将形成感应电容Cf与列电极与行电极之间的电容Cp并联。换言之，当使用者触碰电容式触控装置时，等效电容C＝Cf+Cp。定电流源310产生电流I对等效电容C进行充电。运算放大器320判断等效电容C两端的电压V是否大于临限电压V_TH。透过计数电压V大于临限电压V_TH的次数，以决定使用者是否触碰电容式触控装置。

然而，传统触控面板因为受限于电阻电容延迟(RC-Delay)过大而无法提高面板尺寸。此外，传统触控面板需要依序扫描所有电极，因此当面板尺寸较大或解析度较高时，将导致扫描时间不足。

发明内容

本发明是有关于一种电容式触控装置、触控显示器及其驱动方法，是检测电荷转移量而非电阻电容延迟(RC-Delay)时间且消除寄生电容的影响，因此可应用于较大尺寸的触控面板。此外，电容式触控装置并非依序扫描所有电极，因此不会有扫描时间不足的问题。

根据本发明的一方面，提出一种电容式触控装置。电容式触控装置包括数条电极及数个积分器。数条电极分别耦接数个积分器，且各积分器包括运算放大器、电容及开关。运算放大器接收参考电压，参考电压是于重置时段由第一电位改变为第二电位，并于感测时段由第二电位改变为第一电位，重置时段是于感测时段之前。电容及开关耦接运算放大器，且开关是于重置时段导通(Turnon)以将电容两端电性连接，并于感测时段关闭(Turn Off)。

根据本发明的另一方面，提出一种电容式触控装置的驱动方法。电容式触控装置包括数条电极及数个积分器。数条电极分别耦接数个积分器，各积分器包括运算放大器、电容及开关。驱动方法包括：于重置时段，导通(Turn On)开关以将电容两端电性连接，并将参考电压由第一电位改变为第二电位；以及于感测时段，关闭(Turn Off)开关，并将参考电压由第二电位改变为第一电位。

根据本发明的再一方面，提出一种触控显示器。触控显示器包括电容式触控装置及显示层。电容式触控装置包括触控层及数个积分器。触控层包括数条电极，且电极位于显示层上方。数条电极分别耦接数个积分器，且各积分器包括运算放大器、电容及开关。运算放大器接收参考电压，参考电压是于重置时段由第一电位改变为第二电位，并于感测时段由第二电位改变为第一电位，重置时段是于感测时段之前。电容及开关耦接运算放大器。开关是于重置时段导通(Turn on)以将电容短路，并于感测时段关闭(Turn Off)。

根据本发明的再一方面，提出一种触控显示器的驱动方法。触控显示器包括电容式触控装置及显示层，且电容式触控装置包括数条电极及数个积分器。数条电极分别耦接数个积分器，且电极是位于显示层上方。各积分器包括运算放大器、电容及开关。驱动方法包括：于重置时段，导通(Turn On)开关以将电容两端电性连接，并将参考电压由第一电位改变为第二电位；以及于感测时段，关闭(Turn Off)开关，并将参考电压由第二电位改变为第一电位。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1绘示为第一种传统电容式触控装置。

图2绘示为第二种传统电容式触控装置。

图3绘示为电容式触控装置被触碰时的等效电路图。

图4绘示为等效电容两端电压随时间变化的示意图。

图5绘示为触控层及显示层的示意图。

图6绘示为电容式触控装置的示意图。

图7绘示为电容式触控装置的时序图。

图8绘示为电容式触控装置的解析度为1×1且未被触碰时的示意图。

图9绘示为图8的等效电路图。

图10绘示为电容式触控装置的解析度为1×1且被触碰时的示意图。

图11绘示为图10的等效电路图。

图12绘示为依照本发明实施例的一种驱动方法的流程图。

主要元件符号说明：

5：触控显示器

6：电容式触控装置

10：传统电容式触控装置

50：显示层

60：触控层

61x1～61xn、61y1～61ym：积分器

110、210：控制器

120、130、220、230：感测集成电路

140(1)～140(m)、160(1)～160(m)、240(1)～240(m)、y、y1～ym：列电极

150(1)至150(n)、170(1)至170(n)、250(1)至250(n)、x、x1～xn：行电极

180：基板

310：定电流源

320：运算放大器

C_p、C_fx、C_fy、C_fx1～C_fxn、C_fy1～C_fym：电容

C：等效电容

C_f：感应电容

V_TH：临限电压

V；电压

V_ref：参考电压

V₁、V₂：电位

V_ox、V_oy：输出电压

V_f：手指电压

I：电流

T₁：重置时间

T₂：感测时间

OP₁、OP₂：运算放大器

SW₁：开关

710、720：步骤

具体实施方式

为了提高面板尺寸及解决扫描时间不足，下述实施例提供一种电容式触控装置、触控显示器及其驱动方法。电容式触控装置包括数条电极及数个积分器。数条电极分别耦接数个积分器，且各积分器包括运算放大器、电容及开关。运算放大器接收参考电压，参考电压是于重置时段由第一电位改变为第二电位，并于感测时段由第二电位改变为第一电位，重置时段是于感测时段之前。电容及开关耦接运算放大器，且开关是于重置时段导通(Turn on)以将电容两端电性连接，并于感测时段关闭(Turn Off)。

电容式触控装置的驱动方法用以驱动电容式触控装置。电容式触控装置包括数条电极及数个积分器。数条电极分别耦接数个积分器，各积分器包括运算放大器、电容及开关。驱动方法包括：于重置时段，导通(Turn On)开关以将电容两端电性连接，并将参考电压由第一电位改变为第二电位；以及于感测时段，关闭(Turn Off)开关，并将参考电压由第二电位改变为第一电位。

触控显示器包括电容式触控装置及显示层。电容式触控装置包括触控层及数个积分器。触控层包括数条电极，且电极位于显示层上方。数条电极分别耦接数个积分器，且各积分器包括运算放大器、电容及开关。运算放大器接收参考电压，参考电压是于重置时段由第一电位改变为第二电位，并于感测时段由第二电位改变为第一电位，重置时段是于感测时段之前。电容及开关耦接运算放大器。开关是于重置时段导通(Turn on)以将电容短路，并于感测时段关闭(Turn Off)。

触控显示器的驱动方法用以驱动触控显示器。触控显示器包括电容式触控装置及显示层，且电容式触控装置包括数条电极及数个积分器。数条电极分别耦接数个积分器，且电极是位于显示层上方。各积分器包括运算放大器、电容及开关。驱动方法包括：于重置时段，导通(Turn On)开关以将电容两端电性连接，并将参考电压由第一电位改变为第二电位；以及于感测时段，关闭(Turn Off)开关，并将参考电压由第二电位改变为第一电位。

请同时参照图5、图6及图7，图5绘示为触控层及显示层的示意图，图6绘示为电容式触控装置的示意图，图7绘示为电容式触控装置的时序图。触控显示器5包括电容式触控装置6及显示层50。电容式触控装置6包括触控层60、积分器61x1至61xn及积分器61y1至61ym。触控层60包括列电极y₁至y_m及行电极x₁至x_n。列电极y₁至y_m是与行电极x₁至x_n垂直交错排列，且列电极y₁至y_m及行电极x₁至x_n是位于显示层50上方。列电极y₁至y_m及行电极x₁至x_n例如是设置于含彩色滤光片的玻璃基板上。列电极y₁至y_m分别耦接至积分器61y1至61ym，而行电极x₁至x_n分别耦接至积分器61x1至61xn。

积分器61x1至61xn各包括运算放大器OP₁、电容C_fx及开关SW₁，电容C_fx两端分别耦接运算放大器OP₁的反相输入端及输出端，且开关SW₁两端分别耦接运算放大器OP₁的反相输入端及输出端。运算放大器OP₁的非反相输入端接收参考电压V_ref。积分器61y1至61ym各包括运算放大器OP₂、电容C_fy及开关SW₁，电容C_fy两端分别耦接运算放大器OP₂的反相输入端及输出端，且开关SW₁两端分别耦接运算放大器OP₂的反相输入端及输出端。运算放大器OP₂的非反相输入端接收参考电压V_ref。

开关SW₁是于重置时段T₁导通(Turn on)以将电容C_fx两端电性连接，且参考电压V_ref是于重置时段T₁由第一电位V₂改变为第二电位V₁。第二电位V₁例如等于显示层50的工作电压，如此一来，将能进一步地降低来自显示层50的寄生电容。于重置时段T₁，积分器61x1至61xn及积分器61y1至61ym上电荷将被清空，以便积分器61x1至61xn及积分器61y1至61ym于后续的感测时段T₂进行感测。

开关SW₁是于感测时段T₂关闭(Turn Off)，且参考电压V_ref由第二电位V₁改变为第一电位V₂。电容式触控装置6借由测量运算放大器OP₁及运算放大器OP₂的输出端的输出电压，便能判别电容式触控装置6是否被触控。

请参照图8及图9，图8绘示为电容式触控装置的解析度为1×1且未被触碰时的示意图，图9绘示为图8的等效电路图。行电极x与列电极y之间形成电容C_p。于重置时段T₁，开关SW₁短路。运算放大器OP₁的输出端的输出电压V_ox＝V_ref＝V₁，且运算放大器OP₂的输出端的输出电压V_oy＝V_ref＝V₁。由于运算放大器OP₁及OP₂的反相输入端的电压皆等于第二电位V₁，因此电容C_p没有储存电荷。

之后于感测时段T₂，开关SW₁开路。运算放大器OP₁的输出端的输出电压V_ox＝V_ref＝V₂，且运算放大器OP₂的输出端的输出电压V_oy＝V_ref＝V₂。由于运算放大器OP₁及OP₂的反相输入端的电压皆等于第一电位V₂，因此电容C_p没有储存电荷。

请参照图10及图11，图10绘示为电容式触控装置的解析度为1×1且被触碰时的示意图，图11绘示为图10的等效电路图。行电极x与列电极y之间形成电容C_p。当使用者触碰电容式触控装置时，将形成感应电容C_f。感应电容C_f的一端与电容C_p耦接，而感应电容C_f的另一端的电位等于手指电压V_f。

于重置时段T₁，开关SW₁短路且参考电压V_ref由第一电位V₂改变为第二电位V₁。电容C_p、电容C_fx及电容C_fy上得电荷量皆为0。因此，运算放大器OP₁的反相输入端的总电荷量为C_f(V₁-V_f)，且运算放大器OP₂的输出端的输出电压V_ox等于第二电位V₁。而运算放大器OP₁的反相输入端的总电荷量为0，且运算放大器OP₂的输出端的输出电压V_oy等于第二电位V₁。

于感测时段T₂，开关SW₁开路且参考电压V_ref由第二电位V₁改变为第一电位V₂。由于运算放大器OP₁及OP₂的反相输入端的电压皆等于第一电位V₂，因此电容C_p没有储存电荷。对耦接于运算放大器OP₁的反相输入端的电容C_p、电容C_fx及感应电容C_f来说，因为电压改变，所以电容所储存的电荷将重新分配。由于耦接至运算放大器OP₁的反相输入端的元件皆是电容，因此电荷无法移动。所以于感测时段T₂，电容C_p、电容C_fx及感应电容C_f的总电荷量和参考电压V_ref等于电位V₁时相同。由此可求出运算放大器OP₁的输出电压另外，由于电容C_p的总电荷量为零，所以电容C_fy上的电荷量也为零。运算放大器OP₂的输出电压V_oy等于第一电位V₂。

由此可知，当电容式触控装置6被触碰时，运算放大器OP₁的输出电压相反地，当电容式触控装置未被触碰时，运算放大器OP₁的输出电压V_ox＝V₂。

由于电容式触控装置6是检测电荷转移量，而非电阻电容延迟(RC-Delay)时间且消除寄生电容的影响，因此可应用于较大尺寸的触控面板。此外，由于电容式触控装置6并非依序扫描所有电极，因此可一次读完整个触控平面(Frame)的所有资料，而不会有扫描时间不足的问题。

请参照图12，图12绘示为依照本发明实施例的一种驱动方法的流程图。驱动方法用以驱动前述触控显示器5的电容式触控装置6，且包括如下步骤：首先如步骤710所示，于重置时段T₁，导通(Turn On)开关SW₁以将电容C_fx及C_fy两端电性连接，并将参考电压V_ref由第一电位V₂改变为第二电位V₁。接着如步骤720所示，于感测时段T₂，关闭(Turn Off)开关SW₁，并将参考电压V_ref由第二电位V₁改变为第一电位V₂。

本发明上述实施例所描述的电容式触控装置、触控显示器及其驱动方法，具有多项优点，以下仅列举部分优点说明如下：

一、提高触控面板尺寸。

二、不会有扫描时间不足的问题。

虽然本发明已以较佳实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的修改和完善，因此本发明的保护范围当以权利要求书所界定的为准。

Claims (16)

1.一种触控显示器，包括一电容式触控装置以及一显示层，其中：

该电容式触控装置包括：

一触控层，包括多条电极，所述电极是位于该显示层上方；以及

多个积分器，所述电极分别耦接所述积分器，且所述各积分器包括：

一运算放大器，用以接收一参考电压，该参考电压于一重置时段由一第一电位改变为一第二电位，该第二电位等于该显示层的一工作电压，并于一感测时段由该第二电位改变为该第一电位，该重置时段是于该感测时段之前，根据该运算放大器的输出电压判别该电容式触控装置是否被触控；

一电容，耦接该运算放大器；以及

一开关，耦接该运算放大器，是于该重置时段导通以将该电容短路，并于该感测时段关闭。

2.如权利要求1所述的触控显示器，其特征在于，该第一电位大于该第二电位。

3.如权利要求1所述的触控显示器，其特征在于，该运算放大器包括一反相输入端、一非反相输入端及一输出端，该非反相输入端接收该参考电压。

4.如权利要求3所述的触控显示器，其特征在于，该电容两端分别耦接该反相输入端及该输出端。

5.如权利要求3所述的触控显示器，其特征在于，该开关两端分别耦接该反相输入端及该输出端。

6.如权利要求3所述的触控显示器，其特征在于，该反相输入端耦接至所述电极其中之一。

7.如权利要求1所述的触控显示器，其特征在于，该触控显示器更包括一玻璃基板，所述电极是设置于该玻璃基板。

8.如权利要求1所述的触控显示器，其特征在于，所述电极包括：

多条第一电极；以及

多条第二电极，与所述第一电极交错。

9.一种触控显示器的驱动方法，该触控显示器包括一电容式触控装置及一显示层，该电容式触控装置包括多条电极及多个积分器，所述电极分别耦接所述积分器，所述电极是位于该显示层上方，所述各积分器包括一运算放大器、一电容及一开关，该驱动方法包括：

于一重置时段，导通该开关以将该电容两端电性连接，并将一参考电压由一第一电位改变为一第二电位，该第二电位等于该显示层的一工作电压；

于一感测时段，关闭该开关，并将该参考电压由该第二电位改变为该第一电位；以及

根据该运算放大器的输出电压判别该电容式触控装置是否被触控。

10.如权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，该第一电位大于该第二电位。

11.如权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，该运算放大器包括一反相输入端、一非反相输入端及一输出端，该非反相输入端接收该参考电压。

12.如权利要求11所述的驱动方法，其特征在于，该电容两端分别耦接该反相输入端及该输出端。

13.如权利要求11所述的驱动方法，其特征在于，该开关两端分别耦接该反相输入端及该输出端。

14.如权利要求11所述的驱动方法，其特征在于，该反相输入端耦接至所述电极其中之一。

15.如权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，所述电极是设置于一玻璃基板。

16.如权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，所述电极包括：

多条第一电极；以及

多条第二电极，与所述第一电极交错。