CN102541328A - 触控检测方法、触控检测装置和触摸液晶显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种触控检测装置，应用于对触摸液晶显示屏的触控信号的检测，所述触摸液晶显示屏包括触摸模组和液晶显示模组，所述触摸模组包括驱动电极层和感应电极层，所述触控检测装置包括：驱动单元，与所述驱动电极层连接，用于提供驱动信号到所述驱动电极层；第一检测单元，与所述驱动电极层连接，用于从所述驱动电极层中检测第一感应信号；第二检测单元，与所述感应电极层连接，用于从所述感应电极层中检测第二感应信号；识别单元，与所述第一检测单元和所述第二检测单元连接，用于从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号。本发明还提供一种触控检测方法和触摸液晶显示装置。本发明能够提高触摸液晶显示装置的抗噪性能。
Description
技术领域
本发明涉及液晶显示领域，特别涉及一种触控检测方法、触控检测装置和触摸液晶显示装置。
背景技术
电荷转移(charge transfer)技术是一类经常使用的触控检测技术。这是一种电容检测的方法，它具有很多表现形式。从根本上讲，可以认为电荷转移技术是向待测电容完全充电或放电后，通过直接或间接的手段测量从待测电容流入或流出的电荷量，来测量待测电容的电容值的一种方法。
图1是电荷转移的基本表现形式。参照图1，首先闭合开关1，断开开关2，让直流电源3向待测电容Cx充电。待完全充电后，闭合开关2，断开开关1，此时待测电容Cx经过开关2对地放电。因为C＝Q/U，所以通过测量完全充电的电荷Q或完全放电的电荷Q’就可以得到待测电容Cx的电容值。
我们知道，在完全充放电时，流入流出待测电容的总电荷数同路径上的电阻和电感无关，因此采用电荷转移技术就可以很大程度上忽略检测线电阻和电感的影响。
在实际应用中，往往不是直接检测待测电容的充放电电荷，而是通过间接的方法。例如在图1的基础上，在放电端增加一个电容4(如图2所示)，这样通过测量电容4两端的电压，也可以间接得到待测电容Cx的电容值。
在投射电容触摸屏领域，目前有两种触控位置检测的手段：自电容检测和互电容检测。本发明是基于互电容结构电荷转移技术的，因此下面阐述一下互电容检测的结构和原理。
基于互电容检测的触摸屏的结构如图3所示，其结构包括一层玻璃基板5、驱动氧化锡铟(ITO)电极层6、介电层7、感应ITO电极层8和保护层9。其中，驱动ITO电极层6和感应ITO电极层8的图形一般为钻石型图案，如图4所示，这两层的钻石型电极互相垂直。驱动ITO电极层6刻蚀成多条驱动线10a，10b...10h，感应ITO电极层8刻蚀成多条感应线11a，11b...11i。工作时，在驱动线10上依次施加交流驱动电压12，其余驱动线10接地13；而感应线11通过选通开关14连接到电荷检测电路15，通过电荷检测电路15可检测感应线11上的触控信号。
现举例说明这一检测过程。首先在驱动线10a上施加驱动电压12，其它驱动线10b，10c...10h接地13，此时选通开关14将感应线11a与电荷检测电路15相连，这时检测的是驱动线10a和感应线11a，只有手指触摸在这两条线的交点处，才会有触控信号(将在后面阐述)。然后，选通开关14再依次将11b，11c...11h与电荷检测电路15相连，此时检测驱动线10a同感应线11b，11c...11h交点处的信号。这一过程结束后，将驱动线10b连接驱动电压12，10a，10c...10h接地13，选通开关14再依次将11a，11b...11h与电荷检测电路15相连。依次扫描驱动线10b，10c...10h完成扫描过程，这样就将所有驱动线10与所有感应线11的所有交点处扫描到了。
每一条驱动线10和感应线11的交点处的等效电路如图5所示，驱动线10和感应线11由于耦合产生了互电容16。当手指17触摸到这一驱动线10和感应线11的交点处时，由于手指17的存在，会改变这一区域的电场分布，从而改变了互电容16的电容值。通过检测这个互电容16的电容值的改变，就可以检测出是否有手指的触摸。
对于电荷转移技术的互电容检测，基本的检测方法如图5所示。在驱动线10端增加一个阶跃信号12，向待测电容(互电容)16充电，同时感应线11端的检测电容18(是电荷检测电路15的重要组成部分)也被充电。当待测电容(互电容)16由于手指的作用发生改变时，充向检测电容18的电荷也会发生改变，从而改变了检测电容18两端的电压，通过读取检测电容18两端的电压，就可以判断待测电容(互电容)16有没有变化。在实际应用中，为了让检测电容18被多次充放电以增加检测精确度，往往在检测端增加重置(reset)开关等结构，一种可行的实施方法如美国专利US6452514所述，在此不再赘述。
目前，带有触摸屏功能的液晶显示器通常是将触摸屏与显示屏分开制造然后通过组装的方式制作在一起，这样势必增加显示屏厚度，并且由于增加了若干层透明玻璃或薄膜，显示透光率以及对比度也会明显下降；另外这种做法成本也较高。
为了使带有触摸屏的LCD显示模组更轻薄，有更好的显示效果和成本优势，内嵌式触摸屏(In-cell touch panel)诞生了，而其中采用投射电容原理的是内嵌电容式触摸屏，其结构一般如图6所示。参照图6，这一结构从下到上依次为：下玻璃基板19、薄膜晶体管(TFT)阵列层20、液晶层21、LCD公共电极层22、绝缘介质层9(或采用彩色滤光片作为介质)、感应电极层8、介电层7、驱动电极层6和上玻璃基板5。其中，绝缘介质层9、感应电极层8、介电层7、驱动电极层6和上玻璃基板5构成触摸模组23，下玻璃基板19、薄膜晶体管阵列层20、液晶层21和LCD公共电极层22构成液晶显示模组24。
发明人在实现本发明的过程中，发现现有技术至少存在如下缺点：
由于液晶显示模组24与触摸模组23之间存在寄生电容，液晶显示模组24会将噪声耦合到触摸模组23，如果采用传统的互电容电荷转移技术，检测信号很容易被噪声淹没；特别是，触摸模组23与LCD公共电极层22之间距离太近(只有几个微米)，因此他们之间的寄生电容会很大，从LCD公共电极层22耦合过来的噪声也会很大。
因此，需要提出一种能够在高噪声环境中的电荷转移检测方法。
发明内容
本发明解决现有技术的触摸液晶显示装置抗噪性能较弱的问题。
为解决上述问题，本发明提供技术方案如下：
一种触控检测装置，应用于对触摸液晶显示屏的触控信号的检测，所述触摸液晶显示屏包括触摸模组和液晶显示模组，所述触摸模组包括驱动电极层和感应电极层，所述触控检测装置包括：
驱动单元，与所述驱动电极层连接，用于提供驱动信号到所述驱动电极层；
第一检测单元，与所述驱动电极层连接，用于从所述驱动电极层中检测第一感应信号；
第二检测单元，与所述感应电极层连接，用于从所述感应电极层中检测第二感应信号；
识别单元，与所述第一检测单元和所述第二检测单元连接，用于从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号。
上述的触控检测装置，其中，所述识别单元具体用于：
根据所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的触控信号的变化模式相同的特征，以及，所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的噪声信号的变化模式不同的特征，来识别所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
上述的触控检测装置，其中，所述识别单元具体用于：
通过将所述第一感应信号和所述第二感应信号相加来抵消噪声信号，从而得到所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组中的公共电极层与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
上述的触控检测装置，其中：
所述第一检测单元和所述第二检测单元同为电荷放大器、电流放大器或者电压放大器。
一种触控检测方法，应用于对触摸液晶显示屏的触控信号的检测，所述触摸液晶显示屏包括触摸模组和液晶显示模组，所述触摸模组包括驱动电极层和感应电极层，所述触控检测方法包括：
提供驱动信号到所述驱动电极层；
从所述驱动电极层中检测第一感应信号；
从所述感应电极层中检测第二感应信号；
从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号。
上述的触控检测方法，其中，所述从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号，具体包括：
根据所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的触控信号的变化模式相同的特征，以及，所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的噪声信号的变化模式不同的特征，来识别所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
上述的触控检测方法，其中，所述从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号，具体包括：
通过将所述第一感应信号和所述第二感应信号相加来抵消噪声信号，从而得到所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组中的公共电极层与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
一种触摸液晶显示装置，包括触摸液晶显示屏和触控检测装置，所述触摸液晶显示屏包括触摸模组和液晶显示模组，所述触摸模组包括驱动电极层和感应电极层，所述触控检测装置包括：
驱动单元，与所述驱动电极层连接，用于提供驱动信号到所述驱动电极层；
第一检测单元，与所述驱动电极层连接，用于从所述驱动电极层中检测第一感应信号；
第二检测单元，与所述感应电极层连接，用于从所述感应电极层中检测第二感应信号；
识别单元，与所述第一检测单元和所述第二检测单元连接，用于从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号。
上述的触摸液晶显示装置，其中，所述识别单元具体用于：
根据所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的触控信号的变化模式相同的特征，以及，所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的噪声信号的变化模式不同的特征，来识别所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
上述的触摸液晶显示装置，其中，所述识别单元具体用于：
通过将所述第一感应信号和所述第二感应信号相加来抵消噪声信号，从而得到所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组中的公共电极层与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
上述的触摸液晶显示装置，其中，所述第一检测单元和所述第二检测单元同为电荷放大器、电流放大器或者电压放大器。
与现有技术相比，本发明除了对感应线上的信号进行检测之外，还同时对驱动线上的信号进行检测，通过对从驱动线上检测得到的第一感应信号和从感应线上检测得到的第二感应信号进行分析和识别，能够消除噪声信号，得到触控信号，从而提高了触摸液晶显示装置的抗噪性能。
附图说明
图1为现有技术中电荷转移技术的一种实现方式示意图；
图2为现有技术中电荷转移技术的另一种实现方式示意图；
图3为现有技术中基于互电容检测的触摸屏的结构示意图；
图4为现有技术中互电容检测的原理图；
图5为现有技术中互电容检测的等效电路图；
图6为现有技术中内嵌有触摸屏的液晶显示器的结构示意图；
图7为本发明实施例中电荷转移的基本检测时序示意图；
图8为本发明实施例中主要噪声信号的等效模型图；
图9为本发明实施例的触摸液晶显示装置的结构示意图；
图10为本发明实施例中互电容检测的等效电路图；
图11为本发明实施例的触控检测方法的流程图。
具体实施方式
为了说明本发明的工作原理，先说明一下电荷转移技术的基本检测时序。对于电荷转移，基本的检测时序如图7所示。图7中的波形26是驱动12的波形，波形27是检测电容18两端的电压(也可以认为是检测电容18上的电荷，它的变化就是感应线11上流入或流出的电荷量)。
从图7中看出，驱动12每隔一定时间对待测电容(互电容)16进行完全充放电，对感应线11流入或流出的电荷数进行检测，如果发现某一次检测的电荷数发生了变化(例如图7中由于手指触摸导致了波形27第二次变化比第一次大)，就认为在这一时刻，手指是触摸在待测电容(互电容)16上的。
如果有噪声，这些噪声就会叠加在检测到的电荷波形27上。对于高频率的噪声，可以通过滤波的方式去除掉(因为电容充放电的电荷变化频率比较低)，而对于接近直流的噪声，可以将其看作背景噪声，只要在相邻两次检测时这一直流噪声不改变，也可以忽略掉它。因此，会对检测信号27造成比较大影响的噪声频率既不很高、也不很低。
事实上，对检测信号27造成影响的噪声主要来源于公共电极层22的电压。对于主要噪声来源，可以将模型等效成为如图8所示，噪声来源公共电极层22通过两个寄生电容Cp分别耦合到驱动线10和感应线11上。本发明实施例提出了一种从另一个角度解决此噪声的途径，就是不只检测感应线11端的电荷数Q’，而且同时检测驱动线10端的电荷数Q。
通过图8中的模型可以看出：由手指耦合(也就是互电容16改变)所造成的电荷流动方式同由公共电极层22电压改变造成的电荷流动方式是不同的。因此通过同时检测输入输出端的流入流出电荷数Q和Q’，再通过对Q和Q’的信号特征进行识别，就可以区分出是由手指造成的电荷变化还是由噪声造成的电荷变化。
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例对本发明进行详细描述。
参照图9，本发明实施例的触摸液晶显示装置，包括，触摸模组23、液晶显示模组24和触控检测装置25。
触摸模组23包括：绝缘介质层9、感应电极层8、介电层7、驱动电极层6和上玻璃基板5。
液晶显示模组24包括：下玻璃基板19、薄膜晶体管阵列层20、液晶层21和LCD公共电极层22。
触控检测装置25包括：
驱动单元29，与驱动电极层6连接，用于提供驱动信号到驱动电极层6；
第一检测单元28，与驱动电极层6连接，用于从驱动电极层6中检测第一感应信号；
第二检测单元15，与感应电极层8连接，用于从感应电极层8中检测第二感应信号；
识别单元30，与第一检测单元28和第二检测单元15连接，用于从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号。
如前所述，噪声信号的主要来源为公共电极层22，即，由液晶显示模组24中的公共电极层22与触摸模组23之间的寄生电容产生所述噪声信号，如果忽略其他来源，则识别单元25具体用于：通过将所述第一感应信号和所述第二感应信号相加来抵消噪声信号，从而得到所述触控信号。
具体分析如下：
如图8所示，假如在第一次电荷检测中，公共电极层22电压为U1，手指没有触摸，互电容16的电容值为C1，驱动线10加上阶越信号12电压U。在第二次电荷检测中，驱动线10产生阶越信号U后如果检测的信号27同第一次检测相比发生了变化，那么有两种可能：一种是由于手指的触摸，导致互电容16的电容值从C1变为C2，另一种是由于公共电极层22电压从U1变为U2，产生了噪声。
在完全充电后，由公共电极层22电压变化所造成的输入端电荷Q改变量为(U1-U2)Cp(方向如图8所示)，输出端电荷Q’改变量为(U2-U1)Cp。而如果手指的影响使互电容16的电容值从C1变为C2，那么由手指的触摸导致输入端电荷Q改变量为(C2-C1)U，输出端电荷Q’改变量为(C2-C1)U。可以看出，由公共电极层22电压变化所造成的输入端电荷Q改变量与输出端电荷Q’改变量大小相等，方向相反；由手指的触摸所造成的输入端电荷Q改变量与输出端电荷Q’改变量大小相等，方向相同。因此，将输入端电荷Q改变量与输出端电荷Q’改变量相加，就可以抵消由公共电极层22的电压变化所带来的噪声信号。
上述的识别方法只考虑了公共电极层22与触摸模组23之间的寄生电容产生的噪声信号，而忽略了其他来源。对于更复杂的情况，还可以考虑整个液晶显示模组24与触摸模组23之间的寄生电容产生的噪声信号。此时，识别单元30具体用于：根据所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的触控信号的变化模式相同的特征，以及，所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的噪声信号的变化模式不同的特征，来识别所述触控信号。
具体分析如下：
不论噪声信号是由液晶显示模组24中的哪一部分产生，由手指的触摸所造成的输入端电荷Q改变量与输出端电荷Q’改变量都具有大小相等、方向相同的特征，即，输入端与输出端的信号变化模式相同；而由于寄生电容带来的输入端与输出端的信号变化模式不同。根据这些特征，本领域技术人员就可以利用已知的信号分析方法从感应信号中识别出触控信号。
其中，所述第一检测单元28和所述第二检测单元15可以同为电荷放大器、电流放大器或者电压放大器。
如图10所示，以同为电荷放大器为例：在驱动线10端加入一个电荷放大器28，在驱动信号端12上加上的阶越信号就相当于加在了驱动线10上，通过检测Vdrive电压又可以得到驱动线10上流过的电荷数；同样，在感应线11端增加电荷放大器15，读取Vsense电压就可以得到感应线11上流过的电荷数。这样就实现了同时检测输入输出端电荷。
以上只是一种简单的检测方法，实际上还会有更复杂的同时检测输入输出端电荷的方法。
本发明实施例还提供一种触控检测方法，应用于对触摸液晶显示屏的触控信号的检测，所述触摸液晶显示屏包括触摸模组和液晶显示模组，所述触摸模组中包括驱动电极层和感应电极层，参照图11，所述触控检测方法包括如下步骤：
步骤101：提供驱动信号到驱动电极层；
步骤102：从驱动电极层中检测第一感应信号；
步骤103：从感应电极层中检测第二感应信号；
步骤104：从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号。
优选地，根据所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的触控信号的变化模式相同的特征，以及，所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的噪声信号的变化模式不同的特征，来识别所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
优选地，通过将所述第一感应信号和所述第二感应信号相加来抵消噪声信号，从而得到所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组中的公共电极层与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
综上所述，与现有技术相比，本发明除了对感应线上的信号进行检测之外，还同时对驱动线上的信号进行检测，通过对从驱动线上检测得到的第一感应信号和从感应线上检测得到的第二感应信号进行分析和识别，能够消除噪声信号，得到触控信号，从而提高了触摸液晶显示装置的抗噪性能。
最后应当说明的是，以上实施例仅用以说明本发明的技术方案而非限制，本领域的普通技术人员应当理解，可以对本发明的技术方案进行修改或者等同替换，而不脱离本发明技术方案的精神范围，其均应涵盖在本发明的权利要求范围当中。
Claims (11)
1.一种触控检测装置，应用于对触摸液晶显示屏的触控信号的检测，所述触摸液晶显示屏包括触摸模组和液晶显示模组，所述触摸模组包括驱动电极层和感应电极层，其特征在于，所述触控检测装置包括：
驱动单元，与所述驱动电极层连接，用于提供驱动信号到所述驱动电极层；
第一检测单元，与所述驱动电极层连接，用于从所述驱动电极层中检测第一感应信号；
第二检测单元，与所述感应电极层连接，用于从所述感应电极层中检测第二感应信号；
识别单元，与所述第一检测单元和所述第二检测单元连接，用于从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号。
2.如权利要求1所述的触控检测装置，其特征在于，所述识别单元根据所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的触控信号的变化模式相同的特征，以及，所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的噪声信号的变化模式不同的特征，来识别所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
3.如权利要求1所述的触控检测装置，其特征在于，所述识别单元通过将所述第一感应信号和所述第二感应信号相加来抵消噪声信号，从而得到所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组中的公共电极层与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
4.如权利要求1所述的触控检测装置，其特征在于：
所述第一检测单元和所述第二检测单元同为电荷放大器、电流放大器或者电压放大器。
5.一种触控检测方法，应用于对触摸液晶显示屏的触控信号的检测，所述触摸液晶显示屏包括触摸模组和液晶显示模组，所述触摸模组包括驱动电极层和感应电极层，其特征在于，所述触控检测方法包括：
提供驱动信号到所述驱动电极层；
从所述驱动电极层中检测第一感应信号；
从所述感应电极层中检测第二感应信号；
从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号。
6.如权利要求5所述的触控检测方法，其特征在于，所述从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号的步骤具体包括：
根据所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的触控信号的变化模式相同的特征，以及，所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的噪声信号的变化模式不同的特征，来识别所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
7.如权利要求5所述的触控检测方法，其特征在于，所述从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号的步骤具体包括：
通过将所述第一感应信号和所述第二感应信号相加来抵消噪声信号，从而得到所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组中的公共电极层与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
8.一种触摸液晶显示装置，包括触摸液晶显示屏和触控检测装置，所述触摸液晶显示屏包括触摸模组和液晶显示模组，所述触摸模组包括驱动电极层和感应电极层，其特征在于，所述触控检测装置包括：
驱动单元，与所述驱动电极层连接，用于提供驱动信号到所述驱动电极层；
第一检测单元，与所述驱动电极层连接，用于从所述驱动电极层中检测第一感应信号；
第二检测单元，与所述感应电极层连接，用于从所述感应电极层中检测第二感应信号；
识别单元，与所述第一检测单元和所述第二检测单元连接，用于从所述第一感应信号和所述第二感应信号中识别触控信号。
9.如权利要求8所述的触摸液晶显示装置，其特征在于，所述识别单元根据所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的触控信号的变化模式相同的特征，以及，所述第一感应信号和所述第二感应信号分别包含的噪声信号的变化模式不同的特征，来识别所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
10.如权利要求8所述的触摸液晶显示装置，其特征在于，所述识别单元通过将所述第一感应信号和所述第二感应信号相加来抵消噪声信号，从而得到所述触控信号，其中，所述噪声信号由所述液晶显示模组中的公共电极层与所述触摸模组之间的寄生电容产生。
11.如权利要求8所述的触摸液晶显示装置，其特征在于：所述第一检测单元和所述第二检测单元同为电荷放大器、电流放大器或者电压放大器。
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