CN103049147B - 电容式触控显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种电容式触控显示装置，包含电容式触控面板及电容式触控感测器。电容式触控感测器包含复数条驱动线、复数条感测线及感测电路。于一时间下，相邻的第一与第二驱动线用以输入具有不同相位及不同电压的第一及第二驱动电压。第一感测线与第一驱动线重叠形成第一节点而未与第二驱动线重叠，第二感测线与第二驱动线重叠形成第二节点而未与第一驱动线重叠。第一与第二节点耦合出第一与第二互感电容，进而耦合出第一与第二感测电压，并由第一与第二感测线输出。感测电路将第一与第二感测电压相减以得到感测电压差值。

Description

电容式触控显示装置
技术领域
本发明是与液晶显示器有关；具体而言，本发明是关于一种电容式触控显示装置，其通过交错式的电极排列方式，使得同一时间下相邻感测线所感测出的感测电压可分别来自提供不同驱动电压的不同驱动线，以提升其信噪比(Signal-Noise Ratio，SNR)。
背景技术
随着科技快速发展，薄膜电晶体液晶显示器(TFT LCD)已逐步取代传统显示器，并已广泛应用于电视、平面显示器、移动电话、平板电脑以及投影机等各种电子产品上。对于具有触控功能的薄膜电晶体液晶显示器而言，触控感测器是其重要的模块之一，其性能的优劣也直接影响液晶显示器的整体效能。
如图1所示，一般用以感测形成于电容式触控面板上的触控点的电容式触控感测器包含有彼此垂直排列的驱动电极(driving electrode)DE与感测电极(sensing electrode)SE，其中驱动电极DE与感测电极SE彼此重叠(overlap)的部分称之为节点(node)NO，而互感式(mutual capacitance type)电容触控感测法即感测触控面板上每一节点的电容变化量。假设电容式触控感测器包含有J个驱动电极与K个感测电极，故总共形成有(J x K)个节点。由于每个驱动电极均会提供一驱动电压且与K个感测电极相交，因此每个节点均会耦合出一互感电容Cm，且每个互感电容Cm均会耦合出感测电压。当电容式触控面板被触碰时，对应于触碰处的节点的互感电容Cm将会随之改变，其耦合出的感测电压也会改变，故可利用此一特性去判断电容式触控面板是否有被触碰。
于同一时间下，相邻感测电极所感测出的感测电压均来自同一驱动电极，再配合感测电路进行感测。感测电路的感测方法可以是电流感测式、电荷转移式或电压感测式，且该些感测方法又可采用单端输入或差动输入的形式，其中以差动输入的形式的抗噪声效果最好。
举例而言，如图2所示，电容式触控感测器CT包含有8条驱动线Y0～Y7与8条感测线X0～X7，故总共形成有64个节点N00、N10、N20、...、N67、N77。然而，由于相邻的感测线X0及X1于同一时间所感测出的感测电压VS0与VS1分别为节点N00及N10耦合自同一驱动线Y0所提供的驱动电压VD0，亦即相邻感测电极X0及X1所感测出的感测电压VS0与VS1均具有相同相位，因此，虽然感测电路SC将差动输入的相邻感测线X0及X1的感测电压VS0与VS1相减后能够降低噪声的影响程度，但具有相同相位的信号相减后本身的强度也会被降低，故其信噪比并无法有效获得显著提升，导致电容式触控显示装置的效能受到限制。
有鉴于此，本发明提出一种电容式触控显示装置，以解决上述问题。
发明内容
本发明的一范畴在于提供一种电容式触控显示装置。于一实施例中，电容式触控显示装置至少包含电容式触控面板及电容式触控感测器。电容式触控感测器设置于电容式触控面板上，用以感测形成于电容式触控面板上的触控点。电容式触控感测器包含有复数条驱动线、复数条感测线及感测电路。
该复数条驱动线包含依第一方向相邻排列的第一驱动线与第二驱动线。于一时间下，第一驱动线及第二驱动线分别用以输入具有不同相位及不同电压的第一驱动电压及第二驱动电压。该复数条感测线包含依第二方向相邻排列的第一感测线与第二感测线。第一感测线与第一驱动线重叠形成第一节点而未与第二驱动线重叠，第二感测线与第二驱动线重叠形成第二节点而未与第一驱动线重叠。第一节点与第二节点分别耦合出第一互感电容与第二互感电容，且第一互感电容与第二互感电容分别耦合出第一感测电压与第二感测电压，并分别由第一感测线与第二感测线输出第一感测电压与第二感测电压。感测电路接收第一感测电压与第二感测电压并将第一感测电压与第二感测电压相减，以得到感测电压差值。
于一实施例中，当感测电路得到的感测电压差值增大时，感测电压差值相对应的信噪比亦随之增大。
于一实施例中，若该第一驱动电压与该第二驱动电压均具有正相位，该感测电压差值趋近于该第一感测电压减去该第二感测电压的值，且该感测电压差值对应于一第一信噪比。
于一实施例中，若该第一驱动电压具有正相位且该第二驱动电压为零，该感测电压差值趋近于该第一感测电压的值，且该感测电压差值对应于一第二信噪比。该第二信噪比大于该第一信噪比。
于一实施例中，若该第一驱动电压具有正相位且该第二驱动电压具有负相位，该感测电压差值趋近于该第一感测电压加上该第二感测电压的值，且该感测电压差值对应于一第三信噪比。该第三信噪比大于该第一信噪比。
于一实施例中，若该第一驱动电压为零且该第二驱动电压具有负相位，该感测电压差值趋近于该第二感测电压的值，且该感测电压差值对应于一第四信噪比。该第四信噪比大于该第一信噪比。
于一实施例中，该感测电路包含一差动放大单元，该差动放大单元包含一第一输入端、一第二输入端及一输出端，当该第一输入端及该第二输入端分别接收该第一感测电压与该第二感测电压后，该差动放大单元将该第一感测电压减去该第二感测电压以得到该感测电压差值并将该感测电压差值放大后，由该输出端输出放大后的该感测电压差值。
相较于现有技术，根据本发明的电容式触控显示装置通过电容式触控感测器的电极排列方式的改变，将原本传统电极的规则式排列改为交错式排列，使得同一时间下相邻感测电极所感测出的感测电压可分别来自提供不同驱动电压的不同驱动电极，亦即相邻感测电极所感测出的感测电压可具有不同相位，因此，感测电路将差动输入的相邻感测电极的感测电压相减后不仅能够有效降低噪声的影响，并且信号本身强度不会被降低，故其信噪比可有效获得显著提升。由此，本发明的电容式触控感测器能够更为准确地对于电容式触控面板进行触碰点的感测，以大幅减少其误判的机率。
关于本发明的优点与精神可以通过以下的发明详述及所附图式得到进一步的了解。
附图说明
图1是绘示传统上于驱动电极与感测电极重叠形成的节点上耦合出互感电容的示意图。
图2是绘示传统的电容式触控显示装置的驱动电极与感测电极重叠形成的节点排列示意图。
图3是绘示本发明的电容式触控显示装置的驱动电极与感测电极的节点排列示意图。
图4绘示本发明的驱动电极与感测电极的布局的一实施例。
图5A至图5I则分别绘示各种具有不同型式的节点。
图6绘示本发明的驱动电极与感测电极的布局的另一实施例。
图7绘示感测线数目与图2相同但驱动线数目较图2倍增的实施例。
主要元件符号说明
DE：驱动电极                   SE：感测电极
NO：节点                       Cm：互感电容
Y0～Y7：驱动线                 X0～X15：感测线
N00、...、N157：节点           C1～C2：电容
VD0、VD1：驱动电压             CT：电容式触控感测器
SC：感测电路                   DA：差动放大单元
+：第一输入端                  -：第二输入端
OUT：输出端                    A1～A4：放大器
SW1～SW4：开关
具体实施方式
根据本发明的一具体实施例为电容式触控显示装置。于此实施例中，该电容式触控显示装置至少包含有电容式触控面板及电容式触控感测器，电容式触控感测器可采用互感式(mutual capacitance type)触控感测法感测形成于电容式触控面板上的触控点，但不以此为限。请参照图3，图3是绘示本发明的电容式触控显示装置的驱动线(电极)与感测线(电极)的节点交错排列的示意图。
如图3所示，驱动线Y0～Y7与感测线X0～X15总共形成有64个节点N00、N20、...、N11、N31、...、N137、N157。相较于图2的现有技术，图3的节点数目及驱动线数目虽然与图2所示一样，但图3的感测线数目明显较图2所示的感测线数目多出一倍，并且每一驱动线并不会与每一感测线均重叠形成节点，而每一感测线亦不会与每一驱动线均重叠形成节点。请参照图4，图4是绘示本发明的驱动线与感测线的布局(layout)的一种型式。需说明的是，限于篇幅，图4仅绘制上半部的驱动线Y0～Y3的部分。
更详细地说，以相邻的两条驱动线Y0与Y1为例，驱动线Y0分别与感测线X0、X2、X4、...、X12及X14重叠形成节点N00、N20、N40、...、N120及N140，而驱动线Y1则分别与感测线X1、X3、X5、...、X13及X15重叠形成节点N11、N31、N51、...、N131及N151，其余均可依此类推，于此不另行赘述。
若以相邻的两条感测线X0与X1为例，感测线X0分别与驱动线Y0、Y2、Y4及Y6重叠形成节点N00、N02、N04及N06，而感测线X1分别与驱动线Y1、Y3、Y5及Y7重叠形成节点N11、N13、N15及N17，其余均可依此类推，于此不另行赘述。
需特别说明的是，于同一时间下，相邻的两条驱动线Y0与Y1是用以分别输入具有不同相位及不同电压的驱动电压VD0及VD1。于实际应用中，于同一时间下的驱动电压VD0及VD1的大小可视实际需求进行调整，只要驱动电压VD0的相位与VD1的相位有所不同即可。
由于驱动线Y0输入的驱动电压VD0流经与感测线X0重叠形成的节点N00，故将于节点N00处耦合出互感电容Cm，并进而于感测线X0上耦合出感测电压Vs00。至于驱动线Y1输入的驱动电压VD1流经与感测线X1重叠形成的节点N11，故将于节点N11处耦合出互感电容Cm，并进而于感测线X1上耦合出感测电压Vs11。因此，感测电路SC分别自感测线X0及感测线X1接收到感测电压Vs00及Vs11，并将感测电压Vs00与Vs11相减以得到感测电压差值。需说明的是，感测电路SC所得到的感测电压差值将会影响其信噪比的大小，当感测电压差值增加时，其信噪比亦会随之变大。
于实际应用中，感测电路SC包含差动放大单元DA，且差动放大单元DA包含第一输入端+、第二输入端-及输出端OUT。当第一输入端+及第二输入端-分别接收感测电压Vs00与Vs11后，差动放大单元DA将感测电压Vs00减去Vs11以得到感测电压差值并将感测电压差值放大后，由输出端OUT输出放大后的感测电压差值，并经过后续的信号处理程序后，据以判断电容式触控面板是否被触碰。
接下来，将通过几个不同实际情况说明相邻驱动线所输入的具有不同相位及不同电压的驱动电压对其信噪比的影响。
于第一种情况下，假设于同一时间下，驱动线Y0所输入的驱动电压VD0与驱动线Y1所输入的驱动电压VD1均具有正相位，由于两者的噪声将会大致相互抵销，感测电路SC所得到的感测电压差值ΔVs1趋近于感测线X0的感测电压Vs00减去感测线X1的感测电压Vs11的值，且感测电压差值ΔVs1对应于第一信噪比SNR1。同理，驱动电压VD0与VD1均具有负相位的情况亦类似，于此不另行赘述。
于第二种情况下，假设于同一时间下，驱动线Y0所输入的驱动电压VD0具有正相位，而驱动线Y1所输入的驱动电压VD1为零，由于两者的噪声将会大致相互抵销，感测电路SC所得到的感测电压差值ΔVs2趋近于感测线X0的感测电压Vs00的值，且感测电压差值ΔVs2对应于第二信噪比SNR2。相较于第一种情况，由于感测电压Vs00不必减去同相位的感测电压Vs11，感测电压差值ΔVs2会比感测电压差值ΔVs1来得大，故第二信噪比SNR2应该会比第一信噪比SNR1来得大。
于第三种情况下，假设于同一时间下，驱动线Y0所输入的驱动电压VD0具有正相位，而驱动线Y1所输入的驱动电压VD1具有负相位，由于两者的噪声将会大致相互抵销，感测电路SC所得到的感测电压差值ΔVs3趋近于感测线X0的感测电压Vs00加上感测线X1的感测电压Vs11的值，且感测电压差值ΔVs3对应于第三信噪比SNR3。相较于第一种情况，由于感测电压Vs00不必与感测电压Vs11相减，而是与感测电压Vs11相加，感测电压差值ΔVs3会比感测电压差值ΔVs1来得大，故第三信噪比SNR3应该会比第一信噪比SNR1来得大。同理，驱动线Y0所输入的驱动电压VD0具有负相位，而驱动线Y1所输入的驱动电压VD1具有正相位的情况亦类似，于此不另行赘述。
于第四种情况下，假设于同一时间下，驱动线Y0所输入的驱动电压VD0为零，而驱动线Y1所输入的驱动电压VD1具有负相位，由于两者的噪声将会大致相互抵销，感测电路SC所得到的感测电压差值ΔVs4趋近于感测线X1的感测电压Vs11的值，且感测电压差值ΔVs4对应于第四信噪比SNR4。相较于第一种情况，由于感测电压Vs11不必与同相位的感测电压Vs00相减，感测电压差值ΔVs4会比感测电压差值ΔVs1来得大，故第四信噪比SNR4应该会比第一信噪比SNR1来得大。
至于图5A至图5I则分别绘示各种具有不同型式的节点N00及N11，通过改变电极形状的方式以增加其接触面积，但不以此为限。图6绘示本发明的驱动线与感测线的布局(layout)的另一种型式。需说明的是，限于篇幅，图6仅绘制上半部的驱动线Y0～Y3的部分。
于本发明的上述实施例中，均为驱动线数目与现有技术(图2)一致，但感测线数目较现有技术(图2)的感测线数目多出一倍的情形。实际上，本发明亦包含感测线数目与现有技术(图2)一致，但驱动线数目较现有技术(图2)的驱动线数目多出一倍的情形。请参照图7，图7所绘示的即是感测线数目与现有技术(图2)相同但驱动线数目较现有技术(图2)倍增的实施例。需说明的是，限于篇幅，图7仅绘制左半部的感测线X0～X3的部分。
与上述实施例不同的是，若以图7中的相邻的两条感测线X0与X1为例，感测线X0分别与驱动线Y0、Y2、Y4及Y6重叠形成节点N00、N02、N04及N06，而感测线X1则分别与驱动线Y1、Y3、Y5及Y7重叠形成节点N11、N13、N15及N17。若以相邻的两条驱动线Y0与Y1为例，驱动线Y0分别与感测线X0及X2重叠形成节点N00及N20，而驱动线Y1分别与感测线X1及X3重叠形成节点N11及N31，其余均可依此类推，于此不另行赘述。
需特别说明的是，于同一时间下，相邻的两条驱动线Y0与Y1用以分别输入具有不同相位及不同电压的两驱动电压。于实际应用中，于同一时间下的两驱动电压的大小可视实际需求进行调整，只要两驱动电压的相位有所不同即可使得相邻感测线X0与X1所感测出的感测电压具有不同相位，因此，当感测电路将差动输入的相邻感测电极X0与X1的感测电压相减后，不仅能够有效降低噪声的影响，信噪比亦可获得显著提升。
相较于现有技术，根据本发明的电容式触控显示装置通过电容式触控感测器的电极排列方式的改变，将原本传统电极的规则式排列改为交错式排列，使得同一时间下相邻感测电极所感测出的感测电压可分别来自提供不同驱动电压的不同驱动电极，亦即相邻感测电极所感测出的感测电压可具有不同相位，因此，感测电路将差动输入的相邻感测电极的感测电压相减后不仅能够有效降低噪声的影响，并且信号本身强度不会被降低，故其信噪比可有效获得显著提升。由此，本发明的电容式触控感测器能够更为准确地对于电容式触控面板进行触碰点的感测，以大幅减少其误判的机率。
通过以上较佳具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本发明的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实施例来对本发明的范畴加以限制。相反地，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明所欲申请的专利范围的范畴内。

Claims (6)

1.一种电容式触控显示装置，包含：
一电容式触控面板；以及
一电容式触控感测器，设置于该电容式触控面板上，该电容式触控感测器包含：
复数条驱动线，包含依一第一方向相邻排列的一第一驱动线与一第二驱动线，于一时间下，该第一驱动线及该第二驱动线分别用以输入具有不同相位及不同电压的一第一驱动电压及一第二驱动电压；
复数条感测线，包含依一第二方向相邻排列的一第一感测线与一第二感测线，该第一感测线与该第一驱动线重叠形成一第一节点而未与该第二驱动线重叠，该第二感测线与该第二驱动线重叠形成一第二节点而未与该第一驱动线重叠，该第一节点与该第二节点分别耦合出一第一互感电容与一第二互感电容，且该第一互感电容与该第二互感电容分别耦合出一第一感测电压与一第二感测电压，并分别由该第一感测线与该第二感测线输出该第一感测电压与该第二感测电压；以及
一感测电路，耦接至该复数条感测线，该感测电路接收该第一感测电压与该第二感测电压并将该第一感测电压与该第二感测电压相减，以得到一感测电压差值；
其中，当该感测电路得到的该感测电压差值增大时，该感测电压差值相对应的信噪比亦随之增大。
2.如权利要求1所述的电容式触控显示装置，其中若该第一驱动电压与该第二驱动电压均具有正相位，该感测电压差值趋近于该第一感测电压减去该第二感测电压的值，且该感测电压差值对应于一第一信噪比。
3.如权利要求1所述的电容式触控显示装置，其中若该第一驱动电压具有正相位且该第二驱动电压为零，该感测电压差值趋近于该第一感测电压的值，且该感测电压差值对应于一第二信噪比。
4.如权利要求1所述的电容式触控显示装置，其中若该第一驱动电压具有正相位且该第二驱动电压具有负相位，该感测电压差值趋近于该第一感测电压加上该第二感测电压的值，且该感测电压差值对应于一第三信噪比。
5.如权利要求1所述的电容式触控显示装置，其中若该第一驱动电压为零且该第二驱动电压具有负相位，该感测电压差值趋近于该第二感测电压的值，且该感测电压差值对应于一第四信噪比。
6.如权利要求1所述的电容式触控显示装置，其中该感测电路包含一差动放大单元，该差动放大单元包含一第一输入端、一第二输入端及一输出端，当该第一输入端及该第二输入端分别接收该第一感测电压与该第二感测电压后，该差动放大单元将该第一感测电压减去该第二感测电压以得到该感测电压差值，并将该感测电压差值放大后，由该输出端输出放大后的该感测电压差值。
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