CN103164099B - 一种触摸屏触摸点定位检测电路、触摸屏及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种触摸屏触摸点定位检测电路、触摸屏及显示装置，用以提高触摸屏触摸点定位的精度。所述触摸屏触摸点定位检测电路包括：感应子电路、与所述感应子电路相连的放大子电路、与所述放大子电路相连的输出子电路、与所述输出子电路相连的探测子电路，以及第一触摸驱动电极线；所述感应子电路包括固定电容和可调电容，以及第一开关晶体管；其中，所述第一开关晶体管的栅极和源极与所述第一触摸驱动电极线相连，所述第一开关晶体管的漏极与所述固定电容一端相连，所述可调电容的一端与所述固定电容的另一端相连，所述可调电容的另一端与参考电压相连；所述放大子电路与所述固定电容靠近可调电容的一端相连。

Description

一种触摸屏触摸点定位检测电路、触摸屏及显示装置
技术领域
本发明涉及触摸显示技术领域，尤其涉及一种触摸屏触摸点定位检测电路、触摸屏及显示装置。
背景技术
触摸屏（Touch Panel，TP）作为一种输入媒介，和显示屏集成在一体作为内嵌式触摸屏（In-cell Touch Panel），内嵌式触摸屏在显示领域发挥着重要的作用。互电容式触摸屏，凭借其较高的灵敏度以及多点触控的优点，受到人们的青睐。
具体地，内嵌式触摸屏为触摸屏中的触摸驱动电极线和触摸感应电极线集成在显示屏中的装臵，如触摸驱动电极线和触摸感应电极线集成在液晶显示屏（Liquid CrystalDisplay，LCD）或有机电致发光显示屏（Organic Light Emitting Device，OLED）中。触摸驱动电极线和触摸感应电极线可以是制作在显示屏的上基板和/或下基板，为了简化内嵌式触摸屏的结构，提高内嵌式触摸屏的薄化程度，还可以将显示屏中的栅线、公共电极线或其他的功能电极线同时用作触摸驱动电极，分时间驱动该电极实现图像显示和触摸功能。
下面简单介绍互电容式触摸屏的基本工作原理。
互电容式触摸屏的触摸驱动电极确定触摸点的X向坐标，触摸感应电极确定触摸点的Y向坐标。在触摸驱动电极侧施加触摸驱动电压，在触摸感应电极侧施加恒定电压。在检测触摸点时，对X向触摸驱动电极进行逐行扫描，在扫描每一行触摸驱动电极时，均读取每条触摸感应电极上的信号，通过一轮的扫描，就可以把每个行列的交点都扫描到，共扫描X*Y个信号。这种触控定位检测方式可以具体的确定多点的坐标，因此可以实现多点触摸。
现有最典型的内嵌式触摸屏触摸点定位检测电路如图1所示，包括：感应子电路101、放大子电路102、输出子电路103，以及探测子电路104。感应子电路101包括固定电容C1、可调电容Cf，以及薄膜晶体管（TFT）M1；薄膜晶体管M1的栅极、源极分别相连到触摸驱动电极线（如图1中所示的栅线Gate(n-1)，触摸驱动电极线和栅线分时复用）和复位电压线（Vint线），薄膜晶体管M1的漏极与可调电容Cf的一端相连，可调电容Cf的另一端与参考电压相连。固定电容C1的一端与栅线Gate(n-1)相连，另一端与薄膜晶体管M1的漏极相连。放大子电路102包括用于放大信号的薄膜晶体管Mamp，薄膜晶体管Mamp的栅极与薄膜晶体管M1的漏极相连，源极与Vint线相连，漏极与输出子电路103中的薄膜晶体管M2的源极相连；薄膜晶体管M2的栅极与另一根触摸驱动电极线相连（如图1中所示的栅线Gate(n)），漏极通过信号输出线（Read Out Line）与探测子电路104相连。
图1所示的内嵌式触摸屏触摸点定位检测电路工作原理如下：当Gate（n-1）为高电平时，TFT M1开启，固定电容C1和可调电容Cf充电，TFT M1的漏极（也即图1中所示的节点Vc）会被充电至Vint（也即Vc=Vint）。当Gate（n-1）变为低电平时，由于电容耦合效应，Vc的节点电压变为：
Vc=Vint-C1*ΔVp/(C1+Cf) （1）
上式（1）中，ΔVp是Gate（n-1）线脉冲高电压与低电压的差值。当有触摸发生时，Cf发生变化（通常变大）因此节点Vc的电压发生变化，即放大TFT Mamp的栅极电压发生变化，对应的TFT Mamp的源极电流发生变化，即由TFT Mamp流向TFT M2的源极电流发生变化，当Gate（n）为高电平时，TFT M2开启，由M2的漏极经读出信号线（Read Out Line）流向探测子电路104的电流发生变化，这个变化的电流，经探测子电路104探测处理，就能确定对应的触摸（touch）点发生位臵。
图1所示的内嵌式触摸屏触摸点定位检测电路主要不足为：由于触摸（touch）导致的Cf变化产生的式（1）中的Vc值相对未触摸（un-touch）时的 变化量不大，进而导致由TFTMamp经由TFT M2流向Read Out Line的电流变化不大，因此探测子电路104在有touch和无touch时，探测子电路输出电压Vout变化不明显，导致子电路的探测精度不高，也即导致触摸点定位的精度不高。另外，图1所示的内嵌式触摸屏触摸点定位检测电路中的放大子电路102的放大效果不太明显，导致Read Out Line的电流变化量不大，导致触摸点定位的精度不高。
发明内容
本发明实施例提供一种触摸屏触摸点定位检测电路、触摸屏及显示装臵，用以提高内嵌式触摸屏的触摸点定位的精度。
本发明实施例提供的触摸屏触摸点定位检测电路包括：
感应子电路、与所述感应子电路相连的放大子电路、与所述放大子电路相连的输出子电路、与所述输出子电路相连的探测子电路，以及第一触摸驱动电极线；
所述感应子电路包括固定电容和可调电容，以及第一开关晶体管；
其中，所述第一开关晶体管的栅极和源极与所述第一触摸驱动电极线相连，所述第一开关晶体管的漏极与所述固定电容一端相连，所述可调电容的一端与所述固定电容的另一端相连，所述可调电容的另一端与参考电压相连；所述放大子电路与所述固定电容靠近可调电容的一端相连。
较佳地，所述放大子电路包括第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管，以及放大晶体管；
其中，所述第二开关晶体管的栅极与固定电容靠近第一开关晶体管的一端相连，所述第三开关晶体管的栅极与所述固定电容靠近可调电容的一端相连；所述第二开关晶体管的漏极与所述第三开关晶体管的源极相连；所述第二开关晶体管的源极与高电平电压源相连，所述第三开关晶体管的漏极与低电平电压源相连；所述放大晶体管的栅极与所述第二开关晶体管的漏极相连，所述放大 晶体管的漏极与输出子电路相连，所述放大晶体管的源极与高电平供电电压源相连。
较佳地，所述放大子电路包括放大晶体管；
其中，所述放大晶体管的栅极与所述固定电容靠近可调电容的一端相连，所述放大晶体管的漏极与输出子电路相连，所述放大晶体管的源极与高电平供电电压源相连。
较佳地，所述检测电路还包括第二触摸驱动电极线，所述输出子电路包括第四开关晶体管，所述第四开关晶体管的栅极与所述第二触摸驱动电极线相连，所述第四开关晶体管的源极与所述放大晶体管的漏极相连，所述第四开关晶体管的漏极与所述探测子电路相连。
较佳地，所述探测子电路包括：放大器、跨接在该放大器的反向输入端与输出端的电容，以及跨接在该放大器的反向输入端与输出端的开关。
较佳地，所述第一触摸驱动电极线和第二触摸驱动电极线为栅线。
较佳地，所述第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管和放大晶体管为N型晶体管。
本发明实施例还提供一种触摸屏，包括上述检测电路。
本发明实施例还提供一种显示装臵，包括上述触摸屏。
本发明实施例通过将感应子电路中的固定电容和可调电容串联设臵，控制放大子电路中的薄膜晶体管的栅极电压，实现在无触摸与有触摸发生时，探测子电路输出电压Vout变化较明显，触摸点定位的精度更高。另外，为了更进一步提高触摸屏触摸点定位的精度，本发明实施例提供的放大子电路为两级放大，将因触摸引起的电压的变化量更进一步地放大，提高了探测子电路输出电压Vout的变化量，进一步提高了的触摸点定位的精度。
附图说明
图1为现有技术触摸屏触摸点定位检测电路结构示意图；
图2为本发明实施例提供的触摸屏触摸点定位检测电路结构示意图之一；
图3为图2所示检测电路在没有触摸和有触摸发生时电容C1两端的电压示意图；
图4为本发明实施例提供的触摸屏触摸点定位检测电路结构示意图之二；
图5为本发明实施例提供的触摸屏触摸点定位检测电路结构示意图之三；
图6为本发明实施例提供的探测子电路给出的输出点电压Vout在手指触碰touch和未触碰un-touch时与探测时间time的关系曲线图；
图7为本发明实施例提供的触摸屏触摸点定位检测电路结构示意图之四。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种触摸屏触摸点定位检测电路、触摸屏及显示装臵，用以提高内嵌式触摸屏触摸点定位的精度。
本发明实施例通过将感应子电路中的固定电容C1和可调电容Cf串联设臵，控制与感应子电路相连的放大子电路中的薄膜晶体管TFT Tamp的栅极电压，实现无触摸（un-touch）与有触摸（touch）发生时，探测子电路输出电压Vout变化较明显，触摸点定位的精度更高。另外，为了更进一步提高触摸屏触摸点定位的精度，本发明实施例提供的放大子电路为两级放大，将因触摸引起的电压的变化量更进一步地放大，提高了探测子电路输出电压Vout的变化量，进一步提高了的触摸点定位的精度。
下面通过附图具体说明本发明实施例提供的技术方案。
本发明实施例提供的触摸屏触摸点定位检测电路可以内嵌在液晶显示领域中的显示屏中，或内嵌在有机发光显示领域中的显示屏中。且触摸屏中的触摸驱动电极线可以为独立于栅极、数据线、公共电极线等的单独设臵的电极线，也可以是栅极，数据线、公共电极线其中之一，分时段驱动栅极，数据线、公共电极线实现图像显示和触摸功能。
下面以触摸驱动电极线为栅线的情况对本发明进行详细说明。
如图2所示，本发明实施例提供的触摸屏触摸点定位检测电路包括：
感应子电路1、放大子电路2、输出子电路3、探测子电路4，以及第一触摸驱动电极线（即对应图2中的第一栅线Gate(n-1)）和第二触摸驱动电极线（即对应图2中的第二栅线Gate(n)）。
图2所示的电路各部分作用分别为：感应子电路1感应有无触摸的发生；当有触摸发生时，触摸引起的电流或电压信号变化（即触摸信号）经放大子电路2放大后，经输出子电路3输出给探测子电路4，探测子电路4在探测时间内探测到所述触摸信号，并确定触摸点位臵。
感应子电路1包括：开关晶体管T1、固定电容C1，以及可调电容Cf；其中，开关晶体管T1的栅极和源极与第一栅线Gate(n-1)相连；开关晶体管T1的漏极与固定电容C1的一端（b端）相连；可调电容Cf的一端与固定电容C1的另一端（a端）相连；可调电容Cf的另一端与参考电压V参考相连。
也就是说可调电容Cf与固定电容C1串联连接。可调电容Cf对应手指触碰触摸屏时可变化的电容。固定电容C1的b端电压对应节点电压Vb，固定电容C1的a端对应节点电压Va。
下面将详细阐述上述感应子电路1的工作过程。
图3给出的是Gate（n-1）为高电平时，节点电压Va和Vb在有touch和无touch发生时的电压大小。
如图2所示，当Gate（n-1）为高电平电压V0时，开关晶体管T1开启，固定电容C1和可调电容Cf充电，节点b的电压将被充电至约等于V0，由于固定电容C1和可调电容Cf串联相连，可调电容Cf具有分压作用。假设V参考=0V，则节点a的电压Va为公式（2）所示：
Va=C1*V0/(C1+Cf) (2)
由于可调电容Cf为可调电容，预先设计可调电容Cf约等于固定电容C1，例如，可以设臵在没有touch发生时，Cf≤C1；有touch发生时，可调电容Cf由于人手指的作用而增大，且增加的幅度远远大于C1（Cf>>C1）。由公式（2） 可知，当在没有touch发生时，Va≥V0/2；当有touch发生时，Va<<V0/2。
如图3所示，当没有touch发生时Va和Vb点的电压分别如Va_ut和Vb_ut所示；当有touch发生时，Va和Vb的电压分别如Va_t和Vb_t所示。由此可见，当有touch发生时，Va节点电压极大地降低，Vb点电压几乎不变或略增大，因此Va和Vb的电压差相比较没有touch时增大了许多。探测子电路4的输出电压Vout与Va和Vb有关。Touch前后，Va值变化越大，Vout也变化越大，检测触摸点的位臵更加精确，也即提高了内嵌式触摸屏触摸点定位的精度。
下面介绍本发明实施例提供的放大子电路2的结构示意图。
本发明实施例提供的放大子电路2的结构不止一种。
如图4所示为包括放大子电路2的具体结构的触摸屏触摸点定位检测电路示意图之一。
放大子电路2为一级放大子电路，该放大子电路2包括：放大晶体管TFTTamp，该TFTTamp的栅极与固定电容C1的a端相连，a端电压为Va。该TFTTamp的源极与高电平供电电压源相连，高电平供电电压为VDD，漏极与输出子电路3相连。
此时，Va=C1*V0/(C1+Cf)，感应子电路1输出到TFT Tamp的电压为Va，由于b点电压Vb值几乎不变，因此，探测子电路4的输出电压Vout仅与Va有关。Va=C1*V0/(C1+Cf)，相比较现有Vc=Vint-C1*ΔVp/(C1+Cf)，当Cf变化值相同的情况下，Va的变化值相比较Vc要大得多。因此，内嵌式触摸屏触摸点定位的精度更高。
如图5所示为包括放大子电路2的具体结构的触摸屏触摸点定位检测电路示意图之二。
放大子电路2为二级放大子电路，该放大子电路2包括：放大晶体管TFTTamp，以及第二开关晶体管T2和第三开关晶体管T3。其中，第二开关晶体管T2的栅极与固定电容C1的b端相连，第三开关晶体管T3的栅极与固定电容C1的a端相连；第二开关晶体管T2的漏极与第三开关晶体管T3源极相连， 第二开关晶体管T2的源极相连至高电平电压源，对应电压Vgh，第三开关晶体管T3的漏极相连至低电平电压源，对应电压为Vgl。放大晶体管TFT Tamp的栅极连接在第二开关晶体管T2和第三开关晶体管T3之间，也即连接在第二开关晶体管T2的漏极或第三开关晶体管T3的源极处。当有touch发生时，Va极大地降低，与Va相连的T3几乎处于关断状态，而Vb的增大更进一步的增大了T2的开启能力，故此时相对于没有touch发生时，TFT Tamp有更大的栅极偏压(这里相比较图4所示的放大子电路)。当Gate（n）为高电平时，TFT Tamp输出的电流经由输出子电路3流向探测子电路较大的电流。在一定的探测时间内，探测子电路4将探测到与所述较大的电流对应的较大的电压变化，如图6所示为探测子电路4给出的输出点电压Vout在手指触碰touch和未触碰un-touch时与探测时间time的关系曲线。
图5所示的电路相比较图4所示的电路，实现触摸点定位的精度更高。
如图7，图2所示的输出子电路3为一个开关晶体管，为第四开关晶体管T4。第四开关晶体管T4的栅极与第二触摸驱动电极线（即对应图7中的第二栅线Gate（n））相连，源极与TFT Tamp的漏极相连，漏极与探测子电路4的输入端相连。
如图7，图2所示的探测子电路4包括放大器OP,跨接在OP反向输入端与输出端的电容C0，以及跨接在OP反向输入端与输出端的开关SW构成。
本发明实施例提供的各晶体管，例如所述第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管和放大晶体管为N型晶体管，晶体管的栅极在高电平下开启。本发明实施例提供的晶体管可以是薄膜晶体管也可以是其他类型的晶体管。
本发明仅是以栅线作为触摸驱动电极线为例说明。本发明实施例提供的触摸驱动电极线为其他功能电极线时，各晶体管不限于为N型晶体管，也可以是P型晶体管。
较佳地，所述参考电压V参考可以是触摸屏中的Bias线，也即具有一定恒 定电压的电极线。该电极线的电压为VBias。
本发明图2所示的电路，第一开关晶体管T1的源极和栅极同时接到第一栅线Gate（n-1）上，无需连接到另外的复位电压线（Vint线）上。TFT Tamp的源极连接到供电电源VDD上，无需连接到Vint线上，布线简单，成本较低。
本发明实施例提供一种触摸屏，该触摸屏为内嵌式触摸屏，包括多个本发明上述实施例提供的触摸屏触摸点定位检测电路。触摸点定位检测电路在触摸屏内的设臵个数，相互之间的距离类似现有技术，这里不再赘述。
本发明实施例还提供一种显示装臵，包括多个上述本发明实施例提供的触摸屏，该显示装臵可以为具有触摸功能的液晶面板、液晶显示器、有机电致发光显示OLED面板、OLED显示器等。综上所述，本发明实施例提供一种触摸屏触摸点定位检测电路、触摸屏及显示装臵，通过将感应子电路中的固定电容C1和可调电容Cf串联设臵，控制放大子电路中的薄膜晶体管TFT Tamp的栅极电压，实现无touch与有touch发生时，探测子电路输出电压Vout变化较明显，触摸点定位的精度更高。另外，为了更进一步提高触摸屏触摸点定位的精度，本发明实施例提供的放大子电路为两级放大，将因触摸引起的电压的变化量更进一步地放大，提高了探测子电路输出电压Vout的变化量，进一步提高了的触摸点定位的精度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (5)

1.一种触摸屏触摸点定位检测电路，其特征在于，包括：感应子电路、与所述感应子电路相连的放大子电路、与所述放大子电路相连的输出子电路、与所述输出子电路相连的探测子电路，以及第一触摸驱动电极线和第二触摸驱动电极线；
所述感应子电路包括固定电容和可调电容，以及第一开关晶体管；其中，所述第一开关晶体管的栅极和源极与所述第一触摸驱动电极线相连，所述第一开关晶体管的漏极与所述固定电容一端相连，所述可调电容的一端与所述固定电容的另一端相连，所述可调电容的另一端与参考电压相连；所述放大子电路与所述固定电容靠近可调电容的一端相连；
所述探测子电路包括：放大器、跨接在该放大器的反向输入端与输出端的电容，以及跨接在该放大器的反向输入端与输出端的开关；
所述输出子电路包括第四开关晶体管，所述第四开关晶体管的栅极与所述第二触摸驱动电极线相连，所述第四开关晶体管的源极与放大晶体管的漏极相连，所述第四开关晶体管的漏极与所述探测子电路相连；所述放大子电路包括第二开关晶体管、第三开关晶体管，以及放大晶体管；其中，所述第二开关晶体管的栅极与固定电容靠近第一开关晶体管的一端相连，所述第三开关晶体管的栅极与所述固定电容靠近可调电容的一端相连；所述第二开关晶体管的漏极与所述第三开关晶体管的源极相连；所述第二开关晶体管的源极与高电平电压源相连，所述第三开关晶体管的漏极与低电平电压源相连；所述放大晶体管的栅极与所述第二开关晶体管的漏极相连，所述放大晶体管的漏极与输出子电路相连，所述放大晶体管的源极与高电平供电电压源相连；
或者，所述放大子电路包括放大晶体管；其中，所述放大晶体管的栅极与所述固定电容靠近可调电容的一端相连，所述放大晶体管的漏极与输出子电路相连，所述放大晶体管的源极与高电平供电电压源相连。
2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述第一触摸驱动电极线和第二触摸驱动电极线为栅线。
3.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管、第四开关晶体管和放大晶体管为N型晶体管。
4.一种触摸屏，其特征在于，包括权利要求1-3任一权项所述的检测电路。
5.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求4所述的触摸屏。
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