CN103176676B - 一种触摸屏触摸点定位检测电路、触摸屏及显示装置 - Google Patents

一种触摸屏触摸点定位检测电路、触摸屏及显示装置 Download PDF

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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，用以实现一种光学式的内嵌式触摸屏。所述检测电路包括：触摸传感子电路、与该触摸传感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；所述触摸传感子电路包括：电容、第一开关晶体管和第二开关晶体管；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，漏极与所述第二开关晶体管的漏极相连；所述第二开关晶体管的源极与所述探测子电路相连，栅极与所述第二触摸驱动电极线相连；所述电容的一端与所述第一开关晶体管的漏极相连，另一端与提供高电平电压的电极线相连；所述第一开关晶体管为光学开关晶体管。

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、触摸屏及显示装臵。
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。
按照原理分类，触摸屏大致包括：电阻式触摸屏、电容式触摸屏、光学感应式触摸屏等。按照组成结构分类，触摸屏大致包括：触摸屏外挂在显示面板上的外挂式触摸屏(out-cell touch panel)、触摸传感单元在显示面板上面的触摸屏(on-cell touch panel)、触摸传感单元内嵌在面板中的触摸屏(in-cell touch panel)。
轻、薄、结构简单的触摸屏是目前各位厂商一直追求的目标。内嵌式触摸屏可以满足轻、薄、结构简单的要求。目前，电容式的内嵌式触摸屏发展较快也备受欢迎，但是电容式触摸屏主要适用于中小尺寸的显示装臵，例如10寸或10寸以下的产品，对于较大尺寸的显示装臵，电容式触摸屏无法满足实际应用要求。
光学式传感触摸屏为下一代触摸传感技术，在面板尺寸使用上面不受限制，寿命相对稳定。
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，用以实现一种光学式内嵌式触摸屏。
本发明实施例提供的触摸屏触摸点定位检测电路包括：
触摸传感子电路、与该触摸传感子电路相连的用于根据所述触摸传感子电路输出的触摸信号确定触摸点位臵的探测子电路，以及第一触摸驱动电极线和第二触摸驱动电极线；
所述触摸传感子电路包括：电容、第一开关晶体管和第二开关晶体管；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，漏极与所述第二开关晶体管的漏极相连；所述第二开关晶体管的源极与所述探测子电路相连，栅极与所述第二触摸驱动电极线相连；所述电容的一端与所述第一开关晶体管的漏极相连，另一端与提供高电平电压的电极线相连；
其中，所述第一开关晶体管为光学开关晶体管。
较佳地，所述提供高电平电压的电极线为所述第一触摸驱动电极线。
较佳地，还包括公共电极线，所述提供高电平电压的电极线为该公共电极线。
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和第二开关晶体管为N型晶体管。
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，所述第二开关晶体管的源极与所述放大器的反向输入端相连。
本发明实施例还提供一种触摸屏，包括上述检测电路。
较佳地，所述检测电路位于阵列基板中的亚像素单元中的显示区域。
本发明实施例还提供一种显示装臵，包括上述触摸屏。
本发明实施例提出一种新型的光学式触摸屏触摸点定位检测电路，包括两个开关晶体管和一个电容，其中第一开关晶体管为光学式开关晶体管，第二开 关晶体管控制触摸信号的输出，第一开关晶体管对光强比较敏感，实现光学传感式触摸功能。光学传感式触摸屏可以不受显示面板尺寸的限制，寿命相对稳定。
附图说明
图1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二；
图3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4为图1所示的检测电路实现触摸的时序示意图；
图5为本发明实施例提供的手触控式和光笔触控式下电容Cst设计合适时的第二晶体管T2的输出电压对照图；
图6为本发明实施例提供的手触控式和光笔触控式下Cst设计较小时第二晶体管T2的输出电压对照图；
图7为本发明实施例提供的包括图1所示的检测电路的触摸屏部分结构示意图。
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，用以实现一种光学式内嵌式触摸屏。
下面简单介绍下光学式触摸屏。
光学式触摸屏一般分为红外式、内嵌式和投影式等。本发明实施例提供的光学式触摸屏为在自然光下的内嵌式触摸屏。
本发明实施例提供的自然光下的内嵌式触摸屏为由一个光敏元件感应屏幕上触摸点光强的变化，确定触摸点的位臵。
本发明是相对于传统的电容式内嵌式触摸屏提出的。
本发明实施例通过在显示面板中内嵌用于感应触摸点的触摸传感子电路， 以及内嵌实现触摸功能的触摸驱动电极线和触摸感应电极线，实现一种结构简单，且不受显示面板尺寸限制的光学式内嵌式触摸屏。
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线、数据线、公共电极线等的单独设臵的电极线，也可以是栅线，数据线、公共电极线其中之一。
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。也就是说，本发明实施例提供的触摸屏触摸点定位检测电路设臵在显示面板的下基板（具有像素基板上）。
如图1所示，本发明实施例提供的触摸屏触摸点定位检测电路（也称光学式传感触摸电路）包括：
触摸传感子电路1、与该触摸传感子电路相连的用于根据所述触摸传感子电路输出的触摸信号确定触摸点位臵的探测子电路2，以及第一触摸驱动电极线（如图1中的栅线Gate(n)）和第二触摸驱动电极线（如图1中的栅线Gate(n-1)）；
触摸传感子电路1包括：电容Cst、第一开关晶体管T1和第二开关晶体管T2；该第一开关晶体管T1为光学开关晶体管（Photo TFT）（也即光敏开关晶体管）；
第一开关晶体管T1的栅极G和源极S与栅线Gate(n)相连，漏极D与第二开关晶体管T2的漏极D相连；
第二开关晶体管T2的源极S与探测子电路2相连，栅极与栅线Gate(n-1)相连；
电容Cst的一端与第一开关晶体管T1的漏极D相连，另一端与提供高电平电压的电极线相连。
较佳地，图1所示的电容Cst的另一端与栅线Gate(n)相连。
如图2所示，电容Cst的另一端与公共电极线相连，也即如图2中Vcom对应的电极线。
或者较佳地，电容Cst的另一端直接与一高电平电压源相连。
图1所示的电容(Cst)为存储电容，作用与传统像素Pixel中的存储电容是一样。
图1给出的新型光学式传感触摸电路结构图。所述传感触摸电路可以设臵在液晶显示面板中，具体可以设臵在阵列基板中像素单元中。在像素单元中具体可以增加一个光学式触摸传感子电路。
较佳地，第一开关晶体管T1即photo TFT可以由一个尺寸比较大的薄膜晶体管形成，对应的彩膜基板CF位臵上没有黑矩阵BM遮挡。也就是说，photo TFT位于亚像素单元中的显示区域。
第二开关晶体管T2由一个尺寸比较小的薄膜晶体管形成，该薄膜晶体管的栅极同上一行栅极扫描线连接，源极通过触控读取信号线(Readout line)连接至探测子电路2，通过该第二开关晶体管T2定位栅极扫描坐标。
如图3，图1或图2所示的探测子电路2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。
本发明实施例提供的各开关晶体管为N型晶体管，开关晶体管的栅极在高电平电压下开启。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，各开关晶体管不限于为N型晶体管，也可以是P型晶体管。
下面结合图4所示的光学式传感触摸电路的时序图具体说明图1或图2所示的检测电路工作原理。
图4所示的时序图，在一帧图像显示时间里，主要分为三个时间段，包括复位（Reset）阶段（time1）、维持阶段(time2)，以及读取阶段(time3)。下面分别介绍这三个阶段。
复位阶段：结合图1和图4，在Reset阶段(time1)，第n行栅极扫描线(Gate （n）)处于高电平打开状态，使得第n行的photo TFT打开，第n行的栅极扫描线高电平电压信号输入给电容Cst靠近第二开关晶体管T2的一端，如图1中的A节点，记此时A节点电位为VA。例如，假设第n行的栅极扫描线高电平电压为5V，则Gate（n）处于高电平时，则复位阶段A节点的电压为5V。
维持阶段，在维持阶段(time2)，第n行和第n-1行栅极扫描线处于低电平关闭状态，A点电位维持在高电位状态。但是由于photo TFT晶体管在关闭状态下，存在漏电流，A点电位会逐渐下降。
需要说明的是，photo TFT晶体管漏电流下降的幅度与感受到的光线有关，当photo TFT晶体管感受到的光线较弱时，漏电流下降的幅度较小；当photo TFT晶体管感受到的光线较强时，漏电流下降的幅度较大。在具体实施过程中，当photo TFT晶体管被遮挡时，photo TFT漏极电流相比较复位阶段的电流下降幅度较小；当photo TFT晶体管在自然光下，漏极电流相比较复位阶段的电流下降幅度较大；当photo TFT晶体管在有光线照射时，漏极电流相比较复位阶段的电流下降幅度最大。
读取阶段(time3)，到了第n-1行栅极扫描线处于打开状态时(对应下一帧),第二开关晶体管T2打开，维持阶段的A点电位输入给探测子电路2，探测子电路2进行数据处理确定触摸点的位臵。
探测子电路2根据读取阶段A点输出的电位与预先存储的在自然光线下读取阶段输出的A点电位相比，确定是否有触摸发生。
具体地，当在自然光下，也即触摸屏没有被触碰时，在上述维持阶段photo TFT晶体管的漏电流为一恒定值VA恒。当触摸屏被触碰时，读取阶段输出的A点电位相比较VA恒大幅度增大或大幅度减小，确定是否有触摸发生。
读取阶段A点电位相比较在自然光下大幅度下降和大幅度提升对应两种模式的触碰。也就是遮光触碰和光线增强式触碰。例如可以为手触控式和光笔触控式。
如图5所示，为手触控式和光笔触控式下第二晶体管T2的输出电压（对 应A节点电位）。这两种方式均基于Photo TFT对光线敏感的原理。
在手触控方式下，直接用手指触控，由于手指触控时会把外界光线挡住，Photo TFT没有光照，读取阶段输出的A点电位与VA恒相差较大，也就是说，相比较自然光线下输出的A点电位，手指触碰触摸屏时，A点电位大幅度升高，探测电路可以确定此时存在触碰。
在光笔触控方式下，利用能发光的光笔实现触控，由于光笔触控时会发射出强光照射到Photo TFT上，Photo TFT被强光照射，读取阶段输出的A节点电压VA’大幅度较低，A点电位低于VA恒，且与VA恒相差较大，探测电路可以确定此时存在触碰。
由于存储有一定电荷的电容存在一定的衰减，电容越大衰减程度越小或几乎不衰减，电容越小衰减程度越大。
本发明实施例在具体实施过程中，设计的电容Cst需要保证在读取阶段，在无光照射、有光照射和自然光照射下A点电位变化都比较明显，即可以保证触摸的精度。
当电容Cst值太小，小到在读取阶段，电容Cst中存储的电荷已经衰减到零值，即A点的电位会迅速的衰减至很低的电位，如图6所示，就很难区分无光照射、有光照射和自然光照射下读取阶段输出的A点电位。即上述三种情况下，A点电位相差较小，难以区分有无触碰发生。
当电容Cst值合适时，如图5所示，在读取阶段，无光照射、有光照射和自然光照射下A点电位相差较明显。
当电容Cst过大，会影响像素的开口率。因此在设计电容Cst时应综合考虑各种因素确定一个合适值的电容。
本发明实施例提供的光学开光晶体管（第一开关晶体管）可以但不限于为由对光比较敏感的a-Si形成。
本发明实施例还提供一种包括上述检测电路的内嵌式触摸屏。
内嵌式触摸屏的触摸驱动电极为栅线，触摸感应电极可以设臵在所述栅线 所在的基板上，也可以设臵在栅线所在基板相对的基板上。
内嵌式触摸屏的检测电路设臵在亚像素单元内（也即显示面板的透光区域），可以更灵敏地感受触碰触摸屏时光线的变化。换句话说，检测电路在基板上的垂直投影与彩膜基板上的黑矩阵在基板上的投影无重叠区域。
图7所示为内嵌式触摸屏的其中一个基板，该基板也为显示面板（如LCD面板或OLED面板）的下基板。也即内嵌式触摸屏中的电路与显示面板的下基板上的阵列式像素集成在一起。
如图7，包括基板3，位于基板3上的多个呈矩阵式分布的亚像素单元4，亚像素单元4中包括像素TFT以及实现图像显示的电容Cst和Clc。
亚像素单元4中还包括本发明实施例提供的检测电路5（不包括子探测电路2，也即包括触摸感应子单元1）。
在每一个亚像素单元中可以设臵一个检测电路5，也可以在不相邻的多行像素单元中周期性地间隔多个像素单元设臵多个检测电路5。
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、内嵌式触摸屏及显示装臵。通过两个开关晶体管和一个电容构成检测电路，其中第一开关晶体管为光学式开关晶体管，第二开关晶体管控制触摸信号的输出，第一开关晶体管对光强比较敏感，实现光学传感式触摸功能。光学传感式触摸屏可以不受显示面板尺寸的限制，寿命相对稳定。
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 (9)

1.一种触摸屏触摸点定位检测电路，其特征在于，包括：触摸传感子电路、与该触摸传感子电路相连的用于根据所述触摸传感子电路输出的触摸信号确定触摸点位置的探测子电路，以及第一触摸驱动电极线和第二触摸驱动电极线；
所述触摸传感子电路包括：电容、第一开关晶体管和第二开关晶体管；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，漏极与所述第二开关晶体管的漏极相连；所述第二开关晶体管的源极与所述探测子电路相连，栅极与所述第二触摸驱动电极线相连；所述电容的一端与所述第一开关晶体管的漏极相连，另一端与提供高电平电压的电极线相连；
其中，所述第一开关晶体管为光学开关晶体管；
在一帧图像显示时间里，主要分为三个时间段，包括复位阶段、维持阶段，以及读取阶段：
在复位阶段，所述第一开关晶体管处于导通状态，导通的所述第一开关晶体管对所述电容靠近所述第二开关晶体管的一端的电位进行重置；
在维持阶段，所述第一开关晶体管处于关闭状态，且由于光照的存在使得所述第一开关晶体管存在漏电流，所述电容靠近所述第二开关晶体管的一端的电位，通过存在漏电流的所述第一开关晶体管逐渐下降；
在读取阶段，所述第二开关晶体管处于导通状态，所述电容靠近所述第二开关晶体管的一端的电位输入给所述探测子电路，所述探测子电路进行数据处理确定触摸点的位置。
2.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，所述提供高电平电压的电极线为所述第一触摸驱动电极线。
3.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，还包括公共电极线，所述提供高电平电压的电极线为该公共电极线。
4.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。
5.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和第二开关晶体管为N型晶体管。
6.根据权利要求1所述的检测电路，其特征在于，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，所述第二开关晶体管的源极与所述放大器的反向输入端相连。
7.一种触摸屏，其特征在于，包括权利要求1-6任一项所述的检测电路。
8.根据权利要求7所示的触摸屏，其特征在于，所述检测电路位于阵列基板中的亚像素单元中的显示区域。
9.一种显示装置，其特征在于，包括权利要求7或8所述的触摸屏。
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