CN103425306B - 应用于触控屏幕的控制系统 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种应用于触控屏幕的控制系统，在屏幕控制器与触控控制器间设置一转压器，将驱动屏幕的共同电压转换为对应的时序信号，并使时序信号符合触控控制器能接收的输入信号范围。

Description

应用于触控屏幕的控制系统

技术领域

本发明是有关于一种应用于触控屏幕的控制系统，且特别是有关于一种利用转压器将驱动屏幕的共同电压转压为一可输入至触控控制器的时序信号并据以控制触控感测时序的控制系统。

背景技术

触控屏幕结合了触控感测器的触控感测功能与屏幕的显示功能，能为使用者提供友善、直觉的操控介面，已经成为现代社会最受欢迎的人机介面之一。

请参考图1，显示已知触控屏幕10的剖面图；触控屏幕10以胶合层ADVp将触控感测器12与屏幕14结合为一。触控感测器12中包括覆镜（coverlens）层CLp、胶合层OCAp、电极层ITO_SRp、隔离层PET1p、电极层ITO_SLD与隔离层PET2p。覆镜层CLp可以是玻璃或压克力，胶合层OCAp为光学性透明胶合（OpticallyClearAdhesive）层，电极层ITO_SRp与ITO_SLD为氧化铟锡（indiumtinoxide，ITO）形成的导体层，隔离层PET1p与PET2p则是聚酯薄膜形成的不导电隔离层。电极层ITO_SRp内设有多个感测电极，当使用者在覆镜层CLp上进行触控时，分布于不同位置的各感测电极会分别耦合到不同程度的电容改变；根据各感测电极的位置与其耦合到的电容改变，以解析出触控位置。

屏幕14可为液晶显示面板，在上玻璃基板TG上形成电极层ITO_VCOMp与液晶结构LCSp。电极层ITO_VCOMp为氧化铟锡形成的导体层；液晶结构LCSp则在另一氧化铟锡电极层（未绘出）内设置矩阵排列的像素电极，各像素电极搭配一薄膜晶体管（未绘出）以形成一像素，并有液晶填充在各像素电极与电极层ITO_VCOMp之间。电极层ITO_VCOMp沿屏幕14的平面方向延伸涵盖屏幕的像素电极，导通一共同电压；各薄膜晶体管则会在栅极电压的控制下将源极电压导通至对应像素电极。因此，在各像素中，像素电极导通的源极电压就能和电极层ITO_VCOMp上传输的共同电压一起驱动两者间填充的液晶，使液晶改变状态，例如排列方向，以改变像素的透明度，使所有像素能搭配组合出明暗有致、色彩分明的影像。

当液晶长期被固定极性的电压驱动时，会使其分子特性遭到破坏，而在屏幕14上呈现出残影。为了避免残影，电极层ITO_VCOMp上传输的共同电压会周期性地转态切换至不同的电位，以进行极性反转。由于触控感测器12与屏幕14中的电极层ITO_VCOMp十分接近，且电极层ITO_VCOMp的面积又很大，故已知触控感测器12内必须设置遮蔽的电极层ITO_SLD，避免让共同电压的转态耦合至电极层ITO_SRp的感测电极。若未设置电极层ITO_SLD，共同电压转态所引发的暂态会耦合至电极层ITO_SRp的感测电极，干扰触控感测。

发明内容

本发明提供一种应用于触控屏幕的控制系统，触控屏幕设有一屏幕及一触控感测器。控制系统包括屏幕控制器、转压器与触控控制器。屏幕控制器提供一共同电压驱动屏幕，共同电压在第一信号范围中变动。转压器具有一输入端与一输出端；输入端耦接共同电压，使转压器可根据共同电压而在输出端提供对应的时序信号；时序信号在第二信号范围中变动，而第二信号范围与第一信号范围相异。触控控制器耦接该输出端，根据时序信号控制触控感测器。

较佳地，转压器设有一交流耦合电路与一电位调整器。交流耦合电路耦接于转压器的输入端与输出端之间，用以滤除共同电压的直流部份，并将滤除结果反应于输出端；电位调整器则耦接于输出端，控制时序信号的第二信号范围。

较佳地，交流耦合电路包含一电容，耦接于转压器的输入端与输出端之间。

较佳地，电位调整器包括第一电阻与第二电阻。第一电阻的两端分别耦接第一操作电压（如一正电压）与转压器的输出端；第二电阻的两端分别耦接于转压器的输出端与第二操作电压（如一地电压）。交流耦合电路滤除共同电压的直流部份并将滤除结果反应于输出端，而第一电阻与第二电阻则会在第一操作电压与第二操作电压间进行分压；分压建立的直流电压会加载于输出端的滤除结果，为滤除直流部份的共同电压重新赋予另一个直流部份，成为时序信号。

较佳地，电位调整器设有电阻及二极管，电阻耦接于第二操作电压与输出端之间；二极管的阳极与阴极则分别耦接第二操作电压与输出端。当直流部份被滤除的共同电压反应于输出端时，第二操作电压加上电阻跨压可为时序信号的第二信号范围建立上限，而第二操作电压减去二极管在阳极与阴极间的顺偏跨压则形成第二信号范围的下限。二极管可以是一肖特基二极管（Schottkydiode），因其顺偏跨压较小，可使第二信号范围的下限接近于第二操作电压。

较佳地，转压器内的电位调整器与触控控制器封装于同一芯片中，屏幕控制器封装于另一芯片，转压器中的交流耦合电路则耦接于此两芯片之间。或者，触控控制器与屏幕控制器分别为两芯片，转压器耦接于此两芯片之间。

较佳地，触控控制器可设置一个转换器与一感测时序电路。转换器耦接转压器的输出端，根据时序信号提供一数位的指示信号。感测时序电路耦接转换器，其可根据指示信号提供一闸控信号。闸控信号中有多个非感测时段与多个感测时段，非感测时段对应指示信号中的转态（transition），而在感测时段中指示信号会维持于稳态（steadystate）。也就是说，非感测时段会涵盖转态前后容易导致感测干扰的时段，而感测时段则会避开非感测时段。触控控制器可依据闸控信号控制触控感测器以避免共同电压转态的干扰；触控控制器可以在非感测时段中停止感测，以及/或者将非感测时段中的感测结果排除。

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1示意的是一已知触控屏幕。

图2示意的是依据本发明一实施例的控制系统与触控屏幕。

图3示意的是图2控制系统的运作时序。

图4示意的是依据本发明另一实施例的控制系统。

图5示意的是依据本发明一实施例的触控屏幕。

主要元件符号说明

10、20：触控屏幕

12、22：触控感测器

14、24：屏幕

26：屏幕控制器

28：触控控制器

30a-30b：控制系统

32a-32b：转压器

34：交流耦合电路

36a-36b：电位调整器

38：转换器

40：感测时序电路

C1-C2：电容

R1-R3：电阻

D：二极管

Ni、Nc：节点

VDD、VSS：操作电压

VCOM：共同电压

Sa：时序信号

Sd：指示信号

Sg：闸控信号

Ts：感测时段

Tns：非感测时段

T1-T2：时段

V1t-V1b、V2t-V2b：电位

CLp、CL：覆镜层

OCAp、OCA、ADVp、ADV：胶合层

ITO_SRp、ITO_SR、ITO_SLD、ITO_VCOMp、ITO_VCOM：电极层

PET1p、PET2p、PET1：隔离层

TGp、TG：上玻璃基板

LCSp、LCS：液晶结构

具体实施方式

请参考图2，其依据本发明一实施例的控制系统30a搭配触控屏幕20的示意图。触控屏幕20设有屏幕24及触控感测器22，而控制系统30a包括屏幕控制器26、转压器32a与触控控制器28。屏幕控制器26提供一共同电压VCOM以驱动屏幕24。转压器32a的节点Ni与Nc可分别视为其输入端与输出端；输入端于节点Ni耦接共同电压VCOM，使转压器32a可根据共同电压VCOM而在节点Nc的输出端提供一对应的时序信号Sa。触控控制器28耦接节点Nc，根据时序信号Sa控制触控感测器22。

在此实施例中，转压器32a设有交流耦合电路34与电位调整器36a。交流耦合电路34中可设置一电容C1，耦接于节点Ni与Nc之间，用以滤除共同电压VCOM的直流部份，并将滤除结果反应于节点Nc。电位调整器36a则耦接于节点Nc，控制时序信号Sa的信号范围。电位调整器36a中可设置两电阻R1与R2；电阻R1的两端分别耦接操作电压VDD（例如一正电压）与节点Nc，电阻R2的两端则分别耦接节点Nc与另一操作电压VSS（例如一地电压）。操作电压VDD与VSS可以是触控感测器28的直流操作电压。

图3则显示转压器32a与触控控制器28的运作波形时序图；各波形的横轴为时间。为驱动极性反转，共同电压VCOM在电位V1t与电位V1b间变动，也就是说，共同电压VCOM的峰值至峰值信号范围在电位V1t与V1b之间。由于共同电压VCOM是用来驱动屏幕24的，信号范围取决于屏幕24的特性。举例而言，作为其信号范围上限的电位V1t可以是4伏特，下限的电位V1b则是-1伏特。当共同电压VCOM由电位V1b转态至V1t时，会产生一个升缘的暂态；当共同电压VCOM由电位V1t切换至V1b时，则形成一个降缘的暂态。不论升缘或降缘的暂态，都会干扰触控感测器22的触控感测。较佳地，触控感测机制将依据共同电压VCOM的变化来避开共同电压VCOM的转态处。然而，共同电压VCOM的信号范围是针对屏幕24的需要所设计的，并不符合触控控制器28所能接收的额定输入信号范围。在此实施例中，转压器32a将共同信号VCOM转压为触控控制器28所能接受的时序信号Sa。

在转压器32a中，交流耦合电路34滤除共同电压VCOM的直流部份并将滤除结果反应于节点Nc，而电阻R1与R2则会在操作电压VDD与VSS之间进行分压；分压建立的直流电压会加载于节点Nc的滤除结果，等效上也就是为滤除直流部份的共同电压VCOM重新赋予另一个直流部份，成为时序信号Sa。如图3所示，时序信号Sa的信号范围上限与下限会分别被转压器32a调整至电位V2t与V2b，电位V2t至V2b落在触控控制器28的额定输入信号范围，使时序信号Sa能被触控控制器28所接收；而时序信号Sa的转态处仍会追随共同电压VCOM的转态处，使触控控制器28能根据时序信号Sa来控制触控感测的进行。

在此实施例中，依据触控控制器28规格所订定的额定输入信号范围来设计电阻R1与R2的值，以使电位V2t与V2b落在额定输入信号范围（如0伏特至5伏特）中。举例而言，若共同电压VCOM维持于电位V1t的时间长短为时段T1，维持于电位V1b的时间为时段T2，则电位V2t=V1t-Vdc+Vdiv且V2b=V1b-Vdc+Vdiv，其中Vdc=(T1*V1t+T2*V1b)/(T1+T2)，代表共同电压VCOM的直流部份；而Vdiv=(VDD*R2+VSS*R1)/(R1+R2)，代表电位调整器36a分压建立的直流电压。

触控控制器28包含转换器38与感测时序电路40。转换器38耦接转压器32a的节点Nc，根据时序信号Sa提供一数位的指示信号Sd；举例而言，转换器38可以是一个比较器，当时序信号Sa大于一预设值时，指示信号Sd反应逻辑1，当时序信号Sa小于预设值时，指示信号Sd中反应逻辑0；或者，转换器38也可以是一个史密斯触发器（Schmitttrigger）。感测时序电路40耦接转换器38以接收指示信号Sd，并根据指示信号Sd提供一闸控信号Sg。闸控信号Sg中有多个非感测时段Tns与多个感测时段Ts，非感测时段Tns对应指示信号Sd（以及时序信号Sa与共同电压VCOM）中的转态，而在感测时段Ts中，指示信号Sd/时序信号Sa/共同电压VCOM维持于稳态（steadystate）。也就是说，非感测时段Tns会涵盖转态前后容易导致感测干扰的时段，而感测时段Ts则会避开非感测时段。如此，触控控制器28就可依据闸控信号Sg控制触控感测器22，以避免共同电压VCOM的转态干扰。譬如说，触控控制器28可以在非感测时段Tns中停止感测，以及/或者将非感测时段Tns中的感测结果排除。

图4显示依据本发明另一实施例的控制系统30b。控制系统30b应用于触控屏幕20，屏幕控制器26控制触控屏幕20中的屏幕24，触控控制器28则控制触控屏幕20中的触控感测器22。举例而言，屏幕控制器26可为屏幕24提供共同电压VCOM及/或相关的时序信号以控制屏幕24所需要的栅极电压与源极电压；触控控制器28则对触控感测器22中的感测电极（未图示）充放电以利用电荷改变量侦测各感测电极耦合到的电容改变。

控制系统30b设有一转压器32b，以将节点Ni（输入端）的共同电压VCOM转压为节点Nc（输出端）的时序信号Sa，使时序信号Sa的转态追随共同电压VCOM的转态，并使时序信号Sa的信号范围符合触控控制器28所能接受的额定输入信号范围。转压器32b中设有一交流耦合电路34与一电位调整器36b。交流耦合电路34可用一电容C2实现。电位调整器36b中则设置电阻R3及二极管D；电阻R2耦接于操作电压VSS与节点Nc之间，二极管D的阳极与阴极则分别耦接操作电压VSS与节点Nc。

以下沿用图3的波形时序来说明转压器34b的运作。交流耦合电路34滤除共同电压VCOM中的直流部份，当直流部份被滤除的共同电压VCOM反应于节点Nc时，在时段T1中，二极管D不导通，操作电压VSS加上电阻R3的跨压为时序信号Sa建立信号范围上限的电位V2t；在时段T2中，二极管D顺偏而由操作电压VSS导通至节点Nc，故操作电压VSS减去二极管D在阳极与阴极间的顺偏跨压即为电位V2b，也就是时序信号Sa的信号范围下限。因此，电位V2b将会比操作电压VSS还低；较佳地，可采用肖特基二极管（Schottkydiode）实现二极管D，因其顺偏跨压较小（譬如说是0.2伏特），可使电位V2b接近操作电压VSS，并被涵盖在触控控制器28的额定输入信号范围内。

由本发明图2与图4实施例揭示，触控控制器28可利用共同电压VCOM转压所得的时序信号Sa来排除共同电压VCOM中的转态，使共同电压VCOM的转态不会干扰触控感测的进行。较佳地，可在触控屏幕的触控感测器中省略遮蔽用的电极层。请参考图5，其所示意的是依据本发明一实施例的触控屏幕20。触控屏幕20以一胶合层ADV将触控感测器22与屏幕24结合为一。触控感测器22可以是一电容触控感测器，包括覆镜层CL（可以是玻璃或压克力）、胶合层OCA（可以是光学性透明胶合层）、电极层ITO_SR（譬如说是氧化铟锡形成的导体层）及隔离层PET1（可由聚酯薄膜形成），可省去遮蔽用的电极层。ITO_SR内设有多个感测电极，当使用者在覆镜层CL上进行触控时，分布于不同位置的各感测电极会分别耦合到不同程度的电容改变；触控控制器28（图2与图4）耦接于这些感测电极以侦测各感测电极耦合到的电容改变，并据此解析出触控位置。

屏幕24可以是一液晶显示面板，其于上玻璃基板TG上形成一电极层ITO_VCOM与一液晶结构LCS。电极层ITO_VCOM可以是氧化铟锡（indiumtinoxide，ITO）形成的导体层；液晶结构LCS则可以在另一氧化铟锡电极层（未绘出）内设置矩阵排列的像素电极，各像素电极搭配一薄膜晶体管（未绘出）以形成一像素，并有液晶填充在各像素电极与电极层ITO_VCOM之间。电极层ITO_VCOM沿屏幕24的平面方向延伸涵盖全屏幕的各个像素电极，并耦接屏幕控制器26以导通屏幕控制器26提供的共同电压VCOM；各薄膜晶体管则会在栅极电压的控制下将源极电压导通至对应像素电极。因此，在各像素中，像素电极导通的源极电压就能和电极层ITO_VCOM上传输的共同电压一起驱动两者间填充的液晶，使液晶改变状态（例如排列方向），以改变像素的透明度，呈现出明暗有致、色彩分明的影像。

在一具体实施例中，屏幕控制器26与触控控制器28可分别为两控制芯片，两者安装于电路板上，而转压器32a（32b）可设置于此电路板上，以耦接于屏幕控制器26与触控控制器28之间。在另一种实施例中，屏幕控制器26封装于一第一芯片，转压器32a（32b）的电位调整器36a（36b）则和触控控制器28一起封装在一第二芯片中，交流耦合电路34则设于电路板上。也就是说，交流耦合电路34经由第二芯片的脚位而耦合至第二芯片中的电位调整器36a（36b），以实现转压器32a（32b）的功能。

综上所述，本发明在屏幕控制器与触控控制器间建立转压机制，使得触控控制器利用屏幕控制器的共同电压来排除共同电压对触控感测的干扰，可确保触控感测正确无误，并精简触控屏幕的架构，降低触控屏幕的成本，增进触控屏幕的特性与性能，并提升触控屏幕的良率。

综上所述，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。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围由权利要求书界定为准。

Claims (10)

1.一种控制系统，应用于一触控屏幕，该触控屏幕设有一屏幕及一触控感测器，该控制系统包含：

一屏幕控制器，提供一共同电压给该屏幕；该共同电压在一第一信号范围中变动；

一转压器，具有一输入端与一输出端，该输入端耦接该共同电压，该转压器根据该共同电压以于该输出端提供一时序信号，该时序信号在一第二信号范围中变动，该第一信号范围与该第二信号范围相异；以及

一触控控制器，耦接该输出端，根据该时序信号控制该触控感测器。

2.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，该转压器包含：

一交流耦合电路，耦接于该输入端与该输出端之间，用以滤除该共同电压的一直流部份；以及

一电位调整器，耦接于该输出端，调整该时序信号至该第二信号范围。

3.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，该交流耦合电路包含一电容，耦接于该输入端与该输出端之间。

4.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，该电位调整器包含：

一第一电阻，耦接于一第一操作电压与该输出端之间；以及

一第二电阻，耦接于该输出端与一第二操作电压之间。

5.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，该电位调整器与该触控控制器封装于同一芯片中。

6.如权利要求2所述的控制系统，其特征在于，该电位调整器包含：

一电阻，耦接于一预设操作电压与该输出端之间；以及

一二极管，具有一阳极与一阴极，分别耦接该预设操作电压与该输出端。

7.如权利要求6所述的控制系统，其特征在于，该二极管为一肖特基二极管。

8.如权利要求1所述的控制系统，其特征在于，该触控控制器包含：

一转换器，耦接该输出端，根据该时序信号产生一指示信号；以及

一感测时序电路，耦接该转换器，根据该指示信号提供一闸控信号，该闸控信号中包含多个非感测时段与多个感测时段，该些非感测时段对应该指示信号中的转态，且在该些感测时段中该指示信号维持于稳态。

9.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，该转换器为一比较器。

10.如权利要求8所述的控制系统，其特征在于，该转换器为一史密斯触发器。