CN103513844B - 触摸感应装置及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

触摸感应装置及其驱动方法。根据本发明的触摸感应装置包括：包括多个像素并显示图像的显示设备；包括多个触摸传感器并被包括在所述显示设备内的触摸屏；用于驱动所述显示设备的显示面板驱动电路；用于将驱动信号施加到所述触摸传感器以感应所述触摸传感器中的电压或电容变化的触摸感应电路；用于将第一帧周期在时间上划分成用于在所述显示设备上显示图像的第一驱动周期和用于感应所述触摸传感器的第二驱动周期的控制器；以及用于使用复位使能信号控制所述显示面板驱动电路的操作，以在所述第一驱动周期和所述第二驱动周期之间的预定时间间隔将所述显示设备的像素初始化成相等的复位电压的复位控制电路。

Description

触摸感应装置及其驱动方法
本申请要求于2012年6月21日提交的申请号为10-2012-0066963的韩国专利申请的优先权，通过引用将其并入这里，如在此完全阐述一样。
技术领域
本文涉及触摸感应装置及其驱动方法。
背景技术
用户界面（UI）使人（用户）和各种电及电子设备之间能够通信，从而允许用户轻松地控制这些设备。UI的示例包括键区、键盘、鼠标、在屏显示（OSD）、具有红外通信或射频（RF）通信功能的遥控器等。用户界面技术得以发展从而提高用户的感性上和操作上的便利性。近来，UI已经演化到触摸U1、语音识别UI、3D UI等。触摸UI基本上被安装在移动信息设备上。为了实现触摸UI，触摸屏被提供给家用电器或移动信息设备的显示设备。
构成触摸屏的触摸传感器能够实现为电容触摸传感器、电阻触摸传感器等。因为电容触摸屏比电阻触摸屏具有更高的耐用性和清晰度，且能够识别多点触摸和接近触摸识别，所以电容触摸屏被广泛应用。
包括显示设备和触摸屏的触摸感应装置通过感应触摸（或接近触摸）之前和之后的触摸传感器电容变化来确定导电材料是否被触摸（或接近）以及导电材料的触摸点。触摸屏通常位于显示设备的显示面板中或显示面板上，这样，由于显示面板的驱动信号的影响，噪声被施加于触摸传感器的电压上。这是因为连接到触摸传感器的信号线和连接到显示面板的像素的信号线由于其耦合而彼此电影响。
噪声在很大程度上是受施加到液晶单元（cell）的数据电压中的时间变化所影响。如图1所示，显示面板包括多个像素。每个像素具有包括液晶电容C1c和存储电容Cst的像素电容。当显示面板被用户的手指触摸时，像素电容还能够包括手指电容Cf。由于数据电压随时间而变化，所以像素电容的充电电压变化，从而引起触摸传感器的电压中的噪声。此外，数据电压变化影响选通线和数据线之间的第一寄生电容Cgd、选通线和像素电极之间的第二寄生电容Cgp、数据线和像素电极之间的第三寄生电容Cdp以及选通线和公共电极之间的第四寄生电容Cgc，从而引起触摸传感器的电压中的噪声。
特别地，如图2所示，当一帧被在时间上划分为显示面板驱动周期T1和触摸屏驱动周期T2时，由数据电压变化引起的噪声流入成为问题。当用于黑灰度级的数据电压和用于白灰度级的数据电压之间的差别很大时，黑灰度级和白灰度级被彼此改变时像素(像素电容和寄生电容)的电荷量的变化增大。假设与白灰度级对应的数据电压是5V并且与黑灰度级对应的数据电压是0V，在黑到白灰度级改变的情况下，像素电荷量变化5V（0V到5V）。考虑反转，在白到白灰度级改变的情况下，像素电荷量变化10V（-5V到5V）。这种像素电荷量变化作为噪声被施加到触摸传感器的电压，以增加触摸原始数据的变化（ΔX）。结果，即使触摸传感器没有被触摸，触摸传感器也会像感应到触摸输入一样操作。
图3示出当屏幕显示黑灰度级时的触摸原始数据，图4示出当屏幕被分成显示黑灰度级和白灰度级的四个区域时的触摸原始数据。如图4所示，当白灰度级显示在屏幕上时，不论触摸存在与否，在触摸屏驱动周期（图2中的T2）期间测量到的触摸原始数据在60到125的范围内。相比与黑灰度级对应的触摸原始数据，这是很高的值，并且可以超过用于确定是否施加触摸的参考值。如果与非触摸点对应的触摸原始数据超过该参考值，则会产生触摸识别错误并且降低触摸传感器的灵敏度。
发明内容
相应地，本发明的一个目的在于提供一种触摸感应装置及其驱动方法，用于通过最小化由数据电压变化引起的噪声流入来增加安装在显示设备中的触摸传感器的灵敏度并减少触摸识别错误。
一方面，一种触摸感应装置包括：显示设备，所述显示设备包括多个像素并显示图像；触摸屏，所述触摸屏包括多个触摸传感器，并被包括在所述显示设备内；显示面板驱动电路，所述显示面板驱动电路用于驱动所述显示设备；触摸感应电路，所述触摸感应电路用于将驱动信号施加到所述触摸传感器上以感应所述触摸传感器中的电压或电容变化；控制器，所述控制器用于将第一帧周期在时间上划分成用于在所述显示设备上显示图像的第一驱动周期和用于感应所述触摸传感器的第二驱动周期；以及复位控制电路，所述复位控制电路用于使用复位使能信号控制所述显示面板驱动电路的操作，从而在所述第一驱动周期和所述第二驱动周期之间的预定时间间隔将所述显示设备的像素初始化成相等的复位电压。
附图说明
附图被包括进来以提供对本发明的进一步的理解并被并入且构成本申请的一部分，附图示出了本发明的示例性实施方式，并且与说明书一起用于解释本发明的原理
在附图中：
图1是形成在显示面板中的像素的等效电路图；
图2示出由于数据电压变化引起的噪声流入以及由噪声流入引起的触摸原始数据的变化；
图3示出当屏幕显示黑灰度级时的触摸原始数据；
图4示出当屏幕被分成显示黑灰度级和白灰度级的四个区域时的触摸原始数据；
图5至7示出安装在触摸感应装置的显示设备中的触摸屏的示例；
图8是示出根据本发明实施方式的触摸感应装置的方框图；
图9是形成在图8中所示的显示面板中的液晶单元的等效电路图；
图10A至10C是示出显示面板和触摸屏的复位电压施加时序以及分时操作的时序图；
图11至13是用于示出互电容触摸屏的互连结构以及触摸屏的触摸输入感应原理的图；
图14和15是用于示出包括互电容触摸屏中的不同复位操作的1帧驱动方法的时序图；
图16示出根据复位电压的像素电容的初始化；
图17和18示出自电容触摸屏的互连结构以及触摸屏的触摸输入感应原理；
图19和20是用于示出自电容触摸屏的触摸输入感应原理的时序图；
图21和22是用于示出包括自电容触摸屏中的不同复位操作的1帧驱动方法的时序图；
图23示出用于在复位周期中产生黑灰度级电压作为复位电压的示例的数据驱动电路的操作。
具体实施方式
现将通过优选的实施方式并结合附图详细地描述本发明的上述以及其它方面，这样，本领域技术人员能够容易理解并实现本发明。对优选的实施方式的修改对于本领域的技术人员将是显而易见的，并且在不偏离本发明和附加的权利要求的精神和范围的前提下，可以将此处所解释的说明应用到其它实施方式和应用中。在本发明的以下描述中，当对已知功能和配置的描述使得本发明的主旨变得模糊时，将省略对这些已知功能和配置的详细描述。本说明书从始至终将使用相同的参照编号指代相同或者相似的部件。
图5至7示出安装在触摸感应装置的显示设备中的触摸屏的示例。
根据本发明实施方式的触摸感应装置能够基于诸如液晶显示器（LCD）、场发射显示器（FED）、等离子体显示面板（PDP）、有机发光显示器（OLED）、电泳显示器（EPD）等的平板显示器实现。尽管在以下实施方式中针对液晶显示器对显示设备进行描述，但应注意的是，本发明的触摸感应装置并不局限于液晶显示器。
根据本发明的触摸感应装置可以包括通过如图5至7所示的方法形成的触摸屏TSP。触摸屏TSP可以结合于显示面板的上偏光片POL1上（如图5所示），或者形成在显示面板的上偏光片POL1和上玻璃GLS1之间（如图6所示）。如图7所示，触摸屏TSP的触摸传感器可以形成在显示面板的像素阵列内。在图5至7中，“PIX”表示液晶单元的像素电极，“GLS2”表示下玻璃，“POL2”代表下偏光片。
本发明的触摸屏TSP可以实现为通过多个触摸传感器感应触摸（或接近触摸）输入的电容触摸屏。触摸传感器能够具有自电容或互电容。自电容能够沿着形成在一个方向上的单层导线生成，互电容能够在彼此交叉的两条导线之间生成。
图8是示出根据本发明实施方式的触摸感应装置的方框图，图9是形成在图8中所示的显示面板中的液晶单元的等效电路图。
参照图8和图9，触摸感应装置可以包括显示面板10、显示面板驱动电路24、26和30、时序控制器22、复位控制电路23以及触摸感应电路100。时序控制器22、复位控制电路23、数据驱动电路24以及触摸感应电路100可以集成为单个ROIC封装。
显示面板10包括形成在两个基板之间的液晶层。可以使用玻璃、塑料、膜等制造基板。形成在显示面板10的下基板上的像素阵列包括数据线11、与数据线11交叉的选通线12以及以矩阵形式排列的像素。像素阵列还包括在数据线11和选通线12的交叉处形成的多个薄膜晶体管（TFT）、用于在像素中充入数据电压的像素电极1以及连接至每个像素电极以保持像素电压的存储电容器Cst。
与每个像素对应的液晶单元C1c实现为具有像素电极1和公共电极2的液晶电容器，像素电极1和公共电极2彼此相对，并且其间形成有液晶层。根据施加于像素电极1上的数据电压和施加于公共电极上的公共电压之间的差驱动液晶单元C1c，从而控制输入到显示面板的光的透光率。响应于来自对应的选通线12的选通脉冲而导通每个TFT以提供从对应的数据线11供应到像素电极1上的数据电压。公共电极2可以形成在下基板或上基板上。
显示面板10可以包括黑灰度级和形成在显示面板的上基板上的滤色器。偏光片接合于上基板和下基板中的每一个，用于设置液晶的预倾角的配向层形成在偏光片的内侧，且与液晶接触。用于维持液晶单元间隙的间隔物形成在上基板和下基板之间。
显示面板10能够实现为诸如扭曲向列（TN）模式、垂直配向（VA）模式、面内切换（IPS）模式、边缘场切换（FFS）模式等的已知液晶模式中的任意模式。背光单元可以被置于显示面板10的背面。背光单元可以实现为侧光式（edge type）或直下式（direct type）背光单元，并对显示面板10进行照明。
显示面板驱动电路使用数据驱动电路24以及选通驱动电路26和30向显示面板10的像素写入输入图像的数据电压和复位电压。
数据驱动电路24将从时序控制器22输入的数字视频数据RGB转换成模拟正/负伽玛（gamma）校正电压以生成数据电压。数据驱动电路24将数据电压提供至数据线11，同时在时序控制器22的控制下，在预定时间间隔反转数据电压的极性。
数据驱动电路24在复位控制电路23的控制下生成复位电压，并且将复位电压提供给数据线11。复位电压使由数据电压变化引起的噪声量最小化。在触摸屏TSP被驱动之前，显示面板10的所有像素都根据复位电压被初始化为等电位。复位电压能够被生成为预定初始化电平。特别的，初始化电平可以与黑灰度级电压、接近黑灰度级电压的电压（即，属于黑灰度级范围的电压）以及地电压中的一种对应，以使得可以很容易地生成初始化电平，并且可以防止初始化电平被识别为闪变信号（flicker）。黑灰度级电压和公共电压具有相同的电平。地电压是0V。
在时序控制器22的控制下，选通驱动电路26和30以行序方式将与数据电压同步的第一选通脉冲（或扫描脉冲）提供给选通线以选择显示面板10中的被写入数据电压的像素行。在复位控制电路23的控制下，选通驱动电路22和30将与复位电压同步的第二选通脉冲提供给选通线，以使得施加到数据线上的复位电压被写入显示面板10的像素。
选通驱动电路包括电平移位器26和移位寄存器30。凭借板上栅极GIP（Gate InPanel）处理技术的发展，移位寄存器30能够直接形成在显示面板10上。
电平移位器26能够在与显示面板10的下基板电连接的印刷电路板（PCB）20上形成。在时序控制器22和复位控制器23的控制下，电平移位器26输出在选通高电压VGH和选通低电压VGL之间摆动的第一启动脉冲VST1和第二启动脉冲VST2，以及时钟信号CLK。选通高电压VGH被设置成高于在像素阵列内形成的TFT的阈值电压。选通低电压VGL被设置成低于在像素阵列内形成的TFT的阈值电压。从电平移位器26输出的时钟信号CLK的相位被顺序移位，并且时钟信号CLK被发送到在显示面板10内形成的移位寄存器30。
移位寄存器30形成在显示面板10的下基板（其中形成有像素阵列）的边缘处，且与像素阵列的选通线12相连接。移位寄存器30包括以从属方式相连接的多个级。移位寄存器30响应于从电平移位器26输入的第一启动脉冲VST1而开始操作，响应于时钟信号CLK而对输出进行移位，并且顺序地向显示面板10的选通线提供第一选通脉冲。移位寄存器30能够响应于从电平移位器26输入的第二启动脉冲VST2而生成输出，以同时向显示面板10的选通线提供第二选通脉冲。
时序控制器22向数据驱动电路24的集成电路（IC）提供从外部主系统输入的数字视频数据。时序控制器22接收诸如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能信号DE和时钟信号的时序信号，并且生成用于控制数据驱动电路24以及选通驱动电路26和30的操作时序的时序控制信号。时序控制器22生成用于控制显示面板驱动电路和触摸感应电路100的操作时序的触摸使能信号TEN。
复位控制电路23生成用于控制向显示面板10的像素写入复位电压的时序的复位使能信号REN，以控制显示面板驱动电路的操作。
触摸感应电路100将驱动信号施加到与触摸屏的触摸传感器相连接的互连线，以感应触摸传感器的电压变化或电容变化。触摸感应电路100通过将触摸传感器的电压变化或电容变化转换成数字数据而生成触摸原始数据。此外，触摸感应电路100通过执行预定的触摸识别算法来分析触摸传感器的电压变化或电容变化，以检测触摸（或接近触摸）输入及其位置。触摸感应电路100将包括触摸（或接近触摸）输入点的坐标的触摸报告数据发送到主系统。
主系统可以实现为导航系统、机顶盒、DVD播放器、蓝光播放器、个人计算机（PC）、家庭影院系统、广播接收机以及电话系统中的一种。主系统使用比例缩放器（scaler）将与输入图像对应的数字视频数据的格式转换成适合于显示面板10的分辨率的格式，并且将时序信号与数据一起发送给时序控制器22。此外，响应于从触摸感应电路100输入的触摸报告数据，主系统执行与触摸（或接近触摸）输入相关联的应用程序。
显示面板10和触摸屏TSP能够以时分方式被驱动。
图10A至10C是示出显示面板10和触摸屏TSP的复位电压应用时序以及分时操作的时序图。
参照图10A至图10C，一个帧周期能够被在时间上划分为显示面板驱动周期T1和触摸屏驱动周期T2，并且，复位周期T3能够在与预定帧周期对应的时间间隔被提供在显示面板驱动周期T1和屏幕驱动周期T2之间。
为了定义一个帧周期中的显示面板驱动周期T1和触摸屏驱动周期T2，时序控制器22能够调制从主系统输入的垂直同步信号Vsync以生成触摸使能信号TEN。另选地，响应于在主系统中生成的触摸使能信号TEN，时序控制器22能够控制显示面板驱动周期T1和触摸屏驱动周期T2。因此，将一个帧周期分成显示面板驱动周期T1和触摸屏驱动周期T2并控制显示面板驱动电路和触摸感应电路100的操作时序的控制器可以与时序控制器和主系统中的一种对应。
虽然触摸使能信号TEN的低逻辑电平周期被定义为显示面板驱动周期T1，其高逻辑电平周期被定义为触摸屏驱动周期T2，但是本发明并不局限于此。
在显示面板驱动周期T1中，显示面板驱动电路24、26和30被驱动，而触摸感应电路100并没有被驱动。在显示面板驱动周期T1中，数据驱动电路24在时序控制器22的控制下向数据线11提供数据电压，选通驱动电路26和30向选通线12顺序地提供与数据电压同步的选通脉冲。在显示面板驱动周期T1期间，触摸感应电路100不向触摸屏的互连线提供驱动信号。
在触摸屏驱动周期T2期间，显示面板驱动电路未被驱动，而触摸感应电路100被驱动。在触摸屏驱动周期T2期间，触摸感应电路100将驱动信号施加到与触摸传感器相连接的互连线，以感应触摸传感器中的电压变化或电容变化（RC延迟）。触摸屏TSP的互连线可以是如图11和12中所示的连接到互触摸传感器的Tx线或者是如图18至20中所示的连接到自触摸传感器的感应线。
其间施加复位电压的复位周期T3被提供在显示面板驱动周期T1和触摸屏驱动周期T2之间。为了限定复位周期T3，复位控制电路23能够在触摸使能信号TEN的基础上生成复位使能信号REN。虽然复位控制电路23可以在复位周期T3内将复位使能信号REN生成为高逻辑电平，但是复位使能信号REN并不局限于此，且能够被生成为低逻辑电平。
根据复位使能信号REN，复位周期T3能够以N（N是大于1的自然数）帧的间隔被置于显示面板驱动周期T1和触摸屏驱动周期T2之间。
例如，如图10A所示，复位周期T3能够对于每一帧被提供于显示面板驱动周期T1和触摸屏驱动周期T2之间，且基于逐个帧进行重复。由于当在复位周期T3期间内施加到显示面板的复位电压与黑灰度级电压对应或相似时，预计亮度由于复位周期T3而降低，所以本发明的触摸感应装置还可以包括用于通过控制背光单元的调光率和光源驱动电流中的至少一种来补偿复位周期T3期间的亮度降低的背光控制电路（未示出）。
根据复位使能信号REN，如图10B所示，复位周期T3可以按照两帧的间隔重复；或者如图10C所示，按照三帧的间隔重复。因为通常用户的触摸持续时间比一帧的周期长很多，所以即使当复位周期T3的重复周期被设置为两帧或三帧时，触摸质量也不受影响。
图11至13是用于示出互电容触摸屏TSP的互连结构以及触摸识别方法的图；图14和15是示出包括互电容触摸屏TSP的不同复位操作的1帧驱动方法的时序图；图16示出由于复位电压引起的像素电容（像素电容和寄生电容）的初始化。
参照图11和12，互电容触摸屏TSP包括Tx线和与Tx线交叉的Rx线R1和R2。互电容Cm在Tx线和Rx线R1和R2的每一个交叉处形成。在图12中，“Ct”表示与Tx线相连接的寄生电容，“Cr”表示与Rx线相连接的寄生电容，“Rx”代表Tx线的线电阻，“Rr”代表Rx线的线电阻。
Tx线包括通过链接图案（link pattern）L11至L22在显示面板10的横向（或水平）方向上相连接的触摸电极图案（touch electrode pattern）T11至T23。第一Tx线包括通过链接图案L11和L12在水平方向上相连接的触摸电极图案T11至T13。第二Tx线包括通过链接图案L21和L22在水平方向上相连接的触摸电极图案T21至T23。每个触摸电极图案T11至T23的尺寸大于每个像素的尺寸，并且触摸电极图案T11至T23叠加在多个像素上。触摸电极图案T11至T23叠加在像素电极1上，其间形成有绝缘层。触摸电极图案T11至T23可以由诸如铟锡氧化物ITO的导电材料形成。链接图案L11至L22跨过Rx线R1和R2在横向（水平）方向上与邻近的触摸电极图案电连接。链接图案L11至L22可以叠加在Rx线R1和R2上，其间插入有绝缘层。链接图案L11至L22可以由诸如金属铝（Al）、铝钕（AlNd）、钼（Mo）、铬（Cr）、铜（Cu）、银（Ag）等的金属或透明导电材料形成。
Rx线R1和R2在显示面板10的纵向（或垂直）方向上形成，且与Tx线交叉。Rx线R1和R2可以由诸如ITO的透明导电材料形成。Rx线R1和R2可以叠加在多个像素（未示出）上。Rx线R1和R2可以在显示面板10的上基板或下基板上形成。
在互电容触摸屏TSP中，可以通过图案化公共电极2形成触摸电极图案T11至T23。Rx线R1和R2可以在显示面板10的上基板或下基板的正面或背面形成。显示面板10的数据线11可以用作Rx线R1和R2。另选地，Rx线R1和R2可以实现为与数据线11分离的互连线。
在互电容触摸屏TSP中，如图13所示，与当触摸屏没有被触摸时的电平相比，当触摸屏被触摸时，触摸传感器中充入的电压减小。触摸感应电路100感应到触摸输入施加之前和之后的触摸传感器的电压变化（ΔV），并且当电压变化超过预定参考值时，确定当前感应的触摸传感器是与触摸（或接近触摸）输入点对应的传感器。
结合图14和15描述包括互电容触摸屏TSP中的复位操作的1帧驱动方法。
在显示面板驱动周期T1中，公共电压Vcom被提供给Tx线T11至T23和L11至L22。相应地，在显示面板驱动周期T1期间，Tx线作为公共电极进行操作；并且在触摸屏驱动周期T2期间，用作驱动信号线，用于向具有互电容的触摸传感器施加驱动信号。
触摸感应电路100与Tx线T11至T23和L11至L22以及Rx线R1和R2相连接。触摸感应电路100在显示面板驱动周期T1期间是禁用的，而在触摸屏驱动周期T2期间是使能的，从而仅在触摸屏驱动周期T2内顺序地向Tx线T11至T23和L11到L22提供驱动信号并且通过Rx线接收触摸传感器的电压。驱动信号在驱动电压Vdrv和参考电压Vref之间摆动。在图14和15中，“D1至D4”表示显示面板10的数据线，“G1至G3”表示显示面板10的选通线。在触摸屏驱动周期期间，数据线D1至D4能够是浮动的（Hi-Z）或与地（GND）相连接，并且可以与任意DC电压或灰度电压（gradation voltage）相耦接。
触摸感应电路100采样通过Rx线R1和R2接收到触摸传感器的电压，并将采样到的电压在积分器（integrator）的电容器中进行累积。触摸感应电路100将积分器的电容器中充入的电压转换成数字数据，将数字数据与预定的阈值进行比较，并将高于阈值的数据确定为与触摸（或接近触摸）输入点对应的触摸数据。
在复位周期T3期间，触摸感应电路100被禁用，显示面板驱动电路被使能。在对应的帧内，复位周期T3被提供在显示面板驱动周期T1和触摸屏驱动周期T2之间。在复位周期T3期间，显示面板驱动电路能够同时将复位电压Vreset提供给显示面板10的像素。虽然在复位周期T3内能够以行序方式将提供复位电压Vreset提供给像素，但是优选的是，同时将复位电压Vreset提供给像素，从而在有限时间内获得充足的复位效果。此外，当以行序方式施加复位电压Vreset时，复位周期T3增加，因此，触摸屏驱动周期T2减小。鉴于此，更优选的是，同时将复位电压Vreset提供给像素。
对于复位电压Vreset的同时提供，数据驱动电路24可以生成与公共电压Vcom对应的黑灰度级电压（或类似黑灰度级电压的电压）并将黑灰度级电压提供给数据线D1至D4（如图14所示），或者生成地电压（GND）并将地电压提供给数据线D1至D4（如图15所示）。这里，选通驱动电路可以生成与复位电压Vreset同步的第二选通脉冲，并将第二选通脉冲同时提供给选通线G1至G3。包括在显示面板10中的所有TFT响应于第二选通脉冲而被同时导通，这样，复位电压Vreset能够被施加给显示面板的所有像素。由于第二选通脉冲被同时提供给选通线，所以第二选通脉冲能够被生成为使得第二选通脉冲具有的脉冲宽度（W2）宽于在显示面板驱动周期T1期间以行序方式施加的第一选通脉冲的脉冲宽度（W2>W1）。当第二选通脉冲具有较宽脉冲宽度（W2）时，复位效果能够如上所述地改进。
复位电压Vreset是在触摸屏TSP被驱动之前施加到像素上的初始化电压。包括像素电容和寄生电容的像素的所有电容被初始化为等电位（如图16所示）。相应地，即使由于数据电压变化使像素电容发生变化，因为根据复位操作像素电容被初始化为特定值，所以防止像素电容变化作为噪声施加到触摸传感器的电压。根据本发明，可以显著地降低在即使没有施加触摸但是触摸传感器仍然感应到触摸输入时所生成的触摸识别错误，并且增加触摸传感器的灵敏度，从而提高触摸可靠性。
图17和18示出自电容触摸屏TSP的互连结构以及触摸识别方法。图19是示出自电容触摸屏TSP的等效电路图，图20是示出自电容触摸屏TSP的触摸输入感应原理的波形图。图21和22是示出包括自电容触摸屏TSP的不同复位操作的1帧驱动方法的波形图。
参照图17和图18，自电容触摸屏TSP包括触摸电极图案CH1至CHn。每个触摸电极图案CH1至CHn大于每个像素。触摸电极图案CH1至CHn与叠加在多个像素上的透明电极图案对应，并在像素阵列内形成。自触摸传感器包括每个触摸电极图案。每个触摸电极图案CH1至CHn起到公共电极2和自触摸传感器的电极的作用。
触摸感应电路100能够通过感应线S1到Sn与触摸电极图案CH1至CHn一对一地相连接。在显示面板驱动周期T1期间，通过感应线S1至Sn将公共电压Vcom提供给触摸电极图案CH1至CHn，并且在触摸屏驱动周期T2期间通过感应线S1至Sn将驱动信号（如图21和22所示）提供给触摸电极图案CH1至CHn。相应地，在显示面板驱动周期T1期间，触摸电极图案CH1至CHn作为公共电极2操作，在触摸屏驱动周期T2期间，用作用于感应自触摸传感器的电极。
触摸感应电路100在显示面板驱动周期T1期间被禁用，在触摸屏驱动周期T2期间被使能，从而仅在触摸屏驱动周期T2内同时将驱动信号（如图21和22所示）提供给感应线S1至Sn。
为了减少触摸感应电路100的输入/输出通道引脚数目，可以将如图18中所示的多路复用器102提供到触摸感应电路100和自电容触摸屏TSP中的感应线S1至Sn之间。当多路复用器102是1:N（N是大于2并小于n的正整数）多路复用器时，n/N个输入/输出引脚与多路复用器102的输入端相连接，驱动信号通过n/N个输入/输出引脚从触摸感应电路100中输出。在多路复用器102中，n个输出端与感应线S1至Sn一对一地相连接。相应地，本发明使用多路复用器102能够减少触摸感应电路100的引脚数目。
假设感应线S1至Sn被分成三组，则多路复用器102的n/3个输入/输出引脚P1至Pn/3与第一组感应线相连接，以将驱动信号同时提供给与第一组感应线相连接的触摸传感器。之后，多路复用器102的n/3个输入/输出引脚P1至Pn/3与第二组感应线相连接，以将驱动信号同时提供给与第二组感应线相连接的触摸传感器。接着，多路复用器102的n/3个输入/输出引脚P1至Pn/3与第三组感应线相连接，以将驱动信号同时提供给与第三组感应线相连接的触摸传感器。相应地，触摸感应电路100能够通过n/3个引脚将驱动信号提供给n个触摸电极图案CH1至CHn。
将结合图19和20描述自电容触摸屏TSP的触摸输入感应原理。自电容触摸屏TSP包括电阻R以及寄生电容Cg、Cd和Co。电阻R包括触摸屏TSP和显示面板10的线电阻和寄生电阻。在图19中，Cg是在触摸屏TSP的互连线和选通线12之间生成的寄生电容，Cd是在触摸屏TSP的互连线和数据线11之间生成的寄生电容。Co是在除了数据线11及选通线12以外的部件和触摸屏TSP的互连线之间生成的寄生电容。
当驱动信号Vo被施加到触摸屏TSP的互连线时，驱动信号Vo的上升沿和下降沿被延迟了根据电阻R和寄生电容Cg、Cd和Co所确定的RC延迟。当导体或手指触摸该触摸屏TSP时，电容被增加Cf，从而进一步增大了图19中的RC延迟。在图20中，实线示出当没有触摸施加到触摸屏TSP时驱动信号Vo的下降沿，虚线示出当触摸输入施加到触摸屏TSP时驱动信号Vo的下降沿。触摸感应电路100将驱动信号的上升沿和下降沿中的至少一个与预定参考电压值Vx进行比较。触摸感应电路100通过对从驱动信号的上升沿和下降沿中的至少一个到参考电压值Vx的延迟时间进行计数来感应触摸传感器的电容变化。关于到达参考电压值Vx所用的参考时间的信息被预先存储在触摸感应电路100中。当计数器实时测量的驱动信号的延迟时间与预定参考时间信息之间的时间差Δt超过预定阈值时，触摸感应电路100将当前感应的自触摸传感器确定为与触摸（或接近触摸）输入点对应的传感器。
将结合图21和22描述包括自电容触摸屏TSP的复位操作的1帧驱动方法。
在显示面板驱动周期T1期间，公共电压Vcom被提供给触摸电极图案CH1至CH3。相应地，触摸电极图案CH1至CH3在显示面板驱动周期T1期间作为公共电极进行操作，并且在触摸屏驱动周期T2期间用作具有自电容的触摸传感器。
触摸感应电路100与触摸电极图案CH1至CH3相连接。触摸感应电路100在显示面板驱动周期T1期间被禁用，在触摸屏驱动周期T2期间被使能，从而仅在触摸屏驱动周期T2内将驱动信号同时提供给触摸电极图案CH1至CH3并接收触摸传感器的电容变化。驱动信号在驱动电压Vdrv和公共电压Vcom之间摆动。在图21和22中，“D1到D4”是显示面板10的数据线，“G1到G3”是显示面板10的选通线。数据线D1至D4可以是浮动的（Hi-Z），或在触摸屏驱动周期T2期间被提供有地电压GND。相应地，在触摸屏驱动周期T2期间，可以将任意电流电压或灰度电压提供给数据线D1至D3。
为了感应触摸传感器的电容变化，触摸感应电路100检查计数器实时测量的驱动信号的延迟与预定参照时间信息之间的时间差Δt是否超过预定阈值电压，并将超过阈值的数据识别为与触摸（或接近触摸）输入点对应的触摸数据。
在复位周期T3期间，触摸感应电路100被禁用，而显示面板驱动电路被使能。在对应的帧内，复位周期T3被安排在显示面板驱动周期T1和触摸屏驱动周期T2之间。在复位周期T3期间，显示面板驱动电路能够将复位电压Vreset同时提供给显示面板的像素。
对于复位电压Vreset的同时提供，数据驱动电路24可以生成与公共电压Vcom对应的黑灰度级电压（或接近黑灰度级电压的电压）并将黑灰度级电压提供给数据线D1至D4（如图21所示），或者生成与地电压GND对应的电压并将该电压提供给数据线D1至D4（如图22所示）。这里，选通驱动电路可以生成与复位电压Vreset同步的第二选通脉冲，并将第二选通脉冲同时提供给选通线G1至G3。包括在显示面板10中的所有TFT响应于第二选通脉冲而被同时导通，这样，复位电压Vreset能够被同时施加到显示面板的所有像素。由于第二选通脉冲被同时施加到像素，所以能够生成第二选通脉冲，以使得第二选通脉冲具有的脉冲宽度宽于在显示面板驱动周期T1期间以行序方式施加的第一选通脉冲的脉冲宽度（W2>W1）。当第二选通脉冲的脉冲宽度（W2）较宽时，复位效果能够改进。
复位电压Vreset是在触摸屏TSP被驱动之前施加到像素的初始电压。包括像素电容和寄生电容的像素的所有电容被初始化为等电位（如图16所示）。相应地，即使由于数据电压变化使像素电容发生变化，由于根据复位操作像素电容被初始化为特定值，所以防止了像素电容变化作为噪声施加到触摸传感器的电压。根据本发明，可以显著地降低在即使没有施加触摸但是触摸传感器仍然感应到触摸输入时所生成的触摸识别错误，并且增加了触摸传感器的灵敏度，从而提高了触摸可靠性。
图23示出在复位周期中产生黑灰度级电压作为复位电压的示例的数据驱动电路24的操作。
在复位周期T3期间，数据驱动电路24能够执行电荷共享操作以生成黑灰度级电压或类似黑灰度级电压的电压。电荷共享用于通过在数据驱动电路24中短路第一输出通道（正（+）数据电压从第一输出通道输出）和第二输出通道（负（-）数据电压从第二输出通道输出），使同时施加在所有数据线上的复位电压等于黑灰度级电压或类似黑灰度级电压。
对于电荷共享，数据驱动电路24除了数据电压发生器241和输出电路242之外还包括电荷共享电路243。数据电压发生器241包括移位寄存器、锁存器阵列、伽玛校正电压发生器、数字-模拟转换器等。
输出电路242包括多个缓存器BUF，这些缓存器与数据输出通道一对一地连接，以将从数据电压发生器241提供的模拟数据电压的信号衰减最小化。
电荷共享电路243包括：多个第一开关SW1，每个第一开关连接在相邻的输出通道之间；多个第二开关SW2，每个第二开关连接在每个缓存器BUF的输出端和每个输出通道之间；以及用于使复位使能信号REN反相的多个反相器INV。
在显示面板驱动周期T1和触摸屏驱动周期T2期间，响应于处于截止电平的复位使能信号REN而截止第一开关SW1，响应于被反相器INV反相的复位使能信号REN的导通电平而导通第二开关SW2。由于处于导通电平的复位使能信号REN在复位周期T3内被施加到数据驱动电路24，所以第一开关SW1导通而第二开关SW2截止。根据导通的第一开关SW1执行电荷共享，因此，处于与黑灰度级对应的公共电压电平的复位电压被输出给所有的数据线D1至Dn。
另选地，可以通过除了电荷共享之外的方法（未示出）生成作为复位电压的示例的黑灰度级电压。即，数据驱动电路24能够响应于复位使能信号REN，将其中预先设置的黑灰度级代码“00000000”施加到数据电压发生器241，通过数据电压发生器241生成黑灰度级电压，并随后将黑灰度级电压提供给所有的数据线。
数据驱动电路24可以生成作为复位电压的示例的地电压。数据驱动电路24能够通过响应于复位使能信号REN控制形成输出电路242的缓存器BUF的偏置电压来生成地电压，并将地电压提供给所有的数据线。
如上所述，根据本发明的触摸感应装置及其驱动方法，通过以预定时间间隔在显示面板驱动周期和触摸屏驱动周期之间的时段期间，将显示面板的所有像素初始化为相等的复位电压，来防止根据输入图像的数据电压变化被施加为触摸噪声。由于用于复位像素电容的复位电压是特定偏移值，所以当应用触摸算法时，能够很容易地省去触摸坐标的计算。
本发明通过最小化根据数据电压变化的噪声流入来增加安装在显示设备中的触摸传感器的灵敏度，并且显著地降低了触摸识别错误，从而提高了触摸可靠性。
尽管出于说明的目的描述了本发明的示例性的各方面，但是本领域技术人员将能够理解的是，在不偏离本发明的本质特征的前提下，各种修改、增加以及替换都是可能的。因此，这里描述的实施方式仅是示例性的，且不被认为是对于本发明的限制。因此，本发明的范围由权利要求及其等同物所限定，并不限于上述各方面。

Claims (18)

1.一种触摸感应装置，所述触摸感应装置包括：
显示设备，所述显示设备包括多个像素并显示图像；
触摸屏，所述触摸屏包括多个触摸传感器，并且所述触摸屏被包括在所述显示设备中；
显示面板驱动电路，所述显示面板驱动电路用于驱动所述显示设备；
触摸感应电路，所述触摸感应电路用于将驱动信号施加到所述触摸传感器，以感应所述触摸传感器中的电压或电容变化；
控制器，所述控制器用于将第一帧周期在时间上划分成用于在所述显示设备上显示图像的第一驱动周期和用于感应所述触摸传感器的第二驱动周期；以及
复位控制电路，所述复位控制电路用于使用复位使能信号控制所述显示面板驱动电路的操作，以在所述第一驱动周期和所述第二驱动周期之间的预定时间间隔将所述显示设备的像素初始化成相等的复位电压，
其中，所述复位控制电路生成所述复位使能信号，并设置复位周期，在所述复位周期内根据所述复位使能信号将所述复位电压施加到所述像素，
其中，对于每N个帧，所述复位周期被安排在所述第一驱动周期和所述第二驱动周期之间，N是大于1的自然数。
2.根据权利要求1所述的触摸感应装置，其中，所述复位电压被选择为特定灰度电压或地电压。
3.根据权利要求2所述的触摸感应装置，其中，所述特定灰度电压包括在特定范围内的黑灰度级电压。
4.根据权利要求1所述的触摸感应装置，所述触摸感应装置还包括：
背光控制电路，所述背光控制电路用于通过控制包括在所述显示设备中的背光单元的调光率和光源驱动电流中的至少一个来补偿由于所述复位周期所引起的亮度降低。
5.根据权利要求3所述的触摸感应装置，其中，所述显示面板驱动电路包括数据驱动电路和选通驱动电路，
其中，所述数据驱动电路生成用于图像显示的数据电压并在所述第一驱动周期内将所述数据电压提供给数据线，所述数据驱动电路根据所述复位使能信号生成所述复位电压并在施加复位电压的所述复位周期内将所述复位电压提供给所述数据线，
其中，所述选通驱动电路在所述第一驱动周期内将与所述数据电压同步的第一选通脉冲顺序地提供给选通线，并在所述复位周期内根据所述复位使能信号将与所述复位电压同步的第二选通脉冲提供给所述选通线。
6.根据权利要求5所述的触摸感应装置，其中，所述选通驱动电路将所述第二选通脉冲同时提供给所述选通线。
7.根据权利要求6所述的触摸感应装置，其中，所述第二选通脉冲具有的脉冲宽度比所述第一选通脉冲的脉冲宽度更宽。
8.根据权利要求5所述的触摸感应装置，其中，在所述复位周期内，所述数据驱动电路短路第一输出通道和第二输出通道以生成处于黑灰度级电平的复位电压，正数据电压通过所述第一输出通道输出，负数据电压通过所述第二输出通道输出。
9.根据权利要求5所述的触摸感应装置，其中，在所述复位周期内，所述数据驱动电路同时控制输出缓冲器的偏置电压以生成处于地电压电平的复位电压。
10.一种驱动触摸感应装置的方法，所述触摸感应装置包括：包括多个像素并显示图像的显示设备、包括多个触摸传感器且被包括在所述显示设备中的触摸屏、用于驱动所述显示设备的显示面板驱动电路以及用于施加驱动信号到所述触摸传感器以感应所述触摸传感器中的电压或电容变化的触摸感应电路，所述方法包括：
设置一个帧周期的一部分作为第一驱动周期，所述第一驱动周期用于在所述显示设备上显示图像；
设置所述一个帧周期的剩余部分作为第二驱动周期，所述第二驱动周期用于感应所述触摸传感器；以及
在所述第一驱动周期和所述第二驱动周期之间的预定时间间隔将所述显示设备的像素初始化为相等的复位电压，
其中，将所述显示设备的像素初始化为相等的复位电压的步骤包括：
生成复位使能信号；以及
设置复位周期，在所述复位周期期间，根据所述复位使能信号将所述复位电压施加到所述像素，
其中，所示复位周期被安排在所述第一驱动周期和所述第二驱动周期之间，并且以N个帧的间隔重复，N是大于1的自然数。
11.根据权利要求10所述的方法，其中，所述复位电压被选择为特定灰度电压或地电压。
12.根据权利要求11所述的方法，其中，所述特定灰度电压包括在特定范围内的黑灰度级电压。
13.根据权利要求10所述的方法，所述方法还包括：
通过控制包括在所述显示设备中的背光单元的调光率和光源驱动电流中的至少一个来补偿由于复位周期所引起的亮度降低。
14.根据权利要求10所述的方法，其中，将所述显示设备的像素初始化为相等的复位电压的步骤包括：
使用包括在所述显示面板驱动电路中的数据驱动电路生成用于图像显示的数据电压并在所述第一驱动周期内将所述数据电压提供给数据线，根据所述复位使能信号生成所述复位电压并在施加复位电压的所述复位周期内将所述复位电压提供给所述数据线；以及
使用包括在所述显示面板驱动电路中的选通驱动电路在所述第一驱动周期内将与所述数据电压同步的第一选通脉冲顺序地提供给选通线，并在所述复位周期内根据所述复位使能信号将与所述复位电压同步的第二选通脉冲提供给所述选通线。
15.根据权利要求14所述的方法，其中，所述选通驱动电路将所述第二选通脉冲同时提供给所述选通线。
16.根据权利要求15所述的方法，其中，所述第二选通脉冲具有的脉冲宽度比所述第一选通脉冲的脉冲宽度更宽。
17.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述复位周期内，所述数据驱动电路短路第一输出通道和第二输出通道以生成处于黑灰度级电平的复位电压，正数据电压通过所述第一输出通道输出，负数据电压通过所述第二输出通道输出。
18.根据权利要求14所述的方法，其中，在所述复位周期内，所述数据驱动电路同时控制输出缓冲器的偏置电压以生成处于地电压电平的复位电压。
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