CN103870053B - 具有触摸功能的显示装置 - Google Patents

Abstract

公开一种显示装置，该显示装置包括：显示面板，附在显示面板上的包括Tx线和与Tx线交叉的Rx线以及在Tx线与Rx线交叉点形成的传感器节点的触摸屏，和用于感测触摸动作前后充到传感器节点的电压变化并由此确定触摸位置的触摸屏驱动器。触摸屏驱动器根据Tx线中的RC延迟偏差不同地控制提供给Rx线的Rx采样时钟。在本发明中，根据通道之间的RC延迟偏差对通道的采样时间进行不同的控制，由此能够精确地检测触摸信号并增大SNR。

Description

具有触摸功能的显示装置

本申请要求享有于2012年12月14日提交的韩国专利申请第10-2012-0146816号的权益，为了所有目的将该申请引入以供参考，如同在此完全阐述一样。

技术领域

本发明涉及一种具有触摸功能的显示装置，尤其涉及一种考虑到传感驱动线中阻容(RC)延迟偏差而对传感器节点的电压进行采样的显示装置。

背景技术

用户界面(UI)的配置使用户能够与各种电子设备进行通信，从而能够容易地、舒适地按照自己的愿望来控制电子设备。用户界面的范例包括小键盘、键盘、鼠标、屏幕上显示(OSD)、以及具有红外通信功能或者射频(RF)通信功能的遥控器。与用户界面相关的技术已持续发展，以增进用户的敏感性和操作便利性。用户界面近来已发展为包括触摸UI、声音识别UI、3D UI等等。

最近，触摸UI已经用于便携式信息设备，并且已经扩展到应用于家用电器。互电容触摸屏近来被认为是实现触摸UI的触摸屏的实例。互电容触摸屏能够感知邻近输入和触摸输入，并且还识别各个多点触摸(多点邻近)输入。

互电容触摸屏包括触摸驱动线(以下称为Tx线)与Tx线交叉的触摸感应线(以下称为Rx线)以及在Tx线和Rx线交叉点形成的传感器节点。每一传感器节点具有互电容。触摸屏驱动器感测在触摸操作前后充入传感器节点的电压的变化，并确定导电材料的触摸(或者邻近)位置。为了感测充入传感器节点的电压，Tx驱动电路将驱动脉冲施加到Tx线，Rx驱动电路与所述驱动脉冲同步地对传感器节点的电压的微小变化进行采样，并执行模-数转换。

一般来讲，触摸屏的Tx线和Rx线是在柔性印刷电路板(FPCB)上布线，并与触摸集成电路(IC)连接，因此，与Rx线相连的触摸传感通道(以下称为Rx通道)具有不同的阻容延迟，即RC延迟。因为施加到Tx线的驱动脉冲具有噪声，并且Rx通道具有不同的RC延迟，所以，输入到采样电路的每一个输入信号(例如，传感器节点的电压)具有不同的过渡时间。所述过渡时间是输入信号从过渡状态变化到稳定状态(即输入信号此时处于最大电荷状态)的时间。

在图1中，‘t0’、‘t1’、‘t2’和‘t3’分别表示Rx通道RX0的过渡时间、Rx通道RX1的过渡时间、Rx通道RX2的过渡时间和Rx通道RX3的过渡时间。过渡时间t0、t1、t2和t3彼此不同。从而，如图1中所示，当同时对Rx通道RX0至RX3进行采样时，在Rx通道RX0至RX3中产生采样偏差。即，如图1中所示，当利用Rx采样时钟SRx0至SRx3在同一采样时间对所有的Rx通道RX0至RX3进行采样时，其中所述Rx采样时钟SRx0至SRx3是以相同宽度同时产生的，则难以精确检测触摸信号，这是因为没有考虑到Rx通道具有不同的RC延迟而在同一时间对所有Rx通道进行采样。此外，由于输出端噪声，严重降低了信噪比(缩写为SNR)。

发明内容

因此，本发明的目的是提供基本上避免了由于现有技术的限制或缺陷导致的一个或多个问题的具有触摸屏的显示装置和驱动这种触摸屏的方法。

本发明的一个方面提供了一种具有触摸屏的显示装置和用于驱动所述触摸屏的方法，具有触摸屏的显示装置和驱动所述触摸屏的方法能够通过基于通道之间的RC延迟偏差而不同地控制传感器节点的电压的采样时间，精确地检测触摸信号并提高信噪比。

本发明另外的优点、目的和特征的一部分在下面的描述中列出，一部分对于阅读下述内容的本领域技术人员将是显而易见的，或者可通过实施本发明而知晓。本发明的目的以及其它优点可通过本说明书、权利要求书以及附图中具体指出的结构来实现和获得。

为了获得这些和其他优点，并且与本发明的目的相一致，此处具体和概括地描述的显示装置包括显示面板，附在显示面板上的、包含Tx线和与Tx线交叉的Rx线以及在Tx线与Rx线交叉处形成的传感器节点的触摸屏，和用于感测在触摸动作前后充在传感器节点上的电压变化并由此确定触摸位置的触摸屏驱动器；其中触摸屏驱动器根据Tx线中的RC延迟偏差对提供给Rx线的Rx采样时钟进行不同的控制。

应该理解的是，前述概括描述和下面对本发明的详细描述是例示性和说明性的，旨在对要求保护的发明提供进一步的说明。

附图说明

附图被包括在内以提供对于本发明的进一步的理解，它们被并入并构成本说明书的一部分；附图图示出本发明的实施例并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：

图1示出由通道之间的RC延迟偏差引起的通道的不同过渡时间；

图2是根据本发明示例性实施例的显示装置的方框图；

图3示出图2中所示的触摸屏驱动器；

图4至6示出根据本发明示例性实施例的触摸屏和显示面板的不同组合；

图7示出在触摸屏中产生了Rx通道之间的RC延迟差；

图8示出尽管存在RC延迟差，但Rx通道的采样时间彼此相同；

图9示出Rx通道的采样时间因RC延迟差而彼此不同；

图10A至10C和图11示出对Rx采样时钟进行调节来控制Rx通道的采样时间的实例；以及

图12和13示出基于RC延迟偏差而自动地调节Rx采样时钟的占空比的控制结构和控制流程。

具体实施方式

现在将详细参考本发明的实施例，附图中图示出了这些实施例的实例。只要可能，将在整个附图中使用相同的附图标记表示相同或者类似的部分。应注意的是，如果确定已知技术可能会误导本发明的实施例，将省略这些已知技术的详细说明。在下文说明中，可以使用Tx线作为Tx通道，可以使用Rx线作为Rx通道。

图2是根据本发明一个示例性实施例的显示装置的方框图。图3示出图2中所示的触摸屏驱动器。图4至6示出触摸屏和显示面板的不同组合。

如图2至6所示，根据本发明实施例的显示装置包括显示面板DIS、显示驱动电路12和14、时序控制器20、触摸屏TSP、触摸屏驱动电路32和33以及触摸控制器30。该显示装置的所有部件都可以是可操作地连接和配置的。

根据本发明实施例的显示装置可以基于平板显示器来实现，诸如液晶显示器(LCD)、场致发射显示器(FED)、等离子显示面板(PDP)、有机发光二极管(OLED)显示器和电泳显示器(EPD)。在下文说明中，将利用液晶显示器作为平板显示器的一个例子来描述本发明的实施例。可以使用其他平板显示器。

显示面板DIS包括下基板GLS2、上基板GLS1以及在下基板GLS2和上基板GLS1之间形成的液晶层。显示面板DIS的下基板GLS2包括：多条数据线D1至Dm，其中m是自然数，与数据线D1至Dm交叉的过条栅线(即扫描线)G1至Gn，其中n是自然数，形成在数据线D1至Dm和栅线G1至Gn的交叉点处的多个薄膜晶体管(TFT)，用于将液晶单元充电到数据电压的多个像素电极，以及每一个均与像素电极连接并保持液晶单元的电压的多个存储电容器，等等。

显示面板DIS的像素分别在由数据线D1至Dm和栅线G1至Gn限定的像素区域中形成，以形成矩阵结构。每一像素的液晶单元由基于提供给像素电极的数据电压和提供给公共电极的公共电压之间的差值而产生的电场来驱动，由此调节由液晶单元透射的入射光量。TFT响应于来自栅线G1至Gn的栅极脉冲(即扫描脉冲)而导通，由此将来自数据线D1至Dm的电压提供到液晶单元的像素电极。

显示面板DIS的上基板GLS1可以包括黑矩阵、彩色滤光片等等。显示面板DIS的下基板GLS2可以按照COT(TFT上的彩色滤光片)结构来配置。在这一情况下，可以在显示面板DIS的下基板GLS2上形成黑矩阵和彩色滤光片。

起偏振片POL1和POL2分别附着于显示面板DIS的上基板GLS1和下基板GLS2。用于设置液晶的预倾角的取向层分别形成于显示面板DIS的上基板GLS1和下基板GLS2的与液晶接触的内表面上。可以在显示面板DIS的上基板GLS1和下基板GLS2之间形成柱状衬垫料，以保持液晶单元的盒间隙恒定。

可以在显示面板DIS的背表面上设置背光单元。可以将背光单元配置为边缘型背光单元和直接型背光单元之一，以将光提供到显示面板DIS。显示面板DIS可以按照任何已知的模式实现，包括扭曲向列(TN)模式、垂直取向(VA)模式、共面切换(IPS)模式和边缘场切换(FFS)模式等等。

显示驱动电路包括数据驱动电路12和扫描驱动电路14。显示驱动电路将输入图像的视频数据电压施加于显示面板DIS的像素。数据驱动电路12将从时序控制器20接收的数字视频数据RGB转换为正模拟伽马补偿电压和负模拟伽马补偿电压，并输出数据电压。数据驱动电路12随后将数据电压提供到数据线D1至Dm。扫描驱动电路14将与数据电压同步的栅极脉冲顺序地提供到栅线G1至Gn，并选择将要被施加数据电压的显示面板DIS的行。

时序控制器20从外部主机系统接收时序信号，诸如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能DE和主时钟MCLK。时序控制器20利用这些时序信号产生用于分别控制控制数据驱动电路12和扫描驱动电路14的操作时序的数据时序控制信号和扫描时序控制信号。数据时序控制信号包括源采样时钟SSC、源极输出使能SOE、极性控制信号POL等。扫描时序控制信号包括栅极起始脉冲GSP、栅极移位时钟GSC、栅极输出使能GOE等。

图4中所示，触摸屏TSP可以贴附到显示面板DIS的上起偏振片POL1上。或者，如图5中所示，触摸屏TSP可以形成在上起偏振片POL1和上基板GLS1之间。或者，如图6中所示，触摸屏TSP的传感器节点TSCAP(参看图3)可以按照内嵌(in-cell)形式，与显示面板DIS的像素阵列一起形成在下基板GLS2上。在图4至6中，‘PIX’表示液晶单元的像素电极。

触摸屏TSP包括Tx线T1至Tj(其中j是小于n的正整数)，与Tx线T1至Tj交叉的Rx线R1至Ri(其中i是小于m的正整数)，以及在Tx线T1至Tj和Rx线R1至Ri的交叉点处形成的i×j个传感器节点TSCAP。

触摸屏驱动电路包括触摸驱动电路(下文称为Tx驱动电路)32和触摸感应电路(下文称为Rx驱动电路)34。触摸屏驱动电路将驱动脉冲提供到Tx线T1至Tj，并通过Rx线R1至Ri感测传感器节点TSCAP的电压，以便将传感器节点TSCAP的感测电压转换为数字数据。Tx驱动电路32和Rx驱动电路34可以集成到一个读出集成电路(ROIC)中。

Tx驱动电路32响应从触摸控制器30接收的Tx设置信号SUTx而设置Tx通道，并将驱动脉冲提供到与所设置的Tx通道连接的Tx线T1至Tj。如果j个传感器节点TSCAP与一条Tx线连接，则可以将驱动脉冲依次提供给所述一条Tx线j次，然后可以按照同样的方式将驱动脉冲依次提供给下一条Tx线。

Rx驱动电路34响应从触摸控制器30接收的Rx设置信号SURx，将Rx通道设置为接收传感器节点TSCAP的电压，并通过与所设置的Rx通道连接的Rx线R1至Ri，接收传感器节点TSCAP的电压。Rx驱动电路34响应触摸控制器30的采样时钟SRx，将采样电容器CS(参看图9)充电到传感器节点TSCAP的电压，并对传感器节点TSCAP的电压进行采样。Rx驱动电路34将传感器节点TSCAP的被采样电压转换为数字数据(即触摸原始数据)，并将该触摸原始数据传输到触摸控制器30。

触摸控制器30经由接口而与Tx驱动电路32和Rx驱动电路34连接，所述接口比如是I²C总线、串行外围接口(SPI)和系统总线。触摸控制器30将Tx设置信号SUTx提供给Tx驱动电路32，并设置将要对其输出驱动脉冲的Tx通道。此外，触摸控制器30将Rx设置信号提供给Rx驱动电路34，并选择将要从中读取传感器节点TSCAP的电压的Rx通道。触摸控制器30将用于控制内嵌在Rx驱动电路34中的采样电路的采样开关的Rx采样时钟提供给Rx驱动电路34，由此控制传感器节点TSCAP的电压采样时序。考虑到Rx通道之间的RC延迟偏差，触摸控制器30不同地控制Rx通道的采样时间。触摸控制器30可以基于Rx通道之间的RC延迟偏差来不同地控制Rx通道的Rx采样时钟SRx的占空比，从而控制Rx通道的采样时间。或者，触摸控制器30可以相同地保持Rx采样时钟SRx的占空比，而不同地控制Rx通道的导通周期起始点。

此外，触摸控制器30将模拟-数字转换时钟提供给内嵌在Rx驱动电路34中的模拟-数字转换器(ADC)，由此控制ADC的操作时序。.

触摸控制器30使用预先确定的触摸识别算法，分析从Rx驱动电路34接收的触摸原始数据。触摸控制器30估计触摸原始数据的坐标值，并且输出包括触摸位置的坐标信息在内的触摸数据HIDxy，所述触摸原始数据的坐标值等于或者大于预定参考值。从触摸控制器30输出的触摸数据HIDxy被传输到外部主机系统。触摸控制器30可以作为微控制器单元(MCU)而实现。

主机系统可以连接到外部视频源设备，例如导航系统、机顶盒、DVD播放器、蓝光播放器、个人计算机(PC)、家庭影院系统、广播收音机以及电话系统，并从所述外部视频源设备接收图像数据。主机系统包括含有换算器的片上系统，并将从所述外部视频源设备接收的图像数据转换为适合于在显示面板DIS上显示的格式。此外，主机系统运行与从触摸控制器30接收的触摸数据的坐标值相关联的应用。

图7示出，在触摸屏中产生了Rx通道之间的RC延迟差。图8示出，尽管存在这些RC延迟差，所有Rx通道的采样时间都彼此相同。图9示出，基于这些RC延迟差，Rx通道的采样时间彼此不同。

如图8和9中所示，内嵌在Rx驱动电路34中的采样电路ITG包括采样开关OW1、采样电容器CS、运算放大器OP、复位开关RST等。采样电路ITG与Rx通道RX1连接。连接到其他Rx通道RX2至RXi的每一个采样电路ITG实质上具有与连接到Rx通道RX1的采样电路ITG相同的结构。

采样开关OW1连接在Rx通道RX1和运算放大器OP的反相输入端子(-)之间。采样电容器CS和复位开关RST在运算放大器OP的反相输入端子(-)和输出端子之间并联连接。运算放大器OP的同相输入端子(+)与参考电压源vref连接，运算放大器OP的输出端子与ADC的输入端子连接。

分别连接到Rx通道RX1至RXi的采样开关OW1至OWi由从触摸控制器30接收的Rx采样时钟SRx1至SRxi接通或断开。当采样开关OW1至OWi接通时，从Rx通道RX1至RXi接收的传感器节点TSCAP的电压V1至Vi存储在采样电容器CS中。根据从触摸控制器30接收的每一模-数转换时钟，ADC将存储在采样电路ITG的采样电容器CS中的电压V1至Vi顺序地转换为数字触摸数据TDATA。

在图8和9中，“Ca”表示连接到Tx线的寄生电容，“Cb”表示连接到Rx线的寄生电容，“Ra”表示Tx线的电阻，“Rb”表示Rx线的电阻，“CM”表示传感器节点的互电容。

如图7中所示，施加到Tx线T1至Tj的驱动脉冲STx含有噪声，并且Rx通道RX1至RXi的RC延迟彼此不同。因此，如图8和9中所示，在Rx通道RX1至RXi中，输入到采样电路ITG的输入信号(即传感器节点TSCAP的电压V1至Vi)的过渡时间彼此不同。在本发明的实施例中，所述过渡时间是输入信号从过渡状态变化到饱和状态(即输入信号此时处于最大电荷状态)的时间。

如图8中所示，当尽管存在RC延迟差，但所有Rx通道RX1至RXi的采样时间由于相同的Rx采样时钟SRx1至SRxi而彼此相同时，信噪比(缩写为SNR)由于采样偏差(V1≠Vi)而降低。因此，难以精确地检测触摸信号。

如图9中所示，考虑到RC延迟偏差而不同地控制Rx通道RX1至RXi的Rx采样时钟SRx1至SRxi，从而消除采样偏差。因此，对采样开关OW1至OWi的接通时间进行调节。

图10A至10C和图11示出对用于控制Rx通道的采样时间的Rx采样时钟进行调节的实例。

如图10A至10C中所示，触摸控制器30可以根据RC延迟偏差不同地调节Rx通道中的Rx采样时钟SRx的占空比。

触摸控制器30使具有大RC延迟的Rx通道的Rx采样时钟SRx的占空比变大，而不是使具有小RC延迟的Rx通道的Rx采样时钟SRx的占空比变大。例如，如图10A中所示，触摸控制器30可以使Rx采样时钟SRx1至SRx4的占空比与RC延迟成比例地变大，并且还可以使Rx采样时钟SRx1至SRx4的上升沿RE彼此同步。作为另一实例，如图10B中所示，触摸控制器30可以使Rx采样时钟SRx1至SRx4的占空比与RC延迟成比例地变大，并且还可以使Rx采样时钟SRx1至SRx4的下降沿RE彼此同步。作为另一实例，如图10C中所示，触摸控制器30可以使Rx采样时钟SRx1至SRx4的占空比与RC延迟成比例地变大，并且还可以使Rx采样时钟SRx1至SRx4的工作周期中点CEN彼此同步。

如图11中所示，触摸控制器30可以相同地保持Rx通道的Rx采样时钟SRx1至SRx4的占空比，并且基于RC延迟偏差不同地控制Rx通道的Rx采样时钟SRx1至SRx4的工作周期起点。随着Rx采样时钟SRx的工作周期变长，噪声的产生周期也变长。因此，当基于RC延迟偏差而将Rx采样时钟SRx1至SRx4顺序地延迟一段预定时间Td时，可有效地防止噪声的混入。

图12和13示出基于RC延迟偏差而自动地调节Rx采样时钟的占空比的控制结构和控制流程。在图12和13中，假定第i个Rx通道RXi具有最大RC延迟，第(i-2)个Rx通道RX(i-2)具有最小RC延迟，而第(i-1)个Rx通道RX(i-1)具有在所述最大RC延迟和最小RC延迟之间的中间RC延迟。图12中所示的比较器和寄存器可以内嵌到触摸控制器30中。

如图12和13中所示，当与第i个Rx通道RXi相连接的第i个采样电路ITGi的输出Vi通过ADC而被输入到比较器中时，比较器设置所述寄存器的值，从而产生具有占空比W1的Rx采样时钟SRxi。

随后，当与第(i-1)个Rx通道RX(i-1)相连接的第(i-1)个采样电路ITG(i-1)的输出V(i-1)通过ADC而被输入到比较器中时，该比较器将用作参考值的第i个采样电路ITGi的输出Vi与该第(i-1)个采样电路ITG(i-1)的输出V(i-1)进行比较。因为第(i-1)个Rx通道RX(i-1)的RC延迟小于第i个Rx通道RXi的RC延迟，因此输出V(i-1)大于输出Vi。比较器设置寄存器的值，从而基于输出V(i-1)和输出Vi之间的电压差，产生具有占空比W2(小于占空比W1)的Rx采样时钟SRx(i-1)。

随后，当与第(i-2)个Rx通道RX(i-2)相连接的第(i-2)个采样电路ITG(i-2)的输出V(i-2)通过ADC而被输入到比较器中时，该比较器将第i个采样电路ITGi的输出Vi与该第(i-2)个采样电路ITG(i-2)的输出V(i-2)进行比较。因为第(i-2)个Rx通道RX(i-2)的RC延迟小于第i个Rx通道RXi的RC延迟，因此输出V(i-2)大于输出Vi。比较器设置寄存器的值，从而基于输出V(i-2)和输出Vi之间的电压差，产生具有占空比W3(小于占空比W1)的Rx采样时钟SRx(i-2)。

如上所述，本发明的实施例基于通道之间的RC延迟偏差，而不同地控制通道的采样时间，由此精确地检测触摸信号并增大SNR。

此外，本发明的实施例可以均匀地并且精确地提取触摸屏的整个区域中的触摸数据。因此，可以改善触摸分辩率和触摸准确度。

此外，因为本发明的实施例可以依照Tx驱动脉冲来调节通道的采样时间，因此本发明的实施例可以调节Tx驱动的频率，由此有助于降低整个电路的功率。

尽管已经参考其多个例证性的实施例描述了实施方式，但是应当被理解的是：可以由本领域技术人员构思出属于本公开内容的原理范围内的大量其他修改方案和实施方案。尤其是，可以对属于本公开内容、附图和所附权利要求内的主题组合方案的组成部件和/或结构作出各种变化和修改。除了组成部件和/或结构的变化和修改之外，替代使用对于本领域技术人员而言也是清楚明白的。

Claims (7)

1.一种显示装置，包括：

显示面板；

触摸屏，所述触摸屏附在所述显示面板上，并包含Tx线、与所述Tx线交叉的Rx线、以及在所述Tx线与所述Rx线的交叉点处形成的传感器节点；和

触摸屏驱动器，所述触摸屏驱动器用于感测触摸操作前后充电到所述传感器节点上的电压变化，并由此确定触摸位置，

其中，所述触摸屏驱动器根据所述Tx线中的RC延迟，对提供给所述Rx线的各个Rx采样时钟进行不同的控制，

其中，所述触摸屏驱动器通过与所述Tx线中的RC延迟成比例地增大所述Rx采样时钟的占空比来控制提供给所述Rx线的所述Rx采样时钟，或者通过相等地维持所述Rx采样时钟的占空比和根据所述Tx线中的RC延迟顺序地延迟所述Rx采样时钟一段预定时间来控制提供给所述Rx线的所述Rx采样时钟。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其中当通过与所述Tx线中的RC延迟成比例地增大所述Rx采样时钟的占空比来控制提供给所述Rx线的所述Rx采样时钟时，所述触摸屏驱动器使所述Rx采样时钟的上升沿彼此同步。

3.根据权利要求1所述的显示装置，其中当通过与所述Tx线中的RC延迟成比例地增大所述Rx采样时钟的占空比来控制提供给所述Rx线的所述Rx采样时钟时，所述触摸屏驱动器使所述Rx采样时钟的下降沿彼此同步。

4.根据权利要求1所述的显示装置，其中当通过与所述Tx线中的RC延迟成比例地增大所述Rx采样时钟的占空比来控制提供给所述Rx线的所述Rx采样时钟时，所述触摸屏驱动器使所述Rx采样时钟的工作周期中点彼此同步。

5.根据上述任一项权利要求所述的显示装置，所述触摸屏驱动器包括触摸屏驱动电路和用于控制所述触摸屏驱动电路的触摸控制器，所述触摸屏驱动电路用于将驱动脉冲提供给所述Tx线，并通过所述Rx线感测所述传感器节点的电压，以将所感测的传感器节点的电压转换成数字信号。

6.根据权利要求5所述的显示装置，所述触摸屏驱动电路包括用于为所述Tx线提供所述驱动脉冲的Tx驱动电路和用于接收所述传感器节点的电压的Rx驱动电路。

7.根据权利要求6所述的显示装置，所述Rx驱动电路包括与所述Rx线连接的采样电路，所述采样电路包括采样开关、采样电容器、运算放大器和复位开关，所述采样开关连接在所述Rx线之一和所述运算放大器的反相输入端子之间，所述采样电容器和所述复位开关在所述运算放大器的反相输入端子和输出端子之间并联连接，分别与所述Rx线连接的所述采样开关被所述Rx采样时钟接通或断开。