CN105549766B - 输入系统及使用输入系统检测触摸的方法 - Google Patents

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Abstract

公开一种输入系统及使用输入系统检测触摸的方法。该输入系统包括用于与显示面板的触摸屏进行接口交互的输入笔。所述输入笔包括导电末端。所述笔的切换单元将所述导电末端连接至接收单元和驱动单元。所述接收单元通过所述导电末端从所述触摸屏接收触摸屏驱动信号。所述驱动单元产生笔驱动信号，所述笔驱动信号通过所述导电末端传输给所述触摸屏。所述输入笔还包括信号处理单元，通过使所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号同步来校准所述笔驱动信号的时序。为了启动触摸检测，将所述导电末端放置为接触或靠近所述触摸屏，经由所述导电末端从所述触摸屏接收所述触摸屏驱动信号。产生所述笔驱动信号并经由所述导电末端将其传输给所述触摸屏。

Description

输入系统及使用输入系统检测触摸的方法
本申请要求2014年10月23日提交的韩国专利申请No.10-2014-0144189以及2015年1月28日提交的韩国专利申请No.10-2015-0013719的优先权，在此援引上述专利申请作为参考，如同在这里完全阐述一样。
技术领域
本发明涉及一种输入系统，尤其涉及一种能够提高输入检测精度的输入系统以及使用该输入系统检测触摸的方法。
背景技术
近年来，作为现有阴极射线管(CRT)显示装置的替代品，已研制了具有改善的纤薄性、轻量性和功耗的各种平板显示装置。
这种平板显示装置的代表例包括液晶显示(LCD)装置、等离子体显示面板(PDP)装置、场发射显示(FED)装置、电致发光显示(ELD)装置等。这种平板显示装置包括呈现图像的平板显示面板。平板显示面板具有下述结构：彼此面对的两个透明绝缘基板通过夹在这两个基板之间的、由具有固有发光特性或光学各向异性的材料制成的层而接合。
近来，对能够通过用户的手指或单独的输入部件来识别触摸区域并且能够传输与触摸区域对应的单独信息的触摸面板的需求逐渐增加，用以将这种触摸面板添加到如上所述配置的显示装置。当前，通过将触摸面板贴附到显示装置的外表面来将这种触摸面板应用于显示装置。
根据触摸感测方法，触摸面板的示例类型包括电阻型触摸面板、电容型触摸面板和红外感测触摸面板。近年来，电容型触摸面板由于其灵敏度和便利的制造工艺而日渐普及。
同时，作为移动装置而日渐普及的智能电话或智能本中包含的人机界面装置(HID)除了支持通过手指的触摸输入之外，还越来越多地支持能够使用移动装置书写或绘画的触笔。与通过手指的触摸输入相比，触笔提供更加精确的输入，触笔支持诸如精确绘画和字符写入之类的功能。
然而，除了触摸面板中包含的电极以外，触笔还可包括单独的传感器和单独的电极，以能够识别输入。由于此原因，工艺数量和成本可能增加。
在显示面板贴附有触摸面板的装置中，可很容易实现电极和传感器的添加。然而，在触摸面板以与像素阵列集成在一起的方式位于显示面板内部的装置中，添加额外的电极和传感器会是很困难的。在此情形中，触摸面板的驱动可能影响显示面板的驱动。由于此原因，这种电极和传感器的添加可能是不现实的。
发明内容
因此，本发明的实施方式旨在提供一种基本上克服了由于现有技术的限制和缺点而导致的一个或多个问题的输入系统及使用输入系统检测触摸的方法。
公开的实施方式包括与显示面板集成的触摸屏输入系统以及使用触摸屏输入系统检测触摸的方法，其中触摸屏输入系统具有嵌入式结构并可有利地提高检测精度，而不用添加用于输入笔的电极。
在下面的描述中将部分列出本发明的其它优点、目的和特征，这些优点、目的和特征的一部分根据下面的解释对于本领域技术人员将变得显而易见或者可通过本发明的实施领会到。通过说明书、权利要求书以及附图中具体指出的结构可实现和获得本发明的这些目的和其他优点。
为了实现所公开实施方式的各种优点，如在此广义描述的，一种输入系统包括：具有触摸屏的显示面板，所述触摸屏包括多个触摸检测电极；和输入笔，所述输入笔包括：导电末端；与所述导电末端连接的切换单元；接收单元，所述接收单元与所述切换单元连接且所述接收单元配置成通过所述导电末端从所述触摸屏接收触摸屏驱动信号；驱动单元，所述驱动单元与所述切换单元连接且所述驱动单元配置成产生笔驱动信号，所述笔驱动信号通过所述切换单元传输给所述导电末端；和信号处理单元，所述信号处理单元与所述接收单元和所述驱动单元连接，所述信号处理单元配置成校准所述笔驱动信号的时序，以使所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号同步。所述显示面板配置成响应于所述笔驱动信号检测所述输入笔的接触或靠近。
所述输入笔可包括外壳，所述外壳在其中容纳所述切换单元、所述接收单元、所述驱动单元和所述信号处理单元且同时暴露所述导电末端的一部分。
当所述导电末端接触或靠近所述显示面板时，所述导电末端可与所述触摸检测电极中被选定的一个触摸检测电极连接，所述被选定的一个触摸检测电极设置在其中所述导电末端接触所述显示面板或靠近所述显示面板的区域中，从而所述导电末端接收所述触摸屏驱动信号。
所述驱动单元可配置成在从接收到所述触摸屏驱动信号经过预定时间之后根据来自所述信号处理单元的时序校准产生所述笔驱动信号，所述导电末端将所述笔驱动信号传输给所述显示面板。
所述信号处理单元可配置成响应于所述触摸屏驱动信号的接收而启动切换时段，所述切换单元配置成在所述切换时段之后开始将所述笔驱动信号从所述驱动单元传输给所述导电末端。
所述输入笔还可包括压力传感器，所述压力传感器与所述导电末端物理地连接，以感测施加给所述导电末端的压力并将感测的压力传输给所述信号处理单元。
所述信号处理单元可配置成输出笔驱动信号，所述笔驱动信号具有与所述触摸屏驱动信号相同的周期且具有与所述触摸屏驱动信号相同的相位或相对于所述触摸屏驱动信号相反的相位。
所述信号处理单元可配置成将所述显示面板的触摸时段时分为笔感测时段和笔驱动时段，且所述信号处理单元配置成在所述笔感测时段期间将所述切换单元控制为将所述触摸屏驱动信号从所述导电末端传输给所述接收单元，并且在笔驱动信号产生时段期间将所述切换单元控制为将所述笔驱动信号传输给所述导电末端。所述触摸时段内的笔驱动信号产生时段可长于所述触摸时段内的笔感测时段。
所述接收单元可包括：放大器，所述放大器配置成放大通过所述切换单元感测的触摸屏驱动信号；和比较器，所述比较器配置成响应于来自所述放大器的放大后的触摸屏驱动信号与阈值的比较，输出具有数字电平的数字笔感测信号，所述驱动单元和/或信号处理单元可配置成响应于所述数字笔感测信号产生所述笔驱动信号。
所述信号处理单元可从所述比较器接收所述数字笔感测信号，并可输出与所述触摸屏驱动信号在时序上同步的笔驱动信号。换句话说，所述笔驱动信号可具有与所述触摸屏驱动信号相同的周期。
所述驱动单元可包括电平移位器，所述电平移位器配置成将从所述信号处理单元接收的数字笔驱动信号转换为与所述笔驱动信号的数字电平对应的模拟驱动电压信号，且所述驱动单元可配置成输出所述模拟驱动电压信号。
所述比较器可配置成响应于大于等于所述阈值的放大后的触摸屏驱动信号，输出所述数字笔感测信号。可选择地，所述放大器可为反相放大器，且其中所述比较器可配置成响应于小于所述阈值的放大后的触摸屏驱动信号，输出所述数字笔感测信号。
所述输入笔还可包括供电的电源，所述电源在容纳在所述外壳中的同时与所述信号处理单元连接。
所述输入笔还可包括输入/输出接口，所述输入/输出接口与所述电源连接且同时从所述外壳的外表面突出。
在另一个方面，一种使用输入系统检测触摸的方法包括：将输入笔的导电末端放置为接触或靠近包括触摸屏的显示面板；响应于所述导电末端与触摸屏区域的连接，经由所述导电末端从所述触摸屏区域接收触摸屏驱动信号，其中在所述触摸屏区域，所述输入笔接触或靠近所述触摸屏；在所述输入笔内产生笔驱动信号，所述笔驱动信号与从所述触摸屏区域接收的触摸屏驱动信号同步；和经由所述导电末端将所述笔驱动信号传输给所述触摸屏，所述显示面板配置成响应于所述笔驱动信号检测所述输入笔的触摸或靠近。
所述方法可包括开启所述输入笔，所述输入笔具有从所述输入笔突出的导电末端。
所述输入笔反复地经由所述导电末端接收所述触摸屏驱动信号以及经由所述导电末端传输所述笔驱动信号，例如，所述输入笔使用时分方式在所述导电末端处交替地接收所述触摸屏驱动信号以及传输所述笔驱动信号。
所述显示面板可产生触摸使能信号，所述触摸使能信号将每帧分为显示时段和触摸时段，所述显示时段和所述触摸时段在每一帧彼此交替至少一次；所述触摸屏可在所述触摸时段期间产生用于所述触摸屏的多个触摸驱动信号；且所述输入笔可将所述触摸时段进行时间划分，以在所述触摸时段的初始部分期间接收所述触摸屏驱动信号且在所述触摸时段的其余部分期间传输所述笔驱动信号，所述其余部分具有比所述触摸时段的初始部分长的持续时间。
接收所述触摸屏驱动信号可包括：经由所述导电末端接收所述触摸屏驱动信号；使用所述输入笔中包含的放大器放大接收到的信号；以及响应于放大后的触摸屏驱动信号与阈值的比较，输出具有数字电平的数字笔感测信号。可响应于所述笔感测信号产生所述笔驱动信号。
可在输出所述数字笔感测信号之后，在所述触摸屏驱动信号的至少一个周期产生所述笔驱动信号。
可通过将经由所述导电末端接收的信号处理预定时间来实现所述笔驱动信号的产生，由此将所述笔驱动信号的时序初始化。
产生所述笔驱动信号可包括：产生这样的笔驱动信号：其具有与所述触摸屏驱动信号相同的周期且具有与所述触摸屏驱动信号相同的相位或相对于所述触摸屏驱动信号相反的相位。
所述方法还可包括：感测与所述导电末端连接的所述触摸屏的触摸检测电极的电容变化，以检测触摸位置。
在又一个方面，一种输入笔配置为用于具有触摸屏的显示面板，所述触摸屏包括多个触摸检测电极，所述输入笔包括：导电末端，当所述导电末端接触或靠近所述显示面板时所述导电末端与所述触摸检测电极之一连接；与所述导电末端连接的切换单元；接收单元，所述接收单元与所述切换单元连接且所述接收单元配置成通过所述导电末端和所述切换单元从所述触摸屏接收触摸屏驱动信号；驱动单元，所述驱动单元与所述切换单元连接且所述驱动单元配置成产生笔驱动信号，所述笔驱动信号通过所述导电末端和所述切换单元传输给所述触摸屏，所述显示面板配置成响应于所述笔驱动信号检测所述输入笔对所述触摸屏的触摸或靠近；和信号处理单元，所述信号处理单元与所述接收单元和所述驱动单元连接，所述信号处理单元配置成校准所述笔驱动信号的时序，以使所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号同步。
在再一个方面，一种输入笔配置为用于具有触摸屏的显示面板，所述触摸屏包括多个触摸检测电极，所述输入笔包括：导电末端，当所述导电末端接触或靠近所述显示面板时所述导电末端与所述触摸检测电极之一连接；接收单元，所述接收单元配置成通过所述导电末端从所述触摸屏接收触摸屏驱动信号；驱动单元，所述驱动单元配置成产生笔驱动信号，所述笔驱动信号通过所述导电末端传输给所述触摸屏，所述显示面板配置成响应于所述笔驱动信号检测所述输入笔对所述触摸屏的触摸或靠近；和信号处理单元，所述信号处理单元与所述接收单元和所述驱动单元连接，所述信号处理单元配置成使所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号同步。
附图说明
给本发明提供进一步理解并且并入本申请组成本申请一部分的附图图解了本发明的实施方式，并与说明书一起用于解释本发明的原理。在附图中：
图1是图解根据一实施方式的输入系统的示意图；
图2是图解根据一实施方式的输入系统的显示面板以及触摸控制器的框图；
图3是图解根据一实施方式的输入系统中的显示面板的时分驱动的波形图；
图4A和4B是图解根据一实施方式的输入系统中的触摸屏以及触摸控制器的框图；
图5是图解根据一实施方式的触摸屏和触摸控制器的示例性框图；
图6是图解根据一实施方式的提供给触摸屏的触摸检测电极的驱动信号的波形图；
图7是图解根据一实施方式的输入笔的内部结构的框图；
图8是图解根据参照图7所述的实施方式的输入笔的操作的流程图；
图9是图解根据参照图7所述的实施方式，触摸屏驱动信号与笔驱动信号之间的关系的波形图；
图10是根据参照图7所述的实施方式，与输入笔的各个组成元件相关的信号的波形图；
图11是图解根据参照图7所述的实施方式的输入笔的导电末端在不同时间处执行的操作的示图；
图12是图解根据一实施方式的输入笔的内部结构的框图；
图13是触摸屏以及根据参照图12所述的实施方式的输入笔的内部结构中使用的信号的时序图；
图14是图解根据参照图12所述的实施方式的输入笔中的接收单元的组成元件的输出的波形图；以及
图15是图解根据一实施方式，与使用手指相比，当输入笔接触触摸屏时感测到的触摸感测信号的灵敏度的波形图。
具体实施方式
现在将详细描述输入系统和触摸检测方法的各实施方式，附图中图解了实施方式的一些例子。
图1是图解根据一实施方式的输入系统的示意图。
如图1中所示，输入系统包括具有触摸检测功能以及显示功能的显示面板200、以及可与触摸屏进行接口交互的输入笔100。输入系统检测输入笔100针对显示面板200的具体区域上的触摸。
除了输入笔100的触摸以外，显示面板200还能检测手指的触摸。为此，显示面板200包括与显示面板200集成的电容型触摸屏。在一个实施方式中，触摸屏不具有其中在玻璃基板上布置具有独立构造的触摸电极的结构。在与被设置用于显示面板200的屏幕显示的像素阵列相同的工艺中形成触摸屏中的触摸检测电极及相关的连接线，从而可去除支撑基板。因此，显示面板200可具有与仅单独具有显示功能的显示面板几乎相同的厚度和重量。
在一些情形中，在采用外置式时，触摸屏可位于显示面板200的上表面或前表面处。在此情形中，触摸屏可贴附到显示面板200中的上基板的背表面，偏振板或保护膜可覆盖组成触摸屏的触摸检测电极的上表面。
同时，显示面板200可以是液晶面板、场发射显示面板、等离子体显示面板、有机发光二极管显示面板、电泳显示面板等。将主要结合显示面板200为液晶面板的示例给出与各实施方式相关的随后描述。然而，显示面板200不限于液晶面板，上述各平板显示面板可应用于显示面板200。
例如，当显示面板200由液晶面板实现时，可通过形成液晶面板的配线的部分工艺与液晶面板的配线同时形成组成触摸屏的电极。
图2是图解根据一实施方式的输入系统的显示面板200以及触摸控制器的框图。
如图2中所示，输入系统中的显示面板200与像素阵列驱动电路和用于驱动触摸屏的触摸感测电路300连接，像素阵列驱动电路包括栅极驱动电路和数据驱动电路24。所有这些元件与时序控制器22连接并可与时序控制器22一起容纳在单个模块(未示出)中。
当显示面板200为液晶面板时，显示面板200包括形成在均具有片结构的两个基板之间的液晶层。可使用玻璃基板、塑料基板、膜基板等制造每个基板。在显示面板200的基板中的下基板处形成有像素阵列。像素阵列包括数据线、与数据线交叉的栅极线、以及以矩阵形式布置的像素。像素阵列进一步包括与像素对应地形成在数据线和栅极线的交叉部分处的多个薄膜晶体管(TFT)、对各个像素充入数据电压的像素电极、以及与各个电极连接以保持像素电压的存储电容器。
显示面板200的像素形成在由数据线，即D1到Dm和栅极线，即G1到Gn限定的像素区域处，以矩阵形式布置。为了调整入射光的透射率，通过根据施加给相应像素电极的数据电压与施加给公共电极的公共电压之间的电压差而施加的电场来驱动每个像素的液晶单元。为了将来自数据线D1到Dm中的相应一条数据线的电压提供给相应液晶单元的像素电极，每个TFT响应于来自栅极线G1到Gn中的相应一条栅极线的栅极脉冲而导通。公共电极可形成在下基板或上基板处。
可在显示面板200的上基板处形成黑矩阵和滤色器。偏振板分别贴附到显示面板200的上基板和下基板。在与液晶接触的上基板和下基板的内表面处形成有取向膜，以设定液晶的预倾角。在显示面板200的上基板和下基板之间形成有衬垫料，以保持液晶单元的单元间隙。
显示面板200可由任何已知的液晶模式，例如扭曲向列(TN)模式、垂直取向(VA)模式、面内切换(IPS)模式或边缘场切换(FFS)模式来实现。
同时，可在显示面板200的背表面处选择性地布置背光单元。背光单元可由边缘型背光单元或直下型背光单元实现，以向显示面板200发射光。
像素阵列驱动电路使用数据驱动电路24和栅极驱动电路向显示面板200的像素写入输入的图像数据。
每个数据驱动电路24将从时序控制器22输入的数字视频数据RGB转换为正/负伽马补偿电压，由此产生数据电压。数据驱动电路24在时序控制器22的控制下将产生的数据电压提供给数据线中的相应一条数据线并反转数据电压的极性。
栅极驱动电路依次向栅极线提供与数据电压同步的栅极脉冲(或扫描脉冲)并由此选择要被写入数据电压的显示面板200的行。栅极驱动电路包括电平移位器26和移位寄存器30。移位寄存器30可通过面板内栅极(GIP)工艺直接形成在显示面板200的一个基板处。
电平移位器26可形成在与显示面板200的下基板电连接的印刷电路板(PCB)20处。电平移位器26在时序控制器22的控制下输出在栅极高电压VGH与栅极低电压VGL之间摆动的时钟信号。栅极高电压VGH设为大于等于形成在显示面板200的像素阵列处的TFT的阈值电压的电压。栅极低电压VGL设为小于形成在显示面板200的像素阵列处的TFT的阈值电压的电压。响应于从时序控制器22输入的起始脉冲ST、第一时钟GCLK和第二时钟MCLK，电平移位器26输出起始脉冲VST和时钟信号CLK，起始脉冲VST和时钟信号CLK在栅极高电压VGH与栅极低电压VGL之间摆动。从电平移位器26输出的时钟信号CLK在相位依次移位之后传输给形成在显示面板200处的移位寄存器30。
移位寄存器30形成在显示面板200中的形成有像素阵列的下基板的边缘部分处，用于连接到像素阵列的栅极线。移位寄存器30包括以从属方式连接的多个级。
移位寄存器30响应于从电平移位器26输入的起始脉冲VST而操作并响应于时钟信号CLK进行输出移位，由此依次向显示面板200的各栅极线提供栅极脉冲。
时序控制器22将从外部主机系统输入的数字视频数据RGB提供给数据驱动电路24的集成电路(IC)。时序控制器22接收从外部主机系统输入的时序信号，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。时序控制器22产生用于控制数据驱动电路24和栅极驱动电路的操作时序的时序控制信号。时序控制器22或主机系统产生用于控制像素阵列驱动电路和触摸感测电路300的操作时序的同步信号SYNC。
触摸感测电路300向触摸屏的线施加驱动信号，并通过将触摸前后驱动信号的电压变化或者驱动信号的上升沿或下降沿延迟时间进行计数来感测触摸屏的电容变化。触摸感测电路300将从触摸屏的电容器接收的感测数据转换为数字数据，由此输出原始触摸数据。然后，触摸感测电路300执行预定的触摸识别算法，以通过原始触摸数据的分析检测触摸(或靠近或接近)输入。触摸是指输入笔100(或手指或其他输入工具)与显示面板200之间的直接接触。接近(或靠近)是指输入笔100(或手指或其他输入工具)存在于显示面板200的阈值距离内而不与显示面板200直接接触。
图3是图解根据一实施方式的输入系统中的显示面板的时分驱动的波形图。
如图3中所示，显示面板200和触摸屏可以以时分方式进行驱动。就是说，一帧可时分为像素阵列驱动时段T1和触摸屏驱动时段T2。
“Vsync”表示输入至时序控制器22的第一垂直同步信号，“SYNC”表示输入至触摸感测电路300的第二垂直同步信号。为了在一个帧时段中定义像素阵列驱动时段T1和触摸屏驱动时段T2，时序控制器22可通过从主机系统输入的第一垂直同步信号Vsync的调制生成第二垂直同步信号SYNC。可选择地，主机系统可生成第二垂直同步信号SYNC，从而时序控制器22可响应于从主机系统输入的第二垂直同步信号SYNC控制像素阵列驱动时段T1和触摸屏驱动时段T2。就是说，通过将一个帧时段时分为像素阵列驱动时段和触摸屏驱动时段来控制像素阵列驱动电路和触摸感测电路的操作时序的控制器可以是时序控制器22和主机系统之一。
例如，当假设以60Hz的频率驱动显示面板200且应用上述时分方式时，一个帧时段为1/60秒。一个帧时段可分为像素阵列驱动时段T1和触摸屏驱动时段T2。当通过时分将一个帧时段分为像素阵列驱动时段T1和触摸屏驱动时段T2时，可防止由于像素阵列和触摸屏同时驱动时产生的像素阵列与触摸屏之间的驱动干扰而导致的显示屏的非均匀性以及不准确的触摸检测。
在像素阵列驱动时段T1期间，数据驱动电路24在时序控制器22的控制下向相应数据线提供数据电压，且栅极驱动电路依次向相应栅极线提供与数据电压同步的栅极脉冲。触摸感测电路300在像素阵列驱动时段T1期间不向触摸屏的线提供驱动信号。
同时，在触摸屏驱动时段T2期间，像素阵列驱动电路不像在像素阵列驱动时段T1期间那样操作，而是触摸感测电路300操作。因此，触摸感测电路300在触摸屏驱动时段T2期间向触摸屏的线提供驱动信号并感测触摸(或靠近或接近)输入位置。
下文中，将详细描述触摸屏的线结构。
将结合输入系统中使用的触摸屏具有嵌入式结构且实现电容检测的示例给出下面的描述。
图4A和4B是图解根据一实施方式的输入系统中的触摸屏以及触摸控制器的框图。
具有图4A的结构的触摸屏包括包含在显示面板200内部的用于检测输入工具的位置的触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn。
例如，显示面板200为液晶面板，液晶面板包括下基板、上基板、位于下基板处(即位于下基板中或上)的像素阵列、以及位于上基板处的滤色器阵列。在此示例中，触摸检测电极可与像素阵列一起形成在下基板处或可形成在滤色器阵列上方。如需要的话，可通过将形成在下基板或上基板处的公共电极图案化来形成触摸检测电极。当通过将公共电极图案化来形成触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn时，因为在像素阵列驱动时段期间触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn用作公共电极，所以在像素阵列驱动时段期间向触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn均匀地施加公共电压信号。
触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn分别与感测线S1到Sn连接。感测线S1到Sn与触摸感测电路300连接。
如图4B中所示，触摸感测电路300包括接收电路族(family)，接收电路族包括接收放大器30、模拟-数字转换电路32、检波器34、存储器36和位置计算器38。
接收电路族与连接至外部主机的中央处理单元(CPU)40连接。CPU40与控制触摸的控制器42连接。控制器42与驱动信号发生器46连接，且从振荡器44产生的触摸屏驱动信号Ts分别通过感测线S1到Sn提供给触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn。
因为在此情形中触摸感测电路300包括接收电路族和触摸驱动电路46，所以即使当非供电驱动型输入部件，如手指靠近或触摸触摸屏时也可实现触摸检测。
所示的触摸屏是自电容型的，从而触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn用于驱动信号的施加以及接收信号的检测。
触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn的每一个的尺寸大于像素的尺寸。例如，触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn的每一个具有与多个像素重叠的尺寸。触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn由透明导电材料制成，以防止在驱动像素阵列的显示时段中的纵横比(aspect ratio)降低。
同时，未示出的公共电压源在像素阵列驱动时段T1期间分别通过感测线S1到Sn向触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn提供公共电压Vcom。因此，触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn在像素阵列驱动时段T1期间作为公共电极操作。尽管未示出，但用于选择触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn中的所需一个触摸检测电极的选择电路与触摸感测电路300连接。
触摸感测电路300在像素阵列驱动时段T1期间不启动而在触摸屏驱动时段T2期间启动，以同时向感测线S1到Sn提供触摸屏驱动信号。
图5是图解根据一实施方式的触摸屏和触摸控制器的示例性框图。图6是图解根据一实施方式的提供给触摸屏的触摸检测电极的驱动信号的波形图。
在自电容型触摸屏TSP中，如图5中所示，为了减少从触摸感测电路300延伸以施加信号的线的数量，多路复用器302与触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn的信号输入端连接。在此情形中，可以以时分方式向感测线S1到Sn施加信号。可包括单个多路复用器302或多个多路复用器302。例如，当多路复用器302为1：k多路复用器(k为不小于2且小于n的自然数)时，多路复用器302通过n/k个输入/输出引脚P1到Pn/k与触摸感测电路300连接。在此情形中，如图6中所示，n个触摸检测电极COM1，COM2，…，和COMn被分为m个组，从而每组中的k个触摸检测电极接收以时分方式获得的触摸屏驱动信号Ts中的相应一个触摸驱动信号。就是说，向第一组的触摸检测电极COM1到COMk施加具有预定相位的触摸屏驱动信号Ts，向第二组的触摸检测电极COMk+1到COM2k施加从第一组的触摸屏驱动信号移位预定时间宽度的触摸屏驱动信号Ts。如此，n/k个移位的触摸屏驱动信号Ts被施加给第一到第m组的触摸检测电极COM1到COMn，直至施加给n/k个最终的触摸检测电极COMk(m-1)+1到COMn，其中k×m＝n。
同时，尽管上述输入系统中的触摸屏的检测类型为自电容型，但检测类型不限于此。如需要的话，触摸屏可应用于其中通过交叉电极之间的电容变化的检测来实现触摸检测的互电容型。在互电容型触摸屏中，驱动信号施加电极和检测信号施加电极布置成彼此交叉。触摸屏的电极可与像素阵列一起布置在显示面板内部。可选择地，触摸屏的电极可位于显示面板外部。就是说，输入系统中的触摸屏结构可应用于嵌入式和外置式二者。当触摸屏是电容型触摸屏时，其可以是自电容型、互电容型或任何其他电容型。
下文中，将详细描述与触摸屏同步的输入笔的结构和操作。
图7是图解根据一实施方式的输入笔100的内部结构的框图。
如图7中所示，用作输入工具的输入笔100包括：外壳180；从外壳180的一侧向外突出的导电末端110；位于外壳180的内部与导电末端110连接的切换单元120；与切换单元120并联的接收单元130和驱动单元140；信号处理单元150，信号处理单元150用于从接收单元130接收接收信号且用于通过信号处理执行接收信号的同步；用于供电的电源160；以及朝向输入笔外侧的输入/输出接口170。导电末端110、切换单元120、接收单元130、驱动单元140和信号处理单元150可统称为笔驱动信号产生/接收单元1000。参照图12描述笔驱动信号产生/接收单元1000的进一步特征。
导电末端110由诸如金属之类的导电材料制成。导电末端110以时分方式用作接收电极和发射电极。当导电末端110接触或靠近显示面板200时，导电末端110与触摸屏中包含的触摸检测电极中被选定的一个触摸检测电极，即与导电末端110重叠或位于最靠近导电末端110的位置处的触摸检测电极COMx连接，从而导电末端110从触摸检测电极COMx接收信号或者将从输入笔100的内部输出的驱动信号传输给触摸屏。
例如，偏振板或保护膜位于显示面板200的最上侧且位于触摸检测电极与导电末端110之间。因此，偏振板或保护膜用作绝缘层，且在导电末端110与触摸检测电极之间形成感测电容器Csen。当导电末端110接触或靠近显示面板200时，在其中导电末端110接触或靠近显示面板200的区域中设置的触摸检测电极处，感测电容器Csen的电容发生变化。触摸感测电路通过读取电容变化检测触摸位置。当导电末端110接触显示面板200时，可检测施加给触摸检测电极的驱动信号。可选择地或附加地，当导电末端110在预定距离内靠近显示面板200时，驱动信号的检测是可能的。这意味着即使当输入笔100悬停于显示面板200上方而不接触显示面板200的上表面时，在输入笔100的驱动与触摸面板的驱动之间仍实现同步，并通过这种同步实现触摸识别。
同时，当输入笔100接触显示面板200时，切换单元120与导电末端110直接电连接，以确定导电末端110是用作接收电极还是发射电极。
因为从导电末端110接收的信号的幅度较弱，所以接收单元130包括放大器，以放大接收的信号。在此，由导电末端110接收的信号与施加给对应于接触区域的触摸检测电极的触摸屏驱动信号Ts对应。
当在初始状态中输入笔100在开启之后接触或靠近显示面板200时，导电末端110经由切换单元120与接收单元130直接连接。在此状态下，接收单元130通过接收单元130中包含的放大器放大从显示面板200接收的触摸屏驱动信号Ts，信号处理单元150使用所放大的信号。
信号处理单元150分析通过接收单元130接收的放大信号的一帧或多帧并产生与触摸屏驱动信号Ts同步的时序信号。然后，将时序信号传输给驱动单元140。
驱动单元140包括产生输入笔驱动信号Ps的电平移位器，输入笔驱动信号Ps在预定高电平电压与预定低电平电压之间摆动的同时与触摸屏驱动信号Ts的时序同步。驱动单元140经由切换单元120将输入笔驱动信号Ps传输给导电末端110。
同时，电源160和输入/输出接口170包含在外壳180的内部，以能够经由输入/输出接口170在输入笔100的外部控制输入笔100的开启驱动(on-driving)。输入/输出接口170与位于外壳180的内部的电源160连接，以向接收单元130、驱动单元140和信号处理单元150提供所需的电力。
在此情形中，为了控制输入笔100的操作，特别是电源160的操作，输入/输出接口170可根据用户对物理承受部(例如按钮、开关)的按压操作与电源160电连接。可选择地或附加地，输入/输出接口170配置成从显示面板200或其他装置接收电气指令，以控制电源160。控制电源160包括将电源160和输入笔100开启或关断。
图8是图解根据参照图7所述的实施方式的输入笔的操作的流程图。
首先，经由输入/输出接口170和电源160向输入笔100供电(步骤10S)。
之后，导电末端110接触显示面板200的选定区域(步骤20S)。
在导电末端110初始接触显示面板200的时间，导电末端110与显示面板200中的触摸检测电极中被选定的一个触摸检测电极连接并感测从选定的检查触摸电极接收的触摸屏驱动信号，然后将得到的感测信号传输给接收单元130(步骤30S)。
接收单元130使用其中包含的放大器放大接收的信号，并将放大的信号传输给信号处理单元150，信号处理单元150寻找与从触摸检测电极输出的信号同步的时序(步骤40S)。信号处理单元150可使用其中包含的比较器将从接收单元130接收的放大的信号与预定阈值进行比较，以判定放大的信号是否高于此阈值，然后可输出与判定结果对应的数字笔感测信号。
同时，信号处理单元150分析从接收单元130接收的信号，以寻找在接收的信号与从输入笔100产生的笔驱动信号Ps之间的同步时序。例如在一帧或多帧的时段期间执行此工艺。
当对于一帧或多帧执行这种信号校准时，可充分校准接收的触摸屏驱动信号Ts与笔驱动信号Ps之间的相位差。
实际上，并非整个一帧用于触摸，一帧被分为像素阵列驱动时段T1和触摸屏驱动时段T2，因而将仅在触摸屏驱动时段T2中接收来自触摸屏的触摸屏驱动信号。在一帧或多帧的时段内从触摸屏接收足够的触摸屏驱动信号之后执行信号处理单元150的信号校准，以确定触摸屏驱动信号的同步时序。
当触摸屏驱动信号Ts与笔驱动信号Ps之间的相位误差大于默认值时，可进一步执行单独的校准算法。
之后，驱动单元140根据从信号处理单元150输出的时序信息产生在预定高电平电压与预定低电平电压之间摆动的驱动信号(步骤50S)。
随后，根据驱动信号，导电末端110通过切换单元120切换至驱动电极，从而经由导电末端110向触摸屏提供笔驱动信号Ps(步骤60S)。
在输入笔100的初始开启操作之后，在从触摸屏接收触摸屏驱动信号Ts的接收时段Rx与向触摸屏发送笔驱动信号Ps的发送时段Tx之间存在一切换时段。此切换时段用于信号处理单元150的信号校准。
在随后的帧中，以时分方式反复执行用于经由导电末端110传输与触摸屏驱动信号Ts同步的笔驱动信号Ps的步骤Tx以及用于通过导电末端110接收触摸屏驱动信号Ts的步骤Rx。一旦笔驱动信号Ps初始就与触摸屏驱动信号Ts同步，则可从随后的帧去除位于用于笔驱动的接收时段Rx和发送时段Tx之间的切换时段。在此情形中，可在触摸感测时段被时分为接收时段和发送时段的条件下在触摸感测时段中执行笔驱动。
同时，在向触摸屏传输笔驱动信号之后，触摸屏与触摸感测电路300连接，触摸感测电路300进而感测导电末端110和与导电末端110连接的触摸屏的触摸检测电极COMn之间的电容的变化。然后，触摸感测电路300通过执行触摸感测算法来检测触摸位置。
图9是图解根据参照图7所述的实施方式，触摸屏驱动信号与笔驱动信号之间的关系的波形图。图10是根据参照图7所述的实施方式，与输入笔100的各个组成元件相关的信号的波形图。
如图10中所示，根据电源的初始开启操作，输入笔100的导电末端110用作接收电极，因而导电末端在接收时段Rx期间从触摸检测电极接收信号。在预定切换时段之后，导电末端110从发送单元接收笔驱动信号并切换为发射电极，以在发送时段Tx期间发送笔驱动信号Ps。
在此情形中，输入笔100的接收单元130直接检测通过导电末端110接收的信号(即触摸屏驱动信号)的波形，然后通过放大器产生具有预定幅度的接收信号来用于所需的处理。
信号处理单元150基于通过接收单元130接收的信号(即触摸屏驱动信号Ts)产生与接收信号同步的时序。
驱动单元140在与信号处理单元150中分析的信号的时序同步的同时，产生在预定低电平电压与预定高电平电压之间摆动的笔驱动信号。
在笔驱动信号Ps与触摸屏驱动信号Ts同步之后，如图9中所示，在随后帧的各个触摸屏驱动时段T2之中，仅在产生触摸屏驱动信号Ts的时段中产生随后的笔驱动信号Ps。
尽管在图10的情形中发送时段Tx和接收时段Rx的时间宽度显示为相等，但优选的是，接收时段Rx的时间宽度尽可能短，因为接收时段Rx的时间宽度会影响触摸响应速率。因此，发送时段Tx具有相对长的时间宽度。
图11是图解根据参照图7所述的实施方式的输入笔100的导电末端110在不同时间处执行的操作的示图。
如图11中所示，当导电末端110在输入笔100开启的状态下接触具有触摸屏的显示面板200时，导电末端110在输入笔100的内部没有产生笔驱动信号的状态下等待预定时间来接收信号。导电末端110在等待时间期间仅进行信号接收。在此，接收的信号对应于触摸屏驱动信号Ts。
在完成信号接收之后，以预定时间执行用于产生笔驱动信号Ps的初始化。此初始化时段可以是导电末端110从接收电极切换为发射电极的切换时段。初始化时段可以是一帧或多帧。在此时段期间，输入笔100中包含的信号处理单元分析接收的信号并产生与接收的信号同步的笔驱动信号Ps。
因此，在触摸屏检测是否产生触摸的操作期间，根据触摸屏驱动信号Ts的施加，在与其中输入笔100接触或靠近触摸屏的区域对应的触摸检测电极处产生电容的变化。在此情形中，由输入笔100的接触或靠近导致的电容变化是与相应的感测时间同步产生的，从而可精确检测触摸位置。
下面的实施方式涉及图7的输入笔100中的笔驱动信号产生/接收单元1000的具体结构。下面的描述提供了用于产生笔驱动信号并进行感测操作的具体结构。
图12是图解根据一实施方式的输入笔100的内部结构的框图。
图12图解了图7的输入笔100中包含的笔驱动信号产生/接收单元1000的结构。笔驱动信号产生/接收单元1000可容纳在外壳180中。将理解到，输入笔100可进一步包括：容纳在外壳180中的同时与信号处理单元345连接以供电的电源160、以及容纳在外壳180中朝向输入笔100的外侧的输入/输出接口170。
如图12中所示，笔驱动信号产生/接收单元1000主要包括输入/输出端子305，输入/输出端子305用于在直接接触触摸屏或悬停于触摸屏上方的同时通过输入笔100的导电末端310接收信号以及用于传输输入笔内部产生的笔驱动信号。笔驱动信号产生/接收单元进一步包括用于处理笔感测信号S_Rx的接收单元330和用于产生笔驱动信号S_Tx的驱动单元340。
在此，当输入笔100与接触或靠近输入笔的触摸屏的触摸电极连接时，从触摸屏产生的驱动信号用作笔感测信号S_Rx。通过由接收单元330接收的模拟信号的放大以及将放大的模拟信号转换为数字信号，驱动信号用于笔感测。就是说，在输入笔的内部不产生单独的笔感测信号，当输入笔与触摸屏连接时从触摸屏接收的信号用于笔感测。
输入/输出端子305包括物理导电末端310、切换单元320和压力传感器315。切换单元320和压力传感器315与导电末端310连接。压力传感器315是可选的。当包括压力传感器315时，能够根据检测的压力水平有利地产生笔驱动信号S_Tx，以提高输入笔对触摸事件的灵敏度。
切换单元320和压力传感器315分别通过电连接和物理连接与导电末端310连接。
接收单元330包括接收缓存器331、放大器333和比较器335。比较器335与信号处理单元345连接。尽管图12中显示出信号处理单元345包含在驱动单元340中，但为了在控制开启信号向切换单元320的传输的同时控制接收单元330和驱动单元340，信号处理单元345执行与触摸屏的触摸屏驱动信号的同步以及在信号处理单元345的内部的笔驱动信号S_Tx的产生相关的信号处理。
根据通过切换单元320对接收单元330的功能选择，接收缓存器331经由导电末端310从触摸屏接收信号，并将接收的信号传输给放大器333。如需要的话，可去除接收缓存器331，切换单元320可直接与放大器333连接。
放大器333包括多个级，以增大接收的感测信号的幅度，从而提高灵敏度。
比较器335将从放大器333输出的感测信号与阈值进行比较，并基于阈值输出数字笔感测信号。例如，当放大器输出大于等于阈值时，比较器335输出高数字值(例如非零数字值)，且当放大器输出小于阈值时，比较器335输出低数字值(例如零、小于上述高数字值的正数字值)。
驱动单元340包括信号处理单元345、电平移位器343、以及发送缓存器341，其中，信号处理单元345用于接收从比较器335输出的数字笔感测信号，由此产生笔驱动信号S_Tx；电平移位器343用于将从信号处理单元345输出的数字笔驱动信号转换为模拟笔驱动信号；发送缓存器341用于将从电平移位器343输出的信号传输给切换单元320。在此情形中，可去除发送缓存器341，电平移位器343可直接与切换单元320连接。
为了根据切换单元320的选择将来自导电末端310的感测信号传输给接收缓存器331或为了将来自发送缓存器341的笔驱动信号S_Tx传输给导电末端310，切换单元320与接收单元330的接收缓存器331以及发送单元340的发送缓存器341连接。切换单元320根据信号接收和发送，在信号处理单元345的控制下操作。
从比较器335输出的信号为笔感测信号S_Rx，其是从由放大器放大的模拟信号之中的具有高于阈值或不高于阈值的电平的信号转换而来的数字信号。在此情形中，“笔感测信号S_Rx响应于大于或小于阈值的值是否为高”取决于放大器是否为反相放大器。例如，当放大器为反相放大器时，小于阈值的放大器输出导致表示检测到触摸的笔感测信号S_Rx。当放大器为非反相放大器时，大于(或等于)阈值的放大器输出导致表示检测到触摸的笔感测信号S_Rx或者可选择地导致不输出笔感测信号S_Rx。
通过信号处理单元345输入和输出的笔感测信号S_Rx和笔驱动信号S_Tx分别具有数字电平。具有数字电平的输出的笔驱动信号S_Tx通过电平移位器343转换为模拟信号。
同时，输入笔的导电末端310由诸如金属之类的导电材料制成。导电末端310以时分方式用作接收电极和发射电极。当导电末端310接触或靠近(即在位置上接近)显示面板200时，导电末端310与触摸屏中包含的触摸检测电极中被选定的一个触摸检测电极，即与导电末端310重叠或位于靠近导电末端310的位置处的触摸检测电极COMx连接，从而导电末端310从触摸检测电极COMx接收信号或者将从输入笔的内部输出的驱动信号传输给触摸屏。
例如，偏振板或保护膜位于显示面板(图1中的“200”)的最上侧且位于触摸检测电极与导电末端310之间。因此，偏振板或保护膜用作绝缘层，从而在导电末端310与触摸检测电极之间形成感测电容器Csen。当导电末端310接触或靠近显示面板200时，在其中导电末端310接触或靠近显示面板200的区域中设置的触摸检测电极处，感测电容器Csen的电容发生变化。随着触摸感测电路读取此电容变化，可实现触摸位置的检测。当导电末端310接触显示面板200时，可更容易检测施加给触摸检测电极的驱动信号。可选择地或附加地，当导电末端310在预定距离内靠近显示面板200时，驱动信号的检测是可能的。这意味着即使当输入笔100悬停在显示面板200附近而不接触显示面板200的上表面时，在输入笔100的驱动与触摸面板的驱动之间仍实现同步，并通过这种同步实现触摸识别。
下文中，将详细描述根据参照图12所述的实施方式的触摸检测方法。
图13是触摸屏以及根据参照图12所述的实施方式的输入笔的内部结构中使用的信号的时序图。
如图13中所示，包括触摸屏的显示面板200产生用于将每帧分为显示时段D和触摸时段T的触摸使能信号，显示时段D和触摸时段T对于每帧来说交替至少一次。触摸时段T对应于触摸使能信号的低电平，显示时段D对应于触摸使能信号的高电平。如图13中所示，一帧可分为几十或更多个显示时段D和几十或更多个触摸时段T。如需要的话，一帧可分为两个时段，即一个显示时段D和一个触摸时段T，如图3中所示。
触摸屏在每个触摸时段T中产生多个触摸屏驱动信号Ts。
为了在触摸时段T的初始部分中使接收单元执行笔感测且同时使驱动单元340输出笔驱动信号S_Tx，输入笔100再次将触摸时段T进行时间划分。作为一个实施方式，输入笔将触摸时段进行时间划分，以在触摸时段的初始部分期间接收触摸屏驱动信号且在触摸时段的其余部分期间传输笔驱动信号，其中其余部分具有比触摸时段的初始部分长的持续时间。
在此情形中，输入笔感测触摸屏驱动信号Ts，以使用触摸屏驱动信号Ts来进行笔感测。接收单元330中的放大器333和比较器335在触摸屏驱动信号Ts的高电平时段中产生其输出。
通过切换单元320的控制实现输入笔中笔感测信号S_Rx与笔驱动信号S_Tx之间的区分。从信号处理单元345产生用于切换单元320的控制信号。当用于切换单元320的控制信号“Switch Ctrl”从低电平移位为高电平时，切换单元320从笔感测切换为笔驱动。换句话说，切换单元320停止从导电末端310向接收单元330传输触摸屏驱动信号Ts，并开始从驱动单元340向导电末端310发送笔驱动信号S_Tx。在这种切换时段中，触摸屏驱动信号Ts延迟了一个时钟1clock或多个时钟(例如，触摸屏驱动信号Ts的一个或多个周期)。与在触摸屏驱动信号Ts的上述延迟，即时钟(例如一周期或整数个时钟周期)之后生成的触摸屏驱动信号Ts的下降沿或上升沿同步地产生笔驱动信号S_Tx。在此情形中，触摸屏驱动信号Ts和笔驱动信号S_Tx在图13中显示为具有反相的波形。就是说，与触摸屏驱动信号Ts的下降沿同步地产生笔驱动信号S_Tx。触摸屏驱动信号Ts和笔驱动信号S_Tx还具有相同的周期(时钟周期)。触摸屏驱动信号Ts和笔驱动信号S_Tx可具有相反的相位或相同的相位，只要它们具有相同的时钟周期即可。
切换时段中的延迟优选在触摸屏驱动信号Ts的一到两个时钟内。
在每帧的触摸时段T中反复产生笔感测信号S_Rx和笔驱动信号S_Tx。笔感测信号S_Rx用于设定产生笔驱动信号S_Tx的时序同步信号。一般来说，信号处理单元345将触摸时段T分为至少一个笔感测时段和至少一个笔驱动信号产生时段。信号处理单元345将切换单元320控制为在笔驱动信号产生时段期间传输笔驱动信号S_Tx且在笔感测时段期间传输触摸屏驱动信号Ts。实际上，触摸时段T内的笔驱动信号产生时段长于触摸时段T内的笔感测时段，因而笔驱动信号S_Tx的传输时间要长于笔感测信号S_Rx，以实现输入笔与包含触摸屏的显示面板的连接。作为一个实施方式，在输出数字笔感测信号之后，在触摸屏驱动信号的至少一个周期产生笔驱动信号。
下文中，将描述在输入系统的组成元件中用于笔感测的信号波形。
在所示的情形中，两级反相放大器用作放大器333。
图14是图解根据参照图12所述的实施方式的输入笔中的接收单元的组成元件的输出的波形图。
如图14中所示，从触摸屏产生的触摸屏驱动信号Ts具有其中具有恒定周期的波形。然而，经由导电末端310被接收至接收缓存器331的信号为耦合信号，其初始是异步的且具有较低值，从而放大器333的负载在反方向上施加给接收缓存器331。结果，随着时间的流逝，可能产生接收缓存器331中检测的信号的畸变。
接收缓存器331的输出经过两级反相放大器333且在采取反相信号(invertedsignal)形式的同时被放大。
比较器335将反相放大器333的最终输出与阈值进行比较，且当输出具有小于阈值的电平时将输出反相。然后，比较器335将反相的信号输出作为数字笔感测信号S_Rx。
能够看出，通过上述结构，输入系统使用触摸屏驱动信号Ts产生笔感测信号S_Rx而并不是在输入笔100的内部产生单独的笔感测信号，并使用产生的感测信号进行笔感测。
同时，所示的波形是在输入笔100接近但不完全接触触摸屏的条件下进行的模拟的结果。当实际发生触摸时，接收缓存器331、两级放大器333和比较器335的输出在发生触摸的时间发生变化。当产生与触摸屏驱动信号Ts同步的笔驱动信号S_Tx时在与触摸屏连接的控制器中确定此变化，从而可检测触摸。
图15是图解根据一实施方式，与使用手指相比，当输入笔接触触摸屏时感测到的触摸感测信号的灵敏度的波形图。
图15图解了以每一帧为基础，在输入系统中包含的输入笔100接触触摸屏时感测到的信号以及当手指接触触摸屏时感测到的信号的测量强度。参照图15，能够看出当输入笔100接触触摸屏时感测到的信号的强度高于当手指接触触摸屏时感测到的信号的强度，随着触摸屏与导电末端之间耦合的电容增加，感测到的信号的强度增加。因此，能够看出即使当使用包括输入笔的输入系统时，也可检测出具有适于触摸检测的电平的信号。
在输入系统中，导电末端交替执行笔感测功能和传输笔驱动信号S_Tx的功能，并基于在感测操作期间接收的信号产生与触摸屏的操作频率同步的笔驱动信号S_Tx，以使用笔驱动信号S_Tx进行触摸检测。在此情形中，通过在触摸屏中操作的脉冲与在诸如触笔之类的输入笔100中驱动的笔驱动信号的同步，可增加触摸信号的强度。
此外，与手指触摸相比，具有嵌入式触摸屏以及与触摸屏联动地驱动的输入笔100的输入系统获得了更佳的触摸灵敏度。
上述输入系统和触摸检测方法可提供下列示例优点中的一个或多个优点。
输入笔的导电末端用作接收用于显示面板中的触摸屏的触摸屏驱动信号的媒介以及用于传输在输入笔100的内部产生的笔驱动信号的媒介，而不向显示面板增加单独的电极来驱动输入笔100。因此，可在保持触摸感测的较高灵敏度的同时实现结构简化。
输入笔100不单独产生笔驱动信号，而是基于由输入笔100接收的触摸屏驱动信号Ts产生笔驱动信号。因此，可在触摸屏驱动时段中精确地检测笔接触，从而精确地检测触摸或接近。因而，可实现高灵敏度的输入笔100。
此外，可保持触摸检测的线性，以便提高触摸性能。
可根据输入笔100中包含的导电末端和触摸屏形成感测电容器，从而可在输入笔的内部进行信号校准。因此，不必在显示面板200中形成电磁传感器来驱动输入笔100，从而实现了具有简单结构的触摸屏。特别是，此输入系统对于嵌入式触摸屏结构是有利的。
当然，输入系统不限于嵌入式触摸屏结构。输入系统可应用于任何类型的触摸屏，只要应用的触摸屏的电极结构是电容型即可。输入系统也可应用于使用各种触摸检测方法的触摸屏。例如，输入系统可应用于互电容型触摸屏以及自电容型触摸屏。
在输入系统中，导电末端交替执行笔感测功能和传输笔驱动信号的功能，并基于在感测操作期间接收的信号产生与触摸屏的操作频率同步的笔驱动信号，以使用笔驱动信号进行触摸检测。在此情形中，通过在触摸屏中操作的脉冲与在诸如触笔之类的输入笔100中驱动的笔驱动信号的同步，可增加触摸信号的强度。
此外，在具有嵌入式触摸屏以及与触摸屏联动地驱动的输入笔100的输入系统中，与手指触摸相比，可获得更佳的触摸灵敏度。
在不背离本发明的精神或范围的情况下可进行各种修改和变化，这对于本领域技术人员来说是显而易见的。因而，本发明意在覆盖落入所附权利要求书的范围及其等同范围内的对所公开实施方式的所有修改和变化。

Claims (24)

1.一种输入系统，包括：
具有触摸屏的显示面板，所述触摸屏包括多个触摸检测电极，触摸屏驱动信号被提供给用于触摸检测的所述多个触摸检测电极；和
输入笔，所述输入笔包括：
导电末端；
与所述导电末端连接的切换单元；
接收单元，所述接收单元与所述切换单元连接且所述接收单元配置成通过所述导电末端和所述切换单元从所述触摸屏接收触摸屏驱动信号；
驱动单元，所述驱动单元与所述切换单元连接且所述驱动单元配置成产生笔驱动信号，所述笔驱动信号通过所述导电末端和所述切换单元传输给所述触摸屏，所述显示面板配置成响应于所述笔驱动信号检测所述输入笔的接触或靠近；和
信号处理单元，所述信号处理单元与所述接收单元和所述驱动单元连接，所述信号处理单元配置成校准所述笔驱动信号的时序，以使所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号同步，从而使所述笔驱动信号的产生与所述触摸屏驱动信号的产生重叠。
2.根据权利要求1所述的输入系统，其中所述驱动单元配置成在从接收到所述触摸屏驱动信号经过预定时间之后产生所述笔驱动信号，所述导电末端将所述笔驱动信号传输给所述显示面板。
3.根据权利要求2所述的输入系统，其中所述信号处理单元配置成响应于所述触摸屏驱动信号的接收而启动切换时段，所述切换单元配置成在所述切换时段之后开始将所述笔驱动信号从所述驱动单元传输给所述导电末端。
4.根据权利要求1所述的输入系统，其中所述输入笔还包括压力传感器，所述压力传感器与所述导电末端物理地连接，以感测施加给所述导电末端的压力并将感测的压力传输给所述信号处理单元。
5.根据权利要求1所述的输入系统，其中所述信号处理单元配置成输出所述笔驱动信号，所述笔驱动信号具有与所述触摸屏驱动信号相同的周期且具有与所述触摸屏驱动信号相同的相位或相对于所述触摸屏驱动信号相反的相位。
6.根据权利要求1所述的输入系统，其中所述信号处理单元配置成将所述显示面板的触摸时段时分为笔感测时段和笔驱动时段，且所述信号处理单元配置成在所述笔感测时段期间将所述切换单元控制为将所述触摸屏驱动信号从所述导电末端传输给所述接收单元，并且在所述笔驱动时段期间将所述切换单元控制为将所述笔驱动信号传输给所述导电末端，
其中公共电压信号在显示面板的非触摸时段期间被均匀施加给用于触摸检测的所述触摸检测电极。
7.根据权利要求6所述的输入系统，其中所述触摸时段内的笔驱动时段长于所述触摸时段内的笔感测时段。
8.根据权利要求1所述的输入系统，其中所述接收单元包括：
放大器，所述放大器配置成放大通过所述切换单元感测的触摸屏驱动信号；和
比较器，所述比较器配置成响应于来自所述放大器的放大后的触摸屏驱动信号与阈值的比较，输出具有数字电平的数字笔感测信号，所述驱动单元配置成响应于所述数字笔感测信号产生所述笔驱动信号。
9.根据权利要求8所述的输入系统，其中所述驱动单元包括电平移位器，所述电平移位器配置成将从所述信号处理单元接收的所述笔驱动信号转换为与所述笔驱动信号的数字电平对应的模拟驱动电压信号，且所述电平移位器配置成输出所述模拟驱动电压信号。
10.根据权利要求8所述的输入系统，其中所述比较器配置成响应于大于等于所述阈值的放大后的触摸屏驱动信号，输出所述数字笔感测信号。
11.根据权利要求8所述的输入系统，其中所述放大器为反相放大器，且其中所述比较器配置成响应于小于所述阈值的放大后的触摸屏驱动信号，输出所述数字笔感测信号。
12.一种使用输入系统检测触摸的方法，包括：
将从输入笔突出的导电末端放置为接触或靠近包括触摸屏的显示面板，所述触摸屏包括多个触摸检测电极，触摸屏驱动信号被提供给用于触摸检测的所述多个触摸检测电极；
响应于所述导电末端与触摸屏区域的连接，经由所述导电末端从所述触摸屏区域接收所述触摸屏驱动信号，其中在所述触摸屏区域，所述输入笔接触或靠近所述触摸屏；
在所述输入笔内产生笔驱动信号，所述笔驱动信号与从所述触摸屏区域接收的触摸屏驱动信号同步，以使所述笔驱动信号的产生与所述触摸屏驱动信号的产生重叠；和
经由所述导电末端将所述笔驱动信号传输给所述触摸屏，所述显示面板配置成响应于所述笔驱动信号检测所述输入笔的触摸或靠近。
13.根据权利要求12所述的方法，其中所述输入笔反复地经由所述导电末端接收所述触摸屏驱动信号以及经由所述导电末端传输所述笔驱动信号，且其中所述输入笔使用时分方式在所述导电末端处交替地接收所述触摸屏驱动信号以及传输所述笔驱动信号。
14.根据权利要求13所述的方法，其中：
所述显示面板产生触摸使能信号，所述触摸使能信号将每帧分为显示时段和触摸时段，所述显示时段和所述触摸时段在每一帧彼此交替至少一次；
所述触摸屏在所述触摸时段期间产生用于所述触摸屏的多个触摸驱动信号；且
所述输入笔将所述触摸时段进行时间划分，以在所述触摸时段的初始部分期间接收所述触摸屏驱动信号且在所述触摸时段的其余部分期间传输所述笔驱动信号，所述其余部分具有比所述触摸时段的初始部分长的持续时间，
其中公共电压信号在显示面板的非触摸时段期间被均匀施加给用于触摸检测的所述触摸检测电极。
15.根据权利要求14所述的方法，其中接收所述触摸屏驱动信号包括：
经由所述导电末端接收所述触摸屏驱动信号；
使用所述输入笔的放大器放大所述触摸屏驱动信号；以及
响应于放大后的触摸屏驱动信号与阈值的比较，输出具有数字电平的数字笔感测信号，其中响应于所述数字笔感测信号产生所述笔驱动信号。
16.根据权利要求15所述的方法，其中产生所述笔驱动信号包括：在输出所述数字笔感测信号之后，在所述触摸屏驱动信号的至少一个周期产生所述笔驱动信号。
17.根据权利要求12所述的方法，其中产生所述笔驱动信号包括：产生这样的笔驱动信号：其具有与所述触摸屏驱动信号相同的周期且具有与所述触摸屏驱动信号相同的相位或相对于所述触摸屏驱动信号相反的相位。
18.根据权利要求12所述的方法，还包括：感测与所述导电末端连接的所述触摸屏的所述多个触摸检测电极的电容变化，以检测触摸位置。
19.一种输入笔，所述输入笔配置为用于具有触摸屏的显示面板，所述触摸屏包括多个触摸检测电极，触摸屏驱动信号被提供给用于触摸检测的所述多个触摸检测电极，所述输入笔包括：
导电末端；
与所述导电末端连接的切换单元；
接收单元，所述接收单元与所述切换单元连接且所述接收单元配置成通过所述导电末端和所述切换单元从所述触摸屏接收触摸屏驱动信号；
驱动单元，所述驱动单元与所述切换单元连接且所述驱动单元配置成产生笔驱动信号，所述笔驱动信号通过所述导电末端和所述切换单元传输给所述触摸屏，所述显示面板配置成响应于所述笔驱动信号检测所述输入笔对所述触摸屏的触摸或靠近；和
信号处理单元，所述信号处理单元与所述接收单元和所述驱动单元连接，所述信号处理单元配置成校准所述笔驱动信号的时序，以使所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号同步，从而使所述笔驱动信号的产生与所述触摸屏驱动信号的产生重叠。
20.根据权利要求19所述的输入笔，其中所述信号处理单元配置成输出所述笔驱动信号，所述笔驱动信号具有与所述触摸屏驱动信号相同的周期且具有与所述触摸屏驱动信号相同的相位或相对于所述触摸屏驱动信号相反的相位。
21.根据权利要求19所述的输入笔，其中所述信号处理单元配置成将所述显示面板的触摸时段时分为笔感测时段和长于所述笔感测时段的笔驱动时段，且所述信号处理单元配置成在所述笔感测时段期间将所述切换单元控制为将所述触摸屏驱动信号从所述导电末端传输给所述接收单元，并且在所述笔驱动时段期间将所述切换单元控制为将所述笔驱动信号传输给所述导电末端。
22.根据权利要求19所述的输入笔，其中所述接收单元包括：
放大器，所述放大器配置成放大通过所述切换单元感测的触摸屏驱动信号；和
比较器，所述比较器配置成响应于来自所述放大器的放大后的触摸屏驱动信号与阈值的比较，输出具有数字电平的数字笔感测信号，所述驱动单元配置成响应于所述数字笔感测信号产生所述笔驱动信号。
23.一种输入笔，所述输入笔配置为用于具有触摸屏的显示面板，所述触摸屏包括多个触摸检测电极，触摸屏驱动信号被提供给用于触摸检测的所述多个触摸检测电极，所述输入笔包括：
导电末端；
接收单元，所述接收单元配置成通过所述导电末端从所述触摸屏接收触摸屏驱动信号；
驱动单元，所述驱动单元配置成产生笔驱动信号，所述笔驱动信号通过所述导电末端传输给所述触摸屏，所述显示面板配置成响应于所述笔驱动信号检测所述输入笔对所述触摸屏的触摸或靠近；和
信号处理单元，所述信号处理单元与所述接收单元和所述驱动单元连接，所述信号处理单元配置成使所述笔驱动信号与所述触摸屏驱动信号同步，以使所述笔驱动信号的产生与所述触摸屏驱动信号的产生重叠。
24.根据权利要求23所述的输入笔，其中所述接收单元包括比较器，所述比较器配置成响应于来自放大器的放大后的触摸屏驱动信号与阈值的比较，输出具有数字电平的数字笔感测信号，所述驱动单元配置成响应于所述数字笔感测信号产生所述笔驱动信号。
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