CN106055151A - 触摸屏、显示装置以及触摸屏的驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明实施例涉及一种触摸屏、一种显示装置以及一种触摸屏的驱动方法。所述触摸屏包括：具有公共电极层的阵列基板，所述公共电极层被分割为多个阵列排布的子电极；显示驱动单元，用于在显示时间段向所述子电极阵列提供公共电极驱动信号；触控驱动单元，用于在触控时间段向所述子电极阵列提供触控电极驱动信号；其中，所述阵列基板还包括第一切换单元，所述第一切换单元用于执行切换以分时地将所述公共电极驱动信号和所述触控电极驱动信号输出到各个所述子电极阵列，从而进行触摸屏的显示驱动和触控驱动。

Description

触摸屏、显示装置以及触摸屏的驱动方法
技术领域
本发明实施例涉及触摸屏技术，更具体地，涉及一种触摸屏、一种显示装置以及一种触摸屏的驱动方法。
背景技术
触摸屏，尤其是内嵌式(In Cell)触摸屏的技术成熟推进了屏幕触控一体化。随之而来的公共电极的分时驱动也使得显示IC芯片和触摸IC芯片均需要定制化，且各家IC间的兼容性大大降低。
发明内容
本发明实施例提出了一种触摸屏、一种显示装置以及一种触摸屏的驱动方法。
根据本发明的一个方面，提出了一种触摸屏，包括：
具有公共电极层的阵列基板，所述公共电极层被分割为多个阵列排布的子电极；
显示驱动单元，用于在显示时间段向所述子电极阵列提供公共电极驱动信号；
触控驱动单元，用于在触控时间段向所述子电极阵列提供触控电极驱动信号；
其中，所述阵列基板还包括第一切换单元，所述第一切换单元用于执行切换以分时地将所述公共电极驱动信号和所述触控电极驱动信号输出到各个所述子电极阵列，从而进行触摸屏的显示驱动和触控驱动。
优选地，所述第一切换单元包括多个第一薄膜晶体管，所述第一薄膜晶体管的控制端与所述显示驱动单元的第一端相连，接收来自显示驱动单元的公共电极切换信号；所述第一薄膜晶体管的输入端与显示驱动单元的第二端相连，接收来自显示驱动单元的公共电极驱动信号；每个 第一薄膜晶体管的输出端分别与相应的子电极阵列相连，并分别与触控驱动单元的相应输出端相连。
优选地，根据本发明实施例的触摸屏还包括时序控制单元，用于分别向所述显示驱动单元和所述触控驱动单元提供时序控制信号。
优选地，所述触摸屏还包括第二切换单元，用于将所述触控驱动单元产生的触控电极驱动信号输出到所述相应的子电极阵列。
优选地，所述显示驱动单元、触控驱动单元和时序控制单元集成为一体设置于所述阵列基板的外部，并通过柔性印刷电路板接合的方式与所述阵列基板相连。
优选地，所述第二切换单元和所述显示驱动单元设置于所述阵列基板上。
优选地，所述触控驱动单元和所述时序控制单元集成为一体设置于所述阵列基板的外部并通过柔性印刷电路板接合的方式与所述阵列基板相连。
优选地，所述第二切换单元包括多个第二薄膜晶体管，所述第二薄膜晶体管的控制端接收来自所述显示驱动单元的触控电极切换信号；所述第二薄膜晶体管的输入端接收所述触控驱动单元产生的多个触控电极驱动信号中的相应一个，所述薄第二膜晶体管的输出端与所述相应的子电极阵列相连。
优选地，所述触控电极驱动信号的幅值与所述公共电极驱动信号的幅值相关。
根据本发明的另一方面，提出了一种显示装置，包括根据本发明实施例的触摸屏。
根据本发明的另一方面，提出了一种应用于根据本发明实施例的触摸屏的驱动方法，包括：
在所述触摸屏显示的每一帧的显示时间段，所述第一切换单元导通，所述第二切换单元断开，将公共电极驱动信号输出到相应子电极阵列，以便执行触摸屏的显示画面刷新；
在所述触摸屏显示的每一帧的触控时间段，所述第一切换单元断开，所述第二切换单元导通，将触控电极驱动信号输出到相应子电极阵列，以便执行触摸屏的触控扫描。
根据本发明实施例，利用将第一切换单元设置于阵列基板上，既可以维持原有显示IC的兼容性，也可以与各个厂商的触摸IC兼容，有益于降低产品开发的技术风险，同时减小触摸IC的控制电路，降低IC成本。此外，传统的分时驱动电路通常位于触摸IC中，相反，根据本发明实施例，利用将第一切换单元设置于阵列基板上，同时减小了触摸IC的控制电路，提高触摸IC的良品率，减小IC尺寸，并降低IC成本。此外，由于将包括多个薄膜晶体管的切换单元集成于阵列基板上，可以使用相同工艺一起形成阵列基板中的像素驱动薄膜晶体管和切换单元中的薄膜晶体管，从而进一步降低了成本。
附图说明
通过下面结合附图说明本发明的示例实施例，将使本发明实施例的上述及其它目的、特征和优点更加清楚，其中：
图1是自容式触摸屏的公共电极层分割示意图；
图2是互容式触摸屏的公共电极层分割示意图；
图3示出了根据本发明一个实施例的触摸屏的结构示意图；
图4示出了根据本发明另一个实施例的触摸屏的结构示意图；
图5示出了根据本发明实施例的触摸屏的示意图；
图6示出了根据本发明又一实施例的触摸屏的结构示意图；
图7A是根据本发明一个实施例的触控单元的结构示意图；
图7B是根据本发明另一实施例的触控单元的结构示意图；
图8A是根据本发明一个实施例的触摸屏的集成方式示意图；
图8B是根据本发明另一个实施例的触摸屏的集成方式示意图；
图9是用于根据本发明实施例的触摸屏的驱动方法的流程图；
图10A是根据本发明一个实施例的触摸屏的分时控制信号时序的示意图；
图10B是根据本发明另一实施例的触摸屏的分时控制信号时序的示意图；以及
图10C是根据本发明又一个实施例的触摸屏的分时控制信号时序的示意图。
具体实施方式
以下参照附图，对本发明的示例实施例进行详细描述。贯穿附图，相同的元素由相同或相近的附图标记来表示。在以下描述中，一些具体实施例仅用于描述目的，而不应该理解为对本发明有任何限制，而只是本发明实施例的示例。在可能导致对本发明的理解造成混淆时，将省略常规结构或构造。应注意，图中各部件的形状和尺寸不反映真实大小和比例，而仅示意本发明实施例的内容。
还应注意的是，本领域技术人员可以理解，本文中的术语“A与B相连”和“A连接到B”可以是A与B直接相连，也可以是A经由一个或多个其他组件与B相连。此外，本文中的“相连”和“连接到”可以是物理电连接，也可以是电耦接或电耦合等。
本领域技术人员可以理解，本发明所有实施例中采用的开关晶体管均可以是薄膜晶体管或场效应管或其他特性相同的器件。优选地，本发明实施例中使用的薄膜晶体管可以是氧化物半导体晶体管。这里采用的术语“控制端”是指晶体管的栅极，“输入端”是指晶体管的源极和漏极中的一个，“输出端”是指晶体管的源极和漏极中的另一个。由于这里采用的开关晶体管的源极、漏极是对称的，所以其源极、漏极可以互换。
图3示出了根据本发明一个实施例的触摸屏的结构示意图。如图3所示，根据本发明实施例的触摸屏包括：具有公共电极层110的阵列基板100，所述公共电极层被分割为多个阵列排布的子电极；显示驱动单元130，用于在显示时间段向子电极阵列提供公共电极驱动信号；触控驱动单元150，用于在触控时间段向所述子电极阵列提供触控电极驱动信号；其中，所述阵列基板还包括第一切换单元120，所述第一切换单元120用于执行切换以分时地将所述公共电极驱动信号和所述触控电极驱动信号输出到各个所述子电极阵列，从而进行触摸屏的显示驱动和触控驱动。
通常将阵列基板的公共电极层分割成多个子电极阵列。图1示出了自容式触摸屏的公共电极层分割示意图，图2示出了互容式触摸屏的公共电极层分割示意图。如图1和图2所示，可以通过金属引线C1、C2、……Cn将第一切换单元120分别与n个子电极阵列相连，n是大于1的整数。本领域技术人员可以理解，本发明实施例并不局限于图1和图2所示的分割方式，可以按照其他多种方式来将公共电极层分割成多个子电极阵列。尽管图中未示出，可以按照本领域公知的各种方法将引线C1、C2、……Cn与各个子电极阵列相连。例如，可以通过物理连接和/或电学连接将引线C1、C2、……Cn分别与各个子电极阵列相连。
图4示出了根据本发明另一个实施例的触摸屏的结构示意图。如图4所示，与图3所示的触摸屏的不同之处在于，图4中的触摸屏还包括时序控制单元140，用于分别向所述显示驱动单元130和所述触控驱动单元150提供时序控制信号。
图5示出了根据本发明一个实施例的触摸屏的示意图。如图5所示，根据本发明一个实施例的触摸屏可以包括阵列基板100，阵列基板100设置有公共电极层110和第一切换单元120。第一切换单元120可以包括多个薄膜晶体管，每个薄膜晶体管的控制端与显示驱动单元130的第一端相连，以接收来自显示驱动单元130的公共电极切换信号C-SW；每个薄膜晶体管的输入端与显示驱动单元130的第二端相连，接收来自显示驱动单元130的公共电极信号VCOM；每个薄膜晶体管的输出端分别经由C1、C2、……Cn与相应的子电极阵列相连，并分别与触控驱动单元150的相应输出端S1、S2、……Sn相连。为了便于描述，可以将第一切换单元120中包括的薄膜晶体管称作“第一薄膜晶体管”。
图5中以开关晶体管为NMOS薄膜晶体管为例进行描述，本领域技术人员可以理解，开关晶体管也可以是PMOS薄膜晶体管，相应的改变栅极控制信号的极性即可。在图5的示例中，该薄膜晶体管的源极(输 入端)接收来自显示驱动单元130的公共电极驱动信号VCOM，薄膜晶体管的漏极(输出端)分别与C1、C2、……Cn中的相应一个相连，薄膜晶体管的栅极(控制端)接收来自显示驱动单元130的公共电极切换信号C-SW(Com Switch)。该多个开关晶体管可以位于阵列基板上，因此可以按照与阵列基板的TFT像素驱动薄膜晶体管相同的工艺来制成所述多个开关晶体管。
如图5所示，C1、C2、……Cn分别被分成两条路径，一条路径与一个对应的开关晶体管相连，另一条路径分别连接到触控驱动单元150的触控电极驱动信号S1、S2、……Sn，并一一对应。C1与S1、C2与S2、……Cn与Sn的连接方式可以通过与实现触控驱动单元的触控IC芯片的IC Bonding实现连接，也可以通过柔性印刷电路板FPC接合(Bonding)实现连接。
通过调节由显示驱动单元130输出的公共电极驱动信号VCOM的电压值，可以使显示屏的显示达到一个最优效果，将此时的VCOM电压值记为VCOM_Ref。可以将该电压值VCOM_Ref同步给触控驱动单元150。触控驱动单元150产生的触控电极驱动信号S-Plus的电压幅值可以与公共电极驱动信号VCOM的电压值相关。具体地，可以将该电压值VCOM_Ref作为触控电极驱动信号S-Plus的低电压。此外，时序控制单元140分别向显示驱动单元130和触控驱动单元150提供时序控制信号，例如水平同步信号HSYNC和垂直同步信号VSYNC，以便进行显示驱动单元130、触控驱动单元140以及系统IC(未示出)之间的信号同步。
图6示出了根据本发明另一实施例的触摸屏的结构示意图。与图3和图4所示的触摸屏的不同之处在于，图6所示的触摸屏还包括第二切换单元160，经由所述第二切换单元160将触控驱动单元150产生的触控电极驱动信号输出到相应的子电极阵列。
尽管图6中示出为分离的，第二切换单元160也可以包括在触控驱动单元150中。图7A示出了根据本发明一个实施例的触控驱动单元250的结构示意图，图7B示出了根据本发明另一个实施例的触控驱动单元350的结构示意图。如图7A所示，触控驱动单元250包括第二切换单元260，第二切换单元260可以包括多个第二薄膜晶体管，所述第二薄膜晶 体管的控制端接收来自触控驱动单元250的触控电极切换信号S-SW，所述第二薄膜晶体管的输入端接收来自触控驱动单元250产生的触控电极驱动信号S-Puls，所述第二薄膜晶体管的输出端与所述相应的子电极阵列相连以便输出多个触控电极驱动信号S1、S2、……Sn中的相应一个。图7A所示针对触摸驱动方式为“同驱同检”的情况，即，使用同一触控电极驱动信号S-Puls。优选地，可以使用来自显示驱动单元130的VCOM_Ref的电压值作为触控电极驱动S-Puls的低电压。由时序控制单元产生同步信号SYNC，同步信号SYNC可以包括水平同步信号HSYNC以及垂直同步信号VSYNC。如图7B所示，触控驱动单元350包括第二切换单元360。图7B与图7A所示结构的不同之处在于，图7B所示针对触摸驱动方式为“依次驱动”的情况，即，按照时间顺序依次使用多个S-Puls信号S1-Puls、S2-Puls、……Sn-Puls。
根据本发明实施例，利用将第一切换单元以及可选的第二切换单元设置于阵列基板上，既可以维持原有显示IC的兼容性，也可以与各个厂商的触摸IC兼容，有益于降低产品开发的技术风险，同时减小触摸IC的控制电路，降低IC成本。此外，由于将包括多个薄膜晶体管的第一切换单元和第二切换单元集成于阵列基板上，可以使用相同工艺一起形成阵列基板中的像素驱动薄膜晶体管和切换单元中的薄膜晶体管，从而进一步降低了成本。
图8A示出了根据本发明一个实施例的触摸屏的集成方式示意图。如图8A所示，根据本发明实施例的触摸屏可以包括阵列基板100，第一切换单元120和公共电极层110设置于阵列基板100上；显示驱动单元130、触控驱动单元150和时序控制单元140集成为一体并设置于阵列基板100的外部。由于将显示驱动单元(可以由显示IC“D-IC”实现)、时序控制单元(可以由时序控制IC“T-Con”实现)以及触控驱动单元(可以由触控IC“T-IC”实现)集成在单个IC中，可以将该方案称为TDDI(Touch and Display Driver Integration)方案。可以通过IC接合或柔性印刷电路板接合的方式将该单个IC与阵列基板100相连。
图8B示出了根据本发明另一实施例的触摸屏的集成方式示意图。如图8B所示，根据本发明实施例的触摸屏可以包括阵列基板100，其中第二切换单元160、第一切换单元120和显示驱动单元130设置于阵列 基板100上；触控驱动单元150和时序控制单元140设置于阵列基板100的外部。在这种情况下，第二切换单元160的触控电极切换信号S-SW可以由显示驱动单元130提供，也可以由触控驱动单元150提供。尽管未示出，也可以将触控驱动单元150和时序控制单元140集成为一体设置于所述阵列基板100的外部并通过IC接合或柔性印刷电路板接合的方式与所述阵列基板相连。
图9是用于根据本发明实施例的触摸屏的分时驱动方法的流程图，该分时驱动方法可以应用于根据本发明实施例的触摸屏。如图9所示，分时驱动方法900可以包括：
步骤S901，在所述触摸屏显示的每一帧的显示时间段，第一切换单元导通，第二切换单元断开，将公共电极驱动信号输出到相应子电极阵列，以便执行触摸屏的显示画面刷新；以及
步骤S903，在所述触摸屏显示的每一帧的触控时间段，第一切换单元断开，第二切换单元导通，将触控电极驱动信号输出到相应子电极阵列，以便执行触摸屏的触控扫描。
接下来将参考图10A-10C来详细描述根据本发明实施例的分时驱动方法。图10A-10C分别示出了是根据本发明不同实施例的触摸屏的分时控制信号时序的示意图。在图10A-10C的示例中，使用NMOS薄膜晶体管作为开关晶体管。在使用NMOS薄膜晶体管作为开关晶体管的情况下，开关晶体管在栅极为高电平的情况下导通，在低电平情况下断开。本领域技术人员可以理解，可以使用PMOS晶体管作为开关晶体管，此时开关晶体管在栅极为低电平情况下导通，在高电平的情况下断开。
图10A示出了在图1所示的自容式触摸屏情况下，以“同驱同检”方式进行驱动的分时控制信号时序图，并且一帧驱动一次。图10A中，VSYNC是垂直同步信号，由时序控制单元140产生，HSYNC是水平同步信号，由时序控制单元140产生。显示驱动单元130和触控驱动单元150之间可以采用各种本领域的公知的方式通过各个同步信号进行同步。
由显示驱动单元130产生公共电极切换信号C-SW，由显示驱动单元130或触控驱动单元150产生触控电极切换信号S-SW。显示驱动单元130产生公共电极驱动信号VCOM，在图10A的示例中，VCOM的电压值可以等于VCOM-Ref。触控驱动单元150产生触控电极驱动信号S-Puls，可以使用VCOM_Ref作为触控电极驱动信号S-Puls的低电压。可以看出，图10A的示例中使用同一触控电极驱动信号S-Puls。如图10A所示，每一个显示帧可以分为“显示”时间段和“触控”时间段。在每一帧的“显示”时间段，C-SW信号为高电压，第一切换单元导通；S-SW信号为低电压，第二切换单元断开，此时C1、C2、……Cn与VCOM信号相连并与S-puls信号断开，因此执行触摸屏的显示画面刷新。在每一帧的“触控”时间段，C-SW信号为低电压，第一切换单元断开；S-SW信号为高电压，第二切换导通，此时C1、C2、……Cn与VCOM信号断开并与S-puls信号相连，因此执行触摸屏的触控扫描。
图10B示出了在图2所示的互容式触摸屏情况下，以“依次驱动”方式进行驱动的分时控制信号时序图，并且一帧驱动一次。与图10A类似，图10B中，VSYNC是垂直同步信号，HSYNC是水平同步信号，由时序控制单元140产生这两个同步信号。显示驱动单元130和触控驱动单元150之间由相应同步信号进行同步。
与图10A的示例的不同之处在于，图10B中使用不同的多个触控电极驱动信号S1-Puls、S2-Puls、……Sn-Puls。同样，可以使用VCOM_Ref作为触控电极驱动信号S-Puls的低电压。如图10B所示，每一个显示帧可以分为“显示”时间段和“触控”时间段。在每一帧的“显示”时间段，C-SW信号为高电压，第一切换单元导通；S-SW信号为低电压，第二切换单元断开，此时C1、C2、……Cn与VCOM信号相连，与相应Si-puls信号断开，因此执行触摸屏的显示画面刷新，i是大于等于1小于等于n的整数。在每一帧的“触控”时段，C-SW信号为低电压，第一切换单元断开；S-SW信号为高电压，第二切换单元导通，此时C1、C2、……Cn与VCOM信号断开，与Si-puls信号相连，因此执行触摸屏的触控扫描。
图10C示出了在图1所示的自容式触摸屏情况下，以“同驱同检”方式进行驱动的分时控制信号时序图，并且一帧驱动两次。与图10A类 似，图10C中，VSYNC是垂直同步信号，HSYNC是水平同步信号，由时序控制单元140产生。显示驱动单元130和触控驱动单元150之间由相应同步信号进行同步。
与图10A的示例的不同之处在于，图10C中每一个显示帧可以分为四个时段：“显示”时间段、“触控”时间段、“显示”时间段和“触控”时间段。在每一帧的第1“显示”时间段，C-SW信号为高电压，第一切换单元导通；S-SW信号为低电压，第二切换单元断开，此时C1、C2、……Cn与VCOM信号相连并与S-puls信号断开，因此执行触摸屏的显示画面刷新。在每一帧的第1“触控”时间段，C-SW信号为低电压，第一切换单元断开；S-SW信号为高电压，第二切换单元导通，此时C1、C2、……Cn与VCOM信号断开并与S-puls信号相连，因此执行触摸屏的触控扫描。之后，在每一帧的第2“显示”时间段，C-SW信号为高电压，第一切换单元导通；S-SW信号为低电压，第二切换单元断开，此时C1、C2、……Cn与VCOM信号相连，与S-puls信号断开，因此执行触摸屏的显示画面刷新。在每一帧的第2“触控”时间段，C-SW信号为低电压，第一切换单元断开；S-SW信号为高电压，第二切换单元导通，此时C1、C2、……Cn与VCOM信号断开并与S-puls信号相连，因此执行触摸屏的触控扫描。
显然，本领域技术人员可以理解，本发明实施例并不局限于以上三种具体的时序控制方式，而是可以应用多种其他的控制时序，而不脱离本发明实施例的保护范围。
上文已经详细说明了根据本发明实施例提供的触摸屏。除此之外，本发明实施例还提供包括上述触摸屏的显示装置。
已经结合优选实施例对本公开进行了描述。应该理解，本领域技术人员在不脱离本公开的精神和范围的情况下，可以进行各种其它的改变、替换和添加。因此，本公开的范围不局限于上述特定实施例，而应由所附权利要求书所限定。

Claims (11)

1.一种触摸屏，包括：
具有公共电极层的阵列基板，所述公共电极层被分割为多个阵列排布的子电极；
显示驱动单元，用于在显示时间段向所述子电极阵列提供公共电极驱动信号；
触控驱动单元，用于在触控时间段向所述子电极阵列提供触控电极驱动信号；
其中，所述阵列基板还包括第一切换单元，所述第一切换单元用于执行切换以分时地将所述公共电极驱动信号和所述触控电极驱动信号输出到各个所述子电极阵列，从而进行触摸屏的显示驱动和触控驱动。
2.根据权利要求1所述的触摸屏，其中，所述第一切换单元包括多个第一薄膜晶体管，所述第一薄膜晶体管的控制端与所述显示驱动单元的第一端相连，接收来自显示驱动单元的公共电极切换信号；所述第一薄膜晶体管的输入端与显示驱动单元的第二端相连，接收来自显示驱动单元的公共电极驱动信号；每个第一薄膜晶体管的输出端分别与相应的子电极阵列相连，并分别与触控驱动单元的相应输出端相连。
3.根据权利要求1所述的触摸屏，还包括时序控制单元，用于分别向所述显示驱动单元和所述触控驱动单元提供时序控制信号。
4.根据权利要求1或3所述的触摸屏，其中，所述触摸屏还包括第二切换单元，用于将所述触控驱动单元产生的触控电极驱动信号输出到所述相应的子电极阵列。
5.根据权利要求1所述的触摸屏，其中，所述显示驱动单元、触控驱动单元和时序控制单元集成为一体设置于所述阵列基板的外部，并通过柔性印刷电路板接合的方式与所述阵列基板相连。
6.根据权利要求4所述的触摸屏，其中，所述第二切换单元和所述显示驱动单元设置于所述阵列基板上。
7.根据权利要求6所述的触摸屏，其中，所述触控驱动单元和所述时序控制单元集成为一体设置于所述阵列基板的外部并通过柔性印刷电路板接合的方式与所述阵列基板相连。
8.根据权利要求4所述的触摸屏，其中，所述第二切换单元包括多个第二薄膜晶体管，所述第二薄膜晶体管的控制端接收来自所述显示驱动单元的触控电极切换信号；所述第二薄膜晶体管的输入端接收所述触控驱动单元产生的多个触控电极驱动信号中的相应一个，所述薄第二膜晶体管的输出端与所述相应的子电极阵列相连。
9.根据权利要求1所述的触摸屏，其中，所述触控电极驱动信号的幅值与所述公共电极驱动信号的幅值相关。
10.一种显示装置，包括如权利要求1-9之一所述的触摸屏。
11.一种应用于权利要求4所述的触摸屏的分时驱动方法，包括：
在所述触摸屏显示的每一帧的显示时间段，所述第一切换单元导通，所述第二切换单元断开，将公共电极驱动信号输出到相应子电极阵列，以便执行触摸屏的显示画面刷新；
在所述触摸屏显示的每一帧的触控时间段，所述第一切换单元断开，所述第二切换单元导通，将触控电极驱动信号输出到相应子电极阵列，以便执行触摸屏的触控扫描。
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