CN106371677B - 在显示面板上优化触控感应的方法和装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及驱动具有触控感应的有源矩阵LCD显示面板，用于通过减少寄生电容来优化触控感应。在一实施例中，产生多个驱动电压。所述驱动电压包括公共电压，分别配置所述面板的薄膜晶体管(TFT)开启和关闭的第一和第二栅极驱动参考电压。当所述面板操作在所述感应模式时，产生的所述公共电压包括脉冲序列波形。进一步的，在所述感应模式中，所述第一和第二栅极驱动参考电压的每一个时间同步于及包括所述公共电压的所述脉冲序列波形。在一选择中，所述驱动电压进一步包括感应模式源极驱动电压，作为在所述感应模式中，施加于所述TFT的源极驱动信号。所述感应模式源极驱动电压时间同步于且包括所述公共电压的脉冲序列波形。

Description

在显示面板上优化触控感应的方法和装置

技术领域

本发明涉及驱动具有触控感应的、配置显示模式或感应模式的有源矩阵液晶显示器(LCD)面板(或触摸屏)。特别的，本发明涉及一种用于驱动触摸面板功能嵌入在液晶像素中的自电容型的电容式触摸屏的方法和装置。

背景技术

具有触控感应的有源矩阵LCD显示面板(或触摸屏)是一种带有能够检测可能的手指位置和/或面板上的定点设备的附加功能的有源矩阵LCD面板。电容式触摸屏包括涂有透明导体的诸如玻璃的绝缘体。由于人体也能够导电，触摸屏幕的表面引起屏幕静电场的变化，所以电容的变化可以测量。各种技术能够用于检测触点位置。

检测可通过静电电容方法实现。业内公知，面板上的寄生电容会影响触控检测的灵敏度。有效的寄生电容是非线性的、电压依赖性的。因此有必要减少寄生电容或其电压依赖性。

在公开号为2015/0084911的美国专利申请中，通过配置第二晶体管使得寄生电容存在于第二晶体管的栅极线和漏极之间，而不是存在于第一晶体管的栅极线和漏极之间，以减少触控感应带来的有效的寄生电容。在公开号为2014/0043546的美国专利申请中，介电常数和相对密度比底层还要小的压力释放层被添加到触控传感器中，用于减少寄生电容。尽管不直接涉及寄生电容的减少，但美国专利NO.8933895揭露了一种在显示面板上引入附加网络，其中公共电压电极并排设置，这样触控检测敏感度得以提高同时可抑制对显示操作的影响。

这些现有技术的文献公开的方法需要增加材料和/或电路元件，因此增加了这些方法的实现成本。业内有必要研究这样一种技术，其可在不显著增加实现复杂性的情况下，减少寄生电容或其电压依赖性。

发明内容

本发明提供一种驱动触摸屏的方法和装置，其有利于减少触控感应模式中的寄生电容，减少驱动器电路的元件数目，降低能量损耗。

所述装置包括用于产生多个驱动电压的一个或多个电压发生器。所述多个驱动电压包括用于给面板的底板供电的公共电压；由位于面板的每个LCD单元格的薄膜晶体管(TFT)的栅极接收的第一栅极驱动参考电压，用于在显示模式配置所述TFT开启；以及由所述TFT的所述栅极接收的第二栅极驱动参考电压，用于在所述显示模式配置所述TFT关闭；

所述方法包括产生多个驱动电压，这样：当所述面板操作在所述感应模式时，产生的所述公共电压包括脉冲序列波形；以及在所述感应模式中，所述第一和第二栅极驱动参考电压的每一个基本时间同步于且包括所述公共电压的所述脉冲序列波形。

在所述方法的一种实现例中，所述公共电压在所述感应模式中具有最小值，基本相似于用于给所述多个源极驱动供电的负电源电压。在另一种实施例中，所述脉冲序列波形具有电压摆幅，基本相似于用于给所述多个源极驱动供电的电源电压。

在公开的所述装置中，所述一个或多个电压发生器被配置为采用所述公开的方法产生所述多个驱动电压。

可选择的，所述多个驱动电压进一步包括感应模式源极驱动电压，作为在所述感应模式中施加于所述TFT的源极驱动信号。此外，在所述感应模式中，所述一个或多个电压发生器进一步配置为所述感应模式源极驱动电压基本时间同步于且包括所述公共电压的所述脉冲序列波形。

本发明的其他方面将通过以下实施例进行说明。

附图说明

下面将结合附图及实施例对本发明作进一步说明，附图中：

图1所示是触控感应中，为具有触控感应的有源矩阵LCD显示面板设置公共电压、栅极驱动信号、源极驱动信号和触控检测信号的典型布置示意图；

图2所示是设置公共电压、栅极驱动信号、源极驱动信号的改进布置示意图，以通过减少寄生电容优化触控感应；

图3A是驱动显示面板的第一实施例，用于减少触控感应中的寄生电容；

图3B是根据图3A所示的布置，当面板驱动时各个兴趣节点的电压波形图；

图4A是驱动显示面板的第二实施例，用于减少触控感应中的寄生电容；

图4B是根据图4A所示的布置，当面板驱动时各个兴趣节点的电压波形图；

图5A是驱动显示面板的第三实施例，用于减少触控感应中的寄生电容；

图5B是根据图5A所示的布置，当面板驱动时各个兴趣节点的电压波形图；

图5C是用于如图5A所示的驱动显示面板的第三实施例中的源极驱动器的实施例；

图6是面板中采用的模拟前端(AFE)的实施例，该AFE包括自电容传感器，用于探测是否有触碰。

具体实施方式

在下面的描述中，驱动触摸屏面板的方法和装置作为优选实施例陈述。不脱离本发明的范围和精神的修改,包括添加和/或替换,对于本领域技术人员是显而易见的。为了不模糊本发明，具体的细节会被省略；然而，这些公开的内容能使本领域技术人员在无需过多实验的情况下实践本发明。

图1所示是在触摸检测过程中，驱动具有触控感应的有源矩阵LCD显示面板的典型布置。在感应过程中,公共电压120、源极驱动信号130和栅极驱动信号140维持基本恒定，触控感应信号110(高量级脉冲序列信号)发送到面板100用于检测在面板100上可能的手指触摸。寄生电容改变，其随着触控感应信号110和每个信号120,130,140之间的电压不同而大幅变化。图2描述了本发明所基于的布置，用于减少寄生电容。主要特征是通过使触控感应信号110与信号120、130、140在时间上和电压上同步，寄生电容大致不变和随着电路实现的边际增加而减少。由于触控感应信号110和公共电压120时间同步，所以通过多路复用公共电压120和触控感应信号110进一步减少电路复杂性。此外，当把图1和图2进行比较时，改动的地方是用一个与触控感应信号110相似的波形代替公共电压120、源极驱动信号130和栅极驱动信号140中每一个的恒定电压。这种改动很容易实现，只需要增加少量显示驱动的实现复杂度。上述观察结果引出本发明。

本发明的一方面在于提供一种驱动具有触控感应功能的有源矩阵LCD显示面板的方法和装置，目的在于减少寄生电容。该面板可配置为操作在显示模式或感应模式。

图3A所示为根据本发明所公开的装置的第一实施例。面板301包括多个LCD单元格，其中每个单元格设有TFT用于驱动液晶。多个栅极驱动351和多个源极驱动352分别通过提供栅极驱动信号和源极驱动信号依次用于驱动TFT。一般地，多个源极驱动352由正电源电压(+DDVDL 357a)和负电源电压(-DDVDL 357b)供电。该装置包括一个或多个电压发生器(例如，COM BUF 331，VGH CP 332，VGL CP 333，和TCOM 340，所有这些的功能将在下文中解释)，用于产生多个驱动电压。多个驱动电压包括公共电压(vcom 305)，用于给面板301的底板供电；第一栅极驱动参考电压(vgh 306)，通过多个栅极驱动351，由位于面板301的每个LCD单元格的薄膜晶体管(TFT)的栅极接收的，在显示模式用于配置TFT开启；以及第二栅极驱动参考电压(vgl 307)，也通过多个栅极驱动351，由TFT的栅极接收的，在显示模式用于配置TFT关闭。

具体的，其中公开的方法如图3B所示，描述了根据图3A所示的布置，当面板驱动时，在各个兴趣节点的电压波形。该方法包括产生公共电压305，第一栅极驱动参考电压306和第二栅极驱动参考电压307。在感应模式中(附图标记391表明的)，公共电压305不是直流(DC)信号。当面板301操作在感应模式391时，公共电压305包括一个直流分量和一个交流(AC)分量。该交流分量是一个具有电压摆幅377a的脉冲序列波形382a。转向TFT接收的栅极驱动信号363。在显示模式中(附图标记390表明的)，栅极驱动信号363一般在第一栅极驱动参考电压306和第二栅极驱动参考电压307之间跳动。当面板301操作在感应模式391时，栅极驱动信号363变成确定的，包括一个交流分量，该交流分量是具有确定电压摆幅378a的第二脉冲序列波形383a。特别的，第二脉冲序列波形383a基本相似于公共电压305的脉冲序列波形382a。这是在感应模式391中，通过配置第一栅极驱动电压306和第二栅极驱动电压307的每一个使其时间同步于和包含公共电压305的脉冲序列波形382a而实现。

根据公开的方法，该装置中的一个或多个电压发生器被配置为产生多个驱动电压。

参考图3A和图3B。在该装置中，一个或多个电压发生器包括第一电压发生器(COMBUF 331)，用于提供由面板301在显示模式390中作为公共电压305接收的第一基本恒定电压372；第二电压发生器(VGH CP 332)，用于提供第二基本恒定电压，以在显示模式390中形成第一栅极驱动参考电压306；以及第三电压发生器(VGL CP 333)，用于提供第三基本恒定电压，以在显示模式390中形成第二栅极驱动参考电压307。一个或多个电压发生器进一步包括波形发生器(TCOM 340)，只在感应模式391中激活，用于产生第三脉冲序列波形381a，该第三脉冲序列波形381a用于形成公共电压305的脉冲序列波形382a，因此，要求该第三脉冲序列波形381a基本相似于脉冲序列波形382a。可选择的，波形发生器340在显示模式390提供一个确定的直流电压371。该装置进一步包括第一开关321，第二开关322，第三开关323，第一电容341，第二电容342，第三电容343，与面板301连接的第一接收节点311、使能面板301接收公共电压305，与多个栅极驱动351连接的第二接收节点312、使能多个栅极驱动351接收第一栅极驱动参考电压306，以及与多个栅极驱动351连接的第三接收节点313、使能多个栅极驱动351接收第二栅极驱动参考电压307。第一开关321与第一电压发生器331和第一接收节点311耦接。第二开关322与第二电压发生器332和第二接收节点312耦接。第三开关323与第三电压发生器333和第三接收节点313耦接。第一开关321，第二开关322和第三开关323被配置为在显示模式390连通、在感应模式391断开。第一电容341与第一接收节点311和波形发生器340的波形输出340a耦接，第二电容342与第二接收节点312和波形输出340a耦接,第三电容343与第三接收节点313和波形输出340a耦接。在感应模式391中，通过电容耦合，第三脉冲序列波形381a同时导向三个接收节点311、312、313。如此，第三脉冲序列波形381a形成公共电压305的脉冲序列波形382a。由于电容耦合，第三脉冲序列波形381a有一个电压摆幅376a，其基本相似于电压摆幅377a、378a。

所公开的装置的一个特别的优点是通过增加少量硬件部分在常用的显示驱动上就可以实现。该常用的显示驱动通常配置有电压发生器331、332、333和电容341、342、343。为了实现公开的装置，只需要增加波形发生器340和开关321,322,323。普通技术人员基于本领域的知识状态能够实现波形发生器340和开关321、322、323。

一般而言，如果电压摆幅377a提高，特别是当公共电压305基本相似于触控感应信号(即图1的信号110)，触控感应的精确度会提高。在一个实际的实施例中，如图3B所示，这样选择脉冲序列波形382a的电压摆幅377a，使得在感应模式391中，公共电压305具有基本相似于负电源电压357b的最小值。接着，当VCOM是负值，-DDVDL是负电源电压357b，VCOM是第一基本恒定电压372(也就是显示模式390的公共电压305)，电压摆幅377a由DDVDL-|VCOM|的绝对值得到。因此，本领域的普通技术人员能够配置波形发生器340，用于产生具有等于或近似等于这个绝对值的电压摆幅376a的第三脉冲序列波形381a。

图4A所示为依据本发明的装置的第二实施例。驱动面板301的相应方法参照图4B所示，描述了当使用图4A所示的布置时，在各兴趣节点的电压波形。相比较于图3A，该装置进一步包括第四开关424，其与第一接收节点311和接地450耦接。第四开关424配置为在显示模式390时断开。当面板301从显示模式390转换到感应模式391时，第四开关424配置为在时间段472连通。特别的，该时间段472在第三脉冲序列波形381b(其通过波形发生器340在感应模式391中产生)的最早转变461之前结束。普通技术人员能够容易地确定该最早转变461是第三脉冲序列波形381b的一个边缘。正如图4B所示，面板301从显示模式390转换到感应模式391，公共电压305被设为接地电压481。之后，第一电容341的电容耦合导致第三脉冲序列波形381b形成公共电压305的脉冲序列波形382b。如果第一基本恒定电压372(即在显示模式390中的公共电压305)比接地电压481还小，接地电压481的上升能够使公共电压305增加电压摆幅377b。最通常情况以及集成电路电子产品的原因，负电源电压357b是公共电压305能够得到的限量限制最低电压482。作为如图4B所示的一个实际的有利的选项，公共电压305的电压摆幅377b是DDVDL，也就是正电源电压357a。通过配置波形发生器340能够产生带有接近于DDVDL的电压摆幅376b的第三脉冲序列波形381b。然而，由第四开关424的连通/断开导致的公共电压305的瞬间响应，占据时间窗口的一部分，减少了感应模式的实际时间。

图5A所示为依据本发明的装置的第三实施例。驱动面板301的相应方法参照图5B所示，其中示出了当使用图5A所示的布置时，在各个兴趣节点的电压波形。在图5A所示的装置中，多个驱动电压进一步包括感应模式源极驱动电压508，在感应模式391作为源极驱动信号施加在TFT上。当与图3A比较，该装置进一步包括第四接收节点514和第四电容544。第四接收节点514与多个源极驱动352连接。此外，多个源极驱动352进一步配置为使用感应模式源极驱动电压508作为感应模式391的源极驱动信号。第四电容544与波形输出340a和第四接收节点514耦接。应该指出的是，图5A所示的装置与图3A所示的相似，除了多个源极驱动352的源极驱动信号(图5B所示的附图标记564)由基本相似于图3A的装置产生的第三脉冲序列波形381a的替代脉冲序列波形584所替代。通过参考图3A的装置的上述公开内容，图5A的装置的工作原理对普通技术人员而言是显而易见的。图5C示出了依据本发明的装置的第三实施例的源极驱动352。每个源极驱动352包括开关552，用于分别在感应模式和显示模式中，在施加有感应模式源极驱动电压508的第四接收节点514和伽马映射显示电压553之间切换连接。

正如上述提到的，在感应模式391中，通过使用公共电压305作为触控感应信号感应面板301上的触摸的存在，能够进一步减少电路复杂性。这可通过使用模拟前端(AFE)实现。参考图3A。该装置进一步包括多个AFE 353，每个AFE 353连接到公共电压305，并且每一个都配置有能够检测面板301上的触摸的装置。图6所示是AFE的一种实现。AFE 600包括一个自电容传感器610，用于检测触摸的存在，其中自电容传感器610被配置为接收公共电压作为触控感应信号。

在一实施例中，本文公开的装置的实施例能够制作成集成器件或集成电路。

在工业应用中，该装置能够制造成具有触控感应功能的显示驱动器，或具有控制图像显示和检测屏幕触摸功能的集成控制器。该装置也能够集成到交互显示系统，智能手机或平板电脑。

本文所公开的该装置的各种电子应用能够使用通用或专用的计算设备、计算处理器或电子电路实施，包括但不限于专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)以及其他可编程逻辑设备。运行在通用或专用计算设备、计算处理器或可编程逻辑设备的计算机指令或软件编码能够容易地由软件或电子领域的技术人员在本公开的教导下实现。

本发明的上述描述是基于说明和描述的目的。并不打算穷尽或限制本发明公开的确定形式。很多修改和变换对于本领域的技术人员来说是显而易见的。

实施例的选择和描述是为了最好解释本发明的原理和具体应用，因此本领域的其他人员能够理解本发明的各种实施方式和各种不同的修饰，适合于预期的特别使用。

Claims (20)

1.一种用于驱动具有触控感应的有源矩阵LCD显示面板的装置，所述面板可配置地操作在显示模式或感应模式，其特征在于，所述装置包括：

一个或多个电压发生器，用于产生多个驱动电压，所述多个驱动电压包括：用于给所述面板的底板供电的公共电压；由位于所述面板的每个LCD单元格的薄膜晶体管的栅极接收的、在所述显示模式用于配置所述薄膜晶体管开启的第一栅极驱动参考电压；以及由所述薄膜晶体管的栅极接收的、在所述显示模式用于配置所述薄膜晶体管关闭的第二栅极驱动参考电压；

其中，所述一个或多个电压发生器配置为：

当所述面板操作在所述感应模式时，产生的所述公共电压包括脉冲序列波形；以及

在所述感应模式中，所述第一栅极驱动参考电压和第二栅极驱动参考电压的每一个与所述公共电压的脉冲序列波形时间同步，且包括所述公共电压的脉冲序列波形。

2.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括用于提供源极驱动信号至所述薄膜晶体管的多个源极驱动，其中所述公共电压在所述感应模式中具有最小值，接近于或等于用于给所述多个源极驱动供电的负电源电压。

3.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括用于提供源极驱动信号至所述薄膜晶体管的多个源极驱动，其中所述脉冲序列波形具有电压摆幅，接近于或等于用于给所述多个源极驱动供电的电源电压。

4.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，

所述多个驱动电压进一步包括感应模式源极驱动电压，作为在所述感应模式中施加在所述薄膜晶体管上的源极驱动信号；以及

所述一个或多个电压发生器进一步配置为在所述感应模式中，所述感应模式源极驱动电压与所述公共电压的脉冲序列波形时间同步，且包括所述公共电压的所述脉冲序列波形。

5.根据权利要求4所述的装置，其特征在于，进一步包括用于提供源极驱动信号至所述薄膜晶体管的多个源极驱动，其中所述公共电压在所述感应模式中具有最小值，接近于或等于用于给所述多个源极驱动供电的负电源电压。

6.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，进一步包括第一开关，第二开关，第三开关，第一电容，第二电容，第三电容，与所述面板连接、使所述面板能够接收所述公共电压的第一接收节点，用于提供栅极驱动信号至所述薄膜晶体管的多个栅极驱动，与所述多个栅极驱动连接、使所述多个栅极驱动能够接收所述第一栅极驱动参考电压的第二接收节点，以及与所述多个栅极驱动连接、使所述多个栅极驱动能够接收所述第二栅极驱动参考电压的第三接收节点，其中：

所述一个或多个电压发生器包括：提供在所述显示模式中，由所述面板作为所述公共电压接收的第一恒定电压的第一电压发生器；提供第二恒定电压，在所述显示模式中形成所述第一栅极驱动参考电压的第二电压发生器；提供第三恒定电压，在所述显示模式中形成所述第二栅极驱动参考电压的第三电压发生器；以及仅在所述感应模式中激活，产生所述脉冲序列波形的波形发生器；

所述第一开关与所述第一电压发生器和所述第一接收节点耦接，所述第二开关与所述第二电压发生器和所述第二接收节点耦接，以及所述第三开关与所述第三电压发生器和所述第三接收节点耦接，其中所述第一开关、所述第二开关、所述第三开关配置为在所述显示模式中连通，在所述感应模式中断开；以及

所述第一电容与所述第一接收节点和所述波形发生器的波形输出耦接，所述第二电容与所述第二接收节点和所述波形输出耦接，所述第三电容与所述第三接收节点和所述波形输出耦接，这样，在所述感应模式中，所述脉冲序列波形通过电容耦合同时导向所述第一接收节点、所述第二接收节点、所述第三接收节点。

7.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，进一步包括与所述第一接收节点和接地耦接的第四开关，其中：

所述第四开关配置为在所述显示模式中断开，当所述面板从所述显示模式转换为所述感应模式的一时间段内连通，所述时间段在感应模式中，由所述波形发生器生成的所述脉冲序列波形最早的转变之前结束，从而当所述面板从显示模式转换为感应模式时设置所述公共电压为接地电压。

8.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，进一步包括多个用于提供源极驱动信号至所述薄膜晶体管的多个源极驱动，其中所述脉冲序列波形具有电压摆幅，接近于或等于用于给所述多个源极驱动供电的电源电压。

9.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，进一步包括：

用于提供源极驱动信号至所述薄膜晶体管的多个源极驱动，配置为在所述感应模式中，采用感应模式源极驱动电压作为源极驱动信号；

与所述多个源极驱动连接，使能所述多个源极驱动接收所述感应模式源极驱动电压的第四接收节点；以及

与所述波形输出和所述第四接收节点耦接的第四电容，这样，在所述感应模式中，所述脉冲序列波形通过电容耦合同时导向所述第一接收节点、所述第二接收节点、所述第三接收节点和所述第四接收节点。

10.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，当所述面板操作在所述感应模式时，所述公共电压作为触控感应信号用以感应所述面板上的触摸。

11.根据权利要求10所述的装置，其特征在于，进一步包括多个模拟前端，每个所述模拟前端包括用于检测所述面板上的触摸的自电容传感器，其中，所述自电容传感器配置为接收所述公共电压。

12.根据权利要求1所述的装置，其特征在于，所述装置制作成集成器件或集成电路。

13.根据权利要求6所述的装置，其特征在于，所述装置制作成集成器件或集成电路。

14.根据权利要求7所述的装置，其特征在于，所述装置制作成集成器件或集成电路。

15.根据权利要求9所述的装置，其特征在于，所述装置制作成集成器件或集成电路。

16.一种驱动具有触控感应的有源矩阵LCD显示面板的方法，所述面板配置为操作在显示模式或感应模式，其特征在于，所述方法包括：产生用于给所述面板的底板供电的公共电压，由位于所述面板的每个LCD单元格的薄膜晶体管的栅极接收的、在所述显示模式用于配置所述薄膜晶体管开启的第一栅极驱动参考电压，以及由所述薄膜晶体管的所述栅极接收的、在所述显示模式用于配置所述薄膜晶体管关闭的第二栅极驱动参考电压；这样：

(a)当所述面板操作在所述感应模式时，产生的所述公共电压包括脉冲序列波形；以及

(b)在所述感应模式中，所述第一栅极驱动参考电压和第二栅极驱动参考电压的每一个与所述公共电压的脉冲序列波形时间同步，且包括所述公共电压的脉冲序列波形,

其中所述方法还包括利用多个源极驱动提供源极驱动信号至所述薄膜晶体管。

17.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述公共电压在所述感应模式中具有最小值，接近于或等于用于给所述多个源极驱动供电的负电源电压。

18.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，所述脉冲序列波形具有电压摆幅，接近于或等于用于给所述多个源极驱动供电的正电源电压。

19.根据权利要求16所述的方法，其特征在于，进一步包括：

产生感应模式源极驱动电压，作为在所述感应模式中施加于所述薄膜晶体管的源极驱动信号，这样，所述感应模式源极驱动电压与所述感应模式中的所述公共电压的所述脉冲序列波形时间同步，并包括所述感应模式中的所述公共电压的所述脉冲序列波形。

20.根据权利要求19所述的方法，其特征在于，其中所述公共电压在所述感应模式中具有最小值，接近于或等于用于给所述多个源极驱动供电的负电源电压。