CN106648194B - 触摸传感器驱动装置和包括该触摸传感器驱动装置的显示装置 - Google Patents

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Abstract

一种触摸传感器驱动装置，包括：多个触摸感测电路，所述触摸传感器电路通过多个接收通道接收来自触摸屏的触摸传感器的触摸传感器感测信号；和多个放电电路，所述放电电路连接在接收通道和触摸感测电路之间，以接收电荷消除脉冲信号并减小输入到触摸感测电路中的触摸传感器感测信号的摆幅。

Description

触摸传感器驱动装置和包括该触摸传感器驱动装置的显示 装置
技术领域
本文涉及一种触摸传感器驱动装置和一种包括该触摸传感器驱动装置的显示装置。
背景技术
用户界面(UI)使人(使用者)能与各种类型的电气或电子装置互动，从而他们能够如他们期望的容易地控制这些装置。用户界面的典型例子包括具有红外通信能力或射频(RF)通信能力的小型键盘、键盘、鼠标、屏上显示(OSD)和遥控器。用户界面技术在更高的用户灵敏度和易于操作方面持续取得进展。近来，用户界面已发展成触摸UI、语音识别UI、3DUI等。
触摸UI已在便携式信息设备中被采用。触摸UI是通过在显示装置的屏幕上形成触摸屏的方法来实现的。这样的触摸屏可由电容式触摸屏实现。具有电容式触摸传感器的触摸屏通过感测电容变化、即当手指或导电材料与触摸传感器接触时触摸传感器中的电荷的量的变化来检测触摸输入。
电容式触摸传感器可由自电容传感器或互电容传感器实现。自电容传感器的电极以一对一的方式连接至沿一个方向定向的传感器线。互电容传感器形成于互相垂直的传感器线Tx和Rx的交叉处，其中在互相垂直的传感器线Tx和Rx之间插入有介电层。
具有电容式传感器的触摸屏连接至多个触摸感测电路。每个触摸感测电路通过接收通道接收来自触摸屏的触摸传感器感测信号来感测触摸传感器中的电荷的量的变化。这些触摸感测电路可集成在触摸传感器驱动装置(集成电路)中并且连接至触摸屏的传感器线。
触摸感测电路的示例在图1和图2中示出。图1图解当利用互电容传感器Cm来实现触摸屏TSP时的触摸感测电路。图1图解当利用自电容传感器Cs来实现触摸屏TSP时的触摸感测电路。
图1的触摸感测电路可包括运算放大器OP和感测电容器Cf。运算放大器OP的反相输入端子(-)可通过接收通道连接至触摸传感器Cm，运算放大器OP的非反相输入端子(+)可连接至基准电压Vref的输入端子，并且运算放大器OP的输出端子可经由感测电容器Cf连接至反相输入端子(-)。
在图1的触摸感测电路中，运算放大器OP作为反相放大器运行。触摸感测电路的输出电压Vout可以用方程式1表示。
[方程式1]
Vout＝Vref–Vtx*(CM/CF)
其中基准电压Vref是DC电平电压，Vtx表示施加至互电容传感器Cm的触摸驱动电压，CM表示互电容传感器的互电容，并且CF表示感测电容器Cf的电容。图1的输出电压Vout表明互电容传感器Cm中的电荷的量的变化与触摸驱动电压Vtx的变化是相反的。
图2的触摸感测电路也可包括运算放大器OP和感测电容器Cf。运算放大器OP的反相输入端子(-)可通过接收通道连接至触摸传感器Cs，运算放大器OP的非反相输入端子(+)可连接至触摸驱动电压Vm的输入端子，并且运算放大器OP的输出端子可经由感测电容器Cf连接至反相输入端子(-)。
在图2的触摸感测电路中，运算放大器OP作为非反相放大器运行。触摸感测电路的输出电压Vout可以用方程式2表示。
[方程式2]
Vout＝Vm+ΔVm*[1+(CS/CF)]
其中Vm表示施加至自电容传感器Cs的触摸驱动电压，ΔVm表示触摸驱动电压Vm的幅值，CS表示自电容传感器Cs的自电容，并且CF表示感测电容器Cf的电容。图2的输出电压Vout表明自电容传感器Cs中的电荷的量的变化与触摸驱动电压Vm的变化是相同的。
考虑到触摸传感器驱动装置的尺寸，触摸感测电路的输出电压Vout的容许范围在设计阶段被预先确定。随着显示装置日益变大，触摸屏TSP的尺寸越来越大并且触摸传感器的互电容或自电容也在增加。触摸传感器的电容CM或CS的增加导致如方程式1和方程式2中的触摸感测电路的输出电压Vout的绝对值增加。在这种情况下，触摸感测电路的输出电压Vout可能会超过给定的容许范围并且变为饱和。由于触摸的存在与否是根据触摸感测电路的输出电压Vout是多高来检测的，因此如果输出电压Vout超过容许范围并且变为饱和，就不能够断定是否有触摸。
发明内容
本发明的一方面是提供一种防止触摸感测电路的输出电压超过给定的容许范围并且变为饱和的触摸传感器驱动装置和方法以及包括该触摸传感器驱动装置的显示装置。
本发明的示例性实施方式提供一种触摸传感器驱动装置，该触摸传感器驱动装置包括多个触摸感测电路和多个放电电路，所述多个触摸感测电路通过多个接收通道接收来自触摸屏的触摸传感器的触摸传感器感测信号，所述多个放电电路连接在接收通道和触摸感测电路之间，以减小输入到触摸感测电路中的触摸传感器感测信号的摆幅。所述放电电路每一个包括与第一节点并联连接的多个电荷消除电容器，并且所述第一节点被选择性地连接至包括在每一个触摸感测电路中的运算放大器的反相输入端子和非反相输入端子。
位于电荷消除电容器的一侧的电极共同连接至第一节点，并且位于电荷消除电容器的另一侧的电极分别连接至电荷消除脉冲信号的输入端子。
各个电荷消除脉冲信号具有相同的相位和幅值。
各个电荷消除脉冲信号具有相同的相位，但至少一些电荷消除脉冲信号具有不同的幅值。
所述放电电路进一步包括第一开关和第二开关，所述第一开关连接在第一节点和运算放大器的反相输入端子之间；所述第二开关连接在第一节点和运算放大器的非反相输入端子之间。第一开关和第二开关以相反的方式开关。
每当电荷消除脉冲信号在施加至触摸传感器的触摸传感器驱动信号的一个脉冲的宽度内从高电位电平(3.3V)下降到低电位电平(0V)时，在下降时间之前的一段预定长度的时间内，第一开关导通而第二开关截止。
触摸传感器由互电容传感器实现，并且在触摸传感器驱动信号的一个脉冲的宽度内，以多个脉冲来产生每一个电荷消除脉冲信号并将每一个电荷消除脉冲信号多次施加至位于电荷消除电容器的另一侧的电极，多个脉冲具有与施加至互电容传感器的触摸传感器驱动信号的极性相反的极性。
触摸传感器由自电容传感器实现，并且在触摸传感器驱动信号的一个脉冲的宽度内，以多个脉冲来产生每一个电荷消除脉冲信号并将每一个电荷消除脉冲信号多次施加至位于电荷消除电容器的另一侧的电极，多个脉冲具有与施加至自电容传感器的触摸传感器驱动信号的极性相同的极性。
本发明的另一示例性实施方式提供一种显示装置，所述显示装置包括显示面板和触摸传感器驱动器，所述触摸传感器驱动器用于驱动连接至显示面板的触摸屏。所述触摸传感器驱动器包括多个触摸感测电路和多个放电电路，所述多个触摸感测电路通过多个接收通道接收来自触摸屏的触摸传感器的触摸传感器感测信号，所述多个放电电路连接在接收通道和触摸感测电路之间，以接收电荷消除脉冲信号并且减小输入到触摸感测电路中的触摸传感器感测信号的摆幅。所述放电电路每一个包括与第一节点并联连接的多个电荷消除电容器，并且所述第一节点选择性地连接至包括在每一个触摸感测电路中的运算放大器的反相输入端子和非反相输入端子。
本发明的又一示例性实施方式提供一种触摸传感器驱动方法，所述方法包括：多个触摸感测电路通过多个接收通道接收从触摸屏的触摸传感器输入的触摸传感器感测信号；以及向连接在接收通道和触摸感测电路之间的多个放电电路施加电荷消除脉冲信号，以减小输入到触摸感测电路中的触摸传感器感测信号的摆幅。所述放电电路每一个包括与第一节点并联连接的多个电荷消除电容器，并且所述第一节点选择性地连接至包括在每一个触摸感测电路中的运算放大器的反相输入端子和非反相输入端子。
在一个实施方式中，触敏显示装置包括至少一个电极。所述显示装置包括驱动器电路，所述驱动器电路包括触摸传感器电路和放电电路。所述触摸传感器电路包括耦合到所述至少一个电极的第一输入端子。所述放电电路将触摸传感器电路的第一输入端子放电。在提供至所述至少一个电极的触摸感测驱动信号的触摸驱动脉冲期间，所述放电电路以预定的时间间隔多次选择性地将第一输入端子连接至放电路径。
在一个实施方式中，所述预定的时间间隔是周期性时间间隔。在一个实施方式中，第一输入端子被选择性地连接至放电路径的时间段是可调整的。
在一个实施方式中，所述放电电路的所述放电路径包括节点和耦合到所述节点的多个电荷消除电容器。在一个实施方式中，位于所述电荷消除电容器一侧的电极共同连接至所述节点。位于所述电荷消除电容器另一侧的电极连接至各个电荷消除脉冲信号。每个电荷消除脉冲信号在触摸驱动信号的触摸驱动脉冲期间具有多个脉冲。
在一个实施方式中，电荷消除脉冲信号的下降沿在第一输入端子被连接至放电路径时出现。在一个实施方式中，所述电荷消除脉冲信号包括第一电荷消除脉冲信号和第二电荷消除脉冲信号，所述第二电荷消除脉冲信号具有与所述第一电荷消除脉冲信号相同的相位。
在一个实施方式中，所述至少一个电极由互电容传感器实现，并且所述脉冲具有与所述触摸驱动脉冲相反的极性。在一个实施方式中，所述至少一个电极由自电容传感器实现，并且所述脉冲具有与所述触摸驱动脉冲相同的极性。
在一个实施方式中，所述放电电路包括第一开关，所述第一开关多次选择性地将第一输入端子连接至节点。所述触摸传感器电路进一步包括第二输入端子，并且所述放电电路进一步包括第二开关，在触摸驱动信号的触摸驱动脉冲期间，所述第二开关多次选择性地将第二输入端子连接至节点。第二开关的开关与第一开关的开关反相。
在一个实施方式中，所述触摸传感器电路进一步包括运算放大器。所述第一输入端子是运算放大器的负输入端子，所述第二输入端子是运算放大器的正输入端子。
附图说明
给本发明提供进一步理解并结合在本申请文件中组成本申请文件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是示出当利用互电容传感器来实现触摸屏时的传统触摸感测电路的视图；
图2是示出当利用自电容传感器来实现触摸屏时的传统触摸感测电路的视图；
图3是示出根据本发明的一个示例性实施方式的具有集成在其中的触摸传感器驱动装置的显示装置的框图；
图4是示出利用互电容传感器来实现触摸屏的例子的视图；
图5是示出利用自电容传感器来实现触摸屏的例子的视图；
图6A至图6C是示出被安装在显示装置上的触摸屏的例子的视图；
图7是示出根据本发明的包括放电电路和信号发生器的触摸传感器驱动装置的视图；
图8是示出根据本发明的一个示例性实施方式的采用放电电路的触摸感测电路的构造的视图；
图9示出图8的操作时序以及所产生的输出电压的波形；
图10图解根据本发明的另一个示例性实施方式的采用放电电路的触摸感测电路的构造；
图11图解图10的操作时序以及所产生的输出电压的波形；和
图12至14图解实现根据本发明的触摸传感器驱动器的各个例子。
具体实施方式
根据本发明的其中集成有触摸传感器驱动装置的显示装置可实现为平板显示器，诸如液晶显示器(LCD)、场致发射显示器(FED)、等离子体显示面板(PDP)、有机发光显示器(OLED)或电泳显示器(EPD)。尽管以下示例性的实施方式将针对液晶显示器作为平板显示器的例子进行描述，但应注意本发明的显示装置并不限于液晶显示器。
下文中，将参照附图详细描述本发明的示例性实施方式。在整个说明书中，相似的参考标记指代相似的元件。在下面的描述中，将省略对已知功能或构造的详细描述，以免不必要地模糊本发明的主题。
参照图3至图7，本发明的触摸传感器驱动装置包括触摸屏TSP和触摸传感器驱动器20。
触摸屏TSP由电容式触摸屏实现。所述电容式触摸屏包括多个触摸传感器。所述触摸传感器每一个包括电容。所述电容可分为自电容和互电容。所述自电容可沿着在一个方向上定位的单层导线形成。所述互电容可形成在彼此交叉的两条导线之间。
如图4所示，利用互电容传感器Cm实现的触摸屏TS可包括Tx线、与Tx线交叉的Rx线以及形成于Tx线和Rx线的交叉处的触摸传感器Cm。所述Tx线是将传感器驱动脉冲信号(以下称为触摸传感器驱动信号)施加至触摸传感器Cm并将电荷提供给触摸传感器Cm的驱动信号线。所述Rx线是连接至触摸传感器Cm并将触摸传感器中的电荷提供至触摸传感器驱动器20的传感器线。在互电容感测方法中，可通过Tx线将触摸传感器驱动信号施加至Tx电极以将电荷提供至互电容传感器Cm，并且与触摸传感器驱动信号同步地通过Rx电极和Rx线感测电容变化来感测触摸输入。
如图5所示，在使用自电容传感器Cs实现触摸屏TSP的情况下，触摸电极31可以按一对一的方式连接至沿一个方向定向的传感器线32。每个自电容传感器Cs包括形成于每个电极31处的电容。在自电容感测方法中，当驱动信号通过传感器线32被施加至电极31时，电荷Q在触摸传感器Cs中累积。在这种情况下，当手指或导电材料与电极31接触时，寄生电容Cf额外地连接至自电容传感器Cs，导致电容变化。因此，触摸的存在与否能够基于被手指触摸的传感器与其它传感器之间的电容差而被检测到。
触摸屏TSP可接合到显示面板的上偏振器POL1上，如图6A所示，或形成于显示面板的上偏振器POL1和上基板GLS1之间，如图6B所示。此外，触摸屏TSP的触摸传感器Cm或Cs可嵌入显示面板的像素阵列中，如图6C所示。在图6A至6C中，“PIX”表示液晶盒的像素电极，“GLS2”表示下基板，并且“POL2”表示下偏振器。
触摸传感器驱动器20通过感测在触摸之前和之后触摸传感器中电荷量的变化来检测用手指或导电材料进行的触摸和触摸的位置。触摸传感器驱动器20可包括连接至接收通道的多个触摸感测电路，以及用于模拟数字转换触摸感测电路的输出电压的模拟数字转换器(以下称为ADC)。
每个触摸感测电路通过多个接受通道接收来自触摸传感器的触摸传感器感测信号，并通过利用所接收的触摸传感器感测信号来感测触摸输入。所述接收通道可以按一对一的方式连接至Rx线或传感器线32。如图8至图11所示，可利用包括运算放大器OP和感测电容器Cf的电荷放大器来实现触摸感测电路，以便接收触摸传感器感测信号。
触摸传感器Cs或Cm被提供给来自触摸传感器驱动器20的触摸传感器驱动信号。尽管触摸传感器驱动信号可以各种形式产生，诸如方波脉冲、正弦波、三角波等，根据本发明优选为方波。所述触摸传感器驱动信号可被施加至触摸传感器Cs或Cm N次，使得电荷在触摸感测电路的电荷放大器中累积N次(N是2或更大的正整数)。触摸感测电路将来自触摸传感器Cs或Cm的电荷累计在电荷放大器中并将电荷提供至ADC。ADC将来自触摸感测电路的输出电压转换为数字值。
触摸传感器驱动器20可执行触摸传感器算法，以将ADC转换后的值与预设的阈值进行比较，并且当ADC转换后的值大于预设的阈值时，确定为触摸输入位置的触摸传感器驱动信号。如图7所示，来自触摸传感器驱动器20的触摸报告输出可包含每个触摸输入的坐标信息TDATA(XY)并将其传输至主机系统18。
为了解决在大尺寸触摸屏TSP上的触摸感测电路SU的输出电压超过触摸感测电路的给定输出范围并且变为饱和的问题，本发明的触摸传感器驱动器20可包括多个放电电路CR和信号发生器PGR。
信号发生器PGR产生用于控制触摸感测电路SU#1至SU#m的输出电压Vout[1]至Vout[m]的放电控制信号。所述放电控制信号包括稍后将描述的电荷产生脉冲信号(图8至图11的Vcr)以及稍后将描述的第一和第二开关控制信号(用于开关图8至图11的SW1和SW2的信号)。
放电电路CR连接在接收通道S1至Sm和触摸感测电路SU#1至SU#m之间，并且用来减小输入到触摸感测电路SU#1至SU#m中的触摸传感器感测信号的摆幅。在本发明中，每一个放电电路CR可包括两个开关和多个电荷消除电容器，以便减小电荷消除脉冲信号的电压摆幅和电荷消除电容器的电容，并且由此减小触摸传感器驱动器20的尺寸和制造成本。在本发明中，每一个放电电路CR可包括两个或更多个电荷消除电容器，以改变电荷消除脉冲信号的电压摆幅和电荷消除电容器的电容，从而精细调节触摸传感器感测信号的摆幅。
将参照图8至图11详细描述放电电路CR和触摸感测电路SU#1至SU#m的具体构造和操作。
返回参照图3，根据本发明的采用触摸传感器驱动装置的显示装置可包括显示面板DIS、显示驱动电路12、14和16以及主机系统18。
显示面板DIS包括形成于两个基板之间的液晶层。显示面板DIS的像素阵列包括形成于由数据线D1至Dm(m是正整数)和栅极线G1至Gn(n是正整数)限定的像素区域中的像素。每个像素包括形成于数据线D1至Dm和栅极线G1至Gn的交叉处的TFT(薄膜晶体管)、将被数据电压充电的像素电极、连接至像素电极以保持液晶盒的电压的存储电容器Cst，等等。
在显示面板DIS的上基板上，可形成黑矩阵、滤色器等。显示面板DIS的下基板可以以COT(TFT上滤色器)结构实现。在这种情况下，黑矩阵和滤色器可形成于显示面板DIS的下基板上。被提供有公共电压的公共电极可形成于显示面板DIS的上基板或下基板上。偏振器分别贴合到显示面板DIS的上基板和下基板，并且用于设定液晶的预倾斜角的取向膜形成于与液晶接触的内表面上。用于维持液晶盒间隙的柱状间隔物形成于显示面板DIS的上基板和下基板之间。
背光单元(未示出)可设置在显示面板DIS的背面上。所述背光单元是照射显示面板DIS的侧光式或直下式背光单元。显示面板DIS可由任何公知的液晶模式实现，诸如TN(扭曲向列)模式、VA(垂直定向)模式、IPS(共平面开关)模式和FFS(边缘场开关)模式。
显示驱动电路包括数据驱动电路12、扫描驱动电路14和时序控制器16，并且所述显示驱动电路将输入图像的视频数据写入显示面板DIS的像素。数据驱动电路12将从时序控制器16输入的数字视频数据RGB转换为模拟正/负伽马补偿电压，从而输出数据电压。从数据驱动电路12输出的数据电压被提供至数据线D1至Dm。扫描驱动电路14将与数据电压同步的栅极脉冲(即扫描脉冲)顺序提供至栅极线G1至Gn，以选定数据电压被写入的显示面板DIS的像素行。
时序控制器16接收从主机系统18输入的时序信号，诸如垂直同步信号Vsync、水平同步信号Hsync、数据使能信号DE、主时钟MCLK等，并且时序控制器16使数据驱动电路12和扫描驱动电路14的操作时序同步。扫描时序控制信号包括栅极起始脉冲(GSP)、栅极移位时钟、栅极输出使能(GOE)信号等。数据时序控制信号包括源极采样时钟SSC、极性控制信号POL、源极输出使能信号SOE等。
主机系统18可由以下任何之一实现：电视系统、机顶盒、导航系统、DVD播放器、蓝光播放器、个人电脑PC、家庭影院系统和电话系统。主机系统18包括内含缩放器(scaler)的芯片上系统(SoC)，并且主机系统18将输入图像的数字视频数据RGB转换为适合在显示面板DIS上显示的格式。主机系统18将时序信号Vsync、Hsync、DE和MCLK一起传输到时序控制器16。此外，主机系统18执行与从触摸传感器驱动器20输入的触摸报告的坐标信息XY关联的应用程序。
图8图解根据本发明的一个示例性实施方式的采用放电电路CR的触摸感测电路SU的构造。图9示出图8的操作时序以及所产生的输出电压Vout的波形。
当采用互电容传感器Cm来实现触摸屏TSP时，触摸感测电路SU可包括如图8所示的运算放大器OP和感测电容器Cf。运算放大器OP的反相输入端子(-)可通过接收通道连接至互电容触摸传感器Cm。运算放大器OP的非反相输入端子(+)可连接至基准电压Vref的输入端子。运算放大器OP的输出端子可经由感测电容器Cf连接至反相输入端子(-)。感测电容器Cf具有对通过反相输入端子(-)输入的触摸传感器感测信号Vx进行积分的功能。触摸感测电路SU的复位开关RST按照一定周期执行复位感测电容器Cf的功能。
放电电路CR使反相输入端子(-)部分地放电，从而减少反相输入端子(-)处的电荷并且减小触摸传感器感测信号Vx的电压幅值。放电电路CR也可被称为电荷减少电路。放电电路CR包括由并联连接至第一节点N1的多个电荷消除电容器Ccr1至Ccrj组成的电荷放电路径。位于电荷消除电容器Ccr1至Ccrj一侧的电极共同连接至第一节点N1，并且位于电荷消除电容器Ccr1至Ccrj另一侧的电极分别连接至电荷消除脉冲信号Vcr1至Vcrj的输入端子。电荷消除脉冲信号Vcr1至Vcrj可具有相同的相位和幅值。电荷消除脉冲信号Vcr1至Vcrj具有相同的相位，但是它们中的至少一些可具有不同的幅值，使得触摸传感器感测信号Vx的摆幅被更精细地调节。
放电电路CR进一步包括第一开关SW1和第二开关SW2，所述第一开关SW1位于电荷消除电容器Ccr1至Ccrj一侧的电极与运算放大器OP的反相输入端子(-)之间，所述第二开关SW2连接在位于电荷消除电容器Ccr1至Ccrj一侧的电极与运算放大器OP的非反相输入端子(+)之间。第一开关SW1和第二开关SW2响应于开关控制信号(未示出)以相反的方式开关。
开关控制信号可参照电荷消除脉冲信号Vcr1至Vcrj而产生。开关控制信号的有效时间可根据显示装置的型号和规格变为适当的值。为了减小触摸传感器感测信号Vx的摆幅，在触摸传感器驱动信号Vx的一个触摸驱动脉冲的宽度内，可用具有与施加至互电容传感器Cm的触摸传感器驱动信号Vx的触摸驱动脉冲的极性相反的极性的多个电荷消除脉冲来产生电荷消除脉冲信号Vcr1至Vcrj中的每一个，如图9所示，并且可以按照预定的周期间隔将电荷消除脉冲信号Vcr1至Vcrj中的每一个多次施加至位于电荷消除电容器Ccr1至Ccrj另一侧的电极。这种施加次数的增加能够减小触摸传感器驱动器20的尺寸和制造成本。
如图9所示，在触摸传感器驱动信号Vtx的单个触摸驱动脉冲期间，开关SW1和开关SW2以预定的周期间隔导通和截止多次。开关SW1和SW2的占空比可以是可变的，以使开关SW1和SW2的导通和截止时间段是可调整的。另外，电荷消除脉冲信号Vcr包括具有预定周期间隔的多个电荷消除脉冲。在触摸传感器驱动信号Vtx的一个脉冲的宽度内，每当电荷消除脉冲信号Vcr从高电位电平(3.3V)下降到低电位电平(0V)时，在电荷消除脉冲信号Vcr的下降时间之前的预定时间长度Td的一段时间内，第一开关SW1可导通并且同时第二开关SW2可截止。
第一开关SW1在电荷消除脉冲信号Vcr具有下降沿之前导通，以便确保操作稳定性。在第一开关SW1截止的同时第二开关SW2导通，以便使位于电荷消除电容器Ccr一侧的电极的电位稳定在给定值Vref。当第一开关SW1导通并将负输入端子(-)连接至放电路径的节点N1时，电荷消除脉冲信号Vcr下降。电荷消除脉冲信号Vcr下降的次数越多，输出电压Vout被调整的累积次数越多。因此，本发明仅仅通过具有窄电压摆幅的电荷消除脉冲信号Vcr和具有较小电容的电荷消除电容器，就有效地防止了输出电压Vout的饱和。
此外，当第一开关SW1截止时，电荷消除脉冲信号Vcr具有上升沿。然而，该上升沿并不影响负输入端子(-)处的电压，因为在这些上升沿期间负输入端子(-)与节点N1断开。
在图8和图9的触摸感测电路SU中，运算放大器OP起反相放大器的作用。基于放电电路CR，触摸感测电路SU的输出电压Vout可用方程式3表示。
[方程式3]
Vout＝Vref–Vtx*(CM/CF)-[{n*Vcrl*(CCR1/CF)}+{n*Vcr2*(CCR2/CF)}+…+{n*Vcrj*(CCRj/CF)}]
其中基准电压Vref是DC电平电压，Vtx表示施加至互电容传感器Cm的触摸传感器驱动信号的电压，CM表示互电容传感器的互电容，CF表示感测电容器Cf的电容，并且CCR1-CCRj表示电荷消除电容器Ccr1-Ccrj的电容，Vcr1-Vcrj表示施加至电荷消除电容器Ccr1-Ccrj的电荷消除脉冲信号的电压，并且n表示施加电荷消除脉冲的次数。
在方程式3中，由于放电电路CR的使用导致触摸感测电路SU的输出电压Vout存在于输出电压Vout的预定容许范围内。这有效地解决了触摸感测电路SU的输出饱和的问题，尤其具有通过重复电荷消除操作n次来减小触摸传感器驱动装置的尺寸的优点。此外，通过改变电荷消除脉冲信号的电压摆幅和电荷消除电容器的电容能够精细地调节触摸传感器感测信号的摆幅。本发明通过精细调节触摸传感器感测信号的摆幅而允许感测通道之间的灵敏度差异的有效校正。
另外，在图9中，术语“MCR”是指电荷消除操作。
图10图解根据本发明的另一个示例性实施方式的采用放电电路的触摸感测电路的构造。图11图解图10的操作时序以及所产生的输出电压的波形。
当采用自电容传感器Cs来实现触摸屏TSP时，触摸感测电路SU可包括如图10所示的运算放大器OP和感测电容器Cf。运算放大器OP的反相输入端子(-)可通过接收通道连接至自电容触摸传感器Cs，运算放大器OP的非反相输入端子(+)可连接至触摸传感器驱动信号Vm的输入端子，并且运算放大器OP的输出端子可经由感测电容器Cf连接至反相输入端子(-)。感测电容器Cf具有对通过反相输入端子(-)输入的触摸传感器感测信号Vx进行积分的功能。触摸感测电路SU的复位开关RST按照一定周期执行复位感测电容器Cf的功能。
放电电路CR包括并联连接至第一节点N1的多个电荷消除电容器Ccr1至Ccrj。位于电荷消除电容器Ccr1至Ccrj一侧的电极共同连接至第一节点N1，并且位于电荷消除电容器Ccr1至Ccrj另一侧的电极分别连接至电荷消除脉冲信号Vcr1至Vcrj的输入端子。电荷消除脉冲信号Vcr1至Vcrj可具有相同的相位和幅值。电荷消除脉冲信号Vcr1至Vcrj中的至少一些可具有不同的幅值，使得触摸传感器感测信号的摆幅被更精细地调节。
放电电路CR进一步包括第一开关SW1和第二开关SW2，所述第一开关SW1连接在位于电荷消除电容器Ccr1至Ccrj一侧的电极与运算放大器OP的反相输入端子(-)之间，所述第二开关SW2连接在位于电荷消除电容器Ccr1至Ccrj一侧的电极与运算放大器OP的非反相输入端子(+)之间。第一开关SW1和第二开关SW2响应于开关控制信号(未示出)以相反的方式开关。
开关控制信号可参照电荷消除脉冲信号Vcr1至Vcrj而产生。开关控制信号的有效时间可根据显示装置的型号和规格变为适当的值。为了减小触摸传感器感测信号Vx的摆幅，在触摸传感器驱动信号Vm的一个触摸驱动脉冲的宽度内，可以按照具有与施加至自电容传感器Cs的触摸传感器驱动信号Vm的触摸驱动脉冲的极性相同极性的多个脉冲来产生电荷消除脉冲信号Vcr1至Vcrj中的每一个，如图11所示，并且可以将电荷消除脉冲信号Vcr1至Vcrj中的每一个多次施加至位于电荷消除电容器Ccr1至Ccrj另一侧的电极。这种施加次数的增加能够减小触摸传感器驱动器20的尺寸和制造成本。
如图11所示，在触摸传感器驱动信号Vm的一个脉冲的宽度内，每当电荷消除脉冲信号Vcr从高电位电平(3.3V)下降到低电位电平(0V)时，在下降时间之前的预定时间长度Td的一段时间内，第一开关SW1可导通并且同时第二开关SW2可截止。第一开关SW1在电荷消除脉冲信号Vcr下降之前导通，以便确保操作稳定性。在第一开关SW1截止的同时第二开关SW2导通，以便使位于电荷消除电容器Ccr一侧的电极的电位在采样之前稳定在给定值Vref(1.57V)。当第一开关SW1导通时，电荷消除脉冲信号Vcr下降，并且电荷消除脉冲信号Vcr下降的次数越多，输出电压Vout被调整的累积次数越多。因此，本发明仅仅通过具有窄电压摆幅的电荷消除脉冲信号Vcr和具有较小电容的电荷消除电容器，就有效地防止了输出电压Vout的饱和。
在图10和图11的触摸感测电路SU中，运算放大器OP起反相放大器的作用。基于放电电路CR，触摸感测电路SU的输出电压Vout可用方程式4表示。
[方程式4]
Vout＝Vm+ΔVm*[1+{(CS+CCR)/CF}]-[{n*Vcr1*(CCR1/CF)}+{n*Vcr2*(CCR2/CF)}+…+{n*Vcrj*(CCRj/CF)}]
其中Vm表示施加至自电容传感器Cs的触摸传感器驱动信号的电压，ΔVm表示触摸传感器驱动信号Vm的摆幅，CS表示自电容传感器Cs的自电容，CF表示感测电容器Cf的电容，CCR1-CCRj表示电荷消除电容器Ccr1-Ccrj的电容，Vcr1-Vcrj表示施加至电荷消除电容器Ccr1-Ccrj的电荷消除脉冲信号的电压，并且n表示施加次数。
在方程式4中，由于放电电路CR的使用导致触摸感测电路SU的输出电压Vout存在于输出电压Vout的预定容许范围内。这有效地解决了触摸感测电路SU的输出饱和的问题，尤其具有通过重复电荷消除操作n次来减小触摸传感器驱动装置的尺寸的优点。此外，通过改变电荷消除脉冲信号的电压摆幅和电荷消除电容器的电容能够精细地调节触摸传感器感测信号的摆幅。本发明通过精细地调节触摸传感器感测信号的摆幅而允许感测通道之间的灵敏度差异的有效校正。
图12至图14图解实现根据本发明的触摸传感器驱动器20的各个例子。
本发明的触摸传感器驱动器20可由诸如图12至图14所示的IC(集成电路)封装来实现。
参照图12，触摸传感器驱动器20包括驱动器IC DIC和触摸感测IC TIC。
所述驱动器IC DIC包括触摸传感器通道部100、Vcom缓冲器110、开关阵列120、时序控制信号发生器130、多路复用器(MUX)140和DTX补偿器150。
触摸传感器通道部100通过传感器线(未示出)连接至触摸传感器电极，并且通过开关阵列120连接至Vcom缓冲器110和多路复用器140。多路复用器140将传感器线连接至触摸感测IC TIC。在1:3多路复用器的情况下，多路复用器140通过时分多路复用顺序地将触摸感测IC TIC的一个通道连接至三条传感器线而减少了触摸感测IC TIC的通道数目。多路复用器140响应于控制信号MUX C1至C4顺序地选择待连接至触摸感测IC TIC的通道的传感器线。多路复用器140通过触摸线连接至触摸感测IC TIC的通道。
Vcom缓冲器110输出用于像素的公共电压Vcom。在时序控制信号发生器130的控制下，开关阵列120在显示周期期间将来自Vcom缓冲器110的公共电压Vcom提供至触摸传感器通道部100。在时序控制信号发生器130的控制下，开关阵列120在触摸周期期间将传感器线连接至触摸感测IC TIC。
时序控制信号发生器130产生用于控制显示驱动器和触摸感测IC TIC的操作时序的时序控制信号。所述显示驱动器包括用于将输入图像的数据写入像素的栅极驱动器14和数据驱动器12。
时序控制信号发生器130与图3的时序控制器16中的时序控制信号发生器实质上相同。时序控制信号发生器130在显示周期期间驱动显示驱动器并且在触摸周期期间驱动触摸感测IC TIC。
时序控制信号发生器130产生用于限定显示周期和触摸周期的触摸使能信号TEN并且使显示驱动器和触摸感测IC TIC同步。显示驱动器在触摸使能信号TEN的第一电平周期将数据写入像素。触摸感测IC TIC响应于触摸使能信号TEN的第二电平周期通过驱动触摸传感器来感测触摸输入。
触摸感测IC TIC连接至驱动电源(未示出)并被提供驱动功率。触摸感测IC TIC响应于触摸使能信号TEN的第二电平产生触摸传感器驱动信号并将其施加至触摸传感器。尽管触摸传感器驱动信号可以各种形式产生，诸如方波脉冲、正弦波、三角波等，但优选为方波。所述触摸传感器驱动信号可被施加至触摸传感器N次，使得电荷在触摸感测IC TIC的积分器中累积N次(N是2或更大的正整数)。
触摸传感器信号中噪声的量可能会随着输入图像数据的变化而增加。DTX补偿器150对该输入图像数据进行分析，根据输入图像的灰度级变化从触摸原始数据中去除噪声成分，并将所得的数据传输至触摸感测IC TIC。DTX代表显示和触摸串扰。DTX补偿器150在本发明人于2012年12月19日提交的专利申请第10-2012-0149028号中进行了详细描述。在触摸传感器噪声对输入图像数据的变化不敏感的系统的情况下，DTX补偿器150不是必需的且因此被省略。在图12中，DTX DATA表示DTX补偿器150的输出数据。
触摸感测IC TIC在触摸周期期间响应于来自时序控制信号发生器130的触摸使能信号TEN驱动多路复用器140，并通过多路复用器140和传感器线接收来自触摸传感器的电荷。
触摸感测IC TIC基于触摸传感器信号检测在触摸输入之前和之后电荷量的变化，将电荷量的变化与预定的阈值进行比较，并且，当电荷量的变化大于该阈值时，确定电荷量发生变化处的触摸传感器的位置是触摸输入区域。触摸感测IC TIC计算每个触摸输入的坐标，并将包含触摸输入坐标信息的触摸数据TDATA(XY)传输至外部主机系统(未示出)。触摸感测IC TIC包括：放大器，所述放大器用于放大触摸传感器的电荷；积分器，所述积分器用于累积从触摸传感器接收的电荷；ADC(模拟数字转换器)，所述ADC用于将来自积分器的电压转换为数字数据；和逻辑运算部。所述逻辑运算部执行触摸识别算法，以将从ADC输出的触摸原始数据与阈值进行比较，根据比较结果确定触摸输入的存在与否，并计算坐标。
驱动器IC DIC和触摸感测IC TIC可通过SPI(串行外围接口)接口或BLVDS(总线低压差分信号)接口将信号传输至主机系统和从主机系统接收信号。
参照图13，触摸传感器驱动器20包括读出IC RIC和MCU(微控制器单元)。
所述读出IC RIC包括触摸传感器通道部100、Vcom缓冲器110、开关阵列120、第一时序控制信号发生器130、多路复用器140、DTX补偿器150、感测部160、第二时序控制信号发生器170和存储器180。与前面图12中所示的示例性实施方式相比，不同之处在于感测部160和第二时序控制信号发生器170集成于读出IC RIC中。所述第一时序控制信号发生器130与图12的第一时序控制信号发生器130实质上相同。相应地，第一时序控制信号发生器130产生用于控制显示驱动器和读出IC RIC的操作时序的时序控制信号。
多路复用器140在MCU的控制下使得通过感测部160访问的触摸传感器电极处于浮置状态。通过感测部160访问的触摸传感器电极是由感测部160从除连接至被数据电压充电的像素的那些触摸传感器电极之外的所有触摸传感器电极中选择的。多路复用器140可在MCU的控制下提供公共电压Vcom。感测部160通过多路复用器140连接至传感器线，测定从触摸传感器接收的电压的波形变化，并将该电压转换为数字数据。感测部160包括：放大器，所述放大器用于放大从触摸传感器电极12接收的电压；积分器，所述积分器用于累积来自放大器的电压；和模拟数字转换器(以下称为“ADC”)，所述ADC用于将来自积分器的电压转换为数字数据。从ADC输出的数字数据被作为触摸原始数据传输至MCU。
第二时序控制信号发生器170产生用于控制多路复用器140和感测部160的操作时序的时序控制信号、时钟等。在读出IC RIC中可以省略DTX补偿器150。存储器180在第二时序控制信号发生器170的控制下临时存储触摸原始数据。
所述读出IC RIC和MCU可通过SPI(串行外围接口)接口或BLVDS(总线低压差分信号)接口传输和接收信号。MCU执行触摸识别算法，以将触摸原始数据与阈值进行比较，根据比较结果确定触摸输入存在与否，并计算坐标。
参照图14，触摸传感器驱动器20包括驱动器IC DIC和存储器MEM。
所述驱动器IC DIC包括触摸传感器通道部100、Vcom缓冲器110、开关阵列120、第一时序控制信号发生器130、多路复用器140、DTX补偿器150、感测部160、第二时序控制信号发生器170、存储器180和MCU 190。该示例性实施方式与前面图13中所示的示例性实施方式的不同之处在于：MCU 190集成于驱动器IC DIC中。所述MCU 190执行触摸识别算法，以将触摸原始数据与阈值进行比较，根据比较结果确定触摸输入存在与否，并计算坐标。
所述存储器MEM存储关于显示驱动器和感测部160的操作所需的时序信息的寄存器设定。当显示装置被启动时，所述寄存器设定被从存储器MEM加载到第一时序控制信号发生器130和第二时序控制信号发生器170。第一时序控制信号发生器130和第二时序控制信号发生器170基于从存储器MEM读取的寄存器设定，产生用于控制显示驱动器和感测部160的时序控制信号。存储器MEM中的寄存器设定可发生改变以应对型号改变，而无需显示装置的任何结构改变。
如上所述，本发明借助于连接在接收通道和触摸感测电路之间的放电电路，减小了触摸传感器感测信号的变化量，从而防止了触摸感测电路的输出电压超过预定的容许范围并变为饱和。
在本发明中，通过引入包括两个开关和多个电荷消除电容器的放电电路以及减小电荷消除脉冲信号的电压摆幅和电荷消除电容器的电容，能够减小触摸传感器驱动器的尺寸和制造成本。
此外，在本发明中，通过引入包括两个或更多个电荷消除电容器的放电电路并且改变电荷消除脉冲信号的电压摆幅和电荷消除电容器的电容，能够精细地调节触摸传感器感测信号的摆幅。
根据上面的描述，本发明所属技术领域的技术人员应当理解，在不脱离本发明的技术精神的情况下，各种变化和修改都是可行的。因此，本发明的技术范围并不限于上文描述的内容，而是由所附的权利要求来限定。

Claims (29)

1.一种触敏显示装置，包括：
至少一个触摸电极(31)，所述触摸电极(31)用于接收触摸传感器驱动信号(Vtx；Vm)；
触摸感测电路(SU)，所述触摸感测电路(SU)包括耦合到所述至少一个触摸电极(31)的反相输入端子(-)，以接收触摸传感器感测信号(Vx)；和
放电电路(CR)，所述放电电路(CR)包括放电路径(N1，Ccrj)，所述放电电路(CR)配置为在提供至所述至少一个触摸电极(31)的触摸传感器驱动信号(Vtx；Vm)的触摸驱动脉冲期间，通过以预定的时间间隔多次选择性地将所述反相输入端子(-)连接至所述放电路径(N1，Ccrj)，以将所述触摸感测电路(SU)的所述反相输入端子(-)放电。
2.根据权利要求1所述的触敏显示装置，其中所述预定的时间间隔是周期性时间间隔。
3.根据权利要求1所述的触敏显示装置，其中所述反相输入端子(-)被选择性地连接至所述放电路径(N1，Ccrj)的时间段是可调整的。
4.根据权利要求1所述的触敏显示装置，其中所述放电电路(CR)的所述放电路径包括节点(N1)和耦合到所述节点(N1)的多个电荷消除电容器(Ccr1,…,Ccrj)。
5.根据权利要求4所述的触敏显示装置，其中位于所述电荷消除电容器(Ccr1,…,Ccrj)一侧的电极共同连接至所述节点(N1)，并且位于所述电荷消除电容器(Ccr1,…,Ccrj)另一侧的电极连接至各个电荷消除脉冲信号(Vcr1,…,Vcrj)，每个电荷消除脉冲信号在所述触摸传感器驱动信号(Vtx；Vm)的触摸驱动脉冲期间具有多个电荷消除脉冲。
6.根据权利要求5所述的触敏显示装置，其中所述电荷消除脉冲信号(Vcr1,…,Vcrj)的下降沿在所述反相输入端子(-)被连接至所述放电路径(N1，Ccrj)时出现。
7.根据权利要求5所述的触敏显示装置，其中所述电荷消除脉冲信号(Vcr1,…,Vcrj)包括第一电荷消除脉冲信号和第二电荷消除脉冲信号，所述第二电荷消除脉冲信号具有与所述第一电荷消除脉冲信号相同的相位。
8.根据权利要求5所述的触敏显示装置，其中所述至少一个触摸电极(31)由互电容传感器实现，并且所述脉冲具有与所述触摸驱动脉冲相反的极性。
9.根据权利要求5所述的触敏显示装置，其中所述至少一个触摸电极(31)由自电容传感器实现，并且所述脉冲具有与所述触摸驱动脉冲相同的极性。
10.根据权利要求4所述的触敏显示装置，其中所述放电电路(CR)包括第一开关(SW1)，所述第一开关(SW1)配置为多次选择性地将所述反相输入端子(-)连接至所述节点(N1)。
11.根据权利要求10所述的触敏显示装置，其中所述触摸感测电路(SU)进一步包括非反相输入端子(+)，并且所述放电电路(CR)进一步包括第二开关(SW2)，在所述触摸传感器驱动信号(Vtx；Vm)的触摸驱动脉冲期间，所述第二开关(SW2)配置为多次选择性地将所述非反相输入端子(+)连接至所述节点(N1)，所述第二开关(SW2)配置为在与所述第一开关(SW1)相反的相位开关。
12.根据权利要求11所述的触敏显示装置，其中所述触摸感测电路(SU)进一步包括运算放大器(OP)，并且所述反相输入端子(-)是所述运算放大器(OP)的负输入端子，所述非反相输入端子(+)是所述运算放大器(OP)的正输入端子。
13.一种用于包括至少一个触摸电极(31)的触敏显示装置的驱动器电路，所述驱动器电路包括：
触摸感测电路(SU)，所述触摸感测电路(SU)包括耦合到所述至少一个触摸电极(31)的反相输入端子(-)；和
放电电路(CR)，所述放电电路(CR)将所述触摸感测电路(SU)的所述反相输入端子(-)放电，在提供至所述至少一个触摸电极(31)的触摸传感器驱动信号(Vtx；Vm)的触摸驱动脉冲期间，所述放电电路(CR)以预定的时间间隔多次选择性地将所述反相输入端子(-)连接至放电路径(N1，Ccrj)。
14.根据权利要求13所述的驱动器电路，其中所述预定的时间间隔是周期性时间间隔。
15.根据权利要求13所述的驱动器电路，其中所述反相输入端子(-)被选择性地连接至所述放电路径(N1，Ccrj)的时间段是可调整的。
16.根据权利要求13所述的驱动器电路，其中所述放电电路(CR)的所述放电路径包括节点(N1)和耦合到所述节点(N1)的多个电荷消除电容器(Ccr1,…,Ccrj)。
17.根据权利要求16所述的驱动器电路，其中位于所述电荷消除电容器(Ccr1,…,Ccrj)一侧的电极共同连接至所述节点(N1)，并且位于所述电荷消除电容器(Ccr1,…,Ccrj)另一侧的电极连接至各个电荷消除脉冲信号(Vcr1,…,Vcrj)，每个电荷消除脉冲信号在所述触摸传感器驱动信号(Vtx；Vm)的所述触摸驱动脉冲期间具有多个电荷消除脉冲。
18.根据权利要求17所述的驱动器电路，其中所述电荷消除脉冲信号(Vcr1,…,Vcrj)的下降沿在所述反相输入端子(-)被连接至所述放电路径(N1，Ccrj)时出现。
19.根据权利要求17所述的驱动器电路，其中所述电荷消除脉冲信号(Vcr1,…,Vcrj)包括第一电荷消除脉冲信号和第二电荷消除脉冲信号，所述第二电荷消除脉冲信号具有与所述第一电荷消除脉冲信号相同的相位。
20.根据权利要求17所述的驱动器电路，其中所述至少一个触摸电极(31)由互电容传感器实现，并且所述脉冲具有与所述触摸驱动脉冲不同的极性。
21.根据权利要求17所述的驱动器电路，其中所述至少一个触摸电极(31)由自电容传感器实现，并且所述脉冲具有与所述触摸驱动脉冲相同的极性。
22.根据权利要求16所述的驱动器电路，其中所述放电电路(CR)包括第一开关(SW1)，所述第一开关(SW1)多次选择性地将所述反相输入端子(-)连接至所述节点(N1)。
23.根据权利要求22所述的驱动器电路，其中所述触摸感测电路(SU)进一步包括非反相输入端子(+)，并且所述放电电路(CR)进一步包括第二开关(SW2)，在所述触摸传感器驱动信号(Vtx；Vm)的所述触摸驱动脉冲期间，所述第二开关(SW2)多次选择性地将所述非反相输入端子(+)连接至所述节点(N1)，所述第二开关(SW2)在与所述第一开关(SW1)相反的相位开关。
24.根据权利要求23所述的驱动器电路，其中所述触摸感测电路(SU)进一步包括运算放大器(OP)，并且所述反相输入端子(-)是所述运算放大器(OP)的负输入端子，所述非反相输入端子(+)是所述运算放大器(OP)的正输入端子。
25.一种用于操作触敏显示装置的方法，所述触敏显示装置包括显示面板和触摸感测电路(SU)，所述显示面板包括至少一个触摸电极(31)，所述触摸感测电路(SU)具有耦合到所述至少一个触摸电极(31)的反相输入端子(-)，所述方法包括：
将触摸传感器驱动信号(Vtx；Vm)驱动至所述至少一个触摸电极(31)，所述触摸传感器驱动信号(Vtx；Vm)具有触摸驱动脉冲；
在所述触摸传感器驱动信号(Vtx；Vm)的所述触摸驱动脉冲期间，通过以预定的时间间隔多次选择性地将所述反相输入端子(-)连接至放电路径(N1，Ccrj)来放电所述触摸感测电路(SU)的所述反相输入端子(-)。
26.根据权利要求25所述的方法，其中放电所述反相输入端子(-)进一步包括将多个电荷消除脉冲信号(Vcr1,…,Vcrj)提供至所述放电路径(N1，Ccrj)，每个电荷消除脉冲信号(Vcrj)在所述触摸传感器驱动信号(Vtx；Vm)的所述触摸驱动脉冲期间具有多个电荷消除脉冲。
27.根据权利要求26所述的方法，其中所述电荷消除脉冲信号(Vcr1,…,Vcrj)的下降沿在所述反相输入端子(-)被连接至所述放电路径(N1，Ccrj)时出现。
28.根据权利要求26所述的方法，其中所述电荷消除脉冲信号(Vcr1,…,Vcrj)包括第一电荷消除脉冲信号和第二电荷消除脉冲信号，所述第二电荷消除脉冲信号具有与所述第一电荷消除脉冲信号相同的相位。
29.根据权利要求25所述的方法，其中多次选择性地将所述反相输入端子(-)连接至放电路径(N1，Ccrj)包括选择性地将所述反相输入端子(-)连接至所述放电路径(N1，Ccrj)的节点(N1)，并且进一步包括：
在所述触摸传感器驱动信号(Vtx；Vm)的所述触摸驱动脉冲期间，多次选择性地将所述触摸感测电路(SU)的非反相输入端子(+)连接至所述节点(N1)，所述反相输入端子(-)被按照与所述非反相输入端子(+)相反的相位选择性地连接。
CN201510977797.5A 2015-10-30 2015-12-23 触摸传感器驱动装置和包括该触摸传感器驱动装置的显示装置 Active CN106648194B (zh)

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