CN115904138A - 用于触摸屏装置的触摸到显示噪声减轻 - Google Patents

Abstract

一种触摸屏显示装置包括显示装置和触摸传感器。显示装置配置成在触摸屏显示装置的显示操作期间，输出图像数据。触摸传感器配置成使用步进等待感测方案来执行触摸感测，其中，执行触摸感测包括：在触摸屏显示装置的显示操作期间，生成驱动波形，其中，驱动波形是正交梯形波形、三角形波形或谐波抑制波形；基于所生成的驱动波形而获得结果信号；以及基于所获得的结果信号而确定输入对象在触摸屏显示装置的感测区域中的存在和/或移动。

Description

用于触摸屏装置的触摸到显示噪声减轻

技术领域

所描述的实施例一般涉及电子装置，并且更具体地涉及电容性传感器。

背景技术

包括电容性传感器装置（例如，触摸垫或触摸传感器装置）的输入装置在各种各样的电子系统中广泛地使用。电容性传感器装置可以包括通常由表面区分的感测区域，其中，电容性传感器装置确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。电容性传感器装置可以用于为电子系统提供接口。例如，电容性传感器装置可以作为用于较大的计算系统（例如，集成于笔记本或台式计算机中，或者在其外围的不透明触摸垫）的输入装置使用。电容性传感器装置通常也在较小的计算系统（例如，集成于蜂窝电话中的触摸屏）中使用。电容性传感器装置还可以用于检测输入对象（例如，手指、触针、笔、指纹等）。

对于包括与显示器集成的电容性传感器的触摸屏装置，显示到触摸（display-to-touch）噪声通常是关注点，因为显示信号可能干扰经由电容性传感器的接收器电极检测到的结果信号，并且存在用于处理显示到触摸噪声的许多途径。然而，随着触摸屏技术进步，并且触摸屏装置正变得越来越薄（例如，诸如Y-OCTA（Youm On-Cell Touch AMOLED）显示器的情况，其中触摸传感器部件非常靠近显示器部件，例如，是常规触摸屏中的高达十倍靠近），触摸到显示（touch-to-display）噪声还可能成为问题，因为来自触摸传感器电极的发射可能干扰关于显示像素的显示信号输出，以在所显示的图像中造成伪影。

已尝试用以解决触摸到显示噪声的许多途径，但均尚未产生令人满意的结果。例如，一个方法是，使触摸感测脉冲与显示更新速率同步，但这将触摸频率锁定到HLine频率，由此造成附加问题，诸如与充电器噪声相关的问题。在另一示例中，将方形波触摸感测频率移动得充分地远离HLine频率，但这引起关于对输入对象的触摸传感器响应的问题。

发明内容

在示例性实施例中，本公开提供一种触摸屏显示装置。该触摸屏显示装置包括显示装置和触摸传感器。显示装置配置成在触摸屏显示装置的显示操作期间输出图像数据。触摸传感器配置成使用步进等待（step-and-wait）感测方案来执行触摸感测。执行触摸感测包括：在触摸屏显示装置的显示操作期间，生成驱动波形，其中驱动波形是正交梯形波形、三角形波形或谐波抑制波形；基于所生成的驱动波形而获得结果信号；以及基于所获得的结果信号而确定输入对象在触摸屏显示装置的感测区域中的存在和/或移动。

显示装置和触摸传感器可以部署于堆叠的相应层中，其中显示装置与触摸传感器之间的距离小于20µm。

在驱动波形是谐波抑制波形的情况下，触摸传感器包括配置成生成谐波抑制波形的谐波抑制混频器，并且其中谐波抑制混频器包括各自配置成生成具有相应的振幅和相位偏移的方形波的多个方形波发生器。另外，谐波抑制波形可以配置成使得谐波抑制波形的谐波不包括方形波的三次谐波和五次谐波。

在另一示例性实施例中，本公开提供一种用于步进等待感测的方法。该方法包括：在触摸屏显示装置的显示装置的显示操作期间，由触摸屏显示装置的触摸传感器生成驱动波形，其中驱动波形是正交梯形波形、三角形波形或谐波抑制波形；基于所生成的驱动波形而由触摸传感器获得结果信号；以及基于所获得的结果信号而由触摸传感器确定输入对象在触摸屏显示装置的感测区域中的存在和/或移动。

在又一示例性实施例中，本公开提供一种显示器堆叠（stackup）。该显示器堆叠包括：显示器层，其包括配置成在显示操作期间输出图像数据的多个显示像素；以及触摸传感器层，其中触摸传感器层的触摸传感器配置成使用步进等待感测方案来执行触摸感测。执行触摸感测包括：在显示操作期间生成驱动波形，其中驱动波形是正交梯形波形、三角形波形或谐波抑制波形；基于所生成的驱动波形而获得结果信号；以及基于所获得的结果信号而确定输入对象在感测区域中的存在和/或移动。

显示器堆叠还可以包括：部署于触摸传感器层上方的偏振器、光学透明粘附剂和玻璃透镜；以及在触摸传感器层与显示器层之间的一个或多个氮化物层。

显示器层与触摸传感器层之间的距离可以小于20µm。

附图说明

图1描绘示例性输入装置的示意性框图。

图2描绘包括触摸传感器层和显示器层的示例性触摸屏堆叠的框图。

图3描绘与当分别使用60.5kHz和244.5kHz的方形波时由触摸传感器产生的触摸发射的图对准的显示易受影响性窗口的图。

图4A描绘最高FFT箱（bin）的功率谱密度对方形波的触摸频率的图，并且图4B描绘最高FFT箱的功率谱密度对正弦波的触摸频率的图。

图5描绘根据本公开的示例性实施例的可以用于驱动触摸传感器的正交梯形波形。

图6A描绘根据本公开的示例性实施例的可以用于驱动触摸传感器的三角形波形，并且图6B描绘最高FFT箱的功率谱密度对三角形波形的触摸频率的图的示例。

图7A描绘根据本公开的示例性实施例的可以用于驱动触摸传感器的谐波抑制形状的示例，并且图7B描绘与其相关联的谐波振幅对频率的图。图7C描绘用于生成图7A中所描绘的谐波抑制形状的示例性电路。

图8是描绘根据本公开的示例性实施例的用于操作触摸屏装置的示例性过程的流程图。

具体实施方式

附图和以下的详细描述本质上仅是示例性的，并且不旨在限制所公开的技术或所公开的技术的应用和使用。此外，不旨在受在先前的技术领域、背景或以下的详细描述中呈现的任何明示或暗示的理论约束。

在示例性实施例的以下的详细描述中，阐明许多细节，以便提供对所公开的技术的更透彻的理解。然而，将对本领域普通技术人员明白的是，可以在不存在这些具体细节的情况下实践所公开的技术。在其它实例中，尚未详细地描述众所周知的特征，以避免不必要地使本描述复杂化。

贯穿本申请，序数（例如，第一、第二、第三等）可以作为对于元件（即，本申请中的任何名词）的形容词使用。序数的使用并非要暗示或创建元件的任何特定排序，也并非要将任何元件限制为仅单个元件，除非诸如通过使用用语“之前”、“之后”、“单个”和其它这样的用语来明确地公开。相反，序数的使用是为了在元件之间进行区分。通过示例的方式，第一元件区别于第二元件，并且第一元件可以包含多于一个元件，并且按元件的排序在第二元件之后（或之前）。

传感器图案的以下的描述依赖于诸如“水平”、“竖直”、“顶部”、“底部”以及“下面”之类的用语，以清楚地描述传感器图案的某些几何特征。使用这些用语不旨在将限制性的方向性引入。例如，几何特征可以在不脱离本公开的情况下旋转到任何程度。此外，虽然在附图中示出某些尺寸的图案，但在不脱离本公开的情况下，图案可以延伸和/或重复。例如，使用用语列和竖直方向是为了分别与行和水平方向进行区分。如果输入装置是矩形的，则可以将沿着表面的任何方向指定为列沿其延伸的竖直方向，并且可以将沿着表面的任何基本上正交的方向指定为行沿着其延伸的竖直方向。

在许多常规触摸传感器中，使用步进等待（也称为“停止等待（stop-and-wait）”）感测方案，由此触摸传感器利用方形波来驱动（“步进”来自方形波感测波形的陡峭步进，并且“等待”是在采样之前等待来自步进的结果电荷积分所花费的时间，其中基于确保传感器的较慢RC响应部分已得到足够的时间来递送与传感器的较快RC响应部分类似的稳定量（amount of settling），等待周期在感测波形的上升沿开始时开始，并且在调谐确定的持续时间之后结束）。然而，由于由方形波引起的触摸到显示噪声（其将伪影引入所显示的图像中），在步进等待触摸传感器中使用的方形波不适合于薄触摸屏装置，在该薄触摸屏装置中（诸如，在Y-OCTA触摸屏装置中）触摸传感器定位成非常靠近显示像素。本公开的示例性实施例提供一种触摸屏装置，该触摸屏装置具有触摸传感器和显示器，其中触摸传感器根据驱动方案来驱动，该驱动方案降低触摸到显示噪声，以便避免由触摸到显示噪声引起的显示伪影。本公开的示例性实施例中的驱动方案可以基于利用正交梯形波形、三角形波形或具有产生减小的谐波能量的形状的任何其它波形（例如，谐波抑制波形），通过所述波形，触摸到显示噪声由于减少了与显示易受影响性窗口相交的传送器发射谐波而得到降低。此外，由于本公开的示例性实施例中的驱动方案与现有的步进等待触摸传感器电路设计兼容，因而可避免对先前开发的使用方形波步进等待感测方案的触摸传感器进行昂贵且复杂的重新设计。另外，在本公开的示例性实施例中，保留了步进等待感测方案的益处。例如，当使用步进等待感测方案时，传感器可在比使用正弦波形时更高的感测频率下操作，并且不需要传感器响应的相位补偿。换而言之，使用步进等待感测方案的触摸传感器对跨触摸传感器的相位延迟中的差不敏感，并且具有快速的总可用感测频率。此外，不存在充电器噪声。

在图1中示出示例输入装置100，以提供示例环境，以与处理系统结合而解释传感器的工作原理。输入装置100可以配置成向电子系统提供输入。如本文中所使用的，用语“电子系统”广泛地指能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，诸如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器以及个人数字助理（PDA）。附加示例电子系统包括复合输入装置，诸如包括输入装置100和单独的操纵杆或按键开关的物理键盘。另外的示例电子系统包括诸如数据输入装置（例如，远程控制器和鼠标）以及数据输出装置（例如，显示屏和打印机）之类的外围设备。其它示例包括远程终端、信息亭以及视频游戏机，例如视频游戏操纵台、便携游戏装置等。其它示例包括通信装置（例如，诸如智能电话之类的蜂窝电话）和媒体装置（例如，记录器、编辑器和播放器，诸如电视机、机顶盒、音乐播放器、数字相框和数字照相机）。另外，电子系统可以是对于输入装置的主机或从机。电子系统也可以称为电子装置。

输入装置100可以被实现为电子系统的物理部分，或者可以与电子系统在物理上分开。在一个实施例中，电子系统可以称为主机装置。在适当时，输入装置100可以使用以下项中的任何一个或多个来与电子系统的部分通信：总线、网络以及其它有线互连或无线互连。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF以及IRDA。

在图1中，输入装置100被示出为电容性传感器装置，该电容性传感器装置配置成感测由感测区域120中的一个或多个输入对象140提供的输入。如图1中所示出的，示例输入对象140包括手指和触针。示例性电容性传感器装置可以是触摸垫、触摸屏、触摸传感器装置等。

感测区域120包含输入装置100上方、周围、之中和/或附近的任何空间，在该空间中，输入装置100能够检测用户输入，例如，由一个或多个输入对象140提供的用户输入。特定感测区域的尺寸、形状以及位置可以在各实施例之间广泛地变化。在一些实施例中，感测区域120从输入装置100的表面沿一个或多个方向延伸到空间中，直到信噪比阻止充分地准确的对象检测为止。在各种实施例中，该感测区域120沿特定方向延伸所达的距离可以在小于一毫米、几毫米、几厘米或更大的量级上，并且可以随着所使用的感测技术的类型和所期望的准确度而显著地变化。因而，一些实施例感测包括以下项的输入：不与输入装置100的任何表面接触；与输入装置100的输入表面（例如，触摸表面）接触；与以一定量的施加力或压力耦合的输入装置100的输入表面接触；和/或其组合。在各种实施例中，输入表面可以由传感器电极位于其内的外壳的表面提供、由应用于传感器电极或任何外壳上面的面板提供等。在一些实施例中，感测区域120在投影到输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。

输入装置100可以利用传感器部件和感测技术的任何组合来检测感测区域120中的用户输入。输入装置100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为若干非限制性示例，输入装置100可以利用电容性感测，并且可以进一步利用弹性技术、电阻性技术、电感性技术、磁性技术、声学技术、超声技术和/或光学技术。

一些实现方式配置成提供跨越一维空间、两维空间、三维空间或更高维空间的图像（例如，电容性信号的图像）。一些实现方式配置成提供输入沿着特定轴线或平面的投影。

在输入装置100的一些电容性实现方式中，施加电压或电流以产生电场。附近的输入对象引起电场中的改变，并且产生电容性耦合中的可检测的改变，所述可检测改变可以被检测为电压、电流等中的改变。

一些电容性实现方式利用电容性感测元件的阵列或者其它规则或不规则图案来产生电场。在一些电容性实现方式中，单独的感测元件可以欧姆地短接在一起，以形成较大的传感器电极。一些电容性实现方式利用电阻片，所述电阻片可以是均匀电阻的。

一些电容性实现方式利用基于传感器电极与输入对象之间（例如，系统接地与耦合到用户的自由空间之间）的电容性耦合中的改变的“自电容”（通常也称为“绝对电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象变更传感器电极附近的电场，因而改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，绝对电容感测方法通过相对于参考电压（例如，系统接地）调制传感器电极，并且通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合来操作。在一些实现方式中，感测元件可以由基本上透明的金属网（例如，被图案化以减少或最小化来自显示子像素的可见的传输损耗的反射金属膜或吸收金属膜）形成。此外，传感器电极可以部署于显示装置的显示器上面。感测电极可以形成于显示装置的公共衬底上（例如，刚性或柔性有机发光二极管（OLED）显示器的封装层上）。具有用于跳线层的通孔的附加介电层也可以由基本上透明的金属网材料形成（例如，在用户输入与阴极电极之间）。备选地，传感器可以被图案化于显示有源区上面的单层金属网上，其中在有源区的外部存在跨接结构（cross-over）。跳线层的跳线可以耦合到第一群组的电极，并且跨越（cross over）第二群组的传感器电极。在一个或多个实施例中，第一群组和第二群组可以是彼此正交的轴线。此外，在各种实施例中，绝对电容测量可以包括沿着一个轴线累积并且投影到另一个轴线上的输入对象耦合的简档。在各种实施例中，经调制的输入对象（例如，被供电的有源触针）可以由正交电极轴线接收，而不调制对应电极（例如，相对于系统接地）。在这样的实施例中，可以同时感测两个轴线并将其组合以估计触针位置。

一些电容性实现方式利用基于传感器电极之间的电容性耦合中的改变的“互电容”（通常也称为“跨电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象变更传感器电极之间的电场，因而改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，跨电容性感测方法通过检测一个或多个传送器传感器电极（在本文中也称为“传送器电极”或“传送器”）与一个或多个接收器传感器电极（在本文中也称为“接收器电极”或“接收器”）之间的电容性耦合来操作。当耦合到系统接地的输入对象靠近传感器电极时，可以减少耦合。可以将传送器传感器电极相对于参考电压（例如，系统接地）调制，以传送传送器信号。接收器传感器电极可以相对于参考电压保持基本上恒定，或相对于传送器传感器电极来调制，以促进接收结果信号。结果信号可以包括与一个或多个传送器信号和/或一个或多个环境干扰源（例如，其它电磁信号）对应的（一个或多个）效应。传感器电极可以是专用传送器或接收器，或可以配置成进行传送和接收两者。

在图1中，处理系统110被示出为输入装置100的部分。处理系统110配置成操作输入装置100的硬件，以检测感测区域120中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路（IC）芯片和/或其它电路系统部件中的部分或所有。例如，用于互电容传感器装置的处理系统可以包括配置成利用传送器传感器电极来传送信号的传送器电路系统和/或配置成利用接收器传感器电极来接收信号的接收器电路系统。在一些实施例中，处理系统110还包括电子地可读的指令，诸如固件代码、软件代码和/或类似物。在一些实施例中，组成处理系统110的部件一起位于诸如输入装置100的（一个或多个）感测元件附近。在其它实施例中，处理系统110的部件与靠近输入装置100的（一个或多个）感测元件的一个或多个部件以及别处的一个或多个部件在物理上分开。例如，输入装置100可以是耦合到台式计算机的外围设备，并且处理系统110可以包括配置成在台式计算机的中央处理单元上运行的软件和与中央处理单元分开的一个或多个IC（在另一实施例中，具有相关联的固件）。作为另一示例，输入装置100可以在物理上集成于电话中，并且处理系统110可以包括是电话的主处理器（例如，移动装置应用处理器或任何其它中央处理单元）的部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入装置100。在其它实施例中，处理系统110还执行其它用户输入功能，诸如操作显示屏、测量输入力、测量可触知开关状态、驱动触觉致动器等。

处理系统110可以实现为处理处理系统110的不同功能的模块集合。每个模块可以包括是处理系统110的一部分的电路系统、固件、软件或其组合。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。示例模块包括用于操作硬件（诸如传感器电极和显示屏）的硬件操作模块、用于处理数据（诸如传感器信号和位置信息）的数据处理模块以及用于报告信息的报告模块。另外的示例模块包括配置成操作（一个或多个）感测元件以检测输入的传感器操作模块、配置成标识手势（诸如，模式改变手势）的标识模块以及用于改变操作模式的模式改变模块。

在一些实施例中，处理系统110直接通过引起一个或多个动作来响应于感测区域120中的用户输入（或缺乏用户输入）。示例动作包括改变操作模式以及GUI动作，诸如光标移动、选择、菜单导航以及其它功能。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部分（例如，向与处理系统110分开的电子系统的中央处理系统）提供关于输入（或缺乏输入）的信息，如果这样的单独的中央处理系统存在的话。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从处理系统110接收的信息，以作用于用户输入上，诸如以便促进包括模式改变动作和GUI动作的全范围的动作。

例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入装置100的（一个或多个）感测元件，以产生指示感测区域120中的输入（或缺乏输入）的电信号。在产生向电子系统提供的信息时，处理系统110可以对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可以使从传感器电极获得的模拟电信号数字化。作为另一示例，处理系统110可以执行滤波或其它信号调节。该滤波可以包括在适当的感测时间对模拟或数字地转换的信号（例如，用于FIR数字或IIR开关的电容器滤波）进行解调、采样、加权以及累加中的一个或多个。感测时间可以与显示输出周期（例如，显示线更新周期或消隐周期）有关。作为又一示例，处理系统110可以减去或以其它方式考虑基线，使得该信息反映来自用户输入的电信号与基线信号之间的差。基线可以考虑显示更新信号（例如，子像素数据信号、栅极选择和取消选择信号、或发射控制信号），所述显示更新信号在空间上被滤波（例如，解调和累加）并且从较低空间频率感测基线去除。此外，基线可以补偿传感器电极与一个或多个附近电极之间的电容性耦合。附近电极可以是显示器电极、未使用的传感器电极和或任何接近的导电对象。另外，可以使用数字或模拟手段来补偿基线。作为又另外的示例，处理系统110可以确定位置信息、将输入识别为命令、识别手写等。

如本文中所使用的“位置信息”广泛地包含绝对位置、相对位置、速度、加速度以及其它类型的空间信息。示例性“零维”位置信息包括近/远或接触/无接触信息。示例性“一维”位置信息包括沿着轴线的位置。示例性“二维”位置信息包括平面中的运动。示例性“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。另外的示例包括空间信息的其它表示。还可以确定和/或存储关于一种或多种类型的位置信息的历史数据，包括例如随时间跟踪位置、运动或瞬时速度的历史数据。

在一些实施例中，输入装置100利用由处理系统110或由某一其它处理系统操作的附加输入部件来实现。这些附加输入部件可以提供用于感测区域120中的输入的冗余功能性，或者提供某一其它功能性。图1示出感测区域120附近的按钮130，按钮130可以用于使用输入装置100来促进项目选择。其它类型的附加输入部件包括滑块、球、轮、开关等。相反，在一些实施例中，输入装置100可以在没有其它输入部件的情况下实现。

在一些实施例中，输入装置100包括触摸屏接口，并且感测区域120与显示屏的至少部分重叠。例如，感测区域120可以与显示屏（或显示面板）的有源区的至少部分重叠。显示面板的有源区可以对应于显示面板的其中图像被更新的部分。在一个或多个实施例中，输入装置100可以包括覆盖显示屏的基本上透明的传感器电极（例如，ITO、金属网等），并且为相关联的电子系统提供触摸屏接口。显示面板可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型的动态显示器，并且可以包括任何类型的发光二极管（LED）、OLED、阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子体、电致发光（EL）或其它显示技术。输入装置100和显示面板可以共享物理元件。例如，一些实施例可以利用相同的电气部件中的一些来显示和感测。作为另一示例，显示面板可以部分地或全部地由处理系统110操作。

OLED显示器的阴极电极可以在可由薄封装层分离的传感器电极与一个或多个显示器电极之间提供低阻抗屏幕。例如，封装层可以是约10um。备选地，封装层可以小于10um或大于10um。此外，封装层可以由保形的（conformal）有机介电层和无机介电层的无针孔叠层（pin hole free stack）构成。

应当理解到，虽然在全功能设备的上下文中描述本公开的许多实施例，但本公开的机制能够以各种各样的形式被分配为程序产品，例如，软件。例如，本公开的机制可以被实现并被分配为由电子处理器可读的信息承载介质（例如，由处理系统110可读的非暂时性计算机可读和/或可记录/可写的信息承载介质）上的软件程序。另外，无论用于实行分配的介质的特定类型如何，本公开的实施例都同样地适用。非暂时性电子可读介质的示例包括各种盘、存储器棒、存储器卡、存储器模块等。电子可读介质可以基于闪速存储技术、光学存储技术、磁性存储技术、全息存储技术或任何其它存储技术。

图2描绘包括触摸传感器层204（其也可以称为“触摸传感器”）和显示器层208（其也可以称为“显示装置”）的示例性触摸屏堆叠的横截面。在所描绘的示例中，该堆叠是包括以下项的Y-OCTA堆叠：玻璃透镜201、光学透明粘附剂（OCA）202、偏振器203、触摸传感器层204、L1层205、L2层206、L3层207以及显示器层208。L1层205、L2层206以及L3层207可以是用于封装显示器层208的OLED以防止氧进入的氮化物的多个层。触摸传感器层204配置成执行触摸感测操作（例如，包括生成驱动波形、基于驱动波形而获得结果信号、以及基于结果信号而确定输入对象的存在和/或移动），并且在该示例中，触摸传感器层204包括在触摸传感器层204的底侧上的传送器电极241和在触摸传感器层204的顶侧上的接收器电极242。传送器电极241和接收器电极242示出为沿相同方向取向，但在其它实施例中，传送器电极241和接收器电极242可以相对于彼此垂直地取向，或以其它布置取向。显示器层208包括阴极282和多个显示像素281，其中包括相应的显示像素281的电路图，以供参考（描绘显示像素的OLED、栅极选择以及存储电容器）。显示器层208配置成在触摸屏装置的显示操作期间输出图像数据。

在示例性实施例中，玻璃透镜201具有400µm的厚度和7的介电常数，OCA 202具有100µm的厚度和3.0的介电常数，偏振器203具有100µm的厚度和4.0的介电常数，触摸传感器层204具有0.3µm的厚度和7的介电常数，L1层205具有0.7µm的厚度和7的介电常数，L2层206具有8µm的厚度和2.5的介电常数，并且L3层207具有1µm的厚度和6.0的介电常数。

如图2中所示出的，传送器电极241的使用触摸传感器层204的触摸传感器的用于触摸感测的操作导致来自传送器电极241的“触摸发射”（即，在触摸感测期间来自触摸传感器的发射），所述触摸发射由显示器层208的阴极282接收。这又引起阴极282产生对显示器层208的相应的显示像素281的干扰。如上文中所讨论的，当触摸传感器层204与显示器层208之间的距离相对小并且触摸感测波形的电压摆动充分地高时，对显示像素281的干扰可以足够高以在由显示器层208的显示器提供的输出中产生伪影。

在图2的堆叠中，触摸传感器层204与阴极282之间的距离可以是约8µm，并且典型的操作电压可以是约2V。一般而言，在约2V的典型的操作电压的情况下，触摸到显示噪声可能在其中触摸传感器层与阴极282之间的距离低于20-30µm的堆叠中成为问题，并且将意识到，触摸到显示噪声问题的幅度是距离方面的梯度（即，距离越小，问题就越大）。

将意识到，尽管图2中所示出的示例包括具有传送器电极241和接收器电极242两者的跨电容性触摸传感器层204，但本文中所讨论的原理不限于此。相反，本公开的原理适用于具有任何类型的电极布置的任何类型的电容性传感器，其中可能存在影响接近电容性传感器的显示器的阴极的触摸发射。由于显示器和触摸传感器堆叠中的显示器的阴极的尺寸和位置，由触摸发射导致的干扰关于产生那些触摸发射所按照的方式是不可知的（agnostic）。关于触摸到显示噪声重要的是，从整体角度来看，触摸发射是否足够大量，以便在显示输出中引起伪影。因而，将意识到，图2中的传送器电极241和接收器电极242的所描绘的配置可以用包括例如单层的绝对电容电极的各种其它电极的配置来替换。

为了理解显示器层208的显示像素281为何易受触摸到显示噪声的影响，显示像素可以被认为是在没有抗混叠（anti-aliasing）的情况下以与模拟前端（AFE）类似的方式对信号进行采样的无意的（unintentional）采样器。特别地，相应的显示像素的存储电容器隐含地以HLine速率执行采样，并且还使高于其采样速率的信号降低混叠（aliase down）。鉴于前文，如果使用步进等待方形波波形的触摸传感器导致以HLine谐波进行触摸发射，则触摸到显示噪声可能被引入到显示器中，并且这样的触摸到显示噪声不能通过降低电压或降低摆率（slewrate）来防止。

图3描绘与当分别使用60.5kHz和244.5kHz的方形波时由触摸传感器产生的触摸发射的图对准的显示易受影响性窗口的图。在该示例中，显示易受影响性窗口被部署在约182.5kHz、365kHz、547.5kHz以及730kHz处，因为显示器的HLine速率是182.5kHz。这在图3的顶部图中示出，其中每个三角形表示以相应频率为中心的相应的显示易受影响性窗口，使得显示器易受由落入显示易受影响性窗口内的触摸发射引起的触摸到显示噪声的影响。显示器的栅极选择信号以HLine速率采样，使得处于HLine频率的倍数的任何噪声将由显示器采样并且在图像中生成噪声。换而言之，当显示器正对线进行更新时，该线易受耦合到源极线中的外部电压的破坏。中间图示出用于驱动触摸传感器的60.5kHz方形波的触摸发射，并且由于方形波具有下降为1/N的奇次谐波，因而存在以落入第一显示易受影响性窗口内的181.5kHz的谐波触摸发射。底部图示出用于驱动触摸传感器的244.5kHz方形波的触摸发射，其具有以落入第四显示易受影响性窗口内的733.5kHz的谐波触摸发射。因而，如可以在图3中看到的，即使中间图和底部图中的方形波具有远离182.5kHz的HLine速率的标称感测频率，这些方形波也仍然可能由于谐波而引起触摸到显示噪声，并且如果发射的幅度足够高，则可能在显示输出中出现伪影。

将意识到，不同的装置可以具有不同的HLine速率，因为HLine速率是显示分辨率和显示刷新速率的函数。因而，相应装置的具体显示易受影响性窗口基于相应装置的相应显示分辨率和相应显示刷新速率。存在HLine_rate=display_refresh_rate*(vertical_resolution+number_of_HLines_in_VBlank)的粗略公式，但相应显示器的易受影响性窗口可以基于用于相应显示器的精确像素电路结构和正如何对其进行排序而变化。

图4A描绘最高FFT箱的功率谱密度对方形波（其具有1/N谐波）的触摸频率的图，并且图4B描绘最高FFT箱的功率谱密度对正弦波（其不具有任何谐波）的触摸频率的图。在两个图中，竖直轴线示出与如果相应触摸频率落入显示易受影响性窗口内的话可能出现的潜在伪影对应的强度。如可以在这些图中看到的，两者具有在约160-200kHz处的峰值的集合和约340-390kHz的峰值的另一集合，但对于方形波，也存在若干值得注意的峰值（例如，约245kHz、120kHz、55kHz等），而对于正弦波，底面（floor）非常平坦，因为正弦波不产生谐波。当使用方形波来驱动触摸传感器时，方形波的凌乱的底面使得减轻或防止触摸到显示是困难的，因为从底面向外突出的谐波中的至少一些谐波可能与显示易受影响性窗口相交。

根据图4A-4B，使用正弦波而非方形波来驱动触摸传感器以降低触摸到显示噪声，可以看上去是优选的，但存在正弦波为何不适合于驱动触摸传感器的原因。例如，相比较于常规的方形波驱动器，正弦波驱动器更难以实现并且占据更多的硅面积，并且使用正弦波驱动器引入对于跨触摸传感器的相位延迟中的差的敏感性并导致更慢的总可用感测频率。

在示例性实施例中，本公开提供用于触摸屏装置中的触摸传感器的、配置成使用正交梯形波形来驱动触摸传感器的处理系统。使用正交梯形波形实现关于降低触摸到显示噪声的、与使用正弦波形相关联的益处，同时避免使用正弦波形的缺点，因为正交梯形波形具有下降为1/N^2的奇次谐波，并且可以使用方形波驱动电路系统来生成。因而，可以在不对现有的传感器电路系统进行复杂修改的情况下实现使用正交梯形波形来驱动步进等待触摸传感器，并且使用正交梯形波形提供快速上升时间与良好谱性质的优异平衡。

图5描绘根据本公开的示例性实施例的可以用于驱动触摸传感器的正交梯形波形。如可以在图5中看到的，对于正交梯形波形形状中的2π的相应周期，周期的1/4对应于振幅中的线性上升，周期的1/4在最大振幅(在图5的描绘内被归一化为“+1.0”)处被消耗为平坦的，周期的1/4对应于振幅中的线性减小，并且周期的1/4在最小振幅(在图5的描绘内被归一化为“-1.0”)处被消耗为平坦的。

图5的正交梯形波形可以与步进等待感测方案一起使用，因为步进等待感测方案主要地涉及步进有多大和等待有多久，并且关于如何实现步进是灵活且鲁棒的。因而，相对于方形波形，步进关于正交梯形波形耗费更久一点，该事实不会负面地影响步进等待触摸传感器的性能。

将意识到，在不同的实施例中，非归一化的驱动电压振幅可以变化。例如，在一个示例性实施例中，9V的驱动电压供一个感测模式（例如，跨电容性感测模式）使用，并且2V的第二驱动电压供另一感测模式（例如，绝对电容感测模式）使用，并且本文中关于减少显示易受影响性窗口中的驱动电压谐波而讨论的原理适用于两个模式。将意识到，由于不同的背景负载电容和具有固定的电荷处理能力的AFE，用于两个模式的驱动电压可以是不同的。

因为正交梯形波形具有下降为1/N^2的奇次谐波，所以对于正交梯形波形的功率谱密度图的底面将基本上是平坦的，其类似于对于正弦波形的图4B的功率谱密度图并且不同于对于方形波形的图4A的功率谱密度图。因而，使用正交梯形波形减少干扰接近触摸传感器的显示器的谐波触摸传输的生成，由此降低触摸到显示噪声并且避免由触摸到显示引起的显示伪影。

在另一示例性实施例中，本公开提供用于触摸屏装置中的触摸传感器的处理系统，该处理系统配置成使用三角形波形来驱动触摸传感器。类似于使用正交梯形波形，使用三角形波形也实现关于降低触摸到显示噪声的与使用正弦波形相关联的益处，同时避免使用正弦波形的缺点，因为三角形波形也具有下降为1/N^2的奇次谐波，并且可以使用方形波驱动电路系统来生成。因而，可以在不对现有的传感器电路系统进行复杂修改的情况下实现使用三角形波形来驱动步进等待触摸传感器，并且使用三角形波形也提供快速上升时间与良好谱性质的良好平衡。

图6A描绘根据本公开的示例性实施例的可以用于驱动触摸传感器的三角形波形，并且图6B描绘最高FFT箱的功率谱密度对三角形波形的触摸频率的图的示例。如可以在图6A中看到的，对于三角形波形形状中的2π的相应周期，周期的½对应于振幅中的线性上升，并且周期的½对应于振幅中的线性减小，由此振幅从-1.0的归一化值增大到+1.0，并且然后从+1.0减小回到-1.0。

如上文所提到的，步进等待感测方案主要地涉及步进有多大和等待有多久，并且关于如何实现步进是灵活且鲁棒的。因而，图6A的三角形波形（相对于方形波形，步进对于该三角形波形也耗费更久一点）也可以供步进等待触摸传感器使用。

此外，如上文中所讨论的，将意识到，在不同的实施例中，非归一化的驱动电压振幅可以变化。例如，在一个示例性实施例中，9V的驱动电压供一个感测模式使用，并且2V的第二驱动电压供另一感测模式使用，并且本文中关于减少显示易受影响性窗口中的驱动电压谐波而讨论的原理适用于两个模式。

另外，如可以从图6B看到的，因为三角形波形具有下降为1/N^2的奇次谐波，所以功率谱密度图的底面基本上是平坦的，其类似于对于正弦波形的图4B的功率谱密度图并且不同于对于方形波形的图4A的功率谱密度图。因而，使用三角形波形减少干扰接近触摸传感器的显示器的谐波触摸传输的生成，由此降低触摸到显示噪声并且避免由触摸到显示引起的显示伪影。

在另一示例性实施例中，本公开提供用于触摸屏装置中的触摸传感器的处理系统，该处理系统配置成使用具有谐波抑制形状的波形来驱动触摸传感器。可以使用不同类型的谐波抑制形状，只要谐波抑制形状配置成充分地减少谐波对显示易受影响性窗口的干扰以避免显示输出中的由触摸到显示噪声引起的值得注意的伪影。

图7A描绘根据本公开的示例性实施例的可以用于驱动触摸传感器的谐波抑制形状的示例，并且图7B描绘与其相关联的谐波振幅对频率的图。如可以在图7B的图中看到的，相对于方形波，该波形丢失三次谐波和五次谐波，并且因而能够减少这样的谐波对显示易受影响性窗口的干扰。将意识到，具有50%占空比（duty cycle）的方形波仅具有奇次谐波，因此不存在要去除的偶次谐波，并且相比较于去除更高次谐波（例如，七次谐波和超过七次谐波），去除三次谐波和五次谐波具有更大的值，因为较低次谐波具有相对较多的能量。

图7C描绘用于生成图7A中所描绘的谐波抑制形状的示例性电路。该电路是谐波抑制混频器（HRM），其包括生成以相应振幅（1、、1）和相应相位（-45º、0º、45º）的三个相应方形波的三个方形波发生器，并且使所述三个方形波组合以生成谐波抑制形状。因而，如可以从图7C看到的，用于生成谐波抑制形状以去除三次谐波和五次谐波的硬件是简单且便宜的。

将意识到，在各种示例性实施例中，要被去除的谐波含量的量可以基于与HLine频率和HLine谐波对应的显示易受影响性窗口而定制。驱动波形的被去除的谐波可以是将混叠到显示易受影响性窗口中的那些谐波，使得由触摸传感器的驱动波形使用的频率空间减少对显示易受影响性窗口的干扰。

图8是描绘根据本公开的示例性实施例的用于操作触摸屏装置的示例性过程的流程图。在阶段801，触摸屏装置（包括触摸传感器和接近触摸传感器的显示装置两者）的触摸传感器生成用于触摸感测的驱动波形，其中驱动波形配置成使用显示装置在触摸屏装置的显示操作期间减少与显示装置的显示易受影响性窗口一致的谐波（由此避免显示输出中的由触摸到显示噪声引起的值得注意的伪影）。例如，如上文与图5、图6A以及图7A结合而讨论的，驱动波形可以是正交梯形波形、三角形波形或谐波抑制波形。

在阶段803，触摸传感器基于驱动波形而获得结果信号。例如，触摸传感器可以是步进等待触摸传感器，并且获得结果信号可以包括：当来自驱动电压的结果电荷从传感器流入时执行积分，随后一旦积分周期结束就进行采样。

在阶段805，触摸传感器的处理系统基于所获得的结果信号而确定输入对象在触摸屏装置的感测区域中的存在和/或移动。例如，触摸屏装置可以确定手指现在存在于感测区域中，或手指已沿某一方向移动，或已由手指执行手势（诸如，敲击或双击）。

将意识到，尽管上文讨论的实施例已讨论步进等待触摸屏装置，其中触摸到显示噪声是问题，但将意识到，本公开的实施例不限于此。例如，在触摸到显示噪声（或由驱动波形引起的“驱动器到显示器”噪声）是对于接近显示装置的其它类型的传感器（诸如，指纹传感器、触针传感器或弹性传感器、电阻性传感器、电感性传感器、磁性传感器、声学传感器、超声传感器和/或光学传感器）的问题的程度上，本文中所讨论的原理可以应用于降低在这样的其它类型的装置中的这样的触摸到显示器噪声或驱动器到显示器噪声。

将进一步意识到，如上文所讨论的，触摸屏显示装置中的显示装置具有基于显示装置的分辨率和刷新速率的显示易受影响性窗口，并且本文中所讨论的驱动波形的实施例配置成减少（其可以包括完全地消除）与显示易受影响性窗口的频率范围一致的谐波，由此相对于将方形波作为对于步进等待感测方案的驱动波形使用，降低（其可以包括完全地消除）触摸到显示噪声并且避免由触摸到显示噪声引起的可见的显示伪影。

本文中所引用的包括出版物、专利申请以及专利的所有参考都特此通过引用被并入达如同以下那样的相同程度：每个参考被个别地且具体地指示以通过引用被并入并且在本文中以其整体阐明。

在描述本发明的上下文中（尤其是在以下的权利要求的上下文）使用用语“一”和“一个”以及“该”和“至少一个”以及类似的指称对象将被解释成涵盖单数和复数两者，除非在本文中另有指示或与上下文明显地矛盾。使用用语“至少一个”后接一个或多个项的列表（例如，“A和B中的至少一个”）要被解释成意指从所列出的项（A或B）选择的一个项目，或者所列出的项（A和B）中的两个或更多个项的任何组合，除非在本文中另有指示或与上下文明显地矛盾。用语“包括”、“具有”、“包含”以及“含有”要被解释为开放式用语（即，意味着“包括但不限于”），除非另有指出。本文中的值的范围的叙述仅旨在充当个别地提到落入该范围内的每个单独值的速记方法，除非在本文中另有指示，并且每个单独值如同它在本文中个别地叙述那样并入到本说明书中。本文中所描述的所有方法可按任何合适的顺序执行，除非在本文中另有指示或与上下文另外明显地矛盾。使用本文中所提供的任何和所有示例或示例性语言（例如，“诸如”）仅旨在更好地阐释本发明，并且不会对本发明的范围造成限制，除非另有声明。本说明书中的语言不应当被解释为将任何未要求保护的元素指示为对于实践本发明为必需的。

在本文中描述示例性实施例。在阅读前文的描述时，那些示例性实施例的变型对本领域普通技术人员可变得明白。理解到，技术人员能够在适当时采用这样的变型，并且可以以与在本文中具体地描述的方式不同的方式实践本发明。因此，本发明包括如由适用法律所容许的、附到其中的权利要求中叙述的主题的所有修改和等同体。此外，本发明包含上文描述的元素以其所有可能的变型的任何组合，除非在本文中另有指示或与上下文另外明显地矛盾。

Claims (20)

1.一种触摸屏显示装置，包括：

显示装置，其配置成在所述触摸屏显示装置的显示操作期间，输出图像数据；以及

触摸传感器，其配置成使用步进等待感测方案来执行触摸感测，其中，执行触摸感测包括：

在所述触摸屏显示装置的所述显示操作期间，生成驱动波形，其中，所述驱动波形是正交梯形波形、三角形波形或谐波抑制波形；

基于所生成的驱动波形而获得结果信号；以及

基于所获得的结果信号而确定输入对象在所述触摸屏显示装置的感测区域中的存在和/或移动。

2.根据权利要求1所述的触摸屏显示装置，其中，所述显示装置和所述触摸传感器部署于堆叠的相应层中，并且其中，所述显示装置与所述触摸传感器之间的距离小于20µm。

3.根据权利要求1所述的触摸屏显示装置，其中，所述驱动波形是所述正交梯形波形。

4.根据权利要求1所述的触摸屏显示装置，其中，所述驱动波形是所述三角形波形。

5.根据权利要求1所述的触摸屏显示装置，其中，所述驱动波形是所述谐波抑制波形。

6.根据权利要求5所述的触摸屏显示装置，其中，所述触摸传感器包括配置成生成所述谐波抑制波形的谐波抑制混频器，并且其中，所述谐波抑制混频器包括各自配置成生成具有相应的振幅和相位偏移的方形波的多个方形波发生器。

7.根据权利要求5所述的触摸屏显示装置，其中，所述谐波抑制波形的谐波不包括方形波的三次谐波和五次谐波。

8.一种用于步进等待感测的方法，包括：

在触摸屏显示装置的显示装置的显示操作期间，由所述触摸屏显示装置的触摸传感器生成驱动波形，其中，所述驱动波形是正交梯形波形、三角形波形或谐波抑制波形；

基于所生成的驱动波形而由所述触摸传感器获得结果信号；以及

基于所获得的结果信号而由所述触摸传感器确定输入对象在所述触摸屏显示装置的感测区域中的存在和/或移动。

9.根据权利要求8所述的方法，其中，所述显示装置和所述触摸传感器部署于堆叠的相应层中，并且其中，所述显示装置与所述触摸传感器之间的距离小于20µm。

10.根据权利要求8所述的方法，其中，所述驱动波形是所述正交梯形波形。

11.根据权利要求8所述的方法，其中，所述驱动波形是所述三角形波形。

12.根据权利要求8所述的方法，其中，所述驱动波形是所述谐波抑制波形。

13.根据权利要求12所述的方法，其中，所述触摸传感器包括配置成生成所述谐波抑制波形的谐波抑制混频器，并且其中，所述谐波抑制混频器包括各自配置成生成具有相应的振幅和相位偏移的方形波的多个方形波发生器。

14.根据权利要求12所述的方法，其中，所述谐波抑制波形的谐波不包括方形波的三次谐波和五次谐波。

15.一种显示器堆叠，包括：

显示器层，其包括配置成在显示操作期间输出图像数据的多个显示像素；以及

触摸传感器层，其中，所述触摸传感器层的触摸传感器配置成使用步进等待感测方案来执行触摸感测，其中，执行触摸感测包括：

在所述显示操作期间，生成驱动波形，其中，所述驱动波形是正交梯形波形、三角形波形或谐波抑制波形；

基于所生成的驱动波形而获得结果信号；以及

基于所获得的结果信号而确定输入对象在感测区域中的存在和/或移动。

16.根据权利要求15所述的显示器堆叠，其中，所述显示器堆叠还包括：

部署于所述触摸传感器层上方的偏振器、光学透明粘附剂和玻璃透镜；以及

在所述触摸传感器层与所述显示器层之间的一个或多个氮化物层。

17.根据权利要求15所述的显示器堆叠，其中，所述显示器层与所述触摸传感器层之间的距离小于20µm。

18.根据权利要求15所述的显示器堆叠，其中，所述驱动波形是所述正交梯形波形。

19.根据权利要求15所述的显示器堆叠，其中，所述驱动波形是所述三角形波形。

20.根据权利要求15所述的显示器堆叠，其中，所述驱动波形是所述谐波抑制波形。

Images