CN116560524A - 用于自电容触摸传感器的集成触摸和显示架构 - Google Patents

用于自电容触摸传感器的集成触摸和显示架构 Download PDF

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Abstract

本发明涉及“用于自电容触摸传感器的集成触摸和显示架构”。更具体而言，提供了一种自电容触摸传感器面板，该自电容触摸传感器面板被配置为具有集成到公共层中的触摸功能和显示功能两者的一部分。该触摸传感器面板包括具有电路元件的层，该电路元件可以可切换地作为触摸电路和显示电路两者来操作，从而在设备的触摸模式期间电路元件作为触摸电路来操作，并且在设备的显示模式期间电路元件作为显示电路来操作。可对触摸模式和显示模式进行时间复用。通过将触摸硬件和显示硬件集成到公共层中，可实现设备的功率、重量和厚度的节省。

Description

用于自电容触摸传感器的集成触摸和显示架构
本申请是申请日为2014年9月30日、发明名称为“用于自电容触摸传感器的集成触摸和显示架构”的中国专利申请201480065352.3的分案申请。
技术领域
本发明整体涉及与显示器集成的触摸传感器面板，并且更具体地涉及利用自电容触摸传感器来检测与触摸传感器面板接触或紧邻的对象的存在的集成触摸传感器/显示器。
背景技术
当前很多类型的输入设备可用于在计算系统中执行操作，诸如按钮或按键、鼠标、轨迹球、操纵杆、触摸传感器面板、触摸屏等等。具体地，触摸屏因其在操作方面的简便性和灵活性以及其不断下降的价格而变得日益受欢迎。触摸屏可包括触摸传感器面板和显示设备诸如液晶显示器(LCD)，该触摸传感器面板可以是具有触敏表面的透明面板，该显示设备可部分地或完全地被定位在面板的后面，使得触敏表面可覆盖显示设备的可视区域的至少一部分。触摸屏可允许用户通过使用手指、触笔或其他对象在由显示设备所显示的用户界面(UI)常常指示的位置处触摸触摸传感器面板以执行各种功能。一般来讲，触摸屏可识别触摸和触摸在触摸传感器面板上的位置，并且计算系统然后可根据触摸发生时出现的显示内容来解释触摸，并且然后可基于触摸来执行一个或多个动作。就一些触摸感测系统而言，检测触摸不需要显示器上的物理触摸。例如，在一些电容式触摸感测系统中，用于检测触摸的边缘电场可能会延伸超过显示器的表面，并且接近表面的对象可能被检测出在表面附近，而无需实际接触表面。
电容触摸传感器面板可由基本上透明的导电板的矩阵形成，该基本上透明的导电板由材料诸如氧化铟锡(ITO)制成。如上所述，部分由于其基本上透明，因此可将电容触摸传感器面板重叠在显示器上，以形成触摸屏。一些触摸屏可通过将触摸感测电路部分集成到显示器像素层叠结构(即，形成显示器像素的堆叠材料层)中来形成。
发明内容
以下描述包括集成触摸屏的示例，该集成触摸屏包括由液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)的电路元件形成的触摸像素。在LCD显示器中，在触摸感测操作期间可利用TFT层中的公共电极(Vcom)来形成触摸像素。
附图说明
图1A-1C示出了可各自包括根据本公开的示例的示例性触摸屏的示例性移动电话、示例性媒体播放器和示例性便携式计算设备。
图2是示出了根据本公开的示例的示例性触摸屏的一个具体实施的示例性计算系统的框图。
图3示出了根据本公开的示例的与自电容触摸传感器电极和感测电路对应的示例性电路。
图4示出了根据一些所公开的示例的LCD显示屏层叠结构的示例性层。
图5示出了根据本公开的示例的可用作触摸电路和显示电路两者的示例性堆叠层。
图6A-6D示出了根据本公开的示例的用于集成触摸和显示层的示例性布线方案。
图6E示出了根据本公开的示例的针对单个触摸像素的示例性布线连接。
图6F-6I示出了根据本公开的示例的用于集成触摸和显示层的附加布线方案。
图7示出了根据本公开的示例的示例性OLED显示器电路。
图8示出了根据本公开的示例的示例性OLED显示器层叠结构。
图9示出了图8的示例性层叠结构的一部分的放大视图。
图10示出了根据本公开的示例的集成OLED显示器和自电容触摸传感器电路。
图11示出了根据本公开的示例的用于集成触摸传感器和OLED显示器的示例性自举电路。
图12示出了根据本公开的示例的集成的小区上触摸传感器和OLED显示器。
图13示出了图12中所示的层叠结构的示例性放大视图。
图14示出了用于在触摸检测模式和显示操作模式中操作设备的示例性时间线。
具体实施方式
在以下对示例的描述中将引用形成以下描述的一部分的附图并且在附图中以举例方式示出了可在其中实践本公开的示例的具体示例。应当理解，在不脱离本公开的范围的情况下，可实践其他实例并且可进行结构性变更。
以下描述包括集成触摸屏的示例，该集成触摸屏包括由液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)的电路元件形成的触摸像素。在LCD显示器中，在触摸感测操作期间可利用TFT层中的公共电极(Vcom)来形成触摸像素。
在显示操作期间，在触摸屏上显示图像，Vcom可充当显示电路的一部分，例如通过传送公共电压以及像素电极上的像素电压来形成横跨液晶的电场。在触摸感测操作期间，可使用一组Vcom电极来形成耦接到感测电路的触摸像素电极，从而形成触摸传感器。
图1A-1C示出了其中根据本公开的示例的触摸屏可被实施的示例性系统。图1A示出了包括触摸屏124的示例性移动电话136。图1B示出了包括触摸屏126的示例数字媒体播放器140。图1C示出了包括触摸屏128的示例性便携式计算设备144。触摸屏124,126和128可基于自电容。基于自电容的触摸系统可包括导电材料的小个体板的矩阵，可将这种板称为触摸像素电极(如下文参考图2中的触摸屏220所述的)。例如，触摸屏可包括多个个体触摸像素电极，每个触摸像素电极识别或代表触摸屏上的要感测触摸或邻近性(即，触摸事件或邻近事件)的唯一位置，并且每个触摸像素电极与触摸屏/面板中的其他触摸像素电极电隔离。可将此类触摸屏称为像素化自电容触摸屏。在操作期间，可利用AC波形来激励触摸像素电极，并且可测量至触摸像素电极的接地部的自电容。在对象接近触摸像素电极时，至触摸像素电极的接地部的自电容可变化。可由触摸感测系统检测并测量触摸像素电极的自电容的这种变化，以在多个对象触摸或接近触摸屏时确定它们的位置。在一些示例中，可由导电材料的行和列形成基于自电容的触摸系统的电极，并且类似于上文，可检测至行和列的接地部的自电容的变化。在一些示例中，触摸屏可以是多点触摸、单点触摸、投影扫描、全成像多点触摸、电容式触摸等。
与基于自电容的触摸系统相反，基于互电容的触摸系统可包括例如驱动区域和感测区域，例如驱动线和感测线。例如，驱动线可形成行，而感测线可形成列(例如，正交)。互电容触摸像素可在行和列的交点处形成。在操作期间，可利用AC波形来激励行，并且可在互电容触摸像素的行和列之间形成互电容。在对象接近互电容触摸像素时，耦合在互电容触摸像素行和列之间的一些电荷可替代地被耦接到对象。横跨互电容触摸像素耦合的电荷的这种减少可能导致行和列之间的互电容的净减小，以及横跨互电容触摸像素耦合的AC波形的减小。可由触摸感测系统来检测并测量电荷耦合的AC波形的这种减小，以在多个对象触摸触摸屏时确定它们的位置。因此，基于互电容的触摸系统可与基于自电容的触摸系统以不同方式进行操作，上文描述了其操作。
图2是示例性计算系统200的框图，其示出了根据本公开的示例的示例性触摸屏220的一个具体实施。计算系统200可例如被包括在移动电话136、数字媒体播放器140、便携式计算设备144或包括触摸屏的任何移动计算设备或非移动计算设备中。计算系统200可包括触摸感测系统，该触摸感测系统包括一个或多个触摸处理器202、外围设备204、触摸控制器206和触摸感测电路(以下更加详细地描述)。外围设备204可包括但不限于随机存取存储器(RAM)或其他类型的存储器或存储设备、监视定时器等等。触摸控制器206可包括但不限于一个或多个感测信道208、信道扫描逻辑部件210和驱动器逻辑部件部件214。该信道扫描逻辑部件210可访问RAM 212，从感测信道自主地读取数据，并为感测信道提供控制。此外，信道扫描逻辑部件210可控制驱动器逻辑部件214，以在各种频率和相位下生成激励信号216，这些激励信号可被选择性地施加到触摸屏220的触摸像素电极，如下文更加详细所述的。在一些示例中，触摸控制器206、触摸处理器202和外围设备204可被集成到单个专用集成电路(ASIC)中。
计算系统200还可包括用于从触摸处理器202接收输出并基于输出来执行动作的主机处理器228。例如，主机处理器228可连接到程序存储装置232和显示器、控制器诸如LCD驱动器234。LCD驱动器234可在选择(栅极)线上向每个像素晶体管提供电压，并可沿数据线向这些相同的晶体管提供数据信号，以控制像素显示图像，如下文更加详细所述的。主机处理器228可使用LCD驱动器234来在触摸屏220上产生图像诸如用户界面(UI)的图像，并可使用触摸处理器202和触摸控制器206来检测触摸屏220上或附近的触摸。触摸输入可由被存储在程序存储装置232中的计算机程序用于执行动作，该动作可包括但不限于移动对象诸如光标或指针、滚动或平移、调节控制设置、打开文件或文档、查看菜单、作出选择、执行指令、操作连接到主机设备的外围设备、应答电话呼叫、拨打电话呼叫、终止电话呼叫、改变音量或音频设置、存储与电话通信相关的信息(诸如地址、频繁拨打的号码、已接来电、未接来电)、登录到计算机或计算机网络上、允许经授权的个体访问计算机或计算机网络的受限区域、加载与用户优选的计算机桌面的布置相关联的用户配置文件、允许访问网页内容、启动特定程序、对消息加密或解密等等。主机处理器228还可执行可能与触摸处理不相关的附加功能。
触摸屏220可包括触摸感测电路，该触摸感测电路可包括具有多个电隔离的触摸像素电极222的电容式感测介质(例如，像素化的自电容触摸屏)。触摸像素电极222可由来自驱动器逻辑部件214的激励信号216通过触摸接口224a和224b来驱动，并且从触摸像素电极222产生的所得的感测信号217可通过感测接口225被传输到触摸控制器206中的感测信道208(也称为事件检测和解调电路)。激励信号可以是交流(AC)波形。在触摸屏220被视为捕获触摸的“图像”时，将用于检测触摸的导电板(即，触摸像素电极222)标记为“触摸像素”电极可能尤其有用。换句话讲，在触摸控制器206确定在触摸屏中的每个触摸像素电极处检测的触摸量之后，可将触摸屏中发生触摸的触摸像素电极的图案视为触摸的“图像”(例如，触摸触摸屏的手指的图案)。需要理解的是，尽管驱动器逻辑部件214和感测信道208被示为触摸控制器206中的独立块，但在自电容触摸系统中，感测信道自身可驱动和感测触摸像素电极222，如本公开所述的。此外，在一些示例中，可使用相同的线(例如，感测信号217)来驱动和感测触摸像素电极222。
图3示出了根据本公开的示例的与自电容触摸传感器电极(例如，触摸像素电极222)和感测电路对应的示例性电路。电极302可具有到与其相关联的接地部的固有自电容，并且还具有到仅在对象接近电极时才形成的接地部的附加自电容。触摸电极302可耦接至感测电路314。尽管可采用其他配置，但是感测电路314可包括运算放大器308、反馈电阻器312、反馈电容器310和输入电压源306。例如，反馈电阻器312可由开关式电容器电阻器来代替，以使由可变反馈电阻器所导致的任何寄生电容效应最小化。该触摸电极可耦接至运算放大器308的反相输入端。AC电压源306(Vac)可耦接至运算放大器308的同相输入端。触摸传感器电路300可被配置为感测由手指或对象触摸或接近触摸传感器面板或触摸屏所引起的电极的总自电容的变化。触摸感测电路300的输出320用于确定接近事件的存在。处理器可使用输出320来确定接近事件或触摸事件的存在，或者输出320可被输入到离散逻辑网络中，以确定触摸事件或接近事件的存在。
图4示出了根据一些所公开得示例的LCD显示屏层叠结构的示例性层。背光源404可提供白光，可将该白光朝向层叠结构的孔径引导。如下文将要论述的，背光源可为显示器层叠结构的其余部分供应基于层叠结构的其余部分的需求而被取向成特定取向的光。为了控制光的亮度，可将由背光源404产生的白光馈送到偏光器406，该偏光器406可向光赋予极性。可通过底盖408来向液晶层412中馈送离开偏光器406的偏振光，该液晶层可被夹在氧化铟锡(ITO)层415和薄膜晶体管(TFT)层410之间。TFT层410可包含结合用于驱动液晶层412的ITO层414生成电场所必需的电子部件。更具体地，TFT基板410可包括各种不同的层，该各种不同的层可包括显示元件，诸如数据线、栅极线、TFT、公共电极和像素电极等。这些部件可帮助生成受控电场，该受控电场基于要在任意特定像素处显示的期望颜色来将位于液晶层412中的液晶取向成特定取向。液晶层412中的液晶元件的取向可改变从背光源404穿过其的偏振光的取向。然后可使来自液晶层412的变化的光穿过滤色器层416。该滤色器层416可包含偏光器。滤色器层416中的偏光器可与来自液晶层412的偏振光进行交互，可根据跨过液晶层所施加的电场来改变光的取向。可由液晶层412的取向确定的光的取向来确定允许通过滤色器层416进入顶盖418的光量。尽管顶盖418被描述为玻璃，但可使用任何类型的透明盖，例如包括塑料。通过使离开背光源404的白光偏振来改变液晶层412中的光的取向，然后使光穿过滤色器层416中的偏光器，可基于每个像素来控制光的亮度。滤色器层416还可包含可将穿过其的光变成红色、绿色和蓝色的多个滤色器。通过基于每个像素控制光的亮度和色彩，可在显示器上呈现期望的图像。
将上文参考图3所述的触摸传感器与上文参考图4所述的显示器层叠结构集成可提供很多益处。例如，通过将触摸传感器与显示器集成，可使设备的总宽度最小化，因为触摸和显示占据公共层。在显示器和触摸传感器互相排斥的架构中，设备的总厚度可能更大。因此，通过集成触摸和显示——换言之，使触摸传感器占据显示器层叠结构中的各层中的一个层——可使设备的总重量和厚度最小化。为了集成各层，使得触摸传感器面板和显示器共享一个层，可使用特定层的电路元件作为显示器硬件和触摸硬件两者。可将设备的触摸功能和显示功能进行时间复用(下文将要描述)，使得在触摸模式期间公共层的电路元件可被用作触摸电路，并且在显示模式期间公共层的电路元件可被用作显示电路。在一些示例中，触摸控制器206、触摸处理器202和主机处理器228中的一者或多者可控制设备的触摸功能和显示功能的时间复用。
图5示出了根据本公开的示例的可用作触摸电路和显示电路两者的示例性堆叠层。在图4的示例中，可修改TFT层410，使得可将驻留在TFT层上的电路元件在设备的显示模式期间用作显示电路，并且在设备的触摸模式期间用作触摸电路。TFT层509可在其上形成有电路元件511。电路元件511可构成显示器的Vcom层。电路元件511例如可以是作为触摸屏的显示电路的一部分操作并且也作为触摸屏的触摸感测电路的一部分操作的多功能电路元件。在一些示例中，电路元件511可以是该仅作为触摸感测系统的一部分操作的单功能电路元件。除了电路元件511之外，在TFT玻璃509上还可形成其他电路元件(未示出)，诸如晶体管、电容器、导电通孔、数据线、栅极线等。在TFT玻璃509上形成的电路元件511和其他电路元件可一起操作，以执行触摸屏220所使用的一种类型的显示技术所需的各种显示功能，如本领域的技术人员所理解的那样。电路元件可包括例如在常规LCD显示器中可能存在的元件。需要指出的是，电路元件不限于整个电路部件，诸如整个电容器、整个晶体管等，而是可包括电路的部分，例如平行板电容器的两个板中的一个板。
在设备的触摸模式期间，可将一些或全部电路元件511电连接到感测电路，使得可将每个电路元件用作具有图3中所示电路配置的触摸像素电极。电路元件511可在设备的触摸检测模式期间充当图3的电路配置中的电极302。在设备的显示模式期间，电路元件511可被配置为使得它们充当本领域已知的在LCD显示器中的公共电压下被偏置的平板电容器。
图5还示出了被设置在TFT玻璃509和滤色器玻璃之间的像素材料515(参见图4)。像素材料515在图6中被示为电路元件511上方的独立体积区域或小区。例如在考虑之下，在像素材料是液晶时，这些体积区域或小区意在例示液晶的受到由体积区域或小区的像素电极和公共电极产生的电场的控制的区域。像素材料515可以是这样的材料：在由触摸屏220的显示电路操作时可产生或控制由每个显示器像素产生的光量、颜色等。例如，在LCD触摸屏中，像素材料515可由液晶形成，其中每个显示器像素控制液晶的体积区域或小区。在这种情况下，例如存在各种方法用于操作处于显示操作中的液晶，以控制发自每个显示器像素的光量，例如根据触摸屏采用的LCD技术的类型来在特定方向上施加电场。例如，在面内切换(IPS)、边缘场切换(FFS)和高级边缘场切换(AFFS)LCD显示器中，被设置在液晶的同一侧上的像素电极和公共电极(Vcom)之间的电场可对液晶材料进行操作，以控制从背光源穿过显示器像素的光量。本领域的技术人员会理解，根据触摸屏的显示技术的类型，可使用各种像素材料。
使用电路元件511作为触摸像素电极可导致布线问题，因为每个电路元件可能需要逐个连接到触摸控制器，使得将每个触摸像素电极连接到感测电路，该感测电路可检测到由接触或非常接近触摸传感器面板的手指或对象所导致的像素的自电容的变化。图6a示出了根据本公开的示例用于集成触摸和显示层的布线方案。如图所示，可利用电路元件511来填充TFT层600，在一些示例中，电路元件511可在设备的触摸模式中充当触摸像素电极并在显示模式中充当LCD显示电极。如上所述，因为每个电路元件511可能需要逐个连接到感测电路以检测由触摸事件(例如，通过使用连接到触摸芯片606或610的触摸信号线，诸如线602或604)所导致的自电容的变化，并且因为与电路元件相关联的显示器像素可能需要用于显示功能的独立线路(例如，将显示器像素中的一个或多个TFT连接到显示控制器芯片608的显示数据线)，所以可能存在很多线路需要从每个像素布线到触摸芯片或显示控制器。在一些示例中，可在彼此不同的金属层中布线和形成触摸信号线、显示数据线和电路元件511。例如，可在第一金属层中形成电路元件511，可在第二金属层中对显示数据线布线，并且可在第三金属层中对触摸信号线布线——在一些示例中，可在形成电路元件511的同一层中布线显示数据线或触摸信号线。以上布线方案可能需要对于设备用户而言是“不可见”的。换言之，由于显示器的部分是用户可见的，布线方案可能需要避免占用显示器的“有源区域”(即，对用户可见的区域)。
在一个示例中，可经由可通过触摸屏的“非有源”区域被布线到触摸控制器的线路来将每个电路元件511连接到触摸控制器。图6e示出了根据本公开的示例的用于单个触摸像素电极的示例性布线连接。电路元件511可通过通孔结构614连接到线路616。该通孔结构614可在电路元件和线路616之间提供连接点。重新参考图6a，线路例如线路602可如图所示被布线回到触摸芯片606。如上所述，线路602可从电路元件511向触摸芯片606/608传输触摸信号，可在与电路元件511不同的金属层中进行布线；从而通孔结构614可提供电路元件511和线路602之间的电连接。如上所述，触摸芯片606和610可包括感测电路(例如，感测信道)。在一些示例中，每个电路元件511可被分配触摸芯片606/610中的其自身的专用感测电路(例如，其自身的感测信道)。在一些示例中，触摸芯片606/610中的单个感测电路(例如，单个感测信道)可由两个或更多个电路元件511例如使用与一个或多个复用器的时间复用而被共享。在一些示例中，一列电路元件中的每个电路元件511可例如使用与一个或多个复用器的时间复用来共享单个感测电路(例如，单个感测信道)。
开发布线方案中的另一个考虑是确保电路元件和触摸芯片之间的每个路径基本上具有相同的电阻。如果电路元件511和触摸芯片606或610之间的每个路径具有不同的电阻，则每个路径的RC时间常数也可能变化，从而导致带宽没有一致性，并且最终导致每个触摸像素电极的信噪比没有一致性。确保一致性的一种方式可以是基于线路在电路元件511和触摸芯片606和610之间必须行进的距离来改变线路616的宽度。例如，触摸线路602必须要从TFT层600的一侧行进到相对侧。相反，触摸线路604仅需要连接邻近触摸芯片606的电路元件511。为了解决电阻变化的问题，触摸线路602可被图案化成比触摸线路604更粗(即，更宽)。通过这种方式，宽但长的线路602可具有与短但窄的线路604基本上相同的电阻。
在设备的显示操作期间，可由显示控制器608来驱动电路元件511。显示控制器608可将显示器控制信号路由到显示驱动器电路618。显示驱动器电路618可被设置在设备的不被用户可见的边缘区域上。显示驱动器电路618然后可将信号路由到线路矩阵612。该线路矩阵612可由可透明或可不透明的导电材料制成。如图所示，线路矩阵612可被路由成使得不跨越到显示器的有源区域中。在触摸模式期间，该设备可利用线路矩阵612来传输触摸信号；然而，触摸信号可能会看到增大的布线电阻，因为每个触摸像素电极可能需要与其他触摸像素电极共享布线路径。
尽管在图6a中将触摸芯片606和610与显示控制器608示为三个独立的芯片，但可想到其他配置。例如，触摸芯片606和610和显示控制器608可被集成到单个芯片或逻辑电路中，如图6b中所示(集成触摸和显示芯片607)。在一些示例中，从此类集成触摸和显示芯片到电路元件511的布线可保持基本上如图6a中所示。在一些示例中，可将显示控制器608分成两个或更多个独立的显示控制器芯片，如图6c中所示的(分裂的显示控制器芯片608a和608b)。在此类示例中，分裂的显示控制器芯片可被设置在触摸芯片606和610之间，并且来自TFT层600一侧上(例如，TFT层左半边)的电路元件511的布线可连接到分裂显示控制器芯片中的一个分裂显示控制器芯片(例如，被设置在左侧的显示控制器芯片608a)，而来自TFT层另一侧上(例如，TFT层右半边)的电路元件的布线可连接到分裂显示控制器芯片的另一个分裂显示控制器芯片(例如，被设置在右侧的显示控制器芯片608b)——从电路元件511到触摸芯片606和610的布线可保持基本上如图6a中所示。在一些示例中，触摸芯片606和610以及分裂的显示控制器芯片可通过交替的方式被设置(例如，触摸芯片606、显示控制器芯片608a、触摸芯片610、显示控制器芯片608b)——在此类示例中，从电路元件511到触摸和显示控制器芯片的布线可被适当布置。在可分裂显示控制器608的另一个示例中，可在分裂的显示控制器芯片之间交织触摸芯片606和610，如图6d中所示的(分裂的显示控制器芯片608a,608b和608c)。例如，显示控制器608可被分成三个独立芯片。触摸芯片606可被设置到第一显示控制器芯片608a的右侧，第二显示控制器芯片608b可被设置到触摸芯片606的右侧，触摸芯片610可被设置到第二显示控制器芯片608b的右侧，并且第三显示控制器芯片608c可被设置到触摸芯片610的右侧——电路元件511和各触摸和显示芯片之间的布线可被适当布置。例如，电路元件511的左三分之一可被布线到第一显示控制器芯片608a，电路元件的中三分之一可被布线到第二显示控制器芯片608b，并且电路元件的右三分之一可被布线到第三显示控制器芯片608c。从电路元件511到触摸芯片606和610的布线可保持基本上如图6a中所示。以上示例仅仅是示例性的，并且不限制本公开的范围。类似地想到过触摸和显示芯片的其他配置，诸如触摸芯片606和610被集成或分成超过两个芯片的配置。此外，本领域的普通技术人员将理解，触摸芯片606和610以及显示控制器608可被设置成与图6a-6d中所示那些不同的布置，同时仍然允许进行适当的触摸屏操作。
图6f-6i示出了根据本公开的示例的用于集成触摸和显示层的附加布线方案。如图所示，可将电路元件511布线到触摸和/或显示芯片622。触摸和/或显示芯片622可对应于图6a-6d中的触摸芯片606和610和/或显示控制器608。需要理解的是，被示为未连接到触摸和/或显示芯片622的那些电路元件511可以类似于针对其他电路元件进行显示的方式连接到那些芯片或其他芯片。此外，触摸和/或显示芯片622可以是相同或不同的芯片。电路元件511到触摸和/或显示芯片622的布线细节可类似于图6a-6e中所述的布线细节，这里为了简洁起见将不再重复其细节。
图3的触摸像素电极电路配置不限于与LCD显示器集成，并且也可集成到各种其他类型的显示器中，诸如有机发光二极管(OLED)显示器。图7示出了根据本公开的示例的示例性OLED显示器电路。像素电路750可包括具有两个端子(阴极端子和阳极端子)的OLED元件701、p型晶体管诸如TFT T2 705以及n型晶体管诸如TFT T1 707。OLED元件701的阴极端子可电连接到阴极703。阴极703可以是触摸屏中的多个像素电路共用的信号线，并且可对应于例如公共电极401或509。OLED元件701的阳极端子可电连接到阳极709。OLED元件701可连接到阴极703和阳极709，从而在阳极处的电压高于阴极处的电压时(即，OLED元件导通，或“正向偏置”)，允许电流流经OLED元件。OLED元件701在导通时可发光。在阳极709处的电压低于阴极703处的电压时，基本没有电流可流经OLED元件701(即，OLED元件截止，或“反向偏置”)。OLED元件701在截止时可基本上不发光。
阳极709可电连接到T2 705的漏极端子。T2 705的栅极端子和源极端子可通过电容器Cst 711而进行电容耦接，其中Cst的一个端子可电连接到T2的栅极端子，并且Cst的另一个端子可电连接到T2的源极端子。T2 705的源极端子可进一步电连接到VDD 713。T2 705的栅极端子可进一步电连接到T1 707的漏极端子。T1的栅极端子可电连接到栅极线715，并且T1的源极端子可电连接到数据线717。
图8示出了根据本公开的示例的示例性OLED显示器层叠结构。如图8中所示，OLED结构可包括封装层810、阴极层808、包括有机发光二极管的有机层806以及可被设置在TFT玻璃802顶部上的阳极层804。层叠结构还可包括偏光器814、压敏粘合剂层816和盖玻璃818。阴极层808可包含在设备的显示模式期间充当OLED显示器的阴极并且在设备的触摸模式期间充当触摸像素电极的电路元件。
图9示出了图8的示例性层叠结构的一部分的放大视图。近距离视图可包括阴极层902、包括有机发光二极管910的有机层以及包括阳极904的阳极层。如图所示，阴极层902可包括可如上文在图7中所述进行操作的个体阴极板906。每个个体阴极906可连接到其自身的二极管910和其自身的阳极904。
如图9中所示，由导电板构成的阴极层看起来类似于利用如图4中所示的LCD显示器上的公共电压电极填充的TFT层。因此，类似于LCD显示器，OLED显示器可使其阴极层与类似于图4的LCD显示器的自电容传感器集成。
图10示出了根据本公开的示例的集成OLED显示器和自电容触摸传感器电路。图10的电路可类似于图3所示的电路。电路元件1002可连接至感测电路1014。感测电路1014可被配置为检测由于对象触摸或非常接近它而造成的电路元件的自电容的变化。尽管可采用其他配置，但是感测电路1014可包括运算放大器1008、反馈电阻器1012、反馈电容器1010和输入电压源1006。例如，反馈电阻器1012可由开关式电容器电阻器来代替，以使由可变反馈电阻器所导致的任何寄生电容效应最小化。该触摸电极1002可耦接至运算放大器1008的反相输入端。AC电压源1006(Vac)可耦接至运算放大器1008的同相输入端。触摸传感器电路1000可被配置为感测由手指或对象触摸或接近触摸传感器面板所引起的自电容的变化。触摸感测电路1000的输出1020可用于确定接近事件的存在。处理器可使用输出1020来确定接近事件或触摸事件的存在，或者输出1020可被输入到离散逻辑网络中来确定触摸事件或接近事件的存在。
运算放大器1008还可在其同相输入端处耦接到基准电压1020。基准电压1020和AC电压源1006两者可分别经由开关1016和1018耦接到运算放大器1008的同相输入端。在设备的触摸模式期间，开关1018可闭合而开关1016可打开，从而如上所述操作电路以检测自电容的变化。在设备的显示模式期间，开关1016可闭合而开关1016可打开，从而根据上文所述来偏置OLED结构的阴极。可对开关1016和1018进行时间复用，以便如上所述并且如下文进一步论述那样来对触摸功能和显示功能进行时间复用。
在集成触摸和OLED显示设备中，在触摸模式期间，由于其未被利用但仍然连接到触摸像素电极，因此发光二极管可充当大的寄生电容。由二极管导致的寄生电容可能会限制触摸检测的带宽并劣化信噪比。对二极管的阳极和阴极进行“自举”可限制由二极管导致的寄生电容。图11示出了示出了根据本公开的示例的用于集成触摸传感器和OLED显示器的示例性自举电路。电路1100可包括与感测电路1102耦接的集成触摸和显示像素1114。前面已论述了集成触摸和显示像素114和感测电路1102的细节。为了使二极管的阳极1118和阴极1112自举，可分别经由电压缓冲器1108和1110来向晶体管1116的源极和栅极传输感测电路1102的激励电压。通过利用相同的AC电压激励晶体管1116的源极和栅极，将源极和栅极捆绑在一起，使得晶体管1116充当源极和漏极之间的短接电路。在源极电压流入漏极的情况下，可通过与阴极1112相同的激励电压来偏置阳极1118。由相同的AC电压激励阳极1118和阴极1112可确保跨越二极管的DV电流保持恒定，从而可用于减轻在触摸感测模式期间由二极管导致的任何寄生电容效应。
以上示例例示了集成“小区中”触摸和显示(即，显示和触摸像素共享公共层)，但也可使用“小区上”架构来将触摸传感器集成到OLED显示器中，在“小区上”架构中，触摸传感器占据显示器层叠结构内的其自身的层。图12示出了根据本公开的示例的集成小区上触摸传感器和OLED显示器。如图12中所示，OLED结构可包括封装层1210、阴极层1212、包括有机发光二极管的有机层1214以及可被设置在TFT玻璃1218的顶部上的阳极层1216。该层叠结构还可包括ITO层1208、偏光器1206、压敏粘合剂层1204和盖玻璃1202，该ITO层利用布线描述和与上文论述的触摸像素电极类似的触摸像素电极进行图案化。阴极层1212可被可切换地配置为在触摸模式期间耦接到AC接地部，从而使寄生电容最小化，如下文将要描述的那样。
图13示出了图12中所示的层叠结构的示例性放大视图。可在ITO层1208上对触摸像素电极1302和1304进行图案化。可将触摸像素电极1302和1304分别耦接到感测电路1306和1308，并且可将感测电路耦接到激励源1310，以在自电容触摸传感器配置中进行操作，如上所述。由于它们接近阴极层1212，因此触摸像素电极1302和1304可能会受到由触摸像素电极和阴极层之间的交互生成的寄生电容的影响，如电容1312和1314所示的。该寄生电容可能导致电流从感测电路1306和1308向个体触摸像素电极1302和1304流动。这种电流流动可能会在感测电路1306和1308的输出端处浪费模拟信号动态范围。为了减轻上述现象，可将消除电路1316和1318耦接到触摸像素电极1302和1304。消除电路1316和1318可产生电流，该电流可被注入触摸电路中，从而可对由寄生电容产生的任何电流进行偏移，使得寄生电容效应被消除。可在初始校准期间设置消除电路1316和1318，同时不发生任何触摸事件，以确保消除由寄生电容产生的任何电流。最后，可对阴极层进行AC接地，以进一步限制由触摸电路观察到的寄生电容。
图14示出了用于在触摸检测模式和显示操作模式中操作设备的示例性时间线。如图所示，触摸检测模式1402可与显示操作模式1404交替，使得两种模式在时间上相互排斥。换言之，可在时间上对两种模式1402和1404进行复用。每种模式的持续时间可变化并可取决于设备的其他功能。例如，如本领域公知的，可在显示器处于垂直消隐模式时发生触摸检测模式。此外，可在触摸模式1402期间一次或多次检测触摸(例如，可扫描触摸传感器面板以用于触摸)。此外，尽管这里的示例可将显示电路描述成在显示操作期间进行操作并将触摸感测电路描述成在触摸感测操作期间进行操作，但应当理解，显示操作和触摸感测操作可同时进行操作，例如部分或完全交叠，或者显示操作和触摸操作可在不同时间进行操作。
而且，尽管这里的示例将特定电路元件描述成多功能的并且其他电路元件是单功能的，但应当理解，在其他示例中电路元件不限于特定功能。换言之，在本文的一个示例中被描述为单功能电路的电路元件可在其他示例中被配置为多功能电路，并且反之亦然。
尽管已参考附图完整描述了本公开的示例，但需要指出的是，对于本领域的技术人员而言，考虑本说明书和附图，各种改变和修改将是显而易见的，该各种改变和修改包括但不限于组合不同示例的特征、省略一个或多个特征等。
例如，如上所述的计算系统200的功能中的一种或多种功能可由被存储在存储器(例如图2中的外围设备204中的一个外围设备)中并由触摸处理器202执行的、或被存储在程序存储装置232中并由主机处理器228执行的固件来执行。该固件也可存储和/或输送于任何非暂态计算机可读存储介质(不包括信号)内，以供指令执行系统、装置或设备诸如基于计算机的系统、包括处理器的系统或可从指令执行系统、装置或设备获取指令并执行指令的其他系统使用或与其结合。在本文的上下文中，“非暂态计算机可读存储介质”可以是可包括或存储程序以供指令执行系统、装置和设备使用或与其结合的除信号之外的任何介质。非暂态计算机可读存储介质可包括但不限于，电子、磁性、光学、电磁、红外或半导体系统、装置或设备、便携式计算机磁盘(磁性)、随机存取存储器(RAM)(磁性)、只读存储器(ROM)(磁性)、可擦除可编程只读存储器(EPROM)(磁性)、便携式光盘(诸如CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R或DVD-RW)、或闪存存储器(诸如紧凑型闪存卡、安全数字卡)、USB存储设备、记忆棒等。
该固件也可传播于任何传输介质内以供指令执行系统、装置或设备诸如基于计算机的系统、包括处理器的系统或可从指令执行系统、装置或设备获取指令并执行指令的其他系统使用或与其结合。在本文的上下文中，“传输介质”可以是可传送、传播或传输程序以供指令执行系统、装置或设备使用或与其结合的任何介质。传输可读介质可包括但不限于电子、磁性、光学、电磁或红外有线或无线传播介质。
这里可参考笛卡尔坐标系来描述示例，其中x方向和y方向分别等同于水平方向和垂直方向。然而，本领域的技术人员将理解，参考特定坐标系仅仅是出于清晰的目的，并不将元件的方向限制到特定方向或特定坐标系。此外，尽管在示例的描述中可包括特定材料和特定类型的材料，但本领域的技术人员将理解，可使用实现相同功能的其他材料。例如，应当理解，以下示例中描述的“金属层”可以是任何导电材料层。
在一些示例中，驱动线和/或感测线可由其他元件形成，包括例如已存在于典型LCD显示器中的其他元件(例如，其他电极、导电层和/或半导电层、在典型LCD显示器中还充当电路元件的金属线，例如传输信号、存储电压等)、在LCD层叠结构中形成的并非典型LCD层叠结构元件的其他元件(例如，其他金属线、板，其功能被基本上用于触摸屏的触摸感测系统)和在LCD层叠结构外部形成的元件(例如，外部基本透明的导电板、线和其他元件)。例如，触摸感测系统的一部分可包括类似于已知触摸面板覆盖件的元件。
尽管参考显示器像素描述了各个示例，但本领域的技术人员会理解，在将显示器像素分成子像素的示例中，可与术语显示器子像素互换使用术语显示器像素。例如，涉及RGB显示器的一些示例可包括分成红子像素、绿子像素和蓝子像素的显示器像素。换言之，在一些示例中，每个子像素可以是红(R)子像素、绿(G)子像素或蓝(B)子像素，所有三种R子像素、G子像素和B子像素的组合形成一个彩色显示器像素。本领域的技术人员将会理解，可使用其他类型的触摸屏。例如，在一些示例中，子像素可基于其他颜色的光或其他波长的电磁辐射(例如红外)或者可基于单色配置，其中图中示为子像素的每个结构可以是单一颜色的像素。
因此，根据上述内容，本公开的一些示例涉及一种包括多个显示器像素的触敏设备，该触敏设备包括：TFT层，该TFT层包括多个电路元件，该多个电路元件在设备的触摸检测模式期间可被配置作为多个自电容触摸像素电极并且在设备的显示模式期间可被配置作为显示电路，其中多个自电容触摸像素电极中的每个自电容触摸像素电极与多个自电容触摸像素电极中的其他自电容触摸像素电极电隔离，并且其中多个自电容触摸像素电极中的每个自电容触摸像素电极代表触摸传感器面板上的唯一触摸位置；多个导电线，该多个导电线中的每个线被配置为从多个电路元件中的一个电路元件向设备的触摸控制器传输触摸信号；以及一个或多个处理单元，该一个或多个处理单元被配置为在触摸检测模式和显示模式之间切换设备，其中在触摸检测模式期间，该多个电路元件被配置作为自电容触摸像素电极，并且在显示模式期间，该多个电路元件在公共电压下被偏置。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，一个或多个处理单元包括触摸控制器。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，触摸控制器包括多个感测电路并且多个导电线被配置为向多个感测电路传输触摸信号。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，对设备的触摸检测模式和设备的显示模式进行时间复用。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，多个导电线中的第一导电线具有第一宽度和第一长度，多个导电线中的第二导电线具有第二宽度和第二长度，第二长度大于第一长度，第二宽度大于第一宽度，使得第一导电线的第一电阻基本上等于第二导电线的第二电阻。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该设备进一步包括被设置在包括多个显示器像素的显示器的非有源区域中的线矩阵，该线矩阵被配置为在显示模式期间向多个显示器像素传输显示控制信号。
本公开的一些示例涉及一种包括多个显示器像素的有机发光二极管(OLED)触敏设备，该设备包括：阳极层；以及阴极层，该阴极层包括多个电路元件，该多个电路元件在设备的触摸检测模式期间可被配置作为多个自电容触摸像素电极并且在设备的显示模式期间可被配置作为用于OLED显示器的阴极，其中多个自电容触摸像素电极中的每个自电容触摸像素电极与多个自电容触摸像素电极中的其他自电容触摸像素电极电隔离，并且其中多个自电容触摸像素电极中的每个自电容触摸像素电极代表触摸传感器面板上的唯一触摸位置。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该设备进一步包括：激励电路，该激励电路被配置为在设备的触摸检测模式期间激励自电容触摸像素电极；以及自举电路，该自举电路被配置为在设备的触摸检测模式期间利用与激励电路激励自电容触摸像素电极所使用的基本上相同的信号来激励设备的阳极层。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，阳极层包括多个阳极元件，并且在设备的显示模式期间，多个电路元件中的每个电路元件电耦接多个阳极元件中的相应阳极元件。除了上述所公开的实例中的一者或多者之外或作为另外一种选择，在一些实例中，多个电路元件中的每个电路元件经由包括多个有机发光二极管的有机层来电耦接到多个阳极元件中的相应阳极元件。除了上述所公开的实例中的一者或多者之外或作为另外一种选择，在一些实例中，阳极层和自电容触摸像素电极之间的DC电流在设备的触摸检测模式期间保持基本上恒定。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，对设备的触摸检测模式和设备的显示模式进行时间复用。
本公开的一些示例涉及一种包括多个显示器像素的有机发光二极管触敏设备，该设备包括：阴极层；ITO层，该ITO层在设备的触摸检测模式期间可被配置作为多个自电容触摸传感器并且在设备的显示模式期间可被配置作为阳极层，其中多个自电容触摸传感器中的每个自电容触摸传感器与多个自电容触摸传感器中的其他自电容触摸传感器电隔离，并且其中多个自电容触摸传感器中的每个自电容触摸传感器代表触摸传感器面板上的唯一触摸位置；以及被设置在阴极层和ITO层之间的封装层。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该设备进一步包括：金属层，该金属层通过多个通孔连接到ITO层。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该设备进一步包括：消除电路，该消除电路耦接到ITO层并被配置为消除自电容触摸传感器中的一个或多个自电容触摸传感器的寄生电容效应。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，该寄生电容效应包括偏移电流，并且消除电路被配置为至少通过产生用于偏移偏移电流的偏移消除电流来消除寄生电容效应。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，在设备处不发生触摸事件时确定所述消除电路的操作。除了上述所公开的示例中的一个或多个示例之外或作为另外一种选择，在一些示例中，对设备的触摸检测模式和设备的显示模式进行时间复用。
虽然参照附图对公开的示例进行了全面的描述，但应注意，各种变化和修改对于本领域内的技术人员而言将变得显而易见。应当理解，此类变化和修改被认为被包括在由所附权利要求所限定的所公开的示例的范围内。

Claims (20)

1.一种包括多个显示器像素的有机发光二极管(OLED)触敏设备，所述设备包括：
阳极层；
阴极层，所述阴极层包括多个电路元件，所述多个电路元件在所述设备的触摸检测模式期间可被配置作为多个自电容触摸像素电极并且在所述设备的显示模式期间可被配置作为用于OLED显示器的阴极，其中所述多个自电容触摸像素电极中的每个自电容触摸像素电极与所述多个自电容触摸像素电极中的其他自电容触摸像素电极电隔离，并且其中所述多个自电容触摸像素电极中的每个自电容触摸像素电极代表触摸传感器面板上的唯一触摸位置；
激励电路，所述激励电路被配置为在所述设备的所述触摸检测模式期间激励所述自电容触摸像素电极；和
自举电路，所述自举电路被配置为利用与所述激励电路在所述设备的所述触摸检测模式期间激励所述自电容触摸像素电极所使用的基本上相同的信号来激励所述设备的所述阳极层。
2.根据权利要求1所述的设备，其中：
所述阳极层包括多个阳极元件，并且
在所述设备的所述显示模式期间，所述多个电路元件中的每个电路元件电耦接到所述多个阳极元件中的相应阳极元件。
3.根据权利要求2所述的设备，其中所述多个电路元件中的每个电路元件经由包括多个有机发光二极管的有机层来电耦接到所述多个阳极元件中的相应阳极元件。
4.根据权利要求1所述的设备，其中所述阳极层和所述自电容触摸像素电极之间的DC电流在设备的所述触摸检测模式期间保持基本上恒定。
5.根据权利要求1所述的设备，其中对所述设备的所述触摸检测模式和所述设备的所述显示模式进行时间复用。
6.一种包括多个显示器像素的有机发光二极管触敏显示器，所述显示器包括：
电极层，所述电极层包括多个自电容触摸像素电极，其中所述多个自电容触摸像素电极中的每个自电容触摸像素电极与所述多个自电容触摸像素电极中的其他自电容触摸像素电极电隔离；
阴极层，所述阴极层在所述显示器的触摸检测模式期间耦合到AC地，并且被配置为减少在所述多个自电容触摸传感器电极上的寄生电容效应，其中所述寄生电容效应包括来自所述多个自电容触摸传感器电极和所述阴极层之间的电容耦合的效应，并且减少所述寄生电容效应包括减少所述多个自电容触摸传感器电极和所述阴极层之间的所述电容耦合；
阳极层；
有机层，所述有机层包括多个有机发光二极管；以及
封装层，所述封装层被设置在所述阴极层和所述电极层之间。
7.根据权利要求6所述的显示器，其中对所述显示器的所述触摸检测模式和所述显示器的所述显示模式进行时间复用。
8.根据权利要求6所述的显示器，还包括：
金属层，所述金属层通过多个通孔连接到所述电极层。
9.根据权利要求6所述的显示器，还包括：
消除电路，所述消除电路耦接到所述电极层并被配置为消除所述自电容触摸传感器电极中的一个或多个自电容触摸传感器电极的寄生电容效应。
10.根据权利要求9所述的显示器，其中：
所述寄生电容效应包括偏移电流，并且
所述消除电路被配置为至少通过产生用于偏移所述偏移电流的偏移消除电流来消除所述寄生电容效应。
11.一种操作包括多个显示器像素的有机发光二极管触敏显示器的方法，所述方法包括：
提供：
电极层，所述电极层包括多个自电容触摸像素电极，其中所述多个自电容触摸像素电极中的每个自电容触摸像素电极与所述多个自电容触摸像素电极中的其他自电容触摸像素电极电隔离；
阳极层；
有机层，所述有机层包括多个有机发光二极管；以及
封装层，所述封装层被设置在阴极层和所述电极层之间；并且在所述显示器的触摸检测模式期间将所述阴极层耦合到AC地，其中所述阴极层被配置为减少在所述多个自电容触摸传感器电极上的寄生电容效应，其中所述寄生电容效应包括来自所述多个自电容触摸传感器电极和所述阴极层之间的电容耦合的效应，并且减少所述寄生电容效应包括减少所述多个自电容触摸传感器电极和所述阴极层之间的所述电容耦合。
12.根据权利要求11所述的方法，还包括对所述显示器的所述触摸检测模式和所述显示器的所述显示模式进行时间复用。
13.根据权利要求11所述的方法，还包括提供金属层，所述金属层通过多个通孔连接到所述电极层。
14.根据权利要求11所述的方法，还包括：
使用耦接到所述电极层的消除电路消除所述自电容触摸传感器电极中的一个或多个自电容触摸传感器电极的寄生电容效应。
15.根据权利要求14所述的方法，其中所述寄生电容效应包括偏移电流，所述方法还包括至少通过使用所述消除电路产生用于偏移所述偏移电流的偏移消除电流来消除所述寄生电容效应。
16.一种电子设备，包括：
处理器；
存储器；以及
包括多个显示器像素的有机发光二极管触敏显示器，所述显示器包括：
电极层，所述电极层包括多个自电容触摸像素电极，其中所述多个自电容触摸像素电极中的每个自电容触摸像素电极与所述多个自电容触摸像素电极中的其他自电容触摸像素电极电隔离；
阴极层，所述阴极层在所述显示器的触摸检测模式期间耦合到AC地，并且被配置为减少在所述多个自电容触摸传感器电极上的寄生电容效应，其中所述寄生电容效应包括来自所述多个自电容触摸传感器电极和所述阴极层之间的电容耦合的效应，并且减少所述寄生电容效应包括减少所述多个自电容触摸传感器电极和所述阴极层之间的所述电容耦合；
阳极层；
有机层，所述有机层包括多个有机发光二极管；以及
封装层，所述封装层被设置在所述阴极层和所述电极层之间。
17.根据权利要求16所述的设备，其中对所述显示器的所述触摸检测模式和所述显示器的所述显示模式进行时间复用。
18.根据权利要求16所述的设备，还包括：
金属层，所述金属层通过多个通孔连接到所述电极层。
19.根据权利要求16所述的设备，还包括：
消除电路，所述消除电路耦接到所述电极层并被配置为消除所述自电容触摸传感器电极中的一个或多个自电容触摸传感器电极的寄生电容效应。
20.根据权利要求19所述的设备，其中：
所述寄生电容效应包括偏移电流，并且
所述消除电路被配置为至少通过产生用于偏移所述偏移电流的偏移消除电流来消除所述寄生电容效应。
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