CN1940842B

CN1940842B - 具有触控功能的平板显示器

Info

Publication number: CN1940842B
Application number: CN2006101065583A
Authority: CN
Inventors: 陈其良; 陈梅英; 刘海平
Original assignee: Zhidian Technology (Shenzhen) Co Ltd
Current assignee: Inferpoint Systems (Shenzhen) Limited
Priority date: 2005-07-14
Filing date: 2006-07-12
Publication date: 2010-05-12
Anticipated expiration: 2026-07-12
Also published as: CN1940842A

Abstract

本发明涉及触控屏和平板显示器，具体涉及具有触控功能的平板显示器。触控信号电路通过信号加载电路与显示驱动电路连接，信号加载电路将特征不同的显示驱动信号和触控信号合成复合信号，形成具有触控识别特征的驱动信号，输出到显示屏电极上，使显示屏电极同时传输显示驱动信号和触控信号。当触控物在触碰显示屏的情况下，显示屏电极与外界触控物之间产生电磁耦合，通过探测显示屏电极与触控物之间的耦合信号而获得定位信息。在不需在显示屏内增加额外电极和传感元件的情况下，使显示屏电极获得感知触控的能力，让显示器不仅具有显示功能而且具有触控功能，一物多用。

Description

具有触控功能的平板显示器

技术领域

本发明涉及触控屏和平板显示器，具体涉及具有触控功能的平板显示器。

背景技术

目前具有触控功能的平板显示器以显示屏、显示驱动器、触控屏、触控信号检测器、背光源等部件构成，触控屏有应用不同感测原理的电阻式、电容式、电磁式、超声波式和光电式等，显示屏有TN/STN液晶显示屏、TFT液晶显示屏、OLED显示屏、PDP显示屏、纳米碳管显示屏等。带有触控屏的平板显示器是将分体的触控屏与显示屏层叠在一起，通过显示屏探测到触摸点的平面位置，再使显示屏上的光标跟随触摸点定位。触控屏与显示屏的层叠使得触控式平板显示器变厚变重成本增加；在触控屏置于显示屏前面时，触控屏感测电极产生的反射又会使得显示不均勻和在强外界光环境下显示对比度的下降，影响显示效果。将触控板和显示屏集成为一体，使具有触控功能的平板显示器变得更加轻薄，是人们努力的方向。

显示屏和触控板的集成方式主要为层叠式和镶嵌式两种，层叠式是将触控板置于显示屏的顶面之前或底面之后，显示屏和触控板分别独立承担显示和触控任务，中国专利(CN20010141451，MINXIANG INDUSTRY CO LTD，2001)、芬兰专利(FI19960002692，NOKIA MOBILE PHONES LTD，1996)、日本专利(JP19850161986，CANON KK，1985)、(JP19900095167，NIPPONTELEGRAPH&TELEPHONE，1990)、(JP19930306286，PFU LTD，1993)，(JP19980014850，NISSHA PRINTING，1998)、(JP19990142260，MIMAKIDENSHI BUHIN KK，1999)、韩国专利(KR20000084115，YU HWAN SEONG；LIM JOO-SOO，2000)、(KR20020083301，BANG YONG IK；etc.，2002)、台湾专利(TW556141，AU OPTRONICS CORP，2002)、美国专利(US6215476，APPLE COMPUTER，2001)、(US20030347603，TOPPOLY OPTOELECTRONICSCORP，2003)等多项专利，都提出了电阻式、电容式、电磁式的触控板和显示屏的各种层叠方案，但触控板置于显示屏顶面之前，会影响显示的亮度、对比度、清晰度、颜色等显示效果；电磁式触控板置于显示屏底面之后，使触控板电极与显示屏电极的对位困难，也会影响显示的亮度；并且层叠的方法还会增加显示器的整体厚度；结构的复杂，又会导致可靠性下降，并由生产过程的复杂和装配的复杂也至使成本偏高。

镶嵌式是将触控传感器嵌入显示屏内，在每一显示象素旁安置一个传感器(多为光学传感器)，用双重电极连接显示象素和传感器，分别传输显示驱动信号和触控探测信号，韩国专利(KR20030019631，JUNG YONG CHAE；YANG DONG KYU，2003)、(KR20030077574，CHOI JOON-HOO；JOO IN-SOO，2003)、德国专利(GB0304587.9，SHARP，2003)、美国专利(US19970955388，SONY ELECTRONICS INC，1997)，(US19980135959，IBM，1998)、(US20030721129，EASTMAN KODAK CO，2003)等多项专利，也分别提出了镶嵌式的方案，但将触控传感器镶嵌入显示屏以及双重电极的制造工艺复杂，电极引出线困难，因而也至使成本高，并且也可能产生显示驱动信号和触控探测信号的相互干扰。

也有人试图靠探测液晶显示屏的盒间电容的方法来探测触控，如台湾专利(TW20020116058，LEE YU-TUAN，2002)，盒间电容的变化是靠触控压力引起盒厚的变化产生，盒间的支承物使得要改变液晶显示屏的盒厚需要很大力量，而且改变液晶显示屏的盒厚必定会影响显示，液晶材料的介电各向异性又使得盒间电容随显示变化，要排除液晶材料介电各向异性引起的盒间电容的变化又会影响显示，所以这种探测液晶显示屏的盒间电容来探测触控的方法是不可取的。

找出一种解决上述的结构复杂、制造工艺难度大、生产过程复杂和装配复杂问题的方案，提高可靠性、改善显示效果、压缩厚度、降低成本，以简洁的方法实现平板显示器触控功能是必要的。

电容式触控屏是利用触控物与触控屏感测电极间形成的耦合电容，探测通过耦合电容的漏电流来定位触摸点，电容式触控屏又可分为数字和模拟两种方式。数字式电容触控屏是由每层有多条平行电极的两层电极组成，两层电极相互正交，当人的手指接触触控屏时，手指与触控屏上的某些电极形成耦合电容，并从耦合电容流出的漏电流，通过检测到两层电极上相互正交的与手指形成耦合电容的两条电极而确定触控位置。此种方法只适合用于较粗的定位，在要求细致定位时，要制做双层的细密电极，成本太高。模拟电容式触控屏可分为单层感测电极和双层感测电极两种方式：单层感测电极的模拟电容式触控屏是由整面的单层电极组成，从单层电极的四个角向电极输入电流，当人的手指接触触控屏时，手指与电极形成耦合电容，并从耦合电容流出的漏电流，通过检测四个角分别流向电极电流的大小，计算出从手指流出电流的触控位置。此种方法可以细致定位，但控制电路的计算量大，在环境温度、湿度改变时，环境电场发生改变时，会引起漂移，造成定位不准确；双层感测电极的模拟电容式触控屏是由每层有多条平行电极的两层电极组成，两层电极相互正交，当人的手指接触触控屏时，手指与触控屏上的某些电极形成耦合电容，并从耦合电容流出的漏电流，通过检测各电极流出电流的大小，分别在两层相互正交电极上计算出横向或纵向的触控位置。此种方法可以细致定位，对漂移问题也有改善，但需对双层感测电极逐条检测漏电流，检测和计算量大，检测和计算所需时间也随屏幕变大感测电极增多而提高。

发明内容

本发明旨在提供一种触控式平板显示器，使显示器不仅具有显示功能而且具有触控功能，一物多用。

本发明的技术思路是：通常的点阵型平板显示屏上具有垂直相交的传输显示驱动扫描信号的行电极线和传输显示数据信号的列电极线，在如TN-LCD和STN-LCD等无源平板显示屏中，在显示象素的位置显示象素和电极共用导电膜；在如TFT-LCD等有源平板显示屏中，显示象素通过输入端口与扫描电极和数据电极连接.让显示屏电极不仅传递驱动信号，同时也感测并传递触控信号，使显示驱动信号和触控信号同时共用显示屏电极：让触控电路通过信号加载电路与显示驱动电路连接，信号加载电路将特征不同的显示驱动信号和触控信号合成复合信号，形成具有触控识别特征的驱动信号，输出到显示屏电极上，使显示屏电极同时传输显示驱动信号和触控信号.当触控物(手指或触控笔)在只是触碰甚至只是靠近而不需要触压显示屏的情况下，显示屏电极与外界触控物之间产生电磁耦合，通过探测显示屏电极与触控物之间的耦合信号而获得定位信息，而不是检测压力所引起的显示屏盒内物理量的变化.这样，在不需在显示屏内增加额外电极和传感元件的情况下，使显示屏电极获得感知触控的能力，让显示器不仅具有显示功能而且具有触控功能，一物多用.

本发明一种从显示端接入的解决方案是：在显示驱动电路110的输出端增加信号加载电路130，使显示驱动电路110通过信号加载电路130连接显示屏电极120，信号加载电路130也同时连接触控电路140，如图1所示。触控电路140对信号加载电路130加入具有触控识别特征的触控信号，信号加载电路130将显示驱动信号和触控信号合成为复合信号，形成具有触控识别特征的驱动信号。当触控手指或触控笔靠近显示屏电极120某一条电极时，显示屏电极120与触控物间产生电磁耦合，电极上传输的复合信号中的触控信号部分被泄漏出去，探测由显示屏电极120泄漏的信号，以信号被探测到的位置来确定触控定位电极，通过显示屏行和列两条交叉的触控定位电极，确定触控定位点。当在多条电极位置检测到触控信号时，以信号最大的电极为触控定位点，或以这些检测到触控信号的电极的中间位置为触控定位点。

另一种从驱动源端接入的解决方案是：平板显示器的显示驱动电路210可划分为驱动源电路211、选择和输出电路212、控制电路213三部分，驱动源电路211产生驱动电平提供驱动能量(驱动源电路有时只是由电源和分压电阻组成)，选择和输出电路212以寄存器和模拟开关等组成的选择和输出驱动信号，控制电路213发出显示信息控制选择和输出电路212对驱动信号的选择和输出。在驱动源电路211与选择和输出电路212之间加入信号加载电路230，显示驱动源电路211通过信号加载电路230连接选择和输出电路212，信号加载电路230也同时连接触控电路240，如图2所示。触控电路240对信号加载电路230加入具有触控识别特征的触控信号，信号加载电路230将显示驱动信号和触控信号合成为复合信号，形成具有触控识别特征的驱动信号。当触控手指或触控笔靠近显示屏电极220某一条电极时，显示屏电极220与触控物间产生电磁耦合，电极上传输的复合信号中的触控信号部分被泄漏出去，探测由显示屏电极220泄漏的信号，以信号被探测到的位置来确定触控定位电极，通过显示屏行和列两条交叉的触控定位电极，确定触控定位点。当在多条电极位置检测到触控信号时，以信号最大的电极为触控定位点，或以这些检测到触控信号的电极的中间位置为触控定位点。

显示驱动信号和触控信号的加载合成，可以是将具频率特征的触控信号加载到某个显示驱动信号上，合成出具有触控识别的频率特征的驱动信号；也可以是将具有编码的信号加载到某个显示驱动信号上，合成出具有触控识别的编码特征的驱动信号；还可以是将其他特征的触控信号加载到某个显示驱动信号上，合成出具有其他触控识别特征的驱动信号。

如图3所示，显示驱动信号和触控信号的加载合成，可以是触控信号与显示驱动信号形成叠加的关系(图3a)，可以是形成调制的关系(图3b)，也可以是形成其他的关系。加载触控信号的显示驱动波形段可以是显示的选择波形(图3a、3b)，也可以是显示的非选择波形(图3c)。

触控信号可以是以扫描方式按时序加载到各组显示屏电极的显示驱动信号上，也可以将不同频率或不同编码的触控信号同时地加载到各组显示屏电极的显示驱动信号上.显示屏行列电极的分组可以是一条行电极或一条列电极，也可以是若干条行电极或若干条列电极.以扫描方式加载触控信号到各组显示屏电极的显示驱动信号上可以是分区域进行的，即在不同区域内，分别以扫描方式加载触控信号到此区域的显示屏电极的显示驱动信号上.

在触控电路内可设置触控信号发生电路，通过显示屏电极发出与触控物的耦合信号；也可设置触控信号检测电路，检测发出的触控信号；但至少具有触控信号发生电路和触控信号检测电路中的一种。

当触控信号检测电路在多个电极位置检测到超过阈值的触控信号时，以检测到最大触控信号的电极位置为触控定位点。

当触控信号检测电路在检测到超过阈值触控信号的电极位置为奇数时，以这些电极的中间电极为触控定位点；当检测到超过阈值触控信号的电极位置为偶数时，以这些电极的中间两个电极中的一个为触控定位点。

上述两个解决方案中显示屏电极与触控物的信号耦合，有多个方案：

一种方案是，对显示屏行列电极分组输出具有触控识别特征的驱动信号，当人手或触控笔等触控物靠近某一组显示屏电极，触控物与显示屏电极间产生耦合电容，具有触控识别特征的驱动信号中的触控信号通过耦合电容部分洩漏出去，用触控电路内的检测电路探测洩漏的触控信号，以此组电极即为触控定位电极。

另一种方案是，对显示屏行列电极分组输出具有触控识别特征的驱动信号，当具有信号接收功能的触控笔靠近某一组显示屏电极，触控信号被靠近的触控笔检测到，并以此组电极为触控定位电极。

这样，由信号加载电路将显示驱动信号和触控信号合成为具有触控识别特征的驱动信号输出到显示屏电极上，以显示屏电极作为感测电极。让显示和触控同时使用显示屏电极，使得平板显示屏在不需增加额外的传感元件的情况下，既可以用于显示又可用于触控，而不再需要独立之触控屏。

附图简要说明

图1是信号加载电路与显示屏、显示驱动电路和触控电路的连接方式。

图2是信号加载电路与显示驱动电路的驱动源电路、选择和输出电路、控制电路，触控电路，以及显示屏的连接方式。

图3是显示驱动信号和触控信号加载合成出波形。

图4是一种从显示端接入检测显示屏电极触控漏电流的触控式液晶显示器。

图5是一种从驱动源端接入检测显示屏电极触控漏电流的触控式液晶显示器。

图6是一种显示屏电极发射触控笔接收触控信号的触控式液晶显示器。

具体实施方式

本发明的实施例之一如图4所示：一种从显示端接入检测显示屏电极触控漏电流的触控式液晶显示器400.液晶显示器400由液晶显示屏41O(其中行电极411、列电极412)、信号加载电路420和430、显示驱动电路440和450、触控电路460和470、控制电路480组成，触控电路460内具有触控信号发生电路461和触控信号检测电路462，触控电路470内具有触控信号发生电路471和触控信号检测电路472.液晶显示屏410的N条行电极411通过信号加载电路420与显示驱动电路440和触控电路460相连接；液晶显示屏410的M条列电极412通过信号加载电路430与显示驱动电路450和触控电路470相连接.控制电路480使触控信号发生电路461和471发出的触控信号，分别通过信号加载电路420和430以循环扫描的方式逐条与显示驱动电路440和450的显示驱动信号加载在一起，再分别传输给N条行电极411和M条列电极412的各电极.当操作者的触控手指490触及液晶显示屏410时，手指490与液晶显示屏410电极间的电磁耦合生成耦合电容；N条行电极411中的某一条行电极上的触控信号通过耦合电容由手指490流出漏电流，触控信号检测电路462检测到流出漏电流的行电极，从而确定出行定位电极；M条列电极412中的某一条列电极上的触控信号也通过耦合电容由手指490流出漏电流，触控信号检测电路472检测到流出漏电流的列电极，从而确定出列定位电极；由行电极和列电极各自定位电极的交叉点确定触控位置.

本发明的实施例之二如图5所示：一种从驱动源端接入检测显示屏电极漏电流的触控式液晶显示器500。液晶显示器500以液晶显示屏510(其中行电极511、列电极512)、信号选择和输出电路520(其中行信号选择和输出电路521、列信号选择和输出电路522)、显示驱动源电路530、触控电路540和550、信号加载电路560和570、控制电路580等组成，触控电路540内具有触控信号发生电路541和触控信号检测电路542，触控电路550内具有触控信号发生电路551和触控信号检测电路552。信号选择和输出电路521的端口通过信号加载电路560与显示驱动源电路530和触控电路540相连接；信号选择和输出电路522的端口通过信号加载电路570与显示驱动源电路530和触控电路550相连接。控制系统580使触控信号发生电路541和551发出的触控信号，分别通过信号加载电路560和570以循环扫描的方式逐条与显示驱动源电路530的显示驱动信号加载在一起，再分别通过行信号选择和输出电路521和列信号选择和输出电路522，传输给N条行电极511和M条列电极512的各电极。当操作者的触控手指590触及液晶显示屏510时，手指590与液晶显示屏510电极间的电磁耦合生成耦合电容；N条行电极511中的某一条行电极上的触控信号通过耦合电容由手指590流出漏电流，触控信号检测电路542检测到流出漏电流的行电极，从而确定出行定位电极；M条列电极512中的某一条列电极上的触控信号也通过耦合电容由手指590流出漏电流，触控信号检测电路552检测到流出漏电流的列电极，从而确定出列定位电极；由行电极和列电极各自定位电极的交叉点确定触控位置。

本发明的实施例之三如图6所示：一种显示屏电极发射触控笔接收触控信号的触控式液晶显示器600.有源液晶显示器600以显示屏610(其中行电极611、列电极612、显示象素613)、显示驱动电路620和630、触控信号发生电路640和650、信号加载电路660和670、控制电路680等组成，触控信号发生电路640内含编码电路641，触控信号发生电路650内含编码电路651.液晶显示屏610的N条行电极611通过信号加载电路660与显示驱动电路620和触控信号发生电路640相连接；液晶显示屏610的M条列电极612通过信号加载电路670与显示驱动电路630和触控信号发生电路650相连接.控制电路680使触控信号发生电路640和650发出的触控信号，分别通过信号加载电路660和670以循环扫描的方式逐条与显示驱动电路620和630的显示驱动信号加载在一起，再分别传输给N条行电极611和M条列电极612的各电极.由具有编码电路641的触控信号发生电路640对行电极611中每一电极输出的触控信号是随扫描移动而变动的编码信号，对未输出触控信号的行电极输出零电平信号，当具有信号接收能力的触控笔690接触触控屏时，触控笔690接收到具有编码电路641的触控信号发生电路640通过加载电路660输出到显示屏行电极，再从显示屏行电极发射出来的随扫描移动而变动的编码信号，并以接收到的编码确定行定位电极；由具有编码电路651的触控信号发生电路650对列电极621中每一电极输出的触控信号是随扫描移动而变动的编码信号，对未输出触控信号的行电极输出零电平信号，当具有信号接收能力的触控笔690接触触控屏时，触控笔690接收到具有编码电路651的触控信号发生电路650通过加载电路670输出到显示屏列电极，再从显示屏列电极发射出来的随扫描移动而变动的编码信号，并以接收到的编码确定列定位电极；触控笔690再将相关信息有线或无线的传送回触控式液晶显示器600的控制电路680，由行电极和列电极各自的定位电极确定触控位置.

触控电路信号的幅值应尽可能小、频率应远高于液晶显示屏的驱动频率，以避免触控信号干扰到液晶显示屏的正常显示。另一方面为了减小触控信号的衰减应使ITO电极的阻抗尽可能小(至少不大于15/□)。必要时可在ITO电极上或电极侧增镀金属或其他非ITO导电层，以进一步减小触控信号的衰减。必要时也可将多条ITO电极通过外部电路形成并联关系，或通过外部电路形成串联关系，以增加获得触控信号的能力。

上述的实施例并不代表所有可能的实施方案，其它的变形方案也应是本发明的保护范围。

Claims

1.具有触控功能的平板显示器，具有显示屏、显示驱动电路、触控电路，其特征在于：触控电路通过信号加载电路与显示驱动电路连接，信号加载电路将特征不同的显示驱动信号和触控信号加载合成为具有触控识别特征的驱动信号输出到显示屏电极上，显示屏电极同时传输显示驱动信号和传输并感测触控信号，显示驱动和触控探测同时共用显示屏电极。

2.根据权利要求1所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：信号加载电路位于显示驱动电路和显示屏电极之间。

3.根据权利要求1所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：显示驱动电路由驱动源电路、选择和输出电路、控制电路三部分组成，信号加载电路位于显示驱动电路内的驱动源电路和选择和输出电路之间。

4.根据权利要求1所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述的具有触控识别特征的驱动信号，是由与显示驱动信号频率不同的触控信号加载到显示驱动信号上，合成出具有触控识别频率特征的驱动信号。

5.根据权利要求1所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述的具有触控识别特征的驱动信号，是由具有编码的触控信号加载到显示驱动信号上，合成出具有触控识别编码特征的驱动信号。

6.根据权利要求1所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述显示驱动信号和触控信号的加载合成是叠加的关系。

7.根据权利要求1所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述显示驱动信号和触控信号的加载合成是调制的关系。

8.根据权利要求1所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述显示驱动信号与触控信号的加载合成，是触控信号以扫描方式加载到各组显示屏电极的显示驱动信号上。

9.根据权利要求8所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述显示驱动信号与触控信号的加载合成中加载到不同显示屏电极显示驱动信号上的触控信号的特征是不同的。

10.根据权利要求8所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述触控信号对显示驱动信号的扫描加载是分区域进行的。

11.根据权利要求1所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述显示驱动信号与触控信号的加载合成是不同频率的触控信号同时加载到各组显示屏电极的显示驱动信号上。

12.根据权利要求1所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述显示驱动信号与触控信号的加载合成是不同编码的触控信号同时加载到各组显示屏电极的显示驱动信号上。

13.根据权利要求1所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述触控电路内具有触控信号发生电路和触控信号检测电路中的至少一种。

14.根据权利要求1所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述显示屏电极传输并感测触控信号，是通过信号加载电路与显示屏电极相连接的触控信号检测电路，检测具有触控识别特征的驱动信号通过触控物与显示屏电极间耦合电容的洩漏部分。

15.根据权利要求1所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述显示屏电极传输并感测触控信号为，具有触控识别特征的驱动信号通过触控笔与显示屏电极间耦合电容洩漏，具有信号接收和检测功能的触控笔检测从显示屏电极洩漏出的信号。

16.根据权利要求14或15所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：所述检测从显示屏电极洩漏出的信号，是检测具有触控识别特征的驱动信号的时序、幅值、频率、相位和编码特征中的至少一种。

17.根据权利要求13所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：当触控信号检测电路在多个电极位置检测到超过阈值的触控信号时，以检测到最大触控信号的电极位置为触控定位点。

18.根据权利要求13所述的具有触控功能的平板显示器，其特征在于：当触控信号检测电路在检测到超过阈值触控信号的电极位置为奇数时，以这些电极的中间电极为触控定位点；当检测到超过阈值触控信号的电极位置为偶数时，以这些电极的中间两个电极中的一个为触控定位点。