CN1963736B - 数模触控式平板显示器 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及触控板和平板显示器，具体涉及触控式平板显示器。通常的点阵型平板显示屏包括显示象素、传输显示驱动扫描信号的行电极(扫描电极)和数据信号的列电极(数据电极)，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。利用平板显示器显示屏某一方向的电极(行电极或列电极)作为触控电极感测触控，将这一方向电极的两端都制做引出端与触控信号电路连接，在两个正交的方向上用不同的触控定位方式，在垂直于电极的方向用数字式触控定位方式，通过比较不同电极感测到的触控信号的差别来确定触控电极的位置；在平行于电极的方向用模拟式触控定位方式，通过比较被触控电极两端触控信号的差别来确定触控点在触控电极上的位置；从而得到触控点在触控屏平面上的位置。本发明旨在提供一种利用平板显示器显示屏的单层电极作为触控电极，用数字式和模拟式相结合的方法感测触控定位。让平板显示屏不仅具有显示功能，而且具有触控功能，一物多用。

Description

数模触控式平板显示器
技术领域
本发明涉及触控板和平板显示器，具体涉及触控式平板显示器。
背景技术
目前的电容式触控屏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，并且置于显示器前面会使显示不均勻，在要求细致定位时，要制做双层非常细密的电极，成本太高。
一种模拟式电容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。
另一种模拟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，但又变为双层电极，增加了触控屏的厚度和制做难度，并且置于显示器前面也会使显示不均勻。
目前的电磁式触控屏也可分为数字和模拟两种方式。模拟式电磁触控屏是由两层电极组成，每层有多条环状或其他形状天线电极，两层电极的长方向相互正交，当具有信号发射功能的触控笔接触触控屏时，相互正交的天线电极接收到触控笔发射的电磁信号，通过计算获得触控笔的位置。此种方法可以细致定位，但控制电路的计算量大，成本高，并且在边缘处定位不准确。
数字式电磁触控屏也是由两层电极组成，每层有多条直线状天线电极，两层电极相互正交，当具有信号发射功能的触控笔接触触控屏时，相互正交的部分天线电极接收到触控笔发射的电磁信号，通过各层接收电磁信号的最大天线电极，分别得出横向或纵向的触控位置。此种方法需要制做双层非常细密的电极，成本太高。
申请号为200510080825X和2005201050729等中国专利提出了，通过多位模拟开关组让平板显示器显示屏电极分时或与驱动电路或与触控信号连通，利用显示屏行电极和列电极作为触控电极感测触控，使得无需在显示屏内制做任何传感器，让平板显示器显示屏具有感知触控信号能力。但行电极和列电极中处于上层的电极，对处于下层的电极的触控信号存在屏蔽，使得纵向和横向触控感测的基准不一样，也容易对触控信号产生干扰。
发明内容
本发明旨在提供一种利用平板显示器显示屏的单层电极作为触控电极，用数字式和模拟式相结合的方法感测触控定位。让平板显示屏不仅具有显示功能，而且具有触控功能，一物多用。
本发明的技术解决方案是：通常的点阵型平板显示屏包括显示象素、传输显示驱动扫描信号的行电极(扫描电极)和传输显示数据信号的列电极(数据电极)，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。利用平板显示器显示屏某一方向的电极(行电极或列电极)作为触控电极感测触控，将这一方向电极的两端都制做引出端与触控信号电路连接，在两个正交的方向上用不同的触控定位方式，在垂直于电极的方向用数字式触控定位方式，通过比较不同电极感测到的触控信号的差别来确定触控电极的位置；在平行于电极的方向用模拟式触控定位方式，通过比较被触控电极两端触控信号的差别来确定触控点在触控电极上的位置；从而得到触控点在触控屏平面上的位置。
电极对触控信号的感测又可以有多种形式，比如电容式、电磁式、光电式等。
电容式触控的方案是：将平板显示器显示屏某一方向的电极如行电极的两端都制做引出端，使每一电极的一端通过模拟开关或与显示驱动电路连通或与一条触控信号电路连通，使这一电极的另一端通过模拟开关或悬空或与另一条触控信号电路连通。模拟开关被控制电路控制，使电极在某时刻一端与显示驱动电路连通传输显示驱动信号，另一端处于悬空状态，使电极在下一时刻两端同时分别与触控信号电路连通传输触控信号，然后再返回到前一时刻的一端与显示驱动电路连通另一端处于悬空的状态，这样反复切换。当电极的两端分别与触控信号电路连通时，用电极作为触控电极感测触控，在垂直于电极方向用数字方式来定位，人手指接触显示屏时，手指与显示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，通过检测与手指形成耦合电容的电极而确定触控位置；在平行于电极方向用模拟方式来定位，分别从与触控信号电路连通的显示屏电极的两端向电极输入电流，当人的手指接触显示屏时，手指与电极形成耦合电容，并从耦合电容流出的漏电流，通过检测并比较电极两端分别流向电极电流信号，计算出从手指流出电流的触控位置，并以此定位触控位置；通过两个正交方向的触控位置来确定触控定位点。检测并用于比较的电极两端流向电极的电流信号，可以是流量信号，也可以是相位信号。
电磁式触控的方案是：将平板显示器显示屏某一方向的电极如行电极的两端都制做引出端，使每一电极的一端通过模拟开关或与显示驱动电路连通或与一条触控信号电路连通，使这一电极的另一端通过模拟开关或悬空或与另一条触控信号电路连通.模拟开关被控制电路控制，使电极在某时刻一端与显示驱动电路连通传输显示驱动信号，另一端处于悬空状态，使电极在下一时刻两端同时分别与触控信号电路连通传输触控信号，然后再返回到前一时刻的一端与显示驱动电路连通另一端处于悬空的状态，这样反复切换.当电极的两端分别与触控信号电路连通时，用电极作为触控天线电极感测触控，在垂直于电极方向用数字方式来定位，当具有信号发射功能的触控笔接触触控屏时，天线电极接收到触控笔发射的电磁信号，通过检测接收到触控电磁信号的电极而确定触控电极；在平行于电极方向用模拟方式来定位，从平行电极组每条电极的两端分别采样触控电磁信号，通过比较被触控电极两端触控信号的差别来确定触控点在触控电极上的位置；通过两个正交方向的触控位置得到触控点在触控屏平面上的位置.从电极两端采样并用于比较的触控电磁信号，可以是幅值信号，可以是脉宽信号，可以是频率信号，也可以是相位信号.
为了感测显示屏电极与触控物之间耦合的微弱信号，触控信号电路内可设置读出放大器；为了读出信号的处理，触控信号电路内可设置模数转换器。
当多条电极检测到触控信号时，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触控电极的中间位置为触控定位点。
使显示电极的一端或与显示驱动电路连通或与一条触控信号电路连通的模拟开关，可以是单刀双掷模拟开关，开关的一端固定连接于显示电极，另两端连接显示驱动电路和连接触控信号电路，控制电路让开关使显示电极在连通显示驱动电路或连通触控信号电路之间切换；使显示电极的一端或与显示驱动电路连通或与一条触控信号电路连通的模拟开关，也可以是两个单刀单掷模拟开关，显示电极通过一个单刀单掷模拟开关与显示驱动电路连接，通过另一个单刀单掷模拟开关与触控信号电路连接，控制电路让连接同一显示电极的两个单刀单掷模拟开关不同时连通。
使显示屏各电极的一端或与显示驱动电路连通或与一条触控信号电路连通的模拟开关组的各开关，以及使各电极的另一端或悬空或与另一条触控信号电路连通的模拟开关组中的各开关，可以是被扫描方式控制逐一进行切换动作，也可以是被同时方式控制同时进行切换动作。
模拟开关组在显示驱动电路与触控信号电路之间的切换，可以是在显示屏部分电极连通显示驱动电路时，另一部分电极连通触控信号电路，即显示屏电极从连通显示驱动电路切换到连通触控信号电路是在显示驱动的帧内进行的；为了防止显示驱动信号对触控信号产生干扰，模拟开关组在显示驱动电路与触控信号电路之间的切换，也可以是在停止对显示屏任何电极输出显示驱动信号时，才将显示屏电极从连通显示驱动电路转向连通触控信号电路，即显示屏电极从连通显示驱动电路切换到连通触控信号电路是在显示驱动的帧外进行的，也就是显示屏电极从连通显示驱动电路切换到连通触控信号电路是在显示驱动的各帧之间进行的。在停止对显示屏任何电极输出显示驱动信号时，为了防止对触控信号的干扰，对未从连通显示驱动电路转向连通触控信号电路的显示屏电极，可输出一固定的电平信号，特别是零电平。
平板显示器可以是TN型STN型或TFT型液晶显示器、OLED显示器、PDP显示器、也可以是其他平板显示器。
既用于传输显示信号又用于感测和传输触控的显示屏电极，可以是显示屏的行电极，也可以是显示屏的列电极。
这种以显示屏的显示驱动电极也作为触控信号感测电极，并且以数模结合的触控信号感测方法，使得无需在通常无触控功能的显示屏的制做过程中，增加任何新的工艺过程、材料和元素，即可成为有感知触控信号能力的显示屏。
附图简要说明
图1是以行电极为触控电极的数模电容触控式液晶显示屏的电气连接示意图。
图2是一种以行电极为触控电极的数模电磁触控式无源液晶显示屏的电气连接示意图。
图3是一种以列电极为触控电极的数模电磁触控式有源液晶显示屏的电气连接示意图。
具体实施方式
本发明的实施例之一如图1所示：一种在显示驱动的帧内进行的，以行电极为触控电极的数模电容触控式液晶显示器100。液晶显示器100以显示屏上基板玻璃110、显示屏下基板玻璃120、行电极111、列电极121、行显示驱动电路130、列显示驱动电路140、触控信号电路150、单刀双掷模拟开关组160和单刀单掷模拟开关组170、控制电路180等组成。行电极111特别被制做成从两边均有引出端，并分别连接到单刀双掷模拟开关组160和单刀单掷模拟开关组170。通常状态是单刀双掷模拟开关组160使行电极111一端与显示驱动电路130连通传输显示驱动信号，单刀单掷模拟开关组170使行电极111另一端处于悬空状态；控制电路180让单刀双掷模拟开关组160和单刀单掷模拟开关组170以扫描的方式，逐一使行电极111各电极的两端同时分别与触控信号电路150连通传输触控信号，然后再返回到通常的一端与显示驱动电路130连通另一端处于悬空的状态，这样反复切换。在行电极111各电极两端同时分别与触控信号电路150连通的时刻，触控信号电路150从行电极111各电极的两端向电极输出电流，人的手指190接触触控屏时，手指190与行电极111形成耦合电容，并从耦合电容流出的漏电流，触控信号电路150以流出的漏电流超过某一阈值的电极来检验是否被触控，当超过阈值的电极数为奇数时以中间电极为触控电极，当超过阈值的电极数为偶数时以中间两条电极中的一条为触控电极，以数字式的方法确定一个方向的触控定位位置；再比较触控电极两端分别流向电极电流的大小，以模拟式的方法计算出手指190在另一个方向的触控定位位置；通过两个正交方向的触控位置来确定触控定位点，使液晶显示器100既用于显示又用于触控，而不再需要独立之触控屏。
本发明的实施例之二也如图1所示：一种在显示驱动的各帧之间进行的，以行电极为触控电极的数模电容触控式液晶显示器100.液晶显示器100以显示屏上基板玻璃110、显示屏下基板玻璃120、行电极111、列电极121、行显示驱动电路130、列显示驱动电路140、触控信号电路150、单刀双掷模拟开关组160和单刀单掷模拟开关组170、控制电路180等组成.行电极111特别被制做成从两边均有引出端，并分别连接到单刀双掷模拟开关组160和单刀单掷模拟开关组170.通常状态是单刀双掷模拟开关组160使行电极111一端与显示驱动电路130连通传输显示驱动信号，单刀单掷模拟开关组170断开使行电极111另一端处于悬空状态；控制电路180在显示驱动的各帧之间，让行显示驱动电路130和列显示驱动电路140停止对显示屏任何电极输出显示驱动信号，而只是输出零电位信号时，才将单刀双掷模拟开关组160和单刀单掷模拟开关组170以扫描的方式，逐一使行电极111各电极与行显示驱动电路130断开，并使电极的两端同时分别与触控信号电路150连通传输触控信号，然后再返回到通常的行电极111一端与行显示驱动电路130连通另一端处于悬空的状态.在行电极111各电极两端同时分别与触控信号电路150连通的时刻，触控信号电路150从行电极111各电极的两端向电极输出电流，人的手指190接触触控屏时，手指190与行电极111形成耦合电容，并从耦合电容流出的漏电流，触控信号电路150以流出的漏电流超过某一阈值的电极来检验是否被触控，当超过阈值的电极数为奇数时以中间电极为触控电极，当超过阈值的电极数为偶数时以中间两条电极中的一条为触控电极，以数字式的方法确定一个方向的触控定位位置；再比较触控电极两端分别流向电极电流的大小，以模拟式的方法计算出手指190在另一个方向的触控定位位置；通过两个正交方向的触控位置来确定触控定位点，使液晶显示器100既用于显示又用于触控，而不再需要独立之触控屏.
本发明的实施例之三如图2所示：一种以行电极为触控电极的数模电磁触控式无源液晶显示器200。液晶显示器200由显示屏上基板玻璃210、显示屏下基板玻璃220、行电极211、列电极221、行显示驱动电路230、列显示驱动电路240、触控信号电路250、单刀双掷模拟开关组260和单刀单掷模拟开关组270、控制电路280等组成。行电极211特别被制做成从两边均有引出端，并分别连接到单刀双掷模拟开关组260和单刀单掷模拟开关组270。通常状态是单刀双掷模拟开关组260使行电极211一端与行显示驱动电路230连通传输显示驱动信号，单刀单掷模拟开关组270断开使行电极211另一端处于悬空状态；控制电路280让单刀双掷模拟开关组260和单刀单掷模拟开关组270以扫描的方式，逐一使行电极211各电极与行显示驱动电路230断开，并使两端同时分别与触控信号电路250连通传输触控信号，然后再返回到通常的一端与行显示驱动电路230连通另一端处于悬空的状态，这样反复切换。在行电极211各电极两端同时分别与触控信号电路250连通的时刻，触控信号电路250检测行电极211各电极的两端的电磁触控信号，当具有电磁信号发射功能的触控笔290接触触控屏时，行电极211的部分电极接收到触控笔290发出的电磁触控信号，触控信号电路250以检测到超过某一阈值的触控信号来检验是否被触控，当超过阈值的电极数为奇数时以中间电极为触控电极，当超过阈值的电极数为偶数时以中间两条电极中的一条为触控电极，以数字式的方法确定一个方向的触控定位位置；再比较触控电极两端分别检测到的触控信号的相位差，以模拟式的方法计算出触控笔290在另一个方向的触控定位位置；通过两个正交方向的触控位置来确定触控定位点，使液晶显示器200既用于显示又用于触控，而不再需要独立之触控屏。
本发明的实施例之四如图3所示：一种以上电极为触控电极的数模电磁触控式有源液晶显示器300.液晶显示器300以显示屏上基板玻璃310、行电极311、列电极312、显示象素313、显示屏下基板玻璃320、行显示驱动电路330、列显示驱动电路340、触控信号电路350、单刀双掷模拟开关组360和单刀单掷模拟开关组370、控制电路380等组成.列电极312特别被制做成从两边均有引出端，并分别连接到单刀双掷模拟开关组360和单刀单掷模拟开关组370.通常状态是单刀双掷模拟开关组360使列电极312一端与列显示驱动电路340连通传输显示驱动信号，单刀单掷模拟开关组370断开使列电极312另一端处于悬空状态；在某时刻，控制电路380让与列显示驱动电路340连接的单刀双掷模拟开关组360使列电极312各电极一端与列显示驱动电路340脱离，同时单刀双掷模拟开关组360和单刀单掷模拟开关组370使列电极312各电极两端同时分别与触控信号电路350连通传输触控信号；然后再返回到通常的一端与列显示驱动电路340连通另一端处于悬空的状态，这样反复切换.在列电极312各电极两端同时分别与触控信号电路350连通的时刻，触控信号电路350以扫描的方式，逐一检测列电极312各电极的两端的电磁触控信号，当具有电磁信号发射功能的触控笔390接触触控屏时，列电极312的部分电极接收到触控笔390发出的电磁触控信号，触控信号电路350以检测到超过某一阈值的触控信号来检验是否被触控，当超过阈值的电极数为奇数时以中间电极为触控电极，当超过阈值的电极数为偶数时以中间两条电极中的一条为触控电极，由数字的方法确定一个方向的触控定位位置；再比较触控电极两端分别检测到的触控信号的相位差，以模拟式的方法计算出触控笔390在另一个方向的触控定位位置；通过两个正交方向的触控位置来确定触控定位点，使液晶显示器300既用于显示又用于触控，而不再需要独立之触控屏.
上述四个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 (10)

1.数模触控式平板显示器，包括显示象素、传输显示驱动扫描信号的行电极和传输显示数据信号的列电极，其特征在于：利用平板显示器显示屏某一方向的电极作为触控电极感测触控，将这一方向电极的两端都制做引出端，使每一电极的一端通过模拟开关或与显示驱动电路连通或与一条触控信号电路连通，使这一电极的另一端通过模拟开关或悬空或与另一条触控信号电路连通，模拟开关被控制电路控制，使电极在某时刻一端与显示驱动电路连通传输显示驱动信号，另一端处于悬空状态，使电极在下一时刻两端同时分别与触控信号电路连通传输触控信号，然后再返回到前一时刻的一端与显示驱动电路连通另一端处于悬空的状态，这样反复切换，当电极的两端分别与触控信号电路连通时，在两个正交的方向上用不同的触控定位方式，在垂直于电极的方向用数字式触控定位方式，通过比较不同电极感测到的触控信号的差别来确定触控电极的位置；在平行于电极的方向用模拟式触控定位方式，通过比较被触控电极两端触控信号的差别来确定触控点在触控电极上的位置。
2.根据权利要求1所述的数模触控式平板显示器，其特征在于：所述某一方向的电极是显示屏的行电极和列电极中的一种。
3.根据权利要求1所述的数模触控式平板显示器，其特征在于：所述电极的引出端与触控信号电路的连接是通过多位模拟开关组，模拟开关被控制电路控制，使电极在某时刻一端与显示驱动电路连通传输显示驱动信号，另一端处于悬空状态，使电极在下一时刻两端同时分别与触控信号电路连通传输触控信号，然后再返回到前一时刻的一端与显示驱动电路连通另一端处于悬空的状态，这样反复切换。
4.根据权利要求3所述的数模触控式平板显示器，其特征在于：所述的多位模拟开关组中的各开关是以扫描方式或是以同时方式，使每一电极的一端或与显示驱动电路连通或与触控信号电路连通，使这一电极的另一端或悬空或与另一条触控信号电路连通，进行切换动作。
5.根据权利要求3所述的数模触控式平板显示器，其特征在于：所述的多位模拟开关组，在显示驱动电路与触控信号电路之间的切换，是在显示驱动的帧内进行的，即显示屏部分电极连通显示驱动电路时，另一部分电极连通触控信号电路。
6.根据权利要求3所述的数模触控式平板显示器，其特征在于：所述的多位模拟开关组在显示驱动电路与触控信号电路之间的切换，是在显示驱动的各帧之间进行的，即停止对显示屏任何电极输出显示驱动信号时，才将显示屏电极从连通显示驱动电路转向连通触控信号电路。
7.根据权利要求1所述的数模触控式平板显示器，其特征在于：所述的电极感测触控信号的方式是电容式和电磁式中的一种。
8.根据权利要求1所述的数模触控式平板显示器，其特征在于：所述的电极感测的触控信号可以是流量信号，也可以是幅值信号，也可以是脉宽信号，也可以是频率信号，也可以是相位信号。
9.根据权利要求1所述的数模触控式平板显示器，其特征在于：所述的触控信号电路内设置有读出放大器。
10.根据权利要求1所述的数模触控式平板显示器，其特征在于：所述的触控信号电路内设置有模数转换器。
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