TW201301109A

TW201301109A - 觸控感測裝置

Info

Publication number: TW201301109A
Application number: TW100122481A
Authority: TW
Inventors: Jen-Hung Tung; Chien-Kuo Wang; Chien-Yu Chan; Ko-Yang Tso
Original assignee: Raydium Semiconductor Corp
Priority date: 2011-06-27
Filing date: 2011-06-27
Publication date: 2013-01-01
Also published as: CN102855035B; TWI439913B; CN102855035A

Abstract

一種觸控感測裝置，包含複數個接腳、邏輯控制模組、驅動/感測控制模組、雜訊抑制模組及類比/數位轉換模組。驅動/感測控制模組依照驅動/感測控制訊號定義該等接腳中之驅動接腳及感測接腳。驅動接腳及感測接腳分別耦接至導電薄膜感應器之驅動線及感測線。雜訊抑制模組係由交換式電容放大器所構成，用以根據雜訊抑制控制訊號偵測驅動線及感測線各節點間的耦合電容，並排除驅動線與接地端之間的電容以及感測線與接地端之間的電容。類比/數位轉換模組將經雜訊抑制模組處理後之類比資料轉換成數位資料，並將數位資料輸出至邏輯控制模組。

Description

觸控感測裝置

本發明係與液晶顯示器有關：具體而言，本發明係關於一種互感式電容觸控感測裝置，能夠利用交換式電容放大器技術所組成的雜訊抑制模組偵測驅動線及感測線各節點間的耦合電容，並排除驅動線與接地端之間的電容以及感測線與接地端之間的電容，以有效降低雜訊對於觸控感測之干擾。

隨著科技快速發展，薄膜電晶體液晶顯示器(TFT LCD)已逐步取代傳統顯示器，並已廣泛應用於電視、平面顯示器、行動電話、平板電腦以及投影機等各種電子產品上。對於具有觸控功能的薄膜電晶體液晶顯示器而言，觸控感測器是其重要的模組之一，其性能之優劣也直接影響液晶顯示器之整體效能。

如圖1所示，傳統具有互感式電容觸控功能的液晶顯示器D包含有觸控面板PL、導電薄膜感應器ITO以及觸控控制晶片TC。其中，導電薄膜感應器ITO包含有複數條感測線SL及複數條驅動線DL，而觸控控制晶片TC之驅動多工器DM係透過驅動墊DP₀~DP_m傳送驅動電壓至該些驅動線DL，並於該些感測線SL耦合微小電壓，觸控控制晶片TC即可透過感測墊SP₀~SP_n感測耦合電壓，並根據耦合電壓的大小去判斷導電薄膜感應器ITO是否被觸控。

然而，上述傳統的觸控感測方式仍具有某些嚴重的缺點，舉例而言，相當容易受到外在環境所產生之雜訊所干擾以及觸控面板之寄生電容效應所影響。如圖2A所示，經由驅動墊DP₀~DP_m所輸入的驅動電壓均為V_DR；如圖2B所示，對應於觸碰點TP(DP1*SP1)所測得的耦合電壓差△Vt明顯地大於對應於其餘非觸碰點(DP0*SP1,DP2*SP1,....,DPm*SP1)所測得的耦合電壓差△Vd。這將會導致訊號-雜訊比之降低並且嚴重影響觸控控制晶片的運作，甚至導致觸控點之誤判。

因此，本發明提出一種互感式電容觸控感測裝置，以解決上述問題。

本發明之一範疇在於提供一種觸控感測裝置。於一實施例中，該觸控感測裝置包含複數個接腳、邏輯控制模組、至少一驅動/感測控制模組、至少一雜訊抑制模組及至少一類比/數位轉換模組。

邏輯控制模組係用以產生不同控制時序之複數個控制訊號。該等控制訊號包含驅動/感測控制訊號、雜訊抑制控制訊號及類比/數位轉換控制訊號。驅動/感測控制模組係耦接至邏輯控制模組及該等接腳，並係用以依照驅動/感測控制訊號定義該等接腳中之驅動接腳及感測接腳。驅動接腳及感測接腳分別耦接至導電薄膜感應器之驅動線及感測線。雜訊抑制模組係由交換式電容放大器所構成，用以根據雜訊抑制控制訊號偵測驅動線及感測線各節點間的耦合電容，並排除驅動線與接地端之間的電容以及感測線與接地端之間的電容。類比/數位轉換模組將經雜訊抑制模組處理後之類比資料轉換成數位資料，並將數位資料輸出至邏輯控制模組。

於一實施例中，雜訊抑制模組包含有第一開關、第二開關、第三開關、第四開關、運算放大器及第一電容，第一開關、第三開關及第四開關之一端均耦接偏移電壓且均受第一開關訊號控制，第二開關受第二開關訊號控制。

於一實施例中，運算放大器包含兩輸入端及輸出端，兩輸入端分別耦接偏移電壓及第二開關，輸出端輸出輸出電壓至類比/數位轉換模組，第一開關之另一端耦接於感測接腳與第二開關之間，第三開關之另一端耦接於第二開關與運算放大器之間，第四開關之另一端耦接運算放大器之輸出端與類比/數位轉換模組之間，第一電容係耦接於第三開關之另一端與第四開關之另一端之間。

於一實施例中，第一開關訊號與第二開關訊號於時序上互不重疊，用以控制第一開關、第二開關、第三開關及第四開關之開啟(ON)或關閉(OFF)，致使雜訊抑制模組選擇性地處於第一模式或第二模式下。

當第一開關、第三開關及第四開關均受第一開關訊號控制而開啟(ON)且第二開關受第二開關訊號控制而關閉(OFF)時，雜訊抑制模組係處於第一模式下；當第一開關、第三開關及第四開關均受第一開關訊號控制而關閉(OFF)且第二開關受第二開關訊號控制而開啟(ON)時，雜訊抑制模組係處於第二模式下。

於一實施例中，感測接腳係耦接於導電薄膜感應器之感測線與雜訊抑制模組之間，驅動接腳與接地端之間串聯有第六開關，驅動接腳與驅動電壓之間串聯有第五開關，導電薄膜感應器之驅動線係耦接至第五開關與第六開關之間，第五開關係受第一開關訊號控制且第六開關係受第二開關訊號控制。

當第五開關受第一開關訊號控制而開啟(ON)且第六開關受第二開關訊號控制而關閉(OFF)時，驅動接腳所輸入之驅動電壓透過第五開關輸入至導電薄膜感應器之驅動線。當第五開關受第一開關訊號控制而關閉(OFF)且第六開關受第二開關訊號控制而開啟(ON)時，導電薄膜感應器之驅動線透過第六開關耦接至接地端。

於一實施例中，根據電荷守恆原理，雜訊抑制模組於第一模式下之電荷與雜訊抑制模組於第二模式下之電荷相等，輸出電壓=偏移電壓+驅動電壓*(驅動線與感測線之間的耦合電容/第一電容)。

相較於先前技術，根據本發明之觸控感測裝置係利用由交換式電容放大器所構成之雜訊抑制模組偵測觸控面板上之驅動線及感測線各節點間的耦合電容，並排除驅動線與接地端之間的電容以及感測線與接地端之間的電容，不僅能夠有效地降低液晶顯示面板及外在環境所產生之雜訊對於觸控感測裝置感測觸控點時的干擾，亦不會導致整個系統的資料傳送回報速率(reporting rate)降低及電力消耗(power consumption)增加。

此外，本發明之觸控感測裝置中之雜訊抑制模組亦可透過調整其交換式電容放大器的偏移電壓(offset voltage)去補償觸控面板上之驅動線及感測線各節點間的耦合電容之差異。因此，本發明之觸控感測裝置能夠更為準確地對於觸控顯示面板進行觸控點的感測，以大幅減少其誤判之機率，並且除了能夠應用於傳統的高壓驅動用途之外，還能夠應用於低壓驅動用途上，故可擴大其應用範圍。

關於本發明之優點與精神可以藉由以下的發明詳述及所附圖式得到進一步的瞭解。

根據本發明之一具體實施例為觸控感測裝置。於此實施例中，該觸控感測裝置可以是互感式電容觸控感測裝置，但不以此為限。請參照圖3，圖3係繪示本發明之觸控感測裝置之功能方塊圖。如圖3所示，觸控感測裝置1至少包含有邏輯控制模組10、接腳20、驅動/感測控制模組30、雜訊抑制模組40及類比/數位轉換模組60。其中，邏輯控制模組10分別耦接驅動/感測控制模組30、雜訊抑制模組40及類比/數位轉換模組60；驅動/感測控制模組30耦接接腳20及雜訊抑制模組40；雜訊抑制模組40耦接類比/數位轉換模組60。

請參照圖4，圖4係繪示圖3中之雜訊抑制模組40之一較佳實施例。於此實施例中，雜訊抑制模組40係由交換式電容放大器構成，但不以此為限。如圖4所示，雜訊抑制模組40包含有運算放大器OP、第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3、第四開關SW4及第一電容C1。其中，第一開關SW1、第三開關SW3及第四開關SW4之一端均耦接偏移電壓V_OS且其開啟或關閉均受第一開關訊號ST1所控制，至於第二開關SW2之開啟或關閉則受第二開關訊號ST2所控制。

運算放大器OP包含有正輸入端+、負輸入端一及輸出端OE。其中，正輸入端+係耦接偏移電壓V_OS且負輸入端一係耦接第二開關SW2；輸出端OE傳送輸出電壓V_out至類比/數位轉換模組60；第一開關SW1之另一端耦接第二開關SW2；第三開關SW3之另一端耦接於第二開關SW2與運算放大器OP之間；第四開關SW4之另一端耦接運算放大器OP之輸出端OE與類比/數位轉換模組60之間；第一電容C1係耦接於第三開關SW3之另一端與第四開關SW4之另一端之間。

請參照圖5A及圖5B，圖5A及圖5B係分別繪示第一開關訊號ST1與第二開關訊號ST2的波形之一實施例。如圖5A及圖5B所示，第一開關訊號ST1與第二開關訊號ST2係為時序上互不重疊的兩脈衝訊號，用以控制圖4中之第一開關SW1、第二開關SW2、第三開關SW3及第四開關SW4之開啟(ON)或關閉(OFF)，致使雜訊抑制模組40選擇性地處於第一模式或第二模式下。需說明的是，第一開關訊號ST1與第二開關訊號ST2之形式並不以圖5A及圖5B為限。

請參照圖6，圖6係繪示本發明之觸控感測裝置1透過導電薄膜感應器100對觸控面板70進行觸控點感測之示意圖。如圖6所示，觸控面板70一般係貼合在導電薄膜感應器100下，但不以此為限。接腳20耦接至驅動/感測控制模組30驅動/感測控制模組30耦接至邏輯控制模組10、接腳20及雜訊抑制模組400~40n；雜訊抑制模組400~40n分別耦接至邏輯控制模組10、驅動/感測控制模組30及類比/數位轉換模組600~60n；類比/數位轉換模組600~60n分別耦接至邏輯控制模組10及雜訊抑制模組400~40n。

於此實施例中，邏輯控制模組10係用以產生不同控制時序之複數個控制訊號並將其輸出至驅動/感測控制模組30、雜訊抑制模組400~40n及類比/數位轉換模組600~60n。實際上，該等控制訊號可包含有驅動/感測控制訊號、雜訊抑制控制訊號及類比/數位轉換控制訊號，但不以此為限。

如圖6所示，導電薄膜感應器100包含有互相垂直分布的複數條感測線80及複數條驅動線90。需說明的是，驅動線90與感測線80是可互換的，也就是說圖6中的90實際上也可當感測線，圖6中的80實際上也可當驅動線，並可由觸控感測裝置1控制其功能之切換。

此外，該等接腳20不只具有單一種功能，而是可以視實際需求於不同功能之間進行切換，例如驅動(driving)功能、感測(sensing)功能、接地(ground)功能或浮接(floating)功能，但不以此為限。舉例而言，驅動/感測控制模組30可根據該等控制訊號中之驅動控制訊號定義接腳20為執行驅動功能之驅動接腳，驅動接腳20分別透過驅動墊DP₀~DP_m輸出驅動電壓V_DR至導電薄膜感應器100上相對應的該等驅動線90。此外，驅動/感測控制模組30亦可根據該等控制訊號中之感測控制訊號定義接腳20為執行感測功能之感測接腳，感測接腳20分別透過感測墊SP₀~SP_n自導電薄膜感應器100上相對應的感測線80感測到複數筆耦合電壓值。

請參照圖7，圖7係繪示雜訊抑制模組40的運作情形之一實施例。試以驅動墊DP₀與感測墊SP₀為例，如圖7所示，感測墊SP₀係耦接於導電薄膜感應器100之感測線80與雜訊抑制模組40之間，驅動墊DP₀與驅動電壓V_DR之間串聯有第五開關SW5，驅動墊DP₀與接地端G之間串聯有第六開關SW6，導電薄膜感應器100之驅動線90係透過驅動墊DP₀耦接至第五開關SW5與第六開關SW6之間，第五開關SW5係受第一開關訊號ST1控制且第六開關SW6係受第二開關訊號ST2控制。

接下來，將分別就圖7中之雜訊抑制模組40的第一模式及第二模式進行說明。請參照圖8A及圖8B，圖8A及圖8B係分別繪示圖7中之雜訊抑制模組40運作於第一模式及第二模式之示意圖。

如圖8A所示，當第五開關SW5受第一開關訊號ST1控制而開啟(ON)且第六開關SW6受第二開關訊號ST2控制而關閉(OFF)時，驅動墊DP₀所輸入之驅動電壓V_DR即可透過第五開關SW5輸入至導電薄膜感應器100之驅動線90。此時，第一開關SW1、第三開關SW3及第四開關SW4均受第一開關訊號ST1控制而開啟(ON)且第二開關SW2受第二開關訊號ST2控制而關閉(OFF)，致使雜訊抑制模組40處於第一模式下，且此時於感測墊SP₀節點上的電荷Q1=C2(V_OS-V_DR)+CS(V_OS-0)。其中，C2為驅動線90與感測線80之間的耦合電容；CS為感測線80與接地端G之間的電容。

如圖8B所示，當第五開關SW5受第一開關訊號ST1控制而關閉(OFF)且第六開關SW6受第二開關訊號ST2控制而開啟(ON)時，導電薄膜感應器100之驅動線90透過驅動墊DP₀及第六開關SW6耦接至接地端G。此時，第一開關SW1、第三開關SW3及第四開關SW4均受第一開關訊號ST1控制而關閉(OFF)且第二開關SW2受第二開關訊號ST2控制而開啟(ON)，致使雜訊抑制模組40處於第二模式下，且此時於感測墊SP₀節點上的電荷Q2=C2(V_OS-0)+C1(V_OS-V_out)+CS(V_OS-0)。

根據電荷守恆原理，第一模式下感測墊SP₀節點上的電荷Q1與第二模式下感測墊SP₀節點上的電荷Q2應相等，故可得：輸出電壓V_out=偏移電壓V_OS+驅動電壓V_DR*(驅動線90與感測線80之間的耦合電容C2/第一電容C1)。需注意的是，透過上述方式，雜訊抑制模組40即可有效地排除驅動線90與接地端G之間的電容CD以及感測線80與接地端G之間的電容CS。此外，雜訊抑制模組40可以透過調整偏移電壓V_OS之方式去補償驅動線90及感測線80各節點間的耦合電容C2之差異。

接著，當類比/數位轉換模組60接收到經過雜訊抑制模組40處理後之類比資料後，類比/數位轉換模組60即會將類比資料轉換成數位資料，並將轉換後的數位資料輸出至邏輯控制模組10。

需說明的是，上述實施例中所提到的觸控感測裝置1中之所有開關的開啟或關閉順序及方式並不以此為限，亦可視實際需求進行調整，以提升裝置的掃瞄速度及回報速率。

相較於先前技術，根據本發明之觸控感測裝置係利用由交換式電容放大器所構成之雜訊抑制模組偵測觸控面板上之驅動線及感測線各節點間的耦合電容，並排除驅動線與接地端之間的電容以及感測線與接地端之間的電容，不僅能夠有效地降低液晶顯示面板及外在環境所產生之雜訊對於觸控感測裝置感測觸控點時的干擾，亦不會導致整個系統的資料傳送回報速率降低及電力消耗增加。

此外，本發明之觸控感測裝置中之雜訊抑制模組亦可透過調整其交換式電容放大器的偏移電壓去補償觸控面板上之驅動線及感測線各節點間的耦合電容之差異。因此，本發明之觸控感測裝置能夠更為準確地對於觸控顯示面板進行觸控點的感測，以大幅減少其誤判之機率，並且除了能夠應用於傳統的高壓驅動用途之外，還能夠應用於低壓驅動用途上，故可擴大其應用範圍。

藉由以上較佳具體實施例之詳述，係希望能更加清楚描述本發明之特徵與精神，而並非以上述所揭露的較佳具體實施例來對本發明之範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請之專利範圍的範疇內。

D．．．液晶顯示器

PL．．．觸控面板

TC．．．觸控控制晶片

DM．．．驅動多工器

SM．．．感測多工器

SB．．．感測單元

ADC．．．類比數位轉換器

DLC．．．數位邏輯控制器

DP₀~DP_m．．．驅動墊

SP₀~SP_n．．．感測墊

V_DR．．．驅動電壓

TP．．．觸碰點

△Vt、△Vd．．．耦合電壓差

1．．．觸控感測裝置

10．．．邏輯控制模組

20．．．接腳

30．．．驅動/感測控制模組

40、400~40n．．．雜訊抑制模組

ITO、100．．．導電薄膜感應器

70．．．觸控面板

60、600~60n．．．類比/數位轉換模組

SL、80．．．感測線

DL、90．．．驅動線

OP．．．運算放大器

V_OS．．．偏移電壓

+．．．正輸入端

-．．．負輸入端

ST1．．．第一開關訊號

ST2．．．第二開關訊號

SW1~SW6．．．第一開關~第六開關

OE．．．輸出端

V_out．．．輸出電壓

C1．．．第一電容

G．．．接地端

CM、C2．．．驅動線與感測線之間的耦合電容

CS．．．感測線與接地端之間的電容

CD．．．驅動線與接地端之間的電容

Q1．．．第一模式下感測墊節點上的電荷

Q2．．．第二模式下感測墊節點上的電荷

gnd．．．接地電壓

圖1係繪示傳統的液晶顯示器之觸控感測裝置對導電薄膜感應器進行觸控點感測之示意圖。

圖2A及圖2B係分別繪示驅動墊所輸入的驅動電壓及感測墊所測得的耦合電壓差。

圖3係繪示本發明之觸控感測裝置之功能方塊圖。

圖4係繪示圖3中之雜訊抑制模組之一較佳實施例。

圖5A及圖5B係分別繪示第一開關訊號與第二開關訊號的波形之一實施例。

圖6係繪示本發明之觸控感測裝置透過導電薄膜感應器對顯示面板進行觸控點感測之示意圖。

圖7係繪示雜訊抑制模組的運作情形之一實施例。

圖8A及圖8B係分別繪示圖7中之雜訊抑制模組運作於第一模式及第二模式之示意圖。

1．．．觸控感測裝置

10．．．邏輯控制模組

20．．．接腳

30．．．驅動/感測控制模組

40．．．雜訊抑制模組

60．．．類比/數位轉換模組

Claims

一種觸控感測裝置，至少包含：複數個接腳；一邏輯控制模組，用以產生不同控制時序之複數個控制訊號，該等控制訊號包含一驅動/感測控制訊號、一雜訊抑制控制訊號及一類比/數位轉換控制訊號；至少一驅動/感測控制模組，耦接至該邏輯控制模組及該等接腳，用以依照該驅動/感測控制訊號定義該等接腳中之至少一驅動接腳及至少一感測接腳，其中該驅動接腳與該感測接腳分別耦接至一導電薄膜感應器上相對應的一驅動線與一感測線；至少一雜訊抑制模組，耦接至該邏輯控制模組及該驅動/感測控制模組，該雜訊抑制模組係由一交換式電容放大器構成，用以根據該雜訊抑制控制訊號偵測該驅動線及該感測線各節點間的耦合電容，並排除該驅動線與接地端之間的電容以及該感測線與接地端之間的電容；以及至少一類比/數位轉換模組，耦接於該邏輯控制模組與該雜訊抑制模組之間，用以將經該雜訊抑制模組處理後之類比資料轉換成一數位資料，並將該數位資料輸出至該邏輯控制模組。
如申請專利範圍第1項所述之觸控感測裝置，其中該雜訊抑制模組包含有一第一開關、一第二開關、一第三開關、一第四開關、一運算放大器及一第一電容，該第一開關、該第三開關及該第四開關之一端均耦接一偏移電壓且均受一第一開關訊號控制，該第二開關受一第二開關訊號控制。
如申請專利範圍第2項所述之觸控感測裝置，其中該運算放大器包含兩輸入端及一輸出端，該兩輸入端分別耦接該偏移電壓及該第二開關，該輸出端輸出一輸出電壓至該類比/數位轉換模組，該第一開關之另一端耦接於該感測接腳與該第二開關之間，該第三開關之另一端耦接於該第二開關與該運算放大器之間，該第四開關之另一端耦接該運算放大器之該輸出端與該類比/數位轉換模組之間，該第一電容係耦接於該第三開關之另一端與該第四開關之另一端之間。
如申請專利範圍第2項所述之觸控感測裝置，其中該第一開關訊號與該第二開關訊號於時序上互不重疊，用以控制該第一開關、該第二開關、該第三開關及該第四開關之開啟(ON)或關閉(OFF)，致使該雜訊抑制模組選擇性地處於一第一模式或一第二模式下。
如申請專利範圍第4項所述之觸控感測裝置，其中當該第一開關、該第三開關及該第四開關均受該第一開關訊號控制而開啟(ON)且該第二開關受該第二開關訊號控制而關閉(OFF)時，該雜訊抑制模組係處於該第一模式下。
如申請專利範圍第4項所述之觸控感測裝置，其中當該第一開關、該第三開關及該第四開關均受該第一開關訊號控制而關閉(OFF)且該第二開關受該第二開關訊號控制而開啟(ON)時，該雜訊抑制模組係處於該第二模式下。
如申請專利範圍第4項所述之觸控感測裝置，其中該感測接腳係耦接於該導電薄膜感應器之該感測線與該雜訊抑制模組之間，該驅動接腳與驅動電壓之間串聯有一第五開關，該驅動接腳與接地端之間串聯有一第六開關，該導電薄膜感應器之該驅動線係耦接至該第五開關與該第六開關之間，該第五開關係受該第一開關訊號控制且該第六開關係受該第二開關訊號控制。
如申請專利範圍第7項所述之觸控感測裝置，其中當該第五開關受該第一開關訊號控制而開啟(ON)且該第六開關受該第二開關訊號控制而關閉(OFF)時，該驅動接腳所輸入之一驅動電壓透過該第五開關輸入至該導電薄膜感應器之該驅動線。
如申請專利範圍第7項所述之觸控感測裝置，其中當該第五開關受該第一開關訊號控制而關閉(OFF)且該第六開關受該第二開關訊號控制而開啟(ON)時，該導電薄膜感應器之該驅動線透過該第六開關耦接至接地端。
如申請專利範圍第4項所述之觸控感測裝置，其中根據電荷守恆原理，該感測線於該第一模式下之電荷與該感測線於該第二模式下之電荷相等，該輸出電壓=該偏移電壓+該驅動電壓*(該驅動線與該感測線之間的耦合電容/該第一電容)。