TW201339911A - 應用於觸控螢幕的控制系統 - Google Patents

Abstract

一種應用於觸控螢幕的控制系統，在螢幕控制器與觸控控制器間設置一轉壓器，將驅動螢幕的共同電壓轉換為對應的時序訊號，並使時序訊號符合觸控控制器能接收的輸入訊號範圍。

Description

應用於觸控螢幕的控制系統

本發明是有關於一種應用於觸控螢幕的控制系統，且特別是有關於一種利用轉壓器將驅動螢幕的共同電壓轉壓為一可輸入至觸控控制器的時序訊號並據以控制觸控感測時序的控制系統。

觸控螢幕結合了觸控感測器的觸控感測功能與螢幕的顯示功能，能為使用者提供友善、直覺的操控介面，已經成為現代社會最受歡迎的人機介面之一。

請參考第1圖，顯示習知觸控螢幕10的剖面圖；觸控螢幕10係以膠合層ADVp將觸控感測器12與螢幕14結合為一。觸控感測器12中包括覆鏡(cover lens)層CLp、膠合層OCAp、電極層ITO_SRp、隔離層PET1p、電極層ITO_SLD與隔離層PET2p。覆鏡層CLp可以是玻璃或壓克力，膠合層OCAp為光學性透明膠合(Optically Clear Adhesive)層，電極層ITO_SRp與ITO_SLD為氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)形成的導體層，隔離層PET1p與PET2p則是聚酯薄膜形成的不導電隔離層。電極層ITO_SRp內設有複數個感測電極，當使用者在覆鏡層CLp上進行觸控時，分佈於不同位置的各感測電極會分別耦合到不同程度的電容改變；根據各感測電極的位置與其耦合到的電容改變，以解析出觸控位置。

螢幕14可為液晶顯示面板，於上玻璃基板TG上形成電極層ITO_VCOMp與液晶結構LCSp。電極層ITO_VCOMp為氧化銦錫形成的導體層；液晶結構LCSp則在另一氧化銦錫電極層(未繪出)內設置矩陣排列的像素電極，各像素電極搭配一薄膜電晶體(未繪出)以形成一像素，並有液晶填充在各像素電極與電極層ITO_VCOMp之間。電極層ITO_VCOMp沿螢幕14的平面方向延伸涵蓋螢幕的像素電極，導通一共同電壓；各薄膜電晶體則會在閘極電壓的控制下將源極電壓導通至對應像素電極。因此，在各像素中，像素電極導通的源極電壓就能和電極層ITO_VCOMp上傳輸的共同電壓一起驅動兩者間填充的液晶，使液晶改變狀態，例如排列方向，以改變像素的透明度，使所有像素能搭配組合出明暗有致、色彩分明的影像。

當液晶長期被固定極性的電壓驅動時，會使其分子特性遭到破壞，而在螢幕14上呈現出殘影。為了避免殘影，電極層ITO_VCOMp上傳輸的共同電壓會週期性地轉態切換至不同的位準，以進行極性反轉。由於觸控感測器12與螢幕14中的電極層ITO_VCOMp十分接近，且電極層ITO_VCOMp的面積又很大，故習知觸控感測器12內必須設置遮蔽的電極層ITO_SLD，避免讓共同電壓的轉態耦合至電極層ITO_SRp的感測電極。若未設置電極層ITO_SLD，共同電壓轉態所引發的暫態會耦合至電極層ITO_SRp的感測電極，干擾觸控感測。

本發明提供一種應用於觸控螢幕的控制系統，觸控螢幕設有一螢幕及一觸控感測器。控制系統包括螢幕控制器、轉壓器與觸控控制器。螢幕控制器提供一共同電壓驅動螢幕，共同電壓在第一訊號範圍中變動。轉壓器具有一輸入端與一輸出端；輸入端耦接共同電壓，使轉壓器可根據共同電壓而在輸出端提供對應的時序訊號；時序訊號在第二訊號範圍中變動，而第二訊號範圍與第一訊號範圍相異。觸控控制器耦接該輸出端，根據時序訊號控制觸控感測器。

較佳地，轉壓器設有一交流耦合電路與一位準調整器。交流耦合電路耦接於轉壓器的輸入端與輸出端之間，用以濾除共同電壓的直流部份，並將濾除結果反應於輸出端；位準調整器則耦接於輸出端，控制時序訊號的第二訊號範圍。

較佳地，交流耦合電路包含一電容，耦接於轉壓器的輸入端與輸出端之間。

較佳地，位準調整器包括第一電阻與第二電阻。第一電阻的兩端分別耦接第一操作電壓(如一正電壓)與轉壓器的輸出端；第二電阻的兩端分別耦接於轉壓器的輸出端與第二操作電壓(如一地電壓)。交流耦合電路濾除共同電壓的直流部份並將濾除結果反應於輸出端，而第一電阻與第二電阻則會在第一操作電壓與第二操作電壓間進行分壓；分壓建立的直流電壓會加載於輸出端的濾除結果，為濾除直流部份的共同電壓重新賦予另一個直流部份，成為時序訊號。

較佳地，位準調整器設有電阻及二極體，電阻耦接於第二操作電壓與輸出端之間；二極體的陽極與陰極則分別耦接第二操作電壓與輸出端。當直流部份被濾除的共同電壓反應於輸出端時，第二操作電壓加上電阻跨壓可為時序訊號的第二訊號範圍建立上限，而第二操作電壓減去二極體在陽極與陰極間的順偏跨壓則形成第二訊號範圍的下限。二極體可以是一肖特基二極體(Schottky diode)，因其順偏跨壓較小，可使第二訊號範圍的下限接近於第二操作電壓。

較佳地，轉壓器內的位準調整器與觸控控制器封裝於同一晶片中，螢幕控制器封裝於另一晶片，轉壓器中的交流耦合電路則耦接於此兩晶片之間。或者，觸控控制器與螢幕控制器分別為兩晶片，轉壓器耦接於此兩晶片之間。

較佳地，觸控控制器可設置一個轉換器與一感測時序電路。轉換器耦接轉壓器的輸出端，根據時序訊號提供一數位的指示訊號。感測時序電路耦接轉換器，其可根據指示訊號提供一閘控訊號。閘控訊號中有複數個非感測時段與複數個感測時段，非感測時段對應指示訊號中的轉態(transition)，而在感測時段中指示訊號會維持於穩態(steady state)。也就是說，非感測時段會涵蓋轉態前後容易導致感測干擾的時段，而感測時段則會避開非感測時段。觸控控制器可依據閘控訊號控制觸控感測器以避免共同電壓轉態的干擾；觸控控制器可以在非感測時段中停止感測，以及/或者將非感測時段中的感測結果排除。

為讓本發明之上述和其他目的、特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下。

請參考第2圖，其係依據本發明一實施例的控制系統30a搭配觸控螢幕20的示意圖。觸控螢幕20設有螢幕24及觸控感測器22，而控制系統30a包括螢幕控制器26、轉壓器32a與觸控控制器28。螢幕控制器26提供一共同電壓VCOM以驅動螢幕24。轉壓器32a的節點Ni與Nc可分別視為其輸入端與輸出端；輸入端於節點Ni耦接共同電壓VCOM，使轉壓器32a可根據共同電壓VCOM而在節點Nc的輸出端提供一對應的時序訊號Sa。觸控控制器28耦接節點Nc，根據時序訊號Sa控制觸控感測器22。

於此實施例中，轉壓器32a設有交流耦合電路34與位準調整器36a。交流耦合電路34中可設置一電容C1，耦接於節點Ni與Nc之間，用以濾除共同電壓VCOM的直流部份，並將濾除結果反應於節點Nc。位準調整器36a則耦接於節點Nc，控制時序訊號Sa的訊號範圍。位準調整器36a中可設置兩電阻R1與R2；電阻R1的兩端分別耦接操作電壓VDD(例如一正電壓)與節點Nc，電阻R2的兩端則分別耦接節點Nc與另一操作電壓VSS(例如一地電壓)。操作電壓VDD與VSS可以是觸控感測器28的直流操作電壓。

第3圖則顯示轉壓器32a與觸控控制器28的運作波形時序圖；各波形的橫軸為時間。為驅動極性反轉，共同電壓VCOM在位準V1t與位準V1b間變動，也就是說，共同電壓VCOM的峰值至峰值訊號範圍在位準V1t與V1b之間。由於共同電壓VCOM是用來驅動螢幕24的，訊號範圍取決於螢幕24的特性。舉例而言，作為其訊號範圍上限的位準V1t可以是4伏特，下限的位準V1b則是-1伏特。當共同電壓VCOM由位準V1b轉態至V1t時，會產生一個升緣的暫態；當共同電壓VCOM由位準V1t切換至V1b時，則形成一個降緣的暫態。不論升緣或降緣的暫態，都會干擾觸控感測器22的觸控感測。較佳地，觸控感測機制將依據共同電壓VCOM的變化來避開共同電壓VCOM的轉態處。然而，共同電壓VCOM的訊號範圍是針對螢幕24的需要所設計的，並不符合觸控控制器28所能接收的額定輸入訊號範圍。於此實施例中，轉壓器32a將共同訊號VCOM轉壓為觸控控制器28所能接受的時序訊號Sa。

在轉壓器32a中，交流耦合電路34濾除共同電壓VCOM的直流部份並將濾除結果反應於節點Nc，而電阻R1與R2則會在操作電壓VDD與VSS之間進行分壓；分壓建立的直流電壓會加載於節點Nc的濾除結果，等效上也就是為濾除直流部份的共同電壓VCOM重新賦予另一個直流部份，成為時序訊號Sa。如第3圖所示，時序訊號Sa的訊號範圍上限與下限會分別被轉壓器32a調整至位準V2t與V2b，位準V2t至V2b落在觸控控制器28的額定輸入訊號範圍，使時序訊號Sa能被觸控控制器28所接收；而時序訊號Sa的轉態處仍會追隨共同電壓VCOM的轉態處，使觸控控制器28能根據時序訊號Sa來控制觸控感測的進行。

於此實施例中，依據觸控控制器28規格所訂定的額定輸入訊號範圍來設計電阻R1與R2的值，以使位準V2t與V2b落在額定輸入訊號範圍(如0伏特至5伏特)中。舉例而言，若共同電壓VCOM維持於位準V1t的時間長短為時段T1，維持於位準V1b的時間為時段T2，則位準V2t=V1t-Vdc+Vdiv且V2b=V1b-Vdc+Vdiv，其中Vdc=(T1*V1t+T2*V1b)/(T1+T2)，代表共同電壓VCOM的直流部份；而Vdiv=(VDD*R2+VSS*R1)/(R1+R2)，代表位準調整器36a分壓建立的直流電壓。

觸控控制器28包含轉換器38與感測時序電路40。轉換器38耦接轉壓器32a的節點Nc，根據時序訊號Sa提供一數位的指示訊號Sd；舉例而言，轉換器38可以是一個比較器，當時序訊號Sa大於一預設值時，指示訊號Sd反應邏輯1，當時序訊號Sa小於預設值時，指示訊號Sd中反應邏輯0；或者，轉換器38也可以是一個史密斯觸發器(Schmitt trigger)。感測時序電路40耦接轉換器38以接收指示訊號Sd，並根據指示訊號Sd提供一閘控訊號Sg。閘控訊號Sg中有複數個非感測時段Tns與複數個感測時段Ts，非感測時段Tns對應指示訊號Sd(以及時序訊號Sa與共同電壓VCOM)中的轉態，而在感測時段Ts中，指示訊號Sd/時序訊號Sa/共同電壓VCOM維持於穩態(steady state)。也就是說，非感測時段Tns會涵蓋轉態前後容易導致感測干擾的時段，而感測時段Ts則會避開非感測時段。如此，觸控控制器28就可依據閘控訊號Sg控制觸控感測器22，以避免共同電壓VCOM的轉態干擾。譬如說，觸控控制器28可以在非感測時段Tns中停止感測，以及/或者將非感測時段Tns中的感測結果排除。

第4圖顯示依據本發明另一實施例的控制系統30b。控制系統30b應用於觸控螢幕20，螢幕控制器26控制觸控螢幕20中的螢幕24，觸控控制器28則控制觸控螢幕20中的觸控感測器22。舉例而言，螢幕控制器26可為螢幕24提供共同電壓VCOM及/或相關的時序訊號以控制螢幕24所需要的閘極電壓與源極電壓；觸控控制器28則對觸控感測器22中的感測電極(未圖示)充放電以利用電荷改變量偵測各感測電極耦合到的電容改變。

控制系統30b設有一轉壓器32b，以將節點Ni(輸入端)的共同電壓VCOM轉壓為節點Nc(輸出端)的時序訊號Sa，使時序訊號Sa的轉態追隨共同電壓VCOM的轉態，並使時序訊號Sa的訊號範圍符合觸控控制器28所能接受的額定輸入訊號範圍。轉壓器32b中設有一交流耦合電路34與一位準調整器36b。交流耦合電路34可用一電容C2實現。位準調整器36b中則設置電阻R3及二極體D；電阻R2耦接於操作電壓VSS與節點Nc之間，二極體D的陽極與陰極則分別耦接操作電壓VSS與節點Nc。

以下沿用第3圖的波形時序來說明轉壓器34b的運作。交流耦合電路34濾除共同電壓VCOM中的直流部份，當直流部份被濾除的共同電壓VCOM反應於節點Nc時，在時段T1中，二極體D不導通，操作電壓VSS加上電阻R3的跨壓為時序訊號Sa建立訊號範圍上限的位準V2t；在時段T2中，二極體D順偏而由操作電壓VSS導通至節點Nc，故操作電壓VSS減去二極體D在陽極與陰極間的順偏跨壓即為位準V2b，也就是時序訊號Sa的訊號範圍下限。因此，位準V2b將會比操作電壓VSS還低；較佳地，可採用肖特基二極體(Schottky diode)實現二極體D，因其順偏跨壓較小(譬如說是0.2伏特)，可使位準V2b接近操作電壓VSS，並被涵蓋在觸控控制器28的額定輸入訊號範圍內。

由本發明第2圖與第4圖的實施例揭露，觸控控制器28可利用共同電壓VCOM轉壓所得的時序訊號Sa來排除共同電壓VCOM中的轉態，使共同電壓VCOM的轉態不會干擾觸控感測的進行。較佳地，可在觸控螢幕的觸控感測器中省略遮蔽用的電極層。請參考第5圖，其所示意的是依據本發明一實施例的觸控螢幕20。觸控螢幕20以一膠合層ADV將觸控感測器22與螢幕24結合為一。觸控感測器22可以是一電容觸控感測器，包括覆鏡層CL(可以是玻璃或壓克力)、膠合層OCA(可以是光學性透明膠合層)、電極層ITO_SR(譬如說是氧化銦錫形成的導體層)及隔離層PET1(可由聚酯薄膜形成)，可省去遮蔽用的電極層。ITO_SR內設有複數個感測電極，當使用者在覆鏡層CL上進行觸控時，分佈於不同位置的各感測電極會分別耦合到不同程度的電容改變；觸控控制器28(第2圖與第4圖)耦接於這些感測電極以偵測各感測電極耦合到的電容改變，並據此解析出觸控位置。

螢幕24可以是一液晶顯示面板，其係於上玻璃基板TG上形成一電極層ITO_VCOM與一液晶結構LCSp。電極層ITO_VCOM可以是氧化銦錫(indium tin oxide，ITO)形成的導體層；液晶結構LCSp則可以在另一氧化銦錫電極層(未繪出)內設置矩陣排列的像素電極，各像素電極搭配一薄膜電晶體(未繪出)以形成一像素，並有液晶填充在各像素電極與電極層ITO_VCOM之間。電極層ITO_VCOM沿螢幕24的平面方向延伸涵蓋全螢幕的各個像素電極，並耦接螢幕控制器26以導通螢幕控制器26提供的共同電壓VCOM；各薄膜電晶體則會在閘極電壓的控制下將源極電壓導通至對應像素電極。因此，在各像素中，像素電極導通的源極電壓就能和電極層ITO_VCOM上傳輸的共同電壓一起驅動兩者間填充的液晶，使液晶改變狀態(例如排列方向)，以改變像素的透明度，呈現出明暗有致、色彩分明的影像。

於一具體實施例中，螢幕控制器26與觸控控制器28可分別為兩控制晶片，兩者安裝於電路板上，而轉壓器32a(32b)可設置於此電路板上，以耦接於螢幕控制器26與觸控控制器28之間。在另一種實施例中，螢幕控制器26封裝於一第一晶片，轉壓器32a(32b)的位準調整器36a(36b)則和觸控控制器28一起封裝在一第二晶片中，交流耦合電路34則設於電路板上。也就是說，交流耦合電路34經由第二晶片的腳位而耦合至第二晶片中的位準調整器36a(36b)，以實現轉壓器32a(32b)的功能。

綜上所述，本發明在螢幕控制器與觸控控制器間建立轉壓機制，使得觸控控制器利用螢幕控制器的共同電壓來排除共同電壓對觸控感測的干擾，可確保觸控感測正確無誤，並精簡觸控螢幕的架構，降低觸控螢幕的成本，增進觸控螢幕的特性與性能，並提昇觸控螢幕的良率。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10、20．．．觸控螢幕

12、22．．．觸控感測器

14、24．．．螢幕

26．．．螢幕控制器

28．．．觸控控制器

30a-30b．．．控制系統

32a-32b．．．轉壓器

34．．．交流耦合電路

36a-36b．．．位準調整器

38．．．轉換器

40．．．感測時序電路

C1-C2．．．電容

R1-R3．．．電阻

D．．．二極體

Ni、Nc．．．節點

VDD、VSS．．．操作電壓

VCOM．．．共同電壓

Sa．．．時序訊號

Sd．．．指示訊號

Sg．．．閘控訊號

Ts．．．感測時段

Tns．．．非感測時段

TI-T2．．．時段

V1t-V1b、V2t-V2b．．．位準

CLp、CL．．．覆鏡層

OCAp、OCA、ADVp、ADV．．．膠合層

ITO_SRp、ITO_SR、ITO_SLD、ITO_VCOMp、ITO_VCOM．．．電極層

PET1p、PET2p、PET1．．．隔離層

TGp、TG．．．上玻璃基板

LCSp、LCS．．．液晶結構

第1圖示意的是一習知觸控螢幕。

第2圖示意的是依據本發明一實施例的控制系統與觸控螢幕。

第3圖示意的是第2圖控制系統的運作時序。

第4圖示意的是依據本發明另一實施例的控制系統。

第5圖示意的是依據本發明一實施例的觸控螢幕。

20．．．觸控螢幕

22．．．觸控感測器

24．．．螢幕

26．．．螢幕控制器

28．．．觸控控制器

30a．．．控制系統

32a．．．轉壓器

34．．．交流耦合電路

36a．．．位準調整器

38．．．轉換器

40．．．感測時序電路

C1．．．電容

R1-R2．．．電阻

Ni、Nc．．．節點

VDD、VSS．．．操作電壓

VCOM．．．共同電壓

Sa．．．時序訊號

Sd．．．指示訊號

Sg．．．閘控訊號

Claims (10)

1. 一種控制系統，應用於一觸控螢幕，該觸控螢幕設有一螢幕及一觸控感測器，該控制系統包含：一螢幕控制器，提供一共同電壓給該螢幕；該共同電壓係於一第一訊號範圍中變動；一轉壓器，具有一輸入端與一輸出端，該輸入端耦接該共同電壓，該轉壓器根據該共同電壓以於該輸出端提供一時序訊號，該時序訊號係於一第二訊號範圍中變動，該第一訊號範圍與該第二訊號範圍相異；以及一觸控控制器，耦接該輸出端，根據該時序訊號控制該觸控感測器。
2. 如申請專利範圍第1項所述的控制系統，其中該轉壓器包含：一交流耦合電路，耦接於該輸入端與該輸出端之間，用以濾除該共同電壓的一直流部份；以及一位準調整器，耦接於該輸出端，調整該時序訊號至該第二訊號範圍。
3. 如申請專利範圍第2項所述的控制系統，其中該交流耦合電路包含一電容，耦接於該輸入端與該輸出端之間。
4. 如申請專利範圍第2項所述的控制系統，其中該位準調整器包含：一第一電阻，耦接於一第一操作電壓與該輸出端之間；以及一第二電阻，耦接於該輸出端與一第二操作電壓之間。
5. 如申請專利範圍第2項所述的控制系統，其中該位準調整器係與該觸控控制器封裝於同一晶片中。
6. 如申請專利範圍第2項所述的控制系統，其中該位準調整器包含：一電阻，耦接於一預設操作電壓與該輸出端之間；以及一二極體，具有一陽極與一陰極，分別耦接該預設操作電壓與該輸出端。
7. 如申請專利範圍第2項所述的控制系統，其中該二極體係為一肖特基二極體。
8. 如申請專利範圍第1項所述的控制系統，其中該觸控控制器包含：一轉換器，耦接該輸出端，根據該時序訊號產生一指示訊號；以及一感測時序電路，耦接該轉換器，根據該指示訊號提供一閘控訊號，該閘控訊號中包含複數個非感測時段與複數個感測時段，該些非感測時段對應該指示訊號中的轉態，且在該些感測時段中該指示訊號係維持於穩態。
9. 如申請專利範圍第8項所述的控制系統，其中該轉換器係為一比較器。
10. 如申請專利範圍第8項所述的控制系統，其中該轉換器係為一史密斯觸發器。