TWI426325B - 影像顯示系統與觸控面板控制方法 - Google Patents

Description

影像顯示系統與觸控面板控制方法

本發明係為一種影像顯示系統；特別的是，本發明影像顯示系統含有顯示裝置，其具有整合於其上之觸控面板。

習知技術中，鮮少將電容式的觸控面板直接設置在螢幕或是顯示裝置上，特別是用在薄型化顯示裝置上，例如液晶螢幕等。其原因在於，習知的電容式觸控面板會有解析度不足的問題，換言之，若接觸面積過小的物體，例如觸控筆之筆尖，電容式觸控面板可能無法判別。

此外，將電容式觸控面板設置在薄型化顯示裝置上時，在觸控面板與顯示裝置之間會產生寄生電容與雜訊，且存有因頻率限制所導致無法使用線對線(line-by-line)掃描的問題。

本發明之一目的在於提供一種影像顯示系統，含有顯示裝置，且顯示裝置具有整合於其上之觸控面板。而本發明另一目的在於處理影像顯示系統中，觸控面板與顯示裝置之間寄生電容與雜訊的問題。

在一實施例中，影像顯示系統包含一顯示裝置，顯示裝置則包含電容式觸控面板與電源供應，顯示裝置具有一共同電極，而觸控面板包含感測電容器模組與取樣電容器。感測電容器模組連結共同電極，且感測電容器模組之電容值為可變。取樣電容器選擇性地電性連結感測電容器模組與共同電極。

在另一實施例中，觸控面板控制方法可應用於上述之影像顯示系統，此方法包含：對感測電容器模組進行充電；對感測電容器模組進行放電；以及當感測電容器模組放電時，將取樣電容器電性連結感測電容器模組與共同電極。

在一實施例中，影像顯示系統包含顯示裝置，顯示裝置則包含電容式觸控面板與電源供應，顯示裝置具有共同電極，而觸控面板包含電容器組與取樣電容器。電容器組包含第一感測電容器模組與第二感測電容器模組、而第一與第二感測電容器模組分別連結共同電極，且第一與第二感測電容器模組之電容值皆為可變。取樣電容器選擇性地電性連結感測電容器組與共同電極。

根據本發明揭露一種應用於影像顯示系統之顯示裝置上的電容式觸控面板。為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述並配合第1圖至第2e圖之圖式。

參考第1圖，係根據本發明一實施例之顯示系統1，包含具有顯示裝置100(例如液晶顯示裝置或是OLED顯示裝置)之電子裝置10，特別是電容式觸控面板200乃裝設於顯示裝置100上，顯示裝置100更包含一電源供應(圖未示)供觸控面板200運作，而使用者可透過電容式觸控面板200觀看到顯示裝置100所提供的影像。

於本實施例中，具有顯示裝置100的電子裝置10可實施為行動電話、數位相機、個人數位助理(PDA)、筆記型電腦、桌上型電腦、電視、車用顯示器、航空用顯示器、全球定位系統(GPS)或可攜式數位影音光碟(DVD)播放器。

第2a圖顯示根據本發明一實施例之電容式觸控面板200之電路。於本實施例中，電容式觸控面板200包含複數個電容器組202與處理電路208。其中，每一電容器組202更包含複數個感測電容器模組2022，且每一個電容器模組2022分別包含一感測電容器Cs，而感測電容器Cs之電極可實施為透明電極，其材料可為銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，簡稱ITO)，寬度係介於0.1mm~0.5mm，而透明電極除了長條形狀外，亦可為任意形狀。當電容器模組2022被例如手指或觸控筆觸碰時，感測電容器Cs中的電容值產生變化。此部分為習此技藝者所熟知，不再贅述。

但須注意的是，電容器模組2022的電極與顯示裝置100之共同電極PV或者鄰近電容器模組2022的電極間，存在有寄生電容器Cp，而寄生電容器Cp係於觸控面板200製作及設置於顯示裝置100時所產生的，其中寄生電容器Cp之電容值大約是固定的。第2b圖係根據電容器模組2022被待測物體接觸到的面積，所造成之電容值變化的關係示意圖，其中X軸係表示電容值，Y軸係表示電容器模組2022被接觸的面積。隨著電容器模組2022被接觸到的面積變化增加，其感測電容器Cs之電容值亦隨之增加，而可儲存之電量也隨之改變。

處理電路208更包含充放電電路2082、雜訊抑制電路2084、與比較電路2086。根據觸控面板200中掃描電路(圖未示)的不同的運作方式，充放電電路2082可對單一電容器模組2022進行充電與放電，或是依序或同時對多個電容器模組2022進行充電與放電。值得一提的是，前述之寄生電容器Cp亦會對電容器模組2022造成影響，但如第2b圖所示，寄生電容器Cp之電容值大約是定值，不會隨著電容器模組2022是否有被觸碰而改變。

充放電電路2082將提供一固定充電電壓V，用以對電容器模組2022進行充電，以及提供電流I對單一電容器模組2022或是電容器組202中多個電容器模組2022依序或同時進行放電，而當處理電路208與電容器模組2022導通時，可於節點A測量到單一電容器模組2022或是電容器組202中多個電容器模組2022的等效電壓，而當電容器模組2022被待測物體觸碰時，感測電容器Cs之電容值的變化將影響節點A的等效電壓VA。

雜訊抑制電路2084包含取樣電容器Cc，當電容器模組2022與充放電電路2082導通而放電時，取樣電容器Cc用來儲存電容器模組2022所流出的電量，並藉此測量電容器模組2022的電容值或是電容值變化；或是在其他實施例中，當電容器組202中多個電容器模組2022與充放電電路2082依序或是同時導通而放電時，取樣電容器Cc用來儲存單一或多個電容器模組2022所流出的電量，並藉此測量單一或是多個電容器模組2022的電容值或是電容值變化。

如前所述，電容器模組2022不可避免地會含有寄生電容器Cp，而寄生電容器Cp乃相對於顯示裝置100之共同電極PV所形成，而當共同電極PV帶有雜訊時，將會使得電容器模組2022與取樣電容器Cc儲存的電量都受到雜訊的影響，而無法準確地測量電容器模組2022的電容值。因此，在本實施例中，取樣電容器Cc一端與一或多個電容器模組2022連結，取樣電容器Cc另一端則與顯示裝置100之共同電極PV連結。如圖所示，取樣電容器Cc兩端同時都會受到共同電極PV的影響而互相抵銷，因此當等效電壓VA受到共同電極PV雜訊的影響時，取樣電容器Cc還是能夠正確地測量到電容器模組2022所流出的電量。

第2c圖顯示根據本發明於一實施例之雜訊抑制電路2084。雜訊抑制電路2084包含一取樣電容器Cc、第一組開關SW1與SW1’、與第二組開關SW2與SW2’。第一組開關SW1與SW1’乃同步運作，其中開關SW1設置在取樣電容器Cc與電容器模組2022之間，而開關SW1’設置在取樣電容器Cc與共同電極PV之間。第二組開關SW2與SW2’乃同步運作，其中開關SW2設置在取樣電容器Cc與接地之間，而開關SW2’設置在取樣電容器Cc與比較電路2086之間。此外，第一組開關SW1與SW1’與第二組開關SW2與SW2’乃反相運作。

較佳地，第一組開關SW1與SW1’乃因應來自顯示裝置100的第一時脈訊號CLK1而開啟或關閉，而第二組開關SW2與SW2’乃因應來自顯示裝置100的第二時脈訊號CLK2而開啟或關閉。此實施例中，第一組開關SW1與SW1’與第二組開關SW2與SW2’可實施為相同n型或是p型的電晶體，而第一時脈訊號CLK1與第二時脈訊號CLK2可為反相的時脈訊號，而若第一組開關SW1與SW1’與第二組開關SW2與SW2’實施為相反n型或是p型的電晶體，則第一時脈訊號CLK1與第二時脈訊號CLK2為同相的時脈訊號。

以下進一步說明雜訊抑制電路2084的運作。在第2c圖的實施例中，第一組開關SW1與SW1’與第二組開關SW2與SW2’皆實施為n型電晶體，而第一時脈訊號CLK1與第二時脈訊號CLK2為反相的時脈訊號。首先，在第一階段，如第2c圖左側所示，第一組開關SW1與SW1’為開啟，第二組開關SW2與SW2’為關閉，此時取樣電容器Cc電性連結電容器模組2022與共同電極PV，接收電容器模組2022放電所流出的電量，且因取樣電容器Cc一端與共同電極PV連結，因此如先前所述，即使節點A的等效電壓VA會因放電的電容器模組2022受到共同電極PV所帶有之雜訊所影響，此雜訊會同時出現在取樣電容器Cc之兩端而互相抵銷，而不會影響取樣電容器Cc所接收的電量，因此取樣電容器Cc所形成的電壓Vs可正確地反應電容器模組2022的電容值。

而在下一階段，如第2c圖右側所示，當第一組開關SW1與SW1’為關閉時，第二組開關SW2與SW2’為開啟，此時取樣電容器Cc電性連結比較電路2086與接地，且在前一階段中取樣電容器Cc所儲存的電壓Vs，將會由比較電路2086從節點B所接收，並進一步比較此電壓Vs以及一參考電壓Vref，而產生輸出訊號Vc。關於此部份，將隨後配合第2d圖加以說明。

如第2d圖所示，比較電路2086係可為包含運算放大器OP_AMP與積分電容器Cf，用以比較電壓Vs與參考電壓Vref，而根據電壓Vs與參考電壓Vref的比較結果，產生輸出訊號Vc給後續的處理電路(未示)。比較單元2086更包含低通濾波器LPF，用以濾除伴隨參考電壓Vref於傳輸過程中所產生的雜訊。較佳地，當電壓Vs小於參考電壓Vref時，則比較電路2086則產生輸出訊號Vc，以指示電容器模組2022的電容值改變，代表電容器模組2022受到使用者的有意地接觸。值得一提的是，如先前所述，因應不同的掃描方式，取樣電容器Cc可用來儲存單一或多個電容器模組2022所流出的電量，相對地取樣電容器Cc所預計要形成的電壓Vs可能也有所差異。對於“儲存單一電容器模組2022所流出的電量”或是“儲存一電容器組202中多個電容器模組2022所流出的電量”之不同需求，可根據相應的電容器模組2022數目，採取不同的取樣電容器Cc、不同的比較電路2086，或是採用不同的參考電壓Vref。

第2e圖為根據本發明實施例中觸控面板的操作時序圖，並配合第2a圖與第2c圖說明本發明，且假設沒有共同電壓PV的雜訊產生。以單一電容器模組2022而言，首先，充放電電路2082提供充電電壓V對電容器模組2022充電，接著充放電電路2082再對電容器模組2022進行放電，而在節點A具有等效電壓VA。在此充放電階段，第一時脈訊號CLK1開啟第一組開關SW1與SW1’，而第二時脈訊號CLK2關閉第二組開關SW2與SW2’，使得取樣電容器Cc以等效電壓VA而進行充電，而具有取樣電壓Vs。而在電容器模組2022放電以及取樣電容器Cc充電結束後，第一時脈訊號CLK1關閉第一組開關SW1與SW1’，而第二時脈訊號CLK2開啟第二組開關SW2與SW2’，使得比較電路2086接收取樣電壓Vs且比較取樣電壓VS以及參考電壓Vref，並根據取樣電壓Vs以及參考電壓Vref的比較結果，產生輸出訊號Vc。如先前所述，當待測物體未碰觸觸控面板200時，電容器模組2022僅存有寄生電容Cp；當待測物體碰觸觸控面板200時，電容器模組2022存有並聯之寄生電容Cp與感測電容Cs，故總電容值會增加(如第2b圖中所示)。在一實施例中，充放電電路2082提供固定的電流，且其放電時間亦固定，因此從電容器模組2022流出的電量相對為固定，因此當電容器模組2022的電容值增加時，取樣電壓Vs會降低，如第2e圖中所示。當取樣電壓Vs低於預設的參考電壓Vref，比較電路2086輸出一低電壓，作為輸出訊號Vc。反之，若電容器模組2022沒有受到使用者接觸，其電容值沒有改變，相應地取樣電容器之取樣電壓Vs也沒有增加，而高於預設的參考電壓Vref，因此比較電路2086輸出一高電壓，作為輸出訊號Vc。而後續的處理電路(未示)可再根據輸出訊號Vc的電壓，判斷使用者是否有意的接觸觸控螢幕200，而決定是否產生一輸入指令。

以上說明雖然以單一電容器模組2022加以說明，但亦可應用於一電容器組202中多個電容器模組2022。若此電容器組202中多個電容器模組2022乃一同進行放電，則後續第一組開關SW1與SW1’、第二組開關SW2與SW2’、與比較電路2086的運作皆與前述相同，僅需注意可能需要採用不同的取樣電容器Cc以及不同的參考電壓Vref。若此電容器組202中多個電容器模組2022乃依序進行放電，則後續第一組開關SW1與SW1’、第二組開關SW2與SW2’、與比較電路2086的運作乃對應每一電容器模組2022依序進行，不再贅述。

根據以上的設置，本發明實施例提供了一種整合在顯示裝置上的電容式觸控面板，其具有相對於電阻式觸控面板的優點，例如，根據本發明實施例不會增加顯示裝置的厚度，也解決了寄生電容與雜訊干擾的問題，甚者，可應用在以單一電容器模組所進行的感測，或是多個電容器模組依序或一同的感測方式中。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

1．．．顯示系統

10．．．電子裝置

100．．．顯示裝置

200．．．電容式觸控面板

202．．．電容器組

2022．．．電容器模組

208．．．處理電路

2082．．．充放電電路

2084．．．雜訊抑制電路

2086．．．比較電路

Cs．．．感測電容器

Cp．．．寄生電容器

Cc．．．取樣電容器

SW1,SW1’,SW2,SW2’．．．開關

第1圖顯示根據本發明實施例之顯示系統；

第2a圖顯示根據本發明實施例之觸控面板電路；

第2b圖說明根據本發明實施例觸控面板感測電容器與寄生電容器之特性；

第2c圖說明根據本發明實施例之雜訊抑制電路的運作；

第2d圖顯示根據本發明實施例之比較電路；以及

第2e圖說明顯示根據本發明實施例中觸控面板的操作時序圖。

200．．．電容式觸控面板

202．．．電容器組

2022．．．電容器模組

208．．．處理電路

2082．．．充放電電路

2084．．．雜訊抑制電路

2086．．．比較電路

Cs．．．感測電容器

Cp．．．寄生電容器

Cc．．．取樣電容器

SW1、SW1’、SW2、SW2’．．．開關

Claims (20)

1. 一種影像顯示系統，包含一顯示裝置，該顯示裝置包含一電容式觸控面板與一電源供應，其中該顯示裝置具有一共同電極，而該觸控面板包含：一感測電容器，其中該感測電容器之電容值為可變，且於該共同電極與該感測電容器之一電極之間存有寄生電容；以及一取樣電容器，適於電性連結該感測電容器與該共同電極。
2. 如請求項1之影像顯示系統，其中該觸控面板更包含一比較電路，選擇性地連結該取樣電容器，其中當該取樣電容器未電性連結該感測電容器與該共同電極時，該比較電路比較該取樣電容器之電壓與一參考電壓，而產生一輸出訊號。
3. 如請求項1之影像顯示系統，其中該觸控面板更包含：一第一組開關，設置在該取樣電容器與該感測電容器之間以及設置在該取樣電容器與該共同電極之間；以及一第二組開關，設置在該取樣電容器與該比較電路之間以及設置在該取樣電容器與一接地之間，且與該第一組開關反相運作。
4. 如請求項3之影像顯示系統，其中該第一組開關因應一第一時脈訊號而開啟或關閉，而該第二組開關因應一第二時脈訊號而開啟或關閉。
5. 如請求項1之影像顯示系統，其中該觸控面板更包含一充放電電路，對該感測電容器充放電；其中，當該感測電容器放電時，該取樣電容器電性連結該感 測電容器與該共同電極。
6. 如請求項1之影像顯示系統，更包含一電子裝置，該電子裝置包含該顯示裝置，該電子裝置係為一手機、一數位相機、一個人數位助理、一筆記型電腦、一桌上型電腦、一電視、一全球定位系統、一車用顯示器、一航空用顯示器、一數位相框或一可攜式DVD放影機。
7. 一種影像顯示系統，包含一顯示裝置，該顯示裝置包含一電容式觸控面板與一電源供應，其中該顯示裝置具有一共同電極，而該觸控面板包含：一電容器組，該電容器組包含：一第一感測電容器，其中該第一感測電容器之電容值為可變；以及一第二感測電容器，其中該第二感測電容器之電容值為可變，且於該共同電極與該第一感測電容器之一電極之間或於該共同電極與該第二感測電容器之一電極之間存有寄生電容；以及一取樣電容器，適於電性連結該電容器組與該共同電極。
8. 如請求項7之影像顯示系統，其中當該取樣電容器電性連結該電容器組與該共同電極時，該取樣電容器依序電性連結該第一感測電容器與該第二感測電容器。
9. 如請求項7之影像顯示系統，其中當該取樣電容器電性連結該電容器組與該共同電極時，該取樣電容器同時電性連結該第一感測電容器與該第二感測電容器。
10. 如請求項7之影像顯示系統，其中該觸控面板更包含一比較電路，選擇性地連結該取樣電容器，其中當該取樣電容器未電性連結該共同電極與該電容器組中之該第一感測電容器與該第二感測電容器時，該比較電路比較該取樣電容器之電壓與一參考電壓，而產生一輸出訊號。
11. 如請求項7之影像顯示系統，其中該觸控面板更包含：一第一組開關，設置在該取樣電容器與該電容器組之間以及設置在該取樣電容器與該共同電極之間；以及一第二組開關，設置在該取樣電容器與該比較電路之間以及設置在該取樣電容器與一接地之間，且與該第一組開關反相運作。
12. 如請求項11之影像顯示系統，其中該第一組開關因應一第一時脈訊號而開啟或關閉，而該第二組開關因應一第二時脈訊號而開啟或關閉。
13. 如請求項7之影像顯示系統，其中該觸控面板更包含一充放電電路，對該電容器組充放電；其中，當該第一感測電容器及/或該第二感測電容器放電時，該取樣電容器電性連結該共同電極與放電之該第一感測電容器及/或該第二感測電容器。
14. 一種觸控面板控制方法，應用於整合在一顯示裝置中之一電容式觸控面板，該顯示裝置具有一共同電極，該觸控面板包含一感測電容器與一取樣電容器，其中該感測電容器之電容值為可變， 且於該共同電極與該感測電容器之一電極之間存有寄生電容，該方法包含：(a)對該感測電容器進行充電；(b)對該感測電容器進行放電；以及(c)當該感測電容器放電時，將該取樣電容器電性連結該感測電容器與該共同電極。
15. 如請求項14之方法，更包含：(d)當該感測電容器放電結束後，將該取樣電容器絕緣該感測電容器與該共同電極；以及(e)比較該取樣電容器之電壓與一參考電壓，而產生一輸出訊號。
16. 如請求項15之方法，該觸控面板更包含一第一組開關與一第二組開關，該第一組開關設置在該取樣電容器與該感測電容器之間以及設置在該取樣電容器與該共同電極之間，該第二組開關設置在該取樣電容器與該比較電路之間以及設置在該取樣電容器與一接地之間；其中，步驟(c)更包含：以一第一時脈訊號開啟該第一組開關，而以一第二時脈訊號關閉該第二組開關，該第一時脈訊號與該第二時脈訊號為反相；以及其中，步驟(d)更包含：以該第一時脈訊號關閉該第一組開關，而以該第二時脈訊號開啟該第二組開關。
17. 如請求項14之方法，該觸控面板包含一電容器組，該電容器組包含複數個上述感測電容器； 其中，步驟(a)更包含：對該電容器組進行充電；其中，步驟(b)更包含：對該電容器組中任一感測電容器進行放電；以及步驟(c)更包含：當該任一感測電容器進行放電時，將該取樣電容器電性連結該任一感測電容器與該共同電極。
18. 如請求項17之方法，其中步驟(b)更包含：對該電容器組中之該等感測電容器依序進行放電。
19. 如請求項17之方法，其中步驟(b)更包含：對該電容器組中之該等感測電容器同時進行放電。
20. 如請求項19之方法，更包含：(d)當該等感測電容器放電結束後，將該取樣電容器絕緣該等感測電容器與該共同電極；以及(e)比較該取樣電容器之電壓與一參考電壓，而產生一輸出訊號。