TWI493397B - 用於整合式觸控螢幕之電源管理 - Google Patents

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Description

用於整合式觸控螢幕之電源管理
本發明大體而言係關於觸摸感測，且更特定言之，係關於用於整合式顯示觸控控制器之電源管理。
諸如按鈕或按鍵、滑鼠、軌跡球、操縱桿、觸控感測器面板、觸控螢幕及其類似者之許多類型之輸入器件目前可用於在計算系統中執行操作。詳言之，觸控螢幕由於其操作簡易性及通用性以及其不斷下降之價格而正變得日益風行。觸控螢幕可包括：觸控感測器面板，其可為具有觸敏表面之透明面板；及顯示器件(諸如，液晶顯示器(LCD))，其可部分或完全定位於面板後方，使得觸敏表面可覆蓋顯示器件之可檢視區域之至少一部分。觸控螢幕可允許使用者藉由在常常由顯示器件正顯示之使用者介面(UI)所指定的位置處使用手指、觸控筆或其他物件來觸摸觸控感測器面板而執行各種功能。一般而言，觸控螢幕可辨識觸摸及該觸摸在觸控感測器面板上之位置，且計算系統可接著根據在觸摸時出現之顯示來解譯該觸摸，且此後可基於該觸摸來執行一或多個動作。在一些觸摸感測系統之狀況下，無需在顯示器上之實體觸摸來偵測觸摸。舉例而言，在一些電容式觸摸感測系統中，用以偵測觸摸之邊緣場可延伸超出顯示器之表面，且可在實際上不觸摸表面之情況下在表面附近偵測到接近表面之物件。
電容性觸控感測器面板可由實質上透明之導電材料(諸 如，氧化銦錫(ITO))之驅動線及感測線的矩陣形成，該等驅動線及感測線在水平方向及垂直方向上常常以列及行配置於實質上透明之基板上。此部分係歸因於電容性觸控感測器面板可覆疊於顯示器上以形成觸控螢幕的其實質透明度，如上文所描述。可藉由將觸摸感測電路整合至顯示像素層疊(亦即，形成顯示像素之堆疊材料層)中來形成一些觸控螢幕。
以下描述包括減少或消除可由觸控螢幕器件之電源系統(諸如，將電壓施加至觸控螢幕之閘極線的閘極線電壓系統)產生之雜訊之效應的實例。在一項實例中，可在主動觸摸感測期間停用電源供應器(諸如，電荷泵)，使得在觸摸感測期間不產生來自電荷泵之雜訊。在一些實例中，電壓調節器可幫助將閘極電壓位準維持於所要臨限值或高於所要臨限值。一些實例可包括可在觸摸感測階段期間增加施加至閘極線之電壓之量值的電壓升壓系統，其可在觸摸感測階段期間幫助維持閘極電壓位準。在一些狀況下，例如，甚至在停用雜訊源之後，進入觸摸感測系統之雜訊仍可對雜訊敏感組件具有持久影響。在此等狀況下，例如，可包括後雜訊穩定化系統以對觸摸感測系統之雜訊敏感組件進行穩定化、重設等，此可幫助減少或消除雜訊之持久影響。
在實例之以下描述中，參看形成其部分之隨附圖式，且 在隨附圖式中藉由說明而展示可實踐本發明之實例的特定實例。應理解，在不背離本發明之實例之範疇的情況下，可使用其他實例且可作出結構改變。
以下描述包括減少或消除可由觸控螢幕器件之電源系統(諸如，將電壓施加至觸控螢幕之閘極線的閘極線電壓系統)產生之雜訊之效應的實例。在一項實例中，可在主動觸摸感測期間停用電源供應器(諸如，電荷泵)，使得在觸摸感測期間不產生來自電荷泵之雜訊。在一些實例中，電壓調節器可幫助將閘極電壓位準維持於所要臨限值或高於所要臨限值。一些實例可包括可在觸摸感測階段期間增加施加至閘極線之電壓之量值的電壓升壓系統，其可在觸摸感測階段期間幫助維持閘極電壓位準。在一些狀況下，例如，甚至在停用雜訊源之後，進入觸摸感測系統之雜訊仍可對雜訊敏感組件具有持久影響。在此等狀況下，例如，可包括後雜訊穩定化系統以對觸摸感測系統之雜訊敏感組件進行穩定化、重設等，此可幫助減少或消除雜訊之持久影響。
當觸摸感測電路變得與其他系統之電路更緊密整合時，可更有可能發生不同系統之電路元件之間的不良相互作用。舉例而言，可將觸摸感測電路整合至整合式觸控螢幕之顯示像素層疊中。顯示像素層疊通常係藉由對諸如以下各者之材料進行包括沈積、遮罩處理、蝕刻、摻雜等之製程來製造：導電材料(例如，金屬、實質上透明之導體)、半導電材料(例如，多晶矽(Poly-Si))，及介電材料(例如， SiO2 、有機材料、SiNx)。形成於顯示像素層疊內之各種元件可操作為用以在顯示器上產生影像之顯示系統之電路，而其他元件可操作為感測顯示器上或附近之一或多個觸摸的觸摸感測系統之電路。
圖1A至圖1C展示可實施根據本發明之實例之觸控螢幕的實例系統。圖1A說明包括觸控螢幕124之實例行動電話136。圖1B說明包括觸控螢幕126之實例數位媒體播放器140。圖1C說明包括觸控螢幕128之實例個人電腦144。雖然諸圖中未展示，但個人電腦144亦可為具有觸敏顯示器之平板電腦或桌上型電腦。觸控螢幕124、126及128可基於(例如)自電容或互電容或另一觸摸感測技術。舉例而言，在基於自電容之觸控系統中，可使用具有至接地之自電容的個別電極來形成用於偵測觸摸之觸控像素。當物件接近觸控像素時，可在該物件與該觸控像素之間形成至接地之額外電容。至接地之該額外電容可導致由觸控像素經歷之自電容的淨增加。可由觸摸感測系統來偵測及量測自電容之此增加以在多個物體觸摸觸控螢幕時判定該多個物體之位置。基於互電容之觸控系統可包括(例如)驅動區及感測區(諸如，驅動線及感測線)。舉例而言，驅動線可以列形成，而感測線可以行(例如，正交)形成。觸控像素可形成於列與行之相交處。在操作期間，可用AC波形來刺激列且可在觸控像素之列與行之間形成互電容。當物件接近觸控像素時，耦合於觸控像素之列與行之間的電荷中之一些電荷可改為耦合至該物件上。跨越觸控像素之電荷耦 合的此減少可導致列與行之間的互電容的淨減小及跨越觸控像素耦合之AC波形的減少。可由觸摸感測系統來偵測及量測電荷耦合之AC波形的此減少以在多個物件觸摸觸控螢幕時判定該多個物件之位置。在一些實例中，觸控螢幕可為多點觸控、單點觸控、投影掃描、全像多點觸控或任何電容性觸控。
圖2為根據本發明之實例的說明實例觸控螢幕220之一項實施之實例計算系統200的方塊圖。計算系統200可包括於(例如)行動電話136、數位媒體播放器140、個人電腦144或包括觸控螢幕之任何行動或非行動計算器件中。計算系統200可包括觸摸感測系統，該觸摸感測系統包括一或多個觸控處理器202、周邊裝置204、觸控控制器206及觸摸感測電路(下文予以更詳細描述)。周邊裝置204可包括(但不限於)隨機存取記憶體(RAM)或其他類型之記憶體或儲存器、看門狗(watchdog)計時器及其類似者。觸控控制器206可包括(但不限於)一或多個感測通道208、通道掃描邏輯210及驅動器邏輯214。通道掃描邏輯210可存取RAM212、自感測通道自主地讀取資料及提供對感測通道之控制。另外，通道掃描邏輯210可控制驅動器邏輯214以產生可選擇性地施加至觸控螢幕220之觸摸感測電路之驅動區的在各種頻率及相位下之刺激信號216，如下文予以更詳細描述。在一些實例中，可將觸控控制器206、觸控處理器202及周邊裝置204整合成單一特殊應用積體電路(ASIC)中。
計算系統200亦可包括主機處理器228，該主機處理器228用於自觸控處理器202接收輸出及基於該等輸出來執行動作。舉例而言，主機處理器228可連接至程式儲存器232及顯示控制器(諸如，LCD驅動器234)。主機處理器228可使用LCD驅動器234以在觸控螢幕220上產生影像(諸如，使用者介面(UI)之影像)，且可使用觸控處理器202及觸控控制器206以偵測在觸控螢幕220上或在觸控螢幕220附近的觸摸(諸如，至所顯示UI之觸摸式輸入)。該觸摸式輸入可由儲存於程式儲存器232中之電腦程式使用以執行動作，該等動作可包括(但不限於)移動諸如游標或指標之物件、捲動或移動瀏覽、調節控制設定、開啟檔案或文件、檢視選單、進行選擇、執行指令、操作連接至主機器件之周邊器件、接聽電話呼叫、撥打電話呼叫、終止電話呼叫、改變音量或音訊設定、儲存與電話通信有關之資訊(諸如，地址、常撥號碼、已接呼叫、未接呼叫)、登入電腦或電腦網路、准許經授權個人存取電腦或電腦網路之受限區域、載入與使用者對電腦桌面之偏好配置相關聯的使用者設定檔、准許存取web內容、啟動特定程式、加密或解碼訊息，及/或其類似者。主機處理器228亦可執行可能不與觸摸處理有關的額外功能。
觸控螢幕220可包括觸摸感測電路，該觸摸感測電路可包括具有複數條驅動線222及複數條感測線223之電容性感測媒體。應注意，術語「線」在本文中有時用以僅意謂導電路徑(如一般熟習此項技術者將易於理解)，且並不限於 嚴格地為直線狀之元件，而是包括改變方向之路徑且包括具有不同大小、形狀、材料等之路徑。驅動線222可由來自驅動器邏輯214之刺激信號216經由驅動介面224來驅動，且產生於感測線223中之所得感測信號217可經由感測介面225傳輸至觸控控制器206中之感測通道208(亦稱作事件偵測及解調變電路)。以此方式，驅動線及感測線可為觸摸感測電路之部分，其可相互作用以形成電容性感測節點，可將該等電容性感測節點視為觸控圖像元素(觸控像素)，諸如觸控像素226及227。當將觸控螢幕220視為俘獲觸摸之「影像」時，此理解方式可為特別有用的。換言之，在觸控控制器206已判定是否已在觸控螢幕中之每一觸控像素處偵測到觸摸之後，可將觸控螢幕中發生觸摸所在之觸控像素的圖案視為觸摸之「影像」(例如，觸摸觸控螢幕之手指的圖案)。
在一些實例中，觸控螢幕220可為整合式觸控螢幕，其中觸摸感測系統之觸摸感測電路元件可整合至顯示器之顯示像素層疊中。現參看圖3至圖6來描述可實施本發明之實例的實例整合式觸控螢幕。圖3為根據本發明之實例之觸控螢幕220的更詳細視圖，其展示驅動線222及感測線223之實例組態。如圖3中所展示，每一驅動線222可由一或多個驅動線區段301形成，該一或多個驅動線區段301可在連接件305處藉由驅動線鏈路303電連接。驅動線鏈路303未電連接至感測線223，更確切而言，該等驅動線鏈路可經由旁路307而繞過感測線。驅動線222及感測線223可以電 容方式相互作用以形成諸如觸控像素226及227之觸控像素。驅動線222(亦即，驅動線區段301及對應驅動線鏈路303)及感測線223可由觸控螢幕220中之電路元件形成。在圖3之實例組態中，觸控像素226及227中之每一者可包括一個驅動線區段301之一部分、一感測線223之一部分及另一驅動線區段301之一部分。舉例而言，觸控像素226可包括感測線之部分311之一側上的驅動線區段之右半部分309及該感測線之部分311之相對側上的驅動線區段之左半部分313。
電路元件可包括(例如)可存在於習知LCD顯示器中之元件，如上文所描述。應注意，電路元件並不限於整體電路組件(諸如，整個電容器、整個電晶體等)，而是可包括電路之部分(諸如，僅平行板電容器之兩個板中的一者)。圖4說明共同電極(Vcom)可形成觸摸感測系統之觸摸感測電路之部分的實例組態。每一顯示像素包括共同電極401，該共同電極401為一些類型之習知LCD顯示器(例如，邊緣場切換(FFS)顯示器)之顯示像素之像素層疊(亦即，形成顯示像素之堆疊材料層)中的顯示系統電路之電路元件，其可操作為用以顯示影像之顯示系統的部分。
在圖4中所展示之實例中，每一共同電極(Vcom)401可充當多功能電路元件，其可操作為觸控螢幕220之顯示系統的顯示電路且亦可操作為觸摸感測系統之觸摸感測電路。在此實例中，每一共同電極401可操作為觸控螢幕之顯示電路的共同電極，且亦可在與其他共同電極群聚時一起操 作為觸控螢幕之觸摸感測電路。舉例而言，一群共同電極401可在觸摸感測階段期間一起操作為觸摸感測電路之驅動線或感測線的電容性部分。觸控螢幕220之其他電路元件可藉由(例如)將區之共同電極401電連接在一起、切換電連接等而形成觸摸感測電路之部分。一般而言，該等觸摸感測電路元件中之每一者可為可形成觸摸感測電路之部分且可執行一或多個其他功能(諸如，形成顯示電路之部分)之多功能電路元件，或可為可僅操作為觸摸感測電路之單一功能電路元件。類似地，顯示電路元件中之每一者可為可操作為顯示電路且執行一或多個功能(諸如，操作為觸摸感測電路)之多功能電路元件，或可為可僅操作為顯示電路之單一功能電路元件。因此，在一些實例中，顯示像素層疊中之電路元件中的一些電路元件可為多功能電路元件且其他電路元件可為單一功能電路元件。在其他實例中，顯示像素層疊之所有電路元件可為單一功能電路元件。
另外，雖然本文中之實例可將顯示電路描述為在顯示階段期間操作，且將觸摸感測電路描述為在觸摸感測階段期間操作，但應理解，顯示階段及觸摸感測階段可同時操作(例如，部分或完全重疊)，或顯示階段及觸摸階段可在不同時間操作。又，雖然本文中之實例將某些電路元件描述為多功能且將其他電路元件描述為單一功能，但應理解，在其他實例中，電路元件並不限於特定功能性。換言之，在本文中之一項實例中描述為單一功能電路元件的電路元 件在其他實例中可組態為多功能電路元件，且在本文中之一項實例中描述為多功能電路元件的電路元件在其他實例中可組態為單一功能電路元件。
舉例而言，圖4展示經群聚在一起以形成大體上分別對應於驅動線區段301及感測線223之驅動區區段403及感測區405的共同電極401。將顯示像素之多功能電路元件群聚成區可意謂使顯示像素之多功能電路元件一起操作以執行該區之共同功能。可經由例如以下各者之方法中之一者或組合來實現群聚成功能性區：系統之結構組態(例如，實體斷裂及旁路、電壓線組態)、系統之操作性組態(例如，使電路元件接通/斷開、改變電壓線上之電壓位準及/或信號)等。
觸控螢幕之顯示像素之多功能電路元件可在顯示階段與觸摸階段兩者中操作。舉例而言，在觸摸階段期間，可將共同電極401群聚在一起以形成觸控信號線(諸如，驅動區及感測區)。在一些實例中，可群聚電路元件以形成一種類型之連續觸控信號線及另一類型之分段觸控信號線。舉例而言，圖4展示一項實例，其中驅動區區段403及感測區405對應於觸控螢幕220之驅動線區段301及感測線223。在其他實例中，其他組態係可能的，例如，可將共同電極401群聚在一起使得驅動線各自由連續驅動區形成且感測線各自由經由繞過驅動區之連接件而鏈接在一起的複數個感測區區段形成。
在圖4中將圖3之實例中的驅動區展示為包括顯示像素之 複數個共同電極的矩形區，且在圖4中將圖3之感測區展示為包括顯示像素之複數個共同電極(其延伸LCD之垂直長度)的矩形區。在一些實例中，圖4之組態的觸控像素可包括(例如)顯示像素之64×64區域。然而，驅動區及感測區不限於所展示之形狀、定向及位置，而是可包括根據本發明之實例之任何合適組態。應理解，用以形成觸控像素之顯示像素不限於上文所描述之彼等顯示像素，而是可為任何合適大小或形狀以准許根據本發明之實例之觸控能力。
圖5為實例顯示像素層疊500之分解圖(在z方向上擴展)的三維說明，其展示在實例整合式觸控螢幕550之像素層疊內的元件中之一些元件。層疊500可包括導電線之組態，該等導電線可用以將共同電極(諸如，共同電極401)群聚成(諸如)圖4中所展示之驅動區區段及感測區中及用以鏈接驅動區區段以形成驅動線。
層疊500可包括第一金屬(M1)層501、第二金屬(M2)層503、共同電極(Vcom)層505及第三金屬(M3)層507中之元件。每一顯示像素可包括形成於Vcom層505中之共同電極509(諸如，圖4中之共同電極401)。M3層507可包括可將共同電極509電連接在一起之連接元件511。在一些顯示像素中，斷裂513可包括於連接元件511中以分離共同電極509之不同群組從而分別形成驅動區區段515及感測區517(諸如，驅動區區段403及感測區405)。斷裂513可包括：在x方向上之斷裂，其可分離驅動區區段515與感測區517；及在y方向上之斷裂，其可分離一個驅動區區段515與另一驅 動區區段。M1層501可包括穿隧線519，其可經由連接件(諸如，導電通孔521)而將驅動區區段515電連接在一起，該等連接件可將穿隧線519電連接至驅動區區段顯示像素中之群聚之共同電極。穿隧線519可在無至感測區中之群聚之共同電極的連接(例如，在感測區中無通孔521)的情況下延伸穿過感測區517中之顯示像素。M1層亦可包括閘極線520。M2層503可包括資料線523。出於清晰起見而僅展示一條閘極線520及一條資料線523；然而，觸控螢幕可包括延伸穿過顯示像素之每一水平列的一條閘極線及延伸穿過顯示像素之每一垂直列的多條資料線，例如，一條資料線用於RGB顯示器整合式觸控螢幕之垂直列中之每一像素中的每一紅色、綠色、藍色(RGB)子像素。
諸如連接元件511、穿隧線519及導電通孔521之結構可操作為觸摸感測系統之觸摸感測電路以在觸控螢幕之觸摸感測階段期間偵測觸摸。諸如資料線523之結構連同諸如電晶體、像素電極、共同電壓線、資料線等(未圖示)之其他像素層疊元件可操作為顯示系統之顯示電路以在顯示階段期間在觸控螢幕上顯示影像。諸如共同電極509之結構可操作為多功能電路元件，該等多功能電路元件可操作為觸摸感測系統與顯示系統兩者之部分。
舉例而言，在觸摸感測階段期間之操作中，可使閘極線520保持至固定電壓，同時可經由藉由穿隧線519及導電通孔521連接之一列驅動區區段515來傳輸刺激信號以在受刺激之驅動區區段與感測區517之間形成電場，從而建立觸 控像素(諸如，圖2中之觸控像素226)。以此方式，該列連接在一起之驅動區區段515可操作為驅動線(諸如，驅動線222)，且感測區517可操作為感測線(諸如，感測線223)。當諸如手指之物件接近或觸摸觸控像素時，該物件可影響在驅動區區段515與感測區517之間延伸的電場，藉此減少以電容方式耦合至該感測區之電荷的量。此電荷減少可藉由連接至觸控螢幕之觸摸感測控制器(諸如，圖2中所展示之觸控控制器206)的感測通道來感測，且與其他觸控像素之類似資訊一起儲存於記憶體中以建立觸摸之「影像」。
將參看圖6來描述根據本發明之實例之觸摸感測操作。圖6展示根據本發明之實例的實例觸控螢幕之驅動區區段601及感測區603中之顯示像素內的觸摸感測電路之一些的部分電路圖。出於清晰起見，僅展示一個驅動區區段。亦出於清晰起見，圖6包括用虛線說明之電路元件以將一些電路元件表明為主要操作為顯示電路而非觸摸感測電路之部分。另外，主要依據驅動區區段601之單一顯示像素601a及感測區603之單一顯示像素603a來描述觸摸感測操作。然而，應理解，驅動區區段601中之其他顯示像素可包括與下文針對顯示像素601a所描述之觸摸感測電路相同的觸摸感測電路，且感測區603中之其他顯示像素可包括與下文針對顯示像素603a所描述之觸摸感測電路相同的觸摸感測電路。因此，可將顯示像素601a及顯示像素603a之操作的描述分別視為驅動區區段601及感測區603之操作的描述。
參看圖6，驅動區區段601包括複數個顯示像素(包括顯示像素601a)。顯示像素601a可包括TFT 607、閘極線611、資料線613、像素電極615及共同電極617。圖6展示共同電極617，該共同電極617經由用於觸摸感測之驅動區區段601之顯示像素內的連接元件619而連接至驅動區區段601中之其他顯示像素中的共同電極，如下文予以更詳細描述。感測區603包括複數個顯示像素(包括顯示像素603a)。顯示像素603a包括TFT 609、資料線614、像素電極616及共同電極618。TFT 609可連接至與TFT 607相同之閘極線611。圖6展示共同電極618，該共同電極618經由連接元件620連接至感測區603中之其他顯示像素中的共同電極，該連接元件620可連接於(例如)觸控螢幕之邊界區中以形成用於觸摸感測之感測區603之顯示像素內的元件，如下文予以更詳細描述。
在觸摸感測階段期間，閘極線611可連接至電源供應器(諸如，電荷泵)，該電源供應器可施加電壓以將TFT 609維持於「斷開」狀態。可經由穿隧線621將驅動信號施加至共同電極617，該穿隧線621電連接至驅動區區段601之顯示像素601b內的連接元件619之部分。經由連接元件619傳輸至驅動區區段601中之顯示像素之所有共同電極617的驅動信號可在驅動區區段之共同電極與感測區603之共同電極618之間產生電場623，共同電極618可連接至感測放大器(諸如，電荷放大器626)。電荷可被注入至感測區603之所連接之共同電極的結構中，且電荷放大器626將所注入 之電荷轉換為可進行量測之電壓。所注入之電荷的量及因此所量測之電壓可取決於觸摸物件(諸如，手指627)與驅動區及感測區之接近性。以此方式，所量測之電壓可提供對在觸控螢幕上或在觸控螢幕附近之觸摸的指示。
再次參看圖5，自圖5可見，觸控螢幕550之一些顯示像素包括與其他顯示像素不同之元件。舉例而言，顯示像素551可包括連接元件511之在x方向及y方向上具有斷裂513之一部分，且顯示像素551不包括穿隧線519。顯示像素553可包括連接元件511之在x方向上具有斷裂513但在y方向上不具有斷裂513的一部分，且可包括穿隧線519之一部分及通孔521。其他顯示像素可包括層疊元件之組態中的其他差異，包括(例如)在連接元件511中無斷裂513、穿隧線519之一部分無通孔521，等等。
整合式觸控螢幕(諸如，觸控螢幕550)之各種電路元件的接近性可引起在觸控螢幕之不同系統之間的信號耦合。舉例而言，由電源系統(諸如，在觸摸感測階段期間將電壓施加至觸控螢幕之閘極線的閘極線系統)產生之雜訊可耦合至觸摸感測系統中，此情形可潛在地損害觸摸感測信號。
圖7及圖8分別說明根據各種實例之實例觸控螢幕器件700及實例電源管理方法，其可減少或消除電源系統雜訊對觸摸感測系統之影響。圖7說明觸控螢幕器件700，該觸控螢幕器件700可包括觸控螢幕701及觸控螢幕控制器703。觸控螢幕701可為整合式觸控螢幕(諸如，觸控螢幕 550)，其中共同電極可在顯示階段期間操作為共同電壓源且可在觸摸感測階段期間操作為驅動線及感測線。出於清晰起見，圖中僅說明一條驅動Vcom線705及一條感測Vcom線707。觸控螢幕701亦可包括閘極驅動器709及閘極線711。
觸控螢幕控制器703可為組合式觸控及顯示控制器，且可包括以下兩者：觸控控制器713，其可控制觸控螢幕701之觸摸感測操作；及顯示控制器(諸如，LCM控制器715)，其可控制觸控螢幕之顯示操作。就此而言，觸控螢幕控制器703之組件中的一些組件可在LCM控制器715與觸控控制器713之間共用。舉例而言，如下文予以更詳細描述，可在顯示階段與觸摸階段兩者期間使用電荷泵系統，該電荷泵系統包括電荷泵時脈選擇器717、負電荷泵719及正電荷泵721。可使用LCM控制器715與觸控控制器713之間的同步信號(BSYNC)723以使顯示操作與觸摸感測操作同步。舉例而言，顯示階段可對應於低BSYNC 723信號，且觸摸階段可對應於高BSYNC 723信號。
在顯示階段期間，第一Vcom多工器(VCOM MUX I)725及第二Vcom多工器(VCOM MUX II)727可將觸控螢幕701之共同電極(未圖示)連接至由LCM控制器715控制之Vcom電壓源(未圖示)，因此允許LCM控制器715將Vcom電壓(VCOM)729施加至共同電極。LCM控制器715可藉由在掃描閘極線711的同時將資料電壓施加至資料線731來更新顯示於觸控螢幕701上之影像。LCM控制器715可使用時序信 號733來掃描閘極線以控制閘極驅動器709，且電荷泵時脈選擇器717可選擇LCM控制器以控制負電荷泵719及正電荷泵721經由閘極驅動器709將VGL 735(低閘極電壓)及VGH 737(高閘極電壓)施加至閘極線711。具體言之，電荷泵時脈選擇器717可分別選擇來自LCM控制器715之信號LCM_CPL_CLK 739及LCM_CPH_CLK 741作為負電荷泵時脈信號(VGL_CP_CLK)743及正電荷泵時脈信號(VGH_CP_CLK)745，以控制負電荷泵719及正電荷泵721。出於清晰起見，圖7中展示單一電荷泵系統，但應理解，可使用第二電荷泵系統以將電壓施加至觸控螢幕701之相對側上的額外閘極驅動器709，使得一些閘極線711可自觸控螢幕之一側驅動且其他閘極線711可自觸控螢幕之另一側驅動。在一些實例中，可使用正及負電感性升壓調節器而非正及負電荷泵。在任一實例組態中，可使用後續電壓調節器(諸如，低壓差調節器(LDO))來使VGL及/或VGH軌穩定。在此實例中，像素TFT(未圖示)可用VGL 735(例如，-10 V)來斷開且用VGH 737(例如，+10 V)來接通。然而，熟習此項技術者應理解，可取決於(例如)用於像素TFT之特定類型的電晶體而使用不同電壓位準。
在觸摸感測階段期間，可藉由觸控控制器713使用電荷泵系統。具體言之，電荷泵時脈選擇器717可分別選擇來自觸控控制器713之信號TOUCH_CPL_CLK 747及TOUCH_CPH_CLK 749作為負電荷泵時脈信號(VGL_CP_CLK)743及正電荷泵時脈信號(VGH_CP_CLK)745，以控制 負電荷泵719及正電荷泵721經由閘極驅動器709將VGL 735及VGH 737施加至閘極線711。在此實例中，所有閘極線可保持處於低閘極電壓，以便在觸摸感測階段期間斷開所有像素TFT。換言之，在當前實例中，可在觸摸感測階段期間將VGL 735施加至所有閘極線。
觸控控制器713亦可將信號TOUCH_CP_EN 751發送至電荷泵時脈選擇器717以選擇是啟用抑或停用電荷泵，如下文予以更詳細描述。
VCOM MUX II 727可將與每一感測Vcom線707相關聯之共同電極連接至對應感測通道753。觸控控制器713可藉由在將驅動信號(VSTM)757施加至驅動Vcom線705時控制VCOM MUX I 725將與驅動Vcom線相關聯之共同電極連接至驅動通道755而以特定掃描次序掃描驅動Vcom線705。每一驅動信號757可經由可取決於觸摸物件(諸如，手指)之接近性而變化的信號電容(CSIG)759而耦合至感測Vcom線707，從而在該感測Vcom線上產生感測信號。觸控控制器713可經由感測通道753自感測Vcom線707接收感測信號(VSENSE)761。每一感測通道753可包括對感測信號761進行放大之感測放大器763。經放大之感測信號可由觸控控制器713進一步處理以判定觸控螢幕701上之觸摸。
然而，將VGL 735施加至閘極線711可將雜訊引入至感測信號761中。舉例而言，寄生閘極至感測耦合765可存在於每一閘極線711與每一感測Vcom線707之間。VGL 735中之雜訊(諸如，電壓漣波)可經由閘極至感測耦合765而耦合至 感測Vcom線707中。若在正施加驅動信號757且正接收感測信號761時出現雜訊，則該雜訊可耦合至感測信號中且由感測放大器763放大，從而可能損害觸摸感測結果。
圖8說明根據各種實例之在觸控螢幕器件700之觸摸感測階段期間的實例電源管理時序方法。圖8展示BSYNC 723、TOUCH_CP_EN 751、VGL_CP_CLK 743、VGL 735、VGH_CP_CLK 745及VGH 737之實例時序。圖8亦說明VCOM MUX I 725之輸出，其可為觸摸感測階段期間之驅動信號757。詳言之，可在單一觸摸感測階段中使用多個觸摸掃描步驟801來掃描觸控螢幕701，其中一或多個驅動信號757係在每一觸摸掃描步驟期間施加。在每一觸摸掃描步驟期間，觸控控制器713可將TOUCH_CP_EN設定至低狀態，使得負電荷泵719及正電荷泵721被停用。換言之，可在主動觸摸感測期間切斷該等電荷泵，此情形可幫助消除感測信號761中之一個雜訊源(諸如，電荷泵中之否則可能已耦合至感測信號中之電壓漣波)。
在觸摸掃描步驟801之間，觸控控制器713可暫時中止驅動信號757之施加(亦即，暫時中止主動觸摸感測)，且可將TOUCH_CP_EN設定至高狀態以啟用電荷泵時脈，且因此允許電荷泵恢復在觸摸掃描期間可能已朝向接地下降之VGL及VGH電壓位準。應理解，甚至在觸摸掃描期間仍可供應電荷泵電壓，且電荷泵電壓在觸摸掃描期間可能已朝向接地下降。將TOUCH_CP_EN設定至高狀態可允許電荷泵切換及恢復VGL/VGH電壓位準。以此方式，例如，可 藉由在觸摸掃描步驟801之間的間隙803期間啟動電荷泵以校正在觸摸掃描步驟期間停用電荷泵時可能在閘極線711上發生之任何電壓降落而在整個觸摸感測階段將閘極線711上之電壓維持於可接受位準。
就此而言，在觸摸掃描步驟801之間的每一間隙803期間，觸控控制器713可在需要時控制負電荷泵及/或正電荷泵將電壓施加至閘極線以維持所要閘極線電壓位準。在圖8中所說明之實例中，可在至負電荷泵719之信號VGL_CP_CLK 743上發生兩次時脈轉變，以恢復施加至閘極驅動器之VGL 735電壓位準。同樣地，可在信號VGH_CP_CLK 745上發生兩次時脈轉變，以恢復至閘極驅動器之VGH 737電壓位準。VGL_CP_CLK及VGH_CP_CLK上之時脈轉變的數目可(例如)隨自VGL及VGH汲取之負載電流而變。圖8中所說明之VGL 735及VGH 737之電壓位準展示可如何藉由分別週期性地時控負電荷泵719及正電荷泵721來影響電壓位準。參考VGL位準，例如，在VGL_CP_CLK上之時脈轉變未發生時，VGL之電壓位準可歸因於(例如)由閘極驅動器強加於VGL上之負載電流而朝向接地且遠離所要電壓位準下降。在一些實例中，觸控控制器713可使閘極電壓升壓，使得在觸摸感測階段期間施加之VGL 735及VGH 737的電壓位準低於在顯示階段期間施加之對應電壓量值。
當藉由VGL_CP_CLK 743來時控負電荷泵719時，VGL 735之位準及因此閘極線上之電壓可恢復至VGL_LCM 805 電壓位準。同樣地，當藉由VGH_CP_CLK 745來時控正電荷泵721時，VGH 737之位準可恢復至VGL_LCM 807電壓位準。在一些狀況下，由負電荷泵719產生之雜訊可(諸如)藉由在感測放大器之輸出上引起干擾而影響觸摸感測。在電荷泵被停用之後，此等干擾可歸因於(例如)感測放大器之有限安定時間而仍繼續存在。在一些實例中，可應用後雜訊穩定化以減少或消除干擾。舉例而言，可藉由將感測放大器之回饋網路短路以重設感測放大器來減少或消除感測放大器干擾。
圖9為根據本發明之各種實例的實例觸控螢幕器件900之電路部分的更詳細視圖。觸控螢幕器件900之電路部分說明可將閘極線上之雜訊耦合至觸摸感測系統中的雜訊耦合機制之元件(諸如上文所描述)。出於清晰起見，已自圖9省略觸控螢幕器件900之其他元件。觸控螢幕器件900可包括可為(例如)組合式觸控及顯示控制器之觸控螢幕控制器901(諸如，上文之觸控螢幕控制器703)。觸控螢幕控制器901可包括負電荷泵902、可使閘極線電壓(VGL)905位準保持穩定而不管電荷泵之狀態的電壓調節器，諸如負低壓差調節器(LDO)903。負電荷泵902可具有可連接至接地910之輸出電容器Cvcpl 908。在觸摸掃描期間，負電荷泵之輸出電壓(VCPL)912可歸因於閘極驅動器使電流流入至Cvcpl 908中而朝向接地下降。下降的量可取決於負載電流之量值。在觸摸掃描之間，可啟用負電荷泵902且負電荷泵902可將VCPL 912位準恢復至用於觸摸階段之所要電荷泵電壓 位準VCPL_TOUCH。LDO可由VCPL 912供以電力且可提供可等於VGL_TOUCH電壓位準之穩定輸出電壓VGL，同時抑制VCPL上之雜訊。Vcpl_ref 914可為負電荷泵902之參考電壓且可控制VCPL 912電壓位準。Vgl_ref 916可為負LDO 903之參考電壓且可控制VGL 905電壓位準。可調節Vcpl_ref 914使得負電荷泵電壓位準VCPL 912高於VGL 905電壓位準，以使得負LDO 903保持處於調節。VCPL 912與VGL 905之間的差(亦即，至負LDO 903中之電壓與負LDO之輸出電壓之間的差)可取決於負LDO之最小壓差電壓要求Vdo_ldo、電荷泵停止使用時間Tcp_off及VGL供應電流Ivgl。將VCPL 912與VGL 905之間的差稱作過電壓(Vdo)且如下界定：Vdo=Vdo_ldo+Ivgl＊ Tcp_off/Cvcpl。
方程式中之最後一項為Cvcpl 908上之電壓改變的量，該電壓改變係歸因於電流自閘極驅動器流入至輸出電容器中。
觸控螢幕控制器901亦可包括感測放大器906，該感測放大器906可包括回饋電阻器(RFB)907及回饋電容器(CFB)909。觸控螢幕控制器901可包括後雜訊穩定化系統910，該後雜訊穩定化系統910可包括：回饋旁路開關(SW)911，其可與回饋電阻器907及回饋電容器909並聯連接；及回饋旁路控制器(FBK_BP)913，其可控制回饋旁路開關911將感測放大器906之回饋迴路短路，如下文予以更詳細描述。在一些實例中，例如，可將回饋旁路控制器 913包括於觸控螢幕控制器901之觸控控制器(未圖示)中。
圖9展示觸控螢幕器件900之觸控螢幕之一些元件，包括閘極線915及感測線917。感測線917可包括(例如)感測Vcom線，諸如上文參看圖7所描述。閘極線915與感測線917之間的閘極至感測耦合電容919可將閘極線上之雜訊920(諸如，來自負LDO 903之雜訊)耦合至感測線中。閘極至感測耦合電容919可由(例如)閘極線915及感測線917之結構性組態及材料組合物、其他電路結構之結構及材料、觸控螢幕器件之一或多個電路元件之特定操作模式等引起。圖9亦展示外部雜訊源921，其可產生可藉由外部雜訊耦合電容922耦合至感測線917中之外部雜訊。
可將歸因於經由閘極至感測線電容Cvs而耦合至感測放大器中之在VGL上之雜訊Vnz的在感測放大器之輸出上的雜訊Vnz_o定義為：Vnz_o=Vnz＊ Gvs。Gvs為自VGL至感測放大器之輸出的感測放大器之雜訊增益且定義為：Gvs=-Cvs/Cfb。Vnz_o可包括頻帶內分量(亦即，發生於觸控子系統之解調變頻寬內的分量)及/或包括頻帶外分量。頻帶外雜訊分量可對觸控效能造成有害影響且可佔據感測放大器中之動態輸出範圍，因此限制感測放大器可容納之外部雜訊的量。舉例而言，感測放大器可具有4 Vpp之動態輸出範圍。觸控信號可佔據1 Vpp，且因此可佔據感測放大器輸出範圍之25%。此情形可留下感測放大器輸出範圍之75%用於外部雜訊。因此，例如，若雜訊增益Gvs為25 V/V且VGL上之殘餘雜訊為40 mV，則VGL雜訊分量將 佔據感測放大器之輸出中的(25 V/V×0.04 Vpp)=1 Vpp，因此將用於外部雜訊之感測放大器輸出範圍自75%減小至50%。因此，利用LDO 903來減少由電荷泵誘發之任何雜訊係有益的。
當負電荷泵902斷開時，外部雜訊源921及LDO 903可為歸因於閘極至感測耦合電容Cvs 919而進入至感測放大器中之雜訊之唯一來源。然而，當負電荷泵902正操作時(如圖9中所說明)，感測線雜訊923亦可包括殘餘電荷泵雜訊(例如，歸因於LDO之有限電源供應抑制)。
如上文所解釋，觸摸階段及顯示階段期間之VGL電壓位準可為不同的。在一些實例中，在觸摸階段期間降低VGL電壓位準可為有利的，此情形可減少或消除顯示系統與觸摸感測系統之間的串擾。為增加觸摸整合時間(亦即，減小整合頻寬且因此增大觸摸信雜比)，在BSYNC之上升邊緣時進入觸摸階段之後減少使VGL電壓位準自VGL_LCM安定至VGL_TOUCH所花費之時間可為有利的，其中VGL_LCM為顯示階段期間之VGL電壓位準且VGL_TOUCH為觸摸階段期間之VGL電壓位準。通常，電荷泵安定時間可比觸摸階段之持續時間長且因此可大大超過在所要時間中將VGL自VGL_LCM充電至VGL_TOUCH所需的安定時間。因此，依賴於自Cvcpl 908至LDO輸出電容器Cvgl 925之電荷轉移以將Cvgl迅速充電至VGL_TOUCH電壓位準可為有利的。
圖12A及圖12B展示根據各種實例的在自顯示階段至觸 摸階段之轉變(說明於圖12A中)及自觸摸階段至顯示階段之轉變(說明於圖12B中)期間的實例負LDO 903以及流出及流入Cvgl 925之電流的更詳細視圖。負LDO 903可具有推挽式輸出級1201，該推挽式輸出級1201包括P通道FET(場效電晶體)1203及N通道FET 1205。可藉由包括輸入電阻器Ri 1207及回饋電阻器Rf 1209之回饋網路來設定負LDO 903之增益。在此實例中，負LDO之輸出電壓為：VGL=-Vgl_ref＊ Rf/Ri。
現參看圖12A，在自顯示階段至觸摸階段之轉變期間，Vgl_ref 916可自第一電壓位準轉變至第二電壓位準，其中該第二電壓位準通常可高於該第一電壓位準。此情形可導致推挽式輸出級1201中之N通道FET 1205導通，從而可導致將電荷自Cvgl 925轉移至Cvcpl 908(藉由沿自Cvgl至Cvcpl之路徑的箭頭線在圖12A中指示)，因此將VGL電壓位準自VGL_LCM降低至VGL_TOUCH。為維持觸摸壓差電壓要求Vdo_touch，可相應地調節電荷泵參考電壓Vcpl_ref 914。安定時間Tsettle(下文參看圖13予以更詳細描述)可取決於電容器Cvgl 925及Cvcpl 908之大小、過量充電之量Vdo及N通道FET 1205之ON(接通)電阻RON。在一些實例中，可使用兩個並聯之N通道FET：可始終為作用中之第一N通道FET及可僅在自觸摸階段至顯示階段之轉變期間的安定階段期間啟用的第二N通道FET。可使用第二N通道FET來降低Cvgl與Cvcpl之間的阻抗以便在自顯示階段至觸摸階段之轉變後即加速使VGL安定至VGL_TOUCH電壓位 準。
參看圖12B，在自觸摸階段至顯示階段之轉變期間，Vgl_ref 916可自第一電壓位準VGL_TOUCH轉變至第二電壓位準VGL_LCM，其中該第二電壓位準通常可高於該第一電壓位準。此情形可導致負LDO 903之推挽式輸出級1201中的P通道FET 1203導通，從而可導致將電荷自接地轉移至Cvgl 925(藉由沿自接地至Cvgl之路徑的箭頭線在圖12B中指示)。為維持LDO壓差要求Vdo_lcm，可相應地調節電荷泵參考電壓Vcpl_ref 914。在此實例中，安定時間可在很大程度上取決於Cvgl 925及P通道FET 1203之ON(接通)電阻。
圖13展示根據各種實例之實例VGL充電及放電程序之實例時序圖。在BSYNC信號1301之上升邊緣時，電荷泵參考電壓Vcpl_ref 1303可自第一電壓位準Vcpl_ref_lcm 1305轉變至第二電壓位準Vcpl_ref_touch 1307，且LDO參考電壓Vgl_ref 1309可自第一電壓位準Vgl_ref_lcm 1311轉變至第二電壓位準Vgl_ref_touch 1313。電荷泵啟用信號CP_CLK_EN 1315可為HIGH(高)，此情形可導致負電荷泵自Cvcpl 908汲取電流，以便根據電荷泵參考電壓之新電壓位準Vcpl_ref_touch 1307將電荷泵之輸出電壓位準VCPL 1317降低至用於觸摸階段之所要電荷泵電壓位準VCPL_TOUCH。如圖13中所說明，在階段1期間，LDO之輸出電壓位準VGL 1319可歸因於經由N通道FET自Cvgl至Cvcpl之電荷轉移而迅速下降(例如，如上文所描述)。負電 荷泵902可能幾乎不促成VGL位準之改變。在階段1結束時，可達到平衡點，其中VGL=VCPL且VGL>VGL_TOUCH。在階段2期間，可降低VCPL 1317與VGL 1319兩者。當VCPL=VGL=VGL_TOUCH+Vdo時，可發生階段2與階段3之間的轉變，此時負LDO 902可開始調節VGL電壓位準。在階段3中，VGL 1319電壓位準可保持於VGL_TOUCH，而負電荷泵902減小VCPL 1317電壓位準直至VCPL=VCPL_TOUCH=VGL_TOUCH+Vdo_touch。取決於過度充電位準Vdo_lcm，階段1可直接轉變至階段3，亦即，VGL 1319可能在階段1結束時已充電至VGL_TOUCH。
在BSYNC信號1301之下降邊緣時，至電荷泵中之參考電壓Vcpl_ref 1303可自Vcpl_ref_touch 1307轉變至Vcpl_ref_lcm 1305，且至負LDO中之參考電壓Vgl_ref 1309可自Vgl_ref_touch 1313轉變至Vgl_ref_lcm 1311。信號CP_CLK_EN 1315可為HIGH(高)，此情形可導致負電荷泵902自Cvcpl汲取電流，以便根據負電荷泵參考電壓之新電壓位準Vcpl_ref_lcm 1305將VCPL 1317電壓位準降低至VCPL_LCM。在階段4期間，VGL 1319電壓位準可歸因於經由負LDO中之P通道FET自接地至Cvgl之電荷轉移而朝向接地迅速增加(例如，如上文所描述)。因為顯示階段可比觸摸階段長，例如，在一些實例中，顯示階段可長達觸摸階段之3倍，所以VCPL 1317可在顯示階段期間經充分地過度充電以在自顯示階段至觸摸階段之轉變期間的安定時間 Tsettle 1321期間達成快速安定。
在一些實例中，可以與上文所描述之方式類似的方式來調節VGH及VCPH，例如，其中觸控模式期間之VGH可具有電壓位準VGH_TOUCH，顯示模式期間之VGH可具有電壓位準VGH_LCM，且VGH_TOUCH可低於VGH_LCM。在一些實例中，例如，正LDO可在BSYNC信號之上升邊緣時經由N通道FET將電容Cvgh放電至接地，以降低VGH電壓位準，且P通道FET可在BSYNC信號之下降邊緣時將電荷自電容Cvcph轉移至Cvgh，以便增加VGH電壓位準。在一些實例中，可一起調節VGH及VGL，以便維持觸摸階段及顯示階段中之相同電壓差(例如，VGH_TOUCH-VGL_TOUCH~VGH_LCM-VGL_LCM)，以便在系統之其他組件(諸如，閘極驅動器)可容忍之電壓極限內操作。亦應理解，VCPH、VGH等之電壓位準的不同組合為可能的，且所有電壓位準可為可程式化的，如給定應用所需。在可一起調節VGH及VGL(亦即，可在自顯示階段至觸摸階段之轉變期間降低VGL及VGH且可在自觸摸階段至顯示階段之轉變期間增加VGL及VGH)之一些實例中，來自Cvcph及Cvgh之電荷可在自顯示階段轉變至觸摸階段後即再循環至Cvcpl及Cvgl，且來自Cvcpl及Cvgl之電荷可在自觸摸階段轉變至顯示階段期間再循環至Cvcph及Cvgh，此情形可(例如)產生電力節省。
圖10為根據本發明之各種實例的觸控螢幕器件(諸如，觸控螢幕器件900)之實例操作的流程圖。參考觸控螢幕器 件900以說明圖10之實例操作的一項實例實施。在顯示階段期間，可在器件之觸控螢幕上更新(1001)影像。可偵測(1002)BSYNC信號之上升邊緣，且可(例如)在顯示器之更新之後在觸控螢幕之消隱週期期間作為回應來執行觸摸感測階段。在觸摸感測階段中，可將所有閘極線設定(1003)為LOW(低)以停用顯示TFT。將閘極線設定為LOW(低)本質上可將閘極線拉至負閘極驅動供應電壓VGL，該VGL可為(例如)如上文所描述之負LDO之輸出電壓。可啟用(1004)電荷泵。可(例如)藉由使用上文所描述之實例電荷轉移機制將VGL及VGH電壓位準自VGL_LCM及VGH_LCM降低(1005)至VGL_TOUCH及VGH_TOUCH。在停用電荷泵之後，可在一段時間之後應用及釋放(1006)感測放大器回饋開關以在第一觸摸掃描之前加速安定。可執行(1007)觸摸感測掃描歷時時間TSCAN。在觸摸感測掃描之後，可啟用(1008)電荷泵歷時時間TGAP，以將VGL及VGH電壓位準恢復至所要位準VGL_TOUCH及VGH_TOUCH。若完成所有觸摸掃描(1009)且在偵測到(1010)BSYNC信號之下降邊緣之後，可啟用(1011)電荷泵，且可(例如)藉由使用上文所描述之實例電荷轉移機制使VGL及VGH電壓位準自VGL_TOUCH及VGH_TOUCH升高至VGL_LCM及VGH_LCM，從而為下一顯示更新作準備。在1009處，若未完成所有觸摸掃描，則該程序可再次停用(1005)電荷泵且應用及釋放(1006)感測放大器回饋開關以用於迅速安定，從而為下一觸摸感測掃描作準備。
圖11說明根據本發明之各種實例的觸控螢幕器件900之實例觸摸感測階段操作的更多細節。圖11展示觸控螢幕器件900之觸摸感測階段的一部分，包括主動觸摸感測之週期，在該等週期期間觸控控制器(未圖示)之觸摸掃描控制件1101可執行觸摸掃描步驟以主動地掃描觸控螢幕。在主動觸摸感測之間的掃描間隙期間，觸控控制器之電荷泵啟用控制信號1103可啟用負電荷泵902歷時該掃描間隙之一部分。當負電荷泵902經啟用時，電荷泵時脈信號1105可對應於VGL 905至閘極線915之多次施加而多次時控負電荷泵。電荷泵啟用控制信號1103可停用負電荷泵902，且回饋旁路控制器913可發送回饋旁路控制信號1107以使回饋旁路開關911閉合，從而將感測放大器906之回饋迴路短路。回饋旁路控制信號1107可在下一觸摸掃描步驟之前使回饋旁路開關911斷開，在此期間感測放大器906可接收及放大感測信號以供進一步處理以判定觸摸。
雖然已參看隨附圖式充分描述了本發明之實例，但應注意，熟習此項技術者依據本發明描述及諸圖將顯而易見各種改變及修改，包括(但不限於)組合不同實例之特徵、省略一或多個特徵，等等。舉例而言，雖然前述內容可描述可包括多個元件(諸如，LDO)及對應操作方法(例如，參看圖10所描述之各種程序)的實例，該多個元件可用以減少或消除雜訊在觸摸感測方面之影響，該多個元件可進一步包括電容器(例如，閘極線電容器925)、電壓升壓系統及後雜訊穩定器系統(例如，回饋旁路開關911及回饋旁路控制 器913)，但應注意，此等元件中之每一者可獨立於其他者而使用。換言之，一些實例可僅包括此等元件及/或程序中之一者，而其他實例可包括此等元件及/或程序中之兩者或兩者以上之各種組合，如熟習此項技術者依據本發明將易於理解。
應理解，可藉由可由處理器執行之電腦可執行指令(諸如，駐留於諸如記憶體之媒體中之軟體/韌體)來執行上文所描述之執行觸摸感測、控制閘極線電壓等之功能中的一或多者，如熟習此項技術者將理解。軟體/韌體可儲存於任何電腦可讀媒體內及/或在任何電腦可讀媒體內輸送以供指令執行系統、裝置或器件(諸如，基於電腦之系統、含有處理器之系統或可自指令執行系統、裝置或器件提取指令且執行該等指令之其他系統)使用或結合指令執行系統、裝置或器件來使用。在此文件之上下文中，「非暫時性電腦可讀儲存媒體」可為可含有或儲存供指令執行系統、裝置或器件使用或結合指令執行系統、裝置或器件來使用之程式的任何實體媒體。非暫時性電腦可讀儲存媒體可包括(但不限於)電子、磁性、光學、電磁、紅外線或半導體系統、裝置或器件、攜帶型電腦磁片(磁性)、隨機存取記憶體(RAM)(磁性)、唯讀記憶體(ROM)(磁性)、可抹除可程式化唯讀記憶體(EPROM)(磁性)、諸如CD、CD-R、CD-RW、DVD、DVD-R或DVD-RW之攜帶型光碟，或諸如緊密快閃記憶卡、安全數位卡、USB記憶體器件、記憶棒及其類似者之快閃記憶體。在此文件之情境中，「非暫時 性電腦可讀儲存媒體」不包括信號。相比之下，在此文件之上下文中，「電腦可讀媒體」可包括上文所描述之所有媒體，且亦可包括信號。
因此，根據以上內容，本發明之一些實例係有關一種整合式觸控螢幕系統，其包含：一觸控螢幕，其包括複數個顯示像素，該複數個顯示像素包括一包括複數條導電線之定址系統；一顯示系統，其在顯示階段期間更新由該等顯示像素顯示之一影像，其中該影像之該更新包括主動地操作一電源供應器以將電壓施加至該等導電線從而對該等顯示像素進行定址；及一觸摸感測系統，其在一觸摸感測階段期間感測觸摸，該觸摸感測階段包括複數個主動感測週期，在該等主動感測週期期間，該觸摸感測系統執行主動觸摸感測而該電源供應器係非作用中的，該觸摸感測階段進一步包括主動感測週期之間的至少一間隙週期，其中在該至少一間隙週期期間主動地操作該電源供應器以將電壓施加至該等導電線，而主動觸摸感測非在執行中。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，每一顯示像素包括一像素薄膜電晶體(TFT)，且該等導電線包括閘極線，每一像素TFT連接至一條閘極線。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該電源供應器包括一電荷泵及一電感性升壓調節器中之一者。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，在該顯 示階段之至少部分期間該顯示系統控制電源供應器將該等電壓施加至該等導電線，且在該觸摸感測階段之至少部分期間該觸摸感測系統控制該電源供應器將該等電壓施加至該等導電線。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該整合式觸控螢幕系統進一步包含一電壓升壓系統，該電壓升壓系統在該觸摸感測階段期間使由該電源供應器施加之電壓升壓，使得在該觸摸感測階段期間施加至該等導電線之該等電壓的量值大於在該顯示階段期間施加至該等導電線之該等電壓的量值。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，在該顯示階段期間該電源供應器之一輸出電壓位準係基於一第一參考電壓，且在該至少一間隙週期期間該電源供應器之該輸出電壓位準係基於一第二參考電壓。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該整合式觸控螢幕系統進一步包含一電壓調節器，該電壓調節器調節施加至該等導電線之該等電壓。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，在該顯示階段期間該電源供應器之一輸出電壓位準係基於一第一參考電壓，在該至少一間隙週期期間該電源供應器之該輸出電壓位準係基於一第二參考電壓，在該顯示階段期間該電壓調節器之一輸出電壓位準係基於一第三參考電壓，且在該至少一間隙週期期間該電壓調節器之該輸出電 壓位準係基於一第四參考電壓。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該電壓調節器包括一電容器，在該顯示階段期間對該電容器充電，且其中在觸摸階段期間將電荷自該電容器轉移至該電源供應器。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該電壓調節器包括一低壓差調節器(LDO)。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，在該至少一間隙週期之一第一部分期間該電源供應器將該等電壓施加至該等導電線，該觸摸感測系統包括在主動感測週期期間用驅動信號刺激之複數條驅動線及接收對應於一或多個驅動信號之一感測信號的一感測放大器，該整合式觸控螢幕系統進一步包含一後雜訊穩定化系統，在該至少一間隙週期之一第二部分期間該後雜訊穩定化系統重設該感測放大器，該第二部分係在該第一部分之後。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該後雜訊穩定化系統包括連接至該感測放大器之一回饋迴路的一開關，且其中重設該感測放大器包括使該開關閉合以將該回饋迴路短路。
本發明之一些實例係有關一種管理一觸控螢幕系統中之電源的方法，該觸控螢幕系統包括一包括複數個顯示像素之觸控螢幕，該複數個顯示像素包括一包括複數條導電線之定址系統，該方法包含：在一顯示階段期間更新由該等 顯示像素顯示之一影像，其中該影像之該更新包括主動地操作一電源供應器以將電壓施加至該等導電線從而對該等顯示像素進行定址；及在一觸摸感測階段期間感測觸摸，該觸摸感測階段包括複數個主動感測週期，在該等主動感測週期期間，觸摸感測系統執行主動觸摸感測而該電源供應器係非作用中的，該觸摸感測階段進一步包括主動感測週期之間的至少一間隙週期，其中在該至少一間隙週期期間主動地操作該電源供應器以將電壓施加至該等導電線，而主動觸摸感測非在執行中。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，在該顯示階段之至少部分期間一顯示系統控制該電源供應器將該等電壓施加至該等導電線，且在該觸摸感測階段之至少部分期間一觸摸感測系統控制該電源供應器將該等電壓施加至該等導電線，該方法進一步包含：產生該顯示系統與該觸摸感測系統之間的一同步信號，其中對該電源供應器之該控制係基於該同步信號。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該方法進一步包含：在該觸摸感測階段期間使由該電源供應器施加之電壓升壓，使得在該觸摸感測階段期間施加至該等導電線之該等電壓的量值大於在該顯示階段期間施加至該等導電線之該等電壓的量值。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，在該顯示階段期間該電源供應器之一輸出電壓位準係基於一第一參考電 壓，且在該至少一間隙週期期間該電源供應器之該輸出電壓位準係基於一第二參考電壓。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該方法進一步包含：操作調節施加至該等導電線之該等電壓的一電壓調節器，其中在該顯示階段期間該電源供應器之一輸出電壓位準係基於一第一參考電壓，在該至少一間隙週期期間該電源供應器之該輸出電壓位準係基於一第二參考電壓，在該顯示階段期間該電壓調節器之一輸出電壓位準係基於一第三參考電壓，且在該至少一間隙週期期間該電壓調節器之該輸出電壓位準係基於一第四參考電壓。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該電壓調節器包括一電容器，在該顯示階段期間對該電容器充電，且其中在觸摸階段期間自該電容器將電荷轉移至該電源供應器。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多者，在一些實例中，該觸控螢幕系統包括一觸摸感測系統，該觸摸感測系統包括在主動感測週期期間用驅動信號刺激之複數條驅動線及接收對應於一或多個驅動信號之一感測信號的一感測放大器，且其中在該至少一間隙週期期間施加電壓包括在該至少一間隙週期之一第一部分期間施加該等電壓，該方法進一步包含在該至少一間隙週期之一第二部分期間重設該感測放大器，該第二部分係在該第一部分之後。除上文所揭示之實例中之一或多者之外或替代上文所揭示之實例中之一或多 者，在一些實例中，重設該感測放大器包括使該感測放大器之一回饋迴路短路。
雖然各種實例係關於顯示像素而描述，但熟習此項技術者應理解，在將顯示像素劃分為子像素之實例中，術語顯示像素可與術語顯示子像素互換地使用。舉例而言，有關RGB顯示器之一些實例可包括劃分為紅色、綠色及藍色子像素之顯示像素。熟習此項技術者應理解，可使用其他類型之顯示螢幕。舉例而言，在一些實例中，子像素可基於光之其他色彩或電磁輻射之其他波長(例如，紅外線)或可基於單色組態，在該單色組態中，在諸圖中展示為子像素之每一結構可為單一色彩之像素。
124‧‧‧觸控螢幕
126‧‧‧觸控螢幕
128‧‧‧觸控螢幕
136‧‧‧行動電話
140‧‧‧數位媒體播放器
144‧‧‧個人電腦
200‧‧‧計算系統
202‧‧‧觸控處理器
204‧‧‧周邊裝置
206‧‧‧觸控控制器
208‧‧‧感測通道
210‧‧‧通道掃描邏輯
212‧‧‧隨機存取記憶體(RAM)
214‧‧‧驅動器邏輯
216‧‧‧刺激信號
217‧‧‧感測信號
220‧‧‧觸控螢幕
222‧‧‧驅動線
223‧‧‧感測線
224‧‧‧驅動介面
225‧‧‧感測介面
226‧‧‧觸控像素
227‧‧‧觸控像素
228‧‧‧主機處理器
232‧‧‧程式儲存器
234‧‧‧LCD驅動器
301‧‧‧驅動線區段
303‧‧‧驅動線鏈路
305‧‧‧連接件
307‧‧‧旁路
309‧‧‧驅動線區段之右半部分
311‧‧‧感測線之一部分
313‧‧‧驅動線區段之左半部分
401‧‧‧共同電極
403‧‧‧驅動區區段
405‧‧‧感測區
500‧‧‧顯示像素層疊
501‧‧‧第一金屬(M1)層
503‧‧‧第二金屬(M2)層
505‧‧‧共同電極(Vcom)層
507‧‧‧第三金屬(M3)層
509‧‧‧共同電極
511‧‧‧連接元件
513‧‧‧斷裂
515‧‧‧驅動區區段
517‧‧‧感測區
519‧‧‧穿隧線
520‧‧‧閘極線
521‧‧‧導電通孔
523‧‧‧資料線
550‧‧‧整合式觸控螢幕
551‧‧‧顯示像素
553‧‧‧顯示像素
601‧‧‧驅動區區段
601a‧‧‧顯示像素
601b‧‧‧顯示像素
603‧‧‧感測區
603a‧‧‧顯示像素
607‧‧‧薄膜電晶體(TFT)
609‧‧‧薄膜電晶體(TFT)
611‧‧‧閘極線
613‧‧‧資料線
614‧‧‧資料線
615‧‧‧像素電極
616‧‧‧像素電極
617‧‧‧共同電極
618‧‧‧共同電極
619‧‧‧連接元件
620‧‧‧連接元件
621‧‧‧穿隧線
623‧‧‧電場
626‧‧‧電荷放大器
627‧‧‧手指
700‧‧‧觸控螢幕器件
701‧‧‧觸控螢幕
703‧‧‧觸控螢幕控制器
705‧‧‧驅動Vcom線
707‧‧‧感測Vcom線
709‧‧‧閘極驅動器
711‧‧‧閘極線
713‧‧‧觸控控制器
715‧‧‧LCM控制器
717‧‧‧電荷泵時脈選擇器
719‧‧‧負電荷泵
721‧‧‧正電荷泵
723‧‧‧同步信號(BSYNC)
725‧‧‧第一Vcom多工器(VCOM MUX I)
727‧‧‧第二Vcom多工器(VCOM MUX II)
729‧‧‧Vcom電壓(VCOM)
731‧‧‧資料線
733‧‧‧時序信號
735‧‧‧VGL(低閘極電壓)
737‧‧‧VGH(高閘極電壓)
739‧‧‧信號LCM_CPL_CLK
741‧‧‧信號LCM_CPH_CLK
743‧‧‧負電荷泵時脈信號(VGL_CP_CLK)
745‧‧‧正電荷泵時脈信號(VGH_CP_CLK)
747‧‧‧信號TOUCH_CPL_CLK
749‧‧‧信號TOUCH_CPH_CLK
751‧‧‧信號TOUCH_CP_EN
753‧‧‧感測通道
755‧‧‧驅動通道
757‧‧‧驅動信號(VSTM)
759‧‧‧信號電容(CSIG)
761‧‧‧感測信號(VSENSE)
763‧‧‧感測放大器
765‧‧‧寄生閘極至感測耦合
801‧‧‧觸摸掃描步驟
803‧‧‧間隙
805‧‧‧VGL_LCM電壓位準
807‧‧‧VGL_LCM電壓位準
900‧‧‧觸控螢幕器件
901‧‧‧觸控螢幕控制器
902‧‧‧負電荷泵
903‧‧‧負低壓差調節器(LDO)
905‧‧‧閘極線電壓(VGL)
906‧‧‧感測放大器
907‧‧‧回饋電阻器(RFB)
908‧‧‧輸出電容器Cvcpl
909‧‧‧回饋電容器(CFB)
910‧‧‧接地/後雜訊穩定化系統
911‧‧‧回饋旁路開關(SW)
912‧‧‧負電荷泵(VCPL)
913‧‧‧回饋旁路控制器(FBK_BP)
914‧‧‧電荷泵參考電壓Vcpl_ref
915‧‧‧閘極線
916‧‧‧LDO參考電壓Vgl_ref
917‧‧‧感測線
919‧‧‧閘極至感測耦合電容
920‧‧‧雜訊
921‧‧‧外部雜訊源
922‧‧‧外部雜訊耦合電容
923‧‧‧感測線雜訊
925‧‧‧LDO輸出電容器Cvgl/閘極線電容器
1101‧‧‧觸摸掃描控制
1103‧‧‧電荷泵啟用控制信號
1105‧‧‧電荷泵時脈信號
1107‧‧‧回饋旁路控制信號
1201‧‧‧推挽式輸出級
1203‧‧‧P通道場效電晶體(FET)
1205‧‧‧N通道場效電晶體(FET)
1207‧‧‧輸入電阻器Ri
1209‧‧‧回饋電阻器Rf
1301‧‧‧BSYNC信號
1303‧‧‧電荷泵參考電壓Vcpl_ref
1305‧‧‧第一電壓位準Vcpl_ref_lcm
1307‧‧‧第二電壓位準Vcpl_ref_touch
1309‧‧‧LDO參考電壓Vgl_ref
1311‧‧‧第一電壓位準Vgl_ref_lcm
1313‧‧‧第二電壓位準Vgl_ref_touch
1315‧‧‧電荷泵啟用信號CP_CLK_EN
1317‧‧‧電荷泵之輸出電壓位準VCPL
1319‧‧‧LDO之輸出電壓位準VGL
圖1A至圖1C說明根據本發明之實例的各自包括實例觸控螢幕之實例行動電話、實例媒體播放器及實例個人電腦。
圖2為根據本發明之實例的說明實例觸控螢幕之一項實施之實例計算系統的方塊圖。
圖3為根據本發明之實例的圖2之觸控螢幕的更詳細視圖，其展示驅動線及感測線之實例組態。
圖4說明根據本發明之實例的觸摸感測電路包括共同電極(Vcom)之實例組態。
圖5說明根據本發明之實例之實例顯示像素層疊的分解圖。
圖6說明根據本發明之實例之實例觸摸感測操作。
圖7說明根據各種實例之實例觸控螢幕器件。
圖8說明根據各種實例之觸摸感測系統之實例電源管理方法。
圖9為根據各種實例之實例觸控螢幕器件之電路部分的圖。
圖10為根據各種實例之觸控螢幕器件之實例操作的流程圖。
圖11說明根據各種實例之觸控螢幕器件之實例觸摸感測階段操作的更多細節。
圖12A及圖12B說明根據各種實例之自顯示階段至觸摸階段之實例轉變及自觸摸階段至顯示階段之實例轉變。
圖13展示根據各種實例之實例充電及放電程序的實例時序圖。

Claims (20)

  1. 一種整合式觸控螢幕系統，其包含：一觸控螢幕，其包括複數個顯示像素，該複數個顯示像素包括一包括複數條導電線之定址系統；一顯示系統，其在一顯示階段期間更新由該等顯示像素顯示之一影像，其中該影像之該更新包括主動地操作一電源供應器以將電壓施加至該等導電線從而對該等顯示像素進行定址；及一觸摸感測系統，其在一觸摸感測階段期間感測觸摸，該觸摸感測階段包括複數個主動感測週期，在該等主動感測週期期間，該觸摸感測系統執行主動觸摸感測而該電源供應器係非主動地施加電壓至該等導電線，該觸摸感測階段進一步包括主動感測週期之間的至少一間隙週期，其中在該至少一間隙週期期間主動地操作該電源供應器以將電壓施加至該等導電線，而主動觸摸感測非在執行中。
  2. 如請求項1之整合式觸控螢幕系統，其中每一顯示像素包括一像素薄膜電晶體(TFT)，且該等導電線包括閘極線，每一像素TFT連接至一條閘極線。
  3. 如請求項1之整合式觸控螢幕系統，其中該電源供應器包括一電荷泵及一電感性升壓調節器中之一者。
  4. 如請求項1之整合式觸控螢幕系統，其中在該顯示階段之至少部分期間該顯示系統控制該電源供應器將該等電壓施加至該等導電線，且在該觸摸感測階段之至少部分 期間該觸摸感測系統控制該電源供應器將該等電壓施加至該等導電線。
  5. 如請求項1之整合式觸控螢幕系統，其進一步包含：一電壓升壓系統，其在該觸摸感測階段期間使由該電源供應器施加之該等電壓升壓，使得在該觸摸感測階段期間施加至該等導電線之該等電壓的量值大於在該顯示階段期間施加至該等導電線之該等電壓的量值。
  6. 如請求項1之整合式觸控螢幕系統，其中在該顯示階段期間該電源供應器之一輸出電壓位準係基於一第一參考電壓，且在該至少一間隙週期期間該電源供應器之該輸出電壓位準係基於一第二參考電壓。
  7. 如請求項1之整合式觸控螢幕系統，其進一步包含：一電壓調節器，其調節施加至該等導電線之該等電壓。
  8. 如請求項7之整合式觸控螢幕系統，其中在該顯示階段期間該電源供應器之一輸出電壓位準係基於一第一參考電壓，在該至少一間隙週期期間該電源供應器之該輸出電壓位準係基於一第二參考電壓，在該顯示階段期間該電壓調節器之一輸出電壓位準係基於一第三參考電壓，且在該至少一間隙週期期間該電壓調節器之該輸出電壓位準係基於一第四參考電壓。
  9. 如請求項8之整合式觸控螢幕系統，其中該電壓調節器包括一電容器，在該顯示階段期間對該電容器充電，且其中在觸摸階段期間將電荷自該電容器轉移至該電源供 應器。
  10. 如請求項7之整合式觸控螢幕系統，其中該電壓調節器包括一低壓差調節器(LDO)。
  11. 如請求項1之整合式觸控螢幕系統，其中在該至少一間隙週期之一第一部分期間該電源供應器將該等電壓施加至該等導電線，該觸摸感測系統包括在該等主動感測週期期間用驅動信號刺激之複數條驅動線及接收對應於一或多個驅動信號之一感測信號的一感測放大器，該整合式觸控螢幕系統進一步包含：一後雜訊穩定化系統，其在該至少一間隙週期之一第二部分期間重設該感測放大器，該第二部分係在該第一部分之後。
  12. 如請求項11之整合式觸控螢幕系統，其中該後雜訊穩定化系統包括連接至該感測放大器之一回饋迴路的一開關，且其中重設該感測放大器包括使該開關閉合以將該回饋迴路短路。
  13. 一種管理一觸控螢幕系統中之電源的方法，該觸控螢幕系統包括一包括複數個顯示像素之觸控螢幕，該複數個顯示像素包括一包括複數條導電線之定址系統，該方法包含：在一顯示階段期間更新由該等顯示像素顯示之一影像，其中該影像之該更新包括主動地操作一電源供應器以將電壓施加至該等導電線從而對該等顯示像素進行定址；及 在一觸摸感測階段期間感測觸摸，該觸摸感測階段包括複數個主動感測週期，在該等主動感測週期期間，觸摸感測系統執行主動觸摸感測而該電源供應器係非主動地施加電壓至該等導電線，該觸摸感測階段進一步包括主動感測週期之間的至少一間隙週期，其中在該至少一間隙週期期間主動地操作該電源供應器以將電壓施加至該等導電線，而主動觸摸感測非在執行中。
  14. 如請求項13之方法，其中在該顯示階段之至少部分期間一顯示系統控制該電源供應器將該等電壓施加至該等導電線，且在該觸摸感測階段之至少部分期間一觸摸感測系統控制該電源供應器將該等電壓施加至該等導電線，該方法進一步包含：產生該顯示系統與該觸摸感測系統之間的一同步信號，其中對該電源供應器之該控制係基於該同步信號。
  15. 如請求項13之方法，其進一步包含：在該觸摸感測階段期間使由該電源供應器施加之該等電壓升壓，使得在該觸摸感測階段期間施加至該等導電線之該等電壓的量值大於在該顯示階段期間施加至該等導電線之該等電壓的量值。
  16. 如請求項13之方法，其中在該顯示階段期間該電源供應器之一輸出電壓位準係基於一第一參考電壓，且在該至少一間隙週期期間該電源供應器之該輸出電壓位準係基於一第二參考電壓。
  17. 如請求項13之方法，其進一步包含： 操作調節施加至該等導電線之該等電壓的一電壓調節器，其中在該顯示階段期間該電源供應器之一輸出電壓位準係基於一第一參考電壓，在該至少一間隙週期期間該電源供應器之該輸出電壓位準係基於一第二參考電壓，在該顯示階段期間該電壓調節器之一輸出電壓位準係基於一第三參考電壓，且在該至少一間隙週期期間該電壓調節器之該輸出電壓位準係基於一第四參考電壓。
  18. 如請求項17之方法，其中該電壓調節器包括一電容器，在該顯示階段期間對該電容器充電，且其中在觸摸階段期間將電荷自該電容器轉移至該電源供應器。
  19. 如請求項13之方法，其中該觸控螢幕系統包括一觸摸感測系統，該觸摸感測系統包括在該等主動感測週期期間用驅動信號刺激之複數條驅動線及接收對應於一或多個驅動信號之一感測信號的一感測放大器，且其中在該至少一間隙週期期間施加電壓包括在該至少一間隙週期之一第一部分期間施加該等電壓，該方法進一步包含：在該至少一間隙週期之一第二部分期間重設該感測放大器，該第二部分係在該第一部分之後。
  20. 如請求項19之方法，其中重設該感測放大器包括：將該感測放大器之一回饋迴路短路。
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