TWI494813B

TWI494813B - 積體觸控有機發光二極體顯示裝置

Info

Publication number: TWI494813B
Application number: TW102122013A
Authority: TW
Inventors: liang-hua Mo; Guang Ouyang
Original assignee: Focaltech Systems Ltd
Priority date: 2013-06-20
Filing date: 2013-06-20
Publication date: 2015-08-01
Also published as: TW201500990A

Description

積體觸控有機發光二極體顯示裝置

本發明係有關於一種觸控技術，特別係有關於一種積體觸控有機發光二極體顯示裝置。

當前，積體觸控有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode；OLED)顯示裝置，又稱為有機電致發光顯示器(Organic Electroluminescence；OEL)利用有機半導體材料和發光材料在電流的驅動下產生發光來實現顯示。積體觸控有機發光二極體顯示裝置是一種在有機發光二極體顯示裝置上積體驅動/感應電極，從而實現檢測觸摸的功能。這種積體觸控有機發光二極體顯示裝置廣泛應用於各種電子產品，已經逐漸滲透到人們工作和生活的各個領域。但現有的積體觸控有機發光二極體顯示裝置普遍存在抗干擾性能差、掃描幀率低、體積大以及製造工藝複雜等問題。

鑒於此，本發明的一個主要目的在於，提供一種積體觸控有機發光二極體顯示裝置，能夠解決以上問題之中的至少一個，包括：基板、有機發光層、保護玻璃、多個感應電極及觸摸控制晶片。有機發光層，設置在基板上；多個感應電極，設置於保護玻璃上，並且多個感應電極排列成二維陣列；以及觸摸控制晶片，綁定到保護玻璃上，其中，觸摸控制晶片與感應電極位於保護玻璃的同一側面，並且觸摸控制晶片與多個感應電極之中的每一個感應電極分別通過導線相連接。

優選地，感應電極可以由氧化銦錫(ITO)或石墨烯構成。

優選地，觸摸控制晶片以玻璃覆晶方式(COG)綁定到保護玻璃上。

優選地，觸摸控制晶片包括：驅動/接收單元，用於向感應電極提供驅動信號，並接收來自於感應電極的檢測信號；以及檢測信號處理單元，用於根據檢測信號確定觸摸位置。

優選地，檢測信號處理單元適用於根據檢測信號獲得二維電容變化陣列，並根據二維電容變化陣列來確定觸摸位置。

優選地，檢測信號處理單元適用於根據檢測信號確定每個感應電極的自電容。

優選地，驅動/接收單元適用於以電壓源或電流源驅動感應電極；以及檢測感應電極的電壓或頻率或電量。

優選地，驅動/接收單元通過以下方式檢測每個感應電極的自電容：驅動並檢測所述感應電極，同時驅動其餘的感應電極；或者驅動並檢測所述被測感應電極，同時驅動所述被測感應電極周邊的感應電極，其中，驅動所述被測感應電極的信號和同時驅動所述其餘感應電極及所述被測感應電極周邊感應電極的信號是相同的電壓或電流信號，或者是不同的電壓或電流信號。

優選地，驅動/接收單元通過以下方式檢測每個感應電極的自電容：同時檢測所有感應電極；或者分組檢測各感應電極。

優選地，驅動/接收單元同時向多個感應電極提供驅動信號並接收檢測信號。

優選地，驅動/接收單元分將多個感應電極分組，為各組感應電極依次提供驅動信號並接收檢測信號。

優選地，觸摸控制晶片還配置為通過電壓源或電流源的參數來調整觸摸檢測的靈敏度或動態範圍，參數包括幅度、頻率和時序之中的任一個或其組合。

優選地，感應電極的形狀可以是矩形、菱形、圓形或橢圓形。

在根據本發明實施例的方案中提供了一種積體觸控有機發光二極體顯示裝置，採用設置在保護玻璃的表面上的二維陣列感應電極。在實現多點觸控的前提下解決了現有技術中因雜訊在電極間傳遞而引起的誤差，顯著提高了信噪比。利用本公開實施例的方案，極大地消除了觸控式螢幕的電源雜訊，也能夠減弱射頻(RF)以及來自有機發光二極體顯示模組等其他噪音源的干擾。

此外，觸摸控制晶片與每個感應電極分別通過導線相連接，並以COG的方式綁定到保護玻璃上，能夠避免管腳數量多可能造成的封裝困難，還能夠減小整體的體積。此外，通過同時或分組檢測各感應電極，可以顯著降低掃描時間，從而避免感應電極數量多可能引起的問題。

10‧‧‧觸摸控制晶片

101‧‧‧驅動/接收單元

102‧‧‧檢測信號處理單元

11‧‧‧基板

12‧‧‧有機發光層

13‧‧‧保護玻璃

14‧‧‧感應電極

19‧‧‧感應電極

2a-2d‧‧‧感應電極

21‧‧‧觸摸動作

22‧‧‧匯流排

23‧‧‧時序控制電路

24‧‧‧驅動源

51‧‧‧驅動源

52‧‧‧對地電容

54‧‧‧噪音

55‧‧‧電荷接收模組

60‧‧‧控制邏輯

601‧‧‧位置

602‧‧‧感測位置

61‧‧‧電壓源

62‧‧‧參考電壓

63‧‧‧驅動源

64‧‧‧驅動源

65‧‧‧驅動源

66-68‧‧‧感測電極

69‧‧‧信號接收單元

81‧‧‧獲取感應資料

82‧‧‧濾波和降噪

83‧‧‧尋找可能的觸摸區域

84‧‧‧異常處理得到合理觸摸區

85‧‧‧計算觸摸的座標

86‧‧‧分析以往幀的資料

87‧‧‧跟蹤觸摸軌跡

V1-V2‧‧‧電壓

S1-S3‧‧‧開關

PT1-PT3‧‧‧感應資料

PN1-PN3‧‧‧感應值

PNT1-PNT3‧‧‧感應資料

x1-x3‧‧‧座標

第1圖係本發明實施例之結構示意圖。

第2圖係本發明實施例的感應電極陣列的俯視圖。

第3圖係應用於根據本發明實施例的感應電極驅動方法的示意圖(一)。

第4A圖係應用於根據本發明實施例的感應電極驅動方法的示意圖(二)。

第4B圖係應用於根據本發明實施例的感應電極驅動方法的示意圖(三)。

第4C圖係應用於根據本發明實施例的感應電極驅動方法的示意圖(四)。

第5圖係應用於根據本發明實施例的電容檢測方法的示意圖(一)。

第6圖係應用於根據本發明實施例的電容檢測方法的示意圖(二)。

第7圖係根據本發明實施例的應用場景示意圖。

第8圖係根據本發明實施例的觸摸控制晶片的信號流程圖。

第9A圖係本發明實施例採用重心演算法計算觸摸位置的座標的示意圖。

第9B圖係本發明實施例有雜訊的情況下採用重心演算法計算觸摸位置的座標的示意圖。

下面參照附圖來說明本發明的實施例。在本發明的一個附圖或一種實施方式中描述的元素和特徵可以與一個或更多個其它附圖或實施方式中所示的元素和特徵相結合。應當注意，為了清楚的目的，附圖和說明中省略了與本發明無關的、所屬技術領域中具有通常知識者已知的部件和處理的表示和描述。

第1圖係本發明實施例之結構示意圖。該積體觸控有機發光二極體顯示裝置包括：基板11、有機發光層12、保護玻璃13、多個感應電極14及觸摸控制晶片10。有機發光層12設置在基板11上；保護玻璃13設置在有機發光層12上；多個感應電極14設置於保護玻璃13上，並且多個感應電極14排列成二維陣列；以及觸摸控制晶片10綁定到保護玻璃13上，其中觸摸控制晶片10與感應電極14位於保護玻璃13的同一側面，並且觸摸控制晶片10與多個感應電極14之中的每一個感應電極分別通過導線相連接。

基板11可以由透明塑膠或玻璃製成，用來支撐整個有機發光二極體顯示裝置。有機發光層12可以包括陽極、有機層、導電層、發射層和陰極。陽極由透明的N型氧化物半導體，例如，氧化銦錫(ITO)製成。在電流流過時陽極消除電子並增加空穴。導電層由有機塑膠分子，例如，如聚苯胺的導電聚合物製成，這些有機塑膠分子傳輸由陽極而來的空穴。發射層由不同於導電層的有機塑膠分子構成。例如，可採用聚芴作為發射層的聚合物。這些有機塑膠分子傳輸從陰極而來的電子。陰極可以由透明或不透明的材料製成。當設備內有電流流通時，陰極會產生電子。在有機發光層12上還設置有保護玻璃13。

在保護玻璃13的上表面或下表面上可以設置有多個感應電極14，其可以以二維陣列的形式佈置。

對於電容式觸控式螢幕，每個電極就是一個電容感測器，用來感應觸控式螢幕上不同區域的觸摸。每個電極都通過導線連接到觸摸控制晶片10。另一方面，由於每一個電極都單獨通過導線與觸摸控制晶片10相連，因此，這裡的晶片管腳數會非常多。因此，優選地觸摸控制晶片10可以通過玻璃覆晶(Chip-on-Glass，簡稱COG)方式，綁定在保護玻璃13之上，這種綁定可以通過諸如異方向性導電膜(Anisotropic Conductive Film，ACF)的方式實現。採用COG的方式，解決了晶片管腳多，用傳統封裝實現困難的問題。

此外，常規的柔性電路板(FPC)連接要求在硬體上給觸摸控制晶片和FPC預留空間，不利於系統精簡。通過COG的方式，晶片與觸控式螢幕成為一體，大大減少了兩者的連接距離，縮小了整體模組的空間，相應的降低了整體模組的成本，同時，由於電極一般採用在保護玻璃上表面進行ITO刻蝕，而晶片也位於保護玻璃上表面，兩者之間的連線可以通過ITO一次性刻蝕成功，使得製造工藝也大大簡化。

請參照第2圖，係本發明實施例的感應電極陣列的俯視圖。所屬技術領域具有通常知識者應理解，第2圖所示的僅僅是感應電極的一種排列方式，在具體實施例中，感應電極可排列成任何二維陣列。此外，各感應電極在任一方向上的間距可以是相等的，也可以是不等的。所屬技術領域中具有通常知識者亦應理解，感應電極的數量可多於第2圖所示的數量。

所屬技術領域中具有通常知識者應理解，第2圖所示的僅僅是感應電極的一種形狀。根據其他實施例，感應電極的形狀可以是矩形、菱形、圓形或橢圓形，也可以是不規則形狀。各感應電極的圖案可以是一致的，也可以是不一致的。例如，中部的感應電極採用菱形結構，邊緣的採用三角形結構。此外，各感應電極的大小可以是一致的，也可以是不一致的。例如，靠裡的感應電極尺寸較大，靠邊緣的尺寸較小，如此有利於走線和邊沿的觸摸精度。

每個感應電極都有導線引出，導線布於感應電極之間的空隙中。一般而言，導線儘量均勻，且走線儘量短。此外，導線的走線範圍在保證安全距離的前提下儘量窄，從而留給感應電極更多的面積，使感應更精確。

各感應電極可通過導線連接至匯流排22，匯流排22將導線直接或者經過一定的排序後與觸摸控制晶片的管腳相連接。對於大螢幕的觸控式螢幕，感應電極的數量可能非常多。在這種情況下，可以用單個觸摸控制晶片控制所有感應電極；也可以通過對螢幕分區，用多個觸摸控制晶片分別控制不同區域的感應電極，多個觸摸控制晶片之間可進行時鐘同步。此時，匯流排22可分割成若干個匯流排集，以便與不同的觸摸控制晶片相連接。各觸摸控制晶片控制相同數量的感應電極，或者控制不同數量的感應電極。

第2圖所示的感應電極陣列基於自電容的觸摸檢測原理。每個感應電極對應螢幕上特定位置，在第2圖中；2a-2d表示不同感應電極。21表示一個觸摸動作，當觸摸動作21發生在某感應電極所對應的位置時，該感應電極上的電荷改變，因此，檢測該感應電極上的電荷(電流/電壓)，能夠知道該感應電極有沒有發生觸摸事件。一般而言，這可以通過模數轉換器(ADC)把類比量轉換為數位量來實現。感應電極的電荷改變量與感應電極被覆蓋的面積有關，例如，第2圖中感應電極2b和2d的電荷改變量大於感應電極2a和2c的電荷改變量。

螢幕上的每個位置均有對應的感應電極，感應電極之間沒有物理連接，因此，本公開實施例所提供的電容式觸控式螢幕能夠實現真正的多點觸控，避免了現有技術中自電容觸摸檢測的鬼點問題以及雜訊在電極間傳遞而引起的誤差，顯著提高了信噪比。

請參照第3圖、第4A圖、第4B圖及第4C圖，分別係應用於根據本發明實施例的感應電極驅動方法的示意圖(一)、(二)、(三)及(四)。如第3圖所示，感應電極19 由驅動源24驅動，驅動源24可以是電壓源或電流源。對於不同的感應電極19，驅動源24不一定採用相同的結構。例如，可以部分採用電壓源，部分採用電流源。此外，對於不同的感應電極19，驅動源24的頻率可以相同，也可以不同。時序控制電路23控制各驅動源24工作的時序。

此外，各感應電極19的驅動時序可以有多種選擇。如第4A圖所示，所有感應電極同時驅動，同時檢測。這種方式完成一次掃描所需要的時間最短，驅動源數量最多(與感應電極的數量一致)。如第4B圖所示，感應電極的驅動源可以被分成若干組，每組依次驅動特定區域內的電極。這種方式能夠實現驅動源複用，但會增加掃描時間，不過通過選擇合適的分組數量，可以使驅動源複用和掃描時間達到折中。

如第4C圖所示，常規互電容觸摸檢測的掃描方式，假設有N個驅動通道(TX)，每個TX的掃描時間為Ts，則掃描完一幀的時間為N*Ts。而採用本實施例的感應電極驅動方法，可以將所有感應電極一起檢測，掃描完一幀的時間最快僅Ts。也就是說，與常規互電容觸摸檢測相比，本實施例的方案能夠將掃描頻率提高N倍。

對於一個有40個驅動通道的互電容觸控式螢幕，如果每個驅動通道的掃描時間為500us，則整個觸控式螢幕(一幀)的掃描時間為20ms，即幀率為50Hz。50Hz往往不能達到良好使用體驗的要求。本公開實施例的方案可以解決這個問題。通過採用排列成二維陣列的感應電極，所有電極可以同時檢測，在每個電極的檢測時間保持500us的情況下，幀率達到2000Hz。這大大超出了多數觸控式螢幕的應用要求。多出來的掃描資料可以被數位信號處理端利用，用於例如抗干擾或優化觸摸軌跡，從而得到更好的效果。

優選地，檢測每個感應電極的自電容。感應電極的自電容可以是其對地電容。

作為一個示例，可採用電荷檢測法。請參照第5圖及第6圖，分別係應用於根據本發明實施例的電容檢測方法的示意圖(一)及(二)。在第5圖中，驅動源51提供恒定電壓V1。電壓V1可以是正壓、負壓或地。S1和S2表示兩個受控開關，52表示感應電極的對地電容，55表示電荷接收模組，電荷接收模組55可將輸入端電壓鉗位至指定值V2，並測量出輸入或輸出的電荷量。首先，S1閉合S2斷開，Cx的上極板被充電至驅動源51所提供的電壓V1；然後S1斷開S2閉合，Cx與電荷接收模組55發生電荷交換。設電荷轉移量為Q1，Cx的上極板電壓變為V2，則由C=Q/△V，有Cx=Q1/(V2-V1)，從而實現了電容檢測。

作為另一個示例，也可採用電流源，或者通過感應電極的頻率來獲得其自電容。

可選地，在使用多個驅動源的情況下，當檢測一個感應電極時，對於與該感應電極相鄰的或周邊的感應電極，可選擇不同於該被測電極的驅動源的電壓。出於簡潔的目的，第6圖僅示出了三個感應電極：一個被測電極 67和兩個相鄰之感應電極66和68。所屬技術領域中具有通常知識者應理解，以下例子也適用於更多個感應電極的情況。

與被測感應電極67相連接的驅動源64通過開關S2連接到電壓源61，以實現對被測感應電極67的驅動；而與被測感應電極67相鄰的感應電極66和68與驅動源63和65相連接，它們可以通過開關S1和S3連接到電壓源61或特定的參考電壓62(例如地)。若開關S1和S3連接到電壓源61，即用同一電壓源同時驅動被測感應電極及其周邊的感應電極，這樣能夠減小被測感應電極67和其周邊感應電極66和68的電壓差，有利於減小被測電極的電容和有利於防範水滴形成的虛假觸摸。

優選地，觸摸控制晶片配置為通過驅動源的參數來調整觸摸檢測的靈敏度或動態範圍，所述參數包括幅度、頻率和時序之中的任一個或組合。作為一個示例，如第6圖所示，驅動源的參數(例如，驅動電壓、電流和頻率)以及各驅動源的時序可由觸摸控制晶片內的信號驅動電路的控制邏輯60控制。通過這些參數，可以調整不同的電路工作狀態，例如高靈敏度、中等靈敏度或低靈敏度，或不同的動態範圍。

不同的電路工作狀態可適用于不同的應用場景。請參照第7圖，係根據本發明實施例的應用場景示意圖：手指正常觸摸，手指懸浮觸控，有源/無源筆或細小導體觸摸，以及帶手套觸摸。結合上述參數，可以實現對一個或多個正常觸摸以及一個或多個細小導體觸摸的檢測。所屬技術領域中具有通常知識者應理解，儘管第6圖所示的信號接收單元69和信號驅動電路的控制邏輯60是分離的，但在其他實施例中，它們可以由同一個電路實現。

請參照第8圖，係根據本發明實施例的觸摸控制晶片的信號流程圖。當感應電極上有觸摸發生時，感應電極的電容會改變，這個改變量通過模數轉換器轉換成數位量，就能恢復出觸摸資訊。一般而言，電容改變量與該感應電極被觸摸物遮蓋的面積相關。信號接收單元69接收感應電極的感應資料，經信號處理單元恢復出觸摸資訊。

作為一個示例，以下請參照第8圖具體描述信號處理單元的資料處理方法。第8圖示出了根據本發明實施例的觸摸控制晶片的信號流程圖。在如第8圖所示的資料處理方法中包括以下步驟。

步驟81：獲取感應資料。

步驟82：對感應資料進行濾波和降噪。該步驟的目的是儘量消除原始圖像中的雜訊，以利後續計算。該步驟具體可採用空間、時域或閾值濾波辦法。

步驟83：尋找其中可能的觸摸區域。這些區域包括真實的觸摸區域以及無效信號。無效信號包括大面積觸摸信號、電源雜訊信號、懸空異常信號、以及水滴信號等等。這些無效信號有的與真實觸摸接近，有的會干擾真實觸摸，有的則不應被解析成正常觸摸。

步驟84：異常處理，以消除上述無效信號並得到合理觸摸區。

步驟85：根據合理觸摸區的資料進行計算，以得到觸摸位置的座標。

優選地，可以根據二維的電容變化陣列來確定觸摸位置的座標。具體地，可以採用重心演算法來根據二維的電容變化陣列確定觸摸位置的座標。

請參照第9A圖，係本發明實施例採用重心演算法計算觸摸位置的座標的示意圖。出於簡潔的目的，在以下描述中僅計算了觸摸位置的一個維度的座標。所屬技術領域中具有通常知識者應理解，可以採用相同或類似的方法獲得觸摸位置的完整座標。假設第6圖所示的感應電極66-68被手指覆蓋，對應的感應資料分別為PT1,PT2,PT3，且感應電極66-68所對應的座標分別為x1,x2,x3。則採用重心演算法得到的手指觸摸位置的座標是：

可選地，在得到觸摸位置的座標之後還可以進行步驟86：分析以往幀的資料，以便利用多幀資料來獲得當前幀資料。

可選地，在得到觸摸位置的座標之後也可以進行步驟87：根據多幀資料來跟蹤觸摸軌跡。此外，還可以根據使用者的操作過程，得出事件資訊並上報。

根據本公開實施例的積體觸控有機發光二極體顯示裝置，能夠在實現多點觸控的前提下，解決現有技術中雜訊疊加的問題。

以在第6圖中位置601引入電源共模雜訊為例，以下分析雜訊對觸摸位置的計算的影響。

在現有技術的基於互電容觸摸檢測的觸摸系統中，有多個驅動通道(TX)和多個接收通道(RX)，而且每個RX與所有的TX連通。當系統中引入了一個共模干擾信號時，由於RX的連通性，雜訊會在整個RX上傳導。特別是，當在一個RX上有多個噪音源時，這些噪音源的雜訊會疊加，從而使雜訊幅度增加。雜訊使測量的電容上的電壓信號等發生擺動，從而導致非觸摸點發生誤報。

在本公開實施例所提供的積體觸控有機發光二極體顯示裝置中，各感應電極間在連接到晶片內部前沒有物理連接，雜訊無法在感應電極間傳遞和疊加，避免了誤報。

以電壓檢測法為例，雜訊會引起被觸摸電極上的電壓變化，從而引起被觸摸電極的感應資料變化。根據自電容觸摸檢測原理，雜訊所導致的感應值與正常觸摸所導致的感應值均正比於被觸摸電極被覆蓋的面積。

第9B圖示出了有雜訊的情況下採用重心演算法計算觸摸位置的座標。假設正常觸摸引起的感應值分別是PT1、PT2、PT3，雜訊引起的感應值是PN1、PN2、PN3，則(以感應電極66-68為例)： PT1 α C68，PT2 α C67，PT3 α C66

PN1 α C68，PN2 α C67，PN3 α C66

有：PN1=K*PT1，PN2=K*PT2，PN3=K*PT3，其中K為常數。

當雜訊與驅動源的電壓極性一致時，由於電壓疊加最終的感應資料為：PNT1=PN1+PT1=(1+K)*PT1

PNT2=PN2+PT2=(1+K)*PT2

PNT3=PN3+PT3=(1+K)*PT3

那麼，採用重心演算法得到的座標為：

可見，式(2)與式(1)相等。因此，本公開實施例的積體觸控有機發光二極體顯示裝置可以有效地抑制共模雜訊。只要雜訊不超出系統的動態範圍，就不會影響到最終確定的座標。

雜訊與驅動源的電壓極性相反時，會把有效信號拉低。如果拉低後的有效信號能檢測出來，則由以上分析可知，不影響最終確定的座標。如果拉低後的有效信號不能檢測出來，則當前幀的資料失效。不過由於本公開實施例所提供的電容式觸控式螢幕的掃描頻率可以很高，可以達到常規掃描頻率的N倍(N通常大於10)，利用這一特性，可以利用多幀資料來恢復出當前幀的資料。本領域技術人員應理解，由於掃描頻率遠大於實際所需的報點率的，因此利用多幀資料的處理不會影響正常報點率。

類似地，當雜訊有限度地超出了系統的動態範圍，也可以利用多幀資料來修正當前幀，從而得到正確的座標。幀間處理方法同樣適用於射頻以及來自液晶顯示模組等其他噪音源的干擾。

應該強調，術語“包括/包含”在本文使用時指特徵、要素、步驟或元件的存在，但並不排除一個或更多個其它特徵、要素、步驟或元件的存在或附加。

本發明及其優點，但是應當理解在不超出由所附的權利要求所限定的本發明的精神和範圍的情況下可以進行各種改變、替代和變換。而且，本發明的範圍不僅限於說明書所描述的過程、設備、手段、方法和步驟的具體實施例。所述技術領域中具有通常知識者從本發明的公開內容將容易理解，根據本發明可以使用執行與在此的相應實施例基本相同的功能或者獲得與其基本相同的結果的、現有和將來要被開發的過程、設備、手段、方法或者步驟。因此，所附的權利要求旨在在它們的範圍內包括這樣的過程、設備、手段、方法或者步驟。