TWI581153B - 內嵌式觸控螢幕及適用於內嵌式觸控螢幕的控制器 - Google Patents

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Description

內嵌式觸控螢幕及適用於內嵌式觸控螢幕的控制器
本發明係有關一種內嵌式（in-cell）觸控螢幕，特別是一種適用於自電容（self-capacitance）內嵌式觸控螢幕的控制器。
觸控螢幕為一種結合觸控技術與顯示技術的輸出/輸入裝置，可讓使用者直接與顯示物件進行互動。電容式觸控面板為一種常見觸控面板，其利用電容耦合效應以偵測觸碰位置。當手指觸碰到觸控面板的表面時，相應位置的電容量會改變，因而得以偵測到觸碰位置。
為了製造更薄的觸控螢幕，因此使用內嵌式技術，將電容製作於顯示器內部，因而得以省略一些層級。傳統內嵌式觸控螢幕使用共電壓（VCOM）層於顯示模式及觸控模式。顯示模式的共電壓通常具負電壓位準，而觸控模式於共電壓層之接收（RX）電極所感應的感測信號通常具正電壓位準。因此，用於切換顯示模式與觸控模式的開關所使用的金屬氧化物半導體（MOS）電晶體，其跨壓會超過其操作電壓。鑑於此，需要使用額外電路來輔助該開關，以解決（正至負）跨壓問題。另一種解決跨壓問題的方法是使用高操作電壓的金屬氧化物半導體電晶體來實施該開關。然而，上述方法皆會增加電路面積。因此，亟需提出一種新穎機制，以降低內嵌式觸控螢幕的電路面積。
鑑於上述，本發明實施例的目的之一在於提出一種適用於自電容內嵌式觸控螢幕的控制器，用以避免內嵌式觸控螢幕的跨壓問題，且不會增加晶片面積。
根據本發明實施例，適用於內嵌式觸控螢幕的控制器包含共電壓電路、顯示模式開關、偵測電路及觸控模式開關。共電壓電路於其輸出節點產生一共電壓。顯示模式開關的第一端連接至共電壓電路的輸出節點，其第二端藉由內嵌式觸控螢幕的相應連接線而連接至一共電壓電極。偵測電路於其輸出/輸入節點接收感測信號。觸控模式開關的第一端連接至偵測電路的輸出/輸入節點，其第二端藉由內嵌式觸控螢幕的相應連接線而連接至共電壓電極。顯示模式開關於顯示模式為閉合，使得共電壓電極設於共電壓，且於觸控模式為斷開。觸控模式開關於觸控模式為閉合，使得偵測電路從共電壓電極接收並處理感測信號，且於顯示模式為斷開。偵測電路的全幅度電源涵蓋共電壓電路的全幅度電源。
第一圖顯示本發明實施例之自電容（self-capacitance）內嵌式觸控螢幕100的透視圖。自電容內嵌式觸控螢幕（以下簡稱內嵌式觸控螢幕）100主要包含閘極（G）線11、源極（S）線13及共電壓（VCOM）層15，由下而上彼此隔離。為了簡潔起見，內嵌式觸控螢幕100的一些元件未顯示於圖式中。例如，液晶層可設於共電壓層15之上。閘極線11橫向或列向設置，源極線13則縱向或行向設置。
第二圖顯示第一圖的共電壓層15的俯視圖。在本實施例中，共電壓層15分割為多個共電壓電極151，排列為陣列行式，如第二圖所例示。多條連接線152分別連接該些共電壓電極151。於觸控模式時，共電壓電極151作為感測點（或接收（RX）電極）；且於顯示模式時，共電壓電極151連接至一共電壓（例如直流電壓）。
第三圖顯示適用於第一圖之內嵌式觸控螢幕100的控制器300的示意圖。在本實施例中，控制器300包含共電壓電路31，產生共電壓VCOM於其輸出節點311。控制器300還包含顯示模式開關32，其第一端連接至共電壓電路31的輸出節點311，其第二端藉由相應連接線152而連接至共電壓電極151。於顯示模式，模式選擇器33控制顯示模式開關32使其閉合（closed），使得共電壓電極151設於共電壓VCOM。另一方面，於觸控模式，模式選擇器33控制顯示模式開關32使其斷開（open）。
本實施例的控制器300更包含偵測電路34，於其輸出/輸入節點341接收感測信號，用於輸出傳送（TX）信號並偵測觸碰事件。控制器300還包含觸控模式開關35，其第一端連接至偵測電路34的輸出/輸入節點341，其第二端藉由相應連接線152而連接至共電壓電極151。於觸控模式，模式選擇器33控制觸控模式開關35使其閉合，使得偵測電路34可從共電壓電極151接收並處理感測信號。另一方面，於顯示模式，模式選擇器33控制觸控模式開關35使其斷開。值得注意的是，顯示模式開關32與制觸控模式開關35分別可使用單一金屬氧化物半導體（MOS）電晶體來實施，不像傳統觸控螢幕需使用額外的電路。
第四A圖顯示本發明第一特定實施例之第三圖的控制器300的電路圖。在本實施例中，共電壓電路31於其輸出級包含放大器312，例如運算放大器。偵測電路34於其輸入級包含類比前端（analog front-end, AFE）342，用以提供介面於共電壓電極151與偵測電路34後級（例如類比至數位轉換器）之間。根據本實施例的特徵之一，共電壓電路31的放大器312具第一電源輸入節點313以接收正電壓VDDA，且具第二電源輸入節點314以接收負電壓NVDDA。因此，放大器312的電源輸入跨越正電壓VDDA至負電壓NVDDA，其全幅度電源為VDDA-NVDDA。另一方面，偵測電路34的類比前端342具第一電源輸入節點343以接收正電壓VDDA，且具第二電源輸入節點344以接收負電壓NVDDA。因此，類比前端342的電源輸入跨越正電壓VDDA至負電壓NVDDA，其全幅度電源為VDDA-NVDDA。藉此，共電壓電路31的放大器312的全幅度電源大約相同於偵測電路34的類比前端342的全幅度電源。
由於全幅度電源VDDA-NVDDA涵蓋顯示模式之共電壓的電壓位準，且涵蓋觸控模式之共電壓電極151的感測信號的電壓位準，因而得以避免跨壓問題。
第四B圖顯示本發明第二特定實施例之第三圖的控制器300的電路圖。第四B圖的電路類似於第四A圖的電路，其差異說明如下。共電壓電路31的放大器312具第一電源輸入節點313以接收地電壓GND，且具第二電源輸入節點314以接收負電壓NVDDA。因此，放大器312的電源輸入跨越地電壓GND至負電壓NVDDA，其全幅度電源為0-NVDDA（或-NVDDA）。另一方面，偵測電路34的類比前端342具第一電源輸入節點343以接收地電壓GND，且具第二電源輸入節點344以接收負電壓NVDDA。因此，類比前端342的電源輸入跨越地電壓GND至負電壓NVDDA，其全幅度電源為0-NVDDA（或-NVDDA）。藉此，共電壓電路31的放大器312的全幅度電源大約相同於偵測電路34的類比前端342的全幅度電源，因而使得內嵌式觸控螢幕100得以避免跨壓問題。
第四C圖顯示本發明第三特定實施例之第三圖的控制器300的電路圖。第四C圖的電路類似於第四A圖的電路，其差異說明如下。共電壓電路31的放大器312具第一電源輸入節點313以接收地電壓GND，且具第二電源輸入節點314以接收第一負電壓NVDDA1。因此，放大器312的電源輸入跨越地電壓GND至第一負電壓NVDDA1，其全幅度電源為0-NVDDA（或-NVDDA）。另一方面，偵測電路34的類比前端342具第一電源輸入節點343以接收地電壓GND，且具第二電源輸入節點344以接收第二負電壓NVDDA2（其中，NVDDA2的絕對值大於NVDDA1的絕對值）。因此，類比前端342的電源輸入跨越地電壓GND至第二負電壓NVDDA2，其全幅度電源為0-NVDDA2（或-NVDDA2）。藉此，偵測電路34的類比前端342的全幅度電源大於共電壓電路31的放大器312的全幅度電源，因而使得內嵌式觸控螢幕100得以避免跨壓問題。
一般來說，偵測電路34的類比前端342的全幅度電源涵蓋共電壓電路31的放大器312的全幅度電源。換句話說，共電壓電路31的放大器312的全幅度電源位於偵測電路34的類比前端342的全幅度電源之範圍內。
共電壓電路31的放大器312具第一電源輸入節點313以接收大於或等於地電壓GND的電壓位準，且偵測電路34的類比前端342具第一電源輸入節點343，其接收的電壓位準大約相同於第一電源輸入節點313所接收的電壓位準。偵測電路34的類比前端342具第二電源輸入節點344以接收負電壓，其絕對值大於或等於放大器312的第二電源輸入節點314所接收之負電壓的絕對值。
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。
100‧‧‧自電容內嵌式觸控螢幕
11‧‧‧閘極線
13‧‧‧源極線
15‧‧‧共電壓層
151‧‧‧共電壓電極
152‧‧‧連接線
300‧‧‧控制器
31‧‧‧共電壓電路
311‧‧‧輸出節點
312‧‧‧放大器
313‧‧‧第一電源輸入節點
314‧‧‧第二電源輸入節點
32‧‧‧顯示模式開關
33‧‧‧模式選擇器
34‧‧‧偵測電路
341‧‧‧輸出/輸入節點
342‧‧‧類比前端
343‧‧‧第一電源輸入節點
344‧‧‧第二電源輸入節點
35‧‧‧觸控模式開關
G‧‧‧閘極
S‧‧‧源極
VCOM‧‧‧共電壓
AFE‧‧‧類比前端
VDDA‧‧‧正電壓
NVDDA‧‧‧負電壓
NVDDA1‧‧‧第一負電壓
NVDDA2‧‧‧第二負電壓
GND‧‧‧地電壓
第一圖顯示本發明實施例之自電容內嵌式觸控螢幕的透視圖。 第二圖顯示第一圖的共電壓層的俯視圖。 第三圖顯示適用於第一圖之內嵌式觸控螢幕的控制器的示意圖。 第四A圖至第四C圖顯示本發明特定實施例之第三圖的控制器的電路圖。
151‧‧‧共電壓電極
152‧‧‧連接線
300‧‧‧控制器
31‧‧‧共電壓電路
311‧‧‧輸出節點
32‧‧‧顯示模式開關
33‧‧‧模式選擇器
34‧‧‧偵測電路
341‧‧‧輸出/輸入節點
35‧‧‧觸控模式開關

Claims (20)

  1. 一種適用於內嵌式觸控螢幕的控制器，包含：一共電壓電路，於其輸出節點產生一共電壓；一顯示模式開關，其第一端連接至該共電壓電路的輸出節點，其第二端藉由該內嵌式觸控螢幕的相應連接線而連接至一共電壓電極；一偵測電路，於其輸出/輸入節點接收感測信號；及一觸控模式開關，其第一端連接至該偵測電路的輸出/輸入節點，其第二端藉由該內嵌式觸控螢幕的相應連接線而連接至該共電壓電極；其中該顯示模式開關於顯示模式為閉合，使得該共電壓電極設於該共電壓，且於觸控模式為斷開；其中該觸控模式開關於觸控模式為閉合，使得該偵測電路從該共電壓電極接收並處理該感測信號，且於顯示模式為斷開；其中該偵測電路的全幅度電源涵蓋該共電壓電路的全幅度電源。
  2. 根據申請專利範圍第1項所述適用於內嵌式觸控螢幕的控制器，其中該內嵌式觸控螢幕為自電容內嵌式觸控螢幕。
  3. 根據申請專利範圍第1項所述適用於內嵌式觸控螢幕的控制器，其中該顯示模式開關及該觸控模式開關分別包含單一金屬氧化物半導體電晶體。
  4. 根據申請專利範圍第1項所述適用於內嵌式觸控螢幕的控制器，更包含一模式選擇器，用以控制該顯示模式開關及該觸控模式開關。
  5. 根據申請專利範圍第1項所述適用於內嵌式觸控螢幕的控制器，其中該共電壓電路於其輸出級包含一放大器。
  6. 根據申請專利範圍第1項所述適用於內嵌式觸控螢幕的控制器，其中該偵測電路於其輸入級包含一類比前端，用以提供介面於該共電壓電極與該偵測電路後級之間。
  7. 根據申請專利範圍第1項所述適用於內嵌式觸控螢幕的控制器，其中該共電壓電路具第一電源輸入節點以接收大於或等於地電壓的電壓位準，且該偵測電路具第一電源輸入節點，其接收的電壓位準相同於該共電壓電路的第一電源輸入節點所接收的電壓位準；且該偵測電路具第二電源輸入節點以接收負電壓，其絕對值大於或等於該共電壓電路的第二電源輸入節點所接收之負電壓的絕對值。
  8. 根據申請專利範圍第7項所述適用於內嵌式觸控螢幕的控制器，其中該共電壓電路的第一電源輸入節點接收正電壓，且該共電壓電路的第二電源輸入節點接收該負電壓；該偵測電路的第一電源輸入節點接收該正電壓，且該偵測電路的第二電源輸入節點接收該負電壓。
  9. 根據申請專利範圍第7項所述適用於內嵌式觸控螢幕的控制器，其中該共電壓電路的第一電源輸入節點接收地電壓，且該共電壓電路的第二電源輸入節點接收該負電壓；該偵測電路的第一電源輸入節點接收地電壓，且該偵測電路的第二電源輸入節點接收該負電壓。
  10. 根據申請專利範圍第7項所述適用於內嵌式觸控螢幕的控制器，其中該共電壓電路的第一電源輸入節點接收地電壓，且該共電壓電路的第二電源輸入節點接收第一負電壓；該偵測電路的第一電源 輸入節點接收地電壓，且該偵測電路的第二電源輸入節點接收第二負電壓，其絕對值大於該第一負電壓的絕對值。
  11. 一種內嵌式觸控螢幕，包含：一共電壓層，包含複數共電壓電極，於觸控模式時，該些共電壓電極作為感測點，於顯示模式時，該些共電壓電極連接至一共電壓；複數連接線，分別連接至該些共電壓電極；一共電壓電路，於其輸出節點產生該共電壓；一顯示模式開關，其第一端連接至該共電壓電路的輸出節點，其第二端藉由相應連接線而連接至該共電壓電極；一偵測電路，於其輸出/輸入節點接收感測信號；及一觸控模式開關，其第一端連接至該偵測電路的輸出/輸入節點，其第二端藉由相應連接線而連接至該共電壓電極；其中該顯示模式開關於顯示模式為閉合，使得該共電壓電極設於該共電壓，且於觸控模式為斷開；其中該觸控模式開關於觸控模式為閉合，使得該偵測電路從該共電壓電極接收並處理該感測信號，且於顯示模式為斷開；其中該偵測電路的全幅度電源涵蓋該共電壓電路的全幅度電源。
  12. 根據申請專利範圍第11項所述之內嵌式觸控螢幕，其中該內嵌式觸控螢幕為自電容內嵌式觸控螢幕。
  13. 根據申請專利範圍第11項所述之內嵌式觸控螢幕，其中該顯示模式開關及該觸控模式開關分別包含單一金屬氧化物半導體電晶體。
  14. 根據申請專利範圍第11項所述之內嵌式觸控螢幕，更包含一模式選擇器，用以控制該顯示模式開關及該觸控模式開關。
  15. 根據申請專利範圍第11項所述之內嵌式觸控螢幕，其中該共電壓電路於其輸出級包含一放大器。
  16. 根據申請專利範圍第11項所述之內嵌式觸控螢幕，其中該偵測電路於其輸入級包含一類比前端，用以提供介面於該共電壓電極與該偵測電路後級之間。
  17. 根據申請專利範圍第11項所述之內嵌式觸控螢幕，其中該共電壓電路具第一電源輸入節點以接收大於或等於地電壓的電壓位準，且該偵測電路具第一電源輸入節點，其接收的電壓位準相同於該共電壓電路的第一電源輸入節點所接收的電壓位準；且該偵測電路具第二電源輸入節點以接收負電壓，其絕對值大於或等於該共電壓電路的第二電源輸入節點所接收之負電壓的絕對值。
  18. 根據申請專利範圍第17項所述之內嵌式觸控螢幕，其中該共電壓電路的第一電源輸入節點接收正電壓，且該共電壓電路的第二電源輸入節點接收該負電壓；該偵測電路的第一電源輸入節點接收該正電壓，且該偵測電路的第二電源輸入節點接收該負電壓。
  19. 根據申請專利範圍第17項所述之內嵌式觸控螢幕，其中該共電壓電路的第一電源輸入節點接收地電壓，且該共電壓電路的第二電源輸入節點接收該負電壓；該偵測電路的第一電源輸入節點接收地電壓，且該偵測電路的第二電源輸入節點接收該負電壓。
  20. 根據申請專利範圍第17項所述之內嵌式觸控螢幕，其中該共電壓電路的第一電源輸入節點接收地電壓，且該共電壓電路的第二電源輸入節點接收第一負電壓；該偵測電路的第一電源輸入節點接 收地電壓，且該偵測電路的第二電源輸入節點接收第二負電壓，其絕對值大於該第一負電壓的絕對值。
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