TWI797433B - 觸控偵測驅動電路及利用其之觸控顯示裝置 - Google Patents

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一種觸控偵測驅動電路，用以對一觸控屏之一觸控電極進行一自電容變化檢測程序，其特徵在於：該觸控偵測驅動電路在對該觸控電極進行所述的自電容變化檢測程序時，其係對一放大器之一輸入端施加一第一激勵信號且對一補償輸入端施加一第二激勵信號；該補償輸入端係與該觸控屏之一源極線及一閘極線耦接；以及該第一激勵信號和該第二激勵信號同相且該第一激勵信號的脈衝高度低於該第二激勵信號的脈衝高度，俾以在所述的自電容變化檢測程序中藉由該第二激勵信號和該第一激勵信號的脈衝高度差提供電荷給該觸控電極的寄生電容，從而降低該放大器的輸出驅動負擔以確保該放大器能夠線性工作。

Description

觸控偵測驅動電路及利用其之觸控顯示裝置
本發明係有關一種觸控偵測驅動電路，尤指一種可大幅減少觸控晶片面積的觸控偵測驅動電路。
在現有的電容式觸控式螢幕控制晶片中，很多都採用顯示驅動器和觸控驅動器結合成單一晶片的技術。這種技術會把面板上的共通電極劃分成很多個小塊來作為觸控感應元件。
上述的觸控感應元件會存在較大的寄生電容，包含走線的寄生電容，和源極線及閘極線的寄生電容等。若要消除如此多的寄生電容，除了對源極線和閘極線施加與觸控驅動器內的電荷放大器同相的激勵信號外，還須添加寄生電容補償電路來消除觸控感應元件的寄生電容。
請參照圖1，其繪示一習知觸控驅動器內的電荷放大器的電路圖。如圖1所式，該電荷放大器具有一開關21、一放大器22、一開關23、一回授電容24、一開關25及一補償電容26，且其具有一激勵信號輸入端IN、一電壓輸出端OUT、一感測端S及一補償輸入端X，其中激勵信號輸入端IN係用以與一激勵信號VSTIM 耦接，電壓輸出端OUT係用以提供一輸出電壓VOUT ，感測端S係與一觸控感應元件10(由共通電極劃分而成之複數個區塊中的一塊)耦接，且補償輸入端X係與一源極線及一閘極線耦接。
開關21係耦接於感測端S與放大器22之間；
放大器22具有一負輸入端、一正輸入端及一輸出端，該負輸入端係與開關21、開關23及回授電容24耦接，該正輸入端係與激勵信號輸入端IN耦接，該輸出端係與電壓輸出端OUT耦接；
開關23及回授電容24係並聯於放大器22之所述負輸入端和所述輸出端之間；以及
開關25和補償電容26係串聯於激勵信號VSTIM 和感測端S之間，開關25具有一第一連接端、一第二連接端及一第三連接端，該第一連接端係與補償電容26連接，該第二連接端係與一直流電壓VB 連接，且該第三連接端係與感測端S連接，其中，直流電壓VB 的電位等於激勵信號VSTIM 的高電位，且當激勵信號VSTIM 呈現低電位時，該第一連接端係與該第二連接端連接以在補償電容26的下電極和上電極之間建立一電壓，該電壓可表示為VC = VH -VL ，以在補償電容26上預先儲存(VH -VL )*CCOMP 的電荷，其中VH 代表激勵信號VSTIM 的高電位，VL 代表激勵信號VSTIM 的低電位，CCOMP 代表補償電容26的電容值；以及當激勵信號VSTIM 呈現高電位時，該第一連接端係與該第三連接端連接以對感測端S提供2VH -VL 的電壓。
在感測端S上感測到的寄生電容包括一第一電容11、一第二電容12及一第三電容13，其中，第一電容11代表觸控感應元件10的對地寄生電容，第二電容12代表觸控感應元件10和源極線及閘極線之間的寄生電容，且第三電容13代表手指觸摸觸控感應元件10所產生的電容變化量。
在理想的狀況下，於操作時，該電荷放大器係先使開關21、開關23導通以使激勵信號VSTIM 之低電位VL 對觸控感應元件10進行一次預充電，此時，若手指未觸摸觸控感應元件10，則第三電容13不存在，第一電容11和第二電容12所儲存的電荷會等於低電位VL 乘上第一電容11和第二電容12的電容值的和；若手指有觸摸觸控感應元件10，則第一電容11、第二電容12和第三電容13所儲存的電荷會等於低電位VL 乘上第一電容11、第二電容12和第三電容13的電容值的和。之後，該電荷放大器會在激勵信號VSTIM 由低電位VL 變為高電位VH 時使開關23斷開，此時，若手指未觸摸觸控感應元件10，則該電荷放大器會在第一電容11、第二電容12和回授電容24間進行一電荷轉移操作以使輸出電壓VOUT 呈現一第一電壓V1 = VH +(VH -VL )*(C1 +C2 )/CFB ，其中C1 代表第一電容11的電容值，C2 代表第二電容12的電容值，CFB 代表回授電容24的電容值；以及，若手指有觸摸觸控感應元件10，則該電荷放大器會在第一電容11、第二電容12、第三電容13和回授電容24間進行一電荷轉移操作以使輸出電壓VOUT 呈現一第二電壓V2 = VH +(VH -VL )*(C1 +C2 +C3 )/CFB ，其中C1 代表第一電容11的電容值，C2 代表第二電容12的電容值，C3 代表第三電容13的電容值，CFB 代表回授電容24的電容值，且該第一電壓V1 和該第二電壓V2 的差值可表示為(VH -VL )*(C3 /CFB )。依此即可根據該差值檢測出是否有觸摸事件發生。
然而，由於觸摸觸控感應元件10的寄生電容值很大（多達幾百pF），因此，當該電荷放大器進行所述電荷轉移操作時，流過回授電容24的電荷會使放大器22的輸出電壓VOUT 飽和。為使放大器22工作在線性區間，便須對觸摸觸控感應元件10的寄生電容進行補償以使放大器22看到比較小的輸入電容。如圖1所示，目前普遍流行的補償方式係藉由在補償輸入端X輸入一個與激勵信號VSTIM 同相的激勵信號以消除第二電容12，以及藉由開關25和補償電容26所組成的一個電容補償電路預先對補償電容26充了(VH -VL )*CCOMP 的電荷，然後把(VH -VL )*CCOMP 的電荷導入到感測端S上。假設CCOMP 等於C2 ，則第二電容12在預充電過程所需的電荷將可由該電容補償電路提供，而不須由放大器22提供，從而避免放大器22的輸出電壓VOUT 發生飽和。
然而，由於第二電容12的電容值能到幾pF甚至10pF，而晶片內部又會同時集成幾十個這樣的電路，因此補償電容26會佔據相當大的晶片面積。
為解決上述問題，本領域亟需一種新穎的觸控偵測驅動電路。
本發明之一目的在於提供一種觸控偵測驅動電路，其可藉由採用兩個具有不同脈衝高度的激勵信號有效去除一觸控電極的寄生電容以降低一放大器的輸出驅動負擔，從而確保該放大器工作在線性區及提升觸控感測的可靠度。
本發明之另一目的在於提供一種觸控偵測驅動電路，其可藉由採用兩個具有不同脈衝高度的激勵信號有效去除一觸控電極的寄生電容，以在不須設置大面積的補償電容的情況下大幅降低一觸控晶片的面積。
本發明之又一目的在於提供一種觸控顯示裝置，其可藉由採用以兩個具有不同脈衝高度的激勵信號進行觸控偵測的方式大幅降低其內部之觸控晶片的面積，從而有利於其觸控屏之窄邊框或無邊框的設計。
為達到前述之目的，一種觸控偵測驅動電路乃被提出，其係用以對一觸控屏之一觸控電極進行一自電容變化檢測程序，且其特徵在於：
該觸控偵測驅動電路在對該觸控電極進行所述的自電容變化檢測程序時，其係對一放大器之一輸入端施加一第一激勵信號且對一補償輸入端施加一第二激勵信號；
該補償輸入端係與該觸控屏之一源極線及一閘極線耦接；以及
該第一激勵信號和該第二激勵信號同相且該第一激勵信號的脈衝高度低於該第二激勵信號的脈衝高度，俾以在所述的自電容變化檢測程序中藉由該第二激勵信號和該第一激勵信號的脈衝高度差提供電荷給該觸控電極的寄生電容，從而降低該放大器的輸出驅動負擔以確保該放大器能夠線性工作。
在一實施例中，該觸控電極係該觸控屏之複數個共通分割電極中的一個電極，且所述複數個共通分割電極係由一共通電極分割而成。
在一實施例中，所述的自電容變化檢測程序包括一重置相位及一電荷轉移相位。
在一實施例中，該重置相位及該電荷轉移相位係分別與該第一激勵信號之低電位期間及高電位期間相對應，或分別與該第一激勵信號之高電位期間及低電位期間相對應。
為達到前述之目的，本發明進一步提出一種觸控偵測驅動電路，用以對一觸控屏之一觸控電極進行一自電容變化檢測，其具有一第一開關、一放大器、一第二開關及一回授電容，其中，該第一開關係耦接於一感測端與該放大器之一負輸入端之間，該第二開關及該回授電容係並聯於該放大器之所述負輸入端和一輸出端之間，該觸控偵測驅動電路的特徵在於：
該放大器之一正輸入端係用以接收一第一激勵信號；
該觸控偵測驅動電路對一補償輸入端施加一第二激勵信號，該補償輸入端係與該觸控屏之一源極線及一閘極線耦接；以及
該第一激勵信號和該第二激勵信號同相且該第一激勵信號的脈衝高度低於該第二激勵信號的脈衝高度，俾以在一電荷轉移過程中藉由該第二激勵信號和該第一激勵信號的脈衝高度差提供電荷給該觸控電極的寄生電容，從而降低該放大器的輸出驅動負擔以確保該放大器能夠線性工作。
在一實施例中，該觸控電極係該觸控屏之複數個共通分割電極中的一個電極，且所述複數個共通分割電極係由一共通電極分割而成。
在一實施例中，所述的自電容變化檢測程序包括一重置相位及一電荷轉移相位。
在一實施例中，該重置相位及該電荷轉移相位係分別與該第一激勵信號之低電位期間及高電位期間相對應，或分別與該第一激勵信號之高電位期間及低電位期間相對應。 為達到前述之目的，本發明進一步提出一種觸控顯示裝置，其具有如前述之觸控屏及觸控偵測驅動電路。
在可能的實施例中，該觸控屏可包含一有機發光二極體顯示陣列、一微發光二極體顯示陣列或一量子點發光二極體顯示陣列。
本發明之觸控偵測驅動電路係用以對一觸控屏之一觸控電極進行一自電容變化檢測，其原理在於：該觸控偵測驅動電路在對該觸控電極進行所述的自電容變化檢測時，其係對一放大器之一輸入端施加一第一激勵信號且對一補償輸入端施加一第二激勵信號，其中，該補償輸入端係與該觸控屏之一源極線及一閘極線耦接，該第一激勵信號和該第二激勵信號同相，且該第一激勵信號的脈衝高度低於該第二激勵信號的脈衝高度，俾以在一電荷轉移過程中藉由該第二激勵信號和該第一激勵信號的脈衝高度差提供充分的電荷給該觸控電極的寄生電容，從而降低該放大器的輸出驅動負擔以確保該放大器工作在線性區及提升觸控感測的可靠度。另外，該觸控電極係該觸控屏之複數個共通分割電極中的一個電極，且所述複數個共通分割電極係由一共通電極分割而成。
請參照圖2，其繪示本發明之觸控偵測驅動電路之一實施例的電路圖。如圖2所式，該觸控偵測驅動電路具有一第一開關101、一放大器102、一第二開關103及一回授電容104，且其具有一激勵信號輸入端IN、一電壓輸出端OUT、一感測端S及一補償輸入端X，其中激勵信號輸入端IN係用以接收一第一激勵信號VSTIM1 ，電壓輸出端OUT係用以提供一輸出電壓VOUT ，感測端S係用以與一觸控電極110(由共通電極劃分而成之複數個區塊中的一塊)耦接，且補償輸入端X係與一源極線及一閘極線耦接且係用以接收一第二激勵信號VSTIM2 ，其中該第二激勵信號VSTIM2 和該第一激勵信號VSTIM1 同相且該第二激勵信號VSTIM2 的脈衝高度高於該第一激勵信號VSTIM1 的脈衝高度。
第一開關101係耦接於感測端S與放大器102之間。
放大器102具有一負輸入端、一正輸入端及一輸出端，該負輸入端係與第一開關101、第二開關103及回授電容104耦接，該正輸入端係與激勵信號輸入端IN耦接，該輸出端係與電壓輸出端OUT耦接。
第二開關103及回授電容104係並聯於放大器102之所述負輸入端和所述輸出端之間。
在感測端S上感測到的寄生電容包括一第一電容111、一第二電容112及一第三電容113，其中，第一電容111代表觸控電極110的對地寄生電容，第二電容112代表觸控電極110和源極線及閘極線之間的寄生電容，且第三電容113代表手指觸摸觸控電極110所產生的電容變化量。
該觸控偵測驅動電路係用以執行一電荷放大運算，且該電荷放大運算具有一重置相位及一電荷轉移相位，其中，該重置相位和該電荷轉移相位可分別為第一激勵信號VSTIM1 的低電位期間和高電位期間，或分別為第一激勵信號VSTIM1 的高電位期間和低電位期間。
於所述重置相位的期間，該觸控偵測驅動電路使第一開關101及第二開關103導通，且於所述電荷轉移相位的期間，該觸控偵測驅動電路使第一開關101導通及使第二開關103斷開。在經過所述重置相位和所述電荷轉移相位的期間後，由於第二激勵信號VSTIM2 的脈衝高度高於第一激勵信號VSTIM1 的脈衝高度，因此，由第二激勵信號VSTIM2 注入第二電容112的電荷會多於第二電容112的穩態電荷量，而多出來的電荷剛好可以供應給第一電容111以減輕放大器102的輸出驅動負擔，從而使放大器102能夠工作在線性區而提升觸控感測的可靠度。
以該重置相位和該電荷轉移相位分別為第一激勵信號VSTIM1 的低電位期間和高電位期間為例，在手指未觸摸觸控電極110時，當該觸控偵測驅動電路工作在該重置相位的期間，在放大器102的負輸入端產生的電荷Q1 為
Figure 02_image001
，其中，VL1 代表第一激勵信號VSTIM1 的低電位，C1 代表第一電容111的電容值，VL2 代表第二激勵信號VSTIM2 的低電位，且C2 代表第二電容112的電容值；當該觸控偵測驅動電路工作在該電荷轉移相位的期間，在放大器102的負輸入端產生的電荷Q2 為
Figure 02_image003
，其中，VH1 代表第一激勵信號VSTIM1 的高電位，C1 代表第一電容111的電容值，VH2 代表第二激勵信號VSTIM2 的高電位，C2 代表第二電容112的電容值，CFB 代表回授電容104的電容值，且令VOUT 以第一激勵信號VSTIM1 的平均電壓(VL1 +VH1 )/2代表，則根據電荷守恆，Q1 = Q2 ，可得
Figure 02_image005
，其中V1 等於(VH1 - VL1 )，V2 等於(VH2 - VL2 )，且
Figure 02_image007
。也就是說，藉由使第二激勵信號VSTIM2 和第一激勵信號VSTIM1 的脈衝高度差等於
Figure 02_image009
就能有效消除觸控電極110的寄生電容。依此，本發明即可不須在晶片內設置補償電容，從而大幅減小晶片的面積。在一實際應用本發明技術方案的晶片中，該晶片可較習知的晶片減少約30%的面積。
依上述的說明，本發明進一步提出一種觸控顯示裝置，其可藉由採用上述以兩個具有不同脈衝高度的激勵信號進行觸控偵測的方式大幅降低其內部之觸控晶片的面積，從而有利於其觸控屏之窄邊框或無邊框的設計。
請參照圖3，其為本發明之觸控顯示裝置之一實施例的方塊圖。如圖3所示，一觸控顯示裝置200包括一觸控屏210及用以驅動觸控屏210之一觸控驅動器220，其中，觸控屏210具有複數個如圖2所示的觸控電極110，且觸控驅動器220具有複數個如圖2所示的觸控偵測驅動電路。
另外，在可能的實施例中，觸控屏210可具有一有機發光二極體顯示陣列、一微發光二極體顯示陣列或一量子點發光二極體顯示陣列。
依上述的說明可知，本發明可提供以下的優點：
1.本發明的觸控偵測驅動電路可藉由採用兩個具有不同脈衝高度的激勵信號有效去除一觸控電極的寄生電容以降低一放大器的輸出驅動負擔，從而確保該放大器工作在線性區及提升觸控感測的可靠度。
2.本發明的觸控偵測驅動電路可藉由採用兩個具有不同脈衝高度的激勵信號有效去除一觸控電極的寄生電容，以在不須設置大面積的補償電容的情況下大幅降低一觸控晶片的面積。
3.本發明的觸控顯示裝置可藉由採用以兩個具有不同脈衝高度的激勵信號進行觸控偵測的方式大幅降低其內部之觸控晶片的面積，從而有利於其觸控屏之窄邊框或無邊框的設計。
本發明所揭示者，乃較佳實施例之一種，舉凡局部之變更或修飾而源於本發明之技術思想而為熟習該項技藝知人所易於推知者，俱不脫本發明之專利權範疇。
綜上所陳，本案無論目的、手段與功效，皆顯示其迥異於習知技術，且其首先發明合於實用，確實符合發明之專利要件，懇請　貴審查委員明察，並早日賜予專利俾嘉惠社會，是為至禱。
10:觸控感應元件 11:第一電容 12:第二電容 13:第三電容 21:開關 22:放大器 23:開關 24:回授電容 25:開關 26:補償電容 101:第一開關 102:放大器 103:第二開關 104:回授電容 110:觸控電極 111:第一電容 112:第二電容 113:第三電容 200:觸控顯示裝置 210:觸控屏 220:觸控驅動器
圖1繪示一習知觸控驅動器內的電荷放大器的電路圖。 圖2繪示本發明之觸控偵測驅動電路之一實施例的電路圖。 圖3為本發明之觸控顯示裝置之一實施例的方塊圖。
101:第一開關
102:放大器
103:第二開關
104:回授電容
110:觸控電極
111:第一電容
112:第二電容
113:第三電容

Claims (4)

  1. 一種觸控偵測驅動電路，用以對一觸控屏之一觸控電極進行一自電容變化檢測程序，其特徵在於：該觸控偵測驅動電路在對該觸控電極進行所述的自電容變化檢測程序時，其係對一放大器之一輸入端施加一第一激勵信號且對一補償輸入端施加一第二激勵信號；該觸控電極係該觸控屏之複數個共通分割電極中的一個電極，所述複數個共通分割電極係由一共通電極分割而成；該補償輸入端係與該觸控屏之一源極線及一閘極線耦接；以及該第一激勵信號和該第二激勵信號同相且該第一激勵信號的脈衝高度低於該第二激勵信號的脈衝高度，俾以在所述的自電容變化檢測程序中藉由該第二激勵信號和該第一激勵信號的脈衝高度差提供電荷給該觸控電極的寄生電容，從而降低該放大器的輸出驅動負擔以確保該放大器能夠線性工作；其中，所述的自電容變化檢測程序包括一重置相位及一電荷轉移相位，該重置相位及該電荷轉移相位係分別與該第一激勵信號之低電位期間及高電位期間相對應，或分別與該第一激勵信號之高電位期間及低電位期間相對應。
  2. 一種觸控偵測驅動電路，用以對一觸控屏之一觸控電極進行一自電容變化檢測，其具有一第一開關、一放大器、一第二開關及一回授電容，其中，該第一開關係耦接於一感測端與該放大器之一負輸入端之間，該感測端係與該觸控電極耦接，該第二開關及該回授電容係並聯於該放大器之所述負輸入端和一輸出端之間，該觸控偵測驅動電路的特徵在於：該放大器之一正輸入端係用以接收一第一激勵信號；該觸控電極係該觸控屏之複數個共通分割電極中的一個電極，且所述複數個共通分割電極係由一共通電極分割而成；該觸控偵測驅動電路對一補償輸入端施加一第二激勵信號，該補償輸入端係與該觸控屏之一源極線及一閘極線耦接；以及 該第一激勵信號和該第二激勵信號同相且該第一激勵信號的脈衝高度低於該第二激勵信號的脈衝高度，俾以在一電荷轉移過程中藉由該第二激勵信號和該第一激勵信號的脈衝高度差提供電荷給該觸控電極的寄生電容，從而降低該放大器的輸出驅動負擔以確保該放大器能夠線性工作；其中，所述的自電容變化檢測程序包括一重置相位及一電荷轉移相位，該重置相位及該電荷轉移相位係分別與該第一激勵信號之低電位期間及高電位期間相對應，或分別與該第一激勵信號之高電位期間及低電位期間相對應。
  3. 一種觸控顯示裝置，具有如申請專利範圍第1至2項中任一項所述之觸控屏及觸控偵測驅動電路。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之觸控顯示裝置，其中該觸控屏具有由一有機發光二極體顯示陣列、一微發光二極體顯示陣列和一量子點發光二極體顯示陣列所組成群組所選擇的一種顯示陣列。
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