CN101118470B - 触控式平板显示器电极结构 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及触控式有源平板显示器，具体涉及多重电极触控式有源平板显示器。有源平板显示器的显示屏的一片基板玻璃上具有有源器件和显示象素阵列，和与有源器件相连的显示扫描电极和信号电极，而显示屏的另一片基板玻璃上具有显示公共电极。在有源平板显示屏的基板玻璃上再制备独立的、与显示扫描电极和信号电极以及公共电极绝缘隔离的、不连接任何有源传感元件的触控电极线，专门用于感测和传输触控信号。在有源平板显示屏的基板玻璃上制备的多重电极的方法，让同一有源平板显示屏上具有设置分立的、功能独立的显示驱动电极线和触控探测电极线，显示驱动电极线传输显示驱动信号，触控探测电极线感测和传输触控信号，让显示屏和触控屏合二为一。
Description
技术领域
本发明涉及触控式有源平板显示器，具体涉及多重电极触控式有源平板显示器。
背景技术
目前具有触控功能的平板显示器以显示屏、显示驱动器、触控屏、触控信号检测器、背光源等部件构成，触控屏有应用不同感测原理的电阻式、电容式、电磁式、超声波式和光电式等，显示屏有TN/STN液晶显示屏、TFT液晶显示屏、OLED显示屏、PDP显示屏、纳米碳管显示屏等。带有触控屏的平板显示器是将分体的触控屏与显示屏层叠在一起，通过显示屏探测到触摸点的平面位置，再使显示屏上的光标跟随触摸点定位。触控屏与显示屏的层叠使得触控式平板显示器变厚变重成本增加；在触控屏置于显示屏前面时，触控屏感测电极产生的反射又会使得显示不均勻和在强外界光环境下显示对比度的下降，影响显示效果。将触控板和显示屏集成为一体，使具有触控功能的平板显示器变得更加轻薄，是人们努力的方向。
显示屏和触控板的集成方式主要为层叠式和镶嵌式两种，层叠式是将触控板置于显示屏的顶面之前或底面之后，显示屏和触控板分别独立承担显示和触控任务，中国专利(CN20010141451，MINXIANG INDUSTRY CO LTD，2001)、芬兰专利(FI19960002692，NOKIA MOBILE PHONES LTD，1996)、日本专利(JP19850161986，CANON KK，1985)、(JP19900095167，NIPPON TELEGRAPH &TELEPHONE，1990)、(JP19930306286，PFU LTD，1993)，(JP19980014850，NISSHA PRINTING，1998)、(JP19990142260，MIMAKI DENSHI BUHIN KK，1999)、韩国专利(KR20000084115，YU HWAN SEONG；LIM JOO-SOO，2000)、(KR20020083301，BANG YONG IK；etc.，2002)、台湾专利(TW556141，AUOPTRONICS CORP，2002)、美国专利(US6215476，APPLE COMPUTER，2001)、(US20030347603，TOPPOLY OPTOELECTRONICS CORP，2003)等多项专利，都提出了电阻式、电容式、电磁式的触控板和显示屏的各种层叠方案，但触控板置于显示屏顶面之前，会影响显示的亮度、对比度、清晰度、颜色等显示效果；电磁式触控板置于显示屏底面之后，使触控板电极与显示屏电极的对位困难，也会影响显示的亮度；并且层叠的方法还会增加显示器的整体厚度；结构的复杂，又会导致可靠性下降，并由生产过程的复杂和装配的复杂也至使成本偏高。
镶嵌式是将触控传感器嵌入显示屏内，在每一显示象素旁安置一个传感器(多为光学传感器)，用双重电极连接显示象素和传感器，分别传输显示驱动信号和触控探测信号，韩国专利(KR20030019631，JUNG YONG CHAE；YANGDONG KYU，2003)、(KR20030077574，CHOI JOON-HOO；JOO IN-SOO，2003)、德国专利(GB0304587.9，SHARP，2003)、美国专利(US19970955388，SONYELECTRONICS INC，1997)，(US19980135959，IBM，1998)、(US20030721129，EASTMAN KODAK CO，2003)等多项专利，也分别提出了镶嵌式的方案，但将触控传感器镶嵌入显示屏以及双重电极的制造工艺复杂，电极引出线困难，因而也至使成本高，并且也可能产生显示驱动信号和触控探测信号的相互干扰。
也有人试图靠探测液晶显示屏的盒间电容的方法来探测触控，如台湾专利(TW20020116058，LEE YU-TUAN，2002)，盒间电容的变化是靠触控压力引起盒厚的变化产生，盒间的支承物使得要改变液晶显示屏的盒厚需要很大力量，而且改变液晶显示屏的盒厚必定会影响显示，液晶材料的介电各向异性又使得盒间电容随显示变化，要排除液晶材料介电各向异性引起的盒间电容的变化又会影响显示，所以这种探测液晶显示屏的盒间电容来探测触控的方法是不可取的。
找出一种解决上述的结构复杂、制造工艺难度大、生产过程复杂和装配复杂问题的方案，提高可靠性、改善显示效果、压缩厚度、降低成本，以简洁的方法实现平板显示器触控功能是必要的。
申请号为200510080825X、2005100861285等专利提出了利用显示屏行扫描电极和列信号电极作为触控电极感测触控，或通过模拟开关将显示屏电极分时与驱动电路和触控电路连通，或通过信号加载电路将驱动信号和触控信号同时输入到显示屏电极上，使得无需在显示屏内制做任何传感器，让平板显示器显示屏具有感知触控信号能力。但显示驱动与触控探测分别以扫描在同一组显示屏电极上传输，对于高路数的有源平板显示器，显示驱动信号与触控探测信号的切换或加载，所需的元件巨多、控制方法繁杂，有造成成本的上升和可靠性的下降的可能性。
发明内容
本发明旨在提供一种在有源平板显示屏的基板玻璃上制备的多重电极的方法，让同一有源平板显示屏上具有设置分立的、功能独立的显示驱动电极线和触控探测电极线，显示驱动电极线传输显示驱动信号，触控探测电极线感测和传输触控信号，让显示屏和触控屏合二为一。
本发明的技术思路是：如TFT-LCD等有源平板显示器的显示屏的一片基板玻璃上具有TFT和显示象素阵列，和与TFT的柵极相连的显示扫描电极，与TFT的源极或漏极相连的显示信号电极；而显示屏的另一片基板玻璃上具有彩色滤光膜、网格状掩光黑膜层、以及公共电极。在有源平板显示屏的基板玻璃上再制备另外的电极线，专门用于感测和传输触控信号，实现触控定位。
本发明的技术解决方案是：在有源平板显示屏的有源器件阵列基板玻璃上，制备两组分别与显示扫描电极和信号电极平行的电极线，用于触控探测。触控电极线与显示扫描电极和信号电极绝缘隔离，触控电极线不连接任何有源传感元件，以触控电极线与触控物直接耦合。每条触控电极线均有引出脚。显示驱动电路对显示扫描电极和信号电极输出显示驱动信号，驱动有源平板显示屏各象素显示图象；触控电路对相互正交的触控电极线输出或检测触控信号。当手指或触控笔等触控物靠近某一条触控电极，触控物与触控电极间产生一个耦合电容，触控物与触控电极通过耦合电容产生电磁耦合，触控电路从此条触控电极洩漏触控信号给触控物，或从此条触控电极接收触控物发出的触控信号，通过检测触控信号以此条电极为触控定位电极，以行列两条交叉的触控定位电极确定触控定位点。当在多条触控电极位置检测到触控信号时，以信号最大的电极为触控定位点，或以这些检测到触控信号的触控电极的中间位置为触控定位点。
另一种方案是：在有源平板显示屏的公共电极基板玻璃上，制备两组相互正交的电极线，用于触控探测。触控电极线与显示公共电极绝缘隔离，触控电极线不连接任何有源传感元件，以触控电极与触控物直接耦合。每条触控电极线均有引出脚。显示驱动电路对显示扫描电极和信号电极输出显示驱动信号，驱动有源平板显示屏各象素显示图象；触控电路对公共电极基板上的触控电极线输出或检测触控信号。当手指或触控笔等触控物靠近某一条触控电极，触控物与触控电极间产生一个耦合电容，触控物与触控电极通过耦合电容产生电磁耦合，触控电路从此条触控电极洩漏触控信号给触控物，或从此条触控电极接收触控物发出的触控信号，通过检测触控信号以此条电极为触控定位电极，以行列两条交叉的触控定位电极确定触控定位点。当在多条触控电极位置检测到触控信号时，以信号最大的电极为触控定位点，或以这些检测到触控信号的触控电极的中间位置为触控定位点。
触控电极线可以是金属线、也可以是金属氧化物导电线、也可以是非金属导电线。
触控电极线引出脚可以在与显示扫描电极线和信号电极线引出脚的同边方向；也可以在与显示扫描电极线和信号电极线引出脚的对边方向。
触控电路对触控电极线以扫描方式输出或检测触控信号，可以是在显示驱动电路对显示电极输出显示驱动信号的帧内进行，可与显示驱动信号同步，也可以与显示驱动信号不同步。触控电路对触控电极线以扫描方式输出或检测触控信号，可以是在显示驱动电路对显示电极输出显示驱动信号的帧间进行。在显示的帧间，显示驱动电路停止对显示电极输出显示驱动信号时，触控电路才对触控电极线输出或检测触控信号。
在触控电路内可设置触控信号发生电路，发出与触控物的耦合信号；也可设置触控信号接收电路，接收与触控物的耦合信号；也可设置触控信号检测电路，检测发出的触控信号或检测接收的触控信号；但至少具有触控信号发生电路、触控信号接收电路和触控信号检测电路中的一种。
触控信号可以是与显示驱动信号同频率同编码，也可以是与显示驱动信号不同频率和不同编码。
对触控信号的检测可以是检测流量，可以是检测幅值，可以是检测脉宽，可以是检测频率，可以是检测相位，也可以是检测编码。
有源平板显示器可以是有源液晶显示器(如TFT-LCD)、有源有机发光二极管显示器(TFT-OLED)、也可以是其他有源平板显示器。
附图简要说明
图1是一种检测触控电极线漏电流的触控式液晶显示器电气连接关系图。
图2是一种行触控电极线发射行触控电极线接收和列触控电极线发射列触控电极线接收的触控式液晶显示器电气连接关系图。
图3是一种触控笔发射触控电极接收触控信号的触控式液晶显示器电气连接关系图。
图4是一种触控电极线发射触控笔接收触控信号的触控式液晶显示器电气连接关系图。
具体实施方式
本发明的实施例之一如图1所示：一种检测触控电极线漏电流的触控式液晶显示器100。液晶显示器100有TFT-LCD屏110，TFT-LCD屏有TFT阵列基板玻璃上111和公共电极基板玻璃112，TFT阵列基板玻璃111上有N条显示扫描电极121和M条显示信号电极122，在TFT阵列基板玻璃上111制备n条行金属触控电极线131和m条列金属触控电极线132，触控电极线131和132分别与显示电极121和122从同侧具有引出脚，公共电极基板玻璃112上有ITO公共电极140。液晶显示屏110的显示扫描电极121连接显示驱动电路151，显示信号电极122连接显示驱动电路152，行触控电极线131和列触控电极线132连接触控电路160，控制电路170连接显示驱动电路151、152和触控电路160。在显示帧内，显示驱动电路151和152向显示驱动电极121和122输出显示驱动信号，驱动有TFT-LCD屏象素显示；在显示帧间，显示驱动电路151和152停止对显示电极121和122输出显示驱动信号，触控电路160以扫描方式对行触控电极线131和列触控电极线132输出触控信号。当触控的手指180触及液晶显示屏110，n条行触控电极线131中的某一条电极连接到触控电路160时，触控电路160检测到电极通过手指180与电极间的耦合电容流出的漏电流，从而确定出行定位电极；同样可确定出列定位电极；由行电极和列电极各自的定位电极确定触控位置。
本发明的实施例之二如图2所示：一种行触控电极线发射行触控电极线接收和列触控电极线发射列触控电极线接收的触控式液晶显示器200。液晶显示器200有TFT-LCD屏210，TFT-LCD屏上有TFT阵列基板玻璃211和公共电极基板玻璃212，TFT阵列基板玻璃211上有N条显示扫描电极221和M条显示信号电极222，在TFT阵列基板玻璃211上制备n条行金属触控电极线231和m条列金属触控电极线232，触控电极线231和232分别与显示电极221和222从不同侧具有引出脚，公共电极基板玻璃212上有ITO公共电极240。液晶显示屏210的显示扫描电极221连接显示驱动电路251，显示信号电极222连接显示驱动电路252，行触控电极线231和列触控电极线232连接具有信号发生电路261和信号接收电路262的触控电路260，控制电路270连接显示驱动电路251、252和触控电路260。在显示帧内，显示驱动电路251和252向显示电极221和222输出显示驱动信号，驱动有TFT-LCD屏象素显示；在显示帧间，显示驱动电路251和252停止对显示电极221和222输出显示驱动信号，触控电路260以扫描方式让单一的或部分的行触控电极线连通触控信号接收电路262接收触控信号，其余的行触控电极线连通触控信号发生电路261，人的手指280接触触控屏的连接触控信号接收电路262触控电极时，手指280与触控电极形成耦合电容，干扰了连接触控信号接收电路262的触控电极对来自连接触控信号发生电路261电极发出的触控信号的接收，以被干扰到的连接触控信号接收电路262的触控电极为行定位电极；同样以单一的或部分的列触控电极连通触控信号接收电路262接收触控信号，其余的行触控电极连通触控信号发生电路261定位出列定位电极；由行电极和列电极各自的定位电极确定触控位置。
本发明的实施例之三如图3所示：一种触控笔发射触控电极接收触控信号的触控式液晶显示器300。液晶显示器300有TFT-LCD屏310，TFT-LCD屏有TFT阵列基板玻璃上311和公共电极基板玻璃312，TFT阵列基板玻璃311上有N条显示扫描电极321和M条显示信号电极322，在TFT阵列基板玻璃311上制备n条行金属触控电极线331和m条列金属触控电极线332，触控电极线331和332分别与显示电极321和322从不同侧具有引出脚，公共电极基板玻璃312上有ITO公共电极340。液晶显示屏310的显示扫描电极321连接显示驱动电路351，显示信号电极322连接显示驱动电路352，行触控电极线331和列触控电极线332连接触控信号检测电路360，控制电路370连接显示驱动电路351、352和触控信号检测电路360。在显示帧内，显示驱动电路351和352向显示电极321和322输出显示驱动信号，驱动有TFT-LCD屏象素显示；同样在显示帧内，触控信号检测电路360以扫描方式连通单一的或部分的行触控电极线331。当具有信号发射功能的触控笔380触及液晶显示屏310时，n条行触控电极线331中的某一条电极在连通触控信号检测电路360时，触控信号检测电路360检测到触控笔380发射的信号，从而确定出行定位电极；同样，m条列触控电极线332中的某一条电极在连通触控信号检测电路360时，触控信号检测电路360检测到触控笔380发射的信号，从而确定出列定位电极；由行电极和列电极各自的定位电极确定触控位置。
本发明的实施例之四如图4所示：一种触控电极线发射触控笔接收触控信号的触控式液晶显示器400。液晶显示器400有TFT-LCD屏410，TFT-LCD屏有TFT阵列基板玻璃上411和公共电极基板玻璃412，TFT阵列基板玻璃411上有N条显示扫描电极421和M条显示信号电极422，公共电极基板玻璃412上有ITO公共电极430，在公共电极基板玻璃412上制备n条行ITO触控电极线441和m条列ITO触控电极线442，触控电极线441和442之间以及与公共电极430间相互绝缘隔离，触控电极线441和442分别与显示电极421和422从不同方向引出出脚。TFT-LCD屏410的显示扫描电极421连接显示驱动电路451，显示信号电极422连接显示驱动电路452，行触控电极线441和列触控电极线442连接触控信号发生电路460，控制电路470连接显示驱动电路451、452和触控信号发生电路460。在显示帧内，显示驱动电路451和452向显示电极421和422输出显示驱动信号，驱动有TFT-LCD屏象素显示；同样在显示帧内，触控信号发生电路460以扫描方式连通单一的或部分的行触控电极线441和列触控电极线442，对行触控电极线441和列触控电极线442输出由具有编码电路461的触控信号发生电路460产生的随扫描移动而变动的编码信号，对未输出触控信号的行列触控电极线输出零电平信号。当具有信号接收能力的触控笔480接触触控屏时，触控笔480接收到具有编码电路461的触控信号发生电路460输出到行触控电极线441和列触控电极线442，再从行列触控电极线发射出来的随扫描移动而变动的编码信号，以接收到的编码确定定位电极，由行触控电极和列触控电极各自的定位电极确定触控位置。
上述四个实施例并不代表所有可能的实施方案，其它的变形方案也应是本发明的保护范围。
Claims (11)
1.一种触控式有源平板显示器，所述触控式有源平板显示器的有源平板显示屏的一片基板玻璃上具有有源器件和显示象素阵列，和与有源器件相连的显示扫描电极和信号电极；另一片基板玻璃上具有显示公共电极；其特征在于：在所述触控式有源平板显示器的有源平板显示屏的基板玻璃上制备与显示扫描电极和信号电极以及公共电极分立的、与显示扫描电极和信号电极以及公共电极绝缘隔离的、不连接任何有源传感元件的触控电极线组，触控电极线与触控物直接耦合，感测并传输触控信号，每条触控电极线均以引出脚连接触控电路。
2.根据权利要求1所述的触控式有源平板显示器，其特征在于：在有源器件阵列基板玻璃上，制备两组分别与显示扫描电极和信号电极平行的、与显示扫描电极和信号电极绝缘隔离的、不连接任何有源传感元件的触控电极线，每条触控电极线均以引出脚连接触控电路。
3.根据权利要求1所述的触控式有源平板显示器，其特征在于：在显示公共电极基板玻璃上，制备两组相互正交的、与显示公共电极绝缘隔离的、不连接任何有源传感元件的触控电极线，每条触控电极线均以引出脚连接触控电路。
4.根据权利要求2或3所述的触控式有源平板显示器，其特征在于：触控电极线是金属线、金属氧化物导电线、非金属导电线中的至少一种。
5.根据权利要求2或3所述的触控式有源平板显示器，其特征在于：触控电极线引出脚在与显示扫描电极线和信号电极线引出脚的同边方向。
6.根据权利要求2或3所述的触控式有源平板显示器，其特征在于：触控电极线引出脚在与显示扫描电极线和信号电极线引出脚的对边方向。
7.根据权利要求2或3所述的触控式有源平板显示器，其特征在于：触控电路用扫描方式与触控电极线以输出触控信号、检测触控信号中的至 少一种方式进行互动。
8.根据权利要求7所述的触控式有源平板显示器，其特征在于：触控电路对触控电极线的扫描是在显示驱动的帧内进行。
9.根据权利要求7所述的触控式有源平板显示器，其特征在于：触控电路对触控电极线的扫描是在显示驱动的帧间进行。
10.根据权利要求2或3所述的触控式有源平板显示器，其特征在于：触控信号与显示驱动信号不同频率和不同编码。
11.根据权利要求2或3所述的触控式有源平板显示器，其特征在于：对触控信号的检测是检测信号的幅值、脉宽、频率、相位、编码中的至少一种。
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