CN103135875A - 基于传感器感测的触摸amoled显示屏 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种基于传感器感测的触摸AMOLED显示屏，主要包括：触摸传感器，包括虚拟（Dummy）传感器和触摸（Touch）传感器；差分信号处理电路，同时对所述虚拟（Dummy）传感器和触摸（Touch）传感器的电容进行采样，并且差分地进行测量以消除两个通道共同的噪声。采用本发明，能够实现触摸传感器准确确定触摸坐标，从而提高触摸传感性能。

Description

基于传感器感测的触摸AMOLED显示屏

技术领域

 本发明涉及应用于电视、计算机以及移动设备等电子产品中的显示屏技术，尤其涉及一种基于传感器感测的触摸有源矩阵有机发光二极体(AMOLED，Active Matrix Organic Light Emitting Diode)显示屏。

背景技术

 由于有源矩阵有机发光二极体 (AMOLED)显示屏具有轻重量、低功耗、优越的光学性能和低成本等优点，业界希望AMOLED显示屏可以取代现有液晶显示屏（LCD）。几乎所有的用于手机领域的中小尺寸AMOLED显示屏都需要触摸传感器。触摸屏是检测包括手指、手、触针或其他指点设备在显示区域内的触摸的存在、位置以及压力的显示屏。通过触摸屏，能够使用户在无需任何中间设备的情况下通过显示屏面板直接交互。触摸屏通常应用在手机、平板电脑、车载信息***、销售点***、自动柜员机、移动电话、个人数字助理、便携式游戏控制台、卫星导航设备和其他信息装置中。

目前存在多种类型的触摸屏。电容式触摸屏是最常见的一种，其利用一种材料来镀覆、部分镀覆或者图案化，通过该材料产生跨触摸传感器的持续电流。触摸传感器则在水平轴和垂直轴中都呈现精确受控的存储电子的场以获得电容。人体也相当于存储有电子的电设备，因此也呈现电容性。当触摸传感器的参考电容被另一电容场(如手指) 改变时，位于面板每个角落的电子电路测量参考电容中所产生的失真。将所测量的与触摸事件有关的信号发送到控制器以用于数字运算处理。电容式传感器可以利用裸露手指来触摸，或者利用裸露手指所持的导电设备来触摸。电容式传感器也基于邻近性工作，而不必被直接触摸而触发。在多数情况下，不会发生与导电金属表面的直接接触，并且导电传感器通过绝缘的玻璃或者塑料层与用户的身体分离。具有旨在由手指触摸的电容式按钮的设备通常可以通过在无需触摸的情况下接近表面快速摇动手掌来触发。

但在电容式触摸应用中，触摸传感器中存在拾取环境噪声信号的缺点，若这些噪声信号没被正确处理，则可能导致电容式触摸屏控制器检测到假的触摸信号，进而报告错误的触摸坐标。

发明内容

 有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种基于传感器感测的触摸AMOLED显示屏，能够在触摸传感器中存在干扰信号（如入射噪声等）的情况下提取与触摸事件有关的信号，并通过减小或消除电容性传感器阵列输出中的错误、降低或消除噪声等手段实现准确确定触摸坐标，从而提高触摸传感性能。

为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：

一种基于传感器感测的触摸AMOLED显示屏，所述显示屏包括触摸传感器、差分信号处理电路；其中：

触摸传感器，包括虚拟dummy传感器和触摸touch传感器；

差分信号处理电路，同时对两个接近的触摸传感器进行采样，即对所述虚拟Dummy传感器和触摸Touch传感器的电容进行采样，并且差分地进行测量以消除两个通道共同的噪声。

其中，所述触摸传感器为电容传感器阵列，具体为触摸板、触摸屏幕、触摸滑块、以及检测触笔的存在和位置以检测和确定手指位置的触摸传感器的任意一种。

所述触敏设备为二维触摸面板或一维虚拟滑块。

所述Dummy传感器和Touch传感器，是触敏设备中的行传感器或列传感器，且所述Dummy传感器和Touch传感器具有相同的形状和大小。

所述显示屏进一步包括：

触摸传感器控制器IC，用于控制发出解复用器DEMUX控制信号、发出触摸传感器驱动信号、处理触摸传感器信号并向外部的CPU报告触摸情况、发出MUX控制信号，以及从复用器MUX传感信号里减去位于显示区域外的虚拟传感器线上的虚拟传感器信号。

所述触摸传感器控制器IC主要包括：

DEMUX控制信号发生器，用于发出DEMUX控制信号；

触摸传感器驱动信号发生器，用于发出触摸传感器驱动信号；

数字信号处理器，用于处理触摸传感器信号和向外部的CPU报告一个触摸情况；

差分输入数模转换器，从MUX传感信号里减去位于显示区域外的虚拟传感器线上的虚拟传感器信号；以及

MUX控制信号发生器，用于发出MUX控制信号。

其中，正在被测量的通道称为第一通道，其输出连接至所述数字信号处理器的正输入端；称为Dummy通道的第二通道的输出连接至数字信号处理器的负输入端；所述数字信号处理器将上述通道的两个输入信号差分地转换为数字代码。

本发明所提供的基于传感器感测的触摸AMOLED显示屏，具有以下优点：

本发明利用差分感测方案，包括用于减小或消除电容性传感器阵列的输出中的错误。所述电容性传感器阵列，可以是触摸板、触摸屏幕、触摸滑块等，包括检测触笔的存在和位置以及检测和确定手指位置的触摸传感器。

本发明描述一种在存在外来干扰信号的情况下提取与触摸事件有关的信号的技术。虽然在此描述的示意性实施方式应用于移动电话，但是可以理解，电容式触摸传感器用于多种设备中。此类设备的示例包括但不限于便携式设备(如手机、个人数字助理、全球定位***接收机) 以及较大设备(如支持触摸屏的显示屏)。因为传感线上的信号减去了Dummy传感器的传感线上的信号，输出部分的噪音被有效减少，因此可以提高触摸传感性能。

所述差分感测方案，还可用于在存在入射噪声的情况下检测触摸事件的其他装置中。只需一次性对Touch Sensor和Dummy Sensor触摸传感器进行采样，而不是逐个感测各自的触摸传感器。入射噪声通常以相似的强度耦合到触摸传感器。这对于相同形状和大小的触摸传感器尤其如此。通过同时对两个接近的触摸传感器行进行采样，并且差分地进行测量，消除了两个触摸传感器共同的噪声。因此提高了触摸传感性能。

附图说明

图1为AMOLED显示屏的截面图，其中触摸传感器位于薄膜封装层之上；

图2为图1所示触摸屏传感器阵列（局部）；

图3为本发明实施例带有触摸传感器的AMOLED显示屏的截面图，其中触摸传感器位于薄膜封装层之上；

图4为本发明实施例带有触摸传感器的AMOLED显示屏的方块图；

图5为本发明实施例DEMUX的方框图；

图6为本发明实施例MUX的方框图；

图7为本发明实施例触摸传感器信号的图解；

图8为本发明实施例触摸传感器控制器IC的方框图。

【主要部件符号说明】

10：基板

11：TFT和接线层

12：OLED

13：薄膜封装层

14：触摸传感器电极桥接

15：绝缘层

16：触摸传感器电极层

161：触摸传感器电极

162：桥接型触摸传感器电极

17：通路孔

20：显示区域

21：解复用器（DEMUX）

22：复用器（MUX）

23：触摸传感器控制器 IC

24：DEMUX控制信号

25：触摸传感器驱动信号

26：Dummy传感器信号

27：MUX传感信号

28：MUX控制信号

30：移位寄存器

31：TFT开关

40：DEMUX控制信号发生器

41：触摸传感器驱动信号发生器

42：数字信号处理器

43：差分输入模数转换器

44：MUX控制信号发生器。

具体实施方式

下面结合附图及本发明的实施例对本发明的显示屏作进一步详细的说明。

美国专利US20120267660A1公开了一种在薄膜封装层上通过一个薄膜晶体管（TFT）玻璃工艺制作in-cell 触摸传感器的技术。如图1所示，为带有in-cell 触摸传感器的AMOLED显示屏的截面图。为了驱动AMOLED显示屏，在TFT基板10上设置TFT和接线层11，在所述TFT和接线层11上，设一层发光的OLED层12。在这层OLED层12上，还设有一层用于封装OLED层12的薄膜封装层13。在薄膜封装层13上，还设有一个由触摸传感器电极层16、触摸传感器层的桥接14和夹在二者中间的绝缘层15构成的触摸传感器。

图2为图1所示触摸屏传感器阵列（局部）。该阵列包括沿屏幕横向排布的许多正方形图案，这些正方形图案在其顶角处相互连接，形成触摸传感器电极线161，以及沿屏幕纵向排布的许多正方形图案，在其顶角处由触摸传感器电极桥接14相互连接为桥接型触摸传感器电极线162。

由于从AMOLED显示屏到触摸传感器的耦合噪声会降低其触摸传感性能。触摸板中的每个触摸传感器测量电容的改变，触摸板电路将所感测的电容改变转换为电压，***中存在的噪声可能改变电容式触摸传感器感知到的电容的改变，使得不能将其与真实的触摸事件区分开。且由于电容式触摸传感器通常放置在AMOELD屏幕的顶部，所以来自AMOELD屏幕的噪声可能导致触摸板电路报告假触摸。我们利用差分感测方式，直接同时测量或通过测量元件上存在的电压来测量两个通道（如二维触摸传感器阵列的两个行/列）的电容，减去测量值，得到不含共模误差的测量值。共模误差的产生主要归因于入射噪声，如AMOLED屏幕的操作以及其他外部环境噪声源所产生的噪声。这里，对在触摸传感器处感测到的入射噪声或者共模噪声的有贡献所有源统称为噪声源。

本发明中，在AMOLED显示屏的薄膜封装层上设一个触摸传感器。该触摸传感器包括若干驱动线和传感线。这些驱动线和传感线由两层导电层和它们之间的一层绝缘层构成。通过薄膜封装层中的通路孔，所述驱动线的末端连接在一个解复用器 (DEMUX，de-multiplexer)21上，该DEMUX21由薄膜晶体管构成。通过薄膜封装层中的通路孔，所述传感线的末端连接到一个复用器(MUX，multiplexer)22上，该MUX22也由薄膜晶体管构成。所述DEMUX21和MUX22与有6根接线的触摸控制器集成电路（IC）23相连接。

本发明中的差分感测方式，用于存在噪声时检测触敏设备（能够生成模拟点击感觉的触觉反馈）上的一个或多个触摸事件。同时对虚拟传感器（Dummy Sensor）和触摸传感器（Touch Sensor）进行采样，而不是只检测触摸传感器（Touch Sensor）。这样，通过同时对两个传感器采样，并且差分地进行测量，能够消除两个通道共同的噪声。使用简单的差分信号处理电路即可实现差分感测方案，每个通道上原始感测的数据得到恢复而没有共模噪声，所恢复的感测数据用于确定一个或多个触摸事件的存在，以及如果存在触摸事件，则确定每个触摸事件在触敏设备上的位置。一根Dummy传感线被设置在显示屏显示区域外。这根Dummy的信号线穿过薄膜封装层连接到触摸传感器控制器IC23。传感线上的信号与Dummy传感线上的信号相减，对此结果进行数字化并处理。

在具体实施中，须同时测量Touch Sensor的电容和Dummy Sensor的电容。每个传感器（Sensor）配置为具有相同的形状和大小。每个Sensor是触敏设备中的行传感器或触敏设备中的列传感器。触敏设备可以是二维触摸面板或一维虚拟滑块。Touch Sensor和Dummy Sensor通道中的每一个均具有共模噪声，其在相对于基线的增量中去除。

下面通过图3～图8结合具体实施例对上述过程进行详细说明。

图3为本发明实施例带有触摸传感器的AMOLED显示屏的截面图。如图3所示，其中触摸传感器位于薄膜封装层13上部。为了驱动AMOLED显示屏，在TFT的基板10上设置TFT和接线层11，在所述TFT和接线层11上设有一层用于发光的OLED层12，在所述OLED层12上还设一层用于封装OLED层12的薄膜封装层13。在薄膜封装层13上，由触摸传感器电极层16、触摸传感器层的桥接14和夹在中间的绝缘层15共同构成一个触摸传感器。为连接触摸传感器电极层16及TFT和接线层11，设置了通路孔17，所述通路孔17穿过薄膜封装层13。

图4为本发明实施例带有触摸传感器的AMOLED显示屏的框图。如图4所示，触摸传感器电极161和桥接型触摸传感器电极162分别被横向和纵向设置在显示区域20内。DEMUX21连接到横向触摸传感器电极161上并进行驱动。所述DEMUX21由DEMUX控制信号24控制，该DEMUX控制信号24包括复位（Reset）信号和时钟（Clock）信号（请参考图5），然后将触摸传感器驱动信号25传送给横向的触摸传感器电极161。此DEMUX21循序地向横向的触摸传感器电极161传送和时钟同步的触摸传感器驱动信号25。

所述MUX 22则连接纵向的桥接型触摸传感器电极162。因此，每条纵向传感器信号电极162上的传感信号汇集为MUX传感信号27与触摸传感器控制器IC23相连，Dummy传感器信号26也与触摸传感器控制器IC23相连。此触摸传感器控制器IC23用MUX控制信号28来控制该MUX22，该MUX控制信号28包括复位（Reset）信号和时钟（Clock）信号，如图6所示。这样，触摸传感器IC23的输入/输出（I/O）接口管脚（pin）的数量可降到最低6个。

图5为本发明实施例DEMUX的方框图。如图5所示，DEMUX 21由一个移位寄存器30和若干TFT开关31构成。DEMUX 21受DEMUX控制信号24控制，该DEMUX控制信号24由复位信号和时钟信号构成。此复位信号循序地、与时钟同步地被传送至各TFT开关31。当一个TFT开关31被复位信号打开，此触摸传感器驱动信号25就被传送至与开关相连的横向的触摸传感器电极161。

图6为本发明实施例MUX的框图。如图6所示，MUX 22由一个移位寄存器30和若干TFT开关31构成。MUX 22被MUX控制信号28控制，此MUX控制信号28包括复位（Reset）信号和时钟（Clock）信号。此复位信号循序地、与时钟信号同步被传送至各TFT开关31。当一个TFT开关31被重置信号打开，作为MUX传感信号27，一个与开关相连的纵向的桥接型触摸传感器电极162上的传感信号被传送至触摸传感器控制器IC 23。

图7为本发明实施例触摸传感器信号图解。

图8为本发明实施例触摸传感器控制器IC框图。如图8所示，触摸传感器控制器IC23主要由以下几部分构成：

DEMUX控制信号发生器40，用于发出DEMUX控制信号24；一个触摸传感器驱动信号发生器41，用于发出触摸传感器驱动信号25；一个数字信号处理器42，用于处理触摸传感器信号和向外部的CPU报告一个触摸情况；一个差分输入数模转换器43，从MUX传感信号27里减去位于显示区域20外的虚拟传感器线上的虚拟传感器信号26，以提高其输出信噪比；以及一个MUX控制信号发生器44，用于发出MUX控制信号28。

在差分感测方案的实施例中，同时对两个通道进行采样。第一通道是正在被测量的通道，称为主通道，并且第一通道的输出连接至数字信号处理器42的正输入。称为Dummy通道的第二通道的输出连接至数字信号处理器42 的负输入。数字信号处理器42 将这两个输入差分地转换为数字代码。若参考通道具有作为共模信号存在的外部入射噪声，则差分感测方案进行最有效的操作。为了优化性能，这两个差分通道应当在形状和大小上相同。

以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种基于传感器感测的触摸AMOLED显示屏，其特征在于，所述显示屏包括触摸传感器、差分信号处理电路；其中：

触摸传感器，包括虚拟dummy传感器和触摸touch传感器；

差分信号处理电路，同时对两个接近的触摸传感器进行采样，即对所述虚拟Dummy传感器和触摸Touch传感器的电容进行采样，并且差分地进行测量以消除两个通道共同的噪声。

2.根据权利要求1所述的基于传感器感测的触摸AMOLED显示屏，其特征在于，所述触摸传感器为电容传感器阵列，具体为触摸板、触摸屏幕、触摸滑块、以及检测触笔的存在和位置以检测和确定手指位置的触摸传感器的任意一种。

3.根据权利要求1所述的基于传感器感测的触摸AMOLED显示屏，其特征在于，所述触敏设备为二维触摸面板或一维虚拟滑块。

4.根据权利要求1所述的基于传感器感测的触摸AMOLED显示屏，其特征在于，所述Dummy传感器和Touch传感器，是触敏设备中的行传感器或列传感器，且所述Dummy传感器和Touch传感器具有相同的形状和大小。

5.根据权利要求1所述的基于传感器感测的触摸AMOLED显示屏，其特征在于，所述显示屏进一步包括：

触摸传感器控制器IC，用于控制发出解复用器DEMUX控制信号、发出触摸传感器驱动信号、处理触摸传感器信号并向外部的CPU报告触摸情况、发出MUX控制信号，以及从复用器MUX传感信号里减去位于显示区域外的虚拟传感器线上的虚拟传感器信号。

6.根据权利要求5所述的基于传感器感测的触摸AMOLED显示屏，其特征在于，所述触摸传感器控制器IC主要包括：

DEMUX控制信号发生器，用于发出DEMUX控制信号；

触摸传感器驱动信号发生器，用于发出触摸传感器驱动信号；

数字信号处理器，用于处理触摸传感器信号和向外部的CPU报告一个触摸情况；

差分输入数模转换器，从MUX传感信号里减去位于显示区域外的虚拟传感器线上的虚拟传感器信号；以及

MUX控制信号发生器，用于发出MUX控制信号。

7.根据权利要求6所述基于传感器感测的触摸AMOLED显示屏，其特征在于，正在被测量的通道称为第一通道，其输出连接至所述数字信号处理器的正输入端；称为Dummy通道的第二通道的输出连接至数字信号处理器的负输入端；所述数字信号处理器将上述通道的两个输入信号差分地转换为数字代码。

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