CN104067205A - 部分地与lcd显示器集成的电容式触摸感应器 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种部分地与LCD集成的电容式触摸感应器(触摸感应面板或屏幕)。触摸感应器包括LCD面板和LCD面板上的单层透明导电轨迹。LCD面板的一组信号轨迹，栅极信号轨迹或源极信号轨迹，用于发出用作触摸感应器的激励信号的信号，单层透明导电轨迹用于检测信号以感应触摸。单层透明导电轨迹可以形成在柔性介质上并粘附到LCD面板的上表面。除了驱动器电路被修改以便栅极线或源极线以分时方式用作触摸感应器的激励信号之外，LCD面板可以与常规的LCD面板类似。

Description

部分地与LCD显示器集成的电容式触摸感应器
背景技术
技术领域
本发明涉及电容式触摸感应器，特别地，涉及一种与LCD或其他类型的显示器集成的电容式触摸感应器。
相关技术的描述
传统的电容式触摸感应器通常具有两层透明导电轨迹。轨迹典型地布置成彼此垂直。这种类型的电容式感应器典型地要求两个图案化的ITO层，与其他导电轨迹一起用于路由信号。这些ITO层可以在单个衬底的两侧上实施或者在两个不同衬底的一侧上实施，其中两个衬底键合在一起。在典型的实施方式中，一层轨迹用于发出激励信号，另一层轨迹用于检测这些信号以感应手指或其他物体的存在。美国专利No.7920129中描述了双面触摸感应面板的一个示例。
几乎所有的电容式触摸感应器都与LCD显示面板一起使用，且位于LCD显示面板上。还已经描述了与LCD显示器集成的触摸屏。例如，美国专利No.7995041描述了“具有集成到显示像素叠层的触摸感应电路的显示器……显示像素叠层中的电路元件(例如触摸信号线(例如，驱动线和感应线)、接地区域)可以共同分组以形成感应显示器上或附近的触摸的触摸感应电路。集成触摸屏可以包括多功能电路元件，该多功能电路元件可以操作为显示***的电路以在显示器上生成图像，且还可以形成感应显示器上或附近的触摸的触摸感应***的一部分。该多功能电路元件例如可以是显示像素中的电容，其可以配置成操作为显示***中的显示电路的存储电容/电极、公共电极、导线/导电路径等，且还可以配置成操作为触摸感应电路的电路元件。”(摘要)。这个专利的图7示出显示像素的截面图。
美国专利No.8040326描述了一种集成的面内切换显示器和触摸感应器。“这涉及在无需覆盖显示器的单独多触摸面板或层的情况下为显示器增加多触摸功能。相反地，本发明的实施例可以有利地利用现有的显示电路提供多触摸功能，同时针对多触摸功能增加相对小的电路。由此，通过共享用于显示和多触摸功能的电路，与将额外的多触摸相关层叠加到现有的显示面板上的可选实施相比，本发明的实施例可以以较低的代价实施。此外，由于可以在同一电路上实施显示和多触摸功能，可以同时进行显示和多触摸，以便因显示功能导致的噪声不对多触摸功能产生不利影响，反之亦然。”
发明内容
本发明针对与LCD显示器集成的电容式触摸感应器，其基本上消除因相关技术的限制和缺点而产生的问题的一个或多个。
本发明的一个目的是提供一种结构简单且易于制造的电容式触摸感应器。
本发明的附加特征和优点将在下面的描述中阐述且部分将从描述中变得明显，或者可从本发明的实践得到。本发明的目的和其它优点将通过撰写的说明书、权利要求以及附图中特别说明的结构实现和获得。
为了实现这些和其它优点，根据本发明的目标，如具体呈现和广泛描述的，本发明提供一种电容式触摸感应面板，包括：显示面板，所述显示面板包括形成矩阵的多个显示元件、与所述多个显示元件联接的第一组信号线以及与所述多个显示元件联接的第二组信号线，所述显示面板具有上表面；用于驱动第一组信号线和第二组信号线的驱动器电路，其中所述驱动器电路使用包括交替的第一时间周期和第二时间周期的驱动信号驱动第一组信号线，所述第一时间周期包含数据信号，所述第二时间周期包含用于所述触摸感应面板的激励信号；感应器层，所述感应器层具有形成在所述显示面板的上表面上的单层透明感应器轨迹；以及触摸感应器电路，所述触摸感应器电路与所述感应器层的透明感应器轨迹电联接，用于控制和处理来自所述感应器轨迹的信号。
优选地，所述感应器层包括形成在柔性衬底上的单层透明感应器轨迹，以及其中所述柔性衬底键合至所述显示面板的上表面。
另一方面，本发明提供一种使用电容式触摸感应面板的感应方法，所述电容式触摸感应面板包括显示面板和感应器层，所述显示面板包括形成矩阵的多个显示元件、与所述多个显示元件联接的第一组信号线以及与所述多个显示元件联接的第二组信号线，所述感应器层具有形成在所述显示面板的上表面上的单层透明感应器轨迹，所述方法包括：使用包括交替的第一时间周期和第二时间周期的驱动信号驱动所述显示面板的第一组信号线，所述第一时间周期包含数据信号，所述第二时间周期包含用于所述触摸感应面板的激励信号；以及在所述第二时间周期的期间使用所述感应器层感应所述激励信号。
应理解的是，上面的一般描述和下面的详细描述都是示例性和说明性的，旨在提供如权利要求所述的本发明的进一步说明。
附图说明
图1至图4示出常规LCD面板的结构；
图5至图7示出根据本发明实施例的触摸感应面板的结构；
图8示出根据本发明实施例的触摸感应面板的栅极或源极驱动信号的时序；
图9至图11示出常规OLED面板的结构。
具体实施方式
本发明的实施例提供一种包括LCD面板和LCD面板上的单层透明导电轨迹的电容式触摸感应器(也称作触摸感应面板或屏幕)。LCD面板的一组信号轨迹(栅极信号轨迹或源极信号轨迹)用于发出用作触摸感应器的激励信号的信号，LCD面板上的单层透明导电轨迹用于检测信号以感应触摸。单层透明导电轨迹可以形成在柔性介质上并粘附到LCD面板的上表面。除了驱动器电路被修改以便栅极或源极信号以分时方式用作触摸感应器的激励信号之外，LCD面板与常规的LCD面板类似。
常规的LCD显示面板典型地包括驱动液晶显示器的TFT开关矩阵。在TFT开关矩阵中，存在两组信号；一个方向上的是栅极(也称作选择)信号，其他方向上的是源极(也称作数据)信号。在每个像素位置处高速地切换这些信号以导通和关断液晶光阀(TFT)。图1-4中示出常规的LCD面板。图1和图2示出示例性LCD面板的结构。图3示出示例性LCD驱动器芯片。图4是示出LCD面板和LCD驱动器芯片及其电连接的示意图。这些附图中示出的常规LCD的结构对于相关领域的技术人员是熟悉的。
具体地，如图1示意性地示出，LCD面板包括第一玻璃衬底101、设置在第一玻璃衬底上的有源部件102-106的层、有源层上的液晶材料层107、液晶层上的共用电极层(ITO)108、共用电极层上的包括初级滤色器的图案化阵列的过滤层109，以及第二玻璃衬底110。有源部件层包括多条平行的栅极(选择)线102、多条平行的源极(数据)线103(优选地与栅极线垂直)、多个像素电极104(每个与一条栅极线和一条源极线的交点相对应)、多个TFT(薄膜晶体管)105(每个与像素电极相对应且与相应的栅极线、源极线和像素电极连接)、以及多个存储电容106(每个与像素电极相对应且连接在像素电极和栅极线之间)。LCD面板可额外地包括在第一玻璃衬底101和第二玻璃衬底110的外侧上的偏振器111。
上述的结构形成传输类型的LCD面板。在图2示意性示出的反射类型的LCD面板中，在液晶层下提供反射层。触摸感应器可以应用于两种类型的LCD面板。
图4示意性地示出TFT层100和与TFT层的各个信号线连接的LCD驱动器芯片200(图4中未示出其他结构，例如衬底、液晶层等)。LCD驱动器芯片200包括与TFT层的栅极线102连接的栅极驱动器201，与TFT层的源极线103连接的源极驱动器202，以及适当地彼此互连的(未示出)其他电路(包括逻辑和定时控制电路203、存储器模块204、接口模块205、电源模块206等)。
在本发明的实施例中，除了LCD驱动器电路被修改以将驱动栅极线或源极线发出激励信号之外，LCD面板具有与常规LCD类似的结构。
图5和图6示意性地示出根据本发明实施例的触摸感应面板。图5基于图4中示出的TFT层，图6基于图1中示出的LCD面板。在图5中，触摸面板包括具有栅极(选择)线102和源极(数据)线103的TFT层100，其与图4所示的TFT层相同，但是LCD驱动器电路(LCD驱动器芯片)300的栅极驱动器301和源极驱动器302的一个被修改，这将在下面更详细地描述。LCD驱动器电路300的其他组件(包括栅极驱动器310和源极驱动器302的另一个、逻辑和定时控制电路303、存储器模块304、接口模块305和电源模块306)与图4示出的常规LCD面板的相应组件203-206类似或相同。
触摸感应面板进一步包括具有单层透明感应器轨迹401的感应器层400，以及与单层透明感应器轨迹电联接以控制和处理(包括放大)来自传感器轨迹的信号的触摸感应器电路(触摸感应器芯片)500。在这个示出的实施例中，触摸感应器芯片500额外地通过信号线601与LCD驱动器芯片300电连接。在可选结构(未示出)中，触摸感应器芯片500不与LCD驱动器芯片300电连接(如后面将说明的)。在又另一个实施例中，触摸感应器芯片500和LCD驱动器芯片300的组件可集成在单个IC芯片上。
感应器层400包括单层的图案化ITO轨迹401。物理地，可使用多种结构。在第一种结构中，单层的图案化ITO轨迹直接形成在LCD面板的上表面上，例如滤色器的表面上。在第二种结构中，单层的图案化ITO轨迹形成在单独的衬底上，优选地形成在柔性衬底(例如柔性电路板)上，并且衬底放置在LCD面板上或相关装置(例如智能手机或平板电脑)的防护玻璃层上。在第三种结构中，单层的图案化ITO轨迹直接形成在装置(智能手机或平板电脑)的防护玻璃层上。还可以使用其它结构。注意的是，在图5中，TFT层100和感应器层400被示为是偏置的，但是这仅仅是为了说明的方便；在优选实施例中它们实际上是彼此对齐的。
在图6中，组件101-111与图1的组件101-111相同，具有图案化ITO轨迹401的感应器层400覆盖在LCD面板上(此处关于LCD面板示出感应器层400的局部分解图)。
在根据本发明实施例的触摸面板中，通过被LCD驱动器电路(栅极线驱动器或源极线驱动器)驱动的TFT层的栅极线或源极线以分时方式发出用于触摸感应器的激励信号。图8示出示例性时序，其中将用于栅极线或源极线的驱动信号分成交替的时间周期，即，包含LCD显示数据的时间周期T1和包含触摸屏激励信号的时间周期T2。两个周期的各自的长度可以是例如12ms和4ms，或者任何其他适当的持续时间。T1期间的LCD驱动信号的形状可以是适于驱动LCD面板的栅极线或源极线的任何形状；T1期间的信号的形状可以是适于触摸感应器激励信号的任何形状。由此，LCD驱动器芯片中的栅极驱动器或源极驱动器被设计成以这种方式驱动栅极线或源极线。在时间周期T1的期间，栅极驱动器和源极驱动器使用数据信号驱动TFT以显示图像。在时间周期T2的期间，栅极线或源极线发出被感应器层400检测的感应信号。
在上述的美国专利No.7995041中，使用类似的分时方案(尽管触摸面板的整体结构与本文描述的非常不同)；那个专利的图11A和图11B示出LCD驱动信号和触摸感应器激励信号的示例，其可用于实施本发明的实施例。
如图7示意性地示出，LCD面板的大量栅极(或源极)线102可被组合以在每组102A中发出相同的激励信号用于触摸感应。可以基于LCD面板的像素大小和的触摸感应器的期望空间分辨率确定每组102A中的线102的数量。
常规触摸感应器芯片包括用于生成专用激励轨迹的驱动信号的驱动部以及用于接收和处理来自检测轨迹的检测信号的检测部。根据本发明实施例的触摸感应器电路不要求专用的激励轨迹和相应的驱动部(LCD的栅极线或源极线用于发出激励信号)，但是它包括可与常规触摸感应器芯片的检测部类似的检测部(触摸感应器电路500)。这种检测部的实施方式在本领域普通技术人员的能力范围内。触摸感应操作的原理与常规电容式触摸感应器的原理相同，除了触摸感应操作仅在时间周期T2期间发生之外，常规电容式触摸感应器使用专用的层轨迹发出激励信号，使用另一层的轨迹检测这些信号。
在本发明的实施例中，触摸感应面板的电子电路可实施为不同的结构。在图5示出的第一实施方式中，触摸感应器电路500与LCD驱动器电路300电联接并通过信号线601从后者接收关于分时的LCD栅极或源极驱动信号的定时信号(参见图8)。触摸感应器电路500使用这种定时信号同步进行用于感应器层400的控制和信号处理(例如，它仅在时间周期T2的期间处理感应器轨迹上检测到的信号)。这种实施方式的变型是，触摸感应器电路500通过信号线601提供用于LCD驱动器电路300的定时信号以启动触摸激励信号序列(例如，图8中的时间周期T2)。在第二实施方式(未示出)中，LCD驱动电路和触摸感应器电路集成在一个IC芯片上。定时信号可适当地从共用定时控制电路提供至LCD驱动电路和触摸感应器电路。在第三实施方式中，触摸感应器激励信号包含用作定时信号的预定固定序列(同步)；触摸感应器芯片从感应的激励信号检测这个定时信号，并使用它来自动地将它自身的功能与激励信号同步。在这种实施方式中，不需要LCD驱动电路300和触摸感应器电路500之间的直接线连接，并且以无线的方式通过LCD栅极或源极轨迹上的信号交换定时信号。
常规LCD显示器可以是无源类型的或有源TFT切换类型的。上述的触摸感应原理可用于两种类型的LCD显示器。
上述的触摸感应原理可应用与OLED(有机发光二极管)显示器(无源或有源TFT切换类型)。图9示意性地示出常规OLED显示器的结构，包括驱动两者之间的LED(发光二极管)的x-y矩阵。如图9所示，OLED面板包括具有形成在其上的ITO线和接触焊盘的玻璃衬底、发光聚合物层、负极线层和封装盖。图10和图11分别示意性地示出用于OLED显示器的无源矩阵和TFT开关矩阵的结构。如图10和图11所示，OLED面板(无源类型或者有源TFT切换类型)具有数据线组和选择线组以驱动像素形成图像。为了为任意类型的OLED提供电容式触摸感应，OLED的一组驱动线(选择线或数据线)可以用于根据上述的原理以分时的方式生成触摸感应器激励信号。提供与图5和图6所示类似的具有单层透明感应器轨迹的感应器层和触摸感应器电路以感应触摸信号。
根据本发明实施例的电容式触摸感应器可被认为是部分地与LCD或OLED显示器集成，因为这个功能(激励信号生成)的一部分与LCD或OLED显示器集成。与本公开的背景技术部分描述的结构相比，根据本发明实施例的触摸感应面板极大地简化了电容式触摸感应器的构造，因为仅仅需要一个专用的轨迹层用于触摸感应功能。而且，根据本发明实施例的触摸感应面板具有这样的优点：它不需要对LCD或OLED面板自身的结构或制造工艺进行修改；仅仅修改用于栅极或源极线的驱动信号。
本领域的技术人员应理解的是，可以在不脱离本发明的精神或范围的情况下，对本发明的电容式触摸感应器和相关方法进行各种修改和变化。因此，本发明旨在覆盖落在所附权利要求的范围内的修改和变化及其等同。

Claims (14)

1.一种电容式触摸感应面板，包括：
显示面板，所述显示面板包括形成矩阵的多个显示元件、与所述多个显示元件联接的第一组信号线、以及与所述多个显示元件联接的第二组信号线，所述显示面板具有上表面；
驱动器电路，所述驱动器电路用于驱动所述第一组信号线和所述第二组信号线，其中所述驱动器电路使用包括交替的第一时间周期和第二时间周期的驱动信号驱动所述第一组信号线，所述第一时间周期包含数据信号，所述第二时间周期包含用于所述触摸感应面板的激励信号；
感应器层，所述感应器层具有形成在所述显示面板的上表面上的单层透明感应器轨迹；以及
触摸感应器电路，所述触摸感应器电路与所述感应器层的透明感应器轨迹电联接以控制和处理来自所述感应器轨迹的信号。
2.根据权利要求1所述的电容式触摸感应面板，其中所述感应器层包括具有形成在其上的单层透明感应器轨迹的衬底，以及其中所述衬底键合至所述显示面板的上表面。
3.根据权利要求1所述的电容式触摸感应面板，其中所述衬底是柔性衬底。
4.根据权利要求1所述的电容式触摸感应面板，其中所述感应器层的透明感应器轨迹形成在所述显示面板的上表面上。
5.根据权利要求1所述的电容式触摸感应面板，其中所述显示面板是LCD(液晶显示)面板或OLED(有机发光二极管)显示面板。
6.根据权利要求1所述的电容式触摸感应面板，其中所述多个显示元件包括多个TFT(薄膜晶体管)，以及其中所述第一组信号线是与所述多个TFT连接的栅极线或源极线。
7.根据权利要求1所述的电容式触摸感应面板，进一步包括联接所述驱动器电路与所述触摸感应器电路的信号线，其中所述驱动器电路通过所述信号线为所述触摸感应器电路提供关于所述第一时间周期和第二时间周期的定时的定时信号，以及其中所述触摸感应器电路根据所述定时信号电控制和处理来自所述感应器轨迹的信号。
8.根据权利要求1所述的电容式触摸感应面板，进一步包括联接所述驱动器电路和所述触摸感应器电路的信号线，其中所述触摸感应器电路通过所述信号线为所述驱动器电路提供定时信号，以及其中所述驱动器电路根据所述定时信号确定所述第一时间周期和第二时间周期的定时。
9.根据权利要求1所述的电容式触摸感应面板，其中所述第二时间周期中的激励信号包括预定序列，以及其中所述触摸感应器电路检测所述预定序列并使用所述预定序列作为定时信号。
10.根据权利要求1所述的电容式触摸感应面板，其中所述第二时间周期中的激励信号对于所述第一组信号线的相邻信号线的子集是相同的。
11.一种使用电容式触摸感应面板的感应方法，所述电容式触摸感应面板包括显示面板和感应器层，所述显示面板包括形成矩阵的多个显示元件、与所述多个显示元件联接的第一组信号线以及与所述多个显示元件联接的第二组信号线，所述感应器层具有形成在所述显示面板的上表面上的单层透明感应器轨迹，所述方法包括：
使用包括交替的第一时间周期和第二时间周期的驱动信号驱动所述显示面板的第一组信号线，所述第一时间周期包含数据信号，所述第二时间周期包含用于所述触摸感应面板的激励信号；以及
在所述第二时间周期的期间使用所述感应器层感应所述激励信号。
12.根据权利要求11所述的感应方法，其中所述多个显示元件包括多个TFT(薄膜晶体管)，以及其中所述第一组信号线是与所述多个TFT连接的栅极线或源极线。
13.根据权利要求11所述的感应方法，其中所述第二时间周期中的激励信号对于所述第一组信号线的相邻信号线的子集是相同的。
14.根据权利要求11所述的感应方法，其中所述显示面板是LCD(液晶显示)面板或OLED(有机发光二极管)显示面板。
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