CN107437404B - 用于减少内嵌式触控显示驱动器ic引脚数目的方法和装置 - Google Patents

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Abstract

本申请提供各种实施例的LCD面板有源内嵌式子像素，用于以时分复用的方式实现图像显示和触控感应，从而减少显示驱动集成电路中所需的引脚数目。在一实施例中，子像素包括液晶电容、存储电容和有源开关组件。液晶电容的一端通过薄膜晶体管开关可连接至数据线。有源开关组件连接至液晶电容的另一端，并且外部可控制。在一配置中，有源开关组件将液晶电容连接至面板的第二共通电极，从而开启显示驱动模式。在另一配置中，有源开关组件将液晶电容连接至数据线，从而开启触控感应模式。

Description

用于减少内嵌式触控显示驱动器IC引脚数目的方法和装置
发明人：罗伟明陈永志谭健强陈隽李长辉
版权声明：本专利文件的公开内容的一部分包含了受版权保护的材料；由于该专利文件或专利公开内容出现于专利商标局的专利资料档或专利记录中，版权所有人并不反对任何人对该专利文件或专利公开的复制，除此之外则保留其所有版权。
技术领域
本发明涉及液晶显示(LCD)面板的内嵌式触控感应，特别是涉及一种用于减少触控与显示驱动器集成(TDDI)集成电路(ICs)的引脚数目的方法与装置。
背景技术
触控感应有源矩阵LCD面板为具有检测面板上触摸位置的额外功能的有源矩阵LCD显示器。该检测可采用静电电容的方法来实现。本发明所涉及的方法为内嵌式自电容触控感应方法。
在内嵌式自电容触控感应方法的实施中，需要在显示器驱动器IC中结合额外的触控感应通道。这种二合一的IC称为TDDI芯片。对于一个5英寸的显示器来说，所述的额外的感应通道可以达到500个。如此多的感应通道增加了TDDI芯片的焊盘总数，大大增加了IC的封装及测试成本。
在第8760412号美国专利中，公开了一种显示器，该显示器的数据线可设定与显示模式及触控模式之间。在第1455264号欧洲专利中，其揭示了驱动IC采用有源矩阵作为输入装置，从而在不改变有源矩阵的情况下结合显示器和感应功能，间接减少引脚数目。尽管业界中有多种方案为减少TDDI芯片的引脚数目，仍然有必要提供一种改进的方法及装置以进一步减少引脚数目。
发明内容
本发明的第一方面是提供LCD面板有源内嵌式子像素。该面板具有用于控制该子像素处于显示驱动模式或触控感应模式的显示-触控信号。当显示-触控信号为逻辑高电平时，该信号触发显示驱动模式。当显示-触控信号为逻辑低电平时，其表示触控感应模式。
该子像素包括薄膜晶体管(TFT)、液晶电容、存储电容及有源开关组件。各液晶电容及存储电容是具有第一端和第二端。液晶电容的第一端(A端)为面板的第一共通电极。液晶电容的第二端(B端)和存储电容的第二端(D端)在TFT导通时均连接至数据线。有源开关组件包括连接至液晶电容的第一端(A端)的开关电极。另外，有源开关组件通过显示-触控线以以下方式进行控制。显示-触控线的第一电压配置有源开关组件，以通过开关电极将液晶电容的第一端(A端)连接至面板的第二共通电极，从而开启显示驱动模式。显示-触控线上的第二电压配置有源开关组件，以通过开关电极将液晶电容的第一端(A端)连接至数据线，从而开启触控-感应模式。
在有源内嵌式子像素的第一实施例中，存储电容的第一端(C端)连接至第二共通电极。进一步地，第一共通电极和第二共通电极分别位于面板的上玻璃基板和下玻璃基板。
在有源内嵌式子像素的第二实施例中，存储电容的第一端(C端)连接至开关电极。并且，第一共通电极和第二共通电极是共有的并且位于面板的下基板上。第一共通电极和第二共通电极可集合视为共通电极。
如果有源内嵌式触控子像素也被配置为提供插黑也是可取的。为了实现这个目的，第三实施例的有源内嵌式子像素包括薄膜晶体管(TFT)、液晶电容、存储电容及有源开关组件。各液晶电容和存储电容具有第一端和第二端。液晶电容第二端(B端)和存储电容的第二端(D端)在TFT导通时均连接至数据线。有源开关组件包括连接至液晶电容的第一端(A端)的开关电极。另外，有源开关组件可通过显示-触控线以以下方式进行控制。显示-触控线的第一电压配置有源开关组件，以通过开关电极将液晶电容的第一端(A端)和存储电容的第一端(C端)均连接至面板的共通电极，从而开启显示驱动模式。显示-触控线上的第二电压配置有源开关组件，以将液晶电容的第一端(A端)及第二端(B端)和存储电容的第一端(C端)及第二端(D端)进行短路，从而在面板显示黑色时开启触控感应模式。该子像素可为扭曲向列(TN)型或横向电场效应(IPS)型。
本发明的第二方面是提供包括显示面板和TDDI芯片的装置，其中显示面板配置有上述三个实施例中的任何一个的有源内嵌式子像素。TDDI芯片包括多个显示驱动器，各显示驱动器用于在显示驱动模式期间驱动面板的一数据线；多个焊盘，各焊盘用于电连接至面板的一数据线；一个或以上触控模拟前端(TAFEs)，用于通过多个焊盘感应来自显示面板的多个触控信号。另外，当数据线仅用于显示驱动时，各焊盘直接连接至个别显示驱动器：或者，当数据线共用于显示驱动和触控感应时，各焊盘通过可控开关连接至个别显示驱动器。优选地，TDDI芯片进一步包括与个别触控模拟前端(TAFE)关联的复用器，用于从触控信号中选择一个传送到该个别触控模拟前端(TAFE)以感应触控信号。
本发明的第三个方面是提供可用于本发明第二方面所公开的装置的触控扫描方案。在各方案中，TDDI芯片配置面板，以在某一时刻于一选定区域上实现触控感应，其中，面板被划分为多个区域以实现触控感应。在触控感应模式中，TDDI芯片进一步执行以下操作。
针对采用第一实施例的有源内嵌式子像素，TDDI芯片配置面板，以提供第二电压至显示-触控线，截止所有内嵌式子像素的TFT，以及采用跟随自电容感应电压的电压驱动面板的第二共通电极。
针对采用第二实施例的有源内嵌式子像素的装置，TDDI芯片配置面板，以提供第二电压至显示-触控线；配置面板，以截止面板上的所有内嵌式子像素的TFT；于选定区域中的数据线，提供自电容感应信号到各连接至一个或以上有源内嵌式触控子像素的数据线；于非选定区域中的数据线，提供AC VCOM信号到各连接至一个或以上有源内嵌式触控子像素的数据线，其中AC VCOM信号跟随自电容感应信号；并且采用AC VCOM信号驱动面板的共通电极。
针对采用第三实施例的有源内嵌式子像素的装置，TDDI芯片配置面板，以提供第二电压至显示-触控线；配置面板，以在选定区域中导通各有源内嵌式子像素的TFT；在选定区域中沿各数据线驱动自电容感应信号。
本发明的其他方面将通过后续的实施例说明进行公开。
附图说明
本发明的实施例将在以下结合附图做更详细的说明，其中：
图1为扭曲向列型(TN)TFT子像素的示例性说明图；
图2为横向电场效应(IPS)型TFT子像素的示例性说明图；
图3为TFT子像素的电路模型示意图；
图4为内嵌式触控TFT子像素的电路模型示意图；
图5为导电式隔离柱的示例性说明图；
图6为本发明第一实施例的有源内嵌式触控子像素的示意图；
图7为本发明第二实施例的有源内嵌式触控子像素的示意图；
图8为本发明第三实施例的有源内嵌式触控子像素的示意图；
图9为根据本发明实施例TDDI芯片的示意图，该TDDI芯片具有与本申请所公开的有源内嵌式触控子像素交接的装置；
图10为本发明实施例的第一扫描方案的示意图，该扫描方案适用于本发明第一实施例的有源内嵌式触控子像素；
图11为本发明实施例的第二扫描方案的示意图，该扫描方案适用于本发明第二实施例的有源内嵌式触控子像素；
图12为本发明实施例的第三扫描方案的示意图，该扫描方案适用于本发明第三实施例的有源内嵌式触控子像素；
图13为本发明实施例的有源和无源内嵌式触控子像素的第一排列方式的示意图；
图14为本发明实施例的有源和无源内嵌式触控子像素的第二排列方式的示意图，该第二排列方式更加实际；
图15为本发明实施例的TFT面板的布线简化示意图；
图16为本发明实施例的自电容感应信号被存储电容所吸收的示意图。
具体实施方式
为了使本发明的目的、技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
本发明采用触控感应通道及源极驱动通道相结合的技术，提供减少TDDI芯片中引脚数目的设计。本发明的各种实施例可用于具有TFTs的TFT LCD面板及设置于该面板上的共通电压(VCOM)层。进一步地，在各种实施例中，触控感应和显示驱动均采用数据线(亦即，源极线)作为分别接入面板上的触控传感器及显示电极(像素电极)的方式。另外，本申请所公开的方法及装置，在TDDI芯片和显示面板中实现对数据线的复合使用是必须的。
在详细说明本申请公开的方法及装置之前，先对不同的TFT子像素的结构做如下背景说明.
A.不同TFT子像素结构及相应的电路模型的背景介绍
本申请考虑的TFT子像素排列方式有两种，分别是扭曲向列型(TN)和横向电场效应(IPS)型。
A.1TN型TFT子像素排列方式
TN型为子像素结构的典型排列方式，通常用于显示面板中。图1为TN型TFT子像素的示例性说明图。如图1所示，每个像素单元中具有两个电容：存储电容(图1中标示为Cs)以及液晶电容(图1中标示为Clc)。存储电容Cs及液晶电容Clc电连接至共通电极。在实施中，该两共通电极是结构上分隔的。存储电容的共通电极位于下玻璃基板(即，TFT基板)上。液晶电容的共通电极位于上玻璃基板(即，彩色滤光板)上。该两共通电极通过多个设置于上下玻璃基板之间的连接器实现相互的电连接。
A.2IPS型TFT子像素排列方式
IPS型是为提供更好的色彩复现和更大视角而优化的排列方式。“横向电场效应”这一名字因液晶朝向而得。当液晶在电场的作用下切换时，其转动方向与下基板及上基板大致平行。也即是，液晶的转动方向与光源的方向大致垂直。图2为IPS型TFT子像素的示例性说明图。与TN型类似，IPS型的各像素单元中具有两个电容。存储电容(Cs)由显示电极与共通电极之间的重叠区域所形成，如图2中阴影区域所示。与TN型不同的是，液晶电容(Clc)的共通电极位于下基板上(而非上基板)。Cs的共通电极与Clc的共通电极在结构上为同一电极，因此，其相互之间是电连接的。虽然图2中未示出Clc，然而，IPS型TFT子像素在本技术领域中是公知的，本领域的技术人员可从IPS子像素中轻易识别出Clc。通常，IPS面板的Clc并非平行面电容，其更像是边缘场电容。
A.3TFT子像素简化电路模型
在了解了TN型及IPS型子像素结构之间的区别之后，可以得出TFT子像素的简化电路模型，如图3所示。在图3中，TFT、存储电容(Cs)与液晶电容(Clc)均连接至显示电极(亦称为像素电极)。TN型及IPS型子像素均是如此。TN型与IPS型之间的区别在于液晶电容(Clc)的共通电极连接的方式。图3中通过虚线圈划出了该共通电极的连接方式。通常，TN型面板通过多个外部连接将上共通电极和下共通电极连接在一起。但是，正如本申请后续所详细说明的，在本发明并不是通过复杂的外部连接将上共通电极及下共通电极连接在一起。
A.4内嵌式触控TFT子像素的电路模型
除了液晶电容(Clc)的符号以及位于其一侧的连接(如图4所示)之外，内嵌式触控TFT子像素的电路模型接近于普通的TFT子像素的电路模型。图4中液晶电容(Clc)的符号的一侧采用较粗较长的线条表示，而另一侧则采用较幼较短的线条表示。在TN型TFT面板中，该较粗较长的线表示上玻璃基板的共通电极。图4中所示的该较幼较短的线表示位于下玻璃基板的显示电极。共通电极及显示电极均是采用氧化锢锡(ITO)制成。在实施过程中，该上共通电极的实质尺寸比显示电极大。上共通电极通常覆盖了多个子像素。
当手指触碰上玻璃基板时，手指与上共通电极之间形成手指电容器(如图4中的Cf所示)。该电容器的电容在手指触摸上玻璃基板时达到最大值。触控感应的目标即是检测出该电容器Cf的电容变化。
对于内嵌式触控TFT面板，同一面板既用于图像显示又用于触控感应。图像显示和触控感应通过时分复用的方式完成。基于此，上共通电极具有以下两个作用：(1)在显示驱动中，上共通电极连接至共通电压(VCOM)；(2)在触控感应中，上共通电极连接至自电容感应电路。
各上共通电极(由于一个TFT面板上具有多个上共通电极)均可视为触控传感器。正如上述，一个5英寸的显示器上可具有多达500个触控传感器(因此具有500个上共通电极)。
上共通电极连接至图4所示的电路模型中的一个小方形符号。该小方形符号具有两方面的作用。
第一个作用是表示其与相邻子像素的上共通电极之间的连接。如上述，一个上共通电极通常覆盖了多个子像素。
第二个作用是其表示上下玻璃基板之间的电连接。然而，这仅适用于少数子像素。下文将会针对此进行详细描述。
该小方形符号也用于图6至8中并具有相同的含义。
不是所有的内嵌式触控TFT子像素都一样。有些子像素具有额外的有源开关组件因此上共通电极可以时分复用的方式实现显示驱动和触控感应两个作用。
由于有源开关组件位于下玻璃基板上，因此需要有电连接上下玻璃基板的装置。该装置即是导电式隔离柱。导电式隔离柱的结构示例说明于图5中。ITO为上共通电极，开关电极为刚与有源开关组件连接。
B.用干减少引脚数目的有源内嵌式子像素
本发明的第一个方面是提供一种有源内嵌式子像素，其被配置为减少TDDI的引脚数目。基于此，所公开的有源内嵌式子像素在显示驱动模式与触控感应模式之问，通过时分复用与TDDI配合。
B.1有源内嵌式子像素的第一实施例
图6为本发明第一实施例的有源内嵌式子像素的示例图。该有源内嵌式子像素600为无源(或基本的)内嵌式触控子像素加上额外的有源开关组件610所形成。有源开关组件610可以采用图6所示例性说明的晶体管611和612来实现。
除了TFT子像素通常所用到的数据线、扫描线及共通电极，有源内嵌式触控子像素还需要两个额外的模式切换信号，显示-触控信号620及显示-触控-b信号625(如下所要解释，b表示“bar”)。当显示-触控信号620为逻辑高电平时，其体现了显示驱动模式；当显示-触控信号620为逻辑低电平时，其代表了触控感应模式。
显示-触控-b信号625仅仅是使显示-触控信号620反转的互补信号。也即是，“bar”信号的意思刚好与显示-触控信号620相反。
有源内嵌式触控子像素的第一实施例为TN型TFT显示器的优选实施例。这是因为液晶电容660(Clc)的共通电极665与存储电容670(Cs)的共通电极605是结构上分隔的。
图6中的小方形符号代表着连接下玻璃基板上的开关电极630(即，有源开关组件610的延伸电极)与上玻璃基板上的Clc共通电极665(其亦作为触控传感器)的导电式隔离柱。
当显示-触控信号为高电平时，有源开关组件610连接下玻璃基板共通电极605与开关电极630，从而使得上玻璃基板共通电极665与下玻璃基板共通电极605的电势相等。进而，显示驱动可通过扫描线的时序控制以及通过数据线同时驱动显示信号(亦称为源极信号)来完成。此即为显示驱动模式。
当显示-触控信号为低电平时，有源开关组件610连接数据线606与开关电极630，从而使得上玻璃基板共通电极665(目前亦作为触控传感器)接收来自TDDI IC的自电容感应信号(通过数据线提供)。所有的扫描线(以及连接显示电极的TFT)在该触控感应期间处于未激活状态。此即为触控感应模式。
B.2有源内嵌式子像素的第二实施例
图7为本发明第二实施例的有源内嵌式触控子像素的示例图。该第二实施例为IPS型TFT显示器的优选实施例。这是因为在该实施例中，Clc的共通电极与存储电容的共通电极在结构上相互连接。
图7所示的小方形符号代表着导电式隔离柱，其连接开关电极(位于下玻璃基板)与触控传感器(位于上玻璃基板)。另一方案，该导电式隔离柱及上玻璃基板触控传感器(通常采用ITO制成)也可省略。在这种情况下，Clc及Cs(位于下玻璃基板)的共通电极可用作触控传感器。虽然具有结构简单的优点，但是触控敏感度比不上触控传感器位于上玻璃基板的情况。
在该实施例中，有源开关组件的操作与第一实施例中的类似。
除了存储电容(Cs)电连接至开关电极之外，图7所示的第二实施例的配置与图6所示的第一实施例的类似。
B.3有源内嵌式子像素的第三实施例
在本领域中，普遍认为LCD具有一定程度的动态模糊，其由液晶低反应速度所导致，或由LCD为实现低功率操作而降低刷新频率所引起。简而言之，刷新频率高的LCD则相对较少出现动态模糊。可利用插黑技术来仿效CRT电视的效果，从而减少前述的动态模糊的情况。该技术基于在更新显示内容之前***一个黑视频帧(或一个帧的一部分插黑)的原理，其有利于清除观看者的眼睛/大脑视觉影像，从而减少模糊。有源内嵌控子像素被配置为提供插黑操作是可取的。
图8为本发明第三实施例的有源内嵌式触控子像素的示例图。该实施例为可用于当TFT面板被设计为具有插黑功能时的特定排列方式。
第三实施例的显示驱动模式与第一及第二实施例中的工作方式相同。
在触控感应模式中，两电容器(Cs及Clc)的端部通过有源开关组件短路连接在一起。因此，液晶上的电压为0V并且TFT面板显示黑色。在该黑色显示期间，扫描线被激活，导通TFT开关。进而，自电容感应信号沿着数据线通过TFT及有源开关组件被TDDI IC驱动，并且最终到达共通电极。共通电极(此时作为触控传感器)跟随来自TDDI IC的自电容感应信号。
C.TDDI芯片及具有TDDI芯片的触控感应装置
TDDI芯片被设计为与三个实施例中任一个的有源内嵌式子像素相交互配合，以有利于减少引脚数目。
图9为本发明实施例中TDDI芯片与具有触控感应组件的显示面板进行配合的示意图。
在驱动具有有源内嵌式子像素的LCD面板的过程中，栅极驱动器输出高电压信号，包括了扫描线(亦称为栅极线)、显示-触控信号线及显示-触控-b信号线的控制信号。这些控制信号均为高电压，因为TFT面板上的这些晶体管是用非晶硅或金属氧化物制成的，比较粗糙，只能通过高电压导通。
TDDI芯片中的源极驱动器提供相对低的电压信号，包括用于显示驱动和触控感应的信号。这些信号通过数据线以时分复用的方式传递至子像素单元。并且，共通电极电压(在本领域中亦称为VCOM)也是由源极驱动器产生。VCOM在显示驱动模式下为DC基准信号，在触控感应模式下为AC信号。
为减少TDDI芯片的引脚数目，基本的方法是以时分复用的方式将显示驱动和触控感应功能结合在数据线上。LCD面板及TDDI芯片都需要相应改动。
在显示面板中，有两种类型的内嵌式触控子像素：有源的和无源的。有源内嵌式触控子像素包括额外的开关组件。除了普通TFT面板所具有的扫描线、数据线及共通电极之外，有源内嵌式触控子像素还包括显示-触控信号线及显示-触控-b信号线，用于实现显示驱动模式和触控感应模式之间的切换。多个液晶电容(Clc)的共通电极相互连接以形成触控感应区域(触控传感器)，其在图9中通过将小方形(表示导电式隔离柱)以虚线连接在一起象征性地画出。
TDDI芯片包括多路复用器以实现显示驱动和触控感应之间的多路复用。进一步地，一个TAFE可以支持一个以上的触控感应区域。TAFE为模拟电路，其可产生激发能(通常以多电压循环的方式)至一个或以上触控传感器，并可检测流进、流出触控传感器的电流以测量电容；其中，该激发能为用于将触控传感器从“接地状态”转变为任何特定的“势能状态”的能量。
本发明的第二方面是提供一种具有显示面板和TDDI芯片的装置，其中该显示面板具有上述三个实施例中的任何一个的有源内嵌式子像素。
参考图9，其为本发明具有相互连接的显示面板910及TDDI芯片920的装置的示例图。TDDI芯片920包括多个显示驱动器940，各显示驱动器940(例如，驱动器940a)用于在显示驱动模式下驱动面板910的一数据线(例如，数据线915)。TDDI芯片920中具有多个用于实现电连接至显示面板910的焊盘930。各焊盘930连接至面板910的一数据线；当数据线仅用于显示驱动时，各焊盘930直接连接至面板910的一数据线及直接连接至一对应显示驱动器；当数据线共用于显示驱动和触控感应时，各焊盘930则通过可控开关连接至对应的显示驱动器。焊盘930的这种连接方式在本申请中是重要的，其重要性将在下文详细说明。
正如上述，不是所有的内嵌式触控子像素都具有有源开关组件。当具有有源开关组件时，内嵌式触控子像素称为有源内嵌式触控子像素。当不具有有源开关组件时，内嵌式触控子像素称为无源内嵌式触控子像素。为了便于说明，图13示意出了有源和无源内嵌式触控子像素的第一排列方式。在像素1310中，蓝色子像素1313为有源内嵌式触控子像素，而红色子像素1312和绿色子像素1314为无源内嵌式触控子像素。像素1310以对角线填充图案1315的方格表示三个子像素1312-1314共用同一Clc共通电极。在触控感应模式中，就对角线填充图案1315的方格表示触控传感器区域。通常，基于以下原因将蓝色子像素1313选为有源内嵌式触控子像素。有源开关组件占用子像素的一部分空间，并且减少了可透光的有效子像素区域。由于人类眼睛对蓝色的敏感度较低，因此选择蓝色子像素1313。图14示意出了有源和无源内嵌触控子像素的第二排列方式。相比第一排列方式，第二排列方式更加实际。更多像素集合在一起以形成一个触控传感器。在实际应用中，由于单个像素的尺寸是微细的，上千个或更多的像素集合在一起形成一个触控传感器。由于共通电极(或者触控传感器)的实质尺寸比有源开关组件和导电式隔离柱要大得多，因此多个有源开关和导电隔离柱一起用于驱动相同的共通电极。如图14所示，蓝色子像素通常用于嵌入有源开关组件。因此，蓝色子像素的尺寸要小于红色和绿色子像素。一般而言，大部分的蓝色子像素都有意图的留空(即，不具有有源开关组件)，用于在TDDI芯片中进行简单的触控感应扫描排列。
下面通过图15进行详细说明，图15为TFT面板1500的布线的简化示意图。TFT面板1500分为3*3＝9个共通电极区域。各电极区域连接至多个导电式隔离柱和有源开关组件。第一行的3个区域连接至第一、第四及第七条蓝色数据线。第二行的3个区域连接至第二、第五及第八条蓝色数据线。第三行的3个区域连接至第三、第六及第九条蓝色数据线。总体而言，各蓝色数据线控制一个区域。TFT面板1500进一步包括栅极驱动器1510及源极驱动器1520(TDDI芯片)。栅极驱动器1510提供高电压信号，用于实现对扫描线(亦称为栅极线)、显示-触控线及显示-触控-b线的控制。因为TFT面板上的晶体管为采用非晶硅或金属氧化物制成的粗糙的FETs，只能由高电压进行导通，因此这些控制信号为高电压。源极驱动器1520提供相对的低电压信号，包括用于显示驱动和触控感应的信号。这些信号以时分复用的方式通过数据线传送至子像素单元。并且，VCOM也由源极驱动器所产生。VCOM在显示驱动模式中为DC基准电压，在触控感应模式中为AC信号。
参考图9，其示出了仅连接至有源内嵌式触控子像素的数据线具有可控开关。简而言之，蓝色数据线具有位于焊盘及显示驱动器之间的开关，而红色和绿色数据线则不具有开关。蓝色数据线共用于显示驱动和触控感应，而红色和绿色数据线则仅用于显示驱动。例如，焊盘930a连接至面板910的数据线915，亦通过开关950a连接至显示驱动器940a。优选地，开关950a以有源开关的形式实现以装配于TDDI芯片920中。TDDI芯片920进一步包括一个或以上TAFEs(其中一个参照960)，用于感应通过多个焊盘930接收到来自显示面板910的触控信号。优选地，TDDI芯片920中具有与个别TAFE 960相关联的多路复用器965，用于从接收到的触控信号中选出一个并传送到该对应的TAFE 960以用于触控信号感应。
D.三种实施例的有源内嵌式子像素的触控扫描方案
本发明的第三个方面是提供用于本发明第二方面的装置的触控扫描方案。
D.1方案1
如图10所示，触控扫描方案1适用于TN型TFT显示器。图10中的三个图表示触控扫描的时序(从左到右)。
在后续所举的例子中，触控扫描屏幕分为三个区域(也即，上区域1010，中间区城1030，下区域1050)。在任何时刻，TDDI芯片可为任何一个1010,1030或1050区域实现触控感应。TFT面板左边的箭头1012、1032及1052示出了TDDI芯片当前所工作的区域。采用这种感应方案，TAFEs的数量仅为触控传感器的三分之一。另一方面，采用该方案，扫描一帧的时间需要多花3倍。
以下两个问题需要特别注意：
首先，在任何时刻，9个触控传感器(如图10所示)中的6个并未连接至TAFE。因此，触控传感器并非是通过同一电压源进行同步驱动的。在自电容测量过程中围绕触控传感器所产生的寄生电容会影响到测量结果。
其次，方案1是用于实施例一的内嵌式触控子像素。参考图16，其为自电容感应信号被存储电容所吸收的状态示意图。如果存储电容(Cs)1620的共通电极1610连接至DC基准电压(VCOM)犹如在显示驱动模式中，大部分自电容感应信号(TDDI芯片通过数据线传送过来的)都会被存储电容(Cs)1620所吸收，而不是传送到手指电容器(Cf)1630。这是因为某一区域中的存储电容的总电容值比手指电容器1630的电容值要大得多。
解决上述两个问题的方案是令VCOM 1070(如图10所示)的电压跟随自电容感应信号。采用这种方式，没有感应信号会被存储电容所吸收，并且在自电容测量中也不会加入寄生电容。触控感应方案1示出了AC VCOM由TDDI IC所提供并传送至TFT面板的各子像素。
D.2方案2
如图11所示，触控扫描方案2为适用于IPS型TFT显示器的方式。图11中的三个图表示触控扫描的时序(从左到右)。
在后续所举的例子中，正如前述的触控扫描方案1的实施例，触控感应屏幕分为三个区域(即是，区域1110、1130及1150)。如前所述，仅需要三分之一的TAFE。TFT面板左边的箭头1112、1132及1152示出了某一特定时刻TDDI所工作的区域。
方案2与第二实施例的内嵌式触控子像素相配合。在这种情况下，在每个有源内嵌式触控子像素中，存储电容(Cs)的共通电极侧和液晶电容(Clc)的共通电极结构上连接在一起(如图7，该两电容基本上共用同一ITO)。在触控感应模式中，VCOM信号与该两电容相隔离。在触控感应模式中，用于显示驱动的TFT处于截止状态。仅一数据线连接至该两电容。
基于IPS型子像素结构及为改善信号质量，在触控感应模式中，用于连接有源内嵌式触控子像素的所有数据线均需要利用AC VCOM进行驱动。AC VCOM为跟随自电容感应信号的缓冲信号。如图1l所示，为实现这个目的，在TAFEs和数据线之间增加一行多路复用器。在触控感应模式中，那些用于显示驱动又用于触控感应的数据线连接至TAFEs，或连接至ACVCOM。上述多路复用器是用于TAFEs中，并非用于显示驱动器的同一可控开关。
另外，共通电极网络也需要通过AC VCOM进行驱动，原因是为了清除在自电容测量过程中产生的任何寄生电容(同样的理由已在方法1中有说明)。
如图l1所示，标号为1114、1134及1154的线为来自TAFE的信号，标号为1113、1133及1153的线为来自VCOM单元的信号。各个线末端的双箭头表示该信号为AC信号。
D.3方案3
如图12所示，触控扫描方案3为适用于具有插黑的IPS型TFT显示器的排列方式。
方案3示出了第三实施例的内嵌式触控子像素的使用。如上所述，第三实施例是特别的，因它在显示驱动和触控感应复用的过程中考虑到插黑的情况。
图12示出了复用的时序。图12需要从上到下、从左到右进行理解，因此，八个图的顺序依次为：1210、1220、1230、1240、1250、1260、1270及1280。因此，左上图1210为第一时刻的捕获图，右下图1280为最后时刻的捕获图。在显示器更新之前，屏幕图像为纯灰空白页面；在显示器更新之后，屏幕图像为鱼的黑白图像。
在第一时刻(左上图1210)，屏幕的最上四分之一对应的子像素中的所有的Clc及Cs通过开关组件进行短路。因此，液晶电压为0V，屏幕的最上四分之一1212显示黑色。
在该黑色显示期间，所有对应该屏幕的最上四分之一的扫描线被激活以导通其中的TFT开关。进而，自电容感应信号沿着数据线通过TFT及有源开关组件进行导通。最终，自电容感应信号到达共通电极。在触控感应模式中，共通电极形成触控传感器的作用。
在第二时刻(左下图1220)，整个***处于显示驱动模式中，屏幕的最上四分之一通过新的图像数据逐行更新。触控感应和显示驱动接续在屏幕的不同四分之一区域之间循环，直至最后一帧。
E.评论
在实施中，以上公开的各实施例的装置以集成装置或集成电路的形式制造出来。
在工业应用中，该装置可以作为具有触控感应功能的显示驱动器，或者作为具有控制图像及检测屏幕触摸的集成控制器。该装置也可集成在交互式显示***、智能手机或桌面电脑中。
本申请公开的实施例可使用通用或专用计算设备，计算机处理器或电子电路来实现，包括但不限于数字信号处理器(DSP)，专用集成电路(ASIC)，现场可编程门阵列(FPGA)和根据本公开的教导配置或编程的其他可编程逻辑器件。基于本申请的教导，软件或电子技术领域的技术人员可容易想到在通用或专用计算机设备、计算机处理器或可编程逻辑器件中准备计算机指令或软件代码。
在一些实施例中，本发明包括具有存储在其中的计算机指令或软件代码的计算机存储介质，其可用于对计算机或微处理器进行编程以执行本发明的任何过程。存储介质可以包括但不限于ROM、RAM、闪存设备或适合于存储指令、代码和/或数据的任何类型的介质或设备。
本发明的前述描述是处于说明和描述的目的而提供。它不是穷举的或将本发明限制于所公开的精确形式。对于本领域技术人员来说，许多修改和变化将是显而易见的。
为更好地解释本发明的原理和其实际用途而选择和描述上述实施例，从而使得本领域技术人员能够理解本发明的各种实施例以及适用于所考虑的具体用途的各种修改。意图是本发明的范围由所附权利要求及其等同物来定义。

Claims (12)

1.一种用于显示图像和感应触控的装置，所述装置包括用于实现图像显示及触控感应的LCD面板，以及用于驱动所述面板显示图像及接收来自所述面板的触控信号的触控与显示驱动器集成芯片，所述LCD面板包括一个或以上的有源内嵌式子像素和具有能够控制子像素处于显示驱动模式或者触控感应模式的显示-触控线，所述子像素包括：
薄膜晶体管，其导通与截止通过扫描线信号进行控制；
液晶电容，包括A端和B端，所述液晶电容的所述A端为所述面板的第一共通电极，所述液晶电容的所述B端在所述薄膜晶体管导通时连接至数据线；
存储电容，包括C端和D端，所述存储电容的所述D端在所述薄膜晶体管导通时连接至数据线；
有源开关组件，包括连接至所述液晶电容的所述A端的开关电极，通过所述显示-触控线可控制所述有源开关组件，从而使得：
(1)所述显示-触控线上的第一电压配置所述有源开关组件，以通过所述开关电极将所述液晶电容的所述A端连接至所述面板的第二共通电极，从而开启所述显示驱动模式；以及，
(2)所述显示-触控线上的第二电压配置所述有源开关组件，以通过所述开关电极将所述液晶电容的所述A端连接至所述数据线，从而开启所述触控感应模式；
其中，所述触控与显示驱动器集成芯片包括：
(a)多个焊盘，各所述焊盘用于电连接至所述面板的一数据线；
(b)一个或以上触控模拟前端，用于感应通过所述焊盘接收到的来自于所述面板的多个触控信号；以及
(c)多个显示驱动器，各所述显示驱动器用于驱动所述面板的一数据线，其中，当所述一数据线仅用于显示驱动时，个别显示驱动器通过焊盘直接连接至所述一数据线；或者当所述一数据线共用于显示驱动和触控感应时，个别显示驱动器通过可控开关连接至所述一数据线。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述触控与显示驱动器集成芯片进一步包括与个别触控模拟前端关联的复用器，用于选择一所述触控信号传送到所述个别触控模拟前端，用于实现触控信号感应。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述存储电容的所述C端连接至所述第二共通电极。
4.如权利要求3所述的装置，其中，所述第一共通电极位于所述面板的上玻璃基板，所述第二共通电极位于所述面板的下玻璃基板。
5.如权利要求1所述的装置，其中，所述存储电容的所述C端连接至所述开关电极。
6.如权利要求5所述的装置，其中，所述第一共通电极和所述第二共通电极为共有的且位于所述面板的下玻璃基板，所述第一共通电极和所述第二共通电极一起作为共通电极。
7.一种用于显示图像和感应触控的装置，所述装置包括用于实现图像显示及触控感应的LCD面板，以及用于驱动所述面板显示图像及接收来自所述面板的触控信号的触控与显示驱动器集成芯片，所述LCD面板包括一个或以上的有源内嵌式子像素和具有用于控制子像素处于显示驱动模式或者触控感应模式的显示-触控线，所述子像素包括：
薄膜晶体管，其导通与截止通过扫描线信号进行控制；
液晶电容，包括A端和B端，所述液晶电容的所述B端在所述薄膜晶体管导通时连接至数据线；
存储电容，包括C端和D端，所述存储电容的所述D端在所述薄膜晶体管导通时连接至所述数据线；
有源开关组件，包括连接至所述液晶电容的所述A端和所述存储电容的所述C端的开关电极，通过所述显示-触控线可控制所述有源开关组件，从而使得：
(1)所述显示-触控线上的第一电压配置所述有源开关组件，以通过所述开关电极将所述液晶电容的所述A端和所述存储电容的所述C端连接至所述面板的共通电极，从而开启所述显示驱动模式；以及，
(2)所述显示-触控线上的第二电压配置所述有源开关组件，以将所述液晶电容的所述A端和所述B端和所述存储电容的所述C端和所述D端进行短路，从而在所述面板显示黑色时开启所述触控感应模式；
其中，所述触控与显示驱动器集成芯片包括：
(a)多个焊盘，各所述焊盘用于电连接至所述面板的一数据线；
(b)一个或以上触控模拟前端，用于感应通过所述焊盘接收到的来自于所述面板的多个触控信号；以及
(c)多个显示驱动器，各所述显示驱动器用于驱动所述面板的一数据线，其中，当所述一数据线仅用于显示驱动时，个别显示驱动器通过焊盘直接连接至所述一数据线；或者当所述一数据线共用于显示驱动和触控感应时，个别显示驱动器通过可控开关连接至所述一数据线。
8.如权利要求7所述的装置，其中，所述子像素为扭曲向列型。
9.如权利要求7所述的装置，其中，所述子像素为横向电场效应型。
10.一种通过权利要求4所述的装置的触控感应方法，包括：
所述触控与显示驱动器集成芯片配置所述面板，以执行某一时刻在一选定区域上的触控感应；其中，所述面板分为多个区域以实现触控感应；以及，
在所述触控感应模式中，所述触控与显示驱动器集成芯片：
(a)配置所述面板以提供所述第二电压至所述显示-触控线；
(b)配置所述面板以截止所述面板中的所有内嵌式子像素的薄膜晶体管；以及，
(c)采用跟随自电容感应电压的电压驱动所述面板的第二共通电极。
11.一种通过权利要求6所述的装置的触控感应方法，包括：
所述触控与显示驱动器集成芯片配置所述面板，以执行某一时刻在一选定区域上的触控感应；其中，所述面板分为多个区域以实现触控感应；以及，
在触控-感应模式中，所述触控与显示驱动器集成芯片：
(a)配置所述面板以提供所述第二电压至所述显示-触控线；
(b)配置所述面板以截止所述面板中的所有内嵌式子像素的薄膜晶体管；
(c)向与所述选定区域中的一个或多个有源内嵌式子像素连接的各数据线提供自电容感应信号；
(d)向与在非所述选定区域中的一个或多个有源内嵌式子像素连接的各数据线提供ACVCOM信号，所述AC VCOM信号跟随自电容感应信号；及
(e)采用所述AC VCOM信号驱动所述面板的所述第一共通电极和所述第二共通电极。
12.一种通过权利要求7所述的装置的触控感应方法，包括：
所述触控与显示驱动器集成芯片配置所述面板，以执行某一时刻在一选定区域上的触控感应；其中，所述面板分为多个区域以实现触控感应；以及，
在触控-感应模式中，所述触控与显示驱动器集成芯片：
(a)配置所述面板以提供所述第二电压至所述显示-触控线；
(b)配置所述面板以导通所述选定区域的所有内嵌式子像素的薄膜晶体管；
(c)沿着所述选定区域的每一数据线驱动一自电容感应信号。
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