TWI395126B - 觸控感測方法及其裝置 - Google Patents

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Description

觸控感測方法及其裝置
本發明有關於一種觸控感測方法及其裝置，且特別是有關於一種電容觸控式螢幕(capacitive touch screen)的觸控感測方法及其裝置。
請參照第一圖，其所繪示為習知觸控式螢幕(touch screen)。觸控式螢幕包括一液晶顯示面板(LCD panel)100、觸控面板(touch panel)150、顯示控制器(display controller)130、感測電路(sensing circuit)155。一般來說，觸控面板150製作於液晶顯示面板100上，而顯示控制器130接收影像信號(video signal)，並轉換成為面板控制信號(panel control signal)至液晶顯示面板100，使得液晶顯示面板100可根據面板控制信號來呈現影像。當使用者接觸到觸控面板150時，觸控面板150可產生感測信號(sensing signal)至感測電路155，而感測電路155即可根據感測信號而輸出一位置信號，而位置信號即為使用者於觸控面板150上的接觸點(touch point)位置。
請參照第二圖A，其所繪示為液晶顯示面板示意圖。一般來說，液晶顯示面板100可分為顯示區112與非顯示區114。顯示區112中包括薄膜電晶體陣列(TFT array)，而非顯示區114包括一閘驅動器(gate driver)120、一源驅動器(source driver)125用以控制薄膜電晶體陣列中的電晶體。顯示控制器130輸出的面板控制信號可控制閘驅動器120產生閘驅動信號(gate driving signal)以及源驅動器125產生源驅動信號(source driving signal)；再者，面板控制信號更包括一共通電壓信號(common voltage，Vcom)用以控制液晶顯示面板100上液晶(liquid crystal)的反轉(inversion)。閘驅動信號可控制薄膜電晶體陣列開啟或者關閉；源驅動信號可提供亮度資料至像素(pixel)。第二圖A中，在可攜式電子裝置之應用中，顯示控制器130可以整合有時序控制器(timing controller，簡稱TCON)、閘驅動器120以及源驅動器125。
影像信號包括垂直同步信號(Vsync)、水平同步信號(Hsync)、紅色信號(Red)、綠色信號(Green)、與藍色信號(Blue)。於液晶顯示面板100上顯示一條掃描線(scan line)的時間即為水平同步信號(Hsync)的一個週期。而於液晶顯示面板100上顯示一個圖框(frame)的時間即為垂直同步信號(Vsync)的一個週期。也就是說，假設液晶顯示面板100上有M條掃描線，則閘驅動器120可產生M個閘驅動信號，並且垂直同步信號(Vsync)的一個週期等於M個水平同步信號(Hsync)週期。而根據水平同步信號(Hsync)，M個閘驅動信號可依序被開啟。
請參照第二圖B，其所繪示為垂直同步信號(Vsync)、水平同步信號(Hsync)、共通電壓信號(Vcom)與閘驅動信號示意圖。由第二圖B可知，垂直同步信號(Vsync)的週期開始於低準位的產生。而垂直同步信號(Vsync)的一週期等於複數個水平同步信號(Hsync)週期。而根據水平同步信號(Hsync)，複數個閘驅動信號可依序被開啟；共通電壓信號(Vcom)頻率為水平同步信號(Hsync)頻率的一半。如前所述，在可攜式電子裝置之應用中，顯示控制器130可以整合有時序控制器、閘驅動器120以及源驅動器125，共通電壓信號(Vcom)係存在於整合的顯示控制器130中。
根據規格書的規範，當垂直同步信號(Vsync)為低準位時，紅色信號(Red)、綠色信號(Green)、與藍色信號(Blue)皆不可輸出任何資料。因此，垂直同步信號(Vsync)的低準位區間即被定義為垂直的空白區間(Vertical Blanking Interval，簡稱VBI)。於垂直的空白區間時，共通電壓信號(Vcom)也會維持在低準位。
請參照第三圖，其所繪示為習知電容式觸控面板(capacitive touch panel)示意圖。電容式觸控面板包括第一感測層151、第二感測層152、與遮蔽層(shielding layer)153。一般來說，第一感測層151與第二感測層152包括複數個感測元件，而每個感測元件皆可視為一個電容器。
當使用者的手接觸到電容式觸控面板時，接觸點位置的等效電容值會改變，因此，利用接觸點位置的等效電容值會改變震盪頻率，也就是改變充放電時間，感測電路155即可利用此特性來偵測接觸點的實際位置並且輸出位置信號。
再者，遮蔽層153主要的用途在於隔離面板控制信號以及感測信號，使得感測信號不會受到面板控制信號的影響。因此，習知電容觸控式螢幕中的顯示控制器130與感測電路155可個別執行各自的動作，彼此之間的信號也不會受影響。然而，由於習知三層的電容式觸控面板的價格昂貴較不具競爭性，因此觸控式螢幕的觸控式面板較少使用電容式觸控面板，而較常使用其他價格較低廉的觸控面板，例如電阻式觸控面板。
本發明的目的係提出一種電容觸控式螢幕的觸控感測方法及其裝置，使得電容觸控式螢幕中的電容式觸控面板不需具有遮蔽層並且可以正確地輸出位置信號。
因此，本發明提出一種觸控式螢幕，包括：液晶顯示面板；顯示控制器，用以處理影像信號以產生一面板控制信號以及一感測控制信號，面板控制信號控制液晶顯示面板，使得液晶顯示面板根據面板控制信號呈現一影像；一觸控面板，用以因應使用者的接觸而產生一感測信號；以及，感測電路，耦接於該觸控面板以及該顯示控制器，用以接收該感測信號以及該感測控制信號並參考該感測控制信號以產生一位置信號。
因此，本發明提出一種觸控感測方法，用以感測觸控面板上之一觸碰位置以輸出位置信號，觸控感測方法包括下列步驟：產生感測控制信號給感測電路，使得感測電路據以決定複數個感測週期；以及，於該些感測週期內該感測電路偵測感測信號，以輸出該位置信號。
為了使　鈞局能更進一步瞭解本發明特徵及技術內容，請參閱以下有關本發明之詳細說明與附圖，然而所附圖式僅提供參考與說明，並非用來對本發明加以限制。
習知電容觸控式螢幕中的顯示控制器與感測電路是個別執行各自的動作，彼此之間的信號由遮蔽層所隔離，因此彼此之間的信號不會受影響。然而，當觸控面板上缺少遮蔽層時，面板控制信號會耦合(couple)至感測信號並且造成感測信號上的雜訊(noise)過多，導致感測電路無法產生正確的位置信號。
申請人深入分析後察覺，造成感測信號上的雜訊過多最主要的原因即為共通電壓信號(Vcom)。由於共通電壓信號(Vcom)的振幅約為3V至5V，導致共通電壓信號(Vcom)高低準位變化時產生雜訊並耦合至感測信號。
由於習知顯示控制器與感測電路是個別執行各自的動作，當使用者觸碰電容式觸控面板時並無法得知共通電壓信號(Vcom)的準位或者變換狀況，因此，習知技術需要使用遮蔽層改善信號的傳遞品質。
請參照第四圖，其所繪示為根據本發明實施例的觸控式螢幕，包括液晶顯示面板200、顯示控制器230、觸控面板250、感測電路255。於此實施例中，顯示控制器230可輸出一感測控制信號(sensing control signal，SC)至感測電路255，感測電路255根據感測控制信號(SC)可決定一感測週期(sensing period)，而感測電路255係於感測週期偵測感測信號以產生位置信號。應注意到，觸控面板250為電容式觸控面板，不需要遮蔽層。於此實施例中，感測控制信號(SC)與共通電壓信號(Vcom)同相，舉例而言，當共通電壓信號(Vcom)為高準位時，感測控制信號(SC)為高準位；當共通電壓信號(Vcom)為低準位時，感測控制信號(SC)為低準位。顯示控制器230可以整合有時序控制器、閘驅動器以及源驅動器，顯示控制器230輸出感測控制信號至感測電路255，供感測電路255決定感測週期以偵測感測信號並產生位置信號結果。
於感測週期時，共通電壓信號(Vcom)的變化量皆相同，因此感測信號上所產生的雜訊會相似，因此，感測電路255可以去除感測信號上的雜訊並且輸出正確的位置信號。
請參照第五圖，其所繪示為本發明的感測週期第一實施例。當圖框率為每秒60圖框時(frame/sec)，顯示一個圖框的時間約為16.6毫秒(ms)。假設電容式觸控面板每次的感測時間為4毫秒(ms)，感測電路255即可由感測控制信號(SC)得知每個圖框的起始時間，並由圖框的起始時間開始區分感測週期。由第五圖可知，於垂直的空白區間(VBI)後，感測控制信號的第一個脈波可視為圖框起始時間，因此可平均區分為四個時區(A、B、C、D)。A、B、C三個時區相對應的共通電壓信號(Vcom)的變化量皆相同，因此，A、B、C三個時區可成為感測週期，而感測電路255即可去除感測信號上的雜訊並且輸出正確的位置信號。由於D時區中包括了垂直的空白區間(VBI)，因此，共通電壓信號(Vcom)的變化量與A、B、C三個時區不同所以不可成為感測週期。
請參照第六圖，其所繪示為本發明的感測週期第二實施例，於此實施例中，感測控制信號(SC)與共通電壓信號(Vcom)同相，因此當圖框率為每秒60圖框時(frame/sec)，顯示一個圖框的時間約為16.6毫秒(ms)；而感測控制信號(SC)的脈波寬度約為30至40微秒(μs)。假設電容式觸控面板每次的感測時間為5微秒(μs)，例如感測電路255內建三角積分調變類比數位轉換器(delta-sigma analog to digital converter)以進行立即式偵測(in-situ detection)，感測電路255可由感測控制信號得知每個圖框的起始時間，並以感測控制信號的高準位(a～m)做為感測週期。較佳地，每個感測週期具有一個保護區間(guarding period)，以避開信號轉態期間的不穩定區，例如可以在每個信號轉態處設定有一預定時間長度的保護區間，避開保護區間才進行偵測。由第六圖可知，於垂直的空白區間(VBI)後，感測控制信號(SC)的第一個脈波可視為圖框的起始時間，並且於感測控制信號的高準位做為感測週期。如此一來，於感測週期(a～m)中，共通電壓信號(Vcom)皆維持在高準位，感測電路255藉由參考感測控制信號(SC)去除感測信號上的雜訊並且輸出正確的位置信號；或者，感測電路255也可以利用感測控制信號的低準位作為感測週期；亦即，第一實施例與第二實施例中的感測控制信號(SC)相關於共通電壓信號(Vcom)。根據以上實施例之揭露，熟知此領域之人士也可以於顯示控制器230中利用影像信號中的垂直同步信號(Vsync)、水平同步信號(Hsync)、紅色信號(Red)、綠色信號(Greeh)、或者藍色信號(Blue)來產生可指示圖框起始時間的感測控制信號(SC)至感測電路255，使感測電路255藉由參考感測控制信號(SC)據以決定感測週期。或者，可以於顯示控制器230中產生具有圖框起始時間的感測控制信號(SC)至感測電路255，使得感測電路255據以決定感測週期。
第七圖繪示根據本發明具體實施例的觸控感測方法流程圖，用以感測觸控面板上之觸碰位置以輸出位置信號，觸控面板包含第一感測層及第二感測層，而無需遮蔽層，步驟720，產生感測控制信號給感測電路，使得感測電路據以決定複數個感測週期，較佳地，每個感測週期具有一個保護區域，較佳地，感測週期係處於一非垂直的空白區間；步驟740，於感測週期內感測電路偵測感測信號，以輸出位置信號，舉例而言，感測控制信號可根據垂直同步信號、水平同步信號、紅色信號、綠色信號、或者藍色信號而產生，以指示一圖框起始時間。
綜上所述，本發明揭露一種觸控式螢幕，包括：液晶顯示面板；顯示控制器，用以處理影像信號以產生一面板控制信號以及一感測控制信號，面板控制信號控制液晶顯示面板，使得液晶顯示面板根據面板控制信號呈現一影像；一觸控面板，用以因應使用者的接觸而產生一感測信號；以及，感測電路，耦接於該觸控面板以及該顯示控制器，用以接收該感測信號以及該感測控制信號並參考該感測控制信號以產生一位置信號。
本發明亦揭露一種觸控感測方法，用以感測觸控面板上之一觸碰位置以輸出位置信號，觸控感測方法包括下列步驟：產生感測控制信號給感測電路，使得感測電路據以決定複數個感測週期；以及，於該些感測週期內該感測電路偵測感測信號，以輸出該位置信號。
因此，本發明的優點係提出一種電容觸控式螢幕的觸控感測方法及其裝置，使得電容觸控式螢幕中的電容式觸控面板不需具有遮蔽層，並可於感測週期中偵測感測信號以決定正確的位置信號。
綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種更動與潤飾，因此本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
本案圖式中所包含之各元件列示如下：
100．．．液晶顯示面板
112．．．顯示區
114．．．非顯示區
120．．．閘驅動器
125．．．源驅動器
130．．．顯示控制器
150．．．觸控面板
151．．．第一感測層
152．．．第二感測層
153．．．遮蔽層
155．．．感測電路
200．．．液晶顯示面板
230．．．顯示控制器
250．．．觸控面板
255．．．感測電路
本案得藉由下列圖式及說明，俾得更深入之了解：
第一圖所繪示為習知觸控式螢幕。
第二圖A所繪示為液晶顯示面板示意圖。
第二圖B所繪示為垂直同步信號、水平同步信號、共通電壓信號與閘驅動信號示意圖。
第三圖所繪示為習知電容式觸控面板示意圖。
第四圖所繪示為本發明觸控式螢幕。
第五圖所繪示為本發明的感測週期第一實施例。
第六圖所繪示為本發明的感測週期第二實施例。
第七圖繪示根據本發明具體實施例的觸控感測方法流程圖。
200．．．液晶顯示面板
230．．．顯示控制器
250．．．觸控面板
255．．．感測電路

Claims (28)

  1. 一種觸控式螢幕，包括：一液晶顯示面板；一顯示控制器，用以處理一影像信號以產生一面板控制信號以及一感測控制信號，該面板控制信號控制該液晶顯示面板，使得該液晶顯示面板根據該面板控制信號呈現一影像；一觸控面板，用以因應一使用者的接觸而產生一感測信號；以及一感測電路，耦接於該觸控面板以及該顯示控制器，用以接收該感測信號以及該感測控制信號，並用以參考該感測控制信號以產生一位置信號。
  2. 如申請專利範圍1所述的觸控式螢幕，其中該感測電路根據感測控制信號決定複數個感測週期，並於該些感測週期偵測該感測信號。
  3. 如申請專利範圍1所述的觸控式螢幕，其中該觸控面板係由一第一感測層及一第二感測層所組成。
  4. 如申請專利範圍1所述的觸控式螢幕，其中該影像信號包括一垂直同步信號、一水平同步信號、一紅色信號、一綠色信號與一藍色信號。
  5. 如申請專利範圍4所述的觸控式螢幕，其中該感測控制信號可根據該垂直同步信號、該水平同步信號、該紅色信號、該綠色信號或者該藍色信號來決定一圖框起始時間。
  6. 如申請專利範圍5所述的觸控式螢幕，其中該感測電路根據該圖框起始時間決定該些感測週期，並於該些感測週期偵測該感測信號。
  7. 如申請專利範圍1所述的觸控式螢幕，其中該顯示控制器包括一時序控制器、一閘驅動電路與一源驅動電路。
  8. 如申請專利範圍1所述的觸控式螢幕，其中該感測控制信號係指示一圖框起始時間。
  9. 如申請專利範圍8所述的觸控式螢幕，其中該感測電路根據該圖框起始時間決定該些感測週期，並於該些感測週期偵測該感測信號。
  10. 如申請專利範圍1所述的觸控式螢幕，其中該感測控制信號係同步於該共通電壓信號。
  11. 如申請專利範圍1所述的觸控式螢幕，其中該感測控制信號係為一共通電壓信號。
  12. 如申請專利範圍11所述的觸控式螢幕，其中該共通電壓信號指示該些感測週期。
  13. 如申請專利範圍1所述的觸控式螢幕，其中該感測電路包含一三角積分調變類比數位轉換器，用以接收該感測信號進行一立即式偵測。
  14. 如申請專利範圍2所述的觸控式螢幕，其中各感測週期具有一個保護區間。
  15. 如申請專利範圍2所述的觸控式螢幕，其中該些感測週期係處於一非垂直的空白區間。
  16. 一種觸控感測方法，用以感測一觸控面板上之一觸碰位置以輸出一位置信號，該觸控感測方法包括下列步驟：產生一感測控制信號給一感測電路，使得該感測電路據以決定複數個感測週期；以及於該些感測週期內該感測電路偵測一感測信號，以輸出該位置信號。
  17. 如申請專利範圍16所述的觸控感測方法，其中該觸控面板由一第一感測層及一第二感測層所組成。
  18. 如申請專利範圍16所述的觸控感測方法，其中該感測控制信號根據一垂直同步信號、一水平同步信號、一紅色信號、一綠色信號、或者一藍色信號而產生。
  19. 如申請專利範圍16所述的觸控感測方法，其中該感測控制信號可根據該垂直同步信號、該水平同步信號、該紅色信號、該綠色信號或者該藍色信號來決定一圖框起始時間。
  20. 如申請專利範圍19所述的觸控感測方法，其中該感測電路根據該圖框起始時間決定該些感測週期，並於該些感測週期偵測該感測信號。
  21. 如申請專利範圍16所述的觸控感測方法，其中該感測控制信號係同步於一共通電壓信號。
  22. 如申請專利範圍16所述的觸控感測方法，其中該感測控制信號係為一共通電壓信號。
  23. 如申請專利範圍22所述的觸控感測方法，其中於該共通電壓信號的一預定準位代表該些感測週期。
  24. 如申請專利範圍16所述的觸控感測方法，其中該感測控制信號相關於一影像同步信號。
  25. 如申請專利範圍24所述的觸控感測方法，其中該影像同步信號係為一垂直同步信號。
  26. 如申請專利範圍24所述的觸控感測方法，其中該影像同步信號係為一水平同步信號。
  27. 如申請專利範圍16所述的觸控感測方法，其中各感測週期具有一個保護區間。
  28. 如申請專利範圍16所述的觸控感測方法，其中該些感測週期係處於一非垂直的空白區間。
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