TWI436258B - 電容式觸控裝置、觸控顯示器及其驅動方法 - Google Patents

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Description

電容式觸控裝置、觸控顯示器及其驅動方法
本發明是有關於一種觸控裝置,且特別是有關於一種電容式觸控裝置、觸控顯示器及其驅動方法。
觸控面板技術目前可分為電阻式及電容式。電阻式系統包含一片標準的玻璃面板,上面覆蓋一傳導和一電阻金屬層;兩層間用間隔器區隔開來,然後電流能夠在兩層間流動。最後會將一防刮痕層覆蓋在上面。當使用者接觸螢幕時,傳導層和電阻金屬層會接觸在一起,而電場的改變就會被紀錄為一接觸事件,再將訊號進行後續處理。
電容式系統採用的是一電容感測器。當使用者接觸螢幕時,會有連續的電流通過感測器,使感測器能夠準確地在水平和垂直方向儲存電子,形成一精密控制的電容場。當感測器的‘正常’電容場被另外一個電容場所改變時,也就是當手指接觸到不同的位置。這時面板每個角落中的電路就會計算出電場的改變程度,然後將此接觸事件訊號進行後續處理。
請參照第1圖,第1圖繪示係為第一種傳統電容式觸控裝置。傳統電容式觸控裝置10包括控制器110、感測積體電路120、感測積體電路130、列電極140(1)至140(m)、行電極150(1)至150(n)、列電極160(1)至160(m)、行電極170(1)至170(n)及基板180。控制器110控制感測積體電路120及感測積體電路130。感測積體電路120依序掃 描列電極140(1)至140(m)及行電極150(1)至150(n),而感測積體電路130依序掃描列電極160(1)至160(m)及行電極170(1)至170(n)。基板180包括左半部182及右半部184。列電極140(1)至140(m)及行電極150(1)至150(n)係設置於左半部182,而列電極160(1)至160(m)及行電極170(1)至170(n)係設置於右半部184。
請參照第2圖,第2圖繪示係為第二種傳統電容式觸控裝置。傳統電容式觸控裝置20包括控制器210、感測積體電路220、感測積體電路230、列電極240(1)至240(m)、行電極250(1)至250(n)。控制器210控制感測積體電路220及感測積體電路230。感測積體電路220依序掃描列電極240(1)至240(m),而感測積體電路230依序掃描行電極250(1)至250(n)。列電極240(1)至240(m)與行電極250(1)至250(n)係垂直交錯排列。
請參照同時第3圖,第3圖繪示係為電容式觸控裝置被觸碰時之等效電路圖,第4圖繪示係為等效電容兩端電壓隨時間變化之示意圖。當使用者觸碰電容式觸控裝置時,將形成感應電容Cf與列電極與行電極之間的電容Cp並聯。換言之,當使用者觸碰電容式觸控裝置時,等效電容C=Cf+Cp。定電流源310產生電流I對等效電容C進行充電。運算放大器320判斷等效電容C兩端的電壓V是否大於臨限電壓VTH。透過計數電壓V大於臨限電壓VTH的次數,以決定使用者是否觸碰電容式觸控裝置。
然而,傳統觸控面板因為受限於電阻電容延遲(RC-Delay)過大而無法提高面板尺寸。此外,傳統觸控 面板需要依序掃描所有電極,因此當面板尺寸較大或解析度較高時,將導致掃描時間不足。
本發明係有關於一種電容式觸控裝置、觸控顯示器及其驅動方法,係偵測電荷轉移量而非電阻電容延遲(RC-Delay)時間且消除寄生電容的影嚮,因此可應用於較大尺寸的觸控面板。此外,電容式觸控裝置並非依序掃描所有電極,因此不會有掃描時間不足的問題。
根據本發明之一方面,提出一種電容式觸控裝置。電容式觸控裝置包括數條電極及數個積分器。數條電極分別耦接數個積分器,且各積分器包括運算放大器、電容及開關。運算放大器接收參考電壓,參考電壓係於重置時段由第一位準改變為第二位準,並於感測時段由第二位準改變為第一位準,重置時段係於感測時段之前。電容及開關耦接運算放大器,且開關係於重置時段導通(Turn on)以將電容兩端電性連接,並於感測時段關閉(Turn Off)。
根據本發明之另一方面,提出一種電容式觸控裝置之驅動方法。電容式觸控裝置包括數條電極及數個積分器。數條電極分別耦接數個積分器,各積分器包括運算放大器、電容及開關。驅動方法包括:於重置時段,導通(Turn On)開關以將電容兩端電性連接,並將參考電壓由第一位準改變為第二位準;以及於感測時段,關閉(Turn Off)開關,並將參考電壓由第二位準改變為第一位準。
根據本發明之再一方面,提出一種觸控顯示器。觸控顯示器包括電容式觸控裝置及顯示層。電容式觸控裝置包括觸控層及數個積分器。觸控層包括數條電極,且電極位於顯示層上方。數條電極分別耦接數個積分器,且各積分器包括運算放大器、電容及開關。運算放大器接收參考電壓,參考電壓係於重置時段由第一位準改變為第二位準,並於感測時段由第二位準改變為第一位準,重置時段係於感測時段之前。電容及開關耦接運算放大器。開關係於重置時段導通(Turn on)以將電容短路,並於感測時段關閉(Turn Off)。
根據本發明之再一方面,提出一種觸控顯示器之驅動方法。觸控顯示器包括電容式觸控裝置及顯示層,且電容式觸控裝置包括數條電極及數個積分器。數條電極分別耦接數個積分器,且電極係位於顯示層上方。各積分器包括運算放大器、電容及開關。驅動方法包括:於重置時段,導通(Turn On)開關以將電容兩端電性連接,並將參考電壓由第一位準改變為第二位準;以及於感測時段,關閉(Turn Off)開關,並將參考電壓由第二位準改變為第一位準。
為讓本發明之上述內容能更明顯易懂,下文特舉一較佳實施例,並配合所附圖式,作詳細說明如下:
為了提高面板尺寸及解決掃描時間不足,下述實施例提供一種電容式觸控裝置、觸控顯示器及其驅動方法。電容式觸控裝置包括數條電極及數個積分器。數條電極分別 耦接數個積分器,且各積分器包括運算放大器、電容及開關。運算放大器接收參考電壓,參考電壓係於重置時段由第一位準改變為第二位準,並於感測時段由第二位準改變為第一位準,重置時段係於感測時段之前。電容及開關耦接運算放大器,且開關係於重置時段導通(Turn on)以將電容兩端電性連接,並於感測時段關閉(Turn Off)。
電容式觸控裝置之驅動方法用以驅動電容式觸控裝置。電容式觸控裝置包括數條電極及數個積分器。數條電極分別耦接數個積分器,各積分器包括運算放大器、電容及開關。驅動方法包括:於重置時段,導通(Turn On)開關以將電容兩端電性連接,並將參考電壓由第一位準改變為第二位準;以及於感測時段,關閉(Turn Off)開關,並將參考電壓由第二位準改變為第一位準。
觸控顯示器包括電容式觸控裝置及顯示層。電容式觸控裝置包括觸控層及數個積分器。觸控層包括數條電極,且電極位於顯示層上方。數條電極分別耦接數個積分器,且各積分器包括運算放大器、電容及開關。運算放大器接收參考電壓,參考電壓係於重置時段由第一位準改變為第二位準,並於感測時段由第二位準改變為第一位準,重置時段係於感測時段之前。電容及開關耦接運算放大器。開關係於重置時段導通(Turn on)以將電容短路,並於感測時段關閉(Turn Off)。
觸控顯示器之驅動方法用以驅動觸控顯示器。觸控顯示器包括電容式觸控裝置及顯示層,且電容式觸控裝置包括數條電極及數個積分器。數條電極分別耦接數個積分 器,且電極係位於顯示層上方。各積分器包括運算放大器、電容及開關。驅動方法包括:於重置時段,導通(Turn On)開關以將電容兩端電性連接,並將參考電壓由第一位準改變為第二位準;以及於感測時段,關閉(Turn Off)開關,並將參考電壓由第二位準改變為第一位準。
請同時參照第5圖、第6圖及第7圖,第5圖繪示係為觸控層及顯示層之示意圖,第6圖繪示係為電容式觸控裝置之示意圖,第7圖繪示係為電容式觸控裝置之時序圖。觸控顯示器5包括電容式觸控裝置6及顯示層50。電容式觸控裝置6包括觸控層60、積分器61x1至61xn及積分器61y1至61ym。觸控層60包括列電極y1至ym及行電極x1至xn。列電極y1至ym係與行電極x1至xn垂直交錯排列,且列電極y1至ym及行電極x1至xn係位於顯示層50上方。列電極y1至ym及行電極x1至xn例如係設置於含彩色濾光片之玻璃基板上。列電極y1至ym分別耦接至積分器61y1至61ym,而行電極x1至xn分別耦接至積分器61x1至61xn。
積分器61x1至61xn各包括運算放大器OP1、電容Cfx及開關SW1,電容Cfx兩端分別耦接運算放大器OP1之反相輸入端及輸出端,且開關SW1兩端分別耦接運算放大器OP1之反相輸入端及輸出端。運算放大器OP1之非反相輸入端接收參考電壓Vref。積分器61y1至61ym各包括運算放大器OP2、電容Cfy及開關SW1,電容Cfy兩端分別耦接運算放大器OP2之反相輸入端及輸出端,且開關SW1兩端分別耦接運算放大器OP2之反相輸入端及輸出端。運算放大器OP2 之非反相輸入端接收參考電壓Vref
開關SW1係於重置時段T1導通(Turn on)以將電容Cfx兩端電性連接,且參考電壓Vref係於重置時段T1由第一位準V2改變為第二位準V1。第二位準V1例如等於顯示層50之工作電壓,如此一來,將能進一步地降低來自顯示層50的寄生電容。於重置時段T1,積分器61x1至61xn及積分器61y1至61ym上電荷將被清空,以便積分器61x1至61xn及積分器61y1至61ym於後續的感測時段T2進行感測。
開關SW1係於感測時段T2關閉(Turn Off),且參考電壓Vref由第二位準V1改變為第一位準V2。電容式觸控裝置6藉由量測運算放大器OP1及運算放大器OP2之輸出端的輸出電壓,便能判別電容式觸控裝置6是否被觸控。
請參照第8圖及第9圖,第8圖繪示係為電容式觸控裝置之解析度為1×1且未被觸碰時之示意圖,第9圖繪示係為第8圖之等效電路圖。行電極x與列電極y之間形成電容Cp。於重置時段T1,開關SW1短路。運算放大器OP1之輸出端的輸出電壓Vox=Vref=V1,且運算放大器OP2之輸出端的輸出電壓Voy=Vref=V1。由於運算放大器OP1及OP2之反相輸入端的電壓皆等於第二位準V1,因此電容Cp沒有儲存電荷。
之後於感測時段T2,開關SW1開路。運算放大器OP1之輸出端的輸出電壓Vox=Vref=V2,且運算放大器OP2之輸出端的輸出電壓Voy=Vref=V2。由於運算放大器OP1及OP2之反相輸入端的電壓皆等於第一位準V2,因此電容Cp沒有儲存電荷。
請參照第10圖及第11圖,第10圖繪示係為電容式觸控裝置之解析度為1×1且被觸碰時之示意圖,第11圖繪示係為第10圖之等效電路圖。行電極x與列電極y之間形成電容Cp。當使用者觸碰電容式觸控裝置時,將形成感應電容Cf。感應電容Cf之一端與電容Cp耦接,而感應電容Cf之另一端的電位等於手指電壓Vf
於重置時段T1,開關SW1短路且參考電壓Vref由第一位準V2改變為第二位準V1。電容Cp、電容Cfx及電容Cfy上得電荷量皆為0。因此,運算放大器OP1之反相輸入端的總電荷量為Cf(V1-Vf),且運算放大器OP2之輸出端的輸出電壓Vox等於第二位準V1。而運算放大器OP1之反相輸入端的總電荷量為0,且運算放大器OP2之輸出端的輸出電壓Voy等於第二位準V1
於感測時段T2,開關SW1開路且參考電壓Vref由第二位準V1改變為第一位準V2。由於運算放大器OP1及OP2之反相輸入端的電壓皆等於第一位準V2,因此電容Cp沒有儲存電荷。對耦接於運算放大器OP1之反相輸入端的電容Cp、電容Cfx及感應電容Cf來說,因為電壓改變,所以電容所儲存的電荷將重新分配。由於耦接至運算放大器OP1之反相輸入端的元件皆是電容,因此電荷無法移動。所以於感測時段T2,電容Cp、電容Cfx及感應電容Cf的總電荷量和參考電壓Vref等於位準V1時相同。由此可求出運算放大器OP1之輸出電壓。另外,由於電容Cp的總電 荷量為零,所以電容Cfy上的電荷量也為零。運算放大器OP2之輸出電壓Voy等於第一位準V2
由此可知,當電容式觸控裝置6被觸碰時,運算放大器OP1之輸出電壓。相反地,當電容式觸控裝置未被觸碰時,運算放大器OP1之輸出電壓V ox =V 2
由於電容式觸控裝置6係偵測電荷轉移量,而非電阻電容延遲(RC-Delay)時間且消除寄生電容的影響,因此可應用於較大尺寸的觸控面板。此外,由於電容式觸控裝置6並非依序掃描所有電極,因此可一次讀完整個觸控平面(Frame)的所有資料,而不會有掃描時間不足的問題。
請參照第12圖,第12圖繪示係為依照本發明實施例之一種驅動方法之流程圖。驅動方法用以驅動前述觸控顯示器5之電容式觸控裝置6,且包括如下步驟:首先如步驟710所示,於重置時段T1,導通(Turn On)開關SW1以將電容Cfx及Cfy兩端電性連接,並將參考電壓Vref由第一位準V2改變為第二位準V1。接著如步驟720所示,於感測時段T2,關閉(Turn Off)開關SW1,並將參考電壓Vref由第二位準V1改變為第一位準V2
本發明上述實施例所揭露之電容式觸控裝置、觸控顯示器及其驅動方法,具有多項優點,以下僅列舉部分優點說明如下:
一、提高觸控面板尺寸。
二、不會有掃描時間不足的問題。
綜上所述,雖然本發明已以一較佳實施例揭露如上,然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者,在不脫離本發明之精神和範圍內,當可作各種之更動與潤飾。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。
5‧‧‧觸控顯示器
6‧‧‧電容式觸控裝置
10‧‧‧傳統電容式觸控裝置
50‧‧‧顯示層
60‧‧‧觸控層
61x1~61xn、61y1~61ym‧‧‧積分器
110、210‧‧‧控制器
120、130、220、230‧‧‧感測積體電路
140(1)~140(m)、160(1)~160(m)、240(1)~240(m)、y、y1~ym‧‧‧列電極
150(1)至150(n)、170(1)至170(n)、250(1)至250(n)、x、x1~xn‧‧‧行電極
180‧‧‧基板
310‧‧‧定電流源
320‧‧‧運算放大器
Cp、Cfx、Cfy、Cfx1~Cfxn、Cfy1~Cfym‧‧‧電容
C‧‧‧等效電容
Cf‧‧‧感應電容
VTH‧‧‧臨限電壓
V‧‧‧電壓
Vref‧‧‧參考電壓
V1、V2‧‧‧位準
Vox、Voy‧‧‧輸出電壓
Vf‧‧‧手指電壓
I‧‧‧電流
T1‧‧‧重置時間
T2‧‧‧感測時間
OP1、OP2‧‧‧運算放大器
SW1‧‧‧開關
710、720‧‧‧步驟
第1圖繪示係為第一種傳統電容式觸控裝置。
第2圖繪示係為第二種傳統電容式觸控裝置。
第3圖繪示係為電容式觸控裝置被觸碰時之等效電路圖。
第4圖繪示係為等效電容兩端電壓隨時間變化之示意圖。
第5圖繪示係為觸控層及顯示層之示意圖。
第6圖繪示係為電容式觸控裝置之示意圖。
第7圖繪示係為電容式觸控裝置之時序圖。
第8圖繪示係為電容式觸控裝置之解析度為1×1且未被觸碰時之示意圖。
第9圖繪示係為第8圖之等效電路圖。
第10圖繪示係為電容式觸控裝置之解析度為1×1且被觸碰時之示意圖。
第11圖繪示係為第10圖之等效電路圖。
第12圖繪示係為依照本發明實施例之一種驅動方法之流程圖。
710、720‧‧‧步驟

Claims (16)

  1. 一種觸控顯示器,包括:一電容式觸控裝置,包括:一觸控層,包括:複數條行電極;複數條列電極,係與該些行電極交錯;複數個積分器,該些行電極及該些列電極分別連接該些積分器,且各該些積分器包括:一運算放大器,用以接收一參考電壓,該參考電壓係於一重置時段由一第一位準改變為一第二位準,並於一感測時段由該第二位準改變為該第一位準,該重置時段係於該感測時段之前;一電容,耦接該運算放大器;一開關,耦接該運算放大器,係於該重置時段導通(Turn on)以將該電容短路,並於感測時段關閉(Turn Off);以及一顯示層,該些行電極及該些列電極係位於該顯示層上方。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示器,其中該第一位準大於該第二位準。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示器,其中該第二位準等於該顯示層之一工作電壓。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示器,其中該運算放大器包括一反相輸入端、一非反相輸入端及一輸出端,該非反相輸入端接收該參考電壓。
  5. 如申請專利範圍第4項所述之觸控顯示器,其中該電容兩端分別耦接該反相輸入端及該輸出端。
  6. 如申請專利範圍第4項所述之觸控顯示器,其中該開關兩端分別耦接該反相輸入端及該輸出端。
  7. 如申請專利範圍第4項所述之觸控顯示器,其中該反相輸入端係耦接至該些電極其中之一。
  8. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示器,其中該觸控顯示器更包括一玻璃基板,該些電極係設置於該玻璃基板。
  9. 一種觸控顯示器之驅動方法,該觸控顯示器包括一電容式觸控裝置及一顯示層,該電容式觸控裝置包括複數條行電極、複數條列電極及複數個積分器,該些行電極及該些列電極分別連接該些積分器,該些行電極及該些列電極係位於該顯示層上方,且該些列電極與該些行電極交錯,各該些積分器包括一運算放大器、一電容及一開關,該驅動方法包括:於一重置時段,導通(Turn On)該開關以將該電容兩端電性連接,並將一參考電壓由一第一位準改變為一第二位準;以及於一感測時段,關閉(Turn Off)該開關,並將該參考電壓由該第二位準改變為該第一位準。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之驅動方法,其中該第一位準大於該第二位準。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之驅動方法,其中該第二位準等於該顯示層之一工作電壓。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之驅動方法,其中該運算放大器包括一反相輸入端、一非反相輸入端及一輸出端,該非反相輸入端接收該參考電壓。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之驅動方法,其中該電容兩端分別耦接該反相輸入端及該輸出端。
  14. 如申請專利範圍第12項所述之驅動方法,其中該開關兩端分別耦接該反相輸入端及該輸出端。
  15. 如申請專利範圍第12項所述之驅動方法,其中該反相輸入端係耦接至該些電極其中之一。
  16. 如申請專利範圍第9項所述之驅動方法,其中該些電極係設置於一玻璃基板。
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