触控屏设备及其操作方法技术

本申请公开一种触控屏设备及其操作方法，其中触控屏设备包含显示器和电容式触控传感器。该设备具有操作模式，在该操作模式中，单次触控传感器测量由在不同显示周期中进行的多次电荷累积构成，‘H‑sync’及其时间窗口由开关‘S1’限定，从驱动脉冲边沿‘drive’开始不同时延0、Δt1和(Δt1+Δt2)，驱动脉冲边沿引起的电荷转移会被累积。通过把测量细分为多次电荷累积，每个显示周期中执行触控传感器测量所需的时间总量可以减少，以避免与因显示引起的高噪声同时发生。

Touch screen equipment and its operation method

The application discloses a touch screen device and its operation method, in which the touch screen device comprises a display and a capacitive touch sensor. The device has an operation mode in which the single touch sensor measurement consists of multiple charge accumulation in different display periods,'H sync'and its time window are limited by switch'S1', and the charge transfer caused by driving pulse edge will be accumulated at different time delays of 0, T1 and (t1+t2) starting from driving pulse edge. By subdividing the measurement into multiple charge accumulations, the total time required to perform touch sensor measurements in each display cycle can be reduced to avoid the simultaneous occurrence of high noise caused by the display.

【技术实现步骤摘要】
触控屏设备及其操作方法
本申请涉及与显示器集成以形成触控屏的电容式触控传感器。
技术介绍
以下简称为触控传感器的电容式触控传感器可以在表面上检测物体（诸如用户的手指或触笔）的接近或触控的存在和位置。触控传感器通常与显示器组合以产生触控屏。触控屏使用户能够通过图形用户界面（GUI）直接与屏幕上显示的内容互动，而不是间接使用鼠标或触控板进行互动。例如，触控传感器可以附接到或者作为移动电话，平板电脑或笔记本电脑的一部分。触控传感器可以分为网格和矩阵类型。在矩阵类型中，电极阵列被布置在彼此电隔离的表面上，使得阵列中的每个电极提供其自身的触控信号。因此，矩阵式触控传感器自然地适合于需要触敏按钮阵列的情况，例如在控制界面，数据输入界面或计算器中。在网格类型中，有两组一般配置为彼此正交的平行电极，通常称为X和Y电极。多个节点由X和Y电极对的交叉点（如平面图所示）所定义，其中节点的数量是X电极和Y电极的数量的乘积。网格式触控传感器通常用于移动电话，绘图板等的触控屏。在早先的设计中，X和Y电极被布置在介电层的两侧，因此它们彼此垂直地偏移了介电层的厚度，垂直的意义为正交于堆叠层的平面。在较近期的设计中，为了减小堆叠厚度，X和Y电极被沉积在介电层的同一侧，即在单一层中，以在交叉点处局部沉积的介电材料薄膜来避免在X和Y电极之间短路。在US2010/156810A1中公开了这种单电极层设计，其全部内容通过引用纳入了本文。触控传感器还可以分为自电容和互电容类型。在自电容的测量中，被测量的电容在介电触控面板下方的电极与触控手指，触笔等之间，或者更确切地说，所述触控增加所述电极的电容对形成该触控IC测量电路的一部分的测量电容器的充电的影响。因此，所述手指和电极可以被认为是作为以所述触控面板为介电的电容器的极板。在互电容的测量中，相邻的电极对被布置在触控面板的下方，并形成名义上的电容器极板。触控者以触控物，其可以是有效的介电材料（例如干的手指或塑料触笔），或在某些情况下可能是导电的（例如湿手指或金属触针）通过替换环境（即在大多数情况下是空气，但可能是水或某些其它气体或液体）来改变与电极对相关的电容。电极对中的一个由驱动信号（例如脉冲串）驱动，并且该对的另一个电极感测该驱动信号。触控的效应是衰减或放大在感测电极处接收到的驱动信号，即影响在感测电极处收集的电荷量。驱动电极和感测电极之间的互电容的变化提供了测量信号。要注意的是，在互电容网格传感器中，存在将驱动电极标记为X电极和感测电极作为Y电极的惯例，尽管该选择是随意的。一个也许是较为清晰的经常使用的标记是类似于电信符号，将驱动电极标记为传输的“Tx”，并将感应电极标记为“Rx”，尽管该标签当然是特定于互电容的测量。目前用于移动电话的工业标准触控屏是通过操作相同的触控传感器，来进行自电容和互电容的测量，因为两者都有利于获得关于触控的可以用于后期处理的附加信息以提高诠释的可靠性。例如，通过比较互电容和自电容的测量结果，可以推测是否存在湿气。目前，最常见的与触控传感器集成以形成触控屏的显示技术是薄膜晶体管（TFT）液晶显示器（LCD）和有机发光二极管（OLED）显示器，并且触控传感器设计是网格设计，其被操作以进行自电容和互电容测量。。目前亟待解决的一个问题，也是本专利技术所要解决的问题之一，即，在触控屏具有更高显示分辨率的同时，如何让堆叠更为轻薄。轻薄和更高显示分辨率这两个因素，让触控传感器信号的采集变得越发困难，触控感测相对于显示周期定时发生在显示周期的显示噪声（即显示信号）最少的时候。具体而言，在每个显示周期中，在尽可能远离水平同步（H-sync）脉冲（其用于驱动显示像素行）的时隙中进行触控感测的测量，此时显示噪声最少。更薄的堆叠表明显示器的电极层更靠近触控传感器的电极层，因此它们的耦合更强，而这意味着触控传感器的显示噪声变得更大。更薄的堆叠还说明了两个触控传感器的电极层之间的垂直间隔较小，从而这两个电极层会具有较大的互电容，因此对触控传感器的充电和放电需要更长的时间，即，测量会变得更慢。较厚堆叠上的充电时间可能是500ns，而较薄堆叠的充电时间可能会增加至1μs或2μs，或者更长。更高的显示分辨率意味着每帧需要处理更多的显示行和列，使得必须适合60Hz刷新率（即间隔16.67ms刷新一次）的驱动脉冲的数量增加。由于显示驱动信号更多地占用了每次刷新的时间，因此适合于采集触控感测信号的显示噪声相对低的时间较少。在OLED（有机发光二极管）触控屏中，显示电极和覆盖的触控感测电极之间的主要耦合位于显示源（即阴极）层和触控感测（Y）层之间，因为它们的导电性功能相互平行，且在显示堆叠中垂直分隔一小段距离。因此，随着显示器演进为具有更高分辨率，且触控传感器布置得越来越接近显示器层，亟需一种能够让触控传感器与显示器结合操作的触控屏设计。
技术实现思路
根据本申请的一个方面，提供一种包含显示器和电容式触控传感器的触控屏设备，所述设备包括：显示驱动信号发生器，其可操作地以一定频率向所述显示器输出显示驱动信号，使得所述显示器被周期性地驱动以在显示器的显示区域上形成图像帧，每个图像帧由多个显示驱动周期产生；一组传感器电极，其限定了触敏区域，所述触敏区域与所述显示区域至少部分范围相同；驱动脉冲发生器，其可操作地向至少一些所述传感器电极提供驱动脉冲；至少一个采样电容器，用于累积来自至少一些所述传感器电极的电荷，该电荷是通过传感器电极之间（互电容的情况）或加于传感器电极（自电容的情况）的由驱动脉冲的边沿引发的电容性耦合而产生；采样开关，其开关状态能够让电荷累积发生在至少一个所述采样电容器上；电压读取器，用于测量与至少一个所述采样电容器上的电荷累积相关的电压；以及控制器，其可操作地根据操作模式执行电容式触控传感器测量，在所述操作模式中，单次触控传感器测量是由多个至少第一和第二电荷累积构成，所述至少第一和第二电荷累积分别发生在不同的显示周期，且具有距离驱动脉冲的边沿不同的第一和第二时延，而所述驱动脉冲的边沿引起的电荷转移会被累积。在涉及矩阵型触控传感器的实施例中，传感器电极可以包括一组X传感器电极和一组Y传感器电极，二者彼此交叉布置以形成用于执行互电容测量的感测节点的二维阵列。于是前述设备可以可操作地工作在互电容测量模式，在该模式中：驱动脉冲发生器可操作地向X传感器电极提供驱动脉冲；采样电容器可操作地累积来自Y电极的电荷，该电荷是通过由X驱动脉冲的边沿引发的交叉的X传感器电极和Y传感器电极之间的感测节点处的电容性耦合而产生。前述设备还可以可操作地工作在自电容测量模式，在该模式中：驱动脉冲发生器可操作地向X传感器电极和Y传感器电极提供驱动脉冲；采样电容器可操作地累积来自X传感器电极和Y传感器电极的电荷，该电荷是通过传感器电极和触摸动作之间的由驱动脉冲引发的电容性耦合而产生。在涉及栅格型触摸传感器的实施例中，前述设备可以可操作地工作在自电容测量模式，在该模式中：驱动脉冲发生器可操作地向传感器电极提供驱动脉冲；采样电容器可操作地累积来自传感器电极的电荷，该电荷是通过传感器电极和触摸动作之间的由驱动脉冲引发的电容性耦合而产生。在所述操作模式中，利用多次时延来进行多次电荷累积，其次数选自：2、3、4、5、6、7、8、9、10本文档来自技高网...

【技术保护点】
1.一种触控屏设备，其结合了显示器和电容式触控传感器，其特征在于，所述设备包括：显示驱动信号发生器，其可操作地以一定频率向所述显示器输出显示驱动信号，使得所述显示器被周期性地驱动以在显示器的显示区域上形成图像帧，每个图像帧由多个显示驱动周期产生；一组传感器电极，其限定了触敏区域，所述触敏区域与所述显示区域至少部分范围相同；驱动脉冲发生器，其可操作地向至少一些所述传感器电极提供驱动脉冲；至少一个采样电容器，用于累积来自至少一些所述传感器电极的电荷，该电荷是通过传感器电极之间或加于传感器电极的由驱动脉冲的边沿引发的电容性耦合而产生；采样开关，其开关状态能够让电荷累积发生在至少一个所述采样电容器上；电压读取器，用于测量与至少一个所述采样电容器上的电荷累积相关的电压；控制器，其可操作地根据操作模式执行电容式触控传感器测量，在所述操作模式中，单次触控传感器测量是由多个至少第一和第二电荷累积构成，所述至少第一和第二电荷累积分别发生在不同的显示周期，且具有距离驱动脉冲的边沿不同的第一和第二时延，而所述驱动脉冲的边沿引起的电荷转移会被累积。

【技术特征摘要】
2017.08.25 GB 1713686.21.一种触控屏设备，其结合了显示器和电容式触控传感器，其特征在于，所述设备包括：显示驱动信号发生器，其可操作地以一定频率向所述显示器输出显示驱动信号，使得所述显示器被周期性地驱动以在显示器的显示区域上形成图像帧，每个图像帧由多个显示驱动周期产生；一组传感器电极，其限定了触敏区域，所述触敏区域与所述显示区域至少部分范围相同；驱动脉冲发生器，其可操作地向至少一些所述传感器电极提供驱动脉冲；至少一个采样电容器，用于累积来自至少一些所述传感器电极的电荷，该电荷是通过传感器电极之间或加于传感器电极的由驱动脉冲的边沿引发的电容性耦合而产生；采样开关，其开关状态能够让电荷累积发生在至少一个所述采样电容器上；电压读取器，用于测量与至少一个所述采样电容器上的电荷累积相关的电压；控制器，其可操作地根据操作模式执行电容式触控传感器测量，在所述操作模式中，单次触控传感器测量是由多个至少第一和第二电荷累积构成，所述至少第一和第二电荷累积分别发生在不同的显示周期，且具有距离驱动脉冲的边沿不同的第一和第二时延，而所述驱动脉冲的边沿引起的电荷转移会被累积。2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述传感器电极包括一组X传感器电极和一组Y传感器电极，二者彼此交叉布置以形成用于执行互电容测量的感测节点的二维阵列。3.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备可操作地工作在互电容测量模式，在该模式中：所述驱动脉冲发生器可操作地向X传感器电极提供驱动脉冲；至少一个采样电容器可操作地累积来自Y电极的电荷，该电荷是通过由X驱动脉冲的边沿引发的交叉的X传感器电极和Y传感器电极之间的感测节点处的电容性耦合而产生。4.根据权利要求2所述的设备，其特征在于，所述设备可操作地工作在自电容测量模式，在该模式中：所述驱动脉冲发生器可操作地向X传感器电极和Y传感器电极提供驱动脉冲；至少一个采样电容器可操作地累积来自X传感器电极和Y传感器电极的电荷，该电荷是通过传感器电极和触摸动作之间的由驱动脉冲引发的电容性耦合而产生。5.根据权利要求3所述的设备，其特征在于，所述设备可操作地工作在自电容测量模式，在该模式中：所述驱动脉冲发生器可操作地向X传感器电极和Y传感器电极提供驱动脉冲；至少一个采样电容器可操作地累积来自X传感器电极和Y传感器电极的电荷，该电荷是通过传感器电极和触摸动作之间的由驱动脉冲引发的电容性耦合而产生。6.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述设备可操作地工作在自电容测量模式，在该模式中：所述驱动脉冲发生器可操作地向传感器电极提供驱动脉冲；至少一个采样电容器可操作地累积来自传感器电极的电荷，该电荷是通过传感器电极和触摸动作之间的由驱动脉冲引发的电容性耦合而产生。7.根据权利要求1至6任...

【专利技术属性】
技术研发人员：大卫·凯斯·拜，
申请(专利权)人：晶门科技中国有限公司，
类型：发明
国别省市：江苏,32