自電容觸控顯示面板及其驅動方法與流程

2024-03-26 14:14:05 1

本發明與顯示裝置的驅動有關，尤其是關於一種自電容觸控顯示面板以及應用於自電容觸控顯示面板的驅動方法。

背景技術：

一般而言，內嵌式(In-cell)或觸控與顯示整合型的自電容觸控面板可應用於各種可攜式電子裝置上，例如智慧型手機、平板電腦及筆記本電腦等。尤其是內嵌式觸控面板可達成最薄化的觸控面板設計。至於內嵌式及觸控與顯示整合型的自電容觸控面板的架構，請參照圖1。如圖1所示，自電容觸控面板1的多個共同電極(Common electrode)VCOM均會耦接至整合型觸控與顯示驅動晶片10。

傳統的內嵌式自電容觸控面板的觸控偵測方式說明如下：

第一種觸控偵測方式請參照圖2，圖2中的VCOM為自電容觸控面板的共同電極且SC為自電容觸控面板的顯示驅動源極。當自電容觸控面板進行觸控偵測時，自電容觸控面板的觸控偵測電路會由共同電極VCOM去偵測一觸控偵測電容值。由於圖2中的顯示驅動源極SC保持於固定電位VF，因此，此時自電容觸控面板的觸控偵測電路所偵測到的觸控偵測電容值應為第一電容C1加上第二電容C2。共同電極VCOM產生的電流I分別流向第一電容C1及第二電容C2。

需說明的是，由於此一觸控偵測電容值相當大，不僅會拉長觸控偵測所需的時間，導致顯示驅動的時間變短，也會使得觸控偵測效果變差。

第二種觸控偵測方式請參照圖3，由於圖3中的顯示驅動源極SC保持輸出高阻抗，因此，此時自電容觸控面板的觸控偵測電路所偵測到的觸控偵 測電容值應為第一電容C1加上第二電容C2串聯第三電容C3。共同電極VCOM產生的電流I分別流向第一電容C1及第二電容C2。

雖然第二種觸控偵測方式所偵測到的電容值會小於第一種觸控偵測方式所偵測到的電容值，但觸控偵測所需的時間仍長，導致顯示驅動的時間仍短，所以觸控偵測效果仍不理想。

技術實現要素：

有鑑於此，本發明提出一種自電容觸控顯示面板，以有效解決現有技術所遭遇到的上述種種問題。

根據本發明的一具體實施例為一種自電容觸控顯示面板。於此實施例中，自電容觸控顯示面板包含電阻、第一電容、第二電容、第三電容、共同電極、顯示驅動源極及觸控偵測電路。第一電容耦接於電阻的第一端與接地端之間。第二電容及第三電容串接於電阻的第一端與接地端之間。共同電極耦接至電阻的第二端。顯示驅動源極耦接至第二電容與第三電容之間。觸控偵測電路耦接共同電極，用以在觸控偵測時由共同電極去偵測觸控偵測電容值。顯示驅動源極的第一驅動電壓大於共同電極的第二驅動電壓，致使觸控偵測電路所偵測到的觸控偵測電容值小於第一電容的電容值。

於一實施例中，顯示驅動源極的第一驅動電壓形成第一電流且共同電極的第二驅動電壓形成第二電流。

於一實施例中，第一電流會流向第一電容且第二電流會經由電阻流向第一電容。

於一實施例中，第一電流與第二電流均流經第一電容，致使觸控偵測電路在觸控偵測時通過共同電極所測得的寄生電容值降低，並使得觸控偵測電路所偵測到的觸控偵測電容值會小於第一電容的電容值。

於一實施例中，觸控偵測電路通過感測墊(Sensing Pad)由該共同電極去偵測觸控偵測電容值。

於一實施例中，自電容觸控顯示面板為內嵌式(In-cell)自電容觸控顯示 面板或混合型(Hybrid)自電容觸控顯示面板。

於一實施例中，自電容觸控顯示面板進一步包含顯示驅動閘極(Gate)，耦接顯示驅動源極。顯示驅動閘極的第三驅動電壓大於共同電極的第二驅動電壓。

於一實施例中，自電容觸控顯示面板進一步包含整合型觸控及顯示驅動晶片，分別耦接多個該共同電極。

於一實施例中，觸控偵測電路進行觸控偵測所需的一觸控偵測時間縮短，相對使得顯示驅動源極能夠進行顯示驅動的一顯示驅動時間增加。

根據本發明的另一具體實施例為一種自電容觸控顯示面板驅動方法。於此實施例中，自電容觸控顯示面板驅動方法用以驅動一自電容觸控顯示面板。自電容觸控顯示面板包含電阻、第一電容、第二電容、第三電容、共同電極、顯示驅動源極及觸控偵測電路。第一電容耦接於電阻的第一端與接地端之間。第二電容及第三電容串接於電阻的第一端與接地端之間。共同電極耦接至電阻的第二端。顯示驅動源極耦接至第二電容與第三電容之間。觸控偵測電路耦接共同電極。在觸控偵測時，觸控偵測電路由共同電極去偵測一觸控偵測電容值。由於顯示驅動源極的第一驅動電壓大於共同電極的第二驅動電壓，致使觸控偵測電路所偵測到的觸控偵測電容值會小於第一電容的電容值。

相較於現有技術，本發明所提出的內嵌式自電容觸控顯示面板及其驅動方法提供一種創新的內嵌式點自電容觸控顯示面板驅動方式，通過面板顯示驅動與觸控偵測的妥善配合有效降低內嵌式自電容觸控偵測所需時間及觸控偵測負載的電容值，以減少液晶顯示面板的寄生電容值對於觸控偵測的影響，其優點如下：

(1)可負載更重的面板電容值。

(2)可縮短對面板進行觸控偵測所需的時間。

(3)可增加對面板進行顯示驅動的時間。

(4)可得到較佳的觸控偵測效果。

關於本發明的優點與精神可以通過以下的發明詳述及所附附圖得到進一步的了解。

附圖說明

圖1為內嵌式及觸控與顯示整合型的自電容觸控面板的架構。

圖2為當顯示驅動源極保持於固定電位時，自電容觸控面板的觸控偵測電路由共同電極偵測觸控偵測電容值的示意圖。

圖3為當顯示驅動源極保持於輸出高阻抗時，自電容觸控面板的觸控偵測電路由共同電極偵測觸控偵測電容值的示意圖。

圖4為於本發明的一較佳具體實施例中，當顯示驅動源極的驅動電壓大於共同電極的驅動電壓時，自電容觸控面板的觸控偵測電路由共同電極偵測觸控偵測電容值的示意圖。

圖5為通過增加顯示驅動源極及顯示驅動閘極的驅動電壓的方式有效降低電荷轉移的電路示意圖。

圖6及圖7A～圖7D分別為模擬電路的示意圖及模擬結果的時序圖。

主要元件符號說明：

1 自電容觸控面板

10 整合型觸控與顯示驅動晶片

I 電流

VF 固定電壓

GND 接地端

VCOM 共同電極

V1 第一驅動電壓

I1 第一電流

SC 顯示驅動源極

V2 第二驅動電壓

I2 第二電流

R、R1～R3 電阻

C1 第一電容

C2 第二電容

C3 第三電容

40 觸控偵測電路

GL 顯示驅動閘極

VSC、VSC(1)～VSC(4) 顯示驅動源極的驅動電壓

VGL 顯示驅動閘極的驅動電壓

M 電晶體開關

Vtouch、Vtouch(1)～Vtouch(4) 觸控偵測電壓

CGS、CGD、CLC、CB、CBS、CBG 寄生電容

ISPAD、ISPAD(1)～ISPAD(4) 感測墊電流

SPAD 感測墊

△V、△V+VA 周期性方波電壓

具體實施方式

根據本發明的一較佳具體實施例為一種自電容觸控顯示面板。於此實施例中，自電容觸控顯示面板可以是內嵌式(In-cell)或混合型(Hybrid)的自電容觸控面板，可應用於各種可攜式電子裝置上，例如智慧型手機、平板電腦及筆記本電腦等，但不以此為限。

請參照圖4，圖4為於本發明的一較佳具體實施例中，當顯示驅動源極的驅動電壓大於共同電極的驅動電壓時，自電容觸控面板的觸控偵測電路由共同電極偵測觸控偵測電容值的示意圖。

如圖4所示，自電容觸控顯示面板4包含電阻R、第一電容C1、第二電容C2、第三電容C3、共同電極VCOM、顯示驅動源極SC及觸控偵測電路40。實際上，自電容觸控顯示面板4亦可如同圖1所示包含整合型觸控 及顯示驅動晶片，分別耦接多個共同電極VCOM，但不以此為限。

於此實施例中，第一電容C1耦接於電阻R的第一端與接地端GND之間。第二電容C2及第三電容C3串接於電阻R的第一端與接地端GND之間。共同電極VCOM耦接至電阻R的第二端。顯示驅動源極SC耦接至第二電容C2與第三電容C3之間。觸控偵測電路40耦接共同電極VCOM。

需說明的是，此實施例中的顯示驅動源極SC的第一驅動電壓V1會大於共同電極VCOM的第二驅動電壓V2。顯示驅動源極SC的第一驅動電壓V1會形成第一電流I1且共同電極VCOM的第二驅動電壓V2形成第二電流I2。第一電流I1會流向第一電容C1且第二電流I2會經由電阻R流向第一電容C1。

當觸控偵測電路40進行觸控偵測時，觸控偵測電路40會由共同電極VCOM去偵測一觸控偵測電容值。由於顯示驅動源極SC的第一驅動電壓V1會大於共同電極VCOM的第二驅動電壓V2，導致第一電流I1與第二電流I2均流經第一電容C1，致使觸控偵測電路40進行觸控偵測時通過共同電極VCOM所測得的寄生電容值降低，因此，觸控偵測電路40所偵測到的觸控偵測電容值會遠小於第一電容C1的電容值。

於實際應用中，觸控偵測電路40通過感測墊(Sensing Pad)由共同電極VCOM去偵測觸控偵測電容值，但不以此為限。

需說明的是，自電容觸控顯示面板4還進一步包含顯示驅動閘極(Gate)GL。顯示驅動閘極GL耦接顯示驅動源極SC。顯示驅動閘極GL的第三驅動電壓V3亦會大於共同電極VCOM的第二驅動電壓V2。

請參照圖5，圖5為通過增加顯示驅動源極SC及顯示驅動閘極GL的驅動電壓的方式有效降低電荷轉移的電路示意圖。如圖5所示，電晶體開關M的源極與閘極之間存在寄生電容CGS；電晶體開關M的汲極與閘極之間存在寄生電容CDS；共同電壓VCOM與閘極之間存在寄生電容CBG；共同電壓VCOM與源極之間存在寄生電容CBS；共同電壓VCOM與汲極之間存在寄生電容CLC；共同電壓VCOM與接地端GND之間存在寄生電容CB。

於此實施例中，可通過增加顯示驅動源極SC及顯示驅動閘極GL的驅動電壓的方式來有效降低電荷轉移。接下來，將利用圖5的電路進行理論推導如下：

在第一觸控偵測相下，假設此時顯示驅動源極SC的驅動電壓為VS且顯示驅動閘極GL的驅動電壓為VGL，觸控偵測電壓Vtouch接地，則第一觸控偵測相的汲極電壓VD及觸控偵測電荷Qtouch分別為：

在第二觸控偵測相下，假設此時顯示驅動源極SC的驅動電壓為VS+V1且顯示驅動閘極GL的驅動電壓為VGL+V2，觸控偵測電壓Vtouch為參考電壓VREF，則第二觸控偵測相的汲極電壓VD及觸控偵測電荷Qtouch分別為：

因此，由第一觸控偵測相變為第二觸控偵測相所造成的觸控電荷轉移量ΔQtouch為：

由上述推導可知：當V1>VREF時，寄生電容CBS造成的電荷轉移值為負(在此定義流入感測墊為正且流出感測墊為負)，可使觸控電荷轉移量ΔQtouch變小；同理，當V2>VREF時，寄生電容CBG造成的電荷轉移值為負，亦可使觸控電荷轉移量ΔQtouch變小。因此，此實施例即可通過調整V1及V2的方式來有效 降低觸控電荷轉移量ΔQtouch，由以提升轉換效率。

接著，將通過圖6及圖7A～圖7D分別繪示本發明的模擬電路的示意圖及其模擬結果的時序圖。

如圖6所示，假設觸控偵測電路40通過感測墊SPAD耦接電阻R3的一端，電容C2耦接於電阻R3的另一端與接地端GND之間，電阻R2、電容C1及電阻R1則依序耦接於顯示驅動源極SC與電阻R3的另一端之間。

此實施例進行模擬的條件是：電阻R1＝3KΩ、電阻R2＝1KΩ、電阻R3＝50KΩ、電容C1＝400pF、電容C2＝200pF，但不以此為限。當顯示驅動源極SC的驅動電壓VSC不同時，觀察觸控偵測電壓VTouch與感測墊電流ISPAD的變化情形。

需說明的是，觸控偵測電壓VTouch指電阻R2、R3與電容C2彼此耦接處的電壓；感測墊電流ISPAD指感測墊SPAD所感測到的電流。

於此實施例中，如圖7A所示，假設感測墊SPAD的感測信號為周期性方波電壓(其中方波電壓＝△V)。如圖7B所示，顯示驅動源極SC的驅動電壓VSC分別被設定為下列四種條件：

(1)驅動電壓VSC(1)＝0

(2)驅動電壓VSC(2)＝固定電壓VF

(3)驅動電壓VSC(3)＝固定電壓VF+周期性方波電壓△V

(4)驅動電壓VSC(4)＝固定電壓VF+周期性方波電壓(△V+VA)

由圖7C的觸控偵測電壓VTouch模擬結果可知：當顯示驅動源極SC的驅動電壓VSC由VSC(1)＝0增為VSC(4)＝固定電壓VF+周期性方波電壓(△V+VA)時，觸控偵測電壓VTouch(4)對於時間常數的需求明顯低於觸控偵測電壓VTouch(1)，使得觸控偵測電路40進行觸控偵測所需的觸控偵測時間能夠縮短，而顯示驅動源極SC能夠進行顯示驅動的顯示驅動時間亦能夠相對增加。

此外，由圖7D的感測墊電流ISPAD模擬結果可知：當顯示驅動源極SC的驅動電壓VSC由VSC(1)＝0增為VSC(4)＝固定電壓VF+周期性方波電壓(△ V+VA)時，感測墊電流ISPAD(4)明顯低於感測墊電流ISPAD(1)，故可有效降低轉移至IC內部的電荷量，由以舒緩IC本身的補償電容的需求。

根據本發明的另一具體實施例為一種自電容觸控顯示面板驅動方法。於此實施例中，自電容觸控顯示面板驅動方法用以驅動一自電容觸控顯示面板。自電容觸控顯示面板包含電阻、第一電容、第二電容、第三電容、共同電極、顯示驅動源極及觸控偵測電路。第一電容耦接於電阻的第一端與接地端之間。第二電容及第三電容串接於電阻的第一端與接地端之間。共同電極耦接至電阻的第二端。顯示驅動源極耦接至第二電容與第三電容之間。觸控偵測電路耦接共同電極。

在觸控偵測時，觸控偵測電路由共同電極去偵測一觸控偵測電容值。需說明的是，由於顯示驅動源極的第一驅動電壓大於共同電極的第二驅動電壓，致使觸控偵測電路所偵測到的觸控偵測電容值會小於第一電容的電容值。至於自電容觸控顯示面板驅動方法的詳細技術內容可參照上述實施例的文字及附圖的相關說明，於此不另行贅述。

相較於現有技術，本發明所提出的內嵌式自電容觸控顯示面板及其驅動方法通過面板顯示驅動與觸控偵測的妥善配合有效降低內嵌式自電容觸控偵測所需時間及觸控偵測負載的電容值，以減少液晶顯示面板的寄生電容值對於觸控偵測的影響，其優點如下：

(1)可負載更重的面板電容值。

(2)可縮短對面板進行觸控偵測所需的時間。

(3)可增加對面板進行顯示驅動的時間。

(4)可得到較佳的觸控偵測效果。

由以上較佳具體實施例的詳述，是希望能更加清楚描述本發明的特徵與精神，而並非以上述所公開的較佳具體實施例來對本發明的範疇加以限制。相反地，其目的是希望能涵蓋各種改變及具相等性的安排於本發明所欲申請的專利範圍的範疇內。