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顯示保護技術.pdf

摘要
申請專利號:

CN201510387135.2

申請日:

2014.10.08

公開號:

CN105022541A

公開日:

2015.11.04

當前法律狀態:

授權

有效性:

有權

法律詳情: 授權|||實質審查的生效IPC(主分類):G06F 3/044申請日:20141008|||公開
IPC分類號: G06F3/044 主分類號: G06F3/044
申請人: 辛納普蒂克斯公司
發明人: C.A.盧登
地址: 美國加利福尼亞州
優先權: 61/885473 2013.10.01 US; 14/067792 2013.10.30 US
專利代理機構: 中國專利代理(香港)有限公司72001 代理人: 王星; 徐紅燕
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法律狀態
申請(專利)號:

CN201510387135.2

授權公告號:

||||||

法律狀態公告日:

2018.04.17|||2015.12.02|||2015.11.04

法律狀態類型:

授權|||實質審查的生效|||公開

摘要

本文描述的實施例減輕觸摸傳感器中傳感器電極和顯示屏中顯示電極之間的耦合電容的影響。一種輸入裝置,其包括觸摸傳感器和顯示屏,可在執行電容性感測時傳送保護信號至顯示電極上。在一個實施例中,保護信號可具有與驅動至傳感器電極上以檢測輸入對象和輸入裝置之間交互的所調制信號的類似的特征(例如,類似的振幅和/或相位)。通過驅動與所調制信號類似的保護信號至顯示電極上,傳感器電極與顯示電極之間的電壓差保持相同。從而,傳感器電極與顯示電極之間的耦合電容不影響用來檢測用戶交互的電容測量。

權利要求書

權利要求書
1.  一種輸入裝置,包括:
多個傳感器電極,各自包括顯示器的多個共用電極的至少一個,其中所述多個共用電極配置用于顯示更新及電容性感測;
多個顯示電極;以及
處理系統,其耦合至所述多個傳感器電極和所述至少一個顯示電極,所述處理系統配置成:
驅動所調制信號至所述多個傳感器電極的第一傳感器電極上來獲得在第一時期期間的變化電容,以及
按保護模式操作所述多個顯示電極的第一顯示電極來減輕在所述第一時期期間所述第一傳感器電極和所述至少一個顯示電極之間的耦合電容的影響,其中減輕所述耦合電容的影響包括在所述第一時期期間在所述第一傳感器電極和所述第一顯示電極之間維持恒定電壓差。

2.  如權利要求1所述的輸入裝置,其中所述處理系統配置成,在按所述保護模式操作所述第一顯示電極時,以保護信號驅動所述至少一個顯示電極。

3.  如權利要求2所述的輸入裝置,其中所述保護信號和所述所調制信號在相位、振幅和頻率的至少一個中相似。

4.  如權利要求1所述的輸入裝置,其中所述處理系統配置成,當按所述保護模式操作所述第一顯示電極時,電浮動所述顯示電極。

5.  如權利要求1所述的輸入裝置,其中所述第一顯示電極為源極電極。

6.  如權利要求1所述的輸入裝置,其中所述第一顯示電極為柵極電極。

7.  如權利要求1所述的輸入裝置,其中所述處理系統還配置成在所述第一時期期間按保護模式操作所述多個顯示電極的第二顯示電極。

8.  如權利要求7所述的輸入裝置,其中,其中所述處理系統還配置成,在按所述保護模式操作所述第一顯示電極時,以保護信號驅動所述第一顯示電極并且電浮動所述第二顯示電極。

9.  如權利要求8所述的輸入裝置,其中所述第一顯示電極為源極電極而所述第二顯示電極為柵極電極。

10.  如權利要求1所述的輸入裝置,其中所述處理系統配置成在所述第一時期期間以保護信號驅動所述多個傳感器電極的第二個。

11.  如權利要求1所述的輸入裝置,其中所述多個傳感器電極布置于共用層中。

12.  如權利要求1所述的輸入裝置,其中所述處理系統包括配置成驅動所述所調制信號至所述第一傳感器電極上的第一控制器以及配置成按所述保護模式操作所述第一顯示電極的第二控制器。

13.  如權利要求12所述的輸入裝置,其中所述第一控制器與所述第二控制器同步化。

14.  如權利要求1所述的輸入裝置,其中所述處理系統包括配置成驅動所述所調制信號至所述第一傳感器電極上并配置成按所述保護模式操作所述第一顯示電極的控制器。

15.  一種用于輸入裝置的處理系統,包括:
傳感器模塊,包括傳感器電路,其中所述傳感器模塊耦合到多個傳感器電極并且配置成,在第一時間段期間,以所調制信號驅動所述多個傳感器電極的第一傳感器電極用于電容性感測,其中所述多個傳感器電極的每一傳感器電極包括多個共用電極的至少一個,其中所述多個共用電極配置用于更新顯示裝置的顯示器以及用于電容性感測,其中所述多個傳感器電極的所述第一傳感器電極與多個顯示電極的第一顯示電極電容性地耦合并且其中所述第一顯示電極配置成在所述第一時期期間按保護模式來被操作使得所述第一傳感器電極和所述第一顯示電極之間的電壓差在所述第一時期期間保持恒定。

16.  如權利要求15所述的處理系統,其中所述傳感器模塊,在按保護模式操作所述第一顯示電極時,配置成以保護信號驅動所述第一顯示電極。

17.  如權利要求16所述的處理系統,其中所述傳感器模塊,在按保護模式操作所述顯示電極時,配置成電浮動所述第一顯示電極。

18.  一種用于顯示裝置的處理系統,所述處理系統包括:
顯示驅動器模塊,包括配置用于耦合至多個顯示電極的顯示驅動器電路,所述顯示驅動器模塊配置成:
驅動所述多個顯示電極的第一顯示電極用于顯示更新,其中所述第一顯示電極電容性地耦合至第一傳感器電極,并且在第一時期期間按保護模式操作第一顯示電極使得所述第一顯示電極和所述第一傳感器電極之間的電壓差在所述第一時期期間保持恒定。

19.  如權利要求18所述的處理系統,其中所述處理系統還包括:
傳感器模塊,耦合到所述多個傳感器電極,所述傳感器模塊配置成以所述所調制信號驅動所述第一傳感器電極用于電容性感測。

20.  如權利要求19所述的處理系統,其中所述顯示驅動器模塊,在按保護模式操作所述顯示電極時,還配置成以保護信號驅動所述顯示電極,其中所述所調制信號與保護信號具有相似相位、振幅和頻率的至少一個。

說明書

說明書顯示保護技術
本申請是申請日為2014年10月8日、申請號為201410523445.8、發明名稱為“顯示保護技術”的專利申請的分案申請。
技術領域
本發明實施例一般涉及在執行電容性感測時管理寄生電容,并且更具體地,涉及傳送保護信號到顯示電極上以用于管理寄生電容。
背景技術
包括接近傳感器裝置(也通常被稱為觸摸墊或觸摸傳感器裝置)的輸入裝置廣泛應用于多種電子系統中。接近傳感器裝置典型地包括通常由表面區分的感測區,在其中接近傳感器裝置確定一個或多個輸入對象的存在、位置和/或運動。接近傳感器裝置可用于為電子系統提供接口。例如,接近傳感器裝置通常用作較大型計算系統的輸入裝置(諸如集成在或外設于筆記本或桌上型電腦的不透明觸摸墊)。接近傳感器裝置也經常用于較小型計算系統中(諸如集成在蜂窩電話中的觸摸屏)。
發明內容
本文描述的一個實施例是輸入裝置,其包括多個建立該輸入裝置的感測區的傳感器電極以及至少一個配置成在顯示更新期間設定與顯示裝置的像素關聯的電壓的顯示電極。輸入裝置進一步包括耦合到該多個傳感器電極和該至少一個顯示電極的處理系統,以驅動所調制信號到該多個傳感器電極的第一傳感器電極上來獲得在第一時期期間輸入對象和該第一傳感器電極之間的電容性耦合的變化,以及在保護模式中操作該至少一個顯示電極來減輕在第一時期期間該第一傳感器電極和該至少一個顯示電極之間的耦合電容的影響。
本文描述的另一個實施例是一種用于在執行電容性感測時減輕與顯示電極關聯的耦合電容的影響的方法。該方法包括驅動所調制信號到該多個傳感器電極中的第一傳感器電極上來檢測在第一時期期間輸入對象和該第一傳感器電極之間的電容性耦合的變化。該方法還包括在保護模式中操作該顯示電極來減輕在第一時期期間該第一傳感器電極和該顯示電極之間的耦合電容的影響。
本文描述的另一個實施例是一種用于輸入裝置的處理系統。該處理系統包括顯示驅動器模塊,其包括顯示驅動器電路,其中顯示驅動器電路耦合到至少一個顯示電極并且配置成驅動該至少一個顯示電極來設定與顯示裝置的像素關聯的電壓并且在保護模式中操作該至少一個顯示電極來減輕在第一時間段期間多個傳感器電極的第一傳感器電極和該至少一個顯 示電極之間的耦合電容的影響。在第一時間段期間,該第一傳感器電極以所調制信號來驅動以檢測該第一傳感器電極和輸入對象之間的電容的變化。
本文描述的另一個實施例是一種用于輸入裝置的處理系統。該處理系統包括包括傳感器電路的傳感器模塊并且耦合到多個傳感器電極。該傳感器模塊配置成,在第一時間段期間,以所調制信號驅動該多個傳感器電極其中之一以檢測該一個傳感器電極和輸入對象之間的電容性耦合的變化。該傳感器模塊耦合到并且同步于顯示驅動器模塊,該顯示驅動器模塊配置成在保護模式中操作至少一個顯示電極來減輕在第一時間段期間該一個傳感器電極和該至少一個顯示電極之間的耦合電容的影響。
附圖說明
為了使本發明上述特征能夠以詳細的方式來理解,通過參考實施例作出在上面簡要總結的、本發明的更具體的描述,其中一些實施例在附圖中例示。但要注意,因本發明可容許其他相等地有效的實施例,這些附圖僅例示本發明典型的實施例,不應因此被認為限定本發明的范圍。
圖1A是根據本文描述的實施例的、集成于示例性顯示裝置中的輸入裝置的示意性框圖。
圖1B-1G根據本文描述的實施例、例示輸入裝置中的各種電容。
圖2A-2F根據本文描述的實施例、例示用于測量電容的電路模型。
圖3A-3B是根據本文描述的實施例的、用于在電容性感測期間保護顯示電極的顯示系統的示意性框圖。
圖4A-4B根據本文描述的實施例、例示用于保護顯示系統中的柵極電極的集成觸摸和顯示控制器。
圖5是根據本文描述的實施例的、顯示系統的示意性框圖,其中顯示電極用于執行電容性感測。
為促進理解,已盡可能使用同樣的參考標號來標明對附圖而言是共同的同樣元件。應預期到,在一個實施例中公開的元件可不經明確的敘述、而在其他實施例中可獲益地使用。這里所指的附圖不應被理解為按比例繪制,除非特別說明。同樣,通常簡化附圖,并且省略細節或元件以便陳述和解釋的清楚。附圖及討論服務于解釋下面討論的原理,其中類似的標注表示類似的元件。
具體實施方式
下列詳細描述本質上僅僅是示范性的,并不意圖限制本發明或本發明的應用和使 用。而且,不存在由在先技術領域、背景技術、發明內容或下面具體實施方式中提出的、任何表達的或暗示的理論所約束的意圖。
本技術的各種實施例提供用于改進可用性的輸入裝置和方法。
輸入裝置可以包括用作感測元件來檢測輸入裝置和輸入對象(例如,觸控筆或用戶手指)之間交互的傳感器電極。為實現此,該輸入裝置可以驅動電容性感測信號到傳感器電極上。基于測量與驅動電容性感測信號相關聯的電容,該輸入裝置確定用戶與該輸入裝置交互的位置。在一個實施例中,該電極可以接近該輸入裝置中其他電極而定位。例如,該輸入裝置可以包括用于向用戶輸出圖像的顯示屏。該傳感器電極可以安裝于顯示屏的頂部,或者集成于該顯示屏內的一層或多層中。顯示屏用來更新圖像的各種顯示電極(例如,源極電極、柵極電極、共用電極等),可以電容性地耦合至傳感器電極。這個耦合電容可能導致該輸入裝置,在驅動電容性感測信號到電極上時,測量與該輸入對象沒有關聯的電容。這個額外的電容能夠消耗系統動態范圍并限制對因輸入對象產生的電容變化的靈敏性。這個非期望的額外的電容也能夠因諸如圖像內容或傳感器溫度的環境因素而變化,使得系統背景電容的變化可能被錯誤地解釋為來自輸入對象的變化并導致錯誤的處理結果。
傳送保護信號至顯示電極上以及至當前沒有用來進行電容性測量的傳感器電極上,可以在測量與傳感器電極關聯的電容時減輕這個耦合電容的影響以及減少功率損耗或改進建立時間。在一個實施例中,保護信號(或告警信號)可以具有與電容性感測信號(所調制信號或發射器信號)類似的特征(例如,類似的振幅、頻率或相位)。通過驅動類似于電容性感測信號的保護信號至顯示電極上,傳感器電極和顯示電極之間的電壓差保持相同。因而,電極之間的耦合電容并不影響在電容性感測期間獲得的電容測量。在一個實施例中,保護信號具有比電容性感測信號(發射器信號或調制信號)的振幅更大的振幅。在另一實施例中,該保護信號具有比電容性感測信號的振幅(發射器信號或所調制信號)更小的振幅。
圖1A是根據本技術的實施例的、集成于示例性顯示裝置160的輸入裝置100的示意性框圖。盡管示出本公開的所例示實施例與顯示裝置集成,應預期到本發明可在未與顯示裝置集成的輸入裝置中具體化。輸入裝置100可配置成向電子系統150提供輸入。如這文檔所使用的,術語“電子系統”(或“電子裝置”)廣義地指能夠電子地處理信息的任何系統。電子系統的一些非限定性示例包括所有大小和形狀的個人電腦,諸如桌上型電腦、膝上型電腦、上網本電腦、平板電腦、網頁瀏覽器、電子書閱讀器以及個人數字助手(PDA)。電子系統的附加示例包括合成輸入裝置,例如包括輸入裝置100和獨立操縱桿或鍵開關的物理鍵盤。電子系統的另外示例包括外圍設備,諸如數據輸入設備(包括遠程控件和鼠標)和數據 輸出設備(包括顯示屏和打印機)。其他示例包括遠程端、廣告亭和視頻游戲機(例如視頻游戲控制臺、便攜式游戲設備等)。其他示例包括通信裝置(包括諸如智能電話的蜂窩電話)、以及媒體裝置(包括錄音機、編輯器和諸如電視的播放器、機頂盒、音樂播放器、數字相片框和數碼相機)。此外,電子系統可以是輸入裝置的主機或從機。
輸入裝置100能夠實現為電子系統150的物理部件,或能夠與電子系統物理地分離。視情況而定,輸入裝置100可使用下列項的一個或多個與電子系統150的部件通信:總線、網絡或其他有線或無線互連。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行總線(USB)、Bluetooth,RF以及IRDA。
在圖1A中,輸入裝置100示出為接近傳感器裝置(也通常被稱為“觸摸墊”或“觸摸傳感器裝置”),其配置成感測由一個或多個輸入對象140在感測區170中提供的輸入。示例輸入對象包括如圖1A所示的手指和觸控筆。
感測區170包含在輸入裝置100之上、周圍、之中和/或附近的任何空間,其中輸入裝置100能夠檢測用戶輸入(例如,一個或多個輸入對象140提供的用戶輸入)。特定感測區的尺寸、形狀和位置可以逐個實施例極大地改變。。在一些實施例中,感測區170從輸入裝置100的表面沿一個或多個方向延伸到空間中,直至信噪比阻止充分準確的對象檢測。這個感測區170沿特定方向延伸的距離,在各種實施例中,可以大約少于一毫米、數毫米、數厘米、或更多,而且可隨使用的感測技術的類型和期望精度而顯著變化。因此,一些實施例感測輸入,其中輸入包括與輸入裝置100任何表面無接觸、與輸入裝置100的輸入表面(例如觸摸表面)接觸、與耦合一定量外加力或壓力的輸入裝置100的輸入表面接觸、和/或它們的組合。在各種實施例中,輸入表面可由傳感器電極位于其中的殼體的表面來提供,由應用在傳感器電極或任何殼體之上的面板來提供等。在一些實施例中,感測區170在投射到輸入裝置100的輸入表面上時具有矩形形狀。
輸入裝置100可使用傳感器組件和感測技術的任何組合來檢測感測區170中的用戶輸入。輸入裝置100包括多個用于檢測用戶輸入的感測元件120。輸入裝置100可以包括一個或多個進行結合來形成傳感器電極的感測元件120(也使用參考標號120來指稱)。作為幾個非限定性示例,輸入裝置100可使用電容性、倒介電、電阻性、電感性、磁聲、超聲、和/或光技術。
一些實現配置成提供跨越一、二、三或更高維空間的圖像。一些實現配置成提供沿特定軸或平面的輸入的投影。
在輸入裝置100的一些電阻性實現中,柔性且導電的第一層通過一個或多個間隔元 件與導電的第二層分離。在操作期間,一個或多個電壓梯度跨多層產生。按壓柔性的第一層可使其充分彎曲而產生多層之間的電接觸,導致反映多層間接觸的點的電壓輸出。這些電壓輸出可用于確定位置信息。
在輸入裝置100的一些電感性實現中,一個或多個感測元件120獲得諧振線圈或線圈對引起的環路電流。電流的量值、相位和頻率的某種組合可隨后用于確定位置信息。
在輸入裝置100的一些電容性實現中,施加電壓或電流以產生電場。附近的輸入對象導致電場的變化,并且產生電容性耦合的可檢測的變化,其可作為電壓、電流等的變化而被檢測。
一些電容性實現使用電容性感測元件120的陣列或其他規則或不規則的圖案來產生電場。在一些電容性實現中,獨立感測元件120的一部分可歐姆地短接在一起以形成更大的傳感器電極。一些電容性實現利用電阻片,其可以是電阻均勻的。
如上所述,一些電容性實現利用基于傳感器電極120與輸入對象之間的電容性耦合的變化的“自電容”(或“絕對電容”)感測方法。在一個實施例中,處理系統110配置成驅動具有已知振幅的電壓到傳感器電極120上并測量將傳感器電極充電到所驅動電壓所需的電荷的量。在其他實施例中,處理系統110配置成驅動已知電流并測量結果電壓。在各種實施例中,傳感器電極120附近的輸入對象改變傳感器電極120附近的電場,從而改變量得的電容性耦合。在一個實現中,絕對電容感測方法通過使用所調制信號相對于基準電壓(例如,系統地)來調制傳感器電極120,以及通過檢測傳感器電極120與輸入對象140之間的電容性耦合,來進行操作。
又如上所述,一些電容性實現利用基于傳感器電極之間的電容性耦合的變化的“互電容”(或“跨電容”)感測方法。在各種實施例中,感測電極附近的輸入對象140改變感測電極之間的電場,從而改變量得的電容性耦合。在一個實現中,跨電容性感測方法,通過檢測在一個或多個發射器感測電極(也稱為“發射器電極”)和一個或多個接收器感測電極(也稱為“接收器電極”)之間的電容性耦合,來進行操作,如下面進一步所述。發射器感測電極可相對于基準電壓(例如,系統地)來調制以傳送發射器信號。接收器感測電極可相對于基準電壓保持大體恒定以促進結果信號的接收。結果信號可包括對應于一個或多個發射器信號的影響、和/或對應于一個或多個環境干擾源(例如其他電磁信號)的影響。感測電極可為專用的發射器電極或接收器電極,或可配置成既發射又接收。
在圖1A中,處理系統110示出為輸入裝置100的部件。處理系統110配置成操作輸入裝置100的硬件來檢測感測區170中的輸入。處理系統110包括一個或多個集成電路 (IC)和/或其他電路組件的部分或全部。(例如,用于互電容傳感器裝置的處理系統可以包括配置成以發射器傳感器電極來傳送信號的發射器電路,和/或配置成以接收器傳感器電極來接收信號的接收器電路)。在一些實施例中,處理系統110還包括電子可讀指令,諸如固件代碼、軟件代碼和/或其他。在一些實施例中,組成處理系統110的組件定位在一起,諸如在輸入裝置100的感測元件120附近。在其他實施例中,處理系統110的組件在物理上是獨立的,其中一個或多個組件靠近輸入裝置100的感測元件120,而一個或多個組件在別處。例如,輸入裝置100可為耦合到桌上型電腦的外設,并且處理系統110可包括配置成在桌上型電腦的中央處理單元上運行的軟件以及與該中央處理單元分離的一個或多個IC(或許具有關聯的固件)。作為另一示例,輸入裝置100可物理地集成在電話中,并且處理系統110可包括作為該電話的主處理器的一部分的電路和固件。在一些實施例中,處理系統110專用于實現輸入裝置100。在其他實施例中,處理系統110也執行其他功能,諸如操作顯示屏、驅動觸覺制動器等。
處理系統110可實現為處理處理系統110的不同功能的一組模塊。每一模塊可包括作為處理系統110的一部分的電路、固件、軟件或它們的組合。在各種實施例中,可使用模塊的不同組合。示例模塊包括用于操作諸如傳感器電極和顯示屏之類硬件的硬件操作模塊,用于處理諸如傳感器信號和位置信息之類數據的數據處理模塊,以及用于報告信息的報告模塊。另外的示例模塊包括傳感器操作模塊,其配置成操作感測元件120來檢測輸入;識別模塊,其配置成識別諸如模式變更手勢之類的手勢;以及模式變更模塊,其用于變更操作模式。處理系統110也可以包括一個或多個控制器。
在一些實施例中,處理系統110直接通過引起一個或多個動作而響應在感測區170中的用戶輸入(或沒有用戶輸入)。示例動作包括變更操作模式、以及GUI動作,諸如光標移動、選擇、菜單導航和其他功能。在一些實施例中,處理系統110向電子系統的某個部件(例如向與處理系統110分離的電子系統的中央處理系統,如果這樣一個獨立的中央處理系統存在的話)提供關于輸入(或沒有輸入)的信息。在一些實施例中,電子系統的某個部件處理從處理系統110接收的信息以按用戶輸入進行動作,諸如促進大范圍的動作,包括模式變更動作和GUI動作。
例如,在一些實施例中,處理系統110操作輸入裝置100的感測元件120來產生表示在感測區170中的輸入(或沒有輸入)的電信號。處理系統110在產生提供給電子系統的信息中,可對該電信號執行任何適量的處理。例如,處理系統110可對從感測元件120獲得的模擬電信號進行數字化。作為另一示例,處理系統110可執行濾波或其他信號調節。作為又 一示例,處理系統110可減去或以其他方式計及基線,以使得信息反映電信號和基線之間的差異。作為另一些示例,處理系統110可確定位置信息,將輸入識別為命令,識別筆跡等。
本文使用的“位置信息”廣義地包含絕對位置、相對位置、速度、加速度和其他類型的空間信息。示例性的“零維”位置信息包括近/遠或接觸/非接觸信息。示例性的“一維”位置信息包括沿軸的位置。示例性的“二維”位置信息包括在平面中的運動。示例性的“三維”位置信息包括空間中的瞬時或平均速度。進一步的示例包括空間信息的其他表示。也可確定和/或存儲關于一種或多種類型位置信息的歷史數據,包括,例如隨時間追蹤位置、運動、或瞬時速度的歷史數據。
在一些實施例中,輸入裝置100采用由處理系統110或由某個其他處理系統操作的附加輸入組件來實現。這些附加輸入組件可為感測區170中的輸入提供冗余的功能性,或某個其他功能性。圖1A示出感測區170附近的按鈕130,其可用于促進使用輸入裝置100的項目的選擇。其他類型的附加輸入組件包括滑塊、球、輪、開關等。相反地,在一些實施例中,輸入裝置100可在沒有其他輸入組件的情況下實現。
在一些實施例中,輸入裝置100包括觸摸屏界面,且感測區170與顯示裝置160的顯示屏的有源區的至少一部分重疊。例如,輸入裝置100可包括覆蓋該顯示屏的、大體透明的感測元件120,以及為關聯的電子系統提供觸摸屏界面。顯示屏可以是能向用戶顯示可視界面的、任何類型的動態顯示器,并可包括任何類型的發光二極管(LED)、有機LED(OLED)、陰極射線管(CRT)、液晶顯示器(LCD)、等離子體、電致發光(EL),或其他顯示技術。輸入裝置100和顯示裝置160可共用物理元件。例如,一些實施例科將相同電組件中的一些用于顯示及感測。作為另一示例,顯示裝置160可部分或整個地由處理系統110操作。
應理解,盡管本技術的許多實施例在完全功能設備的上下文中描述,本技術的機理能夠作為多種形式的程序產品(例如軟件)來被分配。例如,本技術的機理可作為電子處理器(例如,可由處理系統110讀取的、非暫時性計算機可讀和/或可記錄/可寫的信息承載介質)可讀取的信息承載介質之上的軟件程序來實現及分配。此外,無論用于執行分配的介質的特定類型,本技術的實施例同樣地適用。非暫時性、電子可讀介質的示例包括各種光碟、存儲棒、存儲卡、存儲模塊等。電子可讀介質可基于閃速、光、磁、全息、或任何其他存儲技術。
保護信號
絕對電容性感測可以通過測量從傳感器電極到大體恒定電壓(例如,系統地或任何其他大體 恒定的電壓)的電容而被執行。圖1B-1G例示包括四個節點-A、B、C以及GND的網絡-其可在執行電容性感測時使用。例如,圖1B例示可在包含這四個節點的網絡中存在的各種電容。如所示,在這四節點網絡中有六個電容被示出。盡管在圖1B中節點A在本文中被稱為傳感器電極(因為其由所調制信號驅動),節點A、B或C的任一個可用作傳感器電極。在圖1B中,傳感器電極(節點A)具有到GND的電容CF,其與CA并聯。電容CF基于輸入對象到傳感器電極的接近性而改變。從而通過測量CF,接近的輸入對象的位置可以確定。貫穿這說明,節點A和傳感器電極可互換地使用。
在一個實施例中,從傳感器電極到接近的輸入對象的變化電容,通過驅動所調制信號(例示為V(t))至該傳感器電極上并且然后測量以傳感器電極接收的結果信號,而被測量。在一個實施例中,該結果信號對應于結果電流,i(t)。通過測量結果信號,輸入對象的位置可以確定。然而,在圖1B中示出的電容CA、CAB、CCA、CB、CBC和/或CC可能具有若干有害的影響。例如,傳感器電極至地的總電容增加,這增加該傳感器電極的建立時間,并且結果信號中電容的量值也增加,其增加感測電路所需的動態范圍。在各種實施例中,電容的一些是可變的(因過程、溫度、所施加直流電壓等),這使對該變化進行補償困難。在許多實施例中,減少或移除其他電容會改進輸入裝置的性能,并且可使輸入對象和傳感器電極之間的電容的變化更容易確定。
在一個實施例中,并還參考圖1B,電容CF可以通過,以所調制信號驅動節點A(傳感器電極)以及測量所接收的結果信號,來確定。在這個驅動和測量階段期間,以大體恒定的電壓(例如,地等)驅動或以保護信號驅動的節點B(例如,另一電極)可以為浮動的。類似地,以大體恒定的電壓(地)驅動或以保護信號驅動的節點C可以為浮動的。因而,在測量期間對于節點/電極B和C有九種可能的組合,如下表1所例示。

表1
考慮到寄生電阻的存在(其未在圖1B-1G中示出),減少或消除寄生電容的影響,改進了傳 感器電極(圖1B中的節點A)的建立時間,允許每單位時間更多的測量,并且增加信噪比。電容CA、CB、CC、CAB、CBC和CCA的一些或全部也可能作為溫度、過程、所施加電壓或其他狀態的函數而變化。為了準確地檢測由輸入對象產生的電容的變化,這個可變性的減輕是重要的。
在圖1B中的另一實施例中,CF的測量可以通過在CF的測量期間使節點B和C開放(電浮動節點B和C)而改進。如果CA、CB和CC的值相對于耦合電容CBC和CCA小(例如,小一個數量級),那么保護一個節點并浮動其他節點變得更有效。然而,如果從節點至地的電容的值相對于耦合電容大,那么浮動該節點變得不太有效。
在圖1C所示的實施例中,電容CF可以通過在以所調制信號驅動節點A并且測量結果信號同時使節點B和C接地來確定。因為節點B和C接地,當CB、CBC和CC實際上從電路中移除時(如虛線框所示),電容CAB和CCB實際上與電容CF和CA并聯。電容CAB和CCB相對于CF典型地大,其增加了接收器模塊所需的動態范圍,因為CF連同CAB和CCB一起全部被測量。此外,由于電容CAB和CCB為沿著電阻性傳感器電極的分布式電容,傳感器電極的建立時間也增加了。
備選地,如圖1D所示,節點B和C(電極B和C)兩者都通過在兩個V(t)電壓發生器所示的節點驅動保護信號而被“保護”。保護信號可在振幅、形狀、相位和/或頻率的至少一個中與所調制信號V(t)相等。在這種實施例中,跨圖1D中所示的全部耦合電容CAB、CBC以及CCA(其連接到節點B和C)的電壓不改變,并且因而,這些電容有效地從電路中移除。所測量電容是CF與單個電容CA的和。在許多實施例中,CA與CF具有相同數量級,并且照這樣接收器模塊的動態范圍不需要被增加和/或傳感器電極的建立時間由于CA僅被稍微增加,允許更高的所調制信號或發射器信號頻率被使用。該保護還具有移除因溫度、電壓等所致的電容器CAB、CBC和CCA的變化的影響的重要的第二益處。
在一些實施例中,如圖1E所例示,保護信號施加到節點B和C其中之一,而另一個節點B或C電浮動。在這特定實施例中,保護信號施加到如V(t)電壓發生器所示的節點B。電容CC假定為相比于CBC和CCA小,從而節點C由施加到節點B的保護信號有效地驅動。這有效地將CCA從電路中移除。進一步地,因為所調制信號和保護信號施加到CBC和CCA的串聯組合的兩端,電容器CBC和CCA也可大體從等效電路中消除。因而,當CC相比于CBC和CCA小時,在浮動節點/電極C同時僅保護節點/電極B可大體等效于保護節點/電極B和C兩者。
在圖1F例示的實施例中,告警信號被驅動至節點B或節點C上,而節點B或節點C 的另一個由大體恒定電壓(例如,接地的)驅動。由于節點B被驅動,電容CB大體不影響結果信號,以及因為CBC的一端被驅動而另一端接地,CBC大體不影響結果信號。進一步地,因為節點C接地,電容CC大體不影響結果信號。進一步地,由于CAB的兩端由類似的信號驅動,其不影響結果信號。然而,因為節點C以大體恒定電壓驅動以及因為節點A以所調制信號驅動,節點C和節點A之間的電容(CCA)可能影響結果信號。這個實施例與圖1D和1E不同的是,例如,節點和地之間的電容值(例如,CC)被移除,而耦合電容(例如,CCA)則沒有。
圖1G例示一實施例,其中,節點B和節點C其中之一接地而節點的另一個浮動。在所例示實施例中,因為節點B接地,電容CB不影響結果信號。進一步地,因為CC和CBC并聯而CC,在許多實施例中,小于CBC,CC可被忽略。這導致CAB、CA、以及與CBC串聯的CCA,其可能會影響結果信號。
在顯示裝置的一個實施例中,典型地有為像素所共用的三個電極,例如:Vcom電極(即,共用電極)、柵極電極(即,柵極線)和源極電極(即,源極線)。以下將更詳細討論,在各種實施例中,這些電極中的任一個可以配置為傳感器電極。在一個實施例中,圖1B-1G所描述的四節點網絡可對應于單個子像素;然而,類似的論述可被擴展到子像素的聚合組。例如,節點A可以是也用于更新顯示器的傳感器電極。節點B和C可以是其他類型的顯示電極(例如,柵極和源極電極)。進一步地,與傳感器電極關聯的電容也可包括關聯線路或其他布線的電容。與子像素關聯的電容可包括包含四個節點的網絡:交流系統地(也被稱為“GND”,并在各種附圖中由符號示出)、Vcom電極、源極電極和柵極電極。
在一個實施例中,傳感器電極的每個包括共用電極層的一個或多個分段(Vcom電極分段)、源極線和柵極線,其中在以上討論中傳感器電極對應于節點A并且源極線對應于節點B并且柵極線對應于節點C。源極線和/或柵極線可以以保護信號來驅動或電浮動以至少部分地移除它們的寄生電容的影響。進一步地,共用電極也可以以保護信號來驅動,使得它們的電容不會影響正被驅動用于電容性感測的傳感器電極。相比之下,典型的顯示裝置在觸摸測量間隔期間可驅動直流電壓至源極和柵極線上,例如,如圖1C所示,其中節點B和節點C接地。相比之下,圖1D-1F例示驅動保護信號至顯示電極的至少一個上以便移除耦合電容的一個或多個。
在另一實施例中,傳感器電極與Vcom電極(共用電極)分離,其中Vcom電極以保護信號來驅動以減少Vcom電極和傳感器電極之間的寄生的電容性耦合的影響。進一步地,所有柵極線和/或源極線也可以以保護信號來驅動或電浮動以減少柵極線和傳感器電極之間 以及源極線與傳感器電極之間的寄生電容的影響。
在另外的實施例中,第一傳感器電容可以以發射器信號來驅動,而包括對應于該發射器信號的影響的結果信號以第二傳感器電極來接收。與上述類似的方案可以應用至接近第一傳感器電極和/或第二傳感器電極的顯示電極。通過減少或消除從發射器電極(第一傳感器電極)和接收器電極(第二傳感器電極)到地的電容,發射器電極和/或接收器電極的建立時間可被改善。進一步地,發射器和接收器電極之間的電容值的任何變化(其基于發射器和/或接收器電極與顯示電極之間的電容的變化)可被減少或消除。
以上論述可以進一步應用至在即將到來的描述中具體化的各種配置。
傳感器電極布置
在一個實施例中,傳感器電極120可以布置到同一襯底的不同側。例如,傳感器電極120的每個可以跨襯底的表面之一縱向延伸。還進一步地,在襯底的一側,傳感器電極120可沿第一方向延伸,但在襯底的另一側,傳感器電極120可沿第二方向延伸,其中第二方向與第一方向要么平行要么垂直。例如,該電極120可以成形為條或條紋,其中在襯底的一側的電極120沿垂直于在襯底相對側的傳感器電極120的方向延伸。
傳感器電極可在襯底側面上形成為任何期望的形狀。此外,在襯底一側的傳感器電極120的大小和/或形狀可不同于在襯底另一側的電極120的大小和/或形狀。另外,同一側的傳感器電極120可以具有不同的形狀和大小。
在另一實施例中,傳感器電極120可形成于隨后層壓在一起的不同襯底上。在一個示例中,布置于襯底其中之一上的第一批多個傳感器電極120可以用于傳送感測信號(即,發射器電極),而布置于另一襯底上的第二批多個傳感器電極120用于接收結果信號(即,接收器電極)。在其他實施例中,第一和/或第二批多個傳感器可作為絕對電容性傳感器電極被驅動。在一個實施例中,第一批多個傳感器電極可相比于第二批多個傳感器電極更大(更大的表面區域),盡管這不是必需的。在其他實施例中,第一批多個和第二批多個傳感器電極可具有類似的大小和/或形狀。因而,在襯底其中之一上的傳感器電極120的大小和/或形狀可與另一襯底上的電極120的大小和/或形狀不同。盡管如此,傳感器電極120可在它們相應的襯底上形成為任何期望的形狀。另外,同一襯底上的傳感器電極120可以具有不同的形狀和大小。
在另一實施例中,傳感器電極120全部位于共用襯底的同一側或表面。在一個示例中,第一批多個傳感器電極包括該第一批多個傳感器電極與第二批多個傳感器電極交叉所在區域中的跳線,其中跳線與第二批多個傳感器電極絕緣。如上,傳感器電極120可各自具有 相同的大小或形狀,或者不同的大小和形狀。
在另一實施例中,傳感器電極120全部位于共用襯底的同一側或表面,并在感測區170中彼此絕緣。在這種實施例中,傳感器電極120彼此電絕緣。在一個實施例中,電極120布置于矩陣陣列中,其中每一傳感器電極120大體是相同大小和/或形狀。在這種實施例中,傳感器電極120可稱為矩陣傳感器電極。在一個實施例中,傳感器電極120的矩陣陣列中的傳感器電極的一個或多個可在大小和形狀至少一個中改變。矩陣陣列的每一傳感器電極可以對應于電容性圖像的像素。在一個實施例中,處理系統110配置成以所調制信號驅動傳感器電極120來確定絕對電容的變化。在其他實施例中,處理系統110配置成驅動發射器信號至傳感器電極120的第一個上并且以傳感器電極120的第二個接收結果信號。發射器信號與所調制信號在形狀、振幅、頻率和相位中的至少一個中類似。在各種實施例中,發射器信號和所調制信號是同一信號。進一步地,發射器信號是用于跨電容性感測的所調制信號。在各種實施例中,一個或多個網格電極可布置于共用襯底上、在傳感器電極120之間,其中網格電極可用于屏蔽并保護傳感器電極。
如本文所使用的,屏蔽指驅動恒定電壓至電極上而保護指驅動可變電壓信號至第二電極上,其中可變電壓信號與調制第一電極的信號在振幅和相位中大體類似,以便測量第一電極的電容。電浮動電極,在其中通過浮動第二電極經由來自輸入裝置100中第一或第三電極的電容性耦合來接收期望的保護波形的情況下,可以理解為保護的形式。在各種實施例中,保護可被認為是屏蔽的子集,使得保護傳感器電極也會屏蔽那個傳感器電極。網格電極可以以可變電壓、大體恒定電壓驅動,或者電浮動。當它以發射器信號來驅動時,網格電極也可以用作發射器電極,使得網格電極與一個或多個傳感器電極之間的電容性耦合可被確定。在一個實施例中,浮動電極可以布置于網格電極和傳感器電極之間。在一個特定實施例中,浮動電極、網格電極以及傳感器電極組成顯示裝置的共用電極的整體。在其他實施例中,網格電極,而不是傳感器電極120或兩者,可以布置于獨立的襯底或者襯底的表面,。盡管傳感器電極120可在襯底上電絕緣,電極可以在感測區170外,例如,在連接區(其傳送或接收在傳感器電極120上的電容性感測信號)中耦合在一起。在各種實施例中,傳感器電極120可以使用各種圖案按陣列來布置,其中電極120并不都是同一大小和形狀。此外,陣列中的電極120之間的距離可能不是等距的。
在以上討論的傳感器電極布置的任一個中,傳感器電極120和/或網格電極可以形成于在顯示裝置160外部的襯底上。例如,電極120和/或網格電極可布置于輸入裝置100中的透鏡的外表面上。在其他實施例中,傳感器電極120和/或網格電極布置于顯示裝置的濾 色玻璃和輸入裝置的透鏡之間。在其他實施例中,布置傳感器電極和/或網格電極的至少一部分,使得他們位于薄膜晶體管襯底(TFT襯底)和顯示裝置160的濾色玻璃之間。在一個實施例中,第一批多個傳感器電極和/或網格電極布置于TFT襯底和顯示裝置160的濾色玻璃之間,而第二批多個傳感器電極和/或第二網格電極布置于濾色玻璃和輸入裝置100的透鏡之間。在又一些實施例中,所有傳感器電極120和/或網格電極布置于TFT襯底和顯示裝置的濾色玻璃之間,其中傳感器電極可布置于同一襯底或不同的襯底上,如上所述。
在一個或多個實施例中,至少第一批多個傳感器電極120包括顯示裝置的一個或多個顯示電極(其用于更新顯示器)。例如,傳感器電極120可以包括諸如Vcom電極的一個或多個分段的共用電極、源極驅動線、柵極線、陽極子像素電極或陰極子像素電極、或其他顯示元件。這些共用電極可布置于適當的顯示屏襯底上。例如,共用電極可以布置于在一些顯示屏(例如,平面內切換(IPS)、邊緣場切換(FFS)或平面至線切換(PLS)、有機發光二極管(OLED))中的透明襯底(玻璃襯底、TFT玻璃、或任何其他透明材料)上,在一些顯示屏(例如,圖案垂直調整(PVA)、多域垂直調整(MVA)、IPS和FFS)的濾色玻璃的底部上、在陰極層(OLED)上等。在這種實施例中,共用電極也可以稱為“組合電極”,因為它執行多種功能。在各種實施例中,傳感器電極120的每個包括與像素或子像素關聯的一個或多個共用電極。在其他實施例中,至少兩個傳感器電極120可共用與像素或子像素關聯的至少一個共用電極。盡管第一批多個傳感器電極可包括配置用于顯示更新和電容性感測的一個或多個共用電極,第二批多個傳感器電極可配置用于電容性感測且不用于顯示更新。進一步地,在一個或多個實施例中,網格電極和/或浮動電極,當存在時,包括一個或多個共用電極。
備選地,所有傳感器電極120可以布置于TFT襯底和顯示裝置160的濾色玻璃之間。在一個實施例中,第一批多個傳感器電極布置于TFT襯底上,其中每個包括一個或多個共用電極,而第二批多個傳感器電極可以布置于濾色玻璃和TFT襯底之間。具體地,接收器電極可以在濾色玻璃上的黑色掩膜內布線。在另一實施例中,所有傳感器電極120包括一個或多個共用電極。傳感器電極120可以作為電極的陣列全部地位于TFT襯底或者濾色玻璃上。如上所述,傳感器電極120的一些可使用跳線在陣列中耦合在一起,或者所有電極120可在陣列中電絕緣并使用網格電極來屏蔽或保護傳感器電極120。在又一個實施例中,網格電極,當存在時,包括一個或多個共用電極。
在上述傳感器電極布置的任一個中,傳感器電極120可通過將傳感器電極120劃分為發射器和接收器電極而在跨電容性模式下或在絕對電容性感測模式下、或在兩者的某種混 合下在輸入裝置100中進行操作。
以下將更詳細地討論,傳感器電極120或顯示電極的一個或多個(例如,源極、柵極、或基準(共用)線)可以用于執行屏蔽或保護。如本文所使用的,屏蔽指除浮動輸入裝置100中的電極外,驅動恒定電壓或保護信號(可變電壓信號)至電極上。
繼續參考圖1A,耦合至傳感器電極120的處理系統110包括傳感器模塊,并且在各種實施例中,處理系統110也可以或備選地包括顯示驅動器模塊。傳感器模塊包括配置成驅動傳感器電極120的至少一個以在輸入感測被期望的時期期間用于電容性感測的電路。在一個實施例中,傳感器模塊配置成驅動所調制信號到至少一個傳感器電極上以檢測該至少一個傳感器電極和輸入對象之間的絕對電容的變化。在另一實施例中,傳感器模塊配置成驅動發射器信號到該至少一個傳感器電極上以檢測該至少一個傳感器電極和另一傳感器電極之間的跨電容的變化。所調制和發射器信號一般是包括在分派用于輸入感測的一段時間上的多個電壓轉變的可變電壓信號,并且也可以稱為電容性感測信號。在各種實施例中,所調制信號與發射器信號在形狀、頻率、振幅和/或相位的至少一個中類似。在其他實施例中,所調制信號和發射器信號在頻率、形狀、相位、振幅和相位中不同。傳感器模塊可以選擇性地耦合到傳感器電極120的一個或多個。例如,傳感器模塊204可以耦合到傳感器電極120的至少一個,并在絕對或跨電容性感測模式中操作。
傳感器模塊包括配置成以傳感器電極120接收結果信號的電路,其中結果信號包括在輸入感測被期望的時期期間與所調制信號或發射器信號對應的影響。傳感器模塊可確定感測區中輸入對象140的位置或可向另一模塊或處理器(例如,確定模塊或電子裝置的處理器(即,主處理器))提供包括指示結果信號的信息的信號,以用于確定感測區中輸入對象140的位置。
顯示驅動器模塊包括配置成在顯示更新時期期間向顯示裝置160的顯示器提供顯示圖像更新信息的電路。在一個實施例中,顯示驅動器耦合至顯示電極(源極電極、柵極電極和Vcom電極)并且配置成驅動至少一個顯示電極來設定與顯示裝置的像素關聯的電壓,并且在保護模式中操作該至少一個顯示電極來減輕多個傳感器電極中的第一傳感器電極和該至少一個顯示電極之間的耦合電容的影響。在各種實施例中,顯示電極是驅動電壓至與像素關聯的存儲元件上的源極電極、設定與像素關聯的晶體管上的柵極電壓的柵極電極、以及向存儲元件提供基準電壓的共用電極中的至少一個。
在一個實施例中,傳感器模塊和顯示驅動器模塊可包括在共用集成電路(第一控制器)內。在另一實施例中,傳感器模塊和顯示驅動器模塊包括在兩個獨立集成電路中。在那 些包括多個集成電路的實施例中,同步機制可以耦合至它們之間,其配置成使顯示更新時期、感測時期、發射器信號、顯示更新信號等同步。
保護顯示電極
圖2A-2E是根據本文描述的實施例的、例示用于測量電容的電路的電路圖。具體地,圖2A-2E可以表示在執行如上所述的絕對電容感測時圖1A中的輸入裝置100的電路模型。盡管本實施例討論在絕對電容感測的上下文中使用保護信號,但本公開并不限定于此。替代地,在跨電容感測期間,保護信號(即,與發射器信號類似的信號)可被傳送至下面所述的顯示電極上,其在電容性感測期間沒有使用。這樣做可以減少功率消耗并改進建立時間。
如圖2A中圖示200所示,在節點D,感測電壓耦合至傳感器電極120的一個或多個。圖示200包括積分器210,其包括具有反饋電容器(CFB)的運算放大器。積分器210測量傳感器電極120和自由空間(或大地)之間的電容,該電容由圖2A中的電容器CABS所表示。當輸入對象出現在輸入裝置中感測區附近時,這個電容變化。在一個實施例中,在節點E所調制信號可在低電壓和高電壓間切換。由于節點E上的電壓變化,積分器驅動負端到同一電壓。基于積分器210的輸出電壓,輸入裝置能夠確定多少電荷必須流動以便對電容CABS和CP充電,并從而確定這些電容的值。在其他實施例中,所調制電壓可以替代地施加到節點E以便測量CABS。還進一步地,代替驅動電壓以便測量電流以確定如圖2A-2F所示的CABS的值,備選地,輸入裝置能夠驅動電流并測量電壓。無論用于測量CABS的具體技術,如下所述保護傳感器和/或顯示電極可改進性能。
圖示200還例示,寄生電容CP可能影響積分器210獲得的測量。以上與圖1B-1G相關所述,由于寄生電容可能比電容CABS的變化大得多,積分器210在沒有利用技術來處理高寄生電容CP的情況下可能無法有效地識別電容CABS的變化。圖2B中的圖示250例示電路模型,其中保護信號215被施加,其使積分器210能夠有效得識別電容CABS的變化,甚至在高寄生電容CP的存在的情況下。
在圖示250中,以及如上所述,寄生電容CP表示傳感器120和輸入裝置中任一電極205之間的耦合電容。照這樣,電極205可以是當前沒有被感測的另一傳感器電極或者接近電極120的顯示電極—例如,用于更新輸入裝置中顯示圖像的源極、Vcom、陰極或柵極電極。為了防止電極205和傳感器電極120之間的寄生電容干擾積分器210進行的絕對電容測量,保護信號可直接或間接地施加至電極205。具體地,保護信號可與驅動至電極120上的調制信號相同或大體類似。因而,如果跨寄生電容的電壓沒有變化(即,如果在電容CP一側上的電壓改變了與另一側上的電壓相同的量),那么電容CP不影響積分器210進行的測 量。例如,如果在節點E,調制信號由在低和高感測電壓之間進行切換來定義,相同的電壓變化可作為保護信號施加至電極205。
在一個實施例中,節點D或者節點E可以電耦合至電極205,使得驅動至電極120上的同一所調制信號作為保護信號被驅動至電極205上,但這不是必需的。例如,被同步化的其他驅動電路,可以用于驅動保護信號至電極205上,該保護信號與驅動至電極120上的所調制信號大體類似(即,相同相位和/或頻率和/或振幅)。
圖2C例示圖示260,其中傳感器電極與顯示電極(例如,源極、柵極、或Vcom(或陰極)電極)分離。由于電極之間的緊密接近,在傳感器電極(示出為圖2C中的第一傳感器電極)和輸入裝置中的其他電極之間可能存在寄生電容。換言之,圖2C中的寄生電容是第一傳感器電極和第二傳感器電極之間的耦合電容(CSE)、第一傳感器電極和Vcom電極之間的耦合電容(Cvcom)、第一傳感器電極和源極電極之間的耦合電容(CS)、第一傳感器電極和柵極電極之間的耦合電容(CG)的組合。為了在測量絕對電容時減輕這些寄生電容的影響,電極以一個或多個保護信號來直接或間接地驅動。
在一個實施例中,第一傳感器電極可以是多個接收器電極中的一個或多個,而第二傳感器電極可以是多個發射器電極中的一個或多個。在其他實施例中,第一和第二傳感器電極是共用的多個傳感器電極(例如,發射器電極、接收器電極或矩陣傳感器電極)中的第一和第二傳感器電極。在另一實施例中,第一傳感器電極可以是多個發射器電極中的一個或多個,而第二傳感器電極可以是多個接收器電極中的一個或多個。在另外的實施例中,第一傳感器電極是一種類型的矩陣傳感器電極,而第二傳感器電極是同一類型的矩陣傳感器電極。在另外的實施例中,第一傳感器電極是多個矩陣傳感器電極中的一個或多個,而第二傳感器電極是一個或多個網格電極。進一步地,第一傳感器電極是一種類型的矩陣傳感器電極,而第二傳感器電極是第二、不同類型的矩陣傳感器電極。雖然在圖2C中沒有例示,第二傳感器電極、Vcom電極、源極電極和柵極電極其中之一可進一步電容性耦合至另一傳感器電極,并且其可以增加傳感器電極的寄生電容。
圖2D例示圖示270,其中傳感器電極中的第二傳感器電極包括用于顯示更新的顯示裝置的一個或多個共用電極(這里示出為Vcom/傳感器電極)以及輸入傳感器以及沒有用于更新顯示裝置的第一傳感器電極。如所例示,第一傳感器電極電容性耦合至顯示裝置的Vcom/傳感器電極、源極電極和柵極電極。因而,當所調制信號被驅動至第一傳感器電極上,保護信號也可以被驅動至Vcom/傳感器電極、源極和柵極電極上,從而在測量絕對電容CABS時減輕寄生電容的影響。雖然在圖2D中沒有例示,另一寄生電容可能存在于第一傳感 器電極和第二傳感器電極之間(其中第一和第二傳感器電極可能屬于共用的多個傳感器電極),或存在于第一傳感器電極和網格電極之間。進一步地,第二傳感器電極、Vcom電極、源極電極和柵極電極其中之一可進一步地電容性耦合至另一傳感器電極,并且其可以增加傳感器電極的寄生電容。
在一個實施例中,輸入裝置還可以測量第二傳感器電極(Vcom/傳感器電極)和大地之間的絕對電容。在這種情況下,所調制信號被驅動至第二傳感器電極上,而保護信號可被驅動至第一傳感器電極上。換言之,代替同時驅動所調制信號至所有傳感器電極上,電路在一個感測周期期間在驅動保護信號至第一傳感器電極上的同時僅在第二傳感器電極上執行絕對電容性感測,但然后在隨后的感測周期期間反轉并且在傳送保護信號至第二傳感器電極上的同時測量與第一傳感器電極關聯的絕對電容。
圖2E例示電路380,其中所有傳感器電極包括顯示裝置的一個或多個共用電極。然而,在其他實施例中,傳感器電極可以是源極或者柵極電極。例如,傳感器電極可以作為電極的陣列位于同一襯底(或表面)上,或者跨顯示裝置中多個表面分布。第一傳感器電極(即,共用電極或Vcom/傳感器電極)之間的寄生電容可以包括共用電極和沒有采用與第一傳感器電極相同的方式驅動的源極、柵極以及相鄰傳感器電極之間的耦合電容。為了確保跨這些寄生電容的電壓不改變,保護信號可被直接或間接地驅動至源極、柵極以及相鄰電極上。相鄰傳感器電極可以包括網格電極或第二傳感器電極。另外,傳感器電極和附加的相鄰傳感器電極之間的寄生電容也可能存在,其中第一相鄰傳感器電極可以是另一傳感器電極,而第二相鄰傳感器電極可以是網格電極。進一步地,相鄰傳感器電極、源極電極和柵極電極其中之一可以進一步地電容性耦合至另一傳感器電極,并且其可以影響傳感器電極的寄生電容。
在另外的實施例中,如圖2F中例示,第一傳感器電極(發射器電極)可以發射器信號來驅動,而包括對應于發射器信號的影響的結果信號以第二傳感器電極(接收器電極)來接收。在電路290中,發射器電極包括至少一個共用電極。進一步地,接收器電極可以包括至少一個共用電極,但在各種實施例中,接收器電極可以與共用電極分離。通過減少或消除從發射器電極(第一傳感器電極)至源極電極/柵極電極的電容,發射器電極的建立時間可被改進。如所示,源極電極和/或柵極電極可以保護信號來驅動,使得發射器電極與源極電極和/或柵極電極之間的寄生電容CTS和CTG被減少或消除。雖然在圖2F中沒有例示,當發射器電極與Vcom電極分離時,附加的寄生電容可能存在于接收器電極與Vcom電極之間。
盡管圖2C-2F例示跨各種顯示和傳感器電極驅動同一保護信號,這是為了便于解 釋。在其他實施例中,跨顯示和傳感器電極的直流電壓可能是唯一的。因而,驅動保護信號至電極上僅采用相同的方式改變電極上的直流電壓,但并未使他們成為等效電壓。例如,保護信號可以使源極、柵極和Vcom電極上的每一電壓提高4V,但電極上的結果電壓可能是不同的,例如,分別為-1V、3V和5V。因而,減輕寄生電容的影響并不取決于各種電極的絕對電壓,而是跨寄生電容的電壓保持大體不變。
另外,保護信號可使用電容性耦合在不同電極間傳送。例如,Vcom和柵極電極可以位于顯示裝置中的相鄰層上。照這樣,保護信號可被驅動至這些電極中的僅一組上,并依靠電極間的電容性耦合來使保護信號傳播至電極的兩組上。
進一步地,在圖2B-2F的實施例的任一個中,貢獻寄生電容性耦合的顯示和傳感器電極其中之一可以大體恒定信號來驅動,而其他電極以保護信號來驅動,這在圖1B-1G中描述。又進一步地,在圖2B-2F的實施例的任一個中,貢獻寄生電容性耦合的顯示和傳感器電極的至少一個可以電浮動,而其他電極以保護信號來驅動或者電浮動,這在圖1B-1G中描述。
圖3A-3B是根據本文所述的實施例,用于在電容性感測期間保護顯示電極的顯示系統的示意性框圖。具體地,顯示系統300包括門選擇邏輯305和耦合到像素315的多個源極驅動器310。例如,系統300可以是在圖1A中討論的輸入裝置100中顯示裝置的一部分。門選擇邏輯305(也被稱為行選擇邏輯)可通過激活像素315中相應的晶體管開關來選擇柵極電極325其中之一(或行)。當開啟時,這些開關使能導電通路,通過其源極驅動器310可以驅動跨電容器320的期望電壓。電容器320上的電壓由連接到源極驅動器310的源極電極330(或列線)上的電壓與共用電極350上的基準電壓(例如Vcom)之間的電壓差來定義。在一個實施例中,電容器320上的電容可以基于,至少部分地,用于設定與像素315關聯的顏色的液晶材料。然而,本文所述的實施例并非限定到任何特定的顯示技術,并且可以,例如,與LED、OLED、CRT、等離子體、EL或其他顯示技術一起使用。
門選擇邏輯305可以掃描(raster)通過顯示屏幕的個體行,直到所有像素已被更新(在本文中被稱為顯示幀更新)。例如,門選擇邏輯305可以激活單個柵極電極325或行。作為響應,源極驅動器310可以驅動相應電壓至源極電極330上,其在所激活行中生成跨電容器320的期望電壓(相對于基準電壓)。門選擇邏輯305然后可在激活隨后行之前解除激活這個行。通過這種方式,門選擇邏輯305和源極驅動器310可受,例如,處理系統上的顯示驅動器模塊控制,使得源極驅動器310在門選擇邏輯305激活每一行時為像素315提供正確的電壓。
當執行電容性感測時,或更具體地,當執行絕對電容感測時,柵極、源極和共用電極325、330、350可以傳送保護信號。系統300包括多路復用器340(即,mux),其可以用于傳送保護信號至顯示電極上。例如,當執行電容性感測時,顯示裝置可以切換控制多路復用器340的選擇信號,使得保護信號被傳送至顯示電極上—即,柵極、源極和共用(或陰極)電極325、330、350。盡管系統300例示傳送保護信號至所有顯示電極上,在其他實施例中,電極的僅一個或多個可被選擇以運送保護信號,而其他顯示電極可選地電浮動。例如,如果傳感器電極與源極電極330之間的耦合電容遠大于傳感器電極與柵極電極325之間的耦合電容,保護信號可僅被驅動至源極電極330上并且柵極電極可被驅動或電浮動。
圖3B例示使用顯示系統390,其使用電荷共享系統來驅動保護信號至源極電極330和共用電極350上。當執行電容性感測時,顯示系統390可以使用邏輯—例如,控制邏輯345和開關元件335—其已經包括在諸如電荷共享系統的顯示系統390內。為了在電容性感測期間使用這個邏輯,控制邏輯345可禁能源極驅動器并且激活開關元件335,使得共用電極350連接到源極電極330。另外,控制邏輯345指示開關340(這里示出為mux)來驅動保護信號215至共用電極350上。也就是說,代替將共用電極350耦合至基準電壓Vcom,共用電極350替代地傳送保護信號。由于共用電極350和源極電極330經由開關元件335來連接,保護信號也被驅動至源極線330上。通過這種方式,當執行電容性感測時,顯示系統390中的開關元件335使能保護信號至源極和共用電極330、350的傳輸,以便移除這些電極和傳感器電極(未示出)之間的寄生電容。
盡管圖3B例示使用開關340在基準電壓和保護信號之間切換,這僅用于例示的目的。在其他實施例中,共用電極350可耦合至能夠驅動基準電壓或者保護信號至共用電極350上的驅動器。因而,附加硬件可不必添加至顯示系統390,以便傳送保護信號至基準和源極電極330。此外,圖3B例示傳送保護信號至源極和共用電極330、350上的僅一個示例,其中顯示系統390包括,例如,電荷共享系統。在另一實施例中,即使顯示系統缺少電荷共享系統,源極驅動器310可以用于驅動保護信號至源極電極330的每個上,而獨立驅動器(未示出)傳送保護信號至共用電極350上。也就是說,即使源極電極330沒有彼此耦合或者沒有耦合至共用電極350,顯示系統可配置成傳送保護信號至顯示電極上。
例如,當共用電極350以保護信號來驅動時,柵極電極325和/或源極電極330可電浮動以有效地從傳感器電極移除它們的電容。在另一示例中,共用電極350和柵極電極325可以保護信號來驅動而源極電極330可以電浮動。在其他示例中,共用電極350和源極電極330以保護信號來驅動而柵極電極325可電浮動。在又一示例中,柵極電極325可以保護信 號來驅動而源極電極330和/或共用電極350電浮動。在另一示例中,柵極電極325和源極電極330可以保護信號來驅動而共用電極350可電浮動。在另外的示例中,源極電極330可以所調制信號來驅動而柵極電極325和/或共用電極350可電浮動。在以上示例中,電浮動電極以經由浮動電極和所驅動電極之間的耦合電容的保護信號來調制。在其他示例中,當電極(共用電極350、柵極電極325和源極電極330)其中之一以告警信號來驅動時,至少一個其他電極以大體恒定的電壓來驅動。
在一個實施例中,傳感器電極的一個或多個布置于圖3A和3B所示的顯示系統所用的濾色玻璃和輸入裝置的輸入表面之間。在一個實施例中,一組傳感器電極布置于顯示裝置的濾色玻璃和輸入裝置的輸入表面之間。在顯示裝置內的電極可以包括顯示裝置的一個或多個顯示電極—即,電極在更新顯示器時和在執行電容性感測時被使用。在又一實施例中,傳感器電極的一個或多個布置于顯示裝置的有源層和濾色玻璃之間,其中傳感器電極也用作顯示裝置的顯示電極。在板內柵極(gate-in-panel)系統中,輸入裝置在電容性感測期間能夠切換柵極電極至高阻抗狀態。
圖4A-4B根據本文所述的實施例、例示用于保護顯示系統中柵極電極的集成觸摸和顯示控制器400。具體地,控制器400可耦合到圖3A中的顯示系統300,以驅動保護信號至耦合到門選擇邏輯305的柵極電極325上。在一個實施例中,控制器400可以是圖1A所示的處理系統110。此外,控制器400可以包括在輸入裝置中執行電容性感測和顯示更新兩者的必需的邏輯。例如,控制器400可以是單個IC芯片。盡管未示出,控制器400可以包括圖3A所示的控制邏輯345,其發布用于驅動保護信號至如上所述的源極以及共用電極上的控制信號。
集成控制器400包括功率源405和功率轉換器410。功率源405,其也可在控制器400外部,向功率轉換器410提供功率信號以生成用于圖3A所示的柵極電極325的電壓。這里,功率轉換器410生成高柵極電壓VGH和低柵極電壓VGL,圖3A中的門選擇邏輯305可然后使用其來激活或者解除激活像素315的行。在一個實施例中,集成控制器400可以包括源極驅動器310。從而,集成控制器400可以向顯示屏提供源極電壓(VS)以及柵極電壓VGH和VGL。在一個實施例中中,保護信號可以直接或間接地通過調制傳送到驅動顯示電極的電路的功率源電壓來生成。
圖4B例示控制器400的更詳細的電路模型。具體地,電荷泵420生成柵極電壓VGH和VGL。例如,功率源405向生成柵極電壓VGH和VGL的電荷泵420提供功率。在一個實施例中,VGH可能大約為15V,而VGL是-10V。為將保護信號215插入至柵極電壓上,功率轉 換器410包括耦合在存儲電容器C1和C2之間的節點。這些電容器將保護信號215耦合到由功率轉換器410生成的直流柵極電壓中。在一個實施例中,該節點可被耦合至共用電極。從而,通過這種方式,保護信號215可被驅動至柵極電壓VGH和VGL上。當保護信號215沒有傳送時,電容器C1和C2之間的節點可以替代地連接至直流電壓。在一個實施例中,電路(例如,電平位移器415)可設計成確保個體組件能夠容忍由保護信號215引入的電壓波動。此外,電平位移器415,其可用于將來自顯示驅動器模塊的時鐘和控制信號電平位移至門選擇邏輯305,被耦合至功率源以確保控制信號按照與功率信號(VGH和VGL)相同的方式來調制。這樣做也自動地保護控制信號。
如圖3A-3B和4A-4B所示,顯示電極(即,源極、柵極和共用電極)可以驅動保護信號215從而移除這些電極與傳感器電極之間的寄生電容。此外,適當地驅動保護信號至顯示電極上不影響儲存在像素電容器320中的電壓,并且因而,不改變當前顯示在集成顯示屏上的圖像。換言之,由于保護信號按照相同的方式改變顯示電極上的電壓—即,顯示電極上的電壓波動是相同的—像素晶體管保持斷開,其阻止像素上的電壓被破壞。從而,跨電容器320的電壓電勢保持相同從而保持所顯示圖像。在一個示例實施例中,柵極-斷開電壓VGL可以從-10V至-6V波動,而Vcom/源極線基于4V的正負峰間保護信號從0V至4V波動。
如果保護信號選擇性地施加至顯示電極—例如,僅至共用電極—保護信號可被設計使得該信號不破壞由像素顯示的圖像。例如,如果共用電極被驅動成相對于柵極電極上的電壓過于負性,開關可激活并導致電荷從像素中流失。損失像素上的電荷也可通過僅沿正向驅動保護信號或者通過降低柵極-斷開電壓而被阻止,以阻止晶體管的激活。
圖5是根據本文所述的實施例的、顯示系統500的示意性框圖,其中顯示電極用于執行電容性感測。具體地,顯示系統500例示在更新顯示時使用的電極也可以在執行電容性感測時用作傳感器電極。在一個實施例中,耦合至電容器320的共用電極350可用作圖1A所示的傳感器電極120的一個或多個。也就是說,代替將傳感器電極布置于顯示屏上,共用電極350可以充當傳感器電極的一個或多個。為了選擇性地驅動所調制信號至共用電極350上,顯示系統500包括耦合至相應的共用電極350的多個發射器505。使用開關元件510,每個共用電極350可以與其他電極350電絕緣,其允許發射器505驅動唯一信號至共用電極350上,而其他發射器505可以驅動不同的信號至其他電極上。
例如,如果共用電極350當前正用作用于絕對電容性感測的傳感器電極,發射器505可以傳送所調制信號至共用電極350上。為了驅動保護信號至源極電極330上,顯示系統500仍可使用開關元件335來將源極電極330電連接至從mux輸出的保護信號。使用開關元 件510,保護信號可被選擇性地驅動至共用電極350上。例如,保護信號可被驅動至當前沒有被感測的所有共用電極350(即,沒有使用發射器信號來驅動的所有電極350)上。當不執行電容性感測時,源極電極330可以使用開關元件335與共用電極350斷開連接,并且mux可以使用開關元件510輸出Vcom至電極350上。
盡管沒有在圖3A-B和5中示出,切換機構可以耦合至一個或多個顯示電極以三態化或者電浮動顯示電極。這可以耦合至顯示電極的每個或僅耦合至顯示電極的子集。例如,共用電極、源極電極和柵極電極的一個或多個可以耦合至切換機構以電浮動那些電極。
為了形成電容性輪廓或者電容性圖像,輸入裝置可以使用相應的發射器505按序地驅動所有共用電極350或者掃描每一共用電極350以測量與電極350關聯的電容值。在一個實施例中,輸入裝置可然后按序地驅動通過在顯示屏外部的傳感器電極的組。照這樣,保護信號可被驅動至共用電極350上,而所調制信號被驅動至外部傳感器電極上。
結論
驅動保護信號至顯示電極以及當前沒有用于進行電容性測量的傳感器電極上,可以在測量與傳感器電極關聯的電容時減輕耦合電容的影響、減少功率損耗、或改進建立時間。在一個實施例中,顯示電極可以具有與所調制信號類似的特征(例如,類似的振幅和/或相位)。通過驅動與所調制信號大體類似的保護信號至顯示電極上,傳感器電極和顯示電極之間的電壓差保持相同。從而,傳感器電極和顯示電極之間的耦合電容不影響電容測量。
提出本文闡述的實施例和示例以便最好地解釋按照本技術和其特定應用的實施例以及從而使得本領域技術人員能夠實現并使用本發明。但是,本領域技術人員將認識到前述描述和示例僅為了例示和示例的目的而提出。所闡述的描述并不意在是窮舉性的或將本發明限定到所公開的精確形式。

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