一种有源触控系统的驱动方法与流程

本发明涉及触控屏，尤其涉及有源触控屏及其驱动方法。

背景技术：
触摸是人类最重要的感知方式,是人与机器进行互动的最自然的方式。触控屏发展至今已广泛用于个人计算机、智能电话、公共信息、智能家电、工业控制等众多领域。在目前的触控领域，主要有电阻式触控屏、光电式触控屏、超声波式触控屏、平面电容式触控屏，近年来投射电容式触控屏发展迅速。电阻式触控屏仍是目前市场上的主导产品，但电阻式触控屏的双层基板的结构，使得触控屏和显示面板层叠在一起使用时，触控屏的反光非常影响显示的亮度、对比度、色饱和度等显示品质，使整个显示质量大大下降，而加大显示面板背光的亮度，还会使功耗大涨；模拟式电阻触控屏还存在定位漂移的问题，不时要进行位置校准；另外，电阻式触控屏电极接触的工作方式，又使得触控屏的寿命较短。红外线式触控屏和超声波式触控屏不会影响显示质量。但红外线式触控屏和超声波式触控屏成本高，水滴和尘埃都会影响触控屏工作的可靠性，特别是红外线式触控屏和超声波式触控屏机构复杂、功耗大，使得红外线式触控屏和超声波式触控屏基本无法应用在便携式产品上。平面电容式触控屏的单层基板的结构，使得触控屏和显示面板层叠在一起使用时，触控屏对显示质量的影响不大。但平面电容式触控屏也存在定位漂移的问题，不时要进行位置校准；水滴也会影响触控屏工作的可靠性；特别是平面电容式触控屏功耗大、成本高，也让平面电容式触控屏基本无法应用在便携式产品上。投射电容式触控屏仍然可以是单层基板结构，也使得触控屏和显示面板层叠在一起使用时，触控屏对显示质量的影响不大。但投射电容式触控屏是通过测量手指或其他触控物对触控屏电极间耦合电容的影响，实际是通过测量手指或其他触控物对触控屏电极充放电的影响，来探测手指或其他触控物在触控屏上的位置。定位点需要经过模拟计算，而非真正的数字式触控屏。制造和使用环境中的分布电容都会影响触控屏工作的可靠性，显示驱动信号及其他电信号的干扰都会影响触控屏的工作，水滴也会影响触控屏工作的可靠性；另外，投射电容式触控屏对探测电极线的电阻值方面有较高要求，往往需要有金属类的高电导率电极层，制做工艺复杂、成本高，特别是在大尺寸、超大尺寸触控屏方面成本过高。随着近年来iPhone手机和Windows7操作系统的推出，人们对多点触控的兴趣骤然提升。无论是电阻式还是电容式触控屏，由于屏幕上每一感测线直接连接多个感测单元，各感测单元之间并不完全独立。为了能够分辨多个触控点，相对单点触控来说，要么检测的扫描方式变得十分复杂，检测要花费大量时间和功耗；要么检测后的判断程序变得十分复杂，需要强大的计算能力和存储空间，也要花费大量时间和功耗。中国专利ZL2010202966254提出了一种有源触控系统，通过触控屏上所设置的有源器件单元阵列，将触控屏上阵列排布的感测电极单元隔离开来，以使各个感测单元可以完全独立地感测触控物所引起的电容的变化，让多点触控变得轻松自然。

技术实现要素：
本发明就是为了提供一种有源触控系统的驱动方法，对有源触控屏各电极线有效地实施触控激励信号的施加，实现对阵列排布的感测电极单元的逐点独立侦测。本发明的有源触控系统的基本工作原理是：在触控基板上阵列状地设置感测电极单元和有源器件单元，以及两组相交的控制电极线和检测电极线，检测电极线通过有源器件单元连接感测电极单元。用控制电极线来控制有源器件单元的通断，用检测电极线来向感测电极单元施加触控激励信号，并侦测感测电极与触控物之间的电容性耦合。当人的手指或其他触控物靠近或接触某感测电极单元时，手指或其他触控物与感测电极单元间形成耦合电容，感测电极单元上的触控激励信号就会通过此耦合电容部分泄漏出去，或通过此耦合电容泄漏到触控屏上的其他电极。触控电路通过检测各条向感测电极单元提供触控激励信号的检测电极线上触控信号变化的大小，找出漏电流最大的或漏电流超过某阈值的检测电极线，再结合此时开启有源器件单元的控制电极线，来确定产生漏电流的感测电极单元，从而找出手指或其他触控物在触控基板上的位置。薄膜场效应晶体管即TFT(ThinFilmTransistor)是有源矩阵器件的典型代表，薄膜晶体管TFT栅极(Gate)连接至水平方向扫描线，源极(Source)连接至垂直方向的数据线，漏极(Drain)则连接至负载电极(这里的漏极、源极的定义只是习惯性定义，源极电平并不专指源极电极的电平，而是这里说的源极和漏极两电极中电平较小的那个电平)。阵列排布的有源器件阵列让每个负载电极均配置一个半导体开关器件，可以通过脉冲进行选通，因而每个负载电极相对独立。薄膜场效应晶体管(TFT)有NMOS型和PMOS型两种。目前绝大部分的TFT是采用非晶硅(amorphoussilicon，a-Si)制程，其栅极绝缘层是氮化硅(SiNx)，容易攫取正电荷，要在非晶硅半导体层中形成沟道，恰好利用氮化硅中的正电荷来帮助吸引电子以形成沟道，因此使用非晶硅制程的TFT多为NMOS型。本说明书的内容主要是以NMOS型薄膜晶体管为代表进行阐述，PMOS型薄膜晶体管可遵循相同的原理，不再单独列举表述。本发明的技术问题通过以下的技术方案予以解决：一种有源触控系统的驱动方法，有源触控系统包括有源触控面板和触控电路，有源触控面板的基板上具有阵列排布的有源器件单元、阵列排布的感测电极单元、以及不少于两组相交的控制电极线和检测电极线，各控制电极线和各检测电极线相交处有绝缘层相隔离；触控电路具有触控激励源、信号检测电路和控制电路；有源触控面板上的感测电极单元连接有源器件单元，有源器件单元连接控制电极线和检测电极线，检测电极线连接触控电路中的触控激励源和信号检测电路，控制电极线连接触控电路中的控制电路；触控电路以扫描方式向各控制电极线施加控制信号，控制有源器件单元的导通状态，并通过侦测检测电极线上触控信号的变化，来确定触控点的位置；所述触控电路向控制电极线所施加的控制信号是直流信号，触控电路在向某一条或多条控制电极线施加控制信号时，还通过检测电极线向感测电极单元施加交流触控信号，触控电路通过侦测检测电极线上交流触控信号的变化，来确定感测电极单元是否被触控。另一种技术方案是：一种有源触控系统的驱动方法，有源触控系统包括有源触控面板和触控电路，有源触控面板的基板上具有阵列排布的有源器件单元、阵列排布的感测电极单元、以及不少于两组相交的控制电极线和检测电极线，各控制电极线和各检测电极线相交处有绝缘层相隔离；触控电路具有触控激励源、信号检测电路和控制电路；有源触控面板上的感测电极单元连接有源器件单元，有源器件单元连接控制电极线和检测电极线，检测电极线连接触控电路中的触控激励源和信号检测电路，控制电极线连接触控电路中的控制电路；触控电路以扫描方式向各控制电极线施加控制信号，控制有源器件单元的导通状态，并通过侦测检测电极线上触控信号的变化，来确定触控点的位置；所述触控电路向控制电极线所施加的控制信号是交流信号，触控电路在向某一条或多条控制电极线施加控制信号时，还通过检测电极线向感测电极单元施加直流触控信号，触控电路通过侦测检测电极线上直流触控信号的变化，来确定感测电极单元是否被触控。再一种技术方案是：一种有源触控系统的驱动方法，有源触控系统包括有源触控面板和触控电路，有源触控面板的基板上具有阵列排布的有源器件单元、阵列排布的感测电极单元、以及不少于两组相交的控制电极线和检测电极线，各控制电极线和各检测电极线相交处有绝缘层相隔离；触控电路具有触控激励源、信号检测电路和控制电路；有源触控面板上的感测电极单元连接有源器件单元，有源器件单元连接控制电极线和检测电极线，检测电极线连接触控电路中的触控激励源和信号检测电路，控制电极线连接触控电路中的控制电路；触控电路以扫描方式向各控制电极线施加控制信号，控制有源器件单元的导通状态，并通过侦测检测电极线上触控信号的变化，来确定触控点的位置；所述触控电路向控制电极线所施加的控制信号是交流信号，触控电路在向某一条或多条控制电极线施加控制信号时，还通过检测电极线向感测电极单元也施加交流触控信号，并且交流触控信号的频率高于所述交流控制信号的频率，触控电路通过侦测检测电极线上交流触控信号的变化，来确定感测电极单元是否被触控。本发明的技术问题通过以下的技术方案进一步予以解决：根据本发明的另一个具体方面，所述交流信号(交流触控信号或交流控制信号)的频率不小于10KHz。根据本发明的另一个具体方面，所述交流控制信号的波形或交流触控信号的波形，可以是方波、正弦波或其他周期性的波形。根据本发明的另一个具体方面，所述有源触控系统的检测电极线组中，相邻检测电极线连接触控电路中触控激励源的不同激励端，所述触控激励源的不同激励端上信号的波形或频率或相位是相同或不同的。根据本发明的另一个具体方面，所述触控电路连接设置在感测电极单元阵列和显示面板电极之间的屏蔽电极，在所述有源器件单元处于导通态的期间，由触控电路施加给屏蔽电极的信号是直流信号。根据本发明的另一个具体方面，所述触控电路连接设置在感测电极单元阵列和显示面板电极之间的屏蔽电极，在所述有源器件单元处于导通态的期间，触控电路施加给屏蔽电极的信号波形、频率和相位，与触控电路施加在控制电极线上的，或与施加在检测电极线上的信号波形、频率和相位是相同的。根据本发明的另一个具体方面，所述显示面板是有源液晶显示面板，所述触控电路连接屏蔽电极的输出端，是连接到有源液晶显示面板的显示公共电极上，以显示公共电极作为屏蔽电极。根据本发明的另一个具体方面，所述触控电路侦测检测电极线上触控信号的变化，是通过检测电极线测量其所连接感测电极单元充电或放电的幅值特征。根据本发明的另一个具体方面，所述触控电路侦测检测电极线上触控信号的变化，是通过检测电极线测量其所连接感测电极单元充电或放电的时间特征。根据本发明的另一个具体方面，所述触控电路侦测检测电极线上触控信号的变化，是通过检测电极线测量其所连接感测电极单元漏电流的幅值特征。根据本发明的另一个具体方面，所述触控电路侦测检测电极线上触控信号的变化，是通过检测电极线测量其所连接感测电极单元漏电流的相位特征。本发明的有益效果是：本发明提出了有源触控系统中各电极线的驱动信号波形，以及相配合的侦测方法，有效地实现对阵列排布的感测电极单元的逐点独立侦测。利用控制电极线上和检测电极线上驱动信号波形的配合，来区分操作者触碰检测电极线与触碰感测电极单元间信号的差别，避免操作者触碰检测电极线时可能产生误动作的信号；通过对屏蔽电极施加直流的屏蔽信号，或施加与控制电极线上或检测电极线上驱动信号相同波形、频率和相位的屏蔽信号，来排除与有源触控屏重叠使用的显示面板对触控信号的影响。触控屏上各个感测电极单元能够完全各自独立地感测触控物的触控，实现触控位置侦测的空间数字化，让触控信号的来源准确到每一感测电极单元；让后续判断程序大大简化，可以大量节省后处理芯片的资源；让多点触控的判断变得不成问题；让探测速度变得更快，可靠性提高；根据相邻感测电极单元信号的大小，或根据有触控信号的感测电极单元区域信号的分布，被触位置定位的准确性可提高到相邻感测电极单元间的细小位置。附图说明图1是本发明具体实施方式一的电气连接示意图；图2是本发明具体实施方式二、三、四、五、六的电气连接示意图；图3是本发明具体实施方式七、八的电气连接示意图；图4是本发明具体实施方式一的驱动波形示意图；图5是本发明具体实施方式二的驱动波形示意图；图6是本发明具体实施方式三的驱动波形示意图；图7是本发明具体实施方式四的驱动波形示意图；图8是本发明具体实施方式五的驱动波形示意图；图9是本发明具体实施方式六的驱动波形示意图；图10是本发明具体实施方式七的驱动波形示意图；图11是本发明具体实施方式七另一方案的驱动波形示意图；图12是本发明具体实施方式八的驱动波形示意图。具体实施方式具体实施方式一如图1所示的有源触控系统100，包括触控基板110、有源器件阵列120、触控电极、触控电路140等。三端有源器件阵列120和触控电极设置在触控基板110上。触控电极由感测电极阵列131以及两组相交的行控制电极线组132(1321、1332、1323、…、132m)和列检测电极线组133(1331、1332、1333、…、133n)组成，各控制电极线和各检测电极线相交处有绝缘层相隔离。触控基板110是透明基板，感测电极阵列131的各感测电极单元〔(132i,133j)；i＝1,2,…,m；j＝1,2,…,n；其中m和n是自然数〕是透明ITO电极，感测电极阵列131、行控制电极线组132和列检测电极线组133都设置在触控基板110背向使用者的非触摸面上。触控电路140具有触控激励源141、信号侦测电路142和控制电路143。控制电极线组132和检测电极线组133的各控制电极线和各检测电极线，分别连接三端有源器件阵列120的各有源器件单元的两个端子；感测电极阵列131的各感测电极单元分别连接各有源器件单元的另一端子；检测电极线组133连接触控电路140中的触控激励源141和信号侦测电路142；控制电极线组132连接触控电路140中的控制电路143。如图4所示，触控电路140的控制电路143以扫描方式，逐行向控制电极线组132各控制电极线输出直流控制信号，让施加有直流控制信号的控制电极线相连的有源器件单元处于导通状态，未施加直流控制信号的控制电极线相连的有源器件单元处于截止状态；触控电路140的触控激励源141同时向检测电极线组133各检测电极线施加直流触控激励。随着控制电路143每让一行控制电极线...