触摸屏系统及其驱动方法
专利名称：触摸屏系统及其驱动方法
技术领域：
根据本发明的实施例的各方面涉及触摸屏系统，更为具体地，涉及能够多点触摸识别的触摸屏系统及其驱动方法。
背景技术：
触摸屏面板是一种输入设备，能够通过使用人手或者物体以输入用户指令，来选择图像显示设备的屏幕之上所显示的指示内容。 因此，在图像显示设备的正面提供触摸屏面板，以将人手或者物体选择的接触位置转换为电信号。为此，接触位置处所选择的指令内容作为输入信号而被接收。由于触摸屏面板可替代连接在图像显示设备上的额外的输入设备(例如，键盘或者鼠标)，因此触摸屏面板的应用正在逐步增多。实现触摸屏面板的方法包括电阻层方法、光检测方法以及电容方法。近来，对能够通过触摸屏面板多点识别的多点触摸屏系统的关注正在增多。特别是，对于电容方法，多点触摸识别可由自电容方法和互电容方法来实现，所述方法使用这样的原则，即当至少一个手指接触触摸屏面板表面时，检测由位于接触表面上的检测元件(节点)产生的电容变化，以识别接触位置。然而，对于上述方法，难以对通过手指执行的接触实现准确的接触位置识别。为了解决上述问题，可以对具有尖端的针笔(stylus)加以使用。然而，对于无源针笔，位于接触表面上的检测元件所产生的电容变化极为细微，以致难以检测到接触位置。对于有源针笔，该有源针笔产生电场，不仅触摸屏面板实际接触位置中的检测元件(节点)，而且与检测线相连的其它检测元件(节点)也都会被所产生的电场影响，这样就无法或者很难抓取接触位置。
发明内容
根据本发明实施例的各方面关注于触摸屏系统及其驱动方法，在电容方法的触摸屏系统中能够同步(例如，同时)实现手指的触摸识别以及有源针笔的触摸识别。根据本发明实施例，一种触摸屏系统包括包含多条第一线、与所述多条第一线交叉的多条第二线以及在所述多条第一线和所述多条第二线的交叉区域处形成的多个检测元件在内的触摸屏面板，用于将驱动信号顺序施加到所述多条第一线上的驱动电路，用于接收所述多条第一线检测到的电容变化信息并产生与所述电容变化信息对应的第一检测信号的第一检测电路，用于选择性地将所述多条第一线与所述驱动电路或者所述第一检测电路连接的选择单元，用于接收所述多个检测元件从所述多条第二线检测的电容变化信息并产生与所述电容变化信息对应的第二检测信号的第二检测电路，以及用于从所述第一检测电路和/或第二检测电路接收检测信号并确定检测到的触摸位置的处理单元。所述触摸屏系统可进一步包括有源针笔，且该有源针笔可被配置为在设定频率或预定频率处产生并发射电场信号。所述选择单元可包括用于将所述多条第一线与所述驱动电路或者所述第一检测电路相连的多个选择开关。所述多个选择开关可被配置为将所述多条第一线与地电源连接。所述多个选择开关可被配置为将所述多条第一线中与被施加所述驱动信号的第一线相邻的其它第一线与所述地电源连接。 所述多个选择开关可被配置为，将除了由所述多个选择开关连接至所述驱动电路的一条或多条第一线之外的所述多条第一线，与所述第一检测电路或者所述地电源连接。所述第一检测电路和所述第二检测电路均可包括与所述多条第一线中相应的一条第一线或所述多条第二线中相应的一条第二线连接的放大单元，用于在采样周期中对从所述放大单元输出的信号进行采样的采样/保持电路，以及用于将从所述采样/保持电路输出的信号转换为所述第一检测信号或所述第二检测信号并将所述第一检测信号或所述第二检测信号输出至所述处理单元的模拟数字信号转换器。所述放大单元可包括放大器、初始化开关以及与所述初始化开关并联连接的第一电容器，该放大器具有与所述一条第一线或所述一条第二线连接的负(_)输入端子、用于接收参考电压的正(+)输入端子以及与所述采样/保持电路相连的输出端子，所述初始化开关连接在所述负(_)输入端子和所述输出端子之间。所述采样/保持电路可包括连接在所述放大单元的输出端与所述模拟数字转换器之间的采样开关，以及与所述采样/保持电路的输出端连接的第二电容器。所述采样开关可被配置为在采样周期的采样段接通，以对所述一条第一线的电容变化信息或者与所述一条第二线连接的检测元件的电容变化信息进行采样。有源针笔所发射的电场信号的周期可设置为所述采样周期的4/3。在所述采样开关接通时所采样的信号的相位每2个采样周期被反向。所采样的信号可对应于由有源针笔进行的接触所产生的信号。根据本发明的实施例，提供一种驱动触摸屏系统的方法，该触摸屏系统包括多条第一线、与所述多条第一线交叉的多条第二线以及形成在所述多条第一线与所述多条第二线交叉区域处的多个检测元件。该方法包括将驱动电路提供的驱动信号顺序施加至所述多条第一线，将所述多条第一线中除了被施加驱动信号的第一线之外的其它第一线与第一检测电路或地电源连接，当手指接触与被施加驱动信号的第一线相对应的检测元件时，将所述多个检测元件中的检测元件检测到的第一电容变化信息输出至所述多条第二线中与所述检测元件连接的相应一个第二线上并产生与所述第一电容变化信息相对应的检测信号，并且当有源针笔接触或靠近与所述第一检测电路连接的另一第一线相对应的另一检测单元时，输出所述多条第一线中的所述另一第一线和所述多条第二线中与所述检测元件中的所述另一检测元件连接的另一第二线检测的第二电容变化信息，产生与所述第二电容变化信息对应的另一检测信号。如上所述，根据本发明的实施例，使用电容方法的触摸屏面板，从而可以同步(例如，同时)实现手指的触摸识别和有源针笔的触摸识别。此外，手指的触摸识别和有源针笔的触摸识别被分开处理，以便可以执行多种以及准确的多点触摸识别。有源针笔发射的电场信号的频率被设置为与所述检测电路中提供的所述采样/保持电路的采样信号频率相对应，以便在有源针笔的触摸识别期间可明确地执行噪声信号的分离，从而可执行正确的触摸识别。
附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例，并且与具体描述一起致力于解释本发明的原理。图I为示出根据本发明实施例的触摸屏系统结构的框图； 图2A和图2B为示出根据本发明实施例的触摸识别操作的图；图3为根据本发明实施例的信号的时序图；图4为图I的触摸屏面板的简化电路图；图5A为示出正常状态(无触摸)下检测元件的剖视图；图5B为示意性示出依照施加至图5A中各检测元件的驱动信号的检测结果的图；图6A为示出手指接触条件下检测元件的剖视图；图6B为示意性示出依照施加至图6A中各检测元件的驱动信号的检测结果的图；图7为示意性示出在有源针笔接触具体检测元件情况下的检测结果的图；图8为示意性示出图I中检测电路的结构的电路图；图9为施加至图8中电路上的信号的时序图；以及图IOA和图IOB为示出根据本发明实施例的有源针笔触摸识别期间的信号波形的时序图。
具体实施例方式下文中，将参考附图对根据本发明的一些示例性实施例进行描述。这里，当描述第一元件与第二元件连接时，第一元件可以直接与第二元件连接或者也可以通过一个或多个第三元件与第二元件间接连接。进一步，为了清楚起见，省略了一些对于完全理解本发明而言非必要的元件。此外，相同的附图标记自始至终指代相同的元件。以下将参考附图描述本发明。图I为示出根据本发明实施例的触摸屏系统结构的框图。根据本发明实施例的触摸屏系统100包括沿第一方向延伸的多条第一线112 (XI，X2，...以及Xn)，沿第二方向延伸并与第一线112交叉的多条第二线114(Y1，Y2，...以及Ym)，包括形成在第一线112与第二线114交叉处的多个检测元件116的触摸屏面板110，用于将驱动信号顺序施加于第一线112的驱动电路120，用于接收第一线112检测的电容变化信息以产生与该电容变化信息对应的第一检测信号的第一检测电路130，用于将第一线112与驱动电路120或第一检测电路130连接的选择单元140，用于从第二线114接收检测元件116检测的电容变化信息以产生与该电容变化信息对应的第二检测信号的第二检测电路150，以及用于从第一检测电路和/或第二检测电路接收检测信号以确定检测到的触摸位置的处理单元160。此外，触摸屏系统100进一步包括可用于接触触摸屏面板110的有源针笔(stylus) 180。与触摸屏面板110独立的有源针笔180在设定或预定频率产生电场信号，以发射所产生的电场。多条第一线112和多条第二线114可形成在透明基底(未示出)上的不同层或相同层处，并且可由透明导电材料形成。例如，透明导电材料可由氧化铟锡(IT0)、氧化铟锌(IZO)或者碳纳米管(CNT)形成。在对本发明实施例的描述中，以第一线112和第二线114形成于不同层的结构为例。在这种情况下，用作电介质材料的绝缘层(未示出)形成于第一线112与第二线114之间。此外，在图I示出的实施例中，第一线112和第二线114正交排布。然而，第一线112和第二线114可以其它几何形状(例如，极坐标的同心线排布和径向线排布)正交排布。在第一线112与第二线114彼此交叉的点处，形成第一线112和第二线114之间的电容CM。形成电容CM的交叉处用作实现触摸识别的检测元件116。根据本发明实施例的具有以上结构的触摸屏系统100用电容方法的触摸屏面板110同步(例如，同时)实现了手指170的触摸识别和有源针笔180的触摸识别，并且对手指170的触摸识别和有源针笔180的触摸识别进行独立处理，以执行多种以及准确的多点触摸识别。因此，触摸屏系统100实现了不同的触摸识别，例如手指170触摸期间的触摸识别操作以及有源针笔180接触或靠近期间的触摸识别操作。首先，当手指触摸到触摸屏系统100时，第一线112作为驱动线运行且第二线114作为检测线运行。也就是说，从驱动电路120输出的驱动信号被顺序施加到第一线112。因此，如图I所示，选择单元140中提供的选择开关142分别将第一线112与接触点(a)接通，以便第一线112与驱动电路120连接。当驱动信号从驱动电路120施加至第一线112时，信号通过连接在第一线112和第二线114之间的检测元件116的电容CM而传输至第二线114。也就是说，当驱动信号施加到作为连接至检测元件的驱动线的第一线112时，检测元件116的电容CM的变化量通过与检测元件连接的第二线114而输出至第二检测电路150。此外，形成第二检测电路150，以便每一条第二线114均连接至放大单元(AMP) 152、采样/保持电路(SH) 154以及模拟-数字转换器(ADC) 156。从AMP 152和SH154输出的信号通过ADC 156转换为第二检测信号，以输出至处理单元160。另外，由于驱动电路120为第一线X1，X2，...，以及Xn顺序提供驱动信号，因此当驱动电路120将驱动信号提供给第一线XI，X2，...，以及Xn中的至少一条第一线时，驱动信号不会施加到其它第一线上。也就是说，如图I所示，第一线中未被施加驱动信号的第一线112通过选择单元140中提供的选择开关142的接触点(b)或者接触点(c)与第一检测电路130或地电源GND、连接。这里，当选择单元140的选择开关142设置为将第一线112通过接触点(b)与第一检测电路130连接时，第一线并不用作上述的驱动线，而是用作将有源针笔180接触或靠近而产生的连接信号传输给第一检测电路130的检测线。这里，第一检测电路130可以实现为与上述第二检测电路150具有同样的结构。如图I所示，每条第一线112均与AMP 132,SH 134以及ADC 136连接。从AMP 132和SH 134输出的信号通过ADC 136转换为第一检测信号，以输出至处理单元160。第一线112与第一检测电路130连接，以便当有源针笔180接触或靠近触摸屏系统100时进行触摸识别。也就是说，有源针笔180在设定频率发射交替信号，该交替信号的作用类似于在 由手指接触而进行的触摸识别时施加到第一线的驱动信号。因此，当有源针笔180接触具体的检测元件116时，与检测元件116连接的第一线112和第二线114用作检测线，用于将第一线112和检测元件116中电容CM的变化产生的连接信号传输给第一检测电路130和第二检测电路150。因此，检测接触有源针笔180的检测元件的位置成为可能。下文中，将参考图2和图3描述根据本发明实施例的触摸识别操作。图2A和图2B为示出根据本发明实施例的触摸识别操作的图。图3为根据本发明实施例的信号时序图。在图2A和图2B中，为了方便起见，仅示出了触摸屏面板的部分区域。例如，将描述当手指170接触与第二条第一线X2和第四条第二线Y4连接的第一检测元件时，以及当有源针笔180接触与第四条第一线X4和第二条第二线Y2连接的第二检测元件时的触摸识别操作。首先，参考图2A的实施例，在驱动信号首先被施加到线Xl后，在一个水平周期IH之后将驱动信号施加到线X2,并且将未被施加驱动信号的其余第一线X3、X4和X5与第一检测电路130连接。也就是说，被施加驱动信号的第一线通过选择单元140中提供的选择开关142的接触点(a)而与驱动电路120连接，未被施加驱动信号的第一线通过选择开关142的接触点(b)与第一检测电路130连接。在每条线的一个水平周期IH期间驱动信号被顺序施加到第一线(XI，X2，X3，...)。例如，在第一个水平周期IH期间，驱动信号被施加至线Xl上，并且其余第一线(X2，X3，X4，X5，...)与第一检测电路130连接。在第二个水平周期IH的情况下，驱动信号被施加至线X2上，并且其余第一线(X1，X3，X4，X5，...)与第一检测电路130连接。如图2A所示，由于在第一个水平周期期间驱动信号未被施加到与接触手指170的第一检测元件连接的线X2上，因此在该周期内未进行手指接触的触摸识别，并且在将驱动信号施加到线X2的第二个水平周期IH期间，进行手指接触的触摸识别，以便检测第一检测元件的位置坐标(例如，X2, Y4)。另一方面，在第二检测元件接触有源针笔180的情况下，与第二检测元件连接的线X4和线Y2分别作为与第一检测电路130和第二检测电路150连接的检测线运行。因此，在图2A示出的实施例中，由于驱动信号未被施加到与第二检测元件连接的线X4，因此在第一个水平周期和第二个水平周期中，执行对有源针笔的接触的触摸识别，以便检测第二检测元件的位置坐标(X4，Y2)。在将驱动信号施加到线X4的第四个水平周期中，由于线X4未与第一检测电路130连接，因此未执行有源针笔180的触摸识别。而后，图2B中所示的实施例与图2A中所示实施例的不同之处在于，在将驱动信号施加至具体的第一线112上时，与该具体第一线相邻(例如，上一条或者下一条)的第一线未与第一检测电路130连接，而是与地电源GND连接。这里，相邻的第一线通过如图I所示的选择单元140中所提供的选择开关142的接触点(c)与地电源GND连接。例如，参考图2B中的第二个水平周期，驱动信号施加至线X2，并且与线X2相邻(上一条或者下一条)的线Xl和线X3与地电源GND连接，以便排除或减少施加到线X2的驱动信号对与线X2相邻的线Xl和线X3带来的影响。在图2B的实施例中，与被施加驱动信号的具体第一线(例如，X2)相邻(上一条 或者下一条)的第一线(例如，Xl和X3)与地电源GND连接。然而，根据本发明实施例的结构不限于以上结构。由于与地电源GND连接的第一线可以不用作检测线，因此当有源针笔接触与连接至地电源GND的第一线相连接的检测元件时，未进行触摸识别。图3为根据图2B示出的实施例的信号的时序图。参见图3，每一个水平周期IH将驱动信号逐线施加至多条第一线(X1，X2，X3，...),并且将地电源GND施加至与被施加驱动信号的第一线相邻的第一线。此外，当驱动信号或者地电源GND未被施加至第一线时，第一线(XI，X2，X3，...)像第二线(Yl至Ym)那样用作检测线。也就是说，第一线和第二线分别与第一检测电路130和第二检测电路150连接。在图3所示的实施例中，在一个水平周期IH中以多个脉冲的形式施加驱动信号。在一些实施例中，在一个水平周期IH期间，驱动信号可以被施加为至少一个脉冲信号。下文中，将更为详细地描述根据本发明实施例的触摸屏系统的手指触摸识别操作和有源针笔触摸识别操作。首先，将描述手指触摸识别操作，其中第一线112作为驱动线运行以便将驱动信号顺序施加至第一线112，并且其中第二线114作为检测线运行并与第二检测电路150连接。图4为图I的触摸屏面板的简化电路示意图。参见图4，图I中示出的触摸屏面板110可被表示为电容电路。触摸屏面板110包括作为驱动线的第一线112和作为检测线的第二线114。第一线112和第二线114空间上彼此分开，以形成电容连接节点，即，检测元件116。这里，第一线112与被表示为电压源的驱动电路120连接，并且第二线114与第二检测电路150连接。如上所述，第一线112通过选择单元140中提供的选择开关142的接触点(a)与驱动电路120连接。此外，第一线112和第二线114可分别具有设定或预定寄生电容112a和114a。当手指170未接触第一线112和第二线114之间的交叉区域(检测元件116)时，检测元件116的电容CM不存在变化。然而，当手指170接触检测元件116时，电容CM变化，并且这种电容变化改变了传输至作为与检测元件116连接的检测线的第二线114的电流(和/或电压)。与第二线114连接的第二检测电路150产生第二检测信号，该第二检测信号将关于检测元件的电容CM的变化以及检测元件116的位置的信息通过ADC(例如，图I中的156)转换为设定或预定形式，以便将该第二检测信号传输至处理单元(例如，图I中的160)。随后将描述电容CM发生变化的检测元件116的位置的检测方法的实施例。当第二检测电路150检测到与检测元件116连接的第二线114的电容CM的变化时，输出电容CM发生变化处的第二线114的坐标和从驱动电路120 (即，与检测元件116连接的第一线112)被输入驱动信号的第一线112的坐标，以获得发生接触的至少一个检测元件的坐标。以上是由通过布线(未示出)而彼此连接的第二检测电路150和驱动电路120实 现的。驱动电路120扫描(将驱动信号顺序施加至)第一线112并且将所扫描的第一线的坐标连续输出至第二检测电路150，以便第二检测电路150检测到第二线114的电容CM的变化，从而获得电容CM发生变化处的位置的位置坐标，也就是说对应于检测元件116的第一线112和第二线114处。在上述结构中，根据本发明实施例的触摸屏系统可实现多个手指接触的位置识别，从而实现多点触摸识别。图5A为示出正常状态(未触摸)条件下的检测元件的示意图。图5B为示意性示出根据施加至图5A的各个检测元件的驱动信号的检测结果的图。参见图5A，示出了被作为电介质层的绝缘层118隔开的第一线112和第二线114之间的电容电场线200。另外，保护层119可形成在第二线114上。这里，第一线112与第二线114彼此交叉的位置是检测元件116。如所示出的，为了对应于检测元件116，电容CM形成于第一线112与第二线114之间。在将驱动信号从驱动电路120施加到与检测元件连接的第一线112时，电容CM由检测元件116产生。也就是说，参见图5B，驱动电路120将驱动信号(例如，具有3V电压的信号)顺序提供给第一线(XI，X2，...以及Xn)，并且，当驱动电路120将驱动信号提供给第一线(XI，X2，...以及Xn)中的至少一条第一线时，驱动信号未被施加至其它的第一线。这里，如上所述，未被施加驱动信号的第一线与第一检测电路130连接或者与地电源GND连接。在图5B中，驱动信号被施加至第一线XI。电容CM形成在被施加驱动信号的线Xl与多条第二线之间的多个位置(检测元件Sll, S12，...，以及Slm)处，以便对与电容相对应且被施加至与施加驱动信号的检测元件连接的第二线(Y1，Y2，...，以及Ym)上的信号(例如，具有0. 3V电压的信号)进行检测。图6A为示出手指接触条件下的检测元件的示意图。图6B为示意性示出根据施加至图6A的各个检测元件的驱动信号的检测结果的图。参见图6A，当手指170接触至少一个检测元件116时，手指170作为低阻抗材料存在。在第二线114与人体之间产生了 AC电容Cl。人体具有相对于地而言约200pF的自电容，该电容远远大于Cl。
当手指170实施接触以便第一线112与第二线114之间的电场线210被截止时，电场线通过手指170与人体中建立的电容通路而分流至地。结果，图6A所示的正常状态下的电容 CM 减少 Cl (CMl = CM-CI)。此外，检测元件的电容CM的变化改变了传输至与检测元件116连接的第二线114的信号。也就是说，如图6B所示，驱动电路120将驱动信号(例如，具有3V电压的信号)顺序地提供给第一线(XI，X2，...，以及Xn)，以便在被施加驱动信号的线Xl与多条第二线的交叉位置处，由多 个检测元件Sll，S12，...，以及Slm产生电容CM。当手指170接触至少一个检测元件(例如，S12和Slm)时，电容CM被减降低至CM1，以便与降低后的电容CMl对应的信号(例如，具有0. 2V电压的信号)施加至与检测元件S12和Slm连接的第二线Y2和Ym上。由于与线Xl连接的其它检测元件(但未接触手指170)保持先前的电容CM，因此与先前信号相同的信号(例如，具有0. 3V电压的信号)施加至与其它检测元件连接的第二线上。然后，与第二线(Yl，Y2,,以及Ym)连接的第二检测电路150产生第二检测信号，以通过ADC(图I中的156)将关于检测元件S12和Slm的电容CM的变化以及检测元件S12和Slm的位置的信息转换为设定或预定形式，并将该第二检测信号传输至处理电路160。接下来，将描述根据本发明实施例的由触摸屏系统执行的有源针笔的触摸识别操作。当进行有源针笔触摸识别操作时，第一线112和第二线114作为检测线运行，并且第一线112和第二线114分别与第一检测电路130和第二检测电路150连接。有源针笔180在设定或预频率产生电场信号并发射该电场信号。有源针笔180中可提供谐振电路(未示出)和电池(未示出)。不同于上述手指的触摸识别操作，第一线112未与驱动电路120连接，而是与第一检测电路130连接，以便在有源针笔180实施接触时进行触摸识别操作。也就是说，从有源针笔180输出的电场信号作为具有设定或特定频率的AC信号被发射。电场信号的作用与进行手指接触的识别操作时施加至第一线112的驱动信号的作用相似。因此，当有源针笔180接触或靠近具体检测元件116时，检测元件116的电容被有源针笔180发射的电场信号改变。从而，与检测元件116连接的第一线112和第二线114用作检测线，以用于将第一线112和检测元件116中电容CM的变化所产生的连接信号传输至第一检测电路130和第二检测电路150。因此，可检测到与有源针笔180接触的检测元件的位置。图7为示意性示出在有源针笔接触具体检测元件情况下的检测结果的图。在图7中，例如，将描述当驱动信号施加至第一线Xl且有源针笔180接触与第三条第一线X3和第二线Y2连接的检测元件S32时的触摸识别操作。参见图7，在接触有源针笔的具体检测元件S32的情况下，均与检测元件S32连接的线X3和线Y2作为检测线运行且分别与第一检测电路(图I中的130)和第二检测电路(图I中的150)连接。也就是说，在图7的实施例中，线Xl作为被施加驱动信号的驱动线运行。然而，除了线Xl以外的所有其它第一线和第二线(112和114)均可作为检测线运行。因此，检测元件S32的初始电容因有源针笔的接触改变，并且与所变化的电容相对应的信号(例如，具有0. 5V电压的信号)被与检测元件S32连接的线X3和线Y2检测。这里，由于未接触有源针笔的其它检测元件保持先前的电容，与先前信号相同的信号(例如，具有0.3V电压的信号)施加到与检测元件连接的第二线114。在与检测元件连接的第一线112之中，驱动信号施加至线Xl，并且其余第一线与地电源GND或第一检测电路130连接，而没有信号变化。然后，第一检测电路130和第二检测电路150分别与第一线X3和第二线Y2连接，产生第一检测信号和第二检测信号并将其传输至处理单元160，以便可检测到检测元件 S32的坐标(X3，Y2)。第一检测电路130和第二检测电路150通过其各自的ADC (图I中的136和156)，将关于检测元件S32的电容CM的变化以及检测元件S32的位置的信息转换为设定或预定形式或数据。根据本发明上述实施例的触摸屏系统可用电容方法的触摸屏同步(例如，同时)实现手指的触摸识别和有源针笔的触摸识别，并且可独立地处理手指的触摸识别与有源针笔的触摸识别，以便可实现各种以及准确的多点触摸识别。此外，在本发明的实施例中，有源针笔发射的电场信号的频率被设置为与检测电路中提供的采样/保持电路的采样信号频率相对应，以便在有源针笔的触摸识别期间可分离出噪声信号，并且可进行正确的触摸识别，这将会进行更为详细的描述。图8为示例性示出图I的检测电路的结构的电路图。图9为施加至图8的电路的信号的时序图。另外，图IOA和图IOB为示出根据本发明实施例的有源针笔触摸识别期间的信号波形的时序图。图8的电路图可应用于图I的第一检测电路130或第二检测电路150。然而，为了方便起见，图8中将描绘第一检测电路130与一条第一线112连接的结构。参见图8，第一检测电路130包括与第一线112连接的放大单元(AMP) 132，用于在采样周期T(例如，一致的采样周期)中对从AMP 132输出的信号进行采样的采样/保持电路134，以及用于将从采样/保持电路134输出的信号转换为输出至处理单元(图I中的160)的第一检测信号的模拟数字转换器(ADC) 136。在图8的实施例中，AMP 132包括放大器Amp，该Amp具有与第一线112连接的负(-)输入端子、与参考电压Vref连接的正(+)输入端子以及与采样/保持电路134连接的输出端子，AMP 132还包括连接在负(-)输入端子和输出端子之间的初始化开关Rsw以及与初始化开关Rsw并联的第一电容器Cl。此外，连接在放大器Amp的输出端子与ADC 136之间的采样开关SHsw以及与采样/保持电路134的输出端连接的第二电容器C2包含在采样/保持电路134中。这里，第二电容器C2使得采样/保持电路的输出稳定。在具有上述结构的第一检测电路130中，图9示出了当有源针笔接触与第一线112连接的检测元件(未示出)时所产生的信号的波形。参见图8和图9，将更为详细地描述有源针笔的触摸识别操作。初始化开关Rsw在周期T (例如，一致的采样周期)中对通过第一线112提供的电容变化信息进行初始化。也就是说，当初始化开关Rsw接通时，放大器Amp的负(-)输入端子和输出端子具有相同的电位，并且参考电压Vref施加至放大器的正(+)输入端子。因此，由于第一电容器Cl两端之间的电位差变为0，先前周期中提供的电容变化信息被初始化。此外，如图9所示，采样开关SHsw在一致的采样周期T内运行。例如，对在采样周期T末期接通并且提供给第一线112的电容变化信息进行采样。也就是说，采样周期D的大部分时间为保持期并且采样周期T的末期为采样期。此时，当有源针笔接触检测元件时，电容变化信息作为对应于有源针笔发射的电场信号EM的信号通过第一线被输出。 也就是说，在电容变化信息中，有源针笔发射的电场信号周期被保持且仅电场信号的幅值变化。因此，检测元件的电容变化可以被检测到。在图9和图10中，为了方便起见，将描述具有有源针笔发射的相同周期的电场信号EM，而非描述电容变化信息。因此，采样/保持电路134通过采样开关SHsw检测保持期中电场信号的上升沿和/或下降沿。例如，如图10所示，在采样周期T的保持期内检测到电场信号EM的上升沿的情况下，当采样开关接通时所采样的信号具有正(+)相位。在保持期内检测到电场信号EM的下降沿的情况下，当采样开关接通时采样的信号具有负(_)相位。在保持期内检测到上升沿和下降沿的情况下，当采样开关接通时采样的信号具有0相位。在本发明的实施例中，为了清楚地将有源针笔的触摸识别期间产生的信号与噪声信号区分开来，有源针笔发射的电场信号的频率被设置为与采样/保持电路的采样信号频率相对应。也就是说，参照图9，当采样周期称为T时，采样信号频率被设为fSH = 1/T，并且根据本发明实施例的电场信号EM的频率fEM被设为采样信号频率fSH的3/4 (fEM = fSH*3/4)。因此，电场信号EM的周期Tem被设为采样周期T的4/3 (Tem = T*4/3)。如上所述，当有源针笔发射的电场信号EM的频率被设为具体频率(例如，fEM =fSH*3/4)以对应于采样信号频率时，如图9所示，电场信号EM每四个采样周期4T被重复。此外，当如上所述通过设置频率而接通采样开关SHsw时，采样信号的相位每两个采样周期2T被反向，这由图IOA和图IOB的实施例所示出。更为详细地，在图IOA的实施例中，采样信号的相位为“-，0，+，0，-，0，+以及O”。在图IOB的实施例中，米样彳目号的相位为“-，-，+，+，-，-，+以及+”。也就是说，任何采样信号的相位在2T之后(之前)被反向。结果，当有源针笔接触具体的检测元件时，与检测元件连接的第一线112检测的电容变化信息具有一致的规律。也就是说，采样的信号每两个采样周期2T就具有相反相位。因此，有源针笔的触摸识别期间产生的信号可与噪声信号区别开来。虽然本发明结合某些示例性实施例进行了描述，但是应该理解，本发明并非限于所公开的实施例，而是相反，本发明意在覆盖包含于所附权利要求的精神和范围之内的各种改变及等同布局，以及其等价物。权利要求
1.一种触摸屏系统，包括 触摸屏面板，包括多条第一线、与所述多条第一线交叉的多条第二线以及在所述多条第一线和所述多条第二线的交叉区域处形成的多个检测元件； 驱动电路，用于将驱动信号顺序施加至所述多条第一线； 第一检测电路，用于接收所述多条第一线检测到的电容变化信息并产生与该电容变化信息相对应的第一检测信号； 选择单元，用于选择性地将所述多条第一线与所述驱动电路或所述第一检测电路连接; 第二检测电路，用于从所述多条第二线接收所述多个检测元件检测到的电容变化信息并产生与该电容变化信息相对应的第二检测信号；和 处理单元，用于从所述第一检测电路和/或所述第二检测电路接收检测信号并确定所检测到的触摸位置。
2.根据权利要求I所述的触摸屏系统，进一步包括有源针笔， 其中所述有源针笔被配置为在设定频率产生并发射电场信号。
3.根据权利要求I所述的触摸屏系统，其中所述选择单元包括用于将所述多条第一线与所述驱动电路或所述第一检测电路连接的多个选择开关。
4.根据权利要求3所述的触摸屏系统，其中所述多个选择开关被配置为选择性地将所述多条第一线与地电源连接。
5.根据权利要求4所述的触摸屏系统，其中所述多个选择开关被配置为将所述多条第一线中与被施加所述驱动信号的第一线相邻的其它第一线与所述地电源连接。
6.根据权利要求3所述的触摸屏系统，其中所述多个选择开关被配置为将除了由所述多个选择开关连接到所述驱动电路的一条或多条第一线之外的所述多条第一线与所述第一检测电路或地电源连接。
7.根据权利要求I所述的触摸屏系统，其中所述第一检测电路和所述第二检测电路中的每一个均包括 与所述多条第一线中相应的一条第一线或所述多条第二线中相应的一条第二线连接的放大单元； 用于在采样周期内对从所述放大单元输出的信号进行采样的采样/保持电路；以及用于将从所述采样/保持电路输出的信号转换为所述第一检测信号或所述第二检测信号并将所述第一检测信号或所述第二检测信号输出至所述处理单元的模拟数字转换器。
8.根据权利要求7所述的触摸屏系统，其中所述放大单元包括 放大器，具有与所述一条第一线或所述一条第二线连接的负输入端子、用于接收参考电压的正输入端子以及与所述采样/保持电路连接的输出端子； 连接在所述负输入端子与所述输出端子之间的初始化开关；和 与所述初始化开关并联连接的第一电容器。
9.根据权利要求7所述的触摸屏系统，其中所述采样/保持电路包括 连接在所述放大单元的输出端与所述模拟数字转换器之间的采样开关；和 与所述采样/保持电路的输出端连接的第二电容器。
10.根据权利要求9所述的触摸屏系统，其中所述采样开关被配置为在采样周期的采样段内接通，以对所述一条第一线的电容变化信息或与所述一条第二线连接的检测元件的电容变化信息进行采样。
11.根据权利要求7所述的触摸屏系统，其中有源针笔发射的电场信号的周期被设置为所述采样周期的4/3。
12.根据权利要求10所述的触摸屏系统，其中当所述采样开关接通时采样的信号的相位每2个采样周期被反向。
13.根据权利要求12所述的触摸屏系统，其中所述采样的信号对应于有源针笔进行的接触所产生的信号。
14.一种驱动触摸屏系统的方法,该触摸屏系统包括多条第一线，与所述多条第一线交叉的多条第二线以及形成在所述多条第一线与所述多条第二线的交叉区域处的多个检测元件，该方法包括 将驱动电路提供的驱动信号顺序施加至所述多条第一线； 将所述多条第一线中除了被施加驱动信号的第一线之外的其它第一线与第一检测电路或地电源连接； 当手指接触所述多个检测元件中的与被施加所述驱动信号的该第一线相对应的检测元件时，将该检测元件所检测到的第一电容变化信息输出至所述多条第二线中与该检测元件连接的相应一条第二线，并产生与所述第一电容变化信息对应的检测信号；以及 当有源针笔接触或靠近所述多个检测元件中的与所述多条第一线中的连接至所述第一检测电路的另一条第一线相对应的另一个检测元件时，输出由与该另一个检测元件连接的该另一条第一线以及所述多条第二线中的另一条第二线所检测到的第二电容变化信息，并产生与所述第二电容变化信息对应的另一检测信号。
15.根据权利要求14所述的驱动触摸屏系统的方法，其中除了通过选择开关与所述驱动电路连接的第一线之外的第一线，与所述第一检测电路或所述地电源连接。
16.根据权利要求14所述的驱动触摸屏系统的方法，其中所述有源针笔在设定频率下产生并发射电场信号。
17.根据权利要求14所述的驱动触摸屏系统的方法，其中所述第一检测电路在采样周期中对提供至该第一线的电容变化信息进行采样。
18.根据权利要求17所述的驱动触摸屏系统的方法，所述有源针笔发射的电场信号的周期被设置为所述采样周期的4/3。
19.根据权利要求17所述的驱动触摸屏系统的方法，其中所述第一检测电路采样的信号的相位每2个采样周期被反向。
20.根据权利要求19所述的驱动触摸屏系统的方法，其中所述采样的信号对应于有源针笔进行的接触所产生的信号。
全文摘要
本发明提供一种触摸屏系统及其驱动方法，该触摸屏系统包括包含第一线、与所述第一线交叉的第二线以及形成在所述第一线与所述第二线的交叉区域处的多个检测元件在内的触摸屏面板，用于将驱动信号顺序施加至所述第一线的驱动电路，用于接收所述第一线检测的电容变化信息并产生与所述电容变化信息相对应的第一检测信号的第一检测电路，用于选择性地将所述第一线与所述驱动电路或所述第一检测电路连接的选择单元，用于接收来自于所述第二线的所述检测元件检测的所述电容变化信息并产生与所述电容变化信息对应的第二检测信号的第二检测电路，以及用于从所述第一检测电路和/或第二检测电路接收检测信号并确定所检测到的触摸位置的处理单元。
文档编号G09G3/20GK102750055SQ20111038426
公开日2012年10月24日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年4月18日
发明者具泚昇, 安淳晟, 张亨旭 申请人:三星移动显示器株式会社
技术领域：
根据本发明的实施例的各方面涉及触摸屏系统，更为具体地，涉及能够多点触摸识别的触摸屏系统及其驱动方法。
背景技术：
触摸屏面板是一种输入设备，能够通过使用人手或者物体以输入用户指令，来选择图像显示设备的屏幕之上所显示的指示内容。 因此，在图像显示设备的正面提供触摸屏面板，以将人手或者物体选择的接触位置转换为电信号。为此，接触位置处所选择的指令内容作为输入信号而被接收。由于触摸屏面板可替代连接在图像显示设备上的额外的输入设备(例如，键盘或者鼠标)，因此触摸屏面板的应用正在逐步增多。实现触摸屏面板的方法包括电阻层方法、光检测方法以及电容方法。近来，对能够通过触摸屏面板多点识别的多点触摸屏系统的关注正在增多。特别是，对于电容方法，多点触摸识别可由自电容方法和互电容方法来实现，所述方法使用这样的原则，即当至少一个手指接触触摸屏面板表面时，检测由位于接触表面上的检测元件(节点)产生的电容变化，以识别接触位置。然而，对于上述方法，难以对通过手指执行的接触实现准确的接触位置识别。为了解决上述问题，可以对具有尖端的针笔(stylus)加以使用。然而，对于无源针笔，位于接触表面上的检测元件所产生的电容变化极为细微，以致难以检测到接触位置。对于有源针笔，该有源针笔产生电场，不仅触摸屏面板实际接触位置中的检测元件(节点)，而且与检测线相连的其它检测元件(节点)也都会被所产生的电场影响，这样就无法或者很难抓取接触位置。
发明内容
根据本发明实施例的各方面关注于触摸屏系统及其驱动方法，在电容方法的触摸屏系统中能够同步(例如，同时)实现手指的触摸识别以及有源针笔的触摸识别。根据本发明实施例，一种触摸屏系统包括包含多条第一线、与所述多条第一线交叉的多条第二线以及在所述多条第一线和所述多条第二线的交叉区域处形成的多个检测元件在内的触摸屏面板，用于将驱动信号顺序施加到所述多条第一线上的驱动电路，用于接收所述多条第一线检测到的电容变化信息并产生与所述电容变化信息对应的第一检测信号的第一检测电路，用于选择性地将所述多条第一线与所述驱动电路或者所述第一检测电路连接的选择单元，用于接收所述多个检测元件从所述多条第二线检测的电容变化信息并产生与所述电容变化信息对应的第二检测信号的第二检测电路，以及用于从所述第一检测电路和/或第二检测电路接收检测信号并确定检测到的触摸位置的处理单元。所述触摸屏系统可进一步包括有源针笔，且该有源针笔可被配置为在设定频率或预定频率处产生并发射电场信号。所述选择单元可包括用于将所述多条第一线与所述驱动电路或者所述第一检测电路相连的多个选择开关。所述多个选择开关可被配置为将所述多条第一线与地电源连接。所述多个选择开关可被配置为将所述多条第一线中与被施加所述驱动信号的第一线相邻的其它第一线与所述地电源连接。 所述多个选择开关可被配置为，将除了由所述多个选择开关连接至所述驱动电路的一条或多条第一线之外的所述多条第一线，与所述第一检测电路或者所述地电源连接。所述第一检测电路和所述第二检测电路均可包括与所述多条第一线中相应的一条第一线或所述多条第二线中相应的一条第二线连接的放大单元，用于在采样周期中对从所述放大单元输出的信号进行采样的采样/保持电路，以及用于将从所述采样/保持电路输出的信号转换为所述第一检测信号或所述第二检测信号并将所述第一检测信号或所述第二检测信号输出至所述处理单元的模拟数字信号转换器。所述放大单元可包括放大器、初始化开关以及与所述初始化开关并联连接的第一电容器，该放大器具有与所述一条第一线或所述一条第二线连接的负(_)输入端子、用于接收参考电压的正(+)输入端子以及与所述采样/保持电路相连的输出端子，所述初始化开关连接在所述负(_)输入端子和所述输出端子之间。所述采样/保持电路可包括连接在所述放大单元的输出端与所述模拟数字转换器之间的采样开关，以及与所述采样/保持电路的输出端连接的第二电容器。所述采样开关可被配置为在采样周期的采样段接通，以对所述一条第一线的电容变化信息或者与所述一条第二线连接的检测元件的电容变化信息进行采样。有源针笔所发射的电场信号的周期可设置为所述采样周期的4/3。在所述采样开关接通时所采样的信号的相位每2个采样周期被反向。所采样的信号可对应于由有源针笔进行的接触所产生的信号。根据本发明的实施例，提供一种驱动触摸屏系统的方法，该触摸屏系统包括多条第一线、与所述多条第一线交叉的多条第二线以及形成在所述多条第一线与所述多条第二线交叉区域处的多个检测元件。该方法包括将驱动电路提供的驱动信号顺序施加至所述多条第一线，将所述多条第一线中除了被施加驱动信号的第一线之外的其它第一线与第一检测电路或地电源连接，当手指接触与被施加驱动信号的第一线相对应的检测元件时，将所述多个检测元件中的检测元件检测到的第一电容变化信息输出至所述多条第二线中与所述检测元件连接的相应一个第二线上并产生与所述第一电容变化信息相对应的检测信号，并且当有源针笔接触或靠近与所述第一检测电路连接的另一第一线相对应的另一检测单元时，输出所述多条第一线中的所述另一第一线和所述多条第二线中与所述检测元件中的所述另一检测元件连接的另一第二线检测的第二电容变化信息，产生与所述第二电容变化信息对应的另一检测信号。如上所述，根据本发明的实施例，使用电容方法的触摸屏面板，从而可以同步(例如，同时)实现手指的触摸识别和有源针笔的触摸识别。此外，手指的触摸识别和有源针笔的触摸识别被分开处理，以便可以执行多种以及准确的多点触摸识别。有源针笔发射的电场信号的频率被设置为与所述检测电路中提供的所述采样/保持电路的采样信号频率相对应，以便在有源针笔的触摸识别期间可明确地执行噪声信号的分离，从而可执行正确的触摸识别。
附图与说明书一起示出了本发明的示例性实施例，并且与具体描述一起致力于解释本发明的原理。图I为示出根据本发明实施例的触摸屏系统结构的框图； 图2A和图2B为示出根据本发明实施例的触摸识别操作的图；图3为根据本发明实施例的信号的时序图；图4为图I的触摸屏面板的简化电路图；图5A为示出正常状态(无触摸)下检测元件的剖视图；图5B为示意性示出依照施加至图5A中各检测元件的驱动信号的检测结果的图；图6A为示出手指接触条件下检测元件的剖视图；图6B为示意性示出依照施加至图6A中各检测元件的驱动信号的检测结果的图；图7为示意性示出在有源针笔接触具体检测元件情况下的检测结果的图；图8为示意性示出图I中检测电路的结构的电路图；图9为施加至图8中电路上的信号的时序图；以及图IOA和图IOB为示出根据本发明实施例的有源针笔触摸识别期间的信号波形的时序图。
具体实施例方式下文中，将参考附图对根据本发明的一些示例性实施例进行描述。这里，当描述第一元件与第二元件连接时，第一元件可以直接与第二元件连接或者也可以通过一个或多个第三元件与第二元件间接连接。进一步，为了清楚起见，省略了一些对于完全理解本发明而言非必要的元件。此外，相同的附图标记自始至终指代相同的元件。以下将参考附图描述本发明。图I为示出根据本发明实施例的触摸屏系统结构的框图。根据本发明实施例的触摸屏系统100包括沿第一方向延伸的多条第一线112 (XI，X2，...以及Xn)，沿第二方向延伸并与第一线112交叉的多条第二线114(Y1，Y2，...以及Ym)，包括形成在第一线112与第二线114交叉处的多个检测元件116的触摸屏面板110，用于将驱动信号顺序施加于第一线112的驱动电路120，用于接收第一线112检测的电容变化信息以产生与该电容变化信息对应的第一检测信号的第一检测电路130，用于将第一线112与驱动电路120或第一检测电路130连接的选择单元140，用于从第二线114接收检测元件116检测的电容变化信息以产生与该电容变化信息对应的第二检测信号的第二检测电路150，以及用于从第一检测电路和/或第二检测电路接收检测信号以确定检测到的触摸位置的处理单元160。此外，触摸屏系统100进一步包括可用于接触触摸屏面板110的有源针笔(stylus) 180。与触摸屏面板110独立的有源针笔180在设定或预定频率产生电场信号，以发射所产生的电场。多条第一线112和多条第二线114可形成在透明基底(未示出)上的不同层或相同层处，并且可由透明导电材料形成。例如，透明导电材料可由氧化铟锡(IT0)、氧化铟锌(IZO)或者碳纳米管(CNT)形成。在对本发明实施例的描述中，以第一线112和第二线114形成于不同层的结构为例。在这种情况下，用作电介质材料的绝缘层(未示出)形成于第一线112与第二线114之间。此外，在图I示出的实施例中，第一线112和第二线114正交排布。然而，第一线112和第二线114可以其它几何形状(例如，极坐标的同心线排布和径向线排布)正交排布。在第一线112与第二线114彼此交叉的点处，形成第一线112和第二线114之间的电容CM。形成电容CM的交叉处用作实现触摸识别的检测元件116。根据本发明实施例的具有以上结构的触摸屏系统100用电容方法的触摸屏面板110同步(例如，同时)实现了手指170的触摸识别和有源针笔180的触摸识别，并且对手指170的触摸识别和有源针笔180的触摸识别进行独立处理，以执行多种以及准确的多点触摸识别。因此，触摸屏系统100实现了不同的触摸识别，例如手指170触摸期间的触摸识别操作以及有源针笔180接触或靠近期间的触摸识别操作。首先，当手指触摸到触摸屏系统100时，第一线112作为驱动线运行且第二线114作为检测线运行。也就是说，从驱动电路120输出的驱动信号被顺序施加到第一线112。因此，如图I所示，选择单元140中提供的选择开关142分别将第一线112与接触点(a)接通，以便第一线112与驱动电路120连接。当驱动信号从驱动电路120施加至第一线112时，信号通过连接在第一线112和第二线114之间的检测元件116的电容CM而传输至第二线114。也就是说，当驱动信号施加到作为连接至检测元件的驱动线的第一线112时，检测元件116的电容CM的变化量通过与检测元件连接的第二线114而输出至第二检测电路150。此外，形成第二检测电路150，以便每一条第二线114均连接至放大单元(AMP) 152、采样/保持电路(SH) 154以及模拟-数字转换器(ADC) 156。从AMP 152和SH154输出的信号通过ADC 156转换为第二检测信号，以输出至处理单元160。另外，由于驱动电路120为第一线X1，X2，...，以及Xn顺序提供驱动信号，因此当驱动电路120将驱动信号提供给第一线XI，X2，...，以及Xn中的至少一条第一线时，驱动信号不会施加到其它第一线上。也就是说，如图I所示，第一线中未被施加驱动信号的第一线112通过选择单元140中提供的选择开关142的接触点(b)或者接触点(c)与第一检测电路130或地电源GND、连接。这里，当选择单元140的选择开关142设置为将第一线112通过接触点(b)与第一检测电路130连接时，第一线并不用作上述的驱动线，而是用作将有源针笔180接触或靠近而产生的连接信号传输给第一检测电路130的检测线。这里，第一检测电路130可以实现为与上述第二检测电路150具有同样的结构。如图I所示，每条第一线112均与AMP 132,SH 134以及ADC 136连接。从AMP 132和SH 134输出的信号通过ADC 136转换为第一检测信号，以输出至处理单元160。第一线112与第一检测电路130连接，以便当有源针笔180接触或靠近触摸屏系统100时进行触摸识别。也就是说，有源针笔180在设定频率发射交替信号，该交替信号的作用类似于在 由手指接触而进行的触摸识别时施加到第一线的驱动信号。因此，当有源针笔180接触具体的检测元件116时，与检测元件116连接的第一线112和第二线114用作检测线，用于将第一线112和检测元件116中电容CM的变化产生的连接信号传输给第一检测电路130和第二检测电路150。因此，检测接触有源针笔180的检测元件的位置成为可能。下文中，将参考图2和图3描述根据本发明实施例的触摸识别操作。图2A和图2B为示出根据本发明实施例的触摸识别操作的图。图3为根据本发明实施例的信号时序图。在图2A和图2B中，为了方便起见，仅示出了触摸屏面板的部分区域。例如，将描述当手指170接触与第二条第一线X2和第四条第二线Y4连接的第一检测元件时，以及当有源针笔180接触与第四条第一线X4和第二条第二线Y2连接的第二检测元件时的触摸识别操作。首先，参考图2A的实施例，在驱动信号首先被施加到线Xl后，在一个水平周期IH之后将驱动信号施加到线X2,并且将未被施加驱动信号的其余第一线X3、X4和X5与第一检测电路130连接。也就是说，被施加驱动信号的第一线通过选择单元140中提供的选择开关142的接触点(a)而与驱动电路120连接，未被施加驱动信号的第一线通过选择开关142的接触点(b)与第一检测电路130连接。在每条线的一个水平周期IH期间驱动信号被顺序施加到第一线(XI，X2，X3，...)。例如，在第一个水平周期IH期间，驱动信号被施加至线Xl上，并且其余第一线(X2，X3，X4，X5，...)与第一检测电路130连接。在第二个水平周期IH的情况下，驱动信号被施加至线X2上，并且其余第一线(X1，X3，X4，X5，...)与第一检测电路130连接。如图2A所示，由于在第一个水平周期期间驱动信号未被施加到与接触手指170的第一检测元件连接的线X2上，因此在该周期内未进行手指接触的触摸识别，并且在将驱动信号施加到线X2的第二个水平周期IH期间，进行手指接触的触摸识别，以便检测第一检测元件的位置坐标(例如，X2, Y4)。另一方面，在第二检测元件接触有源针笔180的情况下，与第二检测元件连接的线X4和线Y2分别作为与第一检测电路130和第二检测电路150连接的检测线运行。因此，在图2A示出的实施例中，由于驱动信号未被施加到与第二检测元件连接的线X4，因此在第一个水平周期和第二个水平周期中，执行对有源针笔的接触的触摸识别，以便检测第二检测元件的位置坐标(X4，Y2)。在将驱动信号施加到线X4的第四个水平周期中，由于线X4未与第一检测电路130连接，因此未执行有源针笔180的触摸识别。而后，图2B中所示的实施例与图2A中所示实施例的不同之处在于，在将驱动信号施加至具体的第一线112上时，与该具体第一线相邻(例如，上一条或者下一条)的第一线未与第一检测电路130连接，而是与地电源GND连接。这里，相邻的第一线通过如图I所示的选择单元140中所提供的选择开关142的接触点(c)与地电源GND连接。例如，参考图2B中的第二个水平周期，驱动信号施加至线X2，并且与线X2相邻(上一条或者下一条)的线Xl和线X3与地电源GND连接，以便排除或减少施加到线X2的驱动信号对与线X2相邻的线Xl和线X3带来的影响。在图2B的实施例中，与被施加驱动信号的具体第一线(例如，X2)相邻(上一条 或者下一条)的第一线(例如，Xl和X3)与地电源GND连接。然而，根据本发明实施例的结构不限于以上结构。由于与地电源GND连接的第一线可以不用作检测线，因此当有源针笔接触与连接至地电源GND的第一线相连接的检测元件时，未进行触摸识别。图3为根据图2B示出的实施例的信号的时序图。参见图3，每一个水平周期IH将驱动信号逐线施加至多条第一线(X1，X2，X3，...),并且将地电源GND施加至与被施加驱动信号的第一线相邻的第一线。此外，当驱动信号或者地电源GND未被施加至第一线时，第一线(XI，X2，X3，...)像第二线(Yl至Ym)那样用作检测线。也就是说，第一线和第二线分别与第一检测电路130和第二检测电路150连接。在图3所示的实施例中，在一个水平周期IH中以多个脉冲的形式施加驱动信号。在一些实施例中，在一个水平周期IH期间，驱动信号可以被施加为至少一个脉冲信号。下文中，将更为详细地描述根据本发明实施例的触摸屏系统的手指触摸识别操作和有源针笔触摸识别操作。首先，将描述手指触摸识别操作，其中第一线112作为驱动线运行以便将驱动信号顺序施加至第一线112，并且其中第二线114作为检测线运行并与第二检测电路150连接。图4为图I的触摸屏面板的简化电路示意图。参见图4，图I中示出的触摸屏面板110可被表示为电容电路。触摸屏面板110包括作为驱动线的第一线112和作为检测线的第二线114。第一线112和第二线114空间上彼此分开，以形成电容连接节点，即，检测元件116。这里，第一线112与被表示为电压源的驱动电路120连接，并且第二线114与第二检测电路150连接。如上所述，第一线112通过选择单元140中提供的选择开关142的接触点(a)与驱动电路120连接。此外，第一线112和第二线114可分别具有设定或预定寄生电容112a和114a。当手指170未接触第一线112和第二线114之间的交叉区域(检测元件116)时，检测元件116的电容CM不存在变化。然而，当手指170接触检测元件116时，电容CM变化，并且这种电容变化改变了传输至作为与检测元件116连接的检测线的第二线114的电流(和/或电压)。与第二线114连接的第二检测电路150产生第二检测信号，该第二检测信号将关于检测元件的电容CM的变化以及检测元件116的位置的信息通过ADC(例如，图I中的156)转换为设定或预定形式，以便将该第二检测信号传输至处理单元(例如，图I中的160)。随后将描述电容CM发生变化的检测元件116的位置的检测方法的实施例。当第二检测电路150检测到与检测元件116连接的第二线114的电容CM的变化时，输出电容CM发生变化处的第二线114的坐标和从驱动电路120 (即，与检测元件116连接的第一线112)被输入驱动信号的第一线112的坐标，以获得发生接触的至少一个检测元件的坐标。以上是由通过布线(未示出)而彼此连接的第二检测电路150和驱动电路120实 现的。驱动电路120扫描(将驱动信号顺序施加至)第一线112并且将所扫描的第一线的坐标连续输出至第二检测电路150，以便第二检测电路150检测到第二线114的电容CM的变化，从而获得电容CM发生变化处的位置的位置坐标，也就是说对应于检测元件116的第一线112和第二线114处。在上述结构中，根据本发明实施例的触摸屏系统可实现多个手指接触的位置识别，从而实现多点触摸识别。图5A为示出正常状态(未触摸)条件下的检测元件的示意图。图5B为示意性示出根据施加至图5A的各个检测元件的驱动信号的检测结果的图。参见图5A，示出了被作为电介质层的绝缘层118隔开的第一线112和第二线114之间的电容电场线200。另外，保护层119可形成在第二线114上。这里，第一线112与第二线114彼此交叉的位置是检测元件116。如所示出的，为了对应于检测元件116，电容CM形成于第一线112与第二线114之间。在将驱动信号从驱动电路120施加到与检测元件连接的第一线112时，电容CM由检测元件116产生。也就是说，参见图5B，驱动电路120将驱动信号(例如，具有3V电压的信号)顺序提供给第一线(XI，X2，...以及Xn)，并且，当驱动电路120将驱动信号提供给第一线(XI，X2，...以及Xn)中的至少一条第一线时，驱动信号未被施加至其它的第一线。这里，如上所述，未被施加驱动信号的第一线与第一检测电路130连接或者与地电源GND连接。在图5B中，驱动信号被施加至第一线XI。电容CM形成在被施加驱动信号的线Xl与多条第二线之间的多个位置(检测元件Sll, S12，...，以及Slm)处，以便对与电容相对应且被施加至与施加驱动信号的检测元件连接的第二线(Y1，Y2，...，以及Ym)上的信号(例如，具有0. 3V电压的信号)进行检测。图6A为示出手指接触条件下的检测元件的示意图。图6B为示意性示出根据施加至图6A的各个检测元件的驱动信号的检测结果的图。参见图6A，当手指170接触至少一个检测元件116时，手指170作为低阻抗材料存在。在第二线114与人体之间产生了 AC电容Cl。人体具有相对于地而言约200pF的自电容，该电容远远大于Cl。
当手指170实施接触以便第一线112与第二线114之间的电场线210被截止时，电场线通过手指170与人体中建立的电容通路而分流至地。结果，图6A所示的正常状态下的电容 CM 减少 Cl (CMl = CM-CI)。此外，检测元件的电容CM的变化改变了传输至与检测元件116连接的第二线114的信号。也就是说，如图6B所示，驱动电路120将驱动信号(例如，具有3V电压的信号)顺序地提供给第一线(XI，X2，...，以及Xn)，以便在被施加驱动信号的线Xl与多条第二线的交叉位置处，由多 个检测元件Sll，S12，...，以及Slm产生电容CM。当手指170接触至少一个检测元件(例如，S12和Slm)时，电容CM被减降低至CM1，以便与降低后的电容CMl对应的信号(例如，具有0. 2V电压的信号)施加至与检测元件S12和Slm连接的第二线Y2和Ym上。由于与线Xl连接的其它检测元件(但未接触手指170)保持先前的电容CM，因此与先前信号相同的信号(例如，具有0. 3V电压的信号)施加至与其它检测元件连接的第二线上。然后，与第二线(Yl，Y2,,以及Ym)连接的第二检测电路150产生第二检测信号，以通过ADC(图I中的156)将关于检测元件S12和Slm的电容CM的变化以及检测元件S12和Slm的位置的信息转换为设定或预定形式，并将该第二检测信号传输至处理电路160。接下来，将描述根据本发明实施例的由触摸屏系统执行的有源针笔的触摸识别操作。当进行有源针笔触摸识别操作时，第一线112和第二线114作为检测线运行，并且第一线112和第二线114分别与第一检测电路130和第二检测电路150连接。有源针笔180在设定或预频率产生电场信号并发射该电场信号。有源针笔180中可提供谐振电路(未示出)和电池(未示出)。不同于上述手指的触摸识别操作，第一线112未与驱动电路120连接，而是与第一检测电路130连接，以便在有源针笔180实施接触时进行触摸识别操作。也就是说，从有源针笔180输出的电场信号作为具有设定或特定频率的AC信号被发射。电场信号的作用与进行手指接触的识别操作时施加至第一线112的驱动信号的作用相似。因此，当有源针笔180接触或靠近具体检测元件116时，检测元件116的电容被有源针笔180发射的电场信号改变。从而，与检测元件116连接的第一线112和第二线114用作检测线，以用于将第一线112和检测元件116中电容CM的变化所产生的连接信号传输至第一检测电路130和第二检测电路150。因此，可检测到与有源针笔180接触的检测元件的位置。图7为示意性示出在有源针笔接触具体检测元件情况下的检测结果的图。在图7中，例如，将描述当驱动信号施加至第一线Xl且有源针笔180接触与第三条第一线X3和第二线Y2连接的检测元件S32时的触摸识别操作。参见图7，在接触有源针笔的具体检测元件S32的情况下，均与检测元件S32连接的线X3和线Y2作为检测线运行且分别与第一检测电路(图I中的130)和第二检测电路(图I中的150)连接。也就是说，在图7的实施例中，线Xl作为被施加驱动信号的驱动线运行。然而，除了线Xl以外的所有其它第一线和第二线(112和114)均可作为检测线运行。因此，检测元件S32的初始电容因有源针笔的接触改变，并且与所变化的电容相对应的信号(例如，具有0. 5V电压的信号)被与检测元件S32连接的线X3和线Y2检测。这里，由于未接触有源针笔的其它检测元件保持先前的电容，与先前信号相同的信号(例如，具有0.3V电压的信号)施加到与检测元件连接的第二线114。在与检测元件连接的第一线112之中，驱动信号施加至线Xl，并且其余第一线与地电源GND或第一检测电路130连接，而没有信号变化。然后，第一检测电路130和第二检测电路150分别与第一线X3和第二线Y2连接，产生第一检测信号和第二检测信号并将其传输至处理单元160，以便可检测到检测元件 S32的坐标(X3，Y2)。第一检测电路130和第二检测电路150通过其各自的ADC (图I中的136和156)，将关于检测元件S32的电容CM的变化以及检测元件S32的位置的信息转换为设定或预定形式或数据。根据本发明上述实施例的触摸屏系统可用电容方法的触摸屏同步(例如，同时)实现手指的触摸识别和有源针笔的触摸识别，并且可独立地处理手指的触摸识别与有源针笔的触摸识别，以便可实现各种以及准确的多点触摸识别。此外，在本发明的实施例中，有源针笔发射的电场信号的频率被设置为与检测电路中提供的采样/保持电路的采样信号频率相对应，以便在有源针笔的触摸识别期间可分离出噪声信号，并且可进行正确的触摸识别，这将会进行更为详细的描述。图8为示例性示出图I的检测电路的结构的电路图。图9为施加至图8的电路的信号的时序图。另外，图IOA和图IOB为示出根据本发明实施例的有源针笔触摸识别期间的信号波形的时序图。图8的电路图可应用于图I的第一检测电路130或第二检测电路150。然而，为了方便起见，图8中将描绘第一检测电路130与一条第一线112连接的结构。参见图8，第一检测电路130包括与第一线112连接的放大单元(AMP) 132，用于在采样周期T(例如，一致的采样周期)中对从AMP 132输出的信号进行采样的采样/保持电路134，以及用于将从采样/保持电路134输出的信号转换为输出至处理单元(图I中的160)的第一检测信号的模拟数字转换器(ADC) 136。在图8的实施例中，AMP 132包括放大器Amp，该Amp具有与第一线112连接的负(-)输入端子、与参考电压Vref连接的正(+)输入端子以及与采样/保持电路134连接的输出端子，AMP 132还包括连接在负(-)输入端子和输出端子之间的初始化开关Rsw以及与初始化开关Rsw并联的第一电容器Cl。此外，连接在放大器Amp的输出端子与ADC 136之间的采样开关SHsw以及与采样/保持电路134的输出端连接的第二电容器C2包含在采样/保持电路134中。这里，第二电容器C2使得采样/保持电路的输出稳定。在具有上述结构的第一检测电路130中，图9示出了当有源针笔接触与第一线112连接的检测元件(未示出)时所产生的信号的波形。参见图8和图9，将更为详细地描述有源针笔的触摸识别操作。初始化开关Rsw在周期T (例如，一致的采样周期)中对通过第一线112提供的电容变化信息进行初始化。也就是说，当初始化开关Rsw接通时，放大器Amp的负(-)输入端子和输出端子具有相同的电位，并且参考电压Vref施加至放大器的正(+)输入端子。因此，由于第一电容器Cl两端之间的电位差变为0，先前周期中提供的电容变化信息被初始化。此外，如图9所示，采样开关SHsw在一致的采样周期T内运行。例如，对在采样周期T末期接通并且提供给第一线112的电容变化信息进行采样。也就是说，采样周期D的大部分时间为保持期并且采样周期T的末期为采样期。此时，当有源针笔接触检测元件时，电容变化信息作为对应于有源针笔发射的电场信号EM的信号通过第一线被输出。 也就是说，在电容变化信息中，有源针笔发射的电场信号周期被保持且仅电场信号的幅值变化。因此，检测元件的电容变化可以被检测到。在图9和图10中，为了方便起见，将描述具有有源针笔发射的相同周期的电场信号EM，而非描述电容变化信息。因此，采样/保持电路134通过采样开关SHsw检测保持期中电场信号的上升沿和/或下降沿。例如，如图10所示，在采样周期T的保持期内检测到电场信号EM的上升沿的情况下，当采样开关接通时所采样的信号具有正(+)相位。在保持期内检测到电场信号EM的下降沿的情况下，当采样开关接通时采样的信号具有负(_)相位。在保持期内检测到上升沿和下降沿的情况下，当采样开关接通时采样的信号具有0相位。在本发明的实施例中，为了清楚地将有源针笔的触摸识别期间产生的信号与噪声信号区分开来，有源针笔发射的电场信号的频率被设置为与采样/保持电路的采样信号频率相对应。也就是说，参照图9，当采样周期称为T时，采样信号频率被设为fSH = 1/T，并且根据本发明实施例的电场信号EM的频率fEM被设为采样信号频率fSH的3/4 (fEM = fSH*3/4)。因此，电场信号EM的周期Tem被设为采样周期T的4/3 (Tem = T*4/3)。如上所述，当有源针笔发射的电场信号EM的频率被设为具体频率(例如，fEM =fSH*3/4)以对应于采样信号频率时，如图9所示，电场信号EM每四个采样周期4T被重复。此外，当如上所述通过设置频率而接通采样开关SHsw时，采样信号的相位每两个采样周期2T被反向，这由图IOA和图IOB的实施例所示出。更为详细地，在图IOA的实施例中，采样信号的相位为“-，0，+，0，-，0，+以及O”。在图IOB的实施例中，米样彳目号的相位为“-，-，+，+，-，-，+以及+”。也就是说，任何采样信号的相位在2T之后(之前)被反向。结果，当有源针笔接触具体的检测元件时，与检测元件连接的第一线112检测的电容变化信息具有一致的规律。也就是说，采样的信号每两个采样周期2T就具有相反相位。因此，有源针笔的触摸识别期间产生的信号可与噪声信号区别开来。虽然本发明结合某些示例性实施例进行了描述，但是应该理解，本发明并非限于所公开的实施例，而是相反，本发明意在覆盖包含于所附权利要求的精神和范围之内的各种改变及等同布局，以及其等价物。权利要求
1.一种触摸屏系统，包括 触摸屏面板，包括多条第一线、与所述多条第一线交叉的多条第二线以及在所述多条第一线和所述多条第二线的交叉区域处形成的多个检测元件； 驱动电路，用于将驱动信号顺序施加至所述多条第一线； 第一检测电路，用于接收所述多条第一线检测到的电容变化信息并产生与该电容变化信息相对应的第一检测信号； 选择单元，用于选择性地将所述多条第一线与所述驱动电路或所述第一检测电路连接; 第二检测电路，用于从所述多条第二线接收所述多个检测元件检测到的电容变化信息并产生与该电容变化信息相对应的第二检测信号；和 处理单元，用于从所述第一检测电路和/或所述第二检测电路接收检测信号并确定所检测到的触摸位置。
2.根据权利要求I所述的触摸屏系统，进一步包括有源针笔， 其中所述有源针笔被配置为在设定频率产生并发射电场信号。
3.根据权利要求I所述的触摸屏系统，其中所述选择单元包括用于将所述多条第一线与所述驱动电路或所述第一检测电路连接的多个选择开关。
4.根据权利要求3所述的触摸屏系统，其中所述多个选择开关被配置为选择性地将所述多条第一线与地电源连接。
5.根据权利要求4所述的触摸屏系统，其中所述多个选择开关被配置为将所述多条第一线中与被施加所述驱动信号的第一线相邻的其它第一线与所述地电源连接。
6.根据权利要求3所述的触摸屏系统，其中所述多个选择开关被配置为将除了由所述多个选择开关连接到所述驱动电路的一条或多条第一线之外的所述多条第一线与所述第一检测电路或地电源连接。
7.根据权利要求I所述的触摸屏系统，其中所述第一检测电路和所述第二检测电路中的每一个均包括 与所述多条第一线中相应的一条第一线或所述多条第二线中相应的一条第二线连接的放大单元； 用于在采样周期内对从所述放大单元输出的信号进行采样的采样/保持电路；以及用于将从所述采样/保持电路输出的信号转换为所述第一检测信号或所述第二检测信号并将所述第一检测信号或所述第二检测信号输出至所述处理单元的模拟数字转换器。
8.根据权利要求7所述的触摸屏系统，其中所述放大单元包括 放大器，具有与所述一条第一线或所述一条第二线连接的负输入端子、用于接收参考电压的正输入端子以及与所述采样/保持电路连接的输出端子； 连接在所述负输入端子与所述输出端子之间的初始化开关；和 与所述初始化开关并联连接的第一电容器。
9.根据权利要求7所述的触摸屏系统，其中所述采样/保持电路包括 连接在所述放大单元的输出端与所述模拟数字转换器之间的采样开关；和 与所述采样/保持电路的输出端连接的第二电容器。
10.根据权利要求9所述的触摸屏系统，其中所述采样开关被配置为在采样周期的采样段内接通，以对所述一条第一线的电容变化信息或与所述一条第二线连接的检测元件的电容变化信息进行采样。
11.根据权利要求7所述的触摸屏系统，其中有源针笔发射的电场信号的周期被设置为所述采样周期的4/3。
12.根据权利要求10所述的触摸屏系统，其中当所述采样开关接通时采样的信号的相位每2个采样周期被反向。
13.根据权利要求12所述的触摸屏系统，其中所述采样的信号对应于有源针笔进行的接触所产生的信号。
14.一种驱动触摸屏系统的方法,该触摸屏系统包括多条第一线，与所述多条第一线交叉的多条第二线以及形成在所述多条第一线与所述多条第二线的交叉区域处的多个检测元件，该方法包括 将驱动电路提供的驱动信号顺序施加至所述多条第一线； 将所述多条第一线中除了被施加驱动信号的第一线之外的其它第一线与第一检测电路或地电源连接； 当手指接触所述多个检测元件中的与被施加所述驱动信号的该第一线相对应的检测元件时，将该检测元件所检测到的第一电容变化信息输出至所述多条第二线中与该检测元件连接的相应一条第二线，并产生与所述第一电容变化信息对应的检测信号；以及 当有源针笔接触或靠近所述多个检测元件中的与所述多条第一线中的连接至所述第一检测电路的另一条第一线相对应的另一个检测元件时，输出由与该另一个检测元件连接的该另一条第一线以及所述多条第二线中的另一条第二线所检测到的第二电容变化信息，并产生与所述第二电容变化信息对应的另一检测信号。
15.根据权利要求14所述的驱动触摸屏系统的方法，其中除了通过选择开关与所述驱动电路连接的第一线之外的第一线，与所述第一检测电路或所述地电源连接。
16.根据权利要求14所述的驱动触摸屏系统的方法，其中所述有源针笔在设定频率下产生并发射电场信号。
17.根据权利要求14所述的驱动触摸屏系统的方法，其中所述第一检测电路在采样周期中对提供至该第一线的电容变化信息进行采样。
18.根据权利要求17所述的驱动触摸屏系统的方法，所述有源针笔发射的电场信号的周期被设置为所述采样周期的4/3。
19.根据权利要求17所述的驱动触摸屏系统的方法，其中所述第一检测电路采样的信号的相位每2个采样周期被反向。
20.根据权利要求19所述的驱动触摸屏系统的方法，其中所述采样的信号对应于有源针笔进行的接触所产生的信号。
全文摘要
本发明提供一种触摸屏系统及其驱动方法，该触摸屏系统包括包含第一线、与所述第一线交叉的第二线以及形成在所述第一线与所述第二线的交叉区域处的多个检测元件在内的触摸屏面板，用于将驱动信号顺序施加至所述第一线的驱动电路，用于接收所述第一线检测的电容变化信息并产生与所述电容变化信息相对应的第一检测信号的第一检测电路，用于选择性地将所述第一线与所述驱动电路或所述第一检测电路连接的选择单元，用于接收来自于所述第二线的所述检测元件检测的所述电容变化信息并产生与所述电容变化信息对应的第二检测信号的第二检测电路，以及用于从所述第一检测电路和/或第二检测电路接收检测信号并确定所检测到的触摸位置的处理单元。
文档编号G09G3/20GK102750055SQ20111038426
公开日2012年10月24日 申请日期2011年11月28日 优先权日2011年4月18日
发明者具泚昇, 安淳晟, 张亨旭 申请人:三星移动显示器株式会社
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