CN101140366B - 感测一对象触碰的像素单元、方法及其显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明是关于一种感测一对象触碰的像素单元、方法及其显示装置。该显示装置包含一数据线。该像素单元包含第一开关电路及一感测电路。第一开关电路电性连接至数据线。感测电路电性连接至第一开关电路，并响应一对象的触碰产生一信号，其中该信号通过第一开关电路的导通由数据线向外传输。显示装置另包含一读出线，像素单元另包含第二开关电路。第二开关电路电性连接至该读出线。感测电路电性连接至第二开关电路。在第一时间周期中，感测电路由数据线通过第一开关电路接收一参考电压，并在第二时间周期中，通过读出线路传输该信号。

Description

感测一对象触碰的像素单元、方法及其显示装置

技术领域

本发明关于一种像素单元、方法及包含此像素单元的显示装置，特别是关于一种可用以感测一对象触碰的像素单元、方法及其显示装置。

背景技术

液晶屏幕是利用液晶而发展出的全彩显示技术的显示装置，由于具有省电、低辐射、不占空间、重量轻等优点，且在尺寸大小方面拥有相当的弹性，因此在数字相机、个人数字助理(personal digital assistant；PDA)及电视机等具显示屏幕的电子产品上，都可以看到液晶屏幕的应用。另一方面，为了增加这些使用液晶屏幕的电子产品操作上的便利性，目前市面上的液晶屏幕亦可依据实际应用上的需求，在液晶屏幕上增加触碰控制(touch control)的功能，藉以读取使用者的输入以进行电子产品的控制。一般说来，此种液晶屏幕为触控式液晶屏幕。

大致而言，目前市面上触控式液晶屏幕有各种制作方式；以电容式触控液晶屏幕为例，其制作方式大致可分为两类，一是在液晶屏幕上多增加一层具有感测功能的薄膜，通过此薄膜达到触碰控制的功能；另一类制作方式则是于液晶屏幕中直接制作感测一对象的触碰的电路。图1为现有可感测一对象的触碰的液晶屏幕的示意图。液晶屏幕1包含像素单元10、输出电路12以及复数条扫瞄线14、16。像素单元10中包含固定电容100、液晶电容102、可变电容104、像素开关106以及读出开关108。当像素单元10被一对象(例如触控笔、人的手指等)触碰时，可变电容104将会产生变化，进而产生输出电流101，并通过读出开关108将输出电流101传输至输出电路12。最后输出电路12便根据输出电流101的变化，以判断像素单元10是否被触碰。

在另一种现有可感测一对象的触碰的液晶屏幕中的像素单元中，像素的电路与一输出电路连接。像素单元包含一固定电容、一液晶电容、复数个开关、一数据线以及一输出线。固定电容与液晶电容接收一共电压，并连接至所述的这些开关。所述的这些开关其中之一用以控制数据线所传输的电压是否可传输至固定电容与液晶电容。另一开关则用以控制液晶电容与固定电容是否透过输出线与输出电路连接。液晶电容为一可变电容，其电容值由等效的液晶介电常数与电容两电极之间的间距来决定。当像素单元被一对象触碰时，液晶电容的电容值会增大，其储存的电荷的多寡便会产生变化，进而产生一输出电流，此时输出电路即可判断输出电流的变化，来判断像素单元是否被触碰。然而，由于上述连接结构的影响，数据线所传输的电压通常会随着像素单元所显示的灰阶值的不同而有不同的变化量，因此电压并非为一固定值，进而影响液晶电容电荷的变化量，导致输出电路判断此像素是否被触碰的难度。

综上所述，现有电容式触控液晶屏幕都需在原本的液晶屏幕中增加额外的元件，由于须在像素中加入感应元件以及读取线，此举将降低像素的开口率，且现有像素单元容易受到由数据线输入的电压的影响，进而增加判断此像素是否被触碰的困难。是故，如何在不大幅改变现有像素单元的构造与电路的情况下，制作一种减少成本并具有高感测度的电容式触控液晶屏幕，乃是此业界需要努力达成的目标。

发明内容

本发明的一目的在于提供一种应用于一显示装置的像素单元，该显示装置包含一数据线。该像素单元包含一开关电路及一感测电路。该开关电路电性连接至该数据线。该感测电路电性连接至该开关电路，并响应一对象的触碰产生一信号，其中该信号通过该开关电路的导通由该数据线向外传输。

本发明的另一目的在于提供一种显示装置，其包含一数据线、一驱动电路及一如前段所述的像素单元。该像素单元用以接收该驱动电路传送的像素数据，并通过其开关电路及感测电路以响应一对象的触碰产生一信号，而该信号则通过该开关电路的导通由该数据线向外传输。

本发明的又一目的在于提供另一种显示装置，用以感测一对象的触碰，其包含复数条数据线、复数条扫描线及复数个像素单元。各该像素单元包含一可变电容以及一开关电路，该可变电容电性连接至该开关电路。所述的这些像素单元的可变电容响应该对象的触碰而产生复数个信号，所述的这些扫描线与所述的这些像素单元依序电性连接，用以依序导通所述的这些像素单元的开关电路，所述的这些信号通过所述的这些像素单元的开关电路的依序导通由所述的这些数据线被传输。

本发明的次一目的在于提供一种感测一对象的触碰的方法，该方法用于一像素单元，该像素单元包含第一开关电路、第二开关电路以及一可变电容，该方法包含下列步骤：在第一时间周期中使该第一开关电路导通，并经由一数据线通过该第一开关电路输入一参考电压；根据该参考电压并响应该对象的触碰产生一信号；以及在第二时间周期中使该第二开关电路导通，并经由一读出线路通过该第二开关电路传输该信号。

本发明的又一目的在于提供一种应用于一显示装置的像素单元，用以感测一对象的触碰，该显示装置包含一数据线及一读出线路。该像素单元包含第一开关电路、第二开关电路及一可变电容。该第一开关电路电性连接至该数据线。该第二开关电路电性连接至该读出线路。该可变电容电性连接至该第一开关电路以及该第二开关电路。在第一时间周期中，该可变电容由该数据线通过该第一开关电路接收一参考电压，且该可变电容根据该参考电压并响应该对象的触碰以产生一信号；在第二时间周期中，通过该读出线路传输该信号。

本发明的另一目的在于提供一种显示装置，此显示装置包含一数据线、一驱动电路、一读出线路以及一如前段所述的可感测一对象的触碰的像素单元。该像素单元用以接收该驱动电路传送的像素数据，其包含第一开关电路、第二开关电路及一可变电容。该第一开关电路电性连接至该数据线。该第二开关电路电性连接至该读出线。该可变电容电性连接至该第一开关电路以及该第二开关电路。在第一时间周期中，该可变电容由该数据线通过该第一开关电路接收一参考电压，且该可变电容根据该参考电压并响应该对象的触碰以产生一信号，在第二时间周期中，该信号通过该第二开关电路由该读出线路传输至该驱动电路。

本发明的像素单元可将感测电路所产生的信号，通过开关电路由数据线向外传输，以节省输出电路所需的花费以及空间。另外，通过数据线输入一参考电压至可变电容，可提高像素单元的感测一对象触碰的感测度，因此通过本发明可解决现有具有感测一对象触碰功能的像素单元需增加额外的输出电路，及易受因数据线输入的电压的影响，导致增加判断此像素是否被触碰的困难的缺点。

附图说明

图1为现有可感测一对象的触碰的液晶屏幕的示意图；

图2为本发明的第一实施例的示意图；

图3为第一实施例的像素单元的电路图；

图4为第一实施例的另一像素单元的电路图；

图5为本发明的第二实施例的电路图；

图6为第二实施例的像素单元的电路图；以及

图7为本发明的第三实施例的流程图。

附图标号：

1：液晶屏幕      10：像素单元

12：输出电路     14、16：扫描线

100：固定电容    101：输出电流

102：液晶电容    104：可变电容

2：显示装置      20：数据线

21：扫描线       22：像素单元

23：数据线驱动电路         24：感测信号判断电路

25：扫描线驱动电路         26：共电源线

220：晶体管                2200：晶体管的第一极

2201：晶体管的第二极       2202：晶体管的栅极

221：可变电容              2210：电容的第一极

2211：电容的第二极         222：液晶电容

223：固定电容

5：显示装置                50：数据线

51、52、53：扫描线         54：数据线驱动电路

55：扫瞄线驱动电路         56：读出线路

57：感测信号判断电路       58：像素单元

60：第一晶体管             600：第一晶体管的第一极

601：第一晶体管的第二极    61：第二晶体管

610：第二晶体管的第一极    611：第二晶体管的第二极

62：可变电容               63：固定电容

具体实施方式

在参阅附图及随后描述的实施方式后，该技术领域具有通常知识者便可了解本发明的其它目的，以及本发明的技术手段及实施态样。

本发明的第一实施例如图2所示，为一具有触控屏幕功能(touch screenfunction)的显示装置。显示装置2包含复数条数据线20、复数条扫描线21、复数个像素单元22、一数据线驱动电路23、一感测信号判断电路24、一扫描线驱动电路25以及一共电源线26。每一扫描线21依序与每一像素单元22电性连接，通过扫描线驱动电路25的驱动依序导通像素单元22。像素单元22用以接收数据线驱动电路23所传送的像素数据，并根据这些像素数据进行一画面的显示。所述的这些像素单元22向应其本身的导通将其响应一对象的触碰所产生的信号依序由数据线20传输出去。感测信号判断电路24电性连接至所述的这些数据线20，并用以接收所述的这些像素单元22响应对象的触碰所产生的信号。感测信号判断电路24可为比较器或积分器，或者为比较器及积分器的组合，而其可由熟悉此技术者通过已知技术达成。

图3绘示像素单元的其中一例子。详言之，每一像素单元22皆包含一开关电路(即晶体管220)及一感测电路(即可变电容221)。晶体管220电性连接至数据线20，可变电容221电性连接至晶体管220，并响应对象的触碰产生一输出电流，而所产生的输出电流则通过晶体管220的导通由数据线20向外传输至感测信号判断电路24。

晶体管220包含第一极(即源极或漏极)2200及第二极(与第一极2200相对应的漏极或源极)2201。晶体管220的第一极2200与数据线20电性连接，以传输响应对象触碰所产生的输出电流至数据线20。晶体管220的第二极2201与可变电容221电性连接，以接收可变电容221响应对象触碰所产生的输出电流。晶体管220具有栅极2202，其与扫描线21电性连接，以控制晶体管220的导通。具体来说，扫描线21用以控制栅极2202，进而控制晶体管220的导通状态。当晶体管220为导通时，数据线驱动电路23所传送的像素数据可透过晶体管220输入至像素单元22，而响应对象触碰产生的输出电流亦可经由晶体管220输出至数据线20，并传输至感测信号判断电路24。在本实施例中，晶体管220可为N型晶体管或P型晶体管。

当对象触碰到像素单元22时，被触碰的像素单元22的可变电容221的电容量将被改变，藉此，可变电容221即可产生响应对象触碰的输出电流。详言之，可变电容221包含第一极2210及第二极2211，可变电容221的第一极2210电性连接至晶体管220，用以传输响应对象触碰所产生的输出电流至晶体管220。可变电容221的第二极2211则电性连接至共电源线26，共电源线26则为可变电容221产生输出电流的一参考值(即提供一电压至可变电容221)。

像素单元22另包含液晶电容222及固定电容223，其运作方式为此技术领域具有通常知识者所熟知，故在此不加赘述。

显示装置2的像素单元22可替换为如图4所绘示的像素单元22的另一种态样。图3与图4所绘示的像素单元22的不同点为：图3的像素单元22的固定电容223与扫描线21电性连接，而图4的像素单元22的固定电容223则与共电源线26电性连接。图4的像素单元22的作用及原理与图3的像素单元22相同，故在此不加赘述。

通过上述配置，本发明的第一实施例可通过像素单元的感测电路响应一对象触碰产生一信号(即输出电流)，并将此信号由数据线输出至一感测信号判断电路，以判断像素单元是否被触碰，进而使本发明的显示装置具有触控屏幕功能。

本发明的第二实施例如图5所示，为另一具有触碰屏幕功能的显示装置5。显示装置5包含复数条数据线50、复数条扫描线51、52、53、数据线驱动电路54、扫瞄线驱动电路55、复数个读出线路56、感测信号判断电路57以及复数个像素单元58。扫描线51、52、53依序与每一像素单元58电性连接，通过扫描线驱动电路55的驱动依序导通像素单元58。像素单元58用以接收数据线驱动电路54传送的像素数据，并根据这些像素数据进行画面的显示。

如图6所示，为像素单元58的其中一例子，其包含第一开关电路(即第一晶体管60)、第二开关电路(即第二晶体管61)、可变电容62及固定电容63。第一晶体管60及第二晶体管61分别电性连接至不同扫瞄线；例如，第一晶体管60电性连接至扫描线51，而第二晶体管61电性连接至扫描线52。由于第一晶体管60以及第二晶体管61电性连接至不同扫瞄线，因此第一晶体管60以及第二晶体管61的导通时间亦不尽相同。在扫描线51的第一时间周期中，第一晶体管60将被导通，使可变电容62由数据线50通过第一晶体管60接收一参考电压。

可变电容62可根据参考电压并响应对象的触碰以产生一输出电流。之后在扫描线52的第二时间周期中，第二晶体管61将被导通，可变电容62产生的输出电流即可通过第二晶体管61决定是否由读出线路56被传输该输出电流。具体来说，第一时间周期可为0至1秒，此时即为扫描线51被导通。第二时间周期可为1至2秒，此时即为扫描线52被导通。通过不同的导通时间周期，第一晶体管60及第二晶体管61的导通时间将会不同。此即分别错开输入参考电压至可变电容62以及输出电流通过读出线路56传输的时间，通过不同导通时间周期来分别传输参考电压以及信号的操作，即可充分避免现有像素单元容易受到由数据线输入的电压的影响而增加判断像素是否被触碰的困难。于此，参考电压可为显示装置5所有信号的最大电压。

第一晶体管60具有第一极(即源极或漏极)600及第二极(与第一极600相对应的源极或漏极)601。第一晶体管60的第一极600电性连接至数据线50，用以接收参考电压。第一晶体管60的第二极601电性连接至可变电容62，用以将参考电压传输至可变电容62。第二晶体管61具有第一极(即源极或漏极)610及第二极(与第一极610相对应的源极或漏极)611。第二晶体管61的第一极610电性连接至可变电容62，用以接收可变电容62响应该对象的触碰所产生的输出电流。第二晶体管61的第二极611电性连接至读出线路56，前述的输出电流则经由读出线路56进行传输。

通过上述配置，本发明的第二实施例由数据线输入一参考电压，以增加判断像素单元是否被触碰的准确度及灵敏度。

本发明的第三实施例如图7所示，为一种感测一对象的触碰的方法，此方法用于如第二实施例所述的像素单元58。该方法说明如下。

首先执行步骤70，在第一时间周期中使第一开关电路导通。接下来执行步骤71，经由数据线通过第一开关电路输入一参考电压。再执行步骤72，根据参考电压并响应对象的触碰产生一信号。之后，执行步骤73，在第二时间周期中使第二开关电路导通。最后，执行步骤74，经由一读出线路通过第二开关电路传输此信号。

除了图7所描绘的步骤外，第三实施例亦能执行第二实施例所有操作及功能。本发明所属技术领域具有通常知识者当可了解，图7所示的实施例如何基于第二实施例以执行此等操作及功能，故不再赘述。

由上述可知，本发明可透过一数据线直接输出感测电路响应对象的触碰而产生的信号至一感测信号判断电路，以解决现有像素单元需增加额外输出电路的缺点。此外，本发明亦可借着经由数据线输入一参考电压，增加判断像素单元是否被触碰的准确度及灵敏度，因此可解决现有像素单元易受其它输入的电压的影响而增加判断像素是否被触碰的困难。

上述实施例仅用来例举本发明的实施例，以及阐释本发明的技术特征，并非用来限制本发明的范畴。任何熟悉此技术者可轻易完成的改变或均等性的安排均属于本发明所主张的范围，本发明的权利范围应以权利要求范围为准。

Claims (37)

1.一种应用于一显示装置的像素单元，其特征在于，所述的显示装置包含一数据线，所述的像素单元包含：

一开关电路，电性连接至所述的数据线；以及

一感测电路，电性连接至所述的开关电路，并响应一对象的触碰产生一信号；

其中，所述的信号通过所述的开关电路的导通由所述的数据线传输。

2.如权利要求1所述的像素单元，其中所述的开关电路为一晶体管，所述的晶体管具有：

第一极，电性连接至所述的数据线，用以传输所述的信号至所述的数据线；以及

第二极，电性连接至所述的感测电路，用以接收所述的信号。

3.如权利要求2所述的像素单元，其中所述的显示装置另包含一扫描线，所述的晶体管另具有一栅极，电性连接至所述的扫描线，用以控制所述的晶体管的导通。

4.如权利要求2所述的像素单元，其中所述的晶体管为一N型晶体管。

5.如权利要求2所述的像素单元，其中所述的晶体管为一P型晶体管。

6.如权利要求1所述的像素单元，其中所述的感测电路具有一可变电容，所述的可变电容的一电容量响应所述的对象的触碰而改变，所述的感测电路通过所述的可变电容的电容量产生所述的信号。

7.如权利要求6所述的像素单元，所述的可变电容具有：

第一极，电性连接至所述的开关电路，用以传输所述的信号至所述的开关电路；以及

第二极，电性连接至一电源，所述的电源为所述的感测电路产生所述的信号的一参考值。

8.如权利要求1所述的像素单元，其中所述的显示装置为一具有触碰屏幕功能的显示装置。

9.一种显示装置，其特征在于，所述的显示装置包含：

一数据线；

一驱动电路；以及

一像素单元，接收所述的驱动电路传送的像素数据，所述的像素单元包含：

一开关电路，电性连接至所述的数据线；以及

一感测电路，电性连接至所述的开关电路，并响应一对象的触碰产生一信号；

其中，所述的信号通过所述的开关电路的导通由所述的数据线传输至所述的驱动电路。

10.如权利要求9所述的显示装置，其中所述的像素单元的开关电路为一晶体管，所述的晶体管具有：

第一极，电性连接至所述的数据线，用以传输所述的信号至所述的数据线；以及

第二极，电性连接至所述的感测电路，用以接收所述的信号。

11.如权利要求10所述的显示装置，另包含一扫描线，其中所述的晶体管另具有一栅极，电性连接至所述的扫描线，用以控制所述的晶体管的导通。

12.如权利要求10所述的显示装置，其中所述的显示装置另包含一感测信号判断电路，电性连接至所述的数据线，用以由所述的数据线接收所述的信号。

13.如权利要求12所述的显示装置，其中所述的感测信号判断电路包含一比较器。

14.如权利要求12所述的显示装置，其中所述的感测信号判断电路包含一积分器。

15.如权利要求10所述的显示装置，其中所述的晶体管为一N型晶体管。

16.如权利要求10所述的显示装置，其中所述的晶体管为一P型晶体管。

17.如权利要求9所述的显示装置，其中所述的感测电路具有一可变电容，所述的可变电容的一电容量响应所述的对象的触碰而改变，所述的感测电路通过所述的可变电容的电容量产生所述的信号。

18.如权利要求17所述的显示装置，所述的可变电容具有：

第一极，电性连接至所述的开关电路，用以传输所述的信号至所述的开关电路；以及

第二极，电性连接至一电源，所述的电源为所述的感测电路产生所述的信号的一参考值。

19.如权利要求9所述的显示装置，其中所述的显示装置为一具有触碰屏幕功能的显示装置。

20.一种显示装置，用以感测一对象的触碰，其特征在于，所述的显示装置包含：

复数条数据线；

复数条扫描线；以及

复数个像素单元，各所述的像素单元包含一可变电容以及一开关电路，所述的可变电容电性连接至所述的开关电路；

其中，所述的这些像素单元的可变电容响应所述的对象的触碰而产生复数个信号，所述的这些扫描线与所述的这些像素单元依序电性连接，用以依序导通所述的这些像素单元的开关电路，所述的这些信号通过所述的这些像素单元的开关电路依序导通由所述的这些数据线进行传输。

21.如权利要求20所述的显示装置，其中所述的显示装置另包含复数个感测信号判断电路，依序电性连接至所述的这些数据线，用以由所述的这些数据线分别接收所述的这些信号。

22.如权利要求21所述的显示装置，其中各所述的感测信号判断电路包含一比较器。

23.如权利要求21所述的显示装置，其中各所述的感测信号判断电路包含一积分器。

24.如权利要求20所述的显示装置，其中所述的开关电路为一晶体管，所述的晶体管的一栅极电性连接至所述的这些扫描线其中之一。

25.如权利要求24所述的显示装置，其中所述的晶体管为一N型晶体管。

26.如权利要求24所述的显示装置，其中所述的晶体管为一P型晶体管。

27.一种感测一对象触碰一像素单元的方法，所述的像素单元包含第一开关电路、第二开关电路以及一可变电容，所述的方法包含下列步骤：

在第一时间周期中使所述的第一开关电路导通，并经由一数据线通过所述的第一开关电路输入一参考电压；

根据所述的参考电压并响应所述的对象的触碰产生一信号；以及

在第二时间周期中使所述的第二开关电路导通，并经由一读出线路通过所述的第二开关电路传输所述的信号。

28.如权利要求27所述的方法，所述的参考电压为所有信号的最大电压。

29.一种应用于一显示装置的像素单元，用以感测一对象的触碰，其特征在于，所述的显示装置包含一数据线及一读出线路，所述的像素单元包含：

第一开关电路，电性连接至所述的数据线；

第二开关电路，电性连接至所述的读出线路；以及

一可变电容，电性连接至所述的第一开关电路以及所述的第二开关电路；

其中，在第一时间周期中，所述的可变电容由所述的数据线通过所述的第一开关电路接收一参考电压，且所述的可变电容根据所述的参考电压并响应所述的对象的触碰而产生一信号，在第二时间周期中，所述的信号通过所述的第二开关电路由所述的读出线路进行传输。

30.如权利要求29所述的像素单元，所述的参考电压为所有信号的最大电压。

31.如权利要求29所述的像素单元，所述的第一开关电路为一晶体管，所述的晶体管具有：

第一极，电性连接至所述的数据线，用以接收所述的参考电压；以及

第二极，电性连接至所述的可变电容，用以将所述的参考电压传至所述的可变电容。

32.如权利要求29所述的像素单元，所述的第二开关电路为一晶体管，所述的晶体管具有：

第一极，电性连接至所述的可变电容，用以接收所述的信号；以及

第二极，电性连接至所述的读出线路，所述的信号经由所述的读出线路进行传输。

33.如权利要求29所述的像素单元，其中所述的显示装置为一具有触碰屏幕功能的显示装置。

34.一种显示装置，其特征在于，所述的显示装置包含：

一数据线；

一驱动电路；

一读出线路；以及

一像素单元，接收所述的驱动电路传送的像素数据，所述的像素单元包含：

第一开关电路，电性连接至所述的数据线；

第二开关电路，电性连接至所述的读出线路；以及

一可变电容，电性连接至所述的第一开关电路以及所述的第二开关电路；

其中，在第一时间周期中，所述的可变电容由所述的数据线通过所述的第一开关电路接收一参考电压，且所述的可变电容根据所述的参考电压并响应对象的触碰以产生一信号，在第二时间周期中，所述的信号通过所述的第二开关电路由所述的读出线路传输至所述的驱动电路。

35.如权利要求34所述的显示装置，其中所述的参考电压为所有信号的最大电压。

36.如权利要求34所述的显示装置，其中所述的像素单元的第一开关电路为一晶体管，所述的晶体管具有：

第一极，电性连接至所述的数据线，用以接收所述的参考电压；以及

第二极，电性连接至所述的可变电容，用以将所述的参考电压传至所述的可变电容。

37.如权利要求34所述的显示装置，所述的像素单元的第二开关电路为一晶体管，所述的晶体管具有：

第一极，电性连接至可变电容，用以接收所述的信号；以及

第二极，电性连接至所述的读出线路，所述的信号经由所述的读出线路进行传输。

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