CN101739182A - 内嵌式触控式显示面板、内嵌式触控式显示装置及触碰控制方法 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种内嵌式触控式显示面板，该面板的两基板间包括至少一个触控单元以及至少一个感应读取单元。触控单元具有串联的触碰感测电容以及参考电容。感应读取单元与触控单元电性连接，并具有开关、运算电容以及运算放大器。运算电容电性连接于运算放大器的负输入端以及输出端之间。开关与运算电容并联，并在操作后重置运算电容的电荷。感应读取单元根据参考信号、运算电容以及触碰感测电容的电荷输出感应输出值。本发明还公开一种内嵌式触控式显示装置及触碰控制方法。

Description

内嵌式触控式显示面板、内嵌式触控式显示装置及触碰控制方法

技术领域

本发明涉及一种内嵌式触控式显示面板、内嵌式触控式显示装置以及触碰控制方法。

背景技术

随着科技不断的进步，使得各种信息设备不断地推陈出新。其中，以数据输入设备而言，除了一般以键盘或鼠标输入数据之外，利用触控式技术来输入数据也是另一种输入方式的选择。由于人除了具有视觉及听觉之外，还具有触觉，而随着传感器技术不断的更新突破，使得触控式技术成为人与信息设备沟通的另一选择。

另一方面，传统的计算机输入接口(例如键盘或鼠标)对于不熟悉计算机者来说，在操作上存在一定的困难度，而造成计算机普及化的一个障碍。为了能够提供更直觉式的操作设备，近来业者积极地发展触控式显示面板(touch display panel)。触控式显示面板具有人性化的输入接口特性，使得任何年龄层的使用者可直接以手指或触控笔输入信息，或选取触控式显示面板上的功能选项。

一般而言，触控式显示面板是在一显示面板(例如液晶显示面板)之上另外设置一触控板。然而，额外设置的触控板除了会增加触控式显示面板的整体厚度，且材料成本也会相对的增加。近来，有业者将触控板整合至显示面板中，以此来节省材料成本并减少触控式显示面板的厚度。

参照图1A以及图1B所示，其中，图1A为将触控板整合至显示面板中的内嵌式触控式显示面板1的俯视图，图1B为图1A中A-A线的剖面图。现有的内嵌式触控式显示面板1包括薄膜晶体管基板11、彩色滤光基板12、公共电极13、液晶层14、像素电极15、触碰感测电极16以及触碰感测电极17。

薄膜晶体管基板11与彩色滤光基板12相对而设，而液晶层14设置于薄膜晶体管基板11与彩色滤光基板12之间。薄膜晶体管基板11以及彩色滤光基板12可分别为玻璃基板或塑料基板。公共电极13设置于彩色滤光基板12靠近薄膜晶体管基板11的一侧，像素电极15设置于薄膜晶体管基板11靠近彩色滤光基板12的一侧。触碰感测电极16以及触碰感测电极17相对设置，并位于彩色滤光基板12与公共电极13之间。

同时参照图2所示，其为部分的内嵌式触控式显示面板1的等效电路图。内嵌式触控式显示面板1包括运算放大器18、开关L₀₁、触碰感测电容C₀₁以及参考电容C₀₂。触碰感测电容C₀₁与参考电容C₀₂串联，运算放大器18分别与开关L₀₁、触碰感测电容C₀₁以及参考电容C₀₂电性连接。其中，运算放大器18的输出端可将开关L₀₁控制为导通状态或截止状态。

以下，将详细说明现有的内嵌式触控式显示面板1判断是否被触碰的方法。当人体未触碰内嵌式触控式显示面板1时，现有的内嵌式触控式显示面板1通过电流I对参考电容C₀₂充电，其充电时间为时间t₁，并假设参考电容C₀₂的一端接收的公共电压V_COM为接地电压，而参考电容C₀₂两端的电位差V如下列数学式：

$V=\frac{I\×t_1}{C_{02}}.$

当使用者触碰内嵌式触控式显示面板1时，触碰感测电容C₀₁与人体接触的一端可视为接地。接着，通过电流I对触碰感测电容C₀₁以及参考电容C₀₂充电，其充电时间为时间t₂，而参考电容C₀₂两端的电位差V如下列数学式：

$V=\frac{I\×t_2}{C_{01}+C_{02}}.$

综上所述，内嵌式触控式显示面板1被触碰时，其充电时间为t₂，而内嵌式触控式显示面板1未被触碰时，其充电时间为t₁。因此，可通过充电时间t₁与t₂的时间差来判断内嵌式触控式显示面板1是否被触碰。

然而，当触控单元整合至显示面板中(一般整合至彩色滤光基板)时，触碰感测电极16与公共电极13的距离很小，而且，公共电极13为一整片式的结构，使得参考电容C₀₂的电容值很大。此时，当内嵌式触控式显示面板1被触碰时，会因为参考电容C₀₂的电容值太大，而使得触碰感测电容C₀₁会被忽略，造成内嵌式触控式显示面板1容易发生误判的情形。

因此，如何提供一种消除参考电容效应的内嵌式触控式显示面板、内嵌式触控式显示装置以及触碰控制方法，实为现今的重要课题之一。

发明内容

有鉴于上述课题，本发明的目的在于提供能够消除参考电容效应的内嵌式触控式显示面板、内嵌式触控式显示装置以及触碰控制方法。

为达到上述目的，本发明提供一种内嵌式触控式显示面板，其包括至少一个触控单元以及至少一个感应读取单元。触控单元具有串联的第一触碰感应电容以及参考电容。感应读取单元与触控单元电性连接，并具有开关、运算电容及运算放大器。运算电容电性连接于运算放大器的负输入端和输出端之间。开关与运算电容并联，并在操作后重置运算电容的电荷。感应读取单元根据参考信号、运算电容及触碰感测电容的电荷输出感应输出值。

为达上述目的，本发明提供一种内嵌式触控式显示装置，其包括背光模块以及内嵌式触控式显示面板。内嵌式触控式显示面板与背光模块相对设置，内嵌式触控式显示面板具有至少一个触控单元以及至少一个感应读取单元。触控单元具有串联的第一触碰感应电容以及参考电容。感应读取单元与触控单元电性连接，并具有开关、运算电容及运算放大器。运算电容电性连接于运算放大器的负输入端与输出端之间。开关与运算电容并联，并在操作后重置运算电容的电荷。感应读取单元根据参考信号、运算电容及触碰感测电容的电荷输出感应输出值。

为达到上述目的，本发明提供一种触碰控制方法，其应用于内嵌式显示面板。显示面板具有至少一个触控单元、至少一个感应读取单元以及多任务单元。其中，触控单元具有串联的触碰感测电容以及参考电容。感应读取单元具有开关、运算电容以及运算放大器，其中触碰感测电容、参考电容及运算电容电性连接于连接线。触碰控制方法包括下列步骤：导通开关以重置运算电容的电荷；对连接线充电；由多任务单元根据多任务控制信号输出触碰感测电容的电荷；以及由感应读取单元根据参考信号、触碰感测电容的电荷及运算电容的电荷输出感应输出值。

为达到上述目的，本发明提供一种触碰控制方法，其应用于显示面板。显示面板具有至少一个触控单元以及至少一个感应读取单元。其中，触控单元具有串联的触碰感测电容以及参考电容。感应读取单元具有开关、运算电容以及运算放大器，其中触碰感测电容、参考电容以及运算电容电性连接于连接线。触碰控制方法包括下列步骤：导通开关以重置运算电容的电荷；对连接线充电；以及由感应读取单元根据参考信号、触碰感测电容的电荷及运算电容的电荷输出感应输出值。

综上所述，根据本发明的内嵌式触控式显示面板、内嵌式触控式显示装置以及触碰控制方法，通过感应读取单元消除参考电容对感应输出值所造成的影响，以使触控单元可整合至显示面板。

附图说明

图1A及图1B为现有的内嵌式触控式显示面板的示意图；

图2为图1B的局部等效电路图；

图3及图4为根据本发明优选实施例的内嵌式触控式显示面板的示意图；

图5为图4中B-B线的剖面图；

图6为根据本发明优选实施例的触碰控制方法的步骤流程图；

图7为根据本发明优选实施例的内嵌式触控式显示面板的示意图；

图8为根据本发明优选实施例的触碰控制方法的步骤流程图；以及

图9为根据本发明优选实施例的内嵌式触控式显示装置的示意图。

【主要组件符号说明】

1、2、3、5：内嵌式触控式显示面板

11、29：薄膜晶体管基板

12、30：彩色滤光基板

13、23、32：公共电极

14、31：液晶层

15：像素电极

16、17：触碰感测电极

18、OP：运算放大器

21：触控单元

22、22A、22B：感应读取单元

24：第一导电电极

25：第二导电电极

26：连接线

27、28：多任务单元

33：第一介电层

34：第二介电层

4：背光模块

41：光源

42：扩散板

43：光学膜片组

44：背板

6：内嵌式触控式显示装置

L1：光线

C01、C11：触碰感测电容

C02、C12：参考电容

C13：运算电容

I：电流

L01、L11：开关

SL：切换信号线

SM1、SM2：多任务控制信号

VO：感应输出值

Vref：参考电压

VCOM：公共电压

W11～W13、W21～W24：控制方法的步骤

具体实施方式

以下将参照相关附图说明根据本发明优选实施例的内嵌式触控式显示面板、内嵌式触控式显示装置及触碰控制方法。

参照图3所示，本发明优选实施例的内嵌式触控式显示面板2包括触控单元21以及与触控单元21电性连接的感应读取单元22。

触控单元21包括触碰感测电容C₁₁以及参考电容C₁₂，其中触碰感测电容C₁₁与参考电容C₁₂串联，并分别与连接线26电性连接。

感应读取单元22包括运算放大器OP、运算电容C₁₃以及开关L₁₁。运算放大器OP具有正输入端、负输入端以及输出端。运算电容C₁₃电性连接于运算放大器OP的负输入端以及输出端之间，而开关L₁₁与运算电容C₁₃并联。

以下，将详细说明内嵌式触控式显示面板2的操作。在第一时间内，由于运算电容C_13会存储前一次扫描所输出的电荷，因此经由切换信号线S_L所传送的切换信号将关开L₁₁控制为导通状态，以使运算电容C₁₃进行放电来重置运算电容C₁₃的电荷。

在第二时间内，经由切换信号线S_L所传送的切换信号将开关L₁₁控制为截止状态。由于运算放大器OP具有虚短路(virtual short)的特性，因此，当运算放大器OP的正输入端接收参考电压V_ref时，其负输入端的电压大约等于参考电压V_ref。此时，参考电容C₁₂以及运算电容C₁₃上的总电荷Q₁可以下列数学式表示：

Q₁＝(V_ref-V_COM)×C₁₂

在第三时间内，开关L₁₁维持截止状态，运算放大器OP的负输入端的电压仍为参考电压V_ref。当人体触碰内嵌式触控式显示面板2时，触碰感测电容C₁₁的一端系可视为接地。此时，触碰感测电容C₁₁、参考电容C₁₂以及运算电容C₁₃上的总电荷Q₂可以下列数学式表示：

Q₂＝(V_ref-V_COM)×C₁₂+V_ref×C₁₁+(V_ref-V_o)×C₁₃

由于参考电压V_ref为固定电压，因此，触碰感测电容C₁₁、参考电容C₁₂以及运算电容C₁₃上的总电荷为固定值，使得总电荷Q₁与总电荷Q₂相等，整理上述数学式可得：

$V_o=\frac{V_{\mathrm{ref}}\×C_{11}}{C_{13}}+V_{\mathrm{ref}}.$

综上所述，本实施例的内嵌式触控式显示面板2的感应输出值V_O由触碰感测电容C₁₁、运算电容C₁₃以及参考电压V_ref共同决定。本实施例的内嵌式触控式显示面板2的触碰判断与参考电容C₁₂无关，且触碰感测电容C₁₁及运算电容C₁₃的电容值都可受到设计者的控制，因此，相比于现有技术，本发明的触控单元21在整合至显示面板后，仍可正常操作。

实际上，图3中的触碰感测电容C₁₁为导电电极与人体之间所形成的电容，参考电容C₁₂为导电电极与内嵌式触控式显示面板2的公共电极之间所形成的电容。一般而言，为提高判断触碰位置的准确度，内嵌式触控式显示面板2包括至少二个相对设置的导电电极，以下将对其进行详细说明。

同时参照图4所示，内嵌式触控式显示面板2包括至少一个第一导电电极24以及至少一个第二导电电极25，其中第一导电电极24与第二导电电极25相对设置。第一导电电极24或第二导电电极25与公共电极23之间形成参考电容C₁₂，而第一导电电极24或第二导电电极25与人体之间形成触碰感测电容C₁₁。

参照图5所示，其为图4中B-B线的剖面图。内嵌式触控式显示面板2还包括薄膜晶体管基板29、彩色滤光基板30、液晶层31、公共电极32、第一介电层33以及第二介电层34。薄膜晶体管基板29与彩色滤光基板30相对设置，公共电极32设置于薄膜晶体管基板29以及彩色滤光基板30之间，液晶层31设置于公共电极32以及薄膜晶体管基板29之间。第一导电电极24设置于第一介电层33以及薄膜晶体管基板29之间，第二介电层34设置于第一介电层33以及液晶层31之间。

在本实施例中，第一导电电极24以及第二导电电极25可分别设置于薄膜晶体管基板29上。然而，对于本领域的普通技术人员，也可将第一导电电极24以及第二导电电极25设置于彩色滤光基板30上。另外，第一导电电极24以及第二导电电极25也可分别设置于公共电极32及彩色滤光基板30之间，或分别设置于公共电极32及薄膜晶体管基板29之间。

以下，内嵌式触控式显示面板2将以多个第一导电电极24、多个第二导电电极25以及多个感应读取单元22为例进行说明。如图4所示，各第一导电电极24以及各第二导电电极25分别与相对应的各感应读取单元22电性连接。在本实施例中，感应读取单元22可如图3所示，其功能、电路及操作方式已在先前实施例中有所叙述，在此不再赘述。

再参照图6所示，本发明优选实施例的一种触碰控制方法包括步骤W11至步骤W13。

同时参照图3以及图4所示，如步骤W11所述，经由相对应的切换信号线S_L所传送的切换信号将各开关L₁₁控制为导通状态，以使各运算电容C₁₃进行放电来重置各运算电容C₁₃的电荷。

如步骤W12所述，经由相对应的切换信号线S_L所传送的切换信号将各开关L₁₁控制为截止状态。此时，各参考电容C₁₂两端具有电位差，并经由各连接线26对其充电。

如步骤W13所述，各感应读取单元22根据参考信号V_ref、各触碰感测电容C₁₁的电荷及各运算电容C₁₃的电荷输出各感应输出值V_O。当所有的感应读取单元22输出相对应的感应输出值V_O后，经由相对应的切换信号线S_L所传送的切换信号将各开关L₁₁控制为导通状态以重置运算电容C₁₃上的电荷。

然而，在本实施例中，并非限定一个导电电极需要一个相对应的感应读取单元。以下，将详细说明通过多任务单元以减少感应读取单元的个数。参照图7所示，内嵌式触控式显示面板2除了包括上述的感应读取单元22、公共电极23、第一导电电极24以及第二导电电极25之外，还包括至少一个多任务单元。在本实施例中，内嵌式触控式显示面板2以二个多任务单元27、28为例说明。

多任务单元27分别与第一导电电极24以及感应读取单元22A电性连接，多任务单元28分别与第二导电电极25以及感应读取单元22B电性连接。在本实施例中，感应读取单元22A与感应读取单元22B可整合为一个感应读取单元。

参照图8所示，本发明优选实施例的一种触碰控制方法包括步骤W21至步骤W24。

同时参照图3以及图7所示，如步骤W21所述，经由切换信号线S_L所传送的切换信号将开关L₁₁控制为导通状态，以使运算电容C₁₃进行放电来重置运算电容C₁₃的电荷。

如步骤W22所述，经由切换信号线S_L所传送的切换信号将开关L₁₁控制为截止状态。此时，各参考电容C₁₂两端具有电位差，并经由各连接线26对其充电。

如步骤W23所述，多任务单元27根据多任务控制信号S_M1将相对应的触碰感测电容C₁₁的电荷依序输出至感应读取单元22A。多任务单元28根据多任务控制信号S_M2将相对应的触碰感测电容C₁₁的电荷依序输出至感应读取单元22B。

如步骤W24所述，感应读取单元22A、22B分别根据参考信号V_ref、各触碰感测电容C₁₁的电荷及各运算电容C₁₃的电荷输出各感应输出值V_O。

当感应读取单元22A和/或22B输出至少一个感应输出值V_O后，经由切换信号线S_L所传送的切换信号将开关L₁₁控制为导通状态以重置运算电容C₁₃的电荷。然而，对于本领域的普通技术人员，可以在感应读取单元22A和/或22B依序输出所有感应输出值V_O后才导通开关L₁₁以重置运算电容C₁₃的电荷。

再参照图9所示，本发明优选实施例的一种内嵌式触控式显示装置6包括背光模块4以及内嵌式触控式显示面板5。其中，背光模块4与内嵌式触控式显示面板5相对设置。

一般而言，背光模块4根据光源位置不同，可区分为直下式及侧光式，在本实施例中，背光模块4以直下式为例说明。背光模块4包括光源41、扩散板42、至少一个光学膜片组43以及背板44。其中，光源41设置于背板44与扩散板42之间。

当光源41产生光线L1时，其依序通过扩散板42以及光学膜片组43，以将均匀的光线L1提供至内嵌式触控式显示面板5。

在本实施例中，内嵌式触控式显示面板5可包括薄膜晶体管基板、彩色滤光基板、液晶层、公共电极、触控单元以及感应读取单元等。其中，触控单元以及感应读取单元的功能、电路以及操作方式已在先前实施例中有所叙述，在此不再赘述。

综上所述，根据本发明的内嵌式触控式显示面板、内嵌式触控式显示装置以及触碰控制方法，其通过感应读取单元固定参考电容两端的电压，以使感应读取单元输出的感应输出值由触碰感测电容、运算电容以及参考电压共同决定。本实施例的内嵌式触控式显示面板的触碰判断与参考电容无关，且触碰感测电容及运算电容的电容值都可受到设计者的控制，因此，相比于公知技术，本发明的触控单元在整合至显示面板后，仍可正常操作。

以上所述仅为举例性，而非为限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴而对其进行的等效修改或变更，均应包括在所附的权利要求书请求保护的范围内。

Claims (21)

1.一种内嵌式触控式显示面板，包括：

至少一个触控单元，具有串联的触碰感测电容及参考电容；以及

至少一个感应读取单元，与所述触控单元电性连接，并具有开关、运算电容及运算放大器，所述运算电容电性连接于所述运算放大器的负输入端及输出端之间，所述开关与所述运算电容并联，并在操作后重置所述运算电容的电荷，所述感应读取单元根据参考信号、所述运算电容的电荷及所述触碰感测电容的电荷输出感应输出值。

2.根据权利要求1所述的内嵌式触控式显示面板，其中所述参考电容与公共电极电性连接。

3.根据权利要求1所述的内嵌式触控式显示面板，其中当所述触控单元为多个时，所述内嵌式触控式显示面板还包括多任务单元，其分别与所述多个触控单元及所述感应读取单元电性连接。

4.根据权利要求1所述的内嵌式触控式显示面板，其中当所述触控单元为多个并且所述感应读取单元为多个时，各触控单元与相对应的各感应读取单元电性连接。

5.根据权利要求1所述的内嵌式触控式显示面板，还包括：

彩色滤光基板；以及

薄膜晶体管基板，与所述彩色滤光基板相对设置。

6.根据权利要求5所述的内嵌式触控式显示面板，其中所述触控单元设置于所述彩色滤光基板上。

7.根据权利要求5所述的内嵌式触控式显示面板，其中所述触控单元设置于所述薄膜晶体管基板上。

8.根据权利要求5所述的内嵌式触控式显示面板，还包括：

公共电极，位于所述彩色滤光基板及所述薄膜晶体管基板之间，其中所述触控单元位于所述公共电极及所述彩色滤光基板或所述薄膜晶体管基板之间。

9.一种内嵌式触控式显示装置，包括：

背光模块；以及

内嵌式触控式显示面板，与所述背光模块相对设置，

所述内嵌式触控式显示面板具有：

至少一个触控单元，具有串联的触碰感测电容及参考电容；及

至少一个感应读取单元，与所述触控单元电性连接，并具有开关、运算电容及运算放大器，所述运算电容电性连接于所述运算放大器的负输入端及输出端之间，所述开关与所述运算电容并联，并在操作后重置所述运算电容的电荷，所述感应读取单元根据参考信号、所述运算电容的电荷及所述触碰感测电容的电荷输出感应输出值。

10.根据权利要求9所述的内嵌式触控式显示装置，其中所述参考电容与公共电极电性连接。

11.根据权利要求9所述的内嵌式触控式显示装置，其中当所述触控单元为多个时，所述内嵌式触控式显示面板还包括多任务单元，其分别与所述多个触控单元及所述感应读取单元电性连接。

12.根据权利要求9所述的内嵌式触控式显示装置，其中当所述触控单元为多个并且所述感应读取单元为多个时，各触控单元与相对应的各感应读取单元电性连接。

13.根据权利要求9所述的内嵌式触控式显示装置，还包括：

彩色滤光基板；以及

薄膜晶体管基板，与所述彩色滤光基板相对设置。

14.根据权利要求13所述的内嵌式触控式显示装置，其中所述触控单元设置于所述彩色滤光基板上。

15.根据权利要求13所述的内嵌式触控式显示装置，其中所述触控单元设置于所述薄膜晶体管基板上。

16.根据权利要求13所述的内嵌式触控式显示装置，还包括：

公共电极，位于所述彩色滤光基板及所述薄膜晶体管基板之间，其中所述触控单元位于所述公共电极及所述彩色滤光基板或所述薄膜晶体管基板之间。

17.一种触碰控制方法，其应用于内嵌式显示面板，所述显示面板具有至少一个触控单元、至少一个感应读取单元及多任务单元，所述触控单元具有串联的触碰感测电容及参考电容，所述感应读取单元具有开关、运算电容及运算放大器，其中所述触碰感测电容、所述参考电容及所述运算电容电性连接于连接线，所述触碰控制方法包括下列步骤：

导通所述开关以重置所述运算电容的电荷；

对所述连接线充电；

由所述多任务单元根据多任务控制信号输出所述触碰感测电容的电荷；以及

由所述感应读取单元根据参考信号、所述触碰感测电容的电荷及所述运算电容的电荷输出感应输出值。

18.根据权利要求17所述的触碰控制方法，其中当所述感应读取单元输出所述感应输出值后，导通所述开关以重置所述运算电容的电荷。

19.根据权利要求17所述的触碰控制方法，其中当所述触控单元为多个时，由所述多任务单元根据所述多任务控制信号依序输出各所述触碰感测电容的电荷。

20.根据权利要求18所述的触碰控制方法，还包括由所述感应读取单元根据所述参考信号、各所述触碰感测电容的电荷及所述运算电容的电荷依序输出多个感应输出值。

21.根据权利要求19所述的触碰控制方法，其中当所述感应读取单元输出所述多个感应输出值后，导通所述开关以重置所述运算电容的电荷。

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