CN101900899A

CN101900899A - 光学式触控面板结构

Info

Publication number: CN101900899A
Application number: CN2009101417533A
Authority: CN
Inventors: 蔡正晔; 陈威州; 陈柏仰
Original assignee: Hannstar Display Corp
Current assignee: Hannstar Display Corp
Priority date: 2009-05-25
Filing date: 2009-05-25
Publication date: 2010-12-01
Anticipated expiration: 2029-05-25
Also published as: CN101900899B

Abstract

本发明公开了一种光学式触控面板结构，其包括设有多个像素单元的彩色滤光片基板，每个像素单元包含红色区块、绿色区块及蓝色区块；以及薄膜晶体管基板，其上有多个感光元件并分别对应像素单元，且在像素单元上在对应感光元件的非感光区域的位置分别设有黑色矩阵，且黑色矩阵配置于红色区块、绿色区块或蓝色区块上，以利用黑色矩阵在各区块所占的面积大小，来调整红色区块、绿色区块及蓝色区块的开口率，使亮度和颜色偏差达到一个平衡点，进而使颜色偏差和亮度损失降到最小。

Description

光学式触控面板结构

技术领域

本发明涉及一种触控式显示装置，特别是涉及一种具有感光薄膜晶体管的光学式触控面板结构。

背景技术

近年来，触控面板的应用广泛，且种类也很多，其中以直接将触控功能内建整合至显示面板内的内嵌式触控面板最受瞩目。

目前，大部分的内嵌式触控面板都为光学式感测，其通过内嵌在显示面板内的光传感器(photo sensor)去检测光电流的改变来确定触控位置事件。这些光传感器可以为薄膜晶体管(TFT)传感器40，如图1所示，其由开关晶体管(SW TFT)42和感光晶体管44(Photo TFT)组成；当开关晶体管42导通时，感光晶体管44产生的光电流信号会经过读取线46传出去，当光照强度有变化时，光电流大小也就变得不同，所以可用来判断触控事件并找出触控位置。

在上述光学式触控面板中，因感光晶体管和作为控制元件的开关晶体管以及读取线设置于薄膜晶体管基板48上，如图2所示，而对应感光晶体管44及开关晶体管42的位置，会在面板的彩色滤光片基板50上对应彩色滤光片52的红绿蓝三色中的蓝色区块上设置黑色矩阵(Black Matrix)54，以对应遮住感光晶体管44及开关晶体管42的所在位置，这是因为蓝色区块的开口率对亮度的影响是三色中最小的，所以将对应元件与电路的黑色矩阵配置在蓝色区块中，可以避免牺牲过多的面板亮度。然而，这种方式虽然可以避免牺牲过多的面板亮度，但却会因为蓝色区域开口率过低而造成严重的颜色偏差，在一些高分辨率的面板上尤其严重。

有鉴于此，本发明提出了一种光学式触控面板结构，来解决这一颜色偏差的问题。

发明内容

本发明的目的在于提供一种光学式触控面板结构，其利用调整红、绿、蓝三个区块的开口率，使亮度和颜色偏差达到一个平衡点，使颜色偏差和亮度损失降到最小。

为达到上述目的，本发明的光学式触控面板结构包括薄膜晶体管基板，其上设有多个感光元件；并包括彩色滤光片基板，在彩色滤光片基板上设有多个像素单元，每个像素单元上并且对应感光元件的位置，在不影响感光效果的情况下分别设有黑色矩阵，且每个像素单元包含红色区块、绿色区块及蓝色区块，其中绿色区块的开口率最大。

其中，上述的感光元件同时设置于红色区块、绿色区块及蓝色区块上，绿色区块的开口率大于红色区块，且红色区块的开口率大于或等于蓝色区块的开口率；或者，感光元件设置于红色区块及蓝色区块上，绿色区块的开口率大于红色区块及蓝色区块的开口率，且红色区块的开口率大于或小于蓝色区块的开口率；或者感光元件仅设置于红色区块上，绿色区块的开口率大于蓝色区块的开口率，且蓝色区块的开口率大于红色区块的开口率。

以下通过具体实施例结合附图详细说明，可以更容易了解本发明的目的、技术内容、特点及其所实现的效果。

附图说明

图1为现有的薄膜晶体管传感器的电路示意图；

图2为现有面板的结构示意图；

图3为本发明单个像素单元的等效电路示意图；

图4A、4B及4C为本发明对应于像素单元的红色区块、绿色区块及蓝色区块设有感光元件的结构示意图；

图5为本发明对应于像素单元的红色区块及蓝色区块设有感光元件的结构示意图；以及

图6为本发明对应于像素单元的红色区块设有感光元件的结构示意图。

【主要元件符号说明】

10 像素单元

102 红色区块(R)

104 绿色区块(G)

106 蓝色区块(B)

20 感光元件

202 感光晶体管

204 开关晶体管

206 读取线

30 栅极线

32 读取单元

40 薄膜晶体管传感器

42 开关晶体管

44 感光晶体管

46 读取线

48 薄膜晶体管基板

50 彩色滤光片基板

52 彩色滤光片

54 黑色矩阵

具体实施方式

本发明利用将感光元件配置于红色区块、绿色区块及蓝色区块所占的开口率大小的不同，来调整红色区块、绿色区块及蓝色区块的开口率，使亮度和颜色偏差达到一个平衡点，以解决现有技术中容易发生颜色偏差的问题。

一种光学式触控面板结构包括薄膜晶体管基板及彩色滤光片基板，以及这两个基板所夹持的液晶层。薄膜晶体管基板上设有多个感光元件；彩色滤光片基板具有多个像素单元，在每个像素单元上并且对应感光元件的位置分别设有黑色矩阵，且每个像素单元包含红色区块、绿色区块及蓝色区块，其中绿色区块的开口率最大。本发明着重于薄膜晶体管基板及彩色滤光片基板，其余面板的相关基本元件在此不再详细介绍。

首先参照图3所示的面板等效电路示意图，在薄膜晶体管基板上包含了驱动液晶的像素结构以及用于感测信号的感光元件20，每个感光元件20包含感光晶体管202、开关晶体管204及读取线206，感光晶体管202及开关晶体管204为薄膜晶体管(TFT)，使得开关晶体管204可受栅极线30的控制，使感光晶体管202输出光电流信号至读取线206，并利用读取单元32，连接读取线206并接收这一光电流信号，并由此检测触控事件并找出触控位置；而位于彩色滤光片基板，在对应于感光元件20及像素结构的位置上的像素单元10，其包含红色区块(R)102、绿色区块(G)104及蓝色区块(B)106。

其中，感光元件20可配置于红色区块102、绿色区块104或蓝色区块106上，且红色区块102、绿色区块104或蓝色区块106的开口率大小根据设置位置不同而具有不同的条件。以下根据不同的条件结合对应的像素单元附图来详细说明：

当感光元件10同时设置于红色区块102、绿色区块104及蓝色区块106上时，绿色区块104的开口率大于红色区块102，且红色区块102的开口率大于或等于蓝色区块106的开口率。这一条件可分为两种实例，首先，参照图4A所示，感光元件10设置于红色区块102、绿色区块104及蓝色区块106上，此时，红色区块102、绿色区块104及蓝色区块106的垂直方向的高度(h)相同，水平方向的宽度则是绿色区块104(宽度为d2)大于红色区块102(宽度为d1)，且红色区块102(宽度为d1)大于或等于蓝色区块106(宽度为d3)，也即d2＞d1≥d3；当然，红色区块102、绿色区块104及蓝色区块106的排列方式不限于此，也可如图4B所示，宽度最大的绿色区块可以设置于最外侧，只要保持宽度d2＞d1≥d3即可。另一种实例可参照图4C所示，感光元件10设置于红色区块102、绿色区块104及蓝色区块106上，此时，红色区块102、绿色区块104及蓝色区块106的水平方向的宽度(d)相同，垂直方向的高度则是绿色区块104(高度为h2)大于红色区块102(高度为h1)，且红色区块102(高度为h1)大于或等于蓝色区块106(高度为h3)，也即h2＞h1≥h3。

当感光元件20设置于红色区块102及蓝色区块106的两个区块上，如图5所示，同时考虑色阻成份与背光亮度等因素，只要绿色区块104的开口率最大即可，红色区块102的开口率可以大于或小于蓝色区块106，图中所示为一般情况，在水平方向的宽度(d)相同时，通常为红色区块102大于蓝色区块106，也即h2＞h1＞h3；若在可接受的面板规格范围内，蓝色区块106大于红色区块102也可，即h2＞h3＞h1。

当感光元件20仅设置于红色区块102上，如图6所示，绿色区块104的开口率大于蓝色区块106的开口率，蓝色区块106的开口率大于红色区块102的开口率；换言之，以水平方向宽度而言，绿色区块104的宽度d2大于蓝色区块106的宽度d3，且蓝色色区块106的宽度d3大于红色区块102的宽度d1，也即d2＞d3＞d1。

另外，在选择上述其中一个条件之后，可先测量原面板的色坐标(未改变开口率时的色坐标)，并估计感光元件所占的面积大小，经过色坐标调整的模拟计算，以计算红色区块、绿色区块及蓝色区块等三个区块各自的开口率，以求得颜色偏差与亮度。详细计算流程如下所示：

先测量原面板的色坐标，如下列表一所示：

表一

颜色	X	Y	Z坐标
				R	x1	y1	Z1＝1-x1-y1
G	x2	y2	Z2＝1-x2-y2
				B	x3	y3	Z3＝1-x3-y3
白色	x0	y0	Z0＝1-x0-y0

利用表一的色坐标计算颜色矩阵(color matrix)，如下列方程式所示：

其中，x1为红色区块的x轴坐标，y1为红色区块的y轴坐标；x2为绿

a₁x₁+a₂x₂+a₃x₃＝x₀/y₀

a₁y₁+a₂y₂+a₃y₃＝1

a₁z₁+a₂z₂+a₃z₃＝z₀/y₀

[\begin{matrix} x_{1} & x_{2} & x_{3} \\ y_{1} & y_{2} & y_{3} \\ z_{1} & z_{2} & z_{3} \end{matrix}] [\begin{matrix} a_{1} \\ a_{2} \\ a_{3} \end{matrix}] = [\begin{matrix} x_{0} / y_{0} \\ 1 \\ z_{0} / y_{0} \end{matrix}]

色区块的x轴坐标，y2为绿色区块的y轴坐标；x3为蓝色区块的x轴坐标，y3为蓝色区块的y轴坐标；以及a1、a2、a3为颜色矩阵的系数。

再利用上述颜色矩阵，计算各区块开口率对颜色偏差及亮度影响，如下列方程式所示：

\begin{matrix} [\begin{matrix} a_{1} x_{1} & a_{2} x_{2} & a_{3} x_{3} \\ a_{1} y_{1} & a_{2} y_{2} & a_{3} y_{3} \\ a_{1} z_{1} & a_{2} z_{2} & a_{3} z_{3} \end{matrix}] [\begin{matrix} R \\ G \\ B \end{matrix}] = [\begin{matrix} X \\ Y \\ Z \end{matrix}] \end{matrix} \begin{matrix} Wx = \frac{X}{X + Y + Z} \\ Wy = \frac{Y}{X + Y + Z} \end{matrix}

其中，上述方程式中的R、G、B分别代表红色区块、绿色区块、蓝色区块的开口率。取得R、G、B后，即可求得X、Y、Z。

通过上述方程式，即可获得各开口率所造成颜色偏差ΔWx、ΔWy及ΔW；其中，

Δw_x＝w_x-w_x0；

Δw_y＝w_y-w_y0；及

Δw = \sqrt{Δ w_{x}^{2} + Δ w_{y}^{2}} .

因此，利用调整R、G、B开口率可以改变色坐标X、Y、Z，以决定色偏与亮度。

就目前现有的规范而言，须满足ΔWx＜0.03，ΔWy＜0.03以及ΔW＜0.042。利用模拟计算的结果来调整各颜色区块的开口率，使颜色偏差达到规范。计算完成后，再将感光元件与电路配置在红色区域、绿色区域或蓝色区域，以改变各颜色区块的开口率来达到上述模拟计算的结果。当然，改变各颜色区块的开口率的方式可以通过配置感光元件于各颜色区域所占的面积大小来达到，或者改变各颜色区块的水平宽度也可达成，如前述各实施例所示。

接下来，以实际产品来实际仿真，并以下列各步骤说明。在此以本公司HSD 8.9”的产品为例：

步骤1：先设计感光元件。

步骤2：估计各感光元件所占面积，其中，感光晶体管约占整个像素单元面积11％，读取线及开关晶体管共约占整个像素单元面积11％。

步骤3：测量原始色坐标Wx＝0.297，Wy＝0.323

Rx＝0.605，Ry＝0.365

Gx＝0.356，Gy＝0.566

Bx＝0.156，By＝0.131

步骤4：根据测量数据计算色坐标，可求得红色区块开口率为49％，蓝色区块为85％，绿色区块为100％时，颜色偏差为0.02075，亮度为原本88％，相当符合产品需求。

综上所述，本发明在一个具有相同像素宽度的光学式触控面板上，不同的颜色区域上有不同面积的感光元件，并根据不同的感光元件面积会有不同的开口率，以改变各颜色区块的开口率，且在仅牺牲略微亮度的情况下使颜色偏差有效缩小。当然，本发明也可直接改变各颜色区块的宽度，来达到调整各颜色的开口率的目的，使亮度和颜色偏差达到一个平衡点，使颜色偏差和亮度损失降到最小。

以上所述实施例仅为说明本发明的技术思想及特点，其目的在使本领域技术人员能够了解本发明的内容并据以实施，当不能以此限定本发明的范围，即凡是按照本发明所公开的精神所作的等同变化或修饰，仍落入本发明的范围内。

Claims

1.一种光学式触控面板结构，包括：

薄膜晶体管基板，其上设有多个感光元件；以及

彩色滤光片基板，具有多个像素单元，在所述多个像素单元上并且对应感光元件的位置分别设有黑色矩阵，每个所述像素单元包含红色区块、绿色区块及蓝色区块，且所述绿色区块的开口率最大。

2.根据权利要求1所述的光学式触控面板结构，其中对应感光元件的黑色矩阵设置于每个像素单元的所述红色区块、所述绿色区块及所述蓝色区块上，且所述绿色区块的开口率大于所述红色区块的开口率，所述红色区块的开口率大于或等于所述蓝色区块的开口率。

3.根据权利要求2所述的光学式触控面板结构，其中所述红色区块、所述绿色区块及所述蓝色区块的垂直方向的高度相同，水平方向的宽度则是所述绿色区块大于所述红色区块，且所述红色区块大于或等于所述蓝色区块。

4.根据权利要求2所述的光学式触控面板结构，其中所述红色区块、所述绿色区块及所述蓝色区块的水平方向的宽度相同，垂直方向的高度则是所述绿色区块大于所述红色区块，且所述红色区块大于或等于所述蓝色区块。

5.根据权利要求1所述的光学式触控面板结构，其中对应所述感光元件的所述黑色矩阵设置于所述红色区块及所述蓝色区块上，且所述绿色区块的开口率大于所述红色区块及所述蓝色区块的开口率，所述红色区块的开口率大于所述蓝色区块的开口率。

6.根据权利要求5所述的光学式触控面板结构，其中所述红色区块、所述绿色区块及所述蓝色区块的水平方向的宽度相同，垂直方向的高度则是所述红色区块大于所述蓝色区块。

7.根据权利要求1所述的光学式触控面板结构，其中对应所述感光元件的所述黑色矩阵设置于所述红色区块及所述蓝色区块上，且所述绿色区块的开口率大于所述红色区块及所述蓝色区块的开口率，所述红色区块的开口率小于所述蓝色区块的开口率。

8.根据权利要求7所述的光学式触控面板结构，其中所述红色区块、所述绿色区块及所述蓝色区块的水平方向的宽度相同，垂直方向的高度则是所述蓝色区块大于所述红色区块。

9.根据权利要求1所述的光学式触控面板结构，其中对应所述感光元件的所述黑色矩阵设置于所述红色区块上，且所述绿色区块的开口率大于所述蓝色区块的开口率，所述蓝色区块的开口率大于所述红色区块的开口率。

10.根据权利要求1所述的光学式触控面板结构，其中每个所述感光元件包括感光晶体管、开关晶体管及读取线，使所述开关晶体管受栅极线的控制并使所述感光晶体管输出光电流信号至所述读取线。