CN101907960B

CN101907960B - 光学触控模块及光学触控显示面板

Info

Publication number: CN101907960B
Application number: CN2010102694165A
Authority: CN
Inventors: 蓝东鑫; 廖木山; 黄天勇; 詹凤书
Original assignee: CPT Video Wujiang Co Ltd; Chunghwa Picture Tubes Ltd
Current assignee: Suzhou Shengze Science And Technology Pioneer Park Development Co ltd
Priority date: 2010-08-30
Filing date: 2010-08-30
Publication date: 2012-01-18
Anticipated expiration: 2030-08-30
Also published as: CN101907960A

Abstract

一种光学触控模块及光学触控显示面板。光学触控模块包括第一光学传感器、第二光学传感器及信号处理单元。第一光学传感器配置于像素阵列的多个像素的其中之一。第一光学传感器的第一端及控制端耦接第一扫描线。第二光学传感器的第一端耦接第一光学传感器的第二端并输出感测电压，第二光学传感器的控制端耦接第二光学传感器的第一端，第二光学传感器的第二端接收第一电压。信号处理单元耦接第二光学传感器的第一端，以将感测电压转换为触控信号。

Description

光学触控模块及光学触控显示面板

技术领域

本发明是有关于一种触控模块及触控显示面板，且特别是有关于一种光学触控模块及光学触控显示面板。

背景技术

近年来，随着信息技术、无线行动通讯和信息家电等各项应用的快速发展，为了达到更便利、体积更轻巧化，以及更人性化的目的，许多信息产品的输入装置已由传统的键盘或鼠标等转变为触控面板(touchpanel)，此触控面板与显示器结合成触控面板显示器(touch paneldisplay)。在现今一般的触控面板设计大致可区分为电阻式、电容式、光学式、声波式以及电磁式等。

图1为传统一光传感器阵列的电路示意图。请参照图1，其绘示中国台湾专利第I291237号所公开的光传感器阵列100，其中光学传感器阵列100采用In Cell Photo Sensor Touch Panel的方式，亦即光传感器内建于显示面板。光传感器阵列100为利用电流感测的方式，来监控每一个光传感器的电流的变化，进而判断求出触控位置。如图1所示，光传感器阵列100包括光敏晶体管111、113、115及117。光敏晶体管111及113受控于扫描线GL1所传递的扫描信号而开启，光敏晶体管115及117受控于扫描线GL2所传递的扫描信号而开启。当光敏晶体管111开启时，光敏晶体管111会依据所接收到的光线的强弱，产生不同大小的电流I1至数据信号线DL1，而电流I1的大小约为10-20μA。由于电流I1较小，容易受到噪声的干扰，因此电流I1在经放大器模块10放大后，仍须经由放大器模块20进行高频噪声滤除。此外，若是利用光笔进行触控，则须经由放大器模块30进行特定频率放大。

发明内容

本发明提供一种光学触控模块及光学触控显示面板，可降低处理单元的成本、降低线路设计的成本以及提高模拟数字转换器的灵敏度。

本发明提出一种光学触控模块，适用于具有像素阵列的显示面板。光学触控模块包括第一光学传感器、第二光学传感器及信号处理单元。第一光学传感器配置于像素阵列的多个像素的其中之一。第一光学传感器的第一端及控制端耦接第一扫描线。第二光学传感器的第一端耦接第一光学传感器的第二端并输出感测电压，第二光学传感器的控制端耦接第二光学传感器的第一端，第二光学传感器的第二端接收第一电压。信号处理单元耦接第二光学传感器的第一端，以将感测电压转换为触控信号。

在本发明的一实施例中，光学触控模块还包括第三光学传感器，第三光学传感器的第一端及控制端耦接第二扫描线，第三光学传感器的第二端耦接第二光学传感器的第一端。

在本发明的一实施例中，上述的第一光学传感器、第二光学传感器及第三光学传感器分别为一光敏晶体管。

在本发明的一实施例中，上述的第二扫描线配置于像素阵列之外。

在本发明的一实施例中，上述的信号处理单元包括电容及放大电路。电容的第一端耦接第二光学传感器的第一端。放大电路的输入端耦接电容的第二端，放大电路的输出端输出触控信号。

在本发明的一实施例中，上述的放大电路包括放大器、第一电阻及第二电阻。放大器具有第一输入端、第二输入端及输出端。放大器的输出端作为放大电路的输出端，放大器的第二输入端接收参考电压。第一电阻耦接于电容的第二端及放大器的第一输入端，第一电阻的第一端作放大电路的输入端。第二电阻耦接于放大器的第一输入端及放大器的输出端。

在本发明的一实施例中，上述的第一电压为栅极低电压。

本发明亦提出一种光学触控显示面板，包括显示面板及如上述的光学触控模块。显示面板具有一像素阵列

基于上述，本发明的光学触控模块及光学触控显示面板，第一光学传感器会与第二光学传感器进行分压产生感测电压。由于电压的处理较易于电流的处理，藉此可降低信号处理单元的成本。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附图式作详细说明如下。

附图说明

图1为传统一光传感器阵列的电路示意图。

图2A为依据本发明一实施例的光学触控显示面板的电路示意图。

图2B为图2A依据本发明一实施例的感测电压VS1、触碰电压VT1及扫描信号SC1-SCm的波形示意图。

图2C为图2A依据本发明一实施例的信号处理单元221_1的电路示意图。

图3A为依据本发明另一实施例的光学触控显示面板的电路示意图。

图3B为图3A依据本发明另一实施例的感测电压VS1、触碰电压VT1及扫描信号SC1-SCm+1的波形示意图。

具体实施方式

图2A为依据本发明一实施例的光学触控显示面板的电路示意图。请参照图2A，光学触控显示面板200包括像素阵列210、多条扫描线211及多条数据线213及光学触控模块220的多个光传感器(例如光敏晶体管OM1及OM2)，其中像素阵列210、多条扫描线211及多条数据213可视为一显示面板，并且这些扫描线211及数据线213配置于像素阵列210之中。像素阵列210为一m×n的像素阵列，m及n为一正整数。这些扫描线211分别接收多个扫描信号(如SC1-SCm)。

每一像素P至少包括晶体管M、储存电容CS及液晶电容CL。晶体管M的栅极耦接对应的扫描线211，晶体管M的漏极耦接对应的数据线213，晶体管M的源极耦接储存电容CS的一端及液晶电容CL的一端。而储存电容CS的另一端及液晶电容CL的另一端则共同接收共同电压Vcom。在本实施例中，是在偶数行的像素P中配置光敏晶体管OM1，此时n为一偶数，但在其它实施例中，可在每个像素都配置光敏晶体管OM1、在奇数行像素配置光敏晶体管OM1或者每多行像素中的其中一行配置光敏晶体管OM1。

以第2行第1列的像素P为例，光敏晶体管OM1的栅极(即控制端)耦接其的漏极(即第一端)，光敏晶体管OM1的漏极耦接对应的扫描线211，光敏晶体管OM1的源极耦接光敏晶体管OM2的漏极。在其余配置有光敏晶体管OM1的像素P中，光敏晶体管OM1的耦接方式皆相似，在此则不再赘述。在同一行像素中的光敏晶体管OM1，其源极会共同耦接同一光敏晶体管OM2的漏极。光敏晶体管OM2的漏极输出感测电压(如VS1及VSx)，光敏晶体管OM2的栅极耦接其漏极，光敏晶体管OM2的源极耦接栅极低电压VGL(即第一电压)，其中x为整数且对应配置光敏晶体管OM1的行数。

在同一行像素中，每一光敏晶体管OM1依据不同扫描信号而开启。换言之，第2行第1列的光敏晶体管OM1依据扫描信号SC1而开启，第2行第2列的光敏晶体管OM1依据扫描信号SC2而开启，其余则以些类推，在此则不再赘述。由于每一光敏晶体管OM1依据不同扫描信号而开启，因此在每一行中仅会开启一颗光敏晶体管OM1。

当光敏晶体管OM1开启时，光敏晶体管OM1会与对应的光敏晶体管OM2串接，以致于光敏晶体管OM1会与光敏晶体管OM2进行分压而产生感测电压(如VS1及VSx)。进一步来说，在此假设光敏晶体管OM1的电流i_D1＝K1(V_GS1-Vt)²，光敏晶体管OM2的电流i_D2＝K2(V_GS2-Vt)²，其中V_GS1为光敏晶体管OM1的闸源极间的电压，K1为光敏晶体管OM1的电流系数，V_GS2为光敏晶体管OM2的闸源极间的电压，K2为光敏晶体管OM2的电流系数，Vt为光敏晶体管OM1及OM2的临界电压。

在光敏晶体管OM1开启时，其栅极接收栅极高电压VGH，其源极的电压等于感测电压VS，则V_GS1＝VGH-VS。而光敏晶体管OM2的栅极的电压等于感测电VS，其源极的电压等于栅极低电压VGL，则V_GS2＝VS-VGL。由于光敏晶体管OM1串接光敏晶体管OM2，因此光敏晶体管OM1的电流i_D1会等于光敏晶体管OM2的电流i_D2，亦即K1(VGH-VS-Vt)²＝K2(VS-VGL-Vt)²。在本实施例，假设光敏晶体管OM2为持续受光，亦即电流系数K2会保持不变。在光敏晶体管OM1受光时，假设此时电流系数K1相同于K2，则感测电VS会等于

在光敏晶体管OM1不受光时，假设此时电流系数K1为电流系数K2的一半，则感测电压VS会等于

举例来说，假设栅极高电VGH为24伏特，栅极低电压VGL为-6伏特，临界电压Vt为0伏特。在光敏晶体管OM1受光时，则感测电压VS约等于9伏特；在光敏晶体管OM1不受光时，则感测电压VS约等于6.4伏特，亦即下降约2.6V。

在进行触碰时，面板一定会被遮住而无法接收到光。此时，不受光的光敏晶体管OM1表示其所在的像素P为被触碰的像素P，此可由感测电压(如VS1及VSx)的变化侦测出来，其中不同的感测电压对应不同的X轴的位置。并且，依据开启的光敏晶体管OM1所接收的扫描信号(如SC1-SCm)，可定位出对应Y轴的位置。此外，可建立表格记录各光敏晶体管OM1是否有受光(亦即是否被触碰)，以作为判断触碰位置的依据。

此外，光学触控模块220可包括信号处理单元221_1-221_x。由于在像素P被触碰时，感测电压(如VS1及VSx)会下降，亦即呈现如同负脉波，而信号处理单元221_1-221_x分别接收感测电压VS1-VSx，以将形成负脉波的感测电压转换为具有正脉波的触控信号VT1-VTx。更者，触控信号VT1-VT2x可经由模拟数字转换器(analog-to-digitalconverter，ADC)转换为数字信号，以供后级的数字电路判断之用。

图2B为图2A依据本发明一实施例的感测电压VS1、触碰电压VT1及扫描信号SC1-SCm的波形示意图。请参照图2A及图2B，在本实施例中，假设第2行第2列的像素P被触碰，而第2行的其余像素未被触碰。在扫描信号SC1致能时(亦即扫描信号SC1处于栅极高电压VGH时)，第2行第1列的光敏晶体管OM1与耦接的光敏晶体管OM2进行分压，使得感测电压VS1的电压准位为电压VL(即

)，而触控信号VT1的电压准位保持于0。在扫描信号SC2致能时，第2行第2列的光敏晶体管OM1与耦接的光敏晶体管OM2进行分压，使得感测电压VS1的电压准位下降为电压VD(即

)，并且触控信号VT1的电压准位上升至电压VA，其中VA＝VL-VD。

在扫描信号SC3致能时，第2行第3列的光敏晶体管OM1与耦接的光敏晶体管OM2进行分压，使得感测电压VS1的电压准位回复至电压VL，而触控信号VT1的电压准位回复至0。而其余扫描信号致能时的动作可参照上述，在此则不再赘述。藉此，当第2行的像素P被遮盖时(亦即被触碰)，则触碰电压VT1会降低而形成脉波，以此定位出X轴的位置。接着，再依据致能的扫描信号(如SC1-SCm)，则可定位出Y轴的位置。而其它配置有光敏晶体管OM1的像素P被触碰时的动作与上述说明相似，在此则不再赘述。

图2C为图2A依据本发明一实施例的信号处理单元221_1的电路示意图。请参照图2C，在本实施例中，信号处理单元221_1包括放大器OP、电容C1、第一电阻R1及第二电阻R2。电容C1的第一端耦接光敏晶体管OM2的漏极以接收感测电压VS1。第一电阻R1耦接于电容C1的第二端与放大器OP的负输入端(即第一输入端)之间。第二电阻R2耦接于放大器OP的负输入端与放大器OP的输出端之间。放大器OP的正输入端(即第二输入端)接收一参考电压，此参考电压可以为栅极低电压VGL或接地电压。放大器OP的输出端输出触控信号VT1。

依据上述，放大器OP、第一电阻R1及第二电阻R2的组合可视为一放大电路，而第一电阻R1的第一端如同放大电路的输入端，而放大器OP的输出端如同放大电路的输出端。其余信号处理单元(如221_x)的结构可参照上述说明，在此则不再赘述。

请参照图2A及图2B，在画面期间PF1的显示期间VD1，扫描信号SC1-SCm会依序致能。此时，同一行的光敏晶体管OM1会分别开启，以与耦接的光敏电体OM2进行分压。因此，感测电压(如VS1)的电压准位会位于电压VL与VD之间。在画面期间PF1的垂直空白(VerticalBlanking)期间VB1，扫描信号SC1-SCm为栅极低电压VGL。此时，光敏晶体管OM1皆关闭，因此感测电压(如VS1)的电压准位会为栅极低电压VGL。依据上述，模拟数字转换器转换的电压范围为电压VL至栅极低电压VGL。以下再提一实施例，可使模拟数字转换器转换的电压范围为电压VL至VD，藉此提高电压转换的灵敏度。

图3A为依据本发明另一实施例的光学触控显示面板的电路示意图。请参照图2A及图3A，其不同之处在于光学触控显示面板300的光学触控模块320更包括扫描线311、及多个光敏晶体管OM3。扫描线311配置于像素阵列210之外，并且接收扫描信号SCm+1。光敏晶体管OM3的漏极(即第一端)与门极(即控制端)耦接扫描线SCm+1，光敏晶体管OM3的源极(即第二端)耦接光敏晶体管OM2的漏极。

图3B为图3A依据本发明另一实施例的感测电压VS1、触碰电压VT1及扫描信号SC1-SCm+1的波形示意图。请参照图3A及图3B，在本实施例中，扫描信号SCm+1致能于垂直空白期间VB1，以致于在垂直空白期间VB1中，光敏晶体管OM3会与光敏晶体管OM2进行分压。若光敏晶体管OM3的电气特性与光敏晶体管OM1相似，则感测电压(如VS1)的电压准位的范围会位于电压VL与VD之间，以致于模拟数字转换器转换的电压范围则改变为电压VL至VD。

由于电压VL至VD间的电压差小于电压VL至栅极低电压VGL间的电压差，因此数字转换器转换电压的灵敏度可提高。其中，扫描信号SCm+1可由时序控制器来提供，并且定义扫描信号SCm+1致能于扫描信号SCm的下降缘，扫描信号SCm+1禁能于扫描信号SC1的上升缘。

值得一提的是，上述实施例的光敏晶体管OM2为绘示配置于光学触控显示面板的下方，但本发明不以此为限，并且光敏晶体管OM2可配置于光学触控显示面板的上方，以便于感测电压可透过源极驱动器(sourcedriver)传送至信号处理单元以避免线路交错，或者信号处理单元整合于源极驱动器时，源极驱动器可直接将感测电压转换为触控信号并输出。此外，上述扫描线311及光敏晶体管OM3亦可配置于光学触控显示面板的上方，以便于扫描线311接收扫描信号SCm+1，并且可降低光敏晶体管OM3被遮住的可能。

综上所述，本发明实施例的光学触控模块及光学触控显示面板，在显示期间，同一行的光敏晶体管OM1会依序开启，以与光敏晶体管OM2进行分压。藉此，开启的光敏晶体管OM1会与光敏晶体管OM2进行分压而产生感测电压，而电压的处理较易于电流的处理，因此可降低信号处理单元的成本。在垂直空白期间，光敏晶体管OM3会开启并与光敏晶体管OM2进行分压，藉此可降低感测电压的范围，以提高模拟数字转换器转换电压的灵敏度。再者，上述光敏晶体管OM2、OM3及扫描线311可配置于光学触控显示面板的上方，以降低线路设计的成本。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视前述的权利要求范围所界定者为准。

Claims

1.一种光学触控模块，用于具有一像素阵列的一显示面板，其特征在于，包括：

一第一光学传感器，配置于该像素阵列的多个像素的其中之一，该第一光学传感器的第一端及控制端耦接一第一扫描线；

一第二光学传感器，该第二光学传感器的第一端耦接该第一光学传感器的第二端并输出一感测电压，该第二光学传感器的控制端耦接该第二光学传感器的第一端，该第二光学传感器的第二端接收一第一电压；以及

一信号处理单元，耦接该第二光学传感器的第一端，以将该感测电压转换为一触控信号；

其中，该信号处理单元进一步包括：

一电容，该电容的第一端耦接该第二光学传感器的第一端；以及

一放大电路，该放大电路的输入端耦接该电容的第二端，该放大电路的输出端输出该触控信号；该放大电路进一步包括：

一放大器，具有一第一输入端、一第二输入端及一输出端，其中该放大器的该输出端作为该放大电路的输出端，该放大器的该第二输入端接收一参考电压；

一第一电阻，耦接于该电容的第二端及该放大器的该第一输入端，该第一电阻的第一端作该放大电路的输入端；以及一第二电阻，耦接于该放大器的该第一输入端及该放大器的该输出端。

2.如权利要求1所述的光学触控模块，其特征在于，还包括一第三光学传感器，该第三光学传感器的第一端及控制端耦接一第二扫描线，该第三光学传感器的第二端耦接该第二光学传感器的第一端。

3.如权利要求2所述的光学触控模块，其特征在于，该第一光学传感器、该第二光学传感器及该第三光学传感器分别为一光敏晶体管。

4.如权利要求2所述的光学触控模块，其特征在于，该第二扫描线配置于该像素阵列之外。

5.一种光学触控显示面板，其特征在于，包括：

一显示面板，具有一像素阵列；以及

一光学触控模块，包括：

其中，该信号处理单元进一步包括：

6.如权利要求5所述的光学触控显示面板，其特征在于，该光学触控模块还包括一第三光学传感器，该第三光学传感器的第一端及控制端耦接一第二扫描线，该第三光学传感器的第二端耦接该第二光学传感器的第一端。

7.如权利要求6所述的光学触控显示面板，其特征在于，该第一光学传感器、该第二光学传感器及该第三光学传感器分别为一光敏晶体管。

8.如权利要求6所述的光学触控显示面板，其特征在于，该第二扫描线配置于该像素阵列之外。