CN102007446A - 触控与近接感测式显示面板、显示组件以及其触控与近接感测方法 - Google Patents

触控与近接感测式显示面板、显示组件以及其触控与近接感测方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种触控与近接感测式显示面板、显示组件以及其触控与近接感测方法。该显示面板包括多个像素、一像素基板、一共享基板及一面板控制器。多个像素排列为阵列形式，像素基板具有配置于图像输出方向的像素电极，共享基板具有一配置于面向像素位置的共享电极，以及面板控制器于一触控感测模式中，通过数据线来感测像素电极的静电容量，以识别一触碰物体的触控与近接位置。显示面板可感测该触碰物体的触控与近接位置，而不需要一额外的触控屏幕。

Description

触控与近接感测式显示面板、显示组件以及其触控与近接感测方法
技术领域
本发明是有关于一种显示面板，且特别是有关于一种触控与近接感测式显示面板(touch and proximity sensitive display panel)、显示组件以及其触控与近接感测方法。
背景技术
触控式屏幕为可取代鼠标或键盘的一种输入装置，在众多可感测触控或近接量的装置中，具有相当的代表性。藉由使用手指或触控笔(stylus)，可以将信息直接输入到触控式屏幕的显示屏幕上。因此，触控式屏幕的优点在于任何人都可以简单地执行输入操作，因为输入方法是可以靠直觉得知的，而且在图形使用者接口(Graphical User Interface，GUI)的应用上，此种输入方法是一种理想的输入方式。至今，触控式屏幕广泛地应用在各种领域，例如移动电话、个人数字助理(personal digital assistants，PDAs)、安装在银行或公共机关(public office)的终端装置(terminals)、医疗器材以及导航(guide)显示组件。近来，触控式屏幕的需求随着平面显示组件的发展而与日俱增。
图1绘示薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)作为一种配备传统触控式屏幕的显示组件的示例。如图1所示，配备传统触控式屏幕的薄膜晶体管液晶显示器包括一触控感测式触控屏幕20、一显示面板30以及一背光模块40，显示面板30藉由控制其光透射率来输出图像，而背光模块40提供输出至显示面板30的光源。众所周知，背光模块40是必需的，因为薄膜晶体管液晶显示器的显示面板30非自体发光。
保护窗10是用来保护触控屏幕20以及显示面板30的构件，而且保护窗10通常以特定的厚度来制作(例如，厚度为3毫米)，以增加耐久性。起初，薄膜晶体管液晶显示器并没有配备保护窗10。然而，随着大尺寸显示器与移动显示组件变得更广泛地使用，大部份的显示组件通常配备保护窗10。
薄膜晶体管液晶显示器的显示面板30具有一层状结构，其由液晶层31插入两个由薄玻璃所制成的透明基板32、33组成。共享电极34形成于上方部分(upper portion)的共同透明基板32之上。多条在平行方向的栅极线(未绘示)及多条在垂直方向的数据线(未绘示)形成于下方部分(lower portion)的像素透明基板33之上。在栅极线与数据线之间的交集区域，形成多个薄膜晶体管(TFTs，未绘示)，其栅极与栅极线连接，源极与数据线连接，而漏极与多个像素电极35连接。一般而言，共享电极34与像素电极35使用铟锡氧化物(indium tin oxide，ITO)作为透明导电材料。
每一像素电极35配置一像素。当薄膜晶体管对于通过栅极线而施加的信号起反应而被致动(activated)时，薄膜晶体管施加一通过数据线而被接收的显示电压至像素电极35，此时位于像素电极35与共享电极34之间的液晶层31会随着其电场而变化。换句话说，配置于共同透明基板32的上方部份与像素透明基板33的下方部份的两个偏光膜36之偏振方向彼此垂直。显示面板30的光透射率会随着两个偏光膜36的偏振方向与液晶排列方式而改变，以藉由控制背光模块40的光源穿透两偏光膜36与液晶层而输出图像。当显示面板30为用以输出彩色图像的彩色面板时，彩色滤光片(未绘示)更进一步配置于共同透明基板32与偏光膜36之间。彩色滤光片具有三种形式的滤光片，用以滤光并输出穿透显示面板30的光源的红、蓝、绿三原色。黑矩阵(未绘示)配置于滤光片之间，用以抑制色彩干扰(color interference)。在彩色显示面板30中，红、蓝、绿三色组合配置于输出自显示面板30的图像之一像素中，亦即是三像素电极35形成一像素。
图1所示的触控屏幕20为电容式(capacitive)触控屏幕。依据触控位置(touch-position)测量方式的不同，触控屏幕可区分为电阻式膜(resistive film)触控屏幕、电容式触控屏幕、光学触控屏幕、超音波(ultrasonic)触控屏幕及电磁感应(electromagnetic)触控屏幕。在上述所提及的触控屏幕中，由于电容式触控屏幕不需直接按压即可轻易地感测触控位置，因此在配备有保护窗10的显示组件之中大受欢迎。
电容式触控屏幕20的感测灵敏度(sensing sensitivity)取决于触控屏幕的感测电极21与物体(例如是手指)的触控或近接量(proximity)之间的间距(space)以及介电常数(dielectric constant)。如上所述，保护窗10的厚度应维持在一特定程度或更多。为了增加感测灵敏度，触控屏幕20应紧密地附着于保护窗10的一下方部分(a lower portion)。换句话说，静电容量(electrostatic capacitance)被产生来作为触控屏幕20与显示面板30的电极之间的偏移电容量(offset capacitance)。如果可以，偏移电容量应该被消除。因为当各种控制信号施加于显示面板30时，很容易会产生噪声。为了降低偏移电容量与噪声，可于触控屏幕20与显示面板30之间额外插入一空间间隙(space gap)或一膜层(film)。
因此，于配备有传统触控屏幕的显示组件中，保护窗10的厚度固定在此特定程度或更多。显示面板30或背光模块40的厚度难以减少。特别是，问题在于，由于触控屏幕20与显示面板30之间额外插入的空间间隙，使得显示组件的总厚度T1增加。分别制造显示组件的触控屏幕会增加制造成本，以及现有的触控屏幕无法提供多点触控(multi-touch)功能。为了降低制造成本以及增加触控灵敏度，感测电极的面积不可以太小，而造成现有的触控屏幕仅具有低感测分辨率(sensing resolution)。
发明内容
技术问题
本发明提供一种显示面板，可降低近接触控感测显示组件的厚度，降低制造成本，使近接触控分辨率最大化，提供多点触控功能，并感测触控与近接量而不需额外增加其它装置。
本发明亦提供一种显示组件，其配备此近接触控感测显示面板。
本发明亦提出一种触控与近接感测方法，以用于此显示面板。
技术方案
本发明的一实施例提供一种显示面板，其包括一像素基板、一共享基板及一面板控制器。像素基板配置于一图像输出方向，且具有多个像素。所述像素与多条栅极线及多条数据线连接，并排列为阵列形式，且每一像素具有一薄膜晶体管。薄膜晶体管的栅极与栅极线中相对应的栅极线连接，其源极与数据线中相对应的数据线连接，且其漏极与多个像素电极中相对应的像素电极连接。共享基板用以接收一共享电压，并具有一共享电极。共享电极配置于面向像素的位置。面板控制器于一显示模式中，通过数据线来施加一显示电压于像素，以控制显示面板来显示一图像。面板控制器于一触控感测模式中，通过数据线来感测像素电极的静电容量，以识别一触碰物体的触控与近接位置。
在本发明的一实施例中，面板控制器具有显示模式与触控感测模式。
在本发明的一实施例中，面板控制器设定一显示模式期间较一触控感测模式期间为长。
在本发明的一实施例中，面板控制器于显示模式中，致动栅极线。当栅极线被致动时，面板控制器通过数据线而输出显示电压至像素。另外，面板控制器于触控感测模式中，致动每一栅极线或一群特定数目的栅极线，并选择每一数据线或一群特定数目的数据线，以及感测指定像素电极的静电容量。
在本发明的一实施例中，面板控制器包括一栅极驱动器、一数据驱动及感测单元及一控制器。栅极驱动器于显示模式中，依据一第一控制信号依序致动栅极线，以及于触控感测模式中，依据第一控制信号依序致动一特定数目的栅极线或一特定组的栅极线。数据驱动及感测单元于显示模式中，依据一第二控制信号而输出显示电压至数据线，以及于触控感测模式中，依据第二控制信号藉由选择一特定数目的数据线或一特定组的数据线以及感测相对应的像素电极的静电容量，以输出触控数据。控制器依据一外部指令而输出第一及第二控制信号，以及于触控感测模式中，藉由接收触控数据来识别触碰物体的触控位置。
在本发明的一实施例中，数据驱动及感测单元包括一数据驱动器及一传感器。数据驱动器于显示模式中，依据第二控制信号而输出显示电压至数据线，以及于触控感测模式中，依据第二控制信号依序选择每一数据线或一群特定数目的数据线。传感器于触控感测模式中，通过被数据驱动器选择的数据线感测像素电极的静电容量，以及依据静电容量而输出触控数据。
在本发明的一实施例中，传感器包括至少一时间至数字转换电路。
本发明的另一实施例提供一种显示组件，其包括一显示面板及一保护窗。显示面板包括一像素基板、一共享基板及一面板控制器。像素基板配置于一图像输出方向，且具有多个像素。所述像素与多条栅极线及多条数据线连接，并排列为阵列形式，且每一像素具有一薄膜晶体管。薄膜晶体管的一栅极与栅极线中相对应的栅极线连接，其源极与数据线中相对应的数据线连接，且其漏极与多个像素电极中相对应的像素电极连接。共享基板用以接收一共享电压，并具有一共享电极。共享电极配置于面向像素的位置。面板控制器于一触控感测模式中，通过数据线来感测像素电极的静电容量，以识别一触碰物体的触控与近接位置。保护窗紧密地附着于像素基板的一上方部分，以保护显示面板。
在本发明的一实施例中，面板控制器于一显示模式中致动栅极线。当栅极线被致动时，面板控制器通过数据线而输出显示电压至像素。另外，面板控制器于触控感测模式中致动每一栅极线或一群特定数目的栅极线，并选择每一数据线或一群特定数目的数据线，以及藉由感测像素电极的静电容量而输出触控数据。
在本发明的一实施例中，面板控制器包括一栅极驱动器、一数据驱动及感测单元及一控制器。栅极驱动器于显示模式中，依据一第一控制信号依序致动栅极线，以及于触控感测模式中，依据第一控制信号依序致动一特定数目的栅极线或一特定组的栅极线。数据驱动及感测单元于显示模式中，依据一第二控制信号而输出显示电压至数据线，以及于触控感测模式中，依据第二控制信号藉由选择一特定数目的数据线或一特定组的数据线以及感测相对应的像素电极的静电容量，以输出触控数据。控制器依据一外部指令，输出第一及第二控制信号，以及于触控感测模式中，藉由接收触控数据来识别触碰物体的触控位置。
在本发明的一实施例中，当显示组件于一待机(standby)模式或一省电模式时，面板控制器藉由积分所有像素电极来感测静电容量，并感测触碰物体的近接量。
在本发明的一实施例中，于待机模式中，当触控数据小于一特定的临界值时，面板控制器被切换至省电模式。于省电模式中，当触控数据大于特定的临界值时，面板控制器被切换至待机模式。
在本发明的一实施例中，面板控制器输出第一及第二控制信号，以使显示面板于显示模式中，显示至少一可被使用者选择的选择区域。面板控制器输出第一及第二控制信号，当至少一选择区域于触控感测模式中密集地分布时，使得一触控区域被设定为小于至少一选择区域，而当至少一选择区域稀疏地分布时，使得触控区域被设定为大于至少一选择区域。其中触控区域用以感测一近接触控，并对应于至少一选择区域。
本发明的另一实施例提供一种使用于一显示面板的触控与近接感测方法。其中显示面板包括一像素基板及一共享基板。像素基板配置于一图像输出方向，且具有多个像素。所述像素与多条栅极线及多条数据线连接，并排列为阵列形式，且每一像素具有一薄膜晶体管。薄膜晶体管的栅极与栅极线中相对应的栅极线连接，其源极与数据线中相对应的数据线连接，且其漏极与多个像素电极中相对应的像素电极连接。共享基板用以接收一共享电压，并具有一共享电极。共享电极配置于面向像素的位置。触控与近接感测方法包括一图像显示步骤与一触控识别步骤。图像显示步骤于一显示模式中，通过数据线而施加一显示电压于像素，以显示一图像。触控识别步骤于一触控感测模式中，通过数据线感测像素电极的静电容量，以识别一触碰物体的触控与近接位置。
在本发明的一实施例中，图像显示步骤包括一选择区域显示步骤。于选择区域显示步骤中，显示至少一可被使用者选择的选择区域。
在本发明的一实施例中，触控识别步骤包括一第一触控区域设定步骤以及一第二触控区域设定步骤。于第一触控区域设定步骤中，当至少一选择区域密集地分布时，设定一触控区域小于至少一选择区域。于第二触控区域设定步骤中，当至少一选择区域稀疏地分布时，设定触控区域大于至少一选择区域。其中触控区域用以感测一近接触控，并对应于至少一选择区域。
在本发明的一实施例中，显示面板还包括一待机模式与一省电模式。触控与近接感测方法还包括一省电模式切换步骤及一显示模式切换步骤。在省电模式切换步骤中，于待机模式时，当藉由积分所有像素电极来感测静电容量，而触碰物体的近接量没有被感测到时，切换至省电模式。在显示模式切换步骤中，于省电模式时，当藉由积分所有像素电极来感测静电容量，而感测到触碰物体的近接量时，切换至显示模式。
技术效果
于依据本发明的实施例的触控与近接感测显示面板、显示组件以及其触控与近接感测方法中，显示面板的像素电极被当作触控屏幕的一个感测电极，以致于显示面板可感测触碰物体的近接触控。显示组件的厚度藉由省略额外的触控屏幕可以被有效地缩减。因为像素电极被用来当作感测电极，所以触控与近接感测分辨率可以与显示面板的分辨率一致。各种使用者想要的分辨率及触控区域可以自由设定。多点触控式操作可以被感测。制造成本与功率消耗可以被降低。
附图说明
图1绘示薄膜晶体管液晶显示器作为一种配备传统触控式屏幕的显示组件的示例。
图2为本发明的一实施例的配备近接触控感测显示面板的显示组件。
图3为图2的显示面板的平面示意图。
图4为图3的数据驱动及感测单元的感测电路的示例。
图5为依据本发明的另一实施例所绘示的配备有触控与近接感测式显示面板的显示组件。
图6为使用本发明的一实施例的显示组件的示例。
具体实施方式
为让触控与近接感测式显示面板、显示组件以及其触控与近接感测方法的上述特征和优点能更明显易懂，下文将配合所附图式作详细说明。
随着各种传感器于应用领域不断地扩展，致力于改善传感器感测功能的努力也未曾间断。相较于传统的传感器，新式的传感器于感测能力(sensing capability)方面已有显著的改善。且用以消除传感器的偏移及噪声的技术已有效地发展。依据此趋势，触控传感器的技术已有效地发展。
本发明所提供的显示组件不同于图1所示的显示组件，其具有可直接感测近接触控的显示面板，而不需独立于显示面板的触控屏幕。
图2为本发明的一实施例的配备近接触控感测显示面板的显示组件。
图2的保护窗110及背光模块140与图1的保护窗10及背光模块40相同。然而，图2的显示组件没有独立的触控屏幕。图2的显示面板130的结构为图1的显示面板30的结构前后反置。显示面板130紧密地附着于保护窗110的一下方部分。在图1中，共同的透明基板32配置于显示面板30的上方部分而像素电极35配置于其下方部分，以致于共享电极34配置于上方部分而像素电极35配置于下方部分。然而，在图2中，像素透明基板133配置于显示面板130的一上方部分而共同的透明基板132配置于其下方部分，以致于像素电极135配置于上方部分而共享电极134配置于下方部分。
当显示组件构型为反向(reversed)显示面板130时，反向显示面板130紧密地附着于保护窗110。透明基板132、133及偏光膜136的厚度较保护窗110的厚度为薄。因此，显示面板130的像素电极135非常接近于保护窗110。透明基板132、133的厚度通常大约为500～700微米(micrometer，μm)，而偏光膜136的厚度大约为100～200微米。也就是说，从图1的保护窗10的上表面至触控屏幕20的感测电极21的距离，以及从图2的保护窗110的上表面至显示面板130的像素电极135的距离，其间的差异不大。因此，当一物体触碰保护窗110的上表面时，因为图2的显示面板130的像素电极135可变，所以像素电极135的功能如同图1的感测电极21。
如上所述，依据两偏光膜136的偏振方向与液晶的排列方式，藉由改变来自背光模块140的光源的透射率，以使显示面板130输出图像。液晶的排列方式随着像素电极135与共享电极134之间产生的电场而改变。即使在如图2所示的反向显示面板130中，于像素电极135与共享电极134之间产生的电场仍然相同，因此液晶的排列方式依旧随其改变，以输出一正常图像。
也就是说，图2的显示面板130提供图1的显示面板30的图像输出功能，以及触控屏幕20的功能。
与图1的显示面板30的大小比较，藉由缩减触控屏幕20的厚度，以及触控屏幕20与显示面板的上偏光膜36之间的间距，因此缩减显示组件的总厚度T2，可进一步缩减图2的显示组件的大小。为了方便解释，至此皆以一薄膜晶体管液晶显示器(有源矩阵式液晶显示器，active matrix-liquid crystal display，AM-LCD)的结构来描述。当应用于有源矩阵式有机发光二极管(active matrix-organic light emitting diode，AM-OLED)时，由于不需要背光模块140，因此厚度可进一步被缩减。
图3为图2的显示面板130的平面示意图。
在图3中，显示面板130包括一像素阵列210、一控制器220、一栅极驱动器230以及一数据驱动及感测单元240。
像素阵列210形成于两透明基板132、133之间。在配置于图2的上部的像素透明基板133上，多条栅极线GL与多条数据线DL垂直交错。在栅极线GL与数据线DL交错的区域中，分别形成多个薄膜晶体管TFTs，其栅极与多条栅极线中相对应的栅极线GL连接，其源极与多条数据线中相对应的数据线DL连接，且其漏极与多个像素电极中相对应的像素电极135连接。在此，薄膜晶体管TFT作为开关晶体管。当栅极线GL被致动时，薄膜晶体管TFT被打开，因此，数据线DL与像素电极135电性连接。
另一方面，共享电极134形成于图2的下部的共同的透明基板132上。
一端连接于图3的薄膜晶体管TFT的源极的液晶电容Clc，以共同的透明基板132与像素透明基板133之间的液晶层作为其介电层，并以像素电极135与共享电极134作为其电极而形成。因为共同电压Vcom施加于薄膜晶体管液晶显示器的共享电极134，所以液晶电容Clc的另一端连接至共同电压Vcom。
依据来自控制器220的一第一控制信号con1，栅极驱动器230致动栅极线GL之中一指定数量的栅极线GL，并致动相对应的薄膜晶体管TFTs。依据来自控制器220的一第二控制信号con2，数据驱动及感测单元240输出一显示电压至数据线DL。一般而言，栅极驱动器230仅依序选择并致动一条栅极线GL。然而，当最近的显示面板尺寸增加时，至少有两条栅极线GL被设计为同时致动。除此之外，当提供多个像素阵列210、多个栅极驱动器230以及多个数据驱动及感测单元240时，多条栅极线GL以及多条数据线DL可被选择同时致动。
在本实施例中，数据驱动及感测单元240通过数据线DL来感测像素电极135的静电容量的变化，并藉由识别是否有物体触碰，而输出触控数据Cdata至控制器220。
依据来自外部的一指令cmd，控制器220输出第一控制信号，以控制栅极驱动器230，并输出第二控制信号，以控制数据驱动及感测单元240。控制器220藉由接收并分析来自数据驱动及感测单元240的触控数据Cdata来识别触碰位置，接着再执行相对应的触碰位置的预定功能。在此，触碰位置可以利用被栅极驱动器230致动的栅极线GL，以及被数据驱动及感测单元240感测的数据线DL，来加以识别。在图3中，控制器220配置于显示面板130内。除此之外，控制器220亦可配置于显示面板130外。
触控与近接感测式显示面板的操作将参照图2及图3来描述。显示面板130的基本功能为输出图像。当显示面板130输出图像时，显示电压通过数据线DL及薄膜晶体管TFTs而施加至像素电极135。因此，当传感器用以感测静电容量时，像素电极135难以同时输出图像。
如上所述，控制器220于显示模式中，依据外部指令cmd输出第一控制信号con1至栅极驱动器230，接着栅极驱动器230依据第一控制信号con1，选择并致动栅极线GL之中一特定数量的栅极线GL。被致动的栅极线GL以列为单位来致动像素阵列210的薄膜晶体管TFTs。控制器220输出第二控制信号con2至数据驱动及感测单元240。依据第二控制信号con2，数据驱动及感测单元240输出一指定电平的显示电压至数据线DL。连接至被致动的栅极线GL与数据线DL的薄膜晶体管TFTs施加来自数据线DL的显示电压至像素电极135。也就是说，当栅极线GL被致动时，具有特定电平的显示电压被施加至数据线DL，以致于电压被施加至像素电极135。
薄膜晶体管液晶显示器的显示面板130以多重步骤藉由控制来自背光模块140的光的透射量以输出图像。透射光的量藉由被施加至像素电极135的显示电压的电平来控制。也就是说，通过数据线DL被施加至像素电极135的显示电压，控制来自显示面板130中的背光模块140的光的透射率。一般而言，显示电压具有256组态的8位灰阶(8-bit level of 256 steps)。显示面板130以所有像素电极被选一次来显示一帧(frame)，以作为一单元。依据美国国家电视委员会(National Television System Committee，NTSC)的标准，例如是电视的显示组件每秒至少显示60个帧。每秒显示的帧数以帧率(frame rate)表示，其单位为帧/秒(frames/sec)。以最新发表的高分辨率电视(full HD TV)而言，显示面板130至少具有1920×1080个像素。也就是说，高分辨率电视藉由每秒至少施加60次电压于至少1920×1080个像素来显示一帧。移动显示组件相较于电视而具有较小的尺寸及较低的分辨率。一般而言，移动显示组件具有320×240个像素的四分视频图形阵列(quarter video graphics array，QVGA)分辨率或更多，且每秒至少显示30个帧。
如上所述，许多显示组件显示图像的帧率至少每秒60个帧。即使1～2个帧被遗漏，使用者不会察觉被遗漏的帧。在本实施例中，当显示组件于一特定帧率没有输出1～2个帧的图像时，表示像素电极135被用来使用作感测电极。例如，帧率60的显示组件每秒输出58个帧的图像，而在2个帧期间感测触碰。当显示组件仅有每秒20个帧的低帧率时，为了图像质量，显示组件应输出所有帧图像。在这个例子中，显示组件每秒的帧数增加1～2个，而于增加后的帧率，此1～2个帧期间可用以感测触碰。也就是说，于显示组件中，每秒20个帧的帧率可调整为每秒22个帧的帧率，且2个帧期间可用以感测触碰。对于快速触控感测操作而言，在每一个帧结束后可感测触碰。于此，触控感测时间应减短，以致于使用者无法察觉帧率的变化。
作为触控屏幕的显示面板操作将参照图2及图3来描述。控制器220可周期性地或依据外部指令cmd而进入触控感测模式，且于相对应的触控感测模式中，输出第一控制信号con1与第二控制信号con2。基本上，控制器220周期性地进入触控感测模式。然而，控制器220在移动显示组件中可能非周期性地进入触控感测模式。例如，当显示组件的锁定功能(hold function)被设定时，控制器220不应进入触控感测模式。因为依据显示组件的状态，触控感测区域可个别地设定，所以控制器220被设计来接收外部指令cmd。
依据第一控制信号con1，栅极驱动器230致动一特定数量的栅极线GL。依据第二控制信号con2，数据驱动及感测单元240感测通过一特定数量的数据线DL连接的像素电极135的静电容量。若栅极线GL与数据线DL一个一个地依序被选择，则显示面板130的所有像素电极135可作为独立的感测电极。也就是说，显示面板130的分辨率变为触控屏幕的分辨率。因此，高分辨率的触控屏幕不需任何特别的制程即可实现。如上所述，显示面板130的帧率代表每秒选择所有像素电极135的次数。因此，帧率60的显示组件依序于每1/60秒选择所有的像素电极135一次。本实施例的触控屏幕(在此为“显示面板”)不同于传统的触控屏幕，因为即使在触碰物体同时近接触控(touch or proximity)感测电极时，感测电极仍可(在此为“像素电极”)依序感测该触碰物体的近接触控，所以触控屏幕可正确地感测近接触控。因为感测电极依序感测触碰物体的近接触控的时间非常短暂，所以本实施例的显示面板用以感测多点触控操作时，实质上具有如同触控屏幕的功能(例如，1/60秒)。触碰物体的近接触控感测的例子已如上所述。因为本实施例的显示面板130的操作如同电容式触控屏幕，所以当非常大的静电容量的触碰物体靠近而不触碰时，像素电极135的静电容量会改变，以致于数据驱动及感测单元240可执行感测操作。
换句话说，栅极驱动器230与数据驱动及感测单元240可依据第一或第二控制信号con1、con2来分别选择栅极线GL与数据线DL。例如，当栅极驱动器230依序一对一对地(two by two)选择栅极线GL，且数据驱动及感测单元240感测来自一对数据线DL的静电容量时，一次四个像素电极135被当作一个感测电极。本实施例的显示面板可操作如同具有相对应的像素电极135的数目的显示分辨率的触控屏幕。在实际的操作中，需要显示分辨率的触控屏幕的例子几乎不常见。因为本实施例的显示面板130于触控感测模式中，藉由控制栅极线GL与数据线DL而同时被选择的数目，可使用多个像素电极135作为一个感测电极，所以触控屏幕的分辨率可以自由地控制。
当多个像素电极135作为一个感测电极时，感测电极的面积会增加。感测电极增加的面积会改善感测灵敏度，因为当电容两端的面积都增加时，静电容量也会增加。在移动显示组件中，感测灵敏度可以用各种不同的方法来改善。例如，当移动显示组件于待机模式时，所有的栅极线GL被致动。当数据驱动及感测单元240的感测电路(未绘示)通过所有数据线DL来感测静电容量时，所有的像素电极135作为一个感测电极，以致于感测灵敏度被最大化，且触碰物体的近接量可高灵敏地被感测。当于待机模式中，没有触碰物体的近接量(或触控数据Cdata低于特定的临界值)时，移动显示组件可决定使用者不在触碰物体的近接量中。因此，移动显示组件切换至省电模式，以减少功率消耗。
当本实施例的显示组件用来作为触控屏幕时，触控感测区域以及触控与近接感测分辨率可藉由任意地组合栅极线GL与数据线DL而自由地设定。也就是说，当图3的栅极驱动器230仅致动第二及第三条栅极线GL，而数据驱动及感测单元240感测仅来自第二至第四条数据线DL的静电容量时，仅像素阵列210的六个像素电极135作为感测电极，而剩下的像素电极135不作为感测电极。
因为数据驱动及感测单元240可感测每一像素电极的静电容量或以特定数目的像素电极为单位而依序感测静电容量，所以即使当仅使用一个感测电路时，触控与近接传感器仍可覆盖像素面板的所有区域。在这点上，感测电路应具有非常快的操作速率。当于一个帧间隔中，所有的像素电极分别地被使用在触控模式时，感测电路感测每一像素电极的静电容量的时间可以表示为1/(帧率×分辨率)秒。在每秒60个帧帧率的四分视频图形阵列(QVGA)的显示组件中，其感测时间为1/(60×320×280)秒，相对较短。当感测电路在上述相对较短的时间内没有感测到静电容量时，可藉由使用多个像素电极135作为一个感测电极来显著地增加该感测电路感测该感测电极的静电容量的时间。当然，数据驱动及感测单元240可以包括多个感测电路。
图4为图3的数据驱动及感测单元的感测电路的示例。
在本实施例中，数据驱动及感测单元240的感测电路可以是任何可感测静电容量的电路。因为本实施例的像素电极135用来作为触控屏幕的感测电极，所以感测电路需能消除偏移与噪声，且快速操作。图4为能够满足上述情形的一感测电路320的示例，其为一第0728654号韩国专利(Korean patent No.0728654)所揭露的时间至数字转换电路。
底下将描述图4的时间至数字转换电路320的操作。时间至数字转换电路320包括一延迟时间变化单元330(delay time-varying unit)以及一延迟时间计算及数据产生器370(delay time calculation and data generator)。延迟时间变化单元330包括一测量信号产生器340、一可变延迟单元350以及一固定延迟单元360。
传感器310具有一依据外部刺激强度而可变的阻抗值Isen。传感器310可以使用各种静电容、电感或电阻值可变的组件。延迟时间变化单元330产生一感测信号sen以及一参考信号ref，其具有与传感器310的阻抗值Isen成正比的延迟时间差。据此，测量信号产生器340产生一测量信号in，其以一第一时间的周期来计时(clocked)，并输出该测量信号in至可变延迟单元350以及该固定延迟单元360。可变延迟单元350电性连接至传感器310，并依据传感器310的阻抗值而延迟该测量信号in，藉此而产生该感测信号sen。固定延迟单元360依据一特定值或一控制系统(control scheme)而产生该参考信号ref。
延迟时间计算及数据产生器370接收参考信号ref以及感测信号sen，计算其延迟时间差，并产生数字数据Ddata，其具有一相对应于被计算的延迟时间差的值。
因此，当本实施例的像素电极135用来作为时间至数字转换电路320的可变电容传感器310时，时间至数字转换电路320可以作为本实施例的感测电路。因为时间至数字转换电路320输出数字数据Ddata，所以数据驱动及感测单元240可容易地依据数字数据Ddata来产生触控数据Cdata。使用时间至数字转换电路320的数字数据Ddata，触碰物体的触碰压力以及触控近接量可被测量。当显示面板设定为使用时间至数字转换电路320的数字数据Ddata来测量触碰压力时，即使在触碰物体接触到相同位置时，显示组件仍可设定为依据触碰压力来执行不同功能。很自然地，如果保护窗110有弹性(flexible)，那么触碰将产生一压力信号，并造成像素电极135与共享电极134之间的电容变化或电压变化，且时间至数字转换电路320测量此电容变化或电压变化。
本实施例的感测电路并不局限于图4的时间至数字转换电路。
图5为依据本发明的另一实施例所绘示的配备有触控与近接感测式显示面板的显示组件，并绘示具有施加至图2的显示面板130的彩色滤光片437的显示面板430。
当显示面板为一用以输出彩色图像的彩色显示面板时，传统的显示面板30还包括一位于共同的透明基板32与偏光膜36之间的彩色滤光片(未绘示)。在现有的显示面板30中，来自背光模块40的光透过偏光膜36、像素透明基板33、像素电极35、液晶层31、共同电极34及共同的透明基板32，而施加至彩色滤光片(未绘示)。穿透彩色滤光片的光透过偏光膜36而施加至保护窗10。也就是说，来自背光模块40的光在穿透液晶层31之后，再穿透彩色滤光片。
在本实施例中，显示面板垂直倒置，以使显示面板的像素电极可作为感测电极。当现有的彩色显示面板直接应用于本实施例时，来自背光模块40的光被设计为依序穿透彩色滤光片及液晶层。即使当光先穿透彩色滤光片时，显示面板仍可正常显示图像。在来自背光模块40的光的照度被彩色滤光片减弱的状态下，液晶层应藉由施加显示电压至像素电极来控制光。在垂直倒置的显示面板中，与未倒置的显示面板相较，彩色显示图像可能不清楚，因为穿透彩色滤光片的光可能被液晶层31散射(scattered)。
在图5的彩色显示面板430中，彩色基板437被插入于配置在上部的偏光膜436及像素透明基板433之间。除了彩色基板437之外，其它构件则与图2的显示面板130相同。也就是说，图5的彩色显示面板430的配置为现有的显示面板垂直倒置。彩色基板437的配置方式，使得来自背光模块40的光在穿透液晶层31之后，才抵达彩色基板437。因此，图5的彩色显示面板430可藉由执行与传统的彩色显示面板相同的控制操作以显示图像。作为触控与近接感测式显示面板的薄膜晶体管液晶显示器面板已如上所述，但本发明并不限于薄膜晶体管液晶显示器面板。也就是说，本发明可应用于其它种类的显示面板，例如是应用于有源矩阵式有机发光二极管面板或其它类似的装置。当本发明应用于有源矩阵式有机发光二极管面板时，有源矩阵式有机发光二极管面板可自发光，不像薄膜晶体管液晶显示器。如此一来，因为有源矩阵式有机发光二极管面板不需要背光模块以及偏光膜，所以显示组件的厚度可进一步被缩减。此外，本发明可应用于各种显示面板，例如是应用于与现今的薄膜晶体管液晶显示器面板或有机发光二极管面板一起制作的可挠式显示面板(例如，电子纸张(e-ink))。
图6为使用本发明的一实施例的显示组件的示例。
图6的示例将同时参照图2与图3来描述。首先，控制器220操作在显示模式中，显示面板130显示关于相关的应用程序的一图像。此时，显示面板130的帧率设定为60帧/秒。在显示帧之中的两个帧期间，显示面板130可被设定为操作在触控感测模式。也就是说，显示面板130设定为每秒感测两个触碰。显示面板130重复在29个帧期间显示图像，在1个帧期间感测触碰的操作。很自然地，若触控与近接感测电路足够快，触控频率可增加至显示帧率。
图6的实线所指的区域代表现在应用程序给使用者选择的区域，其显示六个小图标(icon)Icon1～Icon6、两个大图标Icon7、Icon8、三个按钮(button)Btn1～Btn3以及滚动条(Scroll bar)SCL。底下将描述图6的选择区域的配置。六个小图标Icon1～Icon6的配置相对密集，但其它两个大图标Icon7、Icon8、三个按钮Btn1～Btn3以及滚动条SCL的配置则相对稀疏。当作为配置密集的选择区域的六个小图标Icon1～Icon6的其中之一被使用者选择时，其它相邻的图标或另一个图标同时被选择的机率很高。换句话说，当配置稀疏的选择区域其中之一被选择时，使用者同时选择其它相邻的图标或另一个图标，而造成错误选择操作的机率很低。
另一方面，本实施例的触控与近接感测式显示面板可藉由控制栅极驱动器230与数据驱动及感测单元240来选择栅极线GL与数据线DL，以自由地设定触控与近接感测区域。
因此，可藉由设定较于选择区域密集配置的图标Icon1～Icon6为小的触控区域TIcon1～TIcon6，以避免使用者的错误选择。藉由设定较稀疏配置的选择区域Icon7、Icon8、Btn1～Btn3以及SCL为大的触控区域TIcon7、TIcon8、TBtn1～TBtn3以及TSCL，以改善使用者的便利性。藉由设定每一个在对应于图标Icon1～Icon8以及按钮Btn1～Btn3的每一个触控区域TIcon1～TIcon8以及TBtn1～TBtn3的像素电极135操作如同一个感测电极，以改善感测灵敏度。因为滚动条SCL需感测触碰物体的移动，所以在触控区域TSCL中的单一像素电极或特定数目的像素电极被设定成操作如同一个感测电极。
因为本实施例的触控与近接感测式显示面板可执行感测操作仅设定在触控区域TIcon1～TIcon8、TBtn1～TBtn3以及TSCL，不需要所有的区域都用来执行感测操作，且可避免使用者的错误操作，所以与配备现有触控屏幕的显示面板相较，本实施例的显示面板可进一步减少功率损耗。
控制器220、栅极驱动器230以及数据驱动及感测单元240虽然分别绘示，但可集成到(integrated into)一面板控制器中。于显示模式中，藉由通过数据线而施加显示电压于像素电极，以显示图像。于触控感测模式中，藉由通过数据线而感测像素电极的静电容量，以识别各近接触控位置。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域的技术人员，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权利要求书所界定者为准。

Claims (32)

1.一种显示面板，包括：
像素基板，配置于图像输出方向，且该像素基板具有多个像素，该些像素与多条栅极线及多条数据线连接，并排列为阵列形式，且每一像素具有薄膜晶体管，该薄膜晶体管中的栅极与该些栅极线中的相对应的栅极线连接，其源极与该些数据线中的相对应的数据线连接，且其漏极与多个像素电极中的相对应的像素电极连接；
共享基板，用以接收共享电压，并具有共享电极，该共享电极配置于面向该些像素的位置；以及
面板控制器，于显示模式中，通过该些数据线而施加显示电压于该些像素，以控制该显示面板来显示图像，且于触控感测模式中，通过该些数据线来感测该些像素电极的静电容量，以识别触碰物体的触控与近接位置。
2.如权利要求1所述的显示面板，其中该面板控制器具有该显示模式与该触控感测模式。
3.如权利要求2所述的显示面板，其中该面板控制器设定显示模式期间较触控感测模式期间为长。
4.如权利要求1所述的显示面板，其中该面板控制器于该显示模式中致动该些栅极线，当该些栅极线被致动时，该面板控制器通过该些数据线而输出该显示电压至该些像素，以及
该面板控制器于该触控感测模式中致动每一栅极线或特定数目的栅极线，并选择每一数据线或特定数目的数据线，以及感测指定的像素电极的静电容量。
5.如权利要求4所述的显示面板，其中该面板控制器包括：
栅极驱动器，于该显示模式中依据第一控制信号依序致动该些栅极线，以及于该触控感测模式中依据该第一控制信号依序致动特定数目的栅极线或特定组的栅极线；
数据驱动及感测单元，于该显示模式中依据第二控制信号，输出该显示电压至该些数据线，以及于该触控感测模式中依据该第二控制信号，藉由选择特定数目的数据线或特定组的数据线以及感测相对应的像素电极的静电容量，以输出触控数据；以及
控制器，依据外部指令而输出该第一及第二控制信号，以及于该触控感测模式中藉由接收该触控数据来识别该触碰物体的触控位置。
6.如权利要求5所述的显示面板，其中该数据驱动及感测单元包括：
数据驱动器，于该显示模式中依据该第二控制信号而输出该显示电压至该些数据线，以及于该触控感测模式中依据该第二控制信号而依序选择每一数据线或特定数目的数据线；以及
传感器，于该触控感测模式中，通过被该数据驱动器选择的该些数据线来感测该像素电极的静电容量，以及对该静电容量起反应而输出该触控数据。
7.如权利要求6所述的显示面板，其中该传感器包括至少一时间至数字转换电路。
8.如权利要求7所述的显示面板，其中该至少一时间至数字转换电路包括：
测量信号产生器，用以产生测量信号；
固定延迟单元，延迟该测量信号特定时间，以产生参考信号；
可变延迟单元，依据通过该数据线而施加的该像素电极的静电容量，延迟该测量信号，以产生感测信号；以及
延迟时间计算及数据产生器，测量该感测信号与该参考信号的延迟时间差，并输出具有对应于该测量延迟时间差的值的触控数据。
9.如权利要求1所述的显示面板，其中该显示面板为液晶显示面板，该液晶显示面板包括该像素基板，且该像素基板配置于该触碰物体的触控或近接部份，以及该液晶显示面板感测该触碰物体的静电容量或近接量。
10.如权利要求9所述的显示面板，还包括：
液晶层，配置于该共同基板与该像素基板之间；以及
偏光膜，配置于该共同基板的下方部分以及该像素基板的上方部分。
11.如权利要求1所述的显示面板，其中该显示面板为电致发光显示器，该电致发光显示器包括该像素基板，且该像素基板配置于该触碰物体的触控或近接部份，以及该电致发光显示器感测该触碰物体的静电容量或近接量。
12.如权利要求10或权利要求11所述的显示面板，还包括：
彩色滤光片，配置于该像素基板之上且面向该共同基板的侧部上。
13.一种显示组件，包括：
显示面板，包括像素基板、共享基板及面板控制器，该像素基板配置于图像输出方向，且具有多个像素，该些像素与多条栅极线及多条数据线连接，并排列为阵列形式，且每一像素具有薄膜晶体管，该薄膜晶体管的栅极与该些栅极线中的相对应的栅极线连接，其源极与该些数据线中的相对应的数据线连接，且其漏极与多个像素电极中的相对应的像素电极连接，该共享基板用以接收共享电压，并具有共享电极，该共享电极配置于面向该些像素的位置，以及该面板控制器于触控感测模式中，通过该些数据线来感测该些像素电极的静电容量，以识别触碰物体的触控与近接位置；以及
保护窗，紧密地附着于该像素基板的上方部分，以保护该显示面板。
14.如权利要求13所述的显示组件，其中该面板控制器于显示模式中致动该些栅极线，当该些栅极线被致动时，该面板控制器通过该些数据线而输出该显示电压至该些像素，以及
该面板控制器于该触控感测模式中致动每一栅极线或特定数目的栅极线，并选择每一数据线或特定数目的数据线，以及藉由感测该像素电极的静电容量而输出触控数据。
15.如权利要求14所述的显示组件，其中该面板控制器包括：
栅极驱动器，于该显示模式中依据第一控制信号而依序致动该些栅极线，以及于该触控感测模式中依据该第一控制信号而依序致动特定数目的栅极线或特定组的栅极线；
数据驱动及感测单元，于该显示模式中依据第二控制信号，输出该显示电压至该些数据线，以及于该触控感测模式中依据该第二控制信号，藉由选择特定数目的数据线或特定组的数据线以及感测相对应的像素电极的静电容量，以输出触控数据；以及
控制器，对外部指令起反应而输出该第一及第二控制信号，以及于该触控感测模式中藉由接收该触控数据来识别该触碰物体的触控位置。
16.如权利要求15所述的显示组件，其中该数据驱动及感测单元包括：
数据驱动器，于该显示模式中依据该第二控制信号，输出该显示电压至该些数据线，以及于该触控感测模式中依据该第二控制信号，依序选择每一数据线或特定数目的数据线；以及
传感器，于该触控感测模式中，通过被该数据驱动器选择的该些数据线来感测该像素电极的静电容量，以及对该静电容量起反应而输出该触控数据。
17.如权利要求16所述的显示组件，其中该传感器包括：
至少一时间至数字转换电路，包括：
测量信号产生器，用以产生测量信号；
固定延迟单元，延迟该测量信号特定时间，以产生参考信号；
可变延迟单元，依据通过该数据线而外加的该像素电极的静电容量，延迟该测量信号，以产生感测信号；以及
延迟时间计算及数据产生器，测量该感测信号与该参考信号的延迟时间差，并输出具有对应于该测量延迟时间差的值的触控数据。
18.如权利要求15所述的显示组件，其中当该显示组件于待机模式或省电模式时，该面板控制器藉由积分所有该像素电极来感测静电容量，并感测该触碰物体的近接量。
19.如权利要求18项所述的显示组件，其中于该待机模式中，当该触控数据小于特定的临界值时，该面板控制器被切换至该省电模式，而于该省电模式中，当该触控数据大于该特定的临界值时，该面板控制器被切换至该待机模式。
20.如权利要求14所述的显示组件，其中该面板控制器交替地切换该显示模式与该触控感测模式。
21.如权利要求20所述的显示组件，其中该面板控制器设定显示模式期间较触控感测模式期间为长。
22.如权利要求14所述的显示组件，其中该面板控制器输出该第一及该第二控制信号，以使该显示面板于该显示模式中，显示至少一可被使用者选择的选择区域，以及该面板控制器输出该第一及该第二控制信号，当该至少一选择区域于该触控感测模式中密集地分布时，使得触控区域被设定为小于该至少一选择区域，而当该至少一选择区域稀疏地分布时，使得该触控区域被设定为大于该至少一选择区域，其中该触控区域用以感测近接触控，并对应于该至少一选择区域。
23.如权利要求13所述的显示组件，其中该显示面板为液晶显示面板。
24.如权利要求23所述的显示组件，其中该显示面板包括：
液晶层，配置于该共同基板与该像素基板之间；以及
偏光膜，配置于该共同基板的下方部分以及该像素基板的上方部分。
25.如权利要求24所述的显示组件，其中该显示面板还包括彩色滤光片，该彩色滤光片位于该像素基板与配置于该像素基板的该上方部分的该偏光膜之间。
26.如权利要求24所述的显示组件，还包括：
背光模块，配置于该显示面板之下，以发射光源至该显示面板。
27.如权利要求13所述的显示组件，其中该显示面板为电致发光显示器。
28.一种使用于显示面板中的触控与近接感测方法，其中该显示面板包括像素基板及共享基板，该像素基板配置于图像输出方向，且具有多个像素，该些像素与多条栅极线及多条数据线连接，并排列为阵列形式，且每一像素具有薄膜晶体管，该薄膜晶体管的栅极与该些栅极线中的相对应的栅极线连接，其源极与该些数据线中的相对应的数据线连接，且其漏极与多个像素电极中的相对应的像素电极连接，以及该共享基板用以接收共享电压，并具有共享电极，该共享电极配置于面向该些像素的位置，该触控与近接感测方法包括：
图像显示步骤，于显示模式中，通过该些数据线而施加显示电压于该些像素，以显示图像；以及
触控识别步骤，于触控感测模式中，通过该些数据线来感测该些像素电极的静电容量，以识别触碰物体的触控与近接位置。
29.如权利要求28所述的触控与近接感测方法，其中该图像显示步骤与该触控识别步骤交替地切换。
30.如权利要求29所述的触控与近接感测方法，其中该图像显示步骤包括：
选择区域显示步骤，显示至少一可被使用者选择的选择区域。
31.如权利要求30所述的触控与近接感测方法，其中该触控识别步骤包括：
第一触控区域设定步骤，当该至少一选择区域密集地分布时，设定触控区域使小于该至少一选择区域，该触控区域用以感测近接触控且对应于该至少一选择区域；以及
第二触控区域设定步骤，当该至少一选择区域稀疏地分布时，设定该触控区域使大于该至少一选择区域，
其中该触控区域对应于该至少一选择区域。
32.如权利要求29所述的触控与近接感测方法，其中该显示面板还包括待机模式与省电模式，以及
其中该触控与近接感测方法还包括：
省电模式切换步骤，于该待机模式中，当藉由积分所有该像素电极来感测该静电容量，而该触碰物体的近接量没有被感测到时，切换至该省电模式；以及
显示模式切换步骤，于该省电模式中，当藉由积分所有该像素电极来感测该静电容量，而感测到该触碰物体的近接量时，切换至该显示模式。
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