CN102375591A - 触控式显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种触控式显示装置，其包含显示面板、多个水平方向感测线、多个垂直方向感测线、水平方向电压选择器、垂直方向电压选择器以及控制芯片。显示面板包含以矩阵排列的多个感测元件，且多个水平方向感测线及多个垂直方向感测线分别连接至多个感测元件。水平方向电压选择器接收多个水平感测信号，且垂直方向电压选择器接收多个垂直感测信号。控制芯片输出多个水平方向控制信号至水平方向电压选择器及输出多个垂直方向控制信号至垂直方向电压选择器，以使水平方向电压选择器根据多个水平方向控制信号而输出多个水平感测信号其中之一至控制芯片，并使垂直方向电压选择器根据多个垂直方向控制信号而输出多个垂直感测信号其中之一至控制芯片。

Description

触控式显示装置

技术领域

本发明是关于一种触控式显示装置，特别是，关于一种可缩减边框宽度的触控式显示装置。

背景技术

触控式显示装置的使用，不但可节省传统键盘及鼠标所需占用的空间，更提供了人性化的操作方式，因此已成为电子产品或机器设备中主流的沟通接口之一。目前，将触控感应元件集成于像素结构中的内嵌式(in-cell)触控技术，可提供比传统触控面板更佳的对比度及亮度，近年来也广受重视。

图1显示已知触控式显示面板中的一像素结构100，其包含红(R)、绿(G)、蓝(B)三个子像素110、120、及130。一般来说，每一子像素110、120、及130均包含一晶体管及一像素电极，且由一条栅极线140及分别由三条数据线150、152、及154来驱动。为了达成触控功能，在每一像素结构中设置有二个感测元件160及162，分别用以感测触碰点的X方向坐标及Y方向坐标。感测元件160及162的结构一般为介于显示面板的上层彩色滤光片基板及下层TFT阵列基板之间的突起物，用以在受到压力时导通上下两基板。因此，当有物体接触显示面板时，接触位置所对应的像素结构100的感测元件160及162将产生对应的电位信号，而此信号可进一步通过感测线170及172传送至显示面板中的其它电路进行处理。

图2显示已知触控式显示装置200的方块示意图。显示装置200包含一显示面板210、Y方向感测电路220及222、X方向感测电路230、栅极线驱动电路240及242、数据线驱动电路250、及控制芯片260。显示面板210包含多个阵列排列的如图1所示的像素结构，其中栅极线驱动电路240、242及数据线驱动电路250用以对显示面板210中各个像素结构中的显示数据进行更新。每一像素结构中的水平方向感测元件(如图1所示的感测元件160)分别通过2ⁿ条感测线X(1)、X(2)...、X(2ⁿ)而连接至X方向感测电路230，而每一像素结构中的垂直方向感测元件(如图1所示的感测元件162)则分别连接至2^m条感测线Y(1)、Y(2)...、Y(2^m)，其中感测线Y(1)、Y(3)...、Y(2^m-1)(共2^m-1条)连接至Y方向感测电路220，而感测线Y(2)、Y(4)...、Y(2^m)(约2^m-1条)则连接至Y方向感测电路222。控制芯片260接收并处理来自X方向感测电路230的2ⁿ条信号线、来自Y方向感测电路220的2^m-1信号线、以及来自Y方向感测电路222的2^m-1条信号线上的感测信号，以获得在显示面板210上的一触碰位置数据。

参考图2，为了避免造成触控式显示装置200的某一侧边的边宽过大，感测线Y(1)、Y(2)...、Y(2^m)分别连接至显示面板210的左右两侧。然而，Y方向感测电路220或222仍需输出2^m-1条信号线至控制芯片260，如此大数量的信号线仍会产生侧边边宽(D)过大的问题，同时控制芯片260也需要大量的接脚(pin)来接收感测信号。随着显示面板210分辨率的提高，上述问题也将更加严重。

因此，有必要提供一种可有效缩减触控式显示装置的边框宽度并可降低控制芯片所需接脚数量的感测电路架构。

发明内容

鉴于先前技术所存在的问题，本发明提供了一种触控式显示装置，其通过加入一电压选择器而取代了大量的信号线绕线(routing)。

根据本发明的一方面，通过相对而言相当少量的控制信号线，可分别将触控式显示装置中的X方向感测线及Y方向感测线由电压选择器的单一输出端输出至控制芯片，因此可大幅地减少装置的边框宽度，同时也可降低控制芯片所需的接脚数量。

在本发明一实施例中，提供了一种触控式显示装置，其包含一显示面板、多个水平方向感测线、一水平方向电压选择器、以及一控制芯片。显示面板包含以矩阵排列的多个感测元件，其中多个水平方向感测线分别连接至多个感测元件。水平方向电压选择器用以接收来自多个水平方向感测线的多个水平感测信号，而控制芯片用以输出多个水平方向控制信号至水平方向电压选择器。水平方向电压选择器根据多个水平方向控制信号而将多个水平感测信号的其中之一输出至控制芯片。

本发明的其它方面，部分将在后续说明中陈述，而部分可由说明中轻易得知，或可由本发明的实施例而得知。本发明的各方面将可利用所附的申请专利范围中所特别指出的元件及组合而理解并达成。需了解，前述的发明内容及下列详细说明均仅作举例之用，并非用以限制本发明。

附图说明

图式是与本说明书结合并构成其一部分，用以说明本发明的实施例，且连同说明书用以解释本发明的原理。在此所述的实施例是本发明的较佳实施例，然而，必须了解本发明并不限于所示的配置及元件，其中：

图1显示已知触控式显示面板中的一像素结构；

图2显示已知触控式显示装置的方块示意图；

图3为根据本发明一实施例所绘示的触控式显示装置的方块示意图；

图4为根据本发明一实施例所绘示的电压选择器的逻辑电路图；以及

图5为根据本发明另一实施例所绘示的电压选择器的逻辑电路图。

[主要元件标号说明]

100像素结构                  110、120、130子像素

140栅极线                    150、152、154数据线

160、162感测元件             170、172感测线

200触控式显示装置            210显示面板

220、222Y方向感测电路        230X方向感测电路

240、242栅极线驱动电路       250数据线驱动电路

260控制芯片                  300触控式显示装置

310显示面板                  312像素结构

314、316感测元件             320垂直方向电压选择器

322输出端                    330水平方向电压选择器

332输出端                    340栅极线驱动电路

350数据线驱动电路            360控制芯片

362垂直方向控制信号          364水平方向控制信号

430电压选择器                432输出端

520电压选择器                522输出端

CX(1)、CX(2)...、CX(n)控制信号线

CY(1)、CY(2)...、CY(m)控制信号线

G(1)...、G(2ⁿ)选择单元

L(1)...、L(m)选择单元

MX(1，1)...、MX(2ⁿ，n)晶体管

MY(1，1)...、MY(m，2^m)晶体管

X(1)、X(2)...、X(2ⁿ)水平方向感测线

Y(1)、Y(2)...、Y(2^m)垂直方向感测线

具体实施方式

本发明揭露一种具有触控功能的显示装置，其包含至少一电压选择器电路，用以降低连接至控制芯片的信号线数量，进而降低显示装置的边框宽度。为了使本发明的叙述更加详尽与完备，可参照下列描述并配合图3至图5的图式。然以下实施例中所述的装置、元件及方法步骤，仅用以说明本发明，并非用以限制本发明的范围。

图3为根据本发明一实施例所绘示的触控式显示装置300的方块示意图。显示装置300包含一显示面板310、垂直方向电压选择器320、水平方向电压选择器330、栅极线驱动电路340、数据线驱动电路350、及控制芯片360。

显示面板310包含多个阵列排列的像素结构312，其由TFT阵列基板、彩色滤光片基板、以及夹设于两基板之间的液晶层所构成。一般来说，每一像素结构312可包含红(R)、绿(G)、蓝(B)三个子像素，每一子像素包含一薄膜晶体管(TFT)及一像素电极。像素结构312中各元件的作用及架构类似一已知液晶显示器的像素结构，故不赘述。

在此实施例中，显示面板310为一内嵌式(in-cell)触控面板，亦即，感测元件是内建于各个像素结构中。参考图3，像素结构312包含用以感测垂直方向位置的垂直方向感测元件314以及用以感测水平方向位置的水平方向感测元件316。本发明的感测元件314及316可为各种常用于内嵌式触控面板中的感测元件，例如介于TFT阵列基板及彩色滤光片基板间的一突起结构。当一物体按压显示面板310时，接触位置所对应的感测元件将导通TFT阵列基板及彩色滤光片基板，因此可通过侦测两基板短路所造成的压降而决定接触位置坐标。须注意的是，虽然在图3所示的实施例中，每个像素内均包含一水平方向及一垂直方向感测元件，但在其它实施例中，感测元件的密度可依所需的触控分辨率不同而有不同的设计。

各像素结构中的垂直方向感测元件所感测到信号是分别通过垂直方向感测线Y(1)、Y(2)...、Y(2^m)而输出，其中m为正整数，且水平方向感测元件所感测到信号是分别通过水平方向感测线X(1)、X(2)...、X(2ⁿ)而输出，其中n为正整数。在此实施例中，假设垂直方向感测线有2^m条，而水平方向感测线有2ⁿ条。一般来说，垂直或水平方向感测线的数量与显示面板310的分辨率有关。举例来说，假设每一像素结构具有RBG三个子像素、每4个水平方向相邻的像素结构连接至同一条垂直方向感测线、每4个垂直方向相邻的像素结构连接至同一条水平方向感测线、且垂直及水平方向感测线分别为2^m及2ⁿ条，则显示面板310的分辨率为(4×2ⁿ)×3×(4×2^m)。

再参考图3，栅极线驱动电路340及数据线驱动电路350用以对显示面板310中各个像素结构中所储存的显示数据进行更新。一般来说，每一像素结构可由一条栅极线及三条数据线所驱动。栅极线驱动电路340可通过多条栅极线(图未示)输入栅极控制信号以驱动像素结构中的薄膜晶体管，而数据驱动电路350可通过多条数据线(图未示)传送显示数据信号至各像素结构。栅极线及数据线的架构及其驱动方式为本领域技术人员所已知，且为避免模糊本发明焦点，因此栅极线及数据线并未加以详述。

参考图3，2^m条垂直方向感测线Y(1)、Y(2)...、Y(2^m)连接至垂直方向电压选择器320，而2ⁿ条水平方向感测线X(1)、X(2)...、X(2ⁿ)连接至水平方向电压选择器330。垂直方向电压选择器320一般是由多个开关(通常为N型或P型晶体管)所组成，用以在m个控制信号的控制下，将2^m(或更少)个输入信号的其中之一自一单一输出端322输出。在图3所示的实施例中，垂直方向电压选择器320接收来自2^m条垂直方向感测线Y(1)、Y(2)...、Y(2^m)的垂直方向感测信号，同时也接收了来自控制芯片360的m条垂直方向控制信号线的垂直方向控制信号362。垂直方向电压选择器320将根据m条垂直方向控制信号线上的垂直方向控制信号362，将其中一个垂直方向感测信号由输出端322输出至控制芯片360。因此，控制芯片360可通过改变m条垂直方向控制信号线上的垂直方向控制信号362，而控制垂直方向电压选择器320依序输出2^m条垂直方向感测线Y(1)、Y(2)...、Y(2^m)上的信号。类似地，水平方向电压选择器330接收来自2ⁿ条水平方向感测线X(1)、X(2)...、X(2ⁿ)的水平方向感测信号，并根据来自控制芯片360的n条水平方向控制信号线上的水平方向控制信号364，而通过输出端332将2ⁿ条水平方向感测线X(1)、X(2)...、X(2ⁿ)上的信号依序输出至控制芯片360。控制芯片360可根据电压选择器320及330所输出的信号，分别决定触碰位置的垂直坐标及水平坐标。由于每一条水平及垂直方向感测线上的信号是依序分别传送至控制芯片360，因此每一个触碰点的位置可精确且独立地决定，因此可实现多点触控的功能。

由图3的实施例可看出，电压选择器320及330仅分别需要m条及n条控制信号线，即可分别将2^m及2ⁿ条感测线转换为单一条输出线，因此不但可有效降低显示装置300的侧边边宽，也可降低控制芯片360所需的接脚数量。此外，在图3所示的实施例中，垂直方向电压选择器320是设置于显示面板310的左边，因此为求布局上的平衡，栅极线驱动电路340是设置于显示面板310的右边。然而，应理解的是，本发明并不限制触控式显示装置300中各元件间的相对位置，其可依实际应用所需而做适当的调整。

图4为根据本发明一实施例所绘示的电压选择器430的逻辑电路图。电压选择器430包含2ⁿ组选择单元G(1)-G(2ⁿ)，其中每一组选择单元包含彼此串接的n个开关元件，换言之，电压选择器430包含了(n×2ⁿ)个开关元件。在此实施例中，开关元件为P型晶体管或N型晶体管，且每一组选择单元G(1)-G(2ⁿ)中的P型晶体管及/或N型晶体管的排列顺序均不相同。在图4所示的实施例中，选择单元G(1)-G(2ⁿ)中的P型晶体管及N型晶体管是以二进制的方式排列，亦即，选择单元G(1)是由n个N型晶体管MX(1，1)-MX(1，n)依序串接而成；选择单元G(2)是由n-1个N型晶体管MX(2，1)-MX(2，n-1)及1个P型晶体管MX(2，n)依序串接而成；选择单元G(3)是由n-2个N型晶体管MX(3，1)-MX(3，n-2)、1个P型晶体管MX(3，n-1)、以及1个N型晶体管MX(3，n)依序串接而成；...；选择单元G(2ⁿ-1)是由n-1个P型晶体管MX(2ⁿ-1，1)-MX(2ⁿ-1，n-1)及1个N型晶体管MX(2ⁿ-1，n)依序串接而成；以及选择单元G(2ⁿ)是由n个P型晶体管MX(2ⁿ，1)-MX(2ⁿ，n)依序串接而成。

如图4所示，2ⁿ组选择单元G(1)-G(2ⁿ)用以分别接收来自感测线X(1)-X(2ⁿ)的信号，且其输出均连接至输出端432，其中每一组选择单元G(1)-G(2ⁿ)中的n个晶体管是分别由n条控制线CX(1)-CX(n)控制其开启或关闭的状态。因此，通过n条控制线CX(1)-CX(n)的控制，可选择将感测线X(1)-X(2ⁿ)的其中之一上的信号传送至输出端432。进一步来说，通过随时间改变n条控制线CX(1)-CX(n)上的控制信号，可将所有感测线X(1)-X(2ⁿ)上的信号依序传送至输出端432。举例来说，在第一时间点，控制线CX(1)-CX(n)上的信号可皆为高电位信号(即控制线CX(1)-CX(n)上的信号分别为H，H，...，H)，此时只有选择单元G(1)中的所有晶体管均为开启状态，因此只有感测线X(1)上的信号可传送至输出端432。接着，在下一个时间点，控制线CX(1)-CX(n)可分别传送H，H，...，H，L的信号，此时只有感测线X(2)上的信号可传送至输出端432。依此类推，可在不同时间点将感测线X(1)-X(2ⁿ)上的信号依序自输出端432输出。

根据本发明的一实施例，当对图4的电压选择器430进行电路布局时，可将每一组选择单元中极性不同的晶体管分开放置。换言之，针对每一组选择单元，可将所有的N型晶体管放置在一起、将所有P型晶体管放置在一起，使得每一选择单元在布局上只会有至多一个N型晶体管与P型晶体管相接的接口。须注意的是，当采用上述布局结构时，每一晶体管仍应与其所对应的控制线连接。举例来说，当针对图4中的选择单元G(3)进行布局时，可将所有N型晶体管(即MX(3，1)-MX(3，n-2)及MX(3，n))依序串接后，再与P型晶体管MX(3，n-1)相接，其中P型晶体管MX(3，n-1)仍与控制线CX(n-1)连接，而N型晶体管MX(3，n)仍与控制线CX(n)连接。

根据目前常见的集成电路的设计规则(design rule)，相邻的两相同极性的晶体管可共享漏极/源极，然而相邻的两不同极性的晶体管之间则必须加入一金属接触结构，因此当有越多N型晶体管及P型晶体管接口存在，其布局所占面积将越大。因此，通过前述将极性不同的晶体管分开配置的布局方法，可有效地降低电压选择器的布局面积。

图5为根据本发明另一实施例所绘示的电压选择器520的逻辑电路图。电压选择器520为一m阶结构，其包含m组选择单元L(1)-L(m)，其中第p个选择单元包含2^p个开关元件。通过一般等比级数的计算公式，可算出电压选择器520包含了2×(2^m-1)个开关元件，相较于图4的电压选择器430所包含的(n×2ⁿ)个开关元件，图5的电压选择器520可以较少数量的开关元件实现。在图5所示的实施例中，开关元件为P型晶体管或N型晶体管，且每一组选择单元包含相同数量的P型晶体管及N型晶体管。举例来说，第2组选择单元L(2)包含2个N型晶体管MY(2，1)、MY(2，3)及2个P型晶体管MY(2，2)、MY(2，4)。

由图5可看出，从第1组选择单元L(1)开始，每个晶体管均连接至下一组选择单元中的一个P型晶体管及一个N型晶体管。举例而言，选择单元L(1)中的晶体管MY(1，1)连接至选择单元L(2)中的N型晶体管MY(2，1)及P型晶体管MY(2，2)，而选择单元L(2)中的P型晶体管MY(2，2)则连接至选择单元L(3)中的N型晶体管MY(3，3)及P型晶体管MY(3，4)，依此类推至第m-1组选择单元。接着，第m组选择单元L(m)中的2^m个晶体管则分别接收来自感测线Y(1)-Y(2^m)的信号，而这些信号将以不同路径经过各组选择单元，最后由输出端522输出。M组选择单元L(1)-L(m)中的晶体管是分别由m条控制线CY(1)-CY(m)来控制其开启或关闭的状态。因此，通过m条控制线CY(1)-CY(m)的控制，可选择将感测线Y(1)-Y(2^m)的其中之一上的信号传送至输出端522。进一步来说，通过随时间改变m条控制线CY(1)-CY(m)上的控制信号，可将所有感测线Y(1)-Y(2^m)上的信号依序传送至输出端522。换言之，通过m条控制线的控制，可将2^m条感测线的信号由单一输出端输出。

相较于已知触控式显示装置将所有水平方向及垂直方向感测线直接绕线连接至控制芯片，本发明的触控式显示装置通过加入电压选择器，大幅地降低连接至控制芯片的信号线的数量。因此本发明不但可减少控制芯片的对外接脚数量，且可使触控式显示装置的整体尺寸下降，进而降低制作成本。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并非用以限定本发明的权利要求范围；凡其它未脱离本发明所揭示的精神下所完成的等效改变或修饰，均应包含在上述的权利要求范围内。

Claims (12)

1.一种触控式显示装置(300)，包含：

一显示面板(310)，包含以矩阵排列的多个感测元件(314，316)；

多个水平方向感测线(X(1)-X(2ⁿ))，分别连接至该多个感测元件(314，316)；

一水平方向电压选择器(330)，用以接收来自该多个水平方向感测线(X(1)-X(2ⁿ))的多个水平感测信号；以及

一控制芯片(360)，用以输出多个水平方向控制信号(364)至该水平方向电压选择器(330)；

其中该水平方向电压选择器(330)根据该多个水平方向控制信号(364)而输出该多个水平感测信号的其中之一至该控制芯片(360)。

2.根据权利要求1所述的触控式显示装置，其中该多个水平方向控制信号的数量为n个，且该多个水平感测信号的数量小于或等于2ⁿ个，其中n为正整数。

3.根据权利要求2所述的触控式显示装置，其中该水平方向电压选择器具有一输出端，且该多个水平方向控制信号控制该水平方向电压选择器自该输出端依序输出该多个水平感测信号至该控制芯片。

4.根据权利要求2所述的触控式显示装置，其中该水平方向电压选择器包含2ⁿ组选择单元，且该2ⁿ组选择单元的每一组包含彼此串接的n个开关元件，其中该2ⁿ组选择单元分别接收该多个水平感测信号。

5.根据权利要求4所述的触控式显示装置，该开关元件为P型晶体管或N型晶体管，且该2ⁿ组选择单元的每一组包含以不同顺序排列的P型晶体管及N型晶体管。

6.根据权利要求5所述的触控式显示装置，其中该2ⁿ组选择单元的每一组的电路布局具有至多一个N型晶体管与P型晶体管相接的接口。

7.根据权利要求2所述的触控式显示装置，其中该水平方向电压选择器包含彼此串接的n组选择单元，且第p组选择单元包含2^p个开关元件，其中第n组选择单元中的2ⁿ个开关元件分别接收该多个水平感测信号，且第1组选择单元中的2¹个开关元件连接至该控制芯片。

8.根据权利要求7所述的触控式显示装置，该开关元件为P型晶体管或N型晶体管，且该n组选择单元的每一组包含相同数量的P型晶体管及N型晶体管。

9.根据权利要求1所述的触控式显示装置，还包含：

多个垂直方向感测线，分别连接至该多个感测元件，其中该多个垂直方向感测线与该多个水平方向感测线彼此垂直相交；以及

一垂直方向电压选择器，用以接收来自该多个垂直方向感测线的多个垂直感测信号；

其中该控制芯片还用以输出多个垂直方向控制信号至该垂直方向电压选择器，且该垂直方向电压选择器根据该多个垂直方向控制信号而输出该多个垂直感测信号的其中之一至该控制芯片。

10.根据权利要求9所述的触控式显示装置，其中该多个感测元件还包含多个水平方向感测元件及多个垂直方向感测元件，其中该多个水平方向感测线分别连接至该多个水平方向感测元件，且该多个垂直方向感测线分别连接至该多个垂直方向感测元件。

11.根据权利要求10所述的触控式显示装置，其中该显示面板还包含多个像素结构，且每一该多个像素结构包含三个子像素及该多个感测元件的其中部分感测元件。

12.一种电子设备，包含如权利要求1所述的该触控式显示装置，其中该电子设备为一手机、一数字相机、一个人数字助理、一笔记本型计算机、一桌上型计算机、一电视、一全球定位系统、一车用显示器、一航空用显示器、一数字相框或一可携式DVD放影机。

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