CN102541349B - 共构型主动阵列的触控感应矩阵单元、主动阵列及显示器 - Google Patents

共构型主动阵列的触控感应矩阵单元、主动阵列及显示器 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种共构型主动阵列的触控感应矩阵单元及具有该触控感应的主动阵列暨其显示器，在该主动阵列上形成有一触控感应矩阵，其导线布线包含多条第一感应传导线路及多条第二感应传导线路，具有导电性的，具有一定周期性的，且该第一及第二感应传导线路交错而成一定夹角的，间隔有一绝缘层，又该感应矩阵包含该主动阵列的至少一组多条导线；或改良设计自该组多条导线。

Description

共构型主动阵列的触控感应矩阵单元、主动阵列及显示器
技术领域
本发明涉及一整合触控功能的主动阵列显示器，尤指一种设置在一共构型主动阵列上的触控感应矩阵，其触控感应矩阵的导线布线，包含多条第一感应传导线路及多条第二感应传导线路，并相互交错而成一定夹角、具有导电性及一定周期性的感应传导矩阵。
背景技术
由于触控面板的精进，触控面板不仅良品率提升且触控精准度愈趋准确，触控面板可依触控感应原理分为电磁式、电阻式、电容式及光学式(红外线、超音波)等等。
轻薄小型化电子产品为提供使用者输入功能，于其荧幕上叠加一触控面板不外乎是一种可行的节省空间作法，如图25所示，将触控面板91通过一粘贴层901直接贴合于平面显示器90上，构成一具有触控功能的平面显示装置；而此种结构设计最大缺点就是厚度太厚，而且亦影响平面显示器90的透光率。
由于平面显示器具有触控功能的需求愈趋显著，各相关的触控面板或平面显示器厂商均开始思考将触控面板整合至平面显示器制造工艺的作法，让平面显示器真正具有触控功能，且可保有原本透光率。请参阅图26及图27所示，为一种具有电阻式触控功能的平面显示器，其包含有：
一彩色滤光基板92，其下表面进一步形成一多个间隔物93，及一上透明电极层94；其中该上透明电极层94覆盖各间隔物93；
一TFT阵列基板95，其上表面进一步由下至上依序形成有一介电层96、一保护层97及一下透明导电层98，又TFT阵列基板95的各像素电极区形成有二金属垫片971，以与彩色滤光基板92的间隔物93相对应；及
一液晶层(图中未示)，夹设于该彩色滤光板92及该TFT阵列基板95之间。
上述各间隔物93自由端不触碰TFT阵列基板95的下透明导电层98，当使用者触碰该液晶显示面板时，该间隔物93向下移动，使得该间隔物93底面的上透明电极层94碰触到二金属垫片971互相接触，以电连接二金属垫片971，由于金属垫片971与下透明电极层98连接，故可通过下透明电极层98传送电压。由于下透明电极层98可视为一具电阻性的薄膜，等效于触控面板的透明电阻薄膜层，故当在面板上不同位置的上及下透明电极层94、98接触而短路时，即会接收到不同的电压值，藉以判断使用者点触坐标。
请再参阅图28所示，为一种电磁感应式触控显示面板，其结构与上述触控显示面板大致相同，惟其采用电磁感应方式，故在彩色滤光基板92’上形成有多条交错的第一及第二方向导线99a、99b，分别作为传送刺激信号及传送感应信号用，如此即可通过发送刺激信号，配合使用者使用电磁笔，判断回传应感信号的变化，决定电磁笔点触于上彩色滤光基板的位置坐标。
上述二种既有触控显示面板确实可将触控面板整合至平面显示器中，实现薄形化触控显示器，但却必须更动显示面板的制造工艺及结构，一旦更动显示面板制造工艺及结构首先面临挑战不外乎是良品率减低以及制造工艺成本提高；再者，就图26所示的电阻式触控显示面板，虽通过间隔物93上的上透明电极作为点触二金属垫片改变电压值手段，但如此一来间隔物93必须与TFT阵列基板分离，而且该TFT阵列基板各像素电极必须另形成二金属垫片971，如图27所示，并额外增加X轴Y轴的辅助线路，不仅缩小像素电极的可视区域亦造成TFT阵列基板制造工艺复杂。
此外，在玻璃基板的像素显示区的中心、周边和角落，因其压力感应和形变会不同，压感不易校正，也不能形成多手指的多点式触控感测，亦是一项重要技术缺陷。
同理，电磁感应式的触控显示面板亦必须在彩色滤光基板制造工艺结构中加入第一及第二方向导线，因此同样变更制造工艺步骤，其制造工艺更加复杂，光照数和成本大幅增加。
发明内容
有鉴于上述现有兼具触控功能的平面显示器技术缺失，本发明主要目的是提供一种共构型主动阵列的触控感应矩阵单元及具有该触控感应的主动阵列暨其显示器。
欲达上述目的所使用的主要技术手段是令该共构型主动阵列上的触控感应矩阵，其导线布线包含多条第一感应传导线路及多条第二感应传导线路，具有导电性的，具有一定周期性的，且第一及第二感应传导线路，交错而成一定夹角，间隔有一绝缘层，又该感应矩阵包含至少该主动阵列的一组多条导线。
本发明的具有触控感应矩阵的主动阵列包含有：
一感应矩阵，其导线布线包含多条第一感应传导线路及多条第二感应传导线路，具有导电性的，具有一定周期性的，两感应传导线路，交错而成一定夹角，间隔以一绝缘层，并对触控动作会感应产生一物理变化信号，而且该感应矩阵包含至少该主动阵列的一组多条导线。
较佳地，该主动阵列进一步包含有一感应传导控制单元或一感应信号控制单元，输出感应物理变化信号至该触控感应矩阵，再接收物理变化信号，并分析该物理变化信号的变异特征，判断该物理变化信号对应的触控点位置、相距高度、触控强度等。
较佳地，上述感应传导控制单元或感应信号控制单元的信号传送可经由一感应传导线路、支线或是一感应传导回路。
较佳地，上述感应传导控制单元或一感应信号控制单元发送、接收、感测的物理变化信号包含有电磁感应或电容式感应的信号的绝对或相对大小、峰值差异、平均值或其全像素位置及信号强度分布状态等等，藉以判断触控点位置、相距高度、触控强度等。
以电容式感应的绝对或相对大小、峰值差异、平均值或其全像素位置及信号强度分布状态来说，电容或电荷存在于第一及第二感应传导线路之间及/或手指之间，亦或该触控感应矩阵与其交叠处的绝缘层之间，意即每一交错区可视为感应单元；又，各感应单元也会有电容效应感应，和手指之间也会有所感应，通过电荷从感应单元经手指流失或减少，使感应单元上的电荷分布改变，再去检测出其数值，或变化量或相对变化量。
以电磁式感应的绝对或相对大小、峰值差异、平均值或其全像素位置及信号强度分布状态来说，该感应矩阵的多条第一及第二感应传导线路分别通过一开关序列及一感应控制线共同连接至一第一及第二感应传导回路，该第一及第二感应传导回路会分别形成一感应单元，同时作为传送及接收电磁感应用的刺激信号，再依序关闭有一定间距的任二条感应传导线路的开关，形成多个在不同位置的感应传导回路。也可以是相距间隔较远的感应传导线路，来和感应控制线及开关元件来形成回路，其中各个位置的电磁感应，亦可以依时序分别感测；亦或是搭配IC感测回路，依序同时抓取多像素位置或全部像素的感测数据。此外，该感应传导控制单元或感应信号控制单元可以设在触控感应矩阵的感应器(Sensor)周边，或主动阵列基板上，或主动阵列周边的电路系统上，或在电路系统的驱动IC或控制IC内部。
如此可经由具有磁性、磁通量线圈变化的元件、或具电感电容回路震荡器(LCloop OSC)的元件或电磁笔来输入，笔尖可以细致清滑，利于书写习惯。
本发明另一目的是提供一种具双模式触控感应式主动矩阵基板暨其显示器，意即以上述电容式的触控感应阵列架构，再设置电磁感应的驱动电路或信号控制回路，更可兼具笔写式输入和手指触控输入，而且是多点式、多指式的触控。
上述该感应矩阵包含至少该主动阵列的一组多条导线。即第一及/或第二感应传导线路为至少一条或多条的主动阵列的数据线、扫描线、信号线、读取线、偏压线、电源线、控制线、部分像素电路、共电极、部分辅助电路、部分辅助像素、辅助导线、补偿电路、补偿电路元件的信号控制线、辅助线，或改良设计自以上线路。
上述该夹角可为90度、60度、120度、45度、36度或30度。
上述感应矩阵包含至少一感应传导回路，该感应传导回路是由包含至少一条或多条感应导线或感应传导线路，和一条或多条感应信号控制线所形成的感应回路。
上述触控感应矩阵或主动阵列用在电容式触控感应信号或信号的检测、驱动、刺激线路。
上述触控感应矩阵或主动阵列用在电阻式触控感应信号或信号检测、驱动、刺激线路。
上述触控感应矩阵或主动阵列用在压力式、感压式或压力形变式的触控感应信号或信号检测、驱动、刺激线路。
上述触控感应矩阵或主动阵列用在光学式触控感应信号或信号检测、驱动、刺激线路。
上述触控感应矩阵或主动阵列用在电磁式触控感应信号或信号检测、驱动、刺激线路或回路。
上述共构型触控感应矩阵或触控感应主动阵列兼具两种或两种以上触控式感应技术或信号。
上述共构型触控感应主动阵列用在电容式、电阻式、压力式、光学式、或电磁感应式的触控感应检测、驱动、刺激线路暨其信号或信号传输和收集。
上述共构型触控感应主动阵列可用显示器、平面显示器、有机发光二极管AMOLED、电子泳动法显示器等。
上述感应信号控制线或感应信号控制单元设置在阵列周边上、阵列基板上、周边的电路系统上、设计在驱动IC内部、或控制IC内部。
上述感应信号控制单元的开关、选择电路Switch/Selector可以是开关、选择电路的变形或类似或相同功能的电路。
上述元件利用SoG、HTPS或LTPS制造工艺和技术，整合该部分或全部元件和电路在基板上。
附图说明
此处所说明的附图用来提供对本发明的进一步理解，构成本申请的一部分，并不构成对本发明的限定。在附图中：
图1为本发明主动阵列一较佳实施例示意图。
图2为本发明平面显示器的第一较佳实施例示意图。
图3为本发明平面显示器的第二较佳实施例示意图。
图4为图3的感应矩阵示意图。
图5为本发明平面显示器的第三较佳实施例示意图。
图6为图5的感应矩阵示意图。
图7为本发明平面显示器的第四较佳实施例示意图。
图8为图7的单一像素驱动电路单元的一较佳实施例的电路图。
图9为图8的像素驱动电路的电路图。
图10A为图7的单一像素驱动电路单元的一较佳实施例的电路图。
图10B为图10A的时序图。
图11为本发明平面显示器的第五较佳实施例示意图。
图12为本发明平面显示器的第六较佳实施例示意图。
图13为本发明平面显示器的第七较佳实施例示意图。
图14为图13的主动阵列示意图。
图15为本发明平面显示器的第八较佳实施例示意图。
图16为图15的驱动电路图。
图17为用于本发明的自容式电容感应检测方式示意图。
图18为用于本发明的互容式电容感应检测方式示意图。
图19为本发明一包含多工选择单元的主动阵列示意图。
图20为本发明另一包含多工选择单元的主动阵列示意图。
图21为本发明又一包含感应传导控制单元的主动阵列示意图。
图22为本发明再一包含感应传导控制单元的主动阵列示意图。
图23为本发明的电磁感应检测方式示意图。
图24为本发明另一包含感应信号控制单元的主动阵列示意图。
图25为既有一触控式显示面板之分解图。
图26为既有另一触控式显示面板之剖面图。
图27为图26的彩色滤光基板及TFT阵列基板的上视图。
图28为既有另一触控式显示面板之剖面图。
附图标号：
10主动阵列 11感应矩阵
111第一感应传导线路 112第二感应传导线路
111a数据线 112a扫描线
113像素电极 115第一感应传导共线
116第二感应传导共线 117第一感应信号控制线
118第一感应信号控制线
23彩色滤光基板 20平面显示器
21主动阵列基板 211第一基板
212像素电极层 213共同电极层
22液晶层 23彩色滤光基板
23’上基板 231共同电极
232彩色滤光层 24偏光片
30背光模块 31偏光片
40、40a、40b、40c有机发光显示器
401阳极电极 41第一基板
42第一电极 43有机发光单元
44第二电极 45保护层
46第二基板
50感应信号线路 51切换开关
52感应信号控制线路
60电泳平面显示器 61TFT阵列基板
62电子泳动法层 63共电极层的保护基材
70光感应触控液晶显示器
71偏压线 72读取线
80、80’多工选择单元
81第一多工选择单元
811、811’、811”第一多工选择单元
82第二多工选择单元
821、821’、821”第二多工选择单元
83第一感应传导控制单元
84第二感应传导控制单元
86感应传导控制单元
83’第一感应信号控制单元
84’第二感应信号控制单元
86’感应信号控制单元
90平面显示器 91触控面板
901粘贴层 92、92’彩色滤光基板
93间隔物 94上透明电极层
95TFT阵列基板 96介电层
97保护层 971金属垫片
98下透明导电层 99a第一方向导线
99b第二方向导线
具体实施方式
为使本发明的目的、技术方案和优点更加清楚明白，下面结合附图对本发明实施例做进一步详细说明。在此，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，但并不作为对本发明的限定。
首先请参阅图1所示，为本发明共构型触控感应主动阵列10上的触控感应矩阵11的一较佳实施例的结构示意图，其导线布线包含多条第一感应传导线路111及多条第二感应传导线路112，具有导电性，具有一定周期性，且第一及第二感应传导线路111、112交错而成一定夹角(30度、45度、60度、90度或120度)，间隔有一绝缘层(图中未示)，又该触控感应矩阵11包含该主动阵列10的至少一组多条导线；在本实施例中，该触控感应矩阵11的第一及第二感应传导线路111、112包含主动阵列10的二组多条导线。
又，本发明主动阵列10包含有一感应矩阵11，包含多条第一感应传导线路111及多条第二感应传导线路112，具有导电性的，具有一定周期性的，两感应传导线路111、112交错而成一定夹角的(30度、45度、60度、90度或120度)，间隔以一绝缘层(图中未示)，并对触控点位置产生一物理变化信号，而且该共构型触控感应矩阵包含至少该主动阵列的一组多条导线。此外，该主动阵列10进一步包含有一感应传导控制单元86或一感应信号控制单元86’，输出感应物理变化信号至该触控感应矩阵11，再接收物理变化信号，并分析该物理变化信号的变异特征，判断该物理变化信号对应的触控点位置、相距高度、触控强度等。
上述感应传导控制单元或一感应信号控制单元的信号传送可经由一感应传导线路、支线或是一感应传导回路，而其所接收的物理变化信号可以是电磁感应的磁通量、电磁感应、或电压、电流、频率的触控感应回路信号，或电容感应的电荷量、电容感应、或电压、电流感应信号，或电阻式、光学式、压感式的触控感应的电压、电流、波形等感应信号，可以是上述感应信号的数值、绝对或相对大小、峰值差异、平均值或其全像素位置及信号强度分布状态等等，藉以判断触控点位置、相距高度、触控强度等。可经由具有磁性、磁通量线圈变化的元件、或具电感电容回路震荡器(LC loop OSC)的元件或电磁笔来输入，笔尖可以细致清滑，利于书写。
上述共构型触控感应主动阵列可用显示器、平面显示器、有机发光二极管AMOLED、电子泳动法显示器、硅基微型显示器、硅基微型液晶显示器(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)等。
以下分别以共构型触控感应主动阵列用在各种显示器搭配不同驱动电路或信号控制回路，说明触控原理：
例1：主动阵列TFT液晶显示器(一)
请参阅图2所示，在本例中，该主动阵列TFT液晶显示器或平面显示器可为一穿透式、反射式、或穿透反射式的TFT液晶显示器或LTPS TFT液晶显示器，或是在半导体芯片上的微像素阵列所形成的微型显示器(Liquid Crystal on Silicon，LCoS)，其包含至少有一上基板23，可以是彩色滤光基板、一下主动阵列基板21为共构型触控感应主动阵列，其间夹设有液晶层22；又，该上彩色滤光基板23上形成有共同电极231。若是穿透式显示器，在该显示器下方还包括至少一背光模块30。若考虑到共同电极231的电极信号会对电容式触控感应的信号的遮蔽问题，则本例应用于电磁感应触控，会比电容式感应为佳。若经一定电路分析处理，仍可将共同电极信号对电容式触控信号的遮蔽问题解决，依然可以实现双模式触控感应显示器。兼具笔写式和手指多点式的触控。
例2：主动阵列TFT液晶显示器(二)
在本例中，如图3所示，该主动阵列TFT液晶显示器或平面显示器可为一穿透式TFT液晶显示器或LTPS TFT液晶显示器，其包含至少有一上主动阵列基板21为共构型触控感应主动阵列及下彩色滤光基板23，其间夹设有液晶层22；又，本发明的触控感应矩阵的第一及第二感应传导线路即为该上主动阵列基板21的主动阵列上的数据线及扫描线。依该共构型触控感应主动阵列元件的设计，触控感应矩阵的多条第一感应传导线路及或多条第二感应传导线路，或可以信号线或读取线，或偏压线，或控制线，或部分像素电路，或部分辅助电路，或辅助导线，或改良设计自以上线路等来共构实现；再配合图4所示，其中扫描线112a和数据线111a可共同作为第一或第二感应传导线路，另外数据线111a与像素电极113也可以电信号控制使之相连通，形成较大的触控感应面积和电极，有利增强感应信号。由于本例平面显示器结构中的彩色滤光基板23在下，故电容感应信号不易受彩色滤光基板23共同电极231屏蔽。
此外，由于数据线111a、扫描线112a及共同电极线密度高，若直接作为本发明的感应矩阵11，则考虑单手指触控范围一次含括数条数据线111a、扫描线112a及共同电极，故以一个解析度为1024*768平面显示器来说，数据线111a可以每64条为单位，如图4所示，对应16条第二感应传导线路，而扫描线可以每64条为单位，对应12条第二感应传导线路；简言之，以一个解析度为1024*768显示器来说，可对应一(N*M)16*12的触控感应矩阵。
例3：在本例中的主动阵列TFT显示器或平面显示器与例1大致相同，参阅图5所示，为一种边际电场的广视角(Fringe Field Switching Wide Viewing Angle)TFT液晶显示器，其至少包含有一下主动阵列基板21、一上基板23’及一偏光片24，其间夹设有一液晶分子层22(LC molecule layer)为水平排列的负型液晶(ΔN＝Ne-No＜0)；其中该下主动阵列基板21包含有一第一基板211、一像素电极层212(pixel layer)、一共同电极层213(commonelectrode layer)。
上述共同电极层213和像素电极层212均设于该第一基板211同侧，其结构是边际电场的设计如图6的共同电极层213所示，其间设有绝缘层予以隔开，且在此实施例中亦可包含一彩色滤光层232，其设于该上基板23的基板231上但不含共同电极。又，该触控感应矩阵的多条第一感应传导线路及或多条第二感应传导线路，可以由数据线或共电极线，或由扫描线或共电极线，或改良设计自以上线路来共构实现。
又本例显示器可进一步于下主动阵列基板21的第一基板下方设有一偏光片31，并于偏光片31下方设有一背光源30。
该边际电场(Fringe field Switching)TFT阵列结构可以进一步参阅图6所示，在第一基板211的像素电极层212上方覆盖一平坦层，将TFT的漏极经导电孔(contact hole)接通至平坦层上方的像素电极层212(pixel layer)，该像素电极层212为透明电极(如ITO，或IZO电极，纳米碳管电极)；在像素电极层212上方形成一绝缘层，在该绝缘层上方是梳状、栅状或弯曲的梳状、栅状的共同电极层213(common electrode layer)，该共同电极层213也为透明电极，如ITO或IZO电极，纳米碳管电极。
本发明的触控感应矩阵的第一及第二感应传导线路可为该上主动阵列基板21上的数据线111a及扫描线112a，或数据线111a与共同电极线213，或扫描线112a与共同电极线213，或改良设计自以上线路。此一显示器，如应用于电磁感应，则可进一步于数据线111a与共同电极线213分别外接一感应信号线路50及与之对应的切换开关51、和控制切换开关51启闭的感应信号控制线路52。
例4：触控感应主动阵列有机发光二极管AMOLED显示器，即本发明的双模式触控元件、共构型触控感应主动阵列元件亦可应用在有机发光显示器中。
请参阅图7所示，为根据本发明一实施例双模式触控感应矩阵位在一有机发光显示器40的剖视示意图。此有机发光显示器40至少包含：一第一基板41、一第一电极42、一有机发光单元43、一第二电极44、一保护层45、一第二基板46；其中第一电极42也可以是包括共构型主动驱动阵列元件，或是低温多晶硅薄膜晶体管阵列等，或是更包含辅助电路和元件等等，如图8及图9所示为一种驱动有机发光单元43的电路等效图，再如图10A及图10B所示，为另一种驱动有机发光单元43的电路等效图及其控制时序图，即由五个TFT开关T1～T5、单一电容C及二条控制线SCAN1、SCAN2组成的电路。AMOLED显示器，因为考虑OLED材料特性，和材料信赖性、制造工艺均匀性等，除像素电极外，都需要很多辅助线路、TFT开关，故图10A采用五个TFT开关T1～T5、单一电容C的驱动电路可具有补偿功效，用以稳定或补偿其电压或电流、Vth等作用，OLED其上电流为Ioled＝K(Voled0-Vdada)2，可不受材料长时间老化、电路Vth变异等影响。本发明的共构型触控感应矩阵可为该主动阵列基板的由多条扫描线及多条数据线交错组成，或亦可进一步搭配信号线或读取线，或偏压线，或电源线，或控制线，或部分像素电路，或共电极，或部分辅助电路，或部分辅助像素，或辅助导线，或补偿电路，或补偿电路元件的信号控制线、辅助线等导线或电路，或改良设计自以上线路。
请进一步参阅图11，为一种下发光式OLED平面显示器40a，电容式感应触控或且电磁式感应触控，可以与下基板TFT阵列共构形成，其信号也不易被阴极、或阳极所遮蔽。再如图12所示，为一上发光式OLED平面显示器40b(用于电磁感应方式较佳)。电容式感应触控或且电磁式感应触控，可以与下基板TFT阵列共构形成，但其电容感应信号易被(TransparentCathode)阴极所遮蔽。
一种较佳的双模式触控感应之上发光有机发光式AMOLED显示器40c，可在上下两基板布线，其结构如图13及图14所示：此一AMOLED平面显示器的第一感应传导线路111可为TFT的栅极控制线(TFT Gate Bus Lines)，而第二感应传导线路112则为上基板的辅助线路(Auxiliary Electrode)，而阳极电极401需依各像素区域分开孤立不直接相连通，仅依靠辅助线路112连接，阴极也是依各像素区域分开孤立不相连，仅依靠和各像素阵列TFT的漏极导通，故水平感应传导线路，在电容式感应信号不致被阳极、阴极电极401所遮蔽，而具有较佳的感应效果。
例5：主动阵列电泳显示器
在本例中，请参阅图15该主动阵列电泳显示器或平面显示器60包含至少有一TFT阵列基板61其上设有电子泳动法层62(内含微胶囊或微杯胶囊)，其上再设一有共电极层的保护基材63；其中本发明触控感应矩阵的第一及第二感应传导线路可为该上主动阵列基板上的数据线及扫描线，如图16所示。
上述该保护基材可以是软性的Film，塑胶，PET等材质，或是玻璃基板，该保护基材可以是内含彩光滤光片和共电极层，再叠设有一上基板。
例6：多模式感应触控显示器
此为光感应触控液晶显示器的阵列像素设计，依本发明可以改良为兼具光学式感应触控.或且电容式触控，或且电磁感应触控的多模式共构型感应触控阵列，暨多模式感应触控的液晶显示器。
此为光感应触控液晶显示器70，如图16所示，其像素设计有第一、第二像素单元，共有3个TFT开关元件T1、T2、T3和一光感测器元件73；一般设计会有的扫描线111、数据线112，另外还增设有辅助扫描线路112’、偏压线71及读取线72。
本发明触控感应矩阵的第一、第二感应传导线，可以在水平方向可以利用扫描线112、辅助扫描线路112’及偏压线71；而纵方向则可以利用数据线111及/或读取线72。如可用偏压线71、读取线72、扫描线112及读取线72，可实现电容式触控和电磁感应触控功能。
依本发明设计，此为光感应像素设计可以变化为兼具光感应触控和电磁感应触控的液晶显示器，或是兼具光感应触控，电容式触控的液晶显示器；或是兼具光感应触控，电容式触控和电磁感应触控的多模式共构型感应触控液晶显示器。
以上可知，本发明共构型触控感应矩阵、共构型触控感应主动阵列可实施在各种主动阵列显示器、平面显示器、有机发光二极管AMOLED、电子泳动法显示器等应用。
以下谨进一步就各主动阵列平面显示器的不同感应方式加以说明之：
1.电容感应式：
电容感应的绝对或相对大小、峰值差异、平均值或其全像素位置及信号强度分布状态来说，电容或电荷存在于第一及第二感应传导线路之间及/或手指之间，或该触控感应矩阵传导线路的交叠处的绝缘层间，意即每一交错区可视为感应单元；又，各感应单元也会有电容效应感应，和手指之间也会有所感应，通过电荷从感应单元经手指流失或减少，使感应单元上的电荷分布改变，再去检测出其数值，或变化量或相对变化量。依此可用来检测、感应触控的电荷量、电容感应、或电压、电流信号的信号，以数值运算判断发生感应变化的位置、距离、触碰高度和触碰点。
(1)电容感应检测方法一
请参阅图17，先对其中一方向电极Xk刺激驱动SEX，Xk接收检测其波形SR(一般为三角波AC信号)电压的改变变化量，藉以推估是否有手指触碰影响电容分布，进而改变波形；之后，再换另一方向Yk刺激驱动SEY，作法相同。
(2)电容感应检测方法二
请参阅图18，在Y1列给一刺激值或刺激信号SE，通常为一方波(plus/stepfunction)，依序在X1至Xn检测感应的对应信号，如上图所示，因为在CX1Y1位置有手指电容和其作用感应，检测的感应波形SR因而失真，故可以通过检测其RC延迟时间及波形失真程度，来推算电容值或电容差值(ΔC)的变化；亦即以ΔQx1，y1αΔCx1，y1判断式加以决定之。其中：
Xj行的电极结构，纵向相互导通。
Yk列的电极结构，横向相互导通。
交叠处有绝缘层相隔，形成电容。
纵向和横向的电极，彼此两两相互也会有电容效应感应。
CX1，Y1为X1行，Y1列所相互感应的电容。
CX3，Y2为X3行，Y2列所相互感应的电容。
CX1，g为X1行和接地GND的电容。
X1的等校电容CX1：
CX1＝CX1，g+CX1，Y1+CX1，Y2+CX1，Y3+......
CX2＝CX2，g+CX2，Y1+CX2，Y2+CX2，Y3+......
以此类推
Y1的等校电容CY1：
CY1＝CY1，g+CX1，Y1+CX2，Y1+CX3，Y1+......
CY2＝CY2，g+CX1，Y2+CX2，Y2+CX3，Y2+......
同理，当本发明的感应传导矩阵，虽为细长条状的，但其很密集，且交叠处也有绝缘层，纵向横向的电极也是会两两相互感应，也会有电容效应感应。
由上述说明可知，例1至例6感应矩阵进一步包含有感应检测单元，以下进一步说明实现上述电容感应检测方法一和方法二电感检测方式的主动矩阵单元10架构有：
(a)请参阅图19，上述主动矩阵单元10的多工选择单元80进一步包含有：
一第一多工选择单元81，对应该多条第一感应传导线路111；在本例中，第一多工选择单元81包含有第一选择单元(如多工器)以及第一感测运算单元，举例来说，该第一多工选择单元81的第一选择单元可同时选择60条第一感应传导线111，由第一感测运算单元同时对此60条第一感应传导线发送刺激信号；及
一第二多工选择单元82，对应该多条第二感应传导线路112；在本例中，第二多工选择单元112包含有第二选择单元(如多工器)，以及第二感测运算单元，举例来说，该第二多工选择单元82的第二选择单元可同时选择60条第二感应传导线112，由第二感测运算单元同时对此60条第二感应传导线112接收感应信号，依据接收的感应信号判断是否有变化，进而计算触控坐标位置。
(b)请参阅图20所示，上述主动矩阵单元10的多工选择单元80’：
一第一多工选择单元811，对应连接该多条第一感应传导线路111；在本例中，第一多工选择单元811可同时选择60条第一感应传导线111；
一第二多工选择单元821，对应该连接多条第二感应传导线路112；在本例中，第二多工选择单元821可同时选择60条第二感应传导线112；及
一感测运算单元812，分别对应连接控制该第一多工选择单元811及第二多工选择单元821，先对第一多工选择单元811所选择的60条第一感应传导线111发送刺激信号SE，再接收第二多工选择单元821接收来自60条第二感应传导线回传的感应信号SR，依据接收的感应信号SR判断是否有变化，由检测、感应触控其电荷量、电容感应、或电压、电流信号的信号，以数值运算判断发生感应变化的位置、距离、触碰高度和触碰强动。
2.电磁感应式：
由于电磁感应式必须令第一感应传导线路111及第二感应传导线路112分时且分别构成闭回路，以感应电磁场变化，故例1至例3的主动阵列10上的感应矩阵的多条第一感应传导线路111共同一端要进一步通过第一开关SW1(薄膜晶体管)连接至第一感应传导共线115，且多条第二感应传导线路112共同一端进一步通过第二开关SW2连接至第二感应传导共线116，其中可实现此一电路功能的共有以下几种结构：
(1)例一：如图21所示，该主动阵列进一步包含有：
一第一感应传导控制单元83，对应多条第一感应传导线111形成有连接多条第一感应传导线111的第一感应传导共线115、一第一感应信号控制线117及多个第一开关SW1，其中各第一开关SW1连接于对应第一感应传导线111及第一感应传导共线115，又其控制端连接至该第一感应信号控制线117，由第一感应信号控制线117控制所有第一开关的启闭；
一第二感应传导控制单元84，对应多条第二感应传导线112形成有连接多条第二感应传导线112的第二感应传导共线116、一第二感应信号控制线118及多个第二开关SW2，其中各第二开关SW2连接于对应第二感应传导线112及第二感应传导共线116，又其控制端连接至该第二感应信号控制线118，由第二感应信号控制线118控制所有第二开关SW2的启闭；
一第一多工选择单元81’，对应该多条第一感应传导线路111及第一感应传导控制单元83的第一感应信号控制线路117；在本例中，第一多工选择单元81’包含有第一选择单元(如多工器)以及第一感测运算单元，举例来说，该第一多工选择单元81’的第一选择单元可同时选择二组间隔相关的30条第一感应传导线111，并同时控制第一感应信号控制线路117，使第一开关SW1导通而使多条第一感应传导线路111与第一感应传导共线115导通连接，构成第一感应传导回路L1，再由第一感测运算单元81’对其中一组30条第一感应传导线路111发送刺激信号SE，再由该一定间距的另一组30条第一感应传导线路111接收感应信号，此二组第一感应传导线路111之间有一定间距，其间距区域即为感应区域；及
一第二多工选择单元82’，对应该多条第二感应传导线路112及第二感应传导控制单元84的第二感应信号控制线路118；在本例中，第二多工选择单元82’包含有第二选择单元(如多工器)以及第二感测运算单元，举例来说，该第二多工选择单元82’的第二选择单元可同时选择二组间隔相关的30条第二感应传导线路112，并同时控制第二感应信号控制线路118，使第二开关SW2导通而使多条第二感应传导线路112与第二感应传导共线116导通连接，构成第二感应传导回路，再由第二感测运算单元82’对其中一组30条第二感应传导线发送刺激信号，依一定间距，为感应区域，如100条的线距，再由该另一组30条第二感应传导线112接收感应信号。
(2)例二：请参阅图22，该主动阵列的感应传导控制单元86进一步包含有：
一第一感应传导控制单元83，对应多第一感应传导线111形成有连接多条第一感应传导线111的第一感应传导共线115、一第一感应信号控制线117及多个第一开关SW1，其中各第一开关SW1连接于对应第一感应传导线111及第一感应传导共线115，又其控制端连接至该第一感应信号控制线117，由第一感应信号控制线117控制所有第一开关的启闭；
一第二感应传导控制单元84，对应多条第二感应传导线112形成有连接多条第二感应传导线112的第二感应传导共线116、一第二感应信号控制线118及多个第二开关SW2，其中各第二开关SW2连接于对应第二感应传导线112及第二感应传导共线116，又其控制端连接至该第二感应信号控制线118，由第二感应信号控制线118控制所有第二开关SW2的启闭；
一第一多工选择单元811’，连接至该多条第一感应传导线路111；举例来说，可同时选择二组有一定间距、间隔相关的30条第一感应传导线111；
一第二多工选择单元821’，连接至该多条第二感应传导线路112；举例来说，可同时选择二组有一定间距、间隔相关的30条第二感应传导线112；及
一感测运算单元812’，分别对应连接至该第一多工选择单元811’及第二多工选择单元812’，
以及第一及第二感应传导控制单元83、84的第一及第二感应信号控制线路117、118；其中该感测运算单元812’控制第一或第二多工选择单元811’、812’选择二组第一、第二感应传导线111、112时，同时令第一、第二开关SW1、SW2导通，构成第一、第二感应传导回路，如此即可对其中一组第一、第二感应传导线111、112输出刺激信号SE，并于另一组第一、第二感应传导线111、112接收感应信号SR。
如图23所示，综合例一及例二，电磁感应方式在形成第一感应传导回路L1时，可选择控制相邻二条第一感应传导线路111导通，或以不相邻的二条第一感应传导线路导通(XK，XK+3)；或以一定间距的二组多条第一感应传导线路111导通；同理，亦可选择控制相邻二条第二感应传导线路112导通，或以不相邻的二条第二感应传导线路112导通构成第二感应传导回路(YK，YK+3)或以一定间距的二组多条第二感应传导线路112导通。
平面显示器上各位置的感应顺序，可依时序分别感测；或是搭配IC感测回路，依序同时抓取多像素位置，或全部像素的感测数据。
3.例三：该主动阵列的感应信号控制单元86’进一步包含有：
多个第一感应传导控制单元83，分别连接多组第一感应传导线路111，如图24所示，各第一感应传导控制单元83包含有与对应组的多条第一感应传导线111的第一感应传导共线15、一第一感应信号控制线17及多个第一开关SW1，其中各第一开关SW1系连接于对应第一感应传导线111及第一感应传导共线15，又其控制端连接至该第一感应信号控制线17，由第一感应信号控制线17控制该组所有第一开关SW1的启闭；
多个第二感应传导控制单元84，分别连接多组第二感应传导线112，各第二感应传导控制单元84包含有与对应组的多条第二感应传导线112的第二感应传导共线16、一第二感应信号控制线18及多个第二开关SW2，其中各第二开关SW2连接于对应第二感应传导线112及第二感应传导共线16，又其控制端连接至第二感应信号控制线18，由第二感应信号控制线18控制该组所有第二开关SW2的启闭；
一第一多工选择单元811”，连接至该多组的各第一感应传导线路111的另一端；举例来说，该第一多工选择单元811”可同时选择二组间隔100条线距的相关的30条第一感应传导线111；
一第二多工选择单元812”，连接至该多组的各第二感应传导线路112的另一端；举例来说，第二多工选择单元812”可同时选择二组间隔100条线距的相关的30条第二感应传导线112；及
一感测运算单元821”，分别对应连接至该第一多工选择单元811”、第二多工选择单元821”以及多个第一及多个第二感应传导控制单元83、84；其中该感测运算单元821”控制第一或第二多工选择单元811”、821”分别选择二组第一、第二感应传导线111、112时，同时令对应被选择二组的第一或第二感应传导线111、112的第一、第二开关SW1、SW2导通，如此可分别构成第一、第二感应传导回路，再对其中一组第一、第二感应传导线111、112输出刺激信号，并于另一组第一、第二感应传导线111、112接收感应信号。又，本例可用于电容式感应时，感测运算单元不控制第一及第二开关导通，使其维持不导通状态，而直接选择二组第一及第二感应传导线，将刺激信号输出至第一组感应传导线，再由第二组感应传导线接收感应信号。
以上所述的具体实施例，对本发明的目的、技术方案和有益效果进行了进一步详细说明，所应理解的是，以上所述仅为本发明的具体实施例而已，并不用于限定本发明的保护范围，凡在本发明的精神和原则之内，所做的任何修改、等同替换、改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (29)

1.一种共构型主动阵列上的触控感应矩阵，其特征在于，所述感应矩阵的导线布线至少包含多条第一感应传导线路及多条第二感应传导线路，具有导电性的，具有一定周期性的，且第一及第二感应传导线路交错而成一定夹角的，所述第一及第二感应传导线路的交会处间隔有一绝缘层，又所述感应矩阵包含所述主动阵列的至少一组多条导线；
所述感应矩阵包含至少一个感应传导控制单元或感应信号控制单元，所述感应传导控制单元或感应信号控制单元是包含至少一组感应信号控制线、一组感应传导共线和一系列开关元件，或是包含至少一组感应信号控制线、一组感应传导共线和一系列选择电路，以控制一条或多条感应导线或感应传导线路的信号传输、感应和检测；
所述感应信号控制单元经由所述感应信号控制线来控制开关元件，分别使所述感应矩阵上有一定间距的或不等间距的两组感应传导线路与对应的感应传导共线连接导通，再经由多工选择单元的内部回路形成感应传导回路或感应回路。
2.如权利要求1所述的共构型主动阵列上的触控感应矩阵，其特征在于，所述主动阵列上的所述多条导线是主动阵列上的数据线、扫描线、信号线、读取线、偏压线、电源线、控制线、部分像素电路、共电极、部分辅助电路、部分辅助像素、辅助导线、补偿电路、补偿电路元件的信号控制线、辅助线。
3.如权利要求1所述的共构型主动阵列上的触控感应矩阵，其特征在于，所述感应矩阵的感应传导控制单元或感应信号控制单元设置在所述主动阵列周边、所述主动阵列周边的电路系统上、驱动IC内部及/或控制IC内部。
4.如权利要求1所述的共构型主动阵列上的触控感应矩阵，其特征在于，所述感应矩阵更包含一多工选择单元，所述多工选择单元包含有一第一多工选择单元，对应连接所述多条第一感应传导线路，以选择多条第一感应传导线；
一第二多工选择单元，对应连接所述多条第二感应传导线路，以选择多条第二感应传导线。
5.如权利要求4所述的共构型主动阵列上的触控感应矩阵，其特征在于，所述感应矩阵更包含一感测运算单元，所述感测运算单元，分别对应连接控制所述第一多工选择单元、第二多工选择单元、每一感应传导控制单元或每一感应信号控制单元。
6.如权利要求4所述的共构型主动阵列上的触控感应矩阵，其特征在于，所述多工选择单元经由所述选择电路，选择所述感应矩阵上对应的一条或多条感应传导线路，以此形成感应传导线路。
7.如权利要求1所述的共构型主动阵列上的触控感应矩阵，其特征在于，所述感应信号控制单元经由所述感应信号控制线来控制开关元件或选择电路，使所述感应矩阵经由所述感应信号控制单元上的感应传导共线与对应的一条或多条感应传导线路连接导通，以此形成感应传导线路。
8.如权利要求4所述的共构型主动阵列上的触控感应矩阵，其特征在于，所述多工选择单元经由所述选择电路，选择所述感应矩阵上有一定间距的或不等间距的两组感应传导线路，经由所述感应传导控制单元的感应信号控制线，来控制开关元件使所述开关元件导通，使所述感应传导共线与上述两组感应传导线路连接导通，以此形成感应传导回路或感应回路。
9.如权利要求1或2所述的共构型主动阵列上的触控感应矩阵，其特征在于，用在电容式、电阻式、压力式或感压式的触控感应检测线路、触控感应驱动线路或触控感应刺激线路。
10.一种具有触控感应的主动阵列，其特征在于，在一主动阵列上包含有：
一共构型感应矩阵，所述共构型感应矩阵导线布线至少包含多条第一感应传导线路及多条第二感应传导线路，具有导电性的，具有一定周期性的，且第一及第二感应传导线路交错而成一定夹角的，所述第一及第二感应传导线路交会处间隔有一绝缘层，又所述共构型感应矩阵包含所述具有触控感应的主动阵列的至少一组多条导线；
一个或多个与共构型感应矩阵电连接的感应传导控制单元或感应信号控制单元，各单元是包含至少一组感应信号控制线、一组感应传导共线和一系列开关元件，或是包含至少一组感应信号控制线、一组感应传导共线和一系列选择电路，以控制一条或多条感应导线或感应传导线路的信号或信号传输和收集；
所述感应传导控制单元或感应信号控制单元的信号传导经由一感应传导线路或是一感应传导回路；
一多工选择单元，所述多工选择单元包含有：
一第一多工选择单元，对应连接所述多条第一感应传导线路，以选择多条第一感应传导线；
一第二多工选择单元，对应连接所述多条第二感应传导线路，以选择多条第二感应传导线；及
一感测运算单元，所述感测运算单元，分别对应连接控制所述第一多工选择单元、第二多工选择单元、每一感应传导控制单元或每一感应信号控制单元。
11.如权利要求10所述的具有触控感应的主动阵列，其特征在于，所述感应传导控制单元或感应信号控制单元的元件是利用非晶硅、低温多晶硅、高温多晶硅的制造工艺和技术、玻璃基板的系统整合技术，整合部分或全部所述感应传导控制单元或感应信号控制单元在所述主动阵列周边、所述主动阵列周边的电路系统上、驱动IC内部及/或控制IC内部。
12.如权利要求10所述的具有触控感应的主动阵列，其特征在于，为半导体芯片上的微像素阵列、或微镜面阵列。
13.如权利要求10所述的具有触控感应的主动阵列，其特征在于，所述感应信号控制单元经由所述感应信号控制线来控制开关元件或选择电路，使所述感应矩阵经由所述感应信号控制单元上的感应传导共线与对应的一条或多条感应传导线路连接导通，以此形成感应传导线路。
14.如权利要求10所述的具有触控感应的主动阵列，其特征在于，所述感应传导线路输出或/且接收电容、电压、电流或电荷的感应信号的物理变化至所述共构型感应矩阵，并分析所述感应信号的变异特征，判断所述感应信号对应的触控点位置、相距高度、触控强度。
15.如权利要求13所述的具有触控感应的主动阵列，其特征在于，所述多工选择单元经由所述选择电路，选择所述感应矩阵上有一定间距的或不等间距的两组感应传导线路，经由所述感应传导控制单元的感应信号控制线，来控制开关元件使所述开关元件导通，使所述感应传导共线与所述两组感应传导线路连接导通，以此形成感应传导回路或感应回路。
16.如权利要求13所述的具有触控感应的主动阵列，其特征在于，所述感应信号控制单元经由所述感应信号控制线来控制开关元件，来和所述感应矩阵上与对应的有一定间距的或不等间距的两组感应传导线路，分别使所述两组感应传导线路和与对应的感应传导共线连接导通，再经由多工选择单元的内部回路使所述两组感应传导线路相互导通，以此形成感应传导回路或感应回路。
17.如权利要求16所述的具有触控感应的主动阵列，其特征在于，由所述感应导线所形成的所述感应传导回路，输出或/且接收磁通量或电磁感应的感应信号的物理变化至所述共构型感应矩阵，并分析所述感应信号的变异特征，判断所述感应信号对应的触控点位置、相距高度、触控强度。
18.如权利要求10所述的具有触控感应的主动阵列，其特征在于，用在电容式、电阻式、压力式或感压式的触控感应检测线路、触控感应驱动线路或触控感应刺激线路。
19.如权利要求17所述的具有触控感应的主动阵列，其特征在于，用在电磁式触控感应检测线路、触控感应驱动线路或触控感应刺激线路。
20.如权利要求10所述的具有触控感应的主动阵列，其特征在于，更包含有一显示单元，所述显示单元是液晶显示元件、有机发光二极管、电子泳动显示单元、电湿润法显示元件。
21.一种显示器，其特征在于，至少包含有一具有触控感应的主动阵列，一显示单元，所述主动阵列用以驱动所述显示单元，
所述主动阵列上包含有：
一共构型感应矩阵，所述共构型感应矩阵导线布线至少包含多条第一感应传导线路及多条第二感应传导线路，具有导电性的，具有一定周期性的，且第一及第二感应传导线路交错而成一定夹角的，所述第一及第二感应传导线路交会处间隔有一绝缘层，又所述共构型感应矩阵包含所述具有触控感应的主动阵列的至少一组多条导线；及
一个或多个与共构型感应矩阵电连接的感应传导控制单元或感应信号控制单元，各单元是包含至少一组感应信号控制线、一组感应传导共线和一系列开关元件，或是包含至少一组感应信号控制线、一组感应传导共线和一系列选择电路，以控制一条或多条感应导线或感应传导线路的信号或信号传输和收集；
所述显示器为一TFT液晶显示器或为一种多模式感应触控显示器，所述主动阵列包含至少有第一、第二像素单元，共有多个TFT元件和一光感测器元件，更包含有数据线、扫描线、辅助扫描线路、偏压线及/或读取线；所述共构型感应矩阵的一感应传导线为扫描线、辅助扫描线路或偏压线；而另一感应传导线为数据线或读取线。
22.如权利要求21所述的显示器，其特征在于，所述感应传导控制单元或感应信号控制单元的信号传导经由一感应传导线路或是一感应传导回路。
23.如权利要求21或22所述的显示器，其特征在于，所述TFT液晶显示器包含至少有一彩色滤光基板、一主动阵列基板，所述彩色滤光基板和所述主动阵列基板间夹设有液晶层为显示单元；又，所述彩色滤光基板上形成有共同电极，所述主动阵列基板包含一像素电极阵列。
24.如权利要求21或22所述的显示器，其特征在于，所述液晶显示器是穿透式及/或反射式液晶显示器、边际电场液晶显示器、广视角液晶显示器、或具光感应触控的TFT液晶显示器。
25.如权利要求23所述的显示器，其特征在于，所述TFT液晶显示器中，其中所述主动阵列基板的像素电极是包含具狭缝隙的像素电极架构。
26.如权利要求21或22所述的显示器，其特征在于，所述TFT液晶显示器包含至少有一主动阵列基板、一彩色滤光片，所述主动阵列基板和所述彩色滤光片间夹设有一水平排列的液晶分子层为显示单元；其中所述主动阵列基板包含有一第一基板、一像素电极层及一共同电极层，其中共同电极层和像素电极层均设于所述第一基板同侧，所述共同电极层和所述像素电极层间设有绝缘层予以隔开，所述像素电极层、共同电极层为梳状及/或栅状的电极。
27.如权利要求26所述的显示器，其特征在于，所述主动阵列的像素阵列架构，是一边际电场架构，所述液晶分子层为负型液晶，所述像素电极层、共同电极层为ITO、IZO透明电极、纳米碳管电极。
28.如权利要求27所述的显示器，其特征在于，所述TFT液晶显示器为一边际电场TFT液晶显示器，所述主动阵列的像素电极层为矩形或单位像素电极，所述共同电极层为梳状及/或栅状的电极。
29.如权利要求21所述的显示器，其特征在于，所述多模式感应触控显示器的共构型主动阵列的触控感应矩阵单元具有光学式、压感式、电容式及/或电磁式的触控感应。
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