CN103472952B - 触控显示系统以及具有触控功能的显示面板 - Google Patents
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Abstract
一种触控显示系统包含触控笔、显示面板以及触控模块。触控笔包含磁性元件。触控模块设置于显示面板中，触控模块包含多个感应单元以阵列方式分布于显示面板不同位置，感应单元各自包含霍尔感应导板用以感应磁性元件所建立的磁场并形成感应输出电压，触控模块根据各感应单元的感应输出电压检测触控笔所输入的触控位置。
Description
【技术领域】
本案是有关于一种触控显示面板，尤指一种将触控功能整合至显示面板中的触控显示系统。
【背景技术】
一般来说，触控显示面板借由将透明的触控感测模块贴合于显示面板上，以同时实现触控及显示功能。随着上述触控硬件及其感测精度的快速发展，新颖的触控输入介面也逐渐受到大家关注，逐渐取代传统的键盘、鼠标等输入装置。
目前已开发出的触控输入技术有许多不同种类，如电阻式(resistive)、表面声波式(surfaceacousticwave)、表面电容式(surfacecapacitance)、投影电容式(projectedcapacitance)、红外线式(infrared)、光学式(opticalimaging)、电磁感应式(ElectroMagneticResonance,EMR)等触控输入技术。传统的触控感测模块与显示面板各自独立，触控感测用的感测层是额外贴合在显示面板的表面上，将使得触控显示面板的整体厚度变得更厚。
以电磁感应式的感测方式为例，首先借由触控笔中的磁性元件建立磁场，在触控显示面板中额外设置相对应的磁感应线圈，利用磁感应线圈感测面板上磁场的变化量来得知触控笔的触碰位置。电磁感应式的触控技术具有极高的精确度，然而，额外设置的磁感应线圈将增加面板的整体厚度，与目前显示面板薄型化的趋势相违背。
【发明内容】
本案揭示内容的一态样是在提供一种触控显示系统，其包括触控笔、显示面板以及触控模块。触控笔包含磁性元件。触控模块设置于显示面板中，其中触控模块包含多个感应单元以阵列方式分布于该显示面板不同位置，多个感应单元各自包含一霍尔感应导板用以感应该磁性元件所建立的磁场并形成一感应输出电压，触控模块根据该多个感应输出电压检测该触控笔所输入的一触控位置。
本案揭示内容的另一态样是在提供一种具有触控功能的显示面板，配合检测触控笔的触控输入位置，触控笔包含磁性元件，显示面板包含显示驱动电路层以及触控模块。触控模块与显示驱动电路层整合设置，其中触控模块包含多个感应单元以阵列方式分布于显示面板不同位置，多个感应单元各自包含霍尔感应导板用以感应磁性元件所建立的磁场并形成感应输出电压，触控模块根据些感应输出电压检测触控笔所输入的触控位置。
【附图说明】
为让本案能更明显易懂，所附图式的说明如下：
图1绘示根据本案的一实施例中一种触控显示系统的示意图；
图2绘示图1的实施例中触控模块中每一个感应单元的示意图；
图3绘示图2的实施例中感应单元的相关信号波形图；
图4A绘示根据本案的一实施例中一种触控模块中差动比较电路的示意图；
图4B绘示与图4A的实施例相对应的触控笔的示意图；
图4C绘示与图4A与图4B的差动比较电路与触控笔的相关信号波形图；
图5绘示根据本案的一实施例中霍尔感应导板整合设置于一种显示面板中的剖面示意图；以及
图6绘示根据本案的另一实施例中霍尔感应导板整合设置于另一种显示面板中的剖面示意图。
【符号说明】
为让本案的实施例能更明显易懂，所附符号的说明如下：
100：触控显示系统
120：显示面板
122：栅极驱动电路
124：数据驱动电路
140：触控模块
142：感应单元
142a：霍尔感应导板
142b：电信号源
142c：信号放大器
144：差动比较电路
S1：第一开关
S2：第二开关
160：触控笔
162：磁性元件
146、166：时脉控制单元
148、168：通信单元
VH+、VH-：电位
VH：感应输出电压
VHO：第一感应输出电压
VHE：第二感应输出电压
VD：电压差值
VREF：基准值
RD：读取信号
CC：电源控制信号
GT1、GT2：栅极信号
SYNC：同步信号
POL：切换极性信号
SW1、SW2、SW3、SW4：开关
164a、164b：电流源
PIX、PIX1、PIX2：像素晶体管
LTFT：显示驱动电路层
LBL：背光模块层
LFe：铁磁材料层
P1：第一时段
P2：第二时段
P3：第三时段
B：磁场
【具体实施方式】
以下将以图式揭露本案的多个实施方式，为明确说明起见，许多实务上的细节将在以下叙述中一并说明。然而，应了解到，该多个实务上的细节不应用以限制本案。也就是说，在本案部分实施方式中，该多个实务上的细节是非必要的。此外，为简化图式起见，一些已知惯用的结构与元件在图式中将以简单示意的方式绘示的。
请参阅图1，其绘示根据本案的一实施例中一种触控显示系统100的示意图。如图所示，触控显示系统100包含触控笔160、显示面板120以及设置于显示面板120中的触控模块140。
举例来说，于图1的实施例中，显示面板120中可包含栅极驱动电路122与数据驱动电路124等用来实现显示功能的基本元件，且显示面板120包含多个像素以矩阵(matrix)方式设置于显示面板120上各个位置，有关显示面板的基本架构为已知技艺的人所熟知，在此不另赘述。
于此实施例中，触控模块140包含多个感应单元142，感应单元142以阵列方式分布于显示面板120上的不同位置，举例来说，对应显示面板120上的每一个像素均可设置一个感应单元142(如图1所示)，但本揭示文件并不以此为限。
于其他实施例中，感应单元142彼此亦可间隔设置(例如每M行/每N列设置一个感应单元142，M,N分别为任意正整数，图中未示)，或是感应单元142可与显示用的各色子像素共同排列设置(例如R,G,B等三个子像素搭配一个感应单元142，图中未示)。实际应用中，感应单元142的设置密度可根据制造成本、制程难易度、触控精准度需求而调整。
于此实施例中，触控笔160包含磁性元件162，磁性元件162用以建立磁场B。触控模块140中的每个感应单元142各自包含霍尔感应导板(图1中未示)用以感应磁性元件162所建立的磁场B，各个感应单元142可根据感测到的磁场B变化形成不同的感应输出电压。如此一来，触控模块140根据各个感应单元142所产生的感应输出电压检测触控笔160所输入的触控位置，详细的感测作法于后续段落详细说明。
请一并参阅图2以及图3，图2绘示图1的实施例中触控模块140中每一个感应单元142的示意图，图3绘示图2的实施例中感应单元142的相关信号波形图。
如图2所示，每一个感应单元142中包含霍尔感应导板142a、电信号源142b、信号放大器142c、第一开关S1以及第二开关S2。
第一开关S1耦接于电信号源142b与霍尔感应导板142a之间。第二开关S2耦接于霍尔感应导板142a与信号放大器142c之间。
如图3所示，触控感测期间(touchsensingperiod)包含第一时段P1与第二时段P2。于第一时段P1内，第一开关S1根据栅极信号GT1而导通，电源控制信号CC为高电位并经过第一开关S1驱动电信号源142b，且电信号源142b启动并提供多个自由电荷至霍尔感应导板142a。
请参考图2。当电信号源142b所提供的自由电荷进入霍尔感应导板142a时，自由电荷会受到感应触控笔160上的磁性元件162所建立的磁场B影响，因而在霍尔感应导板142a的两侧形成感应电位差(即电位VH+与电位VH-之间的电位差)。感应电位差经由信号放大器142c处理形成感应输出电压VH。
于第二时段P2内，第二开关S2根据另一栅极信号GT2导通，借此将感应输出电压VH输出至读取信号线(如图2与图3中的读取信号RD)。
另一方面，于待命期间(idleperiod)即第三时段P3内，电源控制信号CC切换为低电位，因此不启动电信号源142b，停止将电荷送入霍尔感应导板142a。
在实际应用中，触控笔160与触控模块140中每一感应单元142的相对位置/相对距离不同，因此磁性元件162所建立的磁场B的大小与方向对于每一感应单元142中的霍尔感应导板142a有所差异。因此，每一个感应单元142随着感应到的磁场B差异将形成不同的感应输出电压VH。
触控感测电路可读取每一个感应单元142由读取信号RD回传的感应输出电压VH，检测触控笔160所输入的触控位置。
此外，为了提高触控感测的精确度，本实施例更提出利用差动(differential)方式进行感应输出电压VH的形成/检测/判断的进一步作法。如图3所示的实施例中，触控模块140更进一步包含差动比较电路144，用以读取信号RD回传的感应输出电压VH。请一并参考图4A、图4B以及图4C。图4A绘示根据本案的一实施例中触控模块100中差动比较电路144的示意图，图4B绘示与图4A的实施例相对应的触控笔160的示意图，图4C绘示与图4A与图4B的差动比较电路144与触控笔160的相关信号波形图。
如图4B所示，于此实施例中，磁性元件162包含电磁感应线圈。触控笔160更包含切换模块(即开关SW3与SW4)与电磁感应线圈(即磁性元件162)耦接，切换模块用以依切换时序提供正极性与负极性的两电性信号至该电磁感应线圈。例如于此实施例中，开关SW3与SW4分别串连相反方向的电流源164a与电流源164b。开关SW3与SW4依切换极性信号POL互斥地开启，将电流源164a或电流源164b产生的电流送至电磁感应线圈(即磁性元件162)，借此磁性元件162依切换极性信号POL的切换时序建立相反方向的第一磁场+B0以及第二磁场-B0(如图4C所示)。
相对应地，此时图4A中所示，对应每一个感应单元142的差动比较电路144，将依时序接收到感应第一磁场+B0或第二磁场-B0所产生的感应输出电压VH。差动比较电路144亦包含切换模块(即开关SW1与SW2)，开关SW1与SW2分别串连各自的放大器，开关SW1与SW2依切换极性信号POL互斥地开启。
互斥开启的开关SW1与SW2将感应第一磁场+B0或第二磁场-B0所产生的感应输出电压VH依时序分别处理，借此分别产生第一感应输出电压VHO以及第二感应输出电压VHE。
举例来说，在显示时序上，第一磁场+B0或第二磁场-B0可分别对应显示驱动中的奇数图框(oddframe)与偶数图框(evenframe)产生。第一感应输出电压VHO以及第二感应输出电压VHE分别代表奇数图框与偶数图框时的感应输出电压。
接着，差动比较电路144计算第一感应输出电压VHO以及第二感应输出电压VHE的电压差值VD，并将电压差值VD与触控事件判断的一基准值VREF比较，借此判断各感应单元142是否发生触控事件。
若仅采用单一方向磁场进行感应判断时，感应单元142容易受到周遭其他环境磁场的大小而发生偏差。例如，周遭具有相当大的特定方向磁场，将可能使得整面触控模块140误感测到触控事件，难以分辨触控笔160的真实所在位置。
于上述差动方式的实施例中，每一个各感应单元142依序分别感应相反方向的第一磁场+B0或第二磁场-B0产生差动的第一感应输出电压VHO以及第二感应输出电压VHE并进行后续判断。利用差动方式判断，可排除周遭特定方向磁场的偏差值，针对触控笔160所形成的反向第一磁场+B0或第二磁场-B0进行判断，提高精准度。
于此例中，触控模块140更包含时脉控制单元146与通信单元148，触控笔160更包含时脉控制单元166与通信单元168。触控模块140与触控笔160两端的切换极性信号POL分别由各自的时脉控制单元146与166提供，且两时脉控制单元146与166彼此同步。
举例来说，同时参考图4A至图4C，此实施例中的触控模块140的时脉控制单元146送出切换极性信号POL控制开关SW1与SW2的同时，一并送出同步信号SYNC至通信单元148。通信单元148将同步信号SYNC发送至触控笔160的通信单元168。触控笔160的时脉控制单元166根据通信单元168所接收到的同步信号SYNC产生切换极性信号POL。
须进一步说明的是，本实施例中的触控模块140是整合设置于显示面板120中，借此可节约触控显示面板的整体厚度。
请参阅图5，其绘示根据本案的一实施例中霍尔感应导板142a整合设置于一种显示面板120中的剖面示意图。显示面板120包含显示驱动电路层LTFT，更可进一步包含背光模块层LBL以及铁磁材料(Ferromagneticmaterial)层LFe。触控模块140中的霍尔感应导板142a整合设置于显示面板120的显示驱动电路层LTFT中。
铁磁材料层LFe设置于显示驱动电路层LTFT与背光模块层LBL的下方，铁磁材料层LFe用以稳定触控笔160形成的磁场B的方向，用以确保磁场B主要为由上至下垂直通过霍尔感应导板142a。
图5例示性地绘示一种采用低温多晶硅(LowTemperaturePoly-silicon,LTPS)制程的显示面板120。显示驱动电路层LTFT包含多个像素晶体管(于图5中例示性地绘示其中一个像素晶体管PIX)，低温多晶硅(LowTemperaturePoly-silicon,LTPS)制程中触控模块140的多个霍尔感应导板142a分别设置于多个像素晶体管PIX上方的非结晶铟镓锌氧化(a-IGZO)薄膜，如图5所示，但本揭示文件并不以此为限。
图6绘示根据本案的另一实施例中霍尔感应导板整合设置于另一种显示面板中的剖面示意图。
图6所示的显示面板120包含显示驱动电路层LTFT，更可进一步包含背光模块层LBL以及铁磁材料(Ferromagneticmaterial)层LFe。触控模块140中的霍尔感应导板142a整合设置于显示面板120的显示驱动电路层LTFT中。
其中，图6是例示性地绘示一种采用非结晶铟镓锌氧化(amorphousIndium-Gallium-ZincOxide,a-IGZO)制程的显示面板120。显示驱动电路层LTFT包含多个像素晶体管(于图6中例示性地绘示其中两个像素晶体管PIX1,PIX2)，于非结晶铟镓锌氧化(a-IGZO)制程中触控模块140的多个霍尔感应导板142a分别设置于多个像素晶体管(如图6中绘示的像素晶体管PIX2)中源/漏极之间的非结晶铟镓锌氧化(a-IGZO)薄膜。于另一像素晶体管PIX1当中，上述该层非结晶铟镓锌氧化(a-IGZO)薄膜作为像素晶体管PIX1之间的通道层Channel使用。
综上所述，本揭示文件揭露一种触控显示系统以及具有触控功能的显示面板，其中触控模块(至少一部分)整合设置于显示面板的显示驱动电路中，且触控模块具有霍尔感应导板可感测外部的磁场(例如触控笔所建立的磁场)变化，提供高精准度的触控事件判断。
虽然本案已以实施方式揭露如上，然其并非用以限定本案，任何熟习此技艺者，在不脱离本案的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本案的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。
Claims (11)
1.一种触控显示系统，包括：
一触控笔，包含一磁性元件；
一显示面板；以及
一触控模块，设置于该显示面板中，其中该触控模块包含多个感应单元以阵列方式分布于该显示面板不同位置，多个该感应单元各自包含一霍尔感应导板用以感应该磁性元件所建立的磁场并形成一感应输出电压，该触控模块根据多个该感应输出电压检测该触控笔所输入的一触控位置；
多个该感应单元各自更包含一电信号源、一第一开关、一第二开关以及一信号放大器，该第一开关耦接于该电信号源与该霍尔感应导板之间，该第二开关耦接于该霍尔感应导板与该信号放大器之间，于一第一时段内，该第一开关导通且该电信号源提供多个自由电荷至该霍尔感应导板，该霍尔感应导板感应该磁性元件所建立的磁场形成一感应电位差，该感应电位差经由该信号放大器处理形成该感应输出电压，于该第一时段后的一第二时段内，该第二开关导通并输出该感应输出电压。
2.如权利要求1所示的触控显示系统，其特征在于，该磁性元件包含一电磁感应线圈，该触控笔更包含一切换模块与该电磁感应线圈耦接，该切换模块用以依一切换时序提供正极性与负极性的两电性信号至该电磁感应线圈，借此该磁性元件依该切换时序建立相反方向的一第一磁场以及一第二磁场。
3.如权利要求2所示的触控显示系统，其特征在于，每一霍尔感应导板分别感应该磁性元件所建立的该第一磁场以及该第二磁场并分别形成一第一感应输出电压以及一第二感应输出电压，该触控模块包含一差动比较电路，该差动比较电路计算各感应单元的该第一感应输出电压以及该第二感应输出电压的一电压差值并将该电压差值与一基准值比较，以判断各感应单元是否位于该触控笔的该触控位置。
4.如权利要求1所示的触控显示系统，其特征在于，该显示面板包含一显示驱动电路层，该霍尔感应导板整合设置于该显示驱动电路层中。
5.如权利要求4所示的触控显示系统，其特征在于，该显示驱动电路层包含多个像素晶体管，于低温多晶硅(LTPS)制程中该触控模块的多个该霍尔感应导板设置于多个该像素晶体管上方的非结晶铟镓锌氧化(a-IGZO)薄膜。
6.如权利要求4所示的触控显示系统，其特征在于，该显示驱动电路层包含多个像素晶体管，于非结晶铟镓锌氧化(a-IGZO)制程中该触控模块的多个该霍尔感应导板设置于多个该像素晶体管中源/漏极之间的非结晶铟镓锌氧化(a-IGZO)薄膜。
7.如权利要求4所示的触控显示系统，其特征在于，该显示面板更包含一铁磁材料(Ferromagneticmaterial)层，设置于该显示驱动电路层的下方。
8.一种具有触控功能的显示面板，配合检测一触控笔的触控输入位置，该触控笔包含一磁性元件，该显示面板包含：
一显示驱动电路层；以及
一触控模块，与该显示驱动电路层整合设置，其中该触控模块包含多个感应单元以阵列方式分布于该显示面板不同位置，多个该感应单元各自包含一霍尔感应导板用以感应该磁性元件所建立的磁场并形成一感应输出电压，该触控模块根据多个该感应输出电压检测该触控笔所输入的一触控位置；其中，多个该感应单元各自更包含一电信号源、一第一开关、一第二开关以及一信号放大器，该第一开关耦接于该电信号源与该霍尔感应导板之间，该第二开关耦接于该霍尔感应导板与该信号放大器之间，于一第一时段内，该第一开关导通且该电信号源提供多个自由电荷至该霍尔感应导板，该霍尔感应导板感应该磁性元件所建立的磁场形成一感应电位差，该感应电位差经由该信号放大器处理形成该感应输出电压，于该第一时段后的一第二时段内，该第二开关导通并输出该感应输出电压。
9.如权利要求8所示的具有触控功能的显示面板，其特征在于，该显示驱动电路层包含多个像素晶体管，于低温多晶硅(LTPS)制程中该触控模块的多个该霍尔感应导板设置于多个该像素晶体管上方的非结晶铟镓锌氧化(a-IGZO)薄膜。
10.如权利要求8所示的具有触控功能的显示面板，其特征在于，该显示驱动电路层包含多个像素晶体管，于非结晶铟镓锌氧化(a-IGZO)制程中该触控模块的多个该霍尔感应导板设置于多个该像素晶体管中源/漏极之间的非结晶铟镓锌氧化(a-IGZO)薄膜。
11.如权利要求8所示的具有触控功能的显示面板，其特征在于，该显示面板更包含一铁磁材料(Ferromagneticmaterial)层，其设置于该显示驱动电路层的下方。
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