CN103488331B - 触控显示器及其驱动方法 - Google Patents

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Abstract

触控显示器及驱动触控显示器的方法，触控显示器包含多个像素、多条扫描线、多条数据线、多个第一导电层及多个第三导电层。这些扫描线电性耦接这些像素。这些数据线电性耦接这些像素及这些第一导电层，设置以提供触控驱动信号。这些第一导电层的每一第一导电层设置以接收该触控驱动信号。这些第三导电层设置以根据这些第一导电层输出的这些触控驱动信号输出触控感应信号。

Description

触控显示器及其驱动方法
技术领域
本发明涉及一种触控显示器，尤指一种触控显示器的结构及驱动方法。
背景技术
随着触控显示器技术的进步，已可将触控感测器置入液晶面板工艺结构中，形成内嵌式(in-cell)触控显示器。因为内嵌式触控显示器不必再外挂触控面板，所以具有可使整体的触控显示器变薄，以及触控感觉较真实的优点，故内嵌式触控显示器已成为触控显示器发展的趋势之一。
图1A为现有技术置入内嵌式触控显示器结构中的发射端导电层102及接收端导电层104的示意图。当使用者触碰显示器的面板时会改变两导电层之间电容值C4，进而在接收端导电层104产生与未触碰时不同大小的感应信号TS，接收端导电层104再将感应信号TS传输到触控感应集成电路106以判断使用者触碰的位置。图1B为图1A的信号示意图。发射端导电层102接收到触控驱动信号DS后，会在发射端产生电磁信号Tx，根据导电层之间电容值C4不同大小，在接收端导电层104感应到不同大小信号TS。如图1B所示，虚线是未被触碰时的感应信号S0，实线是被触碰时的感应信号S1，可见现有技术的内嵌式触控显示器的感应信号TS在未被触碰时及被触碰时的大小差异不大，即电容值C4变化不大，因此对使用者触碰的敏感度并不高。所以进一步提高敏感度是可改良的方向。
发明内容
本发明一实施例公开一种触控显示器。该触控显示器包含基板、多个液晶像素及多个第三导电层。每一液晶像素包含晶体管、像素电极、第一导电层及第二导电层。该晶体管包含半导体层、第一电极、第二电极及栅极电极。该第一电极位于该半导体层的一侧，该第二电极位于该半导体层相对于该第一电极的一侧，该栅极电极位于该半导体层的一侧，设置以控制该晶体管的导通或截止。该像素电极电性耦接于该第二电极。该第一导电层位于该晶体管相对于该基板的一侧，且经由穿孔电性耦接于该第一电极，设置以接收触控驱动信号。该第二导电层位于该第一导电层的一侧，且与该第一导电层绝缘，设置以与该像素电极形成电场以驱动液晶层。这些第三导电层位于这些液晶像素相对于该基板的一侧，每一第三导电层设置以响应于这些液晶像素的多个第一导电层接收的多个触控驱动信号输出触控感应信号。
上述触控显示器能够经由第一导电层接收触控驱动信号，并且使对应的第三导电层感应第一导电层的触控驱动信号而产生触控感应信号，进而可以判断触控显示器的触碰的状况。
本发明另一实施例公开一种触控显示器。该触控显示器包含多个像素、多条扫描线、多条数据线、多个第一导电层及多个第三导电层。这些扫描线电性耦接这些像素。这些第一导电层的每一第一导电层设置以接收触控驱动信号。这些数据线电性耦接这些像素及这些第一导电层，设置以提供这些像素的显示数据及这些第一导电层接收的多个触控驱动信号，以使这些第一导电层接收这些触控驱动信号。这些第三导电层位于这些第一导电层的一侧，每一第三导电层设置以响应于这些第一导电层接收的这些触控驱动信号而输出触控感应信号。
上述触控显示器能够经由多条数据线来提供触控驱动信号，以使得第一导电层接收触控驱动信号，并且使对应的第三导电层感应第一导电层的触控驱动信号而产生触控感应信号，进而可以判断触控显示器的触碰的状况，简化了触控显示器的架构，且数据线的阻抗较小，较适合提供触控驱动信号。
本发明另一实施例公开一种驱动触控显示器方法。该方法包含在一水平更新周期时段，驱动该触控显示器的多条数据线提供显示数据；驱动这些数据线以提供多个触控驱动信号；以及响应于这些触控驱动信号输出多个触控感应信号。
上述触控显示器能够经由多条数据线来提供触控驱动信号，数据线的阻抗较小，较适合提供触控驱动信号。
综上所述，本发明的实施例可提高对使用者触碰位置的敏感度，且可整合触控功能的电路及数据驱动器的制程，简化了工艺的复杂度。
附图说明
图1A为现有技术置入内嵌式触控显示器结构中的发射端导电层及接收端导电层的示意图；
图1B为图1A的信号示意图；
图2为本发明一实施例说明触控显示器的示意图；
图3为本发明一实施例说明图2触控显示器中的一个液晶像素的示意图；
图4为本发明一实施例说明图3的液晶像素沿虚线4-4’的垂直剖面示意图；
图5为本发明一实施例说明图4的液晶像素的俯视示意图；
图6为本发明另一实施例说明图2的触控显示器的俯视图；
图7为本发明一实施例说明驱动图6触控显示器的方法流程图；
图8为本发明一实施例说明图7方法的示意图；
图9至图14为本发明一实施例分步说明图8的示意图；
图15为本发明一实施例说明将图6触控显示器的数据线分为N个群组的架构示意图；
图16为本发明一实施例说明图6触控显示器的信号示意图。
其中，附图标记
102发射端导电层 104接收端导电层
C4电容 106触控感应集成电路
S0、S1感应信号 TS触控感应信号
Tx电磁信号 DS触控驱动信号
200触控显示器 302液晶像素
304数据线 306扫描线
204数据驱动器 206扫描驱动器
4-4’虚线 402基板
404半导体层 406第一电极
408第二电极 410栅极电极
412像素电极 414第一导电层
416第二导电层 418开孔
430液晶层 TF1晶体管
420穿孔 440遮光层
604第三导电层 606触控控制单元
TX_1、TX_2、TX_3、TX_4群组 700方法
702～710步骤 T1～T7时段
VB垂直空白时段 HB水平空白时段
1502、1504、1506RGB开关控制单元 1508、1510、1512数据驱动单元
具体实施方式
本发明特别以下述例子加以描述，这些例子仅用以举例说明而已，因为对于本领域技术人员而言，在不脱离下述例子的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰，因此本发明的保护范围当视后附的申请专利范围所界定者为准。在通篇说明书与申请专利范围中，除非内容清楚指定，否则“一”以及“该”的意义包含这一类叙述包括“一或至少一”该元件或成分。此外，在通篇说明书与申请专利范围中，除非从特定上下文明显可见将复数排除在外，否则单数冠词亦包括多个元件或成分的叙述。
而且，在通篇说明书与申请专利范围所使用的用词(terms)，除有特别注明，通常具有每个用词使用在此领域中的通常意义。在此所使用的用词“实质上(substantially)”、“大约(around)”、“约(about)”或“近乎(approximately)”应大体上意味在给定值或范围的20%以内，较佳地在10%以内。此外，在此所提供的数量可为近似的，因此意味着若无特别陈述，可以用词“大约”、“约”或“近乎”加以表示。此外，若使用“电(性)耦接”或“电(性)连接”一词在此包含直接及间接的电气连接手段。相同的，若使用“耦接”或“连接”一词在此包含直接及间接的连接或耦接手段。
除此之外，在通篇说明书与申请专利范围中，若使用“响应于(in response to)”一词在此包含(1)直接响应于或者(2)间接响应于。举例而言，若响应于事件A而产生动作B，则包含：(1)响应于事件A而直接产生动作B；(2)响应于事件A且根据产生事件A’是否发生，待事件A’发生后再产生动作B。近似的，若有类似“根据参数A而影响结果B的的描述”，无特别注明时，参数A可以仅为影响结果B的多个参数其中之一或者参数A可以是影响结果B的唯一参数。此外，在通篇说明书与申请专利范围中，若使用“设置以/用以执行某功能”来形容一元件，并非指该元件仅具有所述的功能，换言之，所述的功能可能仅为该元件的多个功能之一。
下文依本发明特举实施例配合所附附图作详细说明，但所提供的实施例并非用以限制本发明所涵盖的范围。
图2为本发明一实施例说明触控显示器200的示意图。触控显示器200可包含多个液晶像素302、多条数据线304、多条扫描线306、数据驱动器204及扫描驱动器206。扫描驱动器206电性耦接多条扫描线306，设置以在多个画面周期时段中的多个水平更新周期时段中，驱动多条扫描线306，以更新多条扫描线306电性耦接的液晶像素302。数据驱动器204电性耦接多条数据线304，设置以在每一水平更新周期时段内驱动多条数据线304以提供显示数据至液晶像素302。图3为本发明一实施例说明图2触控显示器200中的一个液晶像素302的示意图。液晶像素302中的晶体管TF1可为薄膜晶体管(TFT)。
图4为本发明一实施例说明图3的液晶像素302沿虚线4-4’的垂直剖面示意图。液晶像素302可包含基板402、半导体层404、第一电极406、第二电极408、栅极电极410、像素电极412、第一导电层414、第二导电层416、液晶层430及第三导电层604。像素电极412、第一导电层414及第二导电层416可为透明导电层(ITO)。
图3的晶体管TF1包含图4的半导体层404、第一电极406、第二电极408及栅极电极410。第一电极406位于半导体层404的一侧，可为晶体管TF1的源极，第一电极406耦接图3的数据线304；第二电极408位于半导体层404相对于第一电极406的一侧，可为晶体管TF1的漏极；栅极电极410位于半导体层404的一侧，电性耦接图3的扫描线306，设置以控制晶体管TF1的导通或截止。
像素电极412电性耦接于第二电极408；第一导电层414位于晶体管TF1相对于基板402的一侧且经由穿孔(via)420电性耦接于第一电极406，作为触控显示器200的发射端导电层使用；第二导电层416位于第一导电层414的一侧且与第一导电层414绝缘，作为液晶像素302的共用电极层使用，且第二导电层416还可以更具有至少一开孔418。第一导电层414及第二导电层416为将同一层的透明导电层隔开并分为发射端导电层及共用电极层使用。液晶层430可以例如位于第二导电层416相对于像素电极412的一侧且第二导电层416的至少一开孔418可设置以使第二导电层416与像素电极412形成的电场穿过液晶层430，进而与像素电极412形成电场以驱动液晶层430。除此之外，第一导电层414还更可以位于遮光层(black matrix)440下，所以第一导电层414接收触控驱动信号DS后产生的电磁信号TX虽然可能会影响到液晶，但是此影响会尽可能的产生在遮光层440之下，减小触控显示器200显示的画面的影响，所以本发明的触控显示器200对画面显示有较佳的保护作用。此外第一导电层414也可以使用不透明的材料。
图5为本发明一实施例说明图4的液晶像素302的俯视示意图。图5显示图4的第一导电层414及第二导电层416。由图5可明显看出第一导电层414及第二导电层416不电性耦接。
因为图4的第一导电层414经由穿孔420电性耦接于第一电极406，即晶体管TF1的源极，所以图2的多条数据线304电性耦接于多个液晶像素302及每个液晶像素302中的第一导电层414。而数据驱动器204除了设置以对数据线304提供显示数据外，尚可在两水平更新周期之间的水平空白时段及/或两画面周期时段之间的垂直空白时段，驱动数据线304以提供触控驱动信号DS，进而使得第一导电层414能够接收触控驱动信号DS。
图6为本发明另一实施例说明图2的触控显示器200的俯视图。在图6的液晶像素302上方有多个第三导电层604。以图4来看即第三导电层604位于图4第一导电层414的一侧，即位于液晶像素302相对于基板402的一侧，第三导电层604可设置以感应位于第三导电层604下方或是接近的第一导电层414接收的触控驱动信号DS并据以输出触控感应信号TS。触控显示器200另包含触控控制单元606电性耦接第三导电层604，设置以接收由每一第三导电层604感应产生的触控感应信号TS，以判断使用者触碰的位置。
触控显示器200的数据线304可分为N个群组，例如数据线304可分为TX_1、TX_2、TX_3、TX_4四个群组。每个群组中可有多条数据线304，且N个群组中的数据线各自群聚排列，并可由触控显示器200的第一侧朝向第一侧的对侧依序排列，例如由左至右排列。每个群组中的数据线304可包含多组RGB(红绿蓝)的数据线304且可依次按照R、G、B、R···的顺序排列。
数据驱动器204可以在N个时段内分别驱动N个群组中的数据线304以提供触控驱动信号DS给N个群组内的数据线304电性耦接的第一导电层414。每一群组中的数据线304在同一时段中可同时输出触控驱动信号DS，而N个群组的数据线304分别电性耦接的第一导电层414分别在N个时段输出触控驱动信号DS，换言之，第三导电层604可以同时响应于同一群组中的多个第一导电层414接收的触控驱动信号DS，而产生触控感应信号TS，因此可进而提升感应产生的信号强度。此外，在每一组群组中的数据线304输出触控驱动信号DS后，第三导电层604产生的触控感应信号TS会输入触控控制单元606，以判断使用者触碰的位置。
图7为本发明一实施例说明驱动图6触控显示器200的方法流程图。方法700可包含如下步骤：
步骤702：开始；
步骤704：在水平更新周期时段，驱动触控显示器200的多条数据线304提供显示数据；
步骤706：在水平空白时段(horizontal blanking period)及/或垂直空白时段(vertical blanking period)驱动数据线304以提供触控驱动信号DS；
步骤708：响应于触控驱动信号DS而输出触控感应信号TS；
步骤710：结束。
步骤708的触控感应信号TS可为由一个或多个第三导电层604感应数据线304输出至第一导电层414的触控驱动信号DS而产生。
图8为本发明一实施例说明图7方法700的示意图。图8横轴是时间t，从上至下为触控显示器200的垂直同步信号、水平同步信号、触控驱动信号DS、数据信号R(红色数据)、数据信号G(绿色数据)及数据信号B(蓝色数据)。如图8所示，时段T1是画面周期中相邻两个画面之间的垂直空白时段(Vertical Blanking Period),VB，时段T2及T4是水平更新周期中扫描两相邻列之间的水平空白时段(Horizontal Blanking Period,HB)，这些时段(如时段T1、T2、T4)中，数据驱动器204可输出触控驱动信号DS至数据线304及电性耦接于数据线304的第一导电层414，以由第一导电层414接收触控驱动信号DS。第一导电层414接收到触控驱动信号DS后会产生电场及磁场，并将触控驱动信号DS以电磁场形式发射而成为电磁信号Tx，因为第三导电层604及第一导电层414之间的电容值随着使用者触碰的情况改变大小，所以通过第三导电层604感应到的电磁信号Tx根据电容值产生不同大小变化后的感应信号TS并输出至触控控制单元606，即可判断出使用者触碰的位置。
或者可以说，第三导电层604及第一导电层414之间的电容值随着使用者触碰的情况改变大小，而第一导电层414接收的触控驱动信号DS的脉冲通过第三导电层604及第一导电层414之间的电容而耦合至第三导电层604的大小便会随着改变，因此感应信号TS也会随者使用者触碰的状况不同而有不同的大小，因此能够借此判断使用者触碰的状况。
时段T3及T5是水平更新周期中的扫描时段，例如时段T3可为扫描第m列的扫描时段而时段T5可为扫描第m+1列的扫描时段，以此类推，此时数据驱动器204可依序输出数据信号R、数据信号G及数据信号B至数据线304以于液晶像素302显示数据。在另一实施例中，在扫描时段(如时段T3、T5)中，若数据驱动器204在输出数据信号R后且在输出数据信号G前尚有足够时间，则数据驱动器204亦可以使用此段时间输出触控驱动信号DS，同样地在输出数据信号G后且在输出数据信号B前或输出数据信号B后且在水平空白时段前亦同。
图9至图14为本发明一实施例分步说明图8的示意图。在图9至图14中将数据线分为TX_1、TX_2、TX_3三个群组，每个群组均有多条数据线304，数据线304可以按R、G、B顺序排列，且有多条扫描线306与数据线304，多条扫描线306与数据线304可大致为正交排列。图9可代表图8的时段T2，即水平更新周期中扫描线306均为截止的水平空白时段，此时数据驱动器204可同时通过群组TX_1中用以传输红色数据的多条数据线304输出触控驱动信号DS。
图10可代表图8的时段T3，即水平更新周期中扫描第m列的扫描时段，此时数据驱动器204依序输出数据信号R、数据信号G及数据信号B至所有群组中对应的数据线304以于液晶像素302显示数据。图11可代表图8的时段T4，即水平空白时段，此时数据驱动器204可同时通过群组TX_2中设置以传输红色数据的数据线304输出触控驱动信号DS。图12可代表图8的时段T5，即水平更新周期中扫描第m+1列的扫描时段，此时数据驱动器204依序输出数据信号R、数据信号G及数据信号B至所有群组的数据线304以于液晶像素302显示数据。
图13可代表图8的时段T6，即水平空白时段，此时数据驱动器204可同时通过传输红色数据的数据线304输出触控驱动信号DS至群组TX_3的数据线304。图14可代表图8的时段T7，即水平更新周期中扫描第m+2列的扫描时段，此时数据驱动器204依序输出数据信号R、数据信号G及数据信号B至所有群组的数据线304以于液晶像素302显示数据。但本发明不限于此，数据驱动器204亦可通过传输绿色数据或蓝色数据的数据线304输出触控驱动信号DS。在另一实施例中，若水平空白时段(如时段T1、T2、T4)有足够时间，亦可在同一水平空白时段内顺序输出触控驱动信号DS至群组TX_1、TX_2或TX_3。
为了达到上述N个群组的数据线304在N个时段分别输出触控驱动信号DS，可如图15所示，图15为本发明一实施例说明将图6触控显示器200的数据线分为N个群组的架构示意图，每个群组可分别包括多条数据线304。数据驱动器204可包含多个RGB开关控制单元1502、1504、1506及多个数据驱动单元1508、1510、1512。举例来说，可将数据线群组A以数据驱动单元1508及一组RGB开关控制单元1502控制，将数据线群组B以另一数据驱动单元1510及一组RGB开关控制单元1504控制，再将数据线群组C以另一数据驱动单元1512及另一组RGB开关控制单元1506控制，也就是在水平空白时段T2，仅有RGB开关控制单元1502所控制的RGB开关导通，使数据驱动器204可输出触控驱动信号DS至数据线群组A；在水平空白时段T4，仅有RGB开关控制单元1504所控制的RGB开关导通，使数据驱动器204可输出触控驱动信号DS至数据线群组B；在水平空白时段T6，仅有RGB开关控制单元1506所控制的RGB开关导通，使数据驱动器204可输出触控驱动信号DS至数据线群组C。
图16为本发明一实施例说明图6触控显示器200的信号示意图。如图16所示，虚线是未被触碰的位置的感应信号S0，实线是被触碰的位置的感应信号S1，可见本发明的内嵌式触控显示器的感应信号TS在未被触碰的位置及被触碰的位置的大小差异明显较先前技术增加，即电容容值变化增加，提高对使用者触碰位置的敏感度。
综上所述，本发明的内嵌式触控显示器可提高对使用者触碰位置的敏感度。此外本发明的内嵌式触控显示器的数据线可分时输出数据信号及触控驱动信号，可整合触控功能的电路及数据驱动器的制程，简化了制程的复杂度。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。

Claims (4)

1.一种触控显示器，其特征在于，包含：一基板、多个液晶像素、多个第三导电层；
所述多个液晶像素，形成于该基板的一侧，每一液晶像素包含：一晶体管、一像素电极、一第一导电层、一第二导电层；
该晶体管，包含：
一半导体层；
一第一电极，位于该半导体层的一侧；
一第二电极，位于该半导体层相对于该第一电极的一侧；以及
一栅极电极，位于该半导体层的一侧，设置以控制该晶体管的导通或截止；
该像素电极，电性耦接于该第二电极；
该第一导电层，位于该晶体管相对于该基板的一侧，且经由一穿孔电性耦接于该第一电极，设置以接收一触控驱动信号；以及
该第二导电层，位于该第一导电层的一侧，且与该第一导电层绝缘，设置以与该像素电极形成一电场以驱动一液晶层；以及
所述多个第三导电层，位于这些液晶像素相对于该基板的一侧，每一第三导电层设置以响应于这些液晶像素的多个第一导电层接收的多个触控驱动信号输出一触控感应信号。
2.根据权利要求1所述的触控显示器，其特征在于，其中每一液晶像素中，该液晶层位于该第二导电层相对于该像素电极的一侧，且该第二导电层具有至少一开孔，设置以使该第二导电层与该像素电极形成的该电场穿过该液晶层。
3.根据权利要求1或2所述的触控显示器，其特征在于，另包含：
多条数据线，每一数据线耦接于这些液晶像素中多个相应的液晶像素的第一电极；以及
一数据驱动器，电性耦接于这些数据线，设置以控制这些数据线提供显示数据及这些第一导电层接收的这些触控驱动信号。
4.根据权利要求1或2所述的触控显示器，其特征在于，另包含一黑色矩阵，其中该穿孔位于该黑色矩阵对于该基板的正投影之内。
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