CN103838020B - 触控显示装置及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提出一种触控显示装置，包括：一下基板，具有一内表面及一外表面，该下基板的内表面形成有薄膜晶体管阵列，该薄膜晶体管阵列具有平行排列的多个栅极电极；一上基板，具有面向该下基板的一内表面、及一外表面；以及一感应电极层，形成于该上基板的外表面或该下基板的外表面，其中该多个栅极电极输出触控感测驱动信号，以提供该感应电极层进行触控感测。

Description

触控显示装置及其驱动方法

技术领域

本发明系有关于一种触控显示装置及其驱动方法，且特别有关于使用栅极驱动器来输出触控感测驱动信号的触控显示装置及其驱动方法。

背景技术

在触控显示技术中，触控传感器需要具一驱动电极层与一感应电极层，触控感测驱动信号依序输出至驱动电极层中的各个驱动电极，而感应电极层中的各个感测电极则用以感测信号的变化。当使用者的手指或其他触控物进行触控时，触控位置所在的电极层间的耦合电容会因手指与电极层间的电容的加入而产生差异，控制芯片借由检测出此差异而计算出触控位置。

在这种构造下，无论驱动电极层与感应电极层是形成于同一平面并透过桥接线跨接，或是形成于基板的两个相对表面，在制程中都必须使用多道的光掩模，对面板的良率及成本而言均是一大考验。

因此，各面板厂为降低制造成本及装置的厚度而开始发展单层的触控传感器。但由于目前的单层触控感测技术大多无法提供多点触控及高精准度，导致单层的触控感测技术目前仅能应用于较低阶的产品而无法提高产品价值。

发明内容

本发明有鉴于此，提出一种触控显示装置及其驱动方法，其使用栅极驱动器来输出触控感测驱动信号以达成降低成本及高精度多点触控的需求。

根据一个实施例，本发明提出一种触控显示装置，包括：一下基板，具有一内表面及一外表面，该下基板的内表面形成有一薄膜晶体管阵列，该薄膜晶体管阵列具有平行排列的多个栅极电极；一上基板，具有一内表面及一外表面，该上基板的内表面形成有彩色滤光片；一液晶层，形成于该上、下基板的该内表面之间；以及一感应电极层，形成于该上基板的外表面或该下基板的外表面，其中该多个栅极电极输出触控感测驱动信号，以提供该感应电极层进行触控感测。

在上述的触控显示装置中，该感应电极层是由平行排列的多个感应电极所组成，且该多个感应电极的排列方向与该多个栅极电极的排列方向相交。

在上述的触控显示装置中，在该感应电极层形成于该上基板的外表面且该上基板的内表面还形成有一共通电极层的情况下，该共通电极层是由数目及排列方式对应于该多个感应电极的多个共通电极所组成。

在上述的触控显示装置中，当该多个栅极电极输出该触控感测驱动信号时，该多个的共通电极处于浮接的状态。

在上述的触控显示装置中，该触控感测驱动信号输出时，是以相邻的既定数目的栅极电极为一组，各组依序输出该触控感测驱动信号。

在上述的触控显示装置中，该触控感测驱动信号是在各帧(frame)之间的空白期间(blanking period)内输出。

在上述的触控显示装置中，该多个栅极电极全部都输出一次该触控感测驱动信号的期间为一感测帧(sensing frame)，该空白期间内具有至少一该感测帧。

上述的触控显示装置，还包括：一栅极驱动器，在帧期间接收一第一时脉信号用以输出扫描信号，在感测帧期间接收一第二时脉信号用以输出该触控感测驱动信号，其中该第二时脉信号的脉冲宽度小于或等于该第一时脉信号的脉冲宽度。

上述的触控显示装置，还包括：一背光模块，该背光模块在该触控感测驱动信号的输出时关闭。

根据另一个实施例，本发明提出一种触控显示装置的驱动方法，用以驱动上述的触控显示装置，包括：依序输出一扫描信号至各个该多个栅极电极；以及以相邻的既定数目的该栅极电极为一组，依序输出一触控感测驱动信号至各组。

根据上述的触控显示装置及其驱动方法，可达成降低制造成本、提高生产良率、以及精准的多点触控的需求。

附图说明

为让本发明的上述目的、特征和优点能更明显易懂，以下结合附图对本发明的具体实施方式作详细说明，其中：

图1系根据本发明实施例的触控显示装置的剖面结构示意图。

图2系图1的触控显示装置的透视图。

图3系栅极驱动器送出扫描信号至各栅极电极时的各信号时序图。

图4系栅极驱动器送出触控感测驱动信号至各栅极电极时的各信号时序图。

主要元件符号说明：

11～背光模块；

12～下偏光板；

13～下基板；

14～薄膜晶体管阵列；

15～液晶层；

16～彩色滤光片；

17～上基板；

18～上偏光板；

19～感应电极层；

21～感应电极；

23～栅极电极；

CLK、CLK’～时脉信号；

STV、STV’～起始信号；

OE、OE’～输出允许信号；

G1~G4、G1’~G18’、G19’～栅极电极信号；

Tx1、Tx2、Tx3、Tx4～触控感测驱动信号。

具体实施方式

图1系根据本发明实施例的触控显示装置的剖面结构示意图。如图1所示，本发明实施例的液晶面板的基本结构由下而上包括：背光模块11、下偏光板12、下基板13、薄膜晶体管阵列14、液晶层15、彩色滤光片16、上基板17、上偏光板18。此结构与传统一般液晶面板的结构并无不同，故不做详细说明。而本发明实施例的特征在于仅在传统的液晶面板中的上基板17的外表面形成一层感应电极层19，感应电极层由多个的感应电极21所组成，以做为触控传感器的信号接受侧电极。而薄膜晶体管阵列14中的栅极电极（扫描线）23则做为触控传感器的信号送出侧电极。

图2系由图1的上方往下观察本发明实施例的触控显示装置的透视图。由于触控传感器的信号接受侧电极与信号送出侧电极通常互相垂直，所以在本实施例中，当触控显示装置的栅极电极23平行于X方向的情况下，感应电极21会平行于Y方向。但需注意的是感应电极也并非一定要完全垂直于栅极电极，只要调整触控感测的演算法，感应电极与栅极电极在排列方向上彼此相交即可。

在这样的构造中，栅极电极23必须兼具扫描薄膜晶体管阵列14的各薄膜晶体管让影像资料写入至各像素的功能以及输出触控感测驱动信号使感应电极层19接收的功能。栅极电极23的详细驱动方法将于后述。

然而，感应电极层19除了配置于上基板17的外表面之外，也可以配置于下基板13的外表面。也就是说只要使用单一感应电极层19与液晶面板形成积层结构，本发明并不特别限定感应电极层19的配置位置。需注意的是，在横向电场效应（In-Plane Switching，IPS）模式的液晶显示器中（如图1），由于共通电极与栅极电极23都形成于下基板13的内表面，故感应电极层19可以任意选择配置于上基板的外表面或下基板的外表面。但在垂直配向（Vertical Alignment，VA）模式的液晶显示器中，由于共通电极层形成于上基板的内表面（彩色滤光片16侧），所以若要将感应电极层19形成于上基板的外表面，必须避免共通电极层屏蔽栅极电极23所送出的触控感测驱动信号，而将共通电极层制作成对应于感应电极21的条状排列，并且在栅极电极23输出触控感测驱动信号时，使共通电极层处于浮接的状态。

根据上述的触控显示装置的结构，将传统技术中需要在液晶面板上分别外加驱动电极层、感应电极层及两者之间的绝缘层等多层的复杂构造减低为单层的构造，故大幅地降低制造成本与提高制造良率。且由于栅极电极输出触控感测驱动信号由栅极驱动器所提供，故可以完全省掉传统触控技术中触控传感器用的驱动IC，进一步降低制造成本。

以下将说明本发明实施例的触控显示装置的驱动方法。图3系栅极驱动器送出扫描信号至各栅极电极时的各信号时序图。

栅极驱动器中具备串级的移位寄存器及输出控制电路，各级的移位寄存器会根据时脉信号将输入信号的逻辑电位转移给下一级的移位寄存器。而输出控制电路则借由输出允许（output enable）信号来控制各移位寄存器输出至各栅极电极的信号脉冲宽度。

当栅极驱动器用以送出扫描信号至各栅极电极时，时脉信号CLK、起始信号STV（即第1级移位寄存器的输入信号）、输出允许信号OE分别如图3所示，起始信号STV的脉冲宽度横跨时脉信号CLK的一个脉冲宽度，使得各级的移位寄存器依序输出脉冲宽度相当于时脉信号CLK的一个周期的输出信号。而输出控制电路则控制每个移位寄存器的输出信号仅在输出允许信号OE为低逻辑电位时输出至栅极电极。因此，栅极电极信号G1、G2、G3、G4、…会做为扫描信号依序送出至各栅极电极。

一般显示器的更新频率为60Hz，每秒会扫描整个画面60次，故一条栅极电极的更新时间为1/60秒，这个期间称之为一个帧(frame)。而本发明的实施例中栅极电极送出触控感测驱动信号的时机则是在帧与帧之间的空白期间(blanking period)内进行。图4系栅极驱动器送出触控感测驱动信号至各栅极电极时的各信号时序图。

由于一个触控点的面积一般远大于一个显示像素的面积，故触控传感器的信号接受侧电极与信号送出侧电极的电极宽度都较显示面板的栅极电极与源极电极来得宽。在本发明当中，当栅极电极做为信号送出侧电极时，会以相邻的多条栅极电极做为同一条信号送出侧电极并且一起送出触控感测驱动信号。

当栅极驱动器用以送出触控感测驱动信号至各栅极电极时，时脉信号CLK’、起始信号STV’、输出允许信号OE’分别如图4所示，由于本实施例是以6条栅极电极做为同一条信号送出侧电极，故起始信号STV’的脉冲宽度横跨时脉信号CLK’的6个脉冲宽度，使得经过6个时脉信号CLK’的脉冲宽度后，第1级至第6级的移位寄存器均输出高电位信号。而输出控制电路则控制每个移位寄存器的输出信号仅在输出允许信号OE’为低逻辑电位时输出至栅极电极。因此，栅极电极信号G1’、G2’、G3’、G4’、G5’、G6’…会做为第1触控感测驱动信号Tx1同时送出至6条栅极电极。接着，当再经过6个时脉信号CLK’的脉冲宽度后，栅极电极信号G7’、G8’、G9’、G10’、G11’、G12’…会做为第2触控感测驱动信号Tx2同时送出至下6条的栅极电极。依此类推，直到全部栅极电极送出触控感测驱动信号。

当第一条栅极电极到最后一条栅极电极都送出一次触控感测驱动信号的这个期间称之为一个感测帧(sensing frame)。而一般触控传感器的感测频率在100Hz以上才能达到快速的触控感测，故每秒会触控扫描整个触控传感器100次以上。由于触控传感器的感测频率较显示器的更新频率高，因此每完成1个帧后必须完成多个感测帧。为了方便说明，假设触控传感器的感测频率为300Hz，则液晶面板每扫描整个画面完成一个帧后，必须让触控传感器触控扫描整个画面5次以完成5个感测帧。因此，每个空白期间内会插入5个感测帧，借此达成栅极电极同时完成像素扫描与触控扫描的功能。由于触控扫描的频率较像素扫描高，所以本实施例中，触控扫描时的时脉信号CLK’的脉冲宽度会比像素扫描时的时脉信号CLK的脉冲宽度小。但若在设计简单的考量下，时脉信号CLK’的脉冲宽度仍可等于时脉信号CLK的脉冲宽度。

再者，当栅极电极送出触控感测驱动信号时，会使各像素的晶体管导通，使得各像素的像素电容无法保持于正确的电位而导致画面灰度异常。故在本发明的实施例中，会搭配背光插黑的技术，在触控扫描期间（包括多个感测帧）将背光模块关闭，使画面呈现黑色。如此一来，就可以在不影响显示的情况下完成触控扫描。

根据上述的触控显示装置的驱动方法，可仅变更输入栅极驱动器的时脉信号、起始信号及输出允许信号，即可使栅极电极送出触控感测信号来完成触控扫描。因此，本发明利用既有的栅极电极与栅极驱动器即可完成触控扫描的功能，不但大幅降低制造成本且同时能提供精准的多点触控。

然而本案不只限于上述实施例的架构，更进一步地说，在本领域普通技术人员不脱离本发明的概念与同等范畴之下，权利要求书必须广泛地解释以包括本发明实施例及其他变形。例如做为一条信号送出侧电极的栅极电极数目、每个帧所搭配的感测帧数目等均可根据各种产品的要求而做适当的设计变更。

Claims (8)

1.一种触控显示装置，包括：

一下基板，具有一内表面及一外表面，该下基板的内表面形成有一薄膜晶体管阵列，该薄膜晶体管阵列具有平行排列的多个栅极电极；

一上基板，具有面向该下基板的一内表面、及一外表面；以及

一感应电极层，形成于该上基板的外表面或该下基板的外表面，

其中该多个栅极电极输出触控感测驱动信号，以提供该感应电极层进行触控感测，该触控感测驱动信号是在各帧之间的空白期间内输出，该多个栅极电极全部都输出一次该触控感测驱动信号的期间为一感测帧，该空白期间内具有至少一该感测帧。

2.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，该感应电极层是由平行排列的多个感应电极所组成，且该多个感应电极的排列方向与该多个栅极电极的排列方向相交。

3.如权利要求2所述的触控显示装置，其特征在于，在该感应电极层形成于该上基板的外表面且该上基板的内表面还形成有一共通电极层的情况下，该共通电极层是由数目及排列方式对应于该多个感应电极的多个共通电极所组成。

4.如权利要求3所述的触控显示装置，其特征在于，当该多个栅极电极输出该触控感测驱动信号时，该多个共通电极是处于浮接的状态。

5.如权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，该触控感测驱动信号输出时，是以相邻的既定数目的栅极电极为一组，各组依序输出该触控感测驱动信号。

6.如权利要求1所述的触控显示装置，还包括：

一栅极驱动器，在帧期间接收一第一时脉信号用以输出扫描信号，在感测帧期间接收一第二时脉信号用以输出该触控感测驱动信号，

其中该第二时脉信号的脉冲宽度小于或等于该第一时脉信号的脉冲宽度。

7.如权利要求1所述的触控显示装置，还包括：

一背光模块，该背光模块是在该触控感测驱动信号的输出时关闭。

8.一种触控显示装置的驱动方法，用以驱动如权利要求1所述的触控显示装置，包括：

依序输出一扫描信号至各个该多个栅极电极；以及

以相邻的既定数目的该栅极电极为一组，依序输出一触控感测驱动信号至各组。