CN106610750B - 触控显示设备及其驱动方法 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种触控显示设备及其驱动方法，所述触控显示设备包括一第一基板、一第二基板、一显示介质层、一像素数组结构以及一压力感测电极层。显示介质层配置于第一基板与第二基板之间。像素数组结构配置于第二基板与显示介质层之间。像素数组结构包括多个像素电极以及一多功能电极层，且像素电极重叠于多功能电极层。压力感测电极层平行于多功能电极层且压力感测电极层与多功能电极层之间具有一可变间距。藉此提供具有3D触控的触控显示设备。

Description

触控显示设备及其驱动方法

技术领域

本发明涉及一种触控显示设备及其驱动方法，尤其涉及一种内建触控组件的触控显示设备。

背景技术

具备触控功能已经是现行消费市场对于电子产品的必要要求之一。特别是，将触控功能与显示功能整合在一起可以提供直观操作的优点，也就是说，用户可以直接点选显示画面以让电子产品执行所要的功能。不过，随者这类产品的型态逐渐增多，单独的感应触控位置的功能已经不符市场需求，如果可以在感测触控位置外更进一步区分触控时的按压力道，将可以让触控感测功能达到更多元化，以实现更多的操作模式。

发明内容

本发明提供一种触控显示设备及其驱动方法，触控显示设备具有内建的触控组件并且可以在感测触控位置之外还感测触控压力。

本发明的触控显示设备包括一第一基板、一第二基板、一显示介质层、一像素数组结构以及一压力感测电极层。显示介质层配置于第一基板与第二基板之间。像素数组结构配置于第二基板与显示介质层之间。像素数组结构包括多个像素电极以及一多功能电极层，且像素电极重叠于多功能电极层。压力感测电极层平行于多功能电极层且压力感测电极层与多功能电极层之间具有一可变间距。

在本发明的一实施例中，上述多功能电极层包括多个独立的多功能电极，各上述多功能电极重叠于上述多个像素电极的两个或两个以上。

在本发明的一实施例中，上述压力感测电极层配置于上述第一基板与上述显示介质层之间。

在本发明的一实施例中，上述压力感测电极层包括多个电极条，上述多个电极条位于上述多个遮光条的面积内。

在本发明的一实施例中，上述触控显示设置还包括一背光模块，其中上述第二基板位于上述第一基板与上述背光模块之间，且上述压力感测电极层配置于上述背光模块的远离上述第二基板的一侧，上述压力感测电极层为一整面的导电层。

在本发明的一实施例中，上述触控显示设置还包括一背光模块，上述背光模块包括一背板，上述第二基板位于上述第一基板与上述背光模块之间，且上述压力感测电极层配置于上述背光模块的远离上述第二基板的一侧，上述背板与上述第二基板之间相隔一距离，且上述压力感测电极层配置于所述背板上。

本发明的一种触控显示设备的驱动方法包括以下步骤。提供上述触控显示设备。进行显示模式。进行一第一触控模式，以多功能电极层进行触控感测，并使压力感测电极层与多功能电极层的信号同步。进行一第二触控模式，输入一操作电位至压力感测电极层，并且以多功能电极层进行触控感测。

在本发明的一实施例中，在上述显示模式中，输入显示电位至上述多个像素电极，输入一共享电位至上述多功能电极层，并且输入一固定电位至上述压力感测电极层。

在本发明的一实施例中，在上述第一触控模式与上述第二触控模式中，浮置上述多个像素电极。

在本发明的一实施例中，上述多功能电极层在上述第一触控模式与上述第二触控模式接收到的感测信号的差异作为压力触控感测信号值。

在本发明的一实施例中，上述显示模式、上述第一触控模式与上述第二触控模式的进行频率彼此独立。

基于上述，本发明实施例的触控感测装置使用像素数组结构中的电极层作为触控感测电极层并且还包括压力感测电极层，以利用压力感测电极层与原本在像素数组结构中的电极层进行触控压力的感测。因此，本发明实施例的触控感测装置除了可以感测触控位置之外还可以辨别触控压力以提供多元化的触控感测操作。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1为本发明一实施例的触控显示设备的剖面示意图；

图2为本发明另一实施例的触控显示设备的剖面示意图；

图3为图2的触控显示设备200中第一基板110、第二基板120、显示介质层130、像素数组结构240、压力感测电极层250与黑矩阵层260的示意图；

图4为本发明又一实施例的触控显示设备的剖面示意图；

图5为图4的触控显示设备300中局部构件的示意图；

图6为本发明再一实施例的触控显示设备的剖面示意图。

具体实施方式

图1为本发明一实施例的触控显示设备的剖面示意图。请参照图1，触控显示设备100包括一第一基板110、一第二基板120、一显示介质层130、一像素数组结构140以及一压力感测电极层150。显示介质层130配置于第一基板110与第二基板120之间。像素数组结构140配置于第二基板120与显示介质层130之间。像素数组结构140包括多个像素电极142以及一多功能电极层144，且像素电极142重叠于多功能电极层144。压力感测电极层150平行于多功能电极层144。在本实施例中，像素电极142也可以是与多功能电极层144部分重叠。

在本实施例中，第一基板110与第二基板120可以为例如玻璃、塑料或是复合材料。使用者按压触控显示设备100时，第一基板110与第二基板120两个之间的距离可以改变而使压力感测电极层150与多功能电极层144之间具有一可变间距G。在一实施例中，为了避免第一基板110与第二基板120之间的距离被过度挤压，可以在第一基板110与第二基板120之间设置至少一个间隙物(未显示)来使第一基板110与第二基板120之间维持适当的距离。在部分实施例中，第一基板110与第二基板120之间可以设置有不同高度的间隙物(未显示)，其中一种抵顶住第一基板110与第二基板120两个，另一种则只抵顶住其中一个，以在触控显示设备100被触碰时允许第一基板110与第二基板120之间的距离发生变化。

显示介质层130可以是非固态的材料，例如液晶材料、电泳材料、电湿润材料或其组合。如此，使用者按压触控显示设备100时可以允许可变间距G被改变。或是，显示介质层130可以是固态的材料，例如有机发光材料或是半导体材料，并且显示介质层130与第一基板110之间可存在有空隙，以在使用者按压触控显示设备100时允许可变间距G改变。

像素电极142与多功能电极层144可以用来形成驱动电场以驱动显示介质层130而进行显示功能。像素电极142与多功能电极层144可以都采用可透光的导电材料(例如铟锡氧化物层或类似的)制作或是由具有足够透光性的导电层(例如金属网格层或类似的)构成。并且，多功能电极层144可以包括独立的多个多功能电极144E，这些多功能电极144E可以独立进行触控感测来实现触控感测的功能。因此，多功能电极层140既可以做为显示时驱动显示介质层130的电极也可以做为触控感测用的电极。另外，多功能电极层140的各个多功能电极144E是用来感测使用者的手指或是触控笔触碰的位置，其所需分辨率大致可以辨别被触碰面积的大小即可。因此，相较于像素电极142，多功能电极144E的尺寸可以设计的较大，且多功能电极144E的面积可以涵盖多个像素电极142的面积，例如两个或是两个以上。

压力感测电极层150与多功能电极层140相对且分别设置在第一基板110与第二基板120上。在使用者触碰触控显示设备100时，可以利用压力感测电极层150与多功能电极层140来感测可电间距G的变化量以评估触控压力。也就是说，多功能电极层140除了可以独自进行感测之外，也可以与压力感测电极层150共同进行触控感测。

在本实施例中，触控显示设备100的驱动方法包括进行多种模式，其中一种为显示模式。进行显示模式时，可以输入显示电位至像素电极142，输入一共享电位至多功能电极层144，并且输入一固定电位至压力感测电极层150。此时，像素电极142与多功能电极层144之间会形成驱动电场以驱动显示介质层130。另外，固定电位可以是共享电位或是接地电位，因此压力感测电极层150在显示模式下并非浮置，而不至于影响显示介质层130呈现的显示效果。

触控显示设备100的驱动方法中，另一种模式为第一触控模式。在第一触控模式下，多功能电极层144进行触控感测，并且使压力感测电极层150与多功能电极层144的信号同步。多功能电极层144在第一触控模式下可以进行自容式触控感测。在一实施例中，多功能电极层144的各个多功能电极144E可以独立地进行充放电。当使用者以手指或是触控笔等触控媒介触碰触控显示设备100，多功能电极层144受到的电场会被改变，而产生对应的感测信号。此时，像素电极142可以为浮置，因此显示介质层130的状态不容易受到第一触控感测模式的进行而改变，这使得显示质量维持正常。另外，在第一触控模式下，压力感测电极层150可与多功能电极层144的信号同步，因此压力感测电极层150的存在不会影响多功能电极层144在第一触控感测模式下的感测效果。

触控显示设备100的驱动方法中，还有另一种模式为第二触控模式。在第二触控模式下，输入操作电位至压力感测电极层150，并且以多功能电极层144进行触控感测。此时，像素电极142可以浮置而维持显示功能。在第二触控模式下，操作电位可以为接地电位或是共享电位的固定电位。在另一实施例中，在第二触控模式下，也可以输入例如是相较于多功能电极层144的信号而言为同步反向或同步同向但不同振幅的变动电位至压力感测电极层150，以作为操作电位。在压力感测电极层150被输入固定电位时，多功能电极层144所受到的电场会与压力感测电极层150有关。多功能电极层144与压力感测电极层150之间的可变间距G改变时，多功能电极层144所感测到的电场也会改变。因此，用户以触控媒介触碰或按压触控显示设备100时，多功能电极层144可以感受到基于触控媒介的触碰所发生的电场变化也可以感受到基于可变间距G改变所发生的电场变化。

在本实施例中，第二触控模式下感测到的感测信号相关于触碰位置与触控压力，而第一触控模式下感测到的感测信号相关于触碰位置。因此，触控显示设备100可以采用多功能电极层144在第一触控模式与第二触控模式接收到的感测信号的差异作为压力触控感测信号值，以判别触控压力的大小。

此外，显示模式、第一触控模式与第二触控模式的进行频率彼此独立。举例而言，显示模式、第一触控模式与第二触控模式可以依序地反复进行。或是，在另一实施例中，是以第一触控模式、显示模式与第二触控模式的顺序驱动触控显示设备100。另外，第一触控模式与第二触控模式可以分别在两次显示模式之间进行，例如显示模式、第一触控模式、显示模式、第二触控模式依序进行。此时，显示模式的进行频率会高于第一触控模式与第二触控模式。或是，第一触控模式与第二触控模式也可采用不同频率进行，举例而言，可以每进行两次第一触控模式后进行一次第二触控模式，或是相反。上述各模式的进行频率与顺序仅是举例说明之用，不同实施例可依据不同的需求而调整各模式的频率以及上述模式的顺序。

图2为本发明另一实施例的触控显示设备的剖面示意图。请参照图2，图2的剖面对应图1中的局部区域E，触控显示设备200除了第一基板110、第二基板120、显示介质层130、像素数组结构240以及压力感测电极层250之外，还包括一黑矩阵层260。第一基板110、第二基板120以及显示介质层130的配置位置、结构与功能可以参照前述实施例的描述而不另重述。另外，触控显示设备200的驱动方法可以相同于前述实施例的记载说明。

图3为图2的触控显示设备200中第一基板110、第二基板120、显示介质层130、像素数组结构240、压力感测电极层250与黑矩阵层260的示意图。在图3中各构件都仅以平面方式呈现来表示这些构件的上下堆栈关系，但实际上这些构件各自都具有特定的厚度。请同时参照图2与图3，像素数组结构240的多功能电极层144位于像素电极242与第二基板120之间，且像素电极242具有多个狭缝242S。不过，在其他实施例中，像素电极242可选择位于多功能电极层144与第二基板120之间，而且多功能电极层144可选择具有多个狭缝。狭缝242S在第二基板120的正投影重叠于多功能电极144E在第二基板120的正投影。像素电极242与多功能电极层144在显示模式下分别被输入显示电位与共享电位，则可以在狭缝242S边缘产生驱动电场来驱动显示介质层130。

像素数组结构240可以包括多条扫描线SL、多条数据线DL、多个主动组件AD、多个像素电极242以及多功能电极层144。扫描线SL与数据线DL交错设置而围出多个像素区Px。像素电极242设置于这些像素区Px中。各主动组件AD受其中一条扫描线SL的控制而开启或关闭，并且主动组件AD开启时可以将其中一条资料线DL上传递的显示电位输入给像素电极242。

触控显示设备200在进行第一触控模式时，像素电极242为浮置，多功能电极层144的各个多功能电极144E可以独立地进行充放电，且压力感测电极层250可与多功能电极层144的信号同步。在进行第二触控模式时，像素电极242为浮置，压力感测电极层250被输入固定电位，而多功能电极层144的各个多功能电极144E则独立地进行触控感测。

在本实施例中，压力感测电极层240包括多个电极条252。像素电极242在第二基板120的正投影与电极条252在第二基板120的正投影相互分离一距离d，因此电极条252上的电位不至于影响像素电极242的电位而使得显示画面在第一触控感测模式与第二触控感测模式下都可维持稳定。同时，电极条252在第二基板120的正投影重叠于多功能电极层144在第二基板120的正投影，因此在第二触控模式下，电极条252上的固定电位会影响多功能电极层144所感受到的电场。如此，压力感测电极层250与多功能电极层144之间的可变间距G改变时，多功能电极层144可以感测对应的变化以实现触控压力的感测。

另外，黑矩阵层260配置于压力感测电极层250与第一基板110之间，并且黑矩阵层260可以搭配多个彩色滤光图案CF。黑矩阵层260包括多个遮光条262而围出多个开口以容置彩色滤光图案CF。彩色滤光图案CF可以具有不同颜色以提供彩色滤光作用。遮光条262的宽度W1大于电极条252的宽度W2，且电极条252位于遮光条262的面积内。遮光条262可以遮盖住电极条252而避免使用者察觉到电极条252的存在，进而可在不影响显示设备可视性的前提下使触控显示设备同时具备触控及压力感测功能。遮光条262包括多个横向遮光条与多个横向遮光条而连接成网格，而电极条252也对应的连接成网格。电极条252的布线轨迹、线宽与布线密度可以依据不同需求而调整。例如，在其他实施例中，电极条252可以仅有纵向电极条或是只有横向电极条，或是电极条252的间距可以是遮光条262的间距的倍数。

图4为本发明又一实施例的触控显示设备的剖面示意图。图5为图4的触控显示设备300中局部构件的示意图。参照图4与图5，触控显示设备300包括一第一基板110、一第二基板120、一显示介质层130、一像素数组结构240、一压力感测电极层350以及背光模块370。在本实施例中，部分构件的组件符号相同于前述实施例，这表示这些构件可以采用前述实施例的方式来实现。显示介质层130配置于第一基板110与第二基板120之间。像素数组结构240配置于第二基板120与显示介质层130之间。像素数组结构240包括多个像素电极242以及一多功能电极层144，且像素电极242重叠于多功能电极层144。压力感测电极层350平行于多功能电极层144。像素数组结构240大致上相似于前述实施例的像素数组结构240，而压力感测电极层350位于像素数组结构240下方。因此，在本实施例中，多功能电极层144位于像素电极242与压力感测电极层350之间。

在本实施例中，第二基板120位于第一基板110与背光模块370之间，且压力感测电极层350配置于背光模块370的远离第二基板120的一侧。在本实施例中，背光模块370包括一背板372，其中背板372与第二基板120之间相隔一距离X，且压力感测电极层350配置于背板372上。因此，压力感测电极层350与多功能电极层144之间具有一可变间距G。在一实施例中，压力感测电极层350为一整面的导电层，例如导电背板。在其他实施例中，压力感测电极层350可以为一整面的具有导电性质的反射片。如此一来，压力感测电极层350可以兼做背光模块370中的反射片。在部分实施例中，压力感测电极层350可以是贴附于背板372的导电薄膜(薄膜上形成有导电层)。在部分实施例中，压力感测电极层350可以是贴附于背板372的远离第二基板120的一侧。可以了解的是，压力感测电极层350可以是设置在硬质的基材上，例如背板或导光板等，而多功能电极层144可以是设置在弹性的材质的基材上，藉此当触控显示面板受一外力时，可变间距G产生变化，进而压测所施加的压力。压力感测电极层350及多功能电极层144也可以是反过来设置，以形成可变间距G。

触控显示设备300的驱动方法包括进行显示模式、进行第一触控感测模式与进行第二触控感测模式。进行显示模式时可以在像素电极242与多功能电极层144分别输入显示电位与共享电位。进行第一触控模式时，以多功能电极层144进行触控感测，并使压力感测电极层350与多功能电极层144的信号同步。进行第二触控模式时，输入固定电位至压力感测电极层350，并且以多功能电极层144进行触控感测。固定电位可以是接地电位或是共享电位。在部分实施例中，进行第二触控模式时，可以输入例如相较于多功能电极层144的信号为同步反向或同步同向但不同振幅的变动电位至压力感测电极层350。另外，在进行第一触控感测模式与第二触控感测模式时，像素电极242可以浮置以维持显示电位。

在本实施例中，背板372与第二基板120之间相隔一距离X，且距离X可变化以使压力感测电极层350与多功能电极层144之间具有可变间距G。在进行第二触控模式时，多功能电极层144可以感测到压力感测电极层350所导致的电场。因此，使用者按压触控显示设备300而导致的距离X的变化(也就是可变间距G的变化)可以在第二触控感测模式下被感测到。此时，触控显示设备300可以利用多功能电极层144在第一触控模式与第二触控模式接收到的感测信号的差异作为压力触控感测信号值以判断触控压力。

图6为本发明再一实施例的触控显示设备。如图所示，触控显示设备400可在第一基板110与显示介质层130之间及背光模块370远离第二基板120侧分别设置压力感测层250及压力感测层350，如此，多功能电极层144与压力感测层250及压力感测层350分别形成可变间距G1、可变间距G2。多功能电极层144可作为压力感测的驱动电极，而压力感测层250及压力感测层350可作为接收感力测信号的电极。例如，本实施可因应外部施加压力的大小，选择由压力感测层250与多功能电极层144间的可变间距G1变化量或多功能电极层144与压力感测层350间可变间距G2的变化量，来计算所施力的外力。其它相似组件及驱动方法可参照上述实施例的说明，在此不再赘述。

此外，第一基板110与第二基板120之间可设置有框胶S、支撑物SP1与支撑物SP2。框胶S可以围绕显示介质层130以将显示介质层130密封于第一基板110与第二基板120之间。支撑物SP1抵顶第一基板110与第二基板120，而支撑物SP2可以不抵顶第二基板120。当使用者按压触控显示设备400，可变间距G1可以被压缩而使支撑物SP2暂时抵顶第二基板120。当使用者不再按压触控显示设备400，支撑物SP2的设置有助于使得可变间距G1快速恢复至未被按压时的状态。此外，本实施例中的支撑物SP1、支撑物SP2与框胶S可以应用于前述实施例的任一个当中。

综上所述，本发明实施例在触控显示设备中设置压力感测电极层与多功能电极层并且在压力感测电极层与多功能电极层之间设置可变间距。因此，多功能电极层除了可以感测触碰点的位置外还可搭配压力感测电极层来感测触控压力的大小，以达到多重感测功能。另外，多功能电极层设置于像素数组结构中，既可以提供触控感测功能又可以提供显示功能，因此触控显示设备不需以独立的触控构件来实现触控功能，这有助于减少触控感测装置的厚度与体积。再者，由于本发明实施例的触控显示设备可以感测到触控按压的压力大小，因此可以提供3D触控的功能。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的改动与润饰，故本发明的保护范围当视所附权利要求界定范围为准。

Claims (12)

1.一种触控显示设备，其特征在于，包括：

一第一基板；

一第二基板；

一显示介质层，配置于所述第一基板与所述第二基板之间；

一像素数组结构，配置于所述第二基板与所述显示介质层之间，所述像素数组结构包括多个像素电极以及一多功能电极层，且所述多个像素电极重叠于所述多功能电极层；以及

一压力感测电极层，平行于所述多功能电极层且所述压力感测电极层与所述多功能电极层之间具有一可变间距。

2.根据权利要求1所述的触控显示设备，其特征在于，所述多功能电极层包括多个独立的多功能电极，各所述多功能电极重叠于所述多个像素电极的两个或两个以上。

3.根据权利要求1所述的触控显示设备，其特征在于，所述压力感测电极层配置于所述第一基板与所述显示介质层之间。

4.根据权利要求3所述的触控显示设备，其特征在于，所述压力感测电极层包括多个电极条，所述多个电极条位于多个遮光条的面积内。

5.根据权利要求1所述的触控显示设备，其特征在于，还包括一背光模块，其中所述第二基板位于所述第一基板与所述背光模块之间，且所述压力感测电极层配置于所述背光模块的远离所述第二基板的一侧，所述压力感测电极层为一整面的导电层。

6.根据权利要求1所述的触控显示设备，其特征在于，还包括一背光模块，所述背光模块包括一背板，所述第二基板位于所述第一基板与所述背光模块之间，且所述压力感测电极层配置于所述背光模块的远离所述第二基板的一侧，所述背板与所述第二基板之间相隔一距离，且所述压力感测电极层配置于所述背板上。

7.一种触控显示设备的驱动方法，其特征在于，包括：

提供如权利要求1所述的触控显示设备；

进行一显示模式；

进行一第一触控模式，以所述多功能电极层进行触控感测，并使所述压力感测电极层与所述多功能电极层的信号同步；以及

进行一第二触控模式，输入一操作电位至所述压力感测电极层，并且以所述多功能电极层进行触控感测。

8.根据权利要求7所述的触控显示设备的驱动方法，其特征在于，在所述第二触控模式中，所述操作电位为接地电位或共享电位的固定电位；或者是相较于所述多功能电极层的信号为同步反向或同步同向但不同振幅的变动电位。

9.根据权利要求7所述的触控显示设备的驱动方法，其特征在于，在所述显示模式中，输入显示电位至所述多个像素电极，输入一共享电位至所述多功能电极层，并且输入一固定电位至所述压力感测电极层。

10.根据权利要求7所述的触控显示设备的驱动方法，其特征在于，在所述第一触控模式与所述第二触控模式中，浮置所述多个像素电极。

11.根据权利要求7所述的触控显示设备的驱动方法，其特征在于，所述多功能电极层在所述第一触控模式与所述第二触控模式接收到的感测信号的差异作为压力触控感测信号值。

12.根据权利要求7所述的触控显示设备的驱动方法，其特征在于，所述显示模式、所述第一触控模式与所述第二触控模式的进行频率彼此独立。