CN112099659B - 触控显示装置与感测系统 - Google Patents

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Abstract

本发明提出一种触控显示装置与感测系统，感测系统包括主动笔与触控显示装置。触控显示装置包括触控显示面板、电路与边缘电极。触控显示面板包括设置在显示区内的多个感测电极，边缘电极设置在非显示区。在主动笔感测期间，电路传送上连信号至感测电极与边缘电极。借此，可以增加上连信号在显示区边缘的信号强度。

Description

触控显示装置与感测系统
技术领域
本发明是有关于一种搭配主动笔的触控显示装置。
背景技术
近来，触控笔已经普遍用作智能手机、平板电脑的人机界面装置(humaninterface device，HID)。触控笔包括被动触控笔和主动触控笔。在一般主动触控笔的操作中，触控屏幕会传送上连(uplink)信号至主动触控笔，而主动触控笔会传送下连(downlink)信号至触控屏幕。如图1所示，使用者可利用主动触控笔110在触控屏幕120上绘画或书写，但当使用者画一条线，这条线延伸至触控屏幕的边缘时，可能会出现断线的情形(在靠近触控屏幕边缘的地方没有显示线的尾端)，这是因为上连信号的强度变弱。如何解决上述断线的问题，为此领域技术人员所关心的议题。
发明内容
为了解决上述问题，本发明的实施例提出一种触控显示装置，包括显示区与非显示区，此触控显示装置用以搭配主动笔并包括：触控显示面板，包括设置在显示区内的多个感测电极，其中感测电极彼此电性绝缘；电路，设置于非显示区，透过多条感测线分别电性连接至感测电极；以及边缘电极，设置于非显示区。其中在显示期间，电路透过感测线施加共同电压至感测电极。在一触控感测期间，电路透过感测线传送触控感测信号至感测电极，并且基于感测电极上的电容值以判断每一个感测电极是否被触摸。在一主动笔感测期间，电路传送一上连信号至感测电极与边缘电极，电路还用以透过感测电极接收来自主动笔的一下连信号，并根据下连信号决定对应于主动笔的笔位置。
在一些实施例中，上述的边缘电极具有连续结构，用以围绕显示区。
在一些实施例中，上述的边缘电极包括铜箔、导电漆、导电胶、导电贴布、或导电铁件。
在一些实施例中，上述的触控显示装置还包括：第一基板，设置有感测电极；第二基板；液晶分子，设置于第一基板与第二基板之间；以及黑色矩阵，设置于第二基板面对第一基板的一侧。其中边缘电极设置于黑色矩阵面对第一基板的一侧。
在一些实施例中，上述的黑色矩阵完全地覆盖边缘电极。
以另外一个角度来说，本发明的实施例提出一种感测系统，包括主动笔与触控显示装置，触控显示装置包括显示区与非显示区。主动笔包括外壳与导电尖端。触控显示装置包括：触控显示面板，包括设置在显示区内的多个感测电极，其中感测电极彼此电性绝缘；电路，设置于非显示区，透过多条感测线分别电性连接至感测电极；以及边缘电极，设置于非显示区。其中在显示期间，电路透过感测线施加共同电压至感测电极。在触控感测期间，电路透过感测线传送触控感测信号至感测电极，并且基于感测电极上的电容值以判断每一个感测电极是否被触摸。在主动笔感测期间，电路传送上连信号至感测电极与边缘电极，电路还用以透过感测电极接收来自主动笔的下连信号，并根据下连信号决定对应于主动笔的笔位置。
在上述的感测系统与触控显示装置中，由于边缘电极设置在非显示区来传送上连信号，因此可以增加上连信号在显示区边缘的信号强度。
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，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是绘示触控屏幕与主动触控笔的示意图；
图2是根据一实施例绘示感测系统的示意图；
图3是根据一实施例绘示触控显示装置220的示意图；
图4是根据一实施例绘示感测系统的侧视示意图。
具体实施方式
关于本文中所使用的“第一”、“第二”、…等，并非特别指次序或顺位的意思，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
图2是根据一实施例绘示感测系统的示意图。感测系统200包括了主动笔210与触控显示装置220。使用者可以利用主动笔210在触控显示装置220上绘画或书写。触控显示装置220在显示区DA内设置了多个感测电极SE(为了简化起见，图2中仅绘示了部分的感测电极SE)以传送上连信号UL至主动笔210。特别的是，触控显示装置220在非显示区NA内设置了边缘电极PE，此边缘电极PE也是用以传送上连信号UL。如此一来，当主动笔210移动至触控显示装置220的边缘(即显示区DA与非显示区NA的交界处)时，主动笔210可以接收到信号强度足够的上连信号UL，不会产生图1所示的断线现象。
图3是根据一实施例绘示触控显示装置220的示意图。请参照图3，触控显示装置包括了一个触控显示整合(touch and display driver integration，TDDI)电路与触控显示面板301。触控显示面板301具有显示区DA与非显示区NA，显示区DA内包括了多个感测电极SE与像素结构P。触控显示整合电路在非显示区NA内包括了感测电路310、栅极驱动器320与源极驱动器330。触控显示装置220也包括了感测线SL、栅极线GL与数据线D。感测电极SE彼此电性绝缘，且透过感测线SL电性连接至感测电路310，每个感测电极SE是对应至多个像素结构P并作为对应像素结构P的共同电极。每个像素结构P中包括了薄膜晶体管(未绘示)与像素电极(未绘示)。每条栅极线GL是连接至栅极驱动器320与对应像素结构P中薄膜晶体管的栅极。每条数据线D是连接至源极驱动器330与对应像素结构P中薄膜晶体管的源极。薄膜晶体管的汲极则连接至像素电极。为了简化起见，图3中并未绘示所有的电路(例如时序控制器等)，换言之上述的触控显示整合电路还可包括其他元件。
在非显示区NA中还设置了边缘电极PE，此边缘电极也透过一导线电性连接至感测电路310。在一些实施例中，边缘电极PE具有连续结构，用以围绕显示区DA。然而，在一些实施例中，边缘电极PE也可以具有多个不连续结构(例如多个长方形结构)，而每个不连续结构都会电性连接至感测电路310。
在显示期间，栅极驱动器320透过栅极线GL导通对应的薄膜晶体管，而源极驱动器330透过数据线D传送对应的像素数据至对应的像素电极，感测电路310透过感测线SL施加共同电压至感测电极SE。像素电极与感测电极SE之间的电压差用以旋转液晶分子(未绘示)以决定一像素的亮度。在其他实施例中，触控显示面板301也可以是有机发光二极管面板或其他合适的面板。
在触控感测期间是用自感电容感测方法来判断每个感测电极SE是否被触摸。具体来说，每个感测电极SE上形成一电容Cs(为了简化起见，图3中仅绘示了一个电容Cs)，当手指(或被动触控笔)触摸某一个感测电极SE时，手指与此感测电极SE之间形成另一电容Cf，这导致被触摸的感测电极SE上的总电容改变。感测电路310可以透过感测线SL传送一触控感测信号至感测电极SE，感测电极SE上累积的电荷数量会反应其电容值，借此基于电容值可判断哪些感测电极SE被触摸。举例来说，感测电路310中包括了一个多工器、积分器以及/或者模拟数字转换器，但本发明并不在此限。此外，上述的触控感测信号可以具有方波、三角波、正弦波等任意合适的波形，本发明并不在此限。
在主动笔感测期间，感测电路310会传送上连信号至感测电极SE与边缘电极PE。图4是根据一实施例绘示感测系统的侧视示意图。请参照图4，触控显示装置220还包括了第一基板441(亦称为薄膜晶体管基板)与第二基板442(亦称为彩色滤光片基板)，液晶分子444设置于第一基板441与第二基板442之间。在显示区DA内，第一基板441上设置有像素结构与感测电极SE，为了简化起见图4仅绘示了感测电极SE与绝缘层443。在非显示区NA内第二基板442上设置有黑色矩阵BM与边缘电极PE。其中黑色矩阵BM设置于第二基板442面向第一基板441的一侧，而边缘电极PE设置于黑色矩阵BM面向第一基板441的一侧。在一些实施例中，黑色矩阵BM是完全地覆盖边缘电极PE，如此一来使用者并不会看到边缘电极PE。在一些实施例中，边缘电极PE可以具有透明导电材料，例如氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)、氧化铟锌(indium zinc oxide,IZO)、氧化鍗锡(antimony tin oxide,ATO)、氧化氟锡(fluorine tin oxide,FTO)等。在一些实施例中，边缘电极PE可以具有非透明材料，例如铜箔、导电漆、导电胶、导电贴布、或导电铁件等。
另一方面，主动笔210包括外壳410与导电尖端420，其中导电尖端420从外壳410向外突出。信号处理电路430设置在外壳410内，信号处理电路430电性连接至导电尖端420与外壳410。上连信号UL会透过感测电极SE以及/或者边缘电极PE传送至导电尖端420，信号处理电路430会透过导电尖端420接收到上连信号UL。此上连信号UL为时变信号，例如具有多个脉冲。此外，信号处理电路430会以外壳410上的电压作为接地电压，并根据上连信号UL与接地电压之间的差分信号来分析上连信号UL。在一些实施例中，主动笔210中的信号处理电路430可用以侦测上连信号UL中脉冲的周期、占空比、脉冲数目、上升边缘与下降边缘的其中的一者，借此取得上连信号UL所乘载的信息。在一些实施例中上连信号用以乘载同步信息(例如透过上升边缘或下降边缘)，借此主动笔210可以同步于上连信号的上升边缘或下降边缘来传送下连信号DL。
请参照图3与图4，在主动笔感测期间，感测电路310也会透过感测电极SE来接收来自主动笔210的下连信号DL，并根据下连信号DL决定对应于主动笔210的笔位置。举例来说，感测电路310中设置有多工器与解调电路(未绘示)，多工器是用以将感测电极SE依序电性连接至解调电路，而解调电路可以根据下连信号DL的存在或其内容来决定笔位置。在一些实施例中，感测电路310也可以透过边缘电极PE接收来自主动笔210的下连信号DL，如此一来可以判断主动笔210已经移动至非显示区NA。在一些实施例中，下连信号DL除了用以决定笔位置以外，下连信号DL也可以乘载(carry)压力信息、倾斜信息、按钮信息的其中至少之一。例如，主动笔210上还设置有压力感测器、惯性感测器与按钮，此压力信息是用以表示主动笔210按压在触控显示面板301上的力道，倾斜信息是用以表示主动笔210的倾斜角度，而按钮信息是用以表示主动笔210上的按钮是否被按下。
在一些实施例中，感测电路310也可以施加直流电压至边缘电极PE以及/或者感测电极SE。举例来说，在触控感测期间，感测电路310会将感测电极SE分类为被触摸电极与未被触摸电极，而在主动笔感测期间感测电路310传送上连信号至未被触摸电极，并施加一直流电压至被触摸电极，本发明并不限制此直流电压的准位，如此一来上连信号不会透过使用者的手传送至主动笔210的外壳410。在一些实施例中，在触控感测期间感测电路310也可以传送上述的触控感测信号至边缘电极PE，并判断边缘电极PE是否被触摸。在主动笔感测阶段，如果边缘电极PE被触摸，则感测电路310会施加直流电压至边缘电极PE；如果边缘电极没有被触摸，则感测电路310会传送上连信号UL至边缘电极PE。如此一来，上连信号UL不会透过边缘电极PE与使用者的手传送至主动笔210的外壳410。
上连信号UL以及/或者下连信号DL可例如透过直接序列展频(direct-sequencespread spectrum，DSSS)、跳频展频(frequency-hopping spread spectrum，FHSS)、跳时展频(TH-time hopping，THSS)、相位偏移调变(Phase-Shift Keying，PSK)、脉冲振幅调变(Pulse-amplitude modulation，PAM)、正交振幅调变(Quadrature AmplitudeModulation，QAM)、单边带调变(Single-sideband modulation，SSB)等调变技术来乘载任意的信息，本发明并不限制调变的技术也不限制所乘载信息的内容。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求书所界定的范围为准。

Claims (10)

1.一种触控显示装置，包括显示区与非显示区，所述触控显示装置用以搭配主动笔，其特征在于，所述触控显示装置包括：
触控显示面板，包括设置在所述显示区内的多个感测电极，其中所述感测电极彼此电性绝缘；
电路，设置于所述非显示区，透过多条感测线分别电性连接至所述感测电极；以及
边缘电极，设置于所述非显示区，所述边缘电极透过导线电性连接至所述电路，
其中在显示期间，所述电路透过所述感测线施加共同电压至所述感测电极，
其中在触控感测期间，所述电路透过所述感测线传送触控感测信号至所述感测电极以及所述边缘电极，并且基于所述感测电极上的电容值以判断所述感测电极是否被触摸以将所述感测电极分类为被触摸电极与未被触摸电极，以及判断所述边缘电极是否被触摸，
其中在主动笔感测期间，所述电路传送上连信号至所述未被触摸电极，施加一直流电压至所述被触摸电极，
其中在所述主动笔感测期间，如果所述边缘电极被触摸，则所述电路施加所述直流电压至所述边缘电极；如果边缘电极没有被触摸，则所述电路传送所述上连信号至所述边缘电极，所述电路还用以透过所述感测电极接收来自所述主动笔的下连信号，并根据所述下连信号决定对应于所述主动笔的笔位置。
2.根据权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，其中所述边缘电极具有连续结构以围绕所述显示区。
3.根据权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，其中所述边缘电极包括铜箔、导电漆、导电胶、导电贴布、或导电铁件。
4.根据权利要求1所述的触控显示装置，其特征在于，还包括：
第一基板，设置有所述感测电极；
第二基板；
液晶分子，设置于所述第一基板与所述第二基板之间；以及
黑色矩阵，设置于所述第二基板面对所述第一基板的一侧，
其中所述边缘电极设置于所述黑色矩阵面对所述第一基板的一侧。
5.根据权利要求4所述的触控显示装置，其特征在于，其中所述黑色矩阵完全地覆盖所述边缘电极。
6.一种感测系统，其特征在于，包括：
主动笔，包括外壳与导电尖端；以及
触控显示装置，包括显示区与非显示区，所述触控显示装置用以搭配主动笔，所述触控显示装置包括：
触控显示面板，包括设置在所述显示区内的多个感测电极，其中所述感测电极彼此电性绝缘；
电路，设置于所述非显示区，透过多条感测线分别电性连接至所述感测电极；以及
边缘电极，设置于所述非显示区，所述边缘电极透过导线电性连接至所述电路，
其中在显示期间，所述电路透过所述感测线施加共同电压至所述感测电极，
其中在触控感测期间，所述电路透过所述感测线传送触控感测信号至所述感测电极以及所述边缘电极，并且基于所述感测电极上的电容值以判断所述感测电极是否被触摸以将所述感测电极分类为被触摸电极与未被触摸电极，以及判断所述边缘电极是否被触摸，
其中在主动笔感测期间，所述电路传送上连信号至未被触摸电极，施加一直流电压至所述被触摸电极，
其中在所述主动笔感测期间，如果所述边缘电极被触摸，则所述电路施加所述直流电压至所述边缘电极；如果边缘电极没有被触摸，则所述电路传送所述上连信号至所述边缘电极，所述电路还用以透过所述感测电极接收来自所述主动笔的下连信号，并根据所述下连信号决定对应于所述主动笔的笔位置。
7.根据权利要求6所述的感测系统，其特征在于，其中所述边缘电极具有连续结构以围绕所述显示区。
8.根据权利要求6所述的感测系统，其特征在于，其中所述边缘电极包括铜箔、导电漆、导电胶、导电贴布、或导电铁件。
9.根据权利要求6所述的感测系统，其特征在于，其中触控显示装置还包括：
第一基板，设置有所述感测电极；
第二基板；
液晶分子，设置于所述第一基板与所述第二基板之间；以及
黑色矩阵，设置于所述第二基板面对所述第一基板的一侧，
其中所述边缘电极设置于所述黑色矩阵面对所述第一基板的一侧。
10.根据权利要求9所述的感测系统，其特征在于，其中所述黑色矩阵完全地覆盖所述边缘电极。
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