TW201322078A - 觸控顯示裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明係提供一種觸控顯示裝置，包含有一畫素控制層，其中該畫素控制層包含複數個畫素電極、以及一觸控感測層，與該畫素控制層相對設置，其中該觸控感測層包含複數個感測墊，且各該感測墊對應於各該畫素電極。

Description

觸控顯示裝置
本發明係關於輸出入整合裝置，特別是一種觸控顯示裝置。
在現今各式消費性電子產品市場中，個人數位助理(personal digital assistant,PDA)、行動電話(mobile phone)及筆記型電腦(notebook)等可攜式電子產品乃至於個人電腦、數位家電系統已逐漸使用觸控面板(touch panel)作為使用者與電子裝置間之資料溝通介面工具。使用觸控面板時，使用者可直接透過螢幕上顯示的物件進行操作與下達指令，因此可提供使用者更人性化的操作介面。此外電子產品的設計皆以輕、薄、短、小為方向，因此搭配觸控面板的顯示裝置已逐漸成為各式電子產品的關鍵零件。
習知的觸控顯示裝置依據其結構，可以分為外加式觸控顯示裝置以及內嵌式觸控顯示裝置。外加式觸控顯示裝置除了一顯示面板外，還需再外加一獨立的觸控面板於顯示面板之顯示面上，因此使用者在觀看顯示面板所呈現之影像時，可藉由觸控面板來感測其觸控位置。內嵌式觸控顯示裝置則是將觸控功能整合於顯示面板內部，使同一面板同時具有輸入與輸出之功能，可以減少觸控顯示裝置的整體厚度。
然而，習知的觸控顯示裝置並沒有考量到觸控面板中的觸控感測元件與下方顯示面板中的顯示元件的對應關係，也沒有考慮到觸控感測元件與遮光區和透光區的對應關係，因此在某些角度的光線下，使用者會觀察到觸控感測元件，因此降低了觸控顯示裝置的顯示品質。
有鑑於此，本發明於是提出一種觸控顯示裝置，利用觸控感測元件與顯示元件的對應關係，以解決前述觸控感測元件影響顯示畫面的問題。
根據本發明之一實施例，本發明係提供一種觸控顯示裝置，包含有一畫素控制層，其中該畫素控制層包含複數個畫素電極、以及一觸控感測層，與該畫素控制層相對設置，其中該觸控感測層包含複數個感測墊，且各該感測墊對應於各該畫素電極。
本發明之觸控顯示裝置，由於感測墊會對應於各畫素電極，也就是對應於顯示面板之開口區，故感測墊之圖形不會影響到下方顯示之畫面，而達成視覺的一致性。
為使熟習本發明所屬技術領域之一般技藝者能更進一步了解本發明，下文特列舉本發明之數個較佳實施例，並配合所附圖式，詳細說明本發明的構成內容及所欲達成之功效。
本發明提供的一種觸控顯示裝置，包含畫素控制層及與該畫素控制層相對設置的觸控感測層，其中畫素控制層包含複數個畫素電極，觸控感測層包含複數個感測墊，且各感測墊對應於各畫素電極。其中，當該觸控顯示裝置為外加式觸控顯示裝置時，畫素控制層設置於顯示面板內部，而觸控感測層設置於觸控面板內部；當該觸控顯示裝置為內嵌式觸控顯示裝置時，畫素控制層與觸控感測層共同設置於顯示面板內部。
請參考第1圖，所繪示為本發明觸控顯示裝置之第一實施例的結構示意圖。如第1圖所示，本實施例的觸控顯示裝置300由下而上依序包含有一第一基板302、一畫素控制層400、一液晶層306、一共通電極層308、一觸控感測層500、複數個彩色濾光片312、一黑色矩陣314以及一第二基板316。
第一基板302與第二基板316大體上平行且相對設置。第一基板302與第二基板316可以是各種透明的軟質基板，也可以是透明的硬質基板，例如玻璃基板、塑膠基板或石英基板等。於本實施例中，第一基板302例如為一薄膜電晶體基板。
請參考第2圖，所繪示為本發明觸控顯示裝置300的分解示意圖。為了清楚顯示，第2圖僅繪示了畫素控制層400、觸控感測層500、彩色濾光片312以及黑色矩陣314。此外，第2圖中定義有一第一方向600(例如z軸方向)、一第二方向602(例如x軸方向)以及一第三方向604(例如y軸方向)，且依照黑色矩陣314所在的位置，在第二方向602以及第三方向604之平面(即xy平面)上又可劃分為一遮光區318以及複數個透光區320，黑色矩陣314所在的位置為遮光區，黑色矩陣314未覆蓋的位置為複數個透光區320。彩色濾光片312對應設置於各該透光區320中。
畫素控制層400係設置於第一基板302上，其具有可驅動液晶層306的電子元件。如第2圖所示，本實施例之畫素控制層400包含複數條掃描線(scan line)402、複數條資料線(data line)404、複數個薄膜電晶體(thin-film-transistor,TFT)408以及複數個畫素電極(pixel electrode)410。掃描線402彼此大體上平行且朝第二方向602延伸，資料線404彼此大體上平行且朝第三方向604延伸，其中各掃描線402與各資料線404相互交錯，以在第二方向602以及第三方向604之平面上定義出複數個畫素區406。於本實施例中，每個畫素區406中設置有一個薄膜電晶體408以及一個畫素電極410，兩者電性相連。藉由各掃描線402與各資料線404所提供之訊號，可開啟對應畫素區406中的薄膜電晶體408，以導通其連接的畫素電極410。於本實施例中，掃描線402與資料線404包含低電阻的導電材質，較佳是金屬，例如金(Au)、銀(Ag)、銅(Cu)、鋁(Al)、鉬(Mo)、鈦(Ti)、鉭(Ta)、鎘(Cd)、或上述之氮化物、或上述之氧化物、或上述之合金、或上述之組合，且不以上述為限。畫素電極410可以是單層或多層結構，可由一種材料或多種材料組合而成，其材料包含透明導電材質，例如是氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)、氧化銦鋅(indium zinc oxide,IZO)、氧化鎘錫(cadmium tin oxide,CTO)、氧化鋁鋅(aluminum zinc oxide,AZO)、氧化銦鋅錫(indium tin zinc oxide,ITZO)、氧化鋅(zinc oxide)、氧化鎘(cadmium oxide)、氧化鉿(hafnium oxide,HfO)、氧化銦鎵鋅(indium gallium zinc oxide,InGaZnO)、氧化銦鎵鋅鎂(indium gallium zinc magnesium oxide,InGaZnMgO)、氧化銦鋅鎂(indium gallium magnesium oxide,InGaMgO)或氧化銦鎵鋁(indium gallium aluminum oxide,InGaAlO)，但不以上述為限。
觸控感測層500設置在共通電極層308上。關於觸控感測層500的詳細結構，請參考第2圖。如第2圖所示，觸控感測層500包含複數條第一導線502、複數條第二導線504、複數個感測墊510以及複數個絕緣塊512。於本發明較佳實施例中，第一導線502彼此大體上平行且延伸於第二方向602，第二導線504彼此大體上平行且延伸於第三方向604，其中各第一導線502與各第二導線504相互交錯，以在第二方向602以及第三方向604之平面上定義出複數個感測墊區域506。每個感測墊區域506設置有一感測墊510。如第2圖所示，每個感測墊510會分別連接一條第一導線502與一條第二導線504。於本發明較佳實施例中，每個感測墊510會藉由一第一輔助導線502a電性連接於一條第一導線502，藉由一第二輔助導線504a電性連接於一條第二導線504。於一實施例中，第一輔助導線502a大體上平行於第三方向604，第二輔助導線504a大體上平行於第二方向602。絕緣塊512設置於第一導線502以及第二導線504交界處，使得第一導線502以及第二導線504能彼此電性絕緣。於一實施例中，第一導線502會跨坐在絕緣塊512的上方，而第二導線504設置在絕緣塊512的下方；而於另一實施例中，第一導線502設置在絕緣塊512的下方，而第二導線504跨坐在絕緣塊512的上方。於本發明較佳實施例中，感測墊510包含透明導電材質，而第一導線502、第二導線504包含低電阻的導電材質，較佳是金屬。絕緣塊512可以是絕緣材質例如氧化矽(SiO2)、氮化矽(SiN)、氮氧化矽(SiCN)、碳化矽(SiC)等，但不以上述為限。
本實施例之觸控感測層500具有特殊的操作模式。舉例來說，第一導線502以及第二導線504會連接至一控制器(圖未示)，控制器會在不同的時間下給予第一導線502以及第二導線504感測訊號，以分別偵測感測墊510的觸控情況。其中，在一第一時間模式中，控制器會給予第一導線502感測訊號，但是會切斷第二導線504使之不具有感測訊號，此時，感測墊510可藉由第一導線502來感測第三方向604上的觸控位置。接著，控制器會判斷感測墊510是否感測到觸控位置；若判斷結果為是，則繼續進行下個步驟；若判斷結果為否，則繼續提供第一導線502感測訊號。接著，在下個步驟的第二時間模式中，控制器會給予第二導線504感測訊號，但是會切斷第一導線502使之不具有感測訊號，此時，感測墊510可藉由第二導線504來感測第二方向602上的觸控位置。於是，在這樣第一時間模式與第二時間模式交替執行的情況下，第一導線502以及第二導線504可「共用」感測墊510的感測功能，使得控制器能偵測第二方向602以及第三方向604上的觸控位置，藉此運算出正確的觸控位置。
本發明的觸控感測層500具有特殊的結構，故能夠與下方畫素控制層400的元件具有對應一致性。如第2圖所示，本實施例之觸控感測層500的元件配置，類似於畫素控制層400的元件配置，且兩者在空間上具有對應的關係。舉例來說，畫素控制層400中的畫素電極410的位置會對應於觸控感測層500中感測墊510的位置，且兩者都會對應於透光區320中，也就是說，畫素區408、感測墊區域508以及透光區320，三者於第一方向600上相互對應。於本發明較佳實施例中，畫素電極410與感測墊510的形狀相同，且兩者於第一方向600上之投影重疊。如此一來，觀察者在觀看本發明之觸控顯示裝置300時，不會因為感測墊510的圖案配置和下方的畫素電極410不一致，使得顯示畫面被影響而降低了顯示品質。於本發明另一實施例中，畫素控制層400中的掃描線402和資料線404的配置，也會分別對應於觸控感測層500中的第一導線502以及第二導線504的配置，且都會位於觸控顯示裝置300中的遮光區318中，因此，本發明之觸控顯示裝置300可以得到最大的開口率(aperture ratio)以及最佳的顯示品質。
參考第1圖，本實施例之液晶層306設置在觸控感測層500與畫素控制層400之間，其內設置有液晶分子。液晶分子可以是各種類型的液晶材料，例如向列型(nematic)液晶、膽固醇型(cholesteric)液晶或層列型(smectic)液晶等，但不以上述為限。共通電極(common electrode)層308則設置於液晶層306與觸控感測層500之間，其較佳為一平面電極，其係整片地覆蓋在液晶層306上，並會電性連接一共通電極訊號(Vcom)。於本實施例中，共通電極層308包含透明導電材料。
請重新再參考第1圖，本實施例之黑色矩陣314以及彩色濾光片312係設置於觸控感測層500之上，且背向該液晶層之另一側，位於第二基板316與觸控感測層500之間。其中，黑色矩陣314與彩色濾光片312設置於同一層。黑色矩陣314可以選用各種遮光材料例如金屬，或者摻有高遮光性顏色(例如黑色)染料的樹脂。彩色濾光片312包含複數個紅色濾光片、複數個綠色濾光片以及複數個藍色濾光片，各紅色濾光片、各綠色濾光片以及各藍色濾光片分別對應於各畫素區406。於本發明另一實施例中，在彩色濾光片312及黑色矩陣314與觸控感測層500之間還可選擇性的設置有一平坦層311，使得觸控感測層500能形成在平坦層311之表面上。
此外，如第1圖所示，在觸控感測層500與共通電極層308之間可設置有一絕緣層310，使得觸控感測層500與共通電極層308彼此絕緣，其中，絕緣層310的材料可以包含有機材質或無機材質，有機材質例如是苯並環丁烯(enzocyclobutane,BCB)、環烯類、聚醯亞胺類、聚醯胺類、聚酯類、聚醇類、聚環氧乙烷類、聚苯類、樹脂類、聚醚類、聚酮類等樹脂，無機材質例如氧化矽、氮化矽、氮氧化矽、碳化矽、氧化鋁等，但不以上述為限。而於本發明另一實施例中，絕緣層310亦可選用折射率近似於感測墊510的絕緣材質，例如當感測墊510為氧化銦錫(ITO)時，絕緣層310可以是二氧化鈦(TiO2)或二氧化鋯(ZrO2)。而於另一實施例中，觸控感測層500以及共通電極層308之間還可以選擇性地設置有一平坦層304。
請參考第3圖，所繪示為本發明之觸控顯示裝置第二實施例的示意圖。如第3圖所示，第二實施例與第一實施例的主要結構相似，區別點包含但不限制於，平坦層304係設置在觸控感測層500與絕緣層310之間，使得觸控感測層500能與絕緣層310良好的接合。其他與第一實施例相似元件的材料、結構與操作模式，皆類似於第一實施例的說明，在此即省略不述。
請參考第4圖，所繪示為本發明觸控顯示裝置第三實施例的示意圖。如第4圖所示，第三實施例與第一實施例的主要結構相似，區別點包含但不限制於，本實施例的觸控感測層500亦可設置在第二基板316以及彩色濾光片312之間，其中彩色濾光片312是對應設置在各透光區320中，而黑色矩陣314設置於觸控感測層500與液晶層306之間，另一較佳實施方式是彩色濾光片312與黑色矩陣314可共同設置於觸控感測層500與液晶層306之間。觸控感測層500的上方會額外增設一遮光材料層315，且設置於觸控感測層500背向液晶層306之另一側，來遮蔽觸控感測層500感測墊之間的導線部位。於本實施例中，由於觸控感測層500較靠近觸控處(即第二基板316)，故本發明之觸控顯示裝置300可以得到較佳的感測效果，且在本實施例中，觸控感測層500以及共通電極層308之間無須再設置絕緣層310。另，遮光材料層315與黑色矩陣314使用材料相似或相同，且均起到遮光的效果。因此，於本發明另一實施例中，黑色矩陣314不與彩色濾光片312設置於同層，而是上移至觸控感測層500之導線部位上方，以省去遮光材料層315。觸控感測層500亦可設置在第二基板316相較於第一基板302之另一側，使得觸控感測層500和彩色濾光片312能分別設置在第二基板316之兩側，兩者的製程能不相互干擾。其他與第一實施例相似元件的材料、結構與操作模式，皆類似於第一實施例的說明，在此即省略不述。
請參考第5圖，所繪示為本發明觸控顯示裝置第四實施例的示意圖。如第5圖所示，第四實施例與第一實施例的主要結構相似，區別點包含但不限制於，本實施例的觸控顯示裝置300之第一基板302亦可為彩色濾光片整合電晶體(color filter on array,COA)基板或是黑色矩陣整合電晶體(black matrix on array,BOA)，意即可將彩色濾光片312及/或黑色矩陣314整合至第一基板302上的畫素控制層400中。如第5圖所示，彩色濾光片312以及黑色矩陣314係設置在畫素控制層400中的薄膜電晶體408以及畫素電極410之間，而觸控感測層500的上方同樣會增設一遮光材料層315來遮蔽觸控感測層500感測墊之間的導線部位。如此一來，彩色濾光片312以及畫素電極410的對準(alignment)可以更加精確。另，黑色矩陣314同樣可以不與彩色濾光片312設置於同層，而是上移至觸控感測層500之導線部位上方，以省去遮光材料層315。其他與第一實施例相似元件的材料、結構與操作模式，皆類似於第一實施例的說明，在此即省略不述。
值得注意的是，本發明之特點在於感測墊510和畫素電極410能夠在立體空間上具有對應關係，故在不影響顯示功能或者觸控功能的情況下，畫素控制層400以及觸控感測層500可以具有不同配置，而不應限於第2圖所示之實施方式。舉例來說，本發明觸控顯示裝置300之顯示模式可以應用於各種顯示模式，例如穿透型顯示面板、半穿透型顯示面板、反射型顯示面板、垂直配向型(vertical alignment,VA)顯示面板、平面扭轉式(in plane switch,IPS)顯示面板、多域垂直配向型(multi-domain vertical alignment,MVA)顯示面板、扭曲向列型(twist nematic,TN)顯示面板、超扭曲向列型(super twist nematic,STN)顯示面板、圖案垂直配向型(patterned-silt vertical alignment,PVA)顯示面板、超級圖案垂直配向型(super patterned-silt vertical alignment,S-PVA)顯示面板、先進大視角型(advance super view,ASV)顯示面板、邊緣電場切換型(fringe field switching,FFS)顯示面板、連續焰火狀排列型(continuous pinwheel alignment,CPA)顯示面板、軸對稱排列微胞型(axially symmetric aligned micro-cell mode,ASM)顯示面板、光學補償彎曲排列型(optical compensation banded,OCB)顯示面板、超級水平切換型(super in plane switching,S-IPS)顯示面板、先進超級水平切換型(advanced super in plane switching,AS-IPS)顯示面板、極端邊緣電場切換型(ultra-fringe field switching,UFFS)顯示面板、高分子穩定配向型顯示面板、電子紙、藍相顯示面板(blue phase display)、雙視角型(dual-view)顯示面板、三視角型(triple-view)顯示面板、三維顯示面板(three-dimensional)或其他類型的面板。在不影響顯示功能的情況下，可任意將觸控感測層500設置於各種類型的顯示面板中，並可視情況做適當的調整。例如，若觸控顯示裝置的顯示模式為平面扭轉式(IPS)面板時，由於共通電極層308係設置在畫素控制層400中，因此無須額外再設置絕緣層310於共通電極308以及觸控感測層500之間，可減少觸控顯示裝置300的整體厚度。
綜上而言，本發明所提出之觸控顯示裝置，可以應用於現有各種顯示模式的面板，其中之一特徵在於，觸控感測層的感測墊會對應於畫素控制層的畫素電極，較佳者，兩者會對應設置在透光區中。如此一來，即可避免習知觸控感測元件影響到顯示畫面的問題，而達成視覺的一致性並提升顯示品質。
以上所述僅為本發明之較佳實施例，凡依本發明申請專利範圍所做之均等變化與修飾，皆應屬本發明之涵蓋範圍。
300．．．觸控顯示裝置
302．．．第一基板
304．．．平坦層
306．．．液晶層
308．．．共通電極層
310．．．絕緣層
311．．．平坦層
312．．．彩色濾光片
314．．．黑色矩陣
315．．．遮光材料層
316．．．第二基板
318．．．遮光區
320．．．透光區
400．．．畫素控制層
402．．．掃描線
404．．．資料線
406．．．畫素區
408．．．薄膜電晶體
410．．．畫素電極
500．．．觸控感測層
502．．．第一導線
502a．．．第一輔助導線
504．．．第二導線
504a．．．第二輔助導線
506．．．感測墊區域
510．．．感測墊
512．．．絕緣塊
600．．．第一方向
602．．．第二方向
604．．．第三方向
第1圖繪示了本發明觸控顯示裝置第一實施例的示意圖。
第2圖繪示了本發明觸控顯示裝置第一實施例的分解示意圖。
第3圖繪示了本發明觸控顯示裝置第二實施例的示意圖。
第4圖繪示了本發明觸控顯示裝置第三實施例的示意圖。
第5圖繪示了本發明觸控顯示裝置第四實施例的示意圖。
312．．．彩色濾光片
314．．．黑色矩陣
318．．．遮光區
320．．．透光區
400．．．畫素控制層
402．．．掃描線
404．．．資料線
406．．．畫素區
408．．．薄膜電晶體
410．．．畫素電極
500．．．觸控感測層
502．．．第一導線
502a．．．第一輔助導線
504．．．第二導線
504a．．．第二輔助導線
506．．．感測墊區域
510．．．感測墊
512．．．絕緣塊
600．．．第一方向
602．．．第二方向
604．．．第三方向

Claims (21)

  1. 一種觸控顯示裝置，包含：一畫素控制層，其中該畫素控制層包含複數個畫素電極；以及一觸控感測層，與該畫素控制層相對設置，其中該觸控感測層包含複數個感測墊，且各該感測墊對應於各該畫素電極。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中另包含一液晶層設置於該畫素控制層以及該觸控感測層之間。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中各該感測墊於一第一方向上的投影與各該畫素電極重疊。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中各該感測墊與各該畫素電極形狀相同。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之觸控顯示裝置，其中另包含一黑色矩陣，該黑色矩陣所在的位置形成遮光區，該黑色矩陣未覆蓋的位置形成複數個透光區。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之觸控顯示裝置，其中該觸控感測層包含：複數條第一導線，該等第一導線彼此平行且沿著一第二方向延伸；複數條第二導線，該等第二導線彼此平行且沿著一第三方向延伸，該等第一導線與該等第二導線彼此交錯形成複數個感測墊區域；以及其中，各該感測墊分別設置於各該感測墊區域內，且電性連接一條該第一導線以及一條該第二導線。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控顯示裝置，其中各該感測墊對應設置於該透光區中，該等第一導線以及該等第二導線係設置於該遮光區中。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之觸控顯示裝置，其中該黑色矩陣設置於該觸控感測層背向該液晶層之另一側。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之觸控顯示裝置，其中另包含複數個彩色濾光片，且對應設置於各該透光區中。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之觸控顯示裝置，其中該黑色矩陣與該彩色濾光片設置於同一層。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之觸控顯示裝置，其中該觸控感測層與該液晶層之間設置一共通電極層，且該共通電極層與該觸控感測層之間設置一絕緣層。
  12. 如申請專利範圍第9項所述之觸控顯示裝置，其中該彩色濾光片設置於該觸控感測層與該液晶層之間。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之觸控顯示裝置，其中該彩色濾光片設置於該畫素控制層中。
  14. 如申請專利範圍第5項所述之觸控顯示裝置，其中該黑色矩陣設置於該觸控感測層與該液晶層之間。
  15. 如申請專利範圍第14項所述之觸控顯示裝置，其中另包含一遮光材料層設置於該觸控感測層背向該液晶層之另一側。
  16. 如申請專利範圍第14項所述之觸控顯示裝置，其中另包含複數個彩色濾光片對應設置於各該透光區中，且與該黑色矩陣設置於同一層。
  17. 如申請專利範圍第5項所述之觸控顯示裝置，其中該黑色矩陣設置於該畫素控制層中。
  18. 如申請專利範圍第17項所述之觸控顯示裝置，其中另包含複數個彩色濾光片對應設置於各該透光區中，且與該黑色矩陣共同設置於該畫素控制層中。
  19. 如申請專利範圍第17項所述之觸控顯示裝置，其中另包含一遮光材料層設置於該觸控感測層背向該液晶層之另一側。
  20. 如申請專利範圍第2項所述之觸控顯示裝置，其中該觸控顯示裝置為平面扭轉式(in-plane switching mode,IPS)觸控顯示裝置。
  21. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該觸控顯示裝置另包含一第一基板及一第二基板，該畫素控制層及該觸控感測層設置於該第一基板與該第二基板之間。
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