TW201419071A - 內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其包含一觸控液晶顯示面板、及一觸控顯示控制子系統。觸控液晶顯示面板的一感應電極層具有M條第一導體線，依據一觸控驅動訊號，用以感應一接近之外部物件。一共通電極及觸控驅動層具有N條第二導體線，用以在顯示時，接受一共同電壓，以及在觸控感應時，接受觸控驅動訊號。其中，在該感應電極層中，每一條第一導體線與每一條第二導體線交接處佈置有一感應電極區域，每一感應電極區域藉由一觸控電晶體與相對應的第一導體線連接，該M×N個觸控電晶體係分成N組，係分別對應至N條第二導體線。

Description

內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統
本發明係關於觸控面板之技術領域，尤指一種內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統。
觸控面板的技術原理是當手指或其他介質接觸到螢幕時，依據不同感應方式，偵測電壓、電流、聲波或紅外線等，進而測出觸壓點的座標位置。例如電阻式觸控面板即為利用上、下電極間的電位差，用以計算施壓點位置檢測出觸控點所在。電容式觸控面板是利用排列之透明電極與人體之間的靜電結合所產生之電容變化，從所產生之電流或電壓來檢測其座標。
依據電容觸控技術原理而言，其可分為表面式電容觸控感測(Surface Capacitive)及投射式電容觸控感測(Projected Capacitive)這兩種技術。表面式電容感測技術架構雖構造簡單，但不易實現多點觸控以及較難克服電磁干擾(Electromagnetic Disturbance，EMI)及噪訊的問題，使得現今大多朝向投射電容式觸控感測技術發展。
投射式電容觸控感測(Projected Capacitive)技術又可分為自感電容型(Self capacitance)及互感電容型(Mutual capacitance)。自感電容型係指觸控物與導體線間產生電容耦合，用以量測導體線的電容變化確定觸碰發 生，以及互感電容型則是當觸碰發生，會在鄰近兩層導體線間產生電容耦合現象。
習知的自感電容感測技術係感測每一條導體線對地電容(Cs)，藉由對地電容值變化判斷是否有物體靠近電容式觸控面板，其中，自感電容或對地電容並非實體電容，其係每一條導體線的寄生及雜散電容。圖1係習知自感電容感測之示意圖，其在第一時間週期，先由第一方向的驅動及感測器110驅動第一方向的導體線，以對第一方向的導體線的自感電容(Cs)充電。再於第二時間週期，驅動及感測器110偵測第一方向的導體線上的電壓，以獲得m個資料。又於第三時間週期，由第二方向的驅動及感測器120驅動第二方向的導體線，以對第二方向的導體線的自感電容充電。再於第四時間週期，驅動及感測器120偵測第二方向的導體線上的電壓，以獲得n個資料。因此，總共可獲得m+n個資料。
圖1中的習知自感電容感測方法係在同一條導體線上連接有驅動電路及感測電路，先對導體線驅動後，再對同一導體線感測其訊號的變化量，用以決定自感電容大小。它的好處是：(1)資料量較少，觸控面板的單一影像(image)只有m+n筆資料，節省硬體成本；(2)一個影像未處理資料(image raw data)取得快速，故感測觸碰點所需的時間較小。因為所有第一方向導體線可同時感測(當然也可逐一感測)，然後再同時對第二方向所有的導體線進行驅動及感測，兩次的不同方向 導體線感測動作就可以做完一個圖框，故資料量較少，再者，同時在執行將感測訊號由類比訊號轉為數位訊號所需的時間亦少很多；以及(3)由於資料處理的量較少，所以具有較低的功率消耗。
但自感電容感測方法相對應的缺點則為：(1)當觸控面板上有浮接導體(如水滴，油漬等等)時，容易造成觸碰點誤判；以及(2)當觸控面板上同時有多點觸控時，會有鬼影的現象，導致自感電容感測方法難以支援多點觸控的應用。
另一電容式觸控面板驅動的方法係感測互感應電容(mutual capacitance,Cm)的大小變化，用以判斷是否有物體靠近觸控面板，其中，互感應電容(Cm)並非實體電容，其係第一方向的導體線與第二方向的導體線之間互感應電容(Cm)。圖2係習知互感應電容(Cm)感測之示意圖，如圖2所示，驅動器210係配置於第一方向(Y)上，感測器220係配置於第二方向(X)上，於第一時間週期T1前半週期時，由驅動器210對第一方向的導體線230進行驅動，其使用電壓Vy_1對互感應電容(Cm)250進行充電，以及於第一時間週期T1後半週期時，所有感測器220感測第二方向的導體線240上的電壓(Vo_1,Vo_2,...,Vo_n)，用以獲得n個資料，亦即經過m個驅動週期後，即可獲得m×n個資料。
互感應電容(Cm)感測方法的優點為：(1)浮接導體和接地導體的訊號不同方向，故可以很輕易的判斷是否為人體觸碰；以及 (2)由於有每一個點的真實座標，當進行多點同時觸摸時，可以分辨出每一個點的真實位置，亦即互感應電容(Cm)感測方法容易支援多點觸控的應用。
而習知之觸控式平面顯示器係將觸控面板與平面顯示器直接進行上下之疊合，因為疊合之觸控面板為透明之面板，因而平面顯示器的影像可以穿透疊合在其上之觸控面板而顯示影像，並藉由觸控面板作為輸入之媒介或介面。
然而這種習知之技藝，因為於疊合時，必須增加一個觸控面板之重量，使得平面顯示器重量大幅地增加，不符合現時市場對於顯示器輕薄短小之要求。再者，直接疊合觸控面板以及平面顯示器時，在厚度考量上，增加了觸控面板本身之厚度，降低了光線的穿透率，增加反射率與霧度，使螢幕顯示的品質大打折扣。
針對前述之缺點，觸控式平面顯示器改採嵌入式觸控技術。嵌入式觸控技術目前主要的發展方向可分為On-Cell及In-Cell兩種技術，其中，On-Cell技術是將投射電容式觸控技術的感應電極(Sensor)製作在面板彩色濾光片(Color Filter,CF)的背面(即貼附偏光板面)，整合為彩色濾光片的結構，以及In-Cell技術則是將感應電極(Sensor)置入LCD Cell的結構當中，In Cell技術將觸控元件整合於顯示面板之內，使得顯示面板本身就具備觸控功能，因此不需要另外進行與觸控面板貼合或是組裝的製程，這樣技術通常都是由TFT LCD面板廠開發。由於，內嵌式多點觸控面板(In-Cell Multi-Touch Panel)技術漸 漸成熟，觸控功能直接整合於面板生產製程中，不需再加一層觸控玻璃，因此可維持原面板的薄度進而減少成本。
圖3(A)係一習知內嵌式多點觸控面板(In-Cell Multi-Touch Panel)300的架構示意圖，由下而上依序為下偏光層(lower polarizer)310、下玻璃基板320、薄膜電晶體層(TFT or LTPS)330、液晶層340、共通電極及觸控驅動層350、彩色濾光層(color filter)360、上玻璃基板370、感應電極層380、及上偏光層(upper polarizer)390。如圖3(A)所示，為了節省成本，其係將觸控感應器整合進入液晶顯示面板中，並將液晶顯示面板中的共通電極層(Vcom)與觸控感應器中的驅動共用同一層，以形成該共通電極及觸控驅動層350。感應電極層380則位於該上玻璃基板370的上方。該薄膜電晶體層(TFT or LTPS)330由薄膜電晶體或低溫多晶矽薄膜電晶體(Low-Temperature Poly-Si Thin Film Transistors,LTPS TFTs)332及透明電極331所組成。
圖3(B)係習知內嵌式多點觸控面板的另一架構示意圖。其與圖3(A)的差別在於感應電極層380係位於上玻璃基板370的下方。
圖3(C)係一習知內嵌式多點觸控面板的又一架構示意圖。其與圖3(A)的差別在於該共通電極及觸控驅動層350係位於液晶層340的下方。
圖3(D)係一習知內嵌式多點觸控面板的又一架構示意圖。其與圖3(C)的差別在於感應電極層380係位於上玻璃基板370的下方。
不論是圖3(A)、圖3(B)、圖3(C)、或圖3(D)的內嵌式多點觸控面板架構，其均是利用分時法，將一個顯示圖框(frame)的時間內切成顯示週期(display cycle)和觸控感測週期(touch cycle)，進而達到共用顯示面板的共通電極層(Vcom)與觸控感應器中的驅動層的目的，其時序分別如如圖4(A)、圖4(B)、圖4(C)、或圖4(D)所示。
如圖4(A)所示，其將一個顯示圖框的時間內分割成一顯示週期和一觸控感測週期，而且先執行顯示面板的圖框顯示，再執行觸控感測。如圖4(B)所示，其先執行觸控感測，再執行顯示面板的圖框顯示。如圖4(C)所示，其在時段A中先執行顯示一圖框的部分線條，再執行觸控感測，最後於時段B中執行顯示該圖框的剩餘線條。如圖4(D)所示，其係改變顯示的垂直同步訊號(Vsync)，以當垂直同步訊號(Vsync)為高電位時，執行顯示面板的圖框顯示，當垂直同步訊號(Vsync)為低電位時，執行觸控感測。
美國專利公開US 2012/0050217前案中，其顯示第一實施例的FIG.8之時序則採取與圖4(A)相同的策略，先執行顯示面板的圖框顯示，再執行觸控感測。其顯示第二實施例的FIG.17之時序則採取與圖4(C)相同的策略，其先在時段A中先執行顯示一圖框的部分線條，再執行觸控感測，最後於時段B中執行顯示該圖框的剩餘線條。
然而，此種分時工作(time sharing)方式隨著顯示面板的解析度越來越高，顯示驅動積體電路所需推動的像素也越來越多，因此需要的時間也越來越長。但是顯示圖框更新率(display frame rate)必須維持在60Hz以上，亦即每一圖框都只有16.6毫秒。由於顯示面板的解析度越來越高，在16.6毫秒內要執行顯像及觸控感測，隨著影像解析度提高，而越形困難，同時也限制著影像解析度的提昇，因此習知技術中存在著顯示面板解析度無法提升的問題。因此，習知內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統實仍有改善的空間。
本發明之目的主要係在提供一種內嵌式多點觸控面板系統，以解決習知技術中顯示面板解析度無法提升的問題，同時無需改變既有顯示面板的顯示時序，並可讓液晶顯示面板中的共通電極層(Vcom)與觸控感應器中的驅動仍然可以共用同一層透明導電體，進而節省成本。
依據本發明之特色，本發明提出一種內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其包含一觸控液晶顯示面板、及一觸控顯示控制子系統。該觸控液晶顯示面板，其具有：一薄膜電晶體層、一感應電極層、及一共通電極及觸控驅動層(Vcom)。該薄膜電晶體層具有K條閘極驅動線及L條源極驅動線，依據一顯示像素訊號及一顯示驅動訊號，用以驅動相對應之顯示電晶體及電容，俾執行顯示操作，其中，K、L為正整數。該感應電極層具有M條第 一導體線，依據一觸控驅動訊號，用以感應是否有一外部物件接近，其中，M為正整數。該共通電極及觸控驅動層具有N條第二導體線，用以在顯示時，接受一共同電壓，在觸控感應時，接受該觸控驅動訊號，其中，N為正整數，且K大於N。在該感應電極層中，該些第一導體線與該些第二導體線交接處佈置有一感應電極區域係經由一觸控電晶體與相對應的第一導體線連接，當中，每一條第一導體線經由N個觸控電晶體連接至N個感應電極區域，該M×N個觸控電晶體係分成N組係分別對應至該N第二導體線。該觸控顯示控制子系統連接至該薄膜電晶體層、該感應電極層、及該共通電極及觸控驅動層，該觸控顯示控制子系統依序供應該顯示驅動訊號至該K條閘極驅動線，用以將對應之該顯示電晶體為開啟，以及供應該顯示像素訊號至該L條源極驅動線，用以執行顯示操作，該觸控顯示控制子系統依序供應該觸控驅動訊號至該N條第二導體線，並由該M條第一導體線取樣感應電壓，用以偵測是否有該外部物件接近；其中，該K條閘極驅動線分成N組係分別對應至該N條第二導體線，當一組閘極驅動線有該顯示驅動訊號時，其對應的該第二導體線則連接至該共同電壓。
圖5係本發明內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統500的方塊圖，該內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統500包含一觸控液晶顯示面板510、及一觸控顯示控制子系統520。
該觸控液晶顯示面板510具有一薄膜電晶體層330、一感應電極層515、一共通電極及觸控驅動層(Vcom)350。該觸控液晶顯示面板510的薄膜電晶體層330、感應電極層515、及共通電極及觸控驅動層(Vcom)350的堆疊方式可為圖3(A)至圖3(D)中薄膜電晶體層、感應電極層、及共通電極及觸控驅動層(Vcom)的堆疊方式的一種。
該薄膜電晶體層330具有K條閘極驅動線(G1,G2,...,G800)及L條源極驅動線(SOURCE 1,SOURCE 2,...,SOURCE L)，依據一顯示像素訊號及一顯示驅動訊號，以驅動液晶顯示面板上的像素對應之顯示電晶體DTr及電容CLC，俾執行顯示操作，其中，K、L為正整數。為方便說明起見，於本實施例中，K為800，L為600。
該薄膜電晶體層的主動元件於本實施例中為薄膜電晶體(TFT)，於其他實施例中可為低溫多晶矽薄膜電晶體(Low Temperature Poly-silicon TFT、LTPS TFT)、氧化銦鎵鋅薄膜電晶體(Indium Gallium Zinc Oxide TFT、IGZO TFT)、或連續矽粒子(continuous grain silicon，CGS)。
更進一步說明，本案的感應電極層515與習知的感應電極層380有所不同。該感應電極層515具有M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)，依據一觸控驅動訊號，用以感應是否有一外部物件接近，其中，M為正整數。於本實施例中，M為12。
該共通電極及觸控驅動層(Vcom)350具有N條第二導體線(Vcom1,Vcom2,...,Vcom20)，用以在顯示時，接 受一共同電壓(Vcom)，以及在觸控感應時，接受該觸控驅動訊號，其中，N為正整數，且K大於N，於本實施例中，N為20。
圖6係本發明感應電極層515與共通電極及觸控驅動層(Vcom)350之示意圖。在該感應電極層515中，每一條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)與每一條第二導體線(Vcom1,Vcom2,...,Vcom20)交接處佈置有一感應電極區域601，每一感應電極區域601經由一觸控電晶體603與相對應的第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)連接，每一條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)經由N個(20個)觸控電晶體603連接至N個感應電極區域601，該M×N個(12×20個)觸控電晶體603及感應電極區域601係分成N組(20組)，每一組觸控電晶體603及感應電極區域601對應至一條第二導體線。一組觸控電晶體中的每一觸控電晶體之閘極均連接至一觸控閘極驅動線(TG1,TG1,...,TG20)，藉由觸控閘極驅動線(TG1,TG1,...,TG20)用以開啟或關閉該組觸控電晶體。
為節省成本，該感應電極層515中的第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)、感應電極區域601及觸控電晶體603亦可設計成位於該薄膜電晶體層(TFT or LTPS)330中。
當該觸控顯示控制子系統520供應該觸控驅動訊號至第i條第二導體線、及M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)時，該觸控顯示控制子系統520將與第i條第二導體線對應的第i組觸控電晶體打開。如圖6所示，當該觸控顯示控制子系統520供應該觸控驅動訊號至第2條第 二導體線Vcom2時，該觸控顯示控制子系統520將與第2條第二導體線Vcom2對應的第2組觸控電晶體603打開。因此第2組的感應電極區域601所感應到的電壓則可分別反應至M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)上。此時，其他組的觸控電晶體603並未被打開，因此其他組的感應電極區域601所感應到第2條第二導體線Vcom2上的該觸控驅動訊號，並不會反應至M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)上。
當該觸控顯示控制子系統520供應該觸控驅動訊號至第2條第二導體線Vcom2時，表示該觸控顯示控制子系統520希望偵測第2條第二導體線Vcom2附近是否有觸碰。本發明僅將與第2條第二導體線Vcom2對應的第2組觸控電晶體603打開而其他組的觸控電晶體603並未被打開，因此其他組的感應電極區域601所感應到第2條第二導體線Vcom2上的該觸控驅動訊號，並不會反應至M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)上，進而使觸碰偵測更為準確。
於本實施例中，感應電極區域601係為菱形，於其他實施例中，感應電極區域601可為正方形、長方形、或圓形。
該M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)及L條源極驅動線(SOURCE 1,SOURCE 2,...,SOURCE L)係位於一第一方向(Y)，該K條閘極驅動線(G1,G2,...,G800)及該N條第二導體線(Vcom1,Vcom2,...,Vcom20)係位於一第二方向(X)。其中，該第一方向係與該第二方向係互相垂直。
於本實施例中，該K條閘極驅動線(G1,G2,...,G800)係與該N條第二導體線(Vcom1,Vcom2,...,Vcom20)對應，亦即閘極驅動線G1至G40對應至第二導體線Vcom1，閘極驅動線G41至G80對應至第二導體線Vcom2，依序類推。亦即，閘極驅動線G1至G40為第一群，閘極驅動線G41至G80為第二群，...，閘極驅動線G761至G800為第二十群。更進一步說明，第一群閘極驅動線G1至G40係在該薄膜電晶體層330，而對應的第二導體線Vcom1係在該共通電極及觸控驅動層(Vcom)350中相同位置處，其他亦是如此。
當K不為N的整數倍時，例如，K為802，N為20時，閘極驅動線G1至G41對應至第二導體線Vcom1，閘極驅動線G42至G82對應至第二導體線Vcom2，閘極驅動線G83至G122對應至第二導體線Vcom3，依序類推。
該觸控顯示控制子系統520連接至該薄膜電晶體層330、該感應電極層515、及該共通電極及觸控驅動層(Vcom)350，該觸控顯示控制子系統520依序供應該顯示驅動訊號至該K(800)條閘極驅動線，用以將對應之顯示電晶體DTr開啟，並供應該顯示像素訊號至該L(600)條源極驅動線，以執行顯示操作。
該觸控顯示控制子系統520依序供應該觸控驅動訊號至該N條第二導體線(Vcom1,Vcom2,...,Vcom20)、及M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)，並將與第i條第二導體線對應的第i組觸控電晶體打開，並由該M條第一導體線 (RX1,RX2,..,RX12)取樣感應電壓，用以偵測是否有該外部物件接近。
該K(=800)條閘極驅動線係分成N(=20)組，每一組閘極驅動線對應至一條第二導體線，當一組閘極驅動線有該顯示驅動訊號時，對應的該第二導體線則連接至該共同電壓(Vcom)，作為顯示時的接地。
圖7係本發明內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統500的詳細電路圖，該觸控顯示控制子系統520包含一源極驅動裝置705、一閘極驅動裝置710、一感測裝置715、一觸控驅動訊號產生裝置720、一共同電壓產生裝置725、一切換裝置730、一控制裝置735、一組可程式增益放大器740、一組類比至數位轉換器745、一座標判斷裝置750、及一觸控電晶體閘極驅動裝置755。
該源極驅動裝置705連接至該觸控液晶顯示面板510，以依據該顯示像素訊號驅動該觸控液晶顯示面板510。
該閘極驅動裝置710連接至該觸控液晶顯示面板510，用以產生該顯示驅動訊號，以驅動該觸控液晶顯示面板510。
該感測裝置715連接至該觸控液晶顯示面板510，用以感測該觸控液晶顯示面板510的訊號。
該觸控驅動訊號產生裝置720用以產生該觸控驅動訊號VIN，該觸控驅動訊號產生裝置720可以產生自感應電容(self capacitance)感測技術所需的觸控驅動訊號VIN。
該共同電壓產生裝置725用以產生一共同電壓(Vcom)，該共同電壓產生裝置725可產生直流共同電壓(DC-Vcom)或交流共同電壓(AC-Vcom)。
該切換裝置730連接至該觸控液晶顯示面板510、該觸控驅動訊號產生裝置720、及該觸控驅動訊號產生裝置725。
該控制裝置735包含一顯示時序控制器7351、及一觸控時序控制器7353。該控制裝置735連接至該源極驅動裝置705、該閘極驅動裝置710、該共同電壓產生裝置725、該感測裝置715、該觸控驅動訊號產生裝置720、該切換裝置730、該組可程式增益放大器740、該組類比至數位轉換器745、該座標判斷裝置750、及該觸控電晶體閘極驅動裝置755，俾設定該切換裝置730，以將該觸控驅動訊號或該共同電壓(Vcom)提供至該N條第二導體線，將該觸控驅動訊號提供至該M條第一導體線，設定該閘極驅動裝置710依序輸出該顯示驅動訊號至該K條閘極驅動線，及設定該源極驅動裝置705輸出該顯示像素訊號至該L條源極驅動線，及設定該N組觸控電晶體打開與關閉。
該顯示時序控制器7351連接至該源極驅動裝置705、該閘極驅動裝置710、及該共同電壓產生裝置725，以供應該源極驅動裝置705及該閘極驅動裝置710輸出該顯示像素訊號及該顯示驅動訊號的時序，及該共同電壓產生裝置產生該共同電壓(Vcom)的時序。
該觸控時序控制器7353連接至該顯示時序控制器7351、該感測裝置715、該觸控驅動訊號產生裝置720、 該切換裝置730、及該觸控電晶體閘極驅動裝置755，俾設定該切換裝置730，用以將該觸控驅動訊號VIN或該共同電壓(Vcom)提供至該N條第二導體線，將該觸控驅動訊號提供至該M條第一導體線，及設定該N組觸控電晶體為打開或關閉。
該組可程式增益放大器740連接至該感測裝置715，用以對該M個偵測訊號進行放大，進而產生M個放大偵測訊號。
該組類比至數位轉換器745連接至該組可程式增益放大器740，用以將該M個放大偵測訊號轉換為M個數位偵測訊號。
該座標判斷裝置750連接至該組類比至數位轉換器器745，依據該M個數位偵測訊號，以判斷該外部物件的座標位置。
該M條第一導體線與該N條第二導體線分別具有寄生電容及雜散電容，該M條第一導體線與該N條第二導體線之間的相疊處分別形成互感應電容(mutual capacitance,Cm)，以及第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)及第二導體線(Vcom1,Vcom2,...,Vcom20)的每一條導體線對地電容為自感電容(Cs)。
該感測裝置715具有M個感測電路，用以偵測前述自感電容，進而產生相對應的M個偵測訊號。
該感測裝置715的每一個感測電路係由一放大器7151及一電阻7153所組成，該電阻7153的一端連接至該放大器7151的輸出端，另一端連接至該放大器7151的負 向輸出端及該M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)其中之一，以及該放大器7151的正向輸入端連接至該觸控驅動訊號VIN。
如圖7所示，當進行觸控感測時，該觸控驅動訊號產生裝置720用以產生該觸控驅動訊號VIN，其中該觸控驅動訊號VIN則供給第一條第二導體線Vcom1，亦一併供給該M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)上，以及，該觸控時序控制器7353亦驅動該觸控電晶體閘極驅動裝置755，藉由觸控閘極驅動線TG1，用以將第一組觸控電晶體打開。由於電阻7153甚小，故端點A的可視為該觸控驅動訊號VIN，同時，端點B為該觸控驅動訊號VIN，表示在端點A與端點B之間的互感應電容Cm可視為被短路而不存在，亦即當本發明進行自感應電容(self capacitance)觸控感測，並不會受到互感應電容Cm影響，故可提高觸控感測時的準確度。
亦即，一開始第一條第二導體線Vcom1為DC-Vcom的電位準位，閘極驅動線(G1,G2,...,G800)再依序提供顯示驅動訊號，以及源極驅動線(SOURCE 1,SOURCE 2,...,SOURCE L)依序提供顯示像素訊號，用以更新顯示，其中，閘極驅動線打開像素的顯示電晶體DTr，用以讓顯示像素訊號對電容CLC充電。當該第一條第二導體線Vcom1對應的區域閘極驅動線(G1~G40)結束後，接著對第一條第二導體線Vcom1及該M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)提供該觸控驅動訊號VIN，用以偵測面板上 每一條導體線對地之自感電容(Cs)，進而判斷是否有物體觸碰。
同時由於也對該M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)提供該觸控驅動訊號VIN，用以驅動互感應電容Cm，此時互感應電容Cm兩端電壓相等，因此互感應電容Cm無充放電，亦即該M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)上電流皆為對地之自感電容(Cs)充放電所造成，藉此可輕易排除互感應電容Cm影響，進而判定是否有外部物體觸摸，其中物體觸摸時，僅判斷對地之自感電容Cs。
關於本發明之該觸控顯示控制子系統520的工作原理係為：當該觸控顯示控制子系統520供應該觸控驅動訊號至第i條第二導體線時，該觸控顯示控制子系統520先判斷是否同時有供應該顯示驅動訊號至第i組閘極驅動線，若否，該觸控顯示控制子系統520供應該觸控驅動訊號至第i條第二導體線，亦即，顯像及觸控感測將可同時進行。
圖8係本發明該觸控顯示控制子系統520同時進行顯像及觸控感測一實施例之時序圖。首先，當該觸控顯示控制子系統520供應該顯示驅動訊號至第1組閘極驅動線時，該觸控顯示控制子系統520供應該共同電壓(Vcom)至該N條第二導體線，用以讓該N條第二導體線連接至該共同電壓(Vcom)。
當該觸控顯示控制子系統520供應該顯示驅動訊號至第i組閘極驅動線時，該觸控顯示控制子系統520供應該觸控驅動訊號至第i-1條第二導體線、及M條第一導體 線，並將與第i-1條第二導體線對應的第i-1組觸控電晶體打開，當中，i=2~N。
當該觸控顯示控制子系統520供應該顯示驅動訊號至第N組閘極驅動線之後，該觸控顯示控制子系統520供應該觸控驅動訊號至第N條第二導體線、及M條第一導體線，並將與第N條第二導體線對應的第N組觸控電晶體打開。
圖8之時序圖中，顯示部分的時序完全無需改變，亦即該觸控顯示控制子系統520供應顯示驅動訊號至K條閘極驅動線(G1,G2,...,G800)的時序跟原先LCD面板的時序相同。由圖8可知，當垂直同步訊號(Vsync)來了以後，第一群閘極驅動線G1至G40，也就是在第二導體線Vcom1相同位置的閘極驅動線G1至G40先依序驅動，此時第二導體線Vcom1不動，該觸控顯示控制子系統520供應該共同電壓(Vcom)至第二導體線Vcom1及其他N-1條的第二導體線，用以讓該N條第二導體線連接至該共同電壓(Vcom)。
隨著閘極驅動線依序被驅動到G41之後，該觸控顯示控制子系統520開始供應該觸控驅動訊號至該第二導體線Vcom1、及所有的M條第一導體線，並將與第二導體線Vcom1對應的第1組觸控電晶體打開，並由該M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)取樣感應電壓，用以偵測該第二導體線Vcom1區域是否有該外部物件接近。
當閘極驅動線依序被驅動到G81之後，該觸控顯示控制子系統520開始供應該觸控驅動訊號至該第二導體線 Vcom2、及所有的M條第一導體線，並將與第二導體線Vcom2對應的第2組觸控電晶體打開，並由該M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)取樣感應電壓，以偵測該第二導體線Vcom2區域是否有該接近之外部物件。
如圖8所示，依序將第二導體線Vcom1~Vcom20區域內的顯示及觸控資料全部做完，其中顯示的時序完全不需要因為執行觸控偵測而需要做分時或縮短驅動時間。
圖9係本發明該觸控顯示控制子系統520同時進行顯像及觸控感測另一實施例之時序圖。如圖9所示，該觸控顯示控制子系統520依一預設時間同時供應該顯示驅動訊號至該N組閘極驅動線(G1,G2,...,G800)及供應該觸控驅動訊號至該N條第二導體線(Vcom1,Vcom2,...,Vcom20)、及M條第一導體線。如圖9所示，該觸控顯示控制子系統520在垂直同步訊號(Vsync)過後經過一VBP時間後，該觸控顯示控制子系統520於該預設時間(VBP時間後)依序供應該顯示驅動訊號至第1組閘極驅動線至第N組閘極驅動線。同時，該觸控顯示控制子系統520於該預設時間(VBP時間後)供應該觸控驅動訊號至M條第一導體線，並於該預設時間依序供應該觸控驅動訊號至第2條第二導體線至第N條第二導體線、及第1條第二導體線。
圖9所示係另一種相同概念的控制時序，其係假設驅動一條第二導體線Vcom1所需的時間小於驅動一群閘極驅動線G1至G40所需的時間，因此，當垂直同步訊號(Vsync)過後，該觸控顯示控制子系統520先依序驅動第一 群閘極驅動線G1至G40，該第一群閘極驅動線G1至G40在該薄膜電晶體層330的位置與該第二導體線Vcom1係在該共通電極及觸控驅動層(Vcom)350的位置係相同。該觸控顯示控制子系統520先依序驅動第一群閘極驅動線G1至G40時，該觸控顯示控制子系統520供應該觸控驅動訊號至M條第一導體線及第二導體線Vcom2，此時並將與第二導體線Vcom2對應的第2組觸控電晶體打開，並依序供應該觸控驅動訊號至第二導體線Vcom3、Vcom4,...,Vcom20，最後供應該觸控驅動訊號至第二導體線Vcom1，從而完成一整個觸控畫面的觸控掃瞄。該觸控顯示控制子系統520依序供應該觸控驅動訊號至第二導體線Vcom3、Vcom4,...,Vcom20時，並將與該些第二導體線對應的該組觸控電晶體依序打開。
圖9此種驅動方法，只需要確認供應該觸控驅動訊號至第二導體線Vcom1時，該觸控顯示控制子系統520供應該顯示驅動訊號已經到G41之後，就不會有問題。
同時，需注意觸控線的掃瞄頻率不一定要等於顯示線的掃瞄頻率。觸控螢幕的掃瞄頻率也不一定要等於顯示螢幕的掃瞄頻率。觸控螢幕的開頭掃瞄時間也不一定要與顯示螢幕開頭顯示時間同步，亦即當顯示螢幕的更新頻率為60Hz時，觸控螢幕的掃瞄頻率可以不受限於60Hz。
圖10係本發明該觸控顯示控制子系統520同時進行顯像及觸控感測又一實施例之時序圖。當該觸控顯示控制子系統520非循序地(non-sequential)供應該觸控驅動訊 號至第i條第二導體線時，該觸控顯示控制子系統520先判斷是否同時有供應該顯示驅動訊號至第i組閘極驅動線，若有，該觸控顯示控制子系統520供應該觸控驅動訊號至異於第i條第二導體線之其他第二導體線，若沒有，該觸控顯示控制子系統520供應該觸控驅動訊號至該第i條第二導體線。如圖10所示，該觸控顯示控制子系統520非循序地(non-sequential)供應該觸控驅動訊號至第i條第二導體線。
圖11係本發明該觸控顯示控制子系統520同時進行顯像及觸控感測再一實施例之時序圖。其與圖9主要差異為該共同電壓產生裝置725產生交流共同電壓(AC-Vcom)，亦即該觸控顯示控制子系統520依序供應該顯示驅動訊號至第1組閘極驅動線G1~G40時，同時該共同電壓產生裝置725產生交流共同電壓(AC-Vcom)給對應的該第二導體線Vcom1，該第二導體線Vcom1上係為交流共同電壓(AC-Vcom)，而非該觸控驅動訊號。此時，該觸控顯示控制子系統520則供應該觸控驅動訊號至第二導體線Vcom2。
圖12係本發明內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統500另一實施例的詳細電路圖，其與圖7主要差別在於感測裝置。圖12的感測裝置1215具有M個感測電路。該感測裝置1215的每一個感測電路係由一運算放大器1201及一回授電容1203所組成，該回授電容1203的一端連接至該運算放大器1201的反相輸入端，另一端連接至該運算放大器1201的輸出端，該運算放大器1201的反相輸入端連 接至該M條第一導體線其中之一條第一導體線，該運算放大器1201的非反相輸入端連接至該共同電壓(Vcom)。
圖12的電路係偵測可偵測該M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)與N條第二導體線(Vcom1,Vcom2,...,Vcom20)間的互感應電容Cm，做為判斷觸摸的標準。其中圖12的電路與圖7偵測對地之自感電容(Cs)的電路不相同，偵測互感應電容Cm是使用電荷積分器，因此不會對該M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)提供該觸控驅動訊號VIN，而是讓該M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)之電壓維持定值。
圖13係本發明該觸控顯示控制子系統520同時進行顯像及觸控感測再一實施例之時序圖。其係進行互感電容(mutual capacitance)感測，其中該M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)之電壓維持定值。
由前述說明可知，本發明除了可將觸控感測電路整合至習知的液晶顯示面板中，同時，並將液晶顯示面板中的共通電極層(Vcom)與觸控感應器中的驅動共用同一層，進而節省成本。習知技術將顯示及觸控感測完全分時工作，本發明的技術使的液晶顯示面板中的共通電極層(Vcom)與觸控感測的驅動仍然可以共用同一層透明導電體以節省成本，但透過不同的驅動時序可同時驅動液晶顯示與進行觸控感測，可以完全解決習知技術顯示及觸控感測分時驅動後時間不足的窘境。
同時，當該觸控顯示控制子系統520供應該觸控驅動訊號至第i條第二導體線、及M條第一導體線(RX1, RX2,..,RX12)時，該觸控顯示控制子系統520僅將與第i條第二導體線對應的第i組觸控電晶體打開。其他組的感應電極區域601所感應到第2條第二導體線Vcom2上的該觸控驅動訊號，並不會反應至M條第一導體線(RX1,RX2,..,RX12)上，藉此可提高觸碰偵測的準確度。
由前揭說明，可知本發明的特色如下：
1.液晶顯示面板中的共通電極層(Vcom)與觸控感應器中的驅動仍然可以共用同一層透明導電體以節省成本，另以主動元件控制，只開啟偵測範圍內的電容，進而減低第一導體線的寄生電容，增強偵測靈敏度。
2.當液晶顯示面板在驅動時，除了正在顯示的閘極驅動線(G1,G2,...,GK)所對應的第二導體線外，其餘的第二導體線有一個或多個同時在做驅動用以偵測觸控。亦即，本發明中，面板顯示及觸控偵測可同時進行，且使用各自的訊號(DC-Vcom、AC-Vcom、VIN)在不同條的第二導體線(Vcom1,Vcom2,...,VcomN)同時打出，亦即不需要犧牲面板顯示及觸控偵測的時間。
3.液晶顯示面板的閘極驅動線(G1,G2,...,GK)及源極驅動線(SOURCE 1,SOURCE 2,...,SOURCE L)的時序不必配合觸控感測而做變動，完全由該觸控時序控制器經由讀取液晶顯示面板相關訊號(例如：Vsync/Hsync)來做出判斷，進而閃避液晶顯示面板正在更新區域所對應的的第二導體線(Vcom1,Vcom2,...,VcomN)。
4.本發明的技術，可使觸控訊號會自動閃避正在顯示的閘極驅動線(G1,G2,...,GK)所對應的第二導體線 (Vcom1,Vcom2,...,VcomN)，進而避免同時供應該共同電壓(Vcom)及該觸控驅動訊號在同一根第二導體線(Vcom1,Vcom2,...,VcomN)。如此，面板顯示的時序(display timing)不需要做任何更動。同時，觸控偵測亦不需與面板顯示同步，可以輕易實現面板顯示為60Hz，但觸控偵測卻是100Hz等非同步的情況。
由上述可知，本發明無論就目的、手段及功效，在在均顯示其迥異於習知技術之特徵，極具實用價值。惟應注意的是，上述諸多實施例僅係為了便於說明而舉例而已，本發明所主張之權利範圍自應以申請專利範圍所述為準，而非僅限於上述實施例。
110‧‧‧驅動及感測器
120‧‧‧驅動及感測器
210‧‧‧驅動器
220‧‧‧感測器
310‧‧‧下偏光層
320‧‧‧下玻璃基板
330‧‧‧薄膜電晶體層
340‧‧‧液晶層
350‧‧‧共通電極及觸控驅動層
360‧‧‧彩色濾光層
370‧‧‧上玻璃基板
380‧‧‧感應電極層
390‧‧‧上偏光層
500‧‧‧內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統
510‧‧‧觸控液晶顯示面板
520‧‧‧觸控顯示控制子系統
515‧‧‧感應電極層
601‧‧‧感應電極區域
603‧‧‧觸控電晶體
705‧‧‧源極驅動裝置
710‧‧‧閘極驅動裝置
715‧‧‧感測裝置
720‧‧‧觸控驅動訊號產生裝置
725‧‧‧共同電壓產生裝置
730‧‧‧切換裝置
735‧‧‧控制裝置
740‧‧‧可程式增益放大器
745‧‧‧類比至數位轉換器
750‧‧‧座標判斷裝置
755‧‧‧觸控電晶體閘極驅動裝置
7151‧‧‧放大器
7153‧‧‧電阻
7351‧‧‧顯示時序控制器
7353‧‧‧觸控時序控制器
1215‧‧‧感測裝置
1201‧‧‧運算放大器
1203‧‧‧回授電容
圖1係習知自感電容感測之示意圖。
圖2係習知互感應電容感測之示意圖。
圖3(A)至圖3(D)係一習知內嵌式多點觸控面板的架構示意圖。
圖4(A)至圖4(D)係一習知內嵌式多點觸控面板的時序示意圖。
圖5係本發明內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統的方塊圖。
圖6係本發明感應電極層與共通電極及觸控驅動層之示意圖。
圖7係本發明內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統的詳細電路圖。
圖8係本發明該觸控顯示控制子系統同時進行顯像及觸控感測一實施例之時序圖。
圖9係本發明該觸控顯示控制子系統同時進行顯像及觸控感測另一實施例之時序圖。
圖10係本發明該觸控顯示控制子系統同時進行顯像及觸控感測又一實施例之時序圖。
圖11係本發明該觸控顯示控制子系統同時進行顯像及觸控感測再一實施例之時序圖。
圖12係本發明內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統另一實施例的詳細電路圖圖13係本發明該觸控顯示控制子系統同時進行顯像及觸控感測再一實施例之時序圖。
500‧‧‧內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統
510‧‧‧觸控液晶顯示面板
520‧‧‧觸控顯示控制子系統
330‧‧‧薄膜電晶體層
350‧‧‧共通電極及觸控驅動層
515‧‧‧感應電極層

Claims (16)

  1. 一種內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其包含：一觸控液晶顯示面板，其具有：一薄膜電晶體層，具有K條閘極驅動線及L條源極驅動線，依據一顯示像素訊號及一顯示驅動訊號，用以驅動相對應之顯示電晶體及電容，俾執行顯示操作，其中，K、L為正整數；一感應電極層，其具有M條第一導體線，依據一觸控驅動訊號，用以感應是否有一外部物件接近，其中，M為正整數，；以及一共通電極及觸控驅動層，具有N條第二導體線，用以在顯示時，接受一共同電壓，在觸控感應時，接受該觸控驅動訊號，其中，N為正整數，且K大於N，其中，在該感應電極層中，該些第一導體線與該些第二導體線交接處佈置有一感應電極區域係經由一觸控電晶體與相對應的第一導體線連接，當中，每一條第一導體線經由N個觸控電晶體連接至N個感應電極區域，該M×N個觸控電晶體係分成N組係分別對應至該N條第二導體線；以及一觸控顯示控制子系統，連接至該薄膜電晶體層、該感應電極層、及該共通電極及觸控驅動層，該觸控顯示控制子系統依序供應該顯示驅動訊號至該K條閘極驅動線，用以將對應之該顯示電晶體為開啟，以及供應該顯示像素訊號至該L條源極驅動線，用以執行顯示操作，該觸控顯示控制子系統依序供應該觸控驅動訊號至該N 條第二導體線，並由該M條第一導體線取樣感應電壓，用以偵測是否有該外部物件接近；其中，該K條閘極驅動線分成N組係分別對應至該N條第二導體線，當一組閘極驅動線有該顯示驅動訊號時，其對應的該第二導體線則連接至該共同電壓，當該觸控顯示控制子系統供應該觸控驅動訊號至第i條第二導體線時，該觸控顯示控制子系統先判斷是否同時有供應該顯示驅動訊號至第i組閘極驅動線，若否，該觸控顯示控制子系統供應該觸控驅動訊號至該第i條第二導體線，以及M條第一導體線，並將與該第i條第二導體線相對應的第i組觸控電晶體打開。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，當該觸控顯示控制子系統供應該顯示驅動訊號至第i組閘極驅動線時，該觸控顯示控制子系統供應該觸控驅動訊號至第i-1條第二導體線，以及該M條第一導體線，進而將與該第i-1條第二導體線相對應的該第i-1組觸控電晶體為打開，當中，i=2~N。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，當該觸控顯示控制子系統供應該顯示驅動訊號至第1組閘極驅動線時，該觸控顯示控制子系統供應該共同電壓至該N條第二導體線，用以讓該N條第二導體線連接至該共同電壓。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，當該觸控顯示控制子系統供應該顯示驅動訊號至第N組閘極驅動線之後，該觸控顯示控 制子系統供應該觸控驅動訊號至第N條第二導體線、及M條第一導體線，進而將與該第N條第二導體線對應的第N組觸控電晶體打開。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，該觸控顯示控制子系統依一預設時間同時地供應該顯示驅動訊號至該N組閘極驅動線以及供應該觸控驅動訊號至該N條第二導體線與M條第一導體線。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，該觸控顯示控制子系統於該預設時間依序地供應該顯示驅動訊號至第1組閘極驅動線至第N組閘極驅動線。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，該觸控顯示控制子系統於該預設時間供應該觸控驅動訊號至該M條第一導體線，並於該預設時間依序供應該觸控驅動訊號至第2條第二導體線至第N條第二導體線，以及第1條第二導體線，將與該些第二導體線對應的該組觸控電晶體打開。
  8. 如申請專利範圍第5項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，非循序地供應該觸控驅動訊號至該第i條第二導體線。
  9. 如申請專利範圍第1項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，該M條第一導體線及該L條源極驅動線係位於一第一方向，以及該K條閘極驅動線及該N條第二導體線係位於一第二方向。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，該第一方向係與該第二方向係互相垂直。
  11. 如申請專利範圍第10項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，該觸控顯示控制子系統包含：一源極驅動裝置，連接至該觸控液晶顯示面板，用以依據該顯示像素訊號驅動該觸控液晶顯示面板；一閘極驅動裝置，連接至該觸控液晶顯示面板，用以產生該顯示驅動訊號，用以驅動該觸控液晶顯示面板；一感測裝置，連接至該觸控液晶顯示面板，用以感測該觸控液晶顯示面板的訊號；一觸控驅動訊號產生裝置，用以產生該觸控驅動訊號；一共同電壓產生裝置，用以產生該共同電壓；一切換裝置，連接至該觸控液晶顯示面板、該觸控驅動訊號產生裝置、及該共同電壓產生裝置；一觸控電晶體閘極驅動裝置，連接至該觸控液晶顯示面板，用以產生該N組觸控電晶體的閘極驅動訊號，進而驅動該N組觸控電晶體為打開或關閉；以及一控制裝置，連接至該源極驅動裝置、該閘極驅動裝置、該共同電壓產生裝置、該感測裝置、該觸控驅動訊號產生裝置、該切換裝置、及該觸控電晶體閘極驅動裝置，俾設定該切換裝置，用以將該觸控驅動訊號或該共同電壓提供至該N條第二導體線，以及將該觸控驅動訊號提供至該M條第一導體線，設定該閘極驅動裝置依序地 輸出該顯示驅動訊號至該K條閘極驅動線，設定該源極驅動裝置輸出該顯示像素訊號至該L條源極驅動線，以及設定該N組觸控電晶體打開與關閉。
  12. 如申請專利範圍第11項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，該控制裝置包含：一顯示時序控制器，連接至該源極驅動裝置、該閘極驅動裝置、及該共同電壓產生裝置，用以供應該源極驅動裝置及該閘極驅動裝置輸出該顯示像素訊號及該顯示驅動訊號的時序，以及該共同電壓產生裝置產生該共同電壓的時序；以及一觸控時序控制器，連接至該顯示時序控制器、該感測裝置、該觸控驅動訊號產生裝置、該切換裝置、及該觸控電晶體閘極驅動裝置，俾設定該切換裝置，用以將該觸控驅動訊號或該共同電壓提供至該N條第二導體線，將該觸控驅動訊號提供至該M條第一導體線，以及設定該N組觸控電晶體打開或關閉。
  13. 如申請專利範圍第9項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，該M條第一導體線與該N條第二導體線分別具有寄生電容及雜散電容，以及該M條第一導體線與該N條第二導體線之間的相疊處分別形成互感電容。
  14. 如申請專利範圍第13項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，該感測裝置具有M個感測電路，用以偵測前述互感電容，進而產生相對應的M個偵測訊號。
  15. 如申請專利範圍第9項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，該觸控顯示控制子系統更包含：一組可程式增益放大器，連接至該感測裝置，用以對該M個偵測訊號進行放大，進而產生M個放大偵測訊號；一組類比至數位轉換器，連接至該組可程式增益放大器，用以將該M個放大偵測訊號轉換為M個數位偵測訊號；以及一座標判斷裝置，連接至該組類比至數位轉換器器，依據該M個數位偵測訊號，用以判斷該外部物件的座標位置。
  16. 如申請專利範圍第15項所述之內嵌式多點觸控液晶顯示面板系統，其中，該M個感測電路係分別由一放大器及一電容所組成，該電容的一第一端連接至該放大器的負向輸入端，以及一第二端連接至該放大器的輸出端，該放大器的負向輸入端連接至該M條第一導體線其中之一。
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