TWI383200B - Optical touch panel structure - Google Patents

Description

光學式觸控面板結構

本發明係有關一種觸控式顯示裝置，特別是關於一種具有感光薄膜電晶體之光學式觸控面板結構。

近年來，觸控面板的應用廣泛，且種類亦很多，其中以直接將觸控功能內建整合至顯示面板內的內嵌式觸控面板係最受矚目。

目前，大部分之內嵌式觸控面板都為光學式感測，其係藉由內嵌在顯示面板內的光感測器(photo sensor)去偵測光電流的改變來決定觸控位置事件。該等光感測器可以為薄膜電晶體(TFT)感測器40，如第1圖所示，係由一切換電晶體(SW TFT)42和一感光電晶體(Photo TFT)所組成)44；當切換電晶體42開啟時，感光電晶體44產生的光電流訊號會經過讀取線46傳出去，當照光強度有變化時，光電流大小也就變得不同，所以可用來判讀觸控事件並找出觸控位置。

在上述光學式觸控面板中，因感光電晶體和作為控制元件之切換電晶體以及讀取線係設置於薄膜電晶體基板48上，如第2圖所示，而對應感光電晶體44及切換電晶體42之位置，會在面板之彩色濾光片基板50上對應彩色濾光片52之紅綠藍三色中之藍色區塊上設有黑色矩陣(Black Matrix)54，以對應遮住感光電晶體44及切換電晶體42之所在位置，此乃因藍色區塊的開口率對亮度的影響是三色中最為輕微者，故將對應元件與電路之黑色矩陣配置在藍色區塊中，可以避免犧牲掉過多的面板亮度。然而，此種方式雖然可以避免犧牲過多的面板亮度，但卻會因為藍色區域開口率過低而造成嚴重顏色偏差，在一些高解析度的面板上尤其嚴重。

有鑑於此，本發明遂提出一種光學式觸控面板結構，來解決此顏色偏差的問題。

本發明之目的係在提供一種光學式觸控面板結構，其係利用調整紅、綠、藍三個區塊之開口率，使亮度和顏色偏差達到一個平衡點，使顏色偏差和亮度損失降到最小。

為達到上述目的，本發明之光學式觸控面板結構係包括有一薄膜電晶體基板，其上設有複數感光元件；並有一彩色濾光片基板，於彩色濾光片基板上設有複數畫素單元，每一畫素單元上且對應感光元件之位置，在不影響光感測效果之下分別設有黑色矩陣，且每一畫素單元包含有紅色區塊、綠色區塊及藍色區塊，其中綠色區塊之開口率係為最大者。

其中，上述之感光元件係同時設置於紅色區塊、綠色區塊及藍色區塊上，綠色區塊之開口率大於紅色區塊，且紅色區塊則大於或等於該藍色區塊；或是，感光元件係設置於紅色區塊及藍色區塊上，綠色區塊之開口率大於紅色區塊及藍色區塊，且紅色區塊係大於或小於藍色區塊；或是感光元件僅設置於紅色區塊上，綠色區塊之開口率大於藍色區塊，且藍色區塊則大於紅色區塊。

底下藉由具體實施例配合所附的圖式詳加說明，當更容易瞭解本發明之目的、技術內容、特點及其所達成之功效。

本發明係利用配置感光元件於紅色區塊、綠色區塊及藍色區塊所佔的開口率大小的不同，來調整紅色區塊、綠色區塊及藍色區塊之開口率，使亮度和顏色偏差達到一個平衡點，以解決習知易發生顏色偏差的問題。

一種光學式觸控面板結構係包括有一薄膜電晶體基板及一彩色濾光片基板，以及此二基板所夾持的液晶層。薄膜電晶體基板上設有複數感光元件；此彩色濾光片基板係具有複數畫素單元，於每一畫素單元上並對應感光元件之位置分別設有黑色矩陣，且每一畫素單元包含有紅色區塊、綠色區塊及藍色區塊，其中綠色區塊之開口率係為最大者。本發明係著重於薄膜電晶體基板及彩色濾光片基板，其餘面板的相關基本元件則於此不再詳細介紹。

請先參考第3圖所示之面板等效電路示意圖，在薄膜電晶體基板上包含了驅動液晶的畫素結構以及用於感測訊號的感光元件20，每一感光元件20係包含有一感光電晶體202、一切換電晶體204及一讀取線206，感光電晶體202及切換電晶體204係為薄膜電晶體(TFT)，使得切換電晶體204可受一閘極線30之控制，使感光電晶體202輸出光電流訊號至讀取線206，並利用一讀取單元32，連接讀取線206並接收此光電流訊號，並據此偵測觸控事件並找出觸控位置；而位於彩色濾光片基板，在相對應於感光元件20及畫素結構的位置上的畫素單元10，其包含有紅色區塊(R)102、綠色區塊(G)104及藍色區塊(B)106。

其中，感光元件20係可配置於紅色區塊102、綠色區塊104或藍色區塊106上，且紅色區塊102、綠色區塊104或藍色區塊106之開口率大小係根據設置位置不同者而具有不同之條件。底下係根據不同之條件配合對應之畫素單元圖式來予以詳細說明：

當感光元件10係同時設置於紅色區塊102、綠色區塊104及藍色區塊106上時，綠色區塊104之開口率大於紅色區塊102，且紅色區塊102之開口率係大於或等於藍色區塊106之開口率。此條件可分為二種範例，首先，請先參閱第4A圖所示，感光元件10係設置於紅色區塊102、綠色區塊104及藍色區塊106上，此時，紅色區塊102、綠色區塊104及藍色區塊106之垂直方向的高度(h)相同，水平方向之寬度則為綠色區塊104(寬度為d2)大於紅色區塊102(寬度為d1)，且紅色區塊102(寬度為d1)係大於或等於藍色區塊106(寬度為d3)，亦即d2＞d1≧d3；當然，紅色區塊102、綠色區塊104及藍色區塊106的排列方式不限於此，亦可如第4B圖所示，寬度最大的綠色區塊可以設置於最外側，只要保持寬度d2＞d1≧d3即可。另一種範例則請參閱第4C圖所示，感光元件10係設置於紅色區塊102、綠色區塊104及藍色區塊106上，此時，紅色區塊102、綠色區塊104及藍色區塊106之水平方向的寬度(d)相同，水平方向之高度則為綠色區塊104(高度為h2)大於紅色區塊102(高度為h1)，且紅色區塊102(高度為h1)係大於或等於藍色區塊106(高度為h3)，亦即h2＞h1≧h3。

當感光元件20係設置於紅色區塊102及藍色區塊106之二個區塊上，如第5圖所示，同時考量色阻成份與背光亮度等因素，只要綠色區塊104之開口率係為最大者即可，紅色區塊102之開口率可以大於或小於藍色區塊106，圖中所示為一般情況，在水平方向的寬度(d)相同時，通常為紅色區塊102大於藍色區塊106，亦即h2＞h1＞h3；若在可接受的面板規格範圍內，藍色區塊106大於紅色區塊102亦可，即h2＞h3＞h1。

當感光元件20僅設置於紅色區塊102上，如第6圖所示，綠色區塊104之開口率大於藍色區塊106，藍色區塊106之開口率係大於紅色區塊102；換言之，以水平方向寬度而言，綠色區塊104之寬度d2係大於藍色區塊106之寬度d3，且藍色色區塊106之寬度d3)係大於紅色區塊102之寬度d1)，亦即d2＞d3＞d1。

再者，在選擇上述其中一條件之後，可先量測原面板之色座標(未改變開口率時之色座標)，並估計感光元件所佔之面積大小，經過色座標調整之模擬計算，以計算紅色區塊、綠色區塊及藍色區塊等三區塊各自之開口率，以求得顏色偏差與亮度。詳細計算流程如下所示：

先量測原面板的色座標，如下列表一所示：

利用表一的色座標計算彩色陣列(color matrix)，如下列方程式所示：

其中，x1為紅色區塊x軸座標，y1為紅色區塊y軸座標；x2為綠色區塊x軸座標，y2為綠色區塊y軸座標；x3為藍色區塊x軸座標，y3為藍色區塊y軸座標；以及a1、a2、a3為彩色陣列的係數。

再利用上述之彩色陣列，計算各區塊開口率對顏色偏差及亮度影響，如下列方程式所示：

其中，上述方程式中之R、G、B分別代表紅色區塊、綠色區塊、藍色區塊的開口率。取得R、G、B後，即可求得X、Y、Z。

藉由上述方程式，即可獲得各開口率所造成顏色偏差ΔWx、ΔWy及ΔW；其中，

因此，利用調整R、G、B開口率可以改變色座標X、Y、Z，以決定色偏與亮度。

就目前現有的規範而言，須滿足ΔWx＜0.03，ΔWy＜0.03以及ΔW＜0.042。利用模擬計算的結果來調整各顏色區塊之開口率，使顏色偏差達到規範。計算完成後，再將感光元件與電路配置在紅色區域、綠色區域或藍色區域，以改變各顏色區塊之開口率來達到上述模擬計算的結果。當然，改變各顏色區塊之開口率之方式可以藉由配置感光元件於各顏色區域所佔之面積大小來達到，或是改變各顏色區塊的水平寬度亦可達成，如前述各實施例所示。

接續，以實際產品來實際模擬之，並以下列各步驟說明。在此係以本公司HSD 8.9”之產品為例：

步驟1：先設計感光元件。

步驟2：估計各感光元件所佔面積，其中，感光電晶體約佔整個畫素單元面積11%，讀取線及切換電晶體合約佔整個畫素單元面積11%。

步驟3：量測原始色座標Wx=0.297，Wy=0.323

Rx=0.605，Ry=0.365

Gx=0.356，Gy=0.566

Bx=0.156，By=0.131

步驟4：根據量測數據計算色座標，可求得紅色區塊開口率為49%，藍色區塊為85%，綠色區塊為100%時，顏色偏差為0.02075，亮度為原本88%，相當符合產品需求。

綜上所述，本發明係在一個具有相同畫素寬度的光學式觸控面板上，不同的顏色區域上有不同面積之感光元件，並根據不同之感光元件面積會有不同的開口率，以改變各顏色區塊之開口率，且在只犧牲些微亮度的情況下使顏色偏差有效縮小。當然，本發明亦可直接改變各顏色區塊之寬度，來達到調整各顏色之開口率之目的者，使亮度和顏色偏差達到一個平衡點，使顏色偏差和亮度損失降到最小。

以上所述之實施例僅係為說明本發明之技術思想及特點，其目的在使熟習此項技藝之人士能夠瞭解本發明之內容並據以實施，當不能以之限定本發明之專利範圍，即大凡依本發明所揭示之精神所作之均等變化或修飾，仍應涵蓋在本發明之專利範圍內。

10．．．畫素單元

102．．．紅色區塊(R)

104．．．綠色區塊(G)

106．．．藍色區塊(B)

20．．．感光元件

202．．．感光電晶體

204．．．切換電晶體

206．．．讀取線

30．．．閘極線

32．．．讀取單元

40．．．薄膜電晶體感測器

42．．．切換電晶體

44．．．感光電晶體

46．．．讀取線

48．．．薄膜電晶體基板

50．．．彩色濾光片基板

52．．．彩色濾光片

54．．．黑色矩陣

第1圖為習知薄膜電晶體感測器的電路示意圖。

第2圖為習知之面板結構示意圖。

第3圖為本發明單一畫素單元之等效電路示意圖。

第4A、4B及4C圖為本發明對應於畫素單元之紅色區塊、綠色區塊及藍色區塊設有感光元件之結構示意圖。

第5圖為本發明對應於畫素單元之紅色區塊及藍色區塊設有感光元件之結構示意圖。

第6圖為本發明對應於畫素單元之紅色區塊設有感光元件之結構示意圖。

10．．．畫素單元

102．．．紅色區塊(R)

104．．．綠色區塊(G)

106．．．藍色區塊(B)

20．．．感光元件

Claims (20)

1. 一種光學式觸控面板結構，包括：一薄膜電晶體基板，其上設有複數感光元件；以及一彩色濾光片基板，係具有複數畫素單元，於該等畫素單元上且對應該感光元件之位置分別設有黑色矩陣，每一該畫素單元包含有紅色區塊、綠色區塊及藍色區塊，且該綠色區塊之開口率係為最大者，其中對應該感光元件之該黑色矩陣係設置於每一該畫素單元之該紅色區塊、該綠色區塊及該藍色區塊上，且該綠色區塊之開口率大於該紅色區塊，該紅色區塊之開口率係大於或等於該藍色區塊。
2. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控面板結構，其中該紅色區塊、該綠色區塊及該藍色區塊之垂直方向的高度相同，水平方向之寬度則為該綠色區塊大於該紅色區塊，且該紅色區塊係大於或等於該藍色區塊。
3. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控面板結構，其中該紅色區塊、該綠色區塊及該藍色區塊之水平方向的寬度相同，垂直方向之高度則為該綠色區塊大於該紅色區塊，且該紅色區塊係大於或等於該藍色區塊。
4. 如申請專利範圍第1項所述之光學式觸控面板結構，其中每一該感光元件係包括一感光電晶體、一切換電晶體及一讀取線，使該切換電晶體受一閘極線之控制使該感光電晶體輸出光電流訊號至該讀取線。
5. 如申請專利範圍第4項所述之光學式觸控面板結構，其中該感光電晶體及該切換電晶體係為薄膜電晶體。
6. 如申請專利範圍第4項所述之光學式觸控面板結構，更包括一讀取單元，連接該讀取線，以接收該光電流訊號，並據此偵測觸控事件並找出觸控位置。
7. 一種光學式觸控面板結構，包括： 一薄膜電晶體基板，其上設有複數感光元件；以及一彩色濾光片基板，係具有複數畫素單元，於該等畫素單元上且對應該感光元件之位置分別設有黑色矩陣，每一該畫素單元包含有紅色區塊、綠色區塊及藍色區塊，且該綠色區塊之開口率係為最大者，其中對應該感光元件之該黑色矩陣係設置於該紅色區塊及該藍色區塊上，且該綠色區塊之開口率大於該紅色區塊及該藍色區塊，該紅色區塊之開口率係大於該藍色區塊。
8. 如申請專利範圍第7項所述之光學式觸控面板結構，其中該紅色區塊、該綠色區塊及該藍色區塊之水平方向的寬度相同，垂直方向之高度則為該紅色區塊大於該藍色區塊。
9. 如申請專利範圍第7項所述之光學式觸控面板結構，其中每一該感光元件係包括一感光電晶體、一切換電晶體及一讀取線，使該切換電晶體受一閘極線之控制使該感光電晶體輸出光電流訊號至該讀取線。
10. 如申請專利範圍第9項所述之光學式觸控面板結構，其中該感光電晶體及該切換電晶體係為薄膜電晶體。
11. 如申請專利範圍第9項所述之光學式觸控面板結構，更包括一讀取單元，連接該讀取線，以接收該光電流訊號，並據此偵測觸控事件並找出觸控位置。
12. 一種光學式觸控面板結構，包括：一薄膜電晶體基板，其上設有複數感光元件；以及一彩色濾光片基板，係具有複數畫素單元，於該等畫素單元上且對應該感光元件之位置分別設有黑色矩陣，每一該畫素單元包含有紅色區塊、綠色區塊及藍色區塊，且該綠色區塊之開口率係為最大者，其中對應該感光元件之該黑色矩陣係設置於該紅色區塊及該藍色區塊上，且該綠色區塊之開口率大於該紅色區塊及該藍色區塊，該紅色區塊之開口率係小於該藍色區塊。
13. 如申請專利範圍第12項所述之光學式觸控面板結構，其中該紅色 區塊、該綠色區塊及該藍色區塊之水平方向的寬度相同，垂直方向之高度則為該藍色區塊大於該紅色區塊。
14. 如申請專利範圍第12項所述之光學式觸控面板結構，其中每一該感光元件係包括一感光電晶體、一切換電晶體及一讀取線，使該切換電晶體受一閘極線之控制使該感光電晶體輸出光電流訊號至該讀取線。
15. 如申請專利範圍第14項所述之光學式觸控面板結構，其中該感光電晶體及該切換電晶體係為薄膜電晶體。
16. 如申請專利範圍第14項所述之光學式觸控面板結構，更包括一讀取單元，連接該讀取線，以接收該光電流訊號，並據此偵測觸控事件並找出觸控位置。
17. 一種光學式觸控面板結構，包括：一薄膜電晶體基板，其上設有複數感光元件；以及一彩色濾光片基板，係具有複數畫素單元，於該等畫素單元上且對應該感光元件之位置分別設有黑色矩陣，每一該畫素單元包含有紅色區塊、綠色區塊及藍色區塊，且該綠色區塊之開口率係為最大者，其中對應該感光元件之該黑色矩陣係設置於該紅色區塊上，且該綠色區塊之開口率大於該藍色區塊，該藍色區塊之開口率係大於該紅色區塊。
18. 如申請專利範圍第17項所述之光學式觸控面板結構，其中每一該感光元件係包括一感光電晶體、一切換電晶體及一讀取線，使該切換電晶體受一閘極線之控制使該感光電晶體輸出光電流訊號至該讀取線。
19. 如申請專利範圍第18項所述之光學式觸控面板結構，其中該感光電晶體及該切換電晶體係為薄膜電晶體。
20. 如申請專利範圍第18項所述之光學式觸控面板結構，更包括一讀取單元，連接該讀取線，以接收該光電流訊號，並據此偵測觸控事件並找出觸控位置。