TWI402591B - 具有觸控功能之主動式矩陣顯示裝置 - Google Patents

Description

具有觸控功能之主動式矩陣顯示裝置

本發明關於一種主動式矩陣顯示裝置，特別是關於一種具有觸控功能之顯示裝置。

於現今所使用之液晶顯示裝置等，係根據手指或稱為觸控筆之細棒對畫面觸摸，以檢測電容或電阻之變化，或根據檢測紅外線之反射等各種方法，給予必要之資訊輸入及操作指令。

其中，利用電阻隨著壓力而變化之感壓式(機械式)觸控，會於顯示裝置表面之玻璃基板上粘貼感壓膜，但該膜透明度等光學特性必定不佳，因此存在降低顯示成色，視野角度變窄的問題。

電容感應之方式有相對於雜訊較弱，光感應之方式則有因陽光或灰塵而引起誤操作之問題。

第1圖表示機械式觸控器之結構。於圖中顯示於單元內設置機械式開關之示意圖，陣列玻璃1和彩色濾光玻璃2相向地配置，且兩者間之畫素邊界部設置可隨著壓力變形之間隔器3。於陣列玻璃1上方設置突起狀之感測器端子4，其表面形成ITO膜等之導電性膜5。另外，彩色濾光玻璃2下方亦形成由ITO膜構成之共通電極6。感測器端子4上之ITO膜5與共通電極6下面間之距離通常被設定為1～4μm。且圖中未顯示用於顯示之液晶及TFT等其他元件。

於此觸控器中，從彩色濾光玻璃2上方以手指及觸控筆施加壓力時，間隔器被壓縮，藉由施加壓力部分之彩色濾光玻璃2下方之共通電極ITO膜6與感測器端子4上方之ITO膜5相接觸、接通且電阻下降。透過感應放大器等進行檢測，能判斷觸摸之位置。

第2圖係第1圖所示機械式觸控結構之電性連接關係的模式電路圖。閘極連接於列選擇線之閘極線GL，源極連接於行選擇線之源極線SL之薄膜電晶體(TFT)，其汲極和共通電極CE之間，則連接有液晶元件Clc與開關S，且其汲極上連接有輔助電容CS之一端。輔助電容CS之另一端則連接於共通連接同一列之輔助電容之輔助電容線CSL。

如第1圖所示，開關S，由彩色濾光玻璃2下方之ITO膜6和感測器端子4上方之ITO膜5構成，第2圖之液晶元件Clc與開關S之連接點相當於第1圖之感測器端子4及其上方之ITO膜5。

第2圖之結構中，閘極線GL變成高電位而選擇該列時，薄膜電晶體TFT被接通，此時開關S由於觸摸而接通，畫素電極4與共通電極CE成同電位，源極線SL之電位變成共通電極CE之電位。因此，利用感應放大器等檢測該源極線SL之電位變化，即能檢測到該畫素上發生觸摸與否。

於實際之顯示裝置中，使各列之感應放大器動作，並從上到下依序對閘極線進行掃描，即能檢測機械式開關於何行和何列接通。

惟，於此結構中，由於直接於液晶元件附近使開關接通，因此會產生顯示成色出現問題之情形。例如：若正常白之液晶元件於黑畫面之情況下，以觸筆按壓之部分會變成白色。

此外，於開關有缺陷之情況下，不僅不能觸控，顯示上亦會產生問題。

並且，需要於各畫素內設置機械式開關，而因設置開關需要佔有一定之面積，因此發生有效顯示面積減少，開口率變小的問題。

參考專利文獻：日本特開2001-75074號公報

本發明的目的在於提供一種面積使用效率率良好以確保充分的開口率、顯示品質良好，具有觸控功能的主動式矩陣顯示裝置。

根據本發明的具有觸控功能的主動式矩陣顯示裝置，包括：畫素部，畫素單元係以矩陣形式配置於各行所設置之源極線及各列所設置之閘極線之交叉部位，所述畫素單元具備之液晶元件設置於薄膜電晶體之汲極與共通電極線之間，所述薄膜電晶體之源極連接於所述源極線，且所述薄膜電晶體之閘極連接於所述閘極線；以及觸控開關部，在同一行之兩個鄰接畫素單元之間，串聯連接之兩觸控用電晶體之閘極分別連接於所述鄰接畫素單元之各閘極線，且所述兩觸控用電晶體與所述兩鄰接畫素單元所共用之機械式開關，連接於該行之源極線與共通電極線間。

根據本發明具有觸控功能之主動式矩陣顯示裝置中，由於於同一行之兩鄰接畫素單元間，具有被各鄰接畫素單元之各閘極線啟動之兩觸控用電晶體，以及具有兩鄰接畫素單元共用之機械式開關連接於該行之源極線與共通電極線間而形成之觸控開關部。因此，上下兩畫素能共用機械式開關。並且，觸摸檢測係利用原有之閘極線，因此用於觸控所需之面積較小，能得到開口率高之主動式矩陣顯示裝置。

以下、對根據本發明具有觸控功能之主動式矩陣顯示裝置之實施例進行說明。惟本發明並非以所示之實施例為限定。

第3圖係根據本發明具有觸控功能的主動式矩陣顯示裝置部分之結構電路圖。圖中顯示一行n列、(n+1)列之畫素單元、以及設置於其間機械式開關之結構。

畫素PXn具有薄膜電晶體TFT11，其源極連接於源極線SL，閘極連接於閘極線GL1、液晶元件Clc1設置於薄膜電晶體TFT11之汲極與共通電極CE間、以及輔助電容CS1設置於薄膜電晶體TFT11之汲極與輔助電容線CSL1間。

同樣地，畫素PX(n+1)具有薄膜電晶體TFT21，其源極連接於源極線SL，閘極連接於閘極線GL2、液晶元件Clc2設置於該薄膜電晶體TFT21之汲極與共通電極CE間、以及輔助電容CS2設置於薄膜電晶體TFT21之汲極與輔助電容線CSL2間。

閘極線GL1、GL2鄰近且平行地配置，因此，畫素PXn與畫素PX(n+1)於行方向上形成對稱之結構。

於閘極線GL1與GL2之間係形成觸控開關部SW。觸控開關部SW由以下元件構成：薄膜電晶體TFT22，其源極連接於源極線SL，閘極連接於閘極線GL2、薄膜電晶體TFT12，其源極連接於薄膜電晶體TFT22之汲極，閘極連接於閘極線GL1、以及機械式開關S設置於薄膜電晶體TFT12之汲極和共通電極CE間。

於此實施例中，機械式開關S係為上下兩畫素，即PXn和PX(n+1)所共用。源極線之一端設置源極驅動器SD，用以提供啟動源極線，給與對應灰階之電壓，另一端設置感應放大器SA，用以檢測源極線之電位變化。

以下對第3圖結構之動作進行說明。

進行一般之顯示時，會對欲進行顯示物件之畫素之源極線，提供與所需灰階資料相對應之電壓，藉由啟動顯示物件之畫素之閘極線，該畫素之液晶元件達到與灰階相應之穿透率，以進行畫素之顯示。從而，被啟動之閘極線所屬列之畫素資料由各源極線提供，並依序對每列反復進行該操作，藉此顯示整個畫面。

作為觸控器使用時，提供各源極線一定之電位，同時啟動成對之2列閘極線。因觸摸而使得開關處於接通狀態之情況下，由於源極線SL之電位發生變化，因此可檢測出發生觸摸與否。

於實際之檢測中，會使感應放大器於感應狀態下動作，並從上到下依序對閘極線進行掃描，由此可以檢測出何行、何列發生觸摸引起之接通，即能判斷觸摸位置。依此檢測源極線路之電位變化時，可以透過源極驅動器進行，亦可以透過源極驅動及感應放大器雙方進行。

第4圖係說明第3圖之結構作為彩色結構、具有觸控功能之彩色液晶顯示裝置之動作時序圖。於此，於各線路進行RGB各色畫素之續取，並對每兩線路之發生觸摸與否進行感應。

首先，係對各列進行感應前進行預充電，源極驅動器將與共通電極CE逆相位之電壓輸出至源極線SL，並對這些源極線之寄生電容進行充電。

當各列於進行感應，對應畫素內機械式開關被接通時，源極線SL之電位會變成與共通電極CE之電位相等。此外，當各列於進行感應，對應畫素內機械式開關處於斷開狀態時，源極線SL之電位則與預充電之電壓相等。其後，感應放大器SA對感應後之源極線電壓進行檢測，並向外部輸出與其相對應之電壓。

第4圖中，於最初之感應期間，預充電後，閘極線N與閘極線N+1同時接通時，能檢測到僅有紅色源極線R之電位下降。藉此能檢測出於紅色畫素R發生觸摸。同樣地，後續之感應期間，閘極線N+2與閘極線N+3同時接通時，能檢測到僅有綠色源極線G之電位下降。藉此能檢測出於綠色畫素G發生觸摸。

於前述之實施例中，作為構成機械式開關之接觸部位係使用ITO膜，惟仍可使用其他導電材料，例如：金屬材料膜。並且，本發明具有觸控功能之主動式矩陣顯示裝置能應用於例如：手機、數位相機、PDA(掌上電腦)、汽車用顯示器、數位相框或手提式DVD播放器等電子裝置。

雖然本發明已就較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之變更和潤飾。因此，本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

1．．．陣列玻璃

2．．．彩色濾光玻璃

3．．．間隔器

4．．．感測器端子

5、6．．．導電膜

CE．．．共通電極

Clc1、Clc2．．．液晶元件

CS1、CS2．．．輔助電容

GL1，GL2．．．閘極線

PXn、PX(n+1)．．．畫素

S．．．機械式開關(感測器)

SA．．．感應放大器

SD．．．源極驅動器

SL．．．源極線

SW．．．觸控開關部

第1圖係一般機械式觸控器之結構剖面圖；

第2圖係現有畫素中具有機械式開關之畫素單元的結構電路圖；

第3圖係根據本發明具有觸控功能之主動式矩陣顯示裝置的結構電路圖；以及

第4圖係第3圖之結構變成彩色結構之主動式矩陣顯示裝置中，顯示及觸控動作之時序圖。

CE．．．共通電極

Clc1、Clc2．．．液晶元件

CS1、CS2．．．輔助電容

GL1，GL2．．．閘極線

PXn、PX(n+1)．．．畫素

S．．．機械式開關(感測器)

SA．．．感應放大器

SD．．．源極驅動

SL．．．源極線

SW．．．開關部

Claims (6)

1. 一種具有觸控功能之主動式矩陣顯示裝置，包括：畫素部，畫素單元係以矩陣形式配置於各行所設置之源極線及各列所設置之閘極線之交叉部位，所述畫素單元具備之液晶元件設置於薄膜電晶體之汲極與共通電極之間，所述薄膜電晶體之源極連接於所述源極線，且所述薄膜電晶體之閘極連接於所述閘極線；以及觸控開關部，在同一行且相鄰列之兩鄰接畫素單元之間，串聯連接之兩觸控用電晶體之閘極分別連接於所述兩鄰接畫素單元之各閘極線，且所述兩觸控用電晶體與所述兩鄰接畫素單元所共用之機械式開關耦接在一起，並連接於該行之源極線與共通電極間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具有觸控功能之主動式矩陣顯示裝置，其中所述各畫素單元，於所述薄膜電晶體之汲極與各列所設置之輔助電容線間具備輔助電容。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具有觸控功能之主動式矩陣顯示裝置，其中所述同一行之兩鄰接畫素單元，相對於所述閘極線成對稱結構。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具有觸控功能之主動式矩陣顯示裝置，其中所述源極線連接感應放大器，用以檢測所述源極線之電位變化。
5. 如申請專利範圍第1項所述之具有觸控功能之主動式矩陣顯示裝置，其中所述同一行之兩鄰接畫素單元之各閘極線，於觸控時同時被啟動。
6. 一種具有觸控功能之電子裝置，其中所述電子裝置具備如申請專利範圍第1至5項中任意一項所述具有觸控功能之主動式矩陣顯示裝置以進行所述觸控功能。