TWI408631B

TWI408631B - 觸控顯示裝置

Info

Publication number: TWI408631B
Application number: TW099111115A
Authority: TW
Inventors: Wen Chun Wang; Chih Chang Lai; Lo Hsien Tsai; Kun Chang Ho
Original assignee: Wintek Corp
Priority date: 2010-04-09
Filing date: 2010-04-09
Publication date: 2013-09-11
Also published as: TW201135692A; US20110248952A1

Description

觸控顯示裝置

本發明是有關於一種觸控顯示裝置，且特別是有關於一種顯示模組之顯示品質不受觸控元件影響的觸控顯示裝置。

近年來，隨著資訊技術、無線行動通訊和資訊家電等各項應用的快速發展，為了達到更便利、體積更輕巧化以及更人性化的目的，許多資訊產品的輸入裝置已由傳統之鍵盤或滑鼠等轉變為觸控顯示面板(touch display panel)。在現今一般的觸控顯示面板設計中，以觸控感測模式的設計原理分類，大致可區分為電阻式、電容式、光學式、聲波式以及電磁式等，其中又以電阻式及電容式為主流；以結構組成分類，則可分為外掛式(adhesive type)及內建式(built-in type)兩種。

然而，這些觸控顯示面板的設計都是將觸控面板或是觸控用的元件配置於顯示面板的顯示面上。所以，顯示面的顯示品質極容易因為觸控面板或是觸控元件的配置而變得不理想。另外，為了維持良好的光線穿透性質，觸控面板以及觸控元件必須盡量以透明材質來製作。是故，如何妥善整合顯示面板以及觸控元件，改善生產製程，並防止上述各項不利因素的產生，實為目前觸控顯示面板之生產技術上亟待克服的課題。

本發明提供一種觸控顯示裝置，觸控元件配置於顯示模組背面而不會影響顯示模組的顯示效果。

本發明提出一種觸控顯示裝置，其包括一顯示模組、一電路板以及一絕緣彈性件。顯示模組具有一顯示面，且顯示模組包括一金屬背框，而金屬背框與顯示面相對。電路板配置於顯示模組遠離顯示面之一側。電路板具有多個電容感測元件，其對應顯示模組的多個角落配置。絕緣彈性件配置於電路板與顯示模組之間。電容感測元件與金屬背框相隔一可變間距，且電容感測元件與金屬背框之間的一感應電容隨可變間距而改變。

基於上述，本發明在電容感測元件與顯示模組的金屬背框之間配置絕緣彈性件，而使電容感測元件感測的感應電容隨電容感測元件與金屬背框之間距而改變。因此，觸控顯示裝置不需在顯示模組的顯示面上配置任何的觸控元件以在不影響顯示品質的前提之下達到觸碰感測的功能。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

圖1繪示為本發明之一實施例的觸控顯示裝置之上視示意圖。請參照圖1，觸控顯示裝置100包括顯示模組110以及一電路板120。顯示模組110例如是由平面顯示面板所構成的顯示模組。舉例而言，顯示模組110可以是一液晶顯示模組、一電子紙顯示模組、一有機發光顯示模組、一電漿顯示模組等。電路板120上則配置有多個電容感測元件122以及一觸控晶片124。觸控晶片124例如是藉由配置在電路板120中的線路層126電性連接至這些電容感測元件122。並且，電容感測元件122的配置位置例如是對應顯示模組110的多個角落110a。

圖2繪示為本發明之一實施例的觸控顯示裝置之側視示意圖。請同時參照圖1與圖2，除了顯示模組110、電路板120等圖1中已經繪示的元件之外，觸控顯示裝置100在本實施例中還包括有一彈性絕緣層130。並且，顯示模組110例如具有金屬背框112。彈性絕緣層130配置於電容感測元件122與金屬背框112之間。所以，電容感測元件122與金屬背框112相隔一可變間距d。另外，在顯示模組110未被觸碰時，可變間距d的大小例如為1.5mm。所以，觸控顯示裝置100在厚度上僅微幅地增加，而有助於滿足薄型化的需求。

值得一提的是，本實施例中的金屬背框112可以連接至一接地電位或是一固定電位。此外，金屬背框112可以是由多個框架部112a所組成，而且各個框架部112a與一個電容感測元件122相向而設。在這樣的配置下，每一個電容感測元件122與金屬背框112的其中一個框架部112a之間可產生一感應電容C。一般而言，電容的大小與構成電容的兩導體物件的距離成反比，而與此兩導體物件的重疊面積成正比。電容感測元件122與金屬背框112的重疊面積固定時，電容感測元件122所感測到的感應電容C將反映可變間距d的改變。本實施例係利用這樣的原理來達成觸控感測的功能。也就是說，本實施例不需在顯示面110b上配置任何觸控元件，或是製作大面積的感測電極來完成觸控感測的功能。因此，顯示模組110所提供的顯示品質不會受到其他元件的干擾，而有利於提昇整體產品的顯示效果。並且，觸控顯示裝置100的製作程序也較為簡化。

具體而言，使用者按壓本實施例的顯示模組110時，按壓的力量將使可變間距d產生改變。尤其是，越接近按壓點位置處所受到的按壓力量越大，因此越接近按壓點位置處可變間距d將會縮的越短而使感應電容C增大。如此一來，感應電容C的大小分佈將可以作為觸碰位置的參考依據。另外，為了使感應電容C存在，可變間距d實質上大於0。也就是說，本實施例的電容感測元件122不會接觸金屬背框112而可與金屬背框112產生耦合效應。

除了將彈性絕緣層130配置於電容感測元件122與金屬背框112之間的設計外，在其他的實施例中，也可以在電容感測元件122與金屬背框112之間配置如圖3所繪示的彈簧，或是配置墊片、矽膠等彈性元件，其係提供支撐的作用。也就是說，圖3繪示為本發明另一實施例的觸控顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖3，觸控顯示裝置100’實質上與圖2的觸控顯示裝置100相似，其主要的差異在於彈性構件的選用。亦即，觸控顯示裝置100’採用彈簧230作為電容感測元件122與金屬背框112’之間的間隔構件以使可變間距d隨外力的施加狀態而改變。另外，本實施例的金屬背框112’在結構上具有整面連續的承載面，而非由多個框架部所組成，其中承載面與顯示面110b相對。值得一提的是，在本實施例中，彈簧230的材質為絕緣材質，其係提供支撐的作用，所以彈簧230的配置不會影響電容感測元件122與金屬背框112’之間的電容耦合效應。換言之，使用者按壓顯示模組110可使彈簧230縮短而改變可變間距d，進而使感應電容C也因而變化，其中感應電容C的變化即可作為觸控感測訊號以達成觸控感測功能。

具體而言，前述實施例中的彈簧230與彈性絕緣層130僅為舉例說明之用，並非用以限定本發明。在其他的實施方式中，用以支撐於顯示模組110與電路板120之間的絕緣彈性件還可以是彈性墊片、矽膠材料等具有彈性的構件。也就是說，僅要採用絕緣且具有彈性的構件配置於顯示模組110與電路板120之間就可以同時達到顯示及觸控感測的功能。

由圖2與圖3可知，彈性絕緣層130與彈簧230的設置使得各電容感測元件122與金屬背框112、112’間的可變間距d隨著使用者的觸碰動作而變化。使用者觸碰顯示模組110時，顯示模組110將會微幅地傾斜而使得重心發生偏移並使可變間距d發生改變。此外，在使用者的觸碰位置不同的狀況下，可變間距d的變化情形也會不同。舉例而言，距離觸碰位置越近的區域一般承受較大的壓力，因而可變間距d的縮小程度較為顯著。相反地，距離觸碰位置越遠的區域所承受的壓力較小，所以間距d的縮小程度越輕微。

感應電容C的大小實質上反比於電容感測元件122與金屬背框112、112’的可變間距d，所以，以上的實施例中，感應電容C的變化可以反應可變間距d的變化情形。也就是說，感應電容C的變化量可以作為顯示模組110定義出觸碰位置的參考依據。具體而言，在進行觸控感測時，對應各角落110a的觸控感測元件122例如會逐一地進行感測。尤其是，其中一個觸控感測元件122進行感測時，其餘的例如可連接至接地電位。此舉將可避免觸控感測元件122之間的電容彼此干擾。

詳言之，圖4繪示為本發明之一實施例的觸控感測裝置的觸控感測方法。請同時參照圖1、圖2與圖4，為了清楚表示不同方位的角落110a，圖4將角落110a分別定義為左上角TL、右上角TR、左下角BL以及右下角BR。在此，左上角TL以及右下角BR的筆直連線例如定義為U軸，而右上角TR以及左下角BL的筆直連線例如定義為V軸。另外，X軸與Y軸分別表示為顯示模組110的長軸方向與短軸方向，原點O則為顯示模組110的中心。

在使用者未觸碰顯示模組110時，顯示模組110的重心例如是位於原點O。此時，所有的電容感測元件122感測到的感應電容C例如為一初始值。使用者觸碰顯示模組110時，可變間距d的分布將與預設狀態不同，所以所有的電容感測元件122會感測到另一感應電容C，其為一感測值。若將感測值與初始值的差異計算出來，則可以判斷顯示模組110之重心由原點O發生偏移的方向及大小，亦即計算出觸碰位置P的座標。換言之，本實施例可提供一種簡單的觸控感測方法。

在本實施例中，感測值與初始值的差異實質上將依照顯示模組110所預設的觸控感測解析度(touch sensing resolution)被正規化(normalized)以獲得參考電容值△C。假設顯示模組110在X軸上預定定義出等間距的320個單位，而在Y軸上預定定義出等間距的240個單位。因此，由原點O沿U軸或是V軸至各角落(左上角TL、右上角TR、左下角BL以及右下角BR)的距離範圍內應劃分出200個單位，亦即原點O沿U軸或是V軸至各角落的解析度應為200。因此，為了符合這樣的解析度，在觸控顯示裝置100組裝完成後將先量測在觸碰動作下各個電容感測元件122的感測值與初始值之間的最大差異與最小差異，並且將最大差異值正規化為+100，而最小差異值正規化為-100以作為參考電容值△C。

以圖4而言，使用者的觸碰動作使得左上角TL的電容感測元件122測得的參考電容值△C為-50，右上角TR的電容感測元件122測得的參考電容值△C為-30，左下角BL的電容感測元件122測得的參考電容值△C為40，而右下角BR的電容感測元件122測得的參考電容值△C為50。由以上數值可知，參考電容值△C在U軸上產生了由原點O指向右下角BR的向量Cm2，其大小為100。另外，參考電容值△C在V軸上產生了由原點O指向左下角BL的向量Cm1，其大小為70。向量Cm1與向量Cm2的合向量Cm可以反應觸碰位置P。

舉例而言，合向量Cm在X軸上的分量Cmx與在Y軸上的分量Cmy可以表示觸碰位置P相對於原點O的關係。所以，以本實施例而言，分量Cmx與分量Cmy的大小分別為24與102。若原點O相對於左上角TL的座標為(160,120)，則觸碰位置P相對於左上角TL的座標例如為(160+24,120+102)，也就是(184,222)。

也就是說，不同角落的參考電容值△C會隨觸碰位置的變化而改變，所以這些參考電容值△C所計算出來的向量合可以反應觸碰位置P。此外，在其他可實施的計算方式中，計算觸碰位置P的方式也可以先將感測值與初始值之間的差值先計算出來。並立，求出這些差值的分布情形，接著再將這些差值的分布情形正規化以作為觸碰位置P的判斷依據。

另外，觸控顯示裝置100'的上視圖實質上可以參照圖1之觸控顯示裝置100的上視圖。由圖1可知，上述實施例的設計都使得電容感測元件122的數量等於顯示模組110的角落110a的數量。不過，電容感測元件122的數量只要是等於顯示模組110的角落110a的數量之正整數倍都符合本發明之精神。

舉例而言，圖5繪示為本發明之又一實施例的觸控顯示裝置的上視示意圖。請參照圖5，觸控顯示裝置200包括顯示模組210以及一電路板220。顯示模組210為平面顯示面所構成的顯示模組。舉例而言，顯示模組210可以是一液晶顯示模組、一電子紙顯示模組、一有機發光顯示模組、一電漿顯示模組等。電路板220上則配置有多個電容感測元件222以及一觸控晶片224。觸控晶片224例如是藉由配置在電路板220中的線路層226電性連接至這些電容感測元件222。並且，電容感測元件222的配置位置例如是對應顯示模組210的多個角落210a。

值得一提的是，本實施例中，電容感測元件222的數量為角落210a的數量之兩倍，且兩個電容感測元件222對應其中一個角落210a而配置。也就是說，角落210a的數量與電容感測元件222的數量可以相等或是不同。在進行觸控感測功能時，對應同一角落210a的數個電容感測元件222所感測到的訊號可以同時作為觸控位置的判斷依據。在一實施例中，對應同一角落210a的數個電容感測元件222所感測到的感應電容之平均值可以表示此一角落210a的觸控訊號。當然，在其他的實施例中，對應同一角落210a的數個電容感測元件222所感測到的感應電容可以採用直接相加或是以特定比例加成等方式來作為觸控位置的判斷依據。

綜上所述，本發明將觸控元件配置於顯示模組背離顯示面的一側。所以，顯示模組的顯示效果不會受到觸控元件的設置而有所影響。也就是說，本發明的觸控顯示裝置可具有理想的顯示品質。另外，本發明利用數個電容感測元件就可以提供觸控感測功能而可簡化觸控顯示裝置的元件設計。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何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，當可作些許之更動與潤飾，故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。

100、100’、200．．．觸控顯示裝置

110、210．．．顯示模組

110a、210a．．．角落

110b．．．顯示面

112、112’．．．金屬背框

112a．．．框架部

120、220．．．電路板

122、222．．．電容感測元件

124、224．．．觸控晶片

126、226．．．線路層

130．．．彈性絕緣層

230．．．彈簧

BL．．．左下角

BR．．．右下角

C．．．感應電容

Cm．．．合向量

Cm1、Cm2．．．向量

Cmx、Cmy．．．分量

d．．．可變間距

O．．．原點

P．．．觸碰位置

TL．．．左上角

TR．．．右上角

U、V、X、Y．．．軸

△C．．．參考電容值

圖1繪示為本發明之一實施例的觸控顯示裝置之上視示意圖。

圖2繪示為本發明之一實施例的觸控顯示裝置之側視示意圖。

圖3繪示為本發明另一實施例的觸控顯示裝置的剖面示意圖。

圖4繪示為本發明之一實施例的觸控感測裝置的觸控感測方法。

圖5繪示為本發明之又一實施例的觸控顯示裝置的上視示意圖。

100．．．觸控顯示裝置

110．．．顯示模組

110b．．．顯示面

112．．．金屬背框

112a．．．框架部

120．．．電路板

122．．．電容感測元件

124．．．觸控晶片

126．．．線路層

130．．．彈性絕緣層

C．．．感應電容

d．．．可變間距

Claims

一種觸控顯示裝置，包括：一顯示模組，具有一顯示面，且該顯示模組包括一金屬背框，該金屬背框與該顯示面相對；一電路板，配置於該顯示模組遠離該顯示面之一側，該電路板具有多個電容感測元件，對應該顯示模組的多個角落配置；以及一絕緣彈性件，配置於該電路板與該顯示模組之間，該些電容感測元件與該金屬背框相隔一可變間距，且該些電容感測元件與該金屬背框之間的一感應電容隨該可變間距而改變。
如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該可變間距大於0。
如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該絕緣彈性件為一彈簧、一矽膠或一墊片。
如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該絕緣彈性件為一彈性絕緣層。
如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該些電容感測元件的數量等於該顯示模組的該些角落的數量之正整數倍。
如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該些電容感測元件的數量為該顯示模組的該些角落的數量之兩倍，且兩個電容感測元件對應其中一個角落而配置。
如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，更包括一觸控晶片，配置於該電路板上，且該觸控晶片電性連接該些電容感測元件。
如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該金屬背框連接至一固定電位或一接地電位。
如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該金屬背框包括多個框架部所組成，而且各該框架部與其中一個電容感測元件相向而設。
如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該金屬背框具有整面連續的一承載面，且該承載面與該顯示面相對。