TWI412971B - 觸控式顯示系統及相關運作方法 - Google Patents

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Description

觸控式顯示系統及相關運作方法
本發明相關於一種液晶顯示系統及相關運作方法，尤指一種觸控式液晶顯示系統及相關運作方法。
液晶顯示器(liquid crystal display,LCD)具有輕薄短小的優點，已逐漸取代傳統體積龐大之陰極射線管(cathode ray tube,CRT)顯示器，進而廣泛地應用在各類型電子產品上。電子產品的尺寸的多半以微型化為趨勢，因此產品上漸無足夠空間容納如鍵盤和滑鼠等傳統輸入裝置，因此結合觸控輸入與顯示功能的觸控式面板(touch panel)是目前最熱門的輸入技術。
第1圖為先前技術中一液晶顯示器100之示意圖。液晶顯示器100包含一液晶顯示面板110、一閘極驅動電路(gate driver) 120、一源極驅動電路(source driver) 130，以及一時序控制器140。液晶顯示面板110上設有複數條互相平行之資料線DL1 ~DLM 、複數條互相平行之閘極線GL1 ~GLN ，和一包含M行N列之畫素矩陣。資料線DL1 ~DLM 和閘極線GL1 ~GLN 彼此交錯設置，畫素矩陣包含(M×N)個畫素P11 ~PMN ，分別設於相對應資料線和閘極線之交會處。每一畫素包含一薄膜電晶體(thin film transistor)開關TFT、一液晶電容CLC 和一儲存電容CST 。閘極驅動電路120耦接於閘極線GL1 ~GLN ，其依據時序控制器140所產生之時脈訊號來依序輸出閘極驅動訊號SG1 ~SGN 至相對應閘極線GL1 ~GLN ，進而開啟相對應畫素內之薄膜電晶體開關TFT。源極驅動電路130耦接於資料線DL1 ~DLM ，其依據時序控制器140所產生之時脈訊號來輸出資料驅動訊號SD1 ~SDM 至相對應資料線DL1 ~DLM ，進而充電畫素P11 ~PMN 使其能顯示相對應影像。
第2圖為先前技術中一觸控式液晶顯示器200之示意圖。液晶顯示器200包含一液晶顯示面板210、一閘極驅動電路220、一源極驅動電路230、一時序控制器240，以及一感測電路250。為了提供觸控功能，液晶顯示器200之液晶顯示面板210上另複數條互相平行之感測線SX1 ～SXM 、複數個感測單元S11 ～SMN ，以及複數個薄膜電晶體開關TFT11 ～TFTMN 。感測線SX1 ～SXM 中每一感測線設於資料線DL1 ～DLM 中相對應之兩相鄰資料線之間。感測單元S11 ～SMN 可偵測觸控訊號，並在偵測到觸控訊號時呈現導通的狀態(短路)。薄膜電晶體開關TFT11 ～TFTMN 之閘極分別耦接於相對應之閘極線，並依據相對應之閘極線傳來之掃描訊號將感測單元S11 ～SMN 分別電性連接至相對應之感測線SX1 ～SXM ，或是電性分離感測單元S11 ～SMN 和相對應之感測線SX1 ～SXM 。感測電路250耦接於感測線SX1 ～SXM ，可依據感測線SX1 ～SXM 傳來的訊號來計算出觸碰點的位置。相較於傳統的液晶顯示器100，液晶顯示器200需額外設置感測線SX1 ～SXM 、感測單元S11 ～SMN ，以及薄膜電晶體開關TFT11 ～TFTMN 等元件以提供觸控功能，如此會增加生產成本。
第3圖為先前技術中一觸控式顯示系統30之示意圖。觸控式顯示系統30包含一觸控筆35和一液晶顯示器300。液晶顯示器300同樣包含一液晶顯示面板110、一閘極驅動電路120、一源極驅動電路130，以及一時序控制器140，液晶顯示面板110之詳細結構如第1圖所示。為了提供觸控功能，液晶顯示器300另包含一X座標訊號收發器152、一Y座標訊號收發器154，以及一定位訊號收發器156。X座標訊號收發器152用來施加數位訊號至特定資料線之電極，而Y座標訊號收發器154用來施加數位訊號至特定閘極線之電極。觸控筆35包含一收發器，可在接近或接觸到液晶顯示面板110時接收數位訊號，並將接收到之訊號傳送至定位訊號收發器156。由於觸控筆35在接近或接觸到液晶顯示面板110不同位置時會造成不同程度的磁場變動，因此接收到之數位訊號也會有所差異，定位訊號收發器156則可依據數位訊號之變化來辨識觸控筆35下達指令的位置。相較於傳統的液晶顯示器100，液晶顯示器300需額外設置X座標訊號收發器152、Y座標訊號收發器154和定位訊號收發器156等元件以提供觸控功能，如此會增加生產成本。
本發明提供一種以觸控方式操作一顯示面板之方法，其中該顯示面板係包含複數條平行設置之資料線；複數條平行設置之閘極線，垂直於該複數條資料線；複數個像素，以陣列方式設置於該複數條資料線和該複數條閘極線之交會處，且每一像素分別耦接至該複數條資料線中一相對應之資料線和該複數條閘極線中一相對應之閘極線。該方法係包含一指標裝置提供一特徵訊號，並透過接觸該顯示面板之一特定位置以下達一觸控指令；將複數筆第一訊號分別寫入該複數條資料線；依據一時脈訊號來掃描該複數條閘極線以分別開啟耦接至該複數條閘極線之列像素；在接收到該觸控指令後，從該複數條資料線分別讀取複數筆第二訊號，並從該複數筆第二訊號中偵測對應於該特徵訊號之一擾動訊號；以及當從該複數條資料線中之一特定資料線所讀取到之一特定第二訊號中偵測出該擾動訊號時，依據該特定資料線在該顯示面板上之位置來判定該特定位置之一第一座標，以及依據該擾動訊號出現在該特定第二訊號內之時間點來判定該特定位置之一第二座標。
本發明另提供一種觸控式顯示系統，其包含一指標裝置和一顯示面板。該指標裝置用來提供一特徵訊號，並透過接觸該顯示面板之一特定位置以下達一觸控指令。該顯示面板包含複數條平行設置之資料線；複數條平行設置之閘極線，垂直於該複數條資料線；複數個像素，以陣列方式設置於該複數條資料線和該複數條閘極線之交會處，且每一像素分別耦接至該複數條資料線中一相對應之資料線和該複數條閘極線中一相對應之閘極線；一閘極驅動電路，其依據一時脈訊號來掃描該複數條閘極線，進而依序開啟耦接至該複數條閘極線之列像素；一源極驅動電路，用來分別輸出複數筆第一訊號至相對應之該複數條資料線；以及一定位電路。該定位電路包含一讀取電路，用來在下達該觸碰指令後從該複數條資料線分別讀取複數筆第二訊號；以及一判斷電路，用來從該複數筆第二訊號中偵測對應於該特徵訊號之一擾動訊號，且當從該複數筆第二訊號中一特定第二訊號偵測出該擾動訊號時，該判斷電路依據該特定第二訊號所對應之一特定資料線其在該顯示面板上之位置來判定該特定位置之一第一座標，以及依據該擾動訊號出現在該特定第二訊號內之時間點來判定該特定位置之一第二座標。
本發明另提供一種用於顯示器中的擾動訊號位置偵測裝置，包括一時序控制器，耦接於該顯示器中複數條閘極線，用以依序開啟耦接至該複數條閘極線之複數個列像素；一讀取電路，耦接於該顯示器中複數條資料線，用以讀取該擾動訊號；以及一判斷電路，分別耦接該讀取電路及該時序控制器；其中該擾動訊號位置偵測裝置於該顯示器之一圖框顯示時間內，當該讀取電路讀取到該擾動訊號時，該判斷電路依據該擾動訊號所對應之一特定資料線在該顯示器上之位置來判定該擾動訊號發生的一第一座標，以及依據該擾動訊號出現之時間點所對應一特定閘極線在該顯示器上之位置來判定該擾動訊號發生的一第二座標。
第4圖為本發明中一觸控式顯示系統40之示意圖。觸控式顯示系統40包含一指標裝置55和一液晶顯示器400。液晶顯示器400包含一液晶顯示面板410、一閘極驅動電路420、一源極驅動電路430、一時序控制器440，以及一定位電路450。液晶顯示面板410上設有複數條互相平行之資料線DL1 ~DLM 、複數條互相平行之閘極線GL1 ~GLN ，和一包含M行N列之畫素矩陣。資料線DL1 ~DLM 和閘極線GL1 ~GLN 彼此交錯設置，畫素矩陣包含(M×N)個畫素P11 ~PMN ，分別設於相對應資料線和閘極線之交會處。每一畫素包含一薄膜電晶體開關TFT、一液晶電容CLC 和一儲存電容CST 。每一薄膜電晶體開關TFT之控制端耦接於一相對應之閘極線，而第一端耦接於一相對應之資料線。每一液晶電容CLC 和儲存電容CST 則各耦接於相對應薄膜電晶體開關TFT之第二端和一共同電壓VCOM 之間。閘極驅動電路420耦接於閘極線GL1 ~GLN ，可依據時序控制器440所產生之時脈訊號來依序輸出閘極驅動訊號SG1 ~SGN 至相對應閘極線GL1 ~GLN ，進而開啟相對應畫素內之薄膜電晶體開關TFT。源極驅動電路430耦接於資料線DL1 ~DLM ，可依據時序控制器440所產生之時脈訊號分別輸出資料驅動訊號SD1 ~SDM 至相對應資料線DL1 ~DLM ，進而充電畫素P11 ~PMN 使其能顯示相對應影像。
指標裝置55能輸出一特徵訊號，例如輸出頻率高於資料驅動訊號SD1 ~SDM 之一交流脈衝訊號AC。透過指標裝置55，使用者可在顯示面板410之一特定位置下達觸控指令。在第4圖所示之實施例中，指標裝置55之外型設計為筆狀，讓使用者能輕易地利用指標裝置55接觸液晶顯示面板410以下達各種觸控訊號。然而，指標裝置55之外型並不限定本發明之範疇。
定位電路450包含一讀取電路42、一濾波器44，以及一判斷電路46。在液晶顯示器400之圖框週期內(例如16 ms)，讀取電路42可分別從資料線DL1 ~DLM 讀取資料量測訊號SD1 ’~SDM ’。濾波器44可過濾資料量測訊號SD1 ’~SDM ’中除了特徵訊號之頻率外之其它頻率。舉例來說，若指標裝置55輸出之特徵訊號為頻率遠高於資料驅動訊號SD1 ~SDM 之交流脈衝訊號AC，濾波器44可為一高通濾波器。判斷電路46可為一微處理器，其耦接於時序控制器440和濾波器450。判斷電路46可從資料量測訊號SD1 ’~SDM ’中偵測對應於特徵訊號之擾動訊號，再依據偵測結果判斷指標裝置55接觸液晶顯示面板410之位置。
第5a圖和第5b圖為本發明之觸控式顯示系統40運作時之示意圖。以畫素P11 ~PMN 中一特定畫素Pmn 來做說明，其中畫素Pmn 耦接至資料線DL1 ~DLM 中一特定資料線DLm 和閘極線GL1 ~GLN 中一特定閘極線GLn (m為介於1和M之間的整數，而n為介於1和N之間的整數)。當使用者未下達任何觸碰命令時，液晶顯示面板410之等效電路如第5a圖所示，其中ZOUT 代表源極驅動電路430之輸出阻抗，ZDL 代表資料線DLm 之等效阻抗，而ZPX 代表畫素Pmn 之等效阻抗。因此，當畫素Pmn 之薄膜電晶體開關TFT被閘極驅動訊號SGn 導通時，資料驅動訊號SDm 之訊號傳送路徑其等效阻抗可由ZOUT +ZDL +ZPX 來表示，而資料量測訊號SDm ’之訊號傳送路徑其等效阻抗可由ZDL +ZPX 來表示。
若使用者使用指標裝置55觸碰液晶顯示面板410上畫素Pmn 所在之處，此時液晶顯示面板410之等效電路如第5b圖所示，其中ZOUT 代表源極驅動電路430之輸出阻抗，ZDL 代表資料線DLm 之等效阻抗，ZPX 代表畫素Pmn 之等效阻抗，而ZC 代表在畫素Pmn 所在位置之耦合電容因特徵訊號而形成之等效阻抗。因此，當畫素Pmn 之薄膜電晶體開關TFT被閘極驅動訊號SGn 導通時，資料量測訊號SDm ’之訊號傳送路徑其等效阻抗可由ZDL +(ZPX +ZC )-1 來表示。換而言之，當使用者在畫素Pmn 所在位置下達觸碰命令時，交流脈衝訊號AC會透過等效阻抗ZC 傳送至相對應位置之資料線DLm ，進而在資料量測訊號SDm ’中形成一相對應之擾動訊號VAC 。
如前所述，當源極驅動電路430在一圖框週期內分別輸出資料驅動訊號SD1 ~SDM 至相對應資料線DL1 ~DLM 時，定位電路450會同時利用讀取電路42來分別從資料線DL1 ~DLM 讀取資料量測訊號SD1 ’~SDM ’。另一方面，判斷電路46會持續從資料量測訊號SD1 ’~SDM ’中偵測擾動訊號VAC ，其運作如第6圖所示。第6圖顯示了時脈訊號CLK、資料驅動訊號SD1 ~SDM 中之一資料驅動訊號SDm ，以及資料量測訊號SD1 ’~SDM ’之一資料量測訊號SDm ’之波形。時脈訊號CLK定義閘極線GL1 ~GLN 之驅動週期T1 ~TN ，資料驅動訊號SDm 代表輸出至資料線DLm 之訊號，而資料量測訊號SDm ’代表從資料線DLm 讀取到之訊號，第6圖所示之僅為本發明之實施例，各訊號之波形並不限定本發明之範疇。
若以二維座標(x,y)來表示指標裝置55觸碰液晶顯示面板110時之特定位置，假設判斷電路46能從資料量測訊號SDm ’中辨識出對應於特徵訊號(例如一交流脈衝訊號AC)之擾動訊號VAC ，本發明即可依據相對應資料線DLm 在液晶顯示面板410上之位置來判斷此特定位置之水平座標x；同時，判斷電路46能依據時脈訊號CLK來得知擾動訊號VAC 係發生在資料量測訊號SDm ’之週期Tn 內，本發明即可依據相對應閘極線GLn 在液晶顯示面板410上之位置來判定此特定位置之垂直座標y。
在本發明之觸控式顯示系統40中，在源極驅動電路430輸出資料驅動訊號至資料線的圖框期間，定位電路450會同時由資料線讀取資料量測訊號以辨識接觸點。當使用者操作指標裝置以在顯示面板410上下達觸控指令時，指標裝置55發出之特徵訊號會影響接觸點週圍的電場，進而在相對應資料量測訊號中形成一擾動訊號。因此，若在一特定資料量測訊號中偵測出擾動訊號，即可依據此特定資料量測訊號所對應之資料線在液晶顯示面板410上之位置來判定接觸點之水平座標。同時，本發明將擾動訊號發生在此特定資料量測訊號之時間點對應至時脈訊號，以得知擾動訊號VAC 係發生一特定閘極線之驅動週期，再依據此特定閘極線在液晶顯示面板410上之位置來判定接觸點之垂直座標。本發明之觸控式顯示系統40不需改變畫素結構，亦不需使用額外的座標訊號收發器或定位訊號收發器等元件即能提供觸控功能，因此可降低生產成本。
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。
35．．．觸控筆
30、40．．．觸控式顯示系統
42．．．讀取電路
110、210、410．．．液晶顯示面板
44．．．濾波器
120、220、420．．．閘極驅動電路
46．．．判斷電路
130、230、430．．．源極驅動電路
35．．．觸控筆
140、240、440．．．時序控制器
55．．．指標裝置
152．．．X座標訊號收發器
250．．．感測電路
154．．．Y座標訊號收發器
450．．．定位電路
156．．．定位訊號收發器
CLC ．．．液晶電容
SDm 、SD1 ~SDM ．．．資料驅動訊號
CST ．．．儲存電容
SDm ’、SD1 ’~SDM ’．．．資料量測訊號
VCOM ．．．共同電壓
SG1 ~SGN ．．．閘極驅動訊號
CLK．．．時脈訊號
Pmn 、P11 ~PMN ．．．畫素
VAC ．．．擾動訊號
AC．．．交流脈衝訊號
100、200、300、400．．．液晶顯示器
TFT、TFT11 ～TFTMN ．．．薄膜電晶體開關
ZOUT 、ZDL 、ZPX 、ZC ．．．阻抗
第1圖為先前技術中一液晶顯示器之示意圖。
第2圖為先前技術中一觸控式液晶顯示器之示意圖。
第3圖為先前技術中一觸控式顯示系統之示意圖。
第4圖為本發明中一觸控式顯示系統之示意圖。
第5a圖和第5b圖為本發明之觸控式顯示系統運作時之示意圖。
第6圖為本發明之判斷電路運作時之示意圖。
40‧‧‧觸控式顯示系統
400‧‧‧液晶顯示器
42‧‧‧讀取電路
410‧‧‧液晶顯示面板
44‧‧‧濾波器
420‧‧‧閘極驅動電路
46‧‧‧判斷電路
430‧‧‧源極驅動電路
440‧‧‧時序控制器
55‧‧‧指標裝置
450‧‧‧定位電路
CLC ‧‧‧液晶電容
SD1 ~SDM ‧‧‧資料驅動訊號
CST ‧‧‧儲存電容
SD1 ’~SDM ’‧‧‧資料量測訊號
VCOM ‧‧‧共同電壓
SG1 ~SGN ‧‧‧閘極驅動訊號
AC‧‧‧交流脈衝訊號
P11 ~PMN ‧‧‧畫素
TFT‧‧‧薄膜電晶體開關

Claims (10)

  1. 一種以觸控方式操作一顯示面板之方法，其中：該顯示面板係包含：複數條平行設置之資料線；複數條平行設置之閘極線，垂直於該複數條資料線；以及複數個像素，以陣列方式設置於該複數條資料線和該複數條閘極線之交會處，且每一像素分別耦接至該複數條資料線中一相對應之資料線和該複數條閘極線中一相對應之閘極線；且該方法係包含：一指標裝置提供一特徵訊號，並透過接觸該顯示面板之一特定位置以下達一觸控指令；將複數筆第一訊號分別寫入該複數條資料線；依據一時脈訊號來掃描該複數條閘極線以分別開啟耦接至該複數條閘極線之列像素；在接收到該觸控指令後，從該複數條資料線分別讀取複數筆第二訊號，並從該複數筆第二訊號中偵測對應於該特徵訊號之一擾動訊號；以及當從該複數條資料線中之一特定資料線所讀取到之一特定第二訊號中偵測出該擾動訊號時，依據該特定資料線在該顯示面板上之位置來判定該特定位置之一第一座標，以及依據該擾動訊號出現在該特定第二訊號內之 時間點來判定該特定位置之一第二座標。
  2. 如請求項1所述之方法，其另包含：比較每一第一訊號和每一相對應第二訊號之間的差異以從該複數筆第二訊號中偵測該擾動訊號。
  3. 如請求項1所述之方法，其另包含：依據該時脈訊號，從該複數條閘極線中判定該時間點所對應之一特定閘極線，並依據該特定閘極線在該顯示面板上之位置來判定該第二座標。
  4. 如請求項1所述之方法，其中該指標裝置所提供之該特徵訊號係為一交流訊號，且該交流訊號之頻率高於該複數筆第一訊號之頻率。
  5. 一種觸控式顯示系統，其包含：一指標裝置，用來提供一特徵訊號，並透過接觸一顯示面板之一特定位置以下達一觸控指令；該顯示面板，其包含：複數條平行設置之資料線；複數條平行設置之閘極線，垂直於該複數條資料線；複數個像素，以陣列方式設置於該複數條資料線和該複數條閘極線之交會處，且每一像素分別耦接至該複數條 資料線中一相對應之資料線和該複數條閘極線中一相對應之閘極線；一閘極驅動電路，其依據一時脈訊號來掃描該複數條閘極線，進而依序開啟耦接至該複數條閘極線之列像素；一源極驅動電路，用來分別輸出複數筆第一訊號至相對應之該複數條資料線；以及一定位電路，其包含：一讀取電路，用來在下達該觸控指令後從該複數條資料線分別讀取複數筆第二訊號；以及一判斷電路，用來從該複數筆第二訊號中偵測對應於該特徵訊號之一擾動訊號，且當從該複數筆第二訊號中一特定第二訊號偵測出該擾動訊號時，該判斷電路依據該特定第二訊號所對應之一特定資料線其在該顯示面板上之位置來判定該特定位置之一第一座標，以及依據該擾動訊號出現在該特定第二訊號內之時間點來判定該特定位置之一第二座標。
  6. 如請求項5所述之觸控式顯示系統，其中該定位電路另包含：一濾波器，耦接於該讀取電路和該判斷電路之間，用以過濾該特徵訊號外之其它頻率。
  7. 如請求項5所述之觸控式顯示系統，其中該指標裝置所提供之該特徵訊號係為一交流訊號，且該交流訊號之頻率高於該複數 筆第一訊號之頻率。
  8. 如請求項5所述之觸控式顯示系統，其中每一像素係包含：一薄膜電晶體開關，其包含：一第一端，耦接於該複數條資料線中一相對應之資料線；一第二端；以及一控制端，耦接於該複數條閘極線中一相對應之閘極線；一液晶電容，耦接於該薄膜電晶體開關之第二端和一共同電壓之間；以及一儲存電容，耦接於該薄膜電晶體開關之第二端和該共同電壓之間。
  9. 一種用於顯示器中的擾動訊號位置偵測裝置，包括：一時序控制器，耦接於該顯示器中複數條閘極線，用以依序開啟耦接至該複數條閘極線之複數個列像素；一讀取電路，耦接於該顯示器中複數條資料線，用以讀取該擾動訊號；以及一判斷電路，分別耦接該讀取電路及該時序控制器；其中該擾動訊號位置偵測裝置於該顯示器之一圖框週期內，當該讀取電路讀取到該擾動訊號時，該判斷電路依據該擾動訊號所對應之一特定資料線在該顯示器上之位置來判定該擾動訊號發生的一第一座標，以及依據該擾動訊號出現之時間點所對應一特定閘極線在該顯示器上之位置來判定該擾動 訊號發生的一第二座標。
  10. 如請求項9所述之裝置，其中該擾動訊號係由觸控操作該顯示器所產生，且為一交流訊號，該交流訊號之頻率不同於該顯示器之一顯示頻率。
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