TWI416215B - 一種液晶顯示面板及其觸控偵測方法 - Google Patents

Description

一種液晶顯示面板及其觸控偵測方法

本發明係關於一種液晶面板，特別係關於一種具有按壓檢測和圖像顯示功能的液晶面板。

當前，隨著半導體技術和製造工藝的發展，具有高品質、低功耗、無輻射和體積小等優越性能的薄膜電晶體液晶顯示器(TFT-LCD)已經逐漸成為市場的主流。

典型地，液晶面板包括：一陣列基板(array substrate)、一彩色濾光片基板(color filter substrate)和分佈在陣列基板與彩色濾光片基板之間的液晶分子層。更加具體地，在陣列基板上具有由資料線與相應掃描線的交叉位置所定義的多個畫素，以及由多個電子元件構成用來驅動這些畫素的畫素驅動電路。一般地，彩色濾光片基板是一透明的玻璃基板，在其上濺鍍有諸如ITO或IZO材料形成的透明導電膜層。此透明導電膜層與公共電極電源電性連接(作為公共電極)，與加在陣列基板上的相應畫素電極一起產生預定電壓，以便控制液晶的扭轉。

對於觸控式液晶面板來說，現有技術通常在彩色濾光片基板上設計一光阻間隔物(photo spacer)，此光阻間隔物朝著陣列基板方向突起。並且，在整個濾光片基板和光阻間隔物的表面上均濺鍍一透明導電膜層，例如ITO層。當使用者按壓觸摸屏時，光阻間隔物與陣列基板上的sensor電性連接，通過感應器上的電位訊號就可以偵測到液晶面板的顯示單元被按壓。當使用者未按壓觸摸屏時，光阻間隔物與陣列基板上的感應器電性隔離。

然而，在上述液晶面板中，濾光片基板和光阻間隔物的表面上均濺鍍有連續的透明導電膜層，這樣才能確保顯示單元被按壓時感應器獲得的電壓電位與濾光片基板上的電壓電位相等，也就是說，光阻間隔物的側壁上必須鍍有ITO導電層，這勢必會帶來製造工藝的穩定性和複雜性問題。此外，濾光片基板與公共電極電性連接時，系統只能使用直流電源，從而增加了系統功耗。這是因為，一旦載入交流電源，當按壓液晶面板時，通過光阻間隔物將感應器電性連接至濾光片基板的ITO層，感應器上得到的電壓將會很不穩定。

針對現有技術中液晶面板在使用時所存在的上述缺陷，本發明提供了一種新型液晶面板，並且還提供了一種針對此液晶面板的觸控偵測方法。

依據本發明的一實施例，提供了一種液晶面板，包括：複數條掃描線、複數條資料線、複數條感應線、複數個顯示單元和複數個按壓單元。複數條資料線與這些掃描線垂直交錯設置。複數條感應線與這些資料線平行設置。其中，每個顯示單元電性連接一掃描線和與掃描線相對應的資料線。此外，每個按壓單元包括一第一按壓下電極、一薄膜電晶體、一第二按壓下電極和一按壓開關。每個薄膜電晶體包括一閘極、一源極和一汲極，閘極與一掃描線電性連接，源極與一感應線電性連接，以及汲極與第一按壓下電極電性連接。第二按壓下電極與第一按壓下電極設置於同一平面上且電性隔離。按壓開關設置於第一按壓下電極與第二按壓下電極的上方，當按壓此開關時，按壓開關電性連接第一按壓下電極與第二按壓下電極。其中，第二按壓下電極可以電性連接一存儲電容下電極或與此按壓單元相鄰的下一掃描線。

較佳地，按壓開關為表面具有導電材質層的光阻間隔物。並且，導電材質層位於光阻間隔物的頂面。諸如，ITO或IZO的透明材料。此外，導電材質層與顯示單元的畫素上電極電性隔離。

較佳地，當第二按壓下電極電性連接至與按壓單元相鄰的下一掃描線時，按壓開關後，第一按壓下電極為低電位電壓。

較佳地，當第二按壓下電極電性連接至存儲電容下電極時，按壓開關後，第一按壓下電極電性連接一顯示單元的存儲電容下電極。

依據本發明的又一實施例，提供了一種液晶面板，包括：複數條掃描線、複數條資料線和複數個顯示單元。複數條資料線與這些掃描線垂直交錯設置。複數個顯示單元包括一按壓下電極、一顯示下電極、一偵測電路、一薄膜電晶體、一開關和一按壓導電層。按壓下電極電性連接一參考電位源。顯示下電極與按壓下電極設置於同一平面上且電性隔離。偵測電路用於偵測顯示下電極上的電位。薄膜電晶體包括一閘極、一源極和一汲極，閘極與一掃描線電性連接，汲極與顯示下電極電性連接。開關用於切換源極電性連接偵測電路或一資料線，當將顯示訊號寫入顯示下電極時，開關電性連接薄膜電晶體的源極與此資料線。按壓導電層，設置於按壓下電極與顯示下電極上方，當按壓導電層被按壓時，按壓導電層電性連接按壓下電極與顯示下電極。

較佳地，按壓導電層是由導電材質製成的。並且，按壓導電層位於光阻間隔物的頂面，例如，ITO或IZO的透明材料。

較佳地，按壓導電層與顯示單元的畫素上電極電性隔離。當按壓導電層被按壓時，顯示下電極為參考電位。

較佳地，偵測電路包括一電壓比較器。其中，電壓比較器的第一輸入端通過開關電性連接至顯示下電極，第二輸入端電性連接至一參考電壓。此外，偵測電路更包括一電阻設置於第一輸入端與開關之間。

較佳地，設置一電阻於偵測電路與開關之間。

依據本發明的又一實施例，提供了一種液晶面板的觸控偵測方法，包括：開啟掃描線，打開薄膜電晶體的閘極，使薄膜電晶體的源極和汲極處於電性通路狀態。接著，切換開關，將畫素電極通過開關電性連接到電阻器。將流經畫素電極的電流信號傳送至電阻器。然後，將電流信號轉換為電壓信號，並輸入到偵測電路。比較輸入的電壓與閾值電壓，判斷液晶面板的畫素是否被按壓。其中，當顯示下電極的電訊號是源於參考電位源時，偵測電路送出一觸控訊號表示按壓導電層已按壓顯示單元。

依據本發明的再一實施例，提供了一種液晶面板的觸控偵測方法，包括：開啟掃描線，打開薄膜電晶體的閘極，使薄膜電晶體的源極和汲極處於電性通路狀態。接著，切換開關，將畫素電極通過開關電性連接到偵測電路，比較輸入電壓與閾值電壓之間的大小。其中，當顯示下電極的電位訊號是源於參考電位源時，偵測電路送出一觸控訊號表示按壓導電層已按壓顯示單元。

下面參照附圖，對本發明的具體實施方式作進一步的詳細描述。

從液晶面板的螢幕功能來分，所有的TFT-LCD面板大致可劃為接觸式面板和非接觸式面板兩類。對於接觸式面板來說，使用者直接觸摸螢幕的相應位置，以便系統接收回應資訊並執行各種不同的操作，既方便快捷，又增強體驗感。在此交互過程中，液晶面板除了通過控制掃描線和資料線，在多個顯示單元中顯示圖像外，還應當對液晶面板是否被按壓進行檢測和判斷。

第1圖係繪示依據本發明的一個方面的液晶面板的結構示意圖。

液晶面板10包括偵測線100、掃描線102、資料線104、掃描線106、讀出TFT108、顯示TFT110、顯示電極112、114和116、按壓導電層118和光阻間隔物120。

類似地，薄膜電晶體110的閘極與掃描線102電性連接，薄膜電晶體110的源極與資料線104電性連接，並且薄膜電晶體110的汲極與顯示電極116電性連接。此外，顯示電極116還電性連接到與掃描線102相鄰的下一條掃描線，即，掃描線106。需要指出的是，薄膜電晶體110用於顯示圖像，故在此省略描述。

薄膜電晶體108的閘極與掃描線102電性連接，薄膜電晶體108的源極與偵測線100電性連接，並且薄膜電晶體108的汲極與顯示電極112電性連接。由前述可知，讀出TFT108和顯示TFT110都設置於陣列基板，液晶分子層位於陣列基板以及與陣列基板相對的玻璃基板之間。光阻間隔物120位於玻璃基板上，其底面與玻璃基板相接觸，並且其頂面朝陣列基板方向突起。按壓導電層118位於光阻間隔物120的頂面上。當顯示單元被按壓時，顯示電極112和114通過按壓導電層118電性連接。在本實施例中，按壓導電層118是做為顯示電極112和114間的導電通路之用，故不必如習知般因需與公共電極電性連接而必須在光阻間隔物的側壁上形成透明導電膜層。在本實施例中，由於顯示電極114與掃描線106相連接，因此，當位於顯示電極112上的感測器檢測到低電壓電位時，表明顯示單元已被按壓。本領域的普通技術人員應當理解，薄膜電晶體108和110的源極和汲極通常是可互換的，例如，還可以將薄膜電晶體108的汲極與偵測線100電性連接，並且將薄膜電晶體108的源極與顯示電極112電性連接。本領域的普通技術人員還應當理解，顯示電極114並不只局限於電性連接至與掃描線102相鄰的掃描線106，它還可以電性連接至諸如顯示單元的存儲電容下電極的參考電位源。也就是說，當顯示電極112的感測器上得到與顯示電極114相同的電位時，就能夠判斷顯示單元已被按壓。

第2A圖係繪示第1圖中的液晶面板未被按壓時的狀態示意圖，第2B圖係繪示第1圖中的液晶面板被按壓時的狀態示意圖。在第2A圖中，僅僅在玻璃基板的部分表面上濺鍍一圖案化的透明導電膜層200，並且透明導電膜層200與公共電極電性連接，以接收公共電壓V_COM ，光阻間隔物120形成在玻璃基板上，在其頂面上具有按壓導電層118。需要強調的是，此時ITO導電層只需要形成於光阻間隔物120的頂面上，無需形成在其側壁上，這對形成在光阻間隔物120的側壁上的ITO材料的爬坡能力不作任何要求，從而極大地簡化了製造工藝。當顯示單元未被按壓時，顯示電極112與顯示電極114處於電性隔離狀態，位於顯示電極112上的感測器偵測到的電壓不會發生任何變化。

當顯示單元被按壓時，如第2B圖所示，光阻間隔物120向陣列基板方向運動，直至按壓導電層118將顯示電極112與顯示電極114電性連接在一起。由於第2B圖中的顯示電極114電性連接至掃描線106，當開啟掃描線102以打開讀出TFT108和顯示TFT110時，掃描線106處於低電壓電位。因此，與顯示電極114電性連接的顯示電極112也處於低電壓電位，這樣一來，通過即時監測顯示電極112上的感測器電壓就可以確知顯示單元是否已被按壓。本領域的普通技術人員應當理解，當顯示單元被按壓時，光阻間隔物120頂面上的按壓導電層118電性連接顯示電極112和114。因此，只要提供一參考電壓電源電性連接顯示電極114，就可以通過顯示電極112上的感測器來偵測顯示單元是否被按壓。出於此種考慮，顯示電極114並不只局限於電性連接至下一條掃描線106，它還可以電性連接至其他的參考電壓源，例如，公共電極。

當採用圖1中的液晶面板10時，光阻間隔物120相當於一開關，通過其頂面上的按壓導電層118電性連接或者電性隔離顯示電極112和114。從這個意義上說，用來電性連接或者電性隔離顯示電極112和114的並不只局限於光阻間隔物120。因顯示電極114與掃描線106連接時，通過顯示電極112上的感測器電壓(如低電壓電位)就可以確知顯示單元已被按壓。相比于現有技術，不僅需要在玻璃基板的整個表面上濺鍍一ITO透明導電層，還要求在光阻間隔物的側壁和頂面上也濺鍍ITO導電層，製造工藝無疑要複雜得多。

由於顯示電極114電性連接掃描線106，顯示電極112上的感測器偵測到的電壓不再與公共電壓V_COM 密切相關，因此系統的公共電極電源也不必只局限於直流驅動方式，例如，它可以採用交流驅動方式，以降低功率消耗。此外，與讀出TFT108連接的顯示電極劃分為顯示電極112和114，也顯著提高了面板中的畫素開口率。

以上描述了依據本發明的液晶面板的一個實施例。在液晶面板10中，顯示TFT110、資料線104、顯示電極116、掃描線102和106用於控制顯示單元來顯示不同灰階的圖像，而讀出TFT108、偵測線100、顯示電極112和114、按壓導電層118、光阻間隔物120以及掃描線102和106用於偵測顯示單元是否被按壓。從這裏可以看出，顯示TFT和讀出TFT分別用於完成畫素顯示和按壓偵測功能，它們在結構上基本是獨立驅動和控制的。因而，在液晶面板10中需要額外增加多條偵測線和多個讀出TFT，以偵測畫素是否被按壓和顯示不同灰階的圖像。

根據本發明的液晶面板的又一個實施例，第3圖繪示液晶面板30的結構示意圖。其中，液晶面板30包括資料線/偵測線300、掃描線302、與掃描線302相鄰的下一掃描線304、讀出/顯示TFT306、顯示電極308和310、按壓導電層312和光阻間隔物314。不同於液晶面板10，在液晶面板30中資料線和偵測線採取複用設計，讀出TFT和顯示TFT也設計為複用結構。當液晶面板的開關(圖中未示出)處於開啟或關閉狀態時，薄膜電晶體的源極(或汲極)電性連接到偵測電路或資料線。

按壓導電層312設置在顯示電極308和310的上方，顯示電極308與顯示電極310一般處於電性隔離狀態。當光阻間隔物314被按壓時，按壓導電層312的一部分與顯示電極308相接觸，按壓導電層312的另一部分與顯示電極310相接觸，因此顯示電極308和310通過按壓導電層312從電性隔離狀態轉化成電性連接狀態。優選地，顯示電極310與掃描線304電性連接，則畫素被按壓時，顯示電極308上的電壓處於低電位狀態，通過偵測顯示電極308上的電壓狀態，就可以得知畫素已被按壓。其中，按壓導電層312是由導電材質製成的，例如，IZO或ITO透明材料，並且位於光阻間隔物314的頂面。

第4圖繪示在第3圖所示的液晶面板30中用於實現按壓檢測和圖像顯示的電路原理示意圖。該電路結構包括掃描線400、薄膜電晶體402、開關404、資料線406和偵測電路408。薄膜電晶體402的閘極電性連接掃描線400，薄膜電晶體402的源極(或汲極)電性連接開關404的一端，薄膜電晶體402的汲極(或源極)電性連接至畫素電極(圖中以補償電容Cst和液晶電容Clc表示)。

當切換開關404時，薄膜電晶體402的源極(或汲極)電性連接資料線406，打開薄膜電晶體402的閘極，利用資料線406將相應資料送入畫素電極以顯示圖像。當切換開關404時，薄膜電晶體402的源極(或汲極)電性連接偵測電路408，將來自畫素電極的電信號傳送至偵測電路，以確定畫素是否被按壓。

在本發明的一實施例中，偵測流經畫素電極的電流信號，通過電流/電壓轉換電路來生成電壓，以進行比較。在本發明的又一實施例中，偵測畫素電極上的電壓信號，並與參考電壓進行比較，以判斷畫素是否被按壓。

在下文中，依據第4圖中的電路結構來具體描述圖元的觸控偵測方法。其中，第5圖繪示基於電流信號進行按壓檢測的第一實施例的方法流程框圖，第6圖繪示基於電壓信號進行按壓檢測的第二實施例的方法流程框圖。

步驟500中，開啟掃描線400，打開薄膜電晶體402的閘極，使薄膜電晶體402的源極和汲極處於電性通路狀態。接著，執行步驟502，切換開關404，將畫素電極通過開關電性連接到電阻器。開關404的一端與薄膜電晶體的源極連接，另一端與電阻器連接，並且電阻器位於偵測電路408之前。在步驟504中，將流經畫素電極的電流信號傳送至電阻器。然後，執行步驟506，將電流信號轉換為電壓信號，並輸入到偵測電路408。在步驟508中，比較輸入的電壓與閾值電壓，判斷液晶面板的畫素是否被按壓。優選地，偵測電壓408可以包括一電壓比較器，用於比較輸入電壓和閾值電壓。最後，在步驟510中，如果畫素確已被按壓，則偵測電路408發出一觸控信號，並進行後續操作。

類似地，基於電壓信號的偵測方法也可以描述如下。步驟600中，開啟掃描線400，打開薄膜電晶體402的閘極，使薄膜電晶體402的源極和汲極處於電性通路狀態。接著，執行步驟602，切換開關404，將畫素電極通過開關電性連接到偵測電路408。這時，開關404的一端與薄膜電晶體402的源極連接，另一端與偵測電路408連接。在步驟604中，將畫素電極上的電壓信號傳送至偵測電路。執行步驟606，比較輸入電壓與閾值電壓之間的大小。優選地，偵測電壓408可以包括一電壓比較器，用於電壓比較。最後，在步驟608中，如果畫素確已被按壓，則偵測電路408發出一觸控信號，並進行後續操作。

採用本發明的液晶面板30，通過單個的TFT來完成按壓檢測和圖像顯示功能，大大地降低了液晶面板中讀出TFT的個數，同時也顯著地提高了畫素的開口率。此外，液晶面板的公共電極電源不僅可以採用直流驅動方式，還可以採用交流驅動方式，以降低系統功耗。

雖然本發明已以實施方式揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作各種之更動與潤飾，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。

10．．．液晶面板

100．．．偵測線

102．．．掃描線

104．．．資料線

106．．．掃描線

108．．．讀出TFT

200．．．透明導電膜層

30．．．液晶面板

300．．．資料線/偵測線

302．．．掃描線

304．．．掃描線

306．．．讀出/顯示TFT

308．．．顯示電極

310．．．顯示電極

110．．．顯示TFT

112．．．顯示電極

114．．．顯示電極

116．．．顯示電極

118．．．按壓導電層

120．．．光阻間隔物

312．．．按壓導電層

314．．．光阻間隔物

400．．．掃描線

402．．．薄膜電晶體

404．．．開關

406．．．資料線

408．．．偵測電路

步驟500　開啟掃描線以打開TFT的閘極

步驟502　切換開關以電性連接顯示下電極與電阻器

步驟504　將來自顯示下電極的電流信號傳送至電阻器

步驟506　轉換電流信號為電壓信號並輸入到偵測電路

步驟508　比較輸入的電壓與閾值電壓判斷顯示單元是否被按壓

步驟510　如被按壓，則發出一觸控信號

步驟600　開啟掃描線以打開TFT的閘極

步驟602　切換開關以電性連接顯示下電極與偵測電路

步驟604　將顯示下電極上的電壓信號傳送至偵測電路

步驟606　比較輸入的電壓與閾值電壓判斷顯示單元是否被按壓

步驟608　如被按壓，則發出一觸控信號

第1圖係繪示依據本發明的一個方面的液晶面板的結構示意圖；

第2A圖係繪示第1圖中的液晶面板未被按壓時的狀態示意圖，和第2B圖係繪示第1圖中的液晶面板被按壓時的狀態示意圖；

第3圖係繪示依據本發明的另一方面的液晶面板的結構示意圖；

第4圖係繪示在第3圖所示的液晶面板中用於實現按壓檢測和圖像顯示的電路原理示意圖；

第5圖係繪示使用第4圖中的偵測電路進行按壓檢測的第一實施例的流程示意圖；以及

第6圖係繪示使用第4圖中的偵測電路進行按壓檢測的第二實施例的流程示意圖。

10．．．液晶面板

100．．．偵測線

102．．．掃描線

104．．．資料線

106．．．掃描線

108．．．讀出TFT

110．．．顯示TFT

112．．．顯示電極

114．．．顯示電極

116．．．顯示電極

118．．．按壓導電層

120．．．光阻間隔物

Claims (19)

1. 一種液晶面板，包括：複數條掃描線；複數條資料線，與該些掃描線垂直交錯設置；複數條感應線，與該些資料線平行設置；複數個顯示單元，每一該些顯示單元電性連接一該些掃描線及一該些資料線；以及複數個按壓單元，每一該些按壓單元包括：一第一按壓下電極；一薄膜電晶體，包括：一閘極，與一該些掃描線電性連接；一第一源/汲極，與一該些感應線電性連接；以及一第二源/汲極，與該第一按壓下電極電性連接；一第二按壓下電極，與該第一按壓下電極設置於同一平面上且電性隔離，電性連接與該按壓單元相鄰之下一該些掃描線，使得該第二按壓下電極的電位和與該按壓單元相鄰之下一該些掃描線的電位大致相同；以及一按壓開關，設置於該第一按壓下電極與該第二按壓下電極上方，其中，當按壓該按壓開關時，該按壓開關電性連接該第一按壓下電極與該第二按 壓下電極。
2. 如請求項1所述之液晶面板，其中該按壓開關為表面具有導電材質層之光阻間隔物。
3. 如請求項2所述之液晶面板，其中該導電材質層位於該光阻間隔物的頂面。
4. 如請求項3所述之液晶面板，其中該導電材質層為ITO或IZO的透明材料。
5. 如請求項2所述之液晶面板，其中該導電材質層與該些顯示單元之畫素上電極電性隔離。
6. 如請求項1所述之液晶面板，其中，當按壓該按壓開關時，該第一按壓下電極的電位和與該按壓單元相鄰之下一該些掃描線的電位大致相同。
7. 一種液晶面板，包括：複數條掃描線；複數條資料線，與該些掃描線垂直交錯設置；複數個顯示單元，包括：一顯示下電極；一偵測電路，偵測該顯示下電極之電位； 一薄膜電晶體，包括：一閘極，與一該些掃描線電性連接；一第一源/汲極；以及一第二源/汲極，與該顯示下電極電性連接；一按壓下電極，與該顯示下電極設置於同一平面上且電性隔離，該按壓下電極電性連接下一該些掃描線，使得該按壓下電極的電位與下一該些掃描線的電位大致相同；一開關，切換該第一源/汲極電性連接該偵測電路或一該些資料線，當將顯示訊號寫入該顯示下電極時，該開關電性連接該第一源/汲極與該資料線；以及一按壓導電層，設置於該按壓下電極與該顯示下電極上方，其中，當按壓該按壓導電層時，該按壓導電層電性連接該按壓下電極與該顯示下電極。
8. 如請求項7所述之液晶面板，其中該按壓導電層是由導電材質製成的。
9. 如請求項8所述之液晶面板，其中該導電材質為ITO或IZO的透明材料。
10. 如請求項7所述之液晶面板，其中該按壓導電層位 於光阻間隔物的頂面。
11. 如請求項7所述之液晶面板，其中該按壓導電層與該些顯示單元之畫素上電極電性隔離。
12. 如請求項7所述之液晶面板，其中按壓該按壓導電層時，該顯示下電極的電位與下一該些掃描線的電位大致相同。
13. 如請求項7所述之液晶面板，其中該偵測電路包括一電壓比較器。
14. 如請求項13所述之液晶面板，其中該電壓比較器之第一輸入端通過該開關電性連接至該顯示下電極，第二輸入端電性連接至一參考電壓。
15. 如請求項14所述之液晶面板，其中該偵測電路更包括一電阻設置於該第一輸入端與該開關之間。
16. 如請求項7所述之液晶面板，其中設置一電阻於該偵測電路與該開關之間。
17. 一種如請求項16所述之液晶面板的觸控偵測方法，包括： 開啟連接該閘極之該掃描線並切換該開關電性連接該顯示下電極及該偵測電路；以及傳送該顯示下電極之電訊號至該偵測電路，其中，當該顯示下電極之電訊號是源於下一該些掃描線時，該偵測電路送出一觸控訊號表示該按壓導電層已按壓該些顯示單元。
18. 如請求項17所述之觸控偵測方法，其中該電訊號為電流形式。
19. 一種如請求項7所述之液晶面板的觸控偵測方法，包括：開啟連接該閘極之該掃描線並切換該開關電性連接該顯示下電極及該偵測電路；以及傳送該顯示下電極之電位訊號至該偵測電路，其中，當該顯示下電極之電位訊號是源於下一該些掃描線時，該偵測電路送出一觸控訊號表示該按壓導電層已按壓該些顯示單元。