TWI423193B - 觸控顯示面板 - Google Patents

Description

觸控顯示面板

本發明是有關於一種觸控顯示面板，且特別是有關於一種構件簡單、具有理想顯示品質的觸控顯示面板。

隨著電子技術的蓬勃發展，以及無線通訊與網路的普及化，各式各樣的電子裝置逐漸成為生活不可或缺的工具。然而，一般常見的輸入與輸出(input/output,I/O)界面，像是鍵盤或是滑鼠，具有相當程度的操作困難。相形之下，觸控面板是一種直觀、簡單的輸入與輸出界面。因此，觸控面板常被應用作為人與電子裝置之間的溝通界面，以執行控制。

一般來說，觸控面板可以分為電阻式觸控面板、電容式觸控面板、光學式觸控面板、聲波式觸控面板等。目前的產品趨勢都不斷地朝向將觸控面板整合於顯示面板內的技術邁進。以最常見的電阻式觸控面板以及電容式觸控面板而說，觸控面板的設計是以兩層電極層來進行掃描與感測的動作。因此，觸控面板要整合於顯示面板中，必須在顯示面板上額外製作至少兩層電極層而使製程複雜化。

除此之外，額外製作至少兩層電極層將使顯示面板與顯示面板整合後在光線穿透率上的表現不佳而不利於顯示效果。因此，如何在簡易的製程以及不影響顯示品質的前提下將顯示面板與顯示面板整合在一起成為備受注意的議題。

本發明提供一種觸控顯示面板，不需增加額外的電極層即可實現觸控感測的功能，而具有結構簡單、製程簡化及維持良好的顯示品質等效果。

本發明提供一種觸控顯示面板，利用掃描線及資料線上的線負載的電容值變化進行觸碰感測，具有提高感測靈敏度的效果。

本發明提出一種觸控顯示面板，包括一第一基板、一第二基板、一顯示介質層、一對向電極層以及一主動元件陣列。第一基板與第二基板相向而設，而顯示介質層配置於第一基板與第二基板之間。對向電極層配置於第二基板上並位於第二基板與顯示介質層之間。主動元件陣列配置於第一基板上，位於第一基板與顯示介質層之間。主動元件陣列包括多條掃描線、多條資料線以及多個主動元件。掃描線與資料線沿不同方向延伸，且各主動元件電性連接其中一條掃描線以及其中一條資料線，其中觸控顯示面板被觸碰時，依據至少部份被觸碰的各掃描線與對向電極層之間的電容值改變所造成的一第一RC時間常數變化，以及至少部份被碰觸的各資料線與對向電極層之間的電容值改變所造成的一第二RC時間常數變化判斷一觸碰位置。

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繪示為本發明一實施例觸控顯示面板的局部剖面示意圖，其中虛線框中繪示為觸控顯示面板的一電路示意圖。另外，圖2繪示為圖1的觸控顯示面板被觸碰時的狀態。請參照圖1，觸控顯示面板100包括一第一基板110、一第二基板120、一顯示介質層130、一主動元件陣列140以及一對向電極層150。第一基板110與第二基板120相向而設，而顯示介質層130配置於第一基板110與第二基板120之間。對向電極層150配置於第二基板120上並位於第二基板120與顯示介質層130之間。主動元件陣列140配置於第一基板110上，位於第一基板110與顯示介質層130之間。顯示介質層130的材質可以是一液晶材料、一電泳材料、一電濕潤材料或其組合，其中顯示介質層130可受到主動元件陣列140的驅動而呈現不同的狀態以進行顯示。在一實施例中，第二基板102上可選擇性地配置有一彩色濾光層160以實現多彩化的顯示效果。不過，在其他的實施例中，彩色濾光層160的配置也可以是COA(color filter on array)或AOC(array on color filter)等結構。

詳言之，主動元件陣列140包括多條掃描線142、多條資料線144以及多個主動元件146。掃描線142與資料線144沿不同方向延伸，且各主動元件146電性連接其中一條掃描線142以及其中一條資料線146。除此之外，主動元件陣列140還可包括多個畫素電極148以及多層絕緣層I1、I2。各畫素電極148電性連接於其中一個主動元件146。另外，絕緣層I1、I2用以維持各元件的電性獨立，其中絕緣層I1覆蓋閘極G，絕緣層I2則配置於畫素電極148與源極S、汲極D之間。

主動元件146一般包括有一閘極G、一通道層C、一源極S以及一汲極D。通道層C位於閘極G上方，且源極S與汲極D配置於通道層C上並位於閘極G的相對兩側。閘極G電性連接其中一條掃描線142，而源極S電性連接其中一條資料線144。本實施例是以底閘型薄膜電晶體作為主動元件146。此外，畫素電極148連接於汲極D。當掃描線142上傳遞的掃描訊號開啟主動元件146時，資料線144上傳遞的資料訊號可以藉由主動元件146傳送至畫素電極148。顯示介質層130可隨畫素電極148上與對向電極層150之間的電壓差變化而呈現不同的狀態來進行顯示。

在本實施例中，畫素電極148與對向電極層150之間夾有顯示介質層130而構成一顯示電容C1。另外，掃描線142與對向電極層150之間也夾有顯示介質層130而構成一耦合電容C2，且資料線144與對向電極層150之間也夾有顯示介質層130而構成一耦合電容C3。在本實施例中，第二基板120例如具有可撓性。所以，請同時參照圖1與圖2，觸控顯示面板100被觸碰時，第二基板120會被撓曲而使各元件的相對位置發生改變。例如，對向電極層150與第一基板110之間的距離因觸碰動作而縮小。故，至少部份被碰觸的掃描線142與至少部份被碰觸的資料線144上的耦合電容C2與耦合電容C3電容值將會變大，如第2圖所示的耦合電容C2’與耦合電容C3’。此外，顯示電容C1亦改變成顯示電容C1’。

通常，耦合電容C2係表示為各掃描線142整條傳輸線上的線負載；而耦合電容C3則係表示為各資料線144整條傳輸線上的線負載。因此，其電容值相較於顯示電容C1來的要大，基本上，顯示電容C1(即液晶電容)的典型值為0.5pF，而耦合電容C2與耦合電容C3典型值可以達到20 pF左右。因此，在觸控顯示面板200被觸碰的情形下，耦合電容C2’與耦合電容C3’的變化可以較顯示電容C1’的變化更為顯著。

由於各掃描線142與各資料線144存有一電阻值R，各線上的電阻值R與各線上的耦合電容C2或C3分別構成一RC時間常數(如RC2或RC3)。在本實施例中，掃描線142與資料線144的線寬與長度係為固定的，一般而言電阻值R不會有所變化。不過，掃描線142與資料線144上的電容值C2或C3會受到觸控顯示面板200的碰觸狀態而發生改變。因此，掃描線142與資料線144的RC時間常數可能隨著電容值變異而發生變化。

根據上述性質，本實施例的觸控顯示面板100被觸碰時，可以依據至少部份被碰觸的掃描線142與對向電極層150之間的電容值C2改變所造成的一第一RC時間常數變化，以及至少部份被碰觸的資料線144與對向電極層150之間的電容值C3改變所造成的一第二RC時間常數變化來判斷觸碰位置。換言之，藉著判斷出這些線負載(也就是RC時間常數)發生變化的部份掃描線142以及部份資料線144即可以正確地判斷出觸碰位置所在。因此，本實施例不需藉由其他的構件來進行觸控感測，而可避免製作其他的構件所造成的不便，也可避免其他構件的配置對於顯示品質所造成的不良影響。整體來說，觸控顯示面板100可維持理想的顯示品質，而不受觸控功能的影響。而且，相較於一般傳統利用顯示電容C1的變化值來作為觸碰感測的手段，本發明藉由偵測掃描線142與資料線144的線負載上電容因觸碰而發生變化的感測方式，將具有靈敏度提高的效果。

另外，本發明並不限定在每一條掃描線142以及每一條資料線144上進行觸控感測，也可以同時在相鄰的多條掃描線142或相鄰的多條資料線144上進行。亦即，相鄰的多條掃描線142或相鄰的多條資料線144可以同時地進行觸控感測。

詳言之，圖3繪示為本發明一實施例的觸控顯示面板的驅動電路示意圖。請參照圖3，觸控顯示面板200例如包括有一主動元件陣列(未標示)、一對向電極層150、一閘極驅動電路210、一源極驅動電路220、一觸控感測電路230、一第一切換開關組240以及一第二切換開關組250。主動元件陣列(未標示)包括多條掃描線142、多條資料線144、多個主動元件146以及多個畫素電極148。在本實施例中，掃描線142、資料線144、主動元件146、畫素電極148以及對向電極層150在結構上的相對關係可以參照前述實施例的描述，但不以此為限。

在本實施例中，掃描線142可以透過第一切換開關組240的配置而逐一地電性連接至觸控感測電路230。另外，資料線144可以透過第二切換開關組250的配置而選擇性地電性連接至源極驅動電路220或是逐一地連接至觸控感測電路230。具體而言，第一切換開關組240與第二切換開關組250可以分別由多個切換開關242、252所組成。

具體而言，各掃描線142接連至閘極驅動電路210，而閘極驅動電路210會逐一地將掃描訊號傳送至掃描線142中。在本實施例中，切換開關242也會隨著掃描訊號的輸入時序依序地將對應的掃描線142連接至觸控感測電路230。換言之，掃描線142接收到掃描序訊號的同時可以連接至觸控感測電路230以進行觸控感測。此外，切換開關252在本實施例中可以是一對二切換開關，各切換開關252具有一第一節點a及一第二節點b，且每一條資料線144可以藉著切換開關252選擇性地切換至第一節點a或第二節點b，以便連接源極驅動電路220或是觸控感測電路230。也就是說，資料線144在不同的時間分別進行顯示以及觸控感測。

由前述內容可知，觸控顯示面板200可以利用掃描線142以及資料線144上的電容值是否變化來作為觸控感測的依據，因此觸控感測電路230可以是一用以感測電容值變化的電路設計。舉例而言，觸控感測電路230可包括一預設電容Ci、與預設電容Ci連接的一電阻RP、一比較器232以及一計數器234，其中電阻RP可藉由一開關R1的導通接地，以進行各掃描線142及各資料線144的觸控感測作業。比較器232用以將建立在預設電容Ci上的電壓與一預定電壓Vref做比較，計數器234則用以記錄預設電容Ci的電壓由一初始電壓Vdd下降至低於預定電壓Vref的時間。另外，欲感測的掃描線142與資料線144例如透過一切換開關260的切換操作，而順序連接至觸控感測電路230，更進一步言之，切換開關260先連接到掃描線142的位置，待掃描線142掃描與偵測動作完成後，切換開關260再切換連接到資料線144的位置，以進行資料線144的偵測。

觸控感測電路230連接至欲感測的掃描線142或資料線144時，預設電容Ci會與圖1中所繪示的耦合電容C2或是C3並聯。預設電容Ci的電壓由初始電壓Vdd下降至低於預定電壓Vref的時間會受到對應的耦合電容C2或是C3的大小所影響。因此，本實施例可透過量測預設電容Ci的電壓由初始電壓Vdd下降至於預定電壓Vref的時間來估計耦合電容C2或是C3是否變化(也就是估計掃描線142與資料線144的第一與第二RC時間常數的變化)，並藉以判斷出觸碰位置。當然，觸控感測電路230也可以藉由其他佈局方式來實現，而本發明不限於此。

詳言之，圖4繪示為圖3的觸控面板中掃描線142與資料線144的驅動波形示意圖。請同時參照圖3與圖4，在本實施例中，掃描線142例如有n條，而資料線144例如有m條，且觸控顯示面板200例如以一圖框時間T1為更新週期來進行顯示與觸控感測。此時，這些掃描線142的驅動波形分別為142(1)、142(2)...142(n)，而這些資料線144的驅動波形分別為144(1)、144(2)...144(m)。以本實施例而言，圖框時間T1可以劃分為期間t1與期間t2。在期間t1時，圖3中的切換開關260例如是將第一切換開關組240連接至觸控感測電路230，而在期間t2時，圖3中的切換開關260例如是將第二切換開關組250連接至觸控感測電路230。期間t1時，掃描線142(1)至142(n)會依序地被輸入掃描訊號，此時，第二切換開關組250中的全部切換開關252被控制連接到第一節點a，以便源極驅動電路220可透過第二切換開關組250將資料送到各主動元件146，以進行顯示。此外，每一條掃描線142接收到掃描訊號時，對應的切換開關242會被致動而將此一掃描線142連接至觸控感測電路230。換言之，本實施例是使掃描線142在掃描同時進行觸控感測。

接著，在期間t2中，切換開關252利用一移位暫存器順序被控制連接到第二節點b，以逐一地將對應的資料線144連接至觸控感測電路230以進行感測。也就是說，觸控感測電路在期間t1中會逐步地感測掃描線142的線負載的電容變化，而期間t2中則逐步地感測資料線144上的線負載的電容變化。

在一實施例中，假設觸控顯示面板200中對應於掃描線142(1)與142(2)以及資料線144(m-1)與144(m)的位置上被使用者觸碰，則掃描線142(1)與142(2)上的耦合電容(例如圖2中的C2’)會大於其餘掃描線142上的耦合電容(例如圖1中的C2)。因此，觸控感測電路230的計數器234在感測掃描線142(1)與142(2)時所讀取的計數值較感測其餘掃描線142時的計數值為大，而可將掃描線142(1)與142(2)作為觸控位置的判斷依據。相似地，資料線144(m-1)與144(m)上的耦合電容(例如圖2中的C3’)會大於其餘資料線144上的耦合電容(例如圖1中的C3)。因此，觸控感測電路的計數器234在感測資料線144(m-1)與144(m)時所讀取的計數值較感測其餘資料線144時的計數值大，而可將資料線144(m-1)與144(m)作為觸控位置的判斷依據。藉此，本實施例就可以判斷出觸碰位置所在。在本實施例中，觸控顯示面板200將所有的掃描線142都透過第一切換開關組240來連接至觸控感測電路230，並且將所有的資料線144都透過第二切換開關組250連接至源極驅動電路220以及觸控感測電路230。不過，觸控顯示面板200也可以藉由切換開關組以外的其他方式將掃描線142逐一地連接至觸控感測電路230。當然，資料線144也可以藉由切換開關組以外的其他方式選擇地連接至源極驅動電路220與觸控感測電路230。

此外，圖5繪示為本發明另一實施例之觸控顯示面板的驅動電路示意圖。請參照圖5，觸控顯示面板200A與觸控顯示面板200相似，其差異在於觸控面板200A中僅有部分的掃描線142(例如奇數條)可透過切換開關242連接至觸控感測電路230，且部分的資料線144(例如奇數條)可透過切換開關252交替連接至源極驅動電路220與觸控感測電路230。其餘的掃描線142僅連接閘極驅動電路210，而其餘的資料線144直接連接源極驅動電路220。

在本實施方式中，觸控顯示面板200A可以僅有部分的掃描線142與部分的資料線144透過切換開關242與切換開關252連接至觸控感測電路230。其餘的掃描線142與其餘的資料線144則可以直接地連接至閘極驅動電路210與源極驅動電路220。如此一來，僅有部分的掃描線142與部分的資料線144兼具有觸控感測功能與顯示功能，其餘的則作為顯示之用。

綜上所述，本發明利用顯示面板中既有的元件(如掃描線與資料線)作為觸控感測元件，因此顯示面板可以兼具觸控功能。當觸控顯示面板被觸碰時，對應於觸碰位置的掃描線與資料線會發生RC時間常數變化，藉以作為觸控感測的依據。值得一提的是，觸控顯示面板不需以獨立的觸控元件來實現觸控感測功能，其有助於避免觸控元件的配置對顯示效果以及製程的不良影響。

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、200、200A‧‧‧觸控顯示面板

110‧‧‧第一基板

120‧‧‧第二基板

130‧‧‧顯示介質層

140‧‧‧主動元件陣列

142‧‧‧掃描線

142(1)~142(n)‧‧‧驅動波形

144(1)~144(m)‧‧‧驅動波形

144‧‧‧資料線

146‧‧‧主動元件

148‧‧‧畫素電極

150‧‧‧對向電極層

160‧‧‧彩色濾光層

210‧‧‧閘極驅動電路

220‧‧‧源極驅動電路

230‧‧‧觸控感測電路

232‧‧‧比較器

234‧‧‧計數器

240‧‧‧第一切換開關組

242、252、260‧‧‧切換開關

250‧‧‧第二切換開關組

a、b‧‧‧第一節點、第二節點

C‧‧‧通道層

C1、C1’‧‧‧顯示電容

C2、C2’、C3、C3’‧‧‧耦合電容

Ci‧‧‧預設電容

D‧‧‧汲極

G‧‧‧閘極

I1、I2‧‧‧絕緣層

RP‧‧‧電阻

R1‧‧‧開關

S‧‧‧源極

T1‧‧‧圖框時間

t1、t2‧‧‧期間

Vdd‧‧‧初始電壓

Vref‧‧‧參考電壓

圖1為本發明一實施例觸控顯示面板的局部剖面示意圖，其中虛線框繪示為觸控顯示面板的一電路示意圖。

圖2為圖1的觸控顯示面板被觸碰時的狀態。

圖3為本發明一實施例的觸控顯示面板的驅動電路示意圖。

圖4為圖3觸控面板中掃描線與資料線的驅動波形示意圖。

圖5為本發明另一實施例之觸控顯示面板的驅動電路示意圖。

100．．．觸控顯示面板

110．．．第一基板

120．．．第二基板

130．．．顯示介質層

140．．．主動元件陣列

142．．．掃描線

144．．．資料線

146．．．主動元件

148．．．畫素電極

150．．．對向電極層

160．．．彩色濾光層

C．．．通道層

C1’．．．顯示電容

C2’、C3’．．．耦合電容

D．．．汲極

G．．．閘極

I1、I2．．．絕緣層

S．．．源極

Claims (7)

1. 一種觸控顯示面板，包括：一第一基板；一第二基板，該第一基板與該第二基板相向而設；一顯示介質層，配置於該第一基板與該第二基板之間；一對向電極層，配置於該第二基板上位於該第二基板與該顯示介質層之間；一主動元件陣列，配置於該第一基板上，位於該第一基板與該顯示介質層之間，該主動元件陣列包括多條掃描線、多條資料線以及多個主動元件，該些掃描線與該些資料線沿不同方向延伸，且各該主動元件電性連接其中一條掃描線以及其中一條資料線；一閘極驅動電路、一源極驅動電路以及一觸控感測電路，該些掃描線電性連接至該閘極驅動電路或是該觸控感測電路，而該些資料線電性連接至該源極驅動電路或是該觸控感測電路；一第一切換開關組，至少部份該些掃描線連接至該第一切換開關組並透過該第一切換開關組電性連接至該閘極驅動電路或是該觸控感測電路；以及一第二切換開關組，至少部份該些資料線連接至該第二切換開關組並透過該第二切換開關組電性連接至該源極驅動電路或是該觸控感測電路；其中該觸控顯示面板被觸碰時，依據至少部份被碰觸的各該掃描線與該對向電極層之間的電容值改變所造成的一第一RC時間常數變化，以及至少部份被碰觸的各該資料線與該對向電極層之間的電容值改變所造成的一第二RC時間常數變化判斷一觸碰 位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該觸控顯示面板被觸碰時，依據所有該些掃描線與所有該些資料線上的該第一RC時間常數變化與該第二RC時間常數變化判斷該觸碰位置。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該主動元件陣列更包括多個畫素電極，各該畫素電極電性連接於其中一個主動元件。
4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中各該主動元件包括一閘極、一通道層、一源極以及一汲極，該通道層位於該閘極上方，且該源極與該汲極配置於該通道層上並位於該閘極的兩側，而該閘極電性連接其中一條掃描線，該源極電性連接其中一條資料線。
5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，更包括一彩色濾光層，配置於該第一基板上或該第二基板上。
6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該顯示介質層的材質包括一液晶材料、一電泳材料、一電濕潤材料或其組合。
7. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該第二基板具有可撓性。