TWI423213B - 畫素陣列基板及其驅動方法 - Google Patents

Description

畫素陣列基板及其驅動方法

本發明是有關於一種畫素陣列基板及其驅動方法，且特別是有關於一種內建感測元件的畫素陣列基板及其驅動方法。

人機介面(Man-Machine Interface,MMI)是指人與機器之間溝通的媒介。一般市面上販售的電子裝置，為了讓使用者方便操作，都會設計一個人機介面，以提供使用者輸入指令並使電子裝置執行各項功能。隨著資訊技術、無線行動通訊和資訊家電的快速發展與應用，為了達到攜帶更便利、體積更輕巧化以及操作更人性化的目的，許多電子裝置已由傳統之鍵盤或滑鼠等輸入裝置，轉變為使用觸控面板(Touch Panel)作為輸入裝置。其中，顯示功能與觸控功能的結合可使得人機介面的設計具有更高便利性。

目前，觸控功能與顯示功能結合的方式大致可分為外掛(plug-in)式以及內建(built-in)式兩種。當觸控感測元件與顯示面板以內建方式結合時，有助於減小電子裝置的體積並達到體積薄化的需求。因此，感測元件內建於顯示面板的技術已逐漸受到重視。

圖1是習知畫素陣列基板的局部示意圖。請參照圖1，畫素陣列基板100安排同一個畫素區的所有次畫素都由同一條資料線D10傳送資料訊號，以減少資料驅動晶片120的使用量。假設畫素陣列基板100以60赫茲的頻率被驅動，為了在1/60秒內完成整個畫素區的資料更新，閘極驅動晶片110必須在1/60秒內依序經由四條掃瞄線G12、G14、G16與G18開啟及關閉主動元件A12、A14、A16與A18，且資料驅動晶片120與感測處理單元130必須在1/60秒內依序經由資料線D10傳送三筆資料訊號至畫素電極P12、P14與P16以及讀取感測元件S10的感測訊號。換言之，閘極驅動晶片110、資料驅動晶片120與感測處理單元130的工作頻率將相當於240赫茲。如此一來，將造成閘極驅動晶片110、資料驅動晶片120與感測處理單元130的成本提高，不僅增加畫素陣列基板100的整體成本，更提高高頻操作可能導致裝置失效的機率。

本發明提供一種畫素陣列基板，可解決內建感測元件造成操作頻率提高的問題。

本發明另提供一種驅動方法，可以較低操作頻率驅動內建感測元件的畫素陣列基板。

本發明的一種畫素陣列基板具有多條第一資料線、多條第二資料線、多條第一掃瞄線、多條第二掃瞄線、多個第一主動元件、多個第二主動元件、多個第三主動元件、多個第四主動元件、多個第一畫素電極、多個第二畫素電極、多個第三畫素電極與多個感測元件。第一資料線與第二資料線互相平行地配置。第一掃瞄線與第二掃瞄線互相平行地配置。各第一主動元件電性連接對應的第一資料線與對應的第一掃瞄線。各第二主動元件電性連接對應的第二資料線與對應的第二掃瞄線。各第三主動元件電性連接對應的第一資料線與對應的第二掃瞄線。各第四主動元件電性連接對應的第二資料線與對應的第一掃瞄線。各第一畫素電極電性連接對應的第一主動元件。各第二畫素電極電性連接對應的第二主動元件。各第三畫素電極電性連接對應的第三主動元件。各感測元件連接對應的第四主動元件。

在此畫素陣列基板之一實施例中，第一畫素電極、第二畫素電極與第三畫素電極實質上呈長方形，且長方形的長邊平行第一掃瞄線。

在此畫素陣列基板之一實施例中，感測元件為電容式感測元件、電阻式感測元件或光感測元件。

在此畫素陣列基板之一實施例中，畫素陣列基板更包括一閘極驅動單元。閘極驅動單元連接第一掃瞄線與第二掃瞄線，且閘極驅動單元具有一非晶矽閘極(Amorphous Silicon Gate,ASG)結構。

在此畫素陣列基板之一實施例中，各感測元件的面積小於各第一畫素電極的面積、各第二畫素電極的面積與各第三畫素電極的面積。

在此畫素陣列基板之一實施例中，畫素陣列基板更包括一切換單元、一資料驅動單元與一感測處理單元。切換單元連接第二資料線，資料驅動單元與感測處理單元連接切換單元。

本發明的一種驅動方法用以驅動前述的畫素陣列基板，此驅動方法包括下列步驟。在一第一時序時，經由第一掃瞄線致能第一主動元件與第四主動元件，經由第一資料線與第一主動元件輸入多個第一影像訊號至第一畫素電極，並經由第二資料線與第四主動元件而從感測元件讀取多個感測訊號。在一第二時序時，經由第二掃瞄線致能第二主動元件與第三主動元件，經由第一資料線與第二主動元件輸入多個第二影像訊號至第二畫素電極，並經由第二資料線與第三主動元件輸入多個第三影像訊號至第三畫素電極。

在此驅動方法之一實施例中，畫素陣列基板的感測處理單元具有多個放大器。在第一時序時，放大器的參考電位實質上等於第二掃瞄線的電位。

本發明的另一種畫素陣列基板具有多條資料線、多條感測線、多條第一掃瞄線、多條第二掃瞄線、多條第三掃瞄線、多條第四掃瞄線、多個第一主動元件、多個第二主動元件、多個第三主動元件、多個第四主動元件、多個第一畫素電極、多個第二畫素電極、多個第三畫素電極與多個感測元件。資料線與感測線互相平行地配置。第一掃瞄線、第二掃瞄線、第三掃瞄線與第四掃瞄線互相平行地配置。各第一主動元件電性連接對應的資料線與對應的第一掃瞄線。各第二主動元件電性連接對應的資料線與對應的第二掃瞄線。各第三主動元件電性連接對應的資料線與對應的第三掃瞄線。各第四主動元件電性連接對應的感測線與對應的第四掃瞄線。各第一畫素電極電性連接對應的第一主動元件。各第二畫素電極電性連接對應的第二主動元件。各第三畫素電極電性連接對應的第三主動元件。各感測元件連接對應的第四主動元件。

在此畫素陣列基板之一實施例中，第一畫素電極、第二畫素電極與第三畫素電極實質上呈長方形，且長方形的長邊平行第一掃瞄線。

在此畫素陣列基板之一實施例中，感測元件為電容式感測元件、電阻式感測元件或光感測元件。

在此畫素陣列基板之一實施例中，畫素陣列基板更包括一閘極驅動單元。閘極驅動單元連接第一掃瞄線、第二掃瞄線、第三掃瞄線與第四掃瞄線，且閘極驅動單元具有一非晶矽閘極結構。

在此畫素陣列基板之一實施例中，各感測元件的面積小於各第一畫素電極的面積、各第二畫素電極的面積與各第三畫素電極的面積。

本發明的另一種驅動方法用以驅動前述的畫素陣列基板。此驅動方法包括下列步驟。在一第一時序時，經由第一掃瞄線致能第一主動元件，並經由第一資料線與第一主動元件輸入多個第一影像訊號至第一畫素電極。在一第二時序時，經由第二掃瞄線致能第二主動元件，並經由第一資料線與第二主動元件輸入多個第二影像訊號至第二畫素電極。在一第三時序時，經由第三掃瞄線致能第三主動元件，並經由第一資料線與第三主動元件輸入多個第三影像訊號至第三畫素電極。在第一時序、第二時序與第三時序中的部分時間，經由第四掃瞄線致能第四主動元件，並經由感測線與第四主動元件而從感測元件讀取多個感測訊號。

基於上述，本發明的畫素陣列基板及其驅動方法增加了資料線或感測線，因此可降低操作頻率而減少成本。

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2是本發明一實施例的畫素陣列基板的局部示意圖。請參照圖2，本實施例的畫素陣列基板200具有多條第一資料線D22、多條第二資料線D24、多條第一掃瞄線G22、多條第二掃瞄線G24、多個第一主動元件A22、多個第二主動元件A24、多個第三主動元件A26、多個第四主動元件A28、多個第一畫素電極P22、多個第二畫素電極P24、多個第三畫素電極P26與多個感測元件S20。第一資料線D22與第二資料線D24互相平行地配置。第一掃瞄線G22與第二掃瞄線G24互相平行地配置。第一資料線D22與第二資料線D24互相平行地配置。本實施例的第一掃瞄線G22垂直第一資料線D22，但本發明不限定於此。每個第一主動元件A22電性連接對應的一條第一資料線D22與對應的一條第一掃瞄線G22。每個第二主動元件A24電性連接對應的一條第二資料線D24與對應的一條第二掃瞄線G24。每個第三主動元件A26電性連接對應的一條第一資料線D22與對應的一條第二掃瞄線G24。每個第四主動元件A28電性連接對應的一條第二資料線D24與對應的一條第一掃瞄線G22。每個第一畫素電極P22電性連接對應的一個第一主動元件A22。每個第二畫素電極P24電性連接對應的一個第二主動元件A24。每個第三畫素電極P26電性連接對應的一個第三主動元件A26。每個感測元件S20連接對應的一個第四主動元件A28。

圖3為本發明一實施例的驅動方法的時序圖。請參照圖2與圖3，本實施例的畫素陣列基板200的驅動方法包括下列步驟。在一第一時序F12時，輸入一開啟電位V_GH 至第一掃瞄線G22，以致能連接至第一掃瞄線G22的第一主動元件A22與第四主動元件A28。在第一主動元件A22與第四主動元件A28被致能的狀態下，可經由第一資料線D22與第一主動元件A22輸入多個第一影像訊號至第一畫素電極P22，並可經由第二資料線D22與第四主動元件A28而從感測元件S20讀取多個感測訊號。因此，第一畫素電極P22可驅動顯示介質顯示對應於第一影像訊號的影像。本實施例的畫素陣列基板200是以應用於液晶面板為例，第一畫素電極P22可驅動液晶分子而造成對應於第一影像訊號的光通過率，並搭配背光源與對應的彩色濾光膜而產生例如紅色的光線。此外，感測元件S20所感測到的感測訊號也可經由第二資料線D22與第四主動元件A28向外輸出，而藉由分析感測訊號即可獲知在該處是否有觸控動作的發生。另外，在第一時序F12時，輸入至第二掃瞄線G24的是一關閉電位V_GL ，而連接至第二掃瞄線G24的第二主動元件A24與第三主動元件A26則保持在禁能的狀態。

在一第二時序F14時，輸入開啟電位V_GH 至第二掃瞄線G24，以致能連接至第二掃瞄線G24的第二主動元件A24與第三主動元件A26。在第二主動元件A24與第三主動元件A26被致能的狀態下，可經由第一資料線D22與第二主動元件A24輸入多個第二影像訊號至第二畫素電極P24，並可經由第二資料線D24與第三主動元件A26輸入多個第三影像訊號至第三畫素電極P26。因此，第二畫素電極P24可驅動顯示介質顯示對應於第二影像訊號的影像，第三畫素電極P26可驅動顯示介質顯示對應於第三影像訊號的影像。本實施例的第二畫素電極P24可驅動液晶分子而造成對應於第二影像訊號的光通過率，並搭配背光源與對應的彩色濾光膜而產生例如綠色的光線。本實施例的第三畫素電極P26可驅動液晶分子而造成對應於第三影像訊號的光通過率，並搭配背光源與對應的彩色濾光膜而產生例如藍色的光線。利用視覺暫留的現象，紅色、藍色與綠色光線可在人的大腦中組合成各種色彩的影像。另外，在第二時序F14時，輸入至第一掃瞄線G22的是關閉電位V_GL ，而連接至第一掃瞄線G22的第一主動元件A22與第四主動元件A28則保持在禁能的狀態。

假設一個第一時序F12與一個第二時序F14所持續的總和時間為1/60秒，亦即畫素陣列基板200以60赫茲的頻率被驅動，則第一資料線D22、第二資料線D24、第一掃瞄線G22與第二掃瞄線G24的操作頻率僅為120赫茲。因此，相較於習知內建了感測元件的畫素陣列基板而言，本實施例的畫素陣列基板200所需的操作頻率較低，可採用較低規格的驅動單元而降低成本並提升可靠度。

本實施例的第一畫素電極P22、第二畫素電極P24與第三畫素電極P26實質上呈長方形，且長方形的長邊平行第一掃瞄線G22，但本發明不限定於此。本實施例的感測元件S20可以是電容式感測元件、電阻式感測元件、光感測元件或其他型式的感測元件。每個感測元件S20的面積例如是小於每個第一畫素電極P22的面積、每個第二畫素電極P24的面積與每個第三畫素電極P26的面積，而每個感測元件S20的形狀不一定如圖2所示呈長方形。

本實施例的畫素陣列基板200更包括一閘極驅動單元210、一切換單元220、一資料驅動單元230與一感測處理單元240。閘極驅動單元210連接第一掃瞄線G22與第二掃瞄線G24。切換單元220連接第二資料線D24，資料驅動單元230與感測處理單元240連接切換單元220。本實施例的閘極驅動單元210具有一非晶矽閘極結構，亦即本實施例的閘極驅動單元210是與主動元件A22、A24、A26與A28以同一製程形成於同一塊基板上。藉由此技術，可節省額外購置閘極驅動晶片的費用，並可減少閘極驅動晶片所需的接點數，將提高產品的可靠度及降低生產成本，還可減少畫素陣列基板200的重量與體積。切換單元220在第一時序F12時導通第二資料線D24與感測處理單元240，以由感測處理單元240分析感測元件S20所感測到的感測訊號。切換單元220在第二時序F14時導通第二資料線D24與資料驅動單元230，以將資料驅動單元230提供的第三影像訊號輸入至第三畫素電極P26。切換單元220可以是多工處理器或其他切換單元。另外，第一資料線D22可連接資料驅動單元230。應注意的是，本實施例的閘極驅動單元210、切換單元220、資料驅動單元230與感測處理單元240的數量都以一個為例，但實體上這些單元的數量並不一定是一個，在此僅是概括總稱為「一個」。

在本實施例的畫素陣列基板200中，第二掃瞄線G24會與感測元件S20重疊。本實施例的感測處理單元240具有多個放大器242。在第一時序F12時，放大器242的參考電位V_ref 可設計為實質上等於第二掃瞄線G24的電位V_GL 。如此，可避免第二掃瞄線G24與感測元件S20之間存在寄生電容而影響感測訊號，造成觸控動作的誤判。

圖4是本發明另一實施例的畫素陣列基板的局部示意圖。請參照圖4，本實施例的畫素陣列基板300具有多條資料線D32、多條感測線D34、多條第一掃瞄線G32、多條第二掃瞄線G34、多條第三掃瞄線G36、多條第四掃瞄線G38、多個第一主動元件A32、多個第二主動元件A34、多個第三主動元件A36、多個第四主動元件A38、多個第一畫素電極P32、多個第二畫素電極P34、多個第三畫素電極P36與多個感測元件S30。資料線D32與感測線D34互相平行地配置。第一掃瞄線G32、第二掃瞄線G34、第三掃瞄線G36與第四掃瞄線G38互相平行地配置。每個第一主動元件A32電性連接對應的一條資料線D32與對應的一條第一掃瞄線G32。每個第二主動元件A34電性連接對應的一條資料線D32與對應的一條第二掃瞄線G34。每個第三主動元件A36電性連接對應的一條資料線D32與對應的一條第三掃瞄線G36。每個第四主動元件A38電性連接對應的一條感測線D34與對應的一條第四掃瞄線G38。每個第一畫素電極P32電性連接對應的一個第一主動元件A32。每個第二畫素電極P34電性連接對應的一個第二主動元件A34。每個第三畫素電極P36電性連接對應的一個第三主動元件A36。每個感測元件S30連接對應的一個第四主動元件A38。

圖5為本發明另一實施例的驅動方法的時序圖。請參照圖4與圖5，本實施例的畫素陣列基板300的驅動方法包括下列步驟。在一第一時序F32時，輸入一開啟電位V_GH 至第一掃瞄線G32，以致能連接至第一掃瞄線G32的第一主動元件A32。在第一主動元件A32被致能的狀態下，可經由第一資料線D32與第一主動元件A32輸入多個第一影像訊號至第一畫素電極P32。因此，第一畫素電極P32可驅動顯示介質顯示對應於第一影像訊號的影像。本實施例的畫素陣列基板300是以應用於液晶面板為例，第一畫素電極P32可驅動液晶分子而造成對應於第一影像訊號的光通過率，並搭配背光源與對應的彩色濾光膜而產生例如紅色的光線。另外，在第一時序F32時，輸入至第二掃瞄線G34與第三掃瞄線G36的是一關閉電位V_GL ，而連接至第二掃瞄線G34的第二主動元件A34與連接至第三掃瞄線G36的第三主動元件A36則保持在禁能的狀態。

在一第二時序F34時，輸入開啟電位V_GH 至第二掃瞄線G34，以致能連接至第二掃瞄線G34的第二主動元件A34。在第二主動元件A34被致能的狀態下，可經由第一資料線D32與第二主動元件A34輸入多個第二影像訊號至第二畫素電極P34。因此，第二畫素電極P34可驅動液晶分子而造成對應於第二影像訊號的光通過率，並搭配背光源與對應的彩色濾光膜而產生例如綠色的光線。另外，在第二時序F34時，輸入至第一掃瞄線G32與第三掃瞄線G36的是關閉電位V_GL ，而連接至第一掃瞄線G32的第一主動元件A32與連接至第三掃瞄線G36的第三主動元件A36則保持在禁能的狀態。

在一第三時序F36時，輸入開啟電位V_GH 至第三掃瞄線G36，以致能連接至第三掃瞄線G36的第三主動元件A36。在第三主動元件A36被致能的狀態下，可經由第一資料線D32與第三主動元件A36輸入多個第三影像訊號至第三畫素電極P36。因此，第三畫素電極P36可驅動液晶分子而造成對應於第三影像訊號的光通過率，並搭配背光源與對應的彩色濾光膜而產生例如藍色的光線。另外，在第三時序F36時，輸入至第一掃瞄線G32與第二掃瞄線G34的是關閉電位V_GL ，而連接至第一掃瞄線G32的第一主動元件A32與連接至第二掃瞄線G34的第二主動元件A34則保持在禁能的狀態。

另外，在第一時序F32時，輸入開啟電位V_GH 至第四掃瞄線G38，以致能連接至第四掃瞄線G38的第四主動元件A38。在第四主動元件A38被致能的狀態下，可經由感測線D34與第四主動元件A38而從感測元件讀取多個感測訊號。感測元件S30所感測到的感測訊號經由感測線D34與第四主動元件A38向外輸出，而藉由分析感測訊號即可獲知在該處是否有觸控動作的發生。本實施例的第四主動元件A38是在第一時序F32被致能。但應注意的是，第四主動元件A38也可在第二時序F34或第三時序F36被致能，或在一個以上的時序中被致能，且第四主動元件A38被致能或禁能的時間點不一定要在各時序相接的時間點上。換言之，第四主動元件A38可在第一時序F32、第二時序F34與第三時序F36中的任一部分時間被致能。

假設一個第一時序F32、一個第二時序F34與一個第三時序F36所持續的總和時間為1/60秒，亦即畫素陣列基板300以60赫茲的頻率被驅動，則資料線D32、第一掃瞄線G32、第二掃瞄線G34與第三掃瞄線G36的操作頻率僅為180赫茲。因此，相較於習知內建了感測元件的畫素陣列基板而言，本實施例的畫素陣列基板300所需的操作頻率較低，可採用較低規格的驅動單元而降低成本並提升可靠度。而且，本實施例的畫素陣列基板300可以較長的時間進行感測元件的讀取，可提升判斷觸控動作是否發生的正確性。

本實施例的畫素電極與感測元件的變化方案與前一實施例相似，在此不贅述。本實施例的畫素陣列基板300同樣可包括閘極驅動單元310、資料驅動單元330與感測處理單元340，而其變化方案也與前一實施例相似，在此不贅述。

綜上所述，本發明的畫素陣列基板及其驅動方法改變了畫素電極、感測元件與驅動線路的配置方式與連接關係，因此可降低操作頻率而採用便宜的驅動單元，並可提升顯示裝置的可靠度。另外，本發明的畫素陣列基板可採用非晶矽閘極結構，進一步降低成本、提高產品的可靠度及減少畫素陣列基板的重量與體積。

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．．．畫素陣列基板

110．．．閘極驅動晶片

120．．．資料驅動晶片

130．．．感測處理單元

D10．．．資料線

G12、G14、G16與G18．．．掃瞄線

A12、A14、A16與A18．．．主動元件

P12、P14與P16．．．畫素電極

S10．．．感測元件

200、300．．．畫素陣列基板

210、310．．．閘極驅動單元

220．．．切換單元

230、330．．．資料驅動單元

240、340．．．感測處理單元

D22、D32．．．第一資料線

D24．．．第二資料線

D34．．．感測線

G22、G32．．．第一掃瞄線

G24、G34．．．第二掃瞄線

G36．．．第三掃瞄線

G38．．．第四掃瞄線

A22、A32．．．第一主動元件

A24、A34．．．第二主動元件

A26、A36．．．第三主動元件

A28、A38‧‧‧第四主動元件

P22、P32‧‧‧第一畫素電極

P24、P34‧‧‧第二畫素電極

P26、P36‧‧‧第三畫素電極

S20、S30‧‧‧感測元件

F12、F32‧‧‧第一時序

F14、F34‧‧‧第二時序

F36‧‧‧第三時序

V_GH ‧‧‧開啟電位

V_GL ‧‧‧關閉電位

V_ref ‧‧‧參考電位

圖1是習知畫素陣列基板的局部示意圖。

圖2是本發明一實施例的畫素陣列基板的局部示意圖。

圖3為本發明一實施例的驅動方法的時序圖。

圖4是本發明另一實施例的畫素陣列基板的局部示意圖。

圖5為本發明另一實施例的驅動方法的時序圖。

200．．．畫素陣列基板

210．．．閘極驅動單元

220．．．切換單元

230．．．資料驅動單元

240．．．感測處理單元

D22．．．第一資料線

D24．．．第二資料線

G22．．．第一掃瞄線

G24．．．第二掃瞄線

A22．．．第一主動元件

A24．．．第二主動元件

A26．．．第三主動元件

A28．．．第四主動元件

P22．．．第一畫素電極

P24．．．第二畫素電極

P26．．．第三畫素電極

S20．．．感測元件

Claims (2)

1. 一種驅動方法，用以驅動一畫素陣列基板，其中該畫素陣列基板具有：多條第一資料線與多條第二資料線，互相平行地配置；多條第一掃瞄線與多條第二掃瞄線，互相平行地配置；多個第一主動元件、多個第二主動元件、多個第三主動元件與多個第四主動元件，其中各該第一主動元件電性連接對應的該第一資料線與對應的該第一掃瞄線，各該第二主動元件電性連接對應的該第二資料線與對應的該第二掃瞄線，各該第三主動元件電性連接對應的該第一資料線與對應的該第二掃瞄線，各該第四主動元件電性連接對應的該第二資料線與對應的該第一掃瞄線；以及多個第一畫素電極、多個第二畫素電極、多個第三畫素電極與多個感測元件，其中各該第一畫素電極電性連接對應的該第一主動元件，各該第二畫素電極電性連接對應的該第二主動元件，各該第三畫素電極電性連接對應的該第三主動元件，各該感測元件連接對應的該第四主動元件，該驅動方法包括：在一第一時序時，經由該些第一掃瞄線致能該些第一主動元件與該些第四主動元件，經由該些第一資料線與該些第一主動元件輸入多個第一影像訊號至該些第一畫素電極，並經由該些第二資料線與該些第四主動元件而從該些感測元件讀取多個感測訊號；以及在一第二時序時，經由該些第二掃瞄線致能該些第二主動元件與該些第三主動元件，經由該些第一資料線與該 些第二主動元件輸入多個第二影像訊號至該些第二畫素電極，並經由該些第二資料線與該些第三主動元件輸入多個第三影像訊號至該些第三畫素電極。
2. 如申請專利範圍第1項所述之驅動方法，其中該畫素陣列基板更包括一切換單元、一資料驅動單元與一感測處理單元，其中該切換單元連接該些第二資料線，該資料驅動單元與該感測處理單元連接該切換單元，其中該感測處理單元具有多個放大器，在該第一時序時，該些放大器的參考電位實質上等於該些第二掃瞄線的電位。