TWI425272B - 觸控式顯示裝置 - Google Patents

Description

觸控式顯示裝置

本發明係關於一種觸控式顯示裝置，特別是，關於一種可縮減邊框寬度之觸控式顯示裝置。

觸控式顯示裝置的使用，不但可節省傳統鍵盤及滑鼠所需佔用的空間，更提供了人性化的操作方式，因此已成為電子產品或機器設備中主流的溝通介面之一。目前，將觸控感應元件整合於畫素結構中的內嵌式(in-cell)觸控技術，可提供比傳統觸控面板更佳的對比度及亮度，近年來也廣受重視。

圖1顯示習知觸控式顯示面板中的一畫素結構100，其包含紅(R)、綠(G)、藍(B)三個子畫素110、120、及130。一般來說，每一子畫素110、120、及130均包含一電晶體及一畫素電極，且由一條閘極線140及分別由三條資料線150、152、及154來驅動。為了達成觸控功能，在每一畫素結構中設置有二個感測元件160及162，分別用以感測觸碰點的X方向座標及Y方向座標。感測元件160及162的結構一般為介於顯示面板之上層彩色濾光片基板及下層TFT陣列基板之間的突起物，用以在受到壓力時導通上下兩基板。因此，當有物體接觸顯示面板時，接觸位置所對應之畫素結構100的感測元件160及162將產生對應的電位訊號，而此訊號可進一步透過感測線170及172傳送至顯示面板中的其他電路進行處理。

圖2顯示習知觸控式顯示裝置200的方塊示意圖。顯示裝置200包含一顯示面板210、Y方向感測電路220及222、X方向感測電路230、閘極線驅動電路240及242、資料線驅動電路250、及控制晶片260。顯示面板210包含複數個陣列排列之如圖1所示的畫素結構，其中閘極線驅動電路240、242及資料線驅動電路250用以對顯示面板210中各個畫素結構中的顯示資料進行更新。每一畫素結構中的水平方向感測元件(如圖1所示之感測元件160)係分別透過2ⁿ 條感測線X(1)、X(2)...、X(2ⁿ )而連接至X方向感測電路230，而每一畫素結構中的垂直方向感測元件(如圖1所示之感測元件162)則分別連接至2^m 條感測線Y(1)、Y(2)...、Y(2^m )，其中感測線Y(1)、Y(3)...、Y(2^m-1 )(共2^m-1 條)連接至Y方向感測電路220，而感測線Y(2)、Y(4)...、Y(2^m )(約2^m-1 條)則連接至Y方向感測電路222。控制晶片260接收並處理來自X方向感測電路230的2ⁿ 條訊號線、來自Y方向感測電路220的2^m-1 訊號線、以及來自Y方向感測電路222的2^m-1 條訊號線上的感測訊號，以獲得在顯示面板210上之一觸碰位置資料。

參考圖2，為了避免造成觸控式顯示裝置200的某一側邊的邊寬過大，感測線Y(1)、Y(2)...、Y(2^m )係分別連接至顯示面板210的左右兩側。然而，Y方向感測電路220或222仍需輸出2^m-1 條訊號線至控制晶片260，如此大數量的訊號線仍會產生側邊邊寬(D)過大的問題，同時控制晶片260也需要大量的接腳(pin)來接收感測訊號。隨著顯示面板210解析度的提高，上述問題也將更加嚴重。

因此，有必要提供一種可有效縮減觸控式顯示裝置之邊框寬度並可降低控制晶片所需接腳數量之感測電路架構。

鑑於先前技術所存在的問題，本發明提供了一種觸控式顯示裝置，其藉由加入一電壓選擇器而取代了大量的訊號線繞線(routing)。

根據本發明之一方面，藉由相對而言相當少量的控制訊號線，可分別將觸控式顯示裝置中的X方向感測線及Y方向感測線由電壓選擇器的單一輸出端輸出至控制晶片，因此可大幅地減少裝置的邊框寬度，同時也可降低控制晶片所需的接腳數量。

在本發明一實施例中，提供了一種觸控式顯示裝置，其包含一顯示面板、複數個水平方向感測線、一水平方向電壓選擇器、以及一控制晶片。顯示面板包含以矩陣排列之複數個感測元件，其中複數個水平方向感測線係分別連接至複數個感測元件。水平方向電壓選擇器用以接收來自複數個水平方向感測線之複數個水平感測訊號，而控制晶片用以輸出複數個水平方向控制訊號至水平方向電壓選擇器。水平方向電壓選擇器根據複數個水平方向控制訊號而將複數個水平感測訊號之其中之一輸出至控制晶片。

本發明之其他方面，部分將在後續說明中陳述，而部分可由說明中輕易得知，或可由本發明之實施例而得知。本發明之各方面將可利用後附之申請專利範圍中所特別指出之元件及組合而理解並達成。需了解，前述的發明內容及下列詳細說明均僅作舉例之用，並非用以限制本發明。

本發明揭露一種具有觸控功能的顯示裝置，其包含至少一電壓選擇器電路，用以降低連接至控制晶片的訊號線數量，進而降低顯示裝置的邊框寬度。為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述並配合圖3至圖5之圖式。然以下實施例中所述之裝置、元件及方法步驟，僅用以說明本發明，並非用以限制本發明的範圍。

圖3為根據本發明一實施例所繪示之觸控式顯示裝置300的方塊示意圖。顯示裝置300包含一顯示面板310、垂直方向電壓選擇器320、水平方向電壓選擇器330、閘極線驅動電路340、資料線驅動電路350、及控制晶片360。

顯示面板310包含複數個陣列排列之畫素結構312，其由TFT陣列基板、彩色濾光片基板、以及夾設於兩基板之間的液晶層所構成。一般來說，每一畫素結構312可包含紅(R)、綠(G)、藍(B)三個子畫素，每一子畫素包含一薄膜電晶體(TFT)及一畫素電極。畫素結構312中各元件的作用及架構類似一習知液晶顯示器的畫素結構，故不贅述。

在此實施例中，顯示面板310為一內嵌式(in-cell)觸控面板，亦即，感測元件係內建於各個畫素結構中。參考圖3，畫素結構312包含用以感測垂直方向位置的垂直方向感測元件314以及用以感測水平方向位置的水平方向感測元件316。本發明的感測元件314及316可為各種常用於內嵌式觸控面板中的感測元件，例如介於TFT陣列基板及彩色濾光片基板間的一突起結構。當一物體按壓顯示面板310時，接觸位置所對應的感測元件將導通TFT陣列基板及彩色濾光片基板，因此可藉由偵測兩基板短路所造成的壓降而決定接觸位置座標。須注意的是，雖然在圖3所示的實施例中，每個畫素內均包含一水平方向及一垂直方向感測元件，但在其他實施例中，感測元件的密度可依所需的觸控解析度不同而有不同的設計。

各畫素結構中的垂直方向感測元件所感測到訊號係分別透過垂直方向感測線Y(1)、Y(2)...、Y(2^m )而輸出，其中m為正整數，且水平方向感測元件所感測到訊號係分別透過水平方向感測線X(1)、X(2)...、X(2ⁿ )而輸出，其中n為正整數。在此實施例中，假設垂直方向感測線有2^m 條，而水平方向感測線有2ⁿ 條。一般來說，垂直或水平方向感測線的數量與顯示面板310的解析度有關。舉例來說，假設每一畫素結構具有RBG三個子畫素、每4個水平方向相鄰的畫素結構係連接至同一條垂直方向感測線、每4個垂直方向相鄰的畫素結構係連接至同一條水平方向感測線、且垂直及水平方向感測線分別為2^m 及2ⁿ 條，則顯示面板310的解析度為(4×2ⁿ )×3×(4×2^m )。

再參考圖3，閘極線驅動電路340及資料線驅動電路350係用以對顯示面板310中各個畫素結構中所儲存的顯示資料進行更新。一般來說，每一畫素結構可由一條閘極線及三條資料線所驅動。閘極線驅動電路340可透過複數條閘極線(圖未示)輸入閘極控制訊號以驅動畫素結構中的薄膜電晶體，而資料驅動電路350可透過複數條資料線(圖未示)傳送顯示資料訊號至各畫素結構。閘極線及資料線的架構及其驅動方式為熟此技藝者所習知，且為避免模糊本發明焦點，因此閘極線及資料線並未加以詳述。

參考圖3，2^m 條垂直方向感測線Y(1)、Y(2)...、Y(2^m )連接至垂直方向電壓選擇器320，而2ⁿ 條水平方向感測線X(1)、X(2)...、X(2ⁿ )連接至水平方向電壓選擇器330。垂直方向電壓選擇器320一般係由複數個開關(通常為N型或P型電晶體)所組成，用以在m個控制訊號的控制下，將2^m (或更少)個輸入訊號之其中之一自一單一輸出端322輸出。在圖3所示的實施例中，垂直方向電壓選擇器320接收來自2^m 條垂直方向感測線Y(1)、Y(2)...、Y(2^m )的垂直方向感測訊號，同時也接收了來自控制晶片360的m條垂直方向控制訊號線的垂直方向控制訊號362。垂直方向電壓選擇器320將根據m條垂直方向控制訊號線上的垂直方向控制訊號362，將其中一個垂直方向感測訊號由輸出端322輸出至控制晶片360。因此，控制晶片360可透過改變m條垂直方向控制訊號線上的垂直方向控制訊號362，而控制垂直方向電壓選擇器320依序輸出2^m 條垂直方向感測線Y(1)、Y(2)...、Y(2^m )上的訊號。類似地，水平方向電壓選擇器330接收來自2ⁿ 條水平方向感測線X(1)、X(2)...、X(2ⁿ )的水平方向感測訊號，並根據來自控制晶片360的n條水平方向控制訊號線上的水平方向控制訊號364，而透過輸出端332將2ⁿ 條水平方向感測線X(1)、X(2)...、X(2ⁿ )上的訊號依序輸出至控制晶片360。控制晶片360可根據電壓選擇器320及330所輸出的訊號，分別決定觸碰位置的垂直座標及水平座標。由於每一條水平及垂直方向感測線上的訊號係依序分別傳送至控制晶片360，因此每一個觸碰點的位置可精確且獨立地決定，因此可實現多點觸控的功能。

由圖3的實施例可看出，電壓選擇器320及330僅分別需要m條及n條控制訊號線，即可分別將2^m 及2ⁿ 條感測線轉換為單一條輸出線，因此不但可有效降低顯示裝置300的側邊邊寬，也可降低控制晶片360所需的接腳數量。此外，在圖3所示的實施例中，垂直方向電壓選擇器320係設置於顯示面板310的左邊，因此為求佈局上的平衡，閘極線驅動電路340係設置於顯示面板310的右邊。然而，應理解的是，本發明並不限制觸控式顯示裝置300中各元件間的相對位置，其可依實際應用所需而做適當的調整。

圖4為根據本發明一實施例所繪示之電壓選擇器430的邏輯電路圖。電壓選擇器430包含2ⁿ 組選擇單元G(1)-G(2ⁿ )，其中每一組選擇單元包含彼此串接的n個開關元件，換言之，電壓選擇器430包含了(n×2ⁿ )個開關元件。在此實施例中，開關元件為P型電晶體或N型電晶體，且每一組選擇單元G(1)-G(2ⁿ )中的P型電晶體及/或N型電晶體的排列順序均不相同。在圖4所示的實施例中，選擇單元G(1)-G(2ⁿ )中的P型電晶體及N型電晶體係以二進位的方式排列，亦即，選擇單元G(1)係由n個N型電晶體MX(1,1)-MX(1,n)依序串接而成；選擇單元G(2)係由n-1個N型電晶體MX(2,1)-MX(2,n-1)及1個P型電晶體MX(2,n)依序串接而成；選擇單元G(3)係由n-2個N型電晶體MX(3,1)-MX(3,n-2)、1個P型電晶體MX(3,n-1)、以及1個N型電晶體MX(3,n)依序串接而成；...；選擇單元G(2ⁿ -1)係由n-1個P型電晶體MX(2ⁿ -1,1)-MX(2ⁿ -1,n-1)及1個N型電晶體MX(2ⁿ -1,n)依序串接而成；以及選擇單元G(2ⁿ )係由n個P型電晶體MX(2ⁿ ,1)-MX(2ⁿ ,n)依序串接而成。

如圖4所示，2ⁿ 組選擇單元G(1)-G(2ⁿ )用以分別接收來自感測線X(1)-X(2ⁿ )的訊號，且其輸出均連接至輸出端432，其中每一組選擇單元G(1)-G(2ⁿ )中的n個電晶體係分別由n條控制線CX(1)-CX(n)控制其開啟或關閉的狀態。因此，透過n條控制線CX(1)-CX(n)的控制，可選擇將感測線X(1)-X(2ⁿ )之其中之一上的訊號傳送至輸出端432。進一步來說，藉由隨時間改變n條控制線CX(1)-CX(n)上的控制訊號，可將所有感測線X(1)-X(2ⁿ )上的訊號依序傳送至輸出端432。舉例來說，在第一時間點，控制線CX(1)-CX(n)上的訊號可皆為高電位訊號(即控制線CX(1)-CX(n)上的訊號分別為H,H,...,H)，此時只有選擇單元G(1)中的所有電晶體均為開啟狀態，因此只有感測線X(1)上的訊號可傳送至輸出端432。接著，在下一個時間點，控制線CX(1)-CX(n)可分別傳送H,H,...,H,L的訊號，此時只有感測線X(2)上的訊號可傳送至輸出端432。依此類推，可在不同時間點將感測線X(1)-X(2ⁿ )上的訊號依序自輸出端432輸出。

根據本發明之一實施例，當對圖4之電壓選擇器430進行電路佈局時，可將每一組選擇單元中極性不同的電晶體分開放置。換言之，針對每一組選擇單元，可將所有的N型電晶體放置在一起、將所有P型電晶體放置在一起，使得每一選擇單元在佈局上只會有至多一個N型電晶體與P型電晶體相接的介面。須注意的是，當採用上述佈局結構時，每一電晶體仍應與其所對應的控制線連接。舉例來說，當針對圖4中的選擇單元G(3)進行佈局時，可將所有N型電晶體(即MX(3,1)-MX(3,n-2)及MX(3,n))依序串接後，再與P型電晶體MX(3,n-1)相接，其中P型電晶體MX(3,n-1)仍與控制線CX(n-1)連接，而N型電晶體MX(3,n)仍與控制線CX(n)連接。

根據目前常見之積體電路的設計規則(design rule)，相鄰的兩相同極性的電晶體可共用汲極/源極，然而相鄰的兩不同極性的電晶體之間則必須加入一金屬接觸結構，因此當有越多N型電晶體及P型電晶體介面存在，其佈局所佔面積將越大。因此，透過前述將極性不同的電晶體分開配置的佈局方法，可有效地降低電壓選擇器的佈局面積。

圖5為根據本發明另一實施例所繪示之電壓選擇器520的邏輯電路圖。電壓選擇器520為一m階結構，其包含m組選擇單元L(1)-L(m)，其中第p個選擇單元包含2^p 個開關元件。藉由一般等比級數的計算公式，可算出電壓選擇器520包含了2×(2^m -1)個開關元件，相較於圖4之電壓選擇器430所包含的(n×2ⁿ )個開關元件，圖5之電壓選擇器520可以較少數量的開關元件實現。在圖5所示的實施例中，開關元件為P型電晶體或N型電晶體，且每一組選擇單元包含相同數量的P型電晶體及N型電晶體。舉例來說，第2組選擇單元L(2)包含2個N型電晶體MY(2,1)、MY(2,3)及2個P型電晶體MY(2,2)、MY(2,4)。

由圖5可看出，從第1組選擇單元L(1)開始，每個電晶體均連接至下一組選擇單元中的一個P型電晶體及一個N型電晶體。舉例而言，選擇單元L(1)中的電晶體MY(1,1)連接至選擇單元L(2)中的N型電晶體MY(2,1)及P型電晶體MY(2,2)，而選擇單元L(2)中的P型電晶體MY(2,2)則連接至選擇單元L(3)中的N型電晶體MY(3,3)及P型電晶體MY(3,4)，依此類推至第m-1組選擇單元。接著，第m組選擇單元L(m)中的2^m 個電晶體則分別接收來自感測線Y(1)-Y(2^m )的訊號，而這些訊號將以不同路徑經過各組選擇單元，最後由輸出端522輸出。M組選擇單元L(1)-L(m)中的電晶體係分別由m條控制線CY(1)-CY(m)來控制其開啟或關閉的狀態。因此，透過m條控制線CY(1)-CY(m)的控制，可選擇將感測線Y(1)-Y(2^m )之其中之一上的訊號傳送至輸出端522。進一步來說，藉由隨時間改變m條控制線CY(1)-CY(m)上的控制訊號，可將所有感測線Y(1)-Y(2^m )上的訊號依序傳送至輸出端522。換言之，藉由m條控制線的控制，可將2^m 條感測線的訊號由單一輸出端輸出。

相較於習知觸控式顯示裝置將所有水平方向及垂直方向感測線直接繞線連接至控制晶片，本發明之觸控式顯示裝置藉由加入電壓選擇器，大幅地降低連接至控制晶片的訊號線的數量。因此本發明不但可減少控制晶片的對外接腳數量，且可使觸控式顯示裝置的整體尺寸下降，進而降低製作成本。

以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。

100．．．畫素結構

110、120、130．．．子畫素

140．．．閘極線

150、152、154．．．資料線

160、162．．．感測元件

170、172．．．感測線

200．．．觸控式顯示裝置

210．．．顯示面板

220、222．．．Y方向感測電路

230．．．X方向感測電路

240、242．．．閘極線驅動電路

250．．．資料線驅動電路

260．．．控制晶片

300．．．觸控式顯示裝置

310．．．顯示面板

312．．．畫素結構

314、316．．．感測元件

320．．．垂直方向電壓選擇器

322．．．輸出端

330．．．水平方向電壓選擇器

332．．．輸出端

340．．．閘極線驅動電路

350．．．資料線驅動電路

360．．．控制晶片

362．．．垂直方向控制訊號

364．．．水平方向控制訊號

430．．．電壓選擇器

432．．．輸出端

520．．．電壓選擇器

522．．．輸出端

CX(1)、CX(2)...、CX(n)．．．控制訊號線

CY(1)、CY(2)...、CY(m)．．．控制訊號線

G(1)...、G(2ⁿ )．．．選擇單元

L(1)...、L(m)．．．選擇單元

MX(1,1)...、MX(2ⁿ ,n)．．．電晶體

MY(1,1)...、MY(m,2^m )．．．電晶體

X(1)、X(2)...、X(2ⁿ )．．．水平方向感測線

Y(1)、Y(2)...、Y(2^m )．．．垂直方向感測線

圖式係與本說明書結合並構成其一部分，用以說明本發明之實施例，且連同說明書用以解釋本發明之原理。在此所述之實施例係本發明之較佳實施例，然而，必須瞭解本發明並不限於所示之配置及元件，其中：

圖1顯示習知觸控式顯示面板中的一畫素結構；

圖2顯示習知觸控式顯示裝置的方塊示意圖；

圖3為根據本發明一實施例所繪示之觸控式顯示裝置的方塊示意圖；

圖4為根據本發明一實施例所繪示之電壓選擇器的邏輯電路圖；以及

圖5為根據本發明另一實施例所繪示之電壓選擇器的邏輯電路圖。

310．．．顯示面板

312．．．畫素結構

314、316．．．感測元件

320．．．垂直方向電壓選擇器

322．．．輸出端

330．．．水平方向電壓選擇器

332．．．輸出端

340．．．閘極線驅動電路

350．．．資料線驅動電路

360．．．控制晶片

362．．．垂直方向控制訊號

364．．．水平方向控制訊號

X(1)、X(2)...、X(2ⁿ )．．．感測線

Y(1)、Y(2)...、Y(2^m )．．．感測線

Claims (12)

1. 一種觸控式顯示裝置(300)，包含：一顯示面板(310)，包含以矩陣排列之複數個感測元件(314,316)；複數個水平方向感測線(X(1)-X(2ⁿ ))，分別連接至該複數個感測元件(314,316)；一水平方向電壓選擇器(330)，用以接收來自該複數個水平方向感測線(X(1)-X(2ⁿ ))之複數個水平感測訊號；以及一控制晶片(360)，用以輸出複數個水平方向控制訊號(364)至該水平方向電壓選擇器(330)；其中該水平方向電壓選擇器(330)根據該複數個水平方向控制訊號(364)而輸出該複數個水平感測訊號之其中之一至該控制晶片(360)。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控式顯示裝置，其中該複數個水平方向控制訊號的數量為n個，且該複數個水平感測訊號的數量係小於或等於2ⁿ 個，其中n為正整數。
3. 如申請專利範圍第2項所述之觸控式顯示裝置，其中該水平方向電壓選擇器具有一輸出端，且該複數個水平方向控制訊號係控制該水平方向電壓選擇器自該輸出端依序輸出該複數個水平感測訊號至該控制晶片。
4. 如申請專利範圍第2項所述之觸控式顯示裝置，其中該水平方向電壓選擇器包含2ⁿ 組選擇單元，且該2ⁿ 組選擇單元之每一組包含彼此串接的n個開關元件，其中該2ⁿ 組選擇單元分別接收該複數個水平感測訊號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之觸控式顯示裝置，該開關元件為P型電晶體或N型電晶體，且該2ⁿ 組選擇單元之每一組包含以不同順序排列的P型電晶體及N型電晶體。
6. 如申請專利範圍第5項所述之觸控式顯示裝置，其中該2ⁿ 組選擇單元之每一組的電路佈局具有至多一個N型電晶體與P型電晶體相接的介面。
7. 如申請專利範圍第2項所述之觸控式顯示裝置，其中該水平方向電壓選擇器包含彼此串接的n組選擇單元，且第p組選擇單元包含2^p 個開關元件，其中第n組選擇單元中的2ⁿ 個開關元件分別接收該複數個水平感測訊號，且第1組選擇單元中的2¹ 個開關元件係連接至該控制晶片。
8. 如申請專利範圍第7項所述之觸控式顯示裝置，該開關元件為P型電晶體或N型電晶體，且該n組選擇單元之每一組包含相同數量的P型電晶體及N型電晶體。
9. 如申請專利範圍第1項所述之觸控式顯示裝置，更包含：複數個垂直方向感測線，分別連接至該複數個感測元件，其中該複數個垂直方向感測線與該複數個水平方向感測線彼此垂直相交；以及一垂直方向電壓選擇器，用以接收來自該複數個垂直方向感測線之複數個垂直感測訊號；其中該控制晶片更用以輸出複數個垂直方向控制訊號至該垂直方向電壓選擇器，且該垂直方向電壓選擇器根據該複數個垂直方向控制訊號而輸出該複數個垂直感測訊號之其中之一至該控制晶片。
10. 如申請專利範圍第9項所述之觸控式顯示裝置，其中該複數個感測元件更包含複數個水平方向感測元件及複數個垂直方向感測元件，其中該複數個水平方向感測線係分別連接至該複數個水平方向感測元件，且該複數個垂直方向感測線係分別連接至該複數個垂直方向感測元件。
11. 如申請專利範圍第10項所述之觸控式顯示裝置，其中該顯示面板更包含複數個畫素結構，且每一該複數個畫素結構包含三個子畫素及該複數個感測元件之其中部份感測元件。
12. 一種電子設備，包含如申請專利範圍第1項所述之該觸控式顯示裝置，其中該電子設備為一手機、一數位相機、一個人數位助理、一筆記型電腦、一桌上型電腦、一電視、一全球定位系統、一車用顯示器、一航空用顯示器、一數位相框或一可攜式DVD放影機。