TWI429999B - 內嵌式觸控液晶顯示器 - Google Patents

Description

內嵌式觸控液晶顯示器

本發明係關於一種內嵌式觸控液晶顯示器。

隨觸控技術之成熟，市場可見之觸控應用產品非常廣泛，顯示觸控面板顯示器未來市場之成長可期。傳統的觸控面板主要分為外掛電容式與外掛電阻式，然而，不論是採用前述任何一種方式，因均必須將觸控面板模組外加於顯示器模組之顯示面，因此對觸控顯示器產品造成不良的影響，諸如增加顯示器的總厚度及重量、降低顯示器之亮度、降低對比度、提升生產整合困難度進而提高成本等缺點。

為了解決前述的問題，平面顯示器之相關廠商無不競相開發內含觸控感應功能的整合型平面顯示器。請參考圖一A及圖一B，係一種先前技術內嵌式(in-cell)電阻式觸控液晶顯示器之示意圖。該液晶顯示器80之主要原理是在一薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)基板81上製作複數條x感應線(x sensor lines)811與y感應線(y sensor lines)812，並以銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)在該x感應線811及y感應線812側邊分別形成複數個感應電極813。該液晶顯示器80之一彩色濾光片(Color filter,CF)基板82則包含複數個柱電極821。該柱電極821與彩色濾光片基板82上的一共電極層(圖未示)相連接。使用時，當使用者觸碰該彩色濾光片基板82之外表面時，使用者所觸碰位置的對應之柱電極821朝向薄膜電晶體基板81移動而接觸到某一或某些感應電極813，因此彩色濾光片基板82的共電極層的電位會傳送到該些感應電極813， 使與該些感應電極813連接的x,y感應線811、812之電位改變，該液晶顯示器80再利用外部電路將此感應結果的電壓讀出，即可判定出該液晶顯示器80受到使用者之觸控位置。

雖然前述的技術可以將觸控功能整合、內嵌於液晶顯示器，但是，前述技術因為既需要x感應線811又需要y感應線812，且x感應線811及y感應線812更分別需要連接專用的感應電極813，除大為降低該液晶顯示器80之開口率之外，也因為感應線數太多而增加控制晶片(IC)之成本，以及因為線路佈局密集而降低製程良率。而且，由於柱電極821於觸控時係直接短路於x,y感應線811、812，因此，該柱電極821所連接之共電極層於接觸瞬間之電位會受到影響，導致共電極層與該液晶顯示器80之像素電極(pixel electrode)的電壓差飄移改變，而造成顯示光學特性變異。

為解決先前技術內嵌式觸控顯示器之感應線數及感應電極數量過多而導致控制晶片成本增加、開口率下降、製程良率降低，以及於觸控時會造成施加於液晶兩側的偏壓改變而影響顯示光學特性等技術問題，有必要提供一種可達到降低成本、提升開口率、良率及穩定顯示光學特性之目的之內嵌式觸控顯示器。

配合前述的技術問題及發明目的，本發明提供一種內嵌式觸控液晶顯示器，其包含一第一基板、一第二基板以及密封填充於該第一基板與第二基板之間的液晶層，其中：該第一基板包含複數個掃描線、複數個資料線及複數個觸控感應模組，每一觸控感應模組包含一觸控資料讀取線、一觸控讀取電晶體以及一接觸電極，該觸控資料讀取線與一個該資料線間隔設置；該觸控讀取電晶體係鄰近設於該觸控資料讀取 線及其中之一個掃描線，且該觸控讀取電晶體與鄰近之該觸控資料讀取線、鄰近之其中之一個掃描線及該接觸電極電性連接；該第二基板包含複數個凸塊結構，每一個凸塊結構之位置與一個接觸電極相對且每個凸塊結構之表面導電；及該觸控讀取電晶體接受該掃描線之輸入電壓控制而進入一觸控讀取等待狀態下，其中之一個以上之凸塊結構電性接觸一個以上的接觸電極後，一觸控電壓訊號由該凸塊結構經由被接觸之該接觸電極而輸予對應連接之一個以上的該觸控讀取電晶體，使該一個以上之觸控讀取電晶體受觸發而輸出一感應結果訊號予對應連接之一個以上之該觸控資料讀取線至一驅動控制模組，使該驅動控制模組依據該掃描線及該觸控資料讀取線之位置判斷觸控位置。

相較於先前技術，本發明之內嵌式觸控液晶顯示器因其觸控感應模組與子像素控制模組共用一掃描線而無須增設專門用於觸控感應之x感應線，從而可以節省驅動電路暨晶片的成本、降低佈線密度而提升製程良率、提升開口率。

請參考圖二A~B，其中圖二A為本發明內嵌式觸控液晶顯示器之第一實施例之一個子像素(sub-pixel)示意圖，圖二B係圖二A所示子像素沿2B-2B線之剖面示意圖。該內嵌式觸控液晶顯示器包含一第一基板10、一第二基板20以及密封填充於該第一基板10與該第二基板20之間的液晶層(圖未示)。該第一基板10包含一第一基板本體11以及形成於該第一基板本體11之複數條掃描線12、複數條資料線14、複數個子像素控制模組16以及複數個觸控感應模組18。

每一子像素控制模組16設於兩條相鄰的掃描線12及兩條相鄰的資料線14所圍繞的區域之內。每一子像素控制模組16包含一顯示控制電晶體162以及一子像素電極164。該顯示控制電晶體162鄰近設於其中之一掃描線12及與該掃描線12交錯設置之資料線14中之一的交點位置處。該顯示控制電晶體162分別與鄰近之該掃描線12與該資料線14電性連接，且該顯示控制電晶體162也與該子像素電極164電性連接。該內嵌式觸控液晶顯示器之各掃描線12及資料線14連接至一驅動控制晶片模組(圖未示)，使各顯示控制電晶體162之開關狀態及子像素電極164之電壓變化受該驅動控制晶片模組控制。

每一觸控感應模組18包含一觸控資料讀取線182、一觸控讀取電晶體184以及一接觸電極186。該觸控資料讀取線182係與該資料線14平行設置。該觸控讀取電晶體184係鄰近設於該觸控資料讀取線182及與該觸控資料讀取線182交錯設置之掃描線12中之一的交點位置處，且該觸控讀取電晶體184分別與鄰近之該觸控資料讀取線182、掃描線12及該接觸電極186電性連接。其中，該觸控讀取電晶體184接受該掃描線12之輸入電壓控制而進入一觸控讀取等待狀態。當該觸控讀取電晶體184在該觸控讀取等待狀態時，若一觸控電壓訊號經由該接觸電極186而輸出予該觸控讀取電晶體184，使該觸控讀取電晶體184受觸發而輸出一感應結果訊號予連接之該觸控資料讀取線182，如此，使外部的一驅動控制模組(圖未示)可以依據該觸控讀取電晶體184相連的掃描線12及該觸控資料讀取線182之位置，判斷得知哪一個或哪一些的觸控讀取電晶體184受到觸控觸發。

本實施例之該觸控讀取電晶體184為一金氧半薄膜電晶 體(MOS Thin Film Transistor)，其包含一閘極(gate)1842、一源極(source)1844以及一汲極(drain)1846。該閘極1842與其中之一個掃描線12電性連接或可以為自該掃瞄線12延伸而出的電極結構。該源極1844與該觸控資料讀取線182電性連接。該汲極1846與該接觸電極186電性連接，其連接的方式可以將該汲極1846之一阻絕保護層1848貫穿一開孔(Via)，使鍍製鋪設該接觸電極186時讓該汲極1846藉由該開孔而與該接觸電極186電性連接。該觸控讀取電晶體184之結構不限定，可以配合製程需要而有所調整或改變，舉例而言，該觸控讀取電晶體184可配合液晶面板製程所採取的四道光微影製程(fourth photo-etching process，PEP4)或五道光微影製程而於結構上略有改變。又例如，該觸控讀取電晶體184也可依據元件特性需求而為各種不同型態，諸如後通道蝕刻型(Back Channel Etching，BCE)、蝕刻截止型(Etching stop，ES)等型態。

該第二基板20包含一第二基板本體21以及固定形成於該第二基板本體21與該第一基板本體11相對之一內側表面之一彩色濾光層(未標示)、複數個凸塊結構22以及一共電極23。該彩色濾光層由複數紅、綠、藍濾光單元(未標示)構成，每一濾光單元與一個子像素控制模組16相對設置。每一個凸塊結構22與一個接觸電極186相對設置。該共電極23鍍製設於該第二基板彩色濾光層25及各凸塊結構22，從而使各凸塊結構22之表面可導電，同時該共電極23與該第一基板10之每一子像素電極164之間可形成夾壓，控制該液晶層之分子偏轉以顯示畫面。

請一併參考圖二B及圖二C，其中圖二C係本發明內嵌式觸控液晶顯示器觸控狀態之示意圖。當使用者按壓觸動該第 二基板20，使該第二基板20局部區域撓曲而朝該第一基板10之方向移動，直至該凸塊結構22接觸與其位置對應的接觸電極186時，該共電極23之電壓(即該觸控電壓訊號)則經由該接觸電極186輸出至該觸控讀取電晶體184。此時，由於該觸控讀取電晶體184處於觸控讀取等待狀態下，該共電極23之電壓會經由該觸控讀取電晶體184的汲極1846傳到源極1844，再傳到觸控資料讀取線182，然後由外部的驅動控制模組將電壓讀出(即該感應結果訊號)，藉此依據該觸控讀取電晶體184相連的掃描線12及該觸控資料讀取線182之位置，判斷得知哪一個或哪一些的觸控讀取電晶體184受到觸控觸發。

在實際使用狀況，為了讓該內嵌式觸控液晶顯示器能夠維持顯示功能，該外部的驅動控制模組以掃描方式(頻率可為60Hz,120Hz...等)逐一輸出電壓予該掃描線12。本實施例中的各觸控讀取電晶體184之閘極1842分別與其中之一個掃描線12連接，因此，當掃描線12被掃到時，與其連接的各觸控讀取電晶體184導通而進入該觸控讀取等待狀態，由於掃描速度非常快速，因此，人類相對緩慢的觸控行為均可以完成前述觸控感應技術效果無疑。

補充說明之，本實施例之觸控感應模組18之數量與密度，可以依據顯示器之開口率、透光率及靈敏度之規格設計要求而隨選改變，如該觸控感應模組18之數量可以與資料線14的數量相同或少於該資料線14之數量，且每一掃描線12上的觸控讀取電晶體184數量也可相同或少於該顯示控制電晶體162的數量。其中，較少的觸控感應模組18及觸控讀取電晶體162之數量讓該內嵌式觸控液晶顯示器具備較佳的開口率、良率及成本，反之，則具有相對靈敏的觸控感應效果。

因此，本實施例除了確實能夠達到觸控偵測感應之功效之外，相較於先前技術，其更因觸控感應模組與子像素控制模組共用一掃描線而無須增設專門用於觸控感應之x感應線，從而可提升顯示器之開口率及製程良率等優點。同時，由於增設該觸控讀取電晶體184，該觸控讀取電晶體184之阻抗使該共電極23與該接觸電極186接觸時因為阻抗的限流作用，使該共電極23之電壓不因接觸而受影響而相對地非常穩定，可大為減緩或甚至消除觸控感應過程中共電極之電壓偏移而造成光學特性改變的問題，達到穩定光顯示特性之技術效果。

請參考圖三A~C，其中圖三A為本發明內嵌式觸控液晶顯示器之第二實施例之一個子像素示意圖，圖三B係圖三A所示子像素沿3B-3B線之剖面示意圖，圖三C為圖三A所示的子圖元被觸碰時的剖面結構示意圖。第二實施例之內嵌式觸控液晶顯示器與第一實施例所述結構大致相同，主要區別在於該觸控讀取電晶體184之閘極1842一端所覆蓋之一氧化層1849貫穿一開孔，而使鍍製該接觸電極186時，該閘極1842可與該接觸電極186電性連接，用以將閘極1842裸露到第一基板10的最表層。該源極1844與該觸控資料讀取線182電性連接。該汲極1846則與其中之一個掃描線12電性連接。

使用時，當某一觸控讀取電晶體184處於掃描週期內，此時觸控讀取電晶體184的汲極1846的電位會變成高電位，且當該凸塊結構22表面之該共電極23接觸該接觸電極186，該共電極23之電壓(即該觸控電壓訊號)會傳到閘極1842，而使該觸控讀取電晶體184導通，此時該掃描線的電力則由汲極1846輸至該源極1844而輸出該感應結果訊號與予連接之該觸控資料讀取線182，然後由外部的驅動控制模組將電壓讀出， 藉此依據該觸控讀取電晶體184相連的掃描線12及該觸控資料讀取線182之位置，判斷得知哪一個或哪一些的觸控讀取電晶體184受到觸控觸發。在本實施例中，除因省去x感應線而可達到節省驅動電路暨晶片的成本、降低佈線密度而提升製程良率、提升開口率之效果，更因該感應結果訊號無須汲取該共電極23之電力，因此，共電極23之電壓完全不會因為觸控感應而受到影響，達到穩定光顯示特性之技術效果。

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應視後附之申請專利範圍所界定者為準。

10‧‧‧第一基板

11‧‧‧第一基板本體

12‧‧‧掃描線

14‧‧‧資料線

16‧‧‧子像素控制模組

162‧‧‧顯示控制電晶體

164‧‧‧子像素電極

18‧‧‧觸控感應模組

182‧‧‧觸控資料讀取線

184‧‧‧觸控讀取電晶體

1842‧‧‧閘極

1844‧‧‧源極

1846‧‧‧汲極

1848‧‧‧阻絕保護層

1849‧‧‧氧化層

186‧‧‧接觸電極

20‧‧‧第二基板

21‧‧‧第二基板本體

22‧‧‧凸塊結構

23‧‧‧共電極

圖一A~B為先前技術一內嵌式電阻觸控液晶顯示器。

圖二A為本發明內嵌式觸控液晶顯示器第一較佳實施例之一個子像素示意圖。

圖二B為圖二A所示之子像素的局部剖面示意圖。

圖二C為圖二B之觸控狀態示意圖。

圖三A為本發明內嵌式觸控液晶顯示器第二較佳實施例之一個子像素示意圖。

圖三B為圖三A所示之子像素的局部剖面示意圖。

圖三C為圖三B之觸控狀態示意圖。

10‧‧‧第一基板

11‧‧‧第一基板本體

14‧‧‧資料線

182‧‧‧觸控資料讀取線

184‧‧‧觸控讀取電晶體

1842‧‧‧閘極

1844‧‧‧源極

1846‧‧‧汲極

186‧‧‧接觸電極

1848‧‧‧阻絕保護層

20‧‧‧第二基板

21‧‧‧第二基板本體

22‧‧‧凸塊結構

23‧‧‧共電極

Claims (8)

1. 一種內嵌式觸控液晶顯示器，其包含一第一基板、一第二基板以及密封填充於該第一基板與第二基板之間的液晶層，其中：該第一基板包含複數個掃描線、複數個資料線及複數個觸控感應模組，每一觸控感應模組包含一觸控資料讀取線、一觸控讀取電晶體以及一接觸電極，該觸控資料讀取線與一個該資料線間隔設置；該觸控讀取電晶體係鄰近設於該觸控資料讀取線及其中之一個掃描線，且該觸控讀取電晶體與鄰近之該觸控資料讀取線、鄰近之其中之一個掃描線及該接觸電極電性連接；該第二基板包含複數個凸塊結構，每一個凸塊結構與一個接觸電極相對設置且表面導電；及該觸控讀取電晶體接受該掃描線之輸入電壓控制而進入一觸控讀取等待狀態下，其中當至少一凸塊結構電性接觸至少一接觸電極後，一觸控電壓訊號由該凸塊結構經由被接觸之該接觸電極而輸予對應連接之觸控讀取電晶體，使該觸控讀取電晶體受觸發而輸出一感應結果訊號予對應連接之觸控資料讀取線，一驅動控制模組依據該掃描線及該觸控資料讀取線之位置判斷觸控位置，其中，該觸控感應模組之數量小於或等於該資料線的數量。
2. 如申請專利範圍第1項之內嵌式觸控液晶顯示器，其中，每一觸控讀取電晶體包含一閘極、一源極以及一汲極，該閘極與其中之一個掃描線電性連接，該源極與該觸控資料讀取 線電性連接，該汲極與該接觸電極電性連接。
3. 如申請專利範圍第2項之內嵌式觸控液晶顯示器，其中，一阻絕保護層覆蓋於該汲極，該阻絕保護層貫穿開設一開孔，使得在鍍製鋪設該接觸電極時，該汲極藉由該開孔而與該接觸電極電性連接。
4. 如申請專利範圍第1項之內嵌式觸控液晶顯示器，其中，每一觸控讀取電晶體包含一閘極、一源極以及一汲極，該閘極與該接觸電極電性連接，該源極與該觸控資料讀取線電性連接，該汲極則與其中之一個掃描線電性連接。
5. 如申請專利範圍第4項之內嵌式觸控液晶顯示器，其中，該觸控讀取電晶體之閘極一端所覆蓋之一氧化層貫穿一開孔，而使鍍製該接觸電極時，該閘極可與該接觸電極電性接觸連接。
6. 如申請專利範圍第1項之內嵌式觸控液晶顯示器，其中，該第二基板包含一共電極，該共電極設於該第二基板之內側表面及覆蓋各凸塊結構，形成各凸塊結構表面導電。
7. 如申請專利範圍第1項之內嵌式觸控液晶顯示器，其中，兩條相鄰的掃描線及兩條相鄰的資料線所圍繞的區域之內設置有一子像素控制模組，該子像素控制模組包含一顯示控制電晶體，該顯示控制電晶體鄰近設置於其中之一掃描線及與該掃描線交錯設置的資料線中的一交點位置處，每一掃描線上的觸控讀取電晶體數量相同或少於該顯示控制電晶體的數量。
8. 如申請專利範圍第7項之內嵌式觸控液晶顯示器，其中，每一掃描線上的觸控讀取電晶體數量相同或少於該顯示控制電晶體的數量。