TWI431514B - 可切換式觸控顯示裝置及其操作方法 - Google Patents

Description

可切換式觸控顯示裝置及其操作方法

本發明是有關於一種可切換式觸控顯示裝置及其操作方法，且特別是有關於一種具有間隙物的可切換式觸控顯示裝置及其操作方法。

隨著科技的進步，顯示器的設計已經不僅只於畫面的顯示，更需具有觸控的功能，以滿足使用者的需求。藉由觸控功能的設計，使得使用者與顯示器之間的隔閡變小，且讓使用者在操作上更直覺，使用也更佳的方便。以往傳統的顯示器均藉由額外的紅外線式或電阻式模組以達到偵測觸控的效果。由於此些方式皆須設置額外的元件，因此成本較高，製程也較為麻煩。

本發明係有關於一種可切換式觸控顯示裝置及其操作方法，其利用適當的間隙物搭配電路的設計，使顯示裝置同時具有觸控及顯示的功能。

根據本發明之一方面，提出一種可切換式觸控顯示裝置。可切換式觸控顯示裝置包括至少一畫素單元與一操控模組。畫素單元包括第一基板、第二基板、間隙物、共同電極及資料線。第二基板實質上與第一基板平行設置。間隙物位於畫素單元中，並設置於第一基板之上。間隙物與第二基板間隔一間隙。共同電極設置於第一基板及間隙物之上。資料線設置於第二基板之上，且部份之資料線位於間隙物正下方。操控模組用以切換畫素單元操作於一顯示模式或一觸控模式。操控模組用以於顯示模式，控制資料線之一電壓值，以使畫素單元呈現一預定亮度。操控模組更用以於觸控模式，讀取電壓值，以判斷間隙物是否遭到一外力按壓而使共同電極及資料線電性接觸。

根據本發明之另一方面，提出一種可切換式觸控顯示裝置之操作方法。可切換式觸控顯示裝置包括一畫素單元。畫素單元包括一共同電極及一資料線。共同電極與資料線間隔一間隙且位於畫素單元中。可切換式觸控顯示裝置之操作方法包括以下步驟。切換可切換式觸控顯示裝置位於一顯示模式或一觸控模式。當可切換式觸控顯示裝置位於顯示模式，則控制資料線之一電壓值，以使畫素單元呈現一預定亮度。當可切換式觸控顯示裝置位於觸控模式，則讀取資料線之電壓值。依據電壓值判斷共同電極及資料線是否電性接觸。當共同電極及資料線電性接觸，則定義可切換式觸控顯示裝置之畫素單元被按壓。當共同電極及資料線電性未接觸，則定義可切換式觸控顯示裝置之畫素單元未被按壓。

為了對本發明之上述及其他方面有更佳的瞭解，下文特舉較佳實施例，並配合所附圖式，作詳細說明如下：

請參照第1A圖，其繪示依照本發明較佳實施例之可切換式觸控顯示裝置之畫素單元未受按壓的側視圖。可切換式觸控顯示裝置1000包括至少一畫素單元10。畫素單元10包括第二基板100、第一基板200及液晶層300。第二基板100例如是陣列(array)基板，第一基板200例如是彩色濾光片(color filter,CF)基板。液晶層300則夾置於第二基板100及第一基板200之間。液晶層300中的液晶分子依據第二基板100及第一基板200的電性而旋轉。

在第二基板100上，設置有薄膜電晶體110、第一資料線121、畫素電極131、保護層140及背光單元150。薄膜電晶體110設置於第二基板100上且電性連接第一資料線121及畫素電極131。薄膜電晶體110可控制第一資料線121端的電壓可否傳輸至畫素電極131端。保護層140設置於薄膜電晶體110上。第一資料線121及畫素電極131設置於保護層140上。畫素電極131的電壓值的大小可控制液晶層300中液晶分子的旋轉方向。背光單元150用以發出一光線，此光線依序經過第二基板100、液晶層300及第一基板200。

在本實施例中，薄膜電晶體110包括閘極層111、絕緣層112及半導體層113。半導體層113電性連接第一資料線121及畫素電極131。閘極層111可為金屬。透過閘極層111的電壓值大小的控制，可控制半導體層113中是否可形成電性通道於第一資料線121與畫素電極131之間。絕緣層112設置於閘極層111之上，用以避免閘極層111與其他導電物接觸造成短路。

在第一基板200上，設置有黑色矩陣(black matrix,BM)210、彩色濾光片220、間隙物230及共同電極240。彩色濾光片220設置於第一基板200上。彩色濾光片220具有容納部220a，容納部220a可例如為孔洞。黑色矩陣210設置於第一基板200上，以提高可切換式觸控顯示裝置之顯示畫面的色彩對比性。間隙物230設置於容納部220a內以及黑色矩陣210上，且部份之第一資料線121位於間隙物230正下方。共同電極240具有一共同電壓，且設置於黑色矩陣210、彩色濾光片220及間隙物230上。間隙物230上的共同電極240與第二基板100上之第一資料線121間隔一間隙G。此間隙G之長度實質上界在0.1與0.4微米(μm)之間。在另一實施例中，間隙G之長度實質上界在0.2與0.3微米之間。此外，可切換式觸控顯示裝置1000更包括間隙物430。間隙物430設置於第一基板200與第二基板100之間，間隙物430用以支撐第一基板200與第二基板100，使第一基板200與第二基板100間隔開來。更進一步，間隙物430之上下端分別抵住共同電極240與第一資料線121，以使第一基板200與第二基板100之間維持一特定距離。

在本實施例中，可切換式觸控顯示裝置1000更包括操控模組500。操控模組500用以切換畫素單元10操作於顯示模式或觸控模式。操控模組500可用以於顯示模式，控制第一資料線121之電壓值。並藉由薄膜電晶體110使第一資料線121之電壓傳送到畫素電極131。使液晶層300中的液晶分子依據畫素電極131及共同電極240上之電壓差改變旋轉的方向，進而使畫素單元10呈現預定亮度。

另一方面，操控模組500更可用以於觸控模式，讀取第一資料線121之電壓值，以判斷間隙物230是否遭到一外力按壓而使共同電極240電性接觸於第一資料線121。為了方便說明在觸控模式下，外力按壓前後的結構，請繼續參照第1A圖及第1B圖，第1A及1B圖分別繪示依照本發明較佳實施例可切換式觸控顯示裝置之畫素單元未被按壓及被按壓的側視圖。在第1A圖中，於未受外力按壓的情形下，間隙物230上的共同電極240與第一資料線121間隔一間隙G，因此共同電極240上的共同電位無法傳送到第一資料線121。另一方面，在第1B圖中，由於第一基板200受外力按壓，間隙物230上的共同電極240電性連接於第一資料線121，使共同電極240上的共同電壓傳送到第一資料線121。明顯地，間隙物230上的共同電極240是否電性連接於第一資料線121，會影響到操控模組500從第一資料線121所讀取到的電壓值。因此，操控模組500可依據從第一資料線121所讀取到的電壓值判斷第一基板200是否受到觸壓。

在一實施例中，可切換式觸控顯示裝置1000中每1平方公分至少需要設置1個間隙物230，用以讓使用者於切換畫素單元10操作於觸控模式時可按壓間隙物230做為觸控點。且平均每9個畫素10中具有3個間隙物(可包括間隙物230或430)。如此一來，可切換式觸控顯示裝置1000中的間隙物430數目實質上至少為間隙物230數目與間隙物430數目之總和的1/15。

在一實施例中，上述之畫素單元10係可應用在廣視角液晶顯示器中，廣視角液晶顯示器中一個畫素區可分為兩個範圍(domain)。此兩個範圍中的液晶可分別設計不同的預傾角，以獲得廣視角之效果。請參照第2圖，其繪示依照本發明較佳實施例可切換式觸控顯示裝置之畫素單元的俯視圖。如第2圖所示，此兩個範圍分別為畫素單元10及20。在觸控模式下，畫素單元10可以用來判斷可切換式觸控顯示裝置1000是否被按壓，而畫素單元20則用來顯示畫面。在顯示模式下，畫素單元10及20皆可用來顯示畫面。因此可切換式觸控顯示裝置1000不論是切換成觸控模式或顯示模式，皆可維持可切換式觸控顯示裝置1000的顯示功能。

如第2圖所示，第二資料線122、電晶體(未繪示於第2圖中)、畫素電極132係位於畫素單元20中。而畫素單元20操作於顯示模式之方式，與畫素單元10操作於顯示模式之方式相同，因此不予贅述。

在本實施例中，由於畫素單元10操作於觸控模式時會失去顯示畫面能力，因此畫素單元10之面積與畫素單元20之面積的比值，會影響到可切換式觸控顯示裝置1000操作於觸控模式時的亮度。舉例來說，如果畫素單元10的面積遠大於畫素單元20的面積，則可切換式觸控顯示裝置1000操作於觸控模式時，亮度將大幅下降。相對地，如果畫素單元10的面積遠小於畫素單元20的面積，則可切換式觸控顯示裝置1000操作於觸控模式時，亮度僅會小幅下降。在一實施例中，可切換式觸控顯示裝置1000中的畫素單元20之面積與畫素單元10之面積的比值係界在0.7到2.5之間。

在本實施例中，可切換式觸控顯示裝置1000可以透過動態灰階補正或背光單元150(繪示於第1A圖)的輝度調整，來使得可切換式觸控顯示裝置1000在顯示模式或觸控模式的亮度實質上一樣。舉例來說，操控模組500控制於觸控模式之第二資料線122的電壓值高於顯示模式之第二資料線122的電壓值，使觸控模式之畫素單元20呈現的亮度高於顯示模式之畫素單元20呈現的亮度。或者例如是，操控模組500控制於觸控模式之背光單元150之亮度高於顯示模式之背光單元150之亮度。

為了更進一步解釋畫素單元10及20操作於顯示模式時的電路圖，首先請參照第3A圖，其繪示可切換式觸控顯示裝置之畫素單元於顯示模式的電路圖。操控模組500包括控制單元510、切換單元520(為了清楚顯示其內部的電性通道，切換單元520以虛線表示)及積分單元530。切換單元520連接第一資料線121。控制單元510電性連接積分單元530及第一資料線121。在第3A圖中，第一資料線121、掃描線610、電晶體621、液晶電容631及儲存電容641位於畫素單元10中。掃描線610可輸入一電壓至電晶體621的閘極中。電晶體621依據掃描線610輸入至閘極的電壓，操控第一資料線121上的電壓可否傳輸至液晶電容631及儲存電容641。在顯示模式下，控制單元510控制切換單元520，以使切換單元520在第一資料線121與控制單元510之間形成第一電性通道521。控制單元510係透過第一電性通道521控制第一資料線121的電壓值。第一資料線121的電壓值經由電晶體621傳輸至液晶電容631及儲存電容641，以使第一畫素單元10呈現預定亮度。另一方面，第二資料線122、掃描線610、電晶體622、液晶電容632及儲存電容642位於畫素單元20中。畫素單元20之第二資料線122直接電性連接於控制單元510。其餘部分與畫素單元10相同，因此不予贅述。

為了說明畫素單元10及20操作於觸控模式時的電路圖，請參照第3B圖，其繪示可切換式觸控顯示裝置之畫素單元於觸控模式的電路圖。開關電路650位於畫素單元10之中。開關單元650的一端為共同電位，另一端電性連接第一資料線121。當開關單元650為斷路時，無法傳輸共同電位至第一資料線121。如同第1A圖所示，間隙物230上之共同電極240沒有電性連接第一資料線121，使得共同電位無法傳輸至第一資料線121。另一方面，當開關單元650為通路時，可傳輸共同電位至第一資料線121。如同第1B圖所示，間隙物230上之共同電極240電性連接第一資料線121，使得共同電位可傳輸至第一資料線121。

請繼續參照第3B圖，在觸控模式下，控制單元510控制切換單元520，以使切換單元520在第一資料線121與積分單元530之間形成第二電性通道522。控制單元510係透過第二電性通道522讀取第一資料線121的電壓值。其中，第一資料線121將電壓值經由第二電性通道522傳送至積分單元530。積分單元530偵測第一資料線121的電壓並與參考電壓Vref比較後，積分單元530送出一訊號至控制單元510。明顯地，開關單元650為斷路或是通路，影響共同電壓是否會傳輸至第一資料線121以及最後傳輸到控制單元510的電壓值大小。控制單元510便依據電壓值的大小用以判斷是否有外力按壓可切換式觸控顯示裝置1000。

請參照第4圖，其繪示依照本發明較佳實施例可切換式觸控顯示裝置之多個畫素單元的電路圖。在本實施例中，各個畫素單元10之第一資料線121電性連接於切換單元520。各個畫素單元10依據控制單元510的指令，透過切換單元520選擇性地與控制單元510或積分單元530電性連接，以使畫素單元10操作於顯示模式或觸控模式。而畫素單元20電性連接於控制單元510，並操作於顯示模式。

以下更以搭配一流程圖詳細說明上述各項元件的運作方式，然而此流程圖並非限定應用於上述各項元件。請參照第5圖，其繪示依照本發明較佳實施例之可切換式觸控顯示裝置之操作方法的流程圖。

首先，在步驟S101中，判斷可切換式觸控顯示裝置1000位於觸控模式或顯示模式。若可切換式觸控顯示裝置1000位於顯示模式，則進入步驟S102；若可切換式觸控顯示裝置1000位於觸控模式，則進入步驟S103。

在步驟S102中，操控模組500控制第一及第二資料線121、122之電壓值，以使畫素單元10、20呈現預定亮度。

在步驟S103中，操控模組500讀取第一資料線121的電壓值。

然後，在步驟S104中，依據第一資料線121的電壓值，判斷共同電極240及第一資料線121是否電性接觸。如否，繼續執行步驟S105；如是，繼續執行步驟S106。

在步驟S105中，定義可切換式觸控顯示裝置1000之畫素單元10未被按壓。在步驟S106中，定義可切換式觸控顯示裝置1000之畫素單元10被按壓。

以往傳統的顯示器均需花費額外的元件成本，以使用紅外線式或電阻式模組的方式達到偵測觸控的效果。本發明所提供實施例，利用顯示器本身即具有的元件，再搭配上操控模組，使顯示器可同時達到顯示及觸控功能。例如將原本支撐第一基板與第二基板的間隙物，變為僅依附於第一基板或第二基板其中之一，並與另外一個基板間隔一間隙的間隙物。並在間隙物上設置共同電極，以使基板受外力觸壓時，可將共同電極上的共同電壓傳送至操控模組，用以判斷是否有外力觸壓於基板。

綜上所述，雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明。本發明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、20．．．畫素單元

100．．．第二基板

110、621、622．．．薄膜電晶體

111．．．閘極層

112．．．絕緣層

113．．．半導體層

121．．．第一資料線

122．．．第二資料線

131、132．．．畫素電極

140．．．保護層

150．．．背光單元

200．．．第一基板

210．．．黑色矩陣

220．．．彩色濾光片

220a．．．容納部

230、430．．．間隙物

240．．．共同電極

300．．．液晶層

500．．．操控模組

510．．．控制單元

520．．．切換單元

521．．．第一電性通道

522．．．第二電性通道

530．．．積分單元

610．．．掃描線

631、632．．．液晶電容

641、642．．．儲存電容

650．．．開關單元

1000．．．可切換式觸控顯示裝置

G．．．間隙

S101~S106．．．步驟

Vref．．．參考電壓

第1A及1B圖分別繪示依照本發明較佳實施例可切換式觸控顯示裝置之畫素單元未被按壓及被按壓的側視圖。

第2圖繪示依照本發明較佳實施例可切換式觸控顯示裝置之畫素單元的俯視圖。

第3A及3B圖分別繪示可切換式觸控顯示裝置之畫素單元於顯示模式及觸控模式的電路圖。

第4圖繪示依照本發明較佳實施例可切換式觸控顯示裝置之多個畫素單元的電路圖。

第5圖繪示依照本發明較佳實施例之可切換式觸控顯示裝置之操作方法的流程圖。

10．．．畫素單元

100．．．第二基板

110．．．薄膜電晶體

111．．．閘極層

112．．．絕緣層

113．．．半導體層

121．．．第一資料線

131．．．畫素電極

140．．．保護層

150．．．背光單元

200．．．第一基板

210．．．黑色矩陣

220．．．彩色濾光片

220a．．．容納部

230、430．．．間隙物

240．．．共同電極

300．．．液晶層

500．．．操控模組

1000．．．可切換式觸控顯示裝置

G．．．間隙

Claims (8)

1. 一種可切換式觸控顯示裝置，包括：至少一第一畫素單元，包括：一第一基板；一第二基板，實質上與該第一基板平行設置；一第一間隙物，位於該第一畫素單元中，並設置於該第一基板之上，該第一間隙物與該第二基板間隔一間隙；一共同電極，設置於該第一基板及該第一間隙物之上；及一第一資料線，設置於該第二基板之上，且部份之該第一資料線位於該第一間隙物正下方；以及一操控模組，用以切換該第一畫素單元操作於一顯示模式或一觸控模式，該操控模組用以於該顯示模式，控制該第一資料線之一第一電壓值，以使該第一畫素單元呈現一第一預定亮度，該操控模組更用以於該觸控模式，讀取該第一電壓值，以判斷該第一間隙物是否遭到一外力按壓而使該共同電極及該第一資料線電性接觸；以及一第二畫素單元，包括：一第二資料線，位於該第二畫素單元中；其中，該操控模組控制該第二資料線之一第二電壓值，以使該第二畫素單元呈現一第二預定亮度，該操控模組係控制於該觸控模式之該第二電壓值高於該顯示模式之該第二電壓值。
2. 如申請專利範圍第1項所述之可切換式觸控顯示 裝置，其中該第二畫素單元之面積與該第一畫素單元之面積的比值係界在0.7到2.5之間。
3. 如申請專利範圍第1項所述之可切換式觸控顯示裝置，其中該操控模組包括：一積分單元；一切換單元，連接該第一資料線；及一控制單元，電性連接該積分單元及該第一資料線，該控制單元控制該切換單元，以使該切換單元選擇性地在該第一資料線與該控制單元之間形成一第一電性通道，或者在該第一資料線與該積分單元之間形成一第二電性通道；其中，該控制單元係透過該第一電性通道控制該第一電壓值；該控制單元係透過該第二電性通道讀取該第一電壓值。
4. 如申請專利範圍第1項所述之可切換式觸控顯示裝置，更包括：一背光單元，該操控模組係控制於該觸控模式之該背光單元之亮度高於該顯示模式之該背光單元之亮度。
5. 如申請專利範圍第1項所述之可切換式觸控顯示裝置，更包括：一彩色濾光片，設置於該第一基板上，該彩色濾光片具有一容納部，該第一間隙物設置於該容納部內。
6. 如申請專利範圍第1項所述之可切換式觸控顯示裝置，更包括： 一第二間隙物，設置於該第一基板與該第二基板之間，該第二間隙物用以使該第一基板與該第二基板間隔開來；其中，該第一間隙物之數目實質上至少為該第一間隙物數目與該第二間隙物數目之總和的1/15。
7. 如申請專利範圍第1項所述之可切換式觸控顯示裝置，其中該間隙之長度實質上界在0.1與0.4微米(μm)之間。
8. 一種可切換式觸控顯示裝置之操作方法，該可切換式觸控顯示裝置包括一第一畫素單元及一第二畫素單元，該第一畫素單元包括一共同電極及一第一資料線，該共同電極與該第一資料線間隔一間隙且位於該第一畫素單元中，該第二畫素單元包括一第二資料線，該第二資料線位於該第二畫素單元中，該操作方法包括：切換該可切換式觸控顯示裝置位於一顯示模式或一觸控模式；當該可切換式觸控顯示裝置位於該顯示模式，則控制該第一資料線之一第一電壓值，以使該第一畫素單元呈現一第一預定亮度，及控制該第二資料線之一第二電壓值，以使該第二畫素單元呈現一第二預定亮度；當該可切換式觸控顯示裝置位於該觸控模式，則讀取該第一電壓值，及控制該第二電壓值高於該顯示模式之該第二電壓值；依據該第一電壓值判斷該共同電極及該第一資料線是否電性接觸； 當該共同電極及該第一資料線電性接觸，則定義該可切換式觸控顯示裝置之該第一畫素單元被按壓；以及當該共同電極及該第一資料線電性未接觸，則定義該可切換式觸控顯示裝置之該第一畫素單元未被按壓。