TWI480781B

TWI480781B - 觸控顯示裝置

Info

Publication number: TWI480781B
Application number: TW101150300A
Authority: TW
Inventors: Chia Lin Liu
Original assignee: Ye Xin Technology Consulting Co Ltd
Priority date: 2012-12-27
Filing date: 2012-12-27
Publication date: 2015-04-11
Also published as: TW201426443A; CN103901648A; CN103901648B

Description

觸控顯示裝置

本發明是涉及一種觸控顯示裝置，特別涉及一種利用顯示面板的公共電極當作觸控感測組件的觸控顯示裝置。

由於觸控裝置具有人機互動的特性，已被廣泛應用於儀器的外部輸入介面上。近年來，隨著消費性電子產品的應用發展越來越廣，將觸控功能與顯示器結合而形成觸控顯示裝置的應用產品也越來越多，包括行動電話(mobile phone)、衛星導航系統(GPS navigator system)、個人數位助理(personal digital assistant,PDA)以及筆記型電腦等。

現有觸控顯示裝置是在顯示面板的外側另外貼附一層透明的觸控面板，使用者可以根據顯示面板所顯示的畫面來觸碰觸控面板，用以控制與操作觸控顯示裝置。然而，在顯示面板外側另外貼附的觸控面板一般包括了透明基底和多層觸控膜層，因此會增加整體觸控顯示裝置的厚度以及製造成本，限制了現有觸控顯示裝置的輕薄化和降低成本的可能性。

有鑒於此，有必要提供一種可降低厚度的觸控顯示裝置。

本發明提供了一種觸控顯示裝置，此觸控顯示裝置包括一上基底、一下基底、一顯示介質層、複數個畫素以及複數個感測組件區。下基底設置在上基底的對側，顯示介質層設置在上基底與下基底之間。畫素形成於下基底的一上表面，呈陣列排布，各該畫素更包含一公共電極。感測組件區位於下基底的該上表面，互相並排。各該感測組件區分別具有一第一端與一第二端，並且各該感測組件區的該第一端小於同一該感測組件區的該第二端，其中，各該感測組件區分別對應於複數個該畫素並且分別包括一觸控感測組件，該觸控感測組件的形狀對應該感測組件區的形狀，並且各該觸控感測組件為同一該感測組件區內的該複數個畫素內彼此電性相連的公共電極。

本發明是利用具有不同大小的兩端的感測組件區的形狀來群組化各個畫素，使同一感測組件區所對應的畫素內的公共電極彼此相連，用以作為該感測組件區內的觸控感測組件，讓各畫素的公共電極能同時當作觸控感測組件，因此不需要像現有觸控顯示裝置需要在顯示面板的外側另外貼附觸控面板，或是在顯示面板的內側另外製作觸控感測組件，能夠降低整體觸控顯示裝置的厚度，進一步減少整體的製造成本。

10‧‧‧觸控顯示裝置

12‧‧‧下基底

12a‧‧‧上表面

14‧‧‧上基底

16‧‧‧顯示介質層

18‧‧‧框膠層

20‧‧‧顯示組件層

22‧‧‧觸控感測區域

24‧‧‧周邊電路區域

26、26a、26b、26c、26d、26e、26f‧‧‧畫素

28‧‧‧感測組件區

28a‧‧‧感測組件區的長邊

28b‧‧‧感測組件區的短邊

301、302、303、304‧‧‧第一感測組件區

301a‧‧‧第一感測組件區第一端

301b‧‧‧第一感測組件區第二端

321、322、323、324‧‧‧第二感測組件區

321a‧‧‧第二感測組件區第一端

321b‧‧‧第二感測組件區第二端

322a‧‧‧第二感測組件區第一端

322b‧‧‧第二感測組件區第二端

34‧‧‧公共電極

36‧‧‧橫線

38、40、68‧‧‧導線

42、42a、42b‧‧‧觸控感測組件

44、66‧‧‧晶片

46‧‧‧閘極線

48‧‧‧源極線

50‧‧‧電晶體

50a‧‧‧通道區

50b‧‧‧源極

50c‧‧‧汲極

50d‧‧‧閘極

52‧‧‧畫素電極

54‧‧‧電容

56‧‧‧接觸組件

58‧‧‧絕緣層

60‧‧‧保護層

62、64‧‧‧虛設觸控組件

70‧‧‧虛設觸控區

72‧‧‧透明導電層

T1‧‧‧觸控感測時間

T2‧‧‧顯示畫面的時間/閘極線掃描時間

圖1所示為本發明觸控顯示裝置的第一實施例的剖視示意圖。

圖2所示為本發明觸控顯示裝置的第一實施例的組件配置示意圖。

圖3所示為本發明觸控顯示裝置的第一實施例的局部放大示意圖。

圖4所示為本發明觸控顯示裝置的第一實施例中不同感測組件區之間畫素的公共電極的連接示意圖。

圖5所示為本發明觸控顯示裝置的第一實施例中畫素的結構剖視示意圖。

圖6所示為本發明觸控顯示裝置的第二實施例的單一畫素的剖視示意圖。

圖7所示為本發明觸控顯示裝置進行觸控感測的時序控制示意圖。

圖8所示為本發明觸控顯示裝置進行觸控感測的另一種時序控制的示意圖。

圖9所示為本發明觸控顯示裝置的第三實施例的組件佈局示意圖。

圖10所示為本發明觸控顯示裝置的第三實施例的局部放大示意圖。

請參考圖1與圖2，圖1所示為本發明的觸控顯示裝置的第一實施例的剖視示意圖，圖2所示為本發明的觸控顯示裝置的第一實施例的組件配置示意圖。為了方便說明，本實施例的各附圖僅為示意用以容易瞭解本發明，其詳細的比例可依照設計的需求進行調整。本實施例的觸控顯示裝置為觸控液晶顯示面板，優選為觸控平面旋轉(in-plane switching,IPS)型液晶顯示面板，但不限於此，在其他實施例中，本發明的觸控顯示裝置也可以包括其他類型的顯示面板，例如為主動陣列式有機發光顯示面板。如圖1所示，本發明的觸控顯示裝置10包括一下基底12、一上基底14以及一顯示介質層16，下基底12設置在上基底14的對側並且具有一上表面12a，下基底12和上基底14之間通過一框膠層18來黏貼固定，而顯示介質層16設置在上基底14與下基底12之間。在本實施例中，顯示介質層16為液晶材料層。下基底12的上表面12a設置了複數個顯示組件，圖1中僅先以一層顯示組件層20表示，並且本發明觸控顯示裝置10的觸控感測組件也是設置在顯示組件層20中。

如圖2所示，在下基底12的上表面12a上可劃分為觸控感測區域22與周邊電路區域24，其中觸控感測區域22也是用來顯示畫面的區域。在下基底12的上表面12a上定義有複數個畫素26，排列成一陣列或者矩陣，各畫素26內的方框表示了該畫素26的公共電極34，並以相鄰公共電極34之間的橫線36來表示公共電極34之間的電連接狀況。由於本發明的感測組件區28與畫素26的對應關係影響了相鄰畫素26之間的公共電極34電連接狀況，因此在後文中會再詳細敍述。在下基底12的上表面12a進一步定義了複數個感測組件區28，沿著圖2中的垂直方向Y並排在下基底12上。各感測組件區28包括一第一端(舉例如圖2中的第一端321a)與一第二端(舉例如圖2中的第二端321b)，其中同一感測組件區28的第一端小於第二端，並且感測組件區28的寬度(沿著圖2垂直方向Y的尺寸)由第一端向第二端呈階梯式逐漸增大，因此各感測組件區28都具有類三角形的形狀，優選如圖中所示以長虛線表示的類直角三角形形狀，直角兩邊的長邊28a平行於水準方向X，而短邊28b平行於垂直方向Y。感測組件區28可以分為第一感測組件區301、302、303、304以及第二感測組件區321、322、323、324，兩者互相沿著垂直方向Y而間隔並排。以第一感測組件區301為例，第一感測組件區301具有第一端301a與第二端301b，在同一第一感測組件區301內，第一端301a的寬度小於第二端301b的寬度，並且第一感測組件區301的寬度由第一端301a向第二端301b呈階梯式逐漸增大，其他感測組件區28的形狀與第一感測組件區301相似，不再贅述。第一感測組件區301、302、303、304的第一端與第二感測組件區321、322、323、324的第二端相鄰，而第一感測組件區301、302、303、304的第二端與第二感測組件區322、322、322、322的第一端相鄰，例如第一感測組件區301的第一端301a與第二感測組件區321、322的第二端321b、322b相鄰，而第一感測組件區301的第二端301b與第二感測組件區321、322的第一端321a、322a相鄰。因此，第一感測組件區301、302、303、304的短邊28b都是位在下基底12的左側，而第二感測組件區321、322、323、324的短邊28b都是位在下基底12的右側。各感測組件區28分別包括一觸控感測組件42，設置在該感測組件區28內的下基底12的上表面12a上，整體來看，各感測組件區28內的觸控感測組件42和該感測組件區28具有相對應的形狀或是約略相同的形狀，也就是說，各觸控感測組件42沿著所在的感測組件區28的形狀設置在下基底12上，因此在圖2中，各觸控感測組件42和所在的感測組件區28以同樣的圖形表示。實際上，各觸控感測組件42是由同一感測組件區28內所對應畫素26內的彼此電性相連的公共電極34所構成。由於各觸控感測組件42具有類三角形的形狀，一觸控感測組件42具有較大寬度的部分(如同第一感測組件區301的第二端301b)與相鄰的另一觸控感測組件42具有較小寬度的部分(如同第二感測組件區321的第一端321a)並排，在此設計下，當使用者碰觸到觸控顯示裝置10的觸控感測區域22時，通過判斷對應碰觸點的是哪一個觸控感測組件42以及依據比例計算出在該觸控感測組件42中的實際碰觸點，可以進一步判斷出使用者碰觸了整個觸控感測區域22的哪一個位置，用以對觸控顯示裝置10進行觸控操作。

各感測組件區28與畫素26的對應狀況說明如下。各感測組件區28分別對應於複數個畫素26，以圖2中最上側的第二感測組件區321為例，其中圖2是以斜線網底圖案表示出對應於第二感測組件區321的畫素26，第二感測組件區321內對應包括了112個畫素26，其中包括由上至下的第一橫排的36個畫素26、第二橫排的28個畫素26、第三橫排的21個畫素26、第四橫排的15個畫素26以及第五橫排的8個畫素26。另一方面，接近上側的第一感測組件區301內則對應包括了104個畫素26，其中包括了第一感測組件區301內的上側第一橫排的7個畫素26、第二橫排的14個畫素26、第三橫排的20個畫素26、第四橫排的27個畫素26以及第五橫排的36個畫素26。因此，實際上在相鄰感測組件區28之間是以階梯式形狀去劃分各相鄰橫排的畫素26到不同的感測組件區28，例如，由上側第一橫排至第六橫排，各橫排中的畫素26是以階梯式漸次減少的數量劃分到第二感測組件區321，而各橫排中的畫素26是以階梯式漸次增加的數量劃分到第一感測組件區301。然而，粗略來看，本發明也是以類三角形的感測組件區28去劃分畫素26，依照各畫素26的位置與對應的感測組件區28用以將所有的畫素26群組化。

請同時參考圖2與圖3，其中圖3為圖2中畫素26與感測組件區28的局部放大示意圖，並且圖3僅畫出兩個感測組件區28(第一感測組件區301與第二感測組件區321)作為說明。在圖2與圖3中，各畫素26內公共電極34的電連接狀況是以相鄰公共電極34之間的橫線36來表示。根據本發明，對應同一感測組件區28內的各畫素26的公共電極34是互相電連接的，而不同感測組件區28內的畫素26的公共電極34則不互相電連接。舉例來說，因為圖2與圖3中最上面第一橫排的畫素26都屬於第二感測組件區321，因此第一橫排內各畫素26的公共電極34是互相電連接的，共用同一個觸控感測組件42；而第二橫排中左側第1至8個畫素26屬於第一感測組件區301，第二橫排中左側第9至36個畫素26屬於第二感測組件區321，因此在第二橫排中左側第8個畫素26與第9個畫素26內的公共電極34是斷開而不會互相電連接的，如圖3圓圈處，並且第二橫排左側第1至8個畫素26因為都屬於同一個第一感測組件區301，因此第二橫排左側第1至7個畫素26的公共電極34彼此互相電連接，共用同一個觸控感測組件42，而同一個第二感測組件區321內的第二橫排左側第9至36個畫素26的公共電極34也彼此互相電連接，共用同一個觸控感測組件42；第三橫排左側第1至15個畫素26屬於第一感測組件區301，第三橫排左側第16至36個畫素26屬於第二感測組件區321，因此在第三橫排左側第15個畫素26與第16個畫素26內的公共電極34彼此斷開而沒有互相電連接，並且第三橫排左側第1至15個畫素26因為屬於同一個第一感測組件區301內，因此這些畫素26的公共電極34彼此互相電連接，共用同一個觸控感測組件42，而同一個第二感測組件區321內的第三橫排左側第16至36個畫素26的公共電極34彼此互相電連接，共用同一個觸控感測組件42；以此類推。簡而言之，每一橫排的畫素26可能依據所在的位置，會被區分成靠左側而屬於第一感測組件區301、302、303、304或是區分成靠右側而屬於第二感測組件區321、 322、323、324，同一第一感測組件區301、302、303、304或同一第二感測組件區321、322、323、324的畫素26內的公共電極34互相電連接而分別構成同一觸控感測組件42。此外，在同一個第一感測組件區301、302、303、304內的不同橫排之間的畫素26的公共電極34也會互相電連接，構成同一個觸控感測組件42，同一個第二感測組件區321、322、323、324內的不同橫排之間的畫素26的公共電極34也會互相電連接，構成同一個觸控感測組件42，為了避免附圖太過複雜，因此圖2與圖3沒有特別畫出不同橫排之間公共電極34的電連接狀況。再者，本發明相鄰觸控感測組件42之間的距離可以相鄰畫素26所包括組件的製造極限來設計，例如為約2至5微米，優選為約3至5微米。值得注意的是，本發明各感測組件區28所包括的畫素26數量與排列方式並不限於以上所述，並且前述的畫素26與感測組件區28的對應關係僅是用來舉例說明本發明的技術。

此外，在下基底12的上表面12a，還設有多條導線38、40，分別電連接到一對應的感測組件區28內的觸控感測組件42，用來將觸控感測組件42所感測到的觸控感測信號傳送到晶片44，再通過晶片44將觸控感測信號傳送到處理單元中，並且在處理單元中，提供顯示和進行觸控的時序是分開的，彼此互不干涉，在顯示時段內，提供原本的顯示需要的公共電壓，而在進行觸控掃描時則提供觸控的控制電壓。在下基底12右側的多條導線38分別電連接到第二感測組件區321、322、323、324中的觸控感測組件42，而下基底12左側的多條導線40分別電連接到第一感測組件區301、302、323、304中的觸控感測組件42。此外，導線38、40也可用來分別提供公共電壓給對應觸控感測組件42，用以對各感測組件區28 內的各畫素26施加公共電壓。在其他實施例中，導線38、40與各感測組件區28的觸控感測組件42的電連接方式並不限於上述。

請參考圖4與圖5，圖4所示為本實施例中不同感測組件區28之間畫素26的公共電極34的連接示意圖，而圖5是本實施例中畫素26的結構剖視示意圖。圖4與圖5中各畫素26內的組件佈局與結構僅為示意，並不會用來限制本發明觸控顯示裝置10中各畫素26的結構配置與佈局。舉例而言，本實施例的各畫素26基本由一個閘極線46、一源極線48、一電晶體50以及一畫素電極52所組成。然而，在其他實施例中，各畫素可以同時包括複數條閘極線、複數個源極線、複數個電晶體與複數個畫素電極，但不限於此。在本實施例中，各畫素電極52電連接到電晶體50的汲極，用來驅動液晶材料層並顯示畫面，為了簡化附圖，圖4中沒有畫出電晶體50的通道區、汲極、源極、接觸洞等組件。此外，舉例而言，圖4中的六個畫素26a、26b、26c、26d、26e、26f分別代表了圖2中上面第二橫排第8至10個畫素26與第三橫排第8至第10個畫素，因此畫素26a、26d、26e、26f對應於第一感測組件區301，而畫素26b、26c對應於第二感測組件區321，所以畫素26a、26d、26e、26f之內的公共電極34是彼此相連接的，構成同一觸控感測組件42a，即畫素26a、26d、26e、26f共用同一觸控感測組件42a，而畫素26b、26c之內的公共電極34也是彼此相連接，構成同一觸控感測組件42b，即畫素26b、26c共用同一觸控感測組件42b。然而，畫素26a、26d、26e、26f的公共電極34並不會與畫素26b、26c的公共電極34相連接，例如畫素26a與畫素26b的公共電極34互相斷開，如圖4中箭頭標示處。

單一畫素26中公共電極34與畫素電極52的相對關係請參考圖5，為了簡化說明，圖5中省略了下基底12上其他與本發明主要技術精神比較沒有關係的組件。如圖5所示，一畫素26包括至少一閘極線46與一源極線48，閘極線46與源極線48電連接到電晶體50，本實施例中畫素26包括電晶體50，而電晶體50包括閘極50d、通道區50a、源極50b以及汲極50c，其中閘極50d可以是閘極線46的一部分，而汲極50c可以通過一接觸組件56而穿過絕緣層58並且電連接到畫素電極52，此外畫素26更包含一電容54。本實施例中的觸控顯示裝置10具有底部公共電極(bottom Vcom)結構，因此各畫素26更包括一公共電極34設在畫素電極52的下方，畫素電極52與公共電極34之間設置了保護層60，通過公共電極34與畫素電極52之間形成近似水準的電場，可以驅動液晶分子。在優選實施例中，公共電極34與畫素電極52分別由不同的透明導電層所構成，例如包括氧化銦錫(indium tin oxide,ITO)材料，但不以此為限。此外，畫素26的公共電極34即本發明中的觸控感測組件42，在同一感測組件區28中各畫素26的公共電極34互相連接，形成同一個觸控感測組件42。根據本發明，各感測組件區28中的各觸控感測組件42是由同一層透明導電層所形成，所以在製作觸控感測組件42時，可以在絕緣層58表面先全面形成一透明導電層72，然後通過例如光刻工藝來圖案化透明導電層72，使剩下的透明導電層70分別具有各觸控感測組件42的圖案，但不以此為限。

請參考圖6，圖6為本發明觸控顯示裝置的第二實施例的單一畫素剖視示意圖。與第一實施例不同的是，本實施例畫素26具有頂部公共電極(top Vcom)結構，所以畫素電極52設置在絕緣層58表面，而公共電極34設置在畫素電極52的上方，位在保護層60的表面，公共電極34與畫素電極52同樣可以形成類似水準的電場來驅動液晶分子。同樣的，公共電極34也當作本發明觸控顯示裝置10的觸控感測組件42，並且在同一感測組件區28中的各畫素26內的公共電極34彼此互相連接，即共用同一個觸控感測組件42，由同一層透明導電層72所構成。

由於本發明觸控顯示裝置系利用下基底表面的公共電極當作觸控感測組件，因此進行觸控感測與顯示畫面的時間需要錯開，以下將舉例本發明觸控顯示裝置在進行觸控感測與顯示影像時的時序控制，但本發明並不受以下敍述所限制。請參考圖7，圖7為本發明觸控顯示裝置進行觸控感測的時序控制示意圖。舉例而言，本發明觸控顯示裝置可以利用各閘極線在進行掃瞄之間的間隔來進行觸控感測。如圖7所示，假設觸控顯示裝置包括三條閘極線：閘極線1、閘極線2及閘極線3，三條閘極線依序輪流進行掃瞄，各電位波形高起時代表處於高電位，在進行掃瞄，波形低點表示處於低電位，沒有進行掃瞄，橫軸代表時間，其中T2表示一條閘極線進行一次掃瞄的時間。在閘極線1、閘極線2及閘極線3進行掃瞄時，所對應的電晶體會開啟。另一方面，觸控感測是利用一條閘極線(例如閘極線1)掃瞄後以及下一條閘極線(例如閘極線2)進行掃瞄之前的時間間隔來進行感測，如圖7中觸控感測波形高起的部份，其中T1表示進行感測的時間，此時電晶體會關閉。

請參考圖8，圖8為本發明觸控顯示裝置進行觸控感測的另一種時序控制的示意圖。在圖8中，本發明觸控顯示裝置是利用顯示每個畫面(frame)之間的時間間隔來進行觸控感測，T1代表觸控感測的時間，而T2代表觸控顯示裝置顯示一個畫面的時間，觸控感測的波形高起時表示正進行觸控感測，此時各畫素中的電晶體關閉，而顯示畫面的波形高起時表示觸控顯示裝置正在顯示一個畫面，此時畫素中電晶體會輪流開啟。

請參考圖9與圖10，圖9為本發明觸控顯示裝置的第三實施例的組件佈局示意圖，圖10為圖9所示觸控顯示裝置的局部放大示意圖，並且圖10只畫出兩個感測組件區28與兩個虛設觸控區70作為說明，省略其他相鄰的感測組件區28。為了簡化說明，圖9使用與前述實施例相同的符號來標注相同的組件，並且只針對與前述實施例相異處做說明，不再對重複部分進行贅述。在本實施例中，本發明觸控顯示裝置10另包括複數個虛設(dummy)觸控區70位於下基底12的上表面12a，各虛設觸控區70內分別設置一虛設觸控組件62或一虛設觸控組件64，設置在各感測組件區28的觸控感測組件42之間，避免相鄰的觸控感測組件42因為距離太近而使得觸控感測組件42之間電容值太大，而一般觸控筆或手指帶電量相對較小，從而造成觸控不靈敏的缺陷，影響觸控感測效果。其中，虛設觸控組件62具有類似平行四邊形的圖案，由下基底12的左側往右側呈階梯式逐漸由上往下排布，而虛設觸控組件64具有類似矩形的形狀。各虛設觸控區70分別對應複數個畫素26，類似於感測組件區28的情形，同一虛設觸控區70內的各畫素26中的公共電極34彼此互相電連接，並且構成同一虛設觸控組件62或64，即各虛設觸控區70內的虛設觸控組件62或64是用來作為同一虛設觸控區70內各畫素26的公共電極34。在圖9與圖10中，分別以不同的網點圖案表示感測組件區28與虛設觸控區70內的畫素26。如圖10所示，第二感測組件區321與最上側具有平行四邊形的虛設觸控區70(包括對應虛設觸控組件62)所對應的畫素26也是以階梯式來區分，例如上側第一橫排所有畫素26屬於第二感測組件區321，第二橫排的畫素26分為左、右兩側群組，其中第1至8個畫素26屬於虛設觸控區70，而第9至36個畫素屬於第二感測組件區321，上側第三橫排的第1至15個畫素26屬於虛設觸控區70，而第16至36個畫素26屬於第二感測組件區321，…以此類推，所以在第二感測組件區321內，上側第一至第五橫排的畫素26是漸次減少。另一方面，由於虛設觸控組件64為矩形，所以上側第九橫排的畫素26都屬於虛設觸控組件64所對應的虛設觸控區70。再者，各虛設觸控區70內的虛設觸控組件62、64分別電連接到導線68，通過導線68而電連接晶片66。晶片66可以通過導線68以提供虛設觸控組件62、64在當作公共電極34時所需要的公共電壓，但不需要輸出虛設觸控組件62、64的觸控感測信號。本實施例各畫素26的畫素電極52與公共電極34的相對設置位置、同一虛設觸控區70或同一感測組件區28內各畫素15的公共電極34之間的連接關係與共用觸控感測組件42或虛設觸控組件62、64的方式都類似於前述實施例，故在此不再贅述。此外，本發明的各感測組件區28與各虛設觸控區70的尺寸和對應的畫素26有多種排列與設計方式，不受本實施例所限制。

相比較於先前技術，本發明是利用顯示面板中各畫素的公共電極當作觸控感測組件，各觸控感測組件與各畫素中的公共電極共用同一透明導電層，使得同一感測組件區內各畫素的公共電極互相連接以構成本發明的類三角形觸控感測組件，利用類三角形以及彼此並排的方式來感測觸控位置。藉此，可以減少整體觸控顯示裝置的厚度，並且進一步降低製造成本。

雖然本發明以優選實施例揭示如上，然其並非用以限定本發明，任何本領域技術人員，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可做各種的變化，這些依據本發明精神所做的變化，都應包含在本發明所要求的保護範圍之內。