TWI494676B - 觸控顯示裝置及其驅動方法 - Google Patents

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Description

觸控顯示裝置及其驅動方法
本發明係有關於一種觸控顯示裝置及其驅動方法，且特別有關於使用源極驅動器來輸出觸控感測驅動信號的觸控顯示裝置及其驅動方法。
在觸控顯示技術中，觸控感測器需要具一驅動電極層與一感應電極層，觸控感測驅動信號依序輸出至驅動電極層中的各個驅動電極，而感應電極層中的各個感測電極則用以感測信號的變化。當使用者的手指或其他觸控物進行觸控時，觸控位置所在的電極層間的耦合電容會因手指與電極層間的電容的加入而產生差異，控制晶片藉由檢測出此差異而計算出觸控位置。
在這種構造下，無論驅動電極層與感應電極層是形成於同一平面並透過橋接線跨接，或是形成於基板的兩個相對表面，在製程中都必須使用多道的光罩，對面板的良率及成本而言均是一大考驗。
因此，各面板廠為降低製造成本及裝置的厚度而開始發展單層的觸控感測器。但由於目前的單層觸控感測技術大多無法提供多點觸控及高精準度，導致單層的觸控感測技術目前僅能應用於較低階的產品而無法提高產品價值。
本發明有鑑於此，係提出一種觸控顯示裝置及其驅動方法，其使用源極驅動器來輸出觸控感測驅動信號以達成降低成本及高精度多點觸控的需求。
根據一個實施例，本發明提出一種觸控顯示裝置，包括：一下基板，具有一內表面及一外表面，該下基板的內表面係形成有一薄膜電晶體陣列，該薄膜電晶體陣列具有平行排列的複數源極電極；一上基板，具有面向該下基板的一內表面及一外表面，該上基板的內表面形成有彩色濾光片；一液晶層，形成於該上、下基板的該內表面之間；以及一感應電極層，形成於該上基板或該下基板的外表面，其中該複數源極電極係輸出觸控感測驅動信號，以提供該感應電極層進行觸控感測。
在上述的觸控顯示裝置中，該感應電極層係由平行排列的複數感應電極所組成，且該複數感應電極的排列方向與該複數源極電極的排列方向相交。
在上述的觸控顯示裝置中，在該感應電極層形成於該上基板的外表面且該上基板的內表面更形成有一共通電極層的情況下，該共通電極層係以數目及排列方式對應於該複數感應電極的複數共通電極所組成。
在上述的觸控顯示裝置中，當該複數源極電極輸出該觸控感測驅動信號時，該複數的共通電極係處於浮接的狀態。
在上述的觸控顯示裝置中，該觸控感測驅動信號輸出時，係以相鄰的既定數目的源極電極為一組，各組依序輸出該觸控感測驅動信號。
在上述的觸控顯示裝置中，該觸控感測驅動信號係在 該薄膜電晶體陣列中全部的薄膜電晶體處於非導通期間輸出。
上述的觸控顯示裝置，更包括：一閘極驅動器，接收一時脈信號，並根據該時脈信號來輸出閘極掃瞄信號；以及一源極驅動器，在該閘極掃瞄信號輸出時，輸出資料信號，其中在一既定的期間內，該閘極驅動器停止輸入該時脈信號且該源極驅動器輸出至少一該觸控感測驅動信號。
在上述的觸控顯示裝置中，該源極驅動器係在輸出每一該觸控感測驅動信號前，先輸出既定的低電壓位準至全部的該複數源極電極。
根據另一實施例，本發明提出一種觸控顯示裝置的驅動方法，用以驅動上述的觸控顯示裝置，包括：使該薄膜電晶體陣列中全部的薄膜電晶體處於非導通狀態；以及以相鄰的既定數目的該源極電極為一組，依序輸出一觸控感測驅動信號至各組。
上述的觸控顯示裝置的驅動方法，更包括：在每一該觸控感測驅動信號輸出前，將全部的該複數源極電極放電至既定的低電壓位準。
根據上述的觸控顯示裝置及其驅動方法，可達成降低製造成本、提高生產良率、以及精準的多點觸控的需求。
第1圖係根據本發明實施例的觸控顯示裝置的剖面結構示意圖。如第1圖所示，本發明實施例的液晶面板的基本結構由下而上包括：背光模組11、下偏光板12、下基板 13、薄膜電晶體陣列14、液晶層15、彩色濾光片16、上基板17、上偏光板18。此結構與傳統一般液晶面板的結構並無不同，故不做詳細說明。而本實施例的特徵在於僅在傳統的液晶面板中的上基板17的外表面形成一層感應電極層19，感應電極層由複數的感應電極21所組成，以做為觸控感測器的信號接受側電極。而薄膜電晶體陣列14中的源極電極(資料線)23則做為觸控感測器的信號送出側電極。
第2圖係由第1圖的上方往下觀察本發明實施例的觸控顯示裝置之透視圖。由於觸控感測器的信號接受側電極與信號送出側電極通常互相垂直，所以在本實施例中，當觸控顯示裝置的源極電極23平行於Y方向的情況下，感應電極21會平行於X方向。但需注意的是感應電極也並非一定要完全垂直於源極電極，只要調整觸控感測的演算法，感應電極與源極電極在排列方向上彼此相交即可。
又由於一個觸控點的面積一般遠大於一個顯示畫素的面積，故觸控感測器的信號接受側電極與信號送出側電極的電極寬度都較顯示面板的閘極電極(未圖示)與源極電極23來得寬。在本發明中，將源極電極23做為信號送出側電極時，是以相鄰的複數條源極電極23做為同一條信號送出側電極並且共同送出一個觸控感測驅動信號。
在這樣的構造中，源極電極23必須兼具將影像資料寫入各畫素的功能以及輸出觸控感測驅動信號讓感應電極21接收的功能。源極電極23的詳細驅動方法將於後述。
然而，感應電極層19除了配置於上基板17的外表面之外，也可以配置於下基板13的外表面。也就是說只要使用單一感應電極層19與液晶面板形成積層結構，本發明並不特別限定感應電極層19的配置位置。需注意的是，在橫向電場效應(In-Plane Switching，IPS)模式的液晶顯示器中(如第1圖)，由於共通電極與源極電極23都形成於下基板13的內表面，故感應電極層19可以任意選擇配置於上基板的外表面或下基板的外表面。但在垂直配向(Vertical Alignment，VA)模式的液晶顯示器中，由於共通電極層形成於上基板的內表面(彩色濾光片16側)，所以若要將感應電極層19形成於上基板的外表面，必須避免共通電極層屏蔽源極電極23所送出的觸控感測驅動信號，而將共通電極層製作成對應於感應電極21的條狀排列，並且在源極電極23輸出觸控感測驅動信號時，使共通電極層處於浮接的狀態。
根據上述的觸控顯示裝置的結構，將傳統技術中需要在液晶面板上分別外加驅動電極層、感應電極層及兩者之間的絕緣層等多層的複雜構造減低為單層的構造，故大幅地降低製造成本與提高製造良率。且由於源極電極輸出觸控感測驅動信號由源極驅動器所提供，故可以完全省掉傳統觸控技術中觸控感測器用的驅動IC，進一步降低製造成本。
以下將說明本發明實施例的觸控顯示裝置的驅動方法。第3圖係根據本發明一實施例的閘極驅動器時脈信號 與源極驅動器轉移脈衝信號的時序圖。
閘極驅動器中具備串級的移位暫存器，各級的移位暫存器會根據閘極時脈信號將輸入信號的邏輯位準轉移給下一級的移位暫存器，並同時做為掃瞄信號輸出至各閘極電極。以第3圖為例，閘極時脈信號GCLK輸入閘極驅動器，使閘極驅動器依序輸出分別對應於閘極時脈信號GCLK各個脈衝的各列掃瞄信號GN、GN+1、GN+2、GN+3、GN+4、GN+5、GN+6(表示第N~N+6列的掃瞄信號)。
另一方面，源極驅動器會根據所接收的轉移脈衝信號來驅動各源極電極(資料線)，對各源極電極輸出資料信號來寫入畫素。以第3圖為例，當轉移脈衝信號TP每次產生高位準的脈衝時，源極驅動器就會輸出對應一列畫素列的資料信號至各條源極電極。在本實施例中，由於源極驅動器實際輸出資料信號至源極電極的時間點相對轉移脈衝信號TP的脈衝會有一既定長度的時間延遲，故轉移脈衝信號TP的各個脈衝會位於閘極時脈信號GCLK的各個脈衝之前，使得源極驅動器剛好會在各列掃瞄信號GN、GN+1、GN+2、GN+3、GN+4、GN+5、GN+6導通該列電晶體的期間輸出資料信號至各源極電極。
而當使用源極電極來做為觸控感測器的信號送出側電極時，源極電極送出觸控感測驅動信號的時機必須在薄膜電晶體陣列中全部的薄膜電晶體都處於非導通的期間內，否則觸控感測驅動信號會被當成資料信號寫入薄膜電晶體導通的畫素中。以第3圖為例，時脈信號GCLK在期間I、 III內維持正常地輸入閘極驅動器，在期間II則暫時停止供應脈衝至閘極驅動器中，使得在期間II內不會有任何薄膜電晶體被導通，源極電極即可在此期間II內送出觸控感測驅動信號。
由於每條源極電極的電位會受到前一個資料信號影響而不盡相同，因此每輸出一個觸控感測驅動信號前必須先輸出一低位準電壓，例如0V，將全部的源極電極的電位初始化，接著再輸出高位準的觸控感測驅動信號至做為信號送出側電極的源極電極。以第3圖為例，在期間II內，當第n個觸控感測驅動信號Txn要輸出至源極電極時，轉移脈衝信號TP的第1個脈衝用來使源極驅動器輸出初始化的低電壓VLOW ，第2個脈衝則用來使源極驅動器輸出觸控感測驅動信號Txn的高位準電壓VHIGH 。如此一來，便可在閘極時脈信號GCLK停止送入閘極驅動器的期間，使源極電極送出觸控感測驅動信號Txn。
在第3圖的例子中，閘極時脈信號GCLK停止輸入的期間II大約相當於少去2個脈衝的時間長度，但本發明並不限定於此，只要期間II能容納至少一個觸控感測驅動信號的輸出(必須包括輸出低電壓VLOW 及高位準電壓VHIGH )，閘極時脈信號GCLK停止輸入的期間II甚至可以拉長，用以在此期間輸出超過一個的觸控感測驅動信號。
而除了調整閘極時脈信號GCLK停止輸入的期間II，也可以調整轉移脈衝信號TP的頻率。例如，轉移脈衝信號TP在用於輸出觸控感測驅動信號期間提高頻率，如第4圖 所示，在期間II內，轉移脈衝信號TP的頻率提高而輸出4個脈衝，使源極電極輸出2個觸控感測驅動信號Txn與Txn+1。當然，本發明也可同時縮短閘極時脈信號GCLK停止輸入的期間II以及提高轉移脈衝信號TP在期間II的頻率。
假設一個水平掃瞄週期為20μs，若前10μs的期間為掃瞄信號導通薄膜電晶體的期間，則觸控感測驅動信號輸出時機甚至可以設定於後10μs的期間內。在一般觸控感測器的觸控感測驅動信號輸出僅需3μs的時間長度的情況下，這個設計是可能的。如此一來，本發明甚至不須停止閘極時脈信號GCLK的輸出，便將觸控感測驅動信號的輸出時機分散到不同的掃瞄信號之間。
根據上述的觸控顯示裝置的驅動方法，可僅改變輸入閘極驅動器的閘極時脈信號及/或輸入源極驅動器的脈衝轉移信號，即可使源極電極送出觸控感測信號來完成觸控掃瞄。因此，本發明利用既有的源極電極與源極驅動器即可完成觸控掃瞄的功能，不但大幅降低製造成本且同時能提供精準的多點觸控。
以下，將用一個具體的例子來說明本發明的觸控顯示裝置及其驅動方法。
第5圖係顯示各源極電極用以輸出觸控感測驅動信號的示意圖。假設一解析度為1280×800的顯示面板(共具有1280×3=3840條源極電極)需要有32條觸控感測器的信號送出側電極，則每120條源極電極必須做為一條信號送 出側電極。如第5圖所示，第1~120條源極電極S1~S120做為觸控感測器的第1條信號送出側電極並共同送出第1個觸控感測驅動信號Tx1；第121~240條源極電極S121~S240做為觸控感測器的第2條信號送出側電極並共同送出第2個觸控感測驅動信號Tx2；依此類推，直到第3721~3840條源極電極S3721~S3840做為觸控感測器的第32條信號送出側電極並共同送出第32個觸控感測驅動信號Tx32。藉此，完成整個畫面的信號送出側電極的配置以及觸控感測驅動信號的輸出。
而上述的構造中，當要輸出觸控感測驅動信號Tx1時，第1~3840條源極電極S1~S3840會先被驅動(放電)至低電壓VLOW ，接著第1~120條源極電極S1~S120被驅動至高電壓VHIGH ；當要輸出觸控感測驅動信號Tx2時，第1~3840條源極電極S1~S3840會先被驅動(放電)至低電壓VLOW ，接著第121~240條源極電極S121~S240被驅動至高電壓VHIGH ；依此類推，直到第3721~3840條源極電極S3721~S3840輸出觸控感測驅動信號Tx32，即完成一個畫面的觸控掃瞄。
然而本案不只限於上述實施例的架構，更進一步地說，在熟習該領域技藝人士不脫離本發明的概念與同等範疇之下，申請專利範圍必須廣泛地解釋以包括本發明實施例及其他變形。例如做為一條信號送出側電極的源極電極數目、輸出每個觸控感測驅動信號的間隔等均可根據各種產品的要求而做適當的設計變更。
11‧‧‧背光模組
12‧‧‧下偏光板
13‧‧‧下基板
14‧‧‧薄膜電晶體陣列
15‧‧‧液晶層
16‧‧‧彩色濾光片
17‧‧‧上基板
18‧‧‧上偏光板
19‧‧‧感應電極層
21‧‧‧感應電極
23、S1~S1280‧‧‧源極電極
GCLK‧‧‧時脈信號
GN、GN+1、GN+2、GN+3、GN+4、GN+5、GN+6‧‧‧ 掃瞄信號
Tx1、Tx2、Tx3、Tx32、Txn、Txn+1‧‧‧觸控感測驅動信號
第1圖係根據本發明實施例的觸控顯示裝置的剖面結構示意圖。
第2圖係第1圖的觸控顯示裝置之透視圖。
第3圖係根據本發明一實施例的閘極驅動器時脈信號與源極驅動器轉移脈衝信號的時序圖。
第4圖係根據本發明另一實施例的閘極驅動器時脈信號與源極驅動器轉移脈衝信號的時序圖。
第5圖係顯示各源極電極用以輸出觸控感測驅動信號的示意圖。
11‧‧‧背光模組
12‧‧‧下偏光板
13‧‧‧下基板
14‧‧‧薄膜電晶體陣列
15‧‧‧液晶層
16‧‧‧彩色濾光片
17‧‧‧上基板
18‧‧‧上偏光板
19‧‧‧感應電極層
21‧‧‧感應電極
23‧‧‧源極電極

Claims (10)

  1. 一種觸控顯示裝置，包括：一下基板，具有一內表面及一外表面，該下基板的內表面係形成有一薄膜電晶體陣列，該薄膜電晶體陣列具有平行排列的複數源極電極；一上基板，具有面向該下基板的一內表面及一外表面；一感應電極層，包括複數平行排列的感應電極，形成於該上基板或該下基板的外表面；以及一控制電路，連接至該感應電極層，其中該複數源極電極係輸出觸控感測驅動信號，該複數感測電極因應該觸控感測驅動信號產生一感測信號，該控制電路根據該感測信號的變化來判定有無觸控。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該複數感應電極的排列方向與該複數源極電極的排列方向相交。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之觸控顯示裝置，其中在該感應電極層形成於該上基板的外表面且該上基板的內表面更形成有一共通電極層的情況下，該共通電極層係以數目及排列方式對應於該複數感應電極的複數共通電極所組成。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之觸控顯示裝置，其中當該複數源極電極輸出該觸控感測驅動信號時，該複數的共通電極係處於浮接的狀態。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該觸控感測驅動信號輸出時，係以相鄰的既定數目的源極 電極為一組，各組依序輸出該觸控感測驅動信號。
  6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，其中該觸控感測驅動信號係在該薄膜電晶體陣列中全部的薄膜電晶體處於非導通期間輸出。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，更包括：一閘極驅動器，接收一時脈信號，並根據該時脈信號來輸出閘極掃瞄信號；以及一源極驅動器，在該閘極掃瞄信號輸出時，輸出資料信號，其中在一既定的期間內，該閘極驅動器停止輸入該時脈信號且該源極驅動器輸出至少一該觸控感測驅動信號。
  8. 如申請專利範圍第7項所述之觸控顯示裝置，其中該源極驅動器係在輸出每一該觸控感測驅動信號前，先輸出既定的低電壓位準至全部的該複數源極電極。
  9. 一種觸控顯示裝置的驅動方法，用以驅動如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，包括：使該薄膜電晶體陣列中全部的薄膜電晶體處於非導通狀態；以及以相鄰的既定數目的該源極電極為一組，依序輸出一觸控感測驅動信號至各組。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之觸控顯示裝置的驅動方法，更包括：在每一該觸控感測驅動信號輸出前，將全部的該複數源極電極放電至既定的低電壓位準。
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