TWI501125B - 觸控顯示裝置 - Google Patents

Description

觸控顯示裝置

本發明係有關於一種觸控顯示裝置及其驅動方法，且特別有關於使用閘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，其使用閘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閘極電極；一上基板，具有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，其中該複數閘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閘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，當該複數閘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閘極電極為一組，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 各圖框(frame)之間的空白期間(blanking period)內輸出。

在上述的觸控顯示裝置中，該複數閘極電極全部都輸出一次該觸控感測驅動信號的期間為一感測訊框(sensing frame)，該空白期間內係具有至少一該感測訊框。

上述的觸控顯示裝置，更包括：一閘極驅動器，在圖框期間接收一第一時脈信號用以輸出掃瞄訊號，在感測訊框期間接收一第二時脈信號用以輸出該觸控感測驅動信號，其中該第二時脈信號的脈衝寬度係小於或等於該第一時脈信號的脈衝寬度。

上述的觸控顯示裝置，更包括：一背光模組，該背光模組係在該觸控感測驅動信號的輸出時關閉。

根據另一個實施例，本發明提出一種觸控顯示裝置的驅動方法，用以驅動上述之觸控顯示裝置，包括：依序輸出一掃瞄信號至各個該複數閘極電極；以及以相鄰的既定數目的該閘極電極為一組，依序輸出一觸控感測驅動信號至各組。

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。而本發明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中的閘極電極(掃瞄線)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，當觸控顯示裝置的閘極電極23平行於X方向的情況下，感應電極21會平行於Y方向。但需注意的是感應電極也並非一定要完全垂直於閘極電極，只要調整觸控感測的演算法，感應電極與閘極電極在排列方向上彼此相交即可。

在這樣的構造中，閘極電極23必須兼具掃瞄薄膜電晶體陣列14的各薄膜電晶體讓影像資料寫入至各畫素的功能以及輸出觸控感測驅動信號使感應電極層19接收的功能。閘極電極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)，由於共通電極與閘極電極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閘極電極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，並且在閘極電極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。且由於閘極電極輸出觸控感測驅動信號由閘極驅動器所提供，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圖係閘極驅動器送出掃瞄信號至各閘極電極時的各訊號時序圖。

閘極驅動器中具備串級的移位暫存器及輸出控制電路，各級的移位暫存器會根據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。而輸出控制電路則藉由輸出允許(output enable)信號來控制各移位暫存器輸出至各閘極電極的信號脈衝寬度。

當閘極驅動器用以送出掃瞄信號至各閘極電極時，時脈信號CLK、起始信號STV(即第1級移位暫存器的輸入信號)、輸出允許信號OE分別如第3圖所示，起始信號 STV的脈衝寬度橫跨時脈信號CLK的一個脈衝寬度，使得各級的移位暫存器依序輸出脈衝寬度相當於時脈信號CLK的一個週期的輸出信號。而輸出控制電路則控制每個移位暫存器的輸出信號僅在輸出允許信號OE為低邏輯位準時輸出至閘極電極。因此，閘極電極信號G1、G2、G3、G4、...會做為掃瞄信號依序送出至各閘極電極。

一般顯示器的更新頻率為60Hz，每秒會掃瞄整個畫面60次，故一條閘極電極的更新時間為1/60秒，這個期間稱之為一個圖框(frame)。而本發明的實施例中閘極電極送出觸控感測驅動信號的時機則是在圖框與圖框之間的空白期間(blanking period)內進行。第4圖係閘極驅動器送出觸控感測驅動信號至各閘極電極時的各訊號時序圖。

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與源極電極來得寬。在本發明當中，當閘極電極做為信號送出側電極時，會以相鄰的複數條閘極電極做為同一條信號送出側電極並且一起送出觸控感測驅動信號。

當閘極驅動器用以送出觸控感測驅動信號至各閘極電極時，時脈信號CLK’、起始信號STV’、輸出允許信號OE’分別如第4圖所示，由於本實施例是以6條閘極電極做為同一條信號送出側電極，故起始信號STV’的脈衝寬度橫跨時脈信號CLK’的6個脈衝寬度，使得經過6個時脈信號CLK’的脈衝寬度後，第1級至第6級的移位暫存器均輸出高位準信號。而輸出控制電路則控制每個移位暫存器的輸 出信號僅在輸出允許信號OE’為低邏輯位準時輸出至閘極電極。因此，閘極電極信號G1’、G2’、G3’、G4’、G5’、G6’...會做為第1觸控感測驅動信號Tx1同時送出至6條閘極電極。接著，當再經過6個時脈信號CLK’的脈衝寬度後，閘極電極信號G7’、G8’、G9’、G10’、G11’、G12’...會做為第2觸控感測驅動信號Tx2同時送出至下6條的閘極電極。依此類推，直到全部閘極電極送出觸控感測驅動信號。

當第一條閘極電極到最後一條閘極電極都送出一次觸控感測驅動信號的這個期間稱之為一個感測訊框(sensing frame)。而一般觸控感測器的感測頻率在100Hz以上才能達到快速的觸控感測，故每秒會觸控掃瞄整個觸控感測器100次以上。由於觸控感測器的感測頻率較顯示器的更新頻率高，因此每完成1個圖框後必須完成複數個感測訊框。為了方便說明，假設觸控感測器的感測頻率為300Hz，則液晶面板每掃瞄整個畫面完成一個圖框後，必須讓觸控感測器觸控掃瞄整個畫面5次以完成5個感測訊框。因此，每個空白期間內會插入5個感測訊框，藉此達成閘極電極同時完成畫素掃瞄與觸控掃瞄的功能。由於觸控掃瞄的頻率較畫素掃瞄高，所以本實施例中，觸控掃瞄時的時脈信號CLK’的脈衝寬度會比畫素掃瞄時的時脈信號CLK的脈衝寬度小。但若在設計簡單的考量下，時脈信號CLK’的脈衝寬度仍可等於時脈信號CLK的脈衝寬度。

再者，當閘極電極送出觸控感測驅動信號時，會使各畫素的電晶體導通，使得各畫素的畫素電容無法保持於正確的電位而導致畫面灰階異常。故在本發明的實施例中， 會搭配背光插黑的技術，在觸控掃瞄期間(包括多個感測訊框)將背光模組關閉，使畫面呈現黑色。如此一來，就可以在不影響顯示的情況下完成觸控掃瞄。

根據上述的觸控顯示裝置的驅動方法，可僅變更輸入閘極驅動器的時脈信號、起始信號及輸出允許信號，即可使閘極電極送出觸控感測信號來完成觸控掃瞄。因此，本發明利用既有的閘極電極與閘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。

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閘極電極數目、每個訊框所搭配的感測訊框數目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‧‧‧閘極電極

CLK、CLK’‧‧‧時脈信號

STV、STV’‧‧‧起始信號

OE、OE’‧‧‧輸出允許信號

G1~G4、G1’~G18’、G19’‧‧‧閘極電極信號

Tx1、Tx2、Tx3、Tx4‧‧‧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圖係閘極驅動器送出掃瞄信號至各閘極電極時的各訊號時序圖。

第4圖係閘極驅動器送出觸控感測驅動信號至各閘極電極時的各訊號時序圖。

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‧‧‧閘極電極

Claims (8)

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閘極電極；一上基板，具有面向該下基板的一內表面及一外表面；以及一感應電極層，形成於該上基板或該下基板的外表面，其中該複數閘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，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閘極電極的排列方向相交。
2. 如申請專利範圍第1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。
3. 如申請專利範圍第2項所述之觸控顯示裝置，其中當該複數閘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。
4. 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閘極電極為一組，各組依序輸出該觸控感測驅動信號。
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係在各圖框(frame)之間的空白期間(blanking period)內輸出。
6. 如申請專利範圍第5項所述之觸控顯示裝置，其中該複數閘極電極全部都輸出一次該觸控感測驅動信號的期間為一感測訊框(sensing frame)，該空白期間內係具有至少一該感測訊框。
7. 如申請專利範圍第6項所述之觸控顯示裝置，更包括：一閘極驅動器，在圖框期間接收一第一時脈信號用以輸出掃瞄訊號，在感測訊框期間接收一第二時脈信號用以輸出該觸控感測驅動信號，其中該第二時脈信號的脈衝寬度係小於或等於該第一時脈信號的脈衝寬度。
8. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示裝置，更包括：一背光模組，該背光模組係在該觸控感測驅動信號的輸出時關閉。