TWI514214B - 觸控顯示面板及其驅動方法 - Google Patents

Description

觸控顯示面板及其驅動方法

本發明是有關於一種面板及其驅動方法，且特別是有關於一種觸控顯示面板及其驅動方法。

隨著顯示技術的進步以及使用者對於顯示裝置多功能的渴求，具有純粹顯示功能的顯示裝置已無法滿足使用者的需求。因此發展出觸控顯示面板，其透過將觸控功能整合至顯示面板中，藉此取代鍵盤或滑鼠等需要額外攜帶的輸入裝置，以提供使用者更便利且友善的互動式輸入操作途徑，並使得顯示裝置的操作更為直觀以及更具吸引力。

依據整合方式的不同，現有的觸控顯示面板主要包括外掛式(out-cell)以及內嵌式(in-cell)觸控顯示面板。外掛式觸控顯示面板是利用接合層將觸控面板與顯示面板相接合。其優點在於製作步驟相對簡易。然而，由於外掛式觸控顯示面板是將兩種面板相貼合，而兩種面板至少包括三層基板，因此外掛式觸控顯示面板相對厚重，而較難以符合使用者對於電子產品的輕薄短 小的訴求。

相較之下，內嵌式觸控顯示面板藉由將觸控電極製作於顯示面板的基板上，至少可省去一層的基板，從而相對輕薄。然而，現有的內嵌式觸控顯示面板的顯示電極與觸控電極之間的負載大，而難以兼顧顯示充電時間及觸控充電時間。是以，如何在輕薄的優勢下，降低觸控電極與顯示電極之間的負載，實為目前研發人員亟欲解決的議題之一。

本發明提供一種觸控顯示面板，其相對輕薄，且能兼顧顯示充電時間及觸控充電時間。

本發明提供一種觸控顯示面板的驅動方法，其能降低觸控電極與顯示電極之間的負載。

本發明的一種觸控顯示面板包括第一基板、多個第一電極圖案、多個第二電極圖案、多個主動元件、多個第三電極圖案、多個第四電極圖案、第二基板、多個第五電極圖案以及顯示介質層。第一電極圖案以及第二電極圖案設置於第一基板上且彼此電性絕緣，其中第二電極圖案與第一電極圖案交錯設置，以劃分出多個以陣列排列的畫素區。各主動元件設置於其中一個畫素區內，且與對應的第一電極圖案及對應的第二電極圖案電性連接。第三電極圖案沿第二電極圖案的排列方向排列，且將第二電極圖案劃分成多個群組，其中各第三電極圖案覆蓋多行的畫素區。第 四電極圖案電性絕緣於第三電極圖案。各第四電極圖案設置於其中一個畫素區內，且與對應的主動元件電性連接。第二基板與第一基板對向設置。第五電極圖案設置於第二基板上，且第五電極圖案的排列方向相交於第二電極圖案的排列方向。顯示介質層設置於第一基板與第二基板之間。

本發明的一種觸控顯示面板的驅動方法包括以下步驟。提供前述的觸控顯示面板，並且進行顯示模式以及感測模式。進行顯示模式包括以下步驟。首先，提供第三電極圖案直流電位。接著，在第三電極圖案維持在直流電位下，依序地提供各第一電極圖案顯示掃瞄訊號，以開啟主動元件。然後，依序地提供各第二電極圖案顯示驅動訊號。進行感測模式包括以下步驟。首先，停止提供顯示掃瞄訊號，以關閉主動元件。接著，依序地對群組進行觸控掃描。進行觸控掃描包括對要掃描的群組的第二電極圖案提供觸控掃描訊號，以及同時將要掃描的群組所對應的第三電極圖案浮置。

基於上述，本發明的觸控顯示面板在現有顯示面板的架構下對電極圖案進行改良，以在省去額外的基板下將觸控功能整合進顯示面板中，從而具有低成本及輕薄的優勢。此外，本發明透過對第三電極圖案的圖形及其驅動方法進行設計，除了能避免相鄰兩群組間的觸控掃描訊號相互干擾之外，還能降低觸控電極與顯示電極之間的負載，從而兼顧顯示充電時間及觸控充電時間。

為讓本發明的上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉 實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

100‧‧‧觸控顯示面板

CF‧‧‧彩色濾光層

CH‧‧‧通道層

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

DE‧‧‧汲極

DM‧‧‧顯示介質層

G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8、G9、G10‧‧‧群組

GE‧‧‧閘極

GI‧‧‧閘絕緣層

IN1‧‧‧第一絕緣層

IN1‧‧‧第一子絕緣層

IN12‧‧‧第二子絕緣層

IN2‧‧‧第二絕緣層

M1‧‧‧第一電極圖案

M2‧‧‧第二電極圖案

M3、Vcom1、Vcom2、Vcom3、Vcom4、Vcom5、Vcom6、Vcom7、Vcom8、Vcom9、Vcom10‧‧‧第三電極圖案

M4‧‧‧第四電極圖案

M5‧‧‧第五電極圖案

O1、O2、O3‧‧‧開口

P‧‧‧畫素區

P1‧‧‧第一偏光片

P2‧‧‧第二偏光片

S1‧‧‧第一基板

S2‧‧‧第二基板

SE‧‧‧源極

T‧‧‧圖框時間

TFT‧‧‧主動元件

圖1A是依照本發明的一實施例的一種觸控顯示面板的局部上視示意圖。

圖1B是依照本發明的一實施例的一種觸控顯示面板的剖面示意圖。

圖1C是依照本發明的一實施例的一種觸控顯示面板的側視示意圖。

圖2及圖3分別是本發明的一實施例的一種觸控顯示面板的兩種驅動方法的示意圖。

圖1A是依照本發明的一實施例的一種觸控顯示面板的局部上視示意圖，其中為清楚繪示圖1A中第一基板上各電極圖案間的相對設置關係，圖1A省略繪示觸控顯示面板的部分膜層。圖1B是依照本發明的一實施例的一種觸控顯示面板的剖面示意圖。圖1C是依照本發明的一實施例的一種觸控顯示面板的側視示意圖，其中為清楚繪示第二電極圖案、第四電極圖案與第五電極圖案之間的相對設置關係，圖1C省略繪示觸控顯示面板的其他膜層。

請參照圖1A、圖1B及圖1C，本實施例的觸控顯示面板100包括第一基板S1、多個第一電極圖案M1、多個第二電極圖案M2、多個主動元件TFT、多個第三電極圖案M3、多個第四電極圖案M4、第二基板S2、多個第五電極圖案M5以及顯示介質層DM。

第一電極圖案M1與第二電極圖案M2設置於第一基板S1上，其中第二電極圖案M2與第一電極圖案M1交錯設置，以劃分出多個以陣列排列的畫素區P。詳言之，本實施例的第一電極圖案M1例如沿第一方向D1排列，且分別沿第二方向D2延伸，而第二電極圖案M2例如沿第二方向D2排列，且分別沿第一方向D1延伸，其中第一方向D1例如是，但不限於，垂直於第二方向D2。以600*800的解析度為例，觸控顯示面板100例如包括480000個畫素區P以600列、800行的方式排列(圖1A僅示意性繪示出6個畫素區P)，其中第一方向D1例如是行的方向，而第二方向D2例如是列的方向。

各主動元件TFT設置於其中一個畫素區P內，且與對應的第一電極圖案M1及對應的第二電極圖案M2電性連接。如圖1B所示，本實施例的主動元件TFT以底閘極薄膜電晶體進行說明，但本發明不限於此。進一步而言，本實施例的各主動元件TFT例如包括閘極GE、閘絕緣層GI、通道層CH、源極SE以及汲極DE。閘極GE設置於第一基板S1上，並與第一電極圖案M1電性連接。在一實施例中，閘極GE以及第一電極圖案M1例如可由一 第一電極層圖案化而成。

閘絕緣層GI覆蓋閘極GE、第一電極圖案M1以及第一基板S1，其材料例如是高介電係數的氧化矽或氮化矽等，但本發明不限於此。通道層CH設置在閘絕緣層GI上，並位於閘極GE的上方。通道層CH的材料可以是晶矽半導體、非晶矽半導體、多晶矽半導體或氧化物半導體等，但本發明亦不用以限定通道層CH的材料。

源極SE電性連接於第二電極圖案M2，而汲極DE電性絕緣於源極SE，且源極SE以及汲極DE位於通道層CH上，並分別由通道層CH的兩對側延伸至閘絕緣層GI上。此外，源極SE、汲極DE以及第二電極圖案M2例如可由一第二電極層圖案化而成。由於在形成第二電極圖案M2之前，閘絕緣層GI已覆蓋在第一電極圖案M1上，因此，雖然第二電極圖案M2與第一電極圖案M1交錯設置，但兩者可透過閘絕緣層GI而彼此電性絕緣。

在本實施例中，觸控顯示面板100可進一步包括一第一絕緣層IN1，且第一絕緣層IN1例如覆蓋於源極SE、汲極DE以及閘絕緣層GI上，以保護主動元件TFT。第一絕緣層IN1可以是單層或多層的絕緣疊層。圖1B雖以雙層的絕緣疊層(包括第一子絕緣層IN11以及第二子絕緣層IN12)進行說明，但本發明不限於此。

本實施例的第三電極圖案M3設置於第一絕緣層IN1上，且第三電極圖案M3沿第二電極圖案M2的排列方向排列。具 體地，如圖1C所示，第三電極圖案M3(包括第三電極圖案Vcom1、Vcom2、Vcom3、Vcom4、Vcom5、Vcom6、Vcom7、Vcom8、Vcom9、Vcom10)沿第二方向D2排列，且分別沿第一方向D1延伸。此外，第三電極圖案M3將第二電極圖案M2劃分成多個群組G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8、G9、G10，其中各第三電極圖案M3覆蓋多行的畫素區P。以600*800的解析度說明的話，若將第二電極圖案M2劃分成10個群組，則各個群組G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8、G9、G10例如分別包括80條第二電極圖案M2。換言之，各第三電極圖案M3對應80條第二電極圖案M2設置，且各第三電極圖案M3例如覆蓋48000個畫素區P。然而，各第三電極圖案M3所對應的第二電極圖案M2的數量、所覆蓋的畫素區P的數量以及群組數量可視觸控的解析度、觸控顯示面板100的尺寸等因素而定，本發明不以此為限。另外，第三電極圖案M3例如是，但不限於，曝露出畫素區P中主動元件TFT的所在位置，以利後續進行瑕疵點的修補。

各第四電極圖案M4設置於其中一個畫素區P內，且與對應的主動元件TFT電性連接。在本實施例中，第三電極圖案M3與第四電極圖案M4例如位於顯示介質層DM的同一側。為使第四電極圖案M4電性絕緣於第三電極圖案M3，觸控顯示面板100可進一步包括第二絕緣層IN2。進一步而言，第二絕緣層IN2例如是設置於第三電極圖案M3以及第二子絕緣層IN12上，而第四電極圖案M4設置於第二絕緣層IN2上。換言之，第三電極圖案 M3位於第四電極圖案M4與第一基板S1之間。此外，第一絕緣層IN1具有開口O1，而第二絕緣層IN2具有開口O2，且開口O1曝露出汲極DE，而開口O2曝露出開口O1。並且，第四電極圖案M4透過開口O1及開口O2與汲極DE電性連接。

在本實施例中，第四電極圖案M4比第三電極圖案M3相對鄰近顯示介質層DM，且各第四電極圖案M4例如具有至少一開口O3，以曝露出對應的第三電極圖案M3。如此一來，第三電極圖案M3與第四電極圖案M4便能藉由橫向電場的改變去調變顯示介質層DM的狀態，從而控制顯示畫面的灰階值。本實施例雖以共平面切換(In-Plane Switching，IPS)式顯示面板中的畫素電極與共用電極的架構進行說明，但本發明不限於此。在其他實施例中，第三電極圖案M3與第四電極圖案M4也可以是梳狀電極圖案彼此交替設置，即採用一般所謂的邊緣電場切換(Fringe Field Switching，FFS)式顯示面板中的畫素電極與共用電極的架構。如此，亦可藉由橫向電場的改變去調變顯示介質層DM的狀態。

第二基板S2與第一基板S1對向設置。在本實施例中，第一基板S1以及第二基板S2例如是透光的軟質基板或硬質基板。舉例而言，第一基板S1以及第二基板S2的材料可以是玻璃、石英、有機聚合物或是其他合適的材料。

第五電極圖案M5設置於第二基板S2上，且第五電極圖案M5的排列方向相交於第二電極圖案M2的排列方向。在本實施例中，第五電極圖案M5以條狀電極進行說明，舉例而言，第五電 極圖案M5例如是，但不限於，沿第一方向D1排列，且分別沿第二方向D2延伸。然而，本發明不用以限定第五電極圖案M5的圖案設計。此外，考量到觸控顯示面板100的光穿透率，第五電極圖案M5的材料以透明導電材料為佳。透明導電材料例如是金屬氧化物，如銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物、銦鍺鋅氧化物、或其它合適的氧化物、或者是上述至少二者之堆疊層。

顯示介質層DM設置於第一基板S1與第二基板S2之間。在本實施例中，顯示介質層DM與第五電極圖案M5例如分別位於第二基板S2的兩對側。此外，顯示介質層DM例如為液晶材料層、有機電致發光層或其他適當之介質層。在顯示介質層DM為液晶材料層的架構下，觸控顯示面板100可進一步包括彩色濾光層CF、第一偏光片P1以及第二偏光片P2。在本實施例中，第五電極圖案M5與彩色濾光層CF分別位於第二基板S2的兩對側，且彩色濾光層CF例如是設置於第二基板S2上，並位於顯示介質層DM與第二基板S2之間。然而，在其他實施例中，彩色濾光層CF亦可整合於第一基板S1上。第一偏光片P1位於第一基板S1上，而第二偏光片P2位於第二基板S2上，且第一基板S1與第二基板S2位於第一偏光片P1與第二偏光片P2之間。

在本實施例中，觸控顯示面板100的各膜層是在現有顯示面板的架構下對電極圖案(包括第三電極圖案M3及第五電極圖案M5)進行改良，以將觸控功能整合進顯示面板中。由於可以不 用額外的增加其他膜層或基板即可將觸控功能整合進顯示面板中，因此本實施例的觸控顯示面板100可具有低成本及輕薄的優勢。

詳言之，在顯示模式時，第一電極圖案M1例如用以傳遞顯示掃描訊號，即一般所謂的掃描線，第二電極圖案M2例如用以傳遞顯示驅動訊號，即一般所謂的資料線，第三電極圖案M3與第四電極圖案M4例如用以改變顯示介質層DM的狀態，其中第三電極圖案M3例如為共用電極，第四電極圖案M4例如為畫素電極，而第五電極圖案M5例如作為靜電放電(electrostatic discharge，ESD)保護層。

在感測模式(判定觸控的座標)時，第一電極圖案M1則例如作為觸控感測電路的參考電極，第二電極圖案M2例如用以傳遞觸控掃描訊號，第三電極圖案M3例如作為高阻抗元件，用以避免相鄰兩群組間的觸控掃描訊號相互干擾，而第五電極圖案M5例如用以接收音觸控操作所產生的觸控驅動訊號。

以下以圖2及圖3進一步說明在顯示模式與感測模式下此些電極圖案的驅動方法。圖2及圖3分別是本發明的一實施例的一種觸控顯示面板的兩種驅動方法的示意圖。請先參照圖1A、圖1C及圖2，本實施例的觸控顯示面板100的驅動方法包括以下步驟。提供前述的觸控顯示面板100，並且進行顯示模式以及感測模式，其中顯示模式以及感測模式例如是採交替地進行，且顯示模式以及感測模式例如是在同一圖框時間T內進行。

進行顯示模式包括以下步驟。首先，提供第三電極圖案Vcom1至Vcom10直流電位。接著，在第三電極圖案Vcom1至Vcom10維持在直流電位下，依序地提供各第一電極圖案M1顯示掃瞄訊號，以開啟主動元件TFT。然後，依序地提供各第二電極圖案M2顯示驅動訊號。須說明的是，在顯示模式下，第二電極圖案M2是逐條驅動，而非逐群(群組G1至G10)進行驅動。因圖2縱軸未標示各列第二電極圖案M2，因此此處省略繪示顯示驅動訊號的供給。

另一方面，進行感測模式包括以下步驟。首先，停止提供顯示掃瞄訊號，以關閉主動元件TFT。接著，依序地對群組G1至G10進行觸控掃描。進行觸控掃描包括對要掃描的群組(指G1至G10的其中一者)的第二電極圖案M2提供觸控掃描訊號，以及同時將要掃描的群組所對應的第三電極圖案(指Vcom1至Vcom10的其中一者)浮置。換言之，在感測模式下，第三電極圖案是逐條浮置，且第二電極圖案M2是逐群掃描，而非逐條掃描。

透過將要掃描的群組所對應的第三電極圖案(指Vcom1至Vcom10的其中一者)浮置，可避免第三電極圖案屏蔽所對應的群組的訊號。此外，由於被浮置的第三電極圖案呈高阻抗狀態，因此除了可避免相鄰兩群組間的觸控掃描訊號相互干擾之外，還可降低要掃描的群組與第三電極圖案之間的負載，從而兼顧顯示充電時間及觸控充電時間。

需說明的是，圖2中浮置後的第三電極圖案Vcom1至 Vcom10之所以有電壓的波動(圖中箭頭所指的位置)是與所對應的群組G1至G10之間的電容耦合效應所致。在現有顯示面板的架構下，共用電極為一整面的電極圖案。若以這樣的架構進行觸控掃描，整面的共用電極將需一直呈現浮置的狀態，以避免共用電極屏蔽觸控掃描訊號。然而，由於共用電極為一整面的電極圖案，因此無論是哪一個群組被提供觸控掃描訊號，共用電極皆會被耦合。如此一來，將難以判別使用者實際的觸碰位置。相較之下，本實施例透過對共用電極(第三電極圖案)進行圖案設計，並使這些群組所對應的第三電極圖案彼此電性獨立，而可避免觸碰位置的誤判或是上述難以判別觸碰位置的情況發生。

在本實施例中，在群組(指G1-G10的其中一者)未被提供觸控掃描訊號時以及在群組被停止提供觸控掃描訊號時，提供對應群組的第三電極圖案(指Vcom1至Vcom10的其中一者)直流電位。也就是說，第三電極圖案只有在所對應的群組被提供觸控掃描訊號時才會被浮置。然而，本發明並不限於此。

請參照圖3，本實施例進行顯示模式的步驟與圖2相同，主要差異在於，在感測模式下，第三電極圖案(指Vcom1至Vcom10的其中一者)只有在未被提供觸控掃描訊號時才會被提供直流電位。也就是說，在群組(指G1-G10的其中一者)被提供觸控掃描訊號時以及被停止提供觸控掃描訊號時，對應群組的第三電極圖案會持續被浮置。從圖3中的箭號可知，當第三電極圖案所對應的群組被停止提供觸控掃描訊號時，由於第三電極圖案受到對應 群組的電容耦合效應會逐漸遞減，且其不易受到相鄰的群組的影響，因此第三電極圖案會產生壓降。

綜上所述，本發明的觸控顯示面板在現有顯示面板的架構下對電極圖案進行改良，以在省去額外的基板下將觸控功能整合進顯示面板中，從而具有低成本及輕薄的優勢。此外，本發明透過對第三電極圖案的圖形及其驅動方法進行設計，除了能避免相鄰兩群組間的觸控掃描訊號相互干擾之外，還能降低觸控電極與顯示電極之間的負載，從而兼顧顯示充電時間及觸控充電時間。

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，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。

100‧‧‧觸控顯示面板

D1‧‧‧第一方向

D2‧‧‧第二方向

G1、G2、G3、G4、G5、G6、G7、G8、G9、G10‧‧‧群組

M2‧‧‧第二電極圖案

M3、Vcom1、Vcom2、Vcom3、Vcom4、Vcom5、Vcom6、Vcom7、Vcom8、Vcom9、Vcom10‧‧‧第三電極圖案

M5‧‧‧第五電極圖案

Claims (15)

1. 一種觸控顯示面板，包括：一第一基板；多個第一電極圖案，設置於該第一基板上；多個第二電極圖案，電性絕緣於該些第一電極圖案，設置於該第一基板上，並與該些第一電極圖案交錯設置，以劃分出多個以陣列排列的畫素區；多個主動元件，各該主動元件設置於其中一個畫素區內，且與對應的該第一電極圖案及對應的該第二電極圖案電性連接；多個第三電極圖案，沿該些第二電極圖案的排列方向排列，將該些第二電極圖案劃分成多個群組，且各該第三電極圖案覆蓋多行的該些畫素區；多個第四電極圖案，電性絕緣於該些第三電極圖案，各該第四電極圖案設置於其中一個畫素區內，且與對應的該主動元件電性連接；一第二基板，與該第一基板對向設置；多個第五電極圖案，設置於該第二基板上，且該些第五電極圖案的排列方向相交於該些第二電極圖案的排列方向；以及一顯示介質層，設置於該第一基板與該第二基板之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示面板，其中該些第一電極圖案沿一第一方向排列，且分別沿一第二方向延伸，該些第二電極圖案沿該第二方向排列，且分別沿該第一方向延伸，而 該些第五電極圖案沿該第一方向排列，且分別沿該第二方向延伸。
3. 如申請專利範圍第2項所述的觸控顯示面板，其中該第一方向垂直於該第二方向。
4. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示面板，其中該些第三電極圖案曝露出該些主動元件。
5. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示面板，其中該些第三電極圖案與該些第四電極圖案位於該顯示介質層的同一側。
6. 如申請專利範圍第5項所述的觸控顯示面板，其中該些第三電極圖案位於該些第四電極圖案與該第一基板之間，且各該第四電極圖案具有至少一開口，該開口曝露出對應的該第三電極圖案。
7. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示面板，更包括一彩色濾光層，設置於該第二基板上，且位於該顯示介質層與該第二基板之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述的觸控顯示面板，其中該些第五電極圖案與該彩色濾光層分別位於該第二基板的兩對側。
9. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示面板，更包括一第一偏光片以及一第二偏光片，該第一偏光片位於該第一基板上，該第二偏光片位於該第二基板上，且該第一基板與該第二基板位於該第一偏光片與該第二偏光片之間。
10. 一種觸控顯示面板的驅動方法，包括：提供一如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示面板； 進行一顯示模式，包括：提供該些第三電極圖案一直流電位；在該些第三電極圖案維持在該直流電位下，依序地提供各該第一電極圖案一顯示掃瞄訊號，以開啟該些主動元件；依序地提供各該第二電極圖案一顯示驅動訊號；以及進行一感測模式，包括：停止提供該顯示掃瞄訊號，以關閉該些主動元件；依序地對該些群組進行觸控掃描，包括對要掃描的該群組的該些第二電極圖案提供一觸控掃描訊號，以及同時將要掃描的該群組所對應的該第三電極圖案浮置。
11. 如申請專利範圍第10項所述的觸控顯示面板的驅動方法，其中在該感測模式下，在該些群組未被提供該觸控掃描訊號時以及在該些群組被停止提供該觸控掃描訊號時，提供對應該些群組的該些第三電極圖案該直流電位。
12. 如申請專利範圍第10項所述的觸控顯示面板的驅動方法，其中在該感測模式下，在該些群組未被提供該觸控掃描訊號時，提供對應該些群組的該些第三電極圖案該直流電位，而在該些群組被停止提供該觸控掃描訊號時，持續將對應該些群組的該些第三電極圖案浮置。
13. 如申請專利範圍第10項所述的觸控顯示面板的驅動方法，其中該顯示模式以及該感測模式交替地進行。
14. 如申請專利範圍第10項所述的觸控顯示面板的驅動方 法，其中該顯示模式以及該感測模式在同一圖框時間內進行。
15. 如申請專利範圍第10項所述的觸控顯示面板的驅動方法，其中該些第三電極圖案彼此電性獨立。