TWI554923B

TWI554923B - 觸控顯示裝置與觸控顯示方法

Info

Publication number: TWI554923B
Application number: TW103131197A
Authority: TW
Inventors: 王村益; 周季濂; 蕭佑
Original assignee: 王村益
Priority date: 2014-09-10
Filing date: 2014-09-10
Publication date: 2016-10-21
Also published as: TW201610788A

Description

觸控顯示裝置與觸控顯示方法

本發明是有關於一種顯示裝置與顯示方法，且特別是有關於一種觸控顯示裝置與觸控顯示方法。

近年來，隨著發光二極體(Light Emitting Diode,LED)的發光效率與壽命提升，加上具備低耗能、低污染、高效率、高反應速度、體積小、重量輕與可在各種表面設置等元件特色與優勢，發光二極體目前亦已被積極應用於各光學領域中。一般而言，發光二極體可應用於照明裝置以及平面顯示器(例如液晶顯示器)中。

另一方面，隨著資訊及電子發展的速度使得觸控式顯示面板的應用越來越普遍，並帶動了許多消費電子產品，如手機、筆記型電腦、個人數位助理(Personal Digital Assistant,PDA)、全球衛星定位系統(Global Positioning System,GPS)等可攜式電子裝置的應用及發展。觸控面板技術按感測器工作原理，大致上可分為電容式、電阻式、光學式(又稱紅外線式)及聲波式。因觸控面板具有堅固耐用、反應速度快、節省空間及易於交流等優點，目前在全球已自成一項產業。

然而目前的觸控技術多是在顯示器上設置額外的感應裝置，因此較會對顯示器的大小與形狀有所限制。

本發明提供一種觸控顯示裝置與觸控顯示方法，其應用範圍廣且能輕型化。

本發明的觸控顯示方法包括以下步驟。界定多個幀時間，其中每一幀時間包括多個顯示週期和至少一偵測週期。在這些顯示週期中，輸出一第一驅動訊號和一第二驅動訊號，以分別驅動至少一第一發光元件和至少一第二發光元件，以執行顯示功能。在至少一偵測週期中，偵測至少一第二發光元件的一感應電壓，並產生一偵測訊號。

本發明的觸控顯示裝置包括一發光模組、一驅動單元以及一控制單元。發光模組包括至少一第一發光元件以及至少一第二發光元件。驅動單元包括一顯示驅動模組以及一偵測模組。顯示驅動模組與至少一第一發光元件及至少一第二發光元件耦接。偵測模組與至少一第二發光元件耦接。驅動單元界定多個幀時間。每一幀時間包括多個顯示週期和至少一偵測週期。控制單元用以在這些顯示週期中輸出一第一驅動訊號和一第二驅動訊號，以分別驅動至少一第一發光元件和至少一第二發光元件，以執行顯示功能，且在至少一偵測週期中，偵測至少一第二發光元件的一感應電壓，並產生一偵測訊號。

在本發明的一實施例中，上述的觸控顯示方法更包括在至少一偵測週期中，輸出第一驅動訊號，驅動至少一第一發光元件，且至少一第二發光元件在至少一偵測週期期間處於關閉狀態。

在本發明的一實施例中，上述的第一驅動訊號具有一第一脈衝寬度，第二驅動訊號具有一第二脈衝寬度，且觸控顯示方法更包括分別調變第一驅動訊號的第一脈衝寬度和第二驅動訊號的第二脈衝寬度。

在本發明的一實施例中，上述的驅動單元在至少一偵測週期中輸出第一驅動訊號，驅動至少一第一發光元件，且至少一第二發光元件在至少一偵測週期期間處於關閉狀態。

在本發明的一實施例中，上述的第一驅動訊號具有一第一脈衝寬度，第二驅動訊號具有一第二脈衝寬度，且控制單元分別調變第一驅動訊號的第一脈衝寬度和第二驅動訊號的第二脈衝寬度。

基於上述，本發明的觸控顯示裝置與觸控顯示方法可藉由在幀時間內控制顯示驅動模組使第一驅動訊號和第二驅動訊號同步，並且可藉由對第一驅動訊號和第二驅動訊號進行脈衝寬度調變，以使觸控顯示裝置能顯示所需要的顏色，並具有觸控功能，而具有廣泛的應用範圍，且能輕型化。

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‧‧‧觸控顯示裝置

110‧‧‧發光模組

111、113‧‧‧第一發光元件

112‧‧‧第二發光元件

120‧‧‧驅動單元

121‧‧‧顯示驅動模組

121a1、121a2‧‧‧移位暫存器

121b1、121b2‧‧‧閂鎖暫存器

121c1、121c2、121c3、122c‧‧‧比較器

122‧‧‧偵測模組

122a、122b‧‧‧運算放大器

130‧‧‧控制單元

RG、RB、RR‧‧‧可變電阻

SD1、SD3‧‧‧第一驅動訊號

SD2‧‧‧第二驅動訊號

SG1、SB1、SR1‧‧‧第一訊號

SG2、SB2、SR2‧‧‧第二訊號

W1、W3‧‧‧第一脈衝寬度

W2‧‧‧第二脈衝寬度

SD‧‧‧偵測訊號

TF‧‧‧幀時間

TDY‧‧‧顯示週期

TDT‧‧‧偵測週期

DSI、CSI‧‧‧資料輸入接腳

DCLK、CCLK‧‧‧時脈接腳

CCR、DCR、DLE、CLE‧‧‧接腳

Vp‧‧‧光伏效應電壓

Vp_min‧‧‧光伏電壓最小值

Derr‧‧‧下底個別誤差

V1‧‧‧第一電壓

V2‧‧‧第二電壓

TL‧‧‧指示燈

S110、S120、S130、S131、S132、S134、S136‧‧‧步驟

圖1是本發明一實施例的一種觸控顯示裝置的架構示意圖。

圖2是根據本發明的一實施例的觸控顯示方法的流程圖。

圖3A是圖2的觸控顯示方法的一種觸控顯示模式的示意圖。

圖3B是圖2的觸控顯示方法的另一種觸控顯示模式的示意圖。

圖4是圖1的驅動單元執行觸控顯示方法的流程示意圖。

圖5是圖1的觸控顯示裝置的一種顯示驅動模組的示意圖。

圖6是圖1的觸控顯示裝置的一種偵測模組的示意圖。

圖1是本發明一實施例的一種觸控顯示裝置的架構示意圖。請參照圖1，本實施例的觸控顯示裝置100包括一發光模組110、一驅動單元120以及一控制單元130。發光模組110包括至少一第一發光元件111、113以及至少一第二發光元件112。驅動單元120包括一顯示驅動模組121以及一偵測模組122。舉例而言，在本實施例中，發光模組110為彩色發光二極體模組，且第一發光元件111、113分別為藍色發光二極體與綠色發光二極體，且第二發光元件112為紅色發光二極體，但本發明不以此為限。此外，在本實施例中，顯示驅動模組121採用Altra MAXII EPM1270T144C5 CPLD晶片，而控制單元130採用Arduino Mega 2560控制板，但本發明不以此為限。在其他實施例中，驅動單元120的顯示驅動模組121與偵測模組122以及控制單元130也可以是安裝在硬體中的功能模組，其中所述硬體可以是不同硬體裝置中的任何一者或組合。

具體而言，在本實施例中，顯示驅動模組121與第一發光元件111、113及第二發光元件112耦接。偵測模組122與第二發光元件112耦接。控制單元130與驅動單元120耦接。以下將搭配圖2到圖6，詳細解釋本實施例中的用以執行顯示功能和觸控功能的觸控顯示裝置100的不同模組和元件的功能。

圖2是根據本發明的一實施例的觸控顯示方法的流程圖。圖3A是圖2的觸控顯示方法的一種觸控顯示模式的示意圖。圖3B是圖2的觸控顯示方法的另一種觸控顯示模式的示意圖。請參照圖2，本實施例中的觸控顯示方法可由圖1的觸控顯示裝置100執行，但本發明不限於此。請參照圖2至圖3B，觸控顯示方法包括以下步驟。首先，在步驟S110中，定義幀時間TF，其中每一幀時間TF包括多個顯示週期TDY和至少一偵測週期TDT。舉例來說，步驟S110可由驅動單元120執行，但本發明不限於此。在另一實施例中，亦可由控制單元130控制驅動單元120，並發出相關控制訊號來執行。

接著，在步驟S120中，在這些顯示週期TDY中輸出一第一驅動訊號SD1、SD3和一第二驅動訊號SD2，以分別驅動至少一第一發光元件111、113和至少一第二發光元件112，以提供不同顏色的光束，執行顯示功能。換言之，在顯示週期TDY期間，第一發光元件111、113和第二發光元件112是用以作為光發射器，但本發明不以此為限。此外，步驟S120可由驅動單元120控制顯示驅動模組121來執行，但本發明不以此為限。

更詳細而言，在本實施例中，驅動單元120在幀時間TF內控制顯示驅動模組121，以使第一驅動訊號SD1、SD3和第二驅動訊號SD2同步，並且可藉由對第一驅動訊號SD1、SD3和第二驅動訊號SD2進行脈衝寬度調變(Pulse Width Modulation，PWM)。進一步而言，在本實施例中，第一驅動訊號SD1、SD3分別具有第一脈衝寬度W1、W3，第二驅動訊號SD2具有第二脈衝寬度W2，且第一驅動訊號SD1、SD3的第一脈衝寬度W1、W3和第二驅動訊號SD2的第二脈衝寬度W2可分別被調變，以使觸控顯示裝置100能顯示所需要的顏色。

另一方面，在步驟S130中，在至少一偵測週期TDT中，偵測至少一第二發光元件112的一感應電壓，並產生一偵測訊號SD。具體而言，步驟S130可由驅動單元120控制顯示驅動模組121以及偵測模組122來執行；然而，但本發明不以此為限。在另一實施例中，亦可由控制單元130來執行。更詳細而言，在本實施例中，驅動單元120在偵測週期TDT時輸出第一驅動訊號SD1、SD3，驅動至少一第一發光元件111、113，且至少一第二發光元件112在偵測週期TDT期間處於關閉狀態，且偵測模組122偵測至少一第二發光元件112的一感應電壓，以產生一對應的偵測訊號SD。在此，感應電壓定義為第二發光元件112感測到環境光以及第一發光元件111、113所提供光束的光伏電壓。

換言之，在偵測週期TDT期間，是採用發光模組110的第二發光元件112作為光偵測器，且第二發光元件112為紅光二極體，但本發明不以此為限。此外，由於發光元件所能吸收的光波段能階越低的話，對於光伏電壓的感測就越靈敏，因此，在其他的實施例中，亦可採用其他所能吸收的光波段能階較低的發光元件作為光偵測器，在此就不予贅述。

另一方面，由於第二發光元件112在偵測週期TDT期間處於關閉狀態，因此將有可能影響觸控顯示裝置100於偵測週期TDT期間內的顯示顏色。然而，若使顯示週期TDY時所提供的第二驅動訊號SD2具有適當第二脈衝寬度的話，將可改善此情形。

舉例而言，請參照圖3A，在本實施例中，從一個偵測週期TDT的結束到下一個偵測週期TDT的開始的週期是觸控顯示裝置100的圖像幀的週期(即，幀時間TF)。此外，在本實施例中，從第一驅動訊號SD1、SD3的一個脈衝的開始到下一個第一驅動訊號SD1、SD3的開始的週期是一個顯示週期TDY。更詳細而言，在本實施例中，可令幀時間TF為1/20秒，且在一個幀時間TF內，約有49個顯示周期與1個偵測週期TDT，換言之，在本實施例中，第一驅動訊號SD1、SD3的頻率為1000赫茲。進一步而言，如圖 3A所示，第一驅動訊號SD1、SD3的占空比(duty cycle)為75%，表示具有高準位電壓的第一脈衝寬度W1、W3占第一驅動訊號SD1、SD3的週期T時間長度的75%，第一脈衝寬度W1、W3的占空比為第一驅動訊號SD1、SD3的週期T1的75%；此外，第二驅動訊號SD2的占空比為的週期的100%，即具有高準位電壓的第二脈衝寬度W2占第二驅動訊號SD2的週期T時間長度的100%。如此一來，由於第二發光元件112在偵測週期TDT期間處於關閉狀態，發光模組110於偵測週期TDT期間時所提供的顯示顏色將會與各個顯示期間時所提供的顯示顏色有些微不同。另一方面，如圖3B所示，當第二驅動訊號SD2的占空比減為50%時，其對顯示顏色的影響較小。

然而，如圖3A及圖3B所示，由於偵測週期TDT的時間約為1毫秒(ms)，是極為短暫的時間，因此無論是圖3A及圖3B所示的實施例，皆不易被人眼觀察到。應注意的是，上述的數值範圍皆僅是做為例示說明，其並非用以限定本發明。

此外，一般而言，由於第一發光元件111、113需要至少0.2毫秒的反應時間，因此在前述實施例的偵測週期TDT內，第一驅動訊號SD1、SD3的占空比不宜低於20%。此領域具通常知識者當可依實際需求調變第一驅動訊號SD1、SD3的占空比，在此就不予贅述。

以下將搭配圖4至圖6，針對驅動單元120如何執行步驟S120及S130的過程進行進一步解說。

圖4是圖1的驅動單元執行觸控顯示方法的流程示意圖。圖5是圖1的觸控顯示裝置的一種顯示驅動模組的示意圖。圖6是圖1的觸控顯示裝置的一種偵測模組的示意圖。請參照圖4至圖5，在本實施例中，顯示驅動模組121具有多個移位暫存器121a1、121a2、多個閂鎖暫存器121b1、121b2以及多個比較器121c1、121c2、121c3。其中移位暫存器121a1、121a2用以將串列形式的輸入資料轉換成並列形式的輸出資料。閂鎖暫存器121b1、121b2則用以閂鎖並暫存相對應之移位暫存器121a1、121a2所輸出的資料。更詳細而言，驅動單元120可以透過兩資料輸入接腳DSI、CSI以及時脈接腳DCLK、CCLK，將偵測週期TDT時所讀取的偵測資料以及發光元件的色彩資料分別輸入於顯示驅動模組121的兩組移位暫存器121a1、121a2內。此外，驅動單元120也可透過接腳CCR、接腳DCR分別清除兩組移位暫存器121a1、121a2中的資料。

進一步而言，在等待資料移入移位暫存器121a1、121a2內完成後，驅動單元120可以再透過閂鎖暫存器121b1、121b2的接腳DLE以及接腳CLE將對應的移位暫存器121a1、121a2所輸出的資料閂鎖住，並產生輸出到比較器121c1、121c2、121c3的一第一訊號SG1、SB1、SR1。與此同時，時脈處理器可輸入頻率為256kHz的訊號，經四位元二進制計數器計數後，會被除頻而產生頻率為1kHz二進制數碼並分別送至比較器121c1、121c2、121c3的一第二訊號SG2、SB2、SR2。在第一訊號SG1、SB1、SR1與第二訊號SG2、SB2、SR2進行比較後，可使顯示驅動模組121分別同步輸出第一驅動訊號SD1、SD3與第二驅動訊號SD2。應注意的是，上述的數值範圍皆僅是做為例示說明，其並非用以限定本發明。

另一方面，如圖4所示，執行步驟S130時，即在偵測週期TDT時，驅動單元120可執行步驟S131，將偵測週期TDT內的驅動各發光元件111、112、113的驅動訊號SD1、SD2、SD3的脈衝寬度設定值預先輸入到顯示驅動模組121的移位暫存器121a1、121a2內暫存。舉例而言，驅動單元120可設定偵測設定自定函數來設定。接著，驅動單元120可以無窮迴圈的方式執行下列步驟。執行步驟S132，讀取外接在驅動單元120的三個可變電阻RG、RR、RB的設定值，以分別調整不同發光元件111、112、113的亮度。執行步驟S134，合併計算所讀取的資料，並儲存在色彩陣列。執行步驟S136，呼叫色彩設定自定函數，將色彩資料傳送到顯示驅動模組121的移位暫存器121a1、121a2暫存。同時，當驅動單元120偵測到來自顯示驅動模組121的偵測中斷訊號後，會進入中斷偵測服務程式，判斷第二發光元件112是否被觸碰，並點亮第二發光元件112的對應指示燈TL(繪示於圖1)。

更詳細而言，判斷第二發光元件112是否被觸控的步驟可藉由偵測模組122來進行。舉例而言，如圖6所示，在本實施例中，偵測模組122包括兩個運算放大器122a、122b，用以讀取並計算出第二發光元件112的觸控電壓差，以判斷第二發光元件 112是否被觸碰。在本實施例中，觸控電壓差可經由第二發光元件112的感應電壓(即第二發光元件112感測到環境光以及第一發光元件111、113所提供光束的光伏電壓)而獲得。更詳細而言，在本實施例中，第二發光元件112的光伏效應電壓(即光伏電壓)Vp會等於光伏電壓最小值Vp_min、下底個別誤差Derr與觸控電壓差的總和。其中，下底個別誤差Derr的定義為發光元件的光伏效應電壓Vp與其最小值的差異，觸控電壓差的定義為發光元件於觸控前後的電壓差。

為求得觸控電壓差，如圖6所示，在本實施例中，可先將光伏效應電壓Vp輸入運算放大器122a、122b進行減去光伏電壓最小值Vp_min，並放大10倍的計算，而獲得第一電壓V1。之後，再將第一電壓V1減去10倍的下底個別誤差Derr，並放大5倍，而可獲得第二電壓V2，其中第二電壓V2實質上等於50倍的觸控電壓差。最後透過比較器122c，將第二電壓V2比較準位後以數位形式輸出一偵測訊號SD，其中當偵測訊號SD具有高電壓準位時表示受觸碰，當偵測訊號SD具有低電壓準位時，表示未受觸碰。換言之，當判斷偵測訊號SD具有高電壓準位時，驅動單元120將可點亮第二發光元件的對應指示燈TL(繪示於圖1)，以執行觸控功能。

綜上所述，本發明的觸控顯示裝置與觸控顯示方法可藉由在幀時間內控制顯示驅動模組使第一驅動訊號和第二驅動訊號同步，並且可藉由對第一驅動訊號和第二驅動訊號進行脈衝寬度調變，以使觸控顯示裝置能顯示所需要的顏色，並具有觸控功能，而具有廣泛的應用範圍，且能輕型化。

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。

S110、S120、S130‧‧‧步驟

Claims

一種觸控顯示方法，包括：界定多個幀時間，其中每一該幀時間包括多個顯示週期和至少一偵測週期；在該些顯示週期中，輸出一第一驅動訊號和一第二驅動訊號，以分別驅動至少一第一發光元件和至少一第二發光元件，以執行顯示功能；以及在該至少一偵測週期中，偵測該至少一第二發光元件的一光伏電壓，該第二發光元件限定為發光二極體，且該光伏電壓為該第二發光元件感測到環境光或經手指觸控反射該第一發光元件所提供的光束，並產生一偵測訊號，以執行偵測功能。
如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示方法，更包括：在該至少一偵測週期中，輸出該第一驅動訊號，驅動該至少一第一發光元件，且該至少一第二發光元件在該至少一偵測週期期間處於關閉狀態，並偵測該第二發光元件是否感測到經手指觸控反射該第一發光元件所提供光束的光伏電壓，一旦偵測到該光伏電壓則表示觸控成功。
如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示方法，其中該第一驅動訊號具有一第一脈衝寬度，該第二驅動訊號具有一第二脈衝寬度，且該觸控顯示方法更包括：分別調變該第一驅動訊號的該第一脈衝寬度和該第二驅動訊號的該第二脈衝寬度。
一種觸控顯示裝置，包括：一發光模組，包括至少一第一發光元件以及至少一第二發光元件，且該第二發光元件限定為發光二極體；以及一驅動單元，包括：一顯示驅動模組，與該至少一第一發光元件及該至少一第二發光元件耦接；以及一偵測模組，與該至少一第二發光元件耦接，其中該驅動單元界定多個幀時間，其中每一該幀時間包括多個顯示週期和至少一偵測週期，並於該顯示週期中輸出一第一驅動訊號和一第二驅動訊號，以分別驅動至少一第一發光元件和至少一第二發光元件，以執行顯示功能，且在該至少一偵測週期中，偵測該至少一第二發光元件的一光伏電壓，並產生一偵測訊號。
如申請專利範圍第4項所述的觸控顯示裝置，其中該驅動單元在該至少一偵測週期中，輸出該第一驅動訊號，驅動該至少一第一發光元件，且該至少一第二發光元件在該至少一偵測週期期間處於關閉狀態，並偵測該第二發光元件是否感測到經手指觸控反射該第一發光元件所提供光束的光伏電壓，一旦偵測到該光伏電壓則表示觸控成功。
如申請專利範圍第4項所述的觸控顯示裝置，其中該第一驅動訊號具有一第一脈衝寬度，該第二驅動訊號具有一第二脈衝寬度，且該控制單元分別調變該第一驅動訊號的該第一脈衝寬度和該第二驅動訊號的該第二脈衝寬度。