TWI573056B - 觸控感測顯示裝置 - Google Patents

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TWI573056B
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廖冠詠
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錼創科技股份有限公司
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Description

觸控感測顯示裝置
本發明是有關於一種觸控感測裝置，且特別是有關於一種觸控感測顯示裝置。
觸控感測螢幕已經廣泛應用在各種商業、工程的操作介面及消費型產品的使用者介面中。現有的例如是電阻式(resistive)觸控感測模組、電容式(capacitive)觸控感測模組、感應式(inductive)觸控感測模組等多種觸控感測模組都需要在感測區域以陣列的形式排列多個觸控感測單元，並藉由這些觸控感測單元的觸發來得到一觸控物在感測區域的位置。因此現有的觸控感測顯示螢幕都需要配置上述這些觸控感測模組於顯示面板上，進而使具有上述觸控感測模組的觸控感測顯示螢幕的體積無法縮小，且製作的複雜度及成本亦無法降低。
本發明提供一種觸控感測顯示裝置，其同時可以提供觸控感測功能及顯示影像。
本發明的實施例的觸控感測顯示裝置，包括一承載器、多個在承載器上排成陣列的發光元件、一電性連接至這些發光元件的驅動單元以及一電性連接至這些發光元件與驅動單元的處理單元。驅動單元用以控制這些發光元件，使這些發光元件的一第一部分發出第一光。這些發光元件的一第二部分用以感測與一物體對應的一第二光，且處理單元用以根據第二部分的這些發光元件在感測第二光後所產生的電性變化來判斷出物體觸碰或靠近承載器的位置。
在本發明的一實施例中，上述的第二光的光強度大於第一光的光強度。
在本發明的一實施例中，上述的第二光為一來自外界的環境光。物體遮斷環境光而在這些發光元件上產生暗區，進而使第二部分的這些發光元件產生電性變化。
在本發明的一實施例中，上述的第二光來自物體。第二光在這些發光元件上產生亮區，進而使第二部分的這些發光元件產生電性變化。
在本發明的一實施例中，上述的第二光的波長小於等於第一光的波長。
在本發明的一實施例中，上述的第二光的光強度小於等於第一光的光強度。
在本發明的一實施例中，上述的物體將第一光反射成第二光。第二光在這些發光元件上產生亮區，進而使第二部分的這 些發光元件產生電性變化。
在本發明的一實施例中，上述的這些發光元件為微型發光二極體。
在本發明的一實施例中，上述的第一部分的這些發光元件的數量與第二部分的這些發光元件的數量的比值至少為9。
在本發明的一實施例中，上述的觸控感測顯示裝置更包括一透光保護蓋，配置於承載器上，且覆蓋這些發光元件。
在本發明的一實施例中，上述的觸控感測顯示裝置更包括多條掃描線、多條資料線以及多個電晶體。這些掃描線配置於承載器上，且這些掃描線電性連接至驅動單元及各發光元件。這些資料線配置於承載器上並與這些掃描線相交，且這些資料線電性連接至驅動單元及各發光元件。每一電晶體電性連接至一掃描線、一資料線及一發光元件。驅動單元對各掃描線選擇性的發出一掃描訊號且對各資料線發出一資料訊號，使同時接收到掃描訊號與資料訊號的第一部分的這些發光元件發出第一光，第二部分的這些發光元件在感測第二光後，產生電性變化於對應的至少一資料線。
在本發明的一實施例中，上述的驅動單元用以使這些發光元件選擇性發出第一光。
在本發明的一實施例中，上述的這些發光元件被定義成多個顯示畫素，且各顯示畫素包括至少三個發光元件。
在本發明的一實施例中，上述的第二部分的這些發光元 件的其中之一配置於只包括屬於第一部分的這些發光元件的二顯示畫素間。
基於上述，本發明的實施例的觸控感測顯示裝置包括有多個發光元件，因此這些發光元件不但可以提供影像顯示效果，更可以感測光束來讓處理單元判斷出一觸控物體的位置，進而提供一觸控效果。
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。
A‧‧‧亮區
B‧‧‧暗區
L1‧‧‧第一光
L2、L4、L4’、L5‧‧‧第二光
L3‧‧‧環境光
50、50A‧‧‧物體
100、100A、100B、100C‧‧‧觸控感測顯示裝置
110、110A、110B、110C‧‧‧承載器
120、122、124、120A、122A、124A、120B、122B、124B、120C、191C、192C、193C、124C、120D、122D、124D‧‧‧發光元件
130、130A、130B、130C‧‧‧處理單元
140、140A、140B、140C‧‧‧驅動單元
152‧‧‧線路
152B‧‧‧資料訊號驅動元件
154B‧‧‧掃描訊號驅動元件
160A‧‧‧透光保護蓋
170B‧‧‧掃描線
180B‧‧‧資料線
190B‧‧‧電晶體
190C、190D、200D‧‧‧顯示畫素
圖1是依照本發明的第一實施例的一種觸控感測顯示裝置的俯視示意圖。
圖2A是依照本發明的第二實施例的一種觸控感測顯示裝置的剖面示意圖。
圖2B是依照本發明的第二實施例的一種觸控感測顯示裝置的剖面示意圖。
圖3是依照本發明的第三實施例的一種觸控感測顯示裝置的示意圖。
圖4是依照本發明的第四實施例的一種觸控感測顯示裝置的剖面示意圖。
圖5是依照本發明的其他實施例的一種觸控感測顯示裝置中 的部分發光元件的俯視示意圖。
圖1是依照本發明的第一實施例的一種觸控感測顯示裝置的俯視示意圖。為了能夠清楚說明本發明的實施例中各元件的位置及連接關係，以下說明所參照的圖式皆已放大繪示，其並非用以限定本發明的元件的大小及位置。請參照圖1，本發明的第一實施例的觸控感測顯示裝置100包括承載器110、多個在承載器110上排成陣列的發光元件120、電性連接至這些發光元件120的驅動單元140以及電性連接至這些發光元件120及驅動單元140的處理單元130。發光元件120適以發出第一光L1，且驅動單元140用以選擇性控制這些發光元件120，使這些發光元件120中的一第一部分的發光元件122發出第一光L1。在本實施例中，第一部分中的這些發光元件122所發出的這些第一光L1例如可以作為顯示光束。
本實施例的未發光的另一部分的這些發光元件120為第二部分的發光元件124，用以感測與一外界的物體50對應的一第二光L2，且處理單元130用以根據這些第二部分的發光元件124在感測第二光L2後所產生的電性變化來判斷出物體50觸碰或靠近承載器110的位置。亦即本實施例驅動單元140可以使第一部分的這些發光元件122發光，且處理單元130藉由判斷感測到第二光L2的第二部分的未發光發光元件124的位置來進而得知物體 50所觸碰或靠近承載器110的位置。
更具體來說，本實施例中未發光的第二部分的發光元件124此處例如是作為感測元件，由於物體50觸碰或靠近後會引起第二光L2的變化(例如是使第二光L2的光強度增強或是減弱)。因此，這些作為感測元件的第二部分的發光元件124在感測到第二光L2變化後會產生例如是電流、電壓、電荷、電容或電頻等電性變化，處理單元130再藉由這些電性變化來得知物體50所觸碰或靠近承載器110的位置。因此，本實施例的觸控感測顯示裝置100可以同時提供觸控感測及影像顯示的功能。
本發明上述的實施例中的這些發光元件120例如是發光二極體。較佳的，這些發光元件120例如是尺寸大小範圍在5微米至20微米的微型發光二極體(Micro LED)，這些微型發光二極體(Micro LED)可以密集排列於承載器110上，並藉由能單個被驅動的特色來使這些第一光L1所形成的畫面具有較佳的解析度。這些密集排列於承載器110上的第二部分的發光元件124在作為感測元件時更可以讓處理單元130更精確得判斷出物體50位置，因此本實施例的觸控感測顯示裝置100在顯示功能和觸控感測功能上都具有較佳的解析度。
上述實施例中的第一光L1及第二光L2都包括可見光、不可見光或其組合。舉例來說，本實施例的發光元件120例如是可以發出可見光的發光二極體，而第一部分的發光元件122(亦即發光二極體)所發出的第一光L1可以作為一顯示光束，而第二部 分的發光元件124(亦即發光二極體)也藉由吸收這些包括可見光的第二光L2來產生電性變化。另一方面，本實施例的第一光L1可以包括不可見光，而第二部分的發光元件124也藉由吸收或減少這些包括不可見光的第二光L2來產生電性變化。本實施例的觸控感測顯示裝置100可以視其所應用的環境來改變這些發光元件120所發出的光，本發明不限於此。
另一方面，上述的處理單元130例如是數位訊號處理器(Digital Signal Processor,DSP)，但本發明不限於此。而上述的驅動單元140例如是中央處理器(Central Processing Unit,CPU)或微控制器(Micro Control Unit,MCU)，但本發明不限於此。而上述的承載器110例如是一互補式金屬氧化物半導體(Complementary Metal-Oxide-Semiconductor,CMOS)基板，使各個發光元件120可被驅動單元140定址(addressing)驅動，但本發明不限於此。
進一步來說，在本發明的其他實施例中，觸控感測顯示裝置可以作為發光二極體顯示器。
上述本發明的第一實施例的第二光L2的光強度小於等於第一光L1的光強度，且觸碰或靠近承載器110的物體50將第一光L1反射成第二光L2，且處理單元130根據第二光L2在這些發光元件120上所產生的亮區A的位置，來判斷出物體50觸碰或靠近承載器110的位置。詳細來說，請參照圖1，本實施例的第二光L2是來自被物體50反射的第一光L1，而第二光L2在這些發光元 件120上形成上述的亮區A，且位於亮區A內的第二部分的發光元件124會接受到第二光L2而產生一電性變化。本實施例的處理單元130與驅動單元140例如是以多條線路152與這些發光元件120各自電性連接，因此當一未發光的第二部分的發光元件124接收到第二光L2時，連接到這個第二部分的發光元件124的線路152所傳輸接收的電性訊號會隨之改變(例如是接收前後所產生的電壓差)，而處理單元130接受到上述的電性變化後即可判斷出上述吸收感測到第二光L2的第二部分的發光元件124的位置，進而判斷出外界的物體50觸碰或靠近承載器110的位置，使觸控感測顯示裝置100提供一個觸控感測效果。
更具體的說，本實施例的物體50例如為一手指，且由於這些發光元件120例如是微米等級的微型發光二極體，因此透過手指所產生的亮區A，可一次涵蓋多個發光元件120。舉例來說，上述的亮區A例如可一次涵蓋104個以上的發光元件120。由於人眼的視覺暫留現象，只要透過驅動單元140的選擇使承載器110上作為感測元件的第二部分的發光元件124分散在作為顯示元件的第一部分的發光元件122中，觸控感測顯示裝置100便可於兼具顯示的功能下，得以精確得判斷出物體50位置，因此具有較佳的觸控感測功能和顯示功能。
較佳的，作為顯示元件的第一部分的發光元件122的數量與作為感測元件的第二部分的發光元件124的數量的比值至少為9，上述比值小於9將會使顯示效果不佳。更佳的，作為感測元 件的第二部分的發光元件124可以排在3×3的發光元件120矩陣陣列中心，並將作為顯示元件的第一部分的發光元件122排在矩陣陣列周圍，將可兼具更佳的觸控感測功能和顯示功能。
特別說明的是，本實施例的觸控感測顯示裝置100亦可利用處理單元130，判斷出外界的多個物體50同時觸碰或靠近承載器110的位置。此外，於本實施中，外界的一環境光L3的光強度可小於第一光L1與第二光L2，亦即本實施例的觸控感測顯示裝置100可以處於一低亮度環境。由於本實施例的觸控感測顯示裝置100是藉由這些發光元件120中的第一部分的發光元件122提供第一光L1，且第一光L1可被反射成感測用的第二光L2，所以觸控感測顯示裝置100在提供觸控功能的同時亦可作為顯示光源，亦即本實施例的觸控感測顯示裝置100可以在低亮度的環境提供一個良好的觸控感測效果。
本發明的實施例的觸控感測顯示裝置並不限於上述實施例的觸控感測顯示裝置。圖2A是依照本發明的第二實施例的一種觸控感測顯示裝置的剖面示意圖。請參照圖2A，在本發明的第二實施例中，第二光L4的光強度大於這些第一部分的發光元件122A所發出的第一光(未繪示)的光強度。此時，第二光L4可以是來自外界的充足的環境光。亦即當本實施例的觸控感測顯示裝置100A例如在明亮的環境操作時，物體50A遮斷第二光L4(亦即環境光)而在這些發光元件120A上產生暗區B，且位於暗區B內做為感測元件的第二部分的發光元件124A會因為感測到第二光 L4的減少而產生一電性變化，處理單元130A再根據電性變化來判斷出物體50A觸碰或靠近承載器110A的位置，進而使觸控感測顯示裝置100A可以在高亮度的環境下提供良好的觸控感測效果。
圖2B是依照本發明的第二實施例的一種觸控感測顯示裝置的剖面示意圖。特別說明的是，請參照圖2B，第二光L4’可以是來自物體50A的光，且第二光L4’的光強度大於這些第一部分的發光元件122A所發出的第一光(未繪示)的光強度。第二光L4’在這些發光元件120A上產生亮區A，而處理單元130A可以根據位於亮區A內做為感測元件的第二部分的發光元件124A會因為感測到第二光L4’的增加所產生的電性變化來判斷出物體50A觸碰或靠近承載器110A的位置，進而使觸控感測顯示裝置100A可以在高亮度的環境下提供良好地觸控感測效果。此處第二光L4’的波長可小於等於第一部分的發光元件122A所發出的第一光的波長，因此可具有較高的光子能量，進而避免第二光L4’的感測被第一部分的發光元件122A發出的第一光干擾，且較易被吸收感測，以增加第二光L4’被第二部分的發光元件124A感測的精密度，但並不為限。
本實施例的觸控感測顯示裝置100A更包括一配置於承載器110A上的透光保護蓋160A，且透光保護蓋160覆蓋這些發光元件120A。更進一步的說，透光保護蓋160直接接觸覆蓋這些發光元件120A。透光保護蓋160A除了可以保護這些發光元件 120A以外，更使這些發光元件120A可以良好地固定於承載器110A上。在本發明的實施例中，透光保護蓋160A可為一可撓式透光保護蓋，例如是一聚酯類塑膠膜；或是一剛性透光保護蓋，例如為一玻璃塊材或一藍寶石塊材，在此並不為限。由於本發明的觸控感測顯示裝置100A可同時具有觸控感測與顯示功能，因此相較於習知的觸控模組和顯示模組是分開，且為了節省體積而將保護蓋與觸控模組複雜整合在一起的觸控顯示器，本發明能具有更小的體積、更減少的成本以及更簡單的製程。
另一方面，在本實施例的觸控感測顯示裝置100A中，由於本實施例是利用感測與物體50A對應的第二光L2來判斷出物體50A觸碰或靠近承載器110A的位置。因此，相較與習知需要直接接觸控模組才能感測的觸控感測顯示裝置，本發明的觸控感測顯示裝置100A可以使物體50A不需直接接觸觸控感測顯示裝置100A，觸控感測顯示裝置100A只要感測第二光L2的變化就可以感測物體50A的位置。亦即本發明的實施例的觸控感測顯示裝置100A可以提供一個不需直接接觸(touch-less)的觸控功能。
圖3是依照本發明的第三實施例的一種觸控感測顯示裝置的示意圖。請參照圖3，在本發明的第三實施例中，觸控感測顯示裝置100B更包括多個掃描線170B、多個與掃描線170B相交的資料線180B以及多個電晶體190B。這些掃描線170B及這些資料線180B都配置於承載器110B上，且這些掃描線170B及這些資料線180B都電性連接至發光元件120B及驅動單元140B。每一電 晶體190B電性連接至一掃描線170B、一資料線180B及一發光元件120B。詳細來說，本實施例的驅動單元140B例如包括資料訊號驅動元件152B、掃描訊號驅動元件154B，上述這些資料線180B電性連接至資料驅動處理元件152B，上述這些掃描線170B電性連接至掃描訊號驅動元件154B。
本實施例的處理單元130B根據驅動單元140B傳送至這些掃描線170B的多個掃描訊號的時間點及這些資料線180B中的多個資料訊號的電性變化，來判斷出這些第二部分的發光元件124B在接收第二光L5後所產生的電性變化。詳細來說，本實施例的驅動單元140B中的資料訊號驅動元件152B在每個時間點上對每個資料線180B傳送資料訊號，另一方面，掃描訊號驅動元件154B在不同時間點依序對每個掃描線170B選擇性地傳送掃描訊號。此處，可在不同時間點交替選擇性地對每兩相隔的掃描線170B傳送掃描訊號，亦可在不同時間點選擇性的只針對特定掃描線170B傳送掃描訊號，選擇的方式在此並不為限。同時收到上述的掃描訊號與資料訊號的這些電晶體190B因而開啟並驅動對應的部分這些發光元件120B(亦即第一部分的發光元件122B)發出第一光。由於未被掃描線170B及電晶體190B驅動的另一部分發光元件120B(亦即第二部分的發光元件124B)便成為感測元件，在感測到第二光L5的變化時所產生的電性變化會反應在其所電性連接的這些資料線180B上，進而使電性連接至發光元件120B與驅動單元140B的處理單元130B可以判斷出是哪些位置的第二部 分的發光元件124B感測到第二光L5的變化。此處，電晶體190B例如為一場效電晶體(field-effect transistor,FET)，但並不為限。
換句話說，在本實施例的觸控感測顯示裝置100B利用驅動單元140B的資料訊號驅動元件152B、掃描訊號驅動元件154B以及資料線180B、掃描線170B來驅動第一部分的發光元件122B，再利用處理單元130B判斷、解譯、計算出未被驅動且感測到第二光L5變化的第二部分的發光元件124B在兩個互相垂直的軸向的位置。亦即本實施例的處理單元130B可以藉由監控、記錄或計算這些發光元件120B在資料線180B及掃描線170B中所產生的電性變化來判斷感測到第二光L5的第二部分的發光元件124B的位置，進而提供觸控感測效果。
特別說明的是，本實施例的驅動單元140B用以使這些發光元件120B選擇性發出第一光，換句話說，這些發光元件120不會固定作為發出第一光的第一部分的發光元件122B或感測第二光的第二部分的發光元件124B，可例如是透過輪流的方式交替發光或感測。由於掃描訊號驅動元件154B是在不同時間點依序對每個掃描線170B傳送多個掃描訊號，因此發光元件亦會於不同時間點依序交替驅動發光。由於人眼暫留的效應，使得顯示影像呈現的效果並不會受到影響，因此可同時整合觸控感測效果，減少觸控感測顯示裝置的體積、降低製作的成本與複雜度。更具體來說，本實施例的驅動單元140B例如包括一脈波寬度調變器(Pulse Width Modulation,PWM)，其用以交替驅動這些發光元件120B。
圖4是依照本發明的第四實施例的一種觸控感測顯示裝置的示意圖。請參照圖4，在本發明的第四實施例中，觸控感測顯示裝置100C的發光元件120C可被定義成多個於承載器110C上排成陣列的顯示畫素190C。本實施例的每個電性連接至驅動單元140C的顯示畫素190C可以包括至少三個發光元件120C，這些的發光元件120C可為發出三個不同色光的第一部分的發光元件191C、192C、193C，並藉由上述這些不同色光的第一部分的發光元件191C、192C、193C來發出例如是一藍色光束、一紅色光束與一綠色光束，進而顯示出所需的影像，再經由第二部分的發光元件124C來感測第二光(未繪示)的變化，進而使處理單元130C判斷出一觸碰或靠近承載器110C的物體(未繪示)的位置。特別說明的是，此處是將至少一第二部分的發光元件124C配置於只包括第一部分的發光元件191C、192C、193C的兩顯示畫素間，但本發明不限於此。
圖5是依照本發明的其他實施例的一種觸控感測顯示裝置中的部分發光元件的俯視示意圖。在本發明的其他實施例中，驅動單元亦可固定選擇或是交替選擇地使顯示畫素200D的發光元件120D的其中之一不發光，所述不發光的發光元件120D成為感測用的第二部分的發光元件124D，而顯示畫素200D可以配置於兩個具有三個第一部分的發光元件122D的顯示畫素190D之間。由於此處的發光元件例如是微米等級的微型發光二極體，因此透過選擇性地驅動發光，由於人眼暫留的效應，使得顯示影像 呈現的效果並不會受到影響。在本發明的其他實施例中，上述這些顯示畫素可包括四個以上的發光元件，將其中一發光元件使用於感測用，可同時兼具顯示解析度與感測精密度，本發明不限於此。
綜上所述，本發明的實施例的觸控感測顯示裝置包括有多個可以發出第一光及感測第二光的發光元件，且這些發光元件在感測到第二光時會產生電性變化，進而可以使處理單元根據上述的電性變化來判斷出一物體相對於位於承載器上的這些發光元件的位置，進而提供一觸控感測兼以顯示的效果。
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。
A‧‧‧亮區
L1‧‧‧第一光
L2‧‧‧第二光
L3‧‧‧環境光
50‧‧‧物體
100‧‧‧觸控感測顯示裝置
110‧‧‧承載器
120、122、124‧‧‧發光元件
130‧‧‧處理單元
140‧‧‧驅動單元
152‧‧‧線路

Claims (12)

  1. 一種觸控感測顯示裝置，包括：一承載器；多個發光元件，在該承載器上排成陣列，其中該些發光元件為微米等級的微型發光二極體且該些發光元件為可見光發光二極體；一驅動單元，電性連接至該些發光元件，用以控制該些發光元件，使該些發光元件的一第一部分發出一第一光；以及一處理單元，電性連接至該些發光元件與該驅動單元，其中該些發光元件中未發光的一第二部分用以感測與一物體對應的一第二光，且該處理單元用以根據該些發光元件的該第二部分在感測該第二光後所產生的電性變化來判斷出該物體觸碰或靠近該承載器的位置，其中該驅動單元用以使該些發光元件選擇性發出該第一光或未發光。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的觸控感測顯示裝置，其中該第二光的光強度大於該第一光的光強度。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的觸控感測顯示裝置，其中該第二光為一來自外界的環境光，該物體遮斷該環境光而在該些發光元件上產生暗區，進而使該些發光元件的該第二部分產生該電性變化。
  4. 如申請專利範圍第2項所述的觸控感測顯示裝置，其中該第二光來自該物體，該第二光在該些發光元件上產生亮區， 進而使該些發光元件的該第二部分產生該電性變化。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的觸控感測顯示裝置，其中該第二光的波長小於等於該第一光的波長。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的觸控感測顯示裝置，其中該第二光的光強度小於等於該第一光的光強度。
  7. 如申請專利範圍第6項所述的觸控感測顯示裝置，其中該物體將該第一光反射成該第二光，該第二光在該些發光元件上產生亮區，進而使該些發光元件的該第二部分產生該電性變化。
  8. 如申請專利範圍第1項所述的觸控感測顯示裝置，其中該些發光元件的該第一部分的發光元件數量與該些發光元件的該第二部分的發光元件數量的比值至少為9。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的觸控感測顯示裝置，更包括一透光保護蓋，配置於該承載器上，且覆蓋該些發光元件。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的觸控感測顯示裝置，更包括：多條掃描線，配置於該承載器上，且電性連接至該驅動單元及各該發光元件；多條資料線，配置於該承載器上並與該些掃描線相交，且電性連接至該驅動單元及各該發光元件；以及多個電晶體，每一該電晶體電性連接至一該掃描線、一該資料線及一該發光元件，其中該驅動單元對各該掃描線選擇性的發出一掃描訊號且對各該資料線發出一資料訊號，使同時接收到該 掃描訊號與該資料訊號的該些發光元件的該第一部分發出該第一光，該些發光元件的該第二部分在感測該第二光後，產生該電性變化於對應的該至少一資料線。
  11. 如申請專利範圍第1項所述的觸控感測顯示裝置，其中該些發光元件被定義成多個顯示畫素，且各該顯示畫素包括至少三個發光元件。
  12. 如申請專利範圍第11項所述的觸控感測顯示裝置，其中該些發光元件的該第二部分的至少其中之一該發光元件配置於只包括屬於該第一部分的該發光元件的二該顯示畫素間。
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