TWI578202B - 觸控顯示裝置及其驅動方法以及壓力檢測方法 - Google Patents

Description

觸控顯示裝置及其驅動方法以及壓力檢測方法

本發明是有關於一種觸控顯示裝置及其驅動方法以及其壓力檢測方法，特別是有關於一種具有壓力感測的觸控顯示裝置及其驅動方法以及其壓力檢測方法。

觸控顯示裝置因能提供使用者更直覺且便利的操控方式，而被廣泛地用於各式消費性電子產品中，如電子書、智慧型行動通訊裝置、平板電腦以及智慧型手錶等。當使用者碰觸觸控顯示裝置之使用者介面(user interface)時，觸控顯示裝置便依據觸控物(如手指或觸控筆)所碰觸的二維座標，選取對應的顯示物件或執行對應的操作功能。然而，隨著市場競爭越趨激烈以及穿戴式觸控顯示裝置的出現，觸控顯示裝置之判斷維度勢必被要求進一步地提升，以實現更多元之操作功能。

本發明的一種觸控顯示裝置，其包括畫素陣列基板、對 向基板以及顯示介質層。畫素陣列基板包括第一基板以及多個感測電極。第一基板具有以陣列排列的多個子畫素區。感測電極配置在第一基板上且彼此電性絕緣，其中至少部分感測電極分別覆蓋多個子畫素區。對向基板相對於畫素陣列基板且包括第二基板以及壓力感測層。壓力感測層配置在第二基板面對畫素陣列基板的表面上。顯示介質層位於感測電極與壓力感測層之間。

本發明的一種觸控顯示裝置的驅動方法，其包括以下步驟：提供觸控顯示裝置，觸控顯示裝置包括畫素陣列基板、對向基板以及顯示介質層，畫素陣列基板包括第一基板以及多個感測電極，第一基板具有陣列排列的多個子畫素區，感測電極包括多個觸控感測電極以及多個第一壓力感測電極，觸控感測電極配置在第一基板上且彼此電性絕緣，各觸控感測電極覆蓋多個子畫素區，第一壓力感測電極配置在第一基板上且電極電性絕緣於觸控感測電極，其中第一壓力感測電極彼此電性絕緣且覆蓋被觸控感測電極暴露的子畫素區，對向基板相對於畫素陣列基板且包括第二基板以及壓力感測層，壓力感測層配置在第二基板面對畫素陣列基板的表面上，顯示介質層位於感測電極與壓力感測層之間，觸控顯示裝置包括顯示模式、觸控感測模式及壓力感測模式；以及在圖框時間(frame time)內，進行顯示模式、觸控感測模式及壓力感測模式的其中至少一種。

本發明的一種觸控顯示裝置的壓力檢測方法，其包括以下步驟：提供觸控顯示裝置，觸控顯示裝置包括畫素陣列基板、 對向基板以及顯示介質層，畫素陣列基板包括第一基板以及多個感測電極，第一基板具有陣列排列的多個子畫素區，感測電極包括多個觸控感測電極以及多個第一壓力感測電極，觸控感測電極配置在第一基板上且彼此電性絕緣，各觸控感測電極覆蓋多個子畫素區，第一壓力感測電極配置在第一基板上且電極電性絕緣於觸控感測電極，其中第一壓力感測電極彼此電性絕緣且覆蓋被觸控感測電極暴露的子畫素區，對向基板相對於畫素陣列基板且包括第二基板以及壓力感測層，壓力感測層配置在第二基板面對畫素陣列基板的表面上，顯示介質層位於感測電極與壓力感測層之間；當觸控顯示裝置受壓時，依據各第一壓力感測電極與壓力感測層間的電容值變化，計算第一壓力感測電極與壓力感測層之間距的變化量；以及依據間距變化，計算觸控顯示裝置對應各第一壓力感測電極之位置所受之壓力。

基於上述，本發明的觸控顯示裝置藉由感測電極以及壓力感測層的設置，來判斷被觸控的二維座標以及計算觸控顯示裝置所受的壓力，從而實現三維觸控感測。另外，本發明還提供對應的觸控顯示裝置的驅動方法以及壓力檢測方法。

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、110'''‧‧‧畫素陣列基板

112‧‧‧第一基板

114‧‧‧感測電極

114A‧‧‧觸控感測電極

114A1‧‧‧第一觸控感測電極

114A2‧‧‧第二觸控感測電極

114B‧‧‧第一壓力感測電極

114C‧‧‧第三壓力感測電極

115‧‧‧控制電路

116‧‧‧導體

117‧‧‧第一導線

118‧‧‧第二導線

119‧‧‧第三導線

120、120’、120”、120'''‧‧‧對向基板

122‧‧‧第二基板

124、124’、124”‧‧‧壓力感測層

124A‧‧‧第二壓力感測電極

124B、124B’、124B”‧‧‧連接部

124C‧‧‧第四壓力感測電極

126‧‧‧彩色濾光層

126A‧‧‧第一彩色濾光圖案

126B‧‧‧第二彩色濾光圖案

126C‧‧‧第三彩色濾光圖案

128‧‧‧黑矩陣

130‧‧‧顯示介質層

AE‧‧‧主動元件

BL‧‧‧背光模組

CF、CP、CP’‧‧‧電容

DE‧‧‧汲極

DL‧‧‧資料線

F‧‧‧手指

GE‧‧‧閘極

M1‧‧‧顯示模式

M2‧‧‧觸控感測模式

M3‧‧‧壓力感測模式

O‧‧‧開口

P、P’‧‧‧間距

P1‧‧‧第一偏光片

P2‧‧‧第二偏光片

PE‧‧‧畫素電極

PP‧‧‧電極圖案

PT1、PT2‧‧‧壓力圖案

S110、S120、S210、S220、S230、S240、S250、S260、S270‧‧‧步驟

SCL‧‧‧掃描線

SE‧‧‧源極

SLA‧‧‧封膠

SP‧‧‧子畫素區

SS‧‧‧子間隙物

T‧‧‧圖框時間

V1、V2、V3‧‧‧固定電壓

VCOM‧‧‧共用電壓

W1‧‧‧顯示驅動波形

W2、W3‧‧‧驅動波形

W4‧‧‧壓力感測波形

W5‧‧‧波形

X、Y、Z‧‧‧方向

圖1A是依照本發明的一實施例的一種觸控顯示裝置的剖面示意圖。

圖1B是圖1A中畫素陣列基板的局部上視示意圖。

圖1C是圖1A中對向基板的局部上視示意圖。

圖1D是圖1A中畫素陣列基板的第一種上視示意圖。

圖1E是圖1A中對向基板的第一種上視示意圖。

圖1E’是圖1E的對向基板的另一種實施方式的上視示意圖。

圖2及圖3分別是本發明的觸控顯示裝置在觸控感測模式及壓力感測模式的示意圖。

圖4是圖1A中對向基板的第二種上視示意圖。

圖5是圖1A中對向基板的第三種上視示意圖。

圖6A及圖6B分別是圖1A中畫素陣列基板及對向基板的另一種上視示意圖。

圖7是依照本發明的一實施例的一種觸控顯示裝置的驅動方法的流程圖。

圖8至圖14是依照圖7的觸控顯示裝置的驅動方法的示意圖。

圖15是依照本發明的一實施例的一種觸控顯示裝置的壓力檢測方法的流程圖。

圖16是圖15中間距變化與壓力的關係曲線的示意圖。

圖1A是依照本發明的一實施例的一種觸控顯示裝置的 剖面示意圖。圖1B是圖1A中畫素陣列基板的局部上視示意圖。圖1C是圖1A中對向基板的局部上視示意圖。圖1D是圖1A中畫素陣列基板的第一種上視示意圖。圖1E是圖1A中對向基板的第一種上視示意圖。圖1E’是圖1E的對向基板的另一種實施方式的上視示意圖。圖2及圖3分別是本發明的觸控顯示裝置在觸控感測模式及壓力感測模式的示意圖。

請參照圖1A，觸控顯示裝置100包括畫素陣列基板110、對向基板120以及顯示介質層130。畫素陣列基板110包括第一基板112以及多個感測電極114。第一基板112適於承載感測電極114。舉例而言，第一基板112可以是玻璃基板或是塑膠基板，但不以此為限。

請參照圖1B，第一基板112具有陣列排列的多個子畫素區SP(圖1B僅示意性標示出一個子畫素區SP)。進一步而言，畫素陣列基板110可進一步包括多條掃描線SCL、多條資料線DL、多個主動元件AE以及多個畫素電極PE。掃描線SCL、資料線DL、主動元件AE以及畫素電極PE配置在第一基板112面對對向基板120的表面上，其中掃描線SCL與資料線DL交錯排列，而劃分出以陣列方式排列的多個子畫素區SP。為使掃描線SCL與資料線DL結構上分離，而各自保持獨立的電性，畫素陣列基板110可進一步包括閘絕緣層(未繪示)設置在掃描線SCL與資料線DL之間。

各主動元件AE分別位於其中一子畫素區SP中且與對應的掃描線SCL以及對應的資料線DL電性連接。進一步而言，各 主動元件AE可包括閘極GE、通道層(未繪示)、源極SE以及汲極DE，其中閘極GE與對應的掃描線SCL電性連接，而源極SE與對應的資料線DL電性連接。閘極GE與掃描線SCL可為同一層(以下簡稱第一層)，亦即閘極GE與掃描線SCL可由相同製程同時形成。另一方面，源極SE、汲極DE以及資料線DL可為同一層(以下簡稱第二層)，亦即源極SE、汲極DE以及資料線DL可由相同製程同時形成。考量到掃描線SCL以及資料線DL傳遞訊號的能力，第一層以及第二層的材質可為金屬。

畫素電極PE分別位於其中一子畫素區SP中且與對應的主動元件AE電性連接。在一實施例中，畫素陣列基板110可進一步包括平坦層(未繪示)，平坦層覆蓋主動元件AE，以提供畫素電極PE平坦的承載面。平坦層具有多個開口。各開口分別暴露出其中一汲極DE。畫素電極PE配置在平坦層上，且分別透過其中一開口與對應的汲極DE電性連接。考量到觸控顯示裝置100的開口率，畫素電極PE的材質可採用透明導電材質，如氧化銦錫、氧化銦或氧化錫等金屬氧化物，但不以此為限。

應說明的是，子畫素區SP中各元件(如主動元件AE以及畫素電極PE)的形狀、數量及元件間的製程順序或相對配置關係可依據設計需求改變，而不限於上述描述或圖1B所繪示者。舉例而言，各畫素電極PE可以分別為梳狀電極，但不以此為限。

感測電極114配置在第一基板112上且彼此電性絕緣。在本實施例中，感測電極114可位於主動元件AE以及畫素電極 PE上，使得主動元件AE以及畫素電極PE位於感測電極114與第一基板112之間。然而，畫素電極PE與感測電極114的堆疊順序不以上述為限。此外，畫素陣列基板110可進一步在畫素電極PE與感測電極114之間配置介電層(未繪示)，以使感測電極114與畫素電極PE電性絕緣。

請參照圖1B及圖1D，在感測電極114中，至少部分感測電極114分別覆蓋多個子畫素區SP。進一步而言，感測電極114可包括多個觸控感測電極114A以及多個第一壓力感測電極114B。觸控感測電極114A彼此電性絕緣，而各自維持獨立的電性。此外，各觸控感測電極114A覆蓋多個子畫素區SP。在本實施例中，各觸控感測電極114A覆蓋3個子畫素區SP。然而，各觸控感測電極114A所覆蓋之子畫素區SP的數量可依據觸控靈敏度的需求改變，而不限於圖1D所繪示者。

第一壓力感測電極114B電性絕緣於觸控感測電極114A，且第一壓力感測電極114B間彼此電性絕緣，而各自維持獨立的電性。此外，第一壓力感測電極114B覆蓋被觸控感測電極114A暴露的子畫素區SP。進一步而言，觸控感測電極114A包括多個第一觸控感測電極114A1以及多個第二觸控感測電極114A2。第一觸控感測電極114A1與第二觸控感測電極114A2彼此電性絕緣且彼此不重疊。各第一觸控感測電極114A1具有開口O。各開口O分別暴露出至少一子畫素區SP的至少部分區域。圖1B繪示各開口O分別暴露出其中一子畫素區SP的中間部分區 域，但不以此為限。各第一壓力感測電極114B分別設置在其中一開口O中，且遮蔽對應開口O所暴露的子畫素區SP。圖1D雖繪示各開口O位於對應的第一觸控感測電極114A1的中間，使得各第一觸控感測電極114A1圍繞在對應的第一壓力感測電極114B的四側，但不以此為限。在另一實施例中，各開口O也可位於對應的第一觸控感測電極114A1的角落或邊緣。各第一壓力感測電極114B也可以是被其中一第一觸控感測電極114A1所圍繞，並藉由一間距彼此電性絕緣，如圖1A、圖1B及圖1D所示。

請再參照圖1A，對向基板120相對於畫素陣列基板110且包括第二基板122以及壓力感測層124。第二基板122適於承載壓力感測層124。舉例而言，第二基板122可以是玻璃基板或是塑膠基板，但不以此為限。

請參照圖1A、圖1C及圖1E，壓力感測層124配置在第二基板122面對畫素陣列基板110的表面上。在本實施例中，壓力感測層124為圖案化電極層，其包括多個第二壓力感測電極124A以及多個連接部124B。各第二壓力感測電極124A分別對應其中一感測電極114設置，且各第二壓力感測電極124A例如分別對應其中一第一壓力感測電極114B設置。連接部124B將第二壓力感測電極124A連接(參見圖1E)，以使第二壓力感測電極124A電性連接。考量到觸控顯示裝置100的開口率，壓力感測層124的材質可採用透明導電材質，如氧化銦錫、氧化銦或氧化錫等金屬氧化物，但不以此為限。在本實施例中，如圖1C所示，連接部 124B可對應黑矩陣128設置，而第二壓力感測電極124A可覆蓋多個彩色濾光圖案。在一實施例中，壓力感測層124也可以是金屬網格(Metal Mesh)，較佳例如是奈米銀絲(Nano-Silver Wire)。

請參照圖1A及圖1C，對向基板120可進一步包括彩色濾光層126。彩色濾光層126配置在第二基板122上且位於第二基板122與壓力感測層124之間，但不以此為限。在另一實施例中，彩色濾光層126也可配置在第一基板112上。

請參照圖1C，彩色濾光層126可包括多個第一彩色濾光圖案126A、多個第二彩色濾光圖案126B以及多個第三彩色濾光圖案126C，其中第一彩色濾光圖案126A、第二彩色濾光圖案126B以及第三彩色濾光圖案126C的顏色可分別為紅、綠及藍。然而，彩色濾光層126的顏色種類、數量及排列方式不限於圖1C所繪示者。

對向基板120還可進一步包括黑矩陣128，以遮蔽觸控顯示裝置100中不欲被看見的元件。舉例而言，黑矩陣128可對應圖1B中的掃描線SCL與資料線DL設置。在一實施例中，黑矩陣128還可進一步覆蓋主動元件AE。

值得一提的是，第一壓力感測電極114A與第二壓力感測電極124A可以對應地設置，其中壓力感測電極的數量及其設置位置等設計參數可依壓力感測靈敏度需求而增減。在一實施例中，第一壓力感測電極114A與第二壓力感測電極124A也可以對應黑矩陣設置，藉此可提升觸控顯示裝置100的視覺效果。

藉由感測電極114以及壓力感測層124的設置，觸控顯示裝置100可進行觸控感測模式以及壓力感測模式。請參照圖2及圖3，在觸控感測模式下，第一觸控感測電極114A1與第二觸控感測電極114A2可分別藉由自容式(self-capacitance)感測的方式，判斷觸控物碰觸時的二維座標(即方向X、Y上的座標)。當觸控物(如手指F)碰觸觸控顯示裝置100時，手指F與對應的觸控感測電極(第一觸控感測電極114A1以及第二觸控感測電極114A2的其中至少一者)之間會形成電容CF，從而觸控顯示裝置100可根據電容值變化之位置判斷觸控物的二維座標。另一方面，在壓力感測模式下，第一壓力感測電極114B與第二壓力感測電極124A可用於判斷觸控物施加於觸控顯示裝置100的壓力。如圖3所示，當例如手指F按壓觸控顯示裝置100時，觸控顯示裝置100受到壓力，第一壓力感測電極114B與第二壓力感測電極124A之間的間距改變(例如由間距P變成間距P’)會帶動第一壓力感測電極114B與第二壓力感測電極124A之間的電容值變化(例如由電容CP變成電容CP’)，從而觸控顯示裝置100可根據電容值變化推得觸控顯示裝置100所受之壓力(詳細之壓力檢測方法容後敘述)，亦即可感測到方向Z上的變化量(如壓力值)。是以，觸控顯示裝置100可藉由感測電極114以及壓力感測層124的設置來判斷二維觸控座標以及計算觸控顯示裝置100所受的壓力，從而能實現三維觸控感測。

為兼顧觸控感測以及壓力檢測的品質，本實施例的各第 二壓力感測電極124A的面積與對應的第一壓力感測電極114B的面積比值落在1倍至5倍之間。此外，各第一壓力感測電極114B的面積與各第一觸控感測電極114A1的面積的比值落在0.01%至15%的範圍內。另外，第一壓力感測電極114B的面積總和與第一觸控感測電極114A1以及第二觸控感測電極114A2的面積總和的比值落在0.01%至15%的範圍內。

請參照圖1A、圖1B、圖1D及圖1E，畫素陣列基板110可進一步包括控制電路115、至少一導體116、多條第一導線117、以及至少一第二導線118，以控制上述掃描線SCL、資料線DL、第一觸控感測電極114A1、第二觸控感測電極114A2、第一壓力感測電極114B以及第二壓力感測電極124A。

在一實施例中，控制電路115配置在第一基板112上，其可包括整合性控制電路(Integrated Driver & Controller；IDC)，用以進行顯示模式、觸控感測模式及壓力感測模式。換句話說，整合性控制電路電性連接於掃描線SCL、資料線DL、第一觸控感測電極114A1、第二觸控感測電極114A2、第一壓力感測電極114B以及第二壓力感測電極124A。

導體116配置在第一基板112與第二基板122之間且電性連接壓力感測層124。舉例而言，導體116可與壓力感測層124的連接部124B直接接觸，但不以此為限。所述導體116可以是銀膠，但不以此為限。

第一導線117配置在第一基板112上，且各第一導線117 分別連接其中一感測電極114(包括第一觸控感測電極114A1、第二觸控感測電極114A2以及第一壓力感測電極114B)以及控制電路115。考量到第一導線117傳遞訊號的能力，第一導線117的材質可為金屬。為避免第一導線117影響觸控顯示裝置100的視覺效果，第一導線117可對應設置在圖1C中黑矩陣128的下方。在一實施例中，第一導線117可與源極SE、汲極DE以及資料線DL為同一層，且各感測電極114可透過貫孔(未繪示)與對應的第一導線117連接，但不以此為限。在另一實施例中，第一導線117可形成在感測電極114上，且畫素陣列基板110可進一步在感測電極114與第一導線117之間設置絕緣層，以使感測電極114與第一導線117結構上分離，而各自維持獨立的電性。

第二導線118配置在第一基板112上，且各第二導線118分別連接其中一導體116以及控制電路115，使壓力感測層124與控制電路115電性連接。考量到第二導線118傳遞訊號的能力，第二導線118的材質可為金屬。此外，為避免第二導線118影響觸控顯示裝置100的視覺效果，第二導線118可對應設置在圖1C中黑矩陣128的下方。應說明的是，導體116以及第二導線118各自的數量及配置位置可依據設計需求改變，而不限於圖1A所繪示者。另一提的是，在第二基板122上未被第二壓力感測電極124A及連接部124B覆蓋的區域，也可以形成浮置的電極圖案PP，如圖1E’所示。

請再參照圖1A，顯示介質層130位於感測電極114與壓 力感測層124之間。舉例而言，顯示介質層130可為液晶層。所述液晶層可包括多個液晶分子。所述液晶分子可為正型液晶分子或負型液晶分子。由於液晶層非自發光材料，因此，觸控顯示裝置100可進一步包括背光模組BL，以提供顯示所需之面光源。然而，本發明並不侷限在非自發光的顯示裝置。在習知該領域者的理解下，本發明當可應用在自發光顯示裝置，例如有機致電發光裝置(OLED)。

另外，觸控顯示裝置100還可進一步包括封膠SL、子間隙物(sub-photo spacer)SS、第一偏光片P1以及第二偏光片P2。封膠SL位於第一基板112與第二基板122之間且環繞在顯示介質層130的周圍，以將顯示介質層130密封在第一基板112與第二基板122之間。子間隙物SS配置在第二基板122上且在方向Z上與感測電極114保持距離。在觸控顯示裝置100受到壓力時(請參照圖3)，子間隙物SS的設置可確保第一基板112與第二基板122之間保持距離，避免兩基板上的導電層(如感測電極114以及壓力感測層124)因接觸而短路。在圖1A中，子間隙物SS與壓力感測層124彼此不重疊，但不以此為限。在另一實施例中，壓力感測層124可與子間隙物SS部分重疊，且壓力感測層124與子間隙物SS重疊的部分位於子間隙物SS與第二基板122之間。第一偏光片P1配置在第一基板112背對對向基板120的表面上，且第二偏光片P2配置在第二基板122背對畫素陣列基板110的表面上。可以了解的是，觸控顯示裝置100也可包括至少一主間隙物(Main Photo-Spacer)，位於第一基板112與第二基板122之間，用以維持兩基板的間隙(cell gap)。另，當觸控顯示裝置100受壓時，子間隙物SS可用於維持兩基板的間隙。

以下以圖4至圖6說明畫素陣列基板及對向基板的其他種可實施型態，但本發明之畫素陣列基板及對向基板的可實施型態不以此為限。圖4是圖1A中對向基板的第二種上視示意圖。圖5是圖1A中對向基板的第三種上視示意圖。圖6A及圖6B分別是圖1A中畫素陣列基板及對向基板的另一種上視示意圖。

請參照圖4及圖5，對向基板120’、120”相似於圖1E的對向基板120，且相同的元件以相同的標號表示，於此不再贅述。對向基板120’、120”與對向基板120的主要差異在於壓力感測層124、124’、124”之連接部124B、124B’、124B”的圖形設計。在圖1E(或圖4)中，連接部124B(或連接部124B’)將所有的第二壓力感測電極124A連接，而在圖5中，連接部124B”將僅部分第二壓力感測電極124A連接，使得壓力感測層124”具有結構上分離的壓力圖案PT1、PT2，且壓力圖案PT1、PT2透過不同的導體116(以及圖1D中的第二導線118)而電性連接至圖1D中的控制電路115。

請參照圖6A及圖6B，畫素陣列基板110'''相似於圖1D的畫素陣列基板110，且對向基板120'''相似於圖1E的對向基板120。相同的元件以相同的標號表示，於此不再贅述。主要差異在於畫素陣列基板110'''更包括多個第三壓力感測電極114C以及多條第三導線119。各第三壓力感測電極114C分別設置在其中一第 一觸控感測電極114A1的開口O中，且各第三導線119連接其中一第三壓力感測電極114C與其中一第一壓力感測電極114B。換句話說，各第三壓力感測電極114C透過對應的第三導線119、對應的第一壓力感測電極114B以及對應的第一導線117而電性連接至控制電路115。另一方面，對向基板120'''更包括多個第四壓力感測電極124C。各第四壓力感測電極124C分別對應其中一第三壓力感測電極114C設置，且第四壓力感測電極124C透過連接部124B與第二壓力感測電極124A電性連接。

以下以圖7至圖14說明觸控顯示裝置的驅動方法。圖7是依照本發明的一實施例的一種觸控顯示裝置的驅動方法的流程圖。圖8至圖14是依照圖7的觸控顯示裝置的驅動方法的示意圖。請參照圖7，觸控顯示裝置的驅動方法包括以下步驟：提供觸控顯示裝置(如圖1A的觸控顯示裝置100)，觸控顯示裝置100包括畫素陣列基板110、對向基板120以及顯示介質層130，畫素陣列基板110包括第一基板112以及多個感測電極114，第一基板112具有陣列排列的多個子畫素區SP(參見圖1B)，感測電極114包括多個觸控感測電極114A以及多個第一壓力感測電極114B，觸控感測電極114A配置在第一基板112上且彼此電性絕緣，各觸控感測電極114A覆蓋多個子畫素區SP，第一壓力感測電極114B配置在第一基板112上且電極電性絕緣於觸控感測電極114A，其中第一壓力感測電極114B彼此電性絕緣且覆蓋被觸控感測電極114A暴露的子畫素區SP，對向基板120相對於畫素陣列基板110且包括 第二基板122以及壓力感測層124，壓力感測層124配置在第二基板122面對畫素陣列基板110的表面上，顯示介質層130位於感測電極114與壓力感測層124之間，觸控顯示裝置100包括顯示模式、觸控感測模式及壓力感測模式(步驟S110)；以及在圖框時間內，進行顯示模式、觸控感測模式及壓力感測模式的其中至少一種(步驟S120)。

具體地，在圖框時間內，觸控顯示裝置100可以執行顯示模式、觸控感測模式及壓力感測模式的其中一種，也可執行顯示模式、觸控感測模式及壓力感測模式的其中兩種，或三種都執行。以下以圖8至圖14舉例說明幾種實施方式，但本發明不以圖8至圖14的實施方式為限。

請參照圖1及圖8，在圖框時間T(如六十分之一秒)內，可進行兩次顯示模式M1、一次觸控感測模式M2及一次壓力感測模式M3，其中觸控感測模式M2與壓力感測模式M3可同時進行，且觸控感測模式M2與壓力感測模式M3可進行於兩次顯示模式M1之間。可以了解的是，在本實施例中，同時進行之觸控感測模式M2與壓力感測模式M2，也可以不在兩次顯示模式M1之間。也就是說，可單獨同時進行觸控感測模式M2與壓力感測模式M3，而不進行顯示模式M1。

進行顯示模式M1的方法包括：提供共用電壓VCOM至第一壓力感測電極114B以及觸控感測電極114A(包括第一觸控感測電極114A1以及第二觸控感測電極114A2)；以及提供固定電壓 V1至壓力感測層124，但不以此為限。在另一實施例中，亦可浮置壓力感測層124。

此外，進行顯示模式M1的方法還可包括：依序提供顯示驅動波形W1至圖1B中的畫素電極PE。藉由調變感測電極114與畫素電極PE(請參照圖1B)之間的電壓差值，可控制顯示介質層130中液晶分子的轉向，從而在第一偏光片P1以及第二偏光片P2的搭配下，觸控顯示裝置100可顯示具有不同灰階值的畫面。

同時進行觸控感測模式M2以及壓力感測模式M3的方法包括：提供相同相位之驅動波形W2、W3至觸控感測電極114A以及第一壓力感測電極114B，其中驅動波形W2、W3可具有相同之位準(如圖8所示)或不同之位準(如圖9所示)；以及提供固定電壓V2至壓力感測層124，其中固定電壓V2可不同於固定電壓V1。在另一實施例中，固定電壓V2可相同於固定電壓V1。

此外，同時進行觸控感測模式M2以及壓力感測模式M3的方法還可包括：浮置圖1B中的畫素電極PE(以虛線表面浮置的狀態)，以停止刷新顯示畫面。

請參照圖10，在圖框時間T內，也可進行一次顯示模式M1、一次觸控感測模式M2及一次壓力感測模式M3，其中觸控感測模式M2與壓力感測模式M3可同時進行，且觸控感測模式M2與壓力感測模式M3可在顯示模式M1之前或之後進行。進行顯示模式M1的方法以及同時進行觸控感測模式M2以及壓力感測模式M3的方法請參照前述，於此不再贅述。

請參照圖11，在圖框時間T內，也可進行三次顯示模式M1、一次觸控感測模式M2及一次壓力感測模式M3，且顯示模式M1、觸控感測模式M2與壓力感測模式M3分時進行。進行顯示模式M1的方法請參照前述，於此不再贅述。

進行觸控感測模式M2的方法包括：浮置壓力感測層124(以虛線表示浮置的狀態)；以及提供觸控驅動波形(如驅動波形W2)至觸控感測電極114A(包括第一觸控感測電極114A1以及第二觸控感測電極114A2)。在本實施例中，觸控感測電極114A是以自容的方式進行觸控感測，因此提供觸控驅動波形至觸控感測電極114A是指傳遞至所有的觸控感測電極114A(包括第一觸控感測電極114A1以及第二觸控感測電極114A2)的觸控驅動波形是同時自圖1D的控制電路115輸出。在另一實施例中，亦可提供一固定電壓V2至壓力感測層124，其中固定電壓V2可相同或不同於固定電壓V1。

此外，進行觸控感測模式M2的方法還可包括：提供與觸控驅動波形(如驅動波形W2)相同相位的波形(如驅動波形W3)至第一壓力感測電極114B，如圖11所示。在另一實施例中，如圖12所示，亦可提供共用電壓VCOM至第一壓力感測電極114B。在又一實施例中，也可浮置第一壓力感測電極114B。

進行壓力感測模式M3的方法包括：提供固定電壓V3至壓力感測層124，其中固定電壓V3可相同或不同於固定電壓V1、V2；提供壓力感測波形W4至第一壓力感測電極114B；以及提供 與壓力感測波形W4相同相位的波形W5至觸控感測電極114A，其中波形W5與壓力感測波形W4可具有相同或不同的位準，如圖11所示。在另一實施例中，如圖12所示，亦可提供共用電壓VCOM至觸控感測電極114A。在又一實施例中，也可浮置觸控感測電極114A。

請參照圖13及圖14，在圖框時間T內，觸控感測模式M2及壓力感測模式M3可具有不同的報點率(reporting rate)。具體地，在圖框時間T內，可進行二次顯示模式M1、二次觸控感測模式M2及一次壓力感測模式M3，且顯示模式M1、觸控感測模式M2與壓力感測模式M3可分時進行。進行顯示模式M1、觸控感測模式M2以及壓力感測模式M3的方法請參照前述，於此不再贅述。

以下搭配圖15及圖16說明觸控顯示裝置的壓力檢測方法。圖15是依照本發明的一實施例的一種觸控顯示裝置的壓力檢測方法的流程圖。圖16是圖15中間距變化與壓力的關係曲線的示意圖。觸控顯示裝置的壓力檢測方法包括以下步驟：提供觸控顯示裝置(如圖1A的觸控顯示裝置100)，觸控顯示裝置100包括畫素陣列基板110、對向基板120以及顯示介質層130，畫素陣列基板110包括第一基板112以及多個感測電極114，第一基板112具有陣列排列的多個子畫素區SP(參見圖1B)，感測電極114包括多個觸控感測電極114A以及多個第一壓力感測電極114B，觸控感測電極114A配置在第一基板112上且彼此電性絕緣，各觸控感 測電極114A覆蓋多個子畫素區SP，第一壓力感測電極114B配置在第一基板112上且電極電性絕緣於觸控感測電極114A，其中第一壓力感測電極114B彼此電性絕緣且覆蓋被觸控感測電極114A暴露的子畫素區SP，對向基板120相對於畫素陣列基板110且包括第二基板122以及壓力感測層124，壓力感測層124配置在第二基板122面對畫素陣列基板110的表面上，顯示介質層130位於感測電極114與壓力感測層124之間；當觸控顯示裝置100受壓(請參照圖3)時，依據各第一壓力感測電極114B與壓力感測層124的電容值變化(例如由電容CP變成電容CP’)，計算第一壓力感測電極114B與壓力感測層124之間距的變化量(例如由間距P變成間距P’)；以及依據間距變化，計算觸控顯示裝置100對應各第一壓力感測電極114B之位置所受之壓力。

圖15是上述觸控顯示裝置的壓力檢測方法的其中一種實施方式，但本發明不以此為限。請參照圖3、圖15及圖16，當觸控物施加壓力在具壓力感測的觸控顯示裝置(如觸控顯示裝置100)時(步驟S210)，壓力會造成第一基板112與第二基板122間的間距變化(步驟S220)。第一基板112與第二基板122間的間距變化會造成第一壓力感測電極114B與壓力感測層124間的電容變化(步驟S230)。因此，觸控顯示裝置100可藉由檢測電容變化結果，計算第一壓力感測電極114B與壓力感測層124之間距的變化量間距的變化量(步驟S240)。接著，查詢間距變化與壓力的關係曲線(請參照圖16)，得到各個第一壓力感測電極114B所受的壓力(步驟 S250)。在圖16中，第一壓力感測電極114B與壓力感測層124之間距的變化量正比於施加壓力，且間距變化與壓力的關係曲線是直線。然而，依據設計參數(如堆疊結構、電極圖形設計、使用材料的特性等)之不同，間距變化與壓力的關係曲線亦可為曲線或折線。在本實施例中，觸控顯示裝置還可參考觸控感測電極114A計算出觸控座標(步驟S260)。並且，將觸控座標附近的各個第一壓力感測電極114B所檢測的壓力值加總起來，得到外部施加的總壓力值(步驟S270)。在加總所檢測的壓力值時，可依據系統所設定的校正曲線去調變各個第一壓力感測電極114B所檢測之壓力值的權重，以滿足不同的設計需求。另外，當觸控座標大於1時，可依據相同原則，加總各觸控座標附近的第一壓力感測電極114B所檢測的壓力值，以獲得外部施加於各觸控座標的總壓力值。

綜上所述，本發明的觸控顯示裝置藉由感測電極以及壓力感測層的設置，來判斷二維觸控座標以及計算觸控顯示裝置所受的壓力，從而實現三維觸控偵測。另外，本發明還提供所述觸控顯示裝置的驅動方法以及壓力檢測方法。

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：觸控顯示裝置 110：畫素陣列基板 112：第一基板 114：感測電極 114A：觸控感測電極 114A1：第一觸控感測電極 114A2：第二觸控感測電極 114B：第一壓力感測電極 116：導體 118：第二導線 120：對向基板 122：第二基板 124：壓力感測層 124A：第二壓力感測電極

124B‧‧‧連接部

126‧‧‧彩色濾光層

130‧‧‧顯示介質層

BL‧‧‧背光模組

O‧‧‧開口

P1‧‧‧第一偏光片

P2‧‧‧第二偏光片

SL‧‧‧封膠

SS‧‧‧子間隙物

X、Y、Z‧‧‧方向

Claims (19)

1. 一種觸控顯示裝置，包括：一畫素陣列基板，包括：一第一基板，具有陣列排列的多個子畫素區；以及多個感測電極，配置在該第一基板上且彼此電性絕緣，其中至少部分該些感測電極分別覆蓋多個子畫素區，其中該些感測電極包括多個觸控感測電極以及多個第一壓力感測電極，該些觸控感測電極彼此電性絕緣，且各該觸控感測電極覆蓋多個子畫素區，該些第一壓力感測電極電性絕緣於該些觸控感測電極，其中該些第一壓力感測電極彼此電性絕緣，且覆蓋被該些觸控感測電極暴露的該些子畫素區；一對向基板，相對於該畫素陣列基板且包括：一第二基板；以及一壓力感測層，配置在該第二基板面對該畫素陣列基板的表面上；以及一顯示介質層，位於該些感測電極與該壓力感測層之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示裝置，其中該壓力感測層包括多個第二壓力感測電極以及多個連接部，各該第二壓力感測電極分別對應其中一感測電極設置，且該些連接部將該些第二壓力感測電極連接。
3. 如申請專利範圍第2項所述的觸控顯示裝置，其中該些觸控感測電極包括多個第一觸控感測電極以及多個第二觸控感測 電極，該些第一觸控感測電極與該些第二觸控感測電極彼此電性絕緣且彼此不重疊，各該第一觸控感測電極具有一開口，且各該第一壓力感測電極分別設置在其中一開口中。
4. 如申請專利範圍第3項所述的觸控顯示裝置，其中各該第一壓力感測電極的面積與各該第一觸控感測電極的面積的比值落在0.01%至15%的範圍內。
5. 如申請專利範圍第3項所述的觸控顯示裝置，其中該些第一壓力感測電極的面積總和與該些第一觸控感測電極以及該些第二觸控感測電極的面積總和的比值落在0.01%至15%的範圍內。
6. 如申請專利範圍第3項所述的觸控顯示裝置，其中各該第二壓力感測電極的面積與對應的第一壓力感測電極的面積比值落在1倍至5倍之間。
7. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示裝置，其中該畫素陣列基板更包括：一控制電路，配置在該第一基板上；至少一導體，配置在該第一基板與該第二基板之間，且該至少一導體電性連接該壓力感測層；多條第一導線，配置在該第一基板上，且各該第一導線分別連接其中一感測電極以及該控制電路；以及至少一第二導線，配置在該第一基板上，且各該第二導線分別連接其中一導體以及該控制電路，使該壓力感測層與該控制電路電性連接。
8. 如申請專利範圍第7項所述的觸控顯示裝置，其中該控制電路包括一整合性控制電路，用以進行一顯示模式、一觸控感測模式及一壓力感測模式。
9. 一種觸控顯示裝置的驅動方法，包括：提供一觸控顯示裝置，該觸控顯示裝置包括一畫素陣列基板、一對向基板以及一顯示介質層，該畫素陣列基板包括一第一基板以及多個感測電極，該第一基板具有陣列排列的多個子畫素區，該些感測電極包括多個觸控感測電極以及多個第一壓力感測電極，該些觸控感測電極配置在該第一基板上且彼此電性絕緣，各該觸控感測電極覆蓋多個子畫素區，該些第一壓力感測電極配置在該第一基板上且電極電性絕緣於該些觸控感測電極，其中該些第一壓力感測電極彼此電性絕緣且覆蓋被該些觸控感測電極暴露的該些子畫素區，該對向基板相對於該畫素陣列基板且包括一第二基板以及一壓力感測層，該壓力感測層配置在該第二基板面對該畫素陣列基板的表面上，該顯示介質層位於該些感測電極與該壓力感測層之間，該觸控顯示裝置包括一顯示模式、一觸控感測模式及一壓力感測模式；以及在一圖框時間內，進行該顯示模式、該觸控感測模式及該壓力感測模式的其中至少一種。
10. 如申請專利範圍第9項所述的觸控顯示裝置的驅動方法，其中該顯示模式、該觸控感測模式及該壓力感測模式分時進行。
11. 如申請專利範圍第9項所述的觸控顯示裝置的驅動方法，其中在該圖框時間內，該觸控感測模式與該壓力感測模式分時進行。
12. 如申請專利範圍第9項所述的觸控顯示裝置的驅動方法，其中在該圖框時間內，該觸控感測模式與該壓力感測模式同時進行。
13. 如申請專利範圍第9項所述的觸控顯示裝置的驅動方法，其中進行該顯示模式的方法包括：提供一共用電壓至該些第一壓力感測電極以及該些觸控感測電極；以及浮置或提供一固定電壓至該壓力感測層。
14. 如申請專利範圍第9項所述的觸控顯示裝置的驅動方法，其中進行該觸控感測模式的方法包括：浮置或提供一固定電壓至該壓力感測層；以及提供一觸控驅動波形至該些觸控感測電極。
15. 如申請專利範圍第14項所述的觸控顯示裝置的驅動方法，其中進行該觸控感測模式的方法更包括：浮置或提供與該觸控驅動波形相同相位的波形或一共用電壓至該些第一壓力感測電極。
16. 如申請專利範圍第9項所述的觸控顯示裝置的驅動方法，其中進行該壓力感測模式的方法包括：提供一固定電壓至該壓力感測層； 提供一壓力感測波形至該些第一壓力感測電極；以及浮置或提供一共同電壓或與該壓力感測波形相同相位的波形至該些觸控感測電極。
17. 如申請專利範圍第9項所述的觸控顯示裝置的驅動方法，其中在該圖框時間內，該觸控感測模式與該壓力感測模式同時進行，且同時進行該觸控感測模式以及該壓力感測模式的方法包括：提供一相同相位之驅動波形至該些觸控感測電極以及該些第一壓力感測電極；以及提供一固定電壓至該壓力感測層。
18. 一種觸控顯示裝置的壓力檢測方法，包括：提供一觸控顯示裝置，該觸控顯示裝置包括一畫素陣列基板、一對向基板以及一顯示介質層，該畫素陣列基板包括一第一基板以及多個感測電極，該第一基板具有陣列排列的多個子畫素區，該些感測電極包括多個觸控感測電極以及多個第一壓力感測電極，該些觸控感測電極配置在該第一基板上且彼此電性絕緣，各該觸控感測電極覆蓋多個子畫素區，該些第一壓力感測電極配置在該第一基板上且電極電性絕緣於該些觸控感測電極，其中該些第一壓力感測電極彼此電性絕緣且覆蓋被該些觸控感測電極暴露的該些子畫素區，該對向基板相對於該畫素陣列基板且包括一第二基板以及一壓力感測層，該壓力感測層配置在該第二基板面對該畫素陣列基板的表面上，該顯示介質層位於該些感測電極與 該壓力感測層之間；當該觸控顯示裝置受壓時，依據各該第一壓力感測電極與該壓力感測層間的一電容值變化，計算該第一壓力感測電極與該壓力感測層之間距的變化量；以及依據該間距變化，計算該觸控顯示裝置對應各該第一壓力感測電極之位置所受之壓力。
19. 如申請專利範圍第18項所述的觸控顯示裝置的壓力檢測方法，更包括：藉由該些觸控感測電極辨別出至少一受壓座標；以及分別加總各該受壓座標周圍之該些第一壓力感測電極所受之壓力，以獲得各該受壓座標所受之壓力。