TWI622916B - 觸控顯示裝置及其操作方法 - Google Patents

Abstract

一種適用於感測力道的觸控顯示裝置及其操作方法。觸控顯示裝置包括觸控面板、顯示面板、至少一第一彈性間隔物、殼體和至少一第二彈性間隔物。觸控面板具有多個感應電極和多個驅動電極。顯示面板具有多個共用電極。顯示面板與觸控面板相對設置。第一彈性間隔物將觸控面板與顯示面板隔開第一距離。殼體用以承載顯示面板。第二彈性間隔物將顯示面板與殼體隔開第二距離。此外，當力道改變第一距離和第二距離時，多個共用電極中的至少一者與多個驅動電極中的至少一者之間的第一電容改變且多個共用電極中的至少一者與殼體之間的第二電容改變。

Description

觸控顯示裝置及其操作方法

本發明是有關於一種顯示裝置，且特別是有關於一種觸控顯示裝置及其操作方法。

隨著科技的發展，觸控顯示裝置已被應用至各種電子裝置中，例如智慧型手機、穿戴式裝置或平板電腦等。然而，僅具備顯示功能和感測二維觸控位置功能的觸控顯示裝置已經無法滿足市場需求。在未來的發展趨勢中，期待可以在感測二維觸控位置外更進一步感測觸控時的按壓力道(即三維觸控)，以使觸控感測功能更多元化，並實現更多樣化的操作模式。

本發明提供一種觸控顯示裝置，可進行三維觸控。

本發明提供一種觸控顯示裝置的操作方法，可以多種分時方式進行。

本發明的觸控顯示裝置適用於感測力道。觸控顯示裝置包括觸控面板、顯示面板、至少一第一彈性間隔物、殼體和至少一第二彈性間隔物。觸控面板具有多個感應電極和多個驅動電極。顯示面板具有多個共用電極。顯示面板與觸控面板相對設置。第一彈性間隔物將觸控面板與顯示面板隔開第一距離。殼體用以承載顯示面板。第二彈性間隔物將顯示面板與殼體隔開第二距離。此外，當力道改變第一距離和第二距離時，多個共用電極中的至少一者與多個驅動電極中的至少一者之間的第一電容改變且多個共用電極中的至少一者與殼體之間的第二電容改變。

在本發明的一實施例中，第一彈性間隔物和第二彈性間隔物中的至少一者可為點狀、條狀、環狀、片狀或其組合。

在本發明的一實施例中，第一彈性間隔物的一部分可為點狀、條狀、環狀或片狀。

在本發明的一實施例中，第二彈性間隔物的一部分可為點狀、條狀、環狀或片狀。

在本發明的一實施例中，第一彈性間隔物的厚度可小於等於0.5mm且大於等於0.1mm，第二彈性間隔物的厚度可小於等於0.2mm。

在本發明的一實施例中，第一彈性間隔物具有兩個以上且彼此間隔15mm~20mm。

本發明的觸控顯示裝置的操作方法包括提供觸控顯示裝置。然後，在顯示面板的圖框時間內分時進行顯示模式和力道感測模式，而觸控面板於所述圖框時間內分時進行觸控感測模式及接地模式，其中顯示模式和觸控感測模式同時進行、力道感測模式和接地模式同時進行。

在本發明的一實施例中，觸控面板可具有第一處理單元，顯示面板可具有第二處理單元，觸控顯示裝置的操作方法還可包括透過第二處理單元將力道感測訊號傳遞至第一處理單元以及透過第一處理單元辨識出觸控感測位置和力道感測位置。

在本發明的一實施例中，顯示裝置可適用於同時顯示n個圖示，n≥1。依據n個圖示的位置可將多個共用電極區分為n個部分。

在本發明的一實施例中，n可為9或16。

在本發明的一實施例中，觸控顯示裝置的操作方法還可包括在圖框時間內，分時進行k個顯示模式和k個力道感測模式，k＞1，其中顯示模式和力道感測模式交替排列。

在本發明的一實施例中，顯示面板可具有 l×m的解析度，k≤ l或k≤m。

基於上述，在本發明的觸控顯示裝置中，藉由第一彈性間隔物將觸控面板與顯示面板隔開第一距離，藉由第二彈性間隔物將顯示面板與殼體隔開第二距離。因此，對觸控顯示裝置施加力道時，力道改變第一距離造成共用電極與驅動電極之間的第一電容改變，且力道改變第二距離共用電極與殼體之間的第二電容改變。藉此，可計算出所施加的力道。

此外，本發明的觸控顯示裝置的操作方法可以多種分時方式進行，以因應各種應用條件。

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。需說明的是，本發明的圖式並未以實際裝置或元件的比例繪示。在圖式中可能誇大實施例的形狀與厚度以便清楚表現出本發明之特徵。並且，相同元件符號在圖式和描述中用來表示相同或相似部分。

圖1是依照本發明一實施例的觸控顯示裝置的示意圖。圖2是依照本發明另一實施例的觸控顯示裝置的示意圖。圖3是依照本發明又一實施例的觸控顯示裝置的示意圖。

請同時參照圖1、圖2和圖3。觸控顯示裝置1000(或觸控顯示裝置2000、觸控顯示裝置3000)包括觸控面板TP、至少一第一彈性間隔物SP1、顯示面板DP、至少一第二彈性間隔物SP2和殼體BZ。觸控面板TP可為外掛式(out-cell)的觸控面板，其具有用來感測觸控位置的多個感應電極(未繪示)和多個驅動電極(未繪示)。感應電極和驅動電極所產生的觸控訊號可傳遞至觸控面板TP的第一處理單元(未繪示)而辨識出觸控感測位置。觸控面板TP的類型沒有特別地限制，可包括電阻式、電容式或壓電式等。

第一彈性間隔物SP1配置於顯示面板DP與觸控面板TP之間以使觸控面板TP與顯示面板DP之間維持適當的第一距離D1且當施加力道時第一距離D1可改變。第一彈性間隔物SP1可為如圖1所示沿著觸控面板TP或顯示面板DP的邊緣而設置的環狀物，但不限於此，第一彈性間隔物SP1也可為點狀、條狀、環狀、片狀或其組合。舉例來說，圖2的第一彈性間隔物SP1例如是以片狀的形式配置於觸控面板TP和顯示面板DP之間，圖3的第一彈性間隔物SP1例如是以條狀和環狀的混合形式配置於觸控面板TP和顯示面板DP之間。詳細而言，圖3的第一彈性間隔物SP1的一部分例如是沿著觸控面板TP或顯示面板DP的邊緣而設置的環狀物，圖3的第一彈性間隔物SP1的另一部分例如是被所述環狀物包圍的條狀物。不過，上述第一彈性間隔物SP1的形狀是用以舉例說明本發明而非用以限制本發明。在一些實施例中，可依據實際需求對第一彈性間隔物SP1進行其他適當的設計。舉例來說，當顯示面板DP可適用於同時顯示n個圖示(n≥1)時，則可依據n個圖示的外形或排列方式等特徵來設計第一彈性間隔物SP1的形狀、大小或排列方式等，而沒有特別地限制。在本發明的一實施例中，在第一彈性間隔物SP1為多個的情形時，第一彈性間隔物SP1可彼此間隔15mm~20mm，以在觸控面板TP與顯示面板DP之間維持第一距離D1。第一彈性間隔物SP1可為透明或不透明的材質，不透明的材質(例如泡棉膠等)可用於觸控顯示裝置1000(或觸控顯示裝置2000、觸控顯示裝置3000)的非顯示區域，透明的材質(例如光學膠或透明間隙物(spacer)等)可用於觸控顯示裝置1000(或觸控顯示裝置2000、觸控顯示裝置3000)的顯示區域。第一彈性間隔物SP1的厚度例如是小於等於0.5mm且大於等於0.1mm，使可在顯示面板DP的共用電極114(示於圖4至圖6)和觸控面板TP的驅動電極之間形成第一電容，第一電容隨第一距離D1而變化。

顯示面板DP隔著第一彈性間隔物SP1與觸控面板TP相對設置。顯示面板DP可具有 l×m的解析度， l≥1且m≥1。顯示面板DP的顯示訊號可傳遞至顯示面板DP的第二處理單元(未繪示)而顯示出畫面。在本發明的一實施例中，顯示面板DP例如可適用於同時顯示n個圖示，n≥1。依據n個圖示的位置可將多個共用電極114區分為彼此電性絕緣的n個部分，例如n為9或16。此外，顯示面板DP在包括有共用電極114(示於圖4至圖6)的情況下其類型沒有特別地限制，可包括扭轉向列型(Twisted Nematic，TN)或垂直配向型(Vertical Alignment，VA)、平面內切換型(In-Plane Switching，IPS)或邊緣電場切換型(Fringe Field Switching，FFS)，其中為了清楚說明，在圖4至圖6中分別繪示各個類型中的一種可能的態樣，但本發明並不以此為限。

圖4是應用於本發明觸控顯示裝置的一種顯示面板示意圖。

請參照圖4，其示例性地表示一種扭轉向列型(Twisted Nematic，TN)或垂直配向型(Vertical Alignment，VA)的顯示面板DP100。顯示面板DP100可包括上基板102、下基板104以及配置於上基板102和下基板104之間的顯示介質106。上基板102例如為彩色濾光基板。下基板104例如為主動陣列基板，可配置有多個主動元件108、第一絕緣層110和多個畫素電極112。應理解的是，圖4雖然僅繪示出一個主動元件108和一個畫素電極112，然而，所屬技術領域的通常知識者應當知曉通常是具有多個主動元件108和多個畫素電極112。主動元件108例如為薄膜電晶體，配置於下基板104上。主動元件108可包括閘極G、通道層CH、源極S和汲極D。閘極G可配置於下基板104上，且在閘極G上方可覆蓋閘絕緣層GI。通道層CH配置於閘極G上方的閘絕緣層GI上，且源極S和汲極D分別配置於通道層CH的相對兩側，其中通道層CH的一部份暴露於源極S和汲極D之間。在本實施例中，閘極G可選擇性地較源極S和汲極D靠近下基板104，而成為底閘極型(bottom gate)薄膜電晶體，但本發明並不限於此，在其他實施例中，亦可成為頂閘極(top gate)型薄膜電晶體或其他適當形式的元件。第一絕緣層110覆蓋主動元件108且具有暴露出汲極D的第一接觸窗110A。畫素電極112可配置在第一絕緣層110上且透過第一接觸窗110A與汲極D電性連接。此外，顯示面板DP100還具有共用電極114。共用電極114可選擇性地與畫素電極112配置在不同的基板(例如上基板102)上，以形成扭轉向列型(Twisted Nematic，TN)或垂直配向型(Vertical Alignment，VA)的顯示面板DP100。

圖5是應用於本發明觸控顯示裝置的另一種顯示面板示意圖。圖5的顯示面板DP200的基本架構和圖4的顯示面板DP100的基本架構相同，除非另有描述，否則其具體描述可參考顯示面板DP100。

請參照圖5，其示例性地表示一種平面內切換型(In-Plane Switching，IPS)的顯示面板DP200。顯示面板DP200還包括配置於閘絕緣層GI上的金屬導線116。金屬導線116被第一絕緣層110所覆蓋。第一絕緣層110還具有暴露出金屬導線116的第二接觸窗110B。共用電極114可選擇性地與畫素電極112配置在相同的基板(例如下基板104)上，以形成平面內切換型(In-Plane Switching，IPS)的顯示面板DP200。詳言之，彼此電性絕緣的共用電極114和畫素電極112共同配置在第一絕緣層110上且彼此交替設置，其中共用電極114透過第二接觸窗110B而與金屬導線116電性連接。

圖6是應用於本發明觸控顯示裝置的又一種顯示面板示意圖。圖6的顯示面板DP300的基本架構和圖4的顯示面板DP100的基本架構相同，除非另有描述，否則其具體描述可參考顯示面板DP100。

請參照圖6，其示例性地表示一種邊緣電場切換型(Fringe Field Switching，FFS)的顯示面板DP300。在顯示面板DP300中，畫素電極112和主動元件108的通道層CH共同配置在閘絕緣層GI上且彼此電性絕緣。因此，汲極D可自通道層CH的一側延伸至畫素電極112而與畫素電極112電性連接。第一絕緣層110覆蓋主動元件108和畫素電極112。共用電極114可選擇性地與畫素電極112配置在相同的基板(例如下基板104)上，以形成邊緣電場切換型(Fringe Field Switching，FFS)的顯示面板DP300。詳言之，共用電極114配置在第一絕緣層110上，共用電極114和畫素電極112分別位於第一絕緣層110的上表面和下表面，且共用電極114具有暴露出畫素電極112的多個狹縫114A。

請再次參照圖1、圖2和圖3。第二彈性間隔物SP2配置於顯示面板DP與殼體BZ之間以使顯示面板DP與殼體BZ之間維持適當的第二距離D2且當施加力道時第二距離D2可改變。第二彈性間隔物SP2可為如圖1所示的片狀物，但不限於此，第二彈性間隔物SP2也可為點狀、條狀、環狀、片狀或其組合。舉例來說，圖2的第二彈性間隔物SP2例如是以條狀和環狀的混合形式配置於顯示面板DP和殼體BZ之間。詳細而言，圖2的第二彈性間隔物SP2的一部分例如是沿著顯示面板DP或殼體BZ的邊緣而設置的環狀物，圖2的第二彈性間隔物SP2的另一部分例如是被所述環狀物包圍的條狀物。此外，第二彈性間隔物SP2也可為如圖3所示沿著顯示面板DP或殼體BZ的邊緣而設置的環狀物。不過，上述第二彈性間隔物SP2的形狀是用以舉例說明本發明而非用以限制本發明。在一些實施例中，可依據實際需求對第二彈性間隔物SP2進行其他適當的設計。第二彈性間隔物SP2的材質可參考第一彈性間隔物SP1的材質，兩者的材質可以相同或不同。此外，第二彈性間隔物SP2的厚度例如是小於等於0.2mm，使可在顯示面板DP的共用電極114(示於圖4至圖6)和殼體BZ之間形成第二電容，第二電容隨第二距離D2而變化。值得注意的是，在本發明的一實施例中，不一定需要在顯示面板DP與殼體BZ之間設置第二彈性間隔物SP2，顯示面板DP的導光板、擴散片或反射片等具有彈性的組件可取代第二彈性間隔物SP2。

殼體BZ用以承載顯示面板DP，其材質可為金屬(例如鋁)。在本實施例中，觸控顯示裝置1000(或觸控顯示裝置2000、觸控顯示裝置3000)在進行觸控的同時也於觸控位置施加了一力道，所述力道讓第一彈性間隔物SP1和第二彈性間隔物SP2產生形變，造成第一距離D1和第二距離D2改變，且因此顯示面板DP的共用電極114(示於圖4至圖6)與觸控面板的驅動電極之間的第一電容改變、顯示面板DP的共用電極114(示於圖4至圖6)與殼體BZ之間的第二電容改變。透過第一電容的變化量和第二電容的變化量加總所得到的總電容變化量可計算出所施加的力道。

圖7是依照本發明的觸控顯示裝置的操作方法流程圖。圖8是應用於本發明觸控顯示裝置的操作方法的分時方式示意圖。

請同時參照圖7和圖8。在本發明的觸控顯示裝置的操作方法中，首先進行步驟S10，提供一觸控顯示裝置。所述觸控顯示裝置包括但不限於觸控顯示裝置1000、觸控顯示裝置2000或觸控顯示裝置3000，其具體描述可參考前述。以下藉由觸控顯示裝置1000說明本發明的觸控顯示裝置的操作方法。在觸控顯示裝置1000中，顯示面板DP可適用於同時顯示n個圖示，n≥1。依據n個圖示的位置可將多個共用電極114區分為彼此電性絕緣的n個部分，例如n為9或16，使可對n個圖示分別定義不同的執行功能。此外，顯示面板DP可具有 l×m的解析度， l≥1且m≥1。

接著進行步驟S20，顯示面板DP可在其圖框時間F內分時進行一個顯示模式T1和一個力道感測模式T2。詳細而言，力道感測模式T2是在顯示模式T1以外的空白區間進行的，以減少力道感測時的雜訊且可避免干擾顯示的品質。在進行力道感測模式T2時，依序對n個部分的共用電極114輸出驅動訊號TX ₁、TX ₂、…、TX _n，其中驅動訊號TX ₁為第1部分的共用電極114的輸出驅動訊號、驅動訊號TX ₂為第2部分的共用電極114的輸出驅動訊號、驅動訊號TX _n為第n部分的共用電極114的輸出驅動訊號。驅動訊號TX ₁、TX ₂、…、TX _n的驅動時序如圖8所示為依序逐個地偏移且彼此不重疊。在本發明的一實施例中，驅動訊號TX ₁、TX ₂、…、TX _n可分別包含多個方波。除此之外，在一些實施例中，顯示面板DP也可在其圖框時間F內分時進行k個顯示模式和k個力道感測模式， l≥k＞1或m≥k＞1，其中顯示模式T1和力道感測模式T2交替排列。觸控面板TP於相同的圖框時間F內分時進行觸控感測模式及接地模式。更具體地說，顯示模式T1和觸控感測模式同時進行，力道感測模式T2和接地模式同時進行，如此可減少力道感測時的干擾。

在步驟S20之後，顯示面板DP所得到的力道感測訊號可透過顯示面板DP的第二處理單元傳遞至觸控面板TP的第一處理單元，第一處理單元可從源自觸控面板TP的觸控訊號和源自顯示面板DP的力道感測訊號辨識出觸控感測位置和力道感測位置。

綜上所述，本發明的觸控顯示裝置除可進行二維觸控感測以外，可藉由第一彈性間隔物將觸控面板與顯示面板隔開第一距離、藉由第二彈性間隔物將顯示面板與殼體隔開第二距離，因此當施加力道於觸控顯示裝置時，力道改變第一距離造成共用電極與驅動電極之間的第一電容改變、且力道改變第二距離共用電極與殼體之間的第二電容改變。藉由第一電容的變化量和第二電容的變化量加總所得到的總電容變化量可計算出所施加的力道，實現三維觸控感測。並且，搭配觸控感測和力道感測不僅有助於提升觸控感測的準確度，也可提供更多樣化的操作模式。

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。

1000、2000、3000‧‧‧觸控顯示裝置
102‧‧‧上基板
104‧‧‧下基板
106‧‧‧顯示介質
108‧‧‧主動元件
110‧‧‧第一絕緣層
110A‧‧‧第一接觸窗
110B‧‧‧第二接觸窗
112‧‧‧畫素電極
114‧‧‧共用電極
114A‧‧‧狹縫
116‧‧‧金屬導線
BZ‧‧‧殼體
CH‧‧‧通道層
D‧‧‧汲極
D1‧‧‧第一距離
D2‧‧‧第二距離
DP、DP100、DP200、DP300‧‧‧顯示面板
F‧‧‧圖框時間
G‧‧‧閘極
GI‧‧‧閘絕緣層
S‧‧‧源極
S10、S20‧‧‧步驟
SP1‧‧‧第一彈性間隔物
SP2‧‧‧第二彈性間隔物
T1‧‧‧顯示模式
T2‧‧‧力道感測模式
TP‧‧‧觸控面板
TX₁、TX₂、TX_n‧‧‧驅動訊號

圖1是依照本發明一實施例的觸控顯示裝置的示意圖。 圖2是依照本發明另一實施例的觸控顯示裝置的示意圖。 圖3是依照本發明又一實施例的觸控顯示裝置的示意圖。 圖4是應用於本發明觸控顯示裝置的一種顯示面板示意圖。 圖5是應用於本發明觸控顯示裝置的另一種顯示面板示意圖。 圖6是應用於本發明觸控顯示裝置的又一種顯示面板示意圖。 圖7是依照本發明的觸控顯示裝置的操作方法流程圖。 圖8是應用於本發明觸控顯示裝置的操作方法的分時方式示意圖。

Claims (12)

1. 一種觸控顯示裝置，適用於感測一力道，所述觸控顯示裝置包括： 一觸控面板，具有多個感應電極和多個驅動電極； 一顯示面板，具有多個共用電極，所述顯示面板與所述觸控面板相對設置； 至少一第一彈性間隔物，將所述觸控面板與所述顯示面板隔開一第一距離； 一殼體，用以承載所述顯示面板；以及 至少一第二彈性間隔物，將所述顯示面板與所述殼體隔開一第二距離，當所述力道改變所述第一距離和所述第二距離時，所述多個共用電極中的至少一者與所述多個驅動電極中的至少一者之間的第一電容改變且所述多個共用電極中的所述至少一者與所述殼體之間的第二電容改變。
2. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示裝置，其中所述第一彈性間隔物和所述第二彈性間隔物中的至少一者為點狀、條狀、環狀、片狀或其組合。
3. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示裝置，其中所述第一彈性間隔物的一部分為點狀、條狀、環狀或片狀。
4. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示裝置，其中所述第二彈性間隔物的一部分為點狀、條狀、環狀或片狀。
5. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示裝置，其中所述第一彈性間隔物的厚度小於等於0.5mm且大於等於0.1mm，所述第二彈性間隔物的厚度小於等於0.2mm。
6. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示裝置，其中所述第一彈性間隔物具有兩個以上且彼此間隔15mm~20mm。
7. 一種觸控顯示裝置的操作方法，包括： 提供如申請專利範圍第1項至第6項任一項所述的觸控顯示裝置；以及 在所述顯示面板的一圖框時間內，分時進行一顯示模式和一力道感測模式； 所述觸控面板於所述圖框時間內，分時進行一觸控感測模式及一接地模式； 其中，所述顯示模式和所述觸控感測模式同時進行； 所述力道感測模式和所述接地模式同時進行。
8. 如申請專利範圍第7項所述的觸控顯示裝置的操作方法，其中所述觸控面板具有一第一處理單元，所述顯示面板具有一第二處理單元，所述觸控顯示裝置的操作方法更包括： 透過所述第二處理單元將力道感測訊號傳遞至所述第一處理單元；以及 透過所述第一處理單元辨識出一觸控感測位置和一力道感測位置。
9. 如申請專利範圍第7項所述的觸控顯示裝置的操作方法，其中所述顯示裝置適用於同時顯示n個圖示，n≥1，依據所述n個圖示的位置將所述多個共用電極區分為n個部分。
10. 如申請專利範圍第9項所述的觸控顯示裝置的操作方法，其中n為9或16。
11. 如申請專利範圍第7項所述的觸控顯示裝置的操作方法，更包括在所述圖框時間內，分時進行k個所述顯示模式和k個所述力道感測模式，k＞1，其中所述顯示模式和所述力道感測模式交替排列。
12. 如申請專利範圍第11項所述的觸控顯示裝置的操作方法，其中所述顯示面板具有 l×m的解析度，k≤ l或k≤m。