TWI642996B - 具壓力感測之被動式顯示器 - Google Patents

Abstract

本案提供一種具壓力感測之被動式顯示器，其包含一第一基板、複數掃描電極、一液晶層、複數數據電極及一第二基板；複數掃描電極位於第一基板上且耦接一掃描電路，複數掃描電極產生至少一壓力感測訊號；液晶層位於複數掃描電極之上；複數數據電極位於液晶層之上且未電性耦接一數據電路；第二基板位於複數數據電極上。

Description

具壓力感測之被動式顯示器

本發明係關於一種被動式顯示器，尤其是關於一種具壓力感測之被動式顯示器。

一般的被動式顯示器不具有壓力感測的功能，而在於壓力感測的需求下，通常會將力道感測模組外掛於被動式顯示器，或者在被動式顯示器內額外建置一力道感測電極，所以，現有技術無法在結構相對簡單與成本考量等方面，構思出具有壓力感測的被動式顯示器。

本發明之目的之一，為提供一種具有壓力感測的被動式顯示器，其利用被動式顯示器的複數掃描電極與複數數據電極而達到壓力感測。

為達以上目的，本發明提供一種具有壓力感測的被動式顯示器，其包含一第一基板、複數掃描電極、一液晶層、複數數據電極及一第二基板；複數掃描電極位於第一基板上且耦接一掃描電路，複數掃描電極產生至少一壓力感測訊號；液晶層位於複數掃描電極之上；複數數據電極位於液晶層之上且未電性耦接一數據電路；第二基板位於複數數據電極上。

請參閱第一圖，其係為本發明被動式顯示器之壓力感測結構之一實施例的圖示。如圖所示，被動式顯示器包含一第一基板10、一掃描電極層20、一液晶層30、一數據電極層40及一第二基板50，其中，顯示器為了顯示一畫面，顯示器需包含複數掃描電極20及複數數據電極40，而第一圖以掃描電極層20示意掃描電極20且以數據電極層40示意數據電極40，所以，掃描電極層20與數據電極層40分別包含複數掃描電極20及複數數據電極40；再者，液晶層30包含複數液晶，而液晶經由電性控制可以為一直立狀態或一橫躺狀態。

請參閱第二A圖，其係為本發明被動式顯示器之驅動電路之一第一實施例的圖示，其中，一驅動電路60可以為一積體電路（Integrated circuit，IC），而如圖所示，驅動電路60耦接被動式顯示器的一顯示區70，顯示區70包含一陣列式的複數像素，每一像素的位置由複數掃描電極20與複數數據電路40交錯形成，而驅動電路60耦接複數掃描電極20與複數數據電路40；驅動電路60包含一數據電路61、一掃描電路63、一觸控感測電路65及一同步電路67，其中，同步電路67可以包含一指令解碼器及一輸入輸出通道（或稱為一輸入輸出電路）；指令解碼器用於控制顯示器的相關時序，例如：控制一顯示時序及一壓力感測時序，換言之，指令解碼器可以包含調整數據電路61、掃描電路63及觸控感測電路65的運作時序，而且指令解碼器可以處理不同顯示器產品於架構上有變異時，對應變異的顯示器架構而微調積體電路的控制時序，以使積體電路適應多樣的顯示器產品。

再者，輸入輸出通道的一輸出通道（或稱為一輸出電路）用於輸出驅動顯示面板的驅動訊號（例如：掃描電壓與數據電壓），而輸入輸出通道的一輸入通道（或稱為一輸入電路）用於接收壓力感測訊號，換言之，輸出通道與輸入通道為兩個不同的訊號傳輸路徑；而輸入輸出通道的實施例可以為雙向傳輸，即輸入通道與輸出通道為同一訊號傳輸路徑。此外，輸入輸出通道可以包含類比轉數位（ＡＤＣ）的運作。數據電路61、掃描電路63及觸控電路65分別透過同步電路67的不同耦接點而耦接同步電路67，所以，掃描電路63透過同步電路67而傳輸一掃描電壓至掃描電極20，數據電路61透過同步電路67而傳輸一數據電壓至數據電極40，如此，像素中的液晶經由掃描電壓與數據電壓的控制而導致不同的光線穿透率以顯示不同的畫面。

承接上述，在顯示器為了顯示畫面時，驅動電路60電性耦接掃描電極20與數據電極40，換言之，數據電路61與掃描電路63的輸出端的電壓準位改變會導致數據電極40與掃描電極20的電壓準位隨著改變，此時，本實施例稱為數據電路61與掃描電路63電性耦接掃描電極20與數據電極40，反之，當數據電極40與掃描電極20的電壓準位不會隨著數據電路61與掃描電路63所產生的電壓準位的不同而改變時，本實施例稱為數據電路61與掃描電路63未電性耦接掃描電極20與數據電極40；再者，本實施例雖稱數據電路61與掃描電路63未電性耦接掃描電極20與數據電極40，但在電路上，數據電路61、掃描電路63與掃描電極20、數據電極40仍分別形成電路迴路，換言之，在電路上數據電路61仍實體（physically）耦接數據電極40，同理，在電路上掃描電路63仍實體耦接掃描電極20。此外，於實施例中，「耦接」一詞可以改以「連接」一詞作描述，以此類推，「電性耦接」也可以改以「電性連接」作描述。

復參閱第二A圖，在驅動電路60驅動顯示區70顯示畫面的期間，同步電路67接收數據電壓與掃描電壓，且傳輸數據電壓與掃描電壓至顯示區70的掃描電極20與數據電極40；而在顯示區70感測觸控壓力的期間，同步電路67接收掃描電極20產生的一壓力感測訊號，且傳輸壓力感測訊號至觸控感測電路65，所以，在複數觸控壓力觸碰被動式顯示器時，掃描電極20產生複數壓力感測訊號，且同步電路67接收複數壓力感測訊號而傳輸複數壓力感測訊號至觸控感測電路65，其中，當被動式顯示器處於感測觸控壓力的期間，同步電路67截止數據電路61與掃描電路63控制數據電極40與掃描電極20的電壓準位，換言之，同步電路67於不同時間傳輸複數掃描電壓、複數數據電壓及至少一壓力感測訊號。所以，本實施例的複數掃描電極20於顯示畫面的期間接收複數掃描電壓，而複數掃描電極20於感測觸控壓力的期間產生至少一壓力感測訊號，同理，複數數據電極40於顯示畫面的期間接收複數數據電壓，而不同的是複數數據電極40於感測觸控壓力的期間未電性耦接數據電路61。

請參閱第二B圖，其係為本發明被動式顯示器之驅動電路之一第二實施例的圖示。如圖所示，驅動電路60包含數據電路61、掃描電路63、觸控感測電路65及一開關電路69，第二B圖的實施例與第二A圖的實施例不同在於第二B圖的實施例以開關電路69取代第二A圖的同步電路67；其中，開關電路69包含複數切換開關，所以，在被動式顯示器處於顯示畫面的期間，開關電路69控制複數切換開關而導通數據電路61與數據電極40之間的訊號傳輸路徑，且導通掃描電路63與掃描電極20之間的訊號傳輸路徑，惟，開關電路69截止觸控感測電路65與掃描電極20之間的訊號傳輸路徑；反之，當被動式顯示器處於感測觸控壓力的期間，開關電路69控制複數切換開關而截止數據電路61與數據電極40之間的訊號傳輸路徑，且截止掃描電路63與掃描電極20之間的訊號傳輸路徑，惟，開關電路69導通觸控感測電路65與掃描電極20之間的訊號傳輸路徑，且可以持續導通至顯示下一畫面之前。

承接上述，第二B圖的開關電路69與第二A圖的同步電路67皆可以控制數據電路61、掃描電路63及觸控感測電路65與顯示區70之間的耦接關係，例如：電性耦接或未電性耦接，惟，不論電性耦接或未電性耦接都持續處於電路迴路中的實體耦接狀態；其餘技術內容如第二A圖所述，於此不再覆述。再者，同步電路67與開關電路69皆可以適用於被動式顯示器在掃描整個顯示區70後進行感測壓力觸控的控制，或者適用於被動式顯示器每掃描一條掃描電極20後進行感測壓力觸控的控制，其所稱控制謂為截止訊號傳輸路徑或導通訊號傳輸路徑，此外，同步電路67亦可以利用選擇式輸出的方式而選擇傳輸數據電壓、掃描電壓或壓力感測訊號，例如：同步電路67可以為一多工器而實現選擇式輸出的運作；因此，在為了減少複數開關的切換損失的需求下，可以選擇以同步電路67作為驅動電路60的實施方式，再者，上述所稱選擇式輸出謂為，在被動式顯示器顯示畫面期間選擇輸出複數數據電壓與複數掃描電壓，而在被動式顯示器感測觸控壓力的期間選擇輸出壓力感測訊號且停止輸出複數數據電壓與複數掃描電壓。

請參閱第三A圖，其係為本發明被動式顯示器之壓力感測時序之一第一實施例的圖示。如圖所示，在一驅動週期DP內顯示器掃描全部掃描電極S1、S2、S3、S4…Sn，再者，驅動週期DP包含一顯示期間T1與一觸控期間T2，而顯示期間T1的時間可以依據數據電路61與掃描電路63的驅動能力而調整，例如：數據電路61與掃描電路63的輸出功率高時，顯示期間T1的時間可以減少，所以，當數據電路61與掃描電路63的輸出功率低時，顯示期間T1的時間可以增加，換言之，顯示期間T1的時間反比於掃描電路63的輸出功率與數據電路61的輸出功率，而驅動週期DP中非顯示期間T1的剩餘時間為觸控期間T2，例如：顯示期間T1佔驅動週期DP之百分之七十的時間，而觸控期間T2佔驅動週期之百分之三十的時間。

承接上述，顯示期間T1為顯示器顯示畫面的週期，而觸控期間T2為顯示器感測觸控壓力的週期，所以，在驅動週期DP顯示器運作於顯示畫面與壓力感測；且第三A圖為一分時控制的一第一實施例，在顯示期間T1掃描電極20與數據電極40作為控制液晶轉向以顯示畫面，在觸控期間T2掃描電極20作為一感應壓力電極（或稱為感應器、感應層）而數據電極作為一屏蔽層；換言之，在顯示期間T1掃描電極20與數據電極40分別接收掃描電壓與數據電壓，而在觸控期間T2時數據電路61未電性耦接數據電極40，所以數據電極40的電壓準位不被數據電路61控制而為一浮動（floating）電位，即非固定電位；同理，在觸控期間T2數據電極40的電壓準位也不被觸控感測電路65控制。如此，掃描電極20與數據電極40以顯示期間T1接收的掃描電壓與數據電壓的電壓差作為壓力感測訊號的一初始準位，而當一外力觸控顯示器時，掃描電極20與數據電極40之間的距離因外力按壓而改變，所以，掃描電極20產生的壓力感測訊號的準位隨著掃描電極20與數據電極40之間距離的改變而變化，換言之，至少一壓力感測訊號的電壓準位正比於感應層與屏蔽層之間距離，即當兩層之間的距離越近時導致壓力感測訊號的電壓準位越低，反之，當兩層之間的距離越遠時導致壓力感測訊號的電壓準位越高。

再者，實施例中是以數據電極40的浮動電位為一浮動參考電位，且因外力按壓觸控顯示器使浮動參考電位產生變化，而導致掃描電極20的壓力感測訊號的準位產生變化。例如：當掃描電極20與數據電極40之間的距離為10單位時，壓力感測訊號的初始準位為1伏特，而當外力觸控顯示器後掃描電極20與數據電極40之間的距離改變為5單位，壓力感測訊號的準位因而降低為0.5伏特，如此，驅動電路60的觸控感測電路65依據壓力感測訊號的準位變化，而獲得顯示器被觸控的訊息或位置。

請參閱第三B圖，其係為本發明被動式顯示器之壓力感測時序之一第二實施例的圖示。如圖所示，將顯示器的觸控期間T2改設計於掃描全部掃描電極S1…Sn後的一緩衝時間（blanking time），此緩衝時間仍在視覺殘留的效果下而對顯示品質不會有明顯的影響，所以，第三B圖實施例不同於第三A圖的掃描一第一條掃描電極S1後進行一第一次壓力感測，而第一次壓力感測後再次掃描一第二條掃描電極S2，而掃描第二條掃描電極S2後進行一第二次壓力感測。此外，復參閱第一圖，一般壓力感測的結構需額外設置一彈性間隔物，然而，第一圖實施例是以液晶作為間隔物並無須額外設置一間隔物，而節省彈性間隔物的建置成本。

綜上所述，實施例說明被動式顯示器使用分時的概念，以在不同時間下使掃描電極與數據電極轉換為不同作用，而達到顯示畫面與壓力感測之技術，換言之，上述實施例在考量結構相對簡單與成本等基礎上，構思出具有壓力感測的被動式顯示器。

10‧‧‧第一基板

20‧‧‧掃描電極、掃描電極層

30‧‧‧液晶層

40‧‧‧數據電極、數據電極層

50‧‧‧第二基板

60‧‧‧驅動電路

61‧‧‧數據電路

63‧‧‧掃描電路

65‧‧‧觸控感測電路

67‧‧‧同步電路

69‧‧‧開關電路

70‧‧‧顯示區

S1‧‧‧掃描電極

S2‧‧‧掃描電極

S3‧‧‧掃描電極

S4‧‧‧掃描電極

Sn‧‧‧掃描電極

DP‧‧‧驅動週期

T1‧‧‧顯示期間

T2‧‧‧觸控期間

第一圖：其係為本發明被動式顯示器之壓力感測結構之一實施例的圖示； 第二A圖：其係為本發明被動式顯示器之驅動電路之一第一實施例的圖示； 第二B圖：其係為本發明被動式顯示器之驅動電路之一第二實施例的圖示； 第三A圖：其係為本發明被動式顯示器之壓力感測時序之一第一實施例的圖示；及 第三B圖：其係為本發明被動式顯示器之壓力感測時序之一第二實施例的圖示。

Claims (10)

1. 一種具壓力感測之被動式顯示器，其包含：一第一基板；複數掃描電極，位於該第一基板上，該些掃描電極耦接一掃描電路，該些掃描電極產生至少一壓力感測訊號；一液晶層，位於該些掃描電極之上；複數數據電極，位於該液晶層之上，該些數據電極未電性耦接一數據電路，而使該些數據電極的電壓準位為一浮動電位；以及一第二基板，位於該些數據電極上。
2. 如申請專利範圍第1項所述之具壓力感測之被動式顯示器，其包含一驅動週期，該驅動週期包含一顯示期間與一觸控期間，於該顯示期間該掃描電路輸出複數掃描電壓至該些掃描電極，及該數據電路輸出複數數據電壓至該些數據電極，以顯示一畫面；於該觸控期間，該掃描電路未電性耦接該些掃描電極，一觸控感測電路電性連接該些掃描電極而接收該至少一壓力感測訊號；該數據電路未電性耦接該些數據電極而使該些數據電極的電壓準位為一浮動(Floating)電位。
3. 如申請專利範圍第1項所述之具壓力感測之被動式顯示器，其包含一驅動電路，該驅動電路包含：一同步電路，耦接該些掃描電極及該些數據電極，以於不同時間傳輸複數掃描電壓、複數數據電壓及該至少一壓力感測訊號；該掃描電路，耦接該同步電路，以輸出該些掃描電壓；該數據電路，耦接該同步電路，以輸出該些數據電壓；以及一觸控感測電路，耦接該同步電路，而接收該至少一壓力感測訊號。
4. 如申請專利範圍第1項所述之具壓力感測之被動式顯示器，其包含一驅動電路，該驅動電路包含：一開關電路，耦接該些掃描電極及該些數據電極，以控制複數掃描電壓及複數數據電壓傳輸至該些掃描電極及該些數據電極；及該開關電路於截止該些掃描電壓傳輸至該些掃描電極時，而傳輸該些掃描電極的該至少一壓力感測訊號；該掃描電路，耦接該開關電路，以輸出該些掃描電壓；該數據電路，耦接該開關電路，以輸該些數據電壓；以及一觸控感測電路，耦接該開關電路，而接收該至少一壓力感測訊號。
5. 如申請專利範圍第4項所述之具壓力感測之被動式顯示器，其中該開關電路包含複數切換開關，並耦接於該觸控感測電路、該掃描電路與該些掃描電極之間，以控制該些掃描電極電性耦接該掃描電路或該觸控感測電路。
6. 如申請專利範圍第1項所述之具壓力感測之被動式顯示器，其具有一驅動週期，該驅動週期包含一顯示期間與一觸控期間，於該顯示期間顯示一畫面後接續該觸控期間；於該顯示期間掃描該每一掃描電極及該每一數據電極，於該觸控期間偵測一外力。
7. 如申請專利範圍第1項所述之具壓力感測之被動式顯示器，其中具有一驅動週期，該驅動週期包含一顯示期間與一觸控期間，該顯示期間與該觸控期間依序交互循環而顯示一畫面；於該顯示期間未掃描該每一掃描電極及未掃描該每一數據電極後，接續該觸控期間偵測一外力。
8. 如申請專利範圍第1項所述之具壓力感測之被動式顯示器，其中具有一驅動週期，該驅動週期包含一顯示期間與一觸控期間，該顯示期間為該驅動週期之百分之七十，該觸控期間為該驅動週期之百分之三十。
9. 如申請專利範圍第1項所述之具壓力感測之被動式顯示器，其具有一驅動週期，該驅動週期包含一顯示期間與一觸控期間，該顯示期間的時間反比於該掃描電路的輸出功率與該數據電路的輸出功率，該驅動週期中非該顯示期間的時間為該觸控期間。
10. 如申請專利範圍第1項所示之具壓力感測之被動式顯示器，其中一驅動週期包含一顯示期間與一觸控期間，於該顯示期間該些掃描電極與該些數據電極控制該液晶層的複數液晶的方向；於該觸控期間該些掃描電極為一感應壓力電極，該些數據電極為一屏蔽層，該至少一壓力感測訊號的電壓準位正比於該感應層與該屏蔽層之間距離。