TWI669643B - 具有觸控感測功能的發光二極體裝置 - Google Patents

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Abstract

一種具有觸控感測功能的發光二極體裝置，包括：至少一顯示單元及一微控制單元。該顯示單元包括一發光二極體，具有一陽極及一陰極；一陽極導電片，是連接至該發光二極體的該陽極；及一陰極導電片，是連接至該發光二極體的該陰極；該陽極導電片及該陰極導電片是設置成：在一顯示期間，是使得該發光二極體導通而發光；且在一觸控期間，是使得該發光二極體不導通而不發光，並同時適合於感測一手指的一電荷而產生一感測訊號；該微控制單元是連接至該陽極導電片及該陰極導電片，並組態成：在該顯示期間，將該陽極導電片及該陰極導電片連接至一顯示電路；且在該觸控期間，將該陽極導電片及該陰極導電片連接至一觸控電路。

Description

具有觸控感測功能的發光二極體裝置
本發明是關於觸控顯示裝置，特別是關於具有觸控感測功能的發光二極體裝置。
發光二極體是電致發光元件，可供照明及顯示。目前，發光二極體顯示裝置亦希望可結合觸控機制，以形成觸控顯示裝置。
圖1顯示一種習知的觸控顯示裝置7，其觸控元件為一感光二極體71。在一手指觸碰該感光二極體71時，該手指會遮蔽該感光二極體71上方的光線，使該感光二極體71的一光電流發生變化，藉由該光電流變化，即可判斷觸碰事件。這種習知的觸控顯示裝置7至少具有一缺點是容易受到環境光線影響，例如，它無法在暗室中正常使用。
圖2顯示另一種習知的觸控顯示裝置8，其發光元件為一發光二極體81，而其觸控元件為設置在該發光二極體81周圍而獨立(電性絕緣)於該發光二極體81的一專用感測電極82。這種習知的觸控顯示裝置8至少具有三個缺點：第一，該專用感測電極82是一額外元件，進而需要一額外元件製程來製造它；第二，為了將該專用感測電極82連接至一控制晶片，需要多個額外佈線，進而 需要一額外佈線製程來製造它們；第三。該專用感測電極82及該多個額外佈線對於該發光二極體81會產生不利的電性或熱力學影響。
因此，確實需要一種創新的發光二極體觸控顯示裝置，以解決前述先前技術的缺失。
有鑑於此，本發明提供一種具有觸控感測功能的發光二極體裝置，包括：至少一顯示單元及一微控制單元。該顯示單元包括一發光二極體，具有一陽極及一陰極；一陽極導電片，是連接至該發光二極體的該陽極；及一陰極導電片，是連接至該發光二極體的該陰極；該陽極導電片及該陰極導電片是設置成：在一顯示期間，是使得該發光二極體導通而發光；且在一觸控期間，是使得該發光二極體不導通而不發光，並同時適合於感測一手指的一電荷而產生一感測訊號；該微控制單元是連接至該陽極導電片及該陰極導電片，並組態成：在該顯示期間，將該陽極導電片及該陰極導電片連接至一顯示電路；且在該觸控期間，將該陽極導電片及該陰極導電片連接至一觸控電路。
進一步地，在該具有觸控感測功能的發光二極體裝置中，對於該至少一顯示單元本身，該顯示期間及該觸控期間是交替發生。
換句話說，本發明對於該陽極導電片及該陰極導電片採用一分時切換(time-sharing switch)機制。
進一步地，在該具有觸控感測功能的發光二極體裝置中，除了該陽極導電片及該陰極導電片在該觸控期間用於傳遞該感測訊號之外，沒有獨立專用感測電極。
進一步地，在該具有觸控感測功能的發光二極體裝置中，該陽極導電片或該陰極導電片的任何一者作為一感測電極，或兩者皆作為感測電極。
進一步地，在該具有觸控感測功能的發光二極體裝置中，該陰極導電片的表面積大於該陽極導電片的表面積，使得該陰極導電片適合於作為一感測電極。
進一步地，在該具有觸控感測功能的發光二極體裝置中，在該微控制單元及該陽極導電片及該陰極導電片之間具有多個切換器，以將該陽極導電片及該陰極導電片連接至該顯示電路或該觸控電路。
進一步地，在該具有觸控感測功能的發光二極體裝置中，在該觸控期間，該微控制單元使得該陽極導電片及該陰極導電片發生短路，而具有一相等電壓，以適合於執行一自電容(self-capacitance)觸控感測。特別是，該相等電壓是來自該感測訊號，而該陽極導電片及該陰極導電片在傳遞該相等電壓的該感測訊號時，該發光二極體不至於發光。更特別是，該微控制單元是在該觸控電路中將該陽極導電片及該陰極導電片連接在一起而發生短路。
進一步地，在該具有觸控感測功能的發光二極體裝置中，在該觸控期間，該微控制單元使得該陰極導電片發射一觸控發射訊號，該陽極導電片接受一觸控接收訊號，以適合於執行一互電容(mutual-capacitance)觸控感測。特別是，該觸控發射訊號及該觸控接受訊號的一差值正比於該手指的該電荷。更特別是，該觸控發射訊號是一高電壓，該觸控接收訊號是一低電壓，使得該發光二極體在該觸控期間呈現逆接而不至於發光。
進一步地，在該具有觸控感測功能的發光二極體裝置中，該顯示單元是一雙列直插封裝(dual in-line package，DIP)結構或一黏著型(surface mount device，SMD)結構。
進一步地，該具有觸控感測功能的發光二極體裝置包括多個顯示單元，該多個顯示單元依序進入各自的觸控期間。
進一步地，該具有觸控感測功能的發光二極體裝置包括多個顯示單元，但是該多個顯示單元只有特定幾個顯示單元依序進入各自的觸控期間。特別是，該多個顯示單元是分成多個組別；且該微控制單元是組態成：判斷該感測訊號來自該多個組別的一特定組別；對於該特定組別，判斷該感測訊號來自該特定組別的一特定顯示單元。
進一步地，該具有觸控感測功能的發光二極體裝置包括多個顯示單元，排列成陣列。
因此，在本發明中，除了該陽極導電片及該陰極導電片在該觸控期間用於傳遞該感測訊號之外，沒有獨立專用感測電極。如此一來，不需要額外感測電極及其製程，不需要多個額外感測佈線及其製程，亦不會因上述額外元件的存在而對於該發光二極體會產生不利的電性或熱力學影響。
此外，在進一步的多個觀點下，本發明考慮到該陽極導電片及該陰極導電片作為感測電極對於該發光二極體的一影響，設計出該陽極導電片及該陰極導電片的一短路連接方式，及一逆壓施加方式，以避免該發光二極體在該感測期間產生不預期的發光。
1、2、3、4、5、6‧‧‧具有觸控感測功能的發光二極體裝置
10、10-1、10-2、10-3‧‧‧顯示單元
10*‧‧‧特定顯示單元
11‧‧‧組別
11*‧‧‧特定組別
100‧‧‧發光二極體
101‧‧‧陽極
102‧‧‧陰極
110‧‧‧陽極導電片
120‧‧‧陰極導電片
20‧‧‧微控制單元
210‧‧‧切換器
30‧‧‧顯示電路
40‧‧‧觸控電路
IO1‧‧‧陽極節點
IO2‧‧‧陰極節點
PD‧‧‧顯示期間
PT‧‧‧觸控期間
RX‧‧‧觸控接收訊號
TX‧‧‧觸控發射訊號
VH‧‧‧高電壓
VL‧‧‧低電壓
圖1顯示一種習知的觸控顯示裝置。
圖2顯示另一種習知的觸控顯示裝置。
圖3顯示本發明第一實施例的具有觸控感測功能的發光二極體裝置的方塊圖。
圖4顯示一DIP結構的一顯示單元。
圖5顯示一SMD結構的一顯示單元。
圖6顯示顯示期間及觸控期間交替發生的時序圖。
圖7顯示本發明第二實施例的具有觸控感測功能的發光二極體裝置的示意圖。
圖8及圖9顯示本發明第三實施例的具有觸控感測功能的發光二極體裝置的示意圖。
圖10顯示本發明第四實施例的具有觸控感測功能的發光二極體裝置。
圖11顯示多個顯示單元依序進入各自的觸控期間的時序圖。
圖12及圖13顯示本發明第五實施例的具有觸控感測功能的發光二極體裝置。
圖14顯示本發明第六實施例的具有觸控感測功能的發光二極體裝置。
以下說明書將提供本發明的多個實施例。可理解的是，這些實施例並非用以限制。本發明的各個實施例的特徵可加以修飾、置換、組合、分離及設計以應用於其他實施例。
第一實施例
圖3顯示本發明第一實施例的具有觸控感測功能的發光二極體裝置1的方塊圖。
具有觸控感測功能的發光二極體裝置1包括至少一顯示單元10及一微控制單元(micro control unit，MCU)20。在一例中，該顯示單元10可為一雙列直插封裝(dual in-line package，DIP)發光二極體結構，如圖4所示。在另一例中，該顯示單元10可為一黏著型(surface mount device，SMD)發光二極體結構，如圖5所示。當然，其他形式的顯示單元亦是可能的。
參考圖3、圖4及圖5，該顯示單元10包括：一發光二極體100，包括一陽極101及一陰極102；一陽極導電片110，是連接至該發光二極體100的該陽極101；及一陰極導電片120，是連接至該發光二極體100的該陰極102。
該陽極導電片110及該陰極導電片120是設置成：在一顯示期間PD，是使得該發光二極體100導通而發光；在一觸控期間PT，是使得該發光二極體100不導通而不發光，並同時適合於感測一手指的一電荷而產生一感測訊號。
在此，本發明特別是感測一手指的一電荷，而不是感測光線。
另外，對於該顯示單元10本身，該顯示期間PD及該觸控期間PT是交替發生，如圖6的時序圖所示。換句話說，本發明對於該陽極導電片110及該陰極導電片120是採用一分時切換(time-sharing switch)機制。單純顯示裝置的影像切換頻率至少大於60Hz，以避免人眼察覺。本發明進一步分成該顯示期間PD及該觸控期間PT，故本發明的分時切換頻率至少大於120Hz，以避免人眼察覺；較佳是120Hz至200Hz，以取得視覺及省電效果的平衡；當然，純粹為了避免人眼察覺，其切換頻率大於200Hz亦可。
值得注意的是，必須考慮到該陽極導電片110及該陰極導電片120作為感測電極對於該發光二極體100的一影響。具體而言，在該觸控期間PT，該陽極導電片110及該陰極導電片120作為感測電極來傳遞該感測訊號時，該感測訊號的一電壓可能導致該發光二極體100不預期的發光，例如，在不需要發光時發光，或發出過亮或過暗的光。因此，必須將該陽極導電片110及該陰極導電片120 設置成在該觸控期間PT，是使得該發光二極體100不導通而不發光。這種設置是重要的。
其中，可選擇該陽極導電片110或該陰極導電片120的任何一者作為一感測電極，換句話說，另外一者是閒置而不使用。在只使用單一感測電極的情形下，由於該陰極導電片120需要傳遞較高電壓，其尺寸是設計成大於該陽極導電片110的尺寸，以至於其表面積亦大於該陽極導電片110的表面積，如圖4所示，使得該陰極導電片120更適合於作為一感測電極。(陽極導電片110在顯示期間傳遞高電壓，而陰極導電片120在觸控期間傳遞高電壓，本發明就觸控目的作考量。)值得注意的是，在只使用單一感測電極的情形下，必須採用一自電容感測方式。
較佳是選擇該陽極導電片110及該陰極導電片120兩者一併作為感測電極，且兩者可電性連接而採用一自電容感測方式，或電性獨立而採用互電容感測方式。這些感測方式將在後續段落中進一步說明。
該微控制單元20是經由一陽極節點IO1及一陰極節點IO2分別連接至該陽極導電片110及該陰極導電片120，並組態成：在該顯示期間PD，將該陽極導電片110及該陰極導電片120連接至一顯示電路30；且在該觸控期間PT，將該陽極導電片110及該陰極導電片120連接至一觸控電路40。該顯示電路30是用於在該顯示週期PD，點亮該至少一顯示單元10，通常是一顯示單元矩陣，以顯示一影像。該觸控電路40則是用於在該觸控週期PT，使用該陽極導電片110或該陰極導電片120，或聯合兩者(依照既定設計)來執行一觸控感測。
具體而言，在該微控制單元20及該陽極導電片110及該陰極導電片120之間具有多個切換器210，以將該陽極導電片110及該陰極導電片120連接至該顯示電路30或該觸控電路40。
作為一例，該微控制單元20的運作流程是：首先，控制該顯示單元10的顯示發光；接著，將該顯示單元10自連接至該顯示電路30切換至連接至該觸控電路40(此時，該發光二極體100對於該顯示電路30呈現浮接)；接著，控制該顯示單元10的觸控感測；接著，判斷觸控感測結果；然後再回到控制該顯示單元10的顯示發光，如此形成循環。
由此可見，本發明的該陽極導電片110及該陰極導電片120既是作為該發光二極體100的電極，又是作為感測電極，並採用一分時切換機制在兩者之間作切換。
因此，在本發明中，除了該陽極導電片110及該陰極導電片120在該觸控期間PT用於傳遞該感測訊號之外，沒有獨立專用感測電極。如此一來，不需要額外感測電極及其製程，不需要多個額外感測佈線及其製程，亦不會因上述額外元件的存在而對於該發光二極體100會產生不利的電性或熱力學影響。
第二實施例
圖7顯示本發明第二實施例的具有觸控感測功能的發光二極體裝置2的示意圖，其是適合於執行一自電容觸控感測。
所謂的自電容觸控感測，是指只使用單一感測電極來感測一最小感測單位是否發生一觸碰事件，一感測訊號的發射與接收都是由該感測電極來執行。(當然，若有多個最小感測單位，則該多個最小感測單位各自配合有單一感測電極。)透過比較該感測訊號來回的一差值，即可判斷是否發生一觸碰事件。
至於只使用該陽極導電片110或只使用該陰極導電片120的情形，在此不作贅述。
本實施例特別說明的例子是，在該觸控期間PT，該微控制單元20使得該陽極導電片110及該陰極導電片120發生短路，而具有一相等電壓，以適合於執行一自電容觸控感測。具體而言，該相等電壓是來自該感測訊號，而該陽極導電片110及該陰極導電片120在傳遞該相等電壓的該感測訊號時，該發光二極體100不至於發光。
上述短路是由該微控制單元20，在該觸控電路40中，將該陽極導電片110及該陰極導電片120連接在一起而發生。上述連接可透過多個開關(例如，電晶體所組成的邏輯電路)來實現。
值得注意的一點是，在此，由於傳遞著該感測訊號，該相等電壓可為非零電壓(非接地電壓)。這裡亦彰顯出本發明的一區別特徵，因為純粹用於發光的一通用發光二極體的一陽極及一陰極在一正常操作下是不會短路的，亦不會是非零電壓(非接地電壓)。只有根據本發明，該陽極導電片110及該陰極導電片120既是用於發光，又是用於感測，才有必要在該感測期間將兩者短路，聯合成一感測電極。
另外值得注意的另外一點是，上述短路除了可提供自電容觸控感測之外，尚有兩個優點：其一，該陽極導電片110及該陰極導電片120藉由短路而聯合，可提供較大的感測面積。特別注意的是，先前技術並沒有理由將兩個分離的導電片藉由短路而聯合。其二，由於該陽極導電片110及該陰極導電片120藉由短路而具有該相等電壓，該發光二極體100由於在該陽極及該陰極之間沒有電壓差，就不會產生不預期的發光。
第三實施例
圖8顯示本發明第三實施例的具有觸控感測功能的發光二極體裝置3的示意圖，其是適合於執行一互電容觸控感測。
所謂的互電容觸控感測，在本發明中，是使用一觸控發射電極(即該陰極導電片120)來發射一觸控發射訊號TX，而使用一觸控接收電極(即該陽極導電片110)來接收一觸控接收訊號RX。如果一手指接近該觸控發射電極及該觸控接收電極，該手指的電荷會阻斷或減弱該觸控發射電極所發出的該觸控發射訊號TX，如圖9所示，在該觸控發射電極與該觸控接收電極之間的一部分電力線被該手指阻斷。接著，該觸控接收電極會接收該被阻斷或被減弱的該觸控發射訊號TX，形成該觸控接收訊號RX。透過比較該觸控發射訊號TX及該觸控接收訊號RX的一差值，即可判斷是否發生一觸碰事件。換句話說，該觸控發射訊號TX及該觸控接受訊號RX的一差值正比於一手指的電荷。
根據本發明，在該觸控期間PT，該微控制單元20是控制該陰極導電片120發射一觸控發射訊號TX，而該陽極導電片110接受一觸控接收訊號RX。較佳是，該觸控發射訊號TX是一高電壓VH，該觸控接收訊號RX是一低電壓VL，使得該發光二極體100在該觸控期間PT呈現逆接而不至於發光。
誠如上述，由於本發明的該陽極導電片110及該陰極導電片120既是作為該發光二極體100的電極，又是作為感測電極，必須考慮到該陽極導電片110及該陰極導電片120作為感測電極對於該發光二極體100的一影響，避免該發光二極體100不預期的發光。因此，藉由上述逆接對於該發光二極體100所產生的一逆壓即可避免該發光二極體100不預期的發光。
第四實施例
圖10顯示本發明第四實施例的具有觸控感測功能的發光二極體裝置4(顯示電路30存在，但是並未呈現在圖10中)，包括多個顯示單元10(例如，標示為10-1、10-2、10-3…)，每個顯示單元10皆與第一實施例的該顯示單元10具有相同結構，而該多個顯示單元10依序進入各自的觸控期間PT。由於觸控感 測需要依序掃描過每個最小感測單位，以確定一觸碰事件的一位置，該多個顯示單元10依序進入各自的觸控期間PT的時序圖如圖11所示。
第五實施例
圖12及圖13顯示本發明第五實施例的具有觸控感測功能的發光二極體裝置5(顯示電路30存在，但是並未呈現在圖12及圖13中)，包括多個顯示單元10，但是該多個顯示單元10只有特定幾個顯示單元10依序進入各自的觸控期間PT。
具體而言，該多個顯示單元10是分成多個組別11；且該微控制單元20是組態成：判斷該感測訊號來自該多個組別11的一特定組別11*；對於該特定組別11*，判斷該感測訊號來自該特定組別11*的一特定顯示單元10*。圖12及圖13的虛線顯示根據上述組態的一判斷路徑。圖12及圖13分別將八個顯示單元10分成不同數目的組別，具體而言，圖12是將八個顯示單元10分成兩個組別，而圖13是將八個顯示單元10分成四個組別，當然，其他分組方式亦是可能的。
換句話說，除了該特定組別11*之外，其他組別11並不需要執行一觸控掃描，以節省時間及電力。
第六實施例
圖14顯示本發明第六實施例的具有觸控感測功能的發光二極體裝置6，包括多個顯示單元10，該多個顯示單元10是排列成一陣列，其中每個顯示單元10的結構及操作請參考前述實施例。
綜上所述，在本發明中，除了該陽極導電片及該陰極導電片在該觸控期間用於傳遞該感測訊號之外，沒有獨立專用感測電極。如此一來，不需 要額外感測電極及其製程，不需要多個額外感測佈線及其製程，亦不會因上述額外元件的存在而對於該發光二極體會產生不利的電性或熱力學影響。
此外，在進一步的多個觀點下，本發明考慮到該陽極導電片及該陰極導電片作為感測電極對於該發光二極體的一影響，設計出該陽極導電片及該陰極導電片的一短路連接方式，及一逆壓施加方式，以避免該發光二極體在該感測期間產生不預期的發光。
儘管本發明已透過上述實施例說明，可理解的是，根據本發明的精神及本發明所主張的申請專利範圍，許多修飾及變化都是可能的。

Claims (15)

  1. 一種具有觸控感測功能的發光二極體裝置，包括：至少一顯示單元，其包括：一發光二極體，具有一陽極及一陰極；一陽極導電片，是連接至該發光二極體的該陽極；及一陰極導電片，是連接至該發光二極體的該陰極；其中，該陽極導電片及該陰極導電片是設置成：在一顯示期間，是使得該發光二極體導通而發光；且在一觸控期間，是使得該發光二極體不導通而不發光，並同時適合於感測一手指的一電荷而產生一感測訊號；一微控制單元，是連接至該陽極導電片及該陰極導電片，並組態成：在該顯示期間，將該陽極導電片及該陰極導電片連接至一顯示電路；且在該觸控期間，將該陽極導電片及該陰極導電片連接至一觸控電路；其中，在該觸控期間，該微控制單元使得該陽極導電片及該陰極導電片發生短路，而具有一相等電壓，以適合於執行一自電容(self-capacitance)觸控感測。
  2. 如請求項1所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，對於該至少一顯示單元本身，該顯示期間及該觸控期間是交替發生。
  3. 如請求項1所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，除了該陽極導電片及該陰極導電片在該觸控期間用於傳遞該感測訊號之外，沒有獨立專用感測電極。
  4. 如請求項1所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，該陽極導電片或該陰極導電片的任何一者作為一感測電極，或兩者皆作為感測電極。
  5. 如請求項1所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，該陰極導電片的表面積大於該陽極導電片的表面積，使得該陰極導電片適合於作為一感測電極。
  6. 如請求項1所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，在該微控制單元及該陽極導電片及該陰極導電片之間具有多個切換器，以將該陽極導電片及該陰極導電片連接至該顯示電路或該觸控電路。
  7. 如請求項1所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，該相等電壓是來自該感測訊號，而該陽極導電片及該陰極導電片在傳遞該相等電壓的該感測訊號時，該發光二極體不至於發光。
  8. 如請求項1所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，該微控制單元是在該觸控電路中將該陽極導電片及該陰極導電片連接在一起而發生短路。
  9. 如請求項1所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，該顯示單元是一雙列直插封裝(dual in-line package，DIP)結構或一黏著型(surface mount devicc，SMD)結構。
  10. 如請求項1所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，該至少一顯示單元包括多個顯示單元，該多個顯示單元依序進入各自的觸控期間。
  11. 如請求項1所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，該至少一顯示單元包括多個顯示單元，但是該多個顯示單元只有特定幾個顯示單元依序進入各自的觸控期間。
  12. 如請求項11所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，該多個顯示單元是分成多個組別；且該微控制單元是組態成：判斷該感測訊號來自該多個組別的一特定組別；對於該特定組別，判斷該感測訊號來自該特定組別的一特定顯示單元。
  13. 如請求項1所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，該至少一顯示單元包括多個顯示單元，該多個顯示單元排列成一陣列。
  14. 一種具有觸控感測功能的發光二極體裝置，包括：至少一顯示單元，其包括：一發光二極體，具有一陽極及一陰極；一陽極導電片，是連接至該發光二極體的該陽極；及一陰極導電片，是連接至該發光二極體的該陰極；其中，該陽極導電片及該陰極導電片是設置成：在一顯示期間，是使得該發光二極體導通而發光；且在一觸控期間，是使得該發光二極體不導通而不發光，並同時適合於感測一手指的一電荷而產生一感測訊號；一微控制單元，是連接至該陽極導電片及該陰極導電片，並組態成：在該顯示期間，將該陽極導電片及該陰極導電片連接至一顯示電路；且在該觸控期間，將該陽極導電片及該陰極導電片連接至一觸控電路；其中，在該觸控期間，該微控制單元使得該陰極導電片發射一觸控發射訊號，該陽極導電片接受一觸控接收訊號，以適合於執行一互電容(mutual-capacitance)觸控感測；其中，該觸控發射訊號是一高電壓，該觸控接收訊號是一低電壓，使得該發光二極體在該觸控期間呈現逆接而不至於發光。
  15. 如請求項14所述的具有觸控感測功能的發光二極體裝置，其中，該觸控發射訊號及該觸控接受訊號的一差值正比於該手指的該電荷。
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