TWI739421B

TWI739421B - 觸控顯示裝置及其觸控感測方法

Info

Publication number: TWI739421B
Application number: TW109115651A
Authority: TW
Inventors: 黃昱榮; 何子維; 林廷政; 鄒昆峰; 李興龍
Original assignee: 大陸商友達光電（昆山）有限公司; 友達光電股份有限公司
Priority date: 2020-02-17
Filing date: 2020-05-11
Publication date: 2021-09-11
Also published as: CN111399677B; TW202132961A; CN111399677A

Abstract

本發明提供一種觸控顯示裝置及其觸控感測方法。觸控顯示裝置包括第一基板、第二基板；多個像素單元，設置於第一基板，像素單元分別包括一MIP電路，具有第一電位端與第二電位端；及像素電極，選擇性地電性連接至第一電位端或第二電位端；多條閘極線，設置於第一基板，且多條閘極線分別耦接至像素單元；閘極驅動電路，耦接至多條閘極線，用以驅動多個像素單元；多條資料線，設置於第一基板，且多條資料線分別耦接至像素單元；公共電極，設置於第二基板；及電流檢測電路，電性連接至公共電極，用於檢測公共電極上的電流變化。

Description

觸控顯示裝置及其觸控感測方法

本發明是有關於一種觸控顯示裝置，且特別是有關於一種能夠適應窄邊框需求的觸控顯示裝置及其觸控感測方法。

隨著科技的發展及人們對生活品質的需求，穿戴式產品因而崛起。觸控顯示裝置被應用在許多穿戴式產品上，如手環、手錶等。

由於穿戴式產品相較於其他電子產品(手機、PAD等)更加輕薄，相應地，穿戴式產品的電池容量亦隨之縮減，因此，穿戴式產品對於其本身的耗電的要求變得越加嚴苛。據此，能夠大幅降低耗電量的像素記憶體MIP(Memory In Pixel，MIP)電路技術越來越受到重視。通常採用MIP電路的顯示裝置把驅動電路直接設置在薄膜電晶體的陣列基板上，不需要專門的控制IC，但此種形式的顯示裝置不具備觸控功能。具有觸控功能的顯示裝置就需要將觸控面板與顯示面板結合在一起使用，並通過專門的控制IC實現觸控功能，因此，就需要增加觸控面板以及控制IC，並且還需要額外的走線連接觸控面板以及控制IC，增加了顯示面板的面積、生產工序、製造難度以及產品成本。

如何使MIP電路的顯示裝置在不需要控制IC的情况下的也能實現觸控功能，進一步减小顯示面板的面積，减少生產工序，降低製造難度以及產品成本，滿足窄邊框觸控顯示裝置的需要，實為需要解决的技術問題。

為解决上述問題，本發明提供一種觸控顯示裝置，可以在不需要控制IC的情况下實現觸控功能，進一步减小顯示面板的面積，减少生產工序，降低製造難度以及產品成本，滿足窄邊框觸控顯示裝置的需要。

本發明一實施例的觸控顯示裝置，包括一第一基板；一第二基板，與所述第一基板相對設置；多個像素單元，設置於所述第一基板，且所述多個像素單元沿著一第一方向排成多列，沿著一第二方向排成多行，其中所述像素單元分別包括：一MIP電路，具有一第一電位端與一第二電位端；及一像素電極，選擇性地電性連接至所述第一電位端或所述第二電位端；多條閘極線，設置於所述第一基板，且所述多條閘極線分別耦接至所述像素單元；一閘極驅動電路，耦接至所述多條閘極線，用以驅動所述多個像素單元；多條資料線，設置於所述第一基板，且所述多條資料線分別耦接至所述像素單元；一公共電極，設置於所述第二基板；及一電流檢測電路，電性連接至所述公共電極，用於檢測所述公共電極上的電流變化。

本發明一實施例觸控顯示裝置的觸控感測方法，所述觸控顯示裝置為上述的觸控顯示裝置，具有一顯示模式及一觸控模式，所述觸控感測方法包括：將所述觸控顯示面板分為一檢測區域及多個待檢測區域；檢測所述檢測區域中所述公共電極的電流變化；及根據所述電流變化檢測所述檢測區域的觸控狀態。

以下結合圖式和具體實施例對本發明進行詳細描述，但不作為對本發明的限定。

100:觸控顯示裝置

101:第一基板

102:第二基板

103:像素單元

104:MIP電路

105:閘極驅動電路

106:電流檢測電路

1061:電流積分器

1062:模數轉換電路

1063:多工器

1064:訊號產生電路

1065:時序電路

107:系統電路板

108:系統控制電路

109:電壓驅動電路

110:資料驅動電路

C1:第一電容

C2:第二電容

C3:第三電容

CE:公共電極

CT1:第一控制訊號

CT2:第二控制訊號

CT3:第三控制訊號

D[1]~D[m]:資料訊號

Data:資料訊號

G[1]/XG[1]~G[n]/XG[n]:閘極訊號

INV:反相器

M1,M2:寄存器

OA1:第一運算放大電路

OA2:第二運算放大電路

PE:像素電極

R1:第一電阻

R2:第二電阻

S1:第一開關單元

S2:第二開關單元

S3:第三開關單元

SL1:第一選擇電路

SL2:第二選擇電路

SOUT:資料輸出端

SW1:第一開關電路

SW2:第二開關電路

T1:第一節點

T2:第二節點

T3:第三節點

time1:切換時間

SI:電流變化訊號

V1:第一電位端

V2:第二電位端

Vb:第二電平訊號

Vcom:公共電位

Vcom1:公共電位

Vcom2:公共電位

Vdd:電源

Vss:地

Vw:第一電平訊號

200:觸控感測方法

201:檢測區域

202:待檢測區域

圖1為本發明一實施例觸控顯示裝置的結構示意圖。

圖2A為本發明一實施例像素單元的結構示意圖。

圖2B為本發明一實施例MIP電路的結構示意圖。

圖2C為圖2B所示MIP電路的訊號關係示意圖。

圖3為本發明一實施例觸控顯示裝置中不同顯示狀態示意圖。

圖4為本發明一實施例觸控感測方法的流程示意圖。

圖5為本發明一實施例電流檢測電路的結構示意圖。

圖6為本發明一實施例電流積分器的結構示意圖。

圖7為本發明一實施例電壓及控制訊號的時序示意圖。

下面結合圖式對本發明的結構原理和工作原理作具體的描述：圖1為本發明一實施例觸控顯示裝置的結構示意圖。如圖1所示，觸控顯示裝置100包括第一基板101以及第二基板102，且第一基板101與第二基板102相對設置。第一基板101例如為TFT陣列基板，第二基板102例如為觸控基板，本發明並不以此為限。第一基板101具有顯示區(AA)與周邊區(BA)(圖中未示出)，在顯示區中形成有呈陣列排列的多個像素單元103，且多個像素單元103沿著第一方向(圖示中水平方向)排成m列，沿著第二方向(圖示中垂直方向)排成n行，其中每一像素單元103具有第一電位端V1以及第二電位端V2。於本實施例中，第一基板101包含閘極驅動電路105、系統控制電路108、電壓驅動電路109以及資料驅動電路110。閘極驅動電路105通過多條閘極線分別耦接至像素單元103，以提供閘極訊號G[1]/XG[1]~G[n]/XG[n]來實現對像素單元103的驅動，其中，XG[1]為G[1]的反相訊號，同樣的，XG[n]為G[n]的反相訊號，可依不同設計需求，選擇適當的訊號(如G[1]~G[n]或其反相訊號XG[1]~XG[n])來驅動像素單元，本發明並不以此為限。電壓驅動電路109分別耦接至像素單元103，向像素單元103提供所需的工作電壓，例如電性連接至第一電位端V1的第一電平訊號Vw、電性連接至第二電位端V2的第二電平訊號Vb。資料驅動電路110通過多條資料線分別耦接至像素單元103，向像素單元103提供資料訊號D[1]~D[m]。閘極驅動電路105既可以形成在像素單元103陣列的一側實現單側驅動，也可以形成在兩側實現雙側驅動，本發明並不以此為限。為了實現發明目的，於本實施例中，第一基板101更可包含電流檢測電路106，電流檢測電路106耦接至第二基板102上的公共電極CE(圖中未示出)，以電性連接至公共電位Vcom，使得電流檢測電路106可通過檢測公共電極CE上的電流變化實現觸控感測。再如圖1的實施例所示，觸控顯示裝置100還包括系統電路板107，系統電路板107通過系統控制電路108向閘極驅動電路105、電壓驅動電路109、資料驅動電路110提供控制訊號，像素單元103同樣通過系統控制電路108向系統電路板107傳輸資料。由於電流檢測電路106可以實現觸控顯示裝置100的觸控感測，就不需要專門的控制IC，電流檢測電路106可以直接電性連接至系統控制電路108，將公共電極CE上的電流變化提供給系統控制電路108，系統控制電路108根據公共電極CE上的電流變化，判斷觸控顯示裝置100的觸控位置，能够進一步窄化觸控顯示裝置的邊框，節約顯示面板的面積。

圖2A為本發明一實施例像素單元的結構示意圖。圖2B為本發明一實施例MIP電路的結構示意圖。圖2C為圖2A所示圖元單元的各電平訊號關係示意圖。具體的，結合圖1及圖2A至圖2C所示，每一個像素單元103均包括MIP電路104以及像素電極PE。像素單元103具有第一電位端V1以及第二電位端V2，像素電極PE根據觸控顯示裝置100的狀態在MIP電路104的作用下選擇性的電性連接至第一電位端V1或第二電位端V2。結合圖2A、圖2B所示，MIP電路104通過第一電位端V1接收第一電平訊號Vw，通過第二電位端V2接收第二電平訊號Vb，且通過資料線接收資料訊號D[1]~D[m](圖2A未示出)。其中，第一開關單元S1在閘級訊號G[N]、XG[N]的控制下選擇是否將資料訊號D[1]~D[m]向下傳輸，第二開關單元S2以及第三開關單元S3在資料訊號D[1]~D[m]及反相資料訊號的控制下，選擇將第一電平訊號Vw或第二電平訊號Vb向像素電極PE輸出，以使像素電極PE與公共電極CE之間的電場來決定像素處於亮態或暗態。如圖2C所示，第一電平訊號Vw與公共電位Vcom為反相訊號，第二電平訊號Vb與公共電位Vcom為同步訊號。因此，公共電位Vcom即使發生切換，連接第二電平訊號Vb的像素單元103，其公共電極CE上也不會產生電流變化。相反，在公共電位Vcom發生切換時，連接第一電平訊號Vw的像素單元103，其公共電極CE上由於存在電位差而產生電流，電流大小由公共電極CE與像素電極PE之間的電容大小所決定。也就是說，本發明之實施例的觸控顯示裝置100中，在顯示狀態下，像素單元103的像素電極一直與第一電位端V1或第二電位端V2相連，像素電極與公共電極CE上公共電位Vcom正負切換產生的電流是由處於亮態的像素電極(連接第一電平訊號Vw)與公共電極CE之間的電容所決定。根據這一特點，可把觸控顯示裝置100中檢測區域的像素電極PE設定為亮態，其他區域設定為暗態，檢測區域中公共電極CE上的電流發生變化時，即像素電極PE和公共電極CE之間的電容發生變化，即可認定為該檢測區域受到手指按壓而改變了像素電極和公共電極CE之間的電容。

圖3為本發明一實施例觸控顯示裝置中不同顯示狀態示意圖。如圖3所示，可以根據不同的控制訊號將觸控顯示裝置的不同像素電極顯示為亮態或暗態，舉例而言，亮態的像素電極呈現為英文字母F。

圖4為本發明一實施例觸控感測方法的流程示意圖。如圖1、圖4所示，觸控顯示裝置100的觸控感測方法200包括以下步驟。具體的，系統控制電路108首先將觸控顯示裝置100分為檢測區域201以及待檢測區域202，檢測區域201設定為亮態即顯示為白畫面，待檢測區域202設定為暗態即顯示為黑畫面。電流檢測電路106對檢測區域201中公共電極CE上的電流進行檢測，判斷檢測區域201中公共電極CE上的電流是否發生變化，進而判斷檢測區域201是否受到按壓。如發生變化，表示檢測區域201受到觸控，如未發生變化，則表示檢測區域201未受到觸控。在完成檢測區域201的檢測之後，點亮與檢測區域201相鄰的待檢測區域202，進而對其進行檢測。依次對每一檢測區域201進行檢測，從而判斷整個觸控顯示裝置100中是否受到觸控及觸控位置。本實施例中，以先逐行檢測再逐列檢測進行描述，也可以按照先逐列再逐行的方式進行，本發明並不以此為限。電流檢測電路106再將檢測到的電流變化轉換成數位訊號，傳送至系統控制電路108。

圖5為本發明一實施例電流檢測電路的結構示意圖。具體的，如圖5所示，電流檢測電路106包括串聯連接的電流積分器1061、模數轉換電路1062以及多工器1063。其中，電流積分器1061電性連接至公共電極CE，用於接收電流變化訊號SI，進而將電流變化結果(類比訊號)，通過模數轉換電路1062將類比訊號轉換為數位訊號，經轉換後的數位訊號通過多工器1063的資料輸出端SOUT傳送至系統控制電路108。在本發明中，模數轉換電路1062以及多工器1063可採用通常使用的電路結構，本領域技術人員可根據電路設計要求進行選擇，在此不再贅述。另外，於本實施例中，電流檢測電路106中還可以包括寄存器M1、M2、訊號產生電路1064以及時序電路1065。具體而言，寄存器M1、M2用於寄存接收到的電流變化訊號SI以及轉換後的數位訊號。且，通過訊號產生電路1064以及時序電路1065可提供控制電流積分器1061、寄存器M1、M2以及多工器1063的控制訊號、時序訊號以及觸發訊號。當然，電流檢測電路106中不必然包括寄存器M1、M2、訊號產生電路1064以及時序電路1065，可以與其他電路公用。

圖6為本發明一實施例電流積分器的結構示意圖。如圖6所示，電流積分器1061包括反相器INV、第一選擇電路SL1、第二選擇電路SL2、第一運算放大電路OA1、第二運算放大電路OA2、第一開關電路 SW1、第二開關電路SW2、第一電阻R1、第二電阻R2、第一電容C1、第二電容C2以及第三電容C3。其中，第二電容C2為所有亮態像素電極PE和公共電極CE之間的總電容，第三電容C3為所有暗態像素電極PE和公共電極CE之間的總電容。反相器INV的電源端通過第一電阻R1電性連接至電源Vdd，地端通過第二電阻R2電性連接至地Vss，且反相器INV與第一電阻R1之間形成第一節點T1，與第二電阻R2之間形成第二節點T2。反相器INV的輸入端電性連接至一選擇訊號，輸出端電性連接至公共電極CE，並電性連接至第一電容C1及第二電容C2。第一選擇電路SL1具有第一輸入端、第二輸入端、控制端及輸出端，第一輸入端電性連接至電源Vdd，第二輸入端電性連接至地Vss，控制端電性連接至第一控制訊號CT1，輸出端電性連接至第一運算放大電路OA1。第一運算放大電路OA1具有正輸入端、負輸入端及輸出端，正輸入端電性連接至第一選擇電路SL1輸出端，負輸入端與第一運算放大電路OA1的輸出端電性連接，形成回饋電路結構，第一運算放大電路OA1用於放大第一節點T1或第二節點T2處的電流。第一運算放大電路OA1的輸出端還電性連接至第一開關電路SW1並形成第三節點T3，第一開關電路SW1具有第一端、第二端及控制端，第一端電性連接至第一運算放大電路OA1的輸出端，控制端電性連接至第三控制訊號CT3，第二端與第二運算放大電路OA2電性連接。第二運算放大電路OA2具有正輸入端、負輸入端及輸出端，負輸入端電性連接至第一開關電路SW1的第二端，負輸入端還通過並聯後的第一電容C1及第二開關電路SW2電性連接至第二運算放大電路OA2輸出端，第二運算放大電路OA2用於積分第三節點T3處的電壓。第二開關電路SW2具有第一端、第二端及控制端，第一端電性連接至第二運算放大電路OA2的負輸入端，第二端電性連接至第二運算放大電路OA2的輸出端，控制端電性連接至第二控制訊號CT2。第一電容C1並聯連接在所述第二開關電路SW2的所述第一端和所述第二端之間。第二運算放大電路OA2的正輸入端電性連接至第二選擇電路SL2，第二選擇電路SL2具有第一輸入端、第二輸入端、控制端及輸出端，第一輸入端電性連接至電源Vdd，第二輸入端電性連接至地Vss，控制端電性連接至第一控制訊號CT1，與第一選擇電路SL1的控制端一樣受第一控制訊號CT1的控制。第二電容C2、第三電容C3均具有第一端及第二端，第二電容C2以及第三電容C3的第一端均電性連接至反相器INV的輸出端，第二電容C2的第二端輸出第一電平訊號Vw，第三電容C3的第二端輸出第二電平訊號Vb。其中，像素單元103的第一電位端V1及第二電位端V2分別連接至第一電平訊號Vw及第二電平訊號Vb，且第一電平訊號Vw與第二電平訊號Vb為反相電平訊號，公共電壓Vcom與第二電平訊號Vb為同相電平訊號。第一控制訊號CT1、第二控制訊號CT2以及第三控制訊號CT3為系統控制電路108提供給像素單元103的顯示資料訊號。

具體的，如圖6所示，當公共電極CE的電位要從地Vss切到電源Vdd前，需由第一控制訊號CT1將第一運算放大電路OA1的正輸入端電性連接至第一節點T1，並將第二運算放大電路OA2的正輸入端電性連接到電源Vdd。當公共電極CE的電位要從電源Vdd切到地Vss前，需由第一控制訊號CT1將第一運算放大電路OA1的正輸入端電性連接至第一節點T1，並將第二運算放大電路OA2的正輸入端電性連接到地Vss。接著，由第二控制訊號CT2將第一電容C1的電荷清零。然後，由第三控制訊號 CT3電性連接至第三節點T3以及第二運算放大電路OA2的負輸入端。當公共電極CE要從地Vss切到電源Vdd或從電源Vdd切到地Vss過程時，第一電容C1的電荷會開始積分，由第二運算放大電路OA2輸出端的電壓變化可推算第一節點T1跟時間的積分，進一步得知共同電極CE切換時的電流積分。

圖7為本發明一實施例電壓及控制訊號的時序示意圖。結合圖6、圖7所示，公共電位Vcom1表示第二電容C2為44p時，共同電極CE上的電壓，公共電位Vcom2表示第二電容C2為40p時，共同電極CE上的電壓。其中，切換時間time1表示公共電壓Vcom切換過程所需要的時間。由圖7可以看出，在經過切換時間time1之後，公共電位Vcom1的變化值△V1約為1.36伏，而公共電位Vcom2的變化值△V2約為1.23伏。由此，根據電壓變化值就可以判斷第二電容C2是否發生變化，即像素電極PE是否受到觸控。另外，圖7還給出了第一控制訊號CT1、第二控制訊號CT2以及第三控制訊號CT3的波形示意圖。

綜上，依照本發明的實施例，電流檢測電路通過檢測共用電極CE上的電流變化判斷檢測區域的電容是否發生變化，進而判斷檢測區域是否受到觸控，不需要額外的控制IC進行觸控感測，能够進一步减小顯示面板的面積，减少生產工序，降低製造難度以及產品成本，滿足窄邊框觸控顯示裝置的需要。

當然，本發明還可有其它多種實施例，在不背離本發明精神及其實質的情况下，熟悉本領域的技術人員當可根據本發明作出各種相應的改變和變形，但這些相應的改變和變形都應屬於本發明所附的申請專利範圍的保護範圍。

100:觸控顯示裝置 101:第一基板 102:第二基板 103:像素單元 105:閘極驅動電路 106:電流檢測電路 107:系統電路板 108:系統控制電路 109:電壓驅動電路 110:資料驅動電路 D[1]~D[m]:資料訊號 G[1]/XG[1]~G[n]/XG[n]:閘極訊號 V1:第一電位端 V2:第二電位端 Vb:第二電平訊號 Vcom:公共電位 Vw:第一電平訊號

Claims

一種觸控顯示裝置，包括：一第一基板；一第二基板，與所述第一基板相對設置；多個像素單元，設置於所述第一基板，且所述多個像素單元沿著一第一方向排成多列，沿著一第二方向排成多行，其中所述像素單元分別包括：一像素記憶體電路，具有一第一電位端與一第二電位端；及一像素電極，選擇性地電性連接至所述第一電位端或所述第二電位端；多條閘極線，設置於所述第一基板，且所述多條閘極線分別耦接至所述像素單元；一閘極驅動電路，耦接至所述多條閘極線，用以驅動所述多個像素單元；多條資料線，設置於所述第一基板，且所述多條資料線分別耦接至所述像素單元；一公共電極，設置於所述第二基板；及一電流檢測電路，電性連接至所述公共電極，用於檢測所述公共電極上的電流變化。
如請求項1所述的觸控顯示裝置，還包括：一系統控制電路，設置於所述第一基板；及一系統電路板，所述電流檢測電路直接電性連接至所述系統控制電路，所述系統控制電路電性連接至所述系統電路板。
如請求項2所述的觸控顯示裝置，其中所述電流檢測電路將所述電流變化提供至所述系統控制電路，所述系統控制電路根據所述電流變化判斷所述觸控顯示裝置的觸控位置。
如請求項1所述的觸控顯示裝置，其中所述電流檢測電路包括串聯連接的一電流積分器、一模數轉換電路以及一多工器。
如請求項4所述的觸控顯示裝置，其中所述電流積分器包括：一反相器，具有一電源端、一地端、一輸入端及一輸出端，所述輸入端電性連接至所述公共電極；一第一選擇電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一控制端及一輸出端，所述第一輸入端電性連接至所述電源端，所述第二輸入端電性連接至所述地端，所述控制端電性連接至一第一控制訊號；一第一運算放大電路，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，所述正輸入端電性連接至所述第一選擇電路的所述輸出端，所述負輸入端與所述輸出端電性連接；一第一開關電路，具有一第一端、一第二端及一控制端，所述第一端電性連接至所述第一運算放大電路的所述輸出端，所述控制端電性連接至一第三控制訊號；一第二運算放大電路，具有一正輸入端、一負輸入端及一輸出端，所述負輸入端電性連接至所述第一開關電路的所述第二端；一第二開關電路，具有一第一端、一第二端及一控制端，所述第一端電性連接至所述第二運算放大電路的所述負輸入端，所述第二端電性連接至所述第二運算放大電路的所述輸出端，所述控制端電性連接至一第二控制訊號；一第一電容，並聯連接在所述第二開關電路的所述第一端和所述第二端之間；一第二選擇電路，具有一第一輸入端、一第二輸入端、一控制端及一輸出端，所述第一輸入端電性連接至所述電源端，所述第二輸入端電性連接至所述地端，所述控制端電性連接至所述第一控制訊號；一第二電容，具有一第一端及一第二端，所述第一端電性連接至所述反相器的所述輸出端，所述第二端輸出一第一電平訊號；及一第三電容，具有一第一端及一第二端，所述第一端電性連接至所述反相器的所述輸出端，所述第二端輸出一第二電平訊號。
如請求項5所述的觸控顯示裝置，其中所述第一電位端與所述第二電位端的電平反相。
如請求項5所述的觸控顯示裝置，其中所述第一控制訊號、所述第二控制訊號或所述第三控制訊號為顯示資料訊號。
如請求項6所述的觸控顯示裝置，其中所述公共電極電性連接一公共電壓，且所述公共電壓與所述第二電位端的電平相同。
一種觸控顯示裝置的觸控感測方法，所述觸控顯示裝置為如請求項1所述的觸控顯示裝置，具有一顯示模式及一觸控模式，其中所述觸控感測方法包括：將所述觸控顯示裝置分為一檢測區域及多個待檢測區域；檢測所述檢測區域中所述公共電極的電流變化；及根據所述電流變化檢測所述檢測區域的觸控狀態。
如請求項9所述的觸控感測方法，其中所述檢測所述公共電極的電流變化通過檢測所述公共電極與所述像素電極之間的電容變化實現。
如請求項9所述的觸控感測方法，其中於所述顯示模式，所述檢測區域與所述待檢測區域顯示為白畫面。
如請求項9所述的觸控感測方法，其中於所述觸控模式，所述檢測區域顯示為白畫面，所述多個待檢測區域顯示為黑畫面。
如請求項12所述的觸控感測方法，其中完成所述檢測區域的檢測之後，所述檢測區域由顯示白畫面變為顯示黑畫面，與所述檢測區域相鄰的一所述待檢測區域顯示為白畫面。
如請求項9所述的觸控感測方法，其中所述觸控狀態包括受到觸控及未受到觸控。