TWM523910U - 觸控顯示裝置 - Google Patents

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施博盛
鄭建勇
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敦泰電子股份有限公司
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Description

觸控顯示裝置
本新型創作是有關於一種觸控顯示裝置，且特別是有關於一種內建感測元件的觸控顯示裝置。
具備觸控功能已經是現行消費市場對於電子產品的必要要求之一。特別是，現有的電子產品(觸控顯示裝置)將觸控功能與顯示功能整合在一起，讓使用者可以直接點選顯示畫面，以令電子產品執行所要的功能。因此，觸控顯示裝置能提供使用者更直覺且便利的操控方式。然而，隨著應用程式(App)的開發以及穿戴式觸控顯示裝置的出現，僅具備顯示功能及感應觸控位置功能的觸控顯示裝置已無法滿足市場的需求。如果可以在感測觸控位置外進一步區分觸控時的按壓力道，將可以讓觸控感測功能更多元化，從而實現更多的操作模式。
目前的觸控顯示裝置主要藉由將壓力感測器貼附在顯示器的下方，以實現壓力感測。唯此方法容易大幅增加觸控顯示裝置的厚度以及製程成本，且存在信賴性的問題。
本新型創作提供一種觸控顯示裝置，其可改善上述厚度、製程成本以及信賴性的問題。
本新型創作的一種觸控顯示裝置，其包括第一基板、第二基板、顯示介質層、畫素電極層、觸控電極結構以及壓力感測層。第二基板與第一基板相對。顯示介質層配置於第一基板與第二基板之間。畫素電極層配置於顯示介質層與第一基板之間。觸控電極結構配置於第二基板上且包括驅動電極層以及觸控感測層。壓力感測層配置於第一基板上，其中壓力感測層與驅動電極層之間具有可變間距。
基於上述，本新型創作的觸控顯示裝置將感測元件(如觸控電極結構以及壓力感測層)內建於其中，因此可有效薄化觸控顯示裝置的厚度、降低製程成本以及改善信賴性的問題。
為讓本新型創作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。
圖1A是依照本新型創作的第一實施例的一種觸控顯示裝置的剖面示意圖。圖1B至圖1D分別是圖1A中壓力感測層、驅動電極層以及觸控感測層的第一種上視示意圖。圖1E是圖1B中區域A的放大示意圖。圖1F是依照本新型創作的第一實施例的另一種觸控顯示裝置的剖面示意圖。
請參照圖1A，觸控顯示裝置100包括第一基板110、第二基板120、顯示介質層130、畫素電極層140、觸控電極結構150以及壓力感測層160。第二基板120與第一基板110相對。顯示介質層130配置於第一基板110與第二基板120之間。畫素電極層140配置於顯示介質層130與第一基板110之間。觸控電極結構150配置於第二基板120上，且觸控電極結構150包括驅動電極層152以及觸控感測層154。壓力感測層160配置於第一基板110上，其中壓力感測層160與驅動電極層152之間具有可變間距G。
進一步而言，第一基板110與第二基板120可以分別是玻璃、塑膠或是複合材料，但不以此為限。使用者按壓觸控顯示裝置100時，第一基板110與第二基板120兩者之間的距離可以改變，從而造成壓力感測層160與驅動電極層152之間的可變間距G改變。在一實施例中，為了避免第一基板110與第二基板120之間的距離因外力而被過度擠壓，可以在第一基板110與第二基板120之間設置至少一個間隙物(未繪示)，以使第一基板110與第二基板120之間維持適當的距離。在部分實施例中，第一基板110與第二基板120之間可設置有不同高度的間隙物(未繪示)，其中一種抵頂住第一基板110與第二基板120，另一種則只抵頂住第一基板110與第二基板120的其中一者，以在觸控顯示裝置100被觸碰時允許第一基板110與第二基板120之間的距離發生變化。
顯示介質層130可以是非固態的材料，如液晶材料、電泳材料、電濕潤材料或其組合。如此，使用者按壓觸控顯示裝置100時，可以允許可變間距G被改變。另一方面，顯示介質層130也可以是固態的材料，例如有機發光材料或是半導體材料，並且顯示介質層130與第一基板110之間可存在空隙，以在使用者按壓觸控顯示裝置100時允許可變間距G改變。顯示介質層130採用非自發光顯示介質材料時，觸控顯示裝置100可進一步包括背光模組170，以提供顯示所需之光源，其中第一基板110位於第二基板120與背光模組170之間。另一方面，顯示介質層130採用自發光顯示介質材料時，觸控顯示裝置100可省略背光模組170。
觸控電極結構150與壓力感測層160分別配置在不同的基板上且位於顯示介質層130的兩對側。如圖1A所示，畫素電極層140與壓力感測層160配置於第一基板110上，且觸控電極結構150配置於第二基板120上。
畫素電極層140與壓力感測層160可依序形成在第一基板110上，例如使得畫素電極層140位於壓力感測層160與第一基板110之間，但不以此為限。在另一實施例中，畫素電極層140可在壓力感測層160之後形成，使得壓力感測層160位於畫素電極層140與第一基板110之間。觸控顯示裝置100可進一步包括絕緣層180。絕緣層180配置於畫素電極層140與壓力感測層160之間，以使兩者電性絕緣。
壓力感測層160可以共同用來形成電場以驅動顯示介質層130，從而實現顯示功能。具體地，觸控顯示裝置100可包括顯示模式。進行顯示模式的方法可包括提供顯示驅動波形至畫素電極層140，以及提供共用電壓至壓力感測層160。由於驅動電極層152鄰近顯示介質層130，為避免驅動電極層152影響驅動顯示介質層130的電場，在進行顯示模式時，可提供共用電壓至驅動電極層152。
請參照圖1B及圖1E，畫素電極層140可包括多個畫素電極140E，這些畫素電極140E可獨立驅動，以實現顯示功能。進一步而言，觸控顯示裝置100還可包括多條掃描線SL、多條資料線DL以及多個主動元件AD，其中掃描線SL與資料線DL彼此電性絕緣且彼此交錯而劃分出多個子畫素區P。各子畫素區P配置有至少一畫素電極140E以及至少一主動元件AD，且各主動元件AD與對應的畫素電極140E、掃描線SL以及資料線DL連接。在顯示模式時，可輸入驅動波形至各掃描線SL，以開啟對應的主動元件AD，並透過資料線DL輸入顯示驅動波形至各畫素電極140E，藉此實現顯示功能。
壓力感測層160可包括多個壓力感測電極160E。在本實施例中，壓力感測電極160E除了可以做為壓力感測用的電極之外，還可以做為顯示用的共用電極。壓力感測電極160E的解析度可視設計需求而定。相較於畫素電極140E，壓力感測電極160E的尺寸可以設計的較大，且壓力感測電極160E的面積可以涵蓋多個畫素電極140E的面積，使得各壓力感測電極160E與多個(如兩個或是兩個以上)畫素電極140E重疊。
請參照圖1E，畫素電極140E與壓力感測電極160E都可採用可透光的導電材料製作或是由具有足夠透光性的導電層構成。所述可透光的導電材料可包括金屬氧化物，例如氧化銦錫、氧化銦或氧化錫，但不以此為限。所述足夠透光性的導電層可包括金屬網格層，例如奈米銀絲，但不以此為限。
觸控感測層154與驅動電極層152例如依序形成在第二基板120上，且驅動電極層152位於觸控感測層154與顯示介質層130之間。觸控電極結構150可進一步包括絕緣層156。絕緣層156配置於驅動電極層152與觸控感測層154之間，以使兩者電性絕緣。在另一實施例中，驅動電極層152與觸控感測層154可分別配置於第二基板120的相對兩表面上(如圖1F所示)，例如使觸控感測層154位於第二基板120遠離顯示介質層130的一側。如此，觸控電極結構150可省略絕緣層156。或者，驅動電極層152與觸控感測層154可配置於同一層。如此，觸控電極結構150亦可省略絕緣層156。在又一實施例中，驅動電極層152與觸控感測層154也可以共同配置於第二基板120遠離顯示介質層130的一側。
驅動電極層152與觸控感測層154可以共同用來感應觸控位置。具體地，觸控顯示裝置100可包括觸控感測模式。進行觸控感測模式的方法可包括提供觸控驅動波形至驅動電極層152，以及讀取觸控感測層154的觸控感測訊號。當使用者以手指或是觸控筆等觸控媒介觸碰觸控顯示裝置100時，驅動電極層152與觸控感測層154之間的電場會被改變，並產生對應的觸控感測訊號。因此，藉由判別觸控感測訊號變異的位置，即可得到觸控媒介觸碰的位置。
在進行觸控感測模式時，可浮置畫素電極層140，並提供固定電壓至壓力感測層160。如此，顯示介質層130的狀態不容易受到觸控感測模式的進行而改變，從而有助於維持正常的顯示品質。所述提供固定電壓至壓力感測層160可包括提供共用電壓至壓力感測層160或使壓力感測層160接地。在另一實施例，也可以浮置壓力感測層160。
請參照圖1C及圖1D，驅動電極層152可包括多個驅動電極152E，且觸控感測層154包括多個觸控感測電極154E。在本實施例中，各驅動電極152E以及各觸控感測電極154E分別為條狀電極，其中各驅動電極152E沿第一方向D1延伸，且各觸控感測電極154E沿第二方向D2延伸。第二方向D2與第一方向D1相交，且例如彼此垂直，但不以此為限。
驅動電極152E除了可以做為觸控感測用的驅動電極，還可做為壓力感測用的驅動電極。具體地，觸控顯示裝置100可包括壓力感測模式。進行壓力感測模式的方法可包括提供觸控驅動波形至驅動電極層150，以及讀取壓力感測層160的壓力感測訊號。在使用者觸碰觸控顯示裝置100時，可以利用壓力感測層160與驅動電極層150間的電容變化，感測可變間距G的變化量以計算施加的壓力。亦即，觸控顯示裝置100可利用互容式感測方式來實現壓力檢測功能。
在進行壓力感測模式時，可浮置畫素電極層140。如此，顯示介質層130的狀態不容易受到壓力感測模式的進行而改變，從而有助於維持質正常的顯示品質。另外，在進行壓力感測模式時，還可提供固定電壓至觸控感測層154。所述提供固定電壓至觸控感測層154可包括提供共用電壓至觸控感測層154或使觸控感測層154接地。在另一實施例，也可以浮置觸控感測層154。如此，有助於屏蔽手指電容對於互容式壓力檢測的影響，從而提升壓力檢測的精準度。在一實施例中，還可使壓力感測電極160E被驅動電極152E覆蓋，以藉由驅動電極152E屏蔽手指電容對於壓力感測電極160E的干擾，從而進一步提升壓力檢測的精準度。
藉由將感測元件(包括觸控電極結構150以及壓力感測層160)內建於觸控顯示裝置100中，觸控顯示裝置100除了可提升整體的信賴性之外，還可省略用以配置壓力感測層160的基材以及黏著層或固定裝置，從而可有效降低觸控顯示裝置100的厚度及製程成本。
依據不同的需求，觸控顯示裝置100可進一步包括其他元件。舉例而言，觸控顯示裝置100可進一步包括多條第一連接線L1、多條第二連接線L2以及多條第三連接線L3，以傳遞或接收訊號。各第一連接線L1分別與其中一驅動電極152E連接。各第二連接線L2分別串接沿第一方向D1排列的相鄰兩觸控感測電極154E。各第三連接線L3沿第二方向D2串接壓力感測電極160E。然而，第一連接線L1、第二連接線L2以及第三連接線L3的佈線軌跡、線寬與佈線密度可依據不同需求而調整，而不限於圖1B至圖1E所繪示者。
第一連接線L1、第二連接線L2以及第三連接線L3可由金屬製成，以降低電阻。請參照圖1E，觸控顯示裝置100可進一步包括黑矩陣層190，用以增加觸控顯示裝置100的對比，及遮蔽觸控顯示裝置100中不欲被看見的元件。黑矩陣層190例如配置於第二基板120上且例如位於觸控電極結構150與第二基板120之間。黑矩陣層190可包括多個遮光條192。藉由遮光條192遮蔽住第三連接線L3，可避免使用者察覺到第三連接線L3的存在，如此可在不影響可視性的前提下使觸控顯示裝置100具備顯示、觸控及壓力感測功能。
在本實施例中，遮光條192包括多個橫向遮光條以及多個縱向遮光條，其中橫向遮光條與縱向遮光條相互連接而形成網格狀黑矩陣層。網格狀黑矩陣層具有多個開口O，各開口O暴露至少一畫素電極140E的部分區域。在一實施例中，黑矩陣層190的開口O可進一步容置彩色濾光圖案(未繪示)。彩色濾光圖案可以具有不同顏色以提供彩色濾光作用。
觸控顯示裝置100的驅動方法包括在圖框時間內，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。所述圖框時間例如為六十分之一秒。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。
在本實施例中，顯示模式、觸控感測模式及壓力感測模式例如是分時進行，但不以此為限。在一實施例中，在圖框時間內，觸控感測模式與壓力感測模式也可同時進行，其中同時進行觸控感測模式與壓力感測模式的方法包括浮置畫素電極層140，提供觸控驅動波形至驅動電極層152，讀取壓力感測層160的壓力感測訊號，以及讀取觸控感測層154的觸控感測訊號。另一方面，在圖框時間內，觸控感測模式與壓力感測模式也可分時進行，其中在進行觸控感測模式時，可提供固定電壓至壓力感測層160或浮置壓力感測層160，而在進行壓力感測模式時，可提供固定電壓至觸控感測層154或浮置觸控感測層154。
以下以圖2至圖5說明壓力感測層160、驅動電極層152以及觸控感測層154的其他種實施型態，其中相同或相似的元件以相同或相似的標號表示，於此不再贅述。圖2A至圖2C分別是圖1A中壓力感測層、驅動電極層以及觸控感測層的第二種上視示意圖。圖3A至圖3C分別是圖1A中壓力感測層、驅動電極層以及觸控感測層的第三種上視示意圖。圖4A至圖4C分別是圖1A中壓力感測層、驅動電極層以及觸控感測層的第四種上視示意圖。圖5A至圖5C分別是圖1A中壓力感測層、驅動電極層以及觸控感測層的第五種上視示意圖。
請參照圖2A至圖2C，在本實施例中，各壓力感測電極160EA為金屬網格電極。壓力感測電極160EA可藉由圖1E的遮光條192遮蔽，以避免使用者察覺到壓力感測電極160EA的存在，如此可在不影響可視性的前提下使觸控顯示裝置具備顯示、觸控及壓力感測功能。在本實施例中，壓力感測電極160EA也可沿著掃描線SL、資料線DL設置，而不與畫素電極140重疊。
請參照圖3A至圖3C，在本實施例中，各驅動電極152EA在第二方向D2上的線寬LW1變窄，且各第一連接線L1串接沿第二方向D2排列的相鄰兩驅動電極152EA。在一實施例中，各壓力感測電極160EB在第二方向D2上的線寬LW2可隨線寬LW1變窄，以令壓力感測電極160EB被驅動電極152EA覆蓋。如此，驅動電極152EA可屏蔽手指電容對於壓力感測電極160EB的干擾，從而提升壓力檢測的精準度。
請參照圖4A至圖4C，在本實施例中，各壓力感測電極160EC是條狀電極，且各壓力感測電極160EC沿第二方向D2延伸。此外，各第二連接線L2與其中一觸控感測電極154E連接。在本實施例中，觸控感測電極154E與壓力感測電極160EC彼此平行且間格排列，且觸控感測電極154E與壓力感測電極160EC彼此不重疊，亦即，觸控感測電極154E暴露出壓力感測電極160EC。
在圖1至圖3的實施例中，驅動電極152E(或驅動電極152EA)、觸控感測電極154E以及壓力感測電極160E(或壓力感測電極160EA、160EB)分別透過第一連接線L1、第二連接線L2以及第三連接線L3與不同的控制電路(未繪示)連接，但本新型創作不限於此。在本實施例中，觸控顯示裝置可進一步包括多個導電柱TH以及多條第四連接線L4，如圖4-5所示。導電柱TH位於驅動電極層152以及壓力感測層160之間，第四連接線L4可與第一連接線L1位於同一層，且第四連接線L4與第一連接線L1可連接至同一控制電路。各導電柱TH連接其中一第三連接線L3以及其中一第四連接線L4。如此，控制壓力感測層160的控制電路(未繪示)可與控制驅動電極層152的控制電路(未繪示)整合在一起，且壓力感測層160的各壓力感測電極160EC可透過對應的第三連接線L3、導電柱TH以及第四連接線L4而與控制電路電性連接。
請參照圖5A至圖5C，在本實施例中，各壓力感測電極160ED是金屬網格電極，且可沿著掃描線SL及資料線DL設置，而不與畫素電極140重疊。壓力感測電極160ED可藉由圖1E的遮光條192遮蔽，以避免使用者察覺到壓力感測電極160ED的存在，如此可在不影響可視性的前提下使觸控顯示裝置具備顯示、觸控及壓力感測功能。
綜上所述，本新型創作的觸控顯示裝置將感測元件(如觸控電極結構以及壓力感測層)內建於其中，因此可有效改善上述厚度、製程成本以及信賴性的問題。
雖然本新型創作已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本新型創作，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本新型創作的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本新型創作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‧‧‧第一基板
120‧‧‧第二基板
130‧‧‧顯示介質層
140‧‧‧畫素電極層
140E‧‧‧畫素電極
150‧‧‧觸控電極結構
152‧‧‧驅動電極層
152E、152EA‧‧‧驅動電極
154‧‧‧觸控感測層
154E‧‧‧觸控感測電極
156、180‧‧‧絕緣層
160‧‧‧壓力感測層
160E、160EA、160EB、160EC、160ED‧‧‧壓力感測電極
170‧‧‧背光模組
190‧‧‧黑矩陣層
192‧‧‧遮光條
A‧‧‧區域
AD‧‧‧主動元件
D1‧‧‧第一方向
D2‧‧‧第二方向
DL‧‧‧資料線
G‧‧‧可變間距
L1‧‧‧第一連接線
L2‧‧‧第二連接線
L3‧‧‧第三連接線
L4‧‧‧第四連接線
LW1、LW2‧‧‧線寬
O‧‧‧開口
P‧‧‧子畫素區
SL‧‧‧掃描線
TH‧‧‧導電柱
圖1A是依照本新型創作的第一實施例的一種觸控顯示裝置的剖面示意圖。 圖1B至圖1D分別是圖1A中壓力感測層、驅動電極層以及觸控感測層的第一種上視示意圖。 圖1E是圖1B中區域A的放大示意圖。 圖1F是依照本新型創作的第一實施例的另一種觸控顯示裝置的剖面示意圖。 圖2A至圖2C分別是圖1A中壓力感測層、驅動電極層以及觸控感測層的第二種上視示意圖。 圖3A至圖3C分別是圖1A中壓力感測層、驅動電極層以及觸控感測層的第三種上視示意圖。 圖4A至圖4C分別是圖1A中壓力感測層、驅動電極層以及觸控感測層的第四種上視示意圖。 圖5A至圖5C分別是圖1A中壓力感測層、驅動電極層以及觸控感測層的第五種上視示意圖。
100‧‧‧觸控顯示裝置
110‧‧‧第一基板
120‧‧‧第二基板
130‧‧‧顯示介質層
140‧‧‧畫素電極層
150‧‧‧觸控電極結構
152‧‧‧驅動電極層
154‧‧‧觸控感測層
156、180‧‧‧絕緣層
160‧‧‧壓力感測層
170‧‧‧背光模組
G‧‧‧可變間距

Claims (11)

  1. 一種觸控顯示裝置，包括：一第一基板；一第二基板，與該第一基板相對；一顯示介質層，配置於該第一基板與該第二基板之間；一畫素電極層，配置於該顯示介質層與該第一基板之間；一觸控電極結構，配置於該第二基板上且包括一驅動電極層以及一觸控感測層；以及一壓力感測層，配置於該第一基板上，其中該壓力感測層與該驅動電極層之間具有一可變間距。
  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壓力感測電極，該畫素電極層包括多個畫素電極，各該壓力感測電極與多個該些畫素電極重疊。
  3. 如申請專利範圍第2項所述的觸控顯示裝置，其中該驅動電極層包括多個驅動電極，且該些驅動電極覆蓋該些壓力感測電極。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示裝置，其中該驅動電極層包括多個驅動電極，該觸控感測層包括多個觸控感測電極，該壓力感測層包括多個壓力感測電極，各該驅動電極沿一第一方向延伸，各該觸控感測電極以及各該壓力感測電極沿一第二方向延伸，且該第二方向與該第一方向相交。
  5. 如申請專利範圍第4項所述的觸控顯示裝置，其中該些壓力感測電極包括一共用電極。
  6. 如申請專利範圍第5項所述的觸控顯示裝置，其中該些觸控感測電極暴露出該些壓力感測電極。
  7. 如申請專利範圍第4項所述的觸控顯示裝置，其中該些壓力感測電極包括一網格。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的觸控顯示裝置，更包括：一黑矩陣層，配置於該第二基板上，其中該黑矩陣層包括多個遮光條，且該些壓力感測電極被該些遮光條遮蔽。
  9. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示裝置，更包括：一背光模組，其中該第一基板位於該第二基板與該背光模組之間。
  10. 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示裝置，其中該驅動電極層位於該觸控感測層與該顯示介質層之間。
  11. 如申請專利範圍第10項所述的觸控顯示裝置，其中該觸控感測層位於該第二基板遠離該顯示介質層的一側。
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