CN101930136B - 触控式液晶显示器及其运作方法 - Google Patents

Abstract

一种触控式液晶显示器及其运作方法，该触控式液晶显示器包含栅极驱动器、多个传感单元及判定单元。该栅极驱动器产生扫描信号。每一传感单元包含数据读取线、液晶电容、第一开关晶体管、第二开关晶体管及第三开关晶体管；当扫瞄信号开启该第一开关晶体管时，偏压电压通过该第一开关晶体管对该液晶电容充电；当扫瞄信号开启该第三开关晶体管时，该偏压电压通过该第三及第二开关晶体管产生动态电流至该数据读取线。该判定单元根据该动态电流判定该传感单元是否受到触压，其中当该第一开关晶体管未被开启且该传感单元未受到触压时，该液晶电容偏压为零。

Description

触控式液晶显示器及其运作方法

技术领域

本发明涉及一种液晶显示器，特别涉及一种触控式液晶显示器及其运作方法。

背景技术

近年来，液晶显示器已成为各式消费电子产品的主要构件之一，而触控式液晶显示器的出现更进一步地提升了液晶显示器的使用便利性。公知触控式液晶显示器中，必需另外设置额外的触控板，并通过检测触控板上触压点的电压值变化以判定触压点的位置坐标。然而，额外设置的触控板将增加液晶显示器的厚度并降低液晶显示器的透光率。

为解决上述问题，业界提出了内建式光学触控式液晶显示器。此种光学触控式液晶显示器中，设置有光传感器以检测显示器面板前方的光线强度分布，从而判断显示器面板上触压点的位置。然而，由于此种光学触控式液晶显示器通过检测环境光的强度变化以进行触压事件的判定，因此判断机制必须根据不同的操作环境而分别设定，例如于室内及室外不同的操作环境下，由于环境光的强度明显不同，触压事件的判定机制则需进行校正。优选地，触压事件的判定机制能够动态并自动地根据操作环境而校正，以使得液晶显示器的触控操作能够更精确并人性化，然而如此将会大幅增加产品的设计复杂度。

图1显示另一种内建式电容触控式液晶显示器的示意图，包含多个横向及纵向设置的电容传感线S_T及S_L以分别读取液晶面板中一行及一列的电压V_out(x)及V_out(y)。当液晶面板受到触压时，触压点的液晶电容C_LC的电容值会产生变化，导致所检测的电压V_out(x)及V_out(y)产生相对应的变化，从而检测触压事件并进而判定触压点坐标。然而，此种电容触控式液晶显示器至少具有两个问题：(1)由于电容传感线S_T及S_L具有较大的杂散电容，此种结构并不适用于大尺寸面板。(2)由于ΔC_LC/C_ref(ΔC_LC＝C_LC的变化)会随面板尺寸变大而变小，故具有较低的灵敏度及精确度。

有鉴于此，本发明提出一种轻薄短小、高灵敏度、高精确度以及设计简单的内建式触控式液晶显示器。

发明内容

本发明提供一种触控式液晶显示器及其运作方法，通过检测每一传感单元内因液晶电容变化所产生的动态电流变化量，从而精确检测触压位置。

本发明还提供一种触控式液晶显示器及其运作方法，其中当传感单元未受到触压时，该传感单元液晶电容操作于零偏压，从而提高检测灵敏度。

本发明提供一种触控式液晶显示器，包含栅极驱动器、多个呈矩阵排列的传感单元及判定单元。该栅极驱动器用以产生扫描信号。每一传感单元包含数据读取线、第一栅极线、第二栅极线、第一开关晶体管、液晶电容、第二开关晶体管、第三开关晶体管及存储电容；该数据读取线用以输出动态电流；该第一栅极线及该第二栅极线耦接该栅极驱动器并依序接收该扫瞄信号；该第一开关晶体管具有控制端耦接该第一栅极线、第一端耦接节点及第二端耦接偏压电压；该液晶电容耦接于该节点及共通电压之间；该第二开关晶体管具有控制端耦接该节点及第一端耦接该数据读取线；该第三开关晶体管具有控制端耦接该第二栅极线、第一端耦接该偏压电压及第二端耦接该第二开关晶体管的第二端。该存储电容耦接于该第一栅极线及该节点间。该判定单元耦接该数据读取线并根据该动态电流判定该传感单元是否受到触压；其中，当该第一开关晶体管未被开启且该传感单元未受到触压时，该液晶电容偏压为零。

本发明还提供一种触控式液晶显示器的传感单元，包含第一栅极线、第二栅极线、数据读取线、液晶电容、第一开关晶体管、第二开关晶体管、第三开关晶体管及存储电容。该第一栅极线及该第二栅极线依序接收扫描信号；该数据读取线用以输出动态电流；该第一开关晶体管具有控制端耦接该第一栅极线、第一端耦接该液晶电容的第一端及第二端耦接偏压电压；该第二开关晶体管具有控制端耦接该液晶电容的第一端及第一端耦接该数据读取线；该第三开关晶体管具有控制端耦接该第二栅极线、第一端耦接该偏压电压及第二端耦接该第二开关晶体管的第二端；该存储电容耦接于该液晶电容的第一端及该第一栅极线间；其中，该动态电流用以判定该传感单元是否受到触压；当该第一开关晶体管未被开启且该传感单元未受到触压时，该液晶电容偏压为零。

本发明还提供一种触控式液晶显示器的运作方法，该触控式液晶显示器包含多个呈矩阵排列的传感单元，每一传感单元包含第一栅极线及第二栅极线依序接收扫描信号、液晶电容、第一开关晶体管具有控制端耦接该第一栅极线、第一端耦接该液晶电容的第一端及第二端耦接偏压电压；第二开关晶体管具有控制端耦接该液晶电容的第一端、第一端输出动态电流；第三开关晶体管具有控制端耦接该第二栅极线及第一端耦接该偏压电压及第二端耦接该第二开关晶体管的第二端，该运作方法包含下列步骤：在第一时间间隔，利用该扫瞄信号通过该第一栅极线开启该第一开关晶体管，该偏压电压对该液晶电容充电；在第二时间间隔，利用该扫瞄信号通过该第一栅极线关闭该第一开关晶体管以使该液晶电容的电压产生变化；及在第三时间间隔，利用该扫瞄信号通过该第二栅极线开启该第三开关晶体管，该偏压电压通过该第二及第三开关晶体管产生该动态电流；及根据该动态电流判定传感单元是否受到触压，其中当传感单元未受到触压时，在第二时间间隔中该液晶电容将变化至零偏压。

上述的触控式液晶显示器还包含阵列衬底及彩色滤光片衬底，其中该偏压电压可耦接该阵列衬底的共通电压，该共通电压可耦接该彩色滤光片衬底的共通电压。该偏压电压设定为高于该共通电压预设电压差，从而使得当该触控式液晶显示器的传感单元未受到触压时，该液晶电容维持为零偏压，其中该预设电压差根据该扫瞄信号的峰对峰值、该液晶电容值及该存储电容值所决定。

附图说明

图1显示公知触控式液晶面板的部分电路图。

图2a显示液晶显示装置中的液晶分子受到非零偏压时的示意图。

图2b显示液晶显示装置中的液晶分子受到零偏压时的示意图。

图2c显示液晶显示装置受到外力触压的示意图。

图3显示本发明实施例的触控式液晶显示器的方块图。

图4显示本发明实施例的触控式液晶显示器的传感单元的部分电路图。

图5显示本发明实施例的触控式液晶显示器的传感单元的运作时序图。

图6a图显示本发明实施例的触控式液晶显示器的传感单元在第一时间间隔内的运作示意图。

图6b显示本发明实施例的触控式液晶显示器的传感单元在第二时间间隔内的运作示意图。

图6c显示本发明实施例的触控式液晶显示器的传感单元在第三时间间隔内的运作示意图。

图7显示本发明实施例的触控式液晶显示器的传感单元的开关晶体管在不同时间间隔内的导通状态。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其他目的、特征、和优点能更明显，下文将配合附图，作详细说明如下。

首先说明本发明的基本原理。内建式电容触控式液晶显示器中，增加面板受触压时的电容变化量可相对增加检测灵敏度及精确度。

请参照图2a至2c所示，其分别显示液晶显示装置的概略图，包含两透明衬底以及夹设于两透明衬底间的多个液晶分子；为了简化说明，图2a至2c中省略了其他构件。图2a显示两透明衬底间的液晶受到5V偏压时的示意图，并假设此时液晶分子的等效介电常数(dielectric constant)为ε_//；图2b显示两透明衬底间的液晶受到零偏压(无偏压)时的示意图，并假设此时液晶分子的等效介电常数为ε_⊥；图2c显示当上方透明衬底受到外力触压后产生Δd的距离变化，并假设此时的等效介电常数为ε＝(ε_//+2ε_⊥)/3，其中ε_//＞ε＞ε_⊥。

根据电容公式C＝εA/d，其中A为上下两透明衬底的面积，d为两透明衬底间的距离，电容C表示液晶电容。当液晶显示器处于非零偏压下受到外力触压时(亦即从图2a变化为图2c)，两玻璃衬底间的距离d会减少而导致电容增加，但由于等效介电常数由ε_//变化为ε，其将使得电容降低；两个效果相抵消的结果会产生较低的电容变化。另一方面，当液晶显示装置处于零偏压下受到外力触压时(亦即从图2b变化为图2c)，等效介电常数将由ε_⊥变化为ε，其将使得电容增加；配合因距离d降低所增加的电容，可产生较大的电容变化。本发明即利用此特性提出一种触控液晶显示器，当液晶显示装置未受到外力触压时，每一传感单元的液晶电容操作于零偏压，从而增加检测灵敏度。

请参照图3所示，其显示本发明实施例的触控式液晶显示器100的方块图，包含液晶显示面板101、栅极驱动器102、源极驱动器103及判定单元104。该液晶显示面板101包含多个矩阵排列的传感单元110(如图4所示)及像素单元(图中未示出)。该栅极驱动器102通过多个栅极线G₁～G_n耦接该液晶显示面板101，且每一栅极线耦接一行传感单元及像素单元；该栅极驱动器102通过所述这些栅极线G₁～G_n传输扫描信号依序驱动该液晶显示面板101的每一行传感单元及像素单元。该源极驱动器103通过多个源极线S₁～S_n耦接该液晶显示面板101，且每一源极线耦接一列传感单元及像素单元；该源极驱动器103通过所述这些源极线S₁～S_n提供该液晶显示面板101的每一列像素单元在显示时所需的电压。该判定单元104通过多个数据读取线R₁～R_n接收每一传感单元中因液晶电容的电压变化所产生的动态电流，从而判定是否有传感单元受到触压并判定受到触压的传感单元位置，其中传感单元受到触压之前，该传感单元的液晶电容的偏压为零。此外，可以了解的是，图3中该判定单元104的设置位置并非用以限定本发明。

请参照图4所示，其显示本发明实施例的触控式液晶显示器100的传感单元110的示意图，包含第一开关晶体管T₁、第二开关晶体管T₂、第三开关晶体管T₃、存储电容C_s、液晶电容C_lc、两相邻栅极线G_n-1、G_n以及数据读取线R_m。该第一开关晶体管T₁的控制端耦接至该栅极线G_n-1，其第一端耦接至节点P；其第二端耦接至偏压电压V_bias，例如该触控式液晶显示器100的阵列衬底(图中未示出)的共通电压。该第二开关晶体管T₂的控制端耦接至该节点P，其第一端耦接至该数据读取线R_m。该第三开关晶体管T₃的控制端耦接至该栅极线G_n，其第一端耦接至该第一开关晶体管T₁的第二端(该偏压电压V_bias)；其第二端耦接至该第二开关晶体管T₂的第二端。该存储电容C_s的第一端耦接至该栅极线G_n-1，其第二端耦接至该节点P。该液晶电容C_lc的第一端耦接至该节点P，其第二端耦接至共通电压V_com，例如该触控式液晶显示装置100的彩色滤光片衬底(图中未示出)的共通电压；如前所述，在本发明中，该判定单元104通过该数据读取线R_m读取动态电流，当该第一开关晶体管T₁未被开启且该传感单元110未受到触压时，该液晶电容C_lc操作于零偏压。当该传感单元110受到手指或触控笔的触压时，该液晶电容C_lc的两电极间的距离减少且等效介电常数增加，该液晶电容C_lc的电容值则明显地被增加。此外，为使该液晶电容C_lc能操作于零偏压，该偏压电压V_bias设定为高于该共通电压V_com一预设电压差，如式(1)所示：

V_bias＝V_com+ΔV_g×(C_s/(C_lc(0)+C_s))     式(1)

其中，ΔV_g为扫描信号的峰对峰值(peak-to-peak value)，C_lc(0)为该液晶电容C_lc在零偏压时的电容值。

请参照图5所示，其显示本发明实施例的触控式液晶显示器100的运作时序图，其中该栅极线G_n-1在第一时间间隔t₁接收扫描信号。接着，在经过第二时间间隔t₂后，该栅极线G_n在第三时间间隔t₃接收该扫描信号。在第四时间间隔t₄，该栅极驱动器102则将该扫描信号传送至下一条栅极线(栅极线G_n+1或第1条栅极线)。如图所示，该扫瞄信号的峰对峰值设定为ΔV_g。可以了解的是，在完成一次循环(扫描完所有栅极线)后，该栅极线G_n-1及G_n将再次接收扫描信号，如时间间隔t₁’～t₄’所示，亦即该栅极线G_n-1及G_n将在固定周期接收扫描信号。图5中虚线所示为该传感单元110中节点P的电压V_P。

请参照图6a至6c所示，其分别显示图5的不同时间间隔中，该传感单元110的运作示意图。图6a显示第一时间间隔t₁内的运作示意图；图6b显示第二时间间隔t₂内的运作示意图；图6c显示第三时间间隔t₃内的运作示意图。此外，为便于说明，图7显示各时间间隔t₁～t₄(t₁’～t₄’)内所述这些开关晶体管T₁～T₃的导通状态。

请同时参照图5至7所示，以下说明本发明的触控式液晶显示器100的运作方法，并假设传感单元110在第一时间间隔T₁之前未受到触压，因此该节点P的偏压等于该共通电压V_com。在第一时间间隔t₁，该栅极线G_n-1接收扫描信号，其电压的最大值例如为16伏特且最小值例如为-8伏特间。此时该开关晶体管T₁导通，该偏压电压V_bias，例如17伏特，对该液晶电容C_lc进行充电(图6a)。此外，在时间间隔t₁内该第二开关晶体管T₂导通且该第三开关晶体管T₃关闭，该共通电压V_com例如可为5伏特。

第二时间间隔t₂为该栅极驱动器102驱动该栅极线G_n-1及G_n间的一段时间间隔，亦即该栅极线G_n-1及G_n均未接收该扫瞄信号。此时，该第一开关晶体管T₁及第三开关晶体管T₃均未导通(图6b)。在时间间隔t₂内，该栅极线G_n-1的电压变化为ΔV_g，例如从16伏特变为-8伏特。根据电容耦合效应，该液晶电容C_lc的部分电荷将被释放至该存储电容C_s，且该液晶电容C_lc的电压变化可求得为ΔV_g×(C_s/(C_lc+C_s))。根据式(1)，该节点P的电压则变化为V_com，因此，该液晶电容C_lc可操作于零偏压。

在第三时间间隔t₃，该栅极线G_n接收该扫瞄信号而导通该第三开关晶体管T₃(图6c)；此时该栅极线G_n-1未接收扫描信号，因此该第一开关晶体管T₁不导通。该第二开关晶体管T₂的控制端根据该节点P的电压而导通。据此，动态电流I从该偏压电压V_bias流经该第三开关晶体管T₃、该第二开关晶体管T₂及数据读取线R_m而被该判定单元104读取，且该动态电流I的大小由耦接在该第二开关晶体管T₂的控制端电压(该节点P电压)决定。该判定单元104则根据该动态电流I的大小判定此传感单元110是否受到触压。

在第四时间间隔t₄，该栅极驱动器102将扫描信号传输至该栅极线G_n的下一条栅极线(栅极线G_n+1或第1条栅极线)，以完成一个传感单元的操作程序。

请再参照图5所示，当经过一个扫描周期，该栅极线G_n-1将再度接收扫描信号，例如时间间隔t₁’～t₄’。假设此时该传感单元110受到外力触压而使得该液晶电容C_lc增加为C_lc’，其中C_lc’＞C_lc。此处，时间间隔t₁’期间该传感单元110的运作方式与时间间隔t₁相同，故在此不再赘述。

在时间间隔t₂’，该栅极线G_n-1及G_n均未接收扫描信号，因此该第一开关晶体管T₁及第二开关晶体管T₂均未导通(图6b)。此时，该栅极线G_n-1的电压变化为ΔV_g，例如从16伏特变为-8伏特。根据电容耦合效应，该液晶电容C_lc’将部分电荷放电至该存储电容C_s，该液晶电容C_lc’的电压变化为ΔV_g×(C_s/(C_lc’+C_s))。根据式(1)以及条件C_lc’＞C_lc，该节点P的电压将比共通电压V_com高，如图5所示。因此，在第三时间间隔t₃’，由于该第二开关晶体管T₂的控制端耦接至较高的电压，该判定单元104将可读取较大的动态电流I，因此可判定此传感单元110受到外力触压。在第四时间间隔t₄’中，由于触压在该传感单元110的外力尚未移除，该节点的电压V_p仍维持于较高的电压。

综上所述，公知内建式电容触控液晶显示器具有较低的精确度及灵敏度。本发明通过检测传感单元中液晶电容的电压变化，且由于液晶电容在未受触压时操作于零偏压，可有效增加电容变化量。因此本发明可增加触压点判定的灵敏度及精确度。

虽然本发明已以前述实施例揭示，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种变型与修改。因此本发明的保护范围以所附权利要求为准。

Claims (12)

1.一种触控式液晶显示器，包含：

栅极驱动器，用以产生扫描信号；

多个呈矩阵排列的传感单元，每一传感单元包含：

数据读取线，用以输出动态电流；

第一栅极线及第二栅极线，耦接所述栅极驱动器并依序接收所述扫描信号；

第一开关晶体管，具有耦接所述第一栅极线的控制端、耦接节点的第一端、及耦接偏压电压的第二端；

液晶电容，耦接在所述节点及共通电压之间；

第二开关晶体管，具有耦接所述节点的控制端、及耦接所述数据读取线的第一端；

第三开关晶体管，具有耦接所述第二栅极线的控制端、耦接所述偏压电压的第一端、及耦接所述第二开关晶体管的第二端的第二端；及

存储电容，耦接在所述第一栅极线及所述节点间；及

判定单元，耦接所述数据读取线并根据所述动态电流判定所述传感单元是否受到触压；

其中，当所述第一开关晶体管未被开启且所述传感单元未受到触压时，所述液晶电容偏压为零，

其中，所述偏压电压高于所述共通电压一预设电压差。

2.根据权利要求1所述的触控式液晶显示器，还包含彩色滤光片衬底，其中所述共通电压为所述彩色滤光片衬底的共通电压。

3.根据权利要求1所述的触控式液晶显示器，其中，所述预设电压差根据所述液晶电容及所述存储电容的值决定。 

4.根据权利要求1所述的触控式液晶显示器，其中，当所述扫描信号开启所述第三开关晶体管时，所述偏压电压通过所述第三及第二开关晶体管产生所述动态电流。

5.一种触控式液晶显示器的传感单元，包含：

第一栅极线及第二栅极线，依序接收扫描信号；

数据读取线，用以输出动态电流；

液晶电容；

第一开关晶体管，具有耦接所述第一栅极线的控制端、耦接所述液晶电容的第一端的第一端、及耦接偏压电压的第二端；

第二开关晶体管，具有耦接所述液晶电容的第一端的控制端、及耦接所述数据读取线的第一端；及

第三开关晶体管，具有耦接所述第二栅极线的控制端、耦接所述偏压电压的第一端、及耦接所述第二开关晶体管的第二端的第二端；及

存储电容，耦接在所述液晶电容的第一端及所述第一栅极线间；

其中，所述动态电流用以判定所述传感单元是否受到触压；当所述第一开关晶体管未被开启且所述传感单元未受到触压时，所述液晶电容偏压为零，

其中，所述液晶电容的第二端耦接共通电压，

其中，所述偏压电压高于所述共通电压一预设电压差。

6.根据权利要求5所述的触控式液晶显示器的传感单元，其中，所述共通电压为彩色滤光片衬底的共通电压。

7.根据权利要求5所述的触控式液晶显示器的传感单元，其中，所述预设电压差根据所述液晶电容及所述存储电容的值决定。

8.根据权利要求5所述的触控式液晶显示器的传感单元，其中，当所述扫描信号开启所述第三开关晶体管时，所述偏压电压通过所述第三及第二开关晶体管产生所述动态电流。 

9.一种触控式液晶显示器的运作方法，所述触控式液晶显示器包含多个呈矩阵排列的传感单元，每一传感单元包含：第一栅极线及第二栅极线，依序接收扫描信号；液晶电容；第一开关晶体管，具有耦接所述第一栅极线的控制端、耦接所述液晶电容的第一端的第一端、及耦接偏压电压的第二端；第二开关晶体管，具有耦接所述液晶电容的第一端的控制端、输出动态电流的第一端；第三开关晶体管，具有耦接所述第二栅极线的控制端、耦接所述偏压电压的第一端、及耦接所述第二开关晶体管的第二端的第二端，每一传感单元还包含耦接于所述液晶电容的第一端与所述第一栅极线之间的存储电容，所述运作方法包含下列步骤：

在第一时间间隔，利用所述扫描信号通过所述第一栅极线开启所述第一开关晶体管，所述偏压电压对所述液晶电容充电；

在第二时间间隔，利用所述扫描信号通过所述第一栅极线关闭所述第一开关晶体管以使所述液晶电容的电压产生变化；

在第三时间间隔，利用所述扫描信号通过所述第二栅极线开启所述第三开关晶体管，所述偏压电压通过所述第二及第三开关晶体管产生所述动态电流；及

根据所述动态电流判定传感单元是否受到触压，其中，当所述传感单元未受到触压时，在第二时间间隔中所述液晶电容将变化至零偏压，

其中，所述液晶电容的第二端耦接共通电压，

其中，所述偏压电压高于所述共通电压一预设电压差。

10.根据权利要求9所述的运作方法，其中，在所述第二时间间隔，所述液晶电容放电至所述存储电容以使所述液晶电容的电压产生变化。

11.根据权利要求9所述的运作方法，其中，所述共通电压为彩色滤光片衬底的共通电压。

12.根据权利要求9所述的运作方法，其中，每一传感单元还包含接收所述动态电流的数据读取线。 

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