CN102314247A - 触控面板 - Google Patents

Abstract

一种触控面板，包含背光模块、阵列基板及感测单元。所述阵列基板还包含栅极驱动器、多条栅极线、多条数据线、多条第一读取线及多个第一感光单元。所述栅极线与数据线用以界定像素阵列且所述栅极线中虚拟栅极线不耦接所述栅极驱动器而其它栅极线耦接所述栅极驱动器。所述第一感光单元耦接所述虚拟栅极线且每一第一感光单元通过一条第一读取线输出第一光电流。所述感测单元耦接所述第一读取线及所述背光模块并根据所述第一光电流调整所述背光模块的亮度。

Description

触控面板

技术领域

本发明涉及一种触控显示装置，特别涉及一种能适应性调整背光的低耗能触控面板。

背景技术

液晶显示器为目前广泛使用的显示装置，随着触控屏幕技术的成熟，使得各种移动电子装置，例如多媒体播放器、移动电话及个人数字助理(PDA)，几乎均搭载有触控式液晶屏幕以增加使用便利性。

液晶显示器包含背光模块以提供显示影像时所需的光源，而背光模块消耗的功率占了液晶显示器整体消耗功率相当高的比例。因此，大部分液晶显示器的节能方式在于如何降低背光模块的耗能。

传统的节能方式例如有提供控制背光模块亮度的亮度调整旋钮，藉此使用者可根据使用状况自行调整所需的亮度；然而，若液晶显示器搭载于便携式电子装置中，则使用者可能需要根据操作环境时常调整背光模块的亮度因而导致使用上的不便，故亮度调整旋钮较不适用于便携式电子装置。

另一种现有节能方式是于液晶显示器所包含的像素阵列外侧额外制作至少一光传感器(photo sensor)以感测环境光源的光强度变化，并根据环境光的光强度变化调整背光模块的亮度。例如图1显示一种现有液晶显示器9的下基板的上视图，该液晶显示器9除了包含源极驱动器91、栅极驱动器92及像素阵列93外，还包含至少一光传感器94额外地形成于该像素阵列93外侧，用以感测环境光的光强度变化并据以输出光电流；控制单元(未绘示)则可根据该光电流的变化调整背光模块的亮度。然而，额外制作该光传感器94会提高制作成本并增加液晶显示器的体积。

有鉴于此，有必要提出一种触控显示装置，其可根据环境光的变化自动调整背光模块的发光亮度，不需增加装置体积及可增加使用便利性并降低整体耗能。

发明内容

本发明的一目的是提出一种包含触控面板的触控显示器，其利用耦接于虚拟栅极线的多个感光单元所输出的光电流作为调整背光源亮度的依据，可有效减少触控面板的整体耗能。

本发明另一目的是提出一种包含触控面板的触控显示器，其利用触控面板中原本即已制作但未使用的虚拟栅极线来耦接多个感光单元，以感测环境光的变化并据以调整背光源亮度，故不需占用额外的空间及使用额外的工艺程序，可藉以降低触控面板的制作成本且不需增加触控面板的体积。

本发明提出一种触控面板，包含栅极驱动器、阵列基板及感测单元。该阵列基板还包含多条栅极线、多条数据线、多条第一读取线、多条第二读取线、多个第一感光单元及多个检测单元。该栅极线和数据线用以界定像素阵列，其中虚拟栅极线不耦接该栅极驱动器而其它栅极线则耦接该栅极驱动器。该第一感光单元耦接该虚拟栅极线，每一第一感光单元通过第一读取线输出第一检测信号。每一检测单元耦接第二读取线，并通过相对应的第二读取线以输出第二检测信号。该感测单元耦接该第一读取线、第二读取线及背光模块，并根据该第一检测信号调整该背光模块的亮度以及根据该第二检测信号判断碰触事件。

本发明另提出一种光学式触控面板，包含栅极驱动器、阵列基板及感测单元。该阵列基板还包含多个像素及多条栅极线。该像素以阵列配置，至少一部分像素还包含像素电极及感光单元。该栅极线平行地排列以界定每列像素，其中包含该感光单元的每一像素的像素电极及感光单元耦接不同栅极线，该栅极线中第一条或最后一条栅极线仅耦接列像素的感光单元而不耦接像素电极，与该第一条或最后一条栅极线耦接的列像素的感光单元用以检测环境光以输出第一光电流。该控制单元，耦接背光模块及该阵列基板，根据该第一光电流的变化相对调整该背光模块的亮度。

本发明的光学式触控面板中，为保持线路对称性及负载匹配等特性，耦接于虚拟栅极线(dummy gate line)的多个第一感光单元(photo sensor)为制作像素阵列的同时所形成，因此不须利用额外工艺及空间制作。此外，为使感测单元能接收较明显的第一光电流变化，该第一读取线优选地先并联后再经由至少一条信号读取线耦接至感测单元；信号读取线的数目可根据背光模块中可独立控制的光源区域的数目决定。

附图说明

图1显示现有液晶显示器的下基板的上视图；

图2显示本发明实施例的触控面板的框图；

图3a显示本发明一实施例的触控面板的部分示意图；

图3b显示本发明另一实施例的触控面板的部分示意图；

图4a～4c显示本发明实施例的触控面板中第一感光单元的部分电路图。

具体实施方式

为了让本发明的上述和其它目的、特征、和优点能更明显，下文将结合附图，作详细说明如下。于本发明的说明中，相同的构件以相同的符号表示，于此预先声明。

此外，于本发明各图标中仅显示了部分构件并省略了与本发明说明不直接相关的构件。

必须强调的是，本发明虽以背光源为实施例来说明，但其并非用以限定本发明，说明书中背光源一词并非意指光源模块一定位于像素阵列的背面，例如本发明亦适用于前光源的其它实施例。

参照图2所示，其显示本发明一实施例的触控显示器内的触控面板1的框图。该触控面板1为光学内嵌式触控面板(photosensitive in-cell touchpanel or photo-type in-cell touch device)，其包含至少一阵列基板110、一感测单元111、一光源驱动单元12、一栅极驱动器1121、一源极驱动器(为求简洁图未示)及一背光模块13，其绘示于该阵列基板110的下方；其中该光源驱动单元12根据该感测单元111的控制信号驱动该背光模块13以提供该触控面板1于显示时所需的光源；另外，该栅极驱动器1121提供扫描信号予多条栅极线1122′，而源极驱动器则提供图框数据予多条数据线1125，然此已为现有技术故于此不在赘述。

另外要特别一提的是，本发明实施例虽以光学内嵌式触控面板(如图2所示其具有光学元件-第二感光单元1123′)为说明，然而本领域技术人员当可理解，本发明的主要发明特征，亦可适用于其它形式的触控面板，例如接触内嵌式触控面板(即第二感光单元1122′可为非光学式元件，例如传统接触式触控结构/元件)，再者本发明亦非以应用于内嵌式触控面板为限，其亦可适用于外挂式触控面板等。此外，该栅极驱动器1121和/或源极驱动器(图未示)可以整合制作于该阵列基板110上或独立于该阵列基板110外并与其电连接。于本发明中，该背光模块13可包含任何适当光源，例如多个发光二极管或至少一冷阴极管等，但不限于此。

该阵列基板110包含像素阵列112，该像素阵列112包含多条栅极线(包含虚拟栅极线(dummy gate line)1122及多条栅极线1122′)、多条数据线1125、多条第一读取线R′、多条第二读取线R、多个第一感光单元1123及多个第二感光单元1123′；其中该第一感光单元1123及第二感光单元1123′例如包含薄膜晶体管(TFT)、光二极管(photo diode)或光敏电阻(light sensitiveresistor)等光传感器(photo sensor)用以感测光强度并产生光电流(检测信号)。该栅极线与该数据线1125彼此交错(intersection)排列用以界定该像素阵列112的多个像素。图2中，该虚拟栅极线1122位于该像素阵列112内，且不耦接该栅极驱动器1121，而其它栅极线1122′则耦接该栅极驱动器1121。另外，在此实施例中，多个第一感光单元1123、多个第二感光单元1123′及虚拟栅极线1122皆位于触控面板1的画面显示区(display area)内；但在另一实施例中，虚拟栅极线1122则可设计于触控面板1的非显示区(non-display area)内。再者，于此实施例中，虚拟栅极线1122相邻且平行于该栅极线1122′的第一条栅极线，并位于该第一条栅极线的上方，亦即如图2所示位于像素阵列112的上方处；另一实施例中，虚拟栅极线1122可设计为相邻且平行于该栅极1122′的最后一条栅极线，并位于该最后一条栅极线的下方，即位于如图2像素阵列112的下方处(图未示)。

该第一感光单元1123排列成列状并耦接该虚拟栅极线1122，且每一第一感光单元1123通过一条第一读取线R′输出第一光电流I_P1，该第一光电流I_P1汇流至信号读取线1124以输出第一光电流的和；必须说明的是，本发明说明的第一光电流I_P1指该第一感光单元1123感测环境光时所产生的光电流或检测信号，该第一光电流(检测信号)并通过第一读取线R′汇流至信号读取线1124并传输至感测单元111进行环境光强弱判读。每一第二感光单元1123′耦接栅极线1122′与第二读取线R，其受所耦接的栅极线1122′的控制并通过相对应第二读取线R以输出第二光电流I_P2；其中该第一光电流I_P1相应于外界环境光的强度变化，该第二光电流I_P2则用以辨识指示物(如手指或光笔等，未绘示)相对于该触控面板1的位置坐标。该第一读取线R′与第二读取线R可于形成该像素阵列112时同时形成，因而不需通过额外工艺制作；同时，该多个第一感光单元1123、多个第二感光单元1123′及虚拟栅极线1122皆设置于原本的像素阵列112内，故亦不需占用额外的空间。

感测单元111则至少包含有模拟数字转换单元(ADC)20和控制单元30。模拟数字转换单元20将该来自于多条第一读取线R′的第一光电流I_P1和多条第二读取线R的第二光电流I_P2转换为数字信号以提供至该控制单元30进行运算处理。接着，该感测单元111产生控制信号并将其传送至光源驱动单元12以进一步控制背光模块13的亮度。在此特别一提的是，感测单元111中的模拟数字转换单元20和控制单元30可整合为感测芯片(IC)或分别为以两个独立芯片或电路的方式呈现，但不限于此。在另一实施例中，模拟数字转换单元20、控制单元30和光源驱动单元12亦可整合为控制芯片。

一实施例态样中，该虚拟栅极线1122连接至固定电压源V，其电压值设定为保持该第一感光单元1123的开启状态，藉此该第一感光单元1123可连续不断地输出该第一光电流I_P1，但本发明中，虚拟栅极线1122所耦接的电压并不限于此。相对于第一感光单元1123，第二感光单元1123′的开启状态则受控于栅极驱动器1121，且因栅极驱动器1121依序地输出扫描信号(scan signal)以驱动(致能)每一条栅极线1122′，因此第二感光单元1123′并不会如第一感光单元1123连续不断地开启。

其它实施态样中，该第一感光单元1123也可以与其它栅极线1122′共同受到该栅极驱动器1121所输出的扫描信号控制，以使该扫描信号致能该虚拟栅极线1122时，该感测单元111方接收到触控面板的环境光变化信息；例如，该虚拟栅极线1122可与该第一条栅极线电耦接，因而该栅极驱动器1121可同时致能虚拟栅极线1122及第一条栅极线(此时该虚拟栅极线设计为相邻于该栅极线1122′的第一条栅极线且位于该第一条栅极线的上方)或该虚拟栅极线1122可与最后一条栅极线电耦接，因而该栅极驱动器1121可同时致能虚拟栅极线1122及该最后一条栅极线(此时该虚拟栅极线1122设计为相邻于该栅极线1122′的最后一条栅极线且位于该最后一条栅极线的下方)。

由于现有光学式触控面板中，为使得像素阵列的结构对称并使负载得以匹配，会将栅极线的第一条或最后一条制作为虚拟栅极线，现有结构中该虚拟栅极线于触控面板操作时并不被使用，亦即其将不具有任何驱动功能或其它进一步的实质功能。本发明即是利用此虚拟栅极线的架构，进一步控制感光单元以检测触控面板的环境光，进而据此动态地调整背光源亮度，例如，当环境光变强时将背光源亮度调降或当环境光转弱时将背光亮度调升，以达到节能目的。相较于现有技术，本发明再增加一组与第二读取线R平行的第一读取线R′，并将该虚拟栅极线1122耦接至固定电压源V以保持连接至该虚拟栅极线1122的多个第一感光单元1123的开启状态(检测状态)，或者将该虚拟栅极线1122耦接至栅极驱动器1121，藉由栅极驱动器1121所输出的扫描信号对第一感光单元1123进行控制。

通过模拟数字转换单元(ADC)20，该分别来自于第一读取线R′的第一光电流I_P1及第二读取线R的第二光电流I_P2被转换为数字信号以提供至控制单元30。该控制单元30则根据该第一光电流I_P1判断环境光源的变化并据以控制该背光模块13的亮度。例如一种实施态样中，该控制单元30输出，但不限于，脉冲宽度调制(PWM)的控制信号至该光源驱动单元12以控制背光模块13的亮度，例如，通过改变输入至背光模块13的电流值或电压值以控制其光源的发光亮度。控制单元30亦可根据该第二光电流I_P2判断指示物(未绘示，如手指或光笔)的碰触事件或坐标位置以控制该触控面板1执行相对应的动作。此外，该第一光电流I_P1及第二光电流I_P2亦可由不同控制单元或处理单元分别处理。

参照图3a所示，其显示本发明一实施例的触控面板的部分示意图，其为该触控面板1的阵列基板110。该阵列基板110上形成有多条栅极线(包含虚拟栅极线1122及其它栅极线G₁～G_n)、多条第一读取线R′、多个第一感光单元1123、多条数据线D₁～D_m、多条第二读取线R₁～R₆、多个第二感光单元1123′及栅极驱动器1121；其中该线路及元件的数目仅为例示性，并非用以限定本发明。

该栅极线(包含虚拟栅极线1122及其它栅极线G₁～G_n)及该数据线D₁～D_m彼此交错排列定义像素阵列112。该像素阵列112的每一像素还包含像素电极1127及与该像素电极相电连接的像素开关元件1126(例如薄膜晶体管)，另外至少一部分像素耦接有第一感光单元1123或第二感光单元1123′，其中包含感光单元的每一像素的像素电极及感光单元分别耦接不同栅极线，如此该栅极线中第一条或最后一条栅极线会形成仅耦接列像素的感光单元而不耦接任何像素开关元件或像素电极的情形，而该第一条或最后一条栅极线即为本发明所定义的虚拟栅极线1122。该第一感光单元1123耦接该虚拟栅极线1122且每一第一感光单元1123通过一条第一读取线R′耦接至该感测单元111，并进行模拟/数字转换处理；该第一读取线R′优选地先并联后再通过信号读取线1124耦接至该感测单元111，以使每一第一读取线R′所输出的第一光电流I_P1相加后再传至该感测单元111藉以得到较大的光电流，以利判读。在此实施例中，第一读取线R′的数量等于第二读取线R的数量，但不限于此，基本上第一读取线R′的数量将取决于第一感测单元1123设置的数量。于本实施例，所有读取线的总数将大致为传统触控面板的两倍。

该栅极驱动器1121耦接该栅极线G₁～G_n，其中G₁例如作为第一条扫描线而G_n为最后一条扫描线，亦即当该栅极驱动器1121依序输出扫描信号至该栅极线G₁～G_n时，从栅极线G₁开始而至栅极线G_n以完成一次扫描程序。该第二读取线R₁～R₆最后耦接至该感测单元111。每一第二感光单元1123′耦接于栅极线G与第二读取线R；当该栅极驱动器1121致能(enable)列栅极线G时，耦接于相对应栅极线的第二感光单元1123′则通过相对应的第二读取线R输出该第二光电流I_P2。可以了解的是，该第一读取线R′优选地与该第二读取线R₁～R₆或数据现D₁～D_m彼此平行，该信号读取线1124优选地与该栅极线平行，以避免因跨线所造成的静电放电(ESD)及杂散电容等问题。

参照图4a至4b所示，一种实施态样中，该第一感光单元1123为光传感器PS，例如薄膜晶体管、光二极管或光敏电阻。例如当该第一感光单元1123为薄膜晶体管时(如图4a所示)，该虚拟栅极线1122耦接电压源V，其具有连续固定电压，以保持该光传感器PS的开启状态，如此该第一感光单元1123则可通过相对应的第一读取线R′持续输出第一光电流I_P1。此外，该第一感光单元1123亦可包含光传感器PS及读取晶体管RS(如图4b所示)，该虚拟栅极线1122耦接电压源V，其具有连续固定电压，以保持该读取晶体管RS的开启状态，如此该第一感光单元1123可通过相对应的第一读取线R′输出第一光电流I_P1。

参照图4c所示，另一实施态样中，该虚拟栅极线1122与该栅极线G₁～G_n一同耦接至该栅极驱动器1121。该栅极驱动器1121可设定为同时致能该虚拟栅极线1122和栅极线G₁或同时致能该虚拟栅极线1122和栅极线G_n(当该虚拟栅极线1122相邻于该栅极线的最后一条G_n并位于其下方时)或依序分别致能虚拟栅极线1122和栅极线G₁～G_n。因此，当该栅极驱动器1121致能该虚拟栅极线1122时，该第一感光单元1123通过相对应的第一读取线R′输出第一光电流I_P1。可以了解的是，本发明的第一感光单元1123并不限于图4a至4c所公开的情况，其仅为例示性而非用以限定本发明。

另外需特别一提的是，虽然本发明实施例中，皆以光学式触控面板来做说明，例如触控面板中的第二感光单元1123′由薄膜晶体管、光二极管或光敏电阻等光学感测元件所构成，但在其它实施例中第二感光单元1123′亦可以是任何具有检测触控效果的检测单元所组成，也就是说，第二感光单元1123′可由检测单元所取代，其中，该检测单元可为光学式感测元件(例如薄膜晶体管、光二极管或光敏电阻等)或非光学式感测元件(例如传统接触式触控结构、压电元件等)。当第二感光单元1123′以检测单元取代时，触控面板其它设计架构则仍然维持不变，例如，此时触控面板同样会包含有该多个第一感光单元1123耦接该虚拟栅极线以及分别耦接该多条条第一读取线R′，用以传输第一检测信号至该感测单元，以调整背光；而该检测单元则分别耦接多条第二读取线R，用以传输第二检测信号至该感测单元，用以判断使用者的触控事件，至于其它细节，请参酌其它实施描述，于此不在赘述。

参照图3b所示，其显示本发明另一实施例的触控面板的示意图，其与图3a的差异在于，该阵列基板110′于图3b的水平方向被区分为至少两个区域，例如图3b所示的A区和B区。本实施例适用于当该背光模块13的光源可区分为至少两个独立控制的区域时，而连接至该虚拟栅极线1122的第一感光单元1123亦被区分为相同数目的区域；例如图3b所示，当触控面板1的背光源14可区分成两个独立控制的背光模块区域131和132时，像素阵列112的左边三条第一读取线R′(例如位于A区内的三条第一读取线R′)连接至信号读取线1124而右边三条第一读取线R′(例如位于A区内的三条第一读取线R′)连接至信号读取线1124′；其中，要说明的是在一实施例中，A区和B区的面积大致分别等于背光摸组区域131和132的面积，但不以此为限。藉此，当该触控面板1操作于环境光不均匀的环境时，尤其该触控面板1为大尺寸面板时，照射至像素阵列112各区域(例如A区和B区)的光强度亦不同，该控制单元30可根据不同区域感测到的第一光电流I_P1变化以分别控制不同区域的背光源亮度，以增加显示画面均匀度。同理，可以了解的是，该等第一感光单元1123亦可被区分为两个以上的区域，例如N个区域(N大于2)。此时，不同区域所输出的第一光电流I_P1由N条或少于N条但大于两条的不同信号读取线传送至该模拟数字转换单元20。一般而言，优选地，信号读取线的数量可以设计为等于背光源可以独立控制区域的数量，但不限于此。亦即此发明特征，可推广为背光模块可包含有N个可独立控制的区域，且该阵列基板可对应区分为N个区域，而不同区域内的第一感光单元分别耦接不同的信号读取线，同样地，各区域的第一读取线R′亦先并联后再由信号读取线耦接至感测单元111。

如前所述，现有节省液晶显示器的背光模块整体耗能的方式具有操作不便以及制作成本较高的问题。本发明另提出一种触控面板(如图2至3b)，其可使用光学式或接触式触控面板中原本不使用的虚拟栅极线来进一步控制一列额外增设的感光单元以感测环境光的变化进而自动调整背光源的光强度，故不需利用额外空间及工艺制作额外的感光单元，具有较低的制作成本及较佳的操作便利性。

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，当可作各种的更动与修改。因此本发明的保护范围当视后附的权利要求所界定者为准。

Claims (14)

1.一种触控面板，包含：

栅极驱动器；

阵列基板，还包含：

多条栅极线和多条数据线，用以界定像素阵列，所述栅极线中虚拟栅极线不耦接所述栅极驱动器而其它栅极线则耦接所述栅极驱动器；

多条第一读取线；

多条第二读取线；

多个第一感光单元，耦接所述虚拟栅极线，每一第一感光单元通过一条第一读取线输出第一检测信号；及

多个检测单元，其中每一检测单元耦接第二读取线，并通过相对应的第二读取线以输出第二检测信号；及

感测单元，耦接所述第一读取线、所述第二读取线及背光模块，并根据所述第一检测信号调整所述背光模块的亮度以及根据所述第二检测信号判断碰触事件。

2.根据权利要求1所述的触控面板，其中所述虚拟栅极线耦接固定电压源以保持所述第一感光单元持续输出所述第一检测信号。

3.根据权利要求1所述的触控面板，其中所述第一读取线先彼此并联后再通过至少一信号读取线输出所述第一检测信号。

4.根据权利要求3所述的触控面板，其中所述背光模块包含N个可独立控制的区域，且所述阵列基板可对应区分为N个区域，而不同区域内的第一感光单元分别耦接不同的信号读取线。

5.根据权利要求1所述的触控面板，其中所述第一读取线平行所述第二读取线，所述虚拟栅极线平行所述栅极线。

6.根据权利要求1所述的触控面板，其中所述第一感光单元、所述检测单元及所述虚拟栅极线位于所述触控面板的画面显示区内。

7.根据权利要求1所述的触控面板，其中所述检测单元包含第二感光单元或接触式触控结构。

8.一种光学式触控面板，包含：

栅极驱动器；

阵列基板，还包含：

多个像素，以阵列配置，至少一部分像素还包含像素电极及感光单元；及

多条栅极线，平行地排列以界定每列像素，其中包含所述感光单元的每一像素的像素电极及感光单元耦接不同栅极线，所述栅极线中第一条或最后一条栅极线仅耦接列像素的感光单元而不耦接像素电极，与所述第一条或最后一条栅极线耦接的列像素的感光单元用以检测环境光以输出第一光电流；及

感测单元，耦接背光模块及所述阵列基板，根据所述第一光电流的变化相对调整所述背光模块的亮度。

9.根据权利要求8所述的光学式触控面板，其中所述第一条或最后一条栅极线耦接固定电压源且不耦接所述栅极驱动器，其中所述固定电压源保持与所述第一条或最后一条栅极线耦接的感光单元的开启状态。

10.根据权利要求8所述的光学式触控面板，其中所述阵列基板还包含多条第一读取线分别耦接与所述第一条或最后一条栅极线耦接的列像素的感光单元以输出所述第一光电流。

11.根据权利要求8所述的光学式触控面板，还包含多条第二读取线与所述第一条或最后一条栅极线以外的栅极线耦接的感光单元相耦接以输出第二光电流。

12.根据权利要求11所述的光学式触控面板，其中所述第一读取线先并联后再通过至少一信号读取线输出所述第一光电流。

13.根据权利要求12所述的光学式触控面板，其中所述第一读取线平行所述第二读取线，所述信号读取线平行所述栅极线。

14.根据权利要求8所述的光学式触控面板，其中所述像素的感光单元及所述栅极线位于所述触控面板的画面显示区内。

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