CN110647251B - 具有触控感测功能的发光二极体装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种具有触控感测功能的发光二极体装置，其包括：至少一显示单元及一微控制单元。该显示单元包括一发光二极体，具有一阳极及一阴极；一阳极导电片，是连接至该发光二极体的该阳极；及一阴极导电片，是连接至该发光二极体的该阴极；该阳极导电片及该阴极导电片是设置成：在一显示期间，是使得该发光二极体导通而发光；且在一触控期间，是使得该发光二极体不导通而不发光，并同时适合于感测一手指的一电荷而产生一感测信号；该微控制单元是连接至该阳极导电片及该阴极导电片，并组态成：在该显示期间，将该阳极导电片及该阴极导电片连接至一显示电路；且在该触控期间，将该阳极导电片及该阴极导电片连接至一触控电路。

Description

具有触控感测功能的发光二极体装置
技术领域
本发明是关于触控显示装置，特别是关于具有触控感测功能的发光二极体装置。
背景技术
发光二极体是电致发光元件，可供照明及显示。目前，发光二极体显示装置亦希望可结合触控机制，以形成触控显示装置。
图1显示一种现有的触控显示装置7，其触控元件为一感光二极体71。在一手指触碰该感光二极体71时，该手指会遮蔽该感光二极体71上方的光线，使该感光二极体71的一光电流发生变化，通过该光电流变化，即可判断触碰事件。这种现有的触控显示装置7至少具有一缺点是容易受到环境光线影响，例如，它无法在暗室中正常使用。
图2显示另一种现有的触控显示装置8，其发光元件为一发光二极体81，而其触控元件为设置在该发光二极体81周围而独立(电性绝缘)于该发光二极体81的一专用感测电极82。这种现有的触控显示装置8至少具有三个缺点：第一，该专用感测电极82是一额外元件，进而需要一额外元件制程来制造它；第二，为了将该专用感测电极82连接至一控制芯片，需要多个额外布线，进而需要一额外布线制程来制造它们；第三，该专用感测电极82及该多个额外布线对于该发光二极体81会产生不利的电性或热力学影响。
因此，确实需要一种创新的发光二极体触控显示装置，以解决前述背景技术的缺陷。
发明内容
有鉴于此，本发明提供一种具有触控感测功能的发光二极体装置，包括：至少一显示单元及一微控制单元。该显示单元包括一发光二极体，具有一阳极及一阴极；一阳极导电片，是连接至该发光二极体的该阳极；及一阴极导电片，是连接至该发光二极体的该阴极；该阳极导电片及该阴极导电片是设置成：在一显示期间，是使得该发光二极体导通而发光；且在一触控期间，是使得该发光二极体不导通而不发光，并同时适合于感测一手指的一电荷而产生一感测信号；该微控制单元是连接至该阳极导电片及该阴极导电片，并组态成：在该显示期间，将该阳极导电片及该阴极导电片连接至一显示电路；且在该触控期间，将该阳极导电片及该阴极导电片连接至一触控电路。
进一步地，在该具有触控感测功能的发光二极体装置中，对于该至少一显示单元本身，该显示期间及该触控期间是交替发生。
换句话说，本发明对于该阳极导电片及该阴极导电片采用一分时切换(time-sharing switch)机制。
进一步地，在该具有触控感测功能的发光二极体装置中，除了该阳极导电片及该阴极导电片在该触控期间用于传递该感测信号之外，没有独立专用感测电极。
进一步地，在该具有触控感测功能的发光二极体装置中，该阳极导电片或该阴极导电片的任何一者作为一感测电极，或两者皆作为感测电极。
进一步地，在该具有触控感测功能的发光二极体装置中，该阴极导电片的表面积大于该阳极导电片的表面积，使得该阴极导电片适合于作为一感测电极。
进一步地，在该具有触控感测功能的发光二极体装置中，在该微控制单元及该阳极导电片及该阴极导电片之间具有多个切换器，以将该阳极导电片及该阴极导电片连接至该显示电路或该触控电路。
进一步地，在该具有触控感测功能的发光二极体装置中，在该触控期间，该微控制单元使得该阳极导电片及该阴极导电片发生短路，而具有一相等电压，以适合于执行一自电容(self-capacitance)触控感测。特别是，该相等电压是来自该感测信号，而该阳极导电片及该阴极导电片在传递该相等电压的该感测信号时，该发光二极体不至于发光。更特别是，该微控制单元是在该触控电路中将该阳极导电片及该阴极导电片连接在一起而发生短路。
进一步地，在该具有触控感测功能的发光二极体装置中，在该触控期间，该微控制单元使得该阴极导电片发射一触控发射信号，该阳极导电片接收一触控接收信号，以适合于执行一互电容(mutual-capacitance)触控感测。特别是，该触控发射信号及该触控接收信号的一差值正比于该手指的该电荷。更特别是，该触控发射信号是一高电压，该触控接收信号是一低电压，使得该发光二极体在该触控期间呈现逆接而不至于发光。
进一步地，在该具有触控感测功能的发光二极体装置中，该显示单元是一双列直插封装(dual in-line package，DIP)结构或一粘着型(surface mount device，SMD)结构。
进一步地，该具有触控感测功能的发光二极体装置包括多个显示单元，该多个显示单元依序进入各自的触控期间。
进一步地，该具有触控感测功能的发光二极体装置包括多个显示单元，但是该多个显示单元只有特定几个显示单元依序进入各自的触控期间。特别是，该多个显示单元是分成多个组别；且该微控制单元是组态成：判断该感测信号来自该多个组别的一特定组别；对于该特定组别，判断该感测信号来自该特定组别的一特定显示单元。
进一步地，该具有触控感测功能的发光二极体装置包括多个显示单元，排列成阵列。
因此，在本发明中，除了该阳极导电片及该阴极导电片在该触控期间用于传递该感测信号之外，没有独立专用感测电极。如此一来，不需要额外感测电极及其制程，不需要多个额外感测布线及其制程，亦不会因上述额外元件的存在而对于该发光二极体产生不利的电性或热力学影响。
此外，在进一步的多个观点下，本发明考虑到该阳极导电片及该阴极导电片作为感测电极对于该发光二极体的一影响，设计出该阳极导电片及该阴极导电片的一短路连接方式，及一逆压施加方式，以避免该发光二极体在该感测期间产生不预期的发光。
附图说明
图1显示一种现有的触控显示装置。
图2显示另一种现有的触控显示装置。
图3显示本发明第一实施例的具有触控感测功能的发光二极体装置的方块图。
图4显示一DIP结构的一显示单元。
图5显示一SMD结构的一显示单元。
图6显示显示期间及触控期间交替发生的时序图。
图7显示本发明第二实施例的具有触控感测功能的发光二极体装置的示意图。
图8及图9显示本发明第三实施例的具有触控感测功能的发光二极体装置的示意图。
图10显示本发明第四实施例的具有触控感测功能的发光二极体装置。
图11显示多个显示单元依序进入各自的触控期间的时序图。
图12及图13显示本发明第五实施例的具有触控感测功能的发光二极体装置。
图14显示本发明第六实施例的具有触控感测功能的发光二极体装置。
附图标记说明：
1、2、3、4、5、6 具有触控感测功能的发光二极体装置
10、10-1、10-2、10-3 显示单元
10* 特定显示单元
11 组别
11* 特定组别
100 发光二极体
101 阳极
102 阴极
110 阳极导电片
120 阴极导电片
20 微控制单元
210 切换器
30 显示电路
40 触控电路
IO1 阳极节点
IO2 阴极节点
PD 显示期间
PT 触控期间
RX 触控接收信号
TX 触控发射信号
VH 高电压
VL 低电压。
具体实施方式
以下说明书将提供本发明的多个实施例。可理解的是，这些实施例并非用以限制。本发明的各个实施例的特征可加以修饰、置换、组合、分离及设计以应用于其他实施例。
第一实施例
图3显示本发明第一实施例的具有触控感测功能的发光二极体装置1的方块图。
具有触控感测功能的发光二极体装置1包括至少一显示单元10及一微控制单元(micro control unit，MCU)20。在一例中，该显示单元10可为一双列直插封装(dual in-line package，DIP)发光二极体结构，如图4所示。在另一例中，该显示单元10可为一粘着型(surface mount device，SMD)发光二极体结构，如图5所示。当然，其他形式的显示单元亦是可能的。
参考图3、图4及图5，该显示单元10包括：一发光二极体100，包括一阳极101及一阴极102；一阳极导电片110，是连接至该发光二极体100的该阳极101；及一阴极导电片120，是连接至该发光二极体100的该阴极102。
该阳极导电片110及该阴极导电片120是设置成：在一显示期间PD，是使得该发光二极体100导通而发光；在一触控期间PT，是使得该发光二极体100不导通而不发光，并同时适合于感测一手指的一电荷而产生一感测信号。
在此，本发明特别是感测一手指的一电荷，而不是感测光线。
另外，对于该显示单元10本身，该显示期间PD及该触控期间PT是交替发生，如图6的时序图所示。换句话说，本发明对于该阳极导电片110及该阴极导电片120是采用一分时切换(time-sharing switch)机制。单纯显示装置的影像切换频率至少大于60Hz，以避免人眼察觉。本发明进一步分成该显示期间PD及该触控期间PT，故本发明的分时切换频率至少大于120Hz，以避免人眼察觉；较佳是120Hz至200Hz，以取得视觉及省电效果的平衡；当然，纯粹为了避免人眼察觉，其切换频率大于200Hz亦可。
值得注意的是，必须考虑到该阳极导电片110及该阴极导电片120作为感测电极对于该发光二极体100的一影响。具体而言，在该触控期间PT，该阳极导电片110及该阴极导电片120作为感测电极来传递该感测信号时，该感测信号的一电压可能导致该发光二极体100不预期的发光，例如，在不需要发光时发光，或发出过亮或过暗的光。因此，必须将该阳极导电片110及该阴极导电片120设置成在该触控期间PT，是使得该发光二极体100不导通而不发光。这种设置是重要的。
其中，可选择该阳极导电片110或该阴极导电片120的任何一者作为一感测电极，换句话说，另外一者是闲置而不使用。在只使用单一感测电极的情形下，由于该阴极导电片120需要传递较高电压，其尺寸是设计成大于该阳极导电片110的尺寸，以至于其表面积亦大于该阳极导电片110的表面积，如图4所示，使得该阴极导电片120更适合于作为一感测电极(阳极导电片110在显示期间传递高电压，而阴极导电片120在触控期间传递高电压，本发明就触控目的作考虑)。值得注意的是，在只使用单一感测电极的情形下，必须采用一自电容感测方式。
较佳是选择该阳极导电片110及该阴极导电片120两者一并作为感测电极，且两者可电性连接而采用一自电容感测方式，或电性独立而采用互电容感测方式。这些感测方式将在后续段落中进一步说明。
该微控制单元20是经由一阳极节点IO1及一阴极节点IO2分别连接至该阳极导电片110及该阴极导电片120，并组态成：在该显示期间PD，将该阳极导电片110及该阴极导电片120连接至一显示电路30；且在该触控期间PT，将该阳极导电片110及该阴极导电片120连接至一触控电路40。该显示电路30是用于在该显示周期PD，点亮该至少一显示单元10，通常是一显示单元矩阵，以显示一影像。该触控电路40则是用于在该触控周期PT，使用该阳极导电片110或该阴极导电片120，或联合两者(依照既定设计)来执行一触控感测。
具体而言，在该微控制单元20及该阳极导电片110及该阴极导电片120之间具有多个切换器210，以将该阳极导电片110及该阴极导电片120连接至该显示电路30或该触控电路40。
作为一例，该微控制单元20的运行流程是：首先，控制该显示单元10的显示发光；接着，将该显示单元10自连接至该显示电路30切换至连接至该触控电路40(此时，该发光二极体100对于该显示电路30呈现浮接)；接着，控制该显示单元10的触控感测；接着，判断触控感测结果；然后再回到控制该显示单元10的显示发光，如此形成循环。
由此可见，本发明的该阳极导电片110及该阴极导电片120既是作为该发光二极体100的电极，又是作为感测电极，并采用一分时切换机制在两者之间作切换。
因此，在本发明中，除了该阳极导电片110及该阴极导电片120在该触控期间PT用于传递该感测信号之外，没有独立专用感测电极。如此一来，不需要额外感测电极及其制程，不需要多个额外感测布线及其制程，亦不会因上述额外元件的存在而对于该发光二极体100会产生不利的电性或热力学影响。
第二实施例
图7显示本发明第二实施例的具有触控感测功能的发光二极体装置2的示意图，其是适合于执行一自电容触控感测。
所谓的自电容触控感测，是指只使用单一感测电极来感测一最小感测单位是否发生一触碰事件，一感测信号的发射与接收都是由该感测电极来执行(当然，若有多个最小感测单位，则该多个最小感测单位各自配合有单一感测电极)。通过比较该感测信号来回的一差值，即可判断是否发生一触碰事件。
至于只使用该阳极导电片110或只使用该阴极导电片120的情形，在此不作赘述。
本实施例特别说明的例子是，在该触控期间PT，该微控制单元20使得该阳极导电片110及该阴极导电片120发生短路，而具有一相等电压，以适合于执行一自电容触控感测。具体而言，该相等电压是来自该感测信号，而该阳极导电片110及该阴极导电片120在传递该相等电压的该感测信号时，该发光二极体100不至于发光。
上述短路是由该微控制单元20，在该触控电路40中，将该阳极导电片110及该阴极导电片120连接在一起而发生。上述连接可通过多个开关(例如，晶体管所组成的逻辑电路)来实现。
值得注意的一点是，在此，由于传递着该感测信号，该相等电压可为非零电压(非接地电压)。这里亦彰显出本发明的一区别特征，因为纯粹用于发光的一通用发光二极体的一阳极及一阴极在一正常操作下是不会短路的，亦不会是非零电压(非接地电压)。只有根据本发明，该阳极导电片110及该阴极导电片120既是用于发光，又是用于感测，才有必要在该感测期间将两者短路，联合成一感测电极。
另外值得注意的另外一点是，上述短路除了可提供自电容触控感测之外，尚有两个优点：其一，该阳极导电片110及该阴极导电片120通过短路而联合，可提供较大的感测面积。特别注意的是，背景技术并没有理由将两个分离的导电片通过短路而联合。其二，由于该阳极导电片110及该阴极导电片120通过短路而具有该相等电压，该发光二极体100由于在该阳极及该阴极之间没有电压差，就不会产生不预期的发光。
第三实施例
图8显示本发明第三实施例的具有触控感测功能的发光二极体装置3的示意图，其是适合于执行一互电容触控感测。
所谓的互电容触控感测，在本发明中，是使用一触控发射电极(即该阴极导电片120)来发射一触控发射信号TX，而使用一触控接收电极(即该阳极导电片110)来接收一触控接收信号RX。如果一手指接近该触控发射电极及该触控接收电极，该手指的电荷会阻断或减弱该触控发射电极所发出的该触控发射信号TX，如图9所示，在该触控发射电极与该触控接收电极之间的一部分电力线被该手指阻断。接着，该触控接收电极会接收该被阻断或被减弱的该触控发射信号TX，形成该触控接收信号RX。通过比较该触控发射信号TX及该触控接收信号RX的一差值，即可判断是否发生一触碰事件。换句话说，该触控发射信号TX及该触控接收信号RX的一差值正比于一手指的电荷。
根据本发明，在该触控期间PT，该微控制单元20是控制该阴极导电片120发射一触控发射信号TX，而该阳极导电片110接收一触控接收信号RX。较佳是，该触控发射信号TX是一高电压VH，该触控接收信号RX是一低电压VL，使得该发光二极体100在该触控期间PT呈现逆接而不至于发光。
诚如上述，由于本发明的该阳极导电片110及该阴极导电片120既是作为该发光二极体100的电极，又是作为感测电极，必须考虑到该阳极导电片110及该阴极导电片120作为感测电极对于该发光二极体100的一影响，避免该发光二极体100不预期的发光。因此，通过上述逆接对于该发光二极体100所产生的一逆压即可避免该发光二极体100不预期的发光。
第四实施例
图10显示本发明第四实施例的具有触控感测功能的发光二极体装置4(显示电路30存在，但是并未呈现在图10中)，包括多个显示单元10(例如，标示为10-1、10-2、10-3…)，每个显示单元10皆与第一实施例的该显示单元10具有相同结构，而该多个显示单元10依序进入各自的触控期间PT。由于触控感测需要依序扫描过每个最小感测单位，以确定一触碰事件的一位置，该多个显示单元10依序进入各自的触控期间PT的时序图如图11所示。
第五实施例
图12及图13显示本发明第五实施例的具有触控感测功能的发光二极体装置5(显示电路30存在，但是并未呈现在图12及图13中)，包括多个显示单元10，但是该多个显示单元10只有特定几个显示单元10依序进入各自的触控期间PT。
具体而言，该多个显示单元10是分成多个组别11；且该微控制单元20是组态成：判断该感测信号来自该多个组别11的一特定组别11*；对于该特定组别11*，判断该感测信号来自该特定组别11*的一特定显示单元10*。图12及图13的虚线显示根据上述组态的一判断路径。图12及图13分别将八个显示单元10分成不同数目的组别，具体而言，图12是将八个显示单元10分成两个组别，而图13是将八个显示单元10分成四个组别，当然，其他分组方式亦是可能的。
换句话说，除了该特定组别11*之外，其他组别11并不需要执行一触控扫描，以节省时间及电力。
第六实施例
图14显示本发明第六实施例的具有触控感测功能的发光二极体装置6，包括多个显示单元10，该多个显示单元10是排列成一阵列，其中每个显示单元10的结构及操作请参考前述实施例。
综上所述，在本发明中，除了该阳极导电片及该阴极导电片在该触控期间用于传递该感测信号之外，没有独立专用感测电极。如此一来，不需要额外感测电极及其制程，不需要多个额外感测布线及其制程，亦不会因上述额外元件的存在而对于该发光二极体会产生不利的电性或热力学影响。
此外，在进一步的多个观点下，本发明考虑到该阳极导电片及该阴极导电片作为感测电极对于该发光二极体的一影响，设计出该阳极导电片及该阴极导电片的一短路连接方式，及一逆压施加方式，以避免该发光二极体在该感测期间产生不预期的发光。
尽管本发明已通过上述实施例说明，可理解的是，根据本发明的精神及本发明所主张的申请专利范围，许多修饰及变化都是可能的。

Claims (16)

1.一种具有触控感测功能的发光二极体装置，包括：
至少一显示单元，其包括：
一发光二极体，具有一阳极及一阴极；
一阳极导电片，是连接至该发光二极体的该阳极；及
一阴极导电片，是连接至该发光二极体的该阴极；
其中，该阳极导电片及该阴极导电片是设置成：
在一显示期间，是使得该发光二极体导通而发光；且
在一触控期间，是使得该发光二极体不导通而不发光，并同时适合于感测一手指的一电荷而产生一感测信号；
一微控制单元，是连接至该阳极导电片及该阴极导电片，并组态成：
在该显示期间，将该阳极导电片及该阴极导电片连接至一显示电路；且
在该触控期间，将该阳极导电片及该阴极导电片连接至一触控电路。
2.根据权利要求1所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，对于该至少一显示单元本身，该显示期间及该触控期间是交替发生。
3.根据权利要求1所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，除了该阳极导电片及该阴极导电片在该触控期间用于传递该感测信号之外，没有独立专用感测电极。
4.根据权利要求1所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，该阳极导电片或该阴极导电片的任何一者作为一感测电极，或两者皆作为感测电极。
5.根据权利要求1所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，该阴极导电片的表面积大于该阳极导电片的表面积，使得该阴极导电片适合于作为一感测电极。
6.根据权利要求1所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，在该微控制单元及该阳极导电片及该阴极导电片之间具有多个切换器，以将该阳极导电片及该阴极导电片连接至该显示电路或该触控电路。
7.根据权利要求1所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，在该触控期间，该微控制单元使得该阳极导电片及该阴极导电片发生短路，而具有一相等电压，以适合于执行一自电容触控感测。
8.根据权利要求7所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，该相等电压是来自该感测信号，而该阳极导电片及该阴极导电片在传递该相等电压的该感测信号时，该发光二极体不至于发光。
9.根据权利要求7所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，该微控制单元是在该触控电路中将该阳极导电片及该阴极导电片连接在一起而发生短路。
10.根据权利要求1所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，在该触控期间，该微控制单元使得该阴极导电片发射一触控发射信号，该阳极导电片接收一触控接收信号，以适合于执行一互电容触控感测。
11.根据权利要求10所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，该触控发射信号及该触控接收信号的一差值正比于该手指的该电荷。
12.根据权利要求10所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，该触控发射信号是一高电压，该触控接收信号是一低电压，使得该发光二极体在该触控期间呈现逆接而不至于发光。
13.根据权利要求1所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，该显示单元是一双列直插封装结构或一粘着型结构。
14.根据权利要求1所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，该至少一显示单元包括多个显示单元，该多个显示单元依序进入各自的触控期间。
15.根据权利要求1所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，该至少一显示单元包括多个显示单元，该多个显示单元是分成多个组别；且
该微控制单元是组态成：
判断该感测信号来自该多个组别的一特定组别；
对于该特定组别，判断该感测信号来自该特定组别的一特定显示单元。
16.根据权利要求1所述的具有触控感测功能的发光二极体装置，其中，该至少一显示单元包括多个显示单元，该多个显示单元排列成一阵列。
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