TWI389016B - 整合式畫素結構、整合式觸控液晶顯示裝置及其觸控方法 - Google Patents

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Description

整合式畫素結構、整合式觸控液晶顯示裝置及其觸控方法
本發明係關於一種觸控液晶顯示器，特別是，關於一種整合式之觸控液晶顯示器及其觸控方法。
觸控式面板的使用，打破了習知以鍵盤及滑鼠作為電子產品或機器設備的溝通介面，不但節省了傳統鍵盤及滑鼠所需佔用的空間，更提供了人性化的操作方式。
傳統具有觸控功能的液晶顯示裝置通常採外掛式結構，將普通的液晶顯示面板外加一片觸控面板，直接進行上下的疊合。參考圖1，其顯示習知外掛式觸控液晶顯示裝置100的剖面示意圖，其主要由觸控面板110及液晶顯示面板120所組成。一般來說，觸控面板110的中央為觸控區域112，四周則設置偵測電路114，其中觸控面板110的觸控區域112係對應顯示面板120的顯示區域125。當有物體接觸觸控區域112時，在相對位置將產生一電位訊號，此訊號可進一步透過連接器132傳送至電路板130上的其他電路進行處理。
此外，為了固定以及降低震動，通常在觸控面板110及液晶顯示面板120之間會加入一橡皮緩衝墊140。最後，再以外殼150固定所有元件。因此，傳統外掛式之觸控液晶螢幕的厚度及重量都大幅提高，造成使用上的不便。而且，除了穿透率下降或反射率上升等 光學問題之外，觸控面板與液晶顯示器之間也因容易產生空氣間隙而形成牛頓環等色不均的問題。
因此，有必要提供一種輕薄、可靠性佳的整合式觸控液晶顯示裝置。
鑑於先前技術所存在的問題，本發明提供了一種整合式觸控液晶顯示裝置及其觸控方法，具有易客製化、輕薄、無空氣間隙、與多重觸控功能等優點。
根據本發明之一方面，提供了一種整合式畫素結構。此整合式畫素結構包含一電晶體陣列基板、與電晶體陣列基板實質上平行之一彩色濾光片基板、以及夾設於電晶體陣列基板與彩色濾光片基板之間的一液晶層。電晶體陣列基板包含一第一電晶體、連接至第一電晶體的一第一儲存電容、一第二電晶體、連接至第二電晶體的一第二儲存電容、以及一導電凸狀物。導電凸狀物係對應第二儲存電容而設置，用以在彩色濾光片基板受擠壓時電性連接第二儲存電容及彩色濾光片。
根據本發明之另一方面，提供了一種整合式觸控液晶顯示裝置。此整合式觸控液晶顯示裝置包含一液晶面板、一閘極驅動電路、一資料驅動電路、一觸控讀取電路、以及一比對電路。液晶面板包含複數個前述之整合式畫素結構、複數條閘極線、及複數條資料線。閘極驅 動電路用以輸出控制訊號至複數條閘極線。資料驅動電路用以輸出顯示資料及觸控參考資料至複數條資料線。觸控讀取電路耦合至複數條資料線，用以讀取各畫素之第二儲存電容中所儲存之儲存資料。比對電路耦合至觸控讀取電路，用以接收並計算儲存資料以獲得在液晶面板上之一觸碰位置資料。
根據本發明之又一方面，提供了一種用於一整合式觸控液晶顯示裝置的觸控方法。此觸控液晶顯示裝置包含一液晶面板，且此液晶面板具有複數個上述之整合式畫素結構、複數條資料線、及複數條閘極線。本發明之方法包含以下步驟：傳送顯示資料至第一儲存電容，用以更新液晶面板之顯示畫面；傳送觸控參考資料至第二儲存電容；讀取第二儲存電容所儲存之儲存資料；以及計算儲存資料以獲得在液晶面板上之一觸碰位置資料。
本發明之其他方面，部分將在後續說明中陳述，而部分可由說明中輕易得知，或可由本發明之實施例而得知。本發明之各方面將可利用後附之申請專利範圍中所特別指出之元件及組合而理解並達成。需了解，前述的發明內容及下列詳細說明均僅作舉例之用，並非用以限制本發明。
本發明揭露一種具有觸控功能的液晶顯示裝置，不必外加觸控玻璃或薄膜，亦不需變更機構設計，且具有 多重觸控功能。為了使本發明之敘述更加詳盡與完備，可參照下列描述並配合圖2至圖16之圖式。然以下實施例中所述之裝置、元件及方法步驟，僅用以說明本發明，並非用以限制本發明的範圍。
圖2為根據本發明一實施例所繪示之一整合式觸控液晶顯示裝置中之其中一整合式畫素結構200的電路圖。整合式畫素結構200包含顯示單元210及觸控單元220，其中顯示單元210包含薄膜電晶體(TFT)M1、儲存電容Cst1 、及LC電容CLC ，而觸控單元220包含薄膜電晶體M2及儲存電容Cst2 。TFT M1的汲極連接至資料線230、閘極連接至閘極線212、且源極與儲存電容Cst1 及LC電容CLC 連接，其中儲存電容Cst1 的一端連接至共地線240。當閘極線212開啟TFT M1時，資料線230上的電壓將透過TFT M1傳送至LC電容CLC ，並藉由儲存電容Cst1 而維持一個時段內的電壓值。顯示單元210內各元件的作用及其架構類似一習知液晶顯示器的畫素結構，故不贅述。
參考圖2，在觸控單元220中，薄膜電晶體M2的汲極連接至資料線230、閘極連接至閘極線222、而源極則與儲存電容Cst2 連接。薄膜電晶體M2可由閘極線222開啟，以透過資料線230對儲存電容Cst2 進行讀取或寫入的動作。根據本發明，當整合式觸控液晶顯示裝置中對應畫素200的位置受到觸壓時，將對畫素200中的儲存電容Cst2 產生一放電路徑，使得儲存電容Cst2 所儲存的電壓值因而下降。因此，藉由依序讀出整合式觸控液晶顯示裝置之每一畫素的觸控單元內的儲存資料，可精準得知觸碰點的位置。
圖3A及3B繪示不同實施例中之圖2觸控單元220的結構剖面圖。參考圖3A，觸控單元300由TFT陣列基板310、彩色濾光片基板320、以及夾設於兩基板之間的液晶層330所構成。在TFT陣列基板310中，首先在透明基板311上形成閘極線312、313，接著形成一閘極絕緣層314以覆蓋基板311及閘極線312、313。接著，在閘極線312之上的兩側分別形成汲極電極315及源極電極316，以形成圖2之TFT M2。汲極電極315係構成圖2中資料線230的一部分，而源極電極316延伸連接至導電電極317，其中導電電極317與閘極線313、及夾設其間的部分閘極絕緣層314構成了圖2中儲存電容Cst2 。彩色濾光片基板320包含了形成於透明基板321上的黑色矩陣324及325、RGB彩色濾光片322、及共同電極323。
繼續參考圖3A，導電凸狀物340形成於儲存電容Cst2 之上，且與儲存電容Cst2 電性連接。導電凸狀物340與彩色濾光片基板320間隔一預定距離，當使用者觸壓液晶顯示裝置時，觸碰位置將產生微小的形變(即彩色濾光片基板320將向下凹陷)，而導致導電凸狀物340與彩色濾光片基板320接觸。此時，儲存電容Cst2 內所儲存的電荷將經由導電凸狀物340而流向彩色濾光片 基板320的共同電極323。一般來說，導電凸狀物340與彩色濾光片基板320間的距離較佳約為0.1 μm至約2 μm，然不在此限。為了增強液晶顯示器的耐壓強度，可額外形成間隔體342於例如導電凸狀物的四周，作為液晶顯示裝置的支撐點以增加其耐壓強度。導電凸狀物340的主要目的係用以在發生觸壓時對儲存電容Cst2 提供一放電路徑，因此本發明並不限制導電凸狀物340的位置。舉例來說，導電凸狀物340亦可設置在彩色濾光片基板320上，如圖3B顯示。
一般而言，參考圖2、3A、及3B，本發明之整合式觸控液晶顯示器的一畫素結構(如圖2之200)包含了一觸控單元及一顯示單元，其中觸控單元至少包含一TFT、一儲存電容、一導電凸狀物、以及一間隔體。在觸控單元中，可透過設置於TFT陣列基板上或彩色濾光片基板上的導電凸狀物作為放電路徑，另外也可透過設置於TFT陣列基板上或彩色濾光片基板上的間隔體來維持液晶影像的正常運作。須注意的是，整合式觸控液晶顯示器中的所有畫素並非均必須內嵌一觸控單元，使用者可根據實際應用所需的解析度來配置觸控單元。舉例來說，使用者可選擇以由一個R、G、或B子畫素搭配一個觸控單元、或選擇以由RGB三個子畫素所組成之一個完整畫素搭配一個觸控單元、亦可選擇以每N個RGB完整畫素搭配一個觸控單元。此外，每一觸控單元內之導電凸狀物及間隔體的高度、大小、及密度均可根據實際應用所需而調整。
圖4A繪示圖3A及3B中之導電凸狀物340的各種不同結構400、410、及420。舉例來說，導電凸狀物400可藉由以樹脂等有機材料形成一柱狀體後再加入導電粒子而形成。在另一實施例中，導電凸狀物410可藉由在以樹脂等有機材料所形成的柱狀體412上覆蓋一層由導電材料所形成的導電膜414而形成。在又一實施例中，導電凸狀物420可藉由將導電點424形成於用以提供支撐功能之間隔體422之上而形成，以結合支撐與放電功能。如前述，除導電凸狀物之外，亦可額外形成一或多個間隔體以加強面板支撐功能，圖4B繪示在一畫素中之導電凸狀物及間隔體之各種可能組合A、B、及C的示意圖。在組合A中，一個畫素可包含一個導電凸狀物d及一個間隔體s。在組合B中，一個畫素可包含2個導電凸狀物d1及d2，以及2個間隔體s1及s2。在組合C中，一個畫素可包含1個間隔體s及環繞在其四周的4個導電凸狀物d1、d2、d3、及d4。一般來說，導電凸狀物的數量增加，放電速度也將增加。各種導電凸狀物及/或間隔體的結構可使用習知半導體製程方法製成，舉例來說，以光罩設計(例如設計不同直徑的圓孔)搭配有機光敏感材料的方式即可以一次曝光形成不同高度的柱狀體，或者可以多次堆疊成膜的方式來可達到雙高度的凸狀物結構。
圖5為根據本發明一實施例而繪示之含有觸控單元的一整合式畫素結構500的電路佈局，其包含TFT 陣列基板510及彩色濾光片基板520。TFT陣列基板510包含顯示區域530及觸控區域540，其中顯示區域530具有TFT M1及儲存電容Cst1，而觸控區域540具有TFT M2及儲存電容Cst2。彩色濾光片基板520包含彩色濾光片區域522及黑色矩陣區域524。整合式畫素結構500的等效電路圖可參考圖2所示的電路圖。一般來說，為了遮蔽當外力觸壓時所可能產生的Mura或漏光現象，觸控區域540係採用非透明的導電電極，或是對應彩色濾光片基板520中黑色矩陣區域524的位置而設置。舉例來說，在圖3A及3B所示的實施例中，TFT M2及儲存電容Cst2 的位置分別對應彩色濾光片基板320中黑色矩陣324及325的位置，以確保液晶顯示品質。
圖6顯示本發明一實施例之整合式觸控液晶顯示裝置600的方塊示意圖，其包含複數個具有內嵌觸控單元之畫素結構612的液晶面板610、閘極驅動電路620、觸控讀取電路640、資料驅動電路650、及比對處理電路660。畫素結構612包含顯示單元及觸控單元(如圖2所示)，透過閘極驅動電路620及資料驅動電路650的驅動，可對液晶面板610之所有畫素結構中的顯示資料進行更新，且可對所有內嵌的觸控單元進行讀取及寫入的動作。觸控讀取電路640用以讀取各觸控單元內之儲存電容所儲存的電壓值，且其可包含放大器、類比數位轉換器、及雜訊濾波電路等習知的電路元件。藉由觸壓點位置所對應之畫素結構中之觸控單元的電壓放電、並透過循序的掃描將所有畫素結構之觸控單元中的儲存 資料讀出、最後再由比對處理電路660對所讀出的儲存資料進行計算(例如對觸控單元之寫入及讀出資料進行比對)，即可精準得知觸控的畫素位置。
圖7繪示圖6之整合式觸控液晶顯示裝置600之一實施方式的電路結構700，其主要包含液晶面板710、閘極驅動電路720、顯示/讀取切換電路730、觸控讀取電路740、資料驅動電路750、及比對處理電路760，其中液晶面板710包含複數條閘極線G1(A)－Gm(A)及G1(B)－Gm(B)以及複數條資料線D1(A)－Dm(A)。在此實施例中，每一畫素結構712由一顯示單元及一觸控單元所構成，如圖2所示，且由兩條閘極線及一條資料線所驅動。閘極驅動電路720用以輸入控制訊號至閘極線G1(A)－Gm(A)以驅動畫素結構712中的顯示單元，以及用以輸入控制訊號至閘極線G1(B)－Gm(B)以驅動畫素結構712中的觸控單元。資料驅動電路750用以透過各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)傳送顯示資料至各顯示單元或傳送觸控參考資料至各觸控單元，觸控讀取電路740用以自各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)將各觸控單元內的資料讀出。顯示/讀取切換電路730分別與資料驅動電路750及觸控讀取電路740連接，用以在不同的時點切換資料驅動電路750及觸控讀取電路740兩者與各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)之間的電性連接。在一實施例中，如圖7所示，顯示/讀取切換電路730可包含複數個由切換電晶體MS1 及MS2 所組成的切換單元，每一切換單元分別與不同的資料線D1(A)、 D2(A)...、Dm(A)連接。電晶體MS1 及MS2 可由控制線Q1及Q2分別控制其為導通或關閉，當電晶體MS1 導通時，資料驅動電路750可電性連接至資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)，當電晶體MS2 導通時，觸控讀取電路740可電性連接至資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)。比對處理電路760分別與資料驅動電路750及觸控讀取電路740連接，用以比較由資料驅動電路750所寫入至各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)的觸控參考資料以及由觸控讀取電路740自各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)所讀出的資料，以比對計算出觸控點的位置座標。在另一實施例中，比對處理電路760可僅與觸控讀取電路740連接，並可藉由預設的臨界電壓值及運算邏輯，直接對由觸控讀取電路740所讀出之資料進行計算，即可獲得觸控點的位置座標。
圖8顯示圖7電路中各閘極線及各資料線上之訊號時脈圖。同時參考圖7及圖8，在第N個時段(time frame)過程中，閘極驅動電路720依序輸入m個脈衝至閘極線G1(A)－Gm(A)以依序開啟各畫素之顯示單元中的電晶體。此時，資料驅動電路750透過顯示/讀取切換電路730而傳送顯示資料至各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)，以更新液晶面板710的顯示畫面。接著，在第N＋1個時段過程中，閘極驅動電路720依序輸入m個脈衝至閘極線G1(B)－Gm(B)以依序開啟各畫素之觸控單元中的電晶體。此時，資料驅動電路750仍透過顯示/讀取切換電路730而與各資料線D1(A)、D2(A)...、 Dm(A)電性連接，並傳送觸控參考資料至各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)，以對各觸控單元進行寫入動作。接著，在第N＋2個時段過程中，閘極驅動電路720再次依序輸入m個脈衝至閘極線G1(A)－Gm(A)，並由資料驅動電路750再次更新各顯示單元中的資料。接著，在第N＋3個時段過程中，閘極驅動電路720依序輸入m個脈衝至閘極線G1(B)－Gm(B)，且此時顯示/讀取切換電路730係切換使得觸控讀取電路740與各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)電性連接，以讀取各觸控單元中的儲存資料。如前述，由於物體觸碰液晶面板710時將對觸碰位置所對應畫素的觸控單元產生一放電路徑，而使得此觸控單元中所儲存的電壓值降低，因此藉由比較在第N＋1個時段過程中所寫入的觸控參考資料以及在第N＋3個時段過程中所讀出的儲存資料，便可準確地判斷出觸碰位置。
圖9A－9D繪示根據圖8之時脈圖而對一畫素結構進行讀取及寫入動作的示意圖。參考圖9A，在第N個時段中，閘極線G(A)開啟TFT M1 ，閘極線G(B)關閉TFT M2 ，此時資料線D(A)傳送顯示資料，並經由TFT M1 將顯示資料寫入儲存電容Cst1 。參考圖9B，在第N＋1個時段中，閘極線G(A)關閉TFT M1 ，閘極線G(B)開啟TFT M2 ，此時資料線D(A)傳送觸控參考資料，並經由TFT M2 將觸控參考資料寫入儲存電容Cst2 。參考圖9C，在第N＋2個時段中，與第N個時段相同，TFT M1 開啟且TFT M2 關閉，資料線D(A)傳送顯示資料並再次 透過TFT M1 將顯示資料寫入儲存電容Cst1 。參考圖9D，在第N＋3個時段中，TFT M1 關閉且TFT M2 開啟，此時觸控電容Cst2 中所儲存的資料經由TFT M2 傳送至資料線D(A)，再傳送至圖7的觸控讀取電路740，以進行後續的資料計算及/或比對。
在圖8及9A－9D所示的實施例中，顯示單元每隔一個時段進行一次資料的更新(即在時段N、N＋2...寫入顯示資料)，而觸控單元則每四個時段更新一次(即在時段N＋1、N＋5...寫入觸控參考資料)，換言之，在此實施例中顯示單元的資料更新頻率為觸控單元更新頻率的兩倍。舉例來說，顯示單元更新頻率可為60赫茲，而觸控單元的更新頻率為30赫茲。在其他實施例中，觸控單元的更新頻率可依應用所需而調整，例如在顯示單元更新資料2－5次後才對觸控單元進行寫入或讀取的動作。須注意的是，雖然圖7中的每個畫素內均包含一觸控單元，但在其他實施例中，觸控單元的密度可依所需的觸控解析度不同而有不同的設計。
圖10根據本發明一實施例描述當一物體觸碰液晶顯示裝置時的放電路徑示意圖。當物體(如手指1050或筆1052)觸碰液晶面板時，彩色濾光片基板1020受到向下的壓力而產生些微的形變，因而導通觸碰點位置所對應之觸控單元1000中的放電路徑(如圖10的箭頭所示)。觸控單元1000的結構與圖3A之觸控單元類似，主要由TFT陣列基板1010、彩色濾光片基板1020、及 液晶層1030所組成。參考圖10，導電凸狀物1040與彩色濾光片基板1020因受到壓力而相互接觸，而使得觸控單元1000中的儲存電容(即由導電電極1017與閘極線1013所構成的電容)透過彩色濾光片基板1020的共同電極1023進行放電。一般來說，共同電極1023的材質為ITO、IZO、AZO、或其他透明導電材質。導電凸狀物1040的高度、大小、數量、及密度可依應用所需而調整，亦可包含多個高度不同的導電凸狀物，以控制放電點的阻值與觸控受力值，一般而言，觸控單元1000內的導電凸狀物1040數量越多，放電速度也越快。間隔體1042的高度、大小、及密度亦可依應用所需而調整，以維持面板的液晶盒間隙及面板耐壓強度，進而增加面板使用壽命。本發明並不限制每一觸控單元 內之導電凸狀物及間隔體的數量。
圖11A－11D顯示本發明不同實施例之決定觸碰位置之運算邏輯的示意圖。參考圖11A，首先對液晶顯示裝置之每一觸控單元進行充電，即寫入每一觸控單元的觸控參考資料均為H(高電位)，如表格1102所示。若有觸碰發生，則觸碰點所對應畫素之觸控單元中儲存的參考電壓將放電至L(低電位)，如表格1104所示。透過比對寫入觸控單元的觸控參考資料(1102)及自觸控單元所讀出的儲存資料(1104)，即可獲得觸碰點的位置座標A1、B1，如表格1106所示。圖11B顯示本發明另一邏輯運算方式，其可直接透過讀取觸控單元內所儲存的電壓值決定觸碰點位置。一般來說，寫入觸控單元的 觸控參考資料均為邏輯H的數位訊號，而觸碰點所對應之觸控單元內所儲存的電壓值將因放電而降低為L，如表格1112所示。因此，藉由讀出每一觸控單元中所儲存的電壓值即可計算出觸碰點的位置座標A2、B2，如表格1116所示。在此實施例中，可藉由設定一臨界電壓值以幫助觸碰點位置的判斷，並可用以濾掉不必要的雜訊，以避免誤判位置座標。舉例來說，當寫入每一觸控單元的觸控參考資料為5V，可設定臨界電壓值為4V，若所讀出之觸控單元中之儲存電壓大於4V則視為H，小於4V則視為L。由圖11A及11B可看出，每一觸碰點各自對應不同的觸控單元，且每一觸控單元中的資料可個別地讀出，因此其位置可精確且獨立地決定，而可實現多點觸控(multi－touch)的功能。
本發明除了具有多點觸控功能之外，亦可藉由不同的觸控單元及讀取電路的設計，而獲得其他的觸碰資料，如觸碰面積的大小或不同觸碰點間的相對觸壓力大小。舉例來說，在一觸控單元中可設計多個不同高度的導電凸狀物作為放電點，當觸碰的觸壓力較小時，只有高度較高的凸狀導電物會導通形成放電路徑，而當觸壓力夠大時，則可使所有導電凸狀物均導通形成放電路徑而加快放電速率。因此，透過對觸控單元密度、導電凸狀物及間隔體的數量及位置、資料的更新頻率、及讀取電路結構等的設計，可根據所讀出之觸控單元內的儲存資料而判斷觸碰外力的大小。圖11C顯示實現感壓功能之本發明一實施例的邏輯運算方式，其中表格1122 顯示寫入每一觸控單元的觸控參考資料(高電位H)，表格1124顯示自觸控單元所讀出的儲存電壓，其中M2及M1為不同的電壓值，且H>M2>M1。在此實施例中，除了可判斷觸碰位置的座標A3、B3(如表格1126所示)，也可判斷出對應電壓值M1的觸碰點所承受的觸壓力大於對應電壓值M2的觸碰點所承受的觸壓力，即位置A3的觸壓力大於位置B3的觸壓力。
在另一實施例中，可藉由判斷觸控單元的受壓面積或形狀並搭配運算邏輯而得知外力觸碰的大小。舉例來說，圖11D顯示實現感壓功能之本發明另一實施例的邏輯運算方式，其中表格1132顯示寫入每一觸控單元的觸控參考資料(高電位H)，表格1134顯示自觸控單元所讀出的儲存電壓，其中M表示中電位，L表示低電位。電位的高低可藉由事先設定的複數個臨界值而進行判斷，例如可設定臨界值為2V及4V，並設定超過4V的電位為H，在4V及2V之間的電位為M，低於2V的電位則為L。比較表格1132及1134，即可獲得觸碰位置A4、B4(如表格1136所示)，也可判斷出觸碰位置A4所承受的觸壓力及觸壓面積大於觸碰位置B4的觸壓力及觸壓面積。
圖12繪示圖6之整合式觸控液晶顯示裝置600之另一實施方式的電路結構1200，其主要包含液晶面板1210、閘極驅動電路1220及1222、顯示/讀取切換電路1230、觸控讀取電路1240、資料驅動電路1250、及比 對處理電路1260，其中液晶面板1210中的每一畫素結構1212包含顯示單元及觸控單元，且由兩條閘極線及一條資料線驅動。閘極驅動電路1220用以輸入控制訊號至閘極線G1(A)－Gm(A)以驅動畫素結構1212中的顯示單元，而閘極驅動電路1222用以輸入控制訊號至閘極線G1(B)－Gm(B)以驅動畫素結構1212中的觸控單元。資料驅動電路1250用以透過各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)傳送顯示資料至各顯示單元以及傳送觸控參考資料至各觸控單元，觸控讀取電路1240用以透過各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)將各觸控單元內的儲存資料讀出。顯示/讀取切換電路1230分別與資料驅動電路1250及觸控讀取電路1240連接，用以在不同的時點切換資料驅動電路1250及觸控讀取電路1240兩者與各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)之間的電性連接。比對處理電路1260分別與資料驅動電路1250及觸控讀取電路1240連接，用以比較由資料驅動電路1250所寫入至各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)的觸控參考資料以及由觸控讀取電路1240自各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)所讀出的儲存資料，以比對計算出觸控點的位置座標。需注意的是，比對處理電路1260亦可僅由觸控讀取電路1240所讀出的儲存資料判斷觸碰位置。與圖7中採用單邊閘極驅動電路720的電路結構700相較，圖12之電路結構1200採用雙邊的閘極驅動電路1220及1222以分別驅動顯示單元及觸控單元，因此每一閘極驅動電路1220或1222的接腳(pins)數量可減為一半，且操作頻率也可降低。
圖13顯示圖12電路中各閘極線及各資料線上之訊號時脈圖。同時參考圖12及圖13，在第N個時段過程中，閘極驅動電路1220依序輸入m個脈衝至閘極線G1(A)－Gm(A)以依序開啟各畫素之顯示單元中的電晶體，且此時資料驅動電路1250透過顯示/讀取切換電路1230而傳送顯示資料至各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)，以更新各顯示單元內的資料。接著，在第N＋1個時段過程中，閘極驅動電路1222依序輸入m個脈衝至閘極線G1(B)－Gm(B)以依序開啟各畫素之觸控單元中的電晶體，且資料驅動電路1250透過顯示/讀取切換電路1230而傳送觸控參考資料至各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)，以對各觸控單元進行寫入動作。接著，在第N＋2個時段過程中，閘極驅動電路1220再次依序輸入m個脈衝至閘極線G1(A)－Gm(A)，並由資料驅動電路1250再次更新各顯示單元中的資料。接著，在第N＋3個時段過程中，閘極驅動電路1222依序輸入m個脈衝至閘極線G1(B)－Gm(B)，且觸控讀取電路1240與各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)電性連接，以讀取各觸控單元內的儲存資料。如前述，藉由比較在第N＋1個時段過程中所寫入的觸控參考資料以及在第N＋3個時段過程中所讀出的儲存資料，可準確地判斷出觸控位置。
圖14繪示圖6之整合式觸控液晶顯示裝置600之又一實施方式的電路結構1400，其主要包含液晶面板 1410、閘極驅動電路1420、切換電路1430、觸控讀取電路1440、顯示資料驅動電路1450、觸控資料驅動電路1455、及比對處理電路1460，其中液晶面板1410中的每一畫素1412包含顯示單元及觸控單元，且由一條閘極線及兩條資料線驅動。在此實施例中，閘極驅動電路1420用以輸入控制訊號至閘極線G1(A)－Gm(A)以驅動畫素1412中的顯示單元及觸控單元。顯示資料驅動電路1450用以透過各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)傳送顯示資料至各顯示單元。觸控資料驅動電路1455用以透過各資料線D1(B)、D2(B)...、Dm(B)傳送觸控參考資料至各觸控單元，而觸控讀取電路1440用以透過資料線D1(B)、D2(B)...、Dm(B)將各觸控單元內的儲存資料讀出。切換電路1430分別與觸控讀取電路1440及觸控資料驅動電路1455連接，用以在不同的時點切換觸控讀取電路1440及觸控資料驅動電路1455兩者與資料線D1(B)、D2(B)...、Dm(B)之間的電性連接。比對處理電路1460分別與觸控資料驅動電路1450及觸控讀取電路1440連接，用以比較由兩者分別對觸控單元所寫入及讀取的資料，以比對計算出觸控點的位置座標。
圖15顯示圖14電路中各閘極線及各資料線上之訊號時脈圖。同時參考圖14及15，在每一個時段過程中，閘極驅動電路1420皆依序輸入m個脈衝至閘極線G1(A)－Gm(A)，以依序將各畫素中之顯示單元及觸控單元中的電晶體同時開啟。第N個時段過程中，顯示資 料驅動電路1450傳送顯示資料至各資料線D1(A)、D2(A)...、Dm(A)以更新各顯示單元中的資料，而同時觸控資料驅動電路1455也透過切換電路1430而傳送觸控參考資料至各資料線D1(B)、D2(B)...、Dm(B)，以對各觸控單元進行寫入動作。接著，在第N＋1個時段過程中，顯示資料驅動電路1450再次更新各顯示單元中的資料，而觸控讀取電路1440則透過切換電路1430與各資料線D1(B)、D2(B)...、Dm(B)電性連接，以讀取各觸控單元中的儲存資料。接著，在第N＋2個時段過程中，各電路元件重複在第N個時段過程中的動作，以更新各顯示單元中的資料，並對各觸控單元進行寫入動作。接著，在第N＋3個時段過程中，各電路元件重複在第N＋1個時段過程中的動作，以更新各顯示單元中的資料，並對各觸控單元進行讀取動作。如前述，藉由比較在第N個時段過程中所寫入的觸控參考資料以及在第N＋1個時段過程中所讀出的儲存資料，可準確地判斷出觸控位置。
需注意的是，以上所描述之電路結構及時脈圖僅作為本發明的例示，並非用以限定本發明。舉例來說，在圖15所示的實施例中，寫入各觸控單元的觸控參考資料與寫入各顯示單元的顯示資料可為彼此獨立的不同資料。然而，在另一實施例中，寫入各觸控單元的觸控參考資料可與寫入各顯示單元的顯示資料相同，亦即，可不需觸控資料驅動電路1455，而改由顯示資料驅動電路1450對觸控單元進行寫入動作。在其他實施例 中，觸控單元的更新頻率可依實際應用所需而調整，例如可在顯示單元更新資料2－5次後才對觸控單元進行寫入或讀取的動作，以減少裝置的整體耗電量。此外，薄膜電晶體陣列基板亦可以其他類型的電晶體或開關元件取代，例如在反射式液晶顯示器中，乃以CMOS電晶體陣列基板取代之。
圖16根據本發明一實施例，繪示整合式觸控液晶顯示裝置之觸控方法。首先，在步驟S1600中，寫入顯示資料至畫素中的顯示單元，用以更新面板的顯示畫面。接著，在步驟S1610中，寫入觸控參考資料至畫素中的觸控單元，此觸控參考資料可與步驟S1600中的顯示資料相同，也可為獨立的資料。需注意的是，步驟S1600與S1610可在不同的時段中進行，亦可同時進行，且兩步驟的執行頻率可根據應用所需而各自調整。接著，在步驟S1620中，因外力觸碰整合式觸控液晶顯示裝置而使觸碰點所對應的觸控單元產生放電，此觸控單元所儲存的電壓值也因而下降。接著，在步驟S1630中，將每一畫素中之觸控單元內的參考電壓值讀出，其中步驟S1630的執行頻率可搭配步驟S1610。接著，程序將回到步驟S1600，繼續對顯示單元進行更新以及對觸控單元進行寫入及讀取的動作，同時進行至步驟S1640，將步驟S1610及S1630所分別寫入及讀取的資料進行邏輯運算。在步驟S1640中，每一觸控單元可個別進行運算，因此可應用於多點觸控。此外，可事先設定臨界值，以判斷觸控點的受力大小以及濾掉不必要的 雜訊。接著，在步驟S1650中，根據步驟S1640的邏輯運算結果，而比對計算出觸控點的位置座標、受壓面積、及觸壓力大小等資料。
本發明之整合式觸控液晶顯示器只需一層結構，相較於習知外掛式觸控液晶顯示裝置，整體的模組厚度約可減少30%－50%。由於只需一層結構，因此無空氣間隙與牛頓環等色不均的問題。因此本發明可同時具有輕薄與可靠性佳之優點。此外，本發明透過讀取內嵌式觸控單元內的儲存狀態與影像比對處理信號，可同時認識多個點的位置座標，且可抑制雜訊影響，以維持手指或輸入筆輸入之準確性。
以上所述僅為本發明之較佳實施例而已，並非用以限定本發明之申請專利範圍；凡其它未脫離本發明所揭示之精神下所完成之等效改變或修飾，均應包含在下述之申請專利範圍內。
100‧‧‧外掛式觸控液晶顯示裝置
110‧‧‧觸控面板
112‧‧‧觸控區域
114‧‧‧偵測電路
120‧‧‧顯示面板
125‧‧‧顯示區域
130‧‧‧電路板
132‧‧‧連接器
140‧‧‧橡皮緩衝墊
150‧‧‧外殼
200‧‧‧整合式畫素結構
210‧‧‧顯示單元
212‧‧‧閘極線
220‧‧‧觸控單元
222‧‧‧閘極線
230‧‧‧資料線
240‧‧‧共地線
300‧‧‧觸控單元
310‧‧‧TFT陣列基板
311‧‧‧透明基板
312、313‧‧‧閘極線
314‧‧‧閘極絕緣層
315‧‧‧汲極電極
316‧‧‧源極電極
317‧‧‧導電電極
320‧‧‧彩色濾光片基板
321‧‧‧透明基板
322‧‧‧RGB彩色濾光片
323‧‧‧共同電極
324、325‧‧‧黑色矩陣
330‧‧‧液晶層
340‧‧‧導電凸狀物
342‧‧‧間隔體
400、410、420‧‧‧導電凸狀物
412‧‧‧柱狀體
414‧‧‧導電膜
422‧‧‧間隔體
424‧‧‧導電點
500‧‧‧整合式畫素結構
510‧‧‧TFT陣列基板
520‧‧‧彩色濾光片基板
522‧‧‧彩色濾光片區域
524‧‧‧黑色矩陣區域
530‧‧‧顯示區域
540‧‧‧觸控區域
600‧‧‧整合式觸控液晶顯示裝置
610‧‧‧液晶面板
612‧‧‧畫素結構
620‧‧‧閘極驅動電路
640‧‧‧觸控讀取電路
650‧‧‧資料驅動電路
660‧‧‧比對處理電路
700‧‧‧電路結構
710‧‧‧液晶面板
712‧‧‧畫素結構
720‧‧‧閘極驅動電路
730‧‧‧顯示/讀取切換電路
740‧‧‧觸控讀取電路
750‧‧‧資料驅動電路
760‧‧‧比對處理電路
1000‧‧‧觸控單元
1010‧‧‧TFT陣列基板
1013‧‧‧閘極線
1017‧‧‧導電電極
1020‧‧‧彩色濾光片基板
1023‧‧‧共同電極
1030‧‧‧液晶層
1040‧‧‧導電凸狀物
1042‧‧‧間隔體
1050‧‧‧手指
1052‧‧‧筆
1102、1104、1106‧‧‧表格
1112、1116‧‧‧表格
1122、1124、1126‧‧‧表格
1132、1134、1136‧‧‧表格
1200‧‧‧電路結構
1210‧‧‧液晶面板
1212‧‧‧畫素結構
1220、1222‧‧‧閘極驅動電路
1230‧‧‧顯示/讀取切換電路
1240‧‧‧觸控讀取電路
1250‧‧‧資料驅動電路
1260‧‧‧比對處理電路
1400‧‧‧電路結構
1410‧‧‧液晶面板
1412‧‧‧畫素
1420‧‧‧閘極驅動電路
1430‧‧‧切換電路
1440‧‧‧觸控讀取電路
1450‧‧‧顯示資料驅動電路
1455‧‧‧觸控資料驅動電路
1460‧‧‧比對處理電路
Cst1 、Cst2 ‧‧‧儲存電容
CLC ‧‧‧LC電容
d、d1、d2、d3、d4‧‧‧導電凸狀物
D1(A)－Dm(A)、D1(B)－Dm(B)、D(A)‧‧‧資料線
G1(A)－Gm(A)、G1(B)－Gm(B)、G(A)、G(B)‧‧‧閘極線
M1、M2‧‧‧薄膜電晶體
Ms1、Ms2‧‧‧切換電晶體
Q1、Q2‧‧‧控制線
s、s1、s2‧‧‧間隔體
圖式係與本說明書結合並構成其一部分，用以說明本發明之實施例，且連同說明書用以解釋本發明之原理。在此所述之實施例係本發明之較佳實施例，然而，必須瞭解本發明並不限於所示之配置及元件，其中：圖1顯示習知外掛式觸控液晶顯示裝置的剖面示意圖；圖2為根據本發明一實施例所繪示之一整合式觸 控液晶顯示裝置中之其中一整合式畫素結構的電路圖；圖3A及3B繪示不同實施例中之圖2觸控單元的結構剖面圖；圖4 A繪示圖3A及3B中之導電凸狀物的各種不同結構；圖4B繪示在一畫素中之導電凸狀物及間隔體的各種可能組合的示意圖；圖5為根據本發明一實施例而繪示之含有觸控單元的一整合式畫素結構的電路佈局；圖6顯示本發明一實施例之整合式觸控液晶顯示裝置的方塊示意圖；圖7繪示圖6之整合式觸控液晶顯示裝置之一實施方式的電路結構；圖8顯示圖7電路中各閘極線及各資料線上之訊號時脈圖；圖9 A－9D繪示根據圖8之時脈圖而對一畫素進行讀取及寫入動作的示意圖；圖10根據本發明一實施例描述當一物體觸碰液晶顯示裝置時的放電路徑示意圖；圖11A－11D顯示本發明不同實施例之決定觸碰位置之運算邏輯的示意圖；圖12繪示圖6之整合式觸控液晶顯示裝置之另一實施方式的電路結構；圖13顯示圖12電路中各閘極線及各資料線上之訊號時脈圖；圖14繪示圖6之整合式觸控液晶顯示裝置之又一 實施方式的電路結構；圖15顯示圖14電路中各閘極線及各資料線上之訊號時脈圖；以及圖16根據本發明一實施例，繪示整合式觸控液晶顯示裝置之觸控方法。
300‧‧‧觸控單元
310‧‧‧TFT陣列基板
311‧‧‧透明基板
312、313‧‧‧閘極線
314‧‧‧閘極絕緣層
315‧‧‧汲極電極
316‧‧‧源極電極
317‧‧‧導電電極
320‧‧‧彩色濾光片基板
321‧‧‧透明基板
322‧‧‧RGB彩色濾光片
323‧‧‧共同電極
324、325‧‧‧黑色矩陣
330‧‧‧液晶層
340‧‧‧導電凸狀物
342‧‧‧間隔體

Claims (23)

  1. 一種整合式畫素結構，包含：一電晶體陣列基板；一彩色濾光片基板，實質上平行該電晶體陣列基板而設置於該電晶體陣列基板之上；以及一液晶層，夾設於該電晶體陣列基板與該彩色濾光片基板之間；其中該電晶體陣列基板包含：一第一電晶體；一第一儲存電容，連接至該第一電晶體；一第二電晶體；一第二儲存電容，連接至該第二電晶體；以及一導電凸狀物，對應該第二儲存電容而設置，用以在該彩色濾光片基板受擠壓時電性連接該第二儲存電容及該彩色濾光片基板並且在該彩色濾光片基板不受擠壓時不電性連接該第二儲存電容及該彩色濾光片基板，其中當該第二儲存電容與受擠壓的該彩色濾光片基板電性連接時，該第二儲存電容中的電荷透過該導電凸狀物與該彩色濾光片基板而放電。
  2. 如請求項1所述之整合式畫素結構，其中該第一電晶體包含一第一閘極、一第一源極、及一第一汲極，該第二電晶體包含一第二閘極、一第二源 極、及一第二汲極，其中該第一閘極及該第二閘極分別連接至一第一閘極線及一第二閘極線，且該第一汲極及該第二汲極連接至同一資料線。
  3. 如請求項1所述之整合式畫素結構，其中該第一電晶體包含一第一閘極、一第一源極、及一第一汲極，該第二電晶體包含一第二閘極、一第二源極、及一第二汲極，其中該第一閘極及該第二閘極連接至同一閘極線，且該第一汲極及該第二汲極分別連接至一第一資料線及一第二資料線。
  4. 如請求項1所述之整合式畫素結構，其中該導電凸狀物設置於該電晶體陣列基板上，且當該彩色濾光片基板未受擠壓時該導電凸狀物與該彩色濾光片基板相距0.1μm至2μm。
  5. 如請求項1所述之整合式畫素結構，其中該導電凸狀物設置於該彩色濾光片基板上，且當該彩色濾光片基板未受擠壓時該導電凸狀物與該電晶體陣列基板相距0.1μm至2μm。
  6. 如請求項1所述之整合式畫素結構，更包含一間隔體，設置於該導電凸狀物周圍，其中該間隔體之高度小於該導電凸狀物之高度。
  7. 如請求項1所述之整合式畫素結構，其中該彩色 濾光片基板包含一黑色矩陣，且該第二電晶體、以及該第二儲存電容係對應該黑色矩陣而設置於該電晶體陣列基板上。
  8. 如請求項1所述之整合式畫素結構，其中該導電凸狀物的材料包含樹脂和導電粒子。
  9. 如請求項1所述之整合式畫素結構，其中該電晶體陣列基板為一薄膜電晶體陣列基板、或一CMOS電晶體陣列基板。
  10. 一種整合式觸控液晶顯示裝置，包含：一液晶面板，包含複數個如請求項1所述之整合式畫素結構、複數條閘極線、及複數條資料線；一閘極驅動電路，用以輸出控制訊號至該複數條閘極線；一資料驅動電路，用以輸出顯示資料及觸控參考資料至該複數條資料線；一觸控讀取電路，耦合至該複數條資料線，用以讀取各該畫素之該第二儲存電容中所儲存之儲存資料；以及一比對電路，耦合至該觸控讀取電路，用以接收並計算該儲存資料以獲得在該液晶面板上之一觸碰位置資料。
  11. 如請求項10所述之整合式觸控液晶顯示裝置，更包含一切換電路，耦合至該資料驅動電路及該觸控讀取電路，該切換電路用以選擇性地將該複數條資料線的至少一部份電性連接至該資料驅動電路或該觸控讀取電路。
  12. 如請求項10所述之整合式觸控液晶顯示裝置，其中每一該整合式畫素結構中之該第一及該第二電晶體分別與該複數條閘極線中之兩條閘極線連接，且與該複數條資料線中之同一條資料線連接，其中該閘極驅動電路更包含：一第一閘極驅動電路，用以輸出該控制訊號至與該第一電晶體連接之閘極線，以依序開啟各該整合式畫素結構中之該第一電晶體；以及一第二閘極驅動電路，用以輸出該控制訊號至與該第二電晶體連接之閘極線，以依序開啟各該整合式畫素結構中之該第二電晶體。
  13. 如請求項10所述之整合式觸控液晶顯示裝置，其中每一該整合式畫素結構中之該第一及該第二電晶體分別與該複數條資料線中之兩條資料線連接，且與該複數條閘極線中之同一條閘極線連接，其中該資料驅動電路更包含：一顯示資料驅動電路，用以輸出該顯示資料至與該第一電晶體連接之資料線；以及一觸控資料驅動電路，用以輸出該觸控參考 資料至與該第二電晶體連接之資料線。
  14. 如請求項10所述之整合式觸控液晶顯示裝置，其中該比對電路具有一臨界電壓，且該比對電路藉由比對該儲存資料及該臨界電壓而獲得該觸碰位置資料。
  15. 如請求項10所述之整合式觸控液晶顯示裝置，其中該比對電路更耦合至該資料驅動電路以接收該觸控參考資料，且該比對電路藉由比對該觸控參考資料及該儲存資料而獲得該觸碰位置資料。
  16. 如請求項10所述之整合式觸控液晶顯示裝置，其中該液晶面板更包含複數個顯示畫素結構，每一該顯示畫素結構包含一顯示電晶體及一顯示儲存電容。
  17. 一種用於一整合式觸控液晶顯示裝置的觸控方法，該整合式觸控液晶顯示裝置包含一液晶面板，該液晶面板具有複數個如請求項1所述之整合式畫素結構、複數條資料線、及複數條閘極線，該方法包含以下步驟：傳送顯示資料至該第一儲存電容，用以更新該液晶面板之一顯示畫面；傳送觸控參考資料至該第二儲存電容；讀取該第二儲存電容所儲存之儲存資料；以 及計算該儲存資料以獲得在該液晶面板上之一觸碰位置資料。
  18. 如請求項17所述之觸控方法，其中每一該整合式畫素結構中之該第一及該第二電晶體分別與該複數條閘極線中之兩條閘極線連接，且與該複數條資料線中之同一條資料線連接，其中該方法更包含：於一第一時段過程中，依序開啟各該整合式畫素結構中之該第一電晶體，以經由該第一電晶體傳送該顯示資料至該第一儲存電容；於一第二時段過程中，依序開啟各該整合式畫素結構中之該第二電晶體，以經由該第二電晶體傳送該觸控參考資料至該第二儲存電容；於一第三時段過程中，依序開啟各該整合式畫素結構中之該第一電晶體，以經由該第一電晶體傳送該顯示資料至該第一儲存電容；以及於一第四時段過程中，依序開啟各該整合式畫素結構中之該第二電晶體，以經由該第二電晶體讀取該第二儲存電容所儲存之該儲存資料。
  19. 如請求項17所述之觸控方法，其中每一該整合式畫素結構中之該第一及該第二電晶體分別與該複數條資料線中之兩條資料線連接，且與該複數條閘極線中之同一條閘極線連接，其中該方法更包 含：於一第一時段過程中，依序開啟各該整合式畫素結構中之該第一及該第二電晶體，以經由該第一電晶體傳送該顯示資料至該第一儲存電容，且經由該第二電晶體傳送該觸控參考資料至該第二儲存電容；以及於一第二時段過程中，依序開啟各該整合式畫素結構中之該第一及該第二電晶體，以經由該第一電晶體傳送該顯示資料至該第一儲存電容，且經由該第二電晶體讀取該第二儲存電容所儲存之該儲存資料。
  20. 如請求項17所述之觸控方法，更包含：比對該儲存資料及該觸控參考資料而獲得該觸碰位置資料。
  21. 如請求項17所述之觸控方法，更包含：設定一臨界電壓；以及比對該儲存資料及該臨界電壓而獲得該觸碰位置資料。
  22. 如請求項17所述之觸控方法，其中該顯示資料與該觸控參考資料相同。
  23. 如請求項17所述之觸控方法，其中該觸碰位置資料包含至少一觸碰位置座標、觸碰面積、或觸碰壓力。
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