TWI403941B - 觸控顯示器 - Google Patents

Description

觸控顯示器

本發明係關於一種觸控感應模組以及整合該觸控感應模組於觸控顯示器中之觸控顯示器。

隨觸控技術之成熟，市場可見之觸控應用產品非常廣泛，顯示觸控面板顯示器未來市場之成長可期。傳統的觸控面板主要分為外掛電容式與外掛電阻式，然而，不論是採用前述任何一種方式，均須外加觸控面板模組於顯示器模組之顯示面，因此都會對於觸控顯示器產品造成一定的影響，諸如增加顯示器的總厚度及重量、降低顯示器之亮度及對比度、提升生產整合困難度進而提升成本等缺點。

為了解決前述的問題，平面顯示器之相關廠商無不競相開發內含觸控感應功能的整合型平面顯示器，例如由Pat Green Planar Systems公司提出的in-cell光感應式觸控面板(Adi Abileah,Willem den Boer,Terrance Larsson,Tom Baker,Scott Robinson,Roy Siegel,Noah Fickenscher,Brent Leback,Terry Griffin,Beaverton,OR,USA，Integrated Optical Touch Panel in a 14.1”AMLCD，SID 2004)即是一例。該in-cell光感應式觸控面板所採用之技術係利用觸控顯示器內部的薄膜電晶體(TFT)的a-Si層容易依據受光線強度而改變本身輸出之光漏電流，依此，當使用者的手遮斷來自外部環境的光線時，薄膜電晶體輸出不同的電流而藉以判定使用者的手部位置，達到判斷觸控位置的效果。然而，前述光感應式觸控面板卻存在兩個主要的技術問題：

1)該光感應式觸控面板係透過感應外部環境光的亮度 變化而辨識觸控位置，因此，對於環境光的亮度有相當高的要求，例如，在低亮度的環境下沒有感應效果。

2)該光感應式觸控面板內部的薄膜電晶體因長期暴露於外部的環境光，在使用一段時間後，該薄膜電晶體可能退化而持續產生漏電流，容易於長期使用後在控制或讀取判斷上產生誤動作。

為了解決既有in-cell光感應式顯示器使用受到環境光強度變化之限制及易產生誤動作的技術問題，本發明提供一種可使用於各種環境且不易產生誤動作之觸控顯示器。

本發明提供一種觸控顯示器，其包括一上基板及一與該上基板相對設置之下基板。該上基板包括一公共電極層，該下基板包括複數掃描線、複數與該掃描線絕緣相交之資料線及一觸控感應模組。該觸控感應模組包括複數觸控資料讀取線、複數觸控讀取元件及一觸控判斷模組。該複數觸控資料讀取線分別與該等資料線間隔設置；該觸控讀取元件設置於該觸控資料讀取線與該複數掃描線之交叉處。每一觸控讀取元件為一雙端元件，其第一端與其中之一觸控資料讀取線電性連接，其第二端與其中之一條掃描線電性連接。該觸控感應元件根據其與該公共電極層之間之電場變化而改變本身之等效電阻，使該觸控資料讀取線之電壓或輸出電流產生變化。該觸控判斷模組與各條觸控資料讀取線電性連接，並根據電壓或輸出電流產生變化之觸控資料讀取線之位置及被掃描之掃描線之位置確定觸控位置。

本發明提供一種觸控顯示器，其包括一上基板及一與該上基板相對設置之下基板。該上基板包括一公共電極層，該下基板包括複數掃描線、複數與該掃描線絕緣相交之資料線及一觸控感應模組。該觸控感應模組包括複數觸控資料讀取線、複數觸控開關電晶體、複數觸控讀取元件及一觸控判斷模組。該複數觸控資料讀取線分別與該等資料線間隔設置；每一觸控開關電晶體包括一閘極、一源極及一汲極。該閘極與該掃描線電性連接；該源極與該觸控資料讀取線電性連接。該觸控讀取元件設置於該觸控資料讀取線與該複數掃描線之交叉處，每一觸控讀取元件為一雙端元件，其第一端與其中之一條掃描線電性連接，其第二端與該觸控開關電晶體之汲極電性連接。該觸控感應元件根據其與該公共電極層之間之電場變化而改變本身之等效電阻，使該觸控資料讀取線之電壓或輸出電流產生變化；該觸控判斷模組與各條觸控資料讀取線電性連接，並根據電壓或輸出電流產生變化之觸控資料讀取線之位置及被掃描之掃描線之位置確定觸控位置。

相較於習用技術，本發明係以電阻感應式達到觸控位置感應之技術效果，因此，可以解決習用技術的in-cell光感應式顯示器使用受到環境光強度變化之限制及易產生誤動作的技術問題。

請參考圖一，係本發明觸控顯示器第一實施例之部分結構示意圖。該觸控顯示器1包括一上基板20、一下基板10及密封夾置於兩者之間之液晶層(圖未示)。該上基板20 包括一上基板本體21以及形成於該上基板本體21與該下基板10相對之內側表面之一黑色矩陣(black matrix)22、一公共電極23以及一彩色濾光片24。該黑色矩陣22為非透光之網格，其佈局於各彩色濾光片之間而分隔各彩色濾光片。該公共電極23鍍設於該上基板20相對於該下基板10之最外層表面。

該下基板10包括一下基板本體11及自該下基板本體11朝向該上基板本體21依序層疊形成之一遮光層1848、一絕緣層(未標號)、一感應層1842、一歐姆接觸層1846、一連接件1844及一保護層(未標號)。該感應層1842係採用該顯示控制電晶體標準製程之非晶矽材料(amorphous silicon,a-Si)製作。為了避免該感應層1842因受到環境光照射而產生光致漏電流現象，各感應層1842之佈局位置可以與該黑色矩陣22相對應。為了避免該感應層1842受到該觸控顯示器1之背光模組所產生光線的照射而引起光致漏電流(photo induced leakage current)現象，從而使後續觸控判斷錯誤，於形成該感應層1842之前，先利用該顯示控制電晶體標準製程之一閘極金屬層(gate metal layer)佈局鋪設一形狀與該感應層1842對應之一遮光層1848。之後循該顯示控制電晶體標準製程步驟之順序於該遮光層1848上鋪設該絕緣層、該感應層1842、該歐姆接觸層1846、該連接件1844及該保護層。

請一併參考圖二，係該觸控顯示器1之等效電路之部分示意圖。該下基板本體11上進一步設置有複數條掃描線12、複數條資料線14、複數個子像素控制模組16、複數個觸控感應模組18及一觸控判斷模組19。

每一子像素控制模組16夾設於兩條相鄰的掃描線12及兩條相鄰的資料線14之間；每一子像素控制模組16包括一顯示控制電晶體(未標號)以及一子像素電極(圖未示)。該公共電極23與該下基板10之每一子像素電極之間可形成電場，控制該液晶層之分子轉動。該顯示控制電晶體位於該掃描線12及資料線14之交點位置，並分別與鄰近之該掃描線12、該資料線14及該子像素電極電性連接。其中，該子像素電極之材質為一透明導電薄膜，如ITO(銦錫氧化物)、IZO(銦鋅氧化物)等。該觸控顯示器之一驅動控制模組(圖未示)連接各掃描線12及資料線14，控制各顯示控制電晶體之開關狀態及連接之該子像素電極之電壓變化。

該複數觸控感應模組18包括複數條觸控資料讀取線182及複數個觸控讀取元件184，該複數觸控資料讀取線182與該複數資料線14平行間隔設置。該觸控讀取元件184位於該觸控資料讀取線182及部分掃描線12之相交處，該觸控讀取元件184為具有二端子(雙端，two ports)之電阻式感應元件，其兩個端子分別與該觸控資料讀取線182及該掃描線12電性連接。本實施例之每一觸控讀取元件184主要包括一感應層1842及二連接件1844，該感應層之佈局面積及形狀可以搭配鄰近之該子像素控制模組16而設置。舉例而言，該感應層1842可以呈長條狀且鄰近設於其中之一的掃描線12或資料線14，感應層1842兩端分別藉由連接件1844而與該觸控資料讀取線182及該掃描線12電性連接；該連接件1844可利用該顯示控制電晶體標準製程之源/汲極金屬層製成。為了讓該連接件1844與該感應 層1842之間的連接形成更低的接面電阻或避免形成非歐姆接觸(non-ohmic contact)型態，該連接件1844與該感應層1842之間安插有一層歐姆接觸層1846，該歐姆接觸層1846係以該顯示控制電晶體標準製程之摻雜非晶矽(n+ a-Si)製程。

該觸控判斷模組19與每一該觸控資料讀取線182電性連接，其根據各觸控資料讀取線182之電壓準位或輸出電流之差異，判斷某一或某些觸控資料讀取線182上的觸控讀取元件184之對應位置是否受到觸碰按壓。在實施方面，本實施例之該觸控判斷模組19可包括一與各觸控資料讀取線182電性連接之一比較電路，該比較電路係用於找出前述發生電壓或輸出電流差異之觸控資料讀取線182；該觸控判斷模組19可再包括一觸控讀取晶片與該比較電路電性連接，其讀取該比較電路之比較判斷結果，配合該驅動控制晶片模組之訊號，而再判斷讀取該些具有電壓或電流差異之觸控資料讀取線182上的哪些或哪一觸控讀取元件184之對應位置被觸碰。

請一併參考圖三，係本發明觸控顯示器1受到觸壓時之部分結構示意圖。使用時，為了讓該輸出型顯示器能夠維持顯示功能，該驅動控制模組以掃描方式逐一輸入電壓脈衝方波予該掃描線12，其中，該驅動控制模組掃描各掃描線12之掃描頻率可為60Hz,120Hz...等。本實施例中的各觸控讀取元件184之一端分別與其中之一條掃描線12連接；因此，當使用者按壓觸動該上基板20，使該上基板20局部區域撓曲而朝該下基板10之方向移動接近，對應位置之該觸控讀取元件184之該感應層1842內的自由傳導電荷 因受該公共電極23之吸引而集中累積，進而改變該感應層1842兩端的等效電阻。前述的公共電極23之所以可以吸引該感應層1842之自由傳導電荷之累積，係因為該公共電極23與該下基板10之線路或導線佈局形成電場，例如，該公共電極23也可與該遮光層1848形成電場，因此當該公共電極23之位置相對接近該感應層1842時因為電場改變而導致該感應層1842兩端之等效電阻發生改變；在該感應層1842受到感應之時，若當其中之一的掃描線12處於輸入電壓脈衝週期時，該掃描線12連接的該觸控讀取元件184因電阻改變而使與該觸控讀取元件184連接的觸控資料讀取線182改變電壓準位或輸出電流。藉此，該觸控判斷模組19即可依據改變電壓準位或輸出電流之觸控資料讀取線182的位置及被掃描之該掃描線12的位置確定讀取被觸控的位置。換言之，該掃描線12之掃描週期對於該觸控讀取元件184而言係為一讀取電壓，使該觸控讀取元件184於輸入該讀取電壓之時會因為受到觸控而改變輸出至該觸控資料讀取線182之電壓或輸出電流。

其中，較佳之狀況為每一觸控讀取元件184所連接之觸控資料讀取線182連接該掃描線12所連接之低準位電壓源。因此，當該掃描線12未被掃描前，該觸控讀取元件184的第一端點與第二端點為等電位，流經該觸控讀取元件184之該感應層1842的電流為零。當選取到該掃描線12，使得該掃描線12之電壓從低準位電壓變成高準位電壓，該觸控讀取元件184的第一端點與第二端點有一壓差，所以有電流輸出。此時，若該觸控讀取元件184的區域未被觸控到，該觸控讀取元件184之輸出電流相對較 小，反之，若該觸控讀取元件184之對應區域被觸控，則該觸控讀取元件184之輸出電流則相對較大，藉由前述比較輸出電流的大小，可知道哪些該觸控讀取元件184所在區域是否有被觸碰按壓。補充說明之，本實施例之觸控讀取元件184之數量不限定，該觸控讀取元件184之數量可以與資料線14的數量相同或少於該資料線14之數量，且與每一掃描線12連接的觸控讀取元件184數量也可相同或少於該顯示控制電晶體的數量；其中，較少的觸控感應模組18及觸控讀取元件184之數量讓該觸控顯示器具備較佳的開口率、良率及成本，反之，則具有相對靈敏的觸控感應效果。

請參考圖四，係本發明觸控顯示器第二實施例之部分結構示意圖。相較於第一實施例，其區別在於該觸控顯示器2之該觸控讀取元件184之該感應層1842下方未設置該遮光層1848，如此，由於本實施例之感應層1842可能持續接受該觸控顯示器之一背光模組(圖未示)之照光，因此可藉此利用該背光模組之光線調變、降低該感應層1842之阻抗，故可以縮小該感應層1842所需的面積或尺寸，而可提高該觸控顯示器之開口率及顯示亮度。

請參考圖五，係本發明觸控顯示器第三實施例之等效電路之部分結構示意圖。相較於第一及第二實施例，其區別在於：觸控顯示器3之每一觸控讀取元件384與該觸控資料讀取線382連接之一端再串接一個觸控開關電晶體388，其中，該觸控開關電晶體388之汲極/源極(drain/source)分別連接於該觸控讀取元件384及該觸控資料讀取線382，該觸控開關電晶體388之閘極(gate)則連接於該觸控 讀取元件384所連接之該掃描線32。其中，增加該觸控開關電晶體388之目的在於讓該觸控資料讀取線382的電壓、輸出電流穩定，因為第一實施例的每一條觸控資料讀取線382連接許多個接於不同掃描線32之多個觸控讀取元件384，而該觸控資料讀取線382在該觸控顯示器沒受觸控按壓的狀況下，各觸控讀取元件384仍可能於各掃描線32掃描時，將漏電流輸出至該觸控資料讀取線382進而影響該觸控判斷模組39之判讀結果。在增加該觸控開關電晶體388之後，每一個觸控讀取元件384只有在連接之該掃描線32之掃描週期內將觸控感應結果傳送給對應連接之該觸控資料讀取線382，因此，可大幅減少該觸控資料讀取線382之背景雜訊，而進一步改善該觸控判斷模組39之判斷錯誤之問題。

更進一步說明之，加入該觸控開關電晶體388的另一主要目的在於讓觸控資料讀取線382的電位可隨意調整，當某一觸控開關電晶體388所連接之掃描線32沒被選取掃描時，該觸控開關電晶體388呈關閉狀態，所以不會有漏電流，因此完全解決前述漏電流的問題，更可以讓電路設計者可以有更多的調整空間選擇該觸控資料讀取線382之電壓準位。

請參考圖六，係本發明觸控顯示器第四實施例之等效電路之部分結構示意圖。相較於第一、第二及第三實施例，其區別在於：每一個觸控讀取元件484原接於其中之一的掃描線42之端點改接於一電壓源VDD，該電壓源489提供該讀取電壓，而該電壓源489之電壓準位不限定，可以依據需求，如佈局的便利性或輸出至該觸控判斷模組49之 訊號強度等而改變。如此，輸出至該觸控資料讀取線482之訊號則不再受到該掃描線42之最高電壓之限制，可以依據前述的需求而調整。

1、2、3‧‧‧觸控顯示器

24‧‧‧彩色濾光片

10‧‧‧下基板

11‧‧‧下基板本體

12、32、42‧‧‧掃描線

14‧‧‧資料線

16‧‧‧子像素控制模組

162‧‧‧顯示控制電晶體

182、382、482‧‧‧觸控資料讀取線

18‧‧‧觸控感應模組

1842‧‧‧感應層

184、384、484‧‧‧觸控讀取元件

1846‧‧‧歐姆接觸層

1844‧‧‧連接件

188、388‧‧‧觸控開關電晶體

1848‧‧‧遮光層

19、39、49‧‧‧觸控判斷模組

VDD‧‧‧電壓源

21‧‧‧上基板本體

20‧‧‧上基板

23‧‧‧公共電極

22‧‧‧黑色矩陣

圖一為本發明觸控顯示器第一實施例之部分結構示意圖。

圖二為圖一所示觸控顯示器之等效電路之部分示意圖。

圖三為圖一所示觸控顯示器受到觸壓時之結構示意圖。

圖四為本發明觸控顯示器第二實施例之部分結構示意圖。

圖五為本發明觸控顯示器第三實施例之等效電路之部分示意圖。

圖六為係本發明觸控顯示器第四實施例之等效電路之部分示意圖。

12‧‧‧掃描線

14‧‧‧資料線

16‧‧‧子像素控制模組

18‧‧‧觸控感應模組

182‧‧‧觸控資料讀取線

184‧‧‧觸控讀取元件

1842‧‧‧感應層

1844‧‧‧連接件

19‧‧‧觸控判斷模組

Claims (14)

1. 一種觸控顯示器，其包括：一上基板，其包括一公共電極層；一與該上基板相對設置之下基板，該下基板包括：複數掃描線、複數與該掃描線絕緣相交之資料線及一觸控感應模組，其包括：複數觸控資料讀取線，其分別與該等資料線間隔設置；複數觸控讀取元件，該觸控讀取元件設置於該觸控資料讀取線與該複數掃描線之交叉處，每一觸控讀取元件為一雙端元件，其第一端與其中之一條觸控資料讀取線電性連接，其第二端與其中之一條掃描線電性連接，該觸控讀取元件根據其與該公共電極層之間之電場變化而改變本身之等效電阻，使該觸控資料讀取線之電壓或輸出電流產生變化；及一觸控判斷模組，其與各條觸控資料讀取線電性連接，並根據電壓或輸出電流產生變化之觸控資料讀取線之位置及被掃描之掃描線之位置確定觸控位置。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示器，其中，每一觸控讀取元件包括一感應層，該感應層之材料係非晶矽。
3. 如申請專利範圍第2項所述之觸控顯示器，其中，該觸控讀取元件進一步包括二連接件，該觸控讀取元件之二端分別經由該二連接件與該觸控資料讀取線及該掃描線連接。
4. 如申請專利範圍第2項所述之觸控顯示器，其中，該觸控感應模組進一步包括一位於該感應層下側之遮光層，該遮光層用於防止該感應層下側的光線照射。
5. 如申請專利範圍第2至4項任意一項所述之觸控顯示器，其中，該觸控顯示器包括複數個顯示控制電晶體，各顯示控制電晶體設於各掃描線及各資料線相交處，每一 感應層係以顯示控制電晶體標準製程之非晶矽層佈局鋪設。
6. 如申請專利範圍第4項所述之觸控顯示器，其中，該遮光層係以該顯示控制電晶體標準製程之閘極金屬層佈局鋪設。
7. 如申請專利範圍第3項所述之觸控顯示器，其中，該觸控讀取元件進一步包括一設置於該連接件與該感應層之間之歐姆接觸層，該歐姆接觸層係以該顯示控制電晶體標準製程之摻雜非晶矽製程。
8. 如申請專利範圍第5項之觸控顯示器，其中，該觸控顯示器包括一黑色矩陣，各感應層與該黑色矩陣位置對應。
9. 一種觸控顯示器，其包括：一上基板，其包括一公共電極層；一與該上基板相對設置之下基板，其包括：複數掃描線、複數與該掃描線絕緣相交之資料線及一觸控感應模組，其包括：複數觸控資料讀取線，其分別與該等資料線間隔設置；複數觸控開關電晶體，每一觸控開關電晶體包括一閘極、一源極及一汲極，該閘極與該掃描線電性連接，該源極與該觸控資料讀取線電性連接；複數觸控讀取元件，該觸控讀取元件設置於該觸控資料讀取線與該複數掃描線之交叉處，每一觸控讀取元件為一雙端元件，其第一端與其中之一條掃描線電性連接，其第二端與該觸控開關電晶體之汲極電性連接，該觸控讀取元件根據其與該公共電極層之間之電場變化而改變本身之等效電阻，使該觸控資料讀取線之電壓或輸出電流產生變化；及一觸控判斷模組，其與各條觸控資料讀取線電性連 接，並根據電壓或輸出電流產生變化之觸控資料讀取線之位置及被掃描之掃描線之位置確定觸控位置。
10. 如申請專利範圍第9項所述之觸控顯示器，其中，每一觸控讀取元件之第二端與該觸控顯示器之掃描線電性連接，且該觸控讀取元件由對應連接之該掃描線提供該讀取電壓。
11. 如申請專利範圍第9項所述之觸控顯示器，其中，每一觸控讀取元件之第二端電性連接一電壓源，該電壓源提供該讀取電壓。
12. 如申請專利範圍第10項或第11項所述之觸控顯示器，其中，該觸控讀取元件包括一感應層，該感應層之材料係非晶矽。
13. 如申請專利範圍第12項所述之觸控顯示器，其中，該觸控讀取元件進一步包括一遮光層，該遮光層為非透光層，其與該感應層對應，設置於該感應層及該觸控顯示器之一背光模組之間。
14. 如申請專利範圍第12項所述之觸控顯示器，其中，該觸控顯示器進一步包括一黑色矩陣，各感應層與該黑色矩陣位置對應。