TWI433011B - 光學觸控模組及光學觸控顯示面板 - Google Patents

光學觸控模組及光學觸控顯示面板 Download PDF

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Description

光學觸控模組及光學觸控顯示面板
本發明是有關於一種觸控模組及觸控顯示面板，且特別是有關於一種光學觸控模組及光學觸控顯示面板。
近年來，隨著資訊技術、無線行動通訊和資訊家電等各項應用的快速發展，為了達到更便利、體積更輕巧化，以及更人性化的目的，許多資訊產品的輸入裝置已由傳統之鍵盤或滑鼠等轉變為觸控面板(touch panel)，此觸控面板與顯示器結合成觸控面板顯示器(touch panel display)。在現今一般的觸控面板設計大致可區分為電阻式、電容式、光學式、聲波式以及電磁式等。
圖1為傳統一光感測器陣列的電路示意圖。請參照圖1，其繪示台灣專利第I291237號所揭露之光感測器陣列100，其中光學感測器陣列100採用In Cell Photo Sensor Touch Panel的方式，亦即光感測器內建於顯示面板。光感測器陣列100為利用電流感測的方式，來監控每一個光感測器的電流的變化，進而判斷求出觸控位置。如圖1所示，光感測器陣列100包括光敏電晶體111、113、115及117。光敏電晶體111及113受控於掃描線GL1所傳遞之掃描信號而開啟，光敏電晶體115及117受控於掃描線GL2所傳遞之掃描信號而開啟。當光敏電晶體111開啟時，光敏電晶體111會依據所接收到的光線的強弱，產生不同大小的 電流I1至資料信號線DL1，而電流I1的大小約為10~20μA。由於電流I1較小，容易受到雜訊的干擾，因此電流I1在經放大器模組10放大後，仍須經由放大器模組20進行高頻雜訊濾除。此外，若是利用光筆進行觸控，則須經由放大器模組30進行特定頻率放大。
本發明提供一種光學觸控模組及光學觸控顯示面板，可降低處理單元的成本、降低線路設計的成本以及提高類比數位轉換器的靈敏度。
本發明提出一種光學觸控模組，適用於具有畫素陣列的顯示面板。光學觸控模組包括第一光學感測器、第二光學感測器及信號處理單元。第一光學感測器配置於畫素陣列的多個畫素的其中之一。第一光學感測器的第一端及控制端耦接第一掃描線。第二光學感測器的第一端耦接第一光學感測器的第二端並輸出感測電壓，第二光學感測器的控制端耦接第二光學感測器的第一端，第二光學感測器的第二端接收第一電壓。信號處理單元耦接第二光學感測器的第一端，以將感測電壓轉換為觸控信號。
在本發明之一實施例中，光學觸控模組更包括第三光學感測器，第三光學感測器的第一端及控制端耦接第二掃描線，第三光學感測器的第二端耦接第二光學感測器的第一端。
在本發明之一實施例中，上述之第一光學感測器、第 二光學感測器及第三光學感測器分別為一光敏電晶體。
在本發明之一實施例中，上述之第二掃描線配置於畫素陣列之外。
在本發明之一實施例中，上述之信號處理單元包括電容及放大電路。電容的第一端耦接第二光學感測器的第一端。放大電路的輸入端耦接電容的第二端，放大電路的輸出端輸出觸控信號。
在本發明之一實施例中，上述之放大電路包括放大器、第一電阻及第二電阻。放大器具有第一輸入端、第二輸入端及輸出端。放大器的輸出端作為放大電路的輸出端，放大器的第二輸入端接收參考電壓。第一電阻耦接於電容的第二端及放大器的第一輸入端，第一電阻的第一端作放大電路的輸入端。第二電阻耦接於放大器的第一輸入端及放大器的輸出端。
在本發明之一實施例中，上述之第一電壓為閘極低電壓。
本發明亦提出一種光學觸控顯示面板，包括顯示面板及如上述之光學觸控模組。顯示面板具有一畫素陣列
基於上述，本發明的光學觸控模組及光學觸控顯示面板，第一光學感測器會與第二光學感測器進行分壓產生感測電壓。由於電壓的處理較易於電流的處理，藉此可降低信號處理單元的成本。
為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。
圖2A為依據本發明一實施例的光學觸控顯示面板的電路示意圖。請參照圖2A，光學觸控顯示面板200包括畫素陣列210、多條掃描線211及多條資料線213及光學觸控模組220的多個光感測器(例如光敏電晶體OM1及OM2)，其中畫素陣列210、多條掃描線211及多條資料213可視為一顯示面板，並且這些掃描線211及資料線213配置於畫素陣列210之中。畫素陣列210為一m×n的畫素陣列，m及n為一正整數。這些掃描線211分別接收多個掃描信號(如SC1~SCm)。
每一畫素P至少包括電晶體M、儲存電容CS及液晶電容CL。電晶體M的閘極耦接對應的掃描線211，電晶體M的汲極耦接對應的資料線213，電晶體M的源極耦接儲存電容CS的一端及液晶電容CL的一端。而儲存電容CS的另一端及液晶電容CL的另一端則共同接收共同電壓Vcom。在本實施例中，是在偶數行的畫素P中配置光敏電晶體OM1，此時n為一偶數，但在其他實施例中，可在每個畫素都配置光敏電晶體OM1、在奇數行畫素配置光敏電晶體OM1或者每多行畫素中的其中一行配置光敏電晶體OM1。
以第2行第1列的畫素P為例，光敏電晶體OM1的閘極(即控制端)耦接其的汲極(即第一端)，光敏電晶體OM1的汲極耦接對應的掃描線211，光敏電晶體OM1的源極耦接光敏電晶體OM2的汲極。在其餘配置有光敏 電晶體OM1的畫素P中，光敏電晶體OM1的耦接方式皆相似，在此則不再贅述。在同一行畫素中的光敏電晶體OM1，其源極會共同耦接同一光敏電晶體OM2的汲極。光敏電晶體OM2的汲極輸出感測電壓(如VS1及VSx)，光敏電晶體OM2的閘極耦接其汲極，光敏電晶體OM2的源極耦接閘極低電壓VGL(即第一電壓)，其中x為整數且對應配置光敏電晶體OM1的行數。
在同一行畫素中，每一光敏電晶體OM1依據不同掃描信號而開啟。換言之，第2行第1列的光敏電晶體OM1依據掃描信號SC1而開啟，第2行第2列的光敏電晶體OM1依據掃描信號SC2而開啟，其餘則以些類推，在此則不再贅述。由於每一光敏電晶體OM1依據不同掃描信號而開啟，因此在每一行中僅會開啟一顆光敏電晶體OM1。
當光敏電晶體OM1開啟時，光敏電晶體OM1會與對應的光敏電晶體OM2串接，以致於光敏電晶體OM1會與光敏電晶體OM2進行分壓而產生感測電壓(如VS1及VSx)。進一步來說，在此假設光敏電晶體OM1的電流iD1=K1(VGS1-Vt)2，光敏電晶體OM2的電流iD2=K2(VGS2-Vt)2，其中VGS1為光敏電晶體OM1的閘源極間的電壓，K1為光敏電晶體OM1的電流係數，VGS2為光敏電晶體OM2的閘源極間的電壓，K2為光敏電晶體OM2的電流係數，Vt為光敏電晶體OM1及OM2的臨界電壓。
在光敏電晶體OM1開啟時，其閘極接收閘極高電壓 VGH，其源極的電壓等於感測電壓VS，則VGS1=VGH-VS。而光敏電晶體OM2的閘極的電壓等於感測電壓VS，其源極的電壓等於閘極低電壓VGL，則VGS2=VS-VGL。由於光敏電晶體OM1串接光敏電晶體OM2，因此光敏電晶體OM1的電流iD1會等於光敏電晶體OM2的電流iD2，亦即K1(VGH-VS-Vt)2=K2(VS-VGL-Vt)2。
在本實施例，假設光敏電晶體OM2為持續受光，亦即電流係數K2會保持不變。在光敏電晶體OM1受光時，假設此時電流係數K1相同於K2，則感測電壓VS會等於 。在光敏電晶體OM1不受光時，假設此時電流係數K1為電流系數K2的一半，則感測電壓VS會等於。舉例來說，假設閘極高電壓VGH為24伏特，閘極低電壓VGL為-6伏特，臨界電壓Vt為0伏特。在光敏電晶體OM1受光時，則感測電壓VS約等於9伏特；在光敏電晶體OM1不受光時，則感測電壓VS約等於6.4伏特，亦即下降約2.6V。
在進行觸碰時，面板一定會被遮住而無法接收到光。此時，不受光的光敏電晶體OM1表示其所在的畫素P為被觸碰的畫素P，此可由感測電壓(如VS1及VSx)的變化偵測出來，其中不同的感測電壓對應不同的X軸的位置。並且，依據開啟的光敏電晶體OM1所接收的掃描信號(如SC1~SCm)，可定位出對應Y軸的位置。此外，可建立表格記錄各光敏電晶體OM1是否有受光(亦即是否被觸碰)，以作為判斷觸碰位置的依據。
此外，光學觸控模組220可更包括信號處理單元221_1~221_x。由於在畫素P被觸碰時，感測電壓(如VS1及VSx)會下降，亦即呈現如同負脈波，而信號處理單元221_1~221_x分別接收感測電壓VS1~VSx，以將形成負脈波的感測電壓轉換為具有正脈波的觸控信號VT1~VTx。更者，觸控信號VT1~VT2x可經由類比數位轉換器(analog-to-digital converter,ADC)轉換為數位信號，以供後級的數位電路判斷之用。
圖2B為圖2A依據本發明一實施例的感測電壓VS1、觸碰電壓VT1及掃描信號SC1~SCm的波形示意圖。請參照圖2A及圖2B，在本實施例中，假設第2行第2列的畫素P被觸碰，而第2行的其餘畫素未被觸碰。在掃描信號SC1致能時(亦即掃描信號SC1處於閘極高電壓VGH時)，第2行第1列的光敏電晶體OM1與耦接的光敏電晶體OM2進行分壓，使得感測電壓VS1的電壓準位為電壓VL(即)，而觸控信號VT1的電壓準位保持於0。在掃描信號SC2致能時，第2行第2列的光敏電晶體OM1與耦接的光敏電晶體OM2進行分壓，使得感測電壓VS1的電壓準位下降為電壓VD(即)，並且觸控信號VT1的電壓準位上升至電壓VA，其中VA=VL-VD。
在掃描信號SC3致能時，第2行第3列的光敏電晶體OM1與耦接的光敏電晶體OM2進行分壓，使得感測電壓 VS1的電壓準位回復至電壓VL，而觸控信號VT1的電壓準位回復至0。而其餘掃描信號致能時的動作可參照上述，在此則不再贅述。藉此，當第2行的畫素P被遮蓋時(亦即被觸碰)，則觸碰電壓VT1會降低而形成脈波，以此定位出X軸的位置。接著，再依據致能的掃描信號(如SC1~SCm)，則可定位出Y軸的位置。而其他配置有光敏電晶體OM1的畫素P被觸碰時的動作與上述說明相似，在此則不再贅述。
圖2C為圖2A依據本發明一實施例的信號處理單元2211的電路示意圖。請參照圖2C，在本實施例中，信號處理單元221_1包括放大器OP、電容C1、第一電阻R1及第二電阻R2。電容C1的第一端耦接光敏電晶體OM2的汲極以接收感測電壓VS1。第一電阻R1耦接於電容C1的第二端與放大器OP的負輸入端(即第一輸入端)之間。第二電阻R2耦接於放大器OP的負輸入端與放大器OP的輸出端之間。放大器OP的正輸入端(即第二輸入端)接收一參考電壓，此參考電壓可以為閘極低電壓VGL或接地電壓。放大器OP的輸出端輸出觸控信號VT1。
依據上述，放大器OP、第一電阻R1及第二電阻R2的組合可視為一放大電路，而第一電阻R1的第一端如同放大電路的輸入端，而放大器OP的輸出端如同放大電路的輸出端。其餘信號處理單元(如221_x)的結構可參照上述說明，在此則不再贅述。
請參照圖2A及圖2B，在畫面期間PF1的顯示期間 VD1，掃描信號SC1~SCm會依序致能。此時，同一行的光敏電晶體OM1會分別開啟，以與耦接的光敏電體OM2進行分壓。因此，感測電壓(如VS1)的電壓準位會位於電壓VL與VD之間。在畫面期間PF1的垂直空白(Vertical Blanking)期間VB1，掃描信號SC1~SCm為閘極低電壓VGL。此時，光敏電晶體OM1皆關閉，因此感測電壓(如VS1)的電壓準位會為閘極低電壓VGL。依據上述，類比數位轉換器轉換的電壓範圍為電壓VL至閘極低電壓VGL。以下再提一實施例，可使類比數位轉換器轉換的電壓範圍為電壓VL至VD，藉此提高電壓轉換的靈敏度。
圖3A為依據本發明另一實施例的光學觸控顯示面板的電路示意圖。請參照圖2A及圖3A，其不同之處在於光學觸控顯示面板300的光學觸控模組320更包括掃描線311、及多個光敏電晶體OM3。掃描線311配置於畫素陣列210之外，並且接收掃描信號SCm+1。光敏電晶體OM3的汲極(即第一端)及閘極(即控制端)耦接掃描線SCm+1，光敏電晶體OM3的源極(即第二端)耦接光敏電晶體OM2的汲極。
圖3B為圖3A依據本發明另一實施例的感測電壓VS1、觸碰電壓VT1及掃描信號SC1~SCm+1的波形示意圖。請參照圖3A及圖3B，在本實施例中，掃描信號SCm+1致能於垂直空白期間VB1，以致於在垂直空白期間VB1中，光敏電晶體OM3會與光敏電晶體OM2進行分壓。若光敏電晶體OM3的電氣特性與光敏電晶體OM1相似，則 感測電壓(如VS1)的電壓準位的範圍會位於電壓VL與VD之間，以致於類比數位轉換器轉換的電壓範圍則改變為電壓VL至VD。
由於電壓VL至VD間的電壓差小於電壓VL至閘極低電壓VGL間的電壓差，因此數位轉換器轉換電壓的靈敏度可提高。其中，掃描信號SCm+1可由時序控制器來提供，並且定義掃描信號SCm+1致能於掃描信號SCm的下降緣，掃描信號SCm+1禁能於掃描信號SC1的上升緣。
值得一提的是，上述實施例的光敏電晶體OM2為繪示配置於光學觸控顯示面板的下方，但本發明不以此為限，並且光敏電晶體OM2可配置於光學觸控顯示面板的上方，以便於感測電壓可透過源極驅動器(source driver)傳送至信號處理單元以避免線路交錯，或者信號處理單元整合於源極驅動器時，源極驅動器可直接將感測電壓轉換為觸控信號並輸出。此外，上述掃描線311及光敏電晶體OM3亦可配置於光學觸控顯示面板的上方，以便於掃描線311接收掃描信號SCm+1，並且可降低光敏電晶體OM3被遮住的可能。
綜上所述，本發明實施例的光學觸控模組及光學觸控顯示面板，在顯示期間，同一行的光敏電晶體OM1會依序開啟，以與光敏電晶體OM2進行分壓。藉此，開啟的光敏電晶體OM1會與光敏電晶體OM2進行分壓而產生感測電壓，而電壓的處理較易於電流的處理，因此可降低信號處理單元的成本。在垂直空白期間，光敏電晶體OM3 會開啟並與光敏電晶體OM2進行分壓，藉此可降低感測電壓的範圍，以提高類比數位轉換器轉換電壓的靈敏度。再者，上述光敏電晶體OM2、OM3及掃描線311可配置於光學觸控顯示面板的上方，以降低線路設計的成本。
雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。
10、20、30‧‧‧放大器模組
100‧‧‧光感測器陣列
111、113、115、117、OM1、OM2、OM3‧‧‧光敏電晶體
200‧‧‧光學觸控顯示面板
210‧‧‧畫素陣列
213‧‧‧資料線
220‧‧‧光學觸控模組
221_1~221_x‧‧‧信號處理單元
C1‧‧‧電容
CS‧‧‧儲存電容
CL‧‧‧液晶電容
DL1‧‧‧資料信號線
GL1、GL2、211、311‧‧‧掃描線
SC1~SCm+1‧‧‧掃描信號
M‧‧‧電晶體
OP‧‧‧放大器
P‧‧‧畫素
PF1‧‧‧畫面期間
R1、R2‧‧‧電阻
VA、VL、VD‧‧‧電壓
VB1‧‧‧垂直空白期間
Vcom‧‧‧共同電壓
VD1‧‧‧顯示期間
VGL‧‧‧閘極低電壓
VGH‧‧‧閘極高電壓
VR‧‧‧參考電壓
VS1~VSx‧‧‧感測電壓
VT1~VTx‧‧‧觸控信號
圖1為傳統一光感測器陣列的電路示意圖。
圖2A為依據本發明一實施例的光學觸控顯示面板的電路示意圖。
圖2B為圖2A依據本發明一實施例的感測電壓VS1、觸碰電壓VT1及掃描信號SC1~SCm的波形示意圖。
圖2C為圖2A依據本發明一實施例的信號處理單元221_1的電路示意圖。
圖3A為依據本發明另一實施例的光學觸控顯示面板的電路示意圖。
圖3B為圖3A依據本發明另一實施例的感測電壓VS1、觸碰電壓VT1及掃描信號SC1~SCm+1的波形示意圖。
OM1、OM2‧‧‧光敏電晶體
200‧‧‧光學觸控顯示面板
210‧‧‧畫素陣列
211‧‧‧掃描線
213‧‧‧資料線
220‧‧‧光學觸控模組
221_1~221_x‧‧‧信號處理單元
CS‧‧‧儲存電容
CL‧‧‧液晶電容
SC1~SCm‧‧‧掃描信號
M‧‧‧電晶體
P‧‧‧畫素
Vcom‧‧‧共同電壓
VS1~VSx‧‧‧感測電壓
VT1~VTx‧‧‧觸控信號

Claims (14)

  1. 一種光學觸控模組，用於具有一畫素陣列的一顯示面板，包括：一第一光學感測器，配置於該畫素陣列的多個畫素的其中之一，該第一光學感測器的第一端及控制端耦接一第一掃描線；一第二光學感測器，該第二光學感測器的第一端耦接該第一光學感測器的第二端並輸出一感測電壓，該第二光學感測器的控制端耦接該第二光學感測器的第一端，該第二光學感測器的第二端接收一第一電壓，其中該第一光學感測器與該第二光學感測器的分壓決定該感測電壓的電壓準位；以及一信號處理單元，耦接該第二光學感測器的第一端，以將該感測電壓轉換為一觸控信號。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控模組，更包括一第三光學感測器，該第三光學感測器的第一端及控制端耦接一第二掃描線，該第三光學感測器的第二端耦接該第二光學感測器的第一端。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之光學觸控模組，其中該第一光學感測器、該第二光學感測器及該第三光學感測器分別為一光敏電晶體。
  4. 如申請專利範圍第2項所述之光學觸控模組，其中該第二掃描線配置於該畫素陣列之外。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控模組，其中 該信號處理單元包括：一電容，該電容的第一端耦接該第二光學感測器的第一端；以及一放大電路，該放大電路的輸入端耦接該電容的第二端，該放大電路的輸出端輸出該觸控信號。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之光學觸控模組，其中該放大電路包括：一放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，其中該放大器的該輸出端作為該放大電路的輸出端，該放大器的該第二輸入端接收一參考電壓；一第一電阻，耦接於該電容的第二端及該放大器的該第一輸入端，該第一電阻的第一端作該放大電路的輸入端；以及一第二電阻，耦接於該放大器的該第一輸入端及該放大器的該輸出端。
  7. 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控模組，其中該第一電壓為一閘極低電壓。
  8. 一種光學觸控顯示面板，包括：一顯示面板，具有一畫素陣列；以及一光學觸控模組，包括：一第一光學感測器，配置於該畫素陣列的多個畫素的其中之一，該第一光學感測器的第一端及控制端耦接一第一掃描線；一第二光學感測器，該第二光學感測器的第一端 耦接該第一光學感測器的第二端並輸出一感測電壓，該第二光學感測器的控制端耦接該第二光學感測器的第一端，該第二光學感測器的第二端接收一第一電壓，其中該第一光學感測器與該第二光學感測器的分壓決定該感測電壓的電壓準位；以及一信號處理單元，耦接該第二光學感測器的第一端，以將該感測電壓轉換為一觸控信號。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之光學觸控顯示面板，該光學觸控模組更包括一第三光學感測器，該第三光學感測器的第一端及控制端耦接一第二掃描線，該第三光學感測器的第二端耦接該第二光學感測器的第一端。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之光學觸控顯示面板，其中該第一光學感測器、該第二光學感測器及該第三光學感測器分別為一光敏電晶體。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之光學觸控顯示面板，其中該第二掃描線配置於該畫素陣列之外。
  12. 如申請專利範圍第8項所述之光學觸控顯示面板，其中該信號處理單元包括：一電容，該電容的第一端耦接該第二光學感測器的第一端；以及一放大電路，該放大電路的輸入端耦接該電容的第二端，該放大電路的輸出端輸出該觸控信號。
  13. 如申請專利範圍第12項所述之光學觸控顯示面板，其中該放大電路包括： 一放大器，具有一第一輸入端、一第二輸入端及一輸出端，其中該放大器的該輸出端作為該放大電路的輸出端，該放大器的該第二輸入端接收一參考電壓；一第一電阻，耦接於該電容的第二端及該放大器的該第一輸入端，該第一電阻的第一端作該放大電路的輸入端；以及一第二電阻，耦接於該放大器的該第一輸入端及該放大器的該輸出端。
  14. 如申請專利範圍第8項所述之光學觸控顯示面板，其中該第一電壓為一閘極低電壓。
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