TWI667602B - 電容觸控顯示裝置及其驅動方法 - Google Patents

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Abstract

一種電容觸控顯示裝置，其包括光源驅動疊層、至少一光源以及網印疊層。光源配置於光源驅動疊層上，而網印疊層再印刷於光源以及光源驅動疊層上。光源驅動疊層包括至少一光源開關、第一電源以及連接光源開關的閘極的資料線路。光源開關以及光源串聯在第一電源以及第二電源之間。網印疊層包括鄰近電容觸控顯示裝置的觸控表面的延伸導電層，其電性連接至第一電源或第二電源，位於觸控表面以及光源驅動疊層之間。第一電源、第二電源或資料線路輸出至少一觸控訊號來感測使用者接觸觸控表面的位置。亦提出一種電容觸控顯示裝置的驅動方法。

Description

電容觸控顯示裝置及其驅動方法
本發明有關於一種觸控裝置及其驅動方法；特別是有關於一種電容式觸控顯示裝置以及其驅動方法。
在現有顯示科技的發展中，將發光二極體(Light Emitting Diode,LED)微小化的微型發光二極體(Micro LED)已經成為平面顯示技術中的主要發展題目之一。微型發光二極體不同於有機發光二極體，係由無機發光二極體為出發點而研發出的技術，其繼承了無機發光二極體的高效率、高亮度、高可靠度、高速反應時間等特點，同時也是不須額外背光光源的自發光顯示技術，在節省能量、縮小體積及厚度等特色上都有所幫助。
儘管屬與自發光顯示技術的微型發光二極體顯示裝置可以省略背光模組的厚度，但是當此顯示裝置要結合例如是觸控功能的輸入技術時，則仍難免需要額外的觸控模組附加。具有觸控功能的高解析度輕薄平面顯示器一直是現在的顯示技術一直致力於發展的目標，如何製作一個可以減 少體積及厚度的顯示裝置仍是目前致力於發展的課題之一。
本發明提出一種整合電容式觸控顯示裝置及其驅動方法，其可以降低因觸控功能所需的厚度以及電路複雜程度。
本發明的電容觸控顯示裝置包括光源驅動疊層、至少一光源以及網印疊層，光源配置於光源驅動疊層上，而網印疊層再印刷於光源以及光源驅動疊層上。光源驅動疊層包括至少一光源開關、第一電源以及連接光源開關的閘極的資料線路。光源開關以及光源串聯在第一電源以及第二電源之間。網印疊層包括鄰近電容觸控顯示裝置的觸控表面的延伸導電層，其電性連接至第一電源或第二電源，位於觸控表面以及光源驅動疊層之間。第一電源、第二電源或資料線路輸出至少一觸控訊號來感測使用者接觸觸控表面的位置。
本發明驅動上述電容式觸控顯示裝置的方法，包括：於一顯示模式下，第一電源以及第二電源提供電力驅動光源，資料線路輸出訊號控制光源開關；以及於一觸控模式下，第一電源、第二電源或資料線路輸出觸控訊號來感測使用者接觸觸控表面的位置。
C1‧‧‧電容
119‧‧‧介電層
D1、D2‧‧‧汲極
1110‧‧‧導電層
Data1~Data3‧‧‧資料線路
1111‧‧‧平坦層
DS‧‧‧觸控表面
120‧‧‧光源
G1、G2‧‧‧閘極
122、124‧‧‧接點
Gate1~Gate3‧‧‧閘極線路
130‧‧‧網印疊層
S1、S2‧‧‧源極
131‧‧‧延伸導電層
SW1‧‧‧光源開關
132‧‧‧透光填充層
SW2‧‧‧資料開關
TS1、TS2‧‧‧觸控訊號
Vdd1~Vdd3‧‧‧第一電源
Vss1Vss3‧‧‧第二電源
50‧‧‧接觸點
100、200、300‧‧‧電容觸控顯示裝置
110‧‧‧光源驅動疊層
111‧‧‧基板
112A、112B‧‧‧畫素電路
113‧‧‧導電層
114‧‧‧遮光層
115‧‧‧緩衝層
116、117‧‧‧半導體層
118‧‧‧閘極絕緣層
圖1A是本發明第一實施例的電容觸控顯示裝置的剖面示意圖； 圖1B是對應至圖1A的電路示意圖；圖2A是本發明第二實施例的電容觸控顯示裝置的電路示意圖；圖2B是本發明第二實施例的電容觸控顯示裝置的訊號示意圖；圖3A是本發明第三實施例的電容觸控顯示裝置的電路示意圖；圖3B是本發明第三實施例的電容觸控顯示裝置的訊號示意圖。
本發明所提出的電容觸控顯示裝置應用例如是無機的發光二極體(Light Emitting Diode,LED)等半導體光源的自體發光技術的顯示裝置，較佳為應用微型發光二極體(Micro LED)等自體發光技術的顯示裝置。本發明的電容觸控顯示裝置及其方法除了可以藉由上述的技術顯示高亮度、高解析度的畫面外，觸控功能所需的電極可以整合於顯示裝置中，可以在沒有大幅增加整體厚度的前提下提供觸控功能。
圖1A是本發明第一實施例的電容觸控顯示裝置的剖面示意圖，其中為了清楚說明此處特別繪示本實施例的電容觸控顯示裝置100中作為像素或子像素的光源及其相關的元件的剖面示意圖。換句話說，本發明的電容觸控顯示裝置100是由多個作為像素或子像素的光源120配合其所連接的光源開關SW1來選擇性發光並組成顯示畫面，而以下將詳細說明每個光源及其相關的元件來說明本發明所提出的技術特徵。
請參照圖1A，在本發明的第一實施例中，電容觸控顯示裝置100包括光源驅動疊層110、光源120以及網印疊層130，其中光源驅動疊層110是 由光學蝕刻形成，而網印疊層130是經由網版印刷於光源120以及光源驅動疊層110上。具體而言，光源120較佳為Micro LED，由於Micro LED底層的驅動電路可以以薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)、金屬氧化半導體場效電晶體(Metal-Oxide-Semiconductor Filed-Effect Transistor,MOSFET)、LTPS(Low Temperature Poly-silicon)或其他適用于開關功能的裝置，因此本實施例的電容觸控顯示裝置100的光源驅動疊層110可以是經由黃光製程製作，然而本發明並不限於光源驅動疊層110的製作方法。
圖1B是圖1A的電路示意圖。請一併參照圖1B，本實施例的光源驅動疊層110包括光源開關SW1、第一電源Vdd1以及第二電源Vss1，光源開關SW1例如是電晶體，較佳為薄膜電晶體(Thin-Film Transistor,TFT)，在本發明其他實施例中更可以是金氧半場效半導體(Metal-Oxide-Semiconductor Field-Effect Transistor)、n通道金氧半場效電晶體(n-channel MOSFET,NMOS)、LTPS，本發明不限於電晶體的種類。光源120配置於光源驅動疊層110上，且光源120與光源開關SW1串聯於第一電源Vdd1與第二電源Vss1之間。光源驅動疊層110還包括資料線路Data1，光源開關SW1的閘極G1可以接受來自資料線路Data1的訊號。
在本實施例中，第一電源Vdd1例如是作為電力輸入的線路，第二電源Vss1例如是作為接地的線路。光源開關SW1可以控制光源120是否自第一電源Vdd1接受電力訊號，而資料線路Data1的訊號控制光源開關SW1。
請參照圖1A，網印疊層130印刷於光源120以及光源驅動疊層110上，且網印疊層130包括延伸導電層131。延伸導電層131電性連接至上述提 供電力訊號的第一電源Vdd1或第二電源Vss1。舉例而言，本實施例的延伸導電層131例如連接至光源120和光源開關SW1之間，亦即連接至第一電源Vdd1，且延伸導電層131鄰近電容觸控顯示裝置100的觸控表面DS(亦即遠離電容觸控顯示裝置100的基板111的一面)。
當使用者接觸觸控表面DS的接觸點50時，延伸導電層131可以更有效的讓使用者在接觸點50產生的電容耦合效應(Capacitive Coupling Effect)影響在第一電源Vdd1或第二電源Vss1的電容變化。具體而言，本實施例的電容觸控顯示裝置100可以以顯示模式或觸控模式驅動。
在顯示模式下，第一電源Vdd1、第二電源Vss1之間傳遞的電力可以驅動光源120，再搭配來自資料線路Data1的訊號的切換來發出一像素或子像素所需的光，進而組成一顯示畫面；在觸控模式下，第一電源Vdd1、第二電源Vss1或資料線路Data1則用以傳遞一觸控訊號來感測使用者接觸觸控表面DS的位置(例如接觸點50)。
請再參照圖1B，由於第一電源Vdd1和第二電源Vss1的延伸方向垂直於資料線路Data1的延伸方向，因此不論是以自容式(Self Capacitance)觸控或互容式(Mutual Capacitance)觸控，第一電源Vdd1、第二電源Vss1和資料線路Data1都可以作為適當的觸控電極，且延伸導電層131還可以進一步提昇觸控訊號的偵測靈敏度。
由於本實施例的電容觸控顯示裝置100具有上述的觸控模式及顯示模式，可以提供具有觸控功能的顯示畫面。同時，觸控模式下所需的感測電極與顯示模式下所需的電極彼此整合，可以降低電路上的複雜度以及 整體的厚度，進而提供更輕薄的體積。以下將進一步說明本發明實施例所提出的其他元件及其所提供的功效。
請參照圖1A，在本實施例中，電容觸控顯示裝置100的網印疊層130還包括透光填充層132，透光填充層132例如是由透明的材料形成，較佳為藉由網印形成的透光填充層132。透光填充層132可以在光源驅動疊層110以及光源120上填充斷差，藉以填補光源120在光源驅動疊層110上形成的高度落差，並提供一個平面形成延伸導電層131。同時，本實施例的透光填充層132形成有接觸孔，延伸導電層131自靠近觸控表面DS的一側經接觸孔穿過透光填充層132與上述第二電源Vss1連接。在其他實施例中延伸導電層131亦可以與上述第一電源Vdd1連接。
延伸導電層131為透光電極，較佳為透明電極，其材質可以例如是ITO、PEDOT、CNT等透明導電膜或奈米銀等透明金屬導電材料。延伸導電層131與透明填充層132都可以藉由網版印刷形成於光源驅動疊層110，其中延伸導電層131較佳經由高精度網版印刷以精密度落在例如是10至30微米(micro meter,μm)的製作方式形成高精密度的觸控電極形狀，藉以提昇電容觸控的感測靈敏度。
本實施例的電容觸控顯示裝置100還包括畫素電路112A、112B，光源120透過畫素電路112A連接至形成源極S1的導電層113來接收電力訊號。詳細而言，畫素電路112A在光源驅動疊層110上作為接點供光源120的接點124連接，畫素電路112B可以延伸至連接到上述第二電源Vss1的導電層(未繪示)，並作為接點供光源120的接點122連接，藉以提供光源120一個連 接介面。
請再參照圖1A，詳細而言，本實施例的光源驅動疊層110例如是由七道黃光製程完成，光源驅動疊層110包括遮光層114、遮光層114上的緩衝層115、材料例如為多晶矽的半導體層116、117、閘極絕緣層118、導電層113、介電層119、導電層1110、以及平坦層1111。上述這些元件可以經由黃光製程完成，接著利用例如是基板間的轉移方法(Transfer-bonding)將例如為Micro LED的光源120連接在光源驅動疊層上。由於Micro LED 120可以經由無機材料完成，具有耐高溫的特性，因此上述的網印疊層130才可以進一步網印於光源驅動疊層110以及光源120上方。
另一方面，請一併參照圖1B，本實施例的光源驅動疊層110還包括資料開關SW2，資料線路Data1輸出訊號至資料開關SW2的汲極D2，資料開關SW2的源極S2與光源開關SW1的閘極G1連接。光源驅動疊層110還包括閘極線路Gate1，資料開關SW2的閘極G2與閘極線路Gate1連接，且光源驅動疊層110還包括電容C1，用以維持光源120的電位差。換句話說，本實施例的光源120係以2T1C的電路驅動，且其中資料線路Data1、第一電源Vss1以及第二電源Vdd1還可以作為電容式觸控的感應電極。以下將進一步依據上述的電路及元件設計說明本發明所提出的驅動方式在不同實施例中的實施方式。
請參照圖2A，在本發明的第二實施例中，電容觸控顯示裝置200類似於上述的電容觸控顯示裝置100，並在觸控模式下例如是由多條第一電源Vdd2以及第二電源Vss2輸出觸控訊號，並藉由多條資料線Data2接收訊 號，亦即藉由測量第一電源Vdd2和資料線Data2之間的互電容變化來感測使用者接觸電容觸控顯示裝置200的觸控表面的位置(本發明並不限於第一電源和資料線或第二電源和資料線之間的互電容感應，本實施例以第一電源和資料線的互電容感應為例)。
請一併參照圖2B所繪示的對應至圖2A的訊號示意圖，其中Gate2n至Gate2n+2是電容觸控顯示裝置200依序在每個閘極線路Gate2輸出的閘極訊號，Data2n為資料線路Data2輸出的訊號，Vdd2n為第一電源Vdd2輸出的訊號，Vss2n為第二電源Vss2輸出的訊號。
在顯示階段Display 1時，資料線路Data2依序依照這些閘極線路Gate2所開啟的像素輸出資料訊號以顯示畫面；在觸控階段Touch 1時，第一電源Vdd2以及第二電源Vss2輸出觸控訊號TS1來感測使用者接觸觸控表面的位置；其中觸控訊號TS1為交流訊號，且第一電源Vdd2以及第二電源Vss2的震盪頻率彼此同步。因此，當電容觸控顯示裝置200在觸控階段時，不但可以感測使用者接觸觸控表面的位置，還可以避免因觸控信號TS1所產生的畫面閃爍。
本發明並不限於上述藉由感測互電容變化的觸控感測方式，在其他實施例中，上述的電容觸控顯示裝置200亦可以在由第一電源Vdd2、第二電源Vss2輸出觸控訊號TS1時，藉由感測第一電源Vdd2或第二電源Vss2的電容變化所造成的電訊號，以及感測資料線路Data2的電容變化所造成的電訊號來感測使用者接觸電容觸控顯示裝置200的觸控表面的位置。換句話 說，觸控訊號TS1為交流訊號，且第一電源Vdd2以及第二電源Vss2以相同的頻率及相位各自輸出觸控訊號TS1，本發明所提出的驅動方式在觸控模式下亦可以由第一電源Vdd2以及第二電源Vss2同步輸出觸控訊號，並藉由自電容觸控感測方式感應使用者接觸電容觸控顯示裝置200的觸控表面的位置。
另一方面，在顯示裝置200的可視區之外，第一電源Vdd2、第二電源Vss2以及資料線路Data2還可以是以成束的多條走線(Cluster trace)各自延伸至各個顯示像素，因此在觸控階段可以同時以多條第一電源Vdd2、第二電源Vss2或資料線路Data2感測電容變化並調整觸控的解析度。
請參照圖3A，在本發明的第三實施例中，電容觸控顯示裝置300類似於上述的電容觸控顯示裝置100，並在觸控模式下例如是由多條資料線Data3輸出觸控訊號，並藉由多條第一電源Vdd3或第二電源Vss3接收訊號，亦即藉由測量第一電源Vdd3和資料線Data3之間的互電容變化來感測使用者接觸電容觸控顯示裝置300的觸控表面的位置(本發明並不限於第一電源和資料線或第二電源和資料線之間的互電容感應，本實施例以第一電源和資料線的互電容感應為例)。
請一併參照圖3B所繪示的對應至圖3A的訊號示意圖，其中Gate3n至Gate3n+2是電容觸控顯示裝置300依序在每個閘極線路Gate3輸出的閘極訊號，Data3n為資料線路Data3輸出的訊號，Vdd3n為第一電源Vdd3輸出的訊號，Vss3n為第二電源Vss3輸出的訊號。
在顯示階段Display 2時，資料線路Data3依序依照這些閘極線路Gate3所開啟的像素輸出資料訊號以顯示畫面； 在觸控階段Touch 2時，資料線路Data3輸出觸控訊號TS2來感測使用者接觸觸控表面的位置；其中觸控訊號TS2為交流訊號。因此，當電容觸控顯示裝置200在觸控階段時，可以藉由資料線路Data3所輸出的觸控訊號TS2感測使用者的接觸位置。
本發明並不限於上述藉由感測互電容變化的觸控感測方式，在其他實施例中，上述的電容觸控顯示裝置300亦可以在由資料線路Data3輸出觸控訊號TS2時，藉由感測第一電源Vdd3或第二電源Vss3的電容變化所造成的電訊號，以及感測資料線路Data3的電容變化所造成的電訊號來感測使用者接觸電容觸控顯示裝置300的觸控表面的位置。換句話說，本發明所提出的驅動方式在觸控模式下亦可以由資料線路Data3輸出觸控訊號，並藉由自電容觸控感測方式感應使用者接觸電容觸控顯示裝置300的觸控表面的位置。
綜上所述，本發明所提出的電容觸控顯示裝置可以以不同的模式驅動，在顯示模式以及觸控模式之間的切換下提供具有觸控功能的顯示畫面。同時，由於本發明所提出的電容觸控顯示裝置可以將觸控功能所需的電路整合於驅動每個像素的光源的光源驅動疊層中，可以降低整體的電路複雜度、體積、以及厚度，提供一個輕薄的觸控顯示裝置。

Claims (12)

  1. 一種電容觸控顯示裝置，包括：一光源驅動疊層，包括：至少一光源開關；一第一電源；一第二電源；以及一資料線路；至少一光源，配置於該光源驅動疊層上，該光源與該光源開關串聯於該第一電源與該第二電源之間，該光源開關的閘極連接至該資料線路；以及一網印疊層，印刷於該光源以及該光源驅動疊層上，該網印疊層包括：一延伸導電層，電性連接至該第一電源或該第二電源，該延伸導電層鄰近該電容觸控顯示裝置的觸控表面，並位於該觸控表面以及該光源驅動疊層之間；其中該第一電源、該第二電源或該資料線路輸出至少一觸控訊號來感測使用者接觸該觸控表面的位置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述的電容觸控顯示裝置，其中該網印疊層還包括：一透光填充層，填充於該光源驅動疊層上並覆蓋該光源，其中該透光填充層形成有接觸孔，該延伸導電層自靠近該觸控表面的一側經該接觸孔穿過該透光填充層與該第一電源或該第二電源電性連接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述的電容觸控顯示裝置，其中該光源驅動疊層由光學蝕刻形成，該網印疊層經由網版印刷於該光源以及該光源驅動疊層上。
  4. 如申請專利範圍第1項所述的電容觸控顯示裝置，其中該光源驅動疊層還包括：一畫素電路，該光源透過該畫素電路與該光源開關連接，且該延伸導電層透過該畫素電路與該第一電源或該第二電源連接。
  5. 如申請專利範圍第1項所述的電容觸控顯示裝置，其中該光源驅動疊層還包括：至少一資料開關，該資料線路輸出訊號至該資料開關的汲極；以及一閘極線路，連接該資料開關的閘極。
  6. 如申請專利範圍第1項所述的電容觸控顯示裝置，還包括：複數個像素，該複數個像素中之每一像素包括：該光源；以及該光源開關。
  7. 一種驅動如申請專利範圍第1至6項其中任一項所述的電容觸控顯示裝置的方法，包括：於一顯示模式下，該第一電源以及該第二電源提供電力驅動該光源，該資料線路輸出訊號控制該光源開關；以及於一觸控模式下，該第一電源、該第二電源或該資料線路輸出該觸控訊號來感測該使用者接觸該觸控表面的位置。
  8. 如申請專利範圍第7項所述的驅動方法，該第一電源以及該第二電源同時輸出該觸控訊號；當該使用者接觸該觸控表面時，根據該第一電源或該第二電源因一電容變化所改變的電訊號以及該資料線路因該電容變化所改變的電訊號提供該使用者接觸該觸控表面的位置。
  9. 如申請專利範圍第7項所述的驅動方法，該第一電源以及該第二電源同時輸出該觸控訊號；當該使用者接觸該觸控表面時，根據該第一電源或該第二電源的其中之一與該資料線路因互電容變化所改變的電訊號提供該使用者接觸該觸控表面的位置。
  10. 如申請專利範圍第8或9項所述的驅動方法，其中該觸控訊號為交流訊號，且該第一電源以及該第二電源以相同的頻率及相位各自輸出該觸控訊號。
  11. 如申請專利範圍第7項所述的驅動方法，其中於該觸控模式下，該資料線路傳輸該觸控訊號；當該使用者接觸該觸控表面時，根據該第一電源或該第二電源因自電容變化所改變的電訊號以及該資料線路因自電容變化所改變的電訊號提供該使用者接觸該觸控表面的位置。
  12. 如申請專利範圍第7項所述的驅動方法，其中於該觸控模式下，該資料線路傳輸該觸控訊號；當該使用者接觸該觸控表面時，根據該第一電源或該第二電源的其中之一與該資料線路因互電容變化所改變的電訊號提供該使用者接觸該觸控表面的位置。
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