CN103941926B - 具有触控功能的显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明是有关于一种具有触控功能的显示装置,包括显示面板、显示驱动电路以及触控感测电路。显示面板包括多个以阵列排列的像素，其中各个像素包括液晶电容。显示驱动电路耦接显示面板，用以在图框期间内的显示期间驱动所述多个像素，以使显示面板显示画面。触控感测电路耦接显示面板，用以在图框期间内的空白期间感测所述多个液晶电容的电容值变化，并据以产生触控信息。

Description

具有触控功能的显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，特别是涉及于一种具有触控功能的显示装置。

背景技术

具有触控功能的显示装置,在实践时以触控系统与显示系统各为独立的系统来完成。系统整合和降低成本是电子产业一直不变的方向。随着工艺技术的进步，触控面板已成功地与显示面板整合，使得使用者可直接通过触控，指示电子装置执行所需的工作。

一般的触控显示面板包括多个像素与多个感测单元，其中像素会以二维阵列的方式排列以构成显示面板，而感测单元则可由多个内建于显示面板中或外贴于显示面板上的触控电极而形成，藉以构成触控面板，因此触控显示面板可根据扫描信号，决定更新画面及侦测碰触点的时序。其中，将触控面板的触控电极内建于显示面板的面板架构称之为内嵌式（in cell）触控显示面板，此一技术可有效地降低触控显示面板整体的厚度。

然而，无论内嵌式触控显示面板的技术如何进步，其始终必须分别利用显示面板与触控面板的架构才可以同时实现显示影像与触控感测的功能。换言之，基于将显示面板与触控面板相结合的触控显示面板，其厚度及成本皆有发展的极限。

发明内容

本发明的目的在于，提供一种新型结构的具有触控功能的显示装置，所要解决的技术问题是使其可以在不需要配置额外触控电极的显示面板架构下，实现触控感测的功能，非常适于实用。

本发明的目的及解决其技术问题是采用以下技术方案来实现的。为达到上述目的，依据本发明提出的一种具有触控功能的显示装置，包括显示面板、显示驱动电路以及触控感测电路。显示面板包括多个以阵列排列的像素，其中各个像素包括液晶电容。显示驱动电路耦接显示面板，用以在图框期间内的显示期间驱动所述多个像素，以使显示面板显示画面。触控感测电路耦接显示面板，用以在图框期间内的空白期间感测所述多个液晶电容的电容值变化，并据以产生触控信息。

在本发明一实施例中，显示面板还包括多个图案化共用电极,并且各个像素更包括像素电极，其中图案化共用电极分别与部分像素电极重叠，以使各个像素电极与所重叠的图案化共用电极建立液晶电容。

在本发明一实施例中，显示面板还包括多条扫描线与多条数据线,所述多个像素分别与对应的扫描线与数据线相互耦接，并且显示驱动电路包括栅极驱动器、源极驱动器以及时序控制器。栅极驱动器耦接所述多条扫描线,用以在显示期间内序列地开启扫描线上的像素,并且在空白期间内同时开启所述多个像素。源极驱动器用以协同于栅极驱动器而在显示期间内提供多个像素电压以驱动所述多个像素。时序控制器耦接栅极驱动器与源极驱动器，用以控制栅极驱动器与源极驱动器的运作。

在本发明一实施例中，源极驱动器于空白期间起始时，提供初始化电压来驱动所述多个像素，藉以初始化所述多个液晶电容。在本发明一实施例中，栅极驱动器受控于时序控制器而在第一图框期间内的第一显示期间，以第一顺序开启所述多条扫描线，并且在第二图框期间内的第二显示期间，以相异于第一顺序的第二顺序开启所述多条扫描线。

在本发明一实施例中，触控感测电路包括驱动单元以及感测单元。驱动单元用以在空白期间内依序提供扫描信号至所述多个图案化共用电极，以使所述多个像素反应于对应的液晶电容的电容值变化而产生多个感测信号。感测单元用以在空白期间内接收所述多个感测信号,并且依据所述多个感测信号产生触控信息。

在本发明一实施例中，显示装置还包括双向多工器。双向多工器的一端耦接源极驱动器与感测单元，且双向多工器的另一端耦接显示面板的数据线。其中，双向多工器经控制而在显示期间将所述多条数据线耦接至源极驱动器，以将所述多个像素电压分别提供至对应的数据线，并且在空白期间将所述多条数据线切换耦接至感测单元，以将所述多个感测信号经由对应的数据线传送至感测单元。

在本发明一实施例中,显示面板还包括第一基板、共用电极层、像素电极层、液晶层以及第二基板。共用电极层配置于第一基板上,其中所述多个图案化共用电极设置于共用电极层之中。像素电极层配置于共用电极层上，其中所述多个像素电极设置于像素电极层之中。液晶层配置于像素电极层上。第二基板配置于液晶层上,其中第一基板、共用电极层、像素电极层、液晶层以及第二基板沿第一方向堆叠，并且显示面板受控于显示驱动电路而沿垂直于第一方向的第二方向建立电场。

在本发明一实施例中，显示面板为横向电场切换型（in-plane switching，IPS）液晶显示面板。

在本发明一实施例中，显示面板为边界电场切换型（fringe field switching，FFS）液晶显示面板。

本发明与现有技术相比具有明显的优点和有益效果。借由上述技术方案,本发明具有触控功能的显示装置至少具有下列优点及有益效果：本发明实施例提出的一种具有触控功能的显示装置，其可以在既有显示面板的架构下，利用感测液晶电容的电容值变化来实现触控感测的机制，由于不需设置额外的触控电极，因此可以有效地节省触控显示装置设计与制造的成本。

综上所述，本发明是有关于一种具有触控功能的显示装置，包括显示面板、显示驱动电路以及触控感测电路。显示面板包括多个以阵列排列的像素，其中各个像素包括液晶电容。显示驱动电路耦接显示面板，用以在图框期间内的显示期间驱动所述多个像素，以使显示面板显示画面。触控感测电路耦接显示面板，用以在图框期间内的空白期间感测所述多个液晶电容的电容值变化，并据以产生触控信息。

上述说明仅是本发明技术方案的概述，为了能够更清楚了解本发明的技术手段，而可依照说明书的内容予以实施，并且为了让本发明的上述和其他目的、特征和优点能够更明显易懂，以下特举较佳实施例，并配合附图,详细说明如下。

附图说明

图1是本发明一实施例的显示装置的电路示意图。

图2是本发明一实施例的显示面板的剖面结构示意图。

图3是依照图1实施例的像素的等效电路示意图。

图4是本发明一实施例的显示装置在一图框期间内的驱动时序示意图。

图5是本发明一实施例的显示装置在多个图框期间之间的操作示意图。

100：显示装置 110：显示面板

120：显示驱动电路 122：栅极驱动器

124：源极驱动器 126：时序控制器

130：触控感测电路 132：驱动单元

134：感测单元 140：双向多工器

BP：空白期间 CE1～CEm：图案化共用电极

Cf：手指电容 CL：共用电极层

CLC：液晶电容 DL1～DLn：数据线

DP：显示期间 F、F1、F2、F3：图框期间

GL1～GLm：扫描线 LC：液晶分子

LCL：液晶层 M：主动元件

P11～Pmn：像素 PE11～PEm1：像素电极

PL：像素电极层 RX1～RXn：感测信号

S1：第一基板 S2：第二基板

S_c：扫描信号 V_p1～V_pn：像素电压

d1：第一方向 d2：第二方向

具体实施方式

本发明实施例提出了一种具有触控功能的显示装置，其可以在既有显示面板的架构下，利用感测液晶电容的电容值变化来实现触控感测的机制，由于不需要设置额外的触控电极，因此可以有效地节省设计与制造的成本。为了使本发明的内容更容易明了，以下特举实施例作为本发明确实能够据以实施的范例。另外，凡可能之处，在图式及实施方式中使用相同标号的元件/构件/步骤代表相同或类似部分。

图1是本发明一实施例的显示装置的电路示意图。请参阅图1所示，显示装置100包括显示面板110、显示驱动电路120以及触控感测电路130。显示面板110包括多个以阵列排列的像素P11～Pmn，并且各个像素P11～Pmn皆包括一对应的液晶电容CLC,其中所述m、n为正整数且可根据设计需求而调整m、n的数值。显示驱动电路120与触控感测电路130分别耦接显示面板110。其中，显示驱动电路120系用以驱动显示面板110的各个像素P11～Pmn，藉以使显示面板110显示画面。触控感测电路130则是用以感测各个像素P11～Pmn中的液晶电容CLC的电容值变化，藉以在显示面板110上实现触控感测的功能。

从显示装置100的结构观点来看，图2是依照图1实施例的显示装置的剖面结构示意图。请同时参阅图1与图2所示，显示面板110包括第一基板S1、共用电极层CL、像素电极层PL、液晶层LCL以及第二基板S2。在显示面板100中，共用电极层CL内设置有多个图案化共用电极CE1～CEm，像素电极层PL内设置有多个分别对应于像素P11～Pmn的像素电极（如分别对应像素P11～Pm1的像素电极PE11～PEm1），以及液晶层LCL内设置有多个液晶分子LC。

更进一步地说,共用电极层CL、像素电极层PL以及液晶层LCL是沿第一方向d1依序地堆叠配置于第一基板S1与第二基板S2之间。其中，共用电极层CL中的每一图案化共用电极CE1～CEm分别与像素电极层PL中的每一列像素电极相互重叠，例如图案化共用电极CE1与像素P11～P1n所对应的像素电极重叠，图案化共用电极CE2与像素P21～P2n所对应的像素电极重叠，以及图案化共用电极CEm与像素Pm1～Pmn所对应的像素电极重叠。各个像素P11～Pmn的液晶电容CLC即是由对应的像素电极与所重叠的图案化共用电极CE1～CEm所建立。

在本实施例中，显示面板110会受控于显示驱动电路120而沿垂直于第一方向d1的第二方向d2建立电场E，藉以利用电场E来控制液晶分子LC的转向。换言之，显示面板110为利用与第一基板S1和第二基板S2平行的水平电场驱动的液晶显示面板架构。

具体而言，当使用者利用手指触碰显示面板110时，手指电容Cf会根据触碰的位置而耦合至对应的像素电极（如PE21），以使对应的液晶电容CLC的电容值产生改变，因此触控感测电路130可藉由侦测液晶电容CLC的电容值改变来判断触碰点的位置，并且输出对应的触控信息TI。更进一步地说，由于以水平电场驱动的显示面板110的共用电极层CL与像素电极层PL是配置于液晶层LCL的同一侧，且位于第一基板S1与液晶层LCL之间，因此当使用者将手指接触第二基板S2时，手指电容Cf可通过第二基板S2与液晶层LCL耦合至像素电极PE21，而不会被共用电极层CL所屏蔽。

值得注意的是，图2所绘示的显示面板110的堆叠结构仅为一范例，任何于结构上不会造成手指电容Cf的屏蔽效应的液晶显示面板结构皆可应用于本发明实施例中。举例来说，显示面板110可例如为横向电场切换型（in-plane switching，IPS）液晶显示面板或边界电场切换型（fringe field switching，FFS）液晶显示面板等以水平电场驱动的液晶显示面板。

从显示装置100的驱动观点来看，为了使显示装置100的影像显示与触控感测机制不会互相干扰，因此显示驱动电路120与触控感测电路130会分别在一图框期间（frameperiod）内的显示期间（display period）与空白期间（blanking period）分别对显示面板110进行控制。

详细而言，显示驱动电路120会在每一图框期间内的显示期间依序开启每一列（row）的像素P11～Pmn，并且协同于每一列像素P11～Pmn开启的时序而输出相应的像素电压V_p1～V_pn来驱动各个像素P11～Pmn，以使显示面板110显示相应的画面。另一方面，触控感测电路130则会在图框期间内的空白期间（blanking period）依序将扫描信号S_c提供至显示面板110的每一列像素P11～Pmn，藉以使各个像素P11～Pmn反应于扫描信号S_c而回传感测信号RX1～RXn至触控感测电路130，以使触控感测电路130依据液晶电容CLC的电容值变化来判断对应的像素P11～Pmn位置是否被触碰，并据以产生触控信息TI。其中，由于显示期间与空白期间为同一图框期间内互不重叠的两个期间，因此显示面板110的影像显示并不会与触控感测机制相互干扰。

更具体地说，请再参阅图1所示，显示面板110还包括多条扫描线GL1～GLm以及与扫描线交错设置的多条数据线DL1～DLn，其中像素P11～Pmn分别耦接对应的扫描线GL1～GLm与数据线DL1～DLn。在此，图1所绘示的像素P11～Pmn的架构仅为示意，并非表示液晶电容CLC耦接于扫描线GL1～GLm与数据线DL1～DLn的交点（像素P11～Pmn的详细等效电路架构会在后述实施例进一步说明）。

显示驱动电路120包括栅极驱动器122、源极驱动器124以及时序控制器126。栅极驱动器122耦接扫描线GL1～GLm，用以在显示期间内序列地开启扫描线GL1～GLm上的像素P11～Pmn，并且在空白期间内同时开启像素P11～Pmn。源极驱动器124用以协同于栅极驱动器122而在显示期间内提供多个像素电压Vp1～Vpn以驱动像素P11～Pmn。时序控制器126耦接栅极驱动器122与源极驱动器124，用以控制栅极驱动器122与源极驱动器124的运作。

触控感测电路130包括驱动单元132以及感测单元134。驱动单元132用以在空白期间内依序提供扫描信号S_c至图案化共用电极CE1～CEm，以使像素P11～Pmn反应于对应的液晶电容CLC的电容值变化而产生多个感测信号RX1～RXn。感测单元134则用以在空白期间内接收感测信号RX1～RXn，并且依据感测信号RX1～RXn产生触控信息TI。

为了实现显示面板110在显示期间与空白期间之间的功能转换,显示装置100还包括双向多工器140。其中，双向多工器140的一端耦接显示驱动电路120的源极驱动器124与触控感测电路130的感测单元134，并且双向多工器140的另一端耦接显示面板110的数据线DL1～DLn。在本实施例中，双向多工器140可经由时序控制器126或显示装置110中独立的控制单元（未绘示）的控制，而在不同的期间将数据线DL1～DLn切换耦接至显示驱动电路120的源极驱动器124或触控感测电路130的感测单元。

双向多工器140会在显示期间将数据线DL1～DLn耦接至源极驱动器126，以将像素电压V_p1～V_pn分别提供至对应的数据线DL1～DLn。另一方面，双向多工器140会在空白期间将数据线DL1～DLn切换耦接至感测单元134，以将感测信号RX1～RXn经由对应的数据线DL1～DLn传送至感测单元314。

以像素P11的等效电路架构为例，如图3所示，其中像素P11还包括主动元件M，其第一端耦接像素电极PE11，其第二端耦接数据线DL1，且其控制端耦接扫描线GL1。请同时参阅图2与图3所示，当显示装置100的驱动时序进入显示期间时，双向多工器140会在显示期间将数据线DL1耦接至源极驱动器124，以在主动元件M受控于扫描线GL1上的信号而导通时，将对应的像素电压V_p1提供至像素电极PE11。

另一方面，当显示装置100的驱动时序由显示期间进入空白期间时,双向多工器140会将数据线DL1切换耦接至感测单元134。由于主动元件M会受控于扫描线GL1上的信号而在空白期间内持续导通,因此当驱动单元132的扫描信号S_c提供至图案化共用电极CE1时，像素P11会反应于扫描信号S_c而经由数据线DL1输出对应的感测信号RX1至感测单元134。其中，由于感测信号RX1的准位会随着液晶电容CLC的电容值改变而有所不同，因此感测单元134可根据侦测感测信号RX1的准位变化而判断像素P11的位置是否被触碰。以手指电容Cf等效为并联至液晶电容CLC的架构为例，当像素P11被触碰时，手指电容Cf会并联至液晶电容CLC而使得整体的等效电容值提升,因此像素P11所输出的感测信号RX1的准位会较未被触碰时低,而感测单元134此时则会基于感测信号RX1的准位低于一预设值而判断像素P11被触碰,并且据以输出对应的触控信息。相似地，在手指电容Cf等效为串联至液晶电容CLC的架构下，也可依据上述说明而藉由类似的侦测感测信号RX1准位的机制而判断像素P11是否被触碰。

由此可知，通过上述的驱动方式及架构，显示装置100的触控感测功能并不需要藉由在显示面板110中配置额外的触控电极才可以实现。因此，相比较于一般的触控显示装置而言，本发明实施例的具有触控功能的显示装置100可更进一步地降低显示面板设计与制造的成本。

为了更清楚地说明本发明的实施例，图4是本发明一实施例的显示装置在一图框期间内的驱动时序示意图。请同时参阅图1与图4所示，由于在图框期间F内的显示期间DP的信号时序与一般液晶显示装置的驱动时序类似,故本实施例不在此多加着墨。其中,显示期间DP与空白期间BP的比例关系也仅为示意，在实际的应用中，图框期间F中的显示期间DP与空白期间BP的长短可由设计者根据需求而设定,本发明不以此为限。

详细而言，在显示期间DP结束并且接续进入空白期间BP时,栅极驱动电路122会同时致能扫描线GL1～GLm以开启全部的像素P11～Pmn，而源极驱动电路124则会于此时提供初始化电压V_I来驱动像素P11～Pmn，藉以初始化各个像素P11～Pmn的液晶电容CLC。更进一步地说，所述的初始化电压V_I是系由源极驱动器124依据黑色画面数据或白色画面数据而产生，其是用以使各个像素P11～Pmn的液晶电容CLC在进行触控感测前保持相同的电容值，藉以防止触控感测的误判。

换言之，双向多工器140并不会在空白期间起始时即将数据线DL1～DLn切换耦接至感测单元134，而是在各个像素P11～Pmn的液晶电容CLC皆初始化完成后，才进行切换。

图5是本发明一实施例的显示装置在多个图框期间之间的操作示意图。请参阅图5所示，在本实施例中,栅极驱动器122可受控于时序控制器126而在多个不同的图框期间（如F1、F2、F3）之间分别利用不同的扫描顺序来开启显示面板110的像素P11～Pmn。举例来说,栅极驱动器122可在图框期间F1的显示期间以由上至下的顺序（即从像素P11至Pm1的顺序）开启扫描线GL1～GLn上的像素P11～Pmn，并且在下一图框期间F2的显示期间改以由下至上的顺序（即从像素Pm1至P11的顺序）开启扫描线GL1～GLn上的像素P11～Pmn。后续图框期间的像素P11～Pmn的开启顺序即如上所述的依序交替。在此驱动方式下，源极驱动器124在各个图框期间（如F1、F2、F3）的显示期间内，将像素电压V_p1～V_pn写入各个像素P11～Pmn的时间会大致相同，因此可进一步地维持显示面板110的影像显示品质。

综上所述,本发明实施例提出的一种具有触控功能的显示装置,其可以在既有显示面板的架构下，利用感测液晶电容的电容值变化来实现触控感测的机制，由于不需要设置额外的触控电极，因此可以有效地节省触控显示装置设计与制造的成本。

以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制，虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明,任何熟悉本专业的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围内,当可利用上述揭示的技术内容作出些许更动或修饰为等同变化的等效实施例,但凡是未脱离本发明技术方案内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化与修饰,均仍属于本发明技术方案的范围内。

Claims (9)

1.一种具有触控功能的显示装置，其特征在于其包括：

显示面板，包括：

多个以阵列排列的像素，其中各该些像素包括像素电极；

多个图案化共用电极，其中该些图案化共用电极分别与部分该些像素电极重叠，各该些像素的像素电极与所重叠的图案化共用电极建立各该些像素的液晶电容；以及

多条扫描线与多条数据线，该些像素分别与对应的扫描线及数据线相互耦接；

显示驱动电路，耦接该显示面板，其中该显示驱动电路包括：

栅极驱动器，耦接该些扫描线；以及

源极驱动器；

触控感测电路，耦接该显示面板，其中该触控感测电路包括：

驱动单元，用以在图框期间内的空白期间依序提供扫描信号至该些图案化共用电极，以使该些像素反应于该扫描信号而产生多个感测信号；以及

感测单元，用以在该空白期间接收该些感测信号；以及

双向多工器，其一端耦接该源极驱动器与该感测单元，且其另一端耦接该显示面板的该些数据线，

其中，该双向多工器经控制而在该图框期间内的显示期间将该些数据线耦接至该源极驱动器，以将多个像素电压分别提供至对应的数据线，并且在该图框期间内的该空白期间将该些数据线切换耦接至该感测单元，以将该些感测信号经由对应的数据线传送至该感测单元。

2.根据权利要求1所述的具有触控功能的显示装置，其特征在于其中该显示驱动电路还包括：

时序控制器，耦接该栅极驱动器与该源极驱动器，用以控制该栅极驱动器与该源极驱动器的运作；

其中，该栅极驱动器用以在该图框期间内的该显示期间内序列地开启该些扫描线上的像素，并且在该图框期间内的该空白期间内同时开启该些像素，并且该源极驱动器用以协同于该栅极驱动器而在该显示期间内提供该些像素电压以驱动该些像素。

3.根据权利要求1所述的具有触控功能的显示装置，其特征在于其中该源极驱动器在该空白期间起始时，提供初始化电压来驱动该些像素，藉以初始化该些液晶电容。

4.根据权利要求2所述的具有触控功能的显示装置，其特征在于其中该栅极驱动器受控于该时序控制器而在一第一图框期间内的一第一显示期间，以一第一顺序开启该些扫描线，并且在一第二图框期间内的一第二显示期间，以相异于该第一顺序的一第二顺序开启该些扫描线。

5.根据权利要求3所述的具有触控功能的显示装置，其特征在于其中初始化电压是该源极驱动器依据黑色画面数据或白色画面数据而产生。

6.根据权利要求1所述的具有触控功能的显示装置，其特征在于其中当该显示面板被使用者触碰时，触碰位置对应的像素所产生的感测信号的准位比非触碰位置对应的像素所产生的感测信号的准位低。

7.根据权利要求1所述的具有触控功能的显示装置，其特征在于其中该显示面板还包括：

第一基板；

共用电极层，配置于该第一基板上，其中该些图案化共用电极设置于该共用电极层之中；

像素电极层，配置于该共用电极层上，其中该些像素电极设置于该像素电极层之中；

液晶层，配置于该像素电极层上；以及

第二基板，配置于该液晶层上，其中该第一基板、该共用电极层、该像素电极层、该液晶层以及该第二基板沿一第一方向堆叠，并且该显示面板受控于该显示驱动电路而沿垂直于该第一方向的一第二方向建立电场。

8.根据权利要求1所述的具有触控功能的显示装置，其特征在于其中该显示面板为横向电场切换型液晶显示面板。

9.根据权利要求1所述的具有触控功能的显示装置，其特征在于其中该显示面板为边界电场切换型液晶显示面板。