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    一種光學觸控顯示面板及其觸控感測方法。光學觸控顯示面板包括掃描線、讀取線，以及感光單元。其中，感光單元用以反應於掃描線所接收的掃描訊號而啟動，並且根據掃描訊號與一參考電位而在讀取線上反應出感光電流。
    公开号:TW201312424A
    申请号:TW100132446
    申请日:2011-09-08
    公开日:2013-03-16
    发明作者:Chien-Chuan Ko；Chao-Hui Wu
    申请人:Hannstar Display Corp；
    IPC主号:G06F3-00
    专利说明:
    光學觸控顯示面板及其觸控感測方法
    本發明是有關於一種光學觸控感測技術，且特別是有關於一種可增加觸控位置判讀正確性的光學觸控顯示面板及其觸控感測方法。
    將觸控面板(touch panel)整合於液晶顯示器(LCD)不但可增進使用者進行便利、快速的輸入，且可提供互動的存取功能，因此已逐漸應用於一些攜帶型電子裝置中，例如行動電話、個人數位助理(PDA)或筆記型電腦。
    於傳統觸控式顯示器中，觸控面板係直接貼附於顯示面板上。此種裝配方法雖然簡單，但觸控顯示面板的厚度會較厚，且其顯示穿透度不佳。為了改善這些缺點，一種於液晶顯示器之像素陣列(pixel array)結構中嵌入光學感測器陣列的技術便被提出。基於所內嵌之光學感測器在照光與未照光所各別輸出的光電流訊號大小不同。因此，藉由判讀光學感測器陣列所輸出的光電流訊號，即可得知是否有觸碰事件的發生。
    圖1繪示為習知的光學觸控顯示面板100的示意圖。請參照圖1。光學觸控顯示面板100可以包括資料線D1、掃描線G1與G2、讀取線RO1，以及畫素單元102。其中，畫素單元102內的薄膜電晶體T會於掃描線G1所接收之掃描訊號致能時而導通，此時液晶電容CLC與儲存電容CST會受來自於資料線D1的資料訊號所驅動。另外，於畫素單元102內，切換電晶體Q1的閘極耦接至掃描線G1，切換電晶體Q1的源極耦接至讀取線RO1，切換電晶體Q1的汲極耦接至感光電晶體M1的源極，而感光電晶體M1的閘極與汲極則耦接至施加至畫素電路102的共用電壓Vcom。
    當切換電晶體Q1反應於掃描線G1所接收之掃描訊號而導通時，感光電晶體M1所產生的光電流訊號SC會經由讀取線RO1而被傳導出去。當照光強度有變化時(亦即手指或其他介質是否有遮蔽到感光電晶體M1)，感光電晶體M1所產生的光電流訊號SC大小也就變得不同。如此一來，藉由判讀感光電晶體M1所產生的光電流訊號SC，即可得知與感光電晶體M1相對應的區域是否有發生觸碰事件。然而，由於感光電晶體M1會持續受到共用電壓Vcom的偏壓，故而感光電晶體M1之臨界電壓(Vth)將會出現飄移的現象。如此一來，將使得感光電晶體M1所產生的光電流訊號SC減弱，進而影響到觸控位置判斷的正確性。
    圖2繪示為另一種習知的光學觸控顯示面板200的示意圖。請參照圖2，相較於圖1，光學觸控顯示面板200之感光電晶體M1的閘極與汲極皆耦接至掃描線G1。由於一般掃描線G1所接收之掃描訊號的電壓(Vgh)比共用電壓Vcom來得高。因此，切換電晶體Q1與感光電晶體M1的導通通道(或謂導通程度)會增加，以至於感光電晶體M1經由讀取線RO1所輸出的光電流訊號SC強度也會增強。如此一來，對後續判讀感光電晶體M1所產生的光電流訊號SC之處理也會來得比較容易。
    然而，由於感光電晶體M1的偏壓為掃描線G1所接收的掃描訊號。因此，當環境光越強時，掃描線G1所接收之掃描訊號的電壓將會變小(因其用來提供感光電晶體M1的偏壓)，從而將使得切換電晶體Q1的導通程度降低，進而限制住光電流訊號SC的流出。顯然地，在環境光較亮的情況下，光電流訊號SC的電壓準位將變得較小，而環境光較暗時，光電流訊號SC的電壓準位則變得較大。如此一來，將與一般對於光學觸控判讀的方式剛好相反。另外，掃描線G1所接收之掃描訊號的電壓變小也會使得畫素電路102的充電能力減弱，進而影響到畫面顯示的品質。
    更清楚來說，當應用在光筆觸控模式時，光點照射處的光電流訊號SC，將會受到切換電晶體Q1的導通程度變小而變小。手持光筆所造成的陰影也會使得影子處的光電流訊號SC強度變大，如此將在判別觸碰位置上會造成問題，而可能會有鬼點(Ghost point)產生。另一方面，若應用在陰影模式(shadow mode)時，觸碰處產生的訊號差將更不明顯，因為觸碰點的光電流理論上要減小，但是又會受到切換電晶體Q1的導通程度變大而變大，造成觸碰遮光處的光電流訊號SC強度有不減反增的現象。
    本發明提供一種光學觸控顯示面板及其觸控感測方法，可提高觸碰位置判讀的正確性。
    本發明提出一種光學觸控顯示面板，包括第一掃描線、讀取線以及感光單元。其中，感光單元耦接第一掃描線與讀取線，用以反應於第一掃描線所接收的第一掃描訊號而啟動，並且根據第一掃描訊號與一參考電位而在讀取線上反應出感光電流。
    在本發明之一實施例中，上述之感光單元包括一切換電晶體以及一感光電晶體。其中切換電晶體之閘極耦接第一掃描線，而其第一源/汲極則耦接讀取線。感光電晶體之閘極耦接第一掃描線，其第一源/汲極耦接切換電晶體的第二源/汲極，而其第二源/汲極則用以接收參考電位。
    在本發明之一實施例中，上述之光學觸控顯示面板更包括一畫素單元，對應感光單元，且感光單元內嵌於畫素單元。
    在本發明之一實施例中，上述之參考電位為施加至畫素單元的一共用電壓。
    在本發明之一實施例中，上述之光學觸控顯示面板更包括一黑矩陣，位於感光電晶體上，且位於感光電晶體上的黑矩陣未具有任何的開洞。
    在本發明之一實施例中，上述之光學觸控顯示面板，更包括一第二掃描線，耦接感光電晶體之第二源/汲極，且參考電位為第二掃描線所接收之第二掃描訊號的禁能準位。
    在本發明之一實施例中，上述之光學觸控顯示面板更包括一黑矩陣，其位於感光電晶體上，且位於感光電晶體上的黑矩陣具有一對應的開洞。
    本發明亦提出一種光學觸控顯示面板的觸控感測方法，包括下列步驟。提供一感光單元以內嵌於光學觸控顯示面板的一畫素單元，其中感光單元耦接光學觸控顯示面板的一第一掃描線與一讀取線。致使感光單元反應於第一掃描線所接收的一第一掃描訊號而啟動，並且根據第一掃描訊號與一參考電位而在讀取線上反應出一感光電流。藉由判讀感光電流以得知是否有一觸碰事件的發生。
    在本發明之一實施例中，上述之參考電位為施加至畫素單元的一共用電壓。
    在本發明之一實施例中，上述之感光單元更耦接光學觸控顯示面板的一第二掃描線，而參考電位為第二掃描線所接收之一第二掃描訊號的一禁能準位。
    基於上述，本發明利用第一掃描線所接收的第一掃描訊號來啟動感光單元，使其依據第一掃描訊號與一參考電位在讀取線上反應出一感光電流。如此感光電晶體之臨界電壓便不會受到長時間的偏壓影響而產生飄移，且由於第一掃描訊號所對應的電壓較共用電壓大，因此將增強感光單元所輸出的感光電流強度，進而提升判讀單元對感光電流的判讀的準確性。
    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。
    現將詳細參考本發明之示範性實施例，在附圖中說明所述示範性實施例之實例。另外，凡可能之處，在圖式及實施方式中使用相同標號的元件/構件代表相同或類似部分。
    圖3繪示為本發明一實施例之電子裝置300的示意圖。請參照圖3，電子裝置300可以為具有觸控功能的智慧型手機、平板電腦、筆記型電腦…等，但並不限制於此，且其包括：光學觸控顯示面板302、掃描驅動單元304、源極驅動單元306、判讀單元308、時序控制器310，以及背光模組312。其中，背光模組312用以提供光學觸控顯示面板302所需的(背)光源。另外，掃描驅動單元304與源極驅動單元306受控於時序控制器310，用以分別產生掃描訊號與資料訊號以驅動光學觸控顯示面板302內的各顯示畫素，藉以致使光學觸控顯示面板302顯示畫面。
    圖4繪示為本發明一實施例之光學觸控顯示面板302的局部示意圖。請合併參照圖3與圖4，光學觸控顯示面板302包括掃描線G1與G2、資料線D1、讀取線RO1，以及畫素單元402。其中，畫素單元402包括內嵌於畫素單元402中的感光單元404，以及由薄膜電晶體(TFT)M0、液晶電容CLC與儲存電容CST所組成的顯示畫素。
    於本實施例中，當掃描線G1接收到來自於掃描驅動單元304的掃描訊號SS1時，薄膜電晶體(TFT)M0會被導通，而液晶電容CLC與儲存電容CST會受來自於源極驅動單元306的資料訊號SD1所驅動。另外，感光單元404耦接掃描線G1與讀取線RO1，用以反應於掃描線G1所接收的掃描訊號SS1而被啟動，並且根據掃描訊號SS1與參考電位(例如施加至畫素單元402的共用電壓Vcom)而在讀取線RO1上反應出感光電流IC。如此一來，判讀單元308僅需對感光電流IC進行判讀即可得知是否有觸碰事件的發生。
    更清楚來說，感光單元404包括切換電晶體Q1與感光電晶體M1。其中，切換電晶體Q1的閘極耦接掃描線G1，切換電晶體Q1的第一源/汲極耦接讀取線RO1，而切換電晶體Q1的第二源/汲極則耦接感光電晶體M1的第一源/汲極。另外，感光電晶體M1的閘極耦接掃描線G1，而感光電晶體M1的第二源/汲極則耦接共用電壓Vcom。感光電晶體M1用以反應於光學觸控顯示面板200上的光強度變化而對應地產生感光電流IC。
    當掃描訊號SS1致能時，除了薄膜電晶體M0會被導通以進行畫素寫入外，切換電晶體Q1與感光電晶體M1也會被同時地導通以進行觸碰感測。此時，由於感光電晶體M1偏壓在共用電壓Vcom下，所以感光電晶體M1便可透過切換電晶體Q1而將其所產生的感光電流IC輸出至讀取線RO1，藉以提供給判讀單元204進行判讀而得知是否有觸碰事件的發生。
    顯然地，由於感光電晶體M1只會在掃描訊號SS1致能時而導通，所以感光電晶體M1之臨界電壓(Vth)並不會受到長時間的偏壓影響而產生飄移(shift)。再加上，由於掃描訊號SS1致能時所對應的電壓(Vgh)一般較共用電壓Vcom大，所以切換電晶體Q1與感光電晶體M1的導通程度將會增加，以至於感光電晶體M1經由讀取線RO1所輸出的感光電流IC強度也會增強。如此一來，判讀單元308對感光電晶體M1所產生的感光電流IC之判讀也會來得比較容易與準確。
    值得注意的是，圖5繪示為本發明一實施例之光學觸控顯示面板100的部份結構示意圖。請參照圖5，光學觸控顯示面板100包括彩色濾光層502、黑矩陣B1，以及感光電晶體M1。其中，黑矩陣B1位於感光電晶體M1上。感光電晶體M1包括閘極金屬層504、閘極絕緣層506、非晶矽層508、源極層510，以及汲極層512。閘極絕緣層506位於閘極金屬層504上方，且位於非晶矽層508下方。源極層510與汲極層512位於非晶矽層508兩側，且覆蓋部份的非晶矽層508。
    基此，在感光電晶體M1上之黑矩陣B1開洞的傳統結構，則感光電晶體M1會持續處於照光的狀態。再加上，由於感光電晶體M1係偏壓在共用電壓Vcom而產生感光電流IC。因此，當光學觸控顯示面板302處在照光狀態下，光學觸控顯示面板302上所有內嵌的感光電晶體之感光電流(無論是否導通)便極有可能影響到共用電壓Vcom的穩定性，進而影響到畫面顯示的品質。
    有鑒於此，於圖4實施例中，可以搭配一種新的製作結構(如圖6)，感光電晶體M1上之黑矩陣B1不開洞。如此一來，由於感光電晶體M1未持續處於(外界/環境)照光的狀態，所以可以大大地降低感光電晶體M1所產生的感光電流IC，其係因：當手指或其他介質遮蔽/觸碰光學觸控顯示面板302時，僅需利用來自背光模組312的(背)光源打到手指或其他介質再散射到感光電晶體M1以改變感光電晶體M1所產生的感光電流IC。由此，即可在不影響共用電壓Vcom之穩定度的條件下進行觸碰感測。
    另一方面，在本發明的其他實施例中，圖4實施例可以進一步地進行修改(modification)。更清楚來說，如圖7所示，感光電晶體M1的第二源/汲極可以改為耦接至掃描線G2。如此一來，感光單元404即會反應於掃描線G1所接收的掃描訊號SS1而被啟動，並且根據掃描訊號SS1與參考電位(例如掃描線G2所接收之掃描訊號SS2的禁能準位)而在讀取線RO1反應出感光電流IC。如此一來，判讀單元308僅需對感光電流IC進行判讀即可得知是否有觸碰事件的發生。
    相似地，當掃描訊號SS1致能時，除了薄膜電晶體M0會被導通以進行畫素寫入外，切換電晶體Q1與感光電晶體M1也會被同時地導通以進行觸碰感測。此時，由於感光電晶體M1的第二源/汲極耦接至掃描線G2(亦即掃描線G2所接收的掃描訊號SS2處於禁能的狀態)，故而相較於圖4實施例，圖7實施例之感光電晶體M1的閘源極電壓(Vgs)與汲源極電壓(Vds)都會比較大(此作法可以增加感光電流IC)，且在讀取線RO1所反應出的感光電流IC會改由判讀單元308提供以依序經由讀取線RO1、切換電晶體Q1與感光電晶體M1而流到掃描線G2上。如此一來，即可實現對掃描線G2上之顯示畫素進行預先充電的效果。
    在此值得一提的是，圖7實施例可以搭配如圖5或圖6的製作結構，只是搭配圖5之製作結構(亦即有開洞)的感光電流強度會比圖6來的大，故而搭配圖5之製作結構(亦即有開洞)的感光電流相較於圖6對掃描線G2進行預充電的效果也會來的比較大。
    基於上述實施例所揭示/教示的內容，以下將彙整出至少一種光學觸控顯示面板的觸控感測方法。
    圖8繪示為本發明一實施例之光學觸控顯示面板的觸控感測方法流程圖。請參照圖8，光學觸控顯示面板的觸控感測方法可以包括下列步驟：提供一感光單元以內嵌於光學觸控顯示面板的一畫素單元(步驟S802)，其中感光單元耦接光學觸控顯示面板的第一掃描線與一讀取線；致使感光單元反應於第一掃描線所接收的掃描訊號而啟動，並且根據掃描訊號與一參考電位而於讀取線上反應出一感光電流(步驟S804)，其中參考電位可以為施加至畫素單元的共用電壓，或者為相鄰於第一掃描線之第二掃描線所接收之掃描訊號的禁能準位；以及判讀感光電流以得知是否有一觸碰事件的發生(步驟S806)。
    綜上所述，本發明之實施例利用第一掃描線所接收的第一掃描訊號來啟動感光單元，使其依據第一掃描訊號與一參考電位在讀取線上反應出一感光電流。如此感光電晶體之臨界電壓便不會受到長時間的偏壓影響而產生飄移，且由於第一掃描訊號所對應的電壓較共用電壓大，因此將增強感光單元所輸出的感光電流強度，進而提升判讀單元對感光電流的判讀的準確性。另外，亦可將感光單元耦接至相鄰的下一條掃描線，如此一來判讀單元便可提供感光電流至相鄰的下一條掃描線上，以對其上之顯示畫素進行預先充電。此外，更可將感光電晶體設置於未具有任何開洞的黑矩陣下方，以避免因環境光所產生的光電流影響到光學觸控顯示面板的顯示品質。
    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。另外，本發明的任一實施例或申請專利範圍不須達成本發明所揭露之全部目的或優點或特點。此外，摘要部分和標題僅是用來輔助專利文件搜尋之用，並非用來限制本發明之權利範圍。
    100、200、302．．．光學觸控顯示面板
    102、402．．．畫素單元
    300．．．電子裝置
    304．．．掃描驅動單元
    306．．．源極驅動單元
    308．．．判讀單元
    310．．．時序控制器
    312．．．背光模組
    404．．．感光單元
    502．．．彩色濾光層
    504．．．閘極金屬層
    506．．．閘極絕緣層
    508．．．非晶矽層
    510．．．源極層
    512．．．汲極層
    Q1．．．切換電晶體
    M1．．．感光電晶體
    SC．．．光電流訊號
    D1．．．資料線
    G1、G2．．．掃描線
    SD1．．．資料訊號
    SS1．．．掃描訊號
    M0．．．電晶體
    CLC．．．液晶電容
    CST．．．儲存電容
    RO1．．．讀取線
    IC．．．感光電流
    B1．．．黑矩陣
    S802~S806．．．觸控感測方法之步驟
    下面的所附圖式是本發明的說明書的一部分，繪示了本發明的示例實施例，所附圖式與說明書的描述一起說明本發明的原理。
    圖1、圖2繪示為習知技術的光學觸控顯示面板。
    圖3繪示為本發明一實施例之電子裝置的示意圖。
    圖4繪示為本發明另一實施例之光學觸控顯示面板的示意圖。
    圖5~6繪示為本發明實施例之光學觸控顯示面板的結構示意圖。
    圖7繪示為本發明另一實施例之光學觸控顯示面板的示意圖。
    圖8繪示為本發明一實施例之光學觸控顯示面板的觸控感測方法。
    302．．．光學觸控顯示面板
    402．．．畫素單元
    404．．．感光單元
    M0．．．電晶體
    CLC．．．液晶電容
    CST．．．儲存電容
    Q1．．．切換電晶體
    M1．．．感光電晶體
    D1．．．資料線
    G1、G2．．．掃描線
    RO1．．．讀取線
    IC．．．感光電流
    SD1．．．資料訊號
    SS1．．．掃描訊號
    Vcom．．．共用電壓
    权利要求:
    Claims (10)
    [1] 一種光學觸控顯示面板，包括：一第一掃描線；一讀取線；以及一感光單元，耦接該第一掃描線與該讀取線，用以反應於該第一掃描線所接收的一第一掃描訊號而啟動，並且根據該第一掃描訊號與一參考電位而在該讀取線上反應出一感光電流。
    [2] 如申請專利範圍第1項所述之光學觸控顯示面板，其中該感光單元包括：一切換電晶體，其閘極耦接該第一掃描線，而其第一源/汲極則耦接該讀取線；以及一感光電晶體，其閘極耦接該第一掃描線，其第一源/汲極耦接該切換電晶體的第二源/汲極，而其第二源/汲極則用以接收該參考電位。
    [3] 如申請專利範圍第2項所述之光學觸控顯示面板，更包括：一畫素單元，對應該感光單元，且該感光單元內嵌於該畫素單元。
    [4] 如申請專利範圍第3項所述之光學觸控顯示面板，其中該參考電位為施加至該畫素單元的一共用電壓。
    [5] 如申請專利範圍第4項所述之光學觸控顯示面板，更包括：一黑矩陣，位於該感光電晶體上，且位於該感光電晶體上的該黑矩陣未具有任何的開洞。
    [6] 如申請專利範圍第3項所述之光學觸控顯示面板，更包括：一第二掃描線，耦接該感光電晶體之第二源/汲極，且該參考電位為該第二掃描線所接收之一第二掃描訊號的一禁能準位。
    [7] 如申請專利範圍第6項所述之光學觸控顯示面板，更包括：一黑矩陣，位於該感光電晶體上，且位於該感光電晶體上的該黑矩陣具有一對應的開洞。
    [8] 一種光學觸控顯示面板的觸控感測方法，包括：提供一感光單元以內嵌於該光學觸控顯示面板的一畫素單元，其中該感光單元耦接該光學觸控顯示面板的一第一掃描線與一讀取線；致使該感光單元反應於該第一掃描線所接收的一第一掃描訊號而啟動，並且根據該第一掃描訊號與一參考電位而在該讀取線上反應出一感光電流；以及藉由判讀該感光電流以得知是否有一觸碰事件的發生。
    [9] 如申請專利範圍第8項所述之光學觸控顯示面板的觸控感測方法，其中該參考電位為施加至該畫素單元的一共用電壓。
    [10] 如申請專利範圍第8項所述之光學觸控顯示面板的觸控感測方法，其中該感光單元更耦接該光學觸控顯示面板的一第二掃描線，而該參考電位為該第二掃描線所接收之一第二掃描訊號的一禁能準位。
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