透明型触控感测与液晶显示共构的系统

摘要

本发明提出一种透明型触控感测与液晶显示共构的系统。用于显示功能的电极亦可用作触控感测功能的触控侦测器。本发明采用分时(timemultiplexing)技术。与无触控感测功能的液晶显示面板相比，本发明无需额外的工艺。无需额外的工艺意谓无额外的光吸收及反射。

权利要求

1.一种透明型触控感测与液晶显示共构的系统，其特征在于，包含一个透明型液晶显示面板及一个控制系统，该液晶显示面板包含一片上基板，一片下基板，一个上电极数组，一个下电极数组，一层上偏光片，一层下偏光片，一层液晶注入于该上基板与下基板之间，一层背光板；该控制系统包含一个微处理器，一个显示控制电路，一个显示驱动电路数组，一个触控感测电路，一个将该上电极数组上的上电极与对应的该下电极数组上的下电极短路的传输栅极数组；该触控感测电路用于感测物体或手指接近该电极；该显示控制电路及该显示驱动电路用于执行显示功能；其中改进之处至少包含：一对电极，包含该上电极数组的一个上电极及该下电极数组的一个下电极用以在该液晶显示面板显示一个像素，而同一对电极也用于执行触控感测功能；

该显示功能及该触控感测功能由分时技术履行两种功能：显示功能及触控功能；

在执行显示功能时，该上电极及该下电极由该显示控制电路连接到该显示驱动电路的波形产生器；

在执行触控功能时，该上电极及该下电极与显示驱动电路不相连接；该一对电极的上电极及下电极被短路而其功能为单一触控感测电极；该上电极及该下电极的电容被短路而对该触控感测功能的灵敏度没有负载影响；

于操作该触控感测功能时，该上电极及该下电极与该显示驱动电路的波形产生器不相连接，而该显示驱动电路将不对该触控感测功能形成干扰。

2.根据权利要求1所述的触控感测与液晶显示共构的系统，其特征在于，该液晶显示面板包含：一片上基板，一片下基板，一个上电极数组，一个下电极数组，一层上偏光片，一层液晶，一层反射层。

3.根据权利要求1或2所述的触控感测与液晶显示共构的系统，其特征在于，该液晶显示面板为混合型液晶显示面板，共享下电极用于无触控感测功能的区域，而电极对用于有触控感测功能的区域。

说明书

透明型触控感测与液晶显示共构的系统

技术领域

[0001] 本发明有关于一种透明型触控感测与液晶显示供构的系统用于液晶显示(LCD)面板。特别是利用液晶显示面板的显示电极当作电容触控传感器的侦测电极。

背景技术

[0002] 触控面板已广用于许多电子产品的输入组件。尤其是触控面板与液晶显示面板结合在多种应用上变成流行。一般而言，具有触控感测功能的液晶显示面板是以附加触控面板于液晶显示面板而得。用此技术的先前技术如授予Ming-shen Sun的美国专利第6,538,706B2号案、授予Yong Ik Bang等人的美国专利第7,557,869B2号案、授予Yun Cheol Jeong等人的美国专利第7,508,461B2号案。附加触控面板于液晶显示面板意谓加上一块触控面板当作附件在液晶显示面板上。除了增加成本，此技术产生增加整个面板的厚度及重量，及导致更多光的吸收及反射的缺点。

[0003] 前述先前技术为电阻型触控面板。在电阻型触控面板有两层电极。触控面板内多层电极导致额外的光吸收及反射而液晶显示面板的性能将降低。中国专利第ZL200620013292.3号案使用的技术可解决前述的缺点。此技术中，一层透明导电膜直接镀在液晶显示面板的上玻璃基板上当作触控侦测电极。此先前技术为电容型触控侦测，且仅需一层导电膜取代电阻型触控侦测的两层导电膜。

[0004] 虽然此先前技术可减少液晶显示面板的厚度及重量，但是透明导电膜仍能导致光被吸收及反射，并且制造成本高于无触控侦测器的传统LCD面板。最好将触控侦测电极嵌入液晶显示面板的上玻璃基板内以避免额外的光吸收及反射。

[0005] 一种液晶显示面板与电阻型触控面板共构的技术揭示于授予MikioKurihara等人的美国专利第6,501,529B1号案。其结构有两片基板，第一基板及第二基板。液晶被注入两片基板间。在每一片基板之上，提供一个显示影像的显示电极及一个触控侦测电极供感测碰触位置。此结构减少整个面板的厚度及重量。此外，光的吸收及反射亦减少。但触控侦测电极的位置被限制，因为触控侦测电极与显示电极不能重叠。另一缺点为显示电极的结构与触控侦测电极的结构不同，且制造成本较高。

[0006] 低成本、轻薄与高质量在许多触控面板与液晶显示面板结合的应用上十分重要。为了得到上述功能，较好的方法是利用显示电极来当作触控侦测电极，而不要增加额外的构造。

[0007] 图1为传统没有触控侦测功能的液晶显示装置的断面图。图1中，此装置包含两个玻璃基板：一片上基板11及一片下基板12。上显示电极130、131、132、133镀于上基板11而下显示电极14则镀于下基板12。每一上显示电极与下显示电极14形成一个像素(pixel or segment)。一层液晶层15注入上基板11及下基板12之间。此液晶显示面板包含下偏光片(polarizer)17及上偏光片16及背光板(back light)18。

[0008] 图1中，因为上基板11及下基板12间的距离很小导致上显示电极与下显示电极间的电容很大。如果直接利用上显示电极直接作为触控侦测电极，灵敏度会很低而不易得到正确的侦测。当执行显示功能时，交流电压波形必需加于两个电极。若同一上显示电极被用作触控侦测器，触控侦测器的感测必为交流电压波形所影响。为解决此问题，必需在显示功能及触控功能间用分时(multiplexing)方式解决。

发明内容

[0009] 本发明的目的在提供一种有触控感测功能的液晶显示面板。

[0010] 本发明的次一目的在提供一种与无触控感测功能的液晶显示面板相同工艺的有触控感测功能的液晶显示面板。

[0011] 本发明的再一目的在提供一种有触控感测功能的液晶显示面板，其中触控侦测器不会导致额外的光吸收及光反射。

[0012] 本发明的又一目的在提供一种有触控感测功能的液晶显示面板，其中显示功能对触控侦测器的干扰最低。

[0013] 为达成上述目的，本发明的第一观点在教导一种透明型触控感测与液晶显示共构的系统，包含一个透明型液晶显示面板及一个控制系统，液晶显示面板包含一片上基板，一片下基板，一个上电极数组，一个下电极数组，一层上偏光片，一层下偏光片，一层液晶，一层背光板；控制系统包含一个微处理器，一个显示控制电路，一个显示驱动电路数组，一个触控感测电路，一个将该上电极短路的对应至下电极的传输栅极数组；触控感测电路用于感测物体或手指接近电极；显示控制电路及显示驱动电路用于执行显示功能；其中改进之处为：一对电极，包含上电极数组的一个上电极及下电极数组的一个下电极用以在液晶显示面板显示一个像素，而同一对电极也可用于执行触控感测功能；显示功能及触控感测功能由分时技术来执行；在执行显示功能时，上电极及下电极由显示控制电路连接到显示驱动电路的波形产生器；在执行触控功能时，上电极及下电极与显示控制电路不相连接；一对电极的上电极及下电极被短路而其功能为单一触控感测电极；上电极及下电极的电容被短路而对触控侦测功能的灵敏度没有负载影响；于操作触控感测功能时，上电极及下电极与显示驱动电路的波形产生器不相连接，所以显示驱动电路不会对触控感测功能形成干扰；本发明勿需增加工艺且不因加入触控感测功能而增加光吸收及光反射。

[0014] 本发明的另一观点在教导一种透明型触控感测与液晶显示共构的系统，其中液晶显示面板包含：一片上基板，一片下基板，一个上电极数组，一个下电极数组，一层上偏光片，一层液晶，一层反射层。

[0015] 本发明的另一观点在教导一种触控感测与液晶显示共构的系统，其中液晶显示面板为混合型液晶显示面板，也就是，显示电极由具有触控功能与不具触控的两种显示电极组成。在无触控感测功能的区域可使用共享下电极，在有触控感测功能的区域使用电极对(electrode pair)。

附图说明

[0016] 图1为传统没有触控侦测功能的液晶显示装置(LCD)的断面图。

[0017] 图2为可用于本发明的透视型液晶显示装置(LCD)的断面图。

[0018] 图3为可用于本发明的反射型液晶显示装置(LCD)的断面图。

[0019] 图4是一个映像点在「ON」状态时加于上、下电极的波形对时间的曲线图。

[0020] 图5是一个映像点在「OFF」状态时加于上、下电极的波形对时间的曲线图。

[0021] 图6显示在「OFF」状态时，不为零的电压在显示时间T1时加于上电极及下电极。

[0022] 图7为显示本发明技术的电路图。

[0023] 图8显示触控感测电路的方块电路图。

[0024] 图9显示结合传统的显示面板与本发明的显示面板的混合型显示装置(LCD)的断面图。

[0025] 符号说明

[0026] 7液晶显示系统 11上基板

[0027] 12下基板 14下显示电极

[0028] 15液晶 16上偏光片

[0029] 17下偏光片 18背光板

[0030] 21上基板 22下基板

[0031] 25液晶 26上偏光片

[0032] 27下偏光片 28背光板

[0033] 38反射板 41加于上电极的电压

[0034] 42加于下电极的电压 43加于上、下电极间的电压

[0035] 51加于上电极的电压 52加于下电极的电压

[0036] 53加于上、下电极间的电压 61加于上电极的电压

[0037] 62加于下电极的电压 63加于上、下电极间的电压

[0038] 71微处理器 72显示控制电路

[0039] 73触控感测电路 80共享下电极

[0040] 81、82、83、84上电极 85、86、87、88上电极

[0041] 95、96、97、98下电极 130、131、132、133上显示电极

[0042] 230、231、232、23上显示电极数组

[0043] 240、241、242、243下显示电极数组

[0044] 740-74N显示驱动电路数组 750-75N传输栅极数组

[0045] 760-76N下电极数组 770-77N上电极数组

[0046] 801输入 803感测震荡器

[0047] 804计数器 805系统震荡器

[0048] 806微处理器 807电源稳压器

具体实施方式

[0049] 本发明的以上及其它目的及优点可参考以下的参照图示及最佳实施例的说明而更易完全了解。

[0050] 图2为可用于本发明的透明型液晶显示(LCD)面板。图2描述的液晶显示面板具有两片基板：上基板21及下基板22。两片基板的间注入一层液晶25。一个上显示电极数组230、231、232及233镀在上基板21上。一个下显示电极数组240、241、242及243镀在下基板22上。上显示电极数组之一230及相应的下显示电极数组240是用以显示液晶显示面板的一个像素(Pixel)。在上基板21之上，有一层上偏光片26，在下基板22之上，有一层下偏光片27。一层背光板28在下偏光片27之下。

[0051] 图3为可用于本发明的反射型液晶显示(LCD)面板。反射型液晶显示面板的结构与透明型液晶显示面板相似。但反射型液晶显示面板没有下偏光片，而背光板为反射板38所取代。本发明可应用于反射型及透明型液晶显示面板而无需电路的修正。

[0052] 本发明的目的在以相同的电极供作显示功能的电极及触控功能的电极。为达成上述目的，可在显示功能的电极及触控功能的电极之间使用分时(timemultiplexing)技术。

[0053] 显示功能的电极及触控功能的电极之间使用的分时技术可用图4的波形说明。绘于图4的波形41、42、及43与图2及图3的电极相对应。波形41为加于上电极的电压，波形42为加于下电极的电压，波形43为加于上电极及下电极的相对电压。

[0054] 如图4所示，有两种时间间隔T1及T2。于时间T1时，系统执行显示功能。而在时间T2时，系统执行触控功能。

[0055] 在时间T1时，上电极及下电极连接于LCD显示驱动电路。在此时间间隔时，不能执行触控量测程序，因为显示波形的干扰将导致触控侦测错误。

[0056] 在时间T2时，系统将执行触控电路功能，上电极及下电极将当作触控侦测器。为了避免来自显示电路的波形干扰，上电极及下电极必须自显示驱动电路切断。所有上电极及下电极皆连接至触控侦测电路。此外，在时间T2时，每一上电极与相应的下电极形成短路，在此时间此二电极有相同的电压，如图4的波形41及42。图4中，在时间T2时耦合自触控侦测电路的波形在此显示为方波，但亦可为其它波形，视所用的触控侦测电路而定。无论在时间T2时耦合自触控侦测电路至上、下电极的电压波形为何，上、下电极间的电压为零，如图4的波形43所示。且耦合自触控侦测电路的波形不会影响LCD的显示质量。虽然在上电极及相应的下电极间有大电容，上、下电极如同短路，而上、下电极在时间T2时其功能有如一个电极。此电容对触控侦测电的负载为零，亦不影响触控侦测电路的灵敏度。

[0057] 对液晶显示面板而言，无论在「ON」或「OFF」状态，加于两个显示电极间的电压必须是无任何直流成分的交流电压。

[0058] 显示于图4的波形是用于说明一个映像点在「ON」状态时对时间的曲线图。波形43为加于上、下电极间的电压。此电压是无直流成分的交流电压。

[0059] 为显示一个映像点在「OFF」状态，上、下显示电极间的相对电压值要小以获得良好的对比质量。简单的解决方案为在显示时间T1时加零电压于上、下电极。此波形显示于图5。图5中波形51为加于上电极的电压，波形52为加于下电极的电压，而波形53为加于上、下电极间的电压。由图5的波形53可见，加于上、下电极间的相对电压为零。故「ON」或「OFF」状态的显示对比十分良好。

[0060] 在「OFF」状态，在显示时间T1时，加于上、下电极间的电压不必为零电压。在图6中，一个不为零的电压在显示时间T1时加于上电极及下电极。因为两个电极有一样的波形，两个电极间的电压为零，如图6的波形63所示。

[0061] 本发明在触控侦测期间，上电极必须与下电极短路，上电极不能如传统LCD一样分享一个共享下电极。此构造在图2及图3作详细描述。

[0062] 图7为显示本发明技术的电路图。图7中，具有触控侦测器的液晶显示系统7包含微处理器71，显示控制电路72，触控感测电路73，显示驱动电路数组740至74N，传输门阵列750至75N，上电极数组770至77N，下电极数组760至76N。包含上电极及下电极的电极对可用以供作显示功能亦可用于感测手指或物体接近此电极。以单一电极对扮演上述两种功能，可使用分时技术。微处理器71产生讯号以在两种功能间执行分时次序。显示控制电路72产生控制讯号给显示驱动电路。显示驱动电路用以驱动电极对执行显示功能。触控感测电路73用以感测手指或物体接近此电极。在显示时间T1期间，电极760及770由显示控制电路72控制以连接到显示驱动电路740的波形产生器。传输闸750被断路(OFF)且触控感测电路73的输入偏压浮动。在此状态下，电极仅受显示控制电路的影响而不受触控感测电路的影响。

[0063] 于触控感测时间T2期间，电极760及770的功能为触控侦测而不连接到显示驱动电路740的波形产生器。在此时间，传输闸750接通(ON)使电极760及770短路。两个电极的功能有如一个电极而两个电极间的电容对触控侦测功能的运作没有影响。因为显示驱动电路不连接到电极而且两个电极间的电容对触控侦测没有影响，电路7可以正常执行触控侦测工作。

[0064] 公开的文献有许多种电容式物体接近侦测器。大多数电容式物体接近侦测器皆可当作本发明的触控感测电路。授予林绪德(本发明的发明人)的美国专利第7,023,221B1号案、中国台湾专利第I 259908号案、欧盟专利第1791260B1号案、中华人民共和国专利第ZL 200510080231.9号案及日本专利第4365817号案为一种电容式物体接近侦测器，亦可当作本发明的触控感测电路。在本发明中，在触控感测电路内仅需一列N个侦测器，此触控感测电路显示于图8。此电路的运作详述于美国专利第7,023,221B1号案，801为输入，803为感测振荡器，804为计数器，805为系统振荡器，806为微处理器，807为电源稳压器。在此，将较详尽地解说触控感测电路的运作与LCD显示功能间的运作。当图8的电路被用于图7当作触控感测电路73时，，触控感测电路的运作为图7的微处理器71所控制。图8的微处理器806可与图7的微处理器71结合成一个微处理器。否则微处理器806必须与微处理器71同步工作，以保证触控感测功能与LCD显示功能同步工作。如图7所示，电极760、761至76N分别连接至触控感测电路的输入I0、I1至IN。当触控感测时间T2期间，所有电极依序被传输栅极CNTC0、CNTC1至CNTCN扫描，如图8所示。于LCD显示时间T1期间，触控感测电路的输入将由图8的传输栅极CNTC0、CNTC1至CNTCN开路而自显示电极切断。而在图8中的感测振荡器803内的偏压电路将不致影响LCD显示电路的运作。

[0065] 由本发明技术的描述，本发明显示面板与传统的显示面板的唯一不同是下电极的构造。本发明技术与传统技术的工艺没有不同。本发明的液晶显示面板的制造没有增加成本。同时与传统的显示面板相比，本发明的显示面板无增加的镀层。显示面板无增加的镀层意谓未增加光的吸收及反射。

[0066] 使用同样的工艺，结合传统的显示面板与本发明的显示面板为混合型是可行的。此混合型显示面板可结合图1及图2的构造而制成，如图9所示。图9中，上电极85、86、
87、88及下电极95、96、97、98扮演显示及触控双重功能。上电极81、82、83、84及共享下电极80仅能用作显示电极。

[0067] 通过以上较佳的具体实施例的详述，是希望能更加清楚描述本创作的特征与精神，而并非以上述所揭露的较佳具体实例来对本发明的范畴加以限制。相反的，其目的是希望能涵盖各种改变及具相等性的安排于本发明权利要求所界定的保护范围之内。