本发明关于一种人机界面系统，特别是关于一种视觉界面系统。
背景技术：
近年来，触控面板已经逐渐广泛应用于一般的消费性电子商品上，例如行动通讯装置、数字相机、数字音乐播放器(MP3)、个人数字助理器(PDA)、卫星导航器(GPS)、掌上型计算机(hand-held PC)，甚至崭新的超级行动计算机(Ultra Mobile PC，UMPC)等，上述的触控面板皆结合于一显示屏幕而成为一触控显示装置。一种公知触控显示装置的作法是直接将一触控面板设置于一显示模块中的显示面板上，然而这不仅增加产品重量及尺寸，且额外增加触控面板还造成触控模块的成本增加。
另一方面，为增加消费性电子产品的应用层面，也开始在这些产品中加入近场通讯(Near Field Communication，NFC，或近距离无线通讯)的功能。它能提供，举凡取代大量使用IC卡的场合如门禁管制、车票、门票、信用卡付费，两个电子装置之间的数据交换，如音乐、图片、名片等等。在增加多种功能之下，如何能持续维持一个简洁的架构而以非迭床架屋的方式得到一个产品，也吸引众多人的投入。
因此，如何提供一种视觉界面系统，能够不需使用另一个触控面板而能达到触控的功能，进而使产品轻薄化，并降低成本，并且能结合短距离无线通讯的应用而扩大应用层面，实为当前重要课题之一。
技术实现要素：
本发明的目的为提供一种能够不需使用另一个触控面板而能达到笔写及触控的功能，同时还可应用于短距离无线通信的视觉界面系统。
本发明可采用以下技术方案来实现的。
本发明的一种视觉界面系统包括一操作装置以及一矩阵显示装置。矩阵显示装置包括一显示面及一矩阵基板。矩阵基板具有一基板以及一矩阵，矩阵设置于基板的一侧，显示面位于基板的另一侧。当操作装置在显示面上操作时，一编码信号从矩阵基板耦合至操作装置，操作装置接收编码信号而得到一传送信号。
在一实施例中，编码信号从所述矩阵基板通过电容耦合至所述操作装置。
在一实施例中，传送信号传送至视觉界面系统外其它装置或者传回至所述矩阵显示装置。其中，传送信号可包括触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息。或者，系统外其它装置或者矩阵显示装置处理所述传送信号而得到一信息信号，信息信号可包括触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息。
在一实施例中，视觉界面系统还包括至少一个中继装置。中继装置处理传送信号而得到一中继处理信号，中继处理信号可传送至视觉界面系统以外的其它装置或矩阵显示装置。其中，传送信号可包括触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息或者，中继处理信号可包括触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息。或者，由视觉界面系统以外的其它装置或矩阵显示装置处理中继处理信号而得到一信息信号，信息信号可包括触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息。
在一实施例中，视觉界面系统还包括一模式触发装置，一使用者或操作装置触发模式触发装置，以启动矩阵显示装置进入一工作模式而发送编码信号。
在一实施例中，当操作装置为一使用者时，视觉界面系统还包括一感应装置，使用者同时接触显示面及感应装置，以传递传送信号至感应装置。感应装置可与视觉界面系统以外的其它装置或矩阵显示装置电性耦合。
在一实施例中，矩阵显示装置的矩阵还包括多个行电极以及多个列电极，所述行电极与所述列电极交错设置，所述编码信号施加于所述行电极或所述列电极。
在一实施例中，矩阵显示装置的矩阵还包括多个晶体管以及多个画素电极，所述晶体管分别与所述行电极、所述列电极、以及所述画素电极电性连接。
承上所述，本发明的视觉界面系统，当操作装置在显示面上操作时，编码信号可从矩阵基板耦合至操作装置，操作装置可接收编码信号而得到一传送信号，传送信号可传送至系统以外的其它装置或至少一个中继装置或回至矩阵显示装置，并且在过程中可经过操作装置的处理、及/或至少一个中继装置的处理、及/或矩阵显示装置的处理，而得到编码信号/中继处理信号/传送信号所内含的信息，例如触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息。
由上可知，本发明的视觉界面系统可直接应用于内含有矩阵结构的系统，例如薄膜晶体管液晶显示面板、有机发光二极管面板、发光二极管面板、电泳显示面板或MEMS显示面板等等，整合显示、触控、与数据传输于一体，进而使产品轻薄化，并降低成本以提升产品竞争力。另外，本发明将编码信号耦合至外部的操作装置，而非由矩阵基板直接读取编码信号，因而在矩阵基板上不需作布局上的改变，例如在触控应用上，不需要在显示面板内增加电容感应组件以侦测外界电容值的改变，因而降低成本并缩短制程。
附图说明
图1为本发明第一实施例的一种视觉界面系统的方块示意图；
图2为本发明第一实施例的矩阵显示装置的侧视示意图；
图3为本发明第一实施例所使用的薄膜晶体管基板的示意图；
图4为图3的薄膜晶体管基板的其中二个行电极与二个列电极的信号示意图；
图5为本发明第一实施例的各列电极所传送的编码信号的时序图；
图6为本发明第一实施例的视觉界面系统的矩阵显示装置的外观示意图；
图7为本发明第一实施例的视觉界面系统的矩阵显示装置以及使用者作为操作装置的示意图；
图8为本发明第二实施例的一种视觉界面系统的方块示意图。
主要元件符号说明：
1、1a：视觉界面系统
11：操作装置
12：矩阵显示装置
121：显示面
122：矩阵基板
123：基板
124：矩阵
125：保护玻璃
127：模式触发装置
128：感应装置
13：中继装置
D1～DN：列电极
E11～EMN：画素电极
ES、ES1～ESN：编码信号
IS：中继处理信号
RS：反应信号
S1～SM：行电极
SS：扫描信号
T11～TMN：晶体管
TS：传送信号
具体实施方式
以下将参照相关图式，说明依本发明优选实施例的一种视觉界面系统，其中相同的元件将以相同的元件符号加以说明。
图1为本发明第一实施例的一种视觉界面系统1的方块示意图。视觉界面系统1包括一操作装置11以及一矩阵显示装置12，其互相耦接，例如通过电容耦合的方式而耦接，以传送信号，故为不接触的信号传递。
本实施例中，操作装置11可例如为一触控笔、或一芯片卡、或一近距离无线读取装置、或一使用者(特别是使用者的手)。当操作装置11为电子装置时，其内可具有处理控制电路、储存电路或传送电路等等功能电路。于此，「电路」可通过硬件、软件、或韧体、或其组合所构成。当操作装置11为一使用者时，可利用使用者(操作装置)作为导体而传送信号。
图2为矩阵显示装置12的侧视示意图。如图2所示，矩阵显示装置12包括一显示面121以及一矩阵基板122。矩阵基板122包括一基板123及一矩阵124，矩阵124设置于基板123的一侧，显示面121则位于基板123的另一侧。在本实施例中，显示面121指使用者观看矩阵显示装置12显示影像时，矩阵显示装置12最靠近使用者的一表面。于此，矩阵显示装置12还可包括一保护玻璃125设置于基板123相对于矩阵124的一侧，而显示面121即为保护玻璃125靠近使用者的一表面。另外，基板123上靠近保护玻璃125的一侧还可包括其它构件，例如偏光板，铁框。
在本实施例中，矩阵基板122指具有画素矩阵，用以显示影像的基板，例如液晶显示面板中的薄膜晶体管基板，有机发光二极管面板、发光二极管面板、电泳显示面板或MEMS显示面板等的矩阵基板等。矩阵124可包括多个行电极、多个列电极、以及多个画素电极，所述行电极与所述列电极交错设置。另外，矩阵124可为主动式矩阵(active matrix)或为被动式矩阵(passive matrix)，于此，矩阵124以主动式矩阵为例，其还可包括多个晶体管，分别与所述行电极、所述列电极、以及所述画素电极电性连接。
以下以触控用途为例，说明本实施例的实施方式。如图1及图2所示，当操作装置11在显示面121上操作时，一编码信号ES从矩阵基板122耦合至操作装置11，操作装置11接收编码信号ES而得到一传送信号TS。于此，编码信号ES隐含有矩阵显示装置12关于显示屏幕的坐标，使得传送信号TS隐含有坐标信息，而耦合则可包括矩阵基板122传送ES至操作装置11时，大致上是无线的方式，形成一种近场(Near Field)的信号传送。当然，若为其它应用，则编码信号可由任一种欲传送的信息所构成，例如触控信息、指令信息、识别信息、交易信息或档案信息(音乐、图片、文字等等)，使得传送信号TS括有对应的信息。
编码信号ES施加在矩阵基板122上，而矩阵基板122上当然也另外施加显示用的资料信号以显示影像。编码信号ES可例如在显示数据信号施加的空档时间(blanking time)来施加，例如两图框(frame)之间、或两行电极扫描之间、或者借缩短显示信号施加时间以产生空档、或者在显示信号上直接迭加一高于显示信号频率的信号。
以下，以液晶显示装置的薄膜晶体管基板(TFT substrate)作为矩阵基板122来说明编码信号ES与传送信号TS。
图3为本实施例所使用的薄膜晶体管基板的示意图。请同时参照图2及图3，矩阵124可包括多个行电极S1～SM、多个列电极D1～DN、以及多个画素电极E11～EMN，所述行电极与所述列电极交错设置，且实质上相互垂直或夹一角度。另外，矩阵124还可包括多个晶体管T11～TMN，分别与所述行电极S1～SM、所述列电极D1～DN、以及所述画素电极E11～EMN电性连接。于此，行电极S1～SM即所谓的扫描线，列电极D1～DN即所谓的数据线。另外，基板123上还可设置驱动模块，其中包括数据驱动电路、扫描驱动电路、时序控制电路(图未显示)以及珈玛校正电路(图未显示)，通过驱动模块的驱动可使液晶显示面板显示影像。由于驱动模块对于影像的驱动为公知技术，于此不再说明。另外，此态样的矩阵基板仅为举例说明，并非用以限制本发明。本实施例的重点在于，利用行电极S1～SM及/或列电极D1～DN自矩阵基板传送编码信号至操作装置，以产生传送信号。注意，编码信号可以隐含不同讯息以对应不同的应用，从显示屏幕的参考坐标到个人数据、音乐、图片等各种格式的档案数据，均可隐含于编码信号中传送。
在本实施例中，列电极D1～DN除了可传送显示画面的资料信号的外，还可传送编码信号。例如，在显示信号上直接迭加一高于显示信号频率的编码信号或在其传送显示数据信号的空档时间，例如所有行电极S1～SM扫瞄完后在接续下一次扫瞄之前的时间(图框与图框之间的空档时间)；或是在一条行电极扫描完成且在下一条开始扫瞄之前；或是在每一条行电极扫描时间内借缩短显示数据并在传送显示数据信号之前等。于此，编码信号可由扩展时序控制(T-con)电路功能以及数据或扫描驱动电路来提供，以简化电路设计。
图4为其中相邻二行电极与相邻二列电极的信号示意图。行电极S1～SM分别传送扫描信号SS依序使每一列的晶体管开启，而在每一列晶体管被开启的时间中，各列电极D1～DN分别传送编码信号ES与显示数据信号DS。以下，仅就以垂直于列电极方向的一维触控为例，同时以时序编码方式，说明编码信号ES。同法还可施行在垂直于行电极方向上，如此可构成一完整的二维平面触控。在本实施例中，如图4所示，在一行电极传送其扫描信号时，仅有一列电极传送编码信号ES。在图中此编码信号ES是以与显示数据信号DS不同位准方式标示，实施时还可以相同的位准进行。
如此，各列电极上所传送的编码信号的时序图可如图5所示(省略显示用的资料信号)，列电极D1～DN随着行电极传送扫描信号时，分别传送编码信号ES1～ESN。需补充说明，上述编码信号可以分别在不同的列电极上传送，还可以数条列电极传送同一个编码信号，例如列电极D1～D3都传送编码信号ES1；同样的原则还可适用于行电极所传的编码信号。此外，行电极与列电极所传的编码信号可各自独立成一系统。由于列电极依序传送编码信号ES，因此尚须一时间基准点，通过与基准点比较即可得知列电极位置。此基准点可以是一特殊编码以相同方式传送，例如，所有列电极都传送两个1后再开始依序传送。依上述方式，操作装置耦合到的编码信号例如为110010000，即可得知操作装置位在第三条列电极上，因此可推算出操作装置的坐标(X坐标)。同法，操作装置的Y坐标可经由另一组施加于行电极的编码信号得知。另外由于行电极为驱动显示信号所施加的扫描信号本身即依序产生，因此可将扫描信号视为本发明的行电极的编码信号。行电极的编码信号所需的基准点可以与列电极共享，例如都使用显示画面用的水平或垂直同步信号。当然，列电极D1～DN与行电极S1～SM还可另外传送较复杂的编码信号，于此不再赘述。
另外，本实施例的编码信号的责任周期(duty cycle)小于资料信号的责任周期，借此以维持显示质量。
当使用者拿着操作装置11于矩阵显示装置12的显示面121上操作时(例如碰触到显示面或靠近显示面)，编码信号可从矩阵基板122通过电容耦合至操作装置11。由于本实施例以列电极D1～DN传送编码信号ES为例，因此列电极作为电容耦合的其中一个电极，而操作装置11上具有电容耦合的另一个电极，例如操作装置11为一触控笔时，笔尖含有一导体做为电容耦合的另一个电极。
在操作装置11通过电容耦合接收到编码信号ES之后，操作装置11依据编码信号ES进行处理而得到一传送信号TS。这处理可包括对编码信号ES进行放大及/或译码，以解读出哪一条列电极被触控、或是解读出触控位置、或是解读出触控手势(笔势)、或是解读出触控所对应的功能指令等。注意，编码信号ES是以电容耦合至操作装置11，此电容大小与操作装置与显示面的距离有关，亦即由信号大小可以得到Z轴信息，故操作装置11可以得到的不仅是平面的二维坐标，还包括与平面距离的Z坐标。据此，所谓传送信号TS的涵盖范围可以是从对编码信号ES的单纯放大到最后处理成动作指令。
接着，在操作装置11产生传送信号TS之后，操作装置11可通过有线方式或无线方式、或电性耦接(包括电容耦合)或光学耦接而将传送信号TS传送至矩阵显示装置12或其它中继装置或此视觉界面系统以外的其它装置，于此以直接传送至矩阵显示装置12为例。
当本发明应用于其它非触控用途时，先将欲传递的讯息依照特定原则编码成编码信号ES，再由矩阵基板122(例如包括在手机或平板计算机中)通过电容耦合至操作装置11(例如固定在墙上的近距离无线读取装置)。同样地，操作装置11依据所设定的原则对编码信号ES进行处理(例如译码及/或修改数据)而得到传送信号TS，再依各自用途使用传送信号TS，例如应用于门禁、购物及金融交易、档案传送等。
上述以操作装置11处理而得到传送信号TS已具有的信息，例如触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息等等。另外，在其它实施例中，矩阵显示装置12可处理传送信号TS而得到一信息信号，所述信息信号才具有触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息，即信息信号才含有完整信息。
承上所述，请参照图1所示，从编码信号ES耦合至操作装置11而产生传送信号TS，然后传送信号TS再传送至矩阵显示装置12而得到信息信号的过程中，信号经过了一些处理，例如放大与解碼，而这些处理过程可集中或分散于操作装置11或矩阵显示装置12，使得传送信号TS具有触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息、或是信息信号具有触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息。
另外，操作装置11与矩阵显示装置12之间还可传送一反应(Response)信号RS，反应信号RS可为一讯息通知矩阵显示装置12关于操作装置11的接收状态；还可为一讯息通知操作装置11准备接收信号；还可为一操作装置11与矩阵显示装置12之间同步用信号。如此可在信号发射与接收之间建立一互动交谈机制。另外，反应信号RS还可兼做两者同步功能，以构成一讯息交握(information handshaking)过程。
图6为本发明第一实施例的视觉界面系统的矩阵显示装置12的外观示意图。如图6所示，视觉界面系统还包括一模式触发装置127，一使用者或操作装置可触发此模式触发装置127，以启动矩阵显示装置12进入一工作模式而发送编码信号ES。以触控为例，当使用者需要利用触控功能时，才触模式触发装置127，以启动矩阵显示装置12进入触控模式。此时行电极或列电极才传送编码信号，其余时间系统可以关闭全部或部分矩阵显示装置12的触控功能，如此可以防止触动屏幕造成误动作，同时还可节省电力。注意此感应装置127的工作模式可以有多种态样，如单次触发后经一段时间即恢复先前的状态、每次触发即改变状态、持续触发下才维持状态等方式。另外需注意者，模式触发装置127还可设置于操作装置上(例如触控笔上的一开关)，在此状况下，当模式触发装置127被触发之后，操作装置11传送一触发信号至矩阵显示装置12以使其进入触控模式。须注意在此所称的模式触发装置127其功能可以是单次触发的方式以切换触控功能，还可以是使用者必须保持接触以切换触控功能。另外，以门禁、票卡、信用卡、或档案传输为例，使用者可通过触发此模式触发装置，以编号信号来进行身份认证的数据传送功能，例如将数据传送到卡片阅读机、或另一个具有接收器的装置。模式触发装置127可为例如一机械开关、或触控开关等。
图7为本发明第一实施例的视觉界面系统1的矩阵显示装置12以及以使用者作为操作装置11的示意图。其中，视觉界面系统1还包括一感应装置128，感应装置128与矩阵显示装置12电性耦合，使用者操作装置同时接触矩阵显示装置12的显示面121及感应装置128，以传送传送信号TS至矩阵显示装置12。意即将使用者作为导体而将传送信号TS传送至矩阵显示装置12。其实际的动作可例如使用者的右手在显示面121上操作，而左手按住感应装置128，如此，编码信号ES可从使用者的右手进入，而传送信号TS可从左手传出。感应装置128还可同时拥有模式触发装置127的功能，例如当侦测到左手按住感应装置128后，方启动工作模式，其余时间则无。如此可大幅降低功耗及误触等情况。
图8为本发明第二实施例的一种视觉界面系统1a的方块示意图。视觉界面系统1a包括一操作装置11以及一矩阵显示装置12。与第一实施例主要不同在于，视觉界面系统1a还包括至少一个中继装置13，传送信号TS通过中继装置13传送至视觉界面系统以外的其它装置或矩阵显示装置12。于此以使用者的手来传送传送信号TS是一中继装置13，经处理后再将中继处理信号IS回传至矩阵显示装置12为例，但以下说明的技术特征皆可推及多个中继装置。当然，操作装置11为使用者时，使用者可将传送信号TS传导至中继装置13，以进行信号的传输，而可不再回传信号至矩阵显示装置12。此时中继装置13可为一行动通讯装置，例如为手机，故可通过使用者作为媒介，以将矩阵显示装置12所发出的编码信号ES，传送至中继装置13，以用于档案数据的传输。
中继装置13处理传送信号TS而得到一中继处理信号IS，并将中继处理信号IS传送至矩阵显示装置12。从编码信号ES耦合至操作装置11而产生传送信号TS，然后中继装置13处理编码信号ES而得到中继处理信号IS，并将中继处理信号IS传送至矩阵显示装置12而得到信息信号的过程中，信号经过了一些处理，例如放大、解碼、修改、解读等，而这些处理过程可集中或分散于操作装置11、矩阵显示装置12或中继装置13。结果使得传送信号TS具有触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息；或者，中继处理信号IS可具有触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息；或者，信息信号具有触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息。
另外，第一实施例的反应信号RS还可应用于本实施例的操作装置及/或中继装置及/或矩阵显示装置，而在信号发射与接收之间建立一互动交谈机制，并且反应信号RS还可兼做三者同步功能，以构成三向交握(three-way handshake)过程。
综上所述，本发明的视觉界面系统，当操作装置在显示面上操作时，编码信号可从矩阵基板耦合至操作装置，操作装置可接收编码信号而得到一传送信号。以触控为例，传送信号可直接或间接传送至矩阵显示装置，并且在过程中可经过操作装置的处理、及/或至少一个中继装置的处理、及/或矩阵显示装置的处理，使得矩阵显示装置得到编码信号与传送信号所内含的信息，例如触控信息、指令信息、识别信息、交易信息、档案信息或其它信息。
由上可知，本发明的视觉界面系统可直接应用于内含有矩阵结构的系统，例如薄膜晶体管液晶显示面板、有机发光二极管面板、发光二极管面板、电泳显示面板或MEMS显示面板等等，整合显示、触控、与数据传输于一体，进而使产品轻薄化，并降低成本以提升产品竞争力。另外，本发明将编码信号耦合至外部的操作装置，而非由矩阵基板直接读取编码信号，因而在矩阵基板上不需作布局上的改变，例如在触控应用上，不需要在显示面板内增加电容感应组件以侦测外界电容值的改变，因而降低成本并缩短制程。
以上所述仅是举例性，而非限制性。任何未脱离本发明的精神与范畴，而对其进行的等效修改或变更，均应包括在权利要求所限定的范围内。