触控显示装置及其驱动方法与流程

本发明是有关于一种触控显示装置及其驱动方法，且特别是有关于一种内建感测元件的触控显示装置及其驱动方法。

背景技术：

具备触控功能已经是现行消费市场对于电子产品的必要要求之一。特别是，现有的电子产品(触控显示装置)将触控功能与显示功能集成在一起，让使用者可以直接点选显示画面，以令电子产品执行所要的功能。因此，触控显示装置能提供使用者更直觉且便利的操控方式。然而，随着应用程序(App)的开发以及穿戴式触控显示装置的出现，仅具备显示功能及感应触控位置功能的触控显示装置已无法满足市场的需求。如果可以在感测触控位置外进一步区分触控时的按压力道，将可以让触控感测功能更多元化，从而实现更多的操作模式。

目前的触控显示装置主要通过将压力感测器贴附在显示器的下方，以实现压力感测。唯此方法容易大幅增加触控显示装置的厚度以及制程成本，且存在信赖性的问题。

技术实现要素：

本发明提供一种触控显示装置及其驱动方法，其可改善上述厚度、制程成本以及信赖性的问题。

本发明的一种触控显示装置，其包括第一基板、第二基板、显示介质层、像素电极层、触控电极结构以及压力感测层；第二基板与第一基板相对；显示介质层配置于第一基板与第二基板之间；像素电极层配置于显示介质层与第一基板之间；触控电极结构配置于第二基板上且包括驱动电极层以及触控感测层；压力感测层配置于第一基板上，其中压力感测层与驱动电极层之间具有可变间距。

在本发明的一实施例中，上述的压力感测层包括多个压力感测电极。像素电极层包括多个像素电极。各压力感测电极与多个像素电极重叠。

在本发明的一实施例中，上述的驱动电极层包括多个驱动电极，且驱动电极覆盖压力感测电极。

在本发明的一实施例中，上述的驱动电极层包括多个驱动电极。触控感测层包括多个触控感测电极。压力感测层包括多个压力感测电极。各驱动电极沿第一方向延伸。各触控感测电极以及各压力感测电极沿第二方向延伸，且第二方向与第一方向相交。

在本发明的一实施例中，上述的压力感测电极包括共用电极。

在本发明的一实施例中，上述的触控感测电极暴露出压力感测电极。

在本发明的一实施例中，上述的压力感测电极包括网格。

在本发明的一实施例中，上述的触控显示装置还包括黑矩阵层。黑矩阵层配置于第二基板上，其中黑矩阵层包括多个遮光条，且压力感测电极被遮光条遮蔽。

本发明的一种触控显示装置的驱动方法，其包括以下步骤。提供触控显示装置，其包括第一基板、第二基板、显示介质层、像素电极层、触控电极结构以及压力感测层。第二基板与第一基板相对。显示介质层配置于第一基板与第二基板之间。像素电极层配置于显示介质层与第一基板之间。触控电极结构配置于第二基板上且包括驱动电极层以及触控感测层。压力感测层配置于第一基板上，其中压力感测层与驱动电极层之间具有可变间距，触控显示装置包括显示模式、触控感测模式及压力感测模式。在图框时间内，进行显示模式、触控感测模式及压力感测模式的其中至少一种。

在本发明的一实施例中，在图框时间内，触控感测模式与压力感测模式同时进行，且同时进行触控感测模式与压力感测模式的方法包括以下步骤。浮置像素电极层。提供触控驱动波形至驱动电极层。读取压力感测层的压力感测信号。读取触控感测层的触控感测信号。

在本发明的一实施例中，上述进行显示模式的方法包括以下步骤。提供显示驱动波形至像素电极层。提供共用电压至压力感测层。

在本发明的一实施例中，上述进行显示模式的方法还包括提供共用电压至驱动电极层。

在本发明的一实施例中，上述进行触控感测模式的方法包括以下步骤。浮置像素电极层。提供触控驱动波形至驱动电极层。提供固定电压至压力感测层或浮置压力感测层。读取触控感测层的触控感测信号。

在本发明的一实施例中，上述进行压力感测模式的方法包括以下步骤。浮置像素电极层。提供触控驱动波形至驱动电极层。提供固定电压至触控感测层或浮置触控感测层。读取压力感测层的压力感测信号。

基于上述，本发明的触控显示装置将感测元件(如触控电极结构以及压力感测层)内建于其中，因此可有效薄化触控显示装置的厚度、降低制程成本以及改善信赖性的问题。本发明还提供一种触控显示装置的驱动方法。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是本发明的第一实施例的一种触控显示装置的剖面示意图；

图1B至图1D分别是图1A中压力感测层、驱动电极层以及触控感测层的第一种上视示意图；

图1E是图1B中区域A的放大示意图；

图1F是本发明的第一实施例的另一种触控显示装置的剖面示意图；

图2A至图2C分别是图1A中压力感测层、驱动电极层以及触控感测层的第二种上视示意图；

图3A至图3C分别是图1A中压力感测层、驱动电极层以及触控感测层的第三种上视示意图；

图4A至图4C分别是图1A中压力感测层、驱动电极层以及触控感测层的第四种上视示意图；

图5A至图5C分别是图1A中压力感测层、驱动电极层以及触控感测层的第五种上视示意图。

附图标记说明：

100：触控显示装置；

110：第一基板；

120：第二基板；

130：显示介质层；

140：像素电极层；

140E：像素电极；

150：触控电极结构；

152：驱动电极层；

152E、152EA：驱动电极；

154：触控感测层；

154E：触控感测电极；

156、180：绝缘层；

160：压力感测层；

160E、160EA、160EB、160EC、160ED：压力感测电极；

170：背光模块；

190：黑矩阵层；

192：遮光条；

A：区域；

AD：有源元件；

D1：第一方向；

D2：第二方向；

DL：数据线；

G：可变间距；

L1：第一连接线；

L2：第二连接线；

L3：第三连接线；

L4：第四连接线；

LW1、LW2：线宽；

O：开口；

P：子像素区；

SL：扫描线；

TH：导电柱。

具体实施方式

图1A是本发明的第一实施例的一种触控显示装置的剖面示意图。图1B至图1D分别是图1A中压力感测层、驱动电极层以及触控感测层的第一种上视示意图。图1E是图1B中区域A的放大示意图。图1F是本发明的第一实施例的另一种触控显示装置的剖面示意图。

请参照图1A，触控显示装置100包括第一基板110、第二基板120、显示介质层130、像素电极层140、触控电极结构150以及压力感测层160。第二基板120与第一基板110相对。显示介质层130配置于第一基板110与第二基板120之间。像素电极层140配置于显示介质层130与第一基板110之间。触控电极结构150配置于第二基板120上，且触控电极结构150包括驱动电极层152以及触控感测层154。压力感测层160配置于第一基板110上，其中压力感测层160与驱动电极层152之间具有可变间距G。

进一步而言，第一基板110与第二基板120可以分别是玻璃、塑胶或是复合材料，但不以此为限。使用者按压触控显示装置100时，第一基板110与第二基板120两者之间的距离可以改变，从而造成压力感测层160与驱动电极层152之间的可变间距G改变。在一实施例中，为了避免第一基板110与第二基板120之间的距离因外力而被过度挤压，可以在第一基板110与第二基板120之间设置至少一个间隙物(未示出)，以使第一基板110与第二基板120之间维持适当的距离。在部分实施例中，第一基板110与第二基板120之间可设置有不同高度的间隙物(未示出)，其中一种抵顶住第一基板110与第二基板120，另一种则只抵顶住第一基板110与第二基板120的其中一者，以在触控显示装置100被触碰时允许第一基板110与第二基板120之间的距离发生变化。

显示介质层130可以是非固态的材料，如液晶材料、电泳材料、电湿润材料或其组合。如此，使用者按压触控显示装置100时，可以允许可变间距G被改变。另一方面，显示介质层130也可以是固态的材料，例如有机发光材料或是半导体材料，并且显示介质层130与第一基板110之间可存在空隙，以在使用者按压触控显示装置100时允许可变间距G改变。显示介质层130采用非自发光显示介质材料时，触控显示装置100可进一步包括背光模块170，以提供显示所需的光源，其中第一基板110位于第二基板120与背光模 块170之间。另一方面，显示介质层130采用自发光显示介质材料时，触控显示装置100可省略背光模块170。

触控电极结构150与压力感测层160分别配置在不同的基板上且位于显示介质层130的两对侧。如图1A所示，像素电极层140与压力感测层160配置于第一基板110上，且触控电极结构150配置于第二基板120上。

像素电极层140与压力感测层160可依次形成在第一基板110上，例如使得像素电极层140位于压力感测层160与第一基板110之间，但不以此为限。在另一实施例中，像素电极层140可在压力感测层160之后形成，使得压力感测层160位于像素电极层140与第一基板110之间。触控显示装置100可进一步包括绝缘层180。绝缘层180配置于像素电极层140与压力感测层160之间，以使两者电性绝缘。

压力感测层160可以共同用来形成电场以驱动显示介质层130，从而实现显示功能。具体地，触控显示装置100可包括显示模式。进行显示模式的方法可包括提供显示驱动波形至像素电极层140，以及提供共用电压至压力感测层160。由于驱动电极层152邻近显示介质层130，为避免驱动电极层152影响驱动显示介质层130的电场，在进行显示模式时，可提供共用电压至驱动电极层152。

请参照图1B及图1E，像素电极层140可包括多个像素电极140E，这些像素电极140E可独立驱动，以实现显示功能。进一步而言，触控显示装置100还可包括多条扫描线SL、多条数据线DL以及多个有源元件AD，其中扫描线SL与数据线DL彼此电性绝缘且彼此交错而划分出多个子像素区P。各子像素区P配置有至少一像素电极140E以及至少一有源元件AD，且各有源元件AD与对应的像素电极140E、扫描线SL以及数据线DL连接。在显示模式时，可输入驱动波形至各扫描线SL，以开启对应的有源元件AD，并通过数据线DL输入显示驱动波形至各像素电极140E，藉此实现显示功能。

压力感测层160可包括多个压力感测电极160E。在本实施例中，压力感测电极160E除了可以作为压力感测用的电极之外，还可以作为显示用的共用电极。压力感测电极160E的解析度可视设计需求而定。相较于像素电极140E，压力感测电极160E的尺寸可以设计的较大，且压力感测电极160E的面积可以涵盖多个像素电极140E的面积，使得各压力感测电极160E与多个(如两个 或是两个以上)像素电极140E重叠。

请参照图1E，像素电极140E与压力感测电极160E都可采用可透光的导电材料制作或是由具有足够透光性的导电层构成。所述可透光的导电材料可包括金属氧化物，例如氧化铟锡、氧化铟或氧化锡，但不以此为限。所述足够透光性的导电层可包括金属网格层，例如纳米银丝，但不以此为限。

触控感测层154与驱动电极层152例如依次形成在第二基板120上，且驱动电极层152位于触控感测层154与显示介质层130之间。触控电极结构150可进一步包括绝缘层156。绝缘层156配置于驱动电极层152与触控感测层154之间，以使两者电性绝缘。在另一实施例中，驱动电极层152与触控感测层154可分别配置于第二基板120的相对两表面上(如图1F所示)，例如使触控感测层154位于第二基板120远离显示介质层130的一侧。如此，触控电极结构150可省略绝缘层156。或者，驱动电极层152与触控感测层154可配置于同一层。如此，触控电极结构150也可省略绝缘层156。在又一实施例中，驱动电极层152与触控感测层154也可以共同配置于第二基板120远离显示介质层130的一侧。

驱动电极层152与触控感测层154可以共同用来感应触控位置。具体地，触控显示装置100可包括触控感测模式。进行触控感测模式的方法可包括提供触控驱动波形至驱动电极层152，以及读取触控感测层154的触控感测信号。当使用者以手指或是触控笔等触控媒介触碰触控显示装置100时，驱动电极层152与触控感测层154之间的电场会被改变，并产生对应的触控感测信号。因此，通过判别触控感测信号变异的位置，即可得到触控媒介触碰的位置。

在进行触控感测模式时，可浮置像素电极层140，并提供固定电压至压力感测层160。如此，显示介质层130的状态不容易受到触控感测模式的进行而改变，从而有助于维持正常的显示品质。所述提供固定电压至压力感测层160可包括提供共用电压至压力感测层160或使压力感测层160接地。在另一实施例，也可以浮置压力感测层160。

请参照图1C及图1D，驱动电极层152可包括多个驱动电极152E，且触控感测层154包括多个触控感测电极154E。在本实施例中，各驱动电极152E以及各触控感测电极154E分别为条状电极，其中各驱动电极152E沿第一方 向D1延伸，且各触控感测电极154E沿第二方向D2延伸。第二方向D2与第一方向D1相交，且例如彼此垂直，但不以此为限。

驱动电极152E除了可以作为触控感测用的驱动电极，还可作为压力感测用的驱动电极。具体地，触控显示装置100可包括压力感测模式。进行压力感测模式的方法可包括提供触控驱动波形至驱动电极层152，以及读取压力感测层160的压力感测信号。在使用者触碰触控显示装置100时，可以利用压力感测层160与驱动电极层152间的电容变化，感测可变间距G的变化量以计算施加的压力。也即，触控显示装置100可利用互容式感测方式来实现压力检测功能。

在进行压力感测模式时，可浮置像素电极层140。如此，显示介质层130的状态不容易受到压力感测模式的进行而改变，从而有助于维持质正常的显示品质。另外，在进行压力感测模式时，还可提供固定电压至触控感测层154。所述提供固定电压至触控感测层154可包括提供共用电压至触控感测层154或使触控感测层154接地。在另一实施例，也可以浮置触控感测层154。如此，有助于屏蔽手指电容对于互容式压力检测的影响，从而提升压力检测的精准度。在一实施例中，还可使压力感测电极160E被驱动电极152E覆盖，以通过驱动电极152E屏蔽手指电容对于压力感测电极160E的干扰，从而进一步提升压力检测的精准度。

通过将感测元件(包括触控电极结构150以及压力感测层160)内建于触控显示装置100中，触控显示装置100除了可提升整体的信赖性之外，还可省略用以配置压力感测层160的基材以及粘着层或固定装置，从而可有效降低触控显示装置100的厚度及制程成本。

依据不同的需求，触控显示装置100可进一步包括其他元件。举例而言，触控显示装置100可进一步包括多条第一连接线L1、多条第二连接线L2以及多条第三连接线L3，以传递或接收信号。各第一连接线L1分别与其中一驱动电极152E连接。各第二连接线L2分别串接沿第一方向D1排列的相邻两触控感测电极154E。各第三连接线L3沿第二方向D2串接压力感测电极160E。然而，第一连接线L1、第二连接线L2以及第三连接线L3的布线轨迹、线宽与布线密度可依据不同需求而调整，而不限于图1B至图1E所示出者。

第一连接线L1、第二连接线L2以及第三连接线L3可由金属制成，以降 低电阻。请参照图1E，触控显示装置100可进一步包括黑矩阵层190，用以增加触控显示装置100的对比，及遮蔽触控显示装置100中不欲被看见的元件。黑矩阵层190例如配置于第二基板120上且例如位于触控电极结构150与第二基板120之间。黑矩阵层190可包括多个遮光条192。通过遮光条192遮蔽住第三连接线L3，可避免使用者察觉到第三连接线L3的存在，如此可在不影响可视性的前提下使触控显示装置100具备显示、触控及压力感测功能。

在本实施例中，遮光条192包括多个横向遮光条以及多个纵向遮光条，其中横向遮光条与纵向遮光条相互连接而形成网格状黑矩阵层。网格状黑矩阵层具有多个开口O，各开口O暴露至少一像素电极140E的部分区域。在一实施例中，黑矩阵层190的开口O可进一步容置彩色滤光图案(未示出)。彩色滤光图案可以具有不同颜色以提供彩色滤光作用。

触控显示装置100的驱动方法包括在图框时间内，进行显示模式、触控感测模式及压力感测模式的其中至少一种。所述图框时间例如为六十分之一秒。在图框时间内，触控显示装置100可以执行显示模式、触控感测模式及压力感测模式的其中一种，也可执行显示模式、触控感测模式及压力感测模式的其中两种，或三种都执行。

在本实施例中，显示模式、触控感测模式及压力感测模式例如是分时进行，但不以此为限。在一实施例中，在图框时间内，触控感测模式与压力感测模式也可同时进行，其中同时进行触控感测模式与压力感测模式的方法包括浮置像素电极层140，提供触控驱动波形至驱动电极层152，读取压力感测层160的压力感测信号，以及读取触控感测层154的触控感测信号。另一方面，在图框时间内，触控感测模式与压力感测模式也可分时进行，其中在进行触控感测模式时，可提供固定电压至压力感测层160或浮置压力感测层160，而在进行压力感测模式时，可提供固定电压至触控感测层154或浮置触控感测层154。

以下以图2至图5说明压力感测层160、驱动电极层152以及触控感测层154的其他种实施型态，其中相同或相似的元件以相同或相似的标号表示，在此不再赘述。图2A至图2C分别是图1A中压力感测层、驱动电极层以及触控感测层的第二种上视示意图。图3A至图3C分别是图1A中压力感测层、 驱动电极层以及触控感测层的第三种上视示意图。图4A至图4C分别是图1A中压力感测层、驱动电极层以及触控感测层的第四种上视示意图。图5A至图5C分别是图1A中压力感测层、驱动电极层以及触控感测层的第五种上视示意图。

请参照图2A至图2C，在本实施例中，各压力感测电极160EA为金属网格电极。压力感测电极160EA可通过图1E的遮光条192遮蔽，以避免使用者察觉到压力感测电极160EA的存在，如此可在不影响可视性的前提下使触控显示装置具备显示、触控及压力感测功能。在本实施例中，压力感测电极160EA也可沿着扫描线SL、数据线DL设置，而不与像素电极140E重叠。

请参照图3A至图3C，在本实施例中，各驱动电极152EA在第二方向D2上的线宽LW1变窄，且各第一连接线L1串接沿第二方向D2排列的相邻两驱动电极152EA。在一实施例中，各压力感测电极160EB在第二方向D2上的线宽LW2可随线宽LW1变窄，以令压力感测电极160EB被驱动电极152EA覆盖。如此，驱动电极152EA可屏蔽手指电容对于压力感测电极160EB的干扰，从而提升压力检测的精准度。

请参照图4A至图4C，在本实施例中，各压力感测电极160EC是条状电极，且各压力感测电极160EC沿第二方向D2延伸。此外，各第二连接线L2与其中一触控感测电极154E连接。在本实施例中，触控感测电极154E与压力感测电极160EC彼此平行且间格排列，且触控感测电极154E与压力感测电极160EC彼此不重叠，也即，触控感测电极154E暴露出压力感测电极160EC。

在图1至图3的实施例中，驱动电极152E(或驱动电极152EA)、触控感测电极154E以及压力感测电极160E(或压力感测电极160EA、160EB)分别通过第一连接线L1、第二连接线L2以及第三连接线L3与不同的控制电路(未示出)连接，但本发明不限于此。在本实施例中，触控显示装置可进一步包括多个导电柱TH以及多条第四连接线L4，如图4-5所示。导电柱TH位于驱动电极层152以及压力感测层160之间，第四连接线L4可与第一连接线L1位于同一层，且第四连接线L4与第一连接线L1可连接至同一控制电路。各导电柱TH连接其中一第三连接线L3以及其中一第四连接线L4。如此，控制压力感测层160的控制电路(未示出)可与控制驱动电极层152的控制电路 (未示出)集成在一起，且压力感测层160的各压力感测电极160EC可通过对应的第三连接线L3、导电柱TH以及第四连接线L4而与控制电路电性连接。

请参照图5A至图5C，在本实施例中，各压力感测电极160ED是金属网格电极，且可沿着扫描线SL及数据线DL设置，而不与像素电极140E重叠。压力感测电极160ED可通过图1E的遮光条192遮蔽，以避免使用者察觉到压力感测电极160ED的存在，如此可在不影响可视性的前提下使触控显示装置具备显示、触控及压力感测功能。

综上所述，本发明的触控显示装置将感测元件(如触控电极结构以及压力感测层)内建于其中，因此可有效改善上述厚度、制程成本以及信赖性的问题。本发明还提供一种触控显示装置的驱动方法。

最后应说明的是：以上各实施例仅用以说明本发明的技术方案，而非对其限制；尽管参照前述各实施例对本发明进行了详细的说明，本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分或者全部技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本发明各实施例技术方案的范围。