触控屏幕的触控与显示电路及触控与显示控制模块，以及触控屏幕的控制方法与流程

本发明是关于触控屏幕的触控与显示电路及触控与显示控制模块，以及触控屏幕的控制方法，尤其是关于共用触控电极与液晶显示基板的晶体管的触控屏幕的触控与显示电路及触控与显示控制模块，以及触控屏幕的控制方法。

背景技术：

请参阅图1，其是已知液晶显示(Liquid Crystal Display，LCD)模块的示意图。液晶显示模块100的显示区域110由多个像素所组成，每个像素(pixel)由一个以上的薄膜晶体管(Thin-Film Transistor，TFT)驱动。显示区域110的薄膜晶体管阵列制作于玻璃基板上，而其外围包含n个栅极驱动IC(Integrated Circuit)120-1～120-n以及m个源极驱动IC 130-1～130-m，n及m为正整数。栅极驱动IC 120及源极驱动IC 130主要为CMOS制程的集成电路，不制作于玻璃基板上，而是以外接的方式与薄膜晶体管阵列相连接。栅极驱动IC 120用来控制薄膜晶体管的开启与关闭状态，源极驱动IC 130则用来提供与每个像素有关的像素数据给每个薄膜晶体管。请参阅图2，其是已知包含于某一像素的薄膜晶体管及与薄膜晶体管相连接的电容的电路图。薄膜晶体管210的栅极接收栅极驱动IC 120输出的栅极控制信号G，并在漏极接收源极驱动IC 130所输出的像素数据DATA。当薄膜晶体管210开启时，电容220充电至像素数据DATA所对应的电压，充电完成后薄膜晶体管210受该栅极控制信号G的控制而关闭，此时电容220便储存有对应该薄膜晶体管210的电压资讯。栅极驱动IC 120藉由依序开启各个薄膜晶体管210，使与其相耦接的电容220充电至对应像素数据DATA的电压，以便调节液晶显示模块100的每个像素的光线穿透量，进而显示区域110得以显示完整的影像画面。

近来触控技术蓬勃发展，愈来愈多显示装置具备触控的功能，因此常见到液晶显示模块与触控面板的组合以同时提供显示与触控功能。一般常见的方式是将触控面板独立制作于液晶显示模块的上层，然而此种方法会增加制作的工序及成本。另一种方式是利用液晶显示模块的薄膜晶体管阵列作为触控面板的其中一种感应电 极(例如作为发射端)，而将另一种感应电极(接收端)制作于液晶显示模块的上的不同层。这种作法利用栅极驱动IC 120在更新整个显示区域110的像素资讯(即上述的电容220所保存的电压资讯)之外的空白时间(blanking)感测触控事件，或是在更新整个显示区域110的像素资讯的期间穿插触控感测。执行触控感测时，栅极驱动IC 120对薄膜晶体管的栅极施加感测电压，并且藉由触控感测IC检测发射端的感应电极与接收端的感应电极之间的电容变化来推算触控事件的位置及时间等资讯。然而此种实作方法的缺点是，薄膜晶体管210的电容220在画面完成更新后已经充电至对应像素数据DATA的目标电压，在空白时间内再次使薄膜晶体管210开启将造成电容220上的电压改变，而使影像画面失真。此外，由于栅极驱动IC 120对栅极线(gate line)(薄膜晶体管阵列的其中一列)采取依序扫描的方式来开启每一列的薄膜晶体管210，如此导致触控感测时感应电极的电容变化量的检测也必须使用依序扫描的方式进行，造成触控感测缺乏弹性。

技术实现要素：

鉴于先前技术的不足，本发明的一目的在于提供一种触控屏幕的触控与显示电路及触控与显示控制模块，以及触控屏幕的控制方法，以增加触控感测的弹性及避免影像画面失真。本发明更利用类似栅极驱动电路基板(Gate on Array，GOA)技术的方式将大部分元件及控制线制作于薄膜晶体管阵列的基板上，以减少制作程序并且降低制作成本，同时提高液晶显示面板的集成度，并达到窄边框的效果。

本发明揭示了一种触控屏幕的触控与显示控制模块，触控屏幕包含制作于一基板上的n×y列感应单元，n与y均为大于1的正整数，该触控与显示控制模块包含：一控制单元，用来控制该触控屏幕操作于一画面更新模式以及一触控感测模式其中之一；n条第一控制线，制作于该基板上，耦接该控制单元；y条第二控制线，制作于该基板上，耦接该控制单元；以及n个控制信号输出电路，制作于该基板上，每一该n个控制信号输出电路耦接该n条第一控制线中的一且包含y个控制信号缓冲单元，每一该y个控制信号缓冲单元耦接该y条第二控制线中的一以及一列该些感应单元，以输出一电压信号于该列感应单元，使该列感应单元操作于该画面更新模式以及该触控感测模式其中之一。

本发明另揭示了一种触控屏幕的触控与显示电路，用来控制影像的显示与触控事件的感测，包含：一控制模块，用来控制该触控屏幕操作于一画面更新模式以及 一触控感测模式其中之一；以及多感应单元，耦接该控制模块，该些感应单元排列成多列，每一感应单元具有一电压资讯，该电压资讯与该触控屏幕所显示的影像相关；其中，当该触控屏幕操作于该画面更新模式时，该控制模块输出一第一组电压信号，以列为单位依序控制同一列的感应单元同时开启，并于该列的所有感应单元完成更新该电压资讯后关闭该列的感应单元，以及当该触控屏幕操作于该触控感测模式时，该控制模块输出一第二组电压信号，使连续多列的感应单元同时接收该第二组电压信号，以进行触控感测，且该些感应单元于接收该第二组电压信号时其各自的该电压资讯维持不变。

本发明另揭露了一种触控屏幕的控制方法，用来控制影像的显示与触控事件的感测，触控屏幕包含排列成多列的多感应单元，每一感应单元具有一电压资讯，该电压资讯与该触控屏幕所显示的影像相关，该控制方法包含：于一画面更新模式下，产生一第一组电压信号，以列为单位依序控制同一列的感应单元同时开启，并于该列的所有感应单元完成更新该电压资讯后关闭该列的感应单元；以及于一触控感测模式下，产生一第二组电压信号，并将该第二组电压信号同时传送至多列的感应单元，以进行触控感测，且该些感应单元于接收该第二组电压信号时其各自的该电压资讯维持不变。

本发明的触控屏幕的触控与显示电路及触控与显示控制模块以及触控屏幕的控制方法能够以群组的方式控制栅极线，增加触控感测的弹性。此外，本发明在触控屏幕的画面更新模式与触控感测模式中对栅极线提供不同的电压信号，以确保在画面更新模式完成更新的像素资讯不会于触控感测模式中改变。

有关本发明的特征、实作与功效，兹配合附图作较佳实施例详细说明如下。

附图说明

图1为已知液晶显示模块的示意图；

图2为已知包含于某一像素的薄膜晶体管及与薄膜晶体管相连接的电容的电路图；

图3为本发明触控屏幕的触控与显示电路的一实施例的电路图

图4为本发明控制信号输出电路316的一实施例的电路图。；

图5A及图5B为本发明的控制信号缓冲单元410的不同实施方式的电路图；

图6为本发明开关信号GM的一实施例的时序图；

图7为本发明某一控制信号输出电路的电压信号GO在画面更新模式下的一实施例的时序图；

图8为本发明某一控制信号输出电路的电压信号GO在触控感测模式下的一实施例的时序图；

图9为本发明某一控制信号输出电路的电压信号GO在触控感测模式下的另一实施例的时序图；

图10为本发明触控屏幕的触控与显示控制模块于触控感测模式下的另一实施例的示意图；

图11为本发明开关信号GM对应图10的实施方式的时序图；以及

图12为本发明的触控屏幕的控制方法的一实施例的流程图。

符号说明

100：液晶显示模块

110：显示区域

120：栅极驱动IC

130：源极驱动IC

210、510、520、530：薄膜晶体管

220：电容

300：触控屏幕的触控与显示电路

310：触控与显示控制模块

312：控制单元

314-1～314-n：第一控制线

316-1～316-n：控制信号输出电路

318-1～318-y：第二控制线

320：显示驱动模块

410：控制信号缓冲单元

S1210～S1220：步骤

GM1～GMn：开关信号

GO1～GOn：电压信号集合

G1、G2、G3、Gn：控制信号

具体实施方式

本发明的揭示内容包含触控屏幕的触控与显示电路及触控与显示控制模块，以及触控屏幕的控制方法。在实施为可能的前提下，本技术领域具有通常知识者能够依本说明书的揭示内容来选择等效的元件或步骤来实现本发明，亦即本发明的实施并不限于后叙的实施例。

请参阅图3，其是本发明触控屏幕的触控与显示电路的一实施例的电路图。触控屏幕的触控与显示电路300包含触控与显示控制模块310以及显示驱动模块320。显示驱动模块320包含由多薄膜晶体管所组成的薄膜晶体管阵列，薄膜晶体管排列成多列，每列的所有薄膜晶体管的栅极互相连接，同时开启或关闭。每个薄膜晶体管耦接一个用来储存电压资讯的电容，该些薄膜晶体管与电容负责触控屏幕的画面显示，以下统称为触控屏幕的感应单元。该些感应单元的栅极作为触控感测的信号层，透过接收该触控屏幕的感应层所得的信号，即可实现触控功能。该感测层可为氧化铟锡(ITO)或金属等导电材料，并可依需求设置于该触控屏幕的不同层，此为本领域的人所熟知，在此不赘述。触控与显示控制模块310包含控制单元312、n条第一控制线314-1～314-n(n为大于1的正整数)、y条第二控制线318-1～318-y(y为大于1的正整数)以及n个控制信号输出电路316-1～316-n。控制单元312藉由n条第一控制线314-1～314-n将n个开关信号GM1～GMn分别传送至n个控制信号输出电路316-1～316-n，控制单元312另外藉由y条第二控制线318-1～318-y产生n组电压信号集合GO1～GOn至该n个控制信号输出电路316-1～316-n。请同时参考图4，对每个控制信号输出电路316-k来说，每组电压信号集合GOk(k为1～n的其中之一)包含y个电压信号GOk(1)～GOk(y)。每组电压信号集合GOk于接至其对应的控制信号输出电路316-k之前，每一电压信号GOk(m)(m为1～y的其中之一)均由一平行于该n条第一控制线314-1～314-n的一条第二控制线318-m传送。也就是说，共计有y条平行于该n条第一控制线314-1～314-n的第二控制线318-1～318-y。控制信号输出电路316依据开关信号GMk的控制，将电压信号集合GOk输出至显示驱动模块320的薄膜晶体管阵列的栅极，以控制薄膜晶体管阵列的开启与关闭。在本发明的实施例中，触控与显示控制模块310中除了控制单元312之外的元件与显示驱动模块320一同制作于玻璃基板上。触控与显示控制模块310的主要目的在于取代已知的栅极驱动IC 120的功能，以类似栅极驱动电路基板(Gate on Array，GOA)技术的方式将触控与显示控制模块310中的大部分元件制 作于薄膜晶体管阵列的基板上，以提供薄膜晶体管阵列所需的控制及电压信号。例如控制信号输出电路316实际上可以由薄膜晶体管实作，与显示驱动模块320的薄膜晶体管阵列同时制作于同一块玻璃基板上，第一控制线314以及第二控制线318亦可制作于该玻璃基板上。因此，与已知制作于玻璃基板外的栅极驱动IC 120相较，本发明的电路相对简单，并且以此种方式制作的薄膜晶体管阵列的控制电路有助减少制作程序并且降低制作成本，而且还能提高液晶显示面板的集成度。更有甚者，透过本发明的设计，可有效透过仅仅n条第一控制线314和y条第二控制线318，也就是总计(n+y)条的垂直方向的控制线，控制显示驱动模块320包含的薄膜晶体管总共n×y列的栅极线。也就是说，本发明可有效于栅极驱动电路基板技术的基础上，更缩减触控与显示控制模块310的水平宽度，达到窄边框的效果。

请参阅图4，其是本发明控制信号输出电路316的一实施例的电路图。以第k个控制信号输出电路316为例，其包含y个控制信号缓冲单元410-1～410-y。每个控制信号缓冲单元410接收控制单元312所发出的第k个开关信号GMk以及第k组电压信号集合GOk的其中之一(亦即电压信号集合GOk包含的y个电压信号GOk(1)～GOk(y))，并且产生控制信号Gk(r)，r为介于1～y之间的正整数。控制信号缓冲单元410的主要功能在于依据开关信号GMk的控制，将电压信号GOk(r)输出以作为控制信号Gk(r)，控制信号Gk(r)用来控制显示驱动模块320的薄膜晶体管阵列的其中一条栅极线上的所有薄膜晶体管的关启与关闭。请参阅图5A及图5B，其是本发明的控制信号缓冲单元410的不同实施方式的电路图。在图5A的实施方式中，控制信号缓冲单元410由单独的薄膜晶体管510实作。薄膜晶体管510的栅极耦接开关信号GMk，漏极接收电压信号GOk(r)，并且在源极输出控制信号Gk(r)。因此可以藉由开关信号GMk控制薄膜晶体管510开启与关闭，来将电压信号GOk(r)输出作为控制信号Gk(r)。图5B的实施方式中，除了使用薄膜晶体管520作为开关元件外，还另外使用薄膜晶体管530作为稳压元件，以稳定控制信号Gk(r)。如图所示，薄膜晶体管530的栅极与漏极一同连接到薄膜晶体管520的漏极，而薄膜晶体管530的源极则连接到薄膜晶体管520的源极。在一个较佳的实施例中，薄膜晶体管510、薄膜晶体管520以及薄膜晶体管530与图3的第一控制线314皆由透明电极材料氧化铟锡(ITO)所制成，制作于显示驱动模块320所属的玻璃基板上，但位于显示驱动模块320之外；因为显示驱动模块320的薄膜晶体管阵列使用相同的材料以及制程方式，因此可以减化制程及降低成本。

图3所示的显示驱动模块320内的薄膜晶体管阵列，在其所属的触控屏幕的不同的操作模式下，具有不同的扫描方式。基本上，本发明将触控屏幕的操作模式分为两类，其一是更新屏幕的显示内容的画面更新模式，另一为感测触控事件的触控感测模式。一个屏幕通常操作于某一画面更新频率，例如60Hz，亦即画面每16.667ms更新一次。在此16.667ms的更新时间内，像素数据真正的传送时间只占其中一部分，另一部分则为空白时间。举例来说，像素数据约占10～11ms，空白时间约占5～6ms。因此在像素数据提供的时间内，触控屏幕的触控与显示电路300控制触控屏幕操作于画面更新模式，而在空白时间内，触控屏幕的触控与显示电路300控制触控屏幕操作于触控感测模式。

如前所述，图3的一个控制信号输出电路316可以同时控制薄膜晶体管阵列中多条栅极线的开关状态。以实际的数字为例，假设显示驱动模块320包含1080条栅极线，以27条为一群组，则图3的触控与显示控制模块310将包含40条第一控制线314以及40个控制信号输出电路316。请参阅图6，其是本发明开关信号GM的一实施例的时序图。不论在画面更新模式或是触控感测模式，控制单元312以群组为单位，令控制信号输出电路316-1～316-n中的控制信号缓冲单元410依序开启。在画面更新模式下，每个开关信号GMk维持在高电位的时间为yT，其余时间则维持在低电位。其中y为正整数，代表一个控制信号输出电路316所对应的栅极线的个数，承上例，此时y＝27，n＝40。1T为画面的更新频率与栅极线总数的乘积的倒数，例如更新频率为60Hz，栅极线总数为1080，则1T＝1/(60×1080)。请参阅图7，其是本发明某一控制信号输出电路的电压信号GOk在画面更新模式下的一实施例的时序图。如图所示，电压信号GOk(1)～GOk(y)依序维持在高电位VGH1一个预设时间1T，亦即此y个电压信号GOk(1)～GOk(y)使同一群组的y条栅极线依序开启，以更新像素资讯。在一个较佳的实施中，高电位VGH1为18V，低电位VGL1为-6V，分别使薄膜晶体管开启与关闭。

图6所示的时序图亦适用于触控感测模式，差别仅在于时间单位。在触控感测模式下时，每个开关信号GMk维持在高电位的时间变为yB。1B代表空白时间除以栅极线总数的商，例如空白时间为5ms，栅极线总数为1080，则1B＝5ms/1080。如果将栅极线分为40个群组，则每个开关信号GMk维持在高电位的时间为27B。也就是说在触控感测模式下，控制单元312同样以群组为单位，令控制信号输出电 路316-1～316-n中的控制信号缓冲单元410依序开启，只是开启的时间长短与画面更新模式下不同。

请参阅图8，其是本发明某一控制信号输出电路的电压信号GOk在触控感测模式下的一实施例的时序图。在触控感测模式下，电压信号GOk维持高电位VGH2的时间与相对应的控制信号缓冲单元410开启的时间相同，也就是某一群组的控制信号缓冲单元410在开关信号GMk的控制下开启yB的时间，同时在该时间内，电压信号GOk亦维持在高电位yB的时间。亦即，对应同一控制信号输出电路316的每一条栅极线皆被施予高电压电位VGH2共yB的时间，表示该些栅极线上的所有薄膜晶体管此时共同作为感应电极的发射端，控制单元312藉由在其上施加电压差(VGH2-VHL2)以执行触控感测。群组中的栅极线的个数与触控感测的精细度有关，如果需要更高的触控感测精细度，则减少每个群组所包含的栅极线数，然而如此一来将增加群组个数(亦即增加控制信号输出电路316的个数)。

请参阅图9，其是本发明某一控制信号输出电路的电压信号GO在触控感测模式下的另一实施例的时序图。在这个实施例中，对应同一控制信号输出电路316的所有栅极线进一步被区分为三个子群组，每个子群组各被施予高电压电位VGH2三分之一yB的时间。因此，电压信号GOk维持在高电位VGH2的时间小于其相对应的控制信号缓冲单元410的开启时间，也就是某一控制信号输出电路的控制信号缓冲单元410在开关信号GMk的控制下开启yB的时间，同时在该时间内，电压信号GOk维持在高电位VGH2的时间小于yB，也就是在控制信号缓冲单元410的开启时间内，电压信号GOk有电位变化。同一子群组的栅极线上的所有薄膜晶体管同时作为感应电极的发射端，控制单元312藉由在其上施加电压以执行触控感测。以实际的数字为例，假设y＝27，则此群组中的第1至第9(亦即a＝9)条栅极线为第1子群组，其上的所有薄膜晶体管被施予高电压电位VGH2共9B的时间。同理，第10至第第18(亦即b＝18)条栅极线以及第19至第第27条栅极线分别为第2及第3子群组，其各自的薄膜晶体管也分别被施予高电压电位VGH2共9B的时间。本实施例中的子群组只要是2个以上皆可，不以3个为限，每个子群组所包含的栅极线的个数也可以不相等。子群组的个数以及大小与触控感测精细度有关，如果需要更高的感测精细度，则可增加子群组个数。

为了避免在触控感测模式下将已经完成像素资讯更新的薄膜晶体管再度开启，所以触控感测模式下(对应图8及图9)的高电位VGH2设计为比画面更新模式下 (对应图7)的低电位VGL1相等或更低，例如画面更新模式下的低电位VGL1为-6V，则触控感测模式下的高电位VGH2设计为小于等于-6V，并且触控感测模式下的低电位VGL2则更低于同模式下的高电位VGH2，例如设计为-16V。触控感测模式下的高电位VGH2与低电位VGL2的差值与触控感测的灵敏度有关，不以此实施例所述的10V为限。

请参阅图10，其是本发明触控屏幕的触控与显示控制模块于触控感测模式下的另一实施例的示意图。在触控感测模式下，触控与显示控制模块310可以令2个以上的控制信号输出电路316同时施加感测电压于其各自对应的所有栅极线上的薄膜晶体管。举例来说，如图所示，控制单元312对控制信号输出电路316-2以及控制信号输出电路316-n所各自对应的所有栅极线上的薄膜晶体管施加感测电压，如此一来在触控感测模式下可以同时感测非相邻或非连续的区域，以增加感测的弹性。此为本发明将栅极线分群组控制的好处之一。请参阅图11，其是本发明开关信号GM对应图10的实施方式的时序图。开关信号GM2及开关信号GMn在开关信号GM1结束高电位后同时由低电位切换至高电位，当两者结束高电位后，其他的开关信号GM3～GMn-1则依序切换至高电位。

请参阅图12，其是本发明的触控屏幕的控制方法的一实施例的流程图。除前述的触控与显示控制模块外，本发明亦相对应地揭示了一种触控屏幕的控制方法，应用于触控屏幕。触控屏幕由多像素所组成，每一像素包含至少一个薄膜晶体管及一电容。该些薄膜晶体管与电容负责触控屏幕的画面显示与触控感应，因此可将其视为触控屏幕的感应单元。该些感应单元排列成多列，且每一感应单元储存有一电压资讯，该电压资讯与该触控屏幕所显示的影像相关。本方法由前揭触控与显示控制模块310或其等效装置来执行。如图12所示，本发明触控屏幕的控制方法的一实施例包含下列步骤：

步骤S1210：于画面更新模式下，产生第一模式的电压信号GO。第一模式的电压信号GO以列为单位依序使同一列的感应单元同时开启。感应单元开启时接收像素数据DATA，以更新其电压资讯。第一模式的电压信号GO控制感应单元开启预设时间，当预设时间到达后，也就是该列的所有感应单元完成更新该电压资讯后，第一模式的电压信号GO控制该列的感应单元同时关闭；以及

步骤S1220：于触控感测模式下，产生第二模式的电压信号GO。第二模式的电压信号GO同时传送至连续多列的感应单元，在感应单元上施加电压以进行触控 感测。该些感应单元于接收该第二模式的电压信号GO时该电压资讯维持不变，也就是在触控感测模式下，感应单元在前一步骤所完成更新的电压资讯不会因为感应单元在触控感测模式接收到不同的电压而改变，如此画面资讯可以保持，不会因为触控感测而造成画面失真。

如前所述，图7所示的电压信号GO与图8及图9所示的电压信号GO具有不同的高电位与低电位，更详细地说，图8及图9的电压信号GO的高电位VGH2低于图7的电压信号GO的低电位VGH1，以防止感应单元在触控感测模式下开启而造成电压资讯的改变。另外因为本控制方法以群组的方式控制栅极线，因此可以额外使用一个开关信号GM来控制电压信号GO输出至栅极线群组的时间。举例来说，不论在画面更新模式或是触控感测模式，可以令对应不同群组的开关信号GM依序切换至高电位一段时间，使不同群组的栅极线依序接收电压信号GO(如图6的时序图所示)；然而，在触控感测模式下，亦有可能令对应不同群组的开关信号GM同切换至高电位一段时间，使2个以上的不同群组的栅极线同时接收电压信号GO(如图11的时序图所示)，如图10所示，触控感测在显示驱动模块320中的两块不连续的显示区域同时进行，如此可以增加触控感测的弹性。

请注意，前述的触控与显示控制模块310在画面更新模式与触控感测模式下使用相同的栅极线的焊垫(bonding pad)，所以与已知使用栅极控制IC的实作方法相较，本发明的触控与显示控制模块310不需要额外的绕线以及焊垫，有助减少触控屏幕的边框宽度。

本技术领域具有通常知识者可藉由图3至图11的装置发明的揭露内容来了解图12的方法发明的实施细节与变化。虽然本发明的实施例如上所述，然而该些实施例并非用来限定本发明，本技术领域具有通常知识者可依据本发明的明示或隐含的内容对本发明的技术特征施以变化，凡此种种变化均可能属于本发明所寻求的专利保护范畴，换言之，本发明的专利保护范围由权利要求书界定为准。