二维/三维可切换的触控显示器及其驱动方法与流程

本发明涉及一种二维/三维可切换显示器及其驱动方法，且特别涉及一种触控的二维/三维可切换显示器及其驱动方法。

背景技术：
随着科技发展，可显示三维(three-dimensional，3D)图像的三维显示装置已广为研发。三维图像的形成原理是利用人类两眼的立体视觉，分别提供给两眼不同图像，使人眼接收图像后在大脑融合而产生立体图像。裸眼3D技术使得使用者无需配戴3D眼镜即可观赏到3D图像。主要的裸眼3D显示器类型为柱状透镜式(lenticularlenstype)及视差屏障式(parallaxbarriertype)。藉由使用可切换式柱状透镜，或使用可切换式视差光栅，可实现2D/3D可切换的显示器，让使用者可根据偏好选择要观赏2D或3D图像。另外，近几年来触控面板技术亦快速的发展，智能手机以及平板计算机的屏幕皆整合触控传感器以检测触控信息。然而，由于制程复杂度以及重量问题，3D显示与触控功能的结合并不容易。况且，具有额外触控面板的2D/3D可切换显示器的厚度过厚，消费者可能无法接受。

技术实现要素：
本发明涉及一种二维(2D)/三维(3D)可切换的触控显示器及其驱动方法。此2D/3D可切换的触控显示器具有液晶单元，该液晶单元设置于显示面板上，以提供2D/3D可切换及触控感测功能。根据本发明的第一方面，提出一种2D/3D可切换的触控显示器，包括具有多个像素的显示面板以及液晶单元。该液晶单元置于显示面板上，用以提供2D/3D可切换及触控感测功能。该液晶单元包括彼此相对的第一基板以及第二基板，多个第一电极置于第一基板上，多个第二电极置于第二基板上，液晶层置于第一电极与第二电极之间，第二电极与第一电极彼此交错，液晶层受控于第一电极与第二电极间的电压，以调整来自显示面板的光线路径和/或触控感测。根据本发明的第二方面，提出一种2D/3D可切换的触控显示器的驱动方法，方法包括以下步骤。提供显示面板及置于显示面板上的液晶单元，液晶单元包括第一基板及第二基板，第一基板与第二基板彼此相对，多个第一电极置于第一基板上，多个第二电极置于第二基板上，第二电极与第一电极彼此交错，以及液晶层置于第一电极与第二电极之间，各该第一电极包括多个平行排列的导线，且于各该第一电极当中的导线彼此电性相连接。藉由显示面板显示一图像。以及藉由提供第一电极与第二电极间的电压，以驱动液晶单元，进而调整来自显示面板的光线路径和/或感测触控信息。为了对本发明的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下：附图说明图1绘示依照本发明一实施例的2D/3D可切换的触控显示器10的截面图。图2A绘示依照本发明一实施例的2D/3D可切换的触控显示器10的电极层。图2B、图2C绘示依照本发明另一实施例的2D/3D可切换的触控显示器10的电极层。图3A绘示依照本发明的一实施例的2D/3D可切换的触控显示器，在3D模式下驱动信号的波形图。图3B绘示依照本发明的一实施例的2D/3D可切换的触控显示器，在2D模式下驱动信号的波形图。图4A绘示依照本发明的另一实施例的2D/3D可切换的触控显示器，在3D模式下驱动信号的波形图。图4B绘示依照本发明的一实施例的2D/3D可切换的触控显示器，在2D模式下驱动信号的波形图。图5A绘示依照本发明的一实施例的2D/3D可切换的触控显示器，在3D模式下驱动信号的波形图。图5B绘示依照本发明的一实施例的2D/3D可切换的触控显示器，在2D模式下驱动信号的波形图。图6绘示依照本发明的一实施例的简化2D/3D可切换的触控显示器的简化等效电路。【符号说明】10:2D/3D可切换的触控显示器11:液晶单元12:显示面板102:第一基板104a:第一电极层104b:第二电极层106:液晶层108:第二基板110:粘胶112、120:偏光片114、118:基板116:薄膜晶体管300:缓冲器302:运算放大器1040、1044:导线1042:导体片1046、1048:第二电极C:电容R:接收电极R1～R5:第一电极Rx:直流信号S1:触控信号S2:未触控信号S10、S11、S13:第一信号S20、S21、S23:第二信号T:发送电极T1～T5:第二电极T10、T20、T30、T50、T11、T21、T31、T51、T12、T22、T32、T52、T13、T23、T33、T53、T14、T24、T34、T54、T15、T25、T35、T55:交流信号具体实施方式图1绘示依照本发明一实施例的2D/3D可切换的触控显示器10的截面图。请参考图1，2D/3D可切换的触控显示器10包括液晶单元11以及显示面板12。置于显示面板12之上的液晶单元11包括第一基板102、第一电极层104a、液晶层106、第二电极层104b、以及相对于第一基板102的第二基板108。液晶单元11可包括额外的光学机能层(opticalfunctionlayer)，例如偏光片(polarizer)或相位延迟器(phaseretarder)，在观察者及液晶层106之间，以调整透光率或光的相位。液晶单元11例如是被动驱动式或主动驱动式的可切换透镜或可切换光栅。第一基板102及第二基板108的材料可为玻璃、塑胶或其他透明的有机聚合物。第一电极层104a及第二电极层104b的材料可为透明的导电金属氧化物(铟锡氧化物ITO、铟锌氧化物IZO)、金属或合金。第一电极层104a包括多个置于第一基板102之上的第一电极，第二电极层104b包括多个置于第二基板108之上的第二电极，第二电极与第一电极彼此交错(interlaced)。液晶层106置于第一基板102与第二基板108之间。实际上，液晶层106置于第一电极层104a与第二电极层104b之间。液晶层106受控于第一电极层104a与第二电极层104b间的电压差，以于光线通过显示面板12时，调整光的路线或相位。此外，第一基板102以及第二基板108可错置地(misplaced)贴合，以曝露第一电极层104a(下部)及第二电极层104b(上部)，以自两个交错方向(twointerlacedirections)作粘合以结合驱动元件或信号传输元件。在此实施例中，2D/3D可切换的触控显示器10可显示双视角3D图像(dualview3Dimage)，因第一电极层104a的两个相邻的第一电极之间的间距对应于显示面板12的两个像素(图像的单位点)，而这两个像素显示具有视差的两个图像。在其它实施例中，若两个相邻的第一电极之间的间距对应于更多像素，2D/3D可切换的触控显示器10在显示具有视差的多个图像时，可作为多视角(multiview)显示器。两个相邻的第一电极之间的间距对应于显示面板12的至少两个像素，较佳的间距选择为偶数个像素。显示面板12例如为液晶显示器(LCD)或有机发光二极管(OLED)，用以显示及提供图像。若显示面板12是LCD，则包括偏光片112、基板114、彩色滤光片(colorfilter，CF)及薄膜晶体管(thin-filmtransistor，TFT)116、基板118、偏光片120及液晶(未绘示于图1中)。本发明的结构不限于此。显示面板12可藉由粘胶110或其他粘着物与液晶单元11组装并固定在一起。图2A绘示依照本发明一实施例的2D/3D可切换的触控显示器10的电极层。请参考图2A，第一电极层104a可包括多个第一电极R1、R2、R3、R4及R5。各个第一电极R1～R5包括多条平行的导线1040，且于各个第一电极R1～R5中的导线1040，藉由位于导线1040末端的导电片(conductivepad)1042而彼此电性连接成一个群组。第一电极以及导线的数量取决于集成电路(integratedcircuit，IC)的驱动能力、感测程序的驱动方法、电阻电容(RC)负载、以及3D的功能。第二电极T1、T2、T3、T4及T5是水平条纹状电极。第一电极R1～R5的导线1040实质上垂直于第二电极T1～T5。导线1040的宽度小于第二电极T1～T5的宽度。在图2A中，为图示清楚起见而简化结构，故仅绘示五个第一电极以及五个第二电极，然而本发明并不限于此。在显示图像为HD720解析度的一实施例中，第一电极的数量可以是20，而各个第一电极包括32条导线1040，第二电极的数量可以是12。在此例中，触控感测电极以MxN的矩阵形状排列，M例如为20而N例如为12。第一电极与第二电极的数量，可随着2D/3D可切换的触控显示器的尺寸、解析度、灵敏度而调整。每一对被介电层(液晶层106)隔开的第一电极及第二电极，形成一电容，称为触控感测单元，多个触控感测单元形成触控感测屏幕。当电极因人体触碰而产生电荷扰动，此改变可被检测而转换为触控信号。在一实施例中，第一电极R1～R5可被当作触控感测的接收器，第二电极T1～T5可被当作触控感测的发送器，然而本发明不限于此。在另一实施例中，第一电极R1～R5可被当作触控感测的发送器，第二电极T1～T5可被当作触控感测的接收器。可依序驱动各个第一电极R1～R5或是各个第二电极T1～T5以感测一触控信息。此外，也可同时驱动第一电极R1～R5的导线1040或是第二电极T1～T5，形成可切换屏障或可切换透镜，以调整发射自显示面板的光线路径。图2B、图2C绘示依照本发明另一实施例的2D/3D可切换的触控显示器10的电极层。如图2B所示，第一电极层104a的导线1044实质上彼此平行，且第一电极层104a的导线1044垂直于第二电极1046。如图2C所示，第一电极层104a的导线1044实质上彼此平行，第一电极层104a的导线1044倾斜于第二电极1048，此种电极安排方式称为倾斜透镜设计(slantlensdesign)，可藉由与显示面板12的像素排列不对齐(misalignment)的方式，以降低立体迭纹(3Dmoiré)并解决色偏问题。2D/3D可切换的触控显示器10，在各个实施例中可由不同信号驱动，以下描述各种2D/3D可切换的触控显示器10的驱动方法：第一实施例图3A绘示依照本发明的一实施例的2D/3D可切换的触控显示器，在3D模式下驱动信号的波形图。如图2A及图3A所示，直流信号Rx(例如0V)输入至第一电极R1～R5，具有相同工作周期(dutycycle)的交流信号T10、T20、T30～T50，分别输入至第二电极T1～T5。直流信号Rx同步(同相位)输入至第一电极，交流信号T10、T20、T30～T50同步(同相位)输入至第二电极T1～T5，交流信号是脉冲(或方波、或弦波)信号。直流信号Rx以及交流信号T10、T20、T30～T50的数量对应于第一电极以及第二电极的数量。每个交流信号T10、T20、T30～T50可以是第一信号S10以及第二信号S20的迭加。第一信号S10是脉冲(或方波、或弦波)信号，其电压差介于第一信号S10的振幅与直流信号之间。在3D模式之下，第一信号S10的振幅可以是±5V，各个第一信号具有相同工作周期且彼此同步(同相位)，工作在60Hz的频率，以导通(switchon)液晶层106(如图1所示)，以产生可切换透镜以及可切换屏障，使得2D/3D可切换的触控显示器10可以显示3D图像。另外，第二信号S20(或方波、或弦波)可具有振幅±αV，各个第二信号具有相同工作周期且彼此顺序性地，工作在120Hz的频率以进行触控感测，α远小于5。此外，第一信号S10以及第二信号S20的振幅是正整数，且第一信号S10的振幅较第二信号S20的振幅大。在一个视帧(第一信号的一个脉冲)中，第二信号S20以双倍频率，使用一对正信号及负信号，以降低对可切换透镜或可切换屏障功能的干扰(disturbing)。第二信号S20彼此分隔(separatedfromeachother)以进行触控感测。在一种实作方式中，第一信号S10之内的一对第二信号S20的振幅的总和，等于第一信号S10的振幅。如图3A所示，交流信号T10、T20、T30～T50的周期是16.7ms，第一信号S10具有与交流信号T10、T20、T30～T50相同的周期，由第一信号S10驱动的第二电极T1～T5可控制液晶层106以形成可切换透镜或可切换屏障。第二电极T1～T5依序由第二信号S20以短时间周期(例如2～3μs)驱动，而第一电极R1～R5偏压以直流电压源，直流偏压的第一电极R1～R5可经由手指碰触而接收小电压改变。图3B绘示依照本发明的一实施例的2D/3D可切换的触控显示器，在2D模式下驱动信号的波形图。如图2A及图3B所示，直流信号Rx(例如0V)输入至第一电极R1～R5，交流信号T12、T22、T32～T52分别输入至第二电极T1～T5。直流信号Rx及交流信号T12、T22、T32～T52可互相交换。每个交流信号T12、T22、T32～T52可以是第一信号S10以及第二信号S20的迭加。在2D模式之下，第一信号S10的振幅可以是0V(小于液晶层106的临界电压且大于或等于0V)，使得可切换透镜及可切换屏障关闭以显示2D图像。另外，第二信号S20可具有振幅±αV及频率120Hz，第二信号S20的波形在2D模式下与3D模式下相同。在其它实施例中，第二信号S20的频率可降至60Hz，因为在2D模式下交错的正信号与负信号的数量可以降至3D模式下数量的一半，以干扰可切换透镜或可切换屏障的功能。如图2A及图3B所示，第二电极T1～T5依序由交流信号T12、T22、T32～T52以短时间周期(例如2～3μs)驱动，而第一电极R1～R5偏压以直流电压源，第一电极R1～R5可经由手指碰触而接收小电压改变。第二实施例图4A绘示依照本发明的另一实施例的2D/3D可切换的触控显示器，在3D模式下驱动信号的波形图。如图2A及图4A所示，直流信号Rx(例如0V)输入至第一电极R1～R5，交流信号T11、T21、T31～T51分别输入至第二电极T1～T5。输入至第一电极R1～R5的直流信号Rx，与分别输入至第二电极T1～T5的交流信号T11、T21、T31～T51，可以互相交换。在3D模式下，交流信号(方波、脉冲、或弦波)T11、T21、T31～T51可以是第一信号S11(第一信号S11的位置及半周期如图4B所示)以及第二信号S21(如图4B所示)的迭加。交流信号T11、T21、T31～T51具有振幅±5V、频率60Hz以及相同的工作周期，以开启可切换透镜及可切换屏障，以显示3D图像。此外，第二电极T1～T5依序由交流信号T11、T21、T31～T51驱动，第一电极R1～R5偏压以直流电压源，直流偏压的第一电极R1～R5可经由手指碰触而接收小电压改变。施加至第一电极与第二电极的直流信号Rx及交流信号T11、T21、T31～T51的波形，可用以形成可切换屏障或可切换透镜，并且可用以检测触控信息。交流信号T11、T21、T31～T51彼此间存在位移(非同步)。图4B绘示依照本发明的一实施例的2D/3D可切换的触控显示器，在2D模式下驱动信号的波形图。如图2A及图4B所示，直流信号Rx(例如0V)输入至第一电极R1～R5，交流信号T13、T23、T33～T53分别输入至第二电极T1～T5。直流信号Rx及交流信号T13、T23、T33～T53可互相交换。在2D模式下，振幅5V的第一信号S11被关闭以闭闭可切换透镜及可切换屏障，使得2D/3D可切换的触控显示器10能显示2D图像。另外，具有振幅±βV(例如±5V)以及频率60Hz(方波、脉冲或弦波)的第二信号S21，可被施加于第二电极T1～T5。如图2A及图4B所示，第二电极依序由交流信号T13、T23、T33～T53以短时间周期(例如2～3μs)驱动，而第一电极R1～R5偏压以直流电压源，第一电极R1～R5可经由手指碰触而接收小电压改变。在此实施例中，交流信号的振幅与β相同(正整数)。第三实施例图5A绘示依照本发明的一实施例的2D/3D可切换的触控显示器，在3D模式下驱动信号的波形图。如图2A及图5A所示，交流信号Rx(包括第一信号S13)输入至第一电极R1～R5，彼此间具有相同工作周期的另一交流信号T14、T24、T34～T54(包括第二信号S23)依序输入至第二电极T1～T5。输入至第一电极R1～R5的交流信号Rx，以及分别输入至第二电极T1～T5的交流信号T14、T24、T34～T54，可以互相交换。在3D模式下，交流信号Rx可具有振幅±5V以及60Hz的频率，可切换透镜及可切换屏障被开启，使得2D/3D可切换的触控显示器能显示3D图像。此外，彼此间具有相同工作周期的另一交流信号T14、T24、T34～T54可具有振幅±αV以及120Hz的频率，α远小于5。交流信号Rx的周期可以是16.7ms。(α的定义与第一实施例当中相同)。由交流信号Rx(第一信号S13)驱动的第一电极R1～R5可控制液晶层106以形成可切换透镜或可切换屏障。第二电极T1～T5依序由另一交流信号T14、T24、T34～T54(第二信号S23)驱动，其周期短暂例如为2～3μs，第一电极R1～R5可连接至运算放大器(OP)的输入端而被虚拟偏压至直流电压源，以取消液晶驱动电压效应(LCdrivingvoltageimpact)。虚拟直流偏压的第一电极R1～R5可经由手指碰触而接收小电压改变。图5B绘示依照本发明的一实施例的2D/3D可切换的触控显示器，在2D模式下驱动信号的波形图。如图2A及图5B所示，直流信号Rx(例如0V)输入至第一电极R1～R5，交流信号T15、T25、T35～T55依序分别输入至第二电极T1～T5。直流信号Rx及交流信号T15、T25、T35～T55可互相交换。在2D模式下，可切换透镜与可切换屏障被关闭(第一信号S13被关闭)，使得2D/3D可切换的触控显示器能显示2D图像。此外，第二信号S23可具有振幅±αV以及120Hz的频率，输入至第二电极T1～T5。第二电极T1～T5依序由交流信号T15、T25、T35～T55(第二信号S23)以短时间周期(例如2～3μs)驱动，而第一电极R1～R5偏压以直流电压源，第一电极R1～R5可经由手指碰触而接收小电压改变。在其他实施例中，第二信号S23的频率可降至60Hz，因为在2D模式下交错的正信号与负信号的数量可以降至3D模式下数量的一半，以干扰可切换透镜或可切换屏障的功能。图6绘示依照本发明的一实施例的简化2D/3D可切换的触控显示器的简化等效电路。如图6所示，等效电路包括缓冲器300以提供一电压源，以步级电压驱动发送电极T。在发送电极T及接收电极R之间的互电容(mutualcapacitance)，可藉由触控检测而被测量。接收电极R连接至运算放大器302使得接收电极R的电流流经此运算放大器302。运算放大器302耦接一电容C以作为电荷积分器(chargeintegrator)。由于电荷积分器接收的电荷可被转换为电压信号，检测到的触控信号S1以及未触控信号S2可被分辨出来。接着，检测到的触控信号S1以及未触控信号S2可经由模拟数字转换器(ADC)转换为数字信号，以进一步在微处理(MPU)中进行信号处理。在此电路中，由于接收电极R虚拟连接至电荷积分器的直流偏压电压源(可以是虚拟接地)，可取消液晶驱动电压效应，接收电极R可经由手指碰触而接收小电压改变。如上所述，本发明的实施例提供一种2D/3D可切换的触控显示器。此2D/3D可切换的触控显示器结合2D/3D可切换的技术以及触控感测的技术，并且整合了控制电极(控制液晶层形成2D/3D可切换透镜或可切换屏障)以及触控感测电极于一个液晶单元中。此2D/3D可切换的触控显示器具有薄、轻、低成本以及制程简单的优点。且此2D/3D可切换的触控显示器藉由使用电极作为触控感测的接收器及发送器，以及使用电极作为控制液晶透镜(或屏障)的开关，因此容易制造，无需额外的光罩程序。综上所述，虽然本发明已以优选实施例公开如上，然其并非用以限定本发明。本发明所属领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作各种的更动与润饰。因此，本发明的保护范围当视后附的权利要求书所界定者为准。