触控显示装置及其驱动方法与流程

本发明涉及一种触控显示装置及其驱动方法，尤其涉及一种具有压力感测功能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整合在一起，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，随着应用程式(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、多个画素电极、多个驱动电极、多个触控感测电极以及多个压力感测电极。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。画素电极配置于第一基板上。驱动电极配置于第一基板上且与画素电极重叠。触控感测电极配置于第一基板以及第二基板的其中一个上。压力感测电极配置于第二基板上，其中压力感测电极的排列方向平行于触控感测电极的排列 方向。

在本发明的一实施例中，上述的触控感测电极配置于第二基板上。压力感测电极位于触控感测电极与驱动电极之间。

在本发明的一实施例中，上述的各压力感测电极分别被其中一触控感测电极覆盖住。

在本发明的一实施例中，上述的各压力感测电极的宽度小于各触控感测电极的宽度。

在本发明的一实施例中，上述的触控感测电极配置于第一基板上。触控感测电极与驱动电极属同一层。

在本发明的一实施例中，上述的压力感测电极以及驱动电极于第一基板上的正投影彼此重叠。

在本发明的一实施例中，上述的触控显示装置还包括多条连接线。连接线配置于第一基板上且电性绝缘于触控感测电极，且各连接线沿与触控感测电极的排列方向平行的方向串接相邻两驱动电极。

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与压力感测电极之间，其中黑矩阵层包括多个遮光条，且压力感测电极被遮光条覆盖住。

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，触控显示装置包括第一基板、第二基板、显示介质层、多个画素电极、多个驱动电极、多个触控感测电极以及多个压力感测电极。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。画素电极配置于第一基板上。驱动电极配置于第一基板上且与画素电极重叠。触控感测电极配置于第一基板以及第二基板的其中一个上。压力感测电极配置于第二基板上，其中压力感测电极的排列方向平行于触控感测电极的排列方向，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。浮置画素电极。提供触控驱动波形至驱动电极。读取各压力感测电极的压力感测信号。读取各触控感测电极的触控感测信号。

在本发明的一实施例中，进行显示模式的方法包括以下步骤。提供显示驱动波形至画素电极。提供共用电压至驱动电极。

在本发明的一实施例中，进行显示模式的方法还包括提供固定电压至压力感测电极。

在本发明的一实施例中，进行触控感测模式的方法包括以下步骤。浮置画素电极。提供触控驱动波形至驱动电极。提供固定电压至压力感测电极或浮置压力感测电极。读取各触控感测电极的触控感测信号。

在本发明的一实施例中，进行压力感测模式的方法包括以下步骤。浮置画素电极。提供触控驱动波形至驱动电极。提供固定电压至触控感测电极或浮置触控感测电极。读取各压力感测电极的压力感测信号。

在本发明的一实施例中，进行显示模式的方法包括以下步骤。提供显示驱动波形至画素电极。提供共用电压至驱动电极以及触控感测电极。

基于上述，本发明实施例的触控显示装置使用配置于第一基板上的驱动电极作为触控感测以及压力感测时的驱动电极，并且设置触控感测电极以及压力感测电极，以进行触控感测以及压力感测。因此，本发明实施例的触控显示装置除了可以感测触控位置之外还可以辨别触控压力，以提供多元化的触控感测操作。此外，通过将至少部分感测电极(如触控感测电极或压力感测电极)内建于触控显示装置中，可有效改善上述厚度、制程成本以及信赖性的问题。

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是依照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中驱动电极、压力感测电极以及触控感测电极的一种上视示意图；

图2A是依照本发明的第二实施例的一种触控显示装置的爆炸示意图；

图2B是图2A中压力感测电极、画素电极以及黑矩阵的上视示意图；

图3A是依照本发明的第三实施例的一种触控显示装置的爆炸示意图；

图3B是依照本发明的第三实施例的一种触控显示装置的剖面示意图；

图4是依照本发明的第四实施例的一种触控显示装置的爆炸示意图。

附图标记说明：

100、200、300、400：触控显示装置；

110：第一基板；

120：第二基板；

130：显示介质层；

140：画素电极；

150、450：驱动电极；

160、460：触控感测电极；

170、270：压力感测电极；

272：金属条；

290：黑矩阵层；

292：遮光条；

470：连接线；

AD：主动元件；

BL：背光模块；

CF：彩色滤光图案；

D1：第一方向；

D2：第二方向；

DL：数据线；

G：可变间距；

IN1、IN2：绝缘层；

L1：第一导线；

L2：第二导线；

L3：第三导线；

O270、O290：开口；

P：子画素区；

SL：扫描线；

TH：导电块；

W160、W170、W270、W272、W292：宽度。

具体实施方式

图1A是依照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中驱动电极、压力感测电极以及触控感测电极的一种上视示意图。请参照图1A至图1D，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、多个画素电极140、多个驱动电极150、多个触控感测电极160以及多个压力感测电极170。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。画素电极140配置于第一基板110上。驱动电极150配置于第一基板110上且与画素电极140重叠。触控感测电极160配置于第一基板110以及第二基板120的其中一个上。压力感测电极170配置于第二基板120上，其中压力感测电极170的排列方向平行于触控感测电极160的排列方向。

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间的距离可以改变，从而造成压力感测电极170与驱动电极150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的其中一个，以在触控显示装置100被施加外力时允许第一基板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。触控显示装置100可进一步包括背光模块BL，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BL之间。在显示介质层130采用自发光显示介质材料的实施例时，背光模块BL可被省略。

画素电极140与驱动电极150可依序形成在第一基板110上，使得画素电极140位于驱动电极150与第一基板之间。触控显示装置100可进一步包括绝缘层IN1。绝缘层IN1配置于画素电极140与驱动电极150之间，以使画素电极140与驱动电极150电性绝缘。在另一实施例中，画素电极140与驱动电极150的形成顺序可颠倒，使得驱动电极150位于画素电极140与第一基板110之间。

画素电极140与驱动电极150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画素电极140，以及提供共用电压至驱动电极150。由于压力感测电极170邻近显示介质层130，为避免压力感测电极170影响驱动显示介质层130的电场，在进行显示模式时，可提供固定电压至压力感测电极170。固定电压可包括提供共用电压或接地信号。

驱动电极150除了可以作为显示用的共用电极之外，还可作为触控感测以及压力感测时的驱动电极。在一实施例中，驱动电极150的尺寸可以大于画素电极140的尺寸，使得驱动电极150可以覆盖多个画素电极140，且各驱动电极150与多个画素电极140重叠。

画素电极140与驱动电极150可采用可透光或具有足够透光性的导电材料构成。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。

触控感测电极160以及压力感测电极170可依序形成在第二基板120上，例如触控感测电极160以及压力感测电极170位于第二基板120与显示介质层130之间，且压力感测电极170位于触控感测电极160与驱动电极150之间。触控显示装置100可进一步包括绝缘层IN2。绝缘层IN2配置于触控感测电极160与压力感测电极170之间，以使触控感测电极160与压力感测电极170电性绝缘。在另一实施例中，触控感测电极160与压力感测电极170可分别配置于第二基板120的相对两表面上，例如触控感测电极160可配置于第二基板120的外表面(即第二基板120远离显示介质层130的表面)上，且压力感测电极170可配置于第二基板120的内表面(即第二基板120邻近显示介质层130的表面)上，如图3A所示。如此，可省略绝缘层180。

驱动电极150与触控感测电极160交错设置，且驱动电极150与压力感测电极170交错设置。进一步而言，驱动电极150例如沿第一方向D1排列，且各驱动电极150分别沿第二方向D2沿伸。压力感测电极170例如沿第二方向D2排列，且各压力感测电极170分别沿第一方向D1沿伸。触控感测电极160例如沿第二方向D2排列，且各触控感测电极160分别沿第一方向D1沿伸。第二方向D2与第一方向D1相交，且例如是彼此垂直。

触控感测电极160与压力感测电极170都可采用可透光或具有足够透光性的导电层的导电材料构成。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。

驱动电极150与触控感测电极160可以共同用于触控感测。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150，以及读取各触控感测电极160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150与触控感测电极160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，可浮置画素电极140，并提供固定电压至压力感测电极170。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。所述提供固定电压可包括提供共用电压或接地信号至压力感测电极170。在另一实施例中，也可以浮置压力感测电极170。

驱动电极150与压力感测电极170可以共同用于压力感测。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150，以及读取压力感测电极170的压力感测信号。在使用者按压触控显示装置100时，可以利用压力感测电极170与驱动电极150间的电容变化，来感测可变间距G的变化量以计算施加的压力。

在进行压力感测模式时，可浮置画素电极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，从而有助于维质正常的显示品质。此外，在进行压力感测模式时，还可提供固定电压至触控感测电极160。 所述提供固定电压可包括提供共用电压或接地信号至触控感测电极160。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。或者，也可以浮置触控感测电极160。

请参照图1A，当各压力感测电极170被其中一触控感测电极160覆盖住，例如使各压力感测电极170的宽度W170小于各触控感测电极160的宽度W160，可避免压力感测电极170屏蔽触控感测电极160的电场，使触控显示装置100能够通过边缘电场效应进行触控检测。在本实施例中，压力感测电极170与触控感测电极160示出为一对一的关系，但压力感测电极170的数量可视实际需求而定。举例而言，压力感测电极170的数量可少于触控感测电极160的数量。

驱动电极150可作为触控感测以及压力感测时的驱动电极，并与触控感测电极160以及压力感测电极170进行互容式的触控感测以及电容式的压力感测。触控显示装置100可同时感测触控位置及辨别触控压力，以提供多元化的触控感测操作。

再者，通过将感测电极，如触控感测电极160以及压力感测电极170，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，还可省略额外配置压力感测层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可进一步包括多条导线，以将上述电极连接至对应的控制电路。在本实施例中，触控显示装置100可进一步包括多条第一导线L1、多条第二导线L2、多条第三导线L3以及多个导电块TH。请参照图1B-图1D，各第一导线L1分别与其中一驱动电极150连接。各第二导线L2分别与其中一触控感测电极160连接。第三导线L3与第一导线L1可共同设置在绝缘层IN1上，且各压力感测电极170分别通过其中一导电块TH与对应的第三导线L3连接。如此，可将控制压力感测电极170的控制电路(未示出)与控制驱动电极150的控制电路(未示出)整合在一起。然而，导电块TH的数量及其配置位置或是第一导线L1、第二导线L2以及第三导线L3的布线轨迹、线宽与布线密度可依据不同需求而调整，并不限于图1A至图1D所示出的。第一导线L1、第二导线L2、第三导线L3以及导电块TH可由金属制成，以降低电阻， 或者也可由导电性材料所构成，但不以此为限。

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、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画素电极140，提供触控驱动波形至驱动电极150，读取各压力感测电极170的压力感测信号，以及读取各触控感测电极160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电极170或浮置压力感测电极170，而在进行压力感测模式时，可提供固定电压至触控感测电极160或浮置触控感测电极160。

以下以图2A至图4说明触控显示装置的其他种实施型态，其中相同或相似的元件以相同或相似的附图标记表示，于此不再赘述。图2A是依照本发明的第二实施例的一种触控显示装置的爆炸示意图。在图2A中各元件都仅以平面方式呈现上下堆叠关系，但实际上这些元件各自都具有特定的厚度。图2B是图2A中压力感测电极、画素电极以及黑矩阵的上视示意图。

请参照图2A及图2B，触控显示装置200进一步包括多条扫描线SL、多条数据线DL、多个主动元件AD以及黑矩阵层290。扫描线SL、多条数据线DL以及主动元件AD配置于第一基板110上，其中扫描线SL与数据线DL彼此电性绝缘且交错设置而围出多个子画素区P。画素电极140设置于子画素区P中。各主动元件AD受其中一条扫描线SL的控制而开启或关闭，当开启时，可将其中一条数据线DL上传递的显示驱动波形输入给画素电极140。

黑矩阵层290配置于触控感测电极160与第二基板120之间，用以遮蔽触控显示装置200中不欲被看见的元件，同时可增加触控显示装置200的对比。黑矩阵层290例如包括多条遮光条292。遮光条292可以是分别对应扫描线SL及对应数据线DL设置，以横向、纵向地相互交错而形成多个开口O290。各开口O290暴露各画素电极140的部分区域，且各开口O290适于容 置彩色滤光图案CF，以提供彩色滤光作用。

压力感测电极270可例如为金属网格电极。具体地，各压力感测电极270可包括多条金属条272，其中金属条272的宽度W272小于遮光条292的宽度W292，且金属条272位于遮光条292的面积内。如此，黑矩阵层290可覆盖压力感测电极270，而隐蔽金属条272，进而在不影响可视性的前提下使触控显示装置200同时具备触控及压力感测功能。

金属条272彼此交错而形成多个开口O270。在本实施例中，各开口O270可暴露一个画素电极140。依据压力感测的解析度以及电容需求，各压力感测电极270中开口O270的尺寸、数量以及压力感测电极270的布线轨迹、线宽与布线密度可以调整。此外，各压力感测电极270的宽度W270不大于各触控感测电极160的宽度W160，以避免压力感测电极270屏蔽触控感测电极160的电场，让触控显示装置200能够通过边缘电场效应进行触控检测。

图3A是依照本发明的第三实施例的一种触控显示装置的爆炸示意图。在图3A中各元件都仅以平面方式呈现上下堆叠关系，但实际上这些元件各自都具有特定的厚度。图3B是依照本发明的第三实施例的一种触控显示装置的剖面示意图。图3的触控显示装置300相似于触控显示装置200，在本实施例中，触控感测电极160以及压力感测电极270分别配置于第二基板120的相对两表面上，可省略绝缘层IN2。

图4是依照本发明的第四实施例的一种触控显示装置的爆炸示意图。在图4中各元件都仅以平面方式呈现上下堆叠关系，但实际上这些元件各自都具有特定的厚度。请参照图4，触控显示装置400相似于触控显示装置200，在本实施中，触控感测电极460配置于第一基板110上，且与驱动电极450属同一层。在此架构下，进行显示模式的方法可包括提供显示驱动波形至画素电极140，以及提供共用电压至驱动电极450以及触控感测电极460。即，驱动电极450以及触控感测电极460可共同作为显示用的共用电极。此外，在进行显示模式时，可提供固定电压至压力感测电极270，以避免压力感测电极270影响驱动显示介质层130的电场。所述提供固定电压可包括提供共用电压或接地信号至压力感测电极270。

另外，触控显示装置400可进一步包括多条连接线470。连接线470配置于第一基板110上且电性绝缘于触控感测电极460，且各连接线470沿与 触控感测电极460的排列方向平行的方向串接相邻两驱动电极450。连接线470与驱动电极450(以及触控感测电极460)之间可设置绝缘层(未示出)，且绝缘层可配置有多个开口，以令连接线470通过开口与对应的驱动电极450连接。如此，触控显示装置400可通过互容式的感测方式实现触控感测功能(如感应触控位置)。

再者，压力感测电极270以及驱动电极450于第一基板110上的正投影彼此重叠。如此，触控显示装置400可通过电容式的感测方式实现压力感测的功能。可以了解的是，上述显示模式、触控模式及压力感测模式也可应用在本实施例。例如，在压力感测模式时，可提供驱动波形至驱动电极450，并读取压力感测电极270的感力感测信号，藉此，可计算出所施加的压力。

综上所述，本发明实施例的触控显示装置使用配置于第一基板上的驱动电极作为触控感测以及压力感测时的驱动电极，并且设置触控感测电极以及压力感测电极，以进行互容式的触控感测以及互容式的压力感测。因此，本发明实施例的触控显示装置除了可以感测触控位置之外还可以辨别触控压力，以提供多元化的触控感测操作。此外，通过将至少部分感测电极(如触控感测电极或压力感测电极)内建于触控显示装置中，可有效提升整体的信赖性并有效降低触控显示装置的厚度及制程成本。在一实施例中，利用压力感测电极被触控感测电极覆盖住的设计，可避免位于触控感测电极与驱动电极之间的压力感测电极屏蔽触控感测电极的电场，从而让触控显示装置能够同时或分时进行触控感测与压力感测。

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。