專利名稱：內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及 一 種觸控顯示裝置，特別涉及 一 種內(nèi)嵌(In-Cell)電容式 (capacitive type)感應(yīng)輸入顯示裝置。
背景技術(shù)：
近年來，觸控面板的應(yīng)用可說是越來越廣泛，其工作原理是當(dāng)手指或觸控筆觸碰 傳感器時，會有類比信號輸出，由控制器將類比信號轉(zhuǎn)換為電腦可以接受的數(shù)字信號后，再 經(jīng)由電腦里的觸控驅(qū)動程序整合各元件編譯，最后由顯示卡輸出屏幕信號，在屏幕上顯示 出所觸碰的位置。 目前開發(fā)的觸控面板種類很多，常見者包括電阻式、電容式、音波式、紅外線式、內(nèi) 嵌式(In-Cell)等觸控面板，其中以內(nèi)嵌式觸控的發(fā)展最受矚目，傳統(tǒng)的電阻式或電容式 等觸控面板都需要額外的面板電路安裝在顯示面板上；而內(nèi)嵌式觸控面板直接將觸控功 能集成到顯示面板內(nèi)，而不再需要額外的面板，故具有重量輕、體積小以及高光學(xué)性能等優(yōu) 點，因此受到相當(dāng)?shù)闹匾暋?目前，大部分的內(nèi)嵌式觸控面板都為光學(xué)式傳感，其經(jīng)由內(nèi)嵌在顯示面板內(nèi)的光 傳感器(Photo sensor)去檢測在面板上的光強(qiáng)度分布來決定觸控位置事件。光傳感器可 以為薄膜晶體管(TFT)傳感器10 (例如由Photo TFT和Readout TFT所組成)或是p-i-n 二極管12，分別如第1圖及第2圖所示的電路示意圖。然而，此類傳感影像的背景會隨著使 用者使用觸控面板的所在位置而改變，使環(huán)境光強(qiáng)度影響到光傳感器的檢測；為克服此問 題，讀出系統(tǒng)需要會動態(tài)自動進(jìn)行回饋與自我校準(zhǔn)的能力，以準(zhǔn)確檢測觸控位置事件，如此 來，系統(tǒng)將變得更加復(fù)雜化，且到目前為止，仍無有效的解決方案。 再者，另一種內(nèi)嵌式觸控面板為電容式傳感，如第3a圖所示，其在液晶顯示面板 上設(shè)置有多個傳感液晶電容(Cslc)14，每個傳感液晶電容14串聯(lián)參考電容(CKrf)16，以利 用液晶的電容變化來檢測觸控事件并找出觸控位置；其中，此傳感液晶電容14的結(jié)構(gòu)請參 閱第3b圖所示，由上而下依次為上透明襯底141、上金屬層142、液晶層143、下金屬層144 及下透明襯底145等，且上金屬層142即為電極層，提供共用電壓源(Vcom)。由于這種電容 式傳感方式與周圍環(huán)境光無關(guān)，所以其讀出系統(tǒng)較上述的光學(xué)式傳感更為簡單。然而，此種 電容式傳感方式卻仍然存在些問題，例如，對大尺寸屏幕而言難以制造，這是因為大尺寸屏 幕的電容式傳感器具有相當(dāng)大的寄生電容；且因大寄生電容的關(guān)系，該電容式傳感器僅有 一般的準(zhǔn)確度，故難以制造高解析度的傳感器。 有鑒于此，本發(fā)明提出一種新的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，以克服上述問題。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的主要目的在于提供一種內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，其利用三個晶體 管配合傳感液晶電容作為高解析度檢測單元，除了可內(nèi)嵌在顯示面板內(nèi)以及具有重量輕、 體積小以及高光學(xué)性能等優(yōu)點之外，還可應(yīng)用于大尺寸觸控面板，并具有優(yōu)良的讀出準(zhǔn)確性以及電路結(jié)構(gòu)更為簡單的讀出單元，以有效解決存在于現(xiàn)有技術(shù)中的缺點。
為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置包括有多個柵極線，并 有多個傳感單元分別連接到柵極線，其中，每個傳感單元包括傳感液晶電容和三個晶體管， 第一晶體管連接到第一柵極線及傳感液晶電容，并在第一柵極線的控制之下對傳感液晶電 容進(jìn)行充電以產(chǎn)生參考電壓；第二晶體管連接到傳感液晶電容的第一電極，且第三晶體管 則連接到第二柵極線與讀出線，使第二晶體管可根據(jù)傳感液晶電容的第一電極的電壓產(chǎn)生 輸出電流到第三晶體管，并且第三晶體管在第二柵極線控制之下將此輸出電流傳送到讀出 線，以供讀出單元接收，進(jìn)而據(jù)此檢測觸控事件并找出觸控位置。 以下結(jié)合附圖來詳細(xì)說明具體實施例，以更容易地了解本發(fā)明的目的、技術(shù)內(nèi)容、 特點及其所達(dá)成的效果。


圖1為公知的薄膜晶體管(TFT)傳感器電路示意圖； 圖2為公知的p-i-n 二極管傳感器電路示意圖； 圖3a為公知的內(nèi)嵌式觸控面板的電容式傳感電路示意圖； 圖3b為公知的傳感液晶電容的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4為本發(fā)明的單傳感電路的電路示意圖； 圖5為本發(fā)明的傳感單元的操作時序圖； 圖6a及第6b圖分別為本發(fā)明在tl期間的傳感電路的電路示意圖及柵極信號波 形圖； 圖7a及第7b圖分別為本發(fā)明在t2期間的傳感電路的電路示意圖及柵極信號波 形圖； 圖8a及第8b圖分別為本發(fā)明在t3期間的傳感電路的電路示意圖及柵極信號波 形圖； 圖9a及第9b圖分別為本發(fā)明在t4期間的傳感電路的電路示意圖及柵極信號波 形圖； 圖10為本發(fā)明在對應(yīng)每個傳感液晶電容位置的透明襯底上設(shè)有突起部的傳感液 晶電容結(jié)構(gòu)示意圖； 圖11為本發(fā)明在對應(yīng)每個傳感液晶電容位置的彩色濾光片上設(shè)有堆疊色阻的液 晶電容結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式
本發(fā)明的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置包括顯示單元，顯示單元包括由多條數(shù)據(jù) 線和柵極線交叉構(gòu)成并呈陣列排列的多個像素，以及設(shè)置于該顯示單元中的多個傳感單 元；其中，每個顯示單元的像素包括像素薄膜晶體管、像素電極、像素電容和儲存電容，而每 個傳感單元則分別電性耦合到讀出線以及至少一個顯示單元的柵極線，以及包括有傳感液 晶電容和三個薄膜晶體管，用于傳感觸控事件。其中，傳感單元的個數(shù)的多寡則視顯示裝置 所要求的傳感解析度而定，總個數(shù)可等于或不等于顯示單元的像素的總個數(shù)，當(dāng)傳感單元 的總個數(shù)設(shè)計等于顯示單元的像素的總個數(shù)時，優(yōu)選地，可對應(yīng)于像素來配置每個傳感單元，以下為便于說明，僅以單傳感單元的實施例來詳細(xì)說明本發(fā)明的技術(shù)特征，并省略顯示 區(qū)的像素結(jié)構(gòu)部分。 如圖4所示，每個傳感單元20設(shè)置在顯示單元的相鄰兩個柵極線(第n-1條及第 n條)之間，如圖中所示的第一柵極線22及第二柵極線24，使每個傳感單元20分別連接第 一柵極線22與第二柵極線24 ;其中，每個傳感單元20包括傳感液晶電容(Cslc)28及三個 薄膜晶體管(TFT)，即第一晶體管(Tl)30、第二晶體管(T2)32、第三晶體管(T3)33，第一晶 體管30的柵極和漏極連接到第一柵極線22，且源極連接到傳感液晶電容28的第一電極， 并在第一柵極線22的控制下對該傳感液晶電容28進(jìn)行充電，以在節(jié)點P產(chǎn)生一個參考電 壓(Vp)，節(jié)點P的電壓基準(zhǔn)即等于傳感液晶電容28的第一電極的電壓基準(zhǔn)，而傳感液晶電 容28的第二電極則連接到第一偏壓源Vbias 1 ;第二晶體管32的柵極分別連接到傳感液 晶電容28的第一電極與第一晶體管30的源極，第二晶體管32的漏極與源極則分別連接到 第三晶體管33的漏極及第二偏壓源Vbias 2 ;且第三晶體管33的柵極和源極分別連接到 第二柵極線24及讀出線26，使第二晶體管32與第三晶體管33根據(jù)該參考電壓Vp的電壓 變化(即該傳感液晶電容28的第一電極的電壓變化)來控制第二晶體管32的開關(guān)程度， 并經(jīng)由第二偏壓源Vbias 2產(chǎn)生輸出電流到第三晶體管33，最后傳輸?shù)阶x出線26 ;也就是 說，該感光單元20的操作原理利用當(dāng)操作者觸壓面板時使得傳感液晶電容28的電容值產(chǎn) 生變化，使得參考電壓Vp產(chǎn)生變化，進(jìn)而將輸出電流21通過第二晶體管32對應(yīng)轉(zhuǎn)換出到 第三晶體管33，此第三晶體管33在第二柵極線22的控制下將該輸出電流21傳輸?shù)阶x出線 26，進(jìn)而將輸出電流21傳送到讀出單元(圖中未示)，讀出單元則根據(jù)該輸出電流21的變 化，檢測及判斷出觸控位置。第一偏壓源Vbias l與第二偏壓源Vbias 2可以耦合到相同 電壓源或不同電壓源，優(yōu)選地，第一偏壓源Vbias l與第二偏壓源Vbias 2可以耦合到顯示 單元的共用電壓源Vcom。 請同時參考圖5，其為整個傳感單元的操作時序圖，由圖中可知，整個周期包括有 4個期間，tl、 t2、 t3及t4，在每一個期間，配合柵極線22、24的信號可驅(qū)動傳感單元20的 三個晶體管30、32、33的狀態(tài)，如下列所示
在tl期間，第一晶體管為打開，第三晶體管為關(guān)閉
在t2期間，第一晶體管為關(guān)閉，第三晶體管為關(guān)閉
在t3期間，第一晶體管為關(guān)閉，第三晶體管為打開；以及
在t4期間，第一晶體管為關(guān)閉，第三晶體管為關(guān)閉。
為了更了解本發(fā)明的詳細(xì)操作過程，以下根據(jù)每個期間來進(jìn)行說明。
如圖6a及圖6b所示，在tl期間，第一柵極線(N_l) 22及第二柵極線(N) 24分別 變成高電壓Vgh及低電壓Vgl，使第一晶體管30打開，第三晶體管33關(guān)閉，此時，第一柵極 線(N-l) 22的高電壓Vgh通過第一晶體管30對傳感液晶電容28進(jìn)行充電，以在節(jié)點P產(chǎn) 生一個參考電壓Vp。 如圖7a及圖7b所示，在t2期間，第一柵極線(N_l)22的電壓快速由高電壓變成 低電壓Vgl，且第二柵極線(N)24的電壓仍保持低電壓Vgl，此時，第一柵極線(N-l)22的電 壓快速由高電壓Vgh變?yōu)榈碗妷篤gl (如圖7b所示)，由于耦合效應(yīng)，使傳感液晶電容28 的第一電極端產(chǎn)生電壓變化量來控制第二晶體管32的開關(guān)而產(chǎn)生輸出電流到第三晶體管 33 ;也就是參考電壓Vp會下降而產(chǎn)生一個電壓變化量AVp，其可表示為式(1)所示
<formula>formula see original document page 7</formula> 其中，Cslc為傳感液晶電容28，Cgs為第一晶體管30的柵極源極電容；另外，當(dāng)觸 碰面板產(chǎn)生觸控事件時，例如當(dāng)使用者在面板上按壓到對應(yīng)的傳感單元時，該傳感液晶電 容28將產(chǎn)生變化，也就是Cslc的值將改變，此時根據(jù)式(1)可知，AVp的值將隨之改變； 換而言之，當(dāng)傳感液晶電容的電容值改變時，電壓變化量AVp也會改變，并因此改變第二 晶體管32的開啟程度，進(jìn)而改變流向第三晶體管的輸出電流21的大小。
如圖8a及圖8b所示，在t2期間之后，在t3期間，第二柵極線(N) 24的電壓轉(zhuǎn)換 為高電壓Vgh，使第三晶體管33打開，此時第二晶體管32及第三晶體管33均打開，輸出電 流21經(jīng)由第三晶體管33的控制傳輸?shù)阶x出線26，并通過讀出單元檢測決定出該觸控事件。 由上述可知，第二晶體管32和第三晶體管33的組合設(shè)計，可視為電容電流轉(zhuǎn)換器，將參考 電壓Vp的變化轉(zhuǎn)換為輸出電流變化，以經(jīng)由第三晶體管33向讀出線26輸出該輸出電流。
最后，如圖9a及圖9b所示，在t4期間，第一柵極線(N_l) 22及第二柵極線(N) 24 的電壓均變成低電壓Vgl，此時第一晶體管30及第三晶體管33關(guān)閉，直到下一個讀出操作 開始。 為了使本發(fā)明更加最佳化，感應(yīng)更加精確，在陣列(array)設(shè)計時，參考式(1)所 示，可將第一晶體管(Tl)的柵極源極電容(Cgs)的值設(shè)計成略大于或等于該傳感液晶電容 (Cslc)的值。除此之外，也可在晶元(Cell)設(shè)計階段，傳感液晶電容的液晶間隙因觸碰造 成的變化量與液晶間隙的比值，以形成較小的感應(yīng)液晶電容的液晶間隙；如圖10所示為本 發(fā)明的傳感液晶電容28結(jié)構(gòu)的實施方式，其包括第一透明襯底34與其上的彩色濾光片36 及導(dǎo)電電極層38，以及第二透明襯底40與其上的導(dǎo)電電極層42，且第二襯底40由TFT襯 底組成，在對應(yīng)于每個傳感液晶電容位置的第一透明襯底34上并且在彩色濾光片36和導(dǎo) 電電極層38之間還設(shè)有突起部44，使傳感液晶電容(Cslc)28的液晶間隙由原本的d變小 為S。除了直接設(shè)計為上述的突起部44的設(shè)計外，也可在對應(yīng)于每個傳感液晶電容位置的 彩色濾光片32上直接設(shè)有堆疊色阻，如圖11所示的第一色阻46及第二色阻48，經(jīng)由此堆 疊的第一色阻46及第二色阻48的作用，使此傳感液晶電容(Cslc)的液晶間隙由原來的d 減小為S，例如S《1. 5微米。如此，在每個傳感液晶電容處就可以形成較小的液晶間隙，并 通過此小液晶間隙來控制傳感液晶電容的電容改變，使前述的傳感單元易于檢測到它的觸 控事件發(fā)生與否。 本發(fā)明所提出的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置除了可內(nèi)嵌在顯示面板內(nèi)以及具 有重量輕、體積小以及高光學(xué)性能等優(yōu)點之外，還可應(yīng)用于大尺寸觸控面板，并具有優(yōu)良的 讀出準(zhǔn)確性以及更為簡單的讀出單元電路結(jié)構(gòu)，故可以有效解決存在于現(xiàn)有技術(shù)中的那些 缺點。此外，再配合突起部的設(shè)計，更可準(zhǔn)確地檢測觸控事件的發(fā)生。 以上所述的實施例僅為了說明本發(fā)明的技術(shù)思想及特點，其目的在于使本領(lǐng)域的 技術(shù)人員能夠了解本發(fā)明的內(nèi)容并進(jìn)行實施，其并非旨在限制權(quán)利要求書，并且根據(jù)本發(fā) 明所公開的精神所作的等效變化與修改都應(yīng)該包括在本發(fā)明的權(quán)利要求書中。
權(quán)利要求
一種內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，包括第一柵極線和第二柵極線；以及傳感單元，其包括至少一個傳感液晶電容；第一晶體管，分別連接到所述第一柵極線以及所述傳感液晶電容，其中所述第一晶體管在所述第一柵極線的控制之下對所述傳感液晶電容進(jìn)行充電；以及至少兩個耦合的第二晶體管及第三晶體管，所述第二晶體管連接到所述傳感液晶電容的第一電極，并且所述第三晶體管連接到所述第二柵極線和讀出線，所述第二晶體管根據(jù)所述傳感液晶電容的所述第一電極的電壓來產(chǎn)生流向所述第三晶體管的輸出電流，并且所述第三晶體管在所述第二柵極線的控制之下將所述輸出電流傳輸?shù)剿鲎x出線。
2. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，還包括讀出單元，其連接到所 述讀出線，以便接收所述輸出電流，并且根據(jù)所述輸出電流來檢測觸控事件并且找出觸控 位置。
3. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，其中所述第一晶體管的柵極及 漏極連接到所述第一柵極線，并且所述第一晶體管的源極連接到所述傳感液晶電容的所述 第一電極和第二晶體管的柵極。
4. 如權(quán)利要求3所述的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，其中所述傳感液晶電容的第二 電極連接到第一偏壓源，并且所述第二晶體管的源極連接到第二偏壓源。
5. 如權(quán)利要求4所述的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，其中所述第一偏壓源與所述第 二偏壓源一起連接到共用電壓源。
6. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，其中所述第二晶體管的柵極連 接到所述傳感液晶電容的所述第一電極和所述第一晶體管的源極，并且所述第二晶體管的 漏極連接到所述第三晶體管的漏極。
7. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，其中所述第三晶體管的柵極連 接到所述第二柵極線，并且所述第三晶體管的漏極連接到所述第二晶體管的漏極，并且所 述第三晶體管的源極連接到所述讀出線。
8. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，其中所述傳感單元的驅(qū)動方式 包括在第一期間，所述第一柵極線及所述第二柵極線分別變成高電壓及低電壓，使所述第 一晶體管打開，所述第三晶體管關(guān)閉，以便通過所述第一晶體管對所述傳感液晶電容進(jìn)行 充電；在第二期間，所述第一柵極線快速地從高電壓變成低電壓，并且所述第二柵極線的電 壓仍保持低電壓，使所述傳感液晶電容的所述第一電極端產(chǎn)生電壓變化量，以控制所述第 二晶體管的開關(guān)，以便產(chǎn)生所述輸出電流到所述第三晶體管；在第三期間，所述第二柵極線轉(zhuǎn)為高電壓，使所述第三晶體管打開，所述輸出電流經(jīng)由 所述第三晶體管輸出到所述讀出線；以及在第四期間，所述第一柵極線以及所述第二柵極線均變成低電壓，此時所述第一晶體 管以及所述第三晶體管關(guān)閉。
9. 如權(quán)利要求1所述的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，其中在對應(yīng)于所述傳感液晶電容位置的彩色濾光片上還設(shè)有突起部，使所述傳感液晶電容的液晶間隙小于所述突起部以 外的兩個電極層的液晶間隙。
10.如權(quán)利要求9所述的內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，其中所述突起部是由至少兩個色阻堆疊而成的。
全文摘要
本發(fā)明公開了一種內(nèi)嵌電容式感應(yīng)輸入顯示裝置，其利用由三個晶體管及傳感液晶電容所組成的傳感單元來檢測觸控事件；其中，第一晶體管連接到第一柵極線以及傳感液晶電容，并且在第一柵極線的控制之下對傳感液晶電容進(jìn)行充電；以及作為電容電流轉(zhuǎn)換器的第二晶體管和第三晶體管，第二晶體管根據(jù)傳感液晶電容的第一電極的電壓產(chǎn)生輸出電流，并且第三晶體管在第二柵極線的控制之下將輸出電流經(jīng)由讀出線傳送到讀出單元，以確定觸控事件與位置。這樣，即可利用結(jié)構(gòu)簡單的讀出電路，達(dá)到優(yōu)良的讀出準(zhǔn)確性，還可廣泛應(yīng)用于各種尺寸的觸控面板。
文檔編號G06F3/044GK101726890SQ200810174960
公開日2010年6月9日 申請日期2008年10月28日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月28日
發(fā)明者施博盛, 楊界雄, 陳柏仰 申請人:瀚宇彩晶股份有限公司