触控显示器及感测方法

技术领域

本发明涉及一种电子装置及方法，且特别涉及一种触控显示器及感测方法。

背景技术

现有的触控显示器在进行触控操作时，由于触控显示器需同时进行显示及触控感测，导致触控显示器中的触碰感测器很容易受到噪声影响而判断错误。

发明内容

本发明的触控显示器及感测方法可改善触碰感测器的误判。

本发明的触控显示器包括基板、显示阵列、触碰感测器及控制器。显示阵列，设置于基板上，显示阵列的上层包含有屏蔽金属层。触碰感测器设置于显示阵列的上方。控制器耦接显示阵列及触碰感测器。控制器用以在第一时间区间中，致能显示阵列以进行显示，并由触碰感测器获得第一感测结果。在第二时间区间中，禁能显示阵列，并由触碰感测器获得第二感测结果。依据第一感测结果以及第二感测结果产生触控显示器是否接收到使用者触碰的触碰判断结果。

本发明的感测方法，应用于触控显示器，其中触控显示器包括显示阵列及触碰感测器。显示阵列包含有位于显示阵列上层且位于触碰感测器的下方的屏蔽金属层。感测方法包括在第一时间区间中，致能显示阵列以进行显示，并控制触碰感测器获得第一感测结果；在第二时间区间中，禁能显示阵列，并控制触碰感测器获得第二感测结果；以及依据第一感测结果以及第二感测结果产生触控显示器是否接收到使用者触碰的触碰判断结果。

基于上述，本发明的触控显示器及感测方法可在禁能显示操作的时候进行触碰感测来获得感测信号，以有效排除显示操作时所产生噪声的干扰。

附图说明

图1为本发明实施例一触控显示器的示意图。

图2为图1的触控显示器的操作波型示意图。

图3为本发明实施例一感测方法的流程图。

图4为图1的触控显示器的另一操作波型示意图。

图5为本发明实施例一感测方法的流程图。

图6A为驱动图的显示阵列的其中一种实施例的电路示意图。

图6B为图6A中像素电路的电路图。

图7为驱动图的显示阵列的其中另一种实施例的电路示意图。

图8为用来驱动图6A、7中显示阵列的驱动信号波型示意图。

附图标记说明：

1：触控显示器

10：透明片

11：触碰感测器

12：显示阵列

13：基板

14：控制器

60：驱动电路

60～64：晶体管

70：阵列上栅极电路

71：触控显示驱动电路

120：金属屏蔽层

121：显示单元层

122：电路层

C1：电容

VDD：操作电压

VSS：接地电压

SEM、STX、SVBI：信号

FR1、FR2、FR1’、FR2’：画框时间

T11～T14、T21、T22、T11’～T14’、T21’：时间区间

S30～S32、S50～S55：步骤

EM1～EMn、EMm：激光信号

EMO1～EMOn、EMOm：输出激光信号

PX：像素电路

MUX：多工器电路

具体实施方式

图1为本发明实施例一触控显示器1的示意图。图1中所示出的触控显示器1包含有部分结构的剖面侧视图，以及部分电路的方框示意图，用来概念性的说明触控显示器1整体的结构与连接关系。触控显示器1包括透明片10、触碰感测器11、显示阵列12、基板13及控制器14。就结构上来说，显示阵列12是设置于基板13上。显示阵列12中还包含有屏蔽金属层120、显示单元层121及电路层122，且屏蔽金属层120是设置在整体显示阵列12的上方。进一步，显示阵列12的上方覆盖有透明片10，而触碰感测器11则设置在透明片10的下方。如此一来，显示阵列12及触碰感测器13被设置在基板13及透明片10之间，以显示阵列12设置在基板13上且触碰感测器11设置在透明片10之下的方式而设置，使触碰感测器10邻近于显示阵列12的金属遮蔽层120而设置。

就操作上而言，控制器14耦接于触控感测器11及显示阵列12。显示阵列12可依据控制器14的控制来显示画面。另一方面，触控感测器11还可依据控制器14的控制来针对使用者的触碰进行感测，并将感测结果提供给控制器14。在一些实施例中，在第一时间区间中，控制器14可致能显示阵列12以进行显示，并在显示阵列12进行显示的第一时间区间中，控制触碰感测器11进行感测以获得第一感测结果。进一步，在第一时间之后的第二时间区间中，控制器14可禁能显示阵列12，并在显示阵列12未进行显示的第二时间区间中，控制器14控制触碰感测器11进行感测以获得第二感测结果。在第一时间区间及第二时间区间之后，控制器14可依据第一感测结果以及第二感测结果来产生触控显示器1是否接收到使用者触碰的触碰判断结果。

在一实施例中，透明片10是玻璃片，而设置在透明片10下方的触碰感测器11与屏蔽金属层120之间的距离相当接近。举例来说，碰感测器11与屏蔽金属层120之间的距离可小于5微米。在此情况下，显示阵列12在操作时所产生的噪声会通过空气(即电容C1)耦合至触碰感测器11，使触碰感测器11产生错误的感测结果。虽然在图1中所示出的触碰感测器11是设置在透明片10的下方，但触碰感测器11的各种设置位置应属于本实施例的变化范围内。举例来说，透明片10也可以是可挠式柔性基板，而触碰感测器11是设置在透明片10的上方，而透明片10的厚度亦可导致触碰感测器11被屏蔽金属层120上的噪声所影响即可。

在一些实施例中，为了屏蔽显示阵列12所产生的噪声，设置在显示阵列12上层的屏蔽金属层120可接收具有固定电压电平的参考电压，进而维持触碰感测器11在操作时的信号完整性(signal integrity)。举例来说，屏蔽金属层120可以接收显示单元层121及电路层122的接地电压VSS来做为参考电压，以屏蔽噪声。但在屏蔽金属层120所接收的参考电压是显示单元层121及电路层122所共用的接地电压VSS的情况下，显示阵列12在进行显示时产生的电路扰动反而会使接地电压VSS的固定电压电平产生变动，进而通过电容C1耦合至触碰感测器11。在另一例中，屏蔽金属层120亦低于接地电压VSS的负电压来产生屏蔽效果。更具体来说，在显示阵列12进行显示时，部分发光元件或驱动电路可能会使用到低于接地电压VSS的负电压来进行操作，而屏蔽金属层120亦可接收显示阵列12中显示单元层121及/或电路层122所使用的负电压来进行屏蔽。

在一些实施例中，为了使触控显示器1产生正确的触碰判断结果，触碰感测器11除了在显示阵列12进行显示时会进行感测以获得第一感测结果之外，也会在显示阵列12整体未进行显示时进行感测来获得第二感测结果。而控制器14可由触碰感测器11接收第一感测结果以及该第二感测结果来产生触碰判断结果，以指出触控显示器1是否接收到使用者触碰。具体来说，控制器14可在第一时间区间中，致能显示阵列12以进行显示，并由触碰感测器11获得第一感测结果。并且，控制器14可在第二时间区间中，禁能显示阵列12，并由触碰感测器11获得第二感测结果。如此一来，控制器11即可依据第一感测结果以及第二感测结果来触碰判断结果。

在一些实施例中，触控显示器1可例如是笔记本电脑、网络型电脑、工作站、个人数字助理(personal digital assistant，PDA)、个人电脑(personal computer，PC)、平板电脑、可挠式显示器、穿戴式电子装置、智慧手表等。

在一些实施例中，控制器14可例如是中央处理单元(Central Processing Unit，CPU)，或是其他可程序化的一般用途或特殊用途的微控制单元(Micro Control Unit，MCU)、微处理器(Microprocessor)、数字信号处理器(Digital Signal Processor，DSP)、可程序化控制器、特殊应用集成电路(Application Specific Integrated Circuit，ASIC)、图形处理器(Graphics Processing Unit，GPU)、算数逻辑单元(Arithmetic Logic Unit，ALU)、复杂可程序逻辑装置(Complex Programmable Logic Device，CPLD)、现场可程序化逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array，FPGA)、任何其他种类的集成电路、状态机、基于进阶精简指令集机器(Advanced RISC Machine，ARM)的处理器、或其他类似元件或上述元件的组合。又或者是，控制器14可以是通过硬件描述语言(Hardware DescriptionLanguage,HDL)或是其他任意本领域具通常知识者所熟知的数字电路的设计方式来进行设计，并通过现场可程序逻辑门阵列(Field Programmable Gate Array,FPGA)、复杂可程序逻辑装置(Complex Programmable Logic Device,CPLD)或是特殊应用集成电路(Application-specific Integrated Circuit,ASIC)的方式来实现的硬件电路。

在一些实施例中，显示单元层121可例如是包含可例如包括有机发光二极管(organic light emitting diode，OLED)、次毫米发光二极管(mini LED)、微发光二极管(micro LED)或量子点发光二极管(quantum dot,QD，可例如为QLED、QDLED)，荧光(fluorescence)、磷光(phosphor)或其他适合的材料且其材料可任意排列组合，但不以此为限。

图2为图1的触控显示器1的操作波型示意图。图2示出了垂直空白信号SVBI、触控扫描信号STX以及激光切换信号SEM的波型。垂直空白信号SVBI可定义出画框时间FR1、FR2及垂直空白时间(vertical blanking interval,VBI)区间T11、T13。虽然图1未示出，不过垂直空白信号TVBI是被提供至显示阵列12，使显示阵列12整体可在垂直空白时间区间TVBI不进行显示操作。

更具体来说，画框时间FR1、FR2中可被垂直空白信号SVBI分别区分为垂直空白时间区间T11、T13及显示时间区间T12、T14。在显示时间区间T12、T14中，显示阵列12中的每一列会被控制按序进行显示。进一步，每个显示时间区间之间会被对应的垂直空白时间区间隔开，且显示阵列12整体不会在垂直空白时间区间T11、T13中进行显示。在本实施例中，垂直空白时间区间T11、T13可被用来做为第二时间区间，用以感测并取得第二感测结果，而显示时间区间T12、T14则可被用来做为第一时间区间，用以感测并取得第一感测结果。

触控扫描信号STX包含有多个脉冲，并且被提供至触碰感测器11，使触碰感测器11依据触控扫描信号STX的电压电平进行感测。举例来说，触碰感测器11可例如是自容式感测器，而在触控扫描信号STX为高电压电平时，可控制触碰感测器11进行充电操作，而在触控扫描信号STX为低电压电平时，可控制触碰感测器11进行电荷转移操作，使触碰感测器11在触控扫描信号STX的每次脉冲结束时，可依据电荷转移量来判断感测到的电容值是否有改变，进而产生出对应的感测结果，并将感测结果提供至控制器14。当然，其他驱动触碰感测器11来取得感测结果的方式亦属于变化实施例的范围中，于此不加以限制。

激光切换信号SEM可在每个垂直空白时间区间T11、T13中定义出激光切换时间区间T21、T22。虽然图1未示出，不过激光切换信号SEM是被提供至显示阵列12，使显示阵列12整体在激光切换信号SEM为禁能电压电平(例如是高电压电平)时被禁能而不进行显示，并使显示阵列12整体在激光切换信号SEM为致能电压电平(例如是低电压电平)时被致能而正常进行显示。

如此一来，在垂直空白时间区间T11、T13的激光切换时间区间T21、T22中，控制器14可将禁能电压电平(例如是高电压电平)的激光切换信号SEM提供至显示阵列12，使显示阵列12整体被禁能。在显示阵列12被禁能的同时，控制器14还会同时在触控扫描信号STX中产生一或多个脉冲，因而使触碰感测器11可在垂直空白时间区间T11、T13中进行感测并产生相对应的第二感测结果。

进一步，在显示时间区间T12、T14中，控制器14可将致能电压电平的激光切换信号SEM提供至显示阵列12，使显示阵列12被致能而正常进行显示。同时，由于控制器14控制激光切换信号SEM为致能电压电平(例如是低电压电平)，并且在触控扫描信号STX中产生一或多个脉冲。因此，在显示时间区间T12、T14中，显示阵列12在进行显示的同时，触碰感测器11亦会同时进行感测以产生第一感测结果。

控制器14可依据第二感测结果及第一感测结果来判断出触控显示器1是否接收到使用者触碰的触碰判断结果。在一实施例中，在第二感测结果及第一感测结果皆显示出触控显示器1接收到使用者触碰时，控制器14才会产生出触控显示器1接收到使用者触碰的触碰判断结果。如果只有第一感测结果显示出触控显示器1接收到使用者触碰，但第二感测结果却相反时，控制器14则会产生出触控显示器1未接收到使用者触碰的触碰判断结果。详细而言，由于第一感测结果是在显示阵列12进行显示时所同时进行感测而获得的，因此第一感测结果可能会被显示阵列12的噪声所影响。据此，控制器14可参考在未受到干扰的垂直空白时间区间T11、T13中所获得的第二感测结果，并在第二感测结果及第一感测结果皆显示出触控显示器1接收到使用者触碰时，产生出触控显示器1接收到使用者触碰的触碰判断结果。如此一来，触控显示器1可有效排除触碰感测器11被显示阵列12干扰而产生出判断错误的情况。

图3为本发明实施例一感测方法的流程图。大致而言，上述在图2中关于触控显示器1的操作叙述可归纳为图3的感测方法，并可应用于图1中的触控显示器1。

详细来说，图3所示出的感测方法包括步骤S30～S32。在步骤S30中，在第一时间区间中，显示阵列被致能以进行显示，且触碰感测器被控制来进行感测以获得第一感测结果。也就是说，触控显示器1可通过控制器14控制显示阵列12在进行显示的同时来获得第一感测结果。

在步骤S31中，在第二时间区间中，显示阵列被禁能，且触碰感测器被控制进行感测以获得第二感测结果。也就是说，控制器14可控制触碰感测器11在控制显示阵列12未进行显示的同时来感测并获得第二感测结果。由于第二感测结果是在显示阵列12未进行显示的同时获得的，故第二感测结果可用来作为辅助判断使用者是否触碰的依据。

在步骤S32中，依据第一感测结果以及第二感测结果产生触控显示器是否接收到使用者触碰的触碰判断结果。因此，触控显示器1的控制器14可在第一感测结果及第二感测结果皆显示出触控显示器1皆接收到使用者触碰时，据此产生对应的触碰判断结果。

图4为图1的触控显示器1的另一操作波型示意图。大致来说，图4与图2中所示出的信号是相同的，包含有垂直空白信号SVBI、触控扫描信号STX以及激光切换信号SEM的波型，因此关于这些信号是如何被提供且控制触控显示器1及其内部电路的说明，请参考上方段落中关于图2的相关叙述。

在图4中，垂直空白信号SVBI可定义出画框时间FR1’、FR2’、垂直空白时间区间T11’、T13’及显示时间区间T12’、T14’。在本实施例中，当控制器14判断在画框时间FR1’之前，触控显示器1并未接收到使用者触碰时，控制器14可在垂直空白时间区间T11’中维持激光切换信号SEM在致能电压电平(例如是低电压电平)，并控制触控扫描信号STX在固定的电压电平，且不具有脉冲。因此，触控显示器1在画框时间FR1’只会在显示时间区间T12’进行触碰感测，并取得相对应的第一感测结果。

进一步，当控制器14判断触碰感测器11在显示时间区间T12’提供的第一感测结果显示出触控显示器1接收到使用者触碰时，控制器14才会据此控制激光切换信号SEM在垂直空白时间区间T13’中切换至禁能电压电平(例如是高电压电平)，以区分出激光切换时间区间T21’。此外，在垂直空白时间区间T13’的激光切换时间区间T21’中，控制器14还会控制以在触控扫描信号STX5中产生一或多个脉冲，进而控制触碰感测器11进行感测而获得第二感测结果。如此一来，当控制器14判断触碰感测器11在垂直空白时间区间T13’所感测到的第二感测结果也显示出触控显示器1接收到使用者触碰时，控制器14可据此来产生触控显示器1接收到使用者触碰的触碰判断结果。

图5为本发明实施例一感测方法的流程图。大致而言，上述在图5中关于触控显示器1的操作叙述可归纳为图5的感测方法，并可应用于图1中的触控显示器1。

详细而言，图5中的感测方法包括步骤S50～S55。在步骤S50中，在第一时间区间中，显示阵列被致能以进行显示，且触碰感测器被控制来进行感测以获得第一感测结果。也就是说，触控显示器1可通过控制器14控制显示阵列12在进行显示的同时来获得第一感测结果。

在步骤S51中，判断第一感测结果是否为掌压触碰。详细而言，判断第一感测结果是否为掌压触碰的用意在于判断第一感测结果是否有可能受到噪声干扰。在触控显示器1中，由于屏蔽金属层120是以大面积铺设，故当噪声是通过屏蔽金属层120耦合至触碰感测器11而影响感测结果时，会导致触碰感测器11感测到类似于接收到使用者掌压触碰的感测结果。因此，在本实施例中，感测方法可通过判断第一感测结果是否显示接收到使用者掌压触碰，来衡量是否进一步控制触控显示器1来感测以获得第二感测结果。

当在步骤S51中的判断结果为否的时候，表示触碰感测器11所接收到的第一感测结果并未受到来自屏蔽金属层120的噪声影响，因而感测方法回到步骤S50，以持续进行感测。

当在步骤S51中的判断结果为是的时候，表示触碰感测器11所接收到的第一感测结果受到了来自屏蔽金属层120的噪声影响，因而感测方法进入步骤S52，以控制触控显示器1来感测以获得第二感测结果。

在步骤S52中，在第二时间区间中，显示阵列被禁能，且触碰感测器被控制进行感测以获得第二感测结果。也就是说，控制器14可控制触碰感测器11在控制显示阵列12未进行显示的同时来感测并获得第二感测结果。由于第二感测结果是在显示阵列12未进行显示的同时获得的，故第二感测结果可用来作为辅助判断使用者是否触碰的依据。

在步骤S53中，判断第二感测结果是否为掌压触碰。当第二感测结果也同样显示出触控显示器1接收到使用者掌压时，则感测方法可进入步骤S54，产生出确认触控显示器1接收到使用者掌压触碰的触碰判断结果。若第二感测结果并未显示出触控显示器1接收到使用者掌压时，则感测方法可进入步骤S55，产生出第一感测结果中具有噪声的触碰判断结果。

图6A为驱动图1的显示阵列12的其中一种实施例的电路示意图。大致来说，显示阵列12的俯视图被呈现在图6A中。并且为了方便说明，部分显示阵列12的结构或构件在图6A中被省略。显示阵列12包括多个以阵列形式设置的像素电路PX，而各个激光信号EM1～EMn被提供至显示阵列12中的对应列，使同一列上的像素电路PX可被激光信号EM1～EMn的其中相对应一者所驱动而进行显示。另外，显示阵列12除了被激光信号EM1～EMn驱动之外，激光切换信号SEM也被提供到显示阵列12的所有像素电路PX，使所有的像素电路PX亦可依据激光切换信号SEM来进行显示操作。

图6B为图6A中像素电路PX的电路图。在本实施例中，触控显示器1还包括多工器电路MUX，并设置在每个像素电路PX中。详细来说，像素电路PX包括晶体管61、62、发光二极管D1及驱动电路60。晶体管61、62及发光二极管D1串联连接于操作电压VDD及接第电压VSS之间。驱动电路60耦接晶体管61的栅极，借此接收显示数据来控制流过晶体管61的电流大小，进而调整二极管D1的亮度。晶体管62则接收激光信号的控制以操作在导通或截止，以作为整体像素电路PX的开关。进一步，多工器电路MUX耦接于晶体管62的栅极，用以由接收控制器14所提供的激光切换信号SEM，以选择性地将激光信号EM或禁能信号VGH提供至晶体管62的栅极。

详细来说，由于晶体管62为P型金属氧化物半导体场效晶体管(P-type metaloxide silicon field effect transistor,PMOSFET)，因此晶体管62会被高电压电平截止，并且被低电压电平时导通。进一步，多工器电路MUX包括晶体管63、64。其中晶体管63、64分别为P型与N型晶体管(N-type metal oxide silicon field effect transistor,NMOSFET)。在晶体管63、64的源极共同耦接至晶体管62的栅极，且晶体管63、64的闸汲共同接收激光切换信号SEM的情况下，晶体管63、64可作用为两开关，并依据激光切换信号SEM的控制以将晶体管63漏极接收的激光信号EMm或晶体管64漏极接收的禁能信号VGH的其中一者作为输出激光信号EMO传递至晶体管62的栅极。

当激光切换信号SEM为高电压电平时，多工器电路MUX即可选择禁能信号VGH作为输出激光信号EMO并提供至晶体管62，使像素电路PX中的晶体管62被截止，因而禁能激光切换信号SEM的显示操作。另一方面，当激光切换信号SEM为低电压电平时，多工器电路MUX即可选择激光信号EM作为输出激光信号EMO并提供至晶体管62，使像素电路PX中的晶体管62可依据激光信号EM的控制来进行显示操作。

图7为驱动图1的显示阵列12的其中另一种实施例的电路示意图。大致来说，除了显示阵列12的俯视图被呈现在图7中，且触控显示器1在本实施例中所包含的阵列上栅极电路(gate circuit on array,GOA)70以及触控显示驱动电路(touch display driver ic,TDDI)71也被以方框图的方式表现在图7中，用以呈现阵列12、阵列上栅极电路70及触控显示驱动电路71的连接关系。并且为了方便说明，部分显示阵列12的结构或构件在图7中被省略。

详细而言，阵列上栅极电路70可驱动并提供输出激光信号EMO1～EMOn至显示阵列12的分别列。进一步，触控显示驱动电路71中则可包含多个多工器电路MUX，以依据激光选择信号SEM的控制选择性的将激光信号EM或禁能信号VGH提供至阵列上栅极电路70来进行驱动。如此一来，触控显示器1所需的多工器电路MUX数量即可有效地被减少。

图8为用来驱动图6A、7中显示阵列12的驱动信号波型示意图。图8中示出有触控扫描信号STX、输出激光信号EMO1～EMOn及激光切换信号SEM的波型图。

详细来说，触控扫描信号STX是控制触碰感测器11的驱动信号，每次的脉冲可控制触碰感测器11进行充电及电荷转移操作，进而获得感测结果。输出激光信号EMO1～EMOn分别代表显示阵列12中第一列到第n列的像素电路PX所接收到的激光信号。而激光切换信号SEM则是将显示阵列12中所有的像素电路PX控制在禁能的驱动信号。

如图8所示，当激光切换信号SEM在致能电压电平(例如是低电压电平)时，显示阵列12中的像素电路PX会被输出激光信号EMO1～EMOn依照列顺序驱动。另外，当激光切换信号SEM切换至禁能电压电平(例如是高电压电平)时，则所有的输出激光信号EMO1～EMOn也会相对应的被切换至禁能电压电平(例如是高电压电平)，导致显示阵列12中所有的像素电路PX被禁能而不进行显示。

综上所述，上述实施例中的触控显示器及感测方法可在禁能显示操作的时候进行触碰感测来获得感测信号，以有效排除显示操作时所产生噪声的干扰，导致感测器的误判。