具触控功能的基板、液晶显示器及驱动该基板的操作方法 【技术领域】
本发明涉及触控检测领域，且特别是有关于一种具触控功能的基板、具有触控功能的显示器以及驱动具触控功能的基板的操作方法。
背景技术
随着科技的发展，平面显示器(例如，液晶显示器)因其具有高画质、体积小、重量轻及应用范围广等优点，而被广泛地应用于移动电话、笔记本电脑、桌上型显示装置以及电视等等各种消费性电子产品，并已经逐渐取代传统的阴极射线管显示装置而成为显示装置的主流。
触控装置提供了一种新的人机互动的界面，其在使用上更直觉、更符合人性。而将触控装置与平面显示器整合在一起，使平面显示器具有触控功能，是平面显示器发展的一种趋势。现有具有触控功能的平面显示器一般利用光感测器来检测是否有触控物体(例如，手指或者触控笔)触摸触控装置以及其相应的位置。而平面显示器需要设置与光感测器电性耦接的各种信号传输线，以传输各种信号至光感测器使光感测器进行正常的工作。因此，设置的信号传输线占用了大量的面积，从而使平面显示器开口率的下降，损失了平面显示器的亮度，且增加了电源功率的消耗。
【发明内容】
本发明的一目的在于提供一种具有触控功能的显示器基板，其具有较少的信号传输线并且可降低电源功率的消耗。
本发明的再一目的在于提供一种具有触控功能的平面显示器，可有效减少信号传输线的数目，并可以有效提高开口率。
本发明的另一目的在于提供一种触控装置，其具有较少的信号传输线并且可降低电源功率的消耗。
本发明的又一目的在于提供一种驱动具触控功能的基板的操作方法，其可利用较少的信号传输线提供驱动电压，以控制该光感测器。
本发明提出一种具有触控功能的显示器基板，包括多条栅极线，和至少一触控装置。栅极线和触控装置皆设置于一基板上。触控装置包括至少一读取线、至少一电源线、光感测器以及读取驱动单元。电源线和读取线皆设置于基板上，且读取线与这些栅极线交叉设置。光感测器设置于这些栅极线中的一特定栅极线与一特定读取线的交错处附近，且光感测器包括读取开关以及光敏开关。读取开关包括第一通路端、第二通路端以及第一控制端，其中第二通路端电性耦接至特定读取线，而第一控制端电性耦接至特定栅极线以控制第一通路端是否可与第二通路端电性导通。光敏开关包括第三通路端、第四通路端以及第二控制端，其中第四通路端电性耦接至读取开关的第一通路端，而第二控制端电性耦接至所述电源线之一以控制第三通路端是否可与第四通路端电性导通。光敏开关因照光程度不同而在第二控制端切断第三通路端与第四通路端之间的电性导通路径时，在第三通路端与第四通路端之间产生程度不同的漏电流。读取驱动单元电性耦接至特定读取线以读取光敏开关产生的漏电流。其中，光敏开关的第三通路端电性耦接至所述栅极线中除了特定栅极线以外的一预设栅极线上。
本发明还提出一种具有触控功能的液晶显示器，其包括基板、多条栅极线、多条数据线、多条读取线、多个电源线、多个像素晶体管、多个像素电极、光感测器以及读取驱动单元。栅极线、数据线、读取线及电源线设置在基板上，且数据线与栅极线相互交叉设置从而将该液晶显示器分成多个像素区域。像素晶体管分别设置于这些像素区域内并分别电性耦接于对应的栅极线及数据线，而像素电极分别设置于这些像素区域内，且电性耦接至对应的像素晶体管。光感测器设置于这些像素区域之一内，且包括读取开关及光敏开关。读取开关包括第一通路端、第二通路端以及第一控制端，其中第二通路端电性耦接至这些读取线中的特定读取线，而第一控制端电性耦接至这些栅极线中的特定栅极线以控制第一通路端是否可与第二通路端电性导通。光敏开关包括第三通路端、第四通路端以及第二控制端，其中第四通路端电性耦接至读取开关的第一通路端，而第二控制端电性耦接至所述电源线之一以控制第三通路端是否可与第四通路端电性导通。光敏开关因照光程度不同而在第二控制端切断第三通路端与第四通路端之间的电性导通路径时，在第三通路端与第四通路端之间产生程度不同的漏电流。读取驱动单元电性耦接至特定读取线以读取光敏开关产生的漏电流。其中，光敏开关的第三通路端电性耦接至所述栅极线中除了特定栅极线以外的一预设栅极线上。
在本发明的较佳实施例中，上述的预设栅极线为与特定栅极线相邻的下一条栅极线。
在本发明的较佳实施例中，上述的预设栅极线为与特定栅极线相邻的上一条栅极线。
在本发明的较佳实施例中，上述的光感测器进一步包括第一电容器及第二电容器。其中第一电容器电性耦接于光敏开关地第三通路端及第四通路端之间，而第二电容器电性耦接于光敏开关的第二控制端及第四通路端之间。
在本发明的较佳实施例中，上述的读取驱动单元包括电荷放大器、电容器及开关元件。电荷放大器的第一输入端电性耦接至特定读取线，其第二输入端电性耦接至参考电源，而其输出端根据由第一输入端及第二输入端所得的信号而得到输出电压。电容器电性耦接于电荷放大器的第一输入端与输出端之间，而开关元件电性耦接于电荷放大器的第一输入端与输出端之间。
本发明另提出一种触控装置，其设置于包括多条栅极线的基板上。触控装置包括电源线、光感测器以及读取线。光感测器电性耦接至电源线及这些栅极线中的二特定栅极线，并根据照光的程度不同而产生不同的输出信号。读取线电性耦接至光感测器以输出上述输出信号。光感测器包括读取开关及光敏开关。读取开关电性耦接至二特定栅极线的其中之一以根据其所传送的信号而决定是否导通，而光敏开关电性耦接至二特定栅极线中的另一条及电源线并因照光程度不同而产生程度不同的漏电流。其中，二特定栅极线中的另一条及电源线上的信号相搭配以控制该光敏开关是否操作于关闭状态。
本发明还提出一种像素内光感测器的操作方法，其适用于设置在平面面板中的光感测器。平面面板包括平行设置的多条栅极线，每一所述栅极线用以控制一个以上的像素开关是否开启。光感测器包括光敏开关，且光敏开关根据照光的程度不同而在关闭状态下产生程度不同的漏电流。上述操作方法包括：使光敏开关电性耦接至一电源线以及所述栅极线中的一特定栅极线；以及调整特定栅极线与电源线之间的电压差以保持光敏开关操作于关闭状态。
本发明还提出一种操作方法，用以驱动如权利要求1所述的具有触控功能的基板，该操作方法包括调整该特定栅极线与该电源线之间的电压差以保持该光敏开关操作于某电流量状态下；传送一信号值至该读取信号单元；以及判断该光感测器是否被物体遮蔽。
本发明的触控装置及液晶显示器通过其原有的栅极线分别为光感测器的读取开关及光敏开关提供电压，特别是通过栅极线而为光敏开关的源极提供电压，因此，具有触控功能的液晶显示器在实现触控功能上不需要设置大量的信号传输线以提供各种信号至光感测器，其节省了信号传输线的设置面积，增加了液晶显示器的开口率，提高了液晶显示器的亮度，且减少了所需提供的电源功率。
为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举较佳实施例，并配合所附附图，作详细说明如下。
【附图说明】
为让本发明的上述和其他目的、特征、优点与实施例能更明显易懂，所附附图的说明如下：
图1绘示为本发明一实施例所公开的具有触控功能的平面显示器的的等效电路示意图。
图2绘示为本发明一实施例所公开的光感测器及其读取驱动单元的等效电路示意图。
图3绘示为本发明另一实施例所公开的光感测器及其读取驱动单元的等效电路示意图。
图4绘示为本发明另一实施例所公开的具有触控功能的平面显示器的等效电路示意图。
图5绘示根据本发明一实施例的像素内光感测器的操作方法的流程图。
其中，附图标记
100、200：平面显示器 110：基板
111、211：像素晶体管 112：像素电极
120、180、220：光感测器 121、186、221：读取开关
1211、2211：读取开关的栅极 1212：读取开关的源极
1213：读取开关的漏极 126、226：光敏开关
1261：光敏开关的栅极 1262、1862、2262：光敏开关的源极
1263：光敏开关的漏极 128：第一电容
129：第二电容 130：读取驱动单元
131：电荷放大器 132：电容器
133：开关元件 G(n-1)、Gn、G(n+1)：栅极线
D(n-1)、Dn、D(n+1)：数据线 Vg：电源线
R(n-1)、Rn：读取线 Vout：输出电压
Vr：参考电压
【具体实施方式】
参见图1，其绘示出本发明一实施例所提出的一种具有触控功能的平面显示器的等效电路示意图。在本实施例中，平面显示器100例如是一液晶显示器，包括基板110、与该基板对应设置的另一基板(图未示)以及在两基板间的液晶层(图未示)。平面显示器100包括设置于基板110上的多条栅极线，例如G(n-1)、G(n)及G(n+1)，以及多条数据线，例如D(n-1)、D(n)及D(n+1)。这些栅极线与这些数据线相互交叉设置而将平面显示器100分成多个像素区域，例如，栅极线G(n-1)、G(n)及G(n+1)与数据线D(n-1)、D(n)及D(n+1)相互交叉而构成了4个像素区域。平面显示器100于每个像素区域内分别设置像素晶体管111以及像素电极112，其中像素晶体管111分别电性耦接于与其对应的栅极线及数据线，而像素电极112电性耦接至与其对应的像素晶体管111。平面显示器100通过对应的栅极线将栅极信号传递至像素晶体管111以控制像素晶体管111的开关状态，并于像素晶体管111处于导通时，通过对应的数据线将数据信号通过像素晶体管111而传递至像素电极112上，从而使平面显示器100显示相应的画面。此技术为本领域技术人员所熟知，在此不再赘述。
为了使平面显示器100具有触控功能，平面显示器100进一步包括构成触控装置的光感测器120、电源线Vg以及读取线R(n-1)、R(n)，其均设置于基板110上。其中，在本实施例中，每个像素区域分别设置一光感测器120，且读取线R(n-1)、R(n)分别与栅极线G(n-1)、G(n)及G(n+1)相互交叉。本发明不以此为限制，本领域的技术人员亦可以根据实际需求，在数个相邻的像素区域中，只在某些特定的像素区域中设置光感测器120。请一并参阅图2，其绘示出图1所示的一个像素区域内的光感测器及其读取驱动单元的等效电路示意图。光感测器120包括读取开关121及光敏开关126。较佳地，读取开关121为薄膜晶体管(thin-film transistor，TFT)，例如金属氧化物场效应晶体管(metal-oxide semiconductor field-effect transistor，MOSFET)或其它的各种晶体管。本发明以金属氧化物场效应晶体管为例来介绍本发明，但，本发明并不限定于此。
读取开关121的栅极1211(或称为第一控制端)电性耦接至一条栅极线G(n)以控制读取开关121的开关状态，其漏极1213(或称为第二通路端)电性耦接至一条读取线R(n)，而其源极1212(或称为第一通路端)电性耦接至光敏开关126的漏极1263(或称为第四通路端)。光敏开关126的栅极1261(或称为第二控制端)电性耦接至电源线Vg以控制光敏开关126的开关状态，其源极1262(或称为第三通路端)电性耦接至另一条栅极线，如与栅极线G(n)相邻的下一条栅极线G(n+1)。而读取线R(n)可电性耦接至一读取驱动单元130。其中，光敏开关126因照光程度的不同而于其处于关闭状态时，在其漏极1263与源极1262之间产生程度不同的漏电流。
进一步地，光感测器120可进一步包括第一电容器128及第二电容器129。其中，第一电容器128电性耦接于光敏开关126的漏极1263(或称为第四通路端)及源极1262(或称为第三通路端)之间，而第二电容器129电性耦接于光敏开关126的漏极1263(或称为第四通路端)及栅极1261(或称为第二控制端)之间。其中，第一电容器128及第二电容器129由光敏开关126所产生的漏电流进行充/放电操作。而读取驱动单元130可包括电荷放大器131、电容器132及开关元件133。其中，电荷放大器131的第一输入端电性耦接至读取线R(n)，其第二输入端电性耦接至参考电源Vr，而其输出端用以根据由第一输入端及第二输入端所得的信号而得到一输出电压Vout。电容器132电性耦接于电荷放大器131的第一输入端与输出端之间，而开关元件133与电容器132并联，即其亦电性耦接于电荷放大器131的第一输入端与输出端之间。
本发明实施例所公开的具有触控功能的平面显示器100通过栅极线G(n+1)与电源线Vg而分别为光敏开关126的栅极1261及源极1262提供电压并使其间的电压差Vgs总是小于其临界值(threshold)电压。如此，则光敏开关126可维持在关闭状态下而不影响光敏开关126所产生的漏电流。当开启读取开关121时，即读取开关121处于导通状态时，此时可以将一信号值传递至读取线Rn，在本实施例中，该信号值较佳为光敏开关126产生的漏电流对电容128、129进行充/放电而得的结果，通过导通的读取开关121而传递至读取线Rn，并被读取驱动单元130所读取。读取驱动单元130可根据所读取到的结果(或称为信号值)而判断出光敏开关126是否被物体(例如，手指或者触摸笔)遮蔽，依此即可以判断出光感测器120所处的此像素区域是否被触摸。诸如读取驱动单元130如何判读其读取到的信号等技术已为本技术领域者所知，在此不予赘述。
根据上述，本发明所公开的主要由光感测器120所构成的触控装置，其设置于具有多条栅极线的基板110上，利用平面显示器100原有的栅极线G(n)及G(n+1)为光感测器120提供各种驱动信号，从而将触控装置与平面显示器整合在一起，使平面显示器100具有触控功能。此外，需要指出的是，本发明的主要由光感测器120所构成的触控装置，除了本发明于前述提出的液晶显示器，亦可以应用于例如是：有激发光二极管(organic light emitting device，OLED)、软性显示器(flexible display)等其他类型的平面显示器，只要平面显示器具有多条栅极线都可以使用本发明所提出的光感测器，从而将触控装置与平面显示器整合在一起。
此外，尽管图1所示的本发明实施例所公开的具有触控功能的平面显示器100中，每个像素区域均对应一个光感测器，但是，本领域技术人员可以理解的是，一个光感测器可对应于多个像素区域，例如，于栅极线G(n-1)、G(n)及G(n+1)与数据线D(n-1)、D(n)及D(n+1)相互交叉而构成的4个像素区域内可以只设置一个光感测器。
请参阅图3，其绘示出本发明另一实施例所公开的光敏感测器及其读取驱动单元的等效电路示意图。本实施例的光感测器180与图2所示的光感测器120相似，其不同之处在于本实施例的光感测器180的光敏开关186的源极1862电性连接至与栅极线G(n)相邻的上一条栅极线G(n-1)，通过栅极线G(n-1)为光敏开关186的源极1862提供源极电压。
请参阅图4，其绘示出本发明另一实施例所公开的具有触控功能的平面显示器的等效电路示意图。平面显示器200与图1所示的平面显示器100相同，其不同之处在于平面显示器200的每个像素区域内的光感测器220的读取开关221的栅极2211电性耦接的栅极线为与此像素区域内的像素晶体管211电性耦接的栅极线相邻的另一条栅极线。例如对应于栅极线Gn及数据线Dn的像素区域，其像素晶体管211电性耦接至栅极线Gn，而其光感测器220的读取开关221的栅极2211电性耦接至与栅极线Gn相邻的下一条栅极线G(n+1)，而光敏开关226的源极2262电性耦接至栅极线Gn。
此外，本发明还提供一种像素内光感测器的操作方法，其可用来驱动具有如图1或图4所述的平面显示器。请参阅图5，其绘示出上述操作方法的流程图。上述操作方法包括：调整与一光敏开关电性耦接的一特定栅极线与一电源线之间的电压差以保持上述光敏开关操作于某电流量状态下；传送一信号值至一读取信号单元；以及判断上述光感测器是否被物体遮蔽。
其中，调整与上述光敏开关电性耦接的上述特定栅极线与电源线之间的电压差以保持上述光敏开关操作于某电流量状态下的步骤，通过上述特定栅极线以及上述电源线提供一小于上述光感测器临界值(threshold)电压的电压值。此外，传送该信号值的该读取驱动单元的步骤，包含开启上述光感测器的一读取开关，且上述步骤更进一步包含将上述光敏开关对一电容进行充/放电而得的结果传递至一读取线。判断上述光感测器是否被物体遮蔽的步骤通过充/放电而得的结果的大小判断该光感测器是否被物体遮蔽。
综合上述，本发明使光敏开关电性耦接至电源线以及显示装置的其中一条栅极线上，并通过调整栅极线与电源线之间的电压差以保持光敏开关操作于关闭状态。如此将可省去一些电路的布置，不论在制造成本或开口率上都可以有所改良。
综上所述，本发明所公开的具有触控功能的平面显示器利用光感测器的光敏开关所产生的漏电流的不同而判断此光感测器是否被触控物体触摸以使液晶显示器具有触控功能。且，本发明所公开的平面显示器通过其原有的栅极线作为栅极线，且通过两条相邻的栅极线而分别为光感测器的读取开关及光敏开关提供电压，特别是通过栅极线而为光敏开关的源极提供电压，因此，具有触控功能的平面显示器在实现触控功能上不需要设置大量的信号传输线以提供各种信号至光感测器，其节省了信号传输线的设置面积，增加了平面显示器的开口率，提高了平面显示器的亮度，且减少了相关的电源功率。
当然，本发明还可有其它多种实施例，在不背离本发明精神及其实质的情况下，熟悉本领域的技术人员当可根据本发明作出各种相应的改变和变形，但这些相应的改变和变形都应属于本发明所附的权利要求的保护范围。