专利名称：触控笔、触控显示系统以及触控显示方法
技术领域：
本发明涉及一种触控显示技术，且特别是涉及一种可反映触控笔触的触控显示技术。
背景技术：
近年来触控面板在市场上刮起旋风，内嵌式触控架构(Touch Panel Integration On Glass)为现行触控显示面板的一种提案，其作法是将光感测器整合于薄膜晶体管阵列上，以获得具有光感测能力的薄膜晶体管液晶显示面板。搭配此触控显示面板的触控笔内置光源，可发出光线。使用触控笔在触控显示面板上进行触控操作时，触控显示面板内的光感测器可检测此光线，借以判读触控位置。然而，现行内嵌式光学触控面板只能利用触控笔的光源达到定位、点选与一般手写的触控动作，针对使用者在书写或绘画时的下笔力道大小，并无有效的回馈机制以反应在笔触的结果。是以，所绘出的线条笔划皆一致，无笔触强弱的变化。
发明内容
本发明提出一种适用于触控显示面板的触控笔，可回馈使用者的书写力道至触控显示面板，以调整显示图像的外观，如线条的宽度或颜色深浅等，提供更多元的触控显示效^ ο此触控笔包括笔身、笔头、感压材料以及发光元件。笔头设置于笔身的一端，用以触碰触控显示面板。感压材料设置于笔身内，用以接受笔头触碰触控显示面板的反馈压力。 感压材料适于在接受反馈压力时变形并产生电性变异。此外，发光元件设置于笔身内，用以发出光线至触控显示面板。发光元件电连接至感压材料，且发光元件的驱动电流响应于该电性变异。例如，发光元件的驱动电流与感压材料的电性变异呈正相关或负相关。本发明另提出应用前述触控笔的一种触控显示系统，其中通过触控笔将使用者的书写力道回馈至触控显示面板，以调整显示图像的外观，如线条的宽度或颜色深浅等，提供更多元的触控显示效果。此触控显示系统包括所述触控显示面板以及所述触控笔。触控显示面板具有感光模块，用以接收触控笔发出的光线。触控笔的笔头适于沿一轨迹触碰触控显示面板，而触控显示面板显示对应于轨迹的图像。由于发光元件的驱动电流响应于电性变异，因此触控笔发出的光线强度随驱动电流的大小而变化，使得感光模块可依据所接收的光线强度变化来调整图像的外观。本发明又提出应用前述触控显示系统的一种触控显示方法，包括通过触控笔触碰触控显示面板的反馈压力使感压材料变形，并且产生电性变异；使电性变异响应于发光元件的驱动电流，以调整光线的强度；以及，依据光线的强度变化调整图像的外观。本发明另提出一种触控显示系统，适于以无线或有线方式将使用者的书写力道回馈至触控显示面板，以调整显示图像的外观，如线条的粗细或颜色深浅等，提供更多元的触控显示效果。此触控显示系统包括触控显示面板、触控笔以及运算装置。触控笔包括笔身、 笔头、感压材料以及无线或有线传输模块。笔头设置于笔身的一端，用以沿一轨迹触碰触控显示面板。触控显示面板适于显示对应于所述轨迹的图像。感压材料设置于笔身内，用以接受笔头触碰触控显示面板的反馈压力，且感压材料适于在接受反馈压力时变形并产生电性变异。无线传输模块电连接到感压材料，用以接收电性变异。运算装置电连接到触控显示装置，适于以无线方式自无线传输模块接收电性变异，并且适于依据所述电性变异来调整图像的外观。本发明提出的适用于触控显示面板的触控笔，可回馈使用者的书写力道至触控显示面板，以调整显示图像的外观，如线条的宽度或颜色深浅等，提供更多元的触控显示效^ O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。
图1示出依照本发明的实施例的一种触控显示系统。
图2A与2B更分别示出图1的触控笔的内部组成以及触控显示系统在不同施力下
图3示出图2A与2B的触控笔的等效电路图。
图4示出适用于图2A与2B的触控显示系统的触控显示方法。
图5A与5B分别示出依照本发明的另一实施例的触控笔的内部组成以及触控显示
的状态。
系统在不同施力下的状态。图6示出图5A与5B的触控笔的等效电路图。图7示出适用于图5A与5B的触控显示系统的触控显示方法,图8示出依照本发明的另一实施例的触控笔的等效电路图。图9示出依照本发明的又一实施例的触控笔的等效电路图。图10示出依照本发明的再一实施例的一种触控显示系统。主要附图标记说明10 触控显示面板110 薄膜晶体管阵列基板112:光感测器200 触控笔210 笔身220 笔头230 感压材料240 发光元件250:电源260 控制模块262 放大分析电路264:驱动电路
402 412、702 710 步骤500 触控笔530 感压材料540 发光元件550 直流电源830 感压材料840:发光元件850 直流电源930:压电材料940 发光元件960:电阻1000 触控笔1090 运算装置1010 笔身1020 笔头1030 感压材料1040:发光元件1050 电源1060 无线传输模块L 光线P 反馈压力S 像素区域
具体实施例方式图1示出依照本发明的一实施例的一种触控显示系统，其包括一触控显示面板10 以及一触控笔200。触控显示面板10采用内嵌式触控架构，其薄膜晶体管阵列基板110上具有感光模块，例如多个光感测器112，分别设置于触控显示面板10的多个像素区域S中。当使用触控笔200在触控显示面板10上进行触控操作时，触控笔200可发出光线 L，而触控显示面板10内的光感测器可检测光线L，借以判读触控位置。图2A与2B更分别示出触控笔200的内部组成以及触控显示系统在不同施力下的状态。图3示出触控笔200的等效电路图。触控笔200包括笔身210、笔头220、感压材料 230、发光元件240、电源250以及控制模块260。笔头220设置于笔身210的一端，用以触碰触控显示面板10。发光元件240例如是发光二极管(light emitting diode，LED)，用以发出光线L至触控显示面板10。光感测器112适于接收光线L，并且由触控显示面板10显示对应于笔头220在触控显示面板10上的轨迹的图像，例如，对应于该轨迹的线条。此外，感压材料230设置于笔身210内，并且承靠于笔头220，用以接受笔头220触碰触控显示面板10的反馈压力P。感压材料230适于在接受反馈压力P时变形，例如被压缩，并产生电性变异。本实施例的感压材料230例如为压阻材料，即当感压材料230受到外力而产生变形时，其阻抗会发生变化。
控制模块260电连接至发光元件240以及感压材料230，例如包括放大分析电路 262以及驱动电路264。当感压材料230受到外力而产生阻抗变化时，控制模块260的放大分析电路262对阻抗变化进行解析，并且由驱动电路264输出相应的驱动电流至发光元件 240。换言之，本实施例的控制模块260可依据阻抗的变化量来调整输出到发光元件240的驱动电流，使得发光元件240的驱动电流响应于感压材料230的阻抗变化，例如，两者可呈正相关或负相关的关系。另一方面，发光元件240发出的光线L的强度会随驱动电流的大小而变化，同时光感测器112可将所接收的光线L的强度变化回传到触控显示面板10，进而将使用者的书写力道回馈至触控显示面板10，以调整显示图像的外观，如线条的宽度或颜色深浅等。基于上述，前述实施例提出的触控显示方法如图4所示首先，如步骤402所示，触控笔触碰触控显示面板而产生反馈压力。接着，如步骤404所示，感压材料因承受反馈压力而变形产生电性变异。然后，如步骤406所示，控制模块接收电性变异，并且如步骤408所示，依据电性变异输出相应的驱动电流至发光元件。接着，如步骤410所示，发光元件依据驱动电流产生相应的发光强度。之后，再如步骤412所示，触控显示面板感测发光强度，并据以调整图像的外观。此处所指的图像外观上的变化，依据不同的触控显示需求，可能为任何视觉上的变化，例如，沿触控轨迹的线条，以代表触控笔在触控显示面板上描绘的笔划， 而所述图像的外观变化便可为线条的宽度变化或线条的颜色深浅变化。实际应用上，以图2A所示的状态为例，当触控笔200施力(反馈压力P)较小时， 感压材料230的变形较小，因此可回传较大的阻抗至控制模块260，再由控制模块260决定较小的驱动电流至发光元件240。此时，发光元件240发出的光线较弱，而触控显示面板10 感应到较弱的光线，会显示宽度较小或颜色较浅的笔划。反之，以图2B所示的状态为例，当触控笔200施力(反馈压力P)较大时，感压材料230的变形较大，因此回传至控制模块260 的阻抗较小。如此，控制模块260可决定较大的驱动电流至发光元件240，使得发光元件240 发出较强的光线，而触控显示面板10感应到较强的光线时，可显示宽度较大或颜色较深的笔划。在本发明的其他实施例中，还可以进一步省略前述实施例的控制模块，而以电路回路的设计来将感压材料的电性变异反馈到发光元件。如此，可进一步简化触控笔的设计， 有助于节省触控笔内部的布局空间以及制作成本。下文提出几种可能的设计方案进行说明。图5A与5B分别示出依照本发明的另一实施例的触控笔500的内部组成以及触控显示系统在不同施力下的状态。图6示出触控笔500的等效电路图。本实施例的触控笔500 与前述实施例的触控笔200的主要差异在于省略了前述触控笔200的控制模块260，并且将感压材料530、发光元件540以及直流电源550串联于同一回路上。感压材料530例如是压阻材料，如此当压阻材料产生阻抗变化时，会使流经发光元件540的驱动电流发生变化，而改变发光元件540的发光强度。此外，本实施例提出的触控显示方法如图7所示首先，如步骤702所示，触控笔触碰触控显示面板而产生反馈压力。接着，如步骤704所示，感压材料因承受反馈压力而变形产生电性变异。然后，如步骤706所示，因电性变异而使流经发光元件的驱动电流产生变化。接着，如步骤708所示，发光元件依据驱动电流产生相应的发光强度。之后，再如步骤710所示，触控显示面板感测发光强度，并据以调整图像的外观。此处所指的图像外观上的变化，依据不同的触控显示需求，可能为任何视觉上的变化，例如，沿触控轨迹的线条，以代表触控笔在触控显示面板上描绘的笔划，而所述图像的外观变化便可为线条的宽度变化或线条的颜色深浅变化。实际应用上，以图5A所示的状态为例，当触控笔500施力(反馈压力P)较小时， 感压材料530的变形较小，产生的阻抗较大，因此在固定电压源550下，使得流经发光元件 540的驱动电流较小。换言之，发光元件540的驱动电流与触控笔500的反馈压力P呈正相关。此时，发光元件540发出的光线较弱，而触控显示面板10感应到较弱的光线，会显示宽度较小或颜色较浅的笔划。反之，以图5B所示的状态为例，当触控笔500施力(反馈压力P)较大时，感压材料530的变形较大，产生的阻抗较小，因此在固定电压源550下，使得流经发光元件540的驱动电流较大。此时，发光元件540可发出较强的光线，而触控显示面板10感应到较强的光线时，可显示宽度较大或颜色较深的笔划。在本发明的另一实施例中，还可以将前述实施例的触控笔500的感压材料530以及发光元件540改为并联的设计。图8示出依照本发明的另一实施例的触控笔的等效电路图。本实施例的触控笔与前述实施例的触控笔500的主要差异在于将感压材料830以及发光元件840相互并联于直流电源850的回路上。感压材料830同样为压阻材料，如此当压阻材料产生阻抗变化时，会使流经发光元件840的驱动电流发生变化，而改变发光元件840 的发光强度。本实施例的触控显示方法与前述实施例类似。在实际应用上，当触控笔施力(反馈压力)较小时，感压材料830的变形较小，产生的阻抗较大，因此在固定电压源850下，使得流经发光元件840的驱动电流较大。换言之，发光元件840的驱动电流与触控笔的反馈压力呈负相关。此时，发光元件840发出的光线较强，而触控显示面板感应到较强的光线，会显示宽度较大或颜色较深的笔划。反之，当触控笔施力(反馈压力)较大时，感压材料830 的变形较大，产生的阻抗较小，因此在固定电压源850下，使得流经发光元件840的驱动电流较小。此时，发光元件840可发出较弱的光线，而触控显示面板感应到较弱的光线时，可显示宽度较小或颜色较浅的笔划。当然，考虑到本实施例的发光元件840的驱动电流与触控笔的反馈压力呈负相关，因此本实施例还可以改变触控显示面板的显示方式，使得触控显示面板感应到较强的光线时，改为显示宽度较小或颜色较浅的笔划，而触控显示面板感应到较弱的光线时，改为显示宽度较大或颜色较深的笔划，以符合使用习惯。即，使用者施加较强的触控力道时，可显示较宽或颜色较深的笔划，反之，使用者施加较弱的触控力道时，可显示较细或颜色较浅的笔划。图9示出依照本发明的又一实施例的触控笔的等效电路图。本实施例的触控笔与前述实施例的触控笔的主要差异在于本实施例的触控笔省略前述实施例的触控笔的直流电源850，并且采用压电材料930来作为感压材料，以通过压电材料930受力变形后的输出电压来作为发光元件940的电压源。压电材料930、发光元件940以及电阻960相互并联。在实际应用上，当触控笔施力(反馈压力)较大时，压电材料930的变形较大，产生的输出电压较大，使得流经发光元件940的驱动电流增加。换言之，发光元件940的驱动电流与触控笔的反馈压力呈正相关。此时，发光元件940发出的光线较强，而触控显示面板
9感应到较强的光线，会显示宽度较大或颜色较深的笔划。反之，当触控笔施力(反馈压力) 较小时，压电材料930的变形较小，产生的输出电压较小，因此流经发光元件940的驱动电流较小。此时，发光元件940发出的光线较弱，而触控显示面板感应到较弱的光线时，可显示宽度较小或颜色较浅的笔划。前述多个实施例通过控制模块或电路回路的设计，将感压材料受到反馈压力所产生的电性变异回馈到触控笔的发光元件的发光强度上，以依据发光强度的变化来调整触控显示面板的显示图像。前述实施例所使用的压阻材料或压电材料的电性变异与压力可为一正相关或负相关，本领域技术人员可依据不同特性来考虑串联或并联的架构设计。然而，在本发明的其他实施例中，也可以选择将感压材料受到反馈压力所产生的电性变异经由可能的传输方式回馈到触控显示面板上，以直接依据电性变异来调整触控显示面板的显示图像。下述实施例用以说明此种设计方案。图10示出依照本发明的再一实施例的一种触控显示系统，包括触控显示面板10、 触控笔1000以及运算装置1090。触控笔1000包括笔身1010、笔头1020、感压材料1030、 发光元件1040、电源1050以及无线传输模块1060。笔头1020设置于笔身1010的一端，用以沿轨迹触碰触控显示面板10。发光元件1040例如是发光二极管，用以发出光线至触控显示面板10。触控显示面板10适于感测发光元件1040发出的光线以显示对应于所述轨迹的图像。感压材料1030设置于笔身1010内，用以接受笔头1020触碰触控显示面板10的反馈压力P，且感压材料1030适于在接受反馈压力P时变形并产生电性变异。在此，感压材料1030例如为压阻材料，即当感压材料1030受到外力而产生变形时，其阻抗会发生变化。 无线传输模块1060电连接到感压材料1030，用以接收电性变异(如阻抗变化)。运算装置 1090适于以无线方式自无线传输模块1060接收电性变异(如阻抗变化)，并且适于依据所述电性变异(如阻抗变化)来调整图像的外观，例如沿着该触控轨迹的线条的宽度或颜色深浅等。换言之，本实施例选择通过无线传输模块1060先将感压材料1030受到反馈压力所产生的电性变异以无线传输方式传输到外部的运算装置1090。运算装置1090可依据所接收到的电性变异来判断使用者施加在触控笔1000上的力道强弱(或称笔触)，并且借以调整触控显示面板10所显示的图像。当然，在本发明的其他实施例中，也可以选择以有线的传输方式，例如通用串行总线(USB，Universal Serial Bus)接口来连接感压材料与运算装置。此外，电源也不限于设置在触控笔内，而可用外部电源来取代。甚至，在部分应用场合下，前述实施例的触控笔 1000的发光元件1040也可以被省略。换言之，本发明的触控笔不限于是内嵌式触控架构的触控光笔，也可为光学反射式触控、外嵌式触控架构的触控笔、电阻式触控笔或电容式触控笔等，而笔头1020可为一高反射率材质或导电材料、塑胶…等。虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定的范围为准。
权利要求
1.一种触控笔，适用于一触控显示面板，该触控笔包括 一笔身；一笔头，设置于该笔身的一端，用以触碰该触控显示面板；一感压材料，设置于该笔身内，用以接受该笔头触碰该触控显示面板的一反馈压力，该感压材料适于在接受该反馈压力时变形并产生一电性变异；以及一发光元件，设置于该笔身内，用以发出一光线至该触控显示面板，该发光元件电连接至该感压材料，且该发光元件的一驱动电流响应于该电性变异。
2.如权利要求1所述的触控笔，其中该感压材料为压阻材料，而该电性变异为阻抗变化。
3.如权利要求2所述的触控笔，其中该压阻材料与该发光元件相互串联于一直流回路上。
4.如权利要求2所述的触控笔，其中该压阻材料与该发光元件相互并联于一直流回路上。
5.如权利要求1所述的触控笔，其中该感压材料为压电材料，而该电性变异为输出电压变化。
6.如权利要求5所述的触控笔，其中该压电材料以及该发光元件相互并联。
7.如权利要求1所述的触控笔，还包括一控制模块，设置于该笔身内，该控制模块电连接至该发光元件以及该感压材料，用以依据该压电材料的该电性变异来调整该发光元件所发出的该光线的强度。
8.如权利要求1所述的触控笔，还包括一直流电源，电连接至该发光元件。
9.一种触控显示系统，包括一触控显示面板，具有一感光模块；以及一触控笔，包括 一笔身；一笔头，设置于该笔身的一端，用以沿一轨迹触碰该触控显示面板； 一感压材料，设置于该笔身内，用以接受该笔头触碰该触控显示面板的一反馈压力，该感压材料适于在接受该反馈压力时变形并产生一电性变异；以及一发光元件，设置于该笔身内，用以发出一光线至该触控显示面板，该感光模块适于接收该光线并且由该触控显示面板显示对应于该轨迹的一图像，该发光元件电连接至该感压材料，且该发光元件的一驱动电流响应于该电性变异，该光线的强度随该驱动电流的大小而变化，且该感光模块适于依据所接收的该光线的强度变化调整该图像的外观。
10.如权利要求9所述的触控显示系统，其中该感压材料为压阻材料，而该电性变异为阻抗变化。
11.如权利要求10所述的触控显示系统，其中该压阻材料与该发光元件相互串联于一直流回路上。
12.如权利要求10所述的触控显示系统，其中该压阻材料与该发光元件相互并联于一直流回路上。
13.如权利要求9所述的触控显示系统，其中该感压材料为压电材料，而该电性变异为输出电压变化。
14.如权利要求13所述的触控显示系统，其中该压电材料以及该发光元件相互并联。
15.如权利要求9所述的触控显示系统，其中该触控笔还包括一控制模块，设置于该笔身内，该控制模块电连接至该发光元件以及该感压材料，用以依据该压电材料的该电性变异来调整该发光元件所发出的该光线的强度。
16.如权利要求9所述的触控显示系统，其中该触控笔还包括一直流电源，电连接至该发光元件。
17.如权利要求9所述的触控显示系统，其中该感光模块包括多个光感测器，分别设置于该触控显示面板的多个像素区域中。
18.如权利要求9所述的触控显示系统，其中该图像包括沿该轨迹的一线条。
19.如权利要求18所述的触控显示系统，其中该感光模块依据所接收的该光线的强度变化所调整该图像的外观包括该线条的宽度或该线条的颜色深浅。
20.一种触控显示方法，适用于一触控显示面板以及一触控笔，该触控笔内置一感压材料，并且适于沿一轨迹触碰该触控显示面板，该触控显示面板适于感测该触控笔发出的一光线，并且显示对应于该轨迹的一图像，该触控显示方法包括通过该触控笔触碰该触控显示面板的一反馈压力使该感压材料变形，并且产生一电性变异；使该电性变异响应于该发光元件的一驱动电流，以调整该光线的强度；以及依据该光线的强度变化调整该图像的外观。
21.如权利要求20所述的触控显示方法，其中该感压材料为压阻材料，该电性变异为阻抗变化，且该压阻材料与该发光元件相互串联于一直流回路上，则使该电性变异耦合于该发光元件的该驱动电流，以调整该光线的强度的方法包括当该反馈压力增加时，该感压材料的阻抗降低，而该驱动电流增加，使得该光线的强度也随之增加；以及当该反馈压力降低时，该感压材料的阻抗增加，而该驱动电流降低，使得该光线的强度也随之降低。
22.如权利要求20所述的触控显示方法，其中该感压材料为压阻材料，该电性变异为阻抗变化，且该压阻材料与该发光元件相互并联于一直流回路上，则使该电性变异耦合于该发光元件的该驱动电流，以调整该光线的强度的方法包括当该反馈压力增加时，该感压材料的阻抗降低，而该驱动电流降低，使得该光线的强度也随之降低；以及当该反馈压力降低时，该感压材料的阻抗增加，而该驱动电流增加，使得该光线的强度也随之增加。
23.如权利要求20所述的触控显示方法，其中该感压材料为压电材料，该电性变异为输出电压变化，且该压电材料以及该发光元件相互并联，则使该电性变异耦合于该发光元件的该驱动电流，以调整该光线的强度的方法包括当该反馈压力增加时，该感压材料的输出电压增加，而该驱动电流增加，使得该光线的强度也随之增加；以及当该反馈压力降低时，该感压材料的输出电压降低，而该驱动电流降低，使得该光线的强度也随之降低。
24.如权利要求20所述的触控显示方法，其中使该电性变异耦合于该发光元件的该驱动电流，以调整该光线的强度的方法包括通过一控制模块接收该电性变异，并且依据该电性变异输出该驱动电流至该发光元件，以调整该光线的强度。
25.如权利要求20所述的触控显示方法，其中该图像包括沿该轨迹的一线条，且依据该光线的强度变化调整该图像的外观的方法包括依据所接收的该光线的强度变化调整该线条的宽度或该线条的颜色深浅。
26.如权利要求25所述的触控显示方法，其中该光线的强度越大，则该线条的宽度越大或该线条的颜色越深；以及该光线的强度越小，则该线条的宽度越小或该线条的颜色越浅。
27.一种触控显示系统，包括一触控显示面板；一触控笔，包括一笔身；一笔头，设置于该笔身的一端，用以沿一轨迹触碰该触控显示面板，该触控显示面板适于显示对应于该轨迹的一图像；一感压材料，设置于该笔身内，用以接受该笔头触碰该触控显示面板的一反馈压力，该感压材料适于在接受该反馈压力时变形并产生一电性变异；以及一传输模块，电连接到该感压材料，用以接收该电性变异；以及一运算装置，电连接到该触控显示装置，适于以无线方式自该无线传输模块接收该电性变异，并且适于依据该电性变异调整该图像的外观。
28.如权利要求27所述的触控显示系统，其中该感压材料为压阻材料，而该电性变异为阻抗变化。
29.如权利要求27所述的触控显示系统，其中该图像包括沿该轨迹的一线条。
30.如权利要求29所述的触控显示系统，其中该感光模块依据所接收的该光线的强度变化所调整该图像的外观包括该线条的宽度或该线条的颜色深浅。
31.如权利要求27所述的触控显示系统，还包括一发光元件，设置于该笔身内，用以发出一光线至该触控显示面板。
32.如权利要求27所述的触控显示系统，其中该传输模块包括无线传输模块或有线传输模块。
全文摘要
本发明公开一种触控笔、触控显示系统以及触控显示方法，该触控笔包括一笔身；一笔头，设置于该笔身的一端，用以触碰该触控显示面板；一感压材料，设置于该笔身内，用以接受该笔头触碰该触控显示面板的一反馈压力，该感压材料适于在接受该反馈压力时变形并产生一电性变异；以及一发光元件，设置于该笔身内，用以发出一光线至该触控显示面板，该发光元件电连接至该感压材料，且该发光元件的一驱动电流响应于该电性变异。该触控笔内部设有的感压材料可感应使用者的书写力道，并将其回馈至触控显示面板，以调整显示图像的外观，如线条的宽度或颜色深浅等，提供更多元的触控显示效果。
文档编号G06F3/033GK102520810SQ20111038768
公开日2012年6月27日 申请日期2011年11月24日 优先权日2011年10月25日
发明者卓恩宗, 张钧杰, 章钧, 郑造时 申请人:友达光电股份有限公司