CN102541333B - 内置型触摸屏 - Google Patents

Abstract

一种内置型触摸屏，包括相对设置的上基板和下基板，以及填充于上基板和下基板之间的液晶层，还包括位于与上基板相对的下基板表面的第一电极层、位于第一电极层上的钝化层；其特征在于，还包括位于钝化层上的第二电极层，所述第二电极层包括：第一子电极阵列和第二子电极阵列，且所述第一子电极阵列与第二子电极阵列交叉排列。本发明的内置型触摸屏不需额外设置感应电极，可以感应触摸屏是否被触摸，触摸屏更加轻薄，并可以准确可靠的判断出被触摸点的位置。

Description

内置型触摸屏

技术领域

本发明涉及液晶显示领域，特别涉及一种内置型触摸屏。

背景技术

触摸屏是现在被广泛应用的一种触摸传感输入装置，当使用者用手指或光笔等触摸显示图标并选择要执行的命令时，触摸屏检测到触摸点并根据所选图标具有的命令来驱动液晶显示器装置，以实现特定的显示。

现有的触摸屏根据其设置在液晶显示器的位置的不同，主要分为外置型和内置型两种。

外置型触摸屏是设置在液晶显示器的面板上表面，因此液晶显示器产品的厚度或尺寸将增大，显示系统会变的很复杂。

内置型触摸屏设置在液晶显示器的面板的内部，可以大大减小液晶显示器产品的厚度。如图1所示，现有的内置型触摸屏是针对TN、VA模式的液晶显示器装置，提供下基板101，与下基板101相对设置有上基板103，在下基板101与上基板103相对的表面分别设置有第一电极105和第二电极107，以及填充于下基板101和上基板103之间的液晶层111。为使液晶显示器具有触摸功能，在上基板103与第二电极107之间还设置有感应层109，所述感应层109中包含有位于第二电极107上的介电层(未图示)、覆盖所述介电层的感应电极(未图示)以及形成在两者之间的电容(未图示)，在手触摸液晶显示器时，触摸点处的电容发生变化，这样输出电流发生变化，输出电压也发生变化，从而可以检查到触摸点的位置，执行相应的命令。

然而，此种内置型触摸屏仅适用于TN、VA模式等上基板中形成有电极的液晶显示器装置，对于IPS、FFS模式等上基板中不存在电极的液晶显示装置，并不适用。

发明内容

本发明的目的是提供一种内置型触摸屏，适用于IPS、FFS模式等上基板中不存在电极的液晶显示装置。

为解决上述问题，本发明提供一种内置型触摸屏，包括：相对设置的上基板和下基板，以及填充于上基板和下基板之间的液晶层；位于与上基板相对的下基板表面的第一电极层；位于第一电极层上的钝化层；其特征在于，还包括位于钝化层上的第二电极层，所述第二电极层包括：第一子电极阵列和第二子电极阵列，且所述第一子电极阵列与第二子电极阵列交叉排列。

可选地，所述第一电极层为像素电极，所述第二电极层为公共电极。

可选地，所述第一子电极阵列为横向阵列；所述第二子电极阵列为纵向阵列。

可选地，每一横向阵列与相邻横向阵列间电隔离，每一横向阵列包括多个第一子电极，且每一横向的第一子电极依次电连接；每一纵向阵列与相邻纵向阵列间电隔离，每一纵向阵列包括多个第二子电极，且每一纵向的第二子电极依次电连接。

可选地，每一横向的第一子电极通过横向桥接结构依次电连接，每一纵向的第一子电极通过纵向桥接结构依次电连接。

可选地，所述横向桥接结构由过孔和填充在过孔内的导电材料以及金属桥组成，所述金属桥与第一子电极和第二子电极位于不同层。

可选地，所述纵向桥接结构由过孔和填充在过孔内的导电材料以及金属桥组成，所述金属桥与第一子电极和第二子电极位于不同层。

可选地，所述填充在过孔内的导电材料与第二电极材料相同。

可选地，所述第一子电极由多个像素单元的第二电极电连接并排列成菱形形成；所述第二子电极由多个像素单元的第二电极电连接并排列成菱形形成；任一第一子电极的一边与第二子电极的一边相邻；任一第二子电极的一边与第一子电极的一边相邻。

可选地，所述下基板包含衬底、位于衬底上的第一金属层、位于第一金属层上的绝缘层、以及位于绝缘层上的第二金属层。

可选地，所述第一金属层包含有栅电极，所述第二金属层包含有源电极和漏电极。

可选地，用第一金属层形成金属桥用于电连接每一横向的第一子电极。

可选地，用第二金属层形成金属桥用于电连接每一纵向的第二子电极。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：本发明的内置型触摸屏不需额外设置感应电极，可以感应触摸屏是否被触摸，触摸屏更加轻薄。并且，由于第二电极层具有交叉排列的第一子电极阵列和第二子电极阵列，所述第一子电极阵列为横向阵列或者纵向阵列，第二子电极阵列为横向阵列或者纵向阵列，依次扫描所述每一横向或者纵向的第一子电极阵列，并依次扫描每一横向或者纵向的第二子电极阵列，综合得出被触摸点的具体位置，更加可靠。

附图说明

图1是现有技术的内置型触摸屏的剖面结构图；

图2是本发明的内置型触摸屏的剖面结构图；

图3是本发明的内置型触摸屏的等效电路图；

图4a和图4b是本发明的内置型触摸屏具体实施例的第二电极层的平面图；

图5是一个像素单元的平面结构图；

图6是图5沿A-A1方向的剖面图；

图7是图5沿B-B1方向的剖面图；

图8是图4a所示的第二电极层E处的放大图；

图9是图8沿C-C1方向的剖面图；

图10是图4b所示的第二电极层F处的放大图；

图11是图10沿D-D1方向的剖面图；

图12是图4a和图4b的等效图示意图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明，但是本发明还可以采用其他不同于在此描述的其它方式来实施，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

正如背景技术部分所述，现有的触摸屏大多为外置型，产品的厚度或尺寸较大，而现有的内置型触摸屏仅适用于TN、VA模式等上基板中形成有电极的液晶显示器装置，目前市场上还没有针对IPS、FFS模式等电极形成在下基板上的液晶显示装置而开发的内置型触摸屏。现有的内置型触摸屏中设置有介电层和感应电极层，当用户通过手指或触控笔触摸到触摸屏时，用户的手指或触控笔与触摸屏的感应电极层之间耦合形成电容，从而导致输出电流和输出电压发生变化，通过检测单元来检测电流和电压发生变化点的位置，就可以相应的检测到触摸点的位置。现有的内置触摸屏技术需要额外设置感应电极，用以感应用户的触摸，设计电路也较复杂。本发明的发明人经研究发现，可以对现有的IPS/FFS等模式液晶显示装置的已有电极进行改进，作为触摸屏的感应电极来感应用户的触摸。

针对上述问题，发明人提供了一种内置型触摸屏技术。图2为本发明的内置型触摸屏的剖面结构图。如图2所示，所述液晶显示装置包括有下基板201、与下基板201相对设置的上基板203、位于与上基板203相对的下基板201表面的第一电极层205、位于第一电极层205上的钝化层207，还包括位于钝化层207上的第二电极层209，所述第二电极层209中间有缝隙并且相互电性连接；以及填充于上基板203和下基板201之间的液晶层211。

所述下基板201中包含衬底(未图示)、位于衬底上的第一金属层(未图示)、位于第一金属层上的绝缘层(未图示)、以及位于绝缘层上的第二金属层(未图示)；

所述第一金属层包括有栅电极；所述第二金属层上包括有源电极、漏电极，所述漏电极和第一电极层205电连接；所述绝缘层用以隔离第一金属层和第二金属层。

所述第一电极层205为像素电极，考虑到液晶显示装置的透过率，在本实施例中，所述第一电极层205采用透明材料，例如氧化铟锡；

所述钝化层207用以隔离所述第一电极层205和第二电极层209，在本实施例中，所述钝化层207采用透明的氮化硅材料，用以提高透过率；

所述第二电极层209为公共电极，在本实施例中，考虑到液晶显示装置的透过率，所述第二电极层209采用透明材料，例如氧化铟锡。

所述第二电极层209用以与第一电极层205之间形成电场，驱动液晶分子(未图示)的运动。其中第一电极层205是透过第二电极层209的缝隙和第二电极层209形成电场。

当用户用手指或触控笔触摸到触摸屏时，用户在触摸点处会与第二电极层209相耦合，产生耦合电容，从而影响该处的输出电压和输出电流。若该处的输出电压或输出电流发生变化，那么表示该点被触摸。

请参考图3，图3是图2所示的等效电路图。在本实施例中，第一电极层(未图示)和第二电极层(未图示)之间形成的电容为C1，用户的触摸点(未图示)与第二电极层之间形成的互电容为C2。电容C1和C2之间存在一个开关K，当用户触摸到触摸屏上的某点时，就等效于该点处的开关K闭合，电容C1和C2组成一个串联电路，输出电压Vout发生变化，从而可以判断触摸屏是否被触摸。

需要说明的是，本发明的内置型触摸屏既适用于互电容模式，也适用于自电容模式。

本发明的内置型触摸屏除了需要判断触摸屏是否被触摸外，还需要确定触摸屏中触摸点的具体位置。

因此，本发明的发明人经过研究后发现，只要将已有的第二电极层进行改进，使所述多个像素单元的第二电极连接在一起形成触摸屏的第一子电极阵列，另外多个像素单元的第二电极连接在一起形成触摸屏的第二子电极阵列，并使所述第一子电极阵列和第二子电极阵列在垂直和平行方向上交叉排列，可以通过第一子电极阵列和第二子电极阵列中输出电压发生变化的行或列，确定出触摸屏中触摸点的具体的X坐标和Y坐标。

请参考图4a和4b，采用掩膜图形化的方法刻蚀整面连续的第二电极层(未图示)，将所述第二电极层划分成交叉排列的第一子电极阵列209X和第二子电极阵列209Y。

所述第一子电极阵列209X为横向阵列；所述第二子电极阵列209Y为纵向阵列。

所述第一子电极阵列209X为横向阵列，每一横向阵列与相邻横向阵列间电隔离，每一横向阵列包括多个第一子电极250，且每一横向的第一子电极250依次电连接；所述每个第一子电极250是多个像素单元的第二电极209电连接在一起形成的。

所述第二子电极阵列209Y为纵向阵列，每一纵向阵列与相邻纵向阵列电隔离，每一纵向阵列包括多个第二子电极230，且每一纵向的第二子电极230依次电连接。所述每个第二子电极230是多个像素单元的第二电极209电连接在一起形成的。

在本实施中，优选所述第一子电极阵列209X为横向阵列，每一横向阵列与相邻横向阵列间电隔离，每一横向阵列包括多个第一子电极250，且每一横向的第一子电极250依次电连接；优选所述第二子电极阵列209Y为纵向阵列，每一纵向阵列与相邻纵向阵列间电隔离，每一纵向阵列包括多个第二子电极230，且每一纵向的第二子电极230依次电连接。

由于从液晶显示装置的整体上看，所述第二电极层是整面连续的。因此，在一个整面连续的第二电极层上刻蚀形成第一子电极阵列209X和第二子电极阵列209Y的过程中，如图4a所示，若刻蚀时保证第一阵列209X中的每一横向的多个第一子电极250间是连续的，那么第二子电极阵列209Y中每一纵向的多个第二子电极230就是断开的，要实现每一纵向的多个第二子电极230间的电连接，就需要额外的设置纵向桥接结构211使每一纵向的多个第二子电极230间电连接；

相反，如图4b所示，若刻蚀时第二子电极阵列209Y每一纵向的多个第二子电极230间是连续的，那么第一子电极阵列209X中的每一横向的多个第一子电极250间就是断开的，要实现每一横向的多个第一子电极250间的电连接，就需要额外的设置横向桥接结构213使每一横向的多个第一子电极250间电连接。

需要说明的是，所述第一子电极250由多个像素单元的第二电极即公共电极组成，且每一第一子电极250是由多个像素单元的第二电极电连接形成的，且所述多个像素单元排列为菱形；所述第二子电极230也由多个像素单元的第二电极即公共电极组成，且每一第二子电极230是由多个像素单元的第二电极电连接且排列为菱形；任一第一子电极250的一边与第二子电极230的一边相邻；任一第二子电极230的一边与第一子电极250的一边相邻。

图5示出了一个像素单元的平面结构图。如图5所示，液晶显示装置主要控制区域(未图示)和显示区域(未图示)两部分组成，其中所述控制区域主要为包含有栅电极(未图示)、源电极(未图示)和漏电极(为图示)的薄膜晶体管(TFT)301、与周边相连的扫描线303(图示中水平方向)、数据线305(图示中垂直方向)。显示区域主要包含有第一电极层307和第二电极层309，第一电极层307为像素电极层，第二电极层309即为公共电极层。其工作原理为，控制区域中的薄膜晶体管301控制显示区域中第一电极层307和第二电极层309的电压大小，通过改变第一电极层307和第二电极层309两端电压的大小，使两电极之间的电场发生变化，改变液晶显示装置的亮度，以实现不同灰阶的显示。

图6为图5沿A-A1方向的剖面图，提供玻璃基板311，所述玻璃基板311表面由下至上依次形成有第一金属层313、绝缘层315、有源层317、第二金属层319、隔离层321、像素电极307、钝化层323和公共电极309。

所述像素单元的具体形成步骤可参考现有液晶显示装置中像素单元的形成工艺，在此不再一一赘述。

需要说明的是，所述第一金属层313包括栅电极(未图示)和扫描线(未图示)；所述第二金属层319包括源电极(未图示)、漏电极(未图示)和数据线(未图示)。

所述栅电极和扫描线电连接；所述像素电极307通过刻蚀孔的方法与第二金属层的漏电极电连接；所述源电极与数据线电连接。

图7为图5沿B-B1方向的剖面图，与图6不同，公共电极层309沿B-B1方向为连续结构，其他结构均与图6相同，在此不再一一赘述。

图8为图4a中E处的放大图。请参考图5，在本实施例中，所述纵向桥接结构400，用以依次电连接Y方向的第二子电极(未图示)。

所述像素单元P和Q为同一纵向但不连续的两个像素单元，所述像素单元P和Q都属于第二子电极(未图示)，即像素单元P和Q的第二电极连接在一起形成第二子电极。由于所述纵向的像素单元P和Q之间还夹杂有另一个像素单元R，而所述像素单元R属于第一子电极(未图示)，因此，所述纵向桥接结构400必须和第二电极不在同一层上，否则像素单元R的第二电极将会和像素单元P和Q的第二电极短路在一起，也即第一子电极将会和第二子电极短路在一起。

图9为图7沿C-C1方向的剖面图，请参考图9，所述纵向桥接结构400包括第一金属层413的金属桥和通过分别在像素单元P和Q内刻蚀形成过孔425、427，所述第二电极在成膜中将会填充在过孔425、427中和第一金属层413的金属桥电连接，从而纵向桥接结构400使像素单元P和Q的第二电极实现电连接并不和第一子电极短路。本实施例中，所述纵向桥接结构400的形成方法，优选为在像素电极P和Q上分别刻蚀过孔425和427，并向下刻蚀直到刻蚀到第一金属层413的金属桥。然后向所述过孔425和427内填充导电材料，形成纵向桥接结构，连接像素单元P、Q，以实现像素单元P、Q的第二电极电连接。

图10为图4b中F处的放大图。请参考图10，在本实施例中，所述横向桥接结构450，用以依次电连接每一横向的第一子电极(未图示)。

所述像素单元S和T为同一横向的相邻但不连续的两个像素单元，所述两个像素单元属于第一子电极(未图示)，既像素单元S和T的第二电极需要连接在一起以形成第一子电极。由于所述横向的像素单元S和T之间还夹杂有像素单元U，所述像素单元U属于第二子电极，因此，需要使用与第二电极位于不同层的金属层的横向桥接结构450将像素单元S和T的第二电极电连接而不和像素单元U的第二电极短路在一起。

图11为图10沿D-D1方向的剖面图，请参考图11，所述横向桥接结构450通过分别在像素单元S和T内刻蚀形成过孔429、431，横向桥接结构450将像素单元S和T通过其他金属层实现电连接。本实施例中，所述横向桥接结构450的形成方法，优选为刻蚀像素单元S和T形成过孔429、431和第二金属层419的金属桥相接触。然后向所述过孔429和431内填充导电材料，连接像素单元S和T的第二电极，以实现像素单元S、T所属的第二子电极间的电连接。

在本实施例中，所述横向桥接结构450由像素单元S、T的过孔425、427以及填充其内部的导电材料，以及位于像素单元U下方的第二金属层419的金属桥组成。需要说明的是，在其他实施例中，当所述第一子电极阵列为横向阵列时，而第二子电极为纵向结构时，所述横向桥接结构450用以电连接每一横向的相邻但不连续的两个第一子电极；当所述第一子电极阵列为纵向阵列时，而第二子电极为横向结构时，所述横向桥接结构450用以电连接每一横向的相邻但不连续的两个第二子电极。

需要说明的是，在其他实施例中，在形成第一子电极阵列和第二子电极阵列时，可以采用纵向桥接结构和横向桥接结构中的任意一种，用以电连接每一横向的第一子电极，或电连接每一纵向的第二子电极。

图12为图4a和图4b的等效图。请参考图12，为方便起见，图12中仅示出了第一子电极阵列209X中的三个横向阵列：209Xi-1，209Xi，209Xi+1，i＝1，2，3，4……；图12中也仅示出了第二子电极阵列209Y中的三个纵向阵列：209Yj-1，209Yj，209Yj+1。其中，j＝1，2，3，4……。所述每一横向阵列和每一纵向阵列分别交叉，形成多个交点。例如，横向阵列209Xi与纵向阵列209Yj相交的交点为点B(x，y)。

在此液晶显示装置中，还设置有检测单元(未图示)，所述检测单元提供各像素单元输出端的参考电压值，检测单元依次扫描各横行和竖列，将检测到的各横行和竖列的实际电压值与参考电压值进行比较，判断是否被触摸。

下面以确定点B是否被触摸，及如何确定点B的坐标(x，y)为例进行具体说明。

当检测单元扫描并检测完横向阵列209Xi-1后，接着对横向阵列209Xi进行扫描，依次检测横向阵列209Xi中各点输出的实际电压值，与检测单元提供的参考电压值相比较。若与参考电压值相同，则表示横向阵列209Xi上不存在被触摸的点；若与参考电压值不相同，那么则表示横向阵列209Xi上存在被触摸的点，可以确定被触摸点的纵坐标y。此时，检测单元正在依次扫描每一纵向阵列，当扫描完并检测完竖列209Yj-1后，所述检测单元接着扫描横向阵列209Xj，并检测横向阵列209Xj中各点输出的实际电压值，若检测到的实际电压值与参考电压值相同，则表示点B未被触摸；若检测到的实际电压值与参考电压值不相同，则表示横向阵列209Xj上存在被触摸的点，并可以确定被触摸点的横坐标x，点B有可能被触摸；综合考虑横向阵列和纵向阵列，若横向阵列209Xi上存在被触摸的点，纵向阵列209Yj上也存在被触摸的点，那么根据被横向阵列209Xi的纵坐标y和纵向阵列209Yj的横坐标x，即可得出被触摸的点B的坐标为(x，y)。

综上所述，本发明的内置型触摸屏，不需要额外设置感应电极，而是对第二电极层进行了改进，使得改进后的第二电极层既可以与第一电极层之间形成电场用以驱动液晶分子的运动；同时，第二电极层可以和用户在触摸点处形成耦合电容，用以判断触摸屏是否被触摸；并且，由于第二电极层具有交叉排列的第一子电极阵列和第二子电极阵列，所述第一子电极阵列为横向阵列，第二子电极阵列为纵向阵列，依次扫描所述每一横向的第一子电极阵列，并依次扫描每一纵向的第二子电极阵列，综合得出被触摸点的具体位置。本发明的内置型触摸屏更加轻薄，更加准确可靠。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改，因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (4)

1.一种内置型触摸屏，包括：

相对设置的上基板和下基板，以及填充于上基板和下基板之间的液晶层；

位于与上基板相对的下基板表面的第一电极层；

位于第一电极层上的钝化层；

其特征在于，还包括位于钝化层上的第二电极层，所述第二电极层包括：第一子电极阵列和第二子电极阵列，且所述第一子电极阵列与第二子电极阵列交叉排列；

所述第一子电极阵列为横向阵列；所述第二子电极阵列为纵向阵列；

每一横向阵列与相邻横向阵列间电隔离，每一横向阵列包括多个第一子电极，且每一横向的第一子电极依次电连接；每一纵向阵列与相邻纵向阵列间电隔离，每一纵向阵列包括多个第二子电极，且每一纵向的第二子电极依次电连接；

所述第一电极层为像素电极，所述第二电极层为公共电极；

所述下基板包含衬底、位于衬底上的第一金属层、位于第一金属层上的绝缘层、以及位于绝缘层上的第二金属层；

所述第一金属层包含有栅电极，所述第二金属层包含有源电极和漏电极；

用第一金属层形成金属桥用于电连接每一横向的第一子电极；

用第二金属层形成金属桥用于电连接每一纵向的第二子电极。

2.如权利要求1所述的内置型触摸屏，其特征在于，每一横向的第一子电极通过横向桥接结构依次电连接，每一纵向的第二子电极通过纵向桥接结构依次电连接；

所述横向桥接结构由过孔和填充在过孔内的导电材料以及用于电连接每一横向的第一子电极的金属桥组成；

所述纵向桥接结构由过孔和填充在过孔内的导电材料以及用于电连接每一纵向的第二子电极的金属桥组成；

所述金属桥与第一子电极和第二子电极位于不同层。

3.如权利要求2所述的内置型触摸屏，其特征在于，所述填充在过孔内的导电材料与第二电极材料相同。

4.如权利要求1所述的内置型触摸屏，其特征在于，所述第一子电极由多个像素单元的第二电极电连接并排列成菱形形成；所述第二子电极由多个像素单元的第二电极电连接并排列成菱形形成；任一第一子电极的一边与第二子电极的一边相邻；任一第二子电极的一边与第一子电极的一边相邻。