CN102914920B - 一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置，在彩膜基板上设置触控感应电极，将TFT阵列基板中整面连接的公共电极层分割成触控驱动电极和公共电极，对触控驱动电极采取分时驱动，实现显示和触控功能，分时驱动能够降低显示和触控的相互干扰，提高画面品质和触控准确性；将触控感应电极与触控驱动电极交叠位置的面积内缩，形成内缩部，以减少两者之间的正对面积，从而降低在两者交叠处形成的感应电容；同时，为了解决由于内缩部的面积减小带来的触控感应电极电阻增大的问题，将触控感应电极与公共电极交叠位置的面积外扩，形成外扩部，以降低触控感应电极的电阻，从而保证整条触控感应电极的电阻满足触摸屏的要求。

Description

一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置。

背景技术

随着显示技术的飞速发展，触摸屏（Touch Screen Panel）已经逐渐遍及人们的生活中。目前，触摸屏按照组成结构可以分为：外挂式触摸屏（Add on ModeTouch Panel）、覆盖表面式触摸屏（On Cell Touch Panel）、以及内嵌式触摸屏（InCell Touch Panel）。其中，外挂式触摸屏是将触摸屏与液晶显示屏（Liquid CrystalDisplay，LCD）分开生产，然后贴合到一起成为具有触摸功能的液晶显示屏，外挂式触摸屏存在制作成本较高、光透过率较低、模组较厚等缺点。而内嵌式触摸屏将触摸屏的触控电极内嵌在液晶显示屏内部，可以减薄模组整体的厚度，又可以大大降低触摸屏的制作成本，受到各大面板厂家青睐。

高级超维场转换技术（Advanced Super Dimension Switch，AD-SDS，简称ADS），其核心技术特性描述为：通过同一平面内狭缝电极边缘所产生的电场以及狭缝电极层与板状电极层间产生的电场形成多维电场，使液晶盒内狭缝电极间、电极正上方所有取向液晶分子都能够产生旋转，从而提高了液晶工作效率并增大了透光效率。高级超维场转换技术可以提高TFT-LCD产品的画面品质，具有高分辨率、高透过率、低功耗、宽视角、高开口率、低色差、无挤压水波纹（Push Mura）等优点。

目前已经有厂家在ADS型的液晶面板上使用In Cell Touch技术，即在ADS型液晶面板中制作两层相互异面相交的条状ITO（Indium Tin Oxides，铟锡金属氧化物）电极，这两层电极分别作为触摸屏的触控驱动电极Tx和触控感应电极Rx，在两条ITO电极的异面相交处形成感应电容。其工作过程为：在对触控驱动电极Tx加载触控扫描信号时，检测触控感应电极Rx通过感应电容耦合出的电压信号，在此过程中，有人体接触触摸屏时，人体电场就会作用在感应电容上，使感应电容的电容值发生变化，进而改变触控感应电极Rx耦合出的电压信号，根据电压信号的变化，就可以确定触点位置。

在上述内嵌式触摸屏的结构中，由于触控感应电极Rx和触控驱动电极Tx设置在液晶面板的盒内，两者的相对距离较小，根据电容C=εS/d的计算公式可知，电容C与两者之间的相对距离d成反比，因此，在两者交叠处就会形成电容值较大的感应电容，人体电场的作用此感应电容上就不会产生明显的变化，这会导致触控感应电极采集到的电压信号变化不明显的问题。为了提高采集到信号的强度，需要尽量降低在触控感应电极RX与触控驱动电极TX之间形成的感应电容，根据上述公式可知，电容C与平行板正对面积S成正比，因此，一般会想到采用尽量减小触控感应电极Rx与触控驱动电极Tx之间的正对面积的方式来降低感应电容。在具体实施时，采用将各条触控感应电极Rx做成网格状结构的方式，虽然能够减少两者的正对面积，但是势必会增加触控感应电极Rx的电阻，具有较大电阻的触控感应电极Rx也会对整个触摸屏带来诸多不良影响。

因此，如何在保证触控驱动电极Tx和触控感应电极Rx的电阻满足触摸屏要求的情况下，尽量降低在触控驱动电极Tx和触控感应电极Rx交叠处形成的感应电容，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。

发明内容

本发明实施例提供了一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置，用以实现在保证触控驱动电极和触控感应电极的电阻满足触摸屏要求的情况下，尽量降低在触控驱动电极和触控感应电极交叠处形成的感应电容。

本发明实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏，包括：彩膜基板，具有公共电极层的薄膜晶体管TFT阵列基板，以及位于所述彩膜基板和所述TFT阵列基板之间的液晶层，所述电容式内嵌触摸屏内形成有呈矩阵排列的多个像素单元；

所述公共电极层被分割成沿像素单元的行方向延伸的触控驱动电极和公共电极，所述触控驱动电极用于分时加载公共电极信号和触控扫描信号；

所述彩膜基板面向所述液晶层的一面具有沿像素单元的列方向延伸的触控感应电极；所述触控感应电极包括与所述触控驱动电极位置交叠的内缩部，以及与所述公共电极位置交叠的外扩部；所述内缩部在像素单元行方向的宽度小于所述外扩部在像素单元行方向的宽度。

本发明实施例提供的一种显示装置，包括本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏。

本发明实施例提供的一种上述电容式内嵌触摸屏的驱动方法，包括：

将触摸屏显示每一帧的时间分成显示时间段和触控时间段；

在显示时间段，对触控驱动电极和公共电极施加公共电极信号，同时，对所述触摸屏中的每条栅极信号线依次施加栅扫描信号，对数据信号线施加灰阶信号，控制液晶分子翻转；

在触控时间段，对触控驱动电极施加触控扫描信号，触控感应电极耦合所述触控扫描信号的电压信号并输出，同时，所述触摸屏中的每条栅极信号线和数据信号线无信号输入。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置，在彩膜基板上设置触控感应电极，将TFT阵列基板中整面连接的公共电极层分割成触控驱动电极和公共电极，对触控驱动电极采取分时驱动，实现触控和显示功能，分时驱动能够降低显示和触控的相互干扰，提高画面品质和触控准确性；将触控感应电极与触控驱动电极交叠位置的面积内缩，形成内缩部，以减少两者之间的正对面积，从而降低在两者交叠处形成的感应电容；同时，为了解决由于内缩部的面积减小带来的触控感应电极电阻增大的问题，将触控感应电极与公共电极交叠位置的面积外扩，形成外扩部，以降低触控感应电极的电阻，从而保证整条触控感应电极的电阻满足触摸屏的要求。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中的触控驱动电极和触控感应电极的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中的触控驱动电极和触控感应电极的平面示意图之一；

图4为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏的驱动时序图；

图5为图3的局部放大图；

图6为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中的触控驱动电极和触控感应电极的平面示意图之二；

图7为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中一个像素单元的结构示意图；

图8为本发明实施例提供的触控感应电极的内缩部与一个像素单元交叠处的结构示意图；

图9为本发明实施例提供的触控感应电极的外扩部与一个像素单元交叠处的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。

附图中各层薄膜的厚度和形状不反映阵列基板和彩膜基板的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

本发明实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏，如图1所示，具体包括：彩膜基板1，具有公共电极层的TFT阵列基板2，以及位于彩膜基板1和TFT阵列基板2之间的液晶层3；电容式内嵌触摸屏内形成有呈矩阵排列的多个像素单元4；

公共电极层被分割成沿像素单元4的行方向延伸的触控驱动电极5和公共电极6，该触控驱动电极5用于分时加载公共电极信号和触控扫描信号；

彩膜基板1面向液晶层3的一面具有沿像素单元4的列方向延伸的触控感应电极7；如图2和图3所示，该触控感应电极7包括与触控驱动电极5位置交叠的内缩部71，以及与公共电极6位置交叠的外扩部72；该内缩部71在像素单元4行方向的宽度小于外扩部72在像素单元4行方向的宽度。

目前，ADS型和超高级超维场（HADS，High Advanced Super DimensionSwitch）型液晶面板的公共电极层通常由整面连接的条状ITO公共电极或板状ITO公共电极组成，在液晶显示模式时，对公共电极层通入恒定电压信号，TFT开关打开，数据线对像素电极通入不同电信号，这样，公共电极和像素电极之间产生电场控制液晶分子旋转。

本发明实施例提供的触摸屏将整面连接的公共电极层图形进行重新设计优化，形成触控驱动电极和公共电极，采用分时驱动触控驱动电极显示和触控功能，即一帧时间内分成显示时刻和触控时刻，在显示时刻对触控驱动电极施加公共电极信号，在触控时刻对触控驱动电极施加触控扫描信号，触控感应电极同时耦合触控扫描信号的电压信号，分时驱动的方式能够降低显示和触控的相互干扰，提高画面品质和触控准确性。

具体地，本发明实施例提供的上述电容式内嵌触摸屏的驱动方法，如图4所示的时序图，具体包括：

首先，将触摸屏显示每一帧的时间分成显示时间段（Display）和触控时间段（Touch）；例如：ADS型触摸屏的显示一帧的时间为16.67ms，选取其中4ms作为触控时间段，其他的12.67ms作为显示时间段，当然也可以根据IC芯片的处理能力适当的调整两者的时长，在此不做具体限定。

在显示时间段（Display），对触控驱动电极Tx和公共电极Vcom施加公共电极信号DC-Vcom，同时，对触摸屏中的每条栅极信号线G1，G2……Gn依次施加栅扫描信号，对数据信号线Data施加灰阶信号，控制液晶分子翻转；这段时间和正常的ADS型液晶面板工作原理无异。

在触控时间段（Touch），对触控驱动电极Tx施加触控扫描信号，触控感应电极Rx耦合触控扫描信号的电压信号并输出，通过手指的触摸，改变触摸点位置两电极之间的感应电容，从而改变末端接收电压信号的大小，实现触控功能。同时，触摸屏中的每条栅极信号线和数据信号线无信号输入，在此时加载在公共电极Vcom的公共电极信号DC-Vcom可不变。

本发明实施例提供的触摸屏为了实现在保证触控驱动电极Tx和触控感应电极Rx的电阻满足触摸屏要求的情况下，尽量降低在触控驱动电极Tx和触控感应电极Rx交叠处形成的感应电容，将设置在彩膜基板上的触控感应电极Rx的图形进行了重新设计。

对于每条触控感应电极Rx：将触控感应电极Rx与触控驱动电极Tx交叠位置的宽度a内缩，形成内缩部，以减少两者之间的正对面积，从而降低在两者交叠处形成的感应电容，例如：如图5所示，在A区域触控感应电极Rx的宽度a从2.5mm缩小到1mm，假如触控驱动电极Tx的宽度为2.5mm，可以算出在两者的交叠处正对面积缩小了2.5倍，这样，将形成的感应电容相应的减少了2.5倍。

但是，将触控感应电极Rx与触控驱动电极Tx交叠位置的宽度a内缩，会带来触控感应电极Rx的电阻增加的问题，因此，为了解决上述问题，我们将触控感应电极Rx与公共电极Vcom交叠位置的宽度b外扩，形成外扩部，以降低触控感应电极的电阻，从而保证整条触控感应电极的电阻满足触摸屏的要求，例如：如图5所示，在B区域触控感应电极Rx的宽度b从2.5mm扩大到4mm，假如公共电极Vcom的宽度也为2.5mm，可以算出触控感应电极Rx的宽度在A区域缩小了1.5mm，在B区域扩大了1.5mm，总体上可以认为触控感应电极Rx的电阻并没有减小。在对触控感应电极Rx的B区域外扩时，应该注意外扩的宽度b也不能过宽，要保证在相邻两个触控感应电极Rx之间具有足够的间隙，能使触控驱动电极Tx的电场信号穿出。

进一步地，为了能够尽量减小触控驱动电极Tx和触控感应电极Rx之间的正对面积，触控驱动电极Tx可以具有与触控感应电极Rx的内缩部位置交叠的凹陷结构，例如：如图6所示，触控驱动电极的宽度c在A区域由2.5mm减小到1mm，这样，触控驱动电极Tx与触控感应电极Rx之间的正对面积就可以由2.5*2.5mm²减少至1*1mm²。

对应地，由于触控驱动电极Tx的宽度在A区域缩小，公共电极Vcom就会具有与触控感应电极Rx的外扩部位置交叠的外凸结构，例如：如图6所示，由于触控驱动电极的宽度c在A区域由2.5mm减小到1mm，对应地，公共电极Vcom的宽度d在B区域就会由2.5mm增加到4mm。比较图5和图6可知，触控感应电极Rx在B区域的面积也有部分增大，能进一步减少触控感应电极Rx的电阻。

此外，由于触控驱动电极Tx的宽度c在A区域缩小，公共电极Vcom的宽度d在B区域扩大，也可以减小每条触控驱动电极Tx的整体面积，如图7所示，由于触控驱动电极Tx会与像素单元中TFT的栅极Gate、源漏极SD之间产生寄生电容，这样也可以减少与每条触控驱动电极Tx对应的TFT数量，从而在整体上减少每条触控驱动电极Tx与TFT的栅极Gate、源漏极SD之间产生寄生电容。

通过测试可知，在未对触控驱动电极Tx和触控感应电极Rx重新设计时，即触控驱动电极Tx和触控感应电极Rx都为传统的条状电极结构，采用传统的ITO工艺（600A，RS=45Ω/□），触控驱动电极Tx的电阻会在5KΩ左右，触控感应电极Rx的电阻会在30KΩ左右，两者交叠处的感应电容为7pF。而通过图6所示的设计，采用传统的ITO工艺（600A，RS=45Ω/□），触控驱动电极Tx的电阻会在10KΩ以内，触控感应电极Rx的电阻会在15KΩ以内，两者交叠处的感应电容在3pF以内，可以看出，触控感应电极Rx的电阻和感应电容的电容值大大减小。

下面对位于TFT阵列基板上的各条触控驱动电极Tx以及位于彩膜基板上的各条触控感应电极Rx具有的具体结构进行详细说明。

一般地，由于触控的电极图形像素大小通常在毫米级，而显示的像素单元通常在微米级，因此，组成公共电极层的每条触控驱动电极Tx和公共电极Vcom一般会覆盖多行像素单元，每条触控感应电极一般会覆盖多列像素单元；当然不排除各电极只覆盖单行或单列像素单元的情况。并且，各触控感应电极Rx之间、以及触控驱动电极Tx和公共电极Vcom之间一般沿着像素单元的间隙分隔。

具体地，根据上述触摸屏具体应用的液晶显示面板的模式，组成公共电极层的每条触控驱动电极Tx和公共电极Vcom与像素单元的开口区域对应的位置可以具有条状透明电极结构或板状透明电极结构。即在ADS模式时组成公共电极层的每条触控驱动电极Tx和公共电极Vcom与像素单元的开口区域对应的区域具有条状电极结构，而像素电极具有板状电极结构；在HADS模式时组成公共电极层的每条触控驱动电极Tx和公共电极Vcon与像素单元的开口区域对应的区域具有板状电极结构，像素电极具有条状电极结构，以满足液晶显示的需求，由于ADS模式和HADS模式的液晶面板的具体结构属于现有技术，在此不在赘述。并且，为了降低TFT阵列基板中其他信号，诸如栅极信号线、数据信号线或像素电极上的电信号对触控驱动电极Tx上传递的电信号的干扰，一般将由各条触控驱动电极Tx和公共电极Vcom组成的公共电极层设置在TFT阵列基板中的像素电极的上方，以尽量减少其他信号对触控驱动电极Tx引起的信号干扰问题。

具体地，在彩膜基板上设置触控感应电极Rx时，为了尽可能的增大触控感应电极Rx和触控驱动电极Tx之间的距离，各条触控感应电极Rx一般位于彩膜基板的衬底与黑矩阵层之间，即在制备彩膜基板时，首先制备触控感应电极Rx图形，然后在触控感应电极Rx上制备黑矩阵层的图形。

具体地，为了不影响触摸屏的正常显示，一般将每条触控感应电极Rx设计成网格状透明电极结构，且与像素单元的开口区域对应的位置无触控感应电极图案，如图8和图9所示，即每条触控感应电极Rx的图形会被其后制作出的黑矩阵图形覆盖。

进一步地，在设计触控感应电极Rx的内缩部的具体图形时，为了尽可能的减少内缩部与触控驱动电极Tx的正对面积，可以在内缩部与像素单元的非开口区域对应的位置部分设置有触控感应电极图案，即对内缩部采用镂空设计，例如：如图8所示，在设计触控感应电极Rx的内缩部的图案时，与组成一个像素单元的RGB亚像素单元4之间的间隙处对应的位置不设计触控感应电极Rx的图形，当然本领域技术人员也可以推知，也可以在与像素单元4之间的间隙处对应的位置设计部分触控感应电极Rx的图形，在具体实施时，可以根据触控屏精度的需要，具体设计触控感应电极Rx的内缩部的图形，在此不做限定。

对应地，在设计触控感应电极Rx的外扩部的具体图形时，不需要考虑减少外扩部与触控驱动电极Tx的正对面积的问题，因此，一般在触控感应电极Rx的外扩部与像素单元的非开口区域对应的位置全部设置有触控感应电极图案，即对外扩部采用全像素设计，例如：如图9所示，在与一个像素单元4的非开口区域对应的位置，都具有触控感应电极Rx的外扩部的图形，当然本领域技术人员也可以推知，在设计外扩部的图形时也可以采用镂空设计，在此不做限定。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的上述电容式内嵌触摸屏，该显示装置的实施可以参见上述电容式内嵌触摸屏的实施例，重复之处不再赘述。

本发明实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置，在彩膜基板上设置触控感应电极，将TFT阵列基板中整面连接的公共电极层分割成触控驱动电极和公共电极，对触控驱动电极采取分时驱动，实现触控和显示功能，分时驱动能够降低显示和触控的相互干扰，提高画面品质和触控准确性；将触控感应电极与触控驱动电极交叠位置的面积内缩，形成内缩部，以减少两者之间的正对面积，从而降低在两者交叠处形成的感应电容；同时，为了解决由于内缩部的面积减小带来的触控感应电极电阻增大的问题，将触控感应电极与公共电极交叠位置的面积外扩，形成外扩部，以降低触控感应电极的电阻，从而保证整条触控感应电极的电阻满足触摸屏的要求。

显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (9)

1.一种电容式内嵌触摸屏，包括：彩膜基板，具有公共电极层的薄膜晶体管TFT阵列基板，以及位于所述彩膜基板和所述TFT阵列基板之间的液晶层，所述电容式内嵌触摸屏内形成有呈矩阵排列的多个像素单元，其特征在于，

所述公共电极层被分割成沿像素单元的行方向延伸的触控驱动电极和公共电极，所述触控驱动电极用于分时加载公共电极信号和触控扫描信号；

所述彩膜基板面向所述液晶层的一面具有沿像素单元的列方向延伸的触控感应电极；所述触控感应电极包括与所述触控驱动电极位置交叠的内缩部，以及与所述公共电极位置交叠的外扩部；所述内缩部在像素单元行方向的宽度小于所述外扩部在像素单元行方向的宽度；

所述触控驱动电极具有与所述内缩部位置交叠的凹陷结构，所述公共电极具有与所述外扩部位置交叠的外凸结构。

2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，每条所述触控驱动电极或公共电极覆盖多行像素单元，每条所述触控感应电极覆盖多列像素单元。

3.如权利要求2所述的触摸屏，其特征在于，每条所述触控驱动电极或所述公共电极与像素单元的开口区域对应的位置具有条状透明电极或板状透明电极结构，且所述触控驱动电极和所述公共电极位于所述TFT阵列基板中的像素电极的上方。

4.如权利要求2所述的触摸屏，其特征在于，每条所述触控感应电极具有网格状透明电极结构，且与像素单元的开口区域对应的位置无触控感应电极图案。

5.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，所述内缩部与像素单元的非开口区域对应的位置部分设置有触控感应电极图案。

6.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，所述外扩部与像素单元的非开口区域对应的位置全部设置有触控感应电极图案。

7.如权利要求1-6任一项所述的触摸屏，其特征在于，各条所述触控感应电极位于所述彩膜基板的衬底与黑矩阵层之间。

8.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的电容式内嵌触摸屏。

9.一种如权利要求1-7任一项所述的电容式内嵌触摸屏的驱动方法，其特征在于，包括：

将触摸屏显示每一帧的时间分成显示时间段和触控时间段；

在显示时间段，对触控驱动电极和公共电极施加公共电极信号，同时，对所述触摸屏中的每条栅极信号线依次施加栅扫描信号，对数据信号线施加灰阶信号，控制液晶分子翻转；

在触控时间段，对触控驱动电极施加触控扫描信号，触控感应电极耦合所述触控扫描信号的电压信号并输出，同时，所述触摸屏中的每条栅极信号线和数据信号线无信号输入。