CN103049156B - 一种电容式内嵌触摸屏及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种电容式内嵌触摸屏及显示装置，将TFT阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割形成触控感应电极和触控驱动电极，对触控驱动电极和触控感应电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。由于是对TFT阵列基板的公共电极层结构进行变更以实现触控功能，因此，在现有的制备工艺上不需要增加额外的工艺即可制成触摸屏，节省了生产成本。并且，在数据信号线上方设置第一金属驱动电极和/或第一金属感应电极，避免数据信号线上加载的信号通过分割间隙传递到TFT阵列基板上方的水平电场，影响液晶的正常显示，而位于数据信号线上方的彩膜基板的黑矩阵过细，不能遮挡这部分非正常显示的液晶，由此造成的触摸屏显示异常的问题。

Description

一种电容式内嵌触摸屏及显示装置
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及显示装置。
背景技术
随着显示技术的飞速发展，触摸屏(TouchScreenPanel)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(AddonModeTouchPanel)、覆盖表面式触摸屏(OnCellTouchPanel)、以及内嵌式触摸屏(InCellTouchPanel)。其中，外挂式触摸屏是将触摸屏与液晶显示屏(LiquidCrystalDisplay，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。
目前，现有的电容式内嵌(InCell)触摸屏是在现有的TFT(ThinFilmTransistor，薄膜场效应晶体管)阵列基板上直接另外增加触控扫描线和触控感应线实现的，即在TFT阵列基板的表面制作两层相互异面相交的透明导电电极，一般为条状ITO电极，这两层ITO(IndiumTinOxides，铟锡金属氧化物)电极分别作为触摸屏的触控驱动线和触控感应线，在两条ITO电极的异面相交处形成感应电容。其工作过程为：在对作为触控驱动线的ITO电极加载触控驱动信号时，检测触控感应线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，进而改变触控感应线耦合出的电压信号，根据电压信号的变化，就可以确定触点位置。
上述电容式内嵌触摸屏的结构设计，需要在现有的TFT阵列基板上增加新的膜层，导致在制作TFT阵列基板时需要增加新的工艺，使生产成本增加，不利于提高生产效率。
发明内容
本发明实施例提供了一种电容式内嵌触摸屏及显示装置，用以实现成本较低、生产效率较高的电容式内嵌触摸屏。
本发明实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏，包括具有数据信号线和公共电极层的TFT阵列基板，所述公共电极层位于所述数据信号线的上方，在所述TFT阵列基板内设有呈矩阵排列的多个像素单元，
所述公共电极层包括相互绝缘的触控感应电极和触控驱动电极，且所述触控感应电极与所述触控驱动电极之间的分割间隙与相邻行和相邻列的像素单元之间的间隙相对；在显示时间段，对所述触控驱动电极和所述触控感应电极施加公共电极信号；在触控时间段，对所述触控驱动电极施加触控扫描信号，所述触控感应电极用于耦合所述触控扫描信号的电压信号并输出；
所述TFT阵列基板具有位于所述数据信号线上方，且位于相邻列的像素单元之间的第一金属驱动电极和/或第一金属感应电极；所述第一金属驱动电极与对应的所述触控驱动电极电性相连，所述第一金属感应电极与对应的所述触控感应电极电性相连。
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及显示装置，将TFT阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘的触控感应电极和触控感应电极，触控感应电极与触控驱动电极之间的分割间隙与相邻行和相邻列的像素单元之间的间隙相对，对触控驱动电极和触控感应电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。由于本发明实施例提供的触摸屏是对TFT阵列基板的公共电极层结构进行变更以实现触控功能，因此，在现有的TFT阵列基板制备工艺的基础上，不需要增加额外的工艺即可制成触摸屏，节省了生产成本，提高了生产效率。并且，由于采用分时驱动触控和显示功能，也能够降低相互干扰，提高画面品质。
进一步地，在本发明实施例提供的触摸屏中，在数据信号线的上方且位于相邻列像素单元之间设置了第一金属驱动电极和/或第一金属感应电极，该第一金属驱动电极和第一金属感应电极能遮挡触控感应电极和触控驱动电极之间位于数据信号线上方的分割间隙，避免数据信号线上加载的信号通过分割间隙传递到TFT阵列基板上方的水平电场，影响液晶的正常显示，而位于数据信号线上方的彩膜基板的黑矩阵过细，不能遮挡这部分非正常显示的液晶，由此造成的触摸屏显示异常的问题。
附图说明
图1为现有技术中TFT阵列基板的俯视图；
图2a和图2b为本发明实施例提供的触摸屏中公共电极层图形的示意图；
图3为本发明实施例提供的触摸屏中在触控驱动电极和触控感应电极之间的分割间隙的结构示意图；
图4a和图4b分别为触摸屏中在触控驱动电极和触控感应电极之间的x方向和y方向的切割间隙处的侧视图；
图5为本发明实施例提供的触摸屏中第一金属驱动电极和第一金属感应电极与公共电极层图形的示意图；
图6为本发明实施例提供的触摸屏中TFT阵列基板的俯视图；
图7为图6中沿着A-A处的侧视图；
图8为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏的驱动时序示意图。
具体实施方式
目前，能够实现宽视角的液晶显示技术主要有平面内开关(IPS，In-PlaneSwitch)技术和高级超维场开关(ADS，AdvancedSuperDimensionSwitch)技术；其中，ADS技术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(pushMura)等优点。H-ADS(高开口率-高级超维场开关)是ADS技术的一种重要实现方式。
本发明实施例正是基于ADS技术和H-ADS技术提出了一种新的电容式内嵌触摸屏结构。下面结合附图，对本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。
下面结合附图，对本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。
附图中各层薄膜厚度和形状不反映TFT阵列基板或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电容式内嵌触摸屏具体包括：具有数据信号线和公共电极层的TFT阵列基板，公共电极层位于数据信号线的上方，在TFT阵列基板内设有呈矩阵排列的多个像素单元，
公共电极层包括相互绝缘的触控感应电极和触控驱动电极，且触控感应电极与触控驱动电极之间的分割间隙与相邻行和相邻列的像素单元之间的间隙相对；在显示时间段，对触控驱动电极和触控感应电极施加公共电极信号；在触控时间段，对触控驱动电极施加触控扫描信号，触控感应电极用于耦合触控扫描信号的电压信号并输出；
TFT阵列基板具有位于数据信号线上方，且位于相邻列的像素单元之间的第一金属驱动电极和/或第一金属感应电极；第一金属驱动电极与对应的触控驱动电极电性相连，第一金属感应电极与对应的所述触控感应电极电性相连。
本发明实施例提供的上述电容式内嵌触摸屏中，将如图1所示的现有TFT阵列基板中整面连接的公共电极层1进行分割，形成相互绝缘的触控感应电极和触控驱动电极，触控感应电极与触控驱动电极之间的分割间隙与相邻行和相邻列的像素单元之间的间隙相对，对触控驱动电极和触控感应电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。由于本发明实施例提供的触摸屏是对TFT阵列基板的公共电极层结构进行变更以实现触控功能，因此，在现有的TFT阵列基板制备工艺的基础上，不需要增加额外的工艺即可制成触摸屏，节省了生产成本，提高了生产效率。
下面对上述触摸屏的公共电极层的具体结构进行详细的说明。
具体地，利用公共电极层形成的触控感应电极一般沿TFT阵列基板的像素单元的列方向布线；触控驱动电极一般沿TFT阵列基板的像素单元的行方向布线；当然也可以根据应用器件的尺寸，变更两者的布线方向，即将各触控驱动电极设置为沿着像素单元的列方向延伸，将各触控感应电极设置为沿着像素单元的行方向延伸，在此不做限定。
下面都是以各触控驱动电极沿着像素单元的行方向延伸，各触控感应电极沿着像素单元的列方向延伸为例进行说明。
一般地，触摸屏的精度通常在毫米级，可以根据所需的触控精度选择触控驱动电极和触控感应电极的密度和宽度以保证所需的触控精度，通常触控驱动电极和触控感应电极的宽度控制在5-7mm为佳。而液晶显示的精度通常在微米级，因此，一般一个触控驱动电极和触控感应电极会覆盖多行或多列阵列基板的像素单元。本发明实施例中所指的精度是指的触摸屏的一个触控单元或者显示屏的像素单元的尺寸。
具体地，在公共电极层中布置的触控驱动电极和触控感应电极可以具有条状电极结构、菱形电极结构或插指电极阵列结构(如图2a和图2b所示)，在图2a和图2b中示出的触控感应电极Rx沿着图中的垂直方向布线，触控驱动电极Tx沿着图中的水平方向布线，由于触控感应电极Rx和触控驱动电极Tx在同层布置，因此，组成一条触控驱动电极Tx的多个触控驱动子电极之间相互绝缘(如图2a所示的插指电极结构中由6个触控驱动子电极Tx1a、Tx1b、Tx1c、Tx1d、Tx1e、Tx1f组成一条触控驱动电极Tx1，6个触控驱动子电极Tx2a、Tx2b、Tx2c、Tx2d、Tx2e、Tx2f组成一条触控驱动电极Tx2，6个触控驱动子电极Tx3a、Tx3b、Tx3c、Tx3d、Tx3e、Tx3f组成一条触控驱动电极Tx3；如图2b所示的插指电极结构中由4个触控驱动子电极Tx3a、Tx3b、Tx3c、Tx3d组成一条触控驱动电极Tx3，同理触控驱动电极Tx1和Tx2的结构与Tx3相同)，可以通过金属桥将组成同一条触控驱动电极Tx的各触控驱动子电极桥接后，利用一根信号线对其输入触控扫描信号，也可以对组成同一条触控驱动电极的各触控驱动子电极分别设置信号线对其输入触控扫描信号，在此不做限定。
较佳地，当触控驱动电极和触控感应电极采用插指电极阵列结构设计时，相对于条状电极结构和菱形电极结构，能够增大触控感应电极和触控驱动电极之间的互感电容，从而提高触控的灵敏性和准确性。
进一步地，如图2a和图2b所示，由于触摸屏的精度通常在毫米级，而液晶显示的精度通常在微米级，因此，在设置触控感应电极和触控驱动电极时，两者之间会存在几列或几行像素单元的间隙，这样，如图2b所示，在公共电极层位于触控感应电极和触控驱动电极之间的间隙处还可以具有公共电极(如图2b中所示的Vcom1、Vcom2、Vcom3、Vcom4、Vcom5、Vcom6、Vcom7)，公共电极与触控感应电极和触控驱动电极相互绝缘，公共电极在工作时接入公共电极信号，保证在公共电极对应区域的像素单元能够进行正常的显示工作。
具体地，在将公共电极层分割成触控驱动电极和触控感应电极时，会沿着相邻行的像素单元之间的间隙以及相邻列的像素单元之间的间隙进行分割，如图3所示，即公共电极层上的分割间隙包括x方向(在相邻行的像素单元之间的间隙处)和y方向(在相邻列的像素单元之间的间隙处)。如图4a所示，与x方向的分割间隙对应的彩膜基板的x方向的黑矩阵(BM)比较宽，一般在15um以上，若按照6um的切割宽度设置x方向的分割间隙，则位于x方向的分割间隙下方的栅极信号线Gate加载的信号透过该分割间隙影响到上方的水平电场时，彩膜基板上的x方向的黑矩阵会遮挡由此产生的显示异常现象，不会对液晶显示造成影响。然而，如图4b所示，与y方向的分割间隙对应的彩膜基板的y方向的黑矩阵(BM)比较窄，一般在6um左右，即使按照6um的切割宽度设置y方向的分割间隙，位于y方向的分割间隙下方的数据信号线Data加载的信号透过该分割间隙影响到上方的水平电场时，由于彩膜基板和TFT阵列基板对盒有±2um误差，彩膜基板上的y方向的黑矩阵不能完全遮挡由此产生的显示异常现象，会造成触摸屏显示异常的问题。
在本发明实施例提供的触摸屏中，如图5和图6所示，在数据信号线的上方且位于相邻列像素单元之间设置了第一金属驱动电极b和/或第一金属感应电极a，该第一金属驱动电极b和第一金属感应电极a能遮挡触控感应电极Rx和触控驱动电极Tx之间位于数据信号线上方的分割间隙，即y方向的分割间隙，避免数据信号线上加载的信号通过分割间隙传递到TFT阵列基板上方的水平电场，影响液晶的正常显示，而位于数据信号线上方的彩膜基板的黑矩阵过细，不能遮挡这部分非正常显示的液晶，由此造成的触摸屏显示异常的问题。
具体地，各条第一金属驱动电极可以位于触控驱动电极的上层和/或下层，直接与对应的触控驱动电极电性相连；各条第一金属驱动电极也可以通过过孔与对应的各条触控驱动电极电性相连，在此不做限定。类似地，各条第一金属感应电极可以位于触控感应电极的上层和/或下层，直接与对应的触控感应电极电性相连；各条第一金属感应电极也可以通过过孔与对应的各条触控感应电极电性相连，在此不做限定。
进一步地，由于公共电极层一般由ITO材料制成，而ITO材料的电阻较高，由金属制备的第一金属驱动电极与对应的触控驱动电极电性相连后，相当于将ITO电极和多个金属电阻并联，这样能最大限度的减少触控驱动电极的电阻，从而提高触控驱动电极传递信号时的信噪比。同样，由金属制备的第一金属感应电极与对应的触控感应电极电性相连后，相当于将ITO电极和多个金属电阻并联，这样也能最大限度的减少触控感应电极的电阻，从而提高触控感应电极传递信号时的信噪比。
较佳地，为了进一步减少触控驱动电极和触控感应电极的电阻，还可以在TFT阵列基板位于栅极信号线上方，且位于相邻行的像素单元之间设置第二金属驱动电极和/或第二金属感应电极，即该第二金属驱动电极和第二金属感应电极遮挡了触控感应电极和触控驱动电极之间位于栅极信号线上方的分割间隙，即x方向的分割间隙；第二金属驱动电极与对应的所述触控驱动电极电性相连，第二金属感应电极与对应的触控感应电极电性相连，以减小触控驱动电极和触控感应电极的电阻。
进一步地，TFT阵列基板还可以设置与第一金属感应电极电性相连的第一透明导电电极，和/或与第一金属驱动电极电性相连的第二透明导电电极，第一透明导电电极和第二透明导电电极可以是诸如由ITO材料制备的电极。这样，第一透明导电电极和第二透明导电电极可以进一步降低数据信号线透过y方向的分割间隙对上方水平电场的影响。
在具体实施时，若TFT阵列基板中具有位于公共电极层上方的像素电极，如图6的A-A处截面图图7所示，则可以将第一透明导电电极c和/或第二透明导电电极与像素电极d同层设置且相互绝缘。这样，在制备TFT阵列基板时不需要增加额外的制备工序，只需要通过一次构图工艺即可形成第一透明导电电极c、第二透明导电电极与像素电极d的图形，能够节省制备成本，提升产品附加值。
进一步地，本发明实施例提供的上述触摸屏中，触控和显示阶段采用分时驱动的方式，一方面可以将显示驱动和触控驱动的芯片整合为一体，进一步降低生产成本；另一方面分时驱动也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，例如：如图8所示的驱动时序图中，将触摸屏显示每一帧(V-sync)的时间分成显示时间段(Display)和触控时间段(Touch)，例如图8所示的驱动时序图中触摸屏的显示一帧的时间为16.7ms，选取其中4ms作为触控时间段，其他的12.7ms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)，对触摸屏中的每条栅极信号线Gate1，Gate2……Gaten依次施加栅扫描信号，对数据信号线Data施加灰阶信号，相应地此时触控驱动电极Tx作为公共电极，与触控驱动电极Tx连接的IC芯片向其提供恒定的公共电极信号，实现液晶显示功能。在触控时间段(Touch)，与触控驱动电极Tx连接的IC芯片向各触控驱动电极Tx分别提供触控扫描信号T1、T2……Tn，同时各触控感应电极Rx分别进行侦测触控感应信号R1、R2……Rm，实现触控功能。在触控时间段，触摸屏中的每条栅极信号线和数据信号线无信号输入。
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及显示装置，将TFT阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘的触控感应电极和触控驱动电极，触控感应电极与触控驱动电极之间的分割间隙与相邻行和相邻列的像素单元之间的间隙相对，对触控驱动电极和触控感应电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。由于本发明实施例提供的触摸屏是对TFT阵列基板的公共电极层结构进行变更以实现触控功能，因此，在现有的TFT阵列基板制备工艺的基础上，不需要增加额外的工艺即可制成触摸屏，节省了生产成本，提高了生产效率。并且，由于采用分时驱动触控和显示功能，也能够降低相互干扰，提高画面品质。
进一步地，在本发明实施例提供的触摸屏中，在数据信号线的上方且位于相邻列像素单元之间设置了第一金属驱动电极和/或第一金属感应电极，该第一金属驱动电极和第一金属感应电极能遮挡触控感应电极和触控驱动电极之间位于数据信号线上方的分割间隙，避免数据信号线上加载的信号通过分割间隙传递到TFT阵列基板上方的水平电场，影响液晶的正常显示，而位于数据信号线上方的彩膜基板的黑矩阵过细，不能遮挡这部分非正常显示的液晶，由此造成的触摸屏显示异常的问题。
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，包括具有数据信号线和公共电极层的TFT阵列基板，所述公共电极层位于所述数据信号线的上方，在所述TFT阵列基板内设有呈矩阵排列的多个像素单元，其特征在于，
所述公共电极层包括相互绝缘的触控感应电极和触控驱动电极，且所述触控感应电极与所述触控驱动电极之间的分割间隙与相邻行和相邻列的像素单元之间的间隙相对；所述触控驱动电极和触控感应电极的宽度范围为5mm至7mm；在显示时间段，对所述触控驱动电极和所述触控感应电极施加公共电极信号；在触控时间段，对所述触控驱动电极施加触控扫描信号，所述触控感应电极用于耦合所述触控扫描信号的电压信号并输出；
所述TFT阵列基板具有位于所述数据信号线上方，且位于相邻列的像素单元之间的第一金属驱动电极和/或第一金属感应电极；所述第一金属驱动电极与对应的所述触控驱动电极电性相连，所述第一金属感应电极与对应的所述触控感应电极电性相连。
2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，各条所述第一金属驱动电极位于所述触控驱动电极的上层和/或下层；
各条第一金属感应电极位于所述触控感应电极的上层和/或下层。
3.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述TFT阵列基板还具有与所述第一金属感应电极电性相连的第一透明导电电极，和/或与所述第一金属驱动电极电性相连的第二透明导电电极。
4.如权利要求3所述的触摸屏，其特征在于，所述TFT阵列基板具有位于所述公共电极层上方的像素电极，第一透明导电电极和/或第二透明导电电极与所述像素电极同层设置且相互绝缘。
5.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述TFT阵列基板具有位于所述TFT阵列基板中的栅极信号线上方，且位于相邻行的像素单元之间的第二金属驱动电极和/或第二金属感应电极；所述第二金属驱动电极与对应的所述触控驱动电极电性相连，所述第二金属感应电极与对应的所述触控感应电极电性相连。
6.如权利要求1-5任一项所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控驱动电极沿着像素单元的行方向延伸，各所述触控感应电极沿着像素单元的列方向延伸；或，
各所述触控驱动电极沿着像素单元的列方向延伸，各所述触控感应电极沿着像素单元的行方向延伸。
7.如权利要求6所述的触摸屏，其特征在于，所述触控驱动电极和所述触控感应电极具有条状电极结构、菱形电极结构或插指电极阵列结构。
8.如权利要求7所述的触摸屏，其特征在于，在所述公共电极层位于所述触控感应电极和所述触控驱动电极之间的间隙处还具有公共电极，所述公共电极与所述触控感应电极和触控驱动电极相互绝缘。
9.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的电容式内嵌触摸屏。
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