CN103150069B - 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，将阵列基板中整面的公共电极层分割成相互绝缘的触控感应电极和触控驱动电极；将至少一条数据信号线分时复用作为触控读取信号线，能节省生产成本，提高生产效率；各触控读取信号线通过至少一个信号切换单元与对应的触控感应电极相连。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，实现正常显示功能；在触控时间段，对触控驱动电极施加触控扫描信号，导通信号切换单元，并通过导通的信号切换单元将触控感应电极耦合的触控扫描信号输出到触控读取信号线。

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（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。
目前，电容式内嵌（In cell）触摸屏的设计方案有很多种，一般是将触摸驱动电极和触摸感应电极设置于液晶盒内部，使触摸驱动电极和触摸感应电极之间形成耦合电容，当有人体接触触摸屏时，人体电场就会影响互电容的电容值，进而改变触控感应电极耦合出的电压信号，根据电压信号的变化，就可以确定触点位置。为了实现上述电容式内嵌触摸屏的结构设计，一般需要在TFT阵列基板中对各触控感应电极单独布置对应的触控读取信号线，对各触摸驱动电极单独布置对应的触控扫描信号线，因此导致在制作过程中增加新的工艺，使生产成本增加，不利于提高生产效率。并且，上述电容式内嵌触摸屏的结构设计，需要同时利用两个驱动芯片（IC）分别控制触控读取信号线以及正常的显示用信号线（诸如数据信号线等），成本较高。
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薄膜晶体管TFT阵列基板，
所述公共电极层包括相互绝缘的多个触控感应电极和多个触控驱动电极；
至少一条数据信号线在触控时间段作为触控读取信号线，在所述阵列基板中具有多个信号切换单元，各触控读取信号线通过至少一个所述信号切换单元与对应的触控感应电极相连；
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，导通信号切换单元，并通过导通的信号切换单元将所述触控感应电极耦合的所述触控扫描信号输出到触控读取信号线。
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，将阵列基板中的至少一条数据信号线作为触控读取信号线，各触控读取信号线通过至少一个信号切换单元与对应的触控感应电极相连。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，实现正常显示功能；在触控时间段，对触控驱动电极施加触控扫描信号，导通信号切换单元，并通过导通的信号切换单元将触控感应电极耦合的触控扫描信号输出到触控读取信号线，实现触控功能。由于使用数据信号线分时复用，作为触控读取信号线接收触控感应电极耦合的电压信号，实现触控功能，能在现有的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，使用数据信号线作为触控读取信号线，可以避免增加单独控制触控读取信号线的IC，能节省制作成本。
附图说明
图1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之一；
图2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之二；
图3为本发明实施例提供的实例二的结构示意图；
图4为本发明实施例提供的实例一的结构示意图；
图5为本发明实施例提供的实施例一的时序示意图；
图6为本发明实施例提供的实施例二的时序示意图。
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阵列基板的真实比例，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，包括具有数据信号线和公共电极层的阵列基板；
公共电极层包括相互绝缘的多个触控感应电极和多个触控驱动电极；
至少一条数据信号线在触控时间段作为触控读取信号线，在阵列基板中具有多个信号切换单元，各触控读取信号线通过至少一个信号切换单元与对应的触控感应电极相连；
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，导通信号切换单元，并通过导通的信号切换单元将触控感应电极耦合的触控扫描信号输出到触控读取信号线。
进一步地，在显示时间段，对触控感应电极单元施加公共电极信号，可以通过如下方式实现：对数据信号线分时地施加灰阶信号和公共电极信号，并在数据信号线加载公共电极信号时，通过导通的信号切换单元将数据信号线加载的公共电极信号输出到触控感应电极。
本发明实施例提供的上述电容式内嵌触摸屏，由于使用数据信号线分时复用，作为触控读取信号线接收触控感应电极耦合的电压信号，实现触控功能，能在现有的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，使用数据信号线作为触控读取信号线，可以避免增加单独控制触控读取信号线的IC，即采用现有的控制数据信号线的IC即可实现触控功能，能节省制作成本。
具体地，本发明实施例提供的上述电容式触摸屏是将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，在具体实施时，利用公共电极层形成的各触控感应电极一般沿着阵列基板中像素单元的列方向延伸，各触控驱动电极一般沿着阵列基板中像素单元的行方向延伸；或者，利用公共电极层形成的各触控感应电极一般沿着阵列基板中像素单元的行方向延伸，各触控驱动电极一般沿着阵列基板中像素单元的列方向延伸；当然，触控感应电极和触控驱动电极的延伸方向也可以沿着其他方向，在此不做限定。
下面以各触控感应电极沿着阵列基板中像素单元的列方向延伸，各触控驱动电极沿着阵列基板中像素单元的行方向延伸为例进行说明。
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为菱形电极（如图1所示）、插指电极（如图2所示）或条状电极（如图3所示）。插指电极是指触控驱动电极和触控感应电极相对的一侧分别具有交错设置的梳妆结构。其中，在图1至图3中示出的触控感应电极Rx沿着图中的阵列基板的列方向布线，触控驱动电极Tx沿着图中的阵列基板的行方向方向布线，由于触控感应电极Rx和触控驱动电极Tx在同层布置，各条感应驱动电极分割成相互绝缘的多个触控感应子电极，例如：如图1所示的菱形电极中，由6个触控感应子电极组成一条触控感应电极Rx，如图3所示的条状电极中，由2个触控感应子电极组成一条触控感应电极Rx。也可以将各条触控驱动电极分割成相互绝缘的多个触控感应子电极，例如：如图2所示的插指电极中由4个触控驱动子电极组成一条触控驱动电极Tx，即图2中Tx3a，Tx3b，Tx3c和Tx3d组成Tx3。
在具体实施时，如图3所示，可以在阵列基板中设置位于TFT阵列基板中相邻像素单元之间的多条触控驱动信号线01，每一个触控驱动电极Tx与至少一条触控驱动信号线01电性相连，例如图3所示，通过多个过孔电性相连。触控驱动信号线01的作用为：在一帧中的显示时间段，通过触控驱动信号线01向与其连接的触控驱动电极Tx输入公共电极信号，在触控时间段，通过触控驱动信号线01向与其连接的触控驱动电极Tx输入触控扫描信号，一般情况下，可以同时对各触控驱动信号线01加载信号。
并且，如果各条触控驱动电极Tx被分割成相互绝缘的多个触控驱动子电极时，即各条触控驱动电极由相互绝缘的多个触控驱动子电极组成时，可以通过一条触控驱动信号线将组成同一条触控驱动电极的各触控驱动子电极连接，以便分时地对其输入公共电极信号或触控扫描信号，即每一个触控驱动电极与一条触控驱动信号线电性相连；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触控驱动信号线，以便分时地对其输入公共电极信号或触控扫描信号，即每一个触控驱动电极与多条条触控驱动信号线电性相连，在此不做限定。
进一步地，在设置触控驱动信号线01时，如图3所示，可以将触控驱动信号线01设计为与阵列基板中的栅极信号线Gate布线方向相同，当然，也可以将触控驱动信号线设计为与阵列基板中的数据信号线布线方向相同，在此不做限定。不过，在具体实施时，一般将触控驱动信号线的布线方向和触控驱动电极的延伸方向同向设置。
这样，在具体实施时，各触控驱动信号线就可以与栅极信号线同层设置，在制备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触控驱动信号线和栅极信号线的图形，能够节省制备成本，提升产品附加值。
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液晶显示的像素单元。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。
这样，在本发明实施例提供的上述触摸屏中，由于一个触控感应电极会覆盖多列像素单元，因此，一个触控感应电极一般也会覆盖多列像素单元之间的间隙，那么，一个触控感应电极可以对应一条作为触控读取信号线的数据信号线，也可以对应多条作为触控读取信号线的数据信号线。例如图3中，一个触控感应电极Rx由两个触控感应子电极组成，每个触控感应电极Rx相对覆盖两列像素单元，一个触控感应电极Rx对应一条作为触控读取信号线02的数据信号线Data。并且，一条触控读取信号线02可以通过一个信号切换单元03与一个触控感应电极Rx相连，也可以通过多个信号切换单元03与一个触控感应电极Rx相连。
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，在一条由金属制备的触控读取信号线通过多个信号切换单元与一个触控感应电极相连后，相当于将ITO电极和多个由触控读取信号线组成的金属电阻并联，这样能最大限度的减少触控感应电极的电阻，从而提高电极传递信号时的信噪比。
进一步地，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像素单元的间隙，这样，如图2所示，在公共电极层位于触控感应电极Rx和触控驱动电极Tx之间的间隙处还可以具有公共电极Vcom，该公共电极Vcom与触控感应电极Rx和触控驱动电极Tx相互绝缘，公共电极Vcom在工作时接入公共电极信号，保证在公共电极Vcom对应区域的像素单元能够进行正常的显示工作。
下面通过具体实例对上述触摸屏中连接触控读取信号线与触控感应电极的信号切换单元的具体结构进行详细的说明。
实施例一：
具体地，可以将阵列基板中的至少一条栅极信号线Gate在触控时间段作为触控扫描信号线04；对应地，信号切换单元03可以为P型TFT器件；如图4所示，其中，TFT器件的源极与触控读取信号线02电性相连，漏极与触控感应电极Rx电性相连，栅极与触控扫描信号线04电性相连。而在阵列基板中连接数据信号线Data和像素电极的TFT器件一般都为N型TFT器件。N型TFT器件在与其连接的栅极信号线加载高电平信号（为正值的电压信号）时开启，P型TFT器件在与其连接的作为触控扫描信号线的栅极信号线加载低电平信号（为负值的电压信号）时开启，而P型TFT器件和N型TFT器件在与其连接的栅极信号线加载接近零伏的电压信号时，一般都不会开启。因此，可以利用TFT器件的性质，采用对栅极信号线加载不同电压信号的方式实现单一选择开启与其连接的N型TFT器件，还是开启与其连接的P型TFT器件。
在具体实施时，作为信号切换单元的P型TFT器件可以是顶栅型结构也可以是底栅型结构，在此做限定。
在信号切换单元为实施例一的结构时，本发明实施例提供的上述触摸屏的驱动时序如图5所示，具体为：
首先，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），例如触摸屏的显示一帧的时间为16.7ms，选取其中5ms作为触控时间段，其他的11.7ms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），如图5所示，首先，可以对触摸屏中的每条栅极信号线Gate1，Gate2……Gaten同时施加低电平的栅极扫描信号，导通P型TFT器件，与此同时，对数据信号线Data施加公共电极信号，通过导通的P型TFT器件就可以将公共电极信号输出到触控感应电极上。然后，对触摸屏中的每条栅极信号线Gate1，Gate2……Gaten依次施加高电平的栅扫描信号，对数据信号线Data施加灰阶信号，实现正常显示。
当然，也可以对触摸屏中的每条栅极信号线Gate1，Gate2……Gaten依次施加高电平的栅扫描信号，并且，作为触控扫描线的栅极信号线在加载高电平的栅极扫描信号之后或之前，加载低电平的栅极扫描信号，导通P型TFT器件，同时对数据信号线Data施加公共电极信号，通过导通的P型TFT器件就可以将公共电极信号输出到触控感应电极上。
在触控时间段（Touch），与触控驱动电极连接的IC芯片向各触控驱动电极同时提供触控扫描信号，同时，通过与P型TFT器件连接的各触控扫描信号线依次加载低电平的栅极扫描信号的方式，导通P型TFT器件即信号切换单元，通过导通的P型TFT器件将触控感应电极耦合的触控扫描信号输出到触控读取信号线，实现触控功能。
实施例二：
如图3所示，在TFT阵列基板中增加位于TFT阵列基板中相邻像素单元之间的多条触控扫描信号线04；
具体地，信号切换单元03为TFT器件，可以是P型TFT器件，也可以是N型TFT器件，在此不做限定；其中，TFT器件的源极与触控读取信号线02电性相连，漏极与触控感应电极Rx电性相连，栅极与新增的触控扫描信号线04电性相连。通过增加的触控扫描信号线04单独控制信号切换单元03的导通情况，即在信号切换单元03为P型TFT器件时，触控扫描信号线04加载低电平信号时信号切换单元导通；在信号切换单元03为N型TFT器件时，触控扫描信号线04加载高电平信号时信号切换单元03导通。
在具体实施时，作为信号切换单元的TFT器件可以是顶栅型结构也可以是底栅型结构，在此做限定。
进一步地，在具体实施时，如图3所示，在TFT阵列基板上新增的触控扫描信号线04可以与阵列基板中的栅极信号线布线Gate方向相同，也可以与阵列基板中的数据信号线Data布线方向相同，在此不做限定。不过，在具体实施时，一般将触控扫描信号线的布线方向和栅极信号线的延伸方向同向设置。
这样，在具体实施时，各触控驱动信号线就可以与栅极信号线同层设置，在制备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触控扫描信号线和栅极信号线的图形，能够节省制备成本，提升产品附加值。
在信号切换单元为实施例二的结构时，本发明实施例提供的上述触摸屏的驱动时序如图6所示，具体为：
首先，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），例如触摸屏的显示一帧的时间为16.7ms，选取其中5ms作为触控时间段，其他的11.7ms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），如图6所示，首先，对各触控扫描信号线M1、M2……Mn同时加载信号，导通信号切换单元，同时对数据信号线Data施加公共电极信号，通过导通的信号切换单元就可以将公共电极信号输出到触控感应电极上。然后，对触摸屏中的每条栅极信号线Gate1，Gate2……Gaten依次施加高电平的栅扫描信号，对数据信号线Data施加灰阶信号，实现正常显示。
当然，也可以对触摸屏中的每条栅极信号线Gate1，Gate2……Gaten依次施加高电平的栅扫描信号，并且，在相邻行的栅极信号线加载高电平的栅极扫描信号之间，预留时间间隙，对触控扫描信号线M1、M2……Mn加载信号，导通信号切换单元，同时对数据信号线Data施加公共电极信号，通过导通的P型TFT器件就可以将公共电极信号输出到触控感应电极上。
在触控时间段（Touch），与触控驱动电极连接的IC芯片向各触控驱动电极分别提供触控扫描信号，同时，通过对各触控扫描信号线M1、M2……Mn依次加载信号的方式，导通与其连接的作为信号切换单元的TFT器件，通过导通的信号切换单元将触控感应电极耦合的触控扫描信号输出到触控读取信号线，实现触控功能。
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，将阵列基板中的至少一条数据信号线作为触控读取信号线，各触控读取信号线通过至少一个信号切换单元与对应的触控感应电极相连。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，实现正常显示功能；在触控时间段，对触控驱动电极施加触控扫描信号，导通信号切换单元，并通过导通的信号切换单元将触控感应电极耦合的触控扫描信号输出到触控读取信号线，实现触控功能。由于使用数据信号线分时复用，作为触控读取信号线接收触控感应电极耦合的电压信号，实现触控功能，能在现有的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，使用数据信号线作为触控读取信号线，可以避免增加单独控制触控读取信号线的IC，能节省制作成本。
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 (10)

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阵列基板，其特征在于，
所述公共电极层包括相互绝缘的多个触控感应电极和多个触控驱动电极；
至少一条数据信号线在触控时间段作为触控读取信号线，在所述阵列基板中具有多个信号切换单元，各触控读取信号线通过至少一个所述信号切换单元与对应的触控感应电极相连；
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，导通信号切换单元，并通过导通的信号切换单元将所述触控感应电极耦合的所述触控扫描信号输出到触控读取信号线；
其中，在显示时间段，对所述触控感应电极单元施加公共电极信号，具体包括：对所述数据信号线分时地施加灰阶信号和公共电极信号，并在所述数据信号线加载公共电极信号时，通过导通的信号切换单元将所述数据信号线加载的公共电极信号输出到触控感应电极。
2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述阵列基板具有位于所述阵列基板中相邻像素单元之间的多条触控扫描信号线；
所述信号切换单元为TFT器件；其中，所述TFT器件的源极与触控读取信号线电性相连，漏极与触控感应电极电性相连，栅极与所述触控扫描信号线电性相连。
3.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，阵列基板中的至少一条栅极信号线在触控时间段作为触控扫描信号线；
所述信号切换单元为P型TFT器件；其中，所述TFT器件的源极与触控读取信号线电性相连，漏极与触控感应电极电性相连，栅极与所述触控扫描信号线电性相连。
4.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述触控扫描信号线与所述阵列基板中的栅极信号线布线方向相同。
5.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述阵列基板具有位于所述阵列基板中相邻像素单元之间的多条触控驱动信号线，每一个触控驱动电极与至少一条所述触控驱动信号线电性相连。
6.如权利要求5所述的触摸屏，其特征在于，所述触控驱动信号线与所述阵列基板中的栅极信号线布线方向相同。
7.如权利要求1-6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所述阵列基板中像素单元的行方向延伸，各所述触控感应电极沿着所述阵列基板中像素单元的列方向延伸；或，
各所述触控驱动电极沿着所述阵列基板中像素单元的列方向延伸，各所述触控感应电极沿着所述阵列基板中像素单元的行方向延伸。
8.如权利要求7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为条状电极、菱形电极或插指电极。
9.如权利要求8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。
10.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电容式内嵌触摸屏。
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