CN103150073B - 一种电容式内嵌触摸屏及显示装置 - Google Patents

一种电容式内嵌触摸屏及显示装置 Download PDF

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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，在TFT阵列基板中相邻行的像素单元之间设置触控驱动信号线；将TFT阵列基板中的至少一条数据信号线作为触控读取信号线；在触控读取信号线和触控驱动信号线交叠处设定区域内设置触控电极和触控切换单元。对数据信号线实行分时复用，并将数据信号线作为触控读取信号线输出触控电极耦合的电压信号，实现触控功能，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，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驱动芯片IC，能节省制作成本。

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
随着小巧、便携式电子设备的飞速发展，市场对触摸屏（Touch ScreenPanel）的需求与日俱增。目前，触摸屏按照组成结构可以分为：外挂式触摸屏（Add on Mode Touch Panel）、覆盖表面式触摸屏（On Cell Touch Panel）、以及内嵌式触摸屏（In Cell Touch Panel）。其中，外挂式触摸屏是将触摸屏与液晶显示屏（Liquid Crystal Display，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。
目前的电容式内嵌（in cell）触摸屏是在现有的TFT（Thin Film Transistor，薄膜场效应晶体管）阵列基板上直接另外增加触控驱动信号线和触控感应信号线实现的，即在TFT阵列基板的表面制作两层相互异面相交的条状ITO（IndiumTin Oxides，铟锡金属氧化物）电极，这两层ITO电极分别作为触摸屏的触控驱动信号线和触控感应信号线，在两条ITO电极的异面相交处形成感应电容。其工作过程为：在对作为触控驱动信号线的ITO电极加载触控驱动信号时，检测触控感应信号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，进而改变触控感信号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，由于增加触控驱动信号线和触控感应信号线，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的薄膜晶体管TFT阵列基板，且在TFT阵列基板内设有呈矩阵排列的多个像素单元；
TFT阵列基板具有位于相邻行的像素单元之间的触控驱动信号线；
TFT阵列基板中的至少一条数据信号线作为触控读取信号线；
TFT阵列基板具有位于触控读取信号线和触控驱动信号线交叠处所限定区域内的触控电极和触控切换单元；触控电极与相邻的触控驱动信号线电性相连，且通过触控切换单元与相邻的触控读取信号线电性相连；
在显示时间段，对触控读取信号线施加灰阶信号，触控切换单元处于关闭状态；在触控时间段，对触控驱动信号线施加触控驱动信号，触控切换单元处于导通状态，触控驱动信号经过触控电极后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，在TFT阵列基板中相邻行的像素单元之间设置触控驱动信号线；将TFT阵列基板中的至少一条数据信号线作为触控读取信号线；在触控读取信号线和触控驱动信号线交叠处所限定区域内设置触控电极和触控切换单元；触控电极与相邻的触控驱动信号线电性相连，且通过触控切换单元与相邻的触控读取信号线电性相连。在显示时间段，对触控读取信号线施加灰阶信号，触控切换单元处于关闭状态；在触控时间段，对触控驱动信号线施加触控驱动信号，触控切换单元处于导通状态，触控驱动信号经过触控电极后输出到触控读取信号线。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电极耦合的电压信号，实现触控功能，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，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驱动芯片IC，能节省制作成本。
附图说明
图1和图2分别为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中TFT阵列基板的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的一个像素单元的电路结构示意图；
图4为本发明实施例提供的触摸屏的驱动时序示意图；
图5为本发明实施例提供的触摸屏中的触控电极和触控子电极的分布示意图。
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TFT阵列基板真实比例，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的薄膜晶体管TFT阵列基板，如图1所示，且在TFT阵列基板内设有呈矩阵排列的多个像素单元01；
TFT阵列基板具有位于相邻行的像素单元之间的触控驱动信号线02；
TFT阵列基板中的至少一条数据信号线Data作为触控读取信号线03；
TFT阵列基板具有位于触控读取信号线03和触控驱动信号线02交叠处所限定区域内的触控电极04和触控切换单元05；触控电极04与相邻的触控驱动信号线02电性相连，且通过触控切换单元05与相邻的触控读取信号线03电性相连；
在显示时间段，所述触控切换单元处于关闭状态，对触控读取信号线施加灰阶信号；在触控时间段，触控切换单元处于导通状态，对触控驱动信号线施加触控驱动信号，触控驱动信号经过触控电极后输出到触控读取信号线。
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电极耦合的电压信号，实现触控功能，能在现有的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，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驱动芯片IC，能节省制作成本。
一般地，触摸屏的触控精度通常在毫米级，而TFT阵列基板的显示精度通常在微米级，可以看出，触摸屏所需的触控驱动信号线和触控读取信号线比TFT阵列基板显示所需的栅极信号线和数据信号线要少的多。因此，本发明实施例提供的上述触摸屏在具体实施时，可以仅将各触控驱动信号线之间的间距设置为相同；或者仅将各触控读取信号线之间的间距设置为相同；也可以将各触控驱动信号线之间的间距设置为相同，同时各触控读取信号线之间的间距也设置为相同。例如以图1所示为例，各触控驱动信号线02之间间隔两行像素单元01，各触控读取信号线03之间间隔两列像素单元01。较佳地，在具体实施时，可以将各触控驱动信号线之间的间距与各触控读取信号线之间的间距设置为相同，以统一触摸屏的触控精度。本发明实施例中所指的精度是指触摸屏的一个触控电极或者显示屏的像素电极的尺寸。
较佳地，本发明实施例提供的上述触摸屏，在设置触控驱动信号线时，可以将各触控驱动信号线与TFT阵列基板中的栅极信号线同层设置且保证两者相互绝缘，即在制备各栅极信号线的同时制备出与其相互绝缘的触控驱动信号线，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栅极信号线和触控驱动信号线的图形，能够节省制备成本，提升产品附加值。当然也可以在不同膜层上分别制备栅极信号线和触控驱动信号线，在此不做限定。
进一步地，本发明实施例提供的上述触摸屏在具体实施时，如图2所示，触控切换单元05的具体结构可以为第一TFT器件T1；其中，第一TFT器件T1的栅极可以和触控扫描信号线06电性相连，漏极和触控读取信号线03电性相连，源极和触控电极04电性相连。较佳地，触控扫描信号线06的具体实现方式可以是将TFT阵列基板中与触控驱动信号线02位于相同像素单元01之间的间隙处的栅极信号线Gate作为触控扫描信号线06，也可以在TFT阵列基板中单独设置触控扫描信号线06。设置的触控扫描信号线06的作用为控制触控切换单元05的导通或关闭状态，在触控时间段，通过对各触控扫描信号线06依次施加触控扫描信号可以定位触摸点的纵向坐标即y方向坐标，通过逐列检测触控读取信号线03上的电压信号变化可以得到触摸点的横向坐标即x方向坐标，从而实现触控功能。
此外，在具体实施时，还可以省去触控扫描信号线06，将第一TFT器件T1的栅极与触控驱动信号线02相连，这样，触控驱动信号线02就具有控制触控切换单元05的导通或关闭状态的作用。同理，在触控时间段，对各触控驱动信号线02依次施加触控驱动信号，就可以定位触摸点的纵向坐标即y方向坐标通过逐列检测触控读取信号线03上的电压信号变化可以得到触摸点的横向坐标即x方向坐标，从而实现触控功能。
上述触控切换单元05的具体结构只是示意说明，当然，触控切换单元05的具体结构也可以是其它结构，在此不做限定。
较佳地，本发明实施例提供的上述触摸屏中的第一TFT器件可以采用与阵列基板中连接像素电极和数据信号线的第二TFT器件相同的LTPS（LowTemperature Poly-slicon，低温多晶硅）技术形成，这样在现有的TFT阵列基板制备工艺的基础上，不需要增加额外的工艺步骤即可制成触摸屏，节省了生产成本，提高了生产效率。
进一步地，在具体实施时，作为触控切换单元的第一TFT器件会与TFT阵列基板中连接像素电极和数据信号线的第二TFT器件组成反相器结构。具体地，该反相器结构可以是第一TFT器件为P型TFT器件，第二TFT器件为N型TFT器件。当然，也可以是第一TFT器件为N型TFT器件，第二TFT器件为P型TFT器件，在此不作限定。
下面以第一TFT器件为P型TFT器件，第二TFT器件为N型TFT器件为例对本发明实施例提供的触摸屏的具体工作过程进行详细说明。
例如，如图3所示的一个像素单元的电路结构示意图，P型的第一TFT器件T1和N型的第二TFT器件T2共用作为触控扫描信号线的栅极信号线Gate以及作为触控读取信号线的数据信号线Data。
图3中电路结构的驱动时序，如图4所示，具体为：
首先，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，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，对触摸屏中的每条栅极信号线Gate1，Gate2……Gate n依次施加的高电平的显示扫描信号（为正值的电压信号）。根据反相器的原理，此时N型的第二TFT器件T2导通，P型的第一TFT器件T1处于关闭状态；同时对数据信号线Data施加灰阶信号，该灰阶信号通过N型的第二TFT器件T2加载到显示电容C2上，实现正常显示。其中，显示电容C2是由像素电极和公共电极形成的。这样，即使在显示阶段触控电极上带有电压信号，由于P型的第一TFT器件T1处于关闭状态，触控电容C1上的电压信号也不会输出到数据信号线Data上，也就不会干扰正常显示。
在触控时间段，对触摸屏中的作为触控扫描信号线的每条栅极信号线Gate1，Gate2……Gate n依次施加低电平的触控扫描信号（为负值的电压信号），对每条触控驱动信号线S1，S2……Sn施加触控驱动信号，该触控驱动信号可以和触控扫描信号同步，当然可以对每条触控驱动信号线S1，S2……Sn同时施加触控驱动信号，在此不做限定，该触控驱动信号会加载到与其连接的触控电极上。根据反相器的原理，此时，N型的第二TFT器件T2处于关闭状态，P型的第一TFT器件T1导通，触控驱动信号经过触控电容C1的作用后会输出到触控读取信号线。触控电容C1是由触控电极和公共电极形成的，当有人体接触触摸屏时，人体电容ΔC就会作用在触控电容C1上，使触控电极上的电压信号发生变化，进而改变触控读取信号线接收到的电压信号，通过逐列检测触控读取信号线上的电压信号变化可以得到触摸点的横向坐标即x方向坐标，而通过对触控扫描信号线上依次加载的触控扫描信号可以得到触摸点的纵向坐标即y方向坐标，从而得到触摸的位置，即实现触控功能。在具体实施时，可以在现有的IC芯片基础上，增加一个控制数据信号线的IC芯片以实现对输出电压信号的检测，实现触控功能。
根据上述描述可知，利用反相器的原理，采用对栅极信号线加载不同的电压信号的方式可以实现单一选择导通与其连接的N型TFT器件，还是导通与其连接的P型TFT器件，以实现触控和显示的灵活切换。
具体地，本发明实施例提供的上述触摸屏，在触控读取信号线和触控驱动信号线交叠处所限定区域内设置触控电极时，可以采用金属或透明导电氧化物作为触控电极的材料。
较佳地，在具体实施时，每个触控电极和像素电极可以异层设置。具体地，可以增加一层膜层，将触控电极设置在像素电极的上方，但需要保证触控电极在像素电极所在膜层上的投影与像素电极无交叠部分。当然，若触控电极的材料为透明导电氧化物，触控电极也可以与TFT阵列基板中的像素电极同层制备且保证两者相互绝缘。
当触控电极和像素电极同层制备时，由于每个触控电极都仅在触控读取信号线和触控驱动信号线的交叠处所限定区域内设置，为保证触摸屏的开口率，每个触控电极的面积会设置的比较小，这不利于提高触控灵敏度。因此，较佳地，在本发明实施例提供的上述触摸屏中，如图5所示，还包括：与触控电极04电性相连且位于相邻像素单元01之间的间隙处的至少一个触控子电极07。这样，可以在保证触摸屏的开口率的基础上，尽量增加每个触控电极的触控面积，以提高触控感应的灵敏度。
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，该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。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，在TFT阵列基板中相邻行的像素单元之间设置触控驱动信号线；将TFT阵列基板中的至少一条数据信号线作为触控读取信号线；在触控读取信号线和触控驱动信号线交叠处所限定区域内设置触控电极和触控切换单元；触控电极与相邻的触控驱动信号线电性相连，且通过触控切换单元与相邻的触控读取信号线电性相连。在显示时间段，对触控读取信号线施加灰阶信号，触控切换单元处于关闭状态；在触控时间段，对触控驱动信号线施加触控驱动信号，触控切换单元处于导通状态，触控驱动信号经过触控电极后输出到触控读取信号线。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电极耦合的电压信号，实现触控功能，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，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驱动芯片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 (9)

1.一种电容式内嵌触摸屏，包括具有数据信号线的薄膜晶体管TFT阵列基板，且在所述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TFT阵列基板具有位于相邻行的像素单元之间的触控驱动信号线；
所述TFT阵列基板中的至少一条数据信号线作为触控读取信号线；
所述TFT阵列基板具有位于所述触控读取信号线和所述触控驱动信号线交叠处所限定区域内的触控电极和触控切换单元；所述触控电极与相邻的触控驱动信号线电性相连，且通过所述触控切换单元与相邻的触控读取信号线电性相连；
在显示时间段，对所述触控读取信号线施加灰阶信号，所述触控切换单元处于关闭状态；在触控时间段，对所述触控驱动信号线施加触控驱动信号，所述触控切换单元处于导通状态，所述触控驱动信号经过所述触控电极后输出到触控读取信号线。
2.如权利要求1所述的电容式内嵌触摸屏，其特征在于，所述TFT阵列基板中，与所述触控驱动信号线位于相同像素单元之间的间隙处的栅极信号线作为触控扫描信号线；
所述触控切换单元为第一TFT器件；其中，所述第一TFT器件的栅极和所述触控扫描信号线电性相连，漏极和所述触控读取信号线电性相连，源极和所述触控电极电性相连；
所述第一TFT器件与所述TFT阵列基板中连接像素电极和数据信号线的第二TFT器件组成反相器结构。
3.如权利要求2所述的电容式内嵌触摸屏，其特征在于，所述第一TFT器件为P型TFT器件，所述第二TFT器件为N型TFT器件。
4.如权利要求1所述的电容式内嵌触摸屏，其特征在于，各所述触控驱动信号线之间的间距相同；和/或，所述触控读取信号线之间的间距相同。
5.如权利要求1所述的电容式内嵌触摸屏，其特征在于，各所述触控驱动信号线与所述TFT阵列基板中的栅极信号线同层设置且相互绝缘。
6.如权利要求1所述的电容式内嵌触摸屏，其特征在于，所述触控电极的材料为金属或透明导电氧化物。
7.如权利要求6所述的电容式内嵌触摸屏，其特征在于，所述触控电极的材料为透明导电氧化物；所述触控电极与所述TFT阵列基板中的像素电极同层设置且相互绝缘。
8.如权利要求1-7任一项所述的电容式内嵌触摸屏，其特征在于，还包括：与所述触控电极电性相连且位于相邻像素单元之间的间隙处的至少一个触控子电极。
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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