CN103218097B - 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，将阵列基板中整面连接的公共电极层分割成相互绝缘且交叉设置的触控驱动电极和公共电极，在上基板设置触控感应电极，对触控驱动电极进行分时驱动，以实现触控和显示功能。将触控感应电极在阵列基板上的投影设置于公共电极所在区域内，可以减少触控感应电极与触控驱动电极之间的正对面，从而减少正对电容；将触控驱动电极侧边和相对的公共电极侧边均设置为折线，将各触控感应电极与公共电极的形状设置为一致，可以增加触控驱动电极和触控感应电极之间的相对面，从而增加单位面积内的投射电容。通过提高投射电容相对正对电容的比例，可以增加由手指触摸导致的互电容变化量的比例，提升了触控准确性。

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驱动电极和触控感应电极实现的，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电极和触控感应电极，如图1所示，横向设置的触控驱动电极Tx和纵向设置的触控感应电极Rx之间耦合产生互电容Cm（MutualCapacitance），当手指触碰屏幕时，手指的触碰会改变互电容Cm的值，触摸检测装置通过检测手指触碰前后电容Cm对应的电流的改变量，从而检测出手指触摸点的位置。
如图1所示，在横向设置的触控驱动电极Tx和纵向设置的触控感应电极Rx之间会形成两种互电容Cm，一种是对实现触摸功能有效的投射电容（图1中带箭头的曲线为投射电容），手指触碰屏幕时，会改变投射电容值；另一种是对实现触摸功能无效的正对电容（带箭头的直线为正对电容）。触控驱动电极与触控感应电极在垂直方向的正对面过大时，在该正对面处形成的正对电容相对于投射电容会过大，导致触摸检测装置检测初始值较大，无法准确检测出手指触碰触摸屏后投射电容的信号微弱变化，使得触摸屏的信噪比降低，影响了内嵌式触摸屏中触控感应的准确性。
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，用以解决现有的内嵌式触摸屏中触控感应的准确性较低的问题。
本发明实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏，包括：上基板，具有公共电极层的阵列基板，以及位于所述上基板和所述阵列基板之间的液晶层，
所述阵列基板的公共电极层由相互绝缘的多个触控驱动电极和多个公共电极组成，所述触控驱动电极与公共电极交叉设置，且所述触控驱动电极的侧边和相对的所述公共电极的侧边均为折线；在一帧画面的显示时间内，各所述触控驱动电极分时地加载公共电极信号和触控扫描信号；
所述上基板具有多个触控感应电极，各所述触控感应电极在所述阵列基板上的正投影位于所述公共电极所在区域内，且各所述触控感应电极与所述公共电极所在区域的形状一致。
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，形成相互绝缘且交叉设置的触控驱动电极和公共电极，在上基板设置触控感应电极，对触控驱动电极进行分时驱动，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中，触控感应电极在阵列基板上的投影位于公共电极所在的区域内，而公共电极和触控驱动电极位于同层且相互绝缘，这样，可以有效地减少触控感应电极与触控驱动电极之间的正对面，从而减少在该正对面处形成的正对电容；并且，将触控驱动电极的侧边和相对的公共电极的侧边均设置为折线，且将各触控感应电极与公共电极所在区域的形状设置为一致，这样可以增加相邻的触控驱动电极和触控感应电极之间的相对面，从而增加单位面积内触控驱动电极和触控感应电极之间的投射电容。通过提高投射电容相对正对电容的比例，可以增加由手指触摸导致的互电容变化量的比例，提升了触控准确性。
附图说明
图1为现有的触控驱动电极和触控感应电极之间产生的电容示意图；
图2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3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；
图4为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中阵列基板的俯视示意图之一；
图5为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中阵列基板的俯视示意图之二；
图6为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中阵列基板的俯视示意图之三；
图7为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中触控感应电极在阵列基板上的投影示意图；
图8a和图8b分别为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中上基板的俯视图。
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阵列基板或上基板的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
图2为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏的横向剖面示意图。如图2所示，本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏具体包括：上基板1，具有公共电极层的阵列基板2，以及位于上基板1和阵列基板2之间的液晶层3；
阵列基板2的公共电极层由相互绝缘的多个触控驱动电极4和多个公共电极5组成，触控驱动电极4与公共电极5交叉设置，且触控驱动电极4的侧边和相对的公共电极5的侧边均为折线（图2中未示出）；在一帧画面的显示时间内，各触控驱动电极4分时地加载公共电极信号和触控扫描信号；
上基板1具有多个触控感应电极6，各触控感应电极6在阵列基板2上的正投影位于公共电极5所在区域内，且各触控感应电极6与公共电极所在区域的形状一致（图2中未示出）。
本发明实施例提供的上述电容式内嵌触摸屏，将触控感应电极在阵列基板上的投影设置于公共电极所在的区域内，而公共电极和触控驱动电极位于同层且相互绝缘，这样，可以有效地减少触控感应电极与触控驱动电极之间的正对面，从而减少在该正对面处形成的正对电容；并且，将触控驱动电极的侧边和相对的公共电极的侧边均设置为折线，且将各触控感应电极与公共电极所在区域的形状设置为一致，这样可以增加相邻的触控驱动电极和触控感应电极之间的相对面，从而增加单位面积内触控驱动电极和触控感应电极之间的投射电容。通过提高投射电容相对正对电容的比例，可以增加由手指触摸导致的互电容变化量的比例，提升了触控准确性。
并且，由于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3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3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），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作为公共电极，与触控驱动电极连接的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），与触控驱动电极连接的IC芯片向各触控驱动电极分别提供触控扫描信号T1、T2……Tn，同时各触控感应电极分别进行侦测触控感应信号R1、R2……Rn，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。并且，在公共电极层中的各公共电极在显示时间段和触控时间段始终加载公共电极信号，或者，在显示时间段向各公共电极加载公共电极信号，在触控时间段各公共电极接地或者悬空处理，该悬空处理指无信号输入。
在具体实施时，一般电容式内嵌触摸屏内都形成有呈矩阵排列的多个像素单元，较佳地，一般将各触控驱动电极4沿着像素单元的行方向延伸；各触控感应电极6和各公共电极5沿着像素单元的列方向延伸；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4设置为沿着像素单元的列方向延伸，各触控感应电极6和各公共电极5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4沿着像素单元的行方向延伸，各触控感应电极6和各公共电极5沿着像素单元的列方向延伸为例进行说明。
下面对上述触摸屏中实现触控功能的触控驱动电极的具体结构进行详细的说明。
具体地，由于触控驱动电极4和公共电极5之间相互绝缘且共同构成公共电极层；因此，在具体设计公共电极层时，如图4所示，可以将各公共电极5设置为条状电极，各公共电极5沿着像素单元的列方向延伸；各触控驱动电极4沿着像素单元的行方向延伸，将每个触控驱动电极4分割成多个同行设置的触控驱动子电极41，各触控驱动子电极41位于相邻的公共电极5之间的间隙处。例如图4中示出了一条触控驱动电极Tx1由5个触控驱动子电极41构成，同样Tx2和Tx3也由5个触控驱动子电极构成。
并且，本发明实施例提供的触摸屏中，触控驱动电极4的侧边和相对的公共电极5的侧边均为折线的情况，在具体实施时可以如图4所示，触控驱动电极4的侧边和相对的公共电极5的侧边均具有凹凸状结构，两凹凸状结构形状一致且相互匹配；或者，也可以如图5所示，触控驱动电极4的侧边和相对的公共电极5的侧边均具有阶梯状结构，两阶梯状结构形状一致且相互匹配。并且，在具体实施时，还可以存在侧边的折线结构为凹凸状结构和阶梯状结构的组合，当然，也可以根据实际需要设计折线的形状，在此不做限定。
当然，在具体设计公共电极层时，也可以将各触控驱动电极设置为沿着像素单元的行方向延伸的条状电极；将公共电极设置为沿着像素单元的列方向延伸，将每个公共电极分割成多个同列设置的公共子电极，各公共子电极位于相邻的触控驱动子电极之间的间隙处。这时，为了保证触控感应电极与触控驱动电极之间没有正对面积，与各公共电极对应触控感应电极也将由多个同列设置的触控感应子电极组成。
具体地，如图4所示的公共电极层设计中，在阵列基板中还可以具有位于相邻像素单元之间的多条触控驱动信号线7，每个触控驱动电极4的各触控驱动子电极41通过至少一条触控驱动信号线7电性相连。在具体实施时，各触控驱动信号线7一般沿着像素单元的行方向延伸，即各触控驱动信号线7位于相邻行的像素单元之间的间隙处。
较佳地，在具体实施时，各触控驱动信号线7可以与阵列基板中的栅极信号线同层设置；各触控驱动信号线7通过至少一个过孔与对应的各触控驱动子电极51电性相连，这样，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7和栅极信号线的图形，能够节省制备成本，提升产品附加值。
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，由金属制备的触控驱动信号线7与各触控驱动电极4电性相连后，相当于将ITO电极和多个由触控驱动信号线组成的金属电阻并联，这样能最大限度的减少触控驱动电极的电阻，从而提高电极传递信号时的信噪比。
具体地，在阵列基板中还可以具有位于相邻像素单元之间的多条公共电极信号线8，各公共电极5与公共电极信号线8电性相连，通过公共电极信号线8向各公共电极提供公共电极信号。在具体实施时，各公共电极信号线8一般沿着像素单元的行方向延伸，如图4所示，即各公共电极信号线8位于相邻行的像素单元之间的间隙处；当然，各公共电极信号线8还可以沿着像素单元的列方向延伸，即各公共电极信号线8贯穿对应的公共电极5，在此不具体限定公共电极信号线8的延伸方向。
较佳地，在各公共电极信号线8沿着像素单元的行方向延伸时，可以将各公共电极信号线8与阵列基板中的栅极信号线同层设置；各公共电极信号线8通过至少一个过孔与对应的各公共电极5电性相连。在各公共电极信号线8沿着像素单元的列方向延伸时，可以将各公共电极信号线8与阵列基板中的数据信号线同层设置；各公共电极信号线8通过至少一个过孔与对应的各公共电极5电性相连。这样，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公共电极信号线8和栅极信号线或数据信号线的图形，能够节省制备成本，提升产品附加值。
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，由金属制备的公共电极信号线8与各公共电极5电性相连后，相当于将ITO电极和多个由公共电极信号线组成的金属电阻并联，这样能最大限度的减少公共电极的电阻，从而提高电极传递信号时的信噪比。
较佳地，为了能够在最大限度的保证大尺寸的触摸显示屏的开口率，本发明实施例提供的触摸屏的阵列基板中的像素结构在具体实施时可以采用如图6所示的结构，在该结构中以阵列基板中的每相邻的两行像素单元为一个像素单元组，在该两行像素单元之间具有两条栅极信号线分别为该两行像素单元的一行提供栅极扫描信号，例如图6中的Gate1和Gate2。这样可以将该相邻两行像素单元中的TFT开关设计在一起，相应地可以减小用于遮挡TFT开关和栅线的黑矩阵的面积，有助于提高触摸显示屏的开口率。
进一步地，上述图6的像素结构通过变更相邻两行像素单元的栅极信号线和TFT开关的位置，可以节省出相邻像素单元组之间栅极信号线的位置。这样，如图6所示，就可以在相邻像素单元组之间的间隙处设置各触控驱动信号线7和各公共电极信号线（图6中未示出），即各触控驱动信号线7具体位于相邻的像素单元组之间的间隙处，各公共电极信号线具体位于除设置有触控驱动信号线7之外的相邻像素单元组之间的间隙处。
下面对上述触摸屏中实现触控功能的触控感应电极的具体结构进行详细的说明。
在具体实施时，触控感应电极可以位于上基板的衬底基板与黑矩阵区域之间，也可以位于上基板的黑矩阵区域面向液晶层的一面。
具体地，触控感应电极的位置与公共电极的位置相对应，这样能减少触控感应电极和触控驱动电极之间的正对面。在具体实施时，由于触摸屏的精度通常在毫米级，而液晶显示屏的精度通常在微米级，可以看出显示所需的精度远远大于触控所需的精度，因此，一般每条触控感应电极和每条公共电极都会对应多行像素单元。并且，可以根据具体需要的触控精度，设置各条触控感应电极之间的间隙，即仅需要保证各触控感应电极在阵列基板上的投影位于公共电极所在区域内即可，各触控感应电极的宽度一般不大于公共电极的宽度，各触控感应电极还可以间隔至少一条公共电极设置，也可以将触控感应电极与公共电极设置为一一对应的关系，在此不做限定。
并且，在具体实施时，各触控感应电极与公共电极所在区域的形状一致，各触控感应电极在阵列基板上的正投影的大小可以等于对应的公共电极所在区域的大小；为了进一步提高触摸屏的信噪比，还可以如图7所示，将触控感应电极6在阵列基板上的正投影设置为小于对应的公共电极5所在区域的大小，如图7中各条触控感应电极Rx1、Rx2、Rx3所示，通过模拟计算结果可以得出，在此种结构下可以有效地增加由手指触摸导致的互电容变化量的比例，提升触控准确性。
并且，在具体实施时，可将各条触控感应电极6设计为具有面状电极结构。进一步地，由于触控感应电极与触控驱动电极之间的间距较小，为了保证耦合电容值在合适的范围提高触控的可行性，如图8a和图8b所示，可将各条触控感应电极6设计为具有网格状电极结构，且各触控感应电极的图案被黑矩阵区域覆盖，这样就可以利用黑矩阵遮盖触控感应电极的网格状结构，不会对显示器的开口率产生影响，也不会影响显示器的光透过率。具体地，各触控感应电极的网格状电极结构的网孔大小可以依据具体需要确定，例如，可以设置为如图8a所示，即触控感应电极6的图案位于组成像素单元的各亚像素单元（RGB）之间的间隙处，也可以设置为如图8b所示，即触控感应电极6的图案仅位于像素单元之间的间隙处，在此不做限定。
具体地，由于在上基板上设置的网格状结构的触控感应电极不会遮挡像素单元，因此，触控感应电极的材料可以具体为透明导电材料例如ITO或IZO，也可以为金属材料，当采用金属材料制作触控感应电极时可以有效的降低其电阻。
较佳地，本发明实施例提供的上述触摸屏中，在非显示区域设置与触控驱动电极和触控感应电极连接的走线时，可以采用单边走线或双边走线，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，形成相互绝缘且交叉设置的触控驱动电极和公共电极，在上基板设置触控感应电极，对触控驱动电极进行分时驱动，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中，触控感应电极在阵列基板上的投影位于公共电极所在的区域内，而公共电极和触控驱动电极位于同层且相互绝缘，这样，可以有效地减少触控感应电极与触控驱动电极之间的正对面，从而减少在该正对面处形成的正对电容；并且，将触控驱动电极的侧边和相对的公共电极的侧边均设置为折线，且将各触控感应电极与公共电极所在区域的形状设置为一致，这样可以增加相邻的触控驱动电极和触控感应电极之间的相对面，从而增加单位面积内触控驱动电极和触控感应电极之间的投射电容。通过提高投射电容相对正对电容的比例，可以增加由手指触摸导致的互电容变化量的比例，提升了触控准确性。
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 (14)

1.一种电容式内嵌触摸屏，包括：上基板，具有公共电极层的阵列基板，以及位于所述上基板和所述阵列基板之间的液晶层，其特征在于，
所述阵列基板的公共电极层由相互绝缘的多个触控驱动电极和多个公共电极组成，所述触控驱动电极与公共电极交叉设置，且所述触控驱动电极的侧边和相对的所述公共电极的侧边均为折线；在一帧画面的显示时间内，各所述触控驱动电极分时地加载公共电极信号和触控扫描信号；
所述上基板具有多个触控感应电极，各所述触控感应电极在所述阵列基板上的正投影位于所述公共电极所在区域内，且各所述触控感应电极与所述公共电极所在区域的形状一致。
2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述触控驱动电极的侧边和相对的所述公共电极的侧边均具有阶梯状结构，两阶梯状结构形状一致且相互匹配；和/或，
所述触控驱动电极的侧边和相对的所述公共电极的侧边均具有凹凸状结构，两凹凸状结构形状一致且相互匹配。
3.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控感应电极在所述阵列基板上的正投影小于对应的公共电极所在区域的大小。
4.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，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；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和各公共电极沿着像素单元的列方向延伸。
5.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，各公共电极为条状电极，每个所述触控驱动电极包括多个同行设置的触控驱动子电极，各所述触控驱动子电极位于相邻的公共电极之间的间隙处。
6.如权利要求5所述的触摸屏，其特征在于，所述阵列基板中具有位于相邻像素单元之间的多条触控驱动信号线，所述触控驱动电极的各触控驱动子电极通过至少一条触控驱动信号线电性相连。
7.如权利要求6所述的触摸屏，其特征在于，所述阵列基板中具有位于相邻像素单元之间的多条公共电极信号线，各所述公共电极与公共电极信号线电性相连。
8.如权利要求7所述的触摸屏，其特征在于，在所述阵列基板中以每相邻的两行像素单元为一个像素单元组，在该两行像素单元之间具有两条栅极信号线分别为该两行像素单元的一行提供栅极扫描信号。
9.如权利要求8所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控驱动信号线具体位于相邻的像素单元组之间的间隙处，各公共电极信号线具体位于除设置有所述触控驱动信号线之外的相邻像素单元组之间的间隙处。
10.如权利要求9所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控驱动信号线和各所述公共电极信号线与所述阵列基板中的栅极信号线同层设置；各所述触控驱动信号线通过至少一个过孔与对应的各触控驱动子电极电性相连；各所述公共电极信号线通过至少一个过孔与对应的各公共电极电性相连。
11.如权利要求1-10任一项所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控感应电极位于所述上基板的黑矩阵区域面向液晶层的一面。
12.如权利要求11所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控感应电极具有网格状电极结构，且所述触控感应电极的网格状电极结构被所述黑矩阵区域覆盖。
13.如权利要求12所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控感应电极的材料为透明导电材料或金属材料。
14.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-13任一项所述的电容式内嵌触摸屏。
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