CN103901650B - 一种内嵌式触控显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内嵌式触控显示装置，包括：彩膜基板、薄膜晶体管阵列基板、液晶层，其特征在于，所述彩膜基板包括网格状的黑矩阵、触控层、彩膜层；所述触控层包括呈矩阵排列的多个金属网格电极，所述金属网格电极包括多个驱动电极和多个感应电极，在透光方向上，所述金属网格电极的投影落入所述黑矩阵的投影内；并且，在相邻的感应电极和驱动电极邻近处的金属网格的密度大于感应电极和驱动线远离处的金属网格的密度。本发明提供的内嵌式触控显示装置能够减少结构中的电阻和寄生电容，实现大尺寸的内嵌触控结构。

Description

一种内嵌式触控显示装置

技术领域

本发明涉及触控技术领域，尤其涉及一种内嵌触摸屏的液晶显示装置。

背景技术

触摸显示屏是将输入、输出终端一体化的重要载体之一。近年来，随着小巧、轻盈的手持设备iphone等一系列产品的问世，市场对触摸显示屏的需求激增。早期的触摸显示屏均是通过显示屏与触摸屏叠加在一起实现的，即制备触摸显示屏时，需要分别制备显示装置和触摸屏，再将显示装置和触摸屏进行组装形成触控显示装置，这样制造成本较高，并且制造出的显示屏笨重，不符合现在显示装置轻量化、纤薄化的需求。

内嵌(In-cell)式的触摸显示屏因将显示装置和触摸屏一体化形成，更加轻薄方便，从而引起了人们的关注，很多研发者力图对其性能进行改进，使其满足实际的需要。如公开号为CN102541334A的中国专利公开了一种触摸显示装置及其制造方法，该触摸显示装置包括：包括触控结构层和触控结构层的输出引线的触摸屏基板、设置有像素阵列和像素阵列的外围引线的像素阵列基板；触控结构层的输出引线与所述像素阵列的外围引线在透光方向上交叠，所述触摸显示装置还包括设置于所述驱动引线与所述像素阵列的外围引线的第一屏蔽层；设置于所述感应电极引线与所述像素阵列的外围引线之间的第二屏蔽层。所述屏蔽层减小了像素阵列基板的外围引线与触摸屏基板的输出引线之间的寄生电容，避免了触摸屏的驱动电极和感应电极之间通过该寄生电容耦合，进而提高了信噪比。

虽然现有技术中，对触控结构层的输出引线进行了屏蔽，减小了输出引线造成的寄生电容，但是触控结构层中的驱动电极和感应电极和显示装置之间的寄生电容，也对触控造成了很大的影响，具体请参考图1和图2，图1是现有技术中一互电容型的触控显示装置的示意图，图2是图1所示的互电容型的触控显示装置的等效电路图。

所述触控结构层为多层结构，包括驱动电极层0041、感应电极层0042、以及设置在驱动电极层0041和感应电极层0042之间的绝缘层，并且所述驱动电极层0041、感应电极层0042以及绝缘层是重叠设置的，图2中分别示出了驱动电极层0041和感应电极层0042的结构。

所述驱动电极层0041包括多个菱形的驱动电极00410，所述多个驱动电极00410沿着Y方向延伸并相互连接，形成驱动线，并且所述每根驱动线分别连接至外部信号00411；所述感应电极层0042包括多个菱形的感应电极00420，所述多个感应电极00420沿着X方向延伸并通过金属桥相互连接，形成感应线，并且所述每根感应线分别连接至外部信号00421。所述驱动电极00410和感应电极00420之间都设置有空隙，相互绝缘。

同时，现有技术中的触控式液晶显示装置中，驱动电极或者感应电极都会和阵列基板上的像素电极、数据线、扫描线有重叠，有重叠的部分会形成电容。图2为所述传统的触控式液晶显示装置的等效电路，如图2所示，所述交流驱动电源连接所述驱动线，一定长度的所述驱动线等效成一个电阻，所述驱动电极和所述感应电极在交叉点形成互电容，当有触摸时，所述互电容的值会发生变化，另外，所述驱动电极和所述感应电极和其他导电层也会分别形成寄生电容。

所述传统的互电容触摸屏的检测方式为：依次扫描每一根驱动线，即在每根驱动线上依次施加驱动电压，同时其余的驱动线接地，而检测端每根感应线接到检测单元，从而检测出每一根感应线上的信号。由于手指是一种导体，当手指触摸到触摸屏表面时，触摸位置处的互电容就由于手指的电容感应效应发生了变化。这一变化可以被检测单元检测出来，从而判断出是否有手指触摸以及在什么位置触摸。

当寄生电容很大时，驱动信号会发生严重的变形。触控式液晶显示装置中，由于触控层和阵列基板上的像素电极、数据线和扫描线等导电层距离近，寄生电容很大，不利于触摸信号的检出。另外，因为要使触控式液晶显示装置透光，如上所述，所述触控层必须采用透光材料比如铟锡氧化物ITO薄膜，所述ITO薄膜的电阻率远远大于一般金属，使得触控层的电阻很大，降低了触控层的检测灵敏度、增大了触控层的负载。因此，在触控式液晶显示装置中，减小电阻和寄生电容、增大透光率、提高显示效果都是有待解决的问题。

并且，当触摸屏的尺寸增加，分辨率增加的情况下，需要设置更多的电极和引线，这个问题更为严重，因此在内嵌触摸结构中，需要对触控电极面积和电阻进一步优化才能满足要求，因此在内嵌触摸结构中，减小电阻和电容是解决问题之根本。

发明内容

本发明的目的在于提出一种内嵌触摸屏的液晶显示装置及其制造方法，能够减少内嵌触摸屏结构中的电阻和电容，实现大尺寸的内嵌触控结构。

为达此目的，本发明采用以下技术方案：

一种内嵌式触控显示装置，包括：彩膜基板、薄膜晶体管阵列基板、设置在彩膜基板和薄膜晶体管阵列基板之间的液晶层，其特征在于，所述彩膜基板包括网格状的黑矩阵、触控层、彩膜层；

其中，彩膜层由多个子像素单元组成，三个子像素单元构成一个像素单元；所述触控层包括呈矩阵排列的多个金属网格电极，所述金属网格电极包括多个驱动电极和多个感应电极，在透光方向上，所述金属网格电极的投影落入所述黑矩阵的投影内；

并且，在相邻的感应电极和驱动电极邻近处的金属网格的密度大于感应电极和驱动电极远离处的金属网格的密度。

优选地，相邻的感应电极和驱动电极从邻近处至远离处，所述金属网格的密度依次减小。

优选地，所述触控屏的金属网格的密度与子像素单元密度的比例在1：1至1：12之间。

优选地，所述触控层包括横向线和竖向线，所述横向线和竖向线相互交叠，所述横向线或竖向线也由金属网格构成。

优选地，所述横向线或竖向线的金属网格密度与子像素单元密度的比例为1:1。

优选地，所述触摸屏电极结构包括第一金属层、第二金属层以及第一金属层和第二金属层之间的绝缘层。

优选地，所述触控层的第一金属层包括驱动电极、感应电极和竖向线，所述竖向线将多个驱动电极连接成驱动线；所述第二金属层包括横向线，所述横向线通过绝缘层将多个感应电极连接成感应线。

优选地，所述触控层的第二金属层包括驱动电极、感应电极和横向线，所述横向线将多个驱动电极连接成驱动线；所述第一金属层包括竖向线，所述竖向线通过绝缘层将多个感应电极连接成感应线。

优选地，所述触控层的第一金属层包括驱动电极和竖向线，所述竖向线将多个驱动电极连接成驱动线；所述第一金属层包括感应电极和横向线，所述横向线将多个感应电极连接成感应线。

优选地，金属网格的线宽范围在0.1-10μm之间。

优选地，所述驱动电极和感应电极的形状为长方形、菱形或者其他形状。

与现有技术相比，本发明具有以下优点：

1、使用金属网格形成驱动电极和感应电极，减小了电极的电阻；

2、在相邻的感应电极和驱动电极邻近处的金属网格的密度大于感应电极和驱动电极远离处的金属网格的密度，即保证了相邻的感应电极和驱动电极接近处形成足够大的互电容，又降低了感应电极和驱动电极远离处的电阻及寄生电容，使得检测更为灵敏、能耗也随之降低；

3、相邻的感应电极和驱动电极从邻近处至远离处，所述金属网格的密度依次减小，因为随着感应电极和驱动电极之间的距离变化，金属网格对其形成的互电容的贡献大小也是不同的，越近的地方金属网格密度越大，可对互电容的贡献提高，越远的地方金属网格密度越小，可降低电阻和寄生电容，使得触控显示装置的性能更为优越；

4、连接驱动电极的竖向线或者连接感应电极的横向线，也为金属网格，可以降低竖向线或者横向线的电阻。

5、因具备较小的负荷，可应用于大尺寸的触控显示装置使用。

附图说明

图1是现有技术中一互电容型的触控显示装置的示意图；

图2是图1所示的互电容型的触控显示装置的等效电路图；

图3是本发明具体实施方式一提供的内嵌式触控显示装置的结构示意图；

图4是本发明具体实施方式一提供的内嵌式触控显示装置的黑矩阵的俯视示意图；

图5是本发明具体实施方式一提供的内嵌式触控显示装置的金属网格的俯视示意图；

图6是互电容型触摸屏的一个像素的结构示意图；

图7是互电容型触摸屏中驱动电极和感应电极为金属网格状结构的示意图；

图8是本发明具体实施方式二提供的液晶显示装置中的一个触控单元的俯视示意图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本发明作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释本发明，而非对本发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与本发明相关的部分而非全部结构。

具体实施例一：

本实施例提供了一种内嵌触摸屏的液晶显示装置，图3为该液晶显示装置的结构示意图。如图3所示，该液晶显示装置包括：彩膜基板、阵列基板9和彩膜基板、阵列基板9之间的液晶层8、有机层5，所述有机层5作为保护层。所述彩膜基板包括，基板1，为玻璃基板；黑矩阵层2；彩膜层3；触控层4。

黑矩阵层的俯视图如图4所示，黑矩阵2为纵横交叉的网格组成，黑矩阵2的材料为常用的黑矩阵材料铬。本领域技术人员可以知晓，图4只是基板上黑矩阵层的部分示意，不是全部，并且黑矩阵2的形状可以做任何的变化。由纵横的网格定义出的空白部分110则为后续沉积色阻材料形成红、率、蓝(RGB)子像素组成的彩膜层之用。

在黑矩阵层2之下为彩膜层3，所述彩膜层3由红、绿、蓝子像素单元组成，红、绿、蓝三个子像素单元构成一个像素单元。

所述触控层4是一个多层结构，所述触控层4包括多个驱动电极和感应电极，所述多个驱动电极和感应电极均由多个金属网格结构组成，金属网格的线宽尺寸小于黑矩阵的尺寸，透光方向上，所述金属网格电极的投影落入黑矩阵2的投影内，即黑矩阵2在遮光方向上对驱动电极和感应电极进行了遮蔽，使得驱动电极和感应电极不出现显示区域，则，和现有技术相比，触控层可以使用金属，和ITO相比，减小了电阻。

驱动电极和感应电极的金属网格的线宽范围可以在0.1-10μm之间。金属网格的密度与彩膜层3中的像素单元有关。

为了降低触控层的电阻及和其他导电层形成的寄生电容，对金属网格进行设计，在相邻的感应电极和驱动电极接近处的金属网格的密度大于感应电极和驱动电极远离处的金属网格的密度。

相邻的驱动电极和感应电极之间的互电容的变化和其之间的距离有关，请参考图6，为互电容型触摸屏的一个像素的结构示意图，包括两个驱动电极和两个感应电极，所述驱动电极和感应电极的形状为完整的菱形，相邻的驱动电极和感应电极之间的间距为d。驱动电极和感应电极之间的互电容C满足如下公式：

$c=0.55e^{-0.35d}+\frac{0.75}{\sqrt{d}}$

以上公式是一个现有技术中的经验公式，从公式中可以看出，互电容C随着相邻的驱动电极和感应电极之间的间距为d的增大而减小。

以上是基于电极是完整的菱形电极的情况，发明人发现，以上经验公式也可以用于驱动电极和感应电极为金属网格状的情况，具体请参考图7。如图所示，相邻的驱动电极和感应电极均是有多条金属线构成的网格状。驱动电极包括金属线a1、a2、a3、a4、a5，感应电极包括金属线b1、b2、b3、b4和b5。以驱动电极的金属线a5为例，其和感应电极的金属线b1、b2、b3、b4、b5的距离从近到远依次为d1、d2、d3、d4、d5。根据以上的经验公式可知，金属线b1和a5之间的互电容最强，离金属线a5越远的感应电极上的金属线，其和金属线a5之间的互电容也越来越弱。同样地，金属线b1、b2、b3、b4、b5和金属线a4、a3、a2、a1的关系也是如此。即在金属网格状的驱动电极和感应电极中，距离越远的金属线对互电容的贡献越小；但是因为金属线的线宽都一样，其形成的电阻都一致。

基于此，本发明的发明人提出一种内嵌式触控显示装置，在相邻的感应电极和驱动电极接近处的金属网格的密度大于感应电极和驱动电极远离处的金属网格的密度。这样，即保证了在相邻的感应电极和驱动电极接近处，有大密度的金属网格形成互电容，同时，在感应电极和驱动电极远离处，金属网格的密度低，可以降低电阻、减小寄生电容、减小触控显示装置的负载，使得检测更为灵敏，能耗也随之降低。

所述触控层的驱动电极和感应电极的金属网格的密度与子像素单元密度的比例在1：1至1：12之间。如图5所示，例如最小的金属网格对应1/3个像素单元，也就是1个子像素单元，如金属网格301；金属网格还可以对应2/3个像素单元，也就是2个子像素单元，如附图5中的金属网格302，金属网格还可以对应一个像素单元，也就是3个子像素单元；如附图5中的金属网格303；金属网格的密度和子像素单元的密度比例可以设计为1：1、1：2、1：3、1：4、1：5、1：6、1：7……1：12等等，最大为子像素单元的12倍，也就是一个金属网格对应十二个子像素单元，如附图5中的304。

需要说明的是，在具体实施例一中，触控层4位于彩膜层3的下方，在其他实施方式中，所述触控层还可以位于彩膜层的上方，只要触控层位于黑矩阵层的下方即可，在透光方向上，所述金属网格电极的投影落入所述黑矩阵的投影内，利用黑矩阵对触控层进行遮挡。

具体实施例二：

具体实施例二提供的内嵌式触控显示装置，优选地，触控层中，其相邻的感应电极和驱动电极从邻近处至远离处，所述金属网格的密度依次减小。

作为优选实施例，附图8中为一个触控单元的示例性结构图，如图所示，触控层包括驱动电极A1和A2、感应电极B1和B2，所述驱动电极A1和A2、感应电极B1和B2为触控层的一个像素结构，并且四个电极相互相邻设置。

在四个电极的邻近处，每个电极的金属网格密度都是最大的，比如感应电极B1在此处的金属网格密度和子像素单元的密度比例可以设计为1:1，即感应电极B1中此处一个金属网格对应1/3个像素单元，也就是1个子像素单元，驱动电极A1中此处也是一个金属网格对应1/3个像素单元，也就是1个子像素单元；

距离稍远处，金属网格的密度稍微降低，在此处感应电极B1的金属网格密度和子像素单元的密度比例设计为1:2，即一个金属网格对应2/3个像素单元，也就是2个子像素单元；在此处驱动电极A1的金属网格密度和子像素单元的密度比例设计为1:3，即一个金属网格对应1个像素单元，也就是3个子像素单元；

距离更远处，在此处感应电极B1的金属网格密度和像素单元的密度比例为1:3，即一个金属网格对应1个像素单元，也就是3个子像素单元；在此处驱动电极A1的金属网格密度和子像素单元的密度比例设计为1:5，即一个金属网格对应5个子像素单元。

在以上优选实施方式中，发明人根据驱动电极和感应电极随着距离的增加，其形成的金属网格的金属线之间的互电容随之降低的原理，设置其相邻的感应电极和驱动电极从邻近处至远离处，所述金属网格的密度依次减小。这样，即保证了感应电极和驱动电极相邻处，有足够的密度的金属网格形成两者之间的互电容，随着距离的增加，金属网格之间形成的互电容的大小也随之降低，并且是迅速减小，因此可以不计距离较远处对互电容的贡献，将其金属网格的密度降低，减小其形成的电阻。

以上实施例中，所述驱动电极A1和A2、感应电极B1和B2均以外形为长方形的电极为例，在其他实施方式中，本领域技术人员可以进行任意的变化电极的图形，如菱形或者其他形状，选择金属网格的大小和一个触控单元中金属网格的数目，均不脱离本发明的保护范围。

在具体实施例二中，所述内嵌式触控显示装置，触控层包括第一金属层、第二金属层以及第一金属层和第二金属层之间的绝缘层。所述触控层的第一金属层包括驱动电极A1和A2、感应电极B1和B2、竖向线，所述竖向线将驱动电极A1和A2连接成驱动线；所述第二金属层包括横向线，所述横向线通过绝缘层将感应电极B1和B2连接成感应线。其中，所述竖向线或者横向线可以为ITO材料，也可以为金属网格，材料同驱动电极A1和A2、感应电极B1和B2的材料相同。优选地，所述竖向线或者横向线为金属网格，这样的好处为：1、比起ITO材料，金属的电阻率更低；2、金属网格落入黑矩阵的投影内，可以使得竖向线或者横向线不影响显示效果。

并且竖向线或者横向线的金属网格，其密度和子像素单元的密度为1：1，即一个金属网格对应1/3个像素单元，也就是:1个子像素单元，可以减小竖向线或者横向线的电阻。

在其他实施方式中，所述触控层的结构还可以为，第二金属层包括驱动电极、感应电极和横向线，所述横向线将多个驱动电极连接成驱动线；所述第一金属层包括竖向线，所述竖向线通过绝缘层将多个感应电极连接成感应线。

或者，所述触控层的第一金属层包括驱动电极和竖向线，所述竖向线将多个驱动电极连接成驱动线；所述第一金属层包括感应电极和横向线，所述横向线将多个感应电极连接成感应线。

注意，上述仅为本发明的较佳实施例及所运用技术原理。本领域技术人员会理解，本发明不限于这里所述的特定实施例，对本领域技术人员来说能够进行各种明显的变化、重新调整和替代而不会脱离本发明的保护范围。因此，虽然通过以上实施例对本发明进行了较为详细的说明，但是本发明不仅仅限于以上实施例，在不脱离本发明构思的情况下，还可以包括更多其他等效实施例，而本发明的范围由所附的权利要求范围决定。

Claims (11)

1.一种内嵌式触控显示装置，包括：彩膜基板、薄膜晶体管阵列基板、设置在彩膜基板和薄膜晶体管阵列基板之间的液晶层，其特征在于，所述彩膜基板包括网格状的黑矩阵、触控层、彩膜层；

其中，彩膜层由多个子像素单元组成，所述触控层包括呈矩阵排列的多个金属网格电极，所述金属网格电极包括多个驱动电极和多个感应电极，在透光方向上，所述金属网格电极的投影落入所述黑矩阵的投影内；

并且，在相邻的感应电极和驱动电极邻近处的金属网格的密度大于感应电极和驱动电极远离处的金属网格的密度。

2.根据权利要求1所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，相邻的感应电极和驱动电极从邻近处至远离处，所述金属网格的密度依次减小。

3.根据权利要求1所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述金属网格的密度与子像素单元密度的比例在1：1至1：12之间。

4.根据权利要求1所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述触控层包括横向线和竖向线，所述横向线和竖向线相互交叠，所述横向线或竖向线也由金属网格构成。

5.根据权利要求4所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述横向线或竖向线的金属网格密度与子像素单元密度的比例为1:1。

6.根据权利要求4所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述触控层包括第一金属层、第二金属层以及第一金属层和第二金属层之间的绝缘层。

7.根据权利要求6所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述触控层的第一金属层包括驱动电极、感应电极和竖向线，所述竖向线将多个驱动电极连接成驱动线；所述第二金属层包括横向线，所述横向线通过绝缘层将多个感应电极连接成感应线。

8.根据权利要求6所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述触控层的第二金属层包括驱动电极、感应电极和竖向线，所述竖向线将多个驱动电极连接成驱动线；所述第一金属层包括横向线，所述横向线通过绝缘层将多个感应电极连接成感应线。

9.根据权利要求6所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述触控层的第一金属层包括驱动电极和竖向线，所述竖向线将多个驱动电极连接成驱动线；所述第二金属层包括感应电极和横向线，所述横向线将多个感应电极连接成感应线。

10.根据权利要求1所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，金属网格的线宽范围在0.1-10μm之间。

11.根据权利要求1所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述驱动电极和感应电极的形状为长方形、菱形或者其他形状。