CN104020904A - 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，由于将至少一条栅线或至少一条数据线复用为第一触摸感测电极，相互独立的多条公共电极与第一触摸感测电极交叉而置，将至少一条公共电极复用为第二触摸感测电极，这样，不需要在阵列基板上增加新的膜层就能实现触控功能，从而可以减少制作工艺中的掩模次数，减小触摸屏的厚度，降低生产成本；并且，在一帧画面切换过程中预留一定的时间作为触控时间，即在触控时间段和显示时间段采用分时驱动的方式，还可以避免显示信号与触控驱动信号之间相互干扰，从而可以保证显示画面的品质和触控的精准度。

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
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 TouchPanel)。其中，内嵌式触摸屏是将触摸屏的触控电极设置在液晶显示屏的内部，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。触摸屏按照工作原理可以分为：电阻式触摸屏和电容式触摸屏等。其中，电容式触摸屏支持多点触控功能，拥有较高的透光率和较低的整体功耗，其接触面硬度高，使用寿命较长。
目前，现有的电容式内嵌触摸屏是通过在现有的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，即在阵列基板的表面制作两层相互异面相交的条状电极，这两层电极分别作为触摸屏的触控驱动线和触控感应线，在两条电极的异面相交处形成互电容。其工作过程为：在对作为触控驱动线的电极加载触控驱动信号时，检测触控感应线通过互电容耦合出的电压信号，在此过程中，当有人体接触触摸屏时，人体电场就会作用在互电容上，使互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。
在上述电容式内嵌触摸屏的结构设计中，由于需要在现有的阵列基板上新增触控扫描线和触控感应线，这样会增多制作工艺中的掩模次数，增大触摸屏的厚度，从而增加生产成本；并且，新增的触控扫描线上加载的触控驱动信号会与阵列基板中原有的显示信号之间相互干扰，影响显示画面的品质和触控的精准度。
因此，如何减少制作工艺中的掩模次数，减小触摸屏的厚度，并避免触控驱动信号与显示信号之间相互干扰，是本领域技术人员亟需解决的技术问题。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种电容式内嵌触摸屏及显示装置，用以减少制作工艺中的掩模次数，减小触摸屏的厚度，并避免触控驱动信号与显示信号之间相互干扰。
因此，本发明实施例提供了一种电容式内嵌触摸屏，包括：具有栅线和数据线的阵列基板，与所述阵列基板相对而置的对向基板，以及位于所述对向基板面向所述阵列基板一侧或所述阵列基板面向所述对向基板一侧的公共电极层；
将至少一条所述栅线或至少一条所述数据线复用为第一触摸感测电极；
所述公共电极层由与所述第一触摸感测电极交叉而置且相互独立的多条公共电极组成，将至少一条所述公共电极复用为第二触摸感测电极；
在触控时间段，对各所述第一触摸感测电极加载触控驱动信号，所述第二触摸感测电极耦合所述触控驱动信号的电压信号并输出；或，对各所述第二触摸感测电极加载触控驱动信号，所述第一触摸感测电极耦合所述触控驱动信号的电压信号并输出。
本发明实施例提供的上述电容式内嵌触摸屏，由于将至少一条栅线或至少一条数据线复用为第一触摸感测电极，相互独立的多条公共电极与第一触摸感测电极交叉而置，将至少一条公共电极复用为第二触摸感测电极，这样，不需要在阵列基板上增加新的膜层就能实现触控功能，从而可以减少制作工艺中的掩模次数，减小触摸屏的厚度，降低生产成本；并且，在一帧画面切换过程中预留一定的时间作为触控时间，即在触控时间段和显示时间段采用分时驱动的方式，还可以避免显示信号与触控驱动信号之间相互干扰，从而可以保证显示画面的品质和触控的精准度。
较佳地，为了提高本发明实施例提供的上述触摸屏实现触控的灵敏度，所述第一触摸感测电极的延伸方向与所述第二触摸感测电极的延伸方向相互垂直。
较佳地，为了减小公共电极的电阻，从而减小在公共电极上传输的信号的衰减，在本发明实施例提供的上述触摸屏中，每条所述公共电极包括：多个块状的公共子电极，以及将各所述公共子电极沿着所述公共电极的延伸方向电性相连的公共电极线。
进一步地，为了减小公共电极与第一触摸感测电极之间的电容耦合，在本发明实施例提供的上述触摸屏中，各所述公共子电极和各所述第一触摸感测电极在所述阵列基板上的正投影互不重叠。
较佳地，在触控时间段，为了使与栅线和数据线相连的薄膜晶体管关闭，以避免触摸屏显示画面，在本发明实施例提供的上述触摸屏中，将至少一条所述栅线复用为第一触摸感测电极时，在触控时间段加载的所述触控驱动信号与在显示时间段对各所述栅线加载的栅极扫描信号的极性相反；
将至少一条所述数据线复用为第一触摸感测电极时，在触控时间段和在显示时间段分别对各所述栅线加载极性相反的电压信号。
具体地，在本发明实施例提供的上述触摸屏中，还包括：
与各所述栅线电性连接且用于对各所述栅线加载栅极扫描信号的第一显示驱动电路；
与各所述数据线电性连接且用于对各所述数据线加载灰阶信号的第二显示驱动电路；
与各所述公共电极电性连接且用于对各所述公共电极加载公共电极电压信号的第三显示驱动电路；
以及与所述第一触摸感测电极和所述第二触摸感测电极电性连接，用于对各所述第一触摸感测电极加载所述触控驱动信号且接收各所述第二触摸感测电极耦合所述触控驱动信号的电压信号，或对各所述第二触摸感测电极加载所述触控驱动信号且接收各所述第一触摸感测电极耦合所述触控驱动信号的电压信号的触控驱动电路。
较佳地，为了简化触摸屏的制作工艺，降低生产成本，在本发明实施例提供的上述触摸屏中，将至少一条所述栅线复用为第一触摸感测电极时，所述第一显示驱动电路、所述第三显示驱动电路和所述触控驱动电路为一个驱动电路；
将至少一条所述数据线复用为第一触摸感测电极时，所述第二显示驱动电路、所述第三显示驱动电路和所述触控驱动电路为一个驱动电路。
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。
附图说明
图1a和图1b分别为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏的侧视图；
图2a和图2b分别为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏的俯视图之一；
图3a和图3b分别为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏的俯视图之二；
图4a和图4b分别为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中的驱动电路的结构示意图；
图5a和图5b分别为本发明实例一和实例二中电容式内嵌触摸屏的驱动电路的结构示意图；
图6a和图6b分别为本发明实例一和实例二中电容式内嵌触摸屏的驱动时序示意图。
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。
本发明实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏，如图1a和图1b所示，包括：具有栅线和数据线的阵列基板1，与阵列基板1相对而置的对向基板2，以及位于对向基板2面向阵列基板1一侧(如图1a所示)或阵列基板1面向对向基板2一侧(如图1b所示)的公共电极层3；
将至少一条栅线4(如图2a所示)或至少一条数据线5(如图2b所示)复用为第一触摸感测电极；
公共电极层3由与第一触摸感测电极交叉而置且相互独立的多条公共电极6组成(图2a和图2b以公共电极层3包括4条公共电极6为例进行说明)，将至少一条公共电极6复用为第二触摸感测电极；
在一帧画面切换过程中，在触控时间段，对各第一触摸感测电极加载触控驱动信号，第二触摸感测电极耦合触控驱动信号的电压信号并输出；或，对各第二触摸感测电极加载触控驱动信号，第一触摸感测电极耦合触控驱动信号的电压信号并输出。
本发明实施例提供的上述电容式内嵌触摸屏，由于将至少一条栅线4或至少一条数据线5复用为第一触摸感测电极，相互独立的多条公共电极6与第一触摸感测电极交叉而置，将至少一条公共电极6复用为第二触摸感测电极，这样，不需要在阵列基板1上增加新的膜层就能实现触控功能，从而可以减少制作工艺中的掩模次数，减小触摸屏的厚度，降低生产成本；并且，在一帧画面切换过程中预留一定的时间作为触控时间，即在触控时间段和显示时间段采用分时驱动的方式，还可以避免显示信号与触控驱动信号之间相互干扰，从而可以保证显示画面的品质和触控的精准度。
在具体实施时，如图1a所示，本发明实施例提供的上述触摸屏可以应用于扭转向列(Twisted Nematic,TN)型液晶显示屏，即公共电极层3位于对向基板2面向阵列基板1的一侧；或者，如图1b所示，本发明实施例提供的上述触摸屏也可以应用于高级超维场开关(Advanced Super Dimension,ADS)型液晶显示屏，即公共电极层3位于阵列基板1面向对向基板2的一侧，在此不做限定。下面以本发明实施例提供的上述触摸屏应用于ADS型液晶显示屏为例进行说明。
本发明实施例提供的上述触摸屏在具体实施时，相互独立的多条公共电极6与第一触摸感测电极交叉而置，即各公共电极6与第一触摸感测电极之间的夹角可以为大于零的任意角度；将至少一条公共电极6复用为第二触摸感测电极，则第一触摸感测电极和第二触摸感测电极之间的夹角可以为大于零的任意角度，在此不做限定。
较佳地，为了提高本发明实施例提供的上述触摸屏的触控的灵敏度，保证其触控精度，如图2a和图2b所示，可以将第一触摸感测电极的延伸方向与第二触摸感测电极的延伸方向设置为相互垂直。如图2a所示，在将至少一条栅线4复用为第一触摸感测电极时，各公共电极6的延伸方向与各栅线4的延伸方向相互垂直；或者，如图2b所示，在将至少一条数据线5复用为第一触摸感测电极时，各公共电极6的延伸方向与各数据线5的延伸方向相互垂直。这样，不仅可以保证本发明实施例提供的上述触摸屏具有良好的触控灵敏度和触控精度，而且，在本发明实施例提供的上述触摸屏的制作过程中，便于制作公共电极层3，可以简化触摸屏的制作工艺。
本发明实施例提供的上述触摸屏在具体实施时，如图2a和图2b所示，各公共电极6具体可以为条形电极。较佳地，为了减小各公共电极6的电阻，从而减小在各公共电极6上传输的信号的衰减，如图3a和图3b所示，每条公共电极6具体可以包括：多个块状的公共子电极7，以及将各公共子电极7沿着公共电极6的延伸方向电性相连的公共电极线8。由于公共电极线8的横截面积明显小于公共电极6的横截面积，因此，采用公共电极线8电性连接多个块状的公共子电极7的方式可以减小公共电极6的电阻，从而可以减小在公共电极6上传输的信号的衰减。
进一步地，各块状的公共子电极7与第一触摸感测电极在阵列基板1上的正投影具有相互重叠的区域时，各块状的公共子电极7与第一触摸感测电极之间相互重叠的区域就会形成正对电容，正对电容会对触摸屏的触控灵敏度产生影响，因此，为了避免各块状的公共子电极7与第一触摸感测电极之间形成正对电容而影响触摸屏的触控灵敏度，在本发明实施例提供的上述触摸屏中，可以将各公共子电极7和各第一触摸感测电极设置为在阵列基板1上的正投影互不重叠。如图3a所示，将至少一条栅线4复用为第一触摸感测电极时，可以将各公共子电极7和被复用为第一触摸感测电极的栅线4设置为在阵列基板1上的正投影互不重叠；如图3b所示，将至少一条数据线5复用为第一触摸感测电极时，可以将各公共子电极7和被复用为第一触摸感测电极的数据线5设置为在阵列基板1上的正投影互不重叠。特别地，如图3a和图3b所示结构的触摸屏尤其适用于大尺寸的显示器件，例如：笔记本电脑或桌面显示器等。
本发明实施例提供的上述触摸屏在具体实施时，在显示时间段，分别对各栅线4逐行加载栅极扫描信号，依次控制与各行栅线4相连的各薄膜晶体管处于开启状态，从而可以实现像素显示。具体地，将至少一条栅线4复用为第一触摸感测电极时，可以将在触控时间段加载的触控驱动信号的极性设置为与在显示时间段对各栅线4加载的栅极扫描信号的极性相反，这样，在触控时间段，可以使与栅线4和数据线5相连的薄膜晶体管处于关闭状态，从而避免触摸屏在触控时间段显示画面；或者，将至少一条数据线5复用为第一触摸感测电极时，可以在触控时间段和在显示时间段分别对各栅线4加载极性相反的电压信号；这样，在触控时间段，可以使与栅线4和数据线5相连的薄膜晶体管处于关闭状态，从而避免触摸屏在触控时间段显示画面。
具体地，本发明实施例提供的上述触摸屏在具体实施时，以如图2a和图2b所示结构的触摸屏为例进行说明，如图4a和图4b所示，还可以包括：与各栅线4电性连接且用于对各栅线4加载栅极扫描信号的第一显示驱动电路9；与各数据线5电性连接且用于对各数据线5加载灰阶信号的第二显示驱动电路10；与各公共电极6电性连接且用于对各公共电极6加载公共电极电压信号的第三显示驱动电路11；以及与第一触摸感测电极和第二触摸感测电极电性连接，用于对各第一触摸感测电极加载触控驱动信号且接收各第二触摸感测电极耦合触控驱动信号的电压信号，或对各第二触摸感测电极加载触控驱动信号且接收各第一触摸感测电极耦合触控驱动信号的电压信号的触控驱动电路12。
本发明实施例提供的上述触摸屏在具体实施时，为了简化触摸屏的制作工艺，降低生产成本，可以将显示驱动的芯片和触控驱动的芯片整合为一体。将至少一条栅线4复用为第一触摸感测电极时，以如图2a所示结构的触摸屏为例进行说明，如图5a所示，可以将第一显示驱动电路9、第三显示驱动电路11和触控驱动电路12设置为一个驱动电路13。驱动电路13可以在同一时间段分通道输出不同的信号：在显示时间段，驱动电路13中与栅线4对应的通道输出栅极扫描信号，与公共电极6对应的通道输出公共电极信号；在触控时间段，与栅线4对应的通道输出触控驱动信号，与公共电极6对应的通道耦合触控驱动信号的电压信号并输出，或者，与公共电极6对应的通道输出触控驱动信号，与栅线4对应的通道耦合触控驱动信号的电压信号并输出。
或者，将至少一条数据线5复用为第一触摸感测电极时，以如图2b所示结构的触摸屏为例进行说明，如图5b所示，可以将第二显示驱动电路10、第三显示驱动电路11和触控驱动电路12设置为一个驱动电路13。同理，驱动电路13可以在同一时间段分通道输出不同的信号：在显示时间段，驱动电路13对与数据线5对应的通道输出灰阶信号，对与公共电极6对应的通道输出公共电极信号；在触控时间段，对与数据线5对应的通道输出触控驱动信号，与公共电极6对应的通道耦合触控驱动信号的电压信号并输出，或者，对与公共电极6对应的通道输出触控驱动信号，与数据线5对应的通道耦合触控驱动信号的电压信号并输出。
下面通过两个具体的实例对本发明实施例提供的上述触摸屏中将显示驱动的芯片和触控驱动的芯片整合为一体的具体实现方式进行详细的说明。
实例一：将所有的栅线4复用为第一触摸感测电极，将所有的公共电极6复用为第二触摸感测电极，且以对各第一触摸感测电极加载触控驱动信号，第二触摸感测电极耦合触控驱动信号的电压信号并输出为例进行说明。
本实例中的触摸屏对应如图6a所示的驱动时序图，将触摸屏显示每一帧(V-sync)的时间分成显示时间段和触控时间段，例如图6a所示的驱动时序图中触摸屏显示一帧的时间为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，当然也可以根据芯片的处理能力适当地调整两者的时长，在此不做具体限定。在显示时间段，驱动电路13对触摸屏中的每条栅线Gate1，Gate2……Gaten依次施加栅极扫描信号，且对各公共电极Vcom施加恒定的公共电极信号，第二显示驱动电路10对数据线Data施加灰阶信号，实现液晶显示功能。在触控时间段，驱动电路13对作为第一触摸感测电极的栅线Gate1，Gate2……Gaten加载触控驱动信号Tx(T1、T2……Tn)，作为第二触摸感测电极的公共电极Vcom耦合触控驱动信号的电压信号Rx(R1、R2……Rn)并输出。
并且，如图6a所示，在触控时间段加载的触控驱动信号Tx(T1、T2……Tn)与在显示时间段对各栅线Gate1，Gate2……Gaten依次施加的栅极扫描信号的极性相反，即在触控时间段对作为第一触摸感测电极的各栅线Gate1，Gate2……Gaten加载的触控驱动信号Tx(T1、T2……Tn)与在显示时间段对各栅线Gate1，Gate2……Gaten依次施加的栅极扫描信号的极性相反，这样，可以使与栅线和数据线相连的薄膜晶体管在触控时间段处于关闭状态，从而避免触摸屏在触控时间段显示画面，避免影响触摸屏显示画面的显示品质。
实例二：将所有的数据线5复用为第一触摸感测电极，将所有的公共电极6复用为第二触摸感测电极，且以对各第一触摸感测电极加载触控驱动信号，第二触摸感测电极耦合触控驱动信号的电压信号并输出为例进行说明。如图5b所示，将显示驱动的芯片和触控驱动的芯片整合为一体，即将第二显示驱动电路10、第三显示驱动电路11和触控驱动电路12设置为一个驱动电路13。
本实例中的触摸屏对应如图6b所示的驱动时序图，将触摸屏显示每一帧(V-sync)的时间分成显示时间段和触控时间段，例如图6b所示的驱动时序图中触摸屏显示一帧的时间为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，当然也可以根据芯片的处理能力适当地调整两者的时长，在此不做具体限定。在显示时间段，第一显示驱动电路9对触摸屏中的每条栅线Gate1，Gate2……Gaten依次施加栅极扫描信号，驱动电路13对数据线Data施加灰阶信号，且对公共电极Vcom施加恒定的公共电极信号，实现液晶显示功能。在触控时间段，驱动电路13对作为第一触摸感测电极的数据线Data加载触控驱动信号Tx(T1、T2……Tn)，作为第二触摸感测电极的公共电极Vcom耦合触控驱动信号的电压信号Rx(R1、R2……Rn)并输出。
并且，如图6b所示，第一显示驱动电路9在显示时间段对各栅线Gate1，Gate2……Gaten依次加载栅极扫描信号，在触控时间段对各栅线Gate1，Gate2……Gaten加载零电压信号，这样，可以使与栅线和数据线相连的薄膜晶体管在触控时间段处于关闭状态，从而避免触摸屏在触控时间段显示画面，避免影响触摸屏显示画面的显示品质。
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，由于将至少一条栅线或至少一条数据线复用为第一触摸感测电极，相互独立的多条公共电极与第一触摸感测电极交叉而置，将至少一条公共电极复用为第二触摸感测电极，这样，不需要在阵列基板上增加新的膜层就能实现触控功能，从而可以减少制作工艺中的掩模次数，减小触摸屏的厚度，降低生产成本；并且，在一帧画面切换过程中预留一定的时间作为触控时间，即在触控时间段和显示时间段采用分时驱动的方式，还可以避免显示信号与触控驱动信号之间相互干扰，从而可以保证显示画面的品质和触控的精准度。
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 (8)

1.一种电容式内嵌触摸屏，包括：具有栅线和数据线的阵列基板，与所述阵列基板相对而置的对向基板，以及位于所述对向基板面向所述阵列基板一侧或所述阵列基板面向所述对向基板一侧的公共电极层；其特征在于：
将至少一条所述栅线或至少一条所述数据线复用为第一触摸感测电极；
所述公共电极层由与所述第一触摸感测电极交叉而置且相互独立的多条公共电极组成，将至少一条所述公共电极复用为第二触摸感测电极；
在一帧画面切换过程中，在触控时间段，对各所述第一触摸感测电极加载触控驱动信号，所述第二触摸感测电极耦合所述触控驱动信号的电压信号并输出；或，对各所述第二触摸感测电极加载触控驱动信号，所述第一触摸感测电极耦合所述触控驱动信号的电压信号并输出。
2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述第一触摸感测电极的延伸方向与所述第二触摸感测电极的延伸方向相互垂直。
3.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，每条所述公共电极包括：多个块状的公共子电极，以及将各所述公共子电极沿着所述公共电极的延伸方向电性相连的公共电极线。
4.如权利要求3所述的触摸屏，其特征在于，各所述公共子电极和各所述第一触摸感测电极在所述阵列基板上的正投影互不重叠。
5.如权利要求1-4任一项所述的触摸屏，其特征在于，将至少一条所述栅线复用为第一触摸感测电极时，在触控时间段加载的所述触控驱动信号与在显示时间段对各所述栅线加载的栅极扫描信号的极性相反；
将至少一条所述数据线复用为第一触摸感测电极时，在触控时间段和在显示时间段分别对各所述栅线加载极性相反的电压信号。
6.如权利要求1-4任一项所述的触摸屏，其特征在于，还包括：
与各所述栅线电性连接且用于对各所述栅线加载栅极扫描信号的第一显示驱动电路；
与各所述数据线电性连接且用于对各所述数据线加载灰阶信号的第二显示驱动电路；
与各所述公共电极电性连接且用于对各所述公共电极加载公共电极电压信号的第三显示驱动电路；
以及与所述第一触摸感测电极和所述第二触摸感测电极电性连接，用于对各所述第一触摸感测电极加载所述触控驱动信号且接收各所述第二触摸感测电极耦合所述触控驱动信号的电压信号，或对各所述第二触摸感测电极加载所述触控驱动信号且接收各所述第一触摸感测电极耦合所述触控驱动信号的电压信号的触控驱动电路。
7.如权利要求6所述的触摸屏，其特征在于，将至少一条所述栅线复用为第一触摸感测电极时，所述第一显示驱动电路、所述第三显示驱动电路和所述触控驱动电路为一个驱动电路；
将至少一条所述数据线复用为第一触摸感测电极时，所述第二显示驱动电路、所述第三显示驱动电路和所述触控驱动电路为一个驱动电路。
8.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的电容式内嵌触摸屏。
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