CN104657024A - 一种内嵌式触摸屏及显示装置 - Google Patents

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樊君
李付强
董学
陈小川
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BOE Technology Group Co Ltd
Ordos Yuansheng Optoelectronics Co Ltd
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Abstract

本发明公开了一种内嵌式触摸屏及显示装置，利用自电容的原理复用公共电极层作为自电容电极，将公共电极层图形进行变更，分割成多个相互独立的自电容电极；并在阵列基板上增加连接各自电容电极与触控侦测芯片的触控数据线，各触控数据线在阵列基板的正投影均位于像素区域之间间隙所在区域内，会被触摸屏中的黑矩阵遮挡不会影响像素的开口率；触控侦测芯片在触控时间段通过检测各自电容电极的电容值变化可以判断出触控位置。由于本发明实施例提供的触摸屏是将公共电极层的结构进行变更分割成自电容电极，因此，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，节省了生产成本，提高了生产效率。

Description

一种内嵌式触摸屏及显示装置
技术领域
本发明涉及触控技术领域，尤其涉及一种内嵌式触摸屏及显示装置。
背景技术
目前，现有的内嵌(In cell)式触摸屏是利用互电容或自电容的原理实现检测手指触摸位置。其中，利用自电容的原理可以在触摸屏中设置多个同层设置且相互绝缘的自电容电极，当人体未触碰屏幕时，各自电容电极所承受的电容为一固定值，当人体触碰屏幕时，对应的自电容电极所承受的电容为固定值叠加人体电容，触控侦测芯片在触控时间段通过检测各自电容电极的电容值变化可以判断出触控位置。由于人体电容可以作用于全部自电容，相对于人体电容仅能作用于互电容中的投射电容，由人体碰触屏幕所引起的触控变化量会大于利用互电容原理制作出的触摸屏，因此相对于互电容的触摸屏能有效提高触控的信噪比，从而提高触控感应的准确性。
在上述电容式内嵌触摸屏的结构设计中，需要在现有的显示面板内部增加加新的膜层，导致在制作面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
有鉴于此，本发明实施例提供了一种内嵌式触摸屏及显示装置，用以降低内嵌式触摸屏的生产成本、提高生产效率。
因此，本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏，包括具有呈阵列排布的多个像素区域的阵列基板，在所述阵列基板上还包括：
被分割成多个相互独立的自电容电极的公共电极层；各所述自电容电极覆盖多个像素区域；
与所述自电容电极异层设置且对应连接的触控数据线，各所述触控数据线在所述阵列基板的正投影均位于像素区域之间间隙所在区域内；
通过所述触控数据线与各自电容电极连接的触控侦测芯片，用于通过所述触控数据线在显示时间段对各所述自电容电极加载公共电极信号，在触控时间段通过所述触控数据线检测各所述自电容电极的电容值变化以判断触控位置。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，在所述阵列基板的各像素区域内具有位于所述公共电极层下方的薄膜晶体管结构，所述触控数据线位于所述公共电极层与所述薄膜晶体管结构之间的膜层。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，在所述阵列基板上还包括：相互交叉而置的栅极信号线和数据信号线；
所述触控数据线的延伸方向与所述栅极信号线相同，或与所述数据信号线相同。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，所述内嵌式触摸屏的边框具有四个侧边，各所述自电容电极在所述触控数据线互不交叉的基础上通过对应的所述触控数据线连接至距离最近的侧边后与所述触控侦测芯片连接。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，所述触控数据线在所述阵列基板上分布均匀。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，在所述阵列基板上还包括：位于所述公共电极层与所述触控数据线所在膜层之间的像素电极；
与所述像素电极同层设置且相互绝缘的第一导通部，所述自电容电极通过所述第一导通部与对应的触控数据线连接。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，在所述阵列基板上还包括：位于所述公共电极层之上的像素电极；
与所述公共电极层同层设置且相互绝缘的第二导通部，所述薄膜晶体管的漏极通过所述第二导通部与所述像素电极连接。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，所述薄膜晶体管结构为底栅型薄膜晶体管或顶栅型薄膜晶体管；
在所述薄膜晶体管结构为顶栅型薄膜晶体管时，在所述顶栅型薄膜晶体管与衬底基板之间还设置有遮光层；所述遮光层的图案在所述阵列基板的正投影覆盖所述薄膜晶体管结构中栅极的图案的正投影。
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上述内嵌式触摸屏。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏及显示装置，利用自电容的原理复用公共电极层作为自电容电极，将公共电极层图形进行变更，分割成多个相互独立的自电容电极；并在阵列基板上增加连接各自电容电极与触控侦测芯片的触控数据线，各触控数据线在阵列基板的正投影均位于像素区域之间间隙所在区域内，会被触摸屏中的黑矩阵遮挡不会影响像素的开口率；触控侦测芯片在触控时间段通过检测各自电容电极的电容值变化可以判断出触控位置。由于本发明实施例提供的触摸屏是将公共电极层的结构进行变更分割成自电容电极，因此，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，节省了生产成本，提高了生产效率。
附图说明
图1为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的结构示意图；
图2a至图2d分别为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的侧视示意图；
图3a和图3b分别为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的驱动时序示意图；
图4a和图4b分别为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏中相邻的自电容电极相对的侧边设置为折线的结构示意图。
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，Advanced Super Dimension Switch)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(push Mura)等优点。
本发明实施例基于传统的ADS技术以及ADS技术的一种重要改进方式H-ADS(高开口率-高级超维场开关)，提出了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内嵌式触摸屏及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。
附图中各膜层的厚度和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏，如图1所示，包括具有呈阵列排布的多个像素区域01的阵列基板100，在阵列基板100上还包括：
被分割成多个相互独立的自电容电极02的公共电极层；各自电容电极02覆盖多个像素区域01；
与自电容电极02异层设置且对应连接的触控数据线03，各触控数据线03在阵列基板100的正投影均位于像素区域01之间间隙所在区域内；
通过触控数据线03与各自电容电极02连接的触控侦测芯片04，用于通过触控数据线03在显示时间段对各自电容电极02加载公共电极信号，在触控时间段通过触控数据线03检测各自电容电极02的电容值变化以判断触控位置。
本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏，利用自电容的原理复用公共电极层作为自电容电极02，将公共电极层图形进行变更，分割成多个相互独立的自电容电极02；并在阵列基板100上增加连接各自电容电极02与触控侦测芯片04的触控数据线03，各触控数据线03在阵列基板100的正投影均位于像素区域01之间间隙所在区域内，会被触摸屏中的黑矩阵遮挡不会影响像素的开口率；触控侦测芯片04在触控时间段通过检测各自电容电极02的电容值变化可以判断出触控位置。由于本发明实施例提供的触摸屏是将公共电极层的结构进行变更分割成自电容电极02，因此，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，节省了生产成本，提高了生产效率。
具体地，由于本发明实施例提供的上述触摸屏采用公共电极层复用作为自电容电极02，为了减少显示和触控信号之间的相互干扰，在具体实施时，需要采用触控和显示阶段分时驱动的方式，并且，在具体实施时还可以将显示驱动芯片和触控侦测芯片整合为一个芯片，进一步降低生产成本。
具体地，例如：如图3a和图3b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)，例如如图3a和图3b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……Gate n依次施加栅扫描信号，对数据信号线Data施加灰阶信号，与各自电容电极Cx1……Cx n连接的触控侦测芯片向各自电容电极Cx1……Cx n分别施加公共电极信号，以实现液晶显示功能。在触控时间段(Touch)，如图3a所示，与各自电容电极Cx1……Cx n连接的触控侦测芯片向各自电容电极Cx1……Cx n同时施加驱动信号，同时接收各自电容电极Cx1……Cx n的反馈信号；也可以如图3b所示，与各自电容电极Cx1……Cx n连接的触控侦测芯片向各自电容电极Cx1……Cx n依次施加驱动信号，分别接收各自电容电极Cx1……Cx n的反馈信号，在此不做限定，通过对反馈信号的分析判断是否发生触控，以实现触控功能。
一般地，触摸屏的密度通常在毫米级，因此，在具体实施时，可以根据所需的触控密度选择各自电容电极02的密度和所占面积以保证所需的触控密度，通常各自电容电极02设计为5mm*5mm左右的方形电极。而显示屏的密度通常在微米级，因此，一般一个自电容电极02会对应显示屏中的多个像素区域。并且，本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏是将现有的整层设置的公共电极层分割成多个自电容电极02，为了不影响正常的显示功能，在对公共电极层进行分割时，分割线一般都会避开显示的开口区域，设置在黑矩阵层的图形区域。
进一步地，在本发明实施例提供的上述触摸屏中，如图1所示，在阵列基板100上一般还包括：相互交叉而置的栅极信号线Gate和数据信号线Data，相邻的两条栅极信号线Gate和数据信号线Data围成一像素区域01。
为了便于通过触控数据线03将自电容电极02与触控侦测芯片04连接，一般触控数据线03的延伸方向可以设置为与栅极信号线Gate相同，或与数据信号线Data相同。即一般各触控数据线03的延伸方向均一致。
进一步地，当触摸屏的尺寸较大时，若采用各触控数据线03的延伸方向均一致的方式进行布线设置，可能存在连接自电容电极02与触控侦测芯片04之间的触控数据线03过长，而导致信号传输延迟的情况，因此为了防止上述情况的发生，内嵌式触摸屏的边框一般具有四个侧边，可以将各自电容电极02在触控数据线03互不交叉的基础上通过对应的触控数据线03连接至距离最近的侧边后与触控侦测芯片04连接，值得注意的是，在侧边设置的连接触控数据线03和触控侦测芯片04的走线可以不受像素区域间隙的限制而设计成具有较大的线宽，因此不会影响信号的传输。
此外，各触控数据线03的延伸方向无论是采用横向分布还是纵向分布或是交错分布，为了保证阵列基板的整体布线均匀，在设计时应尽量保证触控数据线03在阵列基板上的分布均匀。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，如图2a至图2b所示的阵列基板100的一个像素区域内，一般还会具有位于公共电极层下方的薄膜晶体管结构05。
具体地，薄膜晶体管结构05包括有源层051、栅极052、源极053和漏极054。具体地，该薄膜晶体管结构05在具体实施时可以为底栅型薄膜晶体管也可以为顶栅型薄膜晶体管，例如图2a至图2d所示。且在薄膜晶体管结构05为顶栅型薄膜晶体管时，如图2a至图2d所示，在顶栅型薄膜晶体管与衬底基板之间一般还设置有遮光层06；该遮光层06的图案在阵列基板的正投影覆盖薄膜晶体管结构中栅极052的图案的正投影。
并且，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，为了便于触控数据线03与自电容电极02导通，在具体实施时，如图2a至图2d所示，可以将触控数据线03设置在公共电极层和薄膜晶体管结构05之间的膜层。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述触摸屏中，如图2a至图2d所示，在阵列基板100上还会设置有与公共电极层异层设置的像素电极层07。一般地，如图2a和图2b所示，传统ADS型液晶面板上，复用自电容电极02的公共电极层作为板状电极位于下层(更靠近衬底基板)，像素电极07作为狭缝电极位于上层(更靠近液晶层)，在像素电极07和公共电极层之间设有绝缘层。如图2c和图2d所示，而HADS型液晶面板的阵列基板上，像素电极07作为板状电极位于下层(更靠近衬底基板)，复用自电容电极02的公共电极层作为狭缝电极位于上层(更靠近液晶层)，在像素电极07和公共电极层之间设有绝缘层。
具体地，根据上述触摸屏具体应用的液晶显示面板的模式，组成公共电极层的各自电容电极02在与像素的开口区域对应的位置可以具有狭缝状ITO电极结构或板状ITO电极结构，即在HADS模式时各自电容电极02由狭缝状ITO电极组成；具体地，所述狭缝状ITO电极结构为在像素的开口区域具有狭缝的ITO电极。在ADS模式时各自电容电极02由板状ITO电极组成以满足液晶显示的需求，此时自电容电极02可以透过像素电极07的狭缝区域与人体电场相互作用。由于ADS模式和HADS模式的液晶面板的具体结构属于现有技术，在此不再赘述。
进一步地，为了增加在触控时间段自电容电极02感知人体电容带来的变化，一般将由各自电容电极02组成的公共电极层设置在像素电极07的上方，即采用HADS模式，以尽量使自电容电极02接近人体电场。
进一步地，在采用HADS模式时，如图2c所示，可以看出，在自电容电极02与连接的触控数据线03之间具有多个膜层，自电容电极02需要通过贯穿这些膜层的过孔与触控数据线03连接。因此，在具体实施时，为了保证自电容电极02与触控数据线03之间可以更好的上下连接，如图2d所示，在像素电极07位于公共电极层与触控数据线03所在膜层之间时，还可以包括：与像素电极07同层设置且相互绝缘的第一导通部071，自电容电极02可以通过第一导通部071与对应的触控数据线03连接。
同理，在采用ADS模式时，如图2a所示，可以看出，在薄膜晶体管的漏极054与连接的像素电极07之间具有多个膜层，像素电极07需要通过贯穿这些膜层的过孔与薄膜晶体管的漏极054连接。因此，在具体实施时，为了保证像素电极07与薄膜晶体管的漏极054之间可以更好的上下连接，如图2b所示，在像素电极07位于公共电极层之上时，还可以包括：与公共电极层同层设置且相互绝缘的第二导通部021，薄膜晶体管的漏极054可以通过第二导通部021与对应的像素电极07连接。
进一步地，在本发明实施例提供的内嵌式触摸屏中，由于人体电容通过直接耦合的方式作用于各自电容电极02的自电容，因此，人体触碰屏幕时，仅在触摸位置下方的自电容电极02的电容值有较大的变化量，与触摸位置下方的自电容电极02相邻的自电容电极02的电容值变化量非常小，这样，在触摸屏上滑动时，不能确定自电容电极02所在区域内的触控坐标，为解决此问题，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，可以将相邻的两个自电容电极02相对的侧边均设置为折线，以便增大位于触摸位置下方的自电容电极02相邻的自电容电极02的电容值变化量。
在具体实施时，可以采用如下两种方式之一或组合的方式设置各自电容电极02的整体形状：
1、可以将相邻的两个自电容电极02相对的为折线的侧边均设置为阶梯状结构，两阶梯状结构形状一致且相互匹配，如图4a所示，图4a中示出了2*2个自电容电极02；
2、可以将相邻的两个自电容电极02相对的为折线的侧边均设置为凹凸状结构，两凹凸状结构形状一致且相互匹配，如图4b所示，图4b中示出了2*2个自电容电极02。
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内嵌式触摸屏，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内嵌式触摸屏的实施例，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏及显示装置，利用自电容的原理复用公共电极层作为自电容电极，将公共电极层图形进行变更，分割成多个相互独立的自电容电极；并在阵列基板上增加连接各自电容电极与触控侦测芯片的触控数据线，各触控数据线在阵列基板的正投影均位于像素区域之间间隙所在区域内，会被触摸屏中的黑矩阵遮挡不会影响像素的开口率；触控侦测芯片在触控时间段通过检测各自电容电极的电容值变化可以判断出触控位置。由于本发明实施例提供的触摸屏是将公共电极层的结构进行变更分割成自电容电极，因此，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，节省了生产成本，提高了生产效率。
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)

1.一种内嵌式触摸屏，包括具有呈阵列排布的多个像素区域的阵列基板，其特征在于，在所述阵列基板上还包括：
被分割成多个相互独立的自电容电极的公共电极层；各所述自电容电极覆盖多个像素区域；
与所述自电容电极异层设置且对应连接的触控数据线，各所述触控数据线在所述阵列基板的正投影均位于像素区域之间间隙所在区域内；
通过所述触控数据线与各自电容电极连接的触控侦测芯片，用于通过所述触控数据线在显示时间段对各所述自电容电极加载公共电极信号，在触控时间段通过所述触控数据线检测各所述自电容电极的电容值变化以判断触控位置。
2.如权利要求1所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，在所述阵列基板的各像素区域内具有位于所述公共电极层下方的薄膜晶体管结构，所述触控数据线位于所述公共电极层与所述薄膜晶体管结构之间的膜层。
3.如权利要求2所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，在所述阵列基板上还包括：相互交叉而置的栅极信号线和数据信号线；
所述触控数据线的延伸方向与所述栅极信号线相同，或与所述数据信号线相同。
4.如权利要求2所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，所述内嵌式触摸屏的边框具有四个侧边，各所述自电容电极在所述触控数据线互不交叉的基础上通过对应的所述触控数据线连接至距离最近的侧边后与所述触控侦测芯片连接。
5.如权利要求3或4所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，所述触控数据线在所述阵列基板上分布均匀。
6.如权利要求2所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，在所述阵列基板上还包括：位于所述公共电极层与所述触控数据线所在膜层之间的像素电极；
与所述像素电极同层设置且相互绝缘的第一导通部，所述自电容电极通过所述第一导通部与对应的触控数据线连接。
7.如权利要求2所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，在所述阵列基板上还包括：位于所述公共电极层之上的像素电极；
与所述公共电极层同层设置且相互绝缘的第二导通部，所述薄膜晶体管的漏极通过所述第二导通部与所述像素电极连接。
8.如权利要求2、3、4、6或7所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，所述薄膜晶体管结构为底栅型薄膜晶体管或顶栅型薄膜晶体管；
在所述薄膜晶体管结构为顶栅型薄膜晶体管时，在所述顶栅型薄膜晶体管与衬底基板之间还设置有遮光层；所述遮光层的图案在所述阵列基板的正投影覆盖所述薄膜晶体管结构中栅极的图案的正投影。
9.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的内嵌式触摸屏。
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