CN104769491B - 嵌入有电容接触式传感器的薄膜液晶显示器 - Google Patents

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Abstract

提供一种嵌入有电容接触式传感器的薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)，该TFT LCD包括：接触式传感器源极跟随器TFT，形成在基板上；第一电极，连接到所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极；接触式传感器复位TFT，其包括所述第一电极；绝缘膜，形成在所述第一电极上；第二电极，形成在所述绝缘膜上；以及显示开关TFT，包括所述第二电极，其中，所述第二电极连接到所述显示开关TFT的漏电极，所述接触式传感器复位TFT和所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极共用所述第一电极，并且所述第一电极连接到所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极。

Description

嵌入有电容接触式传感器的薄膜液晶显示器
技术领域
本发明涉及一种薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)，更具体地，涉及一种嵌入有电容接触式传感器的薄膜晶体管液晶显示器。
背景技术
液晶显示器(LCD)通过使用电场调节液晶屏的透光率来显示图像。这种液晶显示器分为水平电场施加型液晶显示器和垂直电场施加型液晶显示器。
垂直电场施加型液晶显示器能够使TN(扭曲向列)模式的液晶显示器由与上基板和下基板相对设置的公共电极与像素电极之间所形成的垂直电场来驱动。垂直电场施加型液晶显示器的优点是开口率大，而缺点是视角窄，约为90°。
水平电场施加型液晶显示器能够使平面转换(下文中，称为“IPS”)模式的液晶显示器由在下基板上呈直线设置的公共电极与像素电极之间所形成的水平电场来驱动。该水平电场施加型液晶显示器的优点是视角宽为约160°，而缺点是开口率和透射率低。
为了提高垂直电场施加型液晶显示器的这种优点，已经提出了由边缘场操作的边缘场转换(下文中称为“FFS”)型液晶显示器。该FFS型液晶显示器在每个像素区中具有公共电极和像素电极，并且在公共电极与像素电极之间设有绝缘膜，其中，在公共电极与像素电极之间形成的间距窄于上基板和下基板之间的距离，从而能够形成边缘场。而且，在上基板和下基板之间的间隙中所填充的液晶分子由边缘场操作，从而能够提高开口率和透射率。
通常，电容接触式传感器形成在按如上描述所形成的液晶显示器的上部。这是因为，根据该接触式传感器的原理，在用户手指与感测电极之间形成的电容的大小随着与用户手指接触部分的距离的增加而减小，因而用户手指的接触与用户手指的不接触所产生的电压差不大。另外，即使电容的大小随着感测电极面积的增加而增加，当接触式传感器和液晶显示器驱动部件在该液晶显示器的上部形成时，接触式传感器的感测电极面积的充分保证存在限制。
也就是说，根据常规技术，因为液晶显示器和电容接触式传感器分别形成在下基板上，所以其问题是，生产工艺复杂，生产成本高，并且该接触式传感器容易被外部环境损坏。
发明内容
技术问题
因此，本发明充分考虑到现有技术中存在的上述问题，并且本发明的目的是提供一种薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)，该TFT LCD以边缘场开关模式驱动，并且被配置为将显示像素部的区域用作接触式传感器部的感测电极的区域，从而显示像素部和接触式传感器部能够在一个液晶显示层中形成。
本发明的另一目的是提供一种薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)，在该TFT LCD中用于形成接触式传感器的工艺包括于形成下基板的工艺中，从而能够简化工艺，增加工艺效率，并且能够降低生产成本。而且，能够防止外部环境对接触式传感器的损坏，并且能够最小化显示器和接触式传感器的整个厚度。
技术方案
为了解决上述问题，根据本发明的一个实施例，嵌入有电容接触式传感器的薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)可以包括：接触式传感器源极跟随器TFT，形成在基板上；第一电极，连接到所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极；接触式传感器复位TFT，包括所述第一电极；绝缘膜，形成在所述第一电极上；第二电极，形成在所述绝缘膜上；以及显示开关TFT，连接到所述第二电极，其中，所述第二电极连接到所述显示开关TFT的漏电极，所述接触式传感器复位TFT和所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极共用所述第一电极，并且所述第一电极连接到所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极。
根据本发明的另一个实施例，嵌入有电容接触式传感器的薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)可以包括：接触式传感器源极跟随器TFT(TFT)，形成在基板上；第一电极，连接到所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极；接触式传感器复位TFT，连接到所述第一电极；显示开关TFT，连接到第二电极，所述第二电极形成在与形成所述第一电极的平面相同的平面上，其中，所述第一电极连接到所述显示开关TFT的漏电极，所述接触式传感器复位TFT和所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极共用所述第一电极，并且所述第一电极连接到所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极。
根据本发明的又一个实施例，所述TFT LCD可以进一步包括显示复位TFT，该显示复位TFT被配置为将漏电极连接到所述第一电极。
根据本发明的又一个实施例，所述TFT LCD可以进一步包括接触式传感器开关TFT，其连接到所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极以共用漏电极。
根据本发明的又一个实施例，所述第二电极可以为像素电极。
根据本发明的又一个实施例，所述显示开关TFT可以包括用低温多晶硅半导体、氧化物半导体或非晶硅半导体制成的有源层。
根据本发明的又一个实施例，所述TFT LCD可以进一步包括：传感器扫描线驱动电路部、显示扫描线驱动电路部、数据驱动电路部，以及传感器信号前置放大电路部。
根据本发明的又一个实施例，所述TFT LCD可以被配置为将所述显示扫描线设置为上下对称的结构。
根据本发明的又一个实施例，所述TFT LCD可以进一步包括耦合电容，该耦合电容包括作为下电极的所述接触式传感器开关TFT的栅电极，以及作为上电极的连接到源极跟随器栅电极的感测电极。
发明的有益效果
根据本发明，薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)以边缘场开关(FFS)模式驱动，并且显示像素部的区域被配置为用作接触式传感器部的感测电极的区域，从而该显示像素部和该接触式传感器部都能够在一个液晶显示层中形成。
根据本发明，用于形成接触式传感器的工艺包括于形成TFT LCD的下基板的工艺中，从而能够简化生产工艺，增加工艺效率，并且能够降低生产成本。而且，能够减少外部环境对接触式传感器的损坏，并且能够最小化显示器和接触式传感器的总厚度。
附图说明
图1和图2为根据本发明一个实施例的具有电容接触式传感器的薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)的横截面图；
图3和图4为根据本发明另一个实施例的具有电容接触式传感器的薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)的横截面图；
图5为根据本发明一个实施例的具有电容接触式传感器的TFT LCD的等效电路图；
图6为示出根据本发明一个实施例的具有电容接触式传感器的TFT LCD的构成元件的驱动时序的视图；
图7为根据本发明一个实施例的具有电容接触式传感器的TFT LCD的框图。
具体实施方式
在下文中，将参照附图来描述本发明的优选实施例。下文将会省略被视为会造成本发明的要点不必要地不清楚的已知功能和结构的详细描述。附图中部件的尺寸可以被夸大以使本描述更清楚，而不表示实际的尺寸。
图1和图2为根据本发明一个实施例的具有电容接触式传感器的薄膜晶体管液晶显示器(TFT LCD)的横截面图。更具体地，图1为示出根据本发明一个实施例的TFT LCD的接触式传感器部横截面的视图，以及图2为示出了显示复位部横截面的视图。图1和图2为示出了一个实施例的视图，其中液晶显示器以FFS(边缘场开关)模式操作。
将参照图1和图2来描述嵌入有电容接触式传感器的薄膜晶体管液晶显示器(TFTLCD)。
参照图1和图2，如图1中所示，嵌入有电容接触式传感器的TFT LCD可以包括：显示开关TFT 120；接触式传感器复位TFT 130；接触式传感器源极跟随器TFT 140；接触式传感器开关TFT 150；以及在图2中所示的显示复位TFT 135。
显示开关TFT 120、接触式传感器复位TFT 130、显示复位TFT 135、接触式传感器源极跟随器TFT 140以及接触式传感器开关TFT 150形成在基板100上。
显示开关TFT 120的漏电极123连接到第二液晶电极124，并且显示开关TFT 120包括用低温多晶硅半导体、氧化物半导体或非晶硅半导体制成的有源层121。
绝缘膜125形成在第一电极126的上部，而第二电极124形成在绝缘膜125的上部，其中，第二电极124连接到显示开关TFT 120的数据电极123。此时，第二电极124由像素电极组成。
第一电极126连接到显示复位TFT的漏电极132，并且经由接触式传感器复位TFT130连接到接触式传感器源极跟随器TFT 140的栅电极143。也就是说，第一电极126连接到接触式传感器复位TFT 130的漏电极132和接触式传感器源极跟随器TFT 140的栅电极143。
接触式传感器开关TFT 150被配置为共用接触式传感器源极跟随器TFT140和漏电极151。
同时，如图2中所示，显示复位TFT 135被配置为将漏电极137连接到第一电极126。
在TFT LCD的上表面上形成玻璃顶板160，并且在玻璃顶板160的上部形成偏光板170。
图3和图4为根据本发明的一个实施例的具有电容接触式传感器的TFTLCD的横截面图。更具体地，图3为示出根据本发明另一个实施例的TFT LCD的接触式传感器部横截面的视图，以及图4为示出显示复位部的横截面的视图。图3和图4为示出了一个在其中液晶显示器以IPS(平面转换)模式操作的实施例的视图。
如图3中所示，根据本发明另一个实施例的包括电容接触式传感器的TFTLCD包括：显示开关TFT 120；接触式传感器复位TFT 130；接触式传感器源极跟随器TFT 140；接触式传感器开关TFT 150；以及在图4中所示的显示复位TFT 135。
显示开关TFT 120、接触式传感器复位TFT 130、显示复位TFT 135、接触式传感器源极跟随器TFT 140以及接触式传感器开关TFT 150形成在基板100上。
显示开关TFT 120的漏电极123连接到第二电极124，并且显示开关TFT120包括用低温多晶硅半导体、氧化物半导体或非晶硅半导体制成的有源层121。
第二电极124和第一电极126位于同一平面上，并且在其上部形成绝缘膜125。第二电极124连接到显示开关TFT 120的漏电极123。
如图3的放大视图129中所示，第二电极124和第一电极126被配置为彼此啮合。
第一电极126连接到接触式传感器复位TFT 130的漏电极132，并且经由接触式传感器复位TFT 130连接到接触式传感器源极跟随器TFT 140的栅电极143。
接触式传感器开关TFT 150被配置为共用接触式传感器源极跟随器TFT140和漏电极151。
同时，如图4中所示，显示复位TFT 135被配置为将漏电极137连接到第一电极126。
另外，如图4的放大视图139中所示，显示开关TFT 120的第二电极124和第一电极126被配置为彼此啮合。
在TFT LCD的上表面上形成玻璃顶板160，并且在玻璃顶板160的上部形成偏光板170。
图5为根据本发明一个实施例的包括电容接触式传感器的TFT LCD的等效电路图，以及图6为示出本发明一个实施例的具有电容接触式传感器的TFTLCD构成元件驱动时序的视图。
如图5中所示，根据本发明的一个实施例所述的具有电容接触式传感器的TFT LCD主要分为传感器接触部310和显示复位部320。
更具体地，根据本发明一个实施例的具有电容接触式传感器的TFT LCD包括：显示像素部127；接触式传感器复位TFT 130；以及接触式传感器源极跟随器TFT 140，并且还进一步包括开关TFT 150和显示复位TFT 135。
同时，图6的(A)、(B)、(E)和(F)示出了显示开关TFT 120的栅电极驱动信号，图6的(C)示出了接触式传感器复位TFT 130的栅电极驱动信号，图6的(D)示出了接触式传感器栅电极信号输入线132的驱动信号，以及图6的(G)示出了显示复位TFT 135的栅电极驱动信号。
在下文中，将参照图5和图6来描述根据本发明一个实施例的具有电容接触式传感器的TFT LCD的操作方法。
为了使TFT LCD显示屏幕，将一个驱动信号输入到显示开关TFT 120的栅电极中，并且将一个公共电压经由显示复位TFT 135施加到图1中所示的第一电极126。
这时，当输入图6的(A)、(B)、(E)和(F)所示的显示开关TFT 120的栅电极驱动信号时，显示复位TFT 135在图6的(B)与(E)之间执行的输入显示开关TFT 120的栅电极驱动信号的时候关闭(如图6的(G)所示)，从而第一电极126能够处于电短路状态。
这时，接触式传感器复位TFT 130在显示复位TFT 135关闭的时候(如图6的(G)所示)打开了(如图6的(C)所示)之后，当驱动信号输入到接触式传感器栅电极信号输入线132中(如图6的(D)所示)时，第一电极126b作为接触式传感器的感测电极来被操作。
同时，用于打开接触式传感器复位TFT 130(如图6的(C)所示)的过程用来初始化第一电极126的电压状态。
这样，当第一电极126通过将驱动信号输入到接触式传感器栅电极信号输入线132中而作为该接触式传感器的感测电极来被操作时，该感测电极的电压被耦合电容143与指压电容(finger print capacitance)144的电压耦合改变，从而操作接触式传感器源极跟随器TFT 140。
另外，接触式传感器开关TFT 150输出根据接触式传感器源极跟随器TFT140的操作而变化的电流和电压。
也就是说，接触式传感器源极跟随器TFT 140以这样的方式操作：由于耦合电容143与指压电容144之间产生的电压耦合现象，通过利用根据存在或不存在指压而变化的电压差来改变栅极电压。为了减少栅极线的数量，将耦合脉冲电压经由一根栅极线同时施加到接触式传感器源极跟随器TFT 140的漏电极端与接触式传感器开关TFT 150的栅电极端。
正因如此，用于形成接触式传感器的工艺包括在形成TFT LCD的下基板工艺中，从而能够更简化工艺，并且能够增加工艺效率，提高工艺效率，降低生产成本。而且，能够减少外部环境对接触式传感器的损坏，并且能够最小化显示器和接触式传感器的总厚度。
图7为根据本发明一个实施例的包括电容接触式传感器的TFT LCD的框图。
如图7中所示，根据本发明一个实施例的具有电容接触式传感器的TFTLCD包括：液晶显示像素部525；接触式传感器像素部526；以及显示复位部527。
液晶显示像素部525包括显示开关TFT；接触式传感器像素部526包括接触式传感器复位TFT、源极跟随器TFT、以及开关TFT；以及显示复位部527包括显示复位TFT。
另外，本发明一个实施例的具有电容接触式传感器的TFT LCD包括：接触式传感器栅电极信号输入线521；显示栅电极信号输入线522；显示数据信号输入线523；传感器信号输出线524；显示复位信号输入线528；以及公共电极信号输入线529。
同时，显示数据信号输入线523基于液晶显示像素部525以上下对称的结构来设置，从而可以确保用来设置传感器信号输出线的空间。
接触式传感器栅电极信号输入线521接收从传感器扫描线驱动电路部510输入的接触式传感器每个扫描线的驱动信号，并且将该驱动信号传输到液晶显示像素部525。
同时，所述接触式传感器栅电极信号包括接触式传感器选择信号和接触式传感器复位信号，并且可以涵盖两种情况：例如两种信号不共用输入线的情况，以及接触式传感器复位TFT的栅电极驱动信号变成前或后接触式传感器的选择信号，从而能够减少信号输入线数量的情况。
显示栅电极信号输入线522接收从显示扫描线驱动电路部511输入的显示的每个扫描线的驱动信号，并且将该驱动信号传输到接触式传感器像素部526。
显示数据信号输入线523将从显示图像信号输出部512接收到的驱动信号传输到液晶显示像素部525。
传感器信号输出线524将从接触式传感器像素部526接收到的接触感测信号传输到传感器信号前置放大电路部513。
显示复位信号输入线528将用于操作显示复位TFT的信号以及从显示图像信号输出部512接收到的信号传输到显示复位部527。
公共电极信号输入线529接收从显示图像信号输出部512输入的公共电极信号，并且将该公共电极信号传输到显示复位部527。
因此，根据本发明，为了使TFT LCD以FFS(边缘场转换)模式或IPS(平面转换)模式操作，该TFT LCD被配置为将显示像素部的区域用作接触式传感器部的感测电极的区域，从而该显示像素部和该接触式传感器部可以在一个液晶显示层中形成，并且该用于形成接触式传感器的工艺包括在形成TFT LCD的下基板工艺中，从而能够简化工艺，增加工艺效率，并且能够降低生产成本。而且，能够减少外部环境对接触式传感器的损坏，并且能够最小化显示器和接触式传感器的总厚度。
如前面所述，在本发明的详细描述中，已经描述了本发明的详细示例性实施例，显然，技术人员可以在不偏离本发明的精神或范围的情况下作出修改和变换。因此，应当理解，前面所述是对本发明的说明，而不应理解为限于所公开的具体实施例，并且对所公开的实施例以及其他实施例的修改被包括在所附的权利要求书和它们的等同物的范围内。

Claims (16)

1.一种嵌入有电容接触式传感器的薄膜晶体管液晶显示器TFT LCD，所述TFT LCD包括：
接触式传感器源极跟随器TFT，形成在基板上；
第一电极，连接到所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极；
接触式传感器复位TFT，其包括所述第一电极；
绝缘膜，形成在所述第一电极上；
第二电极，形成在所述绝缘膜上；以及
显示开关TFT，其包括所述第二电极，
其中，所述第二电极连接到所述显示开关TFT的漏电极；所述接触式传感器复位TFT和所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极共用所述第一电极；并且所述第一电极连接到所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极。
2.如权利要求1所述的TFT LCD，进一步包括显示复位TFT，所述显示复位TFT被配置为将漏电极连接到所述第一电极。
3.如权利要求1所述的TFT LCD，进一步包括接触式传感器开关TFT，所述接触式传感器开关TFT共用所述接触式传感器源极跟随器TFT和漏电极。
4.如权利要求1所述的TFT LCD，其中，所述第二电极为像素电极。
5.如权利要求1所述的TFT LCD，其中，所述显示开关TFT包括用低温多晶硅半导体、氧化物半导体或非晶硅半导体制成的有源层。
6.如权利要求1所述的TFT LCD，进一步包括：传感器扫描线驱动电路部、显示扫描线驱动电路部、数据驱动电路部，以及传感器信号前置放大电路部。
7.如权利要求1所述的TFT LCD，还包括显示扫描线，并且所述显示扫描线设置为上下对称的结构。
8.如权利要求3所述的TFT LCD，包括耦合电容，所述耦合电容包括作为下电极的所述接触式传感器开关TFT的栅电极，以及作为上电极的连接到源极跟随器栅电极的感测电极。
9.一种嵌入有电容接触式传感器的薄膜晶体管液晶显示器TFT LCD，所述TFT LCD包括：
接触式传感器源极跟随器TFT，形成在基板上；
第一电极，连接到所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极；
接触式传感器复位TFT，其包括所述第一电极；
显示开关TFT，包括第二电极，所述第二电极形成在与形成所述第一电极的平面相同的平面上，
其中，所述第一电极连接到所述显示开关TFT的漏电极；所述接触式传感器复位TFT和所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极共用所述第一电极；并且所述第一电极连接到所述接触式传感器源极跟随器TFT的栅电极。
10.如权利要求9所述的TFT LCD，进一步包括显示复位TFT，所述显示复位TFT被配置为将漏电极连接到所述第一电极。
11.如权利要求9所述的TFT LCD，进一步包括接触式传感器开关TFT，所述接触式传感器开关TFT形成为共用所述接触式传感器源极跟随器TFT和漏电极。
12.如权利要求9所述的TFT LCD，其中，所述第二电极为像素电极。
13.如权利要求9所述的TFT LCD，其中，所述显示开关TFT包括用低温多晶硅半导体、氧化物半导体或非晶硅半导体制成的有源层。
14.如权利要求9所述的TFT LCD，进一步包括：传感器扫描线驱动电路部、显示扫描线驱动电路部、数据驱动电路部，以及传感器信号前置放大电路部。
15.如权利要求9所述的TFT LCD，还包括显示扫描线，并且所述显示扫描线设置为上下对称的结构。
16.如权利要求11所述的TFT LCD，包括耦合电容，所述耦合电容包括作为下电极的所述接触式传感器开关TFT的栅电极，以及作为上电极的连接到源极跟随器栅电极的感测电极。
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