CN104793804B - 触控基板、显示设备及其制造方法和驱动方法 - Google Patents

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Abstract

本发明提出了一种OLED触控基板，包括：基板；设置于基板上的阳极和阴极，所述阳极包括多个子阳极，所述阴极包括多个子阴极；设置于基板上与所述阳极同层设置的至少一个触控驱动电极，所述触控驱动电极与所述阴极相互绝缘，且与所述子阴极交叉设置；在显示阶段，在所述阴极和所述阳极上施加显示驱动信号，所述显示驱动信号用于驱动OLED发光器件；在触控阶段，在所述触控驱动电极上施加触控驱动信号，所述子阳极用作触控感测电极输出触控感应信号。本发明还提出了包括上述OLED触控基板的显示装置及其驱动方法。本发明使用OLED器件的阳极与阴极层作为触控的电极层，通过分时驱动实现触控显示屏的触控与显示，节省了电极层，并且可以制备更轻薄的触控显示器。

Description

触控基板、显示设备及其制造方法和驱动方法
技术领域
本发明涉及显示领域，具体地涉及触控基板、显示设备及其制造方法和驱动方法。
背景技术
有源矩阵/有机发光二极管AMOLED(Active Matrix/Organic Light EmittingDiode)是一种有源矩阵有机发光二极体面板。相比传统的液晶面板，AMOLED因其响应速度快、亮度高、低功耗、视角好、可实现柔性显示等优势而备受关注。目前，中小尺寸AMOLED显示多采用内嵌式单元上触摸(On-cell touch)技术。与单元上触摸技术相比，AMOLED内嵌式技术因可以使显示模组更加轻薄，因而也逐步受到关注。
已经报道的AMOLED内嵌式方案大多是将传感器做在封装基板下，但这种方案仅限于玻盖封装。当OLED显示采用薄膜封装技术后，即不能满足需求。
此外，将传感器与OLED器件组合在一起将是另一种选择，不仅可以实现内嵌式触控设备减薄的目的，同时不受封装方案的限制。
相对于将触摸面板设置在液晶面板上使用的原有方法，将触摸面板功能与液晶面板一体化的研究日渐盛行。触摸面板和液晶面板的一体化包括“单元内内嵌(In-cell)”方法和“单元上内嵌(On-cell)”方法。单元内内嵌方法是指将触摸面板功能嵌入到液晶像素中的方法。单元上内嵌方法是指将触摸面板功能嵌入到彩色滤光片基板和偏光板之间的方法。单元内内嵌(In-Cell)和单元上内嵌(On-Cell)都被归类为内嵌式触控面板，技术的最主要差异在于前者的触控传感器位置在TFT LCD的TFT内部，后者则在彩色滤光片的背面。
现有的内嵌式单元(in cell touch)技术主要是针对TFT-LCD和触摸传感器的集成。需要一种针对OLED和触摸传感器的内嵌式集成方案。
发明内容
本发明提出了一种针对OLED和触控传感器集成的方案。
根据本发明的一个方面提出了一种OLED触控基板，包括：基板；设置于基板上的阳极和阴极，所述阳极包括多个子阳极，所述阴极包括多个子阴极；设置于基板上与所述阳极同层设置的至少一个触控驱动电极，所述触控驱动电极与所述阴极相互绝缘，且与所述子阴极交叉设置；在显示阶段，在所述阴极和所述阳极上施加显示驱动信号，所述显示驱动信号用于驱动OLED发光器件；在触控阶段，在所述触控驱动电极上施加触控驱动信号，所述子阳极用作触控感测电极输出触控感应信号。
根据本发明的另一个方面，提出了一种OLED触控基板的制造方法，包括：在基板上形成晶体管结构；在得到的结构上通过构图形成阳极，其中所述阳极包括多个子阳极并且子阳极与触控驱动电极相互分离；在位于触控基板的OLED发光器件区域的阳极上形成OLED有源层，所述阳极与所述晶体管结构的源/漏极相连；在得到的结构上形成包括多个子阴极在内的阴极，所述阴极通过绝缘层与所述触控驱动电极相互绝缘，并且所述子阴极与所述触控驱动电极交叉设置。
根据本发明的另一个方面，提出了一种包括如上所述的OLED触控基板在内的显示装置。
根据本发明的又一个方面，提出了一种显示装置的驱动方法，包括：在显示阶段，在阴极和阳极上施加显示驱动信号以驱动OLED发光器件；以及在触控阶段，在所述触控驱动电极上施加触控驱动信号，所述子阴极用作触控感测电极来输出触控感应信号。
本发明通过借用OLED器件的阳极与阴极层作为触控的电极层，将阴极图案化成触控传感器的感测电极Rx，与阳极层同层形成触控传感器的驱动电极Tx，并且通过分时驱动完成该触控显示屏的触控与显示。由此，本发明将显示装置与触控装置集成于一体，对显示分辨率、显示出光效率都不会有明显影响；并且因为节省了电极层，可以制备更轻薄的触控显示器，不仅可以应用于刚性的OLED显示，也可以应用于柔性OLED显示。
附图说明
图1示出了根据本发明实施例的触控基板的结构的俯视图。
图2示出了像素内电极的设计示意图。
图3示出了像素电极结构的剖面图。
图4是进一步详细地示出了在本发明的内嵌式有源矩阵有机发光二极管AMOLED显示设备上分时进行像素显示和触控感测的示意图。
图5示出了根据本发明的OLED触控基板的制造方法的流程图。
图6示出了根据本发明的内嵌式有源矩阵有机发光二极管AMOLED显示设备的制造方法的工艺流程。
图7示出了根据本发明的触控基板的显示面板的设计结构示意图。
图8示出了图7的触控传感器的驱动门阵列的具体驱动结构示意图。
图9示出了触控传感器的触控驱动电极驱动电路时序图。
具体实施方式
现在对本发明的实施例提供详细参考，其范例在附图中说明，图中相同的数字全部代表相同的元件。为解释本发明下述实施例将参考附图被描述。
本发明的基本方案是通过借用OLED器件的阳极与阴极层作为触控传感器的电极层，即将阴极图案化之后用作触控传感器的感测层的感测电极Rx，并且设置于基板上与所述阳极同层设置的至少一个触控驱动电极用作触控传感器的驱动电极Tx；然后通过分时驱动进行OLED驱动操作和触控传感操作来完成这种集成的内嵌式触控显示屏的触控与显示操作。本发明实施例的这种方案主要是将OLED显示器件与触控传感器件集成到一起，从而构成OLED的内嵌式(In cell)触控显示设备。
根据本发明的一个方面，一种OLED触控基板包括：基板；设置于基板上的阳极和阴极，所述阴极包括多个子阴极；设置于基板上与所述阳极同层设置的至少一个触控驱动电极，所述触控驱动电极与所述阴极相互绝缘，且与所述子阴极交叉设置；在显示阶段，在所述阴极和所述阳极上施加显示驱动信号，所述显示驱动信号用于驱动OLED发光器件；在触控阶段，在所述触控驱动电极上施加触控驱动信号，所述至少部分子阴极用作触控感测电极输出触控感应信号。
图1示出了根据本发明实施例的触控基板的结构的俯视图。如图1所示，在具体的实施方式中，触控基板包括：基板；设置于基板上的阳极和阴，所述阴极包括多个子阴极；设置于基板上与所述阳极同层设置的至少一个触控驱动电极，所述触控驱动电极与所述阴极相互绝缘，且与所述子阴极交叉设置。OLED发光器件的至少部分子阴极用作触控感测电极输出触控感应信号。对所述触控感测电极101图案化以区分不同的触控感测区域。触控驱动电极和触控感测电极可分别引出至触控驱动电极连接端子105和触控感测电极连接端子106，然后通过连接驱动IC为触摸传感器的电极提供驱动信号。
针对所述OLED触控基板的触控阶段，在所述触控驱动电极上施加触控驱动信号，所述至少部分子阴极用作触控感测电极以输出触控感应信号。触控驱动电极103和触控感测电极101通过交叉覆盖整个触控区域。具体地，当触控驱动电极103沿图1所示的垂直于纸面的方式设置时，触控感测电极与驱动电极TX垂直地设置，进而覆盖整个触控区域。触控驱动电极上施加触控驱动信号。当手指触摸到某个特定区域时，被触摸的触摸区域的触控感测电极输出电信号，然后通过积分、放大滤波等操作传输给触控IC，最后由触控IC计算出触控点坐标，完成了触控操作。针对所述OLED触控基板的显示阶段，在所述阴极101和所述阳极102上施加显示驱动信号，所述显示驱动信号用于驱动OLED发光器件。通过分时地交替进行触控操作和显示操作，可以通过分时复用的图案化的阴极分别与OLED器件的阳极或触控驱动电极相互作用，实现显示操作或触控操作。
图2示出了根据本发明的OLED触控基板的像素内的电极设计示意图。如图2所示，在像素结构中，触控驱动电极103与阳极电极层形成于同一层中，并且与阳极电极层彼此独立。具体地，所述阳极电极层可以是ITO阳极层。触控驱动电极可以位于像素驱动器件的上方。每行像素的触控驱动电极可以相互连接，从而形成横向条状结构。由于手指触点的面积较大，在不影响触控分辨率的前提条件下，为了减小对像素开口率的影响，降低触控驱动电极的电阻，可以将触控驱动电极(5～15个/组)在显示区域的边缘处并联，形成较宽的触控驱动电极条状结构。具体地，可以对ITO阳极层进行图案化，以形成横向阳极条状结构102和触控驱动电极结构103。阴极层101覆盖在整个区域上。可以对阴极区域进行图案化以便形成纵向阴极条状结构。如图2所示，所示结构还包括栅极线106、VDD线107和数据线108。
图3示出了像素电极结构的剖面图。如图3所示，首先在衬底上形成栅极106。所述衬底可以是玻璃或聚酰亚胺。在制备出栅极106之后，形成栅极绝缘层10，例如栅极氧化物。所述栅极氧化物可以是通过LPCVD、PECVD、HDPCVD、UHVCVD、MOCVD、MBE、ALD、蒸发、(磁控)溅射等工艺形成的形成绝缘材料，其材质例如氧化硅或高K电介质材料等等。然后制造铟镓锌氧化物(IGZO：indium gallium zinc oxide)沟道区109、刻蚀停止层110、源极和漏极(107’/108’)，并且用PLN&PVX绝缘层111覆盖。在源极/漏极107’/108’接触的位置刻蚀出接触通孔。然后沉积ITO阳极电极层102。触控驱动电极与ITO阳极都位于这一层中。在触摸传感器的电极的制备过程中，触摸传感器的驱动电极由像素电极中独立的ITO电极形成，如图3的左侧103所示。在将要形成OLED器件的部分通过掩模和刻蚀，用作OLED阳极的阳极区域(如图3右侧的103所示)上沉积OLED发光层104。在得到的结构上沉积阴极层101。。在制备过程中将阴极图形化用作触控传感器的感测层的感测电极Rx，对感测区域进行划分。在驱动电极103和感测电极101之间存在绝缘层113。，在触控阶段，这两个电极都会跟手之间形成一个电容，这个时候电容发生变化，从而导致电流发生变化，判断触控位置。最后在得到的结构上通过薄膜封盖层114进行薄膜封装。
这样，在图3右侧的OLED器件区域，通过阴极层101、阳极层102和夹在所述阳极和阴极之间的OLED有源层104，构成了本发明中的OLED器件；而在图3左侧的触摸传感器区域，ITO阳极用作触摸传感器的触控驱动电极103，图案化的阴极用作触摸传感器的触控感测电极，在触控驱动电极和触控感测电极之间的绝缘层PDL与触控驱动电极和触控感测电极Rx一起构成了触摸感测电容器。
图4是进一步详细地示出了在本发明的触控基板上分时进行像素显示和触摸感测的示意图。如图4所示，在需要进行触摸传感操作的时候，通过触控传感器驱动装置401分别驱动设置在像素区域402两侧的触控感测电极和触控驱动电极；而当需要进行OLED发光操作时，通过OLED驱动装置403来分别驱动设置在像素区两侧的阳极和阴极。
图5示出了根据本发明的OLED触控基板的制造方法的流程图。如图5所示，所述OLED触控基板的制造方法包括：在基板上形成晶体管结构(S501)；在得到的结构上通过构图形成阳极(S502)，其中所述阳极包括多个子阳极并且子阳极与触控驱动电极相互分离；在位于触控基板的OLED发光器件区域的阳极上形成OLED有源层(S503)；将所述阳极与所述晶体管结构的源/漏极通过过孔相连(S504)；在得到的结构上形成包括多个子阴极在内的阴极(S505)，所述阴极通过绝缘层与所述触控驱动电极相互绝缘，并且所述子阴极与所述触控驱动电极交叉设置。
图6示出了根据本发明的显示装置的制造方法的具体工艺流程。如图6所示，所述制造方法包括：形成栅极；形成栅极绝缘体；形成晶体管有源区；形成刻蚀停止层；形成接触区；形成源极/漏极；制备PVX层；涂覆树脂层；形成ITO电极层；形成PDL绝缘层，从而进行ITO驱动电极和阳极的分离；形成发光材料有源区；形成阴极层并将其图案化；最后进行薄膜封装。
具体地，在形成OLED器件时，在得到的OLED器件结构上涂覆绝缘层；沉积ITO阳极层；将所述ITO阳极层图案化为ITO驱动电极和ITO阳极并彼此分离，分别用作触摸传感器的驱动电极和OLED器件的阳极；沉积像素定义层PDL；将ITO阳极上方的PDL开孔；之后将发光层材料EL蒸镀到PDL开孔中，从而与下方的ITO阳极相连；沉积阴极层，并且将阴极层图案化为纵向条状形状，图案化的阴极用作触摸传感器的触控感测电极和OLED器件的阴极。
具体地，首先进行OLED器件的常规工艺，依次制备栅极、栅极绝缘体、有源区、刻蚀停止层ESL、接触CNT、源极/漏极、PVX绝缘体。然后涂覆树脂作为平坦层，从而保证后续的工艺可在基板平整的条件下进行。之后进行溅射ITO层，将其图形化为触控驱动电极与阳极ITO，并彼此绝缘，分别作为触摸传感器的驱动电极和OLED器件的阳极。然后制备PDL层，将阳极ITO上方像素定义层PDL开孔，之后将发光材料EL蒸镀到PDL开孔中，从而与下方的阳极ITO连接。接下来制备阴极并且对阴极进行图案化。利用FMM(精细金属掩模：Fine MetalMask)将阴极蒸镀为条状，并且在显示区边缘引出以与驱动IC连接。图案化的阴极同时可以用作触摸传感器的触控感测电极OLED器件的阴极。最后对整个显示装置进行薄膜封装(TFE)，从而保证OLED器件不受水氧侵蚀。
图7示出了根据本发明OLED触控显示面板的结构示意图。如图7所示，从显示面板的边缘向内依次为触摸传感器的驱动门阵列、显示装置的驱动门阵列和像素结构电路。这种设计方案可以使触控传感器装置与显示装置匹配，其中触控传感器的门阵列在图7中红圈所示的ELVSS处与像素结构内的电路相连。
具体地，如图7所示，所述驱动方包括：将OLED器件驱动信号和触控传感器的触控驱动信号分时地传输至传输门；当进行OLED器件的显示操作时，所述传输门输出显示驱动信号，并且将所述显示驱动信号施加至OLED器件的阳极和阴极；当进行触控传感器的触控操作时，所述传输门输出触控驱动电极信号，并且将所述触控驱动电极信号传输至触控传感器的驱动电极，当触控感测电极感测到触控动作时，触控感测电极、触控驱动电极与触控驱动电路一起产生感测信号。
图8示出了图7的触控传感器驱动门阵列的具体驱动结构，具体地示出了触控传感器装置的触控驱动电极Tx的驱动电路示意图。图9示出了触控驱动电极的驱动电路的时序控制图。在时序控制方面，触控操作与显示操作分时驱动。
具体地，根据本发明的显示装置的驱动方法包括：在显示阶段，在阴极和阳极上施加显示驱动信号以驱动OLED发光器件；以及在触控阶段，所述阳极和所述阴极中的一个电极上施加触控驱动信号用作驱动电极，另一电极输出触控感应信号用作感测电极，以进行触控感测操作。
下面结合图8和图9详细描述触控传感器驱动器的门阵列的操作。如图8所示，触控传感器驱动门阵列电路主要用来产生触控驱动电极脉冲时序。触控驱动电极的驱动电路包括STV扫描开始信号、CLK、CLK1时钟信号、RST重置信号、TSHD触控行扫描信号、ELVCOM脉冲驱动信号、ELVSS阴极电平信号。如图9所示，驱动电路的工作原理如下：首先，RST信号使电路重置，STV和CLK信号开始进入假行(dummy line)的SRU移位寄存器；SRU移位寄存器产生的信号SR1进入第一行驱动电极驱动电路，作为扫描开始信号；然后，SR1信号的一部分通过移位寄存器以后传递到下一行驱动电极，SR1信号的另一部分进入“与”门电路，与TSHD和CLK1(或CLK)进行“与”逻辑运算；“与”逻辑运算之后的输出信号经过缓冲放大器进行缓冲放大之后进入传输门电路；最后，进入传输门电路的信号通过传输门来选择输出，即：在显示操作的时候传输门输出ELVSS信号，而在触控传感操作的时候输出触控驱动电极信号。通过这种分时控制，可以防止显示操作与触控操作相互影响，并且可以使用通过简单的工艺步骤制造的阴极、阳极和感测电极、触控电极协同操作。
尽管已经参考本发明的典型实施例，具体示出和描述了本发明，但本领域普通技术人员应当理解，在不脱离所附权利要求所限定的本发明的精神和范围的情况下，可以对这些实施例进行形式和细节上的多种改变。

Claims (10)

1.一种OLED触控基板，包括：
基板；
设置于基板上的阳极和阴极，所述阴极包括多个子阴极；
设置于基板上与所述阳极同层设置的至少一个触控驱动电极，所述触控驱动电极与所述阴极相互绝缘，且与所述子阴极交叉设置；
在显示阶段，在所述阴极和所述阳极上施加显示驱动信号，所述显示驱动信号用于驱动OLED发光器件；
在触控阶段，在所述触控驱动电极上施加触控驱动信号，所述至少部分子阴极用作触控感测电极输出触控感应信号。
2.根据权利要求1所述的OLED触控基板，其特征在于，所述阳极包括多个子阳极，所述OLED发光器件包括夹在所述子阳极和所述子阴极之间的OLED发光层。
3.根据权利要求1所述的OLED触控基板，其特征在于，所述子阴极为纵向条状结构。
4.根据权利要求1所述的OLED触控基板，其特征在于，所述阳极是ITO材料。
5.根据权利要求1所述的OLED触控基板，其特征在于，所述触控驱动电极上设置有多个镂空区域。
6.根据权利要求5所述的OLED触控基板，其特征在于，所述触控驱动电极在OLED器件的显示区域边缘处引出。
7.根据权利要求1所述的OLED触控基板，其特征在于，所述触控驱动电极具有平行排列的狭缝形状。
8.一种OLED触控基板的制造方法，包括：
在基板上形成晶体管结构；
在得到的结构上通过构图形成阳极，其中所述阳极包括多个子阳极并且子阳极与触控驱动电极相互分离；
在位于触控基板的OLED发光器件区域的阳极上形成OLED有源层，所述阳极与所述晶体管结构的源/漏极相连；
在得到的结构上形成包括多个子阴极在内的阴极，所述阴极通过绝缘层与所述触控驱动电极相互绝缘，并且所述子阴极与所述触控驱动电极交叉设置。
9.一种显示装置，包括权利要求1-7任一所述的OLED触控基板。
10.一种根据权利要求9所述的显示装置的驱动方法，包括：
在显示阶段，在阴极和阳极上施加显示驱动信号以驱动OLED发光器件；以及
在触控阶段，在所述触控驱动电极上施加触控驱动信号，所述子阴极用作触控感测电极输出触控感应信号。
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