CN106020557A - 一种触控显示面板、驱动方法和触控显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明描述了一种触控显示面板、驱动方法和触控显示装置，包括相对设置的第一基板和第二基板，以及位于第一基板上沿行方向、列方向分布的多个第一电极；在两个第一电极的间隙位置设置第二电极，第二电极与第一电极位于同一膜层且彼此电绝缘；位于第二基板上的第三电极，第三电极在第一基板平面内垂直方向上的投影至少与第二电极在第一基板平面内垂直方向上的投影交叠；至少一个控制单元，与第一电极、第二电极、第三电极连接。本发明提供的触控显示面板、驱动方法和触控显示装置在实现位置触控和压力触控时不会出现网格图案可见的问题；在实现位置触控和压力触控时无需分时操作，利于高分辨率显示设计。

Description

一种触控显示面板、驱动方法和触控显示装置
技术领域
本发明涉及显示领域，特别是涉及一种触控显示面板、驱动方法和触控显示装置。
背景技术
近年来，随着触控显示技术的发展，人们对触摸屏的期待已经不仅仅局限于实现触控位置的检测，同时希望触摸时可以对按压力度进行检测，即实现压力触控功能。
图1是现有设计中一种典型的触控显示面板设计，其中触控显示面板10上包括触控电极层110，位于触控电极层110上沿X方向和Y方向分布的多个触控电极114。每个触控电极114作为自电容式触控电极，通过触控引线111与控制单元112连接并通过控制单元112提供触控驱动信号、接收触控感应信号。实际操作过程中，控制单元112向触控电极114施加触控驱动信号形成一初始电容，当外界触摸发生时，靠近触摸位置处的触控电极114由于触摸介质电容的影响会发生电容的变化，并将这种变化的电容转换成电压信号反馈至控制单元112，控制单元112通过计算分析这种感应信号的变化，从而确定手指的触摸位置。为了避免触控电极114与触控电极走线111之间的信号干扰，触控电极114与触控电极走线111位于不同膜层，通过过孔118实现连接。
其中，触控电极层110可以位于包含薄膜晶体管的阵列基板上，或者位于包含彩色滤光片的彩膜基板上，或者设置在区别于阵列基板和彩膜基板的另一块基板上。适应触控显示面板轻薄化的发展趋势，现有的触控显示面板通过复用显示用公共电极层作为触控电极层110，且采用分时驱动的驱动模 式：在显示阶段，向触控电极层提供公共电压信号；在触控阶段，向触控电极层提供触控驱动信号。如图1所示，位于触控电极层110上的多个触控电极114呈阵列排布且彼此之间存在一定的间隙，在设计时这种间隙宽度约为触控电极114边长的1/4，同时这些间隙形成的网格区域(图1中的阴影部分)通过走线116连接至控制单元112。检测外界触摸时，为了提高触摸灵敏度，控制单元112向触控电极114施加触控驱动信号的同时向网格区域施加接地信号或者公共电压信号。
由于在触控时，触控电极114写入的是触控驱动信号，网格区域写入的是接地信号或者公共电压信号，即两者写入的电压信号不同，使得像素电容(像素电容：像素电极层与公共电极层之间形成的电容，由于公共电极层被分为触控电极和网格区，此时像素电容分为像素电极层与触控电极之间形成的电容和像素电极层与网格区之间形成的电容)两端的电压差不同，导致网格状pattern可见的问题。而且，图1所示的触控显示面板只能对触摸位置进行检测，并不能对外界触摸介质的按压力度进行测试。
发明内容
有鉴于此，一方面，本发明提供一种触控显示面板，包括相对设置的第一基板和第二基板，以及位于所述第一基板上沿行方向、列方向分布的多个第一电极；在两个所述第一电极的间隙位置设置第二电极，所述第二电极与所述第一电极位于同一膜层且彼此电绝缘；位于所述第二基板上的第三电极，所述第三电极在所述第一基板平面内垂直方向上的投影至少与所述第二电极在所述第一基板平面内垂直方向上的投影交叠；至少一个控制单元，与所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极连接。
另一方面，本发明还提供一种驱动方法，包括显示阶段和触控阶段。在所述显示阶段，向所述第一电极和/或所述第二电极提供公共电压信号、所述 第三电极浮置或者向所述第三电极提供恒定的基准信号；在所述触控阶段，向所述第一电极提供触控驱动信号、向所述第二电极提供所述触控驱动信号，向所述第三电极提供恒定的基准信号，所述第一电极基于所述触控驱动信号生成触控感测信号，实现位置触控，所述第二电极基于所述触控驱动信号生成压力触控感测信号，实现压力触控。
另一方面，本发明还提供一种触控显示装置，包括如上所述的触控显示面板和驱动方法。
与现有技术相比，本发明至少具有如下突出的优点之一：
本发明提供的触控显示面板和触控显示装置为内嵌式触控，同时集成有显示、位置触控和压力触控三种功能；
本发明提供的触控显示面板和触控显示装置在实现位置触控和压力触控时不会出现网格pattern可见的问题；
本发明提供的触控显示面板和触控显示装置可以通过复用公共电极层设置触控电极和压感电极，避免了现有技术中额外设置触控电极和压感电极而增加显示面板厚度的问题；
本发明提供的驱动方法在实现位置触控和压力触控时无需分时操作，利于高分辨率和高频显示设计。
附图说明
图1是现有设计中一种典型的触控显示面板设计；
图2A是本发明提供的一种触控显示面板断面结构图；
图2B是图2A所示第一基板的俯视结构示意图；
图2C是图2A所示第二基板的俯视结构示意图；
图3是电容式压力触控的基本原理图；
图4是本发明实施方式提供的一种分时驱动方法；
图5是本发明又一实施方式提供的触控显示面板；
图6是本发明又一实施方式提供的触控显示面板；
图7是本发明又一实施方式提供的触控显示面板；
图8A是本发明提供的一种掩膜板设计；
图8B是本发明提供的又一种掩膜板设计；
图9是本发明又一实施方式提供的触控显示面板；
图10是本发明又一实施方式提供的触控显示面板；
图11是图10所示第二基板的俯视结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更为明显易懂，下面将结合附图和实施例对本发明做进一步说明。
需要说明的是，在以下描述中阐述了具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以多种不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似推广。因此本发明不受下面公开的具体实施方式的限制。
图2A是本发明提供的一种触控显示面板断面结构图，图2B是图2A所示第一基板的俯视结构示意图，图2C是图2A所示第二基板的俯视结构示意图。结合图2A、2B、2C，触控显示面板20包括相对设置的第一基板210、第二基板220，其中，第一基板210包括多条沿行(X)方向方向延伸的扫描线201、多条沿列(Y)方向延伸的数据线202，以及由扫描线201和数据线202相互交叉形成的多个像素单元203。其中，扫描线201连接至栅极驱动电路204，通过栅极驱动电路204产生的选通信号控制某行像素单元203的开启；同时控制单元205将供画面显示的数据信号经数据线202传输至开启的像素单元203。
如图2A和2B所示，第一基板210还包括触控电极层230，其中，触控电极层230包括多个沿行(X)方向、列(Y)方向分布的第一电极206，且一个第一电极206对应至少两个像素单元203。为方便描述，本发明以一个第一电极206覆盖4个像素单元203为例进行说明。需要说明的是，这种数量关系只是示例性的说明，并不对本发明的结构构成限定。
每个第一电极206分别连接一条第一走线208，并通过第一走线208连接至控制单元205。在本发明实施方式提供的触控显示面板中第一电极206为自容式触控电极，用于实现外界触摸位置的检测。在检测外界触摸时，控制单元205向第一电极206施加一定的触控驱动电压，当外界有触摸发生时，靠近触摸位置处的第一电极206电容量发生变化，而远离触摸位置处的第一电极206电容量几乎不变，控制单元205通过分析第一电极206电容量的变化从而判断触摸发生的具体位置。
本发明实施方式提供的触控显示面板不仅可以实现上述位置触控功能，同时具备压力触控功能。如图2B和图2C，本发明实施方式提供的触控显示面板通过在第一基板210上设置第二电极212，并且在第二基板220上设置第三电极214，用作实现电容式压力触控的压感电极。其中，第二电极212与第一电极206位于同一层且设置在第一电极206之间的的间隙位置，且围绕第一电极206的外边缘一周形成闭合区域；第三电极214设置在靠近第一基板210的一侧，且为整面ITO设计。每个第二电极212分别连接一条第二走线213，并通过第二走线213连接至控制单元205；第三电极214通过第二基板220与第一基板210之间的导电框胶221实现与控制单元205的连接。
图3是本发明实施方式提供的触控显示面板实现电容式压力触控的基本原理图。如图3所示，第二电极212和第三电极214以及位于两者之间的可压缩介质(未示出)构成电容C。本发明提到的可压缩介质，即指在外界压力作用下可发生弹性形变的介质，例如液晶、空气。由于第二电极212和第 三电极214设计好后，两者之间的相对面积S保持恒定，且可压缩介质随着触控显示面板20的成型也保持不变。根据C＝kS/d可知，当可压缩介质、相对面积S都不变时，电容量C与两个电极之间的距离d成反比。因此，外界施加触控压力F导致可压缩介质发生弹性形变，第二电极212和第三电极214之间的距离d发生改变，电容C随之变化。当触控压力F不同时，导致可压缩介质发生的弹性形变不同，第二电极212和第三电极214之间的距离d发生不同的改变，电容C也随之不同，因此，通过检测不同的电容量C即可实现不同触控压力F的辨别。
具体地，触控显示面板20进行压力触控时，控制单元205向第二电极212施加一定的压力触控驱动电压，同时向第三电极214施加一定的基准电压，当外界有压力F发生时，按压位置处第二电极212和第三电极214之间的距离发生变化，继而第二电极212和第三电极214之间的电容C发生变化，控制单元205通过分析电容C的变化大小从而判断按压力度F。
本实施方式中为了避免信号线和电极之间的信号干扰，第一电极206、第二电极212和第一走线208、第二走线213位于不同膜层，每个第一电极206分别通过一个第一过孔207与一条第一走线208连接，每个第二电极212分别通过一个第二过孔211与一条第二走线213连接。
优选地，本实施方式将第一走线208、第二走线213置于同一膜层，减少触控显示面板中走线膜层设计，利于显示面板的轻薄化。
本实施方式中第一走线208、第二走线213采用与第一电极206相同的透明材料，例如氧化铟锡ITO；或者，第一走线208、第二走线213采用导电率较高的不透明金属材料，例如铜，当第一走线208、第二走线213采用不透明金属材料制成时，第一走线208、第二走线213位于黑矩阵(如图10中的240所示)的下方。
本发明实施方式中，触控电极层230同时作为公共电极层，且第一电极 206和/或第二电极212复用为公共电极；通过给公共电极206施加一定的公共电压Vcom，使其与对应的像素单元203上的数据电压形成一驱动电压，以驱动供触控显示面板20显示的发光材料(比如液晶)。
图4是本发明实施方式提供的一种分时驱动方法，其中，横坐标表示时间，包括Display阶段和Touch阶段，纵坐标表示控制单元205向各个电极提供的电压信号，其中，V206、V212、V214分别代表第一电极206、第二电极212、第三电极214上的电压信号。如图4所示，在Display阶段，控制单元205向第一电极206、第二电极212提供公共电压信号Vcom、向第三电极214提供恒定的基准信号Vgnd；在Touch阶段，控制单元205向第一电极206提供触控驱动信号V1、向第二电极212提供压力触控驱动信号V2、向第三电极214提供恒定的基准信号Vgnd或者Vcom，第一电极206基于触控驱动信号V1生成触控感测信号并传输至控制单元205，控制单元205通过分析计算确定触摸位置，同时第二电极212基于压力触控驱动信号V2生成压力触控感测信号并传输至控制单元205，控制单元205通过分析计算确定触控压力大小。
在上述驱动方法中的Touch阶段，由于控制单元向第一电极提供触控驱动信号的同时，控制单元向第二电极提供压力触控驱动信号，一般地，这两种信号取相同或相近的电压值，因此，可以避免触控显示面板在触控阶段像素电容两端电压差不同，液晶电场分布不均导致触控电极间间隙pattern可见的问题。
根据上述可知，本发明实施方式提供的触控显示面板通过复用公共电极层作为触控电极层，同时实现显示、位置触控和压力触控三种功能；在实现位置触控和压力触控时无需分时操作，且避免触控电极间间隙pattern可见的问题。
图5是本发明又一实施方式提供的触控显示面板。与图2B所示触控显示面板的区别在于，在任意相邻两个第一电极206的间隙设置有第二电极212。 由于压力感应信号要远小于触控感应信号。图5设计的好处在于，触控显示面板20上任意一个第一电极(触控电极)206对应一个第二电极(压感电极)212，保证压力感应信号不被触控感应信号覆盖，提高触控显示面板200的压力触控灵敏度。图5所示的触控显示面板与图2B所示触控显示面板结构上的相同之处在此不再赘述。
图6是本发明又一实施方式提供的触控显示面板。与图5所示触控显示面板的区别在于，在任意相邻两个第一电极206的间隙设置有第二电极212，且相邻几个第二电极212互相连接形成一个网状第二电极，并且一个网状第二电极连接一条第二走线213。图6所示触控显示面板相对于图5所示触控显示面板的优势在于，充分利用第一电极的间隙设置第二电极，增加触控电极层230上第二电极212的有效面积，且相邻几个第二电极212互相连接形成一个网状第二电极会降低第二电极的方块电阻，增强压力触控感应信号以提高压力触控灵敏度。图6所示的触控显示面板与图5所示触控显示面板结构上的相同之处在此不再赘述。
图7是本发明又一实施方式提供的触控显示面板。与图2B所示触控显示面板的区别在于，第二电极212在两个第一电极206的相互邻近位置处设置，且每个第二电极212连接一条第二走线213。这样设计的优势在于，在两个第一电极206的相互邻近位置处设置第二电极212相比于围绕一个第一电极206设置第二电极212要容易许多。具体地，在制备图2B所示的第二电极212时，掩膜板要设计成如图8A所示的样式，而对于图7所示的第二电极212，掩膜板设计成如图8B所示的样式。可以理解的是，在图8A所示的掩膜板成型过程中需要的模具要比图8B所示的掩膜板成型过程中需要的模具复杂的多，且成型过程中由于拐角应力(图8A中圆圈区域)的存在，图8A所示的掩膜板对成型工艺的要求很高。因此，相对于图8A所示的掩膜板，图8B所示的掩膜板更容易制备，因而对形成图7所示的第一电极、第二电极结构的可控性 更高。图7所示的触控显示面板与图2B所示触控显示面板结构上的相同之处在此不再赘述。
图9是本发明又一实施方式提供的触控显示面板。与图7所示触控显示面板的区别在于，相邻几个第二电极212相互连接形成条状第二电极212，且条状第二电极212沿Y方向延伸。每条第二电极212连接一条第二走线213。相对于图7，这样设计的优势在于，既增加了触控电极层230上压感电极的覆盖率，又降低第二电极212的方块电阻值，同时缩短了第二走线213的长度，有效避免了由于走线电阻的存在导致第二电极条两端触控信号不均的现象，提高压力触控灵敏度。需要说明的是，条状第二电极212也可以沿X方向延伸，本实施方式对此不作限定。
图10是本发明又一实施方式提供的触控显示面板。与图2A所示触控显示面板的区别在于，第三电极214设置在黑矩阵240靠近第一基板210的一侧，且黑矩阵240在第二基板220平面内垂直方向上的投影覆盖第三电极214在第二基板220平面内垂直方向上的投影，如图11所示。在本实施方式中，第三电极214通过导电框胶221与第一基板210上的控制单元205实现电连接。其中，219表示不同颜色的子像素色阻层。这样设计的好处在于，第三电极214的材料不限定为透明ITO材料，也可以为高电导率的金属材料，比如具有微米级孔结构的金属网。因为金属网的导电率明显高于透明ITO材料，因此，在图10所示的触控显示面板中当第三电极214采用金属网材料时可以显著提高压力触控灵敏度。
需要说明的是，本实施方式中第三电极214可以设置在黑矩阵240远离第一基板210的一侧，且黑矩阵240在第二基板220平面内垂直方向上的投影覆盖第三电极214在第二基板220平面内垂直方向上的投影。
需要说明的是，本实施方式中不限定黑矩阵240和子像素色阻层219位于第二基板220，在其它实施方式中，黑矩阵240或子像素色阻层219也可以 设置于第一基板210上，使第一基板210成为黑色矩阵整合阵列(BM on array，BOA)基板，或成为一彩色滤光层整合阵列(Color filter on array，COA)基板。
从以上实施方式中可以看出，本发明提供的触控显示面板可以实现显示、位置触控和压力触控等功能，同时可以在不增加现有显示面板膜层数量的基础上实现这些功能。
需要说明的是，以上实施方式提供的触控显示面板不限定只通过导电框胶的方式实现第三电极和控制单元的连接，也可以在第二基板上设置相应的导电走线，通过导电走线实现第三电极和控制单元的连接。
需要说明的是，本发明提供的触控显示面板不限定复用公共电极层作为触控电极层，触控电极层可以区别于公共电极层单独设置。
需要说明的是，为了避免位置触控和压力触控之间的信号干扰，上述实施方式中第一电极和第二电极之间留有一定的间隙以保证彼此良好的电绝缘。
需要说明的是，上述实施方式提供的触控显示面板，用于显示、位置触控以及压力触控的控制单元可以集成在一个控制单元内，也可以单独设置控制单元分别控制显示、位置触控、压力触控等功能，本发明对比不做限定。
根据上述实施方式可以看出，在本发明构思下提供的触控显示面板可以集显示、位置触控和压力触控三种功能于一体，在实现位置触控和压力触控时无需分时操作，利于高分辨率和高频显示设计；避免出现网格pattern可见的问题。同时，本发明提供的触控显示面板可以通过复用公共电极层设置触控电极和压感电极，避免了现有技术中额外设置触控电极和压感电极而增加显示面板厚度的问题。
本发明还提供了一种触控显示装置，包括上述任意一种触控显示面板。触控显示装置可以为手机、台式电脑、笔记本、平板电脑、电子相册等。
需要说明的是，以上内容是结合具体的优选实施方式对本发明所作的进一步详细说明，不能认定本发明的具体实施只局限于这些说明。对于本发明所属技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干简单推演或替换，都应当视为属于本发明的保护范围。

Claims (19)

1.一种触控显示面板，包括：
相对设置的第一基板和第二基板，以及
位于所述第一基板上沿行方向、列方向分布的多个第一电极；在两个所述第一电极的间隙位置设置第二电极，所述第二电极与所述第一电极位于同一膜层且彼此电绝缘；
位于所述第二基板上的第三电极，所述第三电极在所述第一基板平面内垂直方向上的投影至少与所述第二电极在所述第一基板平面内垂直方向上的投影交叠；
至少一个控制单元，与所述第一电极、所述第二电极、所述第三电极连接。
2.根据权利要求1所述的触控显示面板，其特征在于，在两个所述第一电极的间隙位置，所述第二电极围绕所述第一电极的外边缘设置。
3.根据权利要求2所述的触控显示面板，其特征在于，在任意相邻两个所述第一电极之间的间隙设置，所述第二电极围绕所述第一电极的外边缘设置。
4.根据权利要求3所述的触控显示面板，其特征在于，至少两个相邻的所述第二电极互相连接形成网状第二电极。
5.根据权利要求1所述的触控显示面板，其特征在于，在两个所述第一电极的间隙位置，所述第二电极在两个所述第一电极的相互邻近位置处设置。
6.根据权利要求5所述的触控显示面板，其特征在于，在任意相邻两个所述第一电极之间的间隙设置，所述第二电极在两个所述第一电极的相互邻近位置处设置。
7.根据权利要求6所述的触控显示面板，其特征在于，至少两个相邻的所述第二电极互相连接形成条状第二电极。
8.根据权利要求7所述的触控显示面板，其特征在于，所述条状第二电极沿所述列方向延伸。
9.根据权利要求7所述的触控显示面板，其特征在于，所述条状第二电极沿所述行方向延伸。
10.根据权利要求1所述的触控显示面板，其特征在于，所述第三电极为整面透明ITO薄膜。
11.根据权利要求1所述的触控显示面板，其特征在于，所述触控显示面板还包括黑矩阵，所述黑矩阵在所述第二基板平面内垂直方向上的投影覆盖所述第三电极在所述第二基板平面内垂直方向上的投影。
12.根据权利要求11所述的触控显示面板，其特征在于，所述第三电极为透明ITO薄膜。
13.根据权利要求11所述的触控显示面板，其特征在于，所述第三电极为金属网。
14.根据权利要求1所述的触控显示面板，其特征在于，所述第一基板还包括第一电极走线和第二电极走线，所述第一电极走线与所述第一电极、所述控制单元连接，所述第二电极走线与所述第二电极、所述控制单元连接。
15.根据权利要求14所述的触控显示面板，其特征在于，所述第一电极走线和所述第二电极走线位于同一膜层。
16.根据权利要求1所述的触控显示面板，其特征在于，所述第二基板还包括导电框胶，所述导电框胶与所述第三电极、所述控制单元连接。
17.根据权利要求1所述的触控显示面板，其特征在于，所述第一电极和/或所述第二电极复用为公共电极。
18.一种用于如权利要求17所述触控显示面板的驱动方法，其特征在于，所述驱动方法包括显示阶段和触控阶段：
在所述显示阶段，向所述第一电极和/或所述第二电极提供公共电压信号、所述第三电极浮置或者向所述第三电极提供恒定的基准信号；
在所述触控阶段，向所述第一电极提供触控驱动信号、向所述第二电极提供所述触控驱动信号，向所述第三电极提供恒定的基准信号，所述第一电极基于所述触控驱动信号生成触控感测信号，实现位置触控，所述第二电极基于所述触控驱动信号生成压力触控感测信号，实现压力触控。
19.一种触控显示装置，包括如权利要求1所述的触控显示面板。
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