CN109766033B - 触控显示面板 - Google Patents

Abstract

本发明公开一种触控显示面板，包括基板、第一电极层及第二电极层，第一、第二电极层设于基板上，第二电极层电连接第一电极层，其中第二电极层包括多个感应电极，各感应电极包括相互连接的多个第一导电线与多个第二导电线，第一导电线平行于第一方向，第二导电线平行于第二方向，且第一方向不同于第二方向，其中两相邻感应电极的一者中的最外侧的第一导电线具有相互连接的至少一第一边缘与至少一第二边缘，第一边缘对应于另一感应电极的一第二导电线，且第一边缘为弧线，其在第二方向上较第二边缘为凸出或凹陷。

Description

触控显示面板

本申请是中国发明专利申请(申请号：201510347654.6，申请日：2015年06月23日，发明名称：触控显示面板)的分案申请。

技术领域

本发明涉及一种触控技术；特别是涉及一种内嵌式(In-cell)触控显示面板。

背景技术

现今触控面板的技术发展非常多样化，其中电容式触控面板具有高准确率、多点触控以及高触控分辨率等特点，已成为目前中高级消费性电子产品使用的主流触控技术。

关于整合型(Integrated)触控显示面板，其依据触控感测电极与显示面板的整合方式不同可区分为三大类型：触控感测电极制作于显示面板的外表面的类型(一般称为外贴式(On-cell)触控显示面板)，例如将触控感测电极制作在彩色滤光基板朝使用者的一侧；或者，触控感测电极制作于一触控面板上，并与显示面板贴合的类型(一般称为外挂式(Out-cell)触控显示面板)，其厚度较厚；再者，另一类型是将触控感测电极与显示面板的显示像素层叠内的结构共享，例如将显示面板的共同电极作为触控感测电极(一般称为内嵌式(In-cell)触控显示面板)，其整合度较高且厚度较小。

由于内嵌式触控显示面板具有厚度薄且能够与显示面板整合的优势，已成为各家技术发展的重点。

发明内容

本发明的一目的在于，提供一种内嵌式(In-cell)触控显示面板，可改善其触控感测电极的驱动能力及感测灵敏度。

本发明的一实施例提供一种触控显示面板，包括：一基板；一第一电极层，设于基板上；以及一第二电极层，设于基板上，且电连接第一电极层，其中第二电极层包括多个感应电极，各感应电极包括相互连接的多个第一导电线与多个第二导电线，该些第一导电线平行于一第一方向，该些第二导电线平行于一第二方向，且第一方向不同于第二方向；其中，两相邻感应电极的一者中的最外侧的第一导电线具有相互连接的至少一第一边缘与至少一第二边缘，第一边缘对应于另一感应电极的一第二导电线，且第一边缘为一弧线，其在第二方向上较第二边缘为凸出或凹陷。

在一实施例中，前述第一边缘在第一方向上具有一第一最大宽度，而对应于第一边缘的第二导电线具有一导线宽度，不同于第一最大宽度。

在一实施例中，前述导线宽度小于第一最大宽度。

在一实施例中，前述第一边缘较第二边缘凸出或凹陷的范围在第二方向上具有一第二最大宽度，而第一导电线具有一导线宽度，大于第二最大宽度。

在一实施例中，前述第一边缘在第一方向上具有一第一最大宽度，而对应于第一边缘的第二导电线具有一导线宽度，相同于第一最大宽度，另外第一边缘较第二边缘凸出或凹陷的范围在第二方向上具有一第二最大宽度，而第一导电线具有一导线宽度，大于第二最大宽度。

在一实施例中，前述两相邻感应电极的一者中的最外侧的第一导电线还具有相互连接的多个第一边缘与多个第二边缘，且该些第一边缘与该些第二边缘彼此交错。

在一实施例中，前述该些第一边缘对应于另一感应电极的该些第二导电线。

在一实施例中，前述两相邻该感应电极的一者中的最外侧的该第一导电线更具有多个第一边缘与多个第二边缘，该些第一边缘彼此相邻，其中该些第二边缘作为该些第一边缘之间的连接处且在该第二方向上较该些第一边缘为凸出，该些连接处与该些第一边缘是交错相互连接。

在一实施例中，前述对应于第一边缘的第二导电线具有一弧形边缘。

在一实施例中，前述第一电极层的材料为透明导电材料，前述第二电极层的材料为金属材料。

附图说明

图1为本发明一实施例的触控显示面板的触控单元的上视示意图；

图2为本发明一实施例的触控感测电极包括共同电极及传导线的上视示意图；

图3A为图2中的位于驱动电极部分中的显示像素的剖面图；

图3B为图2中的位于感测电极单元中的显示像素的剖面图；

图4为本发明一实施例的触控感测电极的共同电极层及第三金属层的上视示意图；

图5A～图5F为本发明不同实施例的图4中A部分的放大图；

图6为一互容式触控技术的等效电路图；

图7为一自容式的触控显示面板的上视示意图。

符号说明

1、1’～触控显示面板；

10～驱动电极单元；

12～驱动电极部分；

14～连接线路；

16～连接点；

20～感测电极单元；

30～触控感测节点、触控像素；

40～共同电极、共同电极层、第一电极层；

52～第一金属线；

54～第二金属线；

54A～断路；

60、62～显示像素；

602～栅极线；

604～源极线；

606～漏极线；

608～显示像素电极；

610～半导体通道层；

70～断路；

72～第一导电线；

74～第二导电线；

C～连接处；

C1～驱动电极电容；

C2～感测电极电容；

C3～互电容；

E1～第一边缘；

E2～第二边缘；

I₁～栅极介电层；

I₂～栅极覆盖层；

I₃～层间绝缘层；

I₄～层间绝缘层；

M₁～第一金属层；

M₂～第二金属层；

M₃～第三金属层、第二电极层；

P～电力线路径；

R～线路电阻；

W～金属导线；

W1～第一最大宽度；

W2～导线宽度；

W3～第二最大宽度；

W4～导线宽度；

T～薄膜晶体管；

V～导电柱。

具体实施方式

为让本发明的上述和其他目的、特征和优点能更明显易懂，下文特举出优选实施例，并配合所附的附图，作详细说明如下。

在以下所说明的本发明的各种实施例中，所称的方位“上”、“下”，仅是用来表示相对的位置关系，并非用来限制本发明。当述及一第一材料层位于一第二材料层上时，包括第一材料层与第二材料层直接接触或间隔有一或更多其他材料层的情形。

此外，在附图或说明书描述中，相似或相同的部分都使用相同的符号。在附图中，实施例的形状或厚度可扩大，以简化或是方便标示。在附图中未绘示或说明书中未描述的组件，为所属技术领域中具有通常知识者所知的形式。

需先说明的是，本发明的一目的在于提供一种内嵌式(In-cell)触控显示面板，可改善其触控感测电极的驱动能力及感测灵敏度。

关于内嵌式触控显示面板，其触控感测电极是被整合至显示面板的显示像素层叠内。也就是说，可将显示面板的原有结构经过适当的设计而成为能够一并触控感测的结构。例如，若显示面板为一边缘电场切换型(fringe-field switching，FFS)显示面板，则可以利用FFS显示面板的共同电极来做为触控感测电极。应了解的是，显示像素层叠通常可通过包括导电材料(例如金属、透明导体)、半导体材料(例如多晶硅(Poly-Si)以及介电材料(例如SiO₂)的沉积、遮蔽、蚀刻、掺杂等制作工艺来形成此外，形成于显示像素层叠内的部分组件可作为触控显示面板的显示系统的电路而操作以在消费性电子产品的显示器上产生影像，而其他组件可作为触控感测系统的电路而操作以感测显示器上或接近显示器的一或多个触控位置。

请先参阅图1，其显示根据本发明一实施例的触控显示面板的触控单元的上视示意图。以FFS显示面板为例(但不以此为限)，触控显示面板1将共同电极(commonelectrode)图案化成多个触控感测电极，这些触控感测电极可以电连接成互容式(mutual-capacitive)的触控感测结构，即，该触控感测电极包括多个驱动电极单元10及多个感测电极单元20，其中驱动电极单元10形成多列，而感测电极单元20形成多行(彼此相互正交)，但本发明并不以此为限。此外，每一驱动电极单元10由多个驱动电极部分12组成，且该些驱动电极部分12由连接线路14(以虚线表示)及连接点16电连接，其中连接线路14可绕过感测电极单元20而不与感测电极单元20电连接。

由此，驱动电极单元10及感测电极单元20之间形成边缘电容效应，以此方式形成触控显示面板1的多个触控感测节点30(又称作触控像素)。举例而言，可通过提供一驱动信号(例如AC波形)来激励驱动电极单元10，以与其相邻的感测电极单元20形成互电容(mutual-capacitance)于触控像素30的列与行之间。当一对象(例如手指或触控笔)接近触控像素30时，耦合于触控像素30的列与行之间的部分电荷可耦合于该对象上，并使得跨越触控像素30的列与行之间的电力线减少，使得耦合于触控像素30的电压波形产生变化(例如变小)，由此即可感测该对象的触控位置。

图2显示根据本发明一实施例的触控感测电极包括共同电极及传导线的上视示意图。如图2所示，本实施例的触控感测电极对应于多个显示像素，其中共同电极40可为触控显示面板的显示像素层叠内的显示系统的电路组件，且可与显示系统的其他电路组件例如像素电极配合操作以显示影像。应了解的是，共同电极40对应于触控显示面板的显示像素。此外，共同电极40也可与其他共同电极40一起作为触控显示面板的触控感测电极而操作。举例而言，共同电极40可经分组而形成触控感测电极的驱动电极部分12及感测电极单元20中的部分(图1及图2)。换句话说，各驱动电极部分12可以包含有多个共同电极40，且在各驱动电极部分12中的多个共同电极40可以共同电连接；同理，各感测电极单元20中的共同电极40也可以共同电连接。由此，每一共同电极40可为一多功能电路组件且在显示阶段及触控感测阶段两者中操作，而显示阶段及触控感测阶段可以是分时多任务。

请继续参阅图1及图2，本实施例的触控感测电极还包括沿着第一方向(例如x方向)的多个第一金属线52及沿着第二方向(例如y方向)的多个第二金属线54。具体而言，在触控感测电极的各驱动电极部分12中，每一共同电极40可经由第一金属线52及第二金属线54而相连接在一起，且位于同一列(x方向上)的驱动电极部分12可通过跨过(即不电连接)感测电极单元20的第一金属线52(相当于图1的连接线路14)连接而形成驱动电极单元10。另外，位于同一行(y方向上)的相邻驱动电极部分12的第二金属线54包括断路(opencircuit)54A。至于在触控感测电极的各感测电极单元20中，每一共同电极40可经由不包括断路的第二金属线54而连接在一起，另外感测电极单元20中的多个第二金属线54可通过一外部连接(图未示)而相连接在一起。由此，上述沿着水平方向的第一金属线52与沿着垂直方向的第二金属线54可以电容方式形成触控感测面板的触控像素30。举例而言，在触控感测阶段期间，第一金属线52可传输驱动信号以激励驱动电极单元10且在受激励的驱动电极单元10及感测电极单元20之间形成电场以产生触控像素30。

应了解的是，上述传导线(包括驱动电极单元10及感测电极单元20)实际上形成于显示像素层叠内的共同电极40的下方。接着请参阅图3A，其显示图2中的位于驱动电极部分12中的显示像素60的剖面图。如图3A所示，显示像素60的显示像素层叠由上而下包括形成于一第一金属层M₁中的一栅极线602及一第一金属线52、形成于一第二金属层M₂中的一源极线604、一漏极线606及一第二金属线54、以及形成于第一、第二金属层M₁及M₂的上方的一共同电极40及至少一显示像素电极608。更具体而言，栅极线602及第一金属线52形成于一栅极介电层I₁上且由一栅极覆盖层I₂所覆盖，其中栅极介电层I₁内具有一半导体通道层610，用以形成一薄膜晶体管(TFT)T的通道。源极线604、漏极线606及第二金属线54形成于栅极覆盖层I₂上，其中源极线604及漏极线606可通过由导电材料构成的导电柱V与半导体通道层610连接，且第二金属线54也可通过一导电柱V与第一金属线52连接。另外源极线604、漏极线606及第二金属线54由一层间绝缘层I₃所覆盖，而共同电极40形成于层间绝缘层I₃上且可通过一导电柱V与第二金属线54连接。另外共同电极40由一层间绝缘层I₄所覆盖，而显示像素电极608再形成于层间绝缘层I₄上且可通过一导电柱V与漏极线606连接。

补充说明的是，一液晶层(图未示)还可设置于显示像素电极608上，以使得使用者自液晶层上方观看显示器。此外，一基板(图未示)设置于显示像素60的显示像素层叠的底部，用以支持上述显示像素层叠内的各种组件，其中基板可为一有机或无机基板，有机基板可为塑化材料所制成，无机基板可为玻璃材料所制成。共同电极40及显示像素电极608可由透明导电材料(例如ITO)形成。栅极介电层I₁、栅极覆盖层I₂、层间绝缘层I₃及层间绝缘层I₄的材料可为氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或上述的组合。

图3B显示图2中的位于感测电极单元20中的显示像素62的剖面图，其中图3B与图3A的差异在于第二金属线54及第一金属线52并未通过一导电柱V连接。由图2至图3B可知，在触控感测电极的驱动电极部分12的显示像素60中，第一金属线52、第二金属线54及共同电极40可相互电连接，而在感测电极单元20的显示像素62中，仅有第二金属线54电连接至共同电极40。

通过图3A及图3B所示的结构，第一金属线52、第二金属线54、共同电极40及导电柱V可作为触控显示面板的触控感测电极而操作，以在触控感测阶段期间来感测显示器上或接近显示器的一或多个触控位置。薄膜晶体管T(包括栅极线602、漏极线606及可作为数据线的源极线604)、显示像素电极608、共同电极40及导电柱V可作为触控显示面板的显示电路而操作，以在显示阶段期间于显示器上显示影像。

值得一提的是，虽然图3A及图3B所示的结构是基于FFS面板技术来设计，但是其也可以基于横向电场切换型(In-panel Switching，IPS)及垂直配向型(VerticalAlignment，VA)面板技术来设计。

请继续参阅图3A及图3B，本实施例的触控显示面板的显示像素层叠还包括一第三金属层M₃，形成于共同电极40上且电连接于共同电极40。其中，第三金属层M₃(由金属材料形成)的阻抗小于共同电极40(由ITO形成)的阻抗，第三金属层M₃例如可选自金、银、铜或其合金，或者由多层金属堆叠，如钼/铝/钼三层结构，故可有效降低触控感测电极的整体阻抗，以提高触控感测电极的驱动能力及灵敏度。

图4显示根据本发明一实施例的触控感测电极的共同电极层(即图3A中由组件符号40所表示的层结构，可由多个共同电极40组成)及第三金属层M₃的上视示意图。如图4所示，位于共同电极层(第一电极层)上方的第三金属层M₃(第二电极层，等同于图3A及图3B中的第三金属层M₃)包括由断路70所分隔开的多个感应电极，其中各感应电极包括相互连接的沿着第一方向(例如x方向)的多个第一导电线72及沿着第二方向(例如y方向)的多个第二导电线74。在各驱动电极部分12及各感测电极单元20中，第一导电线72及第二导电线74可连接每一共同电极40。应了解的是，第三金属层M₃的第一导电线72及第二导电线74的位置大致对齐图2所示的第一金属线52及第二金属线54的位置。于一些实施例中，上述第一方向可不同于第二方向，而不限定为相互正交。

接着请参阅图5A至图5F，其显示根据本发明不同实施例的图4中的A部分的放大图。为了简明附图及凸显本发明的发明特点，图5A至图5F中的位于第一导电线72及第二导电线74下方的共同电极40仅省略之。

需特别说明的是，请一并参阅图4及图5A，在沿着第二方向(y方向)的两相邻驱动电极部分12中的感应电极的一者(例如图5A中下方的感应电极)中，最外侧的第一导电线72具有相互连接的至少一第一边缘E1与至少一第二边缘E2。在本实施例中，上述最外侧的第一导电线72具有相互连接且彼此交错的多个第一边缘E1及多个第二边缘E2。此外，第一边缘E1对应于上述沿着第二方向的两相邻驱动电极部分12中的感应电极的另一者(例如图5A中上方的感应电极)的第二导电线74。

如图5A所示，本实施例的特点在于，最外侧的第一导电线72的第一边缘E1为一弧线，且其在第二方向上较第二边缘E2为凸出。更具体而言，第一边缘E1在第一方向(x方向)上具有一第一最大宽度W1，而对应于第一边缘E1的第二导电线74具有一导线宽度W2，其中第二导电线74的导线宽度W2大致相同于第一边缘E1的第一最大宽度W1。此外，第一边缘E1较第二边缘E2凸出的范围在第二方向上具有一第二最大宽度W3，而第一导电线72具有一导线宽度W4，其中导线宽度W4大于第二最大宽度W3。

请参阅图5B，其中图5B的实施例与图5A的差异在于，最外侧的第一导电线72的第一边缘E1在第二方向(y方向)上较第二边缘E2为微幅凸出。更具体而言，图5B所示的第一边缘E1的第一最大宽度W1大于第二导电线74的导线宽度W2，而第一导电线72的导线宽度W4也大于第一边缘E1较第二边缘E2凸出的范围在第二方向上的第二最大宽度W3，但是上述第二最大宽度W3小于图5A所示的第二最大宽度W3。

请再参阅图5A及图5B，相较于现有设计为第一边缘E1与第二边缘E2齐平的情况下，并假设前述现有设计与本发明图5A及图5B的比较条件为同一基准，例如第一导电线72与第二导电线74之间距离都不改变的情况下，现有设计仅是将本发明第一边缘E1的凸出改为齐平于第二边缘E2的设计，如此，本发明图5A及图5B的设计将使得第一导电线72与第二导电线74之间的杂散电容比前述现有设计为小。

请参阅图5C，其中图5C的实施例与图5A的差异在于，最外侧的第一导电线72的第一边缘E1在第二方向(y方向)上较第二边缘E2为凹陷。更具体而言，图5C所示的第一边缘E1的第一最大宽度W1大致相同于第二导电线74的导线宽度W2，而第一导电线72的导线宽度W4大于第一边缘E1较第二边缘E2凹陷的范围在第二方向上的第二最大宽度W3。

请参阅图5D，其中图5D的实施例与图5C的差异在于，最外侧的第一导电线72的第一边缘E1在第二方向(y方向)上较第二边缘E2为微幅凹陷。更具体而言，图5D所示的第一边缘E1的第一最大宽度W1大于第二导电线74的导线宽度W2，而第一导电线72的导线宽度W4也大于第一边缘E1较第二边缘E2凹陷的范围在y方向(或第二方向)上的第二最大宽度W3，但是上述第二最大宽度W3小于图5C所示的第二最大宽度W3。

请参阅图5E，其中图5E的实施例与图5D的差异在于，最外侧的第一导电线72的相邻的第一边缘E1直接连接在一起，且其连接处C(可视为第二边缘E2)可在第二方向(y方向)上较第一边缘E1为微幅凸出。另外，连接处C与第一边缘E1是交错(alternative)相互连接。

请再参阅图5C至图5E，相较于现有设计为第一边缘E1与第二边缘E2齐平的情况下，并假设前述现有设计与本发明图5C至图5E的比较条件为同一基准，例如第一导电线72与第二导电线74之间距离都不改变的情况下，现有设计仅是将本发明第二边缘E2的凸出(对比于第一边缘)改为齐平于第一边缘E1凹陷的最低部位的设计，如此，本发明图5C至图5E的设计将使得第一导电线72与第二导电线74之间的杂散电容比前述现有设计为小。

请参阅图5F，其中图5F的实施例与图5A的差异在于，与最外侧的第一导电线72的第一边缘E1对应的另一感应电极的第二导电线74的端部同样具有一弧形边缘。同理，上述图5B至图5E中，与最外侧的第一导电线72的第一边缘E1对应的另一感应电极的第二导电线74的端部也可具有一弧形边缘。

综上所述，通过图5A至图5F所示的结构，相较现有设计，可在不改变第三金属层M₃中相邻的驱动电极部分12中的感应电极之间的距离的条件下，使得两者之间的杂散电容(stray capacitance)变小。如图5A至图5F所示，位于上方的感应电极的第二导电线74与位于下方的感应电极中的最外侧的第一导电线72的弧形边缘E1之间的电力线路径P可变长，如此可使得相邻的感应电极之间的电容变小，进而能够改善触控感测电极的驱动能力及感测灵敏度。

请参阅图6，其显示一互容式触控技术的等效电路图，主要包括两相邻驱动电极部分12之间形成的驱动电极电容C1、感测电极单元20形成的感测电极电容C2、相邻的驱动电极部分12与感测电极单元20形成的互电容C3以及线路电阻R。应可了解的是，此等效电路本质上为一RC电路(RC circuit)，故当上述杂散的电容C1变小时，有利于缩短RC电路的充放电时间，并可进而提高触控感测电极的驱动能力及感测灵敏度。

值得一提的是，在一些实施例中，在相邻的驱动电极部分12中的第一金属线52及第二金属线54(图2)也可具有与上述第一导电线72及第二导电线74相同的结构设计，以使得驱动电极电容C1可变小，并进而提高触控感测电极的驱动能力及感测灵敏度。

虽然上述实施例的触控感测电极为互容式的架构，但也可为自容式(self-capacitive)的架构。请参阅图7，其显示一自容式的触控显示面板的上视示意图。如图7所示，自容式的触控显示面板1’的触控感测电极包括多个彼此电性隔离的共同电极40，可用以个别感测触控位置(每一共同电极40相当于一触控像素)。更具体而言，每一共同电极40可连接至一金属导线W，且每一金属导线W可连接至一外部控制芯片(图未示)。当一对象(手指或触控笔)靠近每一共同电极40时，各共同电极40与该对象之间可形成电容，此电容会影响充放电的速度，因此该外部控制芯片可以据以判断该对象的触控位置。同样道理，在自容式的触控显示面板1’中，为了降低触控感测电极的整体阻抗，也可在共同电极层(由该些共同电极40组成)上方设置一第三金属层(图未示)，并使得相邻共同电极40上方的第三金属层中不相连接的感应电极具有弧形边缘的设计，如此即可在不改变第三金属层中相邻的感应电极之间的距离的条件下，使得两者之间的杂散电容变小，进而能够改善触控感测电极的驱动能力及感测灵敏度。

虽然结合以上的实施例公开了本发明，然而其并非用以限定本发明。本发明所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，可做些许的更动与润饰。因此本发明的保护范围应当以附上的权利要求所界定的为准。

Claims (7)

1.一种触控显示面板，其特征在于，包括：

基板；

多个薄膜晶体管，设于该基板上；

绝缘层，覆盖该些薄膜晶体管；以及

电极层，设于该绝缘层上，其中该电极层包括多个感应电极，各该感应电极包括相互电连接的多个第一导电线与多个第二导电线，该些第一导电线沿第一方向延伸，该些第二导电线沿第二方向延伸，且该第一方向不同于该第二方向；

其中，该些感应电极包括第一感应电极，该第一感应电极的最外侧具有凸出部沿该第一方向延伸，且该凸出部具有弧形边缘；

其中，该些感应电极还包括第二感应电极与第三感应电极，该第三感应电极介于该第一感应电极与该第二感应电极之间，其中该第一感应电极与该第二感应电极通过连接线路及连接点电连接，该连接线路与该第三感应电极部分重叠，且该连接点不与该第三感应电极重叠。

2.如权利要求1所述的触控显示面板，其中该第一感应电极中的该些第二导电线中的一者连接两相邻的该些第一导电线。

3.如权利要求1所述的触控显示面板，其中该第二感应电极具有弧形边缘。

4.如权利要求3所述的触控显示面板，其中该第一感应电极的该凸出部对应于该第二感应电极的该弧形边缘。

5.如权利要求1所述的触控显示面板，其中该连接点的宽度大于该连接线路的宽度。

6.如权利要求1所述的触控显示面板，还包括另一绝缘层，覆盖该电极层。

7.如权利要求1所述的触控显示面板，其中该些第一导电线中的一者连接多个该些第二导电线。

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