CN202736009U - 一种电容式内嵌触摸屏及显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电容式内嵌触摸屏及显示装置，将TFT阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘的触控感应电极和触控驱动电极，对触控驱动电极和触控感应电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。由于本实用新型实施例提供的触摸屏是对TFT阵列基板的公共电极层结构进行变更以实现触控功能，因此，在现有的TFT阵列基板制备工艺的基础上，不需要增加额外的工艺即可制成触摸屏，节省了生产成本，提高了生产效率。并且，由于采用分时驱动触控和显示功能，也能够降低相互干扰，提高画面品质和触控准确性。

Description

一种电容式内嵌触摸屏及显示装置

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，尤其涉及一种电容式内嵌触摸屏及显示装置。

背景技术

随着显示技术的飞速发展，触摸屏（Touch Screen Panel）已经逐渐遍及人们的生活中。目前，触摸屏按照组成结构可以分为：外挂式触摸屏（Add on ModeTouch Panel）、覆盖表面式触摸屏（On Cell Touch Panel）、以及内嵌式触摸屏（InCell Touch Panel）。其中，外挂式触摸屏是将触摸屏与液晶显示屏（Liquid CrystalDisplay，LCD）分开生产，然后贴合到一起成为具有触摸功能的液晶显示屏，外挂式触摸屏存在制作成本较高、光透过率较低、模组较厚等缺点。而内嵌式触摸屏将触摸屏的触控电极内嵌在液晶显示屏内部，可以减薄模组整体的厚度，又可以大大降低触摸屏的制作成本，受到各大面板厂家青睐。

目前，现有的电容式内嵌（in cell）触摸屏是在现有的TFT（Thin FilmTransistor，薄膜场效应晶体管）阵列基板上直接另外增加触控扫描线和触控感应线实现的，即在TFT阵列基板的表面制作两层相互异面相交的条状ITO电极，这两层ITO（Indium Tin Oxides，铟锡金属氧化物）电极分别作为触摸屏的触控驱动线和触控感应线，在两条ITO电极的异面相交处形成感应电容。其工作过程为：在对作为触控驱动线的ITO电极加载触控驱动信号时，检测触控感应线通过感应电容耦合出的电压信号，在此过程中，有人体接触触摸屏时，人体电场就会作用在感应电容上，使感应电容的电容值发生变化，进而改变触控感应线耦合出的电压信号，根据电压信号的变化，就可以确定触点位置。

上述电容式内嵌触摸屏的结构设计，需要在现有的TFT阵列基板上增加新的膜层，导致在制作TFT阵列基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。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种电容式内嵌触摸屏及显示装置，用以实现成本较低、生产效率较高的电容式内嵌触摸屏。

本实用新型实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏，包括具有公共电极层的TFT阵列基板，所述公共电极层具有相互绝缘的触控感应电极和触控驱动电极；

在显示时间段，对所述触控驱动电极和所述触控感应电极施加公共电极信号；

在触控时间段，对所述触控驱动电极施加触控扫描信号，所述触控感应电极用于耦合所述触控扫描信号的电压信号并输出。

本实用新型实施例提供的一种显示装置，包括本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏。

本实用新型实施例的有益效果包括：

本实用新型实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏及显示装置，将TFT阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘的触控感应电极和触控驱动电极，对触控驱动电极和触控感应电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。由于本实用新型实施例提供的触摸屏是对TFT阵列基板的公共电极层结构进行变更以实现触控功能，因此，在现有的TFT阵列基板制备工艺的基础上，不需要增加额外的工艺即可制成触摸屏，节省了生产成本，提高了生产效率。并且，由于采用分时驱动触控和显示功能，也能够降低相互干扰，提高画面品质和触控准确性。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的触摸屏中公共电极层图形的示意图之一；

图2为本实用新型实施例提供的触摸屏中公共电极层图形的示意图之二；

图3为本实用新型实施例提供的图2中A处的放大图；

图4为本实用新型实施例提供的图3中B处的结构细节图；

图5为本实用新型实施例提供的触摸屏中双栅结构的结构示意图；

图6a-图6f为本实用新型实施例提供的触摸屏在制备过程中各步骤完成后基板的示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。

附图中各层薄膜厚度和形状不反映阵列基板的真实比例，目的只是示意说明本实用新型内容。

本实用新型实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏，包括具有公共电极层的TFT阵列基板，该公共电极层包括相互绝缘的触控感应电极和触控驱动电极；

在显示时间段，对触控驱动电极和触控感应电极施加公共电极信号；

在触控时间段，对触控驱动电极施加触控扫描信号，触控感应电极用于耦合触控扫描信号的电压信号并输出。

高级超维场转换技术（ADvanced Super Dimension Switch，AD-SDS，简称ADS），其核心技术特性描述为：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。目前，ADS型和超高级超维场（HADS，HighAdvanced Super Dimension Switch）型液晶面板的公共电极层通常由整面连接的条状ITO公共电极或板状ITO公共电极组成，在液晶显示模式时，对公共电极层通入恒定电压信号，TFT开关打开，数据线对像素电极通入不同电信号，这样，公共电极和像素电极之间产生电场控制液晶分子旋转。本实用新型实施例提供的触摸屏将整面连接的公共电极层图形进行重新设计优化，形成触控驱动电极和触控感应电极，采用分时驱动显示和触控功能，即一帧时间内分成显示时刻和触控时刻，在显示时刻对触控感应电极和触控驱动电极施加公共电极信号，在触控时刻对触控驱动电极施加触控扫描信号，触控感应电极同时耦合触控扫描信号的电压信号。由于是对公共电极层的结构进行变更，因此，可以在现有的TFT阵列基板制备工艺的基础上，不增加额外的工艺即可制成触摸屏，节省了生产成本，提高了生产效率。并且，由于采用分时驱动触控和显示功能，也能够降低相互干扰，提高画面品质和触控准确性。

下面对上述触摸屏的公共电极层的具体结构进行详细的说明。

具体地，利用公共电极层形成的触控感应电极一般沿TFT阵列基板的像素单元的列方向布线；触控驱动电极一般沿TFT阵列基板的像素单元的行方向布线，当然触控感应电极和触控驱动电极的布线方向也可以沿着其他方向，在此不做限定。一般地，触摸屏的精度通常在毫米级，可以根据所需的触控精度选择触控驱动电极和触控感应电极的密度和宽度以保证所需的触控精度，通常触控驱动电极和触控感应电极的宽度控制在5-7mm为佳。而液晶显示的精度通常在微米级，因此，一般一个触控驱动电极和触控感应电极会覆盖多行或多列液晶显示的像素单元。本实用新型实施例中所指的精度是指的触摸屏的一个触控单元或者显示屏的像素单元的尺寸。

具体地，在公共电极层中布置的触控驱动电极和触控感应电极可以具有条状电极结构、菱形电极结构（如图1所示）或插指电极阵列结构（如图2所示），在图1和图2中示出的触控感应电极01沿着图中的垂直方向布线，触控驱动电极02沿着图中的水平方向布线，由于触控感应电极01和触控驱动电极02在同层布置，因此，组成一条触控驱动电极02的多个触控驱动子电极之间相互绝缘（如图1所示的菱形结构中由5个触控驱动子电极组成一条触控驱动电极02，如图2所示的插指电极结构中由4个触控驱动子电极组成一条触控驱动电极02），可以通过金属桥将组成同一条触控驱动电极的各触控驱动子电极桥接后，利用一根信号线对其输入触控扫描信号，也可以对组成同一条触控驱动电极的各触控驱动子电极分别设置信号线对其输入驱动信号，如图2所示，在此不做限定。如图2中虚线框A表示一个触控单元，触控单元的个数本实用新型实施例中不做限定，图2中示例性的给出了2*3个触控单元。

较佳地，当触控驱动电极和触控感应电极采用插指电极阵列结构设计时，相对于条状电极结构和菱形电极结构，能够增大触控感应电极和触控驱动电极之间的互感电容，从而提高触控的灵敏性和准确性。

进一步地，如图2所示，由于触摸屏的精度通常在毫米级，而液晶显示的精度通常在微米级，因此，在设置触控感应电极和触控驱动电极时，两者之间会存在几列像素单元的间隙，这样，在公共电极层位于触控感应电极和触控驱动电极之间的间隙处还可以具有公共电极03，该公共电极03与触控感应电极01和触控驱动电极02相互绝缘，公共电极03在工作时接入公共电极信号，保证在公共电极03对应区域的像素单元能够进行正常的显示工作。

进一步地，由于公共电极03分布在触控感应电极01和触控驱动电极02的间隙处，在其接入公共电极信号时有可能会受到触控感应电极01和触控驱动电极02中接入的触控信号的影响，因此，如图2所示，在公共电极层的边缘处还可以具有包围公共电极03、触控感应电极01以及触控驱动电极02的公共电极环04，将接入公共电极03的公共电极信号同时接入到公共电极环04中，以稳定输入整个面板的公共电极信号的电压，这样可以提高整体的显示性能。

图3为图2中A区域的放大图，图4为图3中B区域的放大图，在图4中利用阴影区域划分触控感应电极01和触控驱动电极02，图中其余部分为公共电极03。

进一步地，根据上述触摸屏具体应用的液晶显示面板的模式，如上所述，触摸屏的精度通常在毫米级，液晶显示的精度通常在微米级，因此，如图4所示，每个触控驱动电极02、触控感应电极01和公共电极03一般会覆盖多行或多列液晶显示的像素单元，当然不排除各电极只覆盖单行或单列像素单元的情况，也不排除各电极只覆盖半行或半列像素单元的情况。并且，触控各触控感应电极01、触控驱动电极02以及公共电极03之间一般沿着像素单元的间隙分隔。这样，组成公共电极层的每条触控感应电极01、触控驱动电极02和公共电极03与像素单元的开口区域对应的位置具有条状透明电极结构或板状透明电极结构。

具体地，在ADS模式时组成公共电极层的每条触控感应电极01、触控驱动电极02和公共电极03与像素单元的开口区域对应的区域具有条状结构，而像素电极具有板状结构：在显示时间段，对公共电极层中的各电极施加公共电极信号，与像素电极之间产生电场控制液晶分子旋转，实现显示功能；在触控时间段，公共电极层中的各触控驱动电极上加载触控扫描信号，与触控驱动电极形成插指电极结构的触控感应电极耦合该触控扫描信号的电压信号并输出，通过侦测此时触控感应电极上的电压信号可以实现触控功能；在触控时间段，公共电极层中的公共电极上可以一直加载公共电极信号，但是由于与各像素单元的TFT关闭，在像素电极上未加载显示信号，因此与公共电极、触控感应电极和触控驱动电极对应的各像素单元都不会显示图像。

类似地，在HADS模式时组成公共电极层的每条触控感应电极01、触控驱动电极02和公共电极03与像素单元的开口区域对应的区域具有板状结构，像素电极具有条状结构，其工作原理与上述ADS模式的触摸屏类似，在此不做详述。并且，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，在此也不在赘述。

下面对上述触摸屏的公共电极层中的触控感应电极、触控驱动电极和公共电极的信号接入方式进行详细的说明。

在具体实施时，可以在TFT阵列基板上单独布置与公共电极层中的触控感应电极、触控驱动电极对应的信号线，即，在各像素单元之间的间隙处设置与各触控感应电极、触控驱动电极以及公共电极对应的信号线，在实现触控功能和显示功能时对其输入或输出相应的信号，上述这种在像素单元之间布置信号线的布线方式会占用部分液晶显示屏开口区域，导致开口率降低。

较佳地，为了能够最大限度的提高触摸显示屏的开口率，本实用新型实施例提供的触摸屏的TFT阵列基板中的像素结构在具体实施时可以采用双栅（Dual Gate）结构，如图5所示，在该结构中，TFT阵列基板上的相邻行的像素单元之间具有两条栅极信号线Gate1和Gate2、Gate3和Gate4，且每相邻的两列像素单元为一组，共用一条位于该两列像素单元之间的数据信号线Date1、Date2、Date3、Date4。

上述这种双栅结构通过增加一倍数量的栅极信号线，节省出一部分数据信号线的位置。这样，如图5所示，就可以在相邻组之间的间隙处设置与数据信号线Date1、Date2、Date3、Date4同层设置的金属信号线05，当然本领域人员可知，该金属信号线05和数据信号线之间也可以是不同层设置，之间通过绝缘层隔开，在此不做限定。利用这些金属信号线05对公共电极层中的各电极输入或输出对应的电信号，上述这种布线方式利用双栅结构节省出的一部分数据线的位置布置金属信号线，不会过多占用开口区域，能够最大限度的保证显示屏的开口率。

具体地，如图2中A处放大图图3所示，上述双栅结构中的金属信号线按照功能可以分为以下三种：触控信号输出线051、触控信号输入线052以及公共电极信号输入线053；其中，

触控信号输入线052与触控驱动电极02电连接；触控信号输出线051与触控感应电极01电连接；公共电极信号输入线053与公共电极03电连接，具体地，可以通过过孔将金属信号线与对应的电极电性连接传递电信号。

为了示意图中能更清晰的示出触控信号输入线052与触控驱动电极02的连接，图3中第n行触控驱动电极02的宽度略小于第n+1行触控单元中触控驱动电极02的宽度。较优的，相邻行触控驱动电极02的宽度也可以设置成一致，这样可以保证电阻一致性，且工艺上不会增加复杂度，触控准确性更高。

进一步地，由于公共电极层一般由透明电极材料如ITO材料制成，进一步的为了最大限度的降低公共电极层的电阻，提高各电极传递电信号的信噪比，如图4中B处的放大图图5所示，可以将触控驱动电极02与对应的触控信号输入线052通过多个过孔电性相连；触控感应电极01与对应的触控信号输出线051通过多个过孔电性相连；公共电极03与对应的公共电极信号输入线053通过多个过孔电性相连。即相当于将ITO电极和多个由信号线组成的金属电阻并联，这样能最大限度的减少电极的电阻，从而提高电极传递信号时的信噪比。

下面以图4所示的TFT阵列基板结构为例说明其中一种制备工艺流程，具体包括以下步骤：

步骤1：利用一次构图工艺，在TFT阵列基板的衬底上形成栅极和栅极信号线的图形，如图6a所示，其中，在相邻行像素单元之间具有两条栅极信号线；

步骤2：形成覆盖衬底的栅绝缘层，以及，利用一次构图工艺，形成位于栅绝缘层之上的有源层的图形，如图6b所示，其中，在步骤1中制备的图形使用虚线表示，步骤2中制备的图形使用实线表示；

步骤3：利用一次构图工艺，形成相对而置形成沟道的源极和漏极的图形、与源极相连的数据信号线的图形、以及金属信号线的图形，如图6c所示，其中，在步骤3之前制备的图形使用虚线表示，本步骤3中制备的图形使用实线表示；

步骤4：利用一次构图工艺，在每个像素单元形成与漏极连接的像素电极的图形，如图6d所示，其中，在步骤4之前制备的图形使用虚线表示，本步骤4中制备的图形使用实线表示；

步骤5：形成覆盖在像素电极的图形上绝缘层，并在相对于金属信号线的位置形成导通金属信号线和将要形成的公共电极层图形中各电极的过孔，如图6e所示，其中，在步骤5之前制备的图形使用虚线表示，本步骤5中制备的图形使用实线表示；

步骤6：利用一次构图工艺，在绝缘层上形成公共电极层的图形，其中的触控感应电极、触控驱动电极和公共电极之间相互绝缘，即在其接触处断开，如图6f所示，其中，在步骤6之前制备的图形使用虚线表示，本步骤6中制备的图形使用实线表示。

本实用新型的实施例中所称的构图工艺包括光刻胶涂布、掩模、曝光、显影、刻蚀、光刻胶剥离等工艺。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种显示装置，包括本实用新型实施例提供的上述电容式内嵌触摸屏，该显示装置的实施可以参见上述电容式内嵌触摸屏的实施例，重复之处不再赘述。

本实用新型实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏及显示装置，将TFT阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘的触控感应电极和触控驱动电极，对触控驱动电极和触控感应电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。由于本实用新型实施例提供的触摸屏是对TFT阵列基板的公共电极层结构进行变更以实现触控功能，因此，在现有的TFT阵列基板制备工艺的基础上，不需要增加额外的工艺即可制成触摸屏，节省了生产成本，提高了生产效率。并且，由于采用分时驱动触控和显示功能，也能够降低相互干扰，提高画面品质和触控准确性。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (10)

1.一种电容式内嵌触摸屏，包括具有公共电极层的TFT阵列基板，其特征在于，所述公共电极层具有相互绝缘的触控感应电极和触控驱动电极；

在显示时间段，对所述触控驱动电极和所述触控感应电极施加公共电极信号；

在触控时间段，对所述触控驱动电极施加触控扫描信号，所述触控感应电极用于耦合所述触控扫描信号的电压信号并输出。

2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述触控感应电极沿TFT阵列基板的像素单元的列方向布线；所述触控驱动电极沿TFT阵列基板的像素单元的行方向布线。

3.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述触控驱动电极和所述触控感应电极具有条状电极结构、菱形电极结构或插指电极阵列结构。

4.如权利要求1-3任一项所述的触摸屏，其特征在于，在所述公共电极层位于所述触控感应电极和所述触控驱动电极之间的间隙处具有公共电极，所述公共电极与所述触控感应电极和触控驱动电极相互绝缘。

5.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，所述触控感应电极、所述触控驱动电极或所述公共电极与像素单元的开口区域对应的位置具有条状透明电极或板状透明电极结构。

6.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，所述公共电极层的边缘处具有包围所述公共电极、所述触控感应电极以及所述触控驱动电极的公共电极环。

7.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，在所述TFT阵列基板相邻行的像素单元之间具有两条栅极信号线，且每相邻的两列像素单元为一组，共用一条位于该两列像素单元之间的数据信号线。

8.如权利要求7所述的触摸屏，其特征在于，在相邻组之间的间隙处还具有与数据信号线同层设置的金属信号线；所述金属信号线具体包括：触控信号输入线、触控信号输出线以及公共电极信号输入线，其中，

所述触控信号输入线与所述触控驱动电极电连接；所述触控信号输出线与所述触控感应电极电连接；公共电极信号输入线与所述公共电极电连接。

9.如权利要求8所述的触摸屏，其特征在于，所述触控驱动电极与对应的所述触控信号输入线通过多个过孔电性相连；所述触控感应电极与对应的所述触控信号输出线通过多个过孔电性相连；所述公共电极与对应的所述公共电极信号输入线通过多个过孔电性相连。

10.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的电容式内嵌触摸屏。

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