CN203825590U - 一种内嵌式触摸屏及显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种内嵌式触摸屏及显示装置，将阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成多个触控驱动电极和公共电极；在公共电极上方设置具有镂空网格结构的触控感应电极；对触控驱动电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。由于本实用新型提供的触摸屏内触控感应电极的图形与公共电极的外轮廓一致，且在各触控感应电极的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小大于位于边缘区域的各网孔大小；这样可以增加位于边缘区域处的触控感应电极与触控驱动电极之间的投射电容，有利于提高触控提高触控的灵敏度；而触控感应电极位于中心区域处的网孔比较疏，可以减小触控感应电极整体的对地电容，保证触控感应电极具有较小的信号时延。

Description

一种内嵌式触摸屏及显示装置

技术领域

本实用新型涉及触控技术领域，尤其涉及一种内嵌式触摸屏及显示装置。

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，能够实现宽视角的液晶显示技术主要有平面内开关(IPS，In-PlaneSwitch)技术和高级超维场开关(ADS，Advanced Super Dimension Switch)技术；其中，ADS技术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(pushMura)等优点。H-ADS(高开口率-高级超维场开关)是ADS技术的一种重要实现方式。

目前基于ADS技术和H-ADS技术提出的内嵌式触摸屏结构是将阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘且交叉而置的触控驱动电极和公共电极，并在对向基板上设置与公共电极所在区域对应的触控感应电极；对触控驱动电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。为了减小信号时延(RC Loading)，这种内嵌式触摸屏中的触控感应电极一般采用电阻较小的金属材料制备，并且，为了不影响正常显示，一般将触控感应电极制作成被对向基板中的黑矩阵图形遮挡的镂空网格结构，网格中网孔大小一致，由于受到黑矩阵宽度的限制，使得网格状结构的线宽(无论纵向还是横向)都不能太宽。这种结构设计会使触控驱动电极和触控感应电极之间的互电容相对较小，当手指触控时引起的变化量也就相对较小，进而影响了触控的灵敏度。

实用新型内容

有鉴于此，本实用新型实施例提供了一种内嵌式触摸屏及显示装置，用以在保证触控感应电极具有较小的信号时延的前提下，提高触摸屏的触控灵敏度。

因此，本实用新型实施例提供的一种内嵌式触摸屏，包括：具有公共电极层的阵列基板，以及与所述阵列基板相对而置的对向基板；

所述阵列基板的公共电极层由相互绝缘的多个触控驱动电极和多个公共电极组成，所述触控驱动电极与公共电极沿不同方向设置；在一帧画面的显示时间内，各所述触控驱动电极用于分时地加载公共电极信号和触控扫描信号；

所述对向基板具有多个具有镂空网格结构的触控感应电极，各所述触控感应电极在所述阵列基板上的正投影与所述公共电极所在区域相对且与所述公共电极的外轮廓一致；在各所述触控感应电极的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小大于位于边缘区域的各网孔大小。

本实用新型实施例提供的上述内嵌式触摸屏，将阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘且延伸方向不同的多个触控驱动电极和多个公共电极；在对向基板上设置具有镂空网格结构的触控感应电极，各触控感应电极在阵列基板上的正投影与公共电极所在区域相对且与公共电极的外轮廓一致；对触控驱动电极进行分时驱动，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内触控感应电极的图形与公共电极的外轮廓一致，且在各触控感应电极的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小大于位于边缘区域的各网孔大小；这样，触控感应电极位于边缘区域的网孔比较密，因此，可以增加位于边缘区域处的触控感应电极与触控驱动电极之间的投射电容，有利于提高触控提高触控的灵敏度；而触控感应电极位于中心区域处的网孔比较疏，可以减小触控感应电极整体的对地电容，保证触控感应电极具有较小的信号时延。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，在各所述触控感应电极的镂空网格结构中，各网孔大小从所述边缘区域到所述中心区域逐渐增大。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，所述阵列基板或所述对向基板上设置有黑矩阵图形，所述触控感应电极的镂空网格结构被所述黑矩阵图形覆盖。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，所述黑矩阵图形具有呈矩阵排列的多个开口区域；

各所述触控驱动电极沿所述开口区域的行方向延伸；各触控感应电极和各所述公共电极沿着所述开口区域的列方向延伸；或，

各所述触控驱动电极沿所述开口区域的列方向延伸；各触控感应电极和各所述公共电极沿着所述开口区域的行方向延伸。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，各所述公共电极为整面状电极，每个所述触控驱动电极包括沿着所述触控驱动电极的延伸方向设置的多个触控驱动子电极，各所述触控驱动子电极位于相邻的所述公共电极之间。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，所述触控感应电极包括一中心子电极，以及与所述中心子电极相连且位于其延伸方向两侧的多个分支子电极。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，所述分支子电极对称分布于所述中心子电极的延伸方向的两侧。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，在所述中心子电极的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小大于位于边缘区域的各网孔大小；在分支子电极的镂空网格结构中各网孔大小一致。

在一种可能的实现方式中，在本实用新型实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，在所述中心子电极和所述分支子电极的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小大于位于边缘区域的各网孔大小。

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上述触摸屏。

附图说明

图1为本实用新型实施例提供的内嵌式触摸屏的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的内嵌式触摸屏中的公共电极层的结构示意图；

图3a为本实用新型实施例提供的内嵌式触摸屏中的触控感应电极投影到公共电极层后的结构示意图之一；

图3b为本实用新型实施例提供的内嵌式触摸屏中触控驱动电极、触控感应电极和公共电极的侧视结构示意图；

图4a为本实用新型实施例提供的内嵌式触摸屏中的触控感应电极投影到公共电极层后的结构示意图之二；

图4b为图4a中的触控感应电极和公共电极的立体结构示意图；

图5a和图5b为本实用新型实施例提供的内嵌式触摸屏中的触控感应电极的结构示意图；

图6为本实用新型实施例提供的内嵌式触摸屏的驱动时序示意图。

具体实施方式

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

附图中各层膜层的厚度和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本实用新型内容。

图1为本实用新型实施例提供的内嵌式触摸屏的横向剖面示意图。本实用新型实施例提供的一种内嵌式触摸屏，如图1所示，具有公共电极层110的阵列基板100，以及与阵列基板100相对而置的对向基板200；

如图1和图2所示，阵列基板100的公共电极层110由相互绝缘的多条触控驱动电极111和多条公共电极112组成，触控驱动电极111与公共电极112的延伸方向不同；在一帧画面的显示时间内，各触控驱动电极111用于分时地加载公共电极信号和触控扫描信号；

参照图1、图3a和图3b所示，触控驱动电极111与公共电极112的延伸方向垂直，即如图2所示，公共电极112沿图示的纵向延伸，触控驱动电极111沿图示的横向延伸，如图2所示的触控驱动电极111包括三个子驱动电极，三个子驱动电极沿图2所示的直线方向设置，也就是触控驱动电极111的延伸方向，当然，二者还可以沿其他不同的延伸方向设置，不限于本实施例所述。

对向基板200具有多个具有镂空网格结构的触控感应电极210，各触控感应电极210在阵列基板100上的正投影与公共电极112所在区域相对且与公共电极112的外轮廓一致；在各触控感应电极210的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小大于位于边缘区域的各网孔大小，即位于边缘区域的网孔比较密，位于中心区域处的网孔比较疏。

本实用新型实施例提供的上述内嵌式触摸屏，由于触控感应电极210的图形与公共电极112的外轮廓一致，且在各触控感应电极210的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小大于位于边缘区域的各网孔大小；如图3b所示，触控感应电极靠近触控驱动电极的位置电场线分布是最密集的，因此为保证电场投射量，将触控感应电极210位于边缘区域的网孔设置为比较密，可以增加位于边缘区域处的触控感应电极210与触控驱动电极111之间的投射电容，有利于提高触控提高触控的灵敏度；而将触控感应电极210位于中心区域处的网孔设置为比较疏，可以减小触控感应电极210整体的对地电容，保证触控感应电极具有较小的信号时延。

在具体实施时，本实用新型实施例提供的上述触摸屏中，触控感应电极210的网孔大小可以为渐变形式设计，如图3a所示，在各触控感应电极210的镂空网格结构中，各网孔大小可以从边缘区域到中心区域逐渐增大；当然，在具体实施时，触控感应电极210的网孔大小也可以采用分区域的形式设计，将每个触控感应电极210分为边缘区域和中心区域两个区域，在中心区域内的各网孔大小一致，在边缘区域内的各网孔大小一致，在中心区域内的各网孔大小设置为大于边缘区域内的各网孔大小。在具体实施时，可以根据实际设计需要选择一种执行设置，在此不做限定。

具体地，各触控感应电极210的镂空网格结构的网孔大小可以依据具体需要确定，例如：在位于边缘区域的网孔比较密，因此，此处网孔的大小可以设计为一个像素单元中的亚像素单元大小；而位于中心区域处的网孔比较疏，因此，此处网孔的大小可以设计为一个像素单元的大小。

在具体实施时，在本实用新型实施例提供的触摸屏中，对向基板或阵列基板上一般设置有黑矩阵图形，在一种实施方式中，为了保证各触控感应电极210不会影响各像素单元的开口率和光透过率，一般将各触控感应电极210的镂空网格结构设置为被黑矩阵图形所覆盖。这样，就可以利用黑矩阵图形遮盖触控感应电极210的镂空网格结构，而不会对显示器的开口率产生影响，也不会影响显示器的光透过率。

具体地，由于在对向基板200上设置的网格状电极结构的触控感应电极210不会遮挡像素单元的开口区域，因此，触控感应电极210的材料可以具体为透明导电氧化物例如ITO或IZO，也可以为金属，当采用金属制作触控感应电极时可以有效的降低其电阻。

在具体实施时，一般黑矩阵图形具有呈矩阵排列的多个开口区域，较佳地，一般将各触控驱动电极111沿着开口区域的行方向延伸；各触控感应电极210和各公共电极112沿着开口区域的列方向延伸，如图3a和图4a所示，其中，下方的箭头为触控感应电极210内信号的传输方向，右侧的箭头为触控驱动电极111内信号的传输方向；当然也可以根据应用器件的尺寸，变更两者的布线方向，即将各触控驱动电极111设置为沿着开口区域的列方向延伸，各触控感应电极210和各公共电极112设置为沿着开口区域的行方向延伸，相应的两者的信号传输方向相应变更，在此不做限定。

下面都是以各触控驱动电极111沿着开口区域的行方向延伸，各触控感应电极210和各公共电极112沿着开口区域的列方向延伸为例进行说明。

具体地，由于触控驱动电极111和公共电极112之间相互绝缘且共同构成公共电极层110；因此，在具体设计公共电极层时，如图2所示，可以将各公共电极112设置为整面状电极，即一公共电极112不会被分割为多个通过导线串联的子电极，各公共电极112沿着开口区域的列方向延伸；各触控驱动电极111沿着开口区域的行方向延伸，将个触控驱动电极111包括沿着触控驱动电极111的延伸方向设置的多个触控驱动子电极，各触控驱动子电极位于相邻的公共电极112之间，例如图2中示出了触控驱动电极111由三个触控驱动子电极构成的示意图。并且，由于触控感应电极210和公共电极112的外轮廓一致，因此，如图3a所示，触控感应电极210也为整面状电极。

当然，在具体设计公共电极层时，也可以将各触控驱动电极设置为沿着开口区域的行方向延伸的整面状电极；将公共电极设置为沿着开口区域的列方向延伸，每个公共电极由多个公共子电极组成，各公共子电极位于相邻的触控驱动子电极之间的间隙处。这时，为了保证触控感应电极与触控驱动电极之间没有正对面积，与各公共电极对应触控感应电极也将由多个同列设置的触控感应子电极组成。

具体地，由于触控感应电极210的位置与公共电极112的位置相对应，这样能避免触控感应电极210和触控驱动电极111之间产生正对面积。在具体实施时，由于触摸屏的精度通常在毫米级，而液晶显示屏的精度通常在微米级，可以看出显示所需的精度远远大于触控所需的精度，因此，一般每条触控感应电极210和每条公共电极112都会对应多行像素单元。并且，可以根据具体需要的触控精度，设置各条触控感应电极210之间的间隙，即仅需要保证各触控感应电极210在阵列基板100上的投影位于公共电极112所在区域内即可，各触控感应电极210的宽度一般不大于公共电极112的宽度，在具体实施时，如图3a所示，一条触控感应电极210所占区域的面积可以稍小于对应的公共电极112所占区域的面积；如图4a所示，一条触控感应电极210所占区域的面积与对应的公共电极112所占区域的面积也可以一致，即触控感应电极210完全覆盖对应的公共电极112，在此不做限定。各触控感应电极210还可以间隔至少一条公共电极112设置，也可以将触控感应电极210与公共电极112设置为一一对应的关系，在此不做限定。

进一步地，在设计公共电极112和触控感应电极210的图形时，可以将其设计为条状电极的形状，如图3a所示。当然，为了增大触控感应电极210和触控驱动电极111之间的相对的区域，如图4a所示，可以将公共电极112和触控感应电极210设置为翅膀状图形。图4b为图4a所示的触控感应电极210和公共电极112的立体示意图，图中箭头为触控驱动电极111与触控感应电极210之间的电场线。

具体地，如图5a和图5b所示，触控感应电极210可以包括一中心子电极211，以及与中心子电极211相连且位于其延伸方向两侧的多个分支子电极212。

具体地，为了保证在对向基板200上图形分布相对均匀，触控感应电极210中的分支子电极212一般对称分布于中心子电极211的两侧，如图5a和图5b所示。

在一种实施方式中，触控感应电极210具有的翅膀状图形中，如图5a所示，在中心子电极210和分支子电极212的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小均大于位于边缘区域的各网孔大小。

在另一种实施方式中，触控感应电极210具有的翅膀状图形中，如图5b所示，在中心子电极210的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小大于位于边缘区域的各网孔大小；在分支子电极212的镂空网格结构中各网孔大小一致。在分支子电极中各网孔大小设置为一致可以在保证触控感应电极整体图形的均一性。

下面以本实用新型实施例提供的上述两种实施例中的翅膀状图形的触控感应电极210进行数据模拟，以均匀网孔大小的翅膀状图形的触控感应电极作为比较例，其中，在第一种实施例中，边缘区域的网孔大小和比较例的网孔大小一致，均网孔的高度为6μm，宽度为3μm。在第一种实施例和第二种实施例中的中心子电极相同，第一种实施例中的分支子电极的具体结构参见图5a所示，第二种实施例中的分支子电极的具体结构参见图5b所示。模拟参数下表所示：

从模拟结果对比情况来看，在触控变化量(△C)基本保持不变的情况下，对地电容C(Rx&Vcom)有大幅降低，由14.887降低到10.465和9.221。分析数据可以看出，在触控感应电极的中心区域的网孔面积对于触控变化量的改变起不到关键作用，而对于触控变化量的改变起关键作用的是触控感应电极与触控驱动电极临近区域的面积，即触控感应电极的边缘区域的网孔面积。因此，在本实用新型实施例提供的上述触摸屏中，增加触控感应电极在边缘区域的网孔密度，同时减小中心区域的网孔密度，可以在保证触控变化量的前提下，降低对地电容，从而降低触控感应电极的信号时延。

进一步地，本实用新型实施例提供的上述触摸屏中，触控和显示阶段采用分时驱动的方式，一方面可以将显示驱动和触控驱动的芯片整合为一体，降低生产成本；另一方面分时驱动也能够降低显示和触控的相互干扰，提高画面品质和触控准确性。

具体地，例如：如图6所示的驱动时序图中，将触摸屏显示每一帧(V-sync)的时间分成显示时间段(Display)和触控时间段(Touch)，例如图6所示的驱动时序图中触摸屏的显示一帧的时间为16.7ms，选取其中5ms作为触控时间段，其他的11.7ms作为显示时间段，当然也可以根据IC芯片的处理能力适当的调整两者的时长，在此不做具体限定。在显示时间段(Display)，对触摸屏中的每条栅极信号线Gate1，Gate2……Gate n依次施加栅扫描信号，对数据信号线Data施加灰阶信号，相应地此时触控驱动电极Tx作为公共电极，与触控驱动电极连接的IC芯片向其提供恒定的公共电极信号，实现液晶显示功能。在触控时间段(Touch)，与触控驱动电极连接的IC芯片向各触控驱动电极分别提供触控扫描信号T1、T2……Tn，同时各触控感应电极分别进行侦测触控感应信号R1、R2……Rn，实现触控功能。在触控时间段，触摸屏中的每条栅极信号线和数据信号线无信号输入。并且，在公共电极层中的各公共电极在显示时间段和触控时间段始终加载公共电极信号，或者，在显示时间段向各公共电极加载公共电极信号，在触控时间段各公共电极接地或者悬空处理，该悬空处理指无信号输入。

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内嵌式触摸屏，该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有触摸和显示功能的产品或部件。该显示装置的实施可以参见上述内嵌式触摸屏的实施例，重复之处不再赘述。

本实用新型实施例提供的上述内嵌式触摸屏及显示装置，将阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘且延伸方向不同的多个触控驱动电极和多个公共电极；在对向基板上设置具有镂空网格结构的触控感应电极，各触控感应电极在阵列基板上的正投影与公共电极所在区域相对且与公共电极的外轮廓一致；对触控驱动电极进行分时驱动，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内触控感应电极的图形与公共电极的外轮廓一致，且在各触控感应电极的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小大于位于边缘区域的各网孔大小；这样，触控感应电极位于边缘区域的网孔比较密，因此，可以增加位于边缘区域处的触控感应电极与触控驱动电极之间的投射电容，有利于提高触控提高触控的灵敏度；而触控感应电极位于中心区域处的网孔比较疏，可以减小触控感应电极整体的对地电容，保证触控感应电极具有较小的信号时延。

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)

1.一种内嵌式触摸屏，包括：具有公共电极层的阵列基板，以及与所述阵列基板相对而置的对向基板，其特征在于：

所述阵列基板的公共电极层由相互绝缘的多个触控驱动电极和多个公共电极组成，所述触控驱动电极与公共电极的延伸方向不同；在一帧画面的显示时间内，各所述触控驱动电极用于分时地加载公共电极信号和触控扫描信号；

所述对向基板具有多个具有镂空网格结构的触控感应电极，各所述触控感应电极在所述阵列基板上的正投影与所述公共电极所在区域相对且与所述公共电极的外轮廓一致；在各所述触控感应电极的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小大于位于边缘区域的各网孔大小。

2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，在各所述触控感应电极的镂空网格结构中，各网孔大小从所述边缘区域到所述中心区域逐渐增大。

3.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述阵列基板或所述对向基板上设置有黑矩阵图形，所述触控感应电极的镂空网格结构被所述黑矩阵图形覆盖。

4.如权利要求3所述的触摸屏，其特征在于，所述黑矩阵图形具有呈矩阵排列的多个开口区域；

各所述触控驱动电极沿所述开口区域的行方向延伸；各触控感应电极和各所述公共电极沿着所述开口区域的列方向延伸；或，

各所述触控驱动电极沿所述开口区域的列方向延伸；各触控感应电极和各所述公共电极沿着所述开口区域的行方向延伸。

5.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，各所述公共电极为整面状电极；每个所述触控驱动电极包括沿着所述触控驱动电极的延伸方向设置的多个触控驱动子电极，各所述触控驱动子电极位于相邻的所述公共电极之间。

6.如权利要求5所述的触摸屏，其特征在于，所述触控感应电极包括一中心子电极，以及与所述中心子电极相连且位于其延伸方向两侧的多个分支子电极。

7.如权利要求6所述的触摸屏，其特征在于，所述分支子电极对称分布于所述中心子电极的延伸方向的两侧。

8.如权利要求6或7所述的触摸屏，其特征在于，在所述中心子电极的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小大于位于边缘区域的各网孔大小；在分支子电极的镂空网格结构中各网孔大小一致。

9.如权利要求6或7所述的触摸屏，其特征在于，在所述中心子电极和所述分支子电极的镂空网格结构中，位于中心区域的各网孔大小均大于位于边缘区域的各网孔大小。

10.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的触摸屏。