TWI450151B - 觸控顯示面板 - Google Patents

Description

觸控顯示面板

本發明是有關於一種電子裝置，且特別是有關於一種整合式觸控面板以及觸控顯示面板。

一般而言，觸控顯示面板是將觸控面板貼附於顯示面板上，以使觸控顯示面板具有觸控感測以及顯示的功能。觸控面板通常包括多個沿著X軸方向延伸之第一感測串列，以及多個沿著Y軸方向延伸之第二感測串列，其中每一第一感測串列與每一第二感測串列分別具有串接的多個感測墊。當以手指觸碰觸控面板時，會改變感測墊之間的電容，將此改變訊號傳回控制器，即可計算接觸發生點之座標，進而使得顯示面板可以根據使用者的選擇而進行顯示畫面的改變。

然而，觸控面板與顯示面板分別具有承載各自元件的基板，將觸控面板與顯示面板貼合後，雖然構成一具有觸控以及顯示功能的觸控顯示面板，但其整體厚度無法有效薄化，無法滿足消費者對於電子產品輕薄短小的需求。此外，此種習知技術中，由於顯示用光線必須通過多層基板，使得觸控顯示面板整體光穿透率下降。

本發明提供一種觸控顯示面板，其可整合蓋板、觸控以及顯示的功能，並具有薄化整體厚度及提升光穿透率的效果。

本發明提出一種觸控顯示面板，其包括一第一基板、一第二基板、多個觸控感測結構以及一顯示介質。顯示介質位於第一基板與第二基板之間。第一基板具有多個陣列排列的畫素結構、多條掃描線以及至少一讀出線。第二基板位於第一基板的對向。多個觸控感測結構位於第一基板與第二基板之間，且每一觸控感測結構位於每M×N個畫素結構中的其中之一，M、N為正整數，每一觸控感測結構包括一感測主動元件、一觸控間隙物以及一橋接電極。感測主動元件位於第一基板上，感測主動元件包括一底閘極、一通道、一源極及一感應電極以及一頂閘極，其中頂閘極以及底閘極分別位於通道的頂面與底面，源極與感應電極位於頂閘極與通道之間且分別位於通道的兩側，頂閘極具有一開口，以將頂閘極分為電性分離的一第一電極以及一第二電極，第一電極電性連接掃描線的至少其中之一，且感應電極電性連接讀出線。觸控間隙物位於第二基板上，且位於開口上方。橋接電極覆蓋觸控間隙物之面向感測主動元件的表面，橋接電極與頂閘極之間具有一間隙，當對觸控顯示面板按壓時，橋接電極與頂閘極接觸而使第一電極與第二電極電性連接，使得通道的控制由頂閘極與底閘極的其中之一轉變為頂閘極與底閘極二者，而於感應電極形成一感測電流。

基於上述，本發明之觸控顯示面板中，是將觸控元件直接製作於顯示面板的主動元件陣列基板以及彩色濾光基板上，在按壓前後藉由改變感測主動元件中用以控制通道開關的閘極數量，藉此改變感測主動元件之電壓電流特性曲線，而讓感應電極感測到感測主動元件被按壓前後的開啟或關閉電流差(感測電流)。換言之，觸控元件可以整合與用以顯示的顯示面板中，而實現可整合觸控與顯示功能的薄型化觸控顯示面板。

為讓本發明之上述特徵和優點能更明顯易懂，下文特舉實施例，並配合所附圖式作詳細說明如下。

第一實施例

圖1A為本發明第一實施例中一種觸控顯示面板的上視示意圖，而圖2A為圖1A中A處放大後的剖面示意圖。如圖1A與圖2A所示，觸控顯示面板200包括一第一基板210、一位於第一基板210對向的第二基板220、位於兩基板210、220之間的多個觸控感測結構230以及顯示介質240。顯示介質240包括液晶分子或是其他的顯示介質。

在本實施例中，第一基板210為主動元件陣列基板，其上設置有多個陣列排列的畫素結構P、多條掃描線SL、多條資料線DL以及至少一讀出線RL。更詳細而言，每一畫素結構P可包括一主動元件T以及與其電性連接的畫素電極(未繪示)，其中每一主動元件T電性連接對應的掃描線SL與資料線DL，用以與畫素電極(未繪示)電性連接的主動元件T例如是薄膜電晶體，其具有閘極、源極以及汲極。在本實施例中，資料線DL可與讀出線RL整合成同一條走線，當然資料線DL與讀出線RL的配置關係亦可以如圖1B所示，在觸控感測位置上額外獨立地設置讀出線RL，本發明並不以此為限。

特別的是，如圖1A所示，在每M×N個畫素結構P中的分別設置一觸控感測結構230，M、N為正整數，用以感測並偵測出使用者所觸控的位置。如圖2A所示，每一觸控感測結構230包括位於第一基板210上的感測主動元件ST、以及位於對應之第二基板220上的觸控間隙物232以及橋接電極234。觸控感測結構230中的感測主動元件ST可以直接與用以顯示之主動元件T共用，也可以在原有的畫素結構上另外設置感測主動元件ST。

具體而言，感測主動元件ST可包括一底閘極G1、一閘絕緣層I1、一通道C、一源極S及一感應電極D、一介電層I2以及一頂閘極G2，其中底閘極G1位於基板上，通道C位於底閘極G1上方之閘絕緣層I1上，介電層I2覆蓋源極S及感應電極D，頂閘極G2覆蓋介電層I2。將一般主動元件中的汲極作為感應電極D，使得分別位於通道C兩側之源極S與感應電極D夾設於頂閘極G2與通道C之間。頂閘極G2具有一開口H，以將頂閘極G2分為電性分離的一第一電極E1以及一第二電極E2，其中第一電極E1電性連接掃描線SL的至少其中之一，而感應電極D則電性連接讀出線RL。頂閘極G2之開口H在基板的投影方向上與通道C部分重疊，而底閘極G1則自掃描線SL延伸至通道C下方。換言之，本實施例之第一電極E1與底閘極G1兩者電性連接於掃描線SL。

在本實施例中，第二基板220上包括一彩色濾光層250、共通電極260以及平坦層270，共通電極260覆蓋彩色濾光層250，平坦層270覆蓋彩色濾光層250表面並夾設於共通電極260與彩色濾光層250之間，但其中平坦層270為非必要之結構，於第二基板220上有無皆可。橋接電極234之材質可與共通電極260之材質相同並可同時製作，觸控間隙物232與共通電極260可位於平坦層270上或彩色濾光層250上。第二基板220上在對應開口處更包括設置有觸控間隙物232，橋接電極234覆蓋觸控間隙物232之面向感測主動元件ST的表面，亦即，每一觸控間隙物232之對向側恰好位於感測主動元件ST之頂閘極G2的開口H上方。

觸控間隙物232上的橋接電極234表面與感測主動元件ST上的頂閘極G2表面之間具有一間隙X，而使每一觸控間隙物232、橋接電極234與感測主動元件ST構成一觸控感測結構230。

圖2B為對圖2A之觸控顯示面板按壓後的剖面示意圖。如圖2A與圖2B所示，在按壓前，感測主動元件ST之通道C中的載子量僅受底閘極G1的控制，當對觸控顯示面板200按壓時，間隙X漸減至零，使得觸控間隙物232表面的橋接電極234與對向側之頂閘極G2接觸，而讓第一電極E1以及第二電極E2電性導通形成一跨越通道C的完整頂閘極G2，而使通道C的控制亦受到頂閘極G2的控制。由於感測主動元件ST之通道C的控制由觸控前的底閘極G1轉變為觸控後的頂閘極G2與底閘極G1二者，因此可於感應電極D上產生感測電流Is。圖3為圖2A與圖2B之觸控顯示面板在被按壓前後的電壓電流的特性曲線圖。感測主動元件ST在使用者觸碰前後的電壓電流特性曲線分別為曲線A與曲線B，當使用者觸碰後，感測主動元件ST的關閉電流上升，藉此感應電極D可感測出此關閉電流的差值△Ion，藉以得知觸控位置。

圖4為本發明第一實施例中感測主動元件在觸控前後之電壓電流特性曲線的實測值。如圖4所示，感測主動元件ST的控制由觸控前的底閘極G1轉變為觸控後的底閘極G1及頂閘極G2二者，由圖中可知，感測主動元件ST的關閉電流在觸控後上升了約0.0394 nA，因此，感應電極D可將此關閉電流差△Ioff視為感測電流Is，並經由讀出線RL向外傳遞至控制器上，藉此計算觸控之座標，進而回授顯示面板可以根據使用者的選擇而進行顯示畫面的改變。此外，在第一實施例中，感測主動元件ST在觸控前後的通道由觸控前的一個下單通道轉變成觸控後的上下雙通道，在實際的製作過程中，由於上通道在經過蝕刻製程後具有較多的介面缺陷，因此，當觸控後多了上通道後，關閉電流Ioff會明顯增加。值得一提的是，圖3與圖4中之電晶體的關閉電流Ioff大小，一般除了與操作電壓及其製程能力有關之外，亦直接與通道寬長比(W/L)的設計有關。

由於本實施例之觸控感測結構230中的感測主動元件ST可以直接與用以顯示之主動元件T共用，因此當資料線DL與讀出線RL共用同一條走線時，在實際操作時，可藉由時序控制來區隔將顯示訊號寫入主動元件T的時序以及用以感測觸控位置的感測時序，藉此可避免產生顯示單元及觸控感測單元之間作動相衝突的問題。當然，本實施例之觸控感測結構230中的感測主動元件ST也可以不同於用以顯示之主動元件T，換言之，感測主動元件ST與主動元件T彼此電性獨立地設置於對應的畫素結構P中，本發明不以此為限。

此外，頂閘極G2之開口H的位置在基板的投影方向上與通道C部分重疊的型態除了圖2A般以外，亦可以如圖5A及圖5B所示。如圖5A所示，頂閘極G2之開口H的位置可以位於通道C的正投影上方，當頂閘極G2之開口H在基板的投影方向上如圖2A般或如圖5A般時，可以維持顯示單元的有效開口率。然而，頂閘極G2之開口H的位置亦可以如圖5B般，在基板的投影方向上不與通道C重疊。

第二實施例

圖6A為圖1A中A處放大後的另一種剖面示意圖，而圖6B為對圖6A之觸控顯示面板按壓後的剖面示意圖。第二實施例之觸控顯示面板300與第一實施例之觸控顯示面板200類似，惟，本實施例之觸控顯示面板300中感測主動元件ST的控制在觸控前為僅受底閘極G1控制，而在觸控後再轉為受到頂閘極G2及底閘極G1二者的控制。

在本實施例中，頂閘極G2的開口H在第一基板210的投影方向上是與通道C部分重疊，但不侷限置中或是側偏，必要時為不影響顯示單元開口率時，也可以不與感測主動元件ST的通道C重疊，而底閘極G1在通道C下方，但未與掃描線SL電性連接，只有第一電極E1與掃描線SL電性連接。換言之，底閘極G1並未直接與掃描線SL電性連接，而是與第二電極E2電性連接。如圖6A與圖6B所示，在按壓前，感測主動元件ST之通道C中的載子量僅受跨越通道C上方且電性連接掃描線SL的第一電極E1(頂閘極G2)的控制，當對觸控顯示面板300按壓後，觸控間隙物232表面的橋接電極234與對向側之頂閘極G2接觸，使得第一電極E1、第二電極E2與底閘極G1電性導通，藉此將掃描線SL的掃描訊號經由第一電極E1、橋接電極234以及第二電極E2傳遞至底閘極G1，使得感測主動元件ST之通道C的控制是由觸控前的頂閘極G2轉變為觸控後的頂閘極G2與底閘極G1二者。

同樣地，由圖7所繪示之圖6A與圖6B之觸控顯示面板300在被按壓前後的電壓電流的特性曲線圖可知，當使用者觸碰後，感測主動元件ST的開啟電流由曲線A上升至曲線B，感應電極D可感測出感測主動元件ST在被觸控前後開啟電流的差值△Ion，藉以得知觸控位置。

圖8為本發明第二實施例中感測主動元件在觸控前後之電壓電流特性曲線的實測值。如圖8所示，感測主動元件ST的控制由觸控前的頂閘極G2轉變為觸控後的底閘極G1及頂閘極G2二者，使得感測主動元件ST的開啟電流例如在觸控後提升了約0.12 μA，感應電極D將此開啟電流差視為感測電流Is，並經由讀出線RL向外傳遞至控制器上，同樣地可以計算觸控之座標，並回授顯示面板對應地進行顯示畫面的改變。此外，在第二實施例中，感測主動元件ST在觸控前後的通道由觸控前的一個上單通道轉變成觸控後的上下雙通道，在實際的製作過程中，由於下通道的介面缺陷較少，因此，當觸控後多了下通道後，開啟電流Ion會明顯增加。圖7與圖8中之電晶體的開啟電流Ion大小，一般除了與操作電壓及其製程能力有關之外，亦直接與通道寬長比(W/L)的設計有關。

綜上所述，由於本發明之觸控顯示面板是直接將觸控元件製作於顯示面板的主動元件陣列基板以及彩色濾光基板上，並在被觸控前後藉由改變控制感測主動元件後前用以控制通道載子量的閘極數量，來改變感測主動元件之電壓電流特性曲線，而於感應電極偵測到由電流差值所形成感測電流，而實現可整合觸控與顯示功能的薄型化觸控顯示面板。

雖然本發明已以實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何所屬技術領域中具有通常知識者，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可作些許之更動與潤飾，故本發明之保護範圍當視後附之申請專利範圍所界定者為準。

200、300．．．觸控顯示面板

210．．．第一基板

214．．．畫素電極

220．．．第二基板

230．．．觸控感測結構

232．．．觸控間隙物

234．．．橋接電極

240．．．顯示介質

250．．．彩色濾光層

260．．．共通電極

270．．．平坦層

C．．．通道

D．．．汲極、感應電極

E1．．．第一電極

E2．．．第二電極

G．．．閘極

G1．．．底閘極

G2．．．頂閘極

H．．．開口

I1．．．閘絕緣層

I2．．．介電層

Is．．．感測電流

P．．．畫素結構

RL．．．讀出線

S．．．源極

SL．．．掃描線

ST．．．感測主動元件

T．．．主動元件

X．．．間隙

A、B．．．電壓電流特性曲線

△Ion．．．開啟電流的差值

△Ioff．．．關閉電流的差值

圖1A與圖1B分別為本發明第一實施例中一種觸控顯示面板的上視示意圖，而圖2A為圖1A中A處放大後的剖面示意圖。

圖2B為對圖2A之觸控顯示面板按壓後的剖面示意圖。

圖3為圖2A與圖2B之觸控顯示面板在被按壓前後的電壓電流的特性曲線圖。

圖4為本發明第一實施例中感測主動元件在觸控前後之電壓電流特性曲線的實測值。

圖5A與圖5B分別為本發明第一實施例中另一種觸控顯示面板的剖面示意圖。

圖6A為圖1A中A處放大後的另一種剖面示意圖，而圖6B為對圖6A之觸控顯示面板按壓後的剖面示意圖。

圖7為圖6A與圖6B之觸控顯示面板在被按壓前後的電壓電流的特性曲線圖。

圖8為本發明第二實施例中感測主動元件在觸控前後之電壓電流特性曲線的實測值。

200．．．觸控顯示面板

210．．．第一基板

220．．．第二基板

230．．．觸控感測結構

232．．．觸控間隙物

234．．．橋接電極

240．．．顯示介質

250．．．彩色濾光層

260．．．共通電極

270．．．平坦層

C．．．通道

D．．．感應電極

E1．．．第一電極

E2．．．第二電極

G．．．閘極

G1．．．底閘極

G2．．．頂閘極

H．．．開口

I1．．．閘絕緣層

I2．．．介電層

P．．．畫素結構

S．．．源極

SL．．．掃描線

ST．．．感測主動元件

X．．．間隙

Claims (12)

1. 一種觸控顯示面板，包括：一第一基板，具有多個陣列排列的畫素結構、多條掃描線、多條資料線以及至少一讀出線；一第二基板，位於該第一基板的對向；多個觸控感測結構，位於該第一基板與該第二基板之間，且每一觸控感測結構位於每M×N個畫素結構中的其中之一，M、N為正整數，每一觸控感測結構包括：一感測主動元件，位於該第一基板上，該感測主動元件包括一底閘極、一通道、一源極及一感應電極以及一頂閘極，其中該頂閘極以及該底閘極分別位於該通道的頂面與底面，該源極與該感應電極位於該頂閘極與該通道之間且分別位於該通道的兩側，該頂閘極具有一開口，以將該頂閘極分為電性分離的一第一電極以及一第二電極，該第一電極電性連接該些掃描線的至少其中之一，且該感應電極電性連接該讀出線；一觸控間隙物，位於該第二基板上，且位於該開口上方；以及一橋接電極，覆蓋該觸控間隙物之面向該感測主動元件的表面，該橋接電極與該頂閘極之間具有一間隙，當對該觸控顯示面板按壓時，該橋接電極與該頂閘極接觸而使該第一電極與該第二電極電性連接，使得該通道的控制由該頂閘極與該底閘極的其中之一轉變為該頂閘極與該底閘極二者，而於該感應電極形成一感測電流；以及一顯示介質，位於該第一基板與該第二基板之間。
2. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該感測主動元件具有一閘絕緣層以及一介電層，該底閘極位於該第一基板上，該通道位於該底閘極上方之該閘絕緣層上，該介電層覆蓋該源極及該感應電極，該頂閘極覆蓋該介電層。
3. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該開口在該第一基板的投影方向上與該通道部分重疊，該底閘極自該掃描線延伸至該通道下方，當對該觸控顯示面板按壓時，該感測主動元件之開關控制由該底閘極轉變為該頂閘極與該底閘極二者，而使該感測主動元件的關閉電流上升。
4. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該開口在該第一基板的投影方向上與該通道不重疊，該底閘極自該掃描線延伸至該通道下方。
5. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該開口在該第一基板的投影方向上與該感應電極部分重疊，該第一電極自該源極上方延伸並跨越該通道，該第二電極與該底閘極電性連接，當對該觸控顯示面板按壓時，該感測主動元件之開關的控制由該頂閘極轉變為該頂閘極與該底閘極二者，而使該感測主動元件的開啟電流上升。
6. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該開口在該第一基板的投影方向上與該感應電極不重疊，該第一電極自該源極上方延伸並跨越該通道，該第二電極與該底閘極電性連接。
7. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該第二基板包括一彩色濾光層以及一共通電極，該共通電極與該觸控間隙物不重疊，該共通電極覆蓋該彩色濾光層，該些橋接電極之材質與該共通電極之材質相同。
8. 如申請專利範圍第7項所述之觸控顯示面板，其中該第二基板更包括一平坦層，覆蓋該彩色濾光層表面並位於該共通電極與該彩色濾光層之間，該些觸控間隙物與該共通電極位於該平坦層上。
9. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該第一基板之每一畫素結構具有一畫素電極，且該畫素電極與該感測主動元件電性連接。
10. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該第一基板之每一畫素結構包括一主動元件以及一畫素電極，該畫素電極與該主動元件電性連接，該感測主動元件與該主動元件不同。
11. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該讀出線與該些資料線的至少其中之一共用。
12. 如申請專利範圍第1項所述之觸控顯示面板，其中該讀出線與該些資料線獨立。