TWI614662B - 內嵌式觸控顯示面板以及其製作方法 - Google Patents

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張志豪
陳柏鋒
劉同凱
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群創光電股份有限公司
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Abstract

本發明提供了一種內嵌式觸控顯示面板。上述觸控顯示面板包括一基板、複數共用電極塊、一驅動晶片以及複數金屬導線。上述基板具有一顯示區域以及一非顯示區域，其中上述非顯示區域圍繞上述顯示區域。上述複數共用電極塊配置於上述顯示區域內。上述驅動晶片配置於在上述非顯示區域。上述複數金屬導線用以將上述複數共用電極塊分別連接至上述驅動晶片。上述複數條金屬導線向上述非顯示區域延伸，並以平行閘極線進入上述顯示區域。上述複數金屬導線在上述非顯示區域包括一第一金屬層且/或一第二金屬層。

Description

內嵌式觸控顯示面板以及其製作方法
本說明書主要係有關於內嵌式觸控顯示面板之技術，特別係有關於用以改善畫面色斑(mura)或是改善觸控效能(touch performance)變差之內嵌式觸控顯示面板技術。
內嵌式觸控顯示面板(In-Cell Touch Display)是同時將顯示功能與觸控功能整合於面板內之的新式整合型顯示器。這種新式面板是藉由將面板IC與觸控IC的整合，並搭配液晶面板廠的新式製作流程，所開發出的新式液晶面板之一。
內嵌觸控顯示面板，若以觸控信號的傳遞方式做為區分，可分為互容式與自容式。互容式的內嵌觸控顯示面板中，發出觸控信號與接收感測信號的路徑不同。自容式的內嵌觸控顯示面板則是發出觸控信號與接收感測信號的路徑相同。有一種習知的自容式內嵌觸控顯示面板，係將共用電極(或稱接地電極)分割成矩陣狀配置的複數個電極塊，每 一個電極塊在顯示期間仍做為一般的共用電極使用，而在觸控期間則做為觸控感測電極使用，藉由檢測電極塊與外部的觸控物之間所形成的電容，來判斷觸控物的位置。
第1圖係顯示一種習知的內嵌觸控顯示面板的部分概要上視圖。如第1圖所示，每一塊矩陣共用電極塊S1、S2、...、Sn會利用多個接觸孔C分別連接到一條金屬導線T1、T2、...、Tn。在內嵌觸控顯示面板的顯示驅動期間，這些金屬導線T1、T2、...、Tn會輸出一既定的電壓，使所有的共用電極塊S1、S2、...、Sn維持在相同的電位；在內嵌觸控顯示面板的觸控驅動期間，這些金屬導線T1、T2、...、Tn會各自輸出觸控感測信號，用以獨立地感測各個共用電極塊S1、S2、...、Sn是否被觸控。
在傳統內嵌觸控顯示面板之製作中，為避免觸控訊號(Sensing Signal)與薄膜電晶體(Thin Film Transistor，TFT)元件和資料訊號(Data Signal)互相干擾，會於觸控面板的結構中，設計一金屬層(例如：一M3層)，經由接觸孔(contact hole)傳遞觸控訊號至共用電極塊。底下將以第2圖舉例說明。
第2圖係顯示一種習知的經由共用電極在畫素電極上方(top com)之製程方式製作之觸控顯示面板之剖面圖。如第2圖所示，先沉積閘極電極金屬(gate electrode，GE)層210(可視為M1層)並圖形化，沈積閘極絕緣層(gate insulation(GI)layer)220與主動層(Active layer)230(或半導體層(semiconductor layer))，且圖形化主動層230和閘極絕緣層220，並在閘極絕緣層220挖接觸孔至閘極電極金屬層210。 接著，沉積源極和汲極金屬層(Source/Drain(SD)metal layer)240(可視為M2層)，並圖形化源極和汲極金屬層240，且部份源極和汲極金屬層240會與閘極電極金屬210做連接(M1、M2轉接)。接著，在沈積第一保護層(passivation layer(BP1))250與平坦層(PFA)260後，圖形化第一保護層250和平坦層260，以挖接觸孔至源極和汲極金屬層240。此外，亦會沈積畫素電極層(ITO_pixel layer)270，並圖形化畫素電極層270，作為觸控顯示面板之畫素電極並使其透過接觸孔連接底層之源極和汲極金屬層240之薄膜電晶體汲極(TFT drain)端，其中ITO係表示銦錫氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)。接著，沈積第二保護層(BP2)280，以及沈積一金屬層(M3 layer)290(觸控信號線(touch line)之金屬導線)，並圖形化M3層290使其覆蓋於源極和汲極金屬層240之資料線(data line)上。接著，沈積第三保護層(BP3)295，並圖形化第三保護層295，以挖接觸孔於M3層上。最後，沈積共用電極層(ITO_Com layer)271，並圖形化共用電極層271使其形成ITO切口(slit)以作為顯示器共用電極，並透過其下層之第三保護層295之接觸孔連接底層之M3層290。
第3圖係顯示一種習知的內嵌觸控顯示面板的金屬導線布局之示意圖。如第3圖所示，排列成矩陣狀的共用電極塊配置於基板10的顯示區域11上，而用以共用電位及觸控感測信號的驅動晶片則配置於顯示區域11外的非顯示區域12。金屬導線在顯示區域11內均平行於行方向延伸，出了顯示區域11後在非顯示區域12以扇形的方式連接進驅動晶 片。在傳統的布局下，連接至同一行的共用電極塊的金屬導線中，位於最左側的金屬導線Tmax連接到顯示區域11內最上方的共用電極塊，因此在顯示區域11內有最長的長度，同時該條金屬導線在非顯示區域12由於距離驅動晶片較遠，因此在非顯示區域12也有最長的長度。相對地，連接至同一行的共用電極塊的金屬導線中，位於最右側的金屬導線Tmin連接到顯示區域11內最下方的共用電極塊，因此在顯示區域11內有最短的長度，同時該條金屬導線在非顯示區域12由於距離驅動晶片較近，因此在非顯示區域12也有最短的長度。
因此，因為在靠近驅動晶片及遠離驅動晶片之位置之金屬導線(M3走線)長度不一樣，所以會導致RC負載不均之問題產生。若RC負載不均之問題產生。當RC負載之差異過大時，將導致觸控顯示面板畫面容易產生色斑(mura)或是觸控效能(touch performance)變差之情況發生。
此外，第4圖係顯示一種習知的內嵌觸控顯示面板的相關寄生電容之示意圖，如第4圖所示，由於內嵌觸控顯示面板之相關寄生電容很多，例如：共用電極塊S1和資料線間的電容Cxd、共用電極塊S1和閘級線間的電容Cxg、共用電極塊S1和共用電極塊S2間的電容Cxv、金屬導線T1和資料線間的電容Cld以及金屬導線T1和閘極線間的電容Clg等等，因而導致觸控效能難以控制。
有鑑於上述先前技術之問題，本發明提供了一種 內嵌式觸控顯示面板，以改善觸控顯示面板畫面容易產生色斑(mura)或是觸控效能(touch performance)變差之情況發生。
根據本發明之一較佳實施例提供了一種內嵌式觸控顯示面板。上述內嵌式觸控顯示面板包括一基板、複數共用電極塊、一驅動晶片以及複數金屬導線。上述基板具有一顯示區域以及一非顯示區域，其中上述非顯示區域圍繞上述顯示區域。上述複數共用電極塊配置於上述顯示區域內。上述驅動晶片配置於在上述非顯示區域。上述複數金屬導線用以將上述複數共用電極塊分別連接至上述驅動晶片。上述內嵌式觸控顯示面板更包括沿一第一方向延伸配置之複數閘極線；以及沿一第二方向延伸配置之複數資料線，其中上述複數共用電極塊分別沿著上述第一方向以及上述第二方向排列設置，以構成一畫素矩陣。上述複數條金屬導線向上述非顯示區域延伸，並以平行上述複數閘極線之方向進入上述顯示區域。上述複數金屬導線在上述非顯示區域包括一第一金屬層且/或一第二金屬層，且其中上述第一金屬層包含上述複數閘極線，且上述第二金屬層包含上述複數資料線。
在本發明一些實施例，上述複數金屬導線上之信號在上述顯示區域藉由上述第一金屬層傳輸。在上述顯示區域內，每一上述共用電極塊係透過至少一接觸孔與對應的上述金屬導線連接。在本發明一些實施例，在上述顯示區域內，每一上述金屬導線部分重疊於上述閘極線。
在本發明一些實施例，中上述內嵌式觸控顯示面板適用於共用電極在畫素電極上方(top com)之製程方式，或 畫素電極在共用電極上方(top pixel)之製程方式。
根據本發明之一較佳實施例提供了一種內嵌式觸控顯示面板之製作方法。上述內嵌式觸控顯示面板之製作方法之步驟包括：在一基板產生一第一金屬層，其中上述第一金屬層包括複數金屬導線；在上述第一金屬層上方產生一第一絕緣層；在上述第一絕緣層上產生一半導體層、一畫素電極以及一第二金屬層；產生一第二絕緣層；以及在上述第二絕緣層上產生一共用電極，其中上述複數條金屬導線向上述基板之非顯示區域延伸，並以平行上述基板之一顯示區域之閘級線方向進入上述顯示區域，其中上述複數金屬導線在上述非顯示區域包括上述第一金屬層且/或上述第二金屬層，且其中上述第一金屬層包含複數閘極線，且上述第二金屬層包含複數資料線。
根據本發明之另一較佳實施例提供了一種內嵌式觸控顯示面板之製作方法。上述內嵌式顯示面板之製作方法之步驟包括：在一基板產生一第一金屬層，其中上述第一金屬層包括複數金屬導線；在上述第一金屬層上方產生一第一絕緣層；在上述第一絕緣層上產生一半導體層以及一第二金屬層；產生一第二絕緣層；在上述第二絕緣層上產生一第三絕緣層；在上述第三絕緣層上產生一共用電極；在上述共用電極上產生一第四絕緣層；以及在上述第四絕緣層上產生一畫素電極，其中上述複數條金屬導線向上述基板之非顯示區域延伸，並以平行上述基板之一顯示區域之閘級線方向進入上述顯示區域，其中上述複數金屬導線在上述非顯示區域包 括上述第一金屬層且/或上述第二金屬層，且其中上述第一金屬層包含複數閘極線，且上述第二金屬層包含複數資料線。
關於本發明其他附加的特徵與優點，此領域之熟習技術人士，在不脫離本發明之精神和範圍內，當可根據本案實施方法中所揭露之執行聯繫程序之裝置以及方法，做些許的更動與潤飾而得到。
100‧‧‧觸控顯示面板
10、110‧‧‧基板
11、200‧‧‧顯示區域
111‧‧‧第一金屬層
112‧‧‧第一絕緣層
113‧‧‧主動層
114‧‧‧畫素電極層
115‧‧‧第二金屬層
116‧‧‧第二絕緣層
117‧‧‧共用電極層
118‧‧‧第三絕緣層
119‧‧‧第四絕緣層
12、300‧‧‧非顯示區域
120-1~120-N、S1、S2、Sn‧‧‧共用電極塊
130‧‧‧驅動晶片
C‧‧‧接觸孔
210‧‧‧GE
220‧‧‧GI
230‧‧‧Active
240‧‧‧SD
250‧‧‧BP1
260‧‧‧PFA
270‧‧‧ITO_Pixel
280‧‧‧BP2
290‧‧‧M3
295‧‧‧BP3
271‧‧‧ITO_Com
L1、L2、Ln、T1、T2、Tn、Tmax、Tmin‧‧‧金屬導線
第1圖係顯示一種習知的內嵌觸控顯示面板的部分概要上視圖。
第2圖係顯示一種習知的經由共用電極在畫素電極上方(top com)之製程方式製作之觸控顯示面板之剖面圖。
第3圖係顯示一種習知的內嵌觸控顯示面板的金屬導線布局之示意圖。
第4圖係顯示一種習知的內嵌觸控顯示面板的相關寄生電容之示意圖。
第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之觸控顯示面板100的金屬導線布局之示意圖。
第6圖係顯示根據本發明之一實施例所述之經由共用電極在畫素電極上方(top com)之製程方式製作之觸控顯示面板100之剖面圖。
第7圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之經由畫素電極在共用電極上方(top pixel)之製程方式製作之觸控顯示面板100之剖面圖。
本章節所敘述的是實施本發明之最佳方式，目的在於說明本發明之精神而非用以限定本發明之保護範圍，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。
第5圖係顯示根據本發明之一實施例所述之觸控顯示面板100之示意圖。觸控顯示面板100係一自容式(self-capacitance)內嵌式觸控顯示面板(In-Cell Touch Display)，且其係利用GOP(gate on panel)技術，也就是將閘極電路做進薄膜電晶體陣列(TFT Array)之方式來製作。如第5圖所示，觸控顯示面板100中包含一基板110、複數共用電極塊(或觸控單元)120-1、120-2…120-N、一驅動晶片130，以及複數金屬導線L1、L2…Ln。注意地是，在第5圖中之示意圖，僅係為了方便說明本發明之實施例，但本發明並不以此為限。
如第5圖所示，基板110具有一顯示區域200以及一非顯示區域300，其中非顯示區域300圍繞在顯示區域200之四周。在顯示區域200中，配置了共用電極塊120-1~120-N、複數閘極線(gate line)以及複數資料線(data line)。閘極線係沿一第一方向(例如：一列方向)延伸配置，且資料線係沿一第二方向(例如：一行方向)延伸配置以和閘極線互相垂直。共用電極塊120-1~120-N係以一矩陣方式排列。具體來說，共用電極塊120-1~120-N分別沿著第一方向以及第二方向排列設置，以構成一畫素矩陣。
根據本發明之一實施例，複數金屬導線L1、L2…Ln可視為電極信號線(Vcom line)以及觸控信號線(sensing line)，其連接於共用電極塊120-1~120-N和驅動晶片130之間，用以提供電極信號(Vcom)或觸控信號(sensing signal)給共用電極塊120-1~120-N。根據本發明之一實施例，複數金屬導線L1、L2…Ln從驅動晶片130向非顯示區域300延伸，並以平行顯示區域200之閘極線之方向進入顯示區域200。
根據本發明之一實施例，觸控顯示面板100適用於經由共用電極在畫素電極上方(top com)之製程方式所製作而成之觸控顯示面板，或經由畫素電極在共用電極上方(top pixel)之製程方式所製作而成之觸控顯示面板。以下將有更詳細之說明。
第6圖係顯示根據本發明之一實施例所述之經由共用電極在畫素電極上方(top com)之製程方式製作之觸控顯示面板100之剖面圖。如同第5圖所示，在製作觸控顯示面板100時，會先在基板110上產生一第一金屬層111。根據本發明之一實施例，第一金屬層111包含了閘極電極，以及閘極線。此外，第一金屬層111亦包含了用以傳送電極信號(Vcom)和觸控信號(sensing signal)之複數金屬導線L1、L2…Ln(例如：電極信號線以及觸控信號線)。當第一金屬層產生後，會在第一金屬層111上產生一第一絕緣層112，並在第一絕緣層112上挖一接觸孔(contact hole)至第一金屬層111。第一絕緣層112可視為一閘極絕緣層(gate insulation layer)。接著，會產生一主動層(Active layer)(或半導體層)113，一畫素電極層(ITO_pixel layer)114以及一第二金屬層115。畫素電極層114在圖形化後可做為觸控顯示面板100之畫素電極。第 二金屬層115包含源極電極、汲極電極以及資料線。接著會產生一第二絕緣層116(例如一保護層(BP))，並在第二絕緣層116上挖一接觸孔至第二金屬層115。最後，產生一共用電極層(ITO_Com layer)117。共用電極層117在圖形化後可做為觸控顯示面板100之共用電極。
第7圖係顯示根據本發明之另一實施例所述之經由畫素電極在共用電極上方(top pixel)之製程方式製作之觸控顯示面板100之剖面圖。如同第6圖所示，在製作觸控顯示面板100時，會先在基板110上產生一第一金屬層111。根據本發明之一實施例，第一金屬層111包含了閘極電極(GE)，以及閘極線。此外，第一金屬層111亦包含了用以傳送電極信號(Vcom)和觸控信號(sensing signal)之複數金屬導線L1、L2…Ln(例如：電極信號線以及觸控信號線)。當第一金屬層產生後，會在第一金屬層111上產生一第一絕緣層112，並在第一絕緣層112上挖一接觸孔至第一金屬層111。第一絕緣層112可視為一閘極絕緣(GI)層。接著，會產生一主動層(或半導體層)113，以及一第二金屬層115。第二金屬層115包含源極電極、汲極電極以及資料線。接著，會產生一第二絕緣層116(例如一保護層(BP))，以及產生一第三絕緣層118(例如一平坦層(PFA))，並在第二絕緣層116和第三絕緣層118上挖接觸孔至第二金屬層115。接著，產生一共用電極層117。共用電極層117在圖形化後可做為觸控顯示面板100之共用電極。接著，產生一第四絕緣層119，並在第四絕緣層119(例如一保護層(BP))上一挖接觸孔至第二金屬層115。最後，產生 畫素電極層(ITO_pixel layer)114。畫素電極層114在圖形化後可做為觸控顯示面板100之畫素電極。
根據本發明之一實施例，當複數金屬導線L1、L2…Ln在非顯示區域300(即還未進顯示區域200)時，複數金屬導線L1、L2…Ln在非顯示區域300可包括第一金屬層111或第二金屬層115。根據本發明之另一實施例，當複數金屬導線L1、L2…Ln在非顯示區域300時，複數金屬導線L1、L2…Ln在非顯示區域300可包括第一金屬層111和第二金屬層115。
根據本發明之一實施例，當複數金屬導線L1、L2…Ln進入顯示區域200時，複數金屬導線L1、L2…Ln在顯示區域200可包括第一金屬層傳輸111。根據本發明之一實施例，每一共用電極塊120-1~120-N係透過至少一接觸孔C與對應的金屬導線L1、L2…Ln之一者相連接。根據本發明之一實施例，每一金屬導線L1、L2…Ln會部分(例如：需要傳送觸控訊號給共用電極塊之處)重疊於閘極線。
本發明提出了利用第一金屬層和第二金屬層取代原先之M3金屬層(如第2圖所示)，金屬導線上之觸控訊號可使用第一金屬層且/或第二金屬層走左右之非顯示區域，進入顯示區域區前再轉第一金屬層與閘極線平行，最後再與欲連接共用電極塊連接，以達成電極信號和觸控信號之傳輸。經由本發明所提出之觸控顯示面板100之製作方式以及金屬導線之布局方式，將使得金屬導線之走線較短外，金屬導線也僅須走到觸控顯示面板100之一半即可，因而減輕RC負載 不均問題，並可改善畫面色斑或是觸控效能變差之問題。此外，因為觸控訊號不走原先之M3金屬層，可大幅降低寄生電容，例如：Clg電容、Cld電容及Clx電容，在觸控之均勻性。
本說明書中所提到的「一實施例」或「實施例」，表示與實施例有關之所述特定的特徵、結構、或特性是包含根據本發明的至少一實施例中，但並不表示它們存在於每一個實施例中。因此，在本說明書中不同地方出現的「在一實施例中」或「在實施例中」詞組並不必然表示本發明的相同實施例。
以上段落使用多種層面描述。顯然的，本文的教示可以多種方式實現，而在範例中揭露之任何特定架構或功能僅為一代表性之狀況。根據本文之教示，任何熟知此技藝之人士應理解在本文揭露之各層面可獨立實作或兩種以上之層面可以合併實作。
雖然本發明已以較佳實施例揭露如上，然其並非用以限定本發明，任何熟習此技藝者，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，因此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。
100‧‧‧觸控顯示面板
110‧‧‧基板
200‧‧‧顯示區域
300‧‧‧非顯示區域
120-1~120-N‧‧‧共用電極塊
130‧‧‧驅動晶片
C‧‧‧接觸孔
L1、L2、Ln‧‧‧金屬導線

Claims (9)

  1. 一種內嵌式觸控顯示面板，包括：一基板，具有一顯示區域以及一非顯示區域，其中上述非顯示區域圍繞上述顯示區域；複數共用電極塊，配置於上述顯示區域內；複數閘極線，沿一第一方向延伸配置；複數資料線，沿一第二方向延伸配置，該第一方向不同於該第二方向，其中上述複數共用電極塊分別沿著上述第一方向以及上述第二方向排列設置，以構成一畫素矩陣；一驅動晶片，配置於在上述非顯示區域；以及複數金屬導線，用以將上述複數共用電極塊分別連接至上述驅動晶片；其中上述複數條金屬導線向上述非顯示區域延伸，並以平行上述複數閘極線之方向進入上述顯示區域，其中上述複數金屬導線在上述非顯示區域包括一第一金屬層且/或一第二金屬層，且其中上述第一金屬層包含上述複數閘極線，且上述第二金屬層包含上述複數資料線，其中上述複數金屬導線在上述顯示區域包括上述第一金屬層。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之內嵌式觸控顯示面板，其中在上述顯示區域內，每一上述共用電極塊係透過至少一接觸孔與對應的上述金屬導線連接。
  3. 如申請專利範圍第1項所述之內嵌式觸控顯示面板，其中在上述顯示區域內，每一上述金屬導線部分重疊於上述閘極線。
  4. 如申請專利範圍第1項所述之內嵌式觸控顯示面板，其中上述複數條金屬導線係包含於一第一金屬層。
  5. 如申請專利範圍第1項所述之內嵌式觸控顯示面板，其中上述內嵌式觸控顯示面板適用於共用電極在畫素電極上方(top com)之製程方式，或畫素電極在共用電極上方(top pixel)之製程方式。
  6. 一種內嵌式觸控顯示面板之製作方法，包括：在一基板產生一第一金屬層，其中上述第一金屬層包括複數金屬導線；在上述第一金屬層上方產生一第一絕緣層；在上述第一絕緣層上產生一半導體層、一畫素電極以及一第二金屬層；產生一第二絕緣層；以及在上述第二絕緣層上產生一共用電極，其中上述複數條金屬導線向上述基板之非顯示區域延伸，並以平行上述基板之一顯示區域之閘級線方向進入上述顯示區域， 其中上述複數金屬導線在上述非顯示區域包括上述第一金屬層且/或上述第二金屬層，且其中上述第一金屬層包含複數閘極線，且上述第二金屬層包含複數資料線。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之內嵌式觸控顯示面板之製作方法，其中上述複數金屬導線在上述顯示區域包括上述第一金屬層傳輸。
  8. 一種內嵌式觸控顯示面板之製作方法，包括：在一基板產生一第一金屬層，其中上述第一金屬層包括複數金屬導線；在上述第一金屬層上方產生一第一絕緣層；在上述第一絕緣層上產生一半導體層以及一第二金屬層；產生一第二絕緣層；在上述第二絕緣層上產生一第三絕緣層；在上述第三絕緣層上產生一共用電極；在上述共用電極上產生一第四絕緣層；以及在上述第四絕緣層上產生一畫素電極，其中上述複數條金屬導線向上述基板之左右兩側之非顯示區域延伸，並以平行上述基板之一顯示區域之閘級線方向進入上述顯示區域，其中上述複數金屬導線在上述非顯示區域包括上述第一金屬層且/或上述第二金屬層，且其中上述第一金屬層包含複數閘極線，且上述第二金屬層包含複數資料線。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之內嵌式觸控顯示面板之製作方法，其中上述複數金屬導線在上述顯示區域包括上述第一金屬層。
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