TWI620109B - 觸控顯示面板 - Google Patents
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Abstract
一種觸控顯示面板，具有顯示區、周邊區和感測區。周邊區圍繞顯示區，且感測區位於顯示區和周邊區之間。觸控顯示面板包括畫素陣列、觸控電極、主動元件、至少一第一感測元件、 至少一第二感測元件以及遮光層。畫素陣列位於顯示區中。觸控電極位於顯示區中，且觸控電極與畫素陣列相互分離。主動元件位於感測區中，且主動元件耦接於觸控電極。至少一第一感測元件和至少一第二感測元件位於感測區中，且至少一第一感測元件與至少一第二感測元件相互分離。遮光層覆蓋至少一第一感測元件。
Description
本發明是有關於一種顯示面板，且特別是有關於一種觸控顯示面板。
近年來，為了節省顯示器消耗功率或是呈現較佳的影像品質，環境光感測器（ambient light sensor, ALS）廣泛地應用在行動電話、手持式裝置以及影像顯示器等電子裝置中。舉例來說，可藉由只讓可見光線到達環境光感測器的設計，使得顯示器的色調能與人的視感度相適應。
然而，目前環境光感測器是由積體電路晶片所構成，為了將其整合至顯示裝置中，勢必會佔用到顯示裝置的設計空間，使得顯示裝置不易達到窄邊框甚至無邊框，或是造成顯示裝置的顯示區的面積縮小。因此，如何將環境光感測器整合至顯示裝置中，並使得顯示裝置具達到窄邊框甚至無邊框，實為目前研發人員亟欲解決的問題之一。
本發明提供一種具微型化設計的觸控顯示面板，其可將具高準確性之環境光感測器整合至觸控顯示面板中。
本發明的觸控顯示面板，具有顯示區、周邊區和感測區。周邊區圍繞顯示區，且感測區位於顯示區和周邊區之間。觸控顯示面板包括畫素陣列、觸控電極、主動元件、至少一第一感測元件、至少一第二感測元件和遮光層。畫素陣列位於顯示區中。觸控電極位於顯示區中，且觸控電極與畫素陣列相互分離。主動元件位於感測區中，且主動元件耦接於觸控電極。至少一第一感測元件和至少一第二感測元件位於感測區中，且至少一第一感測元件與至少一第二感測元件相互分離。遮光層覆蓋至少一第一感測元件。
基於上述，由於本發明實施例的觸控顯示面板包括位於感測區中的第一感測元件和第二感測元件，且遮光層覆蓋第一感測元件，使得環境光不會照射至第一感測元件。如此一來，第一感測元件和第二感測元件可分別收集暗電流值（即在環境光未照射至第一感測元件的情況下所獲得之電流）和亮電流值（即在環境光照射至第二感測元件的情況下所獲得之電流），並且藉由運算所獲得之暗電流值和亮電流值來消除暗電流效應和溫度效應所造成的影響，以提升環境光感測器的準確性。
為讓本發明的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。
以下將參照本實施例之圖式以更全面地闡述本發明。然而，本發明亦可以各種不同的形式體現，而不應限於本文中所述之實施例。圖式中的層與區域的厚度會為了清楚起見而放大。相同或相似之參考號碼表示相同或相似之元件，以下段落將不再一一贅述。另外，實施例中所提到的方向用語，例如：上、下、左、右、前或後等，僅是參考附加圖式的方向。因此，使用的方向用語是用來說明並非用來限制本發明。
圖1為依據本發明一實施例的觸控顯示面板的上視示意圖。為了清楚表示第一感測元件106和第二感測元件108於觸控顯示面板100中的位置，圖1中省略了感測區SR中的其他構件。圖2為圖1中沿A-A’線的剖面示意圖。圖3為圖1中沿B-B’線的剖面示意圖。
請參照圖1、圖2和圖3，觸控顯示面板100具有顯示區DR、周邊區PR和感測區SR。周邊區PR圍繞顯示區DR，且感測區SR位於顯示區DR和周邊區PR之間。上述顯示區DR表示影像顯示的區域。上述周邊區PR表示未顯示影像的區域或是周邊線路所配置的區域。上述感測區SR表示感測元件（例如可偵測環境光強度的光偵測器）所配置的區域。
觸控顯示面板100包括基板102、主動元件TFT、畫素陣列104、至少一第一感測元件106、至少一第二感測元件108、觸控電極110和遮光層132。
基板102可包括第一緩衝層BL1、第二緩衝層BL2和遮蔽層SM，其中第二緩衝層BL2位於第一緩衝層BL1上，且遮蔽層SM位於第一緩衝層BL1中。第一緩衝層BL1的材料可以是氮化矽（SiNx）。第二緩衝層BL2的材料可以是氧化矽（SiOx）。遮蔽層SM的材料可以是非透光材料，例如黑色樹脂或是遮光金屬（例如：鉻）等反射性較低的材料。如此一來，在觸控顯示面板100包括背光源的情況下，遮蔽層SM可避免背光源的光線照射至主動元件TFT而產生漏電流的問題。在一些實施例中，基板102還可包括玻璃基材、石英基材或有機聚合物基材，以承載第一緩衝層BL1、第二緩衝層BL2和遮蔽層SM。
主動元件TFT位於感測區SR中的基板102上。主動元件TFT可以是底部閘極型（bottom gate）薄膜電晶體或是頂部閘極型（top gate）薄膜電晶體，其包括通道層CH、閘絕緣層GI、閘極G和源極/汲極SD。在本實施例中，主動元件TFT為頂部閘極型薄膜電晶體，但本發明不以此為限。
通道層CH位於第二緩衝層BL2上。通道層CH的材料例如是非晶矽、微晶矽、單晶矽、有機半導體材料、氧化物半導體材料或其他適合的材料。在一些實施例中，通道層CH的相對兩端可含有摻雜物（dopant）以形成用來連接源極的源極接觸區（未繪示）和用來連接汲極的汲極接觸區（未繪示）。除此之外，為了減少通道層CH與源極/汲極SD之間的接觸電阻，在一些實施例中，還可於通道層CH上形成具有N型掺雜或P型掺雜的毆姆接觸層（未繪示）。
閘絕緣層GI位於第二緩衝層BL2上且覆蓋通道層CH。閘絕緣層GI的材料可以是無機介電材料、有機介電材料或其組合。舉例來說，無機材料可以是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其組合；有機材料可以是聚醯亞胺系樹脂、環氧系樹脂或壓克力系樹脂等高分子材料。閘極G位於閘絕緣層GI上。閘極G的材料可以是導電材料，例如金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物或其組合。介電層114位於閘絕緣層GI上且覆蓋閘極G。介電層114的材料可以是無機介電材料、有機介電材料或其組合。舉例來說，無機材料可以是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其組合；有機材料可以是聚醯亞胺系樹脂、環氧系樹脂或壓克力系樹脂等高分子材料。在一些實施例中，介電層114為內層介電層（interlayer dielectric, ILD），但本發明不以此為限。
源極/汲極SD位於介電層114上。源極/汲極SD的材料可以是導電材料，例如金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物或其組合。源極/汲極SD可藉由接觸窗116接連至通道層CH。舉例來說，源極/汲極SD可藉由穿過介電層114和部分閘絕緣層GI的接觸窗116連接至通道層CH的源極接觸區或是汲極接觸區。接觸窗116的材料可以是導電材料，例如金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物或其組合。
畫素陣列104位於顯示區DR中的基板102上。畫素陣列104可包括多個畫素單元以及多條設置於顯示區DR中的閘極線和資料線，其中每一個畫素單元可各自包括閘極線、資料線和子畫素，並且各子畫素可分別與畫素陣列104中的其中一條閘極線以及其中一條資料線電性連接，但本發明不以此為限。畫素電極的材料可以是透明導電材料，例如銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物或銦鍺鋅氧化物等金屬氧化物。
觸控電極110位於顯示區DR中的基板102上，且觸控電極110與畫素陣列104相互分離。觸控電極110的材料可以是導體材料，例如金屬、金屬氧化物、導電高分子或其組合。舉例來說，觸控電極110的材料可以是氧化銦錫（ITO）。在一些實施例中，觸控電極110位於畫素陣列104上，兩者之間存在單層或多層的絕緣層，使得觸控電極110與畫素陣列104在垂直方向上相互分離。舉例來說，畫素陣列104與觸控電極110之間可存在平坦層118和位於平坦層118上的鈍化層120、130。在一些實施例中，位於顯示區DR的觸控電極110可耦接於位於感測區SR中的主動元件TFT，例如可藉由穿過平坦層118和鈍化層120、130的接觸窗122，使得觸控電極110耦接至主動元件TFT的源極/汲極SD。接觸窗122的材料可以是導電材料，例如金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物或其組合。
在一些實施例中，觸控顯示面板100還可包括閘極驅動電路，並且為了使觸控顯示面板100具窄邊框設計，閘極驅動電路（Gate on Array, GOA）可設置在周邊區PR中，並且經感測區SR延伸至顯示區DR中。如此一來，閘極驅動電路的主動元件或是訊號線（bus line）可位於顯示區DR、感測區SR或是周邊區PR中，以實現窄邊框設計。也就是說，如圖3所示，閘極驅動電路的訊號線128、136可與主動元件TFT的源極/汲極SD位於同一層（例如訊號線128），或是與主動元件TFT的閘極G位於同一層（例如訊號線136）。除此之外，為了簡化觸控顯示面板100的製程步驟，在一些實施例中，可在相同製程中形成用於畫素陣列104、觸控電極110和閘極驅動電路的主動元件。
平坦層118位於介電層114上且覆蓋主動元件TFT。平坦層118的材料可以是有機絕緣材料、無機絕緣材料或其組合。有機絕緣材料可以是聚醯亞胺（polyimide, PI）、聚醯胺酸（polyamic acid, PAA）、聚醯胺（polyamide, PA）、聚乙烯醇（polyvinyl alcohol, PVA）、聚乙烯醇肉桂酸酯（polyvinyl cinnamate, PVCi）、其他適合的光阻材料或其組合。無機絕緣材料可以是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其組合。在一些實施例中，平坦層118。在一些實施例中，平坦層118還覆蓋於閘極驅動電路上。
鈍化層120覆蓋平坦層118。鈍化層120的材料可以是有機絕緣材料、無機絕緣材料或其組合。有機絕緣材料可以是PI、PAA、PA、PVA、PVCi、其他適合的光阻材料或其組合。無機絕緣材料可以是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或其組合。
第一感測元件106和第二感測元件108位於感測區SR中，且第一感測元件106與第二感測元件108相互分離。第一感測元件106包括第一上電極UE1、第一下電極LE1和位於第一上電極UE1和第一下電極LE1之間的第一感光層PS1。第二感測元件108包括第二上電極UE2、第二下電極LE2和位於第二上電極UE2和第二下電極LE2之間的第二感光層PS2。如此一來，可藉由量測第一感光層PS1或第二感光層PS2經照光所產生之光電流來感測環境光（ambient light）。在一些實施例中，第一感測元件106和第二感測元件108連接至相同的主動元件。舉例來說，第一上電極UE1藉由接觸窗124電性連接至第二下電極LE2（如圖3所示），並且兩者連接至相同主動元件的一端。接觸窗124的材料可以是導電材料，例如金屬、金屬氧化物、金屬氮化物、金屬氮氧化物或其組合。在一些實施例中，第一感測元件106或第二感測元件108可重疊於主動元件TFT上。
第一上電極UE1和第二上電極UE2的材料可以是透明導電材料，例如銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物或銦鍺鋅氧化物等金屬氧化物。第一下電極LE1和第二下電極LE2的材料可以是導體材料，例如金屬、金屬氧化物、導電高分子或其組合。在一些實施例中，第一下電極LE1和第二下電極LE2可與畫素陣列104中的畫素電極位於同一層。也就是說，可於相同製程中同時形成第一下電極LE1、第二下電極LE2和畫素陣列104中的畫素電極。換句話說，第一下電極LE1和第二下電極LE2的材料也可以是透明導電材料，例如銦錫氧化物、銦鋅氧化物、鋁錫氧化物、鋁鋅氧化物或銦鍺鋅氧化物等金屬氧化物。
第一感光層PS1和第二感光層PS2的材料可以是感光材料，例如富含矽氧化物（silicon rich oxide, SRO）、非晶矽（amorphous silicon, a-Si）或其組合，但本發明不以此為限，只要是照光後可產生光電流的材料皆可作為第一感光層PS1或第二感光層PS2的材料。
如圖3所示，第一上電極UE1和第二上電極UE2可分別連接第一感光層PS1和第二感光層PS2，且第一上電極UE1或第二上電極UE2可位於鈍化層120的表面上和鈍化層120中。在一些實施例中，第一感光層PS1和第二感光層PS2位於平坦層118上，且第一下電極LE1或第二下電極LE2也位於平坦層118上。也就是說，第一感測元件106與第二感測元件108位於平坦層118上，且覆蓋閘極驅動電路。如此一來，感測區SR重疊於部分周邊區PR上，故不需增加額外的空間來設置第一感測元件106與第二感測元件108，使得觸控顯示面板100可達到窄邊框的設計。在一些實施例中，第一上電極UE1或第二上電極UE2連接至閘極驅動電路。舉例來說，第一上電極UE1可藉由接觸窗126連接至閘極驅動電路的訊號線128。在一些實施例中，訊號線128可與源極/汲極SD位於同一層。應注意的是，上述實施例中所提到的第一上電極UE1或第二上電極UE2位於鈍化層120中表示第一上電極UE1和第二上電極UE2與鈍化層120之間的相對位置，其並未限定第一上電極UE1或第二上電極UE2被鈍化層120所圍繞或包覆。
鈍化層130位於鈍化層120上，且鈍化層130覆蓋第一上電極UE1和第二上電極UE2。鈍化層130的材料可以是氧化矽、氮化矽、氮氧化矽或是透明的有機材料（例如聚碳酸酯、聚酯、聚甲基丙烯酸甲酯或環烯烴共聚合物）。在一些實施例中，位於顯示區DR中的鈍化層130可用來當作觸控電容。舉例來說，鈍化層130位於觸控電極110中的感應電極（Rx）和驅動電極（Tx）之間，亦即，感應電極和驅動電極中的一者位於鈍化層120上（例如與第一上電極UE1或第二上電極UE2位於同一層）；而感應電極和驅動電極中的另外一者位於鈍化層130的表面上。
遮光層132覆蓋第一感測元件106，而未覆蓋第二感測元件108，亦即，環境光只會照射至第二感測元件108，而不會照射至第一感測元件106。如此一來，第一感測元件106和第二感測元件108可分別收集暗電流值I
dark（即在環境光未照射至第一感測元件106的情況下所獲得之光電流）和亮電流值I
photo（即在環境光照射至第二感測元件108的情況下所獲得之光電流），並且藉由運算所獲得之暗電流值和亮電流值（例如I
photo-I
dark）來消除暗電流效應和溫度效應所造成的影響（即降低背景電流值的干擾），以提升環境光感測器的準確性。遮光層132的材料可以是非透光材料，例如黑色樹脂或是遮光金屬等反射性較低的材料。在一些實施例中，遮光層132與第一感光層PS1重疊。
除此之外，為了準確偵測所有亮度範圍之環境光（0 Lux~55000 Lux），在一些實施例中，可藉由提升第一感測元件106和第二感測元件108的數量來提升總光電流值，使其能適用於低亮度環境（例如亮度為1 Lux）和高亮度環境（例如強烈陽光照射下的亮度為50000 Lux）。應注意的是，環境光照射至第二感測元件108的面積總和要大於或等於1 mm
2，才能達到準確偵測環境光的所有亮度範圍。在一些實施例中，如圖1所示，多個第一感測元件106和多個第二感測元件108以交替排列的方式平均分佈在顯示區DR的外圍。如此一來，由於每個第一感測元件106和每個第二感測元件108的尺寸具微小化設計（面積約為0.0004 mm
2），因此，即便第二感測元件108上具有透光區或透光孔（使環境光能照射至第二感測元件108），使用者仍不易察覺其存在，進而使觸控顯示面板100具有良好的外觀。
在一些實施例中，觸控顯示面板100還包括保護層134。保護層134覆蓋遮光層132和鈍化層130。保護層134可以是透光材料，例如玻璃。
圖4為依據本發明另一實施例的觸控顯示面板的剖面示意圖，其中觸控顯示面板200大致相同於觸控顯示面板100，其不同之處僅在於第一感光層PS1和第二感光層PS2位於平坦層118中，且第一上電極UE1和第二上電極UE2也位於平坦層中118。應注意的是，上述實施例中所提到的第一感光層PS1和第二感光層PS2位於平坦層118中是表示第一感光層PS1和第二感光層PS2與鈍化層120之間的相對位置，其未限定第一感光層PS1和第二感光層PS2被平坦層118所圍繞或包覆。同理，上述實施例中所提到的第一上電極UE1和第二上電極UE2也位於平坦層中118是表示第一上電極UE1和第二上電極UE2與平坦層中118之間的相對位置，其並未限定第一上電極UE1和第二上電極UE2被平坦層118所圍繞或包覆。
請參照圖4，第一下電極LE1或第二下電極LE2位於介電層114的表面上，亦即，第一下電極LE1或第二下電極LE2與閘極驅動電路的訊號線128或是主動元件TFT的源極/汲極位於同一層。如此一來，第一感測元件106和第二感測元件108的第一下電極LE1和第二下電極LE2可與閘極驅動電路的訊號線128於相同製程中同時形成，以簡化製程。應注意的是，由於第一下電極LE1或第二下電極LE2與閘極驅動電路的訊號線128位於同一層，因此，在本實施例中，需要增加額外的空間（約100μm）來設置第一感測元件106和第二感測元件108，使得觸控顯示面板200的尺寸會大於觸控顯示面板100的尺寸。
綜上所述，由於上述實施例的觸控顯示面板包括位於感測區中的第一感測元件和第二感測元件，且遮光層覆蓋第一感測元件，使得環境光不會照射至第一感測元件。如此一來，第一感測元件和第二感測元件可分別收集暗電流值和亮電流值，並且藉由運算所獲得之暗電流值和亮電流值來消除暗電流效應和溫度效應所造成的影響（即降低背景電流值的干擾），以提升環境光感測器的準確性。
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，在不脫離本發明的精神和範圍內，當可作些許的更動與潤飾，故本發明的保護範圍當視後附的申請專利範圍所界定者為準。
100、200‧‧‧觸控顯示面板
102‧‧‧基板
104‧‧‧畫素陣列
106‧‧‧第一感測元件
108‧‧‧第二感測元件
110‧‧‧觸控電極
114‧‧‧介電層
116、122、124、126‧‧‧接觸窗
118‧‧‧平坦層
120、130‧‧‧鈍化層
128、136‧‧‧訊號線
132‧‧‧遮光層
134‧‧‧保護層
DR‧‧‧顯示區
SR‧‧‧感測區
PR‧‧‧周邊區
BL1‧‧‧第一緩衝層
BL2‧‧‧第二緩衝層
SM‧‧‧遮蔽層
TFT‧‧‧主動元件
CH‧‧‧通道層
G‧‧‧閘極
SD‧‧‧源極/汲極
UE1‧‧‧第一上電極
UE2‧‧‧第二上電極
LE1‧‧‧第一下電極
LE2‧‧‧第二下電極
PS1‧‧‧第一感光層
PS2‧‧‧第二感光層
圖1為依據本發明一實施例的觸控顯示面板的上視示意圖。 圖2為圖1中沿A-A’線的剖面示意圖。 圖3為圖1中沿B-B’線的剖面示意圖。 圖4為依據本發明另一實施例的觸控顯示面板的剖面示意圖。
Claims (14)
- 一種觸控顯示面板，具有一顯示區、一周邊區和一感測區，該周邊區圍繞該顯示區，且該感測區位於該顯示區和該周邊區之間，其中該觸控顯示面板包括： 一畫素陣列，位於該顯示區中； 一觸控電極，位於該顯示區中，且該觸控電極與該畫素陣列相互分離； 一主動元件，位於該感測區中，且該主動元件耦接於該觸控電極； 至少一第一感測元件和至少一第二感測元件，位於該感測區中，且該至少一第一感測元件與該至少一第二感測元件相互分離；以及 一遮光層，覆蓋該至少一第一感測元件。
- 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示面板，其中該至少一第一感測元件或該至少一第二感測元件重疊於該主動元件上。
- 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示面板，其中該至少一第一感測元件包括多個第一感測元件，該至少一第二感測元件包括多個第二感測元件，該些第一感測元件和該些第二感測元件交替排列於該感測區中。
- 如申請專利範圍第3項所述的觸控顯示面板，其中每一第二感測元件未被該遮光層覆蓋。
- 如申請專利範圍第1項所述的觸控顯示面板，更包括： 一閘極驅動電路，位於該周邊區中，且該閘極驅動電路經該感測區延伸至該顯示區中。
- 如申請專利範圍第5項所述的觸控顯示面板，更包括： 一平坦層，覆蓋該閘極驅動電路；以及 一鈍化層，覆蓋該平坦層，其中 該至少一第一感測元件包括一第一上電極、一第一下電極和位於該第一上電極和該第一下電極之間的一第一感光層，且 該至少一第二感測元件包括一第二上電極、一第二下電極和位於該第二上電極和該第二下電極之間的一第二感光層，其中該遮光層與該第一感光層重疊。
- 如申請專利範圍第6項所述的觸控顯示面板，其中該第一上電極電性連接該第二下電極。
- 如申請專利範圍第7項所述的觸控顯示面板，其中該第一上電極和該第二上電極分別連接該第一感光層和該第二感光層，且該第一上電極或該第二上電極位於該鈍化層的表面上和該鈍化層中。
- 如申請專利範圍第8項所述的觸控顯示面板，其中該第一感光層和該第二感光層位於該平坦層中，且該第一上電極和該第二上電極還位於該平坦層中。
- 如申請專利範圍第9項所述的觸控顯示面板，其中該主動元件包括一源極和一汲極，該第一下電極或該第二下電極與該主動元件的該源極或該汲極為同一層。
- 如申請專利範圍第8項所述的觸控顯示面板，其中該第一感光層和該第二感光層位於該平坦層上。
- 如申請專利範圍第11項所述的觸控顯示面板，其中該第一下電極或該第二下電極位於該平坦層上。
- 如申請專利範圍第12項所述的觸控顯示面板，其中該第一上電極或該第二上電極連接至該閘極驅動電路。
- 如申請專利範圍第6項所述的觸控顯示面板，其中該第一下電極或該第二下電極的材料包括銦錫氧化物。
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