TWI630521B - 內嵌式觸控顯示裝置 - Google Patents

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林俊文
劉家麟
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鴻海精密工業股份有限公司
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Abstract

一種內嵌式觸控顯示裝置包括多個呈矩陣排列的觸控單元和讀取電路。觸控單元包括多條第一導線和多條第二導線。第一導線和第二導線正交且呈網格狀設置。第一導線和第二導線界定的最小區域內包括兩個相鄰設置的畫素電極和一個薄膜電晶體結構。薄膜電晶體結構同時驅動兩個畫素電極。觸控單元藉由連接線與讀取電路電性連接。連接線僅與對應的觸控單元電性連接，且與其他位於同一欄的觸控單元斷開連接。在與薄膜電晶體結構垂直的方向上，連接線與薄膜電晶體結構相錯設置。

Description

內嵌式觸控顯示裝置
本發明涉及一種內嵌式觸控顯示裝置。
內嵌式觸控顯示技術為觸控領域的重要技術，內嵌式觸控面板具有更為輕薄的技術優勢。內嵌式觸控顯示面板中包括薄膜電晶體結構。其中，薄膜電晶體結構包括基本、設置於基板上的閘極、覆蓋基板和閘極的第一絕緣層、設置於第一絕緣層上的源極和汲極、覆蓋第一絕緣層、源極以及汲極的第二絕緣層、設置於第二絕緣層上的金屬層、覆蓋於金屬層和第二絕緣層上的第三絕緣層、設置於第三絕緣層上第一透明電極層、覆蓋第一透明電極層的第四絕緣層、以及覆蓋於第四絕緣層上的第二透明電極層。閘極、源極和汲極構成一薄膜電晶體。薄膜電晶體作為控制該內嵌式觸控顯示面板的顯示用畫素開關控制元件。第一透明導電層以及第二導電層配合形成多個觸摸電極。當觸摸所述觸控顯示面板時，利用觸摸電極識別觸摸位置。金屬層位於源極和汲極上方，用於根據觸摸操作產生觸摸信號給讀取電路，以使得讀取電路可根據觸摸信號的變化感測觸摸位置。由於金屬層與源極和汲極具有重疊部分。因此，造成觸控狀態和顯示狀態分時工作。對於解析度的提升顯示狀態所需時間增加，使得觸摸時間的不足，進而導致內嵌式觸摸顯示面板的性能降低。
有鑑於此，有必要提供一種提高觸摸顯示性能的內嵌式觸控顯示裝置。
一種內嵌式觸控顯示裝置，包括多個呈矩陣排列的觸控單元和讀取電路。觸控單元包括多條相互平行設置的第一導線和多條相互平行的第二導線。第一導線和第二導線正交且呈網格狀設置。第一導線和第二導線界定的最小區域內包括兩個相鄰設置的畫素電極和一個薄膜電晶體結構。薄膜電晶體結構同時驅動兩個畫素電極。觸控單元藉由連接線與讀取電路電性連接。連接線僅與對應的觸控單元電性連接，且與其他位於同一欄的觸控單元斷開連接。在與薄膜電晶體結構垂直的方向上，連接線與薄膜電晶體結構相錯設置。
採用上述內嵌式觸控顯示裝置，由於連接線與薄膜電晶體結構交錯設置，使得內嵌式觸控顯示裝置可同時在顯示階段和觸控階段下工作，進而增加了觸控檢測時間。同時，利用一個薄膜電晶體結構同時驅動兩個相鄰的子畫素單元，可提高內嵌式觸控顯示裝置的解析度以及開口率。
10，40，50，60，70‧‧‧內嵌式觸控顯示裝置
100，400，500，600，700‧‧‧觸控單元
110，410，510，610，710‧‧‧第一導線
130，430，530，630，730‧‧‧第二導線
180，480，580，680，780‧‧‧連接線
108‧‧‧過孔
300‧‧‧讀取電路
16‧‧‧畫素電極
161‧‧‧主電極
163‧‧‧開口
200‧‧‧薄膜電晶體結構
210‧‧‧基板
220‧‧‧第一導電層
221‧‧‧閘極
202‧‧‧第一絕緣層
231‧‧‧第一半導體層
232‧‧‧第二半導體層
240‧‧‧第二導電層
241‧‧‧第一源極
241a‧‧‧第一連接部
241b‧‧‧第一主體部
242‧‧‧第一汲極
243‧‧‧第二汲極
204‧‧‧第二絕緣層
205‧‧‧第三絕緣層
250‧‧‧第一透明導電層
206‧‧‧第四絕緣層
260‧‧‧第三導電層
261‧‧‧第二源極
261a‧‧‧第二連接部
261b‧‧‧第二主體部
207‧‧‧第五絕緣層
270‧‧‧第二透明導電層
109‧‧‧第二過孔
280‧‧‧第一薄膜電晶體
290‧‧‧第二薄膜電晶體
圖1為第一實施方式之內嵌式觸控顯示裝置之平面示意圖。
圖2為圖1所示之觸控單元II部的放大示意圖。
圖3為圖2所示之薄膜電晶體結構沿III-III方向的剖面示意圖。
圖4為圖3所示之薄膜電晶體結構去除第三導電層的部分平面示意圖。
圖5為圖3所示之薄膜電晶體結構的部分平面示意圖。
圖6為圖1所示之觸控單元IV部的放大示意圖。
圖7及圖8為第二實施方式之內嵌式觸控顯示裝置之平面示意圖。
圖9及圖10為第三實施方式之內嵌式觸控顯示裝置之平面示意圖。
圖11及圖12為第四實施方式之內嵌式觸控顯示裝置之平面示意圖。
圖13及圖14為第五實施方式之內嵌式觸控顯示裝置之平面示意圖。
請參閱圖1，圖1是本發明第一實施例的內嵌式觸控顯示裝置10的平面示意圖。內嵌式觸控顯示裝置10將觸控結構集成到具有多個畫素的顯示面板中。在本實施方式中，內嵌式觸控顯示裝置10包括集成有觸控結構的薄膜電晶體(Thin Film Transistor,TFT)陣列基板。在本實施方式中，內嵌式觸控顯示裝置10可以為自發光式顯示器，如有機電致發光時顯示器，或一非自發光式顯示器，如液晶顯示器。
內嵌式觸控顯示裝置10包括多個呈矩陣排列的觸控單元100和讀取電路300。每個觸控單元100構成自容式觸控感測結構，並藉由連接線180與讀取電路300電性連接。在本實施例中，每個觸控單元100的面積基本相同。每一連接線180僅與對應的觸控單元100電性連接，且與其他位於同一欄的觸控單元100斷開連接(如圖6所示)。
觸控單元100大致呈長方體狀。觸控單元100包括多條相互平行設置的第一導線110和多條相互平行的第二導線130。第一導線110沿第一方向X平行設置，第二導線130沿第二方向Y平行設置。第一導線110和第二導線130正交且呈網格狀設置。第一導線110具有相同的長度，且相鄰兩個第一導線110之間的距離恒定不變。第二導線130具有相同的長度，且相鄰兩個第二導線130之間的距離恒定不變。第一導線110和第二導線130設置於不同層面上，且二者藉由第一過孔108電性連接。在本實施方式中，第二導線130為透明導線。在本實施 方式中，連接線180可為第一導線110或者第二導線130，或者為獨立於第一導線110和第二導線130的其他導線。在本實施方式中，觸控單元100的面積恒定不變。
讀取電路300用於藉由檢測第一導線110和第二導線130上的信號變化獲取觸摸位置。
請一併參閱圖2，其為內嵌式觸控顯示裝置10中II部的放大示意圖。第一導線110和第二導線130界定的最小區域對應一對子畫素區域，其包括至少兩個相鄰設置的畫素電極16和一個薄膜電晶體結構200。其中，兩個畫素電極16由同一個薄膜電晶體結構200驅動。可以理解，該最小區域內的兩相鄰畫素電極16也可由兩個薄膜電晶體來分別控制。
每個畫素電極16對應一個子畫素單元，且藉由第二過孔109與薄膜電晶體結構200電性連接。畫素電極16沿第一方向X對稱設置。畫素電極16大致呈梳狀，包括主電極161。畫素電極16開設有若干沿第一方向X的開口163。在第一導線110與第二導線130界定的最小區域中，薄膜電晶體結構200設置於該最小區域的二畫素電極16之間，或者說該薄膜電晶體結構200所在位置與第一導線110所在位置交錯設置。可變更地，即便是在採用兩個薄膜電晶體分別來驅動該最小區域的兩個相鄰畫素電極16的情況下，該兩個薄膜電晶體也設置於兩畫素電極之間的位置。
請參閱圖3，其為圖3中沿III-III線的剖面示意圖。可以理解地，內嵌式觸控顯示裝置10的陣列基板中包括多個薄膜電晶體結構200。薄膜電晶體結構200包括基板210，形成於基板210上的第一導電層220，覆蓋第一導電層220設置的第一絕緣層202，形成於第一絕緣層202上的第一半導體層231，形成於第一絕緣層202上且與第一半導體層231共面設置的第二半導體層232，形成於第一絕緣層202上且部分接觸該第一半導體層231和第二半導體層232的第二導電層240，覆蓋第一半導體層231、第二半導體層232以及第二導電層240的第二絕緣 層204，覆蓋第二絕緣層204的第三絕緣層205，形成於第三絕緣層205上的第一透明導電層250，覆蓋第三絕緣層205和第一透明導電層250的第四絕緣層206，形成於第四絕緣層206上的第三導電層260，覆蓋第三導電層260的第五絕緣層207以及形成於第五絕緣層207上的第二透明導電層270。
請一併參閱圖4，第一導電層220可被圖案化以形成閘極221以及與閘極221電性連接的閘極線(圖未示)。在本實施方式中，第一導電層220可以由導電材料製成，例如，鋁(Al)、銀(Ag)、金(Au)、鈷(Co)、鉻(Cr)、銅(Cu)、銦(In)、錳(Mn)，鉬(MO)、鎳(Ni)、釹(Nd)、鈀(Pd)、鉑(Pt)、鈦(Ti)、鎢(W)、鋅(Zn)及其上述金屬的混合物或合金。在本實施方式中，第二導線130的延伸方向與閘極線的延伸方向一致，且可位於閘極線的上方。在其他實施方式中，第一導電層220可由透明導電材料製成，例如，氧化銦錫(ITO)、氧化銦鋅(IZO)、鋁摻雜的氧化鋅(AZO)或適當組合，以提高光學效率。
第一絕緣層202為閘極絕緣層。第一絕緣層202用於保護閘極221，且避免閘極221與其他元件電性連接。第一絕緣層202可由介電材料製成，例如，氧化矽(SiOx)、氮化矽(氮化矽)、矽氮氧化物(SiOxNy)、鋁氧化物(的AlOx)、氧化釔(Y2O3)、氧化鉿(HfOx)、氧化鋯(ZrOx)、氮化鋁(AlN)、氧氮化鋁(ALNO)、氧化鈦(的TiOx)、鈦酸鋇(BaTiO3)以及鈦酸鉛(PbTiO3)等。
第二導電層240接觸部分第一半導體層231和第二半導體層232，該第一半導體層231與第二半導體層232均位於閘極221上方。第二導電層240被圖案化以形成第一源極241，第一汲極242、第二汲極243以及與第一源極241電性連接的源極線(圖未示)。第一源極241和第一汲極242分別對稱設置於第一半導體層231相對的兩個端部，且位於位於閘極221上方。第一源極241、第一汲極 242、第一半導體層231以及閘極221配合形成第一薄膜電晶體280。第一薄膜電晶體280用於控制對應畫素單元16。在本實施方式中，第一導線110的延伸方向與源極線的延伸方向一致，且可位於源極線的上方。
第一源極241包括第一連接部241a和第一主體部241b。第一連接部241a用於與資料線電性連接。第一主體部241b由第一連接部241a向第一半導體層231上方延伸而成，且位於第一半導體層231的上方。第一主體部241b大致呈長方體狀。在本實施方式中，第一連接部241a可作為資料線的一部分，且位於第一半導體層231和第二半導體層232之間。在本實施方式中，第二導電層240還可被圖案化以形成與第一連接部241a延伸方向一致的薄膜電晶體陣列或驅動晶片的資料線(圖未示)。
第一透明導電層250作為公共電極層，該第一透明導電層250與該第二透明導電層270間隔絕緣設置，從而形成水準電場以控制顯示。可以理解，本實施方式的內嵌式觸控顯示裝置100可為一平面切換型(In-Plane Switch,IPS)顯示裝置。可變更地，該第一透明導電層250也可變更設置位置，比如：設置在顯示裝置的對向基板上。
請參閱圖5，第三導電層260被圖案化以形成第一導線110(如圖2所示)和與第一導線110間隔設置的第二源極261。第二源極261與第二汲極243對稱設置於第二半導體層232的相對兩端。第二源極261包括第二連接部261a和第二主體部261b。其中，第二連接部261a設置於第一連接部241a的上方，且與第一連接部241a對應絕緣設置。第二主體部261b由第二連接部261a向第二半導體層232上方延伸而成，且位於第二半導體層232上方。第二主體部261b大致呈長方體狀。位於閘極221上方的第二汲極243、第二源極261、第二半導體層232以及閘極221構成第二薄膜電晶體290。第二薄膜電晶體290用於控制對應畫素單元16。第三導電層260進一步被圖案化以形成連接線180(如圖1所示)。在本實施 方式中，連接線180與構成薄膜電晶體結構200的第二導電層圖案交錯設置，二者之間沒有相互重疊的部分。連接線180與第一連接部241a以及第二連接部261a分離設置，且在薄膜電晶體結構200與垂直方向上不重疊。即，連接線180與數據線不重疊。
第二透明導電層270被圖案化以形成畫素電極16(如圖2所示)。畫素電極16藉由第二過孔109(如圖2所示)與第一汲極242與第二汲極243電性連接。第二過孔109依次穿過第五絕緣層207、第四絕緣層206、第三絕緣層205以及第二絕緣層204。
上述內嵌式觸控顯示裝置10中，由於連接線180與第二導電層圖案不重疊，二者信號干擾小，因此，內嵌式觸控顯示裝置10在一幀時間內可同時在顯示階段和觸控階段下工作，進而增加了觸控檢測時間。同時，利用一個薄膜電晶體結構200同時驅動兩個相鄰的子畫素單元，可提高內嵌式觸控顯示裝置10的解析度以及開口率。
圖7及圖8為第二實施方式之內嵌式觸控顯示裝置40平面示意圖。其中，可以理解，圖7及圖8中，分別V部分和VI部分的放大示意圖。其中，與第一實施方式中具有相同標號的元件，二者結構和功能均相同，不再贅述。其中，第二實施方式的內嵌式觸控顯示裝置40與第一實施方式中的內嵌式觸控顯示裝置10相類似，二者的主要區別在於：觸控單元400的結構與第一實施方式中的觸控單元100的結構不同。觸控單元400的面積沿靠近讀取電路300的方向遞減。每個觸控單元400構成自容式觸控感測結構，並藉由連接線480與讀取電路300電性連接。每條連接線480僅與對應的觸控單元400電性連接，且與其他位於同一欄的觸控單元400斷開連接。位於同一列的連接線480位於對應觸控單元400同側。在本實施方式中，位於同一列的連接線480均位於觸控單元400的左側。觸控單元400包括多條相互平行設置的第一導線410和多條相互平行的第二導線430。第 一導線410沿第一方向X平行設置，第二導線430沿第二方向Y平行設置。第一導線410和第二導線430正交且呈網格狀設置。第一導線410和第二導線430設置於同一層，且由第三導電層260圖案化形成。在本實施方式中，由於第一導線410和第二導線430均由第三導電層260圖案化形成，故第二透明導電層270可以不包括第一實施方式中所示的第一導線110。
圖9及圖10為第三實施方式之內嵌式觸控顯示裝置50平面示意圖。其中，可以理解，圖9及圖10中，分別為VII部分和VIII部分的放大示意圖。其中，與第一實施方式中具有相同標號的元件，二者結構和功能均相同，不再贅述。其中，第三實施方式的內嵌式觸控顯示裝置50與第一實施方式中的內嵌式觸控顯示裝置10相類似，二者的主要區別在於：觸控單元500與第一實施方式中的觸控單元100不同。觸控單元500的面積沿靠近讀取電路300的方向遞減。每個觸控單元500構成自容式觸控感測結構，並藉由連接線580與讀取電路300電性連接。每條連接線580僅與對應的觸控單元500電性連接，且與其他位於同一欄的觸控單元500斷開連接。位於同一列的任意兩個相鄰的連接線580分別位於對應觸控單元500不同側。在本實施方式中，其中任意一條連接線580位於對應觸控單元500的左側，與其相鄰且位於同一列的觸控單元500對應的連接線580設置於對應觸控單元500的右側。即，任意兩條相鄰的連接線580交替設置於對應觸控單元500的不同側。觸控單元500包括多條相互平行設置的第一導線510和多條相互平行的第二導線530。第一導線510沿第一方向X平行設置，第二導線530沿第二方向Y平行設置。第一導線510和第二導線530正交且呈網格狀設置。第一導線510和第二導線530設置於同一層，且由第三導電層260圖案化形成。在本實施方式中，由於第一導線510和第二導線530均由第三導電層260圖案化形成，故第三導電層260可以不包括第一實施方式中所示的第一導線110。
圖11及圖12為第四實施方式之內嵌式觸控顯示裝置60平面示意圖。其中，可以理解，圖11及圖12中，分別為IX部分和X部分的放大示意圖。其中，與第一實施方式中具有相同標號的元件，二者結構和功能均相同，不再贅述。其中，第四實施方式的內嵌式觸控顯示裝置60與第一實施方式中的內嵌式觸控顯示裝置10相類似，二者的主要區別在於：觸控單元600與第一實施方式中的觸控單元100不同。觸控單元600的面積沿靠近讀取電路300的方向遞減。每個觸控單元600構成自容式觸控感測結構，並藉由連接線680與讀取電路300電性連接。每條連接線680僅與對應的觸控單元600電性連接，且與其他位於同一欄的觸控單元600斷開連接。位於同一列的連接線680位於對應觸控單元600同側。在本實施方式中，位於同一列的連接線680均位於觸控單元600的左側。觸控單元600包括多條相互平行設置的第一導線610和多條相互平行的第二導線630。第一導線610沿第一方向X平行設置，第二導線630沿第二方向Y平行設置。第一導線610和第二導線630正交且呈網格狀設置。第一導線610和第二導線630設置於同一層，且由第二透明導電層270圖案化形成。在本實施方式中，由於第一導線610和第二導線630均由第二透明導電層270圖案化形成，故第二透明導電層270可以不包括第一實施方式中所示的第二導線130。
圖13及圖14為第五實施方式之內嵌式觸控顯示裝置40平面示意圖。其中，可以理解，圖13及圖14中，分別為X部分和XI部分的放大示意圖。其中，第五實施方式的內嵌式觸控顯示裝置70與第一實施方式中的內嵌式觸控顯示裝置10相類似，二者的主要區別在於：觸控單元700與第一實施方式中的觸控單元100不同。觸控單元700的面積沿靠近讀取電路300的方向遞減。每個觸控單元700構成自容式觸控感測結構，並藉由連接線780與讀取電路300電性連接。每條連接線780僅與對應的觸控單元700電性連接，且與其他位於同一欄的觸控單元700斷開連接。位於同一列的任意兩個相鄰的連接線780分別位於對應觸控單 元700不同側。在本實施方式中，其中任意一條連接線780位於對應觸控單元700的左側，與其相鄰且位於同一列的觸控單元700對應的連接線780設置於對應觸控單元700的右側。即，任意兩條相鄰的連接線780交替設置於對應觸控單元700的不同側。觸控單元700包括多條相互平行設置的第一導線710和多條相互平行的第二導線730。第一導線710沿第一方向X平行設置，第二導線730沿第二方向Y平行設置。第一導線710和第二導線730正交且呈網格狀設置。第一導線710和第二導線730設置於同一層，且由第二透明導電層270圖案化形成。在本實施方式中，由於第一導線610和第二導線630均由第二透明導電層270圖案化形成，故第二透明導電層270可以不包括第一實施方式中所示的第二導線130。
綜上所述，本發明符合發明專利要件，爰依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施方式，舉凡熟悉本案技藝之人士，在爰依本案創作精神所作之等效修飾或變化，皆應包含於以下之申請專利範圍內。

Claims (11)

  1. 一種內嵌式觸控顯示裝置，包括多個呈矩陣排列的觸控單元和讀取電路；所述觸控單元包括多條相互平行設置的第一導線和多條相互平行的第二導線；所述第一導線和第二導線正交且呈網格狀設置；其改良在於：所述第一導線和第二導線界定的最小區域內包括兩個相鄰設置的畫素電極和一個薄膜電晶體結構；所述薄膜電晶體結構同時驅動兩個畫素電極；所述觸控單元藉由連接線與所述讀取電路電性連接；所述連接線僅與對應的觸控單元電性連接，且與其他位於同一欄的觸控單元斷開連接；在與所述薄膜電晶體結構垂直的方向上，所述連接線與所述薄膜電晶體結構相錯設置。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之內嵌式觸控顯示裝置，其中，所述薄膜電晶體結構包括共用一閘極的第一電晶體與第二電晶體、基板、形成於所述基板上的第一導電層、位於第一導電層上方的第一半導體層、與第一半導體層共面且與該閘極絕緣設置的第二半導體層、部分覆蓋所述第一半導體層和所述第二半導體層的第二導電層、位於第二導電層上方的第一透明導電層、位於第一透明導電層上方的第二透明導電層以及位於第二透明導電層上方的第三導電層；所述第一導電層圖案化以形成閘極，所述第二導電層圖案化以形成第一源極、第一汲極以及第二汲極；所述第三導電層圖案化以形成第二源極；該第一電晶體包括所述第一源極、該第一汲極、該第一半導體層以及該閘極；該第二電晶體包括該第二源極、該第二汲極、該第二半導體層以及該閘極。
  3. 如申請專利範圍第2項所述之內嵌式觸控顯示裝置，其中，所述觸控單元的面積恒定不變。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之內嵌式觸控顯示裝置，其中，所述第一導線由所述第三導電層圖案化形成，所述第二導線由所述第二透明導電層 圖案化形成；所述第一導線和第二導線藉由過孔電性連接；所述連接線為第一導線。
  5. 如申請專利範圍第2項所述之內嵌式觸控顯示裝置，其中，所述觸控單元的面積沿靠近所述讀取電路的方向遞減。
  6. 如申請專利範圍第5項所述之內嵌式觸控顯示裝置，其中，所述第一導線和第二導線均由所述第三導電層圖案化形成；所述連接線為第一導線。
  7. 如申請專利範圍第6項所述之內嵌式觸控顯示裝置，其中，所述連接線均設置於對應觸控單元的同一側。
  8. 如申請專利範圍第6項所述之內嵌式觸控顯示裝置，其中，所述位於同一列的任意兩個相鄰的連接線分別位於對應觸控單元不同側。
  9. 如申請專利範圍第5項所述之內嵌式觸控顯示裝置，其中，所述第一導線和第二導線均由所述第二透明導電層圖案化形成；所述連接線為第一導線。
  10. 如申請專利範圍第9項所述之內嵌式觸控顯示裝置，其中，所述連接線均設置於對應觸控單元的同一側。
  11. 如申請專利範圍第9項所述之內嵌式觸控顯示裝置，其中，所述位於同一列的任意兩個相鄰的連接線分別位於對應觸控單元不同側。
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