TWI665590B - 觸控顯示面板和應用該觸控顯示面板的電子裝置 - Google Patents

Abstract

一種觸控顯示面板，所述觸控顯示面板包括：中央處理單元；開關模組；指紋識別部，用於感測並收集指紋信號，所述指紋識別部包括多個指紋識別電極；所述指紋識別電極與所述中央處理單元電性連接；主觸控部，用於感測觸摸位置，所述主觸控部包括多個觸控電極，至少一個所述觸控電極藉由開關模組與一個所述指紋識別電連接；所述中央處理單元進一步控制所述開關模組建立或斷開至少一個所述觸控電極和至少一個所述指紋識別電極之間的電連接。本發明還提供應用上述觸控顯示面板的電子裝置。

Description

觸控顯示面板和應用該觸控顯示面板的電子裝置

本發明涉及觸控技術領域，尤其涉及一種帶有指紋識別功能的觸控顯示面板。

隨著移動通信技術的不斷發展，智慧手機已集合了各個領域的功能。例如，習知之智慧手可收發電子郵件、播放視頻及音訊檔、記錄會議紀要甚至開視頻會議等等。由於智慧手機具有如此多的功能，因此，其完全性尤為重要，習知的手機中主流的安全單元為指紋識別模組。

習知的應用於手機的指紋識別模組一般與手機的觸控顯示面板係兩個彼此獨立的元件，需要在組裝時重新組裝；再者，習知的觸控顯示面板或觸控顯示面板的外部普遍存在一組由薄膜電晶體組成的開關模組，該開關模組僅在面板製作完成後的品質測試階段被使用，觸控顯示面板組裝之後就不會再被使用。如何避免空間浪費並簡化結構係本領域具有習知技術者亟需解決的問題。

一種觸控顯示面板，所述觸控顯示面板包括：中央處理單元；開關模組； 指紋識別部，用於感測並收集指紋信號，所述指紋識別部包括多個指紋識別電極；所述指紋識別電極與所述中央處理單元電性連接；主觸控部，用於感測觸摸位置，所述主觸控部包括多個觸控電極，至少一個所述觸控電極藉由開關模組與一個所述指紋識別電極電連接；所述中央處理單元進一步控制所述開關模組建立或斷開至少一個所述觸控電極和至少一個所述指紋識別電極之間的電連接。

本發明還提供應用上述觸控顯示面板的電子裝置。

本發明的觸控顯示面板，藉由在觸控顯示面板中嵌入指紋識別部，並使用開關模組作為控制指紋識別部與主觸控部的電路的中樞，提升元件的利用率，並進一步使結構簡化；由於不需要額外提供指紋識別模組，進而使得結構更加精簡，減少了組裝流程，降低成本。

10‧‧‧觸控顯示面板

11‧‧‧薄膜電晶體陣列基板

110‧‧‧玻璃基板

111‧‧‧觸控電極

111A‧‧‧第一觸控電極

111B‧‧‧第二觸控電極

112‧‧‧圖元電極

12‧‧‧主觸控部

13‧‧‧鈍化層

131‧‧‧第一鈍化層

132‧‧‧第二鈍化層

133‧‧‧第三鈍化層

14‧‧‧過孔

15‧‧‧走線

16‧‧‧開關模組

160‧‧‧開關單元

161‧‧‧第一薄膜電晶體

162‧‧‧第二薄膜電晶體

163‧‧‧第一開關模組

164‧‧‧第二開關模組

171‧‧‧第一信號控制線

172‧‧‧第二信號控制線

173‧‧‧第三信號控制線

174‧‧‧第四信號控制線

175‧‧‧公共電極線

176‧‧‧第一公共電極線

177‧‧‧第二公共電極線

18‧‧‧指紋識別部

181‧‧‧指紋識別電極

19‧‧‧中央處理單元

1‧‧‧電子裝置

2‧‧‧主體

AA‧‧‧顯示區

X‧‧‧第一方向

Y‧‧‧第二方向

圖1為本發明第一實施例的觸控顯示面板的平面示意圖。

圖2為圖1沿II-II方向的剖視示意圖。

圖3為本發明第一實施例觸控顯示面板的指紋識別部的局部放大示意圖。

圖4為本發明第一實施例的觸控顯示面板的局部放大示意圖。

圖5為本發明第二實施例的觸控顯示面板的平面示意圖。

圖6為本發明第三實施例的觸控顯示面板的平面示意圖。

圖7為本發明第四實施例的觸控顯示面板的平面示意圖。

圖8為本發明第四實施例的觸控顯示面板的局部放大示意圖。

圖9為應用本發明一實施例的觸控顯示面板的電子裝置的示意圖。

為了使本申請所揭示之技術內容更加詳盡與完備，可以參照附圖以及本發明之下述各種具體實施例，附圖中相同之標記代表相同或者相似之組件。然而，本領域之普通技術人員應當理解，下文中所提供之實施例並非用來限制本發明所覆蓋之範圍。此外，附圖僅僅用於示意性地加以說明，並未依照其原尺寸進行繪製。

下面參照附圖，對本發明之具體實施方式作進一步之詳細描述。

第一實施例

如圖1所示，為本發明第一實施例的觸控顯示面板10的平面示意圖。觸控顯示面板10包括薄膜電晶體陣列基板11，以及位於薄膜電晶體陣列基板11上的開關模組16、位於薄膜電晶體陣列基板11一端的主觸控部12、指紋識別部18及中央處理單元19。主觸控部12用於感測觸摸位置，指紋識別部18用於感測並收集指紋信號。

觸控顯示面板10還包括一顯示區AA，顯示區AA對應觸控顯示面板10的畫面顯示區域設置，主觸控部12位於顯示區AA內，開關模組16、指紋識別部18以及中央處理單元19位於顯示區AA外。

如圖2所示，為圖1沿II-II方向的剖視示意圖。薄膜電晶體陣列基板11還包括玻璃基板110、觸控電極111、圖元電極112、鈍化層13以及走線15，其中，鈍化層13包括第一鈍化層131、第二鈍化層132以及第三鈍化層133。第一鈍化層131設置於玻璃基板110上方，走線15設置於第一鈍化層131遠離玻璃基板110一側，走線15可由一層導電材料蝕刻而成，走線15具有預定圖案，第二鈍化層132設置於第一鈍化層131遠離玻璃基板110一側並覆蓋走線15，第二鈍化層132遠離第一鈍化層131一側設置有多個呈矩陣排布且間隔設置的觸控電極111，第二鈍化層132上對應每個觸控電極111至少開設有一個過孔14，每個觸控 電極111至少藉由一個過孔14和至少一條走線15與開關模組16實現電連接，第三鈍化層133覆蓋多個觸控電極111。第三鈍化層133遠離觸控電極111一側設置有多個呈矩陣排布的圖元電極112，觸控電極111可複用為公共電極，即，圖元電極112與觸控電極111相互配合以驅動位於薄膜電晶體陣列基板11外的液晶層中的液晶分子轉動並實現畫面的顯示。可以理解的，薄膜電晶體陣列基板11所包括的元件並不僅限於上述列舉的元件，玻璃基板110與第一鈍化層131之間或圖元電極112遠離第三鈍化層133一側均可包括常規的薄膜電晶體陣列基板11的其他必要元件，此處不做贅述。如圖1所示，多條走線15間隔排布，走線15由過孔14延伸出後大致沿同一方向平行延伸至顯示區AA外，並與開關模組16電連接。

主觸控部12為單層自容式電極結構，主觸控部12內包括多個呈矩陣間隔排布的觸控電極111，主觸控部12藉由多個觸控電極111實現對觸摸的感知，使用者在顯示區AA進行觸摸操作時，可根據觸控電極111的電信號變化以感測觸摸位置。於一實施例中，各觸控電極111面積相等，觸控電極111可為邊長3mm至5mm的正方形。在其他實施例中，各觸控電極111的面積及形狀可為不全相等或者全不相等，且靠近主觸控部12邊緣的觸控電極111的面積越小。

如圖3所示，為本發明第一實施例的觸控顯示面板10的局部放大示意圖。指紋識別部18位於薄膜電晶體陣列基板11上，指紋識別部18為單層自容式電極結構。指紋識別部18包括多個間隔排布的指紋識別電極181，指紋識別電極181可製作於薄膜電晶體陣列基板11上，指紋識別電極181可與觸控電極111在同一道光蝕刻製程中被製作。指紋識別部18電連接開關模組16及中央處理單元19，鈍化層13上對應每個指紋識別電極181開設有至少一個過孔14，開關模組16藉由走線15和位於指紋識別電極181上方的過孔14與指紋識別電極181電連接，連接指紋識別電極181的走線15進一步由過孔14向中央處理單元19繼續延伸並與中央處理單元19電連接。

指紋識別部18的面積小於或等於主觸控部12的面積的百分之一，每個指紋識別電極181的面積小於或等於每個觸控電極111的面積的百分之一。於一實施例中，多個指紋識別電極181具有相同的形狀及面積，指紋識別電極181為邊長30μm至50μm的正方形，多個觸控電極111具有相同的形狀及面積，且相鄰兩個指紋識別電極181之間的間距不大於單個指紋識別電極181的最大寬度。在其他實施例中，各指紋識別電極181的面積及形狀可為不全相等或者全不相等，且靠近指紋識別部18邊緣的指紋識別電極181的面積越小。人的手指上存在著凸起的脊和凹陷的谷，成年人的兩個相鄰的脊之間的距離範圍約為0.2mm至0.5mm，兒童的兩個相鄰的脊之間的距離範圍約為0.1mm。由於該實施例中單個指紋識別電極181的最大寬度遠小於人手指中兩個相鄰的脊之間的距離，因此，指紋識別部18可根據多個指紋識別電極181的電容變化獲取指紋資訊以達成指紋識別的功效。可以理解地，當手指接觸指紋識別部18時，脊對應的皮膚與指紋識別部18接觸，可引起與之接觸的指紋識別電極181的電容變化作為指紋識別信號，穀對應的皮膚不與指紋識別部18接觸，不引起與之接觸的指紋識別電極181的電容變化。指紋識別電極181的數量可小於或等於觸控電極111的數量。在本實施方式中，指紋識別電極181的數量可等於觸控電極111的數量。於一實施例中，指紋識別部18為一長不大於3cm、寬不大於50μm的矩形，指紋識別電極181的數量約為600個，指紋識別電極181間隔排布為一條狀，使用者在使用指紋識別功能時，需將手指按壓於指紋識別部18並向同一方向滑動，指紋識別部18可藉此收集足夠的指紋資訊以完成對指紋的識別。在其他實施例中，指紋識別部18可為其他合理的形狀或尺寸，指紋識別電極181亦可呈矩陣排布，使用者將手指直接放置於指紋識別部18表面即可使指紋識別部18收集足夠的指紋資訊以完成對指紋的識別。

中央處理單元19還包括一第一信號控制線171、一第二信號控制線172及一公共電極線175，中央處理單元19藉由第一信號控制線171、第二信號控制線172及公共電極線175與開關模組16電性連接。第一信號控制線171及第二信號控制線172用於將中央處理單元19發出的控制信號傳至開關模組16，開關模組16依據控制信號調整其狀態為斷開或導通。公共電極線175可將中央處理單元19輸出的公共電壓信號傳至開關模組16。

如圖4所示，為本發明第一實施例的觸控顯示面板10的局部放大示意圖。開關模組16包括多個開關單元160，開關單元160用於建立或斷開觸控電極111和指紋識別電極181的電性連接。每個開關單元160包括至少兩個薄膜電晶體。於一實施例中，至少兩個薄膜電晶體包括並聯的第一薄膜電晶體161以及第二薄膜電晶體162，第一薄膜電晶體161以及第二薄膜電晶體162均包括源極、汲極以及閘極，閘極可控制源極與汲極之間的導通與斷開。每個第一薄膜電晶體161的閘極藉由第一信號控制線171與開關模組16電連接，每個第二薄膜電晶體162的閘極藉由第二信號控制線172與開關模組16電連接。在本實施例中，第一薄膜電晶體161以及第二薄膜電晶體162的源極藉由走線15同時與一個觸控電極111電連接，第一薄膜電晶體161的汲極藉由走線15與一個指紋識別電極181電連接，第二薄膜電晶體162的汲極藉由公共電極線175與中央處理單元19電連接。在其他實施例中，第一薄膜電晶體161以及第二薄膜電晶體162的汲極藉由走線15同時與一個觸控電極111電性連接，第一薄膜電晶體161的源極藉由走線15與一個指紋識別電極181電連接，第二薄膜電晶體162的源極藉由公共電極線175與中央處理單元19電連接。

觸控顯示面板10可選擇地工作在觸控階段和指紋識別階段。

在觸控階段，中央處理單元19藉由第二信號控制線172控制第二薄膜電晶體162斷開，中央處理單元19控制第一薄膜電晶體161導通以建立觸控電 極111和指紋識別電極181之間的電性連接，觸控電極111藉由電性連接的開關單元160和指紋識別電極181輸出觸控感測信號給中央處理單元19，中央處理單元19藉由同樣的路徑將公共電壓傳導至顯示區AA內，中央處理單元19根據觸控感測信號感測當前施加在觸控顯示面板10上觸摸操作的位置，以實現觸控操作。具體地，當使用者觸摸主觸控部12時，引起觸控電極111的自電容的變化，被觸摸的觸控電極111的電容值與未被觸摸的觸控電極111的電容值存在明顯差異，中央處理單元19藉由對其電信號的處理判斷觸摸位置。

在觸控階段，指紋識別部18和主觸控部12串聯，指紋識別電極181亦可與觸摸在指紋識別部18上的手指形成觸摸電容，即指紋識別部18可能在該階段被誤觸，進而產生觸摸感測信號。由於觸摸電容與觸控電極111和指紋識別電極181的面積成正比，且單個指紋識別電極181的面積遠小於單個觸控電極111的面積，進而指紋識別電極181根據觸摸操作產生的觸摸電容的容值遠遠小於對應的觸控電極111產生的觸電容的容值。因此，在觸控階段，中央處理單元19忽略指紋識別部18在觸控階段產生的觸摸感測信號，僅識別主觸控部12在觸控階段產生的觸摸感測信號。

在指紋識別階段，中央處理單元19藉由第一信號控制線171控制第一薄膜電晶體161斷開，進而斷開觸控電極111和與其對應的指紋識別電極181之間的電性連接，同時，中央處理單元19藉由第二信號控制線172控制第二薄膜電晶體162導通，使得觸控電極111藉由第二薄膜電晶體162及公共電極線175接收中央處理單元19輸出的公共電壓。觸控電極111和指紋識別電極181之間的電性連接已斷開，指紋識別電極181與中央處理單元19電性連接，指紋識別電極181將感測到的指紋信號輸出給中央處理單元19，中央處理單元19根據指紋信號識別當前施加在觸控顯示面板10上的指紋，以實現指紋識別功能。

主觸控部12的電信號無法傳遞至中央處理單元19，指紋識別部18的電信號變化可被中央處理單元19辨識並作出判斷。

可以理解地，在觸控顯示面板的驅動過程中還包括顯示階段，顯示階段、觸控階段和指紋識別階段交替開啟，其中，觸控階段的時間長度大於指紋識別階段的時間長度。例如，在16.67毫秒(1幀)內，觸控顯示面板10工作在觸控階段的時間總長度為2毫秒，觸控顯示面板10工作在指紋識別階段的時間總長度為1毫秒，觸控顯示面板10工作在顯示階段的時間總長度為13.67毫秒。

本實施例的觸控顯示面板10中嵌入指紋識別部18，並使用開關模組16作為控制指紋識別部18與主觸控部12的電路的中樞，提升元件的利用率，並進一步使結構簡化；由於不需要額外提供指紋識別模組，進而使得結構更加精簡，減少了組裝流程，降低成本。

第二實施例

如圖5所示，為本發明第二實施例的觸控顯示面板10的平面示意圖。第二實施例與第一實施例的區別僅在於：在第二實施例中，觸控電極111的數量大於指紋識別電極181的數量。部分觸控電極111藉由一個開關單元160和一個指紋識別電極181與中央處理單元19電連接，部分觸控電極111藉由開關單元160直接與中央處理單元19電連接。同時，藉由開關單元160直接與中央處理單元19電連接的觸控電極111對稱設置於指紋識別部18的相對兩側。指紋識別部18大致位於顯示區AA一側區域的中心位置，由開關模組16引出的走線15中，位於兩側的走線15直接電連接到中央處理單元19，餘下的走線15點連接到一個指紋識別電極181到中央處理單元19。

本實施例中，觸控電極111的數量大於指紋識別電極181的數量，部分觸控電極111未藉由指紋識別電極181直接與中央處理單元19電連接，使得 觸控電極111的數量不會被指紋識別電極181的數量限制，可根據實際需要調整觸控電極111的數量已獲得不同的觸控精度及觸控範圍。

第三實施例

如圖6所示，為本發明第三實施例的觸控顯示面板10的平面示意圖。第三實施例與第一實施例的區別僅在於：在第三實施例中，觸控電極111的數量大於指紋識別電極181的數量。部分觸控電極111藉由一個開關單元160和一個指紋識別電極181與中央處理單元19電連接，部分觸控電極111藉由一個開關單元160直接與中央處理單元19電連接。同時，藉由開關單元160直接與中央處理單元19電連接的觸控電極111對稱設置於指紋識別部18的相對兩側。指紋識別部18大致位於顯示區AA一側區域靠近邊緣的位置，由開關模組16引出的走線15中，靠近指紋識別部18一側的走線15直接電連接到中央處理單元19，餘下的走線15點連接到一個指紋識別電極181到中央處理單元19。

本實施例中，觸控電極111的數量大於指紋識別電極181的數量，部分觸控電極111未藉由指紋識別電極181直接與中央處理單元19電連接，使得觸控電極111的數量不會被指紋識別電極181的數量限制，可根據實際需要調整觸控電極111的數量已獲得不同的觸控精度及觸控範圍。

第四實施例

如圖7所示，為本發明第四實施例的觸控顯示面板10的平面示意圖。第四實施例與第一實施例的區別僅在於：觸控電極111進一步包括多個第一觸控電極111A和多個第二觸控電極111B，公共電極線進一步包括第一公共電極線176以及第二公共電極線177，中央處理單元19還包括第三信號控制線173和第四信號控制線174。第一觸控電極111A和第二觸控電極111B沿第一方向X交替設置，且沿與第一方向X垂直的第二方向Y交替設置。開關模組16包括第一開關模組163以及第二開關模組164，第一開關模組163與第二開關模組164間隔設置。 如圖8所示，為本發明第四實施例的觸控顯示面板的局部放大示意圖。第一開關模組163藉由第一信號控制線171、第二信號控制線172及第一公共電極線176與中央處理單元19電連接，第二開關模組164藉由第三信號控制線173、第四信號控制線174及第二公共電極線177與中央處理單元19電連接。第一觸控電極111A藉由第一開關模組163和對應的指紋識別電極181與中央處理單元19電連接；第二觸控電極111B藉由第二開關模組164和對應的指紋識別電極181與中央處理單元19電連接。

本實施例中，將開關模組16分為互相獨立的第一開關模組163以及第二開關模組164，第一開關模組163以及第二開關模組164分別控制不同的觸控感測電極111與指紋識別電極181之間的電連接的導通或斷開。主觸控部12並非連接於唯一的開關模組16，當第一開關模組163或者第二開關模組164中的一個因發生故障而持續斷開時，至少還有另一部分觸控電極111與中央處理單元19電連接而使得觸控功能得以保持正常。

如圖9所示，為應用本發明一實施例的觸控顯示面板10的電子裝置1的示意圖。該電子裝置1包括主體2及設置於主體2內的觸控顯示面板10，該觸控顯示面板10可以為上述實施例一至實施例四所述之任一觸控顯示面板10。圖8中僅以電子裝置1為手機為例，在其它實施例中，該電子裝置1亦可為個人電腦、智慧家電、工業控制器等。

Claims (14)

1. 一種觸控顯示面板，其改良在於，所述觸控顯示面板包括：中央處理單元；開關模組，所述開關模組包括多個開關單元，每個所述開關單元包括兩個並聯的薄膜電晶體，每個所述薄膜電晶體均包括源極、汲極及閘極；指紋識別部，用於感測並收集指紋信號，所述指紋識別部包括多個指紋識別電極；所述指紋識別電極與所述中央處理單元電性連接；主觸控部，用於感測觸摸位置，所述主觸控部包括多個觸控電極，至少一個所述觸控電極藉由所述開關模組與一個所述指紋識別電極電連接；所述中央處理單元進一步控制所述開關模組建立或斷開至少一個所述觸控電極和至少一個所述指紋識別電極之間的電連接，一個所述觸控電極同時電連接到一個所述開關單元的兩個薄膜電晶體的源極，所述中央處理單元藉由一公共電極線電連接所述開關單元的一個薄膜電晶體的汲極，一個所述指紋識別電極電連接所述開關單元的另一個薄膜電晶體的汲極，所述指紋識別電極電連接所述中央處理單元，所述中央處理單元電連接所述開關單元的兩個薄膜電晶體的閘極。
2. 如請求項1所述之觸控顯示面板，其中：至少一個所述開關單元建立或斷開一個所述觸控電極與一個所述指紋識別電極之間的電連接。
3. 如請求項2所述之觸控顯示面板，其中：所述中央處理單元還包括第一信號控制線及第二信號控制線，所述中央處理單元藉由所述第一信號控制線電連接所述開關單元的一個薄膜電晶體的閘極，所述中央處理單元藉由所述第二信號控制線電連接所述開關單元的另一個薄膜電晶體的閘極。
4. 如請求項3所述之觸控顯示面板，其中：所述中央處理單元控制所述開關單元的薄膜電晶體的導通或斷開，所述開關單元的兩個薄膜電晶體中的一個導通時則另一個為斷開。
5. 如請求項1所述之觸控顯示面板，其中：所述觸控電極包括第一觸控電極和第二觸控電極；所述第一觸控電極和所述第二觸控電極沿一第一方向交替設置，且沿與所述第一方向垂直的第二方向交替設置；所述開關模組包括第一開關模組以及第二開關模組，所述中央處理單元分別電連接並控制所述第一開關模組及所述第二開關模組，每個所述第一觸控電極電連接到所述第一開關模組到所述指紋識別電極到所述中央處理單元，每個所述第二觸控電極電連接到所述第二開關模組到所述指紋識別電極到所述中央處理單元。
6. 如請求項1所述之觸控顯示面板，其中：所述觸控電極的數量大於所述指紋識別電極的數量，至少一個所述觸控電極藉由所述開關單元直接與所述中央處理單元電連接。
7. 如請求項1所述之觸控顯示面板，其中：所述開關模組斷開所述觸控電極與所述指紋識別電極之間的電連接時，所述觸控電極的電信號不藉由所述指紋識別電極傳導至所述中央處理器，所述指紋識別電極的電信號傳導至所述中央處理單元。
8. 如請求項1所述之觸控顯示面板，其中：所述開關模組導通所述觸控電極與所述指紋識別電極之間的電連接時，每個所述觸控電極的電信號傳導至所述開關模組到一個所述指紋識別電極到所述中央處理單元，每個所述指紋識別電極的電信號傳導至所述中央處理器。
9. 如請求項1所述之觸控顯示面板，其中：所述指紋識別部的面積小於或等於所述主觸控部的面積的百分之一。
10. 如請求項1所述之觸控顯示面板，其中：每個所述指紋識別電極的面積小於或等於每個所述觸控電極的面積的百分之一。
11. 如請求項1所述之觸控顯示面板，其中：所述觸控顯示面板包括一顯示區，所述顯示區對應所述觸控顯示面板的畫面顯示區域設置，所述主觸控部位於所述顯示區內，所述指紋識別部位於所述顯示區外，所述開關模組位於所述顯示區外。
12. 如請求項1所述之觸控顯示面板，其中：所述觸控顯示面板還包括一薄膜電晶體陣列基板，所述主觸控部及所述指紋識別部均設置於所述薄膜電晶體陣列基板上。
13. 如請求項12所述之觸控顯示面板，其中：所述指紋識別電極與所述觸控電極在同一道光罩製程中被製作。
14. 一種電子裝置，該電子裝置包括本體及設置於該本體內的觸控顯示面板，其中：所述觸控顯示面板為請求項1-13任意一項所述之觸控顯示面板。