WO2014153829A1 - 内嵌式触摸屏及显示装置 - Google Patents

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transistor
photosensitive
electrode
signal
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杨通
徐宇博
胡明
林炳仟
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BOE Technology Group Co Ltd
Hefei BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
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BOE Technology Group Co Ltd
Hefei BOE Optoelectronics Technology Co Ltd
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    • G06F3/0443—Digitisers, e.g. for touch screens or touch pads, characterised by the transducing means by capacitive means using a single layer of sensing electrodes
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    • G06F2203/04106—Multi-sensing digitiser, i.e. digitiser using at least two different sensing technologies simultaneously or alternatively, e.g. for detecting pen and finger, for saving power or for improving position detection
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    • G06F2203/041—Indexing scheme relating to G06F3/041 - G06F3/045
    • G06F2203/04112—Electrode mesh in capacitive digitiser: electrode for touch sensing is formed of a mesh of very fine, normally metallic, interconnected lines that are almost invisible to see. This provides a quite large but transparent electrode surface, without need for ITO or similar transparent conductive material

Definitions

  • Embodiments of the present invention relate to an in-cell touch panel and display device. Background technique
  • the Touch Screen Panel With the rapid development of display technology, the Touch Screen Panel has gradually spread throughout people's lives.
  • the touch screen can be divided into: resistive, capacitive, infrared, surface acoustic wave, electromagnetic, vibration wave induction and frustrated total internal reflection optical induction.
  • the structure of the touch screen can be divided into the following types: Touch sensor plug-in type (double layer), touch sensor on the cover surface (single layer), touch sensor on the panel, and touch sensor inside the panel (inline).
  • the structure of the touch sensing inside the panel can not only reduce the thickness of the touch screen as a whole, but also greatly reduce the manufacturing cost of the touch screen, and thus is favored by the major panel manufacturers.
  • touch sensing is designed inside the panel mainly through resistive, capacitive or optical sensing.
  • the resistance sensing technology belongs to the low-end sensing technology, and the manufactured products generally have a short life span;
  • the capacitive sensing technology is mainly suitable for small and medium size, that is, a touch screen of 10 inches or less;
  • the optical sensing technology is on the screen.
  • the size is not limited, and the manufactured product has a long life and is relatively stable, but the optical sensing type touch screen needs to rely on the light environment, and the touch operation cannot be realized without light. Summary of the invention
  • One embodiment of the present invention provides an in-cell touch panel and display device for implementing a touch screen with high touch sensitivity.
  • An embodiment of the present invention provides an in-cell touch panel including an array substrate having a plurality of gate signal lines, and a plurality of pixel units arranged in a matrix on the array substrate;
  • At least one gate signal line in the array substrate is used as a touch scan line;
  • the array substrate has a touch sensing line between the pixel units of the adjacent columns;
  • the array substrate has a touch unit located in a region defined by the touch scan line and the touch read line;
  • Each of the touch units includes a light sensor unit, a touch electrode, and a touch signal control unit; the light sensor unit is connected to the touch signal control unit through the touch electrode, and the light sensor
  • the control signal outputted by the unit to the touch control sub-unit changes according to changes of the external light and the touch electrode coupling capacitance; the touch signal control sub-unit and the touch scan line and the touch read line respectively
  • the touch signal control sub-unit transmits an electrical signal to the touch scan line, the touch sensing signal modulated by the control signal is output through the touch read line.
  • a display device includes an in-cell touch panel provided by an embodiment of the present invention.
  • An embedded touch screen and a display device wherein at least one gate signal line in the array substrate is used as a touch scan line, and touch reading is performed between pixel units of the array substrate located in adjacent columns.
  • a touch unit is disposed in a region defined by the touch scan line and the touch read line; wherein each touch unit includes a photo sensor unit, a touch electrode, and a touch signal control subunit; The sub-unit is connected to the touch signal control sub-unit through the touch electrode, and the control signal outputted by the photo-sensing sub-unit to the touch signal control sub-unit changes according to the change of the external light and the touch electrode coupling capacitance; the touch signal controller The unit is connected to the touch scan line and the touch read line.
  • the touch signal control subunit outputs the touch sensing signal modulated by the control signal through the touch read line when the touch scan line transmits the electrical signal.
  • the touch screen of the embodiment of the present invention can be used in the case of ambient light, as the control signal of the touch sensing signal is changed according to the external light and the coupling capacitance of the touch electrode. Improve the touch sensitivity of the touch screen.
  • the touch screen of the embodiment of the invention can also implement the touch operation in the absence of ambient light, and the dependence of the touch screen on the light environment is reduced.
  • FIG. 1 is a schematic structural diagram of an in-cell touch panel according to an embodiment of the present invention
  • FIG. 2 is a schematic structural diagram of an in-cell touch panel according to an embodiment of the present invention
  • FIGS. 3a to 3c are provided according to an embodiment of the present invention
  • a specific circuit diagram of the touch unit
  • FIG. 4 is a circuit timing diagram corresponding to the circuit diagram shown in FIG. 3a.
  • GN gate signal lines
  • At least one gate signal line GN in the array substrate 1 serves as a touch scan line (for example, G2 and G4 in Fig. 1 as a touch scan line).
  • the array substrate 1 has a touch unit 02 located in a region defined by the touch scan lines G2 and G4 and the touch read lines R01 (Read outl) and R02 (Read out2) (the specificity of the touch unit is not shown in FIG. 1) structure).
  • Each touch unit includes a photo sensor unit, a touch electrode, and a touch signal control subunit.
  • the photo sensor unit is connected to the touch signal control subunit through the touch electrode.
  • the control signal output from the photo sensor unit to the touch signal control sub-unit changes as the external light and the touch electrode coupling capacitance change.
  • the touch signal control subunits are respectively connected to the touch scan lines and the touch read lines.
  • the touch signal control sub-unit outputs the touch sensing signal modulated by the control signal through the touch read line when the touch scan line transmits the electrical signal.
  • a shielding layer for shielding an electric field is generally provided on a color filter substrate disposed opposite to the array substrate.
  • the shielding layer is an open area at least in a region corresponding to the touch unit, that is, the shielding layer corresponds to the touch unit. There is no pattern in the area.
  • the unpatterned area is shown by the dashed box in Figure 2.
  • the external light can be irradiated from the open area to the photo sensor unit in the touch unit, and the finger forms a capacitance between the touch area and the touch electrode.
  • the touch precision of a touch screen is usually on the order of millimeters, and the display precision of an array substrate is usually on the order of micrometers. It can be seen that the touch scan lines and touch read lines required for the touch screen are much less than the drive lines (data signal lines and gate signal lines) required for the array substrate display. Therefore, in the touch screen provided by the embodiment of the present invention, when the touch read line and the touch scan line are set, the spacing between the touch scan lines can be generally set to be the same, and each touch read is performed. The spacing between the lines is set to be the same.
  • the spacing between the touch scan lines and the distance between the touch read lines can be set to be the same to unify the touch precision of the touch screen.
  • the touch read lines and the data signal lines in the array substrate are disposed in the same layer and insulated from each other, that is, A touch read line insulated from each other is prepared while preparing each data signal line.
  • a touch read line insulated from each other is prepared while preparing each data signal line.
  • the touch read line and the data signal line can also be separately prepared, which is not limited herein.
  • a metal or a transparent conductive oxide may be used as the material of the touch control electrode.
  • the touch electrodes can be made in the same layer as the pixel electrodes or the common electrode materials in the array substrate, and it is necessary to ensure that the two are insulated from each other.
  • the touch unit can also be made in the same layer and in the same layer as the source and drain materials of the transistor devices in the array substrate, and the two are insulated from each other, and no further details are provided herein.
  • the touch screen provided in the embodiment of the present invention may further include: at least one touch sub-electrode electrically connected to the touch electrode and located at a gap between adjacent pixel units. In this way, the touch area of each touch unit can be increased as much as possible on the basis of ensuring the aperture ratio of the touch screen, so as to improve the sensitivity of the touch sensing.
  • each of the touch units disposed in the array substrate includes a photo sensor unit, a touch electrode, and a touch signal control subunit.
  • the control signal outputted by the photo sensor unit is input to the touch signal control subunit through the touch electrode.
  • the control signal changes as the external light and the touch electrode coupling capacitance change. Specifically, the control signal when no touch occurs will be smaller than the control signal when a touch occurs, with or without external light. Also, when no touch occurs, the control signal when there is external light irradiation is smaller than the control signal when there is no external light.
  • the larger the control signal input to the touch control subunit the larger the touch sensing signal output by the touch signal control subunit to the touch read line.
  • the touch screen of one embodiment of the present invention can improve the touch sensitivity of the touch screen in the case of external light. Moreover, with respect to a single optical sensing touch screen, the touch screen of one embodiment of the present invention can also implement a touch operation without external light illumination, thereby reducing the dependence of the touch screen on the light environment.
  • the photo sensor subunit included in each touch unit in the touch screen provided by the embodiment of the present invention may be a phototransistor.
  • the working principle of the phototransistor is as follows: In the case of no external light irradiation, if a certain positive pressure is applied to the gate of the phototransistor, the carrier density in the active layer of the phototransistor increases, and the phototransistor is turned on.
  • the touch unit 02 includes a photo sensor unit 03, a touch electrode 04, and a touch signal control subunit 05.
  • a plurality of light sensing scan lines and a plurality of light sensing signal lines between adjacent pixel units in the array substrate are disposed on the array substrate.
  • the light sensing scanning line and the light sensing signal line may be disposed at a gap between pixel units of adjacent rows.
  • the light sensing scan line may be specifically set as at least one gate signal line different from the touch scan line in the array substrate.
  • G1 and G2 in FIG. 3a are two adjacent gate signal lines, and G2 can be used as a touch scan line, and the upper line G1 of G2 is used as a light-sensing scan line, and Pre (Precharge) is a light-sensitive signal line.
  • the next line G3 of G2 can also be used as the optical scanning line, which is not limited herein.
  • the photo sensor unit 03 includes a photo transistor M1.
  • the gate of the phototransistor M1 is connected to the photo-sensing scan line G1
  • the source of the photo-sensing transistor M1 is connected to the photo-sensing signal line Pre
  • the drain of the photo-sensing transistor M1 is connected to the touch electrode 04, that is, the node A in FIG. 3a.
  • the light sensing signal line Pre transmits a control signal to the touch electrode 04 when the photo transistor M1 is turned on.
  • a plurality of light sensing scan lines between adjacent pixel cells in the array substrate are disposed on the array substrate.
  • the light sensing scan lines may be disposed at gaps between pixel units of adjacent rows.
  • the light sensing scan line may be specifically disposed as at least one gate signal line different from the touch scan line in the array substrate.
  • G1 and G2 are two adjacent gate signal lines.
  • G2 can be used as the touch scan line, and the upper line G1 of G2 is used as the light sense scan line.
  • the next line G3 of G2 can also be used as the optical scanning line, which is not limited herein.
  • the photo sensor unit 03 includes a photo transistor M1.
  • the phototransistor M1 are connected to the photosensitive scanning line G1, and the drain of the photo transistor M1 is connected to the touch electrode 04, that is, the node eight in FIG. 3b.
  • a plurality of light sensing scan lines between adjacent pixel cells in the array substrate are disposed on the array substrate.
  • the light sensing scan lines may be disposed at gaps between pixel units of adjacent rows.
  • the light sensing scan line may be specifically disposed as at least one gate signal line different from the touch scan line in the array substrate.
  • G1 and G2 in Fig. 3c are two adjacent gate signal lines, and G2 can be used as a touch scan line, and the upper line G1 of G2 is used as a light sense scan line.
  • the next line G3 of G2 can also be used as the optical scanning line, which is not limited herein.
  • the photo sensor unit 03 includes a photo transistor M1 and a first transistor T1.
  • the gate of the phototransistor M1 is connected to the photo-sensing scan line G1, and the drain of the photo-sensing transistor M1 is connected to the touch electrode 04, that is, the node A in FIG. 3c, the source of the photo-sensing transistor M1 and the drain of the first transistor T1. Extremely connected.
  • the source and the gate of the first transistor T1 are connected to the photosensitive scanning line G1.
  • the voltage input to the source of the phototransistor M1 can be adjusted by adjusting the aspect ratio of the first transistor T1.
  • the touch signal control sub-unit 05 included in each of the touch panels provided by the above-mentioned embodiments of the present invention may specifically include: a second transistor T2 and a third Transistor T3.
  • the gate of the second transistor T2 is connected to the touch electrode 04, the source of the second transistor T2 is connected to the constant voltage signal line or the common electrode Vcom, and the drain of the second transistor T2 is connected to the source of the third transistor T3. .
  • the drain of the third transistor T3 is connected to the touch read line RO (Read out ), and the gate of the third transistor T3 is connected to the touch scan line G2. Among them, the voltage on the constant voltage signal line is constant.
  • the common electrode Vcom connected to the source of the second transistor T2 may be a transparent common electrode opposite to the pixel electrode, or may be a common electrode line made of a metal material, which is not limited herein.
  • the touch electrode 04 connected to the gate of the second transistor T2 loads the touch signal through the photo sensor unit 03, the second transistor T2 is in a linear operation state.
  • the third transistor T3 When a high level is applied to the touch scan line G2 connected to the gate of the third transistor T3, the third transistor T3 is in a fully on state, and the touch sensing signal of the source of the third transistor T3 is directly affected. To the touch read line RO connected to the drain of the third transistor T3.
  • the larger the control signal input to the touch signal control sub-unit 05 the larger the touch sensing signal outputted by the touch signal control sub-unit 05 to the touch read line RO.
  • the control signal changes as the external light and the coupling capacitance of the touch electrode 04 change. It is possible to determine whether or not a touch occurs by detecting the magnitude of the current on the touch read line RO.
  • the light sensing scanning line G1 is at a high level V gh
  • the light sensing signal line Pre is at a high level V pre
  • the photosensitive transistor M1 is in an on state
  • the light sensing signal line Pre passes the control signal V pre through the photosensitive transistor.
  • the light sensing scanning line G1 and the light sensing signal line Pre are simultaneously turned to a low level V gl , and the touch scanning line G2 is turned from a low level V gl to a high level, and the gate of the third transistor T3 is High level, the gate of the second transistor T2 is controlled by the potential V A of point A , the second transistor T2 is in the linear operating region, and the third transistor T3 is in the on state.
  • the touch sensing signal flows from the common electrode Vcom to the touch reading line RO.
  • the higher the potential V A of the node A the larger the touch sensing signal flowing to the touch reading line RO; conversely, the smaller the V A The smaller the touch sensing signal is.
  • the potential of node A is divided into the following three cases:
  • AV A1 +AVA2 (C gsl -C x )*(V gh -V gl )/(C gsl +C x +C gs2 )
  • C represents the parasitic capacitance between the gate and source of the phototransistor M1
  • C gs2 represents the parasitic capacitance between the gate and the source of the second transistor T2
  • C gd2 represents the gate and drain of the second transistor T2
  • the parasitic capacitance between the poles, C gs3 represents the parasitic capacitance between the gate and the source of the third transistor T3.
  • the above capacitors can be regarded as the coupling capacitance of the touch electrodes.
  • the photo transistor M1 since the photo transistor M1 is used as a photosensitive device, its size is large.
  • the second transistor T2 and the third transistor T3 function as control transistors, and their size is small in order to minimize the influence on the aperture ratio. Therefore, C x ⁇ C gsl , that is, C gsl - C x is a positive value, and AV A1 + AV A2 is also a positive value, so V A ⁇ V pre .
  • AV A AV A1 , +AV A2 ,
  • C represents the parasitic capacitance between the gate and source of the phototransistor M1
  • C gs2 represents the parasitic capacitance between the gate and the source of the second transistor T2
  • C sd2 represents the second transistor T2
  • the parasitic capacitance between the gate and the drain C represents the parasitic capacitance between the gate and the drain of the third transistor T3
  • C t represents the capacitance formed between the finger and the touch electrode 04.
  • the above capacitors can be regarded as the coupling capacitance of the touch electrodes.
  • C x ⁇ C gsl that is, C gsl - C x is a positive value, AV A1 , +AV A2 , is a positive value, thus V A , ⁇ V pre .
  • an embodiment of the present invention further provides a display device, which includes the above-mentioned embedded touch screen provided by the embodiment of the present invention, and the display device may be a display, a mobile phone, a television, a notebook, an all-in-one, or the like.
  • the display device may be a display, a mobile phone, a television, a notebook, an all-in-one, or the like.
  • Other indispensable components of the display device are understood by those skilled in the art, and are not described herein, nor should they be construed as limiting the invention.
  • the embodiment of the invention provides an in-cell touch panel and a display device, wherein at least one gate signal line in the array substrate is used as a touch scan line, and touch is disposed between pixel units of the array substrate located in adjacent columns.
  • the line is read, and the touch unit is disposed in an area defined by the touch scan line and the touch read line.
  • Each touch unit includes a photo sensor unit, a touch electrode, and a touch signal control subunit.
  • the photo sensor unit is connected to the touch signal control subunit through the touch electrode, and the control signal outputted by the photo sensor unit changes according to the external light and the touch electrode coupling capacitance.
  • the touch signal control subunits are respectively connected to the touch scan lines and the touch read lines.
  • the touch signal control sub-unit outputs the touch sensing signal modulated by the control signal through the touch read line when the touch scan line transmits the electrical signal. Since the control signal of the modulated touch sensing signal changes according to the external light and the coupling capacitance of the touch electrode, the in-cell touch panel of the present invention has an ambient light condition with respect to a single capacitive touch screen.
  • the touch sensitivity of the touch screen can be improved; and the in-cell touch screen of the present invention can also implement the touch operation in the absence of ambient light compared to the single optical sensing touch screen, thereby reducing the touch screen to the light environment. rely.
  • the spirit and scope of the invention Thus, it is intended that the present invention cover the modifications and variations of the inventions

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Abstract

本发明实施例公开了一种内嵌式触摸屏及显示装置，将至少一条栅极信号线作为触控扫描线，在阵列基板位于相邻列的像素单元之间设置触控读取线，并在位于触控扫描线和触控读取线所限定区域内设置触控单元；每个触控单元包括光感子单元、触控电极以及触控信号控制子单元；光感子单元通过触控电极与触控信号控制子单元相连，光感子单元输出到触控信号控制子单元的控制信号随着外部光线以及触控电极耦合电容的变化而变化；触控信号控制子单元分别与触控扫描线和触控读取线相连，触控信号控制子单元在触控扫描线传递电信号时，将经过控制信号调制的触控感测信号通过触控读取线输出。相对于单一的电容式触摸屏，发明实施例公开的内嵌式触摸屏可以提高触摸屏的触摸灵敏度。

Description

内嵌式触摸屏及显示装置 技术领域
本发明的实施例涉及一种内嵌式触摸屏及显示装置。 背景技术
随着显示技术的飞速发展， 触摸屏 ( Touch Screen Panel ) 已经逐渐遍及 人们的生活中。 目前， 触摸屏按照工作原理可以分为： 电阻式、 电容式、 红 外线式、表面声波式、 电磁式、振波感应式以及受抑全内反射光学感应式等。 触摸屏的组成结构可以分为以下几种： 触摸传感器外挂式（双层）、 触摸传 感器位于覆盖面上（单层）、 触摸传感器位于面板上、 触摸传感器位于面板 内部 （内嵌）。 其中， 触摸传感在面板内部的结构既可以减薄触摸屏整体的 厚度， 又可以大大降低触摸屏的制作成本， 因而受到各大面板厂家的青睐。
目前， 主要通过电阻式、 电容式或光学式的传感方式， 实现触摸传感在 面板内部的设计。 其中， 电阻传感式技术属于低端传感技术， 制作出的产品 一般寿命较短； 电容传感式技术主要适合于中小尺寸， 即 10寸以下的触摸 屏； 而光学传感式技术在屏幕的尺寸上不受限制， 制作出的产品寿命较长， 且相对稳定， 但是光学传感式触摸屏需要依赖于光环境， 在没有光的情况下 无法实现触控操作。 发明内容
本发明的一个实施例提供了一种内嵌式触摸屏及显示装置， 用以实现高 触摸灵敏度的触摸屏。
本发明的一个实施例提供的一种内嵌式触摸屏， 包括具有多条栅极信号 线的阵列基板， 且在所述阵列基板上设有呈矩阵排列的多个像素单元；
阵列基板中的至少一条栅极信号线作为触控扫描线； 所述阵列基板具有位于相邻列的像素单元之间的触控读取线； 所述阵列基板具有位于所述触控扫描线和触控读取线所限定区域内的 触控单元； 其中，
每个触控单元包括光感子单元、 触控电极以及触控信号控制子单元； 所 述光感子单元通过所述触控电极与所述触控信号控制子单元相连， 所述光感 子单元输出到所述触控控制子单元的控制信号随着外部光线以及触控电极 耦合电容的变化而变化； 所述触控信号控制子单元分别与所述触控扫描线和 触控读取线相连， 所述触控信号控制子单元在所述触控扫描线传递电信号 时， 将经过所述控制信号调制的触控感测信号通过所述触控读取线输出。
本发明的一个实施例提供的一种显示装置， 包括本发明实施例提供的内 嵌式触摸屏。
本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏及显示装置，将阵列基板中的至 少一条栅极信号线作为触控扫描线，在阵列基板位于相邻列的像素单元之间 设置触控读取线， 并在位于触控扫描线和触控读取线所限定区域内设置触控 单元； 其中， 每个触控单元包括光感子单元、 触控电极以及触控信号控制子 单元； 光感子单元通过触控电极与触控信号控制子单元相连， 光感子单元输 出到触控信号控制子单元的控制信号随着外部光线以及触控电极耦合电容 的变化而变化； 触控信号控制子单元分别与触控扫描线和触控读取线相连， 触控信号控制子单元在触控扫描线传递电信号时，将经过控制信号调制的触 控感测信号通过触控读取线输出。 由于调制触控感测信号的控制信号会随着 外部光线以及触控电极耦合电容的变化而变化， 因而相对于单一的电容式触 摸屏， 本发明实施例的触摸屏在有环境光的情况下， 可以提高触摸屏的触摸 灵敏度。 并且， 相对于单一的光学传感式触摸屏， 在无环境光的情况下， 本 发明实施例的触摸屏也可以实现触控操作， 减少了触摸屏对光环境的依赖。 附图说明 为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案 ,下面将对实施例的附图 作筒单地介绍， 显而易见地， 下面描述中的附图仅仅涉及本发明的一些实施 例， 而非对本发明的限制。 图 1为本发明的一个实施例提供的内嵌式触摸屏的结构示意图； 图 2为本发明的一个实施例提供的内嵌式触摸屏的结构示意图； 图 3a至图 3c为本发明一个实施例提供的触控单元的具体电路示意图； 图 4为与图 3a所示的电路图对应的电路时序图。 具体实施方式
为使本发明实施例的目的、 技术方案和优点更加清楚， 下面将结合本发 明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然， 所描述的实施例是本发明的一部分实施例， 而不是全部的实施例。 基于所描 述的本发明的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获 得的所有其他实施例， 都属于本发明保护的范围。
除非另作定义， 此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领 域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权 利要求书中使用的 "第一"、 "第二" 以及类似的词语并不表示任何顺序、 数 量或者重要性， 而只是用来区分不同的组成部分。 同样， "一个" 或者 "一" 等类似词语也不表示数量限制， 而是表示存在至少一个。 "包括" 或者 "包 含" 等类似的词语意指出现在 "包括" 或者 "包含" 前面的元件或者物件涵 盖出现在 "包括" 或者 "包含" 后面列举的元件或者物件及其等同， 并不排 除其他元件或者物件。 "连接" 或者 "相连" 等类似的词语并非限定于物理 的或者机械的连接， 而是可以包括电性的连接， 不管是直接的还是间接的。 "上"、 "下"、 "左"、 "右" 等仅用于表示相对位置关系， 当被描述对象的绝 对位置改变后， 则该相对位置关系也可能相应地改变。 下面结合附图， 对本 发明实施例提供的内嵌式触摸屏及显示装置的具体实施方式进行详细地说 明。
本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏， 包括： 具有栅极信号线 GN ( N=l , 2, 3 ··· ··· ) 的阵列基板 1 (图 1中仅仅示出了 N=4的示例， 本领域 的技术人员可以理解这并不是对本发明的限制， 而是为了使附图筒明）， 且 在阵列基板 1上设有呈矩阵排列的多个像素单元 01 , 如图 1所示， 其中 DN ( N=l , 2, 3 ··· ··· )表示阵列基板上的数据信号线（图 1中仅仅示出了 N=4 的示例， 本领域的技术人员可以理解这并不是对本发明的限制， 而是为了使 附图筒明）。
阵列基板 1中的至少一条栅极信号线 GN作为触控扫描线 （例如， 图 1 中 G2和 G4作为触控扫描线）。
阵列基板 1 具有位于相邻列的像素单元 01 之间的触控读取线 RO N ( Read outN ) ( N=l , 2, 3 ··· ··· ), 图 1 中仅仅示出了 N=2的示例， 本领域 的技术人员可以理解这并不是对本发明的限制， 而是为了使附图筒明。
阵列基板 1具有位于触控扫描线 G2和 G4与触控读取线 R01( Read outl ) 和 R02 ( Read out2 )所限定区域内的触控单元 02 (图 1中未示出触控单元 的具体结构）。
每个触控单元包括光感子单元、 触控电极以及触控信号控制子单元。 光 感子单元通过触控电极与触控信号控制子单元相连。 光感子单元输出到触控 信号控制子单元的控制信号随着外部光线以及触控电极耦合电容的变化而 变化。 触控信号控制子单元分别与触控扫描线和触控读取线相连。 触控信号 控制子单元在触控扫描线传递电信号时，将经过控制信号调制的触控感测信 号通过触控读取线输出。
进一步地， 如图 2所示， 在本发明一个实施例提供的上述触摸屏中， 在 与阵列基板相对设置的彩膜基板上一般具有用于屏蔽电场的屏蔽层。该屏蔽 层至少在与触控单元对应的区域中为开口区域， 即在屏蔽层对应触控单元的 区域中无图案。 无图案的区域为图 2中虚线框所示。 当然， 还可以根据需要 在屏蔽层中的其他区域设置开口区域， 在此不做限定。 外部光线可以从该开 口区域照射到触控单元中的光感子单元处，且手指会通过该开口区域与触控 电极之间形成电容。
一般地， 触摸屏的触控精度通常在毫米级， 而阵列基板的显示精度通常 在微米级。 由此可以看出， 触控屏所需的触控扫描线和触控读取线比阵列基 板显示所需的驱动线（数据信号线和栅极信号线）要少得多。 因此， 在本发 明的一个实施例提供的触摸屏中， 在设定触控读取线和触控扫描线时， 一般 可以将各触控扫描线之间的间距设置为相同，各触控读取线之间的间距设置 为相同。
例如， 可以将各触控扫描线之间的间距与各触控读取线之间的间距设置 为相同， 以统一触摸屏的触控精度。
进一步地，在阵列基板中实现位于相邻列的像素单元之间的触控读取线 时， 可以将各触控读取线与阵列基板中的数据信号线同层设置且相互绝缘， 即在制备各数据信号线的同时制备出与其相互绝缘的触控读取线。 这样， 在 制备阵列基板时不需要增加额外的制备工序， 只需要通过一次构图工艺即可 形成数据信号线和触控读取线的图形， 由此能够节省制备成本， 提升产品附 加值。 当然， 也可以分别制备触控读取线和数据信号线， 在此不做限定。
具体地， 本发明一个实施例提供的上述触摸屏， 在触控扫描线和触控读 取线所限定区域内设置触控单元时，可以采用金属或透明导电氧化物作为触 控电极的材料。
此外， 触控电极可以与阵列基板中的像素电极或公共电极材料相同、 同 层制备且需要保证两者相互绝缘。触控单元也可以与阵列基板中的晶体管器 件的源漏极材料相同、 同层制备且保证两者相互绝缘， 在此不作赘述。
由于每个触控单元都仅在触控扫描线和触控读取线所限定区域内设置， 为保证触摸屏的开口率， 每个触控单元的触控面积会设置的比较小， 这不利 于提高触控灵敏度。 因此， 较佳地， 在本发明实施例提供的触摸屏中， 还可 以包括： 与触控电极电性相连且位于相邻像素单元之间的间隙处的至少一个 触控子电极。 这样， 可以在保证触摸屏的开口率的基础上， 尽量增加每个触 控单元的触控面积， 以提高触控感应的灵敏度。
本发明的一个实施例提供的上述内嵌式触摸屏，在阵列基板中设置的每 个触控单元包括光感子单元、 触控电极以及触控信号控制子单元。 光感子单 元输出的控制信号经过触控电极后输入到触控信号控制子单元。该控制信号 会随着外部光线以及触控电极耦合电容的变化而变化。 具体地， 无论在有无 外部光线照射的情况下， 无触摸发生时的控制信号都会小于有触摸发生时的 控制信号。 并且， 在无触摸发生时， 有外部光线照射时的控制信号会小于无 外部光线照射时的控制信号。另外，输入到触控控制子单元的控制信号越大， 触控信号控制子单元输出到触控读取线的触控感测信号也越大。 因此， 相对 于单一的电容式触摸屏，本发明的一个实施例的触摸屏在有外部光线照射的 情况下， 可以提高触摸屏的触摸灵敏度。 并且， 相对于单一的光学传感式触 摸屏， 在无外部光线照射的情况下， 本发明的一个实施例的触摸屏也可以实 现触控操作， 减少了触摸屏对光环境的依赖。
具体地，本发明实施例提供的上述触摸屏中的每个触控单元中包括的光 感子单元， 可以是一个感光晶体管。 该感光晶体管的工作原理为： 在无外部 光线照射的情况下， 如果在该感光晶体管的栅极加载一定的正压， 该感光晶 体管的活性层中载流子密度会增加， 感光晶体管处于开启状态， 若感光晶体 管的源极与漏极之间有电压差， 则源极和漏极之间产生电流； 如果在该感光 晶体管的栅极加载一定的负压， 该感光晶体管的活性层中载流子密度会减 小， 感光晶体管处于关闭状态， 感光晶体管的源极与漏极之间有无电压差都 不会产生电流。
而在有外部光线照射的情况下， 即使在该感光晶体管的栅极加载一定的 负压， 该感光晶体管的活性层中部分电子也会受光子激发由价带跃迁至导带 形成载流子， 从而增加活性层中载流子密度， 若感光晶体管的源极与漏极之 间有电压差， 则源极和漏极之间产生电流。 置的触控单元 02的具体结构进行详细的说明。触控单元 02包括光感子单元 03、 触控电极 04以及触控信号控制子单元 05。
在一个实施例中，在阵列基板上设置位于阵列基板中相邻像素单元之间 的多条光感扫描线以及多条光感信号线。 光感扫描线和光感信号线可以设置 在相邻行的像素单元之间的间隙处。 并且， 为了筒化阵列基板上的布线， 可 以将光感扫描线具体设置为阵列基板中的至少一条不同于触控扫描线的栅 极信号线。 例如， 图 3a中的 G1和 G2是两条相邻的栅极信号线， 可以将 G2作为触控扫描线， 将 G2的上一行 G1作为光感扫描线， Pre ( Precharge ) 为光感信号线。 当然， 也可以将 G2的下一行 G3作为光感扫描线使用， 在 此不做限定。
进一步地， 如图 3a所示， 光感子单元 03包括感光晶体管 Ml。 其中， 感光晶体管 Ml的栅极与光感扫描线 G1相连， 感光晶体管 Ml的源极与光 感信号线 Pre相连， 感光晶体管 Ml的漏极与触控电极 04相连， 即图 3a中 的节点 A。 光感信号线 Pre在感光晶体管 Ml开启时， 传输控制信号到触控 电极 04。
在另一个实施例中，在阵列基板上设置位于阵列基板中相邻像素单元之 间的多条光感扫描线。 光感扫描线可以设置在相邻行的像素单元之间的间隙 处。 并且， 为了筒化阵列基板上的布线， 可以将光感扫描线具体设置为阵列 基板中的至少一条不同于触控扫描线的栅极信号线。 例如， 图 3b 中 G1和 G2是两条相邻的栅极信号线， 可以将 G2作为触控扫描线， 将 G2的上一行 G1作为光感扫描线。当然，也可以将 G2的下一行 G3作为光感扫描线使用， 在此不做限定。
如图 3b所示， 光感子单元 03包括感光晶体管 Ml。 其中， 感光晶体管 Ml的栅极和源极与光感扫描线 G1相连，感光晶体管 Ml的漏极与触控电极 04相连， 即图 3b中的节点八。
在又一个实施例中，在阵列基板上设置位于阵列基板中相邻像素单元之 间的多条光感扫描线。 光感扫描线可以设置在相邻行的像素单元之间的间隙 处。 并且， 为了筒化阵列基板上的布线， 可以将光感扫描线具体设置为阵列 基板中的至少一条不同于触控扫描线的栅极信号线。例如， 图 3c中的 G1和 G2是两条相邻的栅极信号线， 可以将 G2作为触控扫描线， 将 G2的上一行 G1作为光感扫描线。当然，也可以将 G2的下一行 G3作为光感扫描线使用， 在此不做限定。
如图 3c所示， 光感子单元 03包括感光晶体管 Ml以及第一晶体管 Tl。 其中， 感光晶体管 Ml的栅极与光感扫描线 G1相连， 感光晶体管 Ml的漏 极与触控电极 04相连， 即图 3c中的节点 A, 感光晶体管 Ml的源极与第一 晶体管 T1的漏极相连。 第一晶体管 T1的源极和栅极与光感扫描线 G1相 连。 在具体实施时， 可以通过调节第一晶体管 T1的长宽比来调节输入到感 光晶体管 Ml源极的电压。
具体地，本发明上述实施例提供的上述触摸屏中的每个触控单元中包括 的触控信号控制子单元 05, 如图 3a-图 3c所示， 可以具体包括： 第二晶体管 T2和第三晶体管 T3。
其中， 第二晶体管 Τ2的栅极与触控电极 04相连， 第二晶体管 Τ2的源 极与恒压信号线或公共电极 Vcom相连， 第二晶体管 T2的漏极与第三晶体 管 T3的源极相连。 第三晶体管 T3的漏极与触控读取线 RO ( Read out )相 连， 第三晶体管 T3的栅极与触控扫描线 G2相连。 其中， 恒压信号线上的 电压是恒定的。
值得注意的是， 与第二晶体管 T2的源极相连的公共电极 Vcom, 可以 是与像素电极相对的透明公共电极，也可以是采用金属材料制备的公共电极 线， 在此不做限定。 在与第二晶体管 T2的栅极相连的触控电极 04通过光感子单元 03加载 触控信号时， 第二晶体管 T2处于线性工作状态。 第二晶体管 T2的栅极的 控制信号越大， 则从公共电极 Vcom流过第二晶体管 T2的源极和漏极的电 流会变大， 因此流向第三晶体管 T3的源极的电流也就越大。
在与第三晶体管 T3的栅极相连的触控扫描线 G2上加载高电平时， 第 三晶体管 T3处于完全开启状态， 第三晶体管 T3的源极的触控感测信号不 受影响直接被输出到与第三晶体管 T3漏极相连的触控读取线 RO上。
因此， 从上面的分析可知， 输入到触控信号控制子单元 05的控制信号 越大， 触控信号控制子单元 05输出到触控读取线 RO的触控感测信号也就 越大。 而控制信号会随着外部光线以及触控电极 04耦合电容的变化而变化， 那么。就可以通过检测触控读取线 RO上电流的大小来判断是否有触控发生。
下面结合如图 4所示的时序图， 以图 3a所示的结构为例， 对本发明实 施例提供的触摸屏的具体工作原理进行筒要介绍。
在第一时段 tl , 光感扫描线 G1为高电平 Vgh, 光感信号线 Pre为高电平 Vpre,感光晶体管 Ml处于开启状态， 光感信号线 Pre将控制信号 Vpre经过感 光晶体管 Ml输出到节点 A, 节点 A的电位为 VA=Vpre。
在第二时段 t2, 光感扫描线 G1和光感信号线 Pre同时转为低电平 Vgl, 触控扫描线 G2从低电平 Vgl转为高电平 这时第三晶体管 T3的栅极为 高电平，第二晶体管 T2的栅极由 A点的电位 VA控制，第二晶体管 T2处在 线性工作区， 第三晶体管 T3处于开启状态。 此时触控感测信号从公共电极 Vcom流向触控读取线 RO, 节点 A的电位 VA越高， 流向触控读取线 RO的 触控感测信号越大； 反之， VA越小， 触控感测信号就越小。 此时， 节点 A 的电位分以下三种情况：
第一种情况： 在无外部光线照射的情况下， 无触摸发生时， 由于没有外 部光线照射感光晶体管 Ml , 因此， 感光晶体管 Ml的活性层中的载流子可 以忽略， 由节点 A流向光感信号线 Pre的漏电流可以忽略。节点 A的电位变 化只受到光感扫描线 G1和触控扫描线 G2电位翻转的影响。 此时， 节点 A 的电位 νΑ=νρκΓ ΔνΑ, 其中，
ΔνΑ=ΔνΑ1+ΔνΑ2
ΔνΑ1=088ΐ*(ν8ΐι-ν8ΐ)/(088ΐ+Οχ+0882)ΔνΑ2=Οχ*(ν8ΐ-ν8ΐι)/(088ΐ+Οχ+0882) AVA1+AVA2=(Cgsl-Cx)*(Vgh-Vgl)/(Cgsl+Cx+Cgs2)
其中 , Cx=Cgd2 * Cgs3/ (Cgd2+Cgs3)
式中 C 表示感光晶体管 Ml的栅极和源极之间的寄生电容， Cgs2表示 第二晶体管 T2的栅极和源极之间的寄生电容， Cgd2表示第二晶体管 T2的 栅极和漏极之间的寄生电容, Cgs3表示第三晶体管 T3的栅极和源极之间的寄 生电容。 以上的电容都可以视为触控电极的耦合电容。
在实际设计中， 由于感光晶体管 Ml作为感光器件， 其尺寸要较大。 而 第二晶体管 T2和第三晶体管 T3作为控制晶体管， 为尽量减小对开口率的 影响， 它们的尺寸较小。 因此 Cx<Cgsl , 即 Cgsl-Cx为正值， AVA1+AVA2也为 正值， 因此 VA<Vpre。
第二种情况： 在触摸发生时， 无论有无外部光线照射， 都会因为手指遮 挡， 而无外部光线照射感光晶体管 Ml。 因此， 感光晶体管 Ml的活性层中 的载流子可以忽略， 由节点 A流向光感信号线 Pre的漏电流可以忽略。 但是 由于触摸发生， 手指会与触控电极 04形成电容 Ct, 此时节点 A的电位为 VA'=Vpre- AVA' , 其中，
AVA，=AVA1，+AVA2，
△ vA1，=cgsl *(vgh- vgl)/(cgsl+cx+cgs2+ct) ,
Figure imgf000012_0001
△ VA1 '+ Δ VA2'=(Cgsl-Cx)*(Vgh-Vgl)/(Cgsl+Cx+Cgs2+Ct)
其中 ,
Figure imgf000012_0002
式中 C 表示感光晶体管 Ml的栅极和源极之间的寄生电容， Cgs2表示 第二晶体管 T2的栅极和源极之间的寄生电容， Csd2表示第二晶体管 T2的 栅极和漏极之间的寄生电容， C 表示第三晶体管 T3 的栅极和漏极之间的 寄生电容， Ct表示手指与触控电极 04之间形成的电容。 以上的电容都可以 视为触控电极的耦合电容。
在实际设计中， 由于感光晶体管 Ml作为感光器件， 其尺寸要较大。 而 第二晶体管 T2和第三晶体管 T3作为控制晶体管， 为尽量减小对开口率的 影响， 它们的尺寸较小。 因此 Cx<Cgsl , 即 Cgsl-Cx为正值， AVA1，+AVA2，为正 值， 因此 VA，<Vpre。
比较可以看出， ΔνΑ， <ΔνΑ, 因此 VA， >VA。 即， 在无外部光线照射 情况下，有触摸发生时节点 A的电位相对于无触控发生时更高， 第二晶体管 T2的栅极电压也更高， 由此在触控发生时， 流向触控读取线 RO的触控感测 信号的电流也就更大。
第三种情况： 在有外部光线照射的情况下， 无触摸发生时， 由于有外部 光线照射感光晶体管 Ml , 因此， 感光晶体管 Ml的活性层中产生载流子。 在光感扫描线 G1电位翻转（即由高电位变为低电位）的瞬间， 节点 A的电 位 VA"=VA。 但是随着时间的增加， 节点 A的电位会降低 (由于感光晶体管 Ml 中的载流子， 使电流从电位较高的节点 A 流向电位较低的光感信号线 Pre )o
比较可以看出， 在 G2 为高电平的时段， VA'>VA>VA" O 因此， 在无外 部光线照射情况下，在有触摸发生时， 节点 A的电位相对于无触摸发生时更 高， 第二晶体管 T2的栅极电压也更高， 由此在有触控发生时， 流向触控读 取线 RO的触控感测信号的电流也就更大。
此外， 在有外部光线照射情况下相对于无外部光线照射情况下， 触控读 取信号线 RO上电流的差异更加明显， 从而本发明实施例提供的触摸屏相对 于单一的电容式触摸屏的触摸灵敏度也更高。 在无外部光线照射的情况下， 触摸发生时， 触控读取线 RO上的电流也会发生变化， 从而本发明实施例提 供的触摸屏相对于单一的光学传感式触摸屏， 减少了对光环境的依赖。 基于同一发明构思， 本发明实施例还提供了一种显示装置， 包括本发明 实施例提供的上述内嵌式触摸屏， 该显示装置可以是显示器、 手机、 电视、 笔记本、 一体机等。 对于显示装置的其它必不可少的组成部分均为本领域的 普通技术人员应该理解具有的，在此不做赘述，也不应作为对本发明的限制。
本发明实施例提供了一种内嵌式触摸屏及显示装置， 其中， 将阵列基板 中的至少一条栅极信号线作为触控扫描线，在阵列基板位于相邻列的像素单 元之间设置触控读取线， 并在位于触控扫描线和触控读取线所限定区域内设 置触控单元。 其中， 每个触控单元包括光感子单元、 触控电极以及触控信号 控制子单元。 光感子单元通过触控电极与触控信号控制子单元相连， 并且光 感子单元输出的控制信号随着外部光线以及触控电极耦合电容的变化而变 化。 触控信号控制子单元分别与触控扫描线和触控读取线相连。 触控信号控 制子单元在触控扫描线传递电信号时，将经过控制信号调制的触控感测信号 通过触控读取线输出。 由于调制的触控感测信号的控制信号会随着外部光线 以及触控电极耦合电容的变化而变化， 因此， 本发明的内嵌式触摸屏相对于 单一的电容式触摸屏，在有环境光的情况下，可以提高触摸屏的触摸灵敏度； 并且本发明的内嵌式触摸屏相对于单一的光学传感式触摸屏，在无环境光的 情况下， 也可以实现触控操作， 从而减少了触摸屏对光环境的依赖。 发明的精神和范围。 这样， 倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要 求及其等同技术的范围之内， 则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims

权利要求书
1、 一种内嵌式触摸屏， 包括具有多条栅极信号线的阵列基板， 且在所 述阵列基板上设有呈矩阵排列的多个像素单元； 其中，
阵列基板中的至少一条栅极信号线作为触控扫描线；
所述阵列基板具有位于相邻列的像素单元之间的触控读取线； 所述阵列基板具有位于所述触控扫描线和触控读取线所限定区域内的 触控单元； 其中，
每个触控单元包括光感子单元、 触控电极以及触控信号控制子单元； 所 述光感子单元通过所述触控电极与所述触控信号控制子单元相连， 所述光感 子单元输出到所述触控信号控制子单元的控制信号随着外部光线以及触控 电极耦合电容的变化而变化； 所述触控信号控制子单元分别与所述触控扫描 线和触控读取线相连， 所述触控信号控制子单元在所述触控扫描线传递电信 号时， 将经过所述控制信号调制的触控感测信号通过所述触控读取线输出。
2、 如权利要求 1 所述的触摸屏， 其中， 所述阵列基板具有位于所述阵 列基板中相邻像素单元之间的多条光感扫描线以及多条光感信号线；
所述光感子单元包括感光晶体管； 其中， 所述感光晶体管的栅极与所述 光感扫描线相连， 所述感光晶体管的源极与所述光感信号线相连， 所述感光 晶体管的漏极与所述触控电极相连，所述光感信号线在所述感光晶体管开启 时， 传输所述控制信号到所述触控电极。
3、 如权利要求 1 所述的触摸屏， 其中， 所述阵列基板具有位于所述阵 列基板中相邻像素单元之间的多条光感扫描线；
所述光感子单元包括感光晶体管； 其中， 所述感光晶体管的栅极和源极 与所述光感扫描线相连， 所述感光晶体管的漏极与所述触控电极相连。
4、 如权利要求 1 所述的触摸屏， 其中， 所述阵列基板具有位于所述阵 列基板中相邻像素单元之间的多条光感扫描线； 所述光感子单元包括感光晶体管以及第一晶体管； 其中， 所述感光晶体 管的栅极与所述光感扫描线相连， 所述感光晶体管的漏极与所述触控电极相 连， 所述感光晶体管的源极与所述第一晶体管的漏极相连； 所述第一晶体管 的源极和栅极与所述光感扫描线相连。
5、 如权利要求 2-4 中任一项所述的触摸屏， 其中， 所述光感扫描线为 阵列基板中的不同于触控扫描线的栅极信号线。
6、 如权利要求 1-5 中任一项所述的触摸屏， 其中， 所述触控信号控制 子单元包括： 第二晶体管和第三晶体管； 其中，
所述第二晶体管的栅极与所述触控电极相连，所述第二晶体管的源极与 恒压信号线或公共电极相连， 所述第二晶体管的漏极与所述第三晶体管的源 极相连， 所述第三晶体管的漏极与所述触控读取线相连， 所述第三晶体管的 栅极与所述触控扫描线相连。
7、 如权利要求 1-6 中任一项所述的触摸屏， 其中， 各所述触控读取线 与所述阵列基板中的数据信号线同层设置且相互绝缘。
8、 如权利要求 1-7 中任一项所述的触摸屏， 其中， 所述触控电极与所 述阵列基板中的像素电极或公共电极材料相同、 同层设置且相互绝缘。
9、 如权利要求 1-8 中任一项所述的触摸屏， 其中， 还包括： 与所述触 控电极电性相连且位于相邻像素单元之间的间隙处的至少一个触控子电 极。
10、 一种显示装置， 包括如权利要求 1-9中任一项所述的触摸屏。
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