CN102109690B - 内嵌触摸屏液晶显示装置及控制方法 - Google Patents

Abstract

一种内嵌触摸屏液晶显示装置及控制方法。所述内嵌触摸屏液晶显示装置包括：上基板、上基板上的公共电极层、下基板、下基板上的像素电极层，以及公共电极层与像素电极层间的液晶层，其中，所述公共电极层包括驱动电极及相对驱动电极设置的感应电极，所述像素电极层包括像素电极及像素电极间的触控电极，所述触控电极与所述驱动电极、感应电极具有相互正对部分。所述内嵌触摸屏液晶显示装置在面临触控时的触控信号较强，从而提高了信噪比，改善了触摸屏的性能。

Description

内嵌触摸屏液晶显示装置及控制方法

技术领域

本发明涉及液晶显示技术领域，特别涉及内嵌触摸屏液晶显示装置及控制方法。

背景技术

在触摸屏技术中，相对于电阻式触摸屏，电容式触摸屏具有寿命长、透光率高、可以支持多点触摸等优点。并且，电容式触摸屏对噪声和对地寄生电容也有很好的抑制作用。因此，电容式触摸屏已成为如今触摸屏制造的热点之一。

参照图1所示，现有技术的一种电容式触摸屏包括：玻璃基板9、玻璃基板9上的驱动电极层1、驱动电极层1上的介电层10、介电层10上的感应电极层2以及感应电极层2上的保护层11。

参照图2所示，上述电容式触摸屏中，驱动电极层1包括多条平行驱动线5a，5b...5h，感应电极层2包括多条平行感应线6a，6b...6h，所述驱动线及感应线一般为由钻石型电极图形构成的电极线。并且，所述驱动线及感应线互相垂直。

继续参照图2所示，工作时，对所述多条驱动线5a，5b...5h依次施加驱动交流电压3，同时其余驱动线与接地线4相连。而选通开关7控制所述多条感应线6a，6b...6h与检测电路8的连接状态。所述检测电路8通过与其连接的感应线检测触控信号。

以下对检测触控信号(扫描)的过程简单举例说明，例如首先对驱动线5a施加驱动电压3，其它驱动线5b，5c...5h则与接地线4相连。此时，选通开关7控制感应线6a与检测电路8相连，则检测电路8检测的是驱动线5a和感应线6a。只有手指触摸在这两条线的交点处，才会有触控信号。然后，选通开关7再依次控制6b，6c...6h与检测电路8相连，则检测电路8依次检测驱动线5a同感应线6b，6c...6h交点处的触控信号。这一过程结束后，对驱动线5b施加驱动电压3，其他驱动线5a，5c...5h则与接地线4相连。此时，选通开关7再依次控制6a，6b...6h与检测电路8相连，检测电路8则依次检测驱动线5b同感应线6a，6b...6h交点处的触控信号。以此类推，依次对其余驱动线5c...5h完成上述检测触控信号(扫描)的过程，这样就完成了对所有驱动线与所有感应线的交点处的扫描。

上述扫描过程中，每一条驱动线与感应线的交点处面临触摸时的等效电路如图3所示。参照图3所示，驱动线5a，5c...5h与感应线6a，6b...6h的每一个交点处都耦合了一个互电容C1。驱动线5a，5c...5h和感应线6a，6b...6h各自分别具有对地寄生电容C2、C3，且驱动线5a，5c...5h和感应线6a，6b...6h也各自具有线电阻R1、R2。而检测电路8是一个电流放大器，其将所连接的感应线上的电流Isense转化成为电压信号Vout输出，以实现触控信号的检测。

将手指等效为一个电阻、电容网络16，所述电阻、电容网络包括电阻R3、R4、R5及电容C4、C5、C6。其中，电阻R5经由电容C6串接于地，电阻R3、电容C4以及电阻R4、电容C5分别串接，且电容C4、C5的一端作为手指与触摸屏的接触开关。当手指触摸所述触摸屏时，所述接触开关分别连接上驱动线与感应线，则电容C1与电容C4、C5并联，此时所述交点处的互电容值发生了变化，这样就导致感应电流Isense变化，从而使输出电压Vout变化。所述输出电压Vout的变化可作为触摸指令别相应功能单元识别并执行。

现有技术另一种单层触摸屏的部分结构如图4所示。结合图1和图4所示，相对于图1所示的触摸屏，所述单层触摸屏的每条驱动线17a，17b，17c，17d，17e在触摸工作区域内是分开的，而在***区域保持连接。所述驱动线17a，17b，17c，17d，17e仍然和感应线18a，18b，18c，18d形成了矩阵结构。每条驱动线和感应线的交点处具有互电容C8。所述单层触摸屏的工作原理与图1所示触摸屏相同，可结合图3进行参考。

与上述两种触摸屏稍有不同，现有技术另有一种压力式触摸屏结构。参照图5所示，所述压力式触摸屏包括上基板20、下基板21和上下基板间的液晶层22。所述上基板20上具有导电的柱状突起23，此柱状突起23与下基板21间形成按压前电容C9。当手指26按压上基板20后，上基板20变形，使柱状突起23更加靠近下基板21。此时，柱状突起23与下基板21间形成按压后电容C10。由于按压后柱状突起23与下基板21更接近，因此按压后电容C10会大于按压前电容C9。则基于按压前后的电容值变化，也会产生相应的触控信号。

然而，无论是图1、图4所示的电容感应结构还是图5所示的压力式结构，在应用于内嵌式触摸屏时，都存在触控信号不够强的问题，在噪声比较严重时，所述触摸屏的性能就会受到较严重的影响。

发明内容

本发明解决现有技术触摸屏结构的触控信号不够强的问题。

为解决上述问题，本发明提供一种内嵌触摸屏液晶显示装置，包括：上基板、上基板上的公共电极层、下基板、下基板上的像素电极层，以及公共电极层与像素电极层间的液晶层，所述公共电极层包括驱动电极及相对驱动电极设置的感应电极，所述像素电极层包括像素电极及像素电极间的触控电极，所述触控电极与所述驱动电极、感应电极具有相互正对部分。

本发明还提供一种内嵌触摸屏液晶显示装置的控制方法，所述内嵌触摸屏液晶显示装置进一步包括控制像素电极的薄膜晶体管，所述控制方法包括：在触控模式下，关闭薄膜晶体管层中的所有薄膜晶体管，在显示模式下，逐行开启薄膜晶体管层中的薄膜晶体管。

与现有技术相比，上述内嵌触摸屏液晶显示装置具有以下优点：通过驱动电极、感应电极、触控电极构成电容关联结构。当所述内嵌触摸屏液晶显示装置被触摸时，手指与驱动电极、感应电极间的耦合电容增大了驱动电极与感应电极间的互电容，而触控电极与所述驱动电极、感应电极间的电容也伴随触摸而增大，从而进一步增大了驱动电极与感应电极间的互电容。因此，所述内嵌触摸屏液晶显示装置在面临触控时的触控信号较强，从而提高了信噪比，改善了触摸屏的性能。

附图说明

图1是现有技术的一种电容式触摸屏的结构示意图；

图2是图1所示电容式触摸屏的驱动电极层及感应电极层的连接关系及工作示意图；

图3是图1、2所示触摸屏面临触摸时的等效电路示意图；

图4是现有技术的另一种单层电容式触摸屏的部分结构示意图；

图5是现有技术的一种压力式触摸屏的结构示意图；

图6是本发明内嵌触摸屏液晶显示装置的第一种实施例结构示意图；

图7是本发明内嵌触摸屏液晶显示装置的第二种实施例结构示意图；

图8是图7所示内嵌触摸屏液晶显示装置面临触摸时的电容关联结构变化情况示意图；

图9是图6或图7所示内嵌触摸屏液晶显示装置的工作原理示意图；

图10是图6或图7所示内嵌触摸屏液晶显示装置的显示模式、触控模式工作时的信号示意图。

具体实施方式

基于现有技术触摸屏结构的触控信号不够强的缺陷，本发明内嵌触摸屏液晶显示装置通过设置电容关联结构，增加被触摸时的电容变化，以增强面临触控时产生的触控信号。

以下结合附图对本发明内嵌触摸屏液晶显示装置的各种实施例进行详细说明。

参照图6所示，本发明内嵌触摸屏液晶显示装置的第一种实施例包括：

上基板27、上基板27上的彩色滤光片28、彩色滤光片28上的公共电极层；

下基板33、下基板33上的薄膜晶体管层32、薄膜晶体管层32上的像素电极层；

以及，公共电极层与像素电极层间的液晶层30。

其中，所述公共电极层包括驱动电极35及相对驱动电极35设置的感应电极36。所述像素电极层包括像素电极43及像素电极间的触控电极44，所述触控电极44与所述驱动电极35、感应电极36具有相互正对部分，所述像素电极43与所述驱动电极35、感应电极36也具有相互正对部分。

本实施例内嵌触摸屏液晶显示装置通过相对设置驱动电极35及感应电极36，在其间形成互电容，而通过设置触控电极44与所述驱动电极35、感应电极36具有相互正对部分，使触控电极44与所述驱动电极35、感应电极36间也各自形成电容。从而，与驱动电极35及感应电极36相关的电容结构不仅包括了两者之间的互电容，还包括两者与触控电极44间的电容。则，当面临触摸时，该三部分电容均会发生变化，从而增加被触摸时的电容变化。

本实施例内嵌触摸屏液晶显示装置中，上基板27、下基板33的材料可以为玻璃。驱动电极35、感应电极36、像素电极43及触控电极44的材料可以为透明导电氧化物，例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。驱动电极35的形状可以同图4中的驱动线17a，17b，17c，17d，17e相同，感应电极36的形状可以同图4中的感应线18a，18b，18c，18d相同。

参照图7所示，本发明内嵌触摸屏液晶显示装置的第二种实施例包括：

上基板27、上基板27上的彩色滤光片28、彩色滤光片28上的公共电极层；

下基板33、下基板33上的薄膜晶体管层32、薄膜晶体管层32上的像素电极层；

以及，公共电极层与像素电极层间的液晶层30。

其中，所述公共电极层包括驱动电极35及相对驱动电极35设置的感应电极36，所述驱动电极35上连接有第一导电突起40，所述感应电极36上连接有第二导电突起45。所述像素电极层包括像素电极43及像素电极间的触控电极44。所述第一导电突起40、第二导电突起45正对所述触控电极44设置。所述像素电极43与所述驱动电极35、感应电极36也具有相互正对部分。

与第一种实施例的内嵌触摸屏液晶显示装置类似，本实施例内嵌触摸屏液晶显示装置通过相对设置驱动电极35及感应电极36，在其间形成互电容，而通过设置触控电极44与所述第一导电突起40、第二导电突起45具有相互正对部分，使触控电极44与所述第一导电突起40、第二导电突起45间也各自形成电容。由于第一导电突起40、第二导电突起45各自与驱动电极35、感应电极36连接，从而与驱动电极35及感应电极36相关的电容结构不仅包括了两者之间的互电容，还包括第一导电突起40、第二导电突起45与触控电极44间的电容。则，当面临触摸时，该三部分电容均会发生变化，从而增加被触摸时的电容变化。并且，考虑到内嵌触摸屏液晶显示装置面临触摸时的上基板27的形变情况，相对于第一种实施例的内嵌触摸屏液晶显示装置，本实施例内嵌触摸屏液晶显示装置在面临触摸时，第一导电突起40、第二导电突起45与触控电极44间的电容变化应比所述驱动电极35、感应电极36与触控电极44间的电容变化更显著，从而更有利于增强触控信号。

本实施例内嵌触摸屏液晶显示装置中，上基板27、下基板33的材料可以为玻璃。驱动电极35、感应电极36、像素电极43、触控电极44的材料可以为透明导电氧化物，例如氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。所述第一导电突起40、第二导电突起45为外表面覆盖有透明导电氧化物的透明凸起。驱动电极35的形状可以同图4中的驱动线17a，17b，17c，17d，17e相同，感应电极36的形状可以同图4中的感应线18a，18b，18c，18d相同。

以下以第二种实施例的内嵌触摸屏液晶显示装置为例，对其面临触摸时的电容关联结构变化情况进一步说明。

参照图8所示，驱动电极35、感应电极36间具有互电容C11。第一导电突起40与触控电极44问具有电容C14，第二导电突起45与触控电极44间具有电容C15。所述三部分电容构成与驱动电极35、感应电极36相关的电容关联结构。当手指34触摸上基板27时，手指34与驱动电极35、感应电极36间将各自形成耦合电容C12、C13。结合参考图3，仍可将手指34等效为图3中的电阻、电容网络16。此时，手指34作为一个桥将耦合电容C12、C13与互电容C11并联连接，从而整个电容关联结构的电容值增大。并且，当手指触摸上基板27时，上基板27还会发生形变(图8未示出)，使得第一导电突起40、第二导电突起45与触控电极44的间距减小，相应地，电容C14、C15的电容值增加。从而，整个电容关联结构的电容值进一步增大。可以推得，若将感应电极36与图3的检测电路8连接，则检测电路8所测得的触控信号也会相较现有技术的几种触摸屏结构更强。因此，随着触控信号的增强，信噪比也相应提高，有利于改善内嵌触摸屏液晶显示装置的性能，也更适合应用于内嵌式触摸屏。

根据上述两种实施例内嵌触摸屏液晶显示装置的说明可以得知，该两种实施例内嵌触摸屏液晶显示装置均可实现触控功能与显示功能的集成。所述驱动电极35和感应电极36在内嵌触摸屏液晶显示装置处于触控模式下时，承担传递触控信号的功能，而在内嵌触摸屏液晶显示装置处于显示模式下时，承担公共电极的功能。

以下对所述触控模式及显示模式对应的控制过程进一步说明。

图9为上述两种实施例内嵌触摸屏液晶显示装置的工作原理示意图，所述内嵌触摸屏液晶显示装置的工作过程可以图9所示的局部液晶显示阵列进行说明。参照图9所示，所述液晶显示阵列包括：交叉的多条扫描线48及数据线53，所述扫描线48由扫描线驱动电路47控制，所述数据线53由数据线驱动电路46控制。所述扫描线48和数据线53定义出多个像素单元。每个像素单元包括薄膜晶体管49、液晶显示像素(可等效为液晶电容Clc)及存储电容Cs，其中，薄膜晶体管49的栅极与扫描线48相连、源极与数据线53相连，漏极与液晶电容Clc、存储电容Cs相连，所述液晶电容Clc、存储电容Cs的对地电极为公共电极51。

结合图6及图9或图7及图9所示，扫描线48、数据线53、薄膜晶体管49及存储电容Cs共同构成了薄膜晶体管层32，驱动电极35、感应电极36在内嵌触摸屏液晶显示装置处于显示模式下时承担公共电极5 1的功能，而驱动电极35、感应电极36与像素电极43则构成液晶电容Clc(液晶电容Clc的两极板分别是驱动电极35/感应电极36与像素电极43)。在工作中，扫描线48依次逐行扫描，由经数据线53传输至像素电极43的信号与驱动电极35/感应电极36上的信号的电势差，决定每个像素单元中液晶显示像素的显示灰度。

而为了保证内嵌触摸屏液晶显示装置的触控功能与显示功能互不影响，就需要通过控制扫描线48上的信号来分离触控功能与显示功能。

具体地说：当内嵌触摸屏液晶显示装置工作在显示模式下时，在驱动电极35及感应电极36(公共电极51)上施加公共电压Vcom，由扫描线驱动电路47逐行在扫描线48上施加扫描电压V₁...V_n-1，V_n，由数据线驱动电路46在数据线53上施加数据线电压。此时，薄膜晶体管49伴随扫描电压逐行打开，控制数据线电压驱动液晶显示像素进行正常显示。

而当内嵌触摸屏液晶显示装置随后工作在触控模式时，由扫描线驱动电路47控制所有扫描线48将所有薄膜晶体管49关闭。例如，对于薄膜晶体管49为NMOS管的情况，可以在所有扫描线48上施加负电压，例如-10V，此时，NMOS管的栅极电压为负电压，处于关闭状态。由于所有薄膜晶体管49都处于关闭状态，因此这时液晶像素两端的电压就不会随驱动电极35及感应电极36(公共电极51)电压的变化而变化。也就是说，改变驱动电极35及感应电极36(公共电极51)的电压就不会影响到正常的显示质量。因此，这时驱动电极35及感应电极36就可以实现触控功能。

当内嵌触摸屏液晶显示装置再次工作在显示模式下时，扫描线驱动电路47又开始逐行在扫描线48上施加开启薄膜晶体管49的扫描电压，例如图10中对应第一行薄膜晶体管49的扫描电压V₁。

因此，通过上述对扫描线的控制就可以对驱动电极35及感应电极36进行分时复用，使得驱动电极35及感应电极36可以同时作为液晶显示的公共电极51，以及触控时的驱动电极、感应电极。

虽然本发明已以较佳实施例披露如上，但本发明并非限定于此。任何本领域技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，均可作各种更动与修改，因此本发明的保护范围应当以权利要求所限定的范围为准。

Claims (11)

1.一种内嵌触摸屏液晶显示装置，包括：上基板、上基板上的公共电极层、下基板、下基板上的像素电极层、位于下基板和像素电极层之间的薄膜晶体管层，以及公共电极层与像素电极层间的液晶层，其特征在于，所述公共电极层包括驱动电极及相对驱动电极设置的感应电极，所述像素电极层包括像素电极及像素电极间的触控电极，所述触控电极与所述驱动电极、感应电极具有相互正对部分，所述薄膜晶体管层由扫描线、数据线、薄膜晶体管及存储电容构成；

在显示模式下，在所述驱动电极和所述感应电极上施加公共电压，所述驱动电极和所述感应电极承担公共电极的功能，由扫描线驱动电路逐行在扫描线上施加扫描电压，由数据线驱动电路在数据线上施加数据线电压，使薄膜晶体管伴随扫描电压逐行打开，控制数据线电压驱动液晶显示像素进行正常显示；

在触控模式下，由扫描线驱动电路控制所述扫描线将所有薄膜晶体管关闭，所述驱动电极和感应电极之间、所述驱动电极和所述触控电极之间、所述感应电极和所述触控电极之间各自形成电容。

2.如权利要求1所述的内嵌触摸屏液晶显示装置，其特征在于，所述驱动电极及感应电极上连接有导电突起，所述导电突起正对触控电极设置。

3.如权利要求1所述的内嵌触摸屏液晶显示装置，其特征在于，所述驱动电极及感应电极的材料为透明导电氧化物。

4.如权利要求2所述的内嵌触摸屏液晶显示装置，其特征在于，所述导电突起为外表面覆盖有透明导电氧化物的透明凸起。

5.如权利要求1所述的内嵌触摸屏液晶显示装置，其特征在于，所述像素电极及触控电极的材料为透明导电氧化物。

6.如权利要求1所述的内嵌触摸屏液晶显示装置，其特征在于，所述像素电极与所述驱动电极和/或感应电极也具有相互正对部分。

7.如权利要求3至5任一项所述的内嵌触摸屏液晶显示装置，其特征在于，所述透明导电氧化物为氧化铟锡或氧化铟锌。

8.如权利要求1所述的内嵌触摸屏液晶显示装置，其特征在于，所述上基板与公共电极层间还包括彩色滤光片。

9.如权利要求1所述的内嵌触摸屏液晶显示装置，其特征在于，所述上基板、下基板的材料为玻璃。

10.一种如权利要求1至6、8至9任一项所述的内嵌触摸屏液晶显示装置的控制方法，所述内嵌触摸屏液晶显示装置进一步包括控制像素电极的薄膜晶体管，所述控制方法包括：在触控模式下，关闭薄膜晶体管层中的所有薄膜晶体管，在显示模式下，逐行开启薄膜晶体管层中的薄膜晶体管。

11.如权利要求10所述的内嵌触摸屏液晶显示装置的控制方法，其中，当薄膜晶体管为NMOS管时，关闭薄膜晶体管包括向NMOS管的栅极施加负电压。

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