CN103064546A - 内嵌式触摸显示屏 - Google Patents

Abstract

一种内嵌式触摸显示屏，包括上基板、下基板以及设置于所述上基板和所述下基板之间的液晶层；所述上基板包括相对于所述液晶层由远而近依次设置的上基板透明基底、触摸结构层、绝缘介质层以及上基板公共电极；所述触摸结构层由多个子触摸结构层构成，所述多个子触摸结构层由触控芯片对其进行控制。与现有技术相比，本发明所提供的大尺寸内嵌电容触摸显示屏中的触摸感应层由多个子触摸感应层构成，从而使每一子触摸感应层的驱动线和感应线的寄生电容以及线电阻都较小，满足工作要求。

Description

内嵌式触摸显示屏

技术领域

本发明涉及触摸显示屏领域，特别涉及一种内嵌式互电容触摸显示屏。

背景技术

触摸屏作为一种输入媒介，是目前最为简单、方便、自然的一种人机交互方式。因此，触摸屏越来越多地应用到各种电子产品中，例如手机、笔记本电脑、MP3/MP4等。为降低各种电子设备的成本，使各种电子设备更轻薄，通常触摸屏集成于液晶显示面板中。

根据工作原理和检测触摸信息的介质的不同，触摸屏可分为电阻式、电容式、红外线式、表面声波四种类型。电容式触摸屏技术由于具有工艺简单、寿命长、透光率高、可以支持多点触摸等优点成为目前主流的触摸屏技术。而互电容感应触摸屏是电容式触摸屏中一种新兴的技术，它对噪声和对地寄生电容有很好的抑制作用，并且可以实现真正的多点触摸，因此已经成为各电容式触摸屏芯片厂商主攻的方向。

参考图1，示出了现有技术的互电容式触摸屏的剖面结构示意图。所述互电容式触摸屏包括：玻璃基板10，形成于玻璃基板10上的驱动层11，形成于驱动层11上的绝缘介电层12，形成于绝缘介电层12上的感应层13，以及形成于感应层13上的保护层14。其中，驱动层11和感应层13通常为氧化锡铟（ITO）;驱动层11、形成于驱动层11上的绝缘介电层12，形成于绝缘介电层12上的感应层13共同构成传统的双层结构的触摸结构层。

结合参考图2，示出了图1中驱动层11的结构示意图，所述驱动层11包括多个驱动电极111，每个驱动电极为钻石型。所述多个驱动电极111呈阵列排列，分别通过多条平行的驱动线11a、11b、11c、11d……电连接。

再结合参考图3，示出了图1中感应层13的结构示意图，所述感应层13包括多个感应电极131，每个感应电极131为钻石型，所述多个感应电极131呈阵列排列，分别通过多条平行的感应线13a、13b、13c、13d……电连接。

其中，驱动线11a、11b、11c、11d……与感应线13a、13b、13c、13d……互相垂直，每条感应线13a、13b、13c、13d……通过选通开关模块20与检测电路30（通常为电荷检测电路）电连接。

每一条驱动线与每一条传感线的交叉处形成互电容，检测电路通过测量手指触碰触摸屏所引起的互电容变化，获得手指碰触触摸屏的位置。

结合参考图2和图3，触摸屏的驱动检测工作原理为：先以驱动线11a为例进行说明，驱动线11a上施加驱动电压40，其它驱动线11b、11c、11d……接地，感应线13a通过选通开关模块20与检测电路30连接，这时检测的是驱动线11a和感应线13a，手指触摸在这两条线的交叉处，会有触控信号。然后，通过选通开关模块20再依次将感应线13b，13c，13d……与检测电路30相连，此时检测驱动线11a与感应线13b，13c，13d……交叉处的信号。之后，给驱动线11b、11c、11d……依次施加驱动电压，依次扫描驱动线11b、11c、11d……完成扫描过程，这样完成对所有驱动线11a、11b、11c、11d……与所有感应线13a，13b，13c，13d……交叉点的扫描。

参考图4，示出了图2和图3所示的每一条驱动线与传感线的交叉点处的等效电路示意图。所述等效电路包括：信号源51、驱动线等效电阻52、驱动线与感应线交点处耦合的互电容53、驱动电极对地的驱动寄生电容54、感应电极对地的感应寄生电容60、感应线等效电阻55，检测电路56。其中，信号源51用于向驱动电极上施加驱动信号；互电容53包括驱动线和传感线正对跨接处形成的正对电容以及驱动线上图形边缘和传感线上图形边缘形成的边缘电容；检测电路56则用于信号检测，通常为一个电荷放大器，将感应线上的电流转化成为电压信号输出。当手指碰触触摸屏时，有一部分电流流入手指，等效为互电容53的改变，从检测电路56测出所述互电容变化导致的微弱电流变化，从而使输出电压变化。

以上图2和图3所示为现有的双层结构触摸结构层的结构示意图，即驱动层和感应层位于不同层。参考图5，示出了现有的单层结构触摸结构层的结构示意图。包括图5所示单层结构触摸结构层的触摸屏的剖面结构如图1类似，区别仅在于将图1中的驱动层11、形成于驱动层11上的绝缘介电层12，形成于绝缘介电层12上的感应层13共同构成传统的双层结构的触摸结构层替换成图5所示的单层结构触摸结构层。在所述单层触摸屏中，驱动层和感应层位于同一层。驱动层包括多条驱动电极线1a’、1b’、1c’、1d’、1e’，感应层包括多条感应电极线2a’、2b’、2c’、2d’，驱动电极线1a’、1b’、1c’、1d’、1e’中的每一条在工作区域内均被感应电极线2a’、2b’、2c’、2d’间隔成多段，而在***区域连在一起。这样驱动电极线1a’、1b’、1c’、1d’、1e’仍然和感应电极线2a’、2b’、2c’、2d’形成了矩阵结构。每条电极驱动线和感应电极线的交叉点处形成了互电容12’。单层电极的触摸屏的互电容等效电路与图4所示的等效电路相同。

从图2和图3以及图5所示的触摸结构层可以看出，本发明所说的触摸结构层包括用于形成互电容的电极层（包括驱动电极和感应电极）；单层结构触摸结构层由位于同一层的驱动电极和感应电极构成；双层结构触摸结构层由位于不同层的驱动电极和感应电极以及二者之间的绝缘层构成。

    目前，带有触摸功能的显示屏有两种，一种是外挂式触摸显示屏（In-cell touch panel），另外一种是内嵌式触摸显示屏(In-cell touch panel)。

外挂式触摸显示屏（In-cell touch panel）是将触摸屏与显示屏分开制造然后通过组装的方式制作在一起。这样势必增加显示屏厚度，并且由于增加了若干层透明玻璃或薄膜，显示透光率以及对比度也会明显下降。另外这种做法成本也较高。

为了使带有触摸屏的LCD显示模组更轻薄，有更好的显示效果和成本优势，内嵌式触摸显示屏(In-cell touch panel)诞生了，而其中采用投射电容原理的是内嵌式电容触摸显示屏，其结构一般如图6所示。这一结构从下到上依次为：下玻璃基板27，薄膜晶体管(TFT)阵列层28，液晶层29，LCD公共电极层23，绝缘介质层22（或采用彩色滤光片作为介质），触摸结构层21，上玻璃基板26。这样触摸结构层21不管采用的是图2和图3所示的双层结构，还是采用图5所示的单层结构，都存在一个问题：在研究触摸屏原理时，可以把LCD公共电极层23当成地，这样触摸屏结构21同LCD公共电极23之间的电容就成了寄生电容54、60（见图4）。而触摸结构层21与LCD公共电极层23之间距离太近（只有几个微米），因此他们之间的寄生电容会很大。对于大尺寸内嵌式电容触摸屏，它的驱动线和感应线的长度更长，从而使寄生电容变得更大；另外驱动线和感应线上的电阻也会变得更大。这些对检测触控都是非常不利的。

发明内容

本发明要解决的技术问题是现有技术中大尺寸内嵌式触摸屏的驱动线和感应线的寄生电容以及电阻过大。

为解决上述问题，本发明提供一种内嵌式触摸显示屏，包括上基板、下基板以及设置于所述上基板和所述下基板之间的液晶层；所述上基板包括相对于所述液晶层由远而近依次设置的上基板透明基底、触摸结构层、绝缘介质层以及上基板公共电极；所述触摸结构层由多个子触摸结构层构成，所述多个子触摸结构层由触控芯片对其进行控制。

优选地，所述上基板透明基底包括工作区和边框区，所述触摸结构层设置于所述上基板透明基底面向所述液晶层的表面的工作区，所有所述触控芯片均设置于所述上基板透明基底面向所述液晶层的表面的边框区。

优选地，每一所述子触摸结构层对应设置一触控芯片对其进行控制。或者所述多个子触摸结构层由同一触控芯片对其进行控制。

优选地,所述多个子触摸结构层的结构可以相同，也可以不相同。

优选地,所述多个子触摸结构层采用双层结构；所述子触摸结构层的个数为4或2。

优选地,所述多个子触摸结构层采用单层结构。

优选地,所述绝缘介质层采用彩色滤光片。

优选地,所述下基板包括下基板透明基底以及设置于所述下基板透明基底面向所述液晶层的表面上的薄膜晶体管阵列层。

优选地,所述上基板透明基底和/或所述下基板透明基底采用玻璃。

与现有技术相比，本发明所提供的大尺寸内嵌电容触摸显示屏中的触摸感应层由多个子触摸感应层构成，从而使每一子触摸感应层的驱动线和感应线的寄生电容以及线电阻得到有效的降低。

附图说明

图1是现有技术的互电容式触摸屏的剖面结构示意图；

图2是图1中驱动层的结构示意图；

图3是图1中感应层的结构示意图；

图4是图2和图3所示的驱动线与传感线的交叉点处的等效电路示意图；

图5是现有技术的单层结构触摸结构层的结构示意图；

图6是采用投射电容原理的内嵌式电容触摸显示屏的结构示意图；

图7是本发明提供的内嵌式触摸显示屏的剖面示意图；

图8是实施例一中触摸结构层的俯视图；

图9是实施例二中触摸结构层的俯视图。

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。

现有技术中，大尺寸的内嵌式触摸显示屏（通常尺寸在3.5英寸以上）的驱动线和感应线的较长，从而使驱动线和感应线与显示屏上基板公共电极层之间的寄生电容较大；驱动线和感应线上的电阻也较大，进而对检测触控非常不利的，例如触控灵敏度下降，误操作增多等。

针对上述问题，本发明提供一种内嵌式触摸显示屏，包括上基板、下基板以及设置于所述上基板和所述下基板之间的液晶层；所述上基板包括相对于所述液晶层由远而近依次设置的上基板透明基底、触摸结构层、绝缘介质层以及上基板公共电极；所述触摸结构层由多个子触摸结构层构成，所述多个子触摸结构层由触控芯片对其进行控制。。

本发明提供的内嵌式触摸显示屏中，触摸结构层由多个子触摸结构层构成，每一个子触摸结构层的寄生电容和线电阻都较小，整个内嵌式触摸显示屏就能正常工作。

实施例一

图7为本发明提供的一种内嵌式触摸显示屏的剖面示意图。如图7所示，该内嵌式触摸显示屏包括，下基板71，上基板72，设置于下基板71与上基板72之间的液晶层73；其中下基板71又可称为阵列基板或TFT基板，其包括下基板透明基底711（一般为玻璃）以及设置于下基板透明基底711面向液晶层73的表面上的薄膜晶体管(TFT)阵列层712；上基板72包括相对于液晶层73由远而近依次设置的上基板透明基底724（一般为玻璃）、触摸结构层723、绝缘介质层722以及上基板公共电极721（一般为ITO），绝缘介质层722可以采用彩色滤光片（color filter），此时上基板72又可称为彩膜基板或CF基板。

图7中的触摸结构层723的俯视图如图8所示。从图7中可以看出，触摸结构层723设置于上基板透明基底724面向液晶层73的表面上。从图8可以看出，触摸结构层723占据了上基板透明基底724表面的中间区域，称之为A-A区（active area）或工作区724A；触摸结构层723的四周、上基板透明基底724表面的***区域，用于设置各种引线（包括驱动引线和感应引线）和触控芯片，称之为边框区724B。本实施例为大尺寸的内嵌式电容触摸显示屏（如3.5英寸），其被分割为左上，右上，左下，右下四个区域（每个区域为1.75英寸），同时A-A区（active area）724A和边框区724B也均被分割成四个部分。因此，左上，右上，左下，右下四个区域中每一个区域都由相应的A-A区（active area）和边框区构成。这样触摸结构层723也被分割成子触摸结构层7231、子触摸结构层7232、子触摸结构层7233、子触摸结构层7234四个部分，分别对应位于左上，右上，左下，右下四个区域的A-A区（active area）；即触摸结构层723由相邻的子触摸结构层7231、子触摸结构层7232、子触摸结构层7233、子触摸结构层7234构成。在每个区域内的边框区均设置一个触控芯片，用于对该区域的触摸结构层进行控制，即给予触摸结构层驱动信号，检测感应信号，进而实现检测触摸点位置的功能。也就是说在左上区域内的A-A区（active area）设置有子触摸结构层7231、左上区域内的边框区设置有一个对子触摸结构层7231进行控制的触控芯片IC1；在右上区域内的A-A区（active area）设置有子触摸结构层7232、右上区域内的边框区设置有一个对子触摸结构层7232进行控制的触控芯片IC2；在左下区域内的A-A区（active area）设置有子触摸结构层7233、左下区域内的边框区设置有一个对子触摸结构层7233进行控制的触控芯片IC3；在右下区域内的A-A区（active area）设置有子触摸结构层7234、右下区域内的边框区设置有一个对子触摸结构层7234进行控制的触控芯片IC4。

另外，图8中左上，右上，左下，右下四个区域中的子触摸结构层7231、子触摸结构层7232、子触摸结构层7233、子触摸结构层7234均采用图2和图3所示的双层结构；即驱动线与感应线经过投影后成为图中所示的经典钻石型图案（diamond pattern），每一条驱动线和感应线都分别通过驱动引线和感应引线（均可采用金属）连接相应的触控芯片。子触摸结构层7231、子触摸结构层7232、子触摸结构层7233、子触摸结构层7234的驱动引线和感应引线的走线方式及其与相应的触控芯片连接方式如图8所示。这样，触控芯片就可以向驱动线提供需要的触控驱动信号并从感应线读取触控信号。

如图8所示，本实施例就相当于将一个大尺寸（如3.5英寸）内嵌式电容触摸显示屏的触摸感应层变成了四个小尺寸子触摸感应层，从而使每一子触摸感应层的驱动线和感应线的寄生电容以及线电阻得到有效的降低（约降低了一半）。

由于子触摸结构层7231、子触摸结构层7232、子触摸结构层7233、子触摸结构层7234的触摸信号分别由各自的触控芯片IC1、IC2、IC3、IC4分别读取，因此，整个触摸显示屏上的触摸位置坐标需要作进一步处理，使得整个触摸显示屏上的触摸位置坐标位于同一个坐标体系当中。具体的说，需要分别得到每一区域上的坐标，再将各自的坐标统一转换到一个坐标系。比如每一个区域的A-A区的触摸结构层的分辨率均为M × N，M、N均为正整数。我们可以定义左上区域的A-A区的坐标为(0,0)到(M-1,N-1)，右上区域的A-A区的坐标为(M,0)到(2M-1,N-1)，左下区域的A-A区的坐标为(0,N)到(M-1,2N-1)，右下区域的A-A区的坐标为(M,N)到(2M-1,2N-1)。由于每一个触摸屏都可以实现多点触摸，因此综合在一起，也就可以实现一个总体分辨率为2M × 2N的多点触摸电容屏。子触摸结构层7231、子触摸结构层7232、子触摸结构层7233、子触摸结构层7234两两之间的交界处的触摸信号能被该两个交界的触摸结构层各自的触控芯片读取，子触摸结构层7231、子触摸结构层7232、子触摸结构层7233、子触摸结构层7234四者共同的交界处的触摸信号能被该四个子触摸结构层的触控芯片读取。

实施例二

本实施例的内嵌式触摸显示屏的剖面示意图仍如图7所示，但其中的触摸结构层723的俯视图如图9所示。其与实施例一的区别仅在于：实施例一中的大尺寸的内嵌式电容触摸显示屏（如3.5英寸），其被分割为左上，右上，左下，右下四个区域（每个区域为1.75英寸），同时A-A区（active area）724A和边框区724B也均被分割成四个部分；本实施例中大尺寸的内嵌式电容触摸显示屏（如3.5英寸）被分割成左、右（图9所示）或上、下两个区域，同时A-A区（active area）724A和边框区724B也均被分割成2个部分，这样触摸结构层723也被分割成子触摸结构层7235、子触摸结构层7236两个部分，分别对应位于左、右两个区域的A-A区（active area）；即触摸结构层723由相邻的子触摸结构层7235、子触摸结构层7236构成。这样也可以降低驱动线和感应线的寄生电容以及线电阻。与实施例一相比，实施例2对寄生电容和电阻的降低幅度小一些，但可以节省两个触控芯片，从而使成本降低。由于子触摸结构层7235、子触摸结构层7236的触摸信号分别由各自的触控芯片IC5、IC6分别读取，因此，整个触摸显示屏上的触摸位置坐标也需要作进一步处理，使得整个触摸显示屏上的触摸位置坐标位于同一个坐标体系当中。具体做法与实施例一类似，在此不再累述。

图9中左、右两个区域中的子触摸结构层7235、子触摸结构层7236均采用图2和图3所示的双层结构；即驱动线与感应线经过投影后成为图中所示的经典钻石型图案（diamond pattern），每一条驱动线和感应线都分别通过驱动引线和感应引线（均可采用金属）连接相应的触控芯片。

实施例三

实施例一和实施例二中组成触摸结构层723的各个子触摸结构层均采用图2和图3所示的传统的双层结构，但事实上也可以采用如图5所示的单层结构。如图8和9所示，实施例一和实施例二中组成触摸结构层723的各个子触摸结构层的驱动引线和扫描引线分别从该触摸结构层的两个相邻的边引出至边框区724B，所以，组成触摸结构层723的每个子触摸结构层都必须与边框区724B具有至少两个交界的边，其驱动引线和扫描引线分别从该两个交界的边引出。因此采用图2和图3所示的双层结构的触摸结构层723最好分割成如图8所示的4部分或如图9所示的2部分。

本实施例的触摸结构层723被分割成若干部分，即触摸结构层723由若干个子触摸结构层组成。组成触摸结构层723的每个子触摸结构层均采用如图5所示的单层结构。由于单层结构的子触摸结构层的驱动引线和感应引线可以从一个边引出至边框区724B，所以组成触摸结构层723的每个子触摸结构层都只要与边框区724B具有至少一个交界的边就可以了，其驱动引线和扫描引线分别从该两个交界的边引出。因此采用图5所示的单层结构的触摸结构层723就可以不必须分割成4部分或2部分了，可以是其他的份数，如6部分、9部分等，只要分割后的每一子触摸结构层与边框区724B至少具有一个交界的边用于驱动引线和扫描引线从该交界的边引出至边框区724B。本实施例中组成触摸结构层723的每个子触摸结构层均有一触控芯片与之连接，并向其驱动线提供需要的触控驱动信号并从感应线读取触控信号。

需要说明的是，以上实施例一、实施例二、实施例三中虽然组成触摸结构层723的多个子触摸结构层中每一个对应设置有一个触控芯片控制该子触摸结构层，驱动该子触摸结构层并读取触控信号；但组成触摸结构层723的多个子触摸结构层也可以共用一个触控芯片，由同一触控芯片对其进行控制。

需要说明的是，以上实施例一、实施例二、实施例三中虽然组成触摸结构层723的多个子触摸结构层的结构（包括形状、尺寸和材料）是相同的。这样虽然触摸结构层723由多个子触摸结构层组成，但因该多个触摸结构层结构相同，所以其制备工艺与传统制备工艺相同，不会增加工艺上的困难。另外，组成触摸结构层723的多个子触摸结构层的结构（包括形状、尺寸和材料）也可以是不相同的（包括全部不相同和部分不相同）。

本发明虽然已以较佳实施例公开如上，但其并不是用来限定本发明，任何本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围内，都可以利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出可能的变动和修改。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所作的任何简单修改、等同变化及修饰，均属于本发明技术方案的保护范围。

Claims (12)

1.一种内嵌式触摸显示屏，包括上基板、下基板以及设置于所述上基板和所述下基板之间的液晶层；所述上基板包括相对于所述液晶层由远而近依次设置的上基板透明基底、触摸结构层、绝缘介质层以及上基板公共电极；所述触摸结构层由多个子触摸结构层构成，所述多个子触摸结构层由触控芯片对其进行控制。

2.如权利要求1所述的内嵌式触摸显示屏，其特征在于，所述上基板透明基底包括工作区和边框区，所述触摸结构层设置于所述上基板透明基底面向所述液晶层的表面的工作区，所有所述触控芯片均设置于所述上基板透明基底面向所述液晶层的表面的边框区。

3.如权利要求1所述的内嵌式触摸显示屏，其特征在于，每一所述子触摸结构层对应设置一触控芯片对其进行控制。

4.如权利要求1所述的内嵌式触摸显示屏，其特征在于，所述多个子触摸结构层由同一触控芯片对其进行控制。

5.如权利要求1所述的内嵌式触摸显示屏，其特征在于，所述多个子触摸结构层的结构相同。

6.如权利要求1所述的内嵌式触摸显示屏，其特征在于，所述多个子触摸结构层的结构不相同。

7.如权利要求1-6任一项所述的内嵌式触摸显示屏，其特征在于，所述多个子触摸结构层采用双层结构。

8.如权利要求7所述的内嵌式触摸显示屏，其特征在于，所述子触摸结构层的个数为4或2。

9.如权利要求1-6任一项所述的内嵌式触摸显示屏，其特征在于，所述多个子触摸结构层采用单层结构。

10.如权利要求1所述的内嵌式触摸显示屏，其特征在于，所述绝缘介质层采用彩色滤光片。

11.如权利要求1所述的内嵌式触摸显示屏，其特征在于，所述下基板包括下基板透明基底以及设置于所述下基板透明基底面向所述液晶层的表面上的薄膜晶体管阵列层。

12.如权利要求1所述的内嵌式触摸显示屏，其特征在于，所述上基板透明基底和/或所述下基板透明基底采用玻璃。

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