CN103246381A - 触控显示面板 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触控显示面板，其包括第一基板、第二基板、多个触控感测结构及显示介质。第一基板具有多个像素结构、多条扫描线及读出线。触控感测结构包括感测主动元件、触控间隙物与桥接电极。感测主动元件位于第一基板上且包括底栅极、通道、源极、感应电极及顶栅极。顶栅极具有一开口以分为电性分离的第一电极及第二电极。触控间隙物与桥接电极位于开口上方的第二基板上。当按压时，桥接电极与顶栅极接触而使第一电极与第二电极电性连接，使通道的控制由顶栅极与底栅极的其中之一转变为顶栅极与底栅极二者，而于感应电极形成感测电流。

Description

触控显示面板

技术领域

本发明涉及一种电子装置，尤其涉及一种整合式触控面板以及触控显示面板。

背景技术

一般而言，触控显示面板是将触控面板贴附于显示面板上，以使触控显示面板具有触控感测以及显示的功能。触控面板通常包括多个沿着X轴方向延伸的第一感测串列，以及多个沿着Y轴方向延伸的第二感测串列，其中每一第一感测串列与每一第二感测串列分别具有串接的多个感测垫。当以手指触碰触控面板时，会改变感测垫之间的电容，将此改变信号传回控制器，即可计算接触发生点的座标，进而使得显示面板可以根据使用者的选择而进行显示画面的改变。

然而，触控面板与显示面板分别具有承载各自元件的基板，将触控面板与显示面板贴合后，虽然构成一具有触控以及显示功能的触控显示面板，但其整体厚度无法有效薄化，无法满足消费者对于电子产品轻薄短小的需求。此外，此种现有技术中，由于显示用光线必须通过多层基板，使得触控显示面板整体光穿透率下降。

发明内容

本发明提供一种触控显示面板，其可整合盖板、触控以及显示的功能，并具有薄化整体厚度及提升光穿透率的效果。

本发明提出一种触控显示面板，其包括一第一基板、一第二基板、多个触控感测结构以及一显示介质。显示介质位于第一基板与第二基板之间。第一基板具有多个阵列排列的像素结构、多条扫描线以及至少一读出线。第二基板位于第一基板的对向。多个触控感测结构位于第一基板与第二基板之间，且每一触控感测结构位于每M×N个像素结构中的其中之一，M、N为正整数，每一触控感测结构包括一感测主动元件、一触控间隙物以及一桥接电极。感测主动元件位于第一基板上，感测主动元件包括一底栅极、一通道、一源极及一感应电极以及一顶栅极，其中顶栅极以及底栅极分别位于通道的顶面与底面，源极与感应电极位于顶栅极与通道之间且分别位于通道的两侧，顶栅极具有一开口，以将顶栅极分为电性分离的一第一电极以及一第二电极，第一电极电性连接扫描线的至少其中之一，且感应电极电性连接读出线。触控间隙物位于第二基板上，且位于开口上方。桥接电极覆盖触控间隙物的面向感测主动元件的表面，桥接电极与顶栅极之间具有一间隙，当对触控显示面板按压时，桥接电极与顶栅极接触而使第一电极与第二电极电性连接，使得通道的控制由顶栅极与底栅极的其中之一转变为顶栅极与底栅极二者，而于感应电极形成一感测电流。

基于上述，本发明的触控显示面板中，是将触控元件直接制作于显示面板的主动元件阵列基板以及彩色滤光基板上，在按压前后藉由改变感测主动元件中用以控制通道开关的栅极数量，藉此改变感测主动元件的电压电流特性曲线，而让感应电极感测到感测主动元件被按压前后的开启或关闭电流差(感测电流)。换言之，触控元件可以整合与用以显示的显示面板中，而实现可整合触控与显示功能的薄型化触控显示面板。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合附图作详细说明如下。

附图说明

图1A与图1B所示分别为本发明第一实施例中一种触控显示面板的上视示意图，而图2A所示为图1A中A处放大后的剖面示意图。

图2B所示为对图2A的触控显示面板按压后的剖面示意图。

图3所示为图2A与图2B的触控显示面板在被按压前后的电压电流的特性曲线图。

图4所示为本发明第一实施例中感测主动元件在触控前后的电压电流特性曲线的实测值。

图5A与图5B所示分别为本发明第一实施例中另一种触控显示面板的剖面示意图。

图6A所示为图1A中A处放大后的另一种剖面示意图，而图6B所示为对图6A的触控显示面板按压后的剖面示意图。

图7所示为图6A与图6B的触控显示面板在被按压前后的电压电流的特性曲线图。

图8所示为本发明第二实施例中感测主动元件在触控前后的电压电流特性曲线的实测值。

主要附图标记说明：

200、300：触控显示面板

210：第一基板

214：像素电极

220：第二基板

230：触控感测结构

232：触控间隙物

234：桥接电极

240：显示介质

250：彩色滤光层

260：共通电极

270：平坦层

C：通道

D：漏极、感应电极

E1：第一电极

E2：第二电极

G：栅极

G1：底栅极

G2：顶栅极

H：开口

I1：栅绝缘层

I2：介电层

Is：感测电流

P：像素结构

RL：读出线

S：源极

SL：扫描线

ST：感测主动元件

T：主动元件

X：间隙

A、B：电压电流特性曲线

ΔIon：开启电流的差值

ΔIoff：关闭电流的差值

具体实施方式

第一实施例

图1A为本发明第一实施例中一种触控显示面板的上视示意图，而图2A为图1A中A处放大后的剖面示意图。如图1A与图2A所示，触控显示面板200包括一第一基板210、一位于第一基板210对向的第二基板220、位于两基板210、220之间的多个触控感测结构230以及显示介质240。显示介质240包括液晶分子或是其他的显示介质。

在本实施例中，第一基板210为主动元件阵列基板，其上设置有多个阵列排列的像素结构P、多条扫描线SL、多条数据线DL以及至少一读出线RL。更详细而言，每一像素结构P可包括一主动元件T以及与其电性连接的像素电极(未绘示)，其中每一主动元件T电性连接对应的扫描线SL与数据线DL，用以与像素电极(未绘示)电性连接的主动元件T例如是薄膜晶体管，其具有栅极、源极以及漏极。在本实施例中，数据线DL可与读出线RL整合成同一条走线，当然数据线DL与读出线RL的配置关系亦可以如图1B所示，在触控感测位置上额外独立地设置读出线RL，本发明并不以此为限。

特别的是，如图1A所示，在每M×N个像素结构P中的分别设置一触控感测结构230，M、N为正整数，用以感测并检测出使用者所触控的位置。如图2A所示，每一触控感测结构230包括位于第一基板210上的感测主动元件ST、以及位于对应的第二基板220上的触控间隙物232以及桥接电极234。触控感测结构230中的感测主动元件ST可以直接与用以显示的主动元件T共用，也可以在原有的像素结构上另外设置感测主动元件ST。

具体而言，感测主动元件ST可包括一底栅极G1、一栅绝缘层I1、一通道C、一源极S及一感应电极D、一介电层I2以及一顶栅极G2，其中底栅极G1位于基板上，通道C位于底栅极G1上方的栅绝缘层I1上，介电层I2覆盖源极S及感应电极D，顶栅极G2覆盖介电层I2。将一般主动元件中的漏极作为感应电极D，使得分别位于通道C两侧的源极S与感应电极D夹设于顶栅极G2与通道C之间。顶栅极G2具有一开口H，以将顶栅极G2分为电性分离的一第一电极E1以及一第二电极E2，其中第一电极E1电性连接扫描线SL的至少其中之一，而感应电极D则电性连接读出线RL。顶栅极G2的开口H在基板的投影方向上与通道C部分重叠，而底栅极G1则自扫描线SL延伸至通道C下方。换言之，本实施例的第一电极E1与底栅极G1两者电性连接于扫描线SL。

在本实施例中，第二基板220上包括一彩色滤光层250、共通电极260以及平坦层270，共通电极260覆盖彩色滤光层250，平坦层270覆盖彩色滤光层250表面并夹设于共通电极260与彩色滤光层250之间，但其中平坦层270为非必要的结构，于第二基板220上有无皆可。桥接电极234的材质可与共通电极260的材质相同并可同时制作，触控间隙物232与共通电极260可位于平坦层270上或彩色滤光层250上。第二基板220上在对应开口处还包括设置有触控间隙物232，桥接电极234覆盖触控间隙物232的面向感测主动元件ST的表面，亦即，每一触控间隙物232的对向侧恰好位于感测主动元件ST的顶栅极G2的开口H上方。

触控间隙物232上的桥接电极234表面与感测主动元件ST上的顶栅极G2表面之间具有一间隙X，而使每一触控间隙物232、桥接电极234与感测主动元件ST构成一触控感测结构230。

图2B为对图2A的触控显示面板按压后的剖面示意图。如图2A与图2B所示，在按压前，感测主动元件ST的通道C中的载子量仅受底栅极G1的控制，当对触控显示面板200按压时，间隙X渐减至零，使得触控间隙物232表面的桥接电极234与对向侧的顶栅极G2接触，而让第一电极E1以及第二电极E2电性导通形成一跨越通道C的完整顶栅极G2，而使通道C的控制亦受到顶栅极G2的控制。由于感测主动元件ST的通道C的控制由触控前的底栅极G1转变为触控后的顶栅极G2与底栅极G1二者，因此可于感应电极D上产生感测电流Is。图3为图2A与图2B的触控显示面板在被按压前后的电压电流的特性曲线图。感测主动元件ST在使用者触碰前后的电压电流特性曲线分别为曲线A与曲线B，当使用者触碰后，感测主动元件ST的关闭电流上升，藉此感应电极D可感测出此关闭电流的差值ΔIon，藉以得知触控位置。

图4为本发明第一实施例中感测主动元件在触控前后的电压电流特性曲线的实测值。如图4所示，感测主动元件ST的控制由触控前的底栅极G1转变为触控后的底栅极G1及顶栅极G2二者，由图中可知，感测主动元件ST的关闭电流在触控后上升了约0.0394nA，因此，感应电极D可将此关闭电流差ΔIoff视为感测电流Is，并经由读出线RL向外传递至控制器上，藉此计算触控的座标，进而回授显示面板可以根据使用者的选择而进行显示画面的改变。此外，在第一实施例中，感测主动元件ST在触控前后的通道由触控前的一个下单通道转变成触控后的上下双通道，在实际的制作过程中，由于上通道在经过蚀刻制程后具有较多的介面缺陷，因此，当触控后多了上通道后，关闭电流Ioff会明显增加。值得一提的是，图3与图4中的晶体管的关闭电流Ioff大小，一般除了与操作电压及其制程能力有关之外，亦直接与通道宽长比(W/L)的设计有关。

由于本实施例的触控感测结构230中的感测主动元件ST可以直接与用以显示的主动元件T共用，因此当数据线DL与读出线RL共用同一条走线时，在实际操作时，可藉由时序控制来区隔将显示信号写入主动元件T的时序以及用以感测触控位置的感测时序，藉此可避免产生显示单元及触控感测单元之间作动相冲突的问题。当然，本实施例的触控感测结构230中的感测主动元件ST也可以不同于用以显示的主动元件T，换言之，感测主动元件ST与主动元件T彼此电性独立地设置于对应的像素结构P中，本发明不以此为限。

此外，顶栅极G2的开口H的位置在基板的投影方向上与通道C部分重叠的型态除了图2A般以外，亦可以如图5A及图5B所示。如图5A所示，顶栅极G2的开口H的位置可以位于通道C的正投影上方，当顶栅极G2的开口H在基板的投影方向上如图2A般或如图5A般时，可以维持显示单元的有效开口率。然而，顶栅极G2的开口H的位置亦可以如图5B般，在基板的投影方向上不与通道C重叠。

第二实施例

图6A为图1A中A处放大后的另一种剖面示意图，而图6B为对图6A的触控显示面板按压后的剖面示意图。第二实施例的触控显示面板300与第一实施例的触控显示面板200类似，惟，本实施例的触控显示面板300中感测主动元件ST的控制在触控前为仅受底栅极G1控制，而在触控后再转为受到顶栅极G2及底栅极G1二者的控制。

在本实施例中，顶栅极G2的开口H在第一基板210的投影方向上是与通道C部分重叠，但不局限置中或是侧偏，必要时为不影响显示单元开口率时，也可以不与感测主动元件ST的通道C重叠，而底栅极G1在通道C下方，但未与扫描线SL电性连接，只有第一电极E1与扫描线SL电性连接。换言之，底栅极G1并未直接与扫描线SL电性连接，而是与第二电极E2电性连接。如图6A与图6B所示，在按压前，感测主动元件ST的通道C中的载子量仅受跨越通道C上方且电性连接扫描线SL的第一电极E1(顶栅极G2)的控制，当对触控显示面板300按压后，触控间隙物232表面的桥接电极234与对向侧的顶栅极G2接触，使得第一电极E1、第二电极E2与底栅极G1电性导通，藉此将扫描线SL的扫描信号经由第一电极E1、桥接电极234以及第二电极E2传递至底栅极G1，使得感测主动元件ST的通道C的控制是由触控前的顶栅极G2转变为触控后的顶栅极G2与底栅极G1二者。

同样地，由图7所绘示的图6A与图6B的触控显示面板300在被按压前后的电压电流的特性曲线图可知，当使用者触碰后，感测主动元件ST的开启电流由曲线A上升至曲线B，感应电极D可感测出感测主动元件ST在被触控前后开启电流的差值ΔIon，藉以得知触控位置。

图8为本发明第二实施例中感测主动元件在触控前后的电压电流特性曲线的实测值。如图8所示，感测主动元件ST的控制由触控前的顶栅极G2转变为触控后的底栅极G1及顶栅极G2二者，使得感测主动元件ST的开启电流例如在触控后提升了约0.12μA，感应电极D将此开启电流差视为感测电流Is，并经由读出线RL向外传递至控制器上，同样地可以计算触控的座标，并回授显示面板对应地进行显示画面的改变。此外，在第二实施例中，感测主动元件ST在触控前后的通道由触控前的一个上单通道转变成触控后的上下双通道，在实际的制作过程中，由于下通道的介面缺陷较少，因此，当触控后多了下通道后，开启电流Ion会明显增加。图7与图8中的晶体管的开启电流Ion大小，一般除了与操作电压及其制程能力有关之外，亦直接与通道宽长比(W/L)的设计有关。

综上所述，由于本发明的触控显示面板是直接将触控元件制作于显示面板的主动元件阵列基板以及彩色滤光基板上，并在被触控前后藉由改变控制感测主动元件后前用以控制通道载子量的栅极数量，来改变感测主动元件的电压电流特性曲线，而于感应电极检测到由电流差值所形成感测电流，而实现可整合触控与显示功能的薄型化触控显示面板。

虽然本发明已以实施例揭示如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中的普通技术人员，当可作些许改动与润饰，而不脱离本发明的精神和范围。

Claims (12)

1.一种触控显示面板，包括：

一第一基板，具有多个阵列排列的像素结构、多条扫描线、多条数据线以及至少一读出线；

一第二基板，位于该第一基板的对向；

多个触控感测结构，位于该第一基板与该第二基板之间，且每一触控感测结构位于每M×N个像素结构中的其中之一，M、N为正整数，每一触控感测结构包括：

一感测主动元件，位于该第一基板上，该感测主动元件包括一底栅极、一通道、一源极及一感应电极以及一顶栅极，其中该顶栅极以及该底栅极分别位于该通道的顶面与底面，该源极与该感应电极位于该顶栅极与该通道之间且分别位于该通道的两侧，该顶栅极具有一开口，以将该顶栅极分为电性分离的一第一电极以及一第二电极，该第一电极电性连接该些扫描线的至少其中之一，且该感应电极电性连接该读出线；

一触控间隙物，位于该第二基板上，且位于该开口上方；以及

一桥接电极，覆盖该触控间隙物的面向该感测主动元件的表面，该桥接电极与该顶栅极之间具有一间隙，当对该触控显示面板按压时，该桥接电极与该顶栅极接触而使该第一电极与该第二电极电性连接，使得该通道的控制由该顶栅极与该底栅极的其中之一转变为该顶栅极与该底栅极二者，而于该感应电极形成一感测电流；以及

一显示介质，位于该第一基板与该第二基板之间。

2.根据权利要求1所述的触控显示面板，其中该感测主动元件具有一栅绝缘层以及一介电层，该底栅极位于该第一基板上，该通道位于该底栅极上方的该栅绝缘层上，该介电层覆盖该源极及该感应电极，该顶栅极覆盖该介电层。

3.根据权利要求1所述的触控显示面板，其中该开口在该第一基板的投影方向上与该通道部分重叠，该底栅极自该扫描线延伸至该通道下方，当对该触控显示面板按压时，该感测主动元件的开关控制由该底栅极转变为该顶栅极与该底栅极二者，而使该感测主动元件的关闭电流上升。

4.根据权利要求1所述的触控显示面板，其中该开口在该第一基板的投影方向上与该通道不重叠，该底栅极自该扫描线延伸至该通道下方。

5.根据权利要求1所述的触控显示面板，其中该开口在该第一基板的投影方向上与该感应电极部分重叠，该第一电极自该源极上方延伸并跨越该通道，该第二电极与该底栅极电性连接，当对该触控显示面板按压时，该感测主动元件的开关的控制由该顶栅极转变为该顶栅极与该底栅极二者，而使该感测主动元件的开启电流上升。

6.根据权利要求1所述的触控显示面板，其中该开口在该第一基板的投影方向上与该感应电极不重叠，该第一电极自该源极上方延伸并跨越该通道，该第二电极与该底栅极电性连接。

7.根据权利要求1所述的触控显示面板，其中该第二基板包括一彩色滤光层以及一共通电极，该共通电极与该触控间隙物不重叠，该共通电极覆盖该彩色滤光层，该些桥接电极的材质与该共通电极的材质相同。

8.根据权利要求7所述的触控显示面板，其中该第二基板还包括一平坦层，覆盖该彩色滤光层表面并位于该共通电极与该彩色滤光层之间，该些触控间隙物与该共通电极位于该平坦层上。

9.根据权利要求1所述的触控显示面板，其中该第一基板的每一像素结构具有一像素电极，且该像素电极与该感测主动元件电性连接。

10.根据权利要求1所述的触控显示面板，其中该第一基板的每一像素结构包括一主动元件以及一像素电极，该像素电极与该主动元件电性连接，该感测主动元件与该主动元件不同。

11.根据权利要求1所述的触控显示面板，其中该读出线与该些数据线的至少其中之一共用。

12.根据权利要求1所述的触控显示面板，其中该读出线与该些数据线独立。

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