CN103793091A - 触控显示面板及触控显示装置 - Google Patents

Abstract

一种触控显示面板及触控显示装置，该触控显示面板包括第一基板、第二基板、显示层、多个扫描电极、多个数据电极、多个薄膜晶体管、多个触控驱动电极及多个触控感测电极。显示层设置于该第一基板以及该第二基板之间。扫描电极及数据电极设置于该第一基板，且彼此正交。薄膜晶体管电性连接扫描电极及数据电极。触控驱动电极介于数据电极及该第二基板之间，且重叠设置于扫描电极之上。触控感测电极重叠设置于数据电极之上。其中，扫描电极、数据电极、触控驱动电极及触控感测电极彼此电性绝缘，且输入触控驱动电极的电压为负值。本发明还包括一种触控显示装置，包括触控显示面板及控制单元。

Description

触控显示面板及触控显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置及其显示面板，特别是一种触控显示装置及应用该触控显示面板的触控显示面板。

背景技术

随着各式显示技术以及触控技术的成熟，触控显示面板开始广泛的整合于电子设备上，且又以内嵌式（in-cell）的触控显示面板为趋势。这种触控显示面板的特征是将显示电路与触控电路一并制作在同一结构内，完成后将同时具有显示及触控功能，并使得体积更加轻薄化，其中上述触控电路包括触控驱动电极以及触控感测电极，而上述电极可以采用透明导电材质或者是金属材质。

然而，透明导电材质阻抗值较金属材质高，RC负载（RC loading）也因此较高，并不适合用于大尺寸的设计。但金属不透光，会造成开口率下降。对此，可将金属制的触控感测电极与触控驱动电极设计蔽于数据电极或扫描电极的上方（正视方向上重叠），以降低对于开口率的影响。

一般而言，触控驱动电极会产生一正电压信号，用以与触控感测电极形成一触控感应电容，以检测触碰与否。但此正电压信号会通过电容耦合方式，使得与此触控驱动电极接近（重叠）的薄膜晶体管的背通道（backchannel）产生误开启的反应而造成像素电极的电压变化，影响像素内正确的灰阶数据电压，而产生不良的显示效果。

发明内容

本发明提供一种触控显示面板，此触控显示面板包括第一基板、第二基板、显示层、多个扫描电极、多个数据电极、多个薄膜晶体管、多个触控驱动电极及多个触控感测电极。显示层设置于该第一基板以及该第二基板之间。扫描电极及数据电极设置于该第一基板，且彼此正交。薄膜晶体管电性连接这些扫描电极及这些数据电极。触控驱动电极介于这些数据电极与该第二基板之间，且重叠设置于这些扫描电极之上。触控感测电极重叠设置于这些数据电极之上。其中，这些扫描电极、这些数据电极、这些触控驱动电极及这些触控感测电极彼此电性绝缘，且输入这些触控驱动电极的电压为负值。

本发明提供一种触控显示装置，其具有一如上所述的触控显示面板以及一控制装置。控制装置电性连接触控显示面板。

综上所述，本发明实施例提供一种触控显示面板以及一触控显示装置，其中所述触控显示面板的触控驱动电极以及触控感测电极分别重叠于扫描电极以及数据电极且彼此电性绝缘。而输入该触控驱动电极的电压为负值，因此，可以避免薄膜晶体管背通道误开启效应所造成像素灰阶变化的影响。

为使能更进一步了解本发明的特征及技术内容，请参阅以下有关本发明的详细说明与附图，但是此等说明与所附图式仅是用来说明本发明，而非对本发明的权利要求范围作任何的限制。

附图说明

图1为本发明实施例的触控显示面板的剖面图。

图2为本发明实施例的触控显示面板的俯视图。

图3为本发明另一实施例的触控显示面板的剖面图。

图4为本发明另一实施例的触控显示面板的俯视图。

【主要元件符号说明】

1、1’、2  触控显示面板

10         第一基板

20         第二基板

22         上表面

24         下表面

30         显示层

40         薄膜晶体管

60         扫描电极

70         数据电极

210        彩色滤光片

220        黑色矩阵

410        栅极

420        栅极绝缘层

430        半导体层

440a      源极

440b      漏极

450       第一绝缘层

460       像素电极

470       第二电极

510       平坦层

520       触控驱动电极

520a      电极区

530       第二绝缘层

540、540’触控感测电极

具体实施方式

图1为本发明实施例的触控显示面板1的剖面图，而图2是本发明实施例的触控显示面板1的俯视图，其中图1的剖面图是根据图2的剖面线1-1进行剖面而得。请参阅图1以及图2，触控显示面板1包括一第一基板10、一第二基板20、一显示层30、多个薄膜晶体管40、多条沿着一第一轴向（例如X轴）并排的扫描电极60、多条沿着一第二轴向（例如Y轴）并排的数据电极70、多条沿着该第一轴向并排且重叠扫描电极60的触控驱动电极520、以及多条沿着该第二轴向并排且重叠数据电极70的触控感测电极540。

第一基板10及第二基板20的材料可为玻璃、金属、塑料或其复合的板材，其作为支撑结构及阻挡水气破坏显示层30。显示层30可影响偏振光的结构（例如液晶，LC）或为可主动发光的结构（例如有机发光二极管，OLED），可通过密封材料（如silent或frit）密封于第一基板10以及第二基板20之间。

多个扫描电极60介于第一基板10及显示层30之间（形成于第一基板10上），以等距的方式沿着第一轴向X并排，各扫描电极60分别电性连接相对应的扫描驱动IC部位（未示出）。多个数据电极70介于扫描电极60所在层别及显示层30之间，以等距的方式沿着第二轴向Y并排，各数据电极70分别电性连接相对应的数据驱动IC部位。其中，扫描电极60及数据电极70实质上正交，且彼此电性绝缘，数据电极70相对扫描电极60更靠近显示层30。

多个薄膜晶体管40位于第一基板10以及显示层30之间，用以作为开关元件，且多个薄膜晶体管40是以矩阵方式排列，也就是说，多个薄膜晶体管40是沿着第一轴向X以及第二轴向Y排列。扫描电极60与薄膜晶体管40以栅极部分电性连接。数据电极70与薄膜晶体管40以及源极部分或漏极部分电性连接。

详细而言，本实施例的底栅极式薄膜晶体管40包括一栅极410、一栅极绝缘层420、一半导体层430、一源极440a、一漏极440b以及一第一绝缘层450。栅极410形成于第一基板10上，与扫描电极60共平面（于同一工艺完成）且彼此电性连接。栅极绝缘层420位于栅极410以及第一基板10的上方，并且覆盖栅极410以及第一基板10，使得扫描电极60及数据电极70电性绝缘。半导体层430相对于栅极410位置形成于栅极绝缘层420之上，且半导体层430面积一般小于栅极410区域面积。源极440a及漏极440b位于半导体层430之上相对应的两端，并且分别邻近于栅极410的两端（如图1所示），其中源极440a或漏极440b其中之一与数据电极70电性连接。源极440a、漏极440b之间具有一开口，暴露出下方的半导体层430，此部分的半导体层430作为通道（channel）之用，通道的宽度为源极440a与漏极440b的间距，而通道的长度为源极440a与漏极440b平行重叠的距离。第一绝缘层450位于源极440a以及漏极440b的上方，并且覆盖源极440a、漏极440b以及下方的半导体层430。

栅极410、源极440a及漏极440b可以是低电阻导电材料，例如是铜、铝或者是其他的金属或合金。栅极绝缘层420的材料可以是SiNx、SiOx或者是其组合。半导体层430的材料可以是非晶硅、多晶硅或IGZO等半导体材料。第一绝缘层450的材料可以是SiNx、SiOx、树脂或者是聚亚酰胺（Polyimide）。然而，本发明不限定上述层别所使用的材料。

请参阅图1及图2，本实施例于第一绝缘层450上还具有平坦层510及第二绝缘层530。一图案化的第一电极460位于平坦层510及第二绝缘层530之间，而依图案化的第二电极470介于显示层30及第二绝缘层530之间。第一电极460或第二电极470其中之一通过一接触孔洞（图未示出）往下延伸而电性连接源极440a或漏极440b，形成像素电极，另一电极则连接共用电压源，形成共用电极。平坦层510及第二绝缘层530的材料可以是SiNx、SiOx、树脂、有机高分子或者是聚亚酰胺（Polyimide）。第一电极460及第二电极470的材料可以是透明的氧化铟锡（ITO）、氧化铟锌（IZO）或是金属。

当触控显示面板1驱动时，扫描电极60会提供一电压给栅极410，该电压的绝对值大于该薄膜晶体管40的临界电压（threshold voltage），使得半导体层430形成一通道，而源极440a以及漏极440b之间彼此电性导通。之后，数据电极70会提供一像素电压来对第一电极460或第二电极470进行充电，像素电极其与共用电极间的电压差形成边缘电场（fringefield），用以改变显示层30状态，以显示灰阶画面。

值得说明的是，在本实施例中，半导体层430的载子是电子，因此驱动扫描电极60的电压为一正电压。若扫描电极60提供一负电压给栅极410，则此通道不会形成，整体上，漏极440b则无法对像素电极460进行充电。另外，在本实施例中，输入栅极410以形成通道的像素电压为22V，而输入栅极410以关闭通道的像素电压为-7V。然而，本发明并不限制输入栅极410的像素电压值。

请参阅图1以及图2，多条沿着第一轴向排列且相互并列的触控驱动电极520位于平坦层510及第二绝缘层530之间，由触控显示面板1的正视方向观察，触控驱动电极520与扫描电极60部分或全部重叠，且触控驱动电极520的宽度小于或等于扫描电极60的宽度，以降低对开口率的影响。多条沿着第二轴向排列且相互并列的触控感测电极540位于第二绝缘层530及显示层30之间，从触控显示面板1的正视方向观察，触控感测电极540与数据电极70部分或全部重叠，且触控感测电极540的宽度小于或等于数据电极70的宽度，以降低对开口率的影响。于此实施例中，触控驱动电极520可与第一电极460共平面、同一材料及工艺（同为ITO），也可与第一电极460共平面但不同材料及工艺（触控驱动电极520为金属，而第一电极460为ITO）。触控感测电极540可与第二电极470共平面、同一材料及工艺（同为ITO），也可与第二电极470共平面但不同材料及工艺（触控感测电极540为金属，而第二电极470为ITO）。扫描电极60、数据电极70、触控驱动电极520及触控感测电极540彼此电性绝缘，且彼此的驱动信号独立隔绝。

多个触控驱动电极520及多个触控感测电极540的重叠区域于触控驱动电极520输入一触控驱动电压时形成用于触控感应的电容矩阵，当使用者手指接近该电容矩阵区域时，会改变电容的电极的电荷分配情况，换句话说即改变电容大小，控制器（图未示出），例如是微处理器（microprocessor），可以通过接收触控感测电极540的电压变化进一步计算触点位置。

若触控驱动电极520与半导体层430的通道具有重叠部分，则此部分相当于另外一个栅极410，其电压的改变可能影响通道部分的导电特性。在此实施例中，栅极410的输入电压若为正值且大于薄膜晶体管40的临界电压，则薄膜晶体管40通道开启，可由数据电极70输入数据电压，或是由第一电极460漏电予数据电极70。因此，当触控驱动电极520与半导体层430的通道具有重叠部分，触控驱动电极520输入一高于临界电压的正电压时，薄膜晶体管40通道微幅开启，像素内电压受数据电极70的影响产生一差值，进而造成灰阶失真的情况。触控驱动电极520影响薄膜晶体管40的半导体层430通道情况除了与重叠部分有关之外，还与电压大小、绝缘介电层的膜厚与介电系数、及半导体层430的特性有关。

举例来说，设定触控驱动电极520与薄膜晶体管40的半导体层430通道完全重叠，而平坦层510的厚度为2.5mm（毫米），而第一绝缘层450的厚度为0.2mm，当触控驱动电极520电压改变为5V且持续4微秒（us）时，第一电极460的电压会从原本的2.1V提升至2.195V，也就是说第一电极460的电压差值为95mV（毫伏特），这样的电压差值在六位（6bits）显示装置中会造成约2~3灰阶的差异（一灰阶改变约40mV），而在八位（8bits）显示装置中会造成约9~10灰阶的差异（一灰阶改变约10mV），一般而言，在视觉上40mV以上的电压差异肉眼可明显感受，而10mV至40mV之间的电压差异则是观察者的视觉能力或可感之，至于0mV至10mV之间的电压差异则难以被肉眼发觉。本发明的其中一个实施例能将上述电压差值降至介于0至40mV之间。

当触控驱动电极520电压为负值（小于薄膜晶体管40的临界电压），则可确保薄膜晶体管40通道关闭，第一电极460的电压保持原输入数据电压。该负电压的值可以设计在-1V至-40V，更佳的是负电压的值可以设计在-5V至-20V之间。然而，本发明并不限制输入电极区520a的电压值，在其他实施例中，负电压的值可以落在-1V至-40V之外。

请再次参阅图1，触控显示面板1还具有彩色滤光片210以及黑色矩阵220。彩色滤光片210介于第二基板20及显示层30之间，而黑色矩阵220介于彩色滤光片210以及第二基板20之间。黑色矩阵220也可由彩色滤光片210互叠形成。黑色矩阵220用以遮蔽下方重叠的扫描电极60、数据电极70、触控驱动电极520及触控感测电极540，因此宽度大于上述电极。另外，本实施例是采用水平电场的显示技术，例如是边界电场切换（FFS,Fringe Field Switching）的显示技术，第一电极460及第二电极470间的电压差是数据电压与共通电压之差，此电压差以产生一电场，使得显示层30的液晶分子转动。

然而，在其他实施例中，也可以采用其他的显示技术，例如是平面内切换（IPS,In Plane Switching）的显示技术。值得一提的是，在本实施例中，触控驱动电极520介于平坦层510及第二绝缘层530之间，并且和第一电极460共平面，而触控感测电极540介于第二绝缘层530与显示层30之间，并且和第二电极470共平面。然而，本发明不限制触控驱动电极520与触控感测电极540的位置。触控驱动电极520可与扫描电极60或数据电极70共平面（电性绝缘），也可与第二电极470共平面（电性绝缘）。触控感测电极540也可以与数据电极70或第一电极460共平面（电性绝缘），触控感测电极540也可以位在彩色滤光片210以及黑色矩阵220之间，也可以位于彩色滤光片210以及显示层30之间，甚至位于第二基板20相对显示层30的另一表面。

图3为本发明另一实施例的触控显示面板1’的剖面图。请参阅图3，在此实施例中，显示面板1’的结构大致上和前一实施例相同。本实施例的显示面板1’采用例如是垂直配向（VA,Vertical Alignment）的显示技术。触控显示面板1’的第二电极470介于显示层30以及彩色滤光片210之间，触控感测电极540与第二电极470共平面（电性绝缘），数据电极70与显示层30间并无平坦层510及第二绝缘层530，触控驱动电极520与第一电极460共平面（电性绝缘）。

图4为本发明另一实施例的显示面板2的俯视图。请参阅图4，显示面板2的结构大致上和显示面板1相同，在此不多做赘述。然而，相较于前一实施例的显示面板1，在本实施例中，触控驱动电极520电极区520a仅遮盖1/23的半导体层430的顶面通道面积，第一电极460的电压改变为38.73mV，小于40mV，也就是说，这样的电压差值所造成的灰阶光学差异较不容易被肉眼感测到。

触控显示面板1增加控制装置（未示出）或背光模块后（未示出），可以应用于多种不同的触控显示器产品。控制装置包括主机板、图像芯片、中央处理器以及多个被动元件。控制装置可以用来控制触控显示面板1的操作、输出电源至背光模块、可以输入图像信号至图像芯片等。触控显示装置可以是桌上型电脑所使用的液晶屏幕、笔记型电脑的屏幕、液晶电视以及手持电子装置的屏幕，其中上述手持电子装置例如是手机、数码相机、数码摄影机、掌上型游乐器或个人数字助理器（Personal Digital Assistant，PDA）等。

综上所述，本发明提供了一种触控显示面板，所述的触控显示面板包括第一基板、第二基板、显示层、多个薄膜晶体管、多条沿着一第一轴向排列的多条扫描电极、多条沿着一第二轴向排列的数据电极。还包括多条触控感测电极以及多条触控驱动电极，且上述电极皆电性绝缘。本发明输入一负电压给触控驱动电极，如此可以减少错误开启薄膜晶体管通道所造成的灰阶变化。其次，本发明还可以利用改变触控驱动电极覆盖半导体层通道面积大小等方式，使薄膜晶体管通道造成的电压变化介于0至40mV之间，以改善显示面板灰阶失真的情况。

以上所述仅为本发明的实施例，其并非用以限定本发明的专利保护范围。任何本领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神与范围内，所作的更动及润饰的等效替换，仍为本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种触控显示面板，其特征在于，所述触控显示面板包括：

一第一基板；

一第二基板；

一显示层，介于所述第一基板与所述第二基板之间；

多个扫描电极，介于所述第一基板与所述显示层之间；

多个数据电极，介于所述扫描电极与所述显示层之间，且与所述扫描电极正交；

多个薄膜晶体管，与所述扫描电极及所述数据电极电性连接；

多个触控驱动电极，介于所述数据电极与所述第二基板之间且重叠设置于所述扫描电极之上；以及

多个触控感测电极，重叠设置于所述数据电极之上；

所述扫描电极、所述数据电极、所述触控驱动电极及所述触控感测电极彼此电性绝缘，且输入所述触控驱动电极的电压为负值。

2.根据权利要求1所述的触控显示面板，其特征在于，每一个所述薄膜晶体管包括：

一栅极，设置于所述第一基板上；

一栅极绝缘层，覆盖所述栅极及所述第一基板；

一半导体层，相对所述栅极设置于所述栅极绝缘层上；

一源极，设置于所述半导体层的一侧；

一漏极，设置于所述半导体层相对于所述漏极的另一侧；以及

一第一绝缘层，覆盖所述漏极、所述源极以及所述半导体层；

介于所述源极与所述漏极之间的所述半导体层形成一通道，所述通道与所述触控驱动电极具有一重叠区域，所述重叠区域的面积介于0与所述通道的面积之间。

3.根据权利要求2所述的触控显示面板，其特征在于，所述触控显示面板还包括：

一第二绝缘层，设置于所述第一绝缘层之上；

一平坦层，介于所述第一绝缘层与所述第二绝缘层之间；

一第一电极，介于所述平坦层与所述第二绝缘层之间；以及

一第二电极，介于所述第二绝缘层与所述显示层之间；

所述第一电极及所述第二电极的其中之一与所述漏极电性连接。

4.根据权利要求3所述的触控显示面板，其特征在于，所述触控驱动电极与所述第一电极共平面，且所述触控感测电极与所述第二电极共平面。

5.根据权利要求3所述的触控显示面板，其特征在于，在输入所述触控驱动电极的电压期间，与所述漏极电性连接的所述第一电极或所述第二电极的电压改变介于0及40毫伏特之间。

6.根据权利要求2所述的触控显示面板，其特征在于，所述触控显示面板还包括：

一第二绝缘层，设置于所述第一绝缘层之上；

一第一电极，介于所述显示层与所述第一绝缘层之间；以及

一第二电极，介于所述显示层与所述第二基板之间；

所述第一电极与所述漏极电性连接。

7.根据权利要求6所述的触控显示面板，其特征在于，所述触控驱动电极与所述第一电极共平面，且所述触控感测电极与所述第二电极共平面。

8.根据权利要求6所述的触控显示面板，其特征在于，在输入所述触控驱动电极的电压期间，与所述漏极电性连接的所述第一电极的电压改变介于0及40毫伏特之间。

9.根据权利要求1所述的触控显示面板，其特征在于，所述触控驱动电极的材质为金属。

10.一种触控显示装置，其特征在于，所述触控显示装置包括

一触控显示面板，包括：

一第一基板；

一第二基板；

一显示层，设置于所述第一基板与所述第二基板之间；

多个扫描电极，设置于所述第一基板上；

多个数据电极，设置于所述第一基板上；

多个薄膜晶体管，与所述扫描电极及所述数据电极电性连接，并具有一临界电压；

多个触控驱动电极，重叠设置于所述扫描电极之上且与所述扫描电极电性绝缘；

多个触控感测电极，重叠设置于所述数据电极之上且与所述数据电极及所述触控驱动电极电性绝缘；

输入所述触控驱动电极的电压小于所述薄膜晶体管的所述临界电压；以及

一控制单元，所述控制单元与所述触控显示面板电性连接。

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