CN103885637B - 一种内嵌式触摸屏及显示装置 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种内嵌式触摸屏及显示装置，将阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘且交叉而置的多个触控驱动电极和多个公共电极；在对向基板上设置触控感应电极，各触控感应电极在阵列基板上的投影位于公共电极所在的区域内，对触控驱动电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。由于本发明实施例提供的触摸屏内的触控驱动电极对应于黑矩阵图形的区域全部或部分凸向对向基板，因此，可以在不影响触摸屏的开口率的情况下，增大触控驱动电极的面积，从而增大触控驱动电极投射到触控感应电极的电容量，提高了手指触控时引起的变化量，进而提高触控的灵敏度。

Description

一种内嵌式触摸屏及显示装置
技术领域
本发明涉及触控技术领域，尤其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，触摸屏按照组成结构可以分为：外挂式触摸屏（Add on Mode Touch Panel）、覆盖表面式触摸屏（On Cell Touch Panel）、以及内嵌式触摸屏（In Cell Touch Panel）。其中，外挂式触摸屏是将触摸屏与液晶显示屏（Liquid Crystal Display，LCD）分开生产，然后贴合到一起成为具有触摸功能的液晶显示屏，外挂式触摸屏存在制作成本较高、光透过率较低、模组较厚等缺点。而内嵌式触摸屏将触摸屏的触控电极内嵌在液晶显示屏内部，可以减薄模组整体的厚度，又可以大大降低触摸屏的制作成本，受到各大面板厂家青睐。
目前，能够实现宽视角的液晶显示技术主要有平面内开关（IPS，In-PlaneSwitch）技术和高级超维场开关（ADS，Advanced Super Dimension Switch）技术；其中，ADS技术通过同一平面内狭缝电极边缘所产生的电场以及狭缝电极层与板状电极层间产生的电场形成多维电场，使液晶盒内狭缝电极间、电极正上方所有取向液晶分子都能够产生旋转，从而提高了液晶工作效率并增大了透光效率。高级超维场转换技术可以提高TFT-LCD产品的画面品质，具有高分辨率、高透过率、低功耗、宽视角、高开口率、低色差、无挤压水波纹（push Mura）等优点。H-ADS（高开口率-高级超维场开关）是ADS技术的一种重要实现方式。
目前基于ADS技术和H-ADS技术提出的内嵌式触摸屏结构是将阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘且交叉而置的触控驱动电极和公共电极，并在对向基板上设置与公共电极所在区域对应的触控感应电极；对触控驱动电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。这种内嵌式触摸屏中的触控感应电极一般采用金属材料制备，为了不影响正常显示，一般将触控感应电极制作成被对向基板中的黑矩阵图形遮挡的网格状电极结构，由于受到黑矩阵宽度的限制，使得网格状电极结构的线宽（无论纵向还是横向）都不能太宽。并且，采用公共电极层复用触控驱动电极时，仅由一部分公共电极层作为触控驱动电极使用。这些结构设计都会使触控驱动电极和触控感应电极之间的互电容相对较小，当手指触控时引起的变化量也就相对较小，进而影响了触控的灵敏度。
发明内容
有鉴于此，本发明实施例提供了一种内嵌式触摸屏及显示装置，用以提高触摸屏的触控灵敏度。
因此，本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏，包括：具有公共电极层的阵列基板，以及与所述阵列基板相对而置的对向基板，所述阵列基板或所述对向基板上设置有黑矩阵图形：
所述阵列基板的公共电极层由相互绝缘的多个触控驱动电极和多个公共电极组成，所述触控驱动电极与公共电极交叉设置；所述触控驱动电极对应于所述黑矩阵图形的区域凸向所述对向基板；在一帧画面的显示时间内，各所述触控驱动电极用于分时地加载公共电极信号和触控扫描信号；
所述对向基板具有多个触控感应电极，各所述触控感应电极在所述阵列基板上的投影位于所述公共电极所在区域内。
本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏，将阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘且交叉而置的多个触控驱动电极和多个公共电极；在对向基板上设置触控感应电极，各触控感应电极在阵列基板上的投影位于公共电极所在的区域内，对触控驱动电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。由于本发明实施例提供的触摸屏内的触控驱动电极对应于黑矩阵图形的区域全部或部分凸向对向基板，因此，可以在不影响触摸屏的开口率的情况下，增大触控驱动电极的面积，从而增大触控驱动电极投射到触控感应电极的电容量，即触控驱动电极和触控感应电极之间的互电容量，提高了手指触控时引起的变化量，进而提高触控的灵敏度。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，所述阵列基板具有用于支撑所述触控驱动电极凸向所述对向基板的第一凸起部，所述第一凸起部在所述阵列基板上的投影位于所述黑矩阵图形所在区域内。。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，所述阵列基板具有设置在第一衬底基板上的薄膜晶体管，所述公共电极层与所述薄膜晶体管之间具有绝缘层，所述第一凸起部位于所述绝缘层和所述公共电极层之间。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，所述第一凸起部的材料为硅球。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，黑矩阵图形设置在所述对向基板的第二衬底基板上，所述触控感应电极位于所述黑矩阵图形与所述第二衬底基板之间，或位于所述黑矩阵图形之上。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，各所述触控感应电极具有网格状电极结构，且所述触控感应电极的网格状电极结构被所述黑矩阵图形覆盖。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，各所述触控感应电极具有片状结构，所述触控感应电极对应于所述黑矩阵图形的区域全部或部分凸向所述阵列基板。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，所述对向基板具有用于支撑所述触控感应电极凸向所述阵列基板的第二凸起部，所述第二凸起部被所述黑矩阵图形覆盖。
在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，所述触控感应电极位于所述黑矩阵图形之上时，所述第二凸起部位于所述触控感应电极与所述黑矩阵图形之间；
所述触控感应电极位于所述黑矩阵图形与所述第二衬底基板之间时，所述第二凸起部位于所述第二衬底基板与所述触控感应电极之间。
本发明实施例提供的一种显示装置，包括本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏。
附图说明
图1为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏中公共电极层的结构示意图；
图3为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的驱动时序示意图；
图4为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏中阵列基板的具体结构图；
图5为图4中a-a处的截面图；
图6a和图6b为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏中网格状电极结构的触控感应电极的示意图；
图7为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏中触控感应电极为片状结构时对向基板的结构示意图。
具体实施方式
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。
附图中各层膜层的厚度和形状不反映真实比例，目的只是示意说明本发明内容。
图1为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的横向剖面示意图。本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏，如图1所示，具有公共电极层110的阵列基板100，以及与阵列基板100相对而置的对向基板200；阵列基板100或对向基板200上设置有黑矩阵图形210，图1中是以黑矩阵图形210设置在对向基板200为例进行说明；
如图2所示，阵列基板100的公共电极层110由相互绝缘的多条触控驱动电极111和多条公共电极112组成，触控驱动电极111与公共电极112交叉设置；触控驱动电极111对应于黑矩阵图形210的区域全部或部分凸向对向基板200；在一帧画面的显示时间内，各触控驱动电极111用于分时地加载公共电极信号和触控扫描信号；
对向基板200具有多条触控感应电极220，各触控感应电极220在阵列基板100上的正投影位于公共电极112所在区域内。
本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏，将阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘且交叉而置的多个触控驱动电极和多个公共电极；在对向基板上设置触控感应电极，各触控感应电极在阵列基板上的投影位于公共电极所在的区域内，对触控驱动电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。由于本发明实施例提供的触摸屏内的触控驱动电极对应于黑矩阵图形的区域全部或部分凸向对向基板，因此，可以在不影响触摸屏的开口率的情况下，增大触控驱动电极的面积，从而增大触控驱动电极投射到触控感应电极的电容量，即触控驱动电极和触控感应电极之间的互电容量，提高了手指触控时引起的变化量，进而提高触控的灵敏度。
并且，由于本发明实施例提供的上述触摸屏中，触控和显示阶段采用分时驱动的方式，一方面可以将显示驱动和触控驱动的芯片整合为一体，降低生产成本；另一方面分时驱动也能够降低显示和触控的相互干扰，提高画面品质和触控准确性。
具体地，例如：如图3所示的驱动时序图中，将触摸屏显示每一帧（V-sync）的时间分成显示时间段（Display）和触控时间段（Touch），例如图3所示的驱动时序图中触摸屏的显示一帧的时间为16.7ms，选取其中5ms作为触控时间段，其他的11.7ms作为显示时间段，当然也可以根据IC芯片的处理能力适当的调整两者的时长，在此不做具体限定。在显示时间段（Display），对触摸屏中的每条栅极信号线Gate1，Gate2……Gate n依次施加栅扫描信号，对数据信号线Data施加灰阶信号，相应地此时触控驱动电极Tx作为公共电极，与触控驱动电极连接的IC芯片向其提供恒定的公共电极信号，实现液晶显示功能。在触控时间段（Touch），与触控驱动电极连接的IC芯片向各触控驱动电极分别提供触控扫描信号T1、T2……Tn，同时各触控感应电极分别进行侦测触控感应信号R1、R2……Rn，实现触控功能。在触控时间段，触摸屏中的每条栅极信号线和数据信号线无信号输入。并且，在公共电极层中的各公共电极在显示时间段和触控时间段始终加载公共电极信号，或者，在显示时间段向各公共电极加载公共电极信号，在触控时间段各公共电极接地或者悬空处理，该悬空处理指无信号输入。
具体地，为了能够使触控驱动电极111在对应于黑矩阵图形210的区域全部或部分凸向对向基板200，即为了能够使触控驱动电极111在黑矩阵图形210的区域凸起，在具体实施时，如图5所示，可以在阵列基板100上设置用于支撑触控驱动电极111凸向对向基板的第一凸起部113，该第一凸起部113在阵列基板100上的投影位于黑矩阵图形210所在区域内，因此不会影响触摸屏的正常显示。
在具体实施时，为了使第一凸起部113能够支撑触控驱动电极111凸起，第一凸起部会设置在触控驱动电极111所需凸起处的下方，并且为了第一凸起部113不影响阵列基板中其他膜层的构图，第一凸起部一般与触控驱动电极直接接触，即第一凸起部113和触控驱动电极111之间一般没有其他膜层。具体地，如图5所示，阵列基板100一般具有设置在第一衬底基板120上的薄膜晶体管130，公共电极层110与薄膜晶体管130之间一般设置有绝缘层140，第一凸起部113可以位于绝缘层140和公共电极层110之间。
进一步地，由于第一凸起部113会与触控驱动电极111直接接触，为了使第一凸起部113不影响触控驱动电极111上的信号传递，第一凸起部113可以采用半导体材料，或者绝缘材料制备，例如第一凸起部113可以采用硅球制备，在此不做限定。
在具体实施时，如图4所示，阵列基板100还会具有与薄膜晶体管130的漏极连接的数据线150，以及与薄膜晶体管130的栅极连接的栅线160。薄膜晶体管130、数据线150以及栅线160都会被黑矩阵图形210遮挡，因此，在具体实施时，第一凸起部113可以仅设置在数据线150对应的区域，也可以仅设置在栅线160对应的区域，还可以在薄膜晶体管130、数据线150和栅线160所对应的区域都设置第一凸起部113，图5中是以在图4中的a-a处截面为例进行说明的。对应地，在设置有第一凸起部113上方的触控驱动电极111区域会凸出于其他区域，使此处的触控驱动电极111的单位面积大于其他区域的单位面积，从而增加了触控驱动电极111的整体面积。
在具体实施时，在本发明实施例提供的触摸屏中，黑矩阵图形210一般设置在对向基板200的第二衬底基板230上，触控感应电极220可以位于第二衬底基板230与黑矩阵图形210之间，也可以位于黑矩阵图形210之上，在此不做限定。
具体地，触控感应电极220的位置与公共电极112的位置相对应，这样能避免触控感应电极220和触控驱动电极111之间产生正对面积。在具体实施时，由于触摸屏的精度通常在毫米级，而液晶显示屏的精度通常在微米级，可以看出显示所需的精度远远大于触控所需的精度，因此，一般每条触控感应电极111和每条公共电极112都会对应多行像素单元。并且，可以根据具体需要的触控精度，设置各条触控感应电极220之间的间隙，即仅需要保证各触控感应电极220在阵列基板100上的投影位于公共电极112所在区域内即可，各触控感应电极220的宽度一般不大于公共电极112的宽度，各触控感应电极220还可以间隔至少一条公共电极112设置，也可以将触控感应电极220与公共电极112设置为一一对应的关系，在此不做限定。
在一种实施方式中，为了保证各触控感应电极220不会影响各像素单元的开口率和光透过率，一般将各触控感应电极220设置为具有网格状电极结构，且触控感应电极220的网格状电极结构被黑矩阵图形210所覆盖。这样，就可以利用黑矩阵图形210遮盖触控感应电极220的网格状电极结构，不会对显示器的开口率产生影响，也不会影响显示器的光透过率。具体地，各触控感应电极220的网格状电极结构的网孔大小可以依据具体需要确定，例如，如图6a所示触控感应电极220的图案可以设置为位于组成像素单元的各亚像素单元（RGB）之间的间隙处，触控感应电极220的图案也可以如图6b所示设置为仅位于像素单元之间的间隙处，在此不做限定。
具体地，由于在对向基板200上设置的网格状电极结构的触控感应电极220不会遮挡像素单元，因此，触控感应电极220的材料可以具体为透明导电氧化物例如ITO或IZO，也可以为金属，当采用金属制作触控感应电极时可以有效的降低其电阻。
在另一种实施方式中，为了保证各触控感应电极220和触控驱动电极111之间能形成较大互电容，可以将各触控感应电极220设置为片状结构，并采用透明导电材料制备，这样片状结构的触控感应电极220也不会影响各像素单元的开口率，但是可能会影响光透过率。
较佳地，在触控感应电极220为片状结构时，为了通过进一步增大触控感应电极220的单位面积的方式，增加触控感应电极220与触控驱动电极111之间的互电容，在具体实施时，与触控驱动电极111类似，还可以将触控感应电极220设计为对应于黑矩阵图形210的区域全部或部分凸向阵列基板100，使触控感应电极220在黑矩阵图形210区域的单位面积大于其他区域的单位面积，从而增加触控触控感应电极220的整体面积。
具体地，为了能够使触控感应电极220在对应于黑矩阵图形210的区域全部或部分凸向阵列基板100，即为了能够使触控感应电极220在黑矩阵图形210的区域凸起，在具体实施时，如图7所示，可以在对向基板100上设置用于支撑触控感应电极220凸向阵列基板100的第二凸起部240，该第二凸起部240被黑矩阵图形210覆盖，因此不会影响触摸屏的正常显示。
在具体实施时，为了使第二凸起部240能够支撑触控感应电极220凸起，第二凸起部240会设置在触控感应电极220所需凸起处的下方，并且为了第而凸起部240不影响对向基板200中其他膜层的构图，第二凸起部240一般与触控感应电极220直接接触，即第二凸起部240和触控感应电极220之间一般不设置其他膜层。具体地，触控感应电极220位于黑矩阵图形210之上时，第二凸起部240位于触控感应电极220与黑矩阵图形210之间，如图7所示；触控感应电极220位于黑矩阵图形210与第二衬底基板230之间时，第二凸起部240位于第二衬底基板230与触控感应电极220之间。
进一步地，由于第二凸起部240会与触控感应电极220直接接触，为了使第而凸起部不影响触控感应电极220上的信号传递，第二凸起部240可以采用半导体材料，或者绝缘材料制备，例如第二凸起部240可以采用硅球制备，在此不做限定。
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，该显示装置可以为：手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。该显示装置的实施可以参见上述内嵌式触摸屏的实施例，重复之处不再赘述。
本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏及显示装置，将阵列基板中整面连接的公共电极层进行分割，形成相互绝缘且交叉而置的多个触控驱动电极和多个公共电极；在对向基板上设置触控感应电极，各触控感应电极在阵列基板上的投影位于公共电极所在的区域内，对触控驱动电极进行分时驱动，以实现触控功能和显示功能。由于本发明实施例提供的触摸屏内的触控驱动电极对应于黑矩阵图形的区域全部或部分凸向对向基板，因此，可以在不影响触摸屏的开口率的情况下，增大触控驱动电极的面积，从而增大触控驱动电极投射到触控感应电极的电容量，即触控驱动电极和触控感应电极之间的互电容量，提高了手指触控时引起的变化量，进而提高触控的灵敏度。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。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 (10)

1.一种内嵌式触摸屏，包括：具有公共电极层的阵列基板，以及与所述阵列基板相对而置的对向基板，所述阵列基板或所述对向基板上设置有黑矩阵图形，其特征在于：
所述阵列基板的公共电极层由相互绝缘的多个触控驱动电极和多个公共电极组成，所述触控驱动电极与公共电极交叉设置；所述触控驱动电极对应于所述黑矩阵图形的区域全部或部分凸向所述对向基板；在一帧画面的显示时间内，各所述触控驱动电极用于分时地加载公共电极信号和触控扫描信号；
所述对向基板具有多个触控感应电极，各所述触控感应电极在所述阵列基板上的投影位于所述公共电极所在区域内，且所述触控感应电极对应于所述黑矩阵图形的区域全部或部分凸向所述阵列基板。
2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述阵列基板具有用于支撑所述触控驱动电极凸向所述对向基板的第一凸起部，所述第一凸起部在所述阵列基板上的投影位于所述黑矩阵图形所在区域内。
3.如权利要求2所述的触摸屏，其特征在于，所述阵列基板具有设置在第一衬底基板上的薄膜晶体管，所述公共电极层与所述薄膜晶体管之间具有绝缘层，所述第一凸起部位于所述绝缘层和所述公共电极层之间。
4.如权利要求3所述的触摸屏，其特征在于，所述第一凸起部的材料为硅球。
5.如权利要求1-4任一项所述的触摸屏，其特征在于，黑矩阵图形设置在所述对向基板的第二衬底基板上，所述触控感应电极位于所述黑矩阵图形与所述第二衬底基板之间，或位于所述黑矩阵图形之上。
6.如权利要求5所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控感应电极具有网格状电极结构，且所述触控感应电极的网格状电极结构被所述黑矩阵图形覆盖。
7.如权利要求5所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控感应电极具有片状结构。
8.如权利要求7所述的触摸屏，其特征在于，所述对向基板具有用于支撑所述触控感应电极凸向所述阵列基板的第二凸起部，所述第二凸起部被所述黑矩阵图形覆盖。
9.如权利要求8所述的触摸屏，其特征在于，所述触控感应电极位于所述黑矩阵图形之上时，所述第二凸起部位于所述触控感应电极与所述黑矩阵图形之间；
所述触控感应电极位于所述黑矩阵图形与所述第二衬底基板之间时，所述第二凸起部位于所述第二衬底基板与所述触控感应电极之间。
10.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-9任一项所述的内嵌式触摸屏。
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