CN104020892A - 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，在阵列基板上设置多个同层且相互独立的自电容电极，触控侦测芯片在触控时间段通过检测各自电容电极的电容值变化可以判断出触控位置，并且，将位于顶栅型薄膜晶体管下方的遮挡层的图形进行变更形成多条导线，一方面形成的导线可以将自电容电极连接至触控侦测芯片，实现触控功能；另一方面形成的导线图形遮挡顶栅型薄膜晶体管的有源层图案，从而避免背光照射而产生光生载流子影响正常显示。由于将原有的顶栅型薄膜晶体管下方的遮挡层的图形进行变更形成与自电容电极对应的导线，相对于现有的增加两层膜层的制作工艺，仅需增加一层形成自电容电极的工艺即可实现触控功能，节省了生产成本，提高了生产效率。

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 ModeTouch Panel)、覆盖表面式触摸屏(On Cell Touch Panel)、以及内嵌式触摸屏(InCell Touch Panel)。其中，外挂式触摸屏是将触摸屏与液晶显示屏(Liquid CrystalDisplay，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，现有的内嵌(In cell)式触摸屏是利用互电容或自电容的原理实现检测手指触摸位置。其中，利用自电容的原理可以在触摸屏中设置多个同层设置且相互绝缘的自电容电极，当人体未触碰屏幕时，各自电容电极所承受的电容为一固定值，当人体触碰屏幕时，对应的自电容电极所承受的电容为固定值叠加人体电容，触控侦测芯片在触控时间段通过检测各自电容电极的电容值变化可以判断出触控位置。由于人体电容可以作用于全部自电容，相对于人体电容仅能作用于互电容中的投射电容，由人体碰触屏幕所引起的触控变化量会大于利用互电容原理制作出的触摸屏，因此，相对于互电容的触摸屏能有效提高触控的信噪比，从而提高触控感应的准确性。
在上述内嵌式触摸屏中，为了将自电容电极与触控侦测芯片连接，一般会设置与自电容电极对应连接的导线。具体地，可以将导线与自电容电极的图形设置在同一膜层，也可以将导线与自电容电极的图形异层设置。其中，将导线和自电容电极同层设置虽然可以避免增加新的构图工艺，但是，将自电容电极和导线同层设置会形成触控盲区，在触控盲区内连接多个自电容电极的导线均经过该触控盲区，因此，在这个触控盲区内的信号相对比较紊乱，也就是在该区域内的触控性能无法保证。基于上述考虑，在具体实施时，一般将导线和自电容电极异层设置。
而在内嵌式触摸屏中将导线和自电容电极异层设置，需要在现有的显示面板内部增加新的两个膜层，导致在制作面板时需要增加新的工艺，使生产成本增加，不利于提高生产效率。
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，用以降低内嵌式触摸屏的生产成本、提高生产效率。
因此，本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏，包括具有顶栅型薄膜晶体管的阵列基板，还包括：
设置于所述阵列基板的所述顶栅型薄膜晶体管所在膜层之上的多个同层设置且相互独立的自电容电极；
在触控时间段通过检测各所述自电容电极的电容值变化以判断触控位置的触控侦测芯片；以及，
设置于所述阵列基板的所述顶栅型薄膜晶体管所在膜层之下，且用于将所述自电容电极连接至所述触控侦测芯片的多条导线；所述导线的图形在所述阵列基板上的正投影遮挡所述顶栅型薄膜晶体管的有源层图案。
本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏，利用自电容的原理在阵列基板上设置多个同层且相互独立的自电容电极，触控侦测芯片在触控时间段通过检测各自电容电极的电容值变化可以判断出触控位置，并且，将位于顶栅型薄膜晶体管下方的遮挡层的图形进行变更形成多条导线，一方面形成的导线可以将自电容电极连接至触控侦测芯片，实现触控功能；另一方面形成的导线图形遮挡顶栅型薄膜晶体管的有源层图案，从而避免背光照射而产生光生载流子影响正常显示。由于本发明实施例提供的触摸屏是将原有的顶栅型薄膜晶体管下方的遮挡层的图形进行变更形成与自电容电极对应的导线，因此，相对于需要在现有的阵列基板制备工艺的基础上增加两层膜层的制作工艺，仅需增加一层形成自电容电极的工艺即可实现触控功能，节省了生产成本，提高了生产效率。
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，所述导线在所述阵列基板上的正投影位于所述阵列基板的像素单元的间隙处。
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，还包括：与所述顶栅型薄膜晶体管中的源漏极同层设置的第一导通部，所述自电容电极通过所述第一导通部与所述导线电性连接；或，
还包括：与所述顶栅型薄膜晶体管中的栅极同层设置的第二导通部，所述自电容电极通过所述第二导通部与所述导线电性连接。
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，还包括：与所述顶栅型薄膜晶体管中的源漏极同层设置的第一导通部，以及与所述顶栅型薄膜晶体管中的栅极同层设置的第二导通部；
所述第一导通部与所述第二导通部电性相连，所述自电容电极通过所述第一导通部和第二导通部与所述导线电性连接。
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，所述顶栅型薄膜晶体管的源漏极设置在栅极的上层。
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，各所述自电容电极组成所述阵列基板上的公共电极层。
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，各所述自电容电极之间的间隙在所述阵列基板上的正投影位于所述阵列基板的像素单元的间隙处。
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，各所述自电容电极与所述阵列基板上的像素电极同层设置，且各所述自电容电极的图形位于相邻的两个所述像素电极的间隙处。
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，各所述自电容电极的图形为以所述像素电极作为网孔的网格状结构。
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将自电容电极与像素电极同层设置时的俯视示意图；
图3为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏将公共电极层复用为自电容电极时的结构示意图；
图4a和图4b分别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5a至图5h分别为图3所示结构的制作方法执行各步骤后的结构示意图。
具体实施方式
目前，在显示面板内使用的阵列基板中的薄膜晶体管一般采用非晶硅制作有源层，由于非晶硅存在本身自有的缺陷会导致薄膜晶体管的开态电流低、迁移率低、稳定性差等问题，使它在很多领域受到了限制，为了弥补非晶硅本身缺陷，采用低温多晶硅(Low Temperature Poly-Silicon，LTPS)作为有源层的薄膜晶体管阵列基板应运而生。目前的低温多晶硅薄膜晶体管阵列基板多为顶栅型薄膜晶体管结构，主要包括：在衬底基板上依次设置的有源层、栅极、源漏极等膜层；其中，为了避免背光源的光线照射到有源层而产生光生载流子从而影响薄膜晶体管的性能，在阵列基板中，在有源层的下方还设置有避免光线照射到有源层上的遮挡层，该遮挡层的图形一般与有源层的图形一致。
本发明实施例基于上述LTPS薄膜晶体管阵列基板，提出了新的电容式内嵌触摸屏结构。
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。
本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏，如图1所示，包括具有顶栅型薄膜晶体管01的阵列基板02，还包括：
设置于阵列基板02的顶栅型薄膜晶体管01所在膜层之上的多个同层设置且相互独立的自电容电极03；
在触控时间段通过检测各自电容电极03的电容值变化以判断触控位置的触控侦测芯片04；以及，
设置于阵列基板02的顶栅型薄膜晶体管01所在膜层之下，且用于将自电容电极03连接至触控侦测芯片04的多条导线05，该导线05的图形在阵列基板02上的正投影遮挡顶栅型薄膜晶体管01的有源层011图案。
本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏，利用自电容的原理在阵列基板02上设置多个同层且相互独立的自电容电极03，触控侦测芯片04在触控时间段通过检测各自电容电极03的电容值变化可以判断出触控位置，并且，将位于顶栅型薄膜晶体管01下方的遮挡层的图形进行变更形成多条导线05，一方面形成的导线05可以将自电容电极03连接至触控侦测芯片04，实现触控功能；另一方面形成的导线05图形遮挡顶栅型薄膜晶体管01的有源层011图案，从而避免背光照射而产生光生载流子影响正常显示。由于本发明实施例提供的触摸屏是将原有的顶栅型薄膜晶体管01下方的遮挡层的图形进行变更形成与自电容电极03对应的导线05，因此，相对于需要在现有的阵列基板制备工艺的基础上增加两层膜层的制作工艺，仅需增加一层形成自电容电极03的工艺即可实现触控功能，节省了生产成本，提高了生产效率。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述触摸屏中，为了不影响显示区域的开口率，起到遮挡有源层011作用的导线05的图形一般会被黑矩阵图形遮挡，即导线05在阵列基板02上的正投影位于阵列基板02的像素单元的间隙处。并且，各导线05的图形可以设置成横向条状结构，也可以设置成纵向条状结构，还可以设置成横纵交错的网状结构，如图2所示，可以根据实际参数进行设计，在此不做限定。
具体地，本发明实施例提供的触摸屏中，在阵列基板中采用的顶栅型薄膜晶体管的结构，如图3所示，主要包括在衬底基板上依次设置的有源层011、栅极012以及源漏极013等膜层；其中，在有源层011和栅极012之间设置有栅绝缘层014，在栅极012和源漏极013之间设置有层间绝缘层015；并且，源漏极013和栅极012的位置可以互换，即可以先形成栅极012然后形成源漏极013，也可以先形成源漏极013然后形成栅极012，在此不做限定，以下都是以图2所示的先形成栅极012然后形成源漏极013为例进行说明。
具体地，在阵列基板的顶栅型薄膜晶体管之上，如图3所示，一般还包括：钝化层016、公共电极层017和像素电极018；其中，公共电极层017和像素电极018的位置可以互换，即公共电极层017可以作为板状电极位于下层(更靠近衬底基板)，像素电极018作为狭缝电极位于上层(更靠近液晶层)，并且在像素电极018和公共电极层017之间设有绝缘层019，此时，像素电极018通过贯穿绝缘层019和钝化层016的过孔与源漏极013中的漏极0131电性连接。也可以像素电极018作为板状电极位于下层(更靠近衬底基板)，公共电极层017作为狭缝电极位于上层(更靠近液晶层)，在像素电极018和公共电极层017之间同样设置有绝缘层019，此时，像素电极018通过贯穿钝化层016的过孔与源漏极013中的漏极0131电性连接。当然，还可以将公共电极层017设置在与阵列基板02相对而置的对向基板(彩膜基板)上，即在阵列基板02上不设置公共电极层017。下面都是以图3所示的公共电极层017设置在像素电极018下方为例进行说明。
在具体实施时，可以采用阵列基板02中的公共电极层017复用自电容电极03，即各自电容电极02组成阵列基板02上的公共电极层017，如图3所示，在将公共电极层017的结构进行变更分割成自电容电极03时，在现有的阵列基板制备工艺的基础上，不需要增加额外的工艺，可以节省生产成本，提高生产效率。
或者，在具体实施时，可以在各像素电极018的间隙处设置与像素电极018同层设置的自电容电极03，即各自电容电极03与阵列基板02上的像素电极018同层设置，且各自电容电极03的图形位于相邻的两个像素电极018的间隙处，如图2所示，在将像素电极层的结构进行变更在各像素电极018原有的间隙处形成自电容电极03时，在现有的阵列基板制备工艺的基础上，也不需要增加额外的工艺，可以节省生产成本，提高生产效率。
一般地，触摸屏的密度通常在毫米级，因此，在具体实施时，可以根据所需的触控密度选择各自电容电极03的密度和所占面积以保证所需的触控密度，通常各自电容电极03设计为5mm*5mm左右的方形电极。而显示屏的密度通常在微米级，因此，一般一个自电容电极03会对应显示屏中的多个像素单元。
在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，当采用将现有的整层设置在阵列基板02上的公共电极层017分割成多个自电容电极03时，为了不影响正常的显示功能，在对公共电极层017进行分割时，分割线一般都会避开显示的开口区域，设置在黑矩阵层的图形区域，即各自电容电极03之间的间隙在阵列基板02上的正投影一般会位于阵列基板02的像素单元的间隙处。
或者，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，将自电容电极03的图形是设置在各像素电极018的间隙处时，一般是各自电容电极03的图形设置为以像素电极018作为网孔的网格状结构，图2示出了两个自电容电极03的图形。
具体地，在本发明实施例提供的上述触摸屏中不管是采用公共电极层017复用作为自电容电极03，还是在像素电极018的间隙处设置自电容电极03，为了减少显示和触控信号之间的相互干扰，在具体实施时，需要采用触控和显示阶段分时驱动的方式，并且，在具体实施时还可以将显示驱动芯片和触控侦测芯片整合为一个芯片，进一步降低生产成本。
具体地，例如：如图4a和图4b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)，例如如图4a和图4b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；当采用公共电极层复用自电容电极时，与各自电容电极Cx1……Cx n连接的触控侦测芯片向各自电容电极Cx1……Cx n分别施加公共电极信号，以实现液晶显示功能。在触控时间段(Touch)，如图4a所示，与各自电容电极Cx1……Cx n连接的触控侦测芯片向各自电容电极Cx1……Cx n同时施加驱动信号，同时接收各自电容电极Cx1……Cx n的反馈信号；也可以如图4b所示，与各自电容电极Cx1……Cx n连接的触控侦测芯片向各自电容电极Cx1……Cx n依次施加驱动信号，分别接收各自电容电极Cx1……Cx n的反馈信号，在此不做限定，通过对反馈信号的分析判断是否发生触控，以实现触控功能。
具体地，本发明实施例提供的上述触摸屏中，在阵列基板02上设置的自电容电极03和与自电容电极03连接的导线05之间具有多个膜层，自电容电极03需要通过贯穿这些膜层的过孔与位于底层的导线05连接，在具体实施时，为了保证自电容电极03和导线05之间能更好的上下连接，可以利用位于两者之间的薄膜晶体管01中的源漏极013或栅极012金属设置导通部，在制作过程中先将导通部与导线05连接，然后将自电容电极03与导通部连接。具体实施方式如下：
第一种可能的实现方式为：如图3所示，与顶栅型薄膜晶体管01中的源漏极013同层设置第一导通部06，自电容电极03通过第一导通部06与导线05电性连接。
第二种可能的实现方式为：与顶栅型薄膜晶体管01中的栅极012同层设置第二导通部，自电容电极03通过第二导通部与导线05电性连接。
第三种可能的实现方式为：与顶栅型薄膜晶体管01中的源漏极013同层设置第一导通部，并且与顶栅型薄膜晶体管01中的栅极012同层设置第二导通部；第一导通部先与第二导通部电性相连，自电容电极03通过第一导通部和第二导通部与导线05电性连接。
下面以公共电极层017复用自电容电极03为例，且以第一种可能的实现方式为例，对于本发明实施例提供的上述触摸屏的阵列基板的制作过程进行详细的说明。具体地，阵列基板的制作过程包括以下几个步骤：
1、在衬底基板上形成导线05的图形；并在导线05的图形上沉积SiO2和SiNx材料，形成绝缘层，如图5a所示；
2、在绝缘层上沉积多晶硅(Poly Si)，形成有源层011的图形，并在有源层011的图形上沉积SiO2和SiNx材料，形成栅绝缘层014，如图5b所示；
3、在栅绝缘层014上形成栅极012的图形，如图5c所示；
4、在栅极012的图形上形成层间绝缘层015的图形，如图5d所示；其中，层间绝缘层015和栅绝缘层014在导线05与第一导通部06连接处预留第一过孔，在源漏极013与有源层011连接处预留第二过孔；
5、在层间绝缘层015的图形上形成源漏极013和第一导通部06的图形，如图5e所示；其中，源漏极013通过第二过孔与有源层011电性连接，第一导通部06通过第二过孔与导线05电性连接；
6、在源漏极013和第一导通部06的图形上形成钝化层016的图形，如图5f所示；其中，钝化层016在与源漏极013中的漏极0131对应处预留过孔，在与第一导通部06对应处预留过孔；
7、在钝化层016的图形上形成公共电极层017的图形，如图5g所示；其中，公共电极层017分割成多个相互绝缘的自电容电极03的图形，自电容电极03通过钝化层016中在与第一导通部06对应处预留的过孔与第一导通部06电性连接；
8、在公共电极层017的图形上形成绝缘层019的图形，如图5h所示；其中，绝缘层019在与漏极0131对应处预留过孔；
9、在绝缘层019的图形上形成像素电极018的图形，如图3所示；其中，像素电极018通过绝缘层019和钝化层016中预留的过孔与漏极0131电性相连。
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上述内嵌式触摸屏及显示装置，利用自电容的原理在阵列基板上设置多个同层且相互独立的自电容电极，触控侦测芯片在触控时间段通过检测各自电容电极的电容值变化可以判断出触控位置，并且，将位于顶栅型薄膜晶体管下方的遮挡层的图形进行变更形成多条导线，一方面形成的导线可以将自电容电极连接至触控侦测芯片，实现触控功能；另一方面形成的导线图形遮挡顶栅型薄膜晶体管的有源层图案，从而避免背光照射而产生光生载流子影响正常显示。由于本发明实施例提供的触摸屏是将原有的顶栅型薄膜晶体管下方的遮挡层的图形进行变更形成与自电容电极对应的导线，因此，相对于需要在现有的阵列基板制备工艺的基础上增加两层膜层的制作工艺，仅需增加一层形成自电容电极的工艺即可实现触控功能，节省了生产成本，提高了生产效率。
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，包括具有顶栅型薄膜晶体管的阵列基板，其特征在于，还包括：
设置于所述阵列基板的所述顶栅型薄膜晶体管所在膜层之上的多个同层设置且相互独立的自电容电极；
在触控时间段通过检测各所述自电容电极的电容值变化以判断触控位置的触控侦测芯片；以及，
设置于所述阵列基板的所述顶栅型薄膜晶体管所在膜层之下，且用于将所述自电容电极连接至所述触控侦测芯片的多条导线；所述导线的图形在所述阵列基板上的正投影遮挡所述顶栅型薄膜晶体管的有源层图案。
2.如权利要求1所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，所述导线在所述阵列基板上的正投影位于所述阵列基板的像素单元的间隙处。
3.如权利要求1所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，还包括：与所述顶栅型薄膜晶体管中的源漏极同层设置的第一导通部，所述自电容电极通过所述第一导通部与所述导线电性连接；或，
还包括：与所述顶栅型薄膜晶体管中的栅极同层设置的第二导通部，所述自电容电极通过所述第二导通部与所述导线电性连接。
4.如权利要求1所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，还包括：与所述顶栅型薄膜晶体管中的源漏极同层设置的第一导通部，以及与所述顶栅型薄膜晶体管中的栅极同层设置的第二导通部；
所述第一导通部与所述第二导通部电性相连，所述自电容电极通过所述第一导通部和第二导通部与所述导线电性连接。
5.如权利要求3或4所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，所述顶栅型薄膜晶体管的源漏极设置在栅极的上层。
6.如权利要求1所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，各所述自电容电极组成所述阵列基板上的公共电极层。
7.如权利要求6所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，各所述自电容电极之间的间隙在所述阵列基板上的正投影位于所述阵列基板的像素单元的间隙处。
8.如权利要求1所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，各所述自电容电极与所述阵列基板上的像素电极同层设置，且各所述自电容电极的图形位于相邻的两个所述像素电极的间隙处。
9.如权利要求8所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，各所述自电容电极的图形为以所述像素电极作为网孔的网格状结构。
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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