CN202838291U - 一种电容式内嵌触摸屏及显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型公开了一种电容式内嵌触摸屏及显示装置，在彩膜基板上设置沿像素单元的行方向延伸的触控感应电极，在TFT阵列基板上采用双栅结构，即相邻行的像素单元之间具有两条栅极信号线，每相邻的两列像素单元为一组像素单元列，共用一个位于该两列像素单元之间的数据信号线，节省出一部分数据信号线的位置。因此，可以在节省出的数据信号线的位置设置实现触控功能的触控驱动电极，即将触控驱动电极设置在相邻像素单元列之间的间隙处，既可以保证触控所需的精度，又不会过多占用像素单元的开口区域，能够保证触摸屏具有较大的开口率。

Description

一种电容式内嵌触摸屏及显示装置

技术领域

本实用新型涉及显示技术领域，尤其涉及一种电容式内嵌触摸屏及显示装置。

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。

为了能够最大限度的提高触摸显示屏的开口率，在设计触摸屏的TFT阵列基板中的像素结构时可以采用双栅（Dual Gate）结构，如图1所示，在双栅结构中，TFT阵列基板上的相邻行的像素单元之间具有两个栅极信号线，例如Gate1和Gate2、Gate3和Gate4、Gate5和Gate6，且每相邻的两列像素单元为一组，共用一个位于该两列像素单元之间的数据信号线Date1、Date2、Date3。双栅结构通过增加一倍数量的栅极信号线，减少了数据信号线及源极驱动IC的数量，从而降低显示器整体成本。而目前还没有基于双栅结构的电容式内嵌触摸屏的设计。

实用新型内容

本实用新型实施例提供了一种电容式内嵌触摸屏及显示装置，用以实现具有双栅结构的电容式内嵌触摸屏。

本实用新型实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏，包括：彩膜基板，薄膜晶体管TFT阵列基板，以及位于所述彩膜基板和所述TFT阵列基板之间的液晶层；所述电容式内嵌触摸屏内形成有呈矩阵排列的多个像素单元；在所述TFT阵列基板相邻行的像素单元之间具有两个栅极信号线，且以相邻的两列像素单元为一组像素单元列，每组像素单元列共用一个位于该两列像素单元之间的数据信号线；还包括：

所述TFT阵列基板具有多个触控驱动电极，各所述触控驱动电极位于相邻组像素单元列之间的间隙处；

所述彩膜基板具有多个触控感应电极，各所述触控感应电极沿像素单元的行方向延伸。

本实用新型实施例提供的一种显示装置，包括本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏。

本实用新型实施例的有益效果包括：

本实用新型实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏及显示装置，在彩膜基板上设置沿像素单元的行方向延伸的触控感应电极，在TFT阵列基板上采用双栅结构，即相邻行的像素单元之间具有两条栅极信号线，每相邻的两列像素单元为一组像素单元列，共用一个位于该两列像素单元之间的数据信号线，通过增加一倍数量的栅极信号线，节省出一部分数据信号线的位置。并且，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，可以将实现触控功能的触控驱动电极设置在节省出的数据信号线的位置，即设置在相邻像素单元列之间的间隙处，既可以保证触控所需的精度，又不会过多占用像素单元的开口区域，能够保证触摸屏具有较大的开口率。

附图说明

图1为现有技术中显示面板的双栅结构的结构示意图；

图2为本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏的纵向剖面示意图；

图3为本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏中TFT阵列基板的俯视示意图之一；

图4为本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏的工作时序图；

图5为本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏中TFT阵列基板的俯视示意图之二；

图6为本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏中公共电极图案的俯视示意图；

图7为本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏中TFT阵列基板的俯视示意图之三；

图8为本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏中的彩膜基板和TFT阵列基板对盒后的结构示意图之一；

图9为本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏中的彩膜基板和TFT阵列基板对盒后的结构示意图之二。

具体实施方式

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（pushMura）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。

本实用新型实施例正是基于ADS技术和H-ADS技术提出了一种新的电容式内嵌触摸屏结构。下面结合附图，对本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置的具体实施方式进行详细地说明。

附图中各层薄膜厚度和形状不反映TFT阵列基板或彩膜基板的真实比例，目的只是示意说明本实用新型内容。

图2和图3所示分别为本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏的横向剖面示意图和触摸屏中TFT阵列基板的俯视图。如图2和图3所示，本实用新型实施例提供的电容式内嵌触摸屏具体包括：彩膜基板1，TFT阵列基板2，以及位于彩膜基板1和TFT阵列基板2之间的液晶层3，该电容式内嵌触摸屏内形成有呈矩阵排列的多个像素单元4；在TFT阵列基板相邻行的像素单元4之间具有两条栅极信号线5，且每相邻的两列像素单元4为一组像素单元列6，共用一条位于该两列像素单元4之间的数据信号线7；还包括：

TFT阵列基板2具有至少一个触控驱动电极8，各触控驱动电极8位于相邻像素单元列6之间的间隙处；

彩膜基板1具有至少一个触控感应电极9，各触控感应电极9沿像素单元4的行方向延伸。

在本实用新型实施例提供的上述触摸屏采用双栅结构，通过增加一倍数量的栅极信号线，节省出一部分数据信号线的位置。并且，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，可以将实现触控功能的触控驱动电极设置在节省出的数据信号线的位置，即设置在相邻像素单元列之间的间隙处，既可以保证触控所需的精度，又不会过多占用像素单元的开口区域，能够保证触摸屏具有较大的开口率。

另外，本实用新型实施提供的上述触摸屏同样也适用于扭曲向列（TN，Twisted Nematic）型。具体地，在基于双栅结构的TN型TFT阵列基板上，可以以部分公共电极线作为触控驱动电极，在彩膜基板上以条状ITO公共电极作为触控感应电极，由于TN型属于现有技术，在此不做赘述。

进一步地，为了减少触摸屏的显示信号和触控信号之间相互干扰，在具体实施时可以采用触控和显示分时驱动的方式，以尽量避免显示和触控在工作过程中彼此之间相互影响。

具体地，本实用新型实施例提供的上述电容式内嵌触摸屏的驱动方法，如图4所示的时序图，具体包括：

首先，将触摸屏显示每一帧（Vsync）的时间分成显示时间段（Display）和触控时间段（Touch），例如图4所示的驱动时序图中触摸屏的显示一帧的时间为16.67ms，选取其中4ms作为触控时间段，其他的12.67ms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），对触控驱动电极Tx和触控感应电极Rx施加低电平信号，同时，对触摸屏中的每条栅极信号线G1，G2……Gn依次施加栅扫描信号，对数据信号线Data施加灰阶信号，控制液晶分子翻转；这段时间和正常的液晶面板工作原理无异。

在触控时间段（Touch），对触控驱动电极Tx施加触控扫描信号，触控感应电极Rx耦合触控扫描信号的电压信号并输出。通过手指的触摸，改变触摸点位置两电极之间的感应电容，从而改变触控感应电极Rx的末端接收电压信号的大小，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。

下面对上述触摸屏中TFT阵列基板中设置的触控驱动电极的具体结构进行详细的说明。

在具体实施时，可以将触控驱动电极与TFT阵列基板中的数据信号线同层设置，这样，在制备TFT阵列基板时不需要增加额外的制备工序，只需要通过一次构图工艺即可形成数据信号线和触控驱动电极的图形，能够节省制备成本，提升产品附加值。

具体地，由于触控驱动电极设置在相邻的像素单元列之间，而通常像素单元之间的间隙一般只有5微米左右，因此，各条触控驱动电极的宽度也非常细，这就会导致触控驱动电极和触控感应电极之间的正对面积较小，产生的耦合电容也相对较小。为了保证触控驱动电极和触控感应电极之间节点处即交叠处的耦合电容达到所需数值，一般在3pF左右，可以考虑通过增加触控驱动电极与触控感应电极交叠处的正对面积的方式，达到保证所需的耦合电容值。

在具体实施时，可以采取两种方式，第一种：可以将各触控驱动电极在与相邻行像素单元之间的两条栅极信号线的交叠处设置外凸结构A，如图5所示，该外凸结构A的具体形状可以是如图5所示的长方形，还可以是其他常用形状，在此不做限定。触控驱动电极的外凸结构A设置在与栅极信号线交叠处，不会占用像素单元的开口区域，因此不会影响触摸屏的开口率；而且，由于触控采用了分时驱动，因此经过触控驱动电极传递的信号也不会对显示器的正常显示产生影响。这样，通过触控驱动电极具有的外凸结构A就可以增大触控驱动电极与触控感应电极之间的正对面积，从而保证触控驱动电极和触控感应电极之间产生所需的耦合电容值。

第二种增大触控驱动电极和触控感应电极之间的正对面积的方式为：与TFT阵列基板中透明的公共电极（例如ITO公共电极）同层设置至少一个触控点电极，各触控点电极位于各触控驱动电极与相邻行像素单元之间的两条栅极信号线的交叠处，且通过过孔与交叠的触控驱动电极电性相连；即新增的触控点电极与公共电极通过一次构图工艺形成，这样新增的触控点电极与公共电极使用相同材料制备，一般为诸如ITO或IZO之类的透明导电氧化物材料。其中，触控点电极可以和图5中所示的外凸结构A的形状类似、且面积大小相当。

可以看出，上述第二种方式中新增的触控点电极和第一种方式中触控驱动电极具有的外凸结构在TFT阵列基板的俯视图中设置在相同的区域，即设置在与栅极信号线交叠处，但两者设置在不同的膜层上。因此，第二种方式在实施时同样不会占用像素单元的开口区域，不会影响触摸屏的开口率。并且，通过与触控驱动电极电性相连的触控点电极就可以增大触控驱动电极与触控感应电极之间的正对面积，从而保证触控驱动电极和触控感应电极之间产生所需的耦合电容值。

一般地，ADS型液晶面板的阵列基板上，公共电极作为板状电极位于下层（更靠近衬底基板），像素电极作为狭缝电极位于上层（更靠近液晶层），在像素电极和公共电极之间设有绝缘层。而HADS型液晶面板的阵列基板上，像素电极作为板状电极位于下层（更靠近衬底基板），公共电极作为狭缝电极位于上层（更靠近液晶层），在像素电极和公共电极之间设有绝缘层。

在HADS型液晶面板的阵列基板上，触控驱动电极由于和数据信号线同层设置，会被更靠近液晶层的公共电极遮挡，不利于设置在彩膜基板上的触控感应电极探测触控扫描信号。因此，为了保证触控驱动电极上施加的触控扫描信号更容易被触控感应电极探测到，具体地，根据上述触摸屏具体应用的液晶显示面板的模式，在HADS型触摸屏时，即TFT阵列基板中的公共电极位于像素电极的上方，如图6所示的公共电极图案，将ITO公共电极在与触控驱动电极对应的位置设置为镂空结构，即ITO公共电极在与触控驱动电极对应的位置设置无公共电极的图案，如图6中的B区域所示。

进一步地，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，显示所需的精度远远大于触控所需的精度，因此，实现触控功能的触控驱动电极可能不会占用全部相邻像素单元列之间的间隙，这样，可以在除设置有触控驱动电极之外的相邻组像素单元列之间的间隙处，如图7所示，设置与TFT阵列基板中的公共电极电性相连的至少一条公共电极线Vcom，以增加公共电极所携带的公共电极信号的稳定性。

下面对上述触摸屏中彩膜基板具有的触控感应电极的具体结构进行详细的说明。

在具体实施时，触控感应电极可以位于彩膜基板的衬底与彩色树脂之间，也可以位于彩膜基板的彩色树脂面向液晶层的一面，还可以位于彩膜基板背向液晶层的一面。

在具体实施时，可以根据所需的触控精度，将彩膜基板上的屏蔽电极（shielding ITO）分割成合适宽度的触控感应电极，一般情况下，每条触控感应电极的宽度在2~6mm为佳。并且，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都会对应多行像素单元。

当触控感应电极位于彩膜基板背向液晶层的一面时，由于触控感应电极与触控驱动电极之间的间距较大，因此，如图8所示，直接将各条触控感应电极9制备成面状结构即可保证耦合电容值在合适的范围。

当触控感应电极位于彩膜基板面向液晶层的一面时，由于触控感应电极与触控驱动电极之间的间距较小，为了保证耦合电容值在合适的范围提高触控的可行性，如图9所示，可将各条触控感应电极9设计为具有网格状电极结构，且网格状电极结构的触控感应电极与彩膜基板的黑矩阵区域相对，这样就可以利用黑矩阵遮盖触控感应电极的网格状结构，不会对显示器的开口率产生影响。

具体地，由于在彩膜基板上设置的网格状结构的触控感应电极不会遮挡像素单元，因此，触控感应电极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。

此外，在设置触控驱动电极和触控感应电极时，为了降低与其连接的IC芯片成本，可以通过将相邻的多个触控驱动电极在任一端通过导线导通的方式，减少为各驱动触控电极提供电信号的驱动通道（channel）的数量；通过将相邻的多个触控感应电极在任一端通过导线导通的方式，减少与各触控感应电极连接的感应通道（channel）的数量。例如，分辨率为1280*800的触摸屏，可以考虑将每120个像素包含的触控驱动电极通过导线导通，作为一个触控驱动电极，将100个像素长度的触控感应电极作为一个触控感应电极，因此，总共仅需要10个触控驱动电极的通道接口，8个触控感应电极的通道接口，降低了对IC芯片的要求。

基于同一实用新型构思，本实用新型实施例还提供了一种显示装置，包括本实用新型实施例提供的上述电容式内嵌触摸屏，该显示装置的实施可以参见上述电容式内嵌触摸屏的实施例，重复之处不再赘述。

本实用新型实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏及显示装置，在彩膜基板上设置沿像素单元的行方向延伸的触控感应电极，在TFT阵列基板上采用双栅结构，即相邻行的像素单元之间具有两条栅极信号线，每相邻的两列像素单元为一组像素单元列，共用一个位于该两列像素单元之间的数据信号线，通过增加一倍数量的栅极信号线，节省出一部分数据信号线的位置。并且，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，可以将实现触控功能的触控驱动电极设置在节省出的数据信号线的位置，即设置在相邻像素单元列之间的间隙处，既可以保证触控所需的精度，又不会过多占用像素单元的开口区域，能够保证触摸屏具有较大的开口率。

显然，本领域的技术人员可以对本实用新型进行各种改动和变型而不脱离本实用新型的精神和范围。这样，倘若本实用新型的这些修改和变型属于本实用新型权利要求及其等同技术的范围之内，则本实用新型也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种电容式内嵌触摸屏，包括：彩膜基板，薄膜晶体管TFT阵列基板，以及位于所述彩膜基板和所述TFT阵列基板之间的液晶层；所述电容式内嵌触摸屏内形成有呈矩阵排列的多个像素单元；在所述TFT阵列基板相邻行的像素单元之间具有两条栅极信号线，且以相邻的两列像素单元为一组像素单元列，每组像素单元列共用一条位于该两列像素单元之间的数据信号线；其特征在于，还包括：

所述TFT阵列基板具有多个触控驱动电极，各所述触控驱动电极位于相邻组像素单元列之间的间隙处；

所述彩膜基板具有多个触控感应电极，各所述触控感应电极沿像素单元的行方向延伸。

2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述触控驱动电极与所述TFT阵列基板中的数据信号线同层设置。

3.如权利要求2所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控驱动电极在与相邻行像素单元之间的两条栅极信号线的交叠处具有外凸结构。

4.如权利要求2所述的触摸屏，其特征在于，还包括：与所述TFT阵列基板中透明的公共电极同层设置的至少一个触控点电极；各所述触控点电极位于各所述触控驱动电极与相邻行像素单元之间的两条栅极信号线的交叠处，且通过过孔与交叠的触控驱动电极电性相连。

5.如权利要求1-4任一项所述的触摸屏，其特征在于，所述TFT阵列基板上同时具有透明的公共电极和像素电极，且所述公共电极位于像素电极的上方；所述公共电极在与所述触控驱动电极对应的位置具有镂空结构。

6.如权利要求1-4任一项所述的触摸屏，其特征在于，还包括：与所述TFT阵列基板中的公共电极电性相连的至少一条公共电极线，各公共电极线位于除设置有所述触控驱动电极之外的相邻组像素单元列之间的间隙处。

7.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述触控感应电极位于所述彩膜基板的衬底与彩色树脂之间，或位于所述彩膜基板的彩色树脂面向所述液晶层的一面，或位于所述彩膜基板背向所述液晶层的一面。

8.如权利要求7所述的触摸屏，其特征在于，每个所述触控感应电极对应多行像素单元。

9.如权利要求8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，且所述网格状电极结构的触控感应电极与所述彩膜基板的黑矩阵区域相对。

10.如权利要求9所述的触摸屏，其特征在于，所述触控感应电极的材料为金属或透明导电氧化物。

11.如权利要求1-4或7-10任一项所述的触摸屏，其特征在于，相邻的多个所述触控感应电极在任一端通过导线导通，相邻的多个所述触控驱动电极在任一端通过导线导通。

12.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-11任一项所述的电容式内嵌触摸屏。

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