JP2011076602A - インセル式タッチ液晶表示装置 - Google Patents

Abstract

【課題】低コスト、高開口率、高歩留まり及び安定する表示光学特性を持つインセル式タッチ液晶表示装置を提供すること。
【解決手段】本発明に係るインセル式タッチ液晶表示装置の各タッチセンサーモジュールは、１つのタッチ信号読取線、１つのタッチ読取トランジスタ及び１つの接触電極を含む。タッチ読取トランジスタは、それに近接する１つのゲートラインから入力される制御電圧を受けると、タッチ読取待ち状態に入り、この時、第二基板に設けられた凸状ブロックがそれに対応する接触電極に電気接触されると、タッチ電圧信号は凸状ブロックから接触電極を経由して、対応するタッチ読取トランジスタに入力される。従って、タッチ読取トランジスタが触発されて、それに接続されるタッチ信号読取線へ感応結果信号を出力し、駆動制御モジュールは、タッチ読取トランジスタに接続されたゲートライン及びタッチ信号読取線の位置に基づいて、タッチ位置を検知する。
【選択図】図２Ｂ

Description

本発明は、インセル（ｉｎ−ｃｅｌｌ）式タッチ液晶表示装置に関するものである。

タッチ技術の発展につれて、タッチパネルを備えた電子製品は広く用いられている。従来のタッチパネルは、主に外掛け静電容量式及び外掛け抵抗膜式に分かれている。しかし、いずれのタッチ方式においても、タッチパネルモジュールを表示パネルの表示面に取り付けなければならないため、表示装置全体の厚さ及び重さを増加させ、表示装置の輝度及びコントラストを低減させ、製造整合性の難度を高めるなどの問題を引起した。

上記の問題を解決するために、フラット表示装置のメーカーは、タッチセンサーモジュールを統合したフラット表示装置の開発を競っている。図１Ａ及び図１Ｂは、従来のインセル式抵抗膜式タッチ液晶表示装置を示す図である。液晶表示装置８０の薄膜トランジスタ（ＴＦＴ）基板８１上には、複数のｘ感応線（ｘ ｓｅｎｓｏｒ ｌｉｎｅｓ）８１１及び複数のｙ感応線（ｙ ｓｅｎｓｏｒ ｌｉｎｅｓ）８１２が形成されている。前記ｘ感応線８１１及び前記ｙ感応線８１２の側辺には、それぞれインジウム錫酸化物（Ｉｎｄｉｕｍ Ｔｉｎ Ｏｘｉｄｅ，ＩＴＯ）からなる複数の感応電極８１３が形成されている。前記液晶表示装置８０のカラーフィルタ（ＣＦ）基板８２には、共通電極（図示せず）に接続される複数の柱状電極８２１が設けられている。使用する場合、ユーザーが前記カラーフィルタ基板８２の外表面をタッチすると、タッチされた位置に対応する前記柱状電極８２１は、前記薄膜トランジスタ基板８１に向って移動して、或る１つ又はいくつかの感応電極８１３に接触される。従って、前記カラーフィルタ基板８２の共通電極の電位が前記感応電極８１３に伝送されて、前記感応電極８１３に接続された前記ｘ感応線８１１及び前記ｙ感応線８１２の電位が変化し、外部回路は感応結果信号を読み出して、前記液晶表示装置８０のタッチされた位置を判定する。

上記の技術方案により、タッチ機能モジュールを液晶表示装置に統合或いは内装することができるが、ｘ感応線８１１及びｙ感応線８１２を必要とするばかりではなく、前記ｘ感応線８１１及び前記ｙ感応線８１２をそれぞれ専用の感応電極８１３に接続しなければならないので、前記液晶表示装置８０の開口率を大幅に低減させ、且つ前記感応線の数が多すぎることに起因する集積回路（ＩＣ）のコストアップ、及び電気線路の配置が密集することに起因する製造歩留まりの低下を招くという問題がある。しかも、前記液晶表示装置８０をタッチする際、前記柱状電極８２１は前記ｘ感応線８１１及び前記ｙ感応線８１２に直接に短絡するので、前記柱状電極８２１に接続された共通電極にとって、接触する瞬間に共通電極の電位は影響を受け、前記共通電極と前記液晶表示装置８０の画素電極（ｐｉｘｅｌ ｅｌｅｃｔｒｏｄｅ）との電圧差が変化し、表示光学特性の変異を引起こす。

以上の問題点に鑑みて、本発明は、低コスト、高開口率、高歩留まり及び安定した表示光学特性を持つインセル式タッチ液晶表示装置を提供することを目的とする。

前記問題を解決するために、本発明に係るインセル式タッチ液晶表示装置は、第一基板と、第二基板と、前記第一基板と前記第二基板との間に封入される液晶層と、駆動制御モジュールと、を備えてなる。前記第一基板には、複数のゲートライン、複数のデータライン及び複数のタッチセンサーモジュールが形成されている。各タッチセンサーモジュールは、前記データラインに平行して設けられる１つのタッチ信号読取線と、１つの接触電極と、１つのタッチ読取トランジスタと、を含み、前記タッチ読取トランジスタは、前記タッチ信号読取線と１つの前記ゲートラインとの交差部の近傍に設けられ、且つ隣接する前記タッチ信号読取線、前記１つのゲートライン及び前記接触電極にそれぞれ電気接続される。前記第二基板の前記第一基板に対面する表面には、複数の凸状ブロックが形成されており、各凸状ブロックは前記１つの接触電極に対応して設置され且つ前記凸状ブロックの表面は電気伝導性を有する。前記タッチ読取トランジスタは、それに近接する１つのゲートラインから入力される制御電圧を受けると、タッチ読取待ち状態に入り、この時、前記少なくとも１つの凸状ブロックがそれに対応する少なくとも１つの接触電極に電気接触されると、タッチ電圧信号は前記凸状ブロックから前記接触電極を経由して対応する前記タッチ読取トランジスタに入力され、従って、前記タッチ読取トランジスタが触発されて、それに接続された前記タッチ信号読取線へ感応結果信号を出力し、前記駆動制御モジュールは、前記タッチ読取トランジスタに接続された前記ゲートライン及び前記タッチ信号読取線の位置に基づいて、タッチ位置を検知する。

従来の技術に比べて、本発明のインセル式タッチ液晶表示装置において、タッチセンサーモジュール及びサブ画素制御モジュールが同一のゲートラインを共有するため、別途にタッチ感知用のｘ感応線を増設しなくてもよく、駆動回路及びチップのコストを節約することができ、電気配線の密度を低減したので、製造歩留まり及び開口率を高めることもできる。

従来の技術に係るインセル式抵抗膜式タッチ液晶表示装置の表示パネルの断面図である。 従来の技術に係るインセル式抵抗膜式タッチ液晶表示装置の単位画素を示す図である。 本発明の第一実施形態に係るインセル式タッチ液晶表示装置の１つのサブ画素（ｓｕｂ−ｐｉｘｅｌ）を示す図である。 図２Ａに示すインセル式タッチ液晶表示装置の１つのサブ画素の２Ｂ−２Ｂ線に沿う局部断面図である。 図２Ｂに示すインセル式タッチ液晶表示装置のタッチ状態を示す図である。 本発明の第二実施形態に係るインセル式タッチ液晶表示装置の１つのサブ画素を示す図である。 図３Ａに示すインセル式タッチ液晶表示装置の１つのサブ画素の３Ｂ−３Ｂ線に沿う局部断面図である。 図３Ｂに示すインセル式タッチ液晶表示装置タッチ状態を示す図である。

図２Ａ及び図２Ｂに示したように、本発明の第一実施形態に係るインセル式タッチ液晶表示装置は、第一基板１０、第二基板２０及び前記第一基板１０と前記第二基板２０との間に密封される液晶層（図示せず）を備える。前記第一基板１０は、基材１１と、前記基材１１上に形成されている複数のゲートライン１２、複数のデータライン１４、複数のサブ画素制御モジュール１６及び複数のタッチセンサーモジュール１８と、を含む。

各サブ画素制御モジュール１６は、隣り合う２つのゲートライン１２及び隣り合う２つのデータライン１４によって囲まれて形成された領域内に設置され、且つ表示制御トランジスタ１６２及びサブ画素電極１６４を含む。前記表示制御トランジスタ１６２は、前記１つのゲートライン１２と前記１つのデータライン１４との交差部の近傍に設けられ、且つ前記ゲートライン１２、前記データライン１４及び前記サブ画素電極１６４にそれぞれ電気接続する。前記インセル式タッチ液晶表示装置の各ゲートライン１２及び各データライン１４は、全て１つの駆動制御チップ（図示せず）に接続される。前記駆動制御チップは、各表示制御トランジスタ１６２の開閉及び前記サブ画素電極１６４の電圧変化を制御する。

各タッチセンサーモジュール１８は、前記データライン１４に平行して配置されるタッチ信号読取線１８２、前記タッチ信号読取線１８２と前記他の１つのゲートライン１２との交差部の近傍に設けられるタッチ読取トランジスタ１８４及び接触電極１８６を備える。前記タッチ読取トランジスタ１８４は、それに隣接する前記タッチ信号読取線１８２、前記他の１つのゲートライン１２及び前記接触電極１８６にそれぞれ電気接続する。前記ゲートライン１２を介して前記タッチ読取トランジスタ１８４に制御電圧を印加すると、前記タッチ読取トランジスタ１８４はタッチ読取待ち状態に入る。この時、前記接触電極１８６を介して前記タッチ読取トランジスタ１８４にタッチ電圧信号を入力すると、前記タッチ読取トランジスタ１８４は触発されて前記タッチ信号読取線１８２に対応する感応結果信号を出力する。このようにして、外部駆動制御モジュール（図示せず）は、前記タッチ読取トランジスタ１８４に接続された前記ゲートライン１２及び前記タッチ信号読取線１８２の位置を検知して、いったいどの或いはどれらのタッチ読取トランジスタ１８４がタッチされたかを判別する。

本実施形態において、前記タッチ読取トランジスタ１８４は、金属酸化物半導体薄膜トランジスタ（Ｍｅｔａｌ Ｏｘｉｄｅ Ｓｅｍｉｃｏｎｄｕｃｔｏｒ Ｔｈｉｎ Ｆｉｌｍ Ｔｒａｎｓｉｓｔｏｒ）であって、ゲート電極（ｇａｔｅ）１８４２、ソース電極（ｓｏｕｒｃｅ）１８４４及びドレーン電極（ｄｒａｉｎ）１８４６を備える。前記ゲート電極１８４２は、前記他の１つのゲートライン１２に電気接続されるか、或いは該ゲートライン１２から延在される電極機構と見なすことができる。前記ソース電極１８４４は、前記タッチ信号読取線１８２に電気接続される。前記ドレーン電極１８４６は、前記接触電極１８６に電気接続される。より詳細には、前記ドレーン電極１８４６の隔離保護層にコンタクトホール（ｃｏｎｔａｃｔ ｈｏｌｅ）を設けて、前記接触電極１８６をコーティングして敷設する際に、前記コンタクトホールを介して前記ドレーン電極１８４６と前記接触電極１８６とを電気接続させる。

前記タッチ読取トランジスタ１８４は、上記した構造に限定されるものではなく、製造プロセスに応じてその具体的な構造を調整又は変更できる。例えば、液晶パネルの製造プロセスに採用される四段フォトエッチングプロセス（ｆｏｕｒｔｈ ｐｈｏｔｏ−ｅｔｃｈｉｎｇ ｐｒｏｃｅｓｓ，ＰＥＰ４）或いは五段フォトエッチングプロセスに組み合せて、前記タッチ読取トランジスタ１８４の構造が変化される。それ以外に、前記タッチ読取トランジスタ１８４は、素子特性の需要に基づいて、バックチャンネルエッチング型（Ｂａｃｋ Ｃｈａｎｎｅｌ Ｅｔｃｈｉｎｇ，ＢＣＥ）及びエッチングストップ（Ｅｔｃｈｉｎｇ ｓｔｏｐ，ＥＳ）などの各種異なる形態であってもよい。

前記第二基板２０は、基材２１と、前記基材２１の前記第一基板１０に対面する表面に形成されるカラーフィルタ２５と、複数の凸状ブロック２２と、共通電極２３と、を含む。前記カラーフィルタ２５は、複数の赤色、緑色、青色の単位フィルターから構成される。各単位フィルターは１つのサブ画素制御モジュール１６に対応して設置され、各凸状ブロック２２は１つの接触電極１８６に対応して設置される。前記共通電極２３は、前記第二基板２０のカラーフィルタ２５及び各凸状ブロック２２の外表面にコーティングして敷設されるので、前記各凸状ブロック２２表面は、電気伝導性を有する。前記共通電極２３と前記第一基板１０の各サブ画素電極１６４との間には、前記液晶層の液晶分子の配向を制御するための電界が形成される。

図２Ｂ及び図２Ｃを参照すると、ユーザーが前記第二基板２０をタッチすると、前記第二基板２０の局部領域が前記第一基板１０に向って撓み、前記第二基板２０の凸状ブロック２２は前記第一基板１０の対応する接触電極１８６に接触され、前記共通電極２３の電圧（即ち前記タッチ電圧信号）は、前記接触電極１８６を介して前記タッチ読取トランジスタ１８４に入力される。この際、前記タッチ読取トランジスタ１８４はタッチ読取待ち状態にあるので、前記共通電極２３の電圧は、前記タッチ読取トランジスタ１８４のドレーン電極１８４６を経由して前記ソース電極１８４４に伝送され、さらに前記タッチ信号読取線１８２に伝送される。その後、外部駆動制御モジュールは、電圧（即ち前記感応結果信号）を読み出して、前記タッチ読取トランジスタ１８４に接続される前記ゲートライン１２及び前記タッチ信号読取線１８２の位置に基づいて、いったいどの或いはどれらのタッチ読取トランジスタ１８４がタッチされたかを判別する。

実際の使用状況において、前記インセル式タッチ液晶表示装置に表示機能を維持させるために、前記外部駆動制御モジュールは走査方式（周波数は６０Ｈｚ、１２０Ｈｚ等であることができる）によって、前記ゲートライン１２に電圧を順次に入力する。本実施形態における各タッチ読取トランジスタ１８４のゲート電極１８４２は、それぞれ１つのゲートライン１２に電気接続するので、各々のゲートライン１２が走査されると、それに接続する各タッチ読取トランジスタ１８４が導通されてタッチ読取待ち状態に入る。極めて速い走査速度に比べて、ユーザーのタッチ操作は比較的に緩やかであるため、上記したタッチ感応技術効果を得られる。

本実施形態における前記タッチセンサーモジュール１８の数及び密度は、表示装置の開口率、透光率及び敏感度の設計要求に従って変更することができる。例えば、前記タッチセンサーモジュール１８の数は、前記データライン１４の数に等しいか或いは前記データライン１４の数より少なく、且つ各ゲートライン１２上のタッチ読取トランジスタ１８４の数も前記表示制御トランジスタ１６２の数と等しいか或いは少ない。前記タッチセンサーモジュール１８及び前記表示制御トランジスタ１６２の数をより少なくすると、前記インセル式タッチ液晶表示装置は、より大きい開口率、高い歩留まり及び低コストを得られる。逆にすると、前記インセル式タッチ液晶表示装置は、比較的に敏感なタッチ感知効果を得られる。

従来の技術に比べて、上記の実施形態は、タッチ感知の効果を確保する上で、前記タッチセンサーモジュール１８及び前記サブ画素制御モジュール１６が同一のゲートライン１２を共有するため、別途にタッチ感知用のｘ感応線を増設しなくてもよく、従って液晶表示装置の開口率及び製造する時の歩留まりを高めることができる。これとともに、前記タッチ読取トランジスタ１８４を増設したため、前記共通電極２３が前記接触電極１８６に接触する際、前記タッチ読取トランジスタ１８４のインピーダンスにより、前記共通電極２３の電圧は影響されずに安定であり、タッチ感知の過程における共通電極のオフセットに起因する光学特性の変更の問題を大幅に緩めるか或いは解消することができ、安定した光表示特性を得られる。

図３Ａ〜図３Ｃは、本発明の第二実施形態に係るインセル式タッチ液晶表示装置のサブ画素の構造及び作動原理を示すものである。前記第一実施形態に係るインセル式タッチ液晶表示装置に比べて、本実施形態に係るインセル式タッチ液晶表示装置において、前記タッチ読取トランジスタ１８４のゲート電極１８４２の一端に被覆される酸化層１８４９にコンタクトホールを設けて、前記接触電極１８６をコーティングする際、前記ゲート電極１８４２は前記接触電極１８６に電気接続することができ、且つ前記ゲート電極１８４２は前記第一基板１０の最表層に露呈され、前記ドレーン電極１８４６は、前記１つのゲートライン１２に電気接続する。

前記インセル式タッチ液晶表示装置を使用する場合、ある１つのタッチ読取トランジスタ１８４は走査周期になると、前記タッチ読取トランジスタ１８４のドレーン電極１８４６の電位は高くなり、前記凸状ブロック２２の表面の共通電極２３が前記接触電極１８６に接触される際、前記共通電極２３の電圧（即ち前記タッチ電圧信号）が前記ゲート電極１８４２に伝送されて、前記タッチ読取トランジスタ１８４を導通させる。従って、前記ゲートライン１２の電力は前記ドレーン電極１８４６を介して前記ソース電極１８４４に伝送されて、さらに前記ソース電極１８４４に電気接続される前記タッチ信号読取線１８２に感応結果信号を出力する。続いて、外部駆動制御モジュールは、電圧（即ち前記感応結果信号）を読み出して、前記タッチ読取トランジスタ１８４に接続される前記ゲートライン１２及び前記タッチ信号読取線１８２の位置に基づいて、いったいどの或いはどれらのタッチ読取トランジスタ１８４がタッチされたかを判別する。

本発明の第二実施形態によれば、ｘ感応線を省略するため、駆動回路のコスト及び配線密度を低減し、且つ製造歩留まり及び開口率を高めることができる。また、前記感応結果信号は前記共通電極２３の電力を汲み取る必要がないので、前記共通電極２３の電圧はタッチ感応に影響されず、従って安定した光表示特性を得られる。

以上、本発明の好適な実施形態について詳細に説明したが、本発明は前記実施形態に限定されるものではなく、本発明の範囲内で種々の変形又は改良が可能であり、該変形又は改良も、本発明の特許請求の範囲内に含まれることであるのが、いうまでもない。

１０ 第一基板
１１ 基材
１２ ゲートライン
１４ データライン
１６ サブ画素制御モジュール
１８ タッチセンサーモジュール
２０ 第二基板
２１ 基材
２２ 凸状ブロック
２３ 共通電極
２５ カラーフィルタ
８０ 液晶表示装置
８１ 薄膜トランジスタ基板
８２ カラーフィルタ基板
１６２ 表示制御トランジスタ
１６４ サブ画素電極
１８２ タッチ信号読取線
１８４ タッチ読取トランジスタ
１８６ 接触電極
１８４２ ゲート電極
１８４４ ソース電極
１８４６ ドレーン電極
１８４９ 酸化層

Claims (8)

1. 第一基板と、第二基板と、前記第一基板と前記第二基板との間に封入される液晶層と、駆動制御モジュールと、を備えてなるインセル式タッチ液晶表示装置において、
   前記第一基板には、複数のゲートライン、複数のデータライン及び複数のタッチセンサーモジュールが形成されており、
   各タッチセンサーモジュールは、前記データラインに平行して設けられる１つのタッチ信号読取線と、１つの接触電極と、１つのタッチ読取トランジスタと、を含み、前記タッチ読取トランジスタは、前記タッチ信号読取線と１つの前記ゲートラインとの交差部の近傍に設けられ、且つ隣接する前記タッチ信号読取線、前記１つのゲートライン及び前記接触電極にそれぞれ電気接続され、
   前記第二基板の前記第一基板に対面する表面には、複数の凸状ブロックが形成されており、各凸状ブロックは前記１つの接触電極に対応して設置され、且つ前記凸状ブロックの表面は電気伝導性を有し、
   前記タッチ読取トランジスタは、それに近接する１つのゲートラインから入力される制御電圧を受けると、タッチ読取待ち状態に入り、この時、前記少なくとも１つの凸状ブロックがそれに対応する少なくとも１つの接触電極に電気接触されると、タッチ電圧信号は前記凸状ブロックから前記接触電極を経由して対応する前記タッチ読取トランジスタに入力され、前記タッチ読取トランジスタが触発されて、それに接続された前記タッチ信号読取線へ感応結果信号を出力し、前記駆動制御モジュールは、前記タッチ読取トランジスタに接続された前記ゲートライン及び前記タッチ信号読取線の位置に基づいて、タッチ位置を検知することを特徴とするインセル式タッチ液晶表示装置。
2. 前記各タッチ読取トランジスタは、隣接する１つのゲートラインに電気接続されたゲート電極と、対応する前記タッチ信号読取線に電気接続されたソース電極と、前記接触電極に電気接続されたドレーン電極と、を備えたことを特徴とする請求項１の記載のインセル式タッチ液晶表示装置。
3. 前記ドレーン電極の上には、コンタクトホールが設けられた隔離保護層が被覆されており、前記接触電極をコーティングする際に、前記ドレーン電極は前記コンタクトホールを介して前記接触電極に電気接続されたことを特徴とする請求項２に記載のインセル式タッチ液晶表示装置。
4. 前記各タッチ読取トランジスタは、前記接触電極に電気接続されたゲート電極と、対応する前記タッチ信号読取線に電気接続されたソース電極と、隣接する１つのゲートラインに電気接続されたドレーン電極と、を備えたことを特徴とする請求項１に記載のインセル式タッチ液晶表示装置。
5. 前記タッチ読取トランジスタのゲート電極の一端には、コンタクトホールが穿設された酸化層が被覆されており、前記接触電極をコーティングする際に、前記ゲート電極は前記接触電極に電気接触されたことを特徴とする請求項４に記載のインセル式タッチ液晶表示装置。
6. 前記タッチセンサーモジュールの数は、前記データラインの数より少なく又は前記データラインの数に等しいことを特徴とする請求項１乃至請求項５の何れか一項に記載のインセル式タッチ液晶表示装置。
7. 前記第二基板の内側表面には共通電極が形成されており、前記共通電極は各凸状ブロックの表面に被覆されて、前記凸状ブロックの導電面を形成していることを特徴とする請求項６に記載のインセル式タッチ液晶表示装置。
8. 隣り合う２つのゲートライン及び隣り合う２つのデータラインによって取り囲まれたエリア内には、１つのサブ画素制御モジュールが設けられ、
   前記サブ画素制御モジュールは、前記１つのゲートライン及び前記１つのデータラインとの交差部位に隣接して設けられる１つの表示制御トランジスタを含み、
   各ゲートライン上の前記タッチ読取トランジスタの数は、前記表示制御トランジスタの数と等しいか或いは少ないことを特徴とする請求項６に記載のインセル式タッチ液晶表示装置。

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