CN104020905B - 一种内嵌式触摸屏及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内嵌式触摸屏及显示装置，利用自电容的原理在触摸屏内设置多个同层设置且相互独立的自电容电极，触控侦测芯片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。由于人体电容作用于全部自电容，相对于人体电容仅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比较大，因此能有效提高触控的信噪比，从而提高触控感应的准确性。并且，相对于采用互电容原理实现触控功能时需要增加两层新的膜层，本发明实施例提供的触摸屏是将ADS模式的公共电极层图形进行变更，形成多个相互独立的自电容电极以及将自电容电极连接至触控侦测芯片的导线，不需要增加额外的膜层，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 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，现有的电容式内嵌(In cell)触摸屏是在现有的TFT(Thin FilmTransistor，薄膜场效应晶体管)阵列基板上直接另外增加触控驱动电极和触控感应电极实现的，即在TFT阵列基板的表面制作两层相互异面相交的条状ITO电极，这两层ITO(Indium Tin Oxides，铟锡金属氧化物)电极分别作为触摸屏的触控驱动电极和触控感应电极，如图1所示，横向设置的触控驱动电极Tx和纵向设置的触控感应电极Rx之间耦合产生互电容C_m(Mutual Capacitance)，当手指触碰屏幕时，手指的触碰会改变互电容C_m的值，触摸检测装置通过检测手指触碰前后电容C_m对应的电流的改变量，从而检测出手指触摸点的位置。

在横向设置的触控驱动电极Tx和纵向设置的触控感应电极Rx之间会形成两种互电容C_m，如图1所示，一种是对实现触摸功能有效的投射电容(图1中带箭头的曲线为投射电容)，手指触碰屏幕时，会改变投射电容值；另一种是对实现触摸功能无效的正对电容(带箭头的直线为正对电容)，手指触碰屏幕时，正对电容值不会发生变化。

上述电容式内嵌触摸屏的结构设计中，在人体电容仅会与互电容中的投射电容发生耦合作用，触控驱动电极与触控感应电极在正对面处形成的正对电容会使触摸屏的信噪比降低，影响了内嵌式触摸屏中触控感应的准确性。并且，需要在现有的TFT阵列基板上增加两层新的膜层，导致在制作TFT阵列基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，用以实现触控精度较高、成本较低、生产效率较高且透过率较高的内嵌式触摸屏。

因此，本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏，包括相对而置的上基板和下基板，还包括：设置于所述下基板面向所述上基板的一侧的公共电极层，以及触控侦测芯片；其中，

所述公共电极层被分割成多个相互独立的自电容电极，以及将所述自电容电极连接至所述触控侦测芯片的多条导线；

所述触控侦测芯片用于在显示时间段对各自电容电极加载公共电极信号，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。

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触摸屏的下基板设置多个同层设置且相互独立的自电容电极，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比较大，因此能有效提高触控的信噪比，从而提高触控感应的准确性。

并且，相对于采用互电容原理实现触控功能时需要在现有的阵列基板内增加两层新的膜层，本发明实施例提供的触摸屏是将ADS模式的公共电极层图形进行变更，形成多个相互独立的自电容电极以及将自电容电极连接至触控侦测芯片的导线，不需要增加额外的膜层，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，还包括：设置于所述上基板面向所述下基板的一侧，或设置于所述下基板面向所述上基板的一侧的黑矩阵层；

相邻的两个所述自电容电极之间的分割间隙在所述下基板的正投影均位于所述黑矩阵层的图形所在区域内；

各所述导线的图形在所述下基板的正投影均位于所述黑矩阵层的图形所在区域内。

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，相邻的两个所述自电容电极相对的侧边均为折线。

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，相邻的两个自电容电极相对的为折线的侧边均具有阶梯状结构，两阶梯状结构形状一致且相互匹配。

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，相邻的两个自电容电极相对的为折线的侧边均具有凹凸状结构，两凹凸状结构形状一致且相互匹配。

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，各条所述导线与相互间隔设置的两个自电容电极电性相连，且与各条导线电性相连的各自电容电极之间互不重合。

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：与所述触控侦测芯片的接线端子电性连接的外围走线；所述外围走线和所述触控侦测芯片的接线端子设置于所述下基板面向所述上基板的一侧的边框处；

所述自电容电极通过所述导线连接至所述内嵌式触摸屏的边框处后，与对应的外围走线电性连接。

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，所述内嵌式触摸屏的边框形状为长方形，各条所述导线沿着所述边框的短边方向将所述自电容电极连接至所述边框的长边。

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，所述内嵌式触摸屏的边框具有四个侧边，各所述自电容电极在所述导线互不交叉的基础上通过对应的所述导线连接至距离最近的侧边。

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为现有的触控驱动电极和触控感应电极之间产生的电容示意图；

图2为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的结构示意图；

图3为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的俯视示意图之一；

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5为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的俯视示意图之二；

图6a和图6b分别为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的俯视示意图之三；

图7a和图7b分别为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏中相邻的自电容电极相对的侧边设置为折线的结构示意图。

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(push Mura)等优点。

本发明实施例基于传统的ADS技术以及ADS技术的一种重要改进方式H-ADS(高开口率-高级超维场开关)，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2所示，包括相对而置的上基板01和下基板02，还包括：设置于下基板02面向上基板01的一侧的公共电极层03，以及触控侦测芯片04；其中，

如图3所示，公共电极层03被分割成多个相互独立的自电容电极05，以及将自电容电极05连接至触控侦测芯片04的多条导线06；

触控侦测芯片04用于在显示时间段对各自电容电极05加载公共电极信号，在触控时间段通过检测各自电容电极05的电容值变化以判断触控位置。

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触摸屏的下基板02设置多个同层设置且相互独立的自电容电极05，当人体未触碰屏幕时，各自电容电极05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05所承受的电容为固定值叠加人体电容，触控侦测芯片04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比较大，因此能有效提高触控的信噪比，从而提高触控感应的准确性。

在具体实施时，为了能有效检测出各自电容电极05的电容值变化，触控侦测芯片04可以在触控时间段向各自电容电极05施加驱动信号，并接受各自电容电极05的反馈信号，由自电容电极05被触摸引起的电容值变化会增加反馈信号的RC延时，通过判断各自电容电极05的反馈信号RC延时即可确定自电容电极05是否被触摸，从而定位触控位置，当然，触控侦测芯片04还可以通过诸如检测电荷变化量的其他方式确认各自电容电极05的电容值变化以判断触控位置，在此不做赘述。

进一步地，本发明实施例提供的上述触摸屏复用公共电极层03作为自电容电极05，将下基板02的公共电极层03图形进行变更，形成多个相互独立的自电容电极05以及将自电容电极05连接至触控侦测芯片04的导线06，相对于采用互电容原理实现触控功能时需要在现有的阵列基板内增加两层新的膜层，本发明实施例提供的触摸屏不需要增加额外的膜层，仅需要对原有的公共电极层03进行构图工艺形成对应的自电容电极05和导线06的图形，节省了生产成本，提高了生产效率。

一般地，传统ADS型液晶面板的下基板上，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。

具体地，根据上述触摸屏具体应用的液晶显示面板的模式，组成公共电极层的各自电容电极05在与像素单元的开口区域对应的位置可以具有狭缝状ITO电极结构或板状ITO电极结构，即在HADS模式时各自电容电极05由狭缝状ITO电极组成；具体地，所述狭缝状ITO电极结构为在像素的开口区域具有狭缝的ITO电极。在ADS模式时各自电容电极05由板状ITO电极组成以满足液晶显示的需求，此时自电容电极05可以透过像素电极的狭缝区域与人体电场相互作用。由于ADS模式和HADS模式的液晶面板的具体结构属于现有技术，在此不再赘述。

进一步地，为了增加在触控时间段自电容电极05感知人体电容带来的变化，一般将由各自电容电极05组成的公共电极层设置在下基板02中的像素电极的上方，即采用HADS模式，以尽量使自电容电极05接近上基板01。

并且，在具体实施时，可以采用现有的任意种构图流程制作下基板02上的各膜层，例如可以采用8次构图工艺：栅极和栅线构图→有源层构图→第一绝缘层构图→数据线和源漏极构图→树脂层构图→像素电极构图→第二绝缘层构图→公共电极层构图；当然也可以根据实际设计，采用7次构图工艺、6次构图工艺或5次构图工艺，在此不做限定。

具体地，由于本发明实施例提供的上述触摸屏复用公共电极层03作为自电容电极05，因此在具体实施时，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，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……Cxn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。

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05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05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05会对应显示屏中的多个像素单元。并且，本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏是将现有的整层设置在下基板02上的公共电极层03分割成多个自电容电极05和对应的导线06，为了不影响正常的显示功能，在对公共电极层03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。

具体地，如图2所示，本发明实施例提供的上述触摸屏中，还可以包括：设置于上基板01面向下基板02的一侧，或设置于下基板02面向上基板01的一侧的黑矩阵层07；

相邻的两个自电容电极05之间的分割间隙在下基板02的正投影均位于黑矩阵层07的图形所在区域内；

各导线06的图形在下基板02的正投影均位于黑矩阵层07的图形所在区域内。

在具体采用自电容原理设计触摸屏时，如图3所示，一般每一个自电容电极05需要通过单独的引出线与触控侦测芯片04连接，每条引出线具体包括：将自电容电极05连接至触摸屏的边框处的导线06，以及设置在边框处用于将自电容电极05导通至触控侦测芯片的接线端子08的外围走线09，即外围走线09与触控侦测芯片04的接线端子08电性连接。并且，一般地，外围走线09和触控侦测芯片04的接线端子08一般设置于下基板02面向上基板01的一侧的边框处；那么，自电容电极05就需要通过导线06先连接至内嵌式触摸屏的边框处后，与对应的外围走线09电性连接。

在具体实施时，由于自电容电极05的数量非常多，对应的引出线也会非常多，以每个自电容电极05的所占面积为5mm*5mm为例，5寸的液晶显示屏就需要264个自电容电极05，若将每个自电容电极05设计的更小一些，则会有更多的自电容电极05，那么需要设置更多的引出线。由于引出线中的导线06和自电容电极05都设置在公共电极层03，且为了不影响正常显示，黑矩阵层07的图形需要覆盖所有的导线06，这样会使覆盖导线06的黑矩阵层07的图形偏多，从而影响像素单元的开口率。另外，由于导线06数量偏多，也会引起设置在边框处的与导线06一一对应连接的外围走线09数量偏多，这会造成触摸屏的边框扩大，不利于窄边框设计。

为了解决上述问题，在本发明实施例提供的上述触摸屏中，一种可能的实施方式为：如图5所示，将各条导线06与相互间隔设置的两个自电容电极05电性相连，且与各条导线06电性相连的各自电容电极05之间互不重合。将每间隔设置的两个自电容电极05通过一条导线06连接至触摸屏的边框处后，通过一条对应的外围走线09连接至触控侦测芯片04进行触控位置检测。这样，相对于如图3所示的自电容电极05与导线06一一对应相连的连接方式，导线06数量会减少一半；此外，随着导线06数量的减少，与之对应的外围走线09数量也随之减少，这也有利于触摸屏窄边框的设计。

并且，由于是将间隔设置的两个自电容电极05通过一条导线06连接，相邻的自电容电极05通过不同的导线06连接至边框处，因此，当人体触碰屏幕时，触控侦测芯片04可以通过判断相邻的连接不同导线06的自电容电极05的电容值变化来确定触控位置，避免误判，实现触控感应的准确性。以图5所示的自电容电极05的连接关系为例，由于在x方向自电容电极05没有通过同一条导线06连接，因此可以准确判断出x方向的位置，在y方向的自电容电极05出现两两相连的情况，因此，需要通过不同导线06上的信号变化来判断y方向位置，例如当手指触摸位置A时，通过导线d上的信号变化可知，A和B位置均有可能发生触控，但是通过导线a上的信号发生变化，导线b上的信号无变化可知，仅在A位置发生了触控。

具体地，不论是导线06与自电容电极05一一对应连接，还是导线06与两个自电容电极05对应连接，在设计各导线06的延伸方向时，可以将各导线06的延伸方向设置为相同。一般地，触摸屏的边框形状为长方形，进一步地，为了优化导线所占面积，可以将各条导线06的延伸方向设置为与边框的短边方向一致，即如图6a所示，各条导线06沿着边框的短边方向将自电容电极05连接至边框的长边，这样可以通过减少在相邻两列自电容电极05间隙处的导线06数量的方式，减少导线06所占面积，从而降低覆盖导线06的黑矩阵层07的图形面积，提高像素单元的开口率。

更佳地，为了保证像素单元具有较大的开口率，触摸屏的边框一般具有四个侧边，如图6b所示，可以将各自电容电极05在导线06互不交叉的基础上通过对应的导线06连接至距离最近的侧边，这样可以尽可能的减少各自电容电极05之间的导线06数量，从总体上最大化的降低黑矩阵层07的图形面积，保证较大的像素单元的开口率。

进一步地，在本发明实施例提供的内嵌式触摸屏中，由于人体电容通过直接耦合的方式作用于各自电容电极05的自电容，因此，人体触碰屏幕时，仅在触摸位置下方的自电容电极05的电容值有较大的变化量，与触摸位置下方的自电容电极05相邻的自电容电极05的电容值变化量非常小，这样，在触摸屏上滑动时，不能确定自电容电极05所在区域内的触控坐标，为解决此问题，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，可以将相邻的两个自电容电极05相对的侧边均设置为折线，以便增大位于触摸位置下方的自电容电极05相邻的自电容电极05的电容值变化量。

在具体实施时，可以采用如下两种方式之一或组合的方式设置各自电容电极05的整体形状：

1、可以将相邻的两个自电容电极05相对的为折线的侧边均设置为阶梯状结构，两阶梯状结构形状一致且相互匹配，如图7a所示，图7a中示出了2*2个自电容电极05；

2、可以将相邻的两个自电容电极05相对的为折线的侧边均设置为凹凸状结构，两凹凸状结构形状一致且相互匹配，如图7b所示，图7b中示出了2*2个自电容电极05。

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内嵌式触摸屏及显示装置，利用自电容的原理在触摸屏的下基板设置多个同层设置且相互独立的自电容电极，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比较大，因此能有效提高触控的信噪比，从而提高触控感应的准确性。并且，相对于采用互电容原理实现触控功能时需要在现有的阵列基板内增加两层新的膜层，本发明实施例提供的触摸屏是将ADS模式的公共电极层图形进行变更，形成多个相互独立的自电容电极以及将自电容电极连接至触控侦测芯片的导线，不需要增加额外的膜层，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 (9)

1.一种内嵌式触摸屏，包括相对而置的上基板和下基板，其特征在于，还包括：设置于所述下基板面向所述上基板的一侧的公共电极层，以及触控侦测芯片；其中，

所述公共电极层被分割成多个相互独立的自电容电极，以及将所述自电容电极连接至所述触控侦测芯片的多条导线；

各条所述导线与相互间隔设置的两个自电容电极电性相连，且与各条导线电性相连的各自电容电极之间互不重合；

所述触控侦测芯片用于在显示时间段对各自电容电极加载公共电极信号，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。

2.如权利要求1所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，还包括：设置于所述上基板面向所述下基板的一侧，或设置于所述下基板面向所述上基板的一侧的黑矩阵层；

相邻的两个所述自电容电极之间的分割间隙在所述下基板的正投影均位于所述黑矩阵层的图形所在区域内；

各所述导线的图形在所述下基板的正投影均位于所述黑矩阵层的图形所在区域内。

3.如权利要求2所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，相邻的两个所述自电容电极相对的侧边均为折线。

4.如权利要求3所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，相邻的两个自电容电极相对的为折线的侧边均具有阶梯状结构，两阶梯状结构形状一致且相互匹配。

5.如权利要求3所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，相邻的两个自电容电极相对的为折线的侧边均具有凹凸状结构，两凹凸状结构形状一致且相互匹配。

6.如权利要求1-5任一项所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，还包括：与所述触控侦测芯片的接线端子电性连接的外围走线；所述外围走线和所述触控侦测芯片的接线端子设置于所述下基板面向所述上基板的一侧的边框处；

所述自电容电极通过所述导线连接至所述内嵌式触摸屏的边框处后，与对应的外围走线电性连接。

7.如权利要求6所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，所述内嵌式触摸屏的边框形状为长方形，各条所述导线沿着所述边框的短边方向将所述自电容电极连接至所述边框的长边。

8.如权利要求6所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，所述内嵌式触摸屏的边框具有四个侧边，各所述自电容电极在所述导线互不交叉的基础上通过对应的所述导线连接至距离最近的侧边。

9.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-8任一项所述的内嵌式触摸屏。