CN102968231A - 一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置，在彩膜基板上设置触控感应电极，将TFT阵列基板上的相邻的至少一条栅极信号线作为一条触控驱动电极，对触控驱动电极和触控感应电极进行分时驱动，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利用了栅极信号线作为触控驱动电极，在TFT阵列基板上无需增加新的膜层，因此，不会影响整个触摸屏的透光率，并且在现有的TFT阵列基板制备工艺的基础上，也不需要增加额外的工艺即可制成触摸屏，节省了生产成本，提高了生产效率。此外，由于采用分时驱动触控和显示功能，也能够降低相互干扰，提高画面品质和触控准确性。

Description

一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置。

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扫描线和触控感应线实现的，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线和触控感应线，在两条ITO电极的异面相交处形成感应电容。其工作过程为：在对作为触控驱动线的ITO电极加载触控驱动信号时，检测触控感应线通过感应电容耦合出的电压信号，在此过程中，有人体接触触摸屏时，人体电场就会作用在感应电容上，使感应电容的电容值发生变化，进而改变触控感应线耦合出的电压信号，根据电压信号的变化，就可以确定触点位置。

上述电容式内嵌触摸屏的结构设计，需要在现有的TFT阵列基板上增加新的膜层，会影响触摸屏整体的透光率，并且也会导致在制作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

本发明实施例提供了一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置，用以实现成本较低且生产效率较高的电容式内嵌触摸屏。

本发明实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏，包括：彩膜基板，具有栅极信号线的薄膜晶体管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，在所述TFT阵列基板上设有呈矩阵排列的多个像素单元；

所述彩膜基板具有沿像素单元的列方向延伸的多个触控感应电极；

所述TFT阵列基板具有沿像素单元的行方向延伸的多个触控驱动电极；每个触控驱动电极由相邻的至少一条栅极信号线组成；

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传递栅极扫描信号和触控扫描信号。

本发明实施例提供了一种显示装置，包括本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏。

本发明实施例提供的一种上述电容式内嵌触摸屏的驱动方法，包括：

将触摸屏显示每一帧的时间分成显示时间段和触控时间段；

在显示时间段，对所述触摸屏中的每条栅极信号线依次施加栅极扫描信号，对数据信号线施加灰阶信号，控制液晶分子翻转；同时，触控驱动电极接地；

在触控时间段，对组成触控驱动电极的各条栅极信号线依次施加触控扫描信号，触控感应电极耦合所述触控扫描信号的电压信号并输出，同时，所述触摸屏中的数据信号线无信号输入。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置，在彩膜基板上设置触控感应电极，将TFT阵列基板上的相邻的至少一条栅极信号线作为一条触控驱动电极，对触控驱动电极和触控感应电极进行分时驱动，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利用了栅极信号线作为触控驱动电极，在TFT阵列基板上无需增加新的膜层，因此，不会影响整个触摸屏的透光率，并且在现有的TFT阵列基板制备工艺的基础上，也不需要增加额外的工艺即可制成触摸屏，节省了生产成本，提高了生产效率。此外，由于采用分时驱动触控和显示功能，也能够降低相互干扰，提高画面品质和触控准确性。

附图说明

图1为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏的纵向剖面示意图；

图2为本发明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；

图3为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中的触控感应电极的示意图之一；

图4为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中的触控感应电极的示意图之二；

图5为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中TFT阵列基板的横向剖面示意图；

图6为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏的工作时序图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明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。

附图中各层薄膜的厚度和形状不反映阵列基板和彩膜基板的真实比例，目的只是示意说明本发明内容。

图1和图2所示分别为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏的纵向剖面示意图和触摸屏中TFT阵列基板的俯视图。如图1和图2所示，本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏具体包括：彩膜基板1，具有栅极信号线2的薄膜晶体管TFT阵列基板3，以及位于彩膜基板1和TFT阵列基板3之间的液晶层4，在TFT阵列基板3上设有呈矩阵排列的多个像素单元5；还包括：

彩膜基板1具有沿像素单元5的列方向延伸的多个触控感应电极6；

TFT阵列基板3具有沿像素单元5的行方向延伸的多个触控驱动电极7；每个触控驱动电极7由相邻的至少一条栅极信号线2组成；

在一帧画面的显示时间内，各触控驱动电极7用于分时地传递栅极扫描信号和触控扫描信号。

本发明实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏，在彩膜基板上设置触控感应电极，将TFT阵列基板上的相邻的至少一条栅极信号线作为一条触控驱动电极，对触控驱动电极和触控感应电极进行分时驱动，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利用了栅极信号线作为触控驱动电极，在TFT阵列基板上无需增加新的膜层，因此，不会影响整个触摸屏的透光率，并且在现有的TFT阵列基板制备工艺的基础上，也不需要增加额外的工艺即可制成触摸屏，节省了生产成本，提高了生产效率。此外，由于采用分时驱动触控和显示功能，也能够降低相互干扰，提高画面品质和触控准确性。

下面对上述触摸屏中TFT阵列基板中设置的触控驱动电极进行详细的说明。

一般地，触摸屏的精度通常在毫米级，可以根据所需的触控精度选择触控驱动电极和触控感应电极的密度和宽度以保证所需的触控精度，通常触控驱动电极和触控感应电极的宽度控制在5-7mm为佳。而液晶显示的精度通常在微米级，因此，如图2所示，在本发明实施例提供的触摸屏中，一般一个触控驱动电极Tx会由相邻的多条栅极信号线G组成，并且，各触控驱动电极一般会包含相同条数的栅极信号线，在图2中每条触控驱动电极Tx1和Tx2由i根栅极信号线G组成，在触控时间段，组成一个触控驱动电极的各条栅极信号线会加载相同的触控扫描信号，作为一个触控驱动电极使用，以保证所需的触控精度。

进一步地，如图2所示，为了减少相邻的触控驱动电极Tx1和Tx2之间的信号干扰，在具体实施时，可以在每相邻的两个触控电极Tx1和Tx2之间间隔至少一条栅极信号线，在相邻的触控驱动电极Tx1和Tx2之间间隔j-i根栅极信号线，以避免触控驱动电极Tx1和Tx2之间的信号干扰；其中，可以根据实际所需的触控精度，选取合适的间隔栅极信号线的条数，在此不做限定。

下面对上述触摸屏中彩膜基板中设置的触控感应电极进行详细的说明。

目前，在液晶显示面板中，为了避免显示过程中外界信号对显示信号的干扰，一般都会在彩膜基板背向液晶层的一面设置屏蔽电极层，该屏蔽电极层为整面设置。本发明实施例提供的上述触摸屏在具体实施时，可以根据所需的触控精度，如图3所示，将彩膜基板上的屏蔽电极层（shielding ITO）分割成合适宽度的触控感应电极Rx，一般情况下，每条触控感应电极Rx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。

在触控驱动电极Tx传递触控扫描信号时，各触控感应电极Rx耦合触控扫描信号的电压信号并输出，在触控驱动电极Tx传递栅极扫描信号时，各触控感应电极Rx可以接地，屏蔽外界信号对显示信号的干扰，起到屏蔽电极的作用。

进一步地，为了在彩膜基板和TFT阵列基板对盒后能对盒体进行减薄处理，即使用特定液体刻蚀裸露在外侧的衬底基板，可以将屏蔽电极层制作在彩膜基板面向液晶层的一面，具体地，组成屏蔽电极层的各触控感应电极Rx可以设置于彩膜基板的衬底与黑矩阵区域之间，也可以位于黑矩阵面向液晶层的一面。当触控感应电极Rx设置在彩膜基板的衬底与黑矩阵区域之间时，更有利于屏蔽外界信号的干扰。

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3所示，可以直接将各条触控感应电极Rx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4所示，可将各条触控感应电极Rx设计为具有网格状电极结构，且各触控感应电极的图案被黑矩阵区域覆盖，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，也不会影响显示器的光透过率。

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。

本发明实施例提供的上述触摸屏可以适用于各种模式的液晶显示面板，例如可以适用于能够实现宽视角的平面内开关（IPS，In-Plane Switch）和高级超维场开关（ADS，Advanced Super Dimension Switch）型液晶显示面板，也可以适用于传统的扭曲向列（TN，Twisted Nematic）型液晶显示面板，在此不做限定。

当本发明实施例提供的上述触摸屏应用于ADS型液晶显示面板时，即在TFT阵列基板上具有公共电极层，如图5所示，可以将公共电极层至于各条栅极信号线的底层，即各栅极信号线位于公共电极层之上，公共电极层在TFT阵列基板上整层设置，这样，在触控时间段和显示时间段，公共电极层都能起到屏蔽电极的作用，避免外界信号干扰触摸屏的正常工作。

具体地，本发明实施例还提供了上述电容式内嵌触摸屏的驱动方法，如图6所示的时序图，具体包括：

首先，将触摸屏显示每一帧（STV）的时间分成显示时间段（Display）和触控时间段（Touch），例如图6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，对触摸屏中的每条栅极信号线G1，G2……Gn依次施加栅极扫描信号，对数据信号线施加灰阶信号，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；同时，触控驱动电极接地，起到屏蔽电极层的作用。

在触控时间段，对组成触控驱动电极Tx1、Tx2……Txn的各条栅极信号线依次施加触控扫描信号，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。同时，触摸屏中的数据信号线无信号输入，若触控屏中有不作为触控驱动电极的栅极信号线，则这些栅极信号线也无信号输入。

较佳地，在触控时间段，对组成触控驱动电极Tx1、Tx2……Txn的各条栅极信号线依次施加的触控扫描信号为负压方波脉冲信号，例如-5V，这样可以防止TFT开关打开，影响触摸屏的正常显示。

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。

本发明实施例提供的一种电容式内嵌触摸屏、其驱动方法及显示装置，在彩膜基板上设置触控感应电极，将TFT阵列基板上的相邻的至少一条栅极信号线作为一条触控驱动电极，对触控驱动电极和触控感应电极进行分时驱动，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利用了栅极信号线作为触控驱动电极，在TFT阵列基板上无需增加新的膜层，因此，不会影响整个触摸屏的透光率，并且在现有的TFT阵列基板制备工艺的基础上，也不需要增加额外的工艺即可制成触摸屏，节省了生产成本，提高了生产效率。此外，由于采用分时驱动触控和显示功能，也能够降低相互干扰，提高画面品质和触控准确性。

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)

1.一种电容式内嵌触摸屏，包括：彩膜基板，具有栅极信号线的薄膜晶体管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，在所述TFT阵列基板上设有呈矩阵排列的多个像素单元；其特征在于，

所述彩膜基板具有沿像素单元的列方向延伸的多个触控感应电极；

所述TFT阵列基板具有沿像素单元的行方向延伸的多个触控驱动电极；每个触控驱动电极由相邻的至少一条栅极信号线组成；

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传递栅极扫描信号和触控扫描信号。

2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控驱动电极包含相同条数的栅极信号线。

3.如权利要求1或2所述的触摸屏，其特征在于，每相邻的两个触控电极之间间隔至少一条栅极信号线。

4.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，所述TFT阵列基板还具有公共电极层，各所述栅极信号线位于该公共电极层之上。

5.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，各条所述触控感应电极位于所述彩膜基板的衬底与黑矩阵区域之间。

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，且各触控感应电极的图案被所述黑矩阵区域覆盖。

7.如权利要求6所述的触摸屏，其特征在于，所述触控感应电极的材料为透明导电氧化物或金属。

8.一种显示装置，其特征在于，包括如权利要求1-7任一项所述的电容式内嵌触摸屏。

9.一种如权利要求1所述的电容式内嵌触摸屏的驱动方法，其特征在于，包括：

将触摸屏显示每一帧的时间分成显示时间段和触控时间段；

在显示时间段，对所述触摸屏中的每条栅极信号线依次施加栅极扫描信号，对数据信号线施加灰阶信号，控制液晶分子翻转；同时，触控驱动电极接地；

在触控时间段，对组成触控驱动电极的各条栅极信号线依次施加触控扫描信号，触控感应电极耦合所述触控扫描信号的电压信号并输出，同时，所述触摸屏中的数据信号线无信号输入。

10.如权利要求9所述的驱动方法，其特征在于，在触控时间段，对组成触控驱动电极的各条栅极信号线依次施加的触控扫描信号为负压方波脉冲信号。

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