TWI694361B

TWI694361B - 觸控顯示面板及其驅動方法

Info

Publication number: TWI694361B
Application number: TW107143944A
Authority: TW
Inventors: 翁裕復; 林俊文; 劉家麟
Original assignee: 鴻海精密工業股份有限公司
Priority date: 2018-12-06
Filing date: 2018-12-06
Publication date: 2020-05-21
Also published as: TW202022576A

Abstract

本發明提供一種觸控顯示面板，其包含基板；形成在所述基板上的複數掃描線、複數資料線，所述複數掃描線和所述複數資料線相互交叉定義複數子畫素單元；形成在所述基板上的複數第一薄膜電晶體(TFT)和複數第二TFT；所述觸控顯示面板還包括與掃描線平行且相鄰的複數觸控掃描線、與資料線平行的複數觸控線，所述複數觸控掃描線和觸控線相互交叉定義複數感測單元。本發明提供的觸控顯示面板，其顯示區域除可以實現顯示功能及觸控感測功能外，也可實現指紋感測功能。本發明還提供一種該觸控顯示面板的驅動方法。

Description

觸控顯示面板及其驅動方法

本發明涉及觸控顯示領域，尤其涉及一種具有指紋識別功能的觸控顯示面板及其驅動方法。

觸控顯示面板作為一種資訊輸入工具，其被廣泛應用於設計、平板電腦及公共場所大廳的資訊查詢機等各種具有資訊交互功能的的顯示產品中。但是多數現有設備的顯示區域可以同時提供顯示及觸碰功能，卻無法提供指紋辨識功能，而是在非顯示區域設有指紋識別裝置，以實現指紋識別的功能。

有鑑於此，有必要提供一種觸控顯示面板，其顯示區域能夠可以在提供顯示及觸控功能時，也可提供指紋識別功能。

基板；形成在所述基板上的複數掃描線、複數資料線，所述複數掃描線和資料線相互交叉定義複數子畫素單元；形成在所述基板上的複數第一薄膜電晶體(TFT)和複數第二TFT；形成在所述複數第一TFT和所述複數第二TFT上的公共電極層，其包含間隔設置的複數公共電極；形成在所述公共電極上的複數畫素電極，每一個子畫素單元中對應設置有一個畫素電極；所述觸控顯示面板還包括與掃描線平行且相鄰的複數觸控掃描線、與資料線平行的複數觸控線，所述複數觸控掃描線和觸控線相互交叉定義複數感測單元，所述第二TFT的閘極電性連接一條觸控掃描線，源極連接一條觸控線，汲極連接一個公共電極，且所述資料線與所述觸控線同層設置，所述資料線與所述觸控掃描線與所述掃描線同層設置。

本發明提供的另一種觸控顯示面板，包括：基板；形成在所述基板上的複數掃描線、複數資料線，所述複數掃描線和所述複數資料線相互交叉定義複數子畫素單元；形成在所述基板上的複數第一薄膜電晶體(TFT)和複數第二TFT；形成在所述複數第一TFT和所述複數第二TFT上的間隔設置的複數公共電極；形成在所述複數公共電極上的複數畫素電極，每一個畫素電極對應設置在一個子畫素單元中，每一個子畫素單元中設置有一個第一TFT，藉由所述第一TFT控制所述畫素電極與資料線的導通；與掃描線平行且相鄰的複數觸控掃描線；與資料線平行的複數觸控線，所述複數觸控線與所述複數觸控掃描線相互交叉定義複數感測單元，所述第二TFT的閘極電性連接一條觸控掃描線，源極連接一條觸控線，汲極連接一個公共電極；及驅動電路，與所述資料線、所述觸控線、所述觸控掃描線電性連接，在顯示時段，驅動電路對所述複數公共電極施加公共電壓信號，並對複數畫素電極施加顯示信號，以進行圖像顯示；在觸控時段，驅動電路對所述複數公共電極施加觸控驅動信號，以進行觸控感測；在指紋感測時段，驅動電路對所述複數公共電極施加指紋感測信號，以進行指紋感測。

本發明還提供一種上述觸控顯示面板的驅動方法，包括：在奇數幀的每一幀內，包括交替的顯示時段和觸控時段，在顯示時段，所述複數公共電極被施加公共電壓信號，並且所述複數畫素電極被施加顯示信號以實現圖像顯示；在觸控時段，所述複數公共電極被施加觸控驅動信號，以實現觸摸感測在偶數幀的每一幀內，包括指紋感測時段，在指紋感測時段內，所述公共電極被施加指紋感測信號，以實現指紋感測；所述奇數幀與所述偶數幀交替進行。

本發明所提供的觸控顯示面板，其顯示區域除可以實現顯示功能及觸控感測功能外，也可實現指紋感測功能。對於包括所述觸控面板的電子設備而言，指紋識別功能可以直接在顯示區域實現，無需單獨設置指紋感測裝置，進一步提高電子設備的集成度，以降低電子設備的體積和重量。

100:觸控面板

10:基板

11:第一TFT

12:第二TFT

111、121:閘極

112、122:源極

113、123:汲極

20:感測單元

21、TL、TL-1~TL-N:觸控線

22、TGL、TGL-1~TGL-N:觸控掃描線

23、GL、GL-1~GL-N:掃描線

24、DL、DL-1~DL-N:資料線

31:公共電極

33:畫素電極

40:驅動電路

41:子畫素單元

42:畫素單元

M1:第一金屬層

M2:第二金屬層

M3:第三金屬層

101:第一絕緣層

102:第二絕緣層

103:第三絕緣層

104:第四絕緣層

圖1為觸控面板的示意圖。

圖2為圖1的II部放大示意圖。

圖3為圖2的觸控面板沿剖面線III-III方向的第一實施例剖面圖。

圖4為圖2的觸控面板沿剖面線IV-IV方向的第一實施例剖面圖。

圖5為圖2的觸控面板沿剖面線III-III方向的第二實施例剖面圖。

圖6為圖2的觸控面板沿剖面線IV-IV方向的第二實施例剖面圖。

圖7為觸控面板的示意圖。

圖8為觸控面板不同時段的週期示意圖。

圖9為圖4對應觸控面板的顯示階段的時段電路圖。

圖10為圖4對應的觸控面板的觸控階段的時段電路圖。

圖11為圖4對面板的指紋感測階段的時段電路圖。

以下將結合附圖對本發明的具體實施方式做詳細的說明。

請參閱圖1，觸控面板100包括一基板10，定義在基板10上的複數子畫素單元41，所述複數子畫素單元41成矩陣排列。沿圖1所示第一方向D1相鄰的三個子畫素單元41定義一個畫素單元42。

如圖2所示，觸控面板100包括沿第一方向D1延伸的複數掃描線23、沿第二方向D2延伸的複數資料線24，其中第二方向D2與第一方向D1垂直。本實施例，第二方向D2與第一方向D1正交。每相鄰的兩條掃描線23和每相鄰的兩條資料線24相互交叉定義一個子畫素單元41。

如圖2所示，觸控面板100還包括形成在基板10上的複數第一TFT11和複數第二TFT12，形成在複數第一TFT11和複數第二TFT12上的複數公共電極31。

如圖2所示，觸控面板100還包括與掃描線23平行且相鄰的複數觸控掃描線22、與資料線24平行的複數觸控線21，複數觸控掃描線22和複數觸控線21相互交叉定義複數感測單元20。

如圖2所示，每一條觸控掃描線22與一條掃描線23為相鄰且成對出現，每一對觸控掃描線22與掃描線23對應一行子畫素單元41(沿圖2所示第一方向D1)設置，該觸控面板100中的掃描線23和觸控掃描線22的數量基板相等。每一條資料線24對應一列子畫素單元41(沿圖2所示第二方向D2)設置，每一條觸控線21對應一列畫素單元42(沿圖2所示第二方向D2)設置，則該觸控面板100中的觸控線21的數量要少於資料線24的數量。

如圖2所示，該觸控面板100還包括複數畫素電極33。本實施例中，每一個公共電極31對應相鄰的三個子畫素單元41(一個畫素單元42)，每一個畫素電極33對應一個子畫素單元41，即每一個公共電極31對應三個畫素電極33。

如圖1所示，該觸控面板100還包括驅動電路40。驅動電路40與資料線24、觸控線21電性連接。驅動電路40用以在顯示時段對複數公共電極31施加公共電壓信號，並對複數畫素電極33施加顯示信號，以實現圖像顯示。驅動電路40與觸控線21、觸控掃描線22電性連接。驅動電路40用以在觸控時段對複數公共電極31施加觸控驅動信號以實現觸控感測；且在指紋感測時段，驅動電路40對公共電極31施加指紋感測信號，以實現指紋感測。

如圖2所示，每一感測單元20對應一公共電極31設置，且每一感測單元20中對應設置有一個第二TFT12。每一個第二TFT12的閘極121與觸控掃描線22電性連接，每一個第二TFT12的源極122與觸控線21電性連接，每一個第二TFT12的汲極123與一個公共電極31電性連接。本實施例中，每一個感測單元20為矩形，其邊長小於100μm，故感測單元20可以分別感測指紋上的的凸起與凹陷，以實現指紋感測。

本實施例中，每一個第一TFT11的閘極111與掃描線23電性連接，每一個第一TFT11的源極112與資料線24電性連接，每一個第一TFT11的汲極113與一個畫素電極33電性連接。

請一併參閱圖2、圖3和圖4。觸控面板100包括設置於基板10上的複數金屬層，依照距離基板10的遠近和層疊在基板10的次序，掃描線23與觸控掃描線22所在金屬層定義第一金屬層M1、資料線24與觸控線21所在金屬層定義第二金屬層M2。不同金屬層之間設有絕緣層，以電性絕緣。

如圖3所示，在第一實施例中，基板10上設有第一金屬層M1，掃描線23與觸控掃描線22由第一金屬層M1圖案化形成。

如圖3和圖4所示，基板10設置有第一金屬層M1的表面還設有第一絕緣層101。如圖3所示，第一絕緣層101完全覆蓋掃描線23與觸控掃描線22。如圖4所示，第一絕緣層101遠離基板10的一側設有第二金屬層M2。資料線24與觸控線21由第二金屬層M2圖案化形成。第一金屬層M1與第二金屬層M2之間設有第一絕緣層101，以使二者電性絕緣。

基板10包括有第一TFT11與第二TFT12(圖3-4未示，僅示出於圖2中)。在不同金屬層與公共電極31、畫素電極33之間所設置的絕緣層設有過孔(圖未示)，即畫素電極33、第一TFT11與位於第一金屬層M1的掃描線23、位於第二金屬層M2的資料線24可藉由在第一絕緣層101、第二絕緣層102、第三絕緣層103設置過孔以進行電性連接。公共電極31、第二TFT12與位於第一金屬層M1的觸控掃描線22、第二金屬層M2的觸控線21也可藉由在上述絕緣層設置過孔以進行電性連接。

請一併參閱圖2、圖5、圖6，為另一變更施例的剖面圖。本實施例中，掃描線23與觸控掃描線22所在金屬層定義第一金屬層M1、資料線24所在金屬層定義第二金屬層M2，觸控線21所在金屬層定義第三金屬層M3。即資料線24與觸控線21位於不同的層，由不同的金屬層圖案化形成。

如圖5和圖6所示，基板10設置有第一金屬層M1的表面還設有第一絕緣層101，如圖5所示，第一絕緣層101完全覆蓋掃描線23與觸控掃描線22。如圖6所示，第一絕緣層101遠離基板10的一側設置第二金屬層M2。資料線24由第二金屬層M2圖案化形成。第一金屬層M1與第二金屬層M2之間設有第一絕緣層101，以使二者電性絕緣。

如圖5和圖6所示，第一絕緣層101遠離基板10的一側層疊有第二絕緣層102。如圖6所示，第二絕緣層102完全覆蓋資料線24。如圖5所示，在第二絕緣層102遠離基板10一側設有第三金屬層M3。觸控線21由第三金屬層M3圖案化形成。在第二絕緣層102遠離基板10一側層疊有第三絕緣層103，第三絕緣層103完全覆蓋觸控線21。第三絕緣層103遠離基板10的一側設置有複數公共電極31。第三絕緣層103遠離基板10的一側層疊有第四絕緣層104，第四絕緣層104完全覆蓋公共電極31。第四絕緣層104遠離基板10一側設有複數間隔設置的畫素電極33。公共電極31與畫素電極33之間設有第四絕緣層104，以使二者電性絕緣。

第一絕緣層101、第二絕緣層102、第三絕緣層103設有過孔(圖未示)。觸控掃描線22、掃描線23、第二TFT12與公共電極31之間可藉由絕緣層中的過孔進行電性連接。即第二TFT12與位於第一金屬層M1的觸控掃描線22、第三金屬層M3的觸控線21可藉由絕緣層的通孔進行電性連接。

請一併參閱圖7-圖10。圖7所示的觸控面板的顯示解析度720RGB*1280。

圖7所示的觸控面板100的驅動被劃分為複數幀，該複數幀包括複數奇數幀和複數偶數幀。如圖8所示，觸控面板100的驅動包括顯示時段、觸控時段和指紋感測時段，其中顯示時段(DP)、觸控時段(TP)共用一幀(奇數幀)，指紋感測時段(FP)需與顯示時段、觸控時段分時在另外的幀(偶數幀)進行。顯示時段與觸控時段在同一奇數幀內交替進行，比如，假設在每一奇數幀內，包括顯示時段和觸控時段的數量n皆為16，則在每一奇數幀內，每兩個顯示時段之間有一個觸控時段。而包含指紋感測的偶數幀又與該顯示時段與觸控時段所在的奇數幀交替。例如，第1幀，包括顯示時段與觸控時段，即在第1幀中觸控面板100分時進行顯示和觸控感測，第2幀為指紋感測時段，即在第2幀中觸控面板100進行指紋感測，第3幀為包括顯示時段與觸控時段，第4幀為指紋感測時段，依次類推。觸控面板得以完成顯示、觸控感測與指紋感測。

如圖9所示，當顯示掃描頻率為60HZ時，1幀包括交替的n個顯示時段(DP)和n個觸控時段(TP)。在第1顯示時段(DP1)，掃描線第1條至第80條(GL-1~GL-80)被逐一施加掃描信號，同時所有的資料線DL被施加方波信號，以控制資料線24與畫素電極33的導通，使畫素電極33被施加顯示信號；同時觸控掃描線第1條至第80條(TGL-1~TGL-80)被逐一施加掃描信號，以控制公共電極31與觸控線21的導通，同時所有的觸控線TL被施加顯示驅動信號(公共電壓信號)，使公共電極31被施加顯示驅動信號(公共電壓信號)。即所有觸控線TL維持公共電壓，資料線第1條至第2160條(DL-1~DL-2160)給予畫素電極33顯示信號。在第2顯示時段(DP2)，掃描線第81條至第160條(GL-81~GL-160)與觸控掃描線第81條至第160條(TGL-81~TGL-160)均被逐一施加掃描信號，觸控線第1條至第720條(TL-1~TL-720)維持低電平信號(公共電壓信號)，資料線第1條至第2160條(DL-1~DL-2160)給予畫素電極33顯示信號。依此類推，其餘第3顯示時段(DP3)至第n顯示時段(DPn)的訊號模式以此類推完成全屏掃描。每完成一次全屏掃描可得一幀完整的顯示圖像。

請參閱圖10，在第1觸控時段(TP1)，若干個相鄰的公共電極31作為一個觸控電極，藉由觸控線21向觸控電極提供觸控感測信號，且對觸控電極進行自電容檢測，以實現觸摸感測。

顯示掃瞄頻率為60Hz且觸控掃瞄頻率為120Hz，在第1觸控時段(TP1)，此時圖像顯示不做顯示圖像更新，所有的掃描線第1條至第N條(GL-1~GL-N)被施加低電平信號，所有的資料線DL-1~DL-N接地，使畫素電極33浮接；觸控掃描線第1條至第40條(TGL-1~TGL-40)被同時施加掃描信號，所有的觸控線第1條至第720條(GL-1~GL-720)施加觸控驅動信號，從而對第1-40行的公共電極31施加觸控驅動信號；然後觸控掃描線第1條至第40條(TGL1~GL40)停止施加掃描信號，而觸控掃描線第41條至第80條(TGL-41~TGL-80)被同時施加掃描信號，所有的觸控線第21條至第720條(TL-21~TL-720)給予觸控感測訊號，從而對第41-80行的公共電極31施加觸控感測信號，依次類推，直至完成121-160行的公共電極31被施加觸控感測信號。

在第2觸控時段(TP2)需依次完成161-320行的公共電極31被施加觸控驅動信號。在第2/n觸控時段(TP2/n)完成最後一行後的公共電極31被施加觸控驅動信號又從第1行公共電極31開始，從而在每一幀圖像(60Hz)下掃瞄全屏2次為120Hz的觸控掃描頻率。

請參閱圖11，指紋感測階段，每一個公共電極31作為一個指紋感測電極，驅動電路40藉由觸控線21向公共電極31提供指紋感測信號，且對公共電極31進行自電容檢測，以實現指紋感測。

在進行指紋感測時，需要一個幀完整的圖像，此時圖像顯示不做顯示圖像更新，所有的掃描線GL被施加低電平信號，所有的資料線DL接地，使畫素電極33浮接；所有的觸控掃描線TGL則逐一被施加掃描信號，所有的觸控線TL被施加指紋感測信號，從第1行的公共電極31開始施加指紋感測信號，依次類推，直至完成1280行的公共電極31被施加指紋感測信號。完成掃描後，可以得到完整全屏的指紋採集影像。

且上述的顯示解析度、觸控解析度、顯示時段與觸控時段的數量N可隨不同應用而調整，上述僅為說明其不同模式下，不同線路之狀態之舉例。

以上實施例僅用以說明本發明的技術方案而非限制，圖示中出現的上、下、左及右方向僅為了方便理解，儘管參照較佳實施例對本發明進行了詳細說明，所屬領域具有通常知識者應當理解，可以對本發明的技術方案進行修改或等同替換，而不脫離本發明技術方案的精神及範圍。

11:第一TFT

12:第二TFT

111、121:閘極

112、122:源極

113、123:汲極

20:感測單元

21:觸控線

22:觸控掃描線

23:掃描線

24:資料線

31:公共電極

33:畫素電極

41:子畫素單元

42:畫素單元

Claims

一種觸控顯示面板，其包括：基板；形成在所述基板上的複數掃描線、複數資料線，所述複數掃描線和所述複數資料線相互交叉定義複數子畫素單元；形成在所述基板上的複數第一薄膜電晶體(TFT)和複數第二TFT；形成在所述複數第一TFT和所述複數第二TFT上的間隔設置的複數公共電極；形成在所述複數公共電極上的複數畫素電極，每一個畫素電極對應設置在一個子畫素單元中；其改良在於：所述觸控顯示面板還包括與掃描線平行且相鄰的複數觸控掃描線、與資料線平行的複數觸控線，所述複數觸控掃描線和觸控線相互交叉定義複數感測單元，所述第二TFT的閘極電性連接一條觸控掃描線，源極連接一條觸控線，汲極連接一個公共電極；所述觸控顯示面板的驅動包括顯示時段、觸控時段和指紋感測時段，顯示時段，所述複數公共電極被施加公共電壓信號，以實現圖像顯示；觸控時段，所述複數公共電極被施加觸控驅動信號，以實現觸摸感測；指紋感測時段，所述公共電極被施加指紋感測信號，以實現指紋感測。
如請求項1所述的觸控顯示面板，其中，觸控面板的驅動被劃分為複數奇數幀和複數偶數幀，其中每個奇數幀包括交替的顯示時段和觸控時段，每個偶數幀包括指紋感測時段，所述奇數幀與偶數幀交替進行。
如請求項1所述的觸控顯示面板，其中，所述複數觸控掃描線與所述複數掃描線為同層設置；所述複數觸控線與所述複數資料線為同層設置，且所述複數觸控掃描線與所述複數觸控線設置於不同的層。
如請求項1所述的觸控顯示面板，其中，所述複數觸控掃描線與所述複數掃描線同層設置；所述複數觸控掃描線與所述複數觸控線設置於不同的層；所述複數資料線與所述複數觸控掃描線、所述觸控線設置於不同的層。
如請求項1所述的觸控顯示面板，其中，所述子畫素單元成矩陣排列成複數行和複數列，同一行相鄰的至少三個子畫素單元定義一個畫素單元，每一條觸控掃描線與一條掃描線相鄰且成對，每一對觸控掃描線與掃描線對應一行子畫素單元設置；每一條觸控線對應一列畫素單元設置，每一條資料線對應一列子畫素單元設置。
如請求項5所述的觸控顯示面板，其中，每個畫素單元中對應設置有一個公共電極和一個第二TFT。
如請求項1所述的觸控顯示面板，其中，每一個感測單元為矩形，其邊長小於100μm。
如請求項1至7任意一項所述的觸控顯示面板，其中，每一個子畫素單元中設置有一個第一TFT，每一個第一TFT的閘極電性連接一掃描線，源極連接一資料線，汲極連接一畫素電極，藉由所述第一TFT控制所述畫素電極與資料線的導通。
如請求項1所述的觸控顯示面板，其中，指紋感測時段，所述掃描線被施加低電平信號，所述資料線接地，使所述畫素電極浮接；所述觸控掃描線則逐一被施加掃描信號，所述觸控線被施加指紋感測信號，以完成指紋感測。
一種觸控顯示面板，其改良在於，包括：基板；形成在所述基板上的複數掃描線、複數資料線，所述複數掃描線和所述複數資料線相互交叉定義複數子畫素單元；形成在所述基板上的複數第一薄膜電晶體(TFT)和複數第二TFT；形成在所述複數第一TFT和所述複數第二TFT上的間隔設置的複數公共電極；形成在所述複數公共電極上的複數畫素電極，每一個畫素電極對應設置在一個子畫素單元中，每一個子畫素單元中設置有一個第一TFT，藉由所述第一TFT控制所述畫素電極與資料線的導通；與掃描線平行且相鄰的複數觸控掃描線；與資料線平行的複數觸控線，所述複數觸控線與所述複數觸控掃描線相互交叉定義複數感測單元，所述第二TFT的閘極電性連接一條觸控掃描線，源極連接一條觸控線，汲極連接一個公共電極；及驅動電路，與所述資料線、所述觸控線、所述觸控掃描線電性連接，在顯示時段，驅動電路對所述複數公共電極施加公共電壓信號，並對複數畫素電極施加顯示信號，以進行圖像顯示；在觸控時段，驅動電路對所述複數公共電極施加觸控驅動信號，以進行觸控感測；在指紋感測時段，驅動電路對所述複數公共電極施加指紋感測信號，以進行指紋感測。
一種如請求項1至9中任意一項所述的觸控顯示面板的驅動方法，包括：奇數幀的每一幀內，包括交替的顯示時段和觸控時段，在顯示時段，所述複數公共電極被施加公共電壓信號，並且所述複數畫素電極被施加顯示信號以實現圖像顯示；在觸控時段，所述複數公共電極被施加觸控驅動信號，以實現觸摸感測；偶數幀的每一幀內，包括指紋感測時段，在指紋感測時段內，所述公共電極被施加指紋感測信號，以實現指紋感測；所述奇數幀與所述偶數幀交替進行。