CN104142772B - 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阵列基板上设置多个同层且相互独立的自电容电极，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，并且，在数据线同层设置与其相互绝缘且布线方向相同的导线，该导线用于将自电容电极连接至触控侦测芯片。由于对数据线所在层的图形进行变更形成与自电容电极连接的导线，因此，相对于需要在现有的阵列基板制备工艺的基础上增加两层膜层的制作工艺，仅需增加一层形成自电容电极的工艺即可实现触控功能，节省了生产成本，提高了生产效率。并且将导线与数据线设置为布线方向相同，使导线与触控侦测芯片的连接处不会占用两侧的边框，也易于实现窄边框设计。

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，现有的内嵌(In cell)式触摸屏是利用互电容或自电容的原理实现检测手指触摸位置。其中，利用自电容的原理可以在触摸屏中设置多个同层设置且相互绝缘的自电容电极，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大于利用互电容原理制作出的触摸屏，因此，相对于互电容的触摸屏能有效提高触控的信噪比，从而提高触控感应的准确性。

在上述内嵌式触摸屏中，一般将连接自电容电极与触控侦测芯片的导线和自电容电极异层设置，因此，需要在现有的显示面板内部增加新的两个膜层，导致在制作面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，用以降低内嵌式触摸屏的生产成本、提高生产效率。

因此，本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏，包括具有数据线的阵列基板，还包括：

设置在所述阵列基板上的多个同层设置且相互独立的自电容电极，所述自电容电极与所述数据线相互绝缘；

用于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的触控侦测芯片；以及，

将各所述自电容电极连接至所述触控侦测芯片的多条导线，所述导线与所述数据线同层设置、相互绝缘且布线方向相同。

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，所述阵列基板具有多个交替排列的色阻颜色不同的亚像素列，其中一种色阻颜色的亚像素列所占区域小于其他色阻颜色的亚像素列所占区域；

所述导线设置在与所占区域小的色阻颜色的亚像素列相邻的间隙处。

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，所述阵列基板具有多个交替排列的红色亚像素列、绿色亚像素列和蓝色亚像素列，所述蓝色亚像素列所占区域小于所述红色亚像素列或绿色亚像素列所占区域；

所述导线设置在与所述蓝色亚像素列相邻的间隙处。

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，所述阵列基板具有多个呈阵列排列的亚像素，以每相邻的两列亚像素为一个亚像素组，在该两列亚像素之间设置有两条数据线分别为该两列亚像素提供数据信号；

所述导线设置在相邻的亚像素组之间的间隙处。

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：与各条所述导线同层设置且相互绝缘的多条金属线；

各所述金属线与各条导线位于同一直线，且与交叠的一所述自电容电极并联。

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，各所述自电容电极与各所述导线之间具有层间绝缘层；

各所述自电容电极通过贯穿所述层间绝缘层的过孔与对应的导线电性相连，所述层间绝缘层在各所述自电容电极与除电性相连的导线以外导线的交叠区域具有凹陷部。

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，所述过孔与所述凹陷部的截面形状一致，且在所述层间绝缘层中均匀分布。

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，各所述自电容电极组成所述阵列基板上的公共电极层，所述触控侦测芯片还用于在显示时间段对各自电容电极加载公共电极信号。

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，各所述自电容电极与所述阵列基板上的像素电极同层设置，且各所述自电容电极的图形位于相邻的两个所述像素电极的间隙处。

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。

本发明实施例的有益效果包括：

本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏及显示装置，利用自电容的原理在阵列基板上设置多个同层且相互独立的自电容电极，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，并且，在数据线同层设置与其相互绝缘且布线方向相同的导线，该导线用于将自电容电极连接至触控侦测芯片。由于本发明实施例提供的触摸屏是对数据线所在层的图形进行变更形成与自电容电极连接的导线，因此，相对于需要在现有的阵列基板制备工艺的基础上增加两层膜层的制作工艺，仅需增加一层形成自电容电极的工艺即可实现触控功能，节省了生产成本，提高了生产效率。并且，连接各自电容电极的导线与数据线的布线方向相同，使导线与触控侦测芯片的连接处不会占用两侧的边框，这也易于实现窄边框设计的触摸屏。

附图说明

图1和图2分别为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的俯视结构示意图；

图3和图4分别为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏中自电容电极和导线之间的连接关系示意图；

图5a和图5b分别为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏中设置真假过孔的的结构示意图；

图6a和图6b分别为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的侧视结构示意图；

图7a和图7b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8a和图8b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

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1所示，包括具有数据线01的阵列基板02，还包括：

设置在阵列基板02上的多个同层设置且相互独立的自电容电极03，自电容电极03与数据线01相互绝缘；

用于在触控时间段通过检测各自电容电极03的电容值变化以判断触控位置的触控侦测芯片04；以及，

将各自电容电极03连接至触控侦测芯片04的多条导线05，导线05与数据线01同层设置、相互绝缘且布线方向相同。

本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏，由于本发明实施例提供的触摸屏是对数据线01所在层的图形进行变更形成与自电容电极03连接的导线，因此，相对于需要在现有的阵列基板02制备工艺的基础上增加两层膜层的制作工艺，仅需增加一层形成自电容电极03的工艺即可实现触控功能，节省了生产成本，提高了生产效率。并且，连接各自电容电极03的导线05与数据线01的布线方向相同，使导线05与触控侦测芯片04的连接处不会占用两侧的边框，这也易于实现窄边框设计的触摸屏。

具体地，在本发明实施例提供的触摸屏中，为了不影响触摸屏的开口率，在数据线01所在膜层增加的导线05一般设置在阵列基板中各亚像素的间隙处，具体可以采用如下两种方式：

第一种：本发明实施例提供的触摸屏中阵列基板一般具有多个亚像素，其中，色阻颜色不同的亚像素列交替排列，即阵列基板具有多个交替排列的色阻颜色不同的亚像素列，可以将其中一种色阻颜色的亚像素列所占区域设置为小于其他色阻颜色的亚像素列所占区域，以便将导线设置在与所占区域小的色阻颜色的亚像素列相邻的间隙处。

以阵列基板包含三原色组成的亚像素为例说明，如图1所示，阵列基板中可以包括：多个交替排列的红色(R)亚像素列、绿色(G)亚像素列和蓝色(B)亚像素列。由于人眼对蓝色亚像素并不十分敏感，因此，可以适当缩小蓝色(B)亚像素列的区域，即将蓝色(B)亚像素列所占区域设置为小于红色(R)亚像素列或绿色(G)亚像素列所占区域。这样，将导线05设置在与蓝色(B)亚像素列相邻的间隙处，以保证不占用其他亚像素的区域。

第二种：本发明实施例提供的触摸屏中阵列基板一般具有多个呈阵列排列的亚像素，以每相邻的两列亚像素为一个亚像素组，在该两列亚像素之间设置有两条数据线01分别为该两列亚像素提供数据信号。通过变更相邻两列亚像素之间的数据线01的位置，可以节省出相邻亚像素组之间数据线01的位置。这样，如图2所示，就可以将导线05设置在相邻的亚像素组之间的间隙处。

第一种设置导线05的方式，在蓝色(B)亚像素列相邻的间隙处除了设置导线05之外还会设置有数据线01，此时导线05和数据线01传输的信号会存在相互干扰的问题；而第二种设置导线05的方式，在导线05所在的亚像素组之间的间隙处并没有设置数据线01，因此不会出现导线05和数据线01传输的信号相互干扰的问题，相比较而言，第二种设置到导线05的方式会优于第一种设置导线05的方式。

在具体实施时，本发明实施例提供的上述触摸屏中的自电容电极03和导线05一般异层设置，为了降低自电容电极03的电阻，提高各自电容电极03传递电信号的信噪比，可以将自电容电极03与对应的导线05通过多个过孔电性相连，如图3所示。相当于将自电容电极03和多个由导线05组成的金属电阻并联，这样能最大限度的减少电极的电阻，从而提高电极传递信号时的信噪比。

进一步地，为了更加降低自电容电极03的电阻，在设计各条导线05时，如图4所示，在满足各导线05与对应的自电容电极03电性连接后，还可以将原来贯穿整个面板的整条的导线05断开，形成导线05和与导线05同层设置且相互绝缘的多条金属线06；各金属线06与各导线05位于同一直线，且与交叠的一自电容电极03并联，即通过过孔电性相连。上述这种设计能充分利用相邻亚像素之间的间隙，在保证触摸屏的开口率的同时，利用了导线05的冗余部分，设置电阻值较低的金属线06，并将电阻值较低的金属线06与电阻值较高的各自电容电极03并联，能最大程度的降低各自电容电极03的电阻。

进一步地，在具体实施时，申请人发现通过过孔将导线05与对应的自电容电极03连接时，如图3和图4所示，连接自电容电极03与对应的导线05的过孔在整个显示区域分布并不均匀，这会影响到触摸屏显示画面的整体均一性。基于此，本发明实施例提供的触摸屏中，如图5a所示，利用在各自电容电极03与各导线05之间具有的层间绝缘层07，使各自电容电极03通过贯穿层间绝缘层07的过孔A与导线05电性相连，并且在层间绝缘层07中位于各自电容电极03与不相连的导线05的交叠区域设置假过孔，即层间绝缘层07在自电容电极03与除电性相连的导线05以外导线05的交叠区域设置凹陷部B。通过在层间绝缘层07中增加与过孔A匹配的假过孔，保证了整个显示区域的图形均一性，从而提高触摸屏显示画面的均一性。

需要说明的是，在本发明实施例提供的上述触摸屏中，在自电容电极03和导线05之间设置的层间绝缘层07可以由多层绝缘层组成，也可以由一层绝缘层组成，在此不做限定。其中，层间绝缘层07中设置的过孔A是指贯穿组成层间绝缘层07的各层绝缘层的孔洞，层间绝缘层07中设置的凹陷部B是指没有贯穿层间绝缘层07的凹槽。

进一步地，为了保证触摸屏显示区域的图形均一性，在制作层间绝缘层07中的过孔A和凹陷部B时，可以将两者的截面形状设计为相同的，例如可以设计为直径大小相同的圆形，并且，一般地，将过孔A和凹陷部在层间绝缘层07中设计为均匀分布，如图5b所示。

在具体实施时，本发明实施例提供的上述触摸屏，既适用于扭转向列(TwistedNematic,TN)型液晶显示屏，也适用于高级超维场开关(Adwanced Dimension Switch,ADS)型液晶显示屏和平面内开关(In-Plane Switch,IPS)型液晶显示屏。

进一步地，在本发明实例提供的上述触摸屏应用于传统ADS型液晶面板时，公共电极层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)，即公共电极层位于像素电极与阵列基板之间，并且，在像素电极和公共电极层之间一般设有绝缘层。而应用于HADS型液晶面板时，像素电极作为板状电极位于下层(更靠近衬底基板)，公共电极层作为狭缝电极位于上层(更靠近液晶层)，即像素电极位于公共电极层与阵列基板之间，并且，在像素电极和公共电极层之间一般还设有绝缘层。

当本发明实施例提供的上述触摸屏应用于ADS型液晶屏时，在具体实施时，本发明实施例提供的上述触摸屏，如图6a所示，可以采用阵列基板02中的公共电极层08复用自电容电极03，即各自电容电极03组成阵列基板02上的公共电极层08，并且，在显示时间段触控侦测芯片04还用于对各自电容电极03加载公共电极信号；在将公共电极层08的结构进行变更分割成自电容电极03以实现触控功能时，在现有的阵列基板制备工艺的基础上，不需要增加额外的工艺，可以节省生产成本，提高生产效率。

或者，在具体实施时，在本发明实施例提供的上述触摸屏中，如图6b所示还可以在各像素电极09的间隙处设置与像素电极09同层设置的自电容电极03，即各自电容电极03与阵列基板02上的像素电极09同层设置，且各自电容电极03的图形位于相邻的两个像素电极09的间隙处，在将像素电极层的结构进行变更在各像素电极09原有的间隙处形成自电容电极03时，在现有的阵列基板制备工艺的基础上，也不需要增加额外的工艺，可以节省生产成本，提高生产效率。

具体地，根据上述触摸屏具体应用的液晶显示面板的模式，当采用公共电极层08复用各自电容电极03时，各自电容电极03在与像素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03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03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03可以透过像素电极层09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。

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03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03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03会对应显示屏中的多个亚像素。

在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，当采用将现有的整层设置在阵列基板02上的公共电极层08分割成多个自电容电极03时，为了不影响正常的显示功能，在对公共电极层08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，即各自电容电极03之间的间隙在阵列基板02上的正投影一般会位于阵列基板02的亚像素的间隙处。

或者，在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，将自电容电极03的图形是设置在各像素电极09的间隙处时，一般是各自电容电极03的图形设置为以像素电极09作为网孔的网格状结构。

具体地，在本发明实施例提供的上述触摸屏中不管是采用公共电极层08复用作为自电容电极03，还是在像素电极09的间隙处设置自电容电极03，为了减少显示和触控信号之间的相互干扰，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7a和图7b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7a和图7b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7a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7b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。

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03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03的电容值有较大的变化量，与触摸位置下方的自电容电极03相邻的自电容电极03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03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03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03相邻的自电容电极03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03的整体形状：

1、可以将相邻的两个自电容电极03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8a所示，图8a中示出了2*2个自电容电极03；

2、可以将相邻的两个自电容电极03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8b所示，图8b中示出了2*2个自电容电极03。

在具体实施时，本发明实施例提供的上述触摸屏中，可以采用现有的任意种构图流程制作阵列基板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。

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一种内嵌式触摸屏及显示装置，利用自电容的原理在阵列基板上设置多个同层且相互独立的自电容电极，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，并且，在数据线同层设置与其相互绝缘且布线方向相同的导线，该导线用于将自电容电极连接至触控侦测芯片。由于本发明实施例提供的触摸屏是对数据线所在层的图形进行变更形成与自电容电极连接的导线，因此，相对于需要在现有的阵列基板制备工艺的基础上增加两层膜层的制作工艺，仅需增加一层形成自电容电极的工艺即可实现触控功能，节省了生产成本，提高了生产效率。并且，连接各自电容电极的导线与数据线的布线方向相同，使导线与触控侦测芯片的连接处不会占用两侧的边框，这也易于实现窄边框设计的触摸屏。

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，包括具有数据线的阵列基板，其特征在于，还包括：

设置在所述阵列基板上的多个同层设置且相互独立的自电容电极，所述自电容电极与所述数据线相互绝缘，相邻的两个所述自电容电极相对的侧边均为折线；

用于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的触控侦测芯片；以及，

将各所述自电容电极连接至所述触控侦测芯片的多条导线，所述导线与所述数据线同层设置、相互绝缘且布线方向相同；

各所述自电容电极与各所述导线之间具有层间绝缘层；

各所述自电容电极通过贯穿所述层间绝缘层的过孔与对应的导线电性相连，所述层间绝缘层在各所述自电容电极与除电性相连的导线以外导线的交叠区域具有凹陷部。

2.如权利要求1所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，所述阵列基板具有多个交替排列的色阻颜色不同的亚像素列，其中一种色阻颜色的亚像素列所占区域小于其他色阻颜色的亚像素列所占区域；

所述导线设置在与所占区域小的色阻颜色的亚像素列相邻的间隙处。

3.如权利要求2所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，所述阵列基板具有多个交替排列的红色亚像素列、绿色亚像素列和蓝色亚像素列，所述蓝色亚像素列所占区域小于所述红色亚像素列或绿色亚像素列所占区域；

所述导线设置在与所述蓝色亚像素列相邻的间隙处。

4.如权利要求1所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，所述阵列基板具有多个呈阵列排列的亚像素，以每相邻的两列亚像素为一个亚像素组，在该两列亚像素之间设置有两条数据线分别为该两列亚像素提供数据信号；

所述导线设置在相邻的亚像素组之间的间隙处。

5.如权利要求1-4任一项所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，还包括：与各条所述导线同层设置且相互绝缘的多条金属线；

各所述金属线与各条导线位于同一直线，且与交叠的一所述自电容电极并联。

6.如权利要求1所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，所述过孔与所述凹陷部的截面形状一致，且在所述层间绝缘层中均匀分布。

7.如权利要求1-4任一项所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，各所述自电容电极组成所述阵列基板上的公共电极层，所述触控侦测芯片还用于在显示时间段对各自电容电极加载公共电极信号。

8.如权利要求1-4任一项所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，各所述自电容电极与所述阵列基板上的像素电极同层设置，且各所述自电容电极的图形位于相邻的两个所述像素电极的间隙处。

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。