CN111309174B - 一种内嵌式触摸屏、其触控检测方法及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种内嵌式触摸屏、其触控检测方法及显示装置，由于开关晶体管被配置为在手指触控模式下处于截止状态，且在激光触控模式下的初始状态为亚阈状态，并在激光照射下因滤镜的存在由亚阈状态变换为导通状态，从而使得在手指触控和激光触控两触控模式下与各开关晶体管一一对应耦接的自电容电极上的信号变化不同，进而可实现手指触控检测和激光触控检测两种触控模式。因此，本发明提供了一种兼容手指触控和激光触控的新型触控产品。

Description

一种内嵌式触摸屏、其触控检测方法及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，尤其涉及一种内嵌式触摸屏、其触控检测方法及显示装置。

背景技术

内嵌式触控(Full in cell touch)显示技术将显示与触控合二为一，产品更轻薄，成本更低。目前，内嵌式触控显示产品大部分都使用自容式架构，即显示(AA)区包括多个自电容电极，驱动芯片在触控时间(V-blanking)段输出方波信号，对自电容电极充电，并同时检测自电容电极的信号变化，最终通过运算，定位发生触控的坐标。然而，如上所述，相关内嵌式触控显示产品是一种较统一的自容式系统架构，亟需衍生出新的触控产品。

发明内容

有鉴于此，本发明实施例提供一种内嵌式触摸屏、其触控检测方法及显示装置，用以提供一种兼容激光触控与手指触控的新型触控产品。

因此，本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏，包括：相对而置的阵列基板和对向基板，所述阵列基板面向所述对向基板的一侧设置有多个开关晶体管、以及与各所述开关晶体管一一对应耦接的多个自电容电极，所述对向基板面向所述阵列基板的一侧设置有黑矩阵和嵌入所述黑矩阵的滤镜；

各所述开关晶体管的部分沟道区与所述滤镜相互重叠，其余部分所述沟道区与所述黑矩阵相互重叠；

所述开关晶体管，被配置为在手指触控模式下处于截止状态，且在激光触控模式下的初始状态为亚阈状态；

所述滤镜，被配置为选择性透过激光笔发出的激光，使得所述开关晶体管在激光照射下由亚阈状态变换为导通状态。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供上述内嵌式触摸屏中，所述黑矩阵具有多个网格构成的网状结构，所述滤镜与所述网格的边界接触。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供上述内嵌式触摸屏中，各所述自电容电极复用为公共电极。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供上述内嵌式触摸屏中，还包括：触控侦测芯片；

所述触控侦测芯片，被配置为在所述手指触控模式或所述激光触控模式下，根据所述自电容电极上的信号变化判断触控位置。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种上述内嵌式触摸屏的触控检测方法，包括：

在触控时间段，接收切换为手指触控模式或激光触控模式的指令；

在所述手指触控模式下，控制开关晶体管处于截止状态，并对各自电容电极加载驱动信号，以根据各自电容电极上的第一信号变化判断手指触控位置；

在所述激光触控模式下，控制所述开关晶体管的初始状态为亚阈状态，并使得所述开关晶体管在受到激光笔发出激光的照射时处于导通状态，对各所述自电容电极加载所述驱动信号，以根据各所述自电容电极上的第二信号变化判断激光触控位置。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述触控检测方法中，所述控制开关晶体管处于截止状态，具体包括：

对所述开关晶体管的栅极加载第一调制信号，所述第一调制信号的高电平小于0V，所述第一调制信号的低电平为所述开关晶体管的关断电压。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述触控检测方法中，所述控制所述开关晶体管处于亚阈状态，具体包括：

对所述开关晶体管的栅极加载第二调制信号，所述第二调制信号的高电平小于0V，所述第二调制信号的低电平大于所述第一调制信号的低电平。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述触控检测方法中，在根据各自电容电极上的信号变化判断手指触控位置或激光触控位置之前，还包括：

对各所述自电容电极上的信号变化进行放大。

在一种可能的实现方式中，在本发明实施例提供的上述触控检测方法中，所述接收切换为手指触控模式或激光触控模式的指令，具体包括：

在接收到激光笔打开的信号时，开启激光触控模式；并在接收到所述激光笔关闭的信号时，开启手指触控模式。

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：上述内嵌式触摸屏。

本发明有益效果如下：

本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏、其触控检测方法及显示装置，包括：相对而置的阵列基板和对向基板，阵列基板面向对向基板的一侧设置有多个开关晶体管、以及与各开关晶体管一一对应耦接的多个自电容电极，对向基板面向阵列基板的一侧设置有黑矩阵和嵌入黑矩阵的滤镜；各开关晶体管的部分沟道区与滤镜相互重叠，其余部分沟道区与黑矩阵相互重叠；开关晶体管，被配置为在手指触控模式下处于截止状态，且在激光触控模式下的初始状态为亚阈状态；滤镜，被配置为选择性透过激光笔发出的激光，使得开关晶体管在激光照射下由亚阈状态变换为导通状态。由于开关晶体管被配置为在手指触控模式下处于截止状态，且在激光触控模式下的初始状态为亚阈状态，并在激光照射下因滤镜的存在由亚阈状态变换为导通状态，从而使得在手指触控和激光触控两触控模式下与各开关晶体管一一对应耦接的自电容电极上的信号变化不同，进而可实现手指触控检测和激光触控检测两种触控模式。因此，本发明提供了一种兼容手指触控和激光触控的新型触控产品。

附图说明

图1为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的触控检测方法的流程图；

图3为相关技术中内嵌式触摸屏的工作时序图；

图4为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的工作时序图；

图5为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏在手指触控模式下的工作原理示意图；

图6为本发明实施例提供的内嵌式触摸屏在激光触控模式下的工作原理示意图。

具体实施方式

为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。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公开内容。显然，所描述的实施例是本发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其它实施例，都属于本发明保护的范围。

除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明说明书以及权利要求书中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“内”、“外”、“上”、“下”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

本发明实施例提供的一种内嵌式触摸屏，如图1所示，包括：相对而置的阵列基板001和对向基板002，阵列基板001面向对向基板002的一侧设置有多个开关晶体管101、以及与各开关晶体管101一一对应耦接的多个自电容电极102，对向基板002面向阵列基板001的一侧设置有黑矩阵201和嵌入黑矩阵201的滤镜202；

具体地，各开关晶体管101包括栅极1011、源极1012、漏极1013和有源层1014，有源层1014包括与源极1012接触的第一接触区、与漏极1013接触的第二接触区，以及位于第一接触区和第二接触区之间的沟道区；

各开关晶体管101的部分沟道区与滤镜202相互重叠，其余部分沟道区与黑矩阵201相互重叠；

开关晶体管101，被配置为在手指触控模式下处于截止状态，且在激光触控模式下的初始状态为亚阈状态；

滤镜202，被配置为选择性透过激光笔发出的激光，使得开关晶体管101在激光照射下由亚阈状态变换为导通状态。

在本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏中，由于开关晶体管101被配置为在手指触控模式下处于截止状态，且在激光触控模式下的初始状态为亚阈状态，并在激光照射下因滤镜的存在由亚阈状态变换为导通状态，从而使得在手指触控和激光触控两触控模式下与各开关晶体管101一一对应耦接的自电容电极102上的信号变化不同，进而可实现手指触控检测和激光触控检测两种触控模式。因此，本发明提供了一种兼容手指触控和激光触控的新型触控产品。

需要说明的是，滤镜202嵌入黑矩阵201的意思是将相关技术中的黑矩阵201的一部分变更为滤镜202，以保证产品的开口率。另外，滤镜202的选择，需要与激光笔发出的激光波长相匹配，即只能通过激光笔发射出的激光，但对可见光的透过性不佳，保证在一般外界可见光的照射下，开关晶体管101的漏电流不会异常增大。其中，常见的激光笔有红光、绿光、蓝光和蓝紫光等可供选择。在本发明中只需要选取一个固定波长范围的激光笔，并选择与之匹配的滤镜202即可。

此外，各开关晶体管101的与滤镜202相互重叠的沟道区部分，与黑矩阵201相互重叠的沟道区的其余部分之间的大小关系和相对位置关系，具体可根据实际所需触控效果和黑矩阵201对沟道区的遮光效果进行设置。

可选地，在本发明实施例提供上述内嵌式触摸屏中，黑矩阵201具有多个网格构成的网状结构，滤镜202与网格的边界接触。一般地，相关设计中黑矩阵201一般完全覆盖沟道区，以保证对沟道区的良好遮盖，避免外界光线对沟道区的影响。在本发明中，通过将滤镜202与黑矩阵201的网格边界接触，也就是将滤镜202设置在黑矩阵201的边缘区域，有利于产品制作。

可选地，在本发明实施例提供上述内嵌式触摸屏中，为实现产品的轻薄化设计，各自电容电极102复用为公共电极。

可选地，在本发明实施例提供上述内嵌式触摸屏中，一般还可以包括：触控侦测芯片；

触控侦测芯片，被配置为在手指触控模式或激光触控模式下，根据自电容电极上的信号变化判断触控位置。此外，在本发明中，因自电容电极102与公共电极复用，因此，触控侦测芯片一般还用于在显示时间段，对自电容电极102加载公共电压信号(V_com)，以驱动液晶偏转，实现显示功能。

另外，如图1所示，在本发明实施例提供上述内嵌式触摸屏中，一般还可以包括：衬底基板103，位于栅极1011和有源层1014之间的栅绝缘层101，与晶体管101电连接的像素电极105，以及位于像素电极105与自电容电极102之间的绝缘层106。这些膜层的功能和制作与相关技术相同，在此不做赘述。

基于同一发明构思，本发明实施例还提供了一种上述内嵌式触摸屏的触控检测方法，由于该触控检测方法与本发明实施例提供的上述内嵌式触摸屏解决问题的原理相同，因此，该触控检测方法的实施可以参见上述内嵌式触摸屏的实施，重复之处不再赘述。

具体地，本发明实施例提供的内嵌式触摸屏的触控检测方法，如图2所示，包括以下步骤：

S1、在触控时间段，接收切换为手指触控模式或激光触控模式的指令；

S2、在手指触控模式下，控制开关晶体管处于截止状态，并对各自电容电极加载驱动信号，以根据各自电容电极上的第一信号变化判断手指触控位置；

S3、在激光触控模式下，控制开关晶体管的初始状态为亚阈状态，并使得开关晶体管在受到激光笔发出激光的照射时处于导通状态，对各自电容电极加载驱动信号，以根据各自电容电极上的第二信号变化判断激光触控位置。

相关设计中为了降低不同走线的相互耦合作用，在触控时间段触控侦测芯片输出方波信号的同时，帧起始(STV)信号、栅线(Gate)上的信号和数据线(Source)上的信号也会同时输出方波，在此称之为调制信号。具体地，如图3所示，Gate信号会在开关晶体管101关断电压(VGL)的基础上打方波，保证Gate在触控时间段一直处于较低的电位，防止晶体管101漏电流(loff)的产生。本发明中，如图4所示，STV信号和Gate信号调整为在VGL’基础上打方波，VGL’>VGL，但方波最高值不超过0V，保证在无激光情况下，晶体管101仍能工作在亚阈值后区，即漏电流仍能处于稍小的状态，但当有激光透过滤镜202照射在沟道区时，沟道区载流子增多，Ioff增大，TFT弱导通。最终可以通过对调制信号电压的调节实现让晶体管101处于一个受特定光照时弱导通，使触控侦测芯片接收到自电容电极102的信号变化，实现对激光笔触控动作的识别。

基于此，在本发明实施例提供的上述触控检测方法中，控制开关晶体管处于截止状态，具体可以通过以下步骤进行实现：

对开关晶体管的栅极加载第一调制信号，第一调制信号的高电平小于0V，第一调制信号的低电平为开关晶体管的关断电压VGL。

可选地，在本发明实施例提供的上述触控检测方法中，控制开关晶体管处于亚阈状态，具体可以通过以下步骤进行实现：

对开关晶体管的栅极加载第二调制信号，第二调制信号的高电平小于0V，第二调制信号的低电平大于第一调制信号的低电平。具体地，第二调制信号的低电平为上述VGL’。

可选地，在本发明实施例提供的上述触控检测方法中，在执行步骤根据各自电容电极上的信号变化判断手指触控位置或激光触控位置之前，还可以执行以下步骤：

对各自电容电极上的信号变化进行放大。

通过根据各自电容电极上的信号变化情况，对两种触控模式下的信号变化进行放大，可以使得在两种触控模式下均获得良好的触控效果。并且放大倍数一般是根据触控效果，整机匹配进行调节和设置的。具体地，产品出厂前会针对两种模式下的实际触控效果(即信号量)，使用特定的测试软件，测试发生触控时的信号量大小，并将其与阈值进行比较，若信号量过小至接近阈值，则会发生“误”触控，若信号量过大，则会使放大器工作接近饱和区，则会发生“无”触控。所以需要通过实验进行验证，最终得到一个合适的信号量，即对应一个合适的放大倍数。在实际使用过程中，两种触控模式下的放大倍数均为相应的固定值。

可选地，在本发明实施例提供的上述触控检测方法中，接收切换为手指触控模式或激光触控模式的指令，具体可以通过以下步骤进行实现：

在接收到激光笔打开的信号时，开启激光触控模式；并在接收到激光笔关闭的信号时，开启手指触控模式。

为更好地理解本发明提供的触控侦测方法的技术方案，以下将对其进行详细说明。

在触控时间段，接收到激光笔关闭的信号时，开启手指触控模式。如图3和图5所示，Gate电压接近VGL，使得晶体管(TFT)101关闭，Source走线上的调制信号方波无法加载,像素电容C_p上的电荷基本保持不变。此时触控侦测芯片(TDDI IC)的模拟前端(AFE)电路经过多路选择器(Mux)给自电容电极102与地构成的触控(Touch)电容C_b输出第一调制信号的高电平(此高电平小于0V)，以给触控电容C_b充电；触控侦测芯片的AFE电路经过Mux电路给触控电容C_b输出第一调制信号的低电平(此低电平为VGL)时，触控电容C_b给触控侦测芯片内部电容C_f放电，触控侦测芯片通过内部电容C_f检测并放大后的手指触摸带来的电荷量的变化来判断手指触控位置。

在触控时间段，接收到激光笔打开的信号时，开启激光触控模式。如图4和图6所示，Gate电压接近VGL’，使得TFT工作在亚阈值后区，当有激光透过滤镜202照射在沟道区时，沟道区载流子增多，Ioff增大，TFT弱导通。Source走线上的调制信号对像素电容C_p充电，像素电容C_p的电荷量改变，从而改变复用为自电容电极102的公共电极的状态，及触控电容C_b的电荷量。触控侦测芯片的AFE电路经过Mux电路给自电容电极102与地构成的触控电容C_b输出第二调制信号的高电平(此高电平小于0V)，以给触控电容C_b充电；触控侦测芯片的模拟前端AFE电路经过Mux电路给触控电容C_b输出第二调制信号的低电平(此低电平为VGL’)时，触控电容C_b给触控侦测芯片内部电容C_f放电，触控侦测芯片通过内部电容C_f检测并放大后的激光触控带来的电荷量的变化来判断激光触控位置。

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、智能手表、健身腕带、个人数字助理等任何具有显示功能的产品或部件。由于该显示装置解决问题的原理与上述内嵌式触摸屏解决问题的原理相同，因此，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上述内嵌式触摸屏、其触控检测方法及显示装置，包括：相对而置的阵列基板和对向基板，阵列基板面向对向基板的一侧设置有多个开关晶体管、以及与各开关晶体管一一对应耦接的多个自电容电极，对向基板面向阵列基板的一侧设置有黑矩阵和嵌入黑矩阵的滤镜；各开关晶体管的部分沟道区与滤镜相互重叠，其余部分沟道区与黑矩阵相互重叠；开关晶体管，被配置为在手指触控模式下处于截止状态，且在激光触控模式下的初始状态为亚阈状态；滤镜，被配置为选择性透过激光笔发出的激光，使得开关晶体管在激光照射下由亚阈状态变换为导通状态。由于开关晶体管被配置为在手指触控模式下处于截止状态，且在激光触控模式下的初始状态为亚阈状态，并在激光照射下因滤镜的存在由亚阈状态变换为导通状态，从而使得在手指触控和激光触控两触控模式下与各开关晶体管一一对应耦接的自电容电极上的信号变化不同，进而可实现手指触控检测和激光触控检测两种触控模式。因此，本发明提供了一种兼容手指触控和激光触控的新型触控产品。

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)

1.一种内嵌式触摸屏，其特征在于，包括：相对而置的阵列基板和对向基板，所述阵列基板面向所述对向基板的一侧设置有多个开关晶体管、以及与各所述开关晶体管一一对应耦接的多个自电容电极，所述对向基板面向所述阵列基板的一侧设置有黑矩阵和嵌入所述黑矩阵的滤镜；

各所述开关晶体管的部分沟道区与所述滤镜相互重叠，其余部分所述沟道区与所述黑矩阵相互重叠；

所述开关晶体管，被配置为在手指触控模式下处于截止状态，且在激光触控模式下的初始状态为亚阈状态；

所述滤镜，被配置为选择性透过激光笔发出的激光，使得所述开关晶体管在激光照射下由亚阈状态变换为导通状态。

2.如权利要求1所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，所述黑矩阵具有多个网格构成的网状结构，所述滤镜与所述网格的边界接触。

3.如权利要求1所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，各所述自电容电极复用为公共电极。

4.如权利要求1-3任一项所述的内嵌式触摸屏，其特征在于，还包括：触控侦测芯片；

所述触控侦测芯片，被配置为在所述手指触控模式或所述激光触控模式下，根据所述自电容电极上的信号变化判断触控位置。

5.一种如权利要求1-4任一项所述的内嵌式触摸屏的触控检测方法，其特征在于，包括：

在触控时间段，接收切换为手指触控模式或激光触控模式的指令；

在所述手指触控模式下，控制开关晶体管处于截止状态，并对各自电容电极加载驱动信号，以根据各自电容电极上的第一信号变化判断手指触控位置；

在所述激光触控模式下，控制所述开关晶体管的初始状态为亚阈状态，并使得所述开关晶体管在受到激光笔发出激光的照射时处于导通状态，对各所述自电容电极加载所述驱动信号，以根据各所述自电容电极上的第二信号变化判断激光触控位置。

6.如权利要求5所述的触控检测方法，其特征在于，所述控制开关晶体管处于截止状态，具体包括：

对所述开关晶体管的栅极加载第一调制信号，所述第一调制信号的高电平小于0V，所述第一调制信号的低电平为所述开关晶体管的关断电压。

7.如权利要求6所述的触控检测方法，其特征在于，所述控制所述开关晶体管处于亚阈状态，具体包括：

对所述开关晶体管的栅极加载第二调制信号，所述第二调制信号的高电平小于0V，所述第二调制信号的低电平大于所述第一调制信号的低电平。

8.如权利要求5-7任一项所述的触控检测方法，其特征在于，在根据各自电容电极上的信号变化判断手指触控位置或激光触控位置之前，还包括：

对各所述自电容电极上的信号变化进行放大。

9.如权利要求5-7任一项所述的触控检测方法，其特征在于，所述接收切换为手指触控模式或激光触控模式的指令，具体包括：

在接收到激光笔打开的信号时，开启激光触控模式；并在接收到所述激光笔关闭的信号时，开启手指触控模式。

10.一种显示装置，其特征在于，包括：如权利要求1-4任一项所述的内嵌式触摸屏。

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