CN102937853B - 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TFT阵列基板上采用以相邻的两行像素单元为一个像素单元组，在该两行像素单元之间具有两条栅极信号线的像素结构；通过变更相邻两行像素单元的栅极信号线和TFT开关的位置，可以节省出相邻的像素单元组之间栅极信号线的位置，这样，将实现触控功能的触控驱动线设置在节省出的栅极信号线的位置上，并将触控感应电极设置在彩膜基板上且沿像素单元的列方向延伸，在保证具有较高开口率的情况下实现触控功能。

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。

为了能够最大限度的提高触摸显示屏的开口率，在设计触摸屏的TFT阵列基板中的像素结构时可以采用图1所示的结构，该图1中的第2、4行的像素单元可视为是将现有的一整行像素单元进行上下翻转；在该结构中以TFT阵列基板中的每相邻的两行像素单元为一个像素单元组，在该两行像素单元之间具有两条栅极信号线分别为该两行像素单元提供栅极扫描信号，例如图1中的Gate1和Gate2、Gate3和Gate4。这样可以将该相邻两行像素单元中的TFT开关设计在一起，相应地可以减小用于遮挡TFT开关和栅线的黑矩阵的面积，有助于提高触摸显示屏的开口率。另外，在图1所示的像素结构中，通过变更相邻两行像素单元的栅极信号线和TFT开关的位置，可以节省出相邻的像素单元组之间栅极信号线的位置。这样，就可以在节省出的栅极信号线的位置设置与公共电极电性连接的公共电极线Vcom1、Vcom2、Vcom3，基于该结构可以利用一根公共电极线为相邻的两行像素单元提供公共电压，而且使公共电极所携带的公共电极信号更加稳定。而目前还没有基于如图1所示的像素结构的电容式内嵌触摸屏的设计。

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，用以实现具有高开口率的电容式内嵌触摸屏。

本发明实施例提供了一种电容式内嵌触摸屏，包括：彩膜基板，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；所述电容式内嵌触摸屏内形成有呈矩阵排列的多个像素单元；以每相邻的两行像素单元为一个像素单元组，在该两行像素单元之间具有两条栅极信号线分别为该两行像素单元的一行提供栅极扫描信号；还包括：

所述彩膜基板具有沿像素单元的列方向延伸的多条触控感应电极；

所述TFT阵列基板具有沿像素单元的行方向延伸的多条触控驱动线，各所述触控驱动线位于相邻的像素单元组之间的间隙处；在一帧画面的显示时间内，所述触控驱动电极线用于分时地传递公共电极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。

本发明实施例提供了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；同时对触控驱动电极和触控感应电极施加低电平信号；

在触控时间段，对与触控驱动电极电性相连的触控驱动线施加触控扫描信号，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，所述触摸屏中的每条栅极信号线和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TFT阵列基板上采用以相邻的两行像素单元为一个像素单元组，在该两行像素单元之间具有两条栅极信号线的像素结构；通过变更相邻两行像素单元的栅极信号线和TFT开关的位置，可以节省出相邻的像素单元组之间栅极信号线的位置，这样，将实现触控功能的触控驱动线设置在节省出的栅极信号线的位置，并将触控感应电极设置在彩膜基板上且沿像素单元的列方向延伸，在保证具有较高开口率的情况下实现触控功能。

附图说明

图1为现有技术中显示面板中TFT阵列基板的结构示意图；

图2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3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之一；

图4为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏的工作时序图；

图5为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中TFT阵列基板的俯视示意图之二；

图6a和图6b为本发明实施例提供的电容式内嵌触摸屏中触控驱动电极和触控感应电极的结构示意图；

图7为本发明实施例提供的触控驱动电极和触控感应电极交叠处的分区域的示意图；

图8为本发明实施例提供的具有防静电保护膜的电容式内嵌触摸屏的示意图。

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（pushMura）等优点。H-ADS（高开口率-高级超维场开关）是ADS技术的一种重要实现方式。

本发明实施例基于现有的ADS技术和H-ADS技术提出了一种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。

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

图2和图3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2和图3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，TFT阵列基板2，以及位于彩膜基板1和TFT阵列基板2之间的液晶层3，该电容式内嵌触摸屏内形成有呈矩阵排列的多个像素单元4；以每相邻的两行像素单元4为一个像素单元组5，在该两行像素单元4之间具有两条栅极信号线6分别为该两行像素单元4的一行提供栅极扫描信号；还包括：

彩膜基板1具有沿像素单元4的列方向延伸的多条触控感应电极7；

TFT阵列基板2具有沿像素单元4的行方向延伸的多条触控驱动线8；各触控驱动线8位于相邻的像素单元组6之间的间隙处；在一帧画面的显示时间内，所述触控驱动电极线用于分时地传递公共电极信号和触控扫描信号。

本发明实施例提供的上述电容式内嵌触摸屏，通过变更相邻两行像素单元的栅极信号线和TFT开关的位置，可以节省出相邻的像素单元组之间栅极信号线的位置。并且，由于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，将实现触控功能的触控驱动线设置在节省出的栅极信号线的位置，既可以保证触控所需的精度，又不会过多占用像素单元的开口区域，实现了具有较高开口率的触摸屏。

另外，本发明实施提供的上述触摸屏实现方案同样也适用于扭曲向列（TN，Twisted Nematic）型。具体地，在基于图1结构的TN型TFT阵列基板上，可以以部分公共电极线作为触控驱动电极线，并设置与ITO像素电极同层且相互绝缘的ITO触控驱动电极；在彩膜基板上以条状ITO公共电极作为触控感应电极；由于TN型属于现有技术，在此不做赘述。

进一步地，为了减少触摸屏的显示信号和触控信号之间相互干扰，在具体实施时可以采用触控和显示分时驱动的方式，以尽量避免显示和触控在工作过程中彼此之间相互影响。

具体地，本发明实施例提供的上述电容式内嵌触摸屏的驱动方法，如图4所示的时序图，具体包括：

首先，将触摸屏显示每一帧（Vsync）的时间分成显示时间段（Display）和触控时间段（Touch），例如图4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芯片的处理能力以及Panel本身的设计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），对触控驱动电极Tx和触控感应电极Rx施加低电平信号，同时，对触摸屏中的每条栅极信号线G1，G2……Gn依次施加栅扫描信号，对数据信号线Data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。

在触控时间段（Touch），对与触控驱动电极Tx电性相连的触控驱动线施加触控扫描信号，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。在触控时间段，触摸屏中的每条栅极信号线和数据信号线无信号输入。

下面对上述触摸屏中TFT阵列基板中的具体结构进行详细的说明。

在具体实施时，可以将各触控驱动线与TFT阵列基板中的栅极信号线同层设置，这样，在制备TFT阵列基板时不需要增加额外的制备工序，只需要通过一次构图工艺即可形成栅极信号线和触控驱动线的图形，能够节省制备成本，提升产品附加值。

进一步地，如图2和图3所示，在TFT阵列基板2还具有沿像素单元4的行方向延伸的多条触控驱动电极9；各触控驱动电极9位于相邻的像素单元4之间的间隙处，且与交叠的触控驱动线8通过至少一个过孔电性相连。

具体地，由于各触控驱动电极设置在相邻的像素单元之间的间隙处，不会占用各像素单元的开口区域，因此，在具体实施时，可以将现有的HADS型液晶面板的阵列基板中的公共电极层进行分割，在公共电极层形成位于像素单元间隙处的各触控驱动电极以及位于像素单元内的公共电极的图形，即各触控驱动电极与TFT阵列基板中的公共电极同层设置且相互绝缘。而在ADS型液晶面板中，则可以将触控驱动电极与ITO像素电极同层设置并相互绝缘设计。这样，在制备TFT阵列基板时不需要增加额外的制备工序，只需要通过一次构图工艺即可形成各触控驱动电极和公共电极的图形。

一般地，传统ADS型液晶面板的阵列基板上，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，组成公共电极层的公共电极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，即如图5所示在HADS模式时各公共电极由狭缝状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，位于各像素单元内的公共电极由板状ITO电极组成以满足液晶显示的需求。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，以HADS型液晶面板为例，由于触控驱动电极与公共电极同层设置，两者一般使用ITO材料制成，而ITO材料的电阻较高，为了最大限度的降低触控驱动电极的电阻，提高各电极传递电信号的信噪比，可以将每个触控驱动电极与交叠的触控驱动线通过至少一个过孔电性相连，如图3所示。相当于将ITO电极和多个由触控驱动线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。

具体地，在本发明实施例提供的上述触控屏中，各触控驱动电极在具体实施时根据实际需要，如图6a和图6b所示，可以由电性连接的至少一条横向触控驱动子电极a和至少一条纵向触控驱动子电极b组成；其中，横向触控驱动子电极a位于相邻的像素单元组之间的间隙处；纵向触控驱动子电极b位于相邻列的像素单元之间的间隙处。

同理，各触控感应电极在具体实施时根据实际需要，如图6a和图6b所示，可以由电性连接的至少一条横向触控感应子电极c和至少一条纵向触控感应子电极d组成；其中，横向触控感应子电极c在TFT阵列基板上的投影覆盖两行像素单元之间的两条栅极信号线5，与横向触控驱动子电极a在TFT阵列基板上的位置无交叠；纵向触控驱动子电极d在TFT阵列基板上的投影覆盖除所述纵向触控驱动子电极之外的相邻列的像素单元之间的间隙处，即纵向驱动子电极d和纵向感应子电极b无交叠。

上述这种触控驱动电极和触控感应电极的具体设计中，从图中可以看出触控驱动子电极和触控感应电极中的子电极交错设置，能适当减少触控驱动电极和触控感应电极之间的正对面积，从而减少在两者的正对区域形成的正对电容，以减少触控信号对显示信号的干扰，提高触控灵敏地。比较图6a和图6b可知，图6b相对于图6a的这种电极设计，不仅能进一步减少触控驱动电极和触控感应电极之间的正对面积，还可以减少相邻的纵向触控驱动子电极b与纵向触控感应子电极d之间的耦合电容，能进一步减少触控信号对显示信号的干扰，以提高触控灵敏度。

另外，为了进一步降低触控感应电极与触控驱动电极之间产生过大的正对电容和耦合电容，本发明实施例提供的触摸屏中还将触摸屏区域划分为：交错排列的触控驱动电极单独设置区域、触控感应电极单独设置区域以及公共区域；其中，

在触控驱动电极单独设置区域，仅具有触控驱动电极；

在触控感应电极单独设置区域，仅具有触控感应电极；

在公共区域，同时具有触控驱动电极以及触控感应电极。

具体地，触控驱动电极单独设置区域、触控感应电极单独设置区域以及公共区域的排布可以根据触控精度的需要来进行设置，此处不再详述。

例如图7所示，在图中细线表示沿着横向箭头方向延伸的触控驱动电极，粗线表示沿着纵向箭头方向延伸的触控感应电极，触摸屏被划分成9个区域，其中，公共区域为B、D和F，在此区域同时存在触控感应电极和触控驱动电极的图形，两者之间能够产生正对电容和耦合电容；触控感应电极单独设置区域为G和J，在此区域仅存在触控感应电极的图形，没有触控驱动电极的图形，因此不会产生正对电容和耦合电容；触控驱动电极单独设置区域为A、C和E，在此区域仅存在触控驱动电极的图形，没有触控感应电极的图形，因此不会产生正对电容和耦合电容。在具体实施时，可以根据实际需要的正对电容值和耦合电容值，设计上述三种区域的大小和分布。

在具体实施时，触控感应电极可以位于彩膜基板的衬底与彩色树脂之间，也可以位于彩膜基板的彩色树脂面向液晶层的一面。

具体地，由于在彩膜基板上设置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，并且，在使用金属制作触控感应电极时，一般将触控感应电极设置在彩膜基板的黑矩阵（BM）面向液晶层的一面。

此外，还可以在位于彩膜基板背向液晶层一面设置接地的防静电保护膜，该保护膜能够起到防止静电的作用，如图8所示，为了使防静电保护膜10不影响触摸屏的触控功能，一般将防静电保护膜设置成网格状结构，使人体电场能够穿过防静电保护膜的网孔进入到触摸屏内部。

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TFT阵列基板上采用以相邻的两行像素单元为一个像素单元组，在该两行像素单元之间具有两条栅极信号线的像素结构；通过变更相邻两行像素单元的栅极信号线和TFT开关的位置，可以节省出相邻的像素单元组之间栅极信号线的位置，这样，将实现触控功能的触控驱动线设置在节省出的栅极信号线的位置，并将触控感应电极设置在彩膜基板上且沿像素单元的列方向延伸，在保证具有较高开口率的情况下实现触控功能。

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)

1.一种电容式内嵌触摸屏，包括：彩膜基板，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；所述电容式内嵌触摸屏内形成有呈矩阵排列的多个像素单元；以每相邻的两行像素单元为一个像素单元组，在该两行像素单元之间具有两条栅极信号线分别为该两行像素单元的一行提供栅极扫描信号；其特征在于，还包括：

所述彩膜基板具有沿像素单元的列方向延伸的多条触控感应电极；所述触控感应电极位于所述彩膜基板的衬底与彩色树脂之间，或位于所述彩膜基板的彩色树脂面向所述液晶层的一面；

所述TFT阵列基板具有沿像素单元的行方向延伸的多条触控驱动线，各所述触控驱动线位于相邻的像素单元组之间的间隙处；在一帧画面的显示时间内，所述触控驱动线用于分时地传递公共电极信号和触控扫描信号；

所述TFT阵列基板还具有沿像素单元的行方向延伸的多条触控驱动电极；各所述触控驱动电极位于相邻的像素单元之间的间隙处，且与交叠的所述触控驱动线通过至少一个过孔电性相连。

2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控驱动线与所述TFT阵列基板中的栅极信号线同层设置。

3.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与所述TFT阵列基板中的公共电极或像素电极同层设置且相互绝缘。

4.如权利要求1-3任一项所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控驱动电极由电性连接的至少一条横向触控驱动子电极和至少一条纵向触控驱动子电极组成；其中，

所述横向触控驱动子电极位于相邻的像素单元组之间的间隙处；

所述纵向触控驱动子电极位于相邻列的像素单元之间的间隙处。

5.如权利要求4所述的触摸屏，其特征在于，各所述触控感应电极由电性连接的至少一条横向触控感应子电极和至少一条纵向触控感应子电极组成；其中，

所述横向触控感应子电极在TFT阵列基板上的投影覆盖两行像素单元之间的两条栅极信号线；

所述纵向触控感应子电极在TFT阵列基板上的投影覆盖除所述纵向触控驱动子电极之外的相邻列的像素单元之间的间隙处。

6.如权利要求5所述的触摸屏，其特征在于，所述触摸屏包括交错排列的触控驱动电极单独设置区域、触控感应电极单独设置区域以及公共区域；其中，

在所述触控驱动电极单独设置区域，仅具有所述触控驱动电极；

在所述触控感应电极单独设置区域，仅具有所述触控感应电极；

在所述公共区域，同时具有所述触控驱动电极以及所述触控感应电极。

7.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，还包括：位于所述彩膜基板背向所述液晶层一面且接地的防静电保护膜，所述防静电保护膜具有网格状结构。

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1-7任一项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；同时对触控驱动电极和触控感应电极施加低电平信号；

在触控时间段，对与触控驱动电极电性相连的触控驱动线施加触控扫描信号，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，所述触摸屏中的每条栅极信号线和数据信号线无信号输入。