CN103294251B - 一种触摸屏的esd保护装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供一种触摸屏的ESD保护装置，包括：ESD保护电路和与ESD保护电路串联的保护开关；当制造过程中触摸屏的感应线或驱动线的静电电位大于或等于预设电位时，所述保护开关导通，所述ESD保护电路和保护开关形成通路，用于将感应线或驱动线的静电泄露到周边的共电极母线，或ESD放电母线，或接地母线上去；从而可以保护触摸屏的驱动信号和感应信号电极免于被静电击穿。当所述触摸屏正常驱动时，所述保护开关断开，从而大大降低了影响触摸屏的静态的漏电流，可以有效解决静态漏电流对TFT-LCD触摸屏的影响。
Description
技术领域
本发明涉及触摸屏技术领域，特别涉及一种触摸屏的ESD保护装置。
背景技术
薄膜晶体管（TFT，ThinFilmTransistor）LCD是有源矩阵类型液晶显示器(AM-LCD)中的一种。TFT-LCD是目前唯一在亮度、对比度、功耗、寿命、体积和重量等综合性能上全面赶上和超过CRT的显示器件，它的性能优良、大规模生产特性好，自动化程度高，原材料成本低廉，因此，应用越来越广泛。
TFT-LCD触摸屏是二维的图像信号输出器件，和图像采集器件一样，使用电荷积分放大器的触摸屏是一个二维空间的触摸信号的输出器件，感应线上需要采集比较小的外来信号。因此，遏制各种暗背景包括来自触摸屏上感应线的静态和动态暗电流就变得非常重要。
由于触摸电极的电容较大，少量电荷量的静电还不会引起绝缘膜的击穿，所以目前使用的电容性触摸屏还没有设置ESD保护电路。然而当触摸电极的解析度大幅提高后，各个电极的电容便会变得更小。在制造工艺中，发生静电破坏的几率通常会随着触摸屏基板的增大而越来越高。因此，需要在TFT-LCD面板上增设专用于触摸屏的ESD保护电路，然后将其通过上下电连接方式将ESD保护电路连接到触摸屏的感应或者驱动电极上去。在现有的最普遍使用的TFT-LCD中使用的ESD保护电路，如图1所示，用来保护TFT-LCD的数据线和扫描线免于被静电所击穿。该ESD电路也可以容易地想到用于触摸屏的驱动信号和感应信号电极免于被静电所击穿。
图1所示的ESD保护电路由背靠背的两个TFT（T1和T2）组成，该ESD保护电路连接在地线12与感应线或驱动线11之间。
如图2所示，该图为图1中ESD保护电路的静态漏电流和两端电压的曲线图。
图1所示的ESD保护电路在产品的制造过程中可以迅速泄露掉玻璃基板上积累的静电和从机器及环境传导过来的静电，从而保护了TFT-LCD触摸屏本身。但是在TFT-LCD触摸屏的正常驱动过程中，ESD保护电路的静态漏电流很可能使得触摸屏的前置放大器，例如电荷积分放大器饱和或者麻痹。
因此，本领域技术人员需要解决ESD保护电路的静态漏电流对TFT-LCD触摸屏的影响。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种触摸屏的ESD保护装置，可以有效解决ESD保护电路的静态漏电流对TFT-LCD触摸屏的影响。
本发明提供一种触摸屏的ESD保护装置，包括：
ESD保护电路和与ESD保护电路串联的保护开关；
当触摸屏的感应线或驱动线的静电电位大于或等于预设电位时，所述保护开关导通，所述ESD保护电路和保护开关形成通路，用于将感应线或驱动线的静电泄露到周边的共电极母线，或ESD放电母线，或接地母线上去；
当所述触摸屏的面板正常驱动时，所述保护开关断开。
优选地，
所述保护开关连接在所述ESD保护电路和触摸屏的感应线之间；或
所述保护开关连接在所述ESD保护电路和触摸屏的驱动线之间；或
所述保护开关连接在所述ESD保护电路和ESD放电母线之间；或
所述保护开关连接在所述ESD保护电路和接地母线之间；或
所述保护开关连接在所述ESD保护电路和共电极母线之间。优选地，所述ESD保护电路至少包括一个保护开关。
优选地，所述保护开关为一个第三薄膜晶体管TFT，当所述第三TFT连接在所述ESD保护电路和触摸屏的感应线之间，同时所述第三TFT的控制栅极通过另外一个ESD保护电路或者电阻性器件连接到接地母线，或者共电极母线，或者ESD放电母线上。
优选地，所述保护开关包括串联在一起的第四薄膜晶体管和第五薄膜晶体管，所述第四薄膜晶体管和第五薄膜晶体管的控制栅极被互为反相的两个控制脉冲控制；所述第四薄膜晶体管和第五薄膜晶体管均为PMOS管或者均为NMOS管。
优选地，所述保护开关包括串联在一起的两个TFT，其中一个TFT为NMOS管，另一个TFT为PMOS管，所述NMOS管和PMOS管的栅极用同一个控制脉冲控制。
优选地，所述保护开关为低温多晶硅LTPS、硒化镉CdSe或者氧化物半导体的双栅极TFT，所述双栅极TFT中的顶栅极和底栅极分别被互为反相的两个控制脉冲控制。
优选地，所述ESD保护电路包括至少一对薄膜晶体管，所述一对薄膜晶体管包括以背靠背方式连接的第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管。
优选地，所述ESD保护电路的多对薄膜晶体管可以以串连、并联或串连并联相结合的方式连接。
优选地，所述ESD保护电路与保护开关和显示器的TFT阵列制作在同一张基板上。
优选地，该ESD保护装置应用于二维的空间图像成像器件上；
或者探测二维空间的基于机械触摸和压力的传感器上；
或者基于声波、光波或者电磁波的直接或间接作用产生的二维空间信息的传感器上。
优选地，所述TFT阵列用于驱动液晶显示器或者有机发光二极管阵列。
与现有技术相比，本发明具有以下优点：
本发明提供的触摸屏的ESD保护装置，包括：ESD保护电路和与ESD保护电路串联的保护开关；当制造过程中触摸屏的感应线或驱动线的静电电位大于或等于预设电位时，所述保护开关导通，所述ESD保护电路和保护开关形成通路，用于将感应线或驱动线的静电泄露到周边的共电极母线，或ESD放电母线，或接地母线上去；从而可以保护触摸屏的驱动信号和感应信号电极免于被静电击穿。当所述触摸屏正常驱动时，所述保护开关断开，从而大大降低了影响触摸屏的静态的漏电流。可以有效解决ESD保护电路的静态漏电流对TFT-LCD触摸屏的影响。
附图说明
图1是现有技术中的ESD保护电路示意图；
图2是图1中ESD保护电路的静态漏电流和两端电压的曲线图；
图3是本发明提供的触摸屏的ESD保护装置实施例一示意图；
图4是本发明提供的触摸屏的ESD保护装置实施例一的另一示意图；
图5是本发明提供的触摸屏的ESD保护装置实施例二示意图；
图6是本发明提供的触摸屏的ESD保护装置实施例二的另一示意图；
图7是本发明提供的触摸屏ESD保护装置是实施例三示意图；
图8是本发明提供的触摸屏ESD保护装置是实施例四的示意图；
图9是本发明提供的触摸屏的ESD保护装置实施例五示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。
参见图3，该图为本发明提供的触摸屏的ESD保护装置实施例一示意图。
本发明实施例提供的ESD保护装置，包括：ESD保护电路和与ESD保护电路串联的保护开关；
需要说明的是，本实施例中提供的ESD保护电路以一对背靠背的TFT来实现。如图3所示，ESD保护电路包括两个背靠背的TFT，分别为第一薄膜晶体管T1和第二薄膜晶体管T2。可以理解的是，该ESD保护电路也可以以其他管子以其他连接方式来实现。例如，所述ESD保护电路包括多个以串联、并联或串联并联相结合方式连接的一对TFT。
图3所示的一对TFT的连接方式为：
所谓背靠背方式连接是指T1的栅极G及源极S与T2的漏极D连接，T1的漏极D与T2的栅极G及源极S连接。
需要说明的是，上述薄膜晶体管的连接方式为一种实施例，根据薄膜晶体管类型的不同，还可以有多种连接方式。
当触摸屏的感应线或驱动线的静电电位大于或等于预设电位时，所述保护开关T3导通，所述ESD保护电路T1和T2和保护开关T3形成通路，用于将感应线或驱动线11的静电泄露到周边的共电极母线，或ESD放电母线，或接地母线12上去；从而可以保护触摸屏的驱动信号和感应信号电极免于被静电击穿。
当所述触摸屏的面板正常驱动时，所述保护开关T3断开。所述保护开关T3器件处于断开状态以便隔绝触摸屏周边的共电极母线，或者ESD放电母线，或接地母线12，防止触摸屏的感应信号泄露到连接感应线的外部探测电路，比如避免触摸屏的前置放大器的漏电流泄露到周边电路。对于连接到驱动线上的所述ESD保护器件T1和T2和保护开关T3，也是基于同样的机制。当所述触摸屏在正常驱动时，所述开关器件处于断开的状态以便防止驱动信号通过驱动线11泄露到触摸屏周边的共电极母线，或者ESD放电母线，或接地母线12上从而增大驱动的功耗。同时，这样也可以大大降低影响触摸屏的静态的漏电流。可以有效解决ESD保护电路的静态漏电流对TFT-LCD触摸屏的影响。
本实施例中的保护开关以TFT为例进行介绍，如图3所示的T3。T3的导通和断开通过加在其控制栅极的控制脉冲来控制。
需要说明的是，保护开关只要与ESD保护电路串联即可，参考图3和图4所示，具体的串联位置可以有以下几种：
所述保护开关T3连接在所述ESD保护电路和触摸屏的感应线之间；或
所述保护开关T3连接在所述ESD保护电路和触摸屏的驱动线之间；或
所述保护开关T3连接在所述ESD保护电路和ESD放电母线之间；或
所述保护开关T3连接在所述ESD保护电路和接地线之间；或
所述保护开关T3连接在所述ESD保护电路和共电极线之间。
图3所示实施例中的保护开关T3是连接在ESD保护电路（由两个背靠背的T1和T2组成）和地线12之间，图4所示实施例中的T3是连接在ESD保护电路（由两个背靠背的T1和T2组成）和感应线或驱动线11之间。
参见图5，该图为本发明提供的触摸屏的ESD保护装置实施例二示意图。
需要说明的是，所述保护开关为一个第三薄膜晶体管T3，当所述T3连接在所述ESD保护电路（由两个背靠背的T1和T2组成）和触摸屏的感应线11之间，或所述T3连接在所述ESD保护电路（由两个背靠背的T1和T2组成）和触摸屏的驱动线11之间时，所述T3的控制栅极连接控制脉冲，同时所述T3的控制栅极通过另外一个ESD保护电路（如图5中由两个背靠背的T7和T8组成）或者电阻性器件（图中未示出）连接到接地母线，或者共电极母线，或者ESD放电母线12上。
图5提供的实施例主要是为了在制造过程中，该TFT的控制栅极不再是悬浮状态。当感应线或者驱动线11的静电位较高时，会通过背靠背TFT组成的ESD保护电路泄露到共电极母线，或ESD放电母线，或接地母线上去。而在面板正常驱动时，该保护开关T3的TFT则处于断开状态。
需要说明的是，如图6所示的实施例中保护开关T3也可以连接在ESD保护电路（由两个背靠背的T1和T2组成）和接地母线，或者共电极母线，或者ESD放电母线12之间，且通过另外一个ESD保护电路（由两个背靠背的T7和T8组成）或者电阻性器件（图中未示出）连接到接地母线，或者共电极母线，或者ESD放电母线12上。
参见图7，该图为本发明提供的触摸屏的ESD保护装置实施例三示意图。
本实施例提供的触摸屏的ESD保护装置中，所述保护开关包括串联在一起的两个TFT保护开关，如图7所示的T4和T5，该两个TFT的控制栅极被互为反相的两个控制脉冲控制。即，T4和T5交替导通，当T4导通时，T5断开；当T4断开时，T5导通。
本实施例中保护开关T4和T5设置两个的目的是为了防止保护开关的控制栅极上的直流电压导致TFT的阈值电压发生漂移。当一个TFT保护开关T4导通时，另一个TFT保护开关T5断开，这样正极和负极的脉冲交替加在两个TFT保护开关的栅极上，它们对于TFT的栅级绝缘膜中的可移动离子的驱动就会得到自动抵消或者补偿。从而不会导致保护开关的控制栅极的直流电压使TFT的阈值电压发生漂移。
为了解决TFT保护开关的控制栅极的直流电压导致TFT保护开关的阈值电压发生漂移的问题，本发明还提供了一种实施例。
参见图8，该图为本发明提供的触摸屏的ESD保护装置实施例四示意图。本实施例中提供的触摸屏ESD保护装置与实施例三的不同之处在于，所述保护开关可以包括串联在一起的两个TFT，其中一个TFT为NMOS管T4，另一个TFT为PMOS管T5，所述NMOS管T4和PMOS管T5的栅极用同一个控制脉冲控制。由于NMOS管T4和PMOS管T5的导通条件正好相反，因此，当PMOS管T5和NMOS管T4的栅极用同一个控制脉冲控制时，PMOS管T5和NMOS管T4交替导通，PMOS管T5导通时，NMOS管T4截止；NMOS管T4导通时，PMOS管T5截止。这样，当触摸屏正常工作时，来自GND或者短路棒的漏电流便可以与感应线或者驱动线11保持隔绝，大大降低了影响触摸屏的静态的漏电流。可以有效解决ESD保护电路的静态漏电流对TFT-LCD触摸屏的影响。同时，也了保证共电极母线，或ESD放电母线，或接地母线12与感应线或者驱动线11保持隔绝，从而避免感应信号或驱动信号通过感应线或驱动线泄露到触摸屏周边的共电极母线，或者ESD放电母线和接地母线12上，从而增大触摸屏的功耗。
参见图9，该图为本发明提供的触摸屏的ESD保护装置实施例五示意图。
本实施例提供的触摸屏的ESD保护装置中，所述保护开关为低温多晶硅（LTPS，Lowtemperaturepolysilicon）、硒化镉CdSe或者氧化物半导体（如:氧化铟镓锌IGZO，IndiumGalliumZincOxide）的双栅极TFT，所述双栅极TFT中的顶栅极和底栅极分别被互为反相的两个控制脉冲控制。这样顶栅极和底栅极可以同时控制下面的电子沟道，外部输入反相的脉冲控制顶栅极和底栅极，在电子沟道处相互抵消从而双栅极TFT一直处于关断状态。
需要说的是，本发明以上实施例提供的触摸屏的ESD保护装置中，所述保护开关和显示器的TFT阵列同时制作在一张基板上。
需要说的是，本发明以上实施例提供的触摸屏的ESD保护装置可以应用于二维图像接收器或者二维图像采集器上。例如X射线图像传感器上，或者二维触摸屏上。
以上所述，仅是本发明的较佳实施例而已，并非对本发明作任何形式上的限制。虽然本发明已以较佳实施例揭露如上，然而并非用以限定本发明。任何熟悉本领域的技术人员，在不脱离本发明技术方案范围情况下，都可利用上述揭示的方法和技术内容对本发明技术方案做出许多可能的变动和修饰，或修改为等同变化的等效实施例。因此，凡是未脱离本发明技术方案的内容，依据本发明的技术实质对以上实施例所做的任何简单修改、等同变化及修饰，均仍属于本发明技术方案保护的范围内。
Claims (10)
1.一种触摸屏的ESD保护装置，其特征在于，包括：
ESD保护电路和与ESD保护电路串联的保护开关；
当触摸屏的感应线或驱动线的静电电位大于或等于预设电位时，所述保护开关导通，所述ESD保护电路和保护开关形成通路，用于将感应线或驱动线的静电泄露到周边的共电极母线，或ESD放电母线，或接地母线上去；
当所述触摸屏的面板正常驱动时，所述保护开关断开。
2.根据权利要求1所述的触摸屏的ESD保护装置，其特征在于，
所述保护开关连接在所述ESD保护电路和触摸屏的感应线之间；或
所述保护开关连接在所述ESD保护电路和触摸屏的驱动线之间；或
所述保护开关连接在所述ESD保护电路和ESD放电母线之间；或
所述保护开关连接在所述ESD保护电路和接地母线之间；或
所述保护开关连接在所述ESD保护电路和共电极母线之间。
3.根据权利要求2所述的触摸屏的ESD保护装置，其特征在于，所述保护开关为一个第三薄膜晶体管TFT，所述第三TFT的控制栅极连接控制脉冲，同时所述第三TFT的控制栅极通过另外一个ESD保护电路或者电阻性器件连接到接地母线，或者共电极母线，或者ESD放电母线上。
4.根据权利要求1所述的触摸屏的ESD保护装置，其特征在于，所述保护开关包括串联在一起的第四薄膜晶体管和第五薄膜晶体管，所述第四薄膜晶体管和第五薄膜晶体管的控制栅极被互为反相的两个控制脉冲控制；所述第四薄膜晶体管和第五薄膜晶体管均为PMOS管或者均为NMOS管。
5.根据权利要求1所述的触摸屏的ESD保护装置，其特征在于，所述保护开关为低温多晶硅LTPS、硒化镉CdSe或者氧化物半导体的双栅极TFT，所述双栅极TFT中的顶栅极和底栅极分别被互为反相的两个控制脉冲控制。
6.根据权利要求1所述的触摸屏的ESD保护装置，其特征在于，所述ESD保护电路包括至少一对薄膜晶体管，所述一对薄膜晶体管包括以背靠背方式连接的第一薄膜晶体管和第二薄膜晶体管。
7.根据权利要求5所述的触摸屏的ESD保护装置，其特征在于，所述ESD保护电路的多对薄膜晶体管可以以串连、并联或串连并联相结合的方式连接。
8.根据权利要求1-7任一项所述的触摸屏的ESD保护装置，其特征在于，所述ESD保护电路与保护开关和显示器的TFT阵列制作在同一张基板上。
9.根据权利要求8所述的触摸屏的ESD保护装置，其特征在于，该ESD保护装置应用于二维的空间图像成像器件上；
或者探测二维空间的基于机械触摸和压力的传感器上；
或者基于声波、光波或者电磁波的直接或间接作用产生的二维空间信息的传感器上。
10.根据权利要求8所述的触摸屏的ESD保护装置，其特征在于，所述TFT阵列用于驱动液晶显示器或者有机发光二极管阵列。
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