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CN103926729B - 一种阵列基板、彩膜基板、触控显示装置及其驱动方法 - Google Patents

一种阵列基板、彩膜基板、触控显示装置及其驱动方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种电容式触控屏的阵列基板、彩膜基板、触控显示装置及触控显示装置的驱动方法，用以实现自电容的多点触。所述电容式触控屏的阵列基板，包括：外围区域和显示区域，多个具有像素电极的像素单元设在所述显示区域，多个触控电极和用于与检测触控信号的模块相连的触控电极引线，其中，每个所述触控电极分别连接一根所述触控电极引线。

Description

一种阵列基板、彩膜基板、触控显示装置及其驱动方法
技术领域
本发明涉及显示器技术领域，尤其涉及一种阵列基板、彩膜基板、触控显示装置及其驱动方法。
背景技术
现有技术电容式触摸根据检测电容的方式可以分为自电容和互电容两种，并根据与薄膜晶体管（Thin Film Transistor，TFT）及彩膜基板（Colour Filter，CF）的相对关系分为内嵌式（incell）、外嵌式（oncell）及外挂式等三种。其中，内嵌式以其集成度高、薄型、性能优越等优点作为触控技术的重要发展方向。
现有技术CF侧内嵌式互电容技术如图1所示，包括位于CF基板和与CF基板相对设置的阵列基板。阵列基板包括玻璃基板21，设置于玻璃基板21上的薄膜晶体管元件层17，位于玻璃基板21外侧上的偏光片20。CF基板包括玻璃基板11，设置在玻璃基板11上的黑矩阵（Black Matrix，BM）12、位于BM下方的第一金属层13和第二金属层15，其中第一金属层13和第二金属层15之间为彩膜层14，在CF基板侧增加的第一金属层13和第二金属层15用作互电容的触控走线。为了减少显示信号的干扰，触控及显示需要分时工作，对于显示集成电路IC，需要空出足够长的时间给触控工作。普通的互电容方案触控需要的时间是和扫描的通道数成正比的，屏越大通道数越多，需要的触控工作时间越长，留给显示扫描的时间越短，而显示扫描时间的压缩程度是有限的，因而现有互电容方案在能够支持的屏幕尺寸方面有较大的限制。
现有技术中普通的自电容设计多用于外挂式结构，如图2所示，为三角形图形设计，用单层图形实现，结构比较简单，灵敏度高，但不能实现多点触控，当有两点触摸时，只能同时给出两点的横坐标和纵坐标，无法分辨每个横坐标对应的纵坐标是哪个，即现有技术中的自电容在两点同时触摸时会出现鬼点（即图3中所示黑点），如图3所示。现有技术中的自电容设计不能直接识别多点触摸，只能通过算法逼近多点触摸的效果，该自电容设计直接应用于内嵌式方案时电容面积过大导致寄生电容过大，形成感应电容的本底值，实现难度高。
综上所述，现有技术中的自电容不能同时实现多点触摸。
发明内容
有鉴于此，本发明提供了一种电容式触控屏的阵列基板、彩膜基板、触控显示装置及触控显示装置的驱动方法，用以实现自电容的多点触摸。
本发明提供的一种电容式触控屏的阵列基板，包括：外围区域和显示区域，多个具有像素电极的像素单元设在所述显示区域，多个触控电极和用于与检测触控信号的模块相连的触控电极引线，其中，每个所述触控电极分别连接一根所述触控电极引线。
本发明还提供了一种电容式触控屏的彩膜基板，包括黑矩阵、彩膜层和外围区域，其中，所述彩膜基板还包括多个触控电极和用于与检测触控信号的模块相连的触控电极引线，其中，所述触控电极位于所述黑矩阵的区域内，每个触控电极分别连接一根触控电极引线。
本发明还提供了一种触控显示装置，该装置包括上述的电容式触控屏的阵列基板，和/或电容式触控屏的彩膜基板。
本发明还提供了一种上述触控显示装置的驱动方法，所述方法包括：
在显示装置触控阶段，所述触控电极接收触控驱动信号，以及所述触控电极输出感应信号，与每一所述触控电极连接的触控电极引线与检测触控信号模块相连，所述检测触控信号模块根据所述触控电极的感应信号确定触控位置。
由本发明提供的上述电容式触控屏的阵列基板、彩膜基板、触控显示装置及触控显示装置的驱动方法，由于阵列基板中包括多个触控电极和用于与检测触控信号的模块相连的触控电极引线，其中，每个所述触控电极分别连接一根所述触控电极引线，彩膜基板包括多个触控电极和用于与检测触控信号的模块相连的触控电极引线，其中，所述触控电极位于所述黑矩阵的区域内，每个触控电极分别连接一根触控电极引线，触控显示装置包括所述电容式触控屏的阵列基板，和/或电容式触控屏的彩膜基板，由于采用由每一触控电极和与之连接的触控电极引线组成的每个触控单元单独引线的方式，而不是行列扫描的方式，这种自电容设计无鬼点问题，可实现多点触控，同时自电容的应用灵敏度较高。
附图说明
图1为现有技术提供的一种彩膜基板侧互电容设计结构示意图；
图2为现有技术提供的一种外挂式自电容设计示意图；
图3为现有技术提供的一种自电容两点触摸时产生鬼点的示意图；
图4为本发明实施例提供的一种电容式触控屏的阵列基板中的触控电极及触控电极引线结构示意图；
图5为本发明实施例提供的一种电容式触控屏的阵列基板中的相邻两个触控电极之间的放大示意图；
图6为本发明实施例提供的一种电容式触控屏的阵列基板中的公共电极和与公共电极电连接的金属层的示意图；
图7为本发明实施例提供的一种电容式触控屏的阵列基板中的触控电极引线连接示意图；
图8为本发明实施例提供的一种电容式触控屏的阵列基板中的触控电极引线连接的另一种示意图；
图9（a）为本发明实施例提供的一种电容式触控屏的彩膜基板中的触控电极及触控电极引线结构示意图；
图9（b）为图9（a）触控电极A处的局部放大图；
图10为本发明实施例提供的一种电容式触控屏的彩膜基板中的触控电极引线连接示意图；
图11为本发明实施例提供的一种电容式触控屏的彩膜基板中的触控电极引线连接的另一种示意图；
图12为本发明实施例提供的一种电容式触控屏的彩膜基板中彩膜基板导通电极的一种通道示意图；
图13为本发明实施例提供的一种触控显示装置在触控阶段输入的方波信号示意图；
图14为本发明实施例提供的一种触控显示装置在触控阶段输入的方波信号放大示意图。
具体实施方式
本发明实施例提供了一种电容式触控屏的阵列基板、彩膜基板、触控显示装置及触控显示装置的驱动方法，用以实现自电容的多点触摸。
下面给出本发明实施例提供的技术方案的详细介绍。
如图4所示，为本发明具体实施例提供的一种电容式触控屏的阵列基板中的触控电极及触控电极引线结构示意图，该阵列基板包括：外围区域42和显示区域43，多个具有像素电极的像素单元设置在所述显示区域43，多个触控电极40和用于与检测触控信号的模块相连的触控电极引线41，每个触控电极40可以对应多个像素单元，其中，每个触控电极40分别连接一根触控电极引线41。该阵列基板还包括设置在像素电极上方的公共电极，公共电极作为触控电极40，本发明具体实施例中的公共电极为透明导电层，优选氧化铟锡（IndiumTin Oxide，ITO）材料。
具体地，针对边缘场面内转动（Fringe Field Switching，FFS）模式的液晶显示器，依次在衬底基板上制备栅极层、半导体有源层、源极层、漏极层、绝缘钝化层、像素电极、公共电极，其中，FFS液晶显示器各层的制备工艺与现有技术相同，在此不予赘述。本实施例中公共电极设置在像素电极的上方，为透明ITO材料，本发明具体实施例中的像素电极也为透明的ITO材料。如图5所示，将公共电极在显示区域43内独立开来，分成单独的区域，每个区域作为一个触控电极40，单独检测信号，通过多条触控电极引线41将所有的触控电极40引出，触控电极引线最终连接到集成电路IC或柔性电路板（Flexible Printed Circuit，FPC）上进行检测。用这种工艺制备的公共电极层在最上面。由于公共电极同时还为每个像素单元提供公共电压，因此，在显示区域43内，公共电极在相邻像素单元50和像素单元52之间处断开，如图中的间隙51，避免公共电极复用触控电极影响正常的画面显示。
针对其它膜层架构的FFS设计，同样可以选择公共电极作为触控电极，例如：为提升光学性能，TFT侧会增加一层有机膜层，通常的工艺顺序是，依次在衬底基板上制备栅极层、半导体有源层、源极层、漏极层、氮化硅SiNx绝缘层、有机膜层、公共电极层、氮化硅SiNx绝缘层、像素电极层，同样地，FFS设计各层的制备工艺与现有技术相同，在此不予赘述。此时，公共电极设置在像素电极的下方，公共电极可以采用图5中的设计方式，将公共电极分割成独立的图形，同时用于实现显示和触控功能，相对于图4和图5实施例中公共电极位于像素电极的上方的情况，本实施例中将公共电极设置在像素电极下方的结构，公共电极层的负载电容相对降低，更有利于提升触控性能。
本发明具体实施例提供的电容式触控屏的阵列基板还包括与公共电极61电连接的第一金属层60，第一金属层60设置在像素单元63之间的非显示区，如图6所示。由于本发明具体实施例中的公共电极为ITO，方块电阻较大，可以在ITO上增加一层金属层，用来降低公共电极层的电阻，由于第一金属层60不透光，因而只是覆盖在像素单元63之间的非显示区，即第一金属层60设置在彩膜基板黑矩阵的遮光区域，这样及时第一金属层60不透光也不会导致显示装置的开口率降低，如图6所示，公共电极61包括多条支电极，即公共电极在像素单元区域中形成多条刻缝62，公共电极61的支电极与像素电极之间形成水平电场，控制液晶分子的旋转，以达到显示画面的目的。本发明具体实施例中与公共电极电连接的第一金属层选择低电阻材料，如可以选择钼Mo、铝Al及其合金等金属材料。
如图7所示，本发明具体实施例提供的电容式触控屏的阵列基板中的部分触控电极401的触控电极引线411从阵列基板的外围区域42的单侧引出到用于检测触控信号的模块，部分触控电极402的触控电极引线412从阵列基板的显示区域43内引出到用于检测触控信号的模块。此时，触控电极引线41为第一金属层或公共电极层。当然，触控电极引线也可以从阵列基板的外围区域的两侧引出到用于检测触控信号的模块，与触控电极从外围区域的单侧引出方式相比，双侧引出到出到用于检测触控信号的模块可以避免阵列基板单边边框过宽，同时，也可以避免单边布线过密造成短路问题。
触控电极引线还可以为栅极金属层或源极金属层、漏极金属层，多个触控电极在显示区域的边缘区域通过过孔连接到触控电极引线，触控电极引线从阵列基板的外围区域两侧或单侧引出到用于检测触控信号的模块。在显示区域外，所有触控电极引线可以直接连接到FPC或IC上。
如图8所示，电容式触控屏的阵列基板中的部分触控电极403的触控电极引线413从阵列基板的显示区域43内引出到用于检测触控信号的模块。此时，触控电极引线41为第一金属层或公共电极层，当触控电极引线采用第一金属层时，触控电极引线可以设置在显示区域内的相邻像素单元之间的非显示区，即触控电极引线设置在彩膜基板黑矩阵的遮光区域，这样及时第一金属层不透光也不会导致显示装置的开口率降低。
较佳地，触控电极同时接收触控扫描信号，触控电极引线与检测触控信号的模块相连，所述检测触控信号模块根据所述触控电极的感应信号确定触控位置。
图9（a）为本发明实施例提供的一种电容式触控屏的彩膜基板中的触控电极及触控电极引线结构示意图。如图9（a）所示，本发明具体实施例提供的电容式触控屏的彩膜基板，包括位于黑矩阵区域92内的黑矩阵（图中为示出）和彩膜层，以及外围区域94，其中，彩膜基板还包括多个触控电极90和用于与检测触控信号的模块相连的触控电极引线91，触控电极90位于黑矩阵所在的区域92内，每个触控电极90分别连接一根触控电极引线91，本实施例中的触控电极引线91从外围区域94的两侧引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极（图中未示出）上。图9（b）为图9（a）中触控电极90在A处的放大图，如图9（b）所示，彩膜层93包括红色色阻R、绿色色阻G、蓝色色阻B，触控电极90中对应多个色阻93对应的像素单元，且由于触控电极90为不透明导电层，故触控电极90仅位于黑矩阵所在区域，即触控电极90为网格结构，在对应红色色阻R、绿色色阻G、蓝色色阻B的彩膜层位置镂空。每个触控电极90分别连接一根触控电极引线91，触控电极引线91也同样仅位于黑矩阵所在区域，即触控电极引线91也为网格结构，在对应彩膜层位置镂空。触控电极90和触控电极引线91与黑矩阵重叠设置，且触控电极90和触控电极引线91的宽度应小于等于黑矩阵的宽度，避免不透明的触控电极90和触控电极引线91的设置影响显示透过率。
本发明具体实施例提供的电容式触控屏的彩膜基板，还包括设置在黑矩阵上的第一金属层，该第一金属层作为触控电极90。当显示器为如扭曲（Twisted Nematic，TN）模式的液晶显示器时，触控电极90为公共电极，本发明具体实施例的公共电极的材料为ITO，ITO为透明导电层，此时公共电极可以位于彩膜层，而不需要位于黑矩阵92区域中，只要将公共电极分成单独的区域，每个区域作为一个触控电极90，由于ITO的方块电阻较大，可以在ITO上增加一层金属层，用来降低公共电极的电阻，本发明具体实施例设置与公共电极ITO电连接的第二金属层，结合图9（b）所示，该第二金属层正对黑矩阵区域92，第二金属层选择低电阻材料，如可以选择钼Mo、铝Al及其合金等金属材料。
如图10所示，本发明具体实施例提供的电容式触控屏的彩膜基板中的触控电极90的触控电极引线91从黑矩阵区域引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极101上，彩膜基板导通电极101用于接收触控信号，此时，触控电极引线91可以为第一金属层。
如图11所示，电容式触控屏的彩膜基板中的触控电极90的触控电极引线91从外围区域的两侧引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极101上。此时，触控电极引线91可以为第一金属层。与触控电极引线91从外围区域的单侧引出方式相比，双侧引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极101上可以避免彩膜基板单边边框过宽，同时，也可以避免单边布线过密造成短路问题。
上述仅为实施例的一种，触控引线还可以从外围区域的单侧引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极上，或者部分触控电极引线从黑矩阵区域引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极上，部分触控电极引线从外围区域的两侧或单侧引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极上。
本发明具体实施例提供的电容式触控屏的彩膜基板中的触控电极引线为公共电极层时，触控电极引线从黑矩阵区域，或从外围区域的两侧或单侧引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极上，彩膜基板导通电极用于接收触控信号，本发明具体实施例提供的电容式触控屏的彩膜基板中的触控电极引线为公共电极层时，部分触控电极引线从黑矩阵区域引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极上，部分触控电极引线从外围区域的两侧或单侧引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极上，彩膜基板导通电极用于接收触控信号。
本发明具体实施例提供的电容式触控屏的彩膜基板中的触控电极引线为第二金属层时，触控电极引线从黑矩阵区域，或从外围区域的两侧或单侧引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极上，彩膜基板导通电极用于接收触控信号；本发明具体实施例提供的电容式触控屏的彩膜基板中的触控电极引线为第二金属层时，部分触控电极引线从黑矩阵区域引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极上，部分触控电极引线从外围区域的两侧或单侧引出到彩膜基板侧预先设置的彩膜基板导通电极上，彩膜基板导通电极用于接收触控信号。
其中，彩膜基板导通电极通过通道接收所述触控信号，该通道包括：
如图12所示，当该通道位于彩膜基板侧时，该通道为与彩膜基板导通电极101压合在一起的触控柔性线路板121，其中，触控柔性线路板121集成触控IC122。
当该通道位于阵列基板侧时，将彩膜基板导通电极和阵列基板导通电极通过导通金属球连接，阵列基板导通电极与显示柔性线路板连接，其中，显示柔性线路板集成用于显示的第一IC和用于触控的第二IC；或将彩膜基板导通电极和阵列基板导通电极通过导通金属球连接，阵列基板导通电极与显示柔性线路板连接，其中，显示柔性线路板集成同时用于显示和触控的第三IC。
较佳地，触控电极同时接收触控扫描信号，触控电极引线与彩膜基板导通电极通过通道与检测触控信号的模块相连，分别检测每一个触控电极的信号。
本发明具体实施例提供还提供了一种触控显示装置，该装置包括上述的阵列基板，和/或上述的彩膜基板。该触控显示装置的驱动方法包括：在显示装置触控阶段，所有触控电极接收触控扫描信号，并同时通过与每一所述触控电极连接的触控电极引线接收反馈信号，所述触控电极引线与检测触控信号的模块相连，分别检测每一个触控电极的信号。
传统显示方式，显示扫描频率为60HZ，一帧时间为16.67ms，完成一帧（frame）扫描以及数据信号输入后，存在扫描空白期间，利用此区间，可实现集成触摸屏的分时驱动功能。本发明具体实施例在分时驱动的时序上，显示和触控分时工作，如图13所示，每帧时间分成显示时间t1和触摸时间t2，在触摸时间t2内，所有触控单元同时完成触控信号激励和接收，在触摸时间t2驱动电路同时给触控电极n和触控电极m输入多周期方波信号，信号放大如图14所示，每个触控时间周期有充电时间T1和放电时间T2。充电时，触控电极引线接收驱动信号输入给触控电极，对触控电极进行充电，即所有触控电极同时接收触控驱动信号；放电时，通过连接到触控电极的触控电极引线输出感应信号，通过计算放电量，可判断是否有触摸，即触控电极同时输出感应信号，与每一所述触控电极连接的触控电极引线与检测触控信号模块相连，所述检测触控信号模块根据所述触控电极的感应信号确定触控位置。由于所有触控单元都有引出线，所以触控时段只需一次扫描就可以同时检测所有触控电极的自电容变化，有效的减少了触控工作时间，同时可以实现自电容的多点触摸。在显示时段，触控电极接特定电压，如共电极电压，以避免影响显示效果。与常规内嵌式触控相比，本发明具体实施例提供的技术方案能够支持尺寸更大的屏幕。
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 (7)

1.一种电容式触控屏的阵列基板，其特征在于，包括：外围区域和显示区域，多个具有像素电极的像素单元设在所述显示区域，多个触控电极和用于与检测触控信号的模块相连的触控电极引线，其中，每个所述触控电极分别连接一根所述触控电极引线；
所述多个触控电极呈多行和多列的矩阵分布；
所述阵列基板还包括设置在所述像素电极上方或下方的公共电极，所述公共电极作为所述触控电极,且所述公共电极在相邻的像素单元之间断开；
所述阵列基板还包括与所述公共电极电连接的第一金属层，所述第一金属层设置在所述像素单元之间。
2.根据权利要求1所述的电容式触控屏的阵列基板，其特征在于，所述触控电极引线为所述第一金属层，所述触控电极引线从所述外围区域两侧或单侧引出到用于检测触控信号的模块。
3.根据权利要求1所述的电容式触控屏的阵列基板，其特征在于，所述触控电极引线为所述第一金属层，所述触控电极引线从所述显示区域内引出到用于检测触控信号的模块。
4.根据权利要求1所述的电容式触控屏的阵列基板，其特征在于，所述触控电极引线为栅极金属层或源极金属层、漏极金属层，所述多个触控电极在显示区域的边缘区域通过过孔连接到所述触控电极引线，所述触控电极引线从外围区域两侧或单侧引出到用于检测触控信号的模块。
5.根据权利要求1所述的电容式触控屏的阵列基板，其特征在于，所述触控电极同时接收触控扫描信号，所述触控电极引线与检测触控信号的模块相连，分别检测每一个触控电极的信号。
6.一种触控显示装置，其特征在于，所述装置包括权利要求1-5任一权项所述的阵列基板。
7.一种如权利要求6所述的触控显示装置的驱动方法，其特征在于，所述方法包括：
在显示装置触控阶段，所述触控电极接收触控驱动信号，以及所述触控电极输出感应信号，与每一所述触控电极连接的触控电极引线与检测触控信号模块相连，所述检测触控信号模块根据所述触控电极的感应信号确定触控位置。
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