CN109840033B

CN109840033B - 显示装置

Info

Publication number: CN109840033B
Application number: CN201910092168.2A
Authority: CN
Inventors: 曹梓毅; 刘品妙
Original assignee: AU Optronics Corp
Current assignee: AUO Corp
Priority date: 2018-11-26
Filing date: 2019-01-30
Publication date: 2022-03-25
Anticipated expiration: 2039-01-30
Also published as: TWI679569B; TW202020639A; CN109840033A; US20200167027A1; US11687182B2; US20220129100A1

Abstract

本发明提供一种显示装置，包括阵列基板以及设置于阵列基板上的多个控制元件、多个发光二极管以及电极图案。各发光二极管包括第一半导体层、第二半导体层以及发光层。发光层设置于第一与第二半导体层之间。电极图案包括多个第一与第二电极以及多条触控驱动信号线。各第一电极电性连接于至少一发光二极管的第一半导体层。各第二电极电性连接于对应的发光二极管的第二半导体层以及控制元件。各触控驱动信号线设置在相邻第一电极之间，且至少一部分的触控驱动信号线沿第一方向延伸。各第一电极的至少一边缘邻近于触控驱动信号线的一线段。

Description

显示装置

技术领域

本发明涉及一种显示装置，且特别涉及一种具有触控功能的显示装置。

背景技术

发光二极管具有能量转换效率高、反应时间短、使用寿命长等优点。因此，近年来发光二极管成为兼具省电与环保特点的主要照明光源。再者，由于发光二极管制作尺寸上的突破，一种将发光二极管转置于像素结构中以形成微发光二极管显示器(micro LEDdisplay)或次毫米级发光二极管(mini-LED)显示器的技术逐渐出现在市场上。

另一方面，在显示器上提供触控功能为现今显示器的必要功能之一。因此，将触控模块整合至微发光二极管显示器或次毫米级发光二极管显示器中为本领域的重要课题之一。

发明内容

本发明提供一种显示装置，整合发光二极管显示技术与触控技术。

本发明的显示装置包括阵列基板、多个控制元件、多个发光二极管以及电极图案。多个控制元件设置于阵列基板上。多个发光二极管以阵列排列方式设置于阵列基板上，且分别包括第一半导体层、第二半导体层以及发光层。发光层设置于第一半导体层与第二半导体层之间。电极图案形成于阵列基板上，且包括多个第一电极、多个第二电极以及多条触控驱动信号线。各第一电极电性连接于发光二极管中的至少一者的第一半导体层。各第二电极电性连接于对应的发光二极管的第二半导体层以及多个控制元件中的一者。多条触控驱动信号线分别设置在多个第一电极之间，且至少一部分的触控驱动信号线沿第一方向延伸。各第一电极的至少一边缘邻近多条触控驱动信号线的一线段。

在一些实施例中，各第一电极的至少一部分与多条触控驱动信号线实质上共平面。

在一些实施例中，多个第一电极彼此结构上不相连。

在一些实施例中，各第一电极电性连接于发光二极管中的多者的第一半导体层，且多条触控驱动信号线中的另一部分沿第二方向延伸。此外，沿第二方向延伸的相邻两触控驱动信号线彼此不相连。

在一些实施例中，各第一电极的至少两边缘邻近多条触控驱动信号线的至少两线段。

在一些实施例中，各第一电极的至少两边缘实质上平行于多条触控驱动信号线的所述至少两线段。

在一些实施例中，阵列基板还包括边框区。边框区位于阵列基板的外围，且沿第一方向延伸的触控驱动信号线的部分延伸至边框区，且分别电性连接于触控控制元件。

在一些实施例中，各触控驱动信号线的线宽大于或等于3μm，且小于或等于50μm。

在一些实施例中，在沿第一方向延伸的触控驱动信号线的部分中，相邻两者之间的间距范围为0.5mm至5mm。

在一些实施例中，在沿第一方向延伸的触控驱动信号线的部分中，相邻两者之间的第一电极的总面积为该些触控驱动信号线的相邻两者之间的面积的50％至90％。

在一些实施例中，电极图案的材料包括可透光的金属膜或透明导电材料。

基于上述，本发明实施例整合触控感测电极与发光二极管的电极结合，而形成上述的第一电极。因此，作为触控感测电极的第一电极与发光二极管可共同地设置于阵列基板上。另外，触控驱动信号线亦设置于阵列基板上。如此一来，本发明实施例的包括第一电极与触控驱动信号线的触控模块可为内嵌式(in-cell)触控模块。再者，本发明实施例的第一电极与触控驱动信号线形成自同一材料层。因此，第一电极与触控驱动信号线可在水平方向彼此间隔，且可通过第一电极与触控驱动信号线在水平方向上的电容变化感测触控物体的位置。相较于以桥接(bridging)的方式使触控感测电极与触控驱动信号线的其中一者在两者的交错处跨越另一者，本发明实施例的相邻的第一电极彼此并不直接相连。换言之，不需使用桥接的方式相连邻近的触控感测电极。另一方面，由于本发明实施例结合触控感测电极与发光二极管的电极，故触控感测电极的尺寸可微缩至子像素的等级。因此，当本发明实施例的显示装置应用于电容式压力感测操作时，可大幅提高压力感测的辨识率。

为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合说明书附图作详细说明如下。

附图说明

图1A是依照本发明一些实施例的显示装置的俯视图。

图1B是依照本发明一些实施例的显示装置的一部分的剖视示意图。

图2A与图2B是依照本发明一些实施例的显示装置的多个触控区的俯视图。

图3是依照本发明一些实施例的显示装置的电容式压力感测的示意图。

图4是依照本发明另一些实施例的显示装置的一部分的剖视图。

附图标记说明：

10：显示装置

100：阵列基板

104、106：绝缘层

108：电极图案

A1、A2：面积

BR：边框区

CC：导电结构

CH：通道层

CP：导电接垫

CT：漏极/源极区接触结构

D：发光二极管

D1：第一方向

D2：第二方向

E1：第一电极

E2：第二电极

EL：发光层

F：触控物体

GD：介电层

GE：闸电极

IC：触控控制元件

PL：保护层

SC1：第一半导体层

SC2：第二半导体层

SL：线路

SP：子像素区

T：控制元件

TL：触控驱动信号线

TR：触控区

W：开口

具体实施方式

图1A是依照本发明一些实施例的显示装置的俯视图。图1B是依照本发明一些实施例的显示装置的一部分的剖视示意图。举例而言，图1B是沿着图1A的线A-A’所示出的剖视示意图。

请参照图1A，本发明实施例的显示装置10包括阵列基板100，例如是玻璃基板或塑胶等柔性材料的基板。多个发光二极管D设置于阵列基板100上。在一些实施例中，各发光二极管D可以是微发光二极管(micro-LED)或次毫米级发光二极管(mini-LED)。多个发光二极管D沿第一方向D1与第二方向D2阵列排列于阵列基板100上。第一方向D1与第二方向D2交错。在一些实施例中，第一方向D1与第二方向D2垂直。每一发光二极管D或多个发光二极管D可位于一子像素区SP内。在图1A所示的实施例中，每一子像素区SP可包括2个发光二极管D，但本发明并不以此为限。在每一子像素区SP内包括多个发光二极管D的实施例中，各子像素区SP内的多个发光二极管D可具有实质上相同的主波长范围。在其他实施例中，各子像素区SP内的多个发光二极管D也可具有彼此相异的主波长范围。

请参照图1A与图1B，显示装置10还包括多个控制元件T。多个控制元件T设置于阵列基板100上。控制元件T包括有源元件、无源元件或其组合。举例而言，有源元件可为单一或多个晶体管、控制IC或一些具备开关能力的元件，而无源元件可包括电容。在一些实施例中，控制元件T包括晶体管，其可包括通道层CH、闸电极GE与介电层GD。通道层CH形成于阵列基板100上。介电层GD覆盖通道层CH，而闸电极GE形成于介电层GD上。介电层GD的一部分位于闸电极GE与通道层CH之间，而可作为闸介电层。通道层CH的交叠于闸电极GE的一部分可作为晶体管的通道区域，而通道层CH的位于闸电极GE的两侧的区域可经掺杂而作为晶体管的漏极/源极。在一些实施例中，可在闸电极GE上形成一或多层绝缘层104。此外，在一些实施例中，晶体管还可包括两个漏极/源极区接触结构CT。两个漏极/源极区接触结构CT分别穿过绝缘层104与介电层GD，而电性连接于通道层CH的漏极/源极。在其他实施例中，晶体管的通道层CH、闸电极GE与介电层GD也可以有其他的配置方式，本发明并不以此为限。

如图1B所示，在一些实施例中，发光二极管D设置于控制元件T上。在一些实施例中，可在发光二极管D与控制元件T之间形成绝缘层106。发光二极管D可包括第一半导体层SC1、第二半导体层SC2与发光层EL。第一半导体层SC1与第二半导体层SC2依序堆叠于绝缘层106上，而发光层EL设置于第一半导体层SC1与第二半导体层SC2之间。在一些实施例中，发光二极管D可具有平台(mesa)结构。在此些实施例中，第一半导体层SC1的第一部分与第二半导体层SC2交叠，而第一半导体层SC1的第二部分不与第二半导体层SC2交叠。发光层EL位于第二半导体层SC2与第一半导体层SC1的第一部分之间。在一些实施例中，还可在发光二极管D上形成保护层PL。保护层PL覆盖发光二极管D的顶面与侧壁，而分别暴露出第一半导体层SC1与第二半导体层SC2的顶面的一部分。两个导电接垫CP可分别形成于第一半导体层SC1与第二半导体层SC2的暴露部分上。

在其他实施例中，发光二极管D与控制元件T也可并排地设置于阵列基板100上(未示出)。换言之，在此些实施例中，发光二极管D与控制元件T并非堆叠设置于阵列基板100上。

显示装置10还包括电极图案108。电极图案108包括多个第一电极E1与多个第二电极E2。各第一电极E1与各第二电极E2分别电性连接于至少一发光二极管D的第一半导体层SC1与第二半导体层SC2。在一些实施例中，第一电极E1经由导电接垫CP连接于对应的第一半导体层SC1。相似地，第二电极E2也可经由另一导电接垫CP连接于对应的第二半导体层SC2。此外，第二电极E2更电性连接于至少一控制元件T。在一些实施例中，第一电极E1覆盖第一半导体层SC1的未交叠于第二半导体层SC2的一部分(亦即上述的第二部分)，且延伸至第一半导体层SC2的该部分的侧壁上。此外，第一电极E1更延伸至发光二极管D的一侧的绝缘层106上。另一方面，第二电极E2覆盖第二半导体层SC2的顶面，且延伸至发光二极管D的侧壁上。在一些实施例中，第二电极E2更延伸至发光二极管D一侧的绝缘层106上，且可纵向地穿过绝缘层106而电性连接至控制元件T。举例而言，第二电极E2可电性连接至控制元件T的一漏极/源极区接触结构CT。

在一些实施例中，在形成电极图案108之前，还可在阵列基板100上(例如是在绝缘层106上)形成其他线路SL。如此一来，电极图案108可覆盖于线路SL上。线路SL可与第一电极E1及/或第二电极E2电性连接，以传递用于驱动发光二极管D的电压或传递其他信号。在其他实施例中，线路SL也可形成于电极图案108之后。换言之，在此些实施例中，线路SL可位于电极图案108之上。

请参照图1A，在一些实施例中，各第一电极E1可覆盖并电性连接于多个发光二极管D的第一半导体层SC1。在图1A所示的实施例中，各第一电极E1覆盖6个发光二极管D的第一半导体层SC1，但本发明并不以第一电极E1所覆盖的发光二极管D的数量为限。此外，在一些实施例中，多个第一电极E1在结构上彼此不相连。换言之，多个第一电极E1彼此并不直接相连，且相邻的第一电极E1之间可具有其他构件(例如是以下所述的触控驱动信号线TL)。另一方面，多个第二电极E2分别覆盖多个发光二极管D的第二半导体层SC2，且多个第二电极E2与其所覆盖的第二半导体层SC2分别位于第一电极E1的多个开口W中。第一电极E1与第二电极E2在结构上彼此不相连。换言之，第一电极E1与第二电极E2并不直接连接，而可独立地供应不同电压至发光二极管D的第一半导体层SC1与第二半导体层SC2。此外，发光二极管D的未被第一电极E1与第二电极E2覆盖的区域可作为发光区域。

请参照图1A与图1B，电极图案108还包括多条触控驱动信号线TL。请参照图1A，多条触控驱动信号线TL的一些部分可沿第一方向D1延伸，而另一些部分可沿第二方向D2延伸。各触控驱动信号线TL设置于相邻的第一电极E1之间。在一些实施例中，各第一电极E1的至少一边缘邻近于多条触控驱动信号线TL的一线段。举例而言，如图1A所示，各第一电极E1的至少两边缘分别邻近于多条触控驱动信号线TL的两条线段。此外，各第一电极E1的至少一边缘可实质上平行于与其邻近的触控驱动信号线TL的线段。各触控驱动信号线TL可用于传递触控驱动信号，而各第一电极E1可作为触控感测电极(或称为参考电极)，以连接到参考电压。当触控物体(例如是手指或触控笔)靠近或接触第一电极E1时，会改变第一电极E1与相邻的触控驱动信号线TL之间的电容。如此一来，通过取得电容值的分布，可感测物体靠近或触碰显示装置10的位置。

在一些实施例中，各触控驱动信号线TL的线宽大于或等于3μm，且小于或等于50μm。然而，所属领域中技术人员可依据发光二极管D的尺寸以及电阻电容延迟(RC delay)的考量调整各触控驱动信号线TL的尺寸，本发明并不以此为限。此外，所属领域中技术人员还可依据触控物体的尺寸而调整第一电极E1所覆盖发光二极管D的数量。举例而言，对于尺寸较小的触控物体，需要缩小各第一电极E1的面积才可精确地感测触控物体的位置。另一方面，对于尺寸较大的触控物体，则可增加各第一电极E1的面积。在一些实施例中，多条触控驱动信号线TL的沿第一方向D1延伸的相邻两线段之间的间距范围可为0.5mm至5mm。换言之，在此些实施例中，各第一电极E1的沿第二方向D2的总长度可自小于一个子像素SP的长度至多个子像素SP的长度的范围中，例如是在10um至10mm的范围中。此外，在一些实施例中，位于多条触控驱动信号线TL的沿第一方向D1(或第二方向D2)延伸的相邻两线段之间的第一电极E1的总面积A1为此两线段之间的总面积A2的50％至90％。

请参照图1B，在一些实施例中，多条触控驱动信号线TL可设置于绝缘层106上。此外，在一些实施例中，可在同一图案化步骤中同时形成多个第一电极E1、多个第二电极E2以及多条触控驱动信号线TL。换言之，多个第一电极E1、多个第二电极E2以及多条触控驱动信号线TL可源自于同一导体材料层。在此些实施例中，可在绝缘层106与发光二极管D上形成此导体材料层。在一些实施例中，此导体材料层可为金属薄膜。此金属薄膜具有相当低的厚度(例如是厚度小于0.05um)，以使此金属薄膜能够透光。在其他实施例中，此导体材料层也可包括透明导电材料，例如是铟锡氧化物(indium-tin oxide，ITO)、铟锌氧化物(indium-zinc oxide)、氧化锌、氧化锡、其类似者或其组合。接着，对此导体材料层进行图案化，以形成多个第一电极E1、多个第二电极E2以及多条触控驱动信号线TL。在一些实施例中，请参照图1B，各第一电极E1的至少一部分可与各触控驱动信号线TL实质上共平面。相似地，各第二电极E2的至少一部分可与各触控驱动信号线TL实质上共平面。

图2A是依照本发明一些实施例的显示装置10的多个触控区TR的俯视图。

请参照图2A，显示装置10可划分为多个触控区TR。需注意的是，触控区TR不仅具有触控感测的功能，也具有显示的功能。因此，触控区TR亦可称作显示区。在图2A所示的实施例中，多个触控区TR沿第二方向D2排列。相邻的触控区TR彼此不直接相连。具体而言，多条触控驱动信号线TL的沿第二方向D2延伸的线段在相邻触控区TR之间的边界处中断，而使彼此不互相连接。因此，各触控区TR内的触控驱动信号线TL可独立地传递触控驱动信号，故可避免在多个触控区TR内传递的触控驱动信号彼此互相干扰。

在一些实施例中，阵列基板100还包括边框区BR。边框区BR位于阵列基板100的外围区域，而环绕多个触控区TR(或称为显示区)。多个触控控制元件IC设置于边框区BR内。各触控区TR内的触控驱动信号线TL可电性连接至一触控控制元件IC。在图2A所示的实施例中，各触控区TR内的触控驱动信号线TL的沿第一方向D1延伸的线段电性连接至对应的触控控制元件IC。此外，在一些实施例中，多个触控控制元件IC可设置于多个触控区TR的在第一方向D1上相邻的同一侧。在其他实施例中，多个触控控制元件IC也可设置于多个触控区TR的在第一方向D1上相对的两侧，或可沿第二方向D2交替地设置于多个触控区TR的在第一方向D1上相对的两侧。

图2B是依照本发明一些实施例的显示装置10的多个触控区TR的俯视图。图2A与图2B所示的显示装置10彼此相似，以下仅讨论两者的差异处，相同或相似处则不再赘述。

请参照图2B，多个触控区TR沿第一方向D1排列。在此些实施例中，多条触控驱动信号线TL的沿第一方向D1延伸的线段在相邻的触控区TR之间的边界处中断，而使彼此不互相连接。此外，多个触控控制元件IC可设置于多个触控区TR的在第二方向D2上相邻的同一侧。在其他实施例中，多个触控控制元件IC也可设置于多个触控区TR的在第二方向D2上相对的两侧，或可沿第一方向D1交替地设置于多个触控区TR的在第二方向D2上相对的两侧。

图3是依照本发明一些实施例的显示装置10的电容式压力感测的示意图。以简洁起见，图3仅示出多个第一电极E1，而省略其他构件(例如是触控驱动信号线TL等)。此外，多个第一电极E1是彼此不直接相连的(如图1A、图2A及图2B所示)。

请参照图1至图3，本发明实施例的显示装置10可应用于电容式压力感测。请参照图3，当触控物体F(例如是手指或以手握住感应的触控笔)触碰显示装置10时，此触控物体F与显示装置10的接触面积随按压的力道提高而增加。对应地，电容变化的区域也会随着触控物体的按压力道的增加而扩大(请参照图3中的虚线区域)。如此一来，可通过电容变化的区域的面积推得触控物体的按压力。由于本发明实施例将子像素区内发光二极管的电极进一步设置为用于触控功能的触控感测电极(亦即第一电极E1)，故此触控感测电极的尺寸可微缩至子像素的等级。举例而言，各触控感测电极的面积仅为数个子像素区的面积，例如是0.5mm²至1.0mm²，但不以此为限。据此，本发明实施例的显示装置10可通过第一电极E1与触控驱动信号线TL的设计同时具备显示及触控的功能，使其开口率不会因为增加了触控的功能而减少太多，同时在制造上并不会使工艺更为繁琐。特别来说，对于电容式压力感测可具有相当高的分辨率。

图4是依照本发明另一些实施例的显示装置的一部分的剖视图。图4所示的显示装置相似于图1B所示的显示装置，以下仅讨论两者的差异处，相同或相似处则不再赘述。

请参照图4，在一些实施例中，发光二极管D是以覆晶接合(flip chip bonding)的方式设置于阵列基板100上。举例而言，可通过覆晶接合的方式将发光二极管D设置于绝缘层106上。在此些实施例中，第一半导体层SC1覆盖于第二半导体层SC2上。第一半导体层SC1具有交叠于第二半导体层SC2的第一部分，且具有未交叠于第二半导体层SC2的第二部分。发光层EL设置于第一半导体层SC1的第一部分与第二半导体层SC2之间。此外，电极图案108设置于发光二极管D与阵列基板100之间。在一些实施例中，电极图案108设置于绝缘层106上，且发光二极管D设置于电极图案108的第一电极E1与第二电极E2上。第一电极E1电性连接于第一半导体层SC1的未交叠于第二半导体层SC2的一部分(亦即上述的第二部分)。在一些实施例中，可经由导电接垫CP及导电结构CC电性连接第一半导体层SC1与第一电极E1。导电结构CC可形成于第一电极E1与导电接垫CP之间。另一方面，第二电极E2电性连接于第二半导体层SC2。在一些实施例中，可通过导电接垫CP电性连接第二半导体层SC2与第二电极E2。

基于图4所示的发光二极管D是设置于电极图案108上，电极图案108中的多个第一电极E1、多个第二电极E2以及多条触控驱动信号线TL可实质上共平面。

综上所述，本发明实施例结合触控感测电极与发光二极管的电极，以使触控感测电极与发光二极管共同地设置于阵列基板上。另外，触控驱动信号线亦设置于阵列基板上。如此一来，本发明实施例的包括触控感测电极与触控驱动信号线的触控模块可为内嵌式(in-cell)触控模块。再者，本发明实施例的触控感测电极与触控驱动信号线形成自同一材料层。因此，第一电极与触控驱动信号线可在水平方向彼此间隔，且可通过触控感测电极与触控驱动信号线在水平方向上的电容变化感测触控物体的位置。相较于以桥接(bridging)的方式使触控感测电极与触控驱动信号线的其中一者在两者的交错处跨越另一者，本发明实施例的相邻的触控感测电极彼此并不直接相连。换言之，不需使用桥接的方式相连邻近的触控感测电极。另一方面，由于本发明实施例结合触控感测电极与发光二极管的电极，故触控感测电极的尺寸可微缩至子像素的等级。因此，当本发明实施例的显示装置应用于电容式压力感测操作时，可大幅提高压力感测的辨识率。

虽然本发明已以实施例公开如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中技术人员，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的变动与润饰，故本发明的保护范围当视权利要求所界定者为准。

Claims

1.一种显示装置，包括：

一阵列基板；

多个控制元件，设置于该阵列基板上；

多个发光二极管，以阵列排列方式设置于该阵列基板上，且分别包括：

一第一半导体层与一第二半导体层；以及

一发光层，设置于该第一半导体层与该第二半导体层之间；以及一电极图案，形成于该阵列基板上，包括：

多个第一电极，其中各该第一电极电性连接于该些发光二极管中的至少一者的该第一半导体层；

多个第二电极，其中各该第二电极电性连接于对应的该发光二极管的该第二半导体层以及该些控制元件之一；以及

多条触控驱动信号线，分别设置在该些第一电极之间且至少部分该触控驱动信号线沿一第一方向延伸，其中各该第一电极的至少一边缘邻近该些触控驱动信号线的一线段，

其中该电极图案中的该些第一电极、该些第二电极以及该些触控驱动信号线实质上共面。

2.如权利要求1所述的显示装置，其中该些第一电极彼此结构上不相连。

3.如权利要求1所述的显示装置，其中各该第一电极电性连接于该些发光二极管中的多者的该些第一半导体层，且该些触控驱动信号线中的另一部分沿一第二方向延伸，且沿该第二方向延伸的相邻两触控驱动信号线彼此不相连。

4.如权利要求1所述的显示装置，其中各该第一电极的至少两边缘邻近该些触控驱动信号线的至少两线段。

5.如权利要求4所述的显示装置，其中各该第一电极的该至少两边缘实质上平行于该些触控驱动信号线的该至少两线段。

6.如权利要求3所述的显示装置，其中该阵列基板还包括一边框区，该边框区位于该阵列基板的外围，且沿该第一方向延伸的该部分触控驱动信号线延伸至该边框区，且分别电性连接于一触控控制元件。

7.如权利要求1所述的显示装置，其中各该触控驱动信号线的线宽大于或等于3μm，且小于或等于50μm。

8.如权利要求1所述的显示装置，其中沿该第一方向延伸的该部分触控驱动信号线中相邻两者之间的间距范围为0.5mm至5mm。

9.如权利要求1所述的显示装置，其中沿该第一方向延伸的该部分触控驱动信号线中相邻两者之间的第一电极的总面积为该些触控驱动信号线的该相邻两者之间的面积的50％至90％。

10.如权利要求1所述的显示装置，其中该电极图案的材料包括可透光的金属膜或透明导电材料。