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CN104199586B - 一种阵列基板、内嵌式触摸屏和触控显示装置 - Google Patents

一种阵列基板、内嵌式触摸屏和触控显示装置 Download PDF

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CN104199586B CN201410472784.8A CN201410472784A CN104199586B CN 104199586 B CN104199586 B CN 104199586B CN 201410472784 A CN201410472784 A CN 201410472784A CN 104199586 B CN104199586 B CN 104199586B
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Abstract

本发明公开了一种阵列基板、内嵌式触摸屏和触控显示装置，其中阵列基板包括公共电极层，公共电极层设置有延伸方向相互垂直的多条驱动电极和多条感应电极，每条驱动电极包括多个相连的驱动子电极，每条感应电极包括多个相连的感应子电极，相邻的驱动子电极和感应子电极在交界处凹凸交错并相互绝缘。本发明通过改变公共电极层的现有结构，对公共电极层进行分割形成驱动电极和感应电极，在相邻的驱动子电极和感应子电极交界处形成凹凸交错的互嵌结构，达到延长驱动子电极和感应子电极之间的交界线的目的，因而增大了感应子电极和驱动子电极之间的互电容作用，增加了触摸信号的发射强度，提高了触摸信号的信噪比，从而提高触控灵敏度。

Description

一种阵列基板、内嵌式触摸屏和触控显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种阵列基板、内嵌式触摸屏和触控显示装置。
背景技术
电容式触摸屏由于具有定位精确灵敏、触摸手感好以及使用寿命长等优点，越来越受到生产厂家和用户的青睐，也在众多领域中得到应用。电容式触摸屏分为自电容式和互电容式两种，由于互电容式触摸屏可以实现多点触控，因而互电容式触摸屏成为电容式触摸屏市场上的主流和未来发展的趋势。
互电容式触摸屏分为外挂式和集成式两种结构，外挂式互电容式触摸屏(以下简称外挂式触摸屏)是将触摸器件贴合于显示面板外部，具体是贴合在彩膜基板的外部，即OnCell；集成式互电容式触摸屏(也称内嵌式互电容式触摸屏，以下简称内嵌式触摸屏)是将触摸器件集成在彩膜基板和阵列基板之间，即In Cell。外挂式触摸屏不可避免地增加整个显示装置的厚度和重量，造成透光率的下降，不符合当前显示装置轻薄化发展趋势的要求。内嵌式触摸屏由于将触摸器件集成在显示面板内部，在减少显示装置厚度以及提高穿透过率方面具有显著的优势，在实现触摸功能的同时，还能达到显示装置轻薄化的效果。
但是相较于外挂式触摸屏而言，内嵌式触摸屏还存在需要解决的技术难点，内嵌式触摸屏中位于显示面板内部的电极层和触摸屏电极距离更近，容易导致触摸信号与显示信号发生干扰，造成内嵌式触摸屏的信噪比较低。
发明内容
为解决现有内嵌式触摸屏信噪比较低的技术问题，一方面，
本发明提供了一种阵列基板，包括公共电极层，在所述公共电极层设置有延伸方向相互垂直的多条驱动电极和多条感应电极，每条所述驱动电极包括多个相连的驱动子电极，每条所述感应电极包括多个相连的感应子电极，相邻的所述驱动子电极和所述感应子电极在交界处凹凸交错并相互绝缘。
可选的，还包括多个子像素单元，所述交界处在垂直于阵列基板方向上的投影不经过所述子像素单元的透光区域。
可选的，在所述驱动电极的延伸方向上和所述感应电极的延伸方向上，所述驱动子电极和所述感应子电极均从自身的两端部分向中间部分梯次加宽。
可选的，所述驱动子电极和所述感应子电极在所述驱动电极的延伸方向上和在所述感应电极的延伸方向上均对称。
可选的，还包括栅极以及与所述栅极同层并与所述栅极绝缘的搭桥金属，其中，
属于同一个驱动电极中相邻的驱动子电极与所述搭桥金属连接从而彼此导通；或者
属于同一个感应电极中相邻的感应子电极与所述搭桥金属连接从而彼此导通。
可选的，还包括：驱动金属线和感应金属线，所述驱动金属线设置在所述驱动子电极的下方并与所述驱动子电极导通，所述感应金属线设置在所述感应子电极的下方并与所述感应子电极导通。
可选的，还包括栅线和数据线，其中，
所述驱动金属线平行于所述栅线，所述感应金属线平行于所述数据线；或者
所述感应金属线平行于所述栅线，所述驱动金属线平行于所述数据线。
可选的，所述搭桥金属上还设置有有机膜层，所述有机膜层对应所述搭桥金属的位置还设置有过孔，所述搭桥金属通过所述过孔与对应的所述驱动子电极或所述感应子电极导通。
另一方面，
本发明还提供了一种内嵌式触摸屏，包括彩膜基板和权利要求以上所述的阵列基板，所述彩膜基板上相邻子像素单元之间还设置有黑矩阵，所述阵列基板上的所述驱动金属线、所述感应金属线以及所述驱动子电极与所述感应子电极之间的所述交界处均与所述黑矩阵的位置相对应。
另一方面，
本发明还提供了一种触控显示装置，包括以上所述的内嵌式触摸屏。
本发明提供的阵列基板通过改变公共电极层的现有结构，对公共电极层进行分割形成驱动电极和感应电极，在相邻的驱动子电极和感应子电极交界处形成凹凸交错的互嵌结构，达到延长驱动子电极和感应子电极之间的交界线的目的，因而增大了感应子电极和驱动子电极之间的互电容作用，增加了触摸信号的发射强度，提高了触摸信号的信噪比，从而提高触控灵敏度。
附图说明
图1是实施例一提供的阵列基板的结构示意图；
图2是实施例一对公共电极层进行分割得到的触控图形示意图；
图3是实施例一中触控像素的示意图；
图4是现有技术中触摸像素的示意图；
图5是对图2或图3中的触控像素沿A-A’的剖面图；
图6是实施例一驱动金属线210和感应金属线在触摸像素中的俯视图；
图7是实施例二内嵌式触摸屏的结构示意图；
图8是实施例二中阵列基板上上驱动子电极与感应子电极之间的交界处与彩膜基板上黑矩阵相对应的示意图。
附图中编号分别表示：
100、衬底基板，110、黑矩阵，120、彩膜滤光片，200、金属层，210、驱动金属线，220、感应金属线，300、公共电极层，311、驱动子电极，312、感应子电极，313、最窄处，400、隔离层，500、像素电极，600、有机膜层，700、绝缘层，710、栅极，720、搭桥金属，730、源极，740、漏极，750、半导体层，800、驱动子电极和感应子电极的交界处。
具体实施方式
下面结合附图和实施例，对本发明的具体实施方式作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。需要指出的是，在附图中，为了图示的清晰可能夸大了层和区域的尺寸。而且可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“上”时，它可以直接在其他元件上，或者可以存在中间的层。另外，可以理解，当元件或层被称为在另一元件或层“下”时，它可以直接在其他元件下，或者可以存在一个以上的中间的层或元件。另外，还可以理解，当层或元件被称为在两层或两个元件“之间”时，它可以为两层或两个元件之间惟一的层，或还可以存在一个以上的中间层或元件。通篇相似的参考标记指示相似的元件。
实施例一
本发明提供了一种阵列基板，结构示意图如图1所示，阵列基板上除了包括衬底基板100、衬底基板100上的栅极710、源极730、漏极740和半导体层750，还包括公共电极层300，在公共电极层300设置有延伸方向相互垂直的多条驱动电极和多条感应电极，每条驱动电极包括多个相连的驱动子电极，每条感应电极包括多个相连的感应子电极，相邻的驱动子电极和感应子电极在交界处凹凸交错并相互绝缘。
由于公共电极层300和像素电极500同时位于阵列基板一侧，通过像素电极500和公共电极层300之间产生的平行于衬底基板100的电场，使电极之间以及栅极710正上方的液晶分子都能平行于衬底基板100的平面方向上发生转动。进一步，对公共电极层300进行分割整合，使得相邻的驱动子电极和感应子电极在交界处形成凹凸交错的结构，改变现有技术中驱动子电极和感应子电极之间的直线结构，从而达到延长驱动子电极和感应子电极之间的交界线的目的，提高信噪比。
可选的，阵列基板上还包括多个子像素单元，交界处在垂直于阵列基板方向上的投影不经过子像素单元的透光区域。对公共电极层进行分割得到的触控图形如图2所示，其中包括分割得到驱动子电极311，感应子电极312，虚线框内表示一个触控像素310，311a和311b分别表示相邻触控像素对应位置的驱动子电极。驱动子电极311和感应子电极312之间交界处800，使得相邻的驱动子电极311和感应子电极312相互绝缘。由于构成触控单元的驱动子电极311和感应子电极312的是属于同一膜层的公共电极层300，当在触控模式下时，公共电极层按照分割而成的驱动子电极311和感应子电极312之间耦合形成互电容，并通过该互电容实现触控功能。当在显示模式下时，公共电极层300与像素电极500之间行形成平行于衬底基板100的电场，使液晶分子发生偏转，实现显示功能。因此，驱动子电极和感应子电极之间的交界处800不能穿过子像素单元，只能位于相邻子像素单元之间的区域，也就是交界处不会穿过子像素单元的透光区域，因而不会妨碍正常显示。
参见图2可知，在驱动电极的延伸方向上和感应电极的延伸方向上，驱动子电极311和感应子电极312均从自身的两端部分向中间部分梯次加宽。由于每个触控像素310中均没有构成一个完整的驱动子电极或者一个完整的感应子电极，图2中示出了四个相连的触控像素310，左上角触控像素310中右侧的驱动子电极与右上角触控像素310中左侧的驱动子电极构成一个完整的驱动子电极；同理，左上角触控像素310中下侧的感应子电极与左下角触控像素310中上侧的感应子电极构成一个完整的感应子电极。可见任何一个驱动子电极311或者感应子电极312均是类似十字形的形状，也就是从两端部分向中间部分梯次加宽。
同时参见图2，对公共电极层300分割时由于分界处位于子像素单元之间的区域，因此在每个转角内至少包含一个子像素单元，同时在感应子电极312的最窄处313也至少包含一个子像素单元，确保驱动子电极和感应子电极的交界处不从子像素单元的透光区域中穿过。
由于驱动子电极和感应子电极均存在对地的耦合电容，而这些耦合电容会对触摸模式下驱动子电极和感应子电极之间的互电容产生影响，进而降低信噪比。通过在驱动子电极和感应子电极交界处形成这种梯次变化的结构，可以增加驱动子电极和感应子电极之间的分界线的长度。图3是本实施例中触控像素的示意图，图4是现有技术中触控像素的示意图，通过对比图3和图4可知，本实施例中驱动子电极和感应子电极之间的分界线的长度明显比现有技术没有梯次变化的分界线的长度更长。由于驱动电极和感应电极之间的互电容的大小和两者之间交界线长度大小呈正比例关系，因此增加分界线长度，可以达到增加互电容的目的，进而提高信噪比。
可选的，参见图2，驱动子电极311和感应子电极312在驱动电极的延伸方向上和在感应电极的延伸方向上均对称。只有每一个驱动子电极和感应子电极均满足对称关系，才能保证多个驱动子电极在第一方向上相连形成一条驱动电极，多个感应子电极在第二方向上相连形成一条感应电极。
可选的，阵列基板的衬底基板100上还包括栅极710以及与栅极710同层并与栅极710绝缘的搭桥金属720，该搭桥金属720与栅极710是经衬底基板100上同一层金属刻蚀而成。其中属于同一个驱动电极中相邻的驱动子电极311通过过孔901与搭桥金属720连接从而彼此导通；或者属于同一个感应电极中相邻的感应子电极通过过孔901与搭桥金属连接从而彼此导通。对图2或图3中的触控像素沿A-A’的剖面图如图5所示，搭桥金属720上方通过过孔901与驱动金属线210连接，驱动金属线210上方覆盖有驱动子电极311，这样通过驱动金属线210和搭桥金属720实现相邻驱动子电极311的电连接。需要说明的是，透明导电材料的驱动子电极还可以不通过驱动金属线，直接实现相邻驱动子电极之间的电连接。
还需要说明的是，上述图2-图4中均以搭桥金属720连接相连驱动子电极311为例，因此相应的图5中也是以相连的感应子电极之间直接相连构成感应电极，相连的驱动子电极之间通过搭桥金属间接相连构成驱动电极为例进行说明，相类似的，还可以是相连的感应子电极通过搭桥金属直接相连构成感应电极，相连的驱动子电极之间直接相连构成驱动电极，原理相似，此处不再赘述。
可选的，阵列基板上还包括一层金属层200，位于公共电极层300的下方，并对该金属层200进行刻蚀，形成驱动金属线210和感应金属线220，驱动金属线210设置在驱动子电极311的下方并与驱动子电极311导通，感应金属线220设置在感应子电极312的下方并与感应子电极312导通。参见图2，两个驱动子电极下方均设置有驱动金属线，驱动金属线再通过搭桥金属连接。两驱动子电极之间的是感应子电极，感应子电极覆盖在感应金属线的下方，同时驱动子电极和感应子电极之间相互绝缘。
可选的，阵列基板上还包括栅线和数据线(图中未示出)，其中，
驱动金属线平行于栅线，感应金属线平行于数据线；或者
感应金属线平行于栅线，驱动金属线平行于数据线。
其中一条驱动电极上至少有一条驱动金属线与其相对应，一条感应电极上也至少有一条感应金属线与其相对应，驱动金属线210和感应金属线220在触摸像素中的俯视图6所示，图6中一条驱动电极对应两条驱动金属线210，一条感应电极对应一条感应动金属线220，而且图6是以驱动金属线平行于栅线，感应金属线平行于数据线为例进行说明的。
驱动金属线210通过与其上方的驱动子电极311相结合，可以降低驱动电极的电阻；同理，感应金属线220通过与其上方的感应子电极312相结合，可以降低感应电极的电阻，这样可以有效降低驱动电极的电阻和感应电极的电阻，从而可以有效地降低阻容延迟。
可选的，搭桥金属720上还可以设置有有机膜层600，材料为聚酰亚胺、亚克力等，该有机膜层600具有低介电常数的特点，具体的有机膜层600的介电常数ε小于3.5，由于一般常用的氮化硅的介电常数ε大于6，而本实施例中采用的介电常数ε在3.5以下，相对于介电常数ε为6的情况来说属于低介电常数。利用低介电常数的有机膜层600可以减少栅极710以及以上的薄膜晶体管对分割后驱动电极或感应电极产生的寄生电容
Cj＝ε*ε0A/d 公式(1)
其中公式(1)中ε为介质介电常数，不同介质的介电常数不同；ε0是真空介电常数，是一个固定值，ε0＝8.85×10-12 F/m；A为有效极板面积；d为极板间距。
因此结合公式(1)，可以通过使用低介电常数ε和大极板间距d(即膜厚)，使得寄生电容Cj减少，从而减少触摸时驱动子电极或感应子电极的寄生电容，即通过设置可以减弱触控噪声的有机膜层，在一定程度上降低触摸噪声，达到提高信噪比的目的。
另外，有机膜层600对应搭桥金属720的位置还设置有过孔901，搭桥金属720通过过孔901实现与对应的驱动子电极311或感应子电极312导通，即属于同一个驱动电极中相邻的驱动子电极311与搭桥金属720连接从而导通；或者通过过孔901实现属于同一个感应电极中相邻的感应子电极与搭桥金属连接从而导通。感应子电极312在触控像素310中心位置形成最窄处313，在每个触控像素310内感应子电极312通过最窄处313连接起来，从而形成感应电极；而每个触控像素310内感应子电极312两侧的驱动子电极311通过搭桥金属720连接。
需要说明的是，相邻的驱动子电极可以直接通过搭桥金属连接，还可以间接地通过驱动子电极和驱动金属线与搭桥金属连接，即如图1和图5所示均通过驱动金属线210使驱动子电极311与搭桥金属720实现电连接。
有机膜层600对应漏极的位置设置有过孔902，有机膜层600上方的像素电极500通过该过孔902与漏极电连接，同时在有机膜层600和金属线之间还可以设置有隔离层400，用于在没有触摸点时保持驱动子电极和感应子电极之间相互绝缘。像素电极500和公共电极层300之间通过隔离层400隔离开，使得在显示模式下能够在像素电极500和公共电极层300之间形成平行于衬底基板的电场，使得液晶分子在平行于衬底基板的方向上发生偏转，从而实现显示功能。
还需要说明的是，图1中所示的阵列基板在栅极710上设置有一层绝缘层，源极730和漏极740的上方也设置有绝缘层，在图中统一用绝缘层700表示。在像素电极500和漏极740电连接时除了在有机膜层600上有过孔902以外，同样在该绝缘层上也有对应的过孔902；同理，驱动金属线210与搭桥金属720电连接时除了在隔离层400、有机膜层600上有过孔901以外，在该绝缘层上也同样设置有过孔901。
本实施例的图1-图7中均以高级超维场转换(Advanced Super DimensionSwitch，ADSDS，简称ADS)模式为例，对上述阵列基板进行说明书，利用对公共电极层进行触控整合，改善阵列基板的结构，提高信噪比。不过需要说明的是，上述阵列基板还可以应用于除了ADS模式、其它公共电极层与像素电极同时位于阵列基板一侧模式的显示面板上。
本发明提供的阵列基板通过改变公共电极层的现有结构，对公共电极层按照一定方式进行分割，在相邻的驱动子电极和感应子电极交界处形成凹凸交错的互嵌结构，同时两者在交界处还彼此绝缘，达到延长驱动子电极和感应子电极之间的交界线的目的，增大感应子电极和驱动子电极之间的互电容作用，增加触摸信号发射强度，提高触摸信号的信噪比，从而提高触控灵敏度。同时，通过在隔离层下方设置有机膜层，降低触摸时产生的寄生电容，降低触摸噪声，进而提高信噪比。通过在实现触控的驱动子电极和感应子电极下方分别设置有驱动金属线和感应金属线，能够降低驱动电极以及感应电极的电阻，有效降低阻容延迟。
实施例二
实施例二提供了一种内嵌式触摸屏，结构示意图如图7所示，包括彩膜基板和实施例一所述的阵列基板，彩膜基板上相邻子像素单元之间还设置有黑矩阵110，阵列基板上的驱动金属线210、感应金属线220以及驱动子电极311与感应子电极312之间的交界处800均与黑矩阵110的位置相对应，示意图如图8所示。
其中彩膜基板上包括衬底基板100、黑矩阵110和彩色膜层120，同时参见图8还能看出，彩膜基板上的黑矩阵110还与阵列基板上的驱动子电极与感应子电极之间的交界处800相对应，还与阵列基板上薄膜晶体管的位置相对应，在避免影响正常显示的前提下，实现提高信噪比的目的。
实施例三
实施例三还提供了一种触控显示装置，包括以上实施例二所述的内嵌式触摸屏，实现触摸显示功能，同时提高信噪比。
其中本实施例中的触控显示装置可以为：电子纸、手机、平板电脑、电视机、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关技术领域的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。

Claims (9)

1.一种阵列基板，包括公共电极层，其特征在于，所述公共电极层设置有延伸方向相互垂直的多条驱动电极和多条感应电极，每条所述驱动电极包括多个相连的驱动子电极，每条所述感应电极包括多个相连的感应子电极，相邻的所述驱动子电极和所述感应子电极在交界处凹凸交错并相互绝缘；
所述阵列基板还包括多个子像素单元，所述交界处在垂直于阵列基板方向上的投影位于相邻子像素单元之间的区域，不经过所述子像素单元的透光区域，所述交界处的每个转角内至少包含一个子像素单元，同时在所述感应子电极的最窄处也至少包含一个子像素单元。
2.如权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，在所述驱动电极的延伸方向上和所述感应电极的延伸方向上，所述驱动子电极和所述感应子电极均从自身的两端部分向中间部分梯次加宽。
3.如权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，所述驱动子电极和所述感应子电极在所述驱动电极的延伸方向上和在所述感应电极的延伸方向上均对称。
4.如权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，还包括栅极以及与所述栅极同层并与所述栅极绝缘的搭桥金属，其中，
属于同一个驱动电极中相邻的驱动子电极与所述搭桥金属连接从而彼此导通；或者
属于同一个感应电极中相邻的感应子电极与所述搭桥金属连接从而彼此导通。
5.如权利要求1所述的阵列基板，其特征在于，还包括：驱动金属线和感应金属线，所述驱动金属线设置在所述驱动子电极的下方并与所述驱动子电极导通，所述感应金属线设置在所述感应子电极的下方并与所述感应子电极导通。
6.如权利要求5所述的阵列基板，其特征在于，还包括栅线和数据线，其中，
所述驱动金属线平行于所述栅线，所述感应金属线平行于所述数据线；或者
所述感应金属线平行于所述栅线，所述驱动金属线平行于所述数据线。
7.如权利要求4所述的阵列基板，其特征在于，所述搭桥金属上还设置有有机膜层，所述有机膜层对应所述搭桥金属的位置还设置有过孔，所述搭桥金属通过所述过孔与对应的所述驱动子电极或所述感应子电极导通。
8.一种内嵌式触摸屏，包括彩膜基板和权利要求1-7中任一项所述的阵列基板，其特征在于，所述彩膜基板上相邻子像素单元之间还设置有黑矩阵，所述阵列基板上的驱动金属线、感应金属线以及所述驱动子电极与所述感应子电极之间的所述交界处均与所述黑矩阵的位置相对应。
9.一种触控显示装置，其特征在于，包括权利要求8所述的内嵌式触摸屏。
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