专利名称：内嵌式触控显示装置的制作方法
技术领域：
本实用新型涉及液晶显示器领域，尤其涉及一种内嵌式触控显示装置。
背景技术：
市场上采用的触摸显示装置基本都是分离式触摸屏，这种方式为将触控面板与液晶面板分开制造，然后通过组装在一起。这样制得的显示装置比较厚，并且由于增加了若干层玻璃、薄膜，显示屏的透光率以及对比度也会明显下降。另外这种做法成本也较高。为了使带有触控面板的液晶显示装置更轻薄，有更好的显示效果和成本优势，嵌入式触控技术诞生了，其为将触控面板和液晶面板结合为一体的技术，其中触控面板的触控技术可以采用电容式触控、电阻式触控或者红外触控等等，其中液晶面板结构也可以为常见的TN(Twisted Nematic liquid crystal,扭曲向列型液晶)模式、IPS (In Plane Switchingliquid crystal,平面内切换液晶)模式或者 FFS (Fringe Field Switching liquid·crystal，边缘电场切换液晶)模式等等。目前嵌入式触控技术的主要发展方向有二种一种是On-Cell (液晶外)内嵌式触控显示装置，其为在彩膜基板和偏光片之间配置触摸传感器。各液晶面板和触控组件之间需以贴合来组成，最后组合成本除了材料单价夕卜，还跟贴合的制程良率相关。提高贴合良率、减少贴合次数，将是触控面板制程技术的发展主流。另一种是为In-Cell (液晶内)内嵌式触控显示装置，其为将触摸传感器嵌入到液晶像素中。其可以在TFT LCD标准制程中完成触控感测元件的制造技术，同时，也没有屏幕外观贴合及机构对准的问题，重量及厚度减少许多，产品将更轻更薄，且不会影响可阅读的视角，面板透光率及屏幕画质更佳。总的来说，目前所制造的In-Cell (液晶内)内嵌式触控显示装置的使用效果大都不是太理想。
实用新型内容本实用新型解决的问题是In-Cell内嵌式触控显示装置使用效果不是太理想。为解决上述问题，本实用新型提供了一种内嵌式触控显示装置，包括相对设置的第一基板和第二基板；位于所述第一基板和第二基板之间的IPS或FFS显示模式的显示结构和电容式触摸结构，所述IPS或FFS显示模式的显示结构位于所述第一基板的正面上,包括像素电极层、第一介质层、公共电极层、液晶层，所述电容式触摸结构位于所述第二基板的正面上，包括触摸电极和第二介质层；平坦化层，所述平坦化层位于所述第二介质层和液晶层之间；所述触摸电极和液晶层之间之间的距离为4 μ πΓ7 μ m。可选的，所述第一基板和第二基板为透明绝缘基板。可选的，所述像素电极层和公共电极层为透明导电层。[0013]可选的，所述公共电极层为多条平行排列的公共电极。可选的，在所述电容式触摸结构包括多条平行排列的感应电极和多条平行排列的驱动电极，所述感应电极和所述驱动电极互相交叉排列；每条感应电极或每条驱动电极包括若干小块互相分隔成的电极图形，所述感应电极、驱动电极上覆盖有介质层，所述介质层具有过孔；所述感应电极的电极图形之间通过互连线电连接在一起，所述驱动电极通过穿过过孔的互连线电连接在一起，或者所述驱动电极的电极图形之间通过互连线电连接在一起，所述感应电极通过穿过过孔的互连线电连接在一起。可选的，所述驱动电极和感应电极包括重叠的铟锡金属氧化物层和金属层，所述金属层为网状结构。可选的，所述金属层上还覆盖有保护层。可选的，所述第二介质层为彩膜，介电常数为3. 5。可选的，所述平坦化层为有机膜，介电常数为3. 5。可选的，所述平坦化层与液晶层之间涂有配向层，所述配向层的材质为聚酰亚胺。可选的，所述第一基板和所述像素电极层之间还包括第三介质层。可选的，所述液晶层厚度为3. 5 μ m。与现有技术相比，本实用新型具有以下优点仅通过设定触摸电极和液晶层之间的距离为液晶分子翻转引起的对寄生电容的影响最小的值这样简单的方式，就有效的解决了因寄生电容变化而引起的液晶结构为IPS或FFS显示模式的In-Cell内嵌式触控显示装置中触控结构对触控的判断不准的问题。
图I是本实用新型涉及到的一种内嵌式触控显示装置的结构示意图；图2是本实用新型涉及到的一种电容式触摸结构实施方式的俯视图；图3是本实用新型涉及到的内嵌式触控显示装置中的寄生电容产生处的示意图；图4是本实用新型涉及到的内嵌式触控显示装置的等效电路图；图5是本实用新型涉及到的内嵌式触控显示装置的模拟模型示意图；图6是本实用新型涉及到的内嵌式触控显示装置的d-AC曲线图。
具体实施方式
电容式In-Cell内嵌式触控显示装置是将电容式触控面板的触控电极(驱动电极和感应电极)嵌入到彩色滤光片基板和偏光板之间。一种内嵌式触控显示装置的结构如图I所示，包括相对设置的第一基板100和第二基板200，所述第一基板100和第二基板200为透明绝缘基板，可以为液晶制造领域常用的玻璃基板。所述第一基板100和第二基板200之间为IPS或FFS显示模式的显示结构和电容式触摸结构。其中，所述IPS或FFS显示模式的显示结构位于所述第一基板100的正面上，从下至上包括像素电极层120、第一介质层130、公共电极层140、液晶层150，实际中，所述第一基板100和像素电极层120之间填充有第三介质层110，所述第一介质层130和第三介质层110的材质为有机膜。所述电容式触摸结构位于所述第二基板200的正面上,包括触摸电极和位于触摸结构上的第二介质层260,所述触摸电极包括在位于第二基板200的保护层210、金属层220、铟锡金属氧化物层230、有机膜层240、金属桥接层250。在所述第二介质层260和液晶层150之间还包括平坦化层270。作用是填平所述第二介质层260和液晶层150之间的空隙。其中，第二介质层260为彩膜。具体的,在本实施例中，所述IPS或FFS显示模式为FFS显示模式,位于所述第一基板100上，在每一个像素区域内从下到上依次包括第三介质层110、像素电极层120、第一介质层130、公共电极层140、液晶层150。其中平坦化层270与液晶层150之间会再涂一层配向层，配向层的材质为聚酰亚胺，但由于配向膜的厚度很薄，在此未图示。像素电极层120和公共电极层140为透明的导电材料，在本实施例中，导电材料为铟锡金属氧化物。所述像素电极层120为一层的铟锡金属氧化物，所述公共电极层140为多条具有间隔、且互相平行排列的公共电极。公共电极层140和像素电极层120的位置和结构在别的实施方式中也可以为别的形式，比如，所述公共电极层140和像素电极层120的位置和结构互相交换，或者，所述像素电极层120为与公共电极140对应的多条具有间隔、且互相平行排列的电极，且位于液晶层150的与所述公共电极140相对一侧(则为IPS模式)，本说明书并不做具体的限·定。所述电容式触摸结构的一种实施方式的俯视图如图2所示，包括驱动电极层12和感应电极层14，所述驱动电极层12或感应电极层14分别由若干小块的“钻石型图案”的电极图形彼此相连连成一条一条平行排列的驱动电极或者与所述感应电极。所述驱动电极层12具有多条驱动电极12a、12b、12c、……，所述感应电极层14具有多条感应电极14a、14b、14c、......。在这种实施方式中，所述驱动电极和感应电极交叉排列，所述驱动电极的各“钻石型图案”在同水平方向上互相连接。而所述感应电极、驱动电极上覆盖有介质层，所述介质层具有过孔，穿过过孔的互连线将每条块“钻石图形”的感应电极电连接在一起。或者所述感应电极的各“钻石型图案”在同水平方向上互相连接。所述感应电极、驱动电极上覆盖有介质层，所述介质层具有过孔，穿过过孔的互连线将每条块“钻石图形”的驱动电极电连接在一起。所述驱动电极和感应电极包括重叠的铟锡金属氧化物层和金属层，其中由铟锡金属氧化物层构成“钻石型图案”，金属层的金属覆盖在每个“钻石型图案”的边缘，形成为网状结构，其作用是增加触摸电极整体的导通性能。所述金属层的网格上还覆盖有保护层。相对应的，所述穿过过孔以连接感应电极的互连线、具有过孔的介质层、驱动电极和感应电极的铟锡金属氧化物层和金属层、以及保护层，分别依次对应图I中的金属桥连层，第一介质层，铟锡金属氧化物层、金属层和保护层。这样的触摸电极的工作方式为驱动电极12a、12b、12c、……依次被施加交流驱
动电压10,其余驱动电极接地；感应电极14a、14b、14c、......通过选通开关20连接到触摸
检测电路30检测触控信号。现举例说明这一扫描过程首先，驱动电极12a被施加驱动电压10，其它驱动电极、12b、12c、……接地；此时选通开关20将感应电极14a与触摸检测电路30相连，这时检测的是驱动电极12a和感应电极14a，只有手指触摸在这两条电极的交点处，才会有触控信号。然后，选通开关20再依次将感应电极14b、14c、……与触摸检测电路30相连，依次检测驱动电极12a与感应电极14b、14c、……交点处的触控信号。这一过程结束后，给驱动电极12b施加驱动电压10，驱动电极12a、12c、......接地,选通开关20再依
次将感应电极14a、14b、14c、……与触摸检测电路30相连。这样，依次扫描驱动电极12a、12b、12c、……完成扫描过程，这样就将所有电极与所有感应电极的所有交点处扫描到了。触摸屏驱动电极和探测电极与液晶显示结构内其他显示电极具有寄生电容，该寄生电容的存在会严重影响电容触摸的信噪比。在本实施例中，主要的寄生电容是在触摸电极和液晶层内的公共电极层140或像素电极110中最靠近触摸电极的电极之间的寄生电容。以驱动电极12a和感应电极14a处为例，如图3所示，其中驱动电极12a和感应电极14a位于第二基板200表面，其与公共电极层140之间的均具有寄生电容。图4为每一条驱动电极与每一条感应电极交点处的等效电路，Ct、Cr分别表示为触摸屏驱动电极和探测电极与液晶显示结构内其他显示电极的寄生电容，驱动电极等效为驱动线121和电阻122，感应电极等效为感应线141和电阻142，驱动电极和感应电极的每 一个交点处形成了互电容16，驱动电极具有对地的寄生电容Ct，感应电极具有对地的寄生电容Cr，触摸检测电路30是一个电荷放大器，将感应电极上的电流转化成为电压信号Vout输出。当手指触摸触控面板时，触摸位置处的互电容16发生变化，这样就导致感应电极上的输出电流I变化，从而使输出电压Vout变化。而在液晶显示结构进行画面显示时，不同驱动电压带来的液晶分子的反转不同，液晶层的介电常数也随之发生变化，导致寄生电容Ct、Cr在显示不同画面时有不同的数值，导致感应电极上的输出电流I变化，从而使输出电压Vout变化，进而会影响触摸屏的触摸电极的感应效果。为了减小液晶分子翻转引起的对寄生电容的影响，发明人通过多次采用2D模拟软件(Dimos光学模拟软件)寻找解决办法。其模拟所建立的模型如图5所示，其包括位于相对设置的第一基板100和第二基板200之间的触摸结构221和液晶显示结构，以及触摸结构221和液晶显示结构之间的有机介质层227。其中，图5中一层膜示意的触摸结构221包括图I中位于第二基板200上的保护层210、金属层220、铟锡金属氧化物层230、有机膜层240、金属桥接层250的触摸结构，图5中一层膜示意的有机介质层227包括图I中的第二介质层260和平坦化层270。其中，保护层为黑色矩阵层，用于遮挡金属层、TFT、走线等部分，达到防止漏光的目的，第二介质层为彩膜，平坦化层为有机膜，平坦化层与液晶层之间还具有配向层(图中未示出)，配向层的材质为液晶制造领域常用的聚酰亚胺，优选的，平坦化层的材料为聚合酯类有机物，介电常数为3. 5。图5中还包括液晶层150。液晶层150下为公共电极140，公共电极140下面为绝缘的第一介质层130，在第一介质层130下面为像素电极层120，然后为第二介质层110。所述第一介质层130和第二介质层110为绝缘有机膜。在这个模型中，距离触摸结构221较近的为公共电极140，即需要测量的寄生电容为触摸结构221和公共电极140之间的电容C。发明人通过对上述内嵌式触控显示装置的结构进行模拟仿真，发现，有机介质层227的厚度，也就是触摸电极和液晶层之间的距离d，具体为触摸电极和液晶层与第二介质层的交界面之间的距离d具有关键性影响因素，在某些距离范围内，液晶分子的翻转对于电容的影响具有较小的影响。具体参数设置如下，其中需要说明的是，由于配向膜的厚度很薄，在此认为配向膜对d的影响忽略不计由于在同样的驱动电压下寄生电容Ct、Cr的变化都是一致的，则统称为C，在某个驱动电压下的变化量为Λ C。公共电极的电压设定为0ν，像素电极电压选择黑态电压和白态电压进行模拟，其中，黑态电压为低电压，取O. IV，白态电压为高电压，由于不同com设计下最高亮度电压(白态电压)略不一致，总的来说在4. 5-5. 5v之间。液晶层150厚度设置为3. 5μπι。按照不同的公共电极的线宽比来进行多次在不同距离的电容变化的模拟，则在公共电极140的线宽比分别为2. 5/4. 5、2. 9/4. 1、2. 0/5. O时，分别得到表I、表2和表3如下表I :公共电极的线宽比为2. 5/4. 5时电容C随距离d的变化情况
权利要求1.一种内嵌式触控显示装置，其特征在于，包括 相对设置的第一基板和第二基板； 位于所述第一基板和第二基板之间的IPS或FFS显示模式的显示结构和电容式触摸结构，所述IPS或FFS显示模式的显示结构位于所述第一基板的正面上，包括像素电极层、第一介质层、公共电极层、液晶层，所述电容式触摸结构位于所述第二基板的正面上，其包括触摸电极和位于触摸电极上的第二介质层； 平坦化层，所述平坦化层位于所述第二介质层和液晶层之间； 所述触摸电极和液晶层之间的距离为4 μ πΓ7 μ m。
2.如权利要求I所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述第一基板和第二基板为透明绝缘基板。
3.如权利要求I所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述像素电极层和公共电极层为透明导电层。
4.如权利要求I所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述公共电极层为多条平行排列的公共电极。
5.如权利要求I所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述触摸结构包括多条平行排列的感应电极和多条平行排列的驱动电极，所述感应电极和所述驱动电极互相交叉排列； 每条感应电极或每条驱动电极包括若干小块互相分隔成的电极图形，所述感应电极、驱动电极上覆盖有介质层，所述介质层具有过孔； 所述感应电极的电极图形之间通过互连线电连接在一起，所述驱动电极通过穿过过孔的互连线电连接在一起，或者所述驱动电极的电极图形之间通过互连线电连接在一起，所述感应电极通过穿过过孔的互连线电连接在一起。
6.如权利要求5所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述驱动电极和感应电极包括重叠的铟锡金属氧化物层和金属层，所述金属层为网状结构。
7.如权利要求6所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述金属层上还覆盖有保护层。
8.如权利要求I所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述第二介质层为彩膜，介电常数为3. 5。
9.如权利要求I所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述平坦化层为有机膜，介电常数为3. 5。
10.如权利要求I所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述平坦化层与液晶层之间涂有配向层，所述配向层为聚酰亚胺层。
11.如权利要求I所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述第一基板和所述像素电极层之间还包括第三介质层。
12.如权利要求I所述的内嵌式触控显示装置，其特征在于，所述液晶层厚度为3.5 μ m0
专利摘要一种内嵌式触控显示装置，包括相对设置的第一基板和第二基板；位于所述第一基板和第二基板之间的IPS或FFS显示模式的显示结构和电容式触摸结构，所述IPS或FFS显示模式的显示结构位于所述第一基板上，包括像素电极层、第一介质层、公共电极层、液晶层，所述电容式触摸结构位于所述第二基板上，包括触摸电极和第二介质层；平坦化层，所述平坦化层位于所述第二介质层和液晶层之间；所述触摸电极和液晶层之间的距离为4μm~7μm。本实用新型通过设定触摸电极和液晶层与第二介质层的交界面之间的距离为液晶分子翻转引起的对寄生电容的影响最小的值，有效的解决了内嵌式触控显示装置中触控结构对触控的判断不准的问题。
文档编号G06F3/044GK202795318SQ20122039108
公开日2013年3月13日 申请日期2012年8月8日 优先权日2012年8月8日
发明者周星耀, 刘保玲, 任娇燕, 马骏 申请人:上海天马微电子有限公司