内嵌式触摸屏及其制作方法、显示装置与流程

本公开至少一实施例涉及一种内嵌式触摸屏及其制作方法、显示装置。

背景技术：

随着显示技术的飞速发展，触摸屏(Touch Screen Panel)已经逐渐遍及人们生活中。通常，触摸屏按照组成结构可以分为：外挂式触摸屏(Add on Mode Touch Panel)、覆盖表面式触摸屏(On Cell Touch Panel)、以及内嵌式触摸屏(In Cell Touch Panel)。外挂式触摸屏是将触摸屏与液晶显示屏(Liquid Crystal Display，LCD)分开生产，然后贴合到一起成为具有触摸功能的液晶显示屏，但外挂式触摸屏存在制作成本较高、光透过率低、模组较厚等缺点。而内嵌式触摸屏是将触摸屏的触控电极单元设置在液晶显示屏的内部，既可以减少模组的整体厚度，又可以大大降低触摸屏制作成本，受到各大面板厂家的青睐。

内嵌式触摸屏主要是利用互电容或自容的原理来实现手指触摸位置的检测。自电容原理是在触控层中设定与触摸块相对应的多个独立且绝缘的电极单元，当人体未触摸屏幕时，各自电容电极承受的电容为一固定值，当人体触摸屏幕时，相当于在电极块上并联了一相对于地的自电容，触控侦测芯片可以检测出各电极块的电容值的变化从而判断人体触摸的位置。

技术实现要素：

本公开的至少一实施例涉及一种内嵌式触摸屏及其制作方法、显示装置，用以解决像素开口率低的问题。

本公开的至少一实施例提供一种内嵌式触摸屏，包括衬底基板，以及设置在所述衬底基板上的信号线、触控电极以及与所述触控电极电连接的触控线，其中，所述触控线和所述信号线沿同一方向延伸，所述触控线和所述信号线在垂直于所述衬底基板的方向上至少部分重叠。

本公开的至少一实施例还提供一种内嵌式触摸屏的制作方法，包括：

在衬底基板上采用一次构图工艺形成数据线、源极和遮光层的图形；

在所述数据线、源极和遮光层的图形上形成第一绝缘层；

在所述第一绝缘层上形成有源层的图形，所述有源层通过第一绝缘层过孔与所述源极电连接；

在所述有源层的图形上形成第二绝缘层；

在所述第二绝缘层上采用一次构图工艺形成栅极和栅线的图形；

在所述栅极和栅线的图形上形成第三绝缘层；

在所述第三绝缘层上采用一次构图工艺形成触控线和漏极的图形，所述漏极通过第二绝缘层过孔与所述有源层电连接；

在所述触控线和漏极的图形上形成第四绝缘层；

在所述第四绝缘层上形成触控电极的图形，所述触控电极通过第三绝缘层过孔与所述触控线电连接；

所述触控线和所述数据线沿同一方向延伸，所述触控线和所述数据线在垂直于所述衬底基板的方向上至少部分重叠，或者，所述触控线和所述栅线沿同一方向延伸，所述触控线和所述栅线在垂直于所述衬底基板的方向上至少部分重叠。

本公开的至少一实施例还提供一种显示装置，包括上述任一内嵌式触摸屏。

附图说明

为了更清楚地说明本公开实施例的技术方案，下面将对实施例的附图作简单地介绍，显而易见地，下面描述中的附图仅仅涉及本公开的一些实施例，而非对本公开的限制。

图1为一种内嵌式触摸屏俯视示意图；

图2为图1中AB处剖面示意图；

图3为本公开一实施例提供的一种内嵌式触摸屏俯视示意图；

图4为图3中CD处剖面示意图；

图5为本公开一实施例提供的内嵌式触摸屏中触控电极、触控线以及触控侦测芯片的俯视示意图；

图6为本公开一实施例提供的内嵌式触摸屏触摸原理示意图；

图7为本公开一实施例提供的一种内嵌式触摸屏的分时驱动示意图；

图8为本公开一实施例提供的一种内嵌式触摸屏制作方法的流程图；

图9为本公开一实施例提供的一种内嵌式触摸屏制作方法示意图。

附图标记：

100-衬底基板；101-遮光层；102-第一绝缘层；103-有源层；104-第二绝缘层；105-栅极；106-第三绝缘层；107-触控线；108-数据线；109-源极；110-漏极；111-第四绝缘层；112-触控电极；113-第五绝缘层；114-像素电极；115-栅线；117-公共电极线；118-公共电极；171-薄膜晶体管；121、122、131、132-绝缘层过孔；010-第一绝缘层过孔；020-第二绝缘层过孔；030-第三绝缘层过孔；040-第四绝缘层过孔；001-阵列基板；002-对置基板；003-液晶；151-触控侦测芯片。

具体实施方式

为使本公开实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本公开实施例的附图，对本公开实施例的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例是本公开的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本公开的实施例，本领域普通技术人员在无需创造性劳动的前提下所获得的所有其他实施例，都属于本公开保护的范围。

除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。

在上述自电容内嵌触摸屏的结构设计中，各个厂家会有不同的自主方案。通常包括增加触控层以及双重数据线(Dual Source)的方案，其中增加触控层来实现触控电极块信号导出的方案中，金属层间工艺搭接是调整的重点，所以工艺上除增加一张用于形成触控层的掩膜版(Mask)外，一般还需要增加钝化膜层的沉积工艺。Dual Source的方案则是通过在像素区增加与Source同层的金属走线(触控线)作为触控信号的传导，例如，因额外引入的触控线，可使得相应位置的黑矩阵(Black Matrix)宽度需要增加，从而，虽然无需增加工艺流程，但像素开口率的损失相对较大，对于不断提高的高分辨率产品，产品应用受到极大的限制。

因此，在内嵌触摸屏结构设计中，如何减小触摸板的厚度，降低工艺难度，提升产品光效品质，是亟待解决的重要技术课题。

图1示出了一种内嵌式触摸屏，图2为图1中AB处的剖面示意图。从图1和图2中可以看出，衬底基板100上设置遮光层(Light Shileding，LS层)101，在遮光层101上设置第一绝缘层102，在第一绝缘层102上设置有源层103，有源层103上设置第二绝缘层104，第二绝缘层104上设置栅极105，在栅极105上设置第三绝缘层106，在第三绝缘层106上设置触控线107、数据线108、源极109和漏极110，源极109和漏极110分别通过绝缘层过孔121、122与有源层103电连接，在触控线107、数据线108、源极109和漏极110所在的层上设置第四绝缘层111，在第四绝缘层111上设置触控电极112，触控电极112通过绝缘层过孔131与触控线107电连接，在触控电极112所在的层之上设置第五绝缘层113，在第五绝缘层113上设置像素电极114，像素电极114通过绝缘层过孔132与漏极110电连接。

从图1中可以看出，衬底基板100包括多条栅线115和多条数据线108(栅线115和数据线108的条数不限于图中所示)，多条栅线115和多条数据线108交叉并相互绝缘界定多个子像素180，一个触控电极112可对应一个或多个子像素，图1中以一个触控电极112对应4个子像素为例进行说明，但并不限于此。

从图1和图2中可以看出，触控线107的存在使像素开口率的损失相对较大。

如图3和图4所示，本公开的至少一实施例提供一种内嵌式触摸屏，包括衬底基板100，以及设置在衬底基板100上的信号线、触控电极112以及与触控电极112电连接的触控线107，触控线107和信号线沿同一方向延伸，触控线107和信号线在垂直于衬底基板100的方向上至少部分重叠。

因触控线107和信号线在垂直于衬底基板100的方向上至少部分重叠，从而，可以减少设置触控线107位置处的黑矩阵的宽度，从而减小或消除像素开口率的损失。

需要说明的是，至少部分重叠例如是指触控线107和信号线在垂直于衬底基板100的方向上具有重叠的部分，而除了该重叠的部分外，并不排除还有不重叠的部分，本公开的实施例对此不作限定。例如，触控线107在衬底基板100上的正投影与信号线在衬底基板100上的正投影具有重叠的部分。

从图3中可以看出，衬底基板100包括多条栅线115和多条数据线108，多条栅线115和多条数据线108交叉并相互绝缘界定多个子像素180。例如，如图3所示，触控电极112可对应一个或多个子像素。图3中以一个触控电极112对应4个子像素为例进行说明，需要说明的是，本公开的实施例并不限于此。

需要说明的是，子像素180可以由多条栅线115和多条数据线108限定而得，但不限于此。一个子像素180例如包括一条栅线115、一条数据线108、一个像素电极和一个开关元件(开关元件例如包括薄膜晶体管171)。子像素180为阵列基板中最小的用以进行显示的单元。例如，栅线可用于向薄膜晶体管提供开启或关断信号，在液晶触摸屏中，数据线可用于向像素电极提供数据信号，可通过控制液晶的偏转程度实现灰度显示。

例如，信号线包括数据线108或栅线115。

例如，触控线107和信号线在垂直于衬底基板100的方向上完全重叠。从而，能够使触摸屏具有最大的开口率。需要说明的是，完全重叠例如是指触控线107和信号线中的一个在衬底基板100上的正投影落入(小于或等于)另一个在衬底基板100上的正投影范围内。例如，触控线107在衬底基板100上的正投影覆盖信号线在衬底基板100上的正投影，或者，信号线在衬底基板100上的正投影覆盖触控线107在衬底基板100上的正投影。例如，触控线107和信号线位置对应，宽度相同，或者，触控线107和信号线位置对应，其中一个的宽度小于另外一个的宽度。

例如，信号线与触控电极112以及信号线与触控线107电绝缘。

例如，如图3和图4所示，内嵌式触摸屏还包括薄膜晶体管171，薄膜晶体管171包括有源层103、源极109和漏极110，源极109与数据线108电连接，源极109和漏极110分别与有源层103电连接，源极109比有源层103更靠近衬底基板100(源极109设置于有源层103和衬底基板100之间)，有源层103比漏极110更靠近衬底基板100(有源层103设置于漏极110和衬底基板100之间)。通过调整数据线108和源极109的位置，提供一种实现方式来使得触控线107和信号线可在垂直于衬底基板100的方向上至少部分重叠。

例如，如图4所示，源极109与数据线108同层形成，触控线107与漏极110同层形成。从而，可以节省工艺。

例如，如图4所示，薄膜晶体管171还包括栅极105，栅线115与栅极105电连接，栅线115与栅极105同层形成，有源层103比栅极105更靠近衬底基板100(有源层103设置于栅极105和衬底基板100之间)。从而，可以节省工艺。图4所示的薄膜晶体管171为顶栅结构的薄膜晶体管171。

例如，如图4所示，内嵌式触摸屏还包括遮光层101，遮光层101比有源层103更靠近衬底基板100(遮光层101设置于有源层103和衬底基板100之间)，数据线108、源极109以及遮光层101同层形成。从而，可以节省工艺。遮光层101起到遮挡光线的作用，可以保护薄膜晶体管171的有源层103。

例如，如图4所示，内嵌式触摸屏还包括像素电极114，像素电极114与漏极110通过绝缘层过孔050电连接。

例如，如图4所示，触控电极112可复用为公共电极118，触控线107复用为公共电极线117。

如图5所示，信号线可为数据线108。即，触控线107和数据线108沿同一方向延伸，触控线107和数据线108在垂直于衬底基板100的方向上至少部分重叠。图5中示出了多个相互独立(自电容电极之间不电连接)的自电容电极。每一自电容电极可通过一条触控线107连接至触控侦测芯片151。例如，可将触控电极112设计成5mm×5mm左右的方形电极(自电容电极，大小不限于给出的数值)，然后将该触控电极112用一根导线(触控线107)连接至触控侦测芯片151，通过触控侦测芯片给触控电极112施加驱动信号Tx，并且该触控电极112可以自己接收反馈信号。由于工作过程中，例如用于操作的手指为直接耦合的方式，故手指引起的触控变化量会比较大。

需要说明的是，图5中示出的各触控电极112的触控线107可均与其对应位置处的数据线108至少部分重叠，也可以存在不与数据线108至少部分重叠的触控线107，本公开的实施例对此不作限定。

图5以触控线107与数据线108沿同一方向延伸，触控线107和数据线108在垂直于衬底基板100的方向上至少部分重叠为例进行说明。需要说明的是，在另一些实施例中，还可以触控线107与栅线115沿同一方向延伸，触控线107和栅线115在垂直于衬底基板100的方向上至少部分重叠(图中未示出)。例如，栅线115和触控线107沿第一方向延伸，而数据线108沿第二方向延伸，第一方向垂直于第二方向。第一方向例如可为沿纸面的水平方向，第二方向例如可以为沿纸面的竖直方向。

如图6所示，内嵌式触摸屏包括阵列基板001和与阵列基板001对置的对置基板002，阵列基板001和对置基板002可为显示面板的上下两个基板。阵列基板001和对置基板002之间设置有液晶003，触控电极112设置在阵列基板001上。液晶显示面板可采用超维场转换技术(Advanced-super Dimensional Switching，ADS)模式、垂直取向(Vertical Alignment，VA)模式或者扭曲向列相(Twisted Nematic，TN)模式，但不限于此。例如，触控电极112复用为公共电极118的情况下，内嵌式触摸屏为ADS模式，像素电极可为狭缝状电极，公共电极可为板状电极，但不限于此。在触控电极112不复用为公共电极118的情况下，公共电极可设置在对置基板002上，内嵌式触摸屏可为VA模式或者TN模式。在触摸屏未进行触摸时，各触控电极112相对于地信号有处于静态平衡状态的电容；当手指触摸到屏幕表面时，会在触控电极112表面并联对地的Cf电容，从而导致原平衡状态自电容的改变，根据侦测出触控电极112自电容的变化就可以确定触摸点位置，从而实现多点触控。

如图7所示，触控电极112(以自电容电极为例进行说明)复用为公共电极118的情况下，各触控电极112是通过触控线107导通至公共电极118实现复用的，可采用分时驱动方式的实现触控和显示。例如，可以将触摸屏显示一帧的时间分为显示时间段(Display Time)和触控时间段(Touch Time)。在显示时间段，触控侦测芯片对触摸屏中与各自电容电极连接的触控线107加载公共电极信号，可利用栅线加载扫描信号，利用LS层的数据线108加载灰阶信号，实现显示功能。在触控时间段，触控侦测芯片向与各自电容电极连接的触控线107施加驱动信号，同时接收各自电容电极的反馈信号，通过对反馈信号的分析判断是否发生触控，以实现触控功能。触控侦测芯片亦可与驱动IC集成。在一帧的显示时间内，显示时间和触控时间交错进行，具体时间分配可依据触控扫描频率以及IC芯片的处理能力结合而定，在此不做具体限定。

如图8所示，本公开至少一实施例还提供一种内嵌式触摸屏的制作方法，包括：

在衬底基板100上采用一次构图工艺形成数据线108、源极109和遮光层101的图形；

在数据线108、源极109和遮光层101的图形上形成第一绝缘层102；

在第一绝缘层102上形成有源层103的图形，有源层103通过第一绝缘层过孔010与源极109电连接；

在有源层103的图形上形成第二绝缘层104；

在第二绝缘层104上采用一次构图工艺形成栅极105和栅线115的图形；

在栅极105和栅线115的图形上形成第三绝缘层106；

在第三绝缘层106上采用一次构图工艺形成触控线107和漏极110的图形，漏极110通过第二绝缘层过孔020与有源层103电连接；例如，第二绝缘层过孔020贯穿第三绝缘层106和第二绝缘层104；

在触控线107和漏极110的图形上形成第四绝缘层111；

在第四绝缘层111上形成触控电极112的图形，触控电极112通过第三绝缘层过孔030与触控线107电连接；

触控线107和数据线108沿同一方向延伸，触控线107和数据线108在垂直于衬底基板100的方向上至少部分重叠，或者，触控线107和栅线115沿同一方向延伸，触控线107和栅线115在垂直于衬底基板100的方向上至少部分重叠。

本公开至少一实施例提供的内嵌式触摸屏的制作方法，工艺简便。

例如，该内嵌式触摸屏制作方法中，触控线107和数据线108在垂直于衬底基板100的方向上完全重叠；或者，触控线107和栅线115在垂直于衬底基板100的方向上完全重叠。

例如，该内嵌式触摸屏制作方法还包括在触控电极112的图形上形成第五绝缘层113，以及在第五绝缘层113上形成像素电极114的图形，像素电极114通过第四绝缘层过孔040与漏极110电连接。例如，第四绝缘层过孔040贯穿第五绝缘层113和第四绝缘层111。

例如，该内嵌式触摸屏制作方法中，触控电极112复用为公共电极118，触控线107复用为公共电极线117。

本公开的实施例中，贯穿多个绝缘层的绝缘层过孔可通过一次构图工艺刻蚀不同的绝缘层来形成，也可在先前形成的绝缘层图形的基础上通过刻蚀最后形成的绝缘层(一次刻蚀)来形成，本公开的实施例对此不作限定。

本公开一个实施例提供的一种内嵌式触摸屏的制作方法，包括：

在衬底基板100上采用一次构图工艺形成数据线108、源极109和遮光层101的图形；

在数据线108、源极109和遮光层101的图形上形成第一绝缘层102，并对第一绝缘层102进行构图形成第一绝缘图形；

在第一绝缘图形上形成有源层103的图形；

在有源层103的图形上形成第二绝缘层104；

在第二绝缘层104上采用一次构图工艺形成栅极105和栅线115的图形；

在栅极105和栅线115的图形上形成第三绝缘层106，并对第三绝缘层106和第二绝缘层104进行构图形成第二绝缘图形和第三绝缘图形；

在第三绝缘图形上采用一次构图工艺形成触控线107和漏极110的图形；

在触控线107和漏极110的图形上形成第四绝缘层111，并对第四绝缘层111进行构图形成第四绝缘图形；

在第四绝缘图形上形成触控电极112的图形；

在触控电极112的图形上形成第五绝缘层113，并对第五绝缘层113进行构图形成第五绝缘图形；

在第五绝缘图形上形成像素电极114的图形。

该实施例形成的内嵌式触摸屏中，有源层103通过第一绝缘层过孔010与源极109电连接，漏极110通过第二绝缘层过孔020与有源层103电连接，触控电极112通过第三绝缘层过孔030与触控线107电连接；像素电极114通过第四绝缘层过孔040与漏极110电连接。触控线107和数据线108沿同一方向延伸，触控线107和数据线108在垂直于衬底基板100的方向上至少部分重叠，或者，触控线107和栅线115沿同一方向延伸，触控线107和栅线115在垂直于衬底基板100的方向上至少部分重叠。

在一示例中，贯穿第二绝缘层和第三绝缘层的第二绝缘层过孔020可采用同一掩膜版采用一次构图工艺形成，如图9所示，共使用十张掩膜版，在低温多晶硅(Low Temperature Poly-silicon，LTPS)顶栅结构中，LS金属层作为薄膜晶体管(Thin Film Transistor，TFT)的遮光层101，同时用作数据(Data)信号的传输，该过程中需要增加一张用以形成第一绝缘图形的掩膜版来实现。漏极层作为像素TFT的传导层，同时进行触控信号的传输，由此实现触控信号与各独立触控电极112的有效导通。通过第二绝缘层过孔020和第四绝缘层过孔040实现有源层-漏极-像素电极的导通，同时与漏极同层形成触控线，实现触控功能的布线。触控电极通过第三绝缘层过孔030与公共电极实现导通，公共电极同时作为自电容触控电极，实现自电容触控功能的触控。该内嵌式触摸屏方案工艺上实现简便，同时不会有像素开口率的损失，是自容式触控模型较为理想的结构优化方案。

本公开至少一实施例还提供一种显示装置，包括上述任一内嵌式触摸屏。

本公开一实施例提供一种自电容内嵌式触摸屏及显示装置。在LTPS顶栅结构中，将LS(Light Shielding)遮光层101同时作为Data信号的传导层，漏极层作为触控信号的传导层，利用自电容的原理复用公共电极层作为自电容电极，将公共电极层图形分割成多个相互独立的电容电极，通过与漏极同层的触控线的触控信号与公共电极118导通实现自容触摸屏功能。该内嵌式触摸屏方案对于像素开口率不会有影响，能够确保触摸屏具有最大开口率；同时漏极层与公共电极118直接导通实现触控信号传输的方式，不会有增加触控金属层(Touch Metal)引入的工艺问题。

除了自电容电极外，本公开的实施例也可应用于互电容的电极。例如，在一个实施例中，与LS层同层形成第一触控电极112，与漏极110同层形成第二触控电极112，例如，第一触控电极112包括多个相互平行的第一触控条，第二触控电极112包括多个相互平行的第二触控条，并且，第一触控条与第二触控条交叉。同时，第一触控条与第二触控条之间互相绝缘。从而，第一触控电极112和第二触控电极112可以一个作为触控驱动电极，另一个作为触控感应电极。

互电容式触摸屏包括在基板上用导电材料制作的横向电极和纵向电极，两组电极交叉的地方将会形成电容。当手指触摸到电容屏时，影响了触摸点附近两个电极之间的耦合，从而改变了这两个电极之间的电容量。触控侦测芯片通过检测这种电容值的变化从而判断出触控位置。

本公开的实施例中，遮光层101、栅极105、源极109、漏极110、触控线107可采用金属材质，例如包括：铝、铜、钼、钛、银、金、钽、钨、铬单质或铝合金等金属，进一步例如为降低线路阻抗，可采用Ti/Al/Ti金属材料，但不限于此。触控电极112可采用透明导电材料(例如ITO)，但不限于此。像素电极可采用透明导电材料(例如ITO)，但不限于此。有源层103可采用多晶硅、非晶硅等，但不限于此。第四绝缘层111可采用有机绝缘层，有机绝缘层的材料包括亚克力树脂或聚酰亚胺树脂。第一绝缘层102、第二绝缘层104、第三绝缘层106和第五绝缘层113的材质包括选自氮化硅(SiNx)，氧化硅(SiOx)，氮氧化硅(SiNxOy)中的一种或多种。需要说明的是，上述只是列举，并非限定，亦可采用其他材料，本公开的实施例对此不作限定。

在本公开的实施例中，“同层”指的是采用同一成膜工艺形成用于形成特定图形的膜层，然后利用同一掩模板通过一次构图工艺形成的层结构。根据特定图形的不同，一次构图工艺可能包括多次曝光、显影或刻蚀工艺，而形成的层结构中的特定图形可以是连续的也可以是不连续的，这些特定图形还可能处于不同的高度或者具有不同的厚度。

还有以下几点需要说明：

(1)除非另作定义，本公开实施例及其附图中，同一附图标记代表同一含义。

(2)本公开实施例附图中，只涉及到与本公开实施例涉及到的结构，其他结构可参考通常设计。并且，各部件不限于图中示出的形状。

(3)为了清晰起见，在用于描述本公开的实施例的附图中，层或区域的厚度被放大。可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。

(4)在不冲突的情况下，本公开的不同实施例以及同一实施例中的特征可以相互组合。

以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。