专利名称：一种液晶显示面板及其触控侦测方法
技术领域：
本发明涉及一种液晶面板，尤其涉及一种具有按压检测和图像显示功能的液晶面板。
背景技术：
当前，随着半导体技术和制造工艺的发展，具有高质量、低功耗、无辐射和体积小 等优越性能的薄膜晶体管液晶显示器(TFT-LCD)已经逐渐成为市场的主流。
典型地，液晶面板包括一阵列基板(array substrate)、 一彩色滤光片基板 (color filter substrate)和分布在阵列基板与彩色滤光片基板之间的液晶分子层。更加 具体地，在阵列基板上具有由数据线与相应扫描线的交叉位置所定义的多个像素，以及由 多个电子组件构成用来驱动这些像素的像素驱动电路。 一般地，彩色滤光片基板是一透明 的玻璃基板，在其上溅镀有诸如ITO或IZO材料形成的透明导电膜层。此透明导电膜层与 公共电极电源电性连接(作为公共电极)，与加在阵列基板上的相应像素电极一起产生预 定电压，以便控制液晶的扭转。 对于触控式液晶面板来说，现有技术通常在彩色滤光片基板上设计一光阻间隔物 (photo spacer)，此光阻间隔物朝着阵列基板方向突起。并且，在整个滤光片基板和光阻间 隔物的表面上均溅镀一透明导电膜层，例如IT0层。当使用者按压触摸屏时，光阻间隔物与 阵列基板上的sensor电性连接，通过感应器上的电位讯号就可以侦测到液晶面板的显示 单元被按压。当使用者未按压触摸屏时，光阻间隔物与阵列基板上的感应器电性隔离。
然而，在上述液晶面板中，滤光片基板和光阻间隔物的表面上均溅镀有连续的透 明导电膜层，这样才能确保显示单元被按压时感应器获得的电压电位与滤光片基板上的电 压电位相等，也就是说，光阻间隔物的侧壁上必须镀有IT0导电层，这势必会带来制造工艺 的稳定性和复杂性问题。此外，滤光片基板与公共电极电性连接时，系统只能使用直流电 源，从而增加了系统功耗。这是因为，一旦加载交流电源，当按压液晶面板时，通过光阻间隔 物将感应器电性连接至滤光片基板的ITO层，感应器上得到的电压将会很不稳定。
发明内容
针对现有技术中液晶面板在使用时所存在的上述缺陷，本发明提供了一种新型液 晶面板，并且还提供了一种针对此液晶面板的触控侦测方法。 依据本发明的一实施例，提供了一种液晶面板，包括多条扫描线、多条数据线、多 条感应线、多个显示单元和多个按压单元。多条数据线与这些扫描线垂直交错设置。多条感 应线与这些数据线平行设置。其中，每个显示单元电性连接一扫描线和与扫描线相对应的 数据线。此外，每个按压单元包括一第一按压下电极、一薄膜晶体管、一第二按压下电极和 一按压开关。每个薄膜晶体管包括一栅极、一源极和一漏极，栅极与一扫描线电性连接，源 极与一感应线电性连接，以及漏极与第一按压下电极电性连接。第二按压下电极与第一按 压下电极设置于同一平面上且电性隔离。按压开关设置于第一按压下电极与第二按压下电极的上方，当按压此开关时，按压开关电性连接第一按压下电极与第二按压下电极。其中， 第二按压下电极可以电性连接一存储电容下电极或与此按压单元相邻的下一扫描线。
较佳地，按压开关为表面具有导电材质层的光阻间隔物。并且，导电材质层位于光 阻间隔物的顶面。诸如，IT0或IZ0的透明材料。此外，导电材质层与显示单元的像素上电 极电性隔离。 较佳地，当第二按压下电极电性连接至与按压单元相邻的下一扫描线时，按压开 关后，第一按压下电极为低电位电压。 较佳地，当第二按压下电极电性连接至存储电容下电极时，按压开关后，第一按压 下电极电性连接一显示单元的存储电容下电极。 依据本发明的又一实施例，提供了一种液晶面板，包括多条扫描线、多条数据线 和多个显示单元。多条数据线与这些扫描线垂直交错设置。多个显示单元包括一按压下电 极、一显示下电极、一侦测电路、一薄膜晶体管、一开关和一按压导电层。按压下电极电性连 接一参考电位源。显示下电极与按压下电极设置于同一平面上且电性隔离。侦测电路用于 侦测显示下电极上的电位。薄膜晶体管包括一栅极、一源极和一漏极，栅极与一扫描线电性 连接，漏极与显示下电极电性连接。开关用于切换源极电性连接侦测电路或一数据线，当将 显示讯号写入显示下电极时，开关电性连接薄膜晶体管的源极与此数据线。按压导电层，设 置于按压下电极与显示下电极上方，当按压导电层被按压时，按压导电层电性连接按压下 电极与显示下电极。 较佳地，按压导电层是由导电材质制成的。并且，按压导电层位于光阻间隔物的顶 面，例如，IT0或IZ0的透明材料。 较佳地，按压导电层与显示单元的像素上电极电性隔离。当按压导电层被按压时， 显示下电极为参考电位。 较佳地，侦测电路包括一电压比较器。其中，电压比较器的第一输入端通过开关电 性连接至显示下电极，第二输入端电性连接至一参考电压。此外，侦测电路更包括一 电阻设 置于第一输入端与开关之间。 较佳地，设置一电阻于侦测电路与开关之间。 依据本发明的又一实施例，提供了一种液晶面板的触控侦测方法，包括 开启扫描线，打开薄膜晶体管的栅极，使薄膜晶体管的源极和漏极处于电性通路
状态。接着，切换开关，将像素电极通过开关电性连接到电阻器。将流经像素电极的电流信
号传送至电阻器。然后，将电流信号转换为电压信号，并输入到侦测电路。比较输入的电压
与阈值电压，判断液晶面板的像素是否被按压。其中，当显示下电极的电讯号是源于参考电
位源时，侦测电路送出一触控讯号表示按压导电层已按压显示单元。 依据本发明的再一实施例，提供了一种液晶面板的触控侦测方法，包括开启扫描 线，打开薄膜晶体管的栅极，使薄膜晶体管的源极和漏极处于电性通路状态。接着，切换开 关，将像素电极通过开关电性连接到侦测电路，比较输入电压与阈值电压之间的大小。其 中，当显示下电极的电位讯号是源于参考电位源时，侦测电路送出一触控讯号表示按压导 电层已按压显示单元。 采用本发明的液晶面板，IT0导电层只需形成于光阻间隔物的顶面，这对IT0材料 在其侧壁的爬坡能力不作任何要求，简化了制造工艺。此外，基于此触控侦测方法可以大大减少侦测线和TFT的个数，提高液晶面板的像素开口率。
读者在参照附图阅读了本发明的具体实施方式
以后，将会更清楚地了解本发明的各个方面。其中， 图1绘示依据本发明的一个方面的液晶面板的结构示意图； 图2A绘示图1中的液晶面板未被按压时的状态示意图，和图2B绘示图1中的液晶面板被按压时的状态示意图； 图3绘示依据本发明的另一方面的液晶面板的结构示意图； 图4绘示在图3所示的液晶面板中用于实现按压检测和图像显示的电路原理示意图； 图5绘示使用图4中的侦测电路进行按压检测的第一实施例的流程示意图；以及
图6绘示使用图4中的侦测电路进行按压检测的第二实施例的流程示意图。
主要组件符号说明10 :液晶面板110 :显示TFT100:侦测线112 :显示电极102:扫描线114 :显示电极104:数据线116 :显示电极106:扫描线118 :按压导电层108:读出TFT120 :光阻间隔物200:透明导电膜层312 :按压导电层30 :液晶面板314 :光阻间隔物300:数据线/侦测线400 :扫描线302:扫描线402 :薄膜晶体管304:扫描线404 :开关306:读出/显示TFT406 :数据线308:显示电极408 :侦测电路310:显示电极500--510 :步骤600--608 :步骤
具体实施例方式
下面参照附图，对本发明的具体实施方式
作进一步的详细描述。 从液晶面板的屏幕功能来分，所有的TFT-LCD面板大致可划为接触式面板和非接
触式面板两类。对于接触式面板来说，使用者直接触摸屏幕的相应位置，以便系统接收响应
信息并执行各种不同的操作，既方便快捷，又增强体验感。在此交互过程中，液晶面板除了
通过控制扫描线和数据线，在多个显示单元中显示图像外，还应当对液晶面板是否被按压
进行检测和判断。 图1绘示依据本发明的一个方面的液晶面板的结构示意图。
6
液晶面板IO包括侦测线100、扫描线102、数据线104、扫描线106、读出TFT108、显示TFT110、显示电极H2、114和116、按压导电层118和光阻间隔物120。
类似地，薄膜晶体管110的栅极与扫描线102电性连接，薄膜晶体管110的源极与数据线104电性连接，并且薄膜晶体管110的漏极与显示电极116电性连接。此外，显示电极116还电性连接到与扫描线102相邻的下一条扫描线，S卩，扫描线106。需要指出的是，薄膜晶体管IIO用于显示图像，故在此省略描述。 薄膜晶体管108的栅极与扫描线102电性连接，薄膜晶体管108的源极与侦测线100电性连接，并且薄膜晶体管108的漏极与显示电极112电性连接。由前述可知，读出TFT108和显示TFT110都设置于阵列基板，液晶分子层位于阵列基板以及与阵列基板相对的玻璃基板之间。光阻间隔物120位于玻璃基板上，其底面与玻璃基板相接触，并且其顶面朝阵列基板方向突起。按压导电层118位于光阻间隔物120的顶面上。当显示单元被按压时，显示电极112和114通过按压导电层118电性连接。在本实施例中，按压导电层118用作为显示电极112和114间的导电通路之用，故不必如习知般因需与公共电极电性连接而必须在光阻间隔物的侧壁上形成透明导电膜层。在本实施例中，由于显示电极114与扫描线106相连接，因此，当位于显示电极112上的传感器检测到低电压电位时，表明显示单元已被按压。本领域的普通技术人员应当理解，薄膜晶体管108和110的源极和漏极通常是可互换的，例如，还可以将薄膜晶体管108的漏极与侦测线100电性连接，并且将薄膜晶体管108的源极与显示电极112电性连接。本领域的普通技术人员还应当理解，显示电极114并不只局限于电性连接至与扫描线102相邻的扫描线106，它还可以电性连接至诸如显示单元的存储电容下电极的参考电位源。也就是说，当显示电极112的传感器上得到与显示电极114相同的电位时，就能够判断显示单元已被按压。 图2A绘示图1中的液晶面板未被按压时的状态示意图，图2B绘示图1中的液晶面板被按压时的状态示意图。在图2A中，仅仅在玻璃基板的部分表面上溅镀一图案化的透明导电膜层200，并且透明导电膜层200与公共电极电性连接，以接收公共电压VCOM，光阻间隔物120形成在玻璃基板上，在其顶面上具有按压导电层118。需要强调的是，此时ITO导电层只需要形成于光阻间隔物120的顶面上，无需形成在其侧壁上，这对形成在光阻间隔物120的侧壁上的ITO材料的爬坡能力不作任何要求，从而极大地简化了制造工艺。当显示单元未被按压时，显示电极112与显示电极114处于电性隔离状态，位于显示电极112上的传感器侦测到的电压不会发生任何变化。 当显示单元被按压时，如图2B所示，光阻间隔物120向阵列基板方向运动，直至按压导电层118将显示电极112与显示电极114电性连接在一起。由于图2B中的显示电极114电性连接至扫描线106，当开启扫描线102以打开读出TFT108和显示TFTllO时，扫描线106处于低电压电位。因此，与显示电极114电性连接的显示电极112也处于低电压电位，这样一来，通过实时监测显示电极112上的传感器电压就可以确知显示单元是否已被按压。本领域的普通技术人员应当理解，当显示单元被按压时，光阻间隔物120顶面上的按压导电层118电性连接显示电极112和114。因此，只要提供一参考电压电源电性连接显示电极114，就可以通过显示电极112上的传感器来侦测显示单元是否被按压。出于此种考虑，显示电极114并不只局限于电性连接至下一条扫描线106，它还可以电性连接至其它的参考电压源，例如，公共电极。
当采用图1中的液晶面板10时，光阻间隔物120相当于一开关，通过其顶面上的按压导电层118电性连接或者电性隔离显示电极112和114。从这个意义上说，用来电性连接或者电性隔离显示电极112和114的并不只局限于光阻间隔物120。因显示电极114与扫描线106连接时，通过显示电极112上的传感器电压(如低电压电位)就可以确知显示单元已被按压。相比于现有技术，不仅需要在玻璃基板的整个表面上溅镀一 ITO透明导电层，还要求在光阻间隔物的侧壁和顶面上也溅镀ITO导电层，制造工艺无疑要复杂得多。
由于显示电极114电性连接扫描线106，显示电极112上的传感器侦测到的电压不再与公共电压VCOM密切相关，因此系统的公共电极电源也不必只局限于直流驱动方式，例如，它可以采用交流驱动方式，以降低功率消耗。此外，与读出TFT108连接的显示电极划分为显示电极112和114，也显著提高了面板中的像素开口率。 以上描述了依据本发明的液晶面板的一个实施例。在液晶面板10中，显示TFT110、数据线104、显示电极116、扫描线102和106用于控制显示单元来显示不同灰阶的图像，而读出TFT108、侦测线100、显示电极112和114、按压导电层118、光阻间隔物120以及扫描线102和106用于侦测显示单元是否被按压。从这里可以看出，显示TFT和读出TFT分别用于完成像素显示和按压侦测功能，它们在结构上基本是独立驱动和控制的。因而，在液晶面板10中需要额外增加多条侦测线和多个读出TFT，以侦测像素是否被按压和显示不同灰阶的图像。 根据本发明的液晶面板的又一个实施例，图3绘示液晶面板30的结构示意图。其中，液晶面板30包括数据线/侦测线300、扫描线302、与扫描线302相邻的下一扫描线304、读出/显示TFT306、显示电极308和310、按压导电层312和光阻间隔物314。不同于液晶面板IO，在液晶面板30中数据线和侦测线采取复用设计，读出TFT和显示TFT也设计为复用结构。当液晶面板的开关(图中未示出)处于开启或关闭状态时，薄膜晶体管的源极(或漏极)电性连接到侦测电路或数据线。 按压导电层312设置在显示电极308和310的上方，显示电极308与显示电极310一般处于电性隔离状态。当光阻间隔物314被按压时，按压导电层312的一部分与显示电极308相接触，按压导电层312的另一部分与显示电极310相接触，因此显示电极308和310通过按压导电层312从电性隔离状态转化成电性连接状态。优选地，显示电极310与扫描线304电性连接，则像素被按压时，显示电极308上的电压处于低电位状态，通过侦测显示电极308上的电压状态，就可以得知像素已被按压。其中，按压导电层312是由导电材质制成的，例如，IZO或ITO透明材料，并且位于光阻间隔物314的顶面。 图4绘示在图3所示的液晶面板30中用于实现按压检测和图像显示的电路原理示意图。该电路结构包括扫描线400、薄膜晶体管402、开关404、数据线406和侦测电路408。薄膜晶体管402的栅极电性连接扫描线400，薄膜晶体管402的源极(或漏极)电性连接开关404的一端，薄膜晶体管402的漏极(或源极)电性连接至像素电极(图中以补偿电容Cst和液晶电容Clc表示)。 当切换开关404时，薄膜晶体管402的源极(或漏极)电性连接数据线406，打开薄膜晶体管402的栅极，利用数据线406将相应数据送入像素电极以显示图像。当切换开关404时，薄膜晶体管402的源极(或漏极)电性连接侦测电路408，将来自像素电极的电信号传送至侦测电路，以确定像素是否被按压。
在本发明的一实施例中，侦测流经像素电极的电流信号，通过电流/电压转换电 路来生成电压，以进行比较。在本发明的又一实施例中，侦测像素电极上的电压信号，并与 参考电压进行比较，以判断像素是否被按压。 在下文中，依据图4中的电路结构来具体描述像素的触控侦测方法。其中，图5绘 示基于电流信号进行按压检测的第一实施例的方法流程框图，图6绘示基于电压信号进行 按压检测的第二实施例的方法流程框图。 步骤500中，开启扫描线400，打开薄膜晶体管402的栅极，使薄膜晶体管402的源 极和漏极处于电性通路状态。接着，执行步骤502，切换开关404，将像素电极通过开关电性 连接到电阻器。开关404的一端与薄膜晶体管的源极连接，另一端与电阻器连接，并且电阻 器位于侦测电路408之前。在步骤504中，将流经像素电极的电流信号传送至电阻器。然 后，执行步骤506，将电流信号转换为电压信号，并输入到侦测电路408。在步骤508中，比 较输入的电压与阈值电压，判断液晶面板的像素是否被按压。优选地，侦测电压408可以包 括一电压比较器，用于比较输入电压和阈值电压。最后，在步骤510中，如果像素确已被按 压，则侦测电路408发出一触控信号，并进行后续操作。 类似地，基于电压信号的侦测方法也可以描述如下。步骤600中，开启扫描线400， 打开薄膜晶体管402的栅极，使薄膜晶体管402的源极和漏极处于电性通路状态。接着，执 行步骤602，切换开关404，将像素电极通过开关电性连接到侦测电路408。这时，开关404 的一端与薄膜晶体管402的源极连接，另一端与侦测电路408连接。在步骤604中，将像素 电极上的电压信号传送至侦测电路。执行步骤606，比较输入电压与阈值电压之间的大小。 优选地，侦测电压408可以包括一 电压比较器，用于电压比较。最后，在步骤608中，如果像 素确已被按压，则侦测电路408发出一触控信号，并进行后续操作。 采用本发明的液晶面板30，通过单个的TFT来完成按压检测和图像显示功能，大 大地降低了液晶面板中读出TFT的个数，同时也显著地提高了像素的开口率。此外，液晶面 板的公共电极电源不仅可以采用直流驱动方式，还可以采用交流驱动方式，以降低系统功耗。 上文中，参照附图描述了本发明的具体实施方式
。但是，本领域中的普通技术人员 能够理解，在不偏离本发明的精神和范围的情况下，还可以对本发明的具体实施方式
作各 种变更和替换。这些变更和替换都落在本发明权利要求书所限定的范围内。
权利要求
一种液晶面板，其特征在于，所述液晶面板包括多条扫描线；多条数据线，与所述扫描线垂直交错设置；多条感应线，与所述数据线平行设置；多个显示单元，每一显示单元电性连接一扫描线及一数据线；以及多个按压单元，每一按压单元包括一第一按压下电极；一薄膜晶体管，包括一栅极，与一扫描线电性连接；一第一源/漏极，与一感应线电性连接；以及一第二源/漏极，与该第一按压下电极电性连接；一第二按压下电极，与该第一按压下电极设置于同一平面上且电性隔离，电性连接一存储电容下电极或与该按压单元相邻之下一扫描线；以及一按压开关，设置于该第一按压下电极与该第二按压下电极上方，其中，当按压该按压开关时，该按压开关电性连接该第一按压下电极与该第二按压下电极。
2. 如权利要求1所述的液晶面板，其特征在于，该按压开关为表面具有导电材质层之 光阻间隔物。
3. 如权利要求2所述的液晶面板，其特征在于，该导电材质层位于该光阻间隔物的顶面。
4. 如权利要求3所述的液晶面板，其特征在于，该导电材质层为IT0或IZ0的透明材料。
5. 如权利要求2所述的液晶面板，其特征在于，该导电材质层与所述显示单元之像素 上电极电性隔离。
6. 如权利要求1所述的液晶面板，其特征在于，当按压该按压开关时，该第一按压下电 极为低电位电压。
7. —种液晶面板，其特征在于，所述液晶面板包括 多条扫描线；多条数据线，与所述扫描线垂直交错设置； 多个显示单元，包括一按压下电极，电性连接一参考电位源；一显示下电极，与该按压下电极设置于同一平面上且电性隔离；一侦测电路，侦测该显示下电极之电位；一薄膜晶体管，包括一栅极，与一扫描线电性连接；一第一源/漏极；以及一第二源/漏极，与该显示下电极电性连接；一开关，切换该第一源/漏极电性连接该侦测电路或一数据线，当将显示讯号写入该 显示下电极时，该开关电性连接该第一源/漏极与该数据线；以及一按压导电层，设置于该按压下电极与该显示下电极上方，其中，当按压该按压导电层时，该按压导电层电性连接该按压下电极与该显示下电极。
8. 如权利要求7所述的液晶面板，其特征在于，该按压导电层是由导电材质制成的。
9. 如权利要求8所述的液晶面板，其特征在于，该导电材质为IT0或IZ0的透明材料。
10. 如权利要求7所述的液晶面板，其特征在于，该按压导电层位于光阻间隔物的顶面。
11. 如权利要求7所述的液晶面板，其特征在于，该按压导电层与所述显示单元之像素 上电极电性隔离。
12. 如权利要求7所述的液晶面板，其特征在于，按压该按压导电层时，该显示下电极 为该参考电位。
13. 如权利要求7所述的液晶面板，其特征在于，该侦测电路包括一电压比较器。
14. 如权利要求13所述的液晶面板，其特征在于，该电压比较器之第一输入端通过该 开关电性连接至该显示下电极，第二输入端电性连接至一参考电压。
15. 如权利要求14所述的液晶面板，其特征在于，该侦测电路更包括一电阻设置于该第一输入端与该开关之间。
16. 如权利要求7所述的液晶面板，其特征在于，设置一电阻于该侦测电路与该开关之间。
17. —种如权利要求16所述的液晶面板的触控侦测方法，其特征在于，所述触控侦测 方法包括开启连接该栅极之该扫描线并切换该开关电性连接该显示下电极及该侦测电路；以及 传送该显示下电极之电讯号至该侦测电路，其中，当该显示下电极之电讯号是源于该参考电位源时，该侦测电路送出一触控讯号 表示该按压导电层已按压所述显示单元。
18. 如权利要求17所述的触控侦测方法，其特征在于，该电讯号为电流形式。
19. 一种如权利要求7所述的液晶面板的触控侦测方法，其特征在于，所述触控侦测方 法包括开启连接该栅极之该扫描线并切换该开关电性连接该显示下电极及该侦测电路；以及 传送该显示下电极之电位讯号至该侦测电路，其中，当该显示下电极之电位讯号是源于该参考电位源时，该侦测电路送出一触控讯 号表示该按压导电层已按压所述显示单元。
全文摘要
本发明提供了一种液晶面板，包括多条扫描线、多条数据线、多条感应线、多个显示单元和多个按压单元。每个按压单元包括一第一按压下电极、一薄膜晶体管、一第二按压下电极和一按压开关。当按压开关时，第一按压下电极电性连接第二按压下电极。本发明还提供了一种触控侦测方法，包括开启扫描线；将像素电极电性连接到侦测电路；比较输入电压与阈值电压，侦测电路送出一触控讯号表示显示单元已被按压。采用本发明的液晶面板，ITO导电层只需形成于光阻间隔物的顶面，这对ITO材料在其侧壁的爬坡能力不作任何要求，简化了制造工艺。此外，基于此触控侦测方法可以大大减少侦测线和TFT的个数，提高液晶面板的像素开口率。
文档编号G02F1/133GK101738770SQ20091026113
公开日2010年6月16日 申请日期2009年12月28日 优先权日2009年12月28日
发明者王孝林 申请人:友达光电(苏州)有限公司;友达光电股份有限公司