本发明实施例涉及显示技术领域，尤其涉及一种触控显示单元、触控显示基板、触控显示面板及其驱动方法。
背景技术：
在传统触控显示面板的像素单元中，触控电极与公共电极共用，因此，公共电极在面内被分割成多个分区，因为公共电极与显示关系密切，因此不能使显示和触控同时进行。例如，第一个时间段用于触控检测，第二个时间段用于显示。由于触控检测及显示无法同时进行，不仅降低充电时间，而且影响显示效果。
技术实现要素：
本发明实施例提供一种触控显示单元、触控显示基板、触控显示面板及其驱动方法，实现了触控检测及显示的同步扫描。
本发明第一方面提供一种触控显示单元，包括：像素电极和公共电极；触控电极，所述触控电极设置为与所述像素电极和所述公共电极之一同层且相互绝缘；和信号线，所述信号线配置为向所述触控电极传输信号。
本发明第二方面提供一种触控显示基板，包括：公共电极和/或设置在每个像素单元中的像素电极；设置在至少一个像素单元中的触控电极，所述触控电极设置为与所述像素电极和所述公共电极之一同层且相互绝缘；信号线，所述信号线配置为向所述触控电极传输信号。
本发明第三方面提供一种触控显示面板，包括：交叉限定多个像素单元的多条栅线和多条数据线；公共电极和设置在每个像素单元中的像素电极；设置在至少一个像素单元中的触控电极，所述触控电极设置为与所述像素电极和所述公共电极之一同层且相互绝缘；信号线，所述信号线配置为向所述触控电极传输信号。
本发明第四方面提供一种上述触控显示面板的驱动方法，包括：在向所述像素电极传输显示信号的同时，传输触控信号到所述触控电极，其中所述像素电极和所述触控电极分别通过各自不同的线路传输。
附图说明
为了更清楚地说明本发明实施例的技术方案，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发明的一些实施例，而非对本发明的限制。
图1是示意性示出根据本发明实施例的触控显示面板的平面图；
图2是示意性示出图1的像素单元的局部放大图；
图3是示意性示出沿图2的线a-a所取的剖面图；
图4a是示意性示出沿图2的线b-b所取的剖面图；
图4b示意性示出根据本发明另一实施例的两条栅线的位置；
图5是示意性示出沿图2的线c-c所取的剖面图；
图6是示意性示出根据本发明另一实施例的触控电极和像素电极；
图7是示意性示出根据本发明另一实施例的触控显示面板的平面图；
图8是示意性示出沿图7的线a-a所取的剖面图；
图9示意性示出根据本发明实施例的各个控制信号的时序示意图；
图10示意性示出根据本发明另一实施例的各个控制信号的时序示意图；
图11示意性示出根据本发明再一实施例的各个控制信号的时序示意图；
图12是示意性示出根据本发明再一实施例的触控显示面板的像素单元的简化示意图。
具体实施方式
为使本发明实施例的目的、技术方案和优点更加清楚，下面将结合本发明实施例的附图，对本发明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发明的一部分实施例，而不是全部的实施例。基于所描述的本发明的实施例，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，都属于本发明保护的范围。
除非另作定义，此处使用的技术术语或者科学术语应当为本发明所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本发明专利申请说明书以及权利要求书中使用的“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。同样，“一个”或者“一”等类似词语也不表示数量限制，而是表示存在至少一个。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现在“包括”或者“包含”前面的元件或者物件涵盖出现在“包括”或者“包含”后面列举的元件或者物件及其等同，并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，则所述相对位置关系也可能相应地改变。
实施例1
本实施例提供一种触控显示单元，包括：像素电极和公共电极；触控电极，触控电极设置为与像素电极和公共电极之一同层且相互绝缘；和信号线，信号线配置为向触控电极传输信号。
由于在上述触控显示单元中设置了单独的触控电极，这样，可通过专门的信号线向触控电极传输触控信号(包括触控驱动信号和触控感应信号)以用于感测触摸或指纹识别，而不影响像素电极的正常显示。因此，实现了显示信号和触控信号的同时传输，不仅延长了充电时间，而且提高了高分辨率及高频率的触控显示屏的信赖性。
至少一些实施例中，上述触控显示单元还包括：薄膜晶体管，信号线通过薄膜晶体管向触控电极传输信号。
触控电极可设置在触控显示单元中的任一层。例如，触控电极可设置为与像素电极同层且彼此绝缘，或者设置为与公共电极同层且彼此绝缘。在本发明实施例中，触控电极设置为与像素电极和公共电极之一同层且相互绝缘，有利于简化触控电极的制作工艺。
本发明实施例的触控显示单元可应用于有机电致发光显示装置(oled)或薄膜晶体管液晶显示器(tft-lcd)。tft-lcd包括但不限于：扭曲向列型(tn)、垂直取向型(va)、面内切换型(ips)、边缘场切换型(ffs)、高级超维场转换型(ads)等液晶显示器。
例如，在应用于oled中时，oled中的阳极和阴极之一作为上述像素电极，另一个作为上述公共电极。在此情况下，触控电极可以与阳极同层设置，也可以与阴极同层设置。例如，在应用于ips-lcd中时，触控电极、像素电极和公共电极三者同层，且三者之间彼此绝缘。再例如，在应用于ads-lcd中时，由于像素电极与公共电极设置在不同层中，此时，触控电极既可以设置为与像素电极同层，也可以设置为与公共电极同层。
典型地，tft-lcd包括相对设置的上基板和下基板，以及设置在两个基板之间的液晶层。公共电极和像素电极可以分别设置在上、下基板上，也可以一起设置在其中一个基板上。例如，上基板为彩膜基板，下基板为tft阵列基板。
实施例2
本实施例提供一种触控显示基板，包括：公共电极和/或设置在每个像素单元中的像素电极；设置在至少一个像素单元中的触控电极，所述触控电极设置为与所述像素电极和所述公共电极之一同层且相互绝缘；信号线，所述信号线配置为向所述触控电极传输信号。
至少一些实施例中，上述触控显示基板还包括：薄膜晶体管，信号线通过薄膜晶体管向触控电极传输信号。
由于在上述触控显示基板中设置了单独的触控电极，这样，可通过专门的信号线向触控电极传输触控信号(包括触控驱动信号和触控感应信号)以用于感测触摸或指纹识别，而不影响像素电极的正常显示。因此，实现了显示信号和触控信号的同时传输，不仅延长了充电时间，而且提高了高分辨率及高频率的触控显示屏的信赖性。
实施例3
本实施例提供一种触控显示面板，包括：交叉限定多个像素单元的多条栅线和多条数据线；公共电极和设置在每个像素单元中的像素电极。触控显示面板还包括：设置在至少一个像素单元中的触控电极，触控电极设置为与像素电极和公共电极之一同层且相互绝缘。触控显示面板还包括：配置为向触控电极传输信号的信号线。
与现有触控显示面板相比，由于在上述触控显示面板的像素单元中设置了单独的触控电极，这样，可通过专门的信号线向触控电极传输触控信号(包括触控驱动信号和触控感应信号)以用于感测触摸或指纹识别，而不影响像素电极的正常显示。因此，实现了显示信号和触控信号的同时传输，不仅延长了充电时间，而且提高了高分辨率及高频率的触控显示屏的信赖性。
在现有触控显示面板中，由于公共电极与触控电极共用，容易造成各个公共电极的电压不一致，并且由于触控信号不是以公共电极的电压为中心的正负反转，也会产生因直流电压残留导致的闪烁(flick)、漂移等问题。然而，在本发明实施例中，由于触控电极不与公共电极共用，不仅能克服公共电极的电压不一致的问题，也可以避免闪烁、漂移等现象。
至少一些实施例中，触控电极可设置在至少一个像素单元中，例如，多个像素单元的部分像素单元中设置有触控电极。该部分像素单元可以是间隔至少一行或间隔至少一列的像素单元，也可以是，在同一行或同一列上，间隔至少一个的像素单元。此处，“至少一个”例如为一个、两个、三个等。至少一些实施例中，触控电极设置在每个像素单元中，以提高触控的精度。可以理解，本发明实施例中所描述的触控电极的数量和分布仅出于示意性目的，本领域普通技术人员可结合触控精度、制造工艺等因素选择合理的触控电极的数量和分布方式，并且，与触控电极相连的信号线的数量和分布方式也可以做合理调整，例如，可以对每个触控电极设置一条信号线，也可以使一行或一列的像素单元共用一条信号线，这些均属于本发明的保护范围。
实施例4
图1是示意性示出根据本发明实施例的触控显示面板的平面图。图2是示意性示出图1的像素单元的局部放大图。图3是示意性示出沿图2的线a-a所取的剖面图。图4a是示意性示出沿图2的线b-b所取的剖面图。图4b示意性示出根据本发明另一实施例的两条栅线的位置。图5是示意性示出沿图2的线c-c所取的剖面图。
如图1至图2所示，触控显示面板包括：交叉限定多个像素单元10的多条栅线102和多条数据线104；设置在每个像素单元10中的像素电极110；公共电极130，公共电极130配置为与像素电极110产生电场。触控显示面板还包括：设置在每个像素单元10中的触控电极120和薄膜晶体管200，其中触控电极120与像素电极110设置为同层且相互绝缘，tft200与触控电极120连接。触控显示面板还包括配置为向触控电极120传输信号的信号线106。
同层设置的触控电极120与像素电极110彼此相互间隔，二者之间没有物理连接和电连接，这样使二者相互绝缘。在通过信号线106为触控电极120传输触控信号的同时，对像素电极110传输显示信号，由此，实现了显示信号和触控信号的同步传输，不仅延长了触控电极120的充电时间，而且提高了高分辨率及高频率的触控显示屏的信赖性。
如图1至图2所示，触控显示面板还包括多个栅线102a，每个栅线102a与同一行上的多个tft200的栅极202连接，并向该多个tft200施加电信号。栅线102a与栅线102基本上平行，即在y方向延伸。本实施例中，栅线102a与栅线102设置在同一层，如图4a所示。然而，为增大开口率，栅线102a可与栅线102不设置在同一层。例如，如图4b所示，二者设置为在竖直方向上(即，垂直于衬底基板的方向)彼此重叠。栅线102a被示出为直线形状，然而，在其他实施例中，栅线102a可以为非直线形状，例如曲线形状。本实施例中，栅线102a设置为与触控电极120相邻，然而，栅线102a还可以设置为与像素电极110相邻。栅线102a例如设置在黑矩阵区域内以不影响开口率。
栅线102a的末端连接到行驱动器20，行驱动器20设置在触控显示面板的周边区域中，用于控制输入到栅线102a上的电信号，例如开启电压(或称高电平信号)。当开启电压大于tft200的阈值电压时，tft200处于开启状态。本实施例中，多个栅线102的末端也连接到行驱动器20。可以理解的是，栅线102a和栅线102可以分别连接到两个不同的驱动器，以降低驱动器的设计难度。
信号线106与数据线104基本上平行，即在x方向上延伸。如图3所示，信号线106与数据线104不设置在同一层。为增大开口率，信号线106例如与数据线104在竖直方向上重叠(类似于图4b所示的结构，附图中不再示出)。信号线106被示出为直线形状，然而，在其他实施例中，信号线106可以为非直线形状，例如曲线形状。多个数据线104的末端连接到列驱动器30，列驱动器30设置在触控显示面板的周边区域中。信号线106的末端连接到触控感应电路部40。
人的指纹是凹凸不平的，当手指与触控显示屏接触时会形成电容，通过触控电极120能够感测出该电容的大小，由于在触控显示屏上布置有高密度的触控电极120，可以感应出指纹的凹槽和凸起，从而进行指纹识别。本发明实施例提供的指纹识别利用自电容的原理，信号线106首先传输触控驱动信号给触控电极120，当手指与触控显示屏触摸时，各触控电极120上会产生触控感应信号，该触控感应信号再通过信号线106传输给触控感应电路部40。通过检测在触摸过程中每个时刻各触控电极120的触控感应信号的差异，就可以检测出手指的指纹，从而实现指纹识别。
在已知技术中，指纹识别和显示扫描为分时段执行，例如，在第一时间段进行指纹识别，在第二时间段进行显示扫描。然而，在本发明实施例的触控显示面板中，上述指纹识别过程可以与显示扫描同时执行，不仅延长了触控电极120的充电时间，而且提高了高分辨率及高频率的触控显示屏的信赖性。
如图3所示，触控显示面板包括：形成在衬底基板201上的栅极202、栅绝缘层204、有源层206、源极208和漏极209、公共电极130、触控电极120、第一保护层212、第二保护层214和第三保护层216。栅极202与栅线102a连接，由栅线102a提供的电压信号输入到栅极202中，当电压信号高于tft200的阈值电压时，tft200处于开启状态。源极208通过设置在第一保护层212中的过孔t1与信号线106连接，漏极209通过贯穿第一、第二、第三保护层212、214、216的过孔t2与触控电极120连接。当栅线102a向栅极202施加高电平时，tft200处于开启状态，由信号线106传输的触控信号通过源极208和漏极209传输到触控电极120上，由此实现对触控电极120的充电操作。
如图2所示，触控电极120的面积小于像素电极110的面积，也就是，触控面积小于显示面积。例如，在x方向上，触控电极120的长度l2小于像素电极110的长度l1；在y方向上，像素电极110的宽度等于触控电极120的宽度，其中x方向与y方向相互垂直。
本实施例中，触控电极120的图案和像素电极110的图案彼此相同，例如，触控电极120和像素电极110均为条状。其他实施例中，二者具有不同图案。例如，触控电极120为平板状，像素电极110为条状，反之亦可。本实施例中，触控电极120和像素电极110的狭缝宽度相同，且均沿x方向延伸。然而，其他实施例中，二者的狭缝宽度、长度和延伸方向可以彼此不同。例如，如图6所示，触控电极120中的狭缝宽度大于像素电极110的狭缝宽度，并且二者的狭缝在不同方向上延伸。触控电极120的狭缝为倾斜的，且其延伸方向与y方向形成夹角θ1；像素电极110的狭缝也为倾斜的，且延伸方向与y方向形成夹角θ2，夹角θ1小于夹角θ2。可以理解，本领域技术人员能够对触控电极120和像素电极110各自的图案、狭缝的尺寸和延伸方向做各种变化和组合，此处不再赘述。
触控电极120与像素电极110之间的距离设置为避免相互干扰。例如，如图2所示，触控电极120的下边缘到像素电极110的上边缘之间的距离d的取值范围大约为1微米至5微米。
至少一些实施例中，触控电极120由导电材料制成，例如透明导电材料。这样，在触控检测之后，可以给触控电极120输入显示信号，此时，触控电极120仍可以充当像素电极110的作用。在一个示例中，触控电极120采用与像素电极110相同的材料制成，例如，诸如ito、izo等的透明导电材料。通过图案化工艺，可以同时制作形成触控电极120和像素电极110。该图案化工艺包括但不限于：丝网印刷、喷涂、3d打印技术、光刻工艺。例如，光刻工艺包括以下步骤：涂覆光刻胶、利用掩模板曝光、显影、刻蚀和剥离剩余光刻胶，最终得到期望的电极图案。
至少一些实施例中，信号线106和栅线102a均采用导电材料制成，例如金属，金属的例子包括但不限于：mo、al、cu及其合金。
本实施例中，图1仅示出两个公共电极130，且每个公共电极130被9个像素电极110共用，其作用是与每个像素电极110产生电场。可以理解，公共电极130可以设置为与任意数量的像素电极110对应，例如1个像素电极或2个像素电极。本实施例中，公共电极130为平板状，像素电极110为条状。在其他实施例中，像素电极110可以为平板状，公共电极为条状。另外，虽然图5示出的公共电极130位于像素电极110之下，但可以理解的是，二者的位置可以互换，即公共电极130位于像素电极110之上，二者之间仍可以产生电场。
至少一些实施例中，触控显示面板还包括tft400，用于控制像素电极110的开启或关闭。如图2和图5所示，tft400包括栅极402、源极408和漏极409。栅极402与栅线102连接，源极408与数据线104连接，漏极409与像素电极110连接。信号线106设置在于数据线104不同的层上。当栅线102向栅极提供高电平(即高于tft400的阈值电压)时，第二tft400处于开启状态，此时，通过数据线104传输的显示信号通过源极408、漏极409传输至像素电极110。
在通过数据线向像素电极110提供显示信号时，由于通过专门的信号线106向触控电极120提供触控信号，因此，不会干扰像素电极110的正常显示。本实施例的触控显示面板实现了显示信号和触控信号的同步传输，不仅延长充电时间，而且降低功耗，提高了高分辨率及高频率的触控显示屏的信赖性。
实施例5
图7是示意性示出根据本发明另一实施例的触控显示面板的平面图。图8是示意性示出沿图7的线a-a所取的剖面图。
本实施例与上述实施例4的区别在于，触控显示面板还包括设置在每个像素单元中的tft300。tft300包括栅极302、源极308和漏极309，源极308与触控电极120连接，漏极309与像素电极110连接。例如，触控电极120通过一过孔与源极308连接，像素电极110通过另一过孔与漏极309连接。
触控显示面板还包括设置在触控电极120和像素电极110之间的间隙中的栅线102b。栅线102b与栅极302连接。栅线102b与栅线102基本上平行，例如在y方向延伸。栅线102b被示出为直线形状，然而，在其他实施例中，栅线102b可以为非直线形状，例如曲线形状。为了降低对显示效果的影响，栅线102b例如采用可透光的材料制成，例如透明导电材料。为了方便制作，栅线102b可用作栅极302，则无需单独制作栅极302。
如图7所示，tft300设置在像素单元靠近数据线104的一侧(像素单元的左侧)。可以理解的是，tft300的位置是可变的，其还可以设置在像素单元的右侧或中间。在一个示例中，在y方向上，有源层306的宽度等于像素电极110或触控电极120的宽度。
当栅线102b向tft300提供的电压高于tft300的阈值电压时，tft300处于开启状态，此时，源极308和漏极309导通，使得触控电极120与像素电极110彼此电连接。如果触控电极120的电压高于像素电极110的电压，那么在二者电连接后，触控电极120的电压下降，同时像素电极110的电压上升，最终二者均达到一平均电压，此时，触控电极120与像素电极110一起实现显示功能。换言之，如果像素电极110上的电压不足以显示时，触控电极120具有补偿作用，它可以给像素电极110提供电压补偿。
本实施例还提供一种用于驱动上述触控显示面板的方法，包括：
在向像素电极110传输显示信号的同时，传输触控信号到触控电极120，其中像素电极110和触控电极120分别通过各自不同的线路传输。例如，通过数据线104向像素电极110传输显示信号，通过信号线106向触控电极120传输触控信号。例如，触控信号为脉冲电压，显示信号为驱动电压，例如高低电平电压。
至少一些实施例中，传输触控信号到触控电极，包括：通过信号线向触控电极输入用于指纹识别的触控驱动信号。至少一些实施例中，在向触控电极输入触控驱动信号后，上述方法还包括：触控电极通过信号线输出触控感应信号。有关指纹识别的具体过程可参见以上实施例4中描述，此处不再赘述。
图9示意性示出根据本发明实施例的各个控制信号的时序示意图。在向栅线102输入高电平的同时，通过数据线104给像素电极110输入驱动电压v1。与此同时，在向栅线102a输入高电平的同时，通过信号线106给触控电极120输入脉冲电压v2。从图中可以看出，从t1时刻开始，驱动电压v1与脉冲电压v2分别输入到像素电极110和触控电极120，实现了显示信号和触控信号的同步传输，从而同时实现显示扫描和触控检测。
至少一些实施例中，在传输触控信号到触控电极120结束后，上述方法还包括：将触控信号调整为大于或等于驱动电压。图10示意性示出根据本发明另一实施例的各个控制信号的时序示意图。如图10所示，在向触控电极120输入脉冲电压v2结束后，信号线106中的脉冲电压调整为电压v1，此时，触控电极120和像素电极110一起实现显示功能。
至少一些实施例中，在传输触控信号到触控电极120结束后，上述方法还包括：将脉冲电压调整为大于或等于驱动电压，并且电连接像素电极和触控电极。
图11示意性示出根据本发明再一实施例的各个控制信号的时序示意图。如图11所示，在传输脉冲电压v2到触控电极120结束后，将脉冲电压v2调整为大于驱动电压v1的电压v3，并且给栅线102b输出高电平，使触控电极120和像素电极110电连通。由于电压v3高于驱动电压v1，因此当像素电极110上的电压不足时，触控电极120具有补偿作用，它可以给像素电极110提供电压补偿。该驱动方法可以进一步改善ltps等显示屏的信赖性等问题，提高显示屏的显示效果。
实施例6
图12是示意性示出根据本发明再一实施例的触控显示面板的像素单元的简化平面图。
本实施例与上述实施例4的区别在于，每个像素单元10中设置一个公共电极130，且触控电极120与公共电极130设置为同层且相互绝缘；而且触控电极120和公共电极130均为平板状。触控电极120与公共电极130之间形成有间隙。
可以理解的是，本实施例中，公共电极130与触控电极120之间的位置关系、尺寸和结构与实施例4中像素电极110与触控电极120之间的位置关系、尺寸和结构相似，所以在此不再重复。
由于像素电极110与触控电极120设置在不同层，二者在竖直方向上彼此重叠，像素电极110的面积不必缩小，因此，上述结构不影响触控显示面板的开口率。触控电极120可以与公共电极通过同一图案化工艺制作。
与实施例4相似，本实施例的触控显示面板还包括用于控制触控电极120的tft200，以及栅线102a、信号线106，具体描述请参考前面的实施例。可以理解，本领域技术人员在获知本发明构思的情况下，可根据触控电极所在层的不同，对包括tft200、tft400、信号线106、数据线104、栅线102、102a、102b等各个信号线进行重新布局和设计。
以上所述仅是本发明的示范性实施方式，而非用于限制本发明的保护范围，本发明的保护范围由所附的权利要求确定。