触控单元电路、触控面板阵列和显示面板的制作方法
【专利摘要】一种触控单元电路，包括第一晶体管（T1）、放大电路（AMP）、第二晶体管（T2）、触控电容（CF）和自举电容（CB）。第一晶体管（T1）在第一栅极扫描信号线（VGN-1）提供的第一栅极扫描信号的控制下通过预充电电压线（VB）输出的预充电电压对第一节点（VX）进行充电或放电；放大电路（AMP）将第一节点（VX）的触控信号放大后输出到放大电路（AMP）的输出端（VY）；第二晶体管（T2）在第二栅极扫描信号线（VGN）提供的第二栅极扫描信号的控制下将放大电路（AMP）的输出端（VY）的信号输出到输出节点（VOUT）。该触控单元电路适合于集成到显示面板内部，并且结构简单、控制灵敏、响应速度快。
【专利说明】触控单元电路、触控面板阵列和显示面板
【技术领域】
[0001]本申请涉及触摸屏领域，尤其涉及一种触控单元电路、触控面板阵列和显示面板。【背景技术】
[0002]近年来，触摸屏技术发展迅速。由于其可以提供良好的人机交互界面，因此被广泛地应用于消费类以及工用电子产品中。对于移动电话等消费类电子产品，触摸屏的设计要求包括:响应灵敏、低噪声、易于与显示面板集成。从而，具有触控功能的显示面板仍然保持质量轻、厚度薄、显示对比度高、低功耗等特征。现有的触摸屏技术是out-cell类型的，即具有触摸控制功能的膜层是通过贴合的方式与显示面板结合在一起。采用这种方式实现触摸控制功能是以增加显示面板的厚度、牺牲显示亮度或者增加功耗以及降低成品率等为代价。近年来，in-cell型触摸屏开始受到研究者们的广泛关注。不同于out-cell技术，in-cell型触控屏在TFT面板的内部集成了触控功能模块，不再需要在外部贴合触控屏等，因此有可能减少工艺步骤，提高成品率，而且整个显示模组更加轻薄、紧凑。
[0003]但是，现在还没有适合于大规模生产、技术成熟的in-cell技术。当触控电路集成到显示面板的内部之后，手指与触控感应电极之间的距离更远，触摸动作在触控模块的输入端口引起的信号量的幅度更小。而且对于in-cell技术而言，还需要考虑显示信号对于触控模块工作的干扰等问题。此外值得一提的是，in-cell的触控电路只能由TFT等适合于面板制造的器件构成。而传统的非晶硅或者多晶硅TFT由于迁移率、均匀性等原因并不适合于in-cell触控电路的实现。而幸运的是，金属氧化物TFT因为具有迁移率高、均匀性好、制造成本低廉、稳定性好等优势，有可能成为主流的TFT技术，而逐步地取代硅基的TFT，例如非晶硅或者多晶硅TFT等。因此，金属氧化物TFT有可能促成in-cell型触控技术的实现。然而迄今为止，还很少见到基于氧化物TFT的in-cell电路。
[0004]基于氧化物TFT的电路设计仍然存在一些挑战。首先，较实用的氧化物TFT仍然是电子导电类型(N型)。虽然有研究表明，氧化亚铜，氧化锡等材料有可能制成空穴导电类型的TFT(P型)，但是这些氧化物TFT工艺与当今主流的TFT工艺难于兼容，而且空穴的迁移率还远低于电子的迁移率，因此还难于用于电路设计。总之，对于氧化物TFT的电路设计而言，也只能用到N型器件，于是不能采用现在最主流的CMOS集成电路的设计方法。其次，氧化物TFT虽然较之于a-Si TFT迁移率高出I?2个数量级，但是还是显著地小于单晶硅器件。同时，氧化物TFT的稳定性虽然比a-Si TFT明显地改善，但是还是比单晶硅器件差。由于以上这些原因，如何设计新结构的基于氧化物TFT的触控电路，使得其具有较简单的结构、响应灵敏、抗噪声能力强，仍然是一个亟待解决的问题。
【发明内容】
[0005]本申请提供了一种适合于集成到显示面板内部，而且结构简单、控制灵敏、响应速度快的触控单元电路、触控面板阵列和显示面板。
[0006]根据本申请的第一方面，本申请提供了一种触控单元电路，包括:[0007]第一晶体管，其第一电极耦合到预充电电压线，预充电电压线用于提供预充电电压，第二电极耦合到第一节点，栅极耦合到第一栅极扫描信号线，第一栅极扫描信号线用于提供第一栅极扫描信号，所述第一晶体管在第一栅极扫描信号的控制下通过预充电电压对第一节点进行充电或放电。
[0008]放大电路，其包括阈值电压为负的上拉负载晶体管和阈值电压为正的下拉驱动晶体管，上拉负载晶体管的第一电极耦合到高电平端，第二电极耦合到放大电路的输出端，栅极耦合到第二电极；下拉驱动晶体管的第一电极耦合到放大电路的输出端，第二电极耦合到地电平端，栅极作为放大电路的输入端耦合到第一节点；所述放大电路用于将第一节点的触控信号放大后输出到放大电路的输出端。
[0009]第二晶体管,其第一电极I禹合到放大电路的输出端，第二电极I禹合到用于输出触控信号的输出节点，栅极耦合到第二栅极扫描信号线，第二栅极扫描信号线用于提供第二栅极扫描信号，所述第二晶体管在和第二栅极扫描信号的控制下将放大电路的输出端的信号输出到输出节点；所述第一栅极扫描信号的高电平先于第二栅极扫描信号的高电平到来。
[0010]触控电容，其第一端耦合到第一节点，第二端耦合到地电平端。
[0011]自举电容，其第一端耦合到第一节点，第二端耦合到第二栅极扫描信号线。
[0012]根据本申请的第二方面，本申请提供了一种触控面板阵列，包括:
[0013]触控阵列，所述触控阵列包括M*N个阵列排布的上述的触控单元电路，M、N为正整数。
[0014]行驱动电路，用于输出行扫描信号作为触控阵列中触控单元电路的栅极扫描信号，实现对触控单元电路的逐行寻址。
[0015]触控信号读出电路，用于并行地将触控阵列同一行上的触控单元电路的输出节点输出的模拟触控信号读出，并将所述模拟触控信号转换成数字触控信号。
[0016]根据本申请的第三方面，本申请提供了一种显示面板，包括:
[0017]用于显示的TFT阵列板，其上制作有控制电压或电流的TFT阵列。
[0018]触控阵列，所述触控阵列包括M*N个阵列排布的上述的触控单元电路，M、N为正整数；所述触控阵列制作在TFT阵列板上。
[0019]触控信号读出电路，用于并行地将触控阵列同一行上的触控单元电路的输出节点输出的模拟触控信号读出，并将所述模拟触控信号转换成数字触控信号。
[0020]本申请提供的触控单元电路、触控面板阵列和显示面板，该触控单元电路中的放大电路采用零栅-源电压偏置的负阈值电压晶体管作为恒流源型负载(上拉负载晶体管)，用正栅-源电压偏置的正阈值电压晶体管作为跨导放大管(下拉驱动晶体管)，因此其具有较大的小信号放大倍数，能够将较小的触摸信号快速地放大后输出，因此该触控单元电路适合于集成到显示面板内部。另外，本申请提供的触控单元电路、触控面板阵列和显示面板还具有结构简单、控制灵敏、响应速度快的优点。
【专利附图】
【附图说明】
[0021]图1为本申请一种实施例中触控单元电路的示意图；
[0022]图2为本申请一种实施例中放大电路AMP的示意图；[0023]图3为本申请一种具体实施例中放大电路AMP的直流分析图；
[0024]图4为本申请一种具体实施例中放大电路AMP的交流分析图；
[0025]图5为本申请一种具体实施例中放大电路AMP的幅度-频率响应曲线；
[0026]图6为本申请一种具体实施例中放大电路AMP的相位-频率响应曲线；
[0027]图7为本申请另一种具体实施例中采用的双栅TFT的结构图；
[0028]图8为本申请另一种具体实施例中放大电路AMP的不意图；
[0029]图9为本申请另一种具体实施例中放大电路AMP的不意图；
[0030]图10为本申请实施例中触控单元电路的瞬态响应的时序图；
[0031]图11本申请一种实施例中有触摸行为和没有触摸行为时，第一节点VxI以及输出节点Vott上的电压变化示意图；
[0032]图12为本申请一种实施例中触控面板阵列的示意图。
【具体实施方式】
[0033]TFT:Thin Film Transistor,薄膜晶体管。
[0034]下面通过【具体实施方式】结合附图对本申请作进一步详细说明。
[0035]本实施例中，晶体管的第一电极和第二电极可以分别是源极和漏极，也可以分别是漏极和源极，本实施例中以第一电极和第二电极分别是漏极和源极进行说明。
[0036]请参考图1，本实施例提供了一种触控单元电路，包括第一晶体管Tl、放大电路AMP、第二晶体管T2、触控电容Cf和自举电容Cb。
[0037]第一晶体管Tl的漏极耦合到预充电电压线\，预充电电压线Vb用于提供预充电电压，源极耦合到第一节点Vx，栅极耦合到第一栅极扫描信号线V/—1，第一栅极扫描信号线VtT用于提供第一栅极扫描信号，第一晶体管Tl在第一栅极扫描信号的控制下通过预充电电压对第一节AVx进行充电或放电。在具体实例中，第一晶体管Tl可以是N型晶体管也可以P型晶体管，本实施例中以第一晶体管Tl为N型晶体管为例进行说明，当第一晶体管Tl选择P型晶体管时，只需要将相应的第一栅极扫描信号的高低电平改变即可。
[0038]请参考图2，放大电路AMP包括阈值电压为负的上拉负载晶体管Tu和阈值电压为正的下拉驱动晶体管TD，上拉负载晶体管Tu的漏极耦合到高电平端vDD，源极耦合到放大电路AMP的输出端Vy，栅极耦合到源极；下拉驱动晶体管Td的漏极耦合到放大电路AMP的输出端\，源极耦合到地电平端GND，栅极作为放大电路AMP的输入端耦合到第一节点Vx ;放大电路AMP用于将第一节点Vx的触控信号放大后输出到放大电路AMP的输出端VY。
[0039]第二晶体管T2的漏极耦合到放大电路AMP的输出端VY，源极耦合到用于输出触控信号的输出节点Vott，栅极耦合到第二栅极扫描信号线V/，第二栅极扫描信号线V/用于提供第二栅极扫描信号，第二晶体管T2在第二栅极扫描信号的控制下将放大电路AMP的输出端Vy的信号输出到输出节点Vtot ;第一栅极扫描信号的高电平先于第二栅极扫描信号的高电平到来。在具体实例中，第二晶体管T2可以是N型晶体管也可以P型晶体管，本实施例中以第二晶体管T2为N型晶体管为例进行说明，当第二晶体管T2选择P型晶体管时，只需要将相应的第二栅极扫描信号的高低电平改变即可。
[0040]触控电容Cf的第一端耦合到第一节点\，第二端耦合到地电平端GND。
[0041]自举电容Cb的第一端耦合到第一节点Vx，第二端耦合到第二栅极扫描信号线V/。[0042]请参考图1，电容Cp为在第一节点Vx和地之间存在的寄生电容。
[0043]请参考图3，本实施例中，上拉负载晶体管Tu为耗尽型N型氧化物TFT，下拉驱动晶体管Td为增强型N型氧化物TFT，即放大电路AMP是基于增强型-耗尽型TFT的。
[0044]此时，下拉驱动晶体管Td作为驱动运算器件，其采用的是增强型TFT ;上拉负载晶体管Tu作为电流型负载，其采用的是耗尽型TFT。由于耗尽型TFT的阈值电压为负，所以当其栅极-源极短接后，漏极接高电位的时候，仍然能够输出电流。而增强型TFT的阈值电压为正，则其必须具有正的栅极驱动电压，才能够被开启实现运算功能。
[0045]放大电路AMP的输出端Vy耦合到下拉驱动晶体管Td的漏极，同时也耦合到上拉负载晶体管Tu的栅极和源极。在合适的偏置条件下，即下拉驱动晶体管Td处于饱和导通区，上拉负载晶体管Tu也处于饱和导通区时，放大电路AMP的输出端Vy的值几乎与上拉负载晶体管Tu和下拉驱动晶体管Td的导通电流无关。即在直流偏置电压一定的情况下，放大电路AMP的输出端Vy的值有可能在较大的范围内变化，从而放大电路AMP具有较大的交流放大倍数。
[0046]下面以上拉负载晶体管Tu为耗尽型N型氧化物TFT，下拉驱动晶体管Td为增强型N型氧化物TFT的情况，对放大电路AMP进行直流分析和交流分析。
[0047](I)直流分析:
[0048]图3为本实施例中放大电路的 直流分析图，由于上拉负载晶体管Tu和下拉驱动晶体管Td是串联的，因此在直流稳态情况下，上拉负载晶体管Tu和下拉驱动晶体管Td流过的电流1?和Id应该相等，所以可以得到如下的关系式:
[0049]Iu=Id
[0050]因此，进一步可得到:
[0051]
【权利要求】
1.一种触控单元电路，其特征在于，包括: 第一晶体管(Tl)，其第一电极耦合到预充电电压线(VB)，预充电电压线(Vb)用于提供预充电电压，第二电极耦合到第一节点(Vx)，栅极耦合到第一栅极扫描信号线(V/—1)，第一栅极扫描信号线(V广O用于提供第一栅极扫描信号，所述第一晶体管(Tl)在第一栅极扫描信号的控制下通过预充电电压对第一节点(Vx)进行充电或放电； 放大电路(AMP)，其包括阈值电压为负的上拉负载晶体管(Tu)和阈值电压为正的下拉驱动晶体管(TD)，上拉负载晶体管(Tu)的第一电极耦合到高电平端(VDD)，第二电极耦合到放大电路(AMP)的输出端(VY)，栅极耦合到第二电极；下拉驱动晶体管(Td)的第一电极耦合到放大电路(AMP)的输出端(VY)，第二电极耦合到地电平端(GND)，栅极作为放大电路(AMP)的输入端耦合到第一节点(Vx);所述放大电路(AMP)用于将第一节点(Vx)的触控信号放大后输出到放大电路(AMP)的输出端(Vy)； 第二晶体管(T2)，其第一电极耦合到放大电路(AMP)的输出端(VY)，第二电极耦合到用于输出触控信号的输出节点(VTOT)，栅极耦合到第二栅极扫描信号线(V/)，第二栅极扫描信号线(V/)用 供第二栅极扫描信号，所述第二晶体管(T2)在第二栅极扫描信号的控制下将放大电路(AMP)的输出端(Vy)的信号输出到输出节点(Vmjt);所述第一栅极扫描信号的高电平先于第二栅极扫描信号的高电平到来； 触控电容(CF)，其第一端耦合到第一节点(Vx)，第二端耦合到地电平端(GND)； 自举电容(CB)，其第一端耦合到第一节点(Vx)，第二端耦合到第二栅极扫描信号线(VgN)o
2.如权利要求1所述的触控单元电路，其特征在于，所述上拉负载晶体管(Tu)为耗尽型N型氧化物TFT，所述下拉驱动晶体管(Td)为增强型N型氧化物TFT。
3.如权利要求2所述的触控单元电路，其特征在于，所述上拉负载晶体管(Tu)和下拉驱动晶体管(Td)都为双栅TFT，所述上拉负载晶体管(Tu)和下拉驱动晶体管(Td)的栅极包括主栅极和控制栅极，上拉负载晶体管(Tu)的主栅极耦合到其第二电极，控制栅极耦合到正栅极控制电压源(TeD);下拉驱动晶体管(Td)的主栅极耦合到第一节点(Vx)，控制栅极耦合到负栅极控制电压源(TeE)。
4.如权利要求2所述的触控单元电路，其特征在于，所述上拉负载晶体管(Tu)和下拉驱动晶体管(Td)都为双栅TFT，所述上拉负载晶体管(Tu)和下拉驱动晶体管(Td)的栅极包括主栅极和控制栅极，上拉负载晶体管(Tu)的主栅极和控制栅极都耦合到其第二电极；下拉驱动晶体管(Td)的主栅极和控制栅极都耦合到第一节点(Vx)。
5.一种触控面板阵列，其特征在于，包括: 触控阵列(10)，所述触控阵列(10)包括M*N个阵列排布的如权利要求1-4任一项所述的触控单元电路(Ul)，M、N为正整数； 行驱动电路(20)，用于输出行扫描信号作为触控阵列(10)中触控单元电路(Ul)的栅极扫描信号，实现对触控单元电路(Ul)的逐行寻址； 触控信号读出电路(30)，用于并行地将触控阵列(10)同一行上的触控单元电路(Ul)的输出节点输出的模拟触控信号读出，并将所述模拟触控信号转换成数字触控信号。
6.一种显示面板，其特征在于，包括: 用于显示的TFT阵列板，其上制作有控制电压或者电流的TFT阵列；触控阵列(10)，所述触控阵列(10)包括M*N个阵列排布的如权利要求1-4任一项所述的触控单元电路(U1 )，M、N为正整数；所述触控阵列(10)制作在TFT阵列板上； 触控信号读出电路(30)，用于并行地将触控阵列(10)同一行上的触控单元电路(Ul)的输出节点输出的模拟触控信号读出，并将所述模拟触控信号转换成数字触控信号。
7.如权利要求6所述的显示面板，其特征在于，第一栅极扫描信号和第二栅极扫描信号取自于显示面板的栅极驱动电 路输出的栅极扫描信号。
【文档编号】G06F3/044GK103488362SQ201310385228
【公开日】2014年1月1日 申请日期:2013年8月29日 优先权日:2013年8月29日
【发明者】张盛东, 廖聪维, 胡治晋 申请人:北京大学深圳研究生院