触控显示面板及其测试方法与流程

本发明涉及一种触控显示面板，且特别涉及能够测试共用电极是否短路、断路、以及对像素电极放电的触控显示面板的测试方法。

背景技术：

触控显示面板是指将触控功能整合进显示面板内，而在显示面板之外不另外设置触控面板的构造，例如将触控功能整合进液晶显示面板或有机电致发光元件(OLED)面板，称为内嵌式触控显示面板(In cell touch display panel)，这样的结构下通常触控功能往往利用显示面板既有的电极结构来实现，因此不需要额外的触控构造。例如，当内嵌式触控显示面板是边缘电场切换型(Fringe Field Switching，FFS)液晶显示面板时，通常会将其共用电极图案化，以区分成多个块，做为触控感测电极使用。

边缘电场切换型液晶显示面板的基本构造如图1所示，边缘电场切换型液晶显示面板10由下而上，包括：下偏光板11、下基板12、薄膜晶体管层13、液晶层14、配向层15、彩色滤光片16、上基板17、上偏光板18。薄膜晶体管层13还包括：像素电极131、绝缘层132、共用电极133、配向层134。其中多个像素电极131被施加电压时会与共用电极133之间产生电场，而产生的电场可控制液晶分子在水平方向转动，藉此调制画面的灰阶。另外，在彩色滤光片16朝向上偏光板18的一侧也可以选择设置一遮蔽层，以屏蔽外部的干扰。

一般的边缘电场切换型液晶显示面板中的共用电极如图1的共用电极133所示是一整片的平面。触控显示面板则将此共用电极分割成矩阵状配置的多个电极块，每一个电极块在显示期间仍做为一般的共用电极使用，而在触控检测期间则做为触控感测电极使用，藉由检测电极块与外部的触控物之间所形成的电容，来判断触控物的位置。

由共用电极所分割而成的多个电极块，结构上必须彼此电性分离，电极块才能个别检测触控位置。因此，触控显示面板在组装前必须先测试各个电 极块是否电性分离且运作正常。

技术实现要素：

本发明基于上述目的，而提出一种触控显示面板及其测试方法，能够测试共用电极是否短路、断路、以及对像素电极放电。

本发明提出一种触控显示面板，包括：一下基板，形成有一共用电极层、一第一测试垫、及一第二测试垫；一上基板，面向该下基板的该共用电极层；以及一液晶层，夹于该上、下基板之间，其中该共用电极层分割为多个共用电极，且该多个共用电极中的任意两相邻的共用电极会分别电性连接至该第一测试垫及该第二测试垫。

在上述的触控显示面板中，该下基板更形成有一第一控制垫及多个第一开关元件，其中该多个第一开关元件分别连接于各个该共用电极与该共用电极所电性连接的该第一测试垫或该第二测试垫之间，而该第一控制垫连接至该多个第一开关元件的控制端子。

在上述的触控显示面板中，该共用电极层分割为矩阵状配置。

在上述的触控显示面板中，该下基板还形成有多个数据线、一第二控制垫及多个第二开关元件，其中任一条该多个数据线会通过该多个第二开关元件中的一个连接至该第一测试垫或该第二测试垫，而该第二控制垫连接至该多个第二开关元件的控制端子。

在上述的触控显示面板中，该下基板的一端面相对于该上基板同一侧的端面突出，该第一测试垫、该第二测试垫及第一控制垫形成于该下基板相对于该上基板突出的区域。

在上述的触控显示面板中，该共用电极块是四边形，且四边形的各边长的尺寸介于1mm～5mm之间。

在上述的触控显示面板中，该上基板为彩色滤光基板，而下基板为薄膜晶体管阵列基板。

根据本发明另一个观点，本发明提出一种触控显示面板，包括：一下基板，形成有一共用电极层；一上基板，面向该下基板的该共用电极层；一液晶层，夹于该上、下基板之间，其中该共用电极层分割为矩阵状配置的多个共用电极，且每一个该多个共用电极分别电性连接至一金属导线，各该金属导线延伸至该下基板的一边缘。

又，根据本发明另一个观点，本发明也提出一种触控显示面板的测试方法，该触控显示面板包括：多个像素电极、多个共用电极、一第一测试垫、以及第二测试垫，其中该多个共用电极中任意两相邻的共用电极会分别电性连接至该第一测试垫及该第二测试垫，该测试方法是一共用电极短路检测方法，包括：将该多个像素电极充电至相同的电位；提供一第一电位至该第一测试垫且提供不等于该第一电位的一第二电位至该第二测试垫，使该触控显示面板显示棋盘状的图案；以及检查该棋盘状的图案是否有相邻的格子具有相同的灰阶的情况。

在上述的测试方法中，该触控显示面板还包括：一第一控制垫及多个第一开关元件，其中该多个第一开关元件分别连接于各个共用电极与该共用电极所电性连接的该第一测试垫或该第二测试垫之间，而该第一控制垫连接至该多个第一开关元件的控制端子，该共用电极短路检测方法还包括：提供一既定电位至该第一控制垫，使该多个第一开关元件导通。

在上述的测试方法中，该触控显示面板还包括：多个数据线、一第二控制垫及多个第二开关元件，其中任一条该多个数据线会通过该多个第二开关元件中的一个连接至该第一测试垫或该第二测试垫，而该第二控制垫连接至该多个第二开关元件的控制端子，该检测方法是一放电方法，包括：使该多个像素电极与该多个数据线导通；提供一第三电位至该第一测试垫及该第二测试垫；以及提供一既定电位至该第一控制垫及该第二控制垫，使该多个第一开关元件及该多个第二开关元件导通，藉以对该多个像素电极放电。

在上述的测试方法中，该测试方法是一共用电极断路检测方法，包括：将该多个像素电极充电至相同的电位；提供一第四电位至该第一测试垫及该第二测试垫，使该触控显示面板的全画面显示相同灰阶；检查该画面是否有灰阶异常的区块。

根据以上所述的触控显示面板及其测试方法，能够测试共用电极是否短路、断路、以及对像素电极放电。

附图说明

图1是显示已知的边缘电场切换型液晶显示面板的剖面图。

图2是本发明的触控显示面板的俯视图。

图3A是显示了根据本发明一实施例的一个像素的电路图。

图3B是显示了根据本发明一实施例的共用电极与薄膜晶体管层的配置关系的布局剖面图。

图4是根据本发明一实施例的共用电极短路测试电路图。

图5A是短路测试结果为测试正常的示意图。

图5B是短路测试结果为发现短路的示意图。

图6是本发明一实施例的触控显示面板的俯视图。

图7是本发明另一实施例的触控显示面板的俯视图。

图8是本发明另一实施例的触控显示面板的俯视图。

图9是根据本发明一实施例的像素电极放电用电路图。

图10是显示图9的电路操作于显示测试模式、共用电极短路测试模式、以及像素电极放电模式时的各个操作电压的变化的一个例子。

【符号说明】

10、20、60、70、80～边缘电场切换型液晶显示面板；

11～下偏光板；

12～下基板；

13～薄膜晶体管层；

131～像素电极；

132～绝缘层；

133～共用电极；

134～配向层；

14～液晶层；

15～配向层；

16～彩色滤光片；

17～上基板；

18～上偏光板；

21～重叠区域；

22～外引脚区域；

23～显示区域；

31～栅极介电层；

311～半导体通道层；

32～栅极覆盖层；

33、34、35～层间绝缘层；

36～电极覆盖层；

61、62～电极垫；

63～控制垫；

61’、62’、63’～金属导线；

81～冗余区域；

C～导电连接部；

Cst～像素电容；

D～漏极电极衬垫；

Dy～数据线；

D[1]、D[2]、D[p]、D[p+1]～数据线群；

Gx～栅极线；

IC～控制芯片；

E1、E2～透明电极；

o～断路；

Px，y～像素电极；

p～导电柱；

Sn、S1、S2、Sl-1、Sl、Sl+1、Sl+2、Sm、Sm+1～共用电极块；

Sa～第1源极电极衬垫；

Sb～第2源极电极衬垫；

s～短路；

SB_VCOM、SB_DATA～控制信号；

SW1、SW2～开关元件；

TFT～薄膜晶体管；

VCOM1、VCOM2～电位；

Wn、W1、W2、Wl+1、Wl+2、Wm、Wm+1～金属导线。

具体实施方式

以下根据图式说明本发明的触控显示面板及其显示方法。在不同的图式及对应的说明中标示相同的符号表示相同的元件而省略重复说明。

图2是本发明的触控显示面板的俯视图。如图2所示，触控显示面板20 中，上基板与下基板重叠的部分在本发明中称为重叠区域21，以液晶显示面板为例，上基板为彩色滤光基板，而下基板为薄膜晶体管阵列基板。而下基板的其中一端较上基板突出而未与上基板重叠的部分在本发明中称为外引脚区域22。重叠区域21中的一部分实际上用来显示画面的部分，在本发明中称为显示区域23。如图2所示，在显示区域23内，共用电极分割为矩阵状配置的多个共用电极块S1、S2、…、Sl-1、Sl、Sl+1、Sl+2、…、Sm、Sm+1，任一个共用电极块Sn(n等于1～m+1中的任意整数)为多边形，例如四边形、六边形等形状，但不以此为限，而本发明实施利是举例四边形的形状，且四边形的各边长介于1mm～5mm之间。每一个共用电极块Sn会通过至少一个导电连接部C(在此举例3个)与一条金属导线Wn(n等于1～m+1中的任意整数)连接。本发明的触控显示面板为内嵌式触控显示面板，且显示面板可以是边缘电场切换型(Fringe Field Switching，FFS)液晶显示面板，将其共用电极图案化，以区分成多个块的目的是做为触控感测电极使用。所有的金属导线Wn均连接到设置于外引脚区域22上的控制芯片IC。控制芯片IC在显示期间输出共用电位给全部的共用电极块Sn，在触控检测期间则用以检测各个共用电极块Sn有无电压的变化来判断是否有触控。在此，本发明的触控检测是采用自容式(self-capacitance)的驱动检测方式，亦即，通过检测是否在各共用电极块Sn与触控物件(手指或触控笔)之间形成的电容值，来判断是否有触控事件发生。例如，当触控物件靠近各个共用电极块Sn时，各共用电极块Sn与触控物件(手指或触控笔)之间会建立电容，此电容会影响充放电的速度，因此一控制器可以据以判断有触控事件发生。

为了更方便理解共用电极块Sn与薄膜晶体管层中各个金属的位置关系，图3A是显示了根据本发明一实施例的一个像素的电路图。图3B是显示了根据本发明一实施例的共用电极与薄膜晶体管层的配置关系的布局剖面图。如图3A所示，一个像素的电路包括：栅极线Gx(x为正整数)、数据线Dy(y为正整数)、薄膜晶体管TFT、像素电极Px，y(x、y对应栅极线与数据线中的x、y值)、以及共用电极Sn，其中像素电极Px，y与共用电极Sn之间构成像素电容Cst。再参照图3B，像素电极Px，y、共用电极Sn与薄膜晶体管TFT分别位于不同层形成多层结构。此构造由下而上分别为栅极介电层31、栅极覆盖层32、层间绝缘层33、34、35、电极覆盖层36。薄膜晶体管TFT形成于栅极介电层31、栅极覆盖层32及层间绝缘层33内，共用电极Sn及 导线Wn形成于层间绝缘层34、35内，像素电极Px，y形成于电极覆盖层36内。栅极介电层31内有半导体通道层311，用以形成薄膜晶体管的通道。栅极G(与栅极线Gx电性连接)形成在栅极介电层31上，并且被栅极覆盖层32所覆盖；漏极电极衬垫D(与数据线Dy电性连接)与第1源极电极衬垫Sa形成于栅极覆盖层32上，并且被层间绝缘层33所覆盖，以平坦化漏极电极衬垫D与第1源极电极衬垫Sa；漏极电极衬垫D与第1源极电极衬垫Sa均通过由导电材料构成的导电柱p与半导层通道311接触；金属导线Wn与第2源极电极衬垫Sb形成在层间绝缘层33上并且被层间绝缘层34所覆盖，其中第2源极电极衬垫Sb通过由导电材料构成的导电柱p与第1源极电极衬垫Sa连接；透明电极E1构成共用电极Sn，形成于层间绝缘层34上并且被层间绝缘层35所覆盖，其中透明电极E1会通过导电连接部C连接到位于下层的金属导线Wn；具有一定间隔的多个透明电极E2构成像素电极Px，y，形成于层间绝缘层35上并且被电极覆盖层36所覆盖，其中透明电极E2会通过由导电材料构成的导电柱p与第2源极电极衬垫Sb连接。藉由此构造，当驱动像素时，像素电极Px，y中的多个透明电极E2所发出的电力线会经过彼此之间的间隙而到达共用电极Sn。图3B的像素剖面构造可与图1的面板剖面构造相对照，其中透明电极E1(共用电极Sn)对应于图1中的共用电极133；层间绝缘层35对应于图1中的绝缘层132；透明电极E2(像素电极Px，y)对应于图1中的像素电极131；电极覆盖层36对应图1中的配向层134。其中，栅极介电层31、栅极覆盖层32、层间绝缘层34、35可以是选自氧化硅、氮化硅、氮氧化硅或其组合；层间绝缘层33做为平坦层可包含一绝缘材料，例如全氟烷氧基聚合物树脂(perfluoroalkoxy(PFA)polymer resin)；而电极覆盖层36可以是一种含有酰亚胺基的有机高分子材料，例如是聚酰亚胺(Polyimide，简称PI)。

在面板制造时，相邻的共用电极Sn或是金属导线Wn之间可能会因为尘埃等微粒的混入而形成短路。因此必须在控制芯片IC形成于面板上之前先进行共用电极Sn的短路测试，来排除短路的情况。

图4是根据本发明一实施例的共用电极短路测试电路图。图5是短路测试的结果的示意图。为了检测出各个相邻的共用电极Sn或是金属导线Wn之间是否有短路，本发明使各条相邻的金属导线分别连接至不同的电位，具体来说，是将奇数条的金属导线Wn连接至电位VCOM1，将偶数条的金属导线 Wn连接至电位VCOM2。而各条金属导线Wn与电位VCOM1或VCOM2之间，还会配置一个开关元件SW1，所有的开关元件SW1的控制端子由控制信号SB_VCOM统一控制，藉此可整体地切换各个金属导线Wn与电位VCOM1及VCOM2之间的导通或非导通。在共用电极短路测试时，会通过数据线Dy将所有的像素电极Px，y充电至最高灰阶电压，然后控制信号SB_VCOM将全部的开关元件SW1导通，使得奇数条的金属导线Wn连接至电位VCOM1，偶数条的金属导线Wn连接至电位VCOM2。因此相邻的共用电极Sn(例如纵方向的S1与S2，或是横方向S1与Sl+1)将会处于不同的电位VCOM1与电位VCOM2。假设相邻的金属导线Wm与Wm+1如图4所示，两者之间发生短路s，则金属导线Wm与Wm+1之间会有一电流产生，从电位VCOM1与电位VCOM2中电位较高者流到电位较低者(例如图4的箭头方向)，使得金属导线Wm与Wm+1所连接的共用电极Sm与Sm+1变成相等的电位。

共用电极短路测试的结果如图5所示，由于相邻的共用电极块Sn连接至不同的电位VCOM1及VCOM2，因此当全部像素电极Px，y充电至最高灰阶电压时，画面会呈现棋盘状的图案，每一格子对应到一块共用电极块Sn，相邻的格子呈现不同的灰阶。当棋盘状图案没有缺陷时(如图5A所示)，表示测试结果正常。当在棋盘状图案中发现有相邻的格子呈现相同的灰阶的情况时(如图5B中圈起来的部分)，则表示这两个格子所对应的共用电极块Sn之间或者金属导线Wn之间有短路的现象。此时再针对短路发生的区域做细部的检查，排除短路发生的状况。

实际将图4的电路配置于图2的触控显示面板时，具体的例子如第6-8图。由于共用电极短路测试时控制芯片IC还未焊接，因此以虚线表示。在图6中，触控显示面板60的下基板的外引脚区域22更配置了测试垫61、测试垫62、控制垫63。测试垫61、测试垫62、控制垫63各自连接有一条金属导线，分别是61’、62’、63’。三条金属导线61’、62’、63’均沿着于重叠区域21中的显示区域23以外的边界延伸，直到重叠区域21的上方边界。开关元件SW1配置于重叠区域21的上方边界，连接于金属导线61’与奇数条金属导线Wn之间，以及连接于金属导线62’与偶数条金属导线Wn之间。所有的开关元件SW1的控制端子均连接至金属导线63’。当进行共用电极短路测试时，测试垫61会被施加电位VCOM1，测试垫62会被施加电位VCOM2，控制垫 63会被施加控制信号SB_VCOM，此时控制信号SB_VCOM的电位会将所有的开关元件SW1导通，来达成上述说明的共用电极短路测试。

测试电路配置于触控显示面板的另一具体的例子如图7所示，触控显示面板70的金属导线61’、62’、63’及开关元件SW1也可全部配置于重叠区域21的下方边界。使用这个构造除了可进行与图6相同的共用电极短路测试外，还可以对每一个共用电极块Sn的金属导线Wn进行断路测试。触控显示面板70在进行共用电极短路测试前，会先进行显示测试。具体来说，就是通过数据线Dy将所有的像素电极Px，y充电至同一灰阶电压，并将所有共用电极块Sn供给相同的电压(测试垫61与测试垫62被施加相同的电位)，然后藉由观看画面中是否有亮暗点来判断是否有像素异常。而图7的构造的特别之处在于，进行显示测试时也能同时测试共用电极块Sn的每一条金属导线Wn是否有断路。假设金属导线W1如图7所示发生断路o，则共用电极块S1的电位会与所有其他的共用电极块的电位不同，因此可观察出画面中有一个的格子灰阶异常，这个格子对应到共用电极块S1，因此能判断电极块S1的金属导线W1上有断路。

测试电路配置于触控显示面板的另一具体的例子如图8所示，触控显示面板80中的测试垫61、测试垫62、控制垫63、金属导线61’、62’、63’及开关元件SW1全部配置在面板外部的冗余区域81，而金属导线Wn会延伸到基板外部的冗余区域81当中。冗余区域81原本可能是下基板的一部分，在共用电极短路测试完成后会整个切除。因此，在这个构造当中，当冗余区域81被切除后，从触控显示面板80的外观只能观察到金属导线Wn延伸到基板的边缘。又或者，在另一实施例中，也可以利用激光将位于开关元件SW1与各共用电极Sn之间的各金属导线Wn蚀刻断开，例如图8中，利用激光沿着一切割线(即冗余区域81邻接重叠区域21的实线)蚀刻，以电性隔离开关元件SW1与各共用电极Sn。

触控显示面板经过显示测试、共用电极断路测试、共用电极短路测试后，若无问题可进行后续的组装步骤。然而，经过几次测试后的触控显示面板中可能会有残留电荷，若像素电极长时间有残留电荷，则容易造成液晶分子极化，而损坏显示面板。因此，本发明更进一步改良图4的电路，使其提供对像素电极放电的功能。

图9是根据本发明一实施例的像素电极放电用电路图。在图9中，除了 图4的电路外，数据线群D[1]、D[2]、…、D[p]、D[p+1]也会分别通过开关元件SW2连接到提供电位VCOM1或VCOM2的金属导线上，所有的开关元件SW2的控制端子由控制信号SB_DATA统一控制，藉此可整体地切换各个数据线群与电位VCOM1及VCOM2之间的导通或非导通。在此，需注意的是任一个D[n](n为大于1的整数)的符号表示由至少一条的数据线所构成的群组，并不只限定于一条数据线。再者，虽图9显示数据线群D[1]通过开关元件SW2连接至提供电位VCOM1的金属导线，数据线群D[2]通过开关元件SW2连接至提供电位VCOM2的金属导线，但实际上数据线群D[1]、D[2]也可同时连接到同一条金属导线上。这是因为进行像素电极放电时，电位VCOM1与电位VCOM2相同，故数据线群连接到提供电位VCOM1或VCOM2的金属导线任一条皆可。进行像素电极放电时，所有的栅极线Gx使晶体管薄膜TFT导通，控制信号SB_VCOM及控制信号SB_DATA各自导通开关元件SW1、SW2导通，使得全部共用电极Sn以及全部数据线Dy都连接到电位VCOM1或VCOM2，由于此时电位VCOM1等于电位VCOM2，因此所有像素中的数据线会与共用电极等电位，藉此对像素电极的残留电荷放电。

另外，也可以依照第6-8图的三种配置方式，将图9的电路配置于图2的触控显示面板中，此时会将开关元件SW2加入其中，并增加一个控制垫(未图示)在控制垫63旁，用来提供控制信号SB_DATA至所有开关元件SW2的控制端子。除了上述差异点外其余特征皆与第6-8图相同，故不重复说明。

本发明的触控显示面板采用图9的电路时，可操作于显示测试、共用电极短路测试、以及像素电极放电三种模式。以下统整说明进行这三种模式时电位VCOM1、VCOM2、及控制信号SB_VCOM、SB_DATA的变化。图10是显示图9的电路操作于显示测试模式、共用电极短路测试模式、以及像素电极放电模式时的各个操作电压的变化的一个例子。在图10的例子中，将触控显示面板依序操作于显示测试模式I、共用电极短路测试模式II、以及像素电极放电模式III，并假设开关元件SW1、SW2是在控制端子被施加高电位时会导通的NMOS晶体管。如图10所示，当操作于显示测试模式I时，电位VCOM1及VCOM2相等(例如-1V)，控制信号SB_VCOM为高电位H使开关元件SW1导通，控制信号SB_DATA为低电位L使开关元件SW2不导通，藉此检测画面上是否有亮暗点或显示异常；当操作于共用电极短路测 试模式II时，电位VCOM1及VCOM2不相等(例如电位VCOM1为-0.5V，电位VCOM2为-1.5V)，控制信号SB_VCOM为高电位H使开关元件SW1导通，控制信号SB_DATA为低电位L使开关元件SW2不导通，藉此使画面呈现棋盘状图案来检测是否有相邻的格子灰阶相同的情况；当操作于像素电极放电模式III时，电位VCOM1及VCOM2相等(例如0V)，控制信号SB_VCOM为高电位H使开关元件SW1导通，控制信号SB_DATA也是高电位H使开关元件SW2导通，藉此使全部的共用电极Sn与像素电极Px，y等电位，将像素电极Px，y的残留电荷放电到数据线Dy中，并藉由开关元件SW2的导通状态将残留电荷接地(假设电位VCOM1及VCOM2为接地)。

由图10可看出采用图9的电路的触控显示面板可操作于三种模式，然而上述各个操作电压仅为例示，并非用以限定本发明的范围。另外，本发明的开关元件SW1、SW2也可以是在控制端子被施加低电位时会导通的PMOS晶体管。

根据以上所述的全部实施例，本发明提出一种触控显示面板及其测试方法，能够测试共用电极是否短路、断路、以及对像素电极放电。

虽本发明以上述实施例来说明，但并不限于此。更进一步地说，在本领域技术人员不脱离本发明的概念与同等范围之下，权利要求书必须广泛地解释以包括本发明实施例及其他变形。