使用内嵌式触摸模式的液晶显示装置及其制造方法

摘要

使用内嵌式触摸模式的液晶显示装置及其制造方法。一种液晶显示LCD装置，所述LCD装置包括：下基板和上基板，所述下基板和所述上基板被布置为彼此面对，并且具有插入在其间的液晶层；黑底，所述黑底被设置在所述下基板上，在所述黑底之间设置滤色器，并且在所述下基板的整个表面上设置公共电极；选通线和数据线，所述选通线和所述数据线被设置在所述上基板上并且彼此交叉以限定像素区域；薄膜晶体管TFT，所述TFT在所述上基板的所述像素区域中存在；以及像素电极，所述像素电极与所述TFT电接触，其中，通过检测所述选通线和所述数据线二者与接触所述上基板的触摸对象之间的自电容的变化来输出感测信号。

权利要求

1.一种液晶显示LCD装置，所述LCD装置包括：

下基板和上基板，所述下基板和所述上基板被布置为彼此面对，并且具有插入在该下基板和该上基板之间的液晶层；

选通线和数据线，所述选通线和所述数据线被设置在所述上基板上并且彼此交叉以限定像素区域；

薄膜晶体管TFT，所述TFT存在于所述上基板的所述像素区域中；

像素电极，所述像素电极与所述TFT电接触；以及

黑底、滤色器和公共电极，所述黑底被设置在所述下基板上的与除了所述像素区域以外的区域相对应的区域，所述滤色器被设置在所述下基板上的与相邻黑底之间的所述像素区域相对应的区域，并且所述公共电极被设置在所述下基板的整个表面上，其中，通过检测所述选通线和所述数据线二者与接触所述上基板的触摸对象之间的自电容的变化来输出感测信号。

2.根据权利要求1所述的LCD装置，其中，所述LCD装置是具有TN结构的内嵌式触摸模式LCD装置。

3.根据权利要求1所述的LCD装置，其中，所述选通线和所述数据线在显示时段中用作所述LCD装置的电极并且在触摸时段中用作自电容。

4.根据权利要求1所述的LCD装置，其中，所述选通线和所述数据线根据在所述上基板上是否存在所述触摸对象来感测自电容的变化。

5.一种用于制造液晶显示LCD装置的方法，所述方法包括以下步骤：设置下基板和上基板，所述下基板和所述上基板被布置为彼此面对并且具有插入在该下基板和该上基板之间的液晶层；

在所述下基板上形成黑底、滤色器和公共电极；

在所述上基板上顺序地形成选通线、有源层、源极和漏极以及从所述源极延伸并且与所述选通线交叉的数据线，以在所述上基板上形成像素区域；以及在所述上基板的所述像素区域中形成像素电极，所述像素电极与所述漏极电接触，其中，通过检测所述选通线和所述数据线二者与接触所述上基板的触摸对象之间的自电容的变化来输出感测信号。

6.根据权利要求5所述的方法，其中，所述LCD装置是具有TN结构的内嵌式触摸模式LCD装置。

7.根据权利要求5所述的方法，其中，所述选通线和所述数据线在显示时段中用作所述LCD装置的电极并且在触摸时段中用作自电容。

8.根据权利要求5所述的方法，其中，所述选通线和所述数据线根据在所述上基板上是否存在所述触摸对象来感测自电容的变化。

说明书

使用内嵌式触摸模式的液晶显示装置及其制造方法

技术领域

[0001] 本公开涉及一种触摸面板，并且具体地说，涉及一种通过将自电容型内嵌式(in-cell)触摸传感器应用到扭曲向列(TN)模式LCD来使用内嵌式触摸模式的液晶显示器(LCD)及该液晶显示器的制造方法。

背景技术

[0002] 平板显示器的具体示例包括LCD、等离子体显示面板(PDP)装置、场发射显示(FED)装置和电致发光显示装置(ELD)。这些装置通常包括一个平面显示面板作为必要元件，并且该平面显示面板具有这样的结构，在该结构中，一对透明绝缘基板以面对的方式附接，在该对透明绝缘基板之间插入发射或偏振材料层。

[0003] 其中，LCD通过使用电场来调节液晶的透光率来显示图像。为此，图像显示装置包括具有液晶单元的液晶面板、光照射到显示面板的背光单元和用于驱动液晶单元的驱动电路。

[0004] 近来，增加了添加触摸面板的需求，所述触摸面板通过用户的手或单独的输入单元来识别被触摸的部分并且发送与被触摸的部分对应的单独信息。目前，以被附接到显示装置的外部表面的形式应用这种触摸面板。

[0005] 此外，根据一个触摸感测方案，触摸面板被分类为电阻式触摸面板、电容式触摸面板和红外线感测式触摸面板，并且最近，考虑到制造方案和感测功率方面的容易，电容式触摸面板作为小模式已变得突出。

[0006] 作为电容式方案，为了识别多点触摸，使用互电容感测方案。

[0007] 在使用电容式感测方案的触摸传感器当中，近来出现了内嵌式触摸型触摸传感器。这里，内嵌式触摸型触摸传感器是一种通过在下基板上形成触摸传感器来实现触摸操作的技术。

[0008] 近来，内嵌式触摸技术以各种驱动模式应用于LCD。

[0009] 使用电容方案的内嵌式触摸传感器在各种驱动模式应用于LCD当中的TN模式LCD时具有局限。

[0010] 原因是因为：TN模式LCD具有这样一种结构，在该结构中，栅极、有源层、源极与漏极以及像素电极形成在下基板上，并且黑底、滤色器、公共电极和柱状间隔件形成在上基板上。

[0011] 因此，在将内嵌式触摸方案应用于TN模式LCD的情况下，当用户触摸滤色器的上部时，触摸信号被在TN面板的上基板上设置的公共电极阻断，使得难以实现触摸功能。而且，难以在保持下基板内的TN结构的同时配置触摸电极。

发明内容

[0012] 因此，详细描述的一个方面是提供一种使用能够将自电容型内嵌式触摸传感器应用于扭曲向列(TN)模式LCD的内嵌式触摸方案的液晶显示(LCD)装置及其制造方法。

[0013] 为了实现这些及其它优点且根据本说明书的目的，如本文具体实施且广泛描述的，一种液晶显示(LCD)装置可以包括：下基板和上基板，所述下基板和所述上基板被布置为彼此面对，并且具有插入在该下基板和该上基板之间的液晶层；黑底，所述黑底被设置在所述下基板上，在所述黑底之间设置滤色器，并且在所述下基板的整个表面上设置公共电极；选通线和数据线，所述选通线和所述数据线被设置在所述上基板上并且彼此交叉以限定像素区域；薄膜晶体管TFT，所述TFT在所述上基板的所述像素区域中存在；以及像素电极，所述像素电极与所述TFT电接触，其中，通过检测所述选通线和所述数据线二者与接触所述上基板的触摸对象之间的自电容的变化来输出感测信号。

[0014] 所述LCD装置可以是具有TN结构的内嵌式(in-cell)触摸模式LCD装置。

[0015] 所述选通线和所述数据线在显示时段中可以用作所述LCD装置的电极并且在所述触摸时段中可以用作自电容。

[0016] 所述选通线和所述数据线可以根据在所述上基板上有无所述触摸对象来感测自电容的变化。

[0017] 为了实现这些及其它优点且根据本说明书的目的，如本文具体实施且广泛描述的，一种用于制造液晶显示LCD装置的方法，所述方法可以包括以下步骤：设置下基板和上基板，所述下基板和所述上基板被布置为彼此面对并且具有插入在该下基板和该上基板之间的液晶层；在所述下基板上形成黑底、滤色器和公共电极；形成选通线、有源层、源极、漏极以及与所述选通线交叉的数据线，以在所述上基板上形成像素区域；以及在所述上基板的所述像素区域中形成像素电极，所述像素电极与所述漏极电接触，其中，通过检测所述选通线和所述数据线二者与接触所述上基板的触摸对象之间的自电容的变化来输出感测信号。

[0018] 所述LCD装置可以是具有TN结构的内嵌式触摸模式LCD装置。

[0019] 所述选通线和所述数据线在显示时段中可以用作所述LCD装置的电极并且在所述触摸时段中可以用作自电容。

[0020] 所述选通线和所述数据线可以根据在所述上基板上有无所述触摸对象来感测自电容的变化。

[0021] 在根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD装置及其制造方法中，通过应用其中所述选通线及数据线在显示时段中用作选通电极和数据电极并且在触摸时段中用作触摸电极的时分方案，可以实现自电容型内嵌式触摸传感器。

[0022] 另外，在根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD装置及其制造方法中，通过将自电容型内嵌式触摸技术应用于LCD装置，可以增加LCD装置的附加值，并且可以在具有TN结构的现有LCD装置中实现所述内嵌式触摸技术，而不会增加掩模数量。

[0023] 根据下文给出的详细描述，本申请的可应用性的进一步范围将变得更加显而易见。然而，应该理解，由于根据所述详细描述本发明范围内的各种变化及修改对于本领域技术人员而言将变得更加显而易见，因此所述详细描述及具体示例虽然指示本发明的优选实施方式，但仅是为了说明而给出。

附图说明

[0024] 附图被包括以提供对本发明的进一步理解，并且被并入本说明书且构成本说明书的一部分，附图例示了示例性实施方式并且与说明书一起用于说明本发明的原理。

[0025] 在附图中：

[0026] 图1为根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的液晶显示(LCD)装置的示意性立体图。

[0027] 图2为根据公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的示意性截面图，示出了选通线和数据线二者与触摸对象之间的自电容。

[0028] 图3为根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的平面图。

[0029] 图4为根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的示意性截面图。

[0030] 图5为示意性地示出根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的选通线和数据线的视图。

[0031] 图6为示意性地示出根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的驱动方案的电路波形图，其中，示出了基于时分方案的显示时段与触摸时段中的电路波形。

[0032] 图7A至图7D为示出制造根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的上薄膜晶体管(TFT)阵列基板的过程截面图。

[0033] 图8A至图8C为示出制造根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的下TFT阵列基板的过程的截面图。

[0034] 图9为示意性地示出根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的上基板和下基板的附接状态的截面图。

具体实施方式

[0035] 下文中，将参考附图详细描述本公开的实施方式。在针对各图中的元件添加附图标记时，应该注意：只要有可能，针对各个元件使用已用于表示在其它附图中的相似元件的相似附图标记。而且，为了不使本发明的主题不必要地模糊，将取消与公知功能或配置有关的详细描述。

[0036] 在描述本发明的元件时，可以使用诸如第一、第二、A、B、(a)、(b)等的术语。这些术语仅用于将相应的元件与其它元件区分，并且相应的元件在其本质、顺序或先后次序方面不受限于这些术语。要理解的是，当一个元件或层被称为“在”另一元件或层“上”或“被连接到”另一元件或层时，该元件或层可直接在其它元件或层上或直接连接到其它元件或层，或者可能存在中间元件或层。在同一上下文中，要理解的是，当一个元件被称为“在”另一元件“上”或“下”时，该元件可直接在其它元件上或者在该元件与其它元件之间间接地形成由中间元件。

[0037] 图1为根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的液晶显示(LCD)装置的示意性立体图。

[0038] 图2为根据公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的示意性截面图，示出了选通线和数据线二者与触摸对象之间的自电容。

[0039] 图3为根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的平面图。

[0040] 图4为根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的示意性截面图。

[0041] 图5为示意性地示出根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的选通线和数据线的视图。

[0042] 图6为示意性地示出根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的驱动方案的电路波形图，其中，示出了基于时分方案的显示时段与触摸时段中的电路波形。

[0043] 如图1和图2所示，根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD装置包括上基板101和下基板131，上基板101包括彼此交叉的选通线103和数据线109，下基板131被布置为面对上基板101并且具有多个滤色器135和公共电极139。

[0044] 在上基板101和下基板131上分别设置上偏振片161和下偏振片163。

[0045] 包括薄膜晶体管(TFT)阵列的上基板101被称为TFT阵列基板，并且包括滤色器及公共电极的下基板131被称为滤色器阵列基板。

[0046] 如图2所示，基于与上基板101接触的触摸对象170与设置在基板101中的选通线103和数据线109之间的自电容，感测触摸之前及之后的自电容的变化以检查所述触摸。

[0047] 图3为根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的平面图，并且图4为根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的示意性截面图。

[0048] 图3为示出根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的上阵列基板的视图。在上基板(未示出且请参考图4的101)中，选通线103和数据线109被布置为彼此交叉以限定像素区域，在选通线103和数据线109的交叉处设置TFT T，并且在每个像素区域中设置像素电极117，并且该像素电极117与TFT T的漏极109b电接触。

[0049] 根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD装置100为具有TN结构的LCD装置，并且如图3和图4所示，LCD装置100包括上基板101和下基板131以及液晶层141，上基板101和下基板131被布置为彼此面对，液晶层141被设置在上基板101与下基板131之间。

[0050] 在上基板101上，在一个方向上形成选通线103，并且栅极103a从选通线103延伸。

[0051] 在包括栅极103a和选通线103的上基板101的整个表面上形成栅极绝缘层105。

[0052] 在栅极上方的栅极绝缘层105上堆叠半导体层107和单独的欧姆接触层(未示出)。

[0053] 在半导体层107和所述欧姆接触层(未示出)上分离地形成源极109a和漏极109b。这里，数据线(未示出，请参考图3的109)从源极109a延伸，并且在与选通线103交叉的另一方向上形成数据线109。

[0054] 栅极103a、半导体层107、源极109a和漏极109b形成TFT T。

[0055] 在包括源极109a和漏极109b的上基板101的整个表面上形成保护层113。

[0056] 在保护层113中形成暴露TFT T的漏极109b的一部分的漏极接触孔(未示出，请参考图7C的115)。

[0057] 在包括漏极接触孔115a并且与漏极109b电接触的保护层113上形成像素电极117。这里，在由于选通线103和数据线109彼此交叉所形成的各像素区域(未示出)中形成像素电极117。

[0058] 可以在包括像素电极117的上基板101的上表面上形成上对齐层(未示出)。

[0059] 同时，在以面对的方式与上基板101附接的下基板131的除像素区域(未示出)以外的区域中形成黑底133，在上基板101与下基板131之间具有预定的单元间隙。

[0060] 在与黑底133之间的像素区域对应的下基板131上形成滤色器135，所述滤色器135包括红色滤色器层、绿色滤色器层和蓝色滤色器层。

[0061] 在包括滤色器135和黑底133的下基板131上形成外涂层137。这里，外涂层137用于使下基板131的表面平坦化。

[0062] 在外涂层137的整个表面上形成公共电极139。

[0063] 在公共电极139上形成柱状间隔件(未示出)，以当上基板101与下基板131附接时保持预定的单元间隙。这里，所述柱状间隔件(未示出)可以在与像素区域内的TFT T、选通线103或数据线109交叠的位置中形成。

[0064] 可以在下基板101的整个表面上形成上对齐层(未示出)。

[0065] 在上基板101与下基板131之间形成液晶层(未示出)，其中，由所述柱状间隔件(未示出)保持所述预定的单元间隙。

[0066] 当沿着上基板101和下基板131的外缘部分在其间形成密封图案151时，上基板101和下基板131被附接在一起。

[0067] 图5为示意性地示出根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的选通线和数据线的视图。

[0068] 如图5所示，当驱动LCD装置时，上基板101的选通线103和数据线109用作选通电极和数据电极，并且在触摸对象(未示出，请参考图2的170)在上基板101上接触的情况下，选通线103和数据线109用作内嵌式触摸传感器的电极，也就是说，用为选通电极和数据电极。也就是说，当触摸对象170接触上基板101时，感测选通电极和数据电极二者与触摸对象170之间的电容的变化并且输出感应信号。

[0069] 图6为示意性地示出根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的驱动方案的电路波形图，其中，示出了基于时分方案的显示时段与触摸时段中的电路波形。

[0070] 如图6所示，以时分方式驱动根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD装置。也就是说，在显示时段中，选通线103和数据线109可以用作LCD装置的电极，而在触摸时段中，选通线103和数据线109可以用作自电容传感器的电极。

[0071] 因此，选通线103和数据线109可以根据触摸对象170所施加的触摸的有无来感测自电容的变化。

[0072] 将参考图7至图9来描述一种制造根据如上配置的本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD装置的方法。

[0073] 图7A至图7D为示出制造根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD装置的上薄膜晶体管(TFT)阵列基板的过程的截面图。

[0074] 在制造根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD装置的上TFT阵列基板的方法中，首先，如图7A所示，通过诸如溅射沉积方法等的沉积方法在上基板101上形成栅极金属层(未示出)。这里，作为栅极金属层(未示出)，可以使用由铬(Cr)或钼(Mo)合金形成的单层或双层结构。

[0075] 接下来，通过光刻工艺和蚀刻工艺对栅极金属层(未示出)进行构图以形成选通线(未示出，请参考图3的103)和从选通线103延伸的栅极103a。

[0076] 之后，通过诸如PECVD或溅射的沉积方法在其上形成图案的上基板101上形成栅极绝缘层105。这里，作为栅极绝缘层105的材料，可以使用诸如氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)的无机绝缘材料。

[0077] 之后，在栅极绝缘层105上顺序地形成非晶形硅层(未示出)和n+非晶形硅层(未示出)。

[0078] 之后，通过光刻工艺和蚀刻工艺对n+非晶形硅层(未示出)和非晶形硅层(未示出)进行构图以形成半导体层107和欧姆接触层(未示出)。

[0079] 之后，如图7B所示，在包括欧姆接触层(未示出)和半导体层107的上基板101的整个表面上形成源极/漏极金属层(未示出)，并且随后通过光刻工艺和蚀刻工艺对源极/漏极金属层进行构图以形成与选通线103交叉的数据线(未示出，请参考图3的109)和分离的源极109a及漏极109b。这里，作为源极/漏极金属层(未示出)，可以使用钼(Mo)、钛(Ti)、钽(ta)或钼(Mo)合金。因此，栅极103a、半导体层107、源极109a和漏极109b形成TFTT。

[0080] 之后，如图7C所示，通过诸如PECVD的沉积方法在包括源极109a和漏极109b的栅极绝缘层105上形成保护层113。这里，作为保护层113的材料，可以使用诸如氧化硅(SiOx)或氮化硅(SiNx)的无机绝缘材料。

[0081] 之后，通过光刻工艺和蚀刻工艺顺序地对保护层113进行构图以形成漏极接触孔115，该漏极接触孔115暴露漏极109b的一部分。

[0082] 之后，通过诸如溅射等的沉积方法在包括漏极接触孔115的保护层113上沉积透明的电极材料层(未示出)。

[0083] 之后，如图7D所示，通过光刻工艺和蚀刻工艺对透明的电极材料层(未示出)进行构图以形成与漏极109b接触的像素电极117。这里，作为透明的电极材料层的材料，可以使用氧化铟锡(ITO)、氧化锡(TO)或氧化铟锌(IZO)。在由于选通线103和数据线109彼此交叉所形成的各个像素区域(未示出)中形成像素电极125。

[0084] 之后，尽管未示出，但是对包括像素电极125的上基板101的整个表面进行对齐，以形成上对齐层(未示出)。

[0085] 图8A至图8C为示出制造根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的下TFT阵列基板的过程的截面图。

[0086] 在制造根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD装置的下滤色器阵列基板的方法中，首先，如图8A所示，在下基板101上形成黑底133，黑底133与下基板131的除像素区域以外的区域对应。

[0087] 接下来，如图8B所示，在与黑底133之间的像素区域(未示出)对应的下基板131上形成滤色器135，该滤色器135包括红色滤色器层、绿色滤色器层和蓝色滤色器层(未示出)。

[0088] 之后，如图8C所示，在包括滤色器135和黑底133的下基板131上形成外涂层137以使下基板131的表面平坦化。

[0089] 之后，如图8C所示，在外涂层137的整个表面上沉积透明的电极材料层(未示出)以形成公共电极139。这里，作为透明的电极材料层的材料，可以使用ITO、TO或IZO。

[0090] 之后，在公共电极139上形成柱状间隔件(未示出)，使得可以在下基板131与上基板101之间保持单元间隙。这里，柱状间隔件(未示出)可以形成在这样的位置，在该位置中，柱状间隔件与TFTT、选通线(未示出，请参考图3的103)或数据线(未示出，请参考图3的109)交叠。

[0091] 之后，可以在包括所述柱状间隔件(未示出)和公共电极139的下基板131的暴露的表面上形成下对齐层(未示出)。

[0092] 图9为示意性示出根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD的上基板和下基板的附接状态的截面图。

[0093] 如图9所示，在下基板131与上基板101之间形成液晶层141。

[0094] 之后，在上基板101和下基板131的外缘上形成密封图案151，并且使上基板101和下基板131附接，以完成制造根据本公开的实施方式的具有TN结构的内嵌式触摸型LCD装置的过程。

[0095] 在这种方式中，在根据本公开的实施方式的使用内嵌式触摸方案的LCD装置及其制造方法中，由于时分驱动方案，可以实现自电容型内嵌式触摸传感器，在时分驱动方案中TFT的选通线和数据线在显示时段中用作选通电极和数据电极并且在触摸时段中用作触摸电极。

[0096] 前面的实施方式及优点仅是示例性的并且不应被认为限制本公开。本发明的教导能够容易地应用于其它类型的装置。本说明书旨在是例示性的，而不是限制权利要求的范围。对本领域技术人员来说，许多替代、修改及变化将是显而易见的。可以以各种方式组合本文描述的示例性实施方式的特征、结构、方法及其它特性，以获得另外和/或替代的示例性实施方式。

[0097] 由于可以在没有背离其特性的情况下以若干种形式具体实施本发明的特征，还应该理解，除非另有规定，否则上述实施方式不受前面描述的任意细节的限制，相反应该在所附的权利要求限定的范围内广义地考虑，并且因此，落入权利要求的边界和范围内的所有变化及修改、或者这些边界和范围的等同物因而旨在由所附的权利要求包含。