觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置

《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》是崑山龍騰光電有限公司於2008年06月30日申請的專利，該專利的公布號為：CN101446721B，專利公布日：2011年01月26日，發明人是：鐘德鎮；邱郁雯；廖家德；簡廷憲。

《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》包括：掃描線，數據線，與掃描線垂直交叉排列並限定像素區域，像素電極，形成於所述像素區域內，儲存電容電極，與所述像素電極構成第一存儲電容，第一薄膜電晶體，所述數據線通過所述第一薄膜電晶體向像素電極輸入數據信號，所述陣列基板還包括：參考電壓輸入線，信號檢測線，觸控電極，形成於所述像素區域內，與所述存儲電容電極線構成第二存儲電容，第二薄膜電晶體，參考電壓輸入線通過所述薄膜電晶體向觸控電極輸入參考電壓，第三薄膜電晶體，信號檢測線通過所述薄膜電晶體從觸控電極輸出檢測電壓。由此，《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》的觸控式液晶顯示裝置具有重量輕，厚度小，成本低，且顯示亮度高的優點。

2020年7月14日，《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。

（概述圖為《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》摘要附圖 ）

基本介紹

• 中文名：觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置
• 公布號：CN101446721B
• 申請日：2008年06月30日
• 申請號：2008101376134
• 發明人：鐘德鎮；邱郁雯；廖家德；簡廷憲
• 地 址：江蘇省蘇州市崑山市龍騰路1號
• 專利代理機構：中國專利代理(香港)有限公司
• Int. Cl.：G02F1/1362(2006.01)I；G02F1/133(2006.01)I；H01L27/12(2006.01)I；H01L21/60(2006.01)I
• 專利權人：崑山龍騰光電有限公司
• 公布日：2011年01月26日
• 代理人：臧霽晨；劉宗傑
• 類別：發明專利

專利背景

隨著技術的日益發展，行動電話、個人數字助理（PDA）、筆記本電腦等數位化工具無不朝著便利、多功能且美觀的方向發展，其中顯示螢幕是這些設備中不可或缺的人機溝通界面，2008年前，主流的顯示螢幕採用液晶顯示裝置。

隨著信息技術、無線移動通訊和信息家電的快速發展與套用，為了達到更便利、更輕巧以及更人性化的目的，許多信息產品已由傳統的鍵盤或滑鼠等裝置輸入，轉為使用觸控式面板（Touch Panel）作為輸入裝置，其中觸控式液晶顯示裝置更成為主流產品。

觸控式液晶顯示器是通過檢測是否有外力施加於液晶顯示器及精確檢測外力施加於液晶顯示器的位置信號（下稱坐標），從而來控制液晶顯示器的顯示。

觸控面板可以採用許多不同的觸控技術實現，例如電容式、電阻式、音波式及紅外線式（光學式）等四種。一般現在公共場合經常使用的觸控式液晶顯示器是在液晶顯示面板的表面額外配置一觸控面板，但是這樣會增加顯示器的總體厚度與重量，無法達到薄型化的需求，此外，增加了一片觸控面板將會減少液晶顯示器背光的穿透率，因而造成亮度的降低。再者，在顯示面板上增加觸控面板也同時會因為增加了零件而增加成本。

發明內容

專利目的

《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》的目的在於提供一種重量輕，厚度小，成本低，顯示亮度高的觸控式液晶顯示陣列基板以及液晶顯示裝置。

實現裝置

《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》提供了一種觸控式液晶顯示陣列基板，包括：掃描線，數據線，與掃描線垂直交叉排列並限定像素區域，像素電極，形成於所述像素區域內，儲存電容電極，與所述像素電極構成第一存儲電容，第一薄膜電晶體，所述數據線通過所述第一薄膜電晶體向像素電極輸入數據信號，所述陣列基板還包括：參考電壓輸入線，信號檢測線，觸控電極，形成於所述像素區域內，與所述存儲電容電極線構成第二存儲電容，第二薄膜電晶體，參考電壓輸入線通過所述薄膜電晶體向觸控電極輸入參考電壓，第三薄膜電晶體，信號檢測線通過所述薄膜電晶體從觸控電極輸出檢測電壓。

再者，《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》提供了一種觸控式液晶顯示裝置，一種觸控式液晶顯示裝置，包括一陣列基板、一彩色濾光片基板以及外圍電路，其中所述陣列基板包括：掃描線，數據線，與掃描線垂直交叉排列並限定像素區域，像素電極，形成於所述像素區域內，儲存電容電極，與所述像素電極構成第一存儲電容，第一薄膜電晶體，所述數據線通過所述第一薄膜電晶體向像素電極輸入數據信號，所述陣列基板還包括：參考電壓輸入線，信號檢測線，觸控電極，形成於所述像素區域內，與所述存儲電容電極線構成第二存儲電容，第二薄膜電晶體，參考電壓輸入線通過所述第二薄膜電晶體向觸控電極輸入參考電壓，第三薄膜電晶體，信號檢測線通過所述第三薄膜電晶體從觸控電極輸出檢測電壓。所述彩色濾光片基板包括一對置電極。

改善效果

根據《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》，觸控輸入的功能被集合到顯示陣列基板中來實現，不需要單獨的觸控面板，因而降低了裝置的重量和厚度，減小了成本，並且可以實現高顯示亮度。

附圖說明

圖1為《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》第一實施例的像素結構示意圖。

圖2a為《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》的液晶顯示陣列基板中第一薄膜電晶體TFT1的局部放大圖。

圖2b為《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》的液晶顯示陣列基板中第二薄膜電晶體TFT2的局部放大圖。

圖2c為《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》的液晶顯示陣列基板中第三薄膜電晶體TFT3的局部放大圖。

圖3為沿圖1中的I-I方向的剖視圖。

圖4為圖1所示的結構的電路示意圖。

圖5示出了顯示區域外的檢測器的工作步驟。

圖6為《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》第二實施例的像素結構示意圖。

圖7a為《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》第二實施例的液晶顯示陣列基板中第一開關元件的局部放大圖。

圖7b為《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》第二實施例的液晶顯示陣列基板中第二開關元件的局部放大圖。

圖8為沿圖6中的II-II方向的剖視圖。

圖9為外圍的信號控制電路。

技術領域

《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》涉及液晶顯示陣列基板以及液晶顯示裝置，具體地，涉及一種觸控式液晶顯示面板及其顯示裝置。

權利要求

1.一種觸控式液晶顯示陣列基板，包括：掃描線，數據線，與掃描線垂直交叉排列並限定像素區域，像素電極，形成於所述像素區域內，儲存電容電極，與所述像素電極構成第一存儲電容，第一薄膜電晶體，所述數據線通過所述第一薄膜電晶體向像素電極輸入數據信號，所述陣列基板還包括：參考電壓輸入線，信號檢測線，觸控電極，形成於所述像素區域內，與所述存儲電容電極線構成第二存儲電容，第二薄膜電晶體，參考電壓輸入線通過所述第二薄膜電晶體向觸控電極輸入參考電壓，第三薄膜電晶體，信號檢測線通過所述第三薄膜電晶體從觸控電極輸出檢測電壓。

2.如權利要求1所述的陣列基板，其特徵在於，第一薄膜電晶體，其柵極電性連線第二掃描線，源極電性連線數據線，漏極電性連線像素電極；第二薄膜電晶體，其柵極電性連線第二掃描線，源極電性連線參考電壓輸入線，漏極電性連線觸控電極；第三薄膜電晶體，其柵極電性連線第一掃描線，源極電性連線觸控電極，漏極電性連線信號檢測線。

3.如權利要求1所述的陣列基板，其特徵在於，所述存儲電容電極線還包括一延伸部，所述第二存儲電容由所述觸控電極與所述存儲電容電極線延伸部構成。

4.如權利要求1所述的陣列基板，其特徵在於，所述觸控電極與所述像素電極的材料均為透明導電材料。

5.如權利要求2所述的陣列基板，其特徵在於，所述參考電壓輸入線與掃描線平行設定，所述信號檢測線與所述數據線平行設定。

6.如權利要求5所述的陣列基板，其特徵在於，其還包括連線電極，所述參考電壓輸入線及第二薄膜電晶體的源極分別通過通孔與所述連線電極電性相連。

7.一種觸控式液晶顯示裝置，包括一陣列基板、一彩色濾光片基板以及外圍電路，其中所述陣列基板包括：掃描線，數據線，與掃描線垂直交叉排列並限定像素區域，像素電極，形成於所述像素區域內，儲存電容電極，與所述像素電極構成第一存儲電容，第一薄膜電晶體，所述數據線通過所述第一薄膜電晶體向像素電極輸入數據信號，所述陣列基板還包括：參考電壓輸入線，信號檢測線，觸控電極，形成於所述像素區域內，與所述存儲電容電極線構成第二存儲電容，第二薄膜電晶體，參考電壓輸入線通過所述第二薄膜電晶體向觸控電極輸入參考電壓，第三薄膜電晶體，信號檢測線通過所述第三薄膜電晶體從觸控電極輸出檢測電壓，所述彩色濾光片基板包括一對置電極。

8.如權利要求7所述的顯示裝置，其特徵在於，第一薄膜電晶體，其柵極電性連線第二掃描線，源極電性連線數據線，漏極電性連線像素電極；第二薄膜電晶體，其柵極電性連線第二掃描線，源極電性連線參考電壓輸入線，漏極電性連線觸控電極；第三薄膜電晶體，其柵極電性連線第一掃描線，源極電性連線觸控電極，漏極電性連線信號檢測線。

9.如權利要求7所述的顯示裝置，其特徵在於，所述存儲電容電極線還包括一延伸部，所述第二存儲電容由所述觸控電極與所述存儲電容電極線延伸部構成。

10.如權利要求7所述的顯示裝置，其特徵在於，所述觸控電極與所述像素電極的材料均為透明導電材料。

11.如權利要求8所述的顯示裝置，其特徵在於，所述參考電壓輸入線與掃描線平行設定，所述信號檢測線與所述數據線平行設定。

12.如權利要求11所述的顯示裝置，其特徵在於，其還包括連線電極，所述參考電壓輸入線及第二薄膜電晶體的源極分別通過通孔與所述連線電極電性相連。

13.如權利要求7所述的顯示裝置，其特徵在於，所述觸控電極與對置電極之間的間距比像素電極與對置電極之間的間距小。

14.如權利要求7所述的顯示裝置，其特徵在於，所述外圍電路包括一檢測器，用於檢測所述檢測電壓。

15.如權利要求7所述的顯示裝置，其特徵在於，所述彩色濾光片基板上包括一黑色矩陣，所述黑色矩陣遮蓋所述觸控電極所在區域。

16.如權利要求15所述的顯示裝置，其特徵在於，所述每個像素區域均需遮蓋與所述觸控電極所在區域面積相同的區域。

實施方式

圖1示出了《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》第一實施方式的像素結構示意圖。為清楚起見，圖中省略了彩色濾光片基板。圖1中31為掃描線，32為數據線，33為存儲電容電極線，331為存儲電容電極線33的延伸部。掃描線31與數據線32垂直交叉排列限定出像素區域，像素電極341形成於該像素區域，像素電極341與存儲電容電極線33形成第一存儲電容Cst，同時像素電極341與位於彩色濾光片基板上的對置電極（請參照圖3）形成一液晶電容Clc。在掃描線31與數據線32的交叉位置設定有第一薄膜電晶體TFT1。

圖2a為第一薄膜電晶體TFT1的局部放大圖，如圖2a所示，第一薄膜電晶體TFT1包括，柵極、源極321、漏極322及半導體層351，其中柵極電性連線掃描線31（圖中所示柵極為掃描線31的一部分），源極321電性連線數據線32，漏極322通過通孔361電性連線像素電極341。

《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》中，在與掃描線31平行的位置還設有參考電壓輸入線37，與數據線32平行的位置設有信號檢測線38，在像素區域內還設有觸控電極342，觸控電極342與存儲電容電極線33構成第二存儲電容Ct，優先的，為了增加存儲電容容量，在存儲電容電極線33上還設定有一延伸部331，該延伸部設定在觸控電極342下方。當然也可以在存儲電容電極線33與觸控電極342之間設定一輔助金屬層，該輔助金屬層與觸控電極通過通孔電性連線。在參考電壓輸入線37上方掃描線上設有第二薄膜電晶體TFT2，在信號檢測線38與掃描線31交叉的位置設有第三薄膜電晶體TFT3。

圖2b為第二薄膜電晶體TFT2的局部放大圖。如圖所示，第二薄膜電晶體TFT2包括柵極、源極371、漏極372及半導體層352，其中柵極電性連線掃描線31（圖中所示柵極為掃描線31的一部分），源極371通過通孔363與連線電極343電性相連，同時參考電壓輸入線37亦通過通孔364與連線電極343電性相連，因此源極371藉助於連線電極343可以與參考電壓輸入線37電性連線，漏極372通過通孔362電性連線觸控電極342。

圖2c為第三薄膜電晶體TFT3的局部放大圖。如圖所示，第三薄膜電晶體TFT3包括柵極、源極381、漏極382及半導體層353，其中柵極電性連線掃描線31（圖中所示柵極為掃描線31的一部分），漏極381電性連線信號檢測線38，源極382通過通孔365與觸控電極342電性連線。

圖3為沿圖1的I-I方向的剖視圖，如圖所示，400為陣列基板結構示意圖，陣列基板400包括有玻璃基板401，其上形成有掃描線31、參考電壓輸入線37及存儲電容電極線延伸部331，柵極絕緣層402覆蓋在掃描線31、參考電壓輸入線37及存儲電容電極線延伸部331上方，在柵極絕緣層402上方在與掃描線31相對應（正上方）的位置設有半導體層352、353，在半導體層352上方設有第二薄膜電晶體TFT2的源極371、漏極372，在半導體層353上方設有第三薄膜電晶體TFT3的源極382、漏極381，與第二薄膜電晶體TFT2及第三薄膜電晶體TFT3的源極、漏極同一層還設有數據線32及信號檢測線38，在第二薄膜電晶體TFT2及第三薄膜電晶體TFT3的源極、漏極、數據線32以及信號檢測線38上方覆蓋有鈍化層403，觸控電極342、連線電極343及像素電極341形成在鈍化層上方，且觸控電極342通過通孔362、365分別與第二薄膜電晶體TFT2的漏極372及第三薄膜電晶體TFT3的源極382電性連線，連線電極343通過通孔363、364分別電性連線第二薄膜電晶體TFT2的源極371及參考電壓輸入線37，因此源極371與參考電壓輸入線37可以藉助於連線電極343電性相連。配向層404覆蓋在所有層的上方。該實施例中，參考電壓輸入線37可以與掃描線在同一製程中形成，且使用相同的材料；信號檢測線38可以與數據線在同一製程中形成，且使用相同的材料；同時觸控電極342、連線電極343可以與像素電極在同一製程中形成，並且使用相同的材料，例如透明導電材料ITO。因此，形成該實施所述結構不會增加任何工序。

410為彩色濾光片基板，彩色濾光片基板410包括有玻璃基板411，在玻璃基板上依次形成有黑色矩陣418，彩色濾色層412，保護層413，對置電極414及間隔物（Spacer）417，其中彩色濾色層412位於與像素電極341相對應的區域，黑色矩陣418遮蓋像素區域以外的區域，因此與觸控電極相對應的區域亦有黑色矩陣418所遮蓋，配向層415覆蓋在所有層的上方。

在陣列基板400與彩色濾光片基板410之間通過間隔物保持一定的間距，液晶層416設定於陣列基板與彩色濾光片基板410之間。

如圖3所示，存儲電容電極線的延伸部331與觸控電極342之間隔著柵極絕緣層402與鈍化層403，構成第二存儲電容Ct；對置電極414與觸控電極342之間隔著液晶層416，配向層404、415，構成參考電容Cref；同時，第二薄膜電晶體TFT2的柵極與漏極之間隔著柵極絕緣層402，構成寄生電容Cgd。

圖4為圖1所示的單個像素結構的電路示意圖，如圖所示，第一薄膜電晶體TFT1的漏極電性連線像素電極341，像素電極341分別與存儲電容電極線33及對置電極414形成第一存儲電容Cst和液晶電容Clc；第二薄膜電晶體TFT2的漏極電性連線觸控電極342，觸控電極342分別與存儲電容電極線延伸部331及對置電極形成第二存儲電容Ct和參考電容Cref，這裡存儲電容電極線33（存儲電容電極線延伸部331）以及對置電極414上輸入的均為公共電壓信號Vcom。為便於說明，此處將位於該像素上方的掃描線標示為G1，將位於該像素下方的掃描線標示為G2。

當《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》的液晶顯示裝置正常工作的時候，在第n幀時掃描線G1、G2被依次掃描，當掃描到掃描線G2時，掃描線處於高電平狀態，第一薄膜電晶體TFT1、第二薄膜電晶體TFT2被打開，數據線32經第一薄膜電晶體TFT1將數據信號傳輸到像素電極上，並對第一存儲電容Cst及液晶電容Clc進行充電；參考電壓輸入線37則經第二薄膜電晶體TFT2將參考電壓Vref輸入到觸控電極342上，並對第二存儲電容Ct及參考電容Cref進行充電。當掃描線G2完成掃描處於低電平狀態後，第一薄膜電晶體TFT1、第二薄膜電晶體TFT2被關閉，此時，依靠第一存儲電容Cst來維持像素電極上的電壓，同時依靠第二存儲電容Ct來保持觸控電極342上的電壓。在第n+1幀時，當掃描線G1被掃描處於高電平狀態時，第三薄膜電晶體TFT3被打開，觸控電極上保持的電壓經由第三薄膜電晶體TFT3傳輸到信號檢測線38，而後設定在顯示面板外圍的檢測器（圖中未示意）檢測該電壓信號（或者是經過放大後的電壓信號），經信號檢測線38上傳輸的電壓（該電壓最後用於檢測，因此此處定義為檢測電壓）即為觸控電極上保持的電壓，此處記為Vout。

由於第二薄膜電晶體漏極與柵極之間的寄生電容的影響，因此當第二薄膜電晶體TFT2被關閉後，通過第二存儲電容Ct保持在觸控電極上的電壓Vout相對於輸入的參考電壓Vref會有所下降，一般的保持在觸控電極上的電壓Vout與從參考電壓輸入線37上輸入的電壓Vref的關係可表示為：

Vout＝Vref-ΔVgh·cgs/（cref+ct+cgd）（1）

其中ΔVgh為施加於掃描線上的高電平與低電平之間電壓差的絕對值，一般的，此處的高電平電壓與低電平電壓均是預先設定的值，因此它們之間的電壓差的絕對值ΔVgh是一固定的值；

cgd表示第二薄膜電晶體TFT2的柵極與漏極之間的寄生電容Cgd的電容值，該寄生電容所對應的介電層（柵極絕緣層）的介電常數ε、兩個電極之間的相對的面積s以及距離d都是固定不變的，同時此處第二薄膜電晶體的柵極電壓與漏極電壓亦是固定的，因此該電容的電容值亦是一固定值；

ct為存儲電容電極線的延伸部331與觸控電極342之間的第二儲存電容Ct的電容值，該第二存儲電容Ct所對應的介電層（柵極絕緣層與鈍化層）的介電常數ε、兩個電極之間的相對的面積s以及距離d都是固定不變的，同時此處觸控電極與存儲電容電極線的延伸部331上的電壓在正常情況下（即後面所提到的無外力施加與液晶面板的狀態）亦是固定的，因此該電容的電容值在正常狀態下是一固定值；

cref表示觸控電極342與對置電極414之間的參考電容Cref的電容值，其介電層為配向層404、415與液晶層416，此處觸控電極與對置電極的延伸部331上的電壓在正常情況下（即後面所提到的無外力施加與液晶面板的狀態）是固定的，因此該電容的電容值在正常狀態下是一固定值；

在正常情況下，沒有外部壓力施加於彩色濾光片基板，因此彩色濾光片與陣列基板之間的距離在間隔物417的作用下保持不變，因此寄生電容Cgd的電容值cgd，參考電容Cref的電容值cref以及第二存儲電容Ct的電容值ct均為固定值，從表達式（1）中可以看出，當各個值都固定不變時，信號檢測線38上輸出的檢測電壓Vout（即觸控電極上保持的電壓）也是固定不變的值，因此設定在外圍的檢測器（圖中未示意）檢測到的也是一個正常的值Vout（或者是經過放大後的電壓信號）。

當外部壓力施加於彩色濾光片基板，施力部位的彩色濾光片基板與陣列基板之間的距離變小時，參考電容Cref的值變大，參照表達式（1），當參考電容的值cref變大的時候，觸控電極上保持的電壓將變大，此處將該電壓表示為Vout’，因此當掃描線G1被掃描，第三薄膜電晶體TFT3被打開時，觸控電極342上保持的電壓Vout’經第三薄膜電晶體TFT3傳輸到信號檢測線38上，設定在外圍的檢測器檢測到一非正常的電壓信號Vout’（或者是經過放大後的電壓信號）。

由於掃描線是依次被掃描的，且掃描線G1打開時，檢測器才能夠通過信號檢測線38檢測輸出信號，因此當檢測到非正常的電壓信號時，即可確定外力施加於彩色濾光片基板的坐標位置（以該掃描線所在的行為橫坐標，以信號檢測線所在的列為縱坐標）。

圖5示出了顯示區域外的檢測器的工作步驟。具體地，在螢幕觸摸（外力施加）進行（步驟601）之後，讀出信號檢測線上的檢測電壓信號（步驟602），然後對檢測電壓信號進行信號放大（步驟603），接著進行模數轉換（步驟604）和噪聲消除（步驟605），最後確定觸摸所發生位置的X和Y軸坐標（步驟606）。

從該實施例中可以看出，《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》中，通過改變陣列基板與彩色濾光片基板之間的間距來改變參考電容Cref，對應的保持在觸控電極上的電壓（亦即後續的檢測電壓）亦會改變，從而可以通過檢測檢測電壓是否改變來確定是否有外力施加於液晶面板，同時也可以精確的確定該外力施加的位置坐標。

《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》的技術人員可以理解，在外力施加時可以通過增大參考電容Cref的變化量來增加該實施例中觸控式液晶顯示器的外力偵測敏感度，因此該實施例中，優選的，可以減小觸控電極342與對置電極414之間的間距，如可以在彩色濾光片上與觸控電極相對應的位置設定凸起，對置電極形成在該凸起上，從而使得對置電極與觸控電極之間的間距減小，亦可在陣列基板上觸控電極下方設定凸起等方式使得對置電極與觸控電極之間的間距減小，當然亦可通過其他方式來實現，只需保證對置電極與觸控電極之間的間距小於像素電極與對置電極之間的間距即可。

該領域的技術人員可以理解，該實施例所述的參考電壓輸入線37及信號檢測線38的位置的擺放關係只是示意性的，其中參考電壓輸入線37可以與數據線平行設定，而信號檢測線38可以與掃描線平行設定；或者參考電壓輸入線與信號檢測線均可以與數據線或者掃描線平行設定。

同時，該實施中，外力偵測點（即對應設有參考電壓輸入線37，信號檢測線38以及觸控電極的像素）的數量可以按照需要設定，可以整個螢幕都設定，也可以在部分像素、部分像素行或部分像素列中設定。但是為了保證整個螢幕顯示質量，優選的，每個像素的開口率保持一致，即有的像素區域由於設定了觸控電極需要用黑色矩陣進行遮蓋，從而使得開口率下降，在其他的像素內，即使不設定控制電極的，也需要用黑色矩陣遮蓋相同的面積，以保證設定了觸控電極的像素與未設定觸控電極的像素的開口率保持一致。

在上述實施例中，由於同時需要設定參考電壓輸入線37及信號檢測線38，雖然可以實現觸控式液晶顯示器的功能，但是也使得像素的開口率大大降低，同時，為實現上述功能，由於需要增加第二薄膜電晶體TFT2、第三薄膜電晶體TFT3，從圖1中可以看到，在一條掃描線上一個像素區域所對應的區域需要設定三個薄膜電晶體，這就使得整條掃描線的負載很大，會引起信號延遲。

下面參照圖6至圖7來說明《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》的第二實施方式。

如圖6所示，為《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》第二實施方式的像素結構示意圖，為清楚地表示該像素結構，圖中省略了彩色濾光片基板。如圖所示，31為掃描線，32為數據線，33為存儲電容電極線，331為存儲電容電極線33的延伸部。掃描線31與數據線32垂直交叉排列限定了一像素區域，像素電極341形成於該像素區域，像素電極341與存儲電容電極線33形成第一存儲電容Cst。在掃描線31與數據線32的交叉位置設定有第一開關元件，所述第一開關元件例如薄膜電晶體TFT4，如圖7a所示為薄膜電晶體TFT4的局部放大圖，其結構與實施例一所示的第一薄膜電晶體TFT1的結構相同，如圖所示，薄膜電晶體TFT4包括：柵極、源極321、漏極322及半導體層351，其柵極電性連線掃描線31（圖中所示柵極為掃描線31的一部分），源極321電性連線數據線32，漏極322通過通孔361電性連線像素電極341。

《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》中，在像素區域內與數據線32平行的位置還設有信號檢測線39以及一觸控電極342，其與存儲電容電極線33構成第二存儲電容Ct，優先的，為了增加存儲電容容量，在存儲電容電極線33上還設定有一延伸部331，該延伸部設定在觸控電極下方。當然也可以在存儲電容電極線與觸控電極之間設定一輔助金屬層，該輔助金屬層與觸控電極通過通孔電性連線。在信號檢測線39與掃描線31交叉的位置設有第二開關元件，所述第二開關元件例如薄膜電晶體TFT5，如圖7b所示為薄膜電晶體TFT5的局部放大圖，如圖所示，薄膜電晶體TFT5包括，柵極、源極391、漏極392及半導體層354，其柵極電性連線掃描線31（圖中所示柵極為掃描線31的一部分），源極391電性連線信號檢測線39，漏極392通過通孔366與觸控電極342電性連線。

圖8為圖6沿II-II方向的剖視圖，如圖所示，500為陣列基板，陣列基板500包括有玻璃基板401，其上形成有掃描線31及存儲電容電極線延伸部331，柵極絕緣層402覆蓋在掃描線31及存儲電容電極線延伸部331上方，在柵極絕緣層402上方與掃描線31相對應（正上方）的位置設有半導體層354，在半導體層354上方設有薄膜電晶體TFT5的源極391、漏極392，與薄膜電晶體TFT5的源極及漏極同一層還設有數據線32及信號檢測線39，在薄膜電晶體TFT5的源極、漏極、數據線32及信號檢測線39上方覆蓋有鈍化層403，像素電極（圖中未示意）、觸控電極342形成在鈍化層上方，且觸控電極342通過通孔366與薄膜電晶體TFT5的漏極392電性連線。配向層404覆蓋在所有層的上方，該實施例中，信號檢測線38可以與數據線在同一製程中形成，且使用相同的材料；同時觸控電極342可以與像素電極在同一製程中形成，並且使用相同的材料，例如透明導電材料ITO。因此，形成該實施所述結構不會增加任何工序。。

510為彩色濾光片基板，彩色濾光片基板410包括有玻璃基板411，在玻璃基板上依次形成有黑色矩陣412，保護層413，對置電極414及間隔物（Spacer）417（其中濾色層位於與像素電極341對應的區域，因此圖3未示意），配向層415覆蓋在所有層的上方。

陣列基板500與彩色濾光片基板510之間通過間隔物保持一定的間距，液晶層416設定於陣列基板500與彩色濾光片基板510之間。

如圖8所示，存儲電容電極線的延伸部331與觸控電極342之間隔著柵極絕緣層402與鈍化層403，構成第二存儲電容Ct；對置電極414與觸控電極342之間隔著液晶層416、配向層404、415，構成參考電容Cref；同時，薄膜電晶體TFT5的柵極與漏極之間隔著柵極絕緣層402，構成一寄生電容Cgd。

與實施例一相比，該實施例不設定參考電壓輸入線，而只設定信號檢測線39，現結合圖9、圖6及圖8對《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》的工作原理進行說明。圖9為外圍的信號控制電路，外部引腳51設定於液晶顯示面板50的外圍，其電性連線信號檢測線39（如圖6中所示），需要說明的是，外部引腳51的數量與信號檢測線39的數量是對應的，圖中只是簡易示意。轉換器52連線至外部引腳51，其用於控制信號檢測線39上的信號的輸入或輸出。其工作方式如下：在第n幀的時候，此時轉換器52選擇輸入參考電壓Vref，則外部驅動電路可以將參考電壓Vref信號通過外部引腳51輸入至信號檢測線39，結合圖6，當第n幀期間某一掃描線31被掃描處於高電平狀態時，則該掃描線上的薄膜電晶體TFT5被打開，因此信號檢測線39上的參考電壓Vref信號可以通過薄膜電晶體TFT5傳輸到其所對應的觸控電極上，並對第二儲存電容Ct及參考電容Cref充電，藉助於第二存儲電容Ct及參考電容Cref，可以在該掃描線處於低電平狀態時（即薄膜電晶體TFT5關閉）時保持觸控電極342上的電壓。

在第n+1幀的時候，此時轉換器52選擇檢測電壓，因此當第n+1幀期間某一掃描線31被掃描處於高電平狀態時，則該掃描線上的薄膜電晶體TFT5被打開，因此該薄膜電晶體TFT5所對應的觸控電極414上所保持的電壓信號可以通過薄膜電晶體TFT5傳輸到信號檢測線39，並經由外部引腳51、轉換器52傳輸到檢測器（此處未示意）上，檢測器檢測該輸出的檢測電壓，該檢測電壓即為觸控電極上保持的電壓，此處記為Vout。

由於薄膜電晶體TFT5的漏極與柵極之間的寄生電容Cgd2的影響，因此當薄膜電晶體TFT5被關閉後，通過第二存儲電容Ct保持在觸控電極上的電壓Vout會有所下降，一般的保持在觸控電極上的電壓Vout與從信號檢測線39上輸入的電壓Vref的關係可表示為：

Vout＝Vref-ΔVgh·cgd/（cref+ct+cgd）（2）

其中ΔVgh為施加於掃描線上的高電平與低電平之間電壓差的絕對值，一般的，此處的高電平電壓與低電平電壓均是預先設定的值，因此它們之間的電壓差的絕對值ΔVgh亦是一固定的值；

cgd2表示薄膜電晶體TFT5的柵極與漏極之間的寄生電容Cgd2的電容值，該寄生電容所對應的介電層（柵極絕緣層）的介電常數ε、兩個電極之間的相對的面積s以及距離d都是固定不變的，同時此處薄膜電晶體的TFT5柵極電壓與漏極電壓亦是固定的，因此該電容的電容值亦是一固定值；

ct為存儲電容電極線的延伸部331與觸控電極342之間的第二儲存電容Ct的電容值，該第二存儲電容Ct所對應的介電層（柵極絕緣層與鈍化層）的介電常數ε、兩個電極之間的相對的面積s以及距離d都是固定不變的，同時此處觸控電極與存儲電容電極線的延伸部331上的電壓在正常情況下（即後面所提到的無外力施加與液晶面板的狀態）亦是固定的，因此該電容的電容值在正常狀態下是一固定值；

cref表示觸控電極342與對置電極414之間的參考電容Cref的電容值，其介電層為配向層404、415與液晶層416，此處觸控電極與對置電極的延伸部331上的電壓在正常情況下（即後面所提到的無外力施加與液晶面板的狀態）是固定的；

在正常情況下，沒有外部壓力施加於彩色濾光片基板，因此彩色濾光片與陣列基板之間的距離在間隔物417的作用下保持不變，因此寄生電容Cgd2的電容值cgd2，參考電容Cref的電容值cref以及第二存儲電容Ct的電容值ct均為固定值，從表達式（2）中可以看出，當各個值都固定不變時，信號檢測線39上輸出的電壓Vout（即觸控電極上保持的電壓）也是固定不變的值，因此設定在外圍的檢測器（圖中未示意）檢測到的也是一個正常的值Vout（或者是經過放大後的電壓信號）。

當外部壓力施加於彩色濾光片基板，施力部位的彩色濾光片基板與陣列基板之間的距離變小時，參考電容Cref的值變大，參照表達式（1），當參考電容的值cref變大的時候，觸控電極上保持的電壓將變大，此處將該電壓表示為Vout’，因此當第n+1幀時掃描線被掃描，薄膜電晶體TFT5被打開時，觸控電極342上保持的電壓Vout’經薄膜電晶體TFT5傳輸到信號檢測線39上，設定在外圍的檢測器檢測到一非正常的電壓信號Vout’（或者是經過放大後的電壓信號）。

該實施例中，轉換器也可以設定成多個幀輸入參考電壓，一個幀輸出檢測電壓（如在第n幀以及第n+1幀的時間內輸入參考電壓，在第n+2幀的時間內輸出檢測電壓），這樣可以保證有足夠的時間將第二存儲電容的電容充滿。另外由於每一幀的時間間隔非常短，一般在外力施加於該實施例中的觸控式液晶顯示器的時間裡會經歷多個幀，因此可以在這些幀裡面至少可以完成一個參考電壓輸入以及檢測電壓輸出的過程，足以保證確定檢測器上檢測到電壓信號的變化。

此處檢測的步驟與實施例1類似，此處不再重述。

由於掃描線是依次被掃描的，且只有薄膜電晶體TFT5打開時，檢測器才能夠通過信號檢測線39檢測輸出信號，因此當檢測到非正常的電壓信號時，即可確定外力施加於彩色濾光片基板的坐標位置（以薄膜電晶體TFT5所在的掃描線所在的行為橫坐標，以信號檢測線所在的列為縱坐標）。

從該實施例中可以看出，《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》中，通過改變陣列基板與彩色濾光片基板之間的間距來改變參考電容Cref，對應的保持在觸控電極上的電壓（亦即後續的檢測電壓）亦會改變，從而可以通過檢測檢測電壓是否改變來確定是否有外力施加於液晶面板，同時也可以精確的確定該外力施加的位置坐標。

《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》的技術人員可以理解，在外力施加時可以通過增大參考電容Cref的變化量來增加該實施例中觸控式液晶顯示器的外力偵測敏感度，因此該實施例中，優選的，可以減小觸控電極342與對置電極414之間的間距，如可以在彩色濾光片上與觸控電極相對應的位置設定凸起，對置電極形成在該凸起上，從而使得對置電極與觸控電極之間的間距減小，亦可在陣列基板上觸控電極下方設定凸起等方式使得對置電極與觸控電極之間的間距減小，當然亦可通過其他方式來實現，只需保證對置電極與觸控電極之間的間距小於像素電極與對置電極之間的間距即可。

依照該實施例，由於無需設定額外的參考電壓輸入線，因此可以顯著增大開口率，同時由於可以減少薄膜電晶體的設定，可以顯著降低掃描線上的負載。

該領域的技術人員可以理解，該實施例所述的信號檢測線39的位置擺放只是示意性的，其中信號檢測線39也可以與掃描線平行設定。

同時，該實施中，外力偵測點（即對應有信號檢測線39以及觸控電極的像素）的數量可以按照需要設定，可以整個螢幕都設定，也可以在部分像素中設定。但是為了保證整個螢幕顯示質量，優選的，每個像素的開口率保持一致，即有的像素區域由於設定了觸控電極需要用黑色矩陣進行遮蓋，從而使得開口率下降，在其他的像素內，即使不設定控制電極的，也需要用黑色矩陣遮蓋相同的面積，以保證設定了觸控電極的像素與未設定出控電極的像素的開口率保持一致。

榮譽表彰

2020年7月14日，《觸控式液晶顯示陣列基板及液晶顯示裝置》獲得第二十一屆中國專利獎優秀獎。