CN101923411B - 触摸屏及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触摸屏，其包括：一基体具有一表面；两个第一电极设置在该基体表面沿第一方向的两端；两个第二电极设置在该基体表面沿第二方向的两端；多个第一碳纳米管结构设置在该基体表面，该多个第一碳纳米管结构相互间隔设置，每个第一碳纳米管结构的两端分别与两个第一电极电连接；以及多个第二碳纳米管结构设置在该基体表面，该多个第二碳纳米管结构相互间隔设置，每个第二碳纳米管结构的两端分别与两个第二电极电连接。本发明还涉及一应用该触摸屏的显示装置。

Description

触摸屏及显示装置

技术领域

本发明涉及一种触摸屏及显示装置，尤其涉及一种采用碳纳米管透明导电层的触摸屏及使用该触摸屏的显示装置。

背景技术

近年来，伴随着移动电话与触摸导航系统等各种电子设备的高性能化和多样化的发展，在液晶等显示设备的前面安装透光性的触摸屏的电子设备逐步增加。这样的电子设备的利用者通过触摸屏，一边对位于触摸屏背面的显示设备的显示内容进行视觉确认，一边利用手指或笔等方式按压触摸屏来进行操作。由此，可以操作电子设备的各种功能。

按照触摸屏的工作原理和传输介质的不同，现有的触摸屏分为四种类型，分别为电阻式、电容式、红外线式以及表面声波式。其中电容式触摸屏因准确度较高、抗干扰能力强应用较为广泛(李树本，王清弟，吉建华，光电子技术，Vol.15，P62(1995))。

现有技术中的电容型触摸屏包括一玻璃基板，一透明导电层，以及多个金属电极。在该电容型触摸屏中，玻璃基板的材料为纳钙玻璃。透明导电层为例如铟锡氧化物(ITO)或锑锡氧化物(ATO)等透明材料。电极为通过印制具有低电阻的导电金属(例如银)形成。电极间隔设置在透明导电层的各个角处。此外，透明导电层上涂覆有钝化层。该钝化层由液体玻璃材料通过硬化或致密化工艺，并进行热处理后，硬化形成。

当手指等触摸物触摸在触摸屏表面上时，由于人体电场，手指等触摸物和触摸屏中的透明导电层之间形成一个耦合电容。对于高频电流来说，电容是直接导体，手指等触摸物的触摸将从接触点吸走一个很小的电流。这个电流分别从触摸屏上的电极中流出，并且流经这四个电极的电流与手指到四角的距离成正比，触摸屏控制器通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。

因此，透明导电层对于触摸屏是一必需的部件，现有技术中透明导电层通常采用ITO层，但是ITO层目前主要采用溅射或蒸镀等方法制备，在制备的过程，需要较高的真空环境及加热到200～300℃，因此，使得ITO层的制备成本较高。此外，ITO层在不断弯折后透光度有所下降，且弯折处的电阻有所增大，作为透明导电层具有机械和化学耐用性不够好的缺点。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种耐用且具有较好透光性的触摸屏，以及使用该触摸屏的显示装置。

一种触摸屏，其包括：一基体具有一表面；两个第一电极设置在该基体表面沿第一方向的两端；两个第二电极设置在该基体表面沿第二方向的两端；多个第一碳纳米管结构设置在该基体表面，该多个第一碳纳米管结构相互间隔设置，每个第一碳纳米管结构的两端分别与两个第一电极电连接；以及多个第二碳纳米管结构设置在该基体表面，该多个第二碳纳米管结构相互间隔设置，每个第二碳纳米管结构的两端分别与两个第二电极电连接。

一种触摸屏，其包括：一基体具有一表面；多个电极相对地设置在该基体表面的两端；以及多个碳纳米管结构设置在该基体表面，该多个碳纳米管结构相互间隔设置，每个碳纳米管结构的两端分别与两个相对的电极电连接。

一种应用上述的触摸屏的显示装置，其中，该显示装置进一步包括一显示设备，该显示设备设置于该触摸屏基体远离碳纳米管结构的一个表面。

与现有技术相比较，本发明提供的触摸屏及显示装置具有以下优点：第一，采用碳纳米管结构作为透明导电层，由于碳纳米管具有优异的力学性能，因此，所述透明导电层具有较好的力学性能，从而使得上述的透明导电层具有较好的机械强度和韧性；第二，由于碳纳米管为纳米级结构，碳纳米管结构具有较好的透光性。故，采用上述的多个碳纳米管结构作透明导电层，在确保透明导电层具有较好的透光性的同时，可以相应的提高触摸屏的耐用性，进而提高了使用该触摸屏的显示装置的耐用性。

附图说明

图1是本技术方案第一实施例的触摸屏的结构示意图。

图2是图1中的触摸屏沿线II-II的剖视图。

图3是本技术方案第一实施例的碳纳米管膜的扫描电镜照片。

图4是图3的碳纳米管膜中碳纳米管片段的结构示意图。

图5是本技术方案第一实施例的非扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图6是本技术方案第一实施例的扭转的碳纳米管线的扫描电镜照片。

图7是本技术方案第一实施例的显示装置的结构示意图。

图8是本技术方案第一实施例的显示装置的工作原理示意图。

图9是本技术方案第二实施例的触摸屏的结构示意图。

具体实施方式

以下将结合附图详细说明本发明实施例触摸屏及显示装置。

请参阅图1及图2，本发明第一实施例的触摸屏20包括一基体22、多个间隔设置的第一碳纳米管结构240、多个间隔设置的第二碳纳米管结构242、一防护层26、两个第一电极28和两个第二电极29。所述基体22具有一第一表面221以及与第一表面221相对的第二表面222。该两个第一电极28设置在该基体22第一表面221沿第一方向L1的两端。该两个第二电极29设置在该基体22第一表面221沿第二方向L2的两端。所述第一碳纳米管结构240及第二碳纳米管结构242设置在基体22的第一表面221。所述多个间隔设置的第一碳纳米管结构240及多个间隔设置的第二碳纳米管结构242共同形成一透明导电层24。每个第一或第二碳纳米管结构240，242的两端分别与相对的两个第一电极28或第二电极29电连接。

优选地，该多个第一及第二碳纳米管结构240，242大致分别沿第一方向L1和第二方向L2平行设置。且第一方向L1不同于第二方向L2，即第一方向L1与第二方向L2交叉，该交叉的角度大于0度小于180度。优选地，该交叉角度为90度。本实施例中，所述多个第一及第二碳纳米管结构240，242分别沿第一方向L1和第二方向L2等间隔设置，且间隔距离为5纳米～1毫米。

可以理解，该多个第一或第二碳纳米管结构240，242也可以不等间隔设置，或沿不同方向延伸，只要保证该多个第一及第二碳纳米管结构240，242各自间隔设置，且分别与相对的第一电极28及相对的第二电极29电连接，用以在透明导电层24上形成等电位面即可。

本实施例中，所述沿第一方向L1设置的第一碳纳米管结构240的两端分别与两个第一电极28电连接，所述沿第二方向L2设置的第二碳纳米管结构242的两端分别与两个第二电极29电连接。

任一所述第一碳纳米管结构240及第二碳纳米管结构242均包括多个基本沿同一方向择优取向排列的碳纳米管，所述多个碳纳米管通过范德华力首尾相连。具体地，任一所述第一碳纳米管结构240及第二碳纳米管结构242均包括一碳纳米管线状结构或一碳纳米管带状结构。

所述碳纳米管带状结构可包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜为从一碳纳米管阵列中直接拉取获得的一种具有自支撑性的碳纳米管膜。每一碳纳米管膜包括多个沿同一方向择优取向且平行于碳纳米管膜表面排列的碳纳米管。所述碳纳米管通过范德华力首尾相连，以形成一一体的自支撑的碳纳米管膜。请参阅图3及图4，具体地，每一碳纳米管膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段143。该多个碳纳米管片段143通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段143包括多个相互平行的碳纳米管145，该多个相互平行的碳纳米管145通过范德华力紧密结合。该碳纳米管片段143具有任意的宽度、厚度、均匀性及形状。所述碳纳米管膜的厚度为0.5纳米～100微米，宽度与拉取该碳纳米管拉膜的碳纳米管阵列的尺寸有关，长度不限。该碳纳米管膜具有很好的透明度，其透光率可以达到99％。当所述碳纳米管带状结构包括多个所述碳纳米管膜时，该多个碳纳米管膜可沿同一方向层叠设置。所述碳纳米管拉膜的具体结构及其制备方法请参见范守善等人于2007年2月9日申请的，于2008年8月13公开的第CN101239712A号中国大陆公开专利申请(碳纳米管膜结构及其制备方法，申请人：清华大学，鸿富锦精密工业(深圳)有限公司)。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。本实施例中，所述碳纳米管带状结构的宽度为500微米～2厘米，长度为所述触摸屏20在第一方向L1或第二方向L2上的长度。

该碳纳米管线状结构包括一个或多个碳纳米管线。该多个碳纳米管线可平行排列组成一束状结构，或相互扭转组成一绞线结构。该碳纳米管线可以为非扭转的碳纳米管线或扭转的碳纳米管线。该非扭转的碳纳米管线为将上述碳纳米管膜通过有机溶剂处理得到。请参阅图5，该非扭转的碳纳米管线包括多个沿碳纳米管线轴向延伸的碳纳米管。优选地，该碳纳米管首尾相连。具体地，该非扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该非扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米-100微米。所述碳纳米管线的具体结构及制备方法请参见范守善等人于2002年9月16日申请的，于2008年8月20日公告的中国专利第CN100411979C号，以及于2005年12月16日申请的，于2007年6月20日公开的中国专利申请第CN1982209A号。为节省篇幅，仅引用于此，但上述申请所有技术揭露也应视为本发明申请技术揭露的一部分。该扭转的碳纳米管线为采用一机械力将上述碳纳米管膜两端沿相反方向扭转获得。请参阅图6，该扭转的碳纳米管线包括多个绕碳纳米管线轴向螺旋延伸的碳纳米管。具体地，该扭转的碳纳米管线包括多个碳纳米管片段，该多个碳纳米管片段通过范德华力首尾相连，每一碳纳米管片段包括多个相互平行并通过范德华力紧密结合的碳纳米管。该碳纳米管片段具有任意的长度、厚度、均匀性及形状。该扭转的碳纳米管线长度不限，直径为0.5纳米～100微米。进一步地，可采用一挥发性有机溶剂处理该扭转的碳纳米管线。在挥发性有机溶剂挥发时产生的表面张力的作用下，处理后的扭转的碳纳米管线中相邻的碳纳米管通过范德华力紧密结合，使扭转的碳纳米管线的直径及比表面积减小，密度及强度增大。本实施例中，该碳纳米管线状结构的直径为0.5纳米～500微米，长度为所述触摸屏20在第一方向L1或第二方向L2上的长度。

在制备该触摸屏20的过程中，预先形成的上述碳纳米管带状结构或碳纳米管线状结构被铺设至所述基体22表面。由于所述碳纳米管膜或碳纳米管线包括多个通过范德华力首尾相连的碳纳米管，故，所述碳纳米管膜及碳纳米管线均具有一定的韧性，可以弯折。因此本技术方案实施例中的透明导电层24可为平面结构也可为曲面结构，从而本技术方案提供的触摸屏20也可为平面结构或曲面结构。此外，由于透明导电层24中的第一及第二碳纳米管结构240，242相互交叉，从而可形成多个形状均一的网孔，进而使得透明导电层24具有均匀的阻值分布和透光特性，提高了触摸屏20的分辨率和准确率。

所述基体22为一曲面型或平面型的结构。该基体22由玻璃、石英、金刚石或塑料等硬性材料或柔性材料形成。所述基体22主要起支撑的作用，可弯折，与所述第一及第二碳纳米管结构240，242配合可得到一柔性的触摸屏20。

所述第一及第二电极28，29可为任意形状的导电体，其为所述第一及第二碳纳米管结构240，242与触摸屏20的控制电路提供良好的电连接。本实施例中，所述两个第一电极28及两个第二电极29均为条状电极，该两个第一电极28设置在沿第一方向L1平行且间隔设置的多个第一碳纳米管结构240的两端，该多个第一碳纳米管结构240均与该第一电极28电连接。该两个第二电极29设置在沿第二方向L2平行且间隔设置的多个第二碳纳米管结构242的两端，该多个第二碳纳米管结构242均与该第二电极29电连接。

所述第一电极28和第二电极29可以采用溅射、电镀、化学镀等沉积方法直接形成在透明导电层24上。另外，也可用银胶等导电粘结剂将上述的第一电极28和第二电极29粘结在透明导电层24上。所述两个第一电极28和两个第二电极29为由银或铜等低电阻的导电金属镀层或者金属箔片组成的条状电极。

可以理解，所述两个第一电极28和两个第二电极29亦可设于透明导电层24与基体22之间或设置在基体22的一个表面上，只要能使上述的两个第一电极28和两个第二电极29与透明导电层24之间形成电连接即可。

进一步地，为了延长透明导电层24的使用寿命和限制耦合在接触点与透明导电层24之间的电容，可以在透明导电层24和两个第一电极28及两个第二电极29之上设置一透明的防护层26。防护层26可由氮化硅、氧化硅、苯并环丁烯(BCB)、聚酯膜或丙烯酸树脂等形成。该防护层26具有一定的硬度，对透明导电层24起保护作用。可以理解，还可通过特殊的工艺处理，从而使得防护层26具有以下功能，例如减小炫光、降低反射等。在本实施例中，防护层26为一二氧化硅层。可以理解，防护层26的硬度和厚度可以根据需要进行选择。所述防护层26可以直接粘结在透明导电层24上。

此外，为了减小由显示设备产生的电磁干扰，避免从触摸屏20发出的信号产生错误，还可在基体22的第二表面222上设置一屏蔽层25。该屏蔽层25可由铟锡氧化物(ITO)薄膜、锑锡氧化物(ATO)薄膜、镍金薄膜、银薄膜或碳纳米管膜等透明导电材料形成。本实施例中，该屏蔽层25包括至少一碳纳米管膜，该碳纳米管膜覆盖该基体22的第二表面222。该碳纳米管膜作为电接地点，起到屏蔽的作用，从而使得触摸屏20能在无干扰的环境中工作。

请参阅图7及图2，本技术方案实施例提供一显示装置100，该显示装置100包括一触摸屏20及一显示设备30。该显示设备30正对且靠近触摸屏20的基体第二表面222设置。进一步地，上述的显示设备30与触摸屏20间隔一预定距离设置或集成设置。

该显示设备30可以为液晶显示器、场发射显示器、等离子显示器、电致发光显示器、真空荧光显示器及阴极射线管等显示设备中的一种。

进一步地，可在所述触摸屏20的屏蔽层25远离基体22的一个表面上设置一钝化层104，该钝化层104可由氮化硅、氧化硅、苯并环丁烯、聚酯膜或丙烯酸树脂。该钝化层104可与显示设备30的正面间隔一间隙106设置。具体地，在上述的钝化层104与显示设备30之间可设置两个支撑体108。该钝化层104作为介电层使用，所述钝化层104与间隙106可保护显示设备30不致于由于受到的外力过大而损坏。

当显示设备30与触摸屏20集成设置时，可将上述的支撑体108除去，而将钝化层104直接设置在显示设备30上。即，上述的钝化层104与显示设备30之间无间隙地接触设置。

请参阅图8，上述的显示装置100可进一步包括一触摸屏控制器40、一显示设备控制器60及一中央处理器50。其中，触摸屏控制器40、中央处理器50及显示设备控制器60三者通过电路相互连接，触摸屏控制器40连接电极28，显示设备控制器60连接显示设备30。

本实施例触摸屏20及显示装置100在应用时的原理如下：触摸屏20在应用时可直接设置在显示设备30的显示面上。触摸屏控制器40根据手指等触摸物70触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入，并将该信息传递给中央处理器50。中央处理器50通过显示器控制器60控制显示设备30显示。

具体地，在使用时，透明导电层24上施加一预定电压。电压通过两个第一电极28和两个第二电极29施加到透明导电层24上，从而在该透明导电层24上形成等电位面。使用者一边视觉确认在触摸屏20后面设置的显示设备30的显示，一边通过手指或笔等触摸物70按压或接近触摸屏20的防护层26进行操作时，触摸物70与透明导电层24之间形成一耦合电容。对于高频电流来说，电容是直接导体，于是手指从接触点吸走了一部分电流。这个电流分别从触摸屏20上的电极中流出，触摸屏控制器40通过对这四个电流比例的精确计算，得出触摸点的位置。之后，触摸屏控制器40将数字化的触摸位置数据传送给中央处理器50。然后，中央处理器50接受上述的触摸位置数据并执行。最后，中央处理器50将该触摸位置数据传输给显示器控制器60，从而在显示设备30上显示接触物70发出的触摸信息。

请参阅图9，本发明第二实施例的触摸屏80包括一基体82、多个间隔设置的碳纳米管结构840、一防护层(图未示)及多个电极88。该基体82具有一第一表面以及与第一表面相对的第二表面。该多个间隔设置的碳纳米管结构840设置在该基体82的第一表面。该多个碳纳米管结构840共同形成一透明导电层84。该多个电极88相对地设置在该基体82第一表面的两端。该多个电极88分别间隔设置，且与该多个间隔设置的碳纳米管结构840形成电连接，用以在该透明导电层84上形成等电位面。该防护层可直接设置在透明导电层84上。

本发明第二实施例的触摸屏80的结构与第一实施例的触摸屏20的结构基本相同，其区别在于，该触摸屏80包括的电极88的数量大于四个。具体地，该多个电极88分别设置在该透明导电层84相对的两端，每一碳纳米管结构840的两端分别与两个相对的电极88电连接，每一电极88与一碳纳米管结构840电连接。每两个相对的电极88之间设置有一碳纳米管结构840。

优选地，该多个碳纳米管结构840大致分别沿同一方向相互平行设置。本实施例中，所述多个碳纳米管结构840间隔距离为5纳米～1毫米。可以理解，该多个碳纳米管结构840也可以不等间隔设置，或沿不同方向延伸。

该触摸屏80可进一步包括多个光学补偿膜842。每一光学补偿膜842设置于相邻的两个碳纳米管结构840之间。该光学补偿膜842具有与所述碳纳米管结构840相同或相似的光透射率，从而使得触摸屏80具有更加均一的透明度。

本发明第三实施例的触摸屏包括一基体、一透明导电层、一防护层、多个第一电极及多个第二电极。该基体具有一第一表面以及与第一表面相对的第二表面。该透明导电层设置在该基体的第一表面。该防护层可直接设置在透明导电层上。上述多个第一电极及多个第二电极分别间隔设置，所述透明导电层包括多个间隔设置的第一碳纳米管结构及多个间隔设置的第二碳纳米管结构。具体地，该多个第一电极分别设置在该透明导电层相对的两端，每一第一碳纳米管结构的两端分别与两个相对的第一电极电连接，每一第一电极与一第一碳纳米管结构电连接，用以在该透明导电层上形成等电位面。每两个相对的第一电极之间设置有一第一碳纳米管结构。该多个第二碳纳米管结构与上述多个第一碳纳米管结构交叉设置。该每一第二碳纳米管结构的两端分别与两个相对的第二电极电连接，每一第二电极与一第二碳纳米管结构电连接。每两个相对的第二电极之间设置有一第二碳纳米管结构。

优选地，该多个第一及第二碳纳米管结构，大致分别沿第一方向L1和第二方向L2平行设置。且第一方向L1不同于第二方向L2，即第一方向L1与第二方向L2交叉，该交叉的角度大于0度小于180度。优选地，该交叉角度为90度。本实施例中，所述多个第一及第二碳纳米管结构分别沿第一方向L1和第二方向L2等间隔设置，且间隔距离为5纳米～1毫米。可以理解，该多个第一或第二碳纳米管结构，也可以不等间隔设置，或沿不同方向延伸。

本技术方案实施例提供的显示装置具有以下优点：其一，由于透明导电层中的多个碳纳米管结构包括多个首尾相连的碳纳米管，因此，所述透明导电层具有较好的力学性能，从而使得上述的透明导电层具有较好的机械强度和韧性，故，采用上述的多个碳纳米管结构作透明导电层，可以相应的提高触摸屏的耐用性，进而提高了使用该触摸屏的显示装置的耐用性。其二，上述透明导电层中的多个碳纳米管结构间隔设置，从而使得透明导电层具有较好的透光性。

另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。

Claims (17)

1.一种触摸屏，该触摸屏实现电容式触摸检测，其包括：

一基体具有一表面；

两个第一电极设置在该基体表面沿第一方向的两端；

两个第二电极设置在该基体表面沿第二方向的两端；

多个第一碳纳米管结构设置在该基体表面，该多个第一碳纳米管结构相互间隔设置，每个第一碳纳米管结构的两端分别与两个第一电极电连接；以及多个第二碳纳米管结构设置在该基体表面，该多个第二碳纳米管结构相互间隔设置，每个第二碳纳米管结构的两端分别与两个第二电极电连接。

2.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，该碳纳米管结构为一碳纳米管线状结构或一碳纳米管带状结构。

3.如权利要求2所述的触摸屏，其特征在于，该碳纳米管线状结构的直径为0.5纳米～500微米。

4.如权利要求2所述的触摸屏，其特征在于，该碳纳米管带状结构的宽度为500微米～2厘米。

5.如权利要求2所述的触摸屏，其特征在于，该碳纳米管线状结构包括至少一个碳纳米管线。

6.如权利要求5所述的触摸屏，其特征在于，该碳纳米管线状结构包括多个碳纳米管线，该多个碳纳米管线平行排列组成一束状结构，或相互扭转组成一绞线结构。

7.如权利要求6所述的触摸屏，其特征在于，该碳纳米管线包括多个碳纳米管沿基本平行于碳纳米管线轴向延伸或绕碳纳米管线轴向螺旋延伸。

8.如权利要求2所述的触摸屏，其特征在于，该碳纳米管带状结构包括至少一个碳纳米管膜。

9.如权利要求8所述的触摸屏，其特征在于，该碳纳米管膜包括多个碳纳米管基本相互平行且平行于碳纳米管膜表面。

10.如权利要求7或9所述的触摸屏，其特征在于，该多个碳纳米管通过范德华力首尾相连。

11.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，该多个第一碳纳米管结构与多个第二碳纳米管结构交叉设置。

12.如权利要求1所述的触摸屏，其特征在于，该多个第一碳纳米管结构或多个第二碳纳米管结构之间的间距为5纳米～1毫米。

13.一种触摸屏，该触摸屏实现电容式触摸检测，其包括：一基体具有一表面；

多个电极相对地设置在该基体表面的两端；以及

多个碳纳米管结构设置在该基体表面，该多个碳纳米管结构相互间隔设置，每个碳纳米管结构的两端分别与两个相对的电极电连接。

14.如权利要求13所述的触摸屏，其特征在于，该碳纳米管结构为一碳纳米管线状结构或一碳纳米管带状结构。

15.如权利要求13所述的触摸屏，其特征在于，该触摸屏进一步包括多个光学补偿膜分别设置在任意两个相邻的碳纳米管结构之间，该光学补偿膜具有与所述碳纳米管结构相同或相似的光透射率。

16.一种应用如权利要求要求1或13所述的触摸屏的显示装置，其特征在于，该显示装置进一步包括一显示设备，该显示设备设置于该触摸屏基体远离碳纳米管结构的一个表面。

17.如权利要求16所述的显示装置，其特征在于，该显示设备与触摸屏基体间隔设置或集成设置。

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