CN104915072A - 触控面板及其触控式人机交互装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供一触控面板及其触控式人机交互装置，该触控面板包括一基板、一强化层以及一触控模组，该基板具有一第一表面以及与该第一表面相对设置的第二表面，所述强化层设置在所述基板的第一表面，所述触控模组设置在所述基板的第二表面，所述触控模组包括一碳纳米管层，所述强化层具有一暴露的表面，触摸物直接触摸所述强化层暴露的表面实现触控操作。所述触控式人机交互装置，包括至少一电子设备以及所述触控面板，该电子设备具有一人机交互界面，所述触控面板对应于所述电子设备的人机交互界面设置，用于识别使用者的触摸操作并将触摸指令传输给所述电子设备。

Description

触控面板及其触控式人机交互装置

技术领域

本发明涉及一种触控面板及其触控式人机交互装置，尤其涉及一种无需玻璃等做保护层的触控面板及其触控式人机交互装置。

背景技术

随着电子产品轻薄化市场的发展，如何降低触控面板及其触控式人机交互装置的整体厚度成为研究的热点。

现有的触控面板大多为双层结构，包括一基板，一保护层，以及一导电层，该导电层设置于上下两个基板之间。现有技术中多采用铟锡氧化物（ITO）或锑锡氧化物（ATO）等透明材料做导电层，由于铟锡氧化物（ITO）或锑锡氧化物（ATO）的耐敲击性、及耐磨性不好，ITO或ATO等用于触控面板时，需要在其表面设置一保护层保护ITO或ATO等透明材料，目前该保护层的材料主要为玻璃。但是由于玻璃易脆，不耐刮伤，所以玻璃本身的良率较低，而且玻璃厚度较大，也不利于触控面板及其触控式人机交互装置的轻薄化。

发明内容

有鉴于此，确有必要提供一种厚度较薄、结构简单的触控面板及其触控式人机交互装置。

一种触控面板，包括一基板、一强化层以及一触控模组，该基板具有一第一表面以及与该第一表面相对设置的第二表面，所述强化层设置在所述基板的第一表面，所述触控模组设置在所述基板的第二表面，所述触控模组包括一碳纳米管层，所述强化层具有一暴露的表面，触摸物直接触摸所述强化层暴露的表面实现触控操作。

一种触控式人机交互装置，包括至少一电子设备以及一触控面板，该电子设备具有一人机交互界面，所述触控面板对应于所述电子设备的人机交互界面设置，用于识别使用者的触摸操作并将触摸指令传输给所述电子设备，所述触控面板包括一强化层、一基板、以及一触控模组，该基板具有一第一表面以及与该第一表面相对设置的第二表面，所述强化层设置在所述基板的第一表面，所述触控模组设置在所述基板的第二表面，所述触控模组包括一碳纳米管层，所述强化层直接暴露在应用环境中，触摸物直接触摸所述强化层。

与现有技术相比，本发明提供的触控面板取消玻璃等作保护层，将涂覆在基板上的强化层直接作为触摸面，该强化层远离所述基板的一面直接暴露于应用环境中，触摸物例如手指直接触摸所述强化层，通过感测碳纳米管层由于触摸引起的电容或电阻变化实现定位，即可达到触控该触控面板的目的，结构简单，且可以使触控面板的厚度及重量大大降低，有利于触控面板的轻薄化；由于玻璃易脆、不耐刮伤，所以本发明取消玻璃作保护层还提高了触控面板的的良率，降低了触控面板的制备成本，可实现量产。

附图说明

图1为本发明提供的触控面板的俯视示意图。

图2为本发明提供的触控面板中碳纳米管层所使用的碳纳米管拉膜的扫描电镜照片。

图3为本发明提供的触控面板中碳纳米管层所使用的碳纳米管拉膜的结构示意图。

图4为本发明提供的触控面板中使用碳纳米管线状结构组成的碳纳米管层的结构示意图。

图5为图4中碳纳米管层所使用的碳纳米管线状结构的结构示意图。

图6为扭转的碳纳米管线状结构的扫描电镜照片。

图7为图4中碳纳米管层所使用的碳纳米管线状结构的另一结构示意图。

图8为非扭转的碳纳米管线状结构的扫描电镜照片。

图9为本发明提供的触控面板中电极与驱动电路和感测电路连接示意图。

图10为本发明提供的触控式人机交互装置的剖面示意图。

主要元件符号说明

触控面板	10
		强化层	11
基板	12
		碳纳米管层	13
第一电极	14
		第二电极	15
驱动电路	16
		感测电路	17
充电电路	161
		第一开关	162
存储电路	171
		读取电路	172
第二开关	173
		碳纳米管片段	131
碳纳米管	132
		碳纳米管线状结构	133
触控式人机交互装置	100
		电子设备	20
触控面板控制器	30
		电子设备控制器	40
中央处理器	50
		触摸物	60

如下具体实施方式将结合所述附图进一步说明本发明。

具体实施方式

下面将结合附图及具体实施例对本发明提供的触控面板10以及触控式人机交互装置100作进一步的详细说明。

请参见图1，本发明提供一触控面板10，该触控面板10包括一强化层11，一基板12以及一触控模组，该触控模组包括一碳纳米管层13；多个第一电极14，以及多个第二电极15。所述基板12具有一第一表面(图未标)以及与该第一表面相对设置的第二表面(图未标)；该强化层11设置于所述基板12的第一表面，该强化层11远离该基板12的表面直接作为触摸面，通过感测碳纳米管层13由于触摸引起的电容或电阻变化实现定位。所述强化层11远离所述基板12的一面直接暴露于应用环境中，使所述强化层11具有一暴露的表面。无需在强化层11的表面设置玻璃等保护层，触摸物例如手指直接触摸所述强化层11暴露的表面，即可达到触控该触控面板10的目的；所述多个第一电极14和多个第二电极15间隔设置于所述碳纳米管层13的表面，且均与该碳纳米管层13电连接。

所述强化层11，主要为了提高基板12的抗反射性及硬度等性能，所述强化层11可以是在所述基板12的第一表面上涂覆一层功能涂料，例如：AG涂料（抗反射涂料）、HC涂料（硬化涂料）等。本实施例中，所述强化层11为AG涂料与HC涂料形成的混合涂料。所述强化层11的厚度为3到10微米，强化层11的厚度太小不能很好的起到强化作用，太大会增加触摸屏的厚度，不利于触摸屏的轻薄化。

所述基板12为平面或曲面结构，主要起支撑和保护触控模组的作用，并应具有较好的透光性。该基板12可以由玻璃、石英、金刚石等硬性材料或塑料，树脂等柔性材料形成。具体地，所述基板12的材料可以为聚碳酸酯(PC)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯材料，以及聚醚砜(PES)、聚亚酰胺(PI)、纤维素酯、苯并环丁烯(BCB)、聚氯乙烯(PVC)及丙烯酸树脂（PMMA）等。可以理解，形成所述基板12的材料并不限于所述列举的材料，只要能使基板12起到支撑的作用，并具较好的透明度，都在本发明保护的范围内。优选地，所述基板12为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或丙烯酸树脂（PMMA）。所述基板12的厚度为0.02毫米~1厘米，所述基板12的长度、宽度不限，可以根据实际需要进行选择。本实施例中，所述基板12为一平面结构，该基板12的材料为丙烯酸树脂（PMMA），厚度为0.02毫米到1毫米。

进一步地，所述碳纳米管层13可以是单层碳纳米管薄膜，所述碳纳米管层13的长度和宽度不限，可根据实际需要制成具有任意长度和宽度的碳纳米管层。另外，所述碳纳米管层13中可进一步包括多个层叠设置的碳纳米管薄膜，相邻碳纳米管薄膜之间通过范德华力结合，多层碳纳米管薄膜的层叠角度不限。故，所述碳纳米管层13的厚度也不限，只要能够具有理想的透明度，可根据实际需要制成具有任意厚度的碳纳米管层。

所述碳纳米管层13中的碳纳米管薄膜由有序的或无序的碳纳米管组成，并且该碳纳米管薄膜具有均匀的厚度。具体地，该碳纳米管层13包括无序的碳纳米管薄膜或者有序的碳纳米管薄膜。无序的碳纳米管薄膜中，碳纳米管为无序或各向同性排列。该无序排列的碳纳米管相互缠绕，该各向同性排列的碳纳米管平行于碳纳米管薄膜的表面。有序的碳纳米管薄膜中，碳纳米管为沿同一方向择优取向排列或沿不同方向择优取向排列。当碳纳米管层13包括多层有序碳纳米管薄膜时，该多层碳纳米管薄膜可以沿任意方向层叠设置，因此，在该碳纳米管层中，碳纳米管为沿相同或不同方向择优取向排列。

请参见图2，本实施例中，所述碳纳米管薄膜通过拉取一碳纳米管阵列直接获得。该碳纳米管薄膜中的大部分碳纳米管首尾相连地沿同一个方向择优取向延伸，且为一自支撑结构，所述自支撑指碳纳米管薄膜不需要大面积的载体支撑，而只要相对两边提供支撑力即能整体上悬空而保持自身膜状状态。所述自支撑主要通过碳纳米管薄膜中存在连续的通过范德华力首尾相连延伸排列的碳纳米管而实现。由于碳纳米管沿其轴向具有好的导电性，且所述碳纳米管薄膜中的大部分碳纳米管沿同一方向择优取向延伸，因此，该碳纳米管薄膜整体具有阻抗异向性，即沿碳纳米管延伸的方向为低阻抗方向D，而垂直于该碳纳米管延伸的方向为高阻抗方向H。所以单层碳纳米管薄膜不用额外制程进行图案化，即可达到近似图案化的效果。此外，所述碳纳米管薄膜中基本朝同一方向延伸的大多数碳纳米管中每一碳纳米管与在延伸方向上相邻的碳纳米管通过范德华力首尾相连，且所述碳纳米管薄膜中也存在少数随机排列的碳纳米管，这些随机排列的碳纳米管会与相邻的其他碳纳米管相互接触，从而使得该碳纳米管薄膜在高阻抗方向H仍具有导电性，只是相较于其他方向该碳纳米管薄膜在该高阻抗方向H的电阻较大，电导率较低。

请参阅图3，每一碳纳米管拉膜包括多个连续且定向排列的碳纳米管片段131。该多个碳纳米管片段131通过范德华力首尾相连。每一碳纳米管片段131包括多个相互平行的碳纳米管132，该多个相互平行的碳纳米管132通过范德华力紧密连接。该碳纳米管片段131具有任意的宽度、厚度、均匀性及形状。所述碳纳米管拉膜的厚度为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。

所述碳纳米管薄膜为一纯碳纳米管结构，所述碳纳米管薄膜中的碳纳米管未经过任何酸化处理或功能化修饰，且，所述碳纳米管薄膜仅由碳纳米管构成，不含有其他的杂质。所述碳纳米管拉膜的制备方法请参见2007年2月9申请的，2010年5月26日公告的，公告号为CN1014239712B的中国发明专利申请公开说明书。为节省篇幅，仅引用于此，所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。

当然，所述碳纳米管层13并不限于由所述碳纳米管拉膜组成，也可以为多个碳纳米管线状结构133组成的层状结构。请参阅图4，当所述碳纳米管层13包括多个碳纳米管线状结构133时，该多个碳纳米管线状结构133平行间隔排列成一层状结构。请参阅图5-6，所述碳纳米管线状结构133由多个碳纳米管132组成。每一碳纳米管线状结构133由多个碳纳米管132平行排列组成，形成一非扭转的的碳纳米管线状结构133。请参阅图7-8，每一碳纳米管线状结构133也可以由多个碳纳米管132相互扭转组成，形成一扭转的的碳纳米管线状结构133。所述碳纳米管线状结构133的长度不限，优选地，所述碳纳米管线状结构133的直径为0.5纳米~100微米。

由于碳纳米管层13非常纯净，且比表面积小，表面光滑，很容易通过范德华力与其他物体紧密结合，因此，所述碳纳米管层13本身具有一定的粘性，可以不使用光学胶等透明绝缘粘胶层而直接铺设在所述基板12上。当然，为了使所述碳纳米管层13与所述基板12结合的更牢固，也可以通过一透明绝缘粘胶层（图未示）将所述碳纳米管层13粘在所述基板12上，所述透明绝缘粘胶层可以选自热敏胶、压敏胶、光敏胶等。该粘结剂层的厚度不宜太厚，在4微米至8微米的范围内比较合适。本实施例是利用OCA胶将所述碳纳米管层13粘附到所述基板12的第二表面上的。

请参阅图9，所述碳纳米管层13具有与所述碳纳米管延伸方向垂直且相对设置的一第一侧边和一第二侧边（图未标）。本实施例中，所述第一电极14与第二电极15的数量均为6个。所述第一电极14以及第二电极15均设置在所述碳纳米管层13远离基板12的一个表面上，且所述第一电极14及第二电极15分别间隔设置于碳纳米管层13的第一侧边和第二侧边，并与所述碳纳米管层13电连接。

可以理解，所述第一电极14、第二电极15的数量并不限于6个，可以根据实际需要进行设置。所述第一电极14和第二电极15的设置方式也并不限于以上几种，只要能使所述第一电极14、第二电极15与碳纳米管层13之间形成电连接的方式都在本发明的保护范围内。例如，所述第一电极14与所述第二电极15也可设置于碳纳米管层13靠近所述基板12的一个表面，所述第一电极14和第二电极15也可以均设置在碳纳米管层13的第一侧边或第二侧边，或设置在碳纳米管层13的其他侧边。

所述第一电极14和第二电极15可以采用溅射、电镀、化学镀等沉积方法直接形成在所述碳纳米管层13上，也可用银胶等导电粘结剂将所述第一电极14和第二电极15粘结在碳纳米管层13的一个表面上。所形成的第一电极14和第二电极15的厚度为10纳米至500微米。所述第一电极14和第二电极15均由导电材料组成，该第一电极14和第二电极15的形状不限，可为导电薄膜、导电片或者导电线等。该导电线的材料可以为金属、合金、铟锡氧化物（ITO）、锑锡氧化物（ATO）、导电银胶、导电聚合物或导电性碳纳米管等。本实施例中，所述第一电极14和第二电极15均由导电银浆制成。所述第一电极14、第二电极15输入至碳纳米管层13或接收自碳纳米管层13的信号将主要沿着较低阻抗方向D传输。触控面板该触控面板10便可利用信号传输具有方向性的特性作为触碰位置的判断依据。所述每个第一电极14和每个第二电极15均连接有一驱动电路16和一感测电路17。

所述驱动电路16包括一充电电路161及一用以控制充电电路161的第一开关162。所述充电电路161通过所述第一开关162与所述第一电极14或第二电极15串联。所述充电电路161可连接至一电压源（图未示）。所述感测电路17包括一存储电路171、一读取电路172及一用于控制存储电路171与读取电路172的第二开关173。所述存储电路171与所述读取电路172并联，并通过所述第二开关173与所述第一电极14或第二电极15串联。所述驱动电路16和所述感测电路17相互并联。所述存储电路171可进一步串联一电阻（图未示），该存储电路171通过该电阻接地。

本发明所提供的触控面板10无需设置玻璃等做保护层，所述强化层11远离所述基板12的一面直接暴露于应用环境中，直接与空气接触，触摸物例如手指直接触摸所述强化层11暴露的表面，通过感测碳纳米管层13由于触摸引起的电容或电阻变化实现定位，即可达到触控所述触控面板10的目的，可以使触控面板10的厚度及重量大大降低，有利于触控面板10的轻薄化，所述触控面板10的厚度可以达到1毫米以下，具体范围在0.04毫米到1毫米之间；由于碳纳米管的耐敲击性与耐冲击性好，触控面板10在没有设置玻璃等做保护层的情况下，触摸物直接接触强化层11而不会受到破坏，使该触控面板10具有很好的耐用性；由于碳纳米管具有较好的柔韧性及耐弯曲性，故本发明实施例的触控面板10可以做3D曲面；所述碳纳米管层13通过一透明绝缘胶固定在所述基板12的表面，可以使碳纳米管层13与基板12结合的更牢固，防止在使用过程中碳纳米管层的移位；碳纳米管层13中的碳纳米管通过范德华力相互紧密结合，可以防止在使用过程中，由于触摸物向不同方向的触摸导致碳纳米管层13中的碳纳米管移位，从而导致碳纳米管层13产生撕裂、破损等现象；另外，由于玻璃易脆、不耐刮伤，所以玻璃本身的良率较低，所以本发明实施例取消玻璃做保护层还提高了触控面板的的良率，降低了触控面板10的制备成本，可实现量产。

请参阅图10，并结合图1，本发明还提供一种触控式人机交互装置100，该触控式人机交互装置100包括一触控面板10、以及一电子设备20。所述触控面板10对应于所述电子设备20的人机交互界面（图未示）设置，所述触控面板10用于识别使用者的触摸操作并将触摸指令传输给所述电子设备20。该触控面板10包括一强化层11，一基板12以及一触控模组，该触控模组包括一碳纳米管层13；多个第一电极14，以及多个第二电极15。所述基板12具有一第一表面(图未标)以及与该第一表面相对设置的第二表面(图未标)；该强化层11设置于所述基板12的第一表面，该强化层11远离该基板12的表面直接作为触摸面，通过感测碳纳米管层13由于触摸引起的电容或电阻变化实现定位。所述强化层11远离所述基板12的一面直接与应用环境接触，使所述强化层11具有一暴露的表面。无需在强化层11的表面设置玻璃等保护层，触摸物例如手指直接触摸所述强化层11暴露的表面，即可达到触控该触控面板10的目的；所述多个第一电极14和多个第二电极15间隔设置于所述碳纳米管层13的表面，且均与该碳纳米管层13电连接。

所述电子设备20可为显示设备、开关设备。当然，所述电子设备20的并不限定于以上两种，任何具有人机交互界面的电子设备均可。所述电子设备20的数量可以为一个或者多个。当电子设备20可为显示设备时，所述显示设备可以为液晶显示器、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传统显示设备中的一种，另外，该显示设备也可为一柔性液晶显示器、柔性电泳显示器、柔性有机电致发光显示器等柔性显示器中的一种。本实施例中的电子设备20为薄膜场效应晶体管（TFT）液晶显示器。

进一步地，该触控式人机交互装置100可包括一导光板（图未示），该导光板设置于电子设备20与触控面板10之间。该导光板的作用是导引一点光源或线光源发出的光从一平面出射，同时提高电子设备20发光亮度的均匀性。可以理解，所述导光板为可选择元件，可以根据实际需要进行设置。

另外，所述触控式人机交互装置100进一步包括一触控面板控制器30、一电子设备控制器40及一中央处理器50。其中，触控面板控制器30、电子设备控制器40及中央处理器50三者通过电路相互连接，触控面板控制器30连接触控面板10的第一电极14或第二电极15，电子设备控制器40连接电子设备20。

本实施例触控面板10及触控式人机交互装置100在应用时的原理如下：触控面板10可直接设置在电子设备20的人机交互界面上。触控面板控制器30根据手指等触摸物60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通过电子设备控制器40控制电子设备20。

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 (12)

1.一种触控面板，包括一基板、一强化层以及一触控模组，该基板具有一第一表面以及与该第一表面相对设置的第二表面，其特征在于，所述强化层设置在所述基板的第一表面，所述触控模组设置在所述基板的第二表面，所述触控模组包括一碳纳米管层，所述强化层具有一暴露的表面，触摸物直接触摸所述强化层暴露的表面实现触控操作。

2.如权利要求1所述的触控面板，其特征在于，所述基板为聚对苯二甲酸乙二醇酯或丙烯酸酯类树脂。

3.如权利要求1所述的触控面板，其特征在于，所述碳纳米管层贴合在所述基板的第二表面。

4.如权利要求1所述的触控面板，其特征在于，所述强化层为一功能涂料层，直接涂覆于所述基板的第一表面，该功能涂料层包括抗反射涂料或硬化涂料。

5.如权利要求1所述的触控面板，其特征在于，所述强化层远离所述基板的的一侧不含有保护层。

6.如权利要求1所述的触控面板，其特征在于，所述强化层的厚度为3微米到10微米。

7.如权利要求1所述的触控面板，其特征在于，该触控面板的厚度小于1毫米。

8.如权利要求1所述的触控面板，其特征在于，所述碳纳米管层包括多个碳纳米管，该多个碳纳米管首尾相连且沿同一方向延伸，所述碳纳米管层具有与所述碳纳米管延伸方向垂直且相对设置的第一侧边和第二侧边。

9.如权利要求8所述的触控面板，其特征在于，所述触控面板进一步包括多个第一电极及多个第二电极，该多个第一电极及多个第二电极分别间隔设置于所述碳纳米管层的第一侧边和第二侧边。

10.一种触控式人机交互装置，包括至少一电子设备以及一触控面板，该电子设备具有一人机交互界面，所述触控面板对应于所述电子设备的人机交互界面设置，用于识别使用者的触摸操作并将触摸指令传输给所述电子设备，其特征在于，所述触控面板为如权利要求1至8项中任一项所述的触控面板。

11.如权利要求10所述的触控式人机交互装置，其特征在于，所述至少一电子设备包括显示设备、开关设备。

12.如权利要求11所述的触控式人机交互装置，其特征在于，所述显示设备或开关设备的显示面为平面或曲面。