CN105117070B - 一种带有压力感应功能的显示组件 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种带有压力感应功能的显示组件，在平板显示器的外侧依次设置弹性层和形变层；形变层的内侧面设有第一电极组，平板显示器的外侧面设有第二电极组，第一电极组包括透明的第一电极，第二电极组包括透明的第二电极，第二电极组中的第二电极均通过弹性层与第一电极组中相应的第一电极构成多个二维分布的局部平板电容器。当手指在形变层的外侧面按压时，对应位置弹性层的厚度发生变化的幅度最大，相对应的局部平板电容器的电容值发生变化的幅度也最大，通过监测各个局部平板电容器的电容值变化，准确地探测手指的按压力和手指的按压坐标，由按压坐标及按压力可以传递出更多的控制信息。另外，该显示组件也能够适应在水中使用。

Description

一种带有压力感应功能的显示组件

技术领域

本发明涉及一种显示组件，尤其涉及一种带有压力感应功能的显示组件。

背景技术

显示组件一般包括显示器，显示组件可设置在手机、平板电脑、电子手表、汽车仪表、工控仪表等交互类电子设备的前方以实现信息的显示。为了使手指在显示组件表面按压时，其按压动作能够为电子设备所探测，可在显示组件中加入一定的压力感应件，以构成一种带有压力感应功能的显示组件。一般来说，通过手指按压来对电子设备进行控制，远比触摸对电子设备进行控制要稳定得多，手指按压不会受到外界条件，尤其是潮湿条件的影响，因此具有较高的可靠性，使得上述设备可以在非常恶劣的环境，如水中使用。

上述的压力感应件一般为非透明的机械式传感器元件，为了避免对显示造成影响，压力感应件一般被设置在显示器的后方，然而，由于显示器一般较硬，其很难变形，当手指按压力通过显示器传递到后方时，关于按压的位置信息会变得模糊或丢失，使得手指按压的坐标位置很难被探测到，而只能探测按压力的大小，由于按压力大小所能传递的控制信息非常有限，其对电子设备的控制性非常低。

另外，当处于水中时，上述显示组件的表面会整体受到水压的作用，由于其很难探测到按压的坐标，其也无法分辨受到的压力是手指按压力还是水压力，使得上述带有压力感应功能的显示组件难以在水中使用。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种带有压力感应功能的显示组件，这种带有压力感应功能的显示组件不仅能够准确探测到手指的按压力，还能够准确地探测到手指的按压坐标，使得这种显示组件能够传递更多的控制信息，且适合在水中使用。采用的技术方案如下：

一种带有压力感应功能的显示组件，包括平板显示器，其特征为：还包括透明绝缘的弹性层和透明的形变层，弹性层、形变层依次设置在所述平板显示器的外侧面上；形变层的内侧面设有第一电极组，平板显示器的外侧面设有第二电极组，第一电极组包括至少一个透明的第一电极，第二电极组包括至少一个透明的第二电极，第二电极组中的各个第二电极均通过弹性层与第一电极组中相应的第一电极构成多个二维分布的局部平板电容器。

上述显示器可以为液晶显示器、有机发光显示器等平板显示器件；为了避免对显示造成影响，上述形变层可以为透明玻璃(如厚度小于1.5mm的玻璃)、透明塑料板(如PET薄板)等透明板体；上述第一电极、第二电极可以为氧化铟锡(ITO)、纳米银线薄膜等透明导电膜层，经过光刻、印刷等图形化方法制作而成的透明电极，为了使第一电极、第二电极构成二维分布的局部平板电容器，可将第一电极和/或第二电极组设计为多个二维分布的块状电极，以便其重叠时构成二维分布的多个局部平板电容器，或者将第一电极、第二电极设计为条状，并通过其交叉而形成二维分布的多个局部平板电容器；第一电极、第二电极可通过细线引出，以便将其连接到电容探测电路中，实现对局部平板电容器的电容探测。

由于形变层、弹性层均设置在平板显示器外侧面上，弹性层处于平板显示器与形变层之间，因此，当手指在形变层的外侧面按压时，以平板显示器为支撑，在对应手指的位置，形变层发生较大的局部变形(凹入)。当形变层发生局部变形时，对应位置弹性层的厚度发生变化的幅度最大，从而使与其相对应的局部平板电容器的电容值发生变化的幅度也最大，通过监测各个局部平板电容器的电容值变化，找出电容值变化幅度最大的局部平板电容器，即可探测到手指在局部位置的按压动作及其按压力，并藉此得到手指的按压坐标，更加准确地探测手指的按压力和手指的按压坐标，由按压坐标及按压力可以传递出更多的控制信息。除此之外，当这种带有压力感应功能的显示组件处于水中时，其外表面各部分虽然都会受到水的压力，但水的压力是使各个位置的局部平板电容器的电容值发生一致的变化，电容值的变化是均匀的，在这种情况下，当手指按压时仍会发生较为明显的局部变化，因此能够区分手指的按压和水压，从而使得这种显示组件能够适应在水中使用。

作为本发明的优选方案，还包括垫隔圈，垫隔圈设置在所述平板显示器的边缘并围绕在所述弹性层的周边。垫隔圈不仅对形变层进行支撑，而且对弹性层进行限位，使弹性层的形变限定在一定的范围内，使弹性层保持一定的自然厚度(即不受按压时的厚度)，还能够将手指按压时形变层的形变集中在垫隔圈的内部区域而减少弹性层的整体形变，使得当手指按压时，局部平板电容器的电容变化相比整体电容的变化更大，从而使得对手指按压位置的探测更加准确。除此之外，垫隔圈还在显示器与形变层之间提供机械连接，使得整个显示组件的结构更加紧凑。

作为本发明进一步的优选方案，所述垫隔圈为一个环形封闭圈。将垫隔圈设置为一个环形封闭圈，垫隔圈、平板显示器以及形变层构成一个密闭的腔体，将弹性层封闭起来，避免当弹性层受到整体压力时其物质的流出，减少弹性层受到整体压力时的整体形变，从而有利于凸显出局部形变导致的局部变化，提高对局部平板电容器的电容值探测的准确性，以提高信号的清晰度。

作为本发明更进一步的优选方案，所述弹性层中保持有负压。将弹性层设置为保持有负压，具体来说，可以稍微减少弹性层的物质的体积来实现，从而使形变层不会呈现出各种不确定的鼓起状态，相比来说，负压下呈现出来的凹入状态比较确定，因而有利于保持自然状态下各个局部平板电容器的电容值的稳定。

作为本发明进一步的优选方案，所述弹性层为透明胶层或透明液态填充层。将弹性层设置为透明胶层或透明液态填充层，如硅胶层、光学胶层、油质层、水质层、有机溶剂层或液晶层，其折射率更加接近于形变层和平板显示器表面的固态透明材料，因而可降低了弹性层与形变层、平板显示器之间的界面反射，以减少其界面反射光对用户观看显示器画面时的干扰。

作为本发明进一步的优选方案，所述弹性层为气态填充层。气态填充层可以为空气填充层、氮气填充层等，气态填充层更加容易压缩，其流动时的粘滞性也非常小，不仅能够增大手指按压时形变层的变形量，还可缩短按压之后的恢复时间，因此可提高对手指按压动作探测的灵敏度。

作为本发明更进一步的优选方案，所述第一电极组的内侧面还设置有一层圆偏光层。通过在第一电极组的内侧面设置有一层圆偏光层，气态填充层的界面反射光能够被圆偏光层所吸收，从而减少气态填充层的界面反射，以减少其对用户观看平板显示器画面时的干扰。

作为本发明更进一步的优选方案，在所述第一电极组的内侧面、第二电极组的外侧面还分别设置有一层折射率渐变层，折射率渐变层具有一层折射率逐渐均匀变化的渐变表层。具体来说，折射率渐变层的表层为布满纳米凸起的透明膜层，纳米凸起的尺寸小于可见光的波长，该折射率渐变层能够遏制气态层与形变层、显示器之间的界面反射，减少气态填充层的界面反射，以减少其界面反射光对用户观看显示器画面时的干扰。

在本发明的一种具体方案中，所述形变层包括处于内侧面的第一夹板，所述平板显示器包括处于外侧面的第二夹板，所述第一电极组设置在第一夹板内侧面上，所述第二电极组设置在第二夹板外侧上，所述弹性层设置在第一夹板与第二夹板之间。先将第一夹板、第二夹板与弹性层制作为一个夹层元件，再将该夹层元件粘附在平板显示器的外侧(当形变层仅有第一夹板时)或平板显示器与形变层之间(当形变层还包括其他层时)，便可构成上述带有压力感应功能的显示组件。上述第一夹板、第二夹板可以为透明玻璃、透明塑料板等透明的支撑板材，将上述第一夹板、第二夹板分离出来独立制作，最后才进行贴装，可提高制作效率。

作为本发明进一步的优选方案，所述弹性层还设置有透明垫隔物，透明垫隔物的外端与形变层的内侧面相接触，透明垫隔物的内端与平板显示器的外侧面相接触。透明垫隔物可以为设置在形变层与显示器之间的透明微球(塑料球)、微柱或微块，其可以使弹性层的自然厚度保持得更好，使各个局部平板电容器具有稳定的初始电容值，从而对按压力的探测具有较高的精确度。

作为本发明更进一步的优选方案，所述透明垫隔物设置在各个局部平板电容器的边缘。将透明垫隔物设置在各个局部平板电容器的边缘，当手指形变层外侧局部按压时，透明垫隔物可阻止形变在形变层上的横向扩大而将其集中在与按压位置相对应的局部平板电容器之上，使得对按压坐标的探测更加准确。具体地，上述透明垫隔物可以为通过图形化方式，如显影或印刷方式制作而成的垫隔块。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

当手指在形变层的外侧面按压时，形变层发生局部变形时，对应位置弹性层的厚度发生变化的幅度最大，从而使与其相对应的局部平板电容器的电容值发生变化的幅度也最大，通过监测各个局部平板电容器的电容值变化，找出电容值变化幅度最大的局部平板电容器，即可探测到手指在局部位置的按压动作及其按压力，并藉此得到手指的按压坐标，更加准确地探测手指的按压力和手指的按压坐标，由按压坐标及按压力可以传递出更多的控制信息。除此之外，即使这种带有压力感应功能的显示组件处于水中，当手指按压时仍会发生较为明显的局部变化，因此能够区分手指的按压和水压，从而使得这种显示组件能够适应在水中使用。

附图说明

图1是本发明实施例一带解剖的立体结构示意图；

图2是本发明实施例一的平面示意图；

图3是图2沿A-A的剖面图，表示压力检测原理，以及压力感应器的电容值的变化情况示意图；

图4是图3的对比设计，没有设置环形封闭隔垫圈；

图5是图3的另一对比设计，没有设置透明垫隔物；

图6是本发明实施例一的一具体方案示意图；

图7是本发明实施例二的剖面示意图；

图8是本发明实施例三的剖面示意图；

图9是图8中B处的局部放大图；

图10是本发明实施例四带解剖的立体结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图和本发明的优选实施方式做进一步的说明。

实施例一

如图1、2所示，这种带有压力感应功能的显示组件，包括平板显示器1、透明绝缘的弹性层2和透明的形变层3，弹性层2、形变层3依次设置在平板显示器1的外侧面上；形变层3的内侧面设有第一电极组4，平板显示器1的外侧面设有第二电极组5，第一电极组4包括整面第一电极401，第二电极组5包括多个透明的第二电极501，如图3所示，第二电极组5中的各个第二电极501均通过弹性层2与第一电极组4中相应的第一电极401构成多个二维分布的局部平板电容器C1、C2、C3 (或称压力感应器)。

如图3所示，由于形变层3、弹性层2均设置在平板显示器1外侧面上，弹性层2处于平板显示器1与形变层3之间，因此，当手指在形变层3的外侧面按压时，以平板显示器1为支撑，在对应手指的位置，形变层3发生较大的局部变形(凹入)。当形变层3发生局部变形时，对应位置弹性层2的厚度发生变化的幅度最大，从而使与其相对应的局部平板电容器C2的电容值发生变化的幅度也最大，通过监测各个局部平板电容器C1、C2、C3等的电容值变化，找出电容值变化幅度最大的局部平板电容器C2，即可探测到手指在局部位置的按压动作及其按压力，并藉此得到手指的按压坐标，更加准确地探测手指的按压力和手指的按压坐标，由按压坐标及按压力可以传递出更多的控制信息。除此之外，当这种带有压力感应功能的显示组件处于水中时，其外表面各部分虽然都会受到水的压力，但水的压力是使各个位置的局部平板电容器C1、C2、C3的电容值发生一致的变化，电容值的变化是均匀的，在这种情况下，当手指按压时仍会发生较为明显的局部变化，因此能够区分手指的按压和水压，从而使得这种显示组件能够适应在水中使用。

上述平板显示器1可以为液晶显示器、有机发光显示器等平板显示器件；形变层3可以为透明玻璃(如厚度小于1.5mm的玻璃)、透明塑料板(如PET薄板)等透明板体或者其多层复合板体；第一电极401、第二电极501可以为氧化铟锡(ITO)、纳米银线薄膜等透明导电膜层，经过光刻、印刷等图形化方法制作而成的透明电极，其中，为了使第一电极401、第二电极501构成二维分布的局部平板电容器C1、C2、C3，可将第二电极组5被设计为多个二维分布的块状电极501，其与整面的第一电极401重叠构成二维分布的多个局部平板电容器C1、C2、C3；第一电极401、第二电极501通过同样的透明导电细线6引出到台阶上，以便通过接口7将其连接到电容探测电路中实现对其电容的探测，上述第一电极401一般接地。

上述弹性层2为一层透明胶层或透明液态填充层，如硅胶层、光学胶层、油质层、水质层、有机溶剂层或液晶层，平板显示器1边缘还设置有环形封闭隔垫圈8，环形封闭隔垫圈8围绕在弹性层2的周边，弹性层2通过环形封闭隔垫圈8，以及分布在各个局部平板电容器C1、C2、C3周围的透明垫隔物9进行垫隔以保持其自然厚度，其中，环形封闭隔垫圈8为混合有密度较大垫隔球(如玻璃微球)的固化胶圈，因而受压时具有较强的抵抗变形的作用，透明垫隔物9为通过UV显影方式形成的垫隔块。弹性层2的填充物质的数量被控制，即是减少弹性层2的体积，使得弹性层2内部的压强略小大气压，从而使弹性层保持有负压。

如图3所示，并且对比图4，图4由于没有设置环形封闭隔垫圈8，当手指按压在形变层3时，形变层3虽然会在按压位置发生形变，但弹性层2由于没有受环形封闭隔垫圈8的限制，弹性层2的物质向外流出，即是弹性层2受挤压而向周边延展，弹性层2整体变薄，形变层3整体随之向内侧偏移，从而导致手指按压位置处，形变层3、弹性层2的形变都不突出，从而导致按压位置的电容值C2与按压位置两侧的电容值C1、C3相差不大，即是按压位置的电容值C2变化不明显，从而导致难以准确探测手指的按压位置。而如图3所示，本实施例中由于设置了环形封闭隔垫圈8，环形封闭隔垫圈8不仅对形变层3进行支撑，而且对弹性层1进行限位，使弹性层1的形变限定在一定的范围内，使弹性层1保持一定的自然厚度(即不受按压时的厚度)，还能够将手指按压时形变层3的形变集中在环形封闭隔垫圈8的内部区域而减少弹性层2的整体形变，使得当手指按压时，局部平板电容器C2的电容变化相比整体电容的变化更大，从而使得对手指按压位置的探测更加准确。除此之外，环形封闭隔垫圈8还在平板显示器1与形变层3之间提供机械连接，使得整个显示组件的结构更加紧凑。另外，环形封闭隔垫圈8、平板显示器1以及形变层3构成一个密闭的腔体，将弹性层2封闭起来，避免当弹性层2受到整体压力时其物质的流出，减少弹性层2受到整体压力时的整体形变，从而有利于凸显出局部形变导致的局部变化，提高对局部平板电容器C2的电容值探测的准确性，以提高信号的清晰度。

如图3所示，并且对比图5，图5由于没有设置透明垫隔物9，当手指在形变层3外侧按压时，形变并不是集中在与按压位置相对应的局部平板电容器C2之上，而是在形变层上的横向扩大。如图3所示，本实施例由于设置了透明垫隔物9，透明垫隔物9不仅可以使弹性层2的自然厚度保持得更好，使各个局部平板电容器C1、C2、C3具有稳定的初始电容值，从而对按压力的探测具有较高的精确度，由于透明隔垫物9设置在各个局部平板电容器C1、C2、C3的边缘，使得当手指形变层外侧局部按压时，透明垫隔物9还可阻止形变在形变层3上的横向扩大而将其集中在与按压位置相对应的局部平板电容器C2之上，使得对按压坐标的探测更加准确。

如图6所示，在本实施例的一种具体方案中，形变层3包括处于内侧面的第一夹板301，平板显示器1包括处于外侧面的第二夹板101，第一电极组4设置在第一夹板301内侧面上，第二电极组5设置在第二夹板101外侧上，弹性层2设置在第一夹板301与第二夹板101之间。先将第一夹板301、第二夹板101与弹性层2制作为一个夹层元件，再将该夹层元件粘附在平板显示器1的外侧(当形变层3仅有第一夹板301时)或平板显示器1与形变层3之间(当形变层3还包括其他层时)，便可构成上述带有压力感应功能的显示组件。上述第一夹板301、第二夹板101可以为透明玻璃、透明塑料板等透明的支撑板材，将上述第一夹板301、第二夹板101分离出来独立制作，最后才进行贴装，可提高制作效率。

实施例二

如图7所示，在其它部分均与实施例一相同的情况下，其区别在于：在实施例一的基础上，将弹性层2改为气态填充层，具体来说，该气态填充层可以为空气填充层、氮气填充层等，气态填充层更加容易压缩，其流动时的粘滞性也非常小，其不仅能够增大手指按压时形变层3的变形量，还可缩短按压之后的恢复时间，因此可提高对手指按压动作探测的灵敏度。

为了减少气态填充层的界面反射，第一电极组4的内侧面还贴附有一层圆偏光层10，圆偏光层10包括由外到内依次粘合在一起的黏胶层1001、偏光膜1002以及1/4波长的延迟膜1003，由此，气态填充层的界面反射光可为圆偏光层10所吸收，以减少其对用户观看显示器画面时的干扰。

实施例三

如图8所示，在其它部分均与实施例二相同的情况下，其区别在于：将圆偏光层10改为各设置在第一电极组4的内侧面以及第二电极组5的外侧面的两层折射率渐变层1011、1012。具体地说，如图9所示，折射率渐变层1011、1012的表层为布满纳米凸起1013的透明膜层1014，其纳米凸起的尺寸小于可见光的波长，该折射率渐变层1011、1012也可遏制气态层（弹性层2）与形变层3和平板显示器1之间的界面反射，以减少其界面反射光对用户观看显示器画面时的干扰。

实施例四

如图10所示，在其它部分均与实施例一、实施例二或实施例三相同的情况下，其区别在于：将平板显示器1与形变层3调换位置，即是将平板显示器1改为形变层3，形变层3改为平板显示器1，这样引线更加方便，因为平板显示器1的表面不方便引线，而形变层3的表面更加方便引线。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种带有压力感应功能的显示组件，包括平板显示器，其特征为：还包括透明绝缘的弹性层、透明的形变层和垫隔圈，弹性层、形变层依次设置在所述平板显示器的外侧面上；垫隔圈设置在所述平板显示器的边缘并围绕在弹性层的周边，垫隔圈为一个环形封闭圈，弹性层中保持有负压；形变层的内侧面设有第一电极组，平板显示器的外侧面设有第二电极组，第一电极组包括至少一个透明的第一电极，第二电极组包括至少一个透明的第二电极，第二电极组中的各个第二电极均通过弹性层与第一电极组中相应的第一电极构成多个二维分布的局部平板电容器。

2.如权利要求1所述的带有压力感应功能的显示组件，其特征是：所述弹性层为透明胶层或透明液态填充层。

3.如权利要求1所述的带有压力感应功能的显示组件，其特征是：所述弹性层为气态填充层。

4.如权利要求3所述的带有压力感应功能的显示组件，其特征是：所述第一电极组的内侧面还设置有一层圆偏光层。

5.如权利要求3所述的带有压力感应功能的显示组件，其特征是：在所述第一电极组的内侧面、第二电极组的外侧面还分别设置有一层折射率渐变层，折射率渐变层具有一层折射率逐渐均匀变化的渐变表层。

6.如权利要求1所述的带有压力感应功能的显示组件，其特征是：所述弹性层还设置有透明垫隔物，透明垫隔物的外端与形变层的内侧面相接触，透明垫隔物的内端与平板显示器的外侧面相接触。

7.如权利要求1所述的带有压力感应功能的显示组件，其特征是：所述透明垫隔物设置在各个局部平板电容器的边缘。