CN107340084B - 压力检测显示装置 - Google Patents

Abstract

本申请公开了一种压力检测显示装置，包括：基板；第一半导体层，第一半导体层上设置有多个压力检测感应单元；绝缘层，绝缘层覆盖第一半导体层；压感检测电路，用于向各压力检测感应单元提供输入电压信号，并接收各压力检测感应单元采集的压力感应信号；静电防护环，各静电防护环向基板的正投影为封闭环状，各压力检测感应单元向基板的正投影处于其中一个封闭环状之内。按照本申请的方案，可以对压力检测感应单元起到静电防护的作用，避免后续制程引入的静电荷在压力检测感应单元累积而对其造成的损害。

Description

压力检测显示装置

技术领域

本公开一般涉及显示技术领域，尤其涉及一种压力检测显示装置。

背景技术

随着显示技术的发展，仅仅触摸位置检测已不再能满足显示屏上所呈现的人机交互界面交互操作方式的多样性需求。在检测手指在显示屏平面的坐标位置之外，还需要对手指按压显示屏的压力大小进行检测，从而根据压力大小的不同来进行相应的显示。

现有的显示屏中压力感应功能的设计主要采用电容式或电阻式的压力传感器。在电阻式压力传感器的设计中，为了避免对显示区的光透过率造成影响，通常将多个压力传感器设置于边框区域，利用压力传感器输出受压时应力导致的扩散效应带来的电压变化。

然而，现有的电阻式压力传感器通常采用硅基材料来制作。在制作显示屏的后续制程(例如，后续的剥离、清洗等制程)中，电阻式压力传感器容易因制程中引入的静电而受损。

发明内容

鉴于现有技术中的上述缺陷或不足，期望提供一种压力检测显示装置，以期解决现有技术中存在的技术问题。

第一方面，本申请实施例提供了一种压力检测显示装置，包括：基板；第一半导体层，第一半导体层上设置有多个压力检测感应单元；绝缘层，绝缘层覆盖第一半导体层；压感检测电路，用于向各压力检测感应单元提供输入电压信号，并接收各压力检测感应单元采集的压力感应信号；静电防护环，各静电防护环向基板的正投影为封闭环状，各压力检测感应单元向基板的正投影处于其中一个封闭环状之内。

在一些实施例中，压力检测感应单元为电阻式压力传感器，压感检测电路包括减法电路；电阻式压力传感器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；第一输入端和第二输入端分别与压感检测电路的第一电压输出端和第二电压输出端电连接，用于分别接收第一输入电压信号和第二输入电压信号；电阻式压力传感器的第一输出端和第二输出端分别与减法电路电连接，减法电路用于基于电阻式压力传感器的第一输出端和第二输出端输出的压力感应信号生成压力值。

在一些实施例中，绝缘层为二氧化硅绝缘层。

在一些实施例中，各静电防护环与各压力检测感应单元一一对应。

在一些实施例中，各压力检测感应单元向基板的正投影和与之一一对应的静电防护环向基板的正投影的最大间距d满足：d≤50μm。

在一些实施例中，压力检测显示装置包括阵列排布的像素单元，以及向各像素单元提供显示信号的薄膜晶体管；薄膜晶体管包括栅极、源极、漏极以及沟道，其中，栅极形成在栅极金属层，源极和漏极形成在源漏金属层，沟道形成在第一半导体层；绝缘层形成在第一半导体层和栅极金属层之间。

在一些实施例中，静电防护环形成在栅极金属层。

在一些实施例中，静电防护环形成在源漏金属层。

在一些实施例中，压力检测显示装置还包括遮光金属层；遮光金属层形成在基板和第一半导体层之间；遮光金属层上形成有多个遮光金属块，各沟道向基板的正投影处于其中一个遮光金属块向基板的正投影的范围之内；静电防护环形成在遮光金属层。

在一些实施例中，压力检测感应单元形成在压力检测显示装置的非显示区。

按照本申请的方案，通过在压力检测显示装置的压力检测感应单元周围设置静电防护环，可以对压力检测感应单元起到静电防护的作用，避免后续制程引入的静电荷在压力检测感应单元累积而对其造成的损害。

此外，在一些实施例中，压力检测感应单元和静电防护环可以设置在显示装置的已有膜层中，不需要额外增加膜层，有利于压力检测显示装置的轻薄化，并且不增加制作压力检测显示装置的制程。

附图说明

通过阅读参照以下附图所作的对非限制性实施例所作的详细描述，本申请的其它特征、目的和优点将会变得更明显：

图1A为本申请的压力检测显示装置的一个实施例示意性结构图；

图1B为沿图1A中A-A’的剖视图；

图2为本申请的压力检测显示装置中，电阻式压力传感器和减法电路的一个实施例的示意性电路图；

图3为本申请的压力检测显示装置的另一个实施例的示意性结构图；

图4A和图4B分别示出了压力检测感应单元向基板的正投影和与之一一对应的静电防护环向基板的正投影之间的相对位置关系示意图；

图5A为本申请的压力检测显示装置的又一个实施例的示意性结构图；

图5B为沿图5A中B-B’的剖视图；

图5C和图5D分别为图5B所示实施例的两种可选的实现方式的示意性剖视图。

具体实施方式

下面结合附图和实施例对本申请作进一步的详细说明。可以理解的是，此处所描述的具体实施例仅仅用于解释相关发明，而非对该发明的限定。另外还需要说明的是，为了便于描述，附图中仅示出了与发明相关的部分。

需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。下面将参考附图并结合实施例来详细说明本申请。

参见图1A所示，为本申请的压力检测显示装置的一个实施例的示意性结构图，图1B为沿图1A中A-A’的剖视图。需要说明的是，为了使附图更加清晰地体现本实施例的发明点，适当地调整了图1B中各部件的比例；为了不模糊本实施例的重点，忽略了压力检测显示装置中一些公知的膜层。

下面，将结合图1A和图1B来对本实施例进行描述。

本实施例的压力检测显示装置包括基板110、第一半导体层、绝缘层130、压感检测电路(图中未示出)以及静电防护环140。

其中，第一半导体层上设置有多个压力检测感应单元120。绝缘层130覆盖第一半导体层。在这里，第一半导体层可以为掺杂的非晶硅层或掺杂的多晶硅层。通过对非晶硅层或多晶硅层进行掺杂，可以提升非晶硅层或多晶硅层的电导率，从而提升压力检测感应单元120的灵敏度。

压感检测电路用于向各压力检测感应单元120提供输入电压信号，并接收各压力检测感应单元120采集的压力感应信号。可选地，压感检测电路可以设置于集成电路芯片150中，或者，压感检测电路也可以设置在压力检测感应单元120的附近。此外，各压感检测电路可以与各压力检测感应单元120一一对应地设置，从而向与之对应的压力检测感应单元120提供输入电压信号，并接收该压力检测感应单元120采集的压力感应信号。或者，同一个压感检测电路可以与多个压力检测感应单元120相对应，从而可以同时或分时地向与之对应的多个压力检测感应单元120提供输入电压信号，并分别接收与之对应的各压力检测感应单元120采集的压力感应信号。

各静电防护环140向基板110的正投影为封闭环状，各压力检测感应单元120向基板的正投影处于其中一个封闭环状之内。本实施例中，静电防护环140可以设置在压力检测显示装置中的任意一个金属层。由于金属是电的良导体，当在压力检测显示装置的制作过程中引入静电时，静电防护环140可以更好地对这些引入的静电进行感应。由于金属的电阻较低，即使在静电防护环140上累积较多的电荷，其电压的数量级也较小，这样一来，便可以一定程度地避免静电荷累积导致的放电。另一方面，在制作过程中，引入的静电的极性是不固定的，随着制作过程的推进，静电防护环140上累积的电荷也可以逐步中和，从而对形成在第一半导体层的各个压力检测感应单元120进行有效地静电防护，降低压力检测感应单元120受静电损伤的可能性。

在一些可选的实现方式中，压力检测显示装置可以包括电压输出端，静电防护环140还可以与该电压输出端电连接，从而起到更好的静电防护效果。

需要说明的是，图1A中，压力检测感应单元120的数量、其在本实施例的压力检测显示装置中的分布以及各静电防护环140的封闭图形的形状及其所容纳的压力检测感应单元120的数量仅是示意性的，旨在直观地呈现各压力检测感应单元120及其于静电防护环140之间的相对位置关系。本领域技术人员可以在获知本实施例的压力检测显示装置的技术方案的基础上，根据实际应用场景的需要来在显示装置恰当的位置设置和分布压力检测感应单元，并根据压力检测感应单元的数量和分布来设计静电防护环的形状及其与压力检测感应单元的对应关系。因此，无论压力检测单元的数量及其分布、静电防护环的形状及其与压力检测单元的对应关系如何，只要具备了本实施例所描述的上述技术特征，便落入了本实施例的保护范围之内。

在一些可选的实现方式中，本实施例的压力检测感应单元可以为电阻式压力传感器。

参见图2所示，为电阻式压力传感器以及压感检测电路的示意性电路图。

电阻式压力传感器210包括第一输入端IN1、第二输入端IN2、第一输出端OUT1和第二输出端OUT2，压感检测电路包括减法电路220。

第一输入端IN1和第二输入端IN2分别与减法电路220的第一电压输出端OUT1’和第二电压输出端OUT2’电连接，用于分别接收第一输入电压信号和第二输入电压信号。

此外，如图2所示，电阻式压力传感器210还包括四个压感电阻R1～R4。其中，第一压感电阻R1连接在第一输入端IN1和第一输出端OUT1之间，第二压感电阻R2连接在第二输入端IN2和第一输出端OUT1之间，第三电阻R3连接在第二输入端IN2和第二输出端OUT2之间，第四压感电阻R4连接在第一输入端IN1和第二输出端OUT2之间。

电阻式压力传感器的第一输出端OUT1和第二输出端OUT2分别与减法电路的第一输入端IN1’和第二输入端IN2’电连接，减法电路用于基于电阻式压力传感器210的第一输出端OUT1和第二输出端OUT2输出的压力感应信号生成压力值。

下面，将进一步结合图2的电路来说明电阻式压力传感器210和减法电路220的工作原理。

第一压感电阻R1、第二压感电阻R2、第三压感电阻R3以及第四压感电阻R4均形成于上述第一半导体层，且四个压感电阻的阻值在受压时发生变化。其中第一压感电阻R1和第三压感电阻R3同时拉伸、第二压感电阻R2和第四压感电阻R4同时收缩；或者第一压感电阻R1和第三压感电阻R3同时收缩、第二压感电阻R2和第四压感电阻R4同时拉伸。也就是说，在受到同样的外界压力作用时，第一压感电阻R1和第三压感电阻R3的阻值变化方向与第二压感电阻R2和第四压感电阻R4的阻值变化方向相反。本申请实施例的压感电阻可以通过对第一半导体层进行图形化来制作形成。

假设第一输入端IN1和第二输入端IN2输入的第一电压输入信号和第二电压输入信号的电压差为U_in，第一压感电阻R1、第二压感电阻R2、第三压感电阻R3、第四压感电阻R4的阻值分别为r₁、r₂、r₃和r₄，在第一输出端OUT1检测到的第一输出信号的电压值U₁可以采用下式(1)计算：

在第二输出端OUT2检测到的第二输出信号的电压值U₂可以采用下式(2)计算：

可以对第一输出端OUT1检测到的第一输出信号和第二输出端OUT2检测到的第二输出信号进行减法运算，得到第一输出端OUT1和第二输出端OUT2的信号的电压差ΔU为：

为了简化压力触控检测过程中的计算，可以设置第一压感电阻R1、第二压感电阻R2、第三压感电阻R3、第四压感电阻R4在未受压时的电阻值相等，例如均为r，且第一压感电阻R1和第三压感电阻R3的应变系数相等，即其受到相同的压力大小时电阻阻值的变化量相等，第二压感电阻R2和第四压感电阻R4的应变系数相等，即其受到相同的压力大小时电阻阻值的变化量相等。第一压感电阻R1和第二压感电阻R2的应变系数符号相反，即第一压感电阻R1和第二压感电阻R2在受到同一压力时电阻值的变化方向相反。

在进行压力检测时，受压后第一压感电阻R1和第三压感电阻R3的电阻变化量为Δr，第二压感电阻R2和第四压感电阻R4的电阻变化量为-Δr，这时第一输出端OUT1和第二输出端OUT2之间的压差ΔU₁可以为：

其中，U’₁和U’₂分别为受压后第一输出端OUT1和第二输出端OUT2检测到的信号的电压值。

采用上述式(4)，可以根据第一输入端IN1输入的第一电压输入信号和第二输入端IN2输入的第二电压输入信号的电压差U_in以及受压后第一输出端OUT1检测到的第一输出信号和第二输出端OUT2检测到的第二输出信号之间的压差ΔU’计算得出第一压感电阻R1和第三压感电阻R3的电阻的变化量Δr，以及第二压感电阻R2和第四压感电阻R4的电阻的变化量-Δr，进一步根据第一压感电阻R1和第三压感电阻R3电阻阻值的变化量Δr以及应变系数计算得出该压力检测感应单元感应到的压力的大小。

在本申请的压力检测显示装置的一些可选的实现方式中，覆盖第一半导体层的绝缘层可以是无机绝缘层。该无机绝缘层例如可以由氮化硅或者二氧化硅材料制成。在这些可选的实现方式中，通过在压力检测感应单元的对应位置设置静电防护环，可以防止静电对绝缘层的绝缘特性产生影响，从而避免破坏该绝缘层下方的压力检测感应单元。

参见图3所述，为本申请的压力检测显示装置的另一个实施例的示意性结构图。

与图1A和图1B所示的实施例类似，本实施例的压力检测显示装置同样包括本实施例的压力检测显示装置包括基板、第一半导体层、绝缘层、压感检测电路(图中未示出)以及静电防护环340。

其中，第一半导体层上设置有多个压力检测感应单元320。绝缘层覆盖第一半导体层。压感检测电路用于向各压力检测感应单元320提供输入电压信号，并接收各压力检测感应单元320采集的压力感应信号。此外，本实施例中，各静电防护环340向基板的正投影为封闭环状。

与图1A和图1B所示的实施例不同的是，本实施例中，各静电防护环340与各压力检测感应单元320一一对应。也即是说，本实施例中，压力检测单元320向基板的正投影与静电防护环340向基板的正投影一一对应，且压力检测单元320的正投影位于对应的静电防护环340的正投影之内。

这样一来，本实施例中的每一个压力检测单元320均有环绕其的静电防护环340。使得静电防护环340上能够承载的静电荷更多，可以更好地起到静电屏蔽的效果。另一方面，即便其中某一个静电防护环340上由于承载了过多的静电荷导致了静电击穿现象的发生，也不会对除与之对应的压力检测单元之外的其它压力检测单元造成损坏。

在本实施例的一些可选的实现方式中，各压力检测感应单元向基板的正投影和与之一一对应的静电防护环向基板的正投影的最大间距d满足：d≤50μm。

例如，如图4A所示，压力检测感应单元的形状例如可以是矩形，那么，与之一一对应的静电防护环也可以是矩形，且二者的在基板的正投影之间间距的最大值不超过50μm。也即是说，对于每一个压感检测感应单元向基板的正投影的轮廓上的每一点i，均存在该点与静电防护环向基板的正投影之间的最小间距d_i，取d_i的最大值作为与该压感检测感应单元对应的d，且对于任意压感检测感应单元，与之相对应的d均满足：d≤50μm。

或者，如图4B所述，压力检测感应单元的形状例如可以是“X”形，那么，与之一一对应的静电防护环也可以是“X”形，且二者的在基板的正投影之间间距的最大值不超过50μm。在这里，二者的在基板的正投影之间间距的最大值也可以具有如对图4A中描述那样的确定方式。

这样一来，由于压力检测感应单元向基板的正投影和与之一一对应的静电防护环向基板的正投影之间的间距较小，静电防护环可以向与之一一对应的压力检测感应单元提供更好的静电屏蔽。

参见图5A所示，为本申请的有一个实施例的压力检测显示装置的示意性结构图，图5B为沿图5A中B-B’的剖视图。

与图1A和图1B所示的实施例类似，本实施例的压力检测显示装置同样包括本实施例的压力检测显示装置包括基板、第一半导体层、绝缘层510、压感检测电路(图中未示出)以及静电防护环540。

其中，第一半导体层上设置有多个压力检测感应单元520。绝缘层510覆盖第一半导体层。压感检测电路用于向各压力检测感应单元520提供输入电压信号，并接收各压力检测感应单元520采集的压力感应信号。此外，本实施例中，各静电防护环540向基板的正投影为封闭环状。

与图1A和图1B所示的实施例不同的是，本实施例中，进一步限定了压力检测显示装置包括阵列排布的像素单元P，以及向各像素单元提供显示信号的薄膜晶体管T。

薄膜晶体管T包括栅极501、源极502、漏极503以及沟道504。其中，栅极501形成在栅极金属层，源极502和漏503极形成在源漏金属层，沟道504形成在第一半导体层。绝缘层510形成在第一半导体层和栅极金属层之间。

从图5B中可以看出，本实施例中，压力检测感应单元520可以与薄膜晶体管的沟道504形成在同一个半导体层。这样一来，压力检测感应单元520可以与薄膜晶体管的沟道504可以在同一道制作工序中制作形成，从而使得制作压力检测感应单元520不增加制作压力检测显示装置的制程。

此外，在本实施例的一些可选的实现方式中，如图5B所示，本实施例的静电防护环540可以形成在栅极金属层。也即是说，在这些可选的实现方式中，静电防护环540可以与薄膜晶体管的栅极501在同一道制作工序中制作形成，从而使得制作静电防护环540不增加制作压力检测显示装置的制程。

或者，在本实施例的另一些可选的实现方式中，如图5C所示，静电防护环540’可以形成在源漏金属层。也即是说，静电防护环540’可以与薄膜晶体管的源极502’和漏极503’在同一道制作工序中制作形成。

或者，在本实施例的另一些可选的实现方式中，如图5D所示，压力检测显示装置还可以包括遮光金属层。遮光金属层形成在基板51”和第一半导体层之间。

遮光金属层上形成有多个遮光金属块550”，各沟道504”向基板的正投影51”处于其中一个遮光金属块550”向基板51”的正投影的范围之内。静电防护环540”形成在遮光金属层。

也即是说，在图5D所示的实现方式中，静电防护环540可以与遮光金属块550”在同一道制作工序中制作形成，从而使得制作静电防护环540”不增加制作压力检测显示装置的制程。

需要说明的是，尽管图5B～图5D中，示意性地示出了与压力检测感应单元电连接的压力检测感应信号线(也即是压力检测感应单元与压感检测电路之间的连接走线)与薄膜晶体管的源极和漏极形成在同一导体层，但这仅是示意性的。本领域技术人员可以根据实际应用场景的需要(例如，压感检测电路的结构及其布线)来改变设置压力检测感应信号线的导体层。

此外，本申请各实施例的压力检测显示装置中，压力检测感应单元、静电防护环均可以形成在非显示区。这样一来，设置压力检测感应单元、静电防护环不会对压力检测显示装置的透过率等显示性能产生任何不良的影响，也避免了压力检测感应单元、静电防护环对形成在显示区的其它电气元件可能造成的电磁干扰。

本领域技术人员应当理解，本申请中所涉及的发明范围，并不限于上述技术特征的特定组合而成的技术方案，同时也应涵盖在不脱离发明构思的情况下，由上述技术特征或其等同特征进行任意组合而形成的其它技术方案。例如上述特征与本申请中公开的(但不限于)具有类似功能的技术特征进行互相替换而形成的技术方案。

Claims (9)

1.一种压力检测显示装置，其特征在于，包括：

基板；

第一半导体层，所述第一半导体层上设置有多个压力检测感应单元；

绝缘层，所述绝缘层覆盖所述第一半导体层；

压感检测电路，用于向各所述压力检测感应单元提供输入电压信号，并接收各所述压力检测感应单元采集的压力感应信号；

静电防护环，各所述静电防护环向所述基板的正投影为封闭环状，各所述静电防护环与各所述压力检测感应单元一一对应，各所述压力检测感应单元向所述基板的正投影处于其中一个封闭环状之内，各所述压力检测感应单元向所述基板的正投影和与之一一对应的静电防护环向所述基板的正投影的最大间距d满足：d≤50μm；所述静电防护环的制作材料包括金属。

2.根据权利要求1所述的压力检测显示装置，其特征在于：

所述压力检测感应单元为电阻式压力传感器，所述压感检测电路包括减法电路；

所述电阻式压力传感器包括第一输入端、第二输入端、第一输出端和第二输出端；

所述第一输入端和所述第二输入端分别与所述减法电路的第一电压输出端和第二电压输出端电连接，用于分别接收第一输入电压信号和第二输入电压信号；

所述电阻式压力传感器的第一输出端和第二输出端分别与所述减法电路的第一输入端和第二输入端电连接，所述减法电路用于基于所述电阻式压力传感器的第一输出端和第二输出端输出的压力感应信号生成压力值。

3.根据权利要求1所述的压力检测显示装置，其特征在于：

所述绝缘层为二氧化硅绝缘层。

4.根据权利要求1所述的压力检测显示装置，其特征在于：

所述压力检测显示装置包括阵列排布的像素单元，以及向各所述像素单元提供显示信号的薄膜晶体管；

所述薄膜晶体管包括栅极、源极、漏极以及沟道，其中，所述栅极形成在栅极金属层，所述源极和所述漏极形成在源漏金属层，所述沟道形成在所述第一半导体层；

所述绝缘层形成在所述第一半导体层和所述栅极金属层之间。

5.根据权利要求4所述的压力检测显示装置，其特征在于：

所述静电防护环形成在所述栅极金属层。

6.根据权利要求4所述的压力检测显示装置，其特征在于：

所述静电防护环形成在所述源漏金属层。

7.根据权利要求4所述的压力检测显示装置，其特征在于：

还包括遮光金属层；

所述遮光金属层形成在所述基板和所述第一半导体层之间；

所述遮光金属层上形成有多个遮光金属块，各所述沟道向所述基板的正投影处于其中一个遮光金属块向所述基板的正投影的范围之内；

所述静电防护环形成在所述遮光金属层。

8.根据权利要求5-7任意一项所述的压力检测显示装置，其特征在于：

所述压力检测感应单元形成在所述压力检测显示装置的非显示区。

9.根据权利要求1所述的压力检测显示装置，其特征在于：

所述压力检测显示装置包括电压输出端；

各所述静电防护环与所述电压输出端电连接。

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