CN107562245A - 触摸显示装置及电子设备 - Google Patents

Abstract

本发明提供了触摸显示装置及电子设备，其中，该触摸显示装置包括保护盖板、触摸感应单元和显示单元，显示单元下表面还设置有压力感应单元，压力感应单元包括基材、形成在基材上的多个互相间隔的电极，以及连接相邻电极的力敏电阻层。该触摸显示装置可以检测多点触摸的压力信号，且具有较好的响应性。

Description

触摸显示装置及电子设备

技术领域

本发明涉及触控显示领域，特别是涉及一种具有压力感应功能的触摸显示装置及电子设备。

背景技术

触摸屏因具有易操作性、灵活性等优点，已成为个人移动通信设备和综合信息终端(如手机、平板电脑和超级笔记本电脑等)的主要人机交互手段。相对于电阻式触摸屏和其它方式的触摸屏，电容式触摸屏以成本低、结构简单和耐用等优势，逐渐被智能终端广泛使用。然而，现有的电容触摸屏仅感知屏体所在平面的触摸位置及操作，难以感知施加于屏体表面的压力变化带来的触摸参数。

为了能感测屏体表面的压力变化，业者在触摸屏内集成压力传感器。然而现有的做法难以获得高位置精度的触摸压力检测效果，同时大部分只能检测单点的触摸压力信息。

发明内容

本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种具有高精度压力检测效果或能检测多点触摸压力信号的触摸显示装置。

在本发明的一个发明，本发明提供了一种触摸显示装置。根据本发明的实施例，该触摸显示装置包括保护盖板、触摸感应单元和显示单元，所述显示单元下表面还设置有压力感应单元，所述压力感应单元包括基材、形成在基材上的多个互相间隔的电极，以及连接相邻电极的力敏电阻层。上述触摸显示装置将压力感应单元集成到显示单元中，同时该压力感应单元通过设置力敏电阻层，可以检测多点触摸的压力信号。

根据本发明的实施例，所述压力感应单元中的基材为一个，所述电极分布在基材的一个表面上。

根据本发明的实施例，所述压力感应单元包括上层结构和下层结构，所述上层结构和下层结构均包括基材、设置在基材上的电极，所述电极分布在两个基材的相邻的两个表面上，所述两个基材中的至少之一设置有力敏电阻层，所述力敏电阻层设置于所述电极远离所述基材的表面上，所述上层结构和下层结构中的电极在基材上的正投影具有交叉区域。

根据本发明的实施例，所述两个基材上均设置有所述力敏电阻层，且所述上层结构和下层结构之间设有绝缘间隔物。

根据本发明的实施例，所述力敏电阻层覆盖在基材的整个表面上。

根据本发明的实施例，所述绝缘间隔物设置在两个力敏电阻层之间。

根据本发明的实施例，所述力敏电阻层覆盖在两个基材上的电极交叉区域。

根据本发明的实施例，所述上层结构和下层结构的电极对应设置，所述力敏电阻层的形状与所述电极对应且覆盖相应的电极。

根据本发明的实施例，所述绝缘间隔物设置在两个基材之间。

根据本发明的实施例，所述显示单元包括液晶功能层和背光模组，所述背光模组包括层叠的光学膜片以及用于保护光学膜片的保护片，所述压力感应单元位于保护片的下表面。

根据本发明的实施例，所述显示单元包括OLED，所述压力感应单元位于所述OLED的下表面。

根据本发明的实施例，所述触摸感应单元集成在显示单元中。

根据本发明的实施例，所述触摸显示装置进一步包括弹性可压缩结构，所述弹性可压缩结构设置在所述显示单元与所述压力感应单元之间。

根据本发明的实施例，所述力敏电阻层包括绝缘基体和分散在绝缘基体中的导电颗粒。

根据本发明的实施例，所述绝缘基体为聚酯纤维、环氧树脂、聚酯、有机硅、橡胶中的至少一种，所述导电颗粒为金属、碳黑、石墨、导电氧化物中的至少一种。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种电子设备。根据本发明的实施例，该电子设别包括前面所述的触摸显示装置。

附图说明

图1为本发明一个实施例的触摸显示装置的结构示意图。

图2为本发明一个实施例的触摸显示装置中的显示单元与压力感应单元的结构示意图。

图3为本发明一个实施例的触摸显示装置中的显示单元与压力感应单元的结构示意图。

图4为本发明另一个实施例的触摸显示装置中的压力感应单元的结构示意图。

图5为图4所示压力感应单元的截面示意图。

图6为本发明又一个实施例的触摸显示装置中的压力感应单元的部分结构示意图。

图7为图6所示压力感应单元的截面示意图。

图8为本发明一个实施例的触摸显示装置中的压力感应单元的结构示意图。

图9和图10为图8所示压力感应单元中的不同层结构示意图。

图11为本发明一个实施例的触摸显示装置中的压力感应单元的结构示意图。

图12和图13为图11所示压力感应单元中不同层电极结构示意图。

图14为本发明另一个实施例的触摸显示装置中的压力感应单元的结构示意图。

图15为图14所示压力感应单元中的层结构示意图。

具体实施方式

下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。

在本发明的一个方面，本发明提供了一种触摸显示装置。根据本发明的实施例，参照图1，所述触摸显示装置包括保护盖板10、触摸感应单元20、显示单元30和压力感应单元70。

根据本发明的实施例，保护盖板的具体材质不受特别限制，可以为本领域公知的保护盖板，例如包括但不限于玻璃、蓝宝石、陶瓷等。

根据本发明的实施例，触摸感应单元20可以包括触摸驱动电极和触摸感应电极。触摸驱动电极和触摸感应电极可以分布于同一基材上，例如业界所称的GF结构、GF2结构等，或分别分布于两个不同的基材，例如业界所称的GFF结构。另外的一些实施例中，触摸驱动电极和触摸感应电极也可以形成在保护盖板10的下表面而使得保护盖板10兼具电容传感器的功能，该种结构被业界称为OGS结构。本发明所称“上”、“下”是相对于触摸显示装置在应用过程中与使用者靠近的程度而言，相对靠近使用者的一侧为“上”，相对远离使用者的一侧为“下”。例如保护盖板的下表面是指保护盖板远离使用者的一侧。另外的一些实施例中，该两种触控电极中的一种也可以形成在贴合于保护盖板10的基板的表面，例如业界所称的G1F结构。

根据本发明的实施例，所述触摸驱动电极和触摸感应电极用于感应施加于保护盖板10上的触摸信号。所述触摸信号包括平行于保护盖板10的二维方向上的接触、滑动、拖拽等触摸输入信号，甚至包括垂直于保护盖板10方向上的隔空输入信号(即悬浮触控信号)或保护盖板10边缘的侧边(例如弯曲屏的弧形侧边)的触摸输入信号。

根据本发明的实施例，所述压力感应单元70设置在显示单元的下表面，用于感应施加于保护盖板10上的压力信号。

在一些实施例中，参照图2，所述显示单元30包括液晶功能层50和背光模组60，所述液晶功能层50包括依次设置的上偏光片51、滤光片52、液晶层53、基板54及下偏光片55，所述背光模组60包括光学膜片和用于保护光学膜片的保护片64。光学膜片可包括依次设置的扩散片61、导光板62和反射片63等结构。所述压力感应单元70设置在保护片64的下表面。一些实施例中，触摸感应单元20中的触摸驱动电极和触摸感应电极也可整合设置在液晶层53内(上述触摸感应单元的结构被业界称为in-cell结构)，或者所述触摸驱动电极和触摸感应电极设置在上偏光片51和滤光片52之间(上述触摸感应单元的结构被业界称为on-cell结构)。

另一些实施例中，参照图3，显示单元30包括OLED，所述OLED包括由上至下依次设置的阴极31、有机层32、阳极33和基底34。所述压力感应单元70位于所述基底34的下表面。

根据本发明的实施例，所述压力感应单元包括基材、形成在基材上的多个互相间隔的电极，以及连接相邻电极的力敏电阻层。所述力敏电阻层包括绝缘基体和分散在绝缘基体中的导电颗粒。

根据本发明的实施例，力敏电阻层由量子隧道复合材料组成，可以为掺导电颗粒的压敏复合材料。力敏电阻层中的细微导电颗粒均匀分散在绝缘基体中。绝缘基体可以为聚酯纤维、环氧树脂、聚酯、有机硅、橡胶等材料制成。导电颗粒可以为金属颗粒，如镍、银、铜粉或金属合金颗粒，也可以为碳黑、石墨，还可以是碳纳米管，也可以为导电氧化物如氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化锌、氧化钛等。导电颗粒尺寸为10nm-100μm。所述力敏电阻层可以通过丝印、喷墨打印、黄光制程、涂覆等方式将力敏油墨制作在所述的基材上。其中力敏油墨由前面所述的绝缘基体、导电颗粒、溶剂、固化剂等调制而成，并可通过加热固化或UV照射的方式实现固化。溶剂可以为常见的有机溶剂例如2-丁酮、乙二醇醚和四氢呋喃中的一种或以上的组合。根据绝缘基体的类型也可选择合适类型的固化剂例如脂肪族胺类、酰胺基胺类等。

在本发明的一些实施例中，参照图4和图5，所述压力感应单元70中的基材71为一个，所述电极710分布在基材71的一个表面上，力敏电阻层73连接相邻的电极710。

另一些实施例中，参照图6和图7，所述压力感应单元70中的基材71为一个，所述电极710分布在基材71的一个表面上，力敏电阻层73可以为整面层状结构，覆盖在基材71上以连接所有电极710。

在本发明的一些实施例中，参照图8、图9和图10，所述压力感应单元中的基材为两个，所述电极分布在两个基材的相邻的两个表面上。具体地，基材71上形成电极710。由于压力感应单元设置在显示单元的下表面，无需透光设计，因此基材71可由透明或非透明 的材料制成。电极710可以采用沉积/蚀刻等方式制作在基材71上。基材72上的电极720具有类似特征，且电极710与电极720具有不同延伸方向，当两个基材71、72对接时，电极710、720具有交叉区域。力敏电阻层73设置在这些交叉区域处。两个基材71、72可采用框贴的形式结合在一起。

本领域技术人员可以理解，上述实施例中，力敏电阻层73也可以为一层，且覆盖在基材71或基材72的相应位置。

本领域技术人员可以理解，电极710、720的形状不限于图9和图10中所示的条状电极，还可以是相互独立的块状电极、或其他规则或不规则等形状。

上述压力感应单元的压力检测原理为，当力敏电阻层73不受压力时，力敏电阻层73中的导电颗粒距离较远，力敏电阻层73呈绝缘或高电阻状态；当力敏电阻层73受压力时，绝缘基体受压缩，其中的导电颗粒之间的距离变短，由于量子隧道效应，导电颗粒之间的电子迁移能力增强，从而在宏观上体现为力敏电阻层73的电阻值降低。随着力敏电阻层73受压力的增大，与其相连的电极之间的电阻值逐渐减小。因此，可以建立触摸显示装置中前述的压力感应单元中的电极电阻变化信息与触摸显示装置的受力信息的相互关系数据库。在实际应用中，所述触摸显示装置中还包括存储器和处理器，存储器中存储有在触摸显示装置中的不同位置进行不同的力值触摸下，触摸显示装置中检测力的各个相邻电极的电阻变化信息，处理器用于对比触摸显示装置检测获得的相邻电极的电阻变化信息与所预存储的电阻变化信息，从而判断触摸显示装置的触摸信息。其中触摸信息包括触摸的力的大小，也可以包括触摸力的位置。

在本发明一个实施例中，所述触摸感应单元和压力感应单元同时处于工作状态时，若触摸感应单元和压力感应单元检测到触摸操作事件，所述触摸显示装置利用所述触摸感应单元识别触摸操作位置，所述触摸显示装置利用所述压力感应单元识别触摸操作压力；若所述触摸感应单元未检测到触摸操作事件而所述压力感应单元检测到触摸操作事件时，所述触摸显示装置利用所述压力感应单元识别触摸操作位置和触摸操作压力。

在本发明的一些实施例中，参照图11、图12和图13所示，所述压力感应单元70包括上层结构、下层结构和位于上下层结构之间的空气层，上层结构与下层结构均包括基材以及设置在基材上的电极。其中，上层结构和下层结构中的电极分布在两个基材的相邻的两个表面上。具体地，所述上层结构包括基材71以及形成在基材71下表面的电极710。由于压力感应单元70设置在显示单元30的下表面，无需透光设计，因此基材71可由透明或非透明的材料制成。电极710可以采用丝印、沉积/蚀刻等方式制作在基材71上。下层结构包括基材72以及形成在基材72上表面的电极720。电极720的制作方式可以与电极710 的制作方式相同。电极710与电极720具有不同延伸方向，当两个基材71、72对接时，电极710、720在基材上的正投影具有交叉区域。

根据本发明的实施例，所述上层结构还包括设置在电极710上的力敏电阻层73。所述下层结构还包括设置在电极720上的力敏电阻层74。在图11所示的实施方式中，在基材71和电极710上形成整面的力敏电阻层73，在基材72和电极720上形成整面的力敏电阻层74。压力感应单元70的上层结构与下层结构在组合时，中间存在空气层。为使力敏电阻层73、74能够保持一定的距离，在该实施方式中使空气层中分布绝缘间隔物75。所述绝缘间隔物75可以为点状、线状或其它无规则形状。所述绝缘间隔物75由绝缘树脂、水胶、橡胶或硅胶等构成，具体形成方式可以为丝印、点胶、喷涂等方式。绝缘间隔物75具体的实现方式为，在力敏电阻层上丝印UV硬化型绝缘隔离点胶网点胶，然后经UV照射固化，网点胶的主要成分为丙烯酸聚氨酯材料。

可以理解上述实施方式中，力敏电阻层73、74也可以为非整面设计，即力敏电阻层73、74只覆盖基材71、72和电极710、720的部分区域，如只覆盖在电极710和720的重叠交叉区域。当力敏电阻层73、74为非整面设计时，前述的绝缘间隔物75除可以分布在力敏电阻层73、74的上方，也可直接分布于基材71或基材72上。

可以理解，电极710、720的形状不限于图12和图13中所示的条状电极，还可以是相互独立的块状电极，或其他规则或不规则等形状。

图14为另一实施方式提供的触摸显示装置中的压力感应单元的结构示意图。图15为图14所示压力感应单元中的不同层的结构示意图，与图11-图13中所示实施方式一样，该实施方式中的压力感应单元的上层结构与下层结构仍具有相同的结构。如图14、图15所示，该压力感应单元中，上层结构包括基材71，以及设置在基材71上的电极710和力敏电阻层73，下层结构包括基材72，以及设置在基材72上的电极720和力敏电阻层74。电极710和电极720均为相互独立的块状，同时力敏电阻层73、74具有与电极710、720相应的形状，并覆盖电极710、720。由于上层结构与下层结构组合时，力敏电阻层73、74采用面对面组装，因此部分裸露的电极线路采用绝缘油墨覆盖以避免上下层之间通过电极线路直接导通。在图14所示的实施方式中，为使力敏电阻层73、74能够保持一定的距离，在上层结构与下层结构之间的空气层中分布有绝缘树脂、水胶、橡胶或硅胶等构成的绝缘间隔物75，所述绝缘间隔物75可以为点状、线状或其它无规则形状。图14中绝缘间隔物75直接分布在基材71、72上。

以下结合图11所示的结构说明上述压力感应单元的压力检测原理。所述压力感应单元的信号的检测可以通过检测上层结构和下层结构的电极阵列间的电阻信号来实现。上下层 结构的力敏电阻层的接触电阻会随着触摸显示装置受力的增大而减小，以及各自的力敏电阻层由于量子隧道效应的影响其阻值随着受力的增大而减小。当触摸显示装置未受触摸时，由于力敏电阻层73、74之间存在空气层或空气层中存在绝缘间隔物75，上层结构的电极710与下层结构的电极720之间所测得的电阻值为无穷大。当触摸显示装置受到用户触摸按压时，力敏电阻层73、74之间的距离减小，且当触摸按压达到某个值时，力敏电阻层73、74相互接触，随着用户触摸压力的力度逐渐增大，力敏电阻层73、74相互接触的面积也逐渐增大，对应的上层结构的电极710与下层结构的电极720之间的阻值发生相应减小。当用户触摸压力增大到一定程度后，力敏电阻层73、74中的导电颗粒的距离也会随着施加的力的增加出现减小，由于量子隧道效应，导电颗粒之间的电子迁移能力增强，从而在宏观上体现为力敏电阻层73、74的电阻值降低。随着力敏电阻层73、74受压力的增大，与其相连的电极之间的电阻值逐渐减小。因此，可以建立触摸显示装置中前述的压力感应单元中的电极电阻变化信息与触摸显示装置的受力信息的相互关系数据库。在实际应用中，所述触摸显示装置中还包括存储器和处理器，存储器中存储有在触摸显示装置中的不同位置进行不同的力值触摸下，触摸显示装置中检测力的各个相邻电极的电阻变化信息，处理器用于对比触摸显示装置检测获得的相邻电极的电阻变化信息与所预存储的电阻变化信息，从而判断触摸显示装置的触摸信息。其中触摸信息包括触摸的力的大小，也可以包括触摸力的位置。

此外，所述压力感应单元的信号的检测也可以通过检测上层结构和下层结构的电极阵列间的电容信号来实现。当检测信号为电容信号时，所述上层结构和下层结构之间的绝缘间隔物可以为整面或局部覆盖力敏电阻层。绝缘间隔物可以为胶黏剂、胶黏膜、绝缘油墨等。由于力敏电阻层包括绝缘基体和分散在绝缘基体中的导电颗粒。当触摸显示装置的表面受力时，力敏电阻层由于量子隧道效应的影响其阻值随着受力的增大而减小，此时压力感应单元中的力敏电阻层的介电常数会发生变化，压力感应单元的上层结构和下层结构的电极阵列间的电容信号会发生改变。因此，可以根据不同的电容变化信号判断压力感应单元的受力情况，最终判断装置的触摸压力信息。

在本发明的一些实施例中，所述显示单元与所述压力感应单元之间存在一弹性可压缩结构，如泡绵等。当触摸显示装置受压时，装置的表面形变通过弹性可压缩结构传导至压力感应单元，从而实现触摸显示装置的压力感应功能。

本发明将压力感应单元集成到显示单元中，同时该压力感应单元通过设置力敏电阻层，可以检测多点触摸的压力信号，并具有检测精度高的优势。

在本发明的另一方面，本发明提供了一种电子设备。根据本发明的实施例，该电子设 备包括前面所述的触摸显示装置。该电子设备具有前面所述的触摸显示装置的所有特征和优点，在此不再一一赘述。

根据本发明的实施例，电子设备的具体种类不受特别限制，可以为具有触摸交互形式的显示终端，具体而言，包括但不限于手机、电脑、平板电脑、微型计算机、电视机、具有触控面板的各种电器等。

在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。

尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。

Claims (16)

1.一种触摸显示装置，包括保护盖板、触摸感应单元和显示单元，其特征在于，所述显示单元下表面还设置有压力感应单元，所述压力感应单元包括基材、形成在基材上的多个互相间隔的电极，以及连接相邻电极的力敏电阻层。

2.根据权利要求1所述的触摸显示装置，其特征在于，所述压力感应单元中的基材为一个，所述电极分布在基材的一个表面上。

3.根据权利要求1所述的触摸显示装置，其特征在于，所述压力感应单元包括上层结构和下层结构，所述上层结构和下层结构均包括基材、设置在基材上的电极，所述电极分布在两个基材的相邻的两个表面上，所述两个基材中的至少之一设置有力敏电阻层，所述力敏电阻层设置于所述电极远离所述基材的表面上，所述上层结构和下层结构中的电极在基材上的正投影具有交叉区域。

4.根据权利要求3所述的触摸显示装置，其特征在于，所述两个基材上均设置有所述力敏电阻层，且所述上层结构和下层结构之间设有绝缘间隔物。

5.根据权利要求2-4中任一项所述的触摸显示装置，其特征在于，所述力敏电阻层覆盖在基材的整个表面上。

6.根据权利要求5所述的触摸显示装置，其特征在于，所述绝缘间隔物设置在两个力敏电阻层之间。

7.根据权利要求3或4所述的触摸显示装置，其特征在于，所述力敏电阻层覆盖在两个基材上的电极交叉区域。

8.根据权利要求3或4所述的触摸显示装置，其特征在于，所述上层结构和下层结构的电极对应设置，所述力敏电阻层的形状与所述电极对应且覆盖相应的电极。

9.根据权利要求3所述的触摸显示装置，其特征在于，所述绝缘间隔物设置在两个基材之间。

10.根据权利要求1所述的触摸显示装置，其特征在于，所述显示单元包括液晶功能层和背光模组，所述背光模组包括层叠的光学膜片以及用于保护光学膜片的保护片，所述压力感应单元位于所述保护片的下表面。

11.根据权利要求1所述的触摸显示装置，其特征在于，所述显示单元包括OLED，所述压力感应单元位于所述OLED的下表面。

12.根据权利要求1所述的触摸显示装置，其特征在于，所述触摸感应单元集成在所述显示单元中。

13.根据权利要求1所述的触摸显示装置，其特征在于，进一步包括弹性可压缩结构，所述弹性可压缩结构设置在所述显示单元与所述压力感应单元之间。

14.根据权利要求1所述的触摸显示装置，其特征在于，所述力敏电阻层包括绝缘基体和分散在绝缘基体中的导电颗粒。

15.根据权利要求14所述的触摸显示装置，其特征在于，所述绝缘基体为聚酯纤维、环氧树脂、聚酯、有机硅、橡胶中的至少一种，所述导电颗粒为金属、碳黑、石墨、导电氧化物中的至少一种。

16.一种电子设备，其特征在于，包括：

权利要求1-15中任一项所述的触摸显示装置。