导电油墨、显示模组和电子设备
技术领域
本发明涉及指纹识别技术领域,特别是涉及一种导电油墨、显示模组和电子设备。
背景技术
相关技术中,超声波指纹模组使用胶水贴设于OLED显示面板,从而可以使得OLED显示面板具有指纹识别功能。然而,超声波指纹模组工作时将辐射大量电磁波,对OLED显示面板的正常工作产生电磁干扰(EMI,Electromagnetic Interference),例如OLED显示面板在点亮过程中由于电磁干扰而导致颜色差异,或者由于电磁干扰导致具有触控功能的显示面板产生误触碰。另外,OLED显示面板在工作时也会产生电磁波而影响超声波指纹模组,造成指纹成像不均匀。
发明内容
基于此,有必要提供一种导电油墨、显示模组和电子设备,以解决超声波指纹模组在贴合显示面板的前提下不影响指纹信号传输及超声波指纹模组EMI防护问题。
一种导电油墨,由以下质量百分数的各组分所组成:环氧树脂20%~30%、导电碳粉35%~45%、二价酸酯15%~25%、多元醇系溶剂10~15%、辅助剂2%~4%、包裹色粉3%~7%。
上述导电油墨可以形成导电层并与显示面板贴合,以屏蔽超声波传感器的电磁干扰,形成的导电层具有较好的电磁屏蔽效果,能够实现EMI防护,包含各质量组分的导电油墨形成的导电层可以使得超声波传感器采集到反射回的清晰的超声波信号并生成清晰的指纹图像,满足指纹成像,实现指纹解锁功能。
在其中一个实施例中,所述环氧树脂的质量百分占比为23%~27%。如此,不仅可以避免环氧树脂的含量过高而增大导电油墨固化时间,而且还可以避免环氧树脂的含量过低而使得导电油墨的附着力降低,粗糙度变大。
在其中一个实施例中,所述导电碳粉的质量百分占比为38%~42%。如此,不仅可以避免导电碳粉的含量过高而使得导电油墨在制作过程中碳粉分散难度加大而出现团聚风险,而且还可以避免含量过低而增大导电油墨表面阻抗,导致导电油墨无法满足导电性要求。
在其中一个实施例中,所述辅助剂包括消泡剂和流平剂,所述消泡剂的质量百分占比为1.5%~2.5%,所述流平剂的质量百分占比为1%~1.5%。如此,对应含量的消泡剂能够减少导电油墨形成过程中的气泡或者防止泡沫形成,对应含量的流平剂能够使导电油墨在干燥成膜过程中油墨表面平整、光滑、均匀,以有效降低导电油墨表面张力,提高其流平性和均匀性。
在其中一个实施例中,所述多元醇系溶剂为乙二醇、丙三醇、一缩二乙二醇、丁二醇中的一种;及/或,所述包裹色粉为碳粉和丙烯酸酯的混合物。
一种显示模组,包括:
显示面板,包括相对设置的第一表面和第二表面;
超声波传感器,设置在所述第二表面背离所述第一表面所在一侧,所述超声波传感器能够发射穿透所述显示面板的超声波并接收反射的超声波;以及
由上述导电油墨所形成的导电层,设置于所述显示面板与所述超声波传感器之间,所述导电层接地以屏蔽电磁信号。
上述显示模组,导电层具有较好的电磁屏蔽效果,能够实现EMI防护,包含各质量组分的导电油墨形成的导电层可以使得超声波传感器采集到反射回的清晰的超声波信号并生成清晰的指纹图像,满足指纹成像,实现指纹解锁功能。
在其中一个实施例中,所述显示模组包括中壳和导电件,所述中壳与所述显示面板连接,所述导电层通过所述导电件与所述中壳连接,以通过所述中壳实现所述导电层的接地。如此,中壳可包括电子设备的中框,采用导电层通过导电件连接至中壳能够实现导电层方便而快速的接地,进而实现EMI防护。
在其中一个实施例中,所述显示模组包括电路板和导电件,所述电路板与所述超声波传感器电性连接,所述导电层通过所述导电件与所述电路板连接,以通过所述电路板实现所述导电层的接地。如此,采用导电层通过导电件连接至电路板能够实现导电层方便而快速的接地,进而实现EMI防护。
在其中一个实施例中,所述超声波传感器包括TFT基板、压电层和电极层,所述TFT基板贴设于所述导电胶层,所述压电层设于所述TFT基板与所述电极层之间并用于发射和接收超声波。如此,基于TFT基板、电极层、压电层各自材质的特性,通过将TFT基板与显示面板进行贴合以使得整个超声波传感器贴合于显示面板的底部,既可以提高贴合的稳定性,又便于贴合。
在其中一个实施例中,所述显示模组包括遮光缓冲层,所述遮光缓冲层环绕所述导电层贴设于所述第二表面。如此,遮光缓冲层不仅可以遮挡显示面板边缘区光线的穿透,而且当显示模组受到撞击或者外力作用时,可以保护超声波传感器,使得超声波传感器不易损坏,保证了显示模组的使用寿命。
在其中一个实施例中,所述显示模组包括保护盖板,所述保护盖板与所述第一表面连接。如此,保护盖板能保护显示面板免受外界干扰,增强结构强度。
在其中一个实施例中,所述显示模组包括粘结胶层,所述超声波传感器朝向所述显示面板的一侧通过所述粘结胶层与所述导电层连接。如此,方便安装。
一种电子设备,包括上述显示模组。
上述电子设备,导电层具有较好的电磁屏蔽效果,能够实现EMI防护,包含各质量组分的导电油墨形成的导电层可以使得超声波传感器采集到反射回的清晰的超声波信号并生成清晰的指纹图像,满足指纹成像,实现指纹解锁功能。
附图说明
图1为本申请一实施例提供的电子设备的结构示意图;
图2为图1中一实施例的显示模组的结构示意图;
图3为图1中另一实施例的显示模组的结构示意图。
具体实施方式
为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂,下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施,本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进,因此本发明不受下面公开的具体实施的限制。
需要说明的是,当元件被称为“固定于”另一个元件,它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件,它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。
除非另有定义,本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体地实施例的目的,不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。
参考图1所示,本申请将以智能手机为例对电子设备10进行说明。本领域技术人员容易理解,本申请的电子设备10可以是任何具备通信和存储功能的设备,例如智能手机、平板电脑、笔记本电脑、便携电话机、视频电话、数码静物相机、电子书籍阅读器、便携多媒体播放器(PMP)、移动医疗装置等智能终端,电子设备10的表现形式在此不作任何限定。当然,对于智能手表等可穿戴设备而言,其也同样适用于本申请各实施例的电子设备10。
在一实施例中,电子设备10包括中壳11、后盖12和显示屏组件13,后盖12和显示屏组件13连接于中壳11相背的两侧并围合形成收容空间,收容空间可以用于安装电子设备10的主板、电源等器件。显示屏组件13背向后盖12的一侧包括可显示区131,可显示区131可构成显示屏组件13背向后盖12一侧的全部或者部分,可显示区131用于图像信息显示。需要说明的是,显示屏组件13与中壳11可形成显示模组1000,当然在其它实施例中的中壳11可以省略。
参考图2所示,在一实施例中,显示屏组件13包括显示面板100、超声波传感器200和导电层300。显示面板100包括相对设置的第一表面110和第二表面120,显示面板100可以采用LCD(Liquid Crystal Display,液晶显示)屏用于显示信息,LCD屏可以为TFT(ThinFilm Transistor,薄膜晶体管)屏幕或IPS(In-Plane Switching,平面转换)屏幕或SLCD(Splice Liquid Crystal Display,拼接专用液晶显示)屏幕。在另一实施例中,显示面板100可以采用OLED(Organic Light-Emitting Diode,有机电激光显示)屏用于显示信息,OLED屏可以为AMOLED(Active Matrix Organic Light Emitting Diode,有源矩阵有机发光二极体)屏幕或Super AMOLED(Super Active Matrix Organic Light Emitting Diode,超级主动驱动式有机发光二极体)屏幕或Super AMOLED Plus(Super Active MatrixOrganic Light Emitting Diode Plus,魔丽屏)屏幕,此处不再赘述。
超声波传感器200设置在第二表面120背离第一表面110所在一侧,即超声波传感器200安装于电子设备10内,且位于图2所示附图中显示面板100的下方。具体地,在制造本申请的电子设备10的过程中,可以先制造超声波传感器200,待制造完成后,直接将超声波传感器200贴附于显示面板100底部即可。
超声波传感器200能够利用超声波扫描用户的指纹,并对指纹进行识别。以图2所示实施例为例,超声波传感器200的顶面朝向显示面板100,且超声波传感器200能够发射穿透显示面板100的超声波并接收由用户接触第一表面110的手指所反射的超声波,同时将反射的超声波转换为电信号。其中,超声波传感器的顶面在图2中表示为超声波传感器200与第二表面120所贴合的表面。由于显示面板100能够传导超声波,因此,当用户接触到显示面板100的外表面(即第一表面110)上与超声波传感器200相对的位置后,超声波传感器200发射的超声波通过显示面板100传导至用户的手指即可产生反射的超声波,之后超声波传感器200接收反射的超声波,并将反射的超声波转换为电信号,超声波传感器200即可根据这些电信号生成采集的指纹图像并进行指纹识别。
在上述电子设备10中,当用户手指接触在显示面板100后,由超声波传感器200发射的超声波穿过显示面板100后即可产生反射,超声波传感器200即可根据反射的超声波进行指纹识别,实现了屏下指纹识别。由于不需要将超声波传感器200设于电子设备10的边框中,故增大了电子设备10可视区的面积。
虽然超声波传感器200能够实现屏下指纹识别,但是由于超声波传感器200在高频高压条件下发射超声波,极为容易产生大量电磁波,成为辐射干扰源。如果不对超声波传感器200进行EMI防护处理,容易影响超声波传感器200的自身性能,例如可能降低超声波传感器200的信号强度(SNR值)、产生杂讯等。另外,超声波传感器200辐射出去的电磁波将影响其他电子元器件的工作,例如可能影响显示面板100的点亮过程而造成信号干扰导致颜色差异。
基于此,本申请将导电层300设置于显示面板100与超声波传感器200之间并接地以实现EMI屏蔽防护,提高超声波传感器200所采集的指纹图像质量。
导电层300的材质为导电油墨。具体地,在形成导电层300的步骤中,可以通过印刷的方式将导电油墨印刷至显示面板100的第二表面120,然后可将超声波传感器200与导电层300贴合。导电油墨可以为黑色油墨。如此,黑色油墨可防止显示面板100漏光而造成异色,容易与显示面板100形成一体黑效果。需要说明的是,本申请各实施例中所形成导电层300的导电油墨由以下质量百分数的各组分所组成:环氧树脂20%~30%、导电碳粉35%~45%、二价酸酯15%~25%、多元醇系溶剂10~15%、辅助剂2%~4%、包裹色粉3%~7%。需要说明的是,形成导电层300的导电油墨不可避免会混入其它杂质,当导电油墨中包括其它杂质时,只要保证形成导电油墨的上述各组分在各质量百分占比范围内即可。
导电油墨的配方包括下表1所列的组分:
表1
本文中,wt%表示的是质量百分含量。
本申请实施例导电油墨的配方是综合考虑各个化学组分对油墨综合性能指标(例如附着力、粗糙度、指纹测试影像清晰度)的贡献而确定的,通过上述特定含量的多个化学组分的联合作用,均衡了各种性能,能够得到综合性能优异的油墨材料。包含上述组分的导电油墨材料形成的导电层300能够起到较佳的EMI防护作用,并且指纹测试获得的影像足够清晰,需要说明的是,指纹测试可以通过将超声波传感器200通过导电层300与显示面板100贴合,然后采用将真实手指或者具有指纹纹路的假手指贴于显示面板100上进行测试即可。
环氧树脂作为油墨成膜的主体,其声阻抗与显示面板100相匹配,环氧树脂不会大幅降低超声波信号的传输,能够较好地实现指纹成像。环氧树脂具有较强的附着力,以使得制成的油墨能够与显示面板100较好地结合。环氧树脂的固化温度低至70℃,固化过程中不会损伤显示面板100(显示面板100的损伤温度<80℃)。环氧树脂的收缩率低,使得油墨固化时不会形成褶皱。另外,具有环氧树脂的油墨在成膜时稳定性好,热膨胀系数低,能够确保指纹信赖性优越。虽然环氧树脂具有以上优势,但是如果环氧树脂的占比过低,会导致油墨成膜性差,且附着力降低,粗糙度变大,而如果环氧树脂的占比过高,会导致油墨固化时间过长,收缩率变大,与显示面板100贴合时会抓伤显示面板100,形成外观不良。故本申请导电油墨中环氧树脂的质量占比为20%~30%。如此制成的导电油墨附着力较好、粗糙度较小,能够得到清晰的指纹图像。为进一步优化上述效果,在一实施例中,导电油墨中环氧树脂的质量占比为23%~27%。
导电碳粉作为导电材料具有较低导电阻抗,导电碳粉用于进行EMI防护。基于油墨表面粗糙度过大将会影响指纹测试影像的性能,故导电碳粉的颗粒粒径能够保持在0.001mm以内,具有导电碳粉的油墨成膜后能够得到光滑的表面且具有较小的粗糙度,粗糙度可以做到Rz<0.001mm。如果导电油墨中导电碳粉的占比过低,在油墨成膜后表面的阻抗会较大,无法满足导电性能要求,而如果导电碳粉的占比过高,则油墨在制作过程中导电碳粉的分散难度加大,会出现团聚的风险。故本申请导电油墨中导电碳粉的质量占比控制在35%~45%。为进一步优化上述效果,在一实施例中,导电碳粉的质量占比为38%~42%。
二价酸酯作为溶剂具有较强的溶解能力,二价酸酯与环氧树脂相容性好,在油墨调配过程中二价酸酯能够与环氧树脂较好地相容,同时还可以将导电碳粉分散在整个溶液中。另外二价酸酯还能够提高油墨成膜后的光泽度,增加油墨成膜后的平坦性。虽然二价酸酯具有以上优势,但是如果导电油墨中二价酸酯的占比过低,则环氧树脂不能很好地进行溶解,油墨成膜后表面不光滑,而如果二价酸酯的占比过高,则油墨成型后的厚度过小,同时粘度过低,不能满足工艺要求。故本申请导电油墨中二价酸酯的质量占比控制在15%~25%。
多元醇溶剂不仅可以作为溶剂以溶解环氧树脂,而且还可以作为环氧树脂反应性稀释剂和改性剂,提高油墨成膜后的润湿性,并增强光泽度和亮度。如果导电油墨中多元醇溶剂的占比过低,则环氧树脂不能很好地溶剂,使得环氧树脂关联程度不够,环氧树脂硬度低,油墨成膜后的附着力差。故本申请导电油墨中多元醇溶剂的质量占比控制在10%~15%。需要说明的是,多元醇系溶剂可以选自乙二醇、丙三醇、一缩二乙二醇、丁二醇中的任意一种但不限定于此。
辅助剂主要用于增强油墨成膜后的消泡效果。导电油墨中辅助剂的质量占比不能过高,本申请导电油墨中辅助剂的质量占比控制在2%~4%。在一实施例中,辅助剂包括消泡剂和流平剂,消泡剂例如可以为聚二甲基硅氧烷但不限定于此,流平剂例如可以为氟碳有机改性硅氧烷但不限定于此,本方案将消泡剂的质量百分占控制在1.5%~2.5%,且将流平剂的质量百分占比控制在1%~1.5%,如此,对应含量的消泡剂能够减少导电油墨形成过程中的气泡或者防止泡沫形成,且对应含量的流平剂能够使导电油墨在干燥成膜过程中油墨表面平整、光滑、均匀,以有效降低导电油墨表面张力,提高其流平性和均匀性。
包裹色粉主要用于提升油墨成膜后的黑色色度,从而在导电层300与显示面板100贴合后能够形成一体黑的效果。包裹色粉含量过高将稀释其它成分效果,过低将达不到期待的黑色色度。本申请包裹色粉的质量占比控制在3%~7%。需要说明的是,包裹色粉可选自碳粉(例如黑色碳粉)和丙烯酸酯的混合物。
为充说明本申请导电油墨的优良特性,本申请进行了多组实验验证,以验证导电石墨形成的导电层300的粗糙度、附着力、以及利用导电层300进行EMI防护时超声波指纹模组200采集到的指纹影像的清晰度。其中,实验选自乙二醇作为多元醇系溶剂、辅助剂选自消泡剂和流平剂的混合剂,包裹色粉选自黑色碳粉和丙烯酸的混合物,请参考下表2所列各组对比例和实施例。
表2
表2的结果表明,实施例1~12的导电油墨形成的导电层300具有较强的附着力、较低的表面粗糙度,由此测得的指纹测试影像的清晰度较好。
将实施例1、实施例2与对比例1进行比较可以看出,环氧树脂的含量在20%~30%时,制备的油墨附着力强、粗糙度低、对指纹测试过程的影响小。
将实施例3、实施例4与对比例2进行比较可以看出,导电碳粉的含量在35%~45%时,制备的油墨附着力强、粗糙度低、对指纹测试过程的影响小。
将实施例5、实施例6与对比例3进行比较可以看出,二价酸酯的含量在15%~25%时,制备的油墨附着力强、粗糙度低、对指纹测试过程的影响小。
将实施例7、实施例8与对比例4进行比较可以看出,多元醇系溶剂的含量在10~15%时,制备的油墨附着力强、粗糙度低、对指纹测试过程的影响小。
将实施例9、实施例10与对比例5进行比较可以看出,辅助剂的含量在2~4%时,制备的油墨附着力强、粗糙度低、对指纹测试过程的影响小。
将实施例11、实施例12与对比例6进行比较可以看出,包裹色粉的含量在3~7%时,制备的油墨附着力强、粗糙度低、对指纹测试过程的影响小。
在一实施例中,请继续参考图2所示,显示屏组件13还包括与超声波传感器200电性连接的电路板400。需要说明的是,电路板400这一技术特征可以应用于其它各实施例中。电路板400放置于超声波传导至显示面板100外表面(第一表面110)所经过的路径之外,即超声波在向接触对象传导的过程中不会经过电路板400,从而可以避免电路板400对超声波的传导所造成的影响。
此外,电路板400上设置有驱动芯片,驱动芯片例如为ASIC(ApplicationSpecific Integrated Circuit)芯片。驱动芯片向超声波传感器200提供控制信号,例如向超声波传感器200发送高频电信号,以使得超声波传感器200发射超声波。并且,驱动芯片还接收超声波传感器200将反射的超声波转换得到的电信号,以对指纹进行识别。可以理解的是,关于驱动芯片的设置方式不限于上述情况,例如驱动芯片也可以直接安装在超声波传感器200内。
在一实施例中,超声波传感器200包括TFT基板210、压电层220和电极层230。TFT基板210贴设于导电层300。在一实施例中,显示屏组件13包括粘结胶层300a,TFT基板210通过粘结胶层300a与导电层300连接,即超声波传感器200通过粘结胶层300a与导电层300连接。压电层220设于TFT基板210与电极层230之间并用于发射和接收超声波。基于TFT基板210、电极层230、压电层220各自材质的特性,将TFT基板210与显示面板100贴合以使得整个超声波传感器200位于显示面板100底部,既可提高贴合的稳定性,又便于贴合。
需要说明的是,TFT基板210包括基板、设于基板上的若干按照阵列方式排布的薄膜晶体管以及设于基板上的用于连接各薄膜晶体管的线路。并且,TFT基板210可以对电信号进行放大等处理。具体地,TFT基板210可以选用薄膜作为基板,从而满足整个电子设备10的柔性需要(例如显示面板100为柔性面板)。压电层220由压电材料构成,压电材料220例如为铁电高分子聚合物P(VDF-TrFE)。电极层230由导电材料构成,导电材料例如可以为银浆。
TFT基板210和电极层230均与上述驱动芯片电性连接,以驱动芯片设于电路板为400例,电路板400的安装位置至少不能处于压电层220的上方。例如以图2所示为例,电路板400可以放置于电极层230与压电层220的一侧,并分别与TFT基板210、电极层230电性连接。避免了对超声波传导的干扰。
上述超声波传感器200的工作原理为:驱动芯片向电极层230施加相应的高频电信号,在电极层230被施加了高频电信号之后,电极层230将高频电信号传导至压电层220,从而使得压电层220发射超声波。超声波向上传播直至到达显示面板100的外表面接触用户的手指后进行反射,之后压电层220接收反射的超声波并转换为电信号,该电信号再经TFT基板210经过相应的处理(例如放大)后传送至驱动芯片内转换为图像,以对指纹进行识别。
在一实施例中,超声波传感器还包括保护层240,保护层240与电极层230背离压电层220的一侧连接,保护层240用于将由压电层220发射的超声波朝向显示面板100所在一侧反射。保护层240还可以用于EMI(Electromagnetic Interference,电磁干扰)防护,例如保护层240可以为保护油墨。因此,通过设置保护层240可以避免外界信号影像超声波传感器200的指纹识别精确度。
在一实施例中,显示屏组件还包括保护盖板500,保护盖板500与显示面板100的第一表面110连接,保护盖板500例如可以为玻璃盖板或者塑胶盖板,保护盖板500能够保护显示面板100免受外界干扰,增强显示面板100结构强度。
在一实施例中,显示屏组件13还包括遮光缓冲层600,遮光缓冲层600环绕复合层300贴设于第二表面120。遮光缓冲层600可以为黑色泡棉,黑色泡棉可以很好地吸收屏下射向显示面板100的光线,从而对显示面板100可以形成很好的保护。黑色泡棉与显示面板100粘接,使黑色泡棉可以很好的固定。并且,使用黑色泡棉作为遮光缓冲层600,由于黑色泡棉的成本不高,从而整体上可以节省电子设备10的成本。另外,黑色泡棉还可以起到很好的缓冲作用,当显示屏组件13受到撞击或者突然的外力作用时,泡棉可以保护超声波传感器300,使得超声波传感器300不易损坏,也即保证了显示屏组件13的使用寿命。
在一实施例中,显示屏组件13还包括散热层700,散热层700环绕复合层300设于遮光缓冲层600背离第二表面120的一侧。散热层700例如可以包括由油墨、金属铜、PET等中的至少一者形成的单层或多层散热结构。
为了方便实现导电层300的接地。在一实施例中,请继续参考图2所示,显示屏组件13还包括导电件800,导电件800例如可以为导电布或者金属胶带(例如铜箔胶带),导电层300通过导电件800与电路板400连接,具体可以与电路板400的裸铜区地线连接,以通过电路板400实现导电层300的接地。当然,在其它实施例(图未示),导电层300也可以通过导电件800与显示面板100的裸铜区地线连接,以实现导电层300的接地。为了方便导电层300的接地。在一实施例中,参考图3所示,显示屏组件13与中壳11形成显示模组1000,中壳13与散热层700背离显示面板100的一侧连接,此时导电层300可通过导电件800与中壳11连接,以通过中壳11实现导电层300的接地。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合,为使描述简洁,未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述,然而,只要这些技术特征的组合不存在矛盾,都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式,其描述较为具体和详细,但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是,对于本领域的普通技术人员来说,在不脱离本发明构思的前提下,还可以做出若干变形和改进,这些都属于本发明的保护范围。因此,本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。