CN111538436B - 一种基于碳基电路的多功能显示器及其制作方法 - Google Patents

一种基于碳基电路的多功能显示器及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于碳基电路的交互显示器，包括显示基板和位于所述显示基板上的多个像素单元，在像素单元和显示基板之间设置有碳基电路。同时还提出该交互显示器的制作方法，首先在显示基板上制备碳纳米材料薄膜，然后以该碳纳米材料薄膜为沟道材料制成碳基电路，进而在制有碳基电路的显示基板上制备像素单元。本发明提出的基于碳基电路的交互显示器可实现像素分辨率级别的非接触式触控，还可以实现显示器主动对外界进行探测，主动反馈，进而控制显示效果，此外，还利用发射及反射回来的红外信号实现对用户的健康状况进行监测。

Description

一种基于碳基电路的多功能显示器及其制作方法
技术领域
本发明属于显示技术领域，尤其涉及一种基于碳基电路的交互显示器及其制作方法。
背景技术
现有的显示器除了显示功能外还可以搭载一些其他功能，在一定程度上实现外界控制信号对屏幕部分像素的实时控制。比如“触控显示”，就是通过外界对屏幕的接触来对显示状态和图像进行控制。目前，这种触控显示在许多场合的显示终端得到了广泛应用，但是用于公共场合的接触式触控显示屏通常存在多人触控面板导致病菌传播、交叉感染等卫生问题。
此外，现有的显示器还不能实现屏幕内部不同区域间的信号交互，无法对各区域的显示效果同时分别调控。因此，现有的触控显示器普遍存在外界信号对屏幕控制的精度(如空间分辨率)不够高，响应速度还不够快的问题。目前的显示器，即使是触控显示屏，都是被动式反馈控制，也就是通过外界的触控信号对屏幕显示效果进行控制，还无法实现显示器主动对外界进行探测，主动反馈，进而控制显示效果。
另外，对于超大屏幕，在显示信号从像素阵列区的一侧向另一侧传输，或者两侧同时向中间传输时，由于信号延迟，导致不同区域的显示信号间需要协调。目前虽然可以实现一定的调整，但是还难以实现对各个区域(甚至是每个像素)的显示信号的实时监测与主动协调控制。
此外，随着当前人们对健康的需求，在日常生活中需要能够很便捷地对自身的健康状况进行检测，并在身体健康状态出现问题时及时对健康进行预警，虽然目前已有智能终端具有健康检测功能，但是健康检测功能相对单一，对于病毒或气体无法提供实时检测，显示装置是目前在生活工作中非常普及的电子装置，如果能实现对健康状态多功能检测将是非常便捷的。
碳纳米材料是优秀的晶体管制备材料，也是优秀的红外发射及探测材料，还是具有优异的透光性。可以制备透明、柔性高性能晶体管及红外发射和探测器件。而且碳纳米材料器件可以利用低温工艺制备，其制备过程不会对显示面板上的显示驱动TFT电路及发光元件的性能产生破坏。目前虽有采用碳纳米管制备晶体管或者集成显示器的报道，但还未见利用碳纳米材料器件实现非接触式触控或主动式探测反馈的显示器的案例。
发明内容
针对现有技术中的以上问题，本发明提供了一种新型多功能的交互显示器及其制作方法。本发明要解决的技术问题是通过在像素单元和显示基板之间设置碳基电路实现对平板显示器不同区域像素间，以及像素与外部信号之间的交互响应，并利用碳基电路的探测功能提出了一种集成到显示器中的健康监测系统。
具体来说，本发明一方面提出了一种基于碳基电路的交互显示器，包括显示基板和位于显示基板上的多个像素单元，其特征在于：
在显示基板和像素单元之间设置有碳基电路，上述碳基电路包含以碳纳米材料为沟道材料的晶体管。
进一步地，上述碳基电路选自信号发射/输出、信号放大、信号处理、信号传输、信号探测/传感以及信号反馈电路中的一种或多种，优选为红外信号发射与探测电路或温湿度传感器。
进一步地，碳纳米材料选自碳纳米管、碳纳米线、石墨烯、富勒烯、碳纳米纤维、碳纳米球等，其中碳纳米管包括单壁、多壁碳纳米管。
进一步地，上述像素单元包括TFT开关和电光单元，其中上述TFT开关为硅基TFT、氧化物TFT或碳基TFT，上述电光单元为LCD、OLED、QLED、micro-LED或mini-LED。
进一步地，上述显示基板为玻璃无机基板或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)柔性有机基板。
本发明另一方面提出了一种制作上述基于碳基电路的交互显示器的方法，具体包含以下步骤：
步骤A：提供一显示基板，并在其上形成一层碳纳米材料薄膜；
步骤B：制作以碳纳米材料薄膜为沟道层的多个碳基晶体管构成的碳基电路；
步骤C：在具有上述碳基电路的显示基板上形成多个像素单元阵列。
进一步地，上述碳纳米材料薄膜通过碳纳米材料溶液喷涂、浸涂、涂布或转移形成。
进一步地，上述碳基电路制作成信号发射/输出、信号放大、信号处理、信号传输、信号探测/传感以及信号反馈电路中的一种或多种，优选为红外信号发射与探测电路或温湿度传感器。
此外，本发明还提出一种由上述显示器组成的健康监测系统，其特征在于，上述显示基板的上面板上具有碳基电路，上述碳基电路为生物传感器或温湿度传感器，上述健康监测系统包括网络模块，上述网络模块通过有线或无线的方式连接云端服务器，并将上述生物传感器或温湿度传感器采集到的健康参数上传到云端服务器，上述云端服务器对健康参数进行分析识别，并即时将结果传送到上述显示器界面。
进一步，上述生物传感器采集用户的血压、心率、呼吸气体或皮肤上病菌人体健康参数。
本发明可实现高分辨率非接触式触控显示。如外界红外信号可以被碳基电路探测，并传递给背板控制电路并实现对图像显示的控制。这样的非接触式控制可以避免通常触控多人接触面板引起的污染、病菌传播及交叉感染等。同时由于碳基电路可以制备到每个像素的空档区域中，因此可以实现像素分辨率级别的非接触式触控。
可以实现对图像信号的主动探测、反馈控制。如集成在背板上的碳基红外信号发射电路发射出红外线，并对外界反射回来的红外信号进行探测，不仅可以实现对显示面板本身状态和空间位置、速度等信息的探测，并作出反馈响应(如在摔落过程中实现主动关机等对产品实现保护)。
还可以利用发射及反射回来的红外信号实现对用户的健康状况进行监测。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的基于碳基电路的交互显示器及其制作方法进行描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1为碳基电路在像素单元下层的基于碳基电路的交互显示器结构示意图。其中，1为显示基板，2为包含TFT阵列开关201和电光单元202的像素单元，3为碳基电路。
图2为基于碳基电路的交互显示器制作流程示意图。
图3为在显示基板1上制备碳纳米材料薄膜301后的结构示意图。
图4为将碳纳米材料薄膜301制成碳基电路3后的结构示意图。
图5为在制有碳基电路3的显示基板1上制备像素单元2后的结构示意图，碳基电路3位于像素单元2的下层。
具体实施方式
下面将参照附图详细说明本发明的实施方式。在各附图中，相同的元件采用相同的附图标记来表示，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“A直接在B上面”或“A在B上面并与之邻接”的表述方式。在本申请中，“A直接位于B中”表示A位于B中，并且A与B直接邻接，而非A位于B中形成的掺杂区中。
本发明一方面提出一种基于碳基电路的交互显示器，该基于碳基电路的交互显示器包括显示基板1、像素单元2、碳基电路3。其中，所述碳基电路3为信号发射/输出、信号放大、信号处理、信号传输、信号探测/传感以及信号反馈电路中的一种或多种，优选为信号发射电路、红外信号发射与探测电路或温湿度传感器。所述碳基电路3对像素单元2的显示状态进行实时监控、反馈控制。所述碳基电路3位于像素单元2的下层，如图1所示。所述碳基电路3中含有采用碳基薄膜为沟道材料的晶体管，碳纳米管、碳纳米线、石墨烯、富勒烯、碳纳米纤维、碳纳米球等，其中碳纳米管优选为单壁、多壁碳纳米管。所述的像素单元包括TFT开关和电光单元，TFT开关可以为硅基TFT、氧化物TFT或碳基TFT，所述电光单元为LCD、OLED、QLED、micro-LED或mini-LED。下面对不同的具体实施例进行详细描述。
实施例1
本实施例提供一种基于碳基电路的交互显示器，该基于碳基电路的交互显示器包括显示基板1、像素单元2、碳基电路3。其中，所述碳基电路3包含红外线发射/输出、红外线探测/传感电路，还包含信号放大、信号处理、信号传输以及信号反馈电路。所述碳基电路3对像素单元2的显示状态进行实时监控、反馈控制。如图1所示，所述碳基电路3位于像素单元2的下层。所述碳基电路3中含有采用石墨烯为沟道材料的晶体管。所述的像素单元2包括TFT开关201和电光单元202，所述TFT开关201为硅基TFT，所述电光单元202为QLED。该基于碳基电路的交互显示器不仅可以探测屏幕上(或附近)的红外线信号，可以实现像素分辨率级别的非接触式触控，还可以利用发射及反射回来的红外信号实现对用户的健康状况进行监测，使用者把手掌贴到屏幕上(或附近)时，即可实现对其血流、心率、体温等生命体征信号进行探测，并可以显示到屏幕上或者传送到云端进行远程诊断。
图2示出了本发明提出的基于碳基电路的交互显示器的制作流程示意图，图3-5具体示出了本发明提出的制备基于碳基电路的交互显示器的具体步骤，下面根据图3-5所示的步骤对本发明的具体实施例进行详细描述。
按照步骤A，通过化学气相沉积法制备石墨烯，然后将该石墨烯溶液转移到显示基板1上制成石墨烯薄膜301，上述显示基板采用玻璃基板；进一步按照步骤B，将石墨烯薄膜301制成包含红外线发射/输出、红外线探测/传感电路、信号放大、信号处理、信号传输以及信号反馈电路的碳基电路3；进一步按照步骤C，在制有碳基电路3的显示基板1上制备像素单元2，像素单元2包括TFT开关201和电光单元202，在本实施例中TFT开关201为硅基TFT，所述电光单元202为QLED，从而完成基于碳基电路的交互显示器的制作。
实施例2
本实施例提供一种基于碳基电路的交互显示器，该基于碳基电路的交互显示器包括显示基板1、像素单元2、碳基电路3，显示基板1采用聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)柔性有机基板。其中，碳基电路3包含红外线发射/输出、红外线探测/传感电路。碳基电路3对像素单元2的显示状态进行实时监控、反馈控制。如图1所示，碳基电路3位于像素单元2的下层。碳基电路3中含有采用碳纳米球为沟道材料的晶体管。像素单元2包括TFT开关201和电光单元202，所述TFT开关201为硅基TFT，所述电光单元202为micro-LED。该基于碳基电路的交互显示器不仅可以探测屏幕上(或附近)的红外线信号，可以实现像素分辨率级别的非接触式触控，还可以利用发射及反射回来的红外信号实现对用户的健康状况进行监测。
实施例3
本实施例提供一种基于碳基电路的交互显示器，该基于碳基电路的交互显示器包括显示基板1、像素单元2、碳基电路3。其中，所述碳基电路3包含红外线探测/传感电路，还包含信号放大、信号处理、信号传输以及信号反馈电路。碳基电路3对像素单元2的显示状态进行实时监控、反馈控制。如图1所示，碳基电路3位于像素单元2下层。碳基电路3中含有采用单壁碳纳米管为沟道材料的晶体管。像素单元2包括TFT开关201和电光单元202，在本实施例中，TFT开关201为硅基TFT，电光单元202为LCD。此外，在该基于碳基电路的交互显示器的上表面还设置有一层碳基电路3，形成生物传感器。因此，该基于碳基电路的交互显示器不仅可以探测屏幕上或附近的红外线信号，可以实现像素分辨率级别的非接触式触控，还可以探测显示器附近存在的细菌、病毒种类、浓度，并将这些信号显示到屏幕上或者传送到云端进行远程诊断。
实施例4
本实施例提供一种健康监测系统，具有一个基于碳基电路的交互显示器，该交互显示器包括显示基板1、像素单元2、碳基电路3，其中所述碳基电路3位于像素单元2的下层。所述显示器还具有一与显示基板1相对的上面板，并在上面板上设置碳基电路，碳基电路3为生物传感器或温湿度传感器，其含有采用碳纳米管材料为沟道材料的晶体管。像素单元2包括TFT开关201和电光单元202，所述TFT开关201为硅基TFT，所述电光单元202为QLED。此外，上述交互显示器中还具有网络模块，该网络模块通过有线或无线的方式连接云端服务器，并将生物传感器或温湿度传感器采集到的健康参数上传到云端服务器，云端服务器对健康参数进行分析识别，并即时将结果传送到所述显示器界面。因此，使用者把手掌贴到屏幕上(或附近)时，即可实现对其血流、心率、体温等生命体征信号进行探测，并可以显示到屏幕上或者传送到云端进行远程诊断。另外，在显示面板上表面制有碳基生物传感电路的交互显示器还可以直接探测使用者手上、皮肤上或者呼吸出的气体中的细菌、病毒等信号，并将这些信号显示到屏幕上或者传送到云端进行远程诊断。
应当理解，在上述实施例中仅仅给出了制备碳纳米管的优选方法和工艺，但不仅限于上述已列出的电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法、辉光放电法，同样可以采用本领域技术人员熟知的各种碳纳米管制备方法，例如固相热解法、气体燃烧法或聚合反应合成法等，碳纳米材料溶液喷涂、浸涂、涂布或转移等工艺等。
由于碳纳米材料晶体管优越的性能以及其可低温制备的优势，本发明在显示背板的像素下层之间制备碳纳米材料晶体管电路，实现对面板内部各区域，甚至各像素间的显示状态的实时监测与自动反馈调整。或者构建碳纳米材料晶体管的功能电路，实现对外界信号的接收/探测、处理、输出等功能增加显示产品的功能，比如高空间分辨率的非接触式触控、对人体健康信息的探测并显示等，实现产品价值和用户体验的提升。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于碳基电路的交互显示器，包括显示基板（1）和位于所述显示基板（1）上的多个像素单元（2），其特征在于：
在所述显示基板（1）和像素单元（2）之间设置有碳基电路（3），所述碳基电路（3）包含以碳纳米材料为沟道材料的晶体管，所述碳基电路（3）包含红外线发射/输出电路和红外线探测/传感电路，所述碳基电路（3）能够探测屏幕上的红外线信号实现像素分辨率级别的非接触式触控或利用发射及反射回来的红外信号实现对用户的健康状况进行监测。
2.如权利要求1所述的基于碳基电路的交互显示器，其特征在于：所述碳基电路（3）还包括信号放大、信号处理、信号传输以及信号反馈电路中的一种或多种。
3.如权利要求1所述的基于碳基电路的交互显示器，其特征在于：所述碳纳米材料选自碳纳米管、碳纳米线、石墨烯、富勒烯、碳纳米纤维或碳纳米球。
4.如权利要求3所述的基于碳基电路的交互显示器，其特征在于：所述碳纳米管包括单壁碳纳米管或多壁碳纳米管。
5.如权利要求1所述的基于碳基电路的交互显示器，其特征在于：所述像素单元（2）包括TFT开关（201）和电光单元(202)，其中所述TFT开关（201）为硅基TFT、氧化物TFT或碳基TFT，所述电光单元（202）为LCD、OLED、QLED、micro-LED或mini-LED。
6.如权利要求1所述的基于碳基电路的交互显示器，其特征在于：其特征在于，所述显示基板（1）为玻璃无机基板、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)柔性有机基板或聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)柔性有机基板。
7.一种制作如权利要求1-6任一所述基于碳基电路的交互显示器的方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤A：提供一显示基板（1），并在其上形成一层碳纳米材料薄膜（301）；
步骤B：制作以碳纳米材料薄膜（301）为沟道层的多个碳基晶体管构成的碳基电路（3）；
步骤C：在具有所述碳基电路（3）的显示基板（1）上形成多个像素单元（2）阵列。
8.如权利要求7所述的基于碳基电路的交互显示器的制作方法，其特征在于：所述碳纳米材料薄膜（301）通过碳纳米材料溶液喷涂、浸涂、涂布或转移形成。
9.一种由权利要求1-6任一所述基于碳基电路的交互显示器组成的健康监测系统，其特征在于，所述显示基板（1）的上面板上具有碳基电路，所述碳基电路为生物传感器或温湿度传感器，所述健康监测系统包括网络模块，所述网络模块通过有线或无线的方式连接云端服务器，并将所述生物传感器或温湿度传感器采集到的健康参数上传到云端服务器，所述云端服务器对健康参数进行分析识别，并即时将结果传送到所述交互显示器的界面。
10.如权利要求9所述的健康监测系统，其中所述生物传感器采集用户的血压、心率、呼吸气体或皮肤上病菌人体健康参数。
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