CN111610883B - 触控显示屏及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本申请公开了一种触控显示屏及电子设备，其中，该触控显示屏包括：显示层、触控层和柔性电路板；所述触控层上开设有至少一个第一通孔，所述触控层与所述显示层连接；所述柔性电路板上设有天线芯片和至少一个缝隙天线，所述缝隙天线设置于所述触控层与所述显示层之间；其中，一个所述缝隙天线上的缝隙对应一个所述第一通孔。本申请可以实现在具有触控层的触控显示屏上集成天线结构，并且将缝隙天线直接设置在天线芯片的电路板上，可以避免天线信号线到屏上天线的芯片打线及邦定的损耗，使天线能够获得更好的辐射性能。
Description
技术领域
本申请涉及电子产品技术领域，尤其涉及一种触控显示屏及电子设备。
背景技术
随着无线通信技术日新月异的发展，特别是随着第五代移动通信技术(5th-Generation，5G)的发展，无线通信系统的应用场景越来越丰富，从而对无线通信系统关键部件之一的天线的要求越来越高。一方面，在一些应用场景中，天线需要具有共形性，隐蔽性，安全性以便集成汽车，智能穿戴，智能家居等无线产品上；另一方面，随着无线通信系统的传输速率越来越高，通信容量越来越大，从而载波频率越来越高，而载波频率越来越高带来的路径损耗越来越大，导致需要阵列天线提高增益克服路径损耗的影响，而为了满足高增益同时又能波束扫描或者波束赋形(beamforming)，需要采用相控阵列天线(phasedantenna array)技术，这就需要在有限的空间内集成越来越多的天线。
为了能够在有限的空间内集成越来越多的天线，需要在传统的天线设计方式基础上，开辟其它的天线空间，比如：屏幕集成天线，即天线在屏设计，屏含天线的设计等。特别是随着5G无线通信产品全面屏的兴起，天线数量越来越多，而追求极致全面屏的效果，导致天线的空间被不断的压缩，于是在屏幕上集成透明天线变得越来越迫切。
目前，屏上毫米波天线一般是设置在显示屏幕的上方一层，这种设计只能适用于没有触控层的显示屏幕，如：电视机，广告屏等；而针对具有触控层的显示屏幕来说，这种天线设计会受到触控层金属的影响，从而影响天线性能。
发明内容
本申请实施例提供了一种触控显示屏及电子设备，以解决目前的天线在屏的设计只能应用于没有触控层的显示屏的问题。
为了解决上述技术问题，本申请是这样实现的：
第一方面，本申请实施例提供了触控显示屏，包括：
显示层；
触控层，所述触控层上开设有至少一个第一通孔；所述触控层与所述显示层连接；
柔性电路板(Flexible Printed Circuit，FPC)，所述柔性电路板上设有天线芯片和至少一个缝隙天线；所述缝隙天线设置于所述触控层与所述显示层之间；
其中，一个所述缝隙天线上的缝隙对应一个所述第一通孔。
第二方面，本申请实施例还提供了一种电子设备，包括如上所述的触控显示屏。
这样，本申请的上述方案中，通过在触控层上开设第一通孔，形成缝隙天线的电磁波透过的窗口，从而可以实现在具有触控层的触控显示屏上集成天线结构，并且将缝隙天线直接设置在天线芯片的FPC上，可以避免天线信号线到屏上天线的芯片打线及邦定的损耗，使天线能够获得更好的辐射性能。
附图说明
图1表示本申请实施例的触控显示屏的示意图之一；
图2表示本申请实施例的触控显示屏的示意图之二；
图3表示本申请实施例的触控显示屏的分解图；
图4表示本申请实施例的缝隙天线的分解图；
图5表示本申请实施例的柔性电路板的示意图；
图6表示本申请实施例的集成于触控显示屏内的SIW背腔缝隙天线的S参数的示意图；
图7表示本申请实施例的集成于触控显示屏内的SIW背腔缝隙天线的效率图。
附图标记说明：
1、显示层；
2、触控层；21、第一通孔；
3、柔性电路板；31、天线芯片；32、缝隙天线；33、触控芯片；34、显示芯片；35、连接器；
321、第一金属地层；3210、缝隙；322、介质基板；3220、第二通孔；323、第二金属地层；3230、馈电结构；3231、缺口；
4、第一粘胶层；
5、偏光片；
6、第二粘胶层；
7、盖板玻璃；
8、泡棉。
具体实施方式
下面将参照附图更详细地描述本申请的示例性实施例。虽然附图中显示了本申请的示例性实施例，然而应当理解，可以以各种形式实现本申请而不应被这里阐述的实施例所限制。相反，提供这些实施例是为了能够更透彻地理解本申请，并且能够将本申请的范围完整的传达给本领域的技术人员。
如图1至3所示，本申请实施例提供一种触控显示屏，包括：显示层1、触控层2和柔性电路板3。
所述触控层2与所述显示层1连接；所述触控层2上开设有至少一个第一通孔21。
所述柔性电路板3(Flexible Printed Circuit，FPC)上设有天线芯片31和至少一个缝隙天线32；所述缝隙天线32设置于所述触控层2与所述显示层1之间；其中，一个所述缝隙天线32上的缝隙3210对应一个所述第一通孔21。
可选地，所述显示层1可以包括上玻璃和下玻璃，以及设置于所述上玻璃和所述下玻璃之间的显示材料(如：液晶等)，或者显示层1也可以是通过半导体发光等，本申请实施例不以此为限。
可选地，所述触控层2可以是氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)触控层等，本申请实施例不以此为限。
可选地，在所述缝隙天线32的数量大于1的情况下，所述缝隙天线32按照预定规则排列构成天线阵列。具体的天线阵列的排布形式可以根据实际需求设定，本申请实施例不做具体限定。
可选地，所述缝隙3210包含在所述第一通孔21在所述缝隙天线32上对应的正投影区域内。例如：所述缝隙天线32的缝隙3210的所在的区域，与所述第一通孔21在所述缝隙天线32上对应的正投影区域完全重合；或者所述第一通孔21在所述缝隙天线32上对应的正投影区域大于所述缝隙3210所在的区域，且所述缝隙3210包含在所述第一通孔21在所述缝隙天线32上对应的正投影区域内。
需要说明的是，考虑触控层2上可能存在的设计空间受限问题，以及为了降低工艺加工难度，也可以是在保证缝隙天线32的天线性能满足辐射要求的情况下，存在所述缝隙3210所在的一部分区域被触控层2覆盖。可选地，所述缝隙3210可被覆盖的区域可以根据所述缝隙天线32的工作频段、天线性能要求等确定，本发明实施例不做具体限定。
可选地，所述第一通孔21位于所述触控层2的非敏感区域；其中，所述非敏感区域可以是指该触控显示屏上的被触控几率小于预设门限或者不会被触控的区域，以降低缝隙天线32对触控显示屏的触控功能的影响。
例如：所述非敏感区域可以是：与所述触控显示屏的黑边区域相对应的区域，或者所述非敏感区域还可以是：与所述触控显示屏的状态栏显示区域相对应的区域，本申请实施例不以此为限。
可选地，所述第一通孔21在所述缝隙天线32上对应的正投影区域可以是指触控层2上形成所述第一通孔21的区域(如触控层2上形成所述第一通孔21的边缘)在所述缝隙天线32上的投影所围成的区域。
可选的，一个所述缝隙天线32上的缝隙3210对应一个所述第一通孔21可以包括：缝隙天线32上的缝隙3210与第一通孔21一一对应的设置；或者也可以是多个缝隙3210对应同一个第一通孔21等。
其中，缝隙天线32上的缝隙3210与第一通孔21一一对应的设置的情况下，所述第一通孔21和所述缝隙3210的形状和尺寸可以相同。例如：缝隙的形状可以是H型、矩形、圆形、蝶形等；相应的第一通孔21的形状也可以是H型、矩形、圆形、蝶形等；且第一通孔21的尺寸和所述缝隙3210的尺寸相同。当然，所述第一通孔21和所述缝隙3210的形状可以相同，且第一通孔21的尺寸大于所述缝隙3210的尺寸；或者所述第一通孔21与所述缝隙3210的形状不同，如缝隙3210的形状可以是H型，第一通孔21的形状可以是矩形或圆形等，需保证所述缝隙天线32通过所述第一通孔21辐射天线信号，满足天线性能需求即可；优选地，所述缝隙3210可以包含在所述第一通孔21在所述缝隙天线32上对应的正投影区域内，以更好地保证天线性能。
其中，多个缝隙3210对应同一个第一通孔21可以是按照天线阵列的布局，一行或者一列缝隙对应一个第一通孔21等，这样可以节省加工第一通孔21的部分工艺，从而提高加工效率。
可选地，触控层2和显示层1之间可以通过第一粘胶层4连接，其中该第一粘接层4可以是用于胶结透明光学元件(如镜头等)的特种粘胶剂，如光学透明粘合剂(OpticallyClear Adhesive，OCA)、光学透明树脂(Optical Clear Resin，OCR)等。其中，缝隙天线32可以是设置于所述第一粘胶层4内。
例如：将缝隙天线32直接制作在承载有天线芯片31的FPC上，并通过OCA胶将缝隙天线32固定在触控层2下方，以及通过第一粘胶层4将触控层2上设置有缝隙天线32的一侧粘接在显示层1上。
可选的，所述缝隙天线32可以是毫米波缝隙天线，相应的该天线芯片31为毫米波天线芯片；例如：天线芯片31可以提供缝隙天线32的馈源及其他天线控制功能等。
这样，本申请的实施例中，通过在触控层2上开设第一通孔21，形成缝隙天线32的电磁波透过的窗口(可以理解为缝隙天线32不制作在触控显示屏上，仅在触控层2上设置提供天线辐射的电磁波穿透的窗口)，从而可以实现在具有触控层2的触控显示屏上集成天线结构，并且将缝隙天线32直接设置在天线芯片31的FPC上，可以避免天线信号线到屏上天线的芯片打线及邦定(bonding)的损耗(其中bonding损耗是毫米波信号传输到天线上最主要的损耗)，使天线能够获得更好的辐射性能；不用单独设置天线模组，如集成天线模块封装(AiP)模组，从而有效节省了空间。
此外，本申请实施例中，不需要在触控层上增加额外的ITO走线层，同时不需要过多的改变ITO触控层的线路结构，即可实现毫米波通信等功能并且降低对触控功能的影响。
可选地，所述触控显示屏还可以包括：偏光片5和盖板玻璃7。
所述偏光片5设置于所述触控层2上背离所述缝隙天线32的一侧；所述盖板玻璃7设置于所述偏光片5上背离所述触控层2的一侧。
可选地，所述玻璃盖板7可以通过第二粘胶层6粘接于所述偏光片5上背离所述触控层2的一侧；其中，第二粘胶层6可以是用于胶结透明光学元件(如镜头等)的特种粘胶剂，如OCA、OCR等。
这样，触控层2上的第二粘胶层6，偏光片5，盖板玻璃7等可以作为所述缝隙天线32的介质覆盖层，从而扩展天线带宽，实现55.9GHz～65.8GHz的宽带覆盖。
可选地，所述缝隙天线32可以是采用基片集成波导(Substrate integratedwaveguide，SIW)腔体结构的缝隙天线，这样天线辐射的电磁波基本沿着缝隙向屏幕外侧辐射，因此不会对屏幕内侧带来兼容性问题。
如图4所示，所述缝隙天线32包括：
介质基板322，所述介质基板322上设有多个第二通孔3220；
第一金属地层321，所述第一金属地层321设有所述缝隙3210；所述第一金属地层321设置于所述介质基板322的第一面，且所述第一金属地层321与所述触控层2相邻；
第二金属地层323，所述第二金属地层323设有馈电结构3230；所述第二金属地层323设置于所述介质基板322的第二面，且所述第二金属地层323与所述显示层1相邻；所述第二金属地层323通过所述第二通孔3220与所述第一金属地层321连接；
其中，所述第一面和所述第二面为所述介质基板322上相背设置的两面。
可选地，所述介质基板322可以为液晶聚合物(Liquid Crystal Polymer，LCP)基板，其中第一金属地层321和第二金属地层323可以是制作在LCP基板两侧的铜层，通过在LCP基板的特定区域打金属化过孔(即第二通孔3220)连接第一金属地层321和第二金属地层323，从而构建一个SIW腔体，并在SIW腔体正对金属边框一侧金属地上开缝隙进行辐射。
可选地，所述缝隙3210的长度可以为介质波长的一半；例如：当缝隙3220为矩形缝隙的情况下，该长度为矩形的长边的长度；当缝隙3220为椭圆的情况下，该长度为椭圆的长轴的长度；当缝隙3220为H型的情况下，该长度为“H”左端到右端的长度。
可选地，所述介质基板322上设置的所述多个第二通孔3220形成为具有一开口的环形；所述馈电结构3230在所述介质基板322上对应的正投影区域位于所述开口的位置。
可选地，所述缝隙3210在所述介质基板322上的正投影区域，位于所述环形所包围的区域内。
可选地，该具有开孔的环形可以是具有开口的矩形、圆形、多边形等，当然也可以是不规则图形。具体的，多个第二通孔3220依次连接围成的环形线条的总长度可以根据天线的工作频率确定；在根据工作频率确定总长度的情况下，进而可以根据第二通孔3220的直径、间距等确定第二通孔3220的数量，本申请实施例不做具体限定。
可选地，所述介质基板322可以采用介电常数为2.2的基板，当然还可以根据实际要求灵活选择基板，本申请实施例不以此为限。
可选地，所述馈电结构3230为：微带馈电结构、同轴线馈电结构和共面波导馈电结构中的其中之一。当然，还可以根据实际需求需要灵活采用其他馈电形式，本申请实施例不以此为限。
例如：所述馈电结构3230为微带馈电结构的情况下，可以是在所述第二金属地层323上设有至少一个缺口3231，所述至少一个缺口3231形成为所述馈电结构3230。
可选地，缺口3231的形状可以是矩形，这样采用在馈电位置处开矩形槽的方法可以进行阻抗匹配；当然，还可以根据实际需要灵活采用其他匹配形式，如开圆形槽，打接地过孔等方法，本申请实施例不以此为限。
如图2所示，所述缝隙天线32设置于所述柔性电路板3的第一端，所述天线芯片31设置于所述柔性电路板3的第二端；
所述柔性电路板3弯曲绕过所述显示层1，且所述天线芯片31位于所述显示层1上背离所述触控层2的一侧。
可选地，所述显示层1上背离所述触控层2的一侧，还可以设置有泡棉8，所述柔性电路板3弯曲绕过所述显示层1，并与所述泡棉8连接。
如图5所示，可选地，所述柔性电路板3上还可以设有触控芯片33和显示芯片34中的至少一个。
这样，本申请的实施例中，采用柔性电路板3作为毫米波天线芯片以及毫米波缝隙天线的载体，该柔性电路板3上还可以设有触控芯片33和显示芯片34中的至少一个。如：可以通过把连接毫米波(优选60G频率)天线或天线阵列的射频集成电路(Radiao FrquencyIntergarted Circuit，RFIC)集成在承载触控芯片33和显示芯片34的FPC上，以能够实现天线芯片31可以和触控芯片33和显示芯片34中的至少一个，共用该FPC上的连接器35，不用单独设置天线芯片的连接器，有效节省了空间；其中该连接器35可以是板对板(BTB)连接器，用于与电子设备中的主板连接。
可选地，该FPC的介质板材可以选择LCP、异质PI(Modified PI，MPI)等，其中MPI是通过对聚酰亚胺(Polyimide，PI)的氟化物配方改良制得的高性能PI。当然，还可以根据实际需要选择其他介质板材，本申请实施例不以此为限。
本申请实施例以单个制作在FPC板上的SIW背腔缝隙天线为例进行说明，实际中可以以本实施例中的毫米波天线为单元进行阵列设计。图6给出了集成于触控显示屏内的SIW背腔缝隙天线的S参数的示意图，图7给出了集成于触控显示屏内的SIW背腔缝隙天线的效率图。由图6可看出，以-10dB为标准，本申请实施例所设计的集成于触控显示屏内的SIW背腔缝隙天线的阻抗带宽能够覆盖55.9GHz～65.8GHz频段，且阻抗带宽内的毫米波天线的效率大于-3.5dB。
需要说明的是，本申请实施例中的介质材料和导电金属可以是采用透明材料，当然也可以是除透明材料外的其它的介质材料或者导电金属；如：缝隙天线32设计于触控显示屏的非显示位置(如黑边区域)时，也可以采用非透明材料。
本申请实施例还提供了一种电子设备，包括如上所述的触控显示屏，且能够实现上述触控显示屏的相应功能并能达到相同的技术效果，这里不再赘述。
可选地，当缝隙天线采用透明材料制备时，该天线具备光透性，还具有比较好的天线辐射性能，因而可以应用在智能眼镜，虚拟现实技术(Virtual Reality，VR)设备，增强现实(Augmented Reality，AR)设备等可穿戴设备，也可用于物联网，智能家居，汽车，手机等移动终端设备的玻璃或者显示屏幕上面，不仅具有共形，隐蔽的特性，还可以大大拓展天线的设计空间。
本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可。
尽管已描述了本申请实施例的优选实施例，但本领域内的技术人员一旦得知了基本创造性概念，则可对这些实施例做出另外的变更和修改。所以，所附权利要求意欲解释为包括优选实施例以及落入本申请实施例范围的所有变更和修改。
最后，还需要说明的是，在本文中，诸如第一和第二等之类的关系术语仅仅用来将一个实体或者操作与另一个实体或操作区分开来，而不一定要求或者暗示这些实体或操作之间存在任何这种实际的关系或者顺序。而且，术语“包括”、“包含”或者其任何其他变体意在涵盖非排他性的包含，从而使得包括一系列要素的过程、方法、物品或者终端设备不仅包括那些要素，而且还包括没有明确列出的其他要素，或者是还包括为这种过程、方法、物品或者终端设备所固有的要素。在没有更多限制的情况下，由语句“包括一个……”限定的要素，并不排除在包括所述要素的过程、方法、物品或者终端设备中还存在另外的相同要素。
以上所述的是本申请的优选实施方式，应当指出对于本技术领域的普通人员来说，在不脱离本申请所述的原理前提下还可以作出若干改进和润饰，这些改进和润饰也在本申请的保护范围内。
Claims (9)
1.一种触控显示屏，其特征在于，包括：
显示层；
触控层，所述触控层上开设有至少一个第一通孔；所述触控层与所述显示层连接；
柔性电路板，所述柔性电路板上设有天线芯片和至少一个缝隙天线；所述缝隙天线设置于所述触控层与所述显示层之间，所述触控层和所述显示层之间通过第一粘胶层连接，所述缝隙天线设置于所述第一粘胶层内；
其中，一个所述缝隙天线上的缝隙对应一个所述第一通孔；
所述缝隙天线设置于所述柔性电路板的第一端，所述天线芯片设置于所述柔性电路板的第二端；
所述柔性电路板弯曲绕过所述显示层，且所述天线芯片位于所述显示层背离所述触控层的一侧。
2.根据权利要求1所述的触控显示屏，其特征在于，所述缝隙包含在所述第一通孔在所述缝隙天线上对应的正投影区域内。
3.根据权利要求1所述的触控显示屏，其特征在于，所述缝隙天线包括：
介质基板，所述介质基板上设有多个第二通孔；
第一金属地层，所述第一金属地层设有所述缝隙；所述第一金属地层设置于所述介质基板的第一面，且所述第一金属地层与所述触控层相邻；
第二金属地层，所述第二金属地层设有馈电结构；所述第二金属地层设置于所述介质基板的第二面，且所述第二金属地层与所述显示层相邻；所述第二金属地层通过所述第二通孔与所述第一金属地层连接；
其中，所述第一面和所述第二面为所述介质基板上相背设置的两面。
4.根据权利要求3所述的触控显示屏，其特征在于，所述介质基板上设置的所述多个第二通孔形成为具有一开口的环形；
所述缝隙在所述介质基板上对应的正投影区域，位于所述环形所包围的区域内；
所述馈电结构在所述介质基板上对应的正投影区域位于所述开口的位置。
5.根据权利要求3所述的触控显示屏，其特征在于，所述第二金属地层上设有至少一个缺口，所述至少一个缺口形成为所述馈电结构。
6.根据权利要求1所述的触控显示屏，其特征在于，所述第一通孔位于所述触控层的非敏感区域；
所述非敏感区域是：与所述触控显示屏的黑边区域相对应的区域，或者与所述触控显示屏的状态栏显示区域相对应的区域。
7.根据权利要求1所述的触控显示屏，其特征在于，所述柔性电路板上还设有触控芯片和显示芯片中的至少一个。
8.根据权利要求1所述的触控显示屏，其特征在于，在所述缝隙天线的数量大于1的情况下，所述缝隙天线按照预定规则排列构成天线阵列。
9.一种电子设备，其特征在于，包括权利要求1至8中任一项所述的触控显示屏。
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