CN203191958U - 具有电容式触摸传感器的电泳显示模块及其物理显示部件 - Google Patents

Abstract

一种具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的物理显示部件、包括物理显示部件的电泳显示模块。物理显示部件依次包括：集成在一起的第一保护层、柔性显示前板、柔性显示背板、第二保护层。柔性显示背板依次包括：集成在一起的第一导电层、第一非导电层、第二导电层、第二非导电层、第三导电层和第三非导电层。其中第一导电层和第二导电层用于形成显示模块的不同的电极。第三导电层用于形成电容传感器的印刷传感器层，传感器的正上方从传感器到第二导电层之间存在空白区。在第二导电层和第三导电层之间没有传感器的区域施加一定厚度的非导电材料，形成第二非导电层。

Description

具有电容式触摸传感器的电泳显示模块及其物理显示部件

技术领域

本实用新型涉及一种电泳显示模块及其物理显示部件。具体地，涉及一种具有内置电容式触摸传感器的柔性的电泳显示模块及其物理显示部件。 

背景技术

目前许多电子产品中都有人机交互界面（HMI），HMI对于电子产品而言是非常重要的，它能够改进用户的体验。 

随着人机交互界面变得越来越普及，客户期望在HMI上增加触摸感测功能。现在，有许多方法向显示器增加触摸功能。诸如电容式触摸、电阻式触摸、IR触摸等等。现在最流行的触摸技术是电容触摸感测，电容触摸由于具有更好的用户体验、更好的鲁棒性以及更易于与产品集成的优点而成为最突出的解决方法。因此对于不同的HMI，人们试图在其上集成电容触摸功能。 

但是，对于电容触摸，大多数情况下是在显示器的正板的上面增加触摸传感器，如图1所示，图1是采用传统的触摸传感技术的LCD显示器的截面示图。图1中触摸传感器层12位于显示面板13和保护层11之间。这种传统方式很成熟，但是具有成本高、功耗大、不具备柔性等缺点。很显然，该传统方式无法满足客户要求具有触摸功能的、轻薄且成本低的显示器的需求。 

随着印刷电子技术的发展和应用，人们已经生产出印刷电容传感器，并且现在的最流行的柔性显示技术是电泳柔性显示。印刷电子技术能够为我们带来柔性显示的新的低成本解决方案。同时，随着具有容触摸功能的电子阅读器的日益广泛的使用，人们对在电泳显示器上增加电容触摸功能而使之用于工业控制领域正逐渐感兴趣。在工业控制领域，人们正试图向柔性显示技术增加触摸功能，以为客户带来更多的附加值。 

具有电容触摸功能的电泳显示器不仅只是显示信息，而且还能够从客户接收信息。这种有吸引力的方案能够为客户带来更多附加值。因此有必要寻找更低成本的集成电容触摸功能的电泳显示器的解决方案。但是由于对比度 是电泳显示器的最重要的参数之一，对比度的减少意味着显示器的寿命减少，所以集成电容触摸功能的电泳显示器的解决方案不应以损失寿命和降低对比度为前提。 

实用新型内容

本实用新型的目的是针对上述问题，提出一种使用印刷电子技术的低成本的柔性的薄型显示模块。 

根据本实用新型的一方面，提供一种具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的物理显示部件，依次包括：集成在一起的第一保护层、柔性显示前板、柔性显示背板、第二保护层。柔性显示背板依次包括：集成在一起的第一导电层、第一非导电层、第二导电层、第二非导电层、第三导电层和第三非导电层。其中第一导电层和第二导电层用于形成显示模块的不同的电极。第三导电层用于形成电容传感器的印刷传感器层，传感器的正上方从传感器到第二导电层之间存在空白区。在第二导电层和第三导电层之间没有传感器的区域施加一定厚度的非导电材料，形成第二非导电层。 

所述的集成通过填充胶水来实现，并且所述的非导电材料是不导电的胶水。 

所述的集成通过层压来实现，并且所述的非导电材料是不导电的胶水。 

所述厚度为100μm。 

第三非导电层用作起支撑和隔离的作用的隔层，用非导电材料制成。 

所述非导电材料是塑料膜。 

使用2层PCB一体地来实现第三导电层和第三非导电层，在该2层PCB中，上面的一层PCB用于形成第三导电层；下面的一层PCB用于形成第三非导电层，完全不包含导电材料。 

第三导电层和第三非导电层使用一片单面柔性PCB来形成，该单面柔性PCB的覆铜面形成第三导电层，该单面柔性PCB的绝缘材料层形成第三非导电层。 

第一导电层、第一非导电层和第二导电层使用一片双面柔性PCB，该双面柔性PCB的上、下覆铜面分别形成第一导电层和第二导电层，该双面柔性PCB的中间绝缘材料层形成第一非导电层。 

根据本实用新型的一方面，提供一种具有电容式触摸传感功能的柔性的 电泳显示模块，包括：如上所述的物理显示部件；电子控制器，用于驱动物理显示部件，并控制电泳显示模块。 

电子控制器包括：驱动电路、控制单元、通信单元、以及电源管理单元。驱动电路，用于产生柔性显示模块的驱动波形；控制单元，用于控制驱动电路的定时以及显示数据，检测触摸传感器状态以确定传感器上是否存在有效触摸，分辨哪个传感器被触摸，并根据触摸检测结果控制显示模块的显示信息或数据；通信单元，用于在控制单元的控制下与其他主机或控制系统进行通信；电源管理单元，用于为驱动电路、控制单元、通信单元提供电源。 

显示模块和驱动电路的连接是FPC或全部是印刷柔性电缆。 

驱动电路、控制单元二者通过一个IC芯片来实现。 

附图说明

通过下面结合附图对示例实施例的详细描述，将更好地理解本实用新型。应当清楚地理解，所描述的示例实施例仅仅是作为说明和示例，而本实用新型不限于此。本实用新型的精神和范围由所附权利要求书的具体内容限定。下面描述附图的简要说明，其中： 

图1是采用传统的触摸传感技术的LCD显示器的截面示图。 

图2示出了根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的框图。 

图3示出了根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的物理显示部件的背板结构的截面示图。 

图4示出了根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的物理显示部件的背板结构在显示模块被触摸时的变形的截面示图。 

图5示出了根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的触摸检测过程。 

图6示出了根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的应用实例。 

具体实施方式

现在参照附图来详细介绍根据本实用新型的带有触摸功能的电泳显示装置以及包括其的控制系统。 

为了实现本新型的触摸感测显示模块，以下是必须考虑的。 

首先，本新型的触摸感测显示模块应该是柔性电泳显示器。显示模块的结构对于实现触摸功能是重要的。目前，分段电泳显示器是柔性的，并且在分段电泳显示器背板上的公共电极（背地电极）通常是几乎覆盖整个显示区域的大的铺铜区域。这很重要，因为可以使用该大的铺铜区域作为用于检测的电容器的一个极板。 

其次，本新型的触摸感测显示模块应该采用电容触摸感测技术。因为公共电极或背地电极存在于可能的电容传感器层上面，形成了几个金属导电层。传统的触摸感测技术不能在此使用，因为传统的触摸感测技术不能在显示器的前面的不同位置区分不同的触摸。在本新型的触摸感测显示模块中，提出了一种新的背板结构，并将该背板机构集成到电泳显示器结构中，以实现触摸功能。 

第三，本新型的触摸感测显示模块采用柔性PCB技术或印刷电子技术来实现电容触摸传感器。本新型所使用的传感器应该是焊盘或焊盘的组合。这些焊盘可以是通过银墨水或其它导电墨水来印刷的。或者这些焊盘可以通过柔性PCB来实现。 

第四，本新型的触摸感测显示模块的将电容感测结构与柔性显示器的集成方案应该具有鲁棒性和一致性。 

图2示出了根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的框图。图2的左侧示出了本新型的显示模块的物理显示部件20的结构。本新型的具有触摸功能的显示模块的物理显示部件20的物理结构依次为：保护层21、柔性显示前板231、柔性显示背板（以下也简称为背板）232、保护层24。最终的成品的显示模块的物理显示部件的具有结构可能会与图2的物理结构在细节上存在不同。但是本领域普通技术人员应当理解，上述细节上的不同当落入本新型的保护范围之内。 

保护层21通常是塑料薄膜，保护柔性显示模块免受划擦。保护层24通常与柔性显示板集成在一起以密封显示模块的前板和背板，防止受潮。保护层24常常使用铜或铝膜来制造。在本新型的显示模块中，柔性显示背板232是多层堆叠的结构，具体将参照图7来详细描述。 

图2的右侧是用于本新型的显示模块的电子控制器30的框图。电子控制器30包括但不限于：驱动电路31、控制单元32、通信单元33、以及电源 管理单元34。电子控制器30还可以包括用于显示模块的其他功能电路。 

驱动电路31，包括驱动器IC以及其相关电路，用于产生柔性显示模块的驱动波形，通常这些是专用柔性显示技术的专用驱动器IC。但是在一些应用中，显示模块的驱动器IC可以集成在显示模块的FPC（柔性印刷电路）上。 

控制单元32包括控制器及其相关电路，用于控制驱动电路31的驱动器IC的定时以及显示数据，检测印刷触摸传感器（集成在电泳显示器的背板232中）的状态以确定传感器上是否存在有效触摸，分辨哪个传感器被触摸，并根据触摸检测结果控制显示模块的显示信息或数据。 

通信单元33用于在控制单元32的控制下与其他主机或控制系统进行通信，可以是有线或无线的通信。 

电源管理单元3是电源管理块，用于为驱动电路31、控制单元32、通信单元33等提供足够的电源。显示模块和驱动电路31的连接可以是FPC。 

与LCD驱动器类似，一些供应商正生产具有内部集成的EPD驱动器的微控制器。这意味着驱动电路31、控制单元32二者可以通过一个IC芯片来实现，这样可获得尺寸更小的驱动控制部件。 

图3示出了根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的物理显示部件的背板结构的截面示图。图3的显示次序为从上到下。 

在图3中，使用通过胶水组合的两片柔性PCB来实现本新型的电泳显示模块的物理显示部件的背板。 

第一导电层2321和第二导电层2322是两片柔性PCB，用于形成显示模块的不同的电极。第一导电层2321和第二导电层2322之间是第一非导电层40，例如可以通过填充胶水来实现。 

第三导电层2323是一片柔性PCB，是用于形成电容传感器60的印刷传感器层。这些传感器被大面积铜箔（图中未示出）围绕。该大面积铜箔可以接地，也可以作为一个不接地的公共端。为了实现正对传感器60的顶部的空腔50，仅在第二导电层2322和第三导电层2323之间没有传感器的区域施加厚度d例如为100μm的胶水，形成第二非导电层70。 

这样在传感器的正上方从传感器到第二导电层（2322）之间存在空白区，这使得在将被检测的目标电容器的两个板（第二导电层2322和第三导电层2323上形成的电容器传感器之间）之间产生重要的可被触摸改变的距离。 

在第三导电层2323的下面是用作隔层的第三非导电层80，其支撑和隔离的作用。隔层可以通过胶水固定，可以用塑料膜或其他非导电材料制成。 

在图3中，第一导电层2321或第二导电层2322为整个层均是大面积的铜箔，第一导电层2321或第二导电层2322之一可以是系统检测的特定电容器的一个极板。并且，第三导电层2323上的电容传感器60形成了特定传感器的另一个极板。在图3中，所有导电层通过铜材料来实现，但这只是示例，其他可用的适当的导电材料也可以用来实现上述导电层。 

上述厚度d即为特定电容器的两个极板间的距离。当客户触摸显示模块时，显示模块变形，距离d将减小，则特定电容器的电容将增加。由显示模块变形产生的电容的偏移值可以被图2的控制单元32检测到，进而控制单元32判断是否存在触摸动作。 

在图2中的显示模块的物理显示部件20的各个层以及图3中的物理显示部件的背板结构的各个层之间的集成不需要特殊设备，只需使用胶水来集成和/或层压的工艺即可。 

其中，可选地，可以使用2层PCB一体地来实现包含第三导电层2323和第三非导电层80的电容传感器的感测结构，在该2层PCB中，上面的一层PCB用于形成第三导电层2323。下面的一层PCB用于形成第三非导电层80，完全不包含导电材料。 

其中，可选地，第一导电层（2321）、第一非导电层（40）和第二导电层（2322）可使用一片双面柔性PCB。该双面柔性PCB的上、下覆铜面形成第一导电层（2321）和第二导电层（2322）。第一导电层（2321）和第二导电层（2322）用于形成显示模块的不同的电极。该双面柔性PCB的中间绝缘材料层形成第一非导电层（40）。 

其中，可选地，第三导电层（2323）和第三非导电层（80）可使用一片单面柔性PCB来形成。该单面柔性PCB的覆铜面形成第三导电层（2323），该单面柔性PCB的绝缘材料层形成第三非导电层（80）。 

图4示出了根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的物理显示部件的背板结构在显示模块被触摸时的变形的截面示图。 

在图4中，客户按压了显示模块的保护层21中与特定电容器位置相应的位置，从而依次造成保护层21、柔性显示前板231、柔性显示背板232中的第一导电层2321、第一非导电层40、以及第一导电层2321的变形，导致 特定电容器的距离d减小，引起特定电容器的电容值变化。 

图5示出了根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的触摸检测过程。 

触摸感测的工作原理是当触摸显示器的前板时，将引起柔性显示器的背板的变形。 

如图5所示，在步骤S51，用户触摸显示模块的前板。在步骤S52，显示模块的背板产生相应的变形。在步骤S53，特定电容器的两个极板之间的距离减小。在步骤S54，特定电容传感器的电容值增加。在步骤S55，控制单元检测特定电容传感器的电容值增加。在步骤S56，控制单元基于特定电容传感器的电容值增加执行相应的控制动作。 

图6示出了根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的应用实例。 

在图6中，显示模块具有两个电容触摸传感器区域，一个电容触摸传感器用于增加显示值，另一个用于减少显示值。图6的上部是两位数字的温度显示，而下面的“+”、“-”区域就是具有触摸功能的两个电容触摸传感器区域。当触摸显示模块的“+”区域时，温度的显示将增加。当触摸显示模块的“-”区域时，温度的显示将减少。 

根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的应用范围很广，它可以用于不需要复杂信息的HMI的显示场合，诸如分段显示器能够应用的场合，尤其是在工业控制领域。本实用新型的显示模块可以改善产品设计增加人极交互功能。例如本实用新型的显示模块可以应用于遥控器、照明控制器、自动调温器等需要HMI的场合。 

根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块，在电泳显示器上增加低成本的电容触摸感测功能，而不影响显示器的对比度。 

根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块在集成电容触摸功能之后还是柔性的，通过将电容传感器层堆叠在显示模块内部，避免了显示的对比度的损失且对显示模块的寿命没有影响。本新型的显示模块的成本以及功耗均比现有技术的其他显示器的成本均低。 

根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的优点：所有元件都可以在柔性塑料膜上印刷和集成。在大规模生产时可通过成本效益高的卷装进出生产工艺来实现；采用非昂贵材料（例如氧化铟锡） 的电容传感器，不需要使用透明传感器；不需要用于电容触摸感测的特殊驱动器；传感器层和显示前板、背板的集成不需要特殊设备，因而成本低；显示模块中没有玻璃基板；整个显示模块的厚度大约1.5mm，整个模块薄且重量轻；整个显示模块在显示前板的规格范围内可以弯曲，使用中柔性且舒适；低功耗，仅使用印刷焊盘或焊盘的组合来实现触摸功能。 

根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块具有更好的对比度和分辨率以及更长的寿命、具有更宽的视角、节省了显示模块的成本和降低了总的功耗。 

正是因为根据本实用新型的具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块具有上述优点，并能够复用系统微控制器来实现触摸感测功能，所以本实用新型的显示模块可以容易地集成到现有的各种工业控制系统中，并能够根据客户需求来定制，因而可以快速实现市场化。 

虽然已经图示和描述了所考虑的本实用新型的示例实施例，但是本领域技术人员可以理解，随着技术的进步，可以作出各种变更和修改并可以用等价物替换其元素而不背离本实用新型的真实范围。 

Claims (14)

1.一种具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块的物理显示部件，依次包括：集成在一起的第一保护层（21）、柔性显示前板（231）、柔性显示背板（232）、第二保护层（24），其特征在于： 

柔性显示背板（232）依次包括： 

集成在一起的第一导电层（2321）、第一非导电层（40）、第二导电层（2322）、第二非导电层（70）、第三导电层（2323）和第三非导电层（80）， 

其中第一导电层（2321）和第二导电层（2322）用于形成显示模块的不同的电极， 

第三导电层（2323）用于形成电容传感器（60）的印刷传感器层，传感器的正上方从传感器到第二导电层（2322）之间存在空白区， 

在第二导电层（2322）和第三导电层（2323）之间没有传感器的区域施加一定厚度的非导电材料，形成第二非导电层（70）。 

2.如权利要求1所述的物理显示部件，其特征在于 

所述的集成通过填充胶水来实现，并且所述的非导电材料是不导电的胶水。 

3.如权利要求1所述的物理显示部件，其特征在于 

所述的集成通过层压来实现，并且所述的非导电材料是不导电的胶水。 

4.如权利要求1所述的物理显示部件，其特征在于 

所述厚度为100μm。 

5.如权利要求1所述的物理显示部件，其特征在于 

第三非导电层（80）用作起支撑和隔离的作用的隔层，用非导电材料制成。 

6.如权利要求5所述的物理显示部件，其特征在于 

所述非导电材料是塑料膜。 

7.如权利要求1所述的物理显示部件，其特征在于 

使用2层PCB一体地来实现第三导电层（2323）和第三非导电层（80），在该2层PCB中，上面的一层PCB用于形成第三导电层（2323）；下面的一层PCB用于形成第三非导电层（80），完全不包含导电材料。 

8.如权利要求1所述的物理显示部件，其特征在于 

第三导电层（2323）和第三非导电层（80）使用一片单面柔性PCB来形成，该单面柔性PCB的覆铜面形成第三导电层（2323），该单面柔性PCB的绝缘材料层形成第三非导电层（80）。 

9.如权利要求8所述的物理显示部件，其特征在于 

第一导电层（2321）、第一非导电层（40）和第二导电层（2322）使用一片双面柔性PCB，该双面柔性PCB的上、下覆铜面分别形成第一导电层（2321）和第二导电层（2322），该双面柔性PCB的中间绝缘材料层形成第一非导电层（40）。 

10.如权利要求1所述的物理显示部件，其特征在于 

第一导电层（2321）、第一非导电层（40）和第二导电层（2322）使用一片双面柔性PCB，该双面柔性PCB的上、下覆铜面分别形成第一导电层（2321）和第二导电层（2322），该双面柔性PCB的中间绝缘材料层形成第一非导电层（40）。 

11.一种具有电容式触摸传感功能的柔性的电泳显示模块，其特征在于，包括： 

如权利要求1-10之一所述的物理显示部件； 

电子控制器（30），用于驱动物理显示部件，并控制电泳显示模块。 

12.如权利要求11所述的电泳显示模块，其特征在于 

电子控制器（30）包括：驱动电路（31）、控制单元（32）、通信单元（33）、以及电源管理单元（34）， 

驱动电路（31），用于产生柔性显示模块的驱动波形； 

控制单元（32），用于控制驱动电路（31）的定时以及显示数据，检测触摸传感器状态以确定传感器上是否存在有效触摸，分辨哪个传感器被触摸，并根据触摸检测结果控制显示模块的显示信息或数据； 

通信单元（33），用于在控制单元（32）的控制下与其他主机或控制系统进行通信；以及 

电源管理单元（34），用于为驱动电路（31）、控制单元（32）、通信单元（33）提供电源。 

13.如权利要求11所述的电泳显示模块，其特征在于 

显示模块和驱动电路（31）的连接是FPC。 

14.如权利要求11所述的电泳显示模块，其特征在于 

驱动电路（31）、控制单元（32）二者通过一个IC芯片来实现。 

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