TWI412962B - 觸摸屏及顯示裝置 - Google Patents

Description

觸摸屏及顯示裝置

本發明涉及一種觸摸屏及使用該觸摸屏的顯示裝置，尤其涉及一種基於奈米碳管的觸摸屏及使用該觸摸屏的顯示裝置。

近年來，伴隨著移動電話與觸摸導航系統等各種電子設備的高性能化和多樣化的發展，在液晶等顯示元件的前面安裝透光性的觸摸屏的電子設備逐步增加。這樣的電子設備的利用者通過觸摸屏，一邊對位於觸摸屏背面的顯示元件的顯示內容進行視覺確認，一邊利用手指或筆等方式按壓觸摸屏來進行操作。由此，可以操作電子設備的各種功能。

按照觸摸屏的工作原理和傳輸介質的不同，先前的觸摸屏通常分為四種類型，分別為電阻式、電容感應式、紅外線式以及表面聲波式。其中電阻式觸摸屏的應用最為廣泛，請參見文獻“Production of Transparent Conductive Films with Inserted SiO₂ Anchor Layer, and Application to a Resistive Touch Panel” Kazuhiro Noda, Kohtaro Tanimura. Electronics and Communications in Japan, Part 2, Vol. 84, P39-45(2001)。

先前的電阻式觸摸屏一般包括一上基板，該上基板的下表面形成有一上透明導電層；一下基板，該下基板的上表面形成有一下透明導電層；以及多個點狀隔離物(Dot Spacer)設置在上透明導電層與下透明導電層之間。其中，該上透明導電層與該下透明導電層通常采用具有導電特性的銦錫氧化物(Indium Tin Oxide,ITO)層(下稱ITO層)。當使用手指或筆按壓上基板時，上基板發生扭曲，使得按壓處的上透明導電層與下透明導電層彼此接觸。通過外接的電子電路分別向上透明導電層與下透明導電層依次施加電壓，觸摸屏控制器通過分別測量第一導電層上的電壓變化與第二導電層上的電壓變化，並進行精確計算，將它轉換成觸點坐標。觸摸屏控制器將數字化的觸點坐標傳遞給中央處理器。中央處理器根據觸點坐標發出相應指令，啟動電子設備的各種功能切換，並通過顯示器控制器控制顯示元件顯示。

然而，ITO層作為透明導電層通常采用離子束濺射或蒸鍍等工藝製備，在製備的過程，需要較高的真空環境及需要加熱到200~300℃，因此，使得ITO層的製備成本較高。此外，ITO層作為透明導電層具有機械性能不够好、難以彎曲及阻值分布不均勻等缺點。另外，ITO在潮濕的空氣中透明度會逐漸下降。從而導致先前的電阻式觸摸屏及顯示裝置存在耐用性不够好，靈敏度低、線性及準確性較差等缺點。

有鑒於此，確有必要提供一種耐用性好，且靈敏度高、線性及準確性强的觸摸屏及顯示裝置。

一種觸摸屏，包括：一第一電極板，該第一電極板包括一第一基體及一第一導電層設置在該第一基體的下表面 ；以及一第二電極板，該第二電極板與第一電極板間隔設置，該第二電極板包括一第二基體及一第二導電層設置在該第二基體的上表面；其中，上述第一導電層和第二導電層中的至少一個導電層為一奈米碳管層，該奈米碳管層由多個奈米碳管組成，該多個奈米碳管定向排列。

一種顯示裝置，包括：一觸摸屏，該觸摸屏包括一第一電極板及一第二電極板，該第一電極板包括一第一基體及一第一導電層設置在該第一基體的下表面，該第二電極板與第一電極板間隔設置，且包括一第二基體及一第二導電層設置在該第二基體的上表面；及一顯示設備，該顯示設備正對且靠近上述觸摸屏的第二電極板設置；其中，上述第一導電層和第二導電層中的至少一個導電層為一奈米碳管層，該奈米碳管層由多個奈米碳管組成，該多個奈米碳管定向排列。

本技術方案實施例提供的采用定向排列的奈米碳管作為透明導電層的觸摸屏及顯示裝置具有以下優點：其一，奈米碳管的優異的力學特性使得透明導電層具有很好的韌性和機械强度，故，可以相應的提高觸摸屏的耐用性，進而提高顯示裝置的耐用性；其二，由於奈米碳管具有優異的導電性能，故，采用定向排列的奈米碳管作透明導電層，可使得透明導電層具有均勻的阻值分布，從而提高觸摸屏及使用該觸摸屏的顯示裝置的分辨率和精確度。

以下將結合附圖詳細說明本技術方案提供的觸摸屏及顯示裝置。

請參閱圖1及圖2，本技術方案實施例提供一種觸摸屏10，該觸摸屏10包括一第一電極板12，一第二電極板14以及設置在第一電極板12與第二電極板14之間的多個透明點狀隔離物16。

該第一電極板12包括一第一基體120，一第一導電層122以及兩個第一電極124。該第一基體120為平面結構，該第一導電層122與兩個第一電極124均設置在第一基體120的下表面。兩個第一電極124分別設置在第一導電層122沿第一方向的兩端並與第一導電層122電連接。該第二電極板14包括一第二基體140，一第二導電層142以及兩個第二電極144。該第二基體140為平面結構，該第二導電層142與兩個第二電極144均設置在第二基體140的上表面。兩個第二電極144分別設置在第二導電層142沿第二方向的兩端並與第二導電層142電連接。該第一方向垂直於該第二方向，即兩個第一電極124與兩個第二電極144正交設置。其中，該第一基體120為透明的且具有一定柔軟度的薄膜或薄板，該第二基體140為透明基板，該第二基體140的材料可選擇為玻璃、石英、金剛石及塑料等硬性材料或柔性材料。所述第二基體140主要起支撐的作用。該第一電極124與該第二電極144的材料為金屬、奈米碳管薄膜或其他導電材料，只要確保導電性即可。本實施例中，該第一基體120材料為聚酯膜，該第二基體140為玻璃基板，該第一電極124與第二電極144為導電 的銀漿層。

進一步地，該第二電極板14上表面外圍設置有一絕緣層18。上述的第一電極板12設置在該絕緣層18上，且該第一電極板12的第一導電層122正對第二電極板14的第二導電層142設置。上述多個透明點狀隔離物16設置在第二電極板14的第二導電層142上，且該多個透明點狀隔離物16彼此間隔設置。第一電極板12與第二電極板14之間的距離為2~10微米。該絕緣層18與透明點狀隔離物16均可采用絕緣透明樹脂或其他絕緣透明材料製成。設置絕緣層18與點狀隔離物16可使得第一電極板14與第二電極板12電絕緣。可以理解，當觸摸屏10尺寸較小時，點狀隔離物16為可選擇的結構，只需確保第一電極板14與第二電極板12電絕緣即可。

另外，該第一電極板12上表面可進一步設置一透明保護膜126，該透明保護膜126可由氮化矽、氧化矽、苯丙環丁烯(BCB)、聚酯以及丙烯酸樹脂等材料形成。該透明保護膜126也可采用一層表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)膜，用於保護第一電極板12，提高耐用性。該透明保護膜126還可用於提供一些其它的附加功能，如可以减少眩光或降低反射。

該第一導電層122與第二導電層142中的至少一個導電層包括一奈米碳管層，該奈米碳管層中的奈米碳管定向排列。該奈米碳管層可以為一透明的奈米碳管薄膜或平行且無間隙鋪設的多個透明的奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜進一步包括多個奈米碳管束片段，每個奈米碳管束 片段具有大致相等的長度且每個奈米碳管束片段由多個相互平行的奈米碳管束構成，所述多個奈米碳管束片段兩端通過凡德瓦爾力相互連接。奈米碳管層的長度及寬度不限，可根據實際需求製備。該奈米碳管薄膜的厚度為0.5奈米~100微米。本實施例中，該第一導電層122與第二導電層142均為奈米碳管層。該奈米碳管層為多個奈米碳管束擇優取向排列形成的一奈米碳管薄膜。優選地，第一導電層122中奈米碳管沿上述第一方向定向排列，第二導電層142中奈米碳管沿上述第二方向定向排列。

本實施例第一導電層122和/或第二導電層142中的奈米碳管薄膜的製備方法主要包括以下步驟：

步驟一：提供一奈米碳管陣列，優選地，該陣列為超順排奈米碳管陣列。

本技術方案實施例提供的奈米碳管陣列為單壁奈米碳管陣列、雙壁奈米碳管陣列或多壁奈米碳管陣列。本實施例中，超順排奈米碳管陣列的製備方法采用化學氣相沈積法，其具體步驟包括：(a)提供一平整基底，該基底可選用P型或N型矽基底，或選用形成有氧化層的矽基底，本實施例優選為采用4英寸的矽基底；(b)在基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將上述形成有催化劑層的基底在700~900℃的空氣中退火約30分鐘~90分鐘；(d)將處理過的基底置於反應爐中，在保護氣體環境下加熱到500~740℃，然後通入碳源氣體反應約5~30分鐘，生長得到超順排奈米碳管陣列， 其高度為200~400微米。該超順排奈米碳管陣列為多個彼此平行且垂直於基底生長的奈米碳管形成的純奈米碳管陣列。通過上述控制生長條件，該超順排奈米碳管陣列中基本不含有雜質，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。該奈米碳管陣列中的奈米碳管彼此通過凡德瓦爾力緊密接觸形成陣列。該奈米碳管陣列與上述基底面積基本相同。

本實施例中碳源氣可選用乙炔、乙烯、甲烷等化學性質較活潑的碳氫化合物，本實施例優選的碳源氣為乙炔；保護氣體為氮氣或惰性氣體，本實施例優選的保護氣體為氬氣。

可以理解，本實施例提供的奈米碳管陣列不限於上述製備方法。也可為石墨電極恒流電弧放電沈積法、雷射蒸發沈積法等。

步驟二：采用一拉伸工具從奈米碳管陣列中拉取獲得一奈米碳管薄膜。其具體包括以下步驟：(a)從上述奈米碳管陣列中選定一定寬度的多個奈米碳管片斷，本實施例優選為采用具有一定寬度的膠帶接觸奈米碳管陣列以選定一定寬度的多個奈米碳管片斷；(b)以一定速度沿基本垂直於奈米碳管陣列生長方向拉伸該多個奈米碳管片斷，以形成一連續的奈米碳管薄膜。

在上述拉伸過程中，該多個奈米碳管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸脫離基底的同時，由於凡德瓦爾力作用，該選定的多個奈米碳管片斷分別與其它奈米碳管片斷 首尾相連地連續地被拉出，從而形成一奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜包括多個首尾相連且定向排列的奈米碳管束。該奈米碳管薄膜中奈米碳管的排列方向基本平行於奈米碳管薄膜的拉伸方向。

請參閱圖3，該奈米碳管薄膜為擇優取向排列的多個奈米碳管束首尾相連形成的具有一定寬度的奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜中奈米碳管的排列方向基本平行於奈米碳管薄膜的拉伸方向。該直接拉伸獲得的擇優取向的奈米碳管薄膜比無序奈米碳管薄膜具有更好的均勻性，即具有更均勻的厚度以及具有更均勻的導電性能。同時該直接拉伸獲得奈米碳管薄膜的方法簡單快速，適宜進行工業化應用。

本實施例中，該奈米碳管薄膜的寬度與奈米碳管陣列所生長的基底的尺寸有關，該奈米碳管薄膜的長度不限，可根據實際需求製得。該奈米碳管薄膜的厚度為0.5奈米~100微米。當該奈米碳管薄膜中的奈米碳管為單壁奈米碳管時，該單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米。當該奈米碳管薄膜中的奈米碳管為雙壁奈米碳管時，該雙壁奈米碳管的直徑為1.0奈米~50奈米。當該奈米碳管薄膜中的奈米碳管為多壁奈米碳管時，該多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。

可以理解，由於本實施例超順排奈米碳管陣列中的奈米碳管非常純淨，且由於奈米碳管本身的比表面積非常大，故該奈米碳管薄膜本身具有較强的粘性。因此，該奈米碳管薄膜作為第一導電層122與第二導電層142時可直 接粘附在第一基體120或第二基體140上。

另外，可使用有機溶劑處理上述粘附在第一基體120或第二基體140上的奈米碳管薄膜。具體地，可通過試管將有機溶劑滴落在奈米碳管薄膜表面浸潤整個奈米碳管薄膜。該有機溶劑為揮發性有機溶劑，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中采用乙醇。該奈米碳管薄膜經有機溶劑浸潤處理後，在揮發性有機溶劑的表面張力的作用下，該奈米碳管薄膜可牢固地貼附在基體表面，且表面體積比减小，粘性降低，具有良好的機械强度及韌性。

此外，可選擇地，為了减小由顯示設備產生的電磁干擾，避免從觸摸屏10發出的信號產生錯誤，還可在第二基體140的下表面上設置一屏蔽層(圖未示)。該屏蔽層可由銦錫氧化物(ITO)薄膜、銻錫氧化物(ATO)薄、鎳金薄膜、銀薄膜膜或奈米碳管薄膜等導電材料形成。本實施例中，所述的屏蔽層包含一奈米碳管薄膜，該奈米碳管薄膜中的奈米碳管的排列方式不限，可為定向排列也可為其它的排列方式。本實施例中，該屏蔽層中的奈米碳管定向排列。該奈米碳管薄膜作為電接地點，起到屏蔽的作用，從而使得觸摸屏10能在無干擾的環境中工作。

請參閱圖4，本技術方案實施例還提供一使用上述觸摸屏10的顯示裝置100，其包括上述觸摸屏10及一顯示設備20。該顯示設備20正對且靠近上述觸摸屏10的第二電極板14設置。該觸摸屏10可以與該顯示設備20間隔一預定 距離設置，也可集成在該顯示設備20上。當該觸摸屏10與該顯示設備20集成設置時，可通過粘結劑將該觸摸屏10附著到該顯示設備20上。

本技術方案顯示設備20可以為液晶顯示器、場發射顯示器、電漿顯示器、電致發光顯示器、真空螢光顯示器及陰極射線管等顯示設備。

進一步地，當在該觸摸屏10第二基體140的下表面上設置一屏蔽層22時，可在該屏蔽層22遠離第二基體140的表面上設置一鈍化層24，該鈍化層24可由氮化矽、氧化矽等材料形成。該鈍化層24與顯示設備20的正面間隔一間隙26設置。該鈍化層24作為介電層使用，且保護該顯示設備20不致於由於外力過大而損壞。

另外，該顯示裝置100進一步包括一觸摸屏控制器30、一中央處理器40及一顯示設備控制器50。其中，該觸摸屏控制器30、該中央處理器40及該顯示設備控制器50三者通過電路相互連接，該觸摸屏控制器30與該觸摸屏20電連接，該顯示設備控制器50與該顯示設備20電連接。該觸摸屏控制器30通過手指等觸摸物60觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入，並將該信息傳遞給中央處理器40。該中央處理器40通過該顯示器控制器50控制該顯示元件20顯示。

使用時，第一電極板12之間與第二電極板14之間分別施加5V電壓。使用者一邊視覺確認在觸摸屏10下面設置的顯示元件20的顯示，一邊通過觸摸物60如手指或筆按壓 觸摸屏10第一電極板12進行操作。第一電極板12中第一基體120發生彎曲，使得按壓處70的第一導電層122與第二電極板14的第二導電層142接觸形成導通。觸摸屏控制器30通過分別測量第一導電層122第一方向上的電壓變化與第二導電層142第二方向上的電壓變化，並進行精確計算，將它轉換成觸點坐標。觸摸屏控制器30將數字化的觸點坐標傳遞給中央處理器40。中央處理器40根據觸點坐標發出相應指令，啟動電子設備的各種功能切換，並通過顯示器控制器50控制顯示元件20顯示。

本技術方案實施例提供的采用定向排列的奈米碳管作為透明導電層的觸摸屏及顯示裝置具有以下優點：其一，奈米碳管的優異的力學特性使得透明導電層具有很好的韌性和機械强度，故，可以相應的提高觸摸屏的耐用性，進而提高顯示裝置的耐用性；其二，由於奈米碳管具有優異的導電性能，故，采用定向排列的奈米碳管作透明導電層，可使得透明導電層具有均勻的阻值分布，從而提高觸摸屏及使用該觸摸屏的顯示裝置的分辨率和精確度；其三，由於本實施例所提供的奈米碳管薄膜采用直接拉伸的方法製備，該方法無需真空環境和加熱過程，故采用上述方法製備的奈米碳管薄膜做透明導電層有利於降低觸摸屏及使用該觸摸屏的顯示裝置的成本。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化， 皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

10‧‧‧觸摸屏

12‧‧‧第一電極板

14‧‧‧第二電極板

16‧‧‧點狀隔離物

18‧‧‧絕緣層

120‧‧‧第一基體

122‧‧‧第一導電層

124‧‧‧第一電極

140‧‧‧第二基體

142‧‧‧第二導電層

144‧‧‧第二電極

126‧‧‧透明保護膜

100‧‧‧顯示裝置

20‧‧‧顯示設備

30‧‧‧觸摸屏控制器

40‧‧‧中央處理器

50‧‧‧顯示設備控制器

60‧‧‧觸摸物

70‧‧‧按壓處

22‧‧‧屏蔽層

24‧‧‧鈍化層

26‧‧‧間隙

圖1係本技術方案實施例觸摸屏的立體結構示意圖。

圖2係本技術方案實施例觸摸屏的側視結構示意圖。

圖3係本技術方案實施例觸摸屏中奈米碳管薄膜的掃描電鏡照片。

圖4係本技術方案實施例顯示裝置的側視結構示意圖。

10‧‧‧觸摸屏

12‧‧‧第一電極板

14‧‧‧第二電極板

16‧‧‧點狀隔離物

18‧‧‧絕緣層

120‧‧‧第一基體

122‧‧‧第一導電層

124‧‧‧第一電極

140‧‧‧第二基體

142‧‧‧第二導電層

144‧‧‧第二電極

Claims (22)

1. 一種觸摸屏，包括：一第一電極板，該第一電極板包括一第一基體及一第一導電層設置在該第一基體的下表面；以及一第二電極板，該第二電極板與第一電極板間隔設置，該第二電極板包括一第二基體及一第二導電層設置在該第二基體的上表面；其改良在於：上述第一導電層和第二導電層中的至少一個導電層為一奈米碳管層，該奈米碳管層由多個奈米碳管組成，該多個奈米碳管定向排列。
2. 如申請專利範圍第1項所述的觸摸屏，其中，該奈米碳管層為一奈米碳管薄膜或平行且無間隙鋪設的多個奈米碳管薄膜。
3. 如申請專利範圍第2項所述的觸摸屏，其中，該奈米碳管薄膜進一步包括多個奈米碳管束片段，每個奈米碳管束片段具有大致相等的長度且每個奈米碳管束片段由多個相互平行的奈米碳管束構成，所述多個奈米碳管束片段兩端通過凡德瓦爾力相互連接。
4. 如申請專利範圍第2項所述的觸摸屏，其中，該奈米碳管薄膜的厚度為0.5奈米~100微米。
5. 如申請專利範圍第1項所述的觸摸屏，其中，該奈米碳管層中的奈米碳管為單壁奈米碳管、雙壁奈米碳管或多壁奈米碳管。
6. 如申請專利範圍第5項所述的觸摸屏，其特徵在於，該單壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~50奈米，該雙壁奈米碳管 的直徑為1.0奈米~50奈米，該多壁奈米碳管的直徑為1.5奈米~50奈米。
7. 如申請專利範圍第1項所述的觸摸屏，其中，該第一電極板進一步包括兩個第一電極沿第一方向設置在第一導電層的兩端且與第一導電層電連接，該第一導電層中的奈米碳管沿第一方向定向排列。
8. 如申請專利範圍第7項所述的觸摸屏，其中，該第二電極板進一步包括兩個第二電極沿第二方向設置在第二導電層的兩端且與第二導電層電連接，該第二導電層中的奈米碳管沿第二方向定向排列。
9. 如申請專利範圍第8項所述的觸摸屏，其中，該第二方向垂直於第一方向。
10. 如申請專利範圍第1項所述的觸摸屏，其中，該觸摸屏進一步包括一絕緣層設置在該第二電極板上表面外圍，該第一電極板設置在該絕緣層上。
11. 如申請專利範圍第10項所述的觸摸屏，其中，該觸摸屏進一步包括多個點狀隔離物設置在該第一電極板與該第二電極板之間。
12. 如申請專利範圍第11項所述的觸摸屏，其中，該多個點狀隔離物設置在上述第一導電層和第二導電層之間。
13. 如申請專利範圍第11項所述的觸摸屏，其中，該點狀隔離物與該絕緣層材料為絕緣且透明的樹脂。
14. 如申請專利範圍第1項所述的觸摸屏，其中，該觸摸屏進一步包括一屏蔽層，該屏蔽層設置在該觸摸屏第二基體的下表面，該屏蔽層為銦錫氧化物薄膜、銻錫氧化物薄膜、鎳金薄膜、銀薄膜或奈米碳管薄膜。
15. 如申請專利範圍第1項所述的觸摸屏，其中，該第一基體材料為聚酯膜，該第二基體材料為玻璃、石英、金剛石或塑料。
16. 如申請專利範圍第1項所述的觸摸屏，其中，該觸摸屏進一步包括一透明保護膜，該透明保護膜設置在該第一電極板上表面，該透明保護膜的材料為氮化矽、氧化矽、苯丙環丁烯、聚酯、丙烯酸樹脂或聚對苯二甲酸乙二醇酯。
17. 一種顯示裝置，包括：一觸摸屏，該觸摸屏包括一第一電極板及一第二電極板，該第一電極板包括一第一基體及一第一導電層設置在該第一基體的下表面，該第二電極板與第一電極板間隔設置，且包括一第二基體及一第二導電層設置在該第二基體的上表面；及一顯示設備，該顯示設備正對且靠近上述觸摸屏的第二電極板設置；其改良在於：上述第一導電層和第二導電層中的至少一個導電層為一奈米碳管層，該奈米碳管層由多個奈米碳管組成，該多個奈米碳管定向排列。
18. 如申請專利範圍第17項所述的顯示裝置，其中，所述顯示裝置進一步包括一觸摸屏控制器、一中央處理器及一顯示設備控制器，其中，該觸摸屏控制器、該中央處理器及該顯示設備控制器三者通過電路相互連接，該觸摸屏控制器與該觸摸屏電連接，該顯示設備控制器與該顯示設備電連接。
19. 如申請專利範圍第17項所述的顯示裝置，其中，所述顯示設備為液晶顯示器、場發射顯示器、電漿顯示器、電致發 光顯示器、真空螢光顯示器及陰極射線管顯示器中的一種。
20. 如申請專利範圍第17項所述的顯示裝置，其中，該觸摸屏與該顯示設備間隔設置或該觸摸屏集成在該顯示設備上。
21. 如申請專利範圍第17項所述的顯示裝置，其中，所述顯示裝置進一步包括一屏蔽層，該屏蔽層設置在該觸摸屏第二基體的下表面，該屏蔽層為銦錫氧化物薄膜、銻錫氧化物薄膜、鎳金薄膜、銀薄膜或奈米碳管薄膜。
22. 如申請專利範圍第21項所述的顯示裝置，其中，所述顯示裝置進一步包括一鈍化層，該鈍化層設置在該屏蔽層遠離該觸摸屏第二基底的表面上，該鈍化層的材料為氮化矽或氧化矽。