TWI416380B - 觸摸屏 - Google Patents

Description

觸摸屏

本發明涉及一種觸摸屏，尤其涉及一種採用奈米碳管透明導電層的觸摸屏。

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，先前的觸摸屏分為四種類型，分別為電阻式、電容式、紅外線式以及表面聲波式。其中電容式觸摸屏因準確度較高、抗干擾能力強應用較為廣泛。

如圖1、圖2和圖3所示，先前技術中的電容型觸摸屏在一形成有透明導電層1的曲面或平面玻璃基板10的各個角處具有金屬電極2a、2b、2c和2d，以形成等電位面，即電壓通過金屬電極2a、2b、2c和2d施加到透明導電層1，從而在其上形成等電位面。當用裸指或導電裝置觸摸到觸摸屏的表面時，觸摸物與透明導電層1之間形成一耦合電容。金屬電極2a、2b、2c和2d發出的電流流向 觸點，通過檢測並計算各電極的電流比例和強弱算出觸摸點的位置。

圖2和圖3分別為先前技術的電容型觸摸屏的平面視圖和沿圖2的線III-III’的剖視圖。該電容型觸摸屏中，玻璃基板10的材料為鈉鈣玻璃。透明導電層為銦錫氧化物(ITO)或銻錫氧化物(ATO)等透明材料。金屬電極2a、2b、2c和2d為通過印製具有低電阻的導電金屬(例如銀)形成。此外，在金屬電極2a、2b、2c和2d周圍以線性模式形成該電阻網絡，從而將控制信號均勻地發送到透明導電層1的整個表面。透明導電層1上涂覆有鈍化層。該鈍化層由液體玻璃材料通過硬化或緻密化工藝，並進行熱處理後，硬化形成。

透明導電層1對於觸摸屏而言，為一重要的部件，先前技術中透明導電層1通常採用ITO層，然而，ITO層作為透明導電層1具有機械和化學耐用性不夠好等缺點。進一步地，採用ITO層作透明導電層存在電阻阻值分佈不均勻的現象，導致先前的電容式觸摸屏存在觸摸屏的解析度低、精確度不高等問題。

有鑒於此，提供一種解析度高、精確度高及耐用的觸摸屏實為必要。

一種觸摸屏，包括一基體；一透明導電層，該透明導電層設置於上述基體的一表面；以及至少兩個電極，該至少兩個電極間隔設置於透明導電層或基體表面並與該透明導電層電連接。其中，所述透明導電層進一步包括一奈米碳管層，所述奈米碳管層包括複 數未經化學處理之奈米碳管。

相對於先前技術，本技術方案實施例提供的觸摸屏具有以下優點：其一，由於本實施例提供的奈米碳管層具有很好的韌性和機械強度，故，採用奈米碳管層作透明導電層，可以相應的提高觸摸屏的耐用性。其二，由於奈米碳管層具有較均勻的結構，故，採用奈米碳管層作透明導電層，可使得透明導電層具有均勻的阻值分佈，從而提高觸摸屏的解析度和精確度。

1‧‧‧透明導電層

2a,2b,2c,2d‧‧‧金屬電極

100‧‧‧觸摸屏

10‧‧‧玻璃基板

60‧‧‧硬化處理層

80a,80b,80c,80d‧‧‧電極

40‧‧‧透明導電層

20‧‧‧基體

圖1 為先前技術的電容型觸摸屏及其操作原理的示意圖。

圖2 為先前技術的電容型觸摸屏的俯視圖。

圖3 為沿圖2中線III-III’的剖視圖。

圖4為本技術方案實施例的觸摸屏的俯視圖。

圖5為沿圖4所示的線V-V’的剖視圖。

以下將結合附圖詳細說明本技術方案的觸摸屏。

請參閱圖4及圖5，本技術方案實施例提供一種觸摸屏100，該觸摸屏100包括一基體20、一透明導電層40、一硬化處理層60及至少兩個電極。

所述基體20為一曲面型或平面型的透明基體。透明導電層40包括一奈米碳管層，該奈米碳管層形成於基體20的上表面。所述至少兩個電極材料為金屬。本實施例中，基體20為玻璃基板，所述至 少兩個電極為由銀或銅等低電阻的導電金屬鍍層或者金屬箔片組成的電極80a、80b、80c和80d。該金屬電極80a、80b、80c和80d間隔設置於上述的透明導電層40表面的四個角處。所述金屬電極可以採用濺射、電鍍、化學鍍等沈積方法直接沈積於包括奈米碳管層的透明導電層40的四個角上。另外，也可用銀膠等導電粘結劑將上述的四個金屬電極粘結於該包括奈米碳管層的透明導電層40上。所述的四個電極80a、80b、80c和80d與所述的包括奈米碳管層的透明導電層40電連接。

可以理解，所述的四個電極80a、80b、80c和80d與與包括奈米碳管層的透明導電層40之間形成電連接的方式不僅僅限於本實施例所提供的方式。所述的金屬電極亦可設置於基體20表面，再通過電路與透明導電層40電連接。總之，只要能使上述的金屬電極與透明導電層40之間形成電連接的方式都在本發明的保護範圍內。

進一步地，所述奈米碳管層具有均勻的厚度，且奈米碳管均勻分布於該奈米碳管層中。該奈米碳管層透明導電層40可為一層奈米碳管薄膜或重疊設置的多層奈米碳管薄膜，多層奈米碳管薄膜的重疊角度不限。該奈米碳管薄膜中奈米碳管為無序排列或有序排列，進一步地，該奈米碳管薄膜包括多個擇優取向排列的奈米碳管束，該奈米碳管束具有基本相等的長度且首尾相連地排列成連續的奈米碳管薄膜。本實施例中，奈米碳管層為一奈米碳管薄膜。該奈米碳管薄膜的寬度為1cm~10cm，厚度為0.01~100微米。可以理解，本技術方案實施例中，可以將多個上述奈米碳管薄膜並列設置形成一大面積的奈米碳管層，作為大面積的透明導電層40 ，用於製備大面積的觸摸屏。該奈米碳管薄膜中的奈米碳管可以係單壁奈米碳管或者多壁奈米碳管。其中，該單壁奈米碳管的直徑為5奈米~50奈米，該多壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~10奈米。

在所述奈米碳管薄膜上設置有一聚酯膜或一二氧化矽層，用作硬化處理層60。該硬化處理層60可以提高觸摸屏100的耐久性和觸摸感受。本實施例中，硬化處理層60為一二氧化矽處理層，其硬度達到7H(H為洛氏硬度試驗中，卸除主試驗力後，在初試驗力下壓痕殘留的深度)。其厚度可以根據需要進行選擇。所述硬化處理層60可以通過粘結劑直接粘結於奈米碳管層上，也將硬化處理層60直接粘附於粘性較大的奈米碳管層上。

此外，上述觸摸屏100還可進一步包括一形成於基體20的下表面上的另一包括奈米碳管層的透明導電層(圖中未顯示)，即在基體20的兩個表面對稱地設置有奈米碳管層。該設置於基體20兩個表面上的奈米碳管層結構相同。但其中一奈米碳管層可作為電接地點，起到屏蔽的作用，從而使得觸摸屏100能在無干擾的環境中工作。

本技術方案實施例透明導電層40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。

本實施例中，超順排奈米碳管陣列的製備方法採用化學氣相沈積法，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，本實施例優選為採用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。

本實施例中碳源氣可選用乙炔等化學性質較活潑的碳氫化合物，保護氣體可選用氮氣、氨氣或惰性氣體。

步驟二：採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，本實施例優選為採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，該多個奈米碳管片斷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他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。該奈米碳管薄膜為定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。

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，可根據實際需求制得。本實施例中採用4英寸的基底生長超順排奈米碳管陣列，該奈米碳管薄膜的寬度可為1cm~10cm，該奈米碳管薄膜的厚度為0.01~100微米。該奈米碳管薄膜中的奈米碳管可以係單壁奈米碳管或者多壁奈米碳管。其中，該單壁奈米碳管的直徑為5奈米~50奈米，該多壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~10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強的粘性。因此，該奈米碳管薄膜作為透明導電層40可直接粘附於基體20的上表面上。

另外，可使用有機溶劑處理上述粘附於基體20上的奈米碳管薄膜。具體地，可通過試管將有機溶劑滴落於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，本實施例中採用乙醇。該多層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，奈米碳管薄膜中的平行的奈米碳管片斷會部分聚集成奈米碳管束，因此，該奈米碳管薄膜表面體積比小，無粘性，且具有良好的機械強度及韌性。

另外，當該透明導電層40為多層奈米碳管薄膜時，可將依據上述方法製備的多個奈米碳管薄膜沿任意方向重疊地粘附於基體20上。

本實施例觸摸屏100在應用時的原理如下。電壓通過金屬電極80a、80b、80c和80d施加到奈米碳管層上，從而在該奈米碳管層上形成等電位面。當使用諸如手指或輸入筆等輸入裝置觸摸該觸摸屏100的表面時，觸摸物與透明導電層40之間形成一耦合電容，金屬電極80a、80b、80c和80d發出的電流流向觸點。之後，通過模-數轉換器將檢測的類比信號轉換成數位信號，由此檢測觸摸點的位置。

與先前技術的觸摸屏相比較，本技術方案實施例提供的觸摸屏100具有以下優點：其一，由於本實施例提供的奈米碳管層具有很好的韌性和機械強度，故，採用奈米碳管層作透明導電層40，可以相應的提高觸摸屏100的耐用性。其二，由於奈米碳管層具有均勻的結構，故，採用奈米碳管層作透明導電層40，可使得透明導電層40具有均勻的阻值分佈，從而提高觸摸屏100的解析度和精確度。

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。舉凡習知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。

20‧‧‧基體

40‧‧‧透明導電層

60‧‧‧硬化處理層

80a、80d‧‧‧電極

Claims (19)

1. 一種觸摸屏，包括一基體；一透明導電層，該透明導電層設置於上述基體的表面；以及至少兩個電極，該至少兩個電極間隔設置於透明導電層或基體表面，並與該透明導電層電連接；其改良在於，所述透明導電層進一步包括一奈米碳管層，所述奈米碳管層包括複數未經功能化處理之奈米碳管。
2. 如請求項第1項所述的觸摸屏，其中，所述奈米碳管層中的奈米碳管有序排列或無序排列。
3. 如請求項第1項所述的觸摸屏，其中，所述奈米碳管層具有均勻的厚度，且奈米碳管均勻分布於該奈米碳管層中。
4. 如請求項第1項所述的觸摸屏，其中，所述奈米碳管層中的奈米碳管係單壁奈米碳管或者多壁奈米碳管。
5. 如請求項第4項所述的觸摸屏，其中，所述單壁奈米碳管的直徑為5奈米~50奈米，多壁奈米碳管的直徑為0.5奈米~10奈米。
6. 如請求項第1項所述的觸摸屏，其中，所述奈米碳管層包括至少一層奈米碳管薄膜。
7. 如請求項第6項所述的觸摸屏，其中，所述奈米碳管薄膜的厚度為0.01~100微米。
8. 如請求項第6項所述的觸摸屏，其中，所述奈米碳管薄膜的寬度為1厘米~10厘米。
9. 如請求項第1項所述的觸摸屏，其中，所述的至少兩個電極為銅或銀的金屬鍍層或者金屬箔片。
10. 如請求項第9項所述的觸摸屏，其中，所述金屬箔片通過一導電粘結劑與透明導電層電接觸。
11. 如請求項第10項所述的觸摸屏，其中，所述導電粘結劑為銀膠。
12. 如請求項第1項所述的觸摸屏，其中，所述觸摸屏進一步包括一硬化處理層，該硬化處理層設置在奈米碳管層的表面。
13. 如請求項第12項所述的觸摸屏，其中，所述硬化處理層為二氧化矽層或聚酯膜。
14. 如請求項第1項所述的觸摸屏，其中，所述的觸摸屏為平面觸摸屏或者曲面觸摸屏。
15. 如請求項第1項所述的觸摸屏，其中，所述觸摸屏進一步包括一奈米碳管層設置於上述基體的另一表面上。
16. 如請求項第1項所述的觸摸屏，其中，所述基體為玻璃基板。
17. 如請求項第1項所述的觸摸屏，其中，奈米碳管層包括複數層疊設置的奈米碳管薄膜。
18. 如請求項第17項所述的觸摸屏，其中，所述奈米碳管薄膜包括複數首尾相連奈米碳管束。
19. 如請求項第18項所述的觸摸屏，其中，所述複數奈米碳管束具有基本相等的長度。