TWI451317B - 觸摸屏 - Google Patents

Description

觸摸屏

本發明涉及一種觸摸屏及顯示裝置，尤其涉及一種採用奈米碳管透明導電層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，在液晶等顯示設備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設備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。

先前技術中的電容型觸摸屏分為單點電容式觸摸屏和多點電容式觸摸屏兩種。多點電容式觸摸屏包括一基體，複數透明導電層，一電容感應電路以及複數導線。上述複數透明導電層相互間隔的設置於基體的一表面或者相對表面上。上述複數導線設置於與透明導電層相同的表面，並將上述複數透明導電層分別與電容感應電路分別連接。上述電容感應電路包括一個或複數晶片，該晶片分別記錄所有透明導電層的位置座標。在該電容型觸摸屏中，玻璃基板的材料為鈉鈣玻璃。透明導電層以透明導電材料製成，如銦錫氧化物(ITO)或銻錫氧化物(ATO)等。導線可以採用非透明導電材料製成，如銅、鋁。此外，透明導電層之間及導線之間的間隙中形成有一填充層，該填充層的材料具有與透明導 電層及導線材料相同或接近的折射率和透射率，從而使觸摸屏整體透光性的視覺差異最小。另外，透明導電層上塗覆有鈍化層。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。

因此，透明導電層及導線對於觸摸屏係均為必需的部件，先前技術中透明導電層及導線通常採用ITO層，但ITO層目前主要採用沈積或刻蝕等方法製備，在製備的過程，需要較高的真空環境及加熱到200~300℃，因此，使得ITO層的製備成本較高。且，應用ITO層作為透明導電層的觸摸屏結構複雜，製程繁瑣。

有鑒於此，提供一種結構簡單，且製程簡單的觸摸屏確有必要。

一種觸摸屏，該觸摸屏包括一絕緣基底，一個具有電阻異向性的第一導電膜，以及一具有電阻異向性的第二導電膜。所述絕緣基底具有一個第一表面以及一個第二表面，所述第一表面與所述第二表面間隔相對。所述第一導電膜設置於所述絕緣基底的第一表面，所述第二導電膜設置於所述絕緣基底的第二表面。所述第一導電膜的最小電阻的方向與所述第二導電膜的最小電阻的方向垂直。所述第一導電膜與所述第二導電膜至少一個為奈米碳管膜，該奈米碳管膜通過黏結劑直接黏附在所述絕緣基底的表面。

與先前技術的觸摸屏相比較，本發明提供的觸摸屏及顯示裝置具有以下優點：由於奈米碳管膜通過黏結劑直接黏附在絕緣基 底的第二表面作為觸摸屏的導電膜，從而結構簡單，制程簡便，成本低。

本發明提供一種觸摸屏，該觸摸屏的結構包括一絕緣基底，一個具有電阻異向性的第一導電膜，以及一具有電阻異向性的第二導電膜。所述絕緣基底具有一個第一表面以及一個第二表面，所述第一表面與所述第二表面間隔相對。所述第一導電膜設置於所述絕緣基底的第一表面，所述第二導電膜設置於所述絕緣基底的第二表面。所述第一導電膜的最小電阻的方向與所述第二導電膜的最小電阻的方向垂直。所述第一導電膜和第二導電膜中至少一個導電膜為奈米碳管膜，該奈米碳管膜通過黏結劑黏附在所述絕緣基底的第二表面。即，所述第一導電膜和第二導電膜可以均為奈米碳管膜構成，此時觸摸屏可以做得更薄而且結構更簡單成本更低；也可以其中一個導電膜為奈米碳管膜，另一個為傳統導電膜，比如ITO導電膜，尤其ITO導電膜位於面向操作者的表面時，會提高觸摸屏的靈敏度。

所謂導電膜具有電阻異向性係指，導電膜在一個方向上的電阻小於在其他任意方向上的電阻，優選地，導電膜均存在兩個相互垂直的方向，在其中的一個方向上該導電膜的電阻遠遠小於另外一個方向上的電阻。比如本發明的觸摸屏中，所述第一導電膜可以為金屬薄膜，或者ITO薄膜。以ITO薄膜為例，可以將一個完整的ITO薄膜進行圖案化，形成複數相互平行並間隔設置的條 帶狀的ITO導電帶，從而對於由ITO薄膜構成的第一導電膜來講，沿著ITO導電帶延伸的方向為導電方向，由於ITO導電帶之間係間隔設置的，所以ITO導電帶之間相互絕緣，從而在垂直於ITO導電帶延伸方向上，該第一導電膜為絕緣體。另外，每個條帶狀ITO導電帶的表面可形成有網格狀的圖案，用以減少ITO導電帶與第二導電膜之間的電容。另外，實際上，所述複數相互平行並間隔設置的條帶狀的ITO導電帶之間的間隙係非常小的，幾乎肉眼無法識別出來，但從電性上來看，相鄰的兩個條帶狀的ITO導電帶之間的電阻無限大。

另外，本發明的第二導電膜為奈米碳管膜，該奈米碳管膜為從超順排奈米碳管陣列中拉取獲得的複數個奈米碳管基本定向延伸形成，所述複數奈米碳管在延伸方向上通過凡得瓦力(van der Waals force)首尾相連在垂直於延伸方向上也通過凡得瓦力相互吸引，從而形成一具有整體結構的奈米碳管膜。由於奈米碳管具有非常大的長徑比，並且奈米碳管具有非常好的導電異向性，其在軸向上具有非常好的導電性，而在垂直於軸向的方向(即奈米碳管的直徑方向)幾乎係絕緣體，從而所述的奈米碳管膜在奈米碳管延伸的方向上具有良好的導電性，而在垂直於奈米碳管延伸的方向上的導電性很差。因此，該奈米碳管膜具有優異的電阻異向性。

本發明觸摸屏的絕緣基底，可以係傳統透明絕緣材質，例如聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚 對苯二甲酸二乙酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PolyMethyl MethAcrylate，PMMA)或薄化之玻璃。

本發明中的第二導電膜為奈米碳管膜，通過黏結劑直接黏附於所述絕緣基底的第二表面，因此，所述絕緣基底的第二表面於奈米碳管膜之間沒有其他的部件，從而可以提高本發明的觸摸屏的透光率，並且還簡化了觸摸屏的結構。

以下將結合附圖並以具體實施例為例詳細說明本發明的觸摸屏。

請參閱圖1和圖2，本發明實施例提供一個觸摸屏200，其主要包含第一導電膜20及第二導電膜22，以及一個絕緣基底21。請一併參閱圖3，所述絕緣基底21具有一個第一表面210，以及一個第二表面212。所述第一導電膜20設置於所述第一表面210，所述第二導電膜22設置於所述第二表面212。並且，所述第一導電膜20及第二導電膜22均具有電阻抗異向性(anisotropic impedance)。並且，所述第一導電膜20的最小電阻的方向與所述第二導電膜22的最小電阻的方向垂直。

第一導電膜20包含圖案化(patterned)的複數導電結構202，例如長條形導電結構202，該複數長條形的導電結構202相互平行且互相分隔一預設距離。在本實施例中，第一導電膜20為圖案化之氧化銦錫(ITO)薄膜，然而，也可以使用其他傳統導電材質或者使用圖案化之電阻抗異向性薄膜。在本實施例中，第一導電膜20的每一長條形導電結構202的寬度與相鄰的長條形導電結構202 之間的距離(pitch)的比例大約為5%-50%，但不限定於此。例如，如果相鄰長條形導電結構202之間的距離為5mm，則長條形導電結構202的寬度大約為0.25mm-2.5mm。並且所述複數長條形導電結構202沿著橫軸方向(圖1及圖2中的X軸方向)延伸，因此該第一導電膜20沿著橫軸的方向電阻最小。

所述絕緣基底21為平面結構，主要起支撐作用，並應具有較好的透光性。該所述絕緣基底21為平面結構，主要起支撐作用，並應具有較好的透光性。該絕緣基底21可以由玻璃、石英、金剛石等硬性材料或塑膠，樹脂等柔性材料形成。具體地，當該絕緣基底21由一柔性材料形成時，該材料可以為聚碳酸酯(PC)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)等聚酯材料，以及聚醚碸(PES)、纖維素酯、苯並環丁烯(BCB)、聚氯乙烯(PVC)及丙烯酸樹脂等材料。本實施例中，該絕緣基底21的材料為玻璃，厚度為1毫米。可以理解，形成所述絕緣基底21的材料並不限於上述列舉的材料，只要能使絕緣基底21起到支撐的作用，並具較好的透明度，都在本發明保護的範圍內。

第二導電膜22於縱軸方向(圖1及圖2中Y軸方向)具最小的電阻抗，而在橫軸方向具最大的電阻抗。一般來說，第二導電膜22之導電結構202的導電方向係垂直於第一導電膜20之最小電阻抗方向。在本實施例中，第二導電膜22為奈米碳管(CNT)薄膜，然而也可以使用其他具電阻抗異向性之材質。該奈米碳管薄膜的掃描電鏡照片請參見圖4，奈米碳管薄膜的製造方法係首先 長出奈米碳管，接著，以拉伸技術將複數的奈米碳管並排並首尾相連拉出，這些奈米碳管由凡得瓦力相互連接而得以前後端相連，形成定向、平行排列的導電結構。所形成的奈米碳管薄膜會在拉伸的方向具最小的電阻，而在垂直於拉伸方向具最大的電阻，因而形成電阻異向性。

請參閱圖3，所述第二導電膜22由一黏結劑23直接黏附在所述絕緣基底21的第二表面212。該黏結劑23具有較好的透光性，並且由於奈米碳管膜直接通過黏結劑黏附於所述絕緣基底21的第二表面212，無需其他元件，不僅簡化了觸摸屏的結構，降低成本，還進一步提升了透光度。所述黏結劑23可以為壓敏膠、熱敏膠或光敏膠等。該黏結劑23的厚度不宜太厚，在4微米至8微米的範圍內比較合適。本實施例中，該黏結劑23的材料為UV膠，厚度為5微米。

可以理解，本發明的觸摸屏200的第一導電膜20可以和第二導電膜22結構完全相同，均由奈米碳管膜構成，並有黏結劑直接黏附於絕緣基底21的第一表面210和第二表面212。此時，第一導電膜20中的奈米碳管的排列方向與第二導電膜22中的奈米碳管的排列方向相互垂直。

另外，請參見圖3，所述觸摸屏200還可以進一步包括一個保護層24覆蓋於第一表面210的第一導電膜20。保護層24可以選用傳統透明絕緣材質，例如聚乙烯(Polyethylene，PE)、聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)、聚對苯二甲酸二乙酯(Polyethylene Terephthalate，PET)、聚甲基丙烯酸甲酯(PolyMethyl MethAcrylate，PMMA)或薄化之玻璃。

根據圖3所示之電容結構，當手指觸碰到觸控面板，亦即，碰觸於第一導電膜20的上方時，會幹擾第一導電膜20和第二導電膜22間的電場，因而改變電容結構之電容值Cm。由於第二導電膜22的複數個長形導電結構之間具有間隔空隙，使得電場幹擾的程度增大，與傳統CNT觸控面板相較之下，得以提升觸碰靈敏度(sensitivity)。一般來說，長形導電結構之間隔大小的設計準則，係以最大電場幹擾為依據，並兼考慮到制程的良率、產能等因素。

當第一導電膜20和第二導電膜22分別耦接至讀取電路30及驅動電路32，如圖5所示，由偵測電容值的改變，而得以定位出觸碰點。圖5中的第一電容C1係代表第一導電膜20至地的電容值，而第二電容C2則代表第二導電膜22至地的電容值。雖然本實施例中的第一導電膜20耦接至讀取電路30，而第二導電膜22則耦接至驅動電路32；然而，在其他實施例中，也可將第一導電膜20耦接至驅動電路32，第二導電膜22耦接至讀取電路30。

圖6顯示觸碰點定位的一種具體實施作法。在本實施例中，第一導電膜20的最小電阻的方向上的任意一側設有複數個第一金屬電極204，耦接至讀取電路30用以作為讀取端；第二導電膜22的最小電阻的方向上的任意一側也設有複數個第二金屬電極220，耦接至驅動電路32用以作為掃描端。於圖7式中，掃描端包含有掃描線1至掃描線m，而讀取端包含有讀取線1至讀取線 n。圖7顯示本實施例之掃描時序圖。首先，於期間T1，驅動電路32經由掃描線1輸入方波訊號，而讀取電路30則由讀取線1至讀取線n分別讀取對應至縱軸或Y軸位置的n個電壓數值。依相同原理，於期間T2，驅動電路32經由掃描線2輸入方波訊號，而讀取電路30則藉由讀取線1至讀取線n分別讀取對應至縱軸或Y軸位置的n個電壓數值。重複相同步驟直到掃描線m，即完成一個掃描週期。經過一個掃描週期後，將可得到m*n個數值。圖8顯示觸控面板未經觸碰的一般讀取訊號波形，而圖9則顯示觸控面板經觸碰的讀取訊號波形，亦即，其電壓幅度會異於或小於一般讀取訊號的電壓幅度。若將得到的m*n個數值作數值的統計比較，可得到如圖10所示的曲線，其中，具最小電壓幅度之位置即代表觸碰點的位置。值得注意的係，本實施例之觸控面板結構及掃描定位方法可用以偵測得到同時發生的複數觸碰點(multi-touch)。

與先前技術的觸摸屏相比較，本發明提供的觸摸屏及顯示裝置具有以下優點：由於奈米碳管膜通過黏結劑直接黏附在絕緣基底的第二表面，從而降低了成本，並且具有更簡單的結構。

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。

200‧‧‧觸摸屏

20‧‧‧第一導電膜

21‧‧‧絕緣基底

22‧‧‧第二導電膜

23‧‧‧黏結劑

30‧‧‧讀取電路

32‧‧‧驅動電路

24‧‧‧保護層

202‧‧‧導電結構

204‧‧‧第一金屬電極

210‧‧‧第一表面

212‧‧‧第二表面

220‧‧‧第二金屬電極

圖1係本發明實施例的觸摸屏的俯視圖。

圖2係本發明實施例的觸摸屏的分解圖。

圖3係本發明實施例的觸摸屏沿圖1剖面線III-III的剖面圖。

圖4係本發明實施例的觸摸屏中的奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖5顯示將第一導電膜和第二導電膜分別耦接至驅動電路及讀取電路，用以定位出觸碰點。

圖6係本技術方案實施例的觸摸屏的工作原理示意圖。

圖7顯示本實施例之觸摸屏掃描時序圖。

圖8顯示本實施例之觸摸屏未經觸碰的一般讀取訊號波形。

圖9顯示本實施例觸摸屏經觸碰的讀取訊號波形。

圖10顯示本實施例觸摸屏經過一掃描週期後所得到的數值曲線。

200‧‧‧觸摸屏

20‧‧‧第一導電膜

21‧‧‧絕緣基底

22‧‧‧第二導電膜

202‧‧‧導電結構

Claims (12)

1. 一種觸摸屏，包括一絕緣基底，該絕緣基底具有相對設置的一第一表面與一第二表面；一具有電阻異向性的第一導電膜，該第一導電膜設置於所述絕緣基底的第一表面；以及一具有電阻異向性的第二導電膜，該第二導電膜設置於所述絕緣基底的第二表面，所述第一導電膜的最小電阻的方向與所述第二導電膜的最小電阻的方向垂直，其改良在於，所述第一導電膜與第二導電膜的至少一個為一具有電阻抗異向性的奈米碳管膜，並且該奈米碳管膜通過黏結劑直接黏附在所述絕緣基底的表面。
2. 如申請專利範圍第1項所述的觸摸屏，其中，所述奈米碳管膜包括複數奈米碳管定向延伸，所述複數奈米碳管在延伸方向上通過凡得瓦力首尾相連，該複數奈米碳管延伸的方向為最小電阻的方向。
3. 如申請專利範圍第2項所述的觸摸屏，其中，所述黏結劑為壓敏膠、熱敏膠或光敏膠中的一種。
4. 如申請專利範圍第3項所述的觸摸屏，其中，所述黏結劑為UV膠。
5. 如申請專利範圍第1項所述的觸摸屏，其中，所述第一導電膜包括複數長條形的導電結構，該複數長條形的導電結構相互間隔且 平行設置。
6. 如申請專利範圍第5項所述的觸摸屏，其中，所述導電膜的最小電阻的方向為所述複數長條形導電結構延伸的方向。
7. 如申請專利範圍第5項所述的觸摸屏，其中，所述第一導電膜為ITO薄膜，所述長條形導電結構為長條帶狀ITO薄膜。
8. 如申請專利範圍第7項所述的觸摸屏，其中，所述長條帶狀ITO薄膜的表面形成有網格狀的圖案。
9. 如申請專利範圍第5項所述的觸摸屏，其中，所述長條形導電結構的寬度與相鄰的長條形導電結構之間的距離的比例為5%-50%。
10. 如申請專利範圍第1項所述的觸摸屏，其中，進一步包括一保護層，該保護層覆蓋於第一表面的第一導電膜。
11. 如申請專利範圍第10項所述的觸摸屏，其中，進一步包括一讀取電路及一驅動電路，該讀取電路與所述第一導電膜相耦接，該驅動電路與所述第二導電膜相耦接。
12. 如申請專利範圍第1至11項中任意一項所述的觸摸屏，其中，進一步包括複數第一電極及複數第二電極，所述複數第一電極設置於所述第一導電膜的最小電阻的方向上的任意一側，並與所述第一導電膜電連接，所述複數第二電極設置於所述第二導電膜的最小電阻的方向上的任意一側，並與所述第二導電膜電連接。