TWI486682B

TWI486682B - 具有觸控功能的液晶模組

Info

Publication number: TWI486682B
Application number: TW101128340A
Authority: TW
Inventors: Ho Chien Wu
Original assignee: Shih Hua Technology Ltd
Priority date: 2012-07-23
Filing date: 2012-08-06
Publication date: 2015-06-01
Also published as: US20140022497A1; CN103576352A; TW201405206A; US9036115B2

Description

具有觸控功能的液晶模組

本發明涉及一種液晶模組，尤其涉及一種具有觸控功能的液晶模組。

液晶顯示因為低功耗、小型化及高品質的顯示效果，成為最佳的顯示方式之一。目前較為常用的液晶顯示幕為TN(扭曲向列相)模式的液晶顯示幕(TN-LCD)。對於TN-LCD，當液晶顯示幕的驅動電極上未施加電壓時，光能透過液晶顯示幕呈通光狀態；當在液晶顯示幕的驅動電極上施加一定電壓時，液晶分子長軸方向沿電場方向平行或傾斜排列，光完全不能或部分能夠透過液晶顯示幕，故呈遮光狀態。根據圖像訊號有選擇地在液晶顯示幕的驅動電極上施加電壓，可以顯示出不同的圖案。

近年來，伴隨著移動電話、觸摸導航系統、集成式電腦顯示器及互動電視等各種電子設備的高性能化和多樣化的發展，在液晶顯示幕的顯示面安裝透光性的觸摸屏的電子設備逐漸增加。電子設備的使用者通過觸摸屏，一邊對位於觸摸屏背面的液晶顯示幕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，可以操作使用該液晶顯示幕的電子設備的各種功能。

有關液晶顯示幕與所述觸摸屏整合的方案，觸摸屏主要包括雙層玻璃(Glass-on-Glass)以及單片玻璃式(OGS,One Glass Solution)兩種結構，然而，先前技術都是將觸摸屏直接設置在液晶模組上方，因為無論雙層玻璃結構或者單片玻璃式結構，這種設置方式因玻璃結構而使厚度增加，並不利於電子設備的小型化和薄型化。且先前技術中，通常將觸摸屏與液晶顯示幕分別製作好後再組裝在一起，增加了生產流程，不利於簡化生產工藝及降低生產成本。

有鑒於此，提供一種具有觸控功能的液晶模組，該具有觸控功能的液晶模組無需再單獨設置觸摸屏即可實現感測觸摸實為必要。

一種具有觸控功能的液晶模組，包括一液晶模組，以及一偏光片設置在該偏光片的下表面，所述偏光片同時具有偏光和觸控功能，包括：一第一偏光層；一奈米碳管層設置在所述第一偏光層的下表面；以及至少兩個電極，該兩個電極間隔設置在所述奈米碳管層的下表面，並與所述奈米碳管層電連接；所述液晶模組從上至下依次包括：一上基板；一上電極層；一第一配向層；一液晶層；一第二配向層；一薄膜電晶體面板；以及一第二偏光層，所述偏光片中設置有電極的奈米碳管層設置在所述上基板的上表面。

一種具有觸控功能的液晶模組，包括：一液晶模組，以及一偏光片設置在該液晶模組的表面，其中，所述偏光片包括：一偏光層和一奈米碳管層層疊設置，以及至少兩個電極間隔設置並與所述奈米碳管層電連接，其中，所述偏光片為一獨立安裝和拆卸的整體結構，所述奈米碳管層設置於所述液晶模組與所述偏光層之間。

一種具有觸控功能的液晶模組，包括：一液晶模組，以及一偏光片設置在該液晶模組的表面，所述偏光片包括：一偏光層和一奈米碳管層層疊設置，以及至少兩個電極間隔設置並與所述奈米碳管層電連接，其中，所述偏光片為一獨立安裝和拆卸的整體結構。

與先前技術相比較，本發明將同時具有偏光和觸控功能的偏光片與製作工藝較成熟的液晶模組直接組裝，無需進一步安裝觸摸模組，在安裝偏光片的同時即使液晶模組本身具有感測觸摸的功能，形成所述具有觸控功能的液晶模組。該具有觸控功能的液晶模組具有較薄的厚度和簡單的結構，且製造工藝簡單，降低了製造成本，有利於具有觸控功能的液晶模組的大批量生產。

10‧‧‧具有觸控功能的液晶模組

12‧‧‧偏光片

14‧‧‧液晶模組

120‧‧‧第一偏光層

122‧‧‧奈米碳管層

124‧‧‧電極

126‧‧‧觸摸感應區域

141‧‧‧上基板

142‧‧‧上電極層

143‧‧‧第一配向層

144‧‧‧液晶層

145‧‧‧第二配向層

146‧‧‧薄膜電晶體面板

147‧‧‧第二偏光層

150‧‧‧保護層

160‧‧‧黏結劑層

223‧‧‧奈米碳管片段

225‧‧‧奈米碳管

圖1為本發明實施例提供的具有觸控功能的液晶模組的剖視結構示意圖。

圖2為本發明實施例提供的具有觸控功能的液晶模組的偏光片的俯視示意圖。

圖3為本發明實施例提供的具有觸控功能的液晶模組中奈米碳管膜的掃描電鏡照片。

圖4為圖3的奈米碳管膜中奈米碳管片段的結構示意圖。

圖5為本發明一個實施例中偏光片的側視示意圖。

圖6為本發明另一個實施例中偏光片的側視示意圖。

圖7為本發明又一個實施例中偏光片的側視示意圖。

以下將結合附圖詳細說明本發明實施例的具有觸控功能的液晶模組。

請參閱圖1以及圖2，本發明第一實施例提供一種具有觸控功能的液晶模組10，其包括一偏光片12，以及一液晶模組14，該液晶模組14設置在所述偏光片12的下表面。

所述偏光片12具有觸控功能且為一整體結構，可獨立安裝和拆卸，包括一第一偏光層120，一奈米碳管層122，以及至少兩個電極124。該奈米碳管層122為透明導電層，可用來感測觸摸點，設置在所述第一偏光層120的下表面，所述電極124間隔設置在所述奈米碳管層122的下表面，並與所述奈米碳管層122電連接。所述至少兩個電極124中的其中一個電極124可設置於所述奈米碳管層122沿第一方向如X方向的一端，另一電極124可設置於所述奈米碳管層122沿第二方向如Y方向的一端。該第一方向與第二方向垂直。在本說明書中“上”為靠近觸控表面的方向，“下”為遠離觸控表面的方向。

進一步地，所述具有觸控功能的偏光片12可包括四個電極124，該四個電極可分別設置於所述奈米碳管層122的四個角或四個邊上。本發明實施例中，該四個電極124間隔設置在所述奈米碳管層122下表面的四條邊上。該奈米碳管層122中部為一觸摸感應區域126。該奈米碳管層122具有較好的透光度。

具體地，該奈米碳管層122包括複數奈米碳管。在一實施例中，該奈米碳管層中的大多數奈米碳管沿同一方向排列。在另一實施例中，該奈米碳管層中的大多數奈米碳管可僅沿第一方向以及第二方向延伸。優選地，該奈米碳管層為由奈米碳管組成的純奈米碳管層，從而能夠提高透光度。

所述奈米碳管層122包括至少一個從奈米碳管陣列中拉取獲得的奈米碳管膜。在一實施例中，所述奈米碳管層122由一個該奈米碳管膜組成。

請參閱圖3，所述奈米碳管膜是由若干奈米碳管組成的一體的自支撐結構。所述若干奈米碳管為沿同一方向擇優取向延伸。所述擇優取向是指在奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜的表面。進一步地，所述奈米碳管膜中多數奈米碳管是通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。所述自支撐為奈米碳管膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管膜置於(或固定於)間隔一定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管膜中存在連續的通過凡得瓦力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。由於該奈米碳管膜具有自支撐性，可以單獨形成再通過後續貼附的方式貼附於偏光片12中需要的表面。相對於傳統的ITO層需要通過蒸鍍和濺射工藝直接形成在需要的表面，導致對形成表面具有較高的要求，該奈米碳管膜對所貼附的表面要求較低，使奈米碳管膜可以容易地整合在偏光片12中。

具體地，所述奈米碳管膜中基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管，並非絕對的直線狀，可以適當的彎曲；或者並非完全按照延伸方向上排列，可以適當的偏離延伸方向。因此，不能排除奈米碳管膜的基本朝同一方向延伸的多數奈米碳管中並列的奈米碳管之間可能存在部分接觸。

請參閱圖4，具體地，所述奈米碳管膜包括複數連續且定向排列的奈米碳管片段223。該複數奈米碳管片段223通過凡得瓦力首尾相連。每一奈米碳管片段223包括複數相互平行的奈米碳管225，該複數相互平行的奈米碳管225通過凡得瓦力緊密結合。該奈米碳管片段223具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該奈米碳管膜中的奈米碳管225沿同一方向擇優取向排列。該奈米碳管膜中奈米碳管間可以具有間隙，從而使該奈米碳管膜最厚處的厚度約為0.5奈米至100微米，優選為0.5奈米至10微米。

從奈米碳管陣列中拉取獲得所述奈米碳管膜的具體方法包括：(a)從所述奈米碳管陣列中選定一奈米碳管片段223，本實施例優選為採用具有一定寬度的膠帶或黏性基條接觸該奈米碳管陣列以選定具有一定寬度的一奈米碳管片段223；(b)通過移動該拉伸工具，以一定速度拉取該選定的奈米碳管片段223，從而首尾相連的拉出複數奈米碳管片段223，進而形成一連續的奈米碳管膜。該複數奈米碳管相互並排使該奈米碳管片段223具有一定寬度。當該被選定的奈米碳管片段223在拉力作用下沿拉取方向逐漸脫離奈米碳管陣列的生長基底的同時，由於凡得瓦力作用，與該選定的奈米碳管片段223相鄰的其他奈米碳管片段223首尾相連地相繼地被拉出，從而形成一連續、均勻且具有一定寬度和擇優取向的奈米碳管膜。

所述奈米碳管膜在拉伸方向具有最小的電阻抗，而在垂直於拉伸方向具有最大電阻抗，因而具備電阻抗異向性，即導電異向性。

在另一實施例中，所述奈米碳管層包括複數分別沿第一方向及第二方向層疊設置的該奈米碳管膜。具體地，可通過在所述第一偏光層120下表面沿第一方向及第二方向分別黏附一個或複數該奈米碳管膜的方式形成所述奈米碳管層，以使該奈米碳管層中的奈米碳管分別沿第一方向以及第二方向延伸。當該奈米碳管層中的奈米碳管分別沿第一方向及第二方向延伸時，該奈米碳管層在第一方向及第二方向具有較好的導電性，從而可以提高所述具有觸控功能的液晶模組10感測觸摸的靈敏度。該奈米碳管層122分別在相互垂直的第一方向與第二方向上的電導率大於在其他方向的電導率。

由於該複數奈米碳管膜可相互層疊或並排設置，故，上述奈米碳管層的長度和寬度不限，可根據實際需要設置。另外，該奈米碳管膜具有一理想的透光度(單層奈米碳管膜的可見光透過率大於85%)，該奈米碳管層中奈米碳管膜的層數不限，只要能夠具有理想的透光度即可。

進一步地，所述奈米碳管層可以包括所述奈米碳管膜與一高分子材料組成的複合膜。所述高分子材料均勻分佈於所述奈米碳管膜中奈米碳管之間的間隙中。所述高分子材料為一透明高分子材料，其具體材料不限，包括聚苯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、苯丙環丁烯(BCB)、聚環烯烴等。例如，所述奈米碳管層可以為兩層分別沿第一方向及第二方向鋪設並相互層疊奈米碳管膜與PMMA組成的複合膜。所述奈米碳管複合膜的厚度為0.5奈米~100微米。

所述第一偏光層120可為先前技術中常用的偏光材料，具體可以包括一吸附有二色性物質的高分子薄膜(如聚乙烯醇，PVA)。該二色性物質可以為碘系材料或染料材料。優選地，該奈米碳管膜中大多數奈米碳管的延伸方向可與所述第一偏光層120的偏振方向相同，以使所述第一偏光層120具有較好的偏振效果。本發明實施例中，所述第一偏光層120的偏振方向為所述第二方向。

所述至少兩個電極124由導電材料形成，具體可以選擇為金屬層、導電聚合物層或奈米碳管層。所述金屬層的材料可以選擇為金、銀或銅等導電性好的金屬。所述導電聚合物層的材料可以選擇為聚乙炔、聚對苯撐、聚苯胺、聚咪吩、聚毗咯、聚噻吩等。本實施例中，該電極124為通過絲網印刷分別形成在所述奈米碳管層122下表面四條邊的導電銀漿層。

該偏光片12可進一步包括導電線路，該導電線路設置在該奈米碳管層122的週邊，用於將所述電極124與外部電路相連接。

該偏光片12可進一步包括一保護層和黏結劑層中的至少一層。該保護層用於保護該第一偏光層120，並可進一步用於保護該奈米碳管層122。該黏結劑層用於將該偏光片12與液晶模組14的上基板相貼合。該保護層的材料可以為三醋酸纖維素(TAC)、聚苯乙烯、聚乙烯、聚碳酸酯、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)、對苯二甲酸乙二醇酯(PET)、苯丙環丁烯(BCB)、聚環烯烴等。該黏結劑層的材料可以為壓敏膠、熱敏膠或光敏膠。

請參閱圖5，在一個實施例中，該偏光片12包括兩個保護層150分別貼合設置在該奈米碳管層122及該第一偏光層120的表面，使該奈米碳管層122及該第一偏光層120設置於該兩個保護層150之間。該黏結劑層160設置於臨近該奈米碳管層122的保護層150的表面。

請參閱圖6，在另一實施例中，該偏光片12包括兩個保護層150分別貼合設置在第一偏光層120的兩個表面，使該第一偏光層120設置於該兩個保護層150之間。該奈米碳管層122設置於其中一保護層150的表面。該黏結劑層160設置於該奈米碳管層122的表面，使該奈米碳管層122設置於該黏結劑層160與該保護層150之間。

請參閱圖7，在又一實施例中，該偏光片12包括兩個保護層150分別設置在該第一偏光層120的表面，使該第一偏光層120設置於該兩個保護層150之間。該黏結劑層160設置於其中一保護層150的表面，該奈米碳管層122設置於黏結劑層160的表面，使該黏結劑層160設置於該奈米碳管層122及該保護層150之間。

請參閱圖1，所述液晶模組14從上至下包括一上基板141，一上電極層142，一第一配向層143，一液晶層144，一第二配向層145，一薄膜電晶體面板146以及一第二偏光層147。

該上電極層142設置在所述上基板141的下表面。該第一配向層 143設置在所述上電極層142的下表面。該第二配向層145設置在所述薄膜電晶體面板146上表面並與該第一配向層143相對。該液晶層144設置在該第一配向層143與該第二配向層145之間。該第二偏光層147設置在所述薄膜電晶體面板146的下表面。可以理解，根據各種功能的需求，上述各層之間還可選擇性地的插入額外的其他層。

在所述液晶模組14中，該上基板141為透明的薄板，該上基板141的材料可以為玻璃、石英、金剛石、塑膠或樹脂。該上基板141的厚度為1毫米~1釐米。本實施例中，該上基板141的材料為PET，厚度為2毫米。可以理解，形成所述上基板141的材料並不限於上述列舉的材料，只要能起到支撐的作用，並具有較好的透明度的材料，都在本發明保護的範圍內。

所述上電極層142的材料可採用ITO等透明導電材料，該上電極層142起到給液晶層144施加配向電壓的作用。

所述第二偏光層147的材料可與所述第一偏光層120的材料相同。所述第二偏光層147的作用為將從設置於該具有觸控功能的液晶模組10下表面的背光模組發出的光進行起偏，從而得到沿單一方向偏振的光線。所述第二偏光層147的偏振方向與第一偏光層120的偏振方向垂直。在本實施例中，所述第二偏光層147的偏振方向為第一方向。

所述第一配向層143的下表面可包括複數平行的第一溝槽，所述第二配向層145的上表面可包括複數平行的第二溝槽，從而可使液晶分子定向排列。所述第一配向層143的第一溝槽的排列方向與第二配向層145的第二溝槽的排列方向垂直，故第一配向層143 與第二配向層145之間的液晶分子在兩個配向層之間的排列角度產生90度旋轉，從而起到旋光的作用，將第二偏光層147起偏後的光線的偏振方向旋轉90度。所述第一配向層143及第二配向層145的材料可以為聚苯乙烯及其衍生物、聚醯亞胺、聚乙烯醇、聚酯、環氧樹脂、聚胺酯、聚矽烷等。所述第一溝槽及第二溝槽可以採用先前技術的膜磨擦法，傾斜蒸鍍SiO_x膜法和對膜進行微溝槽處理法等方法形成。本實施例中，所述第一配向層143及第二配向層145的材料為聚醯亞胺，厚度為1~50微米。

所述液晶層144包括複數長棒狀的液晶分子。所述液晶層144的液晶材料為先前技術中常用的液晶材料。所述液晶層144的厚度為1~50微米，本實施例中，液晶層144的厚度為5微米。

所述薄膜電晶體面板146內部的具體結構未在圖1中示出，但本領域技術人員可以得知該薄膜電晶體面板146可進一步包括一透明的下基板，形成於該下基板上表面的複數薄膜電晶體、複數圖元電極及一顯示幕驅動電路。所述複數薄膜電晶體與圖元電極一一對應連接，所述複數薄膜電晶體通過源極線與柵極線與顯示幕驅動電路電連接。該圖元電極在薄膜電晶體的控制下與所述上電極層142配合，為該液晶層144施加配向電場，從而使液晶層144中的液晶分子定向排列。該複數圖元電極與所述觸摸感應區域126相對。

此外，也可將所述偏光片12中的第一偏光層120遠離所述奈米碳管層122的表面設置在所述液晶模組14中上基板141遠離所述第二偏光層147的表面來形成所述具有觸控功能的液晶模組10，即所述第一偏光層120設置在所述奈米碳管層122與所述液晶模組14的上基板141之間。

在使用時，所述奈米碳管層122上施加一預定電壓。電壓通過所述電極124施加到奈米碳管層122上，從而在該第一奈米碳管層122上形成等電位面。當手指或筆等觸摸物按壓或接近包括該具有觸控功能的液晶模組10的觸摸屏或顯示幕時，觸摸物與第一奈米碳管層122之間形成一耦合電容。對於高頻電流來說，電容是直接導體，於是手指從接觸點吸走了一部分電流。這個電流分別從觸摸屏上的至少兩個電極124中流出，並且流經至少兩個電極124的電流與手指到電極的距離成正比，從而得出觸摸點的位置。觸摸點對應的操作結果通過所述液晶顯示幕顯示出來。

本發明中，由於作為透明導電層的奈米碳管層為一自支撐結構，只需直接鋪設在所述第一偏光層表面並相應的形成電極即可形成一具有觸控功能的偏光片，該步驟簡單且能夠相容於先前的液晶模組製造工藝，避免增加額外的觸摸屏或觸摸模組的製造步驟，從而避免提高液晶屏的製造成本。此外，通過製作一同時具有偏光和觸控功能的偏光片，並將該偏光片與製作工藝較成熟的液晶模組直接貼合在一起，形成所述具有觸控功能的液晶模組。該具有觸控功能的液晶模組具有較薄的厚度和簡單的結構，且製造工藝簡單，降低了製造成本，有利於具有觸控功能的液晶模組的大批量生產，此外，由於所述具有觸控功能的偏光片和液晶模組可分開製作，因此，每一模組的良率可以分別控制，從而在製作所述具有觸控功能的液晶模組時可避免不必要成本的增加。

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。