TWI671669B - 觸控顯示模組以及應用該觸控顯示模組的電子裝置 - Google Patents

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Abstract

一種觸控顯示模組，包括：顯示單元，顯示單元包括一基板，所述基板位於所述顯示單元一側；阻隔層，阻隔層黏附於所述基板背離所述顯示單元的表面；超音波指紋感測單元，所述超音波指紋感測單元黏附於所述阻隔層背離所述顯示單元的表面；以及，所述顯示單元、阻隔層及超音波指紋感測單元的聲阻抗不全相同，所述阻隔層的聲阻抗的數值介於所述顯示單元及所述超音波感測單元的聲阻抗的數值之間。本發明還提供一種應用該觸控顯示模組的電子裝置。

Description

觸控顯示模組以及應用該觸控顯示模組的電子裝置
本發明涉及一種觸控感測模組、應用該觸控感測模組的電子裝置。
指紋識別裝置由於具有隱私保護功能而被設置於智慧手機中，指紋識別元件能夠識別放置在指紋識別元件上的手指的指紋，當使用者將其手指放置在指紋識別元件的表面上時，使用者的手指的指紋將被識別，進而驗證使用者的身份資訊以增加使用者體驗。
指紋識別裝置可分為光學式、電容式、聲波式等，聲波式指紋識別裝置因其操作不易受環境溫度、濕度的影響，且具有壽命長、解析度高而得到廣泛應用。但，超音波指紋識別裝置受超音波物理性質的限制難以應用於屏下指紋識別。
一種觸控顯示模組，包括：顯示單元，所述顯示單元包括一基板，所述基板位於所述顯示單元一側；阻隔層，所述阻隔層黏附於所述基板背離所述顯示單元的表面；超音波指紋感測單元，所述超音波指紋感測單元黏附於所述阻隔層背離所述顯示單元的表面；以及 其中，所述顯示單元、阻隔層及超音波指紋感測單元的聲阻抗不全相同，所述阻隔層的聲阻抗的數值介於所述顯示單元及所述超音波感測單元的聲阻抗的數值之間。
一種電子裝置，該電子裝置包括本體及設置於該本體內的觸控顯示模組。
由於所述阻隔層的聲阻抗的數值介於所述顯示單元及所述超音波感測單元的聲阻抗的數值之間，使得超音波由所述超音波感測單元至顯示單元的傳播過程中的損耗較小，進而使得超音波的放射信號具備足夠的強度以使其所包含的指紋資訊被識別。
1‧‧‧電子裝置
12‧‧‧主體
10‧‧‧觸控顯示模組
11‧‧‧顯示單元
111‧‧‧基板
112‧‧‧發光陣列
113‧‧‧偏光片
114‧‧‧觸控層
13‧‧‧蓋板
15‧‧‧阻隔層
151‧‧‧導電層
152‧‧‧第一黏膠層
153‧‧‧第二黏膠層
16‧‧‧超音波指紋感測單元
161‧‧‧陣列板
162‧‧‧壓電層
163‧‧‧電極層
164‧‧‧保護層
AA‧‧‧顯示區
圖1為本發明的電子裝置的立體示意圖。
圖2為圖1的沿II-II方向的剖視示意圖。
圖3為本發明的觸控顯示模組的平面投影示意圖。
圖4為超音波穿過連續三層介質時的傳播示意圖。
為了使本申請所揭示的技術內容更加詳盡與完備，可以參照附圖以及本發明的下述各種具體實施例，附圖中相同的標記代表相同或者相似的元件。然而，本領域的普通技術人員應當理解，下文中所提供的實施例並非用來限制本發明所覆蓋的範圍。此外，附圖僅僅用於示意性地加以說明，並未依照其實際尺寸按比例進行繪製。
下面參照附圖，對本發明的具體實施方式作進一步的詳細描述。
如圖1所示，為本發明的電子裝置1的立體示意圖。電子裝置1包括主體12以及設置於主體12內的觸控顯示模組10。於一實施例中，電子裝置1為智慧手機；在其他實施例中，電子裝置1可以為電腦、電視、MP4以及工作站等帶有顯示功能的電子產品。
如圖2所示，為圖1的沿II-II方向的剖視示意圖，具體為觸控顯示模組10的剖視示意圖。觸控顯示模組10包括顯示單元11、阻隔層15、超音波指紋感測單元16以及蓋板13。
顯示單元11包括基板111，位於顯示單元11一側用於承載顯示單元11的其他元件。蓋板13設置於顯示單元11遠離基板111的一側，蓋板13遠離顯示單元11的表面為使用者進行觸摸操作的區域。阻隔層15黏附於基板111背離蓋板13一側的表面。超音波指紋感測單元16黏附於阻隔層15背離顯示單元11的表面，超音波指紋感測單元16藉由發射和接收超音波實現對蓋板13表面的指紋訊號的採集。
於一實施例中，顯示單元11、阻隔層15及超音波指紋感測單元16的聲阻抗不全相同，阻隔層15的聲阻抗的數值介於顯示單元11以及超音波指紋感測單元16的聲阻抗的數值之間，阻隔層15的聲阻抗可以等於或近似於顯示單元11或者超音波指紋感測單元16的聲阻抗；在其他實施例中，顯示單元11、阻隔層15及超音波指紋感測單元16的聲阻抗可以相同或近似。
顯示單元11還包括發光陣列112以及偏光片113。發光陣列112設置於基板111遠離阻隔層15一側，發光陣列112可以包括用於發光的有機發光二極體(Organic Light-Emitting Diode，OLED)、微型發光二極體(Micro Light-Emitting Diode，MLED)等發光單元或者用於控制發光單元工作的薄膜電晶體(Thin-film transistor，TFT)陣列，薄膜電晶體陣列藉由驅動並控制發光單元工作以實現畫面顯示。
偏光片113設置於發光陣列112遠離基板111一側，偏光片113可以對發光陣列112發出的光進行過濾或其他處理以改善畫面顯示品質。顯示單元11還可以包括一觸控層114，觸控層114設置於偏光片113遠離發光陣列112一側，於一實施例中，觸控層114為內嵌式感測層(In-cell touch)，在其他實施例中，觸控層114可以為外掛式感測層(On-cell touch)，或者，觸控層114還可以整合於蓋板13中。於一實施例中，觸控層114為自容式感測結構，在其他實施例中，觸控層可以為互容式感測結構或者電阻型感測結構。
顯示單元11中的基板111可以為柔性材料或非柔性材料，在本實施例中，基板111為柔性材料，其具有可撓性，使顯示單元11可以適用於曲面顯示裝置或者柔性顯示裝置，基板111的材料可以為有機物，如聚醯亞胺(Polyimide，PI)、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene naphthalate two formic acid glycol ester，PEN)或聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene glycol terephthalate，PET)。在其他實施例中，基板111可為非柔性材料，其具備一定的剛性，基板111可以為二氧化矽(SiO2)或聚碳酸酯(Polycarbonate，PC)。
阻隔層15包括導電層151以及黏膠層，所述黏膠層包括設置於導電層151相對兩側的第一黏膠層152以及第二黏膠層153，顯示單元11及超音波指紋感測單元16分別位於阻隔層15相對兩側，顯示單元11及超音波指紋感測單元16分別藉由位於導電層151兩側的第一黏膠層152及第二黏膠層153與阻隔層15黏結。
導電層151具備導電能力，導電層151的材料可以為金屬、合金、導電聚合物、摻雜有導電顆粒的有機物或金屬氧化物等導電材料，導電層151具體可以為銅(Cu)、銀(Ag)、金(Au)、黃銅(主體為Cu和Zn的合金)、氧化銦錫(Indium tin oxide，ITO)。
於一實施例中，導電層151可作為靜電遮罩層(Electrostatic shield，ESD)，以避免顯示單元11對超音波指紋感測單元16以及電子裝置1中的部分電路可能產生的影響。導電層151可以連接一電勢為零的導體以導走靜電，導電層151可直接接地、連接電子裝置1的金屬外殼或者顯示單元11的薄膜電晶體陣列。於一實施例中，導電層151的厚度為50μm，導電層151的面電阻小於200mΩ以使其具備較佳的導電能力；在其他實施例中，導電層151的厚度及面電阻可以為其他合理的值。
黏膠層具備黏附能力，黏膠層的材料可以為包含環氧樹脂(Epoxide resin)、聚酯纖維(polyester fibre)、丙烯酸樹脂(Acrylic resin)、聚氨酯(polyurethane)、不飽和聚酯以及有機矽膠中的至少一種的黏膠。超音波指紋感測單元16藉由黏膠層與顯示單元11實現黏結。
於一實施例中，當超音波指紋感測單元16或顯示單元11中的一個出現損壞，將超音波指紋感測單元16或顯示單元11分離以對未損壞的元件進行重工時，使用溶解劑(如乙酸乙酯)溶解第一黏膠層152或第二黏膠層153的同時可避免基板111或超音波指紋感測單元16的損壞。於一實施例中，第一黏膠層152或第二黏膠層153可選用固態黏膠，避免液態黏膠凝固過程中對顯示單元11或超音波指紋感測單元16的表面造成劃傷。於一實施例中，第一黏膠層152或第二黏膠層153可作為光學遮罩層，以避免顯示單元11發出的光對超音波指紋感測單元16以及電子裝置1中的部分電路可能產生的影響，進一步地，第一黏膠層152或第二黏膠層153的光密度(optical density)可以大於或等於4以增強對光線的阻擋。於一實施例中，第一黏膠層152與第二黏膠層153可以為相同的材料或結構，在其他實施例中，第一黏膠層152與第二黏膠層153還可以為不同的材料或結構。
超音波指紋感測單元16包括陣列板161、壓電層162、電極層163以及保護層164。陣列板161黏結至阻隔層15，壓電層162覆蓋陣列板161遠離阻隔 層15的一側，電極層163覆蓋壓電層162遠離陣列板161一側，保護層164覆蓋電極層163遠離壓電層162一側。
於一實施例中，陣列板161包含多個薄膜電晶體(TFT)組成的畫素電路陣列，每一畫素電路包括一個或多個TFT，每一TFT包含至少一個畫素電極，多個畫素電極與壓電層162電性連接並與電極層163相互配合以驅動壓電層162發射及接收超音波訊號。於一實施例中，陣列板161的厚度範圍可以為大於或等於1μm至小於1mm。於一實施例中，壓電層162可以為壓電陶瓷(piezoelectric ceramics，PZT)或聚偏氟乙烯(Polyvinylidene fluoride，PVDF)等壓電材料，壓電層162的厚度範圍可以為不小於1μm至不大於50μm。
如圖3所示，為本發明的觸控顯示模組10的平面投影示意圖。其中，基板111在蓋板13上的投影面積小於蓋板13的面積，阻隔層15在基板111上的投影面積小於或等於基板111的面積，超音波指紋感測單元16在基板111上的投影的面積小於或等於阻隔層15在基板111上的投影面積。
於一實施例中，超音波指紋感測單元16在基板111上的投影的面積不小於10mm2。觸控顯示模組10還包括一顯示區AA，顯示區AA為觸控顯示模組10顯示畫面的區域，用於使用者在顯示區AA內進行有效觸控操作。顯示單元11的至少部分位於顯示區AA內，超音波指紋感測單元16位於顯示區AA內。當使用者手指按壓於顯示區AA內對應超音波指紋感測單元16的區域時，超音波指紋感測單元16發出的超音波接觸手指並發生反射，反射回的超音波被超音波指紋感測單元16接收以實現指紋訊號的採集。
如圖4所示，為超音波穿過連續三層介質時的傳播示意圖。介質1、介質2以及介質3分別擁有不同的密度ρ 1、ρ 2、ρ 3，超音波在介質1、介質2以及介質3分別擁有不同的聲波速率C1、C2、C3，由聲阻抗公式Z=ρ×C可知，不同介質的密度ρ以及聲波速率C不完全相同會導致其對應的聲阻抗Z不相同。
超音波在傳播過程中普遍存在損耗，當超音波穿過兩種不同介質的交界面時，若兩種介質的聲阻抗Z不同，則超音波將發生反射；兩種介質之間的聲阻抗Z相差越大，則反射的超音波的量占穿過該交界面的超音波的量的比值越大，即，超音波損耗越高，反之亦然。兩種介質之間的聲阻抗Z相差越小，則反射的超音波的量占穿過該交界面的超音波的量的比值越小，即，超音波損耗越低。當超音波如圖4所示穿透三層不同介質時，若介質2的聲阻抗Z2=(Z1‧Z3)1/2，則超音波損耗最小。
超音波指紋感測單元16發出的超音波需由超音波指紋感測單元16傳播至蓋板13遠離超音波指紋感測單元16的表面才可與使用者的手指實現接觸並發生反射，反射的超音波由蓋板13遠離超音波指紋感測單元16的表面傳播至超音波指紋感測單元16才可被超音波指紋感測單元16接收並轉化為電信號。
於一實施例中，顯示單元11與超音波指紋感測單元16的聲阻抗不同，阻隔層15的聲阻抗的數值介於顯示單元11及超音波指紋感測單元16的聲阻抗的數值之間，超音波依次穿過超音波指紋感測單元16、阻隔層15以及顯示單元11時的兩次損耗之和必定小於超音波直接穿過顯示單元11與超音波指紋感測單元16直接接觸的交界面產生的單次損耗。阻隔層15可作為顯示單元11及超音波指紋感測單元16之間的緩衝層以降低超音波在傳播過程中的損耗。且，當阻隔層15的聲阻抗的數值等於或近似於顯示單元11的聲阻抗與超音波指紋感測單元16的聲阻抗的乘積的二分之一次方時，超音波的損耗最小。
阻隔層15可作為顯示單元11及超音波指紋感測單元16之間的緩衝層，阻隔層15的結構對於超音波傳播存在一定影響。若導電層151兩側的第一黏膠層152及第二黏膠層153不相同，導電層151、第一黏膠層152及第二黏膠層153不相同，由公式Z2=(Z1‧Z3)1/2可知，導電層151的聲阻抗的數值介於第一黏膠層152及第二黏膠層153的聲阻抗的數值之間，則超音波穿過阻隔層15的損耗較 小。若導電層151兩側的第一黏膠層152及第二黏膠層153相同，由公式Z2=(Z1‧Z3)1/2可知，當導電層151與第一黏膠層152及第二黏膠層153的聲阻抗相同或近似時，超音波穿過阻隔層15的損耗最小，當導電層151與第一黏膠層152及第二黏膠層153的聲阻抗相差越大時，超音波穿過阻隔層15的損耗最大，可認為阻隔層15的整體聲阻抗越大。
由物質的楊氏模量K=ρ×C2可知，物質的楊氏模量與其聲阻抗成正比，楊氏模量的大小亦可作為衡量其聲阻抗大小的標準。於一實施例中，第一黏膠層152或第二黏膠層153的楊氏模量大於3MPa時，超音波穿透過程中的損耗較小。
上文中，參照附圖描述了本發明的具體實施方式。但是，本領域中的普通技術人員能夠理解，在不偏離本發明的精神和範圍的情況下，還可以對本發明的具體實施方式作各種變更和替換。這些變更和替換都落在本發明請求項書所限定的範圍內。

Claims (8)

  1. 一種觸控顯示模組，其改良在於，包括：顯示單元，所述顯示單元包括一基板，所述基板位於所述顯示單元一側；阻隔層，所述阻隔層黏附於所述基板背離所述顯示單元的表面，所述阻隔層包括一導電層以及黏膠層，所述黏膠層包括設置於所述導電層相對兩側的一第一黏膠層和一第二黏膠層；超音波指紋感測單元，所述超音波指紋感測單元黏附於所述阻隔層背離所述顯示單元的表面；其中，所述觸控顯示模組還包括一顯示區，所述顯示單元的至少部分位於所述顯示區內，所述超音波指紋感測單元位於所述顯示區內，所述顯示單元、阻隔層及超音波指紋感測單元的聲阻抗不全相同，所述阻隔層的聲阻抗的數值介於所述顯示單元及所述超音波指紋感測單元的聲阻抗的數值之間。
  2. 如請求項1所述的觸控顯示模組，其中：所述顯示單元及所述超音波指紋感測單元藉由所述黏膠層與所述阻隔層黏結。
  3. 如請求項1所述的觸控顯示模組，其中：所述導電層的聲阻抗的數值介於所述第一黏膠層及所述第二黏膠層的聲阻抗的數值之間。
  4. 如請求項1所述的觸控顯示模組，其中：所述黏膠層的光密度大於或等於4、楊氏模量大於3MPa。
  5. 如請求項1所述的觸控顯示模組，其中：所述導電層為導電材料，所述導電層的面電阻小於200mΩ。
  6. 如請求項1所述的觸控顯示模組，其中：所述阻隔層在所述基板上的投影面積小於或等於所述基板的面積，所述超音波指紋感測單元在所述基板上的投影的面積小於或等於所述阻隔層在所述基板上的投影面積。
  7. 如請求項1所述的觸控顯示模組，其中：所述阻隔層的聲阻抗的數值近似於所述顯示單元的聲阻抗與所述超音波指紋感測單元的聲阻抗的乘積的二分之一次方。
  8. 一種電子裝置，所述電子裝置包括主體及設置於所述主體內的觸控顯示模組，其改良在於：該觸控顯示模組為請求項1-7任意一項所述的觸控顯示模組。
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