具有压力感应功能的彩色滤光片及显示屏的制作方法
【专利摘要】本实用新型公开了一种具有压力感应功能的彩色滤光片，该彩色滤光片包括：玻璃基板；黑色矩阵，间隔设置在玻璃基板上；彩色层，设置在相邻黑色矩阵的间隔中；压力感应透明导电膜层，设置在玻璃基板上或设置在黑色矩阵和彩色层上，可感知用户的触控操作产生的压力，并将上述压力转换成对应的电信号输出，以用于识别用户的触控力度。本实用新型还公开了一种显示屏。本实用新型的具有压力感应功能的彩色滤光片既能够简化制作工艺、降低成本，又能够在不增加触摸屏厚度的基础上兼具压力感应功能，可以广泛应用于手机、平板电脑或手表等电子产品触摸屏，以及工业设备操作窗口触摸屏。
【专利说明】
具有压力感应功能的彩色滤光片及显示屏
技术领域
[0001]本实用新型涉及液晶显示领域，尤其涉及一种用于液晶显示面板中的具有压力感应功能的彩色滤光片及显示屏。
【背景技术】
[0002]彩色滤光片(Color filter)为液晶平面显示器(Liquid Crystal Display)彩色化的关键零部件。液晶平面显示器为非主动发光的器件，其色彩的显示必需通过内部的背光模块(穿透型LCD)或外部环境的入射光(反射型或半穿透型LCD)提供光源，再搭配驱动IC(Drive IC)与液晶控制形成灰阶显示(Gray Scale)，而后透过彩色滤光片的R、G、B彩色层提供色相(Chromacity)，形成彩色显示画面。
[0003]现有彩色滤光片的基本结构大都是由玻璃基板(GlassSubstrate)、黑色矩阵(Black Matrix)、彩色层(Color Layer)、保护层(Over Coat)、以及IT0( Indium-TinOxide)导电膜组成。其中，TFT-1XD的基板玻璃是彩色滤光片的载体，通常采用耐热、耐化学腐蚀和机械性能优良的无碱硼硅玻璃;黑色矩阵是为防止漏光、色混淆和增加对比度而设计的;彩色层由R、G、B三基色膜组成，其配置方式一般有条纹型、马赛克型和三角型三种;为防止黑色矩阵和彩色层被污染，增强彩色层的抗化学性、抗ITO溅射及改善其平滑性，在形成彩色层之后需沉积保护层，最后沉积ITO导电膜，彩色滤光片的ITO导电膜与图形电极构成了驱动液晶分子的正负电极。
[0004]彩色滤光片中的ITO导电膜是指采用磁控溅射的方法，在透明有机薄膜材料上溅射透明氧化铟锡(ITO)导电薄膜镀层并经高温退火处理得到的高技术产品，广泛应用于液晶显示器、触摸屏、太阳能薄膜电池、照明用有机EL元件等领域。但ITO导电膜在使用过程中存在诸多的缺陷:I)主要成分铟，不但价格昂贵，而且有毒，人体长期吸入会导致铟中毒;2)沉积工艺必须在真空环境下，而且需要昂贵的真空沉积设备，并且维护成本高;3)沉积过程中只有不到30%的ITO靶材被溅射到基板上，剩余的都被溅射到室壁上，造成原料的极大浪费;4) ITO的电阻率相对较高，随着触摸屏尺寸的增大，电阻会不断变大，影响触摸屏亮度和传感器响应性能，而且随着电极数的增加，边框布线部分的面积也会增大;5)IT0比较脆，尺寸变大后，加工的难度也会随之增加，而且由于缺乏柔韧性，不易弯曲，不适合应用于柔性触摸屏。
[0005]另外，伴随着Apple公司ForceTouch技术的发布，压力感应触摸屏已日趋成为市场热点。目前市场上的压力感应触摸屏大都是增设独立的压力传感器，一旦检测到手指触控，压力传感器就会将整个触控过程用时呈递给处理芯片，而处理芯片可以判断这是一次轻触还是一次重压，并调出不同的对应功能。但是这种增设独立的压力传感器的方式必然会导致触摸屏本身厚度的增加，这也是Apple公司新产品厚度突然变大的主要原因，与目前电子产品轻薄化的发展趋势相悖。
【实用新型内容】
[0006]本实用新型的目的在于提供一种既能够简化制作工艺、降低成本，又能够在不增加触摸屏厚度的基础上兼具压力感应功能的彩色滤光片及显示屏。
[0007]为实现上述目的，本实用新型的一种具有压力感应功能的彩色滤光片及显示屏的具体技术方案为:
[0008]—种具有压力感应功能的彩色滤光片，包括:玻璃基板;黑色矩阵，间隔设置在玻璃基板上;彩色层，设置在相邻黑色矩阵的间隔中；压力感应透明导电膜层，设置在玻璃基板上或设置在黑色矩阵和彩色层上，可感知用户的触控操作产生的压力，并将上述压力转换成对应的电信号输出，以用于识别用户的触控力度。
[0009]—种显示屏，包括上述具有压力感应功能的彩色滤光片。
[0010]本实用新型的具有压力感应功能的彩色滤光片及显示屏的优点在于:
[0011]I)本实用新型的具有压力感应功能的彩色滤光片，采用AZO透明导电薄膜作为压力感应透明导电膜层，利用AZO透明导电薄膜自身的压电效应实现触控压力感应功能。
[0012]2)本实用新型的具有压力感应功能的彩色滤光片，由于采用具有压力感应功能的AZO透明导电薄膜作为压力感应透明导电膜层，故无需在触摸屏中增设压力传感器，这不仅降低了触摸屏的厚度，同时也简化了触摸屏的制作工艺，降低了触摸屏的制作成本。
[0013]3)与ITO材料相比，AZO材料具有制备工艺简单、成本低廉、材料稳定性好且无毒环保的优点，而本实用新型的具有压力感应功能的彩色滤光片，利用了AZO材料的上述优点，将AZO材料制作的透明导电薄膜作为了压力感应透明导电膜层，这不仅使得压力感应透明导电膜层制作工艺简单，成本低廉，而且也使得其稳定性好、无毒环保。
【附图说明】
[0014]图1为本实用新型的具有压力感应功能的彩色滤光片的一实施例的结构示意图；
[0015]图2为图1中的压力感应透明导电膜层与信号处理模块的连接结构示意图；
[0016]图3为图2中的信号处理模块的电路模块结构示意图；
[0017]图4为本实用新型的具有压力感应功能的彩色滤光片的另一实施例的结构示意图；
[0018]图5为本实用新型的具有压力感应功能的彩色滤光片的又一实施例的结构示意图；
[0019]图6为本实用新型的显示屏的一实施例的结构示意图。
【具体实施方式】
[0020]为了更好的了解本实用新型的目的、结构及功能，下面结合附图，对本实用新型的具有压力感应功能的彩色滤光片及显示屏做进一步详细的描述。
[0021]压电薄膜按键是近年来发展起来的技术，其原理就是利用压电效应，依靠内部微小电荷运动以产生宏观电压。作用在压电薄膜按键上的力，使压电薄膜产生微小形变，产生与力度大小相对应的电荷量，经过处理分析实现通过不同力度的力，控制不同的功能。
[0022]ZnO(氧化锌)薄膜是一种光学透明薄膜，纯ZnO及其掺杂薄膜具有优异光电性能，用途广阔，而且原料易得、价廉、毒性小，成为最有开发潜力的薄膜材料之一。目前，研究ZnO材料的性质涉及许多研究领域，其中包括:透明导电膜(TCO)、表面声学波(SAW)器件、光激射激光器、气敏传感器、紫外光探测器、显示以及与GaN互作缓冲层等方面。此外，ZnO薄膜不仅具有优良的压电性能，还因具有C轴择优取向，电阻率高，从而具有高的声电转换效率。ZnO薄膜的高电阻率与单一的C轴结晶择优取向决定了它具有良好的压电常数与机电耦合系数，可用作各种压电、压光、电声与声光器件。
[0023]AZO(铝掺杂的氧化锌)薄膜属于ZnO系薄膜材料，也具有良好的C轴择优取向，当自身取向一致而且都垂直于基底时，就形成了压电材料。同时，AZO薄膜作为一种透明导电膜，在可见光范围内具有很高的透过性(T%>80)，近中红外光范围内具有很高的反射率(R%>60)及优良的导电性(Ρ〈10-3Ω.cm)等。因此，AZO薄膜具有与ITO薄膜相比拟的光学和电学特性，而且AZO薄膜制备工艺简单，具有价格低、无毒和稳定性好等特性。
[0024]在触摸屏生产中，彩色滤光片作为LCD的重要且必备的组成部件，其中ITO薄膜所占成本较高，AZO薄膜应用到触摸屏领域作为透明导电薄膜使用，既可以降低制作成本，又可以通过压电效应，实现压力感应触控功能。
[0025]图1为本实用新型的具有压力感应功能的彩色滤光片的一实施例的结构示意图。如图1所示，该实施例中，具有压力感应功能的彩色滤光片包括玻璃基板10、黑色矩阵20、彩色层30和压力感应透明导电膜层40。其中，压力感应透明导电膜层40直接设置在玻璃基板10上，黑色矩阵20间隔设置在压力感应透明导电膜层40上，彩色层30设置在相邻黑色矩阵20的间隔中，且与玻璃基板10上的压力感应透明导电膜层40相接触。
[0026]由此，通过将压力感应透明导电膜层40直接沉积于玻璃基板10之上，不仅使得彩色滤光片更为平坦化，受力更充分，更有助于将用户的触控操纵产生的压力转换成电信号输出，同时还有效地减少了电场的不均匀性，尤其是有效地减少了像素中间和边缘区域的电场不均匀性，提高了显示品质。
[0027]进一步，玻璃基板10可为TFT-LCD的基板玻璃，通常采用耐热、耐化学腐蚀和机械性能优良的无碱硼硅玻璃;黑色矩阵20主要作用是防止漏光、增大对比度，并通过增大开口率提高光利用率和降低能耗;彩色层30包括红、绿、蓝三基色膜或其他颜色的色膜等，布置形式可选择为条纹型、马赛克型或三角型等；压力感应透明导电膜层40为AZO透明导电薄膜，可感知用户的触控操作产生的压力，并将上述压力转换成对应的电信号输出，以用于识别用户的触控力度。
[0028]进一步地，该实施例中，具有压力感应功能的彩色滤光片还包括:信号处理模块，其信号输入端与压力感应透明导电膜层40的信号输出端相连，可根据压力感应透明导电膜层40的信号输出端输出的电信号识别出用户的触控力度产生压力电信号，并将其输出至终端设备(如手机的中央处理模块、电脑的中央处理模块)执行对应的操作。
[0029]其中，压力感应透明导电膜层40具有至少一个信号输出端，信号处理模块也具有至少一个信号输入端，压力感应透明导电膜层40的信号输出端的数量与信号处理模块的信号输入端的数量相等，且压力感应透明导电膜层40的信号输出端与信号处理模块的信号输入端对应相连。也就是说，当压力感应透明导电膜层40的信号输出端的数量为一个时，信号处理模块的信号输入端的数量也为一个，且信号输出端与信号输入端相连；当压力感应透明导电膜层40的信号输出端的数量为多个时，信号处理模块的信号输入端的数量也为多个，且多个信号输出端与多个信号输入端对应相连。
[0030]优选的是，压力感应透明导电膜层40具有多个信号输出端，多个信号输出端均匀分布在压力感应透明导电膜层40的四周，信号处理模块也具有多个信号输入端;其中，压力感应透明导电膜层40的多个信号输出端与信号处理模块的多个信号输入端的数量相等，压力感应透明导电膜层40的多个信号输出端分别与信号处理模块的多个信号输入端对应相连，信号处理模块可根据压力感应透明导电膜层40的多个信号输出端输出的电信号识别出用户的触控力度，以提高精准度。
[0031]具体地，如图2所示，压力感应透明导电膜层40具有四个信号输出端，分别为第一信号输出端41、第二信号输出端42、第三信号输出端43和第四信号输出端44;信号处理模块50具有四个信号输入端，分别为第一信号输入端51、第二信号输入端52、第三信号输入端53和第四信号输入端54;其中，压力感应透明导电膜层40的四个信号输出端分别与信号处理模块50的四个信号输入端对应相连，即第一信号输出端41与第一信号输入端51相连，第二信号输出端42与第二信号输入端52相连，第三信号输出端43与第三信号输入端53相连，第四信号输出端44与第四信号输入端54相连。
[0032]可选地，如图3所示，信号处理模块50进一步包括:放大模块501、滤波模块502、动态校零模块503和微控制模块504;其中，放大模块501的输入端(即信号处理模块50的信号输入端)与压力感应透明导电膜层40的信号输出端相连，用于对压力感应透明导电膜层40的信号输出端输出的电信号进行放大处理;滤波模块502的输入端与放大模块501的输出端相连，用于滤除经过放大模块501放大后的电信号中的干扰杂波;动态校零模块503的输入端与滤波模块502的输出端相连，用于校验滤波模块502输出的电信号，保证其稳定性，降低系统误差;微控制模块504的输入端与动态校零模块503的输出端相连，根据动态校零模块503输出的电信号，识别用户的触控力度的大小，并将压力电信号输出至终端设备70执行对应的操作。
[0033]此外，当微控制模块504不具备模数转换功能时，在动态校零模块503与微控制模块504之间进一步设置有模数转换模块，其输入端与动态校零模块503的输出端相连，其输出端与微控制模块504的输入端相连，用于将动态校零模块503输出的模拟电信号转换为数字电信号输出至微控制模块504。
[0034]应当注意的是，上述各种模块均是在已有的硬件元件的基础上改进实现的，此处不做限定。
[0035]进一步，该实施例中，压力感应透明导电膜层40的作用主要是:提供彩色滤光片所需的透明电极，并根据压电效应实现触控压力感应功能。具体工作原理为:压力感应透明导电膜层40会根据不同的触控力度，产生不同的形变，从而输出与触控力度对应的不同的电信号;信号处理模块根据压力感应透明导电膜层40输出的电信号，识别出对应的触控力度的大小产生压力电信号，并将其输出至终端设备执行对应的操作。
[0036]例如:当用户采用2N的力作用在触摸屏上时，压力感应透明导电膜层40输出2V的电信号，信号处理模块接收到该2V的电信号后，识别出用户的触控力度的大小为2N，针对识别出的2N的触控力度，会产生一个与其对应的压力电信号％，该压力电信号化会被输出至终端设备70(如手机手机的中央处理模块、电脑的中央处理模块)，通过终端设备70执行相应的操作，如开启浏览器界面;当用户采用5N的力作用在触摸屏上时，压力感应透明导电膜层40输出15V的电信号，信号处理模块接收到该15V的电信号后，识别出用户的触控力度的大小为5N，针对识别出的5N的触控力度，会产生一个与其对应的压力电信号V2，该压力电信号V2会被输出至终端设备70(如手机手机的中央处理模块、电脑的中央处理模块)，通过终端设备70执行相应的操作，如开启通话界面。
[0037]图4为本实用新型的具有压力感应功能的彩色滤光片的另一实施例的结构示意图。该实施例与上一实施例的区别在于:黑色矩阵20间隔设置在玻璃基板10上;彩色层30设置在相邻黑色矩阵20的间隔中，且与玻璃基板10相接触;压力感应透明导电膜层40设置在黑色矩阵20和彩色层30上。
[0038]此外，如图5所示，图4中的具有压力感应功能的滤光片还包括:保护层60，其设置在压力感应透明导电膜层40与黑色矩阵20和彩色层30之间，用于防止黑色矩阵20和彩色层30被污染，增强彩色层30的抗化学性、抗ITO溅射及改善彩色层30平滑性。
[0039]本实用新型还提供了一种显示屏，包括上述各个实施例中的具有压力感应功能的彩色滤光片。下面将以TFT液晶显示屏为例进行说明:
[0040]如图6所示，该液晶显示屏80包括:TFT阵列玻璃基板81、彩色滤光片82、位于TFT阵列玻璃基板81和彩色滤光片82之间的液晶层83、位于彩色滤光片82的与液晶层83非相邻一侧表面的第一偏光片84、以及位于TFT阵列玻璃基板81的与液晶层83非相邻一侧表面的第二偏光片85。其中，应注意的是，彩色滤光片82为本实用新型中的具有压力感应功能的彩色滤光片。具体地，当图6所示的显示屏应用图1所示的具有压力感应功能的彩色滤光片时，彩色滤光片中的玻璃基板10的与压力感应透明导电膜层40非相邻的一侧表面设置有第一偏光片84，黑色矩阵和彩色层的与压力感应透明导电膜层40非相邻的一侧表面设置有液晶层83;当图6所示的显示屏应用图2所示的具有压力感应功能的彩色滤光片时，彩色滤光片中的玻璃基板10的与黑色矩阵20和彩色层30非相邻的一侧表面设置有第一偏光片84，压力感应透明导电膜层40的与黑色矩阵和彩色层非相邻的一侧表面设置有液晶层83。
[0041]此外，可选的是，如图6所示，液晶显示屏80中还可包括背光源86。其中，背光源86位于第二偏光片85与TFT阵列玻璃基板81非相邻的一面。
[0042]上面是以TFT液晶显示屏为例对本实用新型的显示屏进行了说明，但应注意的是，本实用新型中的显示屏的类型并非局限于此，其可为任意已有的显示屏(内部设置有彩色滤光片)，如TN液晶显不屏等。
[0043]应当注意的是，上述各个实施例中的信号处理模块可以设置在彩色滤光片中不影响显示的玻璃基板上，也可以与显示屏的驱动电路模块设置在同一区域，此处不做限定，本领域技术人员可以根据需要进行选择，以TFT液晶显示屏为例，信号处理模块可以与显示屏的驱动电路模块一同设置在TFT阵列玻璃基板上。
[0044]本实用新型的具有压力感应功能的彩色滤光片既能够简化制作工艺、降低成本，又能够在不增加触摸屏厚度的基础上兼具压力感应功能，可以广泛应用于手机、平板电脑或手表等电子产品触摸屏，以及工业设备操作窗口触摸屏。
[0045]以上借助具体实施例对本实用新型做了进一步描述，但是应该理解的是，这里具体的描述，不应理解为对本实用新型的实质和范围的限定，本领域内的普通技术人员在阅读本说明书后对上述实施例做出的各种修改，都属于本实用新型所保护的范围。
【主权项】
1.一种具有压力感应功能的彩色滤光片，其特征在于，包括: 玻璃基板； 黑色矩阵，其间隔设置在所述玻璃基板上； 彩色层，其设置在相邻所述黑色矩阵的间隔中； 压力感应透明导电膜层，其设置在所述玻璃基板上或设置在所述黑色矩阵和所述彩色层上，可感知用户的触控操作产生的压力，并将所述压力转换成对应的电信号输出，以用于识别用户的触控力度。2.根据权利要求1所述的具有压力感应功能的彩色滤光片，其特征在于，所述压力感应透明导电膜层为AZO透明导电膜。3.根据权利要求1或2所述的具有压力感应功能的彩色滤光片，其特征在于，所述压力感应透明导电膜层直接设置在所述玻璃基板上，所述黑色矩阵间隔设置在所述压力感应透明导电膜层上，所述彩色层设置在相邻所述黑色矩阵的间隔中。4.根据权利要求1或2所述的具有压力感应功能的彩色滤光片，其特征在于，所述黑色矩阵间隔设置在所述玻璃基板上，所述彩色层设置在相邻所述黑色矩阵的间隔中，所述压力感应透明导电膜层设置在所述黑色矩阵和所述彩色层上。5.根据权利要求4所述的具有压力感应功能的彩色滤光片，其特征在于，所述压力感应透明导电膜层与所述黑色矩阵和所述彩色层之间设置有保护层。6.根据权利要求1所述的具有压力感应功能的彩色滤光片，其特征在于，还包括信号处理模块，其信号输入端与所述压力感应透明导电膜层的信号输出端相连，所述信号处理模块可根据所述压力感应透明导电膜层信号输出端输出的电信号识别出用户的触控力度产生压力电信号，并将所述压力电信号输出至终端设备执行对应的操作。7.根据权利要求6所述的具有压力感应功能的彩色滤光片，其特征在于，信号处理模块进一步包括:放大模块、滤波模块、动态校零模块和微控制模块;其中， 所述放大模块与所述压力感应透明导电膜层的信号输出端相连，用于对所述压力感应透明导电膜层的信号输出端输出的电信号进行放大处理； 所述滤波模块与所述放大模块相连，用于滤除经过所述放大模块放大后的电信号中的干扰杂波； 所述动态校零模块与所述滤波模块相连，用于校验所述滤波模块输出的电信号，保证电信号的稳定性，降低误差； 所述微控制模块与所述动态校零模块相连，根据所述动态校零模块输出的电信号，识别用户的触控力度，并将其输出至所述终端设备执行对应的操作。8.根据权利要求6或7所述的具有压力感应功能的彩色滤光片，其特征在于，所述压力感应透明导电膜层具有多个信号输出端，所述多个信号输出端均匀分布在所述压力感应透明导电膜层的四周;所述信号处理模块具有多个信号输入端;所述多个信号输出端与所述多个信号输入端的数量相等，所述多个信号输出端分别与所述多个信号输入端对应相连，所述信号处理模块可根据所述压力感应透明导电膜层的多个信号输出端输出的电信号识别出用户的触控力度。9.一种显示屏，其特征在于，包括权利要求1-8中任一项所述的具有压力感应功能的彩色滤光片。
【文档编号】G06F3/041GK205427388SQ201521136440
【公开日】2016年8月3日
【申请日】2015年12月31日
【发明人】王雪, 刘同军, 刘红阁, 赵豪
【申请人】纳智源科技（唐山）有限责任公司