触摸显示装置、压力感应单元及其制作方法与流程

本发明涉及触控显示领域，特别是涉及一种应用于触摸显示装置中的压力感应单元及该压力感应单元的制作方法，同时还涉及一种具有上述压力感应单元的触摸显示装置。

背景技术：

触摸屏因具有易操作性、灵活性等优点，已成为个人移动通信设备和综合信息终端(如手机、平板电脑和超级笔记本电脑等)的主要人机交互手段。相对于电阻式触摸屏和其它类型的触摸屏，电容式触摸屏以成本低、结构简单和耐用等优势，逐渐被智能终端广泛使用。传统的电容触摸屏仅感知屏体所在平面的触摸位置及操作，难以感知施加于屏体表面的压力变化带来的触摸参数。

为了能感测屏体表面的压力变化，业者亦有研发带有压力感应的触摸屏，目前主要采用两种方式实现触摸屏的压力感应，一种是利用触摸感应器本身的电容达成压力感应，另外一种是增加额外的压力感应组件达成压力感应。

对于第一种方式，利用触摸感应器本身的电容，实质上是感知在不同力度下手指与触摸屏之间的接触面积发生的变化来实现的。然而此方式适用范围较窄，例如采用非柔性介质(例如手指关节或金属笔等)操作触摸屏，则不能实现压力感应。对于第二种方式，比较常见的做法是在触摸屏底部增加额外的压力感应组件。这种方式虽然不限制操作介质，但由于压力感应组件设置在显示屏底部，这种设置位置决定压力感应敏感度不高，不能精确反映压力的变化。

技术实现要素：

基于此，本发明旨在提供一种既具有较高灵敏度又使得操作介质不受限的压力感应型触摸显示装置，以及该触摸显示装置所采用的压力感应单元和该压力感应单元的制作方法。

一种压力感应单元，包括基材，形成在基材一表面上的多个第一电极、多 个第二电极和多个力敏电阻层，以及多个连接条，所述多个第一电极沿第一方向延伸呈长条状，且所述多个第一电极沿着第二方向间隔排布，所述多个第二电极互相间隔地设置在任意两个相邻第一电极之间的空隙内，每一力敏电阻层越过相应一第一电极并连接位于所述相应一第一电极两侧的两个第二电极，每一连接条设置在相应一力敏电阻层上并在第二方向上延伸超出所述力敏电阻层而与所述相应一力敏电阻层连接的两个第二电极电性连接。

在其中一个实施例中，所述力敏电阻层包括绝缘基体和分散在绝缘基体中的导电颗粒，所述导电颗粒的粒径为10nm～0.1mm，所述导电颗粒为金属材料、金属盐类材料、炭黑材料、金属包覆材料，高分子材料中的一种或多种，所述绝缘基体为硅胶或树脂。

在其中一个实施例中，所述第一电极包括多个导电块，以及连接相邻两个导电块的连接块，所述连接块在第二方向上的尺寸小于所述导电块在第二方向上的尺寸，所述力敏电阻层在所述连接块处越过所述第一电极。

在其中一个实施例中，所述第二电极呈矩阵排列。

在其中一个实施例中，所述第二电极及与第二电极相连的连接条整体呈长条状并沿第二方向延伸。

在其中一个实施例中，所述第二电极以及第一电极的导电块呈矩形、棱形、方形或不规则图形。

在其中一个实施例中，还包括柔性电路板、多个第一引导电极和多个第二引导电极，所述柔性电路板设置在所述基材的一端，每一第一引导电极设置在所述基材上并连接所述柔性电路板和相应一第一电极，每一第二引导电极设置在所述基材上并连接所述柔性电路板和相应一第二电极。

一种触摸显示装置，包括保护盖板、触摸感应单元、压力感应单元和显示单元，所述触摸感应单元用于感应施加于保护盖板上的触摸信号，所述压力感应单元用于感应施加于保护盖板上的压力信号，所述压力感应单元为上述任意一种压力感应单元，且所述压力感应单元设置在保护盖板与显示单元之间。

在其中一个实施例中，所述压力感应单元设置在保护盖板与触摸感应单元之间，或者所述触摸感应单元设置在保护盖板与压力感应单元之间。

在其中一个实施例中，所述压力感应单元包括第一柔性电路板，所述触摸感应单元包括第二柔性电路板，所述第一柔性电路板和第二柔性电路板的绑定区位于保护盖板的不同端。

在其中一个实施例中，所述触摸感应单元设置在保护盖板与压力感应单元之间，所述触摸感应单元开设一窗口，所述触摸显示装置还包括柔性电路板，所述柔性电路板与触摸感应单元连接的同时穿过窗口与压力感应单元连接。

一种压力感应单元的制作方法，其步骤包括：

提供基材；

在基材的一表面上形成图案化的多个第一电极和多个第二电极，所述多个第一电极沿第一方向延伸呈长条状，且所述多个第一电极沿着第二方向间隔排布，所述多个第二电极互相间隔地设置在任意两个相邻第一电极之间的空隙内；

在基材上制作力敏电阻层，所述力敏电阻层越过第一电极并连接位于第一电极两侧的两个第二电极，制作力敏电阻层的步骤包括在基材上涂覆形成力敏电阻材料，并经曝光、显影；以及

在力敏电阻层上制作连接条，所述连接条在第二方向上延伸超出所述力敏电阻层而与所述力敏电阻层连接的两个第二电极电性连接。

在本发明中，将力敏电阻层与触摸显示装置相结合，并将力敏电阻层设置在保护盖板与显示单元之间，可以提升压力响应灵敏度，同时亦能实现多点压力识别与定位。采用力敏电阻层感应压力的方式也使操作介质不受限制。

附图说明

图1为本发明一实施例所提供的压力感应单元的结构示意图。

图2为图1圈中部分的放大示意图。

图3为图1所示压力感应单元的部分结构截面示意图。

图4-图6为本发明不同实施例所提供的触摸显示装置中的压力感应单元与触摸感应单元的组装结构示意图。

图7为本发明另一实施例所提供的触摸显示装置中的压力感应单元与触摸感应单元的组装结构示意图。

图8为图7中部分结构的截面示意图。

具体实施方式

本发明提供的触摸显示装置可以作为手机、平板电脑等类型的具有触摸交互形式的显示终端。

所述触摸显示装置包括保护盖板、触摸感应单元、压力感应单元和显示单元。

保护盖板可以是强化玻璃盖板、塑料盖板、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)盖板等。

触摸感应单元包括触摸驱动电极和触摸感应电极。触摸驱动电极和触摸感应电极可以分布于同一基材上，例如业界所称的GF结构、GF2结构等，或分别分布于两个不同的基材，例如业界所称的GFF结构。另外的一些实施例中，触摸驱动电极和触摸感应电极也可以形成在保护盖板的下表面而使得保护盖板兼具电容传感器的功能，该种结构被业界称为OGS结构。本发明所称“上”、“下”是相对于触摸显示装置在应用过程中与使用者靠近的程度而言，相对靠近使用者的一侧为“上”，相对远离使用者的一侧为“下”。例如保护盖板的下表面是指保护盖板远离使用者的一侧。另外的一些实施例中，还可以是如下设置方式，即该两种触控电极中的一种形成在保护盖板的下表面，另一种可以形成在贴合于保护盖板的一基材的表面，例如业界所称的G1F结构。所述触摸感应单元还包括柔性电路板以及连接柔性电路板和触摸驱动电极、触摸感应电极的引导电极。通过柔性电路板，使触摸驱动电极、触摸感应电极与外部主板形成电性连接从而对触摸信号进行处理。

所述显示单元包括液晶功能层和背光模组，所述液晶功能层包括依次设置的上偏光片、滤光片、液晶层、基板及下偏光片，所述背光模组包括光学膜片和用于保护光学膜片的保护金属片。光学膜片可包括依次设置的扩散片、导光板和反射片等结构。

另外的一些实施例中，触摸感应单元中的触摸驱动电极和触摸感应电极也可整合设置在液晶层内(上述触摸感应单元的结构被业界称为in-cell结构)，或 者所述触摸驱动电极和触摸感应电极设置在上偏光片和滤光片之间(上述触摸感应单元的结构被业界称为on-cell结构)。

所述触摸驱动电极和触摸感应电极用于感应施加于保护盖板上的触摸信号。所述触摸信号包括平行于保护盖板的二维方向上的接触、滑动、拖拽等触摸输入信号，甚至包括垂直于保护盖板方向上的隔空输入信号(即悬浮触控信号)或保护盖板边缘的侧边(例如弯曲屏的弧形侧边)的触摸输入信号。

所述压力感应单元设置在保护盖板与显示单元之间，用于感应施加于保护盖板上的压力信号。在一些实施例中，例如当触摸感应单元与保护盖板构成业界所称的GF结构、GF2结构或GFF结构等结构时，或者触摸感应单元整合设置在显示单元内形成in-cell结构或on-cell结构时，所述压力感应单元可设置在保护盖板与触摸感应单元之间。在另外一些实施例中，例如当触摸感应单元与保护盖板构成业界所称的OGS结构、GF结构、GF2结构或GFF结构等结构时，所述触摸感应单元也可设置在保护盖板与压力感应单元之间。

如图1和图2所示，本发明一实施例提供的压力感应单元包括基材10、形成在基材10一表面上的多个第一电极11、多个第二电极12、多个力敏电阻层13，以及多个连接条16。

所述力敏电阻层13包括绝缘基体和分散在绝缘基体中的导电颗粒。力敏电阻层13由量子隧道复合材料组成，可以为掺导电颗粒的力敏复合材料。力敏电阻层13中的细微导电颗粒均匀分散在绝缘基体中。绝缘基体可以为聚酯纤维、环氧树脂、聚酯、有机硅、橡胶等材料制成。绝缘基体可以是透明的，也可以是非透明的。由于力敏电阻层13的尺寸可做到肉眼不可见，因而即使力敏电阻层13中的绝缘基体为非透明，设置在保护盖板和显示单元之间的压力感应单元也不会在视觉效果上造成较大负面影响。可以理解地，当绝缘基体由透明材料制成时，从显示单元发出的光不会被绝缘基体阻挡，可提高光线透过率。

导电颗粒的粒径为10nm-0.1mm。导电颗粒可以由金属材料制成，例如由金、银、铜、镍等加工成细粉末、片状、箔状、球状、刺状，枝状、线状、棒状等形状，或加工成金属纤维状，还可以是金、银、铜、镍等两种或多种金属形成的合金加工而成的颗粒。导电颗粒也可以由金属盐类材料制成。导电颗粒也可 以为炭黑、石墨，还可以是碳纳米管，也可以为导电氧化物如氧化铟锡、氧化铟、氧化锡、氧化锌、氧化钛等，还可以是金属包覆材料或高分子材料。导电颗粒还可以是上述两种或多种的混合物。

如图1和图2中所示，所述多个第一电极11沿第一方向(图1中为y轴方向)延伸呈长条状，且所述多个第一电极11沿着第二方向(图1中为与y轴垂直的x轴方向)间隔排布。

所述多个第二电极12互相间隔地设置在任意两个相邻第一电极11之间的空隙内，每一力敏电阻层13越过相应一第一电极11并连接位于所述相应一第一电极11两侧的两个第二电极12。

每一连接条16设置在相应一力敏电阻层13上并在第二方向上延伸超出所述力敏电阻层13而与所述相应一力敏电阻层13连接的两个第二电极12电性连接。所述第二电极12通过连接条16的连接，构成整体呈长条状的构造并沿第二方向延伸。

上述结构中，每一力敏电阻层13作为连接第一电极11和第二电极12之间的桥梁，每一力敏电阻层13构成一个压力感应点。

上述压力感应单元的压力检测原理为，当力敏电阻层13不受压力时，力敏电阻层13中的导电颗粒距离较远，力敏电阻层13呈绝缘或高电阻状态；当力敏电阻层13受压力时，绝缘基体受压缩，其中的导电颗粒之间的距离变短，由于量子隧道效应，导电颗粒之间的电子迁移能力增强，从而在宏观上体现为力敏电阻层13的电阻值降低。随着力敏电阻层13所受压力的增大，由其相连的第一电极11和第二电极12之间的电阻值逐渐减小。因此，可以建立触摸显示装置中前述的压力感应单元中的电极电阻变化信息与触摸显示装置的受力信息的相互关系数据库。在实际应用中，所述触摸显示装置中还包括存储器和处理器，存储器中存储有在触摸显示装置中的不同位置进行不同的力值触摸下，触摸显示装置中检测力的各电极之间的电阻变化信息，处理器用于对比触摸显示装置检测获得的相邻电极的电阻变化信息与所预存储的电阻变化信息，从而判断触摸显示装置的触摸信息。其中触摸信息包括触摸的力的大小，也可以包括触摸力的位置。

在一实施例中，所述触摸感应单元和压力感应单元同时处于工作状态时，若触摸感应单元和压力感应单元检测到触摸操作事件，所述触摸显示装置利用所述触摸感应单元识别触摸操作位置，所述触摸显示装置利用所述压力感应单元识别触摸操作压力；若所述触摸感应单元未检测到触摸操作事件而所述压力感应单元检测到触摸操作事件时，所述触摸显示装置利用所述压力感应单元识别触摸操作位置和触摸操作压力。

通过设置多个力敏电阻层13和多个第一、第二电极11、12，每个力敏电阻层13作为一个感应点，连接在不同的第一、第二电极11、12之间，用于实现多点压力感应。同时，通过设置连接条16，可使第二方向上的各个第二电极12导通，从而第二方向上不同位置处的力敏电阻层13所对应的第一、第二电极11、12之间的阻值基本没有差异(均是单个力敏电阻层13表现出的电阻值)，可更准确地检测压力信号。

进一步地，如图1和图2中所示，所述压力感应单元还包括柔性电路板14、多个第一引导电极110和多个第二引导电极120。所述柔性电路板14设置在所述基材10的一端，图1、图2中所示柔性电路板14设置在基材10的上端。每一第一引导电极110设置在所述基材10上并连接所述柔性电路板14和相应一第一电极11，每一第二引导电极120设置在所述基材10上并连接所述柔性电路板14和相应一第二电极12。

第一引导电极110从第一电极11的相应端部延伸并连接至柔性电路板14，图1中为自第一电极11的上端延伸并与柔性电路板14连接，如此走线可缩短第一引导电极110的长度。

第二引导电极120自最靠近基材10的一侧，如图1、图2中所示为左侧的一个第二电极12延伸而出，并沿着基材10的该一侧向上至基材10的上端与柔性电路板14连接。通过柔性电路板14、第一引导电极110和第二引导电极120实现外部控制电路(主板)与第一电极11、第二电极12之间的回路连接，因而当其中一个或多个力敏电阻层13因受力而电阻发生变化时，即可实现压力变化的实时感应监测。其中，第一引导电极110、第二引导电极120与柔性电路板14连接的区域，可以再丝印额外的银浆，以保障第一引导电极110、第二引导 电极120与柔性电路板14优良的接触性，防止柔性电路板14与第一引导电极110、第二引导电极120的连接处发生断裂。

在一具体的实施例中，如图2和图3中所示，所述第一电极11包括多个导电块111，以及连接相邻两个导电块111的连接块113，所述连接块113在第二方向上的尺寸小于所述导电块111在第二方向上的尺寸，所述力敏电阻层13在所述连接块113处越过所述第一电极11。

在图1、图2所示的实施例中，所述第二电极12呈矩阵排列。所述第二电极12以及第一电极11的导电块111呈棱形。可以理解，在其他实施例中，第二电极12以及第一电极11的导电块111还可以是矩形、棱形、方形或不规则图形等其他形状。

如图3所示为图1中压力感应单元的部分结构的截面图。其中第一、第二电极11、12形成在基材10的同一表面，力敏电阻层13再形成在基材10的所述同一表面上并越过第一电极11的连接块113与第一电极11两侧的两个第二电极12相连。连接条16设置在相应一力敏电阻层13上并在第二方向上延伸超出所述力敏电阻层13而与所述相应一力敏电阻层13连接的两个第二电极12电性连接。

如图4中所示，一实施例中提供的触摸显示装置，压力感应单元和触摸感应单元均包括柔性电路板。为清楚说明各元件连接关系，将压力感应单元中的柔性电路板定义为第一柔性电路板141，触摸感应单元中的柔性电路板定义为第二柔性电路板142。第一柔性电路板141与压力感应单元中的相应引导电极的绑定区141a位于保护盖板的一端部，第二柔性电路板142与触摸感应单元中的相应引导电极的绑定区142a位于保护盖板的另一端部。也即所述第一柔性电路板141和第二柔性电路板142的绑定区位于保护盖板的不同端。

上述实施例中，压力感应单元和触摸感应单元中的柔性电路板可分别完成与对应的引导电极的绑定，然后再利用透明光学胶将压力感应单元和触摸感应单元粘接在一起。压力感应单元和触摸感应单元中的柔性电路板可分别与主板相连。

在另外的实施例中，如图5中所示，在连接至主板之前借助连接器143将 第一柔性电路板141、第二柔性电路板142连接在一起。还可以如图6中所示，采用一个柔性电路板14的不同分支分别与压力感应单元和触摸感应单元中的引导电极绑定。

图4-图6所示实施例为压力感应单元和触摸感应单元的绑定区位于保护盖板的不同端，在另外的一些实施例中，压力感应单元和触摸感应单元的绑定区也可位于保护盖板的同一端。如图7和图8中所示，一实施例提供的触摸显示装置包括保护盖板300、触摸感应单元200和压力感应单元100，触摸感应单元200设置在保护盖板300和压力感应单元100之间，且两两之间通过透明光学胶101、301粘接在一起。所述触摸感应单元200开设一窗口201，柔性电路板14与触摸感应单元200绑定的同时，还穿过窗口201与压力感应单元100连接。也即，柔性电路板14的不同分支(其他实施例中，也可以是两个独立的柔性电路板)与压力感应单元100、触摸感应单元200的绑定区位于保护盖板300的同一端部。

本发明还提供一种压力感应单元的制作方法，其步骤包括：

首先，提供基材；基材可以是由PET、PEN、COP等有机薄膜或者超薄玻璃等透明材料构成。

然后，在基材的一表面上形成图案化的多个第一电极和多个第二电极。第一电极和第二电极可以是由ITO，纳米银丝，碳纳米管，石墨烯，PEDOT，IZO等材料通过涂覆/溅镀等方式在基材表面上形成透明导电材料，然后经蚀刻以形成既定图案的第一电极和第二电极。所述多个第一电极沿第一方向延伸呈长条状，且所述多个第一电极沿着第二方向间隔排布，所述多个第二电极互相间隔地设置在任意两个相邻第一电极之间的空隙内。在此步骤中，还可以形成第一电极、第二电极与柔性电路板进行连接的引导电极。可以理解，引导电极也可以由后续的步骤中分步制作形成，例如采用丝印的方式形成引导电极。

接着，在基板上制作力敏电阻层，所述力敏电阻层越过第一电极并连接位于第一电极两侧的两个第二电极。

在一实施例中，例如制作如图3所示结构的压力感应单元时，可通过涂覆的方式将力敏电阻材料涂覆在基材上，可以是涂覆整个基材的表面，也可以是 涂覆基材的局部区域。然后再经过曝光、显影等步骤去除多余的力敏电阻材料，以形成越过第一电极并连接位于第一电极两侧的两个第二电极的力敏电阻层。力敏电阻材料可由前面所述的绝缘基体、导电颗粒，以及溶剂、固化剂等调制而成油墨态，并可通过加热固化或UV照射的方式实现固化。溶剂可以为常见的有机溶剂例如2-丁酮、乙二醇醚和四氢呋喃中的一种或以上的组合。根据绝缘基体的类型也可选择合适类型的固化剂例如脂肪族胺类、酰胺基胺类等。

在另外的一些实施例中，还可以通过丝印、喷墨打印等方式在既定位置形成所述力敏电阻层。

然后，在力敏电阻层上制作连接条，所述连接条在第二方向上延伸超出所述力敏电阻层而与所述力敏电阻层连接的两个第二电极电性连接。连接条可以由金属或其他导电材料构成。连接条可采用丝印、喷墨打印等方式在力敏电阻层上的既定位置形成，并延伸超出力敏电阻层以与第二方向上的两侧的第二电极形成电连接。

在本发明中，将力敏电阻层与触摸显示装置相结合，并将力敏电阻层设置在保护盖板与显示单元之间，可以提升压力响应灵敏度，同时亦能实现多点压力识别与定位。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。