專利名稱：觸控面板和觸控顯示裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種觸控面板和觸控顯示裝置。
背景技術(shù)：
隨著平板顯示技術(shù)的蓬勃發(fā)展及制造成本的日益降低，具有輻射低、厚度小、功耗 低等優(yōu)點的平板顯示裝置越來越受到消費者的青睞，因此被廣泛地應(yīng)用在電子產(chǎn)品中。為了符合現(xiàn)代人對于更加便利、更加直觀的人機界面的需要，近年來市場上逐漸 推出各種各樣具有觸控功能的平板顯示裝置，即觸控顯示裝置。通常，觸控顯示裝置可分為 外置式和內(nèi)嵌式兩種。其中，外置式觸控顯示裝置在傳統(tǒng)的平板顯示裝置基礎(chǔ)上附加一觸 控面板；而內(nèi)置式觸控顯示裝置是直接將觸控面板通過內(nèi)嵌的方式整合至顯示面板(比如 液晶面板)之中。目前的觸控面板種類繁多，包括電阻式、電容式、紅外線式和表面聲波式 等多種類型?，F(xiàn)有的觸控顯示裝置一般采用二維觸控技術(shù)，使用者可以通過手指或者觸控筆向 其觸控面板施加觸控動作以下達操作命令。在被施加觸控動作時，該觸控顯示裝置內(nèi)部的 功能模塊可偵測出該觸控動作所指向位置(即觸控位置)的平面(二維)坐標(biāo)，即X坐標(biāo) 和Y坐標(biāo)，并根據(jù)該平面坐標(biāo)提供相應(yīng)的控制信號控制該觸控顯示裝置或者使用該觸控顯 示裝置的電子產(chǎn)品進行相應(yīng)的操作。采用二維觸控技術(shù)的觸控顯示裝置雖可實現(xiàn)直觀、方便地人機操作界面，不過其 主要適用在平面顯示技術(shù)中。隨著三維(立體)顯示技術(shù)的發(fā)展，現(xiàn)有技術(shù)中采用二維觸 控技術(shù)的觸控面板及觸控顯示裝置難以滿足三維顯示技術(shù)的操控需要。

發(fā)明內(nèi)容
有鑒于此，有必要提供一種可以實現(xiàn)三維觸控的觸控面板和觸控顯示裝置?！N觸控面板，其包括一第一電極層、一電介質(zhì)層和一第二電極層，其中所述電介 質(zhì)層設(shè)置在所述第一電極層和第二電極層之間，且所述電介質(zhì)層包括高分子分散液晶薄膜。一種觸控顯示裝置，其包括一觸控面板和一檢測電路，所述觸控面板包括一第一 電極層、一電介質(zhì)層和一第二電極層，所述電介質(zhì)層設(shè)置在所述第一電極層和第二電極層 之間，所述電介質(zhì)層包括高分子分散液晶材料，所述檢測電路連接到所述第一電極層和第 二電極層之一，且其用于檢測觸控位置的三維坐標(biāo)。與現(xiàn)有技術(shù)相比較，本發(fā)明的觸控面板和觸控顯示裝置通過在所述第一電極層和 第二電極層之間的介電常數(shù)隨厚度的變化而相對應(yīng)地發(fā)生改變的電介質(zhì)層，比如高分子分 散液晶薄膜，便可實現(xiàn)三維觸控，從而滿足使用者在三維顯示技術(shù)的觸控操作需要。


圖1為本發(fā)明觸控面板一種實施例的結(jié)構(gòu)分解示意圖。
圖M為圖1所示觸控面板的第一電極層和第二電極層的平面結(jié)構(gòu)示意圖。圖5為圖1所示的觸控面板的電介質(zhì)層的結(jié)構(gòu)示意圖。圖6為圖1所示觸控面板被施加觸控動作時側(cè)面結(jié)構(gòu)示意圖。圖7為圖1所示的觸控面板被施加觸控動作時電介質(zhì)層的液晶微滴的變化過程示 意圖。圖8為本發(fā)明觸控顯示裝置一種實施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。
具體實施例方式請參閱圖1，其示意性地表示本發(fā)明觸控面板一種實施例的結(jié)構(gòu)分解圖。該觸控面 板100包括自下而上依次層疊設(shè)置的第一基板11、第一電極層12、電介質(zhì)層13、第二電極層 14和第二基板15。其中，所述第二基板15的外表面(即遠離所述第二電極層14的表面) 作為所述觸控面板100的觸控表面，使用者可通過所述觸控表面向所述觸控面板100施加 觸控動作，以向其下達操作命令。所述第一基板11和第二基板15均為絕緣基板，其中，所述第二基板15在外力作 用下可發(fā)生形變，比如，當(dāng)使用者向其觸控表面的某一位置施加一觸控動作時，所述觸控動 作所指向的位置將朝所述第一基板11方向發(fā)生凹陷。具體地，所述第二基板15所采用的 材料可以為以下材料之一聚對苯二甲酸乙二脂(Poly Ethylene Ter印hthalate，PET)、聚 碳酸月旨(Poly Carbonate，PC)、聚甲基丙烯酸甲月旨(Poly Methyl Meth Acrylate，PMMA)、聚 亞酰胺(Poly Imide，PI)、聚乙烯(Poly Ethylene,ΡΕ) 0所述第一基板11的材料可以與所 述第二基板相同。請一并參閱圖24，其中圖2和3分別為所述第一電極層12和第二電極層14的平 面結(jié)構(gòu)示意圖，圖4為所述第一電極層12和第二電極層14合并示意圖。所述第一電極層12包括多條平行間隔設(shè)置的第一電極線121，所述第二電極層14 包括多條平面間隔設(shè)置并與所述第一電極線121相垂直的第二電極線141。具體地，在本實 施例中，所述第一電極線121延第一方向(Y軸方向)延伸，所述第二電極線141延第二方 向(X軸方向延伸)。由此，所述第一電極線121和所述第二電極線141之間形成了多個交 疊區(qū)域。假定所述第一電極線121和所述第二電極線141的線寬均為w，則所述交疊區(qū)域的 面積S大約為w2。即，對于所述觸控面板100而言，所述交疊區(qū)域的面積為一固定值。在所述觸控面板100中，每個交疊區(qū)域可以作為一個觸控感測點。并且，在每個交 疊區(qū)域中，所述第一電極線121、第二電極線141和夾于二者之間的電介質(zhì)層13相互配合形 成一交疊電容16。假定在所述交疊區(qū)域中，所述電介質(zhì)層13的介電常數(shù)為ε且其厚度為 d，則所述交疊電容16的電容值C可以通過以下公式計算得出C= ￡s/4Jikd，其中，k為 靜電力常數(shù)，所述電介質(zhì)層13的介電常數(shù)ε是指沿所述交疊電容16的電場方向的介電常 數(shù)，于本實施方式中，所述電介質(zhì)層13的介電常數(shù)ε是指所述電介質(zhì)層13沿垂直方向的 介電常數(shù)。由于所述交疊電容16的面積s為固定值，所述交疊電容的電容值C主要由所述 電介質(zhì)層13在所述交疊區(qū)域中的介電常數(shù)ε和厚度d決定。本發(fā)明中，所述電介質(zhì)層13在外力作用下其厚度會發(fā)生改變，比如當(dāng)使用者施 加一觸控動作時，所述電介質(zhì)層13的厚度將減小，并且，所述電介質(zhì)層13的介電常數(shù)ε可 隨著其厚度的減小而增大。通過采用具有上述特性的材料，可使得所述交疊電容16的電容值C隨所述電介質(zhì)層13厚度的變化而相對應(yīng)地發(fā)生改變。請一并參閱圖5，其為所述電介質(zhì)層13的結(jié)構(gòu)示意圖，所述電介質(zhì)層13可以為高 分子分散液晶薄膜。所述高分子分散液晶薄膜主要包括高分子材料和液晶材料，其中所述 高分子材料可以為對向列型(Twisted Nematic, TN)液晶具有垂直配向功能的材料。具體地，所述高分子分散薄膜可通過以下方式制取得到首先，將高分子預(yù)聚物與 向列型液晶材料相混合；接著，對所述高分子和液晶混合物進行聚合處理，在聚合過程中， 所述高分子聚合物將與所述液晶材料會相互分離；并且，在聚合處理完成之后，所述液晶材 料將以微滴方式分散在所述高分子材料內(nèi)部。通過對上述聚合過程的工藝參數(shù)控制，可使 得所述液晶微滴131呈圓球狀，且所述液晶微滴131的尺寸約為微米量級。在所述高分子分散液晶薄膜中，每個液晶微滴131包括多個液晶分子。由于所述 高分子材料對所述液晶材料具有垂直配向功能，因此，在每個圓球狀的液晶微滴131中，所 述液晶分子將呈中心輻射排列。當(dāng)所述電介質(zhì)層13受到外力作用(比如使用者對所述觸控面板100施加觸控動 作)時，如圖6所示，受所述外力的影響，所述電介質(zhì)層13在所述外力指向的位置的厚度將 變小，從而迫使所述位置的液晶微滴131將發(fā)生形變(請參閱圖7)，且形變的程度由所述外 力的大小所決定。由此，所述液晶微滴131將從圓球狀變?yōu)闄E球狀，由于所述高分子材料對 所述液晶材料具有垂直配向功能，當(dāng)所述液晶微滴131從圓球狀向橢球狀轉(zhuǎn)變時，其內(nèi)部 的液晶分子的排列方式將從中心輻射排列向垂直的平行排列過渡。另外，由于液晶分子具 有介電常數(shù)各向異性的特性，當(dāng)所述液晶微滴131內(nèi)部的液晶分子排列方式發(fā)生改變時， 所述電介質(zhì)層13的介電常數(shù)ε也將隨之發(fā)生變化。具體而言，當(dāng)所述電介質(zhì)層13受到外力作用時，所述外力所指向位置的液晶微滴 131將從圓球狀向橢球狀轉(zhuǎn)變，此將導(dǎo)致所述電介質(zhì)層13在所述位置的沿垂直方向的介電 常數(shù)增大，即所述位置的介電常數(shù)ε增大。并且，所述介電常數(shù)ε的增大量與所述液晶微 滴131的形變程度相關(guān)，S卩，所述介電常數(shù)ε的增大量由所述外力的大小所決定。根據(jù)公式C= ε s/4Ji kd可以看出，當(dāng)使用者向所述觸控面板施加觸控動作而導(dǎo) 致所述電介質(zhì)層13在對應(yīng)觸控位置的厚度變小時，對于與所述觸控位置相對應(yīng)的交疊電 容而言，夾在所述第一電極線121和第二電極線141之間的電介質(zhì)的厚度d減小，該介電常 數(shù)ε增大，由此使得所述交疊電容16的電容值C增大。并且，所述電容值C的增大量是由 所述電介質(zhì)層13在所述觸控位置的厚度減小量相對應(yīng)的。基于以上結(jié)構(gòu)，所述觸控面板100中由所述第一電極層12和第二電極層14之間 的相互交疊形成多個交疊電容16中，越接近觸控動作所指向的位置的中心點，相對應(yīng)的液 晶微滴131的形變程度越大，則其電容值C的變化量越大。因此，通過檢測所述觸控面板 100中的電容值C的變化量最大的交疊電容16，便可獲取所述觸控動作所指向的觸控位置 的平面坐標(biāo)，即X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)。另一方面，通過檢測所述觸控位置對應(yīng)的交疊電容的具體 電容值C，便可計算出所述電介質(zhì)層13在所述觸控位置的厚度減小量，即計算出所述觸控 動作所指向的觸控位置的Z坐標(biāo)。由此可見，本發(fā)明的觸控面板100通過在所述第一電極層12和第二電極層14之 間設(shè)置介電常數(shù)隨厚度的變化而相對應(yīng)地發(fā)生改變的電介質(zhì)層13，比如高分子分散液晶薄 膜，便可實現(xiàn)三維觸控，從而滿足使用者在三維顯示技術(shù)的觸控操作需要。
請參閱圖8，其為本發(fā)明觸控顯示裝置一種實施例的電路結(jié)構(gòu)示意圖。所述觸控顯 示裝置10可包括以上實施例所述的觸控面板100和用于對所述觸控面板100進行三維坐 標(biāo)檢測的外圍電路200。其中，所述觸控面板100的結(jié)構(gòu)可參閱以上實施例的具體描述，此 處不再贅述。所述外圍電路200可包括驅(qū)動電路21、檢測電路22和控制電路23。其中，所 述驅(qū)動電路21連接到所述觸控面板100的第一電極線121，用于依序輸出掃描信號至所述 第一電極線121。所述檢測電路22連接到所述觸控面板的第二電極線141，用于檢測所述 第二電極線141的輸出信號，并根據(jù)所述輸出信號計算出使用者施加的觸控動作所指向的 觸控位置的三維坐標(biāo)。所述控制電路23分別連接至所述驅(qū)動電路21和檢測電路22，其一 方面用于控制所述驅(qū)動電路21的掃描時序，另一方面還用于根據(jù)所述檢測電路22提供的 三維坐標(biāo)信息，生成對應(yīng)的控制信號另外，在具體實施例中，所述觸控顯示裝置10還可以進一步包括一顯示面板，其 可連接至所述控制電路23。所述顯示面板可以為液晶面板或者其他平面顯示面板，其可接 收所述控制電路23根據(jù)提供的控制信號，并根據(jù)所述控制信號顯示對應(yīng)的畫面。當(dāng)所述觸控顯示裝置10進行工作時，所述控制電路23生成時序信號并分別提供 給所述驅(qū)動電路21和檢測電路22。所述驅(qū)動電路21根據(jù)所述時序信號，產(chǎn)生掃描信號并 分別提供給所述第一電極線121。在所述觸控面板100沒有被施加觸控動作時，其內(nèi)部每個 交疊電容16分別具有一初始電容值。在所述掃描信號作用下，所述交疊電容16將通過其 對應(yīng)的第二電極線141向所述檢測電路22輸出一感應(yīng)信號，比如，一電壓信號。當(dāng)使用者向所述觸控面板100施加一觸控動作時，受所述觸控動作所提供的外力 的作用，所述電介質(zhì)層13在觸控動作所指向的位置(即觸控位置)處將發(fā)生凹陷，使得所 述電介質(zhì)層13在所述觸控位置的厚度減小、介電常數(shù)ε增大，從而導(dǎo)致所述觸控位置對應(yīng) 的交疊電容16的電容值增大。由此，所述交疊電容16通過所述第二電極線141向所述檢測 電路22輸出的感應(yīng)信號將發(fā)生改變，且所述感應(yīng)信號的改變量對應(yīng)于所述交疊電容16受 所述觸控動作影響而發(fā)生的電容值的增大量。所述檢測電路22根據(jù)所述多條第二電極線 141輸出感應(yīng)信號，并結(jié)合所述控制器23提供的時序信號，可獲取各個觸控感測點輸出的 感應(yīng)信號的改變量，并根據(jù)所述感應(yīng)信號改變量計算出其對應(yīng)的交疊電容16的電容值改 變量。進一步地，所述檢測電路22可從上述計算結(jié)果中電容值改變量最大的觸控感測點， 并對其進行地址解析，從而得到所述觸控位置對應(yīng)的X坐標(biāo)和Y坐標(biāo)。另外，由于所述電介 質(zhì)層13的介電常數(shù)ε是受其厚度d影響的，通過查找預(yù)先設(shè)置的電介質(zhì)層的介電常數(shù)ε 和厚度d的對應(yīng)關(guān)系表，并結(jié)合公式C= ε s/4 π kd，便可計算出所述電介質(zhì)層13在所述觸 控位置處的厚度改變量，從而得到所述觸控位置度應(yīng)的Z坐標(biāo)。所述檢測信號22可將其檢測到的三維坐標(biāo)(X，Y，Z)提供給所述控制電路23。所 述控制電路23可進一步根據(jù)所述三維坐標(biāo)(Χ，Υ，Ζ)獲知使用者施加的觸控動作的具體內(nèi) 容，并據(jù)此輸出對應(yīng)的控制信號以控制顯示面板顯示對應(yīng)的畫面。
權(quán)利要求
1.一種觸控面板，其包括一第一電極層、一電介質(zhì)層和一第二電極層，其中所述電介 質(zhì)層設(shè)置在所述第一電極層和第二電極層之間，其特征在于所述電介質(zhì)層包括高分子分 散液晶薄膜。
2.如權(quán)利要求1所述的觸控面板，其特征在于所述高分子分散液晶薄膜的介電常數(shù) 隨著其厚度的減小而增大。
3.如權(quán)利要求1所述的觸控面板，其特征在于所述高分子分散液晶薄膜包括多個液 晶微滴，所述液晶微滴分散設(shè)置在高分子材料內(nèi)部，且所述高分子材料用于對所述液晶微 滴內(nèi)部的液晶分子進行垂直配向。
4.如權(quán)利要求2所述的觸控面板，其特征在于所述液晶分子的排列方式在所述高分 子分散液晶薄膜受外力作用時可發(fā)生改變。
5.一種觸控顯示裝置，其包括一觸控面板和一檢測電路，所述觸控面板包括一第一電 極層、一電介質(zhì)層和一第二電極層，其中所述電介質(zhì)層設(shè)置在所述第一電極層和第二電極 層之間，其特征在于所述電介質(zhì)層包括高分子分散液晶材料，所述檢測電路連接到所述第 一電極層和第二電極層之一，且其用于檢測觸控位置的三維坐標(biāo)。
6.如權(quán)利要求5所述的觸控顯示裝置，其特征在于所述電介質(zhì)層的介電常數(shù)隨著其 厚度的減小而增大。
7.如權(quán)利要求5所述的觸控顯示裝置，其特征在于所述高分子分散液晶材料包括多 個液晶微滴，所述液晶微滴分散設(shè)置在高分子材料內(nèi)部，所述高分子材料用于對所述液晶 微滴內(nèi)部的液晶分子進行垂直配向。
8.如權(quán)利要求5至7中任一項所述的觸控顯示裝置，其特征在于所述第一電極層包 括多條第一電極線，所述第二電極層包括多條第二電極線，所述第一電極線和所述第二電 極線之間包括多個觸控檢測點，所述檢測電路根據(jù)所述觸控檢測點的電容確定觸控位置的 三維坐標(biāo)。
9.如權(quán)利要求8所述的觸控顯示裝置，其特征在于所述檢測電路通過檢測出在所述 觸控面板被施加觸控動作前后電容值變化最大的觸控檢測點，確定所述觸控位置的X坐標(biāo) 和Y坐標(biāo)。
10.如權(quán)利要求9所述的觸控顯示裝置，其特征在于述檢測電路根據(jù)所述電容值變化 最大的觸控檢測點在所述觸控面板被施加觸控動作前后的具體電容變化量確定所述觸控 位置的Z坐標(biāo)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種觸控面板和觸控顯示裝置。該觸控面板包括一第一電極層、一電介質(zhì)層和一第二電極層，其中所述電介質(zhì)層設(shè)置在所述第一電極層和第二電極層之間，且所述電介質(zhì)層包括高分子分散液晶薄膜。
文檔編號G02F1/133GK102062963SQ20091030961
公開日2011年5月18日 申請日期2009年11月12日 優(yōu)先權(quán)日2009年11月12日
發(fā)明者孟鍇 申請人:群創(chuàng)光電股份有限公司, 群康科技(深圳)有限公司