專利名稱：觸摸屏及顯示裝置的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及一種觸摸屏及使用該觸摸屏的顯示裝置，尤其涉及一種基于 碳納米管的觸摸屏及使用該觸摸屏的顯示裝置。
背景技術：
近年來，伴隨著移動電話與觸摸導航系統(tǒng)等各種電子設備的高性能化和 多樣化的發(fā)展，在液晶等顯示元件的前面安裝透光性的觸摸屏的電子設備逐 步增加。這樣的電子設備的利用者通過觸摸屏， 一邊對位于觸摸屏背面的顯 示元件的顯示內(nèi)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，可以操作電子設備的各種功能。
按照觸摸屏的工作原理和傳輸介質(zhì)的不同，現(xiàn)有的觸摸屏通常分為四種 類型，分別為電阻式、電容感應式、紅外線式以及表面聲波式。其中電阻式
觸4莫屏的應用最為廣泛，"i青參見文獻"Production of Transparent Conductive Films with Inserted SiO2 Anchor Layer, and Application to a Resistive Touch Panel" Kazuhiro Noda， Kohtaro Tanimura. Electronics and Communications in Japan, Part 2， Vol.84, P39隱45(2001)。
現(xiàn)有的電阻式觸摸屏一般包括一上基板，該上基板的下表面形成有一上 透明導電層； 一下基板，該下基板的上表面形成有一下透明導電層；以及多 個點狀隔離物(Dot Spacer)設置在上透明導電層與下透明導電層之間。其中， 該上透明導電層與該下透明導電層通常采用具有導電特性的銦錫氧化物 (Indium Tin Oxide, ITO)層(下稱ITO層)。當使用手指或筆按壓上基板時，上 基板發(fā)生扭曲，使得按壓處的上透明導電層與下透明導電層彼此接觸。通過 外接的電子電路分別向上透明導電層與下透明導電層依次施加電壓，觸摸屏 控制器通過分別測量第一導電層上的電壓變化與第二導電層上的電壓變化， 并進行精確計算，將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標。觸摸屏控制器將數(shù)字化的觸點坐標 傳遞給中央處理器。中央處理器根據(jù)觸點坐標發(fā)出相應指令，啟動電子設備 的各種功能切換，并通過顯示器控制器控制顯示元件顯示。
5然而，ITO層作為透明導電層通常釆用離子束濺射或蒸鍍等工藝制備， 在制備的過程，需要較高的真空環(huán)境及需要加熱到200 300。C,因此，使得ITO 層的制備成本較高。此外，ITO層作為透明導電層具有機械性能不夠好、難 以彎曲及阻值分布不均勻等缺點。另外，ITO在潮濕的空氣中透明度會逐漸 下降。從而導致現(xiàn)有的電阻式觸摸屏及顯示裝置存在耐用性不夠好，靈敏度 低、線性及準確性較差等缺點。
因此，確有必要提供一種耐用性好，且靈敏度高、線性及準確性強的觸 摸屏及顯示裝置。

發(fā)明內(nèi)容
一種觸摸屏，包括 一第一電極板，該第一電極板包括一第一基體及一 第一導電層設置在該第一基體的下表面；以及一第二電極板，該第二電極板 與第 一 電極板間隔設置，該第二電極板包括一第二基體及一第二導電層設置 在該第二基體的上表面；其中，上述第一導電層和第二導電層中的至少一個 導電層包括一碳納米管層，該碳納米管層中的碳納米管定向排列。
一種顯示裝置，包括 一觸摸屏，該觸摸屏包括一第一電極板及一第二 電極板，該第一電極板包括一第一基體及一第一導電層設置在該第一基體的 下表面，該第二電極板與第一電極板間隔設置，且包括一第二基體及一第二 導電層設置在該第二基體的上表面；及一顯示設備，該顯示設備正對且靠近 上述觸摸屏的第二電極板設置；其中，上述第一導電層和第二導電層中的至 少一個導電層包括一碳納米管層，該碳納米管層中的碳納米管定向排列。
本技術方案實施例提供的采用定向排列的碳納米管作為透明導電層的 觸摸屏及顯示裝置具有以下優(yōu)點其一，碳納米管的優(yōu)異的力學特性使得透 明導電層具有很好的韌性和機械強度，故，可以相應的提高觸摸屏的耐用性， 進而提高顯示裝置的耐用性；其二，由于碳納米管具有優(yōu)異的導電性能，故， 采用定向排列的碳納米管作透明導電層，可使得透明導電層具有均勻的阻值 分布，從而提高觸摸屏及使用該觸摸屏的顯示裝置的分辨率和精確度。


圖1是本技術方案實施例觸摸屏的立體結(jié)構示意圖。圖2是本技術方案實施例觸摸屏的側(cè)視結(jié)構示意圖。
圖3是本技術方案實施例觸摸屏中碳納米管薄膜的掃描電鏡照片。
圖4是本技術方案實施例顯示裝置的側(cè)視結(jié)構示意圖。
具體實施例方式
以下將結(jié)合附圖詳細說明本技術方案提供的觸摸屏及顯示裝置。
請參閱圖1及圖2,本技術方案實施例提供一種觸摸屏10，該觸摸屏10 包括一第一電極板12， 一第二電極板14以及設置在第一電極板12與第二電 極板14之間的多個透明點狀隔離物16。
該第一電極板12包括一第一基體120，一第一導電層122以及兩個第一 電極124。該第一基體120為平面結(jié)構，該第一導電層122與兩個第一電極 124均設置在第一基體120的下表面。兩個第一電極124分別設置在第一導 電層122沿第一方向的兩端并與第一導電層122電連接。該第二電極板14 包括一第二基體140, —第二導電層142以及兩個第二電極144。該第二基 體140為平面結(jié)構，該第二導電層142與兩個第二電極144均設置在第二基 體140的上表面。兩個第二電極144分別設置在第二導電層142沿第二方向 的兩端并與第二導電層142電連接。該第一方向垂直于該第二方向，即兩個 第一電極124與兩個第二電極144正交設置。其中，該第一基體120為透明 的且具有一定柔軟度的薄膜或薄板，該第二基體140為透明基板，該第二基 體140的材料可選擇為玻璃、石英、金剛石及塑料等硬性材料或柔性材料。 所述第二基體140主要起支撐的作用。該第一電極124與該第二電極144的 材料為金屬、碳納米管薄膜或其他導電材料，只要確保導電性即可。本實施 例中，該第一基體120材料為聚酯膜，該第二基體140為玻璃基板，該第一 電極124與第二電極144為導電的銀漿層。
進一步地，該第二電極板14上表面外圍設置有一絕緣層18。上述的第 一電極板12設置在該絕緣層18上，且該第一電極板12的第一導電層122 正對第二電極板14的第二導電層142設置。上述多個透明點狀隔離物16設 置在第二電極板14的第二導電層142上，且該多個透明點狀隔離物16彼此 間隔設置。第一電極板12與第二電極板14之間的距離為2 10微米。該絕 緣層18與透明點狀隔離物16均可采用絕緣透明樹脂或其他絕緣透明材料制成。設置絕緣層18與點狀隔離物16可使得第一電極板14與第二電極板12電絕緣?？梢岳斫猓斢|摸屏10尺寸較小時，點狀隔離物16為可選擇的結(jié)構，只需確保第一電極板14與第二電極板12電絕緣即可。
另外，該第一電極板12上表面可進一步設置一透明保護膜126，該透明保護膜126可由氮化硅、氧化硅、苯丙環(huán)丁烯(BCB)、聚酯膜以及丙烯酸樹脂等材料形成。該透明保護膜126也可采用一層表面硬化處理、光滑防刮的塑料層，如聚對苯二曱酸乙二醇酯(PET)膜，用于保護第一電極板12，提高耐用性。該透明保護膜126還可用于提供一些其它的附加功能，如可以減少眩光或降低反射。
該第一導電層122與第二導電層142中的至少一個導電層包括一碳納米管層，該碳納米管層中的碳納米管定向排列。該碳納米管層可以為一透明的碳納米管薄膜或平行且無間隙鋪設的多個透明的碳納米管薄膜。該碳納米管薄膜進一步包括多個碳納米管束片段，每個碳納米管束片段具有大致相等的長度且每個碳納米管束片段由多個相互平行的碳納米管束構成，碳納米管束片段兩端通過范德華力相互連接。碳納米管層的長度及寬度不限，可根據(jù)實際需求制備。該碳納米管薄膜的厚度為0.5納米 100微米。本實施例中，該第一導電層122與第二導電層142均為碳納米管層。該碳納米管層為多個碳納米管束擇優(yōu)取向排列形成的一碳納米管薄膜。優(yōu)選地，第一導電層122中碳納米管沿上述第一方向定向排列，第二導電層142中碳納米管沿上述第二方向定向4非列。
本實施例第一導電層122和/或第二導電層142中的碳納米管薄膜的制備方法主要包括以下步驟
步驟一提供一碳納米管陣列，優(yōu)選地，該陣列為超順排碳納米管陣列。本技術方案實施例提供的碳納米管陣列為單壁碳納米管陣列、雙壁碳納米管陣列或多壁碳納米管陣列。本實施例中，超順排碳納米管陣列的制備方法采用化學氣相沉積法，其具體步驟包括(a)提供一平整基底，該基底可選用P型或N型硅基底，或選用形成有氧化層的硅基底，本實施例優(yōu)選為采用4英寸的硅基底；(b)在基底表面均勻形成一催化劑層，該催化劑層材料可選用鐵(Fe)、鈷(Co)、鎳(Ni)或其任意組合的合金之一；(c)將上述形成有催化劑層的基底在700 900。C的空氣中退火約30分鐘 90分鐘；(d)將處理過的基底置于反應爐中，在保護氣體環(huán)境下加熱到500~740°C，然后 通入碳源氣體反應約5~30分鐘，生長得到超順排碳納米管陣列，其高度為 200-400微米。該超順排碳納米管陣列為多個彼此平行且垂直于基底生長的 碳納米管形成的純碳納米管陣列。通過上述控制生長條件，該超順排碳納米 管陣列中基本不含有雜質(zhì)，如無定型碳或殘留的催化劑金屬顆粒等。該碳納 米管陣列中的碳納米管彼此通過范德華力緊密接觸形成陣列。該碳納米管陣 列與上述基底面積基本相同。
本實施例中碳源氣可選用乙炔、乙烯、曱烷等化學性質(zhì)較活潑的碳氫化 合物，本實施例優(yōu)選的碳源氣為乙炔；保護氣體為氮氣或惰性氣體，本實施 例優(yōu)選的保護氣體為氬氣。
可以理解，本實施例提供的碳納米管陣列不限于上述制備方法。也可為 石墨電極恒流電弧放電沉積法、激光蒸發(fā)沉積法等。
步驟二采用 一拉伸工具從碳納米管陣列中拉取獲得一碳納米管薄膜。 其具體包括以下步驟(a)從上述碳納米管陣列中選定一定寬度的多個碳納 米管片斷，本實施例優(yōu)選為采用具有一定寬度的膠帶接觸碳納米管陣列以選 定一定寬度的多個碳納米管片斷；(b)以一定速度沿基本垂直于碳納米管陣 列生長方向拉伸該多個碳納米管片斷，以形成一連續(xù)的碳納米管薄膜。
在上述拉伸過程中，該多個碳納米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐漸 脫離基底的同時，由于范德華力作用，該選定的多個碳納米管片斷分別與其 它碳納米管片斷首尾相連地連續(xù)地被拉出，從而形成一碳納米管薄膜。該碳 納米管薄膜包括多個首尾相連且定向排列的碳納米管束。該碳納米管薄膜中 碳納米管的排列方向基本平行于碳納米管薄膜的拉伸方向。
請參閱圖3，該碳納米管薄膜為擇優(yōu)取向排列的多個碳納米管束首尾相 連形成的具有一定寬度的碳納米管薄膜。該碳納米管薄膜中碳納米管的排列 方向基本平行于碳納米管薄膜的拉伸方向。該直接拉伸獲得的擇優(yōu)取向的碳 納米管薄膜比無序的碳納米管薄膜具有更好的均勻性，即具有更均勻的厚度 以及具有更均勻的導電性能。同時該直接拉伸獲得碳納米管薄膜的方法簡單 快速，適宜進行工業(yè)化應用。
本實施例中，該碳納米管薄膜的寬度與碳納米管陣列所生長的基底的尺 寸有關，該碳納米管薄膜的長度不限，可根據(jù)實際需求制得。該碳納米管薄膜的厚度為0.5納米 100微米。當該碳納米管薄膜中的碳納米管為單壁碳納米管時，該單壁碳納米管的直徑為0.5納米 50納米。當該碳納米管薄膜中的碳納米管為雙壁碳納米管時，該雙壁^友納米管的直徑為1.0納米 50納米。當該碳納米管薄膜中的碳納米管為多壁碳納米管時，該多壁碳納米管的直徑為1.5納米~50納米。
可以理解，由于本實施例超順排碳納米管陣列中的碳納米管非常純凈，且由于碳納米管本身的比表面積非常大，所以該碳納米管薄膜本身具有較強的粘性。因此，該碳納米管薄膜作為第一導電層122與第二導電層142時可直接黏附在第一基體120或第二基體140上。
另外，可使用有機溶劑處理上述黏附在第一基體120或第二基體140上的碳納米管薄膜。具體地，可通過試管將有機溶劑滴落在碳納米管薄膜表面浸潤整個碳納米管薄膜。該有機溶劑為揮發(fā)性有機溶劑，如乙醇、曱醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本實施例中采用乙醇。該碳納米管薄膜經(jīng)有機溶劑浸潤處理后，在揮發(fā)性有機溶劑的表面張力的作用下，該碳納米管薄膜可牢固地貼附在基體表面，且表面體積比減小，粘性降低，具有良好的機械強度及韌性。
此外，可選擇地，為了減小由顯示設備產(chǎn)生的電磁千擾，避免從觸摸屏IO發(fā)出的信號產(chǎn)生錯誤，還可在第二基體140的下表面上設置一屏蔽層(圖未示)。該屏蔽層可由銦錫氧化物(ITO)薄膜、銻錫氧化物(ATO)薄膜或碳納米管薄膜等導電材料形成。本實施例中，所述的屏蔽層包含一碳納米管薄膜，該碳納米管薄膜中的碳納米管的排列方式不限，可為定向排列也可為其它的排列方式。本實施例中，該屏蔽層中的碳納米管定向排列。該碳納米管薄膜作為電接地點，起到屏蔽的作用，從而使得觸摸屏10能在無干擾的環(huán)境中工作。
請參閱圖4，本技術方案實施例還提供一使用上述觸摸屏10的顯示裝置100,其包括上述觸摸屏10及一顯示設備20。該顯示設備20正對且靠近上述觸摸屏10的第二電極板14設置。該觸摸屏10可以與該顯示設備20間隔一預定距離設置，也可集成在該顯示設備20上。當該觸摸屏10與該顯示設備20集成設置時，可通過粘結(jié)劑將該觸摸屏10附著到該顯示設備20上。
本技術方案顯示設備20可以為液晶顯示器、場發(fā)射顯示器、等離子顯示器、電致發(fā)光顯示器、真空焚光顯示器及陰極射線管等顯示設備。
進一步地，當在該觸摸屏10第二基體140的下表面上設置一屏蔽層22時，可在該屏蔽層22遠離第二基體140的表面上設置一鈍化層24，該鈍化層24可由氮化硅、氧化硅等材料形成。該鈍化層24與顯示設備20的正面間隔一間隙26設置。該鈍化層24作為介電層使用，且保護該顯示設備20不致于由于外力過大而損壞。
另外，該顯示裝置100進一步包括一觸摸屏控制器30、 一中央處理器40及一顯示設備控制器50。其中，該觸摸屏控制器30、該中央處理器40及該顯示設備控制器50三者通過電路相互連接，該觸摸屏控制器30與該觸摸屏20電連接，該顯示設備控制器50與該顯示設備20電連接。該觸摸屏控制器30通過手指等觸摸物60觸摸的圖標或菜單位置來定位選擇信息輸入，并將該信息傳遞給中央處理器40。該中央處理器40通過該顯示器控制器50控制該顯示元件20顯示。
使用時，第一電極板12之間與第二電極板14之間分別施加5V電壓。使用者一邊視覺確認在觸摸屏10下面設置的顯示元件20的顯示， 一邊通過觸摸物60如手指或筆按壓觸摸屏10第一電極板12進行操作。第一電極板12中第一基體120發(fā)生彎曲，使得按壓處70的第一導電層122與第二電極板14的第二導電層142接觸形成導通。觸摸屏控制器30通過分別測量第一導電層122第一方向上的電壓變化與第二導電層142第二方向上的電壓變化，并進行精確計算，將它轉(zhuǎn)換成觸點坐標。觸摸屏控制器30將數(shù)字化的觸點坐標傳遞給中央處理器40。中央處理器40根據(jù)觸點坐標發(fā)出相應指令，啟動電子設備的各種功能切換，并通過顯示器控制器50控制顯示元件20顯示。
本技術方案實施例提供的采用定向排列的碳納米管作為透明導電層的觸摸屏及顯示裝置具有以下優(yōu)點其一，碳納米管的優(yōu)異的力學特性使得透明導電層具有很好的韌性和機械強度，故，可以相應的提高觸摸屏的耐用性，進而提高顯示裝置的耐用性；其二，由于碳納米管具有優(yōu)異的導電性能，故，采用定向排列的碳納米管作透明導電層，可使得透明導電層具有均勻的阻值分布，從而提高觸摸屏及使用該觸摸屏的顯示裝置的分辨率和精確度；其三，由于本實施例所提供的碳納米管薄膜采用直接拉伸的方法制備，該方法無需真空環(huán)境和加熱過程，故采用上述方法制備的碳納米管薄膜做透明導電層有利于降低觸摸屏及使用該觸摸屏的顯示裝置的成本。
另外，本領域技術人員還可在本發(fā)明精神內(nèi)作其它變化，當然這些依據(jù)本發(fā)明精神所作的變化，都應包含在本發(fā)明所要求保護的范圍內(nèi)。
權利要求
1. 一種觸摸屏，包括一第一電極板，該第一電極板包括一第一基體及一第一導電層設置在該第一基體的下表面；以及一第二電極板，該第二電極板與第一電極板間隔設置，該第二電極板包括一第二基體及一第二導電層設置在該第二基體的上表面；其特征在于上述第一導電層和第二導電層中的至少一個導電層包括一碳納米管層，該碳納米管層中的碳納米管定向排列。
2. 如權利要求1所述的觸摸屏，其特征在于該碳納米管層為一碳納米管薄 膜或平行且無間隙鋪設的多個碳納米管薄膜。
3. 如權利要求2所述的觸摸屏，其特征在于該碳納米管薄膜進一步包括多 個碳納米管束片段，每個碳納米管束片段具有大致相等的長度且每個碳納米 管束片段由多個相互平行的碳納米管束構成，碳納米管束片段兩端通過范德 華力相互連接。
4. 如權利要求2所述的觸摸屏，其特征在于該碳納米管薄膜的厚度為0.5 納米 100微米。
5. 如權利要求1所述的觸摸屏，其特征在于該碳納米管層中的碳納米管為 單壁碳納米管、雙壁碳納米管或多壁碳納米管。
6. 如權利要求5所述的觸摸屏，其特征在于，該單壁碳納米管的直徑為0.5 納米 50納米，該雙壁石友納米管的直徑為1.0納米 50納米，該多壁-友納米管 的直徑為1.5納米~50納米。
7. 如權利要求1所述的觸摸屏，其特征在于該第一電極板進一步包括兩個 第一電極沿第一方向設置在第一導電層的兩端且與第一導電層電連接，該第 一導電層中的碳納米管沿第一方向定向排列。
8. 如權利要求7所述的觸摸屏，其特征在于該第二電極板進一步包括兩個 第二電極沿第二方向設置在第二導電層的兩端且與第二導電層電連接，該第 二導電層中的碳納米管沿第二方向定向排列。
9. 如權利要求8所述的觸摸屏，其特征在于該第二方向垂直于第一方向。
10. 如權利要求1所述的觸摸屏，其特征在于該觸摸屏進一步包括一絕緣層 設置在該第二電極板上表面外圍，該第一電極板設置在該絕緣層上。
11. 如權利要求10所述的觸摸屏，其特征在于該觸摸屏進一步包括多個點 狀隔離物設置在該第 一 電極板與該第二電極板之間。
12. 如權利要求11所述的觸摸屏，其特征在于該多個點狀隔離物設置在上 述第一導電層和第二導電層之間。
13. 如權利要求11所述的觸摸屏，其特征在于該點狀隔離物與該絕緣層材 料為絕緣且透明的樹脂。
14. 如權利要求1所述的觸摸屏，其特征在于，該觸摸屏進一步包括一屏蔽層， 該屏蔽層設置在該觸摸屏第二基體的下表面，該屏蔽層為銦錫氧化物薄膜、 銻錫氧化物薄膜或碳納米管薄膜。
15. 如權利要求1所述的觸摸屏，其特征在于該第一基體材料為聚酯膜。
16. 如權利要求1所述的觸摸屏，其特征在于該第二基體材料為玻璃、石英、 金剛石或塑料。
17. 如權利要求1所述的觸摸屏，其特征在于該觸摸屏進一步包括一透明保 護膜，該透明保護膜設置在第一電極板上表面，該透明保護膜的材料為氮化 硅、氧化硅、苯丙環(huán)丁烯(BCB)、聚酯膜、丙烯酸樹脂或聚對苯二曱酸乙二 醇酯。
18. —種顯示裝置，包括一觸摸屏，該觸摸屏包括一第一電極板及第二電極板，該第一電極板包括一 第一基體及一第一導電層設置在該第一基體的下表面，該第二電極板與第一 電極板間隔設置，且包括一第二基體及一第二導電層設置在該第二基體的上 表面；及一顯示設備，該顯示設備正對且靠近上述觸摸屏的第二電極板設置； 其特征在于上述第一導電層和第二導電層中的至少一個導電層包括一碳納 米管層，該碳納米管層中的碳納米管定向排列。
19. 如權利要求18所述的顯示裝置，其特征在于，所述顯示裝置進一步包括 一觸摸屏控制器、 一中央處理器及一顯示設備控制器，其中，該觸摸屏控制 器、該中央處理器及該顯示設備控制器三者通過電路相互連接，該觸摸屏控 制器與該觸摸屏電連接，該顯示設備控制器與該顯示設備電連接。
20. 如權利要求18所述的顯示裝置，其特征在于，所述顯示設備為液晶顯示 器、場發(fā)射顯示器、等離子顯示器、電致發(fā)光顯示器、真空熒光顯示器及陰極射線管顯示器中的一種。
21. 如權利要求18所述的顯示裝置，其特征在于，該觸摸屏與該顯示設備間 隔設置或該觸摸屏集成在該顯示設備上。
22. 如權利要求18所述的顯示裝置，其特征在于，所述顯示裝置進一步包括 一屏蔽層，該屏蔽層設置在該觸摸屏第二基體的下表面，該屏蔽層為銦錫氧 化物薄膜、銻錫氧化物薄膜或碳納米管薄膜。
23. 如權利要求22所述的顯示裝置，其特征在于，所述顯示裝置進一步包括 一鈍化層，該鈍化層設置在該屏蔽層遠離該觸摸屏第二基底的表面上，該鈍 化層的材料為氮化硅或氧化硅。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種觸摸屏，包括一第一電極板，該第一電極板包括一第一基體及一第一導電層設置在該第一基體的下表面；以及一第二電極板，該第二電極板與第一電極板間隔設置，該第二電極板包括一第二基體及一第二導電層設置在該第二基體的上表面；其中，上述第一導電層和第二導電層中的至少一個導電層包括一碳納米管層，該碳納米管層中的碳納米管定向排列。進一步地，本發(fā)明還涉及一種使用上述觸摸屏的顯示裝置，其包括一觸摸屏及一顯示設備。
文檔編號G06F3/041GK101458603SQ20071012500
公開日2009年6月17日 申請日期2007年12月12日 優(yōu)先權日2007年12月12日
發(fā)明者亮 劉, 姜開利, 范守善 申請人:北京富納特創(chuàng)新科技有限公司;鴻富錦精密工業(yè)(深圳)有限公司