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CN107368227B - 一种触控显示基板、触控显示装置 - Google Patents

一种触控显示基板、触控显示装置 Download PDF

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Abstract

本发明提供一种触控显示基板、触控显示装置，属于触控显示技术领域，其可解决现有的超声波式触控显示厚度太大的问题。本发明的触控显示基板中将超声波发生单元与超声波感测单元同层设置，且一个超声波发生单元围绕设置于每个超声波感测单元边缘，与现有技术相比相当于降低了一半的厚度；一个超声波发生单元具有多个开口，其用于产生超声波；多个超声波感测单元均匀排布于开口内，其用于接收超声波信号。即超声波感测单元以阵列的形式分布，超声波发生单元以网格的形式占用剩余空间，从而将现有的六层结构空间压缩为三层结构空间，可以显著的降低显示屏的厚度。本发明的触控显示基板适用于各种显示装置。

Description

一种触控显示基板、触控显示装置
技术领域
本发明属于触控显示技术领域，具体涉及一种触控显示基板、触控显示装置。
背景技术
触摸屏的种类主要包括：电阻触摸屏、超声波触摸屏、红外线触摸屏、以及电容触摸屏。其中，超声波触摸屏的原理是：利用超声波在介质表面的传播，当有物体接触时，声波的能量和形状发生变化，从而感知位置。
现有的超声波触摸屏中的超声波感测结构主要包括两大部分：一是超声波发生单元，典型的是三明治结构，上下两个电极，中间为压电材料层，给上下电极加一定频率的电压信号，中间的压电材料层会随着电信号的频率而发生规律的形变，从而使空气振动产生声波，频率到一定程度时，产生超声波；二是超声波接收装置，其也是典型的三明治结构，上下两个电极和中间的压电材料层，声波所导致的空气振动会使压电材料层发生相应规律的形变，从而导致规律的电信号被上下电极感测。
发明人发现现有技术中至少存在如下问题：现有的超声波触控感测方案是将超声波感测单元配置成阵列集成到显示屏中，另外将超声波发生单元的三明治结构以整面的形式配置在显示屏下方，该结构在显示屏之外又增加了超声波发生单元的三层结构，使显示屏的厚度有了明显的增加。
发明内容
本发明针对现有的超声波式触控显示厚度太大的问题，提供一种触控显示基板、触控显示装置。
解决本发明技术问题所采用的技术方案是：
一种触控显示基板，包括衬底，以及设于所述衬底上的多个超声波感测单元和一个超声波发生单元，其中，所述超声波发生单元与超声波感测单元同层设置，且所述超声波发生单元具有多个开口，所述多个超声波感测单元设于所述开口内。
优选的是，所述超声波发生单元与超声波感测单元同层设置。
优选的是，所述触控显示基板包括阵列排布的多个像素区域和围绕所述多个像素区域的周边区域，所述开口与多个像素区域一一对应。
优选的是，所述超声波感测单元包括数据电极、偏压电极以及夹设在所述数据电极、偏压电极之间的感测压电层；所述超声波发生单元包括上电极、下电极以及夹设在所述上电极、下电极之间的发生压电层。
优选的是，所述数据电极与所述下电极同层且相互绝缘，所述偏压电极与所述上电极同层且相互绝缘；或者所述数据电极与所述上电极同层且相互绝缘，所述偏压电极与所述下电极同层且相互绝缘。
优选的是，所述感测压电层与所述发生压电层同层。
优选的是，每个所述像素区域包括多个子像素，所述超声波感测单元与所述子像素呈矩阵排列，所述超声波发生单元呈网格状。
优选的是，所述像素区域包括多个子像素，所述子像素周边设有黑矩阵，所述超声波感测单元至衬底上的正投影面积小于或等于所述子像素至衬底上的正投影面积，所述超声波发生单元至衬底上的正投影面积小于或等于所述黑矩阵至衬底上的正投影面积。
优选的是，所述子像素与所述超声波感测单元分别设于所述衬底的上下两个表面上。
优选的是，所述触控显示基板还包括TFT的玻璃基底，所述子像素与黑矩阵设于玻璃基底的一面上，所述超声波发生单元与超声波感测单元设于所述玻璃基底的另一面上。
本发明还提供一种触控显示装置，包括上述的触控显示基板。
本发明的触控显示基板中将超声波发生单元与超声波感测单元同层设置，且一个超声波发生单元围绕设置于每个超声波感测单元边缘，与现有技术相比相当于降低了一半的厚度；一个超声波发生单元具有多个开口，其用于产生超声波；多个超声波感测单元2均匀排布于开口内，其用于接收超声波信号。即超声波感测单元以阵列的形式分布，超声波发生单元以网格的形式占用剩余空间，从而将现有的六层结构空间压缩为三层结构空间，可以显著的降低显示屏的厚度。本发明的触控显示基板适用于各种显示装置。
附图说明
图1、图2为本发明的实施例1的触控显示基板的结构示意图；
图3-5为本发明的实施例2的触控显示基板的结构示意图；
图6为本发明的实施例2的触控显示基板的驱动原理图；
图7-8为本发明的实施例3的触控显示基板的结构示意图；
其中，附图标记为：100、衬底；101、扫描线；102、数据线；1、超声波发生单元；11、上电极；12、发生压电层；13、下电极；2、超声波感测单元；21、数据电极；22、感测压电层；23、偏压电极；3、像素区域；4、绝缘层；5、玻璃基底。
具体实施方式
为使本领域技术人员更好地理解本发明的技术方案，下面结合附图和具体实施方式对本发明作进一步详细描述。
实施例1：
本实施例提供一种触控显示基板，如图1、图2所示，包括衬底100，以及设于所述衬底100上的多个超声波感测单元2和一个超声波发生单元1，其中，所述超声波发生单元1具有多个开口，所述多个超声波感测单元2设于所述开口内。
参见图1、图2，其中图1为触控显示基板的俯视图，图2为沿图1的A-A’的截面图。本实施例的触控显示基板中将超声波发生单元与超声波感测单元同层设置，且一个超声波发生单元1围绕设置于每个超声波感测单元2边缘，与现有技术相比相当于降低了一半的厚度；一个超声波发生单元1具有多个开口，其用于产生超声波；多个超声波感测单元2均匀排布于开口内，其用于接收超声波信号。具体的，当触控显示基板被手指触控时，超声发生单元产生超声波，到达手指与触控显示基板的接触界面，手指的纹脊与触控显示基板发生接触，中间无空隙，此时手指的纹脊将吸收发射到手指的超声波能量，在手指的纹谷的地方，手指与触控显示基板之间存在空隙，超声波能量将在空气与触控显示基板的界面上被反射，从而被超声波感测单元2检测到，经过数据处理，两种差异信号即可创建指纹图像。
实施例2：
本实施例提供一种触控显示基板，如图3-6所示，包括衬底100，以及设于衬底100上的多个超声波感测单元2和一个超声波发生单元1，其中，超声波发生单元1与超声波感测单元2同层设置，且超声波发生单元1具有多个开口，多个超声波感测单元2设于开口内。触控显示基板还包括阵列排布的多个像素区域3和围绕多个像素区域3的周边区域，开口与多个像素区域3一一对应。
也就是说，图3中的多个超声波感测单元2与多个像素区域3均为阵列排布，这样超声波感测单元2的各结构层可以采用与像素区域3相同的掩膜版形成。
作为本实施例中的一种可选实施方案，如图4所示，每个像素区域3包括多个子像素，超声波感测单元2与子像素呈矩阵排列，超声波发生单元1呈网格状。
在本实施例对应的附图4中，显示了每个像素区域3包括红(R)、绿(G)、蓝(B)等显示子像素，图4中的U代表超声波感测单元2，超声波感测单元2可以视作非显示的功能子像素，用于接收超声波信号。需要说明的是，本实施例中U与R、G、B呈矩阵形式排列，相当于每个像素均设置有超声波感测单元2，这样设计的作用是可以使得触控感测更灵敏。可以理解的是，图4中以红、绿、蓝子像素进行了举例，青、紫、黄的情况与之类似，此外，图4中子像素与超声波感测单元2呈两排的阵列排布，子像素与超声波感测单元2同一排排布也是可行的，在此不再赘述。
在一个实施例中，超声波感测单元2包括数据电极21、偏压电极23以及夹设在数据电极21、偏压电极23之间的感测压电层22；超声波发生单元1包括上电极11、下电极13以及夹设在上电极11、下电极13之间的发生压电层12。
如对应本实施例的附图4、图5所示(图5为沿图4的B-B’的截面图)，该衬底100可以与阵列基板基底共用，衬底100上还可以配置有超声波感测单元2的驱动电路，以像素电极的形式引出过孔到感测单元下方作为数据电极21；偏压电极23可以与显示面板的公共电极共用，也可以与显示面板的公共电极相互独立。具体的，中间的压电层可以由锆钛酸铅、钛酸钡、ZnO等无机材料构成，也可以由聚偏氟乙烯等有机压电材料构成。超声波发生单元1为以网格形式分布的整面结构。
更具体的，本实施例的驱动电路配置原理参见图6，包括交叉配置的行栅极线/(行)扫描线101和(列)数据线102，栅极线和数据线102分别与TFT的栅极和源/漏极相连，接收超声波信号时，扫描信号逐行向栅极输入，以逐行打开TFT，此时若超声波作用于压电层产生压电信号，数据线102就能够接收到电信号，在图5中，手指压在触控显示基板表面时，超声波发生单元1产生的超声波穿过触控显示基板，到达手指与触控显示基板的接触界面，手指的纹脊与触控显示基板发生接触，中间无空隙，此时手指的纹脊将吸收发射到手指的超声波能量，在手指的纹谷的地方，手指与触控显示基板之间存在空隙，超声波能量将在空气与触控显示基板的界面上被反射，从而被超声波感测单元2检测到，经过数据处理，两种差异信号即可创建指纹图像。
优选的是，数据电极21与下电极13同层且相互绝缘，偏压电极23与上电极11同层且相互绝缘；或者数据电极21与上电极11同层且相互绝缘，偏压电极23与下电极13同层且相互绝缘。
优选的是，感测压电层22与发生压电层12同层。
也就是说，采用一道掩膜工艺形成数据电极21与下电极13，采用一道掩膜工艺形成感测压电层22与发生压电层12，采用一道掩膜工艺形成偏压电极23与上电极11。相当于超声波感测单元2和超声波发生单元1为三层结构。需要说明的是，偏压电极23可以与显示基板的整面的公共电极相连，用于与手指接触，同时，为了将上电极11与公共电极绝缘，在超声波发生单元1的上电极11与像素的公共电极之间添加一层绝缘层4。
实施例3：
本实施例提供一种触控显示基板，如图7-8所示，包括衬底100，以及设于衬底100上的多个超声波感测单元2和一个超声波发生单元1，其中，超声波发生单元1与超声波感测单元2同层设置，且超声波发生单元1具有多个开口，多个超声波感测单元2设于开口内。像素区域3包括多个子像素，子像素周边设有黑矩阵，超声波感测单元2至衬底100上的正投影面积小于或等于子像素至衬底100上的正投影面积，超声波发生单元1至衬底100上的正投影面积小于或等于黑矩阵至衬底100上的正投影面积。
本实施例中超声波发生单元1与超声波感测单元2同层，但是不与子像素同层，每一像素区域3对应设置一个超声波感测单元2，超声波发生单元1围绕设置于每个超声波感测单元2边缘。其中，本实施例附图所示各结构的大小、厚度等仅为示意。在工艺实现中，各结构在衬底100上的投影面积可以相同，也可以不同，可以通过mask刻蚀工艺实现所需的各结构投影面积；同时，附图所示结构也不限定各结构的几何形状，例如可以是附图所示的矩形，还可以是梯形，或其它刻蚀所形成的形状，同样可通过mask刻蚀实现。
在一个实施例中，子像素与超声波感测单元2分别设于衬底100的上下两个表面上。
如对应本实施例的附图7所示，子像素与超声波感测单元2共用同一玻璃衬底100。即将子像素形成于衬底100的上表面(也称为正面)上，将超声波感测单元2形成于衬底100的下表面(也称为背面)上。本实施例中的偏压电极可以是整面的不透光金属，该金属层同时可以起到反射R、G、B光的作用，当然该偏压电极也可以为整面的ITO。为了将上电极11与偏压电极23绝缘，在超声波发生单元1的上电极11与偏压电极23之间添加一层绝缘层4。
在一个实施例中，触控显示基板还包括TFT的玻璃基底5，子像素与黑矩阵设于玻璃基底5的一面上，超声波发生单元1与超声波感测单元2设于玻璃基底5的另一面上。
如对应本实施例的附图8所示，为了将上电极11与TFT的公共电极(图中未示出)绝缘，在超声波发生单元1的上电极11与玻璃基底之间添加一层绝缘层4。需要说明的是，本发明中的“上”“下”电极仅仅是两个相对设立的电极，并非指重力方向上的绝对上下。
实施例4：
本实施例提供一种触控显示装置，其包括上述任意一种触控显示基板。所述显示装置可以为：液晶显示面板、电子纸、OLED面板、手机、平板电脑、电视机、显示器、笔记本电脑、数码相框、导航仪等任何具有显示功能的产品或部件。
显然，上述各实施例的具体实施方式还可进行许多变化；例如：各电极层的具体材料可以根据需要进行选择，各电极层的具体可以根据需要进行调整。
可以理解的是，以上实施方式仅仅是为了说明本发明的原理而采用的示例性实施方式，然而本发明并不局限于此。对于本领域内的普通技术人员而言，在不脱离本发明的精神和实质的情况下，可以做出各种变型和改进，这些变型和改进也视为本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种触控显示基板，其特征在于，包括衬底，以及设于所述衬底上的多个超声波感测单元和一个超声波发生单元，其中，所述超声波发生单元具有多个开口，所述多个超声波感测单元设于所述开口内；
所述触控显示基板包括阵列排布的多个像素区域和围绕所述多个像素区域的周边区域，所述开口与多个像素区域一一对应。
2.根据权利要求1所述的触控显示基板，其特征在于，所述超声波发生单元与超声波感测单元同层设置。
3.根据权利要求1所述的触控显示基板，其特征在于，所述超声波感测单元包括数据电极、偏压电极以及夹设在所述数据电极、偏压电极之间的感测压电层；所述超声波发生单元包括上电极、下电极以及夹设在所述上电极、下电极之间的发生压电层。
4.根据权利要求3所述的触控显示基板，其特征在于，所述数据电极与所述下电极同层且相互绝缘，所述偏压电极与所述上电极同层且相互绝缘；或者所述数据电极与所述上电极同层且相互绝缘，所述偏压电极与所述下电极同层且相互绝缘。
5.根据权利要求1所述的触控显示基板，其特征在于，所述感测压电层与所述发生压电层同层。
6.根据权利要求1所述的触控显示基板，其特征在于，每个所述像素区域包括多个子像素，所述超声波感测单元与所述子像素呈矩阵排列，所述超声波发生单元呈网格状。
7.根据权利要求1所述的触控显示基板，其特征在于，所述像素区域包括多个子像素，所述子像素周边设有黑矩阵，所述超声波感测单元至衬底上的正投影面积小于或等于所述子像素至衬底上的正投影面积，所述超声波发生单元至衬底上的正投影面积小于或等于所述黑矩阵至衬底上的正投影面积。
8.根据权利要求6所述的触控显示基板，其特征在于，所述子像素与所述超声波感测单元分别设于所述衬底的上下两个表面上。
9.根据权利要求6所述的触控显示基板，其特征在于，所述触控显示基板还包括TFT的玻璃基底，所述子像素与黑矩阵设于玻璃基底的一面上，所述超声波发生单元与超声波感测单元设于所述玻璃基底的另一面上。
10.一种触控显示装置，其特征在于，包括权利要求1-9任一项所述的触控显示基板。
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