触摸式控制装置 |
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| 申请号 | CN200710305833.9 | 申请日 | 2007-12-27 | 公开(公告)号 | CN101470566B | 公开(公告)日 | 2011-06-08 |
| 申请人 | 清华大学; 鸿富锦精密工业(深圳)有限公司; | 发明人 | 姜开利; 刘亮; 范守善; | ||||
| 摘要 | 一种触摸式控制装置，包括：一透明 基板 ；一显示设备，该显示设备具有一显示面，该显示设备设置于所述透明基板上，且该显示设备的显示面远离该透明基板；及一 触摸屏 ，该触摸屏包括一第一 电极 板及一第二电极板，该第一电极板包括一第一基体及一第一导电层设置在该第一基体的下表面，该第二电极板与第一电极板间隔设置，该第二电极板包括一第二基体及一第二导电层设置在该第二基体的表面并与该第一导电层相对设置，该触摸屏第二基体下表面正对该显示设备的显示面设置；其中，该第一导电层和第二导电层均包括一 碳 纳米管 层。 | ||||||
| 权利要求 | 1.一种触摸式控制装置，包括： |
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| 说明书全文 | 触摸式控制装置技术领域背景技术[0002] 近年来，伴随着电子信息技术的发展，在交通工具，尤其是汽车内配置的各种电子设备逐步增加，如车载GPS导航系统、车载视听设备、车载电话及车载空调等。然而，众多车载系统的控制器大都与汽车仪表盘及汽车驾驶控制器一起，集成设置在车内前面板上。众多控制器使得车内有限的空间更加狭小，控制面板也更加复杂，不便于用户的使用。 [0003] 为解决这一问题，人们尝试开发一种新型车用触摸式控制装置，通过在汽车前挡风玻璃上设置显示设备，并在其上设置触摸屏，将控制面板集成到汽车前挡风玻璃上，从而大大节省车前的操作空间，并且通过触摸屏控制器、显示设备控制器和中央处理器，使用户在挡风玻璃上简单的点按，即能实现对汽车内各种系统的控制。 [0004] 目前，随着显示技术的发展，新一代的透明电致发光显示设备已经出现，这种显示设备的基材使用透明材料，可以使用户在观察显示图像的同时透过显示设备观看后面的景物。 [0005] 在触摸屏方面，按照触摸屏的工作原理和传输介质的不同，现有的触摸屏通常分为四种类型，分别为电阻式、电容感应式、红外线式以及表面声波式。其中电阻式触摸屏的应用最为广泛(K.Noda，K.Tanimura，Electronics andCommunications in Japan，Part 2，Vol.84，No.7，P40(2001))。 [0006] 现有的电阻式触摸屏一般包括一上基板，该上基板的下表面形成有一上透明导电层；一下基板，该下基板的上表面形成有一下透明导电层；以及多个点状隔离物(Dot Spacer)设置在上透明导电层与下透明导电层之间。其中，该上透明导电层与该下透明导电层通常采用具有导电特性的铟锡氧化物(Indium Tin Oxide，ITO)层(下称ITO层)。当使用手指或笔按压上基板时，上基板发生扭曲，使得按压处的上透明导电层与下透明导电层彼此接触。通过外接的电子电路分别向上透明导电层与下透明导电层依次施加电压，触摸屏控制器通过分别测量第一导电层上的电压变化与第二导电层上的电压变化，并进行精确计算，将它转换成触点坐标。触摸屏控制器将数字化的触点坐标传递给中央处理器。中央处理器根据触点坐标发出相应指令，启动电子设备的各种功能切换，并通过显示器控制器控制显示设备显示。 [0007] 然而，由于ITO在潮湿的空气中透明度会逐渐下降，当汽车在雨、雪等天气中行驶时，车内空气较为潮湿，这使得传统的采用ITO作为透明导电层的触摸屏设置于汽车挡风玻璃上存在耐用性不够好，灵敏度低、线性及准确性较差等缺点，从而影响使用该触摸屏的控制装置的性能及使用。另外，ITO层作为透明导电层通常采用离子束溅射或蒸镀等工艺制备，在制备的过程，需要较高的真空环境及需要加热到200～300℃，因此，使得ITO层的制备成本较高。此外，ITO层作为触摸屏的透明导电层具有机械性能不够好、难以弯曲及阻值分布不均匀等缺点。 [0008] 因此，确有必要提供一种耐用性好，且灵敏度高、线性及准确性强的触摸式控制装置。 发明内容[0009] 一种触摸式控制装置，包括：一透明基板；一显示设备，该显示设备具有一显示面，该显示设备设置于所述透明基板上，且该显示设备的显示面远离该透明基板；及一触摸屏，该触摸屏包括一第一电极板及一第二电极板，该第一电极板包括一第一基体及一第一导电层设置在该第一基体的下表面，该第二电极板与第一电极板间隔设置，该第二电极板包括一第二基体及一第二导电层设置在该第二基体的表面并与该第一导电层相对设置，该触摸屏第二基体下表面正对该显示设备的显示面设置；其中，该第一导电层和第二导电层均包括一碳纳米管层。 [0010] 本技术方案实施例提供的采用碳纳米管层作为透明导电层的触摸式控制装置具有以下优点：其一，由于碳纳米管在潮湿的条件下具有良好的透明度，故采用碳纳米管层作为触摸屏的透明导电层，可以使应用该触摸屏的车用触摸式控制装置具有较好的透明度；其二，由于碳纳米管具有优异的力学性能，则由碳纳米管组成的碳纳米管层具有较好的韧性及机械强度，故采用该碳纳米管层作为触摸屏的透明导电层，可以相应的提高触摸屏的耐用性，进而提高使用该触摸屏的车用控制装置的耐用性；其三，由于碳纳米管具有优异的导电性能，则由碳纳米管组成的碳纳米管层具有均匀的阻值分布，因而，采用上述碳纳米管层作透明导电层，可以相应的提高触摸屏的分辨率和精确度，进而提高应用该触摸屏的车用控制装置的分辨率和精确度。 附图说明 [0011] 图1是本技术方案实施例触摸式控制装置的侧视结构示意图。 [0012] 图2是本技术方案实施例触摸式控制装置的触摸屏的立体结构示意图。 [0013] 图3是本技术方案实施例触摸式控制装置中碳纳米管薄膜的扫描电镜照片。 具体实施方式[0014] 以下将结合附图详细说明本技术方案实施例提供的触摸式控制装置。 [0015] 请参阅图1，本技术方案实施例提供一种触摸式控制装置100，其包括一触摸屏10、一显示设备20及一挡风玻璃30。该显示设备20设置于该挡风玻璃30内表面，具体地，该显示设备20可以通过粘结剂粘附于该挡风玻璃30内表面，显示设备20的正面朝向车内设置。另外，为了不致影响驾驶者的视线，上述显示设备20可以设置于该挡风玻璃30的上方，也可设置于远离驾驶员的一角。该触摸屏10设置于该显示设备20上。可以理解，该显示设备20及触摸屏10所需之电力均由车载蓄电池提供。具体地，该显示设备20及触摸屏 10可通过导线，与一变压器电连接，变压器另一段与车载蓄电池相连接。为不遮挡驾驶员视线，该导线可集成设置于挡风玻璃边缘。 [0016] 该显示设备20可以为液晶显示器、场发射显示器、等离子显示器、电致发光显示器及真空荧光显示器等传统平面显示设备中的一种，或可为一柔性液晶显示器、柔性电泳显示器及柔性有机电致发光显示器等柔性显示器中的一种，也可为透明电致发光显示器及透明液晶显示器中的一种。本实施例中，该显示设备20为一透明电致发光显示器。该透明电致发光显示器采用透明材料作为基体，具有良好的透光性，设置于挡风玻璃30上不至阻挡驾驶员的视线。 [0017] 请参阅图2，该触摸屏10包括一第一电极板12，一第二电极板14以及设置在第一电极板12与第二电极板14之间的多个透明的点状隔离物16。 [0018] 该触摸屏10的第一电极板12包括一第一基体120，一第一导电层122以及两个第一电极124。该第一基体120为平面结构，该第一导电层122与两个第一电极124均设置在第一基体120的下表面。两个第一电极124分别设置在第一导电层122沿第一方向的两端并与第一导电层122电连接。该触摸屏10的第二电极板14包括一第二基体140，一第二导电层142以及两个第二电极144。该第二基体140为平面结构，该第二导电层142与两个第二电极144均设置在第二基体140的上表面。两个第二电极144分别设置在第二导电层142沿第二方向的两端并与第二导电层142电连接。该第一方向垂直于该第二方向，即两个第一电极124与两个第二电极144正交设置。 [0019] 其中，该第一基体120为透明的且具有一定柔软度的薄膜或薄板，该第二基体140为透明基板，该第二基体140的材料可选择为玻璃、石英、金刚石等硬性材料或塑料及树脂等柔性材料。所述第二基体140主要起支撑的作用。该第一电极124与该第二电极144的材料为金属、碳纳米管薄膜或其他导电材料，只要确保导电性即可。另外，为保证该触摸屏10设置在挡风玻璃30上时不至阻挡视线，该第一电极124与该第二电极144的材料优选碳纳米管薄膜等透明导电材料。本实施例中，该第一基体120材料为聚酯膜，该第二基体140为玻璃基板；该第一电极124与第二电极144为碳纳米管薄膜，该碳纳米管薄膜的宽度均为 1微米～1毫米。 [0020] 进一步地，该第二电极板14上表面外围设置有一绝缘层18。上述的第一电极板12设置在该绝缘层18上，且该第一电极板12的第一导电层122正对第二电极板14的第二导电层142设置。上述多个透明点状隔离物16设置在第二电极板14的第二导电层142上，且该多个透明点状隔离物16彼此间隔设置。第一电极板12与第二电极板14之间的距离为2～10微米。该绝缘层18与点状隔离物16均可采用绝缘透明树脂或其他绝缘透明材料制成。设置绝缘层18与点状隔离物16可使得第一电极板14与第二电极板12电绝缘。可以理解，当触摸屏10尺寸较小时，点状隔离物16为可选择的结构，只需确保第一电极板 14与第二电极板12电绝缘即可。 [0021] 另外，该第一电极板12上表面可设置一透明保护膜126。所述透明保护膜126可以通过粘结剂直接粘结在第一基体120上，也可采用热压法，与第一电极板压合在一起。该透明保护膜126可采用一层表面硬化处理、光滑防刮的塑料层或树脂层，该树脂层可由苯丙环丁烯(BCB)、聚酯以及丙烯酸树脂等材料形成。本实施例中，形成该透明保护膜126的材料为聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)，用于保护第一电极板12，提高耐用性。该透明保护膜126经特殊工艺处理后，可用以提供一些附加功能，如可以减少眩光或降低反射。 [0022] 该第一导电层122与第二导电层142中均包括一碳纳米管层，该碳纳米管层包括多个碳纳米管。进一步地，上述的碳纳米管层可以是单个碳纳米管薄膜或是多个平行无间隙铺设的碳纳米管薄膜。可以理解，由于上述的碳纳米管层中的多个碳纳米管薄膜可以平行且无间隙的铺设，故，上述碳纳米管层的长度和宽度不限，可根据实际需要制成具有任意长度和宽度的碳纳米管层。另外，上述碳纳米管层中可进一步包括多个碳纳米管薄膜重叠设置，故，上述碳纳米管层的厚度也不限，只要能够具有理想的透明度，可根据实际需要制成具有任意厚度的碳纳米管层。 [0023] 上述碳纳米管层中的碳纳米管薄膜由有序的或无序的碳纳米管组成，并且该碳纳米管薄膜具有均匀的厚度。具体地，该碳纳米管层包括无序的碳纳米管薄膜或者有序的碳纳米管薄膜。无序的碳纳米管薄膜中，碳纳米管为无序或各向同性排列。该无序排列的碳纳米管相互缠绕，该各向同性排列的碳纳米管平行于碳纳米管薄膜的表面。有序的碳纳米管薄膜中，碳纳米管为沿同一方向择优取向排列或沿不同方向择优取向。当碳纳米管层包括多层有序碳纳米管薄膜时，该多层碳纳米管薄膜可以沿任意方向重叠设置，因此，在该碳纳米管层中，碳纳米管为沿相同或不同方向择优取向排列。 [0024] 本实施例中，所述碳纳米管层为重叠设置的多层有序碳纳米管薄膜，每层碳纳米管薄膜中碳纳米管为定向排列。所述碳纳米管薄膜进一步包括多个碳纳米管束片段，每个碳纳米管束片段具有大致相等的长度且每个碳纳米管束片段由多个相互平行的碳纳米管束构成，碳纳米管束片段两端通过范德华力相互连接。具体的，第一导电层122中的多层碳纳米管薄膜均沿第一方向重叠设置，第二导电层142中的多层碳纳米管薄膜均沿第二方向重叠设置。所述碳纳米管薄膜的厚度为0.5纳米～100微米，宽度为0.01厘米～10厘米。所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。所述单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米，双壁碳纳米管的直径为1纳米～50纳米，多壁碳纳米管的直径为 1.5纳米～50纳米。 [0025] 本实施例第一导电层122和第二导电层142中采用的沿同一方向定向排列的有序碳纳米管薄膜的制备方法主要包括以下步骤： [0026] 步骤一：提供一碳纳米管阵列，优选地，该阵列为超顺排碳纳米管阵列。 [0027] 本技术方案实施例提供的碳纳米管阵列为单壁碳纳米管阵列、双壁碳纳米管阵列或多壁碳纳米管阵列。本实施例中，超顺排碳纳米管阵列的制备方法采用化学气相沉积法，其具体步骤包括：(a)提供一平整基底，该基底可选用P型或N型硅基底，或选用形成有氧化层的硅基底，本实施例优选为采用4英寸的硅基底；(b)在基底表面均匀形成一催化剂层，该催化剂层材料可选用铁(Fe)、钴(Co)、镍(Ni)或其任意组合的合金之一；(c)将上述形成有催化剂层的基底在700℃～900℃的空气中退火约30分钟～90分钟；(d)将处理过的基底置于反应炉中，在保护气体环境下加热到500℃～740℃，然后通入碳源气体反应约5～30分钟，生长得到超顺排碳纳米管阵列，其高度为50微米～5毫米。该超顺排碳纳米管阵列为多个彼此平行且垂直于基底生长的碳纳米管形成的纯碳纳米管阵列。通过上述控制生长条件，该超顺排碳纳米管阵列中基本不含有杂质，如无定型碳或残留的催化剂金属颗粒等。该碳纳米管阵列中的碳纳米管彼此通过范德华力紧密接触形成阵列。该碳纳米管阵列与上述基底面积基本相同。 [0028] 本实施例中碳源气可选用乙炔、乙烯、甲烷等化学性质较活泼的碳氢化合物，本实施例优选的碳源气为乙炔；保护气体为氮气或惰性气体，本实施例优选的保护气体为氩气。 [0030] 步骤二：采用一拉伸工具从碳纳米管阵列中拉取获得一碳纳米管薄膜。其具体包括以下步骤：(a)从上述碳纳米管阵列中选定一定宽度的多个碳纳米管片断，本实施例优选为采用具有一定宽度的胶带接触碳纳米管阵列以选定一定宽度的多个碳纳米管片断；(b)以一定速度沿基本垂直于碳纳米管阵列生长方向拉伸该多个碳纳米管片断，以形成一连续的碳纳米管薄膜。 [0031] 在上述拉伸过程中，该多个碳纳米管片段在拉力作用下沿拉伸方向逐渐脱离基底的同时，由于范德华力作用，该选定的多个碳纳米管片断分别与其它碳纳米管片断首尾相连地连续地被拉出，从而形成一碳纳米管薄膜。该碳纳米管薄膜包括多个首尾相连且定向排列的碳纳米管束。该碳纳米管薄膜中碳纳米管的排列方向基本平行于碳纳米管薄膜的拉伸方向。 [0032] 请参阅图3，该碳纳米管薄膜为择优取向排列的多个碳纳米管束首尾相连形成的具有一定宽度的碳纳米管薄膜。该碳纳米管薄膜中碳纳米管的排列方向基本平行于碳纳米管薄膜的拉伸方向。该直接拉伸获得的择优取向的碳纳米管薄膜比无序的碳纳米管薄膜具有更好的均匀性，即具有更均匀的厚度以及具有更均匀的导电性能。同时该直接拉伸获得碳纳米管薄膜的方法简单快速，适宜进行工业化应用。 [0033] 本实施例中，该碳纳米管薄膜的宽度与碳纳米管阵列所生长的基底的尺寸有关，该碳纳米管薄膜的长度不限，可根据实际需求制得。该碳纳米管薄膜的厚度为0.5纳米～100微米。所述碳纳米管包括单壁碳纳米管、双壁碳纳米管或多壁碳纳米管。当该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为单壁碳纳米管时，该单壁碳纳米管的直径为0.5纳米～50纳米。当该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为双壁碳纳米管时，该双壁碳纳米管的直径为1.0纳米～50纳米。当该碳纳米管薄膜中的碳纳米管为多壁碳纳米管时，该多壁碳纳米管的直径为1.5纳米～50纳米。 [0034] 与ITO层的原料成本和制备方法相比较，由于本技术方案所提供的碳纳米管薄膜由一拉伸工具拉取而获得，该方法无需真空环境和加热过程，故采用上述的方法制备的碳纳米管薄膜用作第一导电层122及第二导电层142，具有成本低、环保及节能的优点。因此，本技术方案提供的触摸屏10的制备也具有成本低、环保及节能的优点。 [0035] 可以理解，由于本实施例超顺排碳纳米管阵列中的碳纳米管非常纯净，且由于碳纳米管本身的比表面积非常大，所以该碳纳米管薄膜本身具有较强的粘性。因此，该碳纳米管薄膜作为第一导电层122与第二导电层142时可直接黏附在第一基体120或第二基体140上。 [0036] 另外，可使用有机溶剂处理上述黏附在第一基体120或第二基体140上的碳纳米管薄膜。具体地，可通过试管将有机溶剂滴落在碳纳米管薄膜表面浸润整个碳纳米管薄膜。该有机溶剂为挥发性有机溶剂，如乙醇、甲醇、丙酮、二氯乙烷或氯仿，本实施例中采用乙醇。该碳纳米管薄膜经有机溶剂浸润处理后，在挥发性有机溶剂的表面张力的作用下，该碳纳米管薄膜可牢固地贴附在基体表面，且表面体积比减小，粘性降低，具有良好的机械强度及韧性。 [0037] 此外，可选择地，为了减小由显示设备20产生的电磁干扰，避免从触摸屏10发出的信号产生错误，还可在第二基体140的下表面上设置一屏蔽层。该屏蔽层可由碳纳米管薄膜、导电聚合物薄膜等导电材料形成。本实施例中，所述的屏蔽层包含一碳纳米管薄膜，该碳纳米管薄膜中的碳纳米管的排列方式不限，可为定向排列也可为其它的排列方式。本实施例中，该屏蔽层中的碳纳米管定向排列。该碳纳米管薄膜作为电接地点，起到屏蔽的作用，从而使得触摸屏10能在无干扰的环境中工作。 [0038] 进一步地，当在该触摸屏10第二基体140的下表面上设置一屏蔽层22时，可在该触摸屏10的屏蔽层22远离第二基体140的表面上设置一钝化层24，该钝化层24可由苯并环丁烯(BCB)、聚酯或丙烯酸树脂等柔性材料形成，也可由氮化硅、氧化硅等硬性材料形成。该钝化层24与显示设备20的正面间隔一间隙26设置。该钝化层24作为介电层使用，且保护该显示设备20不致于由于外力过大而损坏。 [0039] 上述触摸屏10的第二电极板14正对该显示设备20设置。具体地，该触摸屏10的第二电极板14可通过粘结剂集成在该显示设备20上，或通过螺栓将该触摸屏10与该显示设备20固定在一起。另外，当该显示设备20为一柔性显示器或透明电致发光显示器时，并且，该触摸屏10第一基体120及第二基体140均由一柔性材料形成时，该触摸屏10可以通过热压的方式，直接热压于该显示设备20正面。可以理解，触摸屏10的第二电极板14为可选择元件，在另一实施例中，该触摸屏第二导电层142可直接设置于该显示设备20的正面。 [0040] 另外，该触摸式控制装置100进一步包括一触摸屏控制器40、一中央处理器50及一显示设备控制器60。其中，该触摸屏控制器40、该中央处理器50及该显示设备控制器60三者通过电路相互连接，该触摸屏控制器40与该触摸屏10电连接，该显示设备控制器60与该显示设备20电连接。另外，该中央处理器50还可以通过外电路与各种车载电子设备相连接。该触摸屏控制器40通过手指等触摸物70触摸的图标或菜单位置来定位选择信息输入，并将该信息传递给中央处理器50。该中央处理器50通过该显示器控制器60控制该显示设备20显示，通过外电路发送指令控制各种电子设备进行工作。 [0041] 使用时，第一电极板12之间与第二电极板14之间分时施加5V电压。使用者一边视觉确认在触摸屏10下面设置的显示设备20的显示，一边通过触摸物70如手指或笔按压触摸屏10第一电极板12进行操作。第一电极板12中第一基体120发生弯曲，使得按压处80的第一导电层122与第二电极板14的第二导电层142接触形成导通。触摸屏控制器40通过分别测量第一导电层122第一方向上的电压变化与第二导电层142第二方向上的电压变化，并进行精确计算，将它转换成触点坐标。触摸屏控制器40将数字化的触点坐标传递给中央处理器50。中央处理器50根据触点坐标发出相应指令，通过外电路传送至对应的电子设备，电子设备接收指令并完成相应操作。与此同时，中央处理器50通过显示器控制器 60控制显示设备20显示相关信息。 [0042] 可以理解，该触摸式控制装置100不限于应用于汽车中，任何其他具有挡风玻璃30的交通工具均可以采用本实施方式提供的触摸式控制装置100实现对内部各种电子设备的控制。 [0043] 本技术方案实施例提供的采用碳纳米管层作为透明导电层的触摸式控制装置具有以下优点：其一，由于碳纳米管在潮湿的条件下具有良好的透明度，故采用碳纳米管层作为触摸屏的透明导电层，可以使应用该触摸屏的车用触摸式控制装置具有较好的透明度；其二，由于碳纳米管具有优异的力学性能，则由碳纳米管组成的碳纳米管层具有较好的韧性及机械强度，故采用该碳纳米管层作为触摸屏的透明导电层，可以相应的提高触摸屏的耐用性，进而提高使用该触摸屏的车用控制装置的耐用性；其三，由于碳纳米管具有优异的导电性能，则由碳纳米管组成的碳纳米管层具有均匀的阻值分布，因而，采用上述碳纳米管层作透明导电层，可以相应的提高触摸屏的分辨率和精确度，进而提高应用该触摸屏的车用控制装置的分辨率和精确度。 [0044] 另外，本领域技术人员还可在本发明精神内作其它变化，当然这些依据本发明精神所作的变化，都应包含在本发明所要求保护的范围内。 |
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