CN111564472A - 一种基于碳基功能电路的交互显示器及其制作方法 - Google Patents

一种基于碳基功能电路的交互显示器及其制作方法 Download PDF

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Abstract

本发明公开了一种基于碳基功能电路的交互显示器，包括显示基板和位于所述显示基板上的多个像素单元，在所述多个像素单元之间的空档区域或像素单元下层设置有碳基功能电路。同时还提出该交互显示器的制作方法，首先在显示基板上形成包括多个像素单元的像素阵列，然后在像素阵列上形成碳纳米材料薄膜，并在像素阵列的空档区中制作以碳纳米材料薄膜作为沟道层的碳基功能电路。本发明提出的基于碳基功能电路的交互显示器可实现像素分辨率级别的非接触式触控，还可以实现显示器主动对外界进行探测，主动反馈，进而控制显示效果。

Description

一种基于碳基功能电路的交互显示器及其制作方法
技术领域
本发明属于显示技术领域，尤其涉及一种基于碳基功能电路的交互显示器及其制作方法。
背景技术
现有的显示器除了显示功能外还可以搭载一些其他功能，在一定程度上实现外界控制信号对屏幕部分像素的实时控制。比如“触控显示”，就是通过外界对屏幕的接触来对显示状态和图像进行控制。目前，这种触控显示在许多场合的显示终端得到了广泛应用，但是用于公共场合的接触式触控显示屏通常存在多人触控面板导致病菌传播、交叉感染等卫生问题。
此外，现有的显示器还不能实现屏幕内部不同区域间的信号交互，无法对各区域的显示效果同时分别调控。因此，现有的触控显示器普遍存在外界信号对屏幕控制的精度(如空间分辨率)不够高，响应速度还不够快的问题。目前的显示器，即使是触控显示屏，都是被动式反馈控制，也就是通过外界的触控信号对屏幕显示效果进行控制，还无法实现显示器主动对外界进行探测，主动反馈，进而控制显示效果。
另外，对于超大屏幕，在显示信号从像素阵列区的一侧向另一侧传输，或者两侧同时向中间传输时，由于信号延迟，导致不同区域的显示信号间需要协调。目前虽然可以实现一定的调整，但是还难以实现对各个区域(甚至是每个像素)的显示信号的实时监测与主动协调控制。
在OLED,micor-LED等主动发光式显示器结构中，像素阵列区域除了像素发光器件(LED),像素阵列TFT器件外，还有一定的空档空间，特别是大屏幕显示器的空档区域面积更大，完全可以利用这些空档区域增加显示产品的功能。目前现有技术中还未见有利用显示面板上的空档区域实现显示产品功能拓展的案例。
碳纳米材料是优秀的晶体管制备材料，也是优秀的红外发射及探测材料，还是具有优异的透光性。可以制备透明、柔性高性能晶体管及红外发射和探测器件。而且碳纳米材料器件可以利用低温工艺制备，其制备过程不会对显示面板上的显示驱动TFT电路及发光元件的性能产生破坏。目前虽有采用碳纳米管制备晶体管或者集成显示器的报道，但还未见利用碳纳米材料器件实现非接触式触控或主动式探测反馈的显示器的案例。
发明内容
针对现有技术中的以上问题，本发明提供了一种新型多功能的交互显示器及其制作方法。本发明要解决的技术问题是通过在像素单元中设置碳基功能电路实现对平板显示器不同区域像素间，以及像素与外部信号之间的交互响应。
具体来说，本发明采用的技术方案如下：
本发明一方面提供一种基于碳基功能电路的交互显示器，包括显示基板和位于所述显示基板上的多个像素单元，在所述多个像素单元之间的空档区域设置有碳基功能电路。
进一步地，在上述显示基板和像素单元之间设置有碳基功能电路。
进一步地，上述碳基功能电路选自信号发射/输出、信号放大、信号处理、信号传输、信号探测/传感以及信号反馈电路中的一种或多种，优选为信号发射电路、红外信号发射与探测电路或温湿度传感器。
进一步地，其中所述碳基功能电路(3)中含有采用碳纳米材料为沟道材料的晶体管。
进一步地，所述碳纳米材料包括碳纳米管、碳纳米线、石墨烯、富勒烯、碳纳米纤维、碳纳米球等，其中碳纳米管包括单壁、多壁碳纳米管。
进一步地，所述像素单元包括TFT开关和电光单元，其中所述TFT开关为硅基TFT、氧化物TFT或碳基TFT，所述电光单元为LCD、OLED、QLED、micro-LED或mini-LED。
进一步地，所述显示基板为玻璃等无机基板或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等柔性有机基板。
本发明的另一方面提供了一种制作上述基于碳基功能电路的交互显示器的方法，具体包含以下步骤：
步骤A：提供一显示基板，在其上形成包括多个像素单元的像素阵列；
步骤B：在上述像素阵列上形成碳纳米材料薄膜；
步骤C：在上述像素阵列的空档区中制作以碳纳米材料薄膜作为沟道层的碳基功能电路。
进一步地，上述制作方法还包括步骤A-1:在显示基板上首先形成一碳纳米材料薄膜，然后制作形成碳基功能电路，随后在碳基功能电路上形成所述像素阵列。
进一步地，上述碳纳米材料薄膜通过碳纳米材料溶液喷涂、浸涂、涂布或转移形成。
本发明一方面可实现高分辨率非接触式触控显示。如外界红外信号可以被碳基功能电路探测，并传递给背板控制电路并实现对图像显示的控制。这样的非接触式控制可以避免通常触控多人接触面板引起的污染、病菌传播及交叉感染等。同时由于碳基功能电路可以制备到每个像素的空档区域中，因此可以实现像素分辨率级别的非接触式触控。
另一方面，本发明设置在像素单元空档内的碳基功能电路可以对该像素或者附近区域的像素的显示状态(比如该像素的TFT电流、或者电光单元的电流或光强等信号)进行实时监控，并对异常信号进行反馈调整控制等操作，实现整体显示效果的提升。
本发明还可以实现对图像信号的主动探测、反馈控制。如集成在背板上的碳基红外信号发射电路发射出红外线，并对外界反射回来的红外信号进行探测，不仅可以实现对显示面板本身状态和空间位置、速度等信息的探测，并作出反馈响应(如在摔落过程中实现主动关机等对产品实现保护)。
附图说明
通过以下参照附图对本发明的基于碳基功能电路的交互显示器及其制作方法进行描述，本发明的上述以及其他目的、特征和优点将更为清楚，在附图中：
图1碳基功能电路在像素单元之间空档区域的基于碳基功能电路的交互显示器结构示意图。其中，2为包含TFT阵列开关201和电光单元202的像素单元，3为碳基功能电路。
图2碳基功能电路在像素单元下层的基于碳基功能电路的交互显示器结构示意图。其中，1为显示基板，2为包含TFT阵列开关201和电光单元202的像素单元，3为碳基功能电路。
图3基于碳基功能电路的交互显示器制作流程示意图。
图4在制有碳基功能电路3的显示基板1上制备像素单元2后的结构示意图，碳基功能电路3位于像素单元2之间的空档区域。
图5在显示基板1上形成像素单元阵列后的结构示意图。
图6将碳纳米材料薄膜301制成碳基功能电路3后的结构示意图。
图7在制有碳基功能电路3的显示基板1上制备像素单元2后的结构示意图，碳基功能电路3位于像素单元2的下层。
具体实施方式
下面将参照附图详细说明本发明的实施方式。在各附图中，相同的元件采用相同的附图标记来表示，附图中的各个部分没有按比例绘制。此外，可能未示出某些公知的部分。为了简明起见，可以在一幅图中描述经过数个步骤后获得的半导体结构。
应当理解，在描述器件的结构时，当将一层、一个区域称为位于另一层、另一个区域“上面”或“上方”时，可以指直接位于另一层、另一个区域上面，或者在其与另一层、另一个区域之间还包含其它的层或区域。并且，如果将器件翻转，该一层、一个区域将位于另一层、另一个区域“下面”或“下方”。
如果为了描述直接位于另一层、另一个区域上面的情形，本文将采用“A直接在B上面”或“A在B上面并与之邻接”的表述方式。在本申请中，“A直接位于B中”表示A位于B中，并且A与B直接邻接，而非A位于B中形成的掺杂区中。
本发明提出一种基于碳基功能电路的交互显示器，该基于碳基功能电路的交互显示器包括显示基板1、像素单元2、碳基功能电路3。其中，所述碳基功能电路3为信号发射/输出、信号放大、信号处理、信号传输、信号探测/传感以及信号反馈电路中的一种或多种，优选为信号发射电路、红外信号发射与探测电路或温湿度传感器。所述碳基功能电路3对像素单元2的显示状态进行实时监控、反馈控制。所述碳基功能电路3可以位于像素单元2之间的空档区域，如图1所示，也可以位于像素单元2的下层，如图2所示，或者将碳基功能电路3设置在像素单元2下层之后，同时在像素单元2的空档区域设置碳基功能电路。所述显示基板为玻璃等无机基板或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等柔性有机基板。所述碳基功能电路3中含有采用碳基薄膜为沟道材料的晶体管，碳纳米管、碳纳米线、石墨烯、富勒烯、碳纳米纤维、碳纳米球等，其中碳纳米管优选为单壁、多壁碳纳米管。所述的像素单元包括TFT开关和电光单元，TFT开关可以为硅基TFT、氧化物TFT或碳基TFT，所述电光单元为LCD、OLED、QLED、micro-LED或mini-LED。下面对不同的具体实施例进行详细描述。
实施例1
本实施例提供一种基于碳基功能电路的交互显示器，该基于碳基功能电路的交互显示器包括显示基板1、像素单元2、碳基功能电路3。其中，所述碳基功能电路3包含红外线探测/传感电路，还包含信号放大、信号处理、信号传输以及信号反馈电路。所述碳基功能电路3对像素单元2的显示状态进行实时监控、反馈控制。如图1所示，所述碳基功能电路3位于像素单元2之间的空档区域。所述碳基功能电路3中含有采用单壁碳纳米管为沟道材料的晶体管。所述的像素单元2包括TFT开关201和电光单元202，所述TFT开关201为硅基TFT，所述电光单元202为LCD。该基于碳基功能电路的交互显示器可以探测屏幕上或附近的红外线信号，可以实现像素分辨率级别的非接触式触控。
图3和图4示出了本发明提出的基于碳基功能电路的交互显示器的制作示意图，按照步骤A，在显示基板1上制作像素单元2，像素单元2包括TFT开关201和电光单元202，在本实施例中，TFT开关201为硅基TFT，所述电光单元202为LCD，进一步按照步骤B，通过电弧放电法制备单壁碳纳米管，然后将该单壁碳纳米管溶液喷涂在显示基板1上制成单壁碳纳米管薄膜301；进一步按照步骤C，在所述像素阵列的空档区中将单壁碳纳米管薄膜301制成包含信号探测/传感电路、信号放大、信号处理、信号传输以及信号反馈电路的碳基功能电路3，完成基于碳基功能电路的交互显示器的制作。
实施例2
本实施例提供一种基于碳基功能电路的交互显示器，该基于碳基功能电路的交互显示器包括显示基板1、像素单元2、碳基功能电路3。其中，所述功能控制电路3包含红外线发射/输出、红外线探测/传感电路，还包含信号放大、信号处理、信号传输以及信号反馈电路。所述碳基功能电路3对像素单元2的显示状态进行实时监控、反馈控制。如图1所示，所述碳基功能电路3位于像素单元2之间的空档区域。所述碳基功能电路3中含有采用碳纳米线为沟道材料的晶体管。所述的像素单元2包括TFT开关201和电光单元202，所述TFT开关201为硅基TFT，所述电光单元202为OLED。该基于碳基功能电路的交互显示器不仅可以探测屏幕上或附近的红外线信号，可以实现像素分辨率级别的非接触式触控，还可以实现对显示面板本身状态和空间位置、速度等信息的探测，并作出反馈响应，比如：在摔落过程中实现主动关机等对产品实现保护。
图3和图4示出了本发明提出的基于碳基功能电路的交互显示器的制作示意图，按照步骤A，在显示基板1上制备像素单元2，所述的像素单元2包括TFT开关201和电光单元202，在本实施例中TFT开关201为硅基TFT，所述电光单元202为OLED，进一步按照步骤B，通过激光烧蚀法制备碳纳米线，然后将该碳纳米线溶液浸涂在显示基板1上制成碳纳米线薄膜301；进一步按照步骤C，将碳纳米线薄膜301制成包含红外线发射/输出、红外线探测/传感电路、信号放大、信号处理、信号传输以及信号反馈电路的碳基功能电路3，完成基于碳基功能电路的交互显示器的制作。
实施例3
本实施例提供一种基于碳基功能电路的交互显示器，该基于碳基功能电路的交互显示器包括显示基板1、像素单元2、碳基功能电路3。其中，所述功能控制电路3包含红外线发射/输出、红外线探测/传感电路，还包含信号放大、信号处理、信号传输以及信号反馈电路。所述碳基功能电路3对像素单元2的显示状态进行实时监控、反馈控制。如图1所示，所述碳基功能电路3位于像素单元2之间的空档区域，同时在显示基板1和像素单元2之间设置碳基功能电路。上述碳基功能电路3中含有采用碳纳米线为沟道材料的晶体管。所述的像素单元2包括TFT开关201和电光单元202，所述TFT开关201为硅基TFT，所述电光单元202为OLED。
图3和图4示出了本发明提出的基于碳基功能电路的交互显示器的制作示意图，按照图5，在显示基板上首先通过电弧放电法制备单壁碳纳米管，然后将该单壁碳纳米管溶液喷涂在显示基板1上制成单壁碳纳米管薄膜，然后制作形成红外探测碳基功能电路3，如图6所示。随后在碳基功能电路上形成像素单元2，所述的像素单元2包括TFT开关201和电光单元202，在本实施例中，所述TFT开关201为硅基TFT，所述电光单元202为OLED，如图7所示。进一步通过激光烧蚀法制备碳纳米线，然后将该碳纳米线溶液浸涂在上述具有像素单元的显示基板1上各像素单元之间的空档区域形成碳纳米线薄膜301，将碳纳米线薄膜301制成包含红外线发射/输出、红外线探测/传感电路、信号放大、信号处理、信号传输以及信号反馈电路的碳基功能电路3；完成基于碳基功能电路的交互显示器的制作。
应当理解，在上述实施例中仅仅给出了制备碳纳米管的优选方法和工艺，但不仅限于上述已列出的电弧放电法、激光烧蚀法、化学气相沉积法、辉光放电法，同样可以采用本领域技术人员熟知的各种碳纳米管制备方法，例如固相热解法、气体燃烧法或聚合反应合成法等，碳纳米材料溶液喷涂、浸涂、涂布或转移等工艺等。
由于碳纳米材料晶体管优越的性能以及其可低温制备的优势，本发明在显示背板的像素间的空档区域或下层制备碳纳米材料晶体管电路，实现对面板内部各区域，甚至各像素间的显示状态的实时监测与自动反馈调整。或者构建碳纳米材料晶体管的功能电路，实现对外界信号的接收/探测、处理、输出等功能增加显示产品的功能，比如高空间分辨率的非接触式触控、对人体健康信息的探测并显示等，实现产品价值和用户体验的提升。
虽然，上文中已经用一般性说明、具体实施方式，对本发明作了详尽的描述，但在本发明基础上，可以对之作一些修改或改进，这对本领域技术人员而言是显而易见的。因此，在不偏离本发明精神的基础上所做的这些修改或改进，均属于本发明要求保护的范围。

Claims (10)

1.一种基于碳基功能电路的交互显示器，包括显示基板(1)和位于所述显示基板(1)上的多个像素单元(2)，其特征在于：
在所述多个像素单元(2)之间的空档区域设置有碳基功能电路(3)。
2.如权利要求1所述的基于碳基功能电路的交互显示器，其特征在于：在所述显示基板(1)和像素单元(2)之间设置有碳基功能电路(3)。
3.如权利要求1或2所述的基于碳基功能电路的交互显示器，其特征在于：所述碳基功能电路(3)选自信号发射/输出、信号放大、信号处理、信号传输、信号探测/传感以及信号反馈电路中的一种或多种，优选为信号发射电路、红外信号发射与探测电路或温湿度传感器。
4.如权利要求1或2所述的基于碳基功能电路的交互显示器，其特征在于：其中所述碳基功能电路(3)中含有采用碳纳米材料为沟道材料的晶体管。
5.如权利要求4所述的基于碳基功能电路的交互显示器，其特征在于：所述碳纳米材料包括碳纳米管、碳纳米线、石墨烯、富勒烯、碳纳米纤维、碳纳米球等，其中碳纳米管包括单壁、多壁碳纳米管。
6.如权利要求1所述的基于碳基功能电路的交互显示器，其特征在于：所述像素单元(2)包括TFT开关(201)和电光单元(202)，其中所述TFT开关(201)为硅基TFT、氧化物TFT或碳基TFT，所述电光单元(202)为LCD、OLED、QLED、micro-LED或mini-LED。
7.如权利要求1所述的基于碳基功能电路的交互显示器，其特征在于：所述显示基板为玻璃等无机基板或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(PEN)等柔性有机基板。
8.一种制作如权利要求1-7所述基于碳基功能电路的交互显示器的方法，其特征在于，包含以下步骤：
步骤A：提供一显示基板(1)，在其上形成包括多个像素单元的像素阵列；
步骤B：在所述像素阵列上形成碳纳米材料薄膜(301)；
步骤C：在所述像素阵列的空档区中制作以碳纳米材料薄膜(301)作为沟道层的碳基功能电路(3)。
9.如权利要求8所述的基于碳基功能电路的交互显示器的制作方法，其特征在于：所述制作方法还包括在显示基板上先形成一碳纳米材料薄膜(301)，然后制作形成碳基功能电路，随后在碳基功能电路上形成所述像素阵列。
10.如权利要求8或9所述的基于碳基功能电路的交互显示器的制作方法，其特征在于：所述碳纳米材料薄膜(301)通过碳纳米材料溶液喷涂、浸涂、涂布或转移形成。
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