CN203070262U - 集成3d光栅和电容触摸屏的装置及包括其的显示装置 - Google Patents

Abstract

本实用新型提供一种集成3D光栅和电容触摸屏的装置及包括其的显示装置，属于立体（3D）图像显示技术领域。该集成装置，至少包括由下至上依次设置的：第一透明电极基板、液晶层、第二透明电极基板以及第一偏光片层；其中，第一透明电极基板在相向于液晶层的一面设置第一电极以形成3D光栅的液晶盒的下电极，第二透明电极基板在相向于液晶层的一面设置第二电极以形成3D光栅的液晶盒的上电极；第二透明电极基板在相向于第一偏光片层的一面还设置用于形成电容触摸屏电极的第三电极。该集成装置既具有裸眼3D图像显示功能、也具有触控输入的功能，并且其结构简单、厚度小、透光率高、制备成本低，易于与二维图像显示模块组装整合。

Description

集成3D光栅和电容触摸屏的装置及包括其的显示装置

技术领域

本实用新型属于立体（3D）图像显示技术领域，尤其涉及一种集成3D光栅和电容触摸屏的装置、以及包括该触摸屏的显示装置。

背景技术

立体（3D）图像显示装置基本可以分为两大类：眼镜型立体图像显示装置和无眼镜型（裸眼）立体图像显示装置（自动立体图像显示装置）。其中眼镜型立体图像显示装置中使用了偏振眼镜、快门眼镜和红蓝眼镜等，眼镜的存在会导致观看者感觉不方便并可能会引起眼科疾病。而无眼镜型立体图像显示装置仅仅通过直接观看屏幕就能够欣赏立体图像，因此，当前正对无眼镜型立体图像显示装置进行深入研究。

无眼镜型立体图像显示装置的立体图像显示方法包括有透镜方法、全息方法以及视差栅栏方法等。其中透镜法和视差栅栏法是通过3D光栅来实现3D显示的，其中透镜法中可以使用柱状透镜光栅，视差栅栏法中可以使用视差栅栏（也称为视差屏障栅栏），柱状透镜光栅和视差栅栏这两种3D光栅在3D显示中的应用，各具有相应的技术优点，因此，分别在其相适用的领域中应用。

 同时注意到，柱状透镜光栅和视差栅栏头可以通过液晶盒形成，即分别形成液晶柱状透镜光栅和液晶视差栅栏。图1所示为常规的使用3D光栅的立体图像显示装置的简单结构示意图。立体图像显示装置包括二维图像显示模块10和3D光栅20，背光从二维图像显示模块10进入，经过3D光栅20后进入观察者的眼睛。3D光栅20中，其可以为液晶柱状透镜光栅和液晶视差栅栏。其中，液晶视差栅栏是通过液晶的扭转实现对来自二维图像显示模块10的光的遮挡的；液晶柱状透镜光栅利用液晶的双折射特性，一种方法是在需要形成一个液晶透镜的相应位置设置多个电极，当对这些电极加不同的控制电压时，该位置的液晶在光学特性上形成类似于实体柱状透镜的汇聚效果（参见美国专利号为US5493427的专利技术）。在图1所示实例中，3D光栅20包括由下向上依次设置的下偏光片210、下透明电极层220、液晶（LC）层230、上透明电极层240以及上偏光片250。通常地，下透明电极层220、上透明电极层240是由ITO（Indium Tin Oxide，铟锡金属氧化物）导电玻璃层，下透明电极层220和上透明电极层240上在相向于液晶层230的表面分别形成有一定图案的ITO电极（例如，如图1所示的用于形成视差栅栏的ITO电极图案），通过对ITO电极的控制可以控制液晶形成视差栅栏或液晶柱状透镜光栅。

 同时注意到，触摸屏在各种个人移动显示装置中广泛应用。触摸屏中，按照工作原理，主要可以分为电阻式触摸屏和电容触摸屏。进一步电容触摸屏主要包括自电容触摸屏（self-capacitive touch panel）和互电容触摸屏（mutual capacitive touch panel）。

自电容触摸屏中，在其透明电极基板（玻璃基板或聚酯材料（例如，PET（ethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二酯））基板）的表面，采用ITO(Indium Tin Oxide，铟锡金属氧化物)等透明导电材料制作成横向与纵向电极阵列，这些横向和纵向的电极可以用来形成电容，该电容即通常所说的自电容，也就是电极对地的电容。当手指触摸到电容屏时，手指的电容将会叠加到自电容上，使触摸屏电容量增加。自电容触摸屏的控制电路通过测量容性负载的变化来检测触摸位置。

互电容屏中，在其透明电极基板的表面，采用ITO(Indium Tin Oxide，铟锡金属氧化物)等透明导电材料制作成横向与纵向电极阵列；它与自电容屏的区别在于，纵向电极与横向电极相交叉的地方将会形成互电容，也即纵向电极与相应的横向电极分别构成了电容的两极。当手指触摸到电容屏时，影响了触摸点附近两个电极之间的耦合，从而改变了这两个电极之间的电容量。检测互电容大小时，在一实例中，横向的电极依次发出激励信号，纵向的所有电极同时接收信号，这样可以得到所有横向和纵向电极交汇点的电容值大小，即得到整个触摸屏的二维平面的电容大小。根据触摸屏范围内二维平面的电容量数据的变化，可以计算出每一个触摸点的坐标。

 然而，当3D光栅20应用于带有电容式触摸屏的个人移动显示装置时，例如，触摸屏手机等，如果直接在触摸屏上覆盖3D光栅20以达到立体图像显示效果，那么由于3D光栅20的存在将导致触摸屏的触摸输入信息的功能失效。

 有鉴于此，针对同时要求具有触摸输入功能和立体图像显示功能的要求，尤其对电容触摸屏，有必要对对电容触摸屏和3D光栅集成整合。

实用新型内容

本实用新型要解决的目的在于，低成本地将3D光栅和电容触摸屏集成整合在一起。

为实现以上目的或者其他目的，本实用新型提供以下技术方案。

按照本实用新型的一方面，提供一种集成3D光栅和电容触摸屏的装置，至少包括由下至上依次设置的：

    第一透明电极基板，

    液晶层，

    第二透明电极基板，以及

第一偏光片层；

其中，所述第一透明电极基板在相向于所述液晶层的一面设置第一电极以形成所述3D光栅的液晶盒的下电极，所述第二透明电极基板在相向于所述液晶层的一面设置第二电极以形成所述3D光栅的液晶盒的上电极；所述第二透明电极基板在相向于所述第一偏光片层的一面还设置用于形成电容触摸屏电极的第三电极。

按照本实用新型一实施例的集成3D光栅和电容触摸屏的装置，其中，所述电容触摸屏为自电容触摸屏，所述第三电极用于形成自电容触摸屏电极。

按照本实用新型还一实施例的集成3D光栅和电容触摸屏的装置，其中，所述电容触摸屏为互电容触摸屏，所述第三电极用于形成互电容触摸屏电极。

在之前所述任一实施例的集成3D光栅和电容触摸屏的装置中，所述第三电极可以为非桥接式的一维电极。

在之前所述任一实施例的集成3D光栅和电容触摸屏的装置中，所述第一偏光片层的厚度范围可以为0.1毫米至3毫米。

在之前所述任一实施例的集成3D光栅和电容触摸屏的装置中，所述3D光栅为液晶视差栅栏或液晶柱状透镜光栅。

按照本实用新型的又一方面，提供一种显示装置，其至少包括二维图像显示模块以及以上所述及的任一种集成3D光栅和电容触摸屏的装置，所述集成3D光栅和电容触摸屏的装置置于所述二维图像显示模块之上。

按照本实用新型一实施例的显示装置，其中，所述二维图像显示模块为薄膜晶体管液晶显示器，所述薄膜晶体管液晶显示器中偏光片层同时用作所述集成3D光栅和电容触摸屏的装置的3D光栅的下偏光片层。

按照本实用新型又一实施例的显示装置，其中，所述二维图像显示模块为等离子显示器或有机发光二极管显示器，所述集成3D光栅和电容触摸屏的装置还包括置于所述第一透明电极基板之下的第二偏光片层，所述第一偏光片层用于形成所述3D光栅的上偏光片层，所述第二偏光片层用于形成所述3D光栅的下偏光片层。

本实用新型的技术效果是，通过在用于形成3D光栅的液晶盒的上电极的第二透明电极基板上，形成用于形成电容触摸屏电极的第三电极，这样，可以实现3D光栅（诸如液晶视差栅栏或液晶柱状透镜光栅）和电容触摸屏的电容的良好整合，使该集成装置既具有裸眼3D显示功能、也具有触控输入的功能，并且，可以仅通过两层透明电极基板来实现，其结构简单、厚度小、透光率高、制备成本低，易于与二维图像显示模块组装整合。

附图说明

从结合附图的以下详细说明中，将会使本实用新型的上述和其他目的及优点更加完全清楚，其中，相同或相似的要素采用相同的标号表示。

图1是常规的使用3D光栅的立体图像显示装置的简单结构示意图。

图2是按照本实用新型一实施例的集成装置30应用于二维图像显示模块时的截面结构示意图。

具体实施方式

下面介绍的是本实用新型的多个可能实施例中的一些，旨在提供对本实用新型的基本了解，并不旨在确认本实用新型的关键或决定性的要素或限定所要保护的范围。容易理解，根据本实用新型的技术方案，在不变更本实用新型的实质精神下，本领域的一般技术人员可以提出可相互替换的其他实现方式。因此，以下具体实施方式以及附图仅是对本实用新型的技术方案的示例性说明，而不应当视为本实用新型的全部或者视为对本实用新型技术方案的限定或限制。

在图中，为了清楚放大了层和区域的厚度，但作为示意图不应该被认为严格反映了几何尺寸的比例关系。

在图中,为了突出本实用新型的主要层,没有包含一些次要的层，比如层与层之间用于粘贴的OCA（Optically Clear Adhesive，光学透明胶）层。

在本实用新型中，以二维图像显示模块的显示平面定义为xy平面，z坐标垂直于xy平面，从二维图像显示模块至观察者的方向（一般为二维图像显示模块射出光线至观察者的双眼的方向）定义为z坐标正方向，其中，本实用新型中所提到的上、下等方位用语是相对于附图中所示意的z坐标来定义的。但是，它们是相对的概念，其可以根据显示装置的使用放置方位不同、观察者的方位变化而相应地变化。

图2所示为按照本实用新型一实施例的集成装置30应用于二维图像显示模块时的截面结构示意图。在该实施例中，该集成装置为集成3D光栅和自电容触摸屏的装置30，将该装置30贴合于二维图像显示模块100时，整体可以形成具有触摸屏功能的立体图像显示装置。

继续参阅图2，集成3D光栅和自电容触摸屏的装置包括由下至上（即图中的z轴的正方向）依次堆叠的第一ITO导电玻璃层310、液晶层320、第二ITO导电玻璃层330以及偏光片层390。其中，第一ITO导电玻璃层310和/或第二ITO导电玻璃层330具有绝缘特性， 第一ITO导电玻璃层310、液晶层320、第二ITO导电玻璃层330可以形成3D光栅的主要部分（也即液晶盒），同时，在该实施例中，第二ITO导电玻璃层330还可以用于形成电容触摸屏的主要部分。需要说明的是，以上各层之间可能还设置有其它特殊功能层，例如，各层之间的用于粘接的透明的胶层或结构固件，但是这不构成对本实用新型的限制。

具体地，在第一ITO导电玻璃层310相向于液晶层320的一面上，构图形成ITO电极311，ITO电极311用作液晶层320的下电极。同样，在第二ITO导电玻璃层330相向于液晶层320的一面上，构图形成ITO电极331，ITO电极331用作液晶层320的上电极。ITO电极311、液晶层320、ITO电极331之间的具体设置等为本领域技术人员所了解，在此不再具体描述。应当理解的是，本领域技术人员可以相应设置ITO电极311和/或ITO电极331的形状，来使该液晶盒可以用来形成液晶视差栅栏或液晶柱状透镜光栅，例如，美国专利号为US5493427、名称为“Three-Dimensional Display Unit With a Variable Lens”的专利中公开了设置ITO电极以及相应部件来形成或控制液晶柱状透镜光栅的方式。

以形成3D光栅中的液晶视差栅栏为例，直线偏振光（偏光片层390所产生）垂直射入液晶层后，其偏光方向会被液晶扭转90度，因此，第一ITO导电玻璃层310、液晶层320和第二ITO导电玻璃层336所组成的液晶盒在平行偏振片方向可以遮光，从而可以显示栅栏。

进一步，具体地，在同一层导电玻璃层上，即在第二ITO导电玻璃层330上、背向于液晶层320的一面上（即相向于偏光片层390的一面上），构图形成有ITO电极341。ITO电极341用于形成电容触摸屏的电极层，ITO电极341的具体结构和图案设置，根据具体实现原理和具体需要，进行相应具体设计，例如，ITO电极341可以用来形成自电容触摸屏，也可以用来形成互电容触摸屏。

在ITO电极341的又一可替换的一实施例中，申请人为敦泰科技有限公司在2010年4月20日所提交的、名称为“设置一维电极的自电容触摸屏及其坐标数据处理方法”的、中国专利申请号为201010170919.7的专利中描述了电极341的具体结构，该申请（201010170919.7）的整个内容以引用方式包含在此。当ITO电极341采用上述申请所描述的结构时，ITO电极341中不需要绝缘介质层，而图3所示的结构中，可能需要在桥式结构341c中形成绝缘介质层并且在不使用屏蔽层的情况下，电容的抗干扰特性好。因此，该实施例的ITO电极可以定义为非桥接式一维电极，ITO电极341可以用来形成自电容或互电容。

继续参阅图2，偏光片层390置于该装置30的最上端，其可以用于形成视差栅栏的上偏光片层。优选地，为了保证触摸的灵敏度，例如，手指的电容容易叠加到自电容上，偏光片层390的厚度可以设置在0.1mm至3mm的范围内。

因此，将集成3D光栅和电容触摸屏的装置30置于二维图像显示模块100上时，形成了本实用新型一实施例的立体图像显示装置，该立体图像显示装置同时还具有触摸输入功能。该集成装置30中，将用于形成液晶盒的第二ITO导电玻璃层330同时用来制备形成电容，分析电容的电极特点和液晶盒的电极特点后，巧妙地将ITO电极331和341形成在同一ITO导电玻璃层330的两面上，相对于3D光栅和电容触摸屏的简单组合，至少可以减少两层导电玻璃层，并且，一体化程度高，结构简单、厚度小、制备成本低。

继续如图2所示，在该显示装置中，二维图像显示模块100可以为TFT-LCD显示器，这些显示器自身带有偏光片层，因此，该二维显示模块100中的偏光片层在图2所示的立体图像显示装置中同时用作视差栅栏的下偏光片层，集成装置30不需要下偏光片层。在其它实施例中，当二维图像显示模块100为不带偏光片层的显示器时，例如，等离子显示器、OLED（Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管）显示器，还可以在二维图像显示模块100和第一ITO导电玻璃层310之间设置一偏光片层，该偏光片层用作3D光栅的下偏光片层。

以上例子主要说明了本实用新型的集成3D光栅和电容触摸屏的装置，尽管只对其中一些本实用新型的实施方式进行了描述，但是本领域普通技术人员应当了解，本实用新型可以在不偏离其主旨与范围内以许多其他的形式实施。因此，所展示的例子与实施方式被视为示意性的而非限制性的，在不脱离如所附各权利要求所定义的本实用新型精神及范围的情况下，本实用新型可能涵盖各种的修改与替换。

Claims (9)

1.一种集成3D光栅和电容触摸屏的装置，至少包括由下至上依次设置的：

    第一透明电极基板，

    液晶层，

    第二透明电极基板，以及

第一偏光片层；

其中，所述第一透明电极基板在相向于所述液晶层的一面设置第一电极以形成所述3D光栅的液晶盒的下电极，在所述第二透明电极基板的相向于所述液晶层的一面上设置第二电极以形成所述3D光栅的液晶盒的上电极；在所述第二透明电极基板的相向于所述第一偏光片层的一面上还设置用于形成电容触摸屏电极的第三电极。

2.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电容触摸屏为自电容触摸屏，所述第三电极用于形成自电容触摸屏电极。

3.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述电容触摸屏为互电容触摸屏，所述第三电极用于形成互电容触摸屏电极。

4.如权利要求2或3所述的装置，其特征在于，所述第三电极为非桥接式的一维电极。

5.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述第一偏光片层的厚度范围为0.1毫米至3毫米。

6.如权利要求1所述的装置，其特征在于，所述3D光栅为液晶视差栅栏或液晶柱状透镜光栅。

7.一种显示装置，其特征在于，包括二维图像显示模块以及如权利要求1至6中任一项所述的集成3D光栅和电容触摸屏的装置，所述集成3D光栅和电容触摸屏的装置置于所述二维图像显示模块之上。

8.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述二维图像显示模块为薄膜晶体管液晶显示器，所述薄膜晶体管液晶显示器中偏光片层同时用作所述集成3D光栅和电容触摸屏的装置的3D光栅的下偏光片层。

9.如权利要求7所述的显示装置，其特征在于，所述二维图像显示模块为等离子显示器或有机发光二极管显示器，所述集成3D光栅和电容触摸屏的装置还包括置于所述第一透明电极基板之下的第二偏光片层，所述第一偏光片层用于形成所述3D光栅的上偏光片层，所述第二偏光片层用于形成所述3D光栅的下偏光片层。

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