CN105094441B - 一种压力感测装置 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及压力触控技术领域，特别涉及一种具有压力感应胶层的压力感测装置。该压力感测装置包括压力感应胶层，所述压力感应胶层包括一胶层及一混合在所述胶层内的纳米导电材料,所述压力感应胶层用于检测被触压形变后产生的阻值变化。此压力感测装置的制程简单且能较大程度上提高产品的良率。

Description

一种压力感测装置
【技术领域】
本发明涉及压力触控技术领域，特别涉及一种具有压力感应胶层的压力感测装置。
【背景技术】
目前在触控技术领域，一种用于检测触压力度大小的压力感测装置异军突起、倍受热捧，许多围绕压力感测的创新技术日趋增多。目前市面上的压力感测装置是在一基板上特别制作一压力感应层或者需要特别布设压力感应电极，再通过一光学胶贴合另一元件来形成压力感测装置。使其制作过程太过复杂，制作步骤过多的同时势必会降低产品的良率。
因此，一种制程简单的具有压力感测功能的压力感测装置，乃为所冀。
【发明内容】
为克服现有技术压力感测装置的制程复杂，产品良率低的问题，本发明提供一种制程简单的压力感测装置。
本发明解决技术问题的方案是提供一种压力感测装置，该压力感测装置包括压力感应胶层，所述压力感应胶层包括一胶层及一混合在所述胶层内的纳米导电材料,所述压力感应胶层用于检测被触压形变后产生的阻值变化；一检测芯片，电性连接所述压力感应胶层，并根据所述阻值变化来推算出所述触压的力度；一触控面板，所述触控面板具有一第一基板，且在所述第一基板的其中一表面上还成形一用于检测触摸位置的导电图案层；所述导电图案层位于所述压力感应胶层与所述第一基板之间，所述的导电图案层与所述压力感应胶层之间还设置一绝缘保护层以电性绝缘所述导电图案层与所述压力感应胶层；所述压力感应胶层的覆盖区域等于绝缘保护层的区域面积，绝缘保护层的覆盖区域大于导电图案层的区域面积。
优选地，所述压力感应胶层被按压之后的电阻会升高或降低。
优选地，所述压力感应胶层为纳米导电材料混合在液态的光学胶层后被固化所得。
优选地，所述纳米导电材料为纳米级的银、铜、铝、金，或纳米级的氧化铟锡、氧化锡锑、氧化铟锌、氧化锌铝，或石墨烯、碳纳米管。
优选地，所述压力感测装置更包括一第二基板，所述压力感应胶层是用于贴合所述第二基板与所述绝缘保护层。
优选地，所述压力感测装置进一步包括一发送线和一接收线设置于所述第二基板上，发送线和接收线导通连接所述压力感应胶层与一检测芯片，将压力感应胶层的阻值变化传输至所述检测芯片。
优选地，所述发送线和所述接收线连接于压力感应胶层的对边或两对角上。
优选地，所述压力感测装置进一步包括一发送线和一接收线与所述导电图案层同层设置于所述第二基板上，所述发送线和所述接收线导通过所述绝缘保护层相应位置处的通孔，电连接所述压力感应胶层与一检测芯片，将压力感应胶层的阻值变化传输至所述检测芯片。
优选地，所述压力感测装置更包括一压力感测面板，所述压力感测面板具有一第二基板，在所述第二基板的其中一表面上还成形一用于检测触压力度的压力感应电极层，所述压力感应胶层是用于贴合所述压力感测面板与所述绝缘保护层。
优选地，所述压力感应电极层位于所述压力感应胶层与所述第二基板之间。
优选地，所述压力感应电极层与所述的压力感应胶层相接触。
优选地，所述压力感测电极层包括多个压力感应单元和多条信号线，所述压力感应单元两端通过所述信号线与一芯片电性连接。
优选地，所述压力感应胶层通过所述压力感应电极单元和所述信号线电连接所述检测芯片，将压力感应胶层的阻值变化与压力感应电极单元的阻值变化叠加传输至所述检测芯片。
与现有技术相比，本发明的压力感测装置采用一种压力感应胶层对触压力度进行检测，该压力感应胶层为一种新式压阻材料，包括光学胶和置入其内的纳米导电材料，使其同时具有粘贴特性和触压力度感测特性。所以在将压力感应胶层使用在压力感测装置上的时候，无需单独制作压力感应电极，只需将原来的光学胶层替换为压力感应胶层，即可保持粘贴的功能，还可替代现有的压力感应电极用来感测触压力度。
当将该压力感应胶层使用在具有触控位置检测功能的OGS(OneGlassSolution，一体化触控)触控面板中，可以将二维检测功能的面板升级为具有三维检测功能的面板。当将该压力感应胶层使用在已经具有三维检测功能的压力触控面板中，又可以对触压力度检测的功能起到增强的作用。当将该压力感应胶层使用在显示面板中，可以形成具有压力感测的显示面板。因此，这种功能结构的压力感应胶层几乎可以用在所有叠层结构的触控面板或显示面板中，具有应用范围广的效果，且制程简单，良率高，具有良好的应用前景。
【附图说明】
图1是本发明第一实施例压力感应胶层的剖面结构示意图。
图1A是本发明第一实施例压力感应胶层的第一状态下触控原理剖面结构示意图。
图1B是本发明第一实施例压力感应胶层的第二状态下触控原理剖面结构示意图。
图2是本发明第二实施例压力感测装置的剖面结构示意图。
图3是本发明第三实施例压力感测装置的剖面结构示意图。
图3A-3B是本发明第三实施例压力感测装置的平面示意图。
图4是本发明第四实施例压力感测装置的剖面结构示意图。
图4A是本发明第四实施例压力感测装置的平面示意图。
【具体实施方式】
为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释本发明，并不用于限定本发明。
请参阅图1，本发明提供的一种压力感应胶层800为一具有一定厚度的光学胶层，在光学胶801内部置入纳米级的纳米导电材料803，形成一种类似压阻材料的压力感应胶层800。该压力感应胶层800一般是将纳米导电材料803混合在液态的光学胶801中后，涂覆到其他叠层结构上进行固化后形成。该纳米导电材料803在光学胶801内均匀分布，为了保持有足够的光学胶801存在而保证压力感应胶层800的粘性适当，其在光学胶801内的分布率不宜大于70％；同时为了保证有足够的纳米导电材料803存在而保证纳米导电材料803有足够的电子跃迁产生，使按压之后可以检测到较大的电阻信号变化量，压力感应胶层800可以有效、准确的感测按压力度，纳米导电材料803在光学胶801内的分布率不宜小于10％。此处所述分比率是指在单位体积的液态光学胶801内，纳米导电材料803混合在光学胶801内的浓度。
由于该光学胶801为LOCA(液态光学透明胶，Liquid Optical Clear Adhesive)，所以其具有粘性，可以与常规使用的光学胶一样用来粘贴两片需要贴合的叠层。
该纳米导电材料803可以为条状或颗粒状导电材料，可以为纳米级的银、铜、铝、金等金属单质，或纳米级的氧化铟锡(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化锡锑(Antimony DopedTin Oxide，ATO)、氧化铟锌(IndiumZinc Oxide，IZO)、氧化锌铝(Aluminum Zinc Oxide，AZO)等金属氧化物，或石墨烯、碳纳米管中的任意一种材料。
请参阅图1A，在一种情况下，当手指按压在该压力感应胶层800上或具有该压力感应胶层800的其他叠层结构的装置上时，其被按压的表面会出现形变，致使其内部的纳米导电材料803开始被挤压，多个纳米导电材料803之间靠的更加紧密。如此一来，多个纳米导电材料803之间的电子跃迁现象变得更加容易和活跃，导致整个压力感应胶层800的阻值降低。通过将按压之后的阻值与初始状态下压力感应胶层800的阻值相比可以得出按压之后阻值的变化量，将该变化量传输到检测芯片内，进而可以推算得出按压力度的大小，实现该压力感应胶层800可以在第三维度上具有感应的功能。此情况发生在光学胶801为固态且其内部结构比较稳固的情况，纳米导电材料803无法在该光学胶801内发生位移，只能伴随光学胶801一起同步变形。
请参阅图1B，在另一种情况下，当手指按压在该压力感应胶层800上或具有该压力感应胶层800的其他叠层结构的装置上时，其被按压的表面会出现如上图相同的形变。但是，按压之后内部的纳米导电材料803朝两侧偏移，致使被按压区域的纳米导电材料803密度变低。如此一来，按压区域内的多个纳米导电材料803之间的电子跃迁难度变高，电子跃迁发生的概率更低，导致整个压力感应胶层800的阻值升高。通过将按压之后的阻值与初始状态下压力感应胶层800的阻值相比可以得出按压之后阻值的变化量，将该变化量传输到检测芯片内，进而可以推算得出按压力度的大小，实现该压力感应胶层800可以在第三维度上具有感应的功能。此情况发生在光学胶801为固态或半固态且其内部结构为柔性的情况，纳米导电材料803在该光学胶801内可以发生游移，被压之后，除了伴随光学胶801一起形变，还可以在光学胶801内独自发生移动。
请参阅图2，本发明第二实施例提供一种压力感测装置90包括一基板901，在基板901上设置有一与第一实施例相同的压力感应胶层903，用于感测触压力度，同时还可以将基板901贴在其他叠层结构上，如指纹识别层，显示面板层，OLED发光层等，使它们具有三维感测或压力触控显示功能。在基板901与压力感应胶层903相贴合的一表面设置有一发送线9076和一接收线9077，发送线9076和接收线9077将压力感应胶层903电性连接至一检测芯片(图未示)，用来将压力感应胶层903的触压力度信息传输至检测芯片。发送线9076和接收线9077较佳是连接于压力感应胶层901的对边或两对角上。
在压力感测装置90的制作过程中，可以先于基板901之一表面周边上形成一发送线9076和一接收线9077，再于基板901形成有发送线9076、接收线9077的表面设置压力感应胶层903，并电性连接发送线9076与接收线9077。如此一来，无需特别布设压力感应电极，而仅需设置发送线9076与接收线9077，再以压力感应胶层901与之贴合来形成压力感测装置，即可用于检测触压力度大小。制程简单，可提升良率。
在本发明中，基板901可以是刚性基板，如玻璃，强化玻璃，蓝宝石玻璃等；也可以是柔性基板，如PEEK(polyetheretherketone，聚醚醚酮)、PI(Polyimide，聚酰亚胺)、PET(polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(polycarbonate，聚碳酸酯聚碳酸酯)、PES(polyethylene glycol succinate，聚丁二酸乙二醇酯)、PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)、PVC(Polyvinyl chloride，聚氯乙烯)、PP(Polypropylene，聚丙烯)及其任意两者的复合物等材料。
在本发明的一个实施方式中，基板901可以为一保护盖板，用于为压力感测装置90提供一保护作用，且其不与压力感应胶层903贴合的另一表面作为压力的一作用表面。在本发明的其他实施方式中，基板901不与压力感应胶层903贴合的另一表面，也可以作其他触控或显示结构的承载基板，用以在其上设置平面触控电极、压力感应电极、显示部件等。下述实施例中，关于基板的材质与作用与本实施例大致相同，将不再一一赘述。
请参阅图3，本发明第三实施例提供一种压力感测装置10包括一触控面板11，压力感应胶层103是用于贴合触控面板11与另一元件。触控面板11具有一基板101，在该基板101上成形有一导电图案层109，用于感测触控位置。同时，在该导电图案层109上涂布有一与第一实施例相同的压力感应胶层103，用于感测触压力度，同时还可以将触控面板11贴在其他叠层结构上，如指纹识别层，显示面板层，OLED发光层等，使它们具有三维感测功能。此处，在导电图案层109的表面还具有一绝缘保护层105，用以保护导电图案层109不被氧化、磨损，在本实施例中更保证导电图案层109与压力感应胶层103之间电性绝缘。
在本实施例中，在基板101形成有导电图案层109的同一表面，设置有一发送线1076和一接收线1077，发送线1076和一接收线1077可以与导电图案层109同步制作，在该绝缘保护层105与发送线1076与接收线1077相应位置处设置有通孔108，压力感应胶层103通过通过108电性连接至发送线1076和接收线1077，发送线1076和接收线1077用来将压力感应胶层903的触压力度信息传输至检测芯片。
请参阅图3A，导电图案层109包括第一方向触控电极1093、第二方向触控电极1095、第一方向触控电极信号线1071和第二方向触控电极信号线1073，该第一方向触控电极1093和第二方向触控电极1095分别用来感测触摸位置的两个方向坐标值。第一方向触控电极1093通过第一方向触控电极信号线1071连接至检测芯片106，第二方向触控电极1095通过第二方向触控电极信号线1073连接至检测芯片106，检测芯片106用于检测传输来的第一方向触控电极1093和第二方向触控电极1095电流变化以确定触摸位置。
与此同时，位于导电图案层109一侧的压力感应胶层103也通过一发送线1076和一接收线1077连接至检测芯片106，用来检测对压力感应胶层103的触压力度。该发送线1076和接收线1077较佳是与第一方向触控电极信号线1071和第二方向触控电极信号线1073以同种材料同步制作形成于基板101上。
较优选地，该发送线1076和接收线1077设置在压力感应胶层103的两对角上。当然，也可以设置在两对边上，如图3B所示。
压力感应胶层103的覆盖区域等于绝缘保护层105的区域面积，绝缘保护层105的覆盖区域大于导电图案层109的区域面积。绝缘保护层105完全覆盖导电图案层109及连接于其上的第一方向触控电极信号线1071和第二方向触控电极信号线1073。
从图3A可以看出，压力感应胶层103的边界、绝缘保护层边界1051超出导电图案层109的周围边缘。以使绝缘保护层105可以完全隔离导电图案层109、第一方向触控电极信号线1071、第二方向触控电极信号线1073该三者与压力感应胶层103。而仅在该绝缘保护层105与发送线1076、接收线1077相应位置处设置有通孔108，压力感应胶层103通过通过108电性连接至发送线1076和接收线1077，该通孔108不限于圆孔，也可以为一长条型以增加压力感应胶层103与发送线1076、接收线1077的接触面积。在压力感测装置10的制作过程中，仅需在形成导电图案层的同时，以同种材料同步制作发送线1076和接收线1077并于后续制程中电性连接压力感应胶层101来形成压力感测装置。不仅制程简单，良率高，还可以最大程度地节省材料和工序。且当基板101为一保护盖板，触控面板11为一体化触控面板(OneGlassSolution，OGS)结构时，本实施例的设计就以最简便的方式实现了三维触控功能，具有良好的应用前景。
请参阅图4，本发明第四实施例提供一种压力感测装置20更包括一压力感测面板21，压力感应胶层是用于贴合压力感测面板21与另一元件。压力感测面板21包括一基板201，在基板201上成形有一压力感应电极层208，用于感测触压力度。同时，在压力感应电极层208上涂布有一与第一实施例相同的压力感应胶层203，可用于收集触压力度侦测信号用于增强压力感应电极层208的触压力度感测，同时还可以将压力感测面板21贴在其他叠层结构上，如指纹识别层，显示面板层，OLED发光层等，使它们具有灵敏的多功能感测，压力感测与显示功能。
请参阅图4A，压力感应电极层208包括多个压力感应单元2081和多条信号线，每一压力感应单元2081是由一导线迂回弯曲而排布为一放射状的“米字形”图案，当按压压力感应单元2081后，压力感应单元2081发生形变并产生阻值的改变，阻值的改变信息通过压力感应单元2081及连接于压力感应单元2081两端的信号线2076传输到检测芯片206进行处理。此处，由于压力感应胶层203与压力感应电极层208相接触，所以压力感应胶层203收集到的压力信号可以通过压力电极单元2081与信号线2076传输到检测芯片206，而无需额外设置发送线和接收线来连接压力感应胶层203与检测芯片206。并且，对于压力感应单元2081或者信号线2076可能因制程操作断线或磨损的位置，压力感应胶层203还可以做电性连接或补强，提高压力感测面板可靠性。
在本实施例中，压力感应胶层203是贴合于压力感测面板21设置有压力感应电极层208的一表面压力感应电极层208和压力感应胶层203均用来感测触压力度，此处压力感应胶层203起到对按压力度感测增强的作用，且压力感应电极层208与压力感应胶层203互相接触贴合，压力感应电极层208的触压力度变化量与压力感应胶层203的触压力度变化量可以最终以叠加的方式计算为触压力度大小，如此一来，压力检测的灵敏度可以得到显著的提升。本实施例中，压力感测装置20本身已具有压力感应单元图案2081，压力感应胶层203的设置，并不增加其他工序就可以提升压力检测的灵敏度，并提高压力感测面板可靠性。
与现有技术相比，本发明的压力感测装置采用一种压力感应胶层对触压力度进行检测，该压力感应胶层为一种新式压阻材料，包括光学胶和置入其内的纳米导电材料，使其同时具有粘贴特性和触压力度感测特性。所以在将压力感应胶层使用在压力感测装置上的时候，无需单独制作压力感应电极，只需将原来的光学胶层替换为压力感应胶层，即可保持粘贴的功能，还可替代现有的压力感应电极用来感测触压力度。
当将该压力感应胶层使用在具有触控位置检测功能的OGS(OneGlassSolution，一体化触控)触控面板中，可以将二维检测功能的面板升级为具有三维检测功能的面板。当将该压力感应胶层使用在已经具有三维检测功能的压力触控面板中，又可以对触压力度检测的功能起到增强的作用。当将该压力感应胶层使用在显示面板中，可以形成具有压力感测的显示面板。因此，这种功能结构的压力感应胶层几乎可以用在所有叠层结构的触控面板或显示面板中，具有应用范围广的效果，且制程简单，良率高，具有良好的应用前景。
以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。

Claims (13)

1.一种压力感测装置，其特征在于，包括：
一压力感应胶层，所述压力感应胶层包括一胶层及一混合在所述胶层内的纳米导电材料,所述压力感应胶层用于检测被触压形变后产生的阻值变化；一检测芯片，电性连接所述压力感应胶层，并根据所述阻值变化来推算出所述触压的力度；
一触控面板，所述触控面板具有一第一基板，且在所述第一基板的其中一表面上还成形一用于检测触摸位置的导电图案层；所述导电图案层位于所述压力感应胶层与所述第一基板之间，所述的导电图案层与所述压力感应胶层之间还设置一绝缘保护层以电性绝缘所述导电图案层与所述压力感应胶层；
所述压力感应胶层的覆盖区域等于绝缘保护层的区域面积，绝缘保护层的覆盖区域大于导电图案层的区域面积。
2.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于：所述的压力感应胶层被按压之后的电阻会升高或降低。
3.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于：所述的压力感应胶层为纳米导电材料混合在液态的光学胶层后被固化所得。
4.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于：所述的纳米导电材料为纳米级的银、铜、铝、金，或纳米级的氧化铟锡、氧化锡锑、氧化铟锌、氧化锌铝，或石墨烯、碳纳米管。
5.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于：更包括一第二基板，所述压力感应胶层是用于贴合所述第二基板与所述绝缘保护层。
6.如权利要求5所述的压力感测装置，其特征在于：进一步包括一发送线和一接收线设置于所述第二基板上，发送线和接收线导通连接所述压力感应胶层与所述检测芯片，将压力感应胶层的阻值变化传输至所述检测芯片。
7.如权利要求6所述的压力感测装置，其特征在于：所述发送线和所述接收线连接于压力感应胶层的对边或两对角上。
8.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于：进一步包括一发送线和一接收线与所述导电图案层同层设置于所述第一基板上，所述发送线和所述接收线导通过所述绝缘保护层相应位置处的通孔，电连接所述压力感应胶层与所述检测芯片，将压力感应胶层的阻值变化传输至所述检测芯片。
9.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于：更包括一压力感测面板，所述压力感测面板具有一第二基板，在所述第二基板的其中一表面上还成形一用于检测触压力度的压力感应电极层，所述压力感应胶层是用于贴合所述压力感测面板与所述绝缘保护层。
10.如权利要求9所述的压力感测装置，其特征在于：所述压力感应电极层位于所述压力感应胶层与所述第二基板之间。
11.如权利要求10所述的压力感测装置，其特征在于：所述压力感应电极层与所述的压力感应胶层相接触。
12.如权利要求11所述的压力感测装置，其特征在于：所述压力感测电极层包括多个压力感应单元和多条信号线，所述压力感应单元两端通过所述信号线与所述检测芯片电性连接。
13.如权利要求12所述的压力感测装置，其特征在于：所述压力感应胶层通过所述压力感应电极单元和所述信号线电连接所述检测芯片，将压力感应胶层的阻值变化与压力感应电极单元的阻值变化叠加传输至所述检测芯片。
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