CN106092203A - 一种多功能传感器设备及其制备方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种多功能传感器设备，包括透明的基板，还包括电极结构，以及位于所述电极上方的透明绝缘层薄膜，其还包括涂布在所述绝缘层薄膜上方的功能性材料。一种多功能传感器设备的制备方法，包括将透明基板依次用清水、酒精进行清洗，并吹干至无杂质；在所述基板上涂布出多个具有指状交叉电极的正负电极和具有沟壑形的电极结构；对上述所得样品进行烘烤，并涂布绝缘保护层；对所得样品进行再次烘烤，并将疏水的绝缘层改性为亲水层；在所述绝缘层上涂布功能性材料感应层并进行烘烤。本发明使得单一产品具有多功能，节省了大量的人力、物力以及财力，广泛应用于传感器领域。

Description

一种多功能传感器设备及其制备方法
技术领域
本发明涉及传感器，具体为一种多功能传感器设备及其制备方法。
背景技术
目前，大部分传感器都是基于在硅基上或者其它金属基板上制成的，并且体型相对来说比较大，这对于日趋小型化，智能化的现今社会来说是一个巨大的瓶颈。所以各式各样的传感器都近皆出现，比如实用方便的贴片传感器等。但是有的时候单一的传感器是满足不了现今人的需求，随着智能化的发展，多功能、多用途的传感器必定是人们首选的产品。而且随着显示技术的高速发展，具有单一显示功能的显示器或者智能玻璃等已经不能打动人们的内心，所以急需让显示屏或者智能玻璃等具有其它辅助的功能。
发明内容
为了解决上述技术问题，本发明的目的是提供一种多功能传感器设备及其制备方法。
本发明所采用的技术方案是：一种多功能传感器设备，包括透明的基板，还包括设置在所述基板上的电极结构，以及位于所述电极上方的透明绝缘层薄膜，其还包括涂布在所述绝缘层薄膜上方的功能性材料。
作为该技术方案的改进，所述电极结构包括具有指状交叉电极的正负电极和具有沟壑形的电极结构。
作为该技术方案的改进，所述指状交叉电极厚度为0.1um-0.3um，指状交叉正负电极间的距离为40um-100um。
作为该技术方案的改进，所述透明绝缘层薄膜厚1um-2um。
作为该技术方案的改进，所述涂布的功能性材料的厚度为3um-5um。
作为该技术方案的进一步改进，所述基板包括透明玻璃基板或柔性透明导电薄膜基板。
本发明还提供一种多功能传感器设备的制备方法，包括步骤：
将透明基板依次用清水、酒精进行清洗，并吹干至无杂质；
在所述基板上涂布出多个具有指状交叉电极的正负电极和具有沟壑形的电极结构；
对上述所得样品进行烘烤，并涂布绝缘保护层；
对所得样品进行再次烘烤，并将疏水的绝缘层改性为亲水层；
在所述绝缘层上涂布功能性材料感应层并进行烘烤。
作为该技术方案的改进，在所述基板上通过干法/湿法蚀刻、喷墨打印、丝网印刷、狭缝涂布出多个具有指状交叉电极的正负电极和具有沟壑形的电极结构。
作为该技术方案的改进，在电极的上方区域通过丝网印刷、狭缝涂布、喷墨打印等工艺制备透明绝缘层薄膜。
作为该技术方案的改进，制备完绝缘层后需对器件进行200摄氏度的烘烤。
作为该技术方案的改进，所述功能性材料是将碳酸丁酸纤维素和乙醇按照1:7的质量比进行配比。
作为该技术方案的进一步改进，所述功能性材料包括对湿度敏感的功能性材料、对温度敏感的功能性材料和对光强敏感的功能性材料。
本发明的有益效果是：本发明将传感器集成在透明的基板上，如显示器或智能玻璃的透明导电玻璃或者柔性导电薄膜上，为了使得传感器不影响显示器或者智能玻璃的正常工作，本发明多传感器平台设为透明传感器平台，透光度达到百分之八十以上。为了使得传感器能感应环境中的多个物理量，本发明多传感器平台对环境中的湿度，温度，光强具有非常敏感的作用；且整个传感器平台感应元件只有1cm x 2cm x 500um大小，使得单一产品具有多功能，节省了大量的人力、物力以及财力。
附图说明
下面结合附图对本发明的具体实施方式作进一步说明：
图1是本发明第一实施例的结构示意图；
图2是本发明第二实施例的结构示意图；
图3是本发明第三实施例的结构示意图；
图4是本发明第四实施例的结构示意图；
图5是本发明一实施例的制备流程示意图。
具体实施方式
需要说明的是，在不冲突的情况下，本申请中的实施例及实施例中的特征可以相互组合。
参照图1-2，是本发明实施例的结构示意图。一种多功能传感器设备，包括基板1，还包括设置在所述基板1上的电极结构，以及位于所述电极上方的透明绝缘层薄膜（图中未示出），其还包括涂布在所述绝缘层薄膜上方的功能性材料5,6。
所述电极结构包括具有指状交叉电极的正负电极2,3和具有沟壑形的电极结构4。
所述指状交叉电极2,3厚度均为0.1um-0.3um，指状交叉正负电极间的距离为40um-100um。
所述透明绝缘层薄膜厚1um-2um。
所述涂布的功能性材料5,6的厚度为3um-5um。
所述基板包括透明玻璃基板或柔性透明导电薄膜基板。
在显示器或智能玻璃的透明玻璃基板或者柔性透明导电薄膜上通过干法/湿法蚀刻、喷墨打印、丝网印刷、狭缝涂布出数个具有指状交叉电极的正负电极和具有沟壑形电极结构，其中指状交叉电极结构可以增加电容式传感器的极板间正对面积，从而提高传感器的灵敏度，对于实例中的传感器，为了达到对微小环境变化做出反应的效果，制备的指状交叉电极厚度在0.1um-0.3um之间，电极间距在40um-100um之间。沟壑形电极结构通过弯弯曲曲的排布，使得电极的电阻长度在有效的暴露面积里尽可能最大，其原理和空调器里面的冷热交换器管道类似。在电极的正上方通过喷墨打印、丝网印刷印制一层厚度在1um-2um之间的绝缘保护薄膜，并立即将印刷好绝缘层的半成品器件在200摄氏度的烤箱里烘烤，这样会增加绝缘保护层的平整度，从而使得绝缘保护层在一个可控的范围内，且不影响后续工艺，若该薄膜层太薄会被击穿，起不到绝缘的效果和隔绝电极对所测物理量做出反应，太厚会降低传感器的灵敏度。然后对烘烤后的半成品器件进行表面改性，将疏水的绝缘保护层改性为亲水的绝缘保护层，如果不进行表面处理，就会造成后续的功能性感应材料印制不平整或者印制不了。在具有指状交叉电极正上方的绝缘层上通过丝网印刷、狭缝涂布、喷墨打印等工艺将对湿度敏感的功能性材料涂布上去，制备过程中必须严格控制制备工艺的参数，使得制成的感应层厚度在3um-5um之间，感应层太薄起不到感应环境因素的效果，太厚会降低传感器的灵敏度。将印制了感应层的半成品器件放入200摄氏度烤箱中烘烤，增加感应层的平整度，其中功能性材料是将碳酸丁酸纤维素和乙醇按照1:7的质量比进行配比，如果碳酸丁酸纤维素溶液（CAB）质量分数过高或者过低，会导致通过后续的制备工艺制备不出想要厚度的感应层。同样的制备工艺和流程在具有指状交叉电极正上方的绝缘层将对光强敏感的功能性材料涂布上去。由于整个传感器平台所用材料都是透光度极高，这使得整个传感器平台透光度可以达到百分之八十以上，不会影响显示器或者智能玻璃的显示效果。在基板上集成了数个不同的传感器，对于环境的感应起到了一个综合的效果，而不会使得器件单一。
参照图3，是本发明第三实施例的结构示意图。对于设置在基板1上的正负电极2，其在功能性材料5感应层的下方，通过调整交叉电极之间的间距、高度h和交叉电极的个数就可以调整传感器的灵敏度，其中交叉电极之间的间距为40um-100um，高度为0.1um-0.3um之间，交叉电极个数可以根据自身传感器需求进行调整。再通过感应材料对所测物理量做出反应，当它的介电常数改变，就可以通过一系列的公式计算或者通过软件制定曲线得知相对应的物理量的值，并且对功能性材料具有很高的要求，不仅需要对所测物理量具有很快的反应时间、比较大的介电常数的改变，还必须具有很高的恢复度。
对于指状交叉电极2的厚度以及电极之间的距离是有规定的，不同的参数会影响整个传感器的性能，而且绝缘保护层7厚度必须适中，对于功能性材料5的厚度也有一定的取值，不同的取值会影响整个传感器的性能，甚至使得传感器不能获取需要的数值，最后将这个多传感器平台的感应元件连接到提前准备好的数据采集设备中。
参照图4，在基板1上设置的沟壑形电极4结构，它的电阻总长度与传感器的灵敏度与性能息息相关，所以通过弯弯曲曲的排布，在有效的暴露面积里尽可能的增加电阻的长度，并且在环状感应电阻上方通过喷墨打印、丝网印刷印制一层厚度在1um-2um之间的绝缘保护层7，并立即将印刷好绝缘层7的半成品器件在200摄氏度的烤箱里烘烤，这样会增加绝缘保护层7的平整度，从而使得绝缘保护层7在一个可控的范围内和不影响后续工艺，这层薄膜太薄会被击穿，起不到绝缘的效果和隔绝电极对所测物理量做出反应，太厚会降低传感器的灵敏度。
参照图5，是本发明一实施例的流程示意图。一种多功能传感器设备的制备方法，包括步骤：
将显示器的透明玻璃基板或智能玻璃的柔性透明导电薄膜依次用清水、酒精进行清洗，并吹干至无杂质；
在所述透明玻璃基板或柔性透明导电薄膜上涂布出数个具有指状交叉电极的正负电极和具有沟壑形的电极结构；
对上述所得样品进行烘烤，并涂布绝缘保护层；
对所得样品进行再次烘烤，并将疏水的绝缘层改性为亲水层；
在所述绝缘层上涂布功能性材料感应层并进行烘烤。
具体包括：1，基板的处理：将基板用清水洗净，然后用酒精再次清洗，并用氮气吹净，至基板上无杂质和灰尘。
2，电极结构的制作：在基板如显示器或者智能玻璃上的透明导电玻璃或者柔性透明导电薄膜上通过干法/湿法蚀刻、喷墨打印、丝网印刷、狭缝涂布出多个具有指状交叉电极的正负电极和具有沟壑形的电极结构。
3，样品烘烤：烘烤温度可以根据上述工艺进行确定，烘烤的目的是为了让电极结构稳定，形状固定，与基板的粘附力强。
4，涂布绝缘保护层：在电极的上方区域通过丝网印刷、狭缝涂布、喷墨打印等工艺制备透明绝缘层薄膜。
5，再次对样品进行烘烤：制备完绝缘层后需立即对器件进行200摄氏度的烘烤。目的是为了让绝缘层更加平整、光滑；为了让薄膜结构稳定，与基板和电极间的粘附力更加强。
6,表面改性：表面改性的方法根据所选用的绝缘层来进行决定，否则改性后就会改变绝缘层的性质，从而丧失了绝缘层在本器件的功能。将疏水的绝缘层改性为亲水的绝缘层，便于后续材料的涂布。
7，涂布功能层：采用丝网印刷、喷墨打印等工艺，涂布厚度在3um-5um之间，且厚度均匀；其中功能性材料是将碳酸丁酸纤维素和乙醇按照1:7的质量比进行配比。所述功能性材料包括对湿度敏感的功能性材料、对温度敏感的功能性材料和对光强敏感的功能性材料。
8，对样品进行烘烤：在烤箱里进行200摄氏度的烘烤；烘烤的目的一是为了让功能层更加平整、光滑，二是为了让功能层结构稳定，与样品的粘附力更加强。
以上是对本发明的较佳实施进行了具体说明，但本发明创造并不限于所述实施例，熟悉本领域的技术人员在不违背本发明精神的前提下还可作出种种的等同变形或替换，这些等同的变形或替换均包含在本申请权利要求所限定的范围内。

Claims (12)

1.一种多功能传感器设备，包括透明的基板，其特征在于，还包括设置在所述基板上的电极结构，以及位于所述电极上方的透明绝缘层薄膜，其还包括涂布在所述绝缘层薄膜上方的功能性材料。
2.根据权利要求1所述的多功能传感器设备，其特征在于：所述电极结构包括具有指状交叉电极的正负电极和具有沟壑形的电极结构。
3.根据权利要求2所述的多功能传感器设备，其特征在于：所述指状交叉电极厚度为0.1um-0.3um，指状交叉正负电极间的距离为40um-100um。
4.根据权利要求1至3任一项所述的多功能传感器设备，其特征在于：所述透明绝缘层薄膜厚1um-2um。
5.根据权利要求4所述的多功能传感器设备，其特征在于：所述涂布的功能性材料的厚度为3um-5um。
6.根据权利要求1所述的多功能传感器设备，其特征在于：所述基板包括透明玻璃基板或柔性透明导电薄膜基板。
7.一种多功能传感器设备的制备方法，其特征在于，包括步骤：
将透明基板依次用清水、酒精进行清洗，并吹干至无杂质；
在所述基板上涂布出多个具有指状交叉电极的正负电极和具有沟壑形的电极结构；
对上述所得样品进行烘烤，并涂布绝缘保护层；
对所得样品进行再次烘烤，并将疏水的绝缘层改性为亲水层；
在所述绝缘层上涂布功能性材料感应层并进行烘烤。
8.根据权利要求7所述的多功能传感器设备的制备方法，其特征在于：在所述基板上通过干法/湿法蚀刻、喷墨打印、丝网印刷、狭缝涂布出多个具有指状交叉电极的正负电极和具有沟壑形的电极结构。
9.根据权利要求8所述的多功能传感器设备的制备方法，其特征在于：在电极的上方区域通过丝网印刷、狭缝涂布、喷墨打印等工艺制备透明绝缘层薄膜。
10.根据权利要求9所述的多功能传感器设备的制备方法，其特征在于：制备完绝缘层后需对器件进行200摄氏度的烘烤。
11.根据权利要求10所述的多功能传感器设备的制备方法，其特征在于：所述功能性材料是将碳酸丁酸纤维素和乙醇按照1:7的质量比进行配比。
12.根据权利要求11所述的多功能传感器设备的制备方法，其特征在于：所述功能性材料包括对湿度敏感的功能性材料、对温度敏感的功能性材料和对光强敏感的功能性材料。
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