CN106293251A - 一种力学感应装置及其制造方法 - Google Patents

Abstract

一种力学感应装置，包括透明基板以及设置在透明基板第一面的第一应变电阻层，应变电阻层包括应变电阻部和引线部，应变电阻部由高阻导电膜图形化而成，应变电阻部包括多个应变电阻；引线部由低阻导电膜图形化而成，引线部包括多条第一引线，第一引线与相应的应变电阻的端部连接；低阻导电膜的方块电阻值小于高阻导电膜的方块电阻值。将应变电阻层拆分为应变电阻部、引线部两部分，应变电阻部由高阻导电膜图形化而成，而引线部由低阻导电膜图形化而成，使得第一引线的电阻值相对较低，受手指按压时，第一引线的电阻值变化量也较低，减少第一引线的电阻值变化对应变电阻的电阻值变化的干扰，使得应变电阻能够更加准确地反映出手指的按压力度。

Description

一种力学感应装置及其制造方法

技术领域

本发明涉及一种压力探测装置，尤其涉及一种力学感应装置及其制造方法。

背景技术

通过在液晶显示屏(LCD)、有机发光显示屏(OLED)等显示屏的前方设置力学感应装置，力学感应装置探测手指在这些显示屏上的按压力，从而实现基于手指按压力的人机交互，力学感应装置一般设计为包括透明基板和多个透明力学感应器件，透明力学感应器件设置在透明基板上并呈二维分布的。

为了提高透明度和减少厚度，上述这种透明力学感应器件一般设置为透明的应变电阻，透明基板被手指按压之后产生细微弯曲而导致应变电阻的电阻值变化，根据应变电阻的电阻值变化来探测手指的按压力，应变电阻一般由透明导电膜经过光刻、印刷等图形化工艺制作而成，其中透明导电膜可以是透明氧化物导电膜(如氧化锌铝、氧化铟锡)等类型的膜层。

为了便于应变电阻与外部的检测电路相连接，上述应变电阻一般需要通过一定的透明的引线引出到透明基板的周边。

然而，当手指在透明基板上按压时，在上述应变电阻与其引线所构成的线路中，引线部分的电阻值变化往往会对应变电阻的电阻值变化的探测结果造成干扰，使得无法准确地反映出手指在透明基板上某个点的按压力度。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种力学感应装置及其制造方法，这种力学感应装置能够减少引线部分的电阻值变化对应变电阻的影响，从而使得应变电阻能够更加准确地反映出手指在透明基板上某个点的按压力度，本发明还提供这种力学感应装置的制造方法。采用的技术方案如下：

一种力学感应装置，包括透明基板以及至少设置在透明基板第一面的第一应变电阻层，应变电阻层包括应变电阻部和引线部，其特征是：所述应变电阻部由透明的高阻导电膜图形化而成，应变电阻部包括多个应变电阻；所述引线部由至少一层透明的低阻导电膜图形化而成，引线部包括多条第一引线，第一引线与相应的应变电阻的端部相互重叠而实现连接；低阻导电膜的方块电阻值小于高阻导电膜的方块电阻值。

上述透明基板，可以为厚度0.1～1.5mm的透明的玻璃基板、石英基板或塑料基板；上述高阻导电膜和低阻导电膜，可以为透明的氧化物导电薄膜，如氧化锌铝、氧化铟锡，经过磁控溅射、蒸镀等方法制作而成，除此之外，高阻导电膜和低阻导电膜也可以为碳纳米管分散层、纳米银线分散层、透明导电聚合物涂层的其中一种经过涂布等方法制作而成，高阻导电膜和低阻导电膜还可以是碳纳米管或纳米银线分散在透明导电聚合物中经过涂布等方法制作而成的分散物涂层。上述图形化方法，可以但不限于蚀刻法、显影法、印刷法、纳米压印法等方法，以使得上述应变电阻呈现为迂回的条状导电体，以达到所需的电阻值。上述第一引线可以单独由低阻导电膜构成，也可以由低阻导电膜与高阻导电膜的夹层所构成。

摒弃现有技术中应变电阻部和引线部由同一透明导电膜图形化而成的设计思路，将应变电阻层拆分为应变电阻部、引线部两部分，其中，应变电阻部由透明的高阻导电膜图形化而成，而引线部由至少一层透明的低阻导电膜图形化而成，然后在端部叠置而实现应变电阻与第一引线的连接，从而使得第一引线的电阻值相对较低，当第一引线的电阻值较低时，受手指按压时，第一引线的电阻值变化量也较低，从而减少第一引线的电阻值变化对应变电阻的电阻值变化的干扰，从而使得应变电阻能够更加准确地反映出手指在透明基板上某个点的按压力度。

作为本发明的优选方案，所述低阻导电膜的方块电阻值小于50欧姆/方，所述高阻导电膜的方块电阻值大于300欧姆/方。

上述方块电阻，指在导电膜上切割出任意一个(相比于膜厚足够大的)正方形区域，其对边之间的电阻值。

作为本发明的优选方案，所述低阻导电膜设置在所述透明基板上，低阻导电膜上设有多个用于设置所述应变电阻的空洞区，所述高阻导电膜覆盖在低阻导电膜上并覆盖空洞区，低阻导电膜和高阻导电膜均为氧化物透明导电薄膜。低阻导电膜先于高阻导电膜设置在透明基板上，并在低阻导电膜上预留空洞区，高阻导电膜覆盖在空洞区上后形成应变电阻，而引线部则由低阻导电膜与高阻导电膜相互叠加构成，引线部不需要采用绝缘层做保护，省去了低阻导电膜与高阻导电膜之间的绝缘层，其制造成本更低。

作为本发明的优选方案，所述低阻导电膜设置在所述透明基板上，低阻导电膜上设有多个用于设置所述应变电阻的空洞区，所述高阻导电膜覆盖在低阻导电膜上并覆盖空洞区，低阻导电膜为氧化物透明导电薄膜，高阻导电膜为碳纳米管分散层、纳米银线分散层、透明导电聚合物涂层、分散物涂层的其中之一，分散物涂层为碳纳米管或纳米银线分散在透明导电聚合物中经过涂布等方法制作而成。低阻导电膜先于高阻导电膜设置在透明基板上，并在低阻导电膜上预留空洞区，高阻导电膜覆盖在空洞区上后形成应变电阻，而引线部则由低阻导电膜与高阻导电膜可相互叠加构成，引线部不需要采用绝缘层做保护，省去了低阻导电膜与高阻导电膜之间的绝缘层，其制造成本更低，而高阻导电膜采用碳纳米管分散层、纳米银线分散层、透明导电聚合物涂层、分散物涂层的其中之一，这些材料虽然电阻率较高，但一般具有更低的温度电阻系数，使得在温度变化时，引线部的电阻变化很少，不会影响到应变电阻部的探测结果。

作为本发明的优选方案，还包括触摸感应层，所述触摸感应层包括触摸感应电极及第二引线，所述触摸感应电极通过第二引线引出，触摸感应电极和第二引线至少由所述低阻导电膜图形化而成。触摸感应层一般可根据电容式触摸感应原理，更加准确的感应到手指的位置，由此，上述设计将触摸感应层与用于力学感应的第一应变电阻层合在一起制作，使得在组成最终的器件时，不需要另外设置一层触摸感应层，而触摸感应层能够更加准确地探测手指的位置，因而可以通过手指的位置信息对力学感应信息进行修正，使得探测结果更加准确。

作为本发明进一步的优选方案，还包括绝缘层，所述高阻导电膜、绝缘层、低阻导电膜依次设置在所述透明基板上，所述第一引线、第二引线至少由低阻导电膜图形化而成，并且第一引线、第二引线均与所述应变电阻之间相隔着绝缘层。上述绝缘层可以为图形化的透明树脂层(如光敏树脂，经过涂布、曝光显影而成)或油墨层(如透明油墨，经过印刷而成)，绝缘层可以覆盖整片透明基板而仅在高阻导电膜、低阻导电膜需要导通的位置留出通孔，或者，绝缘层仅仅覆盖由高阻导电膜形成的应变电阻部。第一引线、第二引线均与应变电阻之间相隔着绝缘层，即是说，第一引线、第二引线均可通过绝缘层跨过应变电阻布置而成，使得第一引线、第二引线设置得更宽，有利于进一步减少引线的电阻。

作为本发明更进一步的优选方案，还包括第二应变电阻层，第二应变电阻层设置在所述透明基板的第二面上，第二应变电阻层与所述第一应变电阻层具有一致的图形。第二感应层的应变电阻，可以与第一感应层的应变电阻相互构成电桥，通过电桥，可以使得力学感应探测的结果更加准确。

一种透明力学感应装置的制造方法，其特征是，至少在透明基板的第一面实施以下步骤：

(1)、设置一层透明的低阻导电膜，并在低阻导电膜上设置多个空洞区；

(2)、进一步在低阻导电膜上设置一层连续透明的高阻导电膜，使得在空洞区之外，高阻导电膜和低阻导电膜相互重叠，而空洞区之内仅有高阻导电膜，高阻导电膜的方块电阻值高于低阻导电膜的方块电阻值；

(3)、对所述高阻导电膜和低阻导电膜同时进行图形化，以在空洞区之内形成构成应变电阻部的多个应变电阻，而在空洞区之外形成构成引线部的多条第一引线，使得应变电阻仅由高阻导电膜构成，而第一引线由低阻导电膜、高阻导电膜重叠而成。

上述制造方法中，低阻导电膜先于高阻导电膜进行设置，低阻导电膜仅需留出孔洞区，可以采用精度较低的图形化方法，其制作成本更低。

一种透明力学感应装置的制造方法，其特征是，至少在透明基板的第一面实施以下步骤：

(1)、设置一层透明的高阻导电膜，并将高阻导电膜图形化为构成应变电阻部的多个应变电阻；

(2)、在高阻导电膜上设置一层透明的绝缘层，绝缘层至少覆盖在应变电阻之上且需要露出应变电阻的端部；

(3)、在绝缘层上再设置一层透明的低阻导电膜，并将低阻导电膜图形化为构成引线部的多条第一引线，第一引线的端部与露出在绝缘层外面的应变电阻端部相重叠而构成连接。

作为本发明的优选方案，在所述步骤(3)中，还将低阻导电膜图形化为构成触摸感应层的触摸感应电极和第二引线。

上述制造方法中，将触摸感应层与用于力学感应的第一应变电阻层合在一起制作，使得在组成最终的器件时，不需要另外设置一层触摸感应层，而触摸感应层能够更加准确地探测手指的位置，因而可以通过手指的位置信息对力学感应信息进行修正，使得探测结果更加准确。另外，进一步地，第一引线、第二引线均与应变电阻之间相隔着绝缘层，即是说，第一引线、第二引线均可通过绝缘层跨过应变电阻布置而成，使得第一引线、第二引线设置得更宽，有利于进一步减少引线的电阻。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

这种力学感应装置，将应变电阻层拆分为应变电阻部、引线部两部分，其中，应变电阻部由透明的高阻导电膜图形化而成，而引线部由至少一层透明的低阻导电膜图形化而成，然后在端部叠置而实现应变电阻与第一引线的连接，从而使得第一引线的电阻值相对较低，当第一引线的电阻值较低时，受手指按压时，第一引线的电阻值变化量也较低，从而减少第一引线的电阻值变化对应变电阻的电阻值变化的干扰，从而使得应变电阻能够更加准确地反映出手指在透明基板上某个点的按压力度。

附图说明

图1是本发明实施例一的平面结构示意图；

图2是本发明实施例一的层状分解图；

图3是本发明实施例一中应变电阻部与引线部连接的示意图，以及应变电阻图形化为迂回条状导电体的示意图；

图4是本发明实施例一制造过程的示意图及层状结构示意图；

图5是本发明实施例二的平面结构示意图；

图6是本发明实施例二层状分解图；

图7是本发明实施例二制造过程的示意图及层状结构示意图；

图8是本发明实施例二中应变电阻部与引线部连接的示意图。

具体实施方式

下面结合附图和本发明的优选实施方式做进一步的说明。

实施例一

如图1、2、3、4所示，这种力学感应装置一种力学感应装置，包括透明基板1以及设置在透明基板1第一面的第一应变电阻层2，第一应变电阻层2包括应变电阻部3和引线部4，应变电阻部3由透明的高阻导电膜5图形化而成，应变电阻部3包括多个应变电阻301，如图3所示，应变电阻301图形化为迂回条状导电体；引线部4由透明的低阻导电膜6图形化而成，引线部4包括多条第一引线401，第一引线401与相应的应变电阻301的端部相互重叠而实现连接；上述低阻导电膜6上设有多个用于设置应变电阻301的空洞区601，高阻导电膜5覆盖在低阻导电膜6上并覆盖空洞区601；低阻导电膜6的方块电阻值小于高阻导电膜5的方块电阻值，更具体的，低阻导电膜6的方块电阻值为40欧姆/方（小于50欧姆/方都可以），高阻导电膜5的方块电阻值为400欧姆/方（大于300欧姆/方都可以）。

这种力学感应装置，还包括第二应变电阻层9，第二应变电阻层9设置在透明基板1的第二面上，第二应变电阻层9与第一应变电阻层2具有一致的图形。

上述低阻导电膜5和高阻导电膜6均为氧化物透明导电薄膜；或者，低阻导电膜5为氧化物透明导电薄膜，而高阻导电膜6为碳纳米管分散层、纳米银线分散层、透明导电聚合物涂层、分散物涂层的其中之一，分散物涂层为碳纳米管或纳米银线分散在透明导电聚合物中经过涂布等方法制作而成。

如图4的图4a～图4d所示，这种透明力学感应装置的制造方法，包括在透明基板1的第一面实施以下步骤：

(1)、设置一层透明的低阻导电膜6，并在低阻导电膜6上设置多个空洞区601；

(2)、进一步在低阻导电膜6上设置一层连续透明的高阻导电膜5，使得在空洞区601之外，高阻导电膜5和低阻导电膜6相互重叠，而空洞区601之内仅有高阻导电膜5，高阻导电膜5的方块电阻值高于低阻导电膜6的方块电阻值；

(3)、对高阻导电膜5和低阻导电膜6同时进行图形化，以在空洞区601之内形成构成应变电阻部3的多个应变电阻301，而在空洞区601之外形成构成引线部4的多条第一引线401，使得应变电阻301仅由高阻导电膜5构成，而第一引线401由低阻导电膜6、高阻导电膜5重叠而成。

另外，在上述步骤（3）之后，还进行步骤（4）：在透明基板1的第二面上设置第二应变电阻层9，第二应变电阻层9与第一应变电阻层2具有一致的图形。

实施例二

如图5、6、7、8所示，这种力学感应装置，包括透明基板1′以及设置在透明基板1′第一面的第一应变电阻层2′，第一应变电阻层2′包括应变电阻部3′和引线部4′，应变电阻部3′由透明的高阻导电膜5′图形化而成，应变电阻部3′包括多个应变电阻301′；引线部4′由透明的低阻导电膜6′图形化而成，引线部4′包括多条第一引线401′，第一引线401′与相应的应变电阻301′的端部相互重叠而实现连接；低阻导电膜6′的方块电阻值小于高阻导电膜5′的方块电阻值，更具体的，低阻导电膜6′的方块电阻值为40欧姆/方（小于50欧姆/方都可以），高阻导电膜5′的方块电阻值为400欧姆/方（大于300欧姆/方都可以）。

这种力学感应装置，还包括绝缘层7′、触摸感应层8′，上述高阻导电膜5′、绝缘层7′、低阻导电膜6′依次设置在透明基板1′上，触摸感应层8′包括触摸感应电极801′及第二引线802′，触摸感应电极801′通过第二引线802′引出，并且触摸感应电极801′和第二引线802′均由低阻导电膜6′图形化而成，并且第一引线401′、第二引线802′均与应变电阻301′之间相隔着绝缘层7′，绝缘层7′上设有多个通孔701′以露出应变电阻301′的端部，第一引线401′通过通孔701′与应变电阻301′的端部连接。

上述应变电阻部3′及引线部4′的设置最终形成第一应变电阻层2′，另外，在透明基板1′的第二面上设置第二应变电阻层9′，第二应变电阻层9′与第一应变电阻层2′具有一致的图形。

如图7的图7a～图7f所示，这种透明力学感应装置的制造方法，包括在透明基板1′的第一面实施以下步骤：

(1)、设置一层透明的高阻导电膜5′，并将高阻导电膜5′图形化为构成应变电阻部3′的多个应变电阻301′；

(2)、在高阻导电膜5′上设置一层透明的绝缘层7′，绝缘层7′至少覆盖在应变电阻301′之上，并且绝缘层7′上设有多个通孔701′以露出应变电阻301′的端部；

(3)、在绝缘层7′上再设置一层透明的低阻导电膜6′，并将低阻导电膜6′图形化为构成引线部4′的多条第一引线401′，同时，将低阻导电膜6′图形化为构成触摸感应层8′的触摸感应电极801′和第二引线802′，第一引线401′的端部通过绝缘层7′上的通孔701′与应变电阻301′端部相重叠而构成连接，第一引线401′、第二引线802′均与应变电阻301′之间相隔着绝缘层7′。

上述应变电阻部3′及引线部4′的设置最终形成第一应变电阻层2′，另外，在上述步骤（3）之后，还进行步骤（4）：在透明基板1′的第二面上设置第二应变电阻层9′，第二应变电阻层9′与第一应变电阻层2′具有一致的图形。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (10)

1.一种力学感应装置，包括透明基板以及至少设置在透明基板第一面的第一应变电阻层，应变电阻层包括应变电阻部和引线部，其特征是：所述应变电阻部由透明的高阻导电膜图形化而成，应变电阻部包括多个应变电阻；所述引线部由至少一层透明的低阻导电膜图形化而成，引线部包括多条第一引线，第一引线与相应的应变电阻的端部相互重叠而实现连接；低阻导电膜的方块电阻值小于高阻导电膜的方块电阻值。

2.如权利要求1所述的力学感应装置，其特征是：所述低阻导电膜的方块电阻值小于50欧姆/方，所述高阻导电膜的方块电阻值大于300欧姆/方。

3.如权利要求1所述的力学感应装置，其特征是：所述低阻导电膜设置在所述透明基板上，低阻导电膜上设有多个用于设置所述应变电阻的空洞区，所述高阻导电膜覆盖在低阻导电膜上并覆盖空洞区，低阻导电膜和高阻导电膜均为氧化物透明导电薄膜。

4.如权利要求1所述的力学感应装置，其特征是：所述低阻导电膜设置在所述透明基板上，低阻导电膜上设有多个用于设置所述应变电阻的空洞区，所述高阻导电膜覆盖在低阻导电膜上并覆盖空洞区，低阻导电膜为氧化物透明导电薄膜，高阻导电膜为碳纳米管分散层、纳米银线分散层、透明导电聚合物涂层、分散物涂层的其中之一，分散物涂层为碳纳米管或纳米银线分散在透明导电聚合物中经过涂布等方法制作而成。

5.如权利要求1所述的力学感应装置，其特征是：还包括触摸感应层，所述触摸感应层包括触摸感应电极及第二引线，所述触摸感应电极通过第二引线引出，触摸感应电极和第二引线至少由所述低阻导电膜图形化而成。

6.如权利要求5所述的力学感应装置，其特征是：还包括绝缘层，所述高阻导电膜、绝缘层、低阻导电膜依次设置在所述透明基板上，所述第一引线、第二引线至少由低阻导电膜图形化而成，并且第一引线、第二引线均与所述应变电阻之间相隔着绝缘层。

7.如权利要求1～7任一项所述的力学感应装置，其特征是：还包括第二应变电阻层，第二应变电阻层设置在所述透明基板的第二面上，第二应变电阻层与所述第一应变电阻层具有一致的图形。

8.一种透明力学感应装置的制造方法，其特征是，至少在透明基板的第一面实施以下步骤：

(1)、设置一层透明的低阻导电膜，并在低阻导电膜上设置多个空洞区；

(2)、进一步在低阻导电膜上设置一层连续透明的高阻导电膜，使得在空洞区之外，高阻导电膜和低阻导电膜相互重叠，而空洞区之内仅有高阻导电膜，高阻导电膜的方块电阻值高于低阻导电膜的方块电阻值；

(3)、对所述高阻导电膜和低阻导电膜同时进行图形化，以在空洞区之内形成构成应变电阻部的多个应变电阻，而在空洞区之外形成构成引线部的多条第一引线，使得应变电阻仅由高阻导电膜构成，而第一引线由低阻导电膜、高阻导电膜重叠而成。

9.一种透明力学感应装置的制造方法，其特征是，至少在透明基板的第一面实施以下步骤：

(1)、设置一层透明的高阻导电膜，并将高阻导电膜图形化为构成应变电阻部的多个应变电阻；

(2)、在高阻导电膜上设置一层透明的绝缘层，绝缘层至少覆盖在应变电阻之上且需要露出应变电阻的端部；

(3)、在绝缘层上再设置一层透明的低阻导电膜，并将低阻导电膜图形化为构成引线部的多条第一引线，第一引线的端部与露出在绝缘层外面的应变电阻端部相重叠而构成连接。

10.如权利要求9所述的力学感应装置的制造方法，其特征是：在所述步骤(3)中，还将低阻导电膜图形化为构成触摸感应层的触摸感应电极和第二引线。