CN106325626B - 触控显示装置及压力触控单元 - Google Patents
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Abstract
本发明涉及一种压力触控单元及采用该压力触控单元的触控显示装置。压力触控单元包括柔性电路板以及设置在柔性电路板上的压电薄膜传感器，其中柔性电路板包括依次设置的第一表面覆盖膜、第一线路层、基材、第二线路层和第二表面覆盖膜，柔性电路板上设置折叠区域和非折叠区域，折叠区域用于安装压电薄膜传感器，折叠区域包括第一折叠覆盖区、第二折叠覆盖区和连接第一、第二折叠覆盖区的弯折区；压电薄膜传感器包括压电薄膜，压电薄膜设置在折叠区域，且上、下表面分别与第一、第二折叠覆盖区的第一线路层粘合。将压电薄膜传感器与柔性电路板集成，可简化排线设计，利于压力触控单元在触控显示装置中的组装。
Description
技术领域
本发明属于触控显示领域，涉及一种触控显示装置，特别是涉及一种具有压力传感功效的触控显示装置。
背景技术
目前，具有触控功能的手机、平板电脑、电视等电子产品越来越多地采用电容式触控方案。然而，电容式触控屏亦存在诸多缺陷，例如当较大面积的手掌或导体靠近电容式触控屏而不是触摸时会引起电容式触控屏的误判；在潮湿的环境中或电容式触控屏表面存在水滴、污渍时，也会引起电容式触控屏的误操作或操作不灵敏；此外，不能采用带手套的手或持不导电的物体进行正常操作电容式触控屏。
针对电容式触控屏表面潮湿或存污渍时会引起电容式触控屏的误操作问题，目前尚未出现令人满意的方案能够予以解决。有部分厂商通过提高电容式触控屏的灵敏度等方式改善带手套时的触控操作效果，但这种方案会使当不带手套操作时电容式触控屏过于灵敏而产生误操作，另外这种方案也不能解决不导电物体的触控操作。
还有部分厂商通过结合使用压力传感器的触控方案，例如采用压电薄膜。压电薄膜在受压或受拉的条件下时，由于材料具有压电效应的自身特性，在压电薄膜的两侧会产生符号相反的感应电荷。由压电薄膜制备的力传感器广泛应用于各种工业生产中的压力测试领域。现有的压电薄膜传感器需要在压电薄膜上下表面分别制备一电极，同时为了抵抗电磁干扰需要在上下电极外再分别增加一电磁屏蔽导电层，并且电磁屏蔽导电层与电极之间需用绝缘材料封装，两侧的外表面也由两绝缘基层材料保护。如此导致厚度非常大，同时由于层数多制备过程冗杂，不利于应用到微电子领域，特别是手机、平板等移动终端设备。另外，在需要采用多个压电薄膜传感器进行测试应用时，压电薄膜传感器会通过粘贴或焊接的方式连接于待测物表面，压电薄膜传感器之间的电路连接排线较为复杂，安装不方便。
发明内容
基于此，有必要针对上述问题，提供一种压力触控单元及采用该压力触控单元的触控显示装置。
一种压力触控单元，包括柔性电路板以及与柔性电路板结合设置的压电薄膜传感器，其中：
所述柔性电路板包括依次设置的第一表面覆盖膜、第一线路层、基材、第二线路层和第二表面覆盖膜，所述柔性电路板上设置折叠区域和非折叠区域，所述折叠区域用于安装所述压电薄膜传感器，所述折叠区域包括第一折叠覆盖区、第二折叠覆盖区和连接第一、第二折叠覆盖区的弯折区，第一、第二折叠覆盖区上的对应的第一表面覆盖膜的部分存在开口，从而裸露第一线路层；
所述压电薄膜传感器包括压电薄膜，所述压电薄膜设置在柔性电路板的折叠区域，且压电薄膜的下表面与第一折叠覆盖区的第一线路层粘合，压电薄膜的上表面与第二折叠覆盖区的第一线路层粘合。
上述压力触控单元将压电薄膜传感器与柔性电路板集成，能够解决使用多个压力传感器时排线复杂、安装不便等问题，而且还能应用于曲面或多表面物体的力的检测。同时本发明采用折叠式设计，可降低柔性电路板非折叠区域的厚度，更适于应用在各种类型的触控显示装置中。
在其中一个实施例中，所述压电薄膜传感器还包括分别位于压电薄膜上、下表面的上电极和下电极，所述上电极与第二折叠覆盖区的第一线路层粘合，所述下电极与第一折叠覆盖区的第一线路层粘合。
在其中一个实施例中，所述压电薄膜传感器的上、下电极均为导电胶，所述上电极直接与第二折叠覆盖区的第一线路层粘合，所述下电极直接与第一折叠覆盖区的第一线路层粘合。
在其中一个实施例中，所述下表面通过导电胶与第一折叠覆盖区的第一线路层粘合，所述上表面通过另一导电胶与第二折叠覆盖区的第一线路层粘合。
在其中一个实施例中，所述下表面通过非导电胶与第一折叠覆盖区的第一线路层粘合，所述上表面通过另一非导电胶与第二折叠覆盖区的第一线路层粘合。
在其中一个实施例中，所述第二线路层作为电磁屏蔽层，所述第一线路层作为压电薄膜传感器的电信号传输层，且第一线路层还包括用于接地的线路，所述基材上设置通孔，使第二线路层与第一线路层中用于接地的线路连接。
在其中一个实施例中，所述柔性电路板的非折叠区域内，于第一表面覆盖膜上设置导电屏蔽层，且第一表面覆盖膜上开设窗口，使导电屏蔽层与第一线路层中用于接地的线路连接。
在其中一个实施例中，所述第一线路层在柔性电路板的接口端引出信号触角，所述第二线路层与第一线路层中用于接地的线路连接后在柔性电路板的接口端引出接地触角，所述信号触角与接地触角位于同一平面。
在其中一个实施例中，所述压电薄膜的厚度为0.05-2μm。
本发明还提供一种触控显示装置，包括上述任意一种压力触控单元。
附图说明
图1为本发明一实施例提供的压力触控单元中采用的柔性电路板在折叠前的外形结构示意图；
图2为图1圈中部分放大结构示意图；本发明一实施例提供的压力触控单元中采用的柔性电路板在折叠前的外形结构示意图；
图3为图3所示柔性电路板与压电薄膜传感器结合后的外形结构示意图；
图4为本发明一实施例提供的压力触控单元中采用的柔性电路板在折叠前与压电薄膜传感器结合处的截面结构示意图；
图5为图3所示柔性电路板与压电薄膜传感器结合后的截面结构示意图；
图6为图1所示柔性电路板在接口端的正面结构示意图；
图7为图1所示柔性电路板在接口端的截面结构示意图。
具体实施方式
如图1、图2和图5所示，本发明一实施例提供的一种压力触控单元，包括柔性电路板10以及与柔性电路板10结合设置的压电薄膜传感器20。
如图4所示，柔性电路板10包括依次设置的第一表面覆盖膜11、第一线路层12、基材13、第二线路层14和第二表面覆盖膜15。其中第一表面覆盖膜11、基材13和第二表面覆盖膜15的材料为有机薄膜，例如聚酰亚胺(PI)薄膜或苯二甲酸乙二醇酯(PET)薄膜。第一线路层12、第二线路层14可以为铜层。
在一实施例中，第二线路层14作为电磁屏蔽层，所述第一线路层12作为压电薄膜传感器20的电荷信号传输层，且第一线路层12还包括用于接地的线路，所述基材13上设置通孔，使第二线路层14与第一线路层12中用于接地的线路连接。
如图1、图2所示，所述柔性电路板10上设置折叠区域101和非折叠区域105，所述折叠区域101用于安装所述压电薄膜传感器20。所述折叠区域100包括第一折叠覆盖区102、第二折叠覆盖区103和连接第一、第二折叠覆盖区102、103的弯折区104。沿着弯折区104，可使第一、第二折叠覆盖区102、103对折。第一、第二折叠覆盖区102、103上的对应的第一表面覆盖膜11的部分存在开口，从而裸露第一线路层12，用于与压电薄膜传感器20形成电性连接或者非电性连接。对折后的第一、第二折叠覆盖区102、103的外形结构如图3中所示。
进一步地，如图4所示，在一些实施例中，所述柔性电路板10的非折叠区域105内，于第一表面覆盖膜11上设置导电屏蔽层17，且第一表面覆盖膜11上开设窗口(图未示)，使导电屏蔽层17与第一线路层11中用于接地的线路连接。第二线路层14和导电屏蔽层17的作用为，当该压力触控单元应用至智能手机等触控显示装置内时，通过对第二线路层14和导电屏蔽层17进行接地处理，可降低外界对压电薄膜传感器20的信号的电磁干扰。
所述柔性电路板10的折叠区域101内，于裸露的第一线路层11上设置导电胶16，用于粘接压电薄膜传感器20。
为降低压力触控单元的成本，提高柔性电路板10的利用率，其集成压电薄膜传感器20的柔性电路板10可以为一个整体，或者包括两个或多个柔性电路板，多个柔性电路板之间可通过连接结构例如是零插入力(Zero Insertion Force，ZIF)插接结构或板对板(Board To Board，BTB)按扣结构达成连接。另外，如图1中所示，柔性电路板10上可设置多个折叠区域101，则可集成多个压电薄膜传感器20。当该压力触控单元应用至触控显示装置中时，多个压电薄膜传感器20可位于触控显示装置的不同位置，以能够同时获取触控显示装置的不同位置的压力感应信号。
如图4所示，在一实施方式中，所述压电薄膜传感器20包括压电薄膜201和分别位于压电薄膜201两侧的上电极202和下电极203，所述压电薄膜传感器20设置在柔性电路板10的折叠区域101，且利用导电胶或者非导电胶将所述下电极203与第一折叠覆盖区102的第一线路层12粘合，将所述上电极202与第二折叠覆盖区103的第一线路层12粘合。
在另一实施例中，所述压电薄膜传感器20的压电薄膜201上下表面没有设电极，并且通过导电胶或非导电胶直接将压电薄膜201的上表面与第一折叠覆盖区102的第一线路层12粘合，将压电薄膜201的下表面与第二折叠覆盖区103的第一线路层12粘合。
压电薄膜201的材料包括无机压电薄膜材料、有机压电薄膜材料，其中无机压电薄膜材料可以为氧化锌薄膜、掺铝氧化锌薄膜、锆钛酸铅镧陶瓷(PLZT)压电薄膜及其它压电陶瓷材料，有机压电薄膜可以为聚偏二氟乙烯(PVDF)、多孔聚丙烯压电薄膜、聚乳酸压电薄膜等其它聚酯类压电薄膜。其中压电薄膜201非常薄，厚度为0.05-2μm。
当压电薄膜传感器20集成设置于该柔性电路板10中时，柔性电路板10中的第二线路层14和导电屏蔽层17充当了压电薄膜传感器310的屏蔽层，由于屏蔽层的接地处理，不会使外界电场和磁场影响压电薄膜传感器20的电信号。
可以理解，该压电薄膜传感器20通过其他配置元器件例如运算放大器(包括电荷一级和电压二级放大电路)和单片机等，共同完成压力感应功能。运算放大器、单片机可以集成设置在柔性电路板10上，也可设置于触控显示装置的主板上。
当压电薄膜传感器20的压电薄膜201受力时，其上下表面会产生感应电荷，当采用导电胶粘结压电薄膜201与柔性电路板10中的第一线路层12时，通过柔性电路板10中的第一线路层12将电荷信号传输至运算放大器。经运算放大器放大的信号传输至单片机进行模数转换变为数字信号，建立触摸压力与信号的对应关系，从而通过侦测电荷信号来检测触控压力。可以理解，当压电薄膜传感器20的压电薄膜201受力时，其上下表面会产生感应电荷，对应的上下表面之间产生电容，电容的大小与压力大小相关，因此，另一实施方式中，也可以通过第一线路层12传输电容信号，然后由单片机进行模数转换变为数字信号，建立触摸压力与电容信号的对应关系，从而侦测电容信号来检测触控压力。
当采用非导电胶连接第一线路层12与压电传感器20时，压电薄膜受压而上下表面产生电荷时，上表面与第一折叠覆盖区102的第一线路层12之间产生电容，下表面与第二折叠覆盖区103的第一线路层12之间也产生电容。通过侦测这些电容信号，也可以检测触控压力。
当用户用手指或其它导体对触控显示装置进行触摸操作时，由于触控显示装置受力，该力传导到压力触控单元，压力触控单元可以检测到各个压电薄膜传感器20所处位置的分力信息，根据分力的大小以及压电薄膜传感器20所处的位置可以准确获取触摸点的位置信息以及受力信息。
如图6和图7所示，为柔性电路板10的接口端100的正面图和截面图。在接口端处，柔性电路板10上的连接各个压电薄膜传感器20的电极的第一线路层12引出形成多个信号触角121。另外，第二线路层14以及导电屏蔽层17通过相应的通道(通孔、窗口)与第一线路层11中用于接地的线路导通并延伸形成接地触角122，用于接地处理。接地触角122和信号触角121均处于同一平面，从而可以与外部的连接器进行连接。在第二表面覆盖膜15的下方存在补强板18，补强板18可由聚酰亚胺(PI)或聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)等材质构成。
本发明还提供一种包括上述压力触控单元的触控显示装置。该触控显示装置可以包括保护盖板、显示单元、电容触控单元等现有的结构。本发明通过将压电薄膜传感器与柔性电路板集成的方式，能够解决使用多个压力传感器时排线复杂、安装不便等问题，而且还能应用于曲面或多表面物体的力的检测。同时采用折叠柔性电路板的方式将压电薄膜传感器集成在柔性电路板上，可利用薄层的柔性电路板达到具有多层结构的柔性电路板同样的电磁屏蔽的功效，因而在具有较好信号传输功效的同时可减小压力触控单元的厚度，使压力触控单元更适于应用在手机、平板等移动终端设备中。
以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。
以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。
Claims (10)
1.一种压力触控单元，其特征在于包括柔性电路板以及与柔性电路板结合设置的压电薄膜传感器，其中：
所述柔性电路板包括依次设置的第一表面覆盖膜、第一线路层、基材、第二线路层和第二表面覆盖膜，所述柔性电路板上设置折叠区域和非折叠区域，所述折叠区域用于安装所述压电薄膜传感器，所述折叠区域包括第一折叠覆盖区、第二折叠覆盖区和连接第一、第二折叠覆盖区的弯折区，第一、第二折叠覆盖区上的对应的第一表面覆盖膜的部分存在开口，从而裸露第一线路层；
所述第二线路层作为电磁屏蔽层，所述第一线路层作为压电薄膜传感器的电信号传输层；
所述压电薄膜传感器包括压电薄膜，所述压电薄膜设置在柔性电路板的折叠区域，且压电薄膜的下表面与第一折叠覆盖区的第一线路层粘合，压电薄膜的上表面与第二折叠覆盖区的第一线路层粘合。
2.根据权利要求1所述的压力触控单元，其特征在于，所述压电薄膜传感器还包括分别位于压电薄膜上、下表面的上电极和下电极，所述上电极与第二折叠覆盖区的第一线路层粘合，所述下电极与第一折叠覆盖区的第一线路层粘合。
3.根据权利要求2所述的压力触控单元，其特征在于，所述压电薄膜传感器的上、下电极均为导电胶，所述上电极直接与第二折叠覆盖区的第一线路层粘合，所述下电极直接与第一折叠覆盖区的第一线路层粘合。
4.根据权利要求1所述的压力触控单元，其特征在于，所述下表面通过导电胶与第一折叠覆盖区的第一线路层粘合，所述上表面通过另一导电胶与第二折叠覆盖区的第一线路层粘合。
5.根据权利要求1所述的压力触控单元，其特征在于，所述下表面通过非导电胶与第一折叠覆盖区的第一线路层粘合，所述上表面通过另一非导电胶与第二折叠覆盖区的第一线路层粘合。
6.根据权利要求1所述的压力触控单元，其特征在于，第一线路层还包括用于接地的线路，所述基材上设置通孔，使第二线路层与第一线路层中用于接地的线路连接。
7.根据权利要求6所述的压力触控单元，其特征在于，所述柔性电路板的非折叠区域内，于第一表面覆盖膜上设置导电屏蔽层，且第一表面覆盖膜上开设窗口，使导电屏蔽层与第一线路层中用于接地的线路连接。
8.根据权利要求6所述的压力触控单元，其特征在于，所述第一线路层在柔性电路板的接口端引出信号触角，所述第二线路层与第一线路层中用于接地的线路连接后在柔性电路板的接口端引出接地触角，所述信号触角与接地触角位于同一平面。
9.根据权利要求1所述的压力触控单元，其特征在于，所述压电薄膜的厚度为0.05-2μm。
10.一种触控显示装置，包括权利要求1-9项中任意一项所述的压力触控单元。
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