CN106371670A - 一种多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏及智能终端 - Google Patents

Abstract

本发明公开了一种多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏及智能终端，其通过分别设置多点触控层来感知屏体所在平面(X，Y轴二维空间)的触摸位置信息，以及设置多点压力传感层来感知垂直于屏体平面(Z轴)的触摸参数，即压力的感应，从而使得该触摸屏能够实现多点触控感应的，同时还能够实现多点压力感应；并且通过设置间隔层将该多点触控层和多点压力传感层分隔开，从而提高了触控位置处理的准确度与压力传感的灵敏性；进一步地采用显示模组作为该间隔层，进一步提高了显示的清晰度，并且本发明的该石墨烯电容式触摸屏能够具有可折叠、高灵敏度、高准确度、轻薄、高清晰度、高透光率、高电导率、低成本、绿色环保的优点，为新型触控设备奠定基础。

Description

一种多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏及智能终端

技术领域

本发明涉及电子信息技术触摸屏领域，特别涉及一种多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏及智能终端。

背景技术

触摸屏又称为触控屏、触控面板，是一种输入设备，能够方便实现人与智能终端的交互。由于触摸屏的易操作性、直观性和灵活性等优点，其已成为个人移动通信设备和综合信息终端如智能手机、平板电脑、智能手机、超级笔记本电脑、可穿戴式设备以及机器设备的操作界面等主要人机交互手段。按照工作原理和传输介质的不同，触摸屏可以分为电阻式、电容式、表面声波式和红外式。其中，电容式触摸屏因其准确度高，抗干扰能力强而被广泛地采用同时电容触摸屏具有多点触控、反应时间快、使用寿命长、透光率高以及用户使用体验优越等一系列优势，其是目前主流的触摸屏技术，并且应用广泛。而随着触摸屏行业的发展，电容式触摸屏的优势越来越突出，人们对电容式触摸屏的要求越来越高，因此，轻、薄、大尺寸、无边框、高解析度和灵敏度以及多点触摸是电容式触摸屏未来发展的必然趋势。

电容式触摸屏的感应部件为多个行列电极交错形成的感应矩阵(即导电线路层)，即电容式触摸屏的导电线路层(即触控层)主要包括层叠设置的驱动线路层和传感线路层，且驱动线路层中的驱动电极和传感线路中的感应电极交错设置，当使用者触摸到触摸屏时，行电极或列电极的交叉处感应单元的互电容会产生变化，该变化通过传感线路即引线到端口，从而最终检测出触摸点的具体位置。

而目前绝大多数基于石墨烯透明导电薄膜的电容式多点触控压力成像触摸屏，其仅仅能够感知屏体所在平面(X，Y轴二维空间)的触摸位置，而不能够同时支持垂直于屏体平面(Z轴)的触摸参数感知，即压力的感应。近来，也有人提出了能够在感知屏体所在屏幕的触摸位置，也能够支持垂直于屏体平面的压力的感应的触摸屏，但其通常采用的方式是在触控层上设置压力传感器来感应压力，即将触控层和压力感应两者设置为一体，这就使得不仅仅降低了触控位置处理的准确度和压力传感的灵敏性，而且不能够在实现多点触控的同时实现多点压力感应。

发明内容

针对上述存在的技术问题，本发明提供一种多点触碰成像的石墨烯电容式触摸屏及智能终端，其不仅能够感知屏体所在平面的触摸位置，而且同时能够感应垂直于屏体平面的触摸参数，即压力的感应，从而提高了用户体验，并且提高了触控位置及压力感知处理的精度和灵敏度。

为了解决上述技术问题，本发明采用的技术方案为：

一种多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏，其包括：

用于感应触摸位置的多点触控层，

用于感应触摸压力的多点压力传感层，

用于分隔所述多点触控层和所述多点压力传感层的间隔层，以及与所述多点触控层和所述多点压力传感层电连接的主控电路，其中，

所述多点触控层、所述间隔层和所述多点压力传感层自上而下依次层叠设置。

进一步地，所述间隔层为用于显示图像的显示模组，所述显示模组与所述主控电路电连接。

更进一步地，所述多点压力感应层包括自上而下依次层叠设置的电极层、压力敏感性聚合物弹性体、石墨烯透明导电薄膜层III和电绝缘性透明基层III。

更进一步，所述多点触控层包括自上而下依次层叠设置的电绝缘性透明基层I、石墨烯透明导电薄膜层I、光学胶层、石墨烯透明导电薄膜层II和电绝缘性透明基层II。

更进一步地，所述石墨烯透明导电薄膜层I中的石墨烯被分割为多条相互等间距且平行的纵向传导区域；石墨烯层透明导电薄膜层II中的石墨烯被分割为多条相互等间距且平等的横向传导区域，则所述石墨烯透明导电薄膜层I与所述石墨烯透明导电薄膜层II中垂直相交的上下两层石墨烯形成多个触控点。

更进一步地，所述电极层与所述石墨烯透明导电薄膜层III被分别设计成多条相互等间距且平行的纵向或横向传导区域，且所述电极层上的传导区域与所述石墨烯透明导电薄膜层III上的传导区域垂直相交形成多个压力检测触控点，用于传输局部形变引起的局部电容变化。

基于上述的多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏，本发明还提供了一种具有该多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏的智能终端。

本发明的有益之处在于：

本发明通过设置多点触控层和多点压力传感层分别感知屏体所在平面(X，Y轴二维空间)的触摸位置和垂直于屏体平面(Z轴)的触摸参数感知，即压力的感应；并且，在两者之间设置间隔层，以将该多点触控层和多点压力传感层分隔开，从而提高了触控位置处理的准确度与压力传感的灵敏性；进一步地，采用显示模组作为间隔层，减少了因压力传感层中各部分对光的吸收与散射等所引起的低透光率，从而增加了显示屏的清晰度，并且该石墨烯电容式触摸屏能够具有可折叠、高灵敏度、高准确度、轻薄、高清晰度、高透光率、高电导率、低成本、绿色环保的优点。

附图说明

图1为本发明的一种多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏的一实施例的结构示意图；

图2为反应图1中石墨烯电容式触摸屏的石墨烯电路分布图；

图3为本发明的一种多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏的又一实施例的结构示意图；

图4为本发明的一种多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏的再一实施例的结构示意图。

具体实施方式

下面结合附图，对本发明作详细的说明。

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。

本发明通过分别设置多点触控层和多点压力传感层，并且两者之间通过间隔层进行分隔，从而使得多点触控层能够单独采集屏体平面的触摸位置信息，而多点压力传感层能够单独采集垂直于屏体平面的触摸压力参数，并且，该多点触控层中设置有分别被分割为多条相互等间距且平行的纵向传导区域和横向传导区域的两层石墨烯导电薄膜层，从而形成多个触控点，而压力传感层中设置有被多条相互等间距且平行的纵向与横向传导区域的电极和石墨烯导电薄膜层，从而形成多个压力检测触控点，进而提高了触控位置处理的准确度与压力传感的灵敏性。

本发明中，为了使得显示屏成像的清晰度，可以另外设置一个高透光率的柔性部件或者高透光率的非柔性部件来实现，其透光率需要满足大于85％；当然，为了提高显示屏的透光率，以及成像清晰度，也可不另外设置部件作为间隔层，而是直接将显示模组设置在触控层与压力传感层之间，即采用显示模组作为分隔触控层与压力传感层的间隔层，相较于现有技术中，将显示模组设置在最底层的结构，这就大大减少了因压力传感层中各部分对光的吸收与散射等所引起的低透光率，从而增加了显示屏的清晰度。

实施例一

参见图1，为本发明的一种多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏的一实施例的结构示意图，具体地，本实施例中该多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏，包括自上而下依次层叠设置的多点触控层11、多点压力传感层12和显示模组层13，以及与该多点触控层11、多点压力传感层12和显示模组层13电连接的主控电路(图1中未示出)，即是说本实施例中，该显示模组层13是设置在触控层11和压力传感层12之间，从而将该多点触控层11和多点压力传感层12分隔开，进而增加了触控位置处理的准确度和压力传感的灵敏性。

本实施例中，该多点触控层11包括自上而下依次层叠设置的电绝缘性透明基层I111、石墨烯透明导电薄膜层I112、OCA(Optically Clear Adhesive)光学胶层113、石墨烯透明导电薄膜层II114和电绝缘性透明基层II115；本实施例中，该石墨烯透明导电薄膜层I112、II114均是通过CVD方法制备得到的，并分别大面积转移至上述的电绝缘性透明基层I111、II115(即透明柔性基底，如PET)上，其层数为1～10层，其方阻为10～1000Ω/□，其透光率为80～97％，在一具体实施例中，层数为1层，其方阻～200Ω/sq，透光率范围为94％；或者，层数为3层，方阻为100Ω/sq，透光率范围为89％。

本实施例中，该多点压力感应层12包括自上而下依次层叠设置的电极层121、压力敏感性聚合物弹性体122、石墨烯透明导电薄膜层III123和电绝缘性透明基层III124；本实施例中，该石墨烯透明导电薄膜层III123也通过CVD方法制备得到的，并大面积转移至上述的电绝缘性透明基层III124(即透明柔性基底，如PET)上，其层数为1～10层，其方阻为10～1000Ω/□，其透光率为80～97％，在一具体实施例中，层数为1层，其方阻～200Ω/sq，透光率范围为94％；或者，层数为3层，方阻为100Ω/sq，透光率范围为89％；其中，该聚合物弹性体122可采用PDMS、TPU、硅橡胶或聚氨酯橡胶中的任意一种，两种或者两种以上的复合物；且该聚合物弹性体122的厚度为0.1～500um，优选地，该聚合物弹性体122采用PDMS材料，厚度为50um；或者，采用TPU材料，厚度为200um。

本实施例中，该主控电路包括用于采集石墨烯透明导电薄膜I的触摸位置信息的接口芯片I116，用于采集石墨烯透明导电薄膜II的触摸位置信息的接口芯片II117，用于采集电极121的变化信息的接口芯片III125，用于采集石墨烯透明导电薄膜III的触摸压力信息的接口芯片IV126，以及用于将接口芯片I、II、III、IV所采集的信息进行处理得到触摸位置和触摸压力的主控芯片127，其中，该接口芯片I116与石墨烯透明导电薄膜I电连接，接口芯片II117与石墨烯透明导电薄膜II电连接，接口芯片III125与电极121电连接，接口芯片IV126与石墨烯透明导电薄膜III电连接，且接口芯片I、接口芯片II、接口芯片III、接口芯片IV各自分别与上述的主控芯片127电连接，参见图2。

进一步地，参见图2，本实施例中，该多点触控层11中的该石墨烯透明导电薄膜层I112中的石墨烯通过激光刻蚀的方法被分割为多条相互等间距且平行的纵向传导区域201；石墨烯层透明导电薄膜层II114中的石墨烯通过激光刻蚀的方法被分割为多条相互等间距且平等的横向传导区域202；因此，该石墨烯透明导电薄膜层I与石墨烯透明导电薄膜层II中垂直相交的上下两层石墨烯形成了多个触碰点(当然，本实施例中，该石墨烯透明导电薄膜层I112中的石墨烯也可被分割为多条相互等间距且平行的横向传导区域，而石墨烯层透明导电薄膜层II114中的石墨烯则被分割为多条相互等间距且平行的纵向传导区域)；并且，其中石墨烯层透明导电薄膜I的纵向传导区域201通过第一外围电路203与上述的接口芯片I116相连，而石墨烯层透明导电薄膜II的横向传导区域202通过第二外围电路205与接口芯片II117相连；即本实施例中通过该接口芯片I、II来采集触摸点的具体位置信息，并经过主控芯片127数据处理得到对应的位置坐标(x，y)；

而该多点压力传感层12中的电极层121则通过激光刻蚀的方法被分割为多条相互等间距且平行的纵向传导区域301；石墨烯透明导电薄膜层III123通过激光刻蚀的方法被分割成多条相互等间距且平行的纵向与横向传导区域302，因此，该电极层上的导电层与该石墨烯透明导电薄膜层III上的导电层垂直相交形成多个压力检测触控点，用于传输局部形变引起的局部电容变化(当然，本实施例中，该电极层也可被分割为多条相互等间距且平行的横向传导区域，而石墨烯层透明导电薄膜层III123中的石墨烯则被分割为多条相互等间距且平行的纵向传导区域)；并且，其中，该电极层的纵向传导区域301通过第三外围电路303与接口芯片III125相连，该石墨烯透明导电薄膜层III的横向传导区域302通过第四外围电路305与接口芯片IV126相连，即通过该接口芯片III、IV来采集该触摸点的压力信息，并发送至主控芯片127进行处理处理得到压力值。

进一步地，为了保护触摸屏，参见图3，本实施例中还可电绝缘性透明基层I上增设一层盖板层10，具体地，通过OCA光学胶层粘合在该电绝缘性透明基层I上。

实施例二

本实施例中的该多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏与上述实施例一中的触摸屏相同，即本实施例中的该触摸屏包括上述实施例一中的触摸屏所包含的各个部分，其工作原理也相同，因此，相同的部分采用相同的附图标记，不同的是，本实施例中，在聚合物弹性体122与电极121相接触的表面上设置微纳米结构，参见图4。

具体地，本实施例中，该微纳米结构可以呈金字塔形，或呈圆柱形，或呈矩形柱子，或呈正六边形柱子，或呈圆锥形，其特征尺寸为100nm～500um，高度为100nm～100um，优选地，该微纳结构为金字塔形，特征尺寸为5um，高度为5um。

当然，该微纳米结构的形状不仅限于本实施例中所提及的形状，也可根据实际需要进行调整，设置为其它形状是本领域的技术人员能够理解的。

实施例三

基于上述的多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏，本发明还提供了一种智能终端，其包括上述实施例一或实施例二中的触摸屏，因此，这里不再赘述该触摸屏的具体结构和工作原理。

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，凡在本发明的精神和原则之内所作的任何修改、等同替换和改进等，均应包含在本发明的保护范围之内。

Claims (10)

1.一种多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏，其特征在于，包括：

用于感应触摸位置的多点触控层(11)，用于感应触摸压力的多点压力传感层(12)，用于分隔所述多点触控层和所述多点压力传感层的间隔层(13)，以及与所述多点触控层(11)和所述多点压力传感层(12)电连接的主控电路，其中，所述多点触控层(11)、所述间隔层(13)和所述多点压力传感层(12)自上而下依次层叠设置。

2.如权力要求1所述的多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏，其特征在于，所述间隔层(13)为用于显示图像的显示模组，所述显示模组与所述主控电路电连接。

3.如权利要求2所述的多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏，其特征在于，所述多点压力感应层(12)包括自上而下依次层叠设置的电极层(121)、压力敏感性聚合物弹性体(122)、石墨烯透明导电薄膜层III(123)和电绝缘性透明基层III(124)。

4.如权利要求2所述的多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏，其特征在于，所述多点触控层(11)包括自上而下依次层叠设置的电绝缘性透明基层I(111)、石墨烯透明导电薄膜层I(112)、光学胶层(113)、石墨烯透明导电薄膜层II(114)和电绝缘性透明基层II(115)。

5.如权利要求3所述的多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏，其特征在于，所述电极层(121)与所述石墨烯透明导电薄膜层III(123)被分别设计成多条相互等间距且平行的纵向或横向传导区域，且所述电极层上的传导区域与所述石墨烯透明导电薄膜层III(123)上的传导区域垂直相交形成多个压力检测触控点。

6.如权利要求4所述的多点触压力成像的石墨烯电容触摸屏，其特征在于，所述石墨烯透明导电薄膜层I(112)中的石墨烯被分割为多条相互等间距且平行的纵向传导区域；石墨烯层透明导电薄膜层II(114)中的石墨烯被分割为多条相互等间距且平等的横向传导区域，则所述石墨烯透明导电薄膜层I与所述石墨烯透明导电薄膜层II中垂直相交的上下两层石墨烯形成多个触控点。

7.如权利要求1至6中任意一项所述的多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏，其特征在于，还包括设置在所述多点触控层上的盖板层。

8.如权利要求3至6中任意一项所述的多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏，其特征在于，所述聚合物弹性体(122)与所述电极(121)相接触的表面设置有微纳米结构，所述微纳米结构呈金字塔形，或呈圆柱形，或呈矩形柱子，或呈正六边形柱子，或呈圆锥形，其特征尺寸为100nm～500um，高度为100nm～100um。

9.如权利要求3至6中任意一项所述的多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏，其特征在于，所述主控电路包括:

用于采集所述石墨烯透明导电薄膜I的触摸位置信息的接口芯片I，与所述石墨烯透明导电薄膜I电连接；

用于采集所述石墨烯透明导电薄膜II的触摸位置信息的接口芯片II，与所述石墨烯透明导电薄膜II电连接；

用于采集所述石墨烯透明导电薄膜III的触摸压力信息的接口信息III，与所述石墨烯透明导电薄膜III电连接；以及

用于将所述接口芯片I、II、III所采集的信息进行处理得到触摸位置和触摸压力的主控芯片，所述主控芯片分别与所述接口芯片I、所述接口芯片II、所述接口芯片III电连接。

10.一种智能终端，其特征在于，包括如权利要求1至9中任意一项所述的多点触压力成像的石墨烯电容式触摸屏。