CN106575171B - 压力感应器、显示装置及电子设备 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种压力感应器,包括:层叠设置的压力感应板和应变感应单元,所述压力感应板的厚度为0.2~3mm,所述压力感应板的材料为杨氏模量不大于120GPa的弹性材料。本发明还公开了一种显示装置,包括依次层叠设置的面板、压力感应板和应变感应单元,所述压力感应板的厚度为0.2~3mm,所述压力感应板的材料为杨氏模量不大于120GPa的弹性材料。本发明还公开了一种电子设备,包括所述的压力感应器以及一种电子设备,包括所述的显示装置。本发明公开的压力感应器、显示装置和电子设备可以放大压力和变形的大小,使得使用较小按压力即可检测到压力形变信号,提高检测精度。
Description
技术领域
本发明属于压力感应器技术领域,具体涉及一种压力感应器、包括该压力感应器的显示装置,以及包括该压力感应器或者显示装置的电子设备。
背景技术
目前,压力感应器已开始逐渐应用到各个领域,其主要增加了信息的检测量,同时为力度的控制提供了可能。通过压力的操作,能够有效地控制开关的动作、信息的加密等。
现有技术中的压力感应器,一般为电容感应型或压电陶瓷型压力感应器等。现有的压力感应器均是通过复杂的电路设计和结构设计来形成感应器本身的。比如电容感应器,其需要通过严格控制各个电容点距离面板的距离,通过该距离的改变来获得压力信息的。这样,使得压力感应器需要极高的加工精度及组装精度才能实现;而压电陶瓷型感应器是通过瞬间冲击在压电陶瓷上,获得短暂的电压变化来获得压力大小的,其制作需要统一一致的压电陶瓷件,并需要通过特殊的安装方法安装在设定的结构上,这样则大大增高了压力感应器的使用成本及使用范围,限制了压力感应器的大规模推广,其使用具有局限性。
发明内容
本发明实施例的目的在于克服现有技术的上述不足,提供一种压力感应器,选择具有较厚的厚度和较低的杨氏模量的压力感应板,可以将按压在压力感应器上的压力和产生的形变放大,便于检测到放大后的压力应变信号。
本发明实施例的另一目的在于克服现有技术的上述不足,提供一种显示装置,选择具有较厚的厚度和较低的杨氏模量的压力感应板,可以将按压在面板上的压力和产生的形变放大,便于检测到放大后的压力应变信号。
本发明实施例的又一目的在于克服现有技术的上述不足,提供一种电子设备,采用上述的压力感应器,可以将按压在压力感应器上的压力和产生的形变放大,便于检测到放大后的压力应变信号。
本发明实施例的又一目的在于克服现有技术的上述不足,提供一种电子设备,采用上述的显示装置,可以将按压在面板上的压力和产生的形变放大,便于检测到放大后的压力应变信号。
为了实现上述发明目的,本发明实施例的技术方案如下:
一种压力感应器,包括:层叠设置的压力感应板和应变感应单元,所述压力感应板的厚度为0.2~3mm,所述压力感应板的材料为杨氏模量不大于120GPa的弹性材料。
一种显示装置,包括依次层叠设置的面板、压力感应板和应变感应单元,所述压力感应板的厚度为0.2~3mm,所述压力感应板的材料为杨氏模量不大于120GPa的弹性材料。
一种电子设备,包括如上所述的压力感应器。
一种电子设备,包括如上所述的显示装置。
本发明实施例的压力感应器,选择较低的杨氏模量的压力感应板,当按压时,压力感应板上按压点的弯曲程度不会因为材料的厚度增加而削弱,同时使得压力感应板的弯曲中心线(即应变由正到负时的零应变线)偏移较大,从而使得弯曲造成的曲率变化在压力感应板上得到一定程度的增强,应变感应单元检测到的压力应变信号得到放大;此外,选择厚度较厚的压力感应板,当按压压力感应板的表面时(该按压力可使应变感应单元感应到),由于应变感应单元设置在压力感应板的与按压面相对的表面上,当与按压面相对的表面上产生形变时,压力应变单元才能感应到,因此,相同条件下,厚度厚的压力感应板比厚度薄的压力感应板发生变形更明显,从而也使得压力造成的形变更明显,应变感应单元检测到的压力应变信号得到放大。
本发明实施例的显示装置,由于具有上述的压力感应器,可以使得弯曲变形造成的曲率变化在压力感应板上得到一定程度上的增强,应变感应单元检测到的压力应变信号得到放大。
本发明实施例的电子设备,由于具有上述的压力感应器,可以使得弯曲变形造成的曲率变化在压力感应板上得到一定程度上的增强,应变感应单元检测到的压力应变信号得到放大。
本发明实施例的电子设备,由于具有上述的显示装置,可以使得弯曲变形造成的曲率变化在压力感应板上得到一定程度上的增强,应变感应单元检测到的压力应变信号得到放大。
附图说明
图1是本发明实施例的压力感应器的侧视图;
图2是本发明实施例的显示装置的侧视图;
图3是本发明实施例的显示装置的立体图。
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,以下结合附图和实施例,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。
本发明实施例提供了一种压力感应器。如图1所示,为本发明实施例的压力感应器的侧视图。该压力感应器包括:层叠设置的压力感应板101和应变感应单元102。压力感应板101的厚度为0.2~3mm。本发明中“厚度”的定义是指:沿层叠方向的层结构的尺寸。压力感应板101的材料为杨氏模量不大于120GPa的弹性材料。本发明中的“弹性材料”指的是在一定的压力限度内,经过按压后发生弹性变形并可回弹回按压前的形状,维持其本身的电子和结构功能的材料。例如,压力感应板101可以沿中心轴进行弯曲变形;或者,压力感应板101可沿一点塌陷变形。优选的,压力感应板101的材料的杨氏模量不大于80GPa。更优选的,压力感应板101的材料的杨氏模量不大于40GPa。该压力感应板101的杨氏模量使得压力感应板满足在一定的压力限度内,经过按压后可回弹回按压前形状,并能维持其本身的电子和结构功能的要求。压力感应板101的材料为玻璃、铝合金、通常塑胶(PC、ABS等)、耐燃材料等级为FR4的玻纤板或者铜合金等。例如,压力感应板101为杨氏模量70Gpa的玻璃,杨氏模量70Gpa的铝合金材料,杨氏模量2.2~3.0Gpa的通常塑胶(PC、ABS等),杨氏模量20Gpa的FR4玻纤板,或者杨氏模量110Gpa的铜合金。
压力感应板101将按压产生的压力传递至应变感应单元102。
应变感应单元102用于实现压力感应功能,感应压力感应板101产生形变的位置及形变和压力的大小,并对应转换为控制信息,通过线路等将控制信息传递至外部的控制电路等,进而通过控制电路控制电子设备等的相应操作,如控制开关动作、信息加密等等。该应变感应单元102包括压力感应层以及设置在压力感应层上的感应部件,当应变感应单元102设置在压力感应板101上后,压力感应层上的感应部件在压力感应板101上形成感应网络。具体地,感应部件为设置在压力感应层上的具有压力应变感应作用的涂层或线路。在实际运用中,应变感应单元102可以为印刷具有压力应变感应性能的聚合物涂层,或者,可以是烧结的压电陶瓷涂层传统的金属细丝应变片等等,但并不以此为限。应变感应单元102可以为单个独立的压力感应传感器,或是能够感应压力的任何一种测量装置。应变感应单元102还可以采用其他技术,例如量子隧道复合物、电容性传感器或其他压力敏感电阻器技术。
本发明实施例的压力感应器,选择上述较低的杨氏模量的压力感应板,当按压时,压力感应板上按压点的弯曲程度不会因为材料的厚度增加而削弱,同时使得压力感应板的弯曲中心线(即应变由正到负时的零应变线)偏移较大,从而使得弯曲造成的曲率变化在压力感应板上得到一定程度上的增强,应变感应单元检测到的压力应变信号得到放大。该压力感应板的厚度在满足压力感应器外观的要求(例如满足轻薄的要求)的基础上,选择上述较厚的厚度,当按压压力感应板的表面时(该按压力可使应变感应单元感应到),由于应变感应单元设置在压力感应板的与按压面相对的表面上,当与按压面相对的表面上产生形变时,压力应变单元才能感应到,因此,相同条件下,厚度厚的压力感应板比厚度薄的压力感应板发生变形更明显,也使得压力造成的形变更明显,应变感应单元检测到的压力应变信号得到放大,从而有利于提高检测的灵敏度,仅在较小施力的情况下,完成施力作用点对应的功能。
该应变感应单元102可以直接制作在压力感应板101上,或者,两者之间也可以通过胶体等粘贴在一起,具体可视实际需要而定。一般地,该压力感应板101的厚度比应变感应单元102的厚度厚。
该压力感应板101以及应变感应单元102的板状形状不受限制,可以是平板状,也可以是曲面板状,或者其它各种形状的板状,具体可根据实际需要的形状而定。
该压力感应器优选还包括检测单元(图中未示出)。该检测单元电性连接于应变感应单元102。“电性连接”指的是可以通过连接线等方式连接,应当理解的是,其并不以此为限,还可以是其它使得应变感应单元102和检测单元直接或者间接地电性连接的方式。例如,在一实施例中,应变感应单元102通过连接线103电性连接于检测单元。检测单元可以作为控制中心,其接受应变感应单元102传递的控制信息,进而可以对应用于的电子设备等进行控制,其通常被描述为具有多种处理方法的硬件、软件的组合。该硬件、软件被配置成将应变感应单元102输入的控制信息通过反馈或与客户相关联的系统进行通讯并执行附加的相关任务或功能。具体地,检测单元可以为通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、数模转换开关、可编程逻辑器件、分立的硬件组成或其他组合;同时其内部还内嵌有与压力触摸屏/压力感应系统等相关的算法、软件信息等。检测单元中的硬件、软件被配置成执行多种功能、技术、反馈以及与客户系统相关联的处理任务。
本发明实施例中的压力感应器在使用时,可以直接贴设在电子设备面板的内侧,压力感应板与面板接触的表面可以通过施加胶体104与面板结合。该胶体104可以为双面胶、VHB亚克力发泡胶、AB胶或其他类似物。这样,用户可利用压力感应板101上的胶体104,直接将该压力感应器,贴设在电子设备的面板内侧。
本发明实施例还提供了一种显示装置。如图2和3所示,分别为本发明实施例的显示装置的侧视图和立体图。该显示装置包括依次层叠设置的面板105、压力感应板101和应变感应单元102。该压力感应板101的厚度为0.2~3mm,压力感应板101的材料为杨氏模量不大于120GPa的弹性材料。优选的,压力感应板101的材料的杨氏模量不大于80GPa。更优选的,压力感应板101的材料的杨氏模量不大于40GPa。该压力感应板101和应变感应单元102组成上述的压力感应器,该显示装置的结构中提及的压力感应板和感应应变单元均与上述的压力感应器中的压力感应板和感应应变单元的结构和性能相同,在此不再赘述。
优选的,面板105和压力感应板101的厚度和杨氏模量满足以下关系:
E1×T1 2>E2×T2 2 (1),
其中:E1为面板的材料的杨氏模量,T1为面板的厚度;E2为压力感应板的材料的杨氏模量,T2为压力感应板的厚度。
满足上述关系的面板和压力感应板可以更好地实现压力放大的作用,使得应变感应单元能够更方便地检测到压力。
在一优选的实施方式中,该显示装置也具有上述的检测单元的结构,其结构和性能与前述的检测单元相同,在此不再赘述。
面板105可以通过胶水贴设在压力感应板101的和应变感应单元102相对的表面上。该面板105的材料为弹性材料,具有一定的弹性形变性能,可供用户操作及维持本身的结构刚性。如前所述,本发明的“面板为弹性材料”指的是:在一定的压力限度内,面板经过按压后发生弹性变形并可回弹回按压前的形状,维持其本身的电子和结构功能。例如,面板105可以沿中心轴进行弯曲变形;或者,面板105可沿一点塌陷变形,或者,面板105具有足够的弹性形变以与下层的压力感应板101相顺应。面板105的材料可以为不锈钢、铝合金或者PC等。例如,面板105为0.8mm厚的不锈钢材料,1.2mm厚的铝合金材料,或者3mm厚的PC材料。
面板105接受按压后,其受到的作用力传递给压力感应板101,从而使压力感应板101产生相同的形变,并通过上述的压力感应板的压力和形变放大功能使应变感应单元检测的压力应变信号增大,从而有利于提高检测的灵敏度,仅在较小施力的情况下,完成施力作用点对应的功能。
在一优选的实施方式中,压力感应板101的材料的杨氏模量小于面板105的材料的杨氏模量。这是由于面板105要维持刚性的外观和性能,因此,其杨氏模量不能过小,否则面板105受压力变形太容易,不利于保持产品的外观。通过采用杨氏模量小于面板105的杨氏模量的压力感应板101,使得在保证产品外观的前提下,该压力感应板101起到放大压力大小的功能。在一实施例中,面板105可以为304不锈钢,其杨氏模量为194Gpa,相对地,压力感应板101可以为FR4玻纤板,其杨氏模量约为20Gpa。在另一实施例中,面板5可以为铝合金,相对地,压力感应板101可以为PC。
在一优选的实施方式中,压力感应板101的厚度大于面板105的厚度,这样压力感应板101可以更好地放大压力造成的形变。更优选的,相比较面板105、胶体104、压力应变单元102而言,压力感应板101具有明显的厚度优势。在一实施例中,面板105为厚度0.8mm的不锈钢面板,同时胶体104为厚度0.4mm的双面胶,压力应变单元102为0.1mm的压力感应层,此时,压力感应板101为厚度1.0mm的PC材料。在另一个实施例中,面板105为厚度1.2mm的铝合金面板,同时胶体104为厚度0.6mm的双面胶,压力应变单元102为0.2mm的压力感应层,此时,压力感应板101为厚度3.0mm的FR4玻纤板。
在一优选的实施方式中,压力感应板101的材料的杨氏模量小于面板105的材料的杨氏模量,并且压力感应板101的厚度大于面板105的厚度,这样可以在保证产品外观的前提下,进一步放大压力和形变。例如,面板105为杨氏模量为194GPa的不锈钢材料,同时不锈钢面板厚度为0.6mm;而压力感应板101为厚度1.2mm的ABS材料,其杨氏模量为2.2GPa。
在一优选的实施例中,面板105的材料的杨氏模量≥120GPa,压力感应板101的材料的杨氏模量小于面板105的材料的杨氏模量。此时,面板105自身抵抗变形的能力较强,其自身对压力和形变的放大作用相对较弱,因此,设置压力感应板101的材料的杨氏模量优选小于面板105的材料的杨氏模量,使压力感应板起到进一步放大压力和形变的作用。在一实施例中,当面板105是不锈钢材料时,压力感应板101为较低杨氏模量的PMMA板。
在一优选的实施方式中,面板的材料的杨氏模量<120GPa,压力感应板101的材料的杨氏模量等于面板105的材料的杨氏模量。此时,面板105自身在较小的压力下即可发生形变,面板105自身对压力的放大作用较好,可以无需再通过进一步缩小压力感应板的杨氏模量来实现压力的放大功能;并且,从材料选择的角度出发,当面板105的杨氏模量较小时,比面板105的杨氏模量还要小的可作为压力感应板101的材料较少。此时,压力感应板101的杨氏模量优选为等于面板105的杨氏模量即可。在一个实施例中,面板105可以是PC,压力感应板101可以为相同杨氏模量的PC。在另一实施例中,面板105的材料的杨氏模量为2.2GPa的PMMA材料,压力感应板101的材料为2.2Gpa的PMMA材料。
在一优选的实施方式中,面板105的材料的杨氏模量≤120GPa,并且面板105的厚度为0.3~3mm,压力感应板101的材料的杨氏模量小于或者等于面板105的材料的杨氏模量。此时,当面板105同时具有较低的杨氏模量和较厚的厚度时,面板105自身对压力和形变的放大作用都较好,此时,压力感应板105的材料的杨氏模量不大于面板105的材料的杨氏模量,并保持自身具有用于维持自身弹性特性的厚度即可。在一个实施例中,面板105的材料的杨氏模量为20GPa的FR4玻纤板,并且面板105的的厚度为1.0mm;压力感应板101的材料为20GPa的FR4玻纤板,并且压力感应板101的厚度为0.8mm。在另一个实施例中,面板105为3.0mm厚的PC材料时,压力感应板101可以为1.0mm厚的PC材料。
应当理解的是,面板105具有维持本身的刚性结构的性能,即面板105本身不应在无外力作用下变形或者塌陷。具体地,面板105可以是具有一定厚度的不锈钢,或者,面板105可以是透明的PC材料,该材料的厚度足以维持该面板105的平整。在一个实施例中,面板105可以是具有刚性的显示屏。压力感应板101贴附在刚性显示屏的后面。应变感应单元102形成具有一定分辨率的检测点,从而检测到面板上二维平面的按压位置和力量信息。在另一实施例中,该面板105可以是具有触控功能显示屏。该面板可以通过胶水,将起显示作用的显示屏和起触控作用的触摸屏贴合在一起。该触摸屏可以是电容型的,也可以是其他类型的,如in cell,on cell等等。
优选的,在一个实施例中,为提高用户的使用体验,面板105的外表面可以设置按键或者标示图案。压力感应板101贴合在面板105上后,其压力感应网络可以与该按键或者标示图案对齐,标识预设的按压位置,这样用户在按压面板105时可以更加精确。此时,该应变感应单元102的布局可以为与面板105上设置按键或者其它标示图案的位置一一对应的感应布局,即在面板105设置按键或标示图案对应位置处设置同样的一个或多个压力的感应部件,该感应部件只用于检测该对应位置的压力信息。应变感应单元102可以只用于识别面板上的额定的几个按键。
当然,应当理解的是,当面板105上可以不设置按键或者其它标示图案,或者面板上的按键或者其它标示图案的位置与应变感应单元102没有严格的对应关系。此时,该应变感应单元102也可以为具有一定间距的网络状布局,例如,为4×4的间距为20mm的矩阵布局。应变感应单元102可用于识别按压的位置在面板上的相对位置。通过定位应变感应单元102与面板的位置精度,可以获得在面板上操作的精确按压信息。
本发明实施例还提供了一种电子设备。该电子设备包括上述的压力感应器。
本发明实施例还提供了另一种电子设备。该电子设备包括上述的显示装置。
上述的电子设备通过压力感应板101将压力集中传递至应变感应单元102上,从而将压力转换为控制信息,进而控制电子设备的操作。
上述的电子设备中,可以将压力感应器直接贴设在面板105内侧,不需要高精度的安装要求,其本身结构简单,具有成本低,安装方便且适用范围广的优点。
综上所述,与现有技术相比,本发明的压力感应器、显示装置或者电子设备,当施加压力后,力传递至压力感应板上,通过压力感应板的放大后,信号被应变感应单元检测到,转换为控制信息,通过外界电子设备的电路等,实现对电子设备的控制。由于压力感应板的放大作用,仅需较小的力即可被检测,提高了检测的精度,也延长了产品的使用寿命。此外,本发明的压力感应器、显示装置或者电子设备结构简单,安装方便,解决了现有技术需要极高加工精度及组装精度才能实现,以及需要特殊安装方法才能使用,导致使用成本较高以及难以推广使用的问题。
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,均应包括在本发明的保护范围之内。
Claims (7)
1.一种显示装置,其特征在于:包括依次层叠设置的面板、压力感应板和应变感应单元,所述压力感应板的厚度为0.2~3mm,所述压力感应板的材料为杨氏模量不大于120GPa的弹性材料,所述压力感应板的厚度大于所述面板的厚度,所述面板的厚度为0.3~3mm,所述压力感应板粘贴在所述面板的内侧。
2.如权利要求1所述的显示装置,其特征在于:所述压力感应板的材料的杨氏模量不大于80GPa。
3.如权利要求1所述的显示装置,其特征在于:所述压力感应板的材料的杨氏模量不大于40GPa。
4.如权利要求1~3任一项所述的显示装置,其特征在于:所述压力感应板的材料的杨氏模量小于所述面板的材料的杨氏模量。
5.如权利要求1~3任一项所述的显示装置,其特征在于:所述面板的材料的杨氏模量<120GPa,所述压力感应板的材料的杨氏模量等于所述面板的材料的杨氏模量。
6.如权利要求1~3任一项所述的显示装置,其特征在于:所述面板的材料的杨氏模量≤120GPa,所述压力感应板的材料的杨氏模量小于或者等于所述面板的材料的杨氏模量。
7.一种电子设备,其特征在于:包括如权利要求1~6任一项所述的显示装置。
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