CN107421681A - 一种压力传感器及其制作方法 - Google Patents

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Abstract

本发明公开了一种压力传感器及其制作方法，该压力传感器包括：层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件；其中，发光元件用于向干涉滤光结构发射入射光；干涉滤光结构用于根据施加在压力传感器上的压力改变干涉滤光结构的厚度，形成对应压力的出射光；感光元件用于检测出射光，并形成与出射光对应的电信号。这样通过发光元件发出入射光入射到干涉滤光结构，干涉滤光结构根据施加在压力传感器上的压力改变干涉滤光结构的厚度，对入射光进行多光束干涉作用形成对应外界压力的出射光，从而通过感光元件检测出射光以实现压力的检测。该压力传感器组件通过感光测得相应的压力，其分辨率高、灵敏度高、并且可进行面压强检测。

Description

一种压力传感器及其制作方法
技术领域
本发明涉及传感器技术领域，尤其涉及一种压力传感器及其制作方法。
背景技术
压力传感器是一种检测装置，能将被测量的压力按一定规律变换成为电信号或其他所需形式的信息输出，以满足信息的传输、处理、存储、显示、记录和控制等要求。压力传感器是生产和生活中常用的感应设备，其广泛应用于各种自控环境。
传统的压力传感器以机械结构型的器件为主，以弹性元件的形变指示压力，但这种传感器结构尺寸大、质量重，不能提供电学输出。随着新材料技术的发展，新型传感器也应运而生。压电式压力传感器是利用压电材料的压电效应将被测压力转换为电信号的传感器。压电式压力传感器巨头体积小，结构简单，能提供电学输出的优点，是使用最为广泛的一种压力传感器。然而，压电式压力传感器仍然存在以下缺点：其分辨率较低，对微小应变不敏感，对微小力值的测量不能很好的响应。
因此，如何提高压力传感器的分辨率和灵敏度，是本领域技术人员亟待解决的技术问题。
发明内容
本发明实施例提供了一种压力传感器及其制作方法，用以解决现有技术中存在的压力传感器分辨率较低，对微小应变不敏感的问题。
本发明实施例提供了一种压力传感器，包括：层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件；其中，
所述发光元件用于向所述干涉滤光结构发射入射光；
所述干涉滤光结构用于根据施加在所述压力传感器上的压力改变所述干涉滤光结构的厚度，形成对应所述压力的出射光；
所述感光元件用于检测所述出射光，并形成与所述出射光对应的电信号。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述压力传感器中，所述干涉滤光结构，包括：相对设置的第一反射层和第二反射层，以及位于所述第一反射层和所述第二反射层之间的弹性支撑单元。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述压力传感器中，所述弹性支撑单元、所述第一反射层和所述第二反射层形成中空腔体结构，所述中空腔体结构内填充有惰性气体。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述压力传感器中，所述弹性支撑单元的材料为弹性透明材料。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述压力传感器中，所述第一反射层的材料为银或铝；所述第二反射层的材料为银或铝。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述压力传感器中，所述发光元件，包括：阴极、阳极，以及位于所述阴极和所述阳极之间的有机功能层；其中，
所述有机功能层用于在所述阴极与所述阳极施加电信号时进行发光。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述压力传感器中，所述有机功能层，包括：电子传输层、空穴传输层，以及位于所述电子传输层和所述空穴传输层之间的有机发光层。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述压力传感器中，所述感光元件为具有呈矩阵排列的多个光电二极管的电荷耦合元件。
本发明实施例提供了一种压力传感器的制作方法，包括：
形成层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件；
其中，所述发光元件用于向所述干涉滤光结构发射入射光；
所述干涉滤光结构用于根据施加在所述压力传感器上的压力改变所述干涉滤光结构的厚度，形成对应所述压力的出射光；
所述感光元件用于检测所述出射光，并形成与所述出射光对应的电信号。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述制作方法中，形成层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件，具体包括：
在第一基板的上表面形成发光元件；
在所述第一基板的下表面与第二基板的上表面之间形成干涉滤光结构；
在所述第二基板的下表面涂覆光学胶并与感光元件进行贴合。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述制作方法中，在所述第一基板的下表面与第二基板的上表面之间形成所述干涉滤光结构，具体包括：
在所述第一基板的下表面形成所述干涉滤光结构的第一反射层；
在所述第二基板的上表面形成所述干涉滤光结构的第二反射层；
在形成有所述第一反射层的所述第一基板的下表面，形成所述干涉滤光结构的弹性支撑单元；
在形成的所述弹性支撑单元的边缘涂覆压敏胶，并与形成有所述第二反射层的所述第二基板的上表面贴合。
在一种可能的实施方式中，本发明实施例提供的上述制作方法中，在第一基板的上表面形成发光元件，具体包括：
在所述第一基板的上表面形成层叠设置的阳极、有机功能层和阴极；
其中，所述有机功能层位于所述阴极和所述阳极之间；所述有机功能层用于在所述阴极与所述阳极施加电信号时进行发光。
本发明实施例的有益效果包括：
本发明实施例提供了一种压力传感器及其制作方法，该压力传感器包括：层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件；其中，发光元件用于向干涉滤光结构发射入射光；干涉滤光结构用于根据施加在压力传感器上的压力改变厚度，形成对应压力的出射光；感光元件用于检测出射光，并形成与出射光对应的电信号。这样通过发光元件发出入射光入射到干涉滤光结构，干涉滤光结构根据施加在压力传感器上的压力改变厚度，对入射光进行多光束干涉作用形成对应压力的出射光，从而通过感光元件检测出射光以实现压力的检测。其中，由于出射光的颜色受到干涉滤光结构的腔长的调控，而干涉滤光结构的腔长与所受的垂直相向的压力有关，因此干涉滤光结构的腔长会与感光元件的检测信号成对应关系。因此通过感光元件检测出射光即可检测到压力传感器所承受的压力；同时该压力传感器组件通过感光测得相应的压力，其分辨率高、灵敏度高、并且可进行面压强检测。
附图说明
图1a和图1b分别为本发明实施例提供的压力传感器的结构示意图；
图2为本发明实施例提供的压力传感器的测量压力的原理示意图；
图3为本发明实施例提供的干涉滤光结构在不同干涉滤光腔长下的透过曲线示意图；
图4为本发明实施例提供的色坐标随干涉滤光腔长L的变化曲线示意图；
图5为本发明实施例提供的压力传感器的具体制作方法流程图；
图6为本发明实施例提供的干涉滤光结构的具体制作方法流程图。
具体实施方式
下面结合附图，对本发明实施例提供的压力传感器及其制作方法的具体实施方式进行详细的说。
本发明实施例提供了一种压力传感器，如图1a和图1b所示，可以包括：层叠设置的发光元件01、干涉滤光结构02和感光元件03；其中，发光元件01用于向干涉滤光结构02发射入射光；干涉滤光结构02用于根据施加在压力传感器上的压力改变干涉滤光结构02的厚度，形成对应压力的出射光；感光元件03用于检测出射光，并形成与出射光对应的电信号。
本发明实施例提供的上述压力传感器中，如图1a所示，层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件压力传感器中还可以包括第一基板04和第二基板05，第一基板04位于发光元件与干涉滤光结构02之间，第二基板05位于干涉滤光结构02与感光元件03之间，其中，第一基板与第二基板可以为玻璃基板。具体地，通过发光元件发出入射光入射到干涉滤光结构，干涉滤光结构根据施加在压力传感器上的外界压力改变干涉滤光结构的厚度，对入射光进行多光束干涉作用形成对应外界压力的出射光，从而通过感光元件检测出射光以实现压力的检测。因此通过感光元件检测出射光即可检测到压力传感器所承受的压力；同时该压力传感器组件通过感光测得相应的压力，其分辨率高、灵敏度高、并且可进行面压强检测。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述压力传感器中，如图1a所示，干涉滤光结构可以包括：相对设置的第一反射层021和第二反射层022，以及位于第一反射层021和第二反射层022之间的弹性支撑单元023。具体地，第一反射层与第二反射层用于对入射光进行反射，弹性支撑单元用于根据外界压力产生相应的形变；其中弹性支撑单元、第一反射层和第二反射层可以形成中空腔体结构，且中空腔体结构内填充有惰性气体，例如氮气。干涉滤光结构利用多光束干涉(Multiple-beam Interface)原理，可以从白光中过滤出波段范围很窄的近似单色光。金属反射膜干涉滤光片是一种典型的干涉滤光结构，通过改变金属镜即第一、第二反射层的反射率以及金属镜间的腔长，可以有效改变出射光的光谱形状，从而改变颜色。其中，第一、第二反射层的材料可以为银或铝；定义第一反射层与第二反射层之间的间距为干涉滤光腔长L。该干涉滤光腔长L的调节可通过下述两种方法的任意一种实现：
1、通过气压调节装置调节干涉滤光腔的气压；
2、通过施加垂直于第一反射层和第二反射层的外力。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述压力传感器中，弹性支撑单元的材料可以为弹性透明材料，例如采用性能参数较高的杨氏弹性模量的透明材料制作的弹性支撑单元，其在外界压力的作用下会发生有效弹性形变。
具体地，如图2所示，发光元件01在O点发出光A1，然后入射到干涉滤光结构02，经过干涉滤光结构02的多光束干涉作用变为出射光A2，A2再被感光元件03检测。因为A2的颜色受到干涉滤光腔长L的调控，因此干涉滤光腔长L就会与感光元件的检测信号呈现对应关系。而干涉滤光腔长L与第一反射层和第二反射层所受的垂直相向的压力有关。
法布里-珀罗干涉原理给出了干涉滤光腔长L对透射最大中心波长λc以及透射曲线半峰宽FWHM的影响：
λc＝2nL/m
式中m＝1,2,3…；n为干涉滤光结构中填充的气体的折射率，R为第一反射层和第二反射层的反射率。由上式可知，调节干涉滤光腔长L可有效改变透射最大中心波长λc，而透射曲线半峰宽FWHM除了受到干涉滤光腔长L的影响，还会受到第一反射层和第二反射层的反射率R的影响，规律为反射率R越大，透射曲线半峰宽FWHM越窄。因此通过调节干涉滤光结构的第一反射层和第二反射层的间距可以实现上出光颜色的调节。
图3是通过软件拟合得到的干涉滤光结构在不同干涉滤光腔长L下的透过曲线，其中，用于拟合的压力传感器的结构包括：层叠设置的有机发光元件、第一玻璃基板、干涉滤光结构、第二玻璃基板和感光元件；其中，有机发光元件包括：阴极(100nm)、辅助阴极(1.5nm)、复合发光层(30nm)、空穴传输层(40nm)、阳极(100nm)；干涉滤光结构包括：第一反射层(30nm)、惰性气体(L)、第二反射层(30nm)。图4是色坐标随干涉滤光腔长L的变化情况。由图3和图4可以看出干涉滤光腔长L的变化确实可以调节透射光谱。下表1为具体数据。
表1
L(nm) 170 180 190 200 210 220 230 240 250 260
CIE_x 0.144 0.125 0.122 0.162 0.242 0.338 0.435 0.518 0.571 0.582
CIE_y 0.337 0.419 0.574 0.688 0.691 0.629 0.544 0.465 0.411 0.393
在具体实施时，本发明实施例提供的上述压力传感器中，如图1a所示，发光元件可以包括：阴极011、阳极012，以及位于阴极011和阳极012之间的有机功能层013；其中，有机功能层013用于在阴极011与阳极012施加电信号时进行发光。具体地，发光元件可以为包括阴极、阳极和有机功能层的有机发光二极管(Organic Light Emitting Diode，简称OLED)器件，OLED器件是在电场作用下使有机材料发光的器件，具有高对比度、可实现超薄柔性、响应时间短等优点。其中，有机功能层可以包括：电子传输层、空穴传输层，以及位于电子传输层和空穴传输层之间的有机发光层；该OLED器件的阳极的材料可以为透明金属材料例如ITO，阴极的材料可以为全反射材料，例如银或铝。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述压力传感器中，感光元件可以为具有呈矩阵排列的多个光电二极管的电荷耦合元件。该电荷耦合元件能感应光线，并将光信号转变成电信号，进而可以经外部采样放大及模数转换电路转换成对应数字图像信号。
基于同一发明构思，本发明实施例提供了一种压力传感器的制作方法，可以包括：形成层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件；其中，发光元件用于向干涉滤光结构发射入射光；干涉滤光结构用于根据施加在压力传感器上的压力改变干涉滤光结构的厚度，形成对应压力的出射光；感光元件用于检测出射光，并形成与出射光对应的电信号。
具体地，采用本发明实施例提供的上述制作方法，可以形成层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件，从而通过发光元件发出入射光入射到干涉滤光结构，干涉滤光结构根据施加在压力传感器上的压力改变干涉滤光结构的厚度，对入射光进行多光束干涉作用形成对应外界压力的出射光，从而通过感光元件检测出射光以实现压力的检测。其中，由于出射光的颜色受到干涉滤光结构的腔长的调控，而干涉滤光结构的腔长与所受的垂直相向的压力有关，因此干涉滤光结构的腔长会与感光元件的检测信号成对应关系。因此通过感光元件检测出射光即可检测到压力传感器所承受的压力；同时该压力传感器组件通过感光测得相应的压力，其分辨率高、灵敏度高、并且可进行面压强检测。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述制作方法中，如图5所示，形成层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件，可以具体包括：
S101、在第一基板的上表面形成发光元件；
S102、在第一基板的下表面与第二基板的上表面之间形成干涉滤光结构；
S103、在第二基板的下表面涂覆光学胶并与感光元件进行贴合。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述制作方法中，如图6所示，步骤S102可以具体包括：
S201、在第一基板的下表面形成干涉滤光结构的第一反射层；
S202、在第二基板的上表面形成干涉滤光结构的第二反射层；
S203、在形成有第一反射层的第一基板的下表面，形成干涉滤光结构的弹性支撑单元；
S204、在形成的弹性支撑单元的边缘涂覆压敏胶，并与形成有第二反射层的第二基板的上表面贴合。
在具体实施时，本发明实施例提供的上述制作方法中，步骤S101可以具体包括：在第一基板的上表面形成层叠设置的阳极、有机功能层和阴极；其中，有机功能层位于阴极和阳极之间；有机功能层用于在阴极与阳极施加电信号时进行发光。
本发明实施例提供了一种压力传感器及其制作方法，该压力传感器包括：层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件；其中，发光元件用于向干涉滤光结构发射入射光；干涉滤光结构用于根据施加在压力传感器上的压力改变干涉滤光结构的厚度，形成对应压力的出射光；感光元件用于检测出射光，并形成与出射光对应的电信号。这样通过发光元件发出入射光入射到干涉滤光结构，干涉滤光结构根据施加在压力传感器上的压力改变干涉滤光结构的厚度，对入射光进行多光束干涉作用形成对应外界压力的出射光，从而通过感光元件检测出射光以实现压力的检测。其中，由于出射光的颜色受到干涉滤光结构的腔长的调控，而干涉滤光结构的腔长与所受的垂直相向的压力有关，因此干涉滤光结构的腔长会与感光元件的检测信号成对应关系。因此通过感光元件检测出射光即可检测到压力传感器所承受的压力；同时该压力传感器组件通过感光测得相应的压力，其分辨率高、灵敏度高、并且可进行面压强检测。
显然，本领域的技术人员可以对本发明进行各种改动和变型而不脱离本发明的精神和范围。这样，倘若本发明的这些修改和变型属于本发明权利要求及其等同技术的范围之内，则本发明也意图包含这些改动和变型在内。

Claims (12)

1.一种压力传感器，其特征在于，包括：层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件；其中，
所述发光元件用于向所述干涉滤光结构发射入射光；
所述干涉滤光结构用于根据施加在所述压力传感器上的压力改变所述干涉滤光结构的厚度，形成对应所述压力的出射光；
所述感光元件用于检测所述出射光，并形成与所述出射光对应的电信号。
2.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述干涉滤光结构，包括：相对设置的第一反射层和第二反射层，以及位于所述第一反射层和所述第二反射层之间的弹性支撑单元。
3.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述弹性支撑单元、所述第一反射层和所述第二反射层形成中空腔体结构，所述中空腔体结构内填充有惰性气体。
4.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述弹性支撑单元的材料为弹性透明材料。
5.如权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述第一反射层的材料为银或铝；所述第二反射层的材料为银或铝。
6.如权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述发光元件，包括：阴极、阳极，以及位于所述阴极和所述阳极之间的有机功能层；其中，
所述有机功能层用于在所述阴极与所述阳极施加电信号时进行发光。
7.如权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述有机功能层，包括：电子传输层、空穴传输层，以及位于所述电子传输层和所述空穴传输层之间的有机发光层。
8.如权利要求1-7任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述感光元件为具有呈矩阵排列的多个光电二极管的电荷耦合元件。
9.一种压力传感器的制作方法，其特征在于，包括：
形成层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件；
其中，所述发光元件用于向所述干涉滤光结构发射入射光；
所述干涉滤光结构用于根据施加在所述压力传感器上的压力改变所述干涉滤光结构的厚度，形成对应所述压力的出射光；
所述感光元件用于检测所述出射光，并形成与所述出射光对应的电信号。
10.如权利要求9所述的制作方法，其特征在于，形成层叠设置的发光元件、干涉滤光结构和感光元件，具体包括：
在第一基板的上表面形成发光元件；
在所述第一基板的下表面与第二基板的上表面之间形成干涉滤光结构；
在所述第二基板的下表面涂覆光学胶并与感光元件进行贴合。
11.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，在所述第一基板的下表面与第二基板的上表面之间形成所述干涉滤光结构，具体包括：
在所述第一基板的下表面形成所述干涉滤光结构的第一反射层；
在所述第二基板的上表面形成所述干涉滤光结构的第二反射层；
在形成有所述第一反射层的所述第一基板的下表面，形成所述干涉滤光结构的弹性支撑单元；
在形成的所述弹性支撑单元的边缘涂覆压敏胶，并与形成有所述第二反射层的所述第二基板的上表面贴合。
12.如权利要求10所述的制作方法，其特征在于，在第一基板的上表面形成发光元件，具体包括：
在所述第一基板的上表面形成层叠设置的阳极、有机功能层和阴极；
其中，所述有机功能层位于所述阴极和所述阳极之间；所述有机功能层用于在所述阴极与所述阳极施加电信号时进行发光。
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