CN107562235A - 压力感应器件及触摸显示装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提供了压力感应器件和触摸显示装置，其中，压力感应器件包括：基材；电极，所述电极位于所述基材一侧，压力敏感层，所述压力敏感层覆盖所述电极，所述压力敏感层包括绝缘基体和分散于所述绝缘基体中的导电颗粒，所述导电颗粒包括长距离传输电子颗粒、短距离传输电子颗粒和长短距离传输电子颗粒中的至少一种。该压力感应装置可以高灵敏度的检测施加压力的大小和位置信息。
Description
技术领域
本发明涉及触控显示领域，具体的，涉及压力感应组件及触控显示装置。
背景技术
压力传感器是在诸多领域都是很常用的传感器。压力传感器按照材料可以分为基于压电材料的压电传感器，以及基于压阻材料的压阻传感器。由压电陶瓷、压电晶体、压电驻极体及有机压电薄膜等为敏感元件制作而成的压电传感器在承受压力时在材料表面产生可转移的电荷，电荷经过检测设备时的电压可以直接反应压力的大小。以合金敏感栅、半导体等材料为敏感元件的压阻传感器在受压时产生形变，形变造成敏感元件的电阻发生变化，通过惠斯通电桥检测敏感原件电阻的变化就可以检测出施加在压敏传感器上的压力大小。
近些年来，基于微观电子通道结构变化的压阻敏感材料越发成熟，基于此类压敏材料的压力敏感电阻(通常叫做FSR)也得到了广泛的开发与应用。此类器件一般由基材、电极导线、压力敏感材料与必要的空气间隔层构成。
但是，各种传感器也有各自的缺点。压电式传感器的工作原理决定其只适于动态量测量。力作用在压电传感器上产生的微弱电荷会由自身泄漏掉。通常的压阻式传感器需要与被测体粘结，粘结选材以及过程对传感器都有着很大的影响。而且进行多点检测的时候需要增加大量的桥电路，不利于集成化。现有的FSR几乎都有空气间隔层，限制了其在对透过率高的显示等领域的应用。极少数没有空气间隔层的也需要在压敏材料的两面制作电极，影响产品的轻薄化。而且施压方向与压力敏感材料电阻变化的方向相同，也限制了FSR在特定领域的应用。
发明内容
本发明旨在至少在一定程度上解决相关技术中的技术问题之一。为此，本发明的一个目的在于提出一种结构简洁、高透过率、或低厚度的压力感应器件。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种压力感应器件。根据本发明的实施例，该压力感应器件包括：基材；电极，所述电极位于所述基材一侧；压力敏感层，所述压力敏感层覆盖所述电极，所述压力敏感层包括绝缘基体和分散于所述绝缘基体中的导电颗粒；所述导电颗粒包括长距离传输电子颗粒、短距离传输电子颗粒和长短距离传输电子颗粒中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述长距离传输电子颗粒的长径比为1：50-1：1000000；所述短距离传输电子颗粒的长径比小于1：50；所述长短距离传输电子颗粒的长径比为1：50-1：1000000，且所述长短距离传输电子颗粒上具有凸起部，所述凸起部的长径比小于1：50。
根据本发明的实施例，所述导电颗粒为选自金属导电材料、金属氧化物半导电材料、无机导电材料和高分子导电材料中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述金属导电材料为选自银、铜、镍、铝、铁、钴，锌、金、铂，钌、钯及其合金中的至少一种，所述金属氧化物半导电材料为选自氧化锌、氧化镓、氧化铜、氧化铟锡、氧化铟锌、三氧化二砷、铝掺杂的氧化锌以及复合金属氧化物中的至少一种；所述无机导电材料为选自碳纳米管、富勒烯、炭黑、石墨烯中的至少一种；所述高分子导电材料为结构型高分子材料，所述结构型高分子材料为选自聚乙炔、聚苯乙炔、聚噻吩、聚对亚苯、聚苯胺、聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、D-A型共轭聚合物中的至少一种。
根据本发明的实施例，所述压力感应器件不包括间隔层。
根据本发明的实施例，所述绝缘基体为选自树脂、硅胶、亚克力胶中的至少一种。
根据本发明的实施例，在所述压力敏感层中，相邻所述导电颗粒之间的距离满足下列条件之一：1)直接接触；2)在压力测量范围内符合量子遂穿距离。
根据本发明的实施例，对所述压力感应器件施加压力时，所述压力敏感层在垂直于压力方向的平面内电阻发生变化。
根据本发明的实施例，所述压力敏感层通过喷涂、丝印、压力或热压方式形成在所述基材上。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种触摸显示装置。根据本发明的实施例，该触摸显示装置包括前面所述的压力感应器件，所述压力感应器件位于显示区内。
根据本发明实施例的压力感应器件，电极设置于压力敏感层的同一侧，不需要在压力敏感层的两侧制作电极，能够有效降低压力感应器件的厚度，符合产品轻薄化趋势，而且，本发明的压力感应器件没有空气间隔层，透过率不受负面影响，可以应用于对透过率要求较高的显示领域，且施压方向与压力敏感层电阻变化方向不同，不会限制其在特定领域的应用。另外，压力敏感层中的长距离传输电子颗粒与长短距离传输电子颗粒能够使得电子从一个电极向另一个电极方向输送，以及使电子在不同导电颗粒之间传输，短距离传输电子颗粒能够增加电子在不同导电颗粒之间传输的几率，提高压力感应器件的灵敏度。
附图说明
图1是根据本发明一个实施例的压力感应器件的结构示意图。
图2是根据本发明另一个实施例的压力感应器件的结构示意图。
图3是根据本发明实施例的压力敏感层中具有长距离传输电子颗粒时，施压前后压力敏感层中电子流通情况示意图，其中，图3A为施压前压力敏感层中电子流通情况示意图，图3B为施压后压力敏感层中电子流通情况示意图。
图4是根据本发明实施例的压力敏感层中具有长距离传输电子颗粒和短距离传输电子颗粒时，施压前后压力敏感层中电子流通情况示意图，其中，图4A为施压前压力敏感层中电子流通情况示意图，图4B为施压后压力敏感层中电子流通情况示意图。
图5是根据本发明实施例的压力敏感层中具有含有凸点的长短距离传输电子颗粒时，施压前后压力敏感层中电子流通情况示意图，其中，图5A为施压前压力敏感层中电子流通情况示意图，图5B为施压后压力敏感层中电子流通情况示意图。
图6是根据本发明实施例的压力敏感层中具有含有节点的长短距离传输电子颗粒时，施压前后压力敏感层中电子流通情况示意图，其中，图6A为施压前压力敏感层中电子流通情况示意图，图6B为施压后压力敏感层中电子流通情况示意图。
附图标记：
10：基材
20：压力敏感层
30：电极
40：保护层
21：长距离传输电子颗粒
22：短距离传输电子颗粒
23：长短距离传输电子颗粒
231：凸起部
具体实施方式
下面详细描述本发明的实施例。下面描述的实施例是示例性的，仅用于解释本发明，而不能理解为对本发明的限制。实施例中未注明具体技术或条件的，按照本领域内的文献所描述的技术或条件或者按照产品说明书进行。所用试剂或仪器未注明生产厂商者，均为可以通过市购获得的常规产品。
在本发明的一个方面，本发明提供了一种压力感应器件。根据本发明的实施例，参照图1，该压力感应器件包括：基材10；压力敏感层20；以及电极30。其中，电极30位于基材10一侧，压力敏感层20覆盖电极30，压力敏感层20包括绝缘基体和分散于所述绝缘基体中的导电颗粒；其中，导电颗粒包括长距离传输电子颗粒、短距离传输电子颗粒和长短距离传输电子颗粒中的至少一种。
根据本发明的实施例，基材10的材质可以是绝缘基材，包括但不限于是玻璃，PET，PEN，PI，PC，酚醛树脂，环氧树脂等材料；也可以是表面具有绝缘镀层/涂层/保护层的导体基材，包括但不限于是具有二氧化硅/氮化硅镀层的不锈钢板，PI保护的铜箔等。
根据本发明的实施例，电极30位于基材10一侧。所述的电极30可以是在绝缘基材10上喷涂或丝印而成，此时电极材料可以是纳米银丝墨水，石墨烯墨水，碳纳米管墨水，PEDOT墨水，以及银浆等导电材料；所述的电极30也可以通过处理在绝缘基材10上的导电涂层而成，导电涂层可以是通过蒸镀，溅镀，喷涂，丝印等方式覆盖在绝缘基材10的表面；电极30的形成可以是通过蚀刻，镭射等方式形成的；电极材料可以是ITO，IZO，纳米银丝，石墨烯，碳纳米管，PEDOT，镀铜，镀银等导电材料。
本领域技术人员可以理解，电极的设置方式和形状并不仅限于图1所示出的情况，电极可以为多个，电极的形状可以为条状、块状或其他规则或不规则形状。
根据本发明的实施例，压力敏感层20可以由量子隧道复合材料形成，其包括绝缘基体和分散于绝缘基体中的导电颗粒。一些实施例中，压力敏感层20通过将液态的聚合物/导电颗粒混合物经由喷涂，丝印等方式覆盖在电极30上之后经过固化得到。另一些实施例中，也可以是将包含有粘性的聚合物和导电颗粒的混合物独自固化成膜后得到压力敏感层20，然后经由压力、热压等方式直接贴合在电极30表面得到压力感应器件。
根据本发明的实施例，绝缘基体的具体材质不受特别限制，只要为绝缘材料即可。在发明的一些实施例中，绝缘基体可以为选自树脂、硅胶、亚克力胶中的至少一种。
根据本发明的实施例，导电颗粒的尺寸通常为微米级或纳米级。一些实施例中，导电颗粒可以为纳米/微米球、纳米/微米刺、纳米/微米花、纳米/微米多面体等。具体地，导电颗粒可以包括长距离传输电子颗粒、短距离传输电子颗粒和长短距离传输电子颗粒中的至少一种，其中，长距离传输电子颗粒的长径比为1：50-1：1000000，其具体形状不受特别限制，包括但不限于线型、棒型、丝型或片型中的至少一种；短距离传输电子颗粒的长径比小于1：50，其形状包括但不限于球形、多面体、刺形、花形中的至少一种；长短距离传输电子颗粒的长径比的范围为1：50-1：1000000，且长短距离传输电子颗粒上具有长径比小于1：50的凸起部，长短距离传输电子颗粒的形状包括但不限于线型、棒型、丝型或片型中的至少一种，凸起部的形状包括但不限于为枝状、角状、球状、刺状、棒状中的至少一种。
在本发明的一些实施例中，导电颗粒可以由长短距离传输电子颗粒构成；也可以是由长距离传输电子颗粒与短距离传输电子颗粒混合而成；也可以是长短距离传输电子颗粒与短距离传输电子颗粒或长距离传输电子颗粒混合而成。其中，长距离传输电子颗粒以及长短距离传输电子颗粒的作用在于将电子从一个电极向另一个电极方向输送，并兼具使电子在不同导电颗粒之间传输的作用。短距离传输电子颗粒的作用在于增加电子在不同导电颗粒之间传输的几率，提高传感器的灵敏度。
需要说明的是，本文中所使用的描述方式“长距离传输电子颗粒”是指具有长距离传输电子能力的导电颗粒，类似的，“短距离传输电子颗粒”是指具有短距离传输电子能力的导电颗粒，“长短距离传输电子颗粒”是指同时具有长距离传输电子能力和短距离传输电子能力的导电颗粒。
根据本发明的实施例，导电颗粒的具体材质不受特别限制，可以为选自金属导电材料、金属氧化物半导电材料、无机导电材料和高分子导电材料中的至少一种。
具体而言，根据本发明的实施例，所述金属导电材料可以为选自银、铜、镍、铝、铁、钴，锌、金、铂，钌、钯及其合金中的至少一种，所述金属氧化物半导电材料可以为选自氧化锌、氧化镓、氧化铜、氧化铟锡、氧化铟锌、三氧化二砷、铝掺杂的氧化锌以及复合金属氧化物中的至少一种；所述无机导电材料可以为选自碳纳米管、富勒烯、炭黑、石墨烯中的至少一种；所述高分子导电材料可以为结构型高分子材料，所述结构型高分子材料为选自聚乙炔、聚苯乙炔、聚噻吩、聚对亚苯、聚苯胺、聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、D-A型共轭聚合物中的至少一种。
根据本发明的实施例，在压力敏感层中，相邻所述导电颗粒之间的距离满足下列条件之一：1)直接接触；2)在压力测量范围内符合量子遂穿距离。参照图3-图6，未施加压力时，压力敏感层20中直接接触和符合量子遂穿距离的导电颗粒较少，宏观表现为压力敏感层的电阻较大，施加压力后，压力敏感层20中导电颗粒之间的距离较小，直接接触和符合量子遂穿距离的导电颗粒数量增加，形成导通桥，电子流通通道增加，压力敏感层电阻降低。因此，通过检测相邻电极之间的电阻变化，可以建立电阻变化信息与压力感应器件的受力信息的相互关系数据库，进而实现对压力信息的检测，包括压力施加的位置和大小等。
本领域技术人员可以理解，在压力敏感层中，导电颗粒在三维空间内分布，具体位置、数量不受特别限制，长短距离传输电子颗粒的凸起部也是在三维空间内分布，数目和位置不限，且可多层分布，图3-图6为简化的示意图，目的是为说明本发明的压力感应器件检测压力信息的原理，不能视为对本发明的限制。
根据本发明的实施例，如图3-图6所述，对所述压力感应器件施加压力时，施加压力的方向垂直于压力感应器件，而相邻电极之间的电阻变化方向平行于压力感应器件，也就是说，压力敏感层的电阻变化方向垂直于施加压力的方向。由此，不会限制压力感应器件在一些特殊领域的应用。
根据本发明的实施例，参照图2，该压力感应器件可以进一步包括保护层40，该保护层40可以为没有粘性的树脂等有机材料，此时保护层40可以有效保护压力敏感层20不受破坏，保护层40也可以为具有粘性的胶材，如光学胶、亚克力胶等，此时保护层既能够起到保护压力感应器件的作用，且可以用于将压力感应器件粘帖到其他物体上。
根据本发明的实施例，该压力感应器件不包括间隔层。由此，不会对压力感应器件的透过率产生负面影响，该压力感应器件适合应用于对透过率要求较高的显示领域。
根据本发明实施例的压力感应器件，电极设置于压力敏感层的同一侧，不需要在压力敏感层的两侧制作电极，能够有效降低压力感应器件的厚度，符合产品轻薄化趋势，而且，本发明的压力感应器件没有空气间隔层，透过率不受负面影响，可以应用于对透过率较高的显示领域，且施压方向与压力敏感层电阻变化方向不同，不会限制其在特定领域的应用。另外，压力敏感层中的长距离传输电子颗粒与长短距离传输电子颗粒能够使得电子从一个电极向另一个电极方向输送，以及使电子在不同导电颗粒之间传输，短距离传输电子颗粒能够增加电子在不同导电颗粒之间传输的几率，提高压力感应器件的灵敏度。
在本发明的另一方面，本发明提供了一种触摸显示装置。根据本发明的实施例，该触摸显示装置包括前面所述的压力感应器件。该触摸显示装置包括前面所述的压力感应器件的所有特征和优点，在此不再一一赘述。
在本发明中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征“上”或“下”可以是第一和第二特征直接接触，或第一和第二特征通过中间媒介间接接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”可是第一特征在第二特征正上方或斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”可以是第一特征在第二特征正下方或斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。
在本说明书的描述中，参考术语“一个实施例”、“一些实施例”、“示例”、“具体示例”、或“一些示例”等的描述意指结合该实施例或示例描述的具体特征、结构、材料或者特点包含于本发明的至少一个实施例或示例中。在本说明书中，对上述术语的示意性表述不必须针对的是相同的实施例或示例。而且，描述的具体特征、结构、材料或者特点可以在任一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。此外，在不相互矛盾的情况下，本领域的技术人员可以将本说明书中描述的不同实施例或示例以及不同实施例或示例的特征进行结合和组合。
尽管上面已经示出和描述了本发明的实施例，可以理解的是，上述实施例是示例性的，不能理解为对本发明的限制，本领域的普通技术人员在本发明的范围内可以对上述实施例进行变化、修改、替换和变型。
Claims (10)
1.一种压力感应器件，其特征在于，包括：
基材；
电极，所述电极位于所述基材一侧；
压力敏感层，所述压力敏感层覆盖所述电极，所述压力敏感层包括绝缘基体和分散于所述绝缘基体中的导电颗粒，所述导电颗粒包括长距离传输电子颗粒、短距离传输电子颗粒和长短距离传输电子颗粒中的至少一种。
2.根据权利要求1所述的压力感应器件，其特征在于，所述长距离传输电子颗粒的长径比为1：50-1：1000000；
所述短距离传输电子颗粒的长径比小于1：50；
所述长短距离传输电子颗粒的长径比的范围为1：50-1：1000000，且所述长短距离传输电子颗粒上具有凸起部，所述凸起部的长径比小于1：50。
3.根据权利要求1或2所述的压力感应器件，其特征在于，所述导电颗粒为选自金属导电材料、金属氧化物半导电材料、无机导电材料和高分子导电材料中的至少一种。
4.根据权利要求3所述的压力感应器件，其特征在于，所述金属导电材料为选自银、铜、镍、铝、铁、钴，锌、金、铂，钌、钯及其合金中的至少一种，
所述金属氧化物半导电材料为选自氧化锌、氧化镓、氧化铜、氧化铟锡、氧化铟锌、三氧化二砷、铝掺杂的氧化锌以及复合金属氧化物中的至少一种；
所述无机导电材料为选自碳纳米管、富勒烯、炭黑、石墨烯中的至少一种；
所述高分子导电材料为结构型高分子材料，所述结构型高分子材料为选自聚乙炔、聚苯乙炔、聚噻吩、聚对亚苯、聚苯胺、聚吡咯、聚苯硫醚、聚酞菁类化合物、D-A型共轭聚合物中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的压力感应器件，其特征在于，不包括间隔层。
6.根据权利要求1所述的压力感应器件，其特征在于，所述绝缘基体为选自树脂、硅胶、亚克力胶中的至少一种。
7.根据权利要求1所述的压力感应器件，其特征在于，在所述压力敏感层中，相邻所述导电颗粒之间的距离满足下列条件之一：
1)直接接触；
2)在压力测量范围内符合量子遂穿距离。
8.根据权利要求1所述的压力感应器件，其特征在于，对所述压力感应器件施加压力时，所述压力敏感层在垂直于压力方向的平面内电阻发生变化。
9.根据权利要求1所述的压力感应器件，其特征在于，所述压力敏感层通过喷涂、丝印、压力或热压方式形成在所述基材上。
10.一种触摸显示装置，其特征在于，包括权利要求1-9中任一项所述的压力感应器件，所述压力感应器件位于显示区内。
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