CN108334243A - 一种全柔性透明触控系统 - Google Patents
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Abstract
本发明公开了一种全柔性透明触控系统，包括两层柔性透明导电层、绝缘隔离点阵层、四周导电电极。柔性透明导电层主要由金属纳米线随机搭接形成网格的透明导电薄膜组成，绝缘隔离点阵层位于两层柔性透明导电层之间，绝缘隔离点阵依附于任一层柔性透明导电层的透明导电薄膜上，或制作在独立的透明柔性导电基底上，在绝缘隔离点阵层基底上以及另一层透明导电薄膜上面制备两组线状电极用于连接外设。该硬件系统结构稳定且构型灵活多变，适用于不同性能偏好的需求，柔韧性好，可应用于弯折、震动使用环境下的触控仪器，以及仪器运动需求下智能感知的触控硬件系统设计。
Description
技术领域
本发明涉及一种全柔性透明触控系统。
背景技术
触控器件在高消费频率电子产品中发挥越来越重要的作用，涵盖手机、平板、笔记本、学习机、车载等领域，且产品更新换代非常快，逐步向便携、可穿戴式发展；此外随着人工智能的发展，具有智能感知的仪器，特别是在运动状态下具有感知能力的仪器对触控硬件的自适应性如贴合于运动组件上、灵活性如随运动组件弯折等提出了挑战。传统的触控元件特别是基于导电玻璃的触控硬件根本不能满足上述要求，而制备于柔性基底上的传统导电薄膜如氧化铟锡薄膜，也达不到反复、小曲率半径弯折的苛刻要求。
发明内容
发明目的：针对上述现有技术，提出一种全柔性透明触控系统，可实现弯折并能贴合使用的触控硬件，解决在柔性应用下、运动感知下触控失灵的问题。
技术方案：一种全柔性透明触控系统，包括：两层柔性透明导电层、绝缘隔离点阵层、四周导电电极；其中，
所述柔性透明导电层包括柔性基底以及在所述柔性基底上涂布的由金属纳米线随机搭接形成网格的透明导电薄膜；两层柔性透明导电层分别位于触控系统的最上层和最下层，透明导电薄膜位于内侧；
所述绝缘隔离点阵层位于所述两层柔性透明导电层之间；所述绝缘隔离点阵层包括绝缘隔离点阵，所述绝缘隔离点阵依附于任一层所述柔性透明导电层的所述透明导电薄膜上，或制作在独立的透明柔性导电基底上；所述绝缘隔离点阵的点间距为1.5～2.5mm，点外接圆直径为0.02～0.08mm，点厚度为0.001～0.01mm，点材料为在应力下可形变绝缘体；
所述四周导电电极包括两组线状电极；当所述绝缘隔离点阵依附于任一层所述柔性透明导电层的透明导电薄膜上时，其中一组线状电极制作于所述绝缘隔离点阵依附的柔性透明导电层的透明导电薄膜上，并位于所述绝缘隔离点阵四周的一组对边上，另一组线状电极制作于另一层柔性透明导电层的透明导电薄膜上，并相对所述绝缘隔离点阵四周的另一组对边设置；
当绝缘隔离点阵制作在独立的透明柔性导电基底上时，所述绝缘隔离点阵位于所述透明柔性导电基底正面，所述透明柔性导电基底反面贴合于其中一层所述柔性透明导电层的透明导电薄膜上，其中一组线状电极制作于所述透明柔性导电基底正面上，并位于所述绝缘隔离点阵四周的一组对边上，另一组线状电极制作于另一层所述柔性透明导电层的透明导电薄膜上，并相对所述绝缘隔离点阵四周的另一组对边设置。
进一步的，所述四周导电电极还包括四个电连接节点，四个电连接节点位于触控系统的同一公共边；每组所述线状电极包括两条电极；其中两个电连接节点位于一组线状电极所在的所述透明导电薄膜上或所述透明柔性导电基底正面上，另外两个电连接节点位于另一组线状电极所在的透明导电薄膜上；位于所述公共边上的一条电极连接第一电连接节点，该条电极所在线状电极组中的另一条电极通过沿边缘制备线状电极连接到第二电连接节点；另一组线状电极的两条电极通过沿边缘制备线状电极分别对应连接到第三电连接节点和第四电连接节点。
进一步的，所述柔性基底在可见光区平均透过率不低于75％，厚度在0.05～0.5mm范围内，所述透明导电薄膜的方块电阻在100～800Ω范围内。
进一步的，所述绝缘隔离点阵点材料包括硅溶胶或透明有机聚合物中的任一种。
进一步的，在两组线状电极上及靠近电极内侧的0.5～2mm内用硅溶胶绝缘封装。
进一步的，所述透明柔性导电基底材料为改性导电硅胶、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯撑、聚对苯乙烯撑中的任一种，厚度在0.005～0.01mm范围内。
进一步的，所述金属纳米线是直径在10～100nm，长度与直径比值在100～5000的金、银、铜、镍及其合金纳米线中的一种或几种混合。
进一步的，所述线状电极是使用蒸发、溅射、导电胶粘方法中的一种或多种制备的金、银、铜电极中的一种，线状电极的厚度为0.001～0.1mm，线宽为0.5～2mm。
进一步的，四个电连接节点在垂直柔性透明导电层的方向上相互错开不重叠。
进一步的，所述柔性基底的材料为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚乙烯亚胺材料中的任一种。
有益效果：(1)本发明以抗反复、高度弯折的金属纳米线薄膜为主要功能层，全部组件柔韧性好，器件结构稳定，在保持触控灵敏性的同时，可以自适应贴合于目标仪器，大大拓宽了触控的应用范围。
(2)本发明器件构型灵活多变，各功能层搭配不拘泥于固定模式，可根据不同应用需求选择器件构型，将适应对性能有特别偏好如高透明性、卓越弯折性、超薄性的仪器指标要求。
(3)本发明器件制作方便，利于规模化生产。
附图说明
图1为全柔性透明触控系统的结构示意图；
图2为全柔性透明触控系统的反复弯折试验结果图；
其中：1、10为柔性透明导电层；3、9为线状电极；2、8为电连接节点；4为绝缘隔离点阵层；5为包含四个引脚的柔性线路板；6为驱动芯片；7为触控硬件系统连接外设的柔性接口。
具体实施方式
下面结合附图对本发明做更进一步的解释。
一种全柔性透明触控系统，包括：两层柔性透明导电层、绝缘隔离点阵层、四周导电电极。
其中，柔性透明导电层包括柔性基底以及在柔性基底上涂布的由金属纳米线随机搭接形成网格的透明导电薄膜。两层柔性透明导电层分别位于触控系统的最上层和最下层，透明导电薄膜位于内侧。柔性基底的材料为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚乙烯亚胺材料中的任一种。金属纳米线是直径在10～100nm、长度与直径比值在100～5000的金、银、铜、镍及其合金纳米线中的一种或几种混合。柔性基底在可见光区平均透过率不低于75％，厚度在0.05～0.5mm范围内，透明导电薄膜的方块电阻在100～800Ω范围内。透明导电薄膜在5000次弯折后阻值基本不变、不影响触控定位，而其它类别材料如氧化铟锡薄膜就不耐弯折，几十次后就因颗粒结构的开裂等问题阻值急速上升无法使用。
绝缘隔离点阵层位于两层柔性透明导电层之间，防止两层接触短路。绝缘隔离点阵层包括绝缘隔离点阵，绝缘隔离点阵依附于任一层柔性透明导电层的透明导电薄膜上，或制作在独立的透明柔性导电基底上。绝缘隔离点阵的点间距为1.5～2.5mm，点可以是任意形状，点外接圆直径大小为0.02～0.08mm，点厚度为0.001～0.01mm，点材料为无机或有机的在应力下可形变绝缘体，包括硅溶胶或透明有机聚合物中的任一种。透明柔性导电基底材料为改性导电硅胶、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯撑、聚对苯乙烯撑中的任一种，厚度在0.005～0.01mm范围内。绝缘隔离点阵在应力下可形变，这样随着曲面贴合或弯折触控，全部功能层都可以适形匹配，保证器件的整体结构稳定。
四周导电电极包括两组线状电极。当绝缘隔离点阵依附于任一层柔性透明导电层的透明导电薄膜上时，其中一组线状电极制作于绝缘隔离点阵依附的柔性透明导电层的透明导电薄膜上，并位于绝缘隔离点阵四周的一组对边上，另一组线状电极制作于另一层柔性透明导电层的透明导电薄膜上，并相对绝缘隔离点阵四周的另一组对边设置。线状电极是使用蒸发、溅射、导电胶粘方法中的一种或多种制备的金、银、铜电极中的一种，线状电极的厚度为0.001～0.1mm、线宽为0.5～2mm。
当绝缘隔离点阵制作在独立的透明柔性导电基底上时，绝缘隔离点阵位于透明柔性导电基底正面，透明柔性导电基底反面贴合于其中一层柔性透明导电层的透明导电薄膜上，其中一组线状电极制作于透明柔性导电基底正面上，并位于绝缘隔离点阵四周的一组对边上，另一组线状电极制作于另一层柔性透明导电层的透明导电薄膜上，并相对绝缘隔离点阵四周的另一组对边设置。
四周导电电极还包括四个电连接节点，四个电连接节点位于触控系统的同一公共边，每组线状电极包括两条电极。其中两个电连接节点位于一组线状电极所在的透明导电薄膜上或透明柔性导电基底上，另外两个电连接节点位于另一组线状电极所在的透明导电薄膜上。位于公共边上的一条电极连接第一电连接节点，该条电极所在线状电极组中的另一条电极通过沿边缘制备线状电极连接到第二电连接节点；另一组线状电极的两条电极通过沿边缘制备线状电极分别对应连接到第三电连接节点和第四电连接节点。
实施例1：一种全柔性透明触控系统，包括：两层柔性透明导电层、绝缘隔离点阵层、四周导电电极。
柔性透明导电层由柔性基底以及在柔性基底上涂布的由金属纳米线随机搭接形成网格的透明导电薄膜组成。本实施例中，柔性基底选用厚度100μm的聚对苯二甲酸乙二醇酯，可见光透过率大于92％。在矩形柔性基底上利用自动刮涂仪器涂布银纳米线薄膜，方块电阻800Ω，银纳米线直径20nm、长度20μm。两层柔性透明导电层尺寸一致，分别在触控系统最上层和最下层，其中最上层的银纳米线薄膜位于柔性基底下侧，最下层的银纳米线薄膜位于柔性基底上侧，即透明导电薄膜都面向触控系统内侧。
绝缘隔离点阵层位于两层柔性透明导电层之间，用于阻止两层柔性透明导电层直接导通。绝缘隔离点阵层由绝缘隔离点阵组成，其制作在最下层的柔性透明导电层的透明导电薄膜上。本实施例中，绝缘隔离点阵的点间距为2.5mm，点为直径大小为0.02mm的圆点，点厚度为0.001mm，点材料为硅溶胶。
制备有绝缘隔离点阵的柔性透明导电层作为触控系统的最下层，涂布有银纳米线薄膜的一面向上，矩形四边沿顺时针方向依次用A、B、C、D表示；没有绝缘隔离点阵的柔性透明导电层作为触控硬件系统的最上层，涂布有银纳米线薄膜的一面向下，矩形四边沿逆时针方向依次用A’、B’、C’、D’表示，后序器件组装时两层柔性透明导电层正向面对，即A面对A’、B面对B’、C面对C’、D面对D’。
四周导电电极包括两组线状电极以及四个电连接节点，每组线状电极包括两条电极。选择B、B’所在触控系统的一边作为公共边，四个电连接节点位于该公共边上。本实施例中，在B上预留彼此绝缘的第1电连接结点和第2电连接结点，在B’上预留彼此绝缘的第3电连接结点和第4电连接结点，四个电连接节点在垂直柔性透明导电层的方向上相互错开不重叠。在A上利用导电胶制备厚度为0.1mm、线宽为2mm的线状电极并且此线状电极转角延伸到B上的第1电连接结点，在C上利用导电胶制备厚度为0.1mm、线宽为2mm的线状电极并且此线状电极转角延伸到B上的第2电连接结点，线状电极位于绝缘隔离点阵外侧，第1电连接结点和第2电连接结点之间绝缘。在B’上利用导电胶制备厚度为0.1mm、线宽为2mm的线状电极且连接第4电连接结点，在D’上利用导电胶制备厚度为0.1mm、线宽为2mm的线状电极并且此线状电极沿矩形边缘延伸到第3电连接结点上，即相对绝缘隔离点阵四周的另一组对边设置，第3电连接结点和第4电连接结点之间绝缘。
将外接驱动芯片的柔性线路板5，通过四个引脚分别对应与第1至第4电连接结点用导电胶电连接，随后在四个电连接结点处用硅溶胶绝缘，触控硬件系统连接外设的柔性接口通过驱动芯片6连接柔性线路板5。最后将两层柔性透明导电层面对并用硅溶胶在四周导电电极上及靠近现状电极内侧的0.5mm内用硅溶胶绝缘并排出空气后封装，完成硬件系统制作。
实施例2：一种全柔性透明触控系统，如图1所示，包括：两层柔性透明导电层、绝缘隔离点阵层、四周导电电极。
柔性透明导电层由柔性基底以及在柔性基底上涂布的由金属纳米线随机搭接形成网格的透明导电薄膜组成。本实施例中，柔性基底选用厚度50μm的聚酰亚胺，可见光透过率大于85％。在矩形柔性基底上利用自动刮涂仪器涂布银纳米线薄膜，方块电阻300Ω，银纳米线直径50nm、长度50μm。两层柔性透明导电层尺寸一致，分别在触控系统最上层和最下层，其中最上层的银纳米线薄膜位于柔性基底下侧，最下层的银纳米线薄膜位于柔性基底上侧，即透明导电薄膜都面向触控系统内侧。
绝缘隔离点阵层位于两层柔性透明导电层之间，用于阻止两层柔性透明导电层直接导通。绝缘隔离点阵层由绝缘隔离点阵和独立的透明柔性导电基底组成，绝缘隔离点阵制作在独立的透明柔性导电基底正面，将制备有绝缘隔离点阵的改性导电硅胶基底反面贴合于系统最下层的银纳米线薄膜上。本实施例中，透明柔性导电基底为改性导电硅胶，绝缘隔离点阵的点间距为2mm，点的形状为边长为0.02mm的正方形，点厚度为0.002mm，点材料为硅溶胶。
将透明柔性导电基底的矩形四边正面沿顺时针方向依次用A、B、C、D表示；将最上层柔性透明导电层的矩形四边沿逆时针方向依次用A’、B’、C’、D’表示。四周导电电极包括两组线状电极以及四个电连接节点，每组线状电极包括两条电极。选择B、B’所在触控系统的一边作为公共边，四个电连接节点位于该公共边上。本实施例中，在B上预留彼此绝缘的第1电连接结点和第2电连接结点，在B’上预留彼此绝缘的第3电连接结点和第4电连接结点，四个电连接节点在垂直柔性透明导电层的方向上相互错开不重叠。在A上溅射厚度为0.001mm、线宽为1.5mm的线状电极并且此线状电极转角延伸到B上的第1电连接结点，在C上溅射厚度为0.001mm、线宽为1.5mm的线状电极并且此线状电极转角延伸到B上的第2电连接结点，并位于绝缘隔离点阵外侧，第1电连接结点和第2电连接结点之间绝缘。在B’上溅射厚度为0.001mm、线宽为1.5mm的线状电极且连接第4电连接结点，在D’上溅射厚度为0.001mm、线宽为1.5mm的线状电极并且此线状电极沿矩形边缘延伸到第3电连接结点上，即相对绝缘隔离点阵四周的另一组对边设置，第3电连接结点和第4电连接结点之间绝缘。
将外接驱动芯片的柔性线路板5，通过四个引脚分别对应与第1至第4电连接结点用导电胶电连接，随后在四个电连接结点处用硅溶胶绝缘，触控硬件系统连接外设的柔性接口通过驱动芯片6连接柔性线路板5。最后将两层柔性透明导电层面对并用硅溶胶在四周导电电极上及靠近现状电极内侧的1.5mm内用硅溶胶绝缘并排出空气后封装，完成硬件系统制作。
对上述方法制得的本实施例的可贴合使用的全柔性透明触控系统进行反复弯折测试，结果显示器件结构稳定，主要功能层银纳米线薄膜阻值变化不超过5％，如图2所示，而作为对比的氧化铟锡薄膜在弯折仅仅二十次后阻值增大100倍以上。进一步通过书写测试来检验触控灵敏性，结果表明：系统触控灵敏性极高，连笔书写流利证明连续触控响应良好。
以上所述仅是本发明的优选实施方式，应当指出，对于本技术领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明原理的前提下，还可以做出若干改进和润饰，这些改进和润饰也应视为本发明的保护范围。
Claims (10)
1.一种全柔性透明触控系统，其特征在于，包括：两层柔性透明导电层、绝缘隔离点阵层、四周导电电极；其中，
所述柔性透明导电层包括柔性基底以及在所述柔性基底上涂布的由金属纳米线随机搭接形成网格的透明导电薄膜；两层柔性透明导电层分别位于触控系统的最上层和最下层，透明导电薄膜位于内侧；
所述绝缘隔离点阵层位于所述两层柔性透明导电层之间；所述绝缘隔离点阵层包括绝缘隔离点阵，所述绝缘隔离点阵依附于任一层所述柔性透明导电层的所述透明导电薄膜上，或制作在独立的透明柔性导电基底上；所述绝缘隔离点阵的点间距为1.5～2.5mm，点外接圆直径为0.02～0.08mm，点厚度为0.001～0.01mm，点材料为在应力下可形变绝缘体；
所述四周导电电极包括两组线状电极；当所述绝缘隔离点阵依附于任一层所述柔性透明导电层的透明导电薄膜上时，其中一组线状电极制作于所述绝缘隔离点阵依附的柔性透明导电层的透明导电薄膜上，并位于所述绝缘隔离点阵四周的一组对边上，另一组线状电极制作于另一层柔性透明导电层的透明导电薄膜上，并相对所述绝缘隔离点阵四周的另一组对边设置；
当绝缘隔离点阵制作在独立的透明柔性导电基底上时，所述绝缘隔离点阵位于所述透明柔性导电基底正面，所述透明柔性导电基底反面贴合于其中一层所述柔性透明导电层的透明导电薄膜上，其中一组线状电极制作于所述透明柔性导电基底正面上，并位于所述绝缘隔离点阵四周的一组对边上，另一组线状电极制作于另一层所述柔性透明导电层的透明导电薄膜上，并相对所述绝缘隔离点阵四周的另一组对边设置。
2.根据权利要求1所述的全柔性透明触控系统，其特征在于，所述四周导电电极还包括四个电连接节点，四个电连接节点位于触控系统的同一公共边；每组所述线状电极包括两条电极；其中两个连接节点位于一组线状电极所在的所述透明导电薄膜上或所述透明柔性导电基底正面上，另外两个连接节点位于另一组线状电极所在的透明导电薄膜上；位于所述公共边上的一条电极连接第一电连接节点，该条电极所在线状电极组中的另一条电极通过沿边缘制备线状电极连接到第二电连接节点；另一组线状电极的两条电极通过沿边缘制备线状电极分别对应连接到第三电连接节点和第四电连接节点。
3.根据权利要求1或2所述的全柔性透明触控系统，其特征在于，所述柔性基底在可见光区平均透过率不低于75％，厚度在0.05～0.5mm范围内，所述透明导电薄膜的方块电阻在100～800Ω范围内。
4.根据权利要求1或2所述的全柔性透明触控系统，其特征在于，所述绝缘隔离点阵点材料包括硅溶胶或透明有机聚合物中的任一种。
5.根据权利要求1或2所述的全柔性透明触控系统，其特征在于，在两组线状电极上及靠近电极内侧的0.5～2mm内用硅溶胶绝缘封装。
6.根据权利要求1或2所述的全柔性透明触控系统，其特征在于，所述透明柔性导电基底材料为改性导电硅胶、聚乙炔、聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚对苯撑、聚对苯乙烯撑中的任一种，厚度在0.005～0.01mm范围内。
7.根据权利要求1或2所述的全柔性透明触控系统，其特征在于，所述金属纳米线是直径在10～100nm，长度与直径比值在100～5000的金、银、铜、镍及其合金纳米线中的一种或几种混合。
8.根据权利要求1或2所述的全柔性透明触控系统，其特征在于，所述线状电极是使用蒸发、溅射、导电胶粘方法中的一种或多种制备的金、银、铜电极中的一种，线状电极的厚度为0.001～0.1mm，线宽为0.5～2mm。
9.根据权利要求1或2所述的全柔性透明触控系统，其特征在于，四个电连接节点在垂直柔性透明导电层的方向上相互错开不重叠。
10.根据权利要求3所述的全柔性透明触控系统，其特征在于，所述柔性基底的材料为聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二醇酯、聚萘二甲酸乙二醇酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚二甲基硅氧烷、聚氯乙烯、聚碳酸酯、聚氨酯、聚乙烯亚胺材料中的任一种。
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