CN113285703A - 一种触控按键及其制备方法和应用 - Google Patents

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flexible electrode
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邹丽丽
陈龙胜
伊翔
江恒炳
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Abstract

本发明公开一种触控按键及其制备方法和应用，所述触控按键为聚合物与柔性电子的结合，所述聚合物本身具有良好的柔韧性，手指按压时具有弹性反馈效果。本发明提供的柔性触控按键由柔性衬底、柔性电极和柔性绝缘层三部分组成，没有传统的机械组件，不需要复杂的装配工序，结构简单性能可靠，受环境影响小，界面干净美观。

Description

一种触控按键及其制备方法和应用
技术领域
本发明属于触控按键领域，具体涉及一种触控按键及其制备方法和应用。
背景技术
触控按键是一种广泛使用的控制方式，与传统的机械按键相比，具有不易损坏，高信噪比，界面简洁美观等优点。触控按键大部分基于电容变化的原理，由于人体是带电的，当用户手指接触按键对应的感应区时，绝缘层作为手指和电极之间的电介质，相当于并联一个新的电容，从而导致总电容值发生变化，故可基于电容的变化检测人体的触摸进行控制。传统的电容式触控按键包括电路板、弹性元件、触控模组及按键单元等多个组成部分，结构复杂且体积和质量较大，成本较高。
发明内容
本发明所要解决的第一个技术问题是：一种结构简单、外形轻便、具有优良感应灵敏度的触控按键。
本发明所要解决的第二个技术问题是：一种上述触控按键的制备方法。
本发明所要解决的第三个技术问题是：上述触控按键在电器或生物芯片中的应用。
为了解决上述第一个技术问题，本发明采用的技术方案为：所述触控按键内依次设柔性衬底、柔性电极和柔性绝缘层。
进一步地，所述柔性衬底与柔性绝缘层均为聚合物层。
进一步地，所述柔性衬底的制备材料包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯中的至少一种，此类聚合物材料均具有良好的柔韧性、延展性、弹性、透明度、耐磨性、耐候性、电绝缘性等优点。
进一步地，所述柔性绝缘层的制备材料包括聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯中的至少一种，优选为聚二甲基硅氧烷，所述聚二甲基硅氧烷制备得绝缘层具有良好的耐高温、耐低温、耐候性、耐腐蚀、耐辐射、100％透光率、低表面张力、高压缩率、高疏水性、高绝缘性、化学惰性、生物相容性等优点，完全契合柔性触控屏对稳定性和耐久性的应用需求。
进一步地，所述柔性电极内设第一柔性电极与第二柔性电极，所述第一柔性电极与第二柔性电极在同一平面且相互不接触并构成互电容，所述第一柔性电极与第二柔性电极，一个为发射电极，另一个为接收电极，所述第一柔性电极与第二柔性电极根据外接电源正负极的不同功能可以互换，外接正极电源时为发射电极，外接负极电源时为接收电极。用户的触摸会破坏两个电极之间的电场，减少它们之间的耦合使得互电容减小。所述柔性电极的上方有柔性绝缘层，柔性电极被柔性衬底和柔性绝缘层封装在中间。
进一步地，所述柔性电极的制备材料为导电浆料，优选为导电银浆。
进一步地，所述柔性电极的电阻为140～160mΩ/sq。
进一步地，所述柔性衬底的厚度、长度与宽度比为0.075：40～100：20～60。
进一步地，所述柔性绝缘层厚度、长度与宽度比为：0.1～3：40～100：20～60。
本发明的有益效果在于：本发明的触控按键为聚合物与柔性电子的结合，所述聚合物本身具有良好的柔韧性，手指按压时具有弹性反馈效果。本发明提供的触控按键由柔性衬底、柔性电极和柔性绝缘层三部分组成，没有传统的机械组件，不需要复杂的装配工序，电容变化不依赖于弹性元件故不存在感应性能衰减，可靠性提高，结构简单性能可靠，受环境影响小，界面干净美观。所述柔性衬底和柔性绝缘层均使用聚合物材料，柔性电极使用导电银浆，所述柔性电极厚度只有数十微米，与传统的电路板相比体积小、重量轻，成本极低。
为了解决上述第二个技术问题，本发明采用的技术方案为：一种上述触控按键的制备方法，包括以下步骤：
S1:将柔性电极印刷在柔性衬底表面，烘干；
S2:在S1处理过的柔性衬底上方覆盖柔性绝缘层，干燥即得所述触控按键。
进一步地，所述印刷的方式为丝网印刷、钢板印刷、热转印中的至少一种，优选为丝网印刷。
进一步地，所述柔性衬底经过电晕处理，衬底表面具有更高的附着性，防止所述衬底表面柔性电极的脱落，同时增加与柔性绝缘层的封装强度。
进一步地，所述预聚物与固化剂的质量配比为8:1～12:1，浇铸完成后固化封装温度为75～100℃，固化时间为20～40min。
本发明的有益效果在于：本发明采用印刷技术在柔性衬底表面印刷柔性电极，可实现柔性电极的快速、批量制备。本发明采用聚合物浇铸或热键合技术完成柔性触控按键的封装，制备工序简单可靠，成本低。
为了解决上述第三个技术问题，本发明采用的技术方案为：所述触控按键在电器或生物芯片中的应用。
附图说明
构成本发明的一部分的说明书附图用来提供对本发明的进一步理解，本发明的示意性实施例及其说明用于解释本发明，并不构成对本发明的不当限定。
图1为本发明柔性触控按键的结构示意图；
图2为本发明柔性触控按键的实物图；
图3为本发明柔性触控按键的原理图；
图4为本发明柔性触控按键的工艺流程图；
图5为本发明柔性触控按键在不同绝缘层厚度下手指触摸时测得的电容变化数据。
具体实施方式
为详细说明本发明的技术内容、所实现目的及效果，以下结合实施方式予以说明。
实施例1
如图1-2，在柔性衬底上印刷有一层柔性电极，柔性电极包括第一柔性电极和第二柔性电极，第一柔性电极和第二柔性电极构成互电容，柔性电极上方有一层柔性绝缘层，柔性绝缘层与柔性衬底将柔性电极封装在中间。
实施例2
如图3(a-b)，第一柔性电极和第二柔性电极共同构成互电容，用户的交互作用会干扰两个电极之间的电场传播。用户是接地的，人体是导体，手指靠近并触摸柔性绝缘层时减少了电极之间的电场耦合，从而降低了电容，通过测量电容的变化来实现对手指触碰的感应，进而达到触控效果。
实施例3
如图4，本实施例制备了一种触控按键，具体步骤为：
S1:首先将印刷网版固定在丝网印刷机设备夹具上，将可拉伸银浆导入容器中，搅拌10min后倒在网板表面；调整刮刀角度为30°,与工作台面间隔为0.1mm，设置刮刀速度为400mm/s；再将充分清洗并干燥的聚对苯二甲酸乙二酯(PET)衬底放置在丝网印刷工作台面，利用真空泵固定；最后启动设备将导电银浆以电极设计图案印刷在柔性PET衬底表面。将印刷样品放入干燥箱中120℃条件下烘烤10min充分蒸发导电银浆中的溶剂；
S2:将PDMS预聚物与固化剂以10:1质量比例混合后充分搅拌，然后放入真空箱中10min除去气泡，再将其浇铸在S1处理过的柔性衬底表面，最后放入75℃干燥箱中30min，即可完成所述触控按键的制备。
本发明实施例中使用的材料有：经过电晕表面处理的PET柔性衬底，厚度为75μm；可拉伸导电银浆，室温下(25℃)粘度为12000CPS；PDMS预聚物和固化剂；丝网印刷网板，尺寸为400*600mm，网格为250目，网板表面有导电银浆可渗透的电极图案若干组。
本发明实施例中使用的设备有：丝网印刷机、干燥箱、真空箱。
实施例4
按实施例3的步骤制备得到一种触控按键，再基于不同的柔性绝缘层厚度，分别测试了手指触摸时的电容变化情况。
如图5所示，结果显示PDMS绝缘层厚度分别为0.5mm、1.0mm、1.5mm的所述触控按键，在手指触摸感应区域时电容的下降幅度分别为7.9％、7.37％、7.3％，因此具有良好的触控灵敏度，可通过设定阈值对目标电子元件进行开关控制。
以上所述仅为本发明的实施例，并非因此限制本发明的专利范围，凡是利用本发明说明书内容所作的等同变换，或直接或间接运用在相关的技术领域，均同理包括在本发明的专利保护范围内。

Claims (10)

1.一种触控按键，其特征在于：所述触控按键内依次设柔性衬底、柔性电极和柔性绝缘层。
2.根据权利要求1所述的一种触控按键，其特征在于：所述柔性衬底与柔性绝缘层均为聚合物层。
3.根据权利要求1所述的一种触控按键，其特征在于：所述柔性电极内设第一柔性电极与第二柔性电极，所述第一柔性电极与第二柔性电极在同一平面且相互不接触并构成电容。
4.根据权利要求1所述的一种触控按键，其特征在于：所述柔性衬底的制备材料包括聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯中的至少一种。
5.根据权利要求1所述的一种触控按键，其特征在于：所述柔性绝缘层的制备材料包括聚二甲基硅氧烷、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、热塑性聚氨酯中的至少一种。
6.一种制备如权利要求1至5任一项所述触控按键的方法，其特征在于：包括如下步骤：
S1:将柔性电极印刷在柔性衬底表面，烘干；
S2:在S1处理过的柔性衬底上方覆盖柔性绝缘层，干燥即得所述触控按键。
7.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述柔性电极的制备材料为导电浆料。
8.根据权利要求6所述的方法，其特征在于：所述印刷的方式为丝网印刷、钢板印刷、热转印中的至少一种。
9.如权利要求1至5任一项所述的一种触控按键在电器中的应用。
10.如权利要求1至5任一项所述的一种触控按键在生物芯片中的应用。
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