CN114115592A - 一种压力传感器及显示装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及显示领域，公开一种压力传感器及显示装置，该压力传感器，包括：相对设置的第一基板和第二基板；第一电极层，所述第一电极层设置在所述第一基板朝向所述第二基板的一侧；压力敏感层，所述压力敏感层设置在所述第一电极层朝向所述第二基板的一侧；第二电极层，所述第二电极层设置在所述第二基板朝向所述第一基板的一侧；电容触控层，所述电容触控层位于所述压力敏感层背离所述第一基板的一侧。用于提高压力传感器的灵敏度。

Description

一种压力传感器及显示装置

技术领域

本发明涉及显示技术领域，特别涉及一种压力传感器及显示装置。

背景技术

目前显示面板常用的触控方式有两种，一种是电容屏，一种是电阻屏。电容屏是利用人体的电流感应工作的，所以任何非导电物体如指甲、手套等都无法被屏幕下方的电容感应系统所识别；触控屏在用在写字画画等对位置精度要求较高的场景时，都需要借助触控笔，但是电容屏由于需要产生感应电容才能识别位置变化，所以触控笔笔尖需要特殊制作，通常使用导电材料，引起触控笔成本偏高。

电阻屏是通过压力传感工作的，使用任意物品触摸都可以，支持触笔。电阻屏是通过压力引起电阻变化进行触摸反馈，触控笔成本较低，同时利用压力和电阻变化的关系，可以实现压感检测，对于游戏，写字，画画等场景友好。但是电阻屏用手指触摸时需要一定的按压力，灵敏度没有电容屏好。而且同时实现位置反馈和压力反馈的情况下，分辨率不足。因此限制了电阻屏的应用。

发明内容

本发明公开了一种压力传感器及显示装置，用于提高压力传感器的灵敏度及分辨率。

为达到上述目的，本发明提供以下技术方案：

第一方面，本发明提供一种压力传感器，包括：

相对设置的第一基板和第二基板；

第一电极层，所述第一电极层设置在所述第一基板朝向所述第二基板的一侧；

压力敏感层，所述压力敏感层设置在所述第一电极层朝向所述第二基板的一侧；

第二电极层，所述第二电极层设置在所述第二基板朝向所述第一基板的一侧；

电容触控层，所述电容触控层位于所述压力敏感层背离所述第一基板的一侧。

本发明提供的压力传感器包括相对设置的第一基板和第二基板，在第一基板上依次层叠设置有第一电极层和压力敏感层，在第二基板上朝向第一基板的一侧设置有第二电极层，电容触控层位于压力敏感层背离第一基板的一侧；当触摸压力传感器时，首先由压力敏感层感知并输出位置信息，具体当有力按压第二基板时，第二电极作为感知压力敏感层电阻变化的电极，当有力按压时，配合第一电极信号，并通过连接第一电极的测试电路检测电流的变化，在按压时，压力敏感层的体电阻发生变化，与第二电极的触控电阻发生变化；可以提升压力检测的灵敏度，同时电容触控层的存在提升了微小压力下位置检测灵敏度。因此本发明提供的压力传感器提升了检测灵敏度及分辨率。

可选地，所述电容触控层位于所述第二基板朝向所述压力敏感层一侧，且与所述第二电极复用为同一膜层。

可选地，所述第一电极层包括多条沿第一方向延伸且沿第二方向排列的第一电极；

所述电容触控层包括多个阵列排布的块状电极。

可选地，所述电容触控层位于所述第二基板背离所述压力敏感层的一侧。

可选地，所述第一电极层包括多条沿第一方向延伸且沿第二方向排列的第一电极；

所述第二电极层包括沿多条沿所述第二方向延伸且沿所述第一方向排列的第二电极。

可选地，所述压力敏感层包括阵列排布且朝向所述第二基板方向凸起的多个凸起结构。

可选地，所述凸起结构为柱状结构或半球状结构。

可选地，所述第一基板和所述第二基板均为柔性基板。

第二方面，本发明提供一种显示装置，包括显示面板，以及位于所述显示面板出光侧的如第一方面任一项所述的压力传感器。

可选地，所述显示面板包括：

衬底基板；

像素界定层，所述像素界定层位于所述衬底基板的一侧，所述像素界定层具有多个开口；

发光结构，所述发光结构位于所述开口内。

可选地，所述压力传感器的凸起结构在所述衬底基板上的正投影与所述发光结构在所述衬底基板上的正投影不重合。

第三方面，本发明提供一种如第一方面任一项所述的压力传感器的制备方法包括：

在第一基板上形成第一电极层和压力敏感层；

在第二基板上形成第二电极层和电容触控层；

将所述第一基板具有所述压力敏感层的一侧和所述第二基板具有所述第二电极层的一侧对盒，形成所述压力传感器。

附图说明

图1为本发明实施例提供的第一种压力传感器的立体结构示意图；

图2a-图2d为本发明实施例提供的第一种压力传感器中的位于第一基板上的膜层制备过程示意图；

图3a-图3b为本发明实施例提供的第一种压力传感器中的位于第二基板上的膜层制备过程示意图；

图4为本发明实施例提供的第二种压力传感器的立体结构示意图；

图5a-图5d为本发明实施例提供的第二种压力传感器的制备过程示意图；

图6为本发明实施例提供的第三种压力传感器的第一基板的立体结构示意图；

图7为本发明实施例提供的使用第三种压力传感器的显示装置的剖视图。

图标：1-第一基板；2-第二基板；21-第三电极层；3-第一电极层；31-第一电极；4-压力敏感层；41-凸起结构；5-第二电极层；51-第二电极；6-电容触控层；61-块状电极；7-衬底基板；8-像素界定层；9-发光结构。

具体实施方式

下面将结合本发明实施例中的附图，对本发明实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述，显然，所描述的实施例仅仅是本发明一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本发明中的实施例，本领域普通技术人员在没有做出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本发明保护的范围。

如图1-图6所示，第一方面，本发明实施例提供了一种压力传感器，包括：

相对设置的第一基板1和第二基板2；第一电极层3，第一电极层3设置在第一基板1朝向第二基板2的一侧；压力敏感层4，压力敏感层4设置在第一电极层3朝向第二基板2的一侧；第二电极层5，第二电极层5设置在第二基板2朝向第一基板1的一侧；电容触控层6，电容触控层6位于压力敏感层4背离第一基板1的一侧。

需要说明的是，本发明提供的压力传感器包括相对设置的第一基板1和第二基板2，在第一基板1上依次层叠设置有第一电极层3和压力敏感层4，在第二基板2上朝向第一基板1的一侧设置有第二电极层5，电容触控层6位于压力敏感层4背离第一基板1的一侧；当触摸压力传感器时，首先由压力敏感层4感知并输出位置信息，具体当有力按压第二基板2时，第二电极51作为感知压力敏感层4电阻变化的电极，当有力按压时，配合第一电极31信号，并通过连接第一电极31的测试电路检测电流的变化，在按压时，压力敏感层4的体电阻发生变化，与第二电极51的触控电阻发生变化；可以提升压力检测的灵敏度，同时电容触控层的存在提升了微小压力下位置检测灵敏度。因此本发明提供的压力传感器提升了检测灵敏度及分辨率。

在一种具体的实施方式中，图1为本发明实施例提供的第一种压力传感器的立体结构示意图，在图1中，电容触控层6位于第二基板2朝向压力敏感层4一侧，且与第二电极51复用为同一膜层。

下面关于第一种压力传感器的制作过程结合附图进行如下说明：

参照图2a，在第一基板1上沉积第一电极层3，第一电极层3为透明电极，如图2b所示，第一电极层3包括多条沿第一方向延伸且沿第二方向排列的第一电极31，使用刻蚀等方法形成条形图案作为第一电极31。上述第一基板1材料采用柔性薄膜，例如PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸)，PI(Polyimide，聚酰亚胺)，PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)等，第一电极层3材料采用ITO(Indium TinOxides，氧化铟锡)，IZO等。

如图2c所示，在第一电极31上涂布压敏材料以形成压力敏感层4，如图2d所示，然后通过纳米压印等方式形成凸起结构41，凸起结构41阵列排布，且多个凸起结构41朝向第二基板2方向凸起。凸起结构41为柱状结构或半球状结构。同时由于凸起结构41的微结构设计，与第二电极51的接触电阻也发生变化，因此可以提升压感检测灵敏度及分辨率。

压力敏感层4的材料可以采用由碳纳米管、石墨烯、碳黑等混合形成的纳米材料，Mxene压敏材料(MXene材料是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料，其外形类似于片片相叠的薯片)等利于形成柔性压阻传感器的材料。

如图3a所示，首先在第二基板2上沉积一层第三电极层21，如图3b所示，然后在第三电极层21形成投射式电容触控层6，电容触控层6包括多个阵列排布的块状电极61，然后对形成有电容触控层6的第二基板2进行翻转，然后将第一基板1和第二基板2进行对位并封装在一起，第一电极层3图案面朝上，也就是第一电极31朝上，第二电极层5的图案面朝下也就是第二电极51朝下。

第一电极31、压力敏感层4和第二电极51形成压力感应检测传感器，电容触控层6与第二电极51复用为同一膜层，第二电极51作为电容触控层6可以检测触摸位置，提升触控敏感性。由于第二电极51需要同时作为压力感应检测传感器电极，也需要作为电容触控层6，因此需要在信号检测电路中设置分时复用电路，当检测电容信号时，关闭电阻信号检测电路；检测电阻信号时，关闭电容信号检测电路。

在另一种具体实施方式中，如图4所示，图4为本发明实施例提供的第二种压力传感器的立体结构示意图；在图4中，电容触控层6位于第二基板2背离压力敏感层4的一侧。

下面关于第二种压力传感器的制作过程结合附图进行如下说明：

参照图2a，在第一基板1上沉积第一电极层3，第一电极层3为透明电极，如图2b所示，第一电极层3包括多条沿第一方向延伸且沿第二方向排列的第一电极31，使用刻蚀等方法形成条形图案作为第一电极31。上述第一基板1材料采用柔性薄膜，例如PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸)，PI(Polyimide，聚酰亚胺)，PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)等，第一电极层3材料采用ITO(Indium TinOxides，氧化铟锡)，IZO等。

如图2c所示，在第一电极31上涂布压敏材料以形成压力敏感层4，如图5a所示，然后通过纳米压印等方式形成凸起结构41，凸起结构41阵列排布，且多个凸起结构41朝向第二基板2方向凸起。凸起结构41为柱状结构或半球状结构。同时由于凸起结构41的微结构设计，与第二电极51的接触电阻也发生变化，因此可以提升压感检测灵敏度及分辨率。

压力敏感层4的材料可以采用由碳纳米管、石墨烯、碳黑等混合形成的纳米材料，Mxene压敏材料(MXene材料是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料，其外形类似于片片相叠的薯片)等利于形成柔性压阻传感器的材料。

如图5b在第二基板2上沉积第二电极层5，第二电极层5为透明电极，并使用刻蚀等方法形成条形图案作为第二电极51，所述第二电极层5包括沿多条沿所述第二方向延伸且沿所述第一方向排列的第二电极51，也就是第一电极31与第二电极51方向互相垂直。

首先将图5b的第二基板2翻转，将第一基板1和第二基板2进行对位并封装在一起，如图5c所示，第一电极层3图案面朝上，也就是第一电极31朝上，第二电极层5的图案面朝下也就是第二电极51朝下。

如图5d所示，在第二电极51的上表面使用低温工艺沉积第三电极层21，第三电极层21为透明电极，然后通过刻蚀等工艺制作投射式电容触控层6，电容触控层6包括多个阵列排布的块状电极61。

第一电极31、压力敏感层4和第二电极51形成压力感应检测传感器，同时在第二基板2上表面形成电容触控层6，当有手指触摸屏幕时，电容触控层6感知并输出位置信息，当用触控笔或者手指等按压屏幕时，压力感应检测传感器检测到信号输出位置信息以及压力大小信息。

在另一种具体实施方式中，如图6所示，图6本发明实施例提供的第三种压力传感器的第一基板1的立体结构示意图；电容触控层6位于第二基板2背离压力敏感层4的一侧。

下面关于第三种压力传感器的制作过程结合附图进行如下说明：

参照图2a，在第一基板1上沉积第一电极层3，第一电极层3为透明电极，如图2b所示，第一电极层3包括多条沿第一方向延伸且沿第二方向排列的第一电极31，使用刻蚀等方法形成条形图案作为第一电极31。上述第一基板1材料采用柔性薄膜，例如PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸)，PI(Polyimide，聚酰亚胺)，PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)等，第一电极层3材料采用ITO(Indium TinOxides，氧化铟锡)，IZO等。

如图2c所示，在第一电极31上涂布压敏材料以形成压力敏感层4，如图2d所示，然后通过纳米压印等方式形成凸起结构41，凸起结构41阵列排布，且多个凸起结构41朝向第二基板2方向凸起。凸起结构41为柱状结构或半球状结构。同时由于凸起结构41的微结构设计，与第二电极51的接触电阻也发生变化，因此可以提升压感检测灵敏度及分辨率。如图6所示，具体地关于凸起结构41，若干个凸起结构41形成一组凸起列，任意相邻的两列凸起列之间形成有间隔区。

压力敏感层4的材料可以采用由碳纳米管、石墨烯、碳黑等混合形成的纳米材料，Mxene压敏材料(MXene材料是一类具有二维层状结构的金属碳化物和金属氮化物材料，其外形类似于片片相叠的薯片)等利于形成柔性压阻传感器的材料。

关于第二基板2的制作工艺如图5b在第二基板2上沉积第二电极层5，第二电极层5为透明电极，并使用刻蚀等方法形成条形图案作为第二电极51，所述第二电极层5包括沿多条沿所述第二方向延伸且沿所述第一方向排列的第二电极51，也就是第一电极31与第二电极51方向互相垂直。

首先将图5b的第二基板2翻转，将第一基板1和第二基板2进行对位并封装在一起，如图5c所示，第一电极层3图案面朝上，也就是第一电极31朝上，第二电极层5的图案面朝下也就是第二电极51朝下。

如图5d所示，在第二电极51的上表面使用低温工艺沉积第三电极层21，第三电极层21为透明电极，然后通过刻蚀等工艺制作投射式电容触控层6，电容触控层6包括多个阵列排布的块状电极61。

第一电极31、压力敏感层4和第二电极51形成压力感应检测传感器，同时在第二基板2上表面形成电容触控层6，当有手指触摸屏幕时，电容触控层6感知并输出位置信息，当用触控笔或者手指等按压屏幕时，压力感应检测传感器检测到信号输出位置信息以及压力大小信息。

当然，本发明实施例提供的第一基板1和第二基板2均为柔性基板。具体地第一基板1和第二基板2均采用柔性透明膜材，例如PET(Polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸)，PI(Polyimide，聚酰亚胺)，PDMS(Polydimethylsiloxane，聚二甲基硅氧烷)等。

为了保证显示装置中的发光结构9的显示效果，并不会对光线有所干扰，第一电极31和第二电极51均设置为透明的条形电极。具体地第一电极31、第二电极51以及第三电极的材料采用ITO(Indium Tin Oxides，氧化铟锡)，IZO等。

第二方面，本发明提供一种显示装置，包括显示面板，以及位于所述显示面板出光侧的如第一方面任一项所述的压力传感器。将封装好的压力传感器与显示面板贴合，显示面板可以采用LCD(Liquid Crystal Display，液晶)显示面板，OLED(Organic Light-Emitting Diode，有机发光二极管)显示面板。

如图7所示，显示面板包括：衬底基板7；

像素界定层8，所述像素界定层8位于所述衬底基板7的一侧，所述像素界定层8具有多个开口；

发光结构9，所述发光结构9位于所述开口内。

可选地，所述压力传感器的凸起结构41在所述衬底基板7上的正投影与所述发光结构9在所述衬底基板7上的正投影不重合。避免从发光结构9发出的光线的透过率降低。

第三方面，本发明提供一种如第一方面任一项所述的压力传感器的制备方法包括：

在第一基板1上形成第一电极层3和压力敏感层4；

在第二基板2上形成第二电极层5和电容触控层6；

将所述第一基板1具有所述压力敏感层4的一侧和所述第二基板2具有所述第二电极层5的一侧对盒，形成所述压力传感器。

显然，本领域的技术人员可以对本发明实施例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：

相对设置的第一基板和第二基板；

第一电极层，所述第一电极层设置在所述第一基板朝向所述第二基板的一侧；

压力敏感层，所述压力敏感层设置在所述第一电极层朝向所述第二基板的一侧；

第二电极层，所述第二电极层设置在所述第二基板朝向所述第一基板的一侧；

电容触控层，所述电容触控层位于所述压力敏感层背离所述第一基板的一侧。

2.根据权利要求1所述的压力传感器，其特征在于，所述电容触控层位于所述第二基板朝向所述压力敏感层一侧，且与所述第二电极复用为同一膜层。

3.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述第一电极层包括多条沿第一方向延伸且沿第二方向排列的第一电极；

所述电容触控层包括多个阵列排布的块状电极。

4.根据权利要求2所述的压力传感器，其特征在于，所述电容触控层位于所述第二基板背离所述压力敏感层的一侧。

5.根据权利要求4所述的压力传感器，其特征在于，所述第一电极层包括多条沿第一方向延伸且沿第二方向排列的第一电极；

所述第二电极层包括沿多条沿所述第二方向延伸且沿所述第一方向排列的第二电极。

6.根据权利要求1-5任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述压力敏感层包括阵列排布且朝向所述第二基板方向凸起的多个凸起结构。

7.根据权利要求6所述的压力传感器，其特征在于，所述凸起结构为柱状结构或半球状结构。

8.根据权利要求1-5任一项所述的压力传感器，其特征在于，所述第一基板和所述第二基板均为柔性基板。

9.一种显示装置，其特征在于，包括显示面板，以及位于所述显示面板出光侧的如权利要求1-8任一项所述的压力传感器。

10.根据权利要求9所述的显示装置，其特征在于，所述显示面板包括：

衬底基板；

像素界定层，所述像素界定层位于所述衬底基板的一侧，所述像素界定层具有多个开口；

发光结构，所述发光结构位于所述开口内。

11.根据权利要求10所述的显示装置，其特征在于，所述压力传感器的凸起结构在所述衬底基板上的正投影与所述发光结构在所述衬底基板上的正投影不重合。

12.一种如权利要求1-8任一项所述的压力传感器的制备方法，其特征在于，包括：

在第一基板上形成第一电极层和压力敏感层；

在第二基板上形成第二电极层和电容触控层；

将所述第一基板具有所述压力敏感层的一侧和所述第二基板具有所述第二电极层的一侧对盒，形成所述压力传感器。

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