CN115877973A - 一种曲面电子触控装置的制作方法及曲面电子触控装置 - Google Patents

Abstract

本发明提供了一种曲面电子触控装置的制作方法及曲面电子触控装置。所述制作方法包括如下步骤：提供曲面壳体；在所述曲面壳体的朝向外部环境的外表面形成柔性电极层；在所述柔性电极层上形成柔性压敏层；在所述柔性压敏层上形成柔性保护层，以在所述曲面壳体的外表面形成超薄柔性压力传感器，所述超薄柔性压力传感器包括所述柔性电极层、柔性压敏层和所述柔性保护层，所述超薄柔性压力传感器的厚度为微米级别。本发明方案可以减小柔性压力传感器的厚度直至与曲面壳体之间无异物感。

Description

一种曲面电子触控装置的制作方法及曲面电子触控装置

技术领域

本发明涉及电子触控技术领域，尤其涉及一种曲面电子触控装置的制作方法及曲面电子触控装置。

背景技术

目前用于曲面的柔性压力传感器通常是通过双面胶的方式粘贴于壳体内侧，然后通过设置硅胶块作为顶针来挤压传感器，使得壳体在受压后发生形变，内部的传感器与硅胶块发生相对运动，造成传感器挤压，从而感知按压动作。此种方式具有三大问题：一是装配的间隙很难保证，采用胶贴的方案，有的间隙大有的间隙小，对应的触发压力则忽大忽小，造成产品一致性不高；二是传感器和硅胶块都需要使用双面胶贴合，整体厚度较厚，这就意味着壳体内部需要的空间要大，造成了整体产品厚度偏厚；三是整体厚度较厚带来的产品的凹凸感，用户体验较差。

发明内容

本发明的一个目的在于在减小柔性压力传感器的厚度直至与曲面壳体之间无异物感。

本发明的一个进一步的目的在于在减小柔性压力传感器的厚度直至与曲面壳体之间无异物感的同时保证柔性压力传感器的压力检测灵敏度。

特别地，本发明提供了一种曲面电子触控装置的制作方法，包括如下步骤：

提供曲面壳体；

在所述曲面壳体的朝向外部环境的外表面形成柔性电极层；

在所述柔性电极层上形成柔性压敏层；

在所述柔性压敏层上形成柔性保护层，以在所述曲面壳体的外表面形成超薄柔性压力传感器，所述超薄柔性压力传感器包括所述柔性电极层、柔性压敏层和所述柔性保护层，所述超薄柔性压力传感器的厚度为微米级别。

可选地，所述提供曲面壳体之后、所述在所述曲面壳体的朝向外部环境的外表面形成柔性电极层之前，还包括如下步骤：对所述曲面壳体进行亲水处理。

可选地，所述对所述曲面壳体进行亲水处理，包括如下步骤：

对所述曲面壳体表面进行表面清洗；

对表面清洗后的所述曲面壳体进行紫外光照射，以通过紫外光打断所述曲面壳体表面的聚合物链，使得所述曲面壳体表面产生亲水基团。

可选地，所述在所述曲面壳体的朝向外部环境的外表面形成柔性电极层的步骤中，利用喷涂、喷墨打印或激光刻写的方式将电极材料固化在所述曲面壳体的所述外表面。

可选地，所述在所述柔性电极层上形成柔性压敏层的步骤中，所述柔性压敏层内具有多孔结构，所述多孔结构中孔的尺寸为微米级尺寸。

可选地，所述柔性压敏层中靠近边缘的孔的尺寸相比于靠近中心的尺寸大，以使得所述柔性压敏层在第一压力值下外侧变形大，在大于所述第一压力值的第二压力值下内侧变形大。

可选地，所述柔性压敏层按照如下方法制备获得：

将未固化的压敏材料浸置在水中，以通过相交换的方式，用水将所述压敏材料内的有机溶剂交换出，使其呈现出半固化状态；

对半固化状态的压敏材料进行加热，以蒸发出水分，从而获得所述柔性压敏层。

可选地，所述柔性压敏层包括导电纳米材料、有机溶剂和聚合物材料；

所述导电纳米材料为碳纳米管、石墨烯、碳颗粒和导电金属粉末的一种或者几种；

所述有机溶剂是甲苯、乙二醇、乙酸乙酯的一种或者几种；

所述聚合物材料为硅胶、聚氨酯、离子凝胶的一种或者几种。

可选地，所述在所述柔性电极层上形成柔性压敏层的步骤中，利用喷涂或喷墨打印的方式将压敏材料固化在所述柔性电极层上。

可选地，所述柔性电极的厚度选择为范围在1μm-20μm中任一值；

可选地，所述柔性压敏层的厚度为15μm-50μm中任一值；

可选地，所述柔性保护层的厚度为1μm-20μm中任一值。

特别地，本发明还提供了一种曲面电子触控装置，利用如前述的制作方法制作而成。

现有技术中，需要将单独的柔性压力传感器通过粘贴的方式粘贴在壳体内侧，再设置硅胶块作为顶针来挤压传感器，而本申请中通过将柔性压力传感器直接制作在曲面壳体的外表面，从而无需使用单独的柔性传感器和硅胶块，也无需使用双面胶贴合，从而极大减小曲面电子触控装置的整体厚度，并且本申请中柔性压力传感器的厚度为微米级别，是超薄的，由此可以避免厚度较厚带来的凹凸感以及异物感问题。并且，柔性压力传感器直接形成在曲面壳体外表面，外界压力可以直接作用在该柔性压力传感器，无需通过硅胶块传递，从而避免由于中间传递结构带来的测量误差和装配误差。此外，由于现有技术中需要硅胶块安装在柔性压力传感器和曲面壳体之间，需要预留安装硅胶块的空间，但是安装空间又不适宜较大，因此装配难度大，本申请如此设置也避免了出现装配难度大的问题。

进一步地，通过对曲面壳体进行亲水处理，从而可以让电极在曲面壳体上稳定存在，避免电极从曲面壳体上脱落。更进一步地，由于柔性压力传感器是超薄的，其尺寸控制在微米级别，从而可能会导致压敏层可变形的能力变弱，进而导致灵敏度下降，为了同时解决触摸上的凹凸感以及压敏层灵敏度下降的问题，本申请在压敏层内部构建多孔结构，让薄薄的压敏层内部充满微米级的孔洞，这样压敏层受压后孔洞挤压，则会带来整体较大的形变，电阻变化较大，传感器灵敏度较高。

根据下文结合附图对本发明具体实施例的详细描述，本领域技术人员将会更加明了本发明的上述以及其他目的、优点和特征。

附图说明

后文将参照附图以示例性而非限制性的方式详细描述本发明的一些具体实施例。附图中相同的附图标记标示了相同或类似的部件或部分。本领域技术人员应该理解，这些附图未必是按比例绘制的。附图中：

图1示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置的制作方法的示意性流程图；

图2示出了根据本发明一个实施例的柔性压敏层的扫描电子显微镜截面图；

图3示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置的示意性结构图；

图4示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置的另一示意性结构图；

图5示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置在碰撞监测上应用的装配图；

图6示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置在触控检测上应用的装配图；

图7示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置在相同按压力度不同频率压力下的电阻随时间的变化曲线图；

图8示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置在不同压力下的电阻变化量随时间的变化曲线图；

图9示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置在不同压力下连续五次按压对应的电阻变化量随时间的变化曲线图；

图中：1-曲面壳体，11-通孔，12-导电层，2-柔性电极层，3-柔性压敏层，4-柔性保护层，5-电极材料层。

具体实施方式

以下通过特定的具体实例说明本申请的实施方式，本领域技术人员可由本说明书所揭露的内容轻易地了解本申请的其他优点与功效。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。本申请还可以通过另外不同的具体实施方式加以实施或应用，本说明书中的各项细节也可以基于不同观点与应用，在没有背离本申请的精神下进行各种修饰或改变。需说明的是，在不冲突的情况下，以下实施例及实施例中的特征可以相互组合。基于本申请中的实施例，本领域普通技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

还需要说明的是，以下实施例中所提供的图示仅以示意方式说明本申请的基本构想，图式中仅显示与本申请中有关的结构而非按照实际实施时的结构数目、形状及尺寸绘制，其实际实施时各结构的型态、数量及比例可为一种随意的改变，且其结构布局型态也可能更为复杂。

另外，在以下描述中，提供具体细节是为了便于透彻理解实例。然而，所属领域的技术人员将理解，可在没有这些特定细节的情况下实践所述方面。

以下以具体实施例来详细说明：

实施例一：

图1示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置的制作方法的示意性流程图。图2示出了根据本发明一个实施例的柔性压敏层3的扫描电子显微镜截面图。如图1和图2所示，该制作方法包括：

步骤S100，提供曲面壳体1；

步骤S200，在曲面壳体1的朝向外部环境的外表面形成柔性电极层2；

步骤S300，在柔性电极层2上形成柔性压敏层3；

步骤S400，在柔性压敏层3上形成柔性保护层4，以在曲面壳体1的外表面形成超薄柔性压力传感器，超薄柔性压力传感器包括柔性电极层2、柔性压敏层3和柔性保护层4，超薄柔性压力传感器的厚度为微米级别。

现有技术中，需要将单独的柔性压力传感器通过粘贴的方式粘贴在壳体内侧，再设置硅胶块作为顶针来挤压传感器，而本申请中通过将柔性压力传感器直接制作在曲面壳体1的外表面，从而无需使用单独的柔性传感器和硅胶块，也无需使用双面胶贴合，从而极大减小曲面电子触控装置的整体厚度，并且本申请中柔性压力传感器的厚度为微米级别，是超薄的，由此可以避免厚度较厚带来的凹凸感以及异物感问题。并且，柔性压力传感器直接形成在曲面壳体1外表面，外界压力可以直接作用在该柔性压力传感器，无需通过硅胶块传递，从而避免由于中间传递结构带来的测量误差和装配误差。此外，由于现有技术中需要硅胶块安装在柔性压力传感器和曲面壳体1之间，需要预留安装硅胶块的空间，但是安装空间又不适宜较大，因此装配难度大，本申请如此设置也避免了出现装配难度大的问题。

该步骤S100中，曲面壳体1可以是根据需要选择的曲面型壳体，例如，当应用至扫地机器人上时，该曲面壳体1为扫地机器人的外壳。当应用至蓝牙耳机上时，该曲面壳体1为蓝牙耳机的外壳。该曲面壳体1上开设有至少两个通孔11以及与至少两个通孔11对应的且形成在通孔11内的至少两个导电层12，在曲面壳体1内侧形成有与至少两个导电层12电连接的电极材料层，该电极材料层与设置在曲面壳体1内的电路结构电连接。超薄柔性压力传感器的电信号通过柔性电极材料层、至少两个导电层12以及电极材料层传递至电路结构，从而实现电信号的采集。

在步骤S100和步骤S200之间，还包括对曲面壳体1进行亲水处理的步骤。对曲面壳体1进行亲水处理，包括如下步骤：对曲面壳体1表面进行表面清洗；对表面清洗后的曲面壳体1进行紫外光照射，以通过紫外光打断曲面壳体1表面的聚合物链，使得曲面壳体1表面产生亲水基团。在对曲面壳体1表面进行表面清洗的步骤中，可以是使用乙醇、纯净水分别超声清洗10分钟，除去表面油脂和灰尘，当然也并不限于该表面清洗方法。对表面清洗后的曲面壳体1进行紫外光照射之前还需要用氮气吹干曲面壳体1。进行紫外光照射时可以利用紫外固化机照射0.5-2h。可以理解的是，该曲面壳体1的外表面当然是高分子材质，才可以是利用紫外光打断曲面壳体1表面的聚合物链。通过对曲面壳体1进行亲水处理，从而可以让电极在曲面壳体1上稳定存在，避免电极从曲面壳体1上脱落。

该步骤S200中，该柔性电极层2是利用喷涂或喷墨打印的方式固化在曲面壳体1的外表面。该柔性电极层2的形状为图案化电极形状，例如插指形状，插指形状可以是任意贴合曲面壳体1的形状，其中，插指宽度为例如可以为100μm、200μm、300μm、400μm或500μm，也可以为范围在100-500μm中任一其他值，插指形状的插指间隔可以为50μm、100μm、200μm、300μm、400μm或500μm，也可以为范围在50-500μm中任一其他值。

该柔性电极层2的材料为导电银浆、导电碳浆、导电聚合物的一种或多种。该柔性电极层2的材料是通过喷墨打印、掩膜喷涂、激光刻写方式中的一种形成图案化电极形状至曲面壳体1的外表面。该柔性电极层2的厚度选择为1μm、5μm、10μm、15μm、20μm或25μm，也可以为范围在1μm-25μm中任一其他值。

该步骤S300中，该柔性压敏层3为薄膜结构，其厚度例如可以为15μm、20μm、25μm、35μm、40μm、45μm或50μm，也可以为15μm-50μm中任一其他值。该柔性压敏层3的材料包括聚合物材料、有机溶剂和导电纳米材料，其中，导电纳米材料的质量比例如可以为5-15％中任一值，例如5％、10％或15％。有机溶剂的质量比例如可以为5-10％中的任一值，例如5％、8％或10％。聚合物材料的质量比例如可以为75-90％中任一值，例如75％、80％或90％。该聚合物材料包括硅胶、聚氨酯、离子凝胶的一种或者几种。该有机溶剂是甲苯、乙二醇、乙酸乙酯的一种或者几种。导电纳米材料包括碳纳米管、石墨烯、碳颗粒和导电金属粉末的一种或者几种。柔性压敏层3通过喷墨打印或者喷涂的方式形成至柔性电极的上表面并固化成膜。

该柔性压敏层3由于厚度太薄，可能会带来可变形能力差，从而导致灵敏度低的问题，为了解决该问题，本申请在柔性压敏层3内部构建多孔结构，让薄薄的压敏层内部充满微米级的孔洞，这样压敏层受压后孔洞挤压，则会带来整体较大的形变，电阻变化才会大，传感器灵敏度才会高。

在一个实施例中，利用如下方法在柔性压敏层3内部构建多孔结构：将未固化的压敏材料浸置在水中，以通过相交换的方式，用水将压敏材料内的有机溶剂交换出，使其呈现出半固化状态；对半固化状态的压敏材料进行加热，以蒸发出水分，从而获得柔性压敏层3。

未固化的压敏材料是通过以下方式形成的：将聚合物材料、有机溶剂和导电纳米材料混合均匀后通过喷墨打印或者喷涂的方式形成至柔性电极的上表面。该压敏材料即为前述柔性压敏层3材料。如图2所示，该柔性压敏层3的整体厚度约50μm，由于水与溶剂的相交换，柔性敏感层内部形成10μm以下的孔洞结构，且柔性压敏层3中靠近边缘的孔的尺寸相比于靠近中心的尺寸大，以使得柔性压敏层3在第一压力值下外侧变形大，在大于第一压力值的第二压力值下内侧变形大。也就是说，柔性压敏层3内的孔，靠近外侧的孔相比于内侧的孔更大。对半固化状态的压敏材料进行加热的步骤中，加热温度可以为80-120℃中任一值，例如可以为80℃、90℃、100℃、110℃或120℃。

在步骤S400中，该柔性保护层4形成在柔性压敏层3上。该柔性保护层4通过喷涂的方式涂覆至柔性压敏层3的上表面，起到保护作用。该柔性保护层4的厚度例如可以为1μm、5μm、10μm、15μm或20μm，也可以为1μm-20μm中任一其他值。该柔性保护层4的材料为橡胶、三防漆、绝缘漆和铁氟龙的一种或多种。

特别地，本发明提供了一种曲面电子触控装置，利用前述的制作方法制作而成。如图3和图4所示，该曲面电子触控装置包括曲面壳体1和形成在曲面壳体1上的超薄柔性压力传感器。该超薄柔性压力传感器包括柔性电极层2、柔性压敏层3和柔性保护层4。柔性电极层2形成在在曲面壳体1的朝向外部环境的外表面。柔性压敏层3形成在柔性电极层2上。柔性保护层4形成在柔性压敏层3上。超薄柔性压力传感器的厚度为微米级别。在曲面壳体1的内表面形成有与电路结构(例如电路板结构)连接的电极材料层，且在曲面壳体1上开设有至少两个通孔11，该至少两个通孔11内均设置有导电层12，以通过导电层12与电极材料层连接。

该曲面电子触控装置设置成，在超薄柔性压力传感器受到外界压力时发生变形，使得柔性压敏层3识别出压力信号，并将压力信号通过柔性电极层2以及电极材料层传递至电路结构。在曲面壳体1上开设至少两个通孔11，可以将超薄柔性压力传感器的电信号传递至电路结构，避免了复杂的走线，提高了产品的组装效率。并且，外界压力直接与超薄柔性压力传感器接触，避免中间传递结构来带的测量误差和装配误差，极大降低了产品的装配难度。同时，更重要的是，超薄柔性压力传感器直接形成在曲面壳体1的外表面，避免了柔性基底和粘贴剂的引入，从根本上减小了柔性压力传感器的厚度，为曲面产品的设计提供了更大的空间。

图5示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置在碰撞监测上应用的装配图。如图5所示，该曲面电子触控装置的曲面壳体1可以为圆弧形扫地机器人的外壳。图6示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置在触控检测上应用的装配图。如图6所示，该曲面电子触控装置的曲面壳体1可以为圆弧形蓝牙耳机的外壳。当曲面壳体1上的超薄柔性压力传感器受到碰撞挤压后会产生一个较大的电阻变化信号，此电信号将由电路板采集，实现碰撞方位和力度的识别。

图7示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置在相同按压力度不同频率压力下的电阻随时间的变化曲线图。如图7所示，传感器在0.5N的按压力度下电阻变化为160KΩ，具有明显的电阻变化，而且电阻数值变化不受按压频率影响，体现了本发明传感器的高灵敏度和快速响应速度。

图8示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置在不同压力下的电阻变化量随时间的变化曲线图。如图8所示，曲面电子触控装置在不同压力下电阻变化量不同，而且区别度较大，说明曲面电子触控装置中柔性压力传感器可以用于不同按压压力的识别。

图9示出了根据本发明一个实施例的曲面电子触控装置在不同压力下连续五次按压对应的电阻变化量随时间的变化曲线图。如图9所示，曲面电子触控装置在660Pa、780Pa和820Pa的不同压力下，电阻变化率分别达到15％、30％和45％，说明了曲面电子触控装置可以分辨不同的按压力大小。此外，在相同压力的重复按压下，曲面电子触控装置的电阻变化一致，每一次按压对应一个脉冲峰，系统可以通过识别脉冲峰的个数来识别按压次数，完成人机交互控制。因此，该曲面电子触控装置不仅可以识别压力的压力大小，而且还可以通过识别按压次数进行人机交互的控制。

实施例二：

该实施例二与实施例一的区别在于，该曲面电子触控装置的制作方法中重复执行步骤S200至步骤S400，以在所述曲面壳体1的外部制备获得阵列式的超薄柔性压力传感器。任意一个超薄柔性压力传感器受压后均会产生一个较大的电阻变化信号，此电信号将由电路结构采集。

至此，本领域技术人员应认识到，虽然本文已详尽示出和描述了本发明的多个示例性实施例，但是，在不脱离本发明精神和范围的情况下，仍可根据本发明公开的内容直接确定或推导出符合本发明常用理的许多其他变型或修改。因此，本发明的范围应被理解和认定为覆盖了所有这些其他变型或修改。

Claims (10)

1.一种曲面电子触控装置的制作方法，其特征在于，包括如下步骤：

提供曲面壳体；

在所述曲面壳体的朝向外部环境的外表面形成柔性电极层；

在所述柔性电极层上形成柔性压敏层；

在所述柔性压敏层上形成柔性保护层，以在所述曲面壳体的外表面形成超薄柔性压力传感器，所述超薄柔性压力传感器包括所述柔性电极层、柔性压敏层和所述柔性保护层，所述超薄柔性压力传感器的厚度为微米级别。

2.根据权利要求1所述的制作方法，其特征在于，所述提供曲面壳体之后、所述在所述曲面壳体的朝向外部环境的外表面形成柔性电极层之前，还包括如下步骤：对所述曲面壳体进行亲水处理。

3.根据权利要求2所述的制作方法，其特征在于，所述对所述曲面壳体进行亲水处理，包括如下步骤：

对所述曲面壳体表面进行表面清洗；

对表面清洗后的所述曲面壳体进行紫外光照射，以通过紫外光打断所述曲面壳体表面的聚合物链，使得所述曲面壳体表面产生亲水基团。

4.根据权利要求1-3中任一项所述的制作方法，其特征在于，所述在所述曲面壳体的朝向外部环境的外表面形成柔性电极层的步骤中，利用喷涂、喷墨打印或激光刻写的方式将电极材料固化在所述曲面壳体的所述外表面。

5.根据权利要求1-3中任一项所述的制作方法，其特征在于，所述在所述柔性电极层上形成柔性压敏层的步骤中，所述柔性压敏层内具有多孔结构，所述多孔结构中孔的尺寸为微米级尺寸。

6.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述柔性压敏层中靠近边缘的孔的尺寸相比于靠近中心的尺寸大，以使得所述柔性压敏层在第一压力值下外侧变形大，在大于所述第一压力值的第二压力值下内侧变形大。

7.根据权利要求5所述的制作方法，其特征在于，所述柔性压敏层按照如下方法制备获得：

将未固化的压敏材料浸置在水中，以通过相交换的方式，用水将所述压敏材料内的有机溶剂交换出，使其呈现出半固化状态；

对半固化状态的压敏材料进行加热，以蒸发出水分，从而获得所述柔性压敏层。

8.根据权利要求1-3、6-7中任一项所述的制作方法，其特征在于，所述柔性压敏层的材料包括导电纳米材料、有机溶剂和聚合物材料；

所述导电纳米材料为碳纳米管、石墨烯、碳颗粒和导电金属粉末的一种或者几种；

所述有机溶剂是甲苯、乙二醇、乙酸乙酯的一种或者几种；

所述聚合物材料为硅胶、聚氨酯、离子凝胶的一种或者几种。

9.根据权利要求1-3、6-7中任一项所述的制作方法，其特征在于，所述在所述柔性电极层上形成柔性压敏层的步骤中，利用喷涂或喷墨打印的方式将压敏材料固化在所述柔性电极层上；

可选地，所述柔性电极的厚度选择为范围在1μm-20μm中任一值；

可选地，所述柔性压敏层的厚度为15μm-50μm中任一值；

可选地，所述柔性保护层的厚度为1μm-20μm中任一值。

10.一种曲面电子触控装置，其特征在于，利用如权利要求1-9中任一项所述的制作方法制作而成。

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