CN202904527U - 曲面柔性压力感应式电子白板 - Google Patents

Abstract

一种曲面柔性压力感应式电子白板，属于电子触摸屏技术领域。包括曲面背板、柔性压力感应式传感器和白板检测电路，柔性压力感应式传感器安装在曲面背板在使用状态下朝向外的一侧，且与白板检测电路电连接，白板检测电路设置在曲面背板的边缘部位，柔性压力感应式传感器包括第一、第二柔性感应片、过渡层和荧光层，第一柔性感应片和第二柔性感应片与白板检测电路电气连接，过渡层位于第一、第二柔性感应片之间且将第一、第二柔性感应片构为一体，荧光层结合在第一柔性感应片背对第二柔性感应片的一侧或者结合在第二柔性感应片背对第一柔性感应片的一侧。优点：具有良好的柔性和恢复性，结合到曲面背板上能满足交互式2D、3D全景展示要求。

Description

曲面柔性压力感应式电子白板

技术领域

本实用新型属于电子触摸屏技术领域，具体涉及一种曲面柔性压力感应式电子白板。

背景技术

近年来，交互式电子白板产业获得了较快的发展，以普教应用和商务演示为主的教育和商用两大应用市场逐步成熟。交互式电子白板是计算机技术与电子白板相结合的产物，它汇集了微电子技术、计算机技术和电子通信技术，通过投影机和摄像头等设备的支持，同时与计算机连接，由软件进行控制。交互式电子白板的原理是通过人体，如手指等输入信息传送至计算机，由计算机计算输入的具体位置及操作方式并且利用投影仪在电子白板屏幕上进行互动式投影，从而满足教学、商务会议等演示需求。就实现方式而言，现有的电子白板大致有以下几种方式：如红外式、电磁感应式、压力感应式、超声波式和CCD式。

上述诸方式各有相应的特点和优势，但主要由电磁感应式和压力感应式占主导地位。这种感应式电子白板大多为硬质平板结构，应用形式只集中在2D（二维）平板的操作上，对于3D（三维）如曲面、球面的显示操作尚未涉及，对此可以由授权公告号CN201477756U公开的“交互式电子白板”印证。

出于对全景展示、3D展示等的应用需求，研发一种广泛用于2D、3D全景展示的交互式曲面柔性电子白板成为一个重要的研究方向

为此，本申请人作了有益的探索，对已有技术中的柔性压力感应式电子白板作了改进，下面将要介绍的技术方案便是在这种背景下产生的。

发明内容

本实用新型的任务在于提供一种有助于满足交互式2D、3D全景展示要求的曲面柔性压力感应式电子白板。

本实用新型的任务是这样来完成的，一种曲面柔性压力感应式电子白板，包括曲面背板、柔性压力感应式传感器和白板检测电路，柔性压力感应式传感器安装在曲面背板在使用状态下朝向外的一侧，并且与白板检测电路电连接，白板检测电路设置在曲面背板的边缘部位，所述的柔性压力感应式传感器包括第一、第二柔性感应片、过渡层和荧光层，第一柔性感应片和第二柔性感应片均与所述的白板检测电路电气连接，过渡层位于第一、第二柔性感应片之间并且将第一、第二柔性感应片彼此结合为一体，荧光层结合在第一柔性感应片背对第二柔性感应片的一侧或者结合在第二柔性感应片背对第一柔性感应片的一侧。

在本实用新型的一个具体的实施例中，所述的第一柔性感应片包括第一柔性衬底层、第一电极线、第一导电力敏油墨层和第一绝缘网格层，第一绝缘网格层位于第一导电力敏油墨层与所述的过渡层之间，第一电极线位于第一柔性衬底层与第一导电力敏油墨层之间，并且与所述的白板检测电路电连接；所述的第二柔性感应片包括第二柔性衬底层、第二电极线、第二导电力敏油墨层和第二绝缘网格层，第二绝缘网格层位于所述过渡层与第二导电力敏油墨层之间，第二电极线位于第二柔性衬底层与第二导电力敏油墨层之间，并且与所述白板检测电路电连接，其中：当所述的第一电极线为行电极线时，则所述的第二电极线为列电极线，而当所述的第一电极线为列电极线时，则所述的第二电极线为行电极线，所述的荧光层结合在第一柔性衬底层背对所述第一电极线的一侧表面或者结合在所述第二柔性衬底层背对所述第二电极线的一侧表面。

在本实用新型的另一个具体的实施例中，所述的过渡层为粘合剂层，所述的第一柔性衬底层和第二柔性衬底层为经过电晕处理的聚对苯二甲酸二乙醇酯薄膜，所述电晕的电晕值为42-46mN/m。

在本实用新型的又一个具体的实施例中，在所述第一柔性衬底层的长度方向的一侧居中部位延伸有一第一电极接口，而在宽度方向的一侧居中部位延伸有一第二电极接口；在所述的第二柔性衬底层的长度方向的一侧并且在对应于第一电极接口的位置延伸有一第三电极接口，而在宽度方向的一侧并且在对应于所述第二电极接口的位置延伸有一第四电极接口；所述第一电极线引至所述第一电极接口，而所述第二电极线引至所述第四电极接口，其中：第一、第三电极接口彼此配合，并且在该第一、第三电极接口的配合部位以插拔方式配设有一第一电极连接器，而第二、第四电极接口彼此配合，并且在该第二、第四电极接口的配合部位以插拔方式配设有一第二电极连接器，第一、第二电极连接器均通过线路与所述的白板检测电路电连接。

在本实用新型的再一个具体的实施例中，所述第一导电力敏油墨层和第二导电力敏油墨层由油墨溶剂、油墨粘合剂和导电纳米粒子构成，油墨溶剂与油墨粘合剂的质量比为1.5～6∶1，油墨粘合剂与导电纳米粒子的质量比为5～15∶1

在本实用新型的还有一个具体的实施例中，所述的油墨溶剂为2-丁酮、乙二醇醚和四氢呋喃中的一种或以上的组合，所述油墨粘合剂为聚丙烯粘合剂、天然橡胶粘合剂、人造橡胶粘合剂、环氧树脂粘合剂和硅橡胶粘合剂中的一种或以上的组合；所述导电纳米粒子为直径1～1000nm的碳粉、石墨烯、碳纳米管中的一种或以上的组合。

在本实用新型的更而一个具体的实施例中，所述的第一电极线和第二电极线均为电阻率为1 × 10 ^-4 Ω·cm并且厚度为4～10μm而宽度为0.3mm的银电极线。

在本实用新型的进而一个具体的实施例，所述的第一绝缘网格层和第二绝缘网格层为电极图案层，其厚度为4～10μm，网格的目数为300目或350目。

在本实用新型的又更而一个具体的实施例中，所述的白板检测电路包括电源电路、驱动电路、电压采集电路、唤醒电路和微控制器(MCU)，微控制器(MCU)与电源电路、驱动电路、电压采集电路以及唤醒电路连接，电源电路与驱动电路、电压采集电路、唤醒电路以及微控制器（MCU）连接,供电给各个电路，驱动电路与柔性压力感应式传感器连接，电压采集电路与柔性压力感应式传感器以及唤醒电路连接。

在本实用新型的又进而一个具体的实施例中，所述的过渡层位于所述第一绝缘网格层和第二绝缘网格层的四周边缘部位。

本实用新型所提供的技术方案，由于采用了由第一、第二柔性感应片构成的柔性压力感应式传感器，因而具有良好的柔性和恢复性，结合到曲面背板上能满足交互式2D、3D全景展示要求。

附图说明

图1为本实用新型的整体结构示意图。

图2为本实用新型的柔性压力感应式传感器的剖面图。

图3为本实用新型的柔性压力感应式传感器的结构分解图。

图4a为图2所示的第一柔性感应片的第一电极线的示意图。

图4b为图2所示的第二柔性感应片的第二电极线的示意图。

图5为本实用新型的柔性压力感应式传感器的感应原理图。

图6为四线电阻测量原理图。

图7为本实用新型的白板检测电路的结构框图。

图8为本实用新型的电压采集的原理框图。

具体实施方式

    为了使公众能充分了解本实用新型的技术实质和有益效果，申请人将在下面结合附图对本实用新型的具体实施方式详细描述，但申请人对实施例的描述不是对技术方案的限制，任何依据本实用新型构思作形式而非实质的变化都应当视为本实用新型的保护范围。

    实施例1：

请参阅图1，一种曲面柔性压力感应式电子白板，包括曲面背板1、柔性压力感应式传感器2和白板检测电路3。所述柔性压力感应式传感器2安装在曲面背板1在使用状态下朝向外的一侧，并且通过第一电极连接器4和第二电极连接器5以及导线6与白板检测电路3电连接，白板检测电路3设置在曲面背板1的边缘部位。

请参阅图2并结合图3，前述的柔性压力感应式传感器2包括第一、第二柔性感应片21、22、过渡层23和荧光层24，第一柔性感应片21包括第一柔性衬底层211、第一电极线212、第一导电力敏油墨层213和第一绝缘网格层214，第一绝缘网格层214位于第一导电力敏油墨层213与所述的过渡层23之间，第一电极线212位于第一柔性衬底层211与第一导电力敏油墨层213之间即敷设在第一柔性衬底层211上，并且与前述的白板检测电路3电气连接；第二柔性感应片22包括第二柔性衬底层221、第二电极线222、第二导电力敏油墨层223和第二绝缘网格层224，第二绝缘网格层224位于过渡层23与第二导电力敏油墨层223之间，第二电极线222位于第二柔性衬底层221与第二导电力敏油墨层223之间，即敷设在第二柔性衬底层221上，并且与白板检测电路3电连接。

在本实施例中，前述的第一柔性衬底层211和第二柔性衬底层221为经过电晕处理的聚对苯二甲酸二乙醇酯薄膜，该薄膜具有透光性好、表面平整、光洁、拉伸强度高并且具有良好的恢复性等长处。前述电晕的电晕值为42mN/m（表面张力），经过电晕处理后，第一柔性衬底层211和第二柔性衬底层221对油墨的粘附力增强。前述第一导电力敏油墨层213和第二导电力敏油墨层223均由油墨溶剂、油墨粘合剂和导电纳米粒子构成，油墨溶剂与油墨粘合剂的质量比为1.5∶1，油墨粘合剂与导电纳米粒子的质量比为5∶1，油墨溶剂为2-丁酮，油墨粘合剂为聚丙烯粘合剂，所述导电纳米粒子为直径1nm的碳粉。前述的第一绝缘网格层214和第二绝缘网格层224利用丝网分别在第一导电力敏油墨层213和第二导电力敏油墨层223上印刷制成，采用的原料为绝缘油墨，印刷厚度为4μm。网格的目数为300目，目数的大小会影响柔性压力感应式传感器2的感应精度。在第一导电力敏油墨层213和第二导电力敏油墨层223之间设置第一绝缘网格层214和第二绝缘网格层224的目的是为了防止第一、第二导电力敏油墨层213、223之间因距离过近而造成接触短路，影响感应精度。所述的过渡层23为粘合剂层，位于所述第一绝缘网格层214和第二绝缘网格层224的四周边缘部位，由其将第一、第二柔性感应片21、22彼此结合为一体。荧光层24结合在第一柔性衬底层211背对所述第一电极引线层212的一侧表面，作为电子白板的正面。在本实施例中，荧光层24为白色亚光涂层，以增加表面投影效果，且书写省力，减少划痕。

请参阅图4a、4b并且继续结合图3，在前述第一柔性衬底层211的长度方向的一侧边缘的居中部位延伸有一第一电极接口2111，而在宽度方向的一侧边缘的居中部位延伸有一第二电极接口2112；在前述的第二柔性衬底层221的长度方向的一侧居中部位并且在对应于第一电极接口2111的位置延伸有一第三电极接口2211，而在宽度方向的一侧居中部位并且在对应于所述第二电极接口2112的位置延伸有一第四电极接口2212。前述的第一电极线212引至第一电极接口2111，而前述的第二电极线222引至第四电极接口2212。在本实施例中，如图4a所示，第一电极线212为行电极线；如图4b所示，第二电极线222为列电极线。第一、第二电极线212、222均为电阻率为1 × 10 ^-4 Ω·cm并且厚度为4μm而宽度为0.3mm的银电极线。第一、第三电极接口2111、2211彼此配合并共同插设于第一电极连接器4，使第一电极线212与第一电极连接器4电连接；而第二、第四电极接口2112、2212彼此配合并共同插设于第二电极连接器5，使第二电极线222与第二电极连接器5电连接，第一、第二电极连接器4、5均通过导线6与所述的白板检测电路3电连接。

请见图5，前述的柔性压力感应式传感器2的感应原理如图5所示，在无压力情况下，由于第一绝缘网格层214和第二绝缘网格层224的隔离，第一导电力敏油墨层213和第二导电力敏油墨层223互相不接触；当有压力施加到荧光层24上时，使第一柔性衬底211产生形变，第一导电力敏油墨层213和第二导电力敏油墨层223相接触，电路导通，此时根据四线电阻测量原理可将产生压力点的位置通过计算确定。

请见图6，前述四线电阻测量原理是：将第一导电力敏油墨层213和第二导电力敏油墨层223分别设为X电极和Y电极，第一电极线212对应图中的X+和X-，为X电极的正负引出端，第二电极线222对应图中的Y+和Y-，为Y电极的正负引出端，引出端X+、X-、Y+、Y-一共四条线。在X+施加一个驱动电压，X-接地，此时Y+上的电压即为电阻Rx+和电阻Rx-分压的结果。由于第一导电力敏油墨层213和第二导电力敏油墨层223分布均匀，所以电阻Rx+和电阻Rx-的值由压力所在的位置决定。这样，通过测量Y+上的电压即可算出压力点在Y电极上的坐标。同理，在Y+上施加一个驱动电压，Y-接地，此时X+上的电压即为电阻Ry+和电阻Ry-分压的结果，由此可求得压力点在X电极上的坐标。另外，在第一导电力敏油墨层213和第二导电力敏油墨层223相接触的触点上实际是有电阻存在的，即为图中的电阻Rtouch，压力越大，接触越充分，电阻Rtouch越小，通过测量该电阻的大小可以量化压力大小。

请参阅图7，所述的白板检测电路3包括电源电路31、驱动电路32、电压采集电路33、唤醒电路34和微控制器(MCU)35。微控制器(MCU)35通过USB接口连接到计算机，它是白板检测电路3的核心器件，分别与电源电路31、驱动电路32、电压采集电路33以及唤醒电路34连接，对各个电路进行智能控制。电源电路31与驱动电路32、电压采集电路33、唤醒电路34以及微控制器（MCU）35连接,供电给各个电路。驱动电路32与柔性压力感应式传感器2连接，由微控制器（MCU）35控制向柔性压力感应式传感器2提供驱动电压。电压采集电路33与柔性压力感应式传感器2连接，将从柔性压力感应式传感器2采集到的电压信号经微控制器（MCU）35传送给计算机，由计算机确定压力点位置；同时电压采集电路33还与唤醒电路34连接，将从柔性压力感应式传感器2采集到的电压信号传送给唤醒电路34。若长时间不对电子白板进行操作，柔性压力感应式传感器2不导通，唤醒电路34不工作，它通过微控制器(MCU)35发出控制信号给电源电路31，使整个电路进入休眠状态；当电子白板进入操作状态，柔性压力感应式传感器2导通，唤醒电路34开始工作，控制电源电路31唤醒整个电路进行工作。

下面，对本实用新型的具体的采集原理进行说明。请参阅图8，所述的驱动电路32包括数模转换器（DAC）321、第一电压跟随器（A1）322和行选通（MUX1）323；所述的电压采集电路33包括列选通（MUX2）331、第二电压跟随器（A2）332和模数转换器（ADC）333。首先由计算机控制微控制器（MCU）35 ,使得在驱动电路32的数模转换器（DAC）321的输出端产生一个驱动电压，经过第一电压跟随器（A1）322将驱动电压加到柔性压力感应式传感器2的行电极线上，在本实施例中是将驱动电压加到柔性压力感应式传感器2的第一电极线212上，通过控制行选通（MUX1）323的选择即可选通某一行，为该行施加驱动电压；再通过控制列选通（MUX2）331在列电极线即第二电极线222上选通某一列的采集电压，所述列采集电压经过第二电压跟随器（A2）332后，通过模数转换器（ADC）333传送给微控制器（MCU）35，微控制器（MCU）35与计算机连接，计算出压力点的位置。

实施例2：

将所述第一电极线212改为列电极线，并且引至所述第二电极接口2112，而将所述第二电极线222改为行电极线，并且引至所述第三电极接口2211。将所述的荧光层24改为结合在所述第二柔性衬底层221背对所述第二电极引线层222的一侧表面。将所述的第一柔性衬底层211和第二柔性衬底层221进行电晕处理的电晕值改为46mN/m。将所述第一导电力敏油墨层213和第二导电力敏油墨层223的原料中的油墨溶剂与油墨粘合剂的质量比改为2∶1，油墨粘合剂与导电纳米粒子的质量比改为15∶1。另外，所述的油墨溶剂改为2-丁酮和乙二醇醚的任意比例组合；所述油墨粘合剂改为聚丙烯粘合剂和天然橡胶粘合剂的任意比例组合；所述导电纳米粒子改为直径1000nm的碳粉。将所述的电极引线的厚度改为8μm。将印刷第一绝缘网格层214和第二绝缘网格层224所用丝网的目数改为350目，并将第一绝缘网格层214和第二绝缘网格层224的厚度改为10μm。其余均同对实施例1的描述。

实施例3：

将所述第一导电力敏油墨层213和第二导电力敏油墨层223的原料中的油墨溶剂与油墨粘合剂的质量比改为3∶1，油墨粘合剂与导电纳米粒子的质量比改为10∶1。另外，所述的油墨溶剂改为2-丁酮、乙二醇醚和四氢呋喃的组合；所述油墨粘合剂改为聚丙烯粘合剂、天然橡胶粘合剂和硅橡胶粘合剂的组合；所述导电纳米粒子改为直径500nm的碳粉和石墨烯的组合。将所述的电极引线的厚度改为10μm。将第一绝缘网格层214和第二绝缘网格层224的厚度改为8μm。其余均同对实施例1的描述。

实施例4：

将所述第一导电力敏油墨层213和第二导电力敏油墨层223的原料中的油墨溶剂与油墨粘合剂的质量比改为4∶1，油墨粘合剂与导电纳米粒子的质量比改为14∶1。另外，所述的油墨溶剂改为乙二醇醚和四氢呋喃的组合；所述油墨粘合剂改为聚丙烯粘合剂、人造橡胶粘合剂、环氧树脂粘合剂和硅橡胶粘合剂的组合；所述导电纳米粒子改为直径300nm的石墨烯和碳纳米管的组合。其余均同对实施例1的描述。

实施例5：

将所述第一导电力敏油墨层213和第二导电力敏油墨层223的原料中的油墨溶剂与油墨粘合剂的质量比改为5∶1，油墨粘合剂与导电纳米粒子的质量比改为8∶1。另外，所述的油墨溶剂改为乙二醇醚和四氢呋喃的组合；所述油墨粘合剂改为聚丙烯粘合剂、天然橡胶粘合剂、人造橡胶粘合剂、环氧树脂粘合剂和硅橡胶粘合剂的组合；所述导电纳米粒子改为直径800nm的碳粉、石墨烯和碳纳米管的组合。其余均同对实施例1的描述。

本实用新型中的柔性压力感应式传感器2具有柔性结构，可以轻松的卷起来，便于携带运输。需要使用电子白板时，只需将其贴附在曲面背板1上并连接相关电路即可，安装拆卸方便。另外，所述的电子白板通过与计算机相连，将计算机上的图像投影到电子白板上，经过校准和曲面补偿，配套专业的软件，可以直接在白板上实现各种交互式操作，从而实现交互式2D、3D全景展示。

Claims (8)

1.一种曲面柔性压力感应式电子白板，包括曲面背板(1)、柔性压力感应式传感器(2)和白板检测电路(3)，柔性压力感应式传感器(2)安装在曲面背板(1)在使用状态下朝向外的一侧，并且与白板检测电路(3)电连接，白板检测电路(3)设置在曲面背板(1)的边缘部位，其特征在于所述的柔性压力感应式传感器(2)包括第一、第二柔性感应片(21、22)、过渡层(23)和荧光层(24)，第一柔性感应片(21)和第二柔性感应片(22)均与所述的白板检测电路(3)电气连接，过渡层(23)位于第一、第二柔性感应片(21、22)之间并且将第一、第二柔性感应片(21、22)彼此结合为一体，荧光层(24)结合在第一柔性感应片(21)背对第二柔性感应片(22)的一侧或者结合在第二柔性感应片(22)背对第一柔性感应片(21)的一侧。

2.根据权利要求1所述的曲面柔性压力感应式电子白板，其特征在于所述的第一柔性感应片(21)包括第一柔性衬底层(211)、第一电极线(212)、第一导电力敏油墨层(213)和第一绝缘网格层(214)，第一绝缘网格层(214)位于第一导电力敏油墨层(213)与所述的过渡层(23)之间，第一电极线(212)位于第一柔性衬底层(211)与第一导电力敏油墨层(213)之间，并且与所述的白板检测电路(3)电连接；所述的第二柔性感应片(22)包括第二柔性衬底层(221)、第二电极线(222)、第二导电力敏油墨层(223)和第二绝缘网格层(224)，第二绝缘网格层(224)位于所述过渡层(23)与第二导电力敏油墨层(223)之间，第二电极线(222)位于第二柔性衬底层(221)与第二导电力敏油墨层(223)之间，并且与所述白板检测电路(3)电连接，其中：当所述的第一电极线(212)为行电极线时，则所述的第二电极线(222)为列电极线，而当所述的第一电极线(212)为列电极线时，则所述的第二电极线(222)为行电极线，所述的荧光层(24)结合在第一柔性衬底层(211)背对所述第一电极线(212)的一侧表面或者结合在所述第二柔性衬底层(221)背对所述第二电极线(222)的一侧表面。

3.根据权利要求2所述的曲面柔性压力感应式电子白板，其特征在于所述的过渡层(23)为粘合剂层，所述的第一柔性衬底层(211)和第二柔性衬底层(221)为经过电晕处理的聚对苯二甲酸二乙醇酯薄膜，所述电晕的电晕值为42-46mN/m。

4.根据权利要求2所述的曲面柔性压力感应式电子白板，其特征在于在所述第一柔性衬底层(211)的长度方向的一侧居中部位延伸有一第一电极接口(2111)，而在宽度方向的一侧居中部位延伸有一第二电极接口(2112)；在所述的第二柔性衬底层(221)的长度方向的一侧并且在对应于第一电极接口(2111)的位置延伸有一第三电极接口(2211)，而在宽度方向的一侧并且在对应于所述第二电极接口(2112)的位置延伸有一第四电极接口(2212)；所述第一电极线(212)引至所述第一电极接口(2111)，而所述第二电极线(222)引至所述第四电极接口(2212)，其中：第一、第三电极接口(2111、2211)彼此配合，并且在该第一、第三电极接口(2111、2211)的配合部位以插拔方式配设有一第一电极连接器(4)，而第二、第四电极接口(2112、2212)彼此配合，并且在该第二、第四电极接口(2112、2212)的配合部位以插拔方式配设有一第二电极连接器(5)，第一、第二电极连接器(4、5)均通过线路与所述的白板检测电路(3)电连接。

5.根据权利要求2或4所述的曲面柔性压力感应式电子白板，其特征在于所述的第一电极线(212)和第二电极线(222)均为电阻率为1 × 10 ^-4 Ω·cm并且厚度为4～10μm而宽度为0.3mm的银电极线。

6.根据权利要求2所述的曲面柔性压力感应式电子白板，其特征在于所述的第一绝缘网格层(214)和第二绝缘网格层(224)为电极图案层，其厚度为4～10μm，网格的目数为300目或350目。

7.根据权利要求2或4所述的曲面柔性压力感应式电子白板，其特征在于所述的白板检测电路(3)包括电源电路(31)、驱动电路(32)、电压采集电路(33)、唤醒电路(34)和微控制器(35)，微控制器(35)与电源电路(31)、驱动电路(32)、电压采集电路(33)以及唤醒电路(34)连接，电源电路(31)与驱动电路(32)、电压采集电路(33)、唤醒电路(34)以及微控制器(35)连接,供电给各个电路，驱动电路(32)与柔性压力感应式传感器(2)连接，电压采集电路(33)与柔性压力感应式传感器(2)以及唤醒电路(34)连接。

8.根据权利要求2所述的曲面柔性压力感应式电子白板，其特征在于所述的过渡层(23)位于所述第一绝缘网格层(214)和第二绝缘网格层(224)的四周边缘部位。

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