CN207008580U - 具有由多个层制造的触摸屏的移动通信设备 - Google Patents

Abstract

本实用新型提出一种具有由多个层制造的触摸屏的移动通信设备，包括基部衬底；照明设备；透明的电阻式位置传感设备；以及图像生成设备；该位置传感设备包括：第一导电层；电响应复合材料；第二导电层；并且电响应复合材料包括：载体层，其具有在第一方向延伸的长度，在第二方向延伸的宽度，以及在第三方向延伸、比长度和宽度小的厚度；多个导电或半导电的颗粒，颗粒被团块化，以形成散布在载体层中的多个团块，使得每个团块包括多个颗粒，其中每个团块具有在第三方向上的、等于或大于载体层的厚度的第一维度，使得每个团块自身被布置为响应于施加的压力而提供跨过载体层的厚度的导电路径，从而电响应复合材料具有响应于施加的压力而减小的电阻。

Description

具有由多个层制造的触摸屏的移动通信设备

技术领域

本实用新型涉及一种移动通信设备，该移动通信设备具有由多个层制造而成的触摸屏。

背景技术

触摸屏是已知的，其可以显示图像且允许位置被识别。然而，当给定这类设备的透明度要求时，在z维度上(除了x和y平面中的位置以外)进行压力测量是困难的。

实用新型内容

根据本实用新型的一个方面，提供了一种具有由多个层制造的触摸屏的移动通信设备，其包括：基部衬底；照明设备；实质透明的电阻式位置传感设备；以及图像生成设备；其中所述实质透明的电阻式位置传感设备包括：第一导电层；电响应复合材料；以及第二导电层；并且其中所述电响应复合材料包括：载体层，其具有在第一方向延伸的长度，在第二方向延伸的宽度，以及在第三方向延伸的厚度，所述厚度比所述长度和所述宽度小；以及多个导电或半导电的颗粒，所述颗粒被团块化，以形成散布在所述载体层中的多个团块，使得每个所述团块包括多个所述颗粒，其中每个团块具有在所述第三方向上的第一维度，所述第一维度等于或大于所述载体层的厚度，使得每个所述团块自身被布置为响应于施加的压力而提供跨过所述载体层的厚度的导电路径，从而所述电响应复合材料具有响应于所施加的压力而减小的电阻。

附图说明

现在将参照附图，通过示例的方式描述本实用新型，其中：

图1示出了电响应复合材料；

图2示出了团块；

图3示出了触摸屏制造；

图4示出了卷对卷(roll-to-roll)制造；

图5示出了电子设备；

图6示出了移动通信设备的横截面；

图7以分解图示出了位置传感设备；

图8示出了位置传感设备的横截面；

图9示出了图7所示的电响应复合材料的一段；

图10示出了传感设备的截面图；

图11示出了图10的位置传感器的一部分。

具体实施方式

图1示出了电响应复合材料101，其已经应用至衬底102。该材料包括散布在聚合物粘合剂103中的电活性填料颗粒，所述电活性填料颗粒可以是可交联的、溶剂型的、可热固化或紫外固化的。通过对复合物进行受控的融合，填料材料处于散布的团块的形式，每个团块由多个填料颗粒组成。在应用至适宜的衬底之后，交联、溶剂蒸发、热固化或紫外固化将使团块104散布在余下的聚合物中。

下文将详细描述用于将填料材料混合成液态载体的融合过程的示例。在每种情况下，所需要的较小颗粒的团块通过小心控制融合过程来获得。然而，还可注意到混合物实质上没有表面活性剂。

图2示出了团块104，其由较小颗粒201组成。聚合物粘合剂101可以是半透明的或实质透明的，并且在交联、溶剂蒸发或固化后仍然保持半透明或实质透明。团块(图2中明显放大了)的尺寸和散布使得团块是肉眼不可见的。因此，团块的尺寸使得电响应复合材料的薄涂层在光学上显现为与未添加填料颗粒时基本相同。为使团块是肉眼不可见或几乎不可见的，团块的最大尺度保持在40微米以下。然而，在优选的实施例中，团块的最大尺度在5至15微米之间。此外，团块的散布使得它们占据了x-y平面的非常小的区域，并且只有在放大后才可见。

在一实施例中，较小颗粒201是掺杂了锑的氧化锡颗粒。它们可以是球形的，或者可以被成形为，对复合物的电特性和机械特性进行改变。例如，针形的较小颗粒将影响团块化，并且促进场助电子隧穿，以增加复合物对所施加的压力的电敏感度。在一些可选择的实施例中，较小颗粒是球形颗粒和针状颗粒(即，针的形状的颗粒，具有大于1:1的高宽比)的混合物，所述较小颗粒中的每一个由导电或半导电的材料形成。通过选择球形与针状的颗粒类型的特定比例，允许选择最终产品的压力敏感度。

在又一可选择的实施例中，较小颗粒是预制微粒的形式。这样的微粒包括电活性颗粒，该电活性颗粒涂覆有非常薄的聚合物粘合剂层。这样的微粒中的填料与粘合剂的相对量可以变化，以使微粒的电响应从本质上导电(微粒中的填料对粘合剂的比例高)改变为本质上绝缘(微粒中的填料对粘合剂的比例低)。包含这样的微粒作为复合物中的团块形式的电活性填料将影响复合物的电特性。

在一可选择的实施例中，复合材料还可以包括介电填料，如颗粒202所示。介电填料颗粒202可以是二氧化硅或其他介电颗粒。介电颗粒的添加可以是少量的，以保持复合物的光学特性，或者可以是大量的，以改变光学特性。介电颗粒的添加还可以允许改变阻力响应。

在一可选择的实施例中，可以包含导电材料来作为复合材料中的粘合剂，使得当被安排为限定具有平的x-y维度的平的结构及一相对薄的维度时，导电材料自身可促进所限定的x-y平面中的导电性，同时，团块允许基本与该平面正交(在z方向)的导电性达到一定程度(这取决于所施加压力的水平)。在一实施例中，导电材料可以是固有导电聚合物。导电聚合物可以是，例如聚(3,4-乙烯二氧噻吩)-聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)。可选择地，导电材料可以是渗流性复合物。该渗流性复合物可以采取金属或碳纳米线颗粒的散布的形式。

在一示例中，50g的Sericol VA401APR清漆(包括丙烯酸和聚氯乙烯树脂以及有机溶剂的清漆)被倒入容器中。接着，添加10g的Sericol Type ZV558溶剂。使用Synergy设备有限公司提供的SpeedMixer^TM DAC 150.1FVZ双不对称(Dual Asymmetric)离心机实验室混合系统，以3500rpm对混合物融合2分钟。之后添加到该混合物中的是0.1g的由Ishihara公司提供的导电粉末类型的SN100P。SN100P是掺锑的氧化锡粉末，球形形状，具有大约0.02微米的平均颗粒尺寸。将该配方产品在SpeedMixer^TM中以3500rpm再混合2分钟。

该配方产品被网印到涂有ITO的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片上。在90℃时，在0.5小时内实现溶剂蒸发。扫描电子显微镜(SEM)分析显示，填料颗粒以团块的形式散布，所述团块具有大约1至10微米范围内的尺寸。所测量的组件的透明度大约是ITO自身的透明度值的98％。为了测试，第二片涂有ITO的PET片用作顶部电极。

组件的阻力响应使用Instron Model 5543单柱测试系统(具有500牛顿(N)的测压元)来测量。8毫米直径的橡胶探头附接至测压元，以将0N至5N的递增力施加给组件，这是通常用于设备应用的力的范围。

前文探讨了在聚合物/溶剂溶液中添加0.05g至1g的SN100P。增加SN100P的负载的效果是使得组件在低阻值下运行，并且引起组件的透明度的下降。因此，清漆与填料材料的上至50:1，下至1000:1(重量/重量)的比例被发现是可用的。然而，在优选的实施例中，清漆与填料材料比例至少是100:1，而在更优选的实施例中，为了优化透明度同时提供良好的电特性，上述比例在200:1至1000:1之间。

在以上描述的混合方法的变型中，粉末在添加到清漆之前与溶剂预混合。在一示例中，0.1g的导电粉末添加到容器中的5g的溶剂中。接着，使用双不对称离心机实验室混合系统，以3500rpm对混合物融合2分钟。融合后的混合物接着被添加至50g的SericolVA401APR清漆，并且清漆溶剂和颗粒的混合物接着在混合器中以3500rpm再混合2分钟。

因此，在这些实施例的每一个中，聚合物粘合剂是包括一个或多个聚合物以及一个或多个溶剂的混合物，使得溶剂蒸发，留下凝固的聚合物层。然而，在可选择的实施例中，粘合剂可以是能够聚合以提供凝固的聚合物层的物质。例如，在一个这样的实施例中，粘合剂是可紫外固化的树脂。

在又一示例中，50g的Sericol VA401APR清漆被倒入容器。接着，添加10g的Sericol Type ZV558溶剂。使用Synergy设备有限公司提供的SpeedMixer^TM DAC 150.1FVZ双不对称离心机实验室混合系统，以3500rpm对混合物融合2分钟。之后添加到该混合物中的是0.1g的由Ishihara公司提供的导电粉末类型的FS10P。FS10P是掺锑的氧化锡粉末，针状形状，具有0.2至2.0微米的长度和0.01至0.02微米的直径。高宽比大约在20至30之间变化。将该配方产品在SpeedMixer^TM中以3500rpm再混合2分钟。

该配方产品被网印到涂有ITO的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片上。在90℃时，在0.5小时内实现溶剂蒸发。扫描电子显微镜(SEM)分析显示，填料颗粒以团块形式再次被散布。为了测试，第二片涂有ITO的PET片用作顶部电极。

在又一示例中，50g的Sericol VA401APR清漆被倒入容器。接着，添加10g的Sericol Type ZV558溶剂。使用Synergy设备有限公司提供的SpeedMixer^TM DAC 150.1FVZ双不对称离心机实验室混合系统，以3500rpm对混合物融合2分钟。之后添加到该混合物中的是0.1g的由Ishihara公司提供的导电的球形粉末类型的SN100P。配方产品在SpeedMixer^TM中以3500rpm再混合2分钟。向配方产品进一步添加0.1g Aerosil^TM类型的R972气相法二氧化硅(平均颗粒尺寸16纳米)，并且在SpeedMixer^TM中以3500rpm再混合2分钟。

该配方产品被网印到涂有ITO的聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)片上。在90℃时，在0.5小时内实现溶剂蒸发。为了测试，第二片涂有ITO的PET片用作顶部电极。

图3示出了触摸屏制造。第一透明衬底301与第二实质透明衬底302一起提供。衬底301和302可以例如以玻璃或塑料材料制造。第一衬底301具有上表面303，并且导电层304应用至所述上表面303。导电层304可以由氧化铟锡构成。相似的导电层应用至第二衬底302的下侧305。在这些导电层之间，复合物材料101被限定为具有第一平表面306和第二平表面307的平层。复合材料例如通过网印而沉积到导电层704上。溶剂去除或固化通过热处理或紫外处理而实现。

当夹在一起时，分别附接至衬底301和302的上表面303和下侧305的导电层允许在x维度308和y维度309上进行位置检测。此外，包含复合材料101可使得在z维度310上的压力检测成为可能。

图4示出了卷对卷过程。第一导电层401接收自第一供带卷轴402。第二导电层403接收自第二供带卷轴404并且由辊子405支撑。复合材料406以液态形式保持在供应料斗中。

第一导电材料从其供带卷轴402拉出并且由基部单元408支撑。随着材料在箭头409的方向上沿基部单元通过，液态形式的复合材料在机动阀411的控制下在410处被接收。辊子405将第二导电材料施加在复合材料上方，在一实施例中，复合材料已经被加热或者紫外处理，以在复合物被第二导电层403囊封之前发生溶剂蒸发或固化。三层层压结构接着由接收卷轴412接收。

图4示出的卷对卷过程促进了生产设备的方法，所述设备包含电响应复合材料，其中所述复合材料被约束在导电层中以产生层压结构。

图5示出了电子设备501。该设备具有相对大的触摸屏502。包含软键503、504，软键的激活可以通过识别接触位置来确定。此外，通过测量这些按钮被按压的程度而同时保持经透明屏幕的视觉显示特性，可以控制其他参数。

图6示出了具有触摸屏且由多个层制造的移动通信设备的横截面。提供基部衬底601，其进而支撑照明设备602。照明设备602被示出为从电源603接收电力，并且照明光由箭头604示出。

实质透明的电阻式定位传感设备605位于照明设备602上方。定位传感设备提供平面上的x和y位置，以及z维度上施加的压力，如606处的坐标(x,y,z)所示。定位传感设备605是实质透明的，因此照明设备602产生的几乎全部光(如箭头604所示)都经过定位传感设备605(如箭头607所示)。

下一层由图像生成设备608组成，其从控制设备609接收控制数据，以生成图像。在该实施例中，通过使得图像生成设备608的一部分对于经由定位传感设备605而从照明设备602接收的光是不透明的来产生图像。因此，箭头607示出的一些光被图像生成设备608阻挡，如箭头610所示。

最后，在一实施例中，应用透明盖611，其进而允许光的通过从而被看到，如箭头612所示。

位置传感设备701在图7以分解图示出，而在图8以截面图示出。图8的截面图已经在其高度方向上明显被拉伸，使得可以清晰地看到多个层。然而应当理解的是，事实上，内层都是极为薄的。

位置传感设备701包括下方电绝缘片702，由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)形成，其上已经应用氧化铟锡(ITO)导电层。第一导电层703实质是长方形的形状，并且具有高度导电的材料条704、705，材料条704、705沿着所述长方形的两个相对侧中的每一个布置。

位置传感设备701包括第二电绝缘材料片706(也由PET形成)，其已经类似地涂覆有ITO，以形成第二导电层707以及沿着第二导电层707的相对边布置的一对高度导电的带708和709。第二对导电带708和709被布置为实质垂直于第一组导电带704和705延伸。一层导电响应复合材料710布置在两个导电层703和707之间。

通常，在操作期间，跨过第一导电带704和705施加电势，以在第一x方向产生势梯度(由箭头711所示)，同时对出现在第二对导电带708和709中的一个或两个处的电势进行电压测量。因此，如果力施加到上片706的上表面，则可以确定所施加的力的x坐标部分。类似地，跨过第二导电带708和709施加电势，以跨过第二导电层707在第二y方向产生电势梯度(由箭头712所示)。接着测量出现在第一对导电带704和705中的一个或两个处的电势，以确定施加到上片707的任何力的y坐标。

应当注意，电响应复合材料710提供第一和第二导电层703和707之间、在向其施加压力的位置处的导电。此外，如上所述，电响应复合材料710的电阻随着所施加的压力增加而减小。因此，通过测量经过层710的电流，可以测量对所施加的压力的指示。在本实施例中，片1102和1106、导电层1103和1107，以及电响应复合材料层1110都是实质透明的。

图9以截面图示出了电响应复合材料层710的一小段。电响应复合材料层710包括载体层901，在本实施例中，该载体层是电绝缘的。载体层901通常具有在902方向上的长度，以及几厘米的宽度。相比之下，载体层901具有在箭头903方向上的厚度，该厚度相对薄，通常小于10微米，而在本实施例中是大约6微米。

电响应复合材料710还包括多个导电或半导电的颗粒。这些颗粒进行团块化，以形成分布在载体层710中的多个团块。即，团块中的每一个包括所述导电或半导电的颗粒。图9示出了7个团块904、905、906、907、908、909和910散布在载体层901中。

电响应复合材料710通过将液态配方产品应用(例如，网印)到平坦的平的衬底。从而，复合材料710的下面911实质是平坦的。然而，第一多个团块中每个均具有在载体层901的厚度903的方向上的第一维度，其大于载体层的厚度。从而，第一多个团块904、905、906、907、908和909从载体层901的原本大体上平坦的上表面912向外延伸。正是该第一多个团块可以用于在位置传感器701的操作期间提供经过复合材料710的厚度的导电路径。相比之下，例如完全浸入载体层901的团块910，其不能提供导电路径。

图10以截面图示出了位置传感设备701的一小部分。如上所述，载体层中的第一多个团块具有在载体层的厚度方向上的第一维度，其等于或者大于载体层的厚度。图10示出了该第一多个团块中的团块1001、1002、1003和1004。这四个团块中，团块1001和1004是电响应复合材料中两个最大的团块并且具有大约10微米的第一维度。如图10所示，上方的导电层707搁置在最大的团块(包括团块1001和1004)的顶部，并因此提供载体层901的上表面912与第二导电层907的暴露的表面之间的空气隙1005。因此，当没有外力施加到位置传感器701时，只有最大的团块(例如团块1001和1004)能够提供导电层703和707之间的任何导电路径。

如果力施加到上片706的上表面1006的小区域，则上片706在施加力的区域中发生形变，并且压缩在施加的力附近的最大的那些团块。例如，在施加图10的箭头1007所示的力时，上片706在力1007的区域中被压向下片702，并且最大的团块(例如1001和1004)被压缩，使得经过这些团块的导电性增加。

在施加力1007之后，图11再次示出了图10所示的位置传感器701的一小部分。如图11所示，力1007已经将片706的一部分推向下片702，使得空气隙1005已经减小并且最大团块1001和1004的第一维度已经减小。因为最大的团块1001和1004被压缩，所以经过它们的导电性已经增加。此外，如图11所示，因为空气隙1005已经减小，已经使第二导电层707与能够提供第一和第二导电层703和707之间的导电路径的其他团块(例如团块1002)接触。因此，随着力(例如力1007)的增加，两个导电层703和707之间的导电性增加，因为针对每个被压缩的团块的电阻减小，还因为使得另外的团块(例如团块1002)与第二导电层707接触。

Claims (8)

1.一种具有由多个层制造的触摸屏的移动通信设备，其特征在于，该移动通信设备包括：

基部衬底；

照明设备；

实质透明的电阻式位置传感设备；以及

图像生成设备；其中所述实质透明的电阻式位置传感设备包括：

第一导电层；

电响应复合材料；以及

第二导电层；并且其中所述电响应复合材料包括：

载体层，其具有在第一方向延伸的长度，在第二方向延伸的宽度，以及在第三方向延伸的厚度，所述厚度比所述长度和所述宽度小；以及

多个导电或半导电的颗粒，所述颗粒被团块化，以形成散布在所述载体层中的多个团块，使得每个所述团块包括多个所述颗粒，其中

每个所述团块具有在所述第三方向上的第一维度，所述第一维度等于或大于所述载体层的厚度，使得每个所述团块自身被布置为响应于施加的压力而提供跨过所述载体层的厚度的导电路径，从而所述电响应复合材料具有响应于所施加的压力而减小的电阻。

2.根据权利要求1所述的电响应复合材料，其中所述多个团块中的每一个的最大维度小于40微米。

3.根据权利要求1所述的电响应复合材料，其中所述多个团块的最大维度小于15微米。

4.根据权利要求1所述的电响应复合材料，其中所述多个团块中的每一个的最大维度小于5微米。

5.根据权利要求1所述的电响应复合材料，其中所述载体层包括导电材料，使得所述载体层在所述层的长度和宽度的方向上是导电的。

6.根据权利要求1所述的电响应复合材料，其中所述载体层包括聚合物。

7.根据权利要求6所述的电响应复合材料，其中该聚合物是透明的。

8.根据权利要求1所述的电响应复合材料，其中所述团块包括由介电材料形成的其他颗粒。