TWI505143B - 觸控筆 - Google Patents

Description

觸控筆

本發明涉及一種觸控筆，尤其涉及一種應用於觸摸屏的觸控筆。

近年來，伴隨著移動電話與觸摸導航系統等各種電子設備的高性能化和多樣化的發展，在液晶等顯示設備的前面安裝透光性的觸摸屏的電子設備逐步增加。這樣的電子設備的使用者通過觸摸屏，一邊對位於觸摸屏背面的顯示設備的顯示內容進行視覺確認，一邊利用手指或筆等方式按壓觸摸屏來進行操作。由此，可以操作電子設備的各種功能。

按照觸摸屏的工作原理和傳輸介質的不同，先前的觸摸屏分為四種類型，分別為電阻式、電容式、紅外線式以及表面聲波式。其中電容式觸摸屏因敏感度較高、所需觸碰力度較小而應用較為廣泛。

先前的電容式觸摸屏包括一個透明導電層，該透明導電層連接有複數個電極。使用時，通常採用手指或者一個觸控筆觸摸電容屏的表面，觸摸物與透明導電層之間形成一接觸電容，通過外接電路感測觸摸點與觸摸屏表面的透明導電層的各個電極之間的電信號，從而可以判斷出觸摸點在觸摸屏上的位置。先前觸控筆的筆尖為了獲得良好的導電性，一般由金屬材質製成。然而，通過金屬材質製成的觸控筆的筆頭，硬度較高，容易對觸摸屏造成損傷 ，並且其與觸摸屏接觸時的接觸電容以及靈敏度仍有待改進。

有鑒於此，提供一種使用時與觸摸屏之間接觸電容大、具有較高靈敏度，並且對觸摸屏傷害較小的觸控筆實為必要。

一種觸控筆，包括筆桿和筆頭，所述筆頭具有柔性及導電性。所述筆頭使用時與觸摸屏之間形成接觸電容。所述筆頭由複數個奈米碳管組成。

與先前技術比較，由於奈米碳管具有非常好的導電性、較大的比表面積以及較好的柔性，使得本發明觸控筆的筆頭與電容式觸摸屏接觸時，在單位接觸面積上的接觸電容較大，具有較高的靈敏度。另外，由於奈米碳管比金屬摩擦係數更小，所以該筆頭不易損傷觸摸屏。

100，200，300‧‧‧觸控筆

12‧‧‧奈米碳管結構

110‧‧‧筆桿

114‧‧‧固定端

120，220，320‧‧‧筆頭

121‧‧‧支撐體

122，222，322‧‧‧固定部

124‧‧‧主體

125‧‧‧觸碰材料層

126，326‧‧‧封閉空間

22‧‧‧奈米碳管

24‧‧‧柔性高分子基體

25‧‧‧奈米碳管線狀結構

28‧‧‧石墨烯

152‧‧‧奈米碳管線

224，324‧‧‧觸碰部

225‧‧‧微孔

226‧‧‧導電材料層

252‧‧‧固定端

254‧‧‧觸碰端

280‧‧‧石墨烯層

圖1為本發明第一實施例提供的觸控筆的結構示意圖。

圖2為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆桿的結構示意圖。

圖3為本發明第一實施例觸控筆的筆頭的的剖示圖。

圖4為本發明第一實施例觸控筆的空心結構的筆頭的示意圖。

圖5為本發明第一實施例的觸控筆的具有螺旋帶狀觸碰材料層的筆頭的結構示意圖。

圖6為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭使用的奈米碳管高分子複合材料的示意圖。

圖7為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的一種具有 奈米碳管結構的奈米碳管複合材料的結構示意圖。

圖8為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的另一種具有奈米碳管結構的奈米碳管複合材料的結構示意圖。

圖9為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的奈米碳管拉膜的掃描電鏡照片。

圖10為圖8中的奈米碳管結構為奈米碳管陣列時，觸控筆的筆頭的觸碰材料層的結構示意圖。

圖11為奈米碳管陣列中的奈米碳管露出柔性高分子基體的表面的觸碰材料層的結構示意圖。

圖12為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的一種奈米碳管絮化膜的掃描電鏡照片。

圖13為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所採用的一種包括沿同一方向擇優取向排列的奈米碳管的奈米碳管碾壓膜的掃描電鏡照片。

圖14為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的另一種包括沿不同方向擇優取向排列的奈米碳管的奈米碳管碾壓膜的掃描電鏡照片。

圖15係本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用複數根平行設置奈米碳管線形成的奈米碳管結構設置於柔性高分子基體表面形成的觸碰材料層的示意圖。

圖16係本發明第一實施例的觸控筆的筆頭所使用複數根交叉設置奈米碳管線形成的奈米碳管結構設置於柔性高分子基體表面形成 的觸碰材料層的示意圖。

圖17為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的一種非扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖18為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的一種扭轉的奈米碳管線的掃描電鏡照片。

圖19為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭使用的由奈米碳管和導電材料形成的多孔奈米碳管複合材料的結構示意圖。

圖20為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭使用的石墨烯高分子複合材料的結構示意圖。

圖21為本發明第一實施例提供的觸控筆的筆頭所使用的石墨烯的結構示意圖。

圖22為本發明第一實施例提供的觸控筆的觸碰材料層的一種結構示意圖。

圖23為本發明第二實施例的觸控筆的結構示意圖。

圖24為本發明第二實施例的觸控筆的筆頭的結構示意圖。

圖25為本發明第三實施例的觸控筆的結構示意圖。

下面將結合附圖及具體實施例對本發明觸摸屏觸控筆作進一步的詳細說明。

請參閱圖1，本發明第一實施例提供一種用於觸摸屏的觸控筆100。該觸控筆100包括筆桿110以及設置於該筆桿110一端的筆頭120 。所述筆頭120具有柔性和導電性。

本發明觸控筆100的筆桿110的作用主要係為用戶提供操作筆頭120時的把持部位。當所述觸控筆100為靠人體導電性來達成觸控操作的筆時，所述筆桿110需要具有將人手上的靜電荷傳遞至筆頭120的功能，即所述筆桿110需要與筆頭120電連接。當所述觸控筆100並非靠人體導電性來達成觸控操作的筆時，如在筆桿110內設置一與所述筆頭120電連接的電容性導體的電容式觸控筆100，所述筆桿110與筆頭120之間不必一定要導電性連接，只要保證筆頭120與觸摸屏之間能夠形成接觸電容即可。可以理解為，本發明觸控筆100的筆桿110的材料、結構、形狀以及與筆頭120之間的連接方式均可以根據實際需要去選擇或者改變。本實施例中，以靠人體靜電的觸控筆100並以筒狀金屬筆桿110為例，來重點說明本發明觸控筆100的筆頭120結構。

請參見圖2，所述筆桿110為空心筒狀結構，具有一個固定端114。筆桿110的固定端114內部設置有內螺紋用於安裝所述筆頭120，所述筆頭120擰入所述筆桿110的固定端114。當筆頭120擰入所述筆桿110的固定端114時，筆頭120與所述筆桿110電連接。可以理解，筆頭120與筆桿110的連接方式不限於此，可以根據筆桿110和筆頭120的形狀、結構以及材料在先前技術中的各種連接方式中選擇適當的方式，只要能夠保證筆桿110與筆頭120電連接即可。

請參見圖3，所述筆頭120由一個支撐體121以及一個觸碰材料層125構成。該觸碰材料層125設置於所述支撐體121的外表面。所述支撐體121為柔性材料構成，所述觸碰材料層125為具有柔性的 導電材料構成。筆頭120的形狀可以根據實際需要設計，可以為球狀，錐狀，圓臺狀等等，本實施例中筆頭120為圓錐狀。由於筆頭120具有柔性，在使用時，可以通過壓力控制筆頭120與觸摸屏之間的接觸面積，從而控制觸控筆10與觸摸屏之間的接觸電容的大小。

所述支撐體121具有一固定部122和一主體124，所述固定部122和所述主體124可以為一體成型的整體實心結構。所述固定部122的外表面設有外螺紋，正好與所述筆桿110的固定端114的內螺紋相匹配，從而可以將筆頭120固定於筆桿110的固定端114。所述主體124的形狀可根據實際需要設計，可以為球狀，錐狀，圓臺狀等等。所述主體124用於設置所述觸碰材料層125，所述觸碰材料層125可以將主體124全部覆蓋，也可以部分覆蓋。所述觸碰材料層125至少部分覆蓋所述固定部122和主體124的連接處，從而當筆頭120安裝在筆桿110的固定端114後，觸碰材料層125與筆桿110電連接。

所述支撐體121為柔性高分子材料構成，所述柔性高分子材料可以為矽橡膠、聚氨脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯及聚丙烯腈等中的一種或幾種的組合。所述支撐體121還可以由具有較高介電常數的柔性聚合物材料組成，該高介電常數的柔性聚合物材料可以為膠態。所述支撐體121還可以為導電高分子材料，導電高分子材料具有較高的介電常數，用作支撐體121時，可以使筆頭120本身具有較大的電容。所述導電高分子材料可以為聚苯胺、聚吡咯或聚噻吩。本實施例中，所述支撐體121的材料為矽橡膠。

請參見圖4，所述支撐體121還可以為一個空心結構的支撐體121。可以在所述主體124的內部形成一個封閉空間126，從而製成一個空心結構的筆頭120。當該支撐體121為空心結構時，其壁厚可以選擇為0.1毫米至2毫米。當該支撐體121為空心結構時，該筆頭120的柔韌性可以得到進一步提高。

請參見圖5，所述觸碰材料層125可以為螺旋帶狀形成於所述主體124的外表面。該螺旋帶狀的觸碰材料層125的螺旋半徑沿著筆尖向著筆桿110的方向逐漸增大。具體地，所述主體124的外表面可以設置有螺旋狀溝槽，該螺旋狀溝槽的螺旋半徑由主體124的端部向固定部122螺旋延伸，並且螺旋半徑由小到大。所述觸碰材料層125可以設置在上述螺旋狀溝槽內，並且觸碰材料層125的厚度大於溝槽深度，從而使得所述觸碰材料層125凸出於主體124的外表面，用於與觸摸屏接觸。由於螺旋帶狀的觸碰材料層125的螺旋半徑由筆頭120的筆尖向筆桿的方向逐漸增大。使用時，隨著壓力的增大，筆頭120的彎曲程度增大，觸碰材料層125與觸摸屏基板接觸的面積也逐漸增大。從而可以控制與觸摸屏之間的接觸面積的大小，從而控制筆劃的粗細。由於所述螺旋帶狀的觸碰材料層125僅部分包覆了主體124的表面，相對於完全包覆主體124表面，比較節省原材料。可以理解，所述主體124的表面也可以不設置螺旋溝槽，直接將螺旋帶狀的觸碰材料層125設置於所述主體124的表面，並且由主體的端部向固定部122螺旋延伸，並且螺旋半徑沿著筆尖向著筆桿110的方向由小到大。

所述觸碰材料層125用於與觸摸屏的表面接觸，並與之形成接觸電容。通過與觸摸屏接觸面積的變化而實現接觸電容的變化，從 而使得觸摸屏能夠感知出筆劃的粗細。該觸碰材料層125的厚度可以為1微米至2毫米，該觸碰材料層125具有導電性。為了增大該觸碰材料層125的比表面積，該觸碰材料層125可以為：奈米碳管，石墨烯；奈米碳管與柔性高分子構成的複合材料；石墨烯與柔性高分子構成的複合材料；或者係奈米碳管與金屬構成的複合材料構成。下面將分別介紹：奈米碳管均勻分散在柔性高分子基體中形成的複合材料，奈米碳管結構設置於柔性高分子基體的表面形成的複合材料，奈米碳管結構中的每個奈米碳管表面包覆一層導電層形成的複合材料，以及石墨烯均勻分散在柔性高分子基體中或者設置於柔性高分子基體表面形成的複合材料。

請參見圖6，所述觸碰材料層125可以由一種奈米碳管高分子複合材料構成。該奈米碳管高分子複合材料由柔性高分子基體24以及分散於該柔性高分子基體24內的複數奈米碳管22組成。該複數奈米碳管22均勻分散於所述柔性高分子基體24內，並且相互連接形成導電網路。為了實現奈米碳管22在柔性高分子基體24內形成導電網路，該奈米碳管22的質量百分含量應大於5%。由於奈米碳管22具有非常大的比表面積，以及較高的導電性。該筆頭120在使用時，由於觸碰材料層125具有較大的比表面積，就可以存儲更多的從使用者的手部傳導來的靜電荷，從而提高了筆頭120與觸摸屏之間的接觸電容。另外，該摻雜有奈米碳管22的高分子複合材料構成的觸碰材料層125與觸摸屏構成的單位面積上的電容較大，從而更加靈敏。而且，由於奈米碳管22係中空結構，其具有非常小的質量，其特殊的化學鍵結構使得奈米碳管22又具有非常高的強度以及彈性模量。除此之外，由於奈米碳管22具有非常大的長徑比(大於1000：1)，奈米碳管22還具有非常好的柔韌性 ，施加外力後可以很好的恢復形狀。因此，採用奈米碳管22與柔性高分子基體24形成的高分子複合材料構成的筆頭120，具有較輕的質量，以及較高的耐刮擦度，從而具有較長的使用壽命。採用分散的奈米碳管22設置於柔性高分子基體24中構成的高分子複合材料構成的筆頭120，還可以有部分奈米碳管22從高分子基體24的外表面露頭，從而更好的與觸摸屏接觸，另外由於該奈米碳管複合材料相對於金屬更加柔軟，因此還不易損傷觸摸屏。

所述柔性高分子基體24為具有一定厚度的片材，厚度為1微米至2毫米之間。所述柔性高分子基體24為柔性高分子材料構成，該柔性材料導電性不限，只要具有柔性即可。所述柔性高分子基體24的材料為柔性高分子材料，如矽橡膠、聚氨脂、聚丙烯酸乙酯、聚丙烯酸丁酯、聚苯乙烯、聚丁二烯及聚丙烯腈等中的一種或幾種的組合。本實施例中，所述柔性高分子基體24的材料為矽橡膠。

請參閱圖7，所述觸碰材料層125還可以由一個具有整體結構的奈米碳管結構12設置於柔性高分子基體24的表面形成。請參閱圖8，所述具有整體結構的奈米碳管結構12還可以靠近柔性高分子基體24的表面設置於該柔性高分子基體24之中構成。所謂所述奈米碳管結構12靠近柔性高分子基體24的表面設置於所述柔性高分子基體24之中，係指該奈米碳管結構12在其厚度方向上完全或者部分包埋於柔性高分子基體24中，並且當奈米碳管結構12完全包埋於柔性高分子基體24中時，奈米碳管結構12到所述柔性高分子基體24的一個表面的距離要小於等於10微米，從而保證該觸碰材料層125係導電的。

所述奈米碳管結構12為一自支撐結構。所謂“自支撐結構”即該奈米碳管結構無需通過一支撐體支撐，也能保持自身特定的形狀。該自支撐結構的奈米碳管結構12包括複數奈米碳管22，該複數奈米碳管22通過凡得瓦力相互吸引，從而使奈米碳管結構12具有特定的形狀。由於該奈米碳管結構12具有自支撐性，在不通過支撐體支撐時仍可保持層狀或線狀結構。該奈米碳管結構12中奈米碳管22之間具有大量間隙，從而使該奈米碳管結構12具有大量孔隙，所述柔性高分子基體24滲入該孔隙中，與所述奈米碳管結構12緊密結合。

在所述奈米碳管高分子複合材料中，所述柔性高分子基體24填充於奈米碳管結構12中的孔隙當中。柔性高分子基體24與奈米碳管結構12中的奈米碳管22緊密結合。柔性高分子基體24包裹整個奈米碳管結構12。奈米碳管結構12在柔性高分子基體24中保持層狀結構。柔性高分子基體24的表面到奈米碳管結構12的垂直距離大於0微米小於等於10微米。

所述奈米碳管結構12可以為奈米碳管拉膜、奈米碳管陣列、奈米碳管絮化膜或奈米碳管碾壓膜。

請參閱圖9，所述奈米碳管拉膜為從奈米碳管陣列中直接拉取獲得的一種奈米碳管膜。每一奈米碳管拉膜係由若干奈米碳管組成的自支撐結構。所述若干奈米碳管為基本沿同一方向擇優取向排列。所述擇優取向係指在奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體延伸方向基本朝同一方向。而且，所述大多數奈米碳管的整體延伸方向基本平行於奈米碳管膜的表面。進一步地，所述奈米碳管膜中大多數奈米碳管係通過凡得瓦力首尾相連。具體地，所述奈米 碳管膜中基本朝同一方向延伸的大多數奈米碳管中每一奈米碳管與在延伸方向上相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力首尾相連。當然，所述奈米碳管膜中存在少數隨機排列的奈米碳管，這些奈米碳管不會對奈米碳管膜中大多數奈米碳管的整體取向排列構成明顯影響。所述自支撐為奈米碳管膜不需要大面積的載體支撐，而只要相對兩邊提供支撐力即能整體上懸空而保持自身膜狀狀態，即將該奈米碳管膜置於(或固定於)間隔一固定距離設置的兩個支撐體上時，位於兩個支撐體之間的奈米碳管膜能夠懸空保持自身膜狀狀態。所述自支撐主要通過奈米碳管膜中存在連續的通過凡得瓦力首尾相連延伸排列的奈米碳管而實現。所述奈米碳管拉膜的厚度為0.5奈米~100微米，寬度與拉取該奈米碳管拉膜的奈米碳管陣列的尺寸有關，長度不限。該奈米碳管拉膜的製備方法請參見范守善等人於民國96年2月12日申請的，於民國97年8月16日公開的第96105016號台灣公開專利申請“奈米碳管膜結構及其製備方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。由於上述奈米碳管拉膜中的奈米碳管基本定向排列，當採用上述奈米碳管拉膜構成的奈米碳管結構12應用於所述筆頭120的觸碰材料層125時，該觸碰材料層125中，奈米碳管可以沿著筆頭120向筆桿110的方向定向排列，從而提高了筆頭120向筆桿110方向的導電性，使得觸控筆100具有更好的回應速度。

所述奈米碳管結構12還可以為一個奈米碳管陣列。請參閱圖10，該奈米碳管陣列設置於柔性高分子基體24中，該奈米碳管陣列中的複數奈米碳管22具有相同的排列方向。所述奈米碳管陣列中的奈米碳管22與柔性高分子基體24的表面角度不限，優選地，奈米 碳管22沿柔性高分子基體24表面的法線方向延伸。所述奈米碳管陣列中的奈米碳管22根部之間的距離大於0小於等於1微米。從而在奈米碳管陣列中形成複數間隙，所述柔性高分子基體24填充於到奈米碳管陣列的間隙當中，柔性高分子基體24與奈米碳管陣列中的奈米碳管22緊密結合。柔性高分子基體24的表面到奈米碳管陣列的表面小於等於10微米，此時奈米碳管高分子複合材料層的表面仍具有導電性。請參見圖11，所述奈米碳管陣列中的奈米碳管22可以從高分子基體24中露頭，奈米碳管22露出高分子基體24表面的長度小於等於10微米。

請參閱圖12，所述奈米碳管絮化膜為通過一絮化方法形成的奈米碳管膜，該奈米碳管絮化膜包括相互纏繞且均勻分佈的奈米碳管。奈米碳管的長度大於10微米，優選為200~900微米。所述奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引、纏繞，形成網路狀結構。所述奈米碳管絮化膜各向同性。所述奈米碳管絮化膜中的奈米碳管為均勻分佈，無規則排列，形成大量的孔隙結構，孔隙尺寸約小於10微米。所述奈米碳管絮化膜的長度和寬度不限。請參閱圖12，由於在奈米碳管絮化膜中，奈米碳管相互纏繞，因此該奈米碳管絮化膜具有很好的柔韌性，且為一自支撐結構，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。所述奈米碳管絮化膜的面積及厚度均不限，厚度為1微米~1毫米，優選為100微米。所述奈米碳管絮化膜及其製備方法請參見范守善等人於民國96年5月11日申請的，於民國97年11月16日公開的第200844041號台灣公開專利申請“奈米碳管薄膜的製備方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

所述奈米碳管碾壓膜為通過碾壓一奈米碳管陣列形成的奈米碳管膜。該奈米碳管碾壓膜包括均勻分佈的奈米碳管，奈米碳管沿同一方向或不同方向擇優取向排列。奈米碳管也可以係各向同性的。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管相互部分交疊，並通過凡得瓦力相互吸引，緊密結合，使得該奈米碳管結構具有很好的柔韌性，可以彎曲折疊成任意形狀而不破裂。且由於奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管之間通過凡得瓦力相互吸引，緊密結合，使奈米碳管碾壓膜為一自支撐的結構。所述奈米碳管碾壓膜可通過碾壓一奈米碳管陣列獲得。所述奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管與形成奈米碳管陣列的生長基底的表面形成一夾角β，其中，β大於等於0度且小於等於15度，該夾角β與施加在奈米碳管陣列上的壓力有關，壓力越大，該夾角越小，優選地，該奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管平行於該生長基底排列。依據碾壓的方式不同，該奈米碳管碾壓膜中的奈米碳管具有不同的排列形式。請參閱圖13，當沿同一方向碾壓時，奈米碳管沿一固定方向擇優取向排列。請參閱圖14，當沿不同方向碾壓時，奈米碳管沿不同方向擇優取向排列。當從奈米碳管陣列的上方垂直碾壓奈米碳管陣列時，奈米碳管碾壓膜係各向同性的。該奈米碳管碾壓膜中奈米碳管的長度大於50微米。

該奈米碳管碾壓膜的面積和厚度不限，可根據實際需要選擇，如被加熱物體所要加熱的時間。該奈米碳管碾壓膜的面積與奈米碳管陣列的尺寸基本相同。該奈米碳管碾壓膜厚度與奈米碳管陣列的高度以及碾壓的壓力有關，可為1微米~1毫米。可以理解，奈米碳管陣列的高度越大而施加的壓力越小，則製備的奈米碳管碾壓膜的厚度越大，反之，奈米碳管陣列的高度越小而施加的壓力 越大，則製備的奈米碳管碾壓膜的厚度越小。所述奈米碳管碾壓膜之中的相鄰的奈米碳管之間具有一定間隙，從而在奈米碳管碾壓膜中形成複數孔隙，孔隙的尺寸約小於10微米。所述奈米碳管碾壓膜及其製備方法請參見范守善等人於民國96年6月29日申請的，於民國98年1月1日公開的第200900348號台灣公開專利申請“奈米碳管薄膜的製備方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

所述奈米碳管結構12還可以由一個或複數奈米碳管線152構成。當所述奈米碳管結構12為一個奈米碳管線152組成時，該一個奈米碳管線152可以彎折設置於所述柔性高分子基體24的表面，形成一個具有一定面積的平面形狀的奈米碳管結構12。請參見圖15，當奈米碳管結構12包括複數根奈米碳管線152時，該複數根奈米碳管線152可以相互平行設置。請參見圖16，當奈米碳管結構12包括複數根奈米碳管線152時，該複數根奈米碳管線152還可以相互交叉形成網狀的奈米碳管結構12。該奈米碳管線152可以為非扭轉的奈米碳管線或者係扭轉的奈米碳管線。

請參閱圖17，所述非扭轉的奈米碳管線包括複數沿奈米碳管線長度方向排列並首尾相連的奈米碳管。優選地，該非扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段之間通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該非扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。

所述扭轉的奈米碳管線為採用一機械力將所述奈米碳管拉膜兩端沿相反方向扭轉獲得。請參閱圖18，該扭轉的奈米碳管線包括複數繞奈米碳管線軸向螺旋排列的奈米碳管。優選地，該扭轉的奈米碳管線包括複數奈米碳管片段，該複數奈米碳管片段之間通過凡得瓦力首尾相連，每一奈米碳管片段包括複數相互平行並通過凡得瓦力緊密結合的奈米碳管。該奈米碳管片段具有任意的長度、厚度、均勻性及形狀。該扭轉的奈米碳管線長度不限，直徑為0.5奈米~100微米。所述奈米碳管線及其製備方法請參見范守善等人於民國91年11月05日申請的，於民國97年11月21日公告的第I303239號台灣公告專利“一種奈米碳管繩及其製造方法”，專利權人：鴻海精密工業股份有限公司，以及於民國98年7月21日公告的第I312337號台灣公告專利“奈米碳管絲及其製作方法”，專利權人：鴻海精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請所揭露的一部分。

進一步地，可採用一揮發性有機溶劑處理該扭轉的奈米碳管線。在揮發性有機溶劑揮發時產生的表面張力的作用下，處理後的扭轉的奈米碳管線中相鄰的奈米碳管通過凡得瓦力緊密結合，使扭轉的奈米碳管線的直徑及比表面積進一步減小，從而使其密度及強度進一步增大。

由於該奈米碳管線為採用有機溶劑或機械力處理上述奈米碳管拉膜獲得，該奈米碳管拉膜為自支撐結構，故該奈米碳管線也為自支撐結構。另外，由於該奈米碳管線中相鄰奈米碳管間存在間隙，故該奈米碳管線具有大量孔隙，孔隙的尺寸約小於10微米。

請參見圖19，本實施例中，所述觸碰材料層125還可以為上述奈米碳管結構12與導電材料所形成的多孔奈米碳管複合材料構成。所述多孔奈米碳管複合材料中的奈米碳管結構12保持其結構不變，該奈米碳管結構12中的每一根奈米碳管22表面均包覆一導電材料層226。所述多孔奈米碳管複合材料中的包覆有導電材料層226的奈米碳管22之間存在間隙，因此，該多孔奈米碳管複合材料包括複數微孔225。所述微孔225的孔徑小於等於5微米。

所述導電材料層226可以為一導電聚合物層，該導電聚合物層的材料可以為聚苯胺、聚吡咯、聚噻吩、聚乙炔、聚對苯及聚對苯撐乙烯中的一種或幾種。所述導電聚合物層的厚度優選為30奈米~150奈米之間。本實施例中，所述導電聚合物層的厚度為50奈米~90奈米。所述導電聚合物層在所述的奈米碳管與導電聚合物材料構成的複合膜中的質量百分含量優選為20%~80%。本實施例中，所述導電聚合物層為聚苯胺層，且所述導電聚合物層包覆在上述的無序奈米碳管網狀結構表面。聚苯胺的介電係數比較高，因此該多孔奈米碳管複合材料也具有較高的介電係數，從而使得由該多孔奈米碳管複合材料構成的筆頭120在與觸摸屏接觸時具有較大的電容。

所述導電材料層226的材料還可以為單質金屬或金屬合金，所述單質金屬可以為銅、銀或金。該導電材料層226的厚度為1~20奈米。本實施例中，該導電材料層226的材料為銀，厚度約為5奈米。

可選擇地，在奈米碳管22和導電材料層226之間可進一步包括一潤濕層。所述潤濕層的作用為使導電材料層226與奈米碳管22更 好的結合。該潤濕層的材料可以為鎳、鈀或鈦等與奈米碳管22潤濕性好的金屬或它們的合金，該潤濕層的厚度為1~10奈米。

可選擇地，為使潤濕層和導電材料層226更好的結合，在潤濕層和導電材料層之間可進一步包括一過渡層。該過渡層的材料可以為與潤濕層材料及導電層材料均能較好結合的材料，該過渡層的厚度為1~10奈米。

所述奈米碳管複合材料層中，奈米碳管結構12與導電材料複合之後，該多孔奈米碳管複合材料具有更好的導電性能，在與觸摸屏接觸時傳輸電荷的速度較快，因此，可以提高觸摸屏觸控筆10的反應速度。由於多孔奈米碳管複合材料層中包括複數微孔225，使多孔奈米碳管複合材料具有較大的比表面積，從而可以更多地存儲由使用者的手傳遞過來的靜電荷，從而在與觸摸屏接觸時可以產生較大的接觸電容，因此可以提高觸摸屏的靈敏度。

可以理解，本發明第一實施例的筆頭120的觸碰材料層125，還可以由純奈米碳管組成。該筆頭120表面的觸碰材料層125可以由上述奈米碳管結構12包裹於所述主體124的表面形成。具體地，可以將奈米碳管結構12纏繞在所述主體124的外表面，並由粘結劑與主體124粘結在一起，並且使奈米碳管結構12至少部分覆蓋所述固定部122，從而與筆桿110電連接。由於奈米碳管結構12中的奈米碳管具有較大的比表面積，該奈米碳管結構12也具有較大的比表面積。當所述奈米碳管結構12與觸摸屏接觸時，可以產生較大的接觸電容，使該觸控筆10具有較高的靈敏度。另外，奈米碳管比較光滑，具有較小的摩擦係數，在使用時不會對觸摸屏的螢幕造成傷害。

請參見圖20，所述觸碰材料層125還可以通過由石墨烯28分散於所述柔性高分子基體24材料中形成的石墨烯高分子複合材料構成。該石墨烯28均勻分散於所述柔性高分子基體24中。所述石墨烯高分子複合材料中，還可以有部分石墨烯24還可以從所述柔性高分子基體24中露頭，從而露出所述觸碰材料層125的表面。所述石墨烯28在該柔性高分子基體24中的體積百分比為10%至60%。請參見圖21，所述石墨烯28係由複數六元環型的碳原子構成的片層狀結構。所述石墨烯28的厚度小於等於100奈米，本實施例中，石墨烯28的厚度為0.5奈米至100奈米。石墨烯28具有良好的導電性能，其在室溫下傳遞電子的速度非常快。石墨烯28還具有較大的比表面積，並具有柔性。因此，採用石墨烯28與柔性高分子基體24構成的石墨烯高分子複合材料也具有很大的比表面積和導電性，因此採用上述材料構成的筆頭120也與觸摸屏構成的單位面積上的電容較大，並具有較好的導電性，該筆頭120具有更高的靈敏度。

本實施例中，採用化學分散法製備石墨烯28的原材料。化學分散法係將氧化石墨與水按照1mg：1mL的比例混合，用超聲波振盪至溶液清晰無顆粒狀物質，加入適量肼在100℃回流24h，產生黑色顆粒狀沉澱，過濾、烘乾即得石墨烯粉末。採用分散的石墨烯28設置於柔性高分子基體24中構成的石墨烯高分子複合材料構成的筆頭120，還可有部分石墨烯28從筆頭的外表面露頭，從而更好的與觸摸屏接觸。並且，石墨烯28較光滑，具有較小的摩擦係數，在使用時不會對觸摸屏的螢幕造成傷害。

請參見圖22，本發明第一實施例中的觸碰材料層125還可以由所 述石墨烯28覆蓋在柔性高分子基體24的表面構成石墨烯層280形成。該石墨烯層280的厚度為100奈米到1微米。該石墨烯層280中的石墨烯28的排列方式可以為相互交疊設置、並列設置或者相互重合設置。石墨烯具有良好的導電性能，其在室溫下傳遞電子的速度非常快。所述石墨烯層280的厚度為單層石墨烯的厚度至1毫米。本實施例中，採用化學分散法製備石墨烯材料。化學分散法係將氧化石墨與水按照1mg：1mL的比例混合，用超聲波振盪至溶液清晰無顆粒狀物質，加入適量肼在100℃回流24h，產生黑色顆粒狀沉澱，過濾、烘乾即得石墨烯粉末。制得石墨烯28之後，將柔性高分子基體24放入石墨烯粉末中，由於石墨烯28為奈米材料，本身具有一定的粘附力，可以粘附在柔性高分子基體24的表面，形成石墨烯層280。可以理解，石墨烯28也可以通過粘結劑固定於柔性高分子基體24的表面形成石墨烯層280。

可以理解，所述觸碰材料層125還可以由所述石墨烯28直接覆蓋在主體124的表面形成的石墨烯材料層構成。該石墨烯材料層的厚度為100奈米到1微米。該石墨烯層中的石墨烯的排列方式可以為相互交疊設置、並列設置或者相互重合設置。石墨烯具有良好的導電性能，其在室溫下傳遞電子的速度非常快。所述石墨烯的厚度為0.5奈米至100奈米。

請參見圖23，本發明第二實施例提供一種觸控筆200，該觸控筆200包括筆桿110以及筆頭220。本實施例與第一實施例的觸控筆100的主要區別在於，該觸控筆200的筆頭220為由同一種材料構成的實心結構。所述筆頭220的材料可以選自上述第一實施例中組成觸碰材料層125的材料中除了純石墨烯以外的任一材料，觸 碰材料層125的具體材料可以參見第一實施例的詳細記載，這裏不再贅述。

當本發明第二實施例中的觸控筆200的筆頭220為純奈米碳管組成時，其可以採用壓模的方法製成。具體地，可將第一實施例中的奈米碳管結構12作為原材料，放置於一模具中。將其熱壓成型，從而獲得一種由純奈米碳管組成的筆頭220。由於所述奈米碳管結構12係由複數奈米碳管通過凡得瓦力相互連接形成的完整結構，並且還包括大量的微孔。因此，採用純奈米碳管組成的筆頭也包括大量的微孔。由於奈米碳管具有很好的導電性，以及柔性，使得該筆頭220也具有較好的導電性和柔性。筆頭220存在大量的微孔，微孔的直徑小於10微米，從而使得該筆頭220具有較大的筆表面積，從而能夠存儲更多的電荷，具有較大的電容。另外，為了提高筆頭220到筆桿110之間的導電能力，還可以將該由純奈米碳管組成的筆頭220中的奈米碳管沿著筆頭220向筆桿110的方向，也就係筆桿110的軸向排列，由於奈米碳管的軸向具有較高的導電性，從而該筆頭220向筆桿110的方向上具有較高的導電性，從而該筆頭220具有更好的回應速度。所述奈米碳管可以為單壁，雙壁或多壁奈米碳管，優選為多壁奈米碳管。

請參見圖24，本實施例中，該筆頭220的形狀除了第一實施例中所述的任一形狀外，還可以通過線狀導電材料組裝成毛筆形狀。所述毛筆狀筆頭220的材料可為複數奈米碳管線狀結構25彙集成束狀形成。所述複數奈米碳管線狀結構25可以通過粘結劑相互粘在一起形成所述筆頭220。所述筆頭220具有一個固定部222，以及一個觸碰部224。所述固定部222用於固定所述筆頭220於筆桿 110，觸碰部224用於接觸觸摸屏。

具體地，上述每個奈米碳管線狀結構25都有一個固定端252，以及一個與所述固定端252遠離的觸碰端254。所述複數奈米碳管線狀結構25的固定端252都相互對齊並通過粘結劑粘附在一起，從而形成所述固定部222。所述複數奈米碳管線狀結構25的長度分佈具有一定的規律，由筆頭220的中心軸沿著筆頭的半徑向外，依次減小。上述分佈規律保證了筆頭為毛筆形狀。所述複數奈米碳管線狀結構25遠離固定端252的部分為觸碰端254，複數奈米碳管線狀結構25的觸碰端254通過粘結劑粘附在一起後形成筆頭220的觸碰部224。本實施例中，所述筆頭220的固定部222直接插入筆桿110固定端114，並通過導電粘結劑將筆頭220粘附在筆桿110的固定端114。

該奈米碳管線狀結構25可以為圖17中的非扭轉的奈米碳管線，或圖18中的扭轉的奈米碳管線。該奈米碳管線狀結構25還可以為在上述非扭轉的奈米碳管線和扭轉的奈米碳管線的基礎上形成的奈米碳管複合線。該奈米碳管複合線為聚合物材料滲入奈米碳管線的奈米碳管之間的間隙中組成，所述聚合物可包括聚丙烯腈(Polyacrylonitrile,PAN)、聚乙烯醇(polyvinyl alcohol,PVA)、聚丙烯(Polypropylene,PP)、聚苯乙烯(Polystyrene,PS)、聚氯乙烯(Polyvinylchlorid,PVC)及聚對苯二甲酸乙二酯(Polyethylene terephthalate,PET)中的任意一種或任意組合。上述奈米碳管複合線的製備方法可以參看參見范守善等人於民國99年7月9日申請的，申請號為99122581號台灣專利申請“奈米碳管複合結構的製備方法”，申請人：鴻海 精密工業股份有限公司。為節省篇幅，僅引用於此，但上述申請所有技術揭露也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

另外，上述奈米碳管複合線還可以為奈米碳管具有扭轉或者非扭轉結構的奈米碳管金屬複合線，該奈米碳管金屬複合線為在上述非扭轉的奈米碳管線和扭轉的奈米碳管線的基礎上形成的奈米碳管金屬複合線，上述奈米碳管金屬複合線中的奈米碳管的排列趨勢與所述非扭轉的奈米碳管線和扭轉的奈米碳管線相同，全部奈米碳管或者部分奈米碳管的表面包覆有金屬材料層。上述奈米碳管金屬複合線的結構以及製備方法可以參看范守善等人於民國97年月7日申請，民國98年9月16日公開的，公開號為200939249的台灣專利申請“絞線的製備方法”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司。還可以參看范守善等人於民國97年3月07日申請的，民國98年9月16日公開的，公開號為200938481的台灣專利申請“絞線”，申請人：鴻海精密工業股份有限公司，僅引用於此，但上述申請所揭露的技術內容也應視為本發明申請技術揭露的一部分。

請參見圖25，本發明第三實施例提供一種觸控筆300，該觸控筆300包括筆桿110以及筆頭320。本實施例與第一實施例的主要區別在於，所述筆頭320為同一種材料構成的空心結構。該筆頭320具有一個固定部322以及一個觸碰部324。所述固定部322用於將筆頭320固定於所述筆桿110，所述觸碰部324用於接觸觸摸屏。

所述固定部322和所述觸碰部324可以一體成型組成所述筆頭320。所述固定部322為外表面設有外螺紋，其外螺紋正好與所述筆桿110的固定端114的內螺紋相匹配，從而可以將筆頭120固定於 筆桿110的固定端114。所述觸碰部324為柔性導電材料圍成，觸碰部324定義一個封閉空間326。所述柔性導電材料環繞該封閉空間326形成一個中空的觸碰部324。該觸碰部324的形狀不限，可以根據實際需要設計，可以為球狀，錐狀，圓臺狀等等。本實施例中，構成所述筆頭320的固定部322以及觸碰部324的柔性導電材料與第一實施例中的觸碰材料層125的材料完全相同。所述觸碰材料層125的具體材料已經在第一實施例中得到了詳細的記載，這裏不再贅述。

另外，所述筆頭320的封閉空間326中還可以加入具有較高介電常數的液體，如水、離子溶液。用於提高所述筆頭320的觸控部324的電容。

與先前技術比較，由於奈米碳管具有非常好的導電性、較大的比表面積以及較好的柔性，使得本發明觸控筆的筆頭與電容式觸摸屏接觸時，在單位接觸面積上的接觸電容較大，具有較高的靈敏度。另外，由於奈米碳管比金屬的摩擦係數更小，所以該筆頭不易損傷觸摸屏。

綜上所述，本發明確已符合發明專利之要件，遂依法提出專利申請。惟，以上所述者僅為本發明之較佳實施例，自不能以此限制本案之申請專利範圍。舉凡熟悉本案技藝之人士援依本發明之精神所作之等效修飾或變化，皆應涵蓋於以下申請專利範圍內。

100‧‧‧觸控筆

110‧‧‧筆桿

120‧‧‧筆頭

Claims (10)

1. 一種觸控筆，包括筆桿和筆頭，所述筆頭具有柔性及導電性，所述筆頭使用時與觸摸屏之間形成接觸電容，其改良在於，所述筆頭由複數個奈米碳管組成，所述複數個奈米碳管通過凡得瓦力相互結合，相鄰的奈米碳管之間存在微孔。
2. 如請求項第1項所述的觸控筆，其中，所述筆頭固定於所述筆桿，所述筆桿具有導電性，並與所述筆頭電連接。
3. 如請求項第1項所述的觸控筆，其中，所述微孔的直徑小於10微米。
4. 如請求項第1項所述的觸控筆，其中，所述複數個奈米碳管沿著筆頭向筆桿的方向定向排列。
5. 如請求項第1項所述的的觸控筆，其中，所述筆頭由奈米碳管團聚形成。
6. 如請求項第1項所述的觸控筆，其中，所述筆頭由奈米碳管陣列組成。
7. 如請求項第1項所述的觸控筆，其中，所述筆頭為球狀、圓錐狀、或圓臺狀。
8. 如請求項第1項所述的觸控筆，其中，所述筆桿為金屬材料製成的空心筒狀結構。
9. 如請求項第8項所述的觸控筆，其中，所述筆桿具有一固定端，固定端內部設置有內螺紋，所述筆頭通過所述內螺紋固定於所述固定端。
10. 如請求項第1項所述的觸控筆，其中，所述奈米碳管為多壁奈米碳管。