一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏的制作方法
【專利摘要】一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏，其結(jié)構(gòu)包括蓋板層、OCA光學(xué)膠層a、上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層、下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層、壓力敏感性聚合物彈性體、OCA光學(xué)膠層b、顯示模組、外圍電路、接口芯片a、外圍電路、接口芯片b及主控芯片。兩層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層中間設(shè)有一層透明絕緣的聚合物彈性體以適應(yīng)外部觸控壓力的變化。工作時，觸控壓力引起聚合物彈性體的局部形變，導(dǎo)致局部電容的變化，而推算出觸控壓力的大小。并且通過對聚合物彈性體的微納結(jié)構(gòu)化設(shè)計可提高壓力感知的靈敏度。本實用新型所述石墨烯觸摸屏實現(xiàn)了壓力感應(yīng)，具有可折疊、高靈敏度、輕薄、高透光率、高電導(dǎo)率、低成本、綠色環(huán)保的優(yōu)點，為新型觸控設(shè)備奠定基礎(chǔ)。
【專利說明】
一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏
技術(shù)領(lǐng)域
[0001]本實用新型屬于電子信息技術(shù)觸摸屏領(lǐng)域，特別涉及一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏。
【背景技術(shù)】
[0002]觸摸屏又稱為“觸控屏”、“觸控面板”，因具有易操作性、直觀性和靈活性等優(yōu)點，已成為個人移動通信設(shè)備和綜合信息終端如智能手機、平板電腦、智能手機、超級筆記本電腦、可穿戴式設(shè)備以及機器設(shè)備的操作界面等主要人機交互手段。觸摸屏根據(jù)不同的工作原理可分為電容觸摸屏、電阻觸摸屏、紅外觸摸屏和表面聲波觸摸屏等四種主要類型。其中電容觸摸屏具有多點觸控、反應(yīng)時間快、使用壽命長、透光率高以及用戶使用體驗優(yōu)越等一系列優(yōu)勢。同時隨著工藝的逐步成熟，良品率得到顯著提高，價格日益降低，電容觸摸屏目前已成為中小尺寸信息終端觸控交互的主要方式。
[0003]近年來，石墨烯觸摸屏的應(yīng)用受到了極大關(guān)注，尤其在未來的柔性顯示、可穿戴式設(shè)備等領(lǐng)域擁有廣泛的市場前景。但是，現(xiàn)階段的電容式觸摸屏包括石墨烯觸摸屏，僅感知屏體所在平面(X，Y軸二維空間)的觸摸位置，難以支持垂直于屏體平面(Z軸)的觸摸參數(shù)感知，即壓力的感應(yīng)。
【實用新型內(nèi)容】
[0004]本實用新型的目的在于提供一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏，實現(xiàn)平面位置信息和Z軸壓力的感應(yīng)。
[0005]本實用新型所涉及的一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏，包括蓋板層、OCA光學(xué)膠層a、上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層、下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層、壓力敏感性聚合物彈性體、OCA光學(xué)膠層b、顯示模組、縱向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路、接口芯片a、橫向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路、接口芯片b及主控芯片；在上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層和下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層的中間設(shè)置一層透明絕緣的聚合物彈性體，在壓力作用下聚合物彈性體能夠產(chǎn)生明顯的形變，聚合物彈性體為PDMS(聚二甲基硅氧烷)、TPU(聚氨酯彈性體)、硅橡膠或聚氨酯橡膠等材料中的一種，厚度為0.1?500um;石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層采用規(guī)?；腃VD方法制備，并大面積轉(zhuǎn)移至透明柔性基底上，其層數(shù)為I?10層，其方阻為10?1000 Ω/□，其透光率為80?97 % ;上層石墨烯和下層石墨烯通過外圍電路及接口芯片將觸摸位置信息及壓力信息傳輸至主控芯片，主控芯片根據(jù)接口芯片a和接口芯片b的輸入信息，得到對石墨烯電容式觸摸屏操作的觸摸位置及對應(yīng)的觸摸壓力。
[0006]所述的上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層中的石墨烯被分割為多條相互等間距且平行的縱向傳導(dǎo)區(qū)域，下層石墨烯層透明導(dǎo)電薄膜層中的石墨烯被分割為多條相互等間距且平等的橫向傳導(dǎo)區(qū)域。
[0007]所述的壓力敏感性聚合物彈性體，可以為光滑的彈性體薄膜，或者可以進一步在彈性體薄膜表面設(shè)置微納米結(jié)構(gòu)，以增強彈性體在相同壓力作用下的彈性形變能力，從而提高壓力傳感的靈敏度，表面微納結(jié)構(gòu)包括金字塔、圓柱、矩形柱子、正六邊形柱子、圓錐等，其特征尺寸為I OOnm?I OOum，高度為I OOnm?I OOum。
[0008]所述的接口芯片包括縱向電路的接口芯片a和橫向電路的接口芯片b，其中上層石墨烯的縱向傳導(dǎo)區(qū)域通過縱向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路與縱向電路接口芯片a相連，下層石墨烯的橫向傳導(dǎo)區(qū)域通過橫向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路與橫向電路接口芯片b相連。
[0009]所述的接口芯片a采集并處理縱向Y方向位置信息，接口芯片b采集并處理縱向X方向位置信息，并將(Χ，γ)信息輸入到主控芯片得到觸控的具體位置信息。
[0010]所述的主控芯片將觸摸位置(Χ，Υ)處的上下兩層石墨烯所構(gòu)成電容的變化進行采集，并處理為壓力值。
[0011]本實用新型所涉及的石墨烯電容式觸摸屏具有壓力感應(yīng)能力，壓力感應(yīng)范圍為
0.1Pa?lOOkPa，其應(yīng)用包括觸摸屏手機、觸摸屏電腦、可穿戴式設(shè)備的觸摸屏顯示等。
【附圖說明】
[0012]圖1為實施例一所述的具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏的器件結(jié)構(gòu)截面圖，其中101為蓋板層，102為OCA光學(xué)膠層a，103為上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層，104為壓力敏感性聚合物彈性體，105為下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層，106為OCA光學(xué)膠層b，107為顯示模組；
[0013]圖2為觸摸屏的石墨烯電路圖，其中201為上層石墨烯的縱向傳導(dǎo)區(qū)域，202為下層石墨烯的橫向傳導(dǎo)區(qū)域，203為縱向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路，204為縱向電路的接口芯片a，205為橫向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路，206為橫向電路的接口芯片b，207為主控芯片；
[0014]圖3為實施例二所述的具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏的器件結(jié)構(gòu)截面圖，其中301為蓋板層，302為OCA光學(xué)膠層a，303為上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層，304為壓力敏感性聚合物彈性體，305為下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層，306為OCA光學(xué)膠層b，307為顯示模組。
【具體實施方式】
[0015]下面結(jié)合附圖和實施例對本實用新型進一步說明。
[0016]實施例一
[0017]本實施例的壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏的器件結(jié)構(gòu)如圖1所示，上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層103和下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層104均采用CVD生長石墨烯制成，并通過大面積轉(zhuǎn)移方法轉(zhuǎn)移至柔性PET基底上，所述石墨烯的層數(shù)為I層，方阻為200 Ω/sq，透光率范圍為91%。
[0018]本實施例中，石墨烯透明導(dǎo)電薄膜的圖形化通過光刻、刻蝕的方法實現(xiàn)。
[0019]本實施例中，所述石墨烯電容觸摸屏還包括壓力敏感性聚合物彈性體104，所述上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層103和下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層105分別位于壓力敏感性聚合物彈性體104的上下表面。
[0020]本實施例中，所述壓力敏感性聚合物彈性體104采用PDMS材料，厚度為50um，表面進行微納結(jié)構(gòu)化處理。
[0021]本實施例中，所述微納結(jié)構(gòu)為金字塔形，特征尺寸為5um，高度為5um0
[0022]本實施例中，上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層103通過激光刻蝕的方法被分割為多條相互等間距且平行的縱向傳導(dǎo)區(qū)域201，下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層105通過激光刻蝕的方法被分割為多條相互等間距且平行的縱向傳導(dǎo)區(qū)域202。
[0023]本實施例中，縱向傳導(dǎo)區(qū)域201通過縱向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路203與縱向電路接口芯片204相連，下層石墨烯的橫向傳導(dǎo)區(qū)域202通過橫向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路205與橫向電路的接口芯片206相連。
[0024]本實施例中，接口芯片204與接口芯片206連接至主控芯片，用以采集并處理觸摸屏的位置信息和壓力信息。
[0025]本實施例中，所述電容觸摸屏還包括蓋板層101、顯示模組107和OCA光學(xué)膠層al02和OCA光學(xué)膠層bl06，所述蓋板層101通過OCA光學(xué)膠層al02與上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層103粘接在一起，所述顯示模組107通過OCA光學(xué)膠層bl06與下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層105
粘接在一起。
[0026]本實施例中，所述蓋板層101采用透明玻璃材料制成。
[0027]實施例二
[0028]本實施例的壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏的器件結(jié)構(gòu)如圖3所示，所述上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層303和下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層304均采用CVD生長石墨烯制成，并通過大面積轉(zhuǎn)移方法轉(zhuǎn)移至柔性PI基底上，所述石墨烯的層數(shù)為3層，方阻為100 Ω/sq，透光率范圍為85%。
[0029]本實施例中，所述石墨烯電容觸摸屏還包括壓力敏感性聚合物彈性體304，所述上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層303和下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層305分別位于壓力敏感性聚合物彈性體304的上下表面。
[0030]本實施例中，所述壓力敏感性聚合物彈性體304采用TPU材料，厚度為200um，表面不進行微納結(jié)構(gòu)化處理。
[0031]本實施例中，上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層303通過激光刻蝕的方法被分割為多條相互等間距且平行的縱向傳導(dǎo)區(qū)域201，下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層305通過激光刻蝕的方法被分割為多條相互等間距且平行的縱向傳導(dǎo)區(qū)域202。
[0032]本實施例中，縱向傳導(dǎo)區(qū)域201通過縱向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路203與縱向電路接口芯片204相連，下層石墨烯的橫向傳導(dǎo)區(qū)域202通過橫向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路205與橫向電路的接口芯片206相連。
[0033]本實施例中，接口芯片204與接口芯片206連接至主控芯片，用以采集并處理觸摸屏的位置信息和壓力信息。
[0034]本實施例中，所述電容觸摸屏還包括蓋板層301、顯示模組307和OCA光學(xué)膠層a302和OCA光學(xué)膠層b306，所述蓋板層301通過OCA光學(xué)膠層a302與上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層303粘接在一起，所述顯示模組307通過OCA光學(xué)膠層b306與下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層305
粘接在一起。
[0035]本實施例中，所述蓋板層301采用聚對苯二甲酸乙二醇酯PET材料制成。
[0036]最后說明的是，以上實施例僅用以說明本實用新型的技術(shù)方案而非限制，盡管參照較佳實施例對本實用新型進行了詳細說明，本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員應(yīng)當理解，可以對本實用新型的技術(shù)方案進行修改或者等同替換，而不脫離本實用新型技術(shù)方案的宗旨和范圍，其均應(yīng)涵蓋在本實用新型的權(quán)利要求范圍當中。
【主權(quán)項】
1.一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏，包括蓋板層(101)、0CA光學(xué)膠層a(102)、上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層(103)、下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層(105)、壓力敏感性聚合物彈性體(104)、OCA光學(xué)膠層b(106),顯示模組(107)、縱向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路(203)、接口芯片a(204)、橫向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路(205)、接口芯片b(206)及主控芯片(207);其特征是:在上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層(103)和下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層(105)的中間設(shè)置一層透明絕緣的聚合物彈性體(104)，在壓力作用下聚合物彈性體能夠產(chǎn)生明顯的形變，聚合物彈性體為聚二甲基硅氧烷、聚氨酯彈性體、硅橡膠或聚氨酯橡膠材料中的一種，厚度為0.1?500um;上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層和下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層均采用CVD方法生長石墨烯制成，并大面積轉(zhuǎn)移至透明柔性基底上，其層數(shù)為I?10層，其方阻為10?1000 Ω/□，其透光率為80?97% ;上層石墨烯和下層石墨烯通過外圍電路及接口芯片將觸摸位置信息及壓力信息傳輸至主控芯片(207)，主控芯片(207)根據(jù)接口芯片a(204)和接口芯片b(206)的輸入信息，得到對石墨烯電容式觸摸屏操作的觸摸位置及對應(yīng)的觸摸壓力。2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏，其特征是:上層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層中的石墨烯被分割為多條相互等間距且平行的縱向傳導(dǎo)區(qū)域(201)，下層石墨烯透明導(dǎo)電薄膜層中的石墨烯被分割為多條相互等間距且平等的橫向傳導(dǎo)區(qū)域(202)。3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏，其特征是:所述的壓力敏感性聚合物彈性體(104)，可以為光滑的彈性體薄膜，或者可以進一步在彈性體薄膜表面設(shè)置微納米結(jié)構(gòu)，以增強彈性體在相同壓力作用下的彈性形變能力，從而提高壓力傳感的靈敏度，表面微納結(jié)構(gòu)包括金字塔、圓柱、矩形柱子、正六邊形柱子、圓錐，其特征尺寸為 I OOnm ?I OOum，高度為 I OOnm ?I OOum。4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏，其特征是:所述的接口芯片包括縱向電路的接口芯片a (204)和橫向電路的接口芯片b (206 )，其中上層石墨烯的縱向傳導(dǎo)區(qū)域(201)通過縱向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路(203)與縱向電路接口芯片a(204)相連，下層石墨烯的橫向傳導(dǎo)區(qū)域(202)通過橫向傳導(dǎo)區(qū)域的外圍電路(205)與橫向電路接口芯片b(206)相連。5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏，其特征是:所述的接口芯片a (204)采集并處理縱向Y方向位置信息，接口芯片b (206)采集并處理縱向X方向位置信息，并將(X，Y)信息輸入到主控芯片(207)得到觸控的具體位置信息。6.根據(jù)權(quán)利要求1所述的一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏，其特征是:所述的主控芯片(207)將觸摸位置處的上下兩層石墨烯所構(gòu)成電容的變化進行采集，并處理為壓力值。7.根據(jù)權(quán)利要求1所述一種具有壓力感應(yīng)的石墨烯電容式觸摸屏，其特征在于壓力感應(yīng)范圍為0.1Pa?100kPa。
【文檔編號】G06F3/044GK205451020SQ201521105015
【公開日】2016年8月10日
【申請日】2015年12月28日
【發(fā)明人】楊俊 , 羅偉, 魏大鵬, 魏興戰(zhàn), 史浩飛, 杜春雷
【申請人】中國科學(xué)院重慶綠色智能技術(shù)研究院