一種壓力傳感電容式複合觸控螢幕的製作方法

2023-06-11 03:25:56

本實用新型屬於觸控螢幕領域，尤其涉及一種壓力傳感電容式複合觸控螢幕，具體而言是一種由石墨烯與PVDF薄膜複合的壓力傳感電容式複合觸控螢幕。

背景技術：

觸摸式輸入方式從電阻屏開始，電容屏的大規模應用則更大程度的提高了電子產品輸入的便利性。從蘋果智慧型手機首次應用電容屏開始，電容屏經歷了爆炸式的發展，其市場規模不斷擴大。目前，電容屏市場由於供大於求，產品價格不斷下降，利潤持續降低。從而造成了大批小規模的電容屏生產廠商倒閉。且不管是電阻屏還是電容屏，都是一種二維的輸入方式，我們只能定位平面上的位置。

目前又興起了3D-touch的概念，即既可以感知二維平面位置輸入，又能感知壓力大小的觸摸方式。目前主要有以下兩種實現方式，第一是通過不同的按壓面積來判定壓力大小，第二種方法時利用石墨烯的壓變電阻特性，使石墨烯透明導電薄膜既感知二維平面位置也感知壓力大小的方法實現。很明顯，第一種方式實現的所謂3D-touch可操作性較差；而第二種方式，因石墨烯透明導電薄膜的壓變電阻最大為20%，導致其在靈敏性方面存在缺陷。

技術實現要素：

本實用新型的目的在於解決現有技術中存在的上述問題，提供一種壓力傳感電容式複合觸控螢幕，本實用新型通過將石墨烯與壓電材料PVDF薄膜複合，能夠形成一個壓力感應信號更強，靈敏性更高的壓力傳感系統來實現3D-touch。

為實現上述目的，本實用新型採用的技術方案如下：

一種壓力傳感電容式複合觸控螢幕，其特徵在於：包括基底、控制器、第一石墨烯膜、第二石墨烯膜、PVDF透明膜、粘膠和電極，所述基底、第一石墨烯膜、粘膠、第二石墨烯膜和PVDF透明膜依次固定層疊，所述電極分別連接在第一石墨烯膜的兩側和第二石墨烯膜的兩側，所述控制器與電極連接。

所述第一石墨烯膜上和第二石墨烯膜上分別刻蝕有X軸軸向線路和Y軸軸向線路，且第一石墨烯膜上的X軸軸向線路和第二石墨烯膜上的Y軸軸向線路相對應。

所述PVDF透明膜的厚度小於100nm，透光率大於90%。

所述電極上刻蝕有電路。

所述電極由銀、銀漿、銅、鎳、金、鋁、鈦合金或鎳合金通過印刷、濺射或沉積的方式製成。

採用本實用新型的優點在於：

一、本實用新型通過將石墨烯與壓電材料PVDF薄膜複合，能夠形成一個壓力感應信號更強，靈敏性更高的壓力傳感系統來實現3D-touch。它不僅能夠實現在平面上定位手指觸摸的具體位置，同時在第三維度上，通過對手指按下不同壓力的檢測，能實現三維的信號輸入。

二、本實用新型利用PVDF薄膜和石墨烯導電膜的獨特性質，設計了相應的觸控螢幕結構，從而實現了3D-touch的功能，它不僅能夠實現在平面上定位手指觸摸的具體位置，同時在第三維度上，通過對手指按下不同壓力的檢測，能實現三維的信號輸入。當手指觸摸時，觸控螢幕先根據電容的變化感知位置，當增加一定的壓力後，PVDF薄膜產生出一個電壓，電容感知到並形成信號。且不同的壓力狀態下，電壓的變化程度不同；通過檢測電信號的變化情況，我們即可判斷出壓力的大小，從而實現第三維度信息的輸入。

三、本實用新型的靈敏性高，PVDF薄膜的壓電應變常數為21±1PC/N,因此壓力傳感較為靈敏。

附圖說明

圖1為本實用新型的結構示意圖；

圖中標號為：1、基底，2、第一石墨烯膜，3、電極，4、粘膠，5、第二石墨烯膜，6、PVDF透明膜，7、控制器。

具體實施方式

一種壓力傳感電容式複合觸控螢幕，包括基底1、控制器7、第一石墨烯膜2、第二石墨烯膜5、PVDF透明膜6、粘膠4和電極3，所述基底1、第一石墨烯膜2、粘膠4、第二石墨烯膜5和PVDF透明膜6依次固定層疊，所述電極3分別設置在基底1上和PVDF透明膜6上，且電極3分別連接在第一石墨烯膜2的兩側和第二石墨烯膜5的兩側，所述控制器7與電極3連接。所述第一石墨烯膜2上和第二石墨烯膜5上分別刻蝕有X軸軸向線路和Y軸軸向線路，且第一石墨烯膜2上的X軸軸向線路和第二石墨烯膜5上的Y軸軸向線路相對應，用於確定觸摸時的平面坐標。所述電極3由銀、銀漿、銅、鎳、金、鋁、鈦合金或鎳合金通過印刷、濺射或沉積的方式製成，且所述電極3上刻蝕有設定電路。所述PVDF透明膜6的厚度小於100nm，透光率大於90%。所述粘膠4為OCA光學膠。

本實用新型中，所述第一石墨烯膜2和第二石墨烯膜5均是由一層石墨烯、兩層石墨烯、少數層石墨烯或三維石墨烯材料製成的導電薄膜。所述基底1採用PET、PMMA、PDMS、PEN或玻璃製成。

本實用新型中，所述電極3上刻蝕的電路為檢測電路和進一步的檢測電壓變化量的電路,並與刻蝕在石墨烯膜上的軸向線路相連接。

本實用新型中，當沒有手指按壓時，石墨烯與PVDF透明膜6處於平衡狀態，石墨烯的電容處於平衡狀態。當手指觸摸到PVDF透明膜6後，手指的電容會疊加到石墨烯上，根據電容變化，控制器7計算出觸摸位置；當手指進一步加壓，PVDF透明膜6產生出一個電壓信號，這個電壓信號將進一步疊加到石墨烯電容上，控制器7根據算法即可判斷出壓力大小，從而實現三維信息的輸入。

本實用新型的實現方法為：

1、採用化學氣相澱積的方式在金屬上生長石墨烯導電膜，將石墨烯導電膜分別轉移到基底1和PVDF透明膜6上形成第一石墨烯膜2和第二石墨烯膜5，並在第一石墨烯膜2和第二石墨烯膜5的兩側製備導電的金屬電極3。

2、採用雷射刻蝕方法分別在第一石墨烯膜2和第二石墨烯膜5上刻蝕設定的X軸軸向線路和Y軸軸向線路，以實現石墨烯導電薄膜的圖形化。

3、採用刻蝕方法將電極3刻蝕為設定電路，並在電路中設計電容式觸控屏信號電路。

4、通過粘膠4將第二石墨烯膜5貼合到第一石墨烯膜2上，形成基底1、第一石墨烯膜2、粘膠4、第二石墨烯膜5和PVDF透明膜6依次固定層疊的結構，將電極3與控制器7連接，以實現石墨烯壓力傳感器設計。