本發(fā)明涉及觸摸屏及傳感器技術(shù)領(lǐng)域，特別是涉及一種觸控傳感器及制備方法。

背景技術(shù)：

觸摸屏作為一種最新的電腦輸入設(shè)備，它是目前最簡單、方便、自然的一種人機(jī)交互方式，它賦予了多媒體以嶄新的面貌，是極富吸引力的全新多媒體交互設(shè)備，主要應(yīng)用于公共信息的查詢、領(lǐng)導(dǎo)辦公、工業(yè)控制、軍事指揮、電子游戲、點歌點菜、多媒體教學(xué)、房地產(chǎn)預(yù)售等。而觸控傳感器是觸摸屏實現(xiàn)自動檢測和自動控制的首要環(huán)節(jié)。自平板觸摸顯示技術(shù)問世以來，如何優(yōu)化傳感器的性能提高傳感器與觸摸屏的兼容性一直都是研究人員十分重視的研究方向。

傳統(tǒng)的觸控傳感器大多采用三明治結(jié)構(gòu)，由于其結(jié)構(gòu)的局限性，傳統(tǒng)觸控傳感器的功能和穩(wěn)定性往往不如人意。并且在加工方面，由于過分依賴于材料本身的特性，傳統(tǒng)的觸摸屏制造工藝與傳統(tǒng)的觸控傳感器工藝不能兼容，適得其反。目前，一些觸控傳感器雖然實現(xiàn)了能夠感應(yīng)不同方向上所施加應(yīng)力的功能，但依然存在結(jié)構(gòu)復(fù)雜、精確度低、制造成本高、可靠性低的問題。隨著人們對觸摸傳感的要求越來越高，既能夠?qū)崿F(xiàn)觸摸感應(yīng)又能夠準(zhǔn)確定位并測量出實際壓力大小的傳感器受到了廣大科研人員的關(guān)注。

在過去的研究過程中，傳統(tǒng)的觸控傳感器主要依賴于高性能的傳感材料，而很少在傳感器的結(jié)構(gòu)上進(jìn)行改進(jìn)，從而使得觸控傳感器的性能難以得到大幅度的提高和突破，另外，傳統(tǒng)的觸控傳感器的制造工藝受到傳感材料溫度和其它條件的限制，導(dǎo)致觸控傳感器制造成本高、加工效率低。本發(fā)明著重在傳感器的結(jié)構(gòu)及制備方法上作出改進(jìn)，從而提供一種性能穩(wěn)定可靠、不易損壞、且能夠準(zhǔn)確定位并測量出實際壓力大小的觸控傳感器，并解除了觸控傳感器過分依賴材料帶來的限制，大大提高了加工效率并降低了加工成本。

技術(shù)實現(xiàn)要素：

本發(fā)明的目的是提供一種觸控傳感器及制備方法，通過對觸控傳感器的結(jié)構(gòu)及制備方法作出改進(jìn)，提供一種性能穩(wěn)定可靠、不易損壞、且能夠準(zhǔn)確定位并測量出實際壓力大小的觸控傳感器，并解除了觸控傳感器過分依賴材料帶來的限制，大大提高了加工效率，降低了加工成本。

為實現(xiàn)上述目的，本發(fā)明提供了如下方案：

一種觸控傳感器，所述觸控傳感器包括：基板、底電極、左支承臺、右支承臺、支撐面、頂電極、支撐層、壓力柱以及柔性層；所述底電極覆蓋于所述基板表面；所述左支承臺和所述右支承臺立于所述基板上，所述左支承臺和所述右支承臺高度相同；所述底電極連接所述左支承臺和所述右支承臺底部；所述支撐面連接所述左支承臺和所述右支承臺；所述頂電極覆蓋在所述左支承臺和所述右支承臺上方；所述支撐層覆蓋于所述頂電極表面；所述壓力柱直立于所述支撐層上；所述柔性層平鋪于所述壓力柱上方。

可選的，所述左支承臺和所述右支承臺與所述基板呈設(shè)定角度；所述左支承臺外側(cè)與所述基板左側(cè)邊緣距離為h，所述右支承臺外側(cè)與所述基板右側(cè)邊緣距離為h；所述左支承臺和所述右支承臺不接觸；所述支撐面與所述左支承臺的連接處位于所述左支承臺的上半部，所述支撐面與所述右支承臺的連接處位于所述右支承臺的上半部；所述頂電極連接所述左支承臺和所述右支承臺頂部；所述底電極、所述左支承臺、所述右支承臺和所述頂電極共同組成一個梯形結(jié)構(gòu)。

可選的，所述頂電極的厚度小于所述底電極的厚度；所述支撐層的厚度小于所述頂電極的厚度；所述壓力柱為圓柱體狀結(jié)構(gòu)，所述左支承臺和所述右支承臺頂部內(nèi)側(cè)距離為d，所述壓力柱的直徑為d/2，所述壓力柱高2mm。

可選的，所述基板與所述底電極平行；所述底電極與所述支撐面平行；所述支撐面與所述頂電極平行；所述頂電極與所述支撐層平行；所述支撐層與所述柔性層平行；所述柔性層寬度與所述基板寬度一致。

本發(fā)明還公開了一種觸控傳感器制備方法，所述方法包括：

在經(jīng)過清洗和干燥的基板上濺射一層厚度均勻的金屬膜，采用圖形光刻工藝將所述金屬膜刻蝕為底電極；

采用微納制造工藝在所述底電極上加工出左支承臺、右支承臺和支撐面，所述左支承臺和所述右支承臺立于所述基板上，所述支撐面連接所述左支承臺和所述右支承臺；

采用微納制造工藝在所述左支承臺和所述右支承臺上覆蓋一層金屬材料，采用圖形光刻工藝將所述金屬材料刻蝕為頂電極；

在所述頂電極表面旋涂上一層絕緣橡膠材料，采用圖形光刻工藝將所述絕緣橡膠材料刻蝕為支撐層；

在所述支撐層上方旋涂一層聚二甲基硅氧烷絕緣橡膠材料，采用圖形光刻工藝將所述聚二甲基硅氧烷絕緣橡膠材料刻蝕成單個圓柱體作為壓力柱；

將聚酰亞胺柔性材料覆蓋在所述壓力柱上，加工形成柔性層。

可選的，所述采用微納制造工藝在所述底電極上加工出左支承臺、右支承臺和支撐面，所述左支承臺和所述右支承臺立于所述基板上，所述支撐面連接所述左支承臺和所述右支承臺包括：

采用微納制造工藝在所述底電極上采用絕緣材料加工出所述左支承臺、所述右支承臺和所述支撐面，所述底電極連接所述左支承臺和所述右支承臺底部；

所述左支承臺和所述右支承臺立于所述基板上，所述左支承臺和所述右支承臺高度相同，所述左支承臺和所述右支承臺與所述基板呈設(shè)定角度；所述左支承臺外側(cè)與所述基板左側(cè)邊緣距離為h，所述右支承臺外側(cè)與所述基板右側(cè)邊緣距離為h；所述左支承臺和所述右支承臺不接觸；

所述支撐面與所述底電極平行；所述支撐面連接所述左支承臺和所述右支承臺，所述支撐面與所述左支承臺的連接處位于所述左支承臺的上半部，所述支撐面與所述右支承臺的連接處位于所述右支承臺的上半部。

可選的，所述采用微納制造工藝在所述左支承臺和所述右支承臺上覆蓋一層金屬材料，采用圖形光刻工藝將所述金屬材料刻蝕為頂電極包括：

采用微納制造工藝在所述左支承臺和所述右支承臺上覆蓋一層厚度均勻的金屬材料，所述金屬材料的厚度小于所述底電極的厚度；

通過圖形光刻以及刻蝕工藝使所述金屬材料完整連接所述左支承臺和所述右支承臺頂部，形成所述頂電極；所述頂電極與所述支撐面平行；所述底電極、所述左支承臺、所述右支承臺和所述頂電極共同組成一個梯形結(jié)構(gòu)。

可選的，所述在所述頂電極表面旋涂上一層絕緣橡膠材料，采用圖形光刻工藝將所述絕緣橡膠材料刻蝕為支撐層包括：

在所述頂電極形成后，在所述頂電極表面旋涂上一層厚度均勻的絕緣橡膠材料，所述絕緣橡膠材料的厚度小于所述頂電極的厚度；

對所述絕緣橡膠材料進(jìn)行低溫退火處理，采用光刻圖形工藝使退火后的所述絕緣橡膠材料完全覆蓋所述頂電極，形成所述支撐層。

可選的，所述在所述支撐層上方旋涂一層聚二甲基硅氧烷絕緣橡膠材料，采用圖形光刻工藝將所述聚二甲基硅氧烷絕緣橡膠材料刻蝕成單個圓柱體作為壓力柱包括：

待所述支撐層形成后，在所述支撐層的上方旋涂一層聚二甲基硅氧烷絕緣橡膠膜，所述聚二甲基硅氧烷絕緣橡膠膜的厚度為2mm；

對所述絕緣橡膠膜做退火處理；

采用光刻圖形工藝將退火處理后的所述聚二甲基硅氧烷絕緣橡膠膜刻蝕成單個圓柱體作為壓力柱，所述左支承臺和所述右支承臺頂部內(nèi)側(cè)距離為d，所述壓力柱的直徑為d/2。

可選的，所述將聚酰亞胺柔性材料覆蓋在所述壓力柱上，加工形成柔性層包括：

在清洗干凈的玻璃基板上旋涂一層厚度為8μm的聚酰亞胺柔性材料，在350℃條件下退火處理1小時，然后采用機(jī)械剝離的方法將所述聚酰亞胺柔性材料從玻璃基板上剝離下來，平鋪于所述壓力柱上方；

使所述聚酰亞胺柔性材料與所述基板平行，加工形成與所述基板寬度一致的所述柔性層。

根據(jù)本發(fā)明提供的具體實施例，本發(fā)明公開了以下技術(shù)效果：

1、本發(fā)明提出了一種新型結(jié)構(gòu)的觸控傳感器，所述觸控傳感器中多次使用支撐結(jié)構(gòu)來阻止由于應(yīng)力集中或者超出量程而造成的傳感器損壞，保證了觸控傳感器的可靠工作，并且所述觸控傳感器既能夠?qū)崿F(xiàn)觸摸感應(yīng)，又能夠準(zhǔn)確定位，還能測量出實際壓力大小。

2、傳統(tǒng)觸控傳感器在實現(xiàn)壓力的檢測時，其檢測精度主要依賴于傳感器材料的性能，必須采用反應(yīng)靈敏、價格昂貴的壓敏材料。而本發(fā)明提出的一種觸控傳感器及其制備方法，通過改進(jìn)觸控傳感器的結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)壓力位置和大小的測量，解除了傳統(tǒng)觸控傳感器過分依賴材料帶來的限制，大大提高了加工效率并降低了加工成本。

附圖說明

為了更清楚地說明本發(fā)明實施例或現(xiàn)有技術(shù)中的技術(shù)方案，下面將對實施例中所需要使用的附圖作簡單地介紹，顯而易見地，下面描述中的附圖僅僅是本發(fā)明的一些實施例，對于本領(lǐng)域普通技術(shù)人員來講，在不付出創(chuàng)造性勞動性的前提下，還可以根據(jù)這些附圖獲得其他的附圖。

圖1為本發(fā)明觸控傳感器實施例的截面示意圖；

圖2為本發(fā)明觸控傳感器實施例的工作原理示意圖；

圖3為本發(fā)明觸控傳感器制備方法的工藝流程圖。

具體實施方式

下面將結(jié)合本發(fā)明實施例中的附圖，對本發(fā)明實施例中的技術(shù)方案進(jìn)行清楚、完整地描述，顯然，所描述的實施例僅僅是本發(fā)明一部分實施例，而不是全部的實施例?；诒景l(fā)明中的實施例，本領(lǐng)域普通技術(shù)人員在沒有做出創(chuàng)造性勞動前提下所獲得的所有其他實施例，都屬于本發(fā)明保護(hù)的范圍。

本發(fā)明的目的是提供一種新型的觸控傳感器裝置及制備方法。

為使本發(fā)明的上述目的、特征和優(yōu)點能夠更加明顯易懂，下面結(jié)合附圖和具體實施方式對本發(fā)明作進(jìn)一步詳細(xì)的說明。

圖1為本發(fā)明觸控傳感器實施例的截面示意圖。

如圖1所示的一種觸控傳感器，所述觸控傳感器包括：基板101、底電極102、左支承臺103、右支承臺104、支撐面105、頂電極106、支撐層107、壓力柱108以及柔性層109。所述底電極102覆蓋于所述基板101表面。所述左支承臺103和所述右支承臺104立于所述基板101上，所述左支承臺103和所述右支承臺104高度相同。所述底電極102連接所述左支承臺103和所述右支承臺104底部。所述支撐面105連接所述左支承臺103和所述右支承臺104。所述頂電極106覆蓋在所述左支承臺103和所述右支承臺104上方。所述支撐層107覆蓋于所述頂電極106表面。所述壓力柱108直立于所述支撐層107上。所述柔性層109平鋪于所述壓力柱108上方。

所述左支承臺103和所述右支承臺104與所述基板101呈設(shè)定角度，所述左支承臺103和所述右支承臺104為傾斜的柱狀結(jié)構(gòu)。所述左支承臺103外側(cè)與所述基板101左側(cè)邊緣距離為h，所述右支承臺104外側(cè)與所述基板101右側(cè)邊緣距離為h。所述左支承臺103和所述右支承臺104不接觸。

所述支撐面105與所述左支承臺103和所述右支承臺104材料相同。所述支撐面105與所述左支承臺103的連接處位于所述左支承臺103的上半部，所述支撐面105與所述右支承臺104的連接處位于所述右支承臺104的上半部。所述底電極102連接所述左支承臺103和所述右支承臺104底部。所述頂電極106連接所述左支承臺103和所述右支承臺104頂部。所述底電極102、所述左支承臺103、所述右支承臺104和所述頂電極106共同組成一個梯形結(jié)構(gòu)。

所述觸控傳感器采用的空間梯形體狀結(jié)構(gòu)對整個傳感器起到了很好的支撐作用，結(jié)構(gòu)簡單而且穩(wěn)定。

其中，所述頂電極106的厚度小于所述底電極102的厚度。所述支撐層107的厚度小于所述頂電極106的厚度。

所述壓力柱108為圓柱體狀結(jié)構(gòu)。所述壓力柱108直立于所述支撐層107的中心位置。所述左支承臺103和所述右支承臺104頂部內(nèi)側(cè)距離為d，所述壓力柱108的直徑為d/2，所述壓力柱108高2mm。

所述基板101與所述底電極102平行。所述底電極102與所述支撐面105平行。所述支撐面105與所述頂電極106平行。所述頂電極106與所述支撐層107平行。所述支撐層107與所述柔性層109平行。所述柔性層109的寬度與所述基板101寬度一致。

圖2為本發(fā)明觸控傳感器實施例的工作原理示意圖。

當(dāng)本發(fā)明所述觸控傳感器不受任何外力時，其截面形態(tài)如圖1所示，所述壓阻薄膜104和所述支撐層105均處于水平自然狀態(tài)，此時所述壓阻薄膜104的電阻為初始電阻。

當(dāng)本發(fā)明所述觸控傳感器不受任何外力時，其截面形態(tài)如圖1所示，所述頂電極106、所述支撐層107和所述柔性層109均處于水平自然狀態(tài)，此時所述頂電極106與所述底電極102之間的距離為初始距離。

如圖2所示，當(dāng)本發(fā)明所述觸控傳感器受到外界的壓力時，所述頂電極106、所述支撐層107和所述柔性層109均處于向下彎曲的狀態(tài)，并且所述頂電極106、所述支撐層107和所述柔性層109的彎曲程度隨著外界壓力的變化而發(fā)生變化，此時所述頂電極106和所述底電極102之間的距離也隨著彎曲程度的變化而發(fā)生改變，那么由所述頂電極106和所述底電極102構(gòu)成的電容值也隨之發(fā)生改變。則能夠通過算法得出所述觸控傳感器受到的外界壓力值和所述電容值之間的的線性或非線性關(guān)系，從而能夠根據(jù)檢測到的電容值大小確定所述觸控傳感器受到的外界壓力值。

進(jìn)一步的，可以通過陣列將每個所述觸控傳感器以網(wǎng)格結(jié)構(gòu)的形式制作成觸控面板，當(dāng)有外力施加在觸控面板上時，由于每個觸控傳感器受力大小不均勻，可以得到其受力大小的梯度，從而根據(jù)最大的梯度確定外力的施加位置，并根據(jù)觸控傳感器單元陣列，以坐標(biāo)的形式表示出所施加外力的位置。

并且當(dāng)外界壓力過大時，所述頂電極106和所述支撐層107受到下方所述支撐面105的支撐，其彎曲程度達(dá)到最大值，保證了所述頂電極106和所述支撐層107的形變程度在其彈性變形范圍內(nèi)。同時，所述支撐層107起到緩沖和支撐的作用，所述壓力柱108起到傳遞壓力的作用。

本發(fā)明從結(jié)構(gòu)創(chuàng)新的角度提出了一種新型的觸控傳感器，本發(fā)明所述的觸控傳感器多次使用支撐結(jié)構(gòu)來阻止由于應(yīng)力集中或者超出量程而造成的傳感器損壞，保證了觸控傳感器的可靠工作。所述觸控傳感器采用的梯形支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計能夠為整個傳感器結(jié)構(gòu)提供十分可靠的支撐，也保證了所述觸控傳感器在工作過程中傳感性能穩(wěn)定可靠。另外，梯形支撐結(jié)構(gòu)能夠起到對頂電極106的良好保護(hù)作用，避免由于施加應(yīng)力過大而損壞傳感器。由于頂電極起到了感受壓力的作用，因此其上方通過一個支撐面105來增大整體結(jié)構(gòu)的抗彎曲能力。并且本發(fā)明所述的觸控傳感器在可靠工作的同時充分利用頂電極的可彎曲性來實現(xiàn)電容的變化，使其既能夠?qū)崿F(xiàn)觸摸感應(yīng)又能夠準(zhǔn)確定位并測量出實際壓力大小。

圖3為本發(fā)明觸控傳感器制備方法的工藝流程圖。

參見圖3，一種觸控傳感器制備方法，所述方法包括：

步驟201：在經(jīng)過清洗和干燥的基板上濺射一層厚度均勻的金屬膜，采用圖形光刻工藝將所述金屬膜刻蝕為底電極。

其中，所述底電極寬度小于所述基板的寬度。

步驟202：采用微納制造工藝在所述底電極上加工出左支承臺、右支承臺和支撐面，所述左支承臺和所述右支承臺立于所述基板上，所述支撐面連接所述左支承臺和所述右支承臺，具體包括：

采用微納制造工藝在所述底電極上采用絕緣材料加工出所述左支承臺、所述右支承臺和所述支撐面，所述底電極連接所述左支承臺和所述右支承臺底部；

所述左支承臺和所述右支承臺立于所述基板上，所述左支承臺和所述右支承臺高度相同，所述左支承臺和所述右支承臺與所述基板呈設(shè)定角度，所述左支承臺和所述右支承臺為傾斜的柱狀結(jié)構(gòu)；所述左支承臺外側(cè)與所述基板左側(cè)邊緣距離為h，所述右支承臺外側(cè)與所述基板右側(cè)邊緣距離為h；所述左支承臺和所述右支承臺不接觸；

所述支撐面與所述底電極平行；所述支撐面連接所述左支承臺和所述右支承臺，所述支撐面與所述左支承臺的連接處位于所述左支承臺的上半部，所述支撐面與所述右支承臺的連接處位于所述右支承臺的上半部。

步驟203：采用微納制造工藝在所述左支承臺和所述右支承臺上覆蓋一層金屬材料，采用圖形光刻工藝將所述金屬材料刻蝕為頂電極，具體包括：

采用微納制造工藝在所述左支承臺和所述右支承臺上覆蓋一層厚度均勻的金屬材料，所述金屬材料的厚度小于所述底電極的厚度；

通過圖形光刻以及刻蝕工藝使所述金屬材料完整連接所述左支承臺和所述右支承臺頂部，形成所述頂電極；所述頂電極與所述支撐面平行；所述底電極、所述左支承臺、所述右支承臺和所述頂電極共同組成一個梯形結(jié)構(gòu)。

其中，所述金屬材料采用彎曲性好、導(dǎo)電率高的金屬材料。

步驟204：在所述頂電極表面旋涂上一層絕緣橡膠材料，采用圖形光刻工藝將所述絕緣橡膠材料刻蝕為支撐層，具體包括：

在所述頂電極形成后，在所述頂電極表面旋涂上一層厚度均勻的絕緣橡膠材料，所述絕緣橡膠材料的厚度小于所述頂電極的厚度；

對所述絕緣橡膠材料進(jìn)行低溫退火處理，消除表面殘余應(yīng)力；

采用光刻圖形工藝使退火后的所述絕緣橡膠材料完全覆蓋所述頂電極，形成所述支撐層。

其中，利用旋涂上一層絕緣橡膠材料起到緩沖和支撐的作用。

步驟205：在所述支撐層上方旋涂一層聚二甲基硅氧烷絕緣橡膠材料，采用圖形光刻工藝將所述聚二甲基硅氧烷絕緣橡膠材料刻蝕成單個圓柱體作為壓力柱，具體包括：

待所述支撐層形成后，在所述支撐層的上方旋涂一層PDMS(聚二甲基硅氧烷)絕緣橡膠膜，所述PDMS絕緣橡膠膜的厚度為2mm；

對所述PDMS絕緣橡膠膜做退火處理，退火溫度要求控制在一定額范圍內(nèi)；

采用光刻圖形工藝將退火處理后的所述聚二甲基硅氧烷絕緣橡膠膜刻蝕成單個圓柱體作為壓力柱，起到傳遞壓力的作用，所述壓力柱與所述支撐層垂直；

所述左支承臺和所述右支承臺頂部內(nèi)側(cè)距離為d，所述壓力柱的直徑為d/2，誤差控制在1μm范圍內(nèi)。

步驟206：將聚酰亞胺柔性材料覆蓋在所述壓力柱上，加工形成柔性層，具體包括：

在清洗干凈的玻璃基板上旋涂一層厚度為8μm的PI(聚酰亞胺)柔性材料，在350℃條件下退火處理1小時，然后采用機(jī)械剝離的方法將所述PI(聚酰亞胺)柔性材料從玻璃基板上剝離下來，平鋪于所述壓力柱上方；

使所述PI(聚酰亞胺)柔性材料與所述基板平行，加工形成與所述基板寬度一致的所述柔性層。

傳統(tǒng)觸控傳感器在實現(xiàn)壓力的檢測時，其檢測精度主要依賴于傳感器材料的性能，必須采用反應(yīng)靈敏、價格昂貴的壓敏材料。而本發(fā)明提出的一種觸控傳感器及其制備方法，主要通過觸控傳感器的新型結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)壓力位置和大小的測量，解除了傳統(tǒng)觸控傳感器過分依賴材料帶來的限制，大大提高了加工效率并降低了加工成本。

本文中應(yīng)用了具體個例對本發(fā)明的原理及實施方式進(jìn)行了闡述，以上實施例的說明只是用于幫助理解本發(fā)明的方法及其核心思想；同時，對于本領(lǐng)域的一般技術(shù)人員，依據(jù)本發(fā)明的思想，在具體實施方式及應(yīng)用范圍上均會有改變之處。綜上所述，本說明書內(nèi)容不應(yīng)理解為對本發(fā)明的限制。