[發明專利]一種紙基柔性觸控傳感器及其制造方法

有效

• 申請號: 201410168233.2
• 申請日: 2014-04-24
• 公開（公告）號: CN103970352A
• 公開（公告）日: 2014-08-06
• 發明（設計）人: 周軍;鐘其澤;鐘俊文;程曉峰;胡琦旑
• 申請（專利權）人: 華中科技大學
• 主分類號: G06F3/041
• 分類號: G06F3/041
• 代理公司: 華中科技大學專利中心 42201
• 代理人: 梁鵬

技術領域

本發明屬于觸控傳感器器件技術領域，更具體地，涉及一種紙基柔性觸控傳感器及其制造方法。

背景技術

觸控傳感器作為一種數據輸入裝置，目前在智能手機、平板電腦、筆記本電腦和Ipad等電子設備中獲得了廣泛的應用。現有的觸控傳感器按照工作原理主要可分為電容式觸控傳感器、電阻式觸控傳感器、表面波觸控傳感器和紅外線式觸控傳感器等。隨著對電子產品更輕、更薄、更快的性能要求，剛性觸控傳感器越來越多地被柔性觸控傳感器所替換，以滿足更具吸引力的觸控設計。

然而，現有的柔性觸控傳感器的基底主要是基于高分子聚合物的柔性材料，并根據電容感應、壓阻或壓電效應等制備而成。這類柔性觸控傳感器在生產制備過程中往往存在較多問題：第一，在高分子聚合物上制備電極是一個工業問題，其成本和造價都是制約其發展的阻力；第二，高分子聚合物不利于重復利用，對于器件回收處理，成本較大，且處理過程易對環境造成污染；第三，由于其工作原理和基本結構的限制，在輸出功率、耐彎曲、加工便利性以及與其他柔性電子器件的集成方面仍然有待進一步改善。

發明內容

針對現有技術的以上缺陷和改進需求，本發明的目的在于提供一種紙基柔性觸控傳感器及其制造方法，其中通過對柔性觸控傳感器的工作原理及其結構進行設計，同時對基底材質、關鍵工作元件的構造和制造工藝等方面進行研究，相應可獲得成本更為低廉、便于加工、具備高靈敏度，并且尤其適用于與其他柔性電子器件相集成的觸控傳感器產品。

按照本發明的一個方面，提供了一種紙基柔性觸控傳感器，其特征在于，該紙基柔性觸控傳感器包括：

第一組件，所述第一組件由紙基絕緣層和第一金屬導電層共同組成，其中第一金屬導電層包括呈平面陣列式排布的多個像素單元，這些像素單元通過磁控濺射、熱蒸鍍或者噴墨打印的方式沉積于紙基絕緣層的整個下表面，并從每個像素單元的側面各自引出電極以集成形成第一電極；

第二組件，所述第二組件由紙基絕緣層、第二金屬導電層和駐極體材料層共同組成，其中第二金屬導電層同樣包括呈平面陣列式排布的多個像素單元，這些像素單元通過磁控濺射、熱蒸鍍或者噴墨打印的方式沉積于紙基絕緣層的整個上表面且與第一金屬導電層的多個像素單元相互對置，并從每個像素單元的側面各自引出電極以集成形成第二電極；駐極體材料層的材質選自聚四氟乙烯、聚乙烯、聚丙烯、聚偏二氟乙烯、聚乙丙烯共聚物、聚三氟氯乙烯、乙烯四氟乙烯共聚物、偏氟乙烯三氟乙烯共聚物、聚酰亞胺、聚對苯二甲酸乙二酯和聚二甲基硅氧烷這些材料中的一種或其組合，并通過涂覆或粘合的方式形成在第二金屬導電層的整個上表面；

第三組件，所述第三組件聯接在第一組件與第二組件之間，并呈現為具備多個孔洞的隔離層形式，其中各個孔洞對應設置在第一、第二金屬導電層兩者相互對置的像素單元之間，且其形狀和大小與像素單元相匹配；當按壓及釋放該紙基柔性觸控傳感器時，所述第一金屬導電層與駐極體材料層之間的間隙發生變化，相互對置的像素單元之間的電容也隨著發生變化并導致電子經由第一、第二電極聯通的外部電路中振蕩，從而產生交流電檢測信號予以輸出。

作為進一步優選地，所述紙基絕緣層的材質選自牛皮紙、繪圖紙、書面紙或者銅版紙等。

作為進一步優選地，所述第一、第二金屬導電層由金、銀、銅、鋁或者它們的氧化物等材料制成。

作為進一步優選地，所述紙基絕緣層、駐極體材料層均優選為透明結構。

作為進一步優選地，在所述駐極體材料層與第一金屬導電層相對置的表面上，加工有多個微納米量級的凹凸結構。

按照本發明的另一方面，還提供了相應的制造方法，其特征在于，該制造方法包括下列步驟：

(a)第一組件的制備步驟：

將選自牛皮紙、繪圖紙、書面紙或者銅版紙等材質的紙張切割成所需尺寸的片狀結構，然后通過磁控濺射、熱蒸鍍或噴墨打印的方式在其表面上沉積形成第一金屬導電層，其中第一金屬導電層包括呈平面陣列式排布的多個像素單元，并且每個像素單元的側面各自引出電極以集成形成第一電極；

(b)第二組件的制備步驟：

將同樣選自牛皮紙、繪圖紙、書面紙或者銅版紙等材質的紙張切割成所需尺寸的片狀結構，并通過磁控濺射、熱蒸鍍或噴墨打印的方式在其表面上沉積形成第二金屬導電層，其中第二金屬導電層包括呈平面陣列式排布的多個像素單元，并且各個像素的側面各自引出電極以集成形成第二電極；然后通過旋涂、噴涂或者粘合的方式將駐極體材料制備到第二金屬導電層上，所述駐極體材料經過極化或者摩擦處理，使之帶上電荷；