一种纸基柔性触控传感器及其制造方法技术

本发明专利技术公开了一种纸基柔性触控传感器，包括由纸基绝缘层和沉积于该纸基绝缘层表面的第一金属导电层共同组成的第一组件，由纸基绝缘层、沉积于该纸基绝缘层表面的第二金属导电层和涂覆在该第二金属导电层表面上的驻极体材料层共同组成的第二组件，以及联接在第一组件与第二组件之间，并呈现为具备多个孔洞的隔离层形式的第三组件。本发明专利技术还公开了相应的制造方法。通过本发明专利技术，所获得的触控传感器作为主动式传感器可获得较高的功率和灵敏度，而且其整体易于折叠弯曲，便于与其他柔性电子器件进行集成，因此可适用于与其他柔性电子装置的集成及日常生活应用。

【技术实现步骤摘要】
【专利摘要】本专利技术公开了一种纸基柔性触控传感器，包括由纸基绝缘层和沉积于该纸基绝缘层表面的第一金属导电层共同组成的第一组件，由纸基绝缘层、沉积于该纸基绝缘层表面的第二金属导电层和涂覆在该第二金属导电层表面上的驻极体材料层共同组成的第二组件，以及联接在第一组件与第二组件之间，并呈现为具备多个孔洞的隔离层形式的第三组件。本专利技术还公开了相应的制造方法。通过本专利技术，所获得的触控传感器作为主动式传感器可获得较高的功率和灵敏度，而且其整体易于折叠弯曲，便于与其他柔性电子器件进行集成，因此可适用于与其他柔性电子装置的集成及日常生活应用。【专利说明】
本专利技术属于触控传感器器件
，更具体地，涉及。
技术介绍
触控传感器作为一种数据输入装置，目前在智能手机、平板电脑、笔记本电脑和Ipad等电子设备中获得了广泛的应用。现有的触控传感器按照工作原理主要可分为电容式触控传感器、电阻式触控传感器、表面波触控传感器和红外线式触控传感器等。随着对电子产品更轻、更薄、更快的性能要求，刚性触控传感器越来越多地被柔性触控传感器所替换，以满足更具吸引力的触控设计。然而，现有的柔性触控传感器的基底主要是基于高分子聚合物的柔性材料，并根据电容感应、压阻或压电效应等制备而成。这类柔性触控传感器在生产制备过程中往往存在较多问题:第一，在高分子聚合物上制备电极是一个工业问题，其成本和造价都是制约其发展的阻力；第二，高分子聚合物不利于重复利用，对于器件回收处理，成本较大，且处理过程易对环境造成污染；第三，由于其工作原理和基本结构的限制，在输出功率、耐弯曲、加工便利性以及与其他柔性电子器件的集成方面仍然有待进一步改善。
技术实现思路
针对现有技术的以上缺陷和改进需求，本专利技术的目的在于提供，其中通过对柔性触控传感器的工作原理及其结构进行设计，同时对基底材质、关键工作元件的构造和制造工艺等方面进行研究，相应可获得成本更为低廉、便于加工、具备高灵敏度，并且尤其适用于与其他柔性电子器件相集成的触控传感器产品。按照本专利技术的一个方面，提供了一种纸基柔性触控传感器，其特征在于，该纸基柔性触控传感器包括:第一组件，所述第一组件由纸基绝缘层和第一金属导电层共同组成，其中第一金属导电层包括呈平面阵列式排布的多个像素单元，这些像素单元通过磁控溅射、热蒸镀或者喷墨打印的方式沉积于纸基绝缘层的整个下表面，并从每个像素单元的侧面各自引出电极以集成形成第一电极；第二组件，所述第二组件由纸基绝缘层、第二金属导电层和驻极体材料层共同组成，其中第二金属导电层同样包括呈平面阵列式排布的多个像素单元，这些像素单元通过磁控溅射、热蒸镀或者喷墨打印的方式沉积于纸基绝缘层的整个上表面且与第一金属导电层的多个像素单元相互对置，并从每个像素单元的侧面各自引出电极以集成形成第二电极；驻极体材料层的材质选自聚四氟乙烯、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、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯和聚二甲基硅氧烷这些材料中的一种或其组合，并通过涂覆或粘合的方式形成在第二金属导电层的整个上表面；第三组件，所述第三组件联接在第一组件与第二组件之间，并呈现为具备多个孔洞的隔离层形式，其中各个孔洞对应设置在第一、第二金属导电层两者相互对置的像素单元之间，且其形状和大小与像素单元相匹配；当按压及释放该纸基柔性触控传感器时，所述第一金属导电层与驻极体材料层之间的间隙发生变化，相互对置的像素单元之间的电容也随着发生变化并导致电子经由第一、第二电极联通的外部电路中振荡，从而产生交流电检测信号予以输出。作为进一步优选地，所述纸基绝缘层的材质选自牛皮纸、绘图纸、书面纸或者铜版纸等。作为进一步优选地，所述第一、第二金属导电层由金、银、铜、铝或者它们的氧化物等材料制成。作为进一步优选地，所述纸基绝缘层、驻极体材料层均优选为透明结构。作为进一步优选地，在所述驻极体材料层与第一金属导电层相对置的表面上，力口工有多个微纳米量级的凹凸结构。按照本专利技术的另一方面，还提供了相应的制造方法，其特征在于，该制造方法包括下列步骤:(a)第一组件的制备步骤:将选自牛皮纸、绘图纸、书面纸或者铜版纸等材质的纸张切割成所需尺寸的片状结构，然后通过磁控溅射、热蒸镀或喷墨打印的方式在其表面上沉积形成第一金属导电层，其中第一金属导电层包括呈平面阵列式排布的多个像素单元，并且每个像素单元的侧面各自引出电极以集成形成第一电极；(b)第二组件的制备步骤:将同样选自牛皮纸、绘图纸、书面纸或者铜版纸等材质的纸张切割成所需尺寸的片状结构，并通过磁控溅射、热蒸镀或喷墨打印的方式在其表面上沉积形成第二金属导电层，其中第二金属导电层包括呈平面阵列式排布的多个像素单元，并且各个像素的侧面各自引出电极以集成形成第二电极；然后通过旋涂、喷涂或者粘合的方式将驻极体材料制备到第二金属导电层上，所述驻极体材料经过极化或者摩擦处理，使之带上电荷；(c)第三组件的制备步骤:将选自于纸基材质、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、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯，聚二甲基硅氧烷这些材料中的一种或其组合的片状材料切割成所需尺寸，并对其加工形成形状与大小与所述第一、第二组件的像素单元相匹配的多个孔洞；(d)封装步骤:将所述第一、第二组件通过封装工艺与第三组件进行联接，并使得第一组件和第二组件的像素单元相互对置，第三组件的孔洞结构对应设置在两者之间。作为进一步优选地，在步骤(b)中，所述驻极体材料层的材质选自于聚四氟乙烯、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、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯，聚二甲基硅氧烷，聚二甲基硅氧烷这些材料中的一种或其组合。总体而言，按照本专利技术的纸基柔性触控传感器及其制造方法与现有技术相比，主要具备以下的技术优点:1、通过对纸基柔性触控传感器的工作原理以及关键部件的结构进行研究和改进，测试表明能够获得较高的输出功率和灵敏度，而且该传感器为主动式传感器阵列，而且其整体易于折叠弯曲，便于与其他柔性电子器件进行集成，因此可适用于与其他柔性电子装置的集成及日常生活应用；2、通过采用各类柔韧性较好的纸基材料直接作为触控传感器的基底，相应获得易于弯曲折叠、成本低廉，无污染且便于大批量加工制造的效果；此外，还可以通过选择适当的纸基和驻极体材料，进而形成透明的触控传感器产品；上述所选用的驻极体材料具备良好的吸附和保存电荷的性能，可以产生高输出功率，同时具有耐磨、耐弯曲和便于加工的特点。【专利附图】【附图说明】图1是按照本专利技术的纸基柔性触控传感器的像素单元的结构示意图；图2是用于显示按照本专利技术一个优选实施例所制得的3X3阵列纸基柔性触控传感器在实际测试时所产生的电压输出强度信号；图3是用于显示按照本专利技术上述实施例所制得的3X3阵列纸基柔性触控传感器对一个2.2μ F的电容进行充电时的测试曲线图；在所有附图中，相同的附图标记用来表示相同的元件或结构，其中:1-第一组件2-第二组件3-第三组件11-纸基绝缘层12-第一金属导电层21-纸基绝缘层22-第二金属导电层23-驻极体材料层31本文档来自技高网...

【技术保护点】
一种纸基柔性触控传感器，其特征在于，该纸基柔性触控传感器包括：第一组件，所述第一组件由纸基绝缘层和第一金属导电层共同组成，其中第一金属导电层包括呈平面阵列式排布的多个像素单元，这些像素单元通过磁控溅射、热蒸镀或者喷墨打印的方式沉积于纸基绝缘层的整个下表面，并从每个像素单元的侧面各自引出电极以集成形成第一电极；第二组件，所述第二组件由纸基绝缘层、第二金属导电层和驻极体材料层共同组成，其中第二金属导电层同样包括呈平面阵列式排布的多个像素单元，这些像素单元通过磁控溅射、热蒸镀或者喷墨打印的方式沉积于纸基绝缘层的整个上表面且与第一金属导电层的多个像素单元相互对置，并从每个像素单元的侧面各自引出电极以集成形成第二电极；驻极体材料层的材质选自聚四氟乙烯、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、聚酰亚胺、聚对苯二甲酸乙二酯和聚二甲基硅氧烷这些材料中的一种或其组合，并通过涂覆或粘合的方式形成在第二金属导电层的整个上表面；第三组件，所述第三组件联接在第一组件与第二组件之间，并呈现为具备多个孔洞的隔离层形式，其中各个孔洞对应设置在第一、第二金属导电层两者相互对置的像素单元之间，且其形状和大小与像素单元相匹配；当按压及释放该纸基柔性触控传感器时，所述第一金属导电层与驻极体材料层之间的间隙发生变化，相互对置的像素单元之间的电容也随着发生变化并导致电子经由第一、第二电极联通的外部电路中振荡，从而产生交流电检测信号予以输出。...

【技术特征摘要】

【专利技术属性】
技术研发人员：周军，钟其泽，钟俊文，程晓峰，胡琦旑，
申请(专利权)人：华中科技大学，
类型：发明
国别省市：湖北;42