阵列压面传感成像装置制造方法
【专利摘要】本发明提供一种阵列压面传感成像装置，包括：依序层压固定并与控制单元通信连接的柔性表面感知层、压力感知层、三维压力感知层、压力调整层；所述柔性表面感知层感知被压物表面的表面平整信息传送至所述控制单元，所述压力感知层感知被压物与阵列压面传感成像装置间的竖直方向作用力信息传送至所述控制单元，三维压力感知层感知被压物与阵列压面传感成像装置间的水平方向作用力信息传送至所述控制单元，所述控制单元根据接收的被压物表面平整信息和被压物与阵列压面传感成像装置间的竖直和/或水平方向作用力信息向压力调整层发送控制命令，调整阵列压面传感成像装置向被压物施加的力。
【专利说明】阵列压面传感成像装置
【技术领域】
[0001]本发明涉及一种阵列压面传感成像装置，属于液晶显示【技术领域】。
【背景技术】
[0002]AMOLED精确复制生产过程中，有机膜沉积完成后的基底，需要对表面高度差及内部的抗形变能力进行检测，这样可以根据检测结果在封装过程中对不同位置需要进行的封装压力进行设定，有效提闻了封装效率和封装的质量，对提闻显不效果有大的帮助。
[0003]早期的压感面检测装置主要有机械式压感面检测装置和弹性式触觉传感器两种，它们不仅体积较大，空间分辨率较低，而且压感面是“刚性”的，即压感面不能弯曲变形而安装在需要检测面(配向面、AMOLED镀膜面等)上，因此它们在表面检测【技术领域】难以得到较为广泛的应用。随着压感面技术的发展，出现了电容式和光学式等压感面检测装置。电容式压感面检测装置在受力时，其中的一个电极会发生微小移动，从而引起电容量的改变，在电容式压感面检测装置中由于存在可动电极，其寿命受到影响，可靠性也不高，而且难于获得切向力信息，即不能检测三维力信息。光学式压感面检测装置主要是光纤压感面检测装置，光学式压感面检测装置的检测系统较为复杂，除了压感面本身外，还需外接照明光纤微型CCD以及用于图像处理的高速计算机等，因此难以实现小型化。以上各种压感面都难于实现集成化小型化和智能化的要求。
[0004]此外，随着纳米膜触觉技术的发展，触觉感知是实现其智能化控制的基础。纳米膜材料触觉感知是通过触觉敏感构件来识别目标物体或对象的多种物理信息，如接触力的大小、柔软性、硬度、弹性、粗糙度、材质等。功能的触觉敏感纳米膜可以增强其在各种环境下完成精细、复杂作业的能力，提高真空对合系统的检测精度和不良控制，精密操作微驱动反馈作用都有很大的作用。
[0005]目前压力感知平面不能对基板的状态进行感知，导致基板压感检测过程中不能得到很好控制，压力感知平面的微调系统变得很重要。压感面检测装置是表面检测获取触觉信息不可缺少的手段，根据压感面检测装置提供的信息，表面检测可对目标物体进行可靠抓取，并可进一步感知它的大小形状轻重软硬等物理特性。压感面检测装置的发展趋势是集成化小型化和智能化，一个集成的压感面阵列包含多个传感单元，每个传感单位都能独立获取外界信息，而多个传感单元的有机融合则可实现单个传感单元无法实现的功能。为准确获取触觉信息及适用于任意形状的表面，还要求压感面检测装置具有一定的柔性，藉此可以安装在任意形状的表面上以适应不同的表面检测应用，并能准确获取三维接触力信肩、O
【发明内容】
[0006]本发明要解决的技术问题是:实时感测被压物表面受压力变化调整向被压物施加的压力。
[0007]为实现上述的发明目的，本发明提供了一种一种阵列压面传感成像装置，包括:柔性表面感知层、压力感知层、三维压力感知层、压力调整层和控制单元；
[0008]所述柔性表面感知层感知被压物表面的表面平整信息传送至所述控制单元，所述压力感知层感知被压物与阵列压面传感成像装置间的竖直方向作用力信息传送至所述控制单元，三维压力感知层感知被压物与阵列压面传感成像装置间的水平方向作用力信息传送至所述控制单元，所述控制单元根据接收的被压物表面平整信息和被压物与阵列压面传感成像装置间的竖直和/或水平方向作用力信息向压力调整层发送控制命令，调整阵列压面传感成像装置向被压物施加的力。
[0009]其中较优地，所述柔性表面感知层采用柔性导电复合材料制成。
[0010]其中较优地，所述柔性表面感知层由高分子基体材料中填充炭系导电材料制成。
[0011]其中较优地，所述炭系导电材料包括炭黑-硅橡胶和碳纤维-聚二甲基硅氧烷。
[0012]其中较优地，所述炭黑-硅橡胶中炭黑的质量分数2% -15%。
[0013]其中较优地，所述碳纤维-聚二甲基硅氧烷中碳纤维的质量分数为8% -17%。
[0014]其中较优地，压力感知层包括电容第一极板和第二极板，所述第一极板和所述第二极板之间设置有介电层。
[0015]其中较优地，所述第一极板和所述第二极板均设置有柔性电极衬底，所述柔性电极衬底上附电极板。
[0016]其中较优地，所述电极板由钛/金制成。
[0017]其中较优地，所述第一极板和所述第二极正交排列。
[0018]其中较优地，所述介电层表面图案化成四棱锥小区域。
[0019]其中较优地，压力感知层包括:由压电材料制成的若干个压电子结构和对应的处理电路，每一个压电子结构与被压物的一个子区域位置相对应；
[0020]压电子结构感测到被压物收到的压力信息后传输至处理电路处理，处理电路将处理后的被压物与阵列压面传感成像装置间的压力信息传送至所述控制单元。
[0021]其中较优地，所述压电子结构从上至下依次包括动态压力面、压电感应层和贴合层。
[0022]其中较优地，三维压力感知层包括压感面上的三维压敏感知单元和与其连接的信号处理电路。
[0023]其中较优地，所述三维压力感知层还包括弹性保护层，所述弹性保护层位于所述三维压力感知层的最外层，所述三维压力感知层由外向内依次为弹性保护层、三维压敏感知单元、信号处理电路。
[0024]其中较优地，所述三维压敏感知单元是多个压敏电阻组成三维力敏感阵列，所述三维力敏感阵列中的多个压敏电阻之间填充有柔性填充材料。
[0025]其中较优地，压力调整层包括平整度调节机构和预置连接的控制电路，控制电路根据控制单元出输出的控制电流向平整度调节机构输出控制信号调整阵列压面传感成像装置对被压物的压力。
[0026]其中较优地，所述平整度调节机构包括设置在不同方向上的步进电机。
[0027]本发明提供的阵列压面传感成像装置，动态的判断压感检测中压力的变化，提高了压感检测受力的均匀程度，使压面感测更稳定。
【专利附图】
【附图说明】
[0028]图1是本发明阵列压面传感成像装置结构示意图。
[0029]图2是本发明柔性表面感知层等效电路图；
[0030]图3是本发明压力感知层结构示意图；
[0031]图4是本发明三维压力感知层结构示意图。
【具体实施方式】
[0032]下面结合附图和实施例，对本发明的【具体实施方式】作进一步详细描述。以下实施例用于说明本发明，但不用来限制本发明的范围。
[0033]如图1所示，本发明提供一种阵列压面传感成像装置，包括:柔性表面感知层4、压力感知层3、三维压力感知层2、压力调整层I和控制单元(图中未示出)；柔性表面感知层4、压力感知层3、三维压力感知层2、压力调整层I依序层压固定；柔性表面感知层4、压力感知层3、三维压力感知层2、压力调整层I分别与控制单元通信连接；
[0034]柔性表面感知层4感知被压物表面的表面平整信息传送至控制单元，压力感知层3感知被压物与阵列压面传感成像装置间的竖直方向作用力信息传送至控制单元，三维压力感知层2感知被压物与阵列压面传感成像装置间的水平方向作用力信息传送至控制单元，控制单元根据接收的被压物表面平整信息和被压物与阵列压面传感成像装置间的竖直和/或水平方向作用力信息向压力调整层I发送控制命令，调整阵列压面传感成像装置向被压物施加的力。下面对本发明提供的阵列压面传感成像装置展开详细的说明。
[0035]在本发明的一个实施例中，柔性表面感知层采用柔性导电复合材料制成。柔性表面感知层优选由高分子基体材料中填充炭系导电材料制成。其中炭系导电材料包括炭黑-硅橡胶和碳纤维-聚二甲基硅氧烷。炭黑-硅橡胶中炭黑的质量分数为2% -15%时较佳，优选为8%时最好；碳纤维-聚二甲基硅氧烷中碳纤维的质量分数为8% -17%时较佳，优选为12%时最好。下面结合具体实例说明。
[0036]柔性表面感知层4采用柔性导电复合材料作为静态凹凸平面压力感知的贴合材料，具有很好的表面柔性，可以压入检测基底或检测物凹凸部分，可以有效采集到检测基底的表面数据，并且具有在动态检测中保护检测基底的作用。优选高分子基体材料里填充不同的碳系导电填料(如炭黑、石墨、碳纤维等)，可制备成具有力学或温度敏感性的导电摩擦材料。本设计采用炭黑-硅橡胶作为力敏导电橡胶。力敏导电橡胶采取体压阻效应与表面压阻效应相结合。贴合层采用力敏导电橡胶材料制作；本实施例中采用炭黑-硅橡胶作为力敏导电材料，炭黑-硅橡胶为填充有炭黑的力敏导电橡胶，其中，炭黑的质量分数为8%。该力敏导电橡胶材料具有可伸缩性，随着压力增大，力敏导电橡胶的体积分数减小，导电粒子的体积分数增大，其电阻率会随着所受到的压力的增大而减小。力敏导电橡胶具有一定粗糙的表面，制造的电极材料与力敏导电橡胶表面非完全接触，两者之间存在一个表面接触电阻，接触电阻的大小受力敏导电橡胶与电极间的接触程度影响。图2示出了柔性表面感知层的等效电路图。柔性表面感知层4中有若干个感测点，在每一个感测点中，电极材料与力敏导电橡胶形成一个感测单元。每个感测单元中电极与力敏导电橡胶表面存在的表面电阻相当于图2中的电阻R。当力敏导电橡胶受到表面摩擦力而压缩时，导致微观下力敏导电橡胶表面与电阻进一步接触，两者间的接触面积增大，表面电阻减少；当力敏导电橡胶受力拉伸时，则导致力敏导电橡胶表面与电极分离，接触面积减少，导致电阻变大。在本实施例中，柔性表面感知层4进行压感检测过程中，力敏导电橡胶受到压力作用，导电粒子的体积不受压力影响，而力敏导电橡胶具有可压缩性，因此随着压力增大，力敏导电橡胶体积分数减少，从而导电粒子的体积分数增大，力敏导电橡胶的电阻率会随着压力的增大而减少。随感测单元感测的力的变化使每个等效电阻产生的电阻值变化，这些电阻值变化信息通过不同方向的传输线路传出。如图2所示，不同方向的传输线路包括水平方向的阻值输出线Mlwt、M2out, M3out……Mnout和竖直方向的输出线不N1()Ut、N20uo N3out……N_t，其中M、N相当于柔性表面感知层4的感测单元的行数和列数。当于柔性表面感知层4的不同方向的传输线路中每个传输线路还设置有一个放大信号的信号放大电路。信号放大电路中反向输入端传输线路的输出端，同向输入端接地，反向输入端和输出端还连接有电阻。输出端输出放大后的信号。图2中，同方向的传输线路传出电阻值变化信息代表柔性表面感知层感知被压物表面的表面平整信息，柔性表面感知层感知被压物表面的表面平整信息传送至控制单元，从而动态的判断压感检测中压力的变化。
[0037]在本发明的一个实施例中，压力感知层3包括电容第一极板31和第二极板33，第一极板和第二极板之间设置有介电层30。第一极板和第二极板均设置有柔性电极衬底32，柔性电极衬底上附电极板。电极板31、33由TI/Au制成。介电层表面图案化成四棱锥小区域301。下面结合具体实例说明。
[0038]压力感知层3从下至上依次由其上表面附有Ti/Au电容下电极的第一柔性电极衬底32、其上表面经图案化为四棱锥小区域的四棱锥介电层30和其上表面附有Ti/Au电容上层电极板的第二柔性电极衬底32叠在一起构成，Ti/Au电容上层电极板电极与Ti/Au电容下电极板电极成正交方向排列，每对相对的Ti/Au电容上、下极板间形成一个电容，每个电容之间均有作为电容介电层的四棱锥小区域，每个电容为一个传感单元，所有电容传感单元形成电容阵列传感阵列具有良好的静动态性能，无论是对于瞬间的触碰还是持续受力的挤压，传感阵列均能设备。
[0039]在本发明的一个实施例中，压力感知层3包括由压电材料制成的若干个压电子结构和对应的处理电路，每一个压电子结构与被压物的一个子区域位置相对应；压电子结构感测到被压物收到的压力信息后传输至处理电路处理，处理电路将处理后的被压物与阵列压面传感成像装置间的压力信息传送至控制单元。每一个压电子结构从上至下依次包括动态压力面、压电感应层和贴合层。
[0040]在对显示面板的检测检测基底和被压物进行阵列压感面成像检测时，每一个压电子结构的压电感应层，根据本压电子结构对应的被压物子区域施加的压力(被压物与阵列压面传感成像装置间的竖直方向作用力)，产生与压力大小相应的压力感应电流，并传送给处理电路；处理电路将处理后的被压物与阵列压面传感成像装置间的压力信息传送至控制单元。
[0041]压力感知层3还可以采用压电陶瓷材料，压电陶瓷材料，是指用必要成份的原料进行混合后，然后通过造粒、成型、高温烧结等工艺而获得的由微细晶粒无规则集合而成的多晶体，如钛酸钡系、锆钛酸铅二元系等化合物。压电陶瓷材料在外力或外电场作用下会发生形变，并在该形变相对应的两侧表面上产生电性相反的电荷。因此，在检测被压物压感检测过程中，被压物对阵列压面传感成像装置施加压力，每一压电子结构中由压电陶瓷材料形成的压感成像装置检测动态压力面在该压力的作用下产生形变，以使得被压物与阵列压面传感成像装置的贴合度增大，并在发生形变的位置的两侧分别产生正电荷和负电荷，正电荷与负电荷的电量相等，且电量大小与形变程度相对应。
[0042]在本发明的一个实施例中，三维压力感知层2包括压感面上的三维压敏感知单元和与其连接的信号处理电路28。三维压力感知层感知被压物与阵列压面传感成像装置间的水平方向作用力信息传送至控制单元。三维压力感知层还包括弹性保护层23，弹性保护层23位于三维压力感知层的最外层，三维压力感知层2由外向内依次为弹性保护层23、三维压敏电阻24、信号处理电路28。三维压敏感知单元是多个三维压敏电阻24组成的三维力敏感阵列，三维力敏感阵列中的多个三维压敏电阻24之间填充有柔性填充材料。
[0043]三维压力感知层2主要用于采集水平方向上侧向力，对基底水平方向形变特性进行检测。多个三维压敏电阻24构成三维力敏感阵列，其中三个以上的三维压敏电阻24呈矩形排列形成三维力敏感阵列，三维力敏感阵列置于弹性基底与信号处理电路28之间。三维力压感面形成三只以上呈矩形的三维力敏感阵列，三维力敏感阵列置于弹性基底与信号处理电路28之间。例如三维压敏感知单元上分布着8个三维压敏电阻24，分别对X、Y、Z三个方向的力Fx、Fy、Fz敏感。信号处理电路28的将三维压敏感知单元输出的电压信号进行放大、转换并输出到控制单元进行处理，。三维压敏感知单元与信号处理电路28的位置可以互换。
[0044]本发明中，三维压力感知层2可以根据特定应用场合的需求，如要求的空间分辨率、三维力的量程、传感器灵敏度、检测精度、要求弯曲变形的程度等指标，确定三维压敏感知单元的尺寸大小和三维压敏电阻24的尺寸大小以及它们之间的间隙。三维压敏感知单元可以弯曲90度。其检测三维力的空间分辨率可达5mm，检测三维力的下限可达0.1N。
[0045]在本发明的一个实施例中，压力调整层I包括平整度调节机构和预置连接的控制电路，控制电路根据控制单元出输出的控制电流向平整度调节机构输出控制信号调整阵列压面传感成像装置对被压物的压力。平整度调节机构优选是设置在不同方向上的步进电机。下面结合具体实例说明。
[0046]阵列压面传感成像装置向被压物施加压力后，柔性表面感知层感知被压物表面的表面平整信息传送至控制单元，压力感知层感知被压物与阵列压面传感成像装置间的竖直方向作用力信息传送至控制单元，三维压力感知层感知被压物与阵列压面传感成像装置间的水平方向作用力信息传送至控制单元，控制单元根据接收的被压物表面平整信息生成被压物表面凹凸图像；控制单元根据被压物与阵列压面传感成像装置间的竖直和/或水平方向作用力信息向生成被压物表面受力的图像，控制单元根据被压物的凹凸图像和被压物表面的受压力向度压力调整层发送控制电流，压力调整层I的控制电路根据接收到的控制电流向相应的步进电机输出相应的控制命令。通过上述方式使得阵列压面传感成像装置表面产生与被压物对应的区域相吻合的形变，对被压物平整度进行补偿，进而消除由被压物表面的高度差所引起的压力不均。
[0047]压感检测过程中，被压物的每一子区域受到压力后，控制单元将被压物受到的压力与预设的压力上限进行比较，若该压力大于或等于预设的压力上限时，则指示报警装置报警，以免压碎被压物(例如精度为0.lpa，则将压力范围设定为0.1，差分图像中有超过0.1的数据则需要报警)。
[0048]综上所述，本发明提供的阵列压面传感成像装置，动态的判断压感检测中压力的变化，提高了压感检测受力的均匀程度，使压面感测更稳定。
[0049]以上实施方式仅用于说明本发明，而并非对本发明的限制，有关【技术领域】的普通技术人员，在不脱离本发明的精神和范围的情况下，还可以做出各种变化和变型，因此所有等同的技术方案也属于本发明的范畴，本发明的专利保护范围应由权利要求限定。
【权利要求】
1.一种阵列压面传感成像装置，其特征在于，包括:柔性表面感知层、压力感知层、三维压力感知层、压力调整层和控制单元； 所述柔性表面感知层感知被压物表面的表面平整信息传送至所述控制单元，所述压力感知层感知被压物与阵列压面传感成像装置间的竖直方向作用力信息传送至所述控制单元，三维压力感知层感知被压物与阵列压面传感成像装置间的水平方向作用力信息传送至所述控制单元，所述控制单元根据接收的被压物表面平整信息和被压物与阵列压面传感成像装置间的竖直和/或水平方向作用力信息向压力调整层发送控制命令，调整阵列压面传感成像装置向被压物施加的力。
2.如权利要求1所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述柔性表面感知层采用柔性导电复合材料制成。
3.如权利要求1所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述柔性表面感知层由高分子基体材料中填充炭系导电材料制成。
4.如权利要求3所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述炭系导电材料包括炭黑-硅橡胶和碳纤维-聚二甲基硅氧烷。
5.如权利要求4所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述炭黑-硅橡胶中炭黑的质量分数2% -15%。
6.如权利要求4所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述碳纤维-聚二甲基硅氧烷中碳纤维的质量分数为8% -17%。
7.如权利要求1所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，压力感知层包括电容第一极板和第二极板，所述第一极板和所述第二极板之间设置有介电层。
8.如权利要求7所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述第一极板和所述第二极板均设置有柔性电极衬底，所述柔性电极衬底上附电极板。
9.如权利要求7或8所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述电极板由钛/金制成。
10.如权利要求7或8所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述第一极板和所述第二极正交排列。
11.如权利要求7或8所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述介电层表面图案化成四棱锥小区域。
12.如权利要求1所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，压力感知层包括:由压电材料制成的若干个压电子结构和对应的处理电路，每一个压电子结构与被压物的一个子区域位置相对应； 压电子结构感测到被压物收到的压力信息后传输至处理电路处理，处理电路将处理后的被压物与阵列压面传感成像装置间的压力信息传送至所述控制单元。
13.如权利要求1所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述压电子结构从上至下依次包括动态压力面、压电感应层和贴合层。
14.如权利要求1所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，三维压力感知层包括压感面上的三维压敏感知单元和与其连接的信号处理电路。
15.如权利要求14所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述三维压力感知层还包括弹性保护层，所述弹性保护层位于所述三维压力感知层的最外层，所述三维压力感知层由外向内依次为弹性保护层、三维压敏感知单元、信号处理电路。
16.如权利要求14所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述三维压敏感知单元是多个压敏电阻组成三维力敏感阵列，所述三维力敏感阵列中的多个压敏电阻之间填充有柔性填充材料。
17.如权利要求1所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，压力调整层包括平整度调节机构和预置连接的控制电路，控制电路根据控制单元出输出的控制电流向平整度调节机构输出控制信号调整阵列压面传感成像装置对被压物的压力。
18.如权利要求1所述的阵列压面传感成像装置，其特征在于，所述平整度调节机构包括设置在不同方向上的步进电机。
【文档编号】G01L1/16GK104406722SQ201410728255
【公开日】2015年3月11日 申请日期:2014年12月3日 优先权日:2014年12月3日
【发明者】井杨坤, 武兴 申请人:合肥京东方光电科技有限公司, 京东方科技集团股份有限公司