专利名称：可折叠、可柔性变形的压电触摸屏的制作方法
技术领域：
本实用新型属于压电触摸屏技术领域，特别涉及一种背部贴附阵列式压电薄膜的三维度压电触摸屏，且触摸屏可折叠、可柔性变形，变形后仍可正常工作。
背景技术：
随着信息技术的发展，人机交互方式也不只局限于鼠标、键盘、显示器等传统方式。更多方便、快捷、直观的方式正在影响着人们的生活，其中触摸屏作为最实用的新型人机交互方式之一，在近20年来得到了迅速的发展。压电材料在力学传感器、驱动器上起到了至关重要的作用，本专利涉及到一种全新的压电触摸屏传感器技术。与传统的电容、电阻式触摸屏相比，压电触摸屏有着如下几方面显著优势I、非二进制响应压电式触摸屏不仅可以感知触点的位置，还可以对该位置处作用力大小、作用力变化特征做出响应，极大地提高了人机交互的效率。2、对接触物体的材质及形状没有特殊要求由于压电触摸屏基于压电效应，无论用任何材质或任何形状的物体对屏幕进行作用，都可以做出响应；而并不像传统电容或电阻屏那样，要求触体必须是非绝缘平面或尖硬物体。3、良好的稳定性由于压电性能不局限于与作用源的近距离接触，故可将压电材料贴附与屏幕之下，可以极大减少压电屏与外界的接触，增加其稳定性。4、更低的成本压电屏通过计算方法定位，制造工艺简单。通过合理的矩阵排列，又可达到可与电容屏相媲美的定位精度。另外压电屏无需透明材料，可以选用性能更好、成本更低的原材料。5、如果将柔性显示屏与压电陶瓷膜复合，可形成随意变形、扭曲甚至可折叠的柔性触摸屏，即显示屏自身变形、扭曲甚至折叠后仍可以判断作用力位置、作用力大小、作用力运动轨迹等相关信息。现有压电触摸屏还不支持折叠与柔性变形。同时，由于压电触摸屏是一种新式的人机交互式，触摸精确感知触点位置信息或者触力大小信息，但是压电触摸屏仍有很多新的功能没有被技术人员发现和挖掘出来，比如当手指或者其它任何接触物(导电体、非导电体均可)，触摸到屏的表面或者抬起离开屏表面的瞬间，触点附近压电陶瓷表面的电荷生成速度和消失速度是不同的，即触摸动作的速度越快则电荷生成或者消失的速度越快，触摸动作的速度越慢则电荷生成或者消失的速度越慢。本实用新型基于大量实验，发现这种电荷生成或者消失的快慢，也可以用压电陶瓷表面所检测到的电压的变化来表征，即用电压波形的上升沿和下降沿来表征。基于上述电荷生成的基本特征，本专利的压电触屏赋予了新的使用功能。除了通过对所述电荷产生的位置、大小的检测来判断触点位置和作用力大小功能之外，同时还可以检测电荷生成速度的快慢并加以计算，获得进一步的所述作用力运动轨迹相关的信息、作用力变化速度和快慢的信息以及滑擦动作快慢信息等，从而实现更准确和更真实的人机交互能力。发明内容本实用新型提出了一种可折叠、可柔性变形且变形后仍能正常工作的压电触摸屏，是一种背部贴附阵列式压电薄膜的三维度压电触摸屏。不仅集电容、电阻等触摸屏的优势于一身，还具有对按压程度的感应功能，使人机交互更加方便自如。I、可折叠、可柔性变形的压电触摸屏，该压电触摸屏包括基板(显示屏面板)、压电薄膜、上电极和下电极，其中，所述基板为可发生形变的柔性基板(显示屏面板)，柔性基板放置于匹配的框架中，柔性基板的背面依次粘结有上电极、压电薄膜、下电极，上电极与下电极将压电薄膜划分形成阵列式的区域。所述压电薄膜的极化方向平行于薄膜法线方向。所述上电极与所述下电极将压电薄膜划分形成的阵列式区域为正方形阵列、长方形阵列、正六边形阵列、正三角形阵列、圆形阵列或扇形阵列等。当电极设计较为复杂时，可通过设置在框架中的电路板将电极的电荷信号引出。·一种设计方案为上电极与压电薄膜的表面尺寸相同，下电极粘贴在压电薄膜的下表面，且呈mXn的阵列分布，其中，m为下电极的列数，η为下电极的行数，2，n彡2。另一种设计方案为m片相互平行、纵向分布的长条形下电极粘结在压电薄膜的下表面，η片相互平行、横向分布的长条形上电极粘结在压电薄膜的上表面，将压电薄膜划分形成长方形或正方形阵列，其中m > 2，η > 2，所述上电极边缘下翻引至所述压电薄膜的下表面，形成上电极下翻区域，用以连接框架中的电路板。所述压电薄膜可以为高分子压电薄膜(偏二氟乙烯，PVDF)或光刻复合压电材料(PVDF与PZT颗粒复合材料)薄膜。当压电薄膜为高分子压电薄膜时，上电极与柔性基板的粘结方式可以为普通粘结方式(如AB胶粘结)、或焊接方式、或点胶固化方式。当压电薄膜为光刻复合压电材料薄膜时，上电极与柔性基板的粘结方式可以为溅射、或普通粘结方式。2、另一种结构的可折叠、可柔性变形的压电触摸屏该压电触摸屏包括柔性基板、第一压电薄膜、中部电极、第二压电薄膜、上电极和下电极，其中，柔性基板放置于匹配的框架中，柔性基板的背面依次粘结有上电极、第一压电薄膜、中部电极、第二压电薄膜和下电极，上电极、中部电极及下电极将第一压电薄膜和第二压电薄膜划分形成阵列式的区域。所述第一压电薄膜、第二压电薄膜的极化方向平行于薄膜法线方向。当电极设计较为复杂时，可通过设置在框架内的电路板将电极的电荷信号引出。所述上电极、中部电极及下电极将第一压电薄膜与第二压电薄膜划分形成的阵列式区域为正方形阵列、长方形阵列、正六边形阵列、正三角形阵列、圆形阵列或扇形阵列等。一种设计方案为m片相互平行、纵向分布的长条形下电极粘结在第二压电薄膜的下表面，在第二压电薄膜上表面贴有中部电极，在中部电极上表面贴有第一压电薄膜，η片相互平行、横向分布的长条形上电极粘结在第一压电薄膜的上表面，第一压电薄膜和第二压电薄膜的尺寸相同，中部电极的面积略小于第一压电薄膜(或第二压电薄膜)的面积，m^2,n^ 2，上电极的边缘下翻至第二压电薄膜下表面，形成上电极下翻区域，中部电极的边缘下翻至第二压电薄膜下表面，形成中部电极下翻区域，用以连接框架内的电路板。[0026]所述第一压电薄膜和第二压电薄膜可以为高分子压电薄膜(偏二氟乙烯，PVDF)或光刻复合压电材料(PVDF与PZT颗粒复合材料)薄膜。当第一压电薄膜和第二压电薄膜为高分子压电薄膜时，上电极与柔性基板的粘结方式可以为普通粘结方式(如AB胶粘结)、或焊接方式、或点胶固化方式。当第一压电薄膜和第二压电薄膜为光刻复合压电材料薄膜时，上电极与柔性基板的粘结方式可以为溅射、或普通粘结方式。本实用新型的工作原理为所述柔性基板(显示屏面板)的正面受到垂直于所述柔性基板表面的作用力时，所述柔性基板将发生与所述作用力位置(x，y)、所述作用力大小(F)、所述作用力触碰或者抬起速度、所述作用力在柔性基板上滑动方向或者滑动速度相关的微小幅度弯曲变形。所述变形使所述柔性基板背部的压电薄膜(对于结构2是第一压电薄膜和第二压电薄膜)发生垂直于所述柔性基板法线方向的应变。由于压电效应，所述压电薄膜将在平行于所述柔性基板法线方向产生电场，并在所述压电薄膜表面的所述电极上产生电荷。通过对所述电荷产生的位置、大小的检测来判断触点位置U，y)和作用力大小·(F)功能之外，同时还可以检测电荷生成速度的快慢并加以计算，获得进一步的所述作用力运动轨迹相关的信息、作用力变化速度和快慢的信息以及滑擦动作快慢信息等，从而实现更准确和更真实的人机交互能力。所述柔性基板、电极和压电薄膜可以随意变形、扭曲甚至可折叠，不影响柔性屏正常使用，形成柔性显示屏。变形、扭曲甚至折叠后的屏仍然可以获得所述作用力位置、所述作用力大小、所述作用力运动轨迹等相关的信息。所述上电极与所述下电极为不透明电极(如铝电极、银电极或铜电极等)、或透明电极。所述柔性基板即显示屏面板可以为有机发光二极管(Organic Light-EmittingDiode, 0LED)显不屏。本实用新型的有益效果为压电触摸屏可以随意变形、扭曲甚至折叠，仍可正常工作，可以与目前新一代柔性有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode, 0LED)显示屏良好配合，并且本实用新型在变形、扭曲甚至折叠后仍然可以获得作用力位置、作用力大小、作用力运动轨迹等信息。本压电触摸屏结构具有创新性、且成本低、性能优异，极具市场竞争力。
图I为本实用新型实施例I的截面图；图2为本实用新型实施例I输出端电压信号；图3为本实用新型实施例I上位机收到信息图；图4(a)、图4(b)、和图4(c)分别为本实用新型实施例I的仰视图(隐去框架)、立体图(隐去框架)、和爆炸图(隐去框架)；图5 (a)、图5 (b)、和图5 (c)分别为本实用新型实施例2的仰视图(隐去框架)、立体图(隐去框架)、和爆炸图(隐去框架)；图6 (a)、图6 (b)、和图6 (C)分别为本实用新型实施例3的仰视图(隐去框架)、立体图(隐去框架)、和爆炸图(隐去框架)；[0040]图7(a)、和图7(b)分别为本实用新型实施例4的立体图(隐去框架)、柔性变形后的立体图(隐去框架)。图中标号I-框架；2_柔性基板(显示屏面板)；3_上电极；4_压电薄膜；4a_第一压电薄膜；4b-第二压电薄膜；5_下电极；6_粘结胶；7_上电极下翻区域；8_中部电极；9_中部电极下翻区域。
具体实施方式
下面的实施例可以使本专业技术人员更全面的理解本实用新型，但不以任何方式限制本实用新型。 实施例I图I为本实施例的截面图，图4(a)、图4(b)、和图4(c)分别为本实施例的仰视图(隐去框架)、立体图(隐去框架)、和爆炸图(隐去框架)。压电触摸屏包括柔性基板2、压电薄膜4、上电极3和下电极5，其中在大小为54mmX 54mm、厚度O. Imm的正方形压电薄膜4下侧贴有9片3X3分布的正方形铜箔下电极5,铜箔下电极5的大小为IOmmX 10mm、间距5mm、厚度O. 07mm ;在压电薄膜4上侧有大小为54mmX54mm、厚度O. 07mm的正方形铜箔上电极3。上电极3通过粘结胶6与柔性基板2相粘。柔性基板2放置于匹配的框架I中，压电薄膜为PVDF压电薄膜，柔性基板2为PVC材料基板，柔性基板2在实际应用中可采用OLED显示屏，PVC材料基板因机械性能与OLED显示屏相近，故本实施例中选取PVC材料基板代替OLED显示屏。当所述柔性基板2的正面受到作用力时，会在相应位置产生弯曲变形，继而使该位置处压电薄膜产生应变，由于压电效应，压电薄膜表面的上电极(3)和下电极(5)上会产生电荷，上电极3与下电极5通过引线将电荷信号弓I出至外部测试电路中。图2为压电薄膜产生的电荷信号经由初级运算放大器放大后的电压-时间曲线。其中纵坐标为放大器输出端电压(毫伏)，横坐标为时间(微秒)。图2反映了单片压电薄膜在单位扫描周期由于外部按压产生的电荷与时间的关系。基于上述电荷生成的基本特征，本专利的压电触屏赋予了新的使用功能。除了通过对所述电荷产生的位置、大小的检测来判断触点位置和作用力大小功能之外，同时还可以检测电荷生成速度的快慢并加以计算，获得进一步的所述作用力运动轨迹相关的信息、作用力变化速度和快慢的信息以及滑擦动作快慢信息等，从而实现更准确和更真实的人机交互能力。图3为压电薄膜产生的电荷信号经由外部电路、单片机等处理后，最终传递到PC机的数字信号-时间曲线。其中纵坐标为模数转换后的数字信号(0-255，8位)，横坐标为时间(秒)。图3反应了单片压电薄膜在多个扫描周期由于外部按压产生的电荷与时间的实时关系。下凸部分为对屏幕施加外力时的响应，上凸部分为撤去外力时的响应。图3经过将模拟信号转换成数字信号之后，在外力施加瞬间和外力撤离瞬间，这种外力的变化速度显示的更为明显和清晰。外力接触屏或者撤离屏的速度越快，则图3中下凸部分和上凸部分的波形越陡，峰越尖锐。实施例2图5(a)、图5(b)、和图5(c)分别为本实用新型实施例2的仰视图(隐去框架)、立体图(隐去框架)、和爆炸图(隐去框架)。压电触摸屏包括柔性基板2、压电薄膜4、上电极3和下电极5，其中在大小为54mm*54mm、厚度O. Imm的正方形压电薄膜4下侧贴有20片相互平行、纵向分布的长方形铜箔下电极5,铜箔下电极5的大小为54mm*2mm、间距O. 5mm、厚度O. 07mm ；在压电薄膜4上侧贴有20片相互平行、横向分布的长方形铜箔上电极3，铜箔上电极3的大小为54mm*2mm、间距O. 5mm、厚度O. 07臟，并将铜箔上电极3的边缘下翻，形成上电极下翻区域7，用以连接框架I内的电路板。上电极3通过粘结胶6与柔性基板(显示屏面板)2相粘。柔性基板2放置于框架I中，框架I中设置有电路板，该电路板将40片铜箔电极上的电荷信号引出。实施例3 图6(a)、图6(b)、和图6(c)分别为本实施例的仰视图(隐去框架)、立体图(隐去框架)、和爆炸图(隐去框架)。压电触摸屏包括柔性基板2、第一压电薄膜4a、中部电极8、第二压电薄膜4b、上电极3和下电极5。柔性基板的背面依次粘结有上电极3、第一压电薄膜4a、中部电极8、第二压电薄膜4b和下电极5，其中在大小为54mm*54mm、厚度O. Imm的正方形第二压电薄膜4b下侧贴有20片相互平行、纵向分布的长方形铜箔下电极5,铜箔下电极5的大小为54mm*2mm、间距O. 5mm、厚度
O.07mm ;在第二压电薄膜4b上侧贴上大小为52mm*50mm、厚度O. 07mm的长方形铜箔中部电极8，并将铜箔中部电极8的边缘下翻至第二压电薄膜4b的下表面，形成中部电极下翻区域9，用以连接框架I内的电路板；在铜箔中部电极8上侧贴有大小为54mm*54mm、厚度O. Imm的正方形第一压电薄膜4a ;在第一压电薄膜4a上侧贴有20片相互平行、横向分布的长方形铜箔上电极3,铜箔上电极3的大小为52mm*2mm、间距O. 5mm、厚度O. 07mm,并将铜箔上电极3的边缘下翻引至第二压电薄膜4b的下表面，形成上电极下翻区域7，用以连接框架I内的电路板。上电极3通过粘结胶6黏在柔性基板2上。柔性基板2为有机发光二极管(Organic Light-Emitting Diode, 0LED)显示屏，显示屏放置于匹配的框架I中，框架I中设置有电路板，该电路板将电极上的电荷信号传递至手机主板。实施例4压电触摸屏包括柔性基板2、第一压电薄膜4a、中部电极8、第二压电薄膜4b、上电极3和下电极5。柔性基板的背面依次粘结有上电极3、第一压电薄膜4a、中部电极8、第二压电薄膜4b和下电极5。在大小为54mm*54mm、厚度O. Imm的正方形第二压电薄膜4b下侧贴有20片相互平行、纵向分布的长方形铜箔下电极5,铜箔下电极5的大小为54mm*2mm、间距O. 5mm、厚度
O.07mm ;在第二压电薄膜4b上侧贴有大小为52mm*50mm、厚度O. 07mm的长方形铜箔中部电极8，并将铜箔中部电极8的边缘下翻，形成中部电极下翻区域9，用以连接框架内的电路板；在铜箔中部电极8上侧贴有大小为54mm*54mm、厚度O. Imm的正方形第一压电薄膜4a ；在第一压电薄膜4a上侧贴有20片相互平行、横向分布的长方形铜箔上电极3,铜箔上电极3的大小为52mm*2mm、间距O. 5mm、厚度O. 07mm,并将铜箔上电极3的边缘下翻,形成上电极下翻区域7，用以连接框架内的电路板。上电极3通过粘结胶6黏在厚度为O. 2mm的柔性基板2上。 压电薄膜为PVDF压电薄膜，柔性基板2为PVC材料基板，图7 (a)、和图7 (b)分别为本实施例的立体图(隐去框架)、柔性变形后的立体图(隐去框架)。 以上所述，仅为本实用新型较佳的具体实施方式
，但本实用新型的保护范围并不局限于此，任何熟悉本技术领域的技术人员在本实用新型揭露的技术范围内，可轻易想到的变化或替换，都应涵盖在本实用新型的保护范围之内。因此，本实用新型的保护范围应该以权利要求的保护范围为准。·
权利要求1.可折叠、可柔性变形的压电触摸屏，其特征在于压电触摸屏包括基板、压电薄膜(4)、上电极(3)和下电极(5)，其中，所述基板为可发生形变的柔性基板(2)，柔性基板(2)放置于框架(I)中，柔性基板(2)的背面依次为上电极(3)、压电薄膜(4)和下电极(5)，上电极(3)与下电极(5)将压电薄膜(4)划分形成阵列式区域。
2.根据权利要求I所述的压电触摸屏，其特征在于所述上电极(3)与所述下电极(5)将压电薄膜(4)划分形成的阵列区域为正方形阵列、长方形阵列、正六边形阵列、正三角形阵列、圆形阵列或扇形阵列。
3.根据权利要求I所述的压电触摸屏，其特征在于上电极(3)与压电薄膜(4)的表面尺寸相同，下电极(5)粘贴在压电薄膜(4)的下表面，且呈mXn的阵列分布，其中，m为下电极(5)的列数，η为下电极(5)的行数，m彡2，η彡2。
4.根据权利要求I所述的压电触摸屏，其特征在于m片相互平行、纵向分布的长条形下电极(5)粘结在压电薄膜(4)的下表面，η片相互平行、横向分布的长条形上电极(3)粘结在压电薄膜(4)的上表面，将压电薄膜(4)划分形成长方形或正方形阵列，其中，m > 2，η > 2。
5.根据权利要求4所述的压电触摸屏，其特征在于所述上电极(3)边缘下翻引至所述压电薄膜的下表面，形成上电极下翻区域(J)。
6.根据权利要求I所述的压电触摸屏，其特征在于所述压电薄膜(4)为高分子压电薄膜或光刻复合压电材料薄膜。
7.根据权利要求I所述的压电触摸屏，其特征在于所述柔性基板(2)为有机发光二极管显示屏。
8.可折叠、可柔性变形的压电触摸屏，其特征在于压电触摸屏包括柔性基板(2)、第一压电薄膜(4a)、中部电极、第二压电薄膜(4b)、上电极(3)和下电极(5)，其中，柔性基板(2)放置于框架(I)中，柔性基板(2)的背面依次为上电极(3)、第一压电薄膜(4a)、中部电极(8)、第二压电薄膜(4b)和下电极(5)，所述上电极(3)、中部电极(8)及下电极(5)将第一压电薄膜(4a)和第二压电薄膜(4b)划分形成阵列式的区域。
9.根据权利要求8所述的压电触摸屏，其特征在于所述上电极(3)、中部电极(8)及下电极(5)将第一压电薄膜(4a)和第二压电薄膜(4b)划分形成的阵列区域为正方形阵列、长方形阵列、正六边形阵列、正三角形阵列、圆形阵列或扇形阵列。
10.根据权利要求8所述的压电触摸屏，其特征在于m片相互平行、纵向分布的长条形下电极(5)粘结在第二压电薄膜(4b)的下表面，η片相互平行、横向分布的长条形上电极(3)粘结在第一压电薄膜(4a)的上表面，第一压电薄膜(4a)和第二压电薄膜(4b)的尺寸相同，中部电极(8)的面积略小于第一压电薄膜(4a)的面积，m彡2, η彡2。
11.根据权利要求10所述的压电触摸屏，其特征在于所述上电极(3)边缘下翻引至所述第二压电薄膜(4b)的下表面，形成上电极下翻区域(7)，所述中部电极(8)的边缘下翻至第二压电薄膜(4b )下表面，形成中部电极下翻区域(9 )。
12.根据权利要求8所述的压电触摸屏，其特征在于所述第一压电薄膜(4a)和第二压电薄膜(4b )为高分子压电薄膜或光刻复合压电材料薄膜。
13.根据权利要求8所述的压电触摸屏，其特征在于所述柔性基板(2)为有机发光二极管显示屏。
专利摘要本实用新型公开了属于压电触摸屏技术领域的一种可折叠、可柔性变形的压电触摸屏。该压电触摸屏包括柔性基板、压电薄膜、上电极和下电极，柔性基板放置于匹配的框架中，柔性基板的背面依次粘结有上电极、压电薄膜、下电极，上电极与下电极将压电薄膜划分成阵列式区域。在此基础上，另一种结构为柔性基板的背面依次粘结有上电极、第一压电薄膜、中部电极、第二压电薄膜和下电极。本实用新型的压电触摸屏可以随意变形、扭曲甚至折叠，仍然可以获得作用力位置、作用力大小、作用力运动轨迹等信息。且本压电触摸屏成本低、性能优异，极具市场竞争力。
文档编号G06F3/041GK202711198SQ20112038627
公开日2013年1月30日 申请日期2011年10月12日 优先权日2011年10月12日
发明者褚祥诚, 王林 申请人:清华大学