一种触觉反馈器件及其制备方法、电子设备与流程

本申请涉及显示面板领域，尤其地涉及一种触觉反馈器件及其制备方法、电子设备。

背景技术：

五感是人类感知世界的媒介，分别是视觉、听觉、嗅觉、味觉和触觉。触觉使感受更加真实，但目前交互领域中，触觉方向的开发只占15％，仍处于起步阶段。触觉反馈，是通过裸指触摸屏幕来感知视觉对象的形状、纹理等触觉特征，利用人类的触觉感知通道提高人机交互操作的真实性和沉浸感。因此，叠加触觉反馈功能在显示面板上，将会拓展显示面板的应用领域，并提升受众感受，如虚拟键盘、vr商品展示、盲人阅读器等。

hugh等人报道关于表面触感的形成原因，并利用静电力设备控制激励信号幅度等参量，从而改变表面触感，经典的静电力触觉反馈模型，由三层构成，分别为基板、导电层和绝缘层，公式如下：

其中v(t)为电容两极之间的电压，d为绝缘层的厚度，a为电极的面积，ε0为真空中介电常数，ε为绝缘层的介电常数，f为用户所感受的静电力。

为了保持具有较高的静电力，可通过增大电压来增大刺激，但电压的增大，会带来安全性的问题。

因此，确有必要来开发一种新型的触觉反馈器件，以克服现有技术的缺陷。

技术实现要素：

本发明的一个目的是提供一种触觉反馈器件，其能够解决现有技术中为了使受众感受到较强的触觉反馈，通过增大电压来增大刺激，但电压的增大，会带来安全性的问题。

为实现上述目的，本发明提供一种触觉反馈器件，包括基板；导电层，设于所述基板上；绝缘层，设于所述导电层上；所述绝缘层采用高分子聚合物材料，所述高分子聚合物材料中掺杂有纳米颗粒，所述纳米颗粒的介电常数大于8小于1100。

将高介电纳米颗粒掺杂在高分子聚合物当中，组成具有高介电性质的绝缘层，从而提升触觉反馈器件敏感度及安全性。采用高介电绝缘层，可使绝缘层达到微米级，较低电压下仍可具有较强的触感。

进一步的，在其他实施方式中，其中，所述纳米颗粒采用氧化钛金红石相纳米颗粒、钛酸钡纳米颗粒、钛酸锶钡纳米颗粒、二氧化锆纳米颗粒、五氧化二钽纳米颗粒、二氧化铪纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒或氧化镧纳米颗粒中的一种或多种。

其中氧化钛金红石相纳米颗粒的介电常数为110，钛酸钡纳米颗粒的介电常数为145，钛酸锶钡纳米颗粒的介电常数为1000，二氧化锆纳米颗粒的介电常数为25，五氧化二钽纳米颗粒的介电常数为18.5-27.5，二氧化铪纳米颗粒的介电常数为21，氧化铝纳米颗粒的介电常数为9。

进一步的，在其他实施方式中，其中所述高分子聚合物材料采用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚乙烯醇(pva)、聚苯乙烯(ps)、聚乙烯基苯酚(pvp)、聚甲基丙烯酸叔丁酯(pmba)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或丙二醇甲醚醋酸酯(pgmea)中的一种或多种。

当需要绝缘层刚性较强时，可选择pmma作为高分子聚合物材料，如需要具有较好的弹性，可选择pmba作为高分子聚合物材料。

进一步的，在其他实施方式中，其中所述导电层为单电极电路或双电极电路，所述导电层的材料采用铜金属或银金属或铟锡氧化物半导体。

进一步的，在其他实施方式中，其中所述绝缘层的厚度为4nm-20000nm；用户所感受的静电力，与所述绝缘层的介电常数呈正比，与所述绝缘层的厚度呈反比；然而安全性与所述绝缘层的厚度呈正比，所述绝缘层的厚度越大，安全性越强。因此本发明在保证所述绝缘层的厚度的同时，提高所述绝缘层的介电常数，使得保持具有较高的静电力。

为实现上述目的，本发明还提供一种制备方法，用以制备本发明涉及的所述触觉反馈器件，制备方法包括以下步骤：提供一基板；制备导电层于所述基板上；将纳米颗粒掺杂于高分子聚合物形成混合溶液；将所述混合溶液涂布于所述导电层上形成绝缘层。

进一步的，在其他实施方式中，其中将纳米颗粒掺杂于高分子聚合物形成混合溶液的步骤包括对所述纳米颗粒进行表面疏水化处理，将表面疏水化处理过的所述纳米颗粒分散在含有所述高分子聚合物的三氯甲苯溶液中形成混合溶液。

进一步的，在其他实施方式中，其中采用搅拌或超声分散的方式将所述纳米颗粒分散在含有所述高分子聚合物的三氯甲苯溶液中。

进一步的，在其他实施方式中，其中采用激光镭射或原位还原或成膜刻蚀的方式制备导电层于所述基板上。

进一步的，在其他实施方式中，其中将所述混合溶液采用旋涂或刮涂或喷墨打印的方式涂布于所述导电层上，将所述混合溶液涂布于所述导电层上后，然后对所述混合溶液进行紫外线固化或高温固化，形成固态的绝缘层。

进一步的，在其他实施方式中，其中所述基板采用玻璃。

为实现上述目的，本发明还提供一种电子设备，包括本发明涉及的所述触觉反馈器件。

具体地，一种显示装置，包括下偏光片；液晶显示面板，设于所述下偏光片上；本发明涉及的所述触觉反馈器件，设于所述液晶显示面板上；上偏光片，设于所述触觉反馈器件上。所述触觉反馈器件放置在显示面板上，为外挂式结构。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供一种触觉反馈器件及其制备方法、电子设备，将高介电纳米颗粒掺杂在高分子聚合物当中，组成具有高介电性质的绝缘层，从而提升触觉反馈器件敏感度及安全性。用户所感受的静电力，与绝缘层的介电常数呈正比，与绝缘层的厚度呈反比；然而安全性与所述绝缘层的厚度呈正比，绝缘层的厚度越大，安全性越强。因此本发明在保证所述绝缘层的厚度的同时，提高所述绝缘层的介电常数，使得触觉反馈器件仍保持具有较高的静电力。

进一步地，将纳米颗粒掺杂于高分子聚合物中，再采用旋涂或者刮涂或者喷墨打印的方法涂布于导电层上形成绝缘层，方法简便，易于操作，有利于大尺寸量产使用。

附图说明

下面结合附图，通过对本申请的具体实施方式详细描述，将使本申请的技术方案及其它有益效果显而易见。

图1为本发明实施例提供的触觉反馈器件的结构示意图；

图2为本发明实施例提供的触觉反馈器件的制备方法的流程图；

图3为本发明实施例提供的显示装置的结构示意图。

附图说明：

触觉反馈器件-100；

基板-10；导电层-20；

绝缘层-30；高分子聚合物材料-31；

纳米颗粒-32；

显示装置-200；下偏光片-110；

液晶显示面板-120；上偏光片-130。

具体实施方式

下面将结合本申请实施例中的附图，对本申请实施例中的技术方案进行清楚、完整地描述。显然，所描述的实施例仅仅是本申请一部分实施例，而不是全部的实施例。基于本申请中的实施例，本领域技术人员在没有作出创造性劳动前提下所获得的所有其他实施例，都属于本申请保护的范围。

在本申请中，除非另有明确的规定和限定，第一特征在第二特征之“上”或之“下”可以包括第一和第二特征直接接触，也可以包括第一和第二特征不是直接接触而是通过它们之间的另外的特征接触。而且，第一特征在第二特征“之上”、“上方”和“上面”包括第一特征在第二特征正上方和斜上方，或仅仅表示第一特征水平高度高于第二特征。第一特征在第二特征“之下”、“下方”和“下面”包括第一特征在第二特征正下方和斜下方，或仅仅表示第一特征水平高度小于第二特征。

下文的公开提供了许多不同的实施方式或例子用来实现本申请的不同结构。为了简化本申请的公开，下文中对特定例子的部件和设置进行描述。当然，它们仅仅为示例，并且目的不在于限制本申请。此外，本申请可以在不同例子中重复参考数字和/或参考字母，这种重复是为了简化和清楚的目的，其本身不指示所讨论各种实施方式和/或设置之间的关系。此外，本申请提供了的各种特定的工艺和材料的例子，但是本领域普通技术人员可以意识到其他工艺的应用和/或其他材料的使用。

现有技术中，绝缘层的厚度增大，有利于演唱触觉反馈器件的寿命，从而提升器件稳定性，手指所受力的强弱，与绝缘层的膜厚成反比，与绝缘层的介电常数成正比，因此，改变绝缘层的特性，可在相同电压条件下，对表面触感进行调节。

本实施例提供一种触觉反馈器件，请参阅图1，图1所示为本实施例提供的触觉反馈器件100的结构示意图。触觉反馈器件100，包括基板10、导电层20和绝缘层30。

基板10采用玻璃基板，导电层20设于基板10上，绝缘层30设于导电层20上。

导电层20可以为单电极电路或双电极电路，导电层20的材料采用铜金属或银金属或铟锡氧化物半导体。

绝缘层30包括高分子聚合物31材料以及掺杂在高分子聚合物31材料中的纳米颗粒32。

高分子聚合物31材料采用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚乙烯醇(pva)、聚苯乙烯(ps)、聚乙烯基苯酚(pvp)、聚甲基丙烯酸叔丁酯(pmba)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或丙二醇甲醚醋酸酯(pgmea)中的一种或多种。

当需要绝缘层30刚性较强时，可选择pmma作为高分子聚合物31材料，如需要具有较好的弹性，可选择pmba作为高分子聚合物31材料。

其中纳米颗粒32的介电常数大于8小于1100，纳米颗粒32采用氧化钛金红石相纳米颗粒、钛酸钡纳米颗粒、钛酸锶钡纳米颗粒、二氧化锆纳米颗粒、五氧化二钽纳米颗粒、二氧化铪纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒或氧化镧纳米颗粒中的一种或多种。

通过选择不同类型和不同比例的纳米颗粒可以得到不同介电常数的绝缘层。

其中氧化钛金红石相纳米颗粒的介电常数为110，钛酸钡纳米颗粒的介电常数为145，钛酸锶钡纳米颗粒的介电常数为1000，二氧化锆纳米颗粒的介电常数为25，五氧化二钽纳米颗粒的介电常数为18.5-27.5，二氧化铪纳米颗粒的介电常数为21，氧化铝纳米颗粒的介电常数为9。

将高介电纳米颗粒32掺杂在高分子聚合物31当中，组成具有高介电性质的绝缘层30，从而提升触觉反馈器件100敏感度及安全性。采用高介电绝缘层30，可使绝缘层30达到微米级，较低电压下仍可具有较强的触感。

绝缘层30的厚度为4nm-20000nm；用户所感受的静电力，与绝缘层30的介电常数呈正比，与绝缘层30的厚度呈反比；然而安全性与绝缘层30的厚度呈正比，绝缘层30的厚度越大，安全性越强。因此本发明在保证绝缘层30的厚度的同时，提高绝缘层30的介电常数，使得保持具有较高的静电力。

本发明实施例还提供一种制备方法，用以制备本发明实施例涉及的触觉反馈器件100，请参阅图2，图2为本发明实施例提供的触觉反馈器件的制备方法的流程图，制备方法包括步骤1-步骤4。

步骤1：提供一基板10，基板10采用玻璃。

步骤2：制备导电层20于基板10上，导电层20可以为单电极电路或双电极电路，导电层20的材料采用铜金属或银金属或铟锡氧化物半导体。

其中，采用激光镭射或原位还原或成膜刻蚀的方式制备导电层20于基板10上。

步骤3：将纳米颗粒32掺杂于高分子聚合物31形成混合溶液。

具体地，对纳米颗粒32进行表面疏水化处理，将表面疏水化处理过的纳米颗粒32利用机器搅拌的方式将纳米颗粒32分散在含有高分子聚合物31的三氯甲苯溶液中，并采用180转/分钟的转速进行搅拌，形成混合溶液。

在其他实施方式中，也可以采用超声分散的方式将纳米颗粒32分散在含有高分子聚合物31的三氯甲苯溶液中形成混合溶液。

其中纳米颗粒32在所述混合溶液中的掺杂比例为1％-10％。

高分子聚合物31材料采用聚甲基丙烯酸甲酯(pmma)、聚二甲基硅氧烷(pdms)、聚乙烯醇(pva)、聚苯乙烯(ps)、聚乙烯基苯酚(pvp)、聚甲基丙烯酸叔丁酯(pmba)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(pet)或丙二醇甲醚醋酸酯(pgmea)中的一种或多种。

当需要绝缘层30刚性较强时，可选择pmma作为高分子聚合物31材料，此时pmma在所述混合溶液中的掺杂比例为5％-20％；如需要具有较好的弹性，可选择pmba作为高分子聚合物31材料，此时pmba在所述混合溶液中的掺杂比例为2％-10％。

纳米颗粒32采用氧化钛金红石相纳米颗粒、钛酸钡纳米颗粒、钛酸锶钡纳米颗粒、二氧化锆纳米颗粒、五氧化二钽纳米颗粒、二氧化铪纳米颗粒、氧化铝纳米颗粒或氧化镧纳米颗粒中的一种或多种。

步骤4：将混合溶液涂布于导电层20上形成绝缘层30。

将混合溶液采用旋涂或刮涂或喷墨打印的方式涂布于导电层20上，将混合溶液涂布于导电层20上后，然后对混合溶液进行紫外线固化或高温固化，形成固态的绝缘层30。

将纳米颗粒掺杂于高分子聚合物中，再采用旋涂或者刮涂或者喷墨打印的方法涂布于导电层上形成绝缘层，方法简便，易于操作，有利于大尺寸量产使用。

本发明实施例还提供一种电子设备，包括本发明涉及的触觉反馈器件100。

具体地，请参阅图3，图3为本实施例提供的显示装置200的结构示意图。显示装置200包括下偏光片110、液晶显示面板120、触觉反馈器件100和上偏光片130。

液晶显示面板120设于下偏光片110上；触觉反馈器件100设于液晶显示面板120上；上偏光片130设于触觉反馈器件100上。

其中触觉反馈器件100放置在显示面板上，为外挂式结构。

相对于现有技术，本发明的有益效果在于：本发明提供一种触觉反馈器件及其制备方法、电子设备，将高介电纳米颗粒掺杂在高分子聚合物当中，组成具有高介电性质的绝缘层，从而提升触觉反馈器件敏感度及安全性。用户所感受的静电力，与绝缘层的介电常数呈正比，与绝缘层30的厚度呈反比；然而安全性与绝缘层的厚度呈正比，绝缘层的厚度越大，安全性越强。因此本发明在保证绝缘层的厚度的同时，提高绝缘层的介电常数，使得触觉反馈器件仍保持具有较高的静电力。

进一步地，将纳米颗粒掺杂于高分子聚合物中，再采用旋涂或者刮涂或者喷墨打印的方法涂布于导电层上形成绝缘层，方法简便，易于操作，有利于大尺寸量产使用。

在上述实施例中，对各个实施例的描述都各有侧重，某个实施例中没有详述的部分，可以参见其他实施例的相关描述。

以上对本申请实施例所提供的一种触觉反馈器件及其制备方法、电子设备进行了详细介绍，本文中应用了具体个例对本申请的原理及实施方式进行了阐述，以上实施例的说明只是用于帮助理解本申请的技术方案及其核心思想；本领域的普通技术人员应当理解：其依然可以对前述各实施例所记载的技术方案进行修改，或者对其中部分技术特征进行等同替换；而这些修改或者替换，并不使相应技术方案的本质脱离本申请各实施例的技术方案的范围。