壓敏型顯示屏觸控單元、觸摸屏及其制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明涉及觸控和顯示屏技術(shù)，尤其涉及一種壓敏型顯示屏觸控單元、觸摸屏及其制造方法，用于觸摸屏的基本傳感單元。
【背景技術(shù)】
[0002]現(xiàn)有觸摸屏主要采用電容、電阻、表面聲波和光學(xué)等方式進(jìn)行觸摸動(dòng)作的傳感。其中，表面聲波觸摸屏(表面聲波技術(shù))是現(xiàn)有觸摸屏技術(shù)中唯一能夠傳感觸摸壓力的技術(shù)，但由于該技術(shù)無(wú)法應(yīng)用于大尺寸、對(duì)表面玷污過(guò)于敏感、容易被聲音干擾、難以實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控以及難以感知靜態(tài)壓力等諸多缺陷，目前還無(wú)法進(jìn)入主流應(yīng)用，如手機(jī)和平板電腦等，因而難以成為主流。電容觸摸屏能夠?qū)崿F(xiàn)多點(diǎn)觸控并且位置靈敏度高，是目前主流的觸摸屏技術(shù)。
[0003]觸摸屏作為一種人機(jī)交互的重要而直接的輸入輸出工具，目前絕大多數(shù)還是基于二維的，即能夠感受觸摸者在平行于屏體的χ-y平面上的動(dòng)作。隨著電子設(shè)備更加智能化乃至人性化，需要開(kāi)發(fā)更多人機(jī)交互的方式，譬如能夠讓機(jī)器感知人的情緒，并作出適當(dāng)?shù)捻憫?yīng)。對(duì)物體或人施加觸壓，是人傳遞信息或情緒的一種方式，譬如對(duì)樂(lè)器彈奏的輕重，繪畫(huà)時(shí)筆觸的輕重，以及對(duì)他人以身體觸壓方式進(jìn)行的明示或暗示等?；诖丝紤]，研究一種將壓力作為人機(jī)交互的另一個(gè)維度的技術(shù)，使壓力傳感成為一種全新的人機(jī)交互方式，將具有廣闊的應(yīng)用前景。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]有鑒于此，本發(fā)明的主要目的在于提供一種壓敏型顯示屏觸控單元、觸摸屏及其制造方法，利用該觸控單元將外部壓力轉(zhuǎn)換成電流信號(hào)，使壓力成為一種信息輸入方式。還可與現(xiàn)有的電容觸摸屏或電阻觸摸屏相結(jié)合，使該觸控單元既能兼容現(xiàn)有的多點(diǎn)觸控功能，又能靈敏地感測(cè)壓力大小變化，還可增強(qiáng)現(xiàn)有觸摸屏的功能，為觸摸屏提供更豐富的操作應(yīng)用。
[0005]為達(dá)到上述目的，本發(fā)明的技術(shù)方案是這樣實(shí)現(xiàn)的:
一種壓敏型顯示屏觸控單元，包括驅(qū)動(dòng)電極、下電極以及所述驅(qū)動(dòng)電極和下電極之間的電介質(zhì)層，其厚度為0.5nm?5 nm。
[0006]其中:當(dāng)在所述驅(qū)動(dòng)電極和下電極之間施加壓力時(shí)會(huì)形成隧道電流It，所述驅(qū)動(dòng)電極、下電極之間存在電壓Vt，所述隧道電流It與驅(qū)動(dòng)電極、下電極之間的電壓Vt的關(guān)系為:
IT=CVTexp (-AU0d)；
其中:C和A為比例常數(shù)，Utl為驅(qū)動(dòng)電極和下電極的逸出勢(shì)壘的算術(shù)平均值，d為電介質(zhì)層的厚度。
[0007]所述驅(qū)動(dòng)電極和下電極為透明或半透明的導(dǎo)體，其材料為下列任一種:銦錫氧化物ΙΤ0、摻鋁氧化鋅ΑΖ0、摻氟氧化錫FT0、摻鎵氧化鋅GZ0、石墨烯或金屬納米線陣列。
[0008]所述電介質(zhì)層的材料為聚酰胺、聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺、聚脲、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、二氧化硅、烷醇鋁或Zincone。
[0009]所述電介質(zhì)層采用原子層沉積或分子層沉積方法制備。
[0010]一種包含所述壓敏型顯示屏觸控單元的電容觸摸屏，在玻璃或聚合物的前面板上制作所述壓敏型顯示屏觸控單元的陣列。
[0011]一種包含所述壓敏型顯示屏觸控單元的電阻觸摸屏，在所述電阻觸摸屏的軟質(zhì)基板上制作所述壓敏型顯示屏觸控單元的陣列，并用絕緣膜遮蓋所述陣列。
[0012]一種壓敏型顯示屏觸控單元的制造方法，該方法包括:在驅(qū)動(dòng)電極和下電極之間設(shè)置一電介質(zhì)層，通過(guò)原子層沉積或分子層沉積法制備所述電介質(zhì)層，該電介質(zhì)層的厚度為0.5nm?5nm之間。
[0013]一種包含所述壓敏型顯示屏觸控單元的制造方法的電容觸摸屏的制造方法，該方法為:在玻璃或聚合物的前面板上制作所述壓敏型顯示屏觸控單元的陣列。
[0014]一種包含所述壓敏型顯示屏觸控單元的制造方法的電阻觸摸屏的制造方法，該方法為:在所述電阻觸摸屏的軟質(zhì)基板上制作所述壓敏型顯示屏觸控單元的陣列，并用絕緣膜遮蓋所述陣列。
[0015]本發(fā)明所提供的壓敏型顯示屏觸控單元、觸摸屏及其制造方法，具有以下優(yōu)點(diǎn):
I)該顯示屏觸控單元能夠?qū)⑼獠繅毫D(zhuǎn)換成電流信號(hào)，通過(guò)探測(cè)該電流信號(hào)的變化即可感知觸摸壓力的大小，這樣，只需通過(guò)接收觸摸壓力信號(hào)，就可靈敏地感測(cè)到觸摸力度的大小，從而實(shí)現(xiàn)利用壓力作為信息輸入方式。
[0016]2 )該顯示屏觸控單元還能夠兼容現(xiàn)有的電容觸摸屏和電阻觸摸屏，并且兼容多點(diǎn)觸控，將所述觸控單元與電容觸摸屏或電阻觸摸屏相結(jié)合，既能實(shí)現(xiàn)多點(diǎn)觸控功能，又可靈敏的感受壓力，有利于設(shè)計(jì)和實(shí)現(xiàn)高靈敏度的多功能(如，帶力反饋功能)的觸控/觸摸顯示屏。
【附圖說(shuō)明】
[0017]圖1為本發(fā)明的壓敏型顯示屏觸控單元的結(jié)構(gòu)示意圖；
圖2為本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例描述的與電容觸控屏兼容的觸摸壓力傳感器示意圖；
圖3為本發(fā)明的另一實(shí)施例所描述的與電阻觸摸屏兼容的觸摸壓力傳感器示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0018]下面結(jié)合附圖及本發(fā)明的實(shí)施例對(duì)本發(fā)明的顯示屏觸控單元及其制造方法作進(jìn)一步詳細(xì)的說(shuō)明。
[0019]圖1為本發(fā)明的壓敏型顯示屏觸控單元的結(jié)構(gòu)示意圖。如圖1所示，其描述的是觸摸壓力傳感器的一個(gè)最基本單元，主要由上電極(驅(qū)動(dòng)電極)101、下電極102和中間超薄的電介質(zhì)層103組成。其中:
所述上電極101和下電極102均為透明或半透明的導(dǎo)體，其材料可以為但不限于銦錫氧化物(ΙΤ0)、摻鋁氧化鋅(ΑΖ0)、摻氟氧化錫(FT0)、摻鎵氧化鋅(GZ0)、石墨烯、金屬納米線陣列等。其一般膜厚和制備方法為行業(yè)內(nèi)公知。
[0020]所述中間超薄的電介質(zhì)層103,厚度范圍為0.5nm?5 nm,且致密性極佳。為了實(shí)現(xiàn)其致密性及無(wú)缺陷的特性，該電介質(zhì)層103(為薄膜)采用原子層沉積(ALD)或分子層沉積(MLD)方式制備。其材料可以但不限于聚酰胺、聚酰亞胺、聚對(duì)苯二甲酰對(duì)苯二胺(PPTA)、聚脲、氧化鋁、氧化鋯、氧化鉿、二氧化硅、烷醇鋁(Alucone)或Zincone等。
[0021]其工作原理如下:所述電介質(zhì)層103作為電極中自由電子的勢(shì)壘，由于勢(shì)壘厚度極薄，當(dāng)上電極101、下電極102之間施加壓力后，根據(jù)量子力學(xué)原理，電子有幾率穿過(guò)勢(shì)壘，形成隧道電流Ιτ。所述隧道電流It和上、下電極間電壓Vt之間的關(guān)系為:
IT=CVTexp (-AU0d)；
其中:C和A為比例常數(shù)，Utl為兩邊電極的逸出勢(shì)壘的算術(shù)平均值，d為電介質(zhì)層103的厚度。從表達(dá)式可知，手指觸摸使超薄的電介質(zhì)層103產(chǎn)生的形變，即厚度d的微小變化將指數(shù)地影響隧道電流Ιτ。通過(guò)探測(cè)隧道電流It的改變，即可探知觸摸壓力大小