压敏型显示屏触控单元、触摸屏及其制造方法.pdf

本发明公开了一种压敏型显示屏触控单元、触摸屏及其制造方法，该触控单元主要包括驱动电极、下电极以及所述驱动电极和下电极之间的电介质层；当在所述驱动电极和下电极之间施加压力时会形成隧道电流IT，所述驱动电极、下电极之间存在电压VT。利用本发明的触控单元，可将外部压力转换成电流信号，使压力成为一种信息输入方式；还将其与现有电容触摸屏或电阻触摸屏相结合，使该触控单元既能兼容现有的多点触控功能，又能灵敏地感测压力大小变化，还可增强现有触摸屏的功能，为触摸屏提供更丰富的操作应用。

权利要求书
1.  一种压敏型显示屏触控单元，其特征在于，包括驱动电极、下电极以及所述驱动电极和下电极之间的电介质层，其厚度为0.5nm～5 nm。

2.  根据权利要求1所述的压敏型显示屏触控单元，其特征在于，当在所述驱动电极和下电极之间施加压力时会形成隧道电流IT，所述驱动电极、下电极之间存在电压VT，所述隧道电流IT与驱动电极、下电极之间的电压VT的关系为：
IT=CVTexp（-AU0d）；
其中：C和A为比例常数，U0为驱动电极和下电极的逸出势垒的算术平均值，d为电介质层的厚度。

3.  根据权利要求1或2所述的压敏型显示屏触控单元，其特征在于，所述驱动电极和下电极为透明或半透明的导体，其材料为下列任一种：铟锡氧化物ITO、掺铝氧化锌AZO、掺氟氧化锡FTO、掺镓氧化锌GZO、石墨烯或金属纳米线阵列。

4.  根据权利要求2所述的压敏型显示屏触控单元，其特征在于，所述电介质层的材料为聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚脲、氧化铝、氧化锆、氧化铪、二氧化硅、烷醇铝或Zincone。

5.  根据权利要求2或4所述的压敏型显示屏触控单元，其特征在于，所述电介质层采用原子层沉积或分子层沉积方法制备。

6.  一种包含权利要求1至5项中任一项所述压敏型显示屏触控单元的电容触摸屏，其特征在于，在玻璃或聚合物的前面板上制作所述压敏型显示屏触控单元的阵列。

7.  一种包含权利要求1至5项中任一项所述压敏型显示屏触控单元的电阻触摸屏，其特征在于，在电阻触摸屏的软质基板上制作所述压敏型显示屏触控单元的阵列，并用绝缘膜遮盖所述阵列。

8.  一种压敏型显示屏触控单元的制造方法，其特征在于，该方法包括：在驱动电极和下电极之间设置一电介质层，通过原子层沉积或分子层沉积法制备所述电介质层，该电介质层的厚度为0.5nm～5nm之间。

9.  一种包含权利要求8所述压敏型显示屏触控单元的制造方法的电容触摸屏的制造方法，其特征在于，该方法为：在玻璃或聚合物的前面板上制作所述压敏型显示屏触控单元的阵列。

10.  一种包含权利要求8所述压敏型显示屏触控单元的制造方法的电阻触摸屏的制造方法，其特征在于，该方法为：在所述电阻触摸屏的软质基板上制作所述压敏型显示屏触控单元的阵列，并用绝缘膜遮盖所述阵列。

说明书压敏型显示屏触控单元、触摸屏及其制造方法
技术领域
 本发明涉及触控和显示屏技术，尤其涉及一种压敏型显示屏触控单元、触摸屏及其制造方法，用于触摸屏的基本传感单元。
背景技术
现有触摸屏主要采用电容、电阻、表面声波和光学等方式进行触摸动作的传感。其中，表面声波触摸屏（表面声波技术）是现有触摸屏技术中唯一能够传感触摸压力的技术，但由于该技术无法应用于大尺寸、对表面玷污过于敏感、容易被声音干扰、难以实现多点触控以及难以感知静态压力等诸多缺陷，目前还无法进入主流应用，如手机和平板电脑等，因而难以成为主流。电容触摸屏能够实现多点触控并且位置灵敏度高，是目前主流的触摸屏技术。
触摸屏作为一种人机交互的重要而直接的输入输出工具，目前绝大多数还是基于二维的，即能够感受触摸者在平行于屏体的x-y平面上的动作。随着电子设备更加智能化乃至人性化，需要开发更多人机交互的方式，譬如能够让机器感知人的情绪，并作出适当的响应。对物体或人施加触压，是人传递信息或情绪的一种方式，譬如对乐器弹奏的轻重，绘画时笔触的轻重，以及对他人以身体触压方式进行的明示或暗示等。基于此考虑，研究一种将压力作为人机交互的另一个维度的技术，使压力传感成为一种全新的人机交互方式，将具有广阔的应用前景。
发明内容
有鉴于此，本发明的主要目的在于提供一种压敏型显示屏触控单元、触摸屏及其制造方法，利用该触控单元将外部压力转换成电流信号，使压力成为一种信息输入方式。还可与现有的电容触摸屏或电阻触摸屏相结合，使该触控单元既能兼容现有的多点触控功能，又能灵敏地感测压力大小变化，还可增强现有触摸屏的功能，为触摸屏提供更丰富的操作应用。
为达到上述目的，本发明的技术方案是这样实现的：
一种压敏型显示屏触控单元，包括驱动电极、下电极以及所述驱动电极和下电极之间的电介质层，其厚度为0.5nm～5 nm。
其中：当在所述驱动电极和下电极之间施加压力时会形成隧道电流IT，所述驱动电极、下电极之间存在电压VT，所述隧道电流IT与驱动电极、下电极之间的电压VT的关系为：
IT=CVTexp（-AU0d）；
其中：C和A为比例常数，U0为驱动电极和下电极的逸出势垒的算术平均值，d为电介质层的厚度。
所述驱动电极和下电极为透明或半透明的导体，其材料为下列任一种：铟锡氧化物ITO、掺铝氧化锌AZO、掺氟氧化锡FTO、掺镓氧化锌GZO、石墨烯或金属纳米线阵列。
所述电介质层的材料为聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酰对苯二胺、聚脲、氧化铝、氧化锆、氧化铪、二氧化硅、烷醇铝或Zincone。
所述电介质层采用原子层沉积或分子层沉积方法制备。
一种包含所述压敏型显示屏触控单元的电容触摸屏，在玻璃或聚合物的前面板上制作所述压敏型显示屏触控单元的阵列。
一种包含所述压敏型显示屏触控单元的电阻触摸屏，在所述电阻触摸屏的软质基板上制作所述压敏型显示屏触控单元的阵列，并用绝缘膜遮盖所述阵列。
一种压敏型显示屏触控单元的制造方法，该方法包括：在驱动电极和下电极之间设置一电介质层，通过原子层沉积或分子层沉积法制备所述电介质层，该电介质层的厚度为0.5nm～5nm之间。
一种包含所述压敏型显示屏触控单元的制造方法的电容触摸屏的制造方法，该方法为：在玻璃或聚合物的前面板上制作所述压敏型显示屏触控单元的阵列。
一种包含所述压敏型显示屏触控单元的制造方法的电阻触摸屏的制造方法，该方法为：在所述电阻触摸屏的软质基板上制作所述压敏型显示屏触控单元的阵列，并用绝缘膜遮盖所述阵列。
本发明所提供的压敏型显示屏触控单元、触摸屏及其制造方法，具有以下优点：
1）该显示屏触控单元能够将外部压力转换成电流信号，通过探测该电流信号的变化即可感知触摸压力的大小，这样，只需通过接收触摸压力信号，就可灵敏地感测到触摸力度的大小，从而实现利用压力作为信息输入方式。
2）该显示屏触控单元还能够兼容现有的电容触摸屏和电阻触摸屏，并且兼容多点触控，将所述触控单元与电容触摸屏或电阻触摸屏相结合，既能实现多点触控功能，又可灵敏的感受压力，有利于设计和实现高灵敏度的多功能（如，带力反馈功能）的触控/触摸显示屏。
附图说明
图1为本发明的压敏型显示屏触控单元的结构示意图；
图2为本发明的一个实施例描述的与电容触控屏兼容的触摸压力传感器示意图；
图3为本发明的另一实施例所描述的与电阻触摸屏兼容的触摸压力传感器示意图。
具体实施方式
下面结合附图及本发明的实施例对本发明的显示屏触控单元及其制造方法作进一步详细的说明。
图1为本发明的压敏型显示屏触控单元的结构示意图。如图1所示，其描述的是触摸压力传感器的一个最基本单元，主要由上电极（驱动电极）101、下电极102和中间超薄的电介质层103组成。其中：
所述上电极101和下电极102均为透明或半透明的导体，其材料可以为但不限于铟锡氧化物（ITO）、掺铝氧化锌（AZO）、掺氟氧化锡（FTO）、掺镓氧化锌（GZO）、石墨烯、金属纳米线阵列等。其一般膜厚和制备方法为行业内公知。
所述中间超薄的电介质层103，厚度范围为0.5nm～5 nm，且致密性极佳。为了实现其致密性及无缺陷的特性，该电介质层103（为薄膜）采用原子层沉积（ALD）或分子层沉积（MLD）方式制备。其材料可以但不限于聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）、聚脲、氧化铝、氧化锆、氧化铪、二氧化硅、烷醇铝（Alucone）或Zincone等。
其工作原理如下：所述电介质层103作为电极中自由电子的势垒，由于势垒厚度极薄，当上电极101、下电极102之间施加压力后，根据量子力学原理，电子有几率穿过势垒，形成隧道电流IT。所述隧道电流IT和上、下电极间电压VT之间的关系为：
IT=CVTexp（-AU0d）；
其中：C和A为比例常数，U0为两边电极的逸出势垒的算术平均值，d为电介质层103的厚度。从表达式可知，手指触摸使超薄的电介质层103产生的形变，即厚度d的微小变化将指数地影响隧道电流IT。通过探测隧道电流IT的改变，即可探知触摸压力大小的变化。
图2为本发明的一个实施例描述的与电容触控屏兼容的触摸压力传感器示意图。如图2所示，在玻璃或聚合物的前面板205上，形成传统电容屏的驱动电极201和接收电极202。
其中，所述驱动电极201和接收电极202的材料可以是但不限于ITO、AZO等。在该实施例中优选ITO，其制造方法和参数为电容触摸屏行业所公知。
如图2所示，驱动脉冲信号207通过驱动缓冲器206加在驱动电极201上，然后利用接收电路209通过接收电极202收集电荷，感知x-y平面的触摸动作和位置。
在驱动电极201下方加以超薄的电介质层203，与下电极204共同构成压敏型显示屏触控单元的阵列。该电介质层203可用原子层沉积（ALD）或分子层沉积（MLD）制备，其材料可以但不限于聚酰胺、聚酰亚胺、聚对苯二甲酰对苯二胺（PPTA）、聚脲、氧化铝、氧化锆、氧化铪、二氧化硅等、烷醇铝（Alucone）、Zincone等。在该实施例中优选为MLD沉积的聚脲，其膜厚为0.5~3 nm，优选为1 nm。
在电介质层203上施加压力触控所述下电极204。所述下电极204伸出一段，使其与压力感测电路208相连，用以感测驱动脉冲信号207在下电极204上的产生的电流，从而感测压力大小。所述下电极204的材料可以但不限于ITO、AZO等，优选为ITO，膜厚为50~1000 nm，优选为100 nm。
图3为本发明的另一实施例所描述的与电阻触摸屏兼容的触摸压力传感器示意图。如图3所示，本发明触摸传感器基本单元与传统的电阻式触摸屏相结合，在触摸屏硬质基板301上形成第一电阻膜304，以绝缘支点303与触摸屏的另一软质基板302相结合。所述软质基板302的最下端形成第二电阻膜305。上述硬质基板301、软质基板302、绝缘支点303、第一电阻膜304和第二电阻膜305均由公知的电阻触摸屏的制造方法形成。与传统电阻触摸屏不同的是：在形成第二电阻膜305之前，先于软质基板302上先形成第二电极（即驱动电极）308和超薄的电介质层309的阵列，再形成第一电极（即下电极）307，最后用一绝缘膜306遮盖该阵列。
这里，所述第二电极308和超薄的电介质层309和第一电极307共同构成所述压敏型显示屏触控单元的阵列。
第二电极308和第一电极307的材料可以是但不限于ITO、银纳米线阵列、聚3,4-乙撑二氧噻吩：聚苯乙烯磺酸盐（PEDOT:PSS）等，在这里优选PEDOT:PSS，其制造方法可以是但不限于喷墨打印、等离子体聚合、旋涂、气相真空沉积等，在这里优选喷墨打印，其膜厚优选为500 nm。制造所述绝缘膜306材料可以是但不限于聚脲、聚酰亚胺、烷醇铝等，在这里优选聚脲，其膜厚优选为0.8 nm，沉积方法为MLD。
应用时，通过第一电极307施加电压，感测第二电极308阵列上每一个检测点的电流，从而感测压力。
以上所述，仅为本发明的较佳实施例而已，并非用于限定本发明的保护范围。