压力感测装置的制作方法

本发明涉及压力感测技术领域，特别涉及一种可以检测压力力度的压力感测装置。

背景技术：

目前在显示技术领域，常用的触控面板主要有电容式触控面板、电阻式触控面板、光学式触控面板及表面声波式触控面板，这些种类的触控面板主要用于检测二维平面区域触控的位置，处理芯片根据触控位置反馈对应的处理信号。且，其中以电容式触控面板使用范围最为广泛。

手指对触控面板的操作是非常丰富且复杂的，不仅有“触”的动作还有“压”的动作，目前电容式触控面板仅能实现二维平面内检测“触”的位置，而无法在另外一个维度检测到“压”的力度。于是，一种新的可以检测Z轴触压力度的压力感测装置便应运而生。

压力感测是基于按压之后的导电材料由于形变导致电阻变化而被检测到的，而由于形变非常微小，阻值的变化也非常微小，如果阻值变化信号在传输过程中出现衰减将有可能不会被检测到。所以，压力触控信号的有效精确传输是亟须克服的难题。

技术实现要素：

为克服现有压力感测装置的诸多缺陷，本发明提供了一种新式压力感测装置。

本发明解决技术问题的方案是提供一种压力感测装置，包括一基板，包括第一表面和第二表面，第一表面和第二表面相对设置；一导电图案层，设置于第一表面上， 包括复数个压力感应电极，用以感测触压力度；及一压力感应信号线，用以导通连接所述的压力感应电极至一检测芯片，所述的压力感应信号线为镂空结构。

优选地，所述压力感应信号线为金属线。

优选地，单位长度压力感应信号线被镂空后的镂空区域面积大于等于压力感应信号线线体面积的40％。

优选地，压力感应信号线被镂空后形成镂空区域和复数个金属单元线，金属单元线的形状可以为网格、树状、绕圈环回状之任意一种或其组合，其线宽小于10μm。

优选地，压力感应信号线的走线形状为“S”形或“Z”形或不规则曲线形。

优选地，所述的导电图案层还包括复数个第一方向触控电极和复数个第二方向触控电极，该第一方向触控电极和第二方向触控电极用以侦测触控位置，其中所述第一方向触控电极和第二方向触控电极及所述压力感应电极彼此电性绝缘，且在垂直方向上的投影不重叠搭接。

优选地，每一第一方向触控电极导通连接一第一方向触控电极信号线，每一第二方向触控电极导通连接一第二方向触控电极信号线，该第一方向触控电极信号线和第二方向触控电极信号线与压力感应信号线的材料、结构、形状相同。

优选地，每一第一方向触控电极导通连接一第一方向触控电极信号线，每一第二方向触控电极导通连接一第二方向触控电极信号线，该第一方向触控电极信号线和第二方向触控电极信号线与压力感应信号线的材料、结构不同。

优选地，包括压力感应区和连接区，压力感应区内设置所述的导电图案层和压力感应信号线，所述的连接区内设置压力感应信号线和连接垫，所述压力感应信号线一体化连接压力感应区的导电图案层和连接区的连接垫。

优选地，进一步包括过渡区，位于触控感应区和连接 区之间，过渡区内的压力感应信号线的宽度为加宽设计，其宽度为压力感应区内压力感应信号线宽度的2-10倍。

与现有技术相比，本发明的压力感测装置将压力感应电极与第一方向触控电极和第二方向触控电极整合在同一个基本的同一平面上，而且在整合的时候，压力感应电极、第一方向触控电极和第二方向触控电极采用互补不重叠的形状设计，相较于传统的压力感测外贴在触控屏的结构，厚度更低，成本更低，降低面板厚度的同时解决信号线可视性的问题。

第一实施例采用金属的压力感应电极信号线来传导信号，藉由金属阻值低，在传输信号过程中可以有效避免因自身电阻而引起的信号衰减问题。但是由于当压力感测装置与显示模组接合使用时，则要求压力感应电极和信号线具有透光性，不能造成显示模组视觉遮挡问题。由于金属的透光性比较差，本发明对压力感应电极信号线进行镂空设计，可以降低压力感应电极信号线对下部的显示模组的视觉阻挡问题，还可以保持金属的优良信号传导特性。在镂空形状上采用网格、树状、绕圈环回等形状，并保证每条金属单元线至少有两个搭接点，有效防止线路折断造成的连接不良问题。

本发明的连接区与压力感应区采用一体化设计，无需在压力感应区内单独制作绑定区域与FPC进行绑定，可以有效解决由于信号线过多而导致的绑定区域增大的问题，同时简化制程，降低成本。

本发明的一些实施例中将过渡区的信号线采用渐变加宽的设计，可增强信号的抗弯折性能。另一些实施例中将信号线的走线形状由“L”形变为“Z”形或“S”形或不规则曲线型，有效降低由于光线干涉造成的信号线可视问题，及避免信号线遮挡显示像素的问题。

【附图说明】

图1是本发明压力感测装置的触控原理剖面结构示意图。

图2是本发明压力感测装置的触控原理平面结构示意图。

图3是本发明压力感测装置第一实施例的剖面结构示意图。

图4是本发明压力感测装置第一实施例的导电图案层平面示意图。

图5A、5B、5C是图4所示A处的三种放大结构示意图。

图6A是本发明压力感测装置第二实施例的导电图案层平面示意图。

图6B是本发明压力感测装置第三实施例的导电图案层平面示意图。

图7是本发明压力感测装置第四实施例的导电图案层平面示意图。

图8是本发明压力感测装置第五实施例的导电图案层平面示意图。

图9是图8所示过渡区的放大结构示意图。

图10是本发明压力感测装置第六实施例的导电图案层平面示意图。

图11A是本发明压力感测装置第七实施例的导电图案平面示意图。

图11B是本发明压力感测装置第八实施例的导电图案平面示意图。

图12是本发明第九实施例压力感测装置的制作流程图。

【具体实施方式】

为了使本发明的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本发明进行进一步详细说明。应当理解，此处所描述的具体实施例仅仅用以解释 本发明，并不用于限定本发明。

请参阅图1与图2，系本发明压力感测装置800的结构原理图，本发明后述的压力感测装置均适用于此原理，但并不以此为限。所述的压力感测装置800包括一基板802，基板802上粘贴形成有一压力感应层803，在该压力感应层803上部(此处及后述的“上”或“下”为相对位置，并非绝对定义，同时可以理解为上表面颠倒时也即成为下表面)还盖设有一盖板801，盖板801与触摸物体(手指或触控笔)接触。

所述的压力感应层803包括多个沿长度方向延伸的压力感应电极8031，该多个压力感应电极8031在压力感应层803上规则或不规则排布。此处，以两条形成交错布置的压力感应电极8031进行原理性说明。

当使用者用手指触压该盖板801之后，将致使压力感应层803产生微小形变，相对应的触压区805的压力感应电极8031的线长将发生变化(因被按压)，进而影响压力感应电极8031的等效阻值。因此，当触压的力道不同时，压力感应电极8031将产生不同的阻值变化。如果触压的力道较大，则压力感应电极8031的阻值具有较大的变化量；相反地，如果触压的力道较小，则压力感应电极8031的阻值具有较小的变化量。因此，藉由测量压力感应电极8031的阻值变化量，便可判断出触压的力道。

由于压力感应电极8031通常由相同材料制作而成，压力感应电极8031的材料选择应考虑的一个重要参数，即材料的应变计因子(Gage Factor；GF)。材料的应变计因子(Gage Factor；GF)如下计算方式所示：

GF＝(ΔR/R)/(ΔL/L)；

其中，R为导电材料在未被触压时的等效阻值，ΔR为导电材料被触压后的阻值变化量，L为导电材料未被触压时的线长，ΔL为导电材料被触压后的线长变化量。在一实施例中，为了更好的侦测ΔR的大小，导电材料的应变 计因子GF系大于0.5，用以提供较佳的灵敏度。

由于上述举例的压力感应电极8031为细长的线条状，所以ΔR的变化主要依赖于ΔL。但是，当压力感应电极8031做成具有较小长宽比的方形、椭圆形及其他不规则图形的时候，ΔR的变化将主要依赖于压力感应电极8031的形变量，而不仅仅单一的依赖于ΔL。

请参阅图3，本发明第一实施例的压力感测装置10包括一基板103和一导电图案层109，基板103包括一第一表面1031和第二表面1033，第一表面1031和第二表面1033相对设置，该导电图案层109直接成形在第一表面1031上，用以感测触压的力度大小。

请参阅图4，导电图案层109包括三个相同的以1×3阵列排布的压力感应电极1097，此处以示意方式仅列举少量的压力感应电极1097，在实际产品中，压力感应电极1097的数量可以为更多，排布方式可以为矩形的N×M(N和M为大于0的正整数)方式阵列排布，亦可以半径为R(R为大于0的正数)的圆周阵列排布，也可以为上述两种方式的结合或其他不规则排布方式。其中，压力感应电极1097为细长的线体状，其X、Y方向最大长度、宽度小于等于10mm，优选小于等于5mm。

所述的每一压力感应电极1097搭配有一压力感应电极信号线1065，压力感应电极信号线1065包括一发送线1067和一接收线1069，发送线1067搭接到压力感应电极1097的其中一端部，接收线1069搭接到压力感应电极1097的另一端部，且发送线1067和接收线1069同时导通连接至连接垫1081，连接垫1081用于连接检测芯片108。发送线1067、压力感应电极1097、接收线1069形成一可以检测压力感应电极1097阻值变化的导电回路，阻值变化会传输至检测芯片108进行处理。压力感应电极1097的分布区域及信号线的分布区域构成图示的压力感应区111。

但是由于当压力感测装置10与显示装置接合使用时， 所述的发送线1067和接收线1069局部暴露在显示装置的显示区域上方，所以所述的发送线1067和接收线1069需要具有透光、导电特性。同时由于压力感应电极信号线1065需要检测阻值变化量，金属将作为发送线1067和接收线1069的优选材料。因为，压力感应电极1097在施压前后产生的阻值变化很微小，如果使用金属传导，藉由金属阻值低，在传输信号过程中可以有效避免因压力感应电极信号线1065自身电阻而引起的信号衰减问题。其可以为金、银、铜、铝、钼、铁等导电性优良的金属单质或其复合材料如钼-铝-钼做成的导电线材。当选用金属作为发送线1067和接收线1069时，信号传输性能达到最佳，但是由于金属的透光性差，在另一方面会遮挡下方的显示模组的显示效果，会使可视性变差。为解决此问题，请进一步参阅图5A。

发送线1067与接收线1069设计为镂空结构，以接收线1069为例进行说明，线体的纵截面呈一长宽比大于1，甚至大于10的矩形。线体内部形成镂空区1068，镂空区1068由多个菱形非导电空白区间隔排布形成。镂空之后残余的多条金属单元线1062以菱形网格状交叉导通连接，形成导电网格1064。其中，单位长度内镂空区1068的面积大于等于信号线线体纵截面面积的40％；金属单元线1062的线宽小于10μm，优选小于5μm。图中，任意一条金属单元线1062上的搭接点1066至少为两个，防止蚀刻过程中造成部分金属单元线1062中断而导致连接不良。

请参阅图5B，发送线1067与接收线1069的镂空结构还可以为树状结构，以接收线1069为例进行说明，图中，任意一条金属单元线1062上的搭接点1066至少为两个，防止蚀刻过程中造成部分金属单元线1062中断而导致连接不良。

请参阅图5C，发送线1067与接收线1069的镂空结构还可以为绕圈环回状结构，以接收线1069为例进行说明，图中，任意一条金属单元线1062上的搭接点1066至少为两 个，防止蚀刻过程中造成部分金属单元线1062中断而导致连接不良。

请参阅图6A，本发明第二实施例与第一实施例的主要区别在于导电图案层209包括三排平行设置且以3×3的方式阵列排布九个压力感应电极2097。每一排的三个压力感应电极2097连接一发送线2067和一接收线2069，位于中间的压力感应电极2097与两侧的压力感应电极2097直接互联导通。

请参阅图6B，本发明第三实施例与第一实施例的主要区别在于导电图案层309包括三排平行设置且以3×3的方式阵列排布九个压力感应电极3097。该九个压力感应电极3097只通过一条发送线3067和一条接收线3069迂回曲折环绕导通连接。与第一实施例相比，本实施例及第二实施例所需要侦测电阻变化的侦测电路更少，能大幅减少对应于压力感应电极3097的所有侦测电路以及控制电路的电路布局面积。

请参阅图7，本发明第四实施例与第一实施例的主要区别在于导电图案层409包括三个以1×3阵列排布的导电电极4091，此处以示意方式仅列举少量的导电电极4091。其中，任一导电电极4091均包括第一方向触控电极4093、第二方向触控电极4095和压力感应电极4097，三者在形状上互补拼合形成一矩形的导电图案形状。第一方向触控电极4093呈放射状设置在对应的具有放射状内部空间的第二方向触控电极4095内部，第一方向触控电极4093包括多个触控电极凸出部4092和一位于中间部位的触控电极球体4094，各触控电极凸出部4092以触控电极球体4094为中心向四周发散设置，彼此间隔可以不同或相同。第二方向触控电极4095内部形成多个触控电极凹槽4096。通过这样的设置方式，在形状上实现第一方向触控电极4093和第二方向触控电极4095的交叉互补，将不同方向的触控电极排布在基板103的其中一表面上。触控电极凸出部1092的数 量不局限于图示中的七个，亦可以为大于2的任意多个。

压力感应电极4097从各导电电极4091的一侧进入，经过第一方向触控电极4093和第二方向触控电极4095交叉互补后形成的空间中，最后从各导电电极4091的另一侧引出，压力感应电极4097设置在第一方向触控电极4093和第二方向触控电极4095之间。如此，三种导电电极之间彼此无重叠搭接，以实现电性绝缘。。在实施中，第一方向触控电极4093和第二方向触控电极4095及所述压力感应电极4097在垂直方向上的投影不重叠搭接。更佳地，第一方向触控电极4093、第二方向触控电极4095及压力感应电极4097完全互补，形成互不重叠搭接的单层式导电图案层409。由于在形状上形成互补设计，视觉上不会看到拼接缝隙，电极图案可视性小。其中，压力感应电极4097为细长的线体状，其X、Y方向最大长度、宽度小于等于10mm，优选小于等于5mm。

所述的每一第一方向触控电极4093搭配有一条第一方向触控电极信号线4061，将第一方向触控电极4093扫描到的信号传输到检测芯片408。该第一方向触控电极信号线4061与第一方向触控电极4093的周围边缘电性导通。第一方向触控电极信号线4061可以具有透明、导电特性，为ITO、IZO等金属氧化物类材料，纳米银线，纳米铜线，石墨烯，聚苯胺或其他导电高分子材料之任意一种或其组合。也可以为金属导电材料，如金、银、铜、铝、钼、铁、钼-铝-钼等。

所述的每一第二方向触控电极4095搭配有一条第二方向触控电极信号线4063，将第二方向触控电极4095扫描到的信号传输到检测芯片408。该第二方向触控电极信号线4063与第二方向触控电极4095的周围边缘电性导通。第二方向触控电极信号线4063可以具有透明、导电特性，为ITO、IZO等金属氧化物类材料，纳米银线，纳米铜线，石墨烯，聚苯胺或其他导电高分子材料之任意一种或其组 合。也可以为金属导电材料，如金、银、铜、铝、钼、铁、钼-铝-钼等。

所述每一个压力感应电极4097搭配的发送线4067和接收线4069与实施例一保持相同。

第一方向触控电极信号线4061与第二方向触控电极信号线4063可以采用与发送线4067和接收线4069材料、结构、形状均相同的镂空结构金属线；也可以采用与发送线4067和接收线4069不同的透明导电材料。

请参阅图8，本发明第五实施例与第一实施例的主要区别在于导电图案层509包括压力感应区511及连接区515，在压力感应区511及连接区515之间设置一过渡区513。压力感应区511内设置三个以1×3阵列排布的导电电极5091及其对应的信号线。连接区515内包括多个连接垫5081，每一连接垫5081直接与每一压力感应信号线5065或第一方向触控电极信号线5061或第二方向触控电极信号线5063直接连接，将连接区515延伸至压力感应区511外，压力感应区511不需要在单独设置一绑定区域。如此设置，可以在同一平面内一体化设置压力感应区511和连接区515，可以有效解决由于信号线过多而导致压力感应区511的绑定区域增大的问题，同时简化制程，降低成本。

请进一步参阅图9，在制作使用过程中，连接区515会被多次弯折，致使连接区515与压力感应区511之间的过渡区513很容易出现弯折断线的问题。为了提高过渡区513内信号线的抗弯折强度，本实施例会将过渡区513内的信号线做加宽的设计。过渡区513内同一信号线的平均宽度为压力感应区511或连接区515内该信号线宽度的2-10倍，优选3-6倍。所述的加宽可以为渐变加宽，渐变加宽时从过渡区513的上端和下端分别向中部逐渐加宽，在均匀渐变的情况下，过渡区513的纵向中心位置为最大宽度。当然，过渡区513的加宽设计主要是解决抗弯抗断问题，加宽的方式和加宽尺寸可以为其他均匀、不均匀渐变设计， 恒定宽度尺寸设计，上部宽度大于下部宽度，中间宽度略小于两端宽度等变形方式，只要是可以提高过渡区413的抗弯折强度，均可以适用于此。

请参阅图10，本发明第六实施例与第五实施例的主要区别在于导电图案层609的导电电极6091包括多个第一方向触控电极6093和相同数量的第二方向触控电极6095，以及一压力感应电极6097。第一方向触控电极6093和第二方向触控电极6095均为直角三角形且面积相同，第一方向触控电极6093包括一第一方向触控电极斜边部6098，第二方向触控电极6095包括一第二方向触控电极斜边部6099。第一方向触控电极6093和第二方向触控电极6095同样彼此交叉设置，压力感应电极6097曲线设置在第一方向触控电极斜边部6098和第二方向触控电极斜边部6099相互交叉形成的空间中。

每一第一方向触控电极6093搭配一第一方向触控电极信号线6061，每一第二方向触控电极6095包括一第二方向触控电极信号线6063，而压力感应电极6097只搭配一发送线6067和一接收线6069，发送线6067导通连接曲线设置的压力感应电极6097起始端，接收线6069导通连接曲线设置的压力感应电极6097终止端。本实施例的发送线6067、接收线6069与第一触控电极信号线6061、第二方向触控电极信号线6063为相同材料、相同结构、相同形状的信号线，均为镂空结构的金属信号线，如前述图5A、5B、5C所示。这样，可以在一道制成中通过溅镀、黄光工艺成型三种类型的信号线，简化制程，节省成本。

请参阅图11A，本发明第七实施例与第一实施例的主要区别在于导电图案层709的信号线706的走线形状。从导电电极7091引出的信号线706以大致呈“Z”形连接到检测芯片708内。由于显示模组的像素排布为阵列式横向和纵向的设置方式，信号线706为金属材料制作，透光性比较差，如果亦采用横向和纵向的设置方式则可能会造成整 个横向或纵向显示出现暗条纹，影响可视性。所以，此处采用“Z”形走线方式代替于实施例一中“L”型走线方式，可以有效避免暗条纹的问题，另一方便也可以有效降低由于光线干涉造成的信号线706可视问题。

请参阅图11B，本发明第八实施例与第一实施例的主要区别在于导电图案层809的信号线806的走线形状。从导电电极8091引出的信号线806以大致呈“S”形进行走线。其解决的问题和产生的效果与第七实施例相同。

除此之外，信号线806的走线形状还可以为其他规则或不规则的曲线走线形式，都可以解决暗条纹的问题。

请参阅图12，本发明第九实施例提供了一种压力感测装置10的制造方法，第四实施例的压力感测装置10所述原件及标号适用于如下的制作方法实施例中，该方法包括以下步骤：

S11：提供一透明基板103。所述的基板103可以是刚性基板，如玻璃，强化玻璃，蓝宝石玻璃等；也可以是柔性基板，如PEEK(polyetheretherketone，聚醚醚酮)、PI(Polyimide，聚酰亚胺)、PET(polyethylene terephthalate，聚对苯二甲酸乙二醇酯)、PC(polycarbonate，聚碳酸酯聚碳酸酯)、PES(polyethylene glycol succinate，聚丁二酸乙二醇酯)、PMMA(polymethylmethacrylate，聚甲基丙烯酸甲酯)、PVC(Polyvinyl chloride，聚氯乙烯)、PP(Polypropylene，聚丙烯)及其任意两者的复合物等材料。

S12：在所述基板103的其中一表面上形成透明的导电图案层109。导电图案层109的材料为ITO、IZO等金属氧化物类材料，纳米银线，纳米铜线，石墨烯，聚苯胺或其他导电高分子材料之任意一种或其组合。

S13：形成与导电图案层109搭接的金属的压力感应电极信号线1065。在导电图案层109之外溅镀一金属层，通过黄光制程形成金属的压力感应电极信号线1065，该压力 感应电极信号线1065为镂空结构。

S14：在导电图案层109和压力感应电极信号线1065上设置绝缘保护层。保护形成在基板103上的导电图案层109和压力感应电极信号线1065免受外界破坏。

与现有技术相比，本发明的压力感测装置40将压力感应电极4097与第一方向触控电极4093和第二方向触控电极4095整合在同一个基本的同一平面上，而且在整合的时候，压力感应电极4097、第一方向触控电极4093和第二方向触控电极4095采用互补不重叠的形状设计，相较于传统的压力感测外贴在触控屏的结构，厚度更低，成本更低，降低面板厚度的同时解决信号线可视性的问题。

第一实施例采用金属的压力感应电极信号线1065来传导信号，藉由金属阻值低，在传输信号过程中可以有效避免因自身电阻而引起的信号衰减问题。但是由于当压力感测装置10与显示模组接合使用时，则要求压力感应电极1097和信号线具有透光性，不能造成显示模组视觉遮挡问题。由于金属的透光性比较差，本发明对压力感应电极信号线1065进行镂空设计，可以降低压力感应电极信号线1065对下部的显示模组的视觉阻挡问题，还可以保持金属的优良信号传导特性。在镂空形状上采用网格、树状、绕圈环回等形状，并保证每条金属单元线1062至少有两个搭接点1066，有效防止线路折断造成的连接不良问题。

本发明的连接区515与压力感应区511采用一体化设计，无需在压力感应区内单独制作绑定区域与FPC进行绑定，可以有效解决由于信号线过多而导致的绑定区域增大的问题，同时简化制程，降低成本。

本发明的一些实施例中将过渡区513的信号线采用渐变加宽的设计，可增强信号的抗弯折性能。另一些实施例中将信号线的走线形状由“L”形变为“Z”形或“S”形或不规则曲线型，有效降低由于光线干涉造成的信号线可视问题，及避免信号线遮挡显示像素的问题。

以上所述仅为本发明的较佳实施例而已，并不用以限制本发明，凡在本发明的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含本发明的保护范围之内。