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CN114489311B - 触觉反馈结构及制作方法、触摸显示面板、触摸显示装置 - Google Patents

触觉反馈结构及制作方法、触摸显示面板、触摸显示装置 Download PDF

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CN114489311B CN202011145301.5A CN202011145301A CN114489311B CN 114489311 B CN114489311 B CN 114489311B CN 202011145301 A CN202011145301 A CN 202011145301A CN 114489311 B CN114489311 B CN 114489311B
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Abstract

本发明提供了一种触觉反馈结构及制作方法、触摸显示面板、触摸显示装置，属于显示技术领域。其中，触觉反馈结构包括：基底；位于所述基底上的面状形变单元，所述形变单元包括第一透明电极、第二透明电极以及位于所述第一透明电极与所述第二透明电极之间的电致伸缩材料，当在所述第一透明电极与所述第二透明电极之间施加电压时，所述形变单元发生形变；位于所述形变单元远离所述基底一侧的应变规结构。本发明的技术方案能够提高触控交互体验。

Description

触觉反馈结构及制作方法、触摸显示面板、触摸显示装置
技术领域
本发明涉及显示技术领域，特别是指一种触觉反馈结构及制作方法、触摸显示面板、触摸显示装置。
背景技术
触觉反馈(Haptics)为现今科技开发的重点，其概念为透过触觉，使设备终端跟人体产生交互。触觉反馈又可分为两类，一类为振动反馈，在触控后形成触控反馈；另一类为表面触觉再现技术，可以在屏幕表面形成触感的模拟，这样通过裸指触摸屏幕能够感知物体特性，在多媒体终端实现高效自然的交互，具有巨大的研究价值，因而得到国内外研究学者的广泛关注。
其中，表面触觉再现设备分为振动式、压力式、压膜式、静电力式和电刺激式。触觉的形成可分为两类，震感与粗糙度(触感)，震感主要是正向力与器件作用，使皮肤受器感觉到正向力作用；粗糙度则为皮肤(指尖)与表面产生作用，因表面结构不同形成不同的摩擦力。
发明内容
本发明要解决的技术问题是提供一种触觉反馈结构及制作方法、触摸显示面板、触摸显示装置，能够提高触控交互体验。
为解决上述技术问题，本发明的实施例提供技术方案如下：
一方面，提供一种触觉反馈结构，包括：
基底；
位于所述基底上的面状形变单元，所述形变单元包括第一透明电极、第二透明电极以及位于所述第一透明电极与所述第二透明电极之间的电致伸缩材料，当在所述第一透明电极与所述第二透明电极之间施加电压时，所述形变单元发生形变；
位于所述形变单元远离所述基底一侧的应变规结构。
一些实施例中，所述电致伸缩材料包括压电陶瓷。
一些实施例中，所述电致伸缩材料的厚度为2-20um。
一些实施例中，所述基底与所述形变单元之间通过聚二甲基硅氧烷PDMS贴合在一起；和/或
所述应变规结构与所述形变单元之间通过PDMS贴合在一起。
一些实施例中，还包括：
位于所述应变规结构远离所述基底一侧的保护膜。
本发明实施例还提供了一种触摸显示面板，包括如上所述的触觉反馈结构，还包括触摸屏和显示面板，所述触摸屏设置在所述显示面板的显示侧，所述触觉反馈结构设置在所述触摸屏背向所述显示面板的一侧。
本发明实施例还提供了一种触摸显示装置，包括上述触摸显示面板。
本发明实施例还提供了一种触觉反馈结构的制作方法，包括：
提供一蓝宝石衬底；
在所述蓝宝石衬底上生长电致伸缩材料；
在所述电致伸缩材料远离所述蓝宝石衬底的一侧形成第一透明电极；
将所述第一透明电极远离所述蓝宝石衬底的一侧与基底进行贴合；
将所述电致伸缩材料与所述蓝宝石衬底剥离；
在所述电致伸缩材料远离所述第一透明电极的一侧形成第二透明电极；
在所述第二透明电极远离所述电致伸缩材料的一侧形成应变规结构。
一些实施例中，所述电致伸缩材料包括压电陶瓷薄膜，在所述蓝宝石衬底上生长电致伸缩材料之后，所述方法还包括：
对所述压电陶瓷薄膜在大于650℃的温度下进行空气退火，空气退火时间不小于一小时。
一些实施例中，所述将所述第一透明电极远离所述蓝宝石衬底的一侧与基底进行贴合包括：
利用聚二甲基硅氧烷PDMS将所述第一透明电极与所述基底热压贴合在一起。
一些实施例中，所述在所述第二透明电极远离所述电致伸缩材料的一侧形成应变规结构包括：
利用PDMS将所述第二透明电极与所述应变规结构热压贴合在一起。
一些实施例中，所述将所述电致伸缩材料与所述蓝宝石衬底剥离包括：
利用波长为230-260nm的激光将所述电致伸缩材料从所述蓝宝石衬底上剥离。
本发明的实施例具有以下有益效果：
上述方案中，在基底上设置有面状的形变单元，当在第一透明电极与第二透明电极之间施加电压时，整个面状的形变单元都会发生形变，在触觉反馈结构应用于触摸显示装置时，形变单元可以设置在显示面板的显示区域，这样在进行触觉反馈时，形变单元能够有效地带动显示面板进行振动，进而提高触控交互体验。
附图说明
图1为相关技术将显示与触觉再现结合的示意图；
图2为本发明实施例触觉反馈结构的结构示意图；
图3为本发明实施例压电陶瓷薄膜发生形变的示意图；
图4和图5为本发明实施例应变规结构的示意图；
图6为本发明实施例应变规结构的走线发生形变的示意图；
图7为本发明实施例触觉反馈结构的制作流程示意图。
附图标记
1 边框
2 显示屏
11 凹槽
12 压电振动器
3 显示面板
4 贴合胶
5 触觉反馈结构
51 基底
52、56 PDMS层
53 第一透明电极
54 压电陶瓷薄膜
55 第二透明电极
57 应变规结构
58 保护膜
59 蓝宝石衬底
571 第一走线
572 第二走线
具体实施方式
为使本发明的实施例要解决的技术问题、技术方案和优点更加清楚，下面将结合附图及具体实施例进行详细描述。
相关技术中将显示与触觉再现结合的方法如图1所示，在显示屏2的边框1上设置有凹槽11，在凹槽11内放置压电振动器12，压电振动器12位于显示屏2的四周，在进行触觉再现时，通过压电振动器12的振动带动显示屏2进行振动，但压电振动器12与显示屏2的接触面积有限，不能有效带动显示屏2振动，导致触控交互体验较差。
本发明的实施例提供一种触觉反馈结构及制作方法、触摸显示面板、触摸显示装置，能够提高触控交互体验。
本发明的实施例提供一种触觉反馈结构，包括：
基底；
位于所述基底上的面状形变单元，所述形变单元包括第一透明电极、第二透明电极以及位于所述第一透明电极与所述第二透明电极之间的电致伸缩材料，当在所述第一透明电极与所述第二透明电极之间施加电压时，所述形变单元发生形变；
位于所述形变单元远离所述基底一侧的应变规结构。
本实施例中，在基底上设置有面状的形变单元，当在第一透明电极与第二透明电极之间施加电压时，整个面状的形变单元都会发生形变，在触觉反馈结构应用于触摸显示装置时，形变单元可以设置在显示面板的整个显示区域，这样在进行触觉反馈时，形变单元能够有效地带动显示面板进行振动，进而提高触控交互体验，提升表面触觉回馈的感受效果。
本实施例的触觉反馈结构可以包括一个形变单元，也可以包括多个相互独立的形变单元。在触觉反馈结构包括一个形变单元，触觉反馈结构应用于触摸显示装置时，该形变单元的大小可以与显示面板的显示区域的大小相等或基本相等，在用户触摸触摸屏时，触摸显示装置的控制器向形变单元发送控制信号，形变单元发生形变，带动整个显示面板进行振动，从而对用户的触摸产生相应的反馈，有效提高触控交互体验；在触觉反馈结构包括多个相互独立的形变单元，触觉反馈结构应用于触摸显示装置时，多个相互独立的形变单元可以阵列排布在显示面板的显示区域，触摸显示装置的控制器分别与多个形变单元连接，当用户触摸触摸屏时，控制器根据用户触摸的位置向位于触摸位置的形变单元发送控制信号，控制触摸位置的形变单元发生形变，从而对用户的触摸产生相应的反馈，有效提高触控交互体验。形变单元可以包括电致伸缩材料，电致伸缩材料是一种具有机电耦合效应的材料，其在外电场的诱发作用下会产生一定的形变，且其产生的形变与电场强度大小的平方成正比。
其中，基底采用柔性基底，比如可以采用PET(聚对苯二甲酸乙二醇酯)薄膜作为基底。第一透明电极和第二透明电极可以采用ITO或IZO等透明导电材料制作，由于第一透明电极和第二透明电极为透光的，因此将形变单元设置于显示面板的显示区域也不会影响显示面板的显示。所述电致伸缩材料可以为压电陶瓷，当然，电致伸缩材料并不局限于采用压电陶瓷，还可以采用其他材料。一些实施例中，所述电致伸缩材料的厚度可以为2-20um，在电致伸缩材料的厚度取值为上述范围时，可以保证在电信号的驱动下，电致伸缩材料发生有效的形变。
由于第一透明电极与基底之间的粘附力较差，因此，基底与所述形变单元之间可以通过PDMS(聚二甲基硅氧烷)贴合在一起，PDMS可以提高第一透明电极与基底之间的粘附力；由于第二透明电极与应变规结构之间的粘附力较差，因此，所述应变规结构与所述形变单元之间可以通过PDMS贴合在一起，PDMS可以提高第二透明电极与应变规结构之间的粘附力。
一具体实施例中，如图2所示，触觉反馈结构5应用于触摸显示装置时，可以通过贴合胶4与显示面板3贴合在一起，触觉反馈结构5包括层叠设置的基底51、PDMS层52、第一透明电极53、压电陶瓷薄膜54、第二透明电极55、PDMS层56和应变规结构57，另外，为了对触觉反馈结构5进行保护，触觉反馈结构5还包括位于所述应变规结构57远离所述基底51一侧的保护膜58。其中，基底51的厚度可以为250-350um，具体可以为300um；第一透明电极53和第二透明电极55的厚度可以为40-300nm；PDMS层56和PDMS层52的厚度可以为2-4um，具体可以为3um。
如图3左半部分所示，在未接收到电信号时，压电陶瓷薄膜54为平整的，如图3右半部分所示，在所述第一透明电极与所述第二透明电极之间施加电压时，压电陶瓷薄膜54发生形变，形成相应的反馈。对于形变单元，可以使第二透明电极接地，控制器通过向第一透明电极施加电压信号从而实现对形变单元的控制。
优选地，控制器生成交流电压信号以驱动形变单元发生形变，例如，形变单元的第二透明电极接地，当向第一透明电极施加交流电压信号时，压电陶瓷薄膜54的形状会发生变化，并且由于交流电压信号频率较高，使用户在触摸时能够体验到振动和表面凹凸不平的感觉，从而进一步地提高触控交互体验。
本实施例中，触觉反馈结构5还包括应变规结构57，应变规结构57用于检测形变单元的形变，以判断形变单元的形变是否满足需求。
如图4和图5所示，应变规结构57包括第一走线571和第二走线572，第一走线571和第二走线572的布局可以如图4或图5所示，第二走线572接入电压计，电压计的读数为V2，该电压计的作用是为测得的整体形变和应变规劣化做参考，若V1与V2值差异超过应变规结构的规范数值，表示应变规结构57失效。在形变单元发生形变后，如图6所示，第一走线571的长度将会发生变化，比如第一走线571的原始长度为L，在形变单元形变后，第一走线571的长度将变为L+△L，变化量为第一走线571的线宽随之发生变化，导致第一走线571的电阻也会发生变化，如图4和图5所示，可以检测AB两点之间的电压值V1，利用惠斯通电桥原理通过电压值V1确定第一走线571两个设定位置比如X2和X3之间的阻值，进而确定这两个设定位置之间第一走线571的走线变化量，确定对应位置形变单元的形变量。其中，惠斯顿电桥的原理如以下公式所示：
其中，VEX为固定电压，惠斯通电桥的电阻R1，R2，R3，R4叫做电桥的四个臂，R1，R2，R3的三者的阻值固定，通过检测V1的值可以得到第四个电阻R4的阻值，第四个电阻R4的阻值也就是AC两点之间的阻值，等于第一走线571两个设定位置比如X2和X3之间的阻值，通过这一原理可以根据V1的变化量确定第一走线571两个设定位置比如X2和X3之间的阻值变化量，进而确定这两个设定位置之间第一走线571的走线变化量，判断形变单元的形变是否满足需求。如果形变单元的形变不满足需求，可以提高输入至第一透明电极和/或第二透明电极的控制信号的强度，以使得形变单元的形变满足需求。
本发明实施例还提供了一种触摸显示面板，包括如上所述的触觉反馈结构，还包括触摸屏和显示面板，所述触摸屏设置在所述显示面板的显示侧，所述触觉反馈结构设置在所述触摸屏背向所述显示面板的一侧。
本发明实施例还提供了一种触摸显示装置，包括上述触摸显示面板。本发明实施方式提供的触摸显示装置可以是笔记本电脑显示屏、显示器、电视、数码相框、手机、平板电脑等任何具有显示功能的产品或部件。
本发明实施例还提供了一种触觉反馈结构的制作方法，包括：
提供一蓝宝石衬底；
在所述蓝宝石衬底上生长电致伸缩材料；
在所述电致伸缩材料远离所述蓝宝石衬底的一侧形成第一透明电极；
将所述第一透明电极远离所述蓝宝石衬底的一侧与基底进行贴合；
将所述电致伸缩材料与所述蓝宝石衬底剥离；
在所述电致伸缩材料远离所述第一透明电极的一侧形成第二透明电极；
在所述第二透明电极远离所述电致伸缩材料的一侧形成应变规结构。
本实施例中，在蓝宝石衬底上生长电致伸缩材料，之后将电致伸缩材料转移到基底上，不需要对电致伸缩材料进行额外极化，即可保证电致伸缩材料的压电效应。本实施例在基底上形成面状的形变单元，当在第一透明电极与第二透明电极之间施加电压时，整个面状的形变单元都会发生形变，在触觉反馈结构应用于触摸显示装置时，形变单元可以设置在显示面板的整个显示区域，这样在进行触觉反馈时，形变单元能够有效地带动显示面板进行振动，进而提高触控交互体验，提升表面触觉回馈的感受效果。
其中，基底采用柔性基底，比如可以采用PET薄膜作为基底。第一透明电极和第二透明电极可以采用ITO或IZO等透明导电材料制作，由于第一透明电极和第二透明电极为透光的，因此将形变单元设置于显示面板的显示区域也不会影响显示面板的显示。所述电致伸缩材料可以为压电陶瓷，当然，电致伸缩材料并不局限于采用压电陶瓷，还可以采用其他材料。一些实施例中，所述电致伸缩材料的厚度可以为2-20um，在电致伸缩材料的厚度取值为上述范围时，可以保证在电信号的驱动下，电致伸缩材料发生有效的形变。
一些实施例中，所述电致伸缩材料包括压电陶瓷薄膜，在所述蓝宝石衬底上生长电致伸缩材料之后，所述方法还包括：
对所述压电陶瓷薄膜在大于650℃的温度下进行空气退火，空气退火时间不小于一小时，这样可以提高压电陶瓷薄膜的压电特性。
一些实施例中，所述将所述第一透明电极远离所述蓝宝石衬底的一侧与基底进行贴合包括：
利用聚二甲基硅氧烷PDMS将所述第一透明电极与所述基底热压贴合在一起。由于第一透明电极与基底之间的粘附力较差，因此，基底与所述形变单元之间可以通过PDMS贴合在一起，PDMS可以提高第一透明电极与基底之间的粘附力。
一些实施例中，所述在所述第二透明电极远离所述电致伸缩材料的一侧形成应变规结构包括：
利用PDMS将所述第二透明电极与所述应变规结构热压贴合在一起。由于第二透明电极与应变规结构之间的粘附力较差，因此，所述应变规结构与所述形变单元之间可以通过PDMS贴合在一起，PDMS可以提高第二透明电极与应变规结构之间的粘附力。
一些实施例中，所述将所述电致伸缩材料与所述蓝宝石衬底剥离包括：
利用波长为230-260nm的激光将所述电致伸缩材料从所述蓝宝石衬底上剥离。
一具体示例中，本实施例的制作方法包括以下步骤：
步骤1、如图7所示，在蓝宝石衬底59上生长厚度为2-20um的PZT(压电陶瓷)薄膜54，可以使用RF(射频)sputter(溅射)生长；
其中，溅射时的工作气压可以为5mTorr，起始气压为2×10-6Torr，射频功率为100W，采用的工作气体为Ar和O2的混合气体，其中Ar的流速为28.5sccm，O2的流速为1.5sccm。
步骤2、对压电陶瓷薄膜54在大于650℃的温度下进行空气退火，空气退火时间不小于一小时；
这样可以使得压电陶瓷薄膜54形成规律的晶格，提高压电陶瓷薄膜54的压电特性；
步骤3、在压电陶瓷薄膜54上形成透明导电薄膜，对透明导电薄膜进行构图形成第一透明电极53；
其中，可以通过溅射方式形成厚度为40nm-300nm的ITO薄膜，溅射时的工作气压可以为5mTorr，起始气压为1×10-6Torr，射频功率为150W，采用的工作气体为Ar和O2的混合气体，其中Ar的流速为28sccm，O2的流速为2sccm。
步骤4、将形成有第一透明电极53的压电陶瓷薄膜54与形成有PDMS层52的基底51热压贴合在一起，其中，热压温度可以为120℃，工作气压可以为1个大气压。
步骤5、通过波长为248nm的激光将形成有第一透明电极53的压电陶瓷薄膜54从所述蓝宝石衬底59上剥离。
步骤6、在压电陶瓷薄膜54上形成透明导电薄膜，对透明导电薄膜进行构图形成第二透明电极55；
其中，可以通过溅射方式形成厚度为40nm-300nm的ITO薄膜，溅射时的工作气压可以为5mTorr，起始气压为1×10-6Torr，射频功率为150W，采用的工作气体为Ar和O2的混合气体，其中Ar的流速为28sccm，O2的流速为2sccm。
步骤7、将应变规结构57通过PDMS层56与第二透明电极55热压贴合在一起，其中，热压温度可以为120℃，工作气压可以为1个大气压。
步骤8、形成保护膜58。
经过上述步骤1-8即可形成如图2所示的触觉反馈结构。
在本发明各方法实施例中，所述各步骤的序号并不能用于限定各步骤的先后顺序，对于本领域普通技术人员来讲，在不付出创造性劳动的前提下，对各步骤的先后变化也在本发明的保护范围之内。
需要说明，本说明书中的各个实施例均采用递进的方式描述，各个实施例之间相同相似的部分互相参见即可，每个实施例重点说明的都是与其他实施例的不同之处。尤其，对于实施例而言，由于其基本相似于产品实施例，所以描述得比较简单，相关之处参见产品实施例的部分说明即可。
除非另外定义，本公开使用的技术术语或者科学术语应当为本公开所属领域内具有一般技能的人士所理解的通常意义。本公开中使用的“第一”、“第二”以及类似的词语并不表示任何顺序、数量或者重要性，而只是用来区分不同的组成部分。“包括”或者“包含”等类似的词语意指出现该词前面的元件或者物件涵盖出现在该词后面列举的元件或者物件及其等同，而不排除其他元件或者物件。“连接”或者“相连”等类似的词语并非限定于物理的或者机械的连接，而是可以包括电性的连接，不管是直接的还是间接的。“上”、“下”、“左”、“右”等仅用于表示相对位置关系，当被描述对象的绝对位置改变后，则该相对位置关系也可能相应地改变。
可以理解，当诸如层、膜、区域或基板之类的元件被称作位于另一元件“上”或“下”时，该元件可以“直接”位于另一元件“上”或“下”，或者可以存在中间元件。
在上述实施方式的描述中，具体特征、结构、材料或者特点可以在任何的一个或多个实施例或示例中以合适的方式结合。
以上所述，仅为本公开的具体实施方式，但本公开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公开揭露的技术范围内，可轻易想到变化或替换，都应涵盖在本公开的保护范围之内。因此，本公开的保护范围应以所述权利要求的保护范围为准。

Claims (12)

1.一种触觉反馈结构，其特征在于，包括：
基底；
位于所述基底上的面状形变单元，所述形变单元包括第一透明电极、第二透明电极以及位于所述第一透明电极与所述第二透明电极之间的电致伸缩材料，当在所述第一透明电极与所述第二透明电极之间施加电压时，所述形变单元发生形变；
位于所述形变单元远离所述基底一侧的应变规结构，所述应变规结构包括第一走线和第二走线，利用惠斯通电桥原理通过电压值确定所述第一走线两个设定位置之间的阻值，进而确定这两个设定位置之间所述第一走线的走线变化量，确定对应位置所述形变单元的形变量。
2.根据权利要求1所述的触觉反馈结构，其特征在于，所述电致伸缩材料包括压电陶瓷。
3.根据权利要求1所述的触觉反馈结构，其特征在于，所述电致伸缩材料的厚度为2-20um。
4.根据权利要求1所述的触觉反馈结构，其特征在于，所述基底与所述形变单元之间通过聚二甲基硅氧烷PDMS贴合在一起；和/或
所述应变规结构与所述形变单元之间通过PDMS贴合在一起。
5.根据权利要求1所述的触觉反馈结构，其特征在于，还包括：
位于所述应变规结构远离所述基底一侧的保护膜。
6.一种触摸显示面板，其特征在于，包括如权利要求1-5中任一项所述的触觉反馈结构，还包括触摸屏和显示面板，所述触摸屏设置在所述显示面板的显示侧，所述触觉反馈结构设置在所述触摸屏背向所述显示面板的一侧。
7.一种触摸显示装置，其特征在于，包括权利要求6所述触摸显示面板。
8.一种触觉反馈结构的制作方法，其特征在于，用于制作如权利要求1-5中任一项所述的触觉反馈结构，包括：
提供一蓝宝石衬底；
在所述蓝宝石衬底上生长电致伸缩材料；
在所述电致伸缩材料远离所述蓝宝石衬底的一侧形成第一透明电极；
将所述第一透明电极远离所述蓝宝石衬底的一侧与基底进行贴合；
将所述电致伸缩材料与所述蓝宝石衬底剥离；
在所述电致伸缩材料远离所述第一透明电极的一侧形成第二透明电极；
在所述第二透明电极远离所述电致伸缩材料的一侧形成应变规结构。
9.根据权利要求8所述的触觉反馈结构的制作方法，其特征在于，所述电致伸缩材料包括压电陶瓷薄膜，在所述蓝宝石衬底上生长电致伸缩材料之后，所述方法还包括：
对所述压电陶瓷薄膜在大于650℃的温度下进行空气退火，空气退火时间不小于一小时。
10.根据权利要求8所述的触觉反馈结构的制作方法，其特征在于，所述将所述第一透明电极远离所述蓝宝石衬底的一侧与基底进行贴合包括：
利用聚二甲基硅氧烷PDMS将所述第一透明电极与所述基底热压贴合在一起。
11.根据权利要求8所述的触觉反馈结构的制作方法，其特征在于，所述在所述第二透明电极远离所述电致伸缩材料的一侧形成应变规结构包括：
利用PDMS将所述第二透明电极与所述应变规结构热压贴合在一起。
12.根据权利要求8所述的触觉反馈结构的制作方法，其特征在于，所述将所述电致伸缩材料与所述蓝宝石衬底剥离包括：
利用波长为230-260nm的激光将所述电致伸缩材料从所述蓝宝石衬底上剥离。
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