陣列壓面傳感成像裝置制造方法

陣列壓面傳感成像裝置制造方法
【專利摘要】本發明提供一種陣列壓面傳感成像裝置，包括：依序層壓固定并與控制單元通信連接的柔性表面感知層、壓力感知層、三維壓力感知層、壓力調整層；所述柔性表面感知層感知被壓物表面的表面平整信息傳送至所述控制單元，所述壓力感知層感知被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的豎直方向作用力信息傳送至所述控制單元，三維壓力感知層感知被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的水平方向作用力信息傳送至所述控制單元，所述控制單元根據接收的被壓物表面平整信息和被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的豎直和/或水平方向作用力信息向壓力調整層發送控制命令，調整陣列壓面傳感成像裝置向被壓物施加的力。
【專利說明】陣列壓面傳感成像裝置

【技術領域】
[0001]本發明涉及一種陣列壓面傳感成像裝置，屬于液晶顯示【技術領域】。

【背景技術】
[0002]AMOLED精確復制生產過程中，有機膜沉積完成后的基底，需要對表面高度差及內部的抗形變能力進行檢測，這樣可以根據檢測結果在封裝過程中對不同位置需要進行的封裝壓力進行設定，有效提聞了封裝效率和封裝的質量，對提聞顯不效果有大的幫助。
[0003]早期的壓感面檢測裝置主要有機械式壓感面檢測裝置和彈性式觸覺傳感器兩種，它們不僅體積較大，空間分辨率較低，而且壓感面是“剛性”的，即壓感面不能彎曲變形而安裝在需要檢測面(配向面、AMOLED鍍膜面等)上，因此它們在表面檢測【技術領域】難以得到較為廣泛的應用。隨著壓感面技術的發展，出現了電容式和光學式等壓感面檢測裝置。電容式壓感面檢測裝置在受力時，其中的一個電極會發生微小移動，從而引起電容量的改變，在電容式壓感面檢測裝置中由于存在可動電極，其壽命受到影響，可靠性也不高，而且難于獲得切向力信息，即不能檢測三維力信息。光學式壓感面檢測裝置主要是光纖壓感面檢測裝置，光學式壓感面檢測裝置的檢測系統較為復雜，除了壓感面本身外，還需外接照明光纖微型CCD以及用于圖像處理的高速計算機等，因此難以實現小型化。以上各種壓感面都難于實現集成化小型化和智能化的要求。
[0004]此外，隨著納米膜觸覺技術的發展，觸覺感知是實現其智能化控制的基礎。納米膜材料觸覺感知是通過觸覺敏感構件來識別目標物體或對象的多種物理信息，如接觸力的大小、柔軟性、硬度、彈性、粗糙度、材質等。功能的觸覺敏感納米膜可以增強其在各種環境下完成精細、復雜作業的能力，提高真空對合系統的檢測精度和不良控制，精密操作微驅動反饋作用都有很大的作用。
[0005]目前壓力感知平面不能對基板的狀態進行感知，導致基板壓感檢測過程中不能得到很好控制，壓力感知平面的微調系統變得很重要。壓感面檢測裝置是表面檢測獲取觸覺信息不可缺少的手段，根據壓感面檢測裝置提供的信息，表面檢測可對目標物體進行可靠抓取，并可進一步感知它的大小形狀輕重軟硬等物理特性。壓感面檢測裝置的發展趨勢是集成化小型化和智能化，一個集成的壓感面陣列包含多個傳感單元，每個傳感單位都能獨立獲取外界信息，而多個傳感單元的有機融合則可實現單個傳感單元無法實現的功能。為準確獲取觸覺信息及適用于任意形狀的表面，還要求壓感面檢測裝置具有一定的柔性，藉此可以安裝在任意形狀的表面上以適應不同的表面檢測應用，并能準確獲取三維接觸力信肩、O


【發明內容】

[0006]本發明要解決的技術問題是:實時感測被壓物表面受壓力變化調整向被壓物施加的壓力。
[0007]為實現上述的發明目的，本發明提供了一種一種陣列壓面傳感成像裝置，包括:柔性表面感知層、壓力感知層、三維壓力感知層、壓力調整層和控制單元；
[0008]所述柔性表面感知層感知被壓物表面的表面平整信息傳送至所述控制單元，所述壓力感知層感知被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的豎直方向作用力信息傳送至所述控制單元，三維壓力感知層感知被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的水平方向作用力信息傳送至所述控制單元，所述控制單元根據接收的被壓物表面平整信息和被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的豎直和/或水平方向作用力信息向壓力調整層發送控制命令，調整陣列壓面傳感成像裝置向被壓物施加的力。
[0009]其中較優地，所述柔性表面感知層采用柔性導電復合材料制成。
[0010]其中較優地，所述柔性表面感知層由高分子基體材料中填充炭系導電材料制成。
[0011]其中較優地，所述炭系導電材料包括炭黑-硅橡膠和碳纖維-聚二甲基硅氧烷。
[0012]其中較優地，所述炭黑-硅橡膠中炭黑的質量分數2% -15%。
[0013]其中較優地，所述碳纖維-聚二甲基硅氧烷中碳纖維的質量分數為8% -17%。
[0014]其中較優地，壓力感知層包括電容第一極板和第二極板，所述第一極板和所述第二極板之間設置有介電層。
[0015]其中較優地，所述第一極板和所述第二極板均設置有柔性電極襯底，所述柔性電極襯底上附電極板。
[0016]其中較優地，所述電極板由鈦/金制成。
[0017]其中較優地，所述第一極板和所述第二極正交排列。
[0018]其中較優地，所述介電層表面圖案化成四棱錐小區域。
[0019]其中較優地，壓力感知層包括:由壓電材料制成的若干個壓電子結構和對應的處理電路，每一個壓電子結構與被壓物的一個子區域位置相對應；
[0020]壓電子結構感測到被壓物收到的壓力信息后傳輸至處理電路處理，處理電路將處理后的被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的壓力信息傳送至所述控制單元。
[0021]其中較優地，所述壓電子結構從上至下依次包括動態壓力面、壓電感應層和貼合層。
[0022]其中較優地，三維壓力感知層包括壓感面上的三維壓敏感知單元和與其連接的信號處理電路。
[0023]其中較優地，所述三維壓力感知層還包括彈性保護層，所述彈性保護層位于所述三維壓力感知層的最外層，所述三維壓力感知層由外向內依次為彈性保護層、三維壓敏感知單元、信號處理電路。
[0024]其中較優地，所述三維壓敏感知單元是多個壓敏電阻組成三維力敏感陣列，所述三維力敏感陣列中的多個壓敏電阻之間填充有柔性填充材料。
[0025]其中較優地，壓力調整層包括平整度調節機構和預置連接的控制電路，控制電路根據控制單元出輸出的控制電流向平整度調節機構輸出控制信號調整陣列壓面傳感成像裝置對被壓物的壓力。
[0026]其中較優地，所述平整度調節機構包括設置在不同方向上的步進電機。
[0027]本發明提供的陣列壓面傳感成像裝置，動態的判斷壓感檢測中壓力的變化，提高了壓感檢測受力的均勻程度，使壓面感測更穩定。

【專利附圖】

【附圖說明】
[0028]圖1是本發明陣列壓面傳感成像裝置結構示意圖。
[0029]圖2是本發明柔性表面感知層等效電路圖；
[0030]圖3是本發明壓力感知層結構示意圖；
[0031]圖4是本發明三維壓力感知層結構示意圖。

【具體實施方式】
[0032]下面結合附圖和實施例，對本發明的【具體實施方式】作進一步詳細描述。以下實施例用于說明本發明，但不用來限制本發明的范圍。
[0033]如圖1所示，本發明提供一種陣列壓面傳感成像裝置，包括:柔性表面感知層4、壓力感知層3、三維壓力感知層2、壓力調整層I和控制單元(圖中未示出)；柔性表面感知層4、壓力感知層3、三維壓力感知層2、壓力調整層I依序層壓固定；柔性表面感知層4、壓力感知層3、三維壓力感知層2、壓力調整層I分別與控制單元通信連接；
[0034]柔性表面感知層4感知被壓物表面的表面平整信息傳送至控制單元，壓力感知層3感知被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的豎直方向作用力信息傳送至控制單元，三維壓力感知層2感知被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的水平方向作用力信息傳送至控制單元，控制單元根據接收的被壓物表面平整信息和被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的豎直和/或水平方向作用力信息向壓力調整層I發送控制命令，調整陣列壓面傳感成像裝置向被壓物施加的力。下面對本發明提供的陣列壓面傳感成像裝置展開詳細的說明。
[0035]在本發明的一個實施例中，柔性表面感知層采用柔性導電復合材料制成。柔性表面感知層優選由高分子基體材料中填充炭系導電材料制成。其中炭系導電材料包括炭黑-硅橡膠和碳纖維-聚二甲基硅氧烷。炭黑-硅橡膠中炭黑的質量分數為2% -15%時較佳，優選為8%時最好；碳纖維-聚二甲基硅氧烷中碳纖維的質量分數為8% -17%時較佳，優選為12%時最好。下面結合具體實例說明。
[0036]柔性表面感知層4采用柔性導電復合材料作為靜態凹凸平面壓力感知的貼合材料，具有很好的表面柔性，可以壓入檢測基底或檢測物凹凸部分，可以有效采集到檢測基底的表面數據，并且具有在動態檢測中保護檢測基底的作用。優選高分子基體材料里填充不同的碳系導電填料(如炭黑、石墨、碳纖維等)，可制備成具有力學或溫度敏感性的導電摩擦材料。本設計采用炭黑-硅橡膠作為力敏導電橡膠。力敏導電橡膠采取體壓阻效應與表面壓阻效應相結合。貼合層采用力敏導電橡膠材料制作；本實施例中采用炭黑-硅橡膠作為力敏導電材料，炭黑-硅橡膠為填充有炭黑的力敏導電橡膠，其中，炭黑的質量分數為8%。該力敏導電橡膠材料具有可伸縮性，隨著壓力增大，力敏導電橡膠的體積分數減小，導電粒子的體積分數增大，其電阻率會隨著所受到的壓力的增大而減小。力敏導電橡膠具有一定粗糙的表面，制造的電極材料與力敏導電橡膠表面非完全接觸，兩者之間存在一個表面接觸電阻，接觸電阻的大小受力敏導電橡膠與電極間的接觸程度影響。圖2示出了柔性表面感知層的等效電路圖。柔性表面感知層4中有若干個感測點，在每一個感測點中，電極材料與力敏導電橡膠形成一個感測單元。每個感測單元中電極與力敏導電橡膠表面存在的表面電阻相當于圖2中的電阻R。當力敏導電橡膠受到表面摩擦力而壓縮時，導致微觀下力敏導電橡膠表面與電阻進一步接觸，兩者間的接觸面積增大，表面電阻減少；當力敏導電橡膠受力拉伸時，則導致力敏導電橡膠表面與電極分離，接觸面積減少，導致電阻變大。在本實施例中，柔性表面感知層4進行壓感檢測過程中，力敏導電橡膠受到壓力作用，導電粒子的體積不受壓力影響，而力敏導電橡膠具有可壓縮性，因此隨著壓力增大，力敏導電橡膠體積分數減少，從而導電粒子的體積分數增大，力敏導電橡膠的電阻率會隨著壓力的增大而減少。隨感測單元感測的力的變化使每個等效電阻產生的電阻值變化，這些電阻值變化信息通過不同方向的傳輸線路傳出。如圖2所示，不同方向的傳輸線路包括水平方向的阻值輸出線Mlwt、M2out, M3out……Mnout和豎直方向的輸出線不N1()Ut、N20uo N3out……N_t，其中M、N相當于柔性表面感知層4的感測單元的行數和列數。當于柔性表面感知層4的不同方向的傳輸線路中每個傳輸線路還設置有一個放大信號的信號放大電路。信號放大電路中反向輸入端傳輸線路的輸出端，同向輸入端接地，反向輸入端和輸出端還連接有電阻。輸出端輸出放大后的信號。圖2中，同方向的傳輸線路傳出電阻值變化信息代表柔性表面感知層感知被壓物表面的表面平整信息，柔性表面感知層感知被壓物表面的表面平整信息傳送至控制單元，從而動態的判斷壓感檢測中壓力的變化。
[0037]在本發明的一個實施例中，壓力感知層3包括電容第一極板31和第二極板33，第一極板和第二極板之間設置有介電層30。第一極板和第二極板均設置有柔性電極襯底32，柔性電極襯底上附電極板。電極板31、33由TI/Au制成。介電層表面圖案化成四棱錐小區域301。下面結合具體實例說明。
[0038]壓力感知層3從下至上依次由其上表面附有Ti/Au電容下電極的第一柔性電極襯底32、其上表面經圖案化為四棱錐小區域的四棱錐介電層30和其上表面附有Ti/Au電容上層電極板的第二柔性電極襯底32疊在一起構成，Ti/Au電容上層電極板電極與Ti/Au電容下電極板電極成正交方向排列，每對相對的Ti/Au電容上、下極板間形成一個電容，每個電容之間均有作為電容介電層的四棱錐小區域，每個電容為一個傳感單元，所有電容傳感單元形成電容陣列傳感陣列具有良好的靜動態性能，無論是對于瞬間的觸碰還是持續受力的擠壓，傳感陣列均能設備。
[0039]在本發明的一個實施例中，壓力感知層3包括由壓電材料制成的若干個壓電子結構和對應的處理電路，每一個壓電子結構與被壓物的一個子區域位置相對應；壓電子結構感測到被壓物收到的壓力信息后傳輸至處理電路處理，處理電路將處理后的被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的壓力信息傳送至控制單元。每一個壓電子結構從上至下依次包括動態壓力面、壓電感應層和貼合層。
[0040]在對顯示面板的檢測檢測基底和被壓物進行陣列壓感面成像檢測時，每一個壓電子結構的壓電感應層，根據本壓電子結構對應的被壓物子區域施加的壓力(被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的豎直方向作用力)，產生與壓力大小相應的壓力感應電流，并傳送給處理電路；處理電路將處理后的被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的壓力信息傳送至控制單元。
[0041]壓力感知層3還可以采用壓電陶瓷材料，壓電陶瓷材料，是指用必要成份的原料進行混合后，然后通過造粒、成型、高溫燒結等工藝而獲得的由微細晶粒無規則集合而成的多晶體，如鈦酸鋇系、鋯鈦酸鉛二元系等化合物。壓電陶瓷材料在外力或外電場作用下會發生形變，并在該形變相對應的兩側表面上產生電性相反的電荷。因此，在檢測被壓物壓感檢測過程中，被壓物對陣列壓面傳感成像裝置施加壓力，每一壓電子結構中由壓電陶瓷材料形成的壓感成像裝置檢測動態壓力面在該壓力的作用下產生形變，以使得被壓物與陣列壓面傳感成像裝置的貼合度增大，并在發生形變的位置的兩側分別產生正電荷和負電荷，正電荷與負電荷的電量相等，且電量大小與形變程度相對應。
[0042]在本發明的一個實施例中，三維壓力感知層2包括壓感面上的三維壓敏感知單元和與其連接的信號處理電路28。三維壓力感知層感知被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的水平方向作用力信息傳送至控制單元。三維壓力感知層還包括彈性保護層23，彈性保護層23位于三維壓力感知層的最外層，三維壓力感知層2由外向內依次為彈性保護層23、三維壓敏電阻24、信號處理電路28。三維壓敏感知單元是多個三維壓敏電阻24組成的三維力敏感陣列，三維力敏感陣列中的多個三維壓敏電阻24之間填充有柔性填充材料。
[0043]三維壓力感知層2主要用于采集水平方向上側向力，對基底水平方向形變特性進行檢測。多個三維壓敏電阻24構成三維力敏感陣列，其中三個以上的三維壓敏電阻24呈矩形排列形成三維力敏感陣列，三維力敏感陣列置于彈性基底與信號處理電路28之間。三維力壓感面形成三只以上呈矩形的三維力敏感陣列，三維力敏感陣列置于彈性基底與信號處理電路28之間。例如三維壓敏感知單元上分布著8個三維壓敏電阻24，分別對X、Y、Z三個方向的力Fx、Fy、Fz敏感。信號處理電路28的將三維壓敏感知單元輸出的電壓信號進行放大、轉換并輸出到控制單元進行處理，。三維壓敏感知單元與信號處理電路28的位置可以互換。
[0044]本發明中，三維壓力感知層2可以根據特定應用場合的需求，如要求的空間分辨率、三維力的量程、傳感器靈敏度、檢測精度、要求彎曲變形的程度等指標，確定三維壓敏感知單元的尺寸大小和三維壓敏電阻24的尺寸大小以及它們之間的間隙。三維壓敏感知單元可以彎曲90度。其檢測三維力的空間分辨率可達5mm，檢測三維力的下限可達0.1N。
[0045]在本發明的一個實施例中，壓力調整層I包括平整度調節機構和預置連接的控制電路，控制電路根據控制單元出輸出的控制電流向平整度調節機構輸出控制信號調整陣列壓面傳感成像裝置對被壓物的壓力。平整度調節機構優選是設置在不同方向上的步進電機。下面結合具體實例說明。
[0046]陣列壓面傳感成像裝置向被壓物施加壓力后，柔性表面感知層感知被壓物表面的表面平整信息傳送至控制單元，壓力感知層感知被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的豎直方向作用力信息傳送至控制單元，三維壓力感知層感知被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的水平方向作用力信息傳送至控制單元，控制單元根據接收的被壓物表面平整信息生成被壓物表面凹凸圖像；控制單元根據被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的豎直和/或水平方向作用力信息向生成被壓物表面受力的圖像，控制單元根據被壓物的凹凸圖像和被壓物表面的受壓力向度壓力調整層發送控制電流，壓力調整層I的控制電路根據接收到的控制電流向相應的步進電機輸出相應的控制命令。通過上述方式使得陣列壓面傳感成像裝置表面產生與被壓物對應的區域相吻合的形變，對被壓物平整度進行補償，進而消除由被壓物表面的高度差所引起的壓力不均。
[0047]壓感檢測過程中，被壓物的每一子區域受到壓力后，控制單元將被壓物受到的壓力與預設的壓力上限進行比較，若該壓力大于或等于預設的壓力上限時，則指示報警裝置報警，以免壓碎被壓物(例如精度為0.lpa，則將壓力范圍設定為0.1，差分圖像中有超過0.1的數據則需要報警)。
[0048]綜上所述，本發明提供的陣列壓面傳感成像裝置，動態的判斷壓感檢測中壓力的變化，提高了壓感檢測受力的均勻程度，使壓面感測更穩定。
[0049]以上實施方式僅用于說明本發明，而并非對本發明的限制，有關【技術領域】的普通技術人員，在不脫離本發明的精神和范圍的情況下，還可以做出各種變化和變型，因此所有等同的技術方案也屬于本發明的范疇，本發明的專利保護范圍應由權利要求限定。
【權利要求】
1.一種陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，包括:柔性表面感知層、壓力感知層、三維壓力感知層、壓力調整層和控制單元； 所述柔性表面感知層感知被壓物表面的表面平整信息傳送至所述控制單元，所述壓力感知層感知被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的豎直方向作用力信息傳送至所述控制單元，三維壓力感知層感知被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的水平方向作用力信息傳送至所述控制單元，所述控制單元根據接收的被壓物表面平整信息和被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的豎直和/或水平方向作用力信息向壓力調整層發送控制命令，調整陣列壓面傳感成像裝置向被壓物施加的力。
2.如權利要求1所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述柔性表面感知層采用柔性導電復合材料制成。
3.如權利要求1所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述柔性表面感知層由高分子基體材料中填充炭系導電材料制成。
4.如權利要求3所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述炭系導電材料包括炭黑-硅橡膠和碳纖維-聚二甲基硅氧烷。
5.如權利要求4所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述炭黑-硅橡膠中炭黑的質量分數2% -15%。
6.如權利要求4所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述碳纖維-聚二甲基硅氧烷中碳纖維的質量分數為8% -17%。
7.如權利要求1所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，壓力感知層包括電容第一極板和第二極板，所述第一極板和所述第二極板之間設置有介電層。
8.如權利要求7所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述第一極板和所述第二極板均設置有柔性電極襯底，所述柔性電極襯底上附電極板。
9.如權利要求7或8所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述電極板由鈦/金制成。
10.如權利要求7或8所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述第一極板和所述第二極正交排列。
11.如權利要求7或8所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述介電層表面圖案化成四棱錐小區域。
12.如權利要求1所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，壓力感知層包括:由壓電材料制成的若干個壓電子結構和對應的處理電路，每一個壓電子結構與被壓物的一個子區域位置相對應； 壓電子結構感測到被壓物收到的壓力信息后傳輸至處理電路處理，處理電路將處理后的被壓物與陣列壓面傳感成像裝置間的壓力信息傳送至所述控制單元。
13.如權利要求1所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述壓電子結構從上至下依次包括動態壓力面、壓電感應層和貼合層。
14.如權利要求1所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，三維壓力感知層包括壓感面上的三維壓敏感知單元和與其連接的信號處理電路。
15.如權利要求14所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述三維壓力感知層還包括彈性保護層，所述彈性保護層位于所述三維壓力感知層的最外層，所述三維壓力感知層由外向內依次為彈性保護層、三維壓敏感知單元、信號處理電路。
16.如權利要求14所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述三維壓敏感知單元是多個壓敏電阻組成三維力敏感陣列，所述三維力敏感陣列中的多個壓敏電阻之間填充有柔性填充材料。
17.如權利要求1所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，壓力調整層包括平整度調節機構和預置連接的控制電路，控制電路根據控制單元出輸出的控制電流向平整度調節機構輸出控制信號調整陣列壓面傳感成像裝置對被壓物的壓力。
18.如權利要求1所述的陣列壓面傳感成像裝置，其特征在于，所述平整度調節機構包括設置在不同方向上的步進電機。
【文檔編號】G01L1/16GK104406722SQ201410728255
【公開日】2015年3月11日 申請日期:2014年12月3日 優先權日:2014年12月3日
【發明者】井楊坤, 武興 申請人:合肥京東方光電科技有限公司, 京東方科技集團股份有限公司