发明内容
技术问题
本发明的目的在于提供一种容易制造且性能得到改善的手戴型装置及其制造方法。
技术方案
本发明提供一种手戴型装置,包括:伸缩性片,其包括相互面对的第一伸缩性层和第二伸缩性层;一个以上传感器部,其通过在所述第一伸缩性层与第二伸缩性层之间打印预定的导电性液体金属而形成;电线部,其从所述传感器部延长并形成且用于与所述传感器部电连接;电极基板,其在所述电线部的一侧与所述电线部相隔一定距离并形成;以及连接电极,其在所述电线部与所述电极基板之间由预定的导电性液体金属打印而形成。
在此,所述连接电极可电连接所述电线部与所述电极基板。
在此,所述连接电极可形成为分别覆盖所述电线部的一端部与所述电极基板的一端部。
在此,所述导电性液体金属可为共晶镓-铟合金。
在此,形成所述传感器部的预定的导电性液体金属与形成所述连接电极的预定的导电性液体金属相同。
在此,所述电极基板的至少一部分可向所述伸缩性片的外部露出。
在此,可形成多个所述传感器部,所述多个传感器部及与所述多个传感器部分别接触的伸缩性片结合并形成软传感器。
在此,所述手戴型装置以与使用者的手模样的至少一部分对应的形状形成,所述一个以上的软传感器形成于与手关节中至少一部分对应的位置上。
在此,所述软传感器是形成于手指的关节部位,并用于测定该手指的弯曲和伸展的传感器或者是形成于相邻手指之间,且用于测定两手指中至少一部分的内转和外转的内/外转测定传感器。
根据另一方面,本发明提供一种手戴型装置的制造方法,包括:在基底基材上形成第一伸缩性层的步骤;在所述第一伸缩性层上利用预定的导电性液体金属以预设的图案进行打印以形成传感器部和电线部的步骤;在所述电线部的一侧与所述电线部相隔一定距离地布置电极基板的步骤;在所述第一伸缩性层上打印预定的导电性液体金属,以形成连接所述电极基板与所述电线部的连接电极的步骤;以及在所述第一伸缩性层上形成第二伸缩性层的步骤,形成所述连接电极的步骤包括:所述喷嘴向第一方向移动一定程度的同时由所述电线部的一端部开始打印所述导电性液体金属的步骤;所述喷嘴向第二方向移动一定程度的同时将所述导电性液体金属向第二方向竖起的步骤;所述喷嘴向所述电极基板一侧移动以使与所述喷嘴连接的所述导电性液体金属置于所述电极基板上的同时使所述导电性液体金属与所述电极基板的一端部电接触的步骤;以及使所述导电性液体金属从所述喷嘴分离的步骤。
在此,所述连接电极可形成为分别覆盖所述电线部的一端部与所述电极基板的一端部。
在此,所述导电性液体金属可为共晶镓-铟合金。
在此,形成所述连接电极的步骤可基于能够向三个轴方向移动的喷嘴而进行打印。
在此,形成所述传感器部的预定的导电性液体金属可与形成所述连接电极的预定的导电性液体金属相同。
在此,向所述第二方向竖起的所述导电性液体金属倒向所述喷嘴移动的所述电极基板一侧的同时所述导电性液体金属可与所述电极基板的一端部电接触。
在此,所述喷嘴向第二方向移动一定程度的同时将所述导电性液体金属向第二方向竖起的步骤能够以当所述导电性液体金属倒下时能够覆盖所述电极基板的一端部的充分的高度垂直地竖起。
在此,在所述电线部的一侧布置电极基板的步骤能够将所述电极基板布置为使所述电极基板的至少一部分向所述第一伸缩性层的外部露出。
在此,还可包括在所述第一伸缩性层上形成第二伸缩性层的步骤之后,
所述第一伸缩性层与第二伸缩性层中将除去形成所述传感器部的部分的剩余部分以与佩戴部位匹配的形状进行切割的步骤。
在此,可形成多个所述传感器部,所述多个传感器部及与所述多个传感器部分别接触的伸缩性片结合并形成软传感器。
在此,所述手戴型装置能够以与使用者的手模样的至少一部分对应的形状形成,所述一个以上的软传感器形成于与手关节中至少一部分对应的位置上。
本发明提供一种手戴型装置,其包括:伸缩性片,其包括相互面对的第一伸缩性层和第二伸缩性层;一个以上传感器部,其通过在所述第一伸缩性层与第二伸缩性层之间打印预定的导电性液体金属而形成;电线部,其从所述传感器部延长并形成且用于与所述传感器部电连接;电极基板,其在所述电线部的一侧与所述电线部相隔一定距离地形成;接续部,其形成于所述电线部与所述电极基板之间且用于电连接所述电线部与所述电极基板;以及延长部,其从所述伸缩性片的一面延长形成;在所述延长部内形成有所述接续部的至少一部分和所述电极基板。
在此,所述延长部可通过在所述伸缩性片中使形成有所述接续部和所述电极基板的区域的边缘切开而形成。
在此,还可包括通过掀开所述切开的部分并在切开的部分中涂布伸缩性材料而形成的填充部。
在此,包括所述电极基板和所述接续部的所述延长部可从所述伸缩性片分支形成。
在此,为了使所述电极基板与外部的连接器电连接,所述电极基板的端部可向所述伸缩性片的外部露出并形成。
在此,所述电极基板中在向外部露出的区域和在所述伸缩性片间的分界部分还可形成用于防止所述接续部流出的密封部。
在此,还可形成保护部,所述保护部围绕所述电极基板的除去向外部露出的区域的、所述延长部的剩余部分。
在此,所述延长部的至少一侧还可形成有用于支撑所述延长部的加强部。
在此,所述接续部可通过在所述电线部与所述电极基板之间打印预定的导电性液体金属而形成。
在此,所述接续部可形成为分别覆盖所述电线部的一端部和所述电极基板的一端部。
此外,本发明提供一种手戴型装置的制造方法,包括:在基底基材上形成第一伸缩性层的步骤;在所述第一伸缩性层上利用预定的导电性液体金属以预设的图案进行打印以形成传感器部和电线部的步骤;在所述电线部的一侧与所述电线部相隔一定距离地布置电极基板的步骤;在所述第一伸缩性层上打印预定的导电性液体金属,以形成连接所述电极基板与所述电线部的接续部的步骤;在所述第一伸缩性层上形成第二伸缩性层的步骤;形成从所述第二伸缩性层的一面延长形成且包括所述接续部的至少一部分和所述电极基板的延长部的步骤;所述形成延长部的步骤包括:沿着形成有所述电极基板和所述接续部的部分的边缘,切开所述第二伸缩性片的一部分并形成切开部的步骤;以及通过将所述切开的部分掀开,在所述切开部中涂布伸缩性材料并形成填充部的步骤。
在此,可包括:在所述形成填充部的步骤之后,将曾经在所述电极基板的端部部分上形成的所述伸缩性片分离,使所述电极基板的端部向外部露出的步骤;所述电极基板中在向外部露出的区域和在所述伸缩性片间的分界部分可形成用于防止所述接续部流出的密封部的步骤;所述延长部的至少一侧形成有用于支撑所述延长部的加强部的步骤;围绕除去向所述电极基板的外部露出的区域的所述延长部的剩余部分的保护部形成步骤。
在此,还可包括在所述形成保护部的步骤之后,结合所述延长部和所述伸缩性片的本体部的步骤。
在此,包括所述电极基板和所述接续部的所述延长部可从所述伸缩性片分支形成。
在此,所述形成接续部的步骤包括:所述喷嘴向第一方向移动一定程度的同时由所述电线部的一端部开始打印所述导电性液体金属的步骤;所述喷嘴向第二方向移动一定程度的同时将所述导电性液体金属向第二方向竖起的步骤;所述喷嘴向所述电极基板一侧移动,并使与所述喷嘴连接的所述导电性液体金属置于所述电极基板上的同时使所述导电性液体金属与所述电极基板的一端部电接触的步骤;以及使所述导电性液体金属从所述喷嘴分离的步骤。
在此,所述接续部可形成为分别覆盖所述电线部的一端部和所述电极基板的一端部。
在此,在此,所述形成接续部的步骤能够基于可向三个轴方向移动的喷嘴而进行打印。
在此,向所述第二方向竖起的所述导电性液体金属倒向所述喷嘴移动的所述电极基板一侧的同时所述导电性液体金属可与所述电极基板的一端部电接触。
在此,所述喷嘴向第二方向移动一定程度的同时将所述导电性液体金属向第二方向竖起的步骤能够以当所述导电性液体金属倒下时能够覆盖所述电极基板的一端部的充分的高度垂直地竖起。
本发明提供一种一种手戴型装置,其包括:伸缩性片,其包括相互面对的第一伸缩性层和第二伸缩性层;一个以上传感器部,其通过在所述第一伸缩性层与第二伸缩性层之间打印预定的导电性液体金属而形成;电线部,其从所述传感器部延长并形成且用于与所述传感器部电连接;电极基板,其在所述电线部的一侧与所述电线部相隔一定距离地形成;接续部,其在所述电线部与所述电极基板之间形成用于电连接所述电线部与所述电极基板;接触式连接器,其形成于所述电极基板的一侧以与所述电极基板的至少一部分接触;以及FPC连接器,其用于与外部的电子设备电连接,且形成于所述接触式连接器的一侧以与所述接触式连接器电连接。
在此,所述接触式连接器以预定的弹性形成,可形成为使接触式连接器与电极基板紧密结合。在此,所述接触式连接器可具有多个端子,所述各端子内部夹设有如弹簧的预定的弹性部件,从而可对接触式连接器的各端子施加推向电极基板的方向的弹力。
在此,在所述第二伸缩性层的形成有所述电极基板的区域的至少一部分上可形成有第一开口部,通过所述第一开口部可使所述电极基板与所述接触式连接器接触。
在此,在所述第一开口部与所述电极基板间的分界部分上还可形成有用于防止所述接续部流出的密封部。
在此,所述手戴型装置还包括:第一板,其形成于所述伸缩性片的一面;第二板,其形成于所述伸缩性片的另一面,并形成有所述接触式连接器和所述FPC连接器;以及固定部件,其用于固定所述第一板和所述第二板固定;所述第一板和第二板通过所述固定部件结合,从而可形成从所述伸缩性片的一面延长形成的连接部。
在此,所述连接部内可形成有所述接续部的至少一部分和所述电极基板。
在此,包括所述电极基板和所述接续部的所述连接部可从所述伸缩性片分支形成。
在此,所述伸缩性片中内置有所述电极基板的区域的至少一外部面还可形成有用于支撑所述伸缩性片和所述电极基板的加强部。
根据另一方面的本发明,提供一种手戴型装置的制造方法,其包括:在基底基材上形成第一伸缩性层的步骤;在所述第一伸缩性层上利用预定的导电性液体金属以预设的图案进行打印以形成传感器部和电线部的步骤;在所述电线部的一侧与所述电线部相隔一定距离地布置电极基板的步骤;通过在所述第一伸缩性层上打印预定的导电性液体金属并形成用于连接所述电极基板与所述电线部的接续部的步骤;在所述第一伸缩性层上形成第二伸缩性层的步骤;去除所述第二伸缩性层的一部分并形成第一开口部,使所述电极基板的至少一部分向外部露出的步骤;在所述第一伸缩性层的一面布置第一板的步骤;将包括通过所述第一开口部与所述电极基板的至少一部分接触的接触式连接器,以及与所述接触式连接器电连接的FPC连接器的第二板,布置在所述第二伸缩性层的一面的步骤;以及利用固定部件结合所述第一板和所述第二板的步骤。
在此,还可包括在所述形成第一开口部的步骤之后,在与所述第一伸缩性层和第二伸缩性层上形成有所述电极基板的区域靠近的区域上形成第二开口部的步骤;所述利用固定部件结合所述第一板和所述第二板的步骤可通过所述固定部件贯通插入所述第一板、所述第二开口部及所述第二板,结合所述第一板和所述第二板。
在此,还可包括在所述形成第一开口部的步骤之后,在所述第一开口部与所述电极基板间的分界部分上形成用于防止所述接续部流出的密封部的步骤。
在此,还可包括在所述形成第一开口部的步骤之后,在所述第一伸缩性层或者所述第二伸缩性层的内置有所述电极基板的区域的至少一外部面上形成用于支撑所述第一伸缩性层或者所述第二伸缩性层的加强部的步骤。
在此,所述接触式连接器以预定的弹性形成,可使接触式连接器与电极基板紧密结合并形成。
在此,所述接触式连接器可具有多个端子,所述各端子内部夹设有如弹簧的预定的弹性部件,从而可向接触式连接器的各端子施加推向电极基板的方向的弹力。
在此,包括所述电极基板和所述接续部的连接部可从所述第一伸缩性层或者所述第二伸缩性层分支形成。
在此,所述形成接续部的步骤可包括:所述喷嘴向第一方向移动一定程度的同时由所述电线部的一端部开始打印所述导电性液体金属的步骤;所述喷嘴向第二方向移动一定程度的同时将所述导电性液体金属向第二方向竖起的步骤;所述喷嘴向所述电极基板一侧移动,并使与所述喷嘴连接的所述导电性液体金属置于所述电极基板上的同时使所述导电性液体金属与所述电极基板的一端部电接触的步骤;以及使所述导电性液体金属从所述喷嘴分离的步骤。
在此,向所述第二方向竖起的所述导电性液体金属倒向所述喷嘴移动的所述电极基板一侧的同时所述导电性液体金属可与所述电极基板的一端部电接触。
在此,所述喷嘴向第二方向移动一定程度的同时将所述导电性液体金属向第二方向竖起的步骤能够以当所述导电性液体金属倒下时能够覆盖所述电极基板的一端部的充分的高度垂直地竖起。
在此,所述接续部可形成为分别覆盖所述电线部的一端部和所述电极基板的一端部。
本发明可提供一种印制电缆(Printed cable),其包括:伸缩性片,其包括相互面对的第一伸缩性层和第二伸缩性层;一个以上传感器部,其通过在所述第一伸缩性层与第二伸缩性层之间打印预定的导电性液体金属而形成;电极基板,其在所述电线部的一侧与所述电线部相隔一定距离地形成;以及接续部,其在所述电线部与所述电极基板之间通过打印预定的导电性液体金属并形成。
在此,所述接续部可电连接所述电线部与所述电极基板。
在此,所述接续部可形成为分别覆盖所述电线部的一端部和所述电极基板的一端部。
在此,所述导电性液体金属可以是共晶镓-铟合金(Eutectic Gallium-IndiumAlloy,EGaIn)。在此,形成所述传感器部的预定的导电性液体金属可与形成所述接续部的预定的导电性液体金属相同。
在此,所述电极基板的至少一部分可向所述伸缩性片的外部露出。
本发明提供一种手戴型装置的制造方法,其包括:在基底基材上形成第一伸缩性层的步骤;在所述第一伸缩性层上利用预定的导电性液体金属以预设的图案进行打印并形成传感器部和电线部的步骤;在所述电线部的至少一侧与所述电线部相隔一定距离地布置电极基板的步骤;通过在所述第一伸缩性层上打印预定的导电性液体金属并形成用于连接所述电极基板与所述电线部的接续部的步骤;以及在所述第一伸缩性层上形成第二伸缩性层的步骤,所述形成接续部的步骤包括:所述喷嘴向第一方向移动一定程度的同时由所述电线部的一端部开始打印所述导电性液体金属的步骤;所述喷嘴向第二方向移动一定程度的同时将所述导电性液体金属向第二方向竖起的步骤;所述喷嘴向所述电极基板一侧移动,并使与所述喷嘴连接的所述导电性液体金属置于所述电极基板上的同时使所述导电性液体金属与所述电极基板的一端部电接触的步骤;以及使所述导电性液体金属从所述喷嘴分离的步骤。
在此,所述接续部可形成为分别覆盖所述电线部的一端部与所述电极基板的一端部。
在此,所述导电性液体金属可以是共晶镓-铟合金(Eutectic Gallium-IndiumAlloy,EGaIn)。
在此,所述形成接续部的步骤能够基于可向三个轴方向移动的喷嘴而进行打印。
在此,形成所述传感器部的预定的导电性液体金属可与形成所述接续部的预定的导电性液体金属相同。
在此,向所述第二方向竖起的所述导电性液体金属倒向所述喷嘴移动的所述电极基板一侧的同时所述导电性液体金属可与所述电极基板的一端部电接触。
在此,所述喷嘴向第二方向移动一定程度的同时将所述导电性液体金属向第二方向竖起的步骤能够以当所述导电性液体金属倒下时能够覆盖所述电极基板的一端部的充分的高度垂直地竖起。
在此,所述在电线部的一侧布置电极基板的步骤可将所述电极基板布置为使所述电极基板的至少一部分向所述第一伸缩性层的外部露出。
有益效果
根据本发明的手戴型装置及其制造方法可获得使手戴型装置的制造变得容易,性能得到改善的效果。
具体实施方式
本发明可进行各种变换并具有各种实施例,在附图中例示特定实施例,并对其进行详细说明。但是,这并非用于将本发明限定为特定的实施形态,而应理解本发明包括在本发明思想和技术范围中包括的所有变化、等同物乃至替代物。在说明本发明的过程中,当认为对相关的公知技术的详细说明会混淆本发明的主旨时,可省略其详细说明。
第一、第二等术语可用于说明各种组成要素,但是所述要素不能受限于所述术语。所述术语的使用目的在于将一个组成要素与另一组成要素区分。
本申请中使用的术语仅仅是用于说明特定的实施例,而非用于限定本发明。单数的表述在前后文中如无明确的其他定义则包括复数的表述。本申请中,“包括”或者“具有”等术语应理解为,是用于指出说明书中记载的特征、数值、步骤、动作、组成要素、部件或者其组合的存在,而非用于指出事先排除一个或者其以上的其他特征、数值、步骤、动作、组成要素、部件或者其组合的存在或者其附加的可能性。
以下,参照附图对本发明的实施例进行详细说明,在参照附图进行说明的过程中,相同或者对应的组成要素将赋予相同附图标记,并省略其重复说明。
此外,在说明本发明的各种实施例的过程中,各实施例不应单独解释或者实施,各实施例中说明的技术思想应理解为可与个别说明的另一实施例组合并解释或者实施。
以下,参照附图将对以下实施例进行详细说明如下。
图1是图示本发明一实施例涉及的软传感器的立体图。
参照图1,本发明的一实施例涉及的软传感器100可包括伸缩性片110、传感器部120、电线部140。
在此,本发明一实施例的软传感器可在虚拟现实或者共存现实或者康复领域中用于测定关节角度,尤其,可作为通过测定手指关节的角度并向虚拟现实设备等输入数据的手段而使用。
具体地,伸缩性片110包括第一伸缩性层111和第二伸缩性层112。第一伸缩性层111和第二伸缩性层112单独形成,可以是以上下方向层叠的结构。在此,伸缩性片110图示为包括第一伸缩性层111和第二伸缩性层112两个层,但是本发明思想并不限于此,根据需要,伸缩性片110也可以由各种材料的两个以上的层形成。后面部分将对此进行详细说明。
第一伸缩性层111是通过涂布第一伸缩性材料而形成的层。第一伸缩性材料可以是具有伸缩性和柔韧性的非导电性物质。在此,虽然举例说明了第一伸缩性材料使用硅的情况,但是本发明思想并不限于此。如上所述的第一伸缩性层111可通过在基底基材(参照图5a的101)以旋涂、硅涂布(squeegeeing)、压缩成型或者打印等各种方法涂布第一伸缩性材料而形成。
第二伸缩性层112是通过涂布第二伸缩性材料而形成的层。第二伸缩性材料可以是具有伸缩性和柔韧性的非导电性物质。第二伸缩性材料可使用一物质,该物质的表面张力小于形成传感器部120的导电性液体金属(参照图5b的121)的表面张力。本实施例中,第二伸缩性材料使用硅,因此第一伸缩性材料与第二伸缩性材料为相同的材料,以此为例进行说明,但是本发明思想并不限于此。在此,当第一伸缩性材料与第二伸缩性材料使用相同的硅时,硅也可形成单(monolithic)片。只是,本发明思想不限于此,只要是表面张力小于导电性液体金属121的表面张力且具有伸缩性与柔韧性的材料,皆可作为第二伸缩性材料使用。如上所述的第二伸缩性层112可通过在第一伸缩性层111(及其上的传感器部120)上以旋涂、硅涂布(squeegeeing)、压缩成型或者打印等各种方法涂布第二伸缩性材料而形成。
传感器部120可在第一伸缩性层111与第二伸缩性层112之间形成。在此,传感器部120能够在第一伸缩性层111上利用导电性液体金属(参照图5b的121)以预设的图案形成。如上所述的传感器部120可通过3D打印、喷嘴打印、喷墨打印、卷对卷打印等各种方法而形成。
传感器部120可由预定的导电性物质形成,可由可用于涂布的液态或者固态的导电性物质形成。作为一例,传感器部120还可以由常温下维持液态且具有导电性的导电性液体金属形成。在此,导电性液体金属以使用EGaIn(Eutetic Gallium-Indium,共晶镓-铟合金)为例子进行说明。
EGain还称之为共晶镓-铟合金。所述EGaIn可包括75.5wt%的镓(Ga)与24.5wt%的铟(In)。所述EGaIn可在约15.7℃下熔化,并在常温下维持液态。此外,所述EGaIn具有3.4x104S/cm水准的导电性,导电性十分高,粘度低有利于流动,因表面的氧化膜导致具有较高的表面张力。由于所述EGaIn的表面张力高,3D打印成所需图案时具有可维持形态的优点,因此易于形成微通道。此外,即使无需其他化学处理,也可通过结合在CNC设备的注射器进行注射,从而可直接打印所需的图案。
如上所述,传感器部120由导电性液体金属形成,因此可具有充分的伸缩性。
另外,软传感器的位置可位于手戴型装置的表面中各手指的关节部位及拇指与食指之间,位于拇指与食指之间的软传感器可以用于感知拇指的内转和外转活动。
此外,位于各手指的关节部位的软传感器可同时具有用于测定弯曲和伸展活动的传感器,以及用于测定内转和外转活动的传感器。
此外,位于各手指的关节部位的软传感器也可分别单独地具有用于测定弯曲和伸展活动的传感器,或者用于测定内转和外转活动的传感器。此时,测定弯曲和伸展活动的传感器沿着手指的长度方向长长地形成,起到测定手指的弯曲和伸展的传感器的功能。另外,测定内转和外转活动的传感器与手指的长度方向垂直或者沿着手指的内、外转方向较长地形成,因此可起到测定手指的内转和外转的传感器的作用。在此,测定弯曲和伸展活动的传感器和测定内转和外转活动的传感器根据手指的活动使长度、高度及宽度发生变化,进而使电阻发生变化,因此可通过测定电阻的变化测定手指的活动。图2和图3中将对此进行更加详细的说明。
电线部140可与传感器部120电连接,且执行向后述的电极基板(参照图3的240)传递传感器部120传递的电信号的功能。如上所述的电线部140可通过利用3D打印机等在第一伸缩性层111或者基底基材(参照图5a的101)上打印导电性液体金属而形成。
以下对本发明实施例涉及的软传感器的工作原理进行详细说明。
图2是图示根据图1的软传感器的手指关节变化的传感器部120的长度变化的模式图。参照图2,本实施例的软传感器的原理如下。
通常,软传感器的微通道两端电阻为R(Resistance of conductive metal),通道内部导电性物质的电阻率为ρ(electrical resistivity[Ω*m]),通道容积为V(channelvolume[m3]),通道横截面为A(channelarea[m2]),通道长度为l(channel length[ml]),变形率为ε时,如果在具有高伸缩性的材料内部微通道中填充不可压缩的物质,则微通道的总容积V可维持一定,并由以下数学公式1表示。
[数学公式1]
V=A0l0=Al
此时,通道可视为导电性金属的电子通过的路径,如果导电性金属的外形发生变化,则所述通道的长度、高度、宽度等可发生变化,电阻也同样会发生变化。
在此,通道长度l由以下数学公式2表示,通道横截面A由数学公式3表示。
[数学公式2]
l=l0/(1+ε)
[数学公式3]
A=A0/(1+ε)
另外,导电性金属的电阻由以下数学公式4表示。
[数学公式4]
R=ρl/A
此外,现在的电阻R可基于初期电阻R0和变形率ε由以下数学公式5表示。
[数学公式5]
R=R0(1+ε)2
参照图2,手指关节中关节的角度变化Δθ和半径r及通道长度变化ΔL由如下数学公式6表示。
[数学公式6]
ΔL=rΔθ
如果对数学公式6进行移项,则可推导出以下数学公式7。
[数学公式7]
Δθ=ΔL/r
此时,由于r为常数,因此通过通道长度变化ΔL可计算出手指关节的角度变化Δθ。在此,为了测定软传感器的电阻变化,可使用能够适当地形成的放大器,根据放大器的性质,由从放大器输出并测定的电压的变化ΔV可计算出软传感器的电阻变化ΔR。
此时,利用根据数学公式5测定的软传感器的电阻变化ΔR,计算出变形率ε,并利用其可计算出通道长度变化ΔL。
因此,本实施例的软传感器如果具有感知电压变化(ΔV)的传感器,则可计算出手指关节的角度变化Δθ。
为了便于说明,虽然以手指关节为例进行说明,但是本实施例的软传感器当然也可以在身体的其他部位的关节上使用。
图3是图示具有图1的软传感器的手戴型装置的俯视图,图4是图示将图3的手戴型装置戴在手上的模样的立体图。
参照图3和图4,手戴型装置200可以是形成有与手指的各关节对应的多个软传感器100的伸缩性材料薄片。在此,手戴型装置200可由与手模样的至少一部分对应的形状形成。本实施例中,手戴型装置200形成为手模样并形成为薄片状,从而能够附着在手背或者手套上,虽然以此为例进行说明,但不限于此,手戴型装置200也能够以手可佩戴的手套形态形成。如上所述的手戴型装置200以大于所需的形状的圆形或者四边形形状形成后,通过激光切割可基于所需形状进行裁剪而形成。即,可将伸缩性片110中形成有多个传感器部120的部分除外的剩余部分以适合手指等的佩戴部位的形状进行切割并使用。多个传感器部120可位于各手指的关节部位以感知手指的活动。
对图3和图4的手戴型装置200进行详细说明如下。
手戴型装置200包括拇指传感部210、食指传感部220、中指传感部230。另外,附图中虽未图示,手戴型装置200还可包括无名指传感部和小拇指传感部。
此外,手戴型装置200包括形成于拇指传感部210与食指传感部220之间的第一内/外转测定传感器260,以及形成于食指传感部220与中指传感部230之间的第二内/外转测定传感器270。另外,附图中虽未图示,手戴型装置200还可包括用于测定食指的内/外转且形成于食指侧面的第三内/外转测定传感器(未图示)。进而,附图中虽未图示,手戴型装置200还可包括形成于中指传感部230与无名指传感部(未图示)之间的第四内/外转测定传感器(未图示),以及形成于无名指传感部(未图示)与小拇指传感部(未图示)之间的第五内/外转测定传感器(未图示)。
拇指传感部210可包括第一拇指部传感器211、第二拇指部传感器212、第三拇指部传感器213。第一拇指部传感器211可测定拇指的远节指骨(distal phalanx)与近节指骨(proximal phalanx)之间的弯曲和伸展。第二拇指部传感器212可测定拇指的近节指骨(proximal phalanx)与掌骨(metacapals)之间的弯曲和伸展。第三拇指部传感器213可测定拇指的掌骨(metacapals)与腕骨(carpals)之间的弯曲和伸展。
食指传感部220可包括第一食指部传感器221、第二食指部传感器222。第一食指部传感器221可测定食指的中节指骨(middle phalanx)与近节指骨(proximal phalanx)之间的弯曲和伸展。第二食指部传感器222可测定食指的近节指骨(proximal phalanx)与掌骨(metacapals)之间的弯曲和伸展。
中指传感部230可包括第一中指部传感器231、第二中指部传感器232。第一中指部传感器231可测定中指的中节指骨(middle phalanx)与近节指骨(proximal phalanx)之间的弯曲和伸展。第二中指部传感器232可测定中指的近节指骨(proximal phalanx)与掌骨(metacapals)之间的弯曲和伸展。
另外,无名指传感部(未图示)可包括第一无名指部传感器和第二无名指部传感器,小拇指传感部(未图示)还可包括第一小拇指部传感器和第二小拇指部传感器。
第一内/外转测定传感器260形成于拇指传感部210与食指传感部220之间,可用于传递拇指的内转和外转。
第二内/外转测定传感器270形成于食指传感部220与中指传感部230之间,可用于测定食指和中指的内转和外转。
除此之外,还可形成有第三内/外转测定传感器(未图示)和第四内/外转测定传感器(未图示)。
在此,第一拇指部传感器211、第二拇指部传感器212、第三拇指部传感器213、第一食指部传感器221、第二食指部传感器222、第一中指部传感器231、第二中指部传感器232、第一内/外转测定传感器260、第二内/外转测定传感器270分别可为图1的软传感器100的传感器部120。此外,从每个传感器211、212、213、221、222、231、232、260及270延长形成的电线部290分别可为图1的软传感器100的电线部140。
在此,本发明一实施例涉及的手戴型装置200利用CAD可将与具有不同长度和形状的各手指的各关节分别对应的多个通道图案一体设计在手戴型装置上。即,本发明由于利用CAD设计通道图案,因此很容易做到一次设计多个通道图案。
如上所述,利用3D打印等一次可形成多个传感器部120,因此很容易实现大面积尺寸的传感器的制作。此外,由于不需要用于形成多个通道图案的模具,因此制造简便,且能够节约成本。
另外,附图虽图示为在拇指、食指、中指三个手指上佩戴的手戴型装置及其上布置的软传感器,但是本发明思想并不限于此。即,与5个手指全部或者其中一部分手指对应的软传感器可布置在手戴型装置上,或者各手指上也可增加或者省略部分软传感器。
本发明涉及的软传感器由于不受尺寸的制约,传感器的厚度十分薄且具有伸缩性,因此可形成各种数量和形状的传感器部120,从而在具有各种尺寸和复杂活动的肩膀、脚腕、手腕、手指等关节上也容易应用。
另外,附图中虽未图示,手戴型装置200还可包括芯片(chip)。芯片可插在伸缩性片110的内部对应于手腕的位置。如上所述的芯片可通过插入打印的方式被插入。如上所述的芯片可包括FPCB(Flexible Printed Circuit Board,柔性印刷电路板)、电机驱动器、微控制单元、无线通信单元等。
另外,附图中虽未图示,手戴型装置200还可包括手指佩戴部和手腕佩戴部。手指佩戴部和手腕佩戴部与缩性片110分别制作之后附着到伸缩性片110上,或者也可以与伸缩性片110一体形成。
在此,本发明一实施例涉及的手戴型装置200的特征为还包括电极基板240和连接电极250。
对于现有的手戴型装置,为了使通道的截面露出而切断软传感器表面的一部分之后,直接将线插入并制造,为了防止插入的电线脱落,可使用由粘合剂和无伸缩性的薄膜进行固定的方式。然而,使用如上所述方式时,软传感器的厚度越薄,材料越柔软,则存在电极插入的难度变大的问题,而且,由于需要作业者直接进行连接,因此不可能实现自动化,多个通道时存在需要较长的作业时间的问题。
为了解决如上所述的问题,本发明一实施例涉及的手戴型装置200的特征是,还形成有电极基板240和连接电极250,以使软传感器容易地与外部的电子设备链接。对此进行更加详细说明如下。
电极基板240形成于手戴型装置200上,可执行连接外部的电子设备(例如,连接器等)与软传感器的功能。在此,电极基板240可以是FPCB(Flexible Printed CircuitBoard)等各种电路基板。此外,这种电极基板240可与连接器(未图示)等接触以至结合。
在此,电极基板240可由插入打印方式形成。即,在形成第一伸缩性层111之后,电极基板240可插入其上并形成。此时,电极基板240大致可位于第一伸缩性层111上不受手腕活动的干涉的同时不侵犯传感器211、212、213、221、222、231、232、260及270的区域。此外,电极基板240为了使电线部290的长度最小化,可位于能够使传感器211、212、213、221、222、231、232、260及270与电极基板240之间的距离最小化的区域。例如电极基板240可形成于靠近手腕的手背部分。为了耐久性,电极基板240的周围应由坚固的材料进行加固,因此,优选地,将电极基板置于手背部分而非灵活动的手腕。
连接电极250可执行连接软传感器100的电线部140与电极基板240的功能。在此,连接电极250可由预定的导电性物质形成,可由可用于涂布的液态或者固态的导电性物质形成。作为一例,连接电极250也可以由在常温下保持液态且具有导电性的导电性液体金属形成。在此,导电性液体金属以使用EGaIn(Eutetic Gallium-Indium,共晶镓-铟合金)为例子进行说明。
连接电极250可利用导电性液体金属以预定的图案形成,如上所述的连接电极250可利用3D打印、喷嘴打印、喷墨打印、卷对卷打印等各种方法由如EGaIn(Eutetic Gallium-Indium)的材料形成。
根据如上所述的本发明,具有能够稳定地形成电极部的优点,其与通道的厚度、通道的尺寸、通道的数量、软传感器的材料等无关。此外,由于可利用打印设备实现自动化,因此可获得能够缩短作业时间的效果。此外,可获得能够形成具有紧凑的(Compact)结构的电极部的效果。
进而,根据如上所述本发明,由于可将传感器部、电线部及连接电极以相同的材料制成,因此不再需要替换打印机的材料的工序,从而可获得简化制造工序的效果。此外,对于导电性焊锡打印,虽然需要在高温下硬化如银的导电性焊锡的加热工序,但是根据本发明,由于不再需要如上所述的附加工序,因此可获得能够进一步简化制造工序的效果。
图5是图示具有图1的软传感器的手戴型装置的制造方法的图。
参照图5a,在基底基材101上涂布第一伸缩性材料。在涂布第一伸缩性材料之后,如果经过预定的时间,则第一伸缩性材料硬化并形成第一伸缩性层111。在此,图5a中虽然举例说明了第一伸缩性层111的截面形成为四边形的例子,但是并不限于此,可形成为各种尺寸和形状。
在此,基底基材101可使用晶圆。
由于第一伸缩性层111具有十分薄的厚度和优秀的伸缩性,因此能够以各种形状和尺寸制作,而且能够以适合于所需的形状进行切割并使用。
然后,参照图5b,在第一伸缩性层111上利用喷嘴103打印导电性液体金属。
喷嘴103中可容纳作为导电性液体金属的EGaIn。喷嘴103结合在CNC设备上,可被控制成能够朝三个轴方向移动。CNC设备可以是3D打印机,而且可包括三轴控制器、注射控制器、显微镜等。
喷嘴103可根据三轴控制器的控制以预设的路径移动的同时打印导电性液体金属。三个轴方向的路径可根据通道图案而分别设定。
在此,通道图案可由使用者利用CAD以所需的微通道的图案进行设计。由于利用CAD设计通道图案,因此容易以各种形状、尺寸及数量进行设计,而且容易进行修改。通道图案的形状、尺寸及数量可根据软传感器的用途、尺寸等进行设定。
设计通道图案之后,再利用CAM生成G编码,并可利用模拟器修改G编码之后,传递给三轴控制器。因此,通道图案具有利用CAD/CAM容易进行设计及修改的优点。此外,具有不需要另行制作用于形成通道图案的模具的优点。
利用喷嘴103打印导电性液体金属时,通过调整工艺变量可调整传感器部120的形状、尺寸及特性。在此,工艺变量可包括喷嘴103的内径、喷嘴103的注射压力、喷嘴103与第一伸缩性层111之间的距离、喷嘴103的移送速度。通过适当地组合所述工艺变量,可调整所需传感器部的形状、尺寸及软传感器的特性。所述工艺变量可由使用者直接设定,或者也可以根据预设的程序以最佳的条件进行设定。
随着喷嘴103的内径变小,传感器部120的截面的宽度和高度会变小。此外,根据传感器部120的截面的宽度和高度,软传感器的性能可能发生变化。随着宽度和高度变小,软传感器的灵敏度增加。
另外,由于喷嘴103可拆卸地与CNC设备结合,因此能够进行替换。此外,当然也能够只替换所述喷嘴103的针。
随着喷嘴103中注射所述导电性液体金属的压力变高,传感器部120的截面的宽度和高度增加。喷嘴103的压力受控于喷嘴控制器。
随着喷嘴103与第一伸缩性层111之间的距离变近,挂在喷嘴103的针端部的导电性液体金属的液滴(droplet)与第一伸缩性层111接触的面积会不同。即,随着喷嘴103与第一伸缩性层111之间的距离变近,所述液滴尺寸变大,因此传感器部120的截面的宽度也变大。喷嘴103与第一伸缩性层111之间的距离可通过三轴控制器调整喷嘴103的高度得到控制。
随着喷嘴103的移送速度变快,传感器部120的截面的高度变小。喷嘴103的移送速度受控于三轴控制器。
如上所述,通过在第一伸缩性层111上利用喷嘴103打印导电性液体金属,从而如图5c所示形成传感器部120和电线部140。
然后,参照图5d,在电线部140的一侧布置电极基板240。此时,电极基板240的至少一部分可布置在第一伸缩性层111上,其位置可基于粘合剂或者粘性胶带等被固定。
然后,参照图5e,打印用于连接电线部140与电极基板240的连接电极250。连接电极250位于伸缩性片110的内部或者其一侧,可执行连接电线部140与电极基板240的功能。在此,本发明一实施例涉及的手戴型装置的制造方法的特征之一是,利用具有高结构稳定性的如EGaIn的导电性液体金属的性质,竖起三维立柱并将其放倒至电极基板240上并形成连接电极250。详细地,打印如EGaIn的导电性液体金属时,表面上形成有十分薄的氧化膜。即,内部虽为液体但由于外部形成薄膜,因此能够在一定程度改变内部的液体的模样。因此,由于如上所述的外部氧化膜,可实现将导电性液体金属向上拉高的工序。
此外,对其进行切断时,也应该如捅破薄膜般地切断。此外,导电性液体金属被切断后,如果氧化膜破裂且内部的液体露出,则立刻重新形成氧化膜。对此进行更加详细说明如下。首先,如图5e,从电线部140的一端部开始喷嘴103向第一方向(A方向)移动一定程度的同时打印导电性液体金属。由此,形成连接电极250的一部分并覆盖电线部140的一端部。
如上所述,喷嘴103移动至电极基板240附近的同时在导电性液体金属被打印的状态下,如图5f,喷嘴103向第二方向(B方向)即在图中观察时以垂直移动并将导电性液体金属向垂直方向竖起。详细地,如EGaIn的导电性液体金属由于具有高粘性和结构稳定性,因此能够以垂直方向竖起至一定的高度。利用如上所述的性质,将喷嘴103向垂直方向移动的同时持续地喷射导电性液体金属,从而使由导电性液体金属构成的连接电极250向垂直方向竖起。此时,连接电极250可垂直竖起至一充分的高度,以使其倒下时能够覆盖电极基板240的一端部。
如上所述,如果连接电极250竖起至一充分的高度,则如图5g,喷嘴103将向C方向移动,并使与喷嘴103连接的连接电极250的末端部分将置于电极基板240上部的接续部位上。即,如上所述,连接电极250以能够覆盖电极基板240的一端部的高度形成,连接电极250完全倒下时,连接电极250将覆盖电极基板240的一端部。然后,如果利用真空压力切断与喷嘴103连接的连接电极250的末端部分,则其结果如图5h所示连接电极250形成为一端部覆盖电线部140的一端部而另一端部覆盖电极基板240的一端部,从而执行电连接电线部140与电极基板240的功能。
然后,参照图5i,在形成有传感器部120、电线部140、连接电极250等的第一伸缩性层111上涂布第二伸缩性材料并形成第二伸缩性层112。此外,如果第二伸缩性层112硬化,则利用激光切割,裁剪,刀模等方法可裁剪成使用者所需的形状,如手或者手套形状等。最后,可从基底基材101将其揭下并制成软传感器及具备其的手戴型装置的制作。
如上所述的方法制作的软传感器由于传感器部120在第一伸缩性层111与第二伸缩性层112之间维持液态,因此传感器部120可维持伸缩性。
此外,相比于利用模具制作的情况,软传感器能够以较薄的厚度制作,利用CAD/CAM可容易地设计并修改通道图案。
根据如上所述的本发明,利用打印设备可将连接电线部140与电极基板240的工序实现自动化,因此可获得缩短作业时间的效果。进而,根据如上所述本发明,能够以相同的材料制成传感器部和连接电极,从而不再需要替换打印机材料的工序,进而可获得简化制造工序的效果。此外,对于导电性焊锡打印,虽然需要将如银的导电性焊锡在高温下进行硬化的加热工序,但是根据本发明由于不再需要如上所述的附加工序,因此可获得能够更加简化制造工序的效果。
图6是图示本发明另一实施例涉及的手戴型装置的俯视图,图7是图示图6的手戴型装置佩戴在手上的模样的立体图。
参照图6和图7,手戴型装置400包括拇指传感部410、食指传感部420、中指传感部430。另外,附图中虽未图示,手戴型装置400还可包括无名指传感部和小拇指传感部。此外,手戴型装置400包括形成于拇指传感部410与食指传感部420之间的第一内/外转测定传感器460,以及形成于食指传感部420与中指传感部430之间的第二内/外转测定传感器470。此外,手戴型装置400包括形成于食指传感部420的一侧面且用于测定食指的内/外转的第三内/外转测定传感器480。
另外,附图中虽未图示,手戴型装置400还可包括形成于中指传感部430与无名指传感部(未图示)之间的第四内/外转测定传感器(未图示),以及形成于无名指传感部(未图示)与小拇指传感部(未图示)之间的第五内/外转测定传感器(未图示)。
拇指传感部410可包括第一拇指部传感器411、第二拇指部传感器412、第三拇指部传感器413。第一拇指部传感器411可测定拇指的远节指骨(distalphalanx)与近节指骨(proximalphalanx)之间的弯曲和伸展。第二拇指部传感器412可测定拇指的近节指骨(proximal phalanx)与掌骨(metacapals)之间的弯曲和伸展。第三拇指部传感器413可测定拇指的掌骨(metacapals)与腕骨(carpals)之间的弯曲和伸展。
食指传感部420可包括第一食指部传感器421、第二食指部传感器422。第一食指部传感器421可测定食指的中节指骨(middle phalanx)与近节指骨(proximal phalanx)之间的弯曲和伸展。第二食指部传感器422可测定食指的近节指骨(proximal phalanx)与掌骨(metacapals)之间的弯曲和伸展。
中指传感部430可包括第一中指部传感器431、第二中指部传感器432。第一中指部传感器431可测定中指的中节指骨(middle phalanx)与近节指骨(proximal phalanx)之间的弯曲和伸展。第二中指部传感器432可测定中指的近节指骨(proximal phalanx)与掌骨(metacapals)之间的弯曲和伸展。
第一内/外转测定传感器460可形成于拇指传感部410与食指传感部420之间并用于测定拇指的内转和外转。
第二内/外转测定传感器470可形成于食指传感部420与中指传感部430之间并用于测定中指的内转和外转。
第三内/外转测定传感器480可形成于食指传感部420的一侧且用于测定食指的内转和外转。
在此,本发明一实施例涉及的手戴型装置400,为了区分内/外转测定传感器信号与测定弯曲/伸展的传感器信号,食指的一侧还具有第三内/外转测定传感器480。即,对于图3中图示的实施例,由于不能独立地测定食指和中指的内/外转,因此本实施例中食指的一侧还可具有第三内/外转测定传感器480,从而能够实现独立地测定食指和中指的内/外转。
在此,第一拇指部传感器411、第二拇指部传感器412、第三拇指部传感器413、第一食指部传感器421、第二食指部传感器422、第一中指部传感器431、第二中指部传感器432、第一内/外转测定传感器460、第二内/外转测定传感器470、第三内/外转测定传感器480分别可以是图1的软传感器100的传感器部120。此外,在每个传感器411、412、413、421、422、431、432、460、470及480中延长形成的电线部490分别可以是图1的软传感器100的电线部140。
另外,附图虽图示了在拇指、食指、中指三个手指上佩戴的手戴型装置及其上布置的软传感器,但是本发明思想并不限于此。即,与5个手指全部或者其中一部分手指对应的软传感器可布置在手戴型装置上,或者各手指上也可增加或者省略部分软传感器。
具体实施方式
<第二实施例>
以下,参照附图将对以下实施例进行详细说明如下。
图8是图示具有本发明的第二实施例涉及的软传感器的手戴型装置的制造方法的图。
参照图8a,在基底基材501上涂布第一伸缩性材料。在涂布第一伸缩性材料之后,如果经过预定的时间,则第一伸缩性材料硬化,并形成第一伸缩性层511。在此,在图8a中虽然举例说明了第一伸缩性层511的截面形成为四边形的情况,但是不限于此,可形成为各种尺寸和形状。
在此,基底基材501可使用晶圆。
由于第一伸缩性层511具有十分薄的厚度和优秀的伸缩性,因此能够以各种形状和尺寸制作,而且能够以适合于所需的形状进行切割并使用。
然后,参照图8b,在第一伸缩性层511上利用喷嘴503打印导电性液体金属。
喷嘴503中可容纳作为导电性液体金属的EGaIn。喷嘴503结合在CNC设备上,可被控制成能够朝三个轴方向移动。CNC设备可以是3D打印机,而且可包括三个轴控制器、注射控制器、显微镜等。
如上所述,如图8c所示在第一伸缩性层511上利用喷嘴503打印导电性液体金属形成传感器部520和电线部540。
然后,参照图8d,在电线部540的一侧布置电极基板640。此时,电极基板640的至少一部分可布置在第一伸缩性层511上,其位置可具有粘合剂或者粘性胶带等被固定。
然后,参照图8e,打印用于连接电线部540与电极基板640的接续部650。接续部650位于伸缩性片510的内部或者其一侧,可执行连接电线部540与电极基板640的功能。
在此,本发明一实施例涉及的手戴型装置的制造方法,其一特征是,利用具有高结构稳定性的如EGaIn的导电性液体金属的性质,竖起三维立柱并将其放倒至电极基板640上并形成接续部650。详细地,打印如EGaIn的导电性液体金属时,表面上形成有十分薄的氧化膜。即,内部虽为液体但由于外部形成薄膜,因此能够在一定程度上改变内部的液体的模样。从而,由于如上所述的外部氧化膜,因此可实现将导电性液体金属向上拉高的工序。此外,对其进行切断时,也应该如捅破薄膜般地切断。此外,导电性液体金属被切断后,如果氧化膜破裂且内部的液体露出,则立刻重新形成氧化膜。对此进行更加详细的说明如下。
图8e是图8d的E部分的放大图。首先,如图8e,从电线部540的一端部开始喷嘴503向第一方向(A方向)移动一定程度的同时打印导电性液体金属。由此,形成接续部650的一部分并覆盖电线部540的一端部。
如上所述,如上所述,喷嘴503移动至电极基板640附近的同时在导电性液体金属被打印的状态下,如图8f,喷嘴503向第二方向(B方向)即在图中观察时以垂直移动并将导电性液体金属向垂直方向竖起。详细地,如EGaIn的导电性液体金属由于具有高粘性和结构稳定性,因此能够以垂直方向竖起至一定的高度。利用如上所述的性质,将喷嘴503向垂直方向移动的同时持续地喷射导电性液体金属,从而使由导电性液体金属构成的接续部650向垂直方向竖起。此时,接续部650可垂直竖起至一充分的高度,以使其倒下时能够覆盖电极基板640的一端部。
如上所述,如果接续部650竖起至充分的高度,则如图8g,喷嘴503将向C方向移动,与喷嘴503连接的接续部650的末端部分将置于电极基板640上部的接续部位上。即,如上所述,接续部650以能够覆盖电极基板640的一端部的高度形成,接续部650完全倒下时,接续部650将覆盖电极基板640的一端部。然后,如果利用真空压力切断与喷嘴503连接的接续部650的末端部分,则其结果如图8h所示,接续部650形成为一端部覆盖电线部540的一端部而另一端部覆盖电极基板640的一端部,从而执行电连接电线部540与电极基板640的功能。
然后,参照图8i,在形成有传感器部520、电线部640、接续部650等的第一伸缩性层511上涂布第二伸缩性材料并形成第二伸缩性层512。
图8j是图8i的J部分的放大图。如图8j,电极基板640和接续部650处于嵌在第二伸缩性层512中的状态下,如图8k,在手戴型装置中沿着形成有电极基板640和接续部650的部分的边缘B,切开伸缩性片510的一部分并形成切开部(参照图8l的205)。此时,形成有与接续部650连接的电线部540的区域可能不被切开。
然后,如图8l所示,将切开的部分掀开,使切开部605向外部露出。
这种状态下,如图8m所示,在切开部605上涂布伸缩性材料并形成填充部607。在此,填充在切开部605的伸缩性材料可以是与用于形成伸缩性片510的伸缩性材料相同的材料。如果如上所述在切开部605上涂布伸缩性材料并形成填充部607,则形成有电极基板640和接续部650的部分将形成突出于伸缩性片510的本体的延长部601。即,也可以说成,包括电极基板640和接续部650的延长部601从伸缩性片510的本体分支形成。如上所述,通过利用伸缩性材料,并且不对切开部605的空闲空间进行加固时,不能维持手戴型装置600的整体张力和形状。
这种状态下,如图8n所示,将曾经在电极基板640的端部640a部分上形成的伸缩性片510分离下来,使电极基板640的端部640a向外部露出。如上所述,通过向外部露出的电极基板640的端部640a,可电连接电极基板640和外部的连接器(参照图8r的310)。然后,如图8o所示,为了防止由导电性液体金属形成的接续部650漏出,在电极基板640和伸缩性片510的分界部分的至少一部分,更加具体的是,在靠近接续部650的分界部分上利用粘合剂等可形成密封部641。
然后,如图8q所示,在延长部601的至少一面形成加强部642。即,为了提高延长部601的耐久性,还可以形成由非伸缩性膜等形成的加强部642。在此,加强部642可形成为覆盖伸缩性片510的上面。其理由是,由于在接续部650导电性液体金属以大液滴的形态聚集并向上隆起,导致硅层的厚度剩余不多,因此加强部642应形成为覆盖伸缩性片510的上面。进而,加强部642还可在伸缩性片510的下面(即,在伸缩性片500与延长部601之间)形成。在此,延长部601与加强部642可利用粘合剂等结合。
另外,附图中虽未图示,但是在将加强部642附着在伸缩性片510上之前,还可以再涂一层硅层。其理由是,如果将在硅薄膜上由非伸缩性膜构成的加强部642直接用非伸缩性粘合剂(乐泰(LOCTITE)等)进行附着,则传感器伸长时,非伸缩性部和伸缩性部之间集中应力,从而产生容易撕裂的问题。
然后,如图8q所示,通过形成保护部643以围绕除去电极基板640的端部640a之外的延长部601的剩余部分,从而可执行对延长部601的精饰(finishing)处理。在此,保护部643能够以可收缩的管状形成,使保护部643在以围绕延长部601的状态下进行收缩,从而如图8r所示能够更好地保护延长部601。
然后,如图8s所示,接合延长部601和伸缩性片510的本体部。即,利用粘合剂等将相互面对的延长部601的下面与填充部607进行接合。如上所述,接合延长部601与伸缩性片510的本体部的理由是,当延长部601自由活动时,持续地接受荷重或者剪断力,可产生降低耐久性的问题,因此因延长部601的松动导致影响传感器信号。因此,经过上述过程使电极基板640的端部640a向外部显露之后,将从伸缩性片510的本体分支形成的延长部601重新附着在伸缩性片510的本体上并使用。
如上所述,如果电极基板640的端部640a向外部露出并形成延长部601,则电极基板640的端部640a可与外部的连接器310电连接。
最后,附图中虽未图示,可将利用激光切割,裁剪,刀模等方法制成的软传感器片裁剪成使用者所需的形状,如手或者手套形状等。这种状态下,将其从基底基材501揭下并制成软传感器及具有其的手戴型装置。
由于传感器部520在第一伸缩性层511与第二伸缩性层512之间保持液态,因此利用如上所述方法制成的软传感器能够保持传感器部520的伸缩性。
此外,相比于利用模具制作的情况,软传感器能够以较薄的厚度制作,利用CAD/CAM可容易地设计并修改通道图案。
根据如上所述的本发明,利用打印设备可将连接电线部540与电极基板640的工序实现自动化,因此可获得缩短作业时间的效果。进而,根据如上所述本发明,能够以相同的材料制成传感器部和接续部,从而不再需要替换打印机材料的工序,进而可获得简化制造工序的效果。此外,对于导电性焊锡打印,虽然需要将如银的导电性焊锡在高温下进行硬化的加热工序,但是根据本发明由于不再需要如上所述的附加工序,因此可获得能够进一步简化制造工序的效果。
图9是图示具有图2的软传感器的手戴型装置的俯视图,图10是图示将图9的手戴型装置佩戴在手上的模样的俯视图,图11是图示图9的手戴型装置的立体图。
参照图9、图10及图11,手戴型装置600可以是伸缩性材料的片,所述伸缩性材料的片上形成有用于与手指的各关节对应的多个软传感器500。在此,本实施例的手戴型装置600整体上与图6中图示的实施例类似,只是电极基板640和接续部650在特征上发生变化,因此以下将对此进详细说明。
本发明一实施例涉及的手戴型装置600的特征是,还包括电极基板640和接续部650。对于现有的手戴型装置,为了使通道的截面露出而切断软传感器的表面一部分之后,直接将线插入并制造,为了防止插入的电线脱落,可使用由粘合剂和无伸缩性的薄膜进行固定的方式。然而,使用如上所述方式时,软传感器的厚度越薄,材料越柔软,则存在电极插入的难度变大的问题,而且,由于需要作业者直接进行连接,因此不可能实现自动化,多个通道时存在需要较长间的作业时间的问题。
为了解决如上所述的问题,本发明一实施例涉及的手戴型装置600的特征是,还形成有电极基板640和接续部650,以使软传感器容易地与外部的电子设备链接。对此进行更加详细说明如下。
电极基板640形成于手戴型装置600上,可执行连接外部的电子设备(例如,连接器等)与软传感器的功能。在此,电极基板640可以是FPCB(Flexible Printed CircuitBoard)等各种电路基板。此外,这种电极基板640可与连接器(参照图8s的310)等接触以至结合。在此,电极基板640可由插入打印方式形成。即,在形成第一伸缩性层(参照图8a的111)之后,电极基板640可插入其上并形成。此时,电极基板640大致可位于第一伸缩性层(参照图8a的111)上不受手腕的活动的干涉的同时不侵犯传感器611、212、213、221、222、231、232、260及270的区域。此外,电极基板640为了使电线部690的长度最小化,可位于能够使传感器611、212、213、221、222、231、232、260及270与电极基板640之间的距离最小化的区域。例如电极基板640可形成于靠近手腕的手背部分。为了耐久性,电极基板640的周围应由坚固的材料进行加固,因此,优选地,将电极基板置于手背部分而非灵活动的手腕。对电极基板640的形成位置及方法将在后面进行更加详细的说明。
接续部650可执行连接软传感器500的电线部540与电极基板640的功能。在此,接续部650可由预定的导电性物质形成,可由可用于涂布的液态或者固态的导电性物质形成。作为一例,接续部650也可以由在常温下保持液态且具有导电性的导电性液体金属形成。在此,导电性液体金属以使用EGaIn(Eutetic Gallium-Indium,共晶镓-铟合金)为例子进行说明。
接续部650可利用导电性液体金属以预定的图案形成,如上所述的接续部650可利用3D打印、喷嘴打印、喷墨打印、卷对卷打印等各种方法由如EGaIn(Eutetic Gallium-Indium)的材料形成。
在此,电极基板640和与其连接的接续部650的至少一部分可形成由伸缩性片510向外侧延长的延长部601。对此进行更加详细的说明如下。
电极基板640和接续部650处于嵌在第二伸缩性层(参照图8i的112)中的状态下,在手戴型装置600中沿着形成有电极基板640和接续部650的部分的边缘B,切开伸缩性片510的一部分并形成切开部(参照图8l的205)。此时,形成有与接续部650连接的电线部690的一侧可能不被切开。这种状态下,将切开部分掀开,使切开部(参照图8l的205)向外部露出,在该切开部(参照图8l的205)上涂布伸缩性材料并形成填充部(参照图8m的207)。在此,填充在切开部(参照图8l的205)的伸缩性材料可以是与用于形成伸缩性片510的伸缩性材料相同的材料。如果如上所述在切开部(参照图8l的205)上涂布伸缩性材料并形成填充部(参照图8m的207),则形成有电极基板640和接续部650的部分将形成突出于伸缩性片510的本体的延长部601。即,也可以说成,包括电极基板640和接续部650的延长部601从伸缩性片510的本体分支形成。
此时,电极基板640的端部640a向外部露出,从而可使电极基板640与外部的连接器(参照图8r的310)电连接。即,将曾经在电极基板640的端部640a部分上形成的伸缩性片510分离下来,并使电极基板640的端部640a向外部露出。
另外,附图中虽未图示,延长部601上还可形成有密封部(参照图8r的241)、加强部(参照图8r的242)及保护部(参照图8r的243)。
即,为了防止由导电性液体金属形成的接续部650漏出,在电极基板640和伸缩性片510的分界部分的至少一部分,更加具体的是,在靠近接续部650的分界部分上利用粘合剂等可形成密封部(参照图8r的241)。
此外,延长部601的至少一侧上可形成有加强部(参照图8r的242)。即,为了提高延长部601的耐久性,还可形成有由非伸缩性薄膜等形成的加强部(参照图8r的242)。在此,加强部(参照图8r的242)可形成为覆盖伸缩性片510的上面。其理由是,由于在接续部650导电性液体金属以大液滴的形态聚集并向上隆起,导致硅层的厚度剩余不多,因此加强部(参照图8r的242)应形成为覆盖伸缩性片510的上面。进而,加强部(参照图8r的242)还可在伸缩性片510的下面(即,在伸缩性片500与延长部601之间)形成。在此,延长部601与加强部(参照图8r的242)可利用粘合剂等结合。
另外,附图中虽未图示,但是在将加强部(参照图8r的242)附着在伸缩性片510上之前,还可以再涂一层硅层。其理由是,如果将在硅薄膜上由非伸缩性膜构成的加强部(参照图8r的242)直接用非伸缩性粘合剂(乐泰(LOCTITE)等)进行附着,则传感器伸长时,非伸缩性部和伸缩性部之间集中应力,从而产生容易撕裂的问题。
此外,通过形成保护部(参照图8r的243)以围绕除去电极基板640的端部640a之外的延长部601的剩余部分,从而可执行对延长部601的精饰处理。在此,保护部(参照图8r的243)能够以可收缩的管状形成,使保护部(参照图8r的243)在以围绕延长部601的状态下进行收缩,从而如图8r所示能够更好地保护延长部601。
根据如上所述本发明,电极基板640从软传感器500本体分支从而可实现与连接器的连接。此外,将延长部601固定在软传感器500的本体并形成加强部(参照图8r的242),从而可获得形成坚固的电极部的效果。由此,可最小化因外力导致的信号紊乱,可提高耐久性。此外,根据本发明,具有能够稳定地形成电极部的优点,其与通道的厚度、通道的尺寸、通道的数量、软传感器的材料等无关。此外,由于可利用打印设备实现自动化,因此可获得能够缩短作业时间的效果。此外,可获得能够形成具有紧凑的(Compact)结构的电极部的效果。
进而,根据如上所述本发明,由于可将传感器部、电线部及接续部以相同的材料制成,因此不再需要替换打印机的材料的工序,从而可获得简化制造工序变的效果。此外,此外,对于导电性焊锡打印,虽然需要在高温下硬化如银的导电性焊锡的加热工序,但是根据本发明由于不再需要如上所述的附加工序,因此可获得能够进一步简化制造工序的效果。
<第三实施例>
图12是图示具有本发明第三实施例涉及的软传感器的手戴型装置的俯视图,图13是图示将图12的手戴型装置佩戴在手上的模样的俯视图,图14是图示图12的手戴型装置的连接部的分解立体图。
参照图12、图13及图14,手戴型装置800可以是伸缩性材料的片,所述伸缩性材料的片形成有用于与手指的各关节对应的多个软传感器700。在此,本实施例的手戴型装置800整体上与图6中图示的实施例类似,只是电极基板840和接续部850在特征上发生变化,因此以下将对此进详细说明。
本发明一实施例涉及的手戴型装置800的特征是,还包括电极基板840和接续部850。对于现有的手戴型装置,为了使通道的截面露出而切断软传感器的表面一部分之后,直接将线插入并制造,为了防止插入的电线脱落,可使用由粘合剂和无伸缩性的薄膜进行固定的方式。然而,使用如上所述方式时,软传感器的厚度越薄,材料越柔软,则存在电极插入的难度变大的问题,而且,由于需要作业者直接进行连接,因此不能实现自动化,多个通道时存在需要教长的作业时间的问题。
为了解决如上所述的问题,本发明一实施例涉及的手戴型装置800的特征是,还形成有电极基板840和接续部850,以使软传感器容易地与外部的电子设备链接。对此进行更加详细说明如下。
电极基板840形成于手戴型装置800上,可执行连接外部的电子设备(例如,连接器等)与软传感器的功能。在此,电极基板840可以是FPCB(Flexible Printed CircuitBoard)等各种电路基板。此外,这种电极基板840可与连接器(参照图16o的310)等接触以至结合。在此,电极基板840可由插入打印方式形成。即,在形成第一伸缩性层(参照图16a的111)之后,电极基板840可插入其上并形成。此时,电极基板840大致可位于第一伸缩性层(参照图16a的111)上不受手腕的活动的干涉的同时不侵犯传感器811、212、213、221、222、231、232、260及270的位置的区域。此外,电极基板840为了使电线部890的长度最小化,可位于能够使传感器811、212、213、221、222、231、232、260及270与电极基板840之间的距离最小化的区域。例如电极基板840可形成于靠近手腕的手背部分。为了耐久性,电极基板840的周围应由坚固的材料进行加固,因此,优选地,将电极基板置于手背部分而非灵活动的手腕。对电极基板840的形成位置及方法将在后面进行更加详细的说明。
接续部850可执行连接软传感器700的电线部740与电极基板840的功能。在此,接续部850可由预定的导电性物质形成,可由可用于涂布的液态或者固态的导电性物质形成。作为一例,接续部850也可以由在常温下保持液态且具有导电性的导电性液体金属形成。在此,导电性液体金属以使用EGaIn(EuteticGallium-Indium,共晶镓-铟合金)为例子进行说明。
接续部850可利用导电性液体金属以预定的图案形成,如上所述的接续部850可利用3D打印、喷嘴打印、喷墨打印、卷对卷打印等各种方法由如EGaIn(Eutetic Gallium-Indium)的材料形成。
在此,电极基板840和与其连接的接续部850的至少一部分可形成由伸缩性片710向外侧延长的延长部801。对此进行更加详细的说明如下。
连接部801包括第一板805和第二板807。
第一板805中在平坦的板上形成有贯通孔805a。在此,贯通孔805a的内部形成为可容纳如螺母的第二固定部件809b。此外,第一固定部件809a通过第二板807、伸缩性片710及第一板805,与第二固定部件809b结合,从而使伸缩性片710与第一板805和第二板807结合。
此外,附图中虽未图示,也可通过在贯通孔805a内部直接形成螺丝,以使第一固定部件809a直接固定在第一板805上。即,还可存在通过第一固定部件809a使第一板805和第二板807固定的各种形态。
本发明的特征是,如上所述,通过螺栓固定等可使第一板板和第二板结合的同时可使后述的接触式连接器807c与电极基板840连接。通过这种构成,不会对插在软传感器内部的电极基板840施加损伤的同时可实现电极连接。
第二板807包括贯通孔807a、FPC连接器807b及接触式连接器807c。即,第二板807具有平坦的板形状,其两侧部形成有贯通孔807a。所述贯通孔807a可供第一固定部件809a贯通插入。
第二板807中与伸缩性片710相面对的面上形成有接触式连接器807c。接触式连接器807c与电极基板840接触的部分由导电性物质形成,并与FPC连接器807b的各引脚连接。即,FPC连接器807b可通过接触式连接器807c贯通第二伸缩性层712上形成的第一开口部(参照图16k的202)并与电极基板840电连接。
在此,本发明一实施例涉及的手戴型装置800的特征是,使接触式连接器807c以预定的弹性形成,使接触式连接器807c与电极基板840紧密结合并形成。
即,接触式连接器807c的各端子内部夹设有如弹簧的预定的弹性部件(参照图16o的207d),从而向接触式连接器807c的各端子施加推向电极基板840的方向的弹力。因此,接触式连接器807c的各端子在与电极基板840接触的状态下,受到推向电极基板840方向的力,从而使接触式连接器807c的各端子和电极基板840紧密结合。
另外,第二板807的一侧面形成有FPC连接器807b。在此,FPC连接器807b由导电性物质形成,并与接触式连接器807c电连接。因此,经过软传感器700、接续部850、电极基板840、接触式连接器807c传递的电子信号通过在FPC连接器807b上连接FPC(参照图16o的310),从而可与外部的系统(放大器,计测器等)电连接。
另外,在伸缩性片710中内置有电极基板840的区域的外侧面上还可形成有加强部808。即,为了提高伸缩性片710的耐久性,在内置有电极基板840的区域的至少一面,优选在两面上还可形成有由非伸缩性薄膜等形成的加强部808。
通过如上所述加强部808,可分散固定第一板805和第二板807时产生的力,而且可防止在贯通伸缩性片710而形成的第二开口部804上产生应力集中。进而,可防止因外部压力导致接续部850破坏的产生,通过防止连接部801周围拉伸的产生,可获得提高耐久性的效果。
第一板805和第二板807通过固定部件809a、809b被固定。图中虽然图示了第一固定部件809a以螺栓状形成,第二固定部件809b以螺母状形状,且通过螺栓/螺母结结合使第一板805和第二板807结合,但是本发明思想不限于此,用于结合第一板805和第二板807的各种形态的固定部件皆可使用。
根据如上所述本发明,通过在FPC连接器807b中插入商用的FPC,从而可收集通过电极基板840传递的软传感器700的电信号。此外,通过相比于将电极基板840从软传感器700本体分支并进行硅加固的工序较为简单的组装工序,可形成连接部801,由此,可获得减少制造费用和时间的效果。此外,由于不必在电极基板840上直接安装或拆卸连接器,因此具有可防止电极基板840镀金部分的磨耗和损伤的效果。此外,通过安装或拆卸商用FPC连接器807b和FPC,从而具有不需要对连接器的使用熟练度的优点。
此外,根据本发明,具有能够稳定地形成电极部的优点,其与通道的厚度、通道的尺寸、通道的数量、软传感器的材料等无关。此外,由于可利用打印设备实现自动化,因此可获得能够缩短作业时间的效果。此外,可获得能够形成具有紧凑的(Compact)结构的电极部的效果。
图15是图示本发明的另一实施例涉及的手戴型装置的连接部的分解立体图。
连接部901包括第一板905和第二板907。
第一板905中在平坦的板上形成有贯通孔905a。在此,贯通孔905a的内部形成为可容纳如螺母的第二固定部件909b。此外,第一固定部件909a通过第二板907、伸缩性片710及第一板905,与第二固定部件909b结合,从而结合伸缩性片710与第一板905和第二板907。
此外,附图中虽未图示,也可通过在贯通孔905a内部直接形成螺丝,以使第一固定部件909a直接固定在第一板905上。即,还可存在通过第一固定部件909a将第一板905和
第二板907固定的各种形态。
第二板807包括贯通孔907a、FPC连接器907b及接触式连接器907c。即,第二板907具有平坦的板形状,其两侧部形成有贯通孔907a。所述贯通孔807a可供第一固定部件809a贯通插入。
第二板907中与伸缩性片710相面对的面上形成有接触式连接器907c。接触式连接器907c与电极基板940接触的部分由导电性物质形成,并与FPC连接器907b的各引脚连接。即,FPC连接器907b可通过接触式连接器907c贯通第二伸缩性层712上形成的第一开口部(参照图16k的202)并与电极基板940电连接。
在此,本发明的另一实施例涉及的手戴型装置的连接部901就接触式连接器907c为具有结构性弹性的连接器的这一点上,与上述的图14的实施例存在差别。即,本发明另一实施例涉及的手戴型装置的连接部的接触式连接器907c不另外具有弹性部件,接触式连接器907c本身具有结构性弹性。例如,如图15图示,接触式连接器907c能够以板簧的形态形成,其本身具有结构性弹性,因此,可执行弹性部件的功能。因此,接触式连接器907c在与电极基板940接触的状态下,受到推向电极基板940方向的力,从而使接触式连接器907c和电极基板940紧密结合。
另外,第二板907的一侧面形成有FPC连接器907b。在此,FPC连接器907b由导电性物质形成,并形成为与接触式连接器907c电连接。因此,经过软传感器700、接续部950、电极基板940、接触式连接器907c传递的电子信号通过在FPC连接器907b上连接FPC(参照图16o的310),从而可与外部的系统(放大器,计测器等)电连接。
另外,在伸缩性片710中内置有电极基板940的区域的外侧面上还可形成有加强部908。即,为了提高伸缩性片710的耐久性,在内置有电极基板940的区域的至少一面,优选在两面上还可形成由非伸缩性薄膜等形成的加强部908。
通过如上所述加强部908,可分散固定第一板905和第二板907时产生的力,此外可防止在贯通伸缩性片710并形成的第二开口部904上产生应力集中。进而,可防止因外部压力导致接续部950破坏的产生,通过防止连接部901周围拉伸的产生,可获得提高耐久性的效果。
第一板905和第二板907通过固定部件909a、909b被固定。图中虽然图示了第一固定部件909a以螺栓状形成,第二固定部件909b以螺母状形成,且通过螺栓/螺母结合使第一板905和第二板907结合,但是本发明思想不限于此,用于结合第一板905和第二板907的各种形态的固定部件皆可使用。
根据如上所述本发明,通过在FPC连接器907b中插入商用的FPC,能够收集通过电极基板940传递的软传感器700的电信号。此外,通过相比于将电极基板940从软传感器700本体分支并进行硅加固的工序较为简单的组装工序,可形成连接部901,由此,可获得减少制造费用和时间的效果。此外,由于不必在电极基板940上直接安装或拆卸连接器,因此具有可防止电极基板940镀金部分的磨耗和损伤的效果。此外,通过安装或拆卸商用FPC连接器907b和FPC,从而具有不需要对连接器的使用熟练度的优点。
图16是图示具有本发明一实施例涉及的软传感器的手戴型装置的制造方法的图。
参照图16a,在基底基材701上涂布第一伸缩性材料。在涂布第一伸缩性材料之后,如果经过预定的时间,则第一伸缩性材料硬化,并形成第一伸缩性层711。在此,图16a中虽然举例说明了第一伸缩性层7111的截面形成为四边形的例子,但是并不限于此,可形成为各种尺寸和形状。
在此,基底基材701可使用晶圆。
由于第一伸缩性层711具有十分薄的厚度和优秀的伸缩性,因此能够以各种形状和尺寸制作,而且能够以适合于所需的形状进行切割并使用。
然后,参照图16b,在第一伸缩性层711上利用喷嘴703打印导电性液体金属。
如上所述,如图16c所示在第一伸缩性层711上利用喷嘴703打印导电性液体金属形成传感器部720和电线部740。
然后,参照图16d,在电线部740的一侧布置电极基板840。此时,电极基板840的至少一部分可布置在第一伸缩性层711上,其位置可基于粘合剂或者粘性胶带等被固定。
然后,参照图16e,打印用于连接电线部740与电极基板840的接续部850。接续部850位于伸缩性片710的内部或者其一侧,可执行连接电线部740与电极基板840的功能。在此,本发明一实施例涉及的手戴型装置的制造方法的特征之一是,利用具有高结构稳定性的如EGaIn的导电性液体金属的性质,竖起三维立柱并将其放倒至电极基板840上并形成接续部850。详细地,当打印如EGaIn的导电性液体金属时,表面上形成有十分薄的氧化膜。即,内部虽为液体但由于外部形成薄膜,因此能够在一定程度改变内部的液体的模样。因此,由于如上所述的外部氧化膜,可实现将导电性液体金属向上拉高的工序。此外,对其进行切断时,也应该如捅破薄膜般地切断。此外,导电性液体金属被切断后,如果氧化膜破裂且内部的液体露出,则立刻重新形成氧化膜。对此进行更加详细的说明如下。
图16e是图16d的E部分的放大图。首先,如图16e,从电线部740的一端部开始喷嘴703向第一方向(A方向)移动一定程度的同时打印导电性液体金属。由此,形成接续部850的一部分并覆盖电线部740的一端部。
如上所述,如上所述,喷嘴703移动至电极基板840附近的同时在导电性液体金属被打印的状态下,如图16f,喷嘴703向第二方向(B方向)即在图中观察时以垂直移动并将导电性液体金属向垂直方向竖起。详细地,如EGaIn的导电性液体金属由于具有高粘性和结构稳定性,因此能够以垂直方向竖起至一定的高度。利用如上所述的性质,将喷嘴703向垂直方向移动的同时持续地喷射导电性液体金属,从而使由导电性液体金属构成的接续部850向垂直方向竖起。此时,接续部850可垂直竖起至一充分的高度,以使其倒下时能够覆盖电极基板840的一端部。
只是,图中第二方向(B方向)在图纸上虽图示为垂直方向,但是本发明思想不限于此。即,从图纸上观察时,喷嘴703并非一定要垂直移动的同时将导电性液体金属沿着垂直方向竖起,喷嘴703也可以以一定程度倾斜地移动的同时将导电性液体金属沿着倾斜的方向竖起。即,第二方向(B方向)可以是与A方向不平行且与A方向形成预定角度的任意方向。如上所述,如果接续部850竖起至一充分的高度,则如图16g,喷嘴703将向C方向移动,并使与喷嘴703连接的接续部850的末端部分置于电极基板840上部的接续部位上。
即,如上所述,接续部850以能够覆盖电极基板840的一端部的高度形成,接续部850完全倒下时,接续部850将覆盖电极基板840的一端部。然后,如果利用真空压力切断与喷嘴703连接的接续部850的末端部分,则其结果如图16h所示接续部850形成为一端部覆盖电线部740的一端部而另一端部覆盖电极基板840的一端部,从而执行电连接电线部740与电极基板840的功能。
然后,参照图16i,在形成有传感器部720、电线部740、接续部850等的第一伸缩性层711上涂布第二伸缩性材料并形成第二伸缩性层712。这种状态下,可从基底基材701揭下手戴型装置。
图16j是图16i的J部分的放大图。如同图16j,电极基板840和接续部850嵌在第二伸缩性层712的状态下,如图16k,通过在第二伸缩性层712上形成第一开口部802,以使电极基板840的一部分向外部露出。此时,第一开口部802能够以对应后述的第二板(参照图16o的207)的接触式连接器(参照图16o的207c)的形状形成。
此外,在伸缩性片710的下面,详细地是在伸缩性片710的内置有电极基板840的区域的下面还可形成有加固部808。另外,图中虽未图示,伸缩性片710中内装有电极基板840的区域的上部面还可形成有加强部。即,为了分散基于外力的压力并提高伸缩性片710的耐久性,在内置有电极基板840的区域的两面还可形成有由非伸缩性膜等形成的加强部808。
通过如上所述加强部808,可分散固定第一板805和第二板807时产生的力,而且可防止在贯通伸缩性片710并形成的第二开口部804上产生应力集中。进而,可防止因外部压力导致接续部850破坏的产生,通过防止连接部801周围拉伸的产生,可获得提高耐久性的效果。
然后,如图16l所示,为了防止由导电性液体金属形成的接续部850漏出,在电极基板840和伸缩性片710的分界部分的至少一部分,更加具体的是,在靠近接续部850的分界部分上利用粘合剂等可形成密封部803。换而言之,在由电极基板840向外部露出的区域和在伸缩性片710间的分界部分还可形成有用于防止接续部850流出的密封部803。
然后,如图16m所示,通过贯通伸缩性片710并形成第二开口部804。即,通过全部贯通第一伸缩性层711、接续部850及第二伸缩性层712,并形成第二开口部804。
然后,如图16n所示,在伸缩性片710的下面布置第一板805。第一板905中在平坦的板上形成有贯通孔。在此,贯通伸缩性片710形成的第二开口部804和第一板805的贯通孔可形成于相互对应的位置上。
然后,如图16o所示,在伸缩性片710的上面布置第二板807之后,通过利用固定部件809结合第一板805和第二板807,以制成连接部801。
在此,第二板807包括贯通孔(参照图14的207a)、FPC连接器807b及接触式连接器807c。即,第二板807具有平坦的板形状,其两侧部形成有贯通孔(参照图14的207a)。第二板807中与伸缩性片710相面对的面上形成有接触式连接器807c。接触式连接器807c与电极基板840接触的部分由导电性物质形成,并与FPC连接器807b的各引脚连接。即,FPC连接器807b可通过接触式连接器807c贯通第二伸缩性层712上形成的第一开口部802并与电极基板840电连接。
在此,本发明一实施例涉及的手戴型装置800的特征是,使接触式连接器807c以预定的弹性形成,使接触式连接器807c与电极基板840紧密结合并形成。即,接触式连接器807c的各端子内部夹设有如弹簧的预定的弹性部件807d,从而向接触式连接器807c的各端子施加推向电极基板840的方向的弹力。因此,接触式连接器807c的各端子在与电极基板840接触的状态下,受到推向电极基板840方向的力,从而使接触式连接器807c的各端子和电极基板840紧密结合。
另外,第二板807的一侧面形成有FPC连接器807b。在此,FPC连接器807b由导电性物质形成,并与接触式连接器807c电连接。因此,经过软传感器700、接续部850、电极基板840、接触式连接器807c传递的电子信号通过在FPC连接器807b上连接FPC910,从而可与外部的系统(放大器,计测器等)电连接。
另外,第一板805和第二板807通过如螺栓的加固部件(未图示)进行加固。即,加固部件(未图示)以螺栓形态形成,第一板805的结合部805a内部形成有螺丝(未图示),通过加固部件(未图示)和结合部805a可使第一板805和第二板807结合。除此之外,还可存在用于结合第一板805和第二板807的各种形态。
如上所述,如果通过伸缩性片710的第二开口部804结合第一板805和第二板807,则与电极基板840/接续部850连接的第二板807及与其结合的第一板805可形成从伸缩性片710的本体突出的连接部801。即,也可以说成,与电极基板840和接续部850电连接的连接部801从伸缩性片710的本体分支形成。
根据如上所述本发明,通过在FPC连接器807b中插入商用的FPC,能够收集通过电极基板840传递的软传感器700的电信号。此外,通过相比于将电极基板840从软传感器700本体分支并进行硅加固工序较为简单的组装工序,可形成连接部801,由此可获得减少制造费用和时间的效果。此外,由于不必在电极基板840上直接安装或拆卸连接器,因此具有可防止电极基板840镀金部分的磨耗和损伤的效果。此外,通过安装或拆卸商用FPC连接器807b和FPC,从而具有不需要对连接器的使用熟练度的优点。
此外,根据本发明,具有能够稳定地形成电极部的优点,其与通道的厚度、通道的尺寸、通道的数量、软传感器的材料等无关。此外,由于可利用打印设备实现自动化,因此可获得能够缩短作业时间的效果。此外,可获得能够形成具有紧凑的(Compact)结构的电极部的效果。
如上所述,如果电极基板840的端部840a向外部露出并形成连接部801,则电极基板840的端部840a可与外部的FPC910电连接。图中虽图示了在电极基板840的一侧形成有FPC(Flexible Printed Circuit)910,但是本发明思想不限于此,除了FPC之外还可以在各种电子设备以至电子部件上布置以与FPC连接器807b电连接。
最后,附图中虽未图示,将利用激光切割,裁剪,刀模等方法制成的软传感器片可裁剪成使用者所需的形状,如手或者手套形状等,并可制成软传感器及具有其的手穿戴型装置。
由于传感器部720和电线部740在第一伸缩性层711与第二伸缩性层712之间保持液态,因此利用如上所述方法制成的软传感器可保持传感器部520和电线部740的伸缩性。
此外,相比于利用模具制作的情况,软传感器能够以较薄的厚度制作,利用CAD/CAM可容易地设计并修改通道图案。
<第4实施例>
图17是图示本发明一实施例涉及的的印制电缆的立体图。
参照图17a和图17b,本发明一实施例涉及的印制电缆1100可包括、伸缩性片1110、电线部1120、电极基板1140及接续部1150。
现有的柔性印制电缆(flexible printed cable,FPC)作为薄且具有集成度的电线在电子产品内部使用,由于具有柔性(flexible)特征因此可进行一定程度的弯曲。如果如上所述FPC在不具有伸缩性(stretchable)的情况下施加一定程度以上的拉伸,则存在因在镀金部分上发生破裂(crack)可能导致电极的功能丧失的问题。此外,当进行一定程度以上的弯曲时(即,在具有十分小的弯曲率(curvature)的情况下进行弯曲时),因在镀金部分发生破裂(crack)可能导致损坏,基于反复的弯曲荷重可能存在导致疲劳破坏而发生的问题。由于这种弯曲率(curvature)的局限,因此在使用FPC进行电子产品内部设计时存在局限性。
为了解决如上所述的缺点,需要进行可伸缩电线(stretchable wire)的开发。然而,现有电线的导电体部分是不具有伸缩性(stretchable)的金属材料,因此为了制造可伸缩电线(stretchable wire),大部分采用将不具伸缩性(stretchable)的电线进行绞合。然而,这种情况下,存在拉伸率低、不易制造、小型化具有局限性的问题。
为了解决如上所述问题,本发明的特征是,通过利用柔软的硅材料和导电性液体金属,提供一种具有柔性的(flexible)且伸缩性的(stretchable)印制电缆。
在本发明的一实施例涉及的印制电缆中,由于由硅材料等形成的伸缩性片1110由于不因反复弯曲而产生疲劳荷重,因此具有不产生疲劳破坏的优点。此外,由于电缆内部的电极为液态金属,因此具有因弯曲不发生破裂(crack)的优点,进而具有在拉伸(stretch)状态下仍不使电连接(electrical connection)中断的优点。
以下对此进行更加详细的说明。
具体地,伸缩性片1110包括第一伸缩性层(参照图18i的111)和第二伸缩性层(参照图18i的112)。第一伸缩性层(参照图18i的111)和第二伸缩性层(参照图18i的112)可单独形成且具有上下方向层叠的结构。在此,伸缩性片1110虽然图示为具有第一伸缩性层(参照图18i的111)和第二伸缩性层(参照图18i的112)两个层,但是本发明思想不限于此,根据需要伸缩性片1110也可由各种材料的两个以上的层形成。
第一伸缩性层1111是通过涂布第一伸缩性材料而形成的层。第一伸缩性材料可以是具有伸缩性和柔韧性的非导电性物质。在此,虽然举例说明了第一伸缩性材料使用硅的例子,但是本发明思想并不限于此。如上所述的第一伸缩性层1111可通过在基底基材(参照图18a的101)上将第一伸缩性材料以旋涂、硅涂布(squeegeeing)、压缩成型或者打印等各种方法进行涂布而形成。
第二伸缩性层1112是通过涂布第二伸缩性材料而形成的层。第二伸缩性材料可以是具有伸缩性和柔韧性的非导电性物质。第二伸缩性材料可使用一种物质,该物质表面张力小于形成电线部1120的导电性液体金属(参照图18b的121)的表面张力。本实施例中,第二伸缩性材料使用硅,因此第一伸缩性材料与第二伸缩性材料为相同的材料,以此为例进行说明,但是本发明思想并不限于此。在此,当第一伸缩性材料与第二伸缩性材料使用相同的硅时,硅也可形成单(monolithic)片。只是,本发明思想不限于此,只要是表面张力小于导电性液体金属1121的表面张力,且具有伸缩性与柔韧性的材料,皆可作为第二伸缩性材料使用。如上所述的第二伸缩性层1112可通过在第一伸缩性层1111(及其上的电线电线部1120)上以旋涂、硅涂布(squeegeeing)、压缩成型或者打印等各种方法涂布第二伸缩性材料而形成。
在此,伸缩性片1110的厚度以约为300~500μm左右形成,从而能够以适用于电线的厚度形成。
电线部1120可在第一伸缩性层1111与第二伸缩性层1112之间形成。在此,电线部1120能够在第一伸缩性层1111上利用导电性液体金属(参照图18b的121)以预设的图案形成。如上所述的电线部1120可通过3D打印、喷嘴打印、喷墨打印、卷对卷打印等各种方法而形成。
电线部1120可由预定的导电性物质形成,可由可用于涂布的液体或者固态的导电性物质形成。作为一例,电线部1120还可以由常温下维持液态且具有导电性的导电性液体金属形成。在此,导电性液体金属以使用EGaIn(Eutetic Gallium-Indium,共晶镓-铟合金)为例子进行说明。
EGain还称之为共晶镓-铟合金。所述EGaIn可包括75.5wt%的镓(Ga)与24.5wt%的铟(In)。所述EGaIn可在约15.7℃下熔化,并在常温下维持液态。此外,所述EGaIn具有3.4x104S/cm水准的导电性,导电性十分高,粘度低有利于流动,因表面的氧化膜导致具有较高的表面张力。由于所述EGaIn的表面张力高,3D打印成所需图案时具有可维持形态的优点,因此易于形成微通道。此外,即使无需其他化学处理,也可通过结合在CNC设备的注射器进行注射,从而可直接打印所需的图案。
如上所述,电线部1120由导电性液体金属形成,因此可具有充分的伸缩性。在此,电线部1120的长度及间隔可根据所需的印制电缆1100的性能及尺寸等以各种形状制成。
在此,本发明的一实施例涉及的印制电缆1100可利用CAD设计通道图案,由此可一次性容易地设计多个通道图案。
此外,本发明涉及的印制电缆1100不受尺寸的制约,由于厚度十分薄且具有伸缩性,因此可形成各种数量和形状的电线部1120。
电极基板1140形成于电线部1120的至少一端部,且可执行连接外部的电子设备(例如,连接器等)与印制电缆1100的功能。在此,电极基板1140可以是FPCB(FlexiblePrinted Circuit Board)等各种电路基板。此外,这种电极基板1140可与外部的连接器(未图示)等接触以至结合。
接续部1150可执行连接印制电缆1100的电线部1120与电极基板1140的功能。在此,接续部1150可由预定的导电性物质形成,可由可用于涂布的液态或者固态的导电性物质形成。作为一例,接续部1150还可以由常温下维持液态且具有导电性的导电性液体金属形成。在此,导电性液体金属以使用EGaIn(Eutetic Gallium-Indium,共晶镓-铟合金)为例子进行说明。
接续部1150可利用导电性液体金属以预定的图案新城,如上所述的接续部1150可利用3D打印、喷嘴打印、喷墨打印、卷对卷打印等各种方法由如EGaIn(Eutetic Gallium-Indium)的材料形成。
在此,接续部1150能够以适当的长度形成以避免产生紧急转向区间。此外,接续部1150的间隔可根据所使用的电极基板的间距(pitch)而决定。
在此,接续部1150能够以适当的长度形成以避免产生紧急转向区间。此外,接续部1150的电极间隔可根据所使用的电极基板的间距(pitch)而决定。在此,当利用导电性焊锡形成接续部时,需要在高温下硬化导电性焊锡的加热工序,硬化的焊锡因具有很高脆性因此可能产生容易破碎的问题。此外,由于需要替换打印材料的工序,因此增加制造工序的复杂度。因此,本技术通过使用相同的材料打印电线部和接续部,从而具有能够简化制造工序、能够增加印制电缆的耐久性的特性。
图18a至图18i是图示图17a的印制电缆的制造方法的图。
参照图18a,基底基材1101上涂布有第一伸缩性材料。在涂布第一伸缩性材料之后,如果经过预定的时间,则第一伸缩性材料硬化并形成第一伸缩性层1111。在此,图18a中虽然举例说明了第一伸缩性层1111的截面形成为四边形的例子,但是并不限于此,可形成为各种尺寸和形状。
在此,基底基材1101可使用晶圆。
由于第一伸缩性层1111具有十分薄的厚度和优秀的伸缩性,因此能够以各种形状和尺寸制作,而且能够以适合于所需的形状进行切割并使用。
然后,参照图18b,在第一伸缩性层1111上利用喷嘴1103打印导电性液体金属。
喷嘴1103中可容纳作为导电性液体金属的EGaIn。喷嘴1103结合在CNC设备上,可被控制成能够朝三个轴方向移动。CNC设备可以是3D打印机,而且可包括三轴控制器、注射控制器、显微镜等。
如上所述,如图18c所示在第一伸缩性层1111上利用喷嘴1103打印导电性液体金属形成电线部1120。
然后,参照图18d,在电线部1120的至少一侧布置电极基板1140。此时,电极基板1140的至少一部分可布置在第一伸缩性层1111上,其位置可基于粘合剂或者粘性胶带等被固定。
然后,参照图18e,打印用于连接电线部1120与电极基板1140的接续部1150。接续部1150位于伸缩性片1110的内部或者其一侧,可执行用于连接电线部1120与电极基板1140的功能。
在此,本发明一实施例涉及的手戴型装置的制造方法的特征之一是,利用具有高结构稳定性的如EGaIn的导电性液体金属的性质,竖起三维立柱并将其放倒至电极基板1140上并形成接续部1150。详细地,当打印如EGaIn的导电性液体金属时,表面上形成有十分薄的氧化膜。即,内部虽为液体但由于外部形成薄膜,因此能够在一定程度改变内部的液体的模样。因此,由于如上所述的外部氧化膜,可实现将导电性液体金属向上拉高的工序。此外,对其进行切断时,也应该如捅破薄膜般地切断。此外,导电性液体金属被切断后,如果氧化膜破裂且内部的液体露出,则立刻重新形成氧化膜。对此进行更加详细地说明如下。
首先,如图18e,从电线部1120的一端部开始喷嘴1103向第一方向(A方向)移动一定程度的同时打印导电性液体金属。由此,形成接续部1150的一部分并覆盖电线部1120的一端部。
如上所述,喷嘴1103移动至电极基板1140附近的同时在导电性液体金属被打印的状态下,如图18f,喷嘴1103向第二方向(B方向)即在图中观察时以垂直移动并将导电性液体金属向垂直方向竖起。详细地,随着形成氧化膜且因EGaIn所具有的高结构稳定性,使用EGaIn时可沿着垂直方向竖起至一定高度。利用如上所述的性质,将喷嘴1103向垂直方向移动的同时持续地喷射导电性液体金属,从而使由导电性液体金属构成的接续部1150向垂直方向竖起。此时,接续部1150可垂直竖起至一充分的高度,以使其倒下时能够覆盖电极基板1140的一端部。
如上所述,如果接续部1150竖起至一充分的高度,则如图18g,喷嘴1103将向C方向移动,并使与喷嘴1103连接的接续部1150的末端部分置于电极基板1140上部的接续部位上。即,如上所述,接续部1150以能够覆盖电极基板1140的一端部的高度形成,接续部1150完全倒下时,接续部1150将覆盖电极基板1140的一端部。然后,如果利用真空压力切断与喷嘴1103连接的接续部1150的末端部分,则其结果如图18h所示,接续部1150形成为一端部覆盖电线部1120的一端部而另一端部覆盖电极基板1140的一端部,从而执行电连接电线部1120与电极基板1140的功能。
然后,参照图18i,在形成有电线部1120、接续部1150等的第一伸缩性层1111上涂布第二伸缩性材料并形成第二伸缩性层1112。此外,如果第二伸缩性层1112硬化,则利用激光切割,裁剪,刀模等方法可裁剪成使用者所需的形状。最后,可从基底基材1101将其揭下来并制成印制电缆1100。
如上所述的方法制作的软传感器由于电线部1120在第一伸缩性层1111与第二伸缩性层1112之间维持液态,因此电线部1120可维持伸缩性。
此外,可将电缆以薄的厚度制成,可利用CAD/CAM容易地设计通道图案并进行变更。
根据如上所述的本发明,利用打印设备可将连接电线部1120与电极基板1140的工序实现自动化,因此可获得缩短作业时间的效果。进而,本发明通过以相同的材料打印电线部和接续部从而具有能够简化制造工序,能够增加印制电缆的耐久性的特征.
本发明中说明的特定操作作为一实施例,不管以任何方法都不是用于限定本发明的范围。为了说明书的简洁明了,可以省略现有的电子结构、控制系统、软件、所述系统的其他功能性的方面的记载。此外,附图中图示的组成要素间的线的连接或者连接部件是用于举例表示功能性的连接和/或物理性或者化学性的连接,实际装置中能够以可代替的或者可增加的各种功能性的连接、物理性的连接,或者电路连接的形式体现。此外,如没有具体提及“必要的”、“重要的”等,则可能是实施本发明非必要的组成要素。
本发明的说明书中(尤其在权利要求书中),术语“所述”及其类似术语在单数和复数中皆可使用。此外,本发明中,当记载范围(range)时,是指包括使用属于所述范围的个别值的发明(如果无与其相反的记载),等同于发明的详细说明中记载了构成所述范围的每个个别值。最后,对于构成本发明涉及的方法的步骤,如没有明确地记载顺序或者无相反的记载,则所述步骤能够以适当的顺序执行。本发明并非一定受限于所述步骤的记载顺序。本发明中使用的所有的例子或者用于举例的术语(例如,等等)仅仅是用于详细说明本发明,只要权利要求书没有限定,本发明的范围不限于所述例子或者用于举例的术语。此外,本领域技术人员可知,在附上的权利要求书或者其等同的范畴内根据不同的设计条件和因素可进行各种修改、组合及变更。
以上说明的本发明涉及的实施例能够在电脑上通过各种组成要素以可执行的电脑程序的形态实施,如上所述的电脑程序可记录在电脑可读媒体上。此时,媒体也可以是为了持续地储存、执行或者下载电脑可执行程序而用于储存的物体。此外,媒体可以是由单一或者多个硬件结合的形态的各种记录手段或者储存手段,且不限于直接访问某一电脑系统的媒体,也可以在网路上分散存在。作为媒体的例子可以是包括如硬盘、软磁盘及磁带的磁性媒体,如CD-ROM和DVD的光记录媒体,如软式光盘(floptical disk)的磁-光媒体(magneto-optical medium),以及ROM、RAM、闪存等在内的,具有能够储存程序命令的介质。此外,作为其他媒体的例子,也可以是销售应用程序的应用商店或者其他各种提供及销售软件的网站、服务器等中管理的记录媒体及储存媒体。
以上虽然基于具体的组成要素等特定事项和限定的实施例及附图说明了本发明,但是这仅仅是为了有助于全面地理解本发明而提供的,本发明不限于所述实施例,对于本发明所属技术领域中具有通常知识的技术人员而言,基于上述记载可尝试各种修改和变更。因此,本发明思想不能局限于所述实施例而决定,在后叙的权利要求书,以及与该权利要求书等同或者与其等价变形的范围应皆属于本发明思想的范畴。
工业实用性
本发明可应用于手戴型装置及其制造方法。