CN204831652U - 压力感测装置 - Google Patents

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牟方胜
刘仁昌
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Abstract

本实用新型提供一种压力感测装置，其包括一压力感测层，该压力感测层包括复数个压力感测单元，该压力感测单元包括至少一种正温度系数材料与至少一种负温度系数材料，所述压力感测单元检测所述压力感测层被按压之后产生的阻值变化量，该负温度系数材料用于补偿该正温度系数材料被按压后由于温度引起的电阻值变化，使所述压力感测装置对温度不敏感。

Description

压力感测装置
【技术领域】
本实用新型涉及压力感测领域，尤其涉及一种压力感测装置。
【背景技术】
随着近年来触控面板技术不断更新，触控面板已经成为显示设备的首选产品。近期来，一种带来全新触控体验的压力感测装置在触控面板引发了一股热潮，这种压力感测装置可以通过侦测按压后压力感测单元的阻值变化大小，而准确判定按压力度的大小，其可以单独应用于仅需侦测压力大小的触控领域，还可以与传统触控面板结合而兼顾二维坐标和三维触压力度的精准检测。
压力感测可通过芯片侦测按压区域的压力感测单元的电阻信号的变化，以获得压力按压力度的大小。目前触控面板领域常用的导电材料为ITO材料，其具有良好导电性及透光率，且在受按压之后，电阻值也会相应变化。理论上，可以根据电阻值变化量的大小，判断出相应的压力大小。但ITO材料是一种典型的正温度系数材料，其电阻值会随着温度的升高而升高，若用于压力感测中，则会导致当手指与触控面板接触时，手指热量传递到触控面板的压力感测层，从而使ITO材料的压力感测层的电阻值变大。因此，将单一正温度系数材料用于压力感测中，由于温度存在而无法获得精准的按压力度大小。
【实用新型内容】
为克服目前电阻式压力感测装置的检测按压力度大小的缺陷，本实用新型中提供了一种具有温度补偿功能的电阻式压力感测装置。
本实用新型为解决技术问题提供了一种压力感测装置，其包括一压力感测层，该压力感测层包括复数个压力感测单元，该压力感测单元包括至少一种正温度系数材料与至少一种负温度系数材料，所述压力感测单元检测所述压力感测层被按压之后产生的阻值变化量，该负温度系数材料用于补偿该正温度系数材料被按压后由于温度引起的电阻值变化。
优选地，该压力感测单元包括同层设置的至少一正温度系数区及至少一负温度系数区，所述正温度系数区包括至少一种正温度系数材料，所述负温度系数区包括至少一种负温度系数材料。
优选地，所述正温度系数区与所述负温度系数区的长度和横截面积比值的比与其相应电阻率和温度系数积的比例关系为式(Ⅰ)所示：
(L正/S正)/(L负/S负)＝|(ρ负×α负)/(ρ正×α正)|(Ⅰ)；
其中，L正、S正、ρ正、α正分别表示正温度系数区的长度、面积、电阻率、温度系数，L负、S负、ρ负、α负分别表示负温度系数区的长度、面积、电阻率、温度系数。
优选地，所述压力感测单元为菱形形状，所述正温度系数区与所述负温度系数区的分布方式为平行并列排布或以一中心环绕对称排布。
优选地，所述压力感测单元为折线形或“米”字形，该折线形或“米”字形的横截面中，所述正温度系数区与所述负温度系数区的分布方式为平行并列排布或交替排布。
优选地，该压力感测单元包括上下设置的至少一正温度系数层及至少一负温度系数层，所述正温度系数层包括至少一种正温度系数材料，所述负温度系数层包括至少一种负温度系数材料。
优选地，所述正温度系数层与所述负温度系数层在平面上的图案相同且重叠。
优选地，所述正温度系数层与所述负温度系数层的相应厚度比与其相应电阻率和温度系数积的比例关系为式(Ⅱ)所示：
h正/h负＝|(ρ正×α正)/(ρ负×α负)|(Ⅱ)；
其中，h正、ρ正、α正分别表示为正温度系数层的厚度、电阻率、温度系数，h负、ρ负、α负分别表示为负温度系数层的厚度、电阻率、温度系数。
优选地，该正温度系数层与该负温度系数层在横截面中是呈上下平行排布、上下交替排布或中心对称排布。
优选地，该负温度系数材料的电阻率比该正温度系数材料的电阻率大5倍及以上。
优选地，该负温度系数材料为整层覆盖于该正温度系数层上，并与该基板部分接合。
优选地，该正温度系数层与所述负温度系数层在图案重叠位置的厚度比与其相应电阻率和温度系数积的比例关系为式(Ⅲ)所示：
h正/h负＝|(ρ正×α正)/(ρ负×α负)|(Ⅲ)；
其中，h正、ρ正、α正分别表示为正温度系数层的厚度、电阻率、温度系数，h负、ρ负、α负分别表示为负温度系数层的厚度、电阻率、温度系数。
优选地，所述压力感测装置进一步包括一压力感测芯片，与所述压力感测单元电连接，所述压力感测芯片通过检测所述压力感测层在受到压力后产生的电阻变化量实现对所述压力大小的检测。
优选地，所述正温度系数材料为纳米级的银、铜、铝、金，或纳米级的氧化铟锡、氧化锡锑、氧化铟锌、氧化锌铝，或石墨烯、金属网格、透明导电高分子材料的任意一种材料，所述负温度系数材料为纳米碳管。
与现有技术相比，第一，本实用新型提供了一种压力感测装置，该压力感测装置创新性地将正温度系数材料用于制备电阻式压力感测层中，其中，正温度系数材料可优选如ITO材料或其它电阻值随着温度升高而增大的材料。
为了能获得更精准的压力大小检测，本实用新型将正温度系数材料与负温度系数材料按照一定的比例组合形成压力感测单元，所述压力感测单元检测所述压力感测层被按压之后产生的阻值变化量，所述压力感测单元的电阻值受温度变化影响相对于现有技术中单纯包括如ITO等正温度系数材料形成的电阻式压力感应单元更小，从而有效避免由于正温度系数材料随着手指传递到压力感测装置的温度提升而使压力感应单元电阻值上升量大于手指按压动作对压力感测装置电阻值的下降量，而导致无法对手指按压力度大小检测的情况，从而获得具有更好压力感测灵敏度的压力感测装置，实现对手指按压力度大小的精准检测，最终提高压力感测装置的用户使用满意度。
第二，本实用新型所提供的压力感测装置或压力感测装置中，所述正温度系数区与所述负温度系数区的相应长度与横截面积的比值的比与其具体材料的电阻率与温度系数积的比的绝对值成反比，所述正温度系数层与所述负温度系数层的相应厚度比与其具体材料的电阻率与温度系数积的比的绝对值成正比。采用这一比值关系，可以实现对压力感测的完全温度补偿，避免按压信号受到手指温度造成电阻值上升的影响，从而获得一种对温度不敏感的压力感测装置或压力感测装置，其中，压力感测装置或压力感测装置的电阻值仅与手指按压力度有关，而与手指温度无关。
第三，本实用新型所提供的压力感测装置中，所述压力感测单元可包括同层设置的至少一正温度系数区及至少一负温度系数区，所述正温度系数区包括至少一种正温度系数材料，所述负温度系数区包括至少一种负温度系数材料，其中，正温度系数区与负温度系数区可为平行并排设置或胶体排列设置或并列设置，这样的设置可使正温度系数区与负温度系数区之间的接触更为紧密，从而可以获得灵敏度更高的压力感测装置。更进一步地，本实用新型所提供的压力感测装置中所包括的正温度系数层及负温度系数层还可实现多层或以多种形状进行叠加设置，同样具有可提高药理感测灵敏度的技术效果。在应用过程中，还可根据具体所要达成的产品效果以选择不同温度系数值的正温度系数材料与负温度系数材料，并根据温度系数值的不同以调整不同材料的实际用量，具有较好的实用性。
【附图说明】
图1A是正温度系数材料受到手指温度影响造成阻值变化示意图。
图1B是正温度系数材料受到手指温度及按压影响造成阻值变化示意图。
图2是负温度系数材料受到手指温度影响造成阻值变化示意图。
图3是本实用新型压力感测装置受到手指按压的阻值变化示意图。
图4A是本实用新型第一实施例压力感测装置的立体爆炸结构示意图。
图4B是本实用新型第一实施例压力感测装置中压力感测层的平面结构示意图。
图4C是图4A中A处所示的压力感测单元第一变形实施例的结构示意图。
图4D是图4A中A处所示的压力感测单元第二变形实施例的结构示意图。
图4E是图4A中A处所示的压力感测单元第三变形实施例的结构示意图。
图5A是本实用新型第二实施例压力感测装置中压力感测层的平面结构示意图。
图5B是图5A中B处所示的压力感测单元第一变形实施例的结构示意图。
图5C是图5A中B处所示的压力感测单元第二变形实施例的结构示意图。
图6A是本实用新型第三实施例压力感测装置中压力感测层的平面结构示意图。
图6B是图6A中所示压力感测单元的沿Ⅲ-Ⅲ方向的剖面结构示意图。
图7是本实用新型第四实施例压力感测装置的剖面结构示意图。
图8是本实用新型第五实施例压力感测装置的剖面结构示意图。
图9是本实用新型第六实施例压力感测装置的剖面结构示意图。
图10是本实用新型第七实施例压力感测装置的剖面结构示意图。
【具体实施方式】
为了使本实用新型的目的，技术方案及优点更加清楚明白，以下结合附图及实施实例，对本实用新型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实用新型，并不用于限定本实用新型。
正温度系数材料是指其自身的电阻值随着温度升高而升高。正温度系数材料中原子除去自由电子剩下的带正电的离子对电子定向移动产生的阻挡碰撞，当温度越高，此带正电的离子在平衡位置的震动越剧烈，对电子的阻挡效果越好，因此，其电阻值越高。
而负温度系数材料是指其自身的电阻值随着温度升高而降低。
请参阅图1A，系包含正温度系数材料的压力感测层在与人体手指接触时，由于手指具有一定温度，手指温度的传递到压力感测层，并提升压力感测层的温度，从而使包含正温度系数材料的压力感测层的电阻值由约63300ohm提升至约63400ohm，电阻值由于手指温度的影响而上升了近100ohm。
手指按压压力感测层的过程中由于温度传递需要一定时间，因此温度对压力感测层中电阻的影响有一平缓变化段，随着压力感测层温度的缓慢提升，压力感测层的电阻值也随之缓慢提高或降低，当温度不再提升或当手指停止按压压力感测层后，电阻值也会随之缓慢回复原大小；而手指按压压力感测层的过程中，手指施加于该压力感测层上的压力大小的变化过程为：
压力为零(即手指与压力感测层仅接触)—压力快速增大—达到最大值—压力快速减小—压力为零(即手指不与压力感测层接触)。
请参阅图1B，系包含正温度系数材料的压力感测层在受到手指按压时，由于手指按压的外力作用，使包含正温度系数材料的压力感测层的电阻值下降，在手指接触压力感测层前，所述压力感测层的电阻值约为45940ohm，在手指接触压力感测层到施加压力的过程中，压力感测层的电阻值从45940ohm上升至约46000ohm；如图1B中I处所示的手指按压区域，在手指对压力感测层施加压力后，由于外力作用使压力感测层电阻值产生变化，并由约46000ohm急速下降至约45970ohm，下降量为30ohm；当手指停止施压压力后至手指完全与压力感测层分离的过程中，由于仅受到手指温度的影响，压力感测层的电阻值从约45970ohm上升至约46020ohm，上升量为50ohm。可见，在整个手指触压含有正温度系数材料压力感测层的过程中，由于手指温度导致该压力感测层的电阻值的上升量大于由于手指按压导致该压力感测层的电阻值的下降量，因此，仅包含正温度系数材料的压力感测层无法有效对压力的大小进行有效的感测。
请参阅图2，系包含负温度系数材料的压力感测层在与人体手指接触时其电阻值随温度变化，其中，负温度系数材料为其材料电阻值随着温度的升高而降低。由于手指具有一定温度，手指温度传递到压力感测层，并提升压力感测层的温度，从而使包含负温度系数材料的压力感测层的电阻值由约13040ohm下降至约12950ohm，电阻值由于手指温度的影响而下降了近90ohm。
请参阅图3，系本实用新型具有温度补偿的压力感测装置中压力感测单元的温度及压力变化对其电阻值影响的关系曲线图。当使用者用手指触压压力感测装置后，将致使压力感测单元的温度提升并产生微小的形变，进而同时影响压力感测单元的电阻值。具体地，本实用新型所提供的压力感测装置中包含由正温度系数材料与负温度系数材料混合制成的压力感测单元，由于正温度系数材料随温度上升而导致电阻的上升量与负温度系数材料随温度下降而导致电阻的下降量之间相互抵消，所以，可以实现对压力感测单元的完全温度补偿，避免手指按压信号所体现的电阻值受到手指温度上升的影响，从而获得一种对温度不敏感的压力感测装置。
其中，包括正温度系数材料与负温度系数材料的压力感测单元的温度补偿原理如下：
R＝R正温度系数+R负温度系数；
温度上升而带来的电阻值为：
R＇＝(R正温度系数+ΔR正温度系数)+(R负温度系数+ΔR负温度系 数)；
其中，ΔR正温度系数表示正温度系数材料因温度上升而产生的电阻变化量，ΔR负温度系数表示负温度系数材料因温度上升而产生的电阻变化量，当ΔR正温度系数+ΔR负温度系数＝0时，则R＝R＇，即压力感测单元的电阻值不受温度变化的影响。
如图3中Ⅱ处所示的四个区域，均为手指触压压力感测单元后，由于手指触压而带来的温度不会使压力感测单元的电阻值上升，因此可以避免温度影响电阻值的上升量大于外力作用(如压力)而引起的压力感测单元电阻值的下降量，从而可以更精准地获得外力作用下压力感测单元电阻值的变化量。
因此，当温度对压力感测单元的电阻值的影响较小时，即压力感测单元的电阻值对温度不敏感，由于手指触压的力道不同，压力感测单元所产生不同的阻值变化将会更加显著。如触压的力道较大，则本实用新型所提供的压力感测单元的电阻值的变化量较大；相反地，如果触压的力道较小，则该压力感测单元的电阻值的变化量较小。因此，籍由测量的压力感测单元的电阻值变化量，便可精准地判断出触压的力度。
请参阅图4A-4B，本实用新型第一实施例提供一种压力感测装置10，该压力感测装置10包括一基板11，设置于所述基板11表面的一压力感测层12与一压力感测芯片13。其中，该压力感测层12包括复数个同层设置的压力感测单元121，该压力感测单元121的形状为菱形，此处仅列举少量的压力感测单元121。
所述压力感测单元121用以感测压力大小，所述压力感测单元121包括至少一种正温度系数材料与至少一种负温度系数材料。
此处及以下所述正温度系数材料为前述电阻值随温度升高而上升的材料，其可包括但不受限于：可以为纳米级的银、铜、铝、金等金属，或氧化铟锡(IndiumTinOxide，ITO)、氧化锡锑(AntimonyDopedTinOxide，ATO)、氧化铟锌(IndiumZincOxide，IZO)、氧化锌铝(AluminumZincOxide，AZO)等金属氧化物，或石墨烯、金属网格、透明导电高分子材料的任意一种材料。
此处及以下所述负温度系数材料为电阻值随温度升高而下降的材料，其可包括但不受限于：纳米碳管。
该压力感测芯片13与该压力感测单元121电连接。所述压力感测芯片13通过检测所述压力感测单元121在受到压力后产生的电阻变化量实现对所述压力大小的检测。该压力感测芯片13与该压力感测单元121之间通过多条电极连接线131连接，所述电极连接线131的材料不局限为与压力感测单元121相同，还可以为钼、铝、铜、金、银等金属或其合金。
在一些实施例中，所述压力感测芯片13还可包括惠斯通电桥电路(图未示)，所述惠斯通电桥电路对压力感测单元121的电阻值的改变进行信号放大处理，进而使得所述压力感测芯片13可以更加精确的检测出外接压力的大小，从而进行后续不同的控制信号输出。
请参阅图4C，本实用新型第一实施例所提供的压力感测装置10中压力感测单元121的第一变形实施例：压力感测单元121内设有至少一个正温度系数区122及至少一个负温度系数区123，该正温度系数区122内为正温度系数材料，该负温度系数区123为负温度系数材料。
根据物体的电阻R的计算公式为：
R＝ρL/S(1)；
其中，ρ为本实用新型中所述正温度系数材料、负温度系数材料的电阻率，L为本实用新型中所述正温度系数区122或所述负温度系数区123的长度，S为所述正温度系数区122或所述负温度系数区123电流方向的横截面积。
本实用新型中所述正温度系数材料、负温度系数材料的电阻率随温度变化的公式为：
ρT＝ρ(1+αT)(2)；
其中，ρ为正温度系数材料、负温度系数材料的电阻率，α为电阻的温度系数，T为温度。
结合上述式(1)与式(2)：
当环境温度为T0时(如T＝0)时，物体的电阻值为：
RT0＝ρL/S(3)；
当环境温度为T1时，物体的电阻值为：
RT1＝ρL/S(1+α(T1-T0))(4)；
由上述的式(1)-式(4)可以推导出材料电阻值受温度影响的ΔR温度可表示为如下式(5)：
ΔR温度＝RT1-RT0
＝ρL/S(1+α(T1-T0))-ρL/S
＝αΔT(ρL/S)(5)；
其中，ΔT表示温度变化量；ΔR温度可分为ΔR正温系数区与ΔR负温度系数区。
从上述式(5)中可以看出，为了消除温度对压力感测单元的阻值影响(即，使正温度系数区122由于温度变化而带来的电阻值变化的ΔR正温系数区与负温度系数区123中由于温度变化而带来的电阻值变化的ΔR负温度系数区的和趋向于或等于零)，需要控制正温度系数区122与负温度系数区123图案靠近以使两者接受相同的温度变化ΔT，且α(ρL/S)绝对值需相近，才能使ΔR正温系数区度与ΔR负温度系数 区可以相互抵消，从而消除温度对压力感测单元的阻值影响。
较佳的实施例将压力感测单元的大小设计为25mm2-225mm2(此面积范围为约一个手指正常施力作用于压力感测装置，其温度及压力能够产生显著影响的范围大小)，可以保证所述压力感测单元121内的正温度系数区122与负温度系数区123可以同时接受相同的温度变化ΔT影响。
因选定的正温度系数材料及负温度系数材料在一确定的温度(即温度变化ΔT不变)下材料的温度系数α值及电阻率ρ值是固定的，因此在压力感测单元121的图案控制中仅需控制正温度系数区122与负温度系数区123图案的长度L与面积S的比值，即可使得正温度系数区122与负温度系数区123的α(ρL/S)的绝对值接近，即可达到消除温度对压力感测单元的阻值影响的效果。在本实施例中，可控制该正温度系数区122与负温度系数区123的长度L与面积S的比值的比与其相应电阻率ρ与温度系数α积的比的绝对值成反比，具体的比例关系如式(6)中所示：
(L正/S正)/(L负/S负)＝|(ρ负×α负)/(ρ正×α正)|(6)。
本实用新型此处及以下所述的L正、L负、S正、S负、ρ正、ρ负、α正及α负所表示的内容如下：L正、S正、ρ正、α正分别表示正温度系数区的长度、面积、电阻率、温度系数，L负、S负、ρ负、α负分别表示负温度系数区的长度、面积、电阻率、温度系数。
具体地，如图4C中所示，正温度系数区122与负温度系数区123相互平行间隔设置并与压力感测单元121两端的电极连接线131垂直设置。
请参阅图4D，本实用新型第一实施例所提供的压力感测装置10中压力感测单元121的第二变形实施例：其与上述压力感测单元121的第一变形实施例的区别在于正温度系数区122与负温度系数区123以压力感测单元121的形心为中心，环绕对称分布排列若干个间隔设置的区域，在另外的实施例中，正温度系数区122与负温度系数区123的形状不受限制，可以为正方形、圆形、椭圆形、三角形、多边形或不规则图形等图形中的任意一种或几种。
请参阅图4E，本实用新型第一实施例所提供的压力感测装置10中压力感测单元121的第三变形实施例：其与上述压力感测单元121的第一及第二变形实施例的区别在于该正温度系数区122包括第一正温度系数区1221及第二正温度系数区1222，该负温度系数区123包括第一负温度系数区1231及第二负温度系数区1232。该第一正温度系数区1221、第二正温度系数区1222、第一负温度系数区1231及第二负温度系数区1232分别间隔设置，其上述四个区域中正温度系数区1221与1222与负温度系数区1231、1232的长度L及面积S的比值的比均与其相应电阻率ρ与温度系数α积的比的绝对值成反比，上述的比例关系如式(7)中所示：
(L正/S正)/(L负/S负)＝|(ρ负×α负)/(ρ正×α正)|(7)。
该第一正温度系数区1221、第二正温度系数区1222、第一负温度系数区1231及第二负温度系数区1232以该压力感测单元121的形心为中心环绕间隔排布，该第一正温度系数区1221、第二正温度系数区1222、第一负温度系数区1231及第二负温度系数区1232的形状不受限制，可以为正方形、圆形、椭圆形、三角形、多边形或不规则图形等图形中的任意一种或几种。
请参阅图5A-5C，本实用新型第二实施例提供了一种压力感测装置20，其与第一实施例的区别在于该压力感测装置20中的压力感测层22上包括复数个同层设置的压力感测单元221，该压力感测单元221的形状为折线型，故，省略第一实施例中某些元件的阐述，此处列举少量的压力感测单元221。
该压力感测单元221包括至少一个正温度系数区222及至少一个负温度系数区223。该正温度系数区222包括正温度系数材料，该负温度系数区223包括负温度系数材料。该正温度系数区222与负温度系数区223的长度L与面积S的比值的比与其相应电阻率ρ与温度系数α积的比的绝对值成反比，上述的比例关系如式(8)中所示：
(L正/S正)/(L负/S负)＝|(ρ负×α负)/(ρ正×α正)|(8)。
如图5B中所示，本实用新型第二实施例中压力感测单元221的第一变形实施例中，该压力感测单元221包括一正温度系数区222及一负温度系数区223，该正温度系数区222与负温度系数区223平行并列设置，在该实施例中，正温度系数区222与一负温度系数区223的长度L相同，仅需控制其电流方向的横截面积S的比与其相应电阻率ρ与温度系数α积的比成反比即可达到消除温度影响的效果，具体的比例关系如式(9)中所示：
S正/S负＝|(ρ负×α负)/(ρ正×α正)|(9)。
如图5C中所示，本实用新型第二实施例中压力感测单元221的第五变形实施例中，该压力感测单元221内包括间隔设置的多个正温度系数区222及负温度系数区223，该正温度系数区222与负温度系数区223交替排列形成条状折线形的压力感测单元221。在该实施例中，正温度系数区222与负温度系数区223的电流方向的横截面积s相同，仅需控制其正温度系数区222与负温度系数区223的长度L的比与其相应电阻率ρ与温度系数α积的比的绝对值成反比，即可达到消除温度影响的效果，其比例关系具体如式(10)中所示：
L正/L负＝|(ρ负×α负)/(ρ正×α正)|(10)。
请参阅图6A-6B，本实用新型第三实施例提供了一种压力感测装置30，其与第一和第二实施例的区别在于该压力感测装置30中压力感测单元321为“米字型”形状，故，省略这两个实施例中某些元件的阐述，此处列举少量的压力感测单元321。如图6B中所述，其中一个压力感测单元321包括一正温度系数区322及一负温度系数区323，其中，该正温度系数区322包括正温度系数材料，该负温度系数区323包括负温度系数材料。该正温度系数区322与该负温度系数区323为并列设置，且形状相同。
该正温度系数区222与负温度系数区223的长度L与面积S的比值的比与其相应电阻率ρ与温度系数α积的比的绝对值成反比，其比例关系如式(11)中所示：
(L正/S正)/(L负/S负)＝|(ρ负×α负)/(ρ正×α正)|(11)。
在另外的实施例中，该压力感测单元32中包含的正温度系数区322与负温度系数区323的分布方式不受限制，可为上述第一、第二实施例中的任一种正温度系数区与负温度系数区的分布方式。
请参阅图7，本实用新型第四实施例提供了一种压力感测装置40，其包括一基板41及设置于基板41表面的压力感测层42，该压力感测层42上包括复数个压力感测单元421，该压力感测单元421的形状及其分布方式如本实用新型第一至第三实施例中任一实施例中所述一致，其与第一至第三实施例的区别在于该压力感测单元421包括至少一上下分层设置的正温度系数层422及负温度系数层423，在压力感测单元421的横截面图中可以看出，正温度系数层422与负温度系数层423是上下平行排布。
其中，该正温度系数层422包括至少一种正温度系数材料，该负温度系数层423也包括至少一种负温度系数材料。在此实施例中，因正温度系数层422与负温度系数层423分层设置，在一定程度上，温度对两层影响的作用面是相同的，即在电流方向的长度L及横截面积S中的宽a是相同的。
正温度系数层422与负温度系数层423的横截面积可表示为式(12)：
S＝a×h(12)；
其中，式(12)中所示a为横截面积的宽，h为材料层厚度，可见，横截面积S与厚度h成反比，由于正温度系数层422与负温度系数层423的上下平行排布，其长度L及宽度a均相等，因此，仅需通过控制正温度系数层422与负温度系数层423的厚度h与其相应电阻率ρ与温度系数α积的比的绝对值成正比，其比例关系如式(13)中所示：
h正/h负＝|(ρ正×α正)/(ρ负×α负)|(13)；
本实用新型此处及以下的h正、ρ正、α正分别表示为正温度系数层的厚度、电阻率、温度系数，h负、ρ负、α负分别表示为负温度系数层的厚度、电阻率、温度系数。
请参阅图8，本实用新型第五实施例提供的了一种压力感测装置50，其与上述第四实施例的区别在于压力感测装置50包括一压力感测层52，该压力感测层52设置在基板51的其中一表面上，该正温度系数层522设置在该负温度系数层523之上且两者表面的面积相等，该负温度系数层523直接设于该基板51之上。
在另外的实施例中，该正温度系数层522与该负温度系数层523设置的位置可相互调换。
该正温度系数层522包括第一正温度系数层5221及第二正温度系数层5222，该第二温度系数层5222设于该第一正温度系数层5221之上，该第一正温度系数层5221直接设于该基板51之上；该负温度系数层523同样包括第一负温度系数层5231及第二负温度系数层5232，其中第一负温度系数层5231设于第一正温度系数层5221与第二正温度系数层5222之间，第二负温度系数层5232设于第二正温度系数层5222之上，即正温度系数层与负温度系数层在横截面中是上下交替排布。其中，该第一正温度系数层5222、第一负温度系数层5231、第二正温度系数层5223及第二负温度系数层5232的表面的面积相等。
其中，图8中所示，第一正温度系数层5221与第二正温度系数层5222包括不同种的正温度系数材料，第一负温度系数层5231与第二负温度系数层5232包括同种的负温度系数材料。
在另外的实施例中第一正温度系数层5221与第二正温度系数层5222也可包括同种的正温度系数材料。
在另外的实施例中第一负温度系数层5231与第二负温度系数层5232也可包括不同种的负温度系数材料。在另外的实施例中，在满足正温度系数层522与负温度系数层523的厚度比为固定的前提下，所述正温度系数层522与该负温度系数层523的具体层数及其层叠加顺序不受限制。
请参阅图9，本实用新型第六实施例提供了一种压力感测装置60，其与第四至第五实施例的区别在于正温度系数层622与负温度系数层623在横截面中，是呈中心对称排布，例如分别为形状互补且为可组成一横截面为矩形的三菱柱，故，省略第四至第五实施例中某些元件的阐述。该正温度系数层622直接设于所述基板61之上，该负温度系数层623设于该正温度系数层621之上。在另外的实施例中，该正温度系数层622与该负温度系数层623还可为形状互补且可组成一横截面为矩形或其他形状的结构，该正温度系数层622及该负温度系数层623可分别包括两个及以上包括不同种或同种的温度系数材料的层结构，该正温度系数层622与该负温度系数层623的叠加顺序不受限制。
请参阅图10，本实用新型第七实施例提供了一种压力感测装置70，其与第四实施例的区别在于该正温度系数层722直接设于基板71之上，该负温度系数层723的材料特选是为在电阻率较大，例如是电阻率比正温度系数层722的电阻率大5倍及以上的材料。则其在未受触压物体温度影响时，对于检测系统接近于绝缘材料，而在受到触压物体温度影响时，阻值可以降低到能够被系统检测出。则负温度系数层723可以为不蚀刻图案，而简单地整层覆盖在该正温度系数层722之上，并与基板71部分接合，在检测过程中，因负温度系数层723在未触压区域对检测系统接近于绝缘，而在触压位置又可以检测出阻值变化，因而只需控制负温度系数层723在与正温度系数层722，在图案重叠位置的厚度h与其相应电阻率ρ与温度系数α积的比的绝对值成正比即可，此处的比例关系如式(14)中所示：
h正/h负＝|(ρ正×α正)/(ρ负×α负)|(14)。
本实施例的检测原理与第四实施例相同，故，省略第四实施例中某些元件的阐述。
与现有技术相比，第一，本实用新型提供了一种压力感测装置10，该压力感测装置10创新性地将正温度系数材料用于制备电阻式压力感测层12中，其中，正温度系数材料可优选如ITO材料或其它电阻值随着温度升高而增大的材料。
为了能获得更精准的压力大小检测，本实用新型将正温度系数材料与负温度系数材料按照一定的比例组合形成压力感测单元121，所述压力感测单元121检测所述压力感测层12被按压之后产生的阻值变化量，所述压力感测单元121的电阻值受温度变化影响相对于现有技术中单纯包括如ITO等正温度系数材料形成的电阻式压力感应单元更小，从而有效避免由于正温度系数材料随着手指传递到压力感测装置10的温度提升而使压力感应单元121电阻值上升量大于手指按压动作对压力感测装置10电阻值的下降量，而导致无法对手指按压力度大小检测的情况，从而获得具有更好压力感测灵敏度的压力感测装置10，实现对手指按压力度大小的精准检测，最终提高压力感测装置的用户使用满意度。
第二，本实用新型所提供的压力感测装置10或压力感测装置40中，所述正温度系数区122与所述负温度系数区123的相应长度L与横截面积S的比值的比与其具体材料的电阻率与温度系数积的比的绝对值成反比，所述正温度系数层422与所述负温度系数层423的相应厚度比与其具体材料的电阻率与温度系数积的比的绝对值成正比。采用这一比值关系，可以实现对压力感测的完全温度补偿，避免按压信号受到手指温度造成电阻值上升的影响，从而获得一种对温度不敏感的压力感测装置10或压力感测装置40，其中，压力感测装置10或压力感测装置40的电阻值仅与手指按压力度有关，而与手指温度无关。
第三，本实用新型所提供的压力感测装置10中，所述压力感测单元121可包括同层设置的至少一正温度系数区122及至少一负温度系数区123，所述正温度系数区122包括至少一种正温度系数材料，所述负温度系数区123包括至少一种负温度系数材料，其中，正温度系数区122与负温度系数区123可为平行并排设置或胶体排列设置或并列设置，这样的设置可使正温度系数区122与负温度系数区123之间的接触更为紧密，从而可以获得灵敏度更高的压力感测装置10。更进一步地，本实用新型所提供的压力感测装置40中所包括的正温度系数层422及负温度系数层423还可实现多层或以多种形状进行叠加设置，同样具有可提高药理感测灵敏度的技术效果。在应用过程中，还可根据具体所要达成的产品效果以选择不同温度系数值的正温度系数材料与负温度系数材料，并根据温度系数值的不同以调整不同材料的实际用量，具有较好的实用性。
以上所述仅为本实用新型的较佳实施例而已，并不用以限制本实用新型，凡在本实用新型的原则之内所作的任何修改，等同替换和改进等均应包含在本实用新型的保护范围之内。

Claims (14)

1.一种压力感测装置，其特征在于：其包括一压力感测层，该压力感测层包括复数个压力感测单元，该压力感测单元包括至少一种正温度系数材料与至少一种负温度系数材料，所述压力感测单元检测所述压力感测层被按压之后产生的阻值变化量，该负温度系数材料用于补偿该正温度系数材料被按压后由于温度引起的电阻值变化。
2.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于：该压力感测单元包括同层设置的至少一正温度系数区及至少一负温度系数区，所述正温度系数区包括至少一种正温度系数材料，所述负温度系数区包括至少一种负温度系数材料。
3.如权利要求2所述的压力感测装置，其特征在于：所述正温度系数区与所述负温度系数区的长度和横截面积比值的比与其相应电阻率和温度系数积的比例关系为式(Ⅰ)所示：
(L正/S正)/(L负/S负)＝|(ρ负×α负)/(ρ正×α正)|(Ⅰ)；
其中，L正、S正、ρ正、α正分别表示正温度系数区的长度、面积、电阻率、温度系数，L负、S负、ρ负、α负分别表示负温度系数区的长度、面积、电阻率、温度系数。
4.如权利要求3所述的压力感测装置，其特征在于：所述压力感测单元为菱形形状，所述正温度系数区与所述负温度系数区的分布方式为平行并列排布或以一中心环绕对称排布。
5.如权利要求3所述的压力感测装置，其特征在于：所述压力感测单元为折线形或“米”字形，该折线形或“米”字形的横截面中，所述正温度系数区与所述负温度系数区的分布方式为平行并列排布或交替排布。
6.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于：该压力感测单元包括上下设置的至少一正温度系数层及至少一负温度系数层，所述正温度系数层包括至少一种正温度系数材料，所述负温度系数层包括至少一种负温度系数材料。
7.如权利要求6所述的压力感测装置，其特征在于：所述正温度系数层与所述负温度系数层在平面上的图案相同且重叠。
8.如权利要求7所述的压力感测装置，其特征在于：所述正温度系数层与所述负温度系数层的相应厚度比与其相应电阻率和温度系数积的比例关系为式(Ⅱ)所示：
h正/h负＝|(ρ正×α正)/(ρ负×α负)|(Ⅱ)；
其中，h正、ρ正、α正分别表示为正温度系数层的厚度、电阻率、温度系数，h负、ρ负、α负分别表示为负温度系数层的厚度、电阻率、温度系数。
9.如权利要求7所述的压力感测装置，其特征在于：该正温度系数层与该负温度系数层在横截面中是呈上下平行排布、上下交替排布或中心对称排布。
10.如权利要求6所述的压力感测装置，其特征在于：该负温度系数材料的电阻率比该正温度系数材料的电阻率大5倍及以上。
11.如权利要求10所述的压力感测装置，其特征在于：该负温度系数材料为整层覆盖于该正温度系数层上，并与该基板部分接合。
12.如权利要求11所述的压力感测装置，其特征在于：该正温度系数层与所述负温度系数层在图案重叠位置的厚度比与其相应电阻率和温度系数积的比例关系为式(Ⅲ)所示：
h正/h负＝|(ρ正×α正)/(ρ负×α负)|(Ⅲ)；
其中，h正、ρ正、α正分别表示为正温度系数层的厚度、电阻率、温度系数，h负、ρ负、α负分别表示为负温度系数层的厚度、电阻率、温度系数。
13.如权利要求1-12中任一项所述的压力感测装置，其特征在于：所述压力感测装置进一步包括一压力感测芯片，与所述压力感测单元电连接，所述压力感测芯片通过检测所述压力感测层在受到压力后产生的电阻变化量实现对所述压力大小的检测。
14.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于：所述正温度系数材料为纳米级的银、铜、铝、金，或纳米级的氧化铟锡、氧化锡锑、氧化铟锌、氧化锌铝，或石墨烯、金属网格、透明导电高分子材料的任意一种材料，所述负温度系数材料为纳米碳管。
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