TW201108062A - Dynamic quantity detecting member and dynamic quantity detecting apparatus - Google Patents

Description

201108062 六、發明說明： 【發明所屬之技術領域】 本發明係關於一種以一電容方式彳貞測諸如位移、力及加 速度之一動態數量的動態數量偵測構件，及一種適用於— 電子裝置之一輸入裝置或類似物的動態數量偵測裝置。 【先前技術】 過去，一鍵盤及一切換器（諸如一按壓按鈕切換器）被廣 泛用作為一電子裝置之一普通的輸入裝置或類似物，亦即 一輸入使用者介面（UI)〇 一般而言，包含一遠端控制器及 一滑鼠之切換器之操作係藉由實體接觸而選擇開或關之一 替代操作。該UI會相當破壞可操作性且亦約束一電子裝置 之設計，因為按鈕及鍵的數目隨著輸入資訊及選項之一增 加而增加。 近年來，#由允許一指標元件（諸 > —滑鼠、―觸㈣ 或一觸控螢幕）與一輸出奶相容，致使一直觀操作之-圖 形UI(GUI)得以被廣泛使用。 透過點擊，按紐切換器，一滑鼠具有操作舒適之一 的特徵。然而，因為必須在一操作表面上移動該滑 鼠’所以㈣鼠不可用於不提供—操作表面之—環境中。 具有一電阻膜類型、一雷 ^ 電令類曳及一表面彈性波類型之 許多觸控感測元件（諸如觸控 用。此外，該等觸控感測元件Λ )已投入貫際使 rATM,久接 χ件已破安裝於一自動提款機 (ATM)、各種可攜式資 物中。然而，在-普，“細 導航系統及類似 、、控感測兀件中，在一操作點處 147269.doc 201108062 理僅致=擇項，且一執行複雜的資訊處 展觸控理的資訊時，不得不二维地換 匕该可刼作性可惡化，且如在切換器之 —電子震置之設計亦受到約束。此外，因為該觸 件中不存在點擊感測，所以與《按的換器不 R，不可執行-直觀的操作且容易感覺一操作係不方便。 =外’視覺受損者執行—操作或無需摸素而在—黑暗位置 執行一操作變得困難。 為了輸入與替代操作相比之更多種類的資訊，可考慮一 種在輸入期間偵測輸入或位移之方法。具有一電阻導線類 ^ 電類型及類似類型之各種輸入感測器已作為感測 壓力之-裝置投人實際使用。藉由在_切換元件中提供一 麗力感測器而在輸入期間而由筆壓力之反應實現輸入資訊 控制之-筆輸入裝置已出現。然而，在一通用壓力感測器 中，藉由經由一金屬薄板或一薄塑膠膜所形成之一隔膜來 接收一壓力源之壓力，並且由一轉換元件偵測施加至該隔 膜之壓力或該隔膜之位移或變形而將該輸入轉換為一電信 號。當此情況發生時’該感測元件經設計使得該隔膜之變 形最小化，故該壓力不隨該壓力源的影響而變動，且在該 輸入與該電信號之間建立一簡單的關係（諸如一比例關 係）。因此，該壓力感測器可廣泛地偵測該輸入，但是具 有可讀取約1 mm之一最大變形的一限制。為了感測該筆壓 力’接收5玄筆壓力之書寫表面必須足夠硬。為此，在感測 筆壓力之該輸入裝置中，一操作者可使用一硬筆在一硬書 147269.doc 201108062 寫表面上書寫，且因此難以使該操作者產生一愉悅自然 的感覺或一舒適的操作感覺。 另一方面，在許多未經審查之日本專利t請公開案中， 一電容類型位移感測器被揭示為位移感測裝置。該電容類 型位移感測器係一種應用一電容器之原理的非接觸類型微 小位移感測器，且能夠藉由使用與電極之間的距離成反比 的一電容變動而以高精度量測微小位移。為了以高精度偵 測電容之微小變動，可使用諸如頻率調變、振幅調變及相 位調變之方法，並且一電容位移感測器可以丨4爪至1〇 pm 之一咼精度偵測0.2 mm至1 0 mm之位移。 作為應用一位移感測器之一輸入裝置，下文所述之未經 審查之日本專利申請公開案第2〇〇5-3494號（技術方案2，第 7頁至12頁，圖1至圖6)揭示一種面板感測器，該面板感測 器包含偵測施加至一面板之一力的一力偵測單元，且其中 s亥力偵測單元包含偵測一弱力之一偵測器及偵測一強力之 一偵測器。 圖7A至圖7C係繪示該面板感測器之一實例的部分截面 視圖 面板感測器10 0 —般包含一正方形面板11 〇、設置 在該正方形面板110之四個角落上之面板固持件12〇及一力 價/則單元（力感測器）1 3 0。施加至該面板1 1 〇之—力經由該 面板固持件120被傳遞至該力感測器13〇。圖7展示該面板 感測器1 0 0之一角落（彎角部分）的鄰近區域。 該力感測器130包含一隔膜131、一電極132 ' 一基板 133、一内殼134、一橫樑135、一固定殼136、一電極137 147269.doc 201108062 及一固持件138。該隔膜131包含具有彈性之一薄膜131&及 固持該薄膜13 la處於維持一張力之一狀態中的一固持部分 13以。該隔膜131被沿著該電極132固定至該基板133 ^ 一 位移電極（未展示）係設置在該薄膜131&中。該位移電極與 該電極132形成一第一電容器。該基板133係經由該内殼 134、該橫樑135及該固定殼ι36而設置在該固持件138上。 *亥橫樑135係由具有一預定彈性之一材料形成。該固持件 138上之該電極132及該電極137形成一第二電容器。 當在按壓該面板110之一方向上施加一微小的力時如 圖7B中所示，該薄膜1313擴張且變形，且因此該薄膜131& 上之該位移電極發生位移。此位移因為該第一電容器之一 電容變動而被偵測。當施加至該面板丨1〇之該力增強時， s亥薄膜13 la與該電極132之間的距離變得更窄，且因此該 第一電容器之電容變得更大。 ‘施加至5亥面板11 〇之該力進一步增強時，如圖7C中所 示，該薄膜131a與該電極132係附接至彼此。因此，該第 一電容器之電容很少變動。在此情況下，因為該橫樑135 被彎曲，所以在圖式甲該電極132所固定至之該基板133發 生向下位移。此位移因為該第二電容器之一電容變動而被 偵測。 【發明内容】 在如上所述之該輸入裝置（其中該壓力感測器在輸入期 間感測筆壓力）中，該輸入係使用一硬筆在一硬書寫表面 上執行。因此，難以使一操作者產生一愉悦、自然的感覺 147269.doc 201108062 或一舒適的操作感覺。 在輸入裝置（其中該位移咸 砂α判态玖測在輸入期間所引起 之位移)中’該輸入一般被該隔膜所接收，且以一電六方 式偵測該隔膜之位移。根據-相關實例之位移感測器：設 計使得—相對硬的材料被用作為該隔膜之材料以減小該隔 膜之變形程度，因為必須在輸入強度與該隔膜之變形程度 之間建立諸如線性之一簡單的關係。在使用此位移感測器 之輸入裝置中，如在感測該筆壓力之該輸入裝置中，難以 使-操作者產生…愉悦、自然的感覺或—舒適的操作感 覺。 〜 為了接收一大範圍的輸入，因為該隔膜之變形程度被約 束為微小，所以必須使固持該隔膜之一彈性構件（未經審 查之曰本專利申請公開案第2005-3494號（技術方案2，第7 頁至12頁，圖1至圖6)中之橫樑135)變形。為此，該輸入裝 置之組態變得複雜且尺寸龐大。因此，可操作性可惡化。 期望提供一種動態數量偵測構件，其能夠輸入與一替代 操作相比之更多種類的資訊’且能夠提供一愉悅、自然的 感覺或一舒適的操作感覺，其具有一微小、簡單的組態， 其很少在操作中受使用環境所約束，且其適合作為一電子 裝置之一輸入裝置。此外’期望提供一種包含於動態數量 偵測裝置中之動態數量偵測構件。 根據本發明之一實施例’其提供一種動態數量偵測構 件，該動態數量偵測構件包含：一基底基板，包含一接觸 部分之該基底基板的一部分或整個基底基板係根據一接觸 147269.doc 201108062 物件之按壓而變形，^該基底基板之-原始形狀在該接觸 物件之按壓〉肖失時得以恢復；用作為位移電極之若干電 極°玄等電極之複數個電極係固定至該基底基板之-表面 或内側，該等電極之至少—電極係設置在該基底基板之一 可變形部分(其為在該變形期間可變形且可位移之一區域) 中，及連接至该等電極之佈線。在變形期間，該等位移電 極係隨該可變形部分之變形及位移而變形且位移而不與該 基底基板分離且不破壞導電性。該可變形部分之該變形及 位移因為該等電極之間的一電容變動而被偵測。 根據本發明之一實施例，其提供一種動態數量偵測裝 置，該動態數量债測裝置包含：該動態數量偵測構件；及 一偵測電路單元，其經由佈線而電連接至該電極，且以一 電仏號偵測由該接觸物件之按壓所引起之該等電極之間的 一電容變動。 在根據本發明之該實施例之該動態數量谓測構件中，當 該可變形部分之形狀係根據該接觸物件之按壓而變動時， 固定至該可變形部分之該位移電極係隨該可變形部分之變 形及位移而變形且位移而不與該基底基板分離。在該變形 期間，因為該位移電極之導電性未受破壞，所以該位移電 極與另一電極之間的電容係根據位移程度而變動。例如， 該電容變動被經由該佈線所連接之一電容偵測電路轉換為 一電信號。因此，該基底基板之該可變形部分的變形及位 移程度或引起該變形及位移之該按壓的強度被轉換為用於 偵測之該電信號。當該接觸物件之按壓消失時，該基底基 147269.doc 201108062 板之原始形狀得以恢復，且該位移電極返回至原始位置。 因此，該等位移電極之間的電容返回原始數量。 此時，可將該接觸物件之按壓的一差異（其為一類比量） 辨別為資訊。因為作為該接觸物件之一手指施加一按壓同 時感覺該基底基板之排斥力根據按壓量而逐漸增加，所以 •亥手私可產生一愉悅、自然的感覺或一舒適的操作感覺。 此外，該動態數量偵測構件係微小且簡單，且可獲得較大 形狀的自由度。因為一獨立的操作表面係非必要，所以該 操作很少受使用環境約束。 因為該動態數量谓測裝置包含根據本發明之該實施例之 動態數量偵測構件，所以根據本發明之該實施例之該動態 數里偵測裝置可獲得該等上述優點。因此，可能實現一電 子裝置之一輸入裝置，其能夠根據該接觸物件之按壓的差 異（其為一類比量）輸入與一替代操作相比之更多種類的資 訊，且能夠獲得一愉悅、自然的感覺或一舒適的操作感 覺，其具有一微小、簡單的組態，其很少在一操作中受使 用環境所約束。 【實施方式】 在根據本發明之一實施例的一動態數量偵測構件中，經 刀區以便於劃分基底基板之位置的複數個電極可各自獨立 於電極而沿著佈線設置M妾觸物件按壓該基底基板所處位 置的差異可藉由將s亥劃分作為一單位而區分。 。玄等電極之至少一者可設置在面對位移電極之一位 處。 I47269.doc 201108062 兩對至十對該等位移電極及面對該等位移電極之該電極 可彼此串聯連接。 該位移電極之一材料可為一碳奈米管或一導電聚合物。 該接觸物件之按壓所引起之該位移電極的膨脹與收縮的 一比率可為200%或200%以上。 該接觸物件之按壓所引起之該等電極之間的距離的一變 動程度可為1 mm或1 mm以上。 該基底基板之一材料可為一彈性體（具有彈性之一聚合 物材料）。特定言之’該基底基板之該材料可為一多孔彈 性體。在此情況下，該基底基板之一材料可為一彈簧常數 為0.1 N/mm或小於〇.1 N/mm之一材料。可以〇_〇5或小於 〇,〇5之一質量比率將一碳奈米管加入該基底基板。 該動態數量偵測構件可具有緊握於一手中以用於操作之 一形狀。 該基底基板具有一結構，其中由一可撓材料形成之—密 閉容器係充滿一氣體、一液體或一膠態固體。 佔據該等電極之間的空間之該基底基板的一相對透射率 可為1.1或1.1以上。 根據本發明之一實施例，當一動態數量偵測裝置與另— 電子裝置一起使用時’該動態數量偵測裝置係組態為對應 於該接觸物件之一按壓強度而輸出一電信號至該另一電子 裝置之一輸入裝置。 接著將參考圖式詳細描述本發明之較佳實施例。 實施例1 147269.doc • 11 · 201108062 實施例1中將主要描述根據技術方案i、3至丨丨及14之一 動態數量偵測構件及根據技術方案15及16之一動態數量須 測裝置。 圖1A及圖1B係繪不形成為根據實施例1之·一平坦輸入構 件之一動態數量偵測構件1 〇之組態的戴面視圖。該動態數 量偵測構件1 0包含一基底基板1、一位移電極2及面對該位 移電極2之一電極3及分別保護該位移電極2及該電極3之電 極固持件4及5。 該基底基板1係由一彈性體（具有彈性之一聚合物材料） 形成。该基底基板1之包含一接觸部分之一部分或整個該 基底基板1係根據一接觸物件之按壓強度而變形。然而， 在該接觸物件之按壓消失時，該基底基板之原始形狀得以 恢復。該位移電極2係由（例如）一碳奈米管層形成。該位移 電極2係固定至該基底基板〗之一可變形部分（其為在該基 底基板1發生變形時發生變形且位移之一區域）。該碳奈米 管層係強韌且薄’且因此在該基底基板1發生變形時，該 碳奈米管層係隨該可變形部分之變形及位移而變形且位移 而不與該基底基板丨分離且不破壞導電性。該電極3所設置 之位置並未特定受限。較佳的是，該電極3經形成以便於 面對該變形電極2，此後電容有效地形成於該位移電極之與 該電極3之間。圖1A及圖1B中繪示面對該位移電極2之一 電極3，但是複數個電極可經設置以便於面對該位移電極 2 ° °玄等電極固持件4及5經設置以分別形成或保護該位移電 147269.doc •12- 201108062 極2及該電極3。然而，該等電極固持件4及5在功能上被視 為該基底基板之一部分。因此，該等電極固持件4及5可由 與β亥基底基板1相同之彈性體形成。包含接觸部分之該等 電極固持件4及5的部分或整體係根據該接觸物件之按壓強 度而變形，但是該等電極固持件4及5之原始形狀在該接觸 物件之按壓消失時得以恢復。 如圖1Α及圖1Β中所示，當該基底基板丨之形狀根據該接 觸物件之處理而變形時，固定至該可變形部分之該位移電 極2發生位移。因此，該位移電極2與該電極3之間的電容 根據該位移程度而自Qa變動至Qb。該電容變動被經由一 佈線（未展示）所連接之一電容偵測電路轉換為一電信號。 因此，該基底基板1之該可變形部分的變形及位移程度或 引起忒變形及該位移之該按壓強度被轉換為用於偵測之該 電k號。當該接觸物件之按壓消失時，該基底基板i之原 始形狀得以恢復且該位移電極2返回原始位置。因此，該 位移電極2與該電極3之間的電容恢復到原始數量。 因為該接觸物件之按壓量的一差異（類比量）被辨別為資 成，所以將該動態數量偵測構件丨〇用作為一輸入單元之一 動態數量偵職置可實現能夠輸人與—替代操作相比之各 種資Λ的輸人裝置。因為_手指施加—按壓同時感覺該 基底基板1之排斥力根據該按壓量而逐漸增加，所以該手 產生愉丨兒、自然的感覺或一舒適的操作感覺。因 此：可旎實現能夠執行一直觀的舒適感之輸入裝置。 當將該動態數量偵測構件1G應用於-電子裝置之輸入裝 147269.doc 201108062 置或類似物時，該按壓量很少被用作為輸入資訊而不變化 (即使在一接觸物件之按壓量甚至為一連續類比量之一情 況下）°例如，當一手指被用作為該接觸物件時，可自接 收自對應於該基底基板之該電極固持件4及該基底基板i之 排斥力的強度以兩個至五個階段容易地區分且偵測該按壓 量之一差異。在此情況下’清晰地區分之該按壓量的兩個 至五個階段的各階段被用作為一種輸入資訊。當該按壓量 被偵測為一連續類比量時，該按壓量不必具有（諸如）一捲 動速度之設定的精確性。 本發明之該實施例的特徵係較佳使用該基底基板（該動 態數量偵測構件10中之該基底基板i及該電極固持件4)之 較大的變形。在用於如上所述之一般實體量測中的一位移 感測器中，一相對硬的材料被用作為一隔膜之材料以減小 該隔膜的變形程度，因為必須建立輸入強度與該隔膜之變 形轾度之間的一簡單的關係（諸如線性）且必須獲得精確的 重新產生。當此位移感測器應用於該輸入裝置時，難以產 生一更愉悅、自然的感覺或舒適的操作感覺。在應用於如 上所述之該輸入裝置的該位移感測器中，無需以一類比方 式實現輸入與輸出操作之間的精確線性或重新產生。因 此’允許該基底基板及實現該精確線性及重新產生之範 圍而變形。此外’ #由較佳利用該基底基板之較大變形， 可獲得所犧牲之愉悅、自然的感覺或舒適的操作感覺。 該動態數量偵測構件10係微小且簡單，並且可獲得較大 形狀的自由度。因為一獨立的操作表面係非必I，所以與 147269.doc -14- 201108062 不同，該操作很少受使用環境所約束 滑 如此-來’藉由利用該動態數量偵測構件1〇，可能實現 與既有實例相比之各種資訊的輸入，且獲得一更愉悅、自 然的感覺或舒適的操作感覺。此外，可能實現一電子裝置 之輸^裝置或類似物，因為該輸入農置係微小且簡單，、並 且該操作很少歸因於使用環境而受約束。 在該動態數量❹m件ίο中’直㈣測之㈣數量料 位移電極2之位移程度，但是引起該位移之一接觸物件之 按麼強度係間接債測。當將具有某_質量之一重量設置為 -接觸物件時，施加至該重量的任意加速度可轉換為又―按 壓。因此，可將加速度偵測為一動態數量。 例如，當該基底基板丨係一層壓構件時，較佳的是，兩 對至十對該位移電極2與面對該位移電極2之電極3經串聯 设置以便於埋藏於該基底基板lt}7。因此，因為各電容器 之電極之間的距離減小且該電容器增加，所以容易偵測該 電容器之一變動。 ~ 該位移電極2之材料可為一碳奈米管或一導電聚合物。 至於此等材料’彈性極好且在膨脹及收縮以後會維持導電 特性。用作為根據既有實例之一位移感測器的—電極材料 的-硬材料（諸如金屬）不能滿^該動態數量㈣構件之 該位移電極2之必要的特性。實現該動態數量偵測構件10 之理由的纟在於可將該碳奈米管或類似物用作為能夠在 一狀態中（其中f極材料被拉伸，甚至在膨脹騎縮120% 或12 0 %以上之後）維持導電性之—種新的電極材料。 147269.doc •15· 201108062 較佳的是，一接觸物件之按壓所引起之該位移電極2的 膨脹與收縮之一比率係200%或200%以上。例如，為了可 靠地實現具有該可變形部分之寬度之相同程度或相同程度 以上的按壓程度（該位移電極2之變形程度）而不論該所變二 之形狀為何，膨脹與收縮之該比率必須為約2〇〇%或 以上。 較佳的是，該接觸物件之按壓所引起之電極之間的距離 的變動程度係1 mm或丨mm以上。特定言之，藉由將該碳 奈米管層用作為該位移電極2之材料，可能實現不可由一 隔膜方法或一隔離物方法所實現之丨cm或丨cm以上的變 形。因此，較佳地將該碳奈米管層用作為該位移電極2之 材料。 較佳的疋，該基底基板丨及該等電極固 係-彈性趙(具有彈性之一聚合物材料)。該材料之= 含丙稀酸橡膠、丙烯腈丁二稀橡膠、異戊二稀橡膠、胺基 甲酸酯橡膠、乙烯-丙烯橡膠、表氣醇橡膠、苯乙烯丁二 烯橡膠、矽橡膠及聚氨酯橡膠。特定言之，較佳的是該 材料係-多孔彈性體’諸如生物海綿、多孔聚合物、成形 模製橡膠或聚氨酯海綿。該彈性體較佳為一彈性構件，因 為其之張力膨脹比率係一非常大的2〇〇%或2〇〇%以上且 其之張力強度及收縮比率係、極佳。該多孔彈性體係具有處 於-狀態（其中形成許多空氣間隙且其等在施加—外部壓 力時可藉由減小該等空氣間隙之體積而顯著地減小體積) 中之-穩定形狀的-材料。因此，該多孔彈性體係該動態 147269.doc -16· 201108062 數量偵測構件10之該基底基板1及該等電極固持件4及5之 一最佳的材料。 較佳的是，該基底基板1及該等電極固持件4及5之材料 係具有0.1 N/mm或小於0.1 N/mm之一彈簧常數的二材料。 因為该材料之彈簧常數較小’所以在操作該動態數量偵測 構件1 〇之後所施加的力變得更小。例如，當以一人士之手 指指尖操作該動態數量偵測構件時，該手指指尖之最大力 為約1 N且一按壓部分之彈簧常數為0.1 N/mm或小於o.i N/mm，則可以該手指指尖之一弱力獲得t mm或i mm以上 之較大位移。 較佳地將具有0.05或〇.〇5以下之一質量比率之碳奈米管 加入該基底基板1及該等電極固持件4及5。近似地，當所 加入之碳奈米管量係〇.05或〇〇5以下之一質量比率時，導 電通道歸因於該等碳奈米管之間的接觸而不發生。藉由在 此fe圍之内加入碳奈米管，可能由於該碳奈米管之局部極 化效應之累積而改良該基底基板丨及該等電極固持件4及5 之電容率。 該基底基板1之相對電容率未特定受限。如在下文所述 之實施例4中，虽佔據一位移電極42與面對該位移電極u 之-電極43之間的空間之—基底基板41係—氣體時，該基 f基板41之相對電容率係接近1。然而，為增加該動態數 量價測構件10之偵測靈敏度’較佳的是，該位移電極2與 該電極3之間的電容係較大…匕，較佳的是，該基底基 板1之相對電容率係較大。較佳的是，該基底基板i之相對 147269.doc 17 201108062 電谷率係1.1或1.1以上，且確保該電容容易彳貞測。例如， 當該位移電極2及該電極3具有—圓形形狀（具有一 12爪爪的 直徑）’該等電極之間的距離係1〇 mm且該基底基板丨之相 對電容·率係1.1時，該電容係011 pFe此值係與該電容偵 測電路所容易讀取之電容值大致上相同。 根據此實施例之該動態數量偵測裝置包含該動態數量偵 測構件10及一㈣電路#元，該㈣電路單元係經由佈線 (未展示）電連接至該位移電極2及該電極3，且以一電信號 偵測一接觸物件之按壓所引起之該等電極之間的一電容變 動。該動態數量偵測裝置係較佳組態為與另一電子裝置一 之使用之輸入裝置，且輸出根據一接觸物件之按壓強度 所產生之電信號至另一電子裝置。 一可用之一般電容量測元件可用作為偵測該電容變動的 偵測電路單元。圖2係繪示該電容偵測裝置之一實例的一 解釋性圖表（方塊圖）。在該電容偵測裝置中，未知電容G 之大小係基於一參考電容Cmod而確定。亦即，在Vdd維持 具有某一電壓之一狀態中，SW1及SW2被一振盪器電路及 一 16位元PRS(偽隨機序列）電路交替地閉合及斷開。當該 未知電容匕在該SW1之一閉合狀態期間在該電壓Vdd_^被 充電且SW2被閉合時，該未知電容Cx中所充之電荷之—些 電荷被傳遞至該參考電容cM0D，且因此該未知電容Cx與該 參考電容cM0D變為相同的電壓。每當該SW1及該sw2被斷 開及閉合時，重複此操作且因此該參考電容Cm〇d的電壓逐 漸增加。當該參考電容Cm〇d之該電壓高於一參考電壓v 147269.doc -18- 201108062 時，一比較器偵測此狀態。因此，直到此時所重複之斷開 及閉合操作之數目被發送至一資料處理電路。在該資料處 理電路中，該未知電容cx之大小係基於斷開及閉合操作之 數目而確定。SW3被該比較器之輸出閉合一短時間，且因 此S玄參考電容CM0D中所累積之電荷得以放電。然後，該參 考電容CM0D被刷新。藉由重複以上操作而間歇地量測該未 知電容cx之大小。 實施例2 將主要描述根據技術方案2之實施例2之一動態數量彳貞測 構件之一實例。 圖3 A及圖3 B係繪示组態為根據本發明之實施例2之一平 坦輸入構件的一動態數量偵測構件20的組態的截面視圖。 該動態數量偵測構件20包含該基底基板}、位移電極22A至 22C、分別面對位移電極22A至22C之電極23八至23<：及分 別用於形成該等位移電極22及該等電極23之電極固持件4 及5。 該動態數量偵測構件20與根據實施例丨之該動態數量偵 測構件10不同處在於，一接觸物件在基底基板丨上之按壓 位置不同。亦即，經分區以劃分該基底基板丨之位置的該 複數個位移電極22A至22C係與佈線（未展示）設置在一起， 而獨立於面對5玄專位移電極22a至22C之該等電極23A至 23C。因此，該按壓位置之—差異可藉由將該劃分作為一 早位而區分。 藉由-電極改變電路以分時方式重複選擇該等位移電極 147269.doc •19· 201108062 22A至22C及s亥專電極23A至23C。亦即，位移電極22a與 電極23A之成對、位移電極22B與電極23B之成對及位移電 極22C與電極23C之成對在一循環中被循序切換，連接至 該電谷偵測電路’且以南速度在該循環之一短週期中重 複。 例如，如圖3B中所示，當一接觸物件在該位移電極22B 所設置之位置處按壓該基底基板丨的表面時，該位移電極 22B發生變形且位移。然後，該電容在該位移電極22β與 面對該位移電極22B之該電極23B之間變動。因為該電容 變動可經由佈線24及25傳輸至一電容變動偵測電路26，所 以該電容變動被轉換為用於偵測之電信號。 如實例2中所述，形成該動態數量偵測構件2〇之該等位 移電極22A至22C之碳奈米管層可藉由在形成該碳奈米管 層之後借助於蝕刻而移除任意不必要的部分或藉由在形成 該碳奈米管層之前遮蔽該電極固持件4之表面的一部分而 圖案化。或者，可使用一印刷方法^該蝕刻可藉由（例如） 機械切割或雷射触刻而執行。 包含該動態數量偵測構件2〇之該動態數量偵測裝置經組 態以根據該按壓位置之差異的不同而輸出不同的命令至一 電子裝置。例如，一決定或一感覺係藉由按壓該位移電極 22A而表達，拖曳係藉由從前往後及從右到左按壓該位移 電極22B而指示，且複數個項目係藉由按壓該位移電極 22C而選擇。 實施例3 147269.doc •20- 201108062 將主要描述根據技術方案12之實施例3之—動態數量偵 測構件之一實例》 ~ 圖4係繪示作為根據本發明之實施例3之一圓柱輸入構件 的一動態數置偵測構件30的組態之一透視圖。該動態數量 偵測構件30可用作為以一手緊握用於操作之一手持輸入構 件。 在該動態數量偵測構件30中，因為一單一電極或複數個 位移電極係設置在一圓柱基底基板31之外圓柱圓周表面 (未展示）上，所以電極33係設置在該圓柱基底基板31之内 側以便於面對該等位移電極。 包含該動態數量偵測構件3〇之該動態數量偵測裝置經組 態以根據該緊握位置之差異而輸出不同的命令至一電子震 置。例如，一決定或一感覺係藉由按壓一拇指而表達，拖 曳係藉由從前往後及從右到左按壓一食指而指示，且複數 個項目係藉由按壓一中指而選擇。例如，捲動速度可根據 該等手指之握緊的強度及弱度而變動。 在該動態數量偵測構件3 〇中，可以該圓柱基底基板3 1之 觸碰感覺獲得愉悦、自然的感覺。因此，可輸入與替代操 . 作相比之更多種類的資訊。另外，可獲得與一滑鼠之功能 . 相同之功能及舒適的操作感覺。因為該動態數量偵測裝置 可以一手緊握用於操作，所以與可在一操作表面上移動之 一滑鼠不同’該操作幾乎不歸因於使用環境而受約束。 實施例4 將主要描述根據技術方案13之實施例4之一動態數量偵 147269.doc •21- 201108062 測構件之一實例。 圖5A及圖5B係繪示作為根據本發明之實施例*之一球狀 輸入構件的-動態數量偵測構件利的組態之解釋性圖表。 在該動態數量偵測構件4G中，—基底基板41具有—結構， 其中由—可撓材料所形成之—密閉容器係充滿-氣體、一 液體或一膠態固體。-位移電極42係設置在該基底基板41 之表面上，且一電極43係設置在該基底基板41内側之表面 上以便於面對該位移電極42。 因為《•亥位移電極42藉由一接觸物件之按壓而隨該基底基 板41之形狀變動而發生位移，所以可偵測該位移電極42與 該電極43之間的一電容變動。 實例 根據若干貫例，將描述若干情況，其中製造實施例i及 實鞑例2中分別描述之該動態數量偵測構件丨〇及該動態數 量偵測構件20 ^ 實例1 貫例1中將描述情況，其中製造組態為實施例丨中所述之 該平坦輸入構件之該動態數量偵測構件1〇。 1. 製造電極固持件4及5 首先，以一質量比率15:1混合一彈性體之一基劑（產品名 稱.DOW CORNING公司所製造之sylgardl84)與一固化 劑。該混合物被放入具有一 3英吋直徑及一丨.2 mm深度之 -模具，且維持在85。(：持續100分鐘。 2. 製造位移電極2及電極3 147269.doc •22- 201108062 接著，將具有一 〇.4 g/丨濃度之一碳奈米管加入一質量百 分比為1%之十二烷基苯磺酸鈉（SDBS : 水溶液，使用一超音波均質機以5〇w輸出執行一同質化程 序持續五分鐘，且然後產生一分散液體。將〇 5 mI的該分 散液體設置在該等電極固持件4及5中，且使用具有一 5〇〇 μπι之間隙長度之一塗敷條在該等電極固持件4及$之整個 表面上形成一薄的塗佈膜。此時，可使電極固持件4及5兩 者維持在30°C至70。〇的一溫度。藉由重複以上膜形成程序 十次，獲得具有一 500 Ω/□之表面電阻的碳奈米管層作為 該位移電極2及該電極3。該位移電極2及該電極3分別於其 中形成之該等電極固持件4及5在流動的水中被清洗十分 鐘0 3.製造基底基板1 接著，以一質量比率15:1混合一彈性體之一基劑（產品名 稱：DOW CORNING公司所製造之syigardl84)與一固化 劑。該混合物被放入具有一 3英吋直徑及一 25爪爪深度之一 模具，且維持在85°C持續1〇〇分鐘以製造該基底基板1。 4 ·製造動態數量偵測構件1 〇 接著，設置該等電極固持件4及5使得該位移電極2與該 電極3彼此面對而使該基底基板丨内插於其等之間。使該基 底基板1、該位移電極2及該電極3在8〇t下經受熱壓縮以 形成一夾層結構。隨後，藉由使用具有以銀為—主要材料 之一導電膏在該位移電極2及該電極3中形成佈線以形成該 動態數量偵測構件10。 147269.doc •23· 201108062 5.感測按壓 該動態數量偵測構件1 〇之該等佈線係連接至電容偵測電 路。各種可用之電路可用作為該電容偵測電路。藉由以一 手指緊密地按壓該動態數量偵測構件10之該電極固持件4 並且朝該基底基板1按壓該手指同時增加壓力而量測該位 移電極2與該電極3之間的電容變動。 圖6 A係繪示靜電電容c與根據實例丨之該動態數量偵測 構件10中的該等電極之間的一距離d之間的關係之一圖 表。如同一普通的電容器’電容c與該等電極之間的一距 離d成反比例而變動。因此，根據該等電極之位移的連續 輸入係可能。 圖6B係繪示在該位移電極發生重複位移之後由—透㈣ 子顯微鏡⑽M)所觀察之該位移電極2的橫截面的—影像之 -圖表。即使在料碳奈米f被f曲時，料碳夺米管之 連接得以維持。如此-來，可發現即使在由該碳奈米管層 所形成之該位移電極2變形到該位移電極2不可心圓形形 狀之程度時’導電性未受破壞。 實例2 實例2中將描述情況 3A及圖3B所述之手持 件20。

其中製k組態為參考實施例2中圖 坦輸入構件之該動態數量偵測構 1.製造位移電極12及電極13 入一甲基T醯胺， 同質化程序持續五 將具有一0.5 g/I濃度之一碳奈米管加 使用—超音波均質機以50W輸出執行— 147269.doc •24- 201108062 分鐘’且然後產生一分散液體。抽取所產生之分散液體並 透過一聚對苯二甲酸乙二醇酯網（具有一 50 μπι的孔直徑） 予以過濾以形成具有一 500 Ω/□之表面電阻的一碳奈米管 薄膜。藉由將該碳奈米管薄膜轉移至一聚氧S旨海綿（具有 一 5 cm長度、一3 cm寬度及一 3 cm厚度）之上表面及下表 面’如同該基底基板1 ’該位移電極22及面對該位移電極 22之該電極23得以形成。 2. 圖案化電極 藉由發射一 YV〇4半導體雷射束（具有1064 nm)以藉由蝕 刻而選擇性地移除該等碳奈米管層，製造該等位移電極 22A至22E及該等電極23A至23E之圖案以形成具有五個域 之一 4極結構（其中圖3 A及圖3 B中未繪示該等位移電極 22D至22E及該等電極23D至23E)。Keyence公司所製造之 雷射標印機MD-V9900(— 13 W的平均光輸出）被用作為一 YV〇4半導體雷射源裝置。該裝置能夠將雷射束聚集為具 有一大約10 μπι直徑之一光點大小。 3. 感測按壓 该動態數量偵測構件2 0之該等佈線係各自對應於各電極 結構而連接至該電容偵測電路。藉由分別對應於五個手指 而以該五個手指緊握該五個域，如同該基底基板1，該海 綿中發生位移。藉由以該等手指緊密地按壓該動態數量偵 測構件20之該等位移電極22Α至22Ε並且朝該基底基板1按 壓s亥等手指同時増加壓力而量測該位移電極22與該電極23 之間的電容變動。 147269.doc -25· 201108062 本申請案含有關於在2009年7月9曰於日本專利廳申請之 曰本優先專利申請案JP 2009_丨62599中所揭示之内容的標 的，該案之全部内容在此以引用的方式併入本文中。 已經描述本發明之該等實例之實施例。然而，本發明並 非限於此等，而是可在不脫離本發明之主旨下，在隨附申 請專利範圍之範鳴中進行修改。 【圖式簡單說明】 圖1A及圖1B係繪示作為根據本發明之實施例i之一平坦 輸入構件的一動態數量偵測構件的組態之截面視圖。 圖2係繪示一電容偵測電路之一實例的一解釋性圖表（方 塊圖）。 圖3A及圖3B係繪示作為根據本發明之實施例2之一平坦 輸入構件的一動態數量偵測構件的組態之截面視圖。 圖4係繪示作為根據本發明之實施例3之一圓柱輸入構件 的一動態數量偵測構件的組態之一透視圖。 圖5 A及圖5B係繪示作為根據本發明之實施例4之—球狀 輸入構件的一動態數量偵測構件的組態之解釋性圖表。 圖6A係繪示靜電電容與根據本發明之實施例丨之_平垣 輸入構件中的電極之間的距離之間的關係之一圖表，且圖 6B係繪示在該位移電極發生重複位移之後由一透射電子顯 微鏡（TEM)所觀察之該位移電極的橫截面的一影像之—圖 表。 圖7A至圖7C係繪示揭示於未經審查之曰本專利申請公 開案第2005-3494號（請求項2,第7頁至12頁，圖i至圖^ 147269.doc -26- 201108062 之一面板感測器之一實例的部分截面視圖。 【主要元件符號說明】 1 基底基板 2 位移電極 3 電極 4 電極固持件 5 電極固持件 10 動態數量偵測構件 20 動態數量偵測構件 22A 位移電極 22B 位移電極 22C 位移電極 23A 電極 23B 電極 23C 電極 24 佈線 25 佈線 26 電容變動偵測電路 30 動態數量偵測構件 31 圓柱基底基板 33 電極 40 動態數量偵測構件 41 基底基板 42 位移電極 147269.doc -27- 201108062 43 電極 110 面板 120 面板固持件 130 力偵測單元/力感測器 131 隔膜 131a 薄膜 131b 固持部分 132 電極 133 基板 134 内殼 135 橫樑 136 固定殼 137 電極 138 固持件 147269.doc -28-

Claims (1)

1. 201108062 七、申請專利範圍： 1 · 一種動態數量偵測構件，其包括： 一基底基板，該基底基板的包含一接觸部分之一部分 或整個該基底基板係根據一接觸物件之按壓而變形且該 基底基板之一原始形狀在該接觸物件之按壓消失時得以 恢復； 用作為位移電極之若干電極，該等電極之複數個電極 係固定至該基底基板之一表面或内側，且該等電極之至 ;一電極係設置在該基底基板之一可變形部分（其 變形期間可變形且可位移之一區域）中；及 w 連接至該等電極之佈線； 其中在該變形期間 ，該等位移電極係隨該可變形部分

   砜壞導電性；及

   間的一電容變動而被偵測。 如請求項1之動態數量偵測構件，

   147269.doc 201108062 位移電極及面對該等位移 接。 電極之該電極係彼此串聯連 5.=求項1之動態數量摘測構件，其中該位移電極之 材料係一碳奈米管或一導電聚合物 如請求項5之動態數量偵測構件，其 壓所引起之該位移電極的膨 ^ 人 之按 200%以上。 /〜收縮的一比率係200%或 7. 如請求項1之動態數量偵 ’ /、中5玄接觸物件之按 壓所引起之該等電極之間的— ^ , 的距離的一變動程度係1 mm 或1 mm以上。 8. 如請求項1之動態數㈣測構件，其中該基底基板之一 材料係一彈性體。 9·如請求項8之動態數量偵測構件，其中該基底基板之-材料係一多孔彈性體。 A如請求項8或9之動態數量偵測構件，其中該基底基板之 一材料係—彈簧常數為G.i N/贿或小於cm N/mm之一材 料。 6. 11. 12. 13. 如請求項8或9之動態數量偵測構件’其中一碳奈米管係 以^或小於0.05之-質量比率被加人至該基底基板。 月长項1之動態數1偵測構件，纟中該動態數量憤測 構件具有緊握在一手中以操作之一形狀。 士口月求们之動態數量偵測構件，其巾言亥基底基板具有 σ構，其中由一可撓材料所形成之一密閉容器係充滿 一氣體、一液體或一膠態固體。 147269.doc 201108062 14. 15. 16. 如請求項1之動態數量偵測構件，其中佔據該等電極之 間的空間之該基底基板的一相對透射率係1 · 1或1 1以 上。 一種動態數量彳貞測裝置，其包括： 如請求項1至14中任一項之動態數量偵測構件；及 一偵測電路單元，其經由佈線而電連接至電極，且以 一電信號偵測由接觸物件之按壓所引起之該等電極之間 的一電容變動。 如請求項15之動態數量偵測裝置，其中當該動態數量偵 測裝置與另一電子裝置一起使用時，該動態數量偵測裝 置係組態為對應於該接觸物件之一按壓強度而輸出一電 Ί吕號至該另一電子裝置之一輸入裝置。 147269.doc