TW201708800A - 一種壓力感測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係關於壓力觸控技術，特別係關於一種具有壓力感應膠層的壓力感測裝置。壓力感測裝置包含壓力感應膠層，所述壓力感應膠層包含一膠層及一混合在膠層內的奈米導電材料，所述壓力感應膠層用於檢測被觸壓形變後產生的阻值變化。此壓力感測裝置的製程簡單且能較大程度地提高產品的良率。

Description

一種壓力感測裝置

本發明係關於壓力觸控技術，特別係關於一種具有壓力感應膠層的壓力感測裝置。

目前在觸控技術領域，一種用於檢測觸壓力度大小的壓力感測裝置異軍突起、倍受熱捧，許多圍繞壓力感測的創新技術日趨增多。目前市面上的壓力感測裝置是在一基板上特別製作一壓力感應層或者需要特別佈設壓力感應電極，再通過一光學膠貼合另一元件來形成壓力感測裝置。使其製作過程太過複雜，製作步驟過多的同時勢必會降低產品的良率。

因此，一種製程簡單的具有壓力感測功能的壓力感測裝置，乃為所冀。

為克服現有壓力感測裝置的製程複雜、產品良率低的問題，本發明提供一種製程簡單的壓力感測裝置。

本發明解決技術問題的方案是提供一種壓力感測裝置，該壓力感測裝置包含壓力感應膠層，所述壓力感應膠層包含一膠層及一混合在所述膠層內的奈米導電材料，所述壓力 感應膠層用於檢測被觸壓形變後產生的阻值變化。

優選地，所述壓力感應膠層被按壓之後的電阻會升高或降低。

優選地，所述壓力感應膠層係為固化混合於液態光學膠層的奈米導電材料。

優選地，所述奈米導電材料為奈米級的銀、銅、鋁、金，或奈米級的氧化銦錫、氧化錫銻、氧化銦鋅、氧化鋅鋁，或石墨烯、碳奈米管。

優選地，所述壓力感測裝置更包含一基板，所述壓力感應膠層是用於貼合所述基板與另一元件。

優選地，所述壓力感測裝置進一步包含一發送線和一接收線設置於所述基板上，發送線和接收線導通連接所述壓力感應膠層與一檢測晶片，將壓力感應膠層的阻值變化傳輸至所述檢測晶片。

優選地，所述發送線和所述接收線連接於壓力感應膠層的對邊或兩對角上。

優選地，所述壓力感測裝置更包含一觸控面板，所述觸控面板具有一基板，且在所述基板的其中一表面上還成形一用於檢測觸摸位置的導電圖案層，所述壓力感應膠層是用於貼合所述觸控面板與另一元件。

優選地，所述導電圖案層位於所述壓力感應膠層與所述基板之間，且所述的導電圖案層與所述壓力感應膠層之間還設置一絕緣保護層以電性絕緣所述導電圖案層與所述壓力感應膠層。

優選地，所述壓力感測裝置進一步包含一發送線和一接收線與所述導電圖案層同層設置於所述基板上，所述發送線和所述接收線導通過所述絕緣保護層相應位置處的通孔，電連接所述壓力感應膠層與一檢測晶片，將壓力感應膠層的阻值變化傳輸至所述檢測晶片。

優選地，所述壓力感測裝置更包含一壓力感測面板，所述壓力感測面板具有一基板，在所述基板的其中一表面上還成形一用於檢測觸壓力度的壓力感應電極層，所述壓力感應膠層是用於貼合所述壓力感測面板與另一元件。

優選地，所述壓力感應電極層位於所述壓力感應膠層與所述基板之間。

優選地，所述壓力感應電極層與所述的壓力感應膠層相接觸。

優選地，所述壓力感測電極層包含多個壓力感應單元和多條信號線，所述壓力感應單元兩端通過所述信號線與一晶片電性連接。

優選地，所述壓力感應膠層通過所述壓力感應電極單元和所述信號線電連接所述檢測晶片，將壓力感應膠層的阻值變化與壓力感應電極單元的阻值變化疊加傳輸至所述檢測晶片。

與現有技術相比，本發明的壓力感測裝置採用一種壓力感應膠層對觸壓力度進行檢測，該壓力感應膠層為一種新式壓阻材料，包含光學膠和置入其內的奈米導電材料，使其同時具有粘貼特性和觸壓力度感測特性。所以在將壓力感應膠 層使用在壓力感測裝置上的時候，無需單獨製作壓力感應電極，只需將原來的光學膠層替換為壓力感應膠層，即可保持粘貼的功能，還可替代現有的壓力感應電極用來感測觸壓力度。

當將該壓力感應膠層使用在具有觸控位置檢測功能的一體化觸控(OneGlassSolution；OGS)觸控面板中，可以將二維檢測功能的面板升級為具有三維檢測功能的面板。當將該壓力感應膠層使用在已經具有三維檢測功能的壓力觸控面板中，又可以對觸壓力度檢測的功能起到增強的作用。當將該壓力感應膠層使用在顯示面板中，可以形成具有壓力感測的顯示面板。因此，這種功能結構的壓力感應膠層幾乎可以用在所有疊層結構的觸控面板或顯示面板中，具有應用範圍廣的效果，且製程簡單，良率高，具有良好的應用前景。

10‧‧‧壓力感測裝置

20‧‧‧壓力感測裝置

90‧‧‧壓力感測裝置

101‧‧‧基板

103‧‧‧壓力感應膠層

105‧‧‧絕緣保護層

106‧‧‧檢測晶片

108‧‧‧通孔

109‧‧‧導電圖案層

201‧‧‧基板

203‧‧‧壓力感應膠層

206‧‧‧檢測晶片

208‧‧‧壓力感應電極層

800‧‧‧壓力感應膠層

801‧‧‧光學膠

803‧‧‧奈米導電材料

901‧‧‧基板

903‧‧‧壓力感應膠層

1051‧‧‧絕緣保護層邊界

1071‧‧‧第一方向觸控電極信號線

1073‧‧‧第二方向觸控電極信號線

1076‧‧‧發送線

1077‧‧‧接收線

1093‧‧‧第一方向觸控電極

2076‧‧‧信號線

2081‧‧‧壓力感應單元

9076‧‧‧發送線

9077‧‧‧接收線

閱讀以下詳細敘述並搭配對應之圖式，可了解本揭露之多個樣態。需留意的是，圖式中的多個特徵並未依照該業界領域之標準作法繪製實際比例。事實上，所述之特徵的尺寸可以任意的增加或減少以利於討論的清晰性。

圖1是本發明第一實施例壓力感應膠層的剖面結構示意圖。

圖1A是本發明第一實施例壓力感應膠層的第一狀態下觸控原理剖面結構示意圖。

圖1B是本發明第一實施例壓力感應膠層的第二狀態下觸控原理剖面結構示意圖。

圖2是本發明第二實施例壓力感測裝置的剖面結構示意圖。

圖3是本發明第三實施例壓力感測裝置的剖面結構示意圖。

圖3A-3B是本發明第三實施例壓力感測裝置的平面示意圖。

圖4是本發明第四實施例壓力感測裝置的剖面結構示意圖。

圖4A是本發明第四實施例壓力感測裝置的平面示意圖。

為了使本發明的目的，技術方案及優點更加清楚明白，以下結合附圖及實施實例，對本發明進行進一步詳細說明。應當理解，此處所描述的具體實施例僅僅用以解釋本發明，並不用於限定本發明。

請參閱圖1，本發明提供的一種壓力感應膠層800為一具有一定厚度的光學膠層，在光學膠801內部置入奈米級的奈米導電材料803，形成一種類似壓阻材料的壓力感應膠層800。該壓力感應膠層800一般是將奈米導電材料803混合在液態的光學膠801中後，塗覆到其他疊層結構上進行固化後形成。該奈米導電材料803在光學膠801內均勻分佈，為了保持有足夠的光學膠801存在而保證壓力感應膠層800的粘性適當，其在光學膠801內的分佈率不宜大於70%；同時為了保證有足夠的奈米導電材料803存在而保證奈米導電材料803有足 夠的電子躍遷產生，使按壓之後可以檢測到較大的電阻信號變化量，壓力感應膠層800可以有效、準確的感測按壓力度，奈米導電材料803在光學膠801內的分佈率不宜小於10%。此處所述分比率是指在單位體積的液態光學膠801內，奈米導電材料803混合在光學膠801內的濃度。

由於該光學膠801為液態光學透明膠(Liquid Optical Clear Adhesive；LOCA)，所以其具有粘性，可以與常規使用的光學膠一樣用來粘貼兩片需要貼合的疊層。

該奈米導電材料803可以為條狀或顆粒狀導電材料，可以為奈米級的銀、銅、鋁、金等金屬單質，或奈米級的氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化錫銻(Antimony Doped Tin Oxide，ATO)、氧化銦鋅(IndiumZinc Oxide，IZO)、氧化鋅鋁(Aluminum Zinc Oxide，AZO)等金屬氧化物，或石墨烯、碳奈米管中的任意一種材料。

請參閱圖1A，在一種情況下，當手指按壓在該壓力感應膠層800上或具有該壓力感應膠層800的其他疊層結構的裝置上時，其被按壓的表面會出現形變，致使其內部的奈米導電材料803開始被擠壓，多個奈米導電材料803之間靠的更加緊密。如此一來，多個奈米導電材料803之間的電子躍遷現象變得更加容易和活躍，導致整個壓力感應膠層800的阻值降低。通過將按壓之後的阻值與初始狀態下壓力感應膠層800的阻值相比可以得出按壓之後阻值的變化量，將該變化量傳輸到檢測晶片內，進而可以推算得出按壓力度的大小，實現該壓力感應膠層800可以在第三維度上具有感應的功能。此情況發生 在光學膠801為固態且其內部結構比較穩固的情況，奈米導電材料803無法在該光學膠801內發生位移，只能伴隨光學膠801一起同步變形。

請參閱圖1B，在另一種情況下，當手指按壓在該壓力感應膠層800上或具有該壓力感應膠層800的其他疊層結構的裝置上時，其被按壓的表面會出現如上圖相同的形變。但是，按壓之後內部的奈米導電材料803朝兩側偏移，致使被按壓區域的奈米導電材料803密度變低。如此一來，按壓區域內的多個奈米導電材料803之間的電子躍遷難度變高，電子躍遷發生的概率更低，導致整個壓力感應膠層800的阻值升高。通過將按壓之後的阻值與初始狀態下壓力感應膠層800的阻值相比可以得出按壓之後阻值的變化量，將該變化量傳輸到檢測晶片內，進而可以推算得出按壓力度的大小，實現該壓力感應膠層800可以在第三維度上具有感應的功能。此情況發生在光學膠801為固態或半固態且其內部結構為柔性的情況，奈米導電材料803在該光學膠801內可以發生遊移，被壓之後，除了伴隨光學膠801一起形變，還可以在光學膠801內獨自發生移動。

請參閱圖2，本發明第二實施例提供一種壓力感測裝置90包含一基板901，在基板901上設置有一與第一實施例相同的壓力感應膠層903，用於感測觸壓力度，同時還可以將基板901貼在其他疊層結構上，如指紋識別層，顯示面板層，OLED發光層等，使它們具有三維感測或壓力觸控顯示功能。在基板901與壓力感應膠層903相貼合的一表面設置有一發送線9076和一接收線9077，發送線9076和接收線9077將壓力感 應膠層903電性連接至一檢測晶片(圖未示)，用來將壓力感應膠層903的觸壓力度資訊傳輸至檢測晶片。發送線9076和接收線9077較佳是連接於壓力感應膠層903的對邊或兩對角上。

在壓力感測裝置90的製作過程中，可以先於基板901之一表面周邊上形成一發送線9076和一接收線9077，再於基板901形成有發送線9076、接收線9077的表面設置壓力感應膠層903，並電性連接發送線9076與接收線9077。如此一來，無需特別佈設壓力感應電極，而僅需設置發送線9076與接收線9077，再以壓力感應膠層903與之貼合來形成壓力感測裝置，即可用於檢測觸壓力度大小。製程簡單，可提升良率。

在本發明中，基板901可以是剛性基板，如玻璃，強化玻璃，藍寶石玻璃等；也可以是柔性基板，如聚醚醚酮(polyetheretherketone；PEEK)、聚醯亞胺(Polyimide；PI)、聚對苯二甲酸乙二醇酯(polyethylene terephthalate；PET)、聚碳酸酯聚碳酸酯(polycarbonate；PC)、聚丁二酸乙二醇酯(polyethylene glycol succinate；PES)、聚甲基丙烯酸甲酯(polymethylmethacrylate；PMMA)、聚氯乙烯(Polyvinyl chloride；PVC)、聚丙烯(Polypropylene；PP)及其任意兩者的複合物等材料。

在本發明的一個實施方式中，基板901可以為一保護蓋板，用於為壓力感測裝置90提供一保護作用，且其不與壓力感應膠層903貼合的另一表面作為壓力的一作用表面。在本發明的其他實施方式中，基板901不與壓力感應膠層903貼合的另一表面，也可以作其他觸控或顯示結構的承載基板，用 以在其上設置平面觸控電極、壓力感應電極、顯示部件等。下述實施例中，關於基板的材質與作用與本實施例大致相同，將不再一一贅述。

請參閱圖3，本發明第三實施例提供一種壓力感測裝置10包含一觸控面板11，壓力感應膠層103是用於貼合觸控面板11與另一元件。觸控面板11具有一基板101，在該基板101上成形有一導電圖案層109，用於感測觸控位置。同時，在該導電圖案層109上塗布有一與第一實施例相同的壓力感應膠層103，用於感測觸壓力度，同時還可以將觸控面板11貼在其他疊層結構上，如指紋識別層，顯示面板層，OLED發光層等，使它們具有三維感測功能。此處，在導電圖案層109的表面還具有一絕緣保護層105，用以保護導電圖案層109不被氧化、磨損，在本實施例中更保證導電圖案層109與壓力感應膠層103之間電性絕緣。

在本實施例中，在基板101形成有導電圖案層109的同一表面，設置有一發送線1076和一接收線1077，發送線1076和一接收線1077可以與導電圖案層109同步製作，在該絕緣保護層105與發送線1076與接收線1077相應位置處設置有通孔108，壓力感應膠層103通過通孔108電性連接至發送線1076和接收線1077，發送線1076和接收線1077用來將壓力感應膠層903的觸壓力度資訊傳輸至檢測晶片。

請參閱圖3A，導電圖案層109包含第一方向觸控電極1093、第二方向觸控電極1095、第一方向觸控電極信號線1071和第二方向觸控電極信號線1073，該第一方向觸控電 極1093和第二方向觸控電極1095分別用來感測觸摸位置的兩個方向座標值。第一方向觸控電極1093通過第一方向觸控電極信號線1071連接至檢測晶片106，第二方向觸控電極1095通過第二方向觸控電極信號線1073連接至檢測晶片106，檢測晶片106用於檢測傳輸來的第一方向觸控電極1093和第二方向觸控電極1095電流變化以確定觸摸位置。

與此同時，位於導電圖案層109一側的壓力感應膠層103也通過一發送線1076和一接收線1077連接至檢測晶片106，用來檢測對壓力感應膠層103的觸壓力度。該發送線1076和接收線1077較佳是與第一方向觸控電極信號線1071和第二方向觸控電極信號線1073以同種材料同步製作形成於基板101上。

較優選地，該發送線1076和接收線1077設置在壓力感應膠層103的兩對角上。當然，也可以設置在兩對邊上，如圖3B所示。

壓力感應膠層103的覆蓋區域等於絕緣保護層105的區域面積，絕緣保護層105的覆蓋區域大於導電圖案層109的區域面積。絕緣保護層105完全覆蓋導電圖案層109及連接於其上的第一方向觸控電極信號線1071和第二方向觸控電極信號線1073。

從圖3A可以看出，壓力感應膠層103的邊界、絕緣保護層邊界1051超出導電圖案層109的周圍邊緣。以使絕緣保護層105可以完全隔離導電圖案層109、第一方向觸控電極信號線1071、第二方向觸控電極信號線1073該三者與壓力感 應膠層103。而僅在該絕緣保護層105與發送線1076、接收線1077相應位置處設置有通孔108，壓力感應膠層103通過通孔108電性連接至發送線1076和接收線1077，該通孔108不限於圓孔，也可以為一長條型以增加壓力感應膠層103與發送線1076、接收線1077的接觸面積。在壓力感測裝置10的製作過程中，僅需在形成導電圖案層的同時，以同種材料同步製作發送線1076和接收線1077並於後續製程中電性連接壓力感應膠層101來形成壓力感測裝置。不僅製程簡單，良率高，還可以最大程度地節省材料和工序。且當基板101為一保護蓋板，觸控面板11為一體化觸控面板(OneGlassSolution，OGS)結構時，本實施例的設計就以最簡便的方式實現了三維觸控功能，具有良好的應用前景。

請參閱圖4，本發明第四實施例提供一種壓力感測裝置20更包含一壓力感測面板21，壓力感應膠層是用於貼合壓力感測面板21與另一元件。壓力感測面板21包含一基板201，在基板201上成形有一壓力感應電極層208，用於感測觸壓力度。同時，在壓力感應電極層208上塗布有一與第一實施例相同的壓力感應膠層203，可用於收集觸壓力度偵測信號用於增強壓力感應電極層208的觸壓力度感測，同時還可以將壓力感測面板21貼在其他疊層結構上，如指紋識別層，顯示面板層，OLED發光層等，使它們具有靈敏的多功能感測，壓力感測與顯示功能。

請參閱圖4A，壓力感應電極層208包含多個壓力感應單元2081和多條信號線，每一壓力感應單元2081是由一 導線迂回彎曲而排布為一放射狀的“米字形”圖案，當按壓壓力感應單元2081後，壓力感應單元2081發生形變並產生阻值的改變，阻值的改變資訊通過壓力感應單元2081及連接於壓力感應單元2081兩端的信號線2076傳輸到檢測晶片206進行處理。此處，由於壓力感應膠層203與壓力感應電極層208相接觸，所以壓力感應膠層203收集到的壓力信號可以通過壓力感應單元2081與信號線2076傳輸到檢測晶片206，而無需額外設置發送線和接收線來連接壓力感應膠層203與檢測晶片206。並且，對於壓力感應單元2081或者信號線2076可能因製程操作斷線或磨損的位置，壓力感應膠層203還可以做電性連接或補強，提高壓力感測面板可靠性。

在本實施例中，壓力感應膠層203是貼合於壓力感測面板21設置有壓力感應電極層208的一表面壓力感應電極層208和壓力感應膠層203均用來感測觸壓力度，此處壓力感應膠層203起到對按壓力度感測增強的作用，且壓力感應電極層208與壓力感應膠層203互相接觸貼合，壓力感應電極層208的觸壓力度變化量與壓力感應膠層203的觸壓力度變化量可以最終以疊加的方式計算為觸壓力度大小，如此一來，壓力檢測的靈敏度可以得到顯著的提升。本實施例中，壓力感測裝置20本身已具有壓力感應單元圖案2081，壓力感應膠層203的設置，並不增加其他工序就可以提升壓力檢測的靈敏度，並提高壓力感測面板可靠性。

與現有技術相比，本發明的壓力感測裝置採用一種壓力感應膠層對觸壓力度進行檢測，該壓力感應膠層為一種 新式壓阻材料，包含光學膠和置入其內的奈米導電材料，使其同時具有粘貼特性和觸壓力度感測特性。所以在將壓力感應膠層使用在壓力感測裝置上的時候，無需單獨製作壓力感應電極，只需將原來的光學膠層替換為壓力感應膠層，即可保持粘貼的功能，還可替代現有的壓力感應電極用來感測觸壓力度。

當將該壓力感應膠層使用在具有觸控位置檢測功能的一體化觸控(OneGlassSolution；OGS)觸控面板中，可以將二維檢測功能的面板升級為具有三維檢測功能的面板。當將該壓力感應膠層使用在已經具有三維檢測功能的壓力觸控面板中，又可以對觸壓力度檢測的功能起到增強的作用。當將該壓力感應膠層使用在顯示面板中，可以形成具有壓力感測的顯示面板。因此，這種功能結構的壓力感應膠層幾乎可以用在所有疊層結構的觸控面板或顯示面板中，具有應用範圍廣的效果，且製程簡單，良率高，具有良好的應用前景。

以上所述僅為本發明的較佳實施例而已，並不用以限制本發明，凡在本發明的原則之內所作的任何修改，等同替換和改進等均應包含本發明的保護範圍之內。

800‧‧‧壓力感應膠層

801‧‧‧光學膠

803‧‧‧奈米導電材料

Claims (15)

1. 一種壓力感測裝置，包含：一壓力感應膠層，該壓力感應膠層包含一膠層及一混合在該膠層內的一奈米導電材料，該壓力感應膠層用於檢測被觸壓形變後產生的一阻值變化。
2. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測裝置，其中該壓力感應膠層被按壓之後的一電阻會升高或降低。
3. 如申請專利範圍第1項所述的壓力感測裝置，其中該壓力感應膠層係藉由固化混合於一液態光學膠層的該奈米導電材料所形成。
4. 如申請專利範圍第1項所述的壓力感測裝置，其中該奈米導電材料為奈米級的銀、銅、鋁、金，或奈米級的氧化銦錫、氧化錫銻、氧化銦鋅、氧化鋅鋁，或石墨烯、碳奈米管。
5. 如申請專利範圍第1項所述的壓力感測裝置，更包含一基板，該壓力感應膠層是用於貼合該基板與另一元件。
6. 如申請專利範圍第5項所述的壓力感測裝置，更包含一發送線和一接收線設置於該基板上，該發送線和該接收線導通連接該壓力感應膠層與一檢測晶片，將該壓 力感應膠層的一阻值變化傳輸至該檢測晶片。
7. 如申請專利範圍第6項所述的壓力感測裝置，其中該發送線和該接收線連接於該壓力感應膠層的對邊或兩對角上。
8. 如申請專利範圍第1項所述的壓力感測裝置，更包含一觸控面板，該觸控面板具有一基板，且在該基板的其中一表面上還成形用於檢測觸摸位置的一導電圖案層，該壓力感應膠層是用於貼合該觸控面板與另一元件。
9. 如申請專利範圍第8項所述的壓力感測裝置，其中該導電圖案層位於該壓力感應膠層與該基板之間，且該導電圖案層與該壓力感應膠層之間還設置一絕緣保護層以電性絕緣該導電圖案層與該壓力感應膠層。
10. 如申請專利範圍第9項所述的壓力感測裝置，更包含一發送線和一接收線與該導電圖案層同層設置於該基板上，該發送線和該接收線導通過該絕緣保護層相應位置處的通孔，電性連接該壓力感應膠層與一檢測晶片，將壓力感應膠層的阻值變化傳輸至該檢測晶片。
11. 如申請專利範圍第1項所述的壓力感測裝置，更包含一壓力感測面板，該壓力感測面板具有一基板，在該基板的其中一表面上還成形用於檢測觸壓力度的一壓力 感應電極層，該壓力感應膠層是用於貼合該壓力感測面板與另一元件。
12. 如申請專利範圍第11項所述的壓力感測裝置，其中該壓力感應電極層位於該壓力感應膠層與該基板之間。
13. 如申請專利範圍第12項所述的壓力感測裝置，其中該壓力感應電極層與該壓力感應膠層相接觸。
14. 如申請專利範圍第13項所述的壓力感測裝置，其中該壓力感測電極層包含複數壓力感應單元和複數信號線，該些壓力感應單元兩端通過該些信號線與一晶片電性連接。
15. 如申請專利範圍第14項所述的壓力感測裝置，其中該壓力感應膠層通過該壓力感應電極單元和該信號線電連接一檢測晶片，將壓力感應膠層的阻值變化與壓力感應電極單元的阻值變化疊加傳輸至該檢測晶片。