TW201738543A - 壓力感測裝置 - Google Patents

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Abstract

本發明提供一種壓力感測裝置，包括一力感測器，所述壓力感測裝置進一步包括一剛性力傳導體和一軟性形變體，剛性力傳導體設置於力感測器和軟性形變體之間。本發明所提供的壓力感測裝置及具有壓力感測功能的壓力感測裝置具有偵測靈敏，力值偵測範圍廣等優點。

Description

壓力感測裝置
本發明涉及壓力感測領域，尤其涉及一種壓力感測裝置。
現有的部分觸控裝置上已載入壓力感測裝置，如手機、運動手環等，以手機為例，通常在手機的螢幕下方配置壓力感測裝置，使用者在使用手指，手寫筆等在觸控裝置上進行按壓操作時，所述壓力感測裝置可以偵測到按壓操作所對應的按壓力值，進而從力度上感知用戶的輸入操作，如輕點、輕按、重按等。不同按壓力可設置與其匹配的不同執行功能，如此為人機交互開拓出了全新的空間。
常見的壓力感測裝置包括在現有的觸控感測裝置中與觸控感測層和/或顯示器平行地增加一獨立的壓力感測層，在觸控感測裝置的非顯示區域與觸控感測層和/或顯示器並列地設置若干機械式壓力感測裝置；前者具有較高的靈敏度，但會增加整個裝置的厚度，後者可以較好的利用空間，但傳統機械式壓力感測裝置的靈敏度卻不高。傳統機械式壓力感測裝置通常包括一力感測器和一彈簧形變計，彈簧受力形變，傳遞一反作用力於力感測器，力感測器在受到壓 力時產生電信號輸出，不同大小的電信號對應不同大小的按壓力值。然而，由於整個壓力感測裝置的組裝工差，或彈簧形變計因按壓所產生的形變空間較小，導致按壓力不能較好的被力感測器偵測到或偵測到的按壓力值與實際按壓力值偏差較大，如此，導致力感測器對按壓力值偵測不夠精準的同時，其力值偵測範圍較小，多階範圍的力值偵測難以實現。現有的壓力感測裝置亟待提出改進。
為克服目前的壓力感測裝置所存在力偵測性能差的問題，本發明提供一種壓力感測裝置。
本發明提供了一種解決上述技術問題的技術方案：一種壓力感測裝置，包括一力感測器，所述壓力感測裝置進一步包括一剛性力傳導體和一軟性形變體，所述剛性力傳導體設置於所述力感測器和所述軟性形變體之間。
優選地，所述剛性力傳導體包括一片材件，所述片材件位於力感測器和軟性形變體之間，並直接接觸所述軟性形變體。
優選地，所述剛性力傳導體進一步包括一凸點，該凸點與片材件一體成型或分體設置，所述凸點位於力感測器和片材件之間，並直接接觸所述力感測器。
優選地，所述力感測器與凸點接觸的面為第一表面，所述凸點與所述力感測器的接觸面積小於所述第一表面面積。
優選地，所述片材件為U字形或半U形。
優選地，所述力感測器設置在一承載層上，所述片材件至少一端與力感測器所在的承載層連接。
優選地，所述片材件之一端設置有至少二分部。
優選地，所述片材件呈C字形，該片材件之一端設置有二分部，該二分部之間設置有一開口，與該開口位置對應的片材件內壁設置有一凸點，該凸點與所述片材件一體成型或分體設置，所述開口位置與力感測器位置對應。
優選地，所述壓力感測裝置還包括一殼體，所述軟性形變體黏貼在殼體上或黏貼於剛性力傳導體上。
優選地，所述剛性力傳導體為金屬，硬橡膠，塑膠中的一種，所述軟性形變體為軟質橡膠、泡棉、矽膠中的一種。
優選地，所述剛性力傳導體為加硫係數25以上的硬橡膠，所述軟性形變體加硫係數在15以下的軟質橡膠。
優選地，所述壓力感測裝置還包括一蓋板及一殼體，用於夾持所述壓力感測裝置。
優選地，所述力感測器應所述蓋板與所述殼體對壓力感測裝置的夾持作用受到一預壓力，該預壓力大小為0.5-1.5N。
優選地，壓力感測裝置進一步包括一第一承載層，所述第一承載層為力感測器的承載體，所述第一承載層為蓋板，或貼合於蓋板之異於按壓操作面上的FPC層。
優選地，所述壓力感測裝置進一步包括一液晶 顯示模組，液晶顯示模組設置在所述蓋板和所述殼體之間，該液晶顯示模組包括一背光底板，該背光底板呈矩形，其直角位置處延伸出一延伸部，所述剛性力傳導體之片材件由所述延伸部彎曲形成。
與現有技術相比，本實施例提供的壓力感測裝置和/或其他實施樣態具有如下優點：
一、採用剛性力傳導體及軟性形變體與力感測器相配合來進行壓力的偵測，軟性形變體為軟性材料，其可形變程度較大，以彈性係數相同的彈簧和軟性形變體為例為說明，假定單位長度的彈簧在壓縮後產生L1的位移後就到達了壓縮極限，因其剛性材質的特性，無法再響應於按壓發生形變產生位移；單位長度的軟性形變體在壓縮後產生L2的位移後就到達了壓縮極限，單位長度的軟性形變體所能夠產生形變的程度遠遠大於相同單位長度的彈簧，即L2>L1。因此，單位尺寸內的軟性材料形變所產生的反作用力力值範圍較廣。因為軟性材料的軟性特徵，即便是按壓力度過大，其具有較好的緩衝作用，可以較好地保護力感測器，避免其在按壓力度過大時造成損壞。因此，軟性形變體與彈簧相比，其具有絕對優勢，但軟性材料也因局限性，如若將其與力感測器直接接觸，在按壓力產生時，軟性材料將反作用力傳遞給力感測器的力度並不均勻，也就是與軟性材料接觸的力感測器的不同部位所感測到的壓力存在差異，整體上來說軟性形變體的力傳導性能較差，導致力感測器對按壓力的偵測效果欠佳。本發明中將剛性力傳導體設置在軟性 形變體與力感測器之間，由於剛性力傳導體為剛性材料，剛性材料的力傳導性較好，故，剛性力傳導體可以較好的把力傳遞給與其接觸的力感測器。軟性形變體的形變程度大，其增加了壓力感測裝置的力值偵測範圍，使得多階範圍的力值大小能夠被偵測到，其力傳導性能雖差，但與其配合的剛性力傳導體對軟性形變體的力傳導性進行了補償。反作用力直接由剛性力傳導體傳遞給力感測器，避開了軟性形變體所帶來的力傳導性能較差的問題。如此使得壓力感測裝置有較好的力傳導性能，獲得較廣的力值偵測範圍。
二、由於剛性力傳導體包括凸點和片材件，凸點與力感測器直接接觸，所述力感測器與凸點接觸面積小於力感測器之第一表面面積。片材件相對於凸點尺寸較大，其能夠穩定地將力通過凸點傳遞給力感測器。凸點的設置不僅有利於力的集中傳導，而且能夠使力感測器能感受到越明顯的壓力作用，其原理為：P=F/S，F為反作用力大小，S為凸點與力感測器接觸的面積，P為力感測器所感受到的壓強，S越小，力感測器所能感測的壓力作用效果越明顯。故。即使是輕按壓作用於電子產品，力感測器也能靈敏回應於按壓力產生相應的電訊號。凸點與力感測器接觸的面積S為力感測器第一表面面積的30%-80%，此時既能夠保證凸點與力感測器良好接觸的同時還可以使力感測器獲得較好的力傳遞效果，更優地，S為力感測器面積的50%-60%。
三、由於壓力感測裝置在內置在電子產品內時具有預壓力設計，預壓力的設計不僅使得壓力感測裝置元器 件之間的接觸更加緊密，避免按壓時因壓力感測器各元器件之間間隙的存在導致偵測不到按壓力或偵測到的按壓力小於實際按壓力，同時預壓力的設計可以為力感測器提供校正功能，並使得力感測器應壓力產生的壓力-電信號曲線之線性度更佳。
四、剛性力傳導體之片材件形狀為U字形或半U形，直接將剛性傳導體固定於力感測器的承載體上，保證剛性傳導體與力感測器的精準對位接觸；或者剛性力傳導體是由與蓋板精確對位的液晶顯示模組中的背光底板等器件延伸而成，同樣可以保證剛性傳導體與力感測器的精準對位接觸。
五、在優選實施例中，所述剛性力傳導體為加硫係數25以上的硬橡膠，所述軟性形變體加硫係數在15以下的軟質橡膠，由於兩者材質具有親和性，故，兩者之間能夠獲得效果優異的力傳導性能，使得力感測器的偵測性能得到進一步提升。
2‧‧‧蓋板
2i‧‧‧油墨層
3‧‧‧蓋板
3i‧‧‧油墨層
4‧‧‧蓋板
10、10a、10b、10c、10d、10f‧‧‧壓力感測裝置
11‧‧‧力感測器
11’‧‧‧第一表面
11a、11b、11c、11d、11f‧‧‧力感測器
12、12a、12d、12e、12f‧‧‧剛性力傳導體
13、13a、13b、13c、13f‧‧‧軟性形變體
20‧‧‧壓力感測裝置
21‧‧‧力感測器
22‧‧‧剛性力傳導體
23‧‧‧軟性形變體
24‧‧‧液晶顯示模組
30‧‧‧壓力感測裝置
31‧‧‧力感測器
32‧‧‧剛性力傳導體
33‧‧‧軟性形變體
34‧‧‧液晶顯示模組
40‧‧‧壓力感測裝置
41‧‧‧力感測器
42‧‧‧剛性力傳導體
43‧‧‧軟性形變體
121、121a、121b、121d、121e、121f‧‧‧凸點
122、122a、122d、122d’、122e、122f‧‧‧片材件
191、191a、191b、191c、191d、191f‧‧‧第一承載層
192、192a、192b、192c‧‧‧第二承載層
221‧‧‧凸點
222‧‧‧片材件
291‧‧‧第一承載層
292‧‧‧殼體
293‧‧‧粘膠層
321‧‧‧凸點
322‧‧‧片材件
341‧‧‧液晶顯示元件
342‧‧‧背光底板
391‧‧‧承載層
392‧‧‧殼體
393‧‧‧粘膠層
1221、1221a、1221b、1221d、1221d’、1222e‧‧‧第一支腳
1221d’1‧‧‧第一分部
1221d’2‧‧‧第二分部
1221e’1‧‧‧第一分部
1221e’2‧‧‧第二分部
1222、1222a、1222b、1222e‧‧‧第二支腳
2221‧‧‧第一支腳
2222‧‧‧第二支腳
3421‧‧‧延伸部
h1、h2、h3、h4、h5、h6‧‧‧高度
S1、S2、S3、S4‧‧‧壓力感測裝置
P‧‧‧中心位置
第1A圖本發明第一實施例壓力感測裝置的剖面結構示意圖。
第1B圖本發明第一實施例壓力感測裝置的另一實施樣態剖面結構示意圖。
第2A圖本發明為現有載入有壓力感測裝置的觸控裝 置的主視圖。
第2B圖為第2A圖中壓力感測裝置所受到的預壓力大小示意圖。
第2C圖為力感測器受到壓力時，力感測器輸出的電信號與壓力所對應的曲線示意圖。
第3A圖為發明第一實施例壓力感測裝置組裝前的結構示意圖。
第3B-3C圖為第3A圖中壓力感測裝置組裝前其他實施樣態的結構示意圖。
第4A圖及第4B圖是第1B圖中壓力感測裝置另一實施樣態的結構示意圖。
第4C圖是第4B圖中片材件的立體圖。
第4D圖是第4C圖中片材件另一實施樣態的結構立體圖。
第4E圖中所示為第4B圖中剛性力傳導體的另一實施樣態的結構示意圖。
第4F圖是第1B圖中壓力感測裝置另一實施樣態的結構示意圖。
第5A圖本發明第二實施例壓力感測裝置組裝前的狀態示意圖。
第5B圖為第5A圖中壓力感測裝置組裝時，軟性形變體和殼體剛接觸時的狀態示意圖。
第5C圖為第5A圖中壓力感測裝置組裝完成的狀態示意圖。
第6A圖本發明第三實施壓力感測裝置組裝前的狀態示意圖。
第6B圖為第6A圖中壓力感測裝置組裝時，剛性力傳導體和殼體剛接觸時的狀態示意圖。
第6C圖為第6A圖中的壓力感測裝置組裝完成的狀態示意圖。
第6D圖為第6A圖中背光底板的平面結構示意圖。
第7圖為本發明第四實施例壓力感測裝置結構示意圖。
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。
本發明中所提及的“上”、“下”、“左”、“右”等位置詞僅指當前指定視圖的相對位置，而非絕對位置，在本發明中，“上”是指相對更靠近按壓施力物體的方向。
請參閱第1A圖，本發明第一實施例提供一種壓力感測裝置10，該壓力感測裝置10可用於內置在手機、筆記型電腦、運動手環等電子產品內用於偵測壓力值。壓力感測裝置10至少包括一力感測器11，一剛性力傳導體12以及一軟性形變體13，剛性力傳導體12位於力感測器11和軟性 形變體13之間。壓力感測裝置10在內置入電子產品後，剛性力傳導體12既保持與力感測器11直接接觸，又保持與軟性形變體13直接接觸。
剛性力傳導體12為剛性材質製作而成，其具有較佳的力傳導功能，在受到壓力時，其可以較好地把力傳遞給與其直接接觸的其他元器件。剛性力傳導體12包括一凸點121和一片材件122，所述凸點121和片材件122較佳為一體成型製作形成，但也可以分體製作形成。凸點121呈穹頂狀，穹頂狀的頂部朝力感測器11方向設置。所述片材件122具有一與軟性形變體13充分接觸的平面，在一具體實施方式中，片材件122還具有兩固定用的支腳，其可利用一薄片狀材質彎曲而成一U形結構。該U形開口朝力感測器11方向設置。凸點121容納於U形的片材件122底部平面上。所述U形的片材件122包括第一支腳1221和第二支腳1222，第一支腳1221和第二支腳1222設置在U形的片材件122底部平面的末端，呈弧形以保持一定的形變能力。第一支腳1221和第二支腳1222還用於保證剛性傳導體12與力感測器11精準對位，當力感測器11固定於一承載體時(圖未示)，第一支腳1221和第二支腳1222則定位於承載體上力感測器11兩側的特定位置，使得剛性傳導體12的凸點121與力感測器精準對位。所述凸點121與力感測器11接觸，所述片材件122與軟性形變體13接觸，軟性形變體13位置與凸點121位置對應。力感測器11與凸點121接觸的面為第一表面11’，凸點121與所述力感測器11的接觸面積小於第一表面 面積11’，優選凸點121與所述力感測器11的接觸面積為第一表面面積11’的30%-80%。凸點121縱向投影面積小於片材件122及軟性形變體13的縱向投影面積。凸點121和片材件122為剛性材質，如金屬、硬橡膠、塑膠中的一種，硬橡膠優選為加硫係數25以上的硬橡膠。
軟性形變體13為軟性材料，其具有較佳的形變能力，在受到不同程度的壓力時對應產生不同程度的形變，其可以是軟質橡膠、泡棉、矽膠中的一種，軟質橡膠優選為加硫係數在15以下的軟質橡膠。
在除重力外無任何外力載入在所述壓力感測裝置10上時，力感測器11、凸點121、片材件122以及軟性形變體13的總高度為h1。在所述壓力感測裝置10受到壓力時，軟性形變體13會首先發生形變。
請參閱第1B圖，壓力感測裝置10進一步包括一第一承載層191，該第一承載層191為力感測器11的承載體，即力感測器11成型於或貼合於第一承載層191上或緊靠第一承載層191設置。片材件122之第一支腳1221和第二支腳1222分別固定於第一承載層191上或緊靠第一承載層191設置。軟性形變體13以第二承載層192為承載體，即軟性形變體13直接貼合於第二承載層192上或緊靠第二承載層192設置。所述第一承載層191和第二承載層192可以是電子產品內中的任意相配合的疊層結構，如觸控面板之按壓操作蓋板與殼體、FPC層與殼體等。
當壓力感測器10內置於電子產品內時，力感測 器11、凸點121、片材件122以及軟性形變體13依次設置在第一承載層191和第二承載體192層之間，高度為h2，h2<h1，即力感測器11、凸點121、片材件122以及軟性形變體13相當於夾持在第一承載層191和第二承載體192層之間，因夾持作用產生了一夾持力，由於軟性形變體13具有較好的形變能力，其在夾持力作用下發生微形變並至少產生一反作用力於剛性力傳導體12，剛性力傳導體12具有較好的力傳導能力，其將該反作用力傳遞給力感測器11，為力感測器11提供一預壓力。該預壓力大小為0.5-1.5N，優選0.8-1.2N。
預壓力的設計不僅使得壓力感測裝置10元器件之間的接觸更加緊密，避免按壓時因壓力感測器10各部件之間間隙的存在導致偵測不到按壓力或偵測到的按壓力小於實際按壓力，同時預壓力的設計還至少具有如下優點：
一、預壓力為力感測器11提供校正功能；請參閱第2A和2B圖，以第2A圖中所示的一觸控裝置為例，其四個角落處設置有現有的壓力感測裝置S1、S2、S3、S4，它們離觸控裝置的中心位置P處距離相同，理論上來講，當一力均勻作用於P處時，壓力感測裝置S1、S2、S3、S4所感測的力度應當一致，然而，任何元器件的製造均存在細微的差異，再加上安裝工序難以做到完全一致，故，當使用者按壓觸控裝置的中心位置時，壓力感測裝置S1、S2、S3、S4所偵測的結果並不相同，如第2B圖中所示，出現了誤差，這種誤差的產生會導致壓力偵測的精準度下降。而壓力感測 裝置10中的預壓力設計方案則可以降低這種誤差，由於內置在電子產品內的每個壓力感測裝置10均受到一預壓力，當不同壓力感測裝置10的預壓力大小存在差異時，說明不同壓力感測裝置10由於製造或安裝工序等原因產生了差異，這時，我們可以對壓力感測裝置10進行校正，使不同壓力感測裝置10對力的偵測表現一致。具體校正操作包括調節力感測器11電阻或通過軟體程式對壓力感測裝置10所偵測到的電信號進行矯正。
二、預壓力使得力感測器11應壓力產生的電信號與力值線性度更佳；請參閱第2C圖，該圖示中以壓力感測裝置10之力感測器11為一電阻式力感測器為例來說明，在壓力-電信號(電阻)曲線的起始位置處(按壓力較小時)，電阻式力感測器無電信號產生或產生的電信號雜訊較多，但按壓力增大時，壓力-電信號曲線的線性度較好。本發明中通過預壓力的設置使得壓力感測裝置10在受到按壓力作用，避開了壓力-電信號曲線的起始位置，使得力感測器11應壓力產生的電信號對應在與壓力-電信號曲線更為線性的區段，如此降低了壓力信號處理的複雜程度，進一步提高了壓力偵測的精準度。
請參閱第3A圖，壓力感測裝置10的第一承載層191、力感測器11、剛性力傳導體12以及軟性形變體13可以預先製作形成，並將力感測器11成型於或貼合於第一承載層191上或緊靠第一承載層191設置，剛性力傳導體12之第一支腳1221和第二支腳1222分別固定於第一承載層191 上或緊靠第一承載層191設置。軟性形變體13設置在片材件122之遠離力感測器11的一側。然後將所述壓力感測裝置10裝配於電子產品內使軟性形變體13與第二承載層192緊密接觸即可。作為另一實施方式，壓力感測裝置10各部件之間也可以是分體製作再裝配於電子產品內，如第3B和3C圖所示。
在第3B圖中，壓力感測裝置10a內置於電子產品中後，其結構與與壓力感測裝置10相同。壓力感測裝置10a在內置入電子產品之前，力感測器11a以第一承載層191a為承載體，剛性力傳導體12a之凸點121a固定於力感測器11a下方，與凸點121a一體成型的片材件122a之第一支腳1221a和第二支腳1222a分別固定於第一承載層191a上或緊靠第一承載層191a設置。軟性形變體13a單獨設置，其預先通過黏貼等方式固定於第二承載層192a上，待裝配時，將兩側分別設置第一承載層191a和剛性力傳導體12a的力感測器11a放置入電子產品內，剛性力傳導體12a與軟性形變體13a緊密接觸。
在第3C圖中，壓力感測裝置10b內置於電子產品中後，其結構與與壓力感測裝置10相同。壓力感測裝置10b在內置入電子產品之前，力感測器11b以第一承載層191b為承載體。剛性力傳導體12b之凸點121b連接在力感測器11b下方，片材件122a與凸點121b分體設置，待裝配時，將其上設置有力感測器11b的第一承載層191b裝配於電子產品內，然後再將片材件122b之第一支腳1221b和第二 支腳1222b分別固定於第一承載層191b上或緊靠第一承載層191b設置，凸點121b容納於U形的片材件122b底部並與其始終保持接觸狀態。軟性形變體13b預先通過黏貼等方式固定於第二承載層192b上，軟性形變體13b位置與剛性力傳導體12b位置相對應，裝配完成後，剛性力傳導體12b與剛性力傳導體12b緊密接觸。
請參閱第4A圖，作為壓力感測裝置10的另一實施方式，圖示壓力感測裝置10c同樣包括依次緊密接觸的一第一承載層191c，一力感測器11c，一剛性力傳導體12c以及一軟性形變體13c，在內置入電子產品中時，壓力感測裝置10c之軟性形變體13c與第二承載層192c緊密接觸並使得力感測器11c受到一預壓力。壓力感測裝置10c與壓力感測裝置10不同之處在於：剛性力傳導體12c包括一片材件(未標號)，其未設置壓力感測裝置10之凸點121。
請參閱第4B圖和第4C圖，作為壓力感測裝置10的另一實施方式，壓力感測裝置10d與壓力感測裝置10不同之處在於：剛性力傳導體12d之片材件122d形狀與片材件121結構不同，片材件122d為一薄片狀材質彎曲而成，大體呈半U形，其僅設置有一第一支腳1221d與第一承載層191d連接，未設置第二支腳。凸點121d容納在半U形底端。凸點121d與片材件122d一體製作形成或分體製作形成。
請參閱第4D圖，第4D圖中所示為第4C圖中片材件122d另一實施樣態的結構示意圖，其區別之處僅在於：片材件122d’的第一支腳1221d’又進一步從中間開口而 分成兩個分部：第一分部1221d’1和第二分部1221d’2。如此設置的目的在於：如第4B圖和第4C圖中所示，僅有一個第一支腳1221d的片材件122d在與第一承載層191d連接時，因只有一個對位點(即第一支腳1221d)，其容易在與第一承載層191d固定時，發生定位偏轉，進而使片材件122d與力感測器11d對位不夠精準，而本實施樣態的結構中通過在片材件122d’與力感測器承載體相連接的第一支腳1221d’中間開口而分成兩個分部，增加了固定時的定位點，使得片材件122d’與力感測器承載體之間的對位更加精準，不容易出現偏轉現象。
請參閱第4E圖，第4E圖中所示為第4B圖中剛性力傳導體12e的另一實施樣態的結構示意圖，其區別之處僅在於：剛性力傳導體12e中的片材件122e與片材件122d的整體形狀不同，第4E圖中所示的片材件122e整體呈橫向的C字形，其一端包括第一支腳1221e，該第一支腳1221e從中間設置一開口1222e而分成第一分部1221e’1和第二分部1221e’2。片材件122e通過第一支腳1221e與力感測器(圖未示)的承載體(圖未示)固定。與開口1222e位置對應的片材件122e內壁上設置有一凸點121e，該凸點121e與片材件122e可以是一體成型或分體設置。片材件122e在與力感測器的承載體固定時，力感測器位於開口1222e處且與凸點121e接觸。如此設置的目的在於：如第4B圖和第4C圖中所示，僅有一個第一支腳1221d的片材件122d在與第一承載層191d連接時，因只有一個對位點(即第一支腳 1221d)，其容易在與第一承載層191d固定時，發生定位偏轉，進而使片材件122d與力感測器11d對位不夠精準，而本實施樣態的結構中通過在片材件122e與力感測器承載體相連接的第一支腳1221e中間開口而分成兩個分部，增加了固定時的定位點，使得片材件122e與力感測器之承載體之間的對位更加精準，不容易出現偏轉現象。進一步，由於開口1222e的位置既與凸點121e對應，又與力感測器位置對應，因此，提高了凸點121e與力感測器的對位精準性。
請參閱第4F圖，作為壓力感測裝置10的另一實施方式，壓力感測裝置10f與壓力感測裝置10不同之處在於：片材件122f形狀與片材件121結構不同，片材件122f為一剛性平面薄片，其設置在軟性形變體13f與凸點121f之間，成型於第一承載層191f上的力感測器11f與凸點121f接觸。
與現有技術相比，本實施例提供的壓力感測裝置10和/或其他實施樣態具有如下優點：
一、採用剛性力傳導體12及軟性形變體13與力感測器11相配合來進行壓力的偵測，軟性形變體13為軟性材料，其可形變程度較大，以彈性係數相同的彈簧和軟性形變體13為例為說明，假定單位長度的彈簧在壓縮後產生L1的位移後就到達了壓縮極限，因其剛性材質的特性，無法再響應於按壓發生形變產生位移；單位長度的軟性形變體13在壓縮後產生L2的位移後就到達了壓縮極限，單位長度的軟性形變體13所能夠產生形變的程度遠遠大於相同單位長 度的彈簧，即L2>L1。因此，單位尺寸內的軟性材料形變所產生的反作用力力值範圍較廣。因為軟性材料的軟性特徵，即便是按壓力度過大，其具有較好的緩衝作用，可以較好地保護力感測器11，避免其在按壓力度過大時造成損壞。因此，軟性形變體13與彈簧相比，其具有絕對優勢，但軟性材料也因局限性，如若將其與力感測器11直接接觸，在按壓力產生時，軟性材料將反作用力傳遞給力感測器11的力度並不均勻，也就是與軟性材料接觸的力感測器11的不同部位所感測到的壓力存在差異，整體上來說軟性形變體13的力傳導性能較差，導致力感測器11對按壓力的偵測效果欠佳。本發明中將剛性力傳導體12設置在軟性形變體13與力感測器11之間，由於剛性力傳導體12為剛性材料，剛性材料的力傳導性較好，故，剛性力傳導體12可以較好的把力傳遞給與其接觸的力感測器11。軟性形變體13的形變程度大，其增加了壓力感測裝置10的力值偵測範圍，使得多階範圍的力值大小能夠被偵測到，其力傳導性能雖差，但與其配合的剛性力傳導體12對軟性形變體13的力傳導性進行了補償。反作用力直接由剛性力傳導體12傳遞給力感測器11，避開了軟性形變體13所帶來的力傳導性能較差的問題。如此使得壓力感測裝置10有較好的力傳導性能，獲得較廣的力值偵測範圍。
二、由於剛性力傳導體12包括凸點121和片材件122，凸點121與力感測器11直接接觸，所述力感測器11與凸點121接觸面積小於力感測器11之第一表面11’面積。 片材件122相對於凸點121尺寸較大，其能夠穩定地將力通過凸點121傳遞給力感測器11。凸點121的設置不僅有利於力的集中傳導，而且能夠使力感測器11能感受到越明顯的壓力作用，其原理為：P=F/S，F為反作用力大小，S為凸點121與力感測器11接觸的面積，P為力感測器11所感受到的壓強，S越小，力感測器11所能感測的壓力作用效果越明顯。故。即使是輕按壓作用於電子產品，力感測器11也能靈敏響應於按壓力產生相應的電信號。凸點121與力感測器11接觸的面積S為力感測器11第一表面11’面積的30%-80%，此時既能夠保證凸點121與力感測器11良好接觸的同時還可以使力感測器11獲得較好的力傳遞效果，更優地，S為力感測器11面積的50%-60%。
三、由於壓力感測裝置10在內置在電子產品內時具有預壓力設計，預壓力的設計不僅使得壓力感測裝置10元器件之間的接觸更加緊密，避免按壓時因壓力感測器10各元器件之間間隙的存在導致偵測不到按壓力或偵測到的按壓力小於實際按壓力，同時預壓力的設計可以為力感測器11提供校正功能，並使得力感測器11應壓力產生的壓力-電信號曲線之線性度更佳。
四、剛性力傳導體12之片材件122形狀為U字形或半U形，直接將剛性傳導體固定於力感測器的承載體上，保證剛性傳導體與力感測器的精準對位接觸；或者剛性力傳導體是由與蓋板精確對位的液晶顯示模組中的背光底板等器件延伸而成，同樣可以保證剛性傳導體與力感測器的 精準對位接觸。
五、在優選實施例中，所述剛性力傳導體12為加硫係數25以上的硬橡膠，所述軟性形變體13加硫係數在15以下的軟質橡膠，由於兩者材質具有親和性，故，兩者之間能夠獲得效果優異的力傳導性能，使得力感測器11的偵測性能得到進一步提升。
請參閱第5A-5C圖，本發明第二實施例提供一種壓力感測裝置20，該壓力感測裝置20進一步包括一蓋板2、一液晶顯示模組24、一殼體292，液晶顯示模組24位於殼體292和蓋板2之間並貼合於蓋板2的下方，在蓋板2下方設置有至少一力感測器21，優選壓力感測裝置20的四個直角位置處分別設置一力感測器21。力感測器21設置在蓋板2與殼體292之間。
換而言之，本實施例的壓力感測裝置20從上至下依次包括一第一承載層291、力感測器21、剛性力傳導體22以及一軟性形變體23，第一承載層291為一FPC層，力感測器21成型於FPC層上，FPC層貼合於蓋板2之異於按壓操作面的一面。力感測器21下方設置一剛性力傳導體22，剛性力傳導體22包括凸點221和片材件222，凸點221位於剛性力傳導體22和片材件222之間。凸點221呈穹頂狀，穹頂狀的頂部朝力感測器21方向設置。所述片材件222具有一與軟性形變體23充分接觸的平面，在一具體實施方式中，片材件222還具有兩定位和固定用的支腳，其可利用一薄片狀材質彎曲而成一U形結構。該U形開口朝力感測器21方向設 置。凸點221容納於U形的片材件222底部平面上。所述U形的片材件222包括第一支腳2221和第二支腳2222，第一支腳2221和第二支腳2222設置在U形的片材件222底部平面的末端呈弧形以保持一定的形變能力，且與第一承載層291連接。所述凸點221與力感測器21直接接觸，所述片材件222與軟性形變體23直接接觸，位置與剛性力傳導體22對應。
蓋板2可為玻璃或薄膜材質；其還可為一具有觸控電極的蓋板結構，包括多條第一方向觸控電極和/或多條第二方向觸控電極，所述多條第一方向觸控電極和/或多條第二方向觸控電極可以設置在蓋板2之異於按壓操作面的一面；此外，多條第一方向觸控電極和多條第二方向觸控電極也可分別設置在另一承載層不同的兩側面，或二不同的承載層上，再與力感測器21，剛性力傳導體22、軟性形變體23等貼合於蓋板2之異於按壓操作面的一面(其一表面為按壓操作面)貼合。
蓋板2下方設置有液晶顯示模組24的區域為顯示區域，未設置液晶顯示模組24的區域為非顯示區域。在該非顯示區域對應的蓋板2之異於按壓操作面的一面設置有一油墨層2i，該油墨層2i用於遮擋非顯示區域對應的蓋板2下方的線路等。從垂直於按壓操作面角度來看，壓力感測裝置設置在油墨層2i正下方，壓力感測裝置及其線路等均被油墨層2i遮蔽，即所述壓力感測裝置在蓋板2上的垂直投影區域與所述油墨層2i在蓋板2上的垂直投影區域完全重疊， 可以理解，壓力感測裝置在蓋板2上的垂直投影區域被包含於油墨層2i在蓋板2上的垂直投影區域。
第5A圖為壓力感測裝置20之蓋板2安裝前的狀態，力感測器21通過第一承載層291貼合於蓋板2之異於按壓操作面的一面。力感測器21，剛性力傳導體22以及一軟性形變體23固定連接於蓋板2。將蓋板2朝殼體292移動，軟性形變體23逐漸向殼體292靠近，當兩者剛接觸時，如第5B圖所示，壓力感測裝置未受到任何外力，力感測器21、剛性力傳導體22以及軟性形變體23高度為h3。將蓋板2繼續朝殼體292移動，直到蓋板2與殼體292裝配完成，如第5C圖所示，蓋板292通過粘膠層293與殼體292貼合。此時，力感測器21、剛性力傳導體22以及軟性形變體23高度為h4，h4<h3。壓力感測裝置夾持在蓋板2與殼體292之間，軟性形變體23受到夾持作用產生一反作用力通過剛性力傳導體22傳遞給力感測器21，力感測器21受到一預壓力。
液晶顯示模組24可以包括液晶層、玻璃基板、偏光片、濾光片、導光板、背光底板等元件。
作為另一實施方式，所述軟性形變體23和剛性力傳導體22在蓋板2與殼體292安裝完成前是相互分離設置的。軟性形變體23單獨預先設置在殼體292上，在蓋板2與殼體292安裝後軟性形變體23剛好與剛性力傳導體22直接接觸，軟性形變體23發生形變。
最為一種實施形態，第一支腳2221和第二支腳2222之一端可設置有至少二分部。
第一實施例中壓力感測裝置10及其變形方式同樣適用於本實施例。
壓力感測裝置20內設置的力感測器21、剛性力傳導體22、軟性形變體23等結構，使得壓力感測裝置20具有壓力偵測(Z軸方向)功能，若配合現有成熟的觸控結構提供位置偵測(X、Y方向)功能，壓力感測裝置20即可實現按壓輸入操作的三維偵測。力感測器21還可直接成型於與位置偵測結構信號連接的FPC層上，直接將FPC層與蓋板2貼合即可實現資源的最大化利用。力感測器21等壓力感測結構與觸控結構和/或顯示裝置並列設置於蓋板2之異於按壓操作面的一面，且設置在非顯示區域之蓋板2和殼體292之間，這樣利用了現有產品的結構空間，在幾乎未增加產品厚度的情況下，為壓力感測裝置20載入了壓力偵測功能，達到了產品結構最優化。
請參閱第6A-6C圖，本發明第三實施例提供一種具有壓力感測功能的壓力感測裝置30，該壓力感測裝置30包括一蓋板3(可為一具有位置偵測功能的蓋板結構)、一液晶顯示模組34、一殼體392。液晶顯示模組34位於殼體392和蓋板3之間，液晶顯示模組34包括一液晶顯示元件341和一背光底板342，液晶顯示元件341包括液晶、濾光片、偏光片、導光板、玻璃基板等一種或多種元器件。背光底板342為液晶顯示元件341提供機械支撐。在本實施例中，液晶顯示模組34與蓋板3會進行精確對位(液晶顯示模組34與蓋板3之間可以通過一些對位元標記實現精確對位 之後，再以光學膠貼合固定)，因而。背光底板342的具體結構如第6D圖所示，其整體呈矩形，採用剛性金屬材料製作形成。在蓋板3與液晶顯示模組34對應貼合時，背光底板342沿力感測器31所在方向(第6D圖中為四個直角處)均延伸有一延伸部3421。該延伸部3421作為本實施例的剛性力傳導體32發揮作用，其靠近蓋板3的表面上一體成型設置有一凸點321，對應貼合後力感測器31中心的位置處。在本實施例中，因液晶顯示模組34會與蓋板3精確對位，從而保證了背光底板342的延伸部3421與設置於蓋板3之異於按壓操作面的一面的力感測器31的相對位置精確，因而作為剛性力傳導體32發揮作用的延伸部3421無需設置成U字形或半U形或C字形結構而定位於蓋板3之異於按壓操作面的一面。
壓力感測裝置30的蓋板3下方設置有至少一第一承載層391、力感測器31、剛性力傳導體32以及一軟性形變體33，第一承載層391為一FPC層，力感測器31成型於FPC層上，FPC層貼合於蓋板3之異於按壓操作面的一面。剛性力傳導體32包括凸點321和片材件322，在本實施例中片材件322即為背光底板342之延伸部3421。延伸部3421與殼體392之間設置有一軟性形變體33且軟性形變體33位置與凸點321位置相對應。軟性形變體33黏貼於殼體392或延伸部3421靠近殼體392之表面上。
第6A圖為壓力感測裝置30之蓋板3安裝前的狀態，其上設置有力感測器31的FPC層貼合於蓋板3之異於按 壓操作面的一面。液晶顯示元件341固定於背光底板342之靠近蓋板3側，背光底板342之延伸部3421位於凸點321與軟性形變體33之間，力感測器31、凸點321、延伸部3421與軟性形變體33位置對應。將蓋板3朝殼體392移動，當軟性形變體33與殼體392剛接觸時，如第6B圖所示，無任何外力載入在壓力感測裝置上時，力感測器31、剛性力傳導體32以及軟性形變體33高度為h5。將蓋板3繼續朝殼體392移動，直到蓋板3與殼體392組裝完成，如第6C圖所示，蓋板392通過粘膠層393與殼體392貼合。此時，力感測器31、剛性力傳導體32以及軟性形變體33高度為h6。h6<h5，壓力感測裝置夾持在蓋板3與殼體392之間，軟性形變體33受到夾持產生一反作用力通過剛性力傳導體32傳遞給力感測器31，力感測器31受到一預壓力。
蓋板3下方設置有液晶顯示模組34的區域為顯示區域，未設置液晶顯示模組34的區域為非顯示區域。在該非顯示區域對應的蓋板3之異於按壓操作面上設置有一油墨層3i，該油墨層3i用於遮擋非顯示區域所對應的蓋板3下方的線路等。從垂直於按壓操作面角度來看，壓力感測裝置設置在油墨層3i正下方，壓力感測裝置及其線路等均被油墨層3i遮蔽，即所述壓力感測裝置在蓋板3上的垂直投影區域與所述油墨層3i在蓋板3上的垂直投影區域完全重疊，可以理解壓力感測裝置在蓋板3上的垂直投影區域被包含於油墨層3i在蓋板3上的垂直投影區域中。
第一實施例中壓力感測裝置10及其變形方式 同樣適用於本實施例中。
本實施例中壓力感測裝置30利用液晶顯示模組34之背光底板342上的延伸部3421作為壓力感測裝置的片材件322，背光底板342為電子產品的現有結構，如此利用了現有產品的元器件作為壓力感測裝置的元器件，降低了壓力感測裝置的成本，降低壓力感測裝置30的厚度。在本發明中，力感測器31和剛性力傳導體32以及軟性形變體33之間的位置對壓力感測裝置的30力偵測性能具有一定影響，在本實施例中，由於蓋板3與液晶顯示模組34的位置匹配度非常高，即貼合時，所述兩者位置完全對應，可有效提升壓力感測裝置的30的力偵測性能。
請參閱第7圖，本發明第四實施例提供一種壓力感測裝置40，該壓力感測裝置40與第二實施例的不同之處在於所述力感測器41直接設置在蓋板4之異於按壓輸入操作面，其直接以蓋板4之異於按壓輸入操作面作為其承載層。剛性力傳導體42設置在力感測器41和軟性形變體43之間且保持與力感測器41和軟性形變體43同時接觸。如此，減少了FPC層的設置，降低了壓力感測裝置40的整體厚度。本實施例所提供的方案適用於其他實施例。
除本實施例中陳述的與其他實施例的不同之處外，其他實施例的實施方案以及變形均適用於本實施例。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。
10‧‧‧壓力感測裝置
11‧‧‧力感測器
13‧‧‧軟性形變體
121‧‧‧凸點
122‧‧‧片材件
191‧‧‧第一承載層
192‧‧‧第二承載層
1221‧‧‧第一支腳
1222‧‧‧第二支腳
h2‧‧‧高度

Claims (15)

  1. 一種壓力感測裝置，包括一力感測器，該壓力感測裝置更包括一剛性力傳導體和一軟性形變體，該剛性力傳導體設置於該力感測器和該軟性形變體之間。
  2. 如請求項1所述之壓力感測裝置，其中該剛性力傳導體包括一片材件，該片材件位於該力感測器和該軟性形變體之間，並直接接觸該軟性形變體。
  3. 如請求項2所述之壓力感測裝置，其中該剛性力傳導體更包括一凸點，該凸點與該片材件一體成型或分體設置，該凸點位於該力感測器和該片材件之間，並直接接觸該力感測器。
  4. 如請求項3所述之壓力感測裝置，其中該力感測器與該凸點接觸的面為第一表面，該凸點與該力感測器的接觸面積小於該第一表面面積。
  5. 如請求項2至4中任一項所述之壓力感測裝置，其中該片材件為U字形或半U形。
  6. 如請求項5所述之壓力感測裝置，其中該力感測器設置在一承載層上，該片材件至少一端與該力感測器所在的該承載層連接。
  7. 如請求項6所述之壓力感測裝置，其中該片材件之一端設置有至少二分部。
  8. 如請求項2所述之壓力感測裝置，其中該片材件呈C字形，該片材件之一端設置有二分部，該二分部之間設置有一開口，與該開口位置對應的該片材件內壁設置有一凸點，該凸點與該片材件一體成型或分體設置，該開口位置與力感測器位置對應。
  9. 如請求項1所述之壓力感測裝置，更包括一殼體，該軟性形變體黏貼在該殼體上或黏貼於該剛性力傳導體上。
  10. 如請求項1所述之壓力感測裝置，其中該剛性力傳導體為金屬、硬橡膠、塑膠中的一種，該軟性形變體為軟質橡膠、泡棉、矽膠中的一種。
  11. 如請求項1所述之壓力感測裝置，其中該剛性力傳導體為加硫係數25以上的硬橡膠，該軟性形變體為加硫係數在15以下的軟質橡膠。
  12. 如請求項1至4或8至10中任一項所述之壓力感測裝置，更包括一蓋板及一殼體，用於夾持該壓力感測裝置。
  13. 如請求項12所述之壓力感測裝置，其中該力感測器對應該蓋板與該殼體對該壓力感測裝置的夾持作用受到一預壓力，該預壓力大小為0.5-1.5N。
  14. 如請求項12所述之壓力感測裝置，更包括一第一承載層，該第一承載層為該力感測器的承載體，該第一承載層為蓋板，或貼合於蓋板之異於按壓操作面上的FPC層。
  15. 如請求項12的該壓力感測裝置，更包括一液晶顯示模組，該液晶顯示模組設置在該蓋板和該殼體之間，該液晶顯示模組包括一背光底板，該背光底板呈矩形，其直角位置處延伸出一延伸部，該剛性力傳導體之片材件由該延伸部彎曲形成。
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