TW202417369A - 具有基於碳奈米管之電極之壓電膜 - Google Patents

Abstract

本發明提供一種壓電裝置，該壓電裝置包括壓電膜及直接安置於該壓電膜之至少一側上的基於碳奈米管（CNT）之電極層。該基於CNT之第一電極層具有小於300 ohm/sq之片電阻。

Description

具有基於碳奈米管之電極之壓電膜

壓電裝置可用於許多領域（包括（但不限於）生物醫學、防禦技術、奈米裝置、微型機電系統（micro electromechanical system；MEMS）及機械能收集器（mechanical energy harvester；MEH））中之應用。廣義地說，壓電裝置可能適用於涉及機械能與電能之間之轉換的任何應用。實例包括諸如觸控感測器裝置（例如，觸控板或觸控感測器裝置）之廣泛用於多種電子系統中之輸入裝置。觸控感測器裝置典型地包括常常藉由表面分界的感測區，其中觸控感測器裝置判定一或多個輸入物件之存在、位置及/或運動。觸控感測器裝置可用以為電子系統提供介面。舉例而言，觸控感測器裝置常常用作較大計算系統之輸入裝置（諸如，整合於筆記型電腦或桌上型電腦中或周邊的不透明觸控板，或整合於觸控顯示器中之透明觸控板）。

提供此發明內容以介紹下文在實施方式中進一步描述的概念選擇。此發明內容不意欲識別所主張主題之關鍵或基本特徵，其亦不意欲幫助限制所主張主題之範疇。

大體而言，在一個態樣中，具體實例係關於一種壓電裝置，其包含：壓電膜；及直接安置於該壓電膜之至少一側上的第一基於碳奈米管（CNT）之電極層，其中基於CNT之第一電極層具有小於300 ohm/sq之片電阻。

大體而言，在一個態樣中，具體實例係關於一種製造壓電裝置之方法，該方法包含：獲得碳奈米管（CNT）分散液；運用CNT分散液塗佈壓電膜以獲得直接安置於壓電膜上的基於CNT之電極層；及固化基於CNT之電極層，其中基於CNT之電極層具有小於300 ohm/sq之片電阻。

大體而言，在一個態樣中，具體實例係關於一種壓電輸入裝置，該壓電輸入裝置包含：壓電裝置，該壓電裝置包含：壓電膜；及第一基於碳奈米管（CNT）之電極層，其直接安置於該壓電膜之至少一側上，其中基於CNT之第一電極層具有小於300 ohm/sq之片電阻並形成複數個接收器電極；及處理系統，其用於基於自該複數個接收器電極獲得的所得信號判定輸入物件之位置。

將由以下描述及所附申請專利範圍顯而易知所主張主題之其他態樣及優點。

在本發明之以下詳細描述中，闡述眾多具體細節以便提供本發明之充分理解。然而，本領域中一般熟習此項技術者將顯而易見，本發明可在無此等特定細節的情況下進行實踐。在其他情況下，未詳細描述熟知特徵以避免不必要地使描述複雜化。

在整個申請案中，序號（例如，第一、第二、第三等）可用作元件（亦即，申請案中之任何名詞）之形容詞。除非明確地揭示（諸如使用術語「在之前」、「在之後」、「單一」及其他此類術語），否則序號之使用並不暗示或產生元件之任何特定定序亦不將任何元件限制於僅僅單一元件。實際上，序號之使用將區分元件。作為實例，第一元件不同於第二元件，且第一元件可涵蓋多於一個元件並按元件之定序繼第二元件之後（或在第二元件之前）。

大體而言，本發明之具體實例包括基於具有基於碳奈米管（CNT）之電極之壓電膜的壓電裝置及製造基於具有基於CNT之電極的PVDF壓電膜的壓電裝置的方法。壓電裝置可用於涉及機械能與電能之間之轉換的任何應用。如隨後描述之本發明之具體實例具有各種優點。舉例而言，如下文詳細論述，根據一或多個具體實例之壓電裝置易於製造，需要相對較少組件，並提供良好光學透明度。光學透明度可使壓電裝置適於結合顯示器使用。另外，根據本發明之具體實例之壓電裝置可相對可撓或可彎曲，因此使其適合於非剛性應用。基於壓電裝置之輸入裝置（例如，觸控或力感測輸入裝置可具有優於其他觸控感測技術的優點。舉例而言，相比於電容式觸控感測，根據一或多個具體實例之壓電觸控感測對環境影響（諸如濕氣）更穩固。因此，根據本發明之具體實例之壓電裝置特別適合於廣泛範圍之應用及操作環境，包括潮濕或甚至水下環境、其中機械可撓性係所需或所要的應用、其中光學透明度係所需或所要的應用等。隨後提供詳細描述。

圖1為根據一或多個具體實例之實例壓電輸入裝置（100）的方塊圖。壓電輸入裝置（100）可經組態以執行觸控及/或力感測以提供輸入至電子系統（圖中未示）。如此文件中所使用，術語「電子系統」（或「電子裝置」）廣泛地指代能夠以電子方式處理資訊的任何系統。電子系統之一些非限制性實例包括個人電腦，諸如桌上型電腦、膝上型電腦、平板電腦、具有至少某一程度之能力的機械及醫療裝置等。另外實例電子系統包括周邊裝置，諸如資料輸入裝置（包括遙控器、滑鼠、觸覺輸入裝置或感測裝置，包括機器人探針、手、壓力量測裝置等），及資料輸出裝置（包括顯示螢幕及印表機）。其他實例包括遠端終端機、查詢一體機，及視訊遊戲機（例如，視訊遊戲控制台、攜帶型遊戲裝置及其類似者）。其他實例包括通信裝置（包括蜂巢式電話，諸如智慧型手機），及媒體裝置（包括記錄器、編輯器及播放器，諸如電視、機頂盒、音樂播放器、數位相片框及數位攝影機）。另外，電子系統可為主機或至輸入裝置之受控器。

在圖1中，壓電輸入裝置（100）經展示為經組態以感測藉由感測區（120）中之一或多個輸入物件提供之輸入的觸控感測器裝置（例如，「觸控板」或「觸控感測器裝置」）。實例輸入物件包括觸控筆、手指（140）等。

感測區（120）涵蓋在輸入裝置（100）上方、周圍、中及/或附近的任何空間，其中輸入裝置（100）能夠偵測使用者輸入（例如，藉由一或多個輸入物件提供之使用者輸入）。特定感測區之大小、形狀及位置可在具體實例間廣泛不同。

輸入裝置（100）可使用感測器組件與技術的任何組合以偵測感測區（120）中之使用者輸入。輸入裝置（100）包括用於偵測使用者輸入之一或多個感測元件。感測元件可為壓電式。當力負載施加至壓電材料（例如，其偏振根據所施加力之方向移動至正或負方向的非中心對稱材料）時，壓電材料中之電荷平衡改變。藉由量測感應電壓，可判定與力負載相關聯之觸控事件，且可計算所施加力。

一些壓電實施方案利用接收器電極的陣列或其他規則或不規則圖案以拾取在跨越與感測區（120）相關聯之壓電材料的不同位置處之誘發電壓。因此，可判定輸入區（120）中之觸控事件之位置。

在圖1中，處理系統（110）經展示為輸入裝置（100）的部分。處理系統（110）經組態以操作輸入裝置（100）之硬體以偵測感測區（120）中之輸入。處理系統（110）包括一或多個積體電路（IC）之部分或全部及/或其他電路組件。舉例而言，處理系統（110）可包括下文參考圖2論述之電路組件。

在一些具體實例中，處理系統（110）亦包括電子可讀指令，諸如韌體程式碼、軟體程式碼及/或其類似者。在一些具體實例中，構成處理系統（110）之組件諸如靠近輸入裝置（100）之感測元件定位在一起。在其他具體實例中，處理系統（110）之組件與接近於輸入裝置（100）之感測元件的一或多個組件及在別處之一或多個組件實體地分隔。舉例而言，輸入裝置（100）可為耦接至計算裝置的周邊裝置，且處理系統（110）可包括經組態以在計算裝置之中央處理單元上運行的軟體及與中央處理單元分開的一或多個IC（或許具有相關聯韌體）。作為另一實例，輸入裝置（100）可實體地整合於行動裝置中，且處理系統（110）可包括為行動裝置之主處理器之部分的電路及韌體。在一些具體實例中，處理系統（110）專用於實施輸入裝置（100）。在其他具體實例中，處理系統（110）亦執行其他功能，諸如操作顯示螢幕（155）、驅動觸覺致動器等。

處理系統（110）可經實施為處置處理系統（110）之不同功能的模組之一集合。各模組可包括為處理系統（110）之一部分的電路、韌體、軟體或其組合。在各種具體實例中，可使用模組之不同組合。舉例而言，如圖1中所展示，處理系統（110）可包括判定模組（150）及感測器模組（160）。判定模組（150）可包括用以判定以下各者的功能性：至少一個輸入物件何時在感測區中；信雜比；輸入物件之位置及/或力資訊；手勢；基於手勢執行的動作；手勢或其他資訊之組合；及/或其他操作。

感測器模組（160）可包括用以判定觸控事件之功能性。舉例而言，感測器模組（160）可包括耦接至接收器電極之感測電路，如下文進一步描述。感測器模組（160）可自安置於壓電材料層上之接收器電極接收一或多個所得信號。所得信號可包括所要信號（諸如由輸入物件在感測區（120）中施加力所引起的分量），及/或非所要信號（諸如雜訊或干擾）。

儘管圖1展示判定模組（150）及感測器模組（160），但根據一或多個具體實例，替代或額外模組可存在。實例替代或額外模組包括用於操作硬體（諸如感測器電極及顯示螢幕（155））之硬體操作模組、用於處理資料（諸如感測器信號及位置及/或力資訊）的資料處理模組、用於報告資訊之報告模組，及經組態以識別手勢（諸如模式改變手勢）的識別模組，及用於改變操作模式之模式改變模組。另外，各種模組可組合於單獨積體電路中。舉例而言，第一模組可至少部分包括於第一積體電路內且單獨模組可至少部分包括於第二積體電路內。另外，單一模組之部分可跨越多個積體電路。在一些具體實例中，處理系統作為整體可執行各種模組之操作。

在一些具體實例中，處理系統（110）直接藉由致使一或多個動作回應於感測區（120）中之使用者輸入（或無使用者輸入）。實例動作包括改變操作模式，以及圖形使用者介面（graphical user interface；GUI）動作，諸如游標移動、選擇、選單導航及其他功能。在一些具體實例中，處理系統（110）提供關於輸入（或無輸入）的資訊至電子系統之一些部分（例如，至與處理系統（110）分開的電子系統之中心處理系統，在此單獨中心處理系統存在的情況下）。在一些具體實例中，電子系統之某一部分處理自處理系統（110）接收到之資訊以對使用者輸入起作用，以便促進全範圍的動作，包括模式改變動作及GUI動作。

在一些具體實例中，輸入裝置（100）包括觸控螢幕介面，且感測區（120）重疊顯示螢幕（155）之主動區域的至少部分。舉例而言，輸入裝置（100）可包括重疊顯示螢幕之實質上透明感測器電極並提供用於相關聯電子系統之觸控螢幕介面。顯示螢幕可為能夠向使用者顯示視覺介面的任何類型之動態顯示器且可包括任何類型之發光二極體（light emitting diode；LED）、有機LED（organic LED；OLED）、陰極射線管（cathode ray tube；CRT）、液晶顯示器（liquid crystal display；LCD）、電漿、場發光（electroluminescence；EL）或其他顯示器技術。輸入裝置（100）及顯示螢幕（155）可共用實體元件。舉例而言，一些具體實例可利用相同電氣組件中之一些用於顯示及感測。在各種具體實例中，顯示裝置之一或多個顯示器電極可經組態以用於顯示更新及輸入感測兩者。作為另一實例，顯示螢幕（155）可藉由處理系統（110）部分或全部操作。

轉至圖2，展示根據一或多個具體實例之壓電觸控感測系統（200）。壓電觸控感測系統（200）包括壓電感測模組（210）。壓電感測模組（210）可回應於觸控（例如藉由手指（298）或任何其他輸入物件進行）之存在或不存在而輸出一或多個所得信號（280）。所得信號（280）可藉由如下文所論述之觸控電路（250）處理。

壓電感測模組（210）可用以提供用於圖1中所示的感測區（120）之全部或部分的觸控感測。壓電感測模組（210）亦可提供用於顯示螢幕（155）之全部或部分的顯示器。觸控電路（250）可為處理系統（110）之組件。

在一或多個具體實例中，壓電感測模組（210）具有包括顯示器（212）或基板（若無顯示器存在）、用於壓電觸控感測之各種層（214、215、216）及覆蓋層（218）的多個層。在一個具體實例中，顯示器（212）為OLED顯示器。多個顯示層可形成顯示器（212）。舉例而言，OLED顯示器可包括有機發光層、陽極層、陰極層、可包括薄膜電晶體（thin-film transistor；TFT）層之一或多個導電層等。顯示層之堆疊亦可包括顯示器基板。顯示器基板可為剛性或可撓性玻璃或塑膠基板。顯示器（212）可替代地為微型LED顯示器、TFT顯示器或包括對應層之任何其他類型的顯示器。

在一或多個具體實例中，用於壓電觸控感測之層（214、215、216）形成壓電裝置（220）且包括接收器電極層（214）、壓電膜（215）及共同電極層（216）。覆蓋層（218）可提供可觸控表面。隨後描述此等層之功能。另外，下文參考圖5A及圖5B提供壓電裝置（220）之更詳細描述。

在一或多個具體實例中，壓電裝置（220）之接收器電極層（214）、壓電膜（215）及共同電極層（216）經配置成其中壓電材料在電極之兩個層之間的包夾架構。歸因於與壓電材料相關聯之壓電效應，當力負載施加至壓電膜（215）時，跨越壓電膜（215）之電荷平衡改變。電荷平衡之改變可作為接收器電極層（214）中之接收器電極與共同電極層（216）中之共同電極之間的電壓暫存。在一個具體實例中，壓電膜為聚偏二氟乙烯（PVDF）壓電膜。可在不脫離本發明情況下使用其他壓電材料，諸如PVDF之共聚物、聚乳酸壓電生物聚合物、聚脲、聚胺脂、聚醯胺、聚丙烯腈、聚醯亞胺、聚丙烯等。額外層可經添加至壓電膜。額外層可包括例如以下各者中之一或多者：硬塗層、折射率匹配層、抗靜電層等。壓電膜之描述經提供於PCT專利申請案第PCT/JP2021/013199號中。PCT/JP2021/013199特此以全文引用之方式併入。

在一或多個具體實例中，接收器電極層（214）及共同電極層（216）皆包括經組態以偵測跨越壓電膜（215）的電荷平衡之改變的一或多個電極。電極可由諸如以下各者之透明導電塗層組成：碳奈米管（CNT）、摻雜之CNT、CNT與金屬奈米線（例如，銀奈米線）之混合物、傳導性聚合物（例如，PEDOT:PSS）、石墨烯、金屬網格等。共同電極層（216）中之共同電極可保持處於參考電位（例如，信號接地），而接收器電極層（214）中之接收器電極可基於跨越壓電膜（215）之電荷平衡相對於參考電位而浮動。為了能夠偵測到施加至壓電膜（215）之力的位置，接收器電極層（214）及潛在地共同電極層（216）可包括經圖案化電極。下文參考圖6A及圖6B論述使用經圖案化電極偵測施加至壓電膜（215）之力的位置。

在一或多個具體實例中，覆蓋層（218）提供感測顯示模組之保護性表面。覆蓋層（218）可為具有允許藉由輸入物件（例如，手指（298））所施加之力傳輸至壓電膜（215）的機械特性之薄玻璃或塑膠層。

在一或多個具體實例中，接收器電極層（214）、壓電層（215）、共同電極層（216）及覆蓋層（218）實質上係透明的，藉此使得使用者能夠看到藉由顯示器（212）顯示之視覺內容。

現在參考觸控電路（250），在一或多個具體實例中，觸控電路（250）接收所得信號（280），該所得信號相對於參考電位（270）反映跨越壓電膜之電荷平衡。在一或多個具體實例中，所得信號藉由觸控電路（250）處理以產生可指示藉由輸入物件（298）施加的觸控及/或力之觸控/力信號（290）。觸控電路（250）可執行諸如電荷整合、低通濾波、類比至數位轉換等之各種操作。

雖然圖2展示單一觸控電路（250），但在一或多個具體實例中，多個觸控電路可結合接收器電極層（214）中之多個接收器電極使用，如參考圖6A及圖6B所論述。替代地，多工可用以藉由單一觸控電路讀取多個接收器電極。

圖3展示根據一或多個具體實例之能量收集系統。壓電能量收集系統（300）將機械能轉換成電能。在一個具體實例中，包括一或多個壓電膜之壓電裝置（310）用作換能器。如參考圖5C進一步論述，多個壓電膜可經堆疊以增加產生的電能之量。調節電路（320）可將藉由壓電裝置（310）產生之可變輸出轉換成用於電負載（330）的DC電壓。調節電路（320）可包括AC至DC轉換器（324）及DC/DC電壓調節器（326），其藉由功率管理單元（328）控制以處理隨功率負載要求及來自壓電裝置（310）之可用功率而變的所產生功率。調節電路（320）可進一步包括確保所收集電能之最大轉移的阻抗匹配電路（322）。能量儲存裝置（340）可用以儲存藉由收集單元收集的能量以便在任何操作條件下饋入電負載（330）。能量儲存裝置（340）可為例如電池或超級電容器。

圖4展示根據一或多個具體實例之致動器。壓電致動器（400）產生機械輸出，例如，在電輸入（例如，電壓）存在下的運動（416）。壓電致動器（400）包括壓電裝置（410）。壓電裝置（410）包括壓電膜（412）及電極（414），例如如下文參考圖5A所描述。壓電裝置藉由錨定器（420）機械地錨定。當電壓施加至壓電膜（412）時，壓電材料根據所施加電壓之偏振擴展，藉此引起跨越壓電膜之長度的軸向彎曲。如參考圖5C進一步論述，多個壓電膜可經堆疊以增加運動振幅及/或實現較複雜運動模式，諸如在多個維度（例如，三個或三個以上維度）中之運動，包括平移及/或旋轉運動。

轉至圖5A、圖5B及圖5C，展示根據一或多個具體實例的壓電感測器之兩個組態。

參看圖5A，壓電裝置（500）包括壓電膜（510）、第一電極層（520）及第二電極層（530）。第一電極層可包括一或多個接收器電極（214）或一或多個共同電極（216）。類似地，第二電極層可包括一或多個接收器電極（214）或一或多個共同電極（216）。在一或多個具體實例中，第一電極層（520）及第二電極層（530）直接安置於壓電膜（510）上。在一或多個具體實例中，第一電極層及/或第二電極層包括由碳奈米管（CNT）材料形成的電極。基於CNT之電極可直接沉積至壓電膜（510）上。

參看圖5B，壓電裝置（550）包括圖5A之壓電裝置（500）之元件及另外聚對苯二甲酸伸乙酯（polyethylene terephthalate；PET）層（570）及黏著劑（580）。PET層（570）可用作用於沉積第二電極層（560）的基板。因此，在圖5B之具體實例中，僅僅第一電極層（520）而非第二電極層（560）直接沉積至壓電膜上。黏著劑（580）可將PET層（570）與第二電極層（560）永久地結合至壓電膜（510）。壓電裝置（550）可以其他方式類似於壓電裝置（500）。在一或多個具體實例中，第一電極層及/或第二電極層包括由碳奈米管（CNT）材料形成的電極。在第一電極層（520）中的基於CNT之電極可直接沉積至壓電膜（510）上，而在第二電極層（560）中的基於CNT之電極可直接沉積至PET層（570）上。

參看圖5C，壓電裝置（570）包括如圖5A中所展示之多個壓電裝置（500）。任何數目個壓電裝置（500）可經堆疊。黏著劑（590）可機械地連接個別壓電裝置（500）。為回應於機械輸入獲得較高輸出電壓，個別壓電裝置（500）可串聯電連接。替代地，在涉及電驅動壓電裝置（570）之組態中，多個壓電裝置（500）之堆疊可增加產生的運動振幅及/或可實現較複雜運動模式，諸如在多個維度（例如，三個或三個以上維度）中之運動，包括平移及/或旋轉運動。

在下文參考圖7提供圖5A、圖5B及圖5C之壓電裝置的製造之詳細論述（包括CNT材料至壓電膜上的沉積及所得特性）。另外，參考圖6A及圖6B提供電極在第一層及第二層（520、530、560）中之配置的實例。

轉至圖6A，展示電極圖案（600）。電極圖案包括接收器電極（602）之列及共同電極（604）之行。接收器電極（602）可定位於圖5A、圖5B及圖5C之壓電裝置之第一或第二電極層中。同樣，共同電極（604）可定位於圖5A、圖5B及圖5C之壓電裝置之第一或第二電極層中。在感測器圖案（600）中，接收器電極（602）及共同電極（604）具有矩形形狀。在不脫離本發明情況下，電極可具有不同形狀。舉例而言，互連菱形電極襯墊可經配置成列或行。雖然圖中未示，但壓電膜（215）可定位於安置於壓電膜之一個表面上的接收器電極（602）與安置於壓電膜之另一表面上的共同電極（604）之間，如先前論述。

當將壓電裝置作為感測裝置操作時，在一個具體實例中，共同電極（604）可經設定至一參考電位（例如，信號接地），而接收器電極（602）係浮動的。可例如使用觸控電路（250）獲得用於一對接收器電極（602）及共同電極（604）中之各者的所得信號。

在接收器電極（602）與共同電極（604）之交點處，局部電壓量測（對應於觸控/力信號（290））可經執行以判定作用於壓電膜（215）上的力之本端效應。此局部電壓量測之區可被稱為「感測元件」（606）。雖然在圖6A中識別僅僅單一感測元件（606），但感測元件（606）可存在於接收器電極（602）與共同電極（604）之各交點處。藉由對於感測元件（606）中之各者執行感測操作，作用於壓電膜（215）上的力之本端效應因此可跨越壓電膜（215）之整體（或部分）而評定。感測操作可在掃描操作中（例如逐列或逐行）執行直至感測操作之整個框架完成為止。感測操作中之各者可藉由如先前所描述之觸控電路（250）執行。結果可為觸控/力信號之集合，各信號指示在對應感測元件處的觸控或力。隨後可估計輸入物件實際上施加力至壓電元件所在的位置。舉例而言，位置可經判定為在其中觸控/力信號具有最高電壓或隨時間之最高電壓變化的感測元件處。為了增加之準確度，空間內插可基於對應力信號在多個感測元件之間執行。

轉至圖6B，展示電極圖案（650）。電極圖案包括接收器電極（652）及跨越接收器電極（652）之區的單共同電極（654）之圖案。接收器電極（652）可定位於圖5A、圖5B及圖5C之壓電裝置之第一或第二電極層中。同樣，共同電極（654）可定位於圖5A、圖5B及圖5C之壓電裝置之第一或第二電極層中。在感測器圖案（650）中，接收器電極（652）中之各者為可具有任何形狀之襯墊。

在一個具體實例中，共同電極（654）可經集合為參考電位（例如，信號接地），而接收器電極（652）係浮動的。可例如使用觸控電路（250）獲得用於各接收器電極（652）之所得信號。

感測元件（656）形成於接收器電極（652）中之各者處。雖然電極圖案（650）之設計不同於電極圖案（600）之設計，但以類似方式獲得觸控/力信號（一個信號對應於各接收器電極（652））。

雖然圖6A及圖6B展示兩種類型之電極圖案，但可在不脫離本發明情況下使用其他類型之電極圖案。此外，可使用非經圖案化電極（例如，固體表面電極）。另外，在不脫離本發明情況下，可在大小及/或解析度方面按比例縮放電極圖案。

此外，雖然圖1、圖2、圖3、圖4、圖5A、圖5B、圖5C、圖6A及圖6B展示組件之組態，但可在不脫離本發明之範疇情況下使用其他組態。舉例而言，各種組件可經組合以產生單一組件。作為另一實例，藉由單一組件執行的功能性可藉由兩個或多於兩個組件執行。另外，雖然已結合觸控及/或力感測描述壓電裝置，但本發明之具體實例更大體上係關於任何類型的壓電裝置，包括壓電感測器、能量收集裝置及致動器。

圖7展示根據一或多個具體實例的製造壓電裝置之方法（700）。更特定言之，圖7說明使用濕式塗佈製程將碳奈米管（CNT）沉積至基板上。基板可為壓電膜（例如，PVDF膜）或諸如PET層之另一基板。雖然圖7中之各種步驟依次呈現及描述，但本領域中一般熟習此項技術者應瞭解該等步驟中之一些或所有可以不同次序執行，可經組合或省去，且該等步驟中之一些或所有可經並行執行。

在步驟702中，準備碳奈米管（CNT）分散液或溶液。分散液可基於任何黏度之任何液體，例如水、乙醇、油、聚合物、環氧樹脂等。機械或化學方法可用以產生分散液。機械方法包括例如超音波處理與高剪切混合。化學方法包括涉及官能化之共價方法，及涉及化學部分之非共價方法。界面活性劑可用以促進分散液。在一個具體實例中，能夠溶解CNT分子之奈米管溶劑用於產生CNT溶液。作為實例，碳奈米管溶劑可為酸，諸如氯磺酸（HSO ₃Cl）、氟磺酸、氟硫酸、鹽酸、甲烷磺酸、硝酸、氫氟酸、氟銻酸、魔酸或任何其他類型的基於碳硼烷之酸。作為另一實例，奈米管溶劑可為超臨界流體，其為在高於其臨界點之溫度及壓力下的物質。作為超臨界流體之奈米管溶劑提供溶質分子（在此情況下CNT分子）之間的靜電相互作用之篩分以抵消表面張力效應及粒子間相互作用並實現溶解。超過奈米管溶劑之臨界點情況下，其溫度及壓力可經調節以維持CNT分子之最大溶解度使得在超臨界狀態中之奈米管溶劑出於全部有效目的可視為非熱。作為實例，作為超級臨界流體之奈米管溶劑204可包括超臨界二氧化碳。

在一或多個具體實例中，額外組分經添加至分散液或溶液。舉例而言，銀奈米線可經混合至分散液或溶液中。可添加任何量銀奈米線。舉例而言，銀奈米線可經添加以到達0.01 mg/ml至0.1 mg/ml之間的任何位置之濃度。在一或多個具體實例中，可執行CNT之摻雜。可在準備CNT溶液或分散液之前對CNT執行摻雜。可執行任何類型之摻雜。舉例而言，可執行碘蒸氣摻雜、HNO ₃蒸氣摻雜、SOCl ₂蒸氣摻雜及/或MoO ₃蒸氣摻雜。可出於任何原因執行組分至分散液或溶液的摻雜及/或添加。在一或多個具體實例中，組分至分散液或溶液之摻雜及/或添加經執行以降低CNT之電阻。

在步驟704中，例如壓電膜之基板經塗佈有CNT奈米管分散液或溶液以在基板上形成電極層。可使用諸如噴塗、網板印刷、旋塗、刮塗、浸塗、真空過濾塗佈等之任何類型之塗佈方法。塗佈方法之選擇可取決於電極層的所要類型。舉例而言，網板印刷可更適合於產生圖案化電極，而旋塗可更適合於產生均質非經圖案化電極。塗佈方法之選擇可另外取決於CNT分散液或溶液之黏度。步驟504可經執行用於壓電膜之一側，或用於兩側。

在步驟506中，固化碳奈米管塗層（706）。可使用對壓電膜不損害的任何類型之固化方法。舉例而言，若在高溫下固化經執行，則溫度保持低於壓電膜之壓電材料之居里溫度。舉例而言，可執行在室溫或在稍微高溫下（例如，在60℃至70℃下）的固化。

可在不脫離本發明情況下執行額外步驟。舉例而言，在完成CNT塗層之固化後，可建立至電極層中之電極的電介面。電介面可包括電極層之表面上的接觸襯墊。另外，組裝操作可經執行以將壓電裝置與其他組件整合。組裝操作可包括諸如膠合或以其他方式附接額外層至壓電裝置的步驟。

根據本發明之具體實例的壓電裝置之製造可具有各種益處。詳言之，壓電膜之壓電材料可維持其壓電，此係由於使用一濕式塗佈製程。因此，不同於諸如用於錫摻雜銥（tin doped iridium；ITO）之沉積的物理氣相沉積（physical vapor deposition；PVD）的其他製程中，不施加顯著熱。另外，濕式塗佈製程相比於PVD製程有成本效益。又，使用基於CNT之電極可達成電極之高層級透明度。額外優點可為不同於為吾人所知為剛性及脆性的ITO膜，基於CNT之電極可具有高層級可撓性及耐久性。另外，基於CNT之電極為吾人所知為環境穩定的，藉此降低成本以滿足環境標準。

根據本發明之具體實例的壓電裝置之以下實例提供效能特性。本發明之具體實例不限於此實例。

在一個具體實例中，壓電膜具有某些特性。舉例而言，敏感度（表達為回應於正被施加之力的電荷，亦即壓電係數d ₃₁）可大於10 pC/N或大於20 pC/N。此外，壓電膜可具有任何厚度，例如在10至200 µm之範圍內。壓電膜之光學透射率可為至少90%或至少95%。壓電膜之光學混濁度光學透射率可小於10%或小於＜5%。

在一個具體實例中，基於CNT之電極具有某些特性。舉例而言，為了獲得增加之信雜比（signal-to-noise ratio；SNR），跨越基於CNT之電極層的片電阻可保持較低。片電阻可小於300 ohm/sq、小於100 ohm/sq或小於50 ohm/sq。基於CNT之電極層的光學透射率可為至少90%或至少95%。基於CNT之電極層的光學混濁度光學透射率可小於10%或小於＜5%。

儘管上文僅詳細描述了幾個實例具體實例，但熟習此項技術者將容易瞭解，可在實質上不背離本發明之情況下，對實例具體實例進行諸多修改。因此，所有此等修改意欲包括於如以下申請專利範圍中所界定之本發明之範疇內。在申請專利範圍中，手段加功能條款意欲涵蓋在本文中描述為執行所敍述功能的結構，及彼等結構之等效物。類似地，申請專利範圍中之任何步驟加功能條款意欲涵蓋本文描述為執行所敍述功能之動作及彼等動作之等效物。本申請人之表達意圖為不針對本文申請專利範圍中任一項之任何限制而調用35 U.S.C. § 112(f)，除申請專利範圍中明確地使用詞語「用於…之構件」或「用於…之步驟」連同相關聯功能之彼等者以外。

現將參考隨附圖式詳細描述所揭示技術之特定具體實例。出於一致性，在各種諸圖中類似元件由類似參考編號表示。

[圖1]展示根據一或多個具體實例之輸入裝置。

[圖2]展示根據一或多個具體實例之觸控感測系統。

[圖3]展示根據一或多個具體實例之能量收集系統。

[圖4]展示根據一或多個具體實例之致動器。

[圖5A]、[圖5B]及[圖5C]展示根據一或多個具體實例之實例壓電裝置。

[圖6A]及[圖6B]展示根據一或多個具體實例之電極圖案。

[圖7]說明根據一或多個具體實例的製造壓電裝置之方法。

100:壓電輸入裝置

110:處理系統

120:感測區

140:輸入物件/手指

150:判定模組

155:顯示螢幕

160:感測器模組

Claims (20)

1. 一種壓電裝置，其包含： 壓電膜；及 第一基於碳奈米管（CNT）之電極層，其直接安置於該壓電膜之至少一側上，其中該基於CNT之第一電極層具有小於300 ohm/sq之片電阻。
2. 如請求項1之壓電裝置，其中該壓電膜為選自由以下組成之群中之一者：聚偏二氟乙烯（PVDF）壓電膜；PVDF共聚物膜；聚乳酸壓電生物聚合物膜；聚脲膜；聚胺酯膜；聚醯胺膜；聚丙烯腈膜；聚醯亞胺；及聚丙烯膜。
3. 如請求項1之壓電裝置，其中該壓電膜具有至少90%之光學透射率。
4. 如請求項1之壓電裝置，其中該壓電膜具有小於5%之光學混濁度。
5. 如請求項1之壓電裝置，其中該壓電膜具有在10 µm至200 µm之間範圍內的厚度。
6. 如請求項1之壓電裝置，其中該壓電膜具有至少10 pC/N之壓電係數d ₃₁。
7. 如請求項1之壓電裝置，其中該第一基於CNT之電極層包含銀奈米線。
8. 如請求項1之壓電裝置，其中該第一基於CNT之電極層摻雜有選自由以下組成之群中之至少一者：碘、HNO ₃、SOCl ₂及MoO ₃。
9. 如請求項1之壓電裝置，其中該第一基於CNT之電極層具有至少90%之光學透射率。
10. 如請求項1之壓電裝置，其中該第一基於CNT之電極層具有小於5%之光學混濁度。
11. 如請求項1之壓電裝置，其中該壓電裝置為選自由以下組成之群中之一者：感測裝置、能量收集裝置及致動器。
12. 如請求項1之壓電裝置，其進一步包含直接安置於該壓電膜上的第二基於CNT之電極層。
13. 一種製造壓電裝置之方法，該方法包含： 獲得碳奈米管（CNT）分散液； 運用該CNT分散液塗佈壓電膜以獲得直接安置於該壓電膜上的基於CNT之電極層；及 固化該基於CNT之電極層， 其中該基於CNT之電極層具有小於300 ohm/sq之片電阻。
14. 如請求項13之方法，其中該塗佈包含選自由以下組成之群中之一者：噴塗、網板印刷、旋塗、刮塗、浸塗及真空過濾塗佈。
15. 如請求項13之方法，其中該固化包含將該基於CNT之電極層曝露至不大於該壓電膜之居里溫度的溫度。
16. 如請求項13之方法，其中獲得該CNT分散液包含添加選自由以下組成之群中之至少一者至該CNT分散液：銀奈米線、金屬網格、導電聚合物及石墨烯。
17. 如請求項13之方法，其中獲得該CNT分散液包含運用選自由以下組成之群中之至少一者摻雜該CNT分散液：碘、HNO ₃、SOCl ₂及MoO ₃。
18. 一種壓電輸入裝置，其包含： 壓電裝置，其包含： 壓電膜；及 第一基於碳奈米管（CNT）之電極層，其直接安置於該壓電膜之至少一側上，其中該基於CNT之第一電極層具有小於300 ohm/sq之片電阻並形成複數個接收器電極；及 處理系統，其用於基於自該複數個接收器電極獲得的所得信號判定輸入物件之位置。
19. 如請求項18之壓電輸入裝置，其中該壓電膜為選自由以下組成之群中之一者：聚偏二氟乙烯（PVDF）壓電膜；PVDF共聚物膜；聚乳酸壓電生物聚合物膜；聚脲膜；聚胺酯膜；聚醯胺膜；聚丙烯腈膜；聚醯亞胺；及聚丙烯膜。
20. 如請求項18之壓電輸入裝置，其中該第一基於CNT之電極層包含銀奈米線。