TWI447366B - Pressure sensing component - Google Patents

Description

壓力感測構件

    本發明係有關一種感測構件，尤指一種壓力感測構件。

    為了加強壓力感測材料之感測能力以及感測解析度，壓阻材料的應用大幅加強了壓力感測的敏感度，而為了適應不同的使用表面，因而也發展出軟性電子元件的應用，軟性電子目前已知的技術大概有塑膠電子、印刷電子、有機電子與聚合物電子等新穎技術。

    而為了增加軟性電子元件的結構可靠度，如美國專利公告第7980144號之「FLEXIBLE ELECTRONICS FOR PRESSURE DEVICE AND FABRICATION METHOD THEREOF 」所述，其揭露一種軟性電子元件的壓力感測結構，避免配置於不同薄膜上的元件誤接觸，並有效降低元件結構之整體成本。而軟性電子材料在受到彎折時容易使得輸出電訊號不穩定，很有可能會造成量測誤差，因而在感測顯示上會有準確性之疑慮，為了避免上述問題，材料之選用非常重要，由於應用於壓力感測元件上之軟性電子材料的選擇性較少，其相對的材料成本也較高。

    本發明之主要目的，在於解決習知之壓力感測元件之材料選擇性少，而有高成本之問題。

    為達上述目的，本發明提供一種壓力感測構件，分別與至少一第一電力傳輸線及至少一第二電力傳輸線連接，該壓力感測構件具有一絕緣底層、一可撓絕緣頂層及至少一間隔件，該絕緣底層之表面設置有至少一與該第一電力傳輸線電性連接的底層導電件，而該可撓絕緣頂層相對該絕緣底層設置，並於相鄰該絕緣底層之一側表面具有至少一與該第二電力傳輸線電性連接的頂層導電件，且該頂層導電件相對該底層導電件之位置而設置，而該間隔件設置於該絕緣底層與該可撓絕緣頂層之間，且不與該底層導電件及該頂層導電件接觸，藉此間隔開該絕緣底層與該可撓絕緣頂層，而壓力大小的不同會影響該頂層導電件與該底層導電件之接觸面積，隨著接觸面積的大小，該頂層導電件與該底層導電件之間的阻抗會呈現反比變化，因而藉由阻抗變化便可以得知所承受之壓力大小。上述說明之本發明係為一種類比感應式的壓力感測元件，直接透過接觸面積所造成的阻抗大小變化而得知壓力位置及大小。

    除此之外，本發明更揭露了一種數位式的壓力感測構件，其具有一絕緣底層、一可撓絕緣頂層以及至少一間隔件，該絕緣底層之表面設置有一底層導電件，該可撓絕緣頂層相對該絕緣底層設置，並其相鄰該絕緣底層之一側表面具有複數頂層導電件，且該頂層導電件相對該底層導電件之位置而設置。複數該間隔件設置於該絕緣底層與該可撓絕緣頂層之間，藉此間隔開該絕緣底層與該可撓絕緣頂層。

    由上述說明可知，本發明揭露了兩種壓力感測構件，分別為類比式以及數位式，於類比式的壓力感測構件中，其係藉由該頂層導電件與該底層導電件之接觸面積大小而有阻抗之變化，藉此判斷承受壓力之大小。而於數位式的壓力感測構件中，利用複數該頂層導電件之設置，判斷壓力下壓時，複數該頂層導電件與該底層導電件之接觸個數，而可得知承受壓力之大小。

    有關本發明之詳細說明及技術內容，現就配合圖式說明如下：

    請參閱「圖1A」及「圖1B」所示，其係分別為本發明第一實施例之結構示意圖以及動作示意圖，如圖所示：本發明係為一種壓力感測構件，於本實施例中，其係為類比式的壓力感測構件，該壓力感測構件分別與一第一電力傳輸線41及一第二電力傳輸線42連接，該壓力感測構件具有一絕緣底層10、一可撓絕緣頂層20及至少一間隔件30，該絕緣底層10之表面設置有一與該第一電力傳輸線41電性連接的底層導電件11，而該可撓絕緣頂層20相對該絕緣底層10設置，並於相鄰該絕緣底層10之一側表面具有一與該第二電力傳輸線42電性連接的頂層導電件21，且該頂層導電件21相對該底層導電件11之位置而設置，而該間隔件30設置於該絕緣底層10與該可撓絕緣頂層20之間，且不與該底層導電件11及該頂層導電件21接觸，藉此間隔開該絕緣底層10與該可撓絕緣頂層20，而壓力大小的不同會影響該頂層導電件21與該底層導電件11之接觸面積，請特別參閱「圖1B」所示，當壓力下壓時，隨著接觸面積的大小變化，該頂層導電件21與該底層導電件11之間的阻抗會呈現反比變化，因而藉由阻抗變化便可以得知所承受之壓力大小。而於本實施例中，該可撓絕緣頂層20之可撓曲度大於該頂層導電件21之可撓曲度，因而可降低該頂層導電件21之材料成本。而舉例來說，該頂層導電件21之材料可為導電油墨、導電性高分子材料、氧化銦錫（ITO）、異方性導電膠膜材料(Anisotropic Conductive Film，ACF)或其組合之群組。

    請參閱「圖2A」至「圖2C」所示，其分別為本發明第二實施例之結構示意圖、動作示意圖一及動作示意圖二，如圖所示：該絕緣底層10具有一凸部12，該凸部12設置於該底層導電件11a遠離該可撓絕緣頂層20一側，且該底層導電件11a順應該凸部12之形狀而附著設置。而於本實施例中，複數該間隔件30a係為彈性材質製成，且該凸部12之形狀為三角形，且三角形之一頂點朝向該可撓絕緣頂層20之方向，請特別參閱「圖2B」，於壓力下壓時，該頂層導電件21會先接觸到位於三角形頂端的該底層導電件11a，這時的接觸面積較小，因而所量測到的阻抗較高，而於「圖2C」中，當壓力更大時，該頂層導電件21會順著下壓力道而與該底層導電件11a有較大面積的接觸，因而量測到的阻抗較小，藉此作為壓力感測構件的判斷基準。

    而請參閱「圖3」所示，其為本發明第三實施例之結構示意圖，其中該可撓絕緣頂層20更具有一設置於該頂層導電件21與該可撓絕緣頂層20之間的高導電件22，該第二電力傳輸線42透過該高導電件22與該頂層導電件21電性連接，且該頂層導電件21之阻抗大於該高導電件22之阻抗，更詳細說明的是，該頂層導電件21與該高導電件22之阻抗比值大於10，也就是說，該頂層導電件21之阻抗較高，因而其與該底層導電件11之接觸面積大大的影響了其阻抗表現，換句話說，當該頂層導電件21之阻抗大時，與該底層導電件11之接觸面積越大，則相對的總阻抗就會越小，相反的，當頂層導電件21與該底層導電件11之接觸面積越小時，則相對的總阻抗就會越大，但如果該頂層導電件21與該第二電力傳輸線42直接連接，則該頂層導電件21之各點位置因為其材質本身之阻抗大，而會有不同的電壓表面。藉由該高導電件22之設置，可將該第一電力傳輸線41之電壓均勻的分佈於該高導電件22，進而與該高導電件22連接的該頂層導電件21之任一位置皆具有相同的電壓，以減少因電壓不平均所造成的誤差問題。

    另需說明的是，除了可將該高導電件22設置於該頂層導電件21與該可撓絕緣頂層20之間，亦可將其設置於該底層導電件11與該絕緣底層10之間，最好的實施方式是分別設置兩個該高導電件22於該底層導電件11與該絕緣底層10之間以及該頂層導電件21與該可撓絕緣頂層20之間，讓該底層導電件11以及該頂層導電件21之表面任一位置皆可得到相同的電壓，以避免因阻抗所造成的壓降問題。

    請參閱「圖4A」至「圖4C」所示，其係本發明第四實施例之結構示意圖、動作示意圖一及動作示意圖二，如圖所示：本發明更揭露了一種數位式的壓力感測件，其具有一絕緣底層10、一可撓絕緣頂層20以及至少一間隔件30，該絕緣底層10之表面設置有一底層導電件11，該可撓絕緣頂層20相對該絕緣底層10設置，其相鄰該絕緣底層10之一側表面具有複數頂層導電件21a，複數該頂層導電件21a相對該底層導電件11之位置而設置。複數該間隔件30設置於該絕緣底層10與該可撓絕緣頂層20之間，藉此間隔開該絕緣底層10與該可撓絕緣頂層20。而由「圖4B」中所示，當壓力下壓時，下壓較深的頂層導電件21a會先碰觸到該底層導電件11，因而產生導通，而隨著壓力的加重，如「圖4C」所示，多個頂層導電件21a會碰觸到該底層導電件11而形成導通，藉由偵測頂層導電件21a之導通數量，便可以推算出受壓面積及受壓大小。

    請配合參閱「圖5」，並一併參閱「圖1」所示，不論是類比式或數位式的壓力感測構件，該底層導電件11及該頂層導電件21分別具有複數個，而該絕緣底層10對應該底層導電件11亦具有複數個，且複數間隔件30係對應設置於四周以平衡壓力，複數該底層導電件11及複數該頂層導電件21分別對應排列形成矩陣結構，因而可大範圍的進行壓力形狀的偵測。

    綜上所述，於類比式的壓力感測構件中，其係藉由該頂層導電件21、21a與該底層導電件11之接觸面積大小而有阻抗之變化，藉此判斷承受壓力之大小。而於數位式的壓力感測構件中，利用複數該頂層導電件21、21a之設置，判斷壓力下壓時，複數該頂層導電件21、21a與該底層導電件11之接觸個數，而可得知承受壓力之大小。藉由上述之結構設置，本發明不需要使用敏感度高的軟性壓阻材料，因此可降低材料成本，且將彈性材質與導電材質分開使用，可做較為彈性的選擇，搭配不同的使用條件，可選擇適當彈性係數的材料，因此本發明極具進步性及符合申請發明專利之要件，爰依法提出申請，祈 鈞局早日賜准專利，實感德便。

    以上已將本發明做一詳細說明，惟以上所述者，僅爲本發明之一較佳實施例而已，當不能限定本發明實施之範圍。即凡依本發明申請範圍所作之均等變化與修飾等，皆應仍屬本發明之專利涵蓋範圍內。

10．．．絕緣底層

11、11a．．．底層導電件

12．．．凸部

20．．．可撓絕緣頂層

21、21a．．．頂層導電件

22．．．高導電件

30、30a．．．間隔件

41．．．第一電力傳輸線

42．．．第二電力傳輸線

圖1A，係本發明第一實施例之結構示意圖。

圖1B，係本發明第一實施例之動作示意圖。

圖2A，係本發明第二實施例之結構示意圖。

圖2B，係本發明第二實施例之動作示意圖一。

圖2C，係本發明第二實施例之動作示意圖二。

圖3，係本發明第三實施例之結構示意圖。

圖4A，係本發明第四實施例之結構示意圖。

圖4B，係本發明第四實施例之動作示意圖一。

圖4C，係本發明第四實施例之動作示意圖二。

圖5，係本發明一較佳實施例之矩陣排列俯視示意圖。

10．．．絕緣底層

11a．．．底層導電件

12．．．凸部

20．．．可撓絕緣頂層

21．．．頂層導電件

30a．．．間隔件

41．．．第一電力傳輸線

42．．．第二電力傳輸線

Claims (13)

1. 一種壓力感測構件，分別與至少一第一電力傳輸線及至少一第二電力傳輸線連接，該壓力感測構件具有：
   一絕緣底層，其表面設置有至少一與該第一電力傳輸線電性連接的底層導電件；
   一設置於該絕緣底層一側的可撓絕緣頂層，其相鄰該絕緣底層之一側表面具有至少一與該第二電力傳輸線電性連接的頂層導電件，且該頂層導電件相對該底層導電件之位置而設置；以及
   至少一間隔件，設置於該絕緣底層與該可撓絕緣頂層之間，且不與該底層導電件及該頂層導電件接觸。
2. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測構件，其中該可撓絕緣頂層之可撓曲度大於該頂層導電件之可撓曲度。
3. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測構件，其中該絕緣底層具有一凸部，該底層導電件順應該凸部之形狀而附著設置於該凸部表面。
4. 如申請專利範圍第3項所述之壓力感測構件，其中該凸部之形狀為三角形，且三角形之一頂點朝向該可撓絕緣頂層之方向。
5. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測構件，其中該頂層導電件具有複數個，而該第二電力傳輸線對應該頂層導電件亦具有複數個而分別獨立設置。
6. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測構件，其中該間隔件係為彈性材質製成，該頂層導電件之材料係選自於由導電油墨、導電性高分子材料、氧化銦錫及異方性導電膠膜材料所組成之群組。
7. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測構件，其中該頂層導電件與該可撓絕緣頂層之間更具有一高導電件，該第二電力傳輸線透過該高導電件與該頂層導電件電性連接，該頂層導電件之阻抗大於該高導電件之阻抗。
8. 如申請專利範圍第7項所述之壓力感測構件，其中該頂層導電件與該高導電件之阻抗比值大於10。
9. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測構件，其中該底層導電件與該絕緣底層之間更具有一高導電件，該第一電力傳輸線透過該高導電件與該底層導電件電性連接，該底層導電件之阻抗大於該高導電件之阻抗。
10. 如申請專利範圍第9項所述之壓力感測構件，其中該底層導電件與該高導電件之阻抗比值大於10。
11. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測構件，其中具有兩高導電件，其分別設置於該底層導電件與該絕緣底層之間以及該頂層導電件與該可撓絕緣頂層之間，且該第一電力傳輸線及該第二電力傳輸線分別透過兩該高導電件而與該底層導電件及該頂層導電件電性連接，該頂層導電件及該底層導電件之阻抗皆大於該高導電件之阻抗。
12. 如申請專利範圍第11項所述之壓力感測構件，其中該底層導電件與該高導電件之阻抗比值大於10，且該頂層導電件與該高導電件之阻抗比值也大於10。
13. 如申請專利範圍第1項所述之壓力感測構件，其中該底層導電件及該頂層導電件分別具有複數個，複數該底層導電件及複數該頂層導電件分別對應排列形成矩陣結構。