TWI491860B - 壓力檢測單元及壓力檢測裝置 - Google Patents

Description

壓力檢測單元及壓力檢測裝置

本發明係關於藉由使用者在面板構件上推壓操作而能輸入資訊之資訊輸入裝置等所使用之壓力檢測單元及壓力檢測裝置。

以往，作為具有檢測推壓力之推壓檢測功能者，所知的有壓敏感測器(參照專利文獻1)。記載於專利文獻1之壓敏感測器係將依序疊層電極、壓敏油墨層之塑膠膜彼此，使互相之壓敏油墨層面對面，透過在表背面具有黏著層之絕緣層而予以黏接。

再者，本申請人針對於需要視覺辨識性之觸控面板採用專利文獻1之壓敏感測器之時，可抑制顯示部之視覺辨識性下降的構成，提出申請(參照日本特願2008-330288號、WO2010/074116號)。記載於日本特願2008-330288號(WO2010/074116號)之觸控面板之壓敏感測器，被疊層在上下方向之部分的構成雖然與專利文獻1相同，但是如第11圖所示般，一對電極21a、22a係沿著塑膠膜21A、22A之緣部而配置成框狀，兩層之壓敏油墨23a、23b係被構成沿著塑膠膜21A、22A之緣部而散佈。

[先行技術文獻] [專利文獻]

[專利文獻1]日本特開2002-48658號公報

在第11圖所示之壓敏感測器中，一對電極21a、22a中，僅散佈的感測器部被壓敏油墨23a、23b覆蓋。因此，位於感測器部以外之電極21a、21b係不被壓敏油墨23a、23b覆蓋。因此，有可能產生位於感測器部以外之電極21a和電極22a直接接觸而通電，或電極21a和電極22a經配置在塑膠膜21A和塑膠膜22A之間的黏著層30而通電。在此，如第12圖所示般，例如在黏著層30之中間配置絕緣材30A，使位於感測器部以外之電極21a和電極22a不通電。

但是，當在黏著層30之中間配置絕緣材30A之時，黏著層30因成為以黏著材30B夾著絕緣材30A之三層構造，故壓敏感測器往往變厚。當黏著層30變厚時，對感測器部之推壓操作受到黏著層30本身而被阻礙，感測器部之敏感度下降。

在此，本發明之目的係提供藉由推壓操作之感測器部之敏感度良好的壓力檢測單元及壓力檢測裝置。

本發明所涉及之壓力檢測單元之第1特徵構成點係在具備：第1基板和第2基板，其係被相向配置，接受來自外部之荷重；一對電極，其係分開在上述第1基板及上述第2基板而互相以線狀相向配置；導電性之壓敏油墨，其係在上述一對電極間覆蓋該些一對電極中之至少一方的狀態下被配置，依據上述荷重而使電特性變化；和黏著構件，其係用以將上述第1基板和上述第2基板黏接成上述一對電極和上述壓敏油墨接觸之狀態。

藉由該構成，在分開在第1基板及第2基板而互相以線狀相向配置之一對電極間，在覆蓋一對電極之至少一方之狀態下存在導電性之壓敏油墨。其結果，配置線狀之電極及壓敏油墨之全區域成為線狀之壓力檢測部，可以確保寬廣壓力檢測區域。再者，因具備有將第1基板和上述第2基板黏接成一對電極和壓敏油墨接觸之狀態的黏著構件，故電極和壓敏油墨成為常接觸之狀態，提高藉由推壓操作的壓力檢測部之檢測敏感度。

再者，因在覆蓋一對電極之至少一方之狀態下，存在導電性之壓敏油墨，故也不會有一對電極彼此直接接觸而通電，或經黏著構件而通電之情形。因此，也不需要在黏著構件設置絕緣層，可以僅以黏著層構成黏著構件。並且，藉由設定薄黏著構件之厚度，亦可以使壓力檢測單元本身之厚度變薄。

本發明所涉及之壓力檢測單元之第2特徵構成點係在於將上述一對電極配置成框狀。

藉由該構成，因將一對電極配置成框狀，並且壓敏油墨也配置成框狀，故容易進行一對電極和壓敏油墨之對準位置。

本發明所涉及之壓力檢測單元之第3特徵構成點係在於將上述第1基板及上述第2基板形成框狀。

藉由該構成，壓力檢測單元本身構成框狀。依此，即使在以框狀之基板所包圍之內側部分配置例如顯示部，壓力檢測單元也不會對該顯示部之視覺辨識性造成任何影響。

本發明所涉及之壓力檢測單元之第4特徵構成點在於上述黏著構件係拉引上述第1基板和上述第2基板而對上述壓敏油墨賦予初期荷重。

如此一來，因藉由黏著構件拉引第1基板和第2基板，事先對壓敏油墨賦予荷重，故初期不安定自動性被排除，即使壓力檢測單元檢測出輕荷重之推壓力之時，以提升推壓力之檢測精度。再者，如此一來也極縮小檢測值(電阻值)對荷重之誤差範圍，其結果可以提升推壓力之測量精度。

本發明所涉及之壓力檢測單元之第5特徵構成點係於在上述第1基板之外面及上述第2基板之外面中之至少任一方，具備有使荷重集中而傳達於上述壓敏油墨之荷重傳達構件。

藉由該構成，當對壓力檢測單元施加來自外部之荷重時，荷重傳達構件係支撐具有電極和壓敏油墨之壓力檢測部而不會分散地集中接取該荷重，並將該荷重確實傳達至壓敏油墨。如此一來，壓敏油墨確實被推壓，可以提升壓力檢測單元之推壓力之測量精度。

本發明所涉及之壓力檢測單元之第6特徵點係在於上述荷重傳達構件形成離上述第1基板或上述第2基板之外面越遠剖面面積越小。

藉由該構成，例如即使於面板構件之推壓操作時面板構件之周緣部往上方翹曲時，亦可以抑制荷重傳達構件和外部構件(例如面板構件等)之接觸面積之變化(減少)。即是，荷重傳達構件容許具有電極和壓敏油墨之壓力檢測部，和推壓壓力檢測部之外部構件之姿勢變化在某程度。因此，於壓力檢測部和外部構件之姿勢變化小時，藉由荷重傳達構件抑制來自外部之荷重分散至壓力檢測部以外的情形。

本發明所涉及之壓力檢測裝置之特徵構成點，係在於具備外形為矩形狀之面板構件，和檢測出對上述面板構件之推壓操作力的壓力檢測部，上述壓力檢測部係具有線狀相向配置之一對電極；和在上述一對電極間覆蓋該些一對電極之至少一方的狀態下被配置，電特性藉由上述推壓操作力而變化之導電性之壓敏油墨，並且配置在沿著上述面板構件之長邊方向的緣部之至少一部分。

如本構成般，上述壓力檢測部係具有線狀相向配置之一對電極；和在上述一對電極間覆蓋該些一對電極之至少一方的狀態下被配置，電特性藉由上述推壓操作力而變化之導電性之壓敏油墨時，配置有線狀之電極及壓敏油墨之全區域成為線狀之壓力檢測部，可以確保寬廣之壓力檢測區域。再者，因接受推壓力之面板構件一般容易沿著長邊方向彎曲，故當壓力檢測部被配置在沿著面板構件之長邊方向之緣部時，則容易檢測出一對電極彼此之移位，提升壓力檢測部之檢測敏感部。

以下，針對本發明所涉及之壓力檢測單元之實施型態，根據圖面予以說明。

[實施型態1]

首先，針對安裝本發明所涉及之壓力檢測單元20之資訊輸入裝置1之構成，根據第1圖至第4圖予以說明。如第1圖所示般，資訊輸入裝置1具備有在前面形成有開口部2A等之框體2，和具備有接觸式之資訊輸入功能之面板構件4，和包含用以檢測出對該面板構件4之推壓操作力之壓力檢測單元20的壓力檢測手段。

壓力檢測手段係如第4圖所示般，由橫跨面板構件4和框體2之支撐部2b而設置之壓力檢測單元20，及處理來自其壓力檢測單元20之輸出訊號的無圖示之訊號處理電路等所構成。就以面板構件4而言，若採用根據例如使用者對面板構件4之接觸操作，檢測出成為其操作位置之X-Y座標之所謂接觸輸入功能者時，則可以僅以壓力檢測單元進行壓力之檢測和X-Y座標之檢測，裝置之便利性變高。在具備接觸輸入功能者中，可以從電阻膜方式、靜電容量方式及電磁感應方向等選擇出。

接著，針對壓力檢測單元20之構成予以說明。第3圖為表示壓力檢測單元之資訊輸入裝置中之配置的圖示，第4圖為第2圖之壓力檢測單元附近之放大圖，第5圖為壓力檢測單元之分解斜視圖。

如第3圖～第5圖所示般，資訊輸入裝置1所使用之壓力檢測單元20具備有被相向配置而接受來自外部之荷重的框狀第1基板21及第2基板22。框狀第1基板21及第2基板22之內徑配合開口部2A之尺寸，外徑配合另外所具備之XY座標檢測裝置(無圖示)。在第1基板21之第2基板22和對向面，框狀配置有線狀之上部電極21a。在第2基板22與第1基板21之對向面，以與上部電極21a相向之方式呈線狀且框狀配置有線狀之下部電極22a。即是，一對電極21a、22a分開在第1基板21及第2基板22而互相線狀地相向配置。

在第1基板21以覆蓋上部電極21a之方式配置有框狀之上部壓敏油墨23a。也與第2基板22之情形相同，在第2基板22，覆蓋下部電極22a，並且以與上部壓敏油墨23a相向之方式，配置有框狀之下部壓敏油墨23b。該壓敏油墨23a、23b即使設置在僅任一方上即可，若配置成覆蓋一對電極21a、22a之至少一方之狀態亦可。壓敏油墨23a、23b對第1基板21或第2基板22之設置面積為一對電極21a、22a之一方之設置面積以上。電極部分係設計成比壓敏油墨之印刷尺寸些許小。但是，若考慮一方電極不與配置在相向基板之另一方電極直接接觸時，即使電極部分和壓敏油墨之尺寸相同亦可。

即是，壓力檢測部23具有形成在第1基板21上之上部電極21a；與上部電極21a相向而形成在第2基板22上之下部電極22a；覆蓋上部電極21a之上部壓敏油墨23a；和以與上部壓敏油墨23a相向之方式覆蓋下部電極22a之下部壓敏油墨23b。

在第1基板21之第2基板22和對向區域，在壓力檢測部23之周緣部配置有黏著構件30。黏著構件30係在被第1基板21和第2基板22夾住之狀態被設置，以構成拉引第1基板21和第2基板22而彈推至壓敏油墨23a、23b之側使賦予初期荷重為佳。當構成如此時，黏著構件30為例如厚度較壓力檢測部23薄的非彈性之間隔物(包含與基板21、22之黏著層，即使黏著劑單體亦可)，於容許第1基板21或第2基板22變形之時，藉由第1基板21或第2基板22，更壓縮賦予初期荷重之壓敏油墨23a、23b而檢測出推壓力。黏著構件30即使為具有彈性之黏著性黏著劑或雙面黏著材亦可，即使為設定成發揮拉張力之狀態的橡膠、拉張線圈彈簧、板彈簧等之各種彈性構件(包含與基板21、22的黏著層)亦可。並且，在第4圖中，雖然壓力檢測部23和黏著構件30間隔開，但是即使壓力檢測部23和黏著構件30一部分接觸亦可。再者，黏著構件30不一定要設置在電極21a、21b及壓敏油墨23a、23b之兩側部，若設置在電極21a、21b及壓敏油墨23a、23b之至少一方之側部即可。

在此，黏著構件30係以構成在自由狀態下其厚度較壓力檢測部23之厚度薄為佳。當構成如此時，在配置之黏著構件30作用保持當初厚度之力，該力作用在使第1基板21和第2基板22互相接近之方向。如此一來，縮窄第1基板21和第2基板之間之距離，藉由縮小壓力檢測部23之無加壓狀態下之厚度，其結果對壓敏油墨23a、23b賦予初期荷重。

以下，針對安裝在資訊輸入裝置1之壓力檢測單元20之動作予以說明。在資訊輸入裝置1之內部，上部電極21a及下部電極22a係連接於連接器(無圖示)，連接器係連接於內藏在資訊輸入裝置之荷重檢測部(無圖示)。

檢測出推壓操作面板構件4之時之施加於壓力檢測單元20之壓力檢測部23之上部壓敏油墨23a及下部壓敏油墨23b的電阻變化。藉由該電阻之變化之檢測，可以檢測出被施加於壓敏油墨23a、23b之外力，並可以檢測出對面板構件4所施加之荷重。

此時，因在壓力檢測單元20具備有拉引第1基板21和第2基板22之黏著構件30，故於推壓操作面板構件4之前，對壓敏油墨23a、23b賦予初期荷重。依此，因檢測值(電阻值)之偏差大，取消從無荷重到安定檢測荷重之荷重範圍，故可以將之後於推壓操作面板構件4之時檢測出壓力檢測部23之值，直接使用於資訊輸入之控制。

第1基板21及第2基板22為例如薄膜等，其材質可以舉出可撓性基板可使用之材質，例如聚對苯二甲酸乙二酯、聚苯乙烯系列樹脂、聚烯烴系列樹脂、ABS樹脂、AS樹脂、丙烯酸系列樹脂、AN樹脂等之泛用樹脂。再者，亦可以使用聚苯乙烯系列樹脂、聚碳酸酯系列樹脂、聚縮醛系列樹脂、聚碳酸酯變性聚苯醚樹脂、聚丁烯對苯二甲酸酯樹脂、超高分子量聚乙烯系列樹脂等之泛用工程樹脂，或聚碸樹脂、聚苯硫系列樹脂、聚二苯醚樹脂、聚芳香酯樹脂、聚醚醯亞胺樹脂、聚醯亞胺樹脂、液晶聚酯樹脂、聚芳基系列耐熱樹脂等之超級工程樹脂。

上部電極21a及下部電極22a之材料可以使用金、銀、銅或鎳等之金屬，或是具有碳等之導電性的糊膏。就以該些形成方法，可以舉出網版印刷、平板印刷、凹版印刷或是膠版印刷等之印刷法、光阻法等。再者，上部電極21a及下部電極22a亦可以貼附銅或金等之金屬箔而形成。並且，上部電極21a及下部電極22a亦可以以光阻在電鍍銅等之金屬的FPC上形成電極圖案，並藉由蝕刻處理形成不被光阻保護之部分的金屬箔。電極即使組合或疊層至此所舉出之形成方法或材料亦可。

構成壓力檢測部23之上部壓敏油墨23a及下部壓敏油墨23b的組成物，係以電阻值等之電特性因應外部力而變化之素材所構成。該組成物可以使用英國之Peratech公司所製作之量子通道現象複合材料(產品名「QTC」)。上部壓敏油墨23a及下部壓敏油墨23b係可以藉由塗佈配置在第1基板21及第2基板22。就以上部壓敏油墨23a及下部壓敏油墨23b之塗佈方法而言，可以使用網版印刷、平版印刷、凹版印刷或膠版印刷等之印刷法。壓敏油墨即使僅塗佈在第1基板21或第2基板22中之單面亦可。

壓力檢測單元20係藉由例如糊等之黏著劑、雙面黏著膠帶等之黏著層黏貼在資訊輸入裝置1之面板構件4之下面，以被面板構件4之周緣部4A之增加裝飾部隱藏之方式配置成框狀。因此，構成壓力檢測單元20之各構件並不限定於以透明材質構成，即使以有顏色之材質構成亦可。再者，即使以使用上述黏著層將壓力檢測單元20黏接於支撐部2b上之方式，配置在開口部2A亦可。

[實施型態2]

如第5圖及第6圖所示般，即使在第2基板22之外面配置當作荷重傳達構件24之凸塊24a亦可。凸塊24a之設置面積係被形成壓力檢測部23與第2基板22之接觸面積以下。當對壓力檢測部23施加來自外部之荷重時，凸塊24a從下方支撐下部壓敏油墨23b，使該荷重集中而傳達至下部壓敏油墨23b(第7圖)。就以凸塊24a之構成而言，有藉由印刷或塗佈熱硬化樹脂或紫外線硬化性樹脂而配置並加以硬化者，配合尺寸裁斷貼合於壓力檢測部之薄膜或樹脂板、PE薄膜或聚醯胺海綿體等之發泡體等。凸塊24a即使設置在第1基板21之外面亦可，即使設置在第1基板21及第2基板22之外面之雙方亦可。在此，凸塊24a之高度尺寸為例如50μm～200μm(包含用以黏接於第2基板22之黏著層之厚度)。凸塊24a係以配置在配置有壓敏油墨23a、23b之位置之背面側(正下方)為佳。如此一來，可以確實互相推壓上部壓敏油墨23a和下部壓敏油墨23b，並可以提升壓力檢測單元20之壓力之測量精度。

[實施型態3]

凸塊24a係如第6圖及第7圖所示般，被形成離所設置之第2基板22之外面越遠剖面面積越小為佳。如此一來，壓敏油墨23a、23b，和推壓壓敏油墨23a、23b之外部構件(例如彈簧構件等)之姿勢容許在某程度變化。因此，於壓敏油墨23a、23b和外部構件之姿勢變化小時，藉由凸塊24a抑制來自外部之荷重分散至壓敏油墨23a、23b以外的情形。並且，凸塊24a即使為非彈性構件、彈性構件中之任一者亦可。

[另外實施型態]

(1)在上述實施型態中，雖然針對壓力檢測單元20予以說明，但是即使在面板構件4配置壓力檢測部23而當作壓力檢測裝置予以構成亦可。此時，壓力檢測部23之一對電極21a、22a不一定限定於框狀。例如，第8圖所示般，即使將線狀之電極21a、22a配置在面板構件4之緣部中對應於長邊方向之部分亦可，即使如第9圖所示般，以包含面板構件4之對角線上之角部之方式將線狀之電極21a、22a配置成「L」字狀亦可。

如此一來，當一對電極21a、21b配置在面板構件4之長邊方向相向之部分時，覆蓋電極21a、22b之壓敏油墨23a、23b也被配置在面板構件4之長邊方向相向之部分上。面板構件一般容易沿著長邊方向而彎曲，如此一來，藉由將壓力檢測部23配置在面板構件4之長邊方向相向之部分，對面板構件4可以壓力檢測部23之寬廣設置區域。

再者，在俯視觀看，壓力檢測部23被配置在面板構件4之對稱位置時，容易使面板構件4之推壓區域，和藉由壓力檢測部23所包圍之壓力檢測區域一致。因此，即使在面板構件4之周緣部全部不設置壓力檢測部23，亦可檢測出面板構件4之幾乎全區域的推壓力。

(2)在上述實施型態中，雖然使用配置在第1基板21和第2基板22之間的一對電極21a、22a，和在該一對電極間配置壓敏油墨23a、23b的壓力檢測部23予以說明，但是壓力檢測部23即使如第10圖所示般，為被配置在第1基板21或第2基板22中之任一方上的一對電極，和在上述第1基板21或上述第2基板22之另一方上以覆蓋該一對電極之方式配置壓敏油墨23a、23b之構成亦可。如此一來，因電極層成為一層，故可以使壓力檢測部23之厚度變薄，其結果可以謀求壓力檢測單元20之薄壁化。此時，藉由將一對電極形成梳齒狀、漩渦狀等而控制與壓敏油墨之接觸面積，可以取得所期待之檢測範圍的訊號。

(3)在上述實施型態中，作為壓敏油墨，雖然使用由兩層上部壓敏油墨23a及下部壓敏油墨23b所構成而予以說明，但是壓敏油墨之構成若為可以檢測出推壓力者，則並不特別限定，即使將壓敏油墨設為一層亦可。

[產業上之利用可行性]

本發明所涉及之壓力檢測單元可以有效被利用於行動電話機、智慧型手機、PDA、汽車導航裝置、數位相機、數位攝影機、遊戲機及輸入板等之電子機器，可以用於提升電子機器之多功能化及操作性。

1．．．資訊輸入裝置

2．．．框體

2A．．．開口部

2b．．．支撐部

4．．．面板構件

4A．．．周緣部

20．．．壓力檢測單元

21．．．第1基板

21A．．．塑膠膜

21a．．．上部電極

22．．．第2基板

22A．．．塑膠膜

22a．．．下部電極

23．．．壓力檢測部

23a．．．上部壓敏油墨

23b．．．下部壓敏油墨

24．．．荷重傳達構件

24a．．．凸塊

30．．．黏著構件

30A．．．絕緣材

30B．．．黏著材

第1圖為配置有本發明所涉及之壓力檢測單元之資訊輸入裝置之斜視圖。

第2圖為第1圖之II-II剖面圖。

第3圖為本發明所涉及之壓力檢測單元之資訊輸入裝置中之配置的圖示。

第4圖第2圖之壓力檢測單元附近之放大圖。

第5圖為配置有本發明所涉及之壓力檢測單元之分解斜視圖。

第6圖為表示具備凸塊之壓力檢測單元的圖示。

第7圖為表示具備凸塊之壓力檢測單元的動作狀態的圖示。

第8圖為另外實施型態之壓力檢測單元之電極和壓敏油墨之配置的圖示。

第9圖為另外實施型態之壓力檢測單元之電極和壓敏油墨之配置的圖示。

第10圖為另外實施型態之壓力檢測單元之電極和壓敏油墨之配置的圖示。

第11圖為表示壓力檢測單元之以往例的圖式。

第12圖為第11圖之XII-XII剖面圖。

2．．．框體

2A．．．開口部

2b．．．支撐部

4．．．面板構件

4A．．．周緣部

20．．．壓力檢測單元

21．．．第1基板

21a．．．上部電極

22．．．第2基板

22a．．．下部電極

23．．．壓力檢測部

23a．．．上部壓敏油墨

23b．．．下部壓敏油墨

30．．．黏著構件

Claims (10)

1. 一種壓力檢測單元，其係具備第1基板和第2基板，其係被相向配置，接受來自外部之荷重；一對電極，其係在上述第1基板相向配置成線狀；導電性之壓敏油墨，其係在上述第2基板覆蓋上述一對電極的狀態下被配置，並且電特性依據上述荷重而變化；黏著構件，其係用以將上述第1基板和上述第2基板黏接成上述一對電極和上述壓敏油墨接觸之狀態；和荷重傳達構件，其被設置在上述第1基板之外面及上述第2基板之外面中之至少任一方，使荷重集中於上述壓敏油墨而予以傳達，在與上述一對電極之延伸方向正交之面的剖面中之上述荷重傳達構件之寬度被設定成上述壓敏油墨之寬度以下。
2. 如申請專利範圍第1項所記載之壓力檢測單元，其中將上述一對電極配置成框狀。
3. 如申請專利範圍第1或2項所記載之壓力檢測單元，其中將上述第1基板及上述第2基板形成框狀。
4. 如申請專利範圍第1項所記載之壓力檢測單元，其中 上述黏著構件係拉引上述第1基板和上述第2基板而對上述壓敏油墨賦予初期荷重。
5. 如申請專利範圍第1項所記載之壓力檢測單元，其中複數的上述荷重傳達構件被設置成沿著上述一對電極之延伸方向而互相間隔開。
6. 如申請專利範圍第5項所記載之壓力檢測單元，其中上述荷重傳達構件在俯視觀看下被形成長方形狀，並且複數的上述荷重傳達構件被設置成在其長邊方向沿著上述一對電極之延伸方向之狀態下互相間隔開。
7. 如申請專利範圍第1項所記載之壓力檢測單元，其中上述荷重傳達構件被配置成在俯視觀看下與上述第1基板上之上述一對電極之雙方重疊。
8. 如申請專利範圍第1項所記載之壓力檢測單元，其中上述荷重傳達構件係以非彈性構件所構成。
9. 如申請專利範圍第1項所記載之壓力檢測單元，其中上述荷重傳達構件係形成離上述第1基板或上述第2基板之外面越遠該荷重傳達構件之與上述第1基板及上述第2基板平行之平面的剖面面積越小。
10. 一種壓力檢測裝置，具備外形為矩形狀之面板構 件，和檢測出對上述面板構件之推壓操作力的壓力檢測部，其特徵在於：作為上述壓力檢測部，使用如申請專利範圍第1項所記載之壓力檢測單元，並且該壓力檢測部配置在沿著上述面板構件之長邊方向的緣部之至少一部分。