TWI552397B - 電子裝置及其四維空間感應器 - Google Patents

Description

電子裝置及其四維空間感應器

本發明係關於一種四維空間感應器，特別是一種敏感度高且厚度薄的四維空間感應器。

壓電效應是利用材料型變將機械能轉換成電能，或者將電能轉換成機械能。自從1942年發現鈦酸鋇(BaTiO₃)的壓電特性之後，各式各樣壓電材料的研究和應用就不斷地發展，例如壓電材料可製成壓電薄膜，以形成一感測元件。

以往的壓電材料大都以鈦酸鋇及鋯鈦酸鉛等無機陶瓷材料為主，一般而言，壓電陶瓷材料具有體積小、反應快速、位移消耗功率低等特色，但使用上仍有限制，例如作為壓電薄膜時，由於其材質易脆，當薄膜承受不均勻的力量時，很容易破壞材料的結構。另外，無機壓電材料較硬且脆，重量較重，難以加工成薄型化或形狀複雜的薄膜，價格也較貴。再者，傳統的壓電薄膜通常只能反應出一軸或二軸(例如X軸和Y軸)方向上的變化，其難以敏銳得反應出更多樣化的方向之變化。

因此，有必要提供一種新的壓電材料製成的壓電薄膜感測器，其敏感度高、厚度薄，且可感應四維空間的變化。

本發明之主要目的係在提供一種四維空間感應器，其具有敏感度高且厚度薄的功效。

為達成上述之目的，本發明之四維空間感應器包括一感應器本體。感應器本體包括一聚偏氟乙烯(Polyvinylidene，PVDF)層、一第一線路層和一第二線路層。聚偏氟乙烯層包括兩個聚偏 氟乙烯層表面、複數第一電極、複數第二電極和複數第三電極。複數第一電極位於其中一聚偏氟乙烯層表面。複數第二電極位於另一聚偏氟乙烯層表面。複數第三電極位於該另一聚偏氟乙烯層表面，並環繞各個第二電極；其中各個第一電極與各個第二電極彼此相對應，以形成X軸、Y軸、Z軸的三個極化方向，各個第三電極形成繞Z軸的環狀的極化方向。第一線路層包括兩個第一線路層表面、複數第一電性連接部和複數第一訊號線路。複數第一電性連接部位於其中一第一線路層表面，且各第一電性連接部與各第一電極彼此相對應。複數第一訊號線路位於另一第一線路層表面。第二線路層包括兩個第二線路層表面、複數第二電性連接部和複數第二訊號線路。複數第二電性連接部位於其中一第二線路層表面，且各第二電性連接部與各第二電極彼此相對應。複數第二訊號線路位於另一第二線路層表面。聚偏氟乙烯層設於第一線路層與第二線路層之間，當聚偏氟乙烯層受一外力影響而產生形變時，複數第一訊號線路與複數第二訊號線路傳輸聚偏氟乙烯層因形變而產生的一電子訊號。

根據本發明之一實施例，其中第一電極包括一中心部、複數線形段和一環形部。複數線形段圍繞著環形部，環形部圍繞中心部，以產生X軸的極化方向和Y軸的極化方向。

根據本發明之一實施例，其中第二電極包括一對應中心部與一對應環形部，其對應於中心部，以產生Z軸的極化方向。

根據本發明之一實施例，其中第三電極包括複數電極條，複數電極條圍繞對應中心部，其中各個電極條的長度一樣且彼此以等距方式排列，以產生繞Z軸的環狀的極化方向。

根據本發明之一實施例，其中複數第一電極、複數第二電極與複數第三電極是以物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition，PVD)而製成。

根據本發明之一實施例，四維空間感應器更包括二絕緣層，二絕緣層分別位於第一線路層之上與第二線路層之下。

根據本發明之一實施例，四維空間感應器更包括二橡膠層。二絕緣層與感應器本體位於二橡膠層之間。

根據本發明之一實施例，其中各橡膠層包括複數突出部，複數突出部接觸第二絕緣層。

本發明之另一目的係在提供一種具有四維空間感應器的電子裝置，其具有敏感度高且薄型化的功效。

為達成上述之目的，本發明之電子裝置包括一處理器、一電源件和一四維空間感應器。電源件電性連接處理器。四維空間感應器電性連接該處理器，並包括一感應器本體。感應器本體包括一聚偏氟乙烯(Polyvinylidene，PVDF)層、一第一線路層和一第二線路層。聚偏氟乙烯層包括兩個聚偏氟乙烯層表面、複數第一電極、複數第二電極和複數第三電極。複數第一電極位於其中一聚偏氟乙烯層表面。複數第二電極位於另一聚偏氟乙烯層表面。複數第三電極位於該另一聚偏氟乙烯層表面，並環繞各個第二電極；其中各個第一電極與各個第二電極彼此相對應，以形成X軸、Y軸、Z軸的三個極化方向，各個第三電極形成繞Z軸的環狀的極化方向。第一線路層包括兩個第一線路層表面、複數第一電性連接部和複數第一訊號線路。複數第一電性連接部位於其中一第一線路層表面，且各第一電性連接部與各第一電極彼此相對應。複數第一訊號線路位於另一第一線路層表面。第二線路層包括兩個第二線路層表面、複數第二電性連接部和複數第二訊號線路。複數第二電性連接部位於其中一第二線路層表面，且各第二電性連接部 與各第二電極彼此相對應。複數第二訊號線路位於另一第二線路層表面。聚偏氟乙烯層設於第一線路層與第二線路層之間，當聚偏氟乙烯層受一外力影響而產生形變時，複數第一訊號線路與複數第二訊號線路傳輸聚偏氟乙烯層因形變而產生的一電子訊號。

1‧‧‧四維空間感應器

10‧‧‧感應器本體

11‧‧‧聚偏氟乙烯層

111‧‧‧第一電極

1111‧‧‧中心部

1112‧‧‧線形段

1113‧‧‧環形部

112‧‧‧第二電極

1121‧‧‧對應中心部

1122、1122a‧‧‧對應環形部

113、113a‧‧‧第三電極

1131‧‧‧電極條

114、114a‧‧‧聚偏氟乙烯層表面

12‧‧‧第一線路層

121‧‧‧第一電性連接部

122‧‧‧第一訊號線路

123、123a‧‧‧第一線路層表面

13‧‧‧第二線路層

131‧‧‧第二電性連接部

132‧‧‧第二訊號線路

133、133a‧‧‧第二線路層表面

20‧‧‧絕緣層

30‧‧‧橡膠層

31‧‧‧突出部

P1、P2、P3、P4‧‧‧極化方向

200‧‧‧電子裝置

210‧‧‧處理器

220‧‧‧電源件

圖1係本發明之第一實施例之四維空間感應器之示意圖。

圖2係本發明之第一實施例之四維空間感應器之立體分解圖。

圖3係本發明之第一實施例之感應器本體之立體分解圖。

圖4A係本發明之第一實施例之聚偏氟乙烯層之其中一聚偏氟乙烯層表面之示意圖。

圖4B係本發明之第一實施例之聚偏氟乙烯層之側視圖。

圖4C係本發明之第一實施例之聚偏氟乙烯層之另一聚偏氟乙烯層表面之示意圖。

圖4D係本發明之第一實施例之極化方向之示意圖。

圖4E係本發明之第一實施例之第二電極之示意圖。

圖5A係本發明之第一實施例之第一線路層之其中一第一線路層表面之示意圖。

圖5B係本發明之第一實施例之第一線路層之側視圖。

圖5C係本發明之第一實施例之第一線路層之另一第一線路層表面之示意圖。

圖6A係本發明之第一實施例之第二線路層之其中一第二線路層表面之示意圖。

圖6B係本發明之第一實施例之第二線路層之側視圖。

圖6C係本發明之第一實施例之第二線路層之另一第二線路層表面之示意圖。

圖7係本發明之第一實施例之電子裝置和四維空間感應器之系統架構圖。

為能讓 貴審查委員能更瞭解本發明之技術內容，特舉較佳具體實施例說明如下。

以下請一併參考圖1至7關於依據本發明之第一實施例之四維空間感應器。圖1係本發明之第一實施例之四維空間感應器之示意圖；圖2係本發明之第一實施例之四維空間感應器之立體分解圖；圖3係本發明之第一實施例之感應器本體之立體分解圖；圖4A係本發明之第一實施例之聚偏氟乙烯層之其中一聚偏氟乙烯層表面之示意圖；圖4B係本發明之第一實施例之聚偏氟乙烯層之側視圖；圖4C係本發明之第一實施例之聚偏氟乙烯層之另一聚偏氟乙烯層表面之示意圖；圖4D係本發明之第一實施例之極化方向之示意圖；圖4E係本發明之第一實施例之第二電極之示意圖；圖5A係本發明之第一實施例之第一線路層之其中一第一線路層表面之示意圖；圖5B係本發明之第一實施例之第一線路層之側視圖；圖5C係本發明之第一實施例之第一線路層之另一第一線路層表面之 示意圖；圖6A係本發明之第一實施例之第二線路層之其中一第二線路層表面之示意圖；圖6B係本發明之第一實施例之第二線路層之側視圖；圖6C係本發明之第一實施例之第二線路層之另一第二線路層表面之示意圖；圖7係本發明之第一實施例之電子裝置和四維空間感應器之系統架構圖。

如圖1、圖2和圖7所示，在本發明之第一實施例之中，電子裝置200包括一四維空間感應器1、一處理器210和一電源件220；四維空間感應器1、處理器210和電源件220互相電性連接。本發明之電子裝置200為具有觸控功能的裝置，例如智慧型手機、簽名板、手寫板或平板電腦。四維空間感應器1用以感應四維空間的變化，並根據四維空間的變化而傳送對應的電子訊號至處理器210；本發明之四維空間例如為X軸、Y軸、Z軸和繞Z軸的環狀方向。處理器210用以控制電子裝置200內部的電子元件，並可接收並處理四維空間感應器1傳送的電子訊號，以根據該電子訊號而控制其他的電子元件產生對應的動作。電源件220例如為一電池，其用以提供四維空間感應器1所需的電力。

如圖1至圖3所示，在本發明之第一實施例之中，四維空間感應器1包括一感應器本體10、二個絕緣層20和二個橡膠層30。 感應器本體10包括一聚偏氟乙烯(Polyvinylidene，PVDF)層11、一第一線路層12和一第二線路層13。

如圖4A至圖4E所示，在本發明之第一實施例之中，聚偏氟乙烯層11包括兩個聚偏氟乙烯層表面114、114a、複數第一電極111、複數第二電極112和複數第三電極113。本發明之複數第一電極111、複數第二電極112與複數第三電極113是以物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition，PVD)製成。複數第一電極111位於其中一聚偏氟乙烯層表面114。各個第一電極111包括一中心部1111、複數線形段1112和一環形部1113；複數線形段1112圍繞著環形部1113，環形部1113圍繞著中心部1111，以產生X軸的極化方向P1和Y軸的極化方向P2。複數第二電極112位於另一聚偏氟乙烯層表面114a。各個第二電極112包括一對應中心部1121和兩個對應環形部1122、1122a，其中對應環形部1122a環繞對應中心部1121，對應環形部1122環繞對應環形部1122a和對應中心部1121；第二電極112之對應中心部1121和對應環形部1122、1122a之位置對應於第一電極111的中心部1111之位置，以產生Z軸的極化方向P3；然而，對應環形部1122、1122a的數量並不以兩個為限。複數第三電極113位於另一聚偏氟乙烯層表 面114a，並環繞各個第二電極112。各個第三電極113包括複數電極條1131，複數電極條1131圍繞著各個對應中心部1121，其中各個電極條1131的長度一樣且彼此以等距方式排列，以產生繞Z軸的環狀的極化方向P4。繞Z軸的環狀極化方向P4用以量測繞Z軸之扭力變化，因此其極化方向著重於沿著一圓形的弧徑方向進行，因此，對應中心部1121可設計成被許多對應環形部1122、1122a圍繞(如圖4E)，且各個對應環形部1122、1122a以同一圓心向外陳列分布，如此一來，即可量測範圍更大且更密集之扭力訊號。然而，第一電極111的中心部1111的形狀並不以上述為限，例如中心部1111亦可設計為方形或其他類似者，且線形段1112設於方形的各邊之外側，以產生X軸的極化方向P1和Y軸的極化方向P2；且各個第二電極112的對應中心部1121亦可設計為方形，對應環形部1122、1122a可設計為方形框，以對應該中心部1111以產生Z軸的極化方向P3。

藉由上述之各個第一電極111與各個第二電極112的對應，可形成X軸、Y軸、Z軸的三個極化方向P1、P2、P3，當聚偏氟乙烯層11於X軸、Y軸、Z軸受到應力而改變形狀時，會藉由壓電效應而產生電子訊號。另外，各個第三電極113形成繞Z 軸的環狀的一極化方向P4，當聚偏氟乙烯層11於繞Z軸的環狀方向受到應力而改變形狀時，會藉由壓電效應而產生電子訊號。由於正壓電效應為已知技術，故未在此多贅述。

如圖5A至圖5C和圖7所示，在本發明之第一實施例之中，第一線路層12包括兩個第一線路層表面123、123a、複數第一電性連接部121和複數第一訊號線路122。複數第一電性連接部121位於其中一第一線路層表面123，且各第一電性連接部121與各第一電極111彼此相對應並電性連接，以接收由聚偏氟乙烯層11之第一電極111傳輸的電子訊號。複數第一訊號線路122位於另一第一線路層表面123a，並電性連接至處理器210。

如圖6A至圖6C和圖7所示，在本發明之第一實施例之中，第二線路層13包括兩個第二線路層表面133、133a、複數第二電性連接部131和複數第二訊號線路132。複數第二電性連接部131位於其中一第二線路層表面133，且各第二電性連接部131與各第二電極112彼此相對應並電性連接，以接收由聚偏氟乙烯層11之第二電極112傳輸的電子訊號。複數第二訊號線路132位於另一第二線路層表面133a，並電性連接至處理器210。

如圖3和圖7，在本發明之第一實施例之中，聚偏氟乙烯層11設於第一線路層12與第二線路層13之間。當聚偏氟乙烯層11受一外力影響而產生形變時，聚偏氟乙烯層11會因X軸、Y軸、Z軸或繞Z軸形變，而產生對應的電子訊號；接著，藉由第一電性連接部121與第一電極111之電性連結和第二電性連接部131與第二電極112之電性連結，複數第一訊號線路122與複數第二訊號線路132可將聚偏氟乙烯層11因形變而產生的對應的電子訊號，傳輸至第一線路層12和第二線路層13。接著，接收到電子訊號的第一線路層12和第二線路層13會透過第一訊號線路122和第二訊號線路132，將電子訊號傳送給處理器210，而處理器210即可分析接收到的電子訊號，以判斷四維空間上的應力和方向的變化。因此，藉由四維空間感應器1對上述四維空間的應力和方向的感應，本發明之電子裝置200可以敏銳得感應觸控力道和方向的變化，因此本發明之電子裝置200可以應用於簽名辨識、手寫、繪圖...等，需要靈敏得反應觸控變化之應用領域。

如圖2所示，在本發明之第一實施例之中，二絕緣層20分別位於第一線路層12之上與第二線路層13之下，絕緣層20用以隔離電子元件，並且可保護電子線路。二絕緣層20、第一線路層12 與第二線路層13位於二橡膠層30之間。各橡膠層30包括複數突出部31，複數突出部31接觸絕緣層20。當四維空間感應器1受到外力時，突出部31可加強外力，使得四維空間感應器1之感應器本體10的敏感度提高。

本發明的第一線路層12與第二線路層13可以設計為將一聚合物(Polymer)面板鍍上金屬電路圖，以形成第一電性連接部121、第一訊號線路122、第二電性連接部131與第二訊號線路132。由於此一技術為已知技術，故不再多贅述。經由發明人之實際實驗，本發明的聚偏氟乙烯層11之厚度大約為10μm，因此可大幅降低四維空間感應器1的高度，進而達成微小化、薄型化之目的。

藉由本發明之電子裝置及其四維空間感應器之設計，可以使四維空間感應器具有敏感度高且薄型化的功效，並且可以感應四維空間的變化。因此本發明之電子裝置適合可以應用於簽名辨識、手寫、繪圖...等，需要靈敏得反應觸控變化之應用領域。

需注意的是，上述僅為實施例，而非限制於實施例。譬如此不脫離本發明基本架構者，皆應為本專利所主張之權利範圍，而應以專利申請範圍為準。

1‧‧‧四維空間感應器

10‧‧‧感應器本體

20‧‧‧絕緣層

30‧‧‧橡膠層

31‧‧‧突出部

Claims (16)

1. 一種四維空間感應器，包括：一感應器本體，包括：一聚偏氟乙烯(Polyvinylidene，PVDF)層，包括：兩個聚偏氟乙烯層表面；複數第一電極，位於其中一聚偏氟乙烯層表面；複數第二電極，位於另一聚偏氟乙烯層表面；以及複數第三電極，位於該另一聚偏氟乙烯層表面，並環繞各個第二電極；其中各個第一電極與各個第二電極彼此相對應，以形成X軸、Y軸、Z軸的三個極化方向，各個第三電極形成繞Z軸的環狀的一極化方向；一第一線路層，包括：兩個第一線路層表面；複數第一電性連接部，位於其中一第一線路層表面，且各第一電性連接部與各第一電極彼此相對應；以及複數第一訊號線路，位於另一第一線路層表面；以及一第二線路層，包括：兩個第二線路層表面；複數第二電性連接部，位於其中一第二線路層表面，且各第二電性連接部與各第二電極彼此相對應；以及複數第二訊號線路，位於另一第二線路層表面； 其中該聚偏氟乙烯層設於該第一線路層與該第二線路層之間，當該聚偏氟乙烯層受一外力影響而產生形變時，該複數第一訊號線路與該複數第二訊號線路傳輸該聚偏氟乙烯層因形變而產生的一電子訊號。
2. 如申請專利範圍第1項所述之四維空間感應器，其中該第一電極包括一中心部、複數線形段和一環形部，該複數線形段圍繞著該環形部，該環形部圍繞該中心部，以產生X軸的該極化方向和Y軸的該極化方向。
3. 如申請專利範圍第2項所述之四維空間感應器，其中該第二電極包括一對應中心部與一對應環形部，其對應於該中心部，以產生Z軸的該極化方向。
4. 如申請專利範圍第3項所述之四維空間感應器，其中該第三電極包括複數電極條，該複數電極條圍繞該對應中心部，其中各個電極條的長度一樣且彼此以等距方式排列，以產生繞Z軸的環狀的該極化方向。
5. 如申請專利範圍第4項所述之四維空間感應器，其中該複數第一電極、該複數第二電極與該複數第三電極是藉由物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition，PVD)而製成。
6. 如申請專利範圍第5項所述之四維空間感應器，更包括二絕緣層，該二絕緣層分別位於該第一線路層之上與該第二線路層之下。
7. 如申請專利範圍第6項所述之四維空間感應器，更包括二橡膠層，該二絕緣層和該感應器本體位於該二橡膠層之間。
8. 如申請專利範圍第7項所述之四維空間感應器，其中各橡膠層包括複數突出部，複數突出部接觸該絕緣層。
9. 一種電子裝置，包括：一處理器；一電源件，電性連接該處理器；以及一四維空間感應器，電性連接該處理器，該四維空間感應器包括一感應器本體，該感應器本體包括：一聚偏氟乙烯(Polyvinylidene，PVDF)層，包括：兩個聚偏氟乙烯層表面；複數第一電極，位於其中一聚偏氟乙烯層表面；複數第二電極，位於另一聚偏氟乙烯層表面；以及複數第三電極，位於該另一聚偏氟乙烯層表面，並環繞各個第二電極； 其中各個第一電極與各個第二電極彼此相對應，以形成X軸、Y軸、Z軸的三個極化方向，各個第三電極形成繞Z軸的環狀的一極化方向；一第一線路層，包括：兩個第一線路層表面；複數第一電性連接部，位於其中一第一線路層表面，且各第一電性連接部與各第一電極彼此相對應；以及複數第一訊號線路，位於另一第一線路層表面；以及一第二線路層，包括：兩個第二線路層表面；複數第二電性連接部，位於其中一第二線路層表面，且各第二電性連接部與各第二電極彼此相對應；以及複數第二訊號線路，位於另一第二線路層表面；其中該聚偏氟乙烯層設於該第一線路層與該第二線路層之間，當該聚偏氟乙烯層受一外力影響而產生形變時，該複數第一訊號線路與該複數第二訊號線路傳輸該聚偏氟乙烯層因形變而產生的一電子訊號至該處理器。
10. 如申請專利範圍第9項所述之電子裝置，其中該第一電極包括一中心部、複數線形段和一環形部，該複數線形段圍繞著該環形部，該環形部圍繞該中心部，以產生X軸的該極化方向和Y軸的該極化方向。
11. 如申請專利範圍第10項所述之電子裝置，其中該第二電極包括一對應中心部與一對應環形部，其對應於該中心部，以產生Z軸的該極化方向。
12. 如申請專利範圍第11項所述之電子裝置，其中該第三電極包括複數電極條，該複數電極條圍繞該對應中心部，其中各個電極條的長度一樣且彼此以等距方式排列，以產生繞Z軸的環狀的該極化方向。
13. 如申請專利範圍第12項所述之電子裝置，其中該複數第一電極、該複數第二電極與該複數第三電極是藉由物理氣相沉積法(Physical Vapor Deposition，PVD)而製成。
14. 如申請專利範圍第13項所述之電子裝置，其中該四維空間感應器更包括二絕緣層，該二絕緣層分別位於該第一線路層之上與該第二線路層之下。
15. 如申請專利範圍第14項所述之電子裝置，其中該四維空間感應器更包括二橡膠層，該二絕緣層和該感應器本體位於該二橡膠層之間。
16. 如申請專利範圍第15項所述之電子裝置，其中各橡膠層包括複數突出部，複數突出部接觸該絕緣層。