TWI596323B - 一種壓力感測裝置 - Google Patents

Description

一種壓力感測裝置

本發明係關於壓力感測技術，特別係關於一種壓力感測裝置。

隨著近年來觸控面板技術不斷更新，觸控面板已經成為顯示裝置的首選產品。近期來，一種帶來全新觸控體驗的壓力感測裝置在觸控面板引發了一股熱潮，這種壓力感測裝置可以通過偵測按壓後壓力感測單元的阻值變化大小，而準確判定按壓力度的大小，其可以單獨應用於僅需偵測壓力大小的觸控領域，還可以與傳統觸控面板結合而兼顧二維座標和三維觸壓力度的精準檢測。

壓力感測可通過晶片偵測按壓區域的壓力感測單元的電阻信號的變化，以獲得壓力按壓力度的大小。目前觸控面板領域常用的導電材料為ITO材料，其具有良好導電性及透光率，且在受按壓之後，電阻值也會相應變化。理論上，可以根據電阻值變化量的大小，判斷出相應的壓力大小。但ITO材料是一種典型的正溫度係數材料，其電阻值會隨著溫度的升高而升高，若用於壓力感測中，則會導致當手指與觸控面板接觸時，手指熱量傳遞到觸控面板的壓力感測層，從而使ITO材料的壓力感測層的電阻值變大。因此，將單一正溫度係數材料用於壓力感測中，由於溫度存在而無法獲得精準的按壓力度大小。

為克服目前電阻式壓力感測裝置的檢測按壓力度大小的缺陷，本發明中提供了一種具有溫度補償功能的電阻式壓力感測裝置。

本發明為解決技術問題提供了一種壓力感測裝置，其包含一壓力感測層，壓力感測層包含複數個壓力感測單元，壓力感測單元包含至少一種正溫度係數材料與至少一種負溫度係數材料，壓力感測單元檢測壓力感測層被按壓之後產生的阻值變化量，負溫度係數材料用於補償正溫度係數材料被按壓後由於溫度引起的電阻值變化。

11‧‧‧基板

12‧‧‧壓力感測層

13‧‧‧壓力感測晶片

20‧‧‧壓力感測裝置

22‧‧‧壓力感測層

30‧‧‧壓力感測裝置

31‧‧‧基板

40‧‧‧壓力感測裝置

41‧‧‧基板

42‧‧‧壓力感測層

50‧‧‧壓力感測裝置

51‧‧‧基板

52‧‧‧壓力感測層

60‧‧‧壓力感測裝置

61‧‧‧基板

70‧‧‧壓力感測裝置

71‧‧‧基板

121‧‧‧壓力感測單元

122‧‧‧正溫度係數區

123‧‧‧負溫度係數區

131‧‧‧電極連接線

221‧‧‧壓力感測單元

222‧‧‧正溫度係數區

223‧‧‧負溫度係數區

321‧‧‧壓力感測單元

322‧‧‧正溫度係數區

323‧‧‧負溫度係數區

421‧‧‧壓力感測單元

422‧‧‧正溫度係數層

423‧‧‧負溫度係數層

522‧‧‧正溫度係數層

523‧‧‧負溫度係數層

621‧‧‧正溫度係數層

622‧‧‧正溫度係數層

623‧‧‧負溫度係數層

722‧‧‧正溫度係數層

723‧‧‧負溫度係數層

1221‧‧‧第一正溫度係數區

1222‧‧‧第二正溫度係數區

1231‧‧‧第一負溫度係數區

1232‧‧‧第二負溫度係數區

5221‧‧‧第一正溫度係數層

5222‧‧‧第二正溫度係數層

5231‧‧‧第一負溫度係數層

5232‧‧‧第二負溫度係數層

圖1A是正溫度係數材料受到手指溫度影響造成阻值變化示意圖。

圖1B是正溫度係數材料受到手指溫度及按壓影響造成阻值變化示意圖。

圖2是負溫度係數材料受到手指溫度影響造成阻值變化示意圖。

圖3是本發明壓力感測裝置受到手指按壓的阻值變化示意圖。

圖4A是本發明第一實施例壓力感測裝置的立體爆炸結構示意圖。

圖4B是本發明第一實施例壓力感測裝置中壓力感測層的平面結構示意圖。

圖4C是圖4B中A處所示的壓力感測單元第一變形實施例的結構示意圖。

圖4D是圖4B中A處所示的壓力感測單元第二變形實施例的結構示意圖。

圖4E是圖4B中A處所示的壓力感測單元第三變形實施例的結構示意圖。

圖5A是本發明第二實施例壓力感測裝置中壓力感測層的平面結構示意圖。

圖5B是圖5A中B處所示的壓力感測單元第一變形實施例的結構示意圖。

圖5C是圖5A中B處所示的壓力感測單元第二變形實施例的結構示意圖。

圖6A是本發明第三實施例壓力感測裝置中壓力感測層的平面結構示意圖。

圖6B是圖6A中所示壓力感測單元的沿Ⅲ-Ⅲ方向的剖面結構示意圖。

圖7是本發明第四實施例壓力感測裝置的剖面結構示意圖。

圖8是本發明第五實施例壓力感測裝置的剖面結構示意圖。

圖9是本發明第六實施例壓力感測裝置的剖面結構示意圖。

圖10是本發明第七實施例壓力感測裝置的剖面結構示意圖。

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。

正溫度係數材料是指其自身的電阻值隨著溫度升高而升高。正溫度係數材料中原子除去自由電子剩下的帶正電的離子對電子定向移動產生的阻擋碰撞，當溫度越高，此帶正電的離子在平衡位置 的震動越劇烈，對電子的阻擋效果越好，因此，其電阻值越高。而負溫度係數材料是指其自身的電阻值隨著溫度升高而降低。

請參閱圖1A，系包含正溫度係數材料的壓力感測層在與人體手指接觸時，由於手指具有一定溫度，手指溫度的傳遞到壓力感測層，並提升壓力感測層的溫度，從而使包含正溫度係數材料的壓力感測層的電阻值由約63300ohm提升至約63400ohm，電阻值由於手指溫度的影響而上升了近100ohm。手指按壓壓力感測層的過程中由於溫度傳遞需要一定時間，因此溫度對壓力感測層中電阻的影響有一平緩變化段，隨著壓力感測層溫度的緩慢提升，壓力感測層的電阻值也隨之緩慢提高或降低，當溫度不再提升或當手指停止按壓壓力感測層後，電阻值也會隨之緩慢回復原大小；而手指按壓壓力感測層的過程中，手指施加於壓力感測層上的壓力大小的變化過程為：壓力為零(即手指與壓力感測層僅接觸)-壓力快速增大-達到最大值-壓力快速減小-壓力為零(即手指不與壓力感測層接觸)。

請參閱圖1B，系包含正溫度係數材料的壓力感測層在受到手指按壓時，由於手指按壓的外力作用，使包含正溫度係數材料的壓力感測層的電阻值下降，在手指接觸壓力感測層前，壓力感測層的電阻值約為45940ohm，在手指接觸壓力感測層到施加壓力的過程中，壓力感測層的電阻值從45940ohm上升至約46000ohm；如圖1B中I處所示的手指按壓區域，在手指對壓力感測層施加壓力後，由於外力作用使壓力感測層電阻值產生變化，並由約46000ohm急速下降至約45970ohm，下降量為30ohm；當手指停止施壓壓力後至手指完全與壓力感測層分離的過程中，由於僅受到手指溫度的影響，壓力感測層的電阻值從約45970ohm上升至約46020ohm，上升量為50ohm。可見， 在整個手指觸壓含有正溫度係數材料壓力感測層的過程中，由於手指溫度導致壓力感測層的電阻值的上升量大於由於手指按壓導致壓力感測層的電阻值的下降量，因此，僅包含正溫度係數材料的壓力感測層無法有效對壓力的大小進行有效的感測。

請參閱圖2，系包含負溫度係數材料的壓力感測層在與人體手指接觸時其電阻值隨溫度變化，其中，負溫度係數材料為其材料電阻值隨著溫度的升高而降低。由於手指具有一定溫度，手指溫度傳遞到壓力感測層，並提升壓力感測層的溫度，從而使包含負溫度係數材料的壓力感測層的電阻值由約13040ohm下降至約12950ohm，電阻值由於手指溫度的影響而下降了近90ohm。

請參閱圖3，系本發明具有溫度補償的壓力感測裝置中壓力感測單元的溫度及壓力變化對其電阻值影響的關係曲線圖。當使用者用手指觸壓壓力感測裝置後，將致使壓力感測單元的溫度提升並產生微小的形變，進而同時影響壓力感測單元的電阻值。具體地，本發明所提供的壓力感測裝置中包含由正溫度係數材料與負溫度係數材料混合製成的壓力感測單元，由於正溫度係數材料隨溫度上升而導致電阻的上升量與負溫度係數材料隨溫度下降而導致電阻的下降量之間相互抵消，所以，可以實現對壓力感測單元的完全溫度補償，避免手指按壓信號所體現的電阻值受到手指溫度上升的影響，從而獲得一種對溫度不敏感的壓力感測裝置。其中，包含正溫度係數材料與負溫度係數材料的壓力感測單元的溫度補償原理如下：R=R_{正溫度係數}+R_{負溫度係數}； 溫度上升而帶來的電阻值為：R’=(R_{正溫度係數}+ΔR_{正溫度係數})+(R_{負溫度係數}+ΔR_{負溫度係數})； 其中，△R_{正溫度係數}表示正溫度係數材料因溫度上升而產生的電阻變化量，△R_{負溫度係數}表示負溫度係數材料因溫度上升而產生的電阻變化量，當△R_{正溫度係數}+△R_{負溫度係數}=0時，則R=R’，即壓力感測單元的電阻值不受溫度變化的影響。

如圖3中Ⅱ處所示的四個區域，均為手指觸壓壓力感測單元後，由於手指觸壓而帶來的溫度不會使壓力感測單元的電阻值上升，因此可以避免溫度影響電阻值的上升量大於外力作用(如壓力)而引起的壓力感測單元電阻值的下降量，從而可以更精準地獲得外力作用下壓力感測單元電阻值的變化量。

因此，當溫度對壓力感測單元的電阻值的影響較小時，即壓力感測單元的電阻值對溫度不敏感，由於手指觸壓的力道不同，壓力感測單元所產生不同的阻值變化將會更加顯著。如觸壓的力道較大，則本發明所提供的壓力感測單元的電阻值的變化量較大；相反地，如果觸壓的力道較小，則壓力感測單元的電阻值的變化量較小。因此，籍由測量的壓力感測單元的電阻值變化量，便可精準地判斷出觸壓的力度。

請參閱圖4A-4B，本發明第一實施例提供一種壓力感測裝置10，壓力感測裝置10包含一基板11，設置於基板11表面的一壓力感測層12與一壓力感測晶片13。其中，壓力感測層12包含複數個同層設置的壓力感測單元121，壓力感測單元121的形狀為菱形，此處僅列舉少量的壓力感測單元121。壓力感測單元121用以感測壓力大小，壓力感測單元121包含至少一種正溫度係數材料與至少一種負溫度係數材料。本發明的正溫度係數材料為前述電阻值隨溫度升高而上升的材料，其可包含但不受限於：可以為奈米級的銀、銅、鋁、金等金屬， 或氧化銦錫(Indium Tin Oxide，ITO)、氧化錫銻(Antimony Doped Tin Oxide，ATO)、氧化銦鋅(IndiumZinc Oxide，IZO)、氧化鋅鋁(Aluminum Zinc Oxide，AZO)等金屬氧化物，或石墨烯、金屬網格、透明導電高分子材料的任意一種材料。本發明的負溫度係數材料為電阻值隨溫度升高而下降的材料，其可包含但不受限於：奈米碳管。

壓力感測晶片13與壓力感測單元121電連接。壓力感測晶片13通過檢測壓力感測單元121在受到壓力後產生的電阻變化量實現對壓力大小的檢測。壓力感測晶片13與壓力感測單元121之間通過多條電極連接線131連接，電極連接線131的材料不局限為與壓力感測單元121相同，還可以為鉬、鋁、銅、金、銀等金屬或其合金。

在一些實施例中，壓力感測晶片13還可包含惠斯通電橋電路(圖未示)，惠斯通電橋電路對壓力感測單元121的電阻值的改變進行信號放大處理，進而使得壓力感測晶片13可以更加精確的檢測出外接壓力的大小，從而進行後續不同的控制信號輸出。

請參閱圖4C，本發明第一實施例所提供的壓力感測裝置10中壓力感測單元121的第一變形實施例：壓力感測單元121內設有至少一個正溫度係數區122及至少一個負溫度係數區123，正溫度係數區122內為正溫度係數材料，負溫度係數區123為負溫度係數材料。

根據物體的電阻R的計算公式：R=ρL/S (1)；其中，ρ為本發明中正溫度係數材料、負溫度係數材料的電阻率，L為本發明中正溫度係數區122或負溫度係數區123的長度，S為正溫度係數區122或負溫度係數區123電流方向的橫截面積。

本發明中正溫度係數材料、負溫度係數材料的電阻率隨 溫度變化的公式為：ρ _T=ρ(1+α T) (2)；其中，ρ為正溫度係數材料、負溫度係數材料的電阻率，α為電阻的溫度係數，T為溫度。

結合上述式(1)與式(2)：當環境溫度為T₀時(如T=0)時，物體的電阻值為：R_T0=ρ L/S (3)；當環境溫度為T₁時，物體的電阻值為：R_T1=ρL/S(1+α(T₁-T₀)) (4)；由上述的式(1)-式(4)可以推導出材料電阻值受溫度影響的△R溫度可表示為如下式(5)：△R_溫度=R_T1-R_T0=ρL/S(1+α(T₁-T₀))-ρL/S=α△T(ρ L/S) (5)；其中，△T表示溫度變化量；△R溫度可分為△R_{正溫度係數區}與△R_{負溫度係數區}。

從上述式(5)中可以看出，為了消除溫度對壓力感測單元的阻值影響(即，使正溫度係數區122由於溫度變化而帶來的電阻值變化的△R正溫係數區與負溫度係數區123中由於溫度變化而帶來的電阻值變化的△R負溫度係數區的和趨向於或等於零)，需要控制正溫度係數區122與負溫度係數區123圖案靠近以使兩者接受相同的溫度變化△T，且α(ρ L/S)絕對值需相近，才能使△R_{正溫度係數區}與△R_{負溫度係數區}可以相互抵消，從而消除溫度對壓力感測單元的阻值影響。

較佳的實施例將壓力感測單元的大小設計為 25mm²-225mm²(此面積範圍為約一個手指正常施力作用於壓力感測裝置，其溫度及壓力能夠產生顯著影響的範圍大小)，可以保證壓力感測單元121內的正溫度係數區122與負溫度係數區123可以同時接受相同的溫度變化ΔT影響。

因選定的正溫度係數材料及負溫度係數材料在一確定的溫度(即溫度變化ΔT不變)下材料的溫度係數α值及電阻率ρ值是固定的，因此在壓力感測單元121的圖案控制中僅需控制正溫度係數區122與負溫度係數區123圖案的長度L與面積S的比值，即可使得正溫度係數區122與負溫度係數區123的α(ρL/S)的絕對值接近，即可達到消除溫度對壓力感測單元的阻值影響的效果。在本實施例中，可控制正溫度係數區122與負溫度係數區123的長度L與面積S的比值的比與其相應電阻率ρ與溫度係數α積的比的絕對值成反比，具體的比例關係如式(6)中所示：(L_正/S_正)/(L_負/S_負)=｜(ρ _負×α _負)/(ρ _正×α _正)｜ (6)。

本發明的L_正、L_負、S_正、S_負、ρ _正、ρ _負、α _正及α _負所表示的內容如下：L_正、S_正、ρ _正、α _正分別表示正溫度係數區的長度、面積、電阻率、溫度係數，L_負、S_負、ρ _負、α _負分別表示負溫度係數區的長度、面積、電阻率、溫度係數。

具體地，如圖4C中所示，正溫度係數區122與負溫度係數區123相互平行間隔設置並與壓力感測單元121兩端的電極連接線131垂直設置。

請參閱圖4D，本發明第一實施例所提供的壓力感測裝置10中壓力感測單元121的第二變形實施例：其與上述壓力感測單元121的第一變形實施例的區別在於正溫度係數區122與負溫度係數區123以 壓力感測單元121的形心為中心，環繞對稱分佈排列若干個間隔設置的區域，在另外的實施例中，正溫度係數區122與負溫度係數區123的形狀不受限制，可以為正方形、圓形、橢圓形、三角形、多邊形或不規則圖形等圖形中的任意一種或幾種。

請參閱圖4E，本發明第一實施例所提供的壓力感測裝置10中壓力感測單元121的第三變形實施例：其與上述壓力感測單元121的第一及第二變形實施例的區別在於正溫度係數區122包含第一正溫度係數區1221及第二正溫度係數區1222，負溫度係數區123包含第一負溫度係數區1231及第二負溫度係數區1232。第一正溫度係數區1221、第二正溫度係數區1222、第一負溫度係數區1231及第二負溫度係數區1232分別間隔設置，其上述四個區域中正溫度係數區1221與1222與負溫度係數區1231、1232的長度L及面積S的比值的比均與其相應電阻率ρ與溫度係數α積的比的絕對值成反比，上述的比例關係如式(7)中所示：(L_正/S_正)/(L_負/S_負)=｜(ρ _負×α _負)/(ρ _正×α _正)｜ (7)。

第一正溫度係數區1221、第二正溫度係數區1222、第一負溫度係數區1231及第二負溫度係數區1232以壓力感測單元121的形心為中心環繞間隔排布，第一正溫度係數區1221、第二正溫度係數區1222、第一負溫度係數區1231及第二負溫度係數區1232的形狀不受限制，可以為正方形、圓形、橢圓形、三角形、多邊形或不規則圖形等圖形中的任意一種或幾種。

請參閱圖5A-5C，本發明第二實施例提供了一種壓力感測裝置20，其與第一實施例的區別在於壓力感測裝置20中的壓力感測層22上包含複數個同層設置的壓力感測單元221，壓力感測單元221的 形狀為折線型，故，省略第一實施例中某些元件的闡述，此處列舉少量的壓力感測單元221。

壓力感測單元221包含至少一個正溫度係數區222及至少一個負溫度係數區223。正溫度係數區222包含正溫度係數材料，負溫度係數區223包含負溫度係數材料。正溫度係數區222與負溫度係數區223的長度L與面積S的比值的比與其相應電阻率ρ與溫度係數α積的比的絕對值成反比，上述的比例關係如式(8)中所示：(L_正/S_正)/(L_負/S_負)=|(ρ _負×α _負)/(ρ _正×α _正)| (8)。

如圖5B中所示，本發明第二實施例中壓力感測單元221的第一變形實施例中，壓力感測單元221包含一正溫度係數區222及一負溫度係數區223，正溫度係數區222與負溫度係數區223平行並列設置，在實施例中，正溫度係數區222與一負溫度係數區223的長度L相同，僅需控制其電流方向的橫截面積S的比與其相應電阻率ρ與溫度係數α積的比成反比即可達到消除溫度影響的效果，具體的比例關係如式(9)中所示：S_正/S_負=|(ρ _負×α _負)/(ρ _正×α _正)| (9)。

如圖5C中所示，本發明第二實施例中壓力感測單元221的第五變形實施例中，壓力感測單元221內包含間隔設置的多個正溫度係數區222及負溫度係數區223，正溫度係數區222與負溫度係數區223交替排列形成條狀折線形的壓力感測單元221。在實施例中，正溫度係數區222與負溫度係數區223的電流方向的橫截面積S相同，僅需控制其正溫度係數區222與負溫度係數區223的長度L的比與其相應電阻率ρ與溫度係數α積的比的絕對值成反比，即可達到消除溫度影響的效果，其比例關係具體如式(10)中所示： L_正/L_負=|(ρ _負×α _負)/(ρ _正×α _正)| (10)。

請參閱圖6A-6B，本發明第三實施例提供了一種壓力感測裝置30，其與第一和第二實施例的區別在於壓力感測裝置30中壓力感測單元321為“米字形”形狀，故，省略這兩個實施例中某些元件的闡述，此處列舉少量的壓力感測單元321。如圖6B，其中一個壓力感測單元321包含一正溫度係數區322及一負溫度係數區323，其中，正溫度係數區322包含正溫度係數材料，負溫度係數區323包含負溫度係數材料。正溫度係數區322與負溫度係數區323為並列設置，且形狀相同。

正溫度係數區322與負溫度係數區323的長度L與面積S的比值的比與其相應電阻率ρ與溫度係數α積的比的絕對值成反比，其比例關係如式(11)中所示：(L_正/S_正)/(L_負/S_負)=|(ρ _負×α _負)/(ρ _正×α _正)| (11)。

在另外的實施例中，壓力感測單元321中包含的正溫度係數區322與負溫度係數區323的分佈方式不受限制，可為上述第一、第二實施例中的任一種正溫度係數區與負溫度係數區的分佈方式。

請參閱圖7，本發明第四實施例提供了一種壓力感測裝置40，其包含一基板41及設置於基板41表面的壓力感測層42，壓力感測層42上包含複數個壓力感測單元421，壓力感測單元421的形狀及其分佈方式如本發明第一至第三實施例中任一實施例一致，其與第一至第三實施例的區別在於壓力感測單元421包含至少一上下分層設置的正溫度係數層422及負溫度係數層423，在壓力感測單元421的橫截面圖中可以看出，正溫度係數層422與負溫度係數層423是上下平行排布。

其中，正溫度係數層422包含至少一種正溫度係數材料，負溫度係數層423也包含至少一種負溫度係數材料。在此實施例中，因 正溫度係數層422與負溫度係數層423分層設置，在一定程度上，溫度對兩層影響的作用面是相同的，即在電流方向的長度L及橫截面積S中的寬a是相同的。

正溫度係數層422與負溫度係數層423的橫截面積可表示為式(12)：S=a×h (12)；其中，式(12)中所示a為橫截面積的寬，h為材料層厚度，可見，橫截面積S與厚度h成反比，由於正溫度係數層422與負溫度係數層423的上下平行排布，其長度L及寬度a均相等，因此，僅需通過控制正溫度係數層422與負溫度係數層423的厚度h與其相應電阻率ρ與溫度係數α積的比的絕對值成正比，其比例關係如式(13)中所示：h_正/h_負=｜(ρ _正×α _正)/(ρ _負×α _負)｜ (13)；本發明的h_正、ρ _正、α _正分別表示為正溫度係數層的厚度、電阻率、溫度係數，h_負、ρ _負、α _負分別表示為負溫度係數層的厚度、電阻率、溫度係數。

請參閱圖8，本發明第五實施例提供的了一種壓力感測裝置50，其與上述第四實施例的區別在於壓力感測裝置50包含一壓力感測層52，壓力感測層52設置在基板51的其中一表面上，正溫度係數層522設置在負溫度係數層523之上且兩者表面的面積相等，負溫度係數層523直接設於基板51之上。

在另外的實施例中，正溫度係數層522與負溫度係數層523設置的位置可相互調換。

正溫度係數層522包含第一正溫度係數層5221及第二正溫度係數層5222，第二溫度係數層5222設於第一正溫度係數層5221之 上，第一正溫度係數層5221直接設於基板51之上；負溫度係數層523同樣包含第一負溫度係數層5231及第二負溫度係數層5232，其中第一負溫度係數層5231設於第一正溫度係數層5221與第二正溫度係數層5222之間，第二負溫度係數層5232設於第二正溫度係數層5222之上，即正溫度係數層與負溫度係數層在橫截面中是上下交替排布。其中，第一正溫度係數層5221、第一負溫度係數層5231、第二正溫度係數層5222及第二負溫度係數層5232的表面的面積相等。

其中，如圖8所示，第一正溫度係數層5221與第二正溫度係數層5222包含不同種的正溫度係數材料，第一負溫度係數層5231與第二負溫度係數層5232包含同種的負溫度係數材料。

在另外的實施例中第一正溫度係數層5221與第二正溫度係數層5222也可包含同種的正溫度係數材料。

在另外的實施例中第一負溫度係數層5231與第二負溫度係數層5232也可包含不同種的負溫度係數材料。在另外的實施例中，在滿足正溫度係數層522與負溫度係數層523的厚度比為固定的前提下，正溫度係數層522與負溫度係數層523的具體層數及其層疊加順序不受限制。

請參閱圖9，本發明第六實施例提供了一種壓力感測裝置60，其與第四至第五實施例的區別在於正溫度係數層622與負溫度係數層623在橫截面中，是呈中心對稱排布，例如分別為形狀互補且為可組成一橫截面為矩形的三菱柱，故，省略第四至第五實施例中某些元件的闡述。正溫度係數層622直接設於基板61之上，負溫度係數層623設於正溫度係數層622之上。在另外的實施例中，正溫度係數層622與負溫度係數層623還可為形狀互補且可組成一橫截面為矩形或其他形狀 的結構，正溫度係數層622及負溫度係數層623可分別包含兩個及以上包含不同種或同種的溫度係數材料的層結構，正溫度係數層622與負溫度係數層623的疊加順序不受限制。

請參閱圖10，本發明第七實施例提供了一種壓力感測裝置70，其與第四實施例的區別在於正溫度係數層722直接設於基板71之上，負溫度係數層723的材料特選是為在電阻率較大，例如是電阻率比正溫度係數層722的電阻率大5倍及以上的材料。則其在未受觸壓物體溫度影響時，對於檢測系統接近於絕緣材料，而在受到觸壓物體溫度影響時，阻值可以降低到能夠被系統檢測出。則負溫度係數層723可以為不蝕刻圖案，而簡單地整層覆蓋在正溫度係數層722之上，並與基板71部分接合，在檢測過程中，因負溫度係數層723在未觸壓區域對檢測系統接近於絕緣，而在觸壓位置又可以檢測出阻值變化，因而只需控制負溫度係數層723在與正溫度係數層722，在圖案重疊位置的厚度h與其相應電阻率ρ與溫度係數α積的比的絕對值成正比即可，此處的比例關係如式(14)中所示：h_正/h_負=|(ρ _正×α _正)/(ρ _負×α _負)| (14)。

本實施例的檢測原理與第四實施例相同，故，省略第四實施例中某些元件的闡述。

與現有技術相比，第一，本發明提供了一種壓力感測裝置10，壓力感測裝置10創新性地將正溫度係數材料用於製備電阻式壓力感測層12中，其中，正溫度係數材料可優選如ITO材料或其他電阻值隨著溫度升高而增大的材料。

為了能獲得更精準的壓力大小檢測，本發明將正溫度係數材料與負溫度係數材料按照一定的比例組合形成壓力感測單元 121，壓力感測單元121檢測壓力感測層12被按壓之後產生的阻值變化量，壓力感測單元121的電阻值受溫度變化影響相對於現有技術中單純包含如ITO等正溫度係數材料形成的電阻式壓力感應單元更小，從而有效避免由於正溫度係數材料隨著手指傳遞到壓力感測裝置10的溫度提升而使壓力感應單元121電阻值上升量大於手指按壓動作對壓力感測裝置10電阻值的下降量，而導致無法對手指按壓力度大小檢測的情況，從而獲得具有更好壓力感測靈敏度的壓力感測裝置10，實現對手指按壓力度大小的精準檢測，最終提高壓力感測裝置的使用者使用滿意度。

第二，本發明所提供的壓力感測裝置10或壓力感測裝置40中，正溫度係數區122與負溫度係數區123的相應長度L與橫截面積S的比值的比與其具體材料的電阻率與溫度係數積的比的絕對值成反比，正溫度係數層422與負溫度係數層423的相應厚度比與其具體材料的電阻率與溫度係數積的比的絕對值成正比。採用這一比值關係，可以實現對壓力感測的完全溫度補償，避免按壓信號受到手指溫度造成電阻值上升的影響，從而獲得一種對溫度不敏感的壓力感測裝置10或壓力感測裝置40，其中，壓力感測裝置10或壓力感測裝置40的電阻值僅與手指按壓力度有關，而與手指溫度無關。

第三，本發明所提供的壓力感測裝置10中，壓力感測單元121可包含同層設置的至少一正溫度係數區122及至少一負溫度係數區123，正溫度係數區122包含至少一種正溫度係數材料，負溫度係數區123包含至少一種負溫度係數材料，其中，正溫度係數區122與負溫度係數區123可為平行並排設置或膠體排列設置或並列設置，這樣的設置可使正溫度係數區122與負溫度係數區123之間的接觸更為緊密，從 而可以獲得靈敏度更高的壓力感測裝置10。更進一步地，本發明所提供的壓力感測裝置40中所包含的正溫度係數層422及負溫度係數層423還可實現多層或以多種形狀進行疊加設置，同樣具有可提高藥理感測靈敏度的技術效果。在應用過程中，還可根據具體所要達成的產品效果以選擇不同溫度系數值的正溫度係數材料與負溫度係數材料，並根據溫度系數值的不同以調整不同材料的實際用量，具有較好的實用性。

以上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在本發明的保護範圍之內。

31‧‧‧基板

322‧‧‧正溫度係數區

323‧‧‧負溫度係數區

Claims (14)

1. 一種壓力感測裝置，包含：一壓力感測層，該壓力感測層包含複數壓力感測單元，該些壓力感測單元包含至少一正溫度係數材料與至少一負溫度係數材料，該些壓力感測單元檢測該壓力感測層被按壓之後產生的一阻值變化量，該負溫度係數材料用於補償該正溫度係數材料被按壓後由於溫度引起的一電阻值變化。
2. 如申請專利範圍第1項所述的壓力感測裝置，其中該些壓力感測單元包含同層設置的至少一正溫度係數區及至少一負溫度係數區，該正溫度係數區包含至少一該正溫度係數材料，該負溫度係數區包含至少一該負溫度係數材料。
3. 如申請專利範圍第2項所述的壓力感測裝置，其中該正溫度係數區與該負溫度係數區的一長度和一橫截面積比值的比與其相應一電阻率和一溫度係數積的比例關係為式(I)所示：(L_正/S_正)/(L_負/S_負)=｜(ρ _負×α _負)/(ρ _正×α _正)｜ (I)；其中，L_正、S_正、ρ _正、α _正分別表示該正溫度係數區的該長度、該面積、該電阻率、該溫度係數，L_負、S_負、ρ _負、α _負分別表示負溫度係數區的該長度、該面積、該電阻率、該溫度係數。
4. 如申請專利範圍第3項所述的壓力感測裝 置，其中該壓力感測單元為菱形形狀，該正溫度係數區與該負溫度係數區的分佈方式為平行並列排布或以一中心環繞對稱排布。
5. 如申請專利範圍第3項所述的壓力感測裝置，其中該壓力感測單元為折線形或米字形，該折線形或米字形的橫截面中，該正溫度係數區與該負溫度係數區的分佈方式為平行並列排布或交替排布。
6. 如申請專利範圍第1項所述的壓力感測裝置，其中該壓力感測單元包含上下設置的至少一正溫度係數層及至少一負溫度係數層，該正溫度係數層包含至少一該正溫度係數材料，該負溫度係數層包含至少一該負溫度係數材料。
7. 如申請專利範圍第6項所述的壓力感測裝置，其中該正溫度係數層與該負溫度係數層在平面上的圖案相同且重疊。
8. 如申請專利範圍第7項所述的壓力感測裝置，其中該正溫度係數層與該負溫度係數層的相應一厚度比與其相應一電阻率和一溫度係數積的比例關係為式(Ⅱ)所示：h_正/h_負=｜(ρ _正×α _正)/(ρ _負×α _負)｜ (Ⅱ)；其中，h_正、ρ _正、α _正分別表示為正溫度係數層的該厚 度、該電阻率、該溫度係數，h_負、ρ _負、α _負分別表示為該負溫度係數層的厚度、該電阻率、該溫度係數。
9. 如申請專利範圍第7項所述的壓力感測裝置，其中該正溫度係數層與該負溫度係數層在橫截面中是呈上下平行排布、上下交替排布或中心對稱排布。
10. 如申請專利範圍第6項所述的壓力感測裝置，其中該負溫度係數材料的電阻率比該正溫度係數材料的電阻率大5倍及以上。
11. 如申請專利範圍第10項所述的壓力感測裝置，其中該負溫度係數材料為整層覆蓋於該正溫度係數層上，並與該基板部分接合。
12. 如申請專利範圍第11項所述的壓力感測裝置，其中該正溫度係數層與該負溫度係數層在圖案重疊位置的一厚度比與其相應一電阻率和一溫度係數積的比例關係為式(Ⅲ)所示：h_正/h_負=｜(ρ _正×α _正)/(ρ _負×α _負)｜ (Ⅲ)；其中，h_正、ρ _正、α _正分別表示為正溫度係數層的該厚度、該電阻率、該溫度係數，h_負、ρ _負、α _負分別表示為該負溫度係數層的厚度、該電阻率、該溫度係數。
13. 如申請專利範圍第1-12項中任一項所述的 壓力感測裝置，其中該壓力感測裝置更包含一壓力感測晶片，與該壓力感測單元電連接，該壓力感測晶片通過檢測該壓力感測層在受到壓力後產生的電阻變化量實現對該壓力大小的檢測。
14. 如申請專利範圍第1項所述的壓力感測裝置，其中該正溫度係數材料為奈米級的銀、銅、鋁、金，或奈米級的氧化銦錫、氧化錫銻、氧化銦鋅、氧化鋅鋁，或石墨烯、金屬網格、透明導電高分子材料的任意一種材料，該負溫度係數材料為奈米碳管。