TWI684905B - 軟性感測裝置 - Google Patents

Abstract

本發明係一種軟性感測裝置，包含有：一絕緣層、一底層、以及一頂層，該絕緣層具有一底面與一頂面，該底層設於該絕緣層之底面且包含有相連的一電極與一導線，該頂層設於該絕緣層之頂面且包含有一屏蔽部與一鏤空部，該屏蔽部位於該導線之上方，該鏤空部位於該電極之上方。藉此，該軟性感測裝置可有效屏蔽該導線對靜電之響應，以避免產生干擾訊號，並提升感測及定位的準確度。

Description

軟性感測裝置

本發明與感測裝置有關，特別是指一種軟性感測裝置。

美國奈米通訊(Nano Letters)在2012年公開的摩擦奈米發電機(Triboelectric Nanogenerator, TENG)，提供一種基於接觸起電與靜電感應原理的自驅動裝置，不僅有效地將人體活動的機械能或者如風力、水波等環境能量轉換成電能，可透過電訊號輸出作為感測裝置的運用，並解決感測裝置需外部電源的問題。CN106382997專利公開一種基於摩擦奈米發電機原理的感測裝置，藉由每一感應電極中的上下二電極層可達成定位目的，而CN106655874、CN104426412專利更公開一種使用單一電極層作為感應電極且高彈性伸縮的摩擦奈米發電機以及基於皮膚的電訊號輸出裝置，使得感測裝置能夠更加柔軟輕薄，同時亦可應用於不規則或者變形的物體上。

然而，使用單一電極層作為感應電極的感測裝置，不論其應用於觸控面板、穿戴式電子裝置或是電子皮膚，感測裝置中的各感應電極需透過導線向外輸出訊號，惟導線與感應電極同為導體，當物體靠近甚至是觸碰到導線時亦會因靜電響應而產生感應干擾訊號，造成感測及定位錯誤，尤其在有多個感應電極的感測裝置中，感應電極與導線的交錯排列，更是容易因為導線的干擾訊號而大幅度地降低感測及定位的準確度，增加實際應用的困難。

本發明之一目的在於提供一種軟性感測裝置，可屏蔽導線對靜電之響應，以避免產生干擾訊號；本發明之另一目的在於提供一種軟性感測裝置，可提升感測及定位的準確度。

為了達成上述目的，本發明之軟性感測裝置包含有：一絕緣層、一底層、以及一頂層，該絕緣層具有一底面與一頂面，該底層設於該絕緣層之底面且包含有一電極與一導線，該導線與該電極連接，該頂層設於該絕緣層之頂面且包含有一屏蔽部與一鏤空部，該屏蔽部位於該導線之上方，該鏤空部位於該電極之上方。藉此，該軟性感測裝置可有效屏蔽導線對靜電之響應，以避免產生感擾訊號，並提升感測及定位的準確度。

以下藉由四較佳實施例配合圖式，詳細說明本發明的技術內容及特徵，如第1至3圖所示，係本發明第一較佳實施例所提供之軟性感測裝置1，該軟性感測裝置1包含有一絕緣層10、一底層20、以及一頂層30。

該絕緣層10係可彈性伸縮且具有一底面12以及一頂面14相對於該底面12，該底面12與該頂面14係分別為一平面，其中該絕緣層10可採用矽膠、橡膠、矽橡膠、聚二甲基矽氧烷、環氧樹脂或Eco-flex等具有彈性且不導電之材料製成。

該底層20係可彈性伸縮且設於該絕緣層10之底面12，該底層20包含有一底面22、一頂面24相對於該底面22、多數電極25、多數導線26分別與各該電極25連接、一挖空部27貫穿該底面22及該頂面24、以及一第二填充部28設於該挖空部27內，該底面22事實上是由該等電極25之底面、該等導線26之底面與該第二填充部28之底面所共同形成，而該頂面24事實上是由該等電極25之頂面、該等導線26之頂面與該第二填充部28之頂面所共同形成，該頂面24貼抵於該絕緣層10之底面12，該挖空部27與該第二填充部28位於該等電極25與該等導線26旁，該底面22與該頂面24分別為一平面。

於本實施例中，各該電極25係排列成4x4的矩陣，如第2圖所示，於其他實施例中，該電極25與該導線26之數量、位置可有其他變化，只要該底層20具有至少一相連之電極25與該導線26用來感測即可。

需要說明的是，該電極25為摻有導電材料的彈性材料所製成，即該導電材料係分散於該彈性材料中，該導電材料可採用奈米碳管、碳粉、金屬奈米線或金屬顆粒等；該彈性材料可採用矽膠、橡膠、矽橡膠、聚二甲基矽氧烷、環氧樹脂或Eco-flex等。該導線26係與該電極25可為相同材料製成，該第二填充部28可採用矽膠、橡膠、矽橡膠、聚二甲基矽氧烷、環氧樹脂或Eco-flex等彈性材料製成且為絕緣體，亦可採用與該絕緣層10相同材質製成。於其他實施例中，每一導線26與其相連之電極25可為一體成形，該第二填充部28可省略不設。

該頂層30設於該絕緣層20之頂面14，該頂層30包含有一底面32、一頂面34相對於該底面32、一屏蔽部36、多數鏤空部37貫穿該底面32與該頂面34且與該屏蔽部36相鄰、以及多數第一填充部38分別位於各該鏤空部37內，該底面32事實上是由該屏蔽部36之底面與該等第一填充部38之底面所共同形成，該底面32貼抵於該絕緣層10之頂面14，而該頂面34事實上是由該屏蔽部36之頂面與該等第一填充部38之頂面所共同形成，該屏蔽部36位於該等導線26之上方，各該鏤空部37分位於各該電極25之上方，該底面32與該頂面34分別為一平面。於本實施例中，該屏蔽部36係與該等電極25為相同材料所製成，亦即該屏蔽部36為導體，該第一填充部38可採用矽膠、橡膠、矽橡膠、聚二甲基矽氧烷、環氧樹脂或Eco-flex等彈性材料製成且為絕緣體，亦可採用與該絕緣層10相同材質製成。於其他實施例中，該第一填充部38可省略不設

該軟性感測裝置1可更包含有多數訊號線40、以及一接地線50，各該訊號線40分別與各該導線26電性連接，用以將該等電極25中的電荷變化導引至外界，該接地線50與該屏蔽部36電性連接，用以將該屏蔽部36中的電荷變化接地。需要說明的是，該等訊號線40與該接地線50均可彈性伸縮。

藉由上述的結構，當一外部物體與該鏤空部37(或該電極25)之距離改變時，位於該鏤空部37之下方的該電極25對靜電之響應使電荷經由該導線26及該訊號線40移動而產生一電訊號，即可達到感測外部物體相對位置的功能。而當該外部物體與該屏蔽部36(或該導線26)之距離改變時，該屏蔽部36對靜電之響應使電荷經由該接地線50移出或移入該軟性感測裝置1，此時，該屏蔽部36之下方的導線26不會產生靜電響應，如此即可避免產生干擾訊號讓感測定位失準。需要說明的是，該外部物體不限於導體、絕緣體或是人體。

綜上所陳，本發明之軟性感測裝置1藉由該等電極25之靜電響應而產生之電訊號，達成不需要外接電源即可自驅動感測，並藉由該屏蔽部37有效屏蔽該導線26對靜電之響應，以避免產生干擾訊號，藉此提升感測及定位的準確度，從而達成本發明之目的。

基於本發明之設計精神，該軟性感測裝置1之結構可有其他變化，如第4圖所示，係本發明第二較佳實施例所提供之軟性感測裝置1a，該軟性感測裝置1a的結構與第一實施例的軟性感測裝置1大致相同，其差異在於：該軟性感測裝置1a更包含有一第一封裝層60設於該頂層30之頂面34、以及一第二封裝層70設於該底層20之底面22，如此一來，可提供保護與絕緣的功能，使該軟性感測裝置1a可設置於任何物體上。

如第5圖所示，係本發明第三較佳實施例所提供之軟性感測裝置1b，其結構與第一實施例大致相同，差異在於：該第一填充部38、以及該第二填充部28皆省略不設。相較於第一較佳實施例之軟性感測裝置1，該軟性感測裝置1b可藉由印刷製程將該電極25、該導線26及該屏蔽部36設於該絕緣層10上，由於印刷製程的成本比較低廉，且省略該第一填充部38與該第二填充部28的加工程序，因此該軟性感測裝置1b具有較低的製造成本。

如第6圖所示，係本發明第四較佳實施例所提供之軟性感測裝置1c，其結構與第一實施例大致相同，差異在於：本實施例的絕緣層10c不僅變薄，甚至向下伸入底層20的挖空部27，並向上伸入頂層30的鏤空部37中，使該絕緣層10c整體形成凹凸狀，各該鏤空部37位於各該電極25以及與該電極25相連的部分導線26之上方，然而，因大部分的導線26仍位於該屏蔽部36之下方，仍可相當程度地避免產生干擾訊號讓感測定位失準。相較於第一實施例之軟性感測裝置1，該軟性感測裝置1c整體結構較為輕薄，且因該電極25上方之絕緣層10c較薄，使該軟性感測裝置1c於感測時的靈敏度較高。

上述僅為本發明實施例的說明，舉凡未超脫本發明精神所作的簡易結構潤飾或變化，例如：該訊號線40及該接地線50可省略不設，雖屏蔽效果較差但仍具功效；或者該軟性感測裝置1之第一填充部38、該第二填充部28係與該絕緣層10一體成形，仍應屬於本發明申請專利範圍所涵蓋。

1、1a、1b、1c‧‧‧軟性感測裝置 10、10c‧‧‧絕緣層 12‧‧‧底面 14‧‧‧頂面 20‧‧‧底層 22‧‧‧底面 24‧‧‧頂面 25‧‧‧電極 26‧‧‧導線 27‧‧‧挖空部 28‧‧‧第二填充部 30‧‧‧頂層 32‧‧‧底面 34‧‧‧頂面 36‧‧‧屏蔽部 37‧‧‧鏤空部 38‧‧‧第一填充部 40‧‧‧訊號線 50‧‧‧接地線 60‧‧‧第一封裝層 70‧‧‧第二封裝層

第1圖為本發明第一較佳實施例之軟性感測裝置之立體圖； 第2圖為本發明第一較佳實施例之軟性感測裝置的分解圖； 第3圖為本發明第一較佳實施例之軟性感測裝置之局部剖面圖； 第4圖為本發明第二較佳實施例之軟性感測裝置之局部剖面圖； 第5圖為本發明第三較佳實施例之軟性感測裝置之局部剖面圖； 第6圖為本發明第四較佳實施例之軟性感測裝置之局部剖面圖。

1‧‧‧軟性感測裝置

10‧‧‧絕緣層

20‧‧‧底層

30‧‧‧頂層

40‧‧‧訊號線

50‧‧‧接地線

Claims (10)

1. 一種軟性感測裝置，用以感應一外部物體之接近，該軟性感測裝置包含有：一絕緣層，具有一底面與一頂面；一底層，設於該絕緣層之底面且包含有一電極與一導線，該導線與該電極連接，該電極可對接近該絕緣層頂面之外部物體產生靜電響應；以及一頂層，設於該絕緣層之頂面且包含有一屏蔽部與一鏤空部，該屏蔽部位於該導線之上方而可屏蔽該導線對該外部物體之靜電響應，該鏤空部位於該電極之上方。
2. 如請求項1所述的軟性感測裝置，其中該頂層更包含有一第一填充部設於該鏤空部內。
3. 如請求項2所述的軟性感測裝置，更包含有一第一封裝層設於該頂層之頂面。
4. 如請求項1至3任一項所述的軟性感測裝置，更包含有一接地線與該屏蔽部電性連接。
5. 如請求項4所述的軟性感測裝置，其中該接地線可彈性伸縮。
6. 如請求項1所述的軟性感測裝置，其中該底層更包含有一貫穿上下的挖空部位於該電極與該導線旁、以及一第二填充部設於該挖空部內。
7. 如請求項6所述的軟性感測裝置，更包含有一第二封裝層設於該底層之底面。
8. 如請求項1至3、6至7任一項所述的軟性感測裝置，更包含有一訊號線與該導線電性連接。
9. 如請求項8所述的軟性感測裝置，其中該訊號線可彈性伸縮。
10. 如請求項1所述的軟性感測裝置，其中該絕緣層、該底層與該頂層均可彈性伸縮。

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