專利名稱：用以感測施力的感測裝置的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本申請涉及一種用以感測施力的感測裝置。
背景技術(shù)：
隨著科技的發(fā)展，發(fā)展出一種觸控按鍵及觸控面板。以觸控按鍵為例，使用者可以手指按壓或接觸觸摸式按鍵，即可下達指令。這種觸摸式按鍵已經(jīng)廣泛使用于各種家電、計算機周邊產(chǎn)品。以觸控面板為例，使用者可以以手指接觸觸控面板來下達指令。這種觸控面板已經(jīng)廣泛使用于手機及筆記型計算機。然而，不論是觸控按鍵或是觸控面板，都只能單純地檢測出使用者是否觸摸，其應(yīng)用的層面較狹窄。就目前的應(yīng)用來說，這樣的觸控按鍵或觸控面板頂多只能作為電子裝置的輸入接口。

發(fā)明內(nèi)容
本申請涉及一種用以感測施力的感測裝置，其利用電極片與軟性層狀介電結(jié)構(gòu)的設(shè)計，以通過電極片之間的電性特征的變化來感測縱向施力的大小與橫向施力的大小及方向。根據(jù)本申請的第一方面，提出一種用以感測施力的感測裝置。感測裝置包括軟性層狀介電結(jié)構(gòu)、第一電極片、第二電極片、第三電極片及測量元件。軟性層狀介電結(jié)構(gòu)具有相對的第一表面及第二表面。第一電極片設(shè)置于第一表面。第二電極片設(shè)置于第二表面。 第二電極片全部重疊于第一電極片的范圍內(nèi)。第三電極片設(shè)置于第二表面。第三電極片僅部分重疊于第一電極片的范圍內(nèi)。測量元件用以測量第一電極片與第二電極片之間的電性特征，以及第一電極片與第三電極片之間的電性特征。為了對本申請的上述及其他方面有更佳的了解，下文特舉優(yōu)選實施例，并配合附圖，作詳細說明如下


圖I繪示第一實施例的用以感測施力的感測裝置的俯視圖。圖2繪示圖I的用以感測施力的感測裝置沿截面線2-2的剖面圖。圖3繪示圖I的用以感測施力的感測裝置沿截面線3-3的剖面圖。圖4繪示第一實施例的用以感測施力的感測裝置受到外力朝第一方向推擠的示意圖。圖5繪示第一實施例的用以感測施力的感測裝置受到外力朝第二方向推擠的示意圖。圖6繪示第二實施例的用以感測施力的感測裝置的示意圖。圖7繪示第三實施例的用以感測施力的感測裝置的示意圖。
CO = S-................................................... ( I )
LO同理，第一電極片121與第三電極片1231之間的電容值Cl、第一電極片121與第三電極片1231的重疊面積Al、第一電極片121與第三電極片1231的距離LI及介電材料的介電常數(shù)ε符合下列關(guān)系式
ΛΛ, .Cl = S-................................................... (2 )
LI同理，第一電極片121與第三電極片1232之間的電容值C2、第一電極片121與第三電極片1232的重疊面積Α2、第一電極片121與第三電極片1232的距離L2及介電材料 111的介電常數(shù)ε符合下列關(guān)系式Cl = S-................................................... ( 3 )
LI請再參照圖3，其繪示圖I的用以感測施力的感測裝置100沿截面線3-3的剖面圖。同理，第一電極片121與第三電極片1233之間的電容值C3、第一電極片121與第三電極片1233的重疊面積A3、第一電極片121與第三電極片1233的距離L3及介電材料111的介電常數(shù)ε符合下列關(guān)系式
Λ ./ .C3 = s—................................................... (4)
Li同理，第一電極片121與第三電極片1234之間的電容值C4、第一電極片121與第三電極片1234的重疊面積A4、第一電極片121與第三電極片1234的距離L4及介電材料 111的介電常數(shù)ε符合下列關(guān)系式
AA/ .C4 = s—................................................... ( 5 )
LA當外力施加于介電材料111時，外力可分解為縱向施力與橫向施力。縱向施力將使介電材料111在垂直方向產(chǎn)生形變，橫向施力則會使介電材料111在水平方向產(chǎn)生位移。 舉例來說，請參照圖4，其繪示用以感測的感測裝置100受到外力朝第一方向Dl推擠的示意圖。斜線部分表示重疊面積A0、Al、A2、A3、A4的大小。當用以感測施力的感測裝置100 受到外力朝第一方向Dl推擠時，距離L0、LI、L2、L3、L4(繪示于圖2 圖3圖)將被壓縮而縮小，重疊面積A0、A1、A2不會改變，重疊面積A3會增加，重疊面積A4則會減少。如此一來，根據(jù)上述關(guān)系式(I) (5)，電容值CO、Cl、C2將會增加，而電容值C3將會大于電容值 Cl、C2，且電容值C4將會小于電容值Cl、C2。請參照圖5，其繪示用以感測施力的感測裝置100受到外力朝第二方向D2推擠的示意圖。斜線部分表示重疊面積A0、Al、A2、A3、A4的大小。當用以感測施力的感測裝置 100受到外力朝第二方向D2推擠時，距離L0、L1、L2、L3、L4(繪示于圖2 圖3)將被壓縮而縮小，重疊面積A0、A3、A4不會改變，重疊面積Al則會減少，重疊面積A2則會增加。如此一來，根據(jù)上述關(guān)系式(I) (5)，電容值CO、C3、C4將會增加，而電容值Cl將會小于電容值C3、C4，且電容值C2將會大于電容值C3、C4。同理，當用以感測施力的感測裝置100受到外力朝第一方向Dl的反方向推擠時， 或者用以感測施力的感測裝置100受到外力朝第二方向D2的反方向推擠時，電容值C0、C1、 C2、C3、C4也會有類似的情況，在此不再重復敘述。也就是說，分析電容值C0、C1、C2、C3、C4 的變化，即可了解到用以感測施力的感測裝置100受到外力的推擠方向。
7
綜上所述，一般的觸控按鍵或壓力感測裝置僅可分析出縱向施力的大小，而無法測量出施力的方向性。而本實施例用以感測施力的感測裝置100除了可以感測縱向施力的大小以外，更可通過電極片之間的電性特征的變化來感測橫向施力的大小及方向。進一步來說，在產(chǎn)品的應(yīng)用上，用以感測施力的感測裝置100可以作為觸控按鍵或觸控面板。在一實施例中，用以感測施力的感測裝置100可以矩陣式排列于一薄膜上。當使用者施力在這些用以感測施力的感測裝置100時，每一用以感測施力的感測裝置100可以各自分析出不同的施力方向及施力大小，這樣一來，也可應(yīng)用于某些特殊產(chǎn)品上。舉例來說，用以感測施力的感測裝置100可以應(yīng)用于鞋墊、鞋子、衣服或手套上，來感測人體做各種動作時對鞋墊、鞋子、衣服或手套的縱向與橫向施力情況。在生醫(yī)產(chǎn)業(yè)上，可以進一步依據(jù)施力的分析來矯正使用者不正確的動作。第二實施例請參照圖6，其繪示第二實施例的用以感測施力的感測裝置200的示意圖。本實施例的用以感測施力的感測裝置200與第一實施例的用以感測施力的感測裝置100不同之處在于本實施例的用以感測施力的感測裝置200只設(shè)置第一電極片121、第二電極片122及第三電極片1231、1234，而省略第三電極片1232、1233。當用以感測施力的感測裝置200受到外力推擠時，分析重疊面積AO、Al、A4的變化，也可輕易判斷出用以感測施力的感測裝置 200受到外力的推擠方向。第三實施例請參照圖7，其繪示第三實施例的用以感測施力的感測裝置300的示意圖。本實施例的用以感測施力的感測裝置300與第一實施例的用以感測施力的感測裝置100不同之處在于本實施例的第一電極片321及第二電極片322的形狀為八角形，第三電極片3231、 3232、3233、3234、3235、3236、3237、3238 的數(shù)量為八，且第三電極片 3231、3232、3233、 3234、3235、3236、3237、3238設(shè)置于第一電極片321的八個側(cè)邊。同樣地，通過上述的電容值的判斷方式，也可以很容易地判斷出八個推擠方向。第四實施例請參照圖8，其繪示第四實施例的用以感測施力的感測裝置400的剖面圖，本實施例的用以感測施力的感測裝置400與第一實施例的用以感測施力的感測裝置100不同之處在于軟性層狀介電結(jié)構(gòu)410，其余相同之處不再重復敘述。如圖8所示，本實施例的軟性層狀介電結(jié)構(gòu)410包括數(shù)個介電材料411及數(shù)個支撐材料412。介電材料411分離式設(shè)置于第一電極片121與第二電極片122之間，以及第一電極片121與第三電極片1231、1232、1233、1234之間(圖8的剖面僅繪出第三電極片1231、 1232)。支撐材料412則連接相鄰的介電材料411，各個支撐材料412的硬度大于各個介電材料411的硬度。如此一來，當軟性層狀介電結(jié)構(gòu)410受到外力推擠時，可以通過支撐材料412的支撐來快速恢復原狀。第五實施例請參照圖9，其繪示第五實施例的用以感測施力的感測裝置500的剖面圖，本實施例的用以感測施力的感測裝置500與第一實施例的用以感測施力的感測裝置100不同之處在于軟性層狀結(jié)構(gòu)510，其余相同之處不再重復敘述。如圖9所示，本實施例的軟性層狀介電結(jié)構(gòu)510包括數(shù)個分離的介電材料511。各個分離的介電材料510分離式設(shè)置于第一電極片121及第二電極片122之間，以及第一電極片121及第三電極片1231、1232、1233、1234之間(圖9僅繪示出第三電極片1231、1232)。 相鄰的介電材料511間隔一空隙G。 如此一來，當軟性層狀介電結(jié)構(gòu)510受到外力推擠時，軟性層狀介電結(jié)構(gòu)510可以
更容易地產(chǎn)生形變。根據(jù)上述第一、第四及第五實施例，通過軟性層狀介電結(jié)構(gòu)110、410、510的不同設(shè)計，可以獲得不同的結(jié)果，設(shè)計者可依據(jù)產(chǎn)品需求來做設(shè)計。第六實施例請參照圖10，其繪示第六實施例的用以感測施力的感測裝置600的一示意圖，本實施例的用以感測施力的感測裝置600與第一實施例的用以感測施力的感測裝置100不同之處在于測量元件630所測量的電性特征為電阻值，其余相同之處不再重復敘述。在本實施例中，介電材料611(參照圖11)選用具有垂直導通特性的材料。以第一電極片121及第三電極片1231為例，只有重疊處才會垂直導通。請參照圖11，其繪示圖10的用以感測施力的感測裝置600沿截面線11_11的剖面圖。第一電極片121與第二電極片122之間的電阻值R0、第一電極片121與第二電極片 122的重疊面積A0、第一電極片121與第二電極片122的距離LO及介電材料611的電阻系數(shù)P符合下列關(guān)系式RO = P-................................................ ( 6 )
AO同理，第一電極片121與第三電極片1231之間的電阻值R1、第一電極片121與第三電極片1231的重疊面積Al、第一電極片121與第三電極片1231的距離LI及介電材料 611的電阻系數(shù)P符合下列關(guān)系式Rl = P-................................................ (7)
Al同理，第一電極片121與第三電極片1232之間的電阻值R2、第一電極片121與第三電極片1232的重疊面積A2、第一電極片121與第三電極片1232的距離L2及介電材料 611的電阻系數(shù)P符合下列關(guān)系式Rl = P-................................................ ( 8 )
<42請再參照圖12，其繪示圖10的用以感測施力的感測裝置600沿截面線12_12的剖面圖。同理，第一電極片121與第三電極片1233之間的電阻值R3、第一電極片121與第三電極片1233的重疊面積A3、第一電極片121與第三電極片1233的距離L3及介電材料611 的介電常數(shù)P符合下列關(guān)系式R3 = p—................................................ (9)
<43同理，第一電極片121與第三電極片1234之間的電阻值R4、第一電極片121與第三電極片1234的重疊面積A4、第一電極片121與第三電極片1234的距離L4及介電材料 611的介電常數(shù)P符合下列關(guān)系式
權(quán)利要求
1.一種用以感測施力的感測裝置，包括軟性層狀介電結(jié)構(gòu)，具有相對的第一表面及第二表面；第一電極片，設(shè)置于該第一表面；第二電極片，設(shè)置于該第二表面，該第二電極片全部重疊于該第一電極片的范圍內(nèi)；第三電極片，設(shè)置于該第二表面，該第三電極片僅部分重疊于該第一電極片的范圍內(nèi)；以及測量元件，用以測量該第一電極片與該第二電極片之間的電性特征，以及該第一電極片與該第三電極片之間的電性特征。
2.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該第一電極片的形狀為圓形或多邊形。
3.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該第一電極片的形狀為正方形，該第三電極片設(shè)置于該第一電極片的側(cè)邊，該第一電極片與該第三電極片間有部分面積重疊。
4.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該第一電極片與該第二電極片之間的電性特征為電容值，該第一電極片與該第三電極片之間的電性特征為電容值。
5.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該第一電極片與該第二電極片之間的電性特征為電阻值，該第一電極片與該第三電極片之間的電性特征為電阻值。
6.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該第一電極片與該第二電極片之間的電性特征為電阻值，該第一電極片與該第三電極片之間的電性特征為電容值。
7.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該第一電極片與該第二電極片之間的電性特征為電容值，該第一電極片與該第三電極片之間的電性特征為電阻值。
8.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該感測裝置還包括至少二第三電極片，該第一電極片與該第二電極片之間的電性特征為電容值，該第一電極片與這些第三電極片的其中之一個之間的電性特征為電阻值，該第一電極片與這些第三電極片的其中的另一個之間的電性特征為電容值。
9.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該感測裝置還包括至少二第三電極片，該第一電極片與該第二電極片之間的電性特征為電阻值，該第一電極片與這些第三電極片的其中之一個之間的電性特征為電容值，該第一電極片與這些第三電極片的其中的另一個之間的電性特征為電阻值。
10.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該第一電極片的形狀為矩形，該第三電極片設(shè)置于該第一電極片的側(cè)邊，該第一電極片與該第三電極片間有部分面積重疊。
11.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該第一電極片的形狀為八角形，該第三電極片設(shè)置于該第一電極片的側(cè)邊，該第一電極片與該第三電極片間有部分面積重疊。
12.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該軟性層狀介電結(jié)構(gòu)包括介電材料，連續(xù)性地設(shè)置于該第一電極片與該第二電極片之間，以及該第一電極片與該第三電極片之間。
13.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該軟性層狀介電結(jié)構(gòu)包括多個介電材料，分離式設(shè)置于該第一電極片與該第二電極片之間，以及該第一電極片與該第三電極片之間；以及多個支撐材料，連接相鄰的這些介電材料，各該支撐材料的硬度大于各該介電材料的硬度。
14.如權(quán)利要求I所述的感測裝置，其中該軟性層狀介電結(jié)構(gòu)包括多個介電材料，分離式設(shè)置于該第一電極片與該第二電極片之間，以及該第一電極片與該第三電極片之間，相鄰的這些介電材料間隔一空隙。
全文摘要
一種用以感測施力的感測裝置。感測裝置包括軟性層狀介電結(jié)構(gòu)、第一電極片、第二電極片、第三電極片及測量元件。軟性層狀介電結(jié)構(gòu)具有相對的第一表面及第二表面。第一電極片設(shè)置于第一表面。第二電極片設(shè)置于第二表面。第二電極片全部重疊于第一電極片的范圍內(nèi)。第三電極片設(shè)置于第二表面。第三電極片僅部分重疊于第一電極片的范圍內(nèi)。測量元件用以測量第一電極片與第二電極片之間的電性特征，以及第一電極片與第三電極片之間的電性特征。
文檔編號G01L1/14GK102589757SQ201110389298
公開日2012年7月18日 申請日期2011年11月30日 優(yōu)先權(quán)日2010年12月7日
發(fā)明者何家充, 貢振邦 申請人:財團法人工業(yè)技術(shù)研究院