壓力感測(cè)輸入模塊的制作方法
【專利說(shuō)明】壓力感測(cè)輸入模塊 【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001] 本實(shí)用新型設(shè)及壓力感測(cè)領(lǐng)域，尤其設(shè)及一種壓力感測(cè)輸入模塊。 【【背景技術(shù)】】
[0002] 隨著近年來(lái)觸控輸入技術(shù)不斷更新，平面觸控面板已經(jīng)成為輸入設(shè)備的首選產(chǎn) 品。近期來(lái)，一種帶來(lái)全新觸控體驗(yàn)的壓力感測(cè)裝置在觸控輸入設(shè)備領(lǐng)域引發(fā)了一股熱潮， 運(yùn)種壓力感測(cè)裝置可W通過(guò)偵測(cè)按壓后壓力感測(cè)單元的阻值變化大小，而判定按壓力度的 大小，其可W單獨(dú)應(yīng)用于僅需偵測(cè)壓力大小的觸控輸入設(shè)備領(lǐng)域，還可W與傳統(tǒng)平面觸控 面板結(jié)合而兼顧二維坐標(biāo)和=維觸壓力度的檢測(cè)。
[0003] 但是由于壓力感測(cè)電極材料的限制，現(xiàn)有的材料中不可避免地會(huì)受到手指溫度影 響，產(chǎn)生一定阻值的變化，而由溫度變化所帶來(lái)的阻值變化極大地影響了對(duì)按壓力度大小 的檢測(cè)，甚至還可能存在因溫度產(chǎn)生的阻值變化遠(yuǎn)大于因按壓力度大小而產(chǎn)生的阻值變化 量，而導(dǎo)致壓力阻值變化檢測(cè)不精準(zhǔn)甚至無(wú)法檢測(cè)。 【【實(shí)用新型內(nèi)容】】
[0004] 本實(shí)用新型中提供了一種具有溫度補(bǔ)償功能的壓力感測(cè)輸入模塊。
[0005] 為解決上述技術(shù)問(wèn)題，本實(shí)用新型提供技術(shù)方案：一種壓力感測(cè)輸入模塊，其包括 一基板及分別設(shè)置在該基板上下表面的一第一壓感層、一第二壓感層，所述第一壓感層包 括至少一個(gè)第一壓感單元，所述第二壓感層包括至少一個(gè)第二壓感單元，所述第一壓感單 元與所述第二壓感單元一一對(duì)應(yīng)設(shè)置且材料相同，至少一第一壓感單元與其對(duì)應(yīng)設(shè)置的第 二壓感單元構(gòu)成惠斯通電橋的其中兩個(gè)電阻，其用于檢測(cè)一按壓力度大小，同時(shí)補(bǔ)償所述 壓力感測(cè)輸入模塊由于溫度引起的電阻值變化。
[0006] 優(yōu)選地，所述壓力感測(cè)輸入模塊進(jìn)一步包括第一參考電阻和第二參考電阻，與所 述至少一第一壓感單元及對(duì)應(yīng)設(shè)置的第二壓感單元構(gòu)成惠斯通電橋。
[0007] 優(yōu)選地，所述構(gòu)成惠斯通電橋的方式為所述第一壓感單元與所述第一參考電阻串 聯(lián)，所述對(duì)應(yīng)設(shè)置的第二壓感單元與所述第二參考電阻串聯(lián)。
[0008] 優(yōu)選地，所述構(gòu)成惠斯通電橋的方式為所述第一壓感單元與所述對(duì)應(yīng)設(shè)置的第二 壓感單元串聯(lián)，所述第一參考電阻與所述第二參考電阻串聯(lián)。
[0009] 優(yōu)選地，所述第一壓感單元陣列設(shè)置于所述基板上表面，所述第二壓感單元與所 述第一壓感單元對(duì)應(yīng)設(shè)置于所述基板下表面，則所述壓力感測(cè)輸入模塊可同時(shí)檢測(cè)=維信 號(hào)。
[0010] 優(yōu)選地，所述第一壓感單元與所述第二壓感單元均由一壓阻材料W-導(dǎo)線的形式 彎折而成。
[0011] 優(yōu)選地，所述第一壓感單元與所述第二壓感單元的形狀為非旋轉(zhuǎn)對(duì)稱性圖形。
[0012] 優(yōu)選地，所述第一壓感單元和/或所述第二壓感單元的圖案設(shè)計(jì)為朝一方向的導(dǎo) 線總長(zhǎng)度最大，該方向?yàn)樗龅谝粔焊袉卧?或所述第二壓感單元的a方向，所述第一壓 感單元與所述第二壓感單元的圖案朝一方向的導(dǎo)線總長(zhǎng)度最小，該方向?yàn)閎方向，其中，所 述a方向與所述b方向垂直。
[0013] 優(yōu)選地，所述第一壓感單元與所述第二壓感單元的圖案形狀包括楠圓繞線狀、折 線狀、曲線狀、等長(zhǎng)多段串聯(lián)線狀、不等長(zhǎng)多段串聯(lián)線狀或回字型線狀的其中一種或其組 合。
[0014] 優(yōu)選地，所述第一壓感單元與所述對(duì)應(yīng)設(shè)置的第二壓感單元的形狀不相同。
[0015] 與現(xiàn)有技術(shù)相比，本實(shí)用新型所提供的壓力感測(cè)輸入模塊或壓力感測(cè)輸入裝置至 少具有如下的優(yōu)點(diǎn)：
[0016] 1、本實(shí)用新型提供了一種具有溫度補(bǔ)償功能的壓力感測(cè)輸入模塊，其包括設(shè)置在 基板上下表面的第一壓感單元及第二壓感單元，第一壓感單元與第二壓感單元對(duì)應(yīng)設(shè)置且 材料相同，至少一第一壓感單元及與其對(duì)應(yīng)設(shè)置的第二壓感單元，與外設(shè)的兩個(gè)參考電阻 (電阻Ra與電阻化）構(gòu)成惠斯通電橋。
[0017] 本實(shí)用新型中采用惠斯通電橋?qū)Π磯毫χ颠M(jìn)行檢測(cè)，其電路結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，控制精度 高。由于構(gòu)成第一壓感單元及第二壓感單元的材料相同，因此，第一壓感單元及第二壓感單 元的由于溫度變化所帶來(lái)的電阻值的變化滿足（RF0+ARF0) / (RC0+ARC0) =RF0/RC0,可 見(jiàn)，由于第一壓感單元及第二壓感單元為同種材料且共同構(gòu)成惠斯通電橋，在電阻值的測(cè) 量過(guò)程中，溫度對(duì)第一壓感單元及第二壓感單元的電阻值影響可W忽略，因此本實(shí)用新型 所提供的壓力感測(cè)輸入模塊可W完全補(bǔ)償由于溫度引起的電阻值變化。
[0018] 2、本實(shí)用新型所提供的壓力感測(cè)輸入裝置中，基板及貼合層的楊氏模量、厚度影 響壓力感測(cè)輸入裝置的中性面，當(dāng)中性面位于基板中時(shí)，設(shè)置在基板上下主表面的第一壓 感單元與第二壓感單元之間的應(yīng)變差可W達(dá)到最大值。因此，將基板的楊氏模量設(shè)置為大 于貼合層的楊氏模量至少一個(gè)數(shù)量級(jí)前提下：（1)將貼合層的楊氏模量控制在0-3000MPa 的范圍內(nèi)有利于增大上述應(yīng)變差A(yù)e;(2)將貼合層的厚度限定在25-125ym范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng) 變差A(yù)e將隨著貼合層的厚度的減小而呈增大趨勢(shì)；（3)將基板的厚度限定在50-450ym 范圍內(nèi)時(shí)，應(yīng)變差A(yù)e將隨著基板厚度的增大而呈增大趨勢(shì)。因此，通過(guò)調(diào)整壓力感測(cè)輸 入裝置的基板及貼合層的楊氏模量及其厚度，即可增大基板上下表面的壓感單元的應(yīng)變差 異，從而使壓力大小檢測(cè)更加精準(zhǔn)，按壓力度檢測(cè)更加靈敏。
[0019] 3、本實(shí)用新型所提供的壓力感測(cè)輸入模塊中，第一壓感單元與第二壓感單元為具 有長(zhǎng)軸方向和短軸方向，且長(zhǎng)軸方向的總線長(zhǎng)大于短軸方向的總線長(zhǎng)的圖案設(shè)計(jì)。在本實(shí) 用新型中還進(jìn)一步對(duì)第一壓感單元與第二壓感單元的圖案形狀包括楠圓繞線狀、折線狀、 曲線狀、等長(zhǎng)多段串聯(lián)線狀、不等長(zhǎng)多段串聯(lián)線狀、回字型線狀等形狀的一種或其組合。當(dāng) 手指按壓（點(diǎn)按壓）引起第一壓感單元或第二壓感單元產(chǎn)生形變時(shí)，第一壓感單元或第二 壓感單元由于a方向的總長(zhǎng)度與b方向的總長(zhǎng)度不同，其a方向與b方向的應(yīng)變也不同，因 此可W有效增大電阻值變化效果，進(jìn)一步使使第一壓感層或第二壓感層對(duì)壓力的響應(yīng)更精 準(zhǔn)更靈敏。
[0020] 4、本實(shí)用新型所提供的壓力感測(cè)輸入模塊中，為了達(dá)到上述第一壓感單元的應(yīng)變 與第二壓感單元的應(yīng)變之間的差值可W達(dá)到較大值，從而提高壓力感測(cè)輸入模塊的壓力偵 測(cè)靈敏度，除了通過(guò)調(diào)整第一壓感單元及第二壓感單元的圖案形狀，還可W通過(guò)調(diào)整第一 壓感單元及第二壓感單元的排布方式，從而增大或減小第一壓感單元及第二壓感單元的應(yīng) 變量。其中，當(dāng)?shù)谝粔焊袉卧暗诙焊袉卧膽?yīng)變?yōu)橐徽回?fù)時(shí)，角度aI與角度a2的角 度范圍為0° -45°，當(dāng)應(yīng)變同為負(fù)應(yīng)變時(shí)，角度al為0° -45°，而角度曰2為45。-90°， 或當(dāng)應(yīng)變同為正應(yīng)變時(shí)，角度al為45。-90°，而角度曰2為0° -45°。此外，為了使第一 壓感單元及第二壓感單元之間的應(yīng)變差A(yù)e較大，還可通過(guò)對(duì)第一壓感單元及第二壓感 單元的圖案形狀關(guān)系進(jìn)行了限定。上述條件的限制都可使第一壓感單元及第二壓感單元 的應(yīng)變變化值最大。第一壓感單元在受到按壓作用力之后，在朝a方向上的應(yīng)變量大于朝 b方向上的應(yīng)變量，如此，有利于施加在第一壓感單元及第二壓感單元上的按壓力所產(chǎn)生的 應(yīng)變可W集中在一個(gè)方向上體現(xiàn)，當(dāng)運(yùn)個(gè)應(yīng)變集中的方向與該區(qū)域由于按壓作用力而產(chǎn)生 的最大應(yīng)變方向一致時(shí)，可W使第一壓感單元及第二壓感單元的應(yīng)變差A(yù)e更加，從而更 精準(zhǔn)地體現(xiàn)按壓力度的大小、提高壓力偵測(cè)的靈敏度。
[0021] 5、本實(shí)用新型中壓力感測(cè)輸入模塊中采用電阻式壓力感測(cè)，其通過(guò)壓感單元內(nèi)部 的形狀改變引起相應(yīng)的阻值變化，從而根據(jù)阻值變化產(chǎn)生的位置和變化量的大小來(lái)判斷按 壓點(diǎn)位置和按壓力量大小，利用同一壓感單元既進(jìn)行位置檢測(cè)（平面二維）又進(jìn)行力量檢 測(cè)（第=維度）的計(jì)算，實(shí)現(xiàn)=維度的同時(shí)檢測(cè)。 【【附圖說(shuō)明】】
[0022] 圖IA是本實(shí)用新型第一實(shí)施例壓力感測(cè)輸入模塊中的層狀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0023] 圖IB是圖IA中壓力信號(hào)偵測(cè)原理圖。
[0024] 圖IC是圖IA中另一壓力信號(hào)偵測(cè)原理圖。
[0025] 圖2A是本實(shí)用新型第二實(shí)施例壓力感測(cè)輸入模塊的層狀結(jié)構(gòu)示意圖。
[0026] 圖2B是圖2A中所示壓力感測(cè)輸入模塊受到按壓力后變形的結(jié)構(gòu)示意圖。
[0027] 圖2C是圖2B中所示壓力感測(cè)輸入模塊受到按壓力后的各層應(yīng)變量的走勢(shì)圖。
[0028] 圖3A是本實(shí)用新型第二實(shí)施例中第一壓感單元與第二壓感單元的應(yīng)變差與貼合 層的楊氏模量的關(guān)系示意圖。
[0029] 圖3B是本實(shí)用新型第二實(shí)施例中第一壓感單元與第二壓感單元的應(yīng)變差與貼合 層的楊氏模量的另一關(guān)系示意圖。
[0030] 圖3C是本實(shí)用新型第二實(shí)施例中第一壓感單元與第二壓感單元的應(yīng)變差與貼合 層的厚度的關(guān)系示意圖。
[0031] 圖3D是本實(shí)用新型第二實(shí)施例中第一壓感單元與第二壓感單元的應(yīng)變差與基板 的厚度的關(guān)系示意圖。
[0032] 圖4是本實(shí)用新型第四實(shí)施例壓力感測(cè)輸入模塊的第一壓感層的平面結(jié)構(gòu)示意 圖。
[0033] 圖5A是本實(shí)用新型第四實(shí)施例壓力感測(cè)輸入模塊的第一壓感層及其按壓區(qū)域的 平面示意圖。
[0034] 圖5B-祀是圖5A中A-D處按壓區(qū)域的應(yīng)變示意圖。
[0035] 圖6A是圖4中單個(gè)第一壓感單元的平面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0036] 圖6B是圖6A中的第一壓感單元的a方向與b方向的長(zhǎng)度及長(zhǎng)軸方向的示意圖。
[0037] 圖6C-6G是圖4中單個(gè)第一壓感單元的的變形實(shí)施例結(jié)構(gòu)示意圖。
[0038] 圖7A是本實(shí)用新型第五實(shí)施例壓力感測(cè)輸入模塊中第一壓感層、基板、第二壓感 層的剖面結(jié)構(gòu)示意圖。
[0039] 圖7B是圖7A中所示結(jié)構(gòu)的應(yīng)變-厚度關(guān)系圖。
[0040] 圖8A是圖6A所示壓力感測(cè)輸入模塊的第一壓感單元的長(zhǎng)軸方向示意圖。
[0041] 圖8B是與圖8A中所示第一壓感單元對(duì)應(yīng)設(shè)置的第二壓感單元的長(zhǎng)軸方向示意 圖。 【【具體實(shí)施方式】】
[0042] 為了使本實(shí)用新型的目的，技術(shù)方案及優(yōu)點(diǎn)更加清楚明白，W下結(jié)合附圖及實(shí)施 實(shí)例，對(duì)本實(shí)用新型進(jìn)行進(jìn)一步詳細(xì)說(shuō)明。應(yīng)當(dāng)理解，此處所描述的具體實(shí)施例僅僅用W解 釋本實(shí)用新型，并不用于限定本實(shí)用新型。
[0043] 請(qǐng)參閱圖1A，本實(shí)用新型第一實(shí)施例中提供一壓力感測(cè)輸入模塊10,其包括一基 板11及分別位于基板11上下（本實(shí)用新型中，上下位置詞僅用于限定指定視圖上的相對(duì) 位置）表面的第一壓感層12與第二壓感層13。第一壓感層12上設(shè)置有至少一個(gè)第一壓感 單元121，第二壓感層13上設(shè)置有至少一個(gè)第二壓感單元131，至少一個(gè)第一壓感單元121 與至少一個(gè)第二壓感單元131為一一對(duì)應(yīng)設(shè)置，其中，本實(shí)用新型中的一一對(duì)應(yīng)是指各第 一壓感單元121及各第二壓感單元131在基板11上下表面的數(shù)量及分布位置上的一一對(duì) 應(yīng)，而各第一壓感單元121及各第二壓感單元131的圖案形狀則不受限制。當(dāng)基板11受到 按壓時(shí)，該按壓點(diǎn)處對(duì)應(yīng)的至少一個(gè)第一壓感單元121與至少一個(gè)第二壓感單元131將受 到壓力。
[0044] 第一壓感單元121和第二壓感單元131，因受按壓而引起變形、偏轉(zhuǎn)或剪切等應(yīng) 變性反應(yīng)，從而導(dǎo)致至少一個(gè)電性能發(fā)生改變，特別的，當(dāng)?shù)谝粔焊袉卧?21與