专利名称：用以感测施力的感测装置的制作方法
技术领域：
本申请涉及一种用以感测施力的感测装置。
背景技术：
随着科技的发展，发展出一种触控按键及触控面板。以触控按键为例，使用者可以手指按压或接触触摸式按键，即可下达指令。这种触摸式按键已经广泛使用于各种家电、计算机周边产品。以触控面板为例，使用者可以以手指接触触控面板来下达指令。这种触控面板已经广泛使用于手机及笔记型计算机。然而，不论是触控按键或是触控面板，都只能单纯地检测出使用者是否触摸，其应用的层面较狭窄。就目前的应用来说，这样的触控按键或触控面板顶多只能作为电子装置的输入接口。
发明内容
本申请涉及一种用以感测施力的感测装置，其利用电极片与软性层状介电结构的设计，以通过电极片之间的电性特征的变化来感测纵向施力的大小与横向施力的大小及方向。根据本申请的第一方面，提出一种用以感测施力的感测装置。感测装置包括软性层状介电结构、第一电极片、第二电极片、第三电极片及测量元件。软性层状介电结构具有相对的第一表面及第二表面。第一电极片设置于第一表面。第二电极片设置于第二表面。 第二电极片全部重叠于第一电极片的范围内。第三电极片设置于第二表面。第三电极片仅部分重叠于第一电极片的范围内。测量元件用以测量第一电极片与第二电极片之间的电性特征，以及第一电极片与第三电极片之间的电性特征。为了对本申请的上述及其他方面有更佳的了解，下文特举优选实施例，并配合附图，作详细说明如下
图I绘示第一实施例的用以感测施力的感测装置的俯视图。图2绘示图I的用以感测施力的感测装置沿截面线2-2的剖面图。图3绘示图I的用以感测施力的感测装置沿截面线3-3的剖面图。图4绘示第一实施例的用以感测施力的感测装置受到外力朝第一方向推挤的示意图。图5绘示第一实施例的用以感测施力的感测装置受到外力朝第二方向推挤的示意图。图6绘示第二实施例的用以感测施力的感测装置的示意图。图7绘示第三实施例的用以感测施力的感测装置的示意图。
CO = S-................................................... ( I )
LO同理，第一电极片121与第三电极片1231之间的电容值Cl、第一电极片121与第三电极片1231的重叠面积Al、第一电极片121与第三电极片1231的距离LI及介电材料的介电常数ε符合下列关系式
ΛΛ, .Cl = S-................................................... (2 )
LI同理，第一电极片121与第三电极片1232之间的电容值C2、第一电极片121与第三电极片1232的重叠面积Α2、第一电极片121与第三电极片1232的距离L2及介电材料 111的介电常数ε符合下列关系式Cl = S-................................................... ( 3 )
LI请再参照图3，其绘示图I的用以感测施力的感测装置100沿截面线3-3的剖面图。同理，第一电极片121与第三电极片1233之间的电容值C3、第一电极片121与第三电极片1233的重叠面积A3、第一电极片121与第三电极片1233的距离L3及介电材料111的介电常数ε符合下列关系式
Λ ./ .C3 = s—................................................... (4)
Li同理，第一电极片121与第三电极片1234之间的电容值C4、第一电极片121与第三电极片1234的重叠面积A4、第一电极片121与第三电极片1234的距离L4及介电材料 111的介电常数ε符合下列关系式
AA/ .C4 = s—................................................... ( 5 )
LA当外力施加于介电材料111时，外力可分解为纵向施力与横向施力。纵向施力将使介电材料111在垂直方向产生形变，横向施力则会使介电材料111在水平方向产生位移。 举例来说，请参照图4，其绘示用以感测的感测装置100受到外力朝第一方向Dl推挤的示意图。斜线部分表示重叠面积A0、Al、A2、A3、A4的大小。当用以感测施力的感测装置100 受到外力朝第一方向Dl推挤时，距离L0、LI、L2、L3、L4(绘示于图2 图3图)将被压缩而缩小，重叠面积A0、A1、A2不会改变，重叠面积A3会增加，重叠面积A4则会减少。如此一来，根据上述关系式(I) (5)，电容值CO、Cl、C2将会增加，而电容值C3将会大于电容值 Cl、C2，且电容值C4将会小于电容值Cl、C2。请参照图5，其绘示用以感测施力的感测装置100受到外力朝第二方向D2推挤的示意图。斜线部分表示重叠面积A0、Al、A2、A3、A4的大小。当用以感测施力的感测装置 100受到外力朝第二方向D2推挤时，距离L0、L1、L2、L3、L4(绘示于图2 图3)将被压缩而缩小，重叠面积A0、A3、A4不会改变，重叠面积Al则会减少，重叠面积A2则会增加。如此一来，根据上述关系式(I) (5)，电容值CO、C3、C4将会增加，而电容值Cl将会小于电容值C3、C4，且电容值C2将会大于电容值C3、C4。同理，当用以感测施力的感测装置100受到外力朝第一方向Dl的反方向推挤时， 或者用以感测施力的感测装置100受到外力朝第二方向D2的反方向推挤时，电容值C0、C1、 C2、C3、C4也会有类似的情况，在此不再重复叙述。也就是说，分析电容值C0、C1、C2、C3、C4 的变化，即可了解到用以感测施力的感测装置100受到外力的推挤方向。
7
综上所述，一般的触控按键或压力感测装置仅可分析出纵向施力的大小，而无法测量出施力的方向性。而本实施例用以感测施力的感测装置100除了可以感测纵向施力的大小以外，更可通过电极片之间的电性特征的变化来感测横向施力的大小及方向。进一步来说，在产品的应用上，用以感测施力的感测装置100可以作为触控按键或触控面板。在一实施例中，用以感测施力的感测装置100可以矩阵式排列于一薄膜上。当使用者施力在这些用以感测施力的感测装置100时，每一用以感测施力的感测装置100可以各自分析出不同的施力方向及施力大小，这样一来，也可应用于某些特殊产品上。举例来说，用以感测施力的感测装置100可以应用于鞋垫、鞋子、衣服或手套上，来感测人体做各种动作时对鞋垫、鞋子、衣服或手套的纵向与横向施力情况。在生医产业上，可以进一步依据施力的分析来矫正使用者不正确的动作。第二实施例请参照图6，其绘示第二实施例的用以感测施力的感测装置200的示意图。本实施例的用以感测施力的感测装置200与第一实施例的用以感测施力的感测装置100不同之处在于本实施例的用以感测施力的感测装置200只设置第一电极片121、第二电极片122及第三电极片1231、1234，而省略第三电极片1232、1233。当用以感测施力的感测装置200受到外力推挤时，分析重叠面积AO、Al、A4的变化，也可轻易判断出用以感测施力的感测装置 200受到外力的推挤方向。第三实施例请参照图7，其绘示第三实施例的用以感测施力的感测装置300的示意图。本实施例的用以感测施力的感测装置300与第一实施例的用以感测施力的感测装置100不同之处在于本实施例的第一电极片321及第二电极片322的形状为八角形，第三电极片3231、 3232、3233、3234、3235、3236、3237、3238 的数量为八，且第三电极片 3231、3232、3233、 3234、3235、3236、3237、3238设置于第一电极片321的八个侧边。同样地，通过上述的电容值的判断方式，也可以很容易地判断出八个推挤方向。第四实施例请参照图8，其绘示第四实施例的用以感测施力的感测装置400的剖面图，本实施例的用以感测施力的感测装置400与第一实施例的用以感测施力的感测装置100不同之处在于软性层状介电结构410，其余相同之处不再重复叙述。如图8所示，本实施例的软性层状介电结构410包括数个介电材料411及数个支撑材料412。介电材料411分离式设置于第一电极片121与第二电极片122之间，以及第一电极片121与第三电极片1231、1232、1233、1234之间(图8的剖面仅绘出第三电极片1231、 1232)。支撑材料412则连接相邻的介电材料411，各个支撑材料412的硬度大于各个介电材料411的硬度。如此一来，当软性层状介电结构410受到外力推挤时，可以通过支撑材料412的支撑来快速恢复原状。第五实施例请参照图9，其绘示第五实施例的用以感测施力的感测装置500的剖面图，本实施例的用以感测施力的感测装置500与第一实施例的用以感测施力的感测装置100不同之处在于软性层状结构510，其余相同之处不再重复叙述。如图9所示，本实施例的软性层状介电结构510包括数个分离的介电材料511。各个分离的介电材料510分离式设置于第一电极片121及第二电极片122之间，以及第一电极片121及第三电极片1231、1232、1233、1234之间(图9仅绘示出第三电极片1231、1232)。 相邻的介电材料511间隔一空隙G。 如此一来，当软性层状介电结构510受到外力推挤时，软性层状介电结构510可以
更容易地产生形变。根据上述第一、第四及第五实施例，通过软性层状介电结构110、410、510的不同设计，可以获得不同的结果，设计者可依据产品需求来做设计。第六实施例请参照图10，其绘示第六实施例的用以感测施力的感测装置600的一示意图，本实施例的用以感测施力的感测装置600与第一实施例的用以感测施力的感测装置100不同之处在于测量元件630所测量的电性特征为电阻值，其余相同之处不再重复叙述。在本实施例中，介电材料611(参照图11)选用具有垂直导通特性的材料。以第一电极片121及第三电极片1231为例，只有重叠处才会垂直导通。请参照图11，其绘示图10的用以感测施力的感测装置600沿截面线11_11的剖面图。第一电极片121与第二电极片122之间的电阻值R0、第一电极片121与第二电极片 122的重叠面积A0、第一电极片121与第二电极片122的距离LO及介电材料611的电阻系数P符合下列关系式RO = P-................................................ ( 6 )
AO同理，第一电极片121与第三电极片1231之间的电阻值R1、第一电极片121与第三电极片1231的重叠面积Al、第一电极片121与第三电极片1231的距离LI及介电材料 611的电阻系数P符合下列关系式Rl = P-................................................ (7)
Al同理，第一电极片121与第三电极片1232之间的电阻值R2、第一电极片121与第三电极片1232的重叠面积A2、第一电极片121与第三电极片1232的距离L2及介电材料 611的电阻系数P符合下列关系式Rl = P-................................................ ( 8 )
<42请再参照图12，其绘示图10的用以感测施力的感测装置600沿截面线12_12的剖面图。同理，第一电极片121与第三电极片1233之间的电阻值R3、第一电极片121与第三电极片1233的重叠面积A3、第一电极片121与第三电极片1233的距离L3及介电材料611 的介电常数P符合下列关系式R3 = p—................................................ (9)
<43同理，第一电极片121与第三电极片1234之间的电阻值R4、第一电极片121与第三电极片1234的重叠面积A4、第一电极片121与第三电极片1234的距离L4及介电材料 611的介电常数P符合下列关系式
权利要求
1.一种用以感测施力的感测装置，包括软性层状介电结构，具有相对的第一表面及第二表面；第一电极片，设置于该第一表面；第二电极片，设置于该第二表面，该第二电极片全部重叠于该第一电极片的范围内；第三电极片，设置于该第二表面，该第三电极片仅部分重叠于该第一电极片的范围内；以及测量元件，用以测量该第一电极片与该第二电极片之间的电性特征，以及该第一电极片与该第三电极片之间的电性特征。
2.如权利要求I所述的感测装置，其中该第一电极片的形状为圆形或多边形。
3.如权利要求I所述的感测装置，其中该第一电极片的形状为正方形，该第三电极片设置于该第一电极片的侧边，该第一电极片与该第三电极片间有部分面积重叠。
4.如权利要求I所述的感测装置，其中该第一电极片与该第二电极片之间的电性特征为电容值，该第一电极片与该第三电极片之间的电性特征为电容值。
5.如权利要求I所述的感测装置，其中该第一电极片与该第二电极片之间的电性特征为电阻值，该第一电极片与该第三电极片之间的电性特征为电阻值。
6.如权利要求I所述的感测装置，其中该第一电极片与该第二电极片之间的电性特征为电阻值，该第一电极片与该第三电极片之间的电性特征为电容值。
7.如权利要求I所述的感测装置，其中该第一电极片与该第二电极片之间的电性特征为电容值，该第一电极片与该第三电极片之间的电性特征为电阻值。
8.如权利要求I所述的感测装置，其中该感测装置还包括至少二第三电极片，该第一电极片与该第二电极片之间的电性特征为电容值，该第一电极片与这些第三电极片的其中之一个之间的电性特征为电阻值，该第一电极片与这些第三电极片的其中的另一个之间的电性特征为电容值。
9.如权利要求I所述的感测装置，其中该感测装置还包括至少二第三电极片，该第一电极片与该第二电极片之间的电性特征为电阻值，该第一电极片与这些第三电极片的其中之一个之间的电性特征为电容值，该第一电极片与这些第三电极片的其中的另一个之间的电性特征为电阻值。
10.如权利要求I所述的感测装置，其中该第一电极片的形状为矩形，该第三电极片设置于该第一电极片的侧边，该第一电极片与该第三电极片间有部分面积重叠。
11.如权利要求I所述的感测装置，其中该第一电极片的形状为八角形，该第三电极片设置于该第一电极片的侧边，该第一电极片与该第三电极片间有部分面积重叠。
12.如权利要求I所述的感测装置，其中该软性层状介电结构包括介电材料，连续性地设置于该第一电极片与该第二电极片之间，以及该第一电极片与该第三电极片之间。
13.如权利要求I所述的感测装置，其中该软性层状介电结构包括多个介电材料，分离式设置于该第一电极片与该第二电极片之间，以及该第一电极片与该第三电极片之间；以及多个支撑材料，连接相邻的这些介电材料，各该支撑材料的硬度大于各该介电材料的硬度。
14.如权利要求I所述的感测装置，其中该软性层状介电结构包括多个介电材料，分离式设置于该第一电极片与该第二电极片之间，以及该第一电极片与该第三电极片之间，相邻的这些介电材料间隔一空隙。
全文摘要
一种用以感测施力的感测装置。感测装置包括软性层状介电结构、第一电极片、第二电极片、第三电极片及测量元件。软性层状介电结构具有相对的第一表面及第二表面。第一电极片设置于第一表面。第二电极片设置于第二表面。第二电极片全部重叠于第一电极片的范围内。第三电极片设置于第二表面。第三电极片仅部分重叠于第一电极片的范围内。测量元件用以测量第一电极片与第二电极片之间的电性特征，以及第一电极片与第三电极片之间的电性特征。
文档编号G01L1/14GK102589757SQ201110389298
公开日2012年7月18日 申请日期2011年11月30日 优先权日2010年12月7日
发明者何家充, 贡振邦 申请人:财团法人工业技术研究院