一種按壓力感應(yīng)板及其壓力探測方法
【專利摘要】本發(fā)明涉及一種按壓力感應(yīng)板及其壓力探測方法，按壓力感應(yīng)板包括基板、設(shè)置在基板同一側(cè)面上的多個(gè)按壓力探測單元，按壓力探測單元包括第一應(yīng)變電阻和第二應(yīng)變電阻，第一應(yīng)變電阻采用第一導(dǎo)電材料層制作而成，第二應(yīng)變電阻采用第二導(dǎo)電材料層而成，第一導(dǎo)電材料層的溫度電阻系數(shù)與第二導(dǎo)電材料層的溫度電阻系數(shù)不相等。在每個(gè)按壓力探測單元中，根據(jù)第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻的在基準(zhǔn)溫度下的電阻值、局部溫度變化值、溫度電阻系數(shù)、應(yīng)變電阻系數(shù)、電阻變化值，即可通過列方程求解施加在基板上的按壓力變化值，從而實(shí)現(xiàn)了基板上按壓力的探測。這種按壓力感應(yīng)板僅需在基板的一面制作第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻，結(jié)構(gòu)更加簡單，制作成本更低。
【專利說明】
一種按壓力感應(yīng)板及其壓力探測方法
技術(shù)領(lǐng)域
[0001] 本發(fā)明涉及一種壓力探測裝置，尤其涉及一種按壓力感應(yīng)板及其壓力探測方法。
【背景技術(shù)】
[0002] 在硬質(zhì)的板體上設(shè)置多個(gè)應(yīng)變電阻，在板體受到按壓作用而發(fā)生微小彎曲變形 時(shí)，可根據(jù)應(yīng)變電阻的電阻值變化來探測按壓的力度，由此，可根據(jù)原理制作成按壓力感應(yīng) 板，這種按壓力感應(yīng)板可以集成在顯示器件或觸控器件中，由此實(shí)現(xiàn)一定的按壓力探測功 能。
[0003] 然而，應(yīng)變電阻的電阻值除了受到按壓力的影響之外，還會(huì)受到溫度變化的影響， 尤其是在在上述按壓力感應(yīng)板中，其應(yīng)變電阻的電阻值往往受到局部手指溫度的影響，而 使得探測的精確地非常低。
[0004] 為了解決這種問題，目前人們需要根據(jù)按壓力感應(yīng)板的結(jié)構(gòu)，制作應(yīng)變方向相反 的兩面應(yīng)變電阻，并通過電橋等電路來抵消溫度的影響，然而，這種按壓力感應(yīng)板的結(jié)構(gòu)非 常復(fù)雜，制作成本也比較高。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005] 本發(fā)明要解決的技術(shù)問題是提供一種按壓力感應(yīng)板及其壓力探測方法，這種按壓 力感應(yīng)板結(jié)構(gòu)更加簡單，制作成本更低。采用的技術(shù)方案如下： 一種按壓力感應(yīng)板，其特征為:包括基板，以及設(shè)置在基板同一側(cè)面上的多個(gè)按壓力探 測單元，按壓力探測單元包括第一應(yīng)變電阻和第二應(yīng)變電阻，第一應(yīng)變電阻采用第一導(dǎo)電 材料層制作而成，第二應(yīng)變電阻采用第二導(dǎo)電材料層制作而成，第一導(dǎo)電材料層的溫度電 阻系數(shù)與第二導(dǎo)電材料層的溫度電阻系數(shù)不相等。
[0006] 第一導(dǎo)電材料層的溫度電阻系數(shù)與第二導(dǎo)電材料層的溫度電阻系數(shù)不相等，即是 第一導(dǎo)電材料層的溫度電阻系數(shù)大于或小于第二導(dǎo)電材料層的溫度電阻系數(shù)。
[0007] 通過將第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻成對設(shè)置在基板的同一側(cè)面上，構(gòu)成多個(gè)按 壓力探測單元，在每個(gè)按壓力探測單元中，根據(jù)第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻的在基準(zhǔn)溫度 下的電阻值、局部溫度變化值、溫度電阻系數(shù)、應(yīng)變電阻系數(shù)、電阻變化值，即可通過列方程 求解施加在基板上的按壓力變化值，從而實(shí)現(xiàn)了基板上按壓力的探測，而只要保證每一個(gè) 按壓力探測單元中的第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻在位置上相同（中心距離小于15mm)，以 及兩者的溫度電阻系數(shù)不相同，就能夠使得按壓力探測的結(jié)果更加準(zhǔn)確。由此可見，這種按 壓力感應(yīng)板僅需在基板的一面制作第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻，結(jié)構(gòu)更加簡單，制作成本 更低。
[0008] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，還包括電阻檢測模塊，電阻檢測模塊用于分別監(jiān)測所述 第一應(yīng)變電阻和第二應(yīng)變電阻的電阻變化值。
[0009] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案，還包括計(jì)算模塊，計(jì)算模塊能夠根據(jù)所述基板某 位置上第一應(yīng)變電阻和第二應(yīng)變電阻的電阻變化值，計(jì)算該位置所受的按壓力大小。
[0010]作為本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述計(jì)算模塊采用如下方程組求解按壓力： AE；1 = i?10(r1Ar+/1A^) M-2 = E20(If2AT + f2AF) 其中，么：T為某位置的溫度變化值，Ai?為施加在基板上該位置的按壓力的變化值， ARjp 分別為第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻的變化值，Rl〇、R20為標(biāo)準(zhǔn)溫度(如20攝氏 度)下第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻的阻值，K1、K2分別為第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料 層的溫度電阻系數(shù)，而fl、f2分別為第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層的應(yīng)變電阻系數(shù)。 [0011] 上述1?10、1?20、1(1、1(2、￡1、￡2均可通過預(yù)先測量或校正的方法得到，通過該方程組， 即可解得。為了使得更加準(zhǔn)確，僅需保證每一個(gè)按壓力探測單元中的第一應(yīng)變電 阻、第二應(yīng)變電阻在位置上相同（中心距離小于15mm)，以及K1、K2不相同即可(一般來說H、 f 2比較接近，K1、K2不相同即可保證方程有解）。
[0012] 作為本發(fā)明的優(yōu)選方案，所述基板為透明基板，所述第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材 料層均為透明氧化物導(dǎo)電膜層。透明氧化物導(dǎo)電膜層內(nèi)部包含大量的本征載流子和非本征 載流子，通過設(shè)定不同的條件(如制作透明氧化物導(dǎo)電膜層的工藝條件、材料配比），可使本 征載流子和非本征載流子具有不同的濃度比，其相互作用可實(shí)現(xiàn)不同的溫度電阻率系數(shù) (K1、K2不相同），除此之外，還能將按壓力感應(yīng)板做成透明，以滿足將其裝配到觸控顯示器 件內(nèi)部的需要。
[0013] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述第一導(dǎo)電材料層為高溫條件下通過濺射方法 制作而成的透明導(dǎo)電氧化膜層，所述第二導(dǎo)電材料層為低溫條件下通過濺射方法制作的透 明導(dǎo)電氧化膜層。采用高低溫不同的工藝，可以使第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層溫度電 阻系數(shù)的差別更大，使得按壓力的探測結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0014] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層為成分不 同的透明導(dǎo)電氧化物。第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層可以為111、313、211^1和0(1的氧化物 及其復(fù)合多元氧化物薄膜材料，例如，第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層可以分別為氧化銦 錫（IT0)、氧化鋅鋁(AZ0)、氧化銦鎵（IG0)、氧化鋅鎵銦（IGZ0)的其中兩種。第一導(dǎo)電材料 層、第二導(dǎo)電材料層采用不同成分的透明導(dǎo)電氧化物，會(huì)使得第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材 料層的溫度電阻系數(shù)的差別更大，使得按壓力的探測結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0015] 作為本發(fā)明進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻分別由第一導(dǎo) 電材料層、第二導(dǎo)電材料層圖形化而成，所述第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層處于不同 層。第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層處于不同層，會(huì)使得第一導(dǎo)電材料、第二導(dǎo)電材料的 溫度電阻系數(shù)的差別更大，使得按壓力的探測結(jié)果更加準(zhǔn)確。
[0016] 作為本發(fā)明更進(jìn)一步的優(yōu)選方案，所述第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻重疊設(shè)置。第 一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻重疊設(shè)置，使得第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻受到按壓力和溫度 變化的影響更加同步，因此可提高按壓力的探測結(jié)果的準(zhǔn)確度。
[0017] 一種按壓力的探測方法，其特征為包括如下步驟： (1 )、在基板的同一側(cè)面設(shè)置多個(gè)按壓力探測單元，按壓力探測單元包括第一應(yīng)變電阻 和第二應(yīng)變電阻，第一應(yīng)變電阻采用第一導(dǎo)電材料層制作而成，第二應(yīng)變電阻采用第二導(dǎo) 電材料而成，第一導(dǎo)電材料的溫度電阻系數(shù)與第二導(dǎo)電材料的溫度電阻系數(shù)不相等，第一 應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻與外部均設(shè)有低電阻連線，以供外部電路進(jìn)行電阻值檢測； (2 )、檢測第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻的變化值； (3)、通過如下方程組解出按壓力的大小: ARi = i?10(riAr + /1Ai?> AE.2 = + 其中，么T為某位置的溫度變化值，Ai?為施加在基板上該位置的按壓力的變化值， AEq和AR 2分別為第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻的變化值，R1 〇、R20為標(biāo)準(zhǔn)溫度（如20攝氏 度)下第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻的阻值，K1、K2分別為第一導(dǎo)電材料、第二導(dǎo)電材料的 溫度電阻系數(shù)，而fl、f2分別為第一導(dǎo)電材料、第二導(dǎo)電材料的應(yīng)變電阻系數(shù)。
[0018] 本發(fā)明與現(xiàn)有技術(shù)相比，具有如下優(yōu)點(diǎn)： 通過將第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻成對設(shè)置在基板的同一側(cè)面上，構(gòu)成多個(gè)按壓力 探測單元，在每個(gè)按壓力探測單元中，根據(jù)第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻的在基準(zhǔn)溫度下的 電阻值、局部溫度變化值、溫度電阻系數(shù)、應(yīng)變電阻系數(shù)、電阻變化值，即可通過列方程求解 施加在基板上的按壓力變化值，從而實(shí)現(xiàn)了基板上按壓力的探測，而只要保證每一個(gè)按壓 力探測單元中的第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻在位置上相同（中心距離小于15mm)，以及兩 者的溫度電阻系數(shù)不相同，就能夠使得按壓力探測的結(jié)果更加準(zhǔn)確。由此可見，這種按壓力 感應(yīng)板僅需在基板的一面制作第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻，結(jié)構(gòu)更加簡單，制作成本更 低。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發(fā)明實(shí)施例一的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖2是本發(fā)明實(shí)施例一中，按壓力探測單元中第一應(yīng)變電阻和第二應(yīng)變電阻的并排設(shè) 置示意圖； 圖3是本發(fā)明實(shí)施例二的結(jié)構(gòu)示意圖； 圖4是本發(fā)明實(shí)施例二中，按壓力探測單元中第一應(yīng)變電阻和第二應(yīng)變電阻的重疊設(shè) 置示意圖。
【具體實(shí)施方式】
[0020] 下面結(jié)合附圖和本發(fā)明的優(yōu)選實(shí)施方式做進(jìn)一步的說明。
[0021] 這種按壓力感應(yīng)板包括透明基板1，以及設(shè)置在透明基板1同一側(cè)面上的多個(gè)按壓 力探測單元2,按壓力探測單元2包括第一應(yīng)變電阻201和第二應(yīng)變電阻202,第一應(yīng)變電阻 201和第二應(yīng)變電阻202的并排設(shè)置，第一應(yīng)變電阻201采用第一導(dǎo)電材料層2010制作而成， 第二應(yīng)變電阻202采用第二導(dǎo)電材料層2020制作而成，第一導(dǎo)電材料層2010為高溫條件下 通過濺射方法制作而成的透明導(dǎo)電氧化膜層，第二導(dǎo)電材料層2020為低溫條件下通過濺射 方法制作的透明導(dǎo)電氧化膜層，第一導(dǎo)電材料層2010、第二導(dǎo)電材料層2020為成分不同的 透明導(dǎo)電氧化物，例如，第一導(dǎo)電材料層2010、第二導(dǎo)電材料層2020可以分別為氧化銦錫 (IT0)、氧化鋅鋁(AZ0)、氧化銦鎵（IG0)、氧化鋅鎵銦（IGZ0)的其中兩種，第一導(dǎo)電材料層 2010的溫度電阻系數(shù)與第二導(dǎo)電材料層2020的溫度電阻系數(shù)不相等。
[0022] 這種按壓力感應(yīng)板還包括電阻檢測模塊和計(jì)算模塊（圖1中未畫出）；電阻檢測模 塊用于分別監(jiān)測第一應(yīng)變電阻201和第二應(yīng)變電阻202的電阻變化值;計(jì)算模塊能夠根據(jù)透 明基板1某位置第一應(yīng)變電阻201和第二應(yīng)變電阻202的電阻變化值，計(jì)算該位置所受的按 壓力大小;計(jì)算模塊采用如下方程組求解按壓力： ARi = i?1()(Z1A.r +乂 AF) AR2 = ~(X2AT + /2AF) 其中，AT為某位置的溫度變化值，Ai?為施加在透明基板上該位置的按壓力的變化 值，分別為第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻的變化值，R10、R20為標(biāo)準(zhǔn)溫度下第一應(yīng) 變電阻201、第二應(yīng)變電阻202的阻值，K1、K2分別為第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層的溫 度電阻系數(shù)，而fl、f2分別為第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層的應(yīng)變電阻系數(shù)。
[0023] 本實(shí)施例還提供一種按壓力的探測方法，包括如下步驟： (1) 、在透明基板1的同一側(cè)面設(shè)置多個(gè)按壓力探測單元2,按壓力探測單元2包括第一 應(yīng)變電阻201和第二應(yīng)變電阻202,第一應(yīng)變電阻201采用第一導(dǎo)電材料層2010制作而成，第 二應(yīng)變電阻202采用第二導(dǎo)電材料層2020制作而成，第一導(dǎo)電材料層2010的溫度電阻系數(shù) 與第二導(dǎo)電材料層2020的溫度電阻系數(shù)不相等，第一應(yīng)變電阻201、第二應(yīng)變電阻202與外 部均設(shè)有低電阻連線3,以供外部電路進(jìn)行電阻值檢測； (2) 、檢測第一應(yīng)變電阻201、第二應(yīng)變電阻202的變化值； (3) 、通過如下方程組解出按壓力的大小: 其中，AT為某位置的溫度變化值，為施加在透明基板上該位置的按壓力的變化 值，ARjpAR2分別為第一應(yīng)變電阻201、第二應(yīng)變電阻202的變化值，R10、R20為標(biāo)準(zhǔn)溫度下 第一應(yīng)變電阻201、第二應(yīng)變電阻202的阻值，K1、K2分別為第一導(dǎo)電材料層2010、第二導(dǎo)電 材料層2020的溫度電阻系數(shù)，而fl、f2分別為第一導(dǎo)電材料層2010、第二導(dǎo)電材料層2020的 應(yīng)變電阻系數(shù)。
[0024] 上述1?10、1?20、1(1、1(241汀2均可通過預(yù)先測量或校正的方法得到，通過該方程組， 即可解得按壓力的變化值。為了使得更加準(zhǔn)確，僅需保證每一個(gè)按壓力探測單元2 中的第一應(yīng)變電阻201、第二應(yīng)變電阻202在位置上相同（中心距離小于15mm)，以及K1、K2不 相同即可。
[0025] 實(shí)施例二 如圖3、圖4所示，在其它部分均與實(shí)施例一相同的情況下，其區(qū)別在于:第一應(yīng)變電阻 201、第二應(yīng)變電阻202分別由第一導(dǎo)電材料層2010、第二導(dǎo)電材料層2020圖形化而成，第一 導(dǎo)電材料層2010、第二導(dǎo)電材料層2020處于不同層，第一導(dǎo)電材料層2010與第二導(dǎo)電材料 層2020之間由絕緣層（圖3中被遮擋未畫出）隔開，第一應(yīng)變電阻201、第二應(yīng)變電阻202重疊 設(shè)置。
[0026]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實(shí)施例，其各部分名稱等可以不 同，凡依本發(fā)明專利構(gòu)思所述的構(gòu)造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發(fā)明 專利的保護(hù)范圍內(nèi)。本發(fā)明所屬技術(shù)領(lǐng)域的技術(shù)人員可以對所描述的具體實(shí)施例做各種各 樣的修改或補(bǔ)充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發(fā)明的結(jié)構(gòu)或者超越本權(quán)利要求書 所定義的范圍，均應(yīng)屬于本發(fā)明的保護(hù)范圍。
【主權(quán)項(xiàng)】
1. 一種按壓力感應(yīng)板，其特征為:包括基板，以及設(shè)置在基板同一側(cè)面上的多個(gè)按壓力 探測單元，按壓力探測單元包括第一應(yīng)變電阻和第二應(yīng)變電阻，第一應(yīng)變電阻采用第一導(dǎo) 電材料層制作而成，第二應(yīng)變電阻采用第二導(dǎo)電材料層而成，第一導(dǎo)電材料層的溫度電阻 系數(shù)與第二導(dǎo)電材料層的溫度電阻系數(shù)不相等。2. 如權(quán)利要求1所述的按壓力感應(yīng)板，其特征為:還包括電阻檢測模塊，電阻檢測模塊 用于分別監(jiān)測所述第一應(yīng)變電阻和第二應(yīng)變電阻的電阻變化值。3. 如權(quán)利要求2所述的按壓力感應(yīng)板，其特征為:還包括計(jì)算模塊，計(jì)算模塊能夠根據(jù) 所述基板某位置上第一應(yīng)變電阻和第二應(yīng)變電阻的電阻變化值，計(jì)算該位置所受的按壓力 大小。4. 如權(quán)利要求3所述的按壓力感應(yīng)板，其特征為:所述計(jì)算模塊采用如下方程組求解按 壓力：其中，ΔΓ為某位置的溫度變化值，Ai?為施加在基板上該位置的按壓力的變化值， 和ΔΚ?分別為第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻的變化值，R10、R20為標(biāo)準(zhǔn)溫度下第一應(yīng)變電 阻、第二應(yīng)變電阻的阻值，K1、K2分別為第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層的溫度電阻系 數(shù)，而fl、f2分別為第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層的應(yīng)變電阻系數(shù)。5. 如權(quán)利要求1所述的按壓力感應(yīng)板，其特征為:所述基板為透明基板，所述第一導(dǎo)電 材料層、第二導(dǎo)電材料層均為透明氧化物導(dǎo)電膜層。6. 如權(quán)利要求5所述的按壓力感應(yīng)板，其特征為:所述第一導(dǎo)電材料層為高溫條件下通 過濺射方法制作而成的透明導(dǎo)電氧化膜層，所述第二導(dǎo)電材料層為低溫條件下通過濺射方 法制作的透明導(dǎo)電氧化膜層。7. 如權(quán)利要求5所述的按壓力感應(yīng)板，其特征為:所述第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料 層為成分不同的透明導(dǎo)電氧化物。8. 如權(quán)利要求5所述的按壓力感應(yīng)板，其特征為:所述第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻分 別由第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層圖形化而成，所述第一導(dǎo)電材料層、第二導(dǎo)電材料層 處于不同層。9. 如權(quán)利要求9所述的按壓力感應(yīng)板，其特征為:所述第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻重 疊設(shè)置。10. -種按壓力的探測方法，其特征為包括如下步驟： (1)、在基板的同一側(cè)面設(shè)置多個(gè)按壓力探測單元，按壓力探測單元包括第一應(yīng)變電阻 和第二應(yīng)變電阻，第一應(yīng)變電阻采用第一導(dǎo)電材料層制作而成，第二應(yīng)變電阻采用第二導(dǎo) 電材料層制作而成，第一導(dǎo)電材料層的溫度電阻系數(shù)與第二導(dǎo)電材料層的溫度電阻系數(shù)不 相等，第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻與外部均設(shè)有低電阻連線，以供外部電路進(jìn)行電阻值檢 測； (2 )、檢測第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻的變化值； (3)、通過如下方程組解出按壓力的大小為反：其中，么T為某位置的溫度變化值，Μ:為施加在基板上該位置的按壓力的變化值， 和ΔΙ?2:分別為第一應(yīng)變電阻、第二應(yīng)變電阻的變化值，ri 〇、R20為標(biāo)準(zhǔn)溫度下第一應(yīng)變電 阻、第二應(yīng)變電阻的阻值，Κ1、Κ2分別為第一導(dǎo)電材料、第二導(dǎo)電材料的溫度電阻系數(shù)，而 fl、f2分別為第一導(dǎo)電材料、第二導(dǎo)電材料的應(yīng)變電阻系數(shù)。
【文檔編號(hào)】G01L5/00GK105930006SQ201610275954
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發(fā)明人】呂岳敏, 蘇贊加, 林鋼, 張漢焱, 林德志, 鄭清交, 蔡澤鋒, 黃仁松, 胡慶文, 潘嘉榮
【申請人】汕頭超聲顯示器技術(shù)有限公司