一種按壓力感應板及其壓力探測方法
【專利摘要】本發明涉及一種按壓力感應板及其壓力探測方法，按壓力感應板包括基板、設置在基板同一側面上的多個按壓力探測單元，按壓力探測單元包括第一應變電阻和第二應變電阻，第一應變電阻采用第一導電材料層制作而成，第二應變電阻采用第二導電材料層而成，第一導電材料層的溫度電阻系數與第二導電材料層的溫度電阻系數不相等。在每個按壓力探測單元中，根據第一應變電阻、第二應變電阻的在基準溫度下的電阻值、局部溫度變化值、溫度電阻系數、應變電阻系數、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，從而實現了基板上按壓力的探測。這種按壓力感應板僅需在基板的一面制作第一應變電阻、第二應變電阻，結構更加簡單，制作成本更低。
【專利說明】
一種按壓力感應板及其壓力探測方法
技術領域
[0001] 本發明涉及一種壓力探測裝置，尤其涉及一種按壓力感應板及其壓力探測方法。
【背景技術】
[0002] 在硬質的板體上設置多個應變電阻，在板體受到按壓作用而發生微小彎曲變形 時，可根據應變電阻的電阻值變化來探測按壓的力度，由此，可根據原理制作成按壓力感應 板，這種按壓力感應板可以集成在顯示器件或觸控器件中，由此實現一定的按壓力探測功 能。
[0003] 然而，應變電阻的電阻值除了受到按壓力的影響之外，還會受到溫度變化的影響， 尤其是在在上述按壓力感應板中，其應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，目前人們需要根據按壓力感應板的結構，制作應變方向相反 的兩面應變電阻，并通過電橋等電路來抵消溫度的影響，然而，這種按壓力感應板的結構非 常復雜，制作成本也比較高。

【發明內容】

[0005] 本發明要解決的技術問題是提供一種按壓力感應板及其壓力探測方法，這種按壓 力感應板結構更加簡單，制作成本更低。采用的技術方案如下： 一種按壓力感應板，其特征為:包括基板，以及設置在基板同一側面上的多個按壓力探 測單元，按壓力探測單元包括第一應變電阻和第二應變電阻，第一應變電阻采用第一導電 材料層制作而成，第二應變電阻采用第二導電材料層制作而成，第一導電材料層的溫度電 阻系數與第二導電材料層的溫度電阻系數不相等。
[0006] 第一導電材料層的溫度電阻系數與第二導電材料層的溫度電阻系數不相等，即是 第一導電材料層的溫度電阻系數大于或小于第二導電材料層的溫度電阻系數。
[0007] 通過將第一應變電阻、第二應變電阻成對設置在基板的同一側面上，構成多個按 壓力探測單元，在每個按壓力探測單元中，根據第一應變電阻、第二應變電阻的在基準溫度 下的電阻值、局部溫度變化值、溫度電阻系數、應變電阻系數、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，從而實現了基板上按壓力的探測，而只要保證每一個 按壓力探測單元中的第一應變電阻、第二應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不相同，就能夠使得按壓力探測的結果更加準確。由此可見，這種按 壓力感應板僅需在基板的一面制作第一應變電阻、第二應變電阻，結構更加簡單，制作成本 更低。
[0008] 作為本發明的優選方案，還包括電阻檢測模塊，電阻檢測模塊用于分別監測所述 第一應變電阻和第二應變電阻的電阻變化值。
[0009] 作為本發明進一步的優選方案，還包括計算模塊，計算模塊能夠根據所述基板某 位置上第一應變電阻和第二應變電阻的電阻變化值，計算該位置所受的按壓力大小。
[0010]作為本發明更進一步的優選方案，所述計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 分別為第一應變電阻、第二應變電阻的變化值，Rl〇、R20為標準溫度(如20攝氏 度)下第一應變電阻、第二應變電阻的阻值，K1、K2分別為第一導電材料層、第二導電材料 層的溫度電阻系數，而fl、f2分別為第一導電材料層、第二導電材料層的應變電阻系數。 [0011] 上述1?10、1?20、1(1、1(2、￡1、￡2均可通過預先測量或校正的方法得到，通過該方程組， 即可解得。為了使得更加準確，僅需保證每一個按壓力探測單元中的第一應變電 阻、第二應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] 作為本發明的優選方案，所述基板為透明基板，所述第一導電材料層、第二導電材 料層均為透明氧化物導電膜層。透明氧化物導電膜層內部包含大量的本征載流子和非本征 載流子，通過設定不同的條件(如制作透明氧化物導電膜層的工藝條件、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，其相互作用可實現不同的溫度電阻率系數 (K1、K2不相同），除此之外，還能將按壓力感應板做成透明，以滿足將其裝配到觸控顯示器 件內部的需要。
[0013] 作為本發明進一步的優選方案，所述第一導電材料層為高溫條件下通過濺射方法 制作而成的透明導電氧化膜層，所述第二導電材料層為低溫條件下通過濺射方法制作的透 明導電氧化膜層。采用高低溫不同的工藝，可以使第一導電材料層、第二導電材料層溫度電 阻系數的差別更大，使得按壓力的探測結果更加準確。
[0014] 作為本發明進一步的優選方案，所述第一導電材料層、第二導電材料層為成分不 同的透明導電氧化物。第一導電材料層、第二導電材料層可以為111、313、211^1和0(1的氧化物 及其復合多元氧化物薄膜材料，例如，第一導電材料層、第二導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。第一導電材料 層、第二導電材料層采用不同成分的透明導電氧化物，會使得第一導電材料層、第二導電材 料層的溫度電阻系數的差別更大，使得按壓力的探測結果更加準確。
[0015] 作為本發明進一步的優選方案，所述第一應變電阻、第二應變電阻分別由第一導 電材料層、第二導電材料層圖形化而成，所述第一導電材料層、第二導電材料層處于不同 層。第一導電材料層、第二導電材料層處于不同層，會使得第一導電材料、第二導電材料的 溫度電阻系數的差別更大，使得按壓力的探測結果更加準確。
[0016] 作為本發明更進一步的優選方案，所述第一應變電阻、第二應變電阻重疊設置。第 一應變電阻、第二應變電阻重疊設置，使得第一應變電阻、第二應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果的準確度。
[0017] 一種按壓力的探測方法，其特征為包括如下步驟： (1 )、在基板的同一側面設置多個按壓力探測單元，按壓力探測單元包括第一應變電阻 和第二應變電阻，第一應變電阻采用第一導電材料層制作而成，第二應變電阻采用第二導 電材料而成，第一導電材料的溫度電阻系數與第二導電材料的溫度電阻系數不相等，第一 應變電阻、第二應變電阻與外部均設有低電阻連線，以供外部電路進行電阻值檢測； (2 )、檢測第一應變電阻、第二應變電阻的變化值； (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分別為第一應變電阻、第二應變電阻的變化值，R1 〇、R20為標準溫度（如20攝氏 度)下第一應變電阻、第二應變電阻的阻值，K1、K2分別為第一導電材料、第二導電材料的 溫度電阻系數，而fl、f2分別為第一導電材料、第二導電材料的應變電阻系數。
[0018] 本發明與現有技術相比，具有如下優點： 通過將第一應變電阻、第二應變電阻成對設置在基板的同一側面上，構成多個按壓力 探測單元，在每個按壓力探測單元中，根據第一應變電阻、第二應變電阻的在基準溫度下的 電阻值、局部溫度變化值、溫度電阻系數、應變電阻系數、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，從而實現了基板上按壓力的探測，而只要保證每一個按壓 力探測單元中的第一應變電阻、第二應變電阻在位置上相同（中心距離小于15mm)，以及兩 者的溫度電阻系數不相同，就能夠使得按壓力探測的結果更加準確。由此可見，這種按壓力 感應板僅需在基板的一面制作第一應變電阻、第二應變電阻，結構更加簡單，制作成本更 低。
【附圖說明】
[0019] 圖1是本發明實施例一的結構示意圖； 圖2是本發明實施例一中，按壓力探測單元中第一應變電阻和第二應變電阻的并排設 置示意圖； 圖3是本發明實施例二的結構示意圖； 圖4是本發明實施例二中，按壓力探測單元中第一應變電阻和第二應變電阻的重疊設 置示意圖。
【具體實施方式】
[0020] 下面結合附圖和本發明的優選實施方式做進一步的說明。
[0021] 這種按壓力感應板包括透明基板1，以及設置在透明基板1同一側面上的多個按壓 力探測單元2,按壓力探測單元2包括第一應變電阻201和第二應變電阻202,第一應變電阻 201和第二應變電阻202的并排設置，第一應變電阻201采用第一導電材料層2010制作而成， 第二應變電阻202采用第二導電材料層2020制作而成，第一導電材料層2010為高溫條件下 通過濺射方法制作而成的透明導電氧化膜層，第二導電材料層2020為低溫條件下通過濺射 方法制作的透明導電氧化膜層，第一導電材料層2010、第二導電材料層2020為成分不同的 透明導電氧化物，例如，第一導電材料層2010、第二導電材料層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，第一導電材料層 2010的溫度電阻系數與第二導電材料層2020的溫度電阻系數不相等。
[0022] 這種按壓力感應板還包括電阻檢測模塊和計算模塊（圖1中未畫出）；電阻檢測模 塊用于分別監測第一應變電阻201和第二應變電阻202的電阻變化值;計算模塊能夠根據透 明基板1某位置第一應變電阻201和第二應變電阻202的電阻變化值，計算該位置所受的按 壓力大小;計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，分別為第一應變電阻、第二應變電阻的變化值，R10、R20為標準溫度下第一應 變電阻201、第二應變電阻202的阻值，K1、K2分別為第一導電材料層、第二導電材料層的溫 度電阻系數，而fl、f2分別為第一導電材料層、第二導電材料層的應變電阻系數。
[0023] 本實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的同一側面設置多個按壓力探測單元2,按壓力探測單元2包括第一 應變電阻201和第二應變電阻202,第一應變電阻201采用第一導電材料層2010制作而成，第 二應變電阻202采用第二導電材料層2020制作而成，第一導電材料層2010的溫度電阻系數 與第二導電材料層2020的溫度電阻系數不相等，第一應變電阻201、第二應變電阻202與外 部均設有低電阻連線3,以供外部電路進行電阻值檢測； (2) 、檢測第一應變電阻201、第二應變電阻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分別為第一應變電阻201、第二應變電阻202的變化值，R10、R20為標準溫度下 第一應變電阻201、第二應變電阻202的阻值，K1、K2分別為第一導電材料層2010、第二導電 材料層2020的溫度電阻系數，而fl、f2分別為第一導電材料層2010、第二導電材料層2020的 應變電阻系數。
[0024] 上述1?10、1?20、1(1、1(241汀2均可通過預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。為了使得更加準確，僅需保證每一個按壓力探測單元2 中的第一應變電阻201、第二應變電阻202在位置上相同（中心距離小于15mm)，以及K1、K2不 相同即可。
[0025] 實施例二 如圖3、圖4所示，在其它部分均與實施例一相同的情況下，其區別在于:第一應變電阻 201、第二應變電阻202分別由第一導電材料層2010、第二導電材料層2020圖形化而成，第一 導電材料層2010、第二導電材料層2020處于不同層，第一導電材料層2010與第二導電材料 層2020之間由絕緣層（圖3中被遮擋未畫出）隔開，第一應變電阻201、第二應變電阻202重疊 設置。
[0026]此外，需要說明的是，本說明書中所描述的具體實施例，其各部分名稱等可以不 同，凡依本發明專利構思所述的構造、特征及原理所做的等效或簡單變化，均包括于本發明 專利的保護范圍內。本發明所屬技術領域的技術人員可以對所描述的具體實施例做各種各 樣的修改或補充或采用類似的方式替代，只要不偏離本發明的結構或者超越本權利要求書 所定義的范圍，均應屬于本發明的保護范圍。
【主權項】
1. 一種按壓力感應板，其特征為:包括基板，以及設置在基板同一側面上的多個按壓力 探測單元，按壓力探測單元包括第一應變電阻和第二應變電阻，第一應變電阻采用第一導 電材料層制作而成，第二應變電阻采用第二導電材料層而成，第一導電材料層的溫度電阻 系數與第二導電材料層的溫度電阻系數不相等。2. 如權利要求1所述的按壓力感應板，其特征為:還包括電阻檢測模塊，電阻檢測模塊 用于分別監測所述第一應變電阻和第二應變電阻的電阻變化值。3. 如權利要求2所述的按壓力感應板，其特征為:還包括計算模塊，計算模塊能夠根據 所述基板某位置上第一應變電阻和第二應變電阻的電阻變化值，計算該位置所受的按壓力 大小。4. 如權利要求3所述的按壓力感應板，其特征為:所述計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?分別為第一應變電阻、第二應變電阻的變化值，R10、R20為標準溫度下第一應變電 阻、第二應變電阻的阻值，K1、K2分別為第一導電材料層、第二導電材料層的溫度電阻系 數，而fl、f2分別為第一導電材料層、第二導電材料層的應變電阻系數。5. 如權利要求1所述的按壓力感應板，其特征為:所述基板為透明基板，所述第一導電 材料層、第二導電材料層均為透明氧化物導電膜層。6. 如權利要求5所述的按壓力感應板，其特征為:所述第一導電材料層為高溫條件下通 過濺射方法制作而成的透明導電氧化膜層，所述第二導電材料層為低溫條件下通過濺射方 法制作的透明導電氧化膜層。7. 如權利要求5所述的按壓力感應板，其特征為:所述第一導電材料層、第二導電材料 層為成分不同的透明導電氧化物。8. 如權利要求5所述的按壓力感應板，其特征為:所述第一應變電阻、第二應變電阻分 別由第一導電材料層、第二導電材料層圖形化而成，所述第一導電材料層、第二導電材料層 處于不同層。9. 如權利要求9所述的按壓力感應板，其特征為:所述第一應變電阻、第二應變電阻重 疊設置。10. -種按壓力的探測方法，其特征為包括如下步驟： (1)、在基板的同一側面設置多個按壓力探測單元，按壓力探測單元包括第一應變電阻 和第二應變電阻，第一應變電阻采用第一導電材料層制作而成，第二應變電阻采用第二導 電材料層制作而成，第一導電材料層的溫度電阻系數與第二導電材料層的溫度電阻系數不 相等，第一應變電阻、第二應變電阻與外部均設有低電阻連線，以供外部電路進行電阻值檢 測； (2 )、檢測第一應變電阻、第二應變電阻的變化值； (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:分別為第一應變電阻、第二應變電阻的變化值，ri 〇、R20為標準溫度下第一應變電 阻、第二應變電阻的阻值，Κ1、Κ2分別為第一導電材料、第二導電材料的溫度電阻系數，而 fl、f2分別為第一導電材料、第二導電材料的應變電阻系數。
【文檔編號】G01L5/00GK105930006SQ201610275954
【公開日】2016年9月7日
【申請日】2016年4月29日
【發明人】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有限公司