CN105930006B - 一种按压力感应板及其压力探测方法 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种按压力感应板及其压力探测方法，按压力感应板包括基板、设置在基板同一侧面上的多个按压力探测单元，按压力探测单元包括第一应变电阻和第二应变电阻，第一应变电阻采用第一导电材料层制作而成，第二应变电阻采用第二导电材料层而成，第一导电材料层的温度电阻系数与第二导电材料层的温度电阻系数不相等。在每个按压力探测单元中，根据第一应变电阻、第二应变电阻的在基准温度下的电阻值、局部温度变化值、温度电阻系数、应变电阻系数、电阻变化值，即可通过列方程求解施加在基板上的按压力变化值，从而实现了基板上按压力的探测。这种按压力感应板仅需在基板的一面制作第一应变电阻、第二应变电阻，结构更加简单，制作成本更低。

Description

一种按压力感应板及其压力探测方法

技术领域

本发明涉及一种压力探测装置，尤其涉及一种按压力感应板及其压力探测方法。

背景技术

在硬质的板体上设置多个应变电阻，在板体受到按压作用而发生微小弯曲变形时，可根据应变电阻的电阻值变化来探测按压的力度，由此，可根据原理制作成按压力感应板，这种按压力感应板可以集成在显示器件或触控器件中，由此实现一定的按压力探测功能。

然而，应变电阻的电阻值除了受到按压力的影响之外，还会受到温度变化的影响，尤其是在在上述按压力感应板中，其应变电阻的电阻值往往受到局部手指温度的影响，而使得探测的精确地非常低。

为了解决这种问题，目前人们需要根据按压力感应板的结构，制作应变方向相反的两面应变电阻，并通过电桥等电路来抵消温度的影响，然而，这种按压力感应板的结构非常复杂，制作成本也比较高。

发明内容

本发明要解决的技术问题是提供一种按压力感应板及其压力探测方法，这种按压力感应板结构更加简单，制作成本更低。采用的技术方案如下：

一种按压力感应板，其特征为：包括基板，以及设置在基板同一侧面上的多个按压力探测单元，按压力探测单元包括第一应变电阻和第二应变电阻，第一应变电阻采用第一导电材料层制作而成，第二应变电阻采用第二导电材料层制作而成，第一导电材料层的温度电阻系数与第二导电材料层的温度电阻系数不相等。

第一导电材料层的温度电阻系数与第二导电材料层的温度电阻系数不相等，即是第一导电材料层的温度电阻系数大于或小于第二导电材料层的温度电阻系数。

通过将第一应变电阻、第二应变电阻成对设置在基板的同一侧面上，构成多个按压力探测单元，在每个按压力探测单元中，根据第一应变电阻、第二应变电阻的在基准温度下的电阻值、局部温度变化值、温度电阻系数、应变电阻系数、电阻变化值，即可通过列方程求解施加在基板上的按压力变化值，从而实现了基板上按压力的探测，而只要保证每一个按压力探测单元中的第一应变电阻、第二应变电阻在位置上相同(中心距离小于15mm)，以及两者的温度电阻系数不相同，就能够使得按压力探测的结果更加准确。由此可见，这种按压力感应板仅需在基板的一面制作第一应变电阻、第二应变电阻，结构更加简单，制作成本更低。

作为本发明的优选方案，还包括电阻检测模块，电阻检测模块用于分别监测所述第一应变电阻和第二应变电阻的电阻变化值。

作为本发明进一步的优选方案，还包括计算模块，计算模块能够根据所述基板某位置上第一应变电阻和第二应变电阻的电阻变化值，计算该位置所受的按压力大小。

作为本发明更进一步的优选方案，所述计算模块采用如下方程组求解按压力：

其中，为某位置的温度变化值，为施加在基板上该位置的按压力的变化值，和分别为第一应变电阻、第二应变电阻的变化值，R10、R20为标准温度(如20摄氏度)下第一应变电阻、第二应变电阻的阻值， K1、K2分别为第一导电材料层、第二导电材料层的温度电阻系数，而f1、f2分别为第一导电材料层、第二导电材料层的应变电阻系数。

上述R10、R20、K1、K2、f1、f2均可通过预先测量或校正的方法得到，通过该方程组，即可解得。为了使得更加准确，仅需保证每一个按压力探测单元中的第一应变电阻、第二应变电阻在位置上相同(中心距离小于15mm)，以及K1、K2不相同即可(一般来说f1、f2比较接近，K1、K2不相同即可保证方程有解)。

作为本发明的优选方案，所述基板为透明基板，所述第一导电材料层、第二导电材料层均为透明氧化物导电膜层。透明氧化物导电膜层内部包含大量的本征载流子和非本征载流子，通过设定不同的条件(如制作透明氧化物导电膜层的工艺条件、材料配比)，可使本征载流子和非本征载流子具有不同的浓度比，其相互作用可实现不同的温度电阻率系数(K1、K2不相同)，除此之外，还能将按压力感应板做成透明，以满足将其装配到触控显示器件内部的需要。

作为本发明进一步的优选方案，所述第一导电材料层为高温条件下通过溅射方法制作而成的透明导电氧化膜层，所述第二导电材料层为低温条件下通过溅射方法制作的透明导电氧化膜层。采用高低温不同的工艺，可以使第一导电材料层、第二导电材料层温度电阻系数的差别更大，使得按压力的探测结果更加准确。

作为本发明进一步的优选方案，所述第一导电材料层、第二导电材料层为成分不同的透明导电氧化物。第一导电材料层、第二导电材料层可以为In、Sb、Zn、Al和Cd的氧化物及其复合多元氧化物薄膜材料，例如，第一导电材料层、第二导电材料层可以分别为氧化铟锡(ITO)、氧化锌铝(AZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化锌镓铟(IGZO)的其中两种。第一导电材料层、第二导电材料层采用不同成分的透明导电氧化物，会使得第一导电材料层、第二导电材料层的温度电阻系数的差别更大，使得按压力的探测结果更加准确。

作为本发明进一步的优选方案，所述第一应变电阻、第二应变电阻分别由第一导电材料层、第二导电材料层图形化而成，所述第一导电材料层、第二导电材料层处于不同层。第一导电材料层、第二导电材料层处于不同层，会使得第一导电材料、第二导电材料的温度电阻系数的差别更大，使得按压力的探测结果更加准确。

作为本发明更进一步的优选方案，所述第一应变电阻、第二应变电阻重叠设置。第一应变电阻、第二应变电阻重叠设置，使得第一应变电阻、第二应变电阻受到按压力和温度变化的影响更加同步，因此可提高按压力的探测结果的准确度。

一种按压力的探测方法，其特征为包括如下步骤：

(1)、在基板的同一侧面设置多个按压力探测单元，按压力探测单元包括第一应变电阻和第二应变电阻，第一应变电阻采用第一导电材料层制作而成，第二应变电阻采用第二导电材料而成，第一导电材料的温度电阻系数与第二导电材料的温度电阻系数不相等，第一应变电阻、第二应变电阻与外部均设有低电阻连线，以供外部电路进行电阻值检测；

(2)、检测第一应变电阻、第二应变电阻的变化值；

(3)、通过如下方程组解出按压力的大小：

其中，为某位置的温度变化值，为施加在基板上该位置的按压力的变化值，和分别为第一应变电阻、第二应变电阻的变化值，R10、R20为标准温度(如20摄氏度)下第一应变电阻、第二应变电阻的阻值， K1、K2分别为第一导电材料、第二导电材料的温度电阻系数，而f1、f2分别为第一导电材料、第二导电材料的应变电阻系数。

本发明与现有技术相比，具有如下优点：

通过将第一应变电阻、第二应变电阻成对设置在基板的同一侧面上，构成多个按压力探测单元，在每个按压力探测单元中，根据第一应变电阻、第二应变电阻的在基准温度下的电阻值、局部温度变化值、温度电阻系数、应变电阻系数、电阻变化值，即可通过列方程求解施加在基板上的按压力变化值，从而实现了基板上按压力的探测，而只要保证每一个按压力探测单元中的第一应变电阻、第二应变电阻在位置上相同(中心距离小于15mm)，以及两者的温度电阻系数不相同，就能够使得按压力探测的结果更加准确。由此可见，这种按压力感应板仅需在基板的一面制作第一应变电阻、第二应变电阻，结构更加简单，制作成本更低。

附图说明

图1是本发明实施例一的结构示意图；

图2是本发明实施例一中，按压力探测单元中第一应变电阻和第二应变电阻的并排设置示意图；

图3是本发明实施例二的结构示意图；

图4是本发明实施例二中，按压力探测单元中第一应变电阻和第二应变电阻的重叠设置示意图。

具体实施方式

下面结合附图和本发明的优选实施方式做进一步的说明。

这种按压力感应板包括透明基板1，以及设置在透明基板1同一侧面上的多个按压力探测单元2，按压力探测单元2包括第一应变电阻201和第二应变电阻202，第一应变电阻201和第二应变电阻202的并排设置，第一应变电阻201采用第一导电材料层2010制作而成，第二应变电阻202采用第二导电材料层2020制作而成，第一导电材料层2010为高温条件下通过溅射方法制作而成的透明导电氧化膜层，第二导电材料层2020为低温条件下通过溅射方法制作的透明导电氧化膜层，第一导电材料层2010、第二导电材料层2020为成分不同的透明导电氧化物，例如，第一导电材料层2010、第二导电材料层2020可以分别为氧化铟锡(ITO)、氧化锌铝(AZO)、氧化铟镓(IGO)、氧化锌镓铟(IGZO)的其中两种，第一导电材料层2010的温度电阻系数与第二导电材料层2020的温度电阻系数不相等。

这种按压力感应板还包括电阻检测模块和计算模块（图1中未画出）；电阻检测模块用于分别监测第一应变电阻201和第二应变电阻202的电阻变化值；计算模块能够根据透明基板1某位置第一应变电阻201和第二应变电阻202的电阻变化值，计算该位置所受的按压力大小；计算模块采用如下方程组求解按压力：

其中，为某位置的温度变化值，为施加在透明基板上该位置的按压力的变化值，和分别为第一应变电阻、第二应变电阻的变化值，R10、R20为标准温度下第一应变电阻201、第二应变电阻202的阻值， K1、K2分别为第一导电材料层、第二导电材料层的温度电阻系数，而f1、f2分别为第一导电材料层、第二导电材料层的应变电阻系数。

本实施例还提供一种按压力的探测方法，包括如下步骤：

(1)、在透明基板1的同一侧面设置多个按压力探测单元2，按压力探测单元2包括第一应变电阻201和第二应变电阻202，第一应变电阻201采用第一导电材料层2010制作而成，第二应变电阻202采用第二导电材料层2020制作而成，第一导电材料层2010的温度电阻系数与第二导电材料层2020的温度电阻系数不相等，第一应变电阻201、第二应变电阻202与外部均设有低电阻连线3，以供外部电路进行电阻值检测；

(2)、检测第一应变电阻201、第二应变电阻202的变化值；

(3)、通过如下方程组解出按压力的大小：

其中，为某位置的温度变化值，为施加在透明基板上该位置的按压力的变化值，和分别为第一应变电阻201、第二应变电阻202的变化值，R10、R20为标准温度下第一应变电阻201、第二应变电阻202的阻值， K1、K2分别为第一导电材料层2010、第二导电材料层2020的温度电阻系数，而f1、f2分别为第一导电材料层2010、第二导电材料层2020的应变电阻系数。

上述R10、R20、K1、K2、f1、f2均可通过预先测量或校正的方法得到，通过该方程组，即可解得按压力的变化值。为了使得更加准确，仅需保证每一个按压力探测单元2中的第一应变电阻201、第二应变电阻202在位置上相同(中心距离小于15mm)，以及K1、K2不相同即可。

实施例二

如图3、图4所示，在其它部分均与实施例一相同的情况下，其区别在于：第一应变电阻201、第二应变电阻202分别由第一导电材料层2010、第二导电材料层2020图形化而成，第一导电材料层2010、第二导电材料层2020处于不同层，第一导电材料层2010与第二导电材料层2020之间由绝缘层（图3中被遮挡未画出）隔开，第一应变电阻201、第二应变电阻202重叠设置。

此外，需要说明的是，本说明书中所描述的具体实施例，其各部分名称等可以不同，凡依本发明专利构思所述的构造、特征及原理所做的等效或简单变化，均包括于本发明专利的保护范围内。本发明所属技术领域的技术人员可以对所描述的具体实施例做各种各样的修改或补充或采用类似的方式替代，只要不偏离本发明的结构或者超越本权利要求书所定义的范围，均应属于本发明的保护范围。

Claims (7)

1.一种按压力感应板，其特征为：包括基板、电阻检测模块、计算模块，以及设置在基板同一侧面上的多个按压力探测单元；按压力探测单元包括第一应变电阻和第二应变电阻，第一应变电阻采用第一导电材料层制作而成，第二应变电阻采用第二导电材料层而成，第一导电材料层的温度电阻系数与第二导电材料层的温度电阻系数不相等；电阻检测模块用于分别监测第一应变电阻和第二应变电阻的电阻变化值；计算模块能够根据基板某位置上第一应变电阻和第二应变电阻的电阻变化值，计算该位置所受的按压力大小；计算模块采用如下方程组求解按压力：

其中，为某位置的温度变化值，为施加在基板上该位置的按压力的变化值，和分别为第一应变电阻、第二应变电阻的变化值，R10、R20为标准温度下第一应变电阻、第二应变电阻的阻值， K1、K2分别为第一导电材料层、第二导电材料层的温度电阻系数，而f1、f2分别为第一导电材料层、第二导电材料层的应变电阻系数。

2.如权利要求1所述的按压力感应板，其特征为：所述基板为透明基板，所述第一导电材料层、第二导电材料层均为透明氧化物导电膜层。

3.如权利要求2所述的按压力感应板，其特征为：所述第一导电材料层为高温条件下通过溅射方法制作而成的透明导电氧化膜层，所述第二导电材料层为低温条件下通过溅射方法制作的透明导电氧化膜层。

4.如权利要求2所述的按压力感应板，其特征为：所述第一导电材料层、第二导电材料层为成分不同的透明导电氧化物。

5.如权利要求2所述的按压力感应板，其特征为：所述第一应变电阻、第二应变电阻分别由第一导电材料层、第二导电材料层图形化而成，所述第一导电材料层、第二导电材料层处于不同层。

6.如权利要求5所述的按压力感应板，其特征为：所述第一应变电阻、第二应变电阻重叠设置。

7.一种按压力的探测方法，其特征为包括如下步骤：

(1)、在基板的同一侧面设置多个按压力探测单元，按压力探测单元包括第一应变电阻和第二应变电阻，第一应变电阻采用第一导电材料层制作而成，第二应变电阻采用第二导电材料层制作而成，第一导电材料层的温度电阻系数与第二导电材料层的温度电阻系数不相等，第一应变电阻、第二应变电阻与外部均设有低电阻连线，以供外部电路进行电阻值检测；

(2)、检测第一应变电阻、第二应变电阻的变化值；

(3)、通过如下方程组解出按压力的大小：

其中，为某位置的温度变化值，为施加在基板上该位置的按压力的变化值，和分别为第一应变电阻、第二应变电阻的变化值，R10、R20为标准温度下第一应变电阻、第二应变电阻的阻值， K1、K2分别为第一导电材料、第二导电材料的温度电阻系数，而f1、f2分别为第一导电材料、第二导电材料的应变电阻系数。