CN1249415C - 表面压力分布传感器 - Google Patents

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Abstract

一种表面压力分布传感器，该表面压力分布传感器(10)，具有：通过垫片(18)分开一定间隔的间隙对向配置的行配线部(11)和列配线部(12)。行配线部(11)，由玻璃基板(13)、沿第1方向平行排列配置在该玻璃基板(13)上的多个行配线(14)和覆盖该行配线(14)的绝缘膜(15)构成。列配线部(12)，由可挠性薄膜(16)和沿第2方向平行排列配置在该可挠性薄膜(16)上的多个列配线(17)构成。这种表面压力分布传感器，能长期稳定地准确检测表面压力分布，且能以简单构成低成本制造。

Description

表面压力分布传感器
技术领域
本发明涉及一种测定被测定物的细微凹凸等的表面压力分布传感器。
背景技术
将压在检测面上的被测定物表面的细微凹凸作为按压力分布进行检测的表面压力分布传感器，作为一种把粗糙表面的表面形状数据化的传感器而广为人知(例如，专利文献1。)。
专利文献1：特公平7-58234号公报
这种表面压力分布传感器如图11所示，呈矩阵状配置半导体开关元件101，在该半导体开关元件101的一方端子侧形成与之连结的电极102。在半导体基板的对置面侧，使具有导电膜的可挠性薄膜相对于电极侧分开一定间隔并与电极相对地配置。该导电膜被外加一定的电压，在可挠性薄膜上例如按压表面具有细微凹凸的被测定物时，该可挠性薄膜按照被测定物的凹凸而弯曲。这样，弯曲部分的导电膜和半导体基板的电极接触，从而依次起动该部分的半导体开关元件的矩阵进行读取。
现有的表面压力分布传感器使用半导体基板，但是这种半导体基板一般价格很高。特别是，将表面压力分布传感器作为指纹检测传感器使用时，需要充分按压手指的宽大表面积，只要采用这样宽大表面积的半导体基板就很难低成本制造。另外，为了检测表面的细微凹凸，对于半导体开关元件的裸露部和导电膜来说必须长期地即使以较小的按压力也保持稳定接触，不过，现有的表面压力分布传感器，很难长期地保持半导体开关元件的裸露部和导电膜的接触部分的清洁性。
发明内容
本发明即是鉴于上述事情产生的，其目的在于提供一种能长期稳定地准确检测表面压力分布，且能以简单构成低成本制造的表面压力分布传感器。
为了实现所述目的，在本发明中提供一种如下的表面压力分布传感器，具有：多个导体并列且向第1方向延伸的行配线、多个导体并列且向与上述第1方向相交的第2方向延伸的列配线和表面分别形成上述行配线及上述列配线的基板，上述基板至少一方由可挠性薄膜基板构成，其特征在于：根据上述行配线及上述列配线的交叉部的静电电容的变化来检测表面压力分布，上述基板由单一的可挠性薄膜基板构成，在上述可挠性薄膜基板上形成上述行配线及上述列配线，通过按照规定位置弯折上述可挠性薄膜基板，使上述行配线及上述列配线相交叉。
根据这种表面压力分布传感器，细微凹凸表面的检测即检测微小的静电电容的变化能够高精度地进行。这样，由与行配线和列配线的交叉部的凹凸形状变化相对应的间隔距离变化所引起的静电电容的变化就可以检测出来。并且，能够以简单构成低成本地制造表面压力分布传感器。
另外，可以：上述行配线及上述列配线，分别形成在相互独立的第1和第2基板上，通过重叠上述第1和第2基板，使上述行配线及上述列配线相交叉。此时，不用说，行配线和列配线在交叉部为了形成静电电容而间隔对向配置。从而，还能够以简单构成低成本地制造表面压力分布传感器。
另外，本发明中提供一种如下的表面压力分布传感器，具有：多个导体并列且向第1方向延伸的行配线、多个导体并列且向与上述第1方向相交的第2方向延伸的列配线和表面分别形成上述行配线及上述列配线的基板，上述基板至少一方由可挠性薄膜基板构成，其特征在于：根据上述行配线及上述列配线的交叉部的静电电容的变化来检测表面压力分布，上述可挠性薄膜基板由在上述第1方向和第2方向热收缩率不同的树脂构成，在由上述行配线或上述列配线产生的膜应力形成拉伸应力时，沿热收缩率大的方向延伸形成上述行配线及上述列配线，在上述膜应力形成压缩应力时，沿热收缩率小的方向延伸形成上述行配线及上述列配线。从而，通过可挠性薄膜基板的应力能够防止上述行配线及上述列配线发生断线。
另外，如果上述行配线及上述列配线中至少任意一方用绝缘膜覆盖，则行配线和列配线可以在交叉部确实形成静电电容，故优选。另外，上述可挠性薄膜基板由在上述第1方向和第2方向热收缩率不同的树脂构成，在由上述行配线或上述列配线和上述绝缘膜产生的膜应力形成拉伸应力时，沿热收缩率大的方向延伸形成上述行配线及上述列配线，在上述膜应力形成压缩应力时，沿热收缩率小的方向延伸形成上述行配线及上述列配线。从而，通过可挠性薄膜基板的应力能够防止上述行配线及上述列配线发生断线。
另外，也可：上述行配线及上述列配线在上述可挠性薄膜基板上按照向同一方向延伸形成，弯折上述可挠性薄膜，而使上述行配线及上述列配线相交。
附图说明
图1是表示本发明的表面压力分布传感器的等效电路的说明图。
图2是本发明的表面压力分布传感器的主要部分的放大剖视图。
图3是表示电容(容量)检测电路的一例的等效电路图。
图4是表示本发明的表面压力分布传感器的凹凸检测时的情形的说明图。
图5是表示具有本发明的表面压力分布传感器的便携电话的外观斜视图。
图6是放大表示本发明的实施方式2的剖视图。
图7是表示图6的可挠性薄膜基板的说明图。
图8是表示本发明的实施方式3的说明图。
图9是表示本发明的实施方式4的说明图。
图10是表示本发明的实施方式5的说明图。
图11是表示现有的表面压力分布传感器的等效电路图。
图中，10-表面压力分布传感器；14-行配线；15-绝缘膜；16-可挠性薄膜(可挠性薄膜基板)；17-列配线。
具体实施方式
下面，对本发明的具有代表性的实施方式进行说明。图1是表示本发明的表面压力分布传感器的等效电路的说明图，图2是本发明的表面压力分布传感器的主要部分的放大剖视图。表面压力分布传感器10，具有通过垫片18分开一定间隔的间隙对向配置的行配线部11和列配线部12。
行配线部11，由玻璃基板13、沿第1方向X平行排列配置在该玻璃基板13上的多个行配线14和覆盖该行配线14的绝缘膜15构成。行配线14，例如由0.1μm厚的Al膜构成，在玻璃基板13上例如以50μm的间距可以形成200根。绝缘膜15只要是层叠例如si3N4的材料即可。各个行配线14与检测静电电容的电容检测电路22连接。
列配线部12，由可挠性薄膜(可挠性薄膜基板)16和沿第2方向Y平行排列配置在该可挠性薄膜16上的多个列配线17构成。可挠性薄膜16，只要在表面被按压数μm程度的凹凸面时，具有按照该凹凸形状而弯曲这样的柔软性即可，例如，适合使用厚度1～30μm程度的聚脂薄膜。列配线17，例如可以由0.1μm厚的Al膜构成，在可挠性薄膜16上例如以50μm的间距形成200根。各个列配线17，与列选择电路23连接。这种列选择电路23，使测定静电电容时所选择的列配线17以外全部连接在接地侧。
垫片18，围绕这种行配线部11和列配线部12的周边形成，密封对置的行配线部11和列配线部12间隙中的空气，形成空气层19。这种空气层19，在可挠性薄膜16的表面上按压有细微凹凸时，通过被密闭的空气发挥使可挠性薄膜16仿形凹凸面而弯曲的功效。再有，行配线部11和列配线部12间隙中的空气层也可以不密闭，通过将列配线17按压而与绝缘膜密合，在凹凸间密闭空气，达到与密闭空气层时同等的功效。
本发明的表面压力分布传感器10，根据上述这样的构成，如图1所示的等效电路所示，能够由电容检测电路22检测与行配线14和列配线17相交的交叉部21的间隔距离的变化相对应的静电电容的变化。这样，通过检测在可挠性薄膜16的表面上按压有细微凹凸面时所发生的多个交叉部21的静电电容的变化，能够使被测定物的凹凸面的形状作为信号数字输出。
电容检测电路22，采用例如图3所示的电路，测定时由列选择电路23选择的列配线17以外的全部与接地侧连接，同时，同一行配线14上的测定对象以外的静电电容全部作为子电容由测定系并行输出，但子电容的相反侧的电极与接地侧连接，从而能够消去。根据这样的构成，可以高精度地进行细微凹凸面的检测即高精度地检测细微的静电电容的变化。
再有，在本实施方式中，可挠性薄膜16上形成列配线17，但也可以在可挠性薄膜16上形成行配线14。但是，由于不易受到静电影响的关系，优选将与作为低输入阻抗的列选择电路23连接的列配线17形成在可挠性薄膜16一侧。
这种表面压力分布传感器10并不限定用途，但是例如图4所示也能够用作指纹传感器。通过检测可挠性薄膜16的表面上按压有指纹等细微凹凸25时所发生的与行配线14和列配线17的交叉部21的间隔距离变化相对应的静电电容的变化，能准确检测指纹等的细微凹凸25的形状作为信号数据输出。
作为使表面压力分布传感器10适用于例如指纹传感器的例子，如图5所示，能适用于例如便携电话26的持有者认证系统等。近年来，考虑到用便携电话26等进行结算等，通过在便携电话26上形成表面压力传感器10，准确检测按压在表面压力传感器上的指纹，通过与以前登录的指纹数据核对，能正确认证持有者。
图6是表示本发明的实施方式2的放大剖视图。该实施方式2的表面压力分布传感器30，列配线31和行配线32形成在1张可挠性薄膜33上。即，如图7a所示，在1张可挠性薄膜33上，邻接形成沿相互并行的方向延伸的多个列配线31和行配线32，还形成覆盖该列配线31和行配线32的绝缘膜34。并且，沿该列配线31和行配线32的边界附近的曲折线L向箭头P方向弯曲，列配线31和行配线32通过绝缘膜34可以面对形成(参照图7b)。
再有，如图6所示，弯曲1张可挠性薄膜33后，通过绝缘膜34面对的列配线31和行配线32之间最好形成保持一定间隔的垫片35。另外，可挠性薄膜33的行配线32侧可以与加强板36例如SUS板接合。
再有，还可以在可挠性薄膜33的列配线31侧围绕周边形成矩形的加强板37。这种加强板37，把表面压力分布传感器30例如用作指纹传感器时，还起到作为将检测对称的手指与表面压力分布传感器30感应的隔壁的作用。另外，通过调整加强板36、37的板厚，还能使之具有弯曲性，使表面压力分布传感器30与弯曲面密接设置。
在1张可挠性薄膜形成行配线和列配线时，例如图8a所示，列配线41和行配线42还可以在1张可挠性薄膜40上向同方向延伸而形成。使向同方向延伸形成列配线41和行配线42的可挠性薄膜40，首先沿斜的曲折线A向左上方向G1弯折行配线42部分。
接下来，沿曲折线B向右方向G2折叠行配线42部分，横向延伸行配线42。且沿曲折线C向下方向弯折列配线41部分，列配线41与行配线42正交重叠。从而，如图8b所示，能使列配线41和行配线42垂直相交。
这样，如果使列配线41和行配线42在1张可挠性薄膜40上向同方向延伸形成，则无需在传感检测部分围绕配线，能够引回到端子部分，能使可挠性薄膜40的剩余空白部分达到最小限。
还可以使表面压力分布传感器与显示装置一体形成。如图9所示，在透明的可挠性薄膜50上用ITO等透明导电材料形成列配线52。另外，在由例如透明聚脂板等构成的透明基板55上用ITO等透明导电材料形成行配线51，用透明的绝缘膜53覆盖这种透明的行配线51和列配线52。且，如果在透明基板55下部形成液晶显示器56等，则能实现具有指示机能的显示装置57。如果使这种显示装置57适用于例如便携电话的显示部，则能以省空间地实现具有指示机能的便携电话。
本发明的表面压力分布传感器，例如还可以作为用来测取例如印鉴的阴影的传感器使用。如图10所示，把由印鉴62形成的阴影62a的凹凸按压在表面压力分布传感器61上，用个人电脑63等测取该阴影62a的数据，从而能在各种认证和实印登录等利用。
再有，上述各实施方式的可挠性薄膜，还可以采用例如PEN(聚萘二甲酸乙二醇酯)。这种可挠性薄膜由于制造时的拉伸工序而沿面方向热收缩率不同。一方面，在可挠性薄膜上形成的Al薄膜等由于制造条件而产生拉伸应力或压缩应力，此应力成为诱发断线的原因。利用沿面方向收缩率不同的现象，在可挠性薄膜上形成的Al薄膜等形成后，施行热处理，于是，发生拉伸应力时，使配线沿可挠性薄膜的热收缩率大的方向延伸，从而能缓解配线的断线。另外，在可挠性薄膜上形成的Al薄膜等发生压缩应力时，使配线沿可挠性薄膜的热收缩率小的方向延伸，从而能缓解配线的断线。
(发明的效果)
根据以上详细说明，本发明的表面压力分布传感器，具有多个导体并列向第1方向延伸的行配线、多个导体并列且向与上述第1方向正交的第2方向延伸的列配线和表面分别形成上述行配线及上述列配线的基板，这种表面压力分布传感器，上述基板至少一方由可挠性薄膜基板构成，根据上述行配线及上述列配线的交叉部的静电电容的变化，检测表面压力分布，从而细微凹凸表面的检测即检测微小的静电电容的变化能够高精度地进行。并且，能够以简单构成低成本地制造表面压力分布传感器。

Claims (4)

1.一种表面压力分布传感器，具有：多个导体并列且向第1方向延伸的行配线、多个导体并列且向与上述第1方向交叉的第2方向延伸的列配线、和表面分别形成上述行配线及上述列配线的基板，其特征在于：
上述基板的至少一方由可挠性薄膜基板构成，根据上述行配线及上述列配线的交叉部的静电电容的变化来检测表面压力的分布，上述基板由单一的可挠性薄膜基板构成，在上述可挠性薄膜基板上形成上述行配线及上述列配线，并通过在规定位置弯折上述可挠性薄膜基板，而使上述行配线及上述列配线相交叉。
2.一种表面压力分布传感器，具有：多个导体并列且向第1方向延伸的行配线、多个导体并列且向与上述第1方向交叉的第2方向延伸的列配线、和表面分别形成上述行配线及上述列配线的基板，其特征在于：
上述基板的至少一方由可挠性薄膜基板构成，根据上述行配线及上述列配线的交叉部的静电电容的变化来检测表面压力的分布，上述可挠性薄膜基板由在上述第1方向和第2方向热收缩率不同的树脂构成，在由上述行配线或上述列配线产生的膜应力形成拉伸应力时，沿热收缩率大的方向延伸形成上述行配线及上述列配线，在上述膜应力形成压缩应力时，沿热收缩率小的方向延伸形成上述行配线及上述列配线。
3.根据权利要求1所述的表面压力分布传感器，其特征在于：上述可挠性薄膜基板由在上述第1方向和第2方向热收缩率不同的树脂构成，在由上述行配线或上述列配线和上述绝缘膜产生的膜应力形成拉伸应力时，沿热收缩率大的方向延伸形成上述行配线及上述列配线，在上述膜应力形成压缩应力时，沿热收缩率小的方向延伸形成上述行配线及上述列配线。
4.根据权利要求1所述的表面压力分布传感器，其特征在于：上述行配线及上述列配线在上述可挠性薄膜基板上沿同一方向延伸形成，弯折上述可挠性薄膜，而使上述行配线及上述列配线相互交叉。
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