軟性觸覺感測技術及其應用

 

刊登日期:2016/8/5
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物聯網時代正加速到來,並對科技產業的許多環節帶來重大變革。消費需求日益多樣化和個性化,可以預想未來感測功能將變得更多元化,其中又以人體生理感知與外在環境監控對於消費者需求性最高。因此,感測元件的開發焦點將著重於軟性、貼附式、薄型化、可形變及適合長時間配戴等特性。本文說明未來感測元件整合於穿戴式產品的設計趨勢,待相關技術成熟後,預期將創造穿戴式裝置市場與相關產業鏈的新興機會,為下一波商機點燃戰火。
 
軟性觸覺感測技術應用範圍
軟性觸覺感測技術應用範圍廣泛(圖二),不僅可符合工業級的應用,並且更能深入日常生活的應用,著重於人體生理訊號的監控。而感測範圍區分為超低壓力感測範圍(Ultra-low-pressure Range,壓力值≦1 Pa)、敏感型壓力感測範圍(Subtle-pressure Range,壓力值=1 Pa~1 kPa)、低壓力感測範圍(Low-pressure Range,壓力值=1 kPa~10 kPa)以及中壓力感測範圍(Me-dium-pressure Range,壓力值=10 kPa~100 kPa)。

在超低壓力感測範圍,主要應用於聲波震盪,例如麥克風與輔助性聽覺裝置,至於敏感型壓力感測範圍可涵蓋檢測生理敏感訊號變化或軟性觸控面板等。低壓力感測範圍著重於日常活動之生理訊號感測,例如感測手掌的握力大小或人體的血壓;中壓力感測範圍則強調作為身體生理訊號的檢測,例如人體體重或工業領域等應用。



圖二、軟性觸覺感測技術應用範圍
 
軟性觸覺感測技術之基板選擇
基板的材料為軟性觸覺感測元件之重要因子,傳統的壓力感測元件主要製作於硬質基板(Rigid Substrate)上,包含矽基板(Si Substrate)、氧化矽基板(SiO2 Substrate)及玻璃基板(Glass Substrate)等。以上所列之硬質基板因受限於基板為脆性材料,局部區域的過載應力敏感,不能靠微小的塑性變形來重新分布過載應力,無法符合軟性觸覺感測元件之需求。因此基板的選擇理想上應具有薄型化、可撓性與低表面粗糙度之特性,常見的基板材料如 PDMS、PET、PEN、PU 材料等。
 
PI 基板具有優秀的耐化性、絕緣性、低熱膨脹係數與高機械強度(圖三),因此適合於製程溫度要求性較高(>400˚C)之 LTPS-TFT AMOLED 面板。2015年 Visionox R&D Center 就發表將PI樹脂塗佈於玻璃基板上,接著於PI基板上形成的AMOLED元件,最後將製作於 PI 基板之 AMOLED元件於玻璃基板上取下。至於軟性觸覺感測部分,目前較無高溫基板之需求,且目前 PI 基板的成本雖高於 PET,但隨著後續整合面板設計之需求,PI 基板是良好的選擇。



圖三、PI基板製作LTPS-TFT AMOLED面板

軟性觸覺感測元件之類型
軟性觸覺感測元件著重在監控人體生理資訊感測、環境資料以及動作感知,而本文重點在於探討生理資訊感測部分,此感測元件是附著於人體皮膚並且需要長時間的配戴,所以具備有省電與薄型化特性顯得格外重要。至於運作模式,以蒐集或儲存資訊與簡易運算為主,較複雜的分析運算則傳輸至行動裝置進行。感測元件要具有省電的特性,元件設計朝向高訊號靈敏度、低反應時間、高解析度、低操作電壓與高穩定性等,透過電訊號監控人體活動行為,包含體溫、皮膚電阻抗、血壓、血氧、心電訊號與腦波等,而目前……以上為部分節錄資料,完整內容請見下方附檔。
 
作者:張志嘉、張凱銘 / 工研院顯示中心
★本文節錄自「工業材料雜誌」356期,更多資料請見下方附檔。

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