專利名稱：觸摸屏之內(nèi)的印刷式力傳感器的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明總體上涉及一種觸敏電子組件，并且更特別地涉及在觸摸屏之內(nèi)合并力傳感器。
背景技術(shù)：
為了使用戶能夠與現(xiàn)代電子設(shè)備進(jìn)行交互，這樣的設(shè)備通常包括一個(gè)或多個(gè)用戶可操縱的元件，所述一個(gè)或多個(gè)用戶可操縱的元件提供了用于將用戶輸入轉(zhuǎn)換成可由現(xiàn)代電子設(shè)備接收并處理的信號(hào)(通常為電信號(hào))的機(jī)制。這樣的用戶可操縱的元件可包括鍵盤、鼠標(biāo)、軌跡球、操縱桿、以及可通過有線或無線通信機(jī)制而通信地耦合到電子設(shè)備的其他類似設(shè)備。設(shè)計(jì)成輕巧且便攜式的在現(xiàn)代電子設(shè)備當(dāng)中流行的是諸如觸摸屏這樣的基于觸摸的用戶輸入接收器，該基于觸摸的用戶輸入接收器可以在相同或大致相同的區(qū)域之內(nèi)向用戶顯示視覺信息并且接收來自用戶的基于觸摸的輸入。常規(guī)地，將觸摸屏設(shè)計(jì)成在該區(qū)域中或靠近該區(qū)域所顯示的視覺信息或圖形元素的背景下接收并解釋用戶對(duì)觸摸屏的區(qū)域的觸摸。觸摸屏可以利用包括電阻、電容、紅外、表面聲波、以及其它類似機(jī)電機(jī)制的幾類機(jī)電機(jī)制中的任何一個(gè)來實(shí)現(xiàn)。例如，利用電阻機(jī)制實(shí)現(xiàn)的觸摸屏通常包括具有導(dǎo)電涂層的多個(gè)透明層，所述多個(gè)透明層在物理上是分離的使得當(dāng)用戶按下觸摸屏?xí)r，使得多個(gè)導(dǎo)電層彼此接觸，使電流在它們之間流動(dòng)，并且由此使感測(cè)機(jī)制能夠?qū)τ脩舻挠|摸進(jìn)行檢測(cè)。作為另一示例，利用表面聲波機(jī)制實(shí)現(xiàn)的觸摸屏通常包括至少一個(gè)層，由附接到該層的換能器生成的聲波通過所述至少一個(gè)層傳播。當(dāng)用戶觸摸該層時(shí)，聲能被吸收并且附接到該層的傳感器對(duì)這樣的變化進(jìn)行檢測(cè)，并且由此檢測(cè)用戶的觸摸。許多現(xiàn)代觸摸屏用包括自電容感測(cè)布置和互電容感測(cè)布置的電容機(jī)制來實(shí)現(xiàn)。用自電容感測(cè)布置實(shí)現(xiàn)的觸摸屏包括帶電電極和跡線中的至少一個(gè)層，使得當(dāng)用戶觸摸或者將其手指放置在非常接近觸摸屏?xí)r，來自帶電電極中的至少一個(gè)的電荷至少部分地轉(zhuǎn)移到用戶的手指，由此影響帶電電極的電容，并且因此使感測(cè)機(jī)制能夠?qū)τ脩舻挠|摸進(jìn)行檢測(cè)。用互電容感測(cè)布置實(shí)現(xiàn)的觸摸屏可以包括空間分離的且交叉的導(dǎo)電跡線的多個(gè)層，使得在每個(gè)交叉點(diǎn)處形成電容耦合節(jié)點(diǎn)。與用電容感測(cè)布置一樣，當(dāng)用戶觸摸或者將其手指放置在非常接近觸摸屏?xí)r，來自至少一個(gè)電容耦合節(jié)點(diǎn)的電荷至少部分地轉(zhuǎn)移到用戶的手指，這由于結(jié)果的電容改變而再次使感測(cè)機(jī)制能夠?qū)τ脩舻挠|摸進(jìn)行檢測(cè)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，量子隧穿復(fù)合材料或下述其他材料可位于集成到常規(guī)觸摸屏層中的力集中器之內(nèi)以提供對(duì)觸摸屏上的按壓或其它這樣的力的感測(cè)，所述其它材料可以隨著力施加到該材料上而展現(xiàn)出變化的電或磁性能。力集中器可以是延伸到常規(guī)觸摸屏中的層的層平面以外的突起。
在另一個(gè)實(shí)施例中，可至少部分地從印刷元件形成力集中器，所述印刷元件可以是作為用于生成觸摸屏的常規(guī)印刷工藝的一部分而印刷的?？赏ㄟ^通常利用的包括多遍印刷和厚度沉積印刷的印刷技術(shù)來對(duì)力集中器的突起量進(jìn)行調(diào)節(jié)。印刷元件可以可選地具有光學(xué)透明膠，所述光學(xué)透明膠層壓在它們之上使得光學(xué)透明膠也加到力集中器的突起上。在進(jìn)一步的實(shí)施例中，可以可選地預(yù)裝下述材料，以便在基本上線性反饋范圍內(nèi)操作，所述材料可以隨著力施加到它上而展現(xiàn)出變化的電或磁性能。這樣的基本上線性的反饋可以實(shí)現(xiàn)對(duì)施加到觸摸屏上的力的程度進(jìn)行檢測(cè)。在又一實(shí)施例中，感測(cè)機(jī)制可以被配置成在多個(gè)位置處檢測(cè)力的改變，由此使得能夠?qū)κ┘拥接|摸屏上的力進(jìn)行定位。替代地，為了節(jié)省成本，感測(cè)機(jī)制可被配置成對(duì)施加到觸摸屏上的力進(jìn)行檢測(cè)而不管位置。 提供了該發(fā)明內(nèi)容以便以簡化形式對(duì)在下面的具體實(shí)施方式
中進(jìn)一步描述的概念的選擇進(jìn)行介紹。該發(fā)明內(nèi)容并非旨在識(shí)別所要求的主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不是旨在用于對(duì)所要求的主題的范圍做出限制。根據(jù)以下參考附圖繼續(xù)進(jìn)行的詳細(xì)描述，附加特征和優(yōu)點(diǎn)將變得顯而易見。


當(dāng)結(jié)合附圖時(shí)可最佳地理解以下詳細(xì)描述，在附圖中圖I是具有集成力傳感器的示例性觸摸屏的立體圖；圖2是具有集成力傳感器的示例性觸摸屏的層圖；圖3是力集中器的示例性操作的層圖；圖4是合并了具有集成力傳感器的示例性觸摸屏的示例性電子設(shè)備的立體圖；以及圖5A和5B是兩個(gè)替代示例性按壓檢測(cè)布置的框圖。
具體實(shí)施例方式以下描述涉及將力傳感器集成到根據(jù)已知的多層觸摸屏技術(shù)進(jìn)行操作的觸摸屏之內(nèi)。該力傳感器可包括下述材料，所述材料可以隨著力施加到該材料上而展現(xiàn)出變化的電或磁性能，并且該力傳感器可進(jìn)一步包括取向在這樣的材料的相對(duì)側(cè)的兩個(gè)電極。力傳感器可進(jìn)一步包括諸如由電極和力敏材料所形成的可以是下述突起的力集中器，所述突起延伸到觸摸屏的層的層平面以外。力集中器可以用于吸收施加到觸摸屏上的所有力或者基本上所有力，由此使力轉(zhuǎn)移到力敏材料上。連接到該材料的電極可以使得檢測(cè)電路能夠?qū)υ摬牧系碾娀虼判阅艿娜魏胃淖冞M(jìn)行檢測(cè)，并且可以由此使得能夠?qū)τ|摸屏上的力進(jìn)行檢測(cè)。這里所描述的技術(shù)集中于對(duì)施加到諸如可以在無數(shù)現(xiàn)代電子設(shè)備中找到的常規(guī)多層觸摸屏上的力進(jìn)行檢測(cè)。然而，以下教導(dǎo)同樣適用于其上施加了作為輸入類型的力的任何多層物理輸入設(shè)備，并且因而下面的描述并不意味著將所列舉的實(shí)施例限定為所提及的具體設(shè)備、材料、或者物理環(huán)境。轉(zhuǎn)到圖1，示出了包括至少兩個(gè)層111和112的觸摸屏110。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知道的，諸如觸摸屏110的層111和112的觸摸屏的層可以包括可以使得觸摸屏110能夠?qū)τ|摸輸入進(jìn)行感測(cè)的機(jī)電元件。例如，如果觸摸屏110是電阻觸摸屏，則層111和112中的每一個(gè)是由導(dǎo)電材料組成的。施加到這樣的觸摸屏Iio的觸摸將導(dǎo)致層111和112彼此靠近地接觸該觸摸的位置，由此在兩個(gè)層之間建立新的導(dǎo)電路徑，并且因此提供了觸摸屏110可檢測(cè)觸摸的基礎(chǔ)。作為另一示例，如果觸摸屏110是互電容式觸摸屏，則諸如層111的層中的一個(gè)可以包括取向在一個(gè)方向上的電極，而諸如層112的另一層可以包括取向在交叉方向上的電極，由此在其交叉點(diǎn)處創(chuàng)建電容元件。施加到這樣的觸摸屏110上的觸摸將更改一個(gè)或多個(gè)電容交叉點(diǎn)處的電容并且由此將提供觸摸屏110可以檢測(cè)觸摸的基礎(chǔ)。
如圖I所提供的放大立體圖中所示，力傳感器120可集成到這樣的多層觸摸屏110中。力敏材料140可以是力傳感器120的一部分。特別地，力敏材料140可以是可隨著力的施加而展現(xiàn)出諸如變化的導(dǎo)電性的變化的電或磁性能的任何材料?？衫玫囊环N這樣的材料是其導(dǎo)電性隨著力施加到復(fù)合材料上而增大的量子隧穿復(fù)合材料。力傳感器120可另外包括電極130和150，電極130和150位于力敏材料140的相對(duì)側(cè)上使得電極130和150通過力敏材料140而電耦合。例如，如圖I所示，可使電極130沉積在層112上或者靠近層112。然后使力敏材料140至少部分地層壓在電極130的頂部，并且隨后使電極150至少部分地層壓在力敏材料140的頂部。在一個(gè)實(shí)施例中，可對(duì)電極130和電極150進(jìn)行調(diào)準(zhǔn)以基本上彼此重置在力敏材料140的相對(duì)側(cè)上。轉(zhuǎn)向圖2，示出了具有集成力傳感器的觸摸屏110的兩維橫截切片。更具體地說，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員所明白的，圖2描繪了當(dāng)觸摸屏110放在合并了這樣的觸摸屏的電子設(shè)備的殼體220上時(shí)觸摸屏110的邊緣的極度放大的橫斷面視圖。因此，圖2所示的層是觸摸屏110的基本上平面的元件，其三維形式在圖2所示的橫截面的方位上，將在該頁中延伸，并且延伸到該頁之外。除了觸摸屏110之外，圖2還示出了合并了觸摸屏110的電子設(shè)備的殼體220的一部分的橫截面以及顯示器210的一部分的橫截面。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知道的，顯示器210通常是合并了諸如觸摸屏110的觸摸屏的電子設(shè)備的一部分，并且通常取向使得由顯示器210提供給電子設(shè)備的用戶的視覺反饋與觸摸屏對(duì)準(zhǔn)，由此使得用戶能夠通過觸摸屏110與顯示器210所顯示的信息進(jìn)行交互。常規(guī)上，雖然不是要求的，但是諸如觸摸屏110的觸摸屏的頂層是玻璃層230或者可提供光學(xué)透明度、抗劃傷、以及對(duì)下面的層的保護(hù)措施的其他類似材料。光學(xué)透明膠240可用于將玻璃230連接并粘合到下層，諸如可包括提供了對(duì)觸摸屏110的觸摸感測(cè)能力的電或磁性元件的層，使得它不會(huì)負(fù)面地影響用戶感知由顯示器210呈現(xiàn)的視覺信息的能力。如上所述參考示例性層111和112，電或磁性元件可合并到觸摸屏110的至少一些層中，以使得觸摸屏能夠例如利用電阻或電容機(jī)制以對(duì)觸摸輸入進(jìn)行感測(cè)。常規(guī)上，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知道的，塑料或類似塑料的物質(zhì)可以用于承載諸如上面參考層111和112所描述的那些電或磁性元件或者另外為其提供支撐。在圖2的橫截面層圖中，聚對(duì)苯二甲酸乙二醇酯或“PET”材料250可提供該結(jié)構(gòu)或者可包括上面參考層111提及的電或磁性元件。因此，例如，如果觸摸屏110利用互電容技術(shù)，則上部PET250可包括上面參考層111描述的取向在一個(gè)方向上的電極。類似PET材料(S卩，下部PET 270)同樣可以提供該結(jié)構(gòu)并且可以包括上面關(guān)于層112提及的互補(bǔ)的電或磁性元件。因此，返回到互電容觸摸屏的示例，下部PET 270可包括取向在與上部PET 250的電極相交叉的方向上的電極，由此如上所述在其交叉點(diǎn)處提供了電容節(jié)點(diǎn)。
如先前所示，可經(jīng)由光學(xué)透明膠240將上部PET 250粘合到玻璃230。類似光學(xué)透明膠280可以用于將下部PET 270附接到下層。在圖2所示的觸摸屏110中，可經(jīng)由光學(xué)透明膠280將下部PET 270直接附接到殼體220，但是在其他實(shí)施例中，觸摸屏110的附加下層可集成在下部PET 270與殼體220之間。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，在層250和270中可利用除了 PET之外的材料以為這樣的層的相關(guān)電或磁性元件提供支撐和結(jié)構(gòu)。因此，下述機(jī)制既不要求利用PET層的觸摸屏，也并不意在將它們局限于利用PET層的觸摸屏。實(shí)際上，如將示出的，下述機(jī)制同樣適用于任何多層觸摸屏，而與用于檢測(cè)觸摸輸入的具體機(jī)制無關(guān)，并且與用于制造這樣的多層觸摸屏的特定材料無關(guān)?；氐綀D2，圖2將先前參考圖I所述的電極130示出為沉積并位于下部PET270上。 圖2將先前也參考圖I所述的力敏材料140示出為沉積并位于電極130的至少一部分之上，所述力敏材料140的電或磁性能隨著壓力施加到該材料上而改變。最后，圖2將先前也參考圖I所述的電極150示出為沉積并位于電極130和力敏材料140這兩者的至少一部分之上。在圖2所示的特定橫截面中，電極130、力敏材料140、以及電極150中一個(gè)可層壓在另一個(gè)的頂部。然而，由于圖2的兩維方面，無法圖示沿著與該頁正交的維度延伸的電極130和150的特定部分以及力敏材料140。特別地，如圖I所示，力敏材料140可延伸到電極130和150的邊界之外。類似地，如下面將進(jìn)一步描述的并且可從圖I看出的，電極130和150的一部分可以延伸通過力敏材料140以與類似于力傳感器120的其它力傳感器電率禹合在一起。由此，圖2所示的橫截面僅僅是指對(duì)觸摸屏110的各個(gè)元件的分層的特定方面的一般說明，所述觸摸屏110的各個(gè)元件包括集成力傳感器120的各個(gè)元件，諸如電極130和150以及力敏材料140。在一個(gè)實(shí)施例中，可以通過諸如利用導(dǎo)電或電阻油墨以形成電極130的印刷技術(shù)的常規(guī)電極印刷技術(shù)使電極130沉積在下部PET 270上。類似地，可以通過印刷手段使力敏材料140沉積在電極130的至少一部分上。例如，如果利用量子隧穿復(fù)合材料，則已知這樣的材料以油墨形式或者可按照與印刷電極130相似的方式而印刷的類似油墨汁形式是可用的。按照諸如通過使用導(dǎo)電或電阻油墨的相似印刷方式，還可使電極150沉積在力敏材料140和下部PET270上。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知道的，電極130和150的印刷以及力敏材料140的印刷可能不會(huì)導(dǎo)致圖2所示的剛性的明確界定的邊界，而是導(dǎo)致更彎的界定較不明確的邊界。印刷工藝的這樣的固有方面不會(huì)有害于力傳感器120的操作。另外，為了保持電極130和150之間諸如電絕緣的相關(guān)絕緣，可以使力敏材料140不但垂直地而且水平低沿著下部PET 270而沉積在電極130和150之間。包括電極130和150以及力敏材料140的力傳感器120可進(jìn)一步被光學(xué)透明膠260所覆蓋以將力傳感器120粘合到上部PET 250并且通過代用品(proxy)將下部PET 270粘合到上部PET 250上。在一個(gè)實(shí)施例中，諸如圖2所示，光學(xué)透明膠260可簡單地層壓在下部PET 270、電極130、力敏材料140、以及電極150之上。然而，在替代實(shí)施例中，可更精確地施加光學(xué)透明膠，諸如僅特別地施加到與上部PET 250相接觸并且因此可以粘合到上部PET 250上的力傳感器120的那些部分。雖然如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到圖2的層不是未按比例示出的，但是電極130、力敏材料140、電極150、以及光學(xué)透明膠260的層壓可以在力傳感器的區(qū)域中提供材料的加強(qiáng)，所述力傳感器可以創(chuàng)建從下部PET 270的層平面的突起，該突起在至少一些實(shí)例中朝著上部PET 250的方向延伸以超過不是同樣具有與力傳感器相對(duì)應(yīng)的層中的至少一些的其他區(qū)域。其結(jié)果是，施加到諸如玻璃230的觸摸屏的頂部上的任何向下壓力將首先使玻璃230和上層PET 250將增大的向下壓力施加到與由電極130、力敏材料140、電極150、以及光學(xué)透明膠260所形成的突起相重合的玻璃的一部分上。因此，該突起用作使施加到觸摸屏110上的力集中到該突起的元件上的力集中器，并且特別地是集中到力敏材料140 上。轉(zhuǎn)到圖3，如圖3中所描繪的，提供了對(duì)圖2的橫截面圖的簡化視圖以對(duì)力集中器310的力集中性能進(jìn)行更清楚地說明。因此，如圖所示，可將力320施加到觸摸屏110頂部上的某處，諸如玻璃表面230的一點(diǎn)上。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，玻璃表面230或任何其他材料用于觸摸屏110的頂部，很可能是在通過用戶諸如用手指在觸摸屏上向下 按壓所施加的這種力320之下變形微乎其微的材料。其結(jié)果是，力320可使觸摸屏110的上層按照基本上等同的方式向下移動(dòng)跨過整個(gè)觸摸屏表面或者基本上大半個(gè)觸摸屏表面。然而，響應(yīng)于力320，觸摸屏110的上層的向下運(yùn)動(dòng)可將非等同力330，335，340施加到下層上。特別地，如圖3中所示，力330和335可以是不存在的，或者實(shí)際上不存在的，因?yàn)榭赡懿淮嬖谶@樣的力330和335可作用的觸摸屏110的下層部分。如從圖3可見，當(dāng)諸如玻璃230和上部PET 250的觸摸屏110的上層響應(yīng)于力320而試圖在向下方向上移動(dòng)時(shí)，它們將首先接觸力集中器310。在當(dāng)觸摸屏110的上層已將向下的力340施加到力集中器310上時(shí)的這樣的時(shí)間，可能僅在會(huì)施加力330和335的觸摸屏的上層的那些部分下面存在間隙。因此，力集中器310用于使施加到觸摸屏110上的力320集中在力敏材料140上。特別地，如從圖3可見，電極130和150、力敏材料140、以及光學(xué)透明膠260創(chuàng)建了被識(shí)別為圖3中的力集中器310的突起，該突起延伸到觸摸屏110的下層的層平面之外。沒有在該突起或力集中器310之上的觸摸屏110的上層的區(qū)域與下層不接觸，并且其結(jié)果是，施加到例如觸摸屏110的玻璃230上的力320可使上層將成比例的力340施加到力集中器310上。與沒有在力集中器310之上的上層部分相對(duì)應(yīng)的力330和335可能沒有任何作用并且其結(jié)果是可能是不存在的。因而，施加到觸摸屏110上的力320可以基本上轉(zhuǎn)移到力集中器 310。將力施加到力集中器上可以使力敏材料140改變其電或磁性能。更具體地說，包括力集中器310 (即電極130和150、光學(xué)透明膠260、以及力敏材料140)的元件的力敏材料140可以是其性能可以受到施加到力集中器上的力的影響的唯一元件。在一個(gè)實(shí)施例中，將力340施加在力集中器310上可使力敏材料140的導(dǎo)電能力增大。量子隧穿復(fù)合材料是其導(dǎo)電性根據(jù)所施加的壓縮力的量而改變的材料的一個(gè)示例。諸如量子隧穿復(fù)合材料的可變導(dǎo)電材料可以使得能夠?qū)κ┘釉谟|摸屏110上的力進(jìn)行感測(cè)，因?yàn)檫@樣的可變導(dǎo)電性可使電極130可變地電耦合到電極150。更特別地，并且如在下面將進(jìn)一步描述的，在一個(gè)實(shí)施例中可以是可變導(dǎo)電材料的力敏材料140可使電極130與電極150電絕緣。隨著諸如由于力320施加到觸摸屏110上而使可變導(dǎo)電力敏材料140的導(dǎo)電性增大，電極130可能不再與電極150絕緣，并且實(shí)際上，可能降低了那兩個(gè)電極130和150之間通過力敏材料140的電耦合的阻抗。諸如下面將進(jìn)一步描述的，可以感測(cè)到電極130與電極150之間的電耦合的阻抗降低，并且因而可以用于對(duì)施加到觸摸屏110上的力320進(jìn)行檢測(cè)。在一個(gè)實(shí)施例中，可根據(jù)觸摸屏110的其他元件和其他層來選擇力集中器310的厚度，以提供從力集中器所伸出的層的層平面的適當(dāng)突起。例如，可通過諸如利用多遍以沉積力敏材料140或電極130和150的較厚量的普通印刷或沉積技術(shù)來對(duì)力敏材料140乃至電極130和150的厚度進(jìn)行調(diào)節(jié)。替代地，可改變光學(xué)透明膠260的厚度以對(duì)力集中器310的突起量進(jìn)行調(diào)節(jié)。例如，可施加多層光學(xué)透明膠260，或者一個(gè)層或多個(gè)層光學(xué)透明膠260的施加可限制于在電極130、力敏材料140、以及電極150中的一些或全部之上的區(qū)域，由此進(jìn)一步增大力集中器310從觸摸屏110的下層的層平面的突起量。諸如量子隧穿復(fù)合材料的一些力敏材料可以不與增大的施加力成比例地線性改變其電或磁性能。更具體地說，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知道的，當(dāng)將初始力施加到諸如力 敏材料140的可變導(dǎo)電材料時(shí)可能發(fā)生諸如從基本上的非導(dǎo)電狀態(tài)到導(dǎo)電狀態(tài)的初始改變。值得注意的是，這樣的轉(zhuǎn)變可以以不連續(xù)的或者另外非線性的方式出現(xiàn)。然而，除了這樣的初始轉(zhuǎn)變時(shí)段之外，施加附加力可能導(dǎo)致例如可變導(dǎo)電力敏材料140的導(dǎo)電性基本上線性變化或者另外基本上可預(yù)見的變化。因此，在一個(gè)實(shí)施例中，可預(yù)載力敏材料140，使得已將初始量的力施加到力敏材料140上，即使用戶沒有將任何力施加到觸摸屏110上。因此，例如，如果力敏材料140是諸如量子隧穿復(fù)合材料的可變導(dǎo)電材料，則預(yù)載可導(dǎo)致可變導(dǎo)電材料已在基本上線性或者另外基本上可預(yù)見的反饋范圍中操作。在這樣的實(shí)施例中，將力320施加到觸摸屏110上可導(dǎo)致所預(yù)載的可變導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性可預(yù)見的改變，由此使得感測(cè)系統(tǒng)能夠給予導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性的對(duì)應(yīng)改變來對(duì)所施加的力的量進(jìn)行檢測(cè)。通過對(duì)觸摸屏110的許多層進(jìn)行壓縮可以實(shí)現(xiàn)上述預(yù)載，使得力集中器310中的電極130和150之間的間距小于力敏材料140的靜息狀態(tài)厚度。例如，并且回頭參考圖2，可將觸摸屏110安裝在殼體220中，使得玻璃230和殼體220提供相關(guān)壓力以預(yù)載超出了靜息狀態(tài)厚度的力敏材料140。可將一個(gè)或多個(gè)上述力傳感器集成到諸如觸摸屏110的如在電子設(shè)備中安裝并使用的多層觸摸屏中。例如，轉(zhuǎn)到圖4，示出了包括觸摸屏110的示例性電子設(shè)備410。除了觸摸屏110之外，示例性電子設(shè)備410可包括其他輸入/輸出元件，諸如用于音頻輸出的揚(yáng)聲器460和用于音頻輸入的麥克風(fēng)470。不例性電子設(shè)備可封裝在殼體220中，在一個(gè)實(shí)施例中，所述殼體220可被配置成用提供支撐的殼體可以使觸摸屏110的一部分位于殼體220的頂部。特別地，如圖4所示，觸摸屏110的部分410可以與諸如顯示器210 (未示出)之上的視覺顯示區(qū)域相對(duì)應(yīng)。然而，觸摸屏Iio可延伸到可以超出部分410的邊界411，并且部分410與411之間的區(qū)域可容納諸如上面所詳細(xì)描述的那些的一個(gè)或多個(gè)力傳感器。因此，如圖2所示，圖4中所示的觸摸屏110的部分410與411之間的區(qū)域可以具有作為支撐的殼體220并且可容納上述集成力傳感器。示出了圖4的示例性電子設(shè)備410，其包括四個(gè)力傳感器，包括上面詳細(xì)描述的力傳感器120以及可以與力傳感器120相似的力傳感器420、421和422。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白的，在不脫離所提供的描述的情況下可將任何數(shù)目的力傳感器集成到觸摸屏中。在圖4所說明的示例中，示出了四個(gè)力傳感器120、420、421和422，其大約位于示例性電子設(shè)備410的四個(gè)角上，但是在其他實(shí)施例中，可以利用力傳感器的其他數(shù)量和定位。如在圖4的放大區(qū)域中所示的，力傳感器120可以包括上面詳細(xì)描述的電極130和150以及力敏材料140。如圖4所示,諸如通過沿著觸摸屏110的外圍延伸或者另外繼續(xù)延伸到可位于觸摸屏110下面的并且因而在圖4中未示出的一個(gè)或多個(gè)電路板或示例性電子設(shè)備410的其他類似組件上，電極130和150可以延伸到一個(gè)或多個(gè)其他力傳感器420、421 和 422。在一個(gè)實(shí)施例中，可以利用諸如力傳感器120、420、421和422的力傳感器來對(duì)用戶在觸摸屏Iio上的按壓輸入進(jìn)行檢測(cè)的電路或其他機(jī)制可以僅對(duì)這樣的輸入的存在性進(jìn)行檢測(cè)，而不管其在觸摸屏Iio的可視部分之內(nèi)的相對(duì)位置。轉(zhuǎn)到圖5A，示出了示例性按壓檢測(cè)布置510，其包括上述力傳感器120、420、421和422。如先前所示的并且如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將知道的，示例性按壓檢測(cè)布置510圖示了四個(gè)力傳感器，但是在不脫離所提供的描述的情況下在這樣的布置中可利用任何數(shù)目的力傳感器。示例性按壓檢測(cè)布置510進(jìn)一步包括電極130和150，在布置510中，所述電極130和150可使力傳感器120、420、421、422和任何其他力傳感器耦合到并行排列中的按壓檢測(cè)電路520。如先前所描述的，在一個(gè)實(shí)施例中，力敏材料140可以是諸如量子隧穿復(fù)合材料的可變導(dǎo)電材料，該可變導(dǎo)電材料可以在將力施加到觸摸屏110上時(shí)的導(dǎo)電狀態(tài)與在未將力施加到觸摸屏110上時(shí)的基本上非導(dǎo)電狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換。因而，在圖5A中，力傳感器120，420，421，422被圖示為可以在導(dǎo)電與基本上非導(dǎo)電狀態(tài)之間轉(zhuǎn)換的開關(guān)。如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，在圖5A的圖示布置中，在力傳感器120、420、421和422中的每一個(gè)處于基本上非導(dǎo)電狀態(tài)的情況下，幾乎沒有電流可以在電極130與電極150之間流動(dòng)。隨后，如果要將力320施加到觸摸屏110上，則作為施加力320的結(jié)果，力傳感器120、420、421和422中的至少一個(gè)可轉(zhuǎn)變到導(dǎo)電狀態(tài)，并且因此使得電流能夠在電極130與電極150之間流動(dòng)。通過按壓檢測(cè)電路520可對(duì)這樣的電流流動(dòng)進(jìn)行檢測(cè)，由此使得能夠?qū)α?20進(jìn)行檢測(cè)。由于示例性按壓檢測(cè)布置510的并行性質(zhì)，所以任何力傳感器從基本上非導(dǎo)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛旧蠈?dǎo)電狀態(tài)可能造成按壓檢測(cè)電路520對(duì)施加到觸摸屏110上的力320進(jìn)行檢測(cè)。因此，示例性按壓檢測(cè)布置510可能不能識(shí)別出從基本上非導(dǎo)電狀態(tài)轉(zhuǎn)變?yōu)榛旧蠈?dǎo)電狀態(tài)的特定力傳感器，并且其結(jié)果是可能不能檢測(cè)到觸摸屏110上的力320的大致位置。盡管如此，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將認(rèn)識(shí)到的，示例性按壓檢測(cè)布置510可以以簡單而廉價(jià)的方式來實(shí)現(xiàn)，并且在期望僅對(duì)力進(jìn)行檢測(cè)而不管其施加的情況下可提供成本最佳解決方案。然而，如果期望提供對(duì)觸摸屏110上的力320的大致位置的檢測(cè)，例如諸如如果示例性電子設(shè)備410的用戶接口可使用這樣的信息，則在一個(gè)實(shí)施例中可以利用諸如圖5B中所圖示的示例性按壓位置檢測(cè)布置550，而在另一實(shí)施例中，可結(jié)合諸如所述的那些的一個(gè)或多個(gè)力傳感器一起利用諸如上述電容機(jī)制的觸摸屏技術(shù)以進(jìn)一步有助于對(duì)力的大致位置的檢測(cè)。在圖5B中，示例性按壓位置檢測(cè)布置550可以包括力傳感器120、420、421和422，但是如先前所指示的，在不脫離所提供的描述的情況下示例性按壓位置檢測(cè)布置550 可同樣容納更少或更大數(shù)目的力傳感器。與示例性按壓檢測(cè)布置510相似，示例性按壓位置檢測(cè)布置550可以進(jìn)一步包括按壓檢測(cè)電路520，但是在示例性按壓位置檢測(cè)布置550中，這樣的按壓檢測(cè)電路520可以包括時(shí)間采樣微控制器560或其他類似電或磁設(shè)備。在圖5B的示例性按壓位置檢測(cè)布置550中將力傳感器120、420、421和422中的每一個(gè)示出為獨(dú)立地電連接到時(shí)間采樣微控制器560。因此，力傳感器120可經(jīng)由電極130電連接到時(shí)間采樣微控制器560，而其它力傳感器420、421和422分別經(jīng)由電極530、531和532獨(dú)立地電連接。力傳感器120的電極150可以是與其它力傳感器420、421和422連接在一起的公共電極。在各種實(shí)施例中，公共電極150可以連接到地、參考電壓、或某個(gè)其他公共連接，并且同樣可以取決于如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白的所選時(shí)間采樣微控制器560的設(shè)計(jì)而連接到時(shí)間采樣微控制器560的適當(dāng)輸入。
在示例性按壓位置檢測(cè)布置550中將力傳感器120、420、421和422示出為可變電阻，因?yàn)槿缟厦嫠敿?xì)描述的，可預(yù)載力敏材料140，以在基本上線性范圍中操作，并且如果使用諸如量子隧穿復(fù)合材料的可變導(dǎo)電材料，則可以將對(duì)施加到觸摸屏110上的力320做出響應(yīng)的這樣的可變導(dǎo)電性建模為可變電阻。在一個(gè)實(shí)施例中，時(shí)間米樣微控制器560可以定期地測(cè)量力傳感器120、420、421和422的電阻值，或者更具體地說，定期地測(cè)量單獨(dú)力傳感器120、420、421和422的可變導(dǎo)電力敏材料140的電阻值。這樣的測(cè)量可以參考其電阻值事先已知的內(nèi)部或外部“參考電阻”而進(jìn)行。當(dāng)將諸如圖3所示的力320的力施加到觸摸屏110時(shí)，如上面所詳細(xì)描述的，一個(gè)或多個(gè)單獨(dú)力傳感器120、420、421和422的可變導(dǎo)電力敏材料140可改變其導(dǎo)電性。在對(duì)力傳感器120、420、421和422的電阻值的一個(gè)或多個(gè)定期測(cè)量期間，時(shí)間采樣微控制器560可對(duì)這樣的改變進(jìn)行檢測(cè)并且其結(jié)果是，可確定出正將力320施加到觸摸屏110上。然而，將諸如圖3的力320的力施加到觸摸屏110上，同時(shí)它經(jīng)由諸如力集中器310的與觸摸屏110的另一部分相對(duì)的力集中器而轉(zhuǎn)移到力傳感器，但是它不需要同樣地轉(zhuǎn)移到每個(gè)力傳感器。反而，如本領(lǐng)域普通技術(shù)人員將明白的，最靠近施加到觸摸屏110上的力的位置的一個(gè)或多個(gè)力傳感器很可能經(jīng)由其相應(yīng)力集中器接收大部分施加力。其結(jié)果是，與物理上遠(yuǎn)離施加力的其它力傳感器的導(dǎo)電性相比，其導(dǎo)電性很可能受到更大改變。因此，通過對(duì)力傳感器120、420、421和422中的每一個(gè)的單獨(dú)阻抗進(jìn)行監(jiān)視，并且通過對(duì)它們當(dāng)中的變化進(jìn)行檢測(cè)，時(shí)間采樣微控制器560可提供下述信息，所述信息不僅指示存在施加到觸摸屏110上的力，而且還指示施加這樣的力的觸摸屏110的可能區(qū)域。如先前所指示的，這樣的信息可能已經(jīng)對(duì)觸摸屏機(jī)制本身所提供的位置信息進(jìn)行補(bǔ)充。從上面描述可見，已經(jīng)提出了用于對(duì)施加到觸摸屏上的力進(jìn)行檢測(cè)的機(jī)制。鑒于這里所述的主題的許多可能變化，我們要求作為我們的發(fā)明的所有這樣的實(shí)施例可以處于以下權(quán)利要求以及其等同物的范圍之內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種集成到多層觸摸屏中的力傳感器，所述力傳感器包括 可變導(dǎo)電材料，所述可變導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性根據(jù)施加到所述可變導(dǎo)電材料的壓縮力的量而改變； 第一電極，所述第一電極位于所述可變導(dǎo)電材料的第一側(cè)上并且在所述可變導(dǎo)電材料與所述多層觸摸屏的第一層之間；以及 第二電極，所述第二電極位于與所述可變 導(dǎo)電材料的所述第一側(cè)相對(duì)的所述可變導(dǎo)電材料的第二側(cè)上并且在所述可變導(dǎo)電材料與基本上與所述第一層平行的所述多層觸摸屏的第二層之間； 其中所述可變導(dǎo)電材料、所述第一電極、和所述第二電極形成從所述第二層的層平面的突起，所述突起朝著所述第一層的方向延伸。
2.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力傳感器，其中，在所述多層觸摸屏的所述第一層與所述多層觸摸屏的所述第二層之間的光學(xué)透明膠也層壓在所述第一電極、所述可變導(dǎo)電材料、和所述第二電極之上；并且其中進(jìn)一步從所述第二層的所述層平面朝著所述第一層的方向延伸的突起進(jìn)一步由層壓在所述第一電極、所述可變導(dǎo)電材料、和所述第二電極上的所述光學(xué)透明膠形成。
3.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力傳感器，其中，所述第一電極導(dǎo)電性地連接到另一力傳感器的另一第一電極，并且其中所述第二電極導(dǎo)電性地連接到所述另一力傳感器的另一第二電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力傳感器，其中，所述多層觸摸屏的所述第一層與所述多層觸摸屏的所述第二層之間的間隔小于結(jié)合了所述第一和第二電極的厚度的所述可變導(dǎo)電材料的靜息狀態(tài)厚度。
5.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力傳感器，其中，所述可變導(dǎo)電材料是量子隧穿復(fù)合材料。
6.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力傳感器，其中，所述多層觸摸屏是基于互電容的觸摸屏，所述基于互電容的觸摸屏具有包括第一集合的電極的所述第一層以及包括與所述第一集合的電極相交叉的第二集合的電極的所述第二層，使得每個(gè)交叉點(diǎn)形成所述基于互電容的觸摸屏的電容元件。
7.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力傳感器，其中，所述力傳感器在所述多層觸摸屏的外圍處集成到所述多層觸摸屏中。
8.根據(jù)權(quán)利要求I所述的力傳感器，其中，所述突起使施加到所述第一層和所述第二層中的至少一個(gè)上的力集中到所述可變導(dǎo)電材料上，由此影響所述第一電極與所述第二電極的可變導(dǎo)電材料的導(dǎo)電耦合。
9.一種制造具有至少一個(gè)集成力傳感器的多層觸摸屏的方法，所述方法包括步驟 使第一電極沉積在所述多層觸摸屏的第一層上； 使可變導(dǎo)電材料沉積在所述第一電極的至少一部分的頂部上，所述可變導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性根據(jù)施加到所述可變導(dǎo)電材料的壓縮力的量而改變； 使第二電極沉積在所述可變導(dǎo)電材料的至少一部分的頂部上，使得所述第二電極的至少一部分在所述可變導(dǎo)電材料的與所述第一電極相對(duì)的側(cè)上；以及 使所述多層觸摸屏的第二層層壓在所述第二電極的頂部上。
10.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括步驟使光學(xué)透明膠層壓在所述多層觸摸屏的第一層的至少一部分之上并且層壓在所述第一電極、所述可變導(dǎo)電材料、和所述第二電極的至少一部分之上，使得所述光學(xué)透明膠在所述多層觸摸屏的所述第一層與所述第二層的至少一部分之間，并且使得所述光學(xué)透明膠還在所述第二層與所述第一電極、所述可變導(dǎo)電材料、和所述第二電極的至少一部分之間。
11.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，進(jìn)一步包括步驟將壓力施加到所述多層觸摸屏的所述第二層上，以便最終制造具有在靜息狀態(tài)之外所壓縮的所述可變導(dǎo)電材料的所述多層觸摸屏。
12.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，所述可變導(dǎo)電材料是量子隧穿復(fù)合材料。
13.根據(jù)權(quán)利要求9所述的方法，其中，使所述第一電極沉積在所述第一層上包括使所述第一電極在所述第一層的外圍附近沉積在所述第一層上。
14.一種能夠區(qū)分觸摸輸入與按壓輸入的電子設(shè)備,所述電子設(shè)備包括 觸摸檢測(cè)電路，用于識(shí)別所述觸摸輸入； 按壓檢測(cè)電路，用于識(shí)別所述按壓輸入；以及 多層觸摸屏，用于接收所述觸摸輸入，所述多層觸摸屏包括第一層、基本上與所述第一層平行的第二層、以及用于接收所述按壓輸入的至少一個(gè)集成力傳感器，所述至少一個(gè)集成力傳感器位于所述第一層與所述第二層之間并且形成從所述第二層的層平面朝著所述第一層的方向延伸的突起，所述至少一個(gè)集成力傳感器包括可變導(dǎo)電材料，所述可變導(dǎo)電材料的導(dǎo)電性根據(jù)施加到所述可變導(dǎo)電材料的壓縮力的量而改變；第一電極，所述第一電極位于所述可變導(dǎo)電材料的第一側(cè)上并且在所述可變導(dǎo)電材料與所述多層觸摸屏的所述第一層之間；以及第二電極，所述第二電極位于與所述可變導(dǎo)電材料的第一側(cè)相對(duì)的所述可變導(dǎo)電材料的第二側(cè)上并且在所述可變導(dǎo)電材料與所述多層觸摸屏的第二層之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子設(shè)備，其中，所述按壓輸入將力提供到所述第一層和所述第二層中的至少一個(gè)上，所提供的力通過所述至少一個(gè)集成力傳感器的突起而集中到所述可變導(dǎo)電材料上，并且由此影響所述第一電極與所述第二電極的可變導(dǎo)電材料的導(dǎo)電耦合；并且其中進(jìn)一步對(duì)所述導(dǎo)電耦合的影響能由所述按壓檢測(cè)電路檢測(cè)。
16.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子設(shè)備，其中，所述多層觸摸屏進(jìn)一步包括光學(xué)透明膠，所述光學(xué)透明膠層壓在所述第二層和所述至少一個(gè)集成力傳感器上，使得所述光學(xué)透明膠在所述第一層與所述第二層之間并且在所述第一層與所述至少一個(gè)集成力傳感器之間。
17.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子設(shè)備，其中，所述多層觸摸屏進(jìn)一步包括至少兩個(gè)集成力傳感器，其中所述至少兩個(gè)集成力傳感器中的第一集成力傳感器的第一電極導(dǎo)電性地連接到所述至少兩個(gè)集成力傳感器中的第二集成力傳感器的第一電極，并且所述至少兩個(gè)集成力傳感器中的所述第一集成力傳感器的第二電極導(dǎo)電性地連接到所述至少兩個(gè)集成力傳感器中的所述第二集成力傳感器的第二電極，并且其中進(jìn)一步所述按壓檢測(cè)電路通過對(duì)所述至少兩個(gè)集成力傳感器的組合導(dǎo)電性的改變進(jìn)行檢測(cè)來識(shí)別所述按壓輸入。
18.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子設(shè)備，其中，所述多層觸摸屏進(jìn)一步包括至少兩個(gè)集成力傳感器，其中所述至少兩個(gè)集成力傳感器中的第一集成力傳感器的第一電極導(dǎo)電性地連接到所述按壓檢測(cè)電路，所述按壓檢測(cè)電路與也導(dǎo)電性地連接到所述按壓檢測(cè)電路的所述至少兩個(gè)集成力傳感器中的第二集成力傳感器的第一電極相分離，并且其中進(jìn)一步所述按壓檢測(cè)電路通過對(duì)所述至少兩個(gè)集成力傳感器中的至少一個(gè)的單獨(dú)導(dǎo)電性的改變進(jìn)行檢測(cè)來識(shí)別所述按壓輸入。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的電子設(shè)備，其中，所述按壓檢測(cè)電路包括時(shí)間采樣微控制器，所述時(shí)間采樣微控制器用于對(duì)所述至少兩個(gè)集成力傳感器中的至少一個(gè)集成力傳感器的單獨(dú)導(dǎo)電性的改變進(jìn)行檢測(cè)。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的電子設(shè)備，其中，所述多層觸摸屏的所述第一層與所述多層觸摸屏的所述第二層之間的間隔小于結(jié)合了所述第一和第二電極的厚度的所述可變導(dǎo)電材料的靜息狀態(tài)厚度。
全文摘要
量子隧穿復(fù)合材料或其他材料可位于集成到常規(guī)觸摸屏層中的力集中器之內(nèi)以對(duì)施加在觸摸屏上的力進(jìn)行感測(cè)，所述其他材料隨著該材料上的力增大而展現(xiàn)出變化的電或磁性能。力集中器可以是從常規(guī)觸摸屏中的層的層平面的突起，并且可以至少部分地由印刷元件形成。通過多遍印刷和較厚的沉積印刷可對(duì)力集中器的突起量進(jìn)行調(diào)節(jié)。力集中器還可具有層壓在它之上的光學(xué)透明膠?？蛇x擇性地預(yù)載力敏材料，以便在基本上線性反饋范圍內(nèi)操作。感測(cè)機(jī)制可以被配置成在多個(gè)位置處對(duì)力的改變進(jìn)行檢測(cè)，或者對(duì)力的施加進(jìn)行檢測(cè)而與位置無關(guān)。
文檔編號(hào)G06F3/044GK102640093SQ201080035858
公開日2012年8月15日 申請(qǐng)日期2010年7月20日 優(yōu)先權(quán)日2009年8月12日
發(fā)明者大衛(wèi)·克蘭菲爾, 祖賓·帕里克 申請(qǐng)人:摩托羅拉移動(dòng)公司