CN107533405B - 采用力感测的集成显示装置和感测装置 - Google Patents

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Abstract

具有输入表面的示例集成显示装置和电容感测装置包括多个传感器电极。多个传感器电极的每个包括配置用于显示更新和电容感测的至少一个公共电极。该装置还包括至少一个导电电极，其中多个传感器电极设置在输入表面与至少一个导电电极之间，并且其中多个传感器电极配置成朝导电电极偏转。该装置还包括处理系统，其耦合到多个传感器电极，配置成检测多个传感器电极的至少一部分的绝对电容的变化，并且基于绝对电容的变化来确定输入物体的力信息。

Description

采用力感测的集成显示装置和感测装置
技术领域
本公开的实施例一般涉及电容感测，以及更具体来说涉及采用力感测的集成显示装置和感测装置。
背景技术
包括接近传感器装置(通常又称作触摸板或触摸传感器装置)的输入装置广泛用于多种电子系统中。接近传感器装置通常包括常常通过表面来区分的感测区，其中接近传感器装置确定一个或多个输入物体的存在、位置和/或运动。接近传感器装置可用来提供电子系统的接口。例如，接近传感器装置常常用作较大计算系统的输入装置(例如笔记本或台式计算机中集成的或者作为其外设的不透明触摸板)。接近传感器装置还常常用于较小计算系统中(例如蜂窝电话中集成的触摸屏)。
发明内容
描述用于集成显示和电容感测装置中的力感测的技术。在一实施例中，具有输入表面的集成显示装置和电容感测装置包括多个传感器电极。多个传感器电极的每个包括配置用于显示更新和电容感测的至少一个公共电极。该装置还包括至少一个导电电极，其中多个传感器电极设置在输入表面与至少一个导电电极之间，并且其中多个传感器电极配置成朝导电电极偏转。该装置还包括处理系统，其耦合到多个传感器电极，配置成检测多个传感器电极的至少一部分的绝对电容的变化，并且基于绝对电容的变化来确定输入物体的力信息。
在另一个实施例中，用于具有输入表面的集成显示装置和电容感测装置的处理系统包括传感器模块，其包括配置成操作多个传感器电极的传感器电路，多个传感器电极的每个包括配置用于显示更新和电容感测的至少一个公共电极。处理系统还包括处理模块，其耦合到传感器电路，配置成检测多个传感器电极的至少一部分的绝对电容的变化，并且基于绝对电容的变化来确定输入物体的力信息，其中多个传感器电极设置在输入表面与至少一个导电电极之间，并且其中多个传感器电极配置成朝导电电极偏转。
在另一个实施例中，一种操作具有输入表面的集成显示装置和电容感测装置的方法包括操作多个传感器电极以用于电容感测，多个传感器电极的每个包括配置用于显示更新和电容感测的至少一个公共电极，其中多个传感器电极设置在输入表面与至少一个导电电极之间，并且其中多个传感器电极配置成朝导电电极偏转。该方法还包括检测多个传感器电极的至少一部分的绝对电容的变化。该方法还包括基于绝对电容的变化来确定输入物体的力信息，力使多个传感器电极的至少一部分朝至少一个电极(其设置在多个传感器电极下方并且与多个传感器电极间隔开)偏转。
附图说明
为了能够详细了解本发明的上述特征的方式，可参照实施例进行以上概述的对本发明的更具体描述，在附图中示出实施例的一部分。但是要注意，附图仅示出本发明的典型实施例，并且因此不是要被理解为限制其范围，因为本发明可容许其他同样有效的实施例。
图1是按照本文所述的一个实施例的示范输入装置的框图。
图2A-2B示出按照本文所述实施例的感测元件的示范图案的部分。
图3是示出按照一实施例的输入装置的截面的框图。
图4是示出按照一实施例的显示单元的截面的框图。
图5是示出按照另一个实施例的输入装置的截面的框图。
图6是示出按照一实施例、由输入物体施加到输入装置的力的示意截面。
图7是在给定外加力的情况下的图6的输入装置的顶视图。
图8是示出按照一实施例、操作集成显示装置和电容感测装置的方法的流程图。
为了便于理解，相同的参考标号在可能的情况下用于表示附图共同的相同元件。预期一个实施例中公开的元件可有利地用于其他实施例而无需具体说明。这里所参照的附图不应当被理解为按比例绘制，除非另加说明。另外，附图通常经过简化，并且为了呈现和说明的清楚起见而省略细节或组件。附图和论述用于说明以下所述的原理，其中相似标号表示相似元件。
具体实施方式
图1是按照本发明的实施例的示范输入装置100的框图。输入装置100可配置成向电子系统(未示出)提供输入。如本文档所使用的术语“电子系统”(或“电子装置”)广义地表示能够电子地处理信息的任何系统。电子系统的一些非限制性示例包括所有尺寸和形状的个人计算机，例如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板、万维网浏览器、电子书阅读器和个人数字助理(PDA)。附加示例电子系统包括合成输入装置，例如包括输入装置100和独立操纵杆或按键开关的物理键盘。其他示例电子系统包括诸如数据输入装置(包括遥控和鼠标)和数据输出装置(包括显示屏幕和打印机)之类的外围设备。其他示例包括远程终端、售货亭和视频游戏机(例如视频游戏控制台、便携游戏装置等)。其他示例包括通信装置(包括蜂窝电话，如智能电话)和媒体装置(包括记录器、编辑器和播放器，如电视机、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机)。另外，电子系统可能是输入装置的主机或从机。
输入装置100能够实现为电子系统的物理部分，或者能够与电子系统在物理上分隔。适当地，输入装置100可使用下列的任一个或多个与电子系统的部件进行通信：总线、网络和其他有线或无线互连。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙、RF和IRDA。
图1中，输入装置100示为接近传感器装置(又常常称作“触摸板”或“触摸传感器装置”)，配置成感测由一个或多个输入物体140在感测区120中提供的输入，如图1所示。
感测区120包含输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，其中输入装置100能够检测用户输入(例如由一个或多个输入物体140所提供的用户输入)。特定感测区的尺寸、形状和位置可逐个实施例极大地改变。在一些实施例中，感测区120沿一个或多个方向从输入装置100的表面延伸到空间中，直到信噪比阻止充分准确的物体检测。在各个实施例中，这个感测区120沿特定方向所延伸的距离可以是大约小于一毫米、数毫米、数厘米或者以上的量级，并且可随所使用的感测技术的类型和预期的精度而极大地改变。因此，一些实施例感测包括没有与输入装置100的任何表面相接触、与输入装置100的输入表面(例如触摸表面)相接触、与耦合某个量的外加力或压力的输入装置100的输入表面相接触和/或它们的组合的输入。在各个实施例中，可由传感器电极所在的壳体的表面、由涂覆在传感器电极或者任何壳体之上的面板等来提供输入表面。在一些实施例中，感测区120在投影到输入装置100的输入表面时具有矩形形状。
输入装置100可利用传感器组件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。输入装置100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为若干非限制性示例，输入装置100可使用电容、倒介电、电阻、电感、磁、声、超声和/或光学技术。
一些实现配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维的空间的图像。一些实现配置成提供沿特定轴或平面的输入的投影。
在输入装置100的一些电容实现中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入物体引起电场的变化，并且产生电容耦合的可检测变化，其可作为电压、电流等的变化来检测。
一些电容实现利用电容感测元件的阵列或者其他规则或不规则图案来创建电场。在一些电容实现中，独立感测元件可欧姆地短接在一起，以形成较大传感器电极。一些电容实现利用电阻片，其可以是电阻均匀的。
一些电容实现利用基于传感器电极与输入物体之间的电容耦合的变化的“自电容”(或“绝对电容”)感测方法。在各个实施例中，传感器电极附近的输入物体改变传感器电极附近的电场，因而改变所测量电容耦合。在一个实现中，绝对电容感测方法通过相对参考电压(例如系统地)来调制传感器电极以及通过检测传感器电极与输入物体之间的电容耦合进行操作。
一些电容实现利用基于传感器电极之间的电容耦合的变化的“互电容”(或“跨电容”)感测方法。在各个实施例中，传感器电极附近的输入物体改变传感器电极之间的电场，因而改变所测量电容耦合。在一个实现中，跨电容感测方法通过下列步骤进行操作：检测一个或多个发射器传感器电极(又称作“发射器电极”或“发射器”)与一个或多个接收器传感器电极(又称作“接收器电极”或“接收器”)之间的电容耦合。发射器传感器电极可相对于参考电压(例如系统地)来调制，以传送发射器信号。接收器传感器电极可相对于参考电压基本上保持为恒定，以促进所产生信号的接收。所产生信号可包括与一个或多个发射器信号和/或与一个或多个环境干扰源(例如其他电磁信号)对应的(一个或多个)影响。传感器电极可以是专用发射器或接收器，或者可配置成既传送又接收。
在图1中，处理系统110示为输入装置100的组成部分。处理系统110配置成操作输入装置100的硬件以检测感测区120中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路(IC)的部分或全部和/或其他电路组件。例如，互电容传感器装置的处理系统可包括：发射器电路，配置成采用发射器传感器电极来传送信号；和/或接收器电路，配置成采用接收器传感器电极来接收信号。在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，例如固件代码、软件代码等。在一些实施例中，组成处理系统110的组件共同位于例如输入装置100的(一个或多个)感测元件的附近。在其他实施例中，处理系统110的组件在物理上是独立的，其中一个或多个组件靠近输入装置100的(一个或多个)感测元件，而一个或多个组件在其他位置。例如，输入装置100可以是耦合到台式计算机的外设，并且处理系统110可包括配置成运行于台式计算机的中央处理器上的软件以及与中央处理器分隔的一个或多个IC(也许具有关联固件)。作为另一个示例，输入装置100可在物理上集成到电话中，并且处理系统110可包括作为电话的主处理器的一部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入装置100。在其他实施例中，处理系统110还执行其他功能，例如操作显示屏幕、驱动触觉致动器等。
处理系统110可实现为操控处理系统110的不同功能的一组模块。各模块可包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或者其组合。在各个实施例中，可使用模块的不同组合。示例模块包括：硬件操作模块，用于操作诸如传感器电极和显示屏幕之类的硬件；数据处理模块，用于处理诸如传感器信号和位置信息之类的数据；以及报告模块，用于报告信息。其他示例模块包括：传感器操作模块，配置成操作感测元件以检测输入；识别模块，配置成识别例如模式变更手势等的手势；以及模式变更模块，用于变更操作模式。
在一些实施例中，处理系统110直接通过引起一个或多个动作来响应感测区120中的用户输入(或者没有用户输入)。示例动作包括变更操作模式以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其他功能之类的GUI动作。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部分(例如向电子系统中与处理系统110分隔的中央处理系统，若这种独立中央处理系统存在的话)提供与输入(或者没有输入)有关的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部分处理从处理系统110所接收的信息以便对用户输入起作用，例如促进全系列的动作，包括模式变更动作和GUI动作。
例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入装置100的(一个或多个)感测元件以便产生指示感测区120中的输入(或者没有输入)的电信号。处理系统110可在产生提供给电子系统的信息中对电信号执行任何适当量的处理。例如，处理系统110可数字化从传感器电极所得到的模拟电信号。作为另一个示例，处理系统110可执行滤波或者其他信号调节。作为又一个示例，处理系统110可减去或者以其他方式考虑基准，使得信息反映电信号与基准之间的差。作为又一些示例，处理系统110可确定位置信息，将输入识别为命令，识别笔迹等。
如本文所使用的“位置信息”广义地包含绝对位置、相对位置、速度、加速度和其他类型的空间信息。示范“零维”位置信息包括近/远或接触/无接触信息。示范“一维”位置信息包括沿轴的位置。示范“二维”位置信息包括平面中的运动。示范“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。其他示例包括空间信息的其他表示。还可确定和/或存储与一种或多种类型的位置信息有关的历史数据，包括例如随时间来跟踪位置、运动或者瞬时速度的历史数据。
在一些实施例中，输入装置100采用由处理系统110或者由一些其它的处理系统所操作的附加输入组件来实现。这些附加输入组件可提供用于感测区120中的输入的冗余功能性或者某些其他功能性。图1示出感测区120附近的能够用于促进使用输入装置100来选择项目的按钮130。其他类型的附加输入组件包括滑块、球、轮、开关等。相反，在一些实施例中，输入装置100可以在没有其他输入组件的情况下实现。
在一些实施例中，输入装置100包括触摸屏界面，并且感测区120重叠显示屏幕的工作区的至少一部分。例如，输入装置100可包括覆盖显示屏幕、基本上透明的传感器电极，并且提供用于关联电子系统的触摸屏界面。显示屏幕可以是能够向用户显示可视界面的任何类型的动态显示器，并且可包括任何类型的发光二极管(LED)、有机LED(OLED)、阴极射线管(CRT)、液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光(EL)或者其他显示技术。输入装置100和显示屏幕可共享物理元件。例如，一些实施例可将相同电组件的某些用于显示和感测。作为另一个示例，显示屏幕可部分或全部由处理系统110来操作。
应当理解，虽然在全功能设备的上下文中描述本发明的许多实施例，但是本发明的机制能够作为各种形式的程序产品(例如软件)来分发。例如，本发明的机制可作为电子处理器可读的信息承载介质上的软件程序来实现和分发(例如，处理系统110可读的非暂时计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质)。另外，本发明的实施例是同等适用的，其与用于执行分发的介质的特定类型无关。非暂时的电子可读介质的示例包括各种光盘、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可基于闪存、光、磁、全息或者任何其他存储技术。
图2A示出按照一些实施例的感测元件的示范图案的一部分。为了说明和描述的清楚起见，图2A示出按照简单矩形图案的感测元件而没有示出各种组件(例如感测元件与处理系统110之间的各种互连)。电极图案250A包括第一多个传感器电极260(260-1、260-2、260-3、…260-n)以及第二多个传感器电极270(270-1、270-2、270-3、…270-m)(其设置在第一多个电极260之上)。在所示的示例中，n＝m＝4，但是一般来说，n和m各为正整数并且不一定彼此相等。在各个实施例中，第一多个传感器电极260作为多个发射器电极来操作(具体称作“发射器电极260”)，以及第二多个传感器电极270作为多个接收器电极来操作(具体称作“接收器电极270”)。在另一个实施例中，一批多个传感器电极可配置成进行传送和接收，并且另一批多个传感器电极也可配置成进行传送和接收。此外，处理系统110采用第一和/或第二多个传感器电极的一个或多个传感器电极来接收所产生信号，而一个或多个传感器电极采用绝对电容感测信号来调制。第一多个传感器电极260、第二多个传感器电极270或者两者能够设置在感测区120中。电极图案250A能够耦合到处理系统110。
第一多个电极260和第二多个电极270通常相互欧姆地隔离。也就是说，一个或多个绝缘体分隔第一多个电极260和第二多个电极270，并且防止它们相互电短接。在一些实施例中，第一多个电极260和第二多个电极270通过设置在位于跨接区上的它们之间的绝缘材料来分隔；在这类构造中，第一多个电极260和/或第二多个电极270能够采用连接同一电极的不同部分的跳线来形成。在一些实施例中，第一多个电极260和第二多个电极270通过一层或多层绝缘材料来分隔。在这类实施例中，第一多个电极260和第二多个电极270能够设置在公共衬底的独立层上。在一些其他实施例中，第一多个电极260和第二多个电极270通过一个或多个衬底来分隔；例如，第一多个电极260和第二多个电极270能够设置在同一衬底的相对侧上或者设置在层压在一起的不同衬底上。在一些实施例中，第一多个电极260和第二多个电极270能够设置在单个衬底的同一侧上。
第一多个传感器电极260和第二多个传感器电极270之间的定域电容耦合的区域可形成“电容图像”的“电容像素”。第一多个传感器电极260与第二多个传感器电极270之间的电容耦合随感测区120中的输入物体的接近和运动而变化。此外，在各个实施例中，第一多个传感器电极260和第二多个传感器电极270的每个与输入物体之间的定域电容耦合可称作“电容图像”的“电容像素”。在一些实施例中，第一多个传感器电极260和第二多个传感器电极270的每个与输入物体之间的定域电容耦合可称作“电容轮廓”的“电容测量”。
处理系统110能够包括具有传感器电路204的传感器模块208。传感器模块208操作电极图案250A，利用具有感测频率的电容感测信号来接收来自电极图案中的电极的所产生信号。处理系统110能够包括处理模块220，其配置成从所产生信号来确定电容测量。处理模块220能够包括处理器电路222，例如数字信号处理器(DSP)、微处理器等。处理模块220能够包括软件和/或固件，其配置用于供处理器电路222来运行以实现本文所述功能。备选地，处理器模块220的功能的部分或全部能够完全通过硬件(例如使用集成电路)来实现。处理模块220能够跟踪电容测量的变化，以检测感测区120中的(一个或多个)输入物体。处理系统110能够包括其他模块化配置，以及由传感器模块208和处理模块220所执行的功能一般能够由处理系统110中的一个或多个模块或电路来执行。处理系统110能够包括其他模块和电路，并且能够执行如以下一些实施例中所述的其他功能。
处理系统110能够工作在绝对电容感测模式或者跨电容感测模式。在绝对电容感测模式中，传感器电路204中的(一个或多个)接收器测量电极图案250A中的(一个或多个)传感器电极上的电压、电流或电荷，同时(一个或多个)传感器电极采用绝对电容感测信号来调制以生成所产生信号。处理模块220从所产生信号来生成绝对电容测量。处理模块220能够跟踪绝对电容测量的变化以检测感测区120中的(一个或多个)输入物体。
在跨电容感测模式中，传感器电路204中的(一个或多个)发射器采用电容感测信号(在跨电容感测模式中又称作发射器信号或调制信号)来驱动第一多个电极260的一个或多个。传感器电路204中的(一个或多个)接收器测量第二多个电极270的一个或多个上的电压、电流或电荷以生成所产生信号。所产生信号包括电容感测信号和感测区120中的(一个或多个)输入物体的影响。处理模块220从所产生信号来生成跨电容测量。处理模块220能够跟踪跨电容测量的变化以检测感测区120中的(一个或多个)输入物体。
在一些实施例中，处理系统110“扫描”电极图案250A以确定电容测量。在跨电容感测模式中，处理系统110能够驱动第一多个电极260以传送(一个或多个)发射器信号。处理系统110能够操作第一多个电极260，使得一个发射器电极一次性地传送，或者多个发射器电极同时进行传送。在多个发射器电极同时进行传送的情况下，这多个发射器电极可传送相同的发射器信号并且实际上产生更大的发射器电极，或者这多个发射器电极可传送不同的发射器信号。例如，多个发射器电极可按照一个或多个编码方案来传送不同的发射器信号，所述编码方案使它们对第二多个电极270的所产生信号的组合影响能够被单独确定。在绝对电容感测模式中，处理系统110能够每次从一个传感器电极260、270或者每次从多个传感器电极260、270来接收所产生信号。在任一种模式中，处理系统110能够单独地或共同地操作第二多个电极270以获取所产生信号。在绝对电容感测模式中，处理系统110能够并发地驱动沿一个或多个轴的所有电极。在一些示例中，处理系统110能够驱动沿一个轴的电极(例如沿第一多个传感器电极260)，而沿另一个轴的电极采用屏蔽信号、保护信号等驱动。在一些示例中，能够并发地驱动沿一个轴的一些电极以及沿其它轴的一些电极。
在跨电容感测模式中，处理系统110能够使用所产生信号来确定电容像素处的电容测量。来自电容像素的一组测量形成“电容图像”(又称作“电容帧”)，其表示像素处的电容测量。处理系统110能够获取多个时间周期内的多个电容图像，并且能够确定电容图像之间的差以得出与感测区120中的输入有关的信息。例如，处理系统110能够使用在连续时间周期内所获取的连续电容图像来跟踪进入、退出感测区120以及在感测区120中的一个或多个输入物体的(一个或多个)运动。
在绝对电容感测模式中，处理系统110能够使用所产生信号来确定沿传感器电极260的轴和传感器电极270的轴的电容测量。一组这类测量形成“电容轮廓”，其表示沿该轴的电容测量。处理系统110能够获取在多个时间周期内沿轴的其中之一或两者的多个电容轮廓，并且能够确定电容轮廓之间的差以得出与感测区120中的输入有关的信息。例如，处理系统110能够使用在连续时间周期内所获取的连续电容轮廓来跟踪感测区120中的输入物体的位置或接近。在其他实施例中，各传感器能够是电容图像的电容像素，以及绝对电容感测模式能够用来生成(一个或多个)电容图像作为电容轮廓的补充或替代。
输入装置100的基准电容是与感测区120中没有输入物体关联的电容图像或电容轮廓。基准电容随环境和操作条件而变化，以及处理系统110能够按照各种方式来估计基准电容。例如，在一些实施例中，处理系统110获取没有输入物体被确定为处于感测区120中时的“基准图像”或“基准轮廓”，并且使用那些基准图像或基准轮廓作为基准电容的估计。处理模块220能够在电容测量中考虑基准电容，并且因而电容测量能够称作“增量电容测量”。因此，如本文所使用的术语“电容测量”包含相对所确定基准的增量测量。
在一些触摸屏实施例中，第一多个传感器电极260和第二多个传感器电极270的至少一个包括在更新显示屏幕的显示中使用的显示装置280的一个或多个显示电极，例如“Vcom”电极(公共电极)、栅电极、源电极、阳电极和/或阴电极的一段或多段。这些显示电极可设置在适当的显示屏幕衬底上。例如，显示电极可设置在一些显示屏幕(例如共面转换(IPS)或面线转换(PLS)有机发光二极管(OLED))中的透明衬底(玻璃衬底、TFT玻璃或者任何其他透明材料)上、一些显示屏幕(例如图案垂直配向(PVA)或多域垂直配向(MVA))的彩色滤光片玻璃的底部、发射层(OLED)之上等。显示电极又能够称作“组合电极”，因为显示电极执行显示更新和电容感测的功能。在各个实施例中，第一多个传感器电极260和第二多个传感器电极270的各传感器电极包括一个或多个组合电极。在其他实施例中，第一多个传感器电极260的至少两个传感器电极或者第二多个传感器电极270的至少两个传感器电极可共享至少一个公共电极。此外，在一个实施例中，第一多个传感器电极260和第二多个电极270均设置在显示屏幕衬底上的显示叠层中。另外，显示叠层中的传感器电极260、270的至少一个可包括公共电极。但是，在其他实施例中，只有第一多个传感器电极260或者第二多个传感器电极270(但不是两者)设置在显示叠层中，而其他传感器电极处于显示叠层外部(例如设置在彩色滤光片玻璃的相对侧上)。
在一实施例中，处理系统110包括单个集成控制器，例如专用集成电路(ASIC)，其具有传感器模块208、处理模块220和任何其他(一个或多个)模块和/或(一个或多个)电路。在另一个实施例中，处理系统110能够包括多个集成电路，其中传感器模块208、处理模块220和任何其他(一个或多个)模块和/或(一个或多个)电路能够在集成电路之间划分。例如，传感器模块208能够处于一个集成电路上，以及处理模块220和任何其他(一个或多个)模块和/或(一个或多个)电路能够是一个或多个其他集成电路。在一些实施例中，传感器模块208的第一部分能够处于一个集成电路上，以及传感器模块208的第二部分能够处于第二集成电路上。在这类实施例中，第一和第二集成电路的至少一个包括其他模块(例如显示驱动器模块和/或显示驱动器模块)的至少部分。
图2B示出按照一些实施例的感测元件的另一个示范图案的一部分。为了说明和描述的清楚起见，图2B示出按照矩形矩阵的感测元件并且没有示出各种组件，例如处理系统110与感测元件之间的各种互连。电极图案250B包括按照矩形矩阵设置的多个传感器电极210。电极图案250B包括按照J行和K列设置的传感器电极210J,K(统称为传感器电极210)，其中J和K是正整数，虽然其中之一或者J和K可以为零。预期电极图案250B可包括传感器电极210的其他图案，例如极阵、重复图案、非重复图案、不均匀阵列、单行或列或者其他适当的布置。此外，传感器电极210可以是任何形状，例如圆形、矩形、菱形、星形、正方形、非凸面、凸面、非凹面、凹面等。此外，传感器电极210可细分为多个不同的子电极。电极图案250耦合到处理系统110。
传感器电极210通常相互欧姆地隔离。另外，在传感器电极210包括多个子电极的情况下，子电极可相互欧姆地隔离。此外，在一个实施例中，传感器电极210可与位于传感器电极210之间的网格电极218欧姆地隔离。在一个示例中，网格电极218可包围传感器电极210的一个或多个，所述传感器电极210被设置在网格电极218的窗口216中。在一些实施例中，电极图案250B能够包括多个网格电极218。在一些实施例中，网格电极218能够包括一段或多段。网格电极218可用作屏蔽或者携带在采用传感器电极210执行电容感测时使用的保护信号。作为替代或补充，网格电极218可用作执行电容感测时的传感器电极。此外，网格电极218可与传感器电极210是共面的，但是这不作要求。例如，网格电极218可位于不同衬底上或者与传感器电极210相同的衬底的不同侧上。网格电极218是可选的，以及在一些实施例中，网格电极218不存在。
在第一操作模式中，处理系统110能够使用至少一个传感器电极210，以经由绝对电容感测来检测输入物体的存在。传感器模块208能够测量(一个或多个)传感器电极210上的电压、电荷或电流以得到指示(一个或多个)传感器210与输入物体之间的电容的所产生信号。处理模块220使用所产生信号来确定绝对电容测量。当电极图案250B时，绝对电容测量能够用来形成电容图像。
在第二操作模式中，处理系统110能够使用传感器电极210编组以经由电容感测来检测输入物体的存在。传感器模块208能够采用发射器信号来驱动传感器电极210的至少一个，并且能够从传感器电极210的至少另一个接收所产生信号。处理模块220使用所产生信号来确定跨电容测量并且形成电容图像。
输入装置100可配置成工作在上述模式的任一种。输入装置100还可配置成在上述模式的任何两个或更多之间进行切换。处理系统110能够如以上针对图2A所述来配置。
在一些实施例中，处理系统110还配置成确定输入物体的力信息。处理系统110能够响应从集成于显示装置中的传感器电极所得到的绝对电容测量而确定力信息。如以下进一步描述，输入装置100的显示装置能够响应输入物体所施加的力而弯曲。显示装置的弯曲引起从集成于显示装置中的传感器电极的至少一部分的均衡的偏转。(一个或多个)传感器电极因外加力引起的偏转引起绝对电容测量的变化。力信息能够包括“力图像”、“力轮廓”或标量力值，这取决于传感器电极的配置。例如，从传感器电极图案250B所得出的绝对电容测量能够用来生成力图像或力标量值。在另一个示例中，从传感器电极图案250A所得出的绝对电容测量能够用来生成力轮廓或力标量值。在任一种情况下，力信息能够与位置信息相结合以确定输入物体的位置以及输入物体所施加的力。在另一个实施例中，能够测量力的幅值以确定标量力值。标量力值能够与位置信息相结合以生成力图像或力轮廓。
图3是示出按照一实施例的输入装置100的截面的框图。输入装置100包括输入表面301、显示单元314A、背光308、空气隙/可压缩层310和至少一个导电电极((一个或多个)导电电极312)。输入表面301能够包括透明衬底(例如玻璃衬底)。(一个或多个)导电电极312能够是(一个或多个)金属电极。在一实施例中，(一个或多个)导电电极312包括单个导电底板。在另一个实施例中，导电底板能够细分为多个部分，以及(一个或多个)导电电极312能够包括导电底板的部分。(一个或多个)导电电极312能够电耦合到参考电压(例如电气接地或系统接地)。
在一实施例中，显示单元314A包括彩色滤光片衬底302、内层305和薄膜晶体管(TFT)衬底306。内层305能够包括各种层，例如彩色滤光片层、液晶显示(LCD)材料层、导电层、介电层等。具体来说，内层305包括形成传感器电极304的一个或多个导电层。彩色滤光片衬底302、内层305和TFT衬底306是柔性的，使得显示单元314A是柔性的。
传感器电极304能够具有各种配置。在一个示例中，传感器电极304能够包括传感器电极图案250A中的多个传感器电极260。在一个示例中，传感器电极304能够包括传感器电极图案250A中的多个传感器电极260和多个传感器电极270。在另一个示例中，传感器电极304能够包括传感器电极图案250B中的传感器电极210。在任何配置中，传感器电极304的每个包括至少一个公共电极，其配置用于显示更新和电容感测。
显示单元314A设置在输入表面301与背光308之间。显示单元314A是柔性的，并且在将力施加到输入表面301时能够折曲或弯曲。在本例中，(一个或多个)导电电极312通过空气隙/可压缩层310(其能够是空气隙或者可压缩层310)与背光308分隔。相应地，传感器电极304设置在输入表面301与(一个或多个)导电电极312之间。传感器电极304配置成随着显示单元314响应于施加在输入表面301上的力而弯曲到空气隙/可压缩层310中，朝向(一个或多个)导电电极312偏转。取决于对输入表面301所施加的力的位置，传感器电极304的至少一部分将响应施加的力而朝(一个或多个)导电电极312偏转。
图4是示出按照一实施例的另一个显示单元314B的截面的框图。在一个实施例中，显示单元314B能够用来代替显示单元314A。在显示单元314B中，接收器电极316设置在彩色滤光片衬底302上。在一实施例中，传感器电极304能够包括作为发射器电极进行操作的多个传感器电极260，以及接收器电极316能够包括传感器电极图案250A的多个传感器电极270。在另一个实施例中，接收器电极316设置在内层305中而不是彩色滤光片衬底316上。在又一个实施例中，接收器电极316设置在与传感器电极304相同的层上。
图5是示出按照另一个实施例的输入装置100的截面的框图。在本实施例中，(一个或多个)导电电极312设置在显示单元314下方和背光308上方。例如，(一个或多个)导电电极312能够设置在TFT衬底306下方。(一个或多个)导电电极312通过空气隙/可压缩层310与显示单元314分隔。显示单元314能够包括显示单元314A、显示单元314B等。
在图3-5的实施例中能够使用其他类型的柔性显示单元(例如OLED显示器)。一般来说，显示单元能够包括显示像素，其由LED、OLED、等离子体单元、电子墨水元件、LCD组件或者与柔性显示器兼容的其他适当的显示像素结构来形成。传感器电极304设置在显示单元中并且在施加力(其弯曲柔性显示器)时朝(一个或多个)导电电极312偏转。
图6是示出按照一实施例、由输入物体施加到输入装置100的力的示意截面。输入物体(例如手指)将力施加到输入表面(图6中未示出)，其又使显示单元314弯曲。设置在显示单元314中的传感器电极305朝(一个或多个)导电电极312偏转。图7是在给定图6所示施加力的情况下的输入装置100的顶视图。在图7的示例中，传感器电极304包括传感器电极图案250B的传感器电极210。区域702中的传感器电极210的部分响应施加力而朝(一个或多个)导电电极312偏转。虽然在本例中示出传感器电极图案250B，但是能够采用其他传感器电极图案(例如传感器电极图案250A)。一般来说，对输入装置100所施加的给定力至少使传感器电极305的子集朝向(一个或多个)导电电极312偏转。在图7的示例中，(一个或多个)导电电极312包括单个底板，但是如上所述能够采用其他配置。在一实施例中，(一个或多个)导电电极312的表面面积比传感器电极305的每个的表面面积要大。
图8是示出按照一实施例、操作集成显示装置和电容感测装置的方法800的流程图。方法800能够由上述处理系统110来执行以确定与输入装置100进行交互的输入物体的力信息或者力信息和位置信息二者。在一实施例中，处理系统110在非显示更新时间期间(例如垂直消隐时间或水平消隐时间)执行方法800的全部或者一部分。在另一个实施例中，非显示更新时间能够是长水平消隐周期，其在显示帧的显示行更新之间发生并且至少与显示行更新周期同样长。在一些实施例中，一个非显示更新周期能够用于力感测而另一非显示更新周期能够用于触摸感测。
方法800开始于步骤802，其中处理系统110操作传感器电极以用于电容感测。以上描述了用于电容感测的各种技术，例如用于传感器电极图案250A或者传感器电极图案250B的绝对电容感测和跨电容感测。
在步骤804，处理系统110驱动传感器电极以用于绝对电容感测。以上描述了用于绝对电容感测的技术。传感器电路204能够驱动传感器电极260或传感器电极210以用于绝对电容感测。在一实施例中，在步骤806，处理系统110还能够驱动传感器电极以用于跨电容感测。以上描述了用于跨电容感测的技术。对于传感器电极图案250A，传感器电路204能够在接收来自传感器电极270的所产生信号的同时采用发射器信号来驱动传感器电极260。对于传感器电极图案250B，传感器电路204能够在接收来自其他传感器电极210的所产生信号的同时采用发射器信号来驱动一些传感器电极210。
在步骤808，处理系统110确定传感器电极的至少一部分的绝对电容的变化。在步骤810，处理系统110基于绝对电容的变化来确定输入物体的力信息。如上所述，响应对输入装置100所施加的力，柔性显示器中的传感器电极的一部分朝(一个或多个)导电电极偏转。这类偏转电极的绝对电容随着那些电极朝(一个或多个)导电电极偏转而变化。通过测量绝对电容的这个变化，处理系统110能够确定力信息。
在步骤812，处理系统110还能够基于绝对电容测量和/或跨电容测量来确定输入物体的位置信息。处理系统110能够组合位置信息和力信息以确定输入物体的位置以及输入物体对输入装置100所施加的力。
提供本文中提出的实施例和示例，以便最好地说明按照本技术及其特定应用的实施例，并且由此使本领域的技术人员能够实施和使用本发明。但是，本领域的技术人员将会知道，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述不是意在涵盖本发明的各个方面或者将本发明局限于所公开的精确形式。
鉴于以上所述，本公开的范围通过以下权利要求书来确定。

Claims (20)

1.一种具有输入表面的集成显示装置和电容感测装置，包括：
多个传感器电极，所述多个传感器电极的每个包括配置用于显示更新和电容感测的至少一个公共电极；
至少一个导电电极，其中所述多个传感器电极设置在所述输入表面与所述至少一个导电电极之间，并且其中所述多个传感器电极配置成朝所述导电电极偏转；
处理系统，耦合到所述多个传感器电极，配置成：
检测所述多个传感器电极的至少一部分的绝对电容的变化；以及
基于绝对电容的所述变化来确定输入物体的力信息。
2.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个导电电极包括多个导电电极。
3.如权利要求1所述的装置，其中，所述至少一个导电电极的表面面积比所述多个传感器电极的每个的表面面积要大。
4.如权利要求1所述的装置，其中，所述处理系统配置成基于绝对电容的所述变化来确定接近所述输入表面的所述输入物体的位置信息。
5.如权利要求1所述的装置，还包括：
多个接收器电极；
其中所述处理系统配置成：
在接收来自所述多个接收器电极的所产生信号的同时采用发射器信号来驱动所述多个传感器电极；以及
基于所述所产生信号来确定接近所述输入表面的输入物体的位置信息。
6.如权利要求1所述的装置，其中，所述处理系统配置成在非显示更新时间期间检测绝对电容的所述变化。
7.如权利要求1所述的装置，还包括：
薄膜晶体管(TFT)衬底，设置在所述多个传感器电极下方；
其中所述至少一个导电电极设置在所述TFT衬底下方。
8.如权利要求7所述的装置，还包括：
背光，设置在所述TFT衬底下方；
其中所述至少一个导电电极设置在所述背光下方。
9.一种用于具有输入表面的集成显示装置和电容感测装置的处理系统，所述处理系统包括：
传感器模块，包括传感器电路，所述传感器模块配置成操作多个传感器电极，所述多个传感器电极的每个包括配置用于显示更新和电容感测的至少一个公共电极；以及
耦合到所述传感器电路的处理电路，配置成：
检测所述多个传感器电极的至少一部分的绝对电容的变化；以及
基于绝对电容的所述变化来确定输入物体的力信息，其中所述多个传感器电极设置在所述输入表面与至少一个导电电极之间，并且其中所述多个传感器电极配置成朝所述导电电极偏转。
10.如权利要求9所述的处理系统，其中，所述至少一个导电电极包括多个导电电极。
11.如权利要求9所述的处理系统，其中，所述至少一个导电电极的表面面积比所述多个传感器电极的每个的表面面积要大。
12.如权利要求9所述的处理系统，其中，所述处理电路配置成基于绝对电容的所述变化来确定接近所述输入表面的所述输入物体的位置信息。
13.如权利要求9所述的处理系统，其中，所述传感器电路耦合到多个接收器电极，所述传感器电路配置成在接收来自所述多个接收器电极的所产生信号的同时采用发射器信号来驱动所述多个传感器电极，并且其中所述处理电路配置成基于所述所产生信号来确定所述输入物体的位置信息。
14.如权利要求9所述的处理系统，其中，所述处理电路配置成在非显示更新时间期间检测绝对电容的所述变化。
15.一种操作具有输入表面的集成显示装置和电容感测装置的方法，所述方法包括：
操作多个传感器电极以用于电容感测，所述多个传感器电极的每个包括配置用于显示更新和电容感测的至少一个公共电极，其中所述多个传感器电极设置在所述输入表面与至少一个导电电极之间，并且其中所述多个传感器电极配置成朝所述导电电极偏转；
检测所述多个传感器电极的至少一部分的绝对电容的变化；以及
基于绝对电容的所述变化来确定输入物体的力信息。
16.如权利要求15所述的方法，其中，所述至少一个导电电极包括多个导电电极。
17.如权利要求15所述的方法，其中，所述至少一个导电电极的表面面积比所述多个传感器电极的每个的表面面积要大。
18.如权利要求15所述的方法，还包括：
基于绝对电容的所述变化来确定所述输入物体的位置信息。
19.如权利要求15所述的方法，还包括：
在接收来自多个接收器电极的所产生信号的同时采用发射器信号来驱动所述多个传感器电极；以及
基于所述所产生信号来确定所述输入物体的位置信息。
20.如权利要求15所述的方法，在非显示更新时间期间检测绝对电容的所述变化。
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