CN103250218B - 界面装置及方法 - Google Patents

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Abstract

提供输入装置。依据示例性实施方式，输入装置包括响应于压力而挠曲的界面层、多个感测电极、在该感测电极和该界面层之间的电介质、以及互连电路。该电介质响应于该界面层的活动而压缩或扩张，并且显示出基于电介质的压缩状态而变化的介电特性。该互连电路连接至该感测电极并且提供指示每个感测电极的位置和在每个感测电极处的电特性的输出，该输出提供施加至邻近各个感测电极的该电介质的压力的指示。

Description

界面装置及方法
相关文献
本专利文件基于美国法律第35编第119条要求2010年9月10日申请的、名称为“Flexible Pressure Sensing Apparatuses and Related Methods(柔性压力感测装置及其相关方法)”的美国临时专利申请S/N 61/381664的权益，该专利文件及在作为基础的临时申请中提出的附件，包括在其中所引用的参考文献，在此全部引入作为参考。
技术领域
本发明涉及包括柔性输入界面的装置和方法。
背景技术
对于各种各样的应用而言，大量的研究已贯注在用于感测各种形式的压力的方法上。压力响应电子器件的不断增长的市场已经很大程度地驱动了这项研究，该电子器件其中包括机器人触觉感测设备，例如用于环境探测和工业的机器人制造以及诸如那些具有例如为电视、计算机显示器、手机、个人数字助理(PDA)、数码相机和音乐播放器的显示器的触摸响应显示屏幕。
在许多这样的应用中，使用触觉感测设备，通过引起该设备与一感兴趣的区域之间的接合来探测该感兴趣的区域。该触觉感测设备与该感兴趣的区域之间的互相作用产生能够用于评估该感兴趣的区域的数据。在电子设备的背景下，例如便携通讯设备、触摸板/屏显示器被设计为与用户交互，电子设备用于向用户呈现或显示信息以提示该用户提供输入至该设备的触摸响应表面，例如，一邻近的触摸响应表面或该显示器本身。通过使用该显示屏作为触摸响应表面，该触摸屏为计算机或其他数据处理设备提供了直观的输入，这是特别有用的，其通过消除诸如键盘和鼠标之类的其他输入设备来实现上述好处。
有许多不同类型的触摸感测技术，包括电容、电阻、红外线和表面声波。这些技术中的每一项均感测表面或屏幕上的触摸位置并且每一项都提供了一定的相对优势。然而，绝大多数的这些设备并不响应于施加至触摸屏的压力，而且对于那些对施加的压力作出响应的设备，它们对于许多应用而言缺乏足够的灵敏度。
发明内容
本发明披露的各方面广泛地涉及到上面所讨论的应用所涉及的界面和方法。
根据一示例性实施方式，一种界面装置包括具有含有柔性介电材料的基于阻抗的器件的传感器，并且其基于施加至该介电材料的压力产生输出。该输出对应于介电材料的对应于施加压力的介电性质变化。在一些实现方式中，界面装置包括多个这样的传感器，并且互连电路各自耦合这些传感器以为每个传感器提供指示施加至介电材料的压力和该施加的压力的位置(例如，相对于传感器的位置)的输出。例如，介电性质的变化可以被感测为施加的电容场的变化或流过施加了这种场的沟道的电流的变化。界面装置的关于压力和位置的输出能够用于与计算机或手持型设备交互，例如用于与显示在屏幕上的信息交互或用于为游戏或其他输入方面提供控制输入。
另一示例性实施方式是关于具有界面层、介电结构和感测电路的装置。该界面层响应于以压力形式出现至该界面的输入信号而挠曲。该介电结构包括呈现第一介电常数的弹性材料，并且响应于施加至该界面层的压力压缩并且因此具有与该弹性材料的压缩状态相对应的改变的介电常数。例如，此压缩可以响应人的触摸输入，并且可以包括负压缩(例如扩张)。该感测电路通过提供施加至介电结构的压力的指示而响应于介电常数的变化。
另一示例性实施方式关于触摸屏装置。该装置包括具有多个传感器的衬底，每个传感器包括通过响应于施加至其上的压力而压缩(或扩张)的可压缩弹性介电材料而电耦合的电极，每个传感器响应于介电压缩的状态而在电极之间表现出电容的变化。导电屏蔽材料设置于介电材料上并且透光以呈现图像以供显示(例如透过至少大约75％的入射光，或更高以用于高分辨率的应用)。光源传递对应于显示图像的光以供穿透该导电屏蔽材料来观看。互连电路各自耦合至传感器并且提供指示每个传感器电容的输出，其中提供施加至邻近于每个传感器的屏蔽材料的压力量的指示。
另一实施方式关于一种制造传感器装置的方法。形成响应于压力而挠曲的界面，并且形成介电层并将其耦合至触摸界面，该介电层呈现出基于其压缩状态而改变的介电特性。形成多个感测电极，并且介电层在该感测电极与该界面之间耦合，从而使得该介电层响应于施加至接触界面的压力而压缩或扩张。基于介电层的压缩状态，将感测电极与该介电层配置并布置在一起以产生基于在感测电极的电场和电流的至少其中之一的电输出。互连电路耦合至感测电极以提供指示每个感测电极的位置和该感测电极的电场和电流中的至少之一二者的输出，其中提供施加至邻近于各个感测电极的介电层的压力的指示。
以上的概述并不旨在描述本发明所披露的每一实施方式或每个实现方式。以下的附图、详细说明书和权利要求更详细地说明了各个实施方式。
附图说明
与附图一起考虑以下本发明所披露的各个实施方式的详细说明可以更透彻地理解本发明所披露的各个方面，在附图中：
图1示出根据本发明的示例性实施方式的具有基于压力的传感器阵列的界面；
图2示出根据本发明的多个示例性实施方式的示例性传感器和相应的弹性形状的横截面视图；
图3示出根据本发明的多个示例性实施方式的在不同的制造阶段具有微结构聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜的传感器；
图4是根据本发明的另一示例实施方式的压力和位置薄膜传感器；
图5示出根据本发明的另一实施方式的边缘场装置。
虽然本公开服从于各种修改和替换形式，但其具体内容已经通过示例的方式显示在附图中，并将会得到详细地描述。然而，应当理解，其意图不在于将本发明限于所描述的具体实施方式。相反地，其意图是覆盖所有落入包括在权利要求中所限定的内容的本发明范围内的修改、等价方式以及替代方式。
具体实施方式
本发明公开涉及压力传感器、压力感测装置及设备、制造压力传感器的方法以及使用压力传感器的方法。然而本发明公开不必局限于这些装置和应用，而是通过使用这些和上下文中的其他的实施方式的讨论可以了解本公开的各个方面。
依据示例性实施方式，本发明公开的一个方面涉及一种包括多个传感器的输入装置，每个传感器包括基于阻抗的装置，该装置具有可压缩弹性介电材料和由该介电材料分隔的电路，每个传感器的至少一个节点显示如电容或电流的电气特性。每个传感器配置成产生响应于根据施加至介电材料的压力量导致介电材料压缩或扩张(例如作为负压缩)产生的阻抗变化的输出。互连电路各自配置成耦合传感器并提供指示在各自的传感器中施加至弹性介电材料的压力的输出。例如，有机场效应晶体管能够使用这样的介电材料制造，从而具有与压力相关的晶体管电导性(例如，在它们的导通状态)。因此，能够容易地感测到随着在压力下的增加和减少中的一方或双方的变化量的压力变化并用于提供基于压力和位置的输入，例如用于计算机类型的装置。
在一些实现方式中，传感器基于出现在贯通介电材料的电极中的电容来操作。在其它实现方式中，传感器基于经由电极传导且响应于施加至沟道区域的偏置的电流来操作，其中该偏置基于介电材料的压缩状态而变化。
这里所讨论的介电材料能够被实施或调整以适应不同的应用。在一些实现方式中，能够在介电材料中和/或在介电材料的独立图案化区域之间形成空间或口袋。该空间或口袋能够填充流体、气体或其他能够显现出不同于该介电材料的压缩特性并且能够促使介电材料响应于所施加压力的弹性形变和恢复。例如，能够修剪该空间和/或气袋以增强该介电材料在形变后回复至本来形状的能力。在某些实现方式中，能够设置该介电材料的横截面的形状以使其易于对形变作出响应/对形变的恢复，并且能够设置形状对所施加压力的灵敏度。例如，修改介电材料的横截面的形状能够允许增大每单位力的压缩距离，因此提高了该介电材料相对于压力的灵敏度。
其它的用于设置介电材料特性的方法包括在传感器的不同部分使用不同的材料和/或对单一传感器使用组合材料。例如，聚二甲基硅氧烷(PDMS)、压电弹性材料、焦热电弹性聚合物和铁电弹性聚合物能够如本文所讨论那样单独或彼此组合地被图案化和使用。
此外，能够将传感器装置的不同部分配置为相对于材料、形状和/或空间或气袋构造以差别地响应于所施加的压力。能够使用这些方法形成具有不同感测能力范围的传感器。这些感测能力能够被调整用于例如特定的应用或特定的用户。例如，通过使用在空隙/间隙的空气，位移体积比弹性体/介电材料(例如～3.0的PDMS)具有更低的介电常数(＝1.0)。因此，在结构化膜中的电容增加来自于两个电极板之间的距离降低，并且通过有效介电常数的增加而进一步得到提高。
本发明公开的其它方面是关于一种具有压力感测设备的输入装置，该压力感测设备包括具有有机半导体衬底和/或例如还为柔性的无机纳米线的其他半导体材料的电路。具有此种可变形材料的电路在一个或多个方向上(象在拉伸或弯曲方向)提供了用于指示压力的充足材料位移。在一些实现方式中，该电路包括在配置为响应施加于其上的压力而变形的衬底上的弹性栅介电材料和在衬底上的不同位置处的多个压力传感器。
每个这样的传感器包括具有源和漏电极以及栅极的类似于FET的配置。例如，源极和漏极能够通过在衬底中的邻近栅极介电层的沟道区域耦合，并且栅极在栅极介电层上并配置成向沟道区域施加偏压。偏压量响应于沟道区域的弹性栅介电层的变形。该电路进一步配置了被配置和布置为与来自每个传感器的信号相耦合的互连导体，通过所施加的偏压该信号指示该弹性栅介电层的变形。
又一方面是关于一种具有三维触摸屏显示器的设备或装置。该装置包括一具有多个传感器的透明衬底，每个传感器包括通过可压缩弹性介电材料而电耦合的电极。该可压缩弹性介电材料响应施加于其上的压力而压缩，每一个传感器配置为响应于可压缩弹性介电材料的压缩而呈现在电极之间的电容的增加。该装置可包括在该可压缩弹性介电材料上的透明导电屏蔽材料、配置为传递与图像对应的光以供穿透衬底和屏蔽材料观看的光源，以及分别耦合传感器并提供指示压力的输出的互连电路。
在此所讨论的输入装置可以被实现在各种不同的应用中。例如，一个这样的应用包括触摸屏装置，例如手持装置、电视机以及计算机装置，其中的传感器透光(例如使用如PDMS的透明弹性材料)。其他的应用针对于力-感测方法，例如在弹性体或量子隧道复合物中使用导电填充颗粒的电阻压力传感器。某些应用是针对感测和使用压力的变化，例如在压力容器中产生泄露而呈现的压力变化(例如，压力损耗能够随着由于电介质的变化而导致的导电性的变化被检测到)。本发明公开的某些实施方式是关于感测装置，其中至少一个传感器包括弹性介电材料，该介电材料被配置为呈现由于弹性边缘电容引起的阻抗变化(例如，弹性边缘电容作为离散元件或电容电路的一部分)。
能够使用多种方法制造并能够在多种应用中实施所讨论的一个或多个示例性实施方式中的传感器。在一个实现方式中，在卷-对-卷工艺中在塑料衬底上制造传感器，该工艺可以提高产量并且因此便于降低商业成本。因此，能够高速地制造具有压力感测电极的弹性类型辊，从而便于装置的迅速制造。这些制造在柔性基板上的传感器能够在多种装置中采用，例如电视、诸如移动电话的便携式电子装置、计算机或平板计算机以及具有曲线表面的相关于瓶、罐以及弯曲显示器的应用。
在一些实现方式中，一个或多个介电弹性体的材料和形状被设置为使得开启和关闭压力的响应时间为10毫秒或更少的量级，以使得容易地检测到连续的压力的次序。例如，人类的手指动作通常被生理性地限制在接近每个动作300ms，因此快于300ms的响应时间易于重复压力(如敲打)的应用。
在各个实施方式中，此处所讨论的弹性体/介电膜被微图案化以减轻弹性振动蠕变(例如随时间变化的应变增加)并增加压缩后的驰豫时间，如可能涉及到聚合物链的不可逆缠结以及缺少可变形表面。关于一个或多个这样的实施方式，已经发现膜的微结构部分之间的空间(例如空隙或间隙)易于在施加外部压力后弹性变形，空间的缺失可以影响该膜在其厚度处的弹性振动蠕变。这利于膜可逆地储存和释放能量的能力。因此，各实施方式涉及具有弹性体/介电膜的传感器，该弹性体/介电膜具有相对于彼此图案化的分隔区域以及位于其间的空间，以易于实现在所施加压力下的可逆弹性变形。这里的空间和图案(例如，和膜的形状)能够相对于所使用的材料及其机械属性设置为适合特定的应用以及预期施加的压力。此外，能够设置空间以实现理想的透明度，例如用于在触摸屏的应用。
在某些实施方式中，此处所讨论的该用于传感器的弹性介电材料具有微结构，其连接该传感器的电路节点并在某些实现方式中具有小于大约50微米的宽度尺寸，在某些其它实现方式中具有小于大约30微米的宽度尺寸，在某些其它实现方式中具有小于大约5微米的宽度尺寸。该介电层可以是用于感测所施加压力的固态弹性介电层，或可包括多个其间具有间隙的微结构(例如，利用如此处所讨论的非固态材料填充)。
根据其它方面，除了显示器外，在某些符合即时公开的实施方式中，在输入设备的表面使用三维触摸传感器或作为输入设备表面的一部分，该表面可包括弯曲的表面。这样的设备包括例如计算机鼠标、可卷曲键盘或游戏界面装置。在一些实现方式中，传感器操作以替换机械移动元件，如按钮，并且可以配置成提供对应于这种元件的输出。
现在转向附图，根据本发明公开的另一示例性实施方式，附图1示出具有设置在衬底105上的基于压力的传感器阵列的触摸屏装置100(在插图所示)。通过示例的方式显示的阵列具有16个传感器，通过示例的方式标记传感器110。在传感器上方是一个包括实例所示的区域112的介电区域阵列，该区域112连接至柔性界面层108。该界面层108及其相关的界面区域在剖示图中示出并且从底层的传感器中分离以用于说明，介电区域(112)在操作中与传感器相接触。
这些传感器中的每一个可例如利用如图所示的触摸屏设备100以及如在此和/或上面引用的临时专利申请中示出及描述的传感器来实现。传感器的输出耦合至处理输出以提供压力和位置信息的处理电路120。例如，每个传感器(包括传感器110)可直接耦合至处理电路120，或可使衬底105中的互连电路阵列提供与各个传感器的位置(如在行和列中)相对应的可寻址输出，并用单独引线连接至处理电路。
当压力施加至柔性界面层108，介电区域(112)在施加压力附近的区域压缩，并且其下的传感器(110)经由传感器附近的介电区域的介电特性的变化来感测所施加的压力。通过在处理电路120中的传感器处理输出，能够提供一个关于施加在柔性界面层108上的压力的位置和数量的指示。
在一些实现方式中，该柔性界面层108具有透明属性，并且透光以作为显示器使用。例如，使用PDMS作为介电区域112促进其透明度。相似地，可以使用具有透明属性的材料作为该界面层108。显示器响应于压力(如作为触摸屏)，柔性衬底响应施加于其上的压力而弯曲，并且作为响应，引起介电区域(112)的变形。该传感器(110)显示出基于变形的电变化并导致介电特性的变化，从而提供压力的指示。在此背景下，提供三维的触摸屏装置，感测位置(如，在传感器中所位于的平面的x-y方向)和压力(例如，在进入/垂直于前述平面的z方向)。在此应用中，该触摸屏装置100可被实现为手持设备，例如电话、计算机、平板计算机或媒体设备。相应地，来自处理电路120的输出能够用于指示在装置100中所示的在屏幕上的触摸位置以及压力，以选择和操纵显示在屏幕上的目标或相反地提供相对于显示的输出。
根据本发明公开的不同典型示例性实施方式，图2示出了典型的压力传感器和各自弹性体形状的横截面视图。所示的各个传感器具有共同的上部和下部区域(如两个电极、或一个电极和一个界面层或如附图1或5所示的屏蔽层)，其具有不同形状的弹性体材料并以不同的方式响应于所施加的共同的压力。参考附图2A，上部和下部部分210和212由如在214处所示的压缩的弹性材料分隔，并且如在216处所示，具有在未压缩的形状中的大致垂直的侧壁。如附图2B-2D对应的上部部分，在未压缩和压缩的部分处示出上部部分210。参考附图2B，上部和下部部分220和222由如在224处所示的压缩的弹性材料分隔，并且如在226所示，具有在未压缩的形状中的大致倾斜的侧壁。相对于附图2A中的压缩的弹性材料214，依据不同形状的该压缩的弹性材料224显示出更大的垂直压缩。
图2C和2D示出了包括具有增加的倾斜角度的弹性材料的传感器，并且表现出响应于共同压力的进一步增强的形变。因此，图2C示出由如234所示那样压缩的弹性材料分隔的上部和下部部分230和232，并且如在236所示，显示出未压缩的形状。类似的，附图2D示出由如在244所示那样压缩的弹性材料分隔的上部和下部部分240和242，并且如在246所示，示出未压缩的形状。
如图2所示，调节弹性体横截面的形状能够允许每单位力产生更大的压缩距离，因此增强了弹性材料层相对于压力的灵敏度。在上下文中，各种实施方式是针对具有横截面的弹性体，以调整或设置使用弹性体的传感器的特性。此外，具有不同横截面的弹性体能够用于常见装置中以设置用于装置的不同部分的不同压力感测特性。在多个实现方式中，改变弹性体的横截面以设置相对于压力的灵敏度，并且能够设置为感测小于1kPa(类似于轻柔的触摸)的压力。
在一些实施例中，如图2所示的弹性层通过导体层从外部环境屏蔽并且将电场线保持在弹性层内。压缩弹性层将会增加电极之间的材料的有效介电常数(如，参考附图2A，上部和下部部分210和212可被实现为电极)。这增加了电极之间的电容，并且因此通过增加电容能够测量到压力。
图3示出依照本发明公开的多个示例性实施方式，在制造过程的不同阶段的具有微结构聚二甲基硅氧烷(PDMS)膜的传感器装置。图3A-3D示出一具有多个相反特征312的模具310(如硅)。参考图3B，在模具310上形成一PDMS膜320。在图3C中，在PDMS膜320上形成多层膜330，例如涂覆有聚(对苯二甲酸乙二酯)(PET)的铟锡氧化物(ITO)基板，并且在均匀压力下固化(如交联)该PDMS膜(例如在大约70℃的温度下持续大约3小时)。在图3D中，移除多层膜330，其具有PDMS膜的独立部分，包括例如标记所示的形成在膜上的部分322。该部分322的形状通过相反特征312的形状设置，并且相对于可压缩性设置成适于特定的应用。
能够在一个跨越模具310的大致均匀(2-3％间距保真度)的排列下制造该PDMS膜320中的微结构。能够在非常薄(如＜100μm)和高柔性塑料薄片上高质量地重复这些特征。相对于最高的3个PDMS特征(322)确定接触平面，使用该方法能够确保压力传感器的大面积兼容性。此外，该PDMS特征(322)能够被设置为一个相对较小的尺寸(如3-6μm或更小的宽度，以及小于10μm的高度)。在一些实现方式中，使用一个小玻璃板以施加一致的压力及提高层压性。合成的膜的敏感度能够达到大约0.55kPa-1，几乎没有滞后，并且能够探测小于20mg的重量和/或大于3Pa的压力。合成膜的张驰时间能够达到毫秒范围。
根据在此所讨论的实施方式，能够使用多种不同类型材料制造传感器。在一个特别的示例性实施方式中，通过将例如PDMS的微结构介电膜夹在电极和屏蔽层之间，除了导电或金属型电极之外使用全塑料元件形成电容矩阵型压力传感器，该电极包括例如具有导体(如真空沉积的作为寻址和数据线的铝金属线(150μm宽))的PET基板(如25μm厚)。该结构能够分割成微结构PDMS膜的部分(如象限)。
在一些实施方式中，使用高延展性材料作为衬底以支撑图案化介电柱从而减少来自邻近传感器的信号溢出(如，使得材料的一部分/邻近部分的传感器/传感器上的压力转换减轻或消除)。例如，能够使用这样的材料代替在上述多个实施例中使用的PET。
在其它实施方式中，使用控制电路确定基于在矩阵中的不同传感器处感测到的压力的溢出，使用算法型输入来确定所施加的压力相对于在不同传感器感测到的压力的真实位置。参考图1，当连接到多个传感器时，能够利用处理电路120实施此方法。此外，这样的方法能够用于在传感器处或传感器之间内插施加压力的位置。
其它实施方式是针对于在多个点搜集压力信息的在多触摸装置中的矩阵类型压力传感器的实现。能够使用这些方法用于搜集各种装置的不同类型的输入，例如游戏装置、手持电子装置、移动电话、平板计算机、计算机及其它。
图4示出依照本发明公开的示例性实施方式的压力和位置薄膜传感器装置400。该装置400包括配置和设置为在压力下展现不同电特性的弹性体层410。驱动电极420和感测电极430通过弹性体层410与屏蔽层440分隔。驱动缓冲电路450经耦合以施加电压至驱动电极420，例如通过施加452所代表的脉冲信号。
该弹性体层410包括基于经由屏蔽层440施加的压力量展现不同电特性的材料，例如通过人的触摸(通过示例的方式示出)。该感测电极430提供基于通过驱动缓冲电路450施加至驱动电极420的驱动脉冲以及施加至屏蔽层440的压力量的输出。由于该弹性体层410根据施加的压力而压缩，因此在感测电极430上的该输出通过该弹性体层的介电特性的相对变化指示该压缩。
该弹性体层410其中包括由间隙型区域分隔的不同的部分。作为示例，示出弹性体部分412和414由间隙区域416分隔，该间隙区域由部分412和414的侧壁横向地限定。当压力施加至屏蔽层440时，该弹性体部分412和414压缩，该间隙区域416方便了这种压缩(如，通过在间隙区域填充气体，如空气，该弹性体部分412和414容易压缩)。边缘电场线，包括通过举例方式标记的线418，响应于该脉冲信号并且基于该弹性体层的相对于施加于其上的压力的电流介电特性在该传感器装置410中显示出来。
在多个实现方式中，该传感器装置400利用这样的装置的阵列来实现，以用于感测压力和位置。例如，通过布置多个这样的传感器作为触敏装置的一部分，对于每个传感器的各自感测电极的输出能够被用以检测在传感器上的压力。此外，通过探测每个传感器在感测电极的输出的变化能够确定在各个传感器的相对压力。
在某些实现方式中，该装置400包括处理器460，其处理该感测电极430的输出以提供施加至屏蔽层440的压力的指示。在一些实现方式中，该处理器460使用该压力指示执行处理任务，例如用于基于获得的压力信息来实现压力告知手势以增加人机界面的直观性。例如，使用在输出装置上的光压力去选择在显示器上的目标，并且能够使用较重的压力以移动/拖拽在显示器上选择的目标。可以处理用于游戏装置的不同压力量，以执行不同的功能。此外，可实施这样的处理器460以补偿变化，例如能够引起信号漂移的大气条件(如温度)。
现在参考图5，依照其它示例性实施方式示出边缘电场装置500。该装置500可以例如依据图4示出的方法实施。该装置包括在导电屏蔽层502上的封装基板501，该导电屏蔽层导电屏蔽介电层503。如图所示，该导电屏蔽在位于下方的感测区域的位置处图案化，但能够实施为连续层，用于特殊的应用(如用于传感器阵列，以读出压力和位置并且减轻传感器之间的交叉干扰)。此外，该导电屏蔽层能够被保留为浮动的，或接地电势。
该介电层503具有弹性体介电材料和包括可压缩物质(如空气)的间隙区域的交替区域。该介电层503形成在各个电极上，包括装配在基板505上的驱动电极504以及感测电极506。
其它示例性实施方式是针对能够感测垂直荷载和剪切力的压力传感器，其能够使用例如图5所示的方法实施。能够通过对具有不对称的微结构组或非对称配置的对称微结构组的定向的压力传感器场分组来检测剪切力的信息(例如，通过在2x2超像素组在北、西、南和东方向定向压力)。在这样的超像素中的四个子单元对垂直荷载的响应将会是相同的，因此任何信号的差别源于施加到传感器表面的平面(剪切)压力。校准和使用来自传感器组的信号以确定剪切力的向量和幅度。使用此方法，能够检测和使用压力和剪切力，例如用以探测狭缝。
可以使用多种结构及相关的操作/功能实现在此所讨论的多个实施方式。例如，在此描述的一个或多个实施方式可以是计算机实施或计算机协助的，如在编码系统内编码为软件、能通过逻辑电路、计算机处理器、微处理器、PC或大型机执行的基于存储器的代码或指令。该基于计算机的实现方式能够使用一个或多个可编程或编程电路实施，该电路包括至少一个计算机处理器以及内部/外部存储器和/或用于数据保持和存取的寄存器。一个或多个实施方式也可以在多种其它硬件形式中被实施，例如编入了基于如现场可编程门阵列的电路的状态机，使用例如数字或逻辑电路的电子电路实施。此外，能够使用一个有形的存储指令的存储媒介实施各种实施方式，当由处理器执行时，执行一个或多个此处描述的步骤、方法或过程。这些应用和实施方式也可以被组合；例如能够使用不连续的逻辑(如数字电路)实施某种功能以产生提供作为处理器的输入的输出。例如，连接至输入装置的感测电极的电路可以提供指示施加至邻近介电层的压力的输出，其中也提供电极(感测压力的源极)位置的指示，并且实现为用于多种装置(如计算机、便携设备或游戏装置)的用户输入。
在此所述的实施方式及特殊应用可结合一个或多个以上描述的方面、实施方式以及以上引为参考的临时专利文件、作为文件一部分的附录以及其中引用的参考文献而被实施。包括附录、以及其中引用的参考文件的该相关的临时专利文件完全引入本文作为参考。
虽然本公开接受各种修改和替代形式，但其细节已经通过附图中的示例示出并将进一步描述。应理解，其意图不在于将本公开限于所描述的特定实施方式和/或应用。相反，其其意图在于覆盖落在本公开精神和范围内的所有修改、等价方案和替代方案。

Claims (17)

1.一种压力感测装置，包括：
界面层，配置和布置成响应于以压力形式呈现于所述界面的输入信号而挠曲；
包括弹性材料的电介质结构，所述弹性材料具有多个微结构，所述多个微结构具有宽度和厚度尺寸并且用其间的间隙来分开，所述电介质结构配置和布置成呈现出第一介电常数且响应于以小于1kPa的压力变化为形式的输入信号的施加而在小于300毫秒中在其横截面处压缩并从那里恢复，并且因此呈现与所述弹性材料的压缩状态相对应的改变的介电常数；以及
感测电路，配置和布置成通过提供施加至所述电介质结构的压力的指示而响应于介电常数的变化并且响应于由介电常数的变化所引起的边缘电场电容的变化。
2.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于，所述感测电路包括多个感测电极，每个感测电极被配置和布置成响应于所述弹性材料的紧邻所述感测电极的一部分相对于所述弹性材料邻近其它感测电极的部分的介电常数变化并且响应于所述弹性材料的所述部分的介电常数变化所引起的边缘电场电容的变化，其中提供施加至所述界面层的压力和在所述界面层上施加的压力的位置二者的指示。
3.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于，所述弹性材料被配置和布置成响应于施加至所述界面层的压力的下降而通过负压缩以及其中扩张来压缩。
4.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于，所述第一介电常数对应于所述弹性材料在未压缩状态下的介电常数。
5.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于，
进一步包括至少一个电极，配置和布置成经由所述电介质结构施加边缘电场电容至所述感测电路，
其中所述感测电路被配置和布置成基于施加于其上的所述边缘电场电容来产生电输出。
6.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于，
所述感测电路包括布置在平面衬底上的多个电极，以及
所述电介质结构位于所述衬底和所述界面层之间，并被配置和布置为响应于施加在位于所述电极中的至少一个上的所述界面层的一部分上的压力，在所述界面层和所述电极中的所述至少一个电极之间压缩。
7.如权利要求2所述的压力感测装置，其特征在于，进一步包括连接至所述感测电极的逻辑电路，所述逻辑电路被配置和布置成处理来自所述感测电极的输出以确定施加至紧邻所述感测电极中的至少一个的所述弹性材料的压力以及所施加压力的位置。
8.如权利要求1所述的压力感测装置，其特征在于，所述电介质结构包括所述弹性材料的在横向上彼此分离的不同形状的部分。
9.如权利要求8所述的压力感测装置，其特征在于，所述不同形状的部分中的各个部分具有不同的横截面，并且被配置和安排成对界面层的不同部分设置不同的压力感测特性。
10.一种触摸屏装置，包括：
具有多个传感器的衬底，每个传感器包括通过以可压缩的弹性材料电耦合的电极，所述弹性材料配置和布置为响应于施加在其上的压力压缩并且因此呈现出响应于其压缩状态而改变的介电常数，所述可压缩的弹性材料具有多个微结构，所述多个微结构具有宽度和厚度尺寸并且用其间的间隙来分开，其中，所述可压缩的弹性材料被配置和布置为响应于小于1kPa的压力变化的施加而呈现出在小于300毫秒中在其横截面处的压缩和从那里的恢复，并且其中，每个传感器被配置和布置成响应于所述弹性材料的压缩呈现出电极之间的边缘电容的变化；
在所述弹性材料上的导电屏蔽材料，配置和布置成透光以呈现图像以供显示；
光源，配置和布置成通过与图像相对应的光以供穿透所述导电屏蔽材料观看；以及
各自耦合至传感器的互连电路，配置和布置成提供指示每个传感器的边缘电容的输出，并且其中提供施加至邻近每个传感器的所述屏蔽材料的压力量的指示。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述传感器被配置和布置成响应于所述弹性材料紧邻所述传感器的部分相对于所述弹性材料邻近其它传感器的部分的介电常数的变化，其中提供施加至所述弹性材料的压力和所施加压力的位置二者的指示。
12.如权利要求10所述的触摸屏装置，其特征在于，所述弹性材料包括在横向上彼此分离的不同形状的部分。
13.如权利要求12所述的触摸屏装置，其特征在于，所述不同形状的部分中的各个部分具有不同的横截面，并且被配置和安排成对弹性材料的不同部分设置不同的压力感测特性。
14.一种制造传感器装置的方法，所述方法包括：
形成界面层，所述界面层配置和布置成响应于以压力形式呈现于所述界面的输入信号而挠曲；
形成包括弹性材料的电介质结构，所述弹性材料具有多个微结构，所述微结构具有宽度和厚度尺寸并且用其间的间隙来分开，所述电介质结构配置和布置成呈现出第一介电常数且响应于以小于1kPa的压力变化为形式的输入信号而在小于300毫秒中在其横截面处压缩并且从那里恢复，并且因此呈现与所述弹性材料的压缩状态相对应的改变的介电常数；以及
形成感测电路，所述感测电路配置和布置成通过提供施加至所述弹性材料的压力的指示来响应介电常数的变化；
形成至少一个电极，所述至少一个电极配置和布置成经由所述弹性材料施加边缘电场电容至所述感测电路，其中，所述感测电路被配置成感测因边缘电场电容的变化而导致的施加的压力。
15.如权利要求14所述的方法，其特征在于，
其中形成感测电路包括在平面衬底上形成多个电极；以及
进一步包括在所述电极和所述平面衬底与所述界面层之间放置所述电介质结构，以配置所述电介质结构响应于施加在位于所述电极中的至少一个上的所述界面层的一部分上的压力，在所述界面层和所述电极中的至少一个之间压缩。
16.如权利要求14所述的方法，其特征在于，形成所述电介质结构包括形成所述弹性材料的在横向上彼此分离的不同形状的部分。
17.如权利要求16所述的方法，其特征在于，形成所述弹性材料的不同形状的部分包括：通过形成所述部分的具有不同横截面的不同部分，对界面层的不同部分设置不同的压力感测特性。
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