CN103718143A - 双重模式电容触摸面板 - Google Patents

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Abstract

一种双重模式电容触摸面板包括：电极层，其包括布置在传感器基板之上的传感器电极阵列，所述传感器电极阵列包括多个驱动电极和多个感测电极；以及屏蔽层，其布置在电极层之上并且与电极层间隔开。屏蔽层具有预定的电阻，其允许第一频率的电场的传递并且阻止第二频率的电场的传递，其中屏蔽层和电极层之间的间隔由于因用户触摸而施加于屏蔽层的力而可变形。控制器配置成在第一模式中以第一频率驱动屏蔽层和传感器电极阵列中的至少一些传感器电极，以便测量物体相对于传感器基板的位置，并且在第二模式中以第二频率驱动屏蔽层和所述至少一些传感器电极，以便测量向传感器基板施加的力。

Description

双重模式电容触摸面板
技术领域
本发明涉及触摸面板装置。特别地，本发明涉及电容式触摸面板。这种电容式触摸面板装置可以在包括例如移动电话、平板电脑和台式个人电脑、电子书阅读器和数字标牌产品在内的一系列消费者电子产品中得到应用。
本申请要求2011年8月1日提交的美国专利申请序列13/195,364号的优先权。
背景技术
近来，触摸面板已经被广泛用作高端便携电子产品（例如智能手机和平板装置）的输入装置。尽管许多不同的技术可以用于制造这些触摸面板，但是电容系统由于其精确性、耐久性以及用很小激活力或无需激活力就能检测触摸输入事件的能力而已经被证明是最受欢迎的。
触摸面板的电容感测的最基本的方法是在例如US4293734（Pepper,1981年10月6日）中公开的表面电容系统中演示的。表面电容式触摸面板的典型实现方案在图1中示出、并且包括透明基板10，该透明基板10的表面覆盖有形成感测电极11的导电材料。一个或多个电压源12在例如每个拐角处连接到感测电极，并且用于在基板上方生成静电场。当导电物体（例如人的手指13）极为贴近感测电极时，电容器14在感测电极11和手指13之间动态地形成，并且该静电场被干扰。电容器14会引起从电压源12吸取的电流量发生变化，其中电流变化的幅度与手指位置和电压源连接到感测电极的点之间的距离有关。设置电流传感器15来测量从每个电压源12吸取的电流，并且触摸输入事件的位置通过比较在每个电压源测量的电流的幅值来计算。尽管构造和操作简单，但是表面电容式触摸面板不能够检测当例如两个或更多手指与触摸面板接触时发生的多个同时触摸输入事件。
应用于触摸面板的另一种熟知的电容感测方法存在于投射式电容系统中。在这种方法中，如图2所示，驱动电极20和感测电极21在透明基板（未示出）上形成。电压源22向驱动电极20提供变化的电压或激励信号。然后经由在驱动电极20和感测电极21之间形成的互耦电容器23，借助电容耦合在相邻的感测电极21上诱发信号。电流测量装置24连接到感测电极21，并且提供互耦电容器23的大小的测量值。当诸如手指13之类的导电物体极为贴近两个电极时，该导电物体形成相对于驱动电极27的第一动态电容器和相对于感测电极28的第二动态电容器。随着驱动和感测电极之间的电容耦合量的减小，这些动态形成的电容的效应显现出来，从而减小由附连到感测电极21的电流测量装置24测量的信号的幅值。如在例如US7663607（Hotelling,2010年2月16日）中熟知且公开的那样，通过以网格形式布置多个驱动和感测电极，这种投射式电容感测方法可以用于形成触摸面板装置。投射式电容感测方法优于表面电容方法的优点是，可以检测多个同时触摸输入事件。然而，尽管投射式电容方法有多点触摸能力，但是其具有一些显著的局限。例如，其不能被用于检测触摸输入的力，并且不能检测来自非导电物体（例如塑料笔）的触摸输入。
为了克服这些局限，已经提出把力感测装置包含到投射式电容触摸面板中的混合系统。例如，“Metal-polymer composite withnanostructured filler particles and amplified physical properties”（AppliedPhysics Letters88,102013(2006)）讨论了可以用于形成围绕触摸面板周边的环的力敏材料。可选地，US6492979（Kent,2002年12月10日）描述了包含分立的力感测装置的触摸面板系统。力传感器也可以在触摸传感器电极层中形成：例如，US5915285（Sommer,1999年6月22日）描述了由氧化铟锡形成并且与触摸传感器电极相互交叉的应变计。然而，这些系统的局限在于不能分别单独地测量在不同的点施加的多个力。
美国专利US7538760（Hotelling,2009年5月26日）提出了同时测量多个单独的触摸及其相关的力的方法。该专利描述了例如图3中所示的电容传感器电极的可压缩结构。图3的结构采用一层投射式电容感测电极410和第一组驱动电极420，来以传统投射式电容触摸传感器的方式确定每个触摸的位置。这些感测电极410和驱动电极420在传感器基板430的相反两侧形成。弹簧结构440把感测电极410与第二组驱动电极450分开。保护装饰层460位于第一组驱动电极之上，并且整个传感器结构由支撑基板470支撑。施加于传感器上的一点的力会影响弹簧结构的局部压缩，并且因此会改变在感测电极410和第二组驱动电极450之间测量的局部电容。该局部电容表示局部触摸力。
尽管US7538760中描述的设计允许既测量触摸位置又测量触摸力，但是其需要增加图案化的驱动层450，从而引发显著的额外制造成本。此外，若干个上部层必须按顺序布置，以便压缩弹簧结构440。这限制了装置的灵敏度、空间分辨率和机械稳健性。
发明内容
传统投射式电容触摸传感器的局限是不能检测来自非导体笔的触摸。尽管大多数力测量方法不能区分多个同时接触点，但是该局限可以通过向投射式电容触摸面板中添加力测量而得到克服。克服该问题的传感器结构是已知的，但是需要显著有助于降低制造成本的附加图案化电极层。这种已知的结构还需要被机械变形的若干个层，从而限制其灵敏度、空间分辨率和机械稳健性。
本发明通过屏蔽层被布置在传感器电极阵列之上的传感器结构来提供克服上述局限的触摸面板。屏蔽层与传感器电极阵列间隔开、并且因此可以通过外部施加的力而朝向传感器电极阵列压缩。屏蔽层被设计成根据传感器电极操作的方式，阻止或允许由传感器电极阵列生成的电场的传递。
该方法具有几个优点。由于屏蔽层不需要被图案化，所以使附加成本最小化。由于屏蔽层位于传感器结构的顶部附近，所以位于该结构下部的层不需要在外部触摸力施加时变形。这会提高空间分辨率、灵敏度以及机械稳健性。
根据本发明的示例性装置包括传感器基板510，以及柔性支撑基板530上的屏蔽层，如图4所示。传感器基板510具有电极层540，在该电极层540中形成有与传统投射式电容触摸传感器相似的传感器电极阵列。屏蔽层520通过可变形介质550与传感器基板510间隔开，使得其可以通过外部施加的触摸力朝向传感器基板510发生局部变形。整个传感器结构由基底支撑基板560支撑，所述基底支撑基板560可以是信息显示面板的表面。
在第一操作模式中，触摸传感器测量导电且接地的物体580在屏蔽层520之上的接近度，并且可以用于检测这种物体触摸装置的表面的位置。
在第二操作模式中，触摸传感器测量触摸传感器基板510和屏蔽层520之间的在每个位置处的间隔。该测量结果表示施加于柔性支撑基板530的顶面的力。
根据本发明的一个方面，双重模式电容触摸面板包括：传感器基板；电极层，其包括布置在传感器基板之上的传感器电极阵列，所述传感器电极阵列包括多个驱动电极和多个感测电极，每个传感器电极对应于传感器基板上的一个位置；屏蔽层，其布置在电极层之上并且与电极层间隔开，屏蔽层具有预定的电阻，其允许第一频率的电场的传递并且阻止第二频率的电场的传递，其中屏蔽层和电极层之间的间隔由于因用户触摸而施加于屏蔽层的力而可变形；以及控制器，其可操作地耦合到传感器电极阵列，控制器配置成测量物体相对于传感器基板的位置，并且测量向传感器基板施加的力。
根据本发明的一个方面，控制器配置成在第一模式中以第一频率驱动屏蔽层和传感器电极阵列中的至少一些传感器电极，以便测量物体相对于传感器基板的位置，并且在不同于第一模式的第二模式中以第二频率驱动屏蔽层和所述至少一些传感器电极，以便测量向传感器基板施加的力。
根据本发明的一个方面，控制器配置成：检测所述至少一些传感器电极的第一电气特性的变化，并且使第一电气特性的变化与对应于各个传感器电极的位置相关联；以及检测所述至少一些传感器电极的第二电气特性的变化，并且使第二电气特性的变化和在对应于各个传感器电极的位置施加的力相关联。
根据本发明的一个方面，控制器配置成使用具有相同频率的电压激励来检测第一和第二电气特性的变化。
根据本发明的一个方面，控制电路配置成把传感器电极定义为感测电极或驱动电极，并且在第一电气特性测量期间，控制器定义传感器电极，使得感测电极以第一比率散布在驱动电极中，并且在第二电气特性测量期间，控制器定义传感器电极，使得感测电极以第二比率散布在驱动电极中，第二比率不同于第一比率。
根据本发明的一个方面，控制器在第二模式中配置成：利用恒定电压保持屏蔽层；利用电压激励驱动每个驱动电极；测量流入每个感测电极的电流；以及使测得的电流与朝向传感器基板施加的力相关联。
根据本发明的一个方面，屏蔽层处于漂浮电位（floating potential），并且控制器配置成向至少一个感测电极施加电压激励，该电压激励是施加于驱动电极的电压激励的按比例调节且反相的版本。
根据本发明的一个方面，控制器在第二模式中配置成：利用电压激励驱动屏蔽层；把传感器电极和驱动电极保持在恒定电压；测量流入每个驱动电极和感测电极的电流；以及使测得的电流与朝向传感器基板施加的力相关联。
根据本发明的一个方面，所述装置包括布置在屏蔽层和电极层之间的可变形介质。
根据本发明的一个方面，所述装置还包括布置在电极层之上的柔性支撑基板，其中屏蔽层形成在柔性支撑基板上。
根据本发明的一个方面，所述装置还包括布置在传感器基板下方的基底支撑基板。
根据本发明的一个方面，屏蔽层的片电阻在10K欧姆/平方和10M欧姆/平方之间。
根据本发明的一个方面，屏蔽层包括导电聚合物。
根据本发明的一个方面，驱动电极布置在第一方向上，并且感测电极布置在第二方向上，第二方向与第一方向正交。
根据本发明的一个方面，所述装置包括电压源，其中屏蔽层电连接至电压源。
根据本发明的一个方面，屏蔽层和电压源之间的电气连接包括屏蔽层和电压源之间的多个电气连接。
根据本发明的一个方面，多个电气连接中的每一者包括围绕屏蔽层的周边的连续连接、或者与屏蔽层接触的导电轨迹网格中的至少一者。
根据本发明的一个方面，所述装置包括屏蔽层和传感器基板之间的一层透明非导电流体。
根据本发明的一个方面，驱动电极和感测电极包括菱形图案。
根据本发明的一个方面，屏蔽层包括网格图案。
根据本发明的一个方面，屏蔽层被图案化成包括多个狭缝。
根据本发明的一个方面，屏蔽层被图案化为电分离的屏蔽层电极，其中屏蔽层电极在与感测电极的方向正交的方向上延伸。
根据本发明的一个方面，控制器在第二模式中配置成：向每个屏蔽层电极施加电压激励；测量在每个感测电极中流动的电流；以及使测得的电流与朝向传感器基板施加的力相关联。
根据本发明的一个方面，传感器电极阵列在传感器基板上形成矩阵，并且控制器配置成：唯一地寻址传感器电极阵列的每个传感器电极；以及向每个驱动电极施加电压激励，同时向每个感测电极施加电压激励的反相版本。
根据本发明的一个方面，屏蔽层包括电阻层和薄膜晶体管层。
根据本发明的一个方面，电阻层被图案化为布置在各个传感器电极之上的岛，并且所述岛通过薄膜晶体管层的薄膜晶体管彼此连接。
根据本发明的一个方面，控制器配置成同时测量第一和第二电气特性。
根据本发明的一个方面，控制器配置成向驱动电极提供包括频率的混合物的电压激励。
根据本发明的一个方面，控制器包括：第一和第二滤波器，其可操作地耦合到传感器电极阵列；以及第一和第二模拟数字转换器，其可操作地分别耦合到第一和第二滤波器，其中控制器配置成使用来自第一模拟数字转换器的数据来检测第一电气特性的变化，并且使用来自第二模拟数字滤波器的数据来检测第二电气特性的变化。
根据本发明的一个方面，屏蔽层由半导体材料形成，并且通过改变半导体材料在屏蔽层中的掺杂从而生成相对于屏蔽层的其他区域具有高导电性的多个区域，来将屏蔽层图案化。
根据本发明的一个方面，通过蚀刻屏蔽材料来将屏蔽层图案化。
下面的说明和附图将详细阐述本发明的某些说明性实施例。然而，这些实施例仅表示可以采用本发明的原理的各种方式中的一些。所述实施例只是示例性的，并且不以任何方式对本发明进行限制。在结合附图考虑时，根据本发明的以下详细说明，本发明的其它目的、优点和新颖特征将变得明了。
附图说明
图1示出表面电容式触摸面板的传统实现方案。
图2示出互电容式触摸面板的传统实现方案。
图3示出电容传感器电极的传统可压缩结构。
图4示出对应于本发明的实施例的示例性层结构。
图5示出对应于本发明的第一实施例的示例性层结构。
图6示出与本发明的第一实施例相关的示例性传感器基板和外部元件。
图7示出在本发明的第一实施例中应用的感测电路的一种可能形式。
图8示出屏蔽层上的一个区域的简化等效电路。
图9示出操作本发明的一组可能的信号时序。
图10示出在屏蔽层的拐角处形成的电气连接。
图11示出在屏蔽层的周边形成的电气连接。
图12示出沉积成与屏蔽层接触的导电轨迹的网格。
图13示出在屏蔽和传感器基板之间具有流体层的传感器的示例性结构。
图14示出驱动和感测电极的传统菱形图案。
图15示出为了增大总片电阻而被图案化成网格形式的屏蔽层。
图16示出为了减小局部电流，屏蔽层的一种可能的图案化形式。
图17示出为了激励局部电流，屏蔽层的另一种可能的图案化形式。
图18示出施加于传感器基板的三个触摸。
图19示出把屏蔽层图案化成分立电极的一种可能方式。
图20示出当在第二模式下操作时，激励传感器基板上的驱动和感测电极而不在屏蔽层上产生净电压扰动的一种可能方式。
图21示出当操作根据本发明的另一实施例的装置时，屏蔽层620的简化等效电路。
图22示出划分成电极矩阵的传感器基板的平面图。
图23示出当操作根据本发明的另一实施例的装置时，可以提供给驱动和感测电极的一种电压波形。
图24示出供图23的实施例使用的可能的电极控制电路。
图25示出驱动电极和感测电极在传感器基板上的粗糙分布。
图26示出与图25的分布对应的屏蔽和传感器电极的等效电路。
图27示出驱动电极和感测电极在传感器基板上的精细分布。
图28示出与图27的分布对应的屏蔽和传感器电极的等效电路。
图29示出根据本发明的另一实施例的装置的层结构。
图30示出具有薄膜晶体管和共栅极连接轨迹的屏蔽层的平面图。
图31示出图30所示的屏蔽层的三个岛（island）的简化等效电路。
图32示出与根据本发明的另一实施例的装置相关的传感器基板和外部元件。
附图标记的说明
10   透明基板
11   感测电极
12   电压源
13   导电物体
14   电容器
15   电流传感器
20   驱动电极
21   感测电极
22   电压源
23   互耦电容器
24   电流测量装置
27   驱动电极
28   感测电极
410  投射式电容感测电极
420  第一组驱动电极
430  传感器基板
440  弹簧结构
450  第二组驱动电极
460  保护装饰层
470  支撑基板
510  传感器基板
520  屏蔽层
530  柔性支撑基板
540  电极层
550  可变形介质
560  基底支撑基板
580  导电且接地的物体
605  传感器基板
608  电极层
610  驱动电极
615  感测电极
620  屏蔽层
625  柔性支撑基板
630  可变形介质
635  基底支撑基板
710  驱动电极
720  感测电极
730  特定驱动和感测电极之间的交叉点周围的区域
740  多路复用器
750  多路复用器
760  感测电路
770  ADC（模拟数字转换器）
780  触摸处理器
790  函数发生器
795  反相输入
796  运算放大器
797  输出
798  阻抗ZF
799  非反相输入
805  感测电极
810  驱动电极
820  电容CC2
825  电容CC1
828  边缘电容CX
830  边缘电容CY
835  接地且导电的物体
840  电容CF1
845  电容CF2
850  屏蔽层和DC电压源之间的连接
852  DC电压源
855  电阻路径RG
865  局部电阻路径RL
910  至屏蔽层的连接
920  屏蔽层
1010 至屏蔽层的多个连接
1110 导电轨迹的网格
1210 透明且非导电的流体
1220 可变形结构
1510 屏蔽层
1610 屏蔽层
1620 第一接触点
1630 第二接触点
1640 第三接触点
1645 第一驱动电极
1650 第二驱动电极
1710 屏蔽层电极
1810 驱动电极
1820 感测电极
1830 邻近感测电极
1840 驱动电极上方的屏蔽层上的区域
1910 传感器电极
1920 电极控制电路
1935 连接
1940 多路复用器
2110 感测电极
2120 驱动电极
2210 电容CC1
2220 电容CC2
2230 电容CC3
2240 电容CC4
2245 边缘电容CX
2250 电阻路径R12
2260 电阻路径R23
2270 电阻路径R34
2510 屏蔽层
2520 电阻层
2530 薄膜晶体管层
2610 电阻层的岛
2620 薄膜晶体管
2630 共栅极连接
2710 电阻层的第一岛
2720 电阻层的第二岛
3210 第一滤波器
3220 第二滤波器
具体实施方式
根据本发明，双重模式电容触摸面板包括：传感器基板；以及电极层，其包括布置在传感器基板之上的传感器电极阵列。传感器电极阵列包括多个驱动电极和多个感测电极，并且每个传感器电极对应于传感器基板上的一个位置。触摸面板还包括屏蔽层，其布置在电极层之上并且与电极层间隔开，屏蔽层具有预定的电阻，其允许传递第一频率的电场并且阻止传递第二频率的电场。屏蔽层和电极层之间的间隔可以由于因用户触摸而施加于屏蔽层的力而变形，其中这种变形会改变屏蔽层和阵列中的传感器电极之间的电容。控制器可操作地耦合到传感器电极阵列，并且控制器配置成在第一模式中以第一频率驱动屏蔽层和传感器电极阵列中的至少一些传感器电极，以便测量物体相对于传感器基板的位置，并且在不同于第一模式的第二模式中以第二频率驱动屏蔽层和所述至少一些传感器电极，以便测量向传感器基板施加的力。
在本发明的第一实施例中，如图5所示，传感器基板605与电极层608一起提供。电极层608包括驱动电极610和感测电极615（驱动和感测电极被称为传感器电极阵列）。驱动和感测电极彼此电隔绝，并且在传感器基板605的同一表面上示出，但是在实践中也可以占据相反的两侧。电极层可以与传统投射式电容触摸传感器中设置的相似。屏蔽层620在柔性支撑基板625上形成，并且通过变形介质630与电极层608分离。屏蔽层620具有刻意高的片电阻，例如10k欧姆/平方～10M欧姆/平方。例如，可以通过用一薄层导电聚合物覆盖支撑基板来形成屏蔽层。用于支撑基板的适合的材料包括玻璃和塑料。根据传感器电极操作的方式，将屏蔽层设计成阻止或者允许由传感器电极阵列产生的电场的传递。整个传感器结构由基底支撑基板635支撑，所述基底支撑基板635可以是信息显示面板的表面。
在传感器基板上布置驱动和感测电极的最简单的方式之一在图6中示出，图6示出包括驱动电极710和感测电极720的传感器基板605的平面图。驱动电极710是在第一方向上形成的平行金属轨迹，并且感测电极720是在第二方向上形成的平行金属轨迹。第二方向与第一方向基本正交。图6突出显示了一个特定驱动电极与一个特定感测电极的交叉点周围的区域730。图6还示出外部控制器中所包括的元件740、750、760、770、780和790。
为了操作传感器，诸如正弦波形之类的电压激励依次施加于每个驱动电极710。电压激励同样可以是例如斜坡、三角波形或一连串矩形脉冲。电压激励可以在触摸处理器780的控制下，由函数发生器790生成。适当的函数发生器被记述在“The Art of Electronics”（PaulHorowitz and Winifield Hill,Cambridge University Press(1989)）中。函数发生器790通过多路复用器740每次连接到一个驱动电极。在任何给定时间，感测电极720之一通过多路复用器750连接到感测电路760。感测电路760的模拟输出由ADC（模拟数字转换器）770转换为数字值，并且该数字值由触摸处理器780接收。
感测电路760测量流入所连接的感测电极720的电流，同时把所连接的感测电极720维持在恒定电压。感测电路760可以如图7所示那样配置。运算放大器796的反相输入795连接到多路复用器740，并且最终连接到感测电极720之一。反相输入795也通过阻抗ZF798（例如电容器或电阻器）连接到输出797。非反相输入799连接到与地电位相等的恒定电压源。放大器输出797的电压因此表示流入所连接的感测电极的电流。
在根据本发明的示例性装置中，屏蔽层的存在会影响流入每个感测电极的电流。图8示出与特定感测电极805和驱动电极810交叉的区域730相关的简化等效电路。现在详细描述该简化等效电路的操作。感测电极805和驱动电极810分别通过电容CC2820和电容CC1825电容性地耦合到屏蔽层620。感测电极805和驱动电极810还通过边缘电容CX828耦合在一起。屏蔽层上的各点通过边缘电容CY830电容性地耦合到屏蔽层上的其他点，所述边缘电容CY830会受到接地导电物体（例如手指835）的接近度影响。屏蔽层上的各点还通过电容CF1840和CF2845直接耦合到导电物体。在屏蔽层的一个拐角处，形成去往DC电压源852的连接850，所述DC电压源852可以处于已知的固定电位（例如地电位）。
当正弦电压激励发送到驱动电极810时，由于电容CC1825，驱动电极810在屏蔽层上诱发局部正弦电压扰动。继而，屏蔽层上的这些正弦电压扰动使电流流入感测电极805。正弦电压扰动会受到区域730中的屏蔽层620附近放置的任何接地物体的影响。此外，区域730中的屏蔽层620上的正弦电压扰动会通过去往DC电压源连接850的电阻路径RG855而衰减。正弦电压扰动也会受到区域730中的屏蔽层620上的不同的点之间流动（例如流过局部电阻路径RL865）的电流的影响。由于由连接至屏蔽层的各种电容（例如CC2820和CC1825）以及电阻路径RG855和RL865形成的RC组合，屏蔽层上的电压扰动的幅值会取决于其频率。
为了检测接地物体的存在，该传感器结构在第一模式中操作。在操作的该第一模式中，正弦电压激励的频率足够高，从而确保屏蔽层上的正弦电压扰动不会被去往DC电压源连接850的电阻路径RG855显著衰减。在该模式中，区域730中的屏蔽层620上的电压扰动会被区域730中的屏蔽层620附近放置的任何接地物体减小，因为该接地物体会影响接近屏蔽层的电场。这会减小流入相应感测电极805的电流。
如果正弦电压激励的频率足够高，则屏蔽层上方的电场将会基本独立于屏蔽层的位置，并且因此朝传感器基板压缩屏蔽层会对测量产生可忽略的影响。以这种方式，手指的存在可以与施加的力分开确定。
为了测量朝传感器基板对屏蔽层的压缩、以及因此产生的施加力，传感器结构在第二模式中操作。在操作的该第二模式中，正弦电压激励的频率足够低，从而确保屏蔽层上的正弦电压扰动会被去往DC电压源连接850的电阻路径RG855衰减至显著小的水平。在该模式中，屏蔽层充当传感器电极上方的导电平面，并且朝向电极压缩屏蔽层会抑制边缘电容CX828，从而减小流入感测电极的电流。
如果正弦电压激励的频率足够低，则屏蔽层上的正弦电压扰动和屏蔽层上方的电场将是可忽略的，并且因此放置在传感器附近的接地物体会对测量产生可忽略的影响。以这种方式，屏蔽层的压缩可以与手指的存在分开确定。
屏蔽层的片电阻的值会影响系统在测量接地物体的位置的第一模式中操作的频率范围以及在测量力的第二模式中操作的频率范围。然而，可行的驱动频率会受到诸如外部控制器的能力、驱动电极710和感测电极720的电阻、以及传感器的所需响应时间之类的因素的限制。可行的频率可以与传统投射式电容传感器的可行频率（通常在10kHz～200kHz的范围内）相当。
图8涉及特定感测电极805和特定驱动电极810交叉的一个区域730。在实践中，将会操作传感器在每一个可能的区域中检测触摸力或者检测接地物体的接近度。图9示出可以用于以这种方式操作本发明的一组可能的信号时序。顺次向每个驱动电极710发送第一正弦电压信号。该正弦电压的频率足够高从而在第一操作模式中操作传感器，其中放置在屏蔽层上方的接地物体会引起流入一个或多个感测电极的电流的减小。
当向任何给定的驱动电极发送第一正弦电压信号时，在任何给定的感测电极中测量的电流表示在给定驱动电极和给定感测电极之间的交叉点周围的区域中是否存在接地物体。
然后顺次向每个驱动电极710发送具有足够低的频率的正弦电压信号，以便在第二操作模式中操作传感器。
当向任何给定驱动电极发送第二正弦电压信号时，在任何给定感测电极中测量的电流表示在给定驱动电极和给定感测电极之间的交叉点周围的区域中朝向传感器基板对屏蔽层进行的压缩。
图10示出传感器的平面图。如前所述，在一个拐角处形成从屏蔽层920至DC电压源852的连接910。然而，在本实施例中，屏蔽层620上的不同位置可以具有相对于DC电压源连接850的不同电阻。如果情况是这样，则对于给定的操作频率，传感器可以对于屏蔽层上的一些点以第一模式操作，并且对于屏蔽层中的其他点以第二模式操作。找出传感器的所有点都以同一模式操作的便利操作频率是不可能的。在这种不期望有的情况下，感测电极和驱动电极的阵列中的不同交叉点会对同一种输入激励产生不同的响应。
因此合乎期望的是，屏蔽层上的每个点相对于DC电压源852具有相似的电阻RG885，使得根据正弦电压激励的频率，传感器上的每个点或者在第一操作模式中操作、或者传感器上的每个点在第二操作模式中操作。
在根据本发明的装置的第二实施例中，形成去往屏蔽层的多个连接。这些连接1010连续地围绕屏蔽层的周边（例如，分布式接地连接），如图11所示。对于传感器的特定几何结构，这可以产生从屏蔽层920上的每个点至DC电压源852的电阻的更均匀分布。所述连接可以例如通过导电胶、或者通过沉积成与屏蔽层材料接触的导电金属轨迹来形成。由于屏蔽层上的每个点相对于DC电压源852展现出相似的电阻RG885，所以本实施例的优点是，阵列中的每个交叉点对于特定输入激励产生相似的响应。
在根据本发明的装置的第三实施例中，导电轨迹1110的网格被沉积成与屏蔽层920接触，如图12所示（例如，屏蔽层包括对接地连接进行分布的多个导体构成的网格）。导电轨迹比屏蔽层材料自身具有显著低的片电阻，并且可以由诸如铝之类的金属形成或者由诸如氧化铟锡（ITO）之类的透明导体形成。导电轨迹网格可以提供从屏蔽层920上的每个点至DC电压源852的电阻855的较好的均匀性。这是有利的，因为其确保阵列中的每个交叉点对于特定输入激励产生相似的响应。
根据本发明的装置的第四实施例在图13中示出。第四实施例在传感器基板605和屏蔽层620之间包含一层透明且非导电的流体1210。该流体1210可以与可变形结构1220结合使用，来充当可变形介质630。如果适当地选择流体1210的折射率，则该流体层可以用于改善触摸传感器的各层之间的光学匹配，并且因此在触摸传感器附连到信息显示器上时减少表面反射并改善可读性。此外，如果流体1210构成的层被选择成具有较高的相对静电介电常数，则其会增大耦合电容CC2820、CC1825及CX828的大小。这对于传感器的信噪比是有利的。
在根据本发明的装置的第五实施例中，对驱动电极710和感测电极720的图案进行优化，以便与图6所示的简单网格相比提高信噪比。一种可能性是采用例如在US5543588中公开并且在图14中所示的菱形图案。这种图案在投射式电容触摸传感器领域中是熟知的，并且可以在平行驱动电极710之间以及在平行感测电极720之间提供减小的边缘电容828。这种减小的边缘电容可以提高传感器的信噪比。
屏蔽层的片电阻决定从屏蔽层上的给定点至DC电压源连接850的电阻路径855的电阻RG。该电阻以及相对于屏蔽层形成的各种电容（例如CC2820和CC1825）的大小一起确定传感器操作的两种模式之间的‘转移频率’。对于在转移频率之上的正弦激励，传感器在第一模式中操作，并且测量导电物体835的存在。对于在转移频率之下的正弦激励，传感器在第二模式中操作，并且测量朝向电极层608对屏蔽层620的压缩。
对于较低的片电阻，转移频率可以变得非常高，例如10MHz。由于诸如传感器电极的电阻以及外部控制器的局限之类的因素，第二模式中的操作可能随后是不可行的。
屏蔽层620的高片电阻因此会是有利的。根据本发明的装置的第六实施例通过对屏蔽层进行图案化（例如图案化成图15所示的网格）来提供屏蔽层620的高片电阻。网格的间隔足够精细，使得当在第一模式中操作来测量力时，屏蔽层仍能充当传感器基板605上方的接地平面。
相反地，在某些应用中，以下方案可以被证明是有利的：提供屏蔽层620的低片电阻，以便允许传感器在高频率下以两种模式操作。这可以提高传感器的读出速度，并且可以通过增大电阻屏蔽层的厚度来实现。然而，在驱动电极710和感测电极720之间的间隙附近维持高屏蔽层电阻仍然是有益的。当在第二模式中操作时，这有助于阻止电流流经屏蔽层中的局部电阻路径865。当这些局部电流流动时，这些局部电流会使屏蔽层的压缩可以影响在感测电极720中测量的电流。在系统旨在仅测量屏蔽层上方是否存在接地物体、而不测量触摸力的第一操作模式中，这是不期望有的。可能难以确凿地知道在第一模式中系统仅测量了接地物体的存在与否、还是既测量了接地物体的存在与否又测量了触摸力，因此两者的分离是困难的。
该问题通过根据本发明的装置的第七实施例解决，其在驱动电极710和感测电极720之间的间隙附近提供高屏蔽电阻。这是通过按照图16描绘的方式对屏蔽层进行图案化来实现的。图16示出传感器基板的一部分上的传感器电极，以及这些传感器电极正上方的区域中的屏蔽层1510的对应图案，其中在屏蔽层中形成有多个狭缝。屏蔽层中的这些狭缝对应于由驱动和感测电极限定的图案。
同样地，在某些应用中，以下方案可以被证明是有利的：在驱动电极710和感测电极720之间的交叉点附近提供低片电阻，同时维持从这些点至DC电压源852的高电阻。这会激励电流流经屏蔽层中的局部电阻路径865，保证触摸力在第二模式中得到测量。由于保证触摸力影响第一操作模式的测量，并且由于仅触摸力在第一操作模式中被测量，所以应该可以将二者分离。
根据本发明的装置的第八实施例通过按图17描绘的方式对屏蔽层1610进行图案化、并且如图所示把屏蔽层1610对齐在驱动电极710和感测电极720的上方，来提供屏蔽层在靠近传感器电极的交叉点处的低局部电阻。特别地，屏蔽层可以被图案化为具有多个交叉线的网格。该网格可以布置成使得网格线对应于感测和驱动电极之间的间隔。
第八实施例要求的将屏蔽层图案化的一种方式是，在不需要电传导的地方蚀刻掉屏蔽材料。可选地，如果屏蔽层由半导体材料形成，则具有相对高电导率的区域可以通过改变半导体材料在屏蔽层中的掺杂来限定，而不是通过将其一部分蚀刻掉。当屏蔽层的蚀刻会导致外部可见的光学不连续性时，这会是优选的。屏蔽层的这种图案化方法可应用于本文中描述的具有含电阻材料构成的岛的图案化屏蔽层的所有实施例。
根据本发明的装置的第九实施例在测量来自触摸力的压缩时以一种备选方式操作。不是向驱动线施加电压扰动，而是用电压激励来驱动屏蔽层620，以便测量屏蔽层620朝传感器基板的压缩。传感器基板605具有多个驱动电极710和多个感测电极720，这些驱动电极和感测电极可以与在之前描述并且在图13中示出的那些相同。将正弦电压扰动施加于屏蔽层620，同时将驱动电极710和感测电极720保持在恒定电压，并且测量流入每个驱动电极710和感测电极720的电流。该电流表示屏蔽层620和每个传感器电极之间的电容CC1825或CC2820。这些电容随触摸力压缩结构而增大。为了检测屏蔽层上方的导电物体，根据本发明的装置如前所述在第一模式中操作；将屏蔽层保持在恒定电压，将电压扰动依次施加于每个驱动电极710，并且测量流入每个感测电极720的电流。电压扰动必须具有足够高的频率，以便确保来自驱动电极710和感测电极720的电场在屏蔽层620上方传播，并且受导电物体存在的影响。
第九实施例的一个局限是，对于多个同时接触点所构成的某些图案，当在第二模式中操作时不能正确识别各个单独的触摸。图18示出一种这样的图案，其由三个接触点1620、1625和1630构成。图18还示出两个感测电极1635和1640、以及两个驱动电极1645和1650。当第一点1620被触摸时，屏蔽和驱动电极1645之间的电容耦合会增大，如同屏蔽和感测电极1635之间的电容耦合那样。因此可以获得该触摸点的位置。当第二点1625被触摸时，屏蔽和驱动电极1645之间的电容耦合更进一步增大，并且屏蔽和感测电极1640之间的电容耦合增大。因此也可以获得该触摸点的位置。当第三点1630被触摸时，屏蔽和驱动电极1650之间的电容耦合增大，并且屏蔽和感测电极1640之间的电容耦合进一步增大。然而，因为感测电极1635和感测电极1640都已经增大了与屏蔽层的电容耦合，所以难以确定三个触摸点的位置。
第九实施例的局限由第十实施例克服，其中将屏蔽层图案化为电气分离的屏蔽层电极1710，如图19所示。这些屏蔽层电极1710在与传感器基板605上的感测电极720的延伸方向基本上正交的方向上延伸。为了测量施加的触摸力，将正弦电压扰动依次应用于每个屏蔽层电极1710，并且测量流入每个感测电极720的电流。施加的触摸力朝向传感器电极压缩屏蔽层，从而增大电容CC1825和CC2820、并且因此增大所测量的在一个或多个感测电极720中流动的电流。为了检测屏蔽层上方的接地物体，将每个屏蔽层电极1710保持在恒定电压，并且传感器根据第一实施例的第一模式来操作。
在根据本发明的装置的第十一实施例中，在传感器操作期间，屏蔽层不连接至DC电压源。这可以排除电气连接至屏蔽层的需要，减小成本和复杂性。然而，如果没有形成至屏蔽层的连接，屏蔽层将会充当悬浮导体，其电位是施加于驱动电极的‘平均’电压的一定比例。屏蔽层上的任何电压扰动会由于接地物体的存在而被衰减，并且这种衰减会改变在感测电极720测量的电流。这在第二操作模式中是不期望有的，因为这会阻止力测量与接触测量的分离。
为了阻止当在第一模式中操作时屏蔽层上的电压扰动，可以利用作为施加于驱动电极的激励的按比例调节且反相的版本的电压来扰动一个或多个感测电极720。图20示出：驱动电极1810，向其供以电压激励；感测电极1820，其被保持在一定的DC电压并且从该感测电极测量电流；以及两个邻近感测电极1830，利用施加于驱动电极的电压激励的按比例调节且反相的版本来扰动这两个邻近感测电极。
图21示出屏蔽层620、驱动电极1810、感测电极1820以及邻近感测电极1830的简化等效电路。电容在每个感测电极和屏蔽层之间形成。
在低频率，在第二操作模式中，显著的电流流经屏蔽层中的局部电阻路径865，并且因此屏蔽层具有其整个区域上的均匀电压扰动。施加于邻近感测电极1830的反相电压激励应该按比例调节从而使该屏蔽电压扰动的幅值最小化。
在高频率，在第一操作模式中，可以选择屏蔽层的片电阻使得显著的电流流经局部电阻路径865。这会确保屏蔽层620上的电压扰动被局部化到受激励的驱动电极1840之上的区域。因此不必要利用提供给驱动电极1810的电压激励的按比例调节且反相的版本来驱动邻近感测电极1830。
在根据本发明的装置的第十二实施例中，传感器电极1910在传感器基板605上形成矩阵，如图22所示。屏蔽层620通过可变形介质630而与传感器基板605分离，如第一实施例所述并且如图5所示。传感器电极可被唯一地寻址，这可以通过把每个传感器电极经由连接1930连接到其自身的电极控制电路1920来实现。每个传感器电极1910可以由电极控制电路1920配置为驱动电极或感测电极。每个电极控制电路具有至触摸处理器780的连接1935，所述触摸处理器780控制传感器的操作。将电压激励同时施加于每个驱动电极，同时将该电压激励的反相版本施加于每个感测电极。流入每个感测电极的电流由电极控制电路测量。如同之前的实施例一样，电压激励可以是正弦波形，如图23所示。
一种可能的电极控制电路1920在图24中示出，并且包括把传感器电极连接到函数发生器790（当电极被配置为驱动电极时）或者连接到感测电路760（当电极被配置为感测电极时）的多路复用器1940。感测电路的模拟输出由ADC转化为数字值。将该数字值传递给触摸处理器780，该触摸处理器780也控制多路复用器1940。
如同之前的实施例那样，触摸传感器可以在第一模式中操作来检测屏蔽层之上接地物体的存在，或者在第二模式中操作来检测屏蔽层朝传感器基板的压缩。与之前的实施例不同，驱动电极的频率不需要为了改变传感器操作的模式而改变。而是，感测和驱动操作被分配给传感器电极1910的模式发生改变。如果外部控制器不能在不同的频率下操作，这会是有利的。
为了在第一模式中操作传感器、并且检测屏蔽层620之上的接地物体的存在，感测电极2110粗糙地散布在驱动电极2120当中，如图25所示。该情况的等效电路在图26中呈现，其示出位于屏蔽层620之下的四个传感器电极1910。施加于被定义为驱动电极2120的传感器电极1910的电压扰动经由电容CC12210和CC22220耦合至屏蔽层。屏蔽层经由电容CC32230和CC42240耦合至被定义为感测电极2110的传感器电极1910。传感器电极1910还通过边缘电容CX2245耦合在一起。
当向驱动电极和感测电极提供电压激励时，电压扰动会在屏蔽层上出现。这些电压扰动的幅值会被包括CC12210、CC22220、CC32230、CC42240、R122250、R232260和R342270的RC网络强烈影响。应注意的是，R12输送相对小的电流，因为相同的电压激励被施加于CC1和CC2。CC1和CC2因此可以被认为并行地起作用。应注意的是，R34也输送相对小的电流，因为相同的电压激励被施加于CC3和CC4。CC3和CC4因此也可以被认为平行地起作用。
因为CC12210和CC22220有效地并行起作用，并且因为CC32230和CC42240有效地并行起作用，所以它们表现出相对低的阻抗。因此在R232260两端形成相对大的电压扰动，并且因此显著的电场出现在屏蔽层620之上。接地物体835的存在会影响这些电场，并且因此会改变所测量的流入感测电极2110的电流。
为了在第二模式中操作传感器、并且测量屏蔽层620向传感器电极1910的压缩，将感测电极2110精细地散布在驱动电极2120当中，如图27所示。该情况的等效电路在图28中呈现。
当向驱动电极和感测电极提供电压激励时，根据包括CC12210、CC22220、CC32230、CC42240、R122250、R232260和R342270的RC网络，电压扰动再一次在屏蔽层上出现。然而，在这种情况下，施加于邻近传感器电极的电压激励具有不同的极性，因此显著的电流流入所有电阻器R122250、R232260和R342270。在电阻器R122250、R232260和R342270上形成的电压扰动因此相对较小，并且屏蔽层表现得近似为接地平面。当施加的触摸力朝向传感器基板压缩屏蔽层时，屏蔽层因此减小在传感器电极1910之间形成的边缘电容CX2245。这会减小所测量的流入感测电极2110的电流。
当在任何一个模式中操作时，向驱动电极提供电压激励，同时测量流入感测电极的电流。接地物体的位置可以因此被局部化到任何感测电极或感测电极组之上的区域。假如传感器电极的数量足够高、并且其间隔足够小，则触摸传感器的整体分辨率可以等于传统投射式电容触摸传感器的整体分辨率。
在根据本发明的装置的具有与第一实施例相似的层结构的第十三实施例中，屏蔽层2510包括电阻层2520和薄膜晶体管层2530，如图29所示。电阻层2520被图案化为传感器电极之上的岛2610，其通过薄膜晶体管2620连接，如图30所示。沿屏蔽层2510的一个边缘的全部岛2610连接至DC电压源852。薄膜晶体管2620可以借助于共栅极连接2630而被接通或关断，共栅极连接2630可以在电阻层2520中形成、或者可以通过在柔性支撑基板625上沉积金属轨迹而形成。示出三个岛2610的等效电路在图31中示出。
传感器在第一模式中操作来检测放置在屏蔽层2510之上的接地物体835的存在。在该第一模式中，将适当的电压发送到共栅极连接2630，从而使薄膜晶体管2620停止导通。例如，如果薄膜晶体管2620是n沟道器件，则共栅极连接电压可以具有比出现在屏蔽层上的最大负值电压扰动更低的负值。否则，如果薄膜晶体管2620是p沟道器件，则共栅极连接电压可以具有比出现在屏蔽层上的最大正值电压扰动更高的正值。当薄膜晶体管2620处于非导通时，电阻层的岛2610彼此电隔离。施加于驱动电极810的任何电压激励然后会耦合至电阻层2520上的第一隔离岛2710，并且会影响屏蔽层2510之上的电场。靠近屏蔽层2510放置的接地物体835会减小在第一岛2710和第二岛2720之间形成的耦合电容CY830的值。接地物体的存在因此会减小所测量的流入感测电极805的电流。
传感器在第二模式中操作来检测屏蔽层2510朝传感器基板的压缩，这允许确定施加的触摸力。在该操作模式中，将适当的电压发送到共栅极连接2630，从而使薄膜晶体管2620导通，使得电阻层2520的岛2610连接在一起、并且被连接至DC电压源852。因为电阻层2520的岛2610具有至DC电压源852的连续连接，所以在屏蔽层上不会出现显著的电压扰动。由于该原因，所测量的流入感测电极805的电流独立于放置在屏蔽层2510之上的任何接地物体835。然而，屏蔽层2510朝传感器基板的压缩会减小把感测电极805耦合至驱动电极810的边缘电容CX828。所测量的流入感测电极805的电流因此可以被用作施加的触摸力的测量结果。
所有之前实施例的局限是，为了检测接地物体的存在以及测量触摸力，传感器必须操作两次；在第一模式中操作一次，并且在第二模式中操作一次。这会耗费时间并且减小触摸面板的响应能力。根据本发明的装置的第十四实施例的优点在于其同时执行触摸力和触摸接近度的测量。这是通过向驱动电极提供包含多个频率的混合物（例如两个正弦波形的叠加）的电压激励来实现。不同的频率会独立地穿过传感器，并且可以由外部控制器分开测量。
这种分离可以使用图32所示的外部控制器实现。在图32中，在触摸处理器780的控制下，电压激励由函数发生器790生成。函数发生器790通过多路复用器740一次连接至一个驱动电极。在任何给定时间，感测电极720之一通过多路复用器750连接至感测电路760。感测电路760的模拟输出连接至第一滤波器3210并且还连接至第二滤波器3220。两个滤波器中的每一者的模拟输出被连接至其自身的ADC770，在该ADC770中模拟输出被转换成数字值。每个ADC的数字输出被依次连接至触摸处理器780。这是电压激励是两个正弦波形的叠加的简单情况，第一滤波器3210可以是以第一正弦曲线的频率为中心的带通滤波器，并且第二滤波器3220是以第二正弦曲线的频率为中心的带通滤波器。第一正弦曲线的频率被选择成在第一操作模式中操作传感器，而第二正弦曲线的频率被选择成在第二操作模式中操作传感器。以这种方式，离开第一带通滤波器3210的信号的幅值表示在显示器之上接地物体的存在，而离开第二带通滤波器3220的信号的幅值表示施加于显示器的触摸力。
其他滤波器可以同样用于分离这两个频率，例如低通滤波器和高通滤波器，其被设计成使得高通滤波器仅使与第一操作模式相对应的频率通过，并且使得低通滤波器仅使与第二操作模式相对应的频率通过。
频率的混合物可以同样来自矩形脉冲串、或者来自三角波形、或者来自任意形状的波形。在任意周期波形的情况下，第一滤波器3210可以设计成使施加于驱动电极的电压激励的一个或多个谐波通过。这些谐波被选择成具有与第一操作模式相对应的足够高的频率。以这种方式，离开第一带通滤波器3210的谐波的幅值会受到放置在屏蔽层之上的接地物体的影响。
第二带通滤波器3210可以设计成仅使施加于驱动电极的电压激励的基本频率通过。这些基本频率被选择成具有与第二操作模式相对应的足够低的频率。以这种方式，离开第二带通滤波器3220的谐波的幅值会受到施加于传感器的触摸力的影响。
尽管已经针对某些优选实施例示出并描述了本发明，但是这些实施例仅是实例。可以做出这些实施例的各种组合和改型。本发明包括所有这些等同物、组合和改型，并且仅由随附权利要求的范围限定。
工业适用性
本发明可以在用于工业和消费者电子产品的触摸传感器面板和触敏显示器面板方面得到应用。本发明理想地适合于诸如移动电话、平板电脑和‘电子阅读器’之类的产品。

Claims (31)

1.一种双重模式电容触摸面板，包括：
传感器基板；
电极层，其包括布置在所述传感器基板之上的传感器电极阵列，所述传感器电极阵列包括多个驱动电极和多个感测电极，每个传感器电极对应于所述传感器基板上的一个位置；
屏蔽层，其布置在所述电极层之上并且与所述电极层间隔开，所述屏蔽层具有预定的电阻，其允许第一频率的电场的传递并且阻止第二频率的电场的传递，其中所述屏蔽层和所述电极层之间的间隔由于因用户触摸而施加于所述屏蔽层的力而可变形；以及
控制器，其可操作地耦合到所述传感器电极阵列，所述控制器配置成测量物体相对于所述传感器基板的位置，并且测量向所述传感器基板施加的力。
2.如权利要求1所述的装置，其中所述控制器配置成在第一模式中以第一频率驱动所述屏蔽层和所述传感器电极阵列中的至少一些传感器电极，以便测量物体相对于所述传感器基板的位置，并且在不同于所述第一模式的第二模式中以第二频率驱动所述屏蔽层和所述至少一些传感器电极，以便测量向所述传感器基板施加的力。
3.如权利要求1-2中任一项所述的装置，其中所述控制器配置成：
检测所述至少一些传感器电极的第一电气特性的变化，并且使所述第一电气特性的变化与对应于各个传感器电极的位置相关联；以及
检测所述至少一些传感器电极的第二电气特性的变化，并且使所述第二电气特性的变化与在对应于各个传感器电极的位置施加的力相关联。
4.如权利要求3所述的装置，其中所述控制器配置成使用具有相同频率的电压激励来检测所述第一电气特性和所述第二电气特性的变化。
5.如权利要求4所述的装置，其中所述控制电路配置成把所述传感器电极定义为感测电极或驱动电极，并且在所述第一电气特性的测量期间，所述控制器定义所述传感器电极，使得感测电极以第一比率散布在所述驱动电极中，并且在所述第二电气特性的测量期间，所述控制器定义所述传感器电极，使得所述感测电极以第二比率散布在所述驱动电极中，所述第二比率不同于所述第一比率。
6.如权利要求2-5中任一项所述的装置，其中所述控制器在所述第二模式中配置成：
利用恒定电压保持所述屏蔽层；
利用电压激励驱动每个驱动电极；
测量流入每个感测电极的电流；以及
使测得的电流与朝向所述传感器基板施加的力相关联。
7.如权利要求6所述的装置，其中所述屏蔽层处于漂浮电位，并且所述控制器配置成向至少一个感测电极施加电压激励，所述电压激励是施加于所述驱动电极的电压激励的按比例调节且反相的版本。
8.如权利要求2-7中任一项所述的装置，其中所述控制器在所述第二模式中配置成：
利用电压激励驱动所述屏蔽层；
把所述传感器电极和所述驱动电极保持在恒定电压；
测量流入每个驱动电极和感测电极的电流；以及
使测得的电流与朝向所述传感器基板施加的力相关联。
9.如权利要求1-8中任一项所述的装置，还包括布置在所述屏蔽层和所述电极层之间的可变形介质。
10.如权利要求1-9中任一项所述的装置，还包括布置在所述电极层之上的柔性支撑基板，其中所述屏蔽层形成在所述柔性支撑基板上。
11.如权利要求1-10中任一项所述的装置，还包括布置在所述传感器基板下方的基底支撑基板。
12.如权利要求1-11中任一项所述的装置，其中所述屏蔽层的片电阻在10K欧姆/平方和10M欧姆/平方之间。
13.如权利要求1-12中任一项所述的装置，其中所述屏蔽层包括导电聚合物。
14.如权利要求1-13中任一项所述的装置，其中所述驱动电极布置在第一方向上，并且所述感测电极布置在第二方向上，所述第二方向与所述第一方向正交。
15.如权利要求1-14中任一项所述的装置，还包括电压源，其中所述屏蔽层电连接至所述电压源。
16.如权利要求15所述的装置，其中所述屏蔽层和所述电压源之间的电气连接包括所述屏蔽层和所述电压源之间的多个电气连接。
17.如权利要求16所述的装置，其中所述多个电气连接包括围绕所述屏蔽层的周边的连续连接、或者与所述屏蔽层接触的导电轨迹网格中的至少一者。
18.如权利要求1-17中任一项所述的装置，还包括所述屏蔽层和所述传感器基板之间的一层透明非导电流体。
19.如权利要求1-18中任一项所述的装置，其中所述驱动电极和所述感测电极包括菱形图案。
20.如权利要求1-19中任一项所述的装置，其中所述屏蔽层包括网格图案。
21.如权利要求1-20中任一项所述的装置，其中所述屏蔽层被图案化成包括多个狭缝。
22.如权利要求2-21中任一项所述的装置，其中所述屏蔽层被图案化为电分离的屏蔽层电极，其中所述屏蔽层电极在与所述感测电极的方向正交的方向上延伸。
23.如权利要求22所述的装置，其中所述控制器在所述第二模式中配置成：
向每个屏蔽层电极施加电压激励；
测量在每个感测电极中流动的电流；以及
使测得的电流与朝向所述传感器基板施加的力相关联。
24.如权利要求1-23中任一项所述的装置，其中所述传感器电极阵列在所述传感器基板上形成矩阵，并且所述控制器配置成：
唯一地寻址所述传感器电极阵列的每个传感器电极；以及
向每个驱动电极施加电压激励，同时向每个感测电极施加所述电压激励的反相版本。
25.如权利要求1-24中任一项所述的装置，其中所述屏蔽层包括电阻层和薄膜晶体管层。
26.如权利要求25所述的装置，其中所述电阻层被图案化为布置在各个传感器电极之上的岛，并且所述岛通过所述薄膜晶体管层的多个薄膜晶体管彼此连接。
27.如权利要求3-26中任一项所述的装置，其中所述控制器配置成同时测量所述第一电气特性和所述第二电气特性。
28.如权利要求27所述的装置，其中所述控制器配置成向所述驱动电极提供包括频率的混合物的电压激励。
29.如权利要求28所述的装置，其中所述控制器包括：
第一滤波器和第二滤波器，其可操作地耦合到所述传感器电极阵列；以及
第一模拟数字转换器和第二模拟数字转换器，其可操作地分别耦合到所述第一滤波器和所述第二滤波器，其中所述控制器配置成使用来自所述第一模拟数字转换器的数据来检测所述第一电气特性的变化，并且使用来自所述第二模拟数字转换器的数据来检测所述第二电气特性的变化。
30.如权利要求1-29中任一项所述的装置，其中所述屏蔽层由半导体材料形成，并且通过改变半导体材料在所述屏蔽层中的掺杂从而生成具有比所述屏蔽层的剩余区域高的导电率的多个区域，来将所述屏蔽层图案化。
31.如权利要求1-29中任一项所述的装置，其中通过蚀刻屏蔽材料来将所述屏蔽层图案化。
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