CN107562252B - 输入装置、操作输入装置的方法和显示器 - Google Patents

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Abstract

本文所述的输入装置包括力传感器电极，其使用电容感测来测量输入物体(例如手指或触控笔)在输入装置上压下的力。为了测量这个力，输入装置包括可压缩层，其设置在输入装置中的显示器的背光与显示器的盖板窗口之间。在一个实施例中，可压缩层设置在显示器中的背光与透明薄膜晶体管(TFT)层之间。在一个实施例中，可压缩层包括空气间隙，其具有通过设置于显示器的至少两个边缘上的粘合材料来限定的厚度。

Description

输入装置、操作输入装置的方法和显示器
技术领域
本发明一般涉及电子装置和执行力的感测。
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各种电子系统中。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(例如蜂窝电话中集成的触摸屏)中。
发明内容
本文所述的一个实施例是一种输入装置，其包括：透明薄膜晶体管(TFT)层；背光；第一可压缩层，设置在TFT层与背光之间；多个力传感器电极；以及处理系统，配置成使用多个力传感器电极来获取多个电容测量(所述电容测量因输入物体对第一可压缩层的压缩而受影响)，并且基于多个电容测量来确定输入物体的力测量。
本文所述的另一个实施例是一种操作输入装置的方法。该方法包括使用输入装置的多个力传感器电极来获取多个电容测量，其中多个电容测量因输入装置中的第一可压缩层的压缩而受影响，并且其中第一可压缩层设置在输入装置中的TFT层与背光之间。该方法包括基于多个电容测量来确定与输入物体对应的力测量。
本文所述的另一个实施例是一种显示器，其包括：液晶材料层；第一层，包括多个力传感器电极；以及TFT层，其中第一层设置在液晶材料层与TFT层之间。该显示器包括：背光；以及可压缩层，设置在TFT层与背光之间，其中力传感器电极配置成响应输入物体所施加的力而生成因可压缩层的压缩而受影响的电容信号。
附图说明
图1是按照本文所述实施例的包括输入装置的示例性系统的框图；
图2示出按照本文所述实施例的电容感测像素的示例性图案的部分；
图3示出按照本文所述实施例的具有位于背光与力传感器电极之间的可压缩层的显示器；
图4示出按照本文所述实施例的具有位于背光与力传感器电极之间的可压缩层的显示器；
图5示出按照本文所述实施例的具有位于背光与力传感器电极之间的可压缩层的显示器；
图6是按照本文所述实施例的用于使用力传感器电极来确定力的流程图；
图7示出按照本文所述实施例的具有用于力感测的两个可压缩层的显示器；
图8示出按照本文所述实施例的具有用于力感测的两个可压缩层的显示器；以及
图9示出按照本文所述实施例的具有用于力感测的两个可压缩层的显示器。
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单元。预期一个实施例中公开的单元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部件。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单元。
Figure GDA0003514423880000021
Figure GDA0003514423880000031
具体实施方式
以下详细描述实际上只是示例性的，并非要限制本公开或者其应用和用途。此外，不存在通过前面的技术领域、背景、概述或者以下详细描述中提供的任何明确表达或暗示的理论进行限制的意图。
以下详细描述实际上只是示例性的，而不是要限制本公开或者其应用和用途。此外，并不是意在通过前面的技术领域、背景、概述或者以下详细描述中提供的任何明确表达或暗示的理论进行限制。
本发明的各个实施例提供促进可用性改善的输入装置和方法。本文所述的输入装置包括力传感器电极，该力传感器电极使用电容感测来测量输入物体(例如手指或触控笔)在输入装置上压下的力。为了测量这个力，输入装置包括可压缩层，其设置在输入装置中的显示器的背光与显示器的盖板窗口之间。在一个实施例中，可压缩层设置在显示器中的背光与透明薄膜晶体管(TFT)层之间。
在一个示例中，可压缩层包括空气间隙，该空气间隙具有通过设置于显示器的至少两个边缘上的粘合材料(例如双面胶带)所限定的厚度。换言之，粘合材料限定显示器中的背光与相邻层(例如TFT层)之间的隔离距离。这个隔离距离形成空气间隙，其在输入物体在盖板窗口上压下时被压缩。压缩空气间隙改变使用力传感器电极所获取的力测量。基于力测量的变化，输入装置能够确定输入物体所施加的力。在一个实施例中，力传感器电极还用来执行电容感测，以检测感测区中的输入物体的位置。也就是说，力传感器电极可包括双用途电极，其同时用于力感测以及识别2D区域或3D体积中的输入物体的位置。
在另一个实施例中，输入装置可包括两个可压缩层。第一可压缩层可以是上述可压缩层，其处于背光与盖板窗口之间，而第二可压缩层处于背光的相对侧。也就是说，可压缩层可面向背光的第一表面，该第一表面与面向第二可压缩层的背光的第二侧相对。使用两个可压缩层可改进输入装置的可压缩性和力测量的精度。
现在来看附图，图1是按照本发明的实施例的示例性输入装置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。如在本文档中所使用的术语“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、例如智能电话)和媒体装置(包括记录仪、编辑器和播放器(例如电视机、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。输入装置100可视情况而使用下列的任一个或多个与电子系统的部分进行通信：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”)，其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。示例输入物体包括手指和触控笔，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、形状和位置可在实施例之间极大地改变。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，直到信噪比妨碍对物体足够精确的检测。在各个实施例中，感测区120沿特定方向所延伸的距离可以是小于一毫米的量级、数毫米的量级、数厘米的量级或者更大的量级，并且可随所使用的感测技术的类型和预期的精度而明显变化。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、由施加在传感器电极或者任何壳体之上的面板(face sheet)等来提供输入表面。在一些实施例中，感测区120具有在投影到输入装置100的输入表面时的矩形形状。
输入装置100可利用传感器部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(elastive)、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输入沿特定轴或平面的投影。
在输入装置100的一些电阻实现中，柔性和导电第一层通过一个或多个隔离元件与导电第二层分隔。在操作期间，跨层形成一个或多个电压梯度。按压柔性第一层可使它充分偏转，以在层之间形成电接触，从而产生反映层之间的(一个或多个)接触点的电压输出。这些电压输出可用来确定位置信息。
在输入装置100的一些电感实现中，一个或多个感测元件拾取由谐振线圈或线圈对所感应的回路电流。电流的幅值、相位和频率的某些组合则可用来确定位置信息。
在输入装置100的一些电容实现中，施加电压或电流以产生电场。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，该变化可作为电压、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产生电场。在一些电容实现中，分立的感测元件可欧姆地短接在一起以形成较大的传感器电极。一些电容实现利用电阻片，该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(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，因而改变所测量的电容耦合。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，因而改变所测量的电容耦合。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。
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/或其他电路部件。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的部件定位在一起，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的部件在物理上是独立的，其中一个或多个部件靠近输入装置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。此外，处理系统110能够操作输入装置100的硬件以检测输入物体140所施加的力。在一个实施例中，用作力传感器电极以检测感测区120中的输入物体140的位置的传感器电极还能够用来检测力，输入物体140借助于该力在例如感测区120中的输入装置100上向下压。
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向电子系统的某些部分(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，电子系统的某些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。
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。示例性“零维”位置信息包括近/远或接触/无接触信息。示例性“一维”位置信息包括沿轴的位置。示例性“二维”位置信息包括平面中的运动。示例性“三维”位置信息包括空间中的瞬时或平均速度。另外的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或者由一些其他处理系统操作的附加输入部件来实现。这些附加输入部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附近的按钮130，其能够用来促进使用输入装置100对项目的选择。其他类型的附加输入部件包括滑块、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部件的情况下实现。
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与显示屏幕的激活区的至少一部分交叠。例如，输入装置100可包括覆盖显示屏幕的、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接口。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部件的一些用于显示和感测。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)来发布。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发布(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而与用于执行发布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2示出按照一些实施例的力感测区200中的力感测像素205(本文中又称作电容像素)的示例性图案的一部分。每个力感测像素205可包括上述力传感器电极的一个或多个。为了说明和描述的清楚起见，图2示出呈简单矩形图案的力感测像素205的区域而没有示出力感测像素205中的各种其他部件。在一个实施例中，力感测像素205是定域电容(电容耦合)的区域。在一个实施例中，力感测像素205可在单独力传感器电极与地之间形成。一般来说，电容耦合随输入物体在力感测像素205中按压输入装置的力发生变化。
示例性图案包括在公共平面中以X列和Y行所设置的力感测像素205X,Y(统称为像素205)的阵列，其中X和Y为正整数，虽然X和Y其中之一可以为零。预期感测像素205的图案可包括具有其他配置(例如极阵、重复图案、非重复图案、非均匀阵列、单行或单列或者其他适当布置)的多个感测像素205。此外，如以下将更详细论述，力感测像素205中的传感器电极可以是任何形状，例如圆形、矩形、菱形、星形、正方形、非凸状、凸状、非凹状、凹状等。如这里所示，力感测像素205耦合到处理系统110。
在一个实施例中，力感测像素205中的至少一个力传感器电极用来经由绝对感测技术来确定与输入物体对应的力测量。处理系统110中的传感器模块204(例如传感器电路)配置成使用各像素205中的迹线240，采用电容感测信号(其能够是调制或未调制的)来驱动力传感器电极，并且基于电容感测信号来测量力传感器电极与输入物体之间(例如自由空间或大地接地)的电容。处理系统110包括确定模块(其能够是硬件或固件)，其基于像素205与地之间的电容耦合的变化来确定力测量。
力感测像素205的各种电极通常与其他像素205的电极欧姆地隔离。另外，在像素205包括多个电极的情况下，电极可相互欧姆地隔离。也就是说，一个或多个绝缘体分隔传感器电极并且防止它们相互电短路。
在一个实施例中，扫描像素以便通过将调制信号驱动到力传感器电极并且测量力传感器电极的一个或多个的绝对电容来确定这些电容耦合。在另一个实施例中，可操作力传感器电极，使得将调制信号同时驱动到多个力感测像素205中的相应力传感器电极。在这类实施例中，绝对电容测量可同时从一个或多个像素205的每个来得到。在一个实施例中，输入装置100同时驱动多个力传感器像素205中的传感器电极，并且在同一感测周期中测量每个像素205的绝对电容测量。在各个实施例中，处理系统110可配置成有选择地驱动力传感器电极的一部分并且采用其进行接收。例如，可以非限制性地基于运行于主处理器的应用程序、输入装置的状态、感测装置的操作模式和输入物体的所确定位置来选择力传感器电极。在另一个实施例中，输入物体(例如手指)是采用调制信号来驱动的发射器而力传感器电极是接收器。
来自力感测像素205的一组测量形成表示像素205处的电容耦合的电容图像(又称作“电容帧”)。可在多个时间周期上获取多个电容图像，以及它们之间的差用来得出与施加到输入装置的力有关的信息。
在一些实施例中，像素205中的力传感器电极的一个或多个包括在更新显示屏幕的显示中使用的一个或多个显示电极。在一个或多个实施例中，显示电极包括VCOM电极(公共电极)、源驱动线、栅线、阳电极或阴电极或者任何其他显示元件的一部分或多个部分。这些显示电极可设置在适当的显示屏幕衬底上。例如，公共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、塑料衬底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。在这类实施例中，同时用作传感器以及显示电极的电极可又称作组合电极，因为它执行多个功能。
继续参照图2，耦合到传感器电极的处理系统110可选地包括显示驱动器模块208。在一个实施例中，传感器模块204包括配置成在期望力感测的周期期间调制力传感器电极的电路。传感器模块204可有选择地耦合到力感测像素205中的传感器电极的一个或多个。例如，传感器模块204可耦合到传感器电极的所选部分并且工作在绝对或跨电容感测模式。在另一个示例中，当工作在绝对感测模式时传感器模块204可耦合到与工作在跨电容感测模式时不同的传感器电极。
在一个实施例中，传感器模块204可包括接收器模块，该接收器模块包括电路，该电路将调制信号驱动到像素205之一的第一传感器电极上并且接收与调制信号对应的所产生信号以确定传感器电极的绝对电容的变化。接收器模块可向另一个模块或处理器(例如确定模块210或者电子装置的处理器(即主处理器))提供包含指示电容(例如电容测量)的信息的信号，以确定输入物体在力感测区200中施加的力。在一个或多个实施例中，接收器模块包括多个接收器，其中各接收器可以是模拟前端(AFE)。
在一个或多个实施例中，力感测和显示更新可在至少部分重叠的周期期间发生。例如，当驱动组合电极以用于显示更新时，也可驱动组合电极以用于力感测。或者重叠力感测和显示更新可包括在与传感器电极配置用于力感测时至少部分重叠的时间周期中调制显示装置的(一个或多个)参考电压和/或调制至少一个显示电极以用于显示。在另一个实施例中，力感测和显示更新可在非重叠周期(又称作非显示更新周期)期间发生。在各个实施例中，非显示更新周期可在显示帧的两个显示线的显示线更新周期之间发生，并且在时间上可与显示更新周期至少同样长。在这种实施例中，非显示更新周期可称作长水平消隐周期、长h消隐周期或者分布式消隐周期。在其他实施例中，非显示更新周期可包括水平消隐周期和垂直消隐周期。处理系统110可配置成在不同非显示更新时间的任一个或多个或者任何组合期间驱动力传感器电极以进行力感测。
在一个实施例中，力感测区200可与图1所述电容感测区120重叠。例如，力感测像素205中的力传感器电极可用于双重用途—即提供电容感测信号以进行力感测，以及位置感测以确定感测区120中的输入物体的位置。在一个实施例中，力感测在执行位置感测时的非重叠时间周期中执行。例如，传感器模块204可通过使用绝对电容技术驱动力传感器电极来执行力感测，但是通过使用跨电容技术驱动力传感器电极来执行位置感测。备选地，如果同一电容感测技术被用来执行输入物体的力感测和位置感测，则力感测和位置感测可在重叠时间周期中执行。例如，使用力传感器电极所得到的同一电容感测信号可同时用于力感测和位置感测。
图3示出按照本文所述实施例的具有背光325与力传感器电极310之间的可压缩层320的显示器300。显示器300包括不同层的叠层，该叠层能够用来向用户输出图像。显示器300可结合到任何电子装置中以向用户输出图片、视频等。除了输出图像之外，显示器300还包括力传感器电极310以用于检测输入物体(例如手指或触控笔)用来在显示器300上压下的力量。在一个实施例中，力传感器电极310设置在公共层或衬底上。
在一个实施例中，盖板窗口305提供输入物体用来在显示器300上压下的接口。使用电容感测技术(例如绝对或跨电容感测)，显示器300使用力传感器电极310来生成与输入物体在盖板窗口305上施加的力量对应的力测量。在一个实施例中，力传感器电极310包括一个或多个电容传感器电极，其还用来执行位置感测以识别输入物体在盖板窗口305上的位置。例如，盖板窗口305能够用来同时建立如图1所述的感测区120以及如图2所述的力感测区200。此外，力传感器电极310还能够包括一个或多个组合电极，所述组合电极同时用于力感测以及显示更新(例如VCOM)。
显示器300包括TFT层315，所述TFT层315包括用于操作源线、栅线、布线选择线(routing line)等的晶体管。虽然示为一层，但是显示器中可存在多个TFT层以用于显示更新和电容感测(无论是力感测还是位置感测)。在一个实施例中，力传感器电极和TFT层315均包括透明材料。例如，TFT层315和力传感器电极310中的晶体管和布线选择线可由氧化铟锡(其是导电和透明的材料)来制成。这样，光能够经过TFT层315和力传感器电极310并且经过盖板窗口305(例如透明塑料或玻璃材料)。例如，背光325提供光，所述光经过这里未示出的显示材料层(其生成所显示图像)。因为TFT层315和力传感器电极310是透明的，所以它们未妨碍用户看到所显示图像。
显示器300包括处于背光325与TFT层315之间的第一可压缩层320。虽然可压缩层320在下文描述为将背光325与显示器300中的其他层分隔的空气间隙，但是可压缩层320可以压缩透明材料填充，其准许背光325所发射的光经过显示器300中的其余层。在一个实施例中，可压缩层320的尺寸和/或材料选择成使得可压缩层320相对于显示器300中的其他层(例如盖板窗口305、力传感器电极310和TFT层315)是更为可压缩的。
当输入物体在盖板窗口305上压下时，这个力压缩第一可压缩层320(例如改变空气间隙的厚度)。可压缩层320尺寸的改变使得使用力传感器电极310所捕获的电容感测测量发生变化。产生于可压缩层尺寸变化的电容感测测量的变化能够与力测量相关联。也就是说，处理系统中的确定模块能够将电容感测测量与输入物体用来在盖板窗口305上压下的力量相关联。
图3不是要示出显示器300的所有层。其他层而是可处于所示层之间。例如，显示器300可包括用来形成显示像素的偏振器层或显示材料层(例如液晶材料)。此外，一个或多个层的排序可与所示布置不同。
图4示出按照本文所述实施例的具有背光325与TFT层315之间的可压缩层320的显示器400。显示器400包括盖板窗口305，该盖板窗口提供输入物体能够向显示器400施加力的接口。在这个示例中，彩色滤光片玻璃405位于盖板窗口305下方，其过滤背光325所生成的光。
显示器400包括液晶层410，该液晶层包括形成显示器400的显示像素(例如红、蓝和绿像素)的液晶材料。虽然在这个实施例中示出液晶材料，但是能够使用任何类型的发光二极管(LED)、液晶显示器(LCD)、等离子体、电致发光(EL)或者采用空气间隙的其他类似显示技术。
力传感器电极310处于液晶层410与TFT层315之间。关于可压缩层320，在图4所示的示例中，可压缩层320直接处于背光325与TFT层315之间。但是，可压缩层320也处于背光325与力传感器电极310、液晶层410、彩色滤光片玻璃405和盖板窗口305之间。在一个实施例中，力传感器电极310包括用于在更新所显示图像时驱动液晶层410中的显示材料两端的电压的VCOM电极。在其他实施例中，力传感器电极310能够设置在显示器400中的其他位置，但是仍然在盖板窗口305与背光325之间。
在这个示例中，可压缩层320包括空气间隙415，该空气间隙的厚度由粘合材料420限定。在一个实施例中，粘合材料420是双面胶带，其沿显示器400的至少两个边缘来设置。双面胶带将背光325耦合到TFT层315，由此限定空气间隙415的厚度。因为能够精准控制(例如在+/-10％之内)粘合材料的厚度，所以也能够精准控制空气间隙415的厚度。在一个实施例中，粘合材料420和空气间隙415的厚度大于100微米但小于300微米。在一个实施例中，粘合材料420和空气间隙415的厚度处于150与200微米之间。
在一个示例中，粘合材料420和空气间隙415的厚度按照盖板窗口305的柔性或厚度来改变。例如，随着盖板窗口305的厚度增加(即，窗口305变成不太柔性)，空气间隙415的厚度能够更小。相反，随着盖板窗口305的厚度减少，空气间隙415的厚度可增加。换言之，随着盖板窗口305的柔性降低，较小空气间隙415可用来提供使显示器400响应施加的力而压缩的空间。但是，随着盖板窗口305的柔性增加，较大空气间隙415可用来增加力测量的精度或范围。例如，如果空气间隙415的厚度对盖板窗口305的柔性而言过小，小的力即可使TFT层315的底面接触背光325。因此，当输入物体施加更大力时，显示器400无法进一步压缩，这意味着力传感器电极310测量不到电容的变化。在这种情形中，处理系统可能不准确地确定输入物体施加了相同的力量。
装置壳体425包围显示器400中的一些层或全部的层。如这个侧视图所示，装置壳体425从三面包围层，同时盖板窗口305覆盖显示器400的最顶面。虽然图4中未示出，但是装置壳体425还可覆盖显示器400的前侧和后侧。
在一个实施例中，装置壳体425在执行力感测时电接地。因此，装置壳体425可由导电材料(例如金属材料)来制成。在另一个实施例中，至少是装置壳体425的底面(其沿与背光325平行的方向延伸)电接地。如果力传感器电极310使用绝对电容来驱动，则处理系统可确定电极310与接地的装置壳体425之间的电容。当空气间隙415的厚度响应输入物体所施加的力而变化时，力传感器电极310与地之间的电容也发生变化。如上所述，电容的这个变化能够与力测量相关联。当执行显示更新或位置感测时，装置壳体425也可电接地或者可能浮动。此外，背光325在位置感测期间可电浮动。
在一个实施例中，显示器400可以是由显示器制造商所制造的单元。也就是说，在这个实施例中，力传感器电极310不是被添加到从显示器制造商接收的显示器上(例如设置在显示叠层的底部)，而是由制造商在形成显示器400时将力传感器电极310集成到显示器400中(又称作“单元内”实施例)。因此，对使用可压缩层320和力传感器电极310得到的力测量的调整可以由装置制造商在将显示器400放入输入装置之前执行。
图5示出按照本文所述实施例的具有背光325与TFT层315之间的第一可压缩层320的显示器500。与图4的显示器相反，显示器500包括接收器电极505，其能够用来执行电容感测。在一个实施例中，接收器电极505仅用于位置感测以识别输入物体相对于感测区的位置。换言之，在一个实施例中，接收器电极505没有用来执行力感测。
当执行位置感测时，力传感器电极310包括一个或多个发射器电极，其被驱动以执行跨电容感测。接收器电极505生成所产生信号，其能够由处理系统中的确定模块来测量以确定感测区中的输入物体的位置。当执行力感测时，处理系统(未示出)使用绝对电容来调制力传感器电极310并且生成力测量，该力测量能够与输入物体所施加的力相关联。在一个实施例中，接收器电极505在力感测期间没有被驱动或使用。在这个示例中，输入装置使用跨电容感测实现接收器电极505和力传感器电极310以执行位置感测，但是使用绝对电容感测实现力传感器电极310以执行力感测。
与显示器400中相似，在力感测期间，使用力传感器电极310所获取的电容测量按照空气间隙415的厚度而改变。当施加到输入装置的力压缩第一可压缩层320时，这改变了与施加的力相关的力测量。
图6是按照本文所述实施例的用于使用力传感器电极来确定力的方法600的流程图。在框605，处理系统调制力传感器电极。在一个实施例中，处理系统中的确定模块使用绝对电容技术来调制力传感器电极。
在框610，处理系统使用力传感器电极来获取多个电容测量(即力测量)。例如，确定模块可包括耦合到力传感器电极的一个或多个AFE，所述AFE包括用于确定力传感器电极与地之间的电容耦合的积分器。在一个实施例中，装置壳体接地并且背光在力感测期间可电浮动。
如上所示，输入装置包括显示器，该显示器具有在显示器中的背光与力传感器电极之间的可压缩层(例如空气间隙)。在一个实施例中，力传感器电极作为单元内部件集成到显示器中。此外，可压缩层可处于显示器中的背光与TFT层之间，所述TFT层包含用于输出所显示图像的晶体管和布线选择逻辑。
在框615，处理系统将电容测量(即力测量)与基准测量进行比较以确定电容的变化。当使用绝对电容时，处理系统确定力传感器电极与地之间因为输入物体所施加的力而引起的电容的变化。在一个实施例中，当没有力施加到力感测区时，得出基准测量。因此，通过将在框610期间所获取的电容力测量与基准测量进行比较，处理系统能够确定相对于基准的电容变化。
在框620，处理系统确定输入物体所施加的力。在一个实施例中，处理系统能够存储将电容的变化与输入物体所施加的各种力相关联的映射。在另一个实施例中，处理系统使用一个或多个阈值来确定输入物体所施加的力。此外，不同的施加力能够与不同的动作相关联。例如，如果电容变化超过第一阈值，则输入装置执行第一动作，但是如果电容变化超过第二的、更大的阈值，则输入装置执行与第一动作不同的第二动作。这样，施加的力能够映射到输入装置所执行的不同动作。
图7示出按照本文所述实施例的具有用于力感测的两个可压缩层的显示器700。也就是说，在这个实施例中，显示器700包括可由输入物体(其影响力感测期间所获取的力测量)压缩的两个层。如所示，显示器700包括上述第一可压缩层320，其具有限定空气间隙415的粘合材料420。
另外，显示器700包括设置在背光325下面的第二可压缩层705。也就是说，背光325包括按照与第一可压缩层320的面对关系的第一表面以及按照与第二可压缩层705的面对关系的第二表面。此外，第一和第二表面处于背光325的相对侧。
在一个实施例中，第二可压缩层705是将背光325与装置壳体425分隔的空气间隙。虽然未示出，但是显示器700可包括位于第二可压缩层720的侧面周围的支承材料以用于限定空气间隙。在另一个实施例中，第二可压缩层705填充有固体材料(例如压缩泡沫或橡胶)。但是，与第二可压缩层705不同，第二可压缩层705中的材料不需要是透明的，因为第二可压缩层705处于背光325的另一侧。也就是说，因为背光325所发射的光不会经过第二可压缩层705，所以层705中的任何材料不需要是透明的。
在力感测期间，输入物体能够同时压缩第一和第二可压缩层320、705。对层320、705其中之一或两者进行压缩改变了处理系统所获取的力测量。在这个实施例中，处理系统使用绝对电容来调制力传感器电极310以确定力测量。如上所述，力测量能够用来识别电容的变化，所述电容的变化被映射到输入物体所施加的力。此外，当执行位置感测时，处理系统再次调制力传感器电极310以确定感测区中的输入物体的位置。因此，在这个示例中，处理系统使用绝对电容来调制力传感器电极310以同时执行力感测以及位置感测。
在一个实施例中，第一和第二可压缩层320、705两者的厚度处于50与300微米之间。在另一个实施例中，第一和第二可压缩层320、705两者的厚度处于150与200微米之间。显示器700内具有两个可压缩层的一个优点(相对于仅一个可压缩层)在于，显示器700可具有减少的置位时间，使得显示器700的尺寸在被输入物体压缩之后更快地返回到缺省状态(或者未压缩状态)。也就是说，在力被输入物体施加(并且然后去除)之后，因为显示器700包括两个可压缩层，所以显示器700可比仅具有一个可压缩层(例如仅第一可压缩层320)的显示器更快地返回到其缺省状态。
图8示出按照本文所述实施例的具有用于力感测的两个可压缩层的显示器800。如所示，显示器800包括与显示器700相同的第一和第二可压缩层320、705。但是，与显示器700不同，显示器800包括用于执行位置感测的接收器电极505。例如，在位置感测期间，处理系统使用力传感器电极310和接收器电极505来执行跨电容感测。在一个实施例中，力传感器电极310包括一个或多个发射器电极，所述发射器电极在被调制时在接收器电极505上生成所产生的信号，该所产生的信号被确定模块用来确定感测区中的输入物体的位置。
相反，当执行力感测时，力传感器电极310用来执行绝对电容感测，与此同时可以不使用接收器电极505。与在显示器700中相似，在力感测期间所获取的力测量取决于第一和第二可压缩层320、705的压缩。此外，装置壳体425在执行力感测时能够接地。在位置感测期间，装置壳体425可接地或者电浮动。
图9示出按照本文所述实施例的具有用于力感测的两个可压缩层的显示器900。显示器900示出力传感器电极的侧视图。在一个实施例中，力传感器电极905如上所述按照矩阵阵列(例如矩形阵列)来设置以在力感测期间执行绝对电容。力传感器电极905还能够单独地或者与接收器电极(未示出)结合用于位置感测。
粘合材料420限定空气间隙415，所述空气间隙将TFT层315(其上设置力传感器电极905)与背光325分隔。此外，显示器900包括框架910，所述框架支承背光325并且限定背光325与接地层915之间的空气间隙。在这个实施例中，空气间隙用作第二可压缩层705，其连同第一可压缩层320一起影响使用力传感器电极310所获取的力测量。在力感测期间接地层915电接地而背光325可以电浮动。
底盖920支承框架910并且在一个实施例中作为装置壳体的组成部分。在另一个实施例中，底盖920耦合到装置壳体。底盖920和框架910能够是塑料、聚合或金属材料，其能够支承上述各种元件。但是，底盖920和框架910能够是提供充分支承以建立第一和第二可压缩层320、705的任何材料。此外，粘合材料420、底盖920和/或框架910使第一和第二可压缩层320、705能够从缺省的未压缩状态改变成相应的压缩状态，并且然后在力被去除时(即当输入物体不再按压力感测区时)返回到缺省状态(即原始尺寸)。
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技术。但是，本领域的技术人员将会认识到，仅为了便于说明和举例而提供以上描述和示例。所提出的描述的目的不是穷举性质的或者将本公开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 (19)

1.一种输入装置，包括：
透明薄膜晶体管(TFT)层；
背光；
第一可压缩层，设置在所述TFT层与所述背光之间；
设置在所述第一可压缩层的第一侧上的多个力传感器电极，其中所述多个力传感器电极设置在所述第一可压缩层与盖板窗口之间；
装置壳体，其中导电接地层构成所述装置壳体的至少一部分，其中所述导电接地层设置在所述第一可压缩层的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对；以及
处理系统，配置成：
当装置壳体的包含所述导电接地层的部分电性接地时，通过调制所述多个力传感器电极以使用所述多个力传感器电极来获取多个电容测量，从而执行绝对电容感测，其中所述多个电容测量因按压所述盖板窗口的输入物体对第一可压缩层的压缩而受影响；以及
基于所述多个电容测量来确定所述输入物体的至少一个力测量。
2.如权利要求1所述的输入装置，其中，所述多个力传感器电极设置在公共层上，其中所述第一可压缩层处于所述公共层与所述背光之间。
3.如权利要求2所述的输入装置，其中，所述输入装置包括：
液晶材料层，其中所述公共层处于所述液晶材料层与所述第一可压缩层之间。
4.如权利要求1所述的输入装置，其中，所述第一可压缩层包括空气间隙。
5.如权利要求4所述的输入装置，其中，所述空气间隙的厚度通过间隔所述背光和所述TFT层的粘合材料来限定。
6.如权利要求1所述的输入装置，还包括：
第二可压缩层，设置在所述背光与装置壳体之间，其中所述第二可压缩层面向所述背光的第一侧，所述背光的第一侧与面向所述第一可压缩层的所述背光的第二侧相对。
7.如权利要求6所述的输入装置，其中，所述第二可压缩层比所述第一可压缩层厚。
8.如权利要求6所述的输入装置，其中，所述第二可压缩层包括可压缩固体材料而所述第一可压缩层包括空气间隙。
9.如权利要求1所述的输入装置，其中，所述力传感器电极包括：
多个电容传感器电极，其中所述处理系统配置成：
使用所述电容传感器电极来确定感测区中的所述输入物体的位置。
10.一种操作输入装置的方法，所述方法包括：
当构成导电接地层的装置壳体的部分接地时，通过调制所述输入装置的多个力传感器电极来获取多个电容测量，从而执行绝对电容感测，其中当输入物体按压盖板窗口时，所述多个电容测量因所述输入装置中的第一可压缩层的压缩而受影响，其中所述第一可压缩层设置在输入装置中的透明薄膜晶体管(TFT)层与背光之间，其中所述多个力传感器电极设置在所述第一可压缩层与盖板窗口之间，并且其中所述多个力传感器电极设置在所述第一可压缩层的第一侧上而所述导电接地层设置在所述第一可压缩层的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对；以及
基于所述多个电容测量来确定与输入物体对应的力测量。
11.如权利要求10所述的方法，其中，所述多个力传感器电极设置在公共层上，其中所述第一可压缩层处于所述公共层与所述背光之间。
12.如权利要求11所述的方法，其中，所述输入装置包括：
液晶材料层，其中所述公共层处于所述液晶材料层与所述第一可压缩层之间。
13.如权利要求10所述的方法，其中，所述第一可压缩层包括空气间隙。
14.如权利要求13所述的方法，其中，所述空气间隙的厚度通过间隔所述背光和所述TFT层的粘合材料来限定。
15.如权利要求11所述的方法，其中，所述输入装置包括：
第二可压缩层，设置在所述背光与装置壳体之间，并且其中所述第二可压缩层面向所述背光的第一侧，所述背光的第一侧与面向所述第一可压缩层的所述背光的第二侧相对。
16.一种显示器，包括：
液晶材料层；
第一层，包括多个力传感器电极；以及
透明薄膜晶体管(TFT)层，其中所述第一层设置在所述液晶材料层与所述TFT层之间；
背光；
可压缩层，设置在所述TFT层与所述背光之间，其中所述多个力传感器电极设置在所述压缩层的第一侧，并且其中所述多个力传感器电极设置于所述第一可压缩层与盖板窗口之间；以及
装置壳体，其中导电接地层构成所述装置壳体的至少一部分，其中所述导电接地层设置在所述第一可压缩层的第二侧上，所述第二侧与所述第一侧相对，其中当通过调制所述多个力传感器电极来执行绝对电容感测时，所述多个力传感器电极配置成当所述装置壳体的包含所述导电接地层的部分电性接地时，响应位于盖板窗口上的输入物体所施加的力而生成因所述可压缩层的压缩而受影响的电容信号。
17.如权利要求16所述的显示器，其中，所述可压缩层处于所述第一层与所述背光之间，并且其中所述可压缩层处于所述液晶材料层与所述背光之间。
18.如权利要求16所述的显示器，其中，所述可压缩层包括空气间隙。
19.如权利要求18所述的显示器，其中，所述空气间隙的厚度通过间隔所述背光和所述TFT层的粘合材料来限定。
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