CN108012557A - 利用专用力接收器电极使用跨电容来感测力 - Google Patents

Abstract

具有输入表面的示例集成显示设备和电容性感测设备包括多个传感器电极，其中多个传感器电极中的每一个包括被配置用于显示更新和电容性感测的至少一个公共电极。设备还包括至少一个力接收器电极，其中多个传感器电极被设置在输入表面与至少一个力接收器电极之间，并且其中多个传感器电极的至少一部分被配置成朝向至少一个力接收器电极偏转。设备还包括耦合到多个传感器电极的处理系统，所述处理系统被配置成：利用力感测信号来驱动多个传感器电极的至少一部分同时从至少一个力接收器电极接收作为结果的信号，以及基于作为结果的信号来确定用于输入对象的力信息。

Description

利用专用力接收器电极使用跨电容来感测力

技术领域

公开的实施例总体上涉及电容性感测，并且更特别地涉及利用专用力接收器电极使用跨电容来感测力。

背景技术

包括接近传感器设备（通常也称为触摸板或触摸传感器设备）的输入设备被广泛地用在多种电子系统中。接近传感器设备典型地包括常常通过表面来区分的感测区，在其中接近传感器设备确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器设备可以用于为电子系统提供界面。例如，接近传感器设备常常被用作用于较大计算系统的输入设备（诸如集成在笔记本或台式计算机中或者在其外围的不透明触摸板）。接近传感器设备也常常被用在较小计算系统中（诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏）。

发明内容

描述了用于集成显示器和电容性感测设备中的力感测的技术。在实施例中，具有输入表面的集成显示设备和电容性感测设备包括多个传感器电极，其中所述多个传感器电极中的每一个包括被配置用于显示更新和电容性感测的至少一个公共电极。设备还包括至少一个力接收器电极，其中所述多个传感器电极被设置在输入表面与所述至少一个力接收器电极之间，并且其中所述多个传感器电极的至少一部分被配置成朝向所述至少一个力接收器电极偏转。设备还包括耦合到所述多个传感器电极的处理系统，所述处理系统被配置成：利用力感测信号来驱动所述多个传感器电极的至少一部分同时从所述至少一个力接收器电极接收作为结果的信号，并基于作为结果的信号来确定用于输入对象的力信息。

在另一实施例中，用于具有输入表面的集成显示设备和电容性感测设备的处理系统包括传感器模块，所述传感器模块包括耦合到多个传感器电极和至少一个力接收器电极的传感器电路。所述多个传感器电极被设置在输入表面与所述至少一个力接收器电极之间。所述多个传感器电极的至少一部分被配置成朝向所述至少一个力接收器电极偏转。所述传感器电路被配置成：利用力感测信号来驱动所述多个传感器电极的至少一部分同时从所述至少一个力接收器电极接收作为结果的信号。处理系统还包括耦合到传感器电路的处理电路，所述处理电路被配置成基于作为结果的信号来确定用于输入对象的力信息。

在另一实施例中，公开了操作集成显示设备和电容性感测设备的方法。设备包括多个传感器电极，所述多个传感器电极被设置在输入表面与至少一个力接收器电极之间。所述多个传感器电极的至少一部分被配置成朝向所述至少一个力接收器电极偏转。所述多个传感器电极中的每一个包括被配置用于显示更新和电容性感测的至少一个公共电极。方法包括利用力感测信号来驱动所述多个传感器电极的至少一部分同时从至少一个力接收器电极接收作为结果的信号，以及基于作为结果的信号来确定用于输入对象的力信息。

附图说明

为了本发明的以上记载的特征能够被详细地理解所用的方式，可以通过参照实施例来得到以上简要地概述的本发明的更详细的描述，所述实施例中的一些实施例在附图中图示。然而，要注意的是，由于本发明可以容许其它等同有效的实施例，所以附图仅图示本发明的典型实施例，并且因此将不被认为限制其范围。

图1是根据本文中描述的一个实施例的示例性输入设备的框图。

图2A-2B图示了根据本文中描述的实施例的感测元件的示例性图案的部分。

图3是描绘了根据实施例的输入设备的横截面的框图。

图4是描绘了根据实施例的显示单元的横截面的框图。

图5是描绘了根据另一实施例的输入设备的横截面的框图。

图6是描绘了根据实施例的由输入对象施加到输入设备的力的示意性横截面。

图7是被给予图6中示出的所施加的力的输入设备的顶视图。

图8是描绘了根据实施例的操作集成显示设备和电容性感测设备的方法的流程图。

为了便于理解，已经在可能的情况下使用了相同的附图标记来标明为附图所共有的相同的元件。要预期到的是，一个实施例中公开的元件可以被有益地用在其它实施例上而无需特定记载。这里参照的附图不应被理解为按比例绘制，除非具体指明。而且，为了呈现和解释的清楚性，附图常常被简化并且细节或部件被省略。附图和讨论服务于解释以下讨论的原理，其中相似的标记表示相似的元件。

具体实施方式

图1是根据本发明的实施例的示例性输入设备100的框图。输入设备100可以被配置成提供到电子系统（未示出）的输入。如本文档中所使用的那样，术语“电子系统”（或“电子设备”）宽泛地指代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大小和形状的个人计算机，诸如台式计算机、膝上型计算机、上网本计算机、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器和个人数字助理（PDA）。附加示例电子系统包括复合输入设备，诸如包括输入设备100和分离的操纵杆或按键开关的物理键盘。另外的示例电子系统包括外围设备，诸如数据输入设备（包括遥控装置和鼠标）、以及数据输出设备（包括显示屏和打印机）。其它示例包括远程终端、信息站和视频游戏机（例如，视频游戏控制台、便携式游戏设备等）。其它示例包括通信设备（包括蜂窝电话，诸如智能电话）、以及媒体设备（包括记录器、编辑器和播放器，诸如电视、机顶盒、音乐播放器、数字相框和数字相机）。附加地，电子系统可以是输入设备的主设备或从设备。

输入设备100能够被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离。视情况而定，输入设备100可以使用以下中的任何一个或多个来与电子系统的部分通信：总线、网络和其它有线或无线互连件。示例包括I²C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF和IRDA。

在图1中，将输入设备100示出为被配置成在感测区120中感测由一个或多个输入对象140提供的输入的接近传感器设备（常常也称为“触摸板”或“触摸传感器设备”）。示例输入对象包括手指和触针，如图1中所示。

感测区120涵盖输入设备100上方、周围、其中和/或附近的任何空间，在其中输入设备100能够检测用户输入（例如，由一个或多个输入对象140提供的用户输入）。特定感测区的大小、形状和位置可以因实施例而很大地不同。在一些实施例中，感测区120从输入设备100的表面沿一个或多个方向延伸到空间中，直到信噪比阻碍充分准确的对象检测。在各种实施例中，该感测区120沿特定方向延伸到的距离可以在小于一毫米、数毫米、数厘米或更大的数量级上，并且可以随所使用的感测技术的类型和所期望的精度而显著地变化。因此，一些实施例感测输入，其包括没有与输入设备100的任何表面的接触、与输入设备100的输入表面（例如，触摸表面）的接触、以某个量的施加的力或压力耦合的与输入设备100的输入表面的接触和/或其组合。在各种实施例中，输入表面可以由传感器电极位于其中的壳体的表面、由应用在传感器电极或任何壳体之上的面板等提供。在一些实施例中，感测区120在被投影到输入设备100的输入表面上时具有矩形形状。

输入设备100可以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。输入设备100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件。作为若干个非限制性示例，输入设备100可以使用电容性技术、弹性技术、电阻性技术、电感性技术、磁性技术、声学技术、超声技术和/或光学技术。

一些实现方式被配置成提供横跨一维、二维、三维或更高维空间的图像。一些实现方式被配置成提供输入沿着特定轴或平面的投影。

在输入设备100的一些电容性实现方式中，施加电压或电流以创建电场。附近的输入对象引起电场的改变，并且产生电容性耦合的可检测改变，其可以作为电压、电流等的改变而被检测。

一些电容性实现方式利用电容性感测元件的阵列或其它规则或非规则图案来创建电场。在一些电容性实现方式中，分离感测元件可以欧姆地短接在一起以形成更大的传感器电极。一些电容性实现方式利用电阻片，其可以是均匀电阻性的。

一些电容性实现方式利用基于传感器电极与输入对象之间的电容性耦合的改变的“自电容”（或“绝对电容”）感测方法。在各种实施例中，靠近传感器电极的输入对象更改靠近传感器电极的电场，因此改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，绝对电容感测方法通过关于参考电压（例如，系统接地）调制传感器电极和通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合来进行操作。

一些电容性实现方式利用基于传感器电极之间的电容性耦合的改变的“互电容”（或“跨电容”）感测方法。在各种实施例中，靠近传感器电极的输入对象更改传感器电极之间的电场，因此改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，跨电容性感测方法通过检测一个或多个发射器传感器电极（也就是“发射器电极”或“发射器”）与一个或多个接收器传感器电极（也就是“接收器电极”或“接收器”）之间的电容性耦合来进行操作。可以相对于参考电压（例如，系统接地）调制发射器传感器电极以发射发射器信号。接收器传感器电极可以相对于参考电压被保持基本上恒定以促进作为结果的信号的接收。作为结果的信号可以包括对应于一个或多个发射器信号和/或对应于一个或多个环境干扰源（例如，其它电磁信号）的（一种或多种）影响。传感器电极可以是专用的发射器或接收器，或者可以被配置成既发射又接收。

在图1中，处理系统110被示出为输入设备100的部分。处理系统110被配置成操作输入设备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）和/或其它电路部件中的部分或全部。例如，用于互电容传感器设备的处理系统可以包括被配置成利用发射器传感器电极发射信号的发射器电路和/或被配置成利用接收器传感器电极接收信号的接收器电路）。在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码等等。在一些实施例中，将构成处理系统110的部件定位在一起，诸如靠近输入设备100的（一个或多个）感测元件。在其它实施例中，处理系统110的部件与接近于输入设备100的（一个或多个）感测元件的一个或多个部件和在其它位置处的一个或多个部件在物理上分离。例如，输入设备100可以是耦合到台式计算机的外围设备，并且处理系统110可以包括被配置成在台式计算机的中央处理单元上运行的软件以及与该中央处理单元分离的一个或多个IC（可能具有关联的固件）。作为另一示例，输入设备100可以在物理上集成在电话中，并且处理系统110可以包括作为电话的主处理器的部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入设备100。在其它实施例中，处理系统110也执行其它功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器等。

处理系统110可以被实现为处理处理系统110的不同功能的模块集合。每一个模块可以包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或其组合。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。示例模块包括用于操作诸如传感器电极和显示屏之类的硬件的硬件操作模块、用于处理诸如传感器信号和位置信息之类的数据的数据处理模块、以及用于报告信息的报告模块。另外的示例模块包括被配置成操作（一个或多个）感测元件以检测输入的传感器操作模块、被配置成识别诸如模式改变手势之类的手势的识别模块、以及用于改变操作模式的模式改变模块。

在一些实施例中，处理系统110通过引起一个或多个动作而直接响应于感测区120中的用户输入（或没有用户输入）。示例动作包括改变操作模式以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其它功能之类的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，向与处理系统110分离的电子系统的中央处理系统，如果这样的分离中央处理系统存在的话）提供关于输入（或没有输入）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接收的信息以作用于用户输入，诸如促进完整范围的动作，包括模式改变动作和GUI动作。

例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入设备100的（一个或多个）感测元件以产生指示感测区120中的输入（或没有输入）的电信号。处理系统110可以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可以对从传感器电极获得的模拟电信号进行数字化。作为另一示例，处理系统110可以执行滤波或其它信号调整。作为又一示例，处理系统110可以减去或以其它方式计及基线，使得信息反映电信号与基线之间的差。作为又另外的示例，处理系统110可以确定位置信息、识别作为命令的输入、识别笔迹等。

如本文中所使用的“位置信息”宽泛地涵盖绝对位置、相对位置、速度、加速度和其它类型的空间信息。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它表示。也可以确定和/或存储关于一个或多个类型的位置信息的历史数据，包括例如随时间追踪位置、运动或瞬时速度的历史数据。

在一些实施例中，利用由处理系统110或由某个其它处理系统操作的附加输入部件来实现输入设备100。这些附加输入部件可以提供用于感测区120中的输入的冗余功能性或某个其它功能性。图1示出了能够被用于促进使用输入设备100来选择项目的靠近感测区120的按钮130。其它类型的附加输入部件包括滑块、球、轮、开关等。相反地，在一些实施例中，可以不利用其它输入部件来实现输入设备100。

在一些实施例中，输入设备100包括触摸屏界面，并且感测区120重叠显示屏的激活区域的至少一部分。例如，输入设备100可以包括覆盖显示屏的基本上透明的传感器电极并且为关联的电子系统提供触摸屏界面。显示屏可以是能够向用户显示视觉界面的任何类型的动态显示器，并且可以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）或其它显示技术。输入设备100和显示屏可以共享物理元件。例如，一些实施例可以利用相同的电学部件中的一些以用于显示和感测。作为另一示例，显示屏可以由处理系统110部分地或全部地操作。

应当理解的是，尽管在完全发挥作用的装置的上下文中描述了本发明的许多实施例，但是本发明的机制能够以多种形式作为程序产品（例如，软件）被分发。例如，本发明的机制可以被实现和分发为可被电子处理器读取的信息承载介质（例如，可被处理系统110读取的非瞬态计算机可读和/或可记录/可写信息承载介质）上的软件程序。附加地，本发明的实施例同样适用，不管被用于执行该分发的介质的特定类型如何。非瞬态、电子可读介质的示例包括各种盘、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可以基于闪速存储技术、光学存储技术、磁性存储技术、全息存储技术、或任何其它存储技术。

图2A图示了根据一些实施例的感测元件的示例性图案的一部分。为了图示和描述的清楚性，图2A示出了按照简单矩形的图案的感测元件，并且未示出各种部件，诸如感测元件与处理系统110之间的各种互连件。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）和设置在第一多个电极260之上的第二多个传感器电极270（270-1、270-2、270-3、……270-m）。在示出的示例中，n=m=4，但是一般n和m均是正整数并且不一定彼此相等。在各种实施例中，第一多个传感器电极260被操作为多个发射器电极（具体地称为“发射器电极260”），并且第二多个传感器电极270被操作为多个接收器电极（具体地称为“接收器电极270”）。在另一实施例中，一种多个传感器电极可以被配置成发射和接收，并且另一种多个传感器电极也可以被配置成发射和接收。此外，处理系统110利用第一和/或第二多个传感器电极中的一个或多个传感器电极来接收作为结果的信号，同时利用绝对电容性感测信号来调制该一个或多个传感器电极。第一多个传感器电极260、第二多个传感器电极270或者二者可以被设置在感测区120内。电极图案250A可以耦合到处理系统110。

第一多个电极260和第二多个电极270典型地彼此欧姆地隔离。也就是说，一个或多个绝缘体将第一多个电极260和第二多个电极270分离并且防止它们彼此电气地短接。在一些实施例中，第一多个电极260和第二多个电极270在交叉区域处通过设置在它们之间的绝缘材料来分离；在这样的构造中，第一多个电极260和/或第二多个电极270可以利用连接相同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通过一个或多个绝缘材料层来分离。在这样的实施例中，第一多个电极260和第二多个电极270可以设置在公共基板的分离层上。在一些其它实施例中，第一多个电极260和第二多个电极270通过一个或多个基板来分离；例如，第一多个电极260和第二多个电极270可以设置在相同基板的相反侧上或者设置在层压在一起的不同基板上。在一些实施例中，第一多个电极260和第二多个电极270可以设置在单个基板的相同侧上。

第一多个传感器电极260和第二多个传感器电极270之间的局部化电容性耦合的区域可以是“电容性图像”的“电容性像素”形式。第一和第二多个传感器电极260和270中的传感器电极之间的电容性耦合随着感测区120中的输入对象的接近度和运动而改变。此外，在各种实施例中，第一多个传感器电极260和第二多个传感器电极270中的每一个传感器电极与输入对象之间的局部化电容性耦合可以称为“电容性图像”的“电容性像素”。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中的每一个传感器电极与输入对象之间的局部化电容性耦合可以称为“电容性简档”的“电容性测量结果”。

处理系统110可以包括具有传感器电路204的传感器模块208。传感器模块208使用具有感测频率的电容性感测信号来操作电极图案250A从按照电极图案的电极接收作为结果的信号。处理系统110可以包括被配置成从作为结果的信号确定电容性测量结果的处理模块220。处理模块220可以包括处理器电路222，诸如数字信号处理器（DSP）、微处理器等等。处理模块220可以包括被配置成供处理器电路222执行来实现本文中描述的功能的软件和/或固件。可替换地，处理器模块220的功能中的一些或全部可以整体地实现在硬件中（例如，使用集成电路）。处理模块220可以追踪电容性测量结果的改变以检测感测区120中的（一个或多个）对象。处理系统110可以包括其它模块化配置，并且由传感器模块208和处理模块220执行的功能一般可以由处理系统110中的一个或多个模块或电路执行。处理系统110可以包括其它模块和电路，并且可以执行如下文在一些实施例中描述的其它功能。

处理系统110可以在绝对电容性感测模式或跨电容性感测模式中操作。在绝对电容性感测模式中，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，同时利用绝对电容性感测信号来调制该（一个或多个）传感器电极以生成作为结果的信号。处理模块220从作为结果的信号生成绝对电容性测量结果。处理模块220可以追踪绝对电容性测量结果的改变以检测感测区120中的（一个或多个）对象。

在跨电容性感测模式中，传感器电路204中的（一个或多个）发射器利用电容性感测信号（也称为跨电容性感测模式中的发射器信号或经调制的信号）来驱动第一多个电极260中的一个或多个。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中的一个或多个上的电压、电流或电荷以生成作为结果的信号。作为结果的信号包括感测区120中的（一个或多个）输入对象和电容性感测信号的影响。处理模块220从作为结果的信号生成跨电容性测量结果。处理模块220可以追踪跨电容性测量结果的改变以检测感测区120中的（一个或多个）输入对象。

在一些实施例中，处理系统110“扫描”电极图案250A以确定电容性测量结果。在跨电容性感测模式中，处理系统110可以驱动第一多个电极260以发射（一个或多个）发射器信号。处理系统110可以操作第一多个电极260，使得一次一个发射器电极发射或者多个发射器电极同时发射。在多个发射器电极同时发射的情况中，这多个发射器电极可以发射相同发射器信号并且有效地产生较大发射器电极，或者这多个发射器电极可以发射不同发射器信号。例如，多个发射器电极可以根据一种或多种编码方案来发射不同发射器信号，所述一种或多种编码方案使得它们对第二多个电极270的作为结果的信号的组合影响能够被独立确定。在绝对电容性感测模式中，处理系统110可以一次从一个传感器电极260、270接收作为结果的信号，或者一次从多个传感器电极260、270接收作为结果的信号。在任一模式中，处理系统110可以单个地或集体地操作第二多个电极270来获取作为结果的信号。在绝对电容性感测模式中，处理系统110可以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可以驱动沿一个轴（例如沿第一多个传感器电极260）的电极，而利用屏蔽信号、保护信号等驱动沿另一个轴的电极。在一些示例中，沿一个轴的一些电极和沿另一个轴的一些电极可以被并发地驱动。

在跨电容性感测模式中，处理系统110可以使用作为结果的信号来确定电容性像素处的电容性测量结果。来自电容性像素的测量结果的集合形成代表这些像素处的电容性测量结果的“电容性图像”（也就是“电容性帧”）。处理系统110可以在多个时间段内获取多个电容性图像，并且可以确定电容性图像之间的差异以导出关于感测区120中的输入的信息。例如，处理系统110可以使用在连续的时间段内获取的连续电容性图像来追踪进入感测区120、离开感测区120和在感测区120内的一个或多个输入对象的（一个或多个）运动。

在绝对电容性感测模式中，处理系统110可以使用作为结果的信号来确定沿传感器电极260的轴和/或传感器电极270的轴的电容性测量结果。这样的测量结果的集合形成代表沿该轴的电容性测量结果的“电容性简档”。处理系统110可以在多个时间段内获取沿轴中的一个或两个的多个电容性简档，并且可以确定电容性简档之间的差异以导出关于感测区120中的输入的信息。例如，处理系统110可以使用在连续的时间段内获取的连续电容性简档来追踪感测区120内的输入对象的位置或接近度。在其它实施例中，每一个传感器可以是电容性图像的一个电容性像素，并且绝对电容性感测模式可以用于在电容性简档之外或者代替电容性简档生成（一个或多个）电容性图像。

输入设备100的基线电容是与感测区120中没有输入对象相关联的电容性图像或电容性简档。基线电容随环境和操作条件而改变，并且处理系统110可以以各种方式估计基线电容。例如，在一些实施例中，处理系统110在确定没有输入对象处于感测区120中时取得“基线图像”或“基线简档”，并且将那些基线图像或基线简档用作对基线电容的估计。处理模块220可以计及电容性测量结果中的基线电容，并且因此电容性测量结果可以被称为“增量电容性测量结果”。因此，如本文中所使用的术语“电容性测量结果”涵盖关于所确定的基线的增量测量结果。

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中的至少一个传感器电极包括在更新显示屏的显示中使用的显示设备280的一个或多个显示电极，诸如“Vcom”电极（公共电极）、栅极电极、源极电极、阳极电极和/或阴极电极的一个或多个段。这些显示电极可以被设置在适当的显示屏基板上。例如，显示电极可以被设置在一些显示屏（例如，共面切换（IPS）或面线切换（PLS）有机发光二极管（OLED））中的透明基板（玻璃基板、TFT玻璃或任何其它透明材料）上，被设置在一些显示屏（例如，图案垂直对齐（PVA）或多域垂直对齐（MVA））的滤色玻璃的底部上，被设置在放射性层（OLED）之上等等。显示电极也可以被称为“组合电极”，因为显示电极执行显示更新和电容性感测的功能。在各种实施例中，第一和第二多个传感器电极260和270中的每一个传感器电极包括一个或多个组合电极。在其它实施例中，第一多个传感器电极260中的至少两个传感器电极或第二多个传感器电极270中的至少两个传感器电极可以共享至少一个组合电极。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270二者被设置在显示屏基板上的显示堆叠内。附加地，显示堆叠中的传感器电极260、270中的至少一个可以包括组合电极。然而，在其它实施例中，仅第一多个传感器电极260或第二多个传感器电极270（而不是二者）被设置在显示堆叠内，而其它传感器电极在显示堆叠外部（例如，被设置在滤色玻璃的相反侧上）。

在实施例中，处理系统110包括诸如专用集成电路（ASIC）之类的单个集成控制器，具有传感器模块208、处理模块220以及（一个或多个）任何其它模块和/或（一个或多个）电路。在另一实施例中，处理系统110可以包括多个集成电路，其中可以在这些集成电路当中划分传感器模块208、处理模块220以及（一个或多个）任何其它模块和/或（一个或多个）电路。例如，传感器模块208可以在一个集成电路上，并且处理模块220以及（一个或多个）任何其它模块和/（一个或多个）电路可以是一个或多个其它集成电路。在一些实施例中，传感器模块208的第一部分可以在一个集成电路上，并且传感器模块208的第二部分可以在第二集成电路上。在这样的实施例中，第一和第二集成电路中的至少一个包括诸如显示驱动器模块和/或显示驱动器模块之类的其它模块的至少部分。

图2B图示了根据一些实施例的感测元件的另一示例性图案的一部分。为了图示和描述的清楚性，图2B呈现了按照矩形矩阵的感测元件，并且未示出各种部件，诸如处理系统110与感测元件之间的各种互连件。电极图案250B包括被设置成矩形矩阵的多个传感器电极210。电极图案250B包括被布置在J行和K列中的传感器电极210_J,K（统称为传感器电极210），其中J和K是正整数，不过J和K之一可以是零。要预期到的是，电极图案250B可以包括传感器电极210的其它图案，诸如环形阵列、重复图案、非重复图案、非均匀阵列、单个行或列、或者其它合适布置。此外，传感器电极210可以是任何形状，诸如圆形、矩形、菱形、星形、正方形、非凸形、凸形、非凹形、凹形等等。此外，传感器电极210可以被细分成多个不同子电极。电极图案250耦合到处理系统110。

传感器电极210典型地彼此欧姆地隔离。附加地，在传感器电极210包括多个子电极的情况中，这些子电极可以彼此欧姆地隔离。此外，在一个实施例中，传感器电极210可以与处于传感器电极210之间的栅格电极218欧姆地隔离。在一个示例中，栅格电极218可以围绕传感器电极210中的一个或多个传感器电极，该一个或多个传感器电极被设置在栅格电极218的窗口216中。在一些实施例中，电极图案250B可以包括多于一个栅格电极218。在一些实施例中，栅格电极218可以具有一个或多个段。栅格电极218可以用作屏蔽物或者用于携带保护信号以供在利用传感器电极210执行电容性感测时使用。可替换地或附加地，栅格电极218可以在执行电容性感测时被用作传感器电极。此外，栅格电极218可以与传感器电极210共面，但是这不是要求。例如，栅格电极218可以位于与传感器电极210不同的基板上或者位于与传感器电极210相同的基板的不同侧上。栅格电极218是可选的，并且在一些实施例中，栅格电极218不存在。

在第一操作模式中，处理系统110可以使用至少一个传感器电极210经由绝对电容性感测来检测输入对象的存在。传感器模块208可以测量（一个或多个）传感器电极210上的电压、电荷或电流，以获得指示（一个或多个）传感器电极210与输入对象之间的电容的作为结果的信号。处理模块220使用作为结果的信号来确定绝对电容性测量结果。在电极图案250B时，绝对电容性测量结果可以用于形成电容性图像。

在第二操作模式中，处理系统110可以使用传感器电极210的群组经由跨电容性感测来检测输入对象的存在。传感器模块208可以利用发射器信号来驱动传感器电极210中的至少一个，并且可以从传感器电极210中的至少另一个接收作为结果的信号。处理模块220使用作为结果的信号来确定跨电容性测量结果并形成电容性图像。

输入设备100可以被配置成在以上描述的模式中的任何一种中操作。输入设备100还可以被配置成在以上描述的模式中的任何两种或多种之间切换。可以如以上关于图2A描述的那样配置处理系统110。

在一些实施例中，处理系统110还被配置成确定用于输入对象的力信息。处理系统110可以响应于在集成于显示设备内的传感器电极与专用力接收器电极之间获得的跨电容性测量结果而确定力信息。如下文进一步描述的那样，集成在输入设备100的显示设备内的传感器电极可以响应于由输入对象施加的力而弯曲。该弯曲导致从集成在显示设备内的传感器电极的至少一部分的均衡的偏转。归因于所施加的力的（一个或多个）传感器电极的偏转改变传感器电极中的至少一个与一个或多个力接收器电极之间的距离，这可以被检测为跨电容的改变。如图2A-2B中所示，处理系统110还可以耦合到一个或多个力接收器电极312。力信息可以包括“力图像”、“力简档”或者标量力值，这取决于传感器电极和力接收器电极的配置。力信息可以与位置信息组合以确定输入对象的位置和由输入对象施加的力二者。

图3是描绘了根据实施例的输入设备100的横截面的框图。输入设备100包括输入表面301、显示单元314A、背光灯308、空气间隙/可压缩层310、以及至少一个力接收器电极（（一个或多个）力接收器电极312）。输入表面301可以包括诸如玻璃基板之类的透明基板。（一个或多个）力接收器电极312可以是（一个或多个）金属电极。

在实施例中，显示单元314A包括滤色基板302、内层305以及薄膜晶体管（TFT）基板306。内层305可以包括各种层，诸如滤色层、液晶显示（LCD）材料层、导电层、电介质层等等。特别地，内层305包括形成传感器电极304的一个或多个导电层。滤色基板302、内层305、以及TFT基板306是柔性的，使得显示单元314A是柔性的。

传感器电极304可以具有各种配置。在一个示例中，传感器电极304可以包括按照传感器电极图案250A的多个传感器电极260。在另一示例中，传感器电极304可以包括按照传感器电极图案250B的传感器电极210。在任何配置中，传感器电极304中的每一个包括被配置用于显示更新和电容性感测的至少一个公共电极。

显示单元314A被设置在输入表面301与背光灯308之间。显示单元314A是柔性的并且可以在向输入表面301施加力时折曲或弯曲。在本示例中，（一个或多个）力接收器电极312通过空气间隙/可压缩层310与背光灯308分离，所述空气间隙/可压缩层310可以是空气间隙或可压缩层310。相应地，传感器电极304被设置在输入表面301与（一个或多个）力接收器电极312之间。传感器电极304被配置成当显示单元314响应于施加于输入表面301的力而弯曲到空气间隙/可压缩层310中时朝向（一个或多个）力接收器电极312偏转。取决于力施加于输入表面301的位置，传感器电极304的至少一部分将响应于所施加的力而朝向（一个或多个）力接收器电极312偏转。

图4是描绘了根据实施例的另一显示单元314B的横截面的框图。显示单元314B可以代替显示单元314A而被使用。在显示单元314B中，接收器电极316被设置在滤色基板302上。在实施例中，传感器电极304可以包括操作为发射器电极的多个传感器电极260，并且接收器电极316可以包括传感器电极图案250A的多个传感器电极270。在另一实施例中，接收器电极316被设置在内层305内而不是被设置在滤色基板316上。在再一实施例中，接收器电极316被设置在与传感器电极304相同的层上。

图5是描绘了根据另一实施例的输入设备100的横截面的框图。在本实施例中，（一个或多个）力接收器电极312被设置在显示单元314下方并且在背光灯308上方。例如，（一个或多个）力接收器电极312可以被设置在TFT基板306下方。（一个或多个）力接收器电极304通过空气间隙/可压缩层310与显示单元314分离。显示单元314可以包括显示单元314A、显示单元314B等等。

在图3-5的实施例中可以使用其它类型的柔性显示单元，诸如OLED显示器。一般，显示单元可以包括由LED、OLED、等离子体单元、电子墨水元件、LCD部件形成的显示像素或者与柔性显示器兼容的其它合适显示像素结构。传感器电极304被设置在显示单元内并且在使柔性显示器弯曲的力被施加时朝向（一个或多个）力电极312偏转。

图6是描绘了根据实施例的由输入对象施加到输入设备100的力的示意性横截面。输入对象（例如，手指）向输入表面（在图6中未示出）施加力，所述输入表面继而使显示单元314弯曲。设置在显示单元314内的传感器电极304朝向（一个或多个）力接收器电极312偏转。图7是被给予图6中示出的所施加的力的输入设备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250A的传感器电极260。区域702内的传感器电极260的部分响应于所施加的力而朝向（一个或多个）力接收器电极312偏转。（一个或多个）力接收器电极312包括被配置为简单矩形的图案的垂直于传感器电极260的多个力接收器电极。（一个或多个）力接收器电极312可以被设置成其它图案，可以包括其它形状，并且可以不同于与传感器电极304垂直地被布置。尽管在示例中示出了传感器电极图案250A，但是可以采用其它传感器电极图案（例如，传感器电极图案250B）。一般，施加到输入设备100的给定力使传感器电极304的子集朝向（一个或多个）力接收器电极312偏转。传感器电极304朝向力接收器电极312的弯曲改变（一个或多个）传感器电极304与（一个或多个）力接收器电极312之间的电容性耦合。电容性耦合的该改变可以用于确定所施加的力的量。力测量结果可以是二进制力测量结果或者可以具有任何数目的等级。

图8是描绘了根据实施例的操作集成显示设备和电容性感测设备的方法800的流程图。方法800可以由以上描述的处理系统110执行以确定用于输入对象的力信息或力信息和位置信息二者，所述输入对象与输入设备100交互。在实施例中，处理系统110在诸如垂直消隐时间或水平消隐时间之类的非显示更新时间期间执行方法800的全部或一部分。在另一实施例中，非显示更新时间可以是在显示帧的显示行更新之间发生的长水平消隐时段，并且至少与显示行更新时段一样长。在一些实施例中，一个非显示更新时段可以用于力感测，并且另一非显示更新时段可以用于触摸感测。

方法800在步骤802处开始，在步骤802中处理系统110操作传感器电极以用于力感测。在步骤804处，处理系统110利用力感测信号来驱动传感器电极304。力感测信号包括经调制的信号，所述经调制的信号电容性地耦合到（一个或多个）力接收器电极312。例如，如果输入设备100包括传感器电极图案250A，则传感器电路204可以利用力感测信号来驱动传感器电极260。在另一示例中，如果输入设备100包括传感器电极图案250B，则传感器电路204可以利用力感测信号来驱动传感器电极210。

在步骤806处，处理系统100从（一个或多个）力接收器电极312接收作为结果的信号。例如，传感器电路204可以测量（一个或多个）力接收器电极312上的电压、电流或电荷以生成作为结果的信号。作为结果的信号包括力感测信号的影响和归因于施加到输入设备100的力的传感器电极304的任何偏转。处理系统110可以以类似于以上描述的跨电容性位置感测的方式扫描力接收器电极312来接收作为结果的信号。

在步骤808处，处理系统110检测（一个或多个）传感器电极之间的跨电容的改变。例如，处理系统110可以在没有任何输入对象和所施加的力的情况下确定基线跨电容性值。在向输入设备100施加力时，传感器电极304的至少一部分朝向（一个或多个）力接收器电极312偏转。（一个或多个）传感器电极304与（一个或多个）力接收器电极312之间的距离的改变导致跨电容性值的改变。

在步骤810处，处理系统110基于跨电容的改变来确定用于输入对象的力信息。例如，处理系统110可以将当前跨电容性值与一个或多个基线跨电容性值进行比较以确定跨电容的改变，所述跨电容的改变提供了所施加的力的度量。跨电容的改变的量值可以用于导出所施加的力的量值。跨电容的改变可以用于确定力输入的位置。在一个实施例中，可以基于跨电容性力图像中的“像素”和跨电容的改变来确定力图像，所述“像素”展现了跨电容的改变可以用于导出所施加的力的位置。因此，力信息可以包括关于所施加的力的量值或所施加的力的量值和位置二者的信息。

在一些实施例中，在步骤812处，处理系统110还操作传感器电极以用于位置感测。处理系统110可以在力感测之后或者与力感测并发地执行步骤812。在步骤814处，处理系统110可以驱动传感器电极以用于跨电容性感测。以上已经描述了用于跨电容性感测的技术。在一些实施例中，处理系统110可以使用用于执行力感测的相同经调制的信号来执行跨电容性位置感测。在其它实施例中，处理系统110可以使用用于执行力感测的相同经调制的信号来执行绝对电容性位置感测。除了步骤814处的跨电容性感测以外或者作为步骤814处的跨电容性感测的替代，处理系统110可以在步骤816处驱动传感器电极以用于绝对电容性感测。在步骤818处，处理系统110可以基于绝对电容性测量结果和/或跨电容性测量结果来确定用于输入对象的位置信息。处理系统110可以将位置信息与力信息进行组合，以确定输入对象的位置和正由输入对象施加到输入设备100的力。

呈现了本文中所阐述的实施例和示例以便最佳地解释根据本技术及其特定应用的实施例并且由此使得本领域技术人员能够做出和使用本发明。然而，本领域技术人员将认识到的是，仅仅出于说明和示例的目的，已经呈现了前面的描述和示例。如所阐述的描述不意在是详尽的或者将本发明限制于所公开的确切形式。

鉴于以上内容，本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (20)

1.一种具有输入表面的集成显示设备和电容性感测设备，包括：

多个传感器电极，其中所述多个传感器电极中的每一个包括被配置用于显示更新和电容性感测的至少一个公共电极；

至少一个力接收器电极，其中所述多个传感器电极被设置在所述输入表面与所述至少一个力接收器电极之间，并且其中所述多个传感器电极的至少一部分被配置成朝向所述至少一个力接收器电极偏转；

耦合到所述多个传感器电极的处理系统，被配置成：

利用力感测信号来驱动所述多个传感器电极的至少一部分，同时从所述至少一个力接收器电极接收作为结果的信号；以及

基于所述作为结果的信号来确定用于输入对象的力信息。

2.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个力接收器电极包括多个力接收器电极。

3.根据权利要求1所述的设备，其中所述至少一个力接收器电极中的每一个垂直于所述多个传感器电极而设置。

4.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理系统被配置成操作所述多个传感器电极的至少一部分以检测绝对电容的改变并且基于绝对电容的所述改变来确定所述输入对象的位置信息。

5.根据权利要求1所述的设备，还包括：

多个接收器电极；

其中所述处理系统被配置成：

利用发射器信号来驱动所述多个传感器电极，同时从所述多个接收器电极接收作为结果的信号；以及

基于来自所述多个接收器电极的作为结果的信号来确定接近所述输入表面的所述输入对象的位置信息。

6.根据权利要求1所述的设备，其中所述多个传感器电极包括多个发射器电极和多个接收器电极，并且其中所述处理系统被配置成：

利用发射器信号来驱动所述多个发射器电极，同时从所述多个接收器电极接收作为结果的信号；以及

基于来自所述多个接收器电极的作为结果的信号来确定接近所述输入表面的输入对象的位置信息。

7.根据权利要求1所述的设备，其中所述处理系统被配置成在非显示更新时间期间利用力感测信号来驱动所述多个传感器电极的至少一部分。

8.根据权利要求1所述的设备，还包括：

设置在所述多个传感器电极下方的薄膜晶体管（TFT）玻璃；

其中所述至少一个力接收器电极被设置在所述TFT玻璃下方。

9.根据权利要求8所述的设备，还包括：

设置在所述TFT玻璃下方的背光灯；

其中所述至少一个力接收器电极被设置在所述背光灯下方。

10.一种用于具有输入表面的集成显示设备和电容性感测设备的处理系统，所述处理系统包括：

包括传感器电路的传感器模块，所述传感器电路耦合到多个传感器电极和至少一个力接收器电极，所述多个传感器电极被设置在所述输入表面与所述至少一个力接收器电极之间，所述多个传感器电极的至少一部分被配置成朝向所述至少一个力接收器电极偏转，所述传感器电路被配置成利用力感测信号来驱动所述多个传感器电极的至少一部分同时从所述至少一个力接收器电极接收作为结果的信号；以及

耦合到所述传感器电路的处理电路，所述处理电路被配置成基于作为结果的信号来确定用于输入对象的力信息。

11.根据权利要求10所述的处理系统，其中所述至少一个力接收器电极包括多个力接收器电极。

12.根据权利要求10所述的处理系统，其中所述至少一个力接收器电极中的每一个垂直于所述多个传感器电极而设置。

13.根据权利要求10所述的处理系统，其中所述处理电路被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改变并且基于绝对电容的所述改变来确定所述输入对象的位置信息。

14.根据权利要求10所述的处理系统，其中所述传感器电路还耦合到多个接收器电极，其中所述传感器电路被配置成利用发射器信号来驱动所述多个传感器电极同时从所述多个接收器电极接收作为结果的信号，并且其中所述处理电路被配置成基于来自所述多个接收器电极的作为结果的信号来确定所述输入对象的位置信息。

15.根据权利要求10所述的处理系统，其中所述多个传感器电极包括多个发射器电极和多个接收器电极，其中所述传感器电路被配置成利用发射器信号来驱动所述多个发射器电极同时从所述多个接收器电极接收作为结果的信号，并且其中所述处理电路被配置成基于来自所述多个接收器电极的作为结果的信号来确定所述输入对象的位置信息。

16.根据权利要求10所述的处理系统，其中所述传感器电路被配置成在非显示更新时间期间利用力感测信号来驱动所述多个传感器电极的至少一部分。

17.一种操作具有多个传感器电极的集成显示设备和电容性感测设备的方法，所述多个传感器电极被设置在输入表面与至少一个力接收器电极之间，所述多个传感器电极的至少一部分被配置成朝向所述至少一个力接收器电极偏转，所述多个传感器电极中的每一个包括被配置用于显示更新和电容性感测的至少一个公开电极，所述方法包括：

利用力感测信号来驱动所述多个传感器电极的至少一部分同时从所述至少一个力接收器电极接收作为结果的信号；以及

基于所述作为结果的信号来确定用于输入对象的力信息。

18.根据权利要求17所述的方法，还包括：

驱动所述多个传感器电极的至少一部分以检测绝对电容的改变并且基于绝对电容的所述改变来确定所述输入对象的位置信息。

19.根据权利要求17所述的方法，其中集成显示设备和电容性感测设备包括多个接收器电极，所述方法还包括：

利用发射器信号来驱动所述多个传感器电极同时从所述多个接收器电极接收作为结果的信号；以及

基于来自所述多个接收器电极的作为结果的信号来确定接近所述输入表面的所述输入对象的位置信息。

20.根据权利要求17所述的方法，其中所述多个传感器电极包括多个发射器电极和多个接收器电极，并且其中所述方法还包括：

利用发射器信号来驱动所述多个发射器电极同时从所述多个接收器电极接收作为结果的信号；以及

基于来自所述多个接收器电极的作为结果的信号来确定接近所述输入表面的输入对象的位置信息。