CN108845719A - 使用底侧力地图的力感测 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及使用底侧力地图的力感测。本发明公开了结合到触摸设备的力传感器，该力传感器测量器件叠层中的挠曲并且包括设置在器件叠层和框架元件之间的可压缩元件。当器件叠层变形时，使用可压缩元件、使用电容感测或应变测量来测量所施加的力。力敏传感器为触摸设备的表面提供所施加的力的图像。施力位置[X,Y]可根据对覆盖玻璃倾斜度、特定点处的力和触摸位置的电容感测的测量来确定。

Description

使用底侧力地图的力感测
本申请是国际申请日为2013年8月19日、国家申请号为201380044786.0、发明名称为“使用底侧力地图的力感测”的发明专利申请的分案申请。
相关申请的交叉引用
本专利合作条约专利申请要求于2012年9月21日提交的并且标题为“ForceSensing Using Bottom-Side Force Map”的美国非临时性专利申请13/624,858的优先权，其内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
本专利申请通常涉及触摸设备中的力感测以及相关事宜。
背景技术
触摸设备通常提供对用户触摸该设备的位置的识别，包括移动、手势和位置检测的其他效应。作为第一实例，触摸设备可向计算系统提供关于用户与图形用户界面(GUI)以及其他GUI特征部进行交互的信息，该信息诸如指向该元件、重新定向或重新定位那些元件、编辑或键入。作为第二实例，触摸设备可向计算系统提供适用于用户与应用程序进行交互的信息，该信息诸如与动画、照片、图片、幻灯片演示、声音、文本、其他视听元件等等的输入或操纵相关的信息。
有时会发生的是，当与GUI或与应用程序进行交互时，能够指示当操纵、移动、指向、触摸或以其他方式与触摸设备进行交互时所施加的力的大小，这对于用户来说将是有利的。例如，能够以利用相对较轻的触摸的第一方式，或以利用相对更有力或更敏锐的触摸的第二方式来操纵屏幕元件或其他对象，这对用户来说可能是有利的。在一此类情况下，如果用户可利用相对较轻的触摸来移动屏幕元件或其他对象，而用户还可另选地利用相对更有力或更敏锐的触摸来调用或选择该相同的屏幕元件或其他对象，则这可能是有利的。
这些实例中的每个实例以及其他可能的考虑可能对触摸设备造成一种或多种困难，当接触触摸设备可能使得GUI或应用程序无法提供有利的功能时，至少无法确定由用户所施加的力的大小。当需要此类功能时，无法提供那些功能可能使触摸设备受制于较少能力，受制于触摸设备的效果和价值的可能损害。另一方面，具有提供那些功能的能力可能为触摸设备提供较多能力，提供触摸设备的效果和价值的可能优点。
发明内容
本专利申请提供包括电路和设计的技术，其可确定当接触触摸设备(诸如触摸板或触摸显示器)时由用户所施加的力的大小以及所施加的力的大小的变化。可使用触摸识别、GUI的触摸元件以及应用程序中的触摸输入或操纵来将这些技术结合到设备中。本专利申请还提供包括应用那些技术的设备的技术，其可确定当接触触摸设备时由用户所施加的力的大小以及所施加的力的大小的变化，以及响应于此，提供对于触摸设备的用户可用的附加功能。
在一个实施例中，技术可包括提供结合到触摸设备中的力敏传感器，以及测量器件叠层(device stack)中的挠曲，该器件叠层包括框架元件、力敏传感器、一组显示元件和覆盖玻璃(CG)元件。CG可为玻璃、化学强化的玻璃、蓝宝石、聚碳酸酯或任何其他合适的材料。例如，力敏传感器可包括可压缩层或设置在一组有机发光二极管(OLED)塑性显示元件和框架元件之间的一组可压缩元件。在OLED显示元件为基本上柔性的情况下，其可响应于所施加的力而变形。其作用在于，力的大小可相对于位于可压缩层或可压缩元件上方的器件叠层的变形来测量，诸如使用局部电容感测、对由于所施加的力所导致的应变的局部测量或其他方式。响应于对力的大小的局部测量，力敏传感器可提供可施加至触摸设备的整个表面或其一部分的所施加的力的图像。在另选的实施例中，此类技术可另选地或相结合地包括任何柔性显示技术，诸如可将传感器置于显示器后的任何反光显示器或其他显示器。例如，此类技术可包括但不限于以下中的一者或多者：柔性电泳显示器、液晶显示器、聚合物分散液晶显示器、聚合物网络液晶显示器、微胶囊化胆甾型液晶显示器、电致变色显示器、电流体显示器、动电式显示器或其他显示器。
在一个实施例中，可压缩层或一组可压缩元件可包括电容感测，通过该电容感测可确定所施加的力的测量。所施加的力的位置可响应于覆盖玻璃(CG)上的相对于一个或多个轴的倾斜度的测量来确定。例如，在特定点[X,Y]处所施加的力可响应于测量覆盖玻璃的边缘处的以及点[X,Y]和覆盖玻璃的边缘之间的可能的其他位置处所施加的力来确定。在另选的实施例中，电容感测可确定触摸位置，而测量所施加的力可与触摸位置相组合或结合地使用以确定在触摸发生的特定点处所施加的力的测量。
在一个实施例中，电容感测可通过将氧化铟锡(ITO)的第一层和ITO的第二层用作双层电容元件(有时统称为DITO)来确定。在另选的实施例中，电容感测可相对于基本上导电的(诸如金属的)第二层通过将ITO的第一层用作自电容元件来确定。当所施加的力发生在覆盖玻璃上的特定点[X,Y]处时，器件叠层可在该点附近和围绕该点而变形，其作用在于电容传感器测量在该点附近和围绕该点的一个或多个点处的电容的变化。例如，电容传感器可包括一组行和列，一组(诸如行)沿行中的所选择的一者提供电压的驱动器，并且一组(诸如列)沿列中的所选择的一者提供电压的漏极。其作用在于，电容传感器可确定发生电容变化的一个或多个位置。触摸设备可响应于电容的变化来确定所施加的力的大小。例如，触摸设备可使用处理器或其他计算设备，其作用在于确定所施加的力的位置和大小。
在一个实施例中，可压缩层或一组可压缩元件可包括设置在ITO的第一层和ITO的第二层之间的电容层，电容层可包括气隙，其作用在于穿过该气隙来测量电容。在一个实施例中，设置在ITO的第一层和ITO的第二层之间的电容层可包括压敏粘合剂(PSA)层，该PSA层可为基本上透明或半透明的(如果位于OLED层上)或另选地可为不透明或换句话讲吸光的(如果位于OLED层下)。在任一此类情况下，电容层具有不干扰显示器的操作的效果。另外，可使用ITO之外的材料，诸如银纳米线和其他透明的(或接近透明的)导电电极。
在一个实施例中，可压缩层或一组可压缩元件可包括弹性元件，该弹性元件包括以下中的一者或多者：包括一组开放(open)单元的液体、“蛾眼”结构(诸如包括纳米结构化锥体、柱体、圆锥体、或其他细长的纳米级元件)、纳米泡沫(nanofoam)结构、硅橡胶结构或其他结构。例如，可压缩层可包括以下中的一者或多者：一组单独的相对开放的元件；一组相对可压缩的实心(solid)元件；开放区域和实心元件两者的网络，诸如它们的互穿网络；包括相对开放的区域的区域和包括相对实心元件的区的组合或结合；或其他区域。
作为第一实例，可压缩层可包括一组锥体结构，诸如单独的锥体或倒锥体、或同时散置的锥体和倒锥体，其作用在于提供均为可压缩的并且对变形具有基本上已知的电容响应的层。作为第二实例，可压缩层可包括一组延伸的锥体结构(或者，还具有一组倒置的延伸的锥体结构)，诸如沿第一方向具有锥体横截面以及沿第二方向为纵向延伸的。其作用在于提供均为可压缩的并且对变形具有基本线性的电容响应的层。作为第三实例，可压缩层可包括双“蛾眼”结构，诸如其中蛾眼结构和倒置的蛾眼结构两者均类似于钟乳石和石笋而散置，其作用在于提供均为可压缩的并且透明的层。作为第四实例，可压缩层可包括一系列应变仪，诸如一系列弹簧或其抗力响应于应变而变化的其他元件。在阅读本专利申请之后，本领域的技术人员将认识到，这些可能性为示例性的，并且并非旨在以任何方式进行限制。此外，本领域的技术人员将认识到，此类实例的组合或结合将是可行的，并且在本发明的范围和实质内。例如，一个实施例可将此类第一实例用于可压缩层的第一部分，将此类第二实例用于可压缩层的第二部分，或将多个实例的互穿网络用于可压缩层的至少第三部分。
虽然公开了多个实施例，但本领域的技术人员根据示出和描述本公开的示例性实施例的以下详细描述将容易理解本公开的其它实施例。如将认识到的，本公开能够在各个明显的方面作出修改，所有修改均不脱离本公开的实质和范围。因此，附图和详细描述将被视为在实质上是示例性的而不是限制性的。
附图说明
虽然本说明书以特别指出并清楚地要求保护主题的权利要求书结束，其中该主题被认为形成本公开，但是据信，通过以下结合附图的描述可更好地理解本公开，其中：
图1示出了触摸I/O设备和计算系统之间的通信的概念图。
图2示出了包括力敏触摸设备的系统的概念图。
图3示出了包括双层覆盖玻璃的力传感器的概念图。
图4A-4D示出了力敏结构的概念图。
具体实施方式
术语
以下术语是示例性的，并且不旨在以任何方式进行限制。
文本“所施加的力”及其变型通常指施加于设备的力的大小的程度或量度。所施加的力的程度或量度无需具有任何特定标度。例如，所施加的力的大小度可为线性的、对数的或以其他方式非线性的，并且可与所施加的力、时间、触摸的位置相关或以其他方式响应于一个或多个因素来周期性地(或以其他方式诸如非周期性地，或换句话讲不时地)被调节。
文本“力感测元件”及其变型通常指一个或多个任何类型的数据元，该任何类型的数据元包括相对于在各个位置或其他位置处所施加的力所感测到的信息。例如而非限制性地，力感测元件可包括相对于用户强行接触设备所在的相对较小区域的数据或其他信息。
文本“触摸感测元件”及其变型通常指一个或多个任何类型的数据元，该任何类型的数据元包括相对于各个位置所感测到的信息。例如而非限制性地，触摸感测元件可包括相对于用户接触触摸设备所在的相对较小区域的数据或其他信息。
文本“用户的手指”及其变型通常是指用户的手指或其他主体部分、或触笔或其他设备，诸如当由用户用来向触摸设备施加力或接触触摸设备时。例如而非限制性地，“用户的手指”可包括用户的手指、用户的手、用户手指上的覆盖物、软触笔或硬触笔、光笔或气刷，或用于指向、触摸或施加力到触摸设备或其表面的任何其他设备的任何部分。
在阅读了本专利申请之后，本领域的技术人员将认识到，这些术语的表述将适用于各种技术、方法、物理元件和系统(无论是当前是已知的或是未知的)，包括本领域的技术人员在阅读本专利申请之后推断出或可推断出的该各种技术、方法、物理元件和系统的扩展。
力敏设备和系统
图1示出了触摸I/O设备和计算系统之间的通信的概念图。
图2示出了包括力敏触摸设备的系统的概念图。
所描述的实施例可包括触摸I/O设备1001，该触摸I/O设备可接收用于经由有线或无线通信信道1002来与计算系统1003(诸如图1中所示的)进行交互的触摸输入和力输入(诸如可能包括触摸位置和在那些位置处所施加的力)。触摸I/O设备1001可用于代替或结合其他输入设备诸如键盘、鼠标或可能的其他设备来向计算系统1003提供用户输入。在另选的实施例中，触摸I/O设备1001可与其他输入设备(诸如除了或代替鼠标、触控板或可能的其他指向设备)一起使用。一个或多个触摸I/O设备1001可用于向计算系统1003提供用户输入。触摸I/O设备1001可以是计算系统1003的整体部分(例如，膝上型电脑上的触摸屏)或可以与计算系统1003分开。
触摸I/O设备1001可包括触敏面板和力敏面板，该触敏面板和力敏面板是完全或部分透明的、半透明的、非透明的、不透明的或它们的任何组合。触摸I/O设备1001可被具体化为触摸屏、触摸板、起触摸板作用的触摸屏(例如，代替膝上型电脑的触摸板的触摸屏)、与任何其它输入设备组合或结合的触摸屏或触摸板(例如，设置在键盘上、设置在触控板或其他指向设备上的触摸屏或触摸板)、具有用于接收触摸输入的触敏表面的任何多维对象、或其他类型的输入设备或输入/输出设备。
在一个实例中，被具体化为触摸屏的触摸I/O设备1001可包括至少部分地或完全地定位在显示器的至少一部分上方的透明的和/或半透明的触敏和力敏面板。(尽管将触敏和力敏面板描述成至少部分地或完全地定位在显示器的至少一部分上方，但在另选的实施例中，用于触敏和力敏面板的实施例中的电路或其他元件的至少一部分可至少部分地或完全地定位在显示器的至少一部分下方、与电路交织，该电路与显示器的至少一部分一起使用，或与之相反。)根据该实施例，触摸I/O设备1001用于显示从计算系统1003(和/或另一来源)传输的图形数据并且还用于接收用户输入。在其它实施例中，触摸I/O设备1001可被具体化为集成触摸屏，其中触敏和力敏部件/设备与显示部件/设备是一体的。在其他实施例中，触摸屏可被用作用于显示补充的图像数据或与主显示器相同的图形数据并接收触摸输入的补充显示屏或附加显示屏，该触摸输入包括可能的触摸位置和在那些位置处所施加的力。
触摸I/O设备1001可被配置为代替或者组合或结合可相对于靠近设备1001的一个或多个触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力的出现来测量的任何现象，基于电容性、电阻性、光学、声学、感应、机械、化学、或电磁测量来检测设备1001上的一个或多个触摸或近似触摸的位置以及在适用情况下的那些触摸的力。可使用软件、硬件、固件或它们的任何组合来处理所检测的触摸以及在适用情况下的那些触摸的力的测量，以识别并跟踪一个或多个手势。手势可对应于触摸I/O设备1001上的静态或非静态的单个或多个触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力。可通过基本上同时、连续地、依次地或以其他方式在触摸I/O设备1001上移动一个或多个手指或其他物体来执行手势，该手势诸如轻击、按压、摇摆、洗擦、扭转、改变取向、以不同的压力进行按压等。可通过但不限于挤压、滑动、轻扫、旋转、弯曲、拖动、轻击、推动和/或释放、或其他动作来表征手势，该其他动作介于任何其他一个或多个手指或者身体或其他对象的任何其他部分之间或利用这些部位。单个手势可由一个或多个用户利用一个或多个手、或身体或其他对象的任何其他部分或它们的任何组合来执行。
计算系统1003可利用图形数据来驱动显示器，以显示图形用户界面(GUI)。GUI可被配置为经由触摸I/O设备1001来接收触摸输入以及在适用情况下该触摸输入的力。具体化为触摸屏，触摸I/O设备1001可显示GUI。另选地，可在与触摸I/O设备1001分开的显示器上显示GUI。GUI可包括在界面内的特定位置处显示的图形元素。图形元素可包括但不限于多种所显示的虚拟输入设备，包括虚拟滚轮、虚拟键盘、虚拟旋钮或拨号盘、虚拟按钮、虚拟杆件、任何虚拟UI，等等。用户可在触摸I/O设备1001上的可能与GUI的图形元素相关联的一个或多个特定位置处执行手势。在其它实施例中，用户可在与GUI的图形元素的位置无关的一个或多个位置处执行手势。在触摸I/O设备1001上执行的手势可直接或间接地操纵、控制、修改、移动、致动、启动或大体上影响GUI内的图形元素，该图形元素诸如光标、图标、媒体文件、列表、文本、所有或部分图像等。例如，就触摸屏而言，用户可通过在触摸屏上的图形元素上方执行手势来与图形元素直接进行交互。另选地，触摸板通常提供间接交互。手势还可影响未被显示的GUI元件(例如，使得用户界面显现)或可影响计算系统1003内的其它动作(例如，影响GUI的状态或模式、应用程序或操作系统)。与所显示的光标结合，手势可在或可不在触摸I/O设备1001上执行。例如，在触摸板上执行手势的情况下，可在显示屏或触摸屏上显示光标(或指针)，并且可经由触摸板上的触摸输入以及在适用情况下该触摸输入的力来控制光标以与显示屏上的图形对象进行交互。在直接在触摸屏上执行手势的其它实施例中，不管是否有光标或指针被显示在触摸屏上，用户都可与触摸屏上的对象直接进行交互。
可响应于或基于触摸I/O设备1001上的触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力来经由通信信道1002将反馈提供给用户。可通过光学、机械、电气、嗅觉、声学、触觉方式等或它们的任何组合并且以可变或不可变的方式来任选地传输反馈。
现在关注可在任何便携式或非便携式设备之内实现的系统架构的实施例，便携式或非便携式设备包括但不限于通信设备(例如移动电话、智能电话)、多媒体设备(例如，MP3播放器、电视、收音机)、便携式或手持式电脑(例如，平板电脑、上网本、膝上型电脑)、台式计算机、一体台式计算机、外围设备，或适于包括系统架构2000的任何其他(便携式或非便携式)系统或设备，该系统架构包括这些类型的设备中的两个或更多个设备的组合。图2为系统2000的一个实施例的框图，该系统大体包括一个或多个计算机可读介质2001、处理系统2004、输入/输出(I/O)子系统2006、电磁频率电路诸如可能的射频(RF)或其他频率电路2008以及音频电路2010。这些部件可通过一根或多根通信总线或信号线2003来耦接。每根此类总线或信号线均可以形式2003-X表示，其中X可为唯一编号。总线或信号线可在各个部件之间传送适当类型的数据；每条总线或信号线可不同于其它总线/信号线，但可执行大体类似的操作。
应当理解，图1-2中所示的架构仅为系统2000的一种示例性架构，并且系统2000可具有比图示更多或更少的部件、或不同的部件配置。图1-2中所示的各种部件可在硬件、软件、固件或它们的任何组合(包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路)中实施。
射频电路2008用于通过无线链路或网络向一个或多个其它设备发送和接收信息，并且包括用于执行该功能的熟知的电路。射频电路2008和音频电路2010经由外围设备接口2016被耦接到处理系统2004。接口2016包括用于建立和维护外围设备和处理系统2004之间的通信的各种已知部件。音频电路2010耦接到音频扬声器2050和麦克风2052，并且包括用于处理从接口2016所接收的语音信号的已知电路以使得用户能够与其他用户进行实时通信。在一些实施例中，音频电路2010包括耳机接口(未示出)。
外围设备接口2016将系统的输入和输出外围设备耦接到处理器2018和计算机可读介质2001。一个或多个处理器2018经由控制器2020来与一个或多个计算机可读介质2001进行通信。计算机可读介质2001可以是可存储供一个或多个处理器2018使用的代码和/或数据的任何设备或介质。介质2001可包括存储器分级结构，包括但不限于高速缓存、主存储器和辅助存储器。可使用RAM(例如SRAM、DRAM、DDRAM)、ROM、闪存、磁存储设备和/或光学存储设备(诸如磁盘驱动器、磁带、CD(光盘)和DVD(数字视频光盘))的任何组合来实现该存储器分级结构。介质2001还可包括用于传送指示计算机指令或数据的信息承载信号的传输介质(具有或不具有在其上调制信号的载波)。例如，传输介质可包括通信网络，该通信网络包括但不限于互联网(也称为万维网)、一个或多个内联网、局域网(LAN)、宽局域网(WLAN)、存储区域网(SAN)、城域网(MAN)等。
一个或多个处理器2018运行存储在介质2001中的各种软件部件以执行系统2000的各种功能。在一些实施例中，软件部件包括操作系统2022、通信模块(或指令集)2024、触摸和施力处理模块(或指令集)2026、图形模块(或指令集)2028、一个或多个应用程序(或指令集)2030和指纹感测模块(或指令集)2038。这些模块和以上提及的应用程序中的每一者对应于用于执行上述一种或多种功能以及在本专利申请中所述的方法(例如，本文所述的计算机实现的方法和其它信息处理方法)的指令集。这些模块(即指令集)不必被实现为独立的软件程序、过程或模块，并因此这些模块的各种子集可在各种实施例中被组合或以其他方式重新布置。在一些实施例中，介质2001可存储以上所识别的模块和数据结构的子集。此外，介质2001可存储以上未描述的附加模块和数据结构。
操作系统2022包括各种过程、指令集、软件部件和/或驱动器以用于控制和管理一般系统任务(例如，存储器管理、存储设备控制、电源管理等)，并且有利于各个硬件和软件部件之间的通信。
通信模块2024有利于通过一个或多个外部端口2036或经由射频电路2008来与其它设备进行通信，并且包括各种软件部件以用于处理从射频电路2008和/或外部端口2036所接收的数据。
图形模块2028包括各种已知的软件部件以用于在显示表面上呈现、以动画方式显示和显示图形对象。在触摸I/O设备2012为触敏和力敏显示器(例如触摸屏)的实施例中，图形模块2028包括用于在触敏和力敏显示器上呈现、显示和以动画方式显示对象的部件。
一种或多种应用程序2030可包括安装在系统2000上的任何应用程序，包括但不限于浏览器、通讯录、联系人列表、电子邮件、即时消息、文字处理、键盘仿真、桌面小部件、支持JAVA的应用程序、加密、数字权限管理、语音识别、语音复制、位置确定能力(诸如由在本文中有时也称为“GPS”的全球定位系统所提供的位置确定能力)、音乐播放器等。
触摸和施力处理模块2026包括用于执行与触摸I/O设备2012相关联的各种任务的各种软件部件，该各种任务包括但不限于经由触摸I/O设备控制器2032来接收和处理来自I/O设备2012的触摸输入和施力输入。
系统2000可还包括用于执行如本文结合所示出的和本文所述的其他附图所述的方法/功能的指纹感测模块2038。
I/O子系统2006耦接到触摸I/O设备2012和一个或多个其它I/O设备2014以用于控制或执行各种功能。触摸I/O设备2012经由触摸I/O设备控制器2032来与处理系统2004进行通信，该触摸I/O设备控制器包括用于处理用户触摸输入和施力输入的各种部件(例如，扫描硬件)。一个或多个其它输入控制器2034从其它I/O设备2014接收电信号或将电信号发送到其它I/O设备2014。其它I/O设备2014可包括物理按钮、拨号盘、滑动开关、操作杆、键盘、触摸板、附加显示屏或它们的任何组合。
如果被具体化为触摸屏，那么触摸I/O设备2012在GUI中向用户显示视觉输出。视觉输出可包括文本、图形、视频和它们的任何组合。视觉输出中的一些或全部可对应于用户界面对象。触摸I/O设备2012形成接受来自用户的触摸输入和施力输入的触敏和力敏表面。触摸I/O设备2012和触摸屏控制器2032(连同介质2001中的任何相关联的模块和/或指令集)检测并跟踪触摸I/O设备2012上的触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力(以及对触摸的任何移动或释放，和触摸的力的任何改变)并且将所检测到的触摸输入和施力输入转变成与图形对象诸如一个或多个用户界面对象的交互。在将设备2012具体化为触摸屏的情况下，用户可与显示在触摸屏上的图形对象直接进行交互。另选地，在将设备2012具体化为触摸屏之外的触摸设备(例如，触摸板或触控板)的情况下，用户可与在被具体化为I/O设备2014的独立显示屏上显示的图形对象间接进行交互。
触摸I/O设备2012可类似于以下美国专利申请中所述的多触敏表面：6,323,846(Westerman等人)、6,570,557(Westerman等人)和/或6,677,932(Westerman)，和/或美国专利公开2002/0015024A1，它们中的每一者据此以引用方式并入。
在触摸I/O设备2012为触摸屏的实施例中，触摸屏可使用LCD(液晶显示器)技术、LPD(发光聚合物显示器)技术、OLED(有机LED)或OEL(有机电致发光)，尽管在其它实施例中可使用其它显示技术。
触摸I/O设备2012可基于用户的触摸输入和施力输入以及正被显示的内容和/或计算系统的一种或多种状态来提供反馈。可通过光学(例如光信号或所显示的图像)、机械(例如触觉反馈、触摸反馈、力反馈等)、电气(例如电刺激)、嗅觉、声学(例如嘟嘟声等)等或它们的任何组合方式并且以可变或不可变的方式来传输反馈。
系统2000还包括用于为各种硬件部件供电的电力系统2044，并且可包括电源管理系统、一个或多个电源、再充电系统、电源故障检测电路、功率转换器或逆变器、电源状态指示器以及通常与便携式设备中的电力的生成、管理和分配相关联的任何其它部件。
在一些实施例中，外围设备接口2016、一个或多个处理器2018和存储器控制器2020可在单个芯片诸如处理系统2004上实施。在其他一些实施例中，它们可在单独的芯片上实施。
另外的系统元件
在一个实施例中，示例性系统包括耦接至触摸I/O设备2012诸如耦接至力传感器控制器的力传感器。例如，力传感器控制器可被包括在I/O子系统2006中。力传感器控制器可耦接至处理器或其他计算设备，诸如处理器2018或安全处理器2040，其作用在于可测量、计算、估算或以其他方式操纵来自力传感器控制器的信息。在一个实施例中，力传感器可利用耦接至或可访问触摸I/O设备2012的一个或多个处理器或其他计算设备，诸如处理器2018、安全处理器2040或其他设备。在另选的实施例中，力传感器可利用耦接至或可访问触摸I/O设备2012的一个或多个模拟电路或其他专用电路，诸如可耦接至I/O子系统2006。
在一个实施例中，如下所述，力传感器确定用户接触触摸I/O设备2012所施加的力的测量，诸如响应于器件叠层的挠曲或变形。例如，如本文所述，力敏传感器可包括设置在一组有机发光二极管(OLED)塑性显示元件和框架元件之间的可压缩层或一组可压缩元件。当可压缩层或可压缩元件挠曲或变形时，力传感器可使用电容感测来确定挠曲或变形的量，其作用在于响应于所施加的力来提供应变测量。类似地，触摸传感器可响应于可压缩层或可压缩元件来使用电容感测。
示例性力传感器
图3示出了包括双层覆盖玻璃的力传感器的概念图。
在一个实施例中，触摸I/O设备2012包括框架3010和耦接至框架3010的中间框架3015。框架3010可耦接至垫片3020，该垫片耦接至覆盖玻璃(CG)3025并且可使覆盖玻璃(CG)3025基本上保持在相对于框架3010的适当位置。在一个实施例中，覆盖玻璃(CG)3025可具有约500微米的厚度。
在一个实施例中，器件叠层可耦接在覆盖玻璃(CG)3025下方。在一个实施例中，触摸I/O设备2012可包括定位在覆盖玻璃(CG)3025下方的双层氧化铟锡(DITO)和压敏粘结剂(PSA)层3030。在一个实施例中，双层氧化铟锡(DITO)和压敏粘结剂(PSA)层3030可具有约378微米的厚度。在一个实施例中，双层氧化铟锡(DITO)和压敏粘结剂(PSA)层3030可包括耦接在器件叠层中的多个设备元件。类似地，在一个实施例中，有机发光二极管(OLED)塑性显示元件3035可耦接在双层氧化铟锡(DITO)和压敏粘结剂(PSA)层3030下方。在一个实施例中，有机发光二极管(OLED)塑性显示元件3035可具有约330微米的厚度。
在一个实施例中，器件叠层可耦接至可压缩结构3040，该可压缩结构响应于器件叠层的挠曲或变形，该器件叠层的挠曲或变形响应于由用户的手指所施加的力。在一个实施例中，可压缩结构3040耦接至中间框架3015。其作用在于响应于由用户的手指所施加的力的器件叠层的挠曲或变形能够使得压缩该可压缩结构3040，该压缩响应于(A)由用户的手指所施加的力，以及(B)中间框架3015的抗力。
在一个实施例中，可压缩结构3040包括挠曲驱动层3110(诸如能够传送驱动器信号的第一印刷导电层)、挠曲感测层3115(诸如能够传送传感器信号的第二印刷导电层)和可压缩层3120。在一个实施例中，挠曲驱动层3110可具有约100微米的厚度，挠曲感测层3115可具有约100微米的厚度，并且可压缩层3120可具有约100微米的厚度。
如本文所述，在一个实施例中，可压缩结构3040可使用电容感测进行操作。在一个实施例中，挠曲驱动层3110包括一组驱动信号。例如，可将挠曲驱动层3110设置成包括被布置用于覆盖整个覆盖玻璃的一组列。在一个实施例中，这些列中的每个列诸如以循环方式依次被电子地激活，其作用在于每个列被周期性地激活，诸如以相对较快的速率。类似地，可将挠曲感测层3115设置成包括一组行，该组行交叉地被布置为挠曲驱动层3110的列并且被布置用于覆盖整个覆盖玻璃。类似地，在一个实施例中，这些行中的每个行诸如以循环方式依次被电子地感测，其作用在于每个列被周期性地感测，诸如以相对较快的速率。
其作用在于，当所施加的力出现在覆盖玻璃上的特定点[X,Y]处时，电容传感器测量在接近和围绕该点的一个或多个点处的电容的变化。如本文所述，器件叠层可在接近和围绕该点处变形，其作用在于整个覆盖玻璃经受相对变形并且可在覆盖玻璃下方的器件叠层中的基本上大多数点处感测到所施加的力。尽管本专利申请主要描述了一种系统，其中两层ITO用于在该两层之间使用电容测量来检测所施加的力的位置，但在本发明的上下文中，对任何此类限制不存在特定要求。例如，电容感测可相对于基本上导电的(诸如金属的)第二层来将ITO的第一层用作自电容元件来确定。
如本文所述，在一个实施例中，当用户对触摸I/O设备2012的表面施加力时，器件叠层挠曲或变形，其作用在于可压缩结构3040具有对应于施加于触摸I/O设备2012的表面的力而施加的力。其作用在于，可压缩层3120被压缩，并且挠曲驱动层3110被移动到更靠近挠曲感测层3115的位置。当不再施加力时，器件叠层释放挠曲或变形，其作用在于可压缩结构3040不再具有施加于其的力。其作用在于，可压缩层3120不再被压缩，并且挠曲驱动层3110相对于挠曲感测层3115而被移动回到其早前位置。因此，在一个实施例中，可压缩层3120被设置成相对柔韧并且响应于所施加的力，以及相对柔韧并且基本上同样地响应于对该所施加的力的移除。
在一个实施例中，可压缩层或一组可压缩元件可包括设置在ITO的第一层和ITO的第二层之间的电容层。电容层可包括气隙，其作用在于通过气隙来测量电容。在一个实施例中，设置在ITO的第一层和ITO的第二层之间的电容层可包括压敏粘合剂(PSA)层，其可为基本上透明或半透明的(如果位于OLED层上方)，或另选地可为不透明的或换句话讲吸光的(如果位于OLED层下方)。在任一此类情况下，电容层具有不妨碍显示器的操作的作用。
力图像结构
在一个实施例中，可压缩层或一组可压缩元件可包括设置在可压缩结构3040中的一组应变仪，诸如以下相对于图4A-4D所描述的。例如，相对于图4A-4D所描述的一组或可压缩元件可测量器件叠层挠曲或变形时的应变。在此类情况下，器件叠层挠曲或变形时的应变可分布在整个覆盖玻璃3025上，其作用在于可在覆盖玻璃3025下的每个位置处以及在覆盖玻璃3025的边缘处测量应变。
响应于在覆盖玻璃3025下的每个位置处以及在覆盖玻璃3025的边缘处的应变测量，可压缩层3120可向每个力感测元件提供相对于覆盖玻璃3025以及在覆盖玻璃3025的边缘处的所施加的力的图像。响应于所施加的力的图像，触摸I/O设备2012可确定一个或多个特定点[X,Y]的位置[X,Y]，其中所施加的力相对于覆盖玻璃3025的表面而出现。
力敏结构
图4A-4D示出了力敏结构的概念图。
在一个实施例中，可压缩层3120可包括第一组力敏结构。除了或代替凝胶或液体，力敏结构可包括可压缩的物理元件。这些力敏结构可包括其自身可压缩的特征部，即便将它们嵌入其中的材料不是以其他方式可压缩的(如果存在将它们嵌入其中的材料的话)。其作用可在于，当将力施加于CG结构3020时，该力受到力敏结构的抵抗。响应于力敏结构的抵抗，触摸I/O设备可确定施加于CG结构3020的力的大小。
在一个实施例中，力敏结构包括比光波长相对更小的可压缩特征部。如本文所述，其作用可在于，那些可压缩特征部可为基本上透明的或相反当用户对设备施加力时、当移除所施加的力时，或当用户以其他方式使用设备时对用户的眼睛不是显而易见的。
在一个实施例中，可使用一组可能结构技术中的一种或多种结构技术来构造力敏结构。作为第一实例，可通过在相对实心的物质(诸如硅、凝胶粘合材料、复合材料诸如填充纳米颗粒的聚合物，或其他物质)中蚀刻孔洞来构造该结构。作为第二实例，可通过将元件钻入相对实心的物质(诸如硅、或诸如凝胶粘合材料)中来构造该结构。作为第三实例，可通过在相对实心的物质(诸如硅、或诸如凝胶粘合材料)中钻入通孔或过孔来构造该结构。作为第四实例，可通过使元件类似于钟乳石从挠曲驱动层3110向下生长，或类似于石笋从挠曲感测层3115向上生长来构造该结构。作为第五实例，可通过压印或纳米压印工艺、光致抗蚀工艺或其他方法来构造该结构。
在一个实施例中，可利用挠曲驱动层3110和挠曲感测层3115之间的基本上真空的空间来构造力敏结构，其作用在于力敏结构吸收在挠曲驱动层3110和挠曲感测层3115之间施加的力。在另选的实施例中，可利用填充有泡沫、凝胶、液体、弹性的或粘弹性的物质、具有返回其初始预变形形状的记忆效应的实心物质或其他物质的力敏结构的元件之间的空间来构造力敏结构。作为第一实例，力敏结构的元件之间的空间可填充有纳米泡沫，即具有一组纳米孔(即，设置于其中的纳米结构大小的孔)的泡沫，其作用在于纳米泡沫能够以小于约0.48的泊松比进行压缩。作为第二实例，力敏结构的元件之间的空间可填充有一组微结构或纳米结构的硅氧烷元件，其作用在于响应于所施加的力其为可压缩的，并且其作用还在于在将所施加的力移除之后返回其初始形状。
图4A示出了一组锥体结构的概念图。
在一个实施例中，力敏结构可包括一组锥体橡胶结构或锥体硅氧烷结构(“纳米结构”)4010，其中的每一个可定位在挠曲驱动层3110和挠曲感测层3115之间。在本发明的上下文中，没有相对于纳米结构的尺寸的特定要求。在第一此类情况下，纳米结构可为基本上均匀的尺寸。在第二此类情况下，纳米结构可包括基本上为不同尺寸的纳米结构，诸如包括多于一种尺寸的纳米结构，或包括具有一系列尺寸的纳米结构。此外，在本发明的上下文中，没有相对于纳米结构的定位的特定要求。在各种可能性下，纳米结构可(A)以规则图案进行定位；(B)以随机或伪随机位置进行定位；(C)以一种规则图案定位在一些区域中，以及以不同规则图案定位在其他区域中；(D)以一种规则图案定位在一些区域中，以及以随机或伪随机位置定位在其他区域中；或(E)它们的一些组合或结合，或以其他方式。
例如，锥体硅氧烷结构4010可利用挠曲感测层3115被定位在底部位置处。在此类实例中，定位在挠曲感测层3115上方的可以是第一电路层，诸如挠曲感测层3115的感测行。在此类实例中，定位在挠曲感测层3115的感测行上方的可以是锥体硅氧烷结构4010的基部。在此类实例中，定位在锥体硅氧烷结构4010的基部上方的可以是锥体硅氧烷结构4010的顶端，其可为截短的顶端(即，截棱锥的顶部)或其可为基本上非截短的顶端。在此类实例中，定位在锥体硅氧烷结构4010的顶端上方的可以是第二电路层，诸如挠曲驱动层3110的驱动行。在此类实例中，定位在第二电路层上方的可以是挠曲驱动层3110。
在另选的实施例中，可将锥体橡胶结构或锥体硅氧烷结构4010倒置。在此类情况下，锥体结构4010的基部可位于顶部处并且可耦接至挠曲驱动层3110，而锥体结构4010的顶端可位于底部处并且可耦接至挠曲感测层3115。在其他和另外的另选实施例中，锥体橡胶结构或锥体硅氧烷结构4010中的一些可正面朝上，而其他可为倒置的。在此类情况下，锥体结构4010中的一些可在基部处耦接至挠曲驱动层3110并且在顶端处耦接至挠曲感测层3115，而其他可在基部处耦接至挠曲感测层3115并且在顶端处耦接至挠曲驱动层3110。在其他和另外的另选实施例中，锥体结构4010中的一些或全部可以与两个基部成对的方式被设置，一个耦接至挠曲驱动层3110并且一个耦接至挠曲感测层3115，其中成对的两个顶端交会于中点。
在一个实施例中，锥体橡胶结构或锥体硅氧烷结构4010可具有基本上等于值d2的刚度，其中d可为与用于锥体结构4010的物质的电容相关的参数。
图4B示出了一组细长的锥体结构的概念图。
在另选的实施例中，锥体结构4010可以细长方式来构造，其中横截面沿第一方向为锥形并且横截面沿第二方向为线性。其作用在于，当沿该第一方向查看整个结构4010的横截面时锥体结构4010具有三角形形状，并且当沿该第二方向查看整个结构4010的横截面时其具有线性形状或壁面形状。在一个实施例中，细长的锥体结构4010可具有基本上等于值d的刚度，其中d可为与用于锥体结构4010的物质的电容相关的参数。
图4C示出了一组“蛾眼”结构的概念图。
类似地，在一个实施例中，力敏结构可包括一组“蛾眼”结构4110，其中的每个“蛾眼”结构可具有基部和基本上半球状或近半球状的形状，并且每个“蛾眼”结构可包括一组复合元件4115，其类似于蛾眼的结构。尽管本专利申请主要描述具有特定形状和取向的“蛾眼”结构4110，但在本发明的上下文中，针对任何此类限制不存在特定要求。作为第一实例，“蛾眼”结构4110可包括取向成基本上垂直于基膜的复合元件4115。作为第二实例，“蛾眼”结构4110可包括具有随着与基膜的距离的增加而减小的密度的复合元件4115，即接近基膜的复合元件4115为厚的或致密的，并且随着与基膜的距离的增加该复合元件变薄或致密程度降低。
在此类实施例中，类似于锥体结构4010，在顶部处蛾眼结构4110可耦接至挠曲驱动层3110和第一电路层并且在基部处耦接至挠曲感测层3115和第二电路层。在另选的实施例中，类似于锥体结构4010，可将蛾眼结构4110倒置，并且可在基部处耦接至挠曲驱动层3110和第一电路层并且在顶部处耦接至挠曲感测层3115和第二电路层。在其他和另外的另选实施例中，类似于锥体结构4010，可使蛾眼结构4110中的一些倒置并且其他不倒置。在其他和另外的另选实施例中，类似于锥体结构4010，蛾眼结构4110可以与两个基部成对的方式进行设置，一个耦接至挠曲驱动层3110并且一个耦接至挠曲感测层3115，其中成对的两个顶端交会于中点。
图4D示出了一组柱形(cylindrical)结构的概念图。
类似地，在一个实施例中，力敏结构可包括一组柱形结构4210，每个柱形结构可具有基部和顶端，以及基本上柱形(或多边形)横截面。在此类实施例中，类似于锥体结构4010，在顶部处柱形结构4210可耦接至挠曲驱动层3110和第一电路层并且在基部处耦接至挠曲感测层3115和第二电路层。在此类实施例中，柱形结构4210可包括用于优化与值d无关的其相对刚度的元件或物质，其中d可为与用于结构的物质的电容相关的参数。例如，柱形结构可使其刚度相对于参数d而调谐，诸如使用角度、形状或辅助性结构。
另选的实施例
在阅读本专利申请之后，本领域的技术人员应认识到，用于相对于在触摸I/O设备上所施加的力和接触来获取信息，以及使用该相关联的信息来确定在触摸I/O设备上所施加的力和接触的大小和位置的技术响应于并变化于真实数据诸如从用户的手指的所施加的力或接触所接收的相对电容和压缩率，并且在利用触摸I/O设备检测和使用所施加的力和接触的服务中提供可用且切实的结果。此外，在阅读本专利申请之后，本领域的技术人员应认识到，计算设备对所施加的力和接触传感器信息的处理包括基本的计算机控制和编程，涉及到所施加的力和接触传感器信息的基本记录，并且涉及与所施加的力和接触传感器硬件以及任选地供所施加的力和接触传感器信息使用的用户界面的交互。
本公开中描述的实施例的某些方面可被提供作为计算机程序产品或软件，其可包括例如在其上存储有指令的计算机可读存储介质或非暂态机器可读介质，其可用于对计算机系统(或其他电子设备)进行编程以执行根据本公开的过程。非暂态机器可读介质包括用于以机器(例如计算机)可读的形式(例如软件、处理应用程序)存储信息的任何机制。非暂态机器可读介质可采取但不限于如下形式：磁存储介质(例如软盘、盒式录像带等)；光学存储介质(例如CD-ROM)；磁光存储介质；只读存储器(ROM)；随机存取存储器(RAM)；可擦除可编程存储器(例如EPROM和EEPROM)；闪存存储器；等等。
尽管已参考各种实施例描述了本公开，但应当理解，这些实施例是示例性的并且本公开的范围不限于此。许多变型、修改、添加和改进是可能的。更一般地，已在特定实施例的上下文中描述了根据本公开的实施例。在本公开的各种实施例中可以不同方式在过程中将功能分开或组合在一起，或以不同术语加以描述。这些和其他变型、修改、添加和改进可落在以下权利要求所限定的本公开的范围内。

Claims (10)

1.一种电子装置，包括：
定位在覆盖层下方的可变形的器件叠层，所述可变形的器件叠层包括：
双层氧化铟锡层；以及
定位在所述双层氧化铟锡层下方的显示器层；
可压缩构造元件，所述可压缩构造元件定位在所述可变形的器件叠层下方，所述可压缩构造元件包括：
用于发射驱动信号的柔性驱动层；
用于发射感测信号的柔性传感层；以及
可压缩层，所述可压缩层定位在所述柔性驱动层和所述柔性传感层之间；以及
耦接至所述柔性驱动层和所述柔性传感层的一个或多个可压缩元件；以及
定位在所述可压缩构造元件下方的框架元件，
其中，所述可压缩构造元件的压缩响应于用户手指对所述覆盖层所施加的力以及所述框架元件的抗力；
所述可压缩构造元件基本上位于所述显示器层的所有区域下面；以及
所述柔性驱动层和所述柔性传感层形成基本上横跨所述显示器层的所有区域以感测所施加的力的电容力传感器。
2.根据权利要求1所述的电子装置，还包括处理器，所述处理器被配置成接收来自至少一个电容力传感器的感测信号并确定与所施加的力相关的力的量。
3.根据权利要求2所述的电子装置，其中，所述处理器被配置成确定针对所述覆盖层的至少一部分所施加的力的图像。
4.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述电容力传感器分别包括被配置成确定与所施加的力相关的触摸位置的触摸传感器。
5.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述柔性驱动层将所述驱动信号发射到所述电容力传感器，并且所述柔性传感层发射来自所述电容力传感器的感测信号。
6.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述一个或多个可压缩元件中的至少一个可压缩元件包括小于光学波长的可压缩特征。
7.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述一个或多个可压缩元件中的至少一个可压缩元件具有相对于压缩参数在压缩方面基本上线性的耐压缩力。
8.根据权利要求1所述的电子装置，其中所述一个或多个可压缩元件中的至少一个可压缩元件包括以下中的一者或多者：
圆柱形结构；
蛾眼结构；
锥体结构；或
细长的锥体结构，所述细长的锥体结构具有沿第一方向是锥体的以及沿第二方向是线性的横截面。
9.根据权利要求8所述的电子装置，其中，所述蛾眼结构包括具有随着与所述柔性驱动层的距离变化的密度的复合元件。
10.根据权利要求1所述的电子装置，其中，所述可压缩层包括所述可压缩层中的所述一个或多个可压缩元件之间的物质，所述物质包括以下中的一者或多者：
泡沫；
凝胶；
液体；或
粘弹性的物质。
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