CN108885513A - 显示堆叠内的力感测 - Google Patents

Abstract

本文中描述的实施例包括用于感测由输入对象施加的力的输入设备和相关联的处理系统。输入设备包括显示设备，所述显示设备包括形成为显示堆叠的多个层，所述显示堆叠包括顶表面。输入设备还包括：一个或多个应变仪，其设置在显示堆叠内并且配置为检测施加到顶表面的力；以及处理系统，其配置为使用显示设备执行显示更新以及配置为使用一个或多个应变仪执行力感测。

Description

显示堆叠内的力感测

技术领域

本公开的实施例总体上涉及用于包括显示设备的输入设备的用于感测由输入对象施加的力的技术。

背景技术

包括接近传感器设备(通常又称作触摸板或触摸传感器设备)的输入设备广泛用于多种电子系统中。接近传感器设备通常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来为电子系统提供界面。例如，接近传感器设备常常用作较大计算系统的输入设备(诸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)。接近传感器设备还常常用于较小计算系统中(诸如蜂窝电话中集成的触摸屏)。

发明内容

本文中描述的一个实施例是用于感测由输入对象施加的力的输入设备。输入设备包括显示设备，所述显示设备包括形成为显示堆叠的多个层，所述显示堆叠包括顶表面。输入设备还包括：一个或多个应变仪，设置在显示堆叠内并且配置为检测施加到顶表面的力；以及处理系统，配置为使用显示设备执行显示更新以及配置为使用一个或多个应变仪执行力感测。

本文中描述的另一个实施例是用于具有集成显示设备的输入设备的处理系统，该输入设备包括一个或多个应变仪，所述应变仪配置为感测由输入对象施加的力。处理系统包括：显示驱动器模块，包括配置为更新显示设备的电路；以及电容性感测模块，包括配置为操作输入设备的多个传感器电极以获取电容性感测数据的电路。处理系统还包括力感测模块，所述力感测模块包括配置为使用一个或多个应变仪获取力感测数据的电路。一个或多个应变仪使用从多个传感器电极中所选择的一个或多个传感器电极形成，并且其中所选择的一个或多个传感器电极配置为执行力感测和电容性感测。

本文中描述的另一个实施例是一种显示设备，所述显示设备包括多个层，其形成为显示堆叠，所述显示堆叠包括顶表面。显示设备还包括多个显示电极，其设置在显示堆叠内并且配置为由处理系统驱动以执行显示更新。显示设备还包括一个或多个应变仪，其设置在显示堆叠内并且配置为基于由处理系统驱动的信号检测施加到顶表面的力。

附图说明

为了以其能够详细理解本公开的以上记载的特征的方式，可以通过参照实施例对以上概述的本公开进行更具体的描述，在附图中图示了所述实施例中的一些。然而要注意的是，附图仅图示了本公开的典型实施例，并且因此不要被认是其范围的限制，因为本公开可以容许其它同样有效的实施例。

图1是根据本文中描述的实施例的输入设备的示意性框图。

图2A、图2B和图3图示了根据本文中描述的实施例的示例性传感器电极布置的部分。

图4图示了根据本文中描述的实施例的形成显示设备的显示堆叠的多个层的示例性布置。

图5和图6图示了根据本文中描述的实施例的显示堆叠的多个层的示例性界面。

图7图示了根据本文中描述的实施例的具有包括应变集中零件的层的示例性界面。

图8和图9图示了根据本文中描述的实施例的设置在显示设备的显示区外部的应变仪的示例性布置。

图10图示了根据本文中描述的实施例的与处理系统耦合的多个应变仪桥的示例性布置。

图11图示了根据本文中描述的实施例的用于使用应变仪桥感测信号的示例性布置。

为了便于理解，已经在可能的情况下使用了相同的参考标号来标明对于附图而言共有的相同元件。设想的是，在一个实施例中公开的元件可以有利地用于其它实施例上而无需具体记载。这里所参照的附图不应当被理解为按比例绘制，除非明确说明。同样地，为了呈现和解释的清楚性，通常简化附图并且省略细节或部件。附图和讨论用于解释以下讨论的原理，其中相似名称表示相似元件。

具体实施方式

以下的具体实施方式本质上只是示例性的而不是意在限制本公开或者本公开的应用和用途。此外，不存在受前面的背景技术、发明内容或者以下具体实施方式中呈现的任何明示的或暗示的理论束缚的意图。

本技术的各种实施例提供了用于改进可用性的输入设备和方法。输入设备可以包括作为传感器电极操作以检测输入设备与输入对象（例如，触控笔或用户的手指）之间的相互作用的电极。输入设备还可以包括一个或多个应变仪，以用于测量在与输入对象相互作用期间施加的力。所获取的力感测数据可以用于验证所获取的电容性感测数据，以区分用户施加力的意图来执行不同的功能等。此外，用于力感测的应变仪可以集成到现有的显示堆叠结构中，这减轻了使用其它力感测技术所面对的特定挑战。例如，通常可以在不向针对输入设备的制造和组装过程引入显著的附加厚度或复杂性的情况下实现集成的力感测。另外，应变仪可以分组成桥，以提供更线性的力响应。

图1是根据本技术的实施例的输入设备100的示意性框图。尽管本公开的所图示的实施例被示出为与显示设备160集成，但是设想的是，本公开可以体现在未集成有显示设备的输入设备中。输入设备100可以配置为向电子系统150提供输入。如本文档中所使用的那样，术语“电子系统”(或“电子设备”)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、膝上型计算机、上网本计算机、平板、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和分离操纵杆或按键开关的物理键盘。另外的示例电子系统包括诸如数据输入设备(包括遥控器和鼠标)和数据输出设备(包括显示屏和打印机)之类的外设。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)和媒体设备(包括记录器、编辑器和播放器，诸如电视机、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设备的主机或从机。

输入设备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离。视情况而定，输入设备100可以使用下列中的任何一个或多个与电子系统的部分进行通信：总线、网络和其它有线或无线互连。示例包括I²C、SPI、PS/2、通用串行总线(USB)、蓝牙、RF和IRDA。

在图1中，输入设备100示出为接近传感器设备(又常常称作“触摸板”或“触摸传感器设备”)，其配置为感测由一个或多个输入对象140在感测区170中提供的输入。示例输入对象包括手指和触控笔，如图1中所示出的那样。

感测区170涵盖输入设备100之上、周围、之中和/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)。特定感测区的尺寸、形状和位置可以因实施例而变化很大。在一些实施例中，感测区170沿一个或多个方向从输入设备100的表面延伸到空间中，直到信噪比阻止充分准确的对象检测。在各种实施例中，这个感测区170沿特定方向延伸到的距离可以是大约小于一毫米、数毫米、数厘米或者更多，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。因而，一些实施例感测的输入包括：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、以某个量的施加力或压力耦合的与输入设备100的输入表面的接触和/或它们的组合。在各种实施例中，输入表面可以由传感器电极位于其内的壳体的表面、由施加在传感器电极或者任何壳体之上的面板等来提供。在一些实施例中，感测区170在投影到输入设备100的输入表面上时具有矩形、圆形或类似形状。

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170中的用户输入。输入设备100包括用于检测用户输入的多个传感器电极120。输入设备100可以包括被结合以形成传感器电极的一个或多个传感器电极120。作为若干非限制性示例，输入设备100可以使用电容性的、倒介电性的、电阻性的、电感性的、磁声的、超声的和/或光学的技术。

一些实现方式配置为提供跨越一维、二维、三维或更高维空间的图像。一些实现方式配置为提供沿着特定轴或平面的输入的投影。

在输入设备100的一些电阻性实现方式中，柔性的并且导电的第一层通过一个或多个间隔元件与导电的第二层分离。在操作期间，跨多个层创建一个或多个电压梯度。按压柔性第一层可以使其充分地偏转以在层之间创建电接触，从而引起反映层之间的（一个或多个）接触点的电压输出。这些电压输出可以用于确定位置信息。

在输入设备100的一些电感性实现方式中，一个或多个传感器电极120采集由谐振线圈或线圈对感生的环路电流。电流的幅值、相位和频率的某个组合然后可以用来确定位置信息。

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中的改变，并且产生电容性耦合的可检测改变，其可以作为电压、电流等的改变来检测。

一些电容性实现方式利用电容性传感器电极120的阵列或者其它规则或不规则图案来创建电场。在一些电容性实现方式中，分离的传感器电极120可以欧姆地短接在一起，以形成较大传感器电极。一些电容性实现方式利用电阻片，其可以是均匀电阻性的。

如上讨论的那样，一些电容性实现方式利用基于传感器电极120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。在一个实施例中，处理系统110配置为将具有已知幅度的电压驱动到传感器电极120上并且测量将传感器电极充电到所驱动电压所需的电荷的量。在其它实施例中，处理系统110配置为驱动已知的电流并且测量所产生电压。在各种实施例中，传感器电极120附近的输入对象更改传感器电极120附近的电场，因而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相对于参考电压(例如系统接地)使用经调制信号来调制传感器电极120以及通过检测传感器电极120与输入对象140之间的电容性耦合来进行操作。

附加地，如以上讨论的那样，一些电容性实现方式利用基于感测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，感测电极附近的输入对象140更改感测电极之间的电场，因而改变所测量的电容性耦合。在一个实现方式中，互电容性感测方法通过检测一个或多个发射器感测电极(又称作“发射器电极”)与一个或多个接收器感测电极(又称作“接收器电极”)之间的电容性耦合来进行操作，如以下进一步描述的那样。发射器感测电极可以相对于参考电压(例如，系统接地)来调制，以发射发射器信号。接收器感测电极可以相对于参考电压基本上保持为恒定，以促进对所产生信号的接收。所产生信号可以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(例如其它电磁信号)对应的（一个或多个）效应。感测电极可以是专用发射器电极或接收器电极，或者可以配置为既发射又接收。

在图1中，处理系统110示出为输入设备100的部分。处理系统110配置为操作输入设备100的硬件，以检测感测区170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/或其它电路部件。例如，用于互电容传感器设备的处理系统可以包括：发射器电路，配置为采用发射器传感器电极来发射信号；和/或接收器电路，配置为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，诸如固件代码、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，诸如在输入设备100的(一个或多个)传感器电极120附近。在其它实施例中，处理系统110的部件在物理上分离，其中一个或多个部件接近于输入设备100的(一个或多个)传感器电极120，而一个或多个部件在其它位置。例如，输入设备100可以是耦合到台式计算机的外设，以及处理系统110可以包括配置为运行于台式计算机的中央处理单元以及与中央处理单元分离的一个或多个IC(也许具有关联的固件)上的软件。作为另一个示例，输入设备100可以在物理上集成在电话中，以及处理系统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还执行其它功能，诸如操作显示屏、驱动触觉致动器等。

处理系统110可以实现为模块的集合，其处理处理系统110的不同功能。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、软件或者其组合。在各种实施例中，可以使用模块的不同组合。示例模块包括：硬件操作模块，用于操作诸如传感器电极和显示屏之类的硬件；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。另外的示例模块包括：传感器操作模块，配置为操作传感器电极120以检测输入；识别模块，配置为识别诸如模式改变手势之类的手势；以及模式改变模块，用于改变操作模式。处理系统110也可以包括一个或多个控制器。

在一些实施例中，处理系统110通过引起一个或多个动作来直接响应于感测区170中的用户输入(或者没有用户输入)。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，如果这样的分离的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，诸如促进全范围的动作，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)传感器电极120，以产生指示感测区170中的输入(或者没有输入)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可以数字化从传感器电极120所获得的模拟电信号。作为另一个示例，处理系统110可以执行滤波或者其它信号调节。作为又一个示例，处理系统110可以减去或者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。当确定没有输入对象处于感测区中时可以获得基线。作为又一些示例，处理系统110可以确定位置信息，将输入识别为命令，识别笔迹等。

如本文中所使用的“位置信息”广义地涵盖绝对位置、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”位置信息包括沿着轴的位置。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。其它示例包括空间信息的其它表示。还可以确定和/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，输入设备100采用由处理系统110或者由某种其它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以提供用于感测区170中的输入的冗余功能性或者某种其它功能性。图1示出了感测区170附近的能够用来促进使用输入设备100来选择项目的按钮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，输入设备100可以不采用其它输入部件来实现。

在一些实施例中，输入设备100包括触摸屏界面，以及感测区170重叠显示设备160的显示屏的有源区域的至少部分。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120，并且提供用于关联的电子系统的触摸屏界面。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)或者其它显示技术。输入设备100和显示设备160可以共享物理元件。例如，一些实施例可以利用相同电部件中的一些以用于显示和感测。作为另一个示例，显示设备160可以部分或全部由处理系统110来操作。

应当理解的是，虽然本技术的许多实施例是在全功能装置的上下文中描述的，但是本技术的机制能够按照多种形式作为程序产品(例如，软件)来分发。例如，本技术的机制可以实现以及分发为由电子处理器可读的信息承载介质(例如，由处理系统110可读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。另外，本技术的实施例同样适用，而与用于执行分发的介质的特定类型无关。非瞬态的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、全息存储技术或者任何其它存储技术。

传感器电极布置

图2A、图2B和图3图示了根据本文中描述的实施例的示例性传感器电极布置的部分。具体地，根据若干实施例，传感器电极布置200（图2A）图示了传感器电极的图案的一部分，所述传感器电极配置为在与图案相关联的感测区170中进行感测。为了说明和描述的清楚性，图2A以简单矩形的图案示出了传感器电极，而未示出各种相关联部件。感测电极的这个图案包括第一多个传感器电极205（例如，205-1、205-2、205-3、205-4），以及设置在多个传感器电极205上的第二多个传感器电极215（例如，215-1、215-2、215-3、215-4）。传感器电极205、215各自是上面讨论的传感器电极120的示例。在一个实施例中，处理系统110将第一多个传感器电极205操作为多个发射器电极，并且将第二多个传感器电极215操作为多个接收器电极。在另一个实施例中，处理系统110将第一多个传感器电极205和第二多个传感器电极215操作为绝对电容性感测电极。

第一多个传感器电极205和第二多个传感器电极215通常彼此欧姆地隔离。也就是说，一个或多个绝缘体将第一多个传感器电极205和第二多个传感器电极215分离并防止它们彼此电短接。在一些实施例中，第一多个传感器电极205和第二多个传感器电极215可以设置在公共层上。多个传感器电极205、215可以通过设置在它们之间的在交叉区域处的绝缘材料电分离；在这样的构造中，第一多个传感器电极205和/或第二多个传感器电极215可以形成以连接相同电极的不同部分的跳线。在一些实施例中，第一多个传感器电极205和第二多个传感器电极215由一层或多层绝缘材料分离。在一些实施例中，第一多个传感器电极205和第二多个传感器电极215由一个或多个衬底分离；例如，它们可以设置在相同衬底的相对侧上，或者设置在层压在一起的不同衬底上。

在一些实施例中，多个传感器电极205、215可以被操作用于位置感测（电容性）以及用于力感测。例如，可以相对于系统接地或其它参考电压调制操作为电容性感测电极的特定传感器电极205、215以执行电容性感测，并且传感器电极205、215也可以具有流过其的电流以测量与来自由输入对象施加的力的应变有关的改变。

多个传感器电极205、215可以形成为任何期望的形状。而且，传感器电极205的尺寸和/或形状可以与传感器电极215的尺寸和/或形状不同。另外，定位在衬底的相同侧上的传感器电极205、215可以具有不同的形状和/或尺寸。在一个实施例中，第一多个传感器电极205可以比第二多个传感器电极215更大（例如，具有更大的表面积），尽管这不是必需的。在其它实施例中，第一多个和第二多个传感器电极205、215可以具有类似的尺寸和/或形状。

此外，在一些实施例中，传感器电极205、215中的一些或全部可以单独地包括多个较小的电极。图2B图示了包括多个电极段255A-255D的示例性传感器电极205。每一个电极段255A、255B、255C、255D包括相应的电阻260和可变电阻265。例如，电极段255A包括电阻260A和可变电阻265A。处理系统110在电极段255A的第一节点270-1处以及在电极段255D的第二节点170-2处与传感器电极205连接。电极段255A在连接275-1处与电极段255B耦合。同样地，电极段255B、255C在连接275-2处耦合，并且电极段255C、255D在连接275-3处耦合。

可变电阻265A、......、265D配置为在对应的传感器电极段255A、......、255D变形时改变。在一些实施例中，电阻260A、......、260D和/或可变电阻265A、......、265D配置为对应于预定力范围，例如，当力施加到输入表面时可以感测的最大变形量。可以通过材料选择和/或图案化技术来控制电阻260A、......、260D和/或可变电阻265A、......、265D。例如，可以通过改变传感器电极205的尺寸、长度、宽度和/或形状来控制电阻260A、......、260D和/或可变电阻265A、......、265D。在一些实施例中，传感器电极205由氧化铟锡（ITO）构成，但其它材料也是可能的。此外，传感器电极205可以包括在不同区中的不同材料，所述在不同区中例如，在不同电极段255A、......、255D中。

在一个实施例中，第一多个传感器电极205基本上沿第一方向延伸，而第二多个传感器电极215基本上沿第二方向延伸。例如，以及如图2中所示出的那样，第一多个传感器电极205沿一个方向延伸，而第二多个传感器电极215沿基本上正交于传感器电极205的方向延伸。其它取向也是可能的（例如，平行或其它相对取向）。

处理系统110与传感器电极205、215耦合，并且包括电容性感测电路220、力感测电路230和显示驱动器电路240。电容性感测电路220包括配置为在其中期望输入感测的周期期间驱动传感器电极205、215中的至少一个以用于电容性感测的电路。在一个实施例中，电容性感测电路220配置为将经调制信号驱动到至少一个传感器电极205、215上，以检测至少一个传感器电极与输入对象之间的绝对电容的改变。在另一个实施例中，电容性感测电路220配置为将发射器信号驱动到传感器电极205、215中的至少一个上，以检测至少一个传感器电极205、215与另一传感器电极205、215之间的跨电容的改变。经调制的信号和发射器信号通常是变化的电压信号，其包括在分配用于输入感测的时间段内的多个电压转变。

力感测电路230包括配置为跨一个或多个应变仪元件驱动信号并测量所产生信号以获取力感测数据的电路。例如，可以按照半桥配置跨传感器电极驱动电压，并且在半桥的中间处测量电压。对于应变仪的电阻性实现方式而言，应变仪的电阻取决于所施加力的量和位置而改变。因此，电阻测量结果可以用于确定所施加力的量和/或位置。应变仪的其它实现方式是可能的。在光学实现方式中，当施加力时，应变仪可以展现出极化或推理条纹，并且可以测量和评估这些以确定所施加力的量和/或位置。

所获取的力感测数据可以向处理系统110提供附加的输入信息。在一些实施例中，力感测数据可以用于验证由电容性感测电路220获取的电容性感测数据。在一个示例中，处理系统110可以使用力感测数据来确定通过使用电容性感测数据确定的触摸位置的准确度，反之亦然。在一些实施例中，力感测数据可以用于区分用户施加力的意图。在一个示例中，处理系统110基于所施加力的量来确定所检测的触摸事件是有意的还是仅仅是偶然的，以及是否应当将触摸视为有效输入（例如，可以在用户的手的一部分提供较有力的输入的情况下确定用户的手的另一部分的轻微触摸是偶然的）。在一些实施例中，取决于所施加力的量，力感测数据可以用于执行不同的功能，激活不同的用户界面（UI）元件等。例如，在UI元件处的轻微按压可以导致执行第一功能，而较强的按压可以导致执行第二功能。在一些实施例中，力感测数据可以用于将处理系统110的至少一部分唤醒出预定低功率状态，诸如睡眠模式或休眠模式。例如，力感测数据可以用于唤醒处理系统110的电容性感测电路220。在其它实施例中，力感测数据可以用于唤醒显示驱动器电路240和/或电容性感测电路220。

在一些实施例中，应变仪是与传感器电极205、215分离的分立元件。在其它实施例中，应变仪可以附加地或可替换地使用传感器电极205、215中的一个或多个。如所示出的那样，传感器电极205、215中的每一个沿着长轴显著突出，这使得传感器电极205、215对沿相应长轴方向的应变更敏感。关于应变仪的构造的附加细节包括在以下内容以及图4的讨论中。

在一些实施例中，力感测电路230和电容性感测电路220共享至少某个电路。例如，力感测电路230和电容性感测电路220可以共享一个或多个模拟前端（AFE）以用于获取和/或处理感测数据。用于电容性感测的AFE可以共享，其中与AFE相关联的应变仪以适合的动态范围（例如，大约1％的桥电阻偏移变化）和应变系数（例如，~2或更多）来制造。可替换地，可以规定一些AFE或诸如放大器的其它接收器电路用于力感测而不用于触摸感测。

显示驱动器电路240可以包括在处理系统110中或与处理系统110分离。显示驱动器电路240包括配置为向显示设备160的显示器提供显示图像更新信息的电路。显示更新周期可以与电容性感测和/或力感测周期不重叠。

在一个实施例中，处理系统110包括第一集成控制器电路，所述第一集成控制器电路包括显示驱动器电路240和电容性感测电路220的至少一部分（例如，发射器模块和/或接收器模块）。在另一个实施例中，处理系统110包括：第一集成控制器电路，其包括显示驱动器电路240；以及第二集成控制器电路，其包括电容性感测电路220。在又一个实施例中，处理系统包括：第一集成控制器电路，其包括显示驱动器模块320和电容性感测电路220的第一部分（例如，发射器模块和接收器模块中的一个）；以及第二集成控制器电路，其包括电容性感测电路220的第二部分（例如，发射器和接收器模块中的另一个）。在各种实施例中，力感测电路230可以与电容性感测电路220一起被包括在处理系统110的一个或多个集成控制器电路中。在其它实施例中，部分或整个力感测电路230可以包括在与电容性感测电路220分离的集成控制器电路中。在包括多个集成控制器（IC）电路的那些实施例中，同步机构可以耦合在IC（例如，连接线上的电信号与共享时钟信号）之间，所述同步机构配置为同步显示更新周期、电容性和/或力感测周期、发射器信号、显示更新信号等。

在一些实施例中，电容性感测可以在与显示更新周期至少部分重叠的周期期间发生。例如，当驱动公共电极以供显示更新时，也可以驱动公共电极以供电容性感测。在其它实施例中，电容性感测和显示更新可以在非重叠周期（也称为非显示更新周期）期间发生。在各种实施例中，非显示更新周期可以在针对显示帧的两条显示线的显示线更新周期之间发生，并且可以至少在时间上与显示更新周期一样长。在这样的实施例中，非显示更新周期可以称为“长水平消隐周期”、“长h-消隐周期”或“分布式消隐周期”，其中消隐周期在两个显示更新周期之间发生。此外，非显示更新周期也可以至少与显示更新周期一样长。在一个实施例中，非显示更新周期发生在一帧的显示线更新周期之间并且足够长以允许发射器信号的多个转变被驱动到传感器电极120上。在其它实施例中，非显示更新周期可以包括水平消隐周期和垂直消隐周期。处理系统110可以配置为在不同的非显示更新时间中的任何一个或多个或任何组合期间驱动传感器电极120以供电容性感测。可以在电容性感测电路220与显示电路240之间共享同步信号，以提供具有可重复相干频率和相位的重叠显示更新和电容性感测周期的精确控制。在一个实施例中，这些同步信号可以配置为允许输入感测周期的开始和结束处的相对稳定的电压与（例如，在临近输入积分器复位时间的结束处并且在临近显示充电共享时间的结束处）具有相对稳定的电压的显示更新周期一致。经调制信号或发射器信号的调制频率可以处于显示线更新速率的谐波处，其中确定相位以提供从显示元件到接收器电极的几乎恒定的电荷耦合，从而允许该耦合成为基线图像的一部分。

电容性感测电路220包括配置为利用传感器电极120接收所产生信号的电路。传感器模块310可以确定输入对象在感测区170中的位置，或者可以向另一模块或处理器提供包括指示所产生信号的信息的信号，以用于确定输入对象在感测区170中的位置，所述另一模块或处理器例如相关联的电子设备150的确定模块或处理器（即，主处理器）。

在一些实施例中，力感测可以在与显示更新周期和/或电容性感测周期至少部分重叠的周期期间发生。例如，可以在显示更新周期期间执行力感测，因为应变仪远离显示设备的显示区设置，使得力测量结果较小地受显示电极上的显示更新信号的电容性耦合影响。在一些实施例中，与电容性感测重叠地执行力感测。在其它实施例中，在非显示更新周期期间但是在与电容性感测周期分离的周期期间执行力感测。

图3的传感器电极布置300图示了根据若干实施例的配置为在感测区170中进行感测的传感器电极的图案的一部分。为了说明和描述的清楚性，图3以简单矩形的图案示出了传感器电极120，而未示出其它相关联的部件。示例性图案包括按照X列和Y行布置的传感器电极的阵列120_X，Y，其中X和Y是正整数，虽然X和Y中的一个可以是零。设想的是，传感器电极120的图案可以具有其它配置，诸如环形阵列、重复图案、非重复图案、单行或列或者其它适合的布置。此外，在各种实施例中，传感器电极120的数目可以因行和/或因列而变化。在一个实施例中，传感器电极120的至少一行和/或一列与其它偏移，使得它沿至少一个方向比其它延伸地更远。传感器电极120耦合到处理系统110并用于确定感测区170中的输入对象的存在（或者不存在）。

在第一操作模式中，传感器电极120（120_1,1、120_2,1、120_3,1、......、120_X,Y）的布置可以用于经由绝对感测技术检测输入对象的存在。也就是说，处理系统110配置为调制传感器电极120以获取经调制的传感器电极120与输入对象之间的电容性耦合的改变的测量结果，以确定输入对象的位置。处理系统110还配置为基于利用经调制的传感器电极120所接收的所产生信号的测量结果来确定绝对电容的改变。

在一些实施例中，传感器电极布置300包括设置在传感器电极120中的至少两个之间的一个或多个栅网电极（未示出）。（一个或多个）栅网电极可以至少部分地围绕多个传感器电极120以作为一组，并且还可以或者可替换地完全或部分地围绕传感器电极120中的一个或多个。在一个实施例中，栅网电极是具有多个孔口的平面体，其中每一个孔口围绕传感器电极120中的相应一个。在其它实施例中，（一个或多个）栅网电极包括可以单独或按照组或者两个或更多段来驱动的多个段。可以类似于传感器电极120来制造（一个或多个）栅网电极。（一个或多个）栅网电极连同传感器电极120可以利用导电布线迹线耦合到处理系统110并且用于输入对象检测。

传感器电极120通常彼此欧姆地隔离，并且还与（一个或多个）栅网电极欧姆地隔离。也就是说，一个或多个绝缘体将传感器电极120和（一个或多个）栅网电极分离并防止它们彼此电短接。在一些实施例中，传感器电极120和（一个或多个）栅网电极由绝缘间隙分离，所述绝缘间隙可以填充以电绝缘材料，或者可以是空气间隙。在一些实施例中，传感器电极120和（一个或多个）栅网电极通过一层或多层绝缘材料垂直分离。在一些其它实施例中，传感器电极120和（一个或多个）栅网电极被一个或多个衬底分离；例如，它们可以设置在相同衬底的相对侧上，或者设置在不同衬底上。在其它实施例中，（一个或多个）栅网电极可以由相同衬底上或不同衬底上的多个层组成。在一个实施例中，第一栅网电极可以形成在第一衬底（或衬底的第一侧）上，以及第二栅网电极可以形成在第二衬底（或衬底的第二侧）上。例如，第一栅网电极包括设置在显示设备160（图1）的薄膜晶体管（TFT）层上的一个或多个公共电极，而第二栅网电极设置在显示设备160的滤色器玻璃上。第一栅网电极和第二栅网电极的尺度在至少一个维度上可以相等或不同。

在第二操作模式中，传感器电极120（120_1,1、120_2,1、120_3,1、......、120_X,Y）可以用于在发射器信号被驱动到（一个或多个）栅网电极上时经由跨电容性感测技术来检测输入对象的存在。也就是说，处理系统110配置为利用发射器信号驱动（一个或多个）栅网电极并且配置为利用每一个传感器电极120接收所产生信号，其中所产生信号包括对应于发射器信号的效应，所述所产生信号由处理系统110或其它处理器用来确定输入对象的位置。

在第三操作模式中，传感器电极120可以分成发射器和接收器电极组，其用于经由跨电容性感测技术检测输入对象的存在。也就是说，处理系统110可以利用发射器信号驱动第一组传感器电极120并且利用第二组传感器电极120接收所产生信号，其中所产生信号包括对应于发射器信号的效应。所产生信号由处理系统110或其它处理器利用来确定输入对象的位置。

输入设备100可以配置为按照以上描述的模式操作中的任何一种进行操作。输入设备100还可以配置为在以上描述的模式中的任何两种或更多种之间进行切换。

电容性耦合的局部化电容性感测的区域可以称为“电容性像素”、“触摸像素”、“触摸像素”等。电容性像素可以在第一操作模式中形成在单独的传感器电极120与参考电压之间、在第二操作模式中形成在传感器电极120与（一个或多个）栅网电极之间以及形成在用作发射器和接收器电极的传感器电极120的组（例如，图2的传感器电极布置200）之间。电容性耦合随着与传感器电极120相关联的感测区170中的输入对象的接近和运动而改变，以及因此可以用作输入设备100的感测区中的输入对象的存在的指示符。

在一些实施例中，“扫描”传感器电极120以确定这些电容性耦合。也就是说，在一个实施例中，驱动传感器电极120中的一个或多个以发射发射器信号。可以操作发射器使得一次一个发射器电极进行发射，或者使得多个发射器电极同时进行发射。在多个发射器电极同时发射的情况下，多个发射器电极可以发射相同的发射器信号，并且由此产生实际上更大的发射器电极。可替换地，多个发射器电极可以发射不同的发射器信号。例如，多个发射器电极根据一个或多个编码方案可以发射不同的发射器信号，所述编码方案使得能够独立地确定它们对接收器电极的所产生信号的组合效应。在一个实施例中，多个发射器电极可以同时发射相同的发射器信号，而接收器电极接收效应并且根据扫描方案来测量。此外，编码信号可以用于在多个发射器与至少一个接收器之间同时发射和接收独立测量结果，以用于电容性感测和/或应变仪感测。

配置为接收器传感器电极的传感器电极120可以单个地或多个地操作以获取所产生信号。所产生信号可以用于确定电容性像素处的电容性耦合的测量结果。处理系统110可以配置为以扫描方式和/或多路复用方式利用传感器电极120进行接收，以减少要进行的同时测量的数目以及支撑电气结构的尺寸。在一个实施例中，一个或多个传感器电极经由诸如多路复用器等的切换元件耦合到处理系统110的接收器。在这样的实施例中，切换元件可以在处理系统110的内部或处理系统110的外部。在一个或多个实施例中，切换元件可以还配置为将传感器电极120与发射器或其它信号和/或电压电位耦合。在一个实施例中，切换元件可以配置为同时将多于一个接收器电极耦合到公共接收器。

在可替换实施例中，可以在不同相位（例如，正弦相位和余弦相位）和/或极性（例如，正极性和负极性）处解调所产生信号，以区分来自不同发射器信号和/或来自干扰信号的贡献。从传感器电极接收的所产生信号可以加和在一起，这可以在处理所产生信号的数据之前或之后完成。

在其它实施例中，“扫描”传感器电极120以确定这些电容性耦合包括调制传感器电极中的一个或多个以及测量一个或传感器电极的绝对电容。在另一个实施例中，可以操作传感器电极，使得一次驱动和接收以多于一个传感器电极。在这样的实施例中，可以同时从一个或多个传感器电极120中的每一个获得绝对电容性测量结果。在一个实施例中，传感器电极120中的每一个被同时驱动和用以接收，从而同时从传感器电极120中的每一个获得绝对电容性测量结果。在各种实施例中，处理系统110可以配置为选择性地调制传感器电极120的一部分。例如，可以基于但不限于在主处理器上运行的应用、输入设备的状态以及感测设备的操作模式来选择传感器电极。在示例性干扰测量模式中，不对传感器电极120执行调制（即，传感器电极120保持在基本上恒定的电压），同时利用传感器电极120中的全部或一部分接收所产生信号。所产生信号可以用于测量干扰。此外，可以基于所测量干扰来调整感测频率（例如，载波信号频率）。

在各种实施例中，处理系统110可以配置为选择性地屏蔽传感器电极120的至少一部分并且利用（一个或多个）栅网电极122选择性地屏蔽或发射，同时利用其它传感器电极120选择性地接收和/或发射。在一些实施例中，切换机构可以配置为使用未连接到处理系统110的接收器的传感器电极120来进行保护。

在一些实施例中，可以通过相对于诸如接地的系统电源电压调制用于显示设备和/或感测设备的电源来提供用于执行绝对电容的传感器电极120的调制。通过调制显示设备的电源，显示设备中的所有驱动电压被调制，从而使得在电容性感测周期期间保护显示设备的元件。在这样的实施例中，所使用的调制可以类似于在传感器电极120上驱动用于电容性感测的调制。

来自电容性像素的测量结果的集合形成代表像素处的电容性耦合的“电容性图像”（也称为“电容性帧”）。可以在多个时间段内获取多个电容性图像，并且它们之间的差异用于导出关于感测区中的输入的信息。例如，在连续时间段内获取的连续电容性图像可以用于跟踪进入、离开感测区和在感测区内的一个或多个输入对象的（一个或多个）运动。

在以上实施例中的任何一个中，多个传感器电极120可以联接在一起，使得传感器电极120被同时调制或同时用以接收。如与以上描述的方法相比的那样，将多个传感器电极联接在一起可以产生粗糙电容性图像，其可能不能用于区分精确位置信息。然而，粗糙电容性图像可以用于感测输入对象的存在。在一个实施例中，粗糙电容性图像可以用于将处理系统110或输入设备100移出“打盹”模式或低功率模式。 在一个实施例中，粗糙电容性图像可以用于将电容性感测IC移出“打盹”模式或低功率模式。在另一实施例中，粗糙电容性图像可以用于将主机IC移出“打盹”模式或低功率模式。粗糙电容性图像可以对应于整个传感器区域或仅对应于传感器区域的一部分。在确定输入对象已经离开感测区170时和/或在预定时间段之后，处理系统110可以重新进入低功率模式。

输入设备100的本底电容是与感测区170中无输入对象相关联的电容性图像。本底电容随环境和操作条件而改变，并且可以以各种方式来估计。例如，一些实施例在确定没有输入对象在感测区170中时取得“基线图像”，并且使用那些基线图像作为其本底电容的估计。由于传感器电极与另一传感器电极或输入设备内的至少一个其它电极（例如，应变感测电极、显示电极）之间的杂散电容性耦合，其中一个传感器电极利用经调制信号驱动而另一个相对于系统接地保持固定，或者由于接收器电极与附近经调制电极之间的杂散电容性耦合，可能存在本底电容或基线电容。在许多实施例中，本底电容或基线电容在用户输入手势的时间段内可以是相对固定的。

可以针对输入设备100的本底电容调整电容性图像，以供更高效的处理。一些实施例通过“基线化”电容性像素处的电容性耦合的测量结果来产生“基线化电容性图像”而实现这一点。也就是说，一些实施例将形成电容图像的测量结果与关联于那些像素的“基线图像”的适当的“基线值”进行比较，并从该基线图像确定改变。

在一些触摸屏实施例中，传感器电极120中的一个或多个包括用在更新显示屏的显示中的一个或多个显示电极。显示电极可以包括有源矩阵显示器的一个或多个元件，诸如分段的Vcom电极的一个或多个段（（一个或多个）公共电极）、源极驱动线、栅极线、阳极子像素电极或阴极像素电极或任何其它适合的显示元件。这些显示电极可以设置在适当的显示屏衬底上。例如，公共电极可以设置在一些显示屏(例如，面内切换(IPS)、边缘场切换（FFS）或面线切换(PLS)有机发光二极管(OLED))中的透明衬底(玻璃衬底、TFT玻璃或者任何其它透明材料)上、在一些显示屏(例如，图案垂直对齐(PVA)或多域垂直对齐(MVA))的滤色器玻璃的底部上、在发射层(OLED)之上等。在这样的实施例中，显示电极也可以称为“组合电极”，因为它执行多种功能。在各种实施例中，传感器电极120中的每一个包括一个或多个公共电极。在其它实施例中，至少两个传感器电极120可以共享至少一个公共电极。虽然以下描述可以描述的是，传感器电极120和/或（一个或多个）栅网电极包括一个或多个公共电极，但是如以上所描述的各种其它显示电极也可以与公共电极结合或者作为公共电极的可替换方案来使用。在各种实施例中，传感器电极120和（一个或多个）栅网电极包括整个公共电极层（Vcom电极）。

在各种触摸屏实施例中，“电容性帧速率”（以其获取连续电容性图像的速率）可以与“显示帧速率”（以其更新显示图像的速率，所述更新显示图像包括刷新屏幕以重新显示相同图像）的速率相同或不同。在各种实施例中，电容性帧速率是显示帧速率的整数倍。在其它实施例中，电容性帧速率是显示帧速率的分数倍。在又一些实施例中，电容性帧速率可以是显示帧速率的任何分数或整数倍。在一个或多个实施例中，显示帧速率可以改变（例如，以降低功率或者以提供诸如3D显示信息的附加图像数据）而触摸帧速率维持恒定。在其它实施例中，显示帧速率可以保持恒定而触摸帧速率增大或减小。

继续参考图3，处理系统110的电容性感测电路220包括配置为在其中期望输入感测的周期期间驱动传感器电极120中的至少一个以用于电容性感测的电路。在一个实施例中，电容性感测电路220配置为将经调制信号驱动到至少一个传感器电极120上以检测至少一个传感器电极与输入对象之间的绝对电容的改变。在另一实施例中，电容性感测电路220配置为将发射器信号驱动到至少一个传感器电极120上以检测至少一个传感器电极与另一个传感器电极120之间的跨电容的改变。经调制信号和发射器信号通常是变化的电压信号，其包括在分配用于输入感测的时间段内的多个电压转变。在各种实施例中，传感器电极120和/或（一个或多个）栅网电极可以按照不同的操作模式被不同地驱动。在一个实施例中，传感器电极120和/或（一个或多个）栅网电极可以采用信号（经调制信号、发射器信号和/或屏蔽信号）来驱动，所述信号可以在相位、幅度和/或形状中的任何一个方面不同。在各种实施例中，经调制信号和发射器信号在至少一个形状、频率、幅度和/或相位的方面类似。在其它实施例中，经调制信号和发射器信号在频率、形状、相位、幅度和相位方面不同。电容性感测电路220可以选择性地耦合传感器电极120和/或（一个或多个）栅网电极中的一个或多个。例如，电容性感测电路220可以耦合传感器电极120的所选择部分，并且以绝对电容性感测模式或跨电容性感测模式进行操作。在另一示例中，电容性感测电路220可以是传感器电极120的不同部分，并且以绝对电容性感测模式或跨电容性感测模式进行操作。在又一示例中，电容性感测电路220可以耦合到所有传感器电极120并且以绝对电容性感测模式或跨电容性感测模式进行操作。

电容性感测电路220配置为将（一个或多个）栅网电极操作为屏蔽电极，其可以屏蔽传感器电极120免受附近导体的电效应。在一个实施例中，处理系统配置为将（一个或多个）栅网电极操作为屏蔽电极，其可以“屏蔽”传感器电极120免受附近导体的电效应，并且保护传感器电极120免受（一个或多个）栅网电极的影响，从而至少部分地减小（一个或多个）栅网电极与传感器电极120之间的寄生电容。在一个实施例中，屏蔽信号被驱动到（一个或多个）栅网电极上。屏蔽信号可以是诸如系统接地或其它接地之类的接地信号，或任何其它恒定电压（即，未经调制的）信号。在另一个实施例中，将（一个或多个）栅网电极操作为屏蔽电极可以包括使栅网电极电浮置。在一个实施例中，（一个或多个）栅网电极能够操作为有效的屏蔽电极，同时由于其到其它传感器电极的大耦合而被电极浮置。在其它实施例中，屏蔽信号可以被称为“保护信号”，其中保护信号是变化的电压信号，其具有与驱动到传感器电极上的经调制信号类似的相位、频率和幅度中的至少一个。在一个或多个实施例中，布线迹线可以被屏蔽以免由于在（一个或多个）栅网电极和/或传感器电极120下方的布线而响应于输入对象，并且因此可以不是有源传感器电极的一部分，如传感器电极120所示出的那样。

显示堆叠内的力感测

图4图示了根据本文中描述的实施例的形成显示设备的显示堆叠的多个层的示例性传感器电极布置。更具体地，图4提供了传感器电极布置400的横截面图，所述传感器电极布置400包括显示设备160的显示堆叠402内包括的多个层410（即，410-1、410-2、......、410-N）。显示堆叠402具有顶表面405，在所述顶表面处或附近发生与输入设备的相互作用。

如所示出的那样，显示堆叠402的多个层410包括透镜层410-1、偏光器层410-2、传感器电极层410-3、滤色器层410-4、对应于Vcom电极的显示电极层410-5、显示材料层410-6、显示电极层410-7、薄膜晶体管（TFT）玻璃层410-8、偏光器层410-9和背光层410-N。在一些OLED实现方式中，TFT玻璃层410-8可以用柔性材料层代替。此外，一些OLED实现方式可以选择性地发射不同的颜色，使得不需要滤色器层410-4。各种层410的厚度不是按比例绘制；例如，包括在传感器电极层410-3中的传感器电极可以相对薄并且沉积在相对厚的衬底上，所述相对厚的衬底例如包括为滤色器层410-4的一部分的玻璃衬底。所描绘的显示堆叠402的传感器电极布置400意味着作为一个非限制性示例，因为显示堆叠402的适合的可替换布置可以包括更多或更少的层，可以以不同的顺序布置层等。传感器电极层410-3可以设置在可替换位置中，例如，在滤色器层410-4与TFT玻璃层410-8之间。 例如，传感器电极层410-3可以设置在透镜层410-1的底表面上（即，在透镜层410-1与偏光器层410-2之间）。虽然显示堆叠402通常描绘垂直对齐的显示设备160，但是其它类型的显示设备是可能的。例如，面内切换(IPS)或边缘场切换（FFS）显示设备160可以包括布置在显示电极层410-5、410-7上方的显示材料层410-6。一些实施例可以包括未描绘的附加层，诸如偏光器层410-9下方的加强层。

根据本文中描述的实施例，一个或多个应变仪可以设置在显示堆叠402内，例如在两个相邻层410之间的界面处。对于电阻性实现方式而言，应变仪可以由金属（例如，铝、铜）、透明导体（例如，氧化铟锡（ITO））、半导体（例如，非晶硅（a-Si）、低温多晶硅 （LTPS）、铟镓锌氧化物（IGZO））等制成。在某些情况下，形成应变仪的材料是压阻性或压电性的。用于应变仪的所选择的材料可以沉积到诸如TFT玻璃层410-8之类的特定层410上，或者使用诸如偏光器层410-2之类的膜附连到特定层410。应变仪可以设置在具有相对集中的弯曲应变的区域中，诸如在显示堆叠402的横向边缘处，其中当用户在顶表面405附近施加力时支撑构件集中弯曲应变。

由应变仪测量的力测量值可以由在处理系统（例如，图1的处理系统110）中实现的用户界面（UI）使用。例如，力测量值可以与触摸或按压测量结果组合以估计一个或多个触摸位置处的力和/或压力。以这种方式，可以更好地确定用户的意图并且可以使用户界面设计更加鲁棒、直观和有效。在一些实施例中，力测量值可以用于控制处理系统的操作。例如，力测量值可以用于从低功率“睡眠”模式唤醒触摸感测或显示，或者用于激活UI按压模式。

通过在现有显示堆叠402内包括应变仪来集成力感测减轻了使用其它用于力测量的技术所面对的特定挑战。例如，其它力感测实现方式可能需要向显示堆叠402添加一个或多个层和/或空气间隙，从而引入显著的厚度并使制造和组装过程复杂化。例如，配置为在传感器电极彼此接近移动时检测改变的力传感器可以用于检测跨电容或绝对电容的改变。同样地，由于包括附加的层/电极，许多可替换力感测设计可能增加成本。

而且，特定的其它力感测实现方式（例如，平行板电容性）取决于所施加力的幅度或位置可以具有较小的线性响应，这转而需要较大的偏转、较大的力和/或较大的灵敏度（或动态范围）。将应变仪集成到透镜层410-1之间和背光层410-N之上的显示堆叠402中提供了较简单的集成并且产生较高性能的力感测。

力感测能力也可以集成到显示堆叠402的可替换布置中，所述显示堆叠402具有包括在滤色器层410-4与TFT玻璃410-8之间的配置用于电容性感测的传感器电极（也称为“内嵌式”实现方式、“完全内嵌式”等），和/或集成到集成的显示解决方案中而无需附加部件和仅少量附加连接。传感器电极可以可替换地包括在滤色器层410-4的顶部上（即，在滤色器层410-4与偏光器层410-2之间）。

图5和图6图示了根据本文中描述的实施例的显示堆叠的多个层的示例性界面。更具体地，图5图示了输入设备100的一个布置500的横截面图。布置500示出了显示堆叠402的多个层410和支撑构件505，所述支撑构件505配置为在层410的横向边缘附近支撑显示堆叠402。支撑构件505可以是较大支撑结构的部分，所述较大支撑结构诸如围绕显示设备的显示区的单个支撑环。另外，支撑构件505可以包括围绕显示材料层的（例如，保护显示堆叠402的液晶的）密封区域或密封环区域（例如，将OLED显示堆叠402与环境问题分离的材料）。

透镜层410-1横向地对着支撑构件505的第一边缘510来安置。当显示堆叠402对着支撑构件505安置时，透镜层410-1（或可替换的最顶层）和支撑构件505的部分可以形成包括显示堆叠402的顶表面450的基本上连续的表面。透镜层410-1通常操作来将显示堆叠402密封而免受边缘周围的外来材料影响。多个层设置在透镜层410-1下方（即，在与顶表面405相反的表面处）并且可以对着支撑构件505的第二边缘515来安置。在一些情况下，透镜层410-1下方的层具有比透镜层更小的面积范围，使得对着第二边缘515（如所示出的那样，层410-2、410-3、410-4等）来安置的透镜层410-1下方的层与透镜层410-1形成交错的界面530。在机械上，透镜层410-1倾向于在显示堆叠402内提供主要的硬度。因此，当力施加到透镜层410-1时，层的堆叠（通过相对尺度和材料属性）确定硬度和应变集中。

当显示堆叠402对着（一个或多个）支撑构件505来安置时，与支撑构件505的交错的界面530形成腔体525（如阴影所示出的那样）。当输入设备140通过触摸顶表面405使显示堆叠402偏转时，与层410上的其它位置相比，应变在交错界面530处相对集中。因此，将一个或多个应变仪540（示出为画轮廓的区域）接近于交错界面530放置（诸如在层410的横向支撑边缘附近的区域535a、535b内）由于应变集中而可以提供具有用于力感测的较大分辨率的应变数据。透镜层410-1的完全支撑的拐角（例如，区535b）被限制并且可以具有较低剪切。支撑边缘的中间附近的区域（例如，区535a）对于给定的力而言可以具有基本上恒定的应变。在所支撑的显示堆叠区域的中间的区域（例如，区535c）可以具有均匀的应变。

诸如OLED或LCD的特定显示器实现方式可以形成为（例如，具有层压玻璃或塑料透镜层410-1的）柔性膜的部分，所述柔性膜当其在边缘处被支撑时在力作用下偏转。此外，一些显示器实现方式可以包括柔性电路层，其为显示器的侧边缘提供支撑。柔性电路层可以由任何适合的柔性材料（诸如聚酰亚胺或聚对苯二甲酸乙二醇酯（PET））构造，并且通过各向异性导电膜（ACF）和/或结构粘合剂与显示堆叠420附连。在一些实施例中，（一个或多个）应变仪540设置在柔性电路层上并且检测柔性电路层上的力，但是将力感测信号通过一个或多个其它（例如，通过TFT玻璃层410-8）层发送到处理系统110。

应变仪540可以可替换地装配在显示堆叠402内的其它衬底上，并且与触摸和/或力感测控制器电路连接，所述电路还可以包括定时控制器和/或其它显示处理能力。

应变仪540可以放置在优化对力和偏转的应变响应的位置处。边缘支撑的膜的中心展现相对恒定的曲率，而具有从相对硬性到相对柔性的转变的支撑位置可以将应变集中在支撑位置处。此外，完全支撑的拐角具有相对较低的弯曲应变。因此，打薄或加强局部区域以集中应变和/或创建平滑转变区（例如，圆角切削）以防止一个或多个层的破裂可以改进性能和可靠性。例如，支撑构件505可以位于显示堆叠402的拐角处，并且显示堆叠402可以在其（与支撑构件505对接的）外部边缘处具有较大的厚度，以供增加的硬度和减小的局部弯曲。

在一些实施例中，支撑构件505可以预载显示堆叠402以朝着用户输入偏转，使得所施加力减小由应变仪测量的应变。具有集成力感测的显示堆叠402的这样的实现方式可以具有更简单的组装，这是因为可以减少或完全移除显示堆叠402向显示堆叠402后面的凹陷区域中的偏转。支撑构件505还可以配置为限制显示堆叠402，使得显示堆叠402一旦安装就将不容易与输入设备100分离（即，比单独的粘合剂提供更强的连接）。图6图示了其中支撑构件505限制显示堆叠402的一个示例。在布置600中，透镜层410-1设置在支撑构件505上方，但是一个或多个层（此处，层410-5、410-6、......）设置在支撑构件505的突出部605下方。在可替换布置中，透镜层410-1和/或其它层410-2、410-3、410-4可以设置在突出部605下方。如在布置500中那样，在布置600中，应变仪540可以设置在交错界面530附近的区535内，以提供更好的分辨率力感测数据。如以上所讨论的那样，应变仪540可以布置在显示堆叠的中心附近以供更均匀的应变响应，或者布置在具有最小应变响应的完全支撑的拐角中。

多个应变仪540中的力响应的位置连同所确定的用户输入位置（例如，输入对象位置）可以用于校准用户输入的估计力。这可能需要对给定设计或对每一个样本执行校准过程。此外，非力响应仪可以用于执行温度和其它外部因子补偿。

如以上所讨论的那样，应变仪540可以设置在显示堆叠402的诸如TFT玻璃层410-8之类的任何适合的层处，或者使用诸如偏光器层410-2之类的膜附连到特定层410。在一些情况下，TFT玻璃层410-8可以制作得更大，以便提供应变测量支撑和捕获点。应变仪540可以设置在部分地或完全地围绕显示器的可视区域的黑色遮罩的上方/后方，并且支撑构件505可以处于比应变仪540更远的横向范围处。例如，平板（输入设备100的一个示例）可以具有比移动电话（另一示例）相对更大的支撑区域。

图7图示了根据本文中描述的实施例的具有包括应变集中零件的层的示例性界面。如以上所讨论的那样，力感测可以通过测量显示堆叠402的横向边缘处的应变来完成，这可以通过应变仪540的放置来实现。在布置700中，应变仪540放置在显示区710的外部，诸如在黑色遮罩705下面。尽管示出在透镜层410-1内，但是黑色遮罩705可以可替换地设置在不同的层（例如，层410-2）中，可以形成为分离的层等等。将应变仪540放置在显示区710的外部可以准许应变仪540的较少限制性构造和连接，这是因为应变仪540对显示器的可视性的影响不再是顾虑。例如，应变仪540可以由优选的导电材料和/或以不透明的布置构造，这由于对显示区710的部分的可视性的影响而通常可能不适合在显示区域710内使用。

在布置700中，透镜层410-1还包括设置在透镜层410-1与显示堆叠402的其它相邻层的界面处的一个或多个零件715。如所示出的那样，零件715通常从透镜层410-1的下表面突出出来，所述零件715在所述下表面处具有较大区域，而在与其它相邻层410的界面处具有减小的区域。在一些实施例中，在零件715的区域周围，可以测量可压缩或剪切应变而不是弯曲应变。零件715可以具有适合于在层的界面处集中应变的任何形状，诸如一个或多个点、脊等。如所示出的那样，应变仪540设置在零件715与相邻层410的界面下方。

图8和图9图示了根据本文中描述的实施例的设置在显示设备的显示区外部的应变仪的示例性布置。在布置800中，显示区域710由黑色遮罩705围绕，所述黑色遮罩705由支撑环805围绕。在可替换布置中，黑色遮罩705可以集成在支撑环805内。应变仪540定位在相对于显示区710的一个或多个位置处，诸如在沿着显示区710的周边的每一侧的拐角处和中点处。应变仪540的其它配置是可能的，包括更多或更少的应变仪540和在不同相对位置中的布置。在一个示例中，分立的支撑构件定位在显示堆叠的拐角附近，以及应变仪540可以定位在拐角附近以测量所集中的应变。在另一示例中，支撑环805是均匀的并且应变可以集中在显示堆叠的每一侧的中点附近。

通过添加加强元件可以减少所需要的偏转的量，这也可以将应变集中在所期望的位置中。在一些情况下，可以更易于使用薄的或柔性的显示器（例如，OLED），这是因为柔性显示器倾向于将应变集中在它们的支撑点（其中发生从相对硬性到柔性的转变）处。通常，相对于显示堆叠的对角线尺度的较厚透镜层410-1（或面板）导致更宽的（和更少局部化的）偏转。在一些实施例中，少至四个或六个应变仪（例如，沿着显示堆叠的每一侧的少至一个或两个应变仪540）可以产生适合高分辨率的力感测数据。

处理系统与应变仪540之间的布线也可以设置在显示区710的外部并且在黑色遮罩下方，使得它不可见。在一些情况下的用于力感测的布线可以与用于电容性感测的布线在显示堆叠的（一个或多个）相同层上。在一个实施例中，用于应变仪540的图案以及与应变仪540的接触形成在单层导电材料中。通常，操作应变仪540包括使用布线发射一个或多个激励信号并接收所产生信号。在一些实现方式中，承载激励信号的电极可以在不同的应变仪540之间共享，从而减少所需要的布线的量和接触的数目。在一些实现方式中，承载激励信号的电极的布线可以进行操作，以使用与以上关于电容性感测所描述的那些技术类似的技术来屏蔽用于测量的应变仪和相关电极。

传感器电极布置900图示了设置在显示区710外部的多个应变仪540。如所示出的那样，每一个应变仪540包括第一应变仪905A、906A、907A、908A和第二应变仪905B、906B、907B、908B。应变仪905A-908A、905B-908B可以由任何适合的材料构成，所述适合的材料诸如金属（例如，铝、铜）、透明导体（例如，氧化铟锡（ITO））、半导体（例如，非晶硅（a-Si）、低温多晶硅（LTPS）、铟镓锌氧化物（IGZO））等。

第一应变仪905A-908A和第二应变仪905B-908B各自具有对沿着特定轴（或尺度）的应变更敏感的仪表图案，其可以对应于显示堆叠和/或显示区710的轴。此外，可以折叠显示器集成的应变仪以便减小长度以及优化小区域中的应变响应。例如，第一应变仪905A、907A对沿着垂直轴的力更敏感，而第一应变仪906A、908A对沿着水平轴的力更敏感。通常包括第二应变仪905B-908B，以通过计及在第一应变仪905A-908A中的每一个处的热膨胀、制造等的影响来提供更精确的力感测数据。第二应变仪905B-908B中的每一个通常具有与对应的第一应变仪905A-908A相同的构造（例如，相同的材料，仪表图案），但是通常横向于或垂直于对应的第一应变仪905A-908A的图案取向，以便由通过对应的第一应变仪905A-908A感测的力可忽略地影响。在一些实施例中，使用第一应变仪905A-908A和第二应变仪905B-908B中的特定几个来形成至少一个应变仪桥。应变仪桥通常通过计及温度和制造影响来提供增加的力感测分辨率。在另一个实施例中，为了类似的原因以及较大的角应变分辨率，可以在相对120度的相位处使用三个应变仪。例如，并且在每一组应变仪540内，第一应变仪905A、906A、907A和908A中的每一个与第二应变仪905B、906B、907B和908B中的相应一个耦合。这些耦合可以用于形成半桥、全桥等，以为处理系统提供力感测输入。

第一应变仪905A-908A和第二应变仪905B-908B中的每一个与多个布线电极910耦合，以用于接收来自力感测电路230的激励信号并用于将所产生信号发射到力感测电路230。布线电极910可以被布线在显示区710外部，虽然可替换实现方式可以包括至少部分地延伸到显示区710中或者完全集成在显示区内的透明导体（例如，发射器电极）。布线电极910中的一些由力感测电路230利用激励信号驱动，所述激励信号用于获取其它布线电极910上的所产生力测量结果。

在一些实施例中，一个或多个布线电极由第一应变仪905A-908A和第二应变仪905B-908B中的多个共享。在一些情况下，一个或多个共享的布线电极在多个应变仪桥之间共享。参考图9的传感器电极布置900和图10的传感器电极布置1000二者，第一应变仪905A、908A和第二应变仪905B、908B布置为第一全桥1005A。第一应变仪906A、907A和第二应变仪906B、907B布置为第二全桥1005B。在可替换实现方式中，第一应变仪905A-908A和第二应变仪905B-908B可以布置为四分之一桥、半桥、全桥或其组合。布线电极910-1、910-3均承载来自处理系统110的内部网1010的第一激励信号TX+。布线电极910-2、910-4均承载来自处理系统110的内部网1015的第二激励信号TX-。在一些实施例中，第一激励信号和第二激励信号TX+、TX-是互补的，从而提供两倍的跨应变仪桥的信号幅值和改进的力感测信噪比（SNR）。 此外，可以利用受控的电荷消除电子器件来校准接收器电路的偏移。

布线电极910-1与第一全桥1005A的第一应变仪905A以及与第二全桥1005B的第一应变仪906A耦合。布线电极910-2与第二应变仪906B、907B耦合，以及布线电极910-4与第二应变仪905B、908B耦合。布线电极901-3与第一应变仪908A和907A耦合；耦合的一部分示出为虚线，这是因为在某些情况下进一步的布线可能是必要的，以围绕与处理系统110耦合的其它显示器和/或传感器电极布线。布线电极915、916、917、918与第一应变仪905A-908A和第二应变仪905B-908B中的各种应变仪耦合，并且配置为承载力感测信号（例如，与桥的不同元件之间的应变差成比例的经调制电压）到处理系统110。

在传感器电极布置1000内，处理系统110包括多个模拟前端（AFE）1025-1、1025-2、1025-3、......、1025-K，其配置为对信号进行采样以及执行各种信号处理。AFE 1025-1、1025-2、1025-3、......、1025-K可以包括为力感测电路230的电容性（触摸）感测电路220（图2、图3）的一部分，和/或可以由不同的电路共享。如所示出的那样，AFE 1025-1包括积分器1030、混合器1032和模数转换器（ADC）1035，虽然其它实现方式是可能的。每一个AFE1025-1、1025-2、1025-3、......、1025-K可以与布线电极915、916、917、918耦合，并且配置为从其接收力感测信号。

AFE 1025-1、1025-2、1025-3、......、1025-K可以通过电容1020-1、1020-2、1020-3、......、1020-J与布线电极915、916、917、918耦合。在一些实施例中，用于电容性感测的AFE可以与应变仪905A-908A、905B-908B中的一个或多个电容性耦合，使得其可以补偿应变仪桥偏移。通过缩放电容1020-1、1020-2、1020-3、......、1020-J的尺寸，可以相对于（例如，由桥偏移~1％和任何偏移校正限定的）动态范围来控制传感器的应变分辨率（例如，微应变或μ应变）。

在一些实施例中，电容性感测电路220和力感测电路230包括共享电路1040。例如，如果应变仪具有足够的动态范围（例如，大约1％的偏移变化）和仪表因子（例如，大约2或更多），则用于执行力感测的AFE 1025-1、1025-2、1025-3、......、1025-K也可以用于电容性感测。如以上所讨论的那样，力感测数据然后可以与电容性感测数据组合以估计一个或多个触摸位置处的力，以供更鲁棒、直观和有效的输入，如以上所讨论的那样。

图11图示了根据本文中描述的实施例的用于使用应变仪桥感测信号的示例性布置。更具体地，布置1100图示了包括电阻1110A、1110B和应变仪1115A、1115B的感测半桥1105。布置1110还包括开关1120A、1120B，其配置为选择性地将半桥1105与保护信号中所选择的一个（由AC电源1125表示）以及与DC电源1130耦合。在一些实施例中，半桥1105在执行力感测时与DC电源1130耦合，以及在不执行力感测时与保护信号耦合。此外，在一些实施例中，当执行触摸感测时，半桥1105与保护信号耦合。布置1135还包括仪器放大器1135和模数转换器（ADC）1140。

因此，呈现本文中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，以及由此使得本领域技术人员能够制造和使用本公开。然而，本领域技术人员将认识到的是，仅出于说明和示例的目的而已经呈现了前面的描述和示例。如所阐述的描述不旨在是穷尽的或将本公开限制于所公开的精确形式。

鉴于前面的内容，本公开的范围由所附权利要求确定。

Claims (21)

1.一种用于感测由输入对象施加的力的输入设备，所述输入设备包括：

显示设备，包括形成为显示堆叠的多个层，所述显示堆叠包括顶表面；

一个或多个应变仪，设置在所述显示堆叠内并且配置为检测施加到所述顶表面的力；以及

处理系统，配置为使用所述显示设备执行显示更新以及配置为使用所述一个或多个应变仪执行力感测。

2.如权利要求1所述的输入设备，其中所述一个或多个应变仪布置为形成设置在所述显示堆叠内的至少一个应变仪桥。

3.如权利要求2所述的输入设备，其中所述至少一个应变仪桥包括两个应变仪桥，所述输入设备还包括多个布线电极，其将所述处理系统与所述两个应变仪桥耦合，其中所述多个布线电极中的至少一个由所述两个应变仪桥共享。

4.如权利要求1所述的输入设备，还包括：

多个传感器电极，布置为至少部分地重叠所述显示设备的显示区，其中所述处理系统还配置为使用所述多个传感器电极执行输入对象的电容性感测。

5.如权利要求4所述的输入设备，其中所述一个或多个应变仪中的每一个包括从所述多个传感器电极中所选择的一个或多个传感器电极，并且其中所选择的一个或多个传感器电极配置为执行力感测和电容性感测。

6.如权利要求5所述的输入设备，其中所述多个传感器电极包括配置为执行电容性感测的多个接收器电极和多个发射器电极，其中所述一个或多个应变仪中的每一个包括从所述多个发射器电极中所选择的一个或多个发射器电极。

7.如权利要求4所述的输入设备，其中所述一个或多个应变仪中的至少一个设置在所述显示区的外部。

8.如权利要求4所述的输入设备，其中所述一个或多个应变仪中的至少一个和所述多个传感器电极中的至少一个设置在所述显示堆叠的相同层上。

9.如权利要求4所述的输入设备，其中所述多个传感器电极中的每一个包括所述显示设备的多个公共电极中的至少一个公共电极，所述多个公共电极配置为执行电容性感测和显示更新。

10.如权利要求1所述的输入设备，其中所述一个或多个应变仪设置在所述显示堆叠的相邻第一层与第二层之间的界面处，其中所述第一层重叠所述第二层以形成交错的界面，其中所述一个或多个应变仪设置在所述交错的界面处。

11.如权利要求10所述的输入设备，还包括：

支撑构件，其在所述交错的界面处与所述第一层和所述第二层中的一个对接。

12.如权利要求1所述的输入设备，其中所述显示堆叠的第一层包括：

零件，配置为在所述显示设备的所述零件与相邻构件的所述界面处集中应变，其中所述一个或多个应变仪中的至少一个接近于所述界面来设置。

13.如权利要求1所述的输入设备，其中所述处理系统还配置为在感测到由输入对象施加的力时将所述输入设备转移出预定低功率模式。

14.如权利要求1所述的输入设备，其中所述一个或多个应变仪由光学透射性导电材料形成。

15.一种用于具有显示设备的输入设备的处理系统，所述输入设备包括一个或多个应变仪，所述应变仪配置为感测由输入对象施加的力，所述处理系统包括：

显示驱动器电路，配置为更新所述显示设备；

电容性感测电路，配置为操作所述输入设备的多个传感器电极以获取电容性感测数据；以及

力感测电路，配置为使用所述一个或多个应变仪来获取力感测数据，

其中所述一个或多个应变仪使用从所述多个传感器电极中所选择的一个或多个传感器电极来形成，并且其中所述所选择的一个或多个传感器电极配置为执行力感测和电容性感测。

16.如权利要求15所述的处理系统，其中所述多个传感器电极包括配置为执行电容性感测的多个发射器电极和多个接收器电极，其中所述一个或多个应变仪中的每一个包括从所述多个发射器电极中所选择的一个或多个发射器电极。

17.如权利要求15所述的处理系统，其中所述力感测电路和所述电容性感测电路包括共享的电路。

18.如权利要求15所述的处理系统，其中所述力感测电路还配置为基于所获取的所述电容性感测数据来改善所获取的所述力感测数据。

19.如权利要求15所述的处理系统，其中所述处理系统配置为在感测到由输入对象施加的力时将所述输入设备转移出预定低功率模式。

20.如权利要求15所述的处理系统，其中所述多个传感器电极中的每一个包括所述显示设备的多个公共电极中的至少一个公共电极，其中所述多个公共电极配置为执行电容性感测和显示更新。

21.一种显示设备，包括：

多个层，其形成为显示堆叠，所述显示堆叠包括顶表面；

多个显示电极，其设置在所述显示堆叠内并且配置为由处理系统驱动以执行显示更新；以及

一个或多个应变仪，其设置在所述显示堆叠内并且配置为基于由所述处理系统驱动的信号来检测施加到所述顶表面的力。