CN113330406B - 用于组合式电容式触摸和力感测的触摸面板 - Google Patents

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Abstract

描述了一种用于组合式电容式触摸和力感测的触摸传感器(1)。触摸传感器(1)包括多个第一电极(4)和多个第二电极(5)。第二电极(5)与第一电极(4)绝缘。第一电极(4)和第二电极(5)形成用于电容式触摸感测的网格。触摸传感器(1)还包括透明盖(6)。触摸传感器(1)还包括布置在透明盖(6)与第一电极(4)和第二电极(5)之间的透明压电膜(3)。触摸传感器(1)还包括设置在透明压电膜(3)和透明盖(6)之间的图案化对电极(8)。图案化对电极(8)是由多个对电极线元件(9)的组合形成的导电网格。对电极线元件(9)的间距大于第一电极(4)和/或第二电极(5)的间距。

Description

用于组合式电容式触摸和力感测的触摸面板
技术领域
本发明涉及一种用于组合式电容和力感测的触摸面板。
背景技术
具有力感测能力的触摸屏面板可以通过三维多点触摸交互增强用户体验。
在触摸面板中，驱动和感测电极用于投射电容式触摸检测。为了增加力检测能力，采用了压电层、电极(其可以是驱动或感测电极)和保持处于固定电压或接地的对电极。可以包括附加介电层(诸如PET薄膜)、粘合剂和盖玻璃，以集成层并提供机械稳健性。传感器堆中层的配置共同限定传感器架构。
WO 2016/102975 A1中描述了将电容感测与基于压电的力检测能力相结合的触摸传感器的示例。此文献还描述了嵌入式触摸面板(其中电极散布有显示元件诸如偏振器等)的示例，其中图案化电极定位于用户输入表面与驱动和感测电极之间。WO 2017/109455 A1中描述了将电容感测与基于压电的力检测能力相结合的触摸传感器的其他示例。
发明内容
根据本发明的第一方面，提供一种用于组合式电容式触摸和力感测的触摸传感器，该触摸传感器包括多个第一电极和多个第二电极。第二电极与第一电极绝缘。第一电极和第二电极形成用于电容式触摸感测的网格。触摸传感器还包括透明盖。触摸传感器还包括布置在透明盖与第一电极和第二电极之间的透明压电膜。触摸传感器还包括设置在透明压电膜和透明盖之间的图案化对电极。图案化的对电极是由多个对电极线元件的组合形成的导电网格。对电极线元的间距大于第一电极和/或第二电极的间距。
对电极可以包括在第一方向上延伸的第一对电极线元件和在第二方向上延伸的第二对电极线元件。
对电极线元件的间距可以是第一电极和/或第二电极的间距的至少两倍。对电极线元件可以与第一电极和/或第二电极相关。对电极线元件可以与第一电极和/或第二电极不相关。
根据本发明的第二方面，提供一种用于组合式电容式触摸和力感测的触摸传感器。触摸传感器包括多个第一电极和多个第二电极。第二电极与第一电极绝缘。第一电极和第二电极被配置用于互电容式触摸感测。触摸传感器还包括透明盖。触摸传感器还包括堆叠在透明盖与第一电极和第二电极之间的透明压电膜。触摸传感器还包括堆叠在透明压电膜和透明盖之间的图案化对电极。图案化对电极是由多个对电极元件的组合形成的互连导电区域。对电极元件相对于第一电极和第二电极的横向位移被配置为使图案化对电极和第一电极之间或图案化对电极和第二电极之间的电容最大化。
第一电极和第二电极可以以基本上共面的配置设置。第一电极可以设置在第一平面中并且第二电极可以设置在平行于第一平面的第二平面中。横向位移是指平行于由第一电极和第二电极限定的一个或多个平面的位移。第一电极可以是用于电容式触摸感测测量的感测(或接收)电极，并且第二电极可以是驱动(或发送)电极。第二电极可以是用于电容式触摸感测测量的感测(或接收)电极，并且第一电极可以是驱动(或发送)电极。
图案化对电极可以包括对应于每个第一电极的对电极元件。
图案化对电极可以包括对应于每第N个第一电极的对电极元件，其中N为大于或等于二的整数。
图案化对电极可以包括对应于每个第二电极的对电极元件。
图案化对电极可以包括对应于每第M个第二电极的对电极元件，其中M为大于或等于二的整数。
图案化对电极可以形成在透明盖的第一表面上。第一表面可以面向透明压电膜。第一表面可以与透明压电膜直接接触。
对电极可以包括由在第一方向上延伸的多个第一对电极线元件和在第二方向上延伸的多个第二对电极线元件的组合形成的网格。
每个对电极元件的特征尺寸可以被配置为使得图案化对电极和第一电极之间的电容最大化，以保持每对第一电极和第二电极之间的互电容高于操作阈值。保持每对第一电极和第二电极之间的互电容高于操作阈值可以包括确保在第一电极和第二电极之间产生的电场充分投射到传感器上方以能够耦合到感测对象，例如用户的手指或导电触控笔。
特征尺寸可以是对电极线元件的宽度。
显示组件可以包括触摸传感器和包括像素阵列的显示器。每个对电极元件可以定位成覆盖形成像素阵列的像素之间的间隙。
根据本发明的第三方面，提供一种制造显示组件的方法，其包括接收包括像素阵列、多个第一电极和多个第二电极的显示面板，第二电极与第一电极绝缘，其中第一电极和第二电极被配置用于电容式触摸感测。该方法还包括接收压力感测组件，该压力感测组件包括具有第一面的透明盖和结合到第一面的透明压电膜，该第一面支撑图案化对电极，该图案化对电极呈由多个对电极线元件的组合形成的导电网格的形式。该方法还包括将压力感测组件结合到显示面板，使得压电膜堆叠在透明盖与第一电极和第二电极之间。该方法还包括将压力感测组件结合到显示面板，使得压电膜堆叠在透明盖与第一电极和第二电极之间。对电极线元件的间距大于第一电极和/或第二电极的间距。
根据本发明的第四方面，提供一种制造显示组件的方法，其包括接收包括像素阵列、多个第一电极和多个第二电极的显示面板，第二电极与第一电极绝缘，其中第一电极和第二电极被配置用于电容式触摸感测。该方法还包括接收压力感测组件，该压力感测组件包括具有第一面的透明盖和结合到第一面的透明压电膜，该第一面支撑图案化对电极，该图案化对电极呈由多个对电极线元件的组合形成的互连导电区域的形式。该方法还包括将压力感测组件结合到显示面板，使得压电膜堆叠在透明盖与第一电极和第二电极之间，并且对电极元件相对于第一电极和第二电极的横向位移被配置为使图案化对电极与第一电极之间或图案化对电极与第二电极之间的电容最大化。
根据本发明的第五方面，提供了一种优化用于组合式电容式触摸和力感测的触摸传感器的方法，触摸传感器包括：多个第一电极和多个第二电极，第二电极与第一电极绝缘，其中第一电极与第二电极被配置用于电容式触控感测；透明盖板；透明压电膜，其布置在透明盖与第一电极和第二电极之间；和图案化对电极，其设置在透明压电膜与透明盖板之间，其中图案化对电极是由多个对电极元件的组合形成的互连导电区域。优化触摸传感器的方法包括针对对电极元件相对于第一电极和第二电极的横向位移的范围，映射图案化对电极和第一电极之间的电容或者图案化对电极和第二电极之间的电容。优化触摸传感器的方法还包括确定对电极元件的最佳横向位移，该最佳横向位移使图案化对电极和第一电极之间的电容最大化。优化触摸传感器的方法还包括输出最佳横向位移。
映射可以通过针对横向位移的每个组合计算图案化对电极和第一电极之间的电容来执行。映射可以包括使用对应于规则间隔开的位置的横向位移。映射可以包括使用迭代搜索方法来确定最佳横向位移。映射可以包括使用对应于规则间隔开的位置的横向位移，然后是使用规则间隔开的位置中的最佳位置作为起始条件的迭代搜索方法。当第一电极和/或第二电极以周期性图案布置时，可以仅映射一个周期的横向位移。
优化触摸传感器的方法还可以包括使用最佳横向位移来制造触摸传感器。
优化触摸传感器的方法还可以包括使用最佳横向位移计算图案化对电极和第一电极之间的电容或者图案化对电极和第二电极之间的电容作为对电极元件特征尺寸的函数。优化触摸传感器的方法还可以包括使用最佳横向位移计算每对第一电极和第二电极之间的互电容作为对电极元件的特征尺寸的函数。优化触摸传感器的方法还可以包括确定特征尺寸的最佳值，该最佳值使图案化对电极和第一电极之间的电容值最大化，以保持每对第一电极和第二电极之间的互电容高于操作阈值。优化触摸传感器的方法还可以包括输出特征尺寸的最佳值。
当第一电极和/或第二电极以周期性图案设置时，可以仅考虑一个周期的第一电极和第二电极对。特征尺寸可以是对电极线元件的宽度。
优化触摸传感器的方法还可以包括使用最佳横向位移和特征尺寸的最佳值来制造触摸传感器。
附图说明
现在将参照附图通过示例的方式描述本发明的某些实施方案，在附图中：
图1是用于能够进行电容式触摸感测和压电力感测的触摸面板的触摸传感器的示例的截面视图；
图2是用于能够进行电容式触摸感测和压电力感测的触摸面板的触摸传感器的截面视图；
图3是图2所示的触摸传感器的平面视图；
图4示出了压电层和压电层两侧的电场的图；
图5是电荷放大器的示意性电路图和触摸传感器的等效电路模型；
图6是包括子单元的阵列和具有对于每一个子单元定位的对电极线元件的对电极的传感器的部分的第一配置的平面视图；
图7是子单元的阵列和具有对于每两个子单元定位的对电极线元件的对电极的第二配置的平面视图；
图8是图6所示第一配置的平面视图以及由于用户按压传感器而可以产生电荷的区域；
图9a是对于图6所示的第一配置的自电容与第四感测电极Rx4相对于对电极线元件的位移的曲线图，其中100％位移对应于一个子单元的移位；
图9b是对于图6所示的第一配置的从第四感测电极Rx4收集的电荷作为相对于对电极线元件的电极位移的函数的曲线图，其中100％位移对应于一个子单元的移位；
图10是优选的第一配置的平面视图，在第一配置中，对电极线元件具有使自电容最大化的横向位移；
图11是感测电极Rx和驱动电极Tx之间的互电容作为相对于水平对电极线元件和竖直对电极线元件的横向位移的函数的曲线图；
图12是传感器的部分的放大平面视图，示出了在三个不同区域中负责感测电极Rx和驱动电极Tx之间的互电容的电场边缘线；
图13a是对于图7所示的第二配置的自电容与第四感测电极Rx4相对于对电极线元件的位移的曲线图，其中100％位移对应于一个子单元的移位；
图13b是对于图7所示的第二配置的从第四感测电极Rx4收集的电荷作为相对电极线元件的电极位移的函数的曲线图，其中100％位移对应于一个子单元的移位；
图14是图7中所示的第二配置的平面视图以及由于用户按压传感器而可以产生电荷的区域；
图15a是从第三感测电极Rx3收集的电荷作为相对于水平对电极线元件和竖直对电极线元件的电极位移的函数的曲线图，其中100％位移对应于一个子单元的移位；
图15b是从第四感测电极Rx4收集的电荷作为相对于水平对电极线元件和竖直对电极线元件的电极位移的函数的曲线图，其中100％位移对应于一个子单元的移位；
图16是优选的第二配置的平面视图，在第二配置中，对电极元件具有使自电容最大化的横向位移；
图17是示波器的屏幕截图，示出了图1中所示触摸传感器的三个轻击(即用户致动)的电荷放大器输出；
图18是示波器的屏幕截图，示出了图2中所示触摸传感器的三个轻击的电荷放大器输出；
图19是包括能够进行电容式触摸感测的触摸传感器和能够进行压电力检测的力传感器的组件的截面视图；
图20是包括显示面板像素的阵列和插入在像素之间的非透明对电极线元件的传感器的部分的平面视图；
图21是对于图6所示的第一配置的第四感测电极Rx4的自电容与水平对电极线元件和竖直对电极线元件的宽度的曲线图；
图22绘制了对于图6所示的第一配置的第三感测电极Rx3和第四感测电极Rx4收集的电荷对水平对电极线元件和竖直对电极线元件的宽度；
图23是对于图6所示的第一配置的感测电极Rx和驱动电极Tx之间的互电容作为水平对电极线元件和竖直对电极线元件的宽度的函数的曲线图；以及
图24是优化触摸传感器的方法的过程流程图。
具体实施方式
参考图1，示出了能够基于压电效应进行电容式触摸感测和检测施加的力的传感器架构的示例。驱动电极Tx、感测电极Rx和对电极CE由具有通常小于150Ω/□的薄层电阻的透明导电材料(诸如氧化铟锡(ITO))制成，透明导电材料沉积在透明电绝缘膜(诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET))上。
投射电容(或“PCAP”)触摸感测使得能够检测用户手指的位置。信号被施加到驱动电极，并且当用户触摸屏幕时，耦合到感测电极的电荷发生变化。因此，驱动电极和接收电极之间的互电容发生变化，这是由触摸控制器集成电路(IC)测量的。
用户施加的力被检测为薄膜压电行为的结果，由此机械应力引起净电荷。为了捕获到这一点，电极设置在压电膜的相对侧上，即驱动电极或感测电极在一侧上，并且对电极在相对侧上。选择使用驱动电极还是感测电极是基于哪个电极更靠近传感器架构中的压电膜。来自力感测电极的信号被馈入电荷放大器，并且输出用于评估用户的力输入。
在典型的传感器中，感测电极和驱动电极采用菱形图块的形式，这些菱形图块互锁镶嵌以形成二维阵列。如果使用，对电极采用由透明导电材料(诸如ITO)形成的非图案化导电层的形式。
从传感器架构(诸如图1中所示的示例传感器架构)读出力和电容的功能可以使用合适的电子器件来执行，例如，如WO 2016/10297 A1第46页第23行至第54页第28行和图21至图29中所述。
能够感测触摸感测和检测施加的力的传感器架构(诸如图1中所示的架构)可能具有一个或多个缺点。
首先，由于存在多个膜和粘合剂层，形成用于组合式PCAP和力感测的传感器的层堆叠可能厚。例如，忽略盖玻璃和电极，如果每个介电层具有50μm的厚度，则图1中所示的传感器可具有400μm的厚度。
其次，不具有力感测能力的典型触摸传感器往往只具有驱动电极和感测电极。如果这些电极适用于力感测，则应添加压电膜和对电极。这需要传感器制造商进行的架构修改。此外，当显示单元与传感器集成时，必须改变中间步骤以适应压电和对电极层的要求。
最后，虽然WO 2016/10297 A1描述了在用户与驱动电极和感测电极之间放置图案化对电极，但此文献没有描述如何优化此类图案化电极的放置、尺寸或间距。此外，WO2016/10297 A1教导了图案化电极应布置成减小图案化电极与驱动电极/感测电极之间的电容的大小，以便更容易检测用户触摸的电容变化。此时，这被认为是重要的，以允许PCAP检测继续发挥作用，尽管存在对中间图案化电极的屏蔽效应。
本发明至少部分地基于发明人的出乎意料的发现，即可以在不需要使图案化电极和驱动电极/感测电极之间的电容最小化的情况下保持PCAP功能。虽然使此电容最小化可以改善PCAP检测，但也可能降低力感测性能。出乎意料的是，发明人发现，通过仔细优化图案化对电极的放置、尺寸或间距以及适当选择触摸面板层结构，图案化对电极和驱动电极/感测电极之间的电容可以被最大化以改进力检测，而不显著降低PCAP性能。实际上，这表示与WO 2016/10297 A1关于图案化对电极的特定相对放置的教导相反。
参考图2和图3，示出了用于显示器2的触摸传感器1。触摸传感器1能够感测触摸并检测由用户(未示出)直接用手指或拇指(未示出)或间接例如使用笔或触控笔(未示出)施加的从而按压传感器1的力。取决于触摸传感器1的机械支撑，显著的面内应变也可能在包含在触摸传感器中的压电膜3内发展。
触摸传感器1具有在本文中被称为“on-cell”的架构。如下文清楚地所述，与例如具有诸如图1所示的架构的触摸传感器相比，on-cell架构可以有助于减小触摸传感器的厚度和/或复杂性。
触摸传感器1适用于基于压电效应的组合式电容式触摸和力感测。触摸传感器1包括多个第一电极4和多个第二电极5。第二电极5与第一电极4电绝缘。触摸传感器1还包括透明盖6，并且第一电极4和第二电极5被配置用于互电容式触摸感测以检测用户或导电触控笔与透明盖6的第一或输入表面7的一个或多个交互。透明压电膜3堆叠在透明盖6与第一电极4和第二电极5之间。触摸传感器1还包括设置在透明压电膜3和透明盖6之间的图案化对电极8。图案化对电极8采用由多个对电极元件9(例如形成导电网格或网的x对电极线元件10和y对电极线元件11)的组合形成的互连导电区域的形式。为了最大化压电电荷收集，对电极元件9相对于第一电极4和第二电极5的横向位移L被配置为使图案化对电极8和第一电极4之间的电容最大化。横向位移L是指与由第一电极4和第二电极5限定的一个或多个平面平行的位移。例如，对于图2所示的配置，横向位移是指所示的x方向上的位移Lx和y方向上的位移Ly。
替代地，第一电极4和第二电极5的作用可以颠倒，并且对电极元件9相对于第一电极4和第二电极5的横向位移L、Lx、Ly可以被配置为使图案化对电极8与第二电极5之间的电容最大化。
例如，如图2的示例所示，触摸传感器1可以包括形成在主表面13上的堆叠层结构12，主表面是显示器2的旨在被用户(未示出)观看的表面(“上表面”或“面”)。层结构12通常是透明的，从而允许用户(未示出)看到下面的显示器2。
层结构12包括以远离显示器2的顺序(沿着所绘制的z轴)堆叠的：第一透明电绝缘膜14，其具有主表面15；第一电极4，其呈直接设置在第一电绝缘膜14的主表面15上的第一组透明、图案化、共面的电极4的形式(在图2和图3所示的示例的上下文中也称为“驱动电极”)；第一透明粘合剂层16(在本文中也称为“光学透明粘合剂”或“OCA”)；第二透明电绝缘膜17，其具有主表面18；第二电极5，其呈直接设置在第二电绝缘膜17的主表面18上的第二组透明、图案化、共面的电极5的形式(在本文中也称为“感测电极”)；第二透明粘合剂层19；透明压电薄膜3，其具有主表面20；第三透明粘合剂层21；图案化对电极8，其呈第三透明网格状对电极8(或“公共电极”)的形式；和透明盖6(本文称为“盖玻璃”)，其具有相对的第一表面7和第二表面22。第一或用户输入表面7(或“上表面”或“面”)旨在面向用户(未示出)并且是接收用户输入的表面。第二表面22(或“下表面”或“下侧”)面向层结构12的其余部分并且可以直接支撑网格状对电极8。例如，图案化对电极8可以形成在面向透明压电膜3并且与用户输入表面7相对的第二或下表面22上。第二表面22可以与透明压电薄膜3直接接触，或者可以存在中间层(诸如粘合剂层21)。
第一电绝缘膜14和第二电绝缘膜17由聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)制成，但也可以使用其他合适的薄的、柔性的和绝缘的塑料材料。
第一电极4、第二电极5和对电极8由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)制成，但也可以使用其他导电材料，诸如铝、铜、银或其他金属。第一电极4、第二电极5和第三电极8可以由导电聚合物形成，诸如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯或聚(3,4-乙烯二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)。第一电极4、第二电极5和对电极8可以由金属网、纳米线(诸如银纳米线)、石墨烯或碳纳米管形成。第一电极4和第二电极5典型地将由相同的材料形成。然而，对电极8不必由与第一电极4和第二电极5相同的材料制成。例如，第一电极4和第二电极5可以由ITO形成，并且第三电极8可以由金属纳米线或金属网形成。
压电膜3优选地由诸如聚偏二氟乙烯(PVDF)的压电聚合物形成。然而，压电膜3可以由诸如锆钛酸铅(PZT)的压电陶瓷形成。
触摸传感器1的架构可以描述为具有两个电绝缘层14、17和一个压电层3的玻璃-膜-膜-膜(GFFF)架构。压电层3位于第一组电极4和第二组电极5上方，第一组电极和第二组电极可以分别用作驱动电极(本文也称为“Tx电极”或简称为“Tx”)和感测电极(本文也称为“Rx电极”或简称为“Rx”)。替代地，第一电极4和第二电极5可以分别用作Rx电极和Tx电极。这种布置，即压电层3位于第一组电极4和第二组电极5上方(更靠近用户输入表面7)可以更容易地将压电层3集成到现有的非力感测触摸传感器架构中。
图2和图3所示示例的网格状对电极8(也称为“公共电极”、“对电极”或“网格”)包括呈垂直的第一组对电极线元件10和第二组对电极线元件11形式的对电极元件9。第一组对电极线元件10和第二组对电极线元件11形成作为单个导电区域的对电极8。对电极线元件10、11具有厚度w(其优选地在10和500μm之间的范围内)和间距pc(其优选地在0.2和2cm之间的范围内)。对电极线元件10、11的间距pc通常大于或等于第一电极4和第二电极5的间距pe。网格状对电极8接地并且使得能够进行力感测而不使使用第一组电极4和第二组电极5感测的投射式电容信号劣化。这可以允许将力感测功能集成到现有的非力感测触摸传感器架构中。在诸如移动电话的未接地装置的上下文中，接地意味着连接到系统接地，例如电源的供电轨。
在图1所示的示例中，第一电极4设置在第一x-y平面内，并且第二电极5设置在与第一x-y平面平行的第二x-y平面中。然而，在其他示例中，第一电极4和第二电极5可以以基本上共面的配置设置，例如其中第一电极4和第二电极5基本上在一个x-y平面中。此类共面配置要求第一电极4或第二电极5包括跳线或类似结构以防止在第一电极4和第二电极5的相交处短路。
在图3所示的示例中，图案化对电极8包括对应于每个第一电极4的对电极元件9、10，并且类似地包括对应于每个第二电极5的对电极元件9、11。然而，对电极元件9、10、11与第一电极4和第二电极5的一一对应不是必要的，并且在一些其他示例中，图案化对电极8可以包括对应于每第N个第一电极4的对电极元件9、10，其中N是大于或等于二的整数。类似地，在一些示例中，图案化对电极8可以包括对应于每第M个第二电极5的对电极元件9、11，其中M是大于或等于二的整数。对电极元件9、10相对于第一电极4的间距pc不需要等于对电极元件9、11相对于第二电极5的间距。例如，对于每第二个第一电极4，可以存在第一对电极线元件10，并且对于每第三个第二电极5，可以存在第二对电极线元件11。
对电极
还参考图4，可以使用触摸传感器的简化模型23来帮助理解对电极8(图3)的作用。
当施加力时，压电膜可以被认为产生具有相反极性的两个电荷板。压电层3是压电膜的示例。电荷的分布在电荷之间的空间中产生势场。假设两侧的电荷密度为σ和-σ(C.cm-2)并使用无限平面近似，可以绘制势场与距离的图。
由于压电膜的厚度d远小于电荷板的面积，因此可以使用无限平面近似来近似势场。压电区域两侧的第一区域I和第二区域II的电势是均匀的并且分别等于V1和V2。第一区域I和第二区域II之间的电势差ΔV为：
ΔV＝V1-V2＝σd/ε (1)
其中d是压电膜的厚度，并且ε是其介电常数。
为了感测压电膜产生的电荷，电极放置在势场中。在理想情况下，只有将电极放置在第一区域I和第二区域II中时才能感测到电荷，因此该区域为导电区域。
电极E1(图5)可以连接到电荷放大器，并且电极E2(图5)可以连接到地GND。流过电路的电荷将等于消除电势差所需的电荷量。因此，如果电极El、E2之间的自电容为C12，则收集到的电荷Qc应遵循：
Qc＝C12(V1–V2)＝C12σd/ε (2)
应增加收集的电荷Qc以提高传感器的灵敏度。这可以通过增加电容C12以及通过增加压电膜的厚度d来实现。对于触摸传感器1，电容C12包括提供电极El的第一电极4或第二电极5与提供电极E2的对电极8之间的电容，第一电极4或第二电极5与对电极8由透明压电膜3隔开。
电路模型与分析
还参考图5，响应于压电层3产生应变的触摸传感器1(图2)的输出可以建模为与电容CRC(第二电极5和对电极8)和一系列电容CTR(第一电极4和第二电极5之间)和电容CTC(第一电极4和对电极8之间)并联的电流脉冲。在下文中，电容CRC也可以被称为第二电极5的“自电容”，因为这表示第二电极5到接地的电容。类似地，电容CTC也可以称为第一电极4的“自电容”。电容CTR表示一对第一电极4和第二电极5之间的作为PCAP测量对象的互电容，并且在下文中也可以被称为“互电容”Cm。电流源Iin应遵循：
Iin＝Qcδ(t) (3)
其中Iin表示触摸传感器1的等效电路中的电流源，Qc是在触摸传感器1上收集的电荷(参见公式(2))，并且δ(t)是脉冲函数。关于电流源Iin，压电传感器产生的电荷被建模为t＝0时电流Iin的瞬时脉冲。此电流脉冲Iin(根据定义等效于dQc/dt)在这种情况下等于Qcδ(t)。脉冲函数(t)以t＝0为中心。
图5所示电路的频域传递函数可以推导为：
H(ω)＝Vout(ω)/Iin(ω)＝R2/(l+jωR2Cf) (4)
其中R2为反馈电阻，并且Cf为反馈电容，如图5所示。因此，输出Vout应遵循：
Vout(ω)＝(R2/(l+jωR2 Cf)Iin(ω)＝(R2Qc/1+jωR2Cf) (5)
并且，在时域中，应遵循：
Vout(t)＝(Qc/Cf).e[-t/R2 Cf].u(t) (6)
其中u(t)是阶跃函数，以t＝0为中心。将公式(2)中的Qc代入，得到以下结果：
Vout(t)＝(Csσd/εCf).e[-t/R2 Cf].u(t) (7)
其中公式(2)中的C12也已被Cs＝CRC代替，CRC是第二电极5的自电容(即第二电极5和接地的对电极8之间的电容)。在其他示例中，如果第一电极4用作Rx电极，则相关自电容将为Cs＝CTC。最靠近对电极8的电极是优选的，以使压电电荷的收集最大化。可以看出，触摸传感器1对所施加力的响应不受信号路径上的互电容和其他寄生电容的显著影响。
对力和电容感测的对电极元件横向位移的建模
再次参考图2和图3，可以构建静电模型来表示触摸传感器1。模型中使用的材料的相对介电常数和电导率的值列于下表I中：
表I
还参考图6和图7，模型231、232均由包括七个感测电极25(以阴影示出)和七个驱动电极26的7x7子单元24的阵列组成。通常，感测电极25可以对应于第一电极4和第二电极5中作为Rx电极的任一个，而驱动电极26可以对应于第一电极4和第二电极5中作为Tx电极的任一个。因此，感测电极25可以是第一电极4或第二电极5。
对电极元件9的两种不同配置271、272进行建模，以识别它们对相关自电容(CRC＝Cs,CTC)、互电容(CRT＝Cm)以及对关于从压电层3产生的电荷的可能电荷收集的影响，该压电层响应于施加的力而产生应变。
还参考图6，第一配置271以平行于驱动电极26延伸的七个对电极线元件281(下文称为“第一对电极线元件”或“水平对电极线元件”)和平行于感测电极25延伸的七个对电极线元件291(下文称为“第二对电极线元件”或“竖直对电极线元件”)的形式建模。这意味着对电极线元件281、291对于每个子单元重复。当沿图6中绘制的z轴观察时，子单元等效于由电极25、26形成的重复图案的单位单元。可以注意到，当沿图6中绘制的z轴观察时，子单元可以等效或不等效于由电极25、26与对电极线元件281、291组合形成的重复图案的单位单元。
还参考图7，第二配置272由平行于驱动电极26延伸的三个对电极线元件282(“水平对电极线元件”)和平行于感测电极25延伸的三个对电极线元件292(“竖直对电极线”)线组成。这意味着对电极线282、282对于每两个子单元重复。第二配置的每个单位单元包括一个水平对电极线元件282、一个竖直对电极线元件292和感测电极25和驱动电极26的四个子单元24(二乘二)。
自电容Cs、互电容Cm和电荷收集通过修改Ly来移位水平对电极线281、282，同时将竖直对电极线元件291、292保持在它们的原始位置来仿真，即如图6和图7所示。
第一配置
可以仿真感测电极25的自电容Cs以确定对电极线元件281、291的移位的影响。由于对电极线元件281、291对于每个子单元24间隔开，因此仅选择一个感测电极25用于仿真目的。所选择的感测电极25被标记为“Rx4”并按数字顺序从左到右编号。关于通过感测电极25对电荷收集的影响，进行了相同的仿真，但在这种情况下，压电膜上包括两个附加电荷产生平面。
还参考图8，所产生的电荷30的区域被建模为直径α＝8mm的圆形，并且表示人类手指在传感器上的单个触摸/推动区域。电荷密度设置为10pC mm-2，因此提供的净电荷为502.65pC。
还参考图9a，当其顶部没有水平对电极线元件281(即，相对于图6所示初始位置为0％位移)时，第四感测电极Rx4的自电容最小。当水平对电极线元件281移位50％(即，移位半个子单元24)时，自电容Cs达到大约5.8pF的最大幅值。第四感测电极Rx4相对于竖直对电极线元件291的自电容以相同的方式表现。当第四感测电极Rx4顶部没有竖直对电极线元件291时(即，相对于图6中所示的初始位置为50％位移)，自电容Cs呈现最小值，在这种情况下为1.6pF。在初始位置，在竖直对电极线元件291位于第四感测电极Rx4上方(即，相对于图6为0％位移)的情况下，自电容Cs显示最大幅值，在这种情况下为3.6pF。
还参考图9b，可以观察到，第四感测电极Rx4累积的电荷也被预测为遵循相同的行为。
第一配置271示出了对于具有一个子单元24的周期性的水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291位移二者而言对自电容和电荷收集的周期性影响。这意味着不需要将两个相邻的感测电极25组合成单个力感测放大器。以这种方式，可以获得力感测的更好的横向分辨率。
还参考图10，为了使优化的第一配置27*1实现力感测的最大效率，对电极8的线元件281、291应该放置为使得水平线元件和竖直线元件如所示地位于子单元24的中间。这意味着相对于图6所示的它们的初始位置，水平线元件281的位移为50％，并且竖直线元件291的位移为0％。这种配置产生最大自电容，在第一模型231的示例中为5.8pF。
通过对电极8的元件9(例如对电极线元件281、291)的定位来使自电容最大化可以帮助使对于感测电极25和驱动电极26的任何周期性图案都可以实现的力感测效率最大化。同时，为了保持触摸感测效率，对电极线元件281、291应尽可能少地干扰驱动电极25和感测电极26的互电容Cm。在实践中，这意味着对电极线元件281、291应该优选地避免驱动电极25和感测电极26与触摸面板1的用户之间的屏蔽交互。
互电容是由于驱动电极25和感测电极26的重叠区域以及由于在驱动电极25和感测电极26的相邻边界(或“界面”)处产生的边缘场而产生的电容之和。
还针对图6中所示的第一配置231仿真了互电容Cm(例如CTR)。
参考图11，示出了作为水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的位移的函数的互电容Cm的行为。可以看出，当水平对电极线元件281相对于它们的初始位置移位50％的位移(即，使得每个都位于组成感测电极25的菱形形状之一的中间)并且竖直对电极线元件291留在它们的初始位置时(即，使得它们位于感测电极25的中间)时，出现最大互电容Cm。因此，互电容具有最大幅值，在第一模型231的情况下为0.647pF。
还参考图12，对于包括子单元24的区域，示出了感测电极4和驱动电极5之间的第一区域A、第二区域B和第三区域C。第一区域A位于相邻的驱动电极25和感测电极26之间(“相邻的边界区域”)。第二区域B位于感测电极25与驱动电极26交叉的位置(“交叉区域”)。第三区域C位于两个驱动电极26之间以及两个相邻的感测电极25之间的空隙(“空隙区域”)中。
交叉区域B具有最强的边缘场，其次是相邻的边界区域A，然后是空隙区域C。当接地线(例如水平对电极线元件281和/或竖直对电极线元件291)位于这些区域中的任何一个区域的顶部时，它干扰边缘场线并减小净互电容Cm。为了减少这种干扰并增加可能的互电容Cm，应相应地放置接地线。
如果考虑水平对电极线元件281，则它们应该在场最弱的空隙区域C上方延伸。如果考虑竖直对电极线元件291，它们也可以被定位成使得它们经过空隙区域C。然而，竖直对电极线元件291越过交叉区域B甚至更好。这是因为当竖直对电极线元件291经过交叉区域B时(即，当它们位于感测电极25的中间时)没有干扰。
第二配置
发明人出乎意料地发现，对电极线元件10、11(例如形成网格状对电极8的水平对电极线元件28和竖直对电极线元件29)的间距pc可以比第一电极4和第二电极5(诸如感测电极25和驱动电极26)的间距pe大，甚至大很多。尽管预计打破对电极8的线元件9、10、11、28、29与电极4、5、25、26的一一对应将使得力感测性能的显著下降，但是发明人发现情况并非一定如此。使用相对稀疏的对电极8可以除了其他影响还降低对电极8的材料和/或处理成本，减少对电极8的潜在光学影响，和/或降低制造的复杂性。
相对稀疏的对电极8的对电极元件9相对于第一电极4和第二电极5的相对定位可以以与在对电极元件9与第一电极4和第二电极5之间具有一对一对应的对电极8类似的方式进行优化。
例如，再次参考图7，对于对电极线元件282、292的间距大于一个子单元24的第二配置272，这会影响力响应，从而产生不同的效果和行为。为了仿真不同的效果，由对于每两个子单元24间隔开的对电极线元件282、292形成的网格状对电极8被建模。由于对电极线元件282、292对于每两个子单元24间隔开，所以两个不同的感测电极25被建模以观察它们如何被对电极线元件282、292的移位影响。第三和第四感测电极25被标记为“Rx3”和“Rx4”，并按照数字顺序从左到右编号，如图7所示。
还参考图13a，当在其顶部没有竖直对电极线元件292(即，相对于图7为0％位移)时，第三感测电极25(Rx3)的自电容Cs最小。当对电极线元件282、292移位100％(即移位1个子单元时)，则自电容Cs达到其最大幅值，在这种情况下，最大幅值大约为3.25pF。对于水平对电极线元件282，第三感测电极Rx3的自电容Cs以相同的方式表现。然而，在这种情况下，从最小值到最大值的周期性每50％(即每半个子单元)发生一次。
还参考图13b，第四感测电极25(Rx4)的自电容对于水平对电极线元件282遵循类似的趋势，但对于竖直对电极线元件292则相反。因此，当考虑所有感测电极25、26时，没有理由识别竖直对电极线元件292的最佳位置。另一方面，将水平对电极线元件282设置为位于感测子单元24的中间(即，相对于图7移位50％)为所有感测电极25、26提供更高的自电容Cs。
还参考图14，类似于图8所示的产生电荷的区域30被示出用于与第二配置272进行比较。
还参考图15a和图15b，示出了移位对电极8的线元件282、292对第三感测电极Rx3和第四感测电极Rx4收集的电荷的影响。
图15a和图15b中所示的行为与图13和13b中所示的行为相同。这并不意外，因为由感测电极25收集的电荷与其自电容成比例(如公式(2))，电荷进一步与感测电极25和对电极线元件282、292之间的重叠面积成比例。如上所述，选择竖直对电极线元件292的位置将不会产生显著差异，因为它仅对每个交替感测电极25有效。例如，如图13a和图13b以及图15a和图15b所示，为了使第四电极Rx4的电荷收集最大化，竖直对电极线元件292应定位于第四电极Rx4电极的中间。如果在相邻子单元24(即第三感测电极Rx3)上移动按压触摸位置，则竖直对电极线元件292应移位50％以实现最大电荷收集。这意味着力响应在传感器的有效区域中可能是不规则的。
为了帮助克服电荷收集中的这种不规则性，可以将两个相邻的感测电极25组合成一个通道以使净均匀性最大化。例如，通过将相邻的感测电极25连接到单个电荷放大器的输入，该电荷放大器被配置为对输入电荷求和。
还参考图16，示出了优化的第二配置27*2。如上文所述，将水平对电极线282设置在感测子单元的中间(即，相对于图7移位50％)为所有感测电极25提供更高的电荷收集。
此结果可以外推到水平对电极线元件28和竖直对电极线元件29的甚至更稀疏的布置。如果对电极线元件28、29的间距大于一个子单元24，则对电极线元件28、29应布置为至少经过感测电极25的菱形区域的中间，以使自电容Cs最大化。为了克服任何由此产生的力响应的不规则性，相邻的感测电极25应该组合成单个通道。作为一般规则，如果对电极8的间距由对于每N个子单元24间隔开的对电极线元件28、29形成，则N个相邻的感测电极25应该组合成单个通道。例如，通过将N个相邻感测电极25连接到被配置为对输入电荷求和的单个电荷放大器的输入。
用on-cell架构演示力感测
还参考图17，示出了第一示波器描迹的屏幕截图。该描迹示出了电荷放大器输出响应于图1中所示触摸传感器(即没有对电极8的触摸传感器)的三个轻击(即用户致动)的响应。
参考图18，示出了第二示波器描迹的屏幕截图。该描迹示出了电荷放大器输出响应于图2中所示触摸传感器(即，具有对电极8的触摸传感器1)的三个轻击的响应。
在力检测方面，来自电荷放大器的输出指示所获得信号的质量。对于这些测量，投射电容式触摸感测信号被禁用以仅获得力信号。
这两个触摸传感器都产生高质量的信号，其峰间电压分别为287.5mV和352.5mV。对于根据本说明书的on-cell架构(图18)，信号的幅值更大，因为力感测电极5的自电容Cs更大。在透明压电膜3和对电极8之间没有厚的电绝缘层(诸如PET层)，只有薄的、光学透明粘合剂，并且电容Cs与电介质厚度成反比。
两个不同传感器的信号具有相反的极性。这是因为用于两个传感器的透明压电膜3和接地层配置相对于彼此相反。换言之，在图1传感器中，顺序是接地、压电、感测电极，而在如图2所示的根据本说明书的触摸传感器1的示例中，顺序是第二(感测)电极、压电膜3、对电极8。两个传感器的压电膜3的相对极化方向相同。
因此，on-cell架构提供了高质量的力信号，其中压电层在触摸感测电极上方，并且on-cell架构集成到现有的触摸屏面板中变得可行。
On-cell架构的应用
参考图19，示出了用于显示器32的触摸传感器31的示例。触摸传感器31具有与上文描述的相似的on-cell架构。
触摸传感器31包含非力感测触摸面板33，该触摸面板包括：玻璃基板34(或“TFT玻璃”)；像素阵列35，其可以包括LCD、OLED或其他像素；封装层36；和第一电极4和第二电极5，其呈共面驱动电极37和感测电极38的形式。非力感测触摸面板33具有主表面39。
触摸传感器31包括力感测层结构40，力感测层结构使用光学透明粘合剂层41胶合到非力感测触摸面板33。
力感测层结构40包括：压电膜3；透明对电极8，其呈网格状透明对电极42的形式；和透明盖6，其呈盖玻璃43(本文称为“盖玻璃”)的形式，该透明盖具有第一(用户输入)表面7、44和相对的第二表面45。盖玻璃43通过一层光学透明粘合剂46结合到压电膜3。
On-cell架构具有压电层3，压电层设置在非力感测触摸面板33的顶部。这提供了一种on-cell解决方案，其允许将力感测层结构40添加或合并到常规的触摸面板中。
在一般情况下，制造显示组件的方法可以包括接收显示面板，显示面板包括像素阵列35、多个第一电极4和多个第二电极5。第二电极5与第一电极4绝缘，并且第一电极4和第二电极5被配置用于电容式触摸感测。例如，显示组件可以采用非力感测触摸面板33的形式。
制造显示组件的方法还包括接收压力感测组件，该压力感测组件包括具有支撑图案化对电极8的第二面22的透明盖6。图案化对电极8采用由多个对电极元件9的组合形成的互连导电区域的形式。压力感测组件还包括结合到第二面22的透明压电薄膜3。例如，压力感测组件可以采用力感测层结构40的形式。
制造显示组件的方法接着是将压力感测组件结合到显示面板的步骤，使得压电膜3堆叠在透明盖6与第一电极4和第二电极5之间，并且对电极元件9相对于第一电极4和第二电极5的横向位移L被配置为使图案化对电极8和第一电极4之间或图案化对电极8和第二电极5之间的电容Cs最大化。例如，此步骤对应于使用光学透明粘合剂层41将力感测层结构40胶合到非力感测触摸面板33。
还参考图20，对电极元件9(例如对电极线元件10、11)可以与像素阵列35的显示面板像素48之间的间隙47对齐。因此，非透明材料(诸如金属网)可以用于对电极8而不影响显示质量。
对电极网格线宽度
形成网格或网形式的对电极8的水平和竖直对电极线元件10、11、28、29的宽度也可以被优化以使电容Cs最大化而进行压电测量，而不会对投射电容(PCAP)测量性能产生不利影响。
在根据优化的第一配置27*1的水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的横向位移Lx、Ly的情况下进行进一步的仿真，以确定改变第一配置271的水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的宽度w的影响(图10)。水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的宽度w范围被仿真，范围在w＝10μm和w＝2mm之间。由于水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291对于每个单个子单元24间隔开，因此再次仅针对Rx4感测电极25计算值。
通过添加直径为8mm的产生电荷的圆形区域30(表示人类手指在传感器上的单次触摸/推动区域)(图8)，还仿真了通过感测电极25、Rx4的电荷收集。电荷密度设置为10pC.mm-2，因此仿真的净电荷为502.65pC。
还参考图21，Rx4感测电极25的自电容Cs相对于水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的宽度w绘制。
可以观察到，通过增加水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的宽度w，Rx4感测电极25的自电容Cs也增加。观察到自电容Cs遵循饱和趋势，这是因为Rx4感测电极25的固定、有限面积的预期。
还参考图22，由Rx4感测电极25收集的电荷相对于水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的宽度w绘制。还绘制了相邻Rx3感测电极25收集的电荷。
可以观察到，如预期的，通过增加水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的宽度w也增加了由Rx4感测电极25收集的电荷。此外，增加宽度w也使得相邻Rx3感测电极25收集的电荷的少量增加。
通过增加水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的宽度w来增加自电容Cs必须受到避免显著降低PCAP触摸感测(即感测电极25和驱动电极26之间的互电容Cm)的需要的限制。
还参考图23，感测电极25和驱动电极26之间的互电容Cm相对于水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的宽度w绘制。
可以观察到，随着通过增加水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的宽度w来增强自电容Cs，感测电极25和驱动电极26之间的互电容Cm减小。
因此，水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的宽度w应该被设置为使得自电容Cs尽可能大，而不会下降到低于进行PCAP触摸感测所需的最小互电容Cm。例如，如果PCAP触摸驱动器的最小操作值为Cm＝0.6pF，则从图21至图23可以看出，水平对电极线元件281和竖直对电极线元件291的宽度w不应超过500μm。考虑这种平衡的另一种方式是注意增加对电极线元件28、29的宽度增加感测电极25和驱动电极26的面积，这些电极被屏蔽以免与用户的手指或导电触控笔的电磁耦合。使自电容Cs尽可能大的需要应该与避免过度屏蔽用户与感测电极25和驱动电极26之间交互的需要进行平衡。类似的考虑更普遍地适用于通过图案化对电极8的对电极元件9对第一电极4和/或第二电极5的屏蔽。
包括对电极线元件10、11、28、29的给定触摸传感器1的最佳宽度w将取决于多种因素，包括电极4、5、28、29的形状和尺寸、对电极8的形状、对电极8相对于电极4、5、28、29的最佳横向位移L、Lx、Ly等。
修改
应当理解，可以对上文描述的实施方案进行各种修改。此类修改可以涉及在触摸面板及其组成部分的设计、制造和使用中已知的并且可以代替或补充本文已经描述的特征使用的等效和其他特征。一个实施方案的特征可以由另一实施方案的特征替换或补充。
图3中所示的对电极8的示例采用网格或网的形式，并且包括彼此垂直定向以形成方形网格的第一对电极线元件10和第二对电极线元件11。然而，对电极线元件可以以非垂直的角度相交，并且通常呈网格或网形式的对电极8可以由在第一方向上延伸的多个第一对电极线元件10、11和在第二方向上延伸的多个第二对电极线元件10、11的结合形成，第二方向不平行于第一方向。
已经给出了其中对电极8采用由垂直组的对电极线元件10、11、28、29形成的网格或网形式的示例。然而，形成对电极8的对电极元件9可以具有其他形状(无论是规则的还是不规则的)。重要的一点是优化形成对电极8的对电极元件9相对于电极4、5的横向位移L，以使用于感测压电感应的电荷的一个或多个电极4、5的自电容Cs最大化。
优选地，形成对电极8的对电极元件9可以具有与对应电极4、5相同或相似的形状。可选地，形成对电极8的对电极元件9的宽度w或其他特征尺寸也可以优化，以便确定不妨碍使用电极4、5的电容感测的最大宽度(或其他特征尺寸)。
针对第一电极和第二电极以及对电极的总体形状优化触摸传感器的方法
已经在第一电极4和第二电极5的上下文中(例如具有大致菱形电极的感测电极25和驱动电极26以及由对电极线元件10、11、28、29的组合形成的对电极8)描述了优化触摸传感器1的方法。然而，上文概述的方案可以推广到任何几何形状的电极4，5和对电极元件9。该方法适用于任何触摸传感器1的优化，该触摸传感器包括第一电极4、第二电极5、透明盖6、布置在透明盖6与第一电极4和第二电极5之间的透明压电膜3以及设置在透明压电薄膜3和透明盖6之间的图案化对电极8。
优化具有一般布局的触摸传感器1的方法包括，针对对电极元件9相对于第一电极4和第二电极5的横向位移L的范围，映射图案化对电极8和第一电极4之间的电容Cs或图案化对电极8和第二电极5之间的电容Cs(步骤S1)。映射步骤可以通过针对横向位移L的每个组合计算图案化对电极8和第一电极4或第二电极5之间的电容Cs来执行。映射步骤可以包括使用对应于规则间隔开的位置的横向位移L，或者映射步骤可以涉及使用迭代搜索方法来确定最佳横向位移L。替代地，映射可以包括使用对应于规则间隔开的位置的横向位移L，然后是使用规则间隔开的位置中的最佳位置作为起始条件的迭代搜索方法。当第一电极4和/或第二电极5以周期性图案设置时，可能只需要映射一个周期的横向位移L。
基于映射，可选地包括用于微调的迭代搜索过程，可以确定对电极元件9相对于电极4、5的最佳横向位移L*(步骤S2)。最佳横向位移L*是使图案化对电极8和第一电极4之间或图案化对电极8和第二电极5之间的电容Cs最大化的那些横向位移。一旦确定，输出最佳横向位移L*(步骤S3)。
然后可以采用最佳横向位移L*以使用最佳横向位移L*制造触摸传感器1。
在一般情况下，对电极元件9不需要是对电极线元件10、11、28、29，并且可以具有其他几何形状，诸如例如与电极4、5、25、26类似的菱形图案。如果电极4、5、25、26不是菱形图案，例如如果电极4、5、25、26采用z形、H形或已知用于电容感测的任何其他几何形状，则对电极元件9可以与一组或两组电极4、5、25、26共形。在此情况下，替代对电极线元件宽度w，每个对电极元件9的任何其他合适的特征尺寸可以被配置为具有最佳值，使得图案化对电极8与第一或第二电极4、5、25、26之间的电容被最大化，前提是保持每对第一电极4和第二电极5(例如感测电极25和驱动电极26)之间的互电容Cm高于最小操作值(即操作阈值)。对电极线元件10、11、28、29的宽度w只是此类特征尺寸的一个示例。
在实践中，将每对第一电极4和第二电极5之间的互电容Cm保持高于操作阈值对应于确保在第一电极4和第二电极5之间产生的电场充分投射在触摸传感器1上方(即输入表面7上方)，以使得能够耦合到感测对象，例如用户的手指或导电触控笔。
优化触摸传感器1的方法可以扩展为包括对电极元件9的特征尺寸的优化(步骤S4)。例如，优化触摸传感器1的方法可以包括使用最佳横向位移L*计算图案化对电极8和第一电极4之间的电容Cs作为对电极元件9的特征尺寸的函数，或者使用最佳横向位移L*计算图案化对电极8和第二电极5之间的电容Cs作为对电极元件9的特征尺寸的函数(步骤S5)。优化触摸传感器1的方法还可以包括使用最佳横向位移L*计算每对第一电极4和第二电极5之间的互电容Cm作为对电极元件9的特征尺寸的函数(步骤S6)。
在计算自电容Cs和互电容Cm作为特征尺寸的函数之后，优化触摸传感器1的方法可以包括确定特征尺寸的最佳值，该最佳值使图案化对电极8与第一电极4或第二电极5之间的电容Cs的值最大化，前提是保持每对第一电极4和第二电极5之间的互电容Cm高于操作阈值Cthresh(步骤S7)。当第一电极4和/或第二电极5以周期性图案设置时，可能只需要考虑一个周期的第一电极4和第二电极5对。
输出最佳横向位移的步骤可以另外包括输出特征尺寸的最佳值(步骤S3)。
然后可以采用最佳横向位移L*和特征尺寸的最佳值以便使用最佳横向位移制造触摸传感器1。
不相关的稀疏对电极
上文描述的第二配置272涉及相对于第一电极4和第二电极5相对稀疏的对电极8。第二配置272保持相对于形成对电极8的对电极元件9相关。然而，虽然与第一电极4和第二电极5相关对于最佳性能是优选的，但是可以使用与第一电极4和/或第二电极5不相关的稀疏电极。例如，对电极8可以采用网格或网的形式，其在对电极线元件10、11之间具有间距pc，该间距不是基于第一电极4和第二电极5的间距pe选择的。另外或替代地，可以在不控制相对于第一电极4和/或第二电极5的横向位移L的情况下设置对电极8。
通常，如果对电极线元件10、11的至少一些对电极线元件已经相对于第一电极4和/或第二电极5对准，则可以认为对电极线元件10、11与第一电极4和/或第二电极5相关。相比之下，如果对电极线元件10、11均没有相对于第一电极10或第二电极11对准，则可以认为对电极线元件10、11与第一电极4和/或第二电极6不相关。换句话讲，“不相关”对应于将相对稀疏的对电极8定位为大体上覆盖第一电极4和第二电极5，而不考虑第一电极4和第二电极5的精确位置。
尽管在本申请中已将权利要求表述为特征的特定组合，但应当理解，本发明的公开内容的范围还包括本文中明确或隐含地公开的任何新颖特征或特征的任何新颖组合或其任何概括，无论其是否涉及任何权利要求中当前所要求保护的相同发明，以及无论其是否减轻了与本发明相同的任何或所有技术问题。申请人特此告知，在本申请或从其导出的任何另外申请的申请期间，可以将新的权利要求表述为此类特征和/或此类特征的组合。

Claims (9)

1.一种用于组合式电容式触摸和力感测的触摸传感器，所述触摸传感器包括：
多个第一电极和多个第二电极，所述第二电极与所述第一电极绝缘，其中所述第一电极和所述第二电极被配置用于互电容式触摸感测；
透明盖；
透明压电膜，所述透明压电膜堆叠在所述透明盖与所述第一电极和所述第二电极之间；和
图案化对电极，所述图案化对电极堆叠在所述透明压电膜和所述透明盖之间，其中所述图案化对电极是由多个对电极元件的组合形成的互连导电区域；
其中对电极元件相对于所述第一电极和所述第二电极的横向距离被配置为使所述图案化对电极和所述第一电极之间或所述图案化对电极和所述第二电极之间的电容最大化；
其中所述图案化对电极包括由在第一方向上延伸的多个第一对电极线元件和在第二方向上延伸的多个第二对电极线元件的组合形成的网格。
2.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述图案化对电极包括对应于每个第一电极的对电极元件。
3.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述图案化对电极包括对应于每第N个第一电极的对电极元件，其中N为大于或等于二的整数。
4.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述图案化对电极包括对应于每个第二电极的对电极元件。
5.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述图案化对电极包括对应于每第M个第二电极的对电极元件，其中M为大于或等于二的整数。
6.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述图案化对电极形成在所述透明盖的第一表面上，并且其中所述第一表面面向所述透明压电膜。
7.根据权利要求1所述的触摸传感器，其中所述对电极元件中的每个对电极元件的特征尺寸被配置为使得所述图案化对电极和所述第一电极之间的所述电容最大化，前提是保持每对第一电极和第二电极之间的互电容高于操作阈值。
8.一种显示组件，其包括：
根据权利要求1至7中任一项所述的触摸传感器，和
显示器，所述显示器包括像素阵列；
其中所述对电极元件中的每个对电极元件被定位成覆盖形成所述像素阵列的像素之间的间隙。
9.一种制造显示组件的方法，其包括：
接收显示面板，所述显示面板包括像素阵列、多个第一电极和多个第二电极，所述第二电极与所述第一电极绝缘，其中所述第一电极和所述第二电极被配置用于电容式触摸感测；
接收压力感测组件，所述压力感测组件包括具有第一面的透明盖和结合到所述第一面的透明压电膜，所述第一面支撑图案化对电极，所述图案化对电极呈由在第一方向上延伸的多个第一对电极线元件和在第二方向上延伸的多个第二对电极线元件的组合形成的网格的形式；
将所述压力感测组件结合到所述显示面板，使得：
所述压电膜堆叠在所述透明盖与所述第一电极和所述第二电极之间，以及
对电极元件相对于所述第一电极和所述第二电极的横向距离被配置为使所述图案化对电极和所述第一电极之间或所述图案化对电极和所述第二电极之间的电容最大化。
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