CN205940446U - 位于电子设备的可见区域中的透明应变传感器及电子设备 - Google Patents

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Abstract

本公开一般地涉及位于电子设备的可见区域中的透明应变传感器及电子设备。本公开的一个实施例要解决的问题是提供位于电子设备的可见区域中的透明应变传感器。位于电子设备的可见区域中的透明应变传感器包括：由具有第一仪表灵敏系数的第一透明导电材料构成的透明应变敏感元件；直接地连接到透明应变敏感元件并且由具有第二仪表灵敏系数的第二透明导电材料构成的透明应变信号线，其中第一仪表灵敏系数大于第二仪表灵敏系数。本公开的一个实施例所实现的技术效果是位于电子设备的可见区域中的透明应变传感器可以允许较大范围的应变被检测并测量。

Description

位于电子设备的可见区域中的透明应变传感器及电子设备
技术领域
这里所描述的实施例一般地涉及电子设备。更具体地，当前实施例涉及电子设备中的一个或多个透明应变传感器。
背景技术
应变仪或传感器用来检测或测量物体上的应变。典型地，应变传感器的电阻与它正在经历的压缩力和张力成比例地变化。应变传感器的仪表灵敏系数表示材料对应变的灵敏度。换言之，仪表灵敏系数指示应变传感器的电阻随着应变改变多少。仪表灵敏系数越高，电阻的变化越大。较高的仪表灵敏系数允许检测和测量较大范围的应变。
在一些情况下，期望应变传感器由透明材料制成。例如，当应变传感器位于应变传感器可能由用户视觉地检测到(例如，通过显示器)的区域中时，可以使用透明应变传感器。然而，用来形成透明应变传感器的一些材料具有低的或者零仪表灵敏系数。
实用新型内容
一个或多个透明应变传感器可以包括在电子设备中。如这里所使用的，术语“应变传感器”指应变敏感元件以及直接地连接到应变敏感元件的一个或多个应变信号线。在一种实施例中，应变传感器用来检测被施加到电子设备、施加到诸如输入按钮这样的电子设备中的组件、和/或施加到电子设备的输入区或表面的力。在一个非限制性示例中，包括一个或多个应变传感器的力感测设备可以合并到电子设备的显示器堆叠中。这一个或多个应变传感器可以位于当用户观看显示器时对用户可见的显示器堆叠的区域中。如此，这一个或多个透明应变传感器可以由一种透明导电材料或者两种或更多种透明导电材料形成。
在一些实施例中，形成或者处理每个透明应变敏感元件以具有第一仪表灵敏系数和第一电导。形成或者处理每个透明应变信号线以具有不同的第二仪表灵敏系数和不同的第二电导。例如，在一种实施例中，形成透明应变敏感元件的一种或多种透明材料可以具有比至少一个透明应变信号线的透明材料高的仪表灵敏系数，同时透明应变敏感元件的电导可以比透明应变信号线的电导小。因此，透明应变敏感元件被配置为比透明应变信号线对应变更敏感，并且透明应变信号线被配置为更有效地传输信号。
在一个方面，透明应变传感器包括透明应变敏感元件以及直接地连接到应变敏感元件的透明应变信号线。透明应变敏感元件由具有第一仪表灵敏系数的第一透明导电材料形成。透明应变信号线由具有第二仪表灵敏系数的第二透明导电材料形成。在一种实施例中，第一仪表灵敏系数可以大于第二仪表灵敏系数。另外或者作为替换，第一透明导电材料可以具有第一电阻并且第二透明导电材料可以具有第二电阻，并且第一电阻大于第二电阻。在非限制性示例中，透明应变敏感元件可以由透明GZO膜或者透明AZO膜形成并且至少一个透明应变信号线由透明ITO膜形成。
在另一个方面，透明应变传感器可以由混合透明导电材料形成，混合透明导电材料包括具有第一仪表灵敏系数和第一电阻的至少一个第一透明导电区段以及具有第二仪表灵敏系数和第二电阻的至少一个第二透明导电区段。第一透明导电区段连接到第二透明导电区段。第一仪表灵敏系数可以大于第二仪表灵敏系数，并且第一电阻大于第二电阻。
在另一个方面，透明应变传感器可以包括透明应变敏感元件以及直接地连接到透明应变敏感元件的至少一个透明应变信号线。透明应变敏感元件和透明应变信号线可以由相同的一种或多种透明导电材料形成，但是应变敏感元件中和/或至少一个应变信号线中的透明导电材料可以掺杂有一种或多种掺杂剂以改变透明导电材料的仪表灵敏系数和/或电导。因此，透明应变敏感元件和至少一个透明应变信号线可以具有不同的仪表灵敏系数和/或电气电导。在一些实施例中，透明应变敏感元件的仪表灵敏系数大于至少一个应变信号线的仪表灵敏系数。另外或者作为替换，透明应变敏感元件可以具有第一电阻，并且透明应变信号线可以具有第二总体电阻，其中第一电阻大于第二电阻。
在又另一个方面，电子设备可以包括盖玻璃以及位于盖玻璃下面的应变感测结构。应变感测结构可以包括基板、位于基板的第一表面上的第一透明应变敏感元件以及位于基板的第二表面上的第二透明应变敏感元件。一个或多个透明应变信号线连接到每个透明应变敏感元件。在一些实施例中，第一透明应变敏感元件和第二透明应变敏感元件具有比透明应变信号线的仪表灵敏系数大的仪表灵敏系数。感测电路系统电连接到透明应变信号线，并且控制器可操作地连接到感测电路系统。控制器被配置为基于从感测电路系统接收到的信号来确定施加到盖玻璃的力的量。在一些实施例中，第一透明应变敏感元件和第二透明应变敏感元件以及透明应变信号线位于当用户观看显示器时对用户可见的显示器堆叠的区域中。
本公开的一个实施例的目的在于提供位于电子设备的可见区域中的透明应变传感器。
根据一个方面，一种位于电子设备的可见区域中的透明应变传感器包括：由具有第一仪表灵敏系数的第一透明导电材料构成的透明应变敏感元件；直接地连接到透明应变敏感元件并且由具有第二仪表灵敏系数的第二透明导电材料构成的透明应变信号线，其中第一仪表灵敏系数大于第二仪表灵敏系数。
根据一个实施例，第一透明导电材料具有第一电阻并且第二透明导电材料具有第二电阻，并且第一电阻大于第二电阻。
根据一个实施例，第一透明导电材料和第二透明导电材料各自包括透明导电氧化物膜。
根据一个实施例，第一透明导电材料包括掺杂镓的氧化锌膜和掺杂铝的氧化锌膜中的一种。
根据一个实施例，第二透明导电材料包括铟锡氧化物膜。
根据一个实施例，第一透明导电材料包括多层透明导电结构，该多层透明导电结构包括布置在两个透明导电氧化物膜之间的绝缘层。
根据一个实施例，应变信号线中的第二透明导电材料被处理以产生第二电阻。
根据一个实施例，第二透明导电材料掺杂有一种或多种掺杂剂以产生第二电阻。
根据一个实施例，应变敏感元件的第一透明导电材料被处理以产生第一仪表灵敏系数。
根据一个实施例，应变敏感元件的第一透明导电材料被激光退火以产生第一仪表灵敏系数。
根据一个实施例，电子设备的可见区域包括电子设备的显示器堆叠。
根据另一个方面，一种位于电子设备的可见区域中的透明应变传感器包括混合透明导电材料，该混合透明导电材料包括第一透明导电区段和连接到第一导电区段的第二导电区段，第一透明导电区段具有第一仪表灵敏系数和第一电阻，并且第二导电区段具有第二仪表灵敏系数和第二电阻，其中第一仪表灵敏系数大于第二仪表灵敏系数，并且第一电阻大于第二电阻。
根据一个实施例，该透明应变传感器还包括直接地连接到透明应变传感器的至少一个透明应变信号线，其中该至少一个透明信号线具有第三仪表灵敏系数和第三电阻，其中第三电阻小于第一电阻和第二电阻。
根据一个实施例，电子设备的可见区域包括电子设备的显示器堆叠。
根据又一个方面，一种电子设备包括用于显示器的显示器堆叠，该显示器堆叠包括：盖玻璃；位于盖玻璃下面的应变感测结构，应变感测结构包括基板、位于基板的第一表面上的第一透明应变敏感元件以及位于基板的第二表面上的第二透明应变敏感元件；以及直接地连接到每一个透明应变敏感元件的一个或多个透明应变信号线，其中第一透明应变敏感元件和第二透明应变敏感元件具有比透明应变信号线的仪表灵敏系数大的仪表灵敏系数，并且其中第一透明应变敏感元件和第二透明应变敏感元件以及透明应变信号线位于当观看显示器时可见的区域中。该电子设备还包括电连接到透明应变信号线的感测电路系统，以及能够操作地连接到感测电路系统并且被配置为基于从感测电路系统接收到的信号来确定施加到盖玻璃的力的量的控制器。
根据一个实施例，第一透明应变敏感元件和第二透明应变敏感元件各自由掺杂镓的氧化锌膜和掺杂铝的氧化锌膜中的一种构成，并且透明应变信号线由铟锡氧化物膜构成。
本公开内容的一个实施例的技术效果是位于电子设备的可见区域中的透明应变传感器可以允许较大范围的应变被检测并测量。
附图说明
本公开将通过下面结合附图的详细描述而容易理解，其中类似的参考编号指定类似的结构元素，并且其中：
图1描绘可以包括一个或多个应变传感器的电子设备的一个示例；
图2描绘适合于在电子设备的显示器堆叠中使用的示例应变敏感结构的平面图；
图3描绘可以在图2中所描绘的示例应变敏感结构中使用的光学透明蛇形应变敏感元件的一个示例的平面图；
图4是图2中所示区域的放大视图；
图5是生产应变传感器的第一方法的流程图；
图6是第一应变敏感结构的沿着图4中的线A-A获得的简化截面视图，第一应变敏感结构适合于用作图2中所示的应变敏感结构；
图7是第二应变敏感结构的沿着图4中的线A-A获得的简化截面视图，第二应变敏感结构适合于用作图2中所示的应变敏感结构；
图8是应变敏感元件的第三示例的平面图，该应变敏感元件适合于用作图2和图4中所示的应变敏感元件；
图9是生产应变传感器的第二方法的流程图；
图10是生产应变传感器的第三方法的流程图；
图11是生产应变传感器的第四方法的流程图；
图12是可以包括一个或多个应变传感器的电子设备的例示性框图；
图13是包括应变传感器的示例显示器堆叠的截面视图；
图14是对力进行响应的应变敏感结构的简化截面视图；以及
图15是可操作地连接到应变传感器的感测电路系统的简化示意图。
具体实施方式
本申请要求于2015年7月21日提交的并且标题为“Transparent Strain Sensorsin an Electronic Device”的美国临时专利申请No.62/195,030在35U.S.C.§119(e)下的权益，该申请通过引用合并在此，如同完全在这里公开一样。
现在将详细参考在附图中例示的代表性实施例。应当理解，下面的描述不打算将实施例限制到一个优选的实施例。相反地，打算覆盖可以包括在由权利要求定义的所描述实施例的精神和范围内的替代选择、修改和等同物。
下面的公开涉及包括一个或多个应变传感器的电子设备，这一个或多个应变传感器被配置为检测基于施加到电子设备、电子设备中的组件和/或电子设备的输入区的力的量的应变。作为一个示例，一个或多个应变传感器可以合并到电子设备的显示器堆叠中，并且显示器屏幕的顶表面的至少一部分可以是输入区。在一些实施例中，一个或多个透明应变传感器位于当用户观看显示器时对用户可见的显示器堆叠的区域中。如这里所使用的，术语“应变传感器”包括应变敏感元件以及物理地或者直接地连接到应变敏感元件的至少一个应变信号线。另外，“光学透明的”和“透明的”被广泛地定义为包括透明的、半透明的或者不能由人眼可见地辨别的材料。
在一些实施例中，形成或者处理每个应变敏感元件以具有第一仪表灵敏系数和第一电导。形成或者处理每个应变信号线以具有不同的第二仪表灵敏系数和不同的第二电导。例如，在一种实施例中，形成应变敏感元件的一种或多种材料可以具有比至少一个应变信号线的材料高的仪表灵敏系数，而应变敏感元件的电导可以比应变信号线的电导小。因此，应变敏感元件被配置为比应变信号线对应变更敏感，并且应变信号线被配置为更有效地传输信号。在非限制性示例中，应变敏感元件可以由透明GZO膜或者透明AZO膜形成，并且至少一个应变信号线由透明ITO膜形成。
在一些实施例中，应变敏感元件或应变信号线的仪表灵敏系数和/或电导可以至少部分地基于电子设备或者包括一个或多个应变传感器的电子设备中的组件的结构和/或操作条件。
在另一种实施例中，应变敏感元件和/或连接到应变敏感元件的一个或多个应变信号线可以在形成应变敏感元件和应变信号线之后被处理。在非限制性示例中，用来形成应变敏感元件和应变信号线的材料可以是相同的一种或多种材料，并且应变敏感元件中的材料和/或应变信号线中的材料被处理以调节经处理的组件的电导和/或仪表灵敏系数。在一种实施例中，应变敏感元件可以被激光退火，以增加应变敏感元件的结晶度，这导致较高的仪表灵敏系数。另外或者作为替换，一个或多个应变信号线可以掺杂有减小应变信号线的总体电阻的一种或多种掺杂剂，这又增加应变信号线的电导。
并且在又另一种实施例中，可以调节用来形成应变敏感元件和/或应变信号线的制造工艺的一个或多个参数，以增加组件的仪表灵敏系数和/或电导。例如，在一种实施例中，当应变敏感元件沉积到基板上时，可以增加氧气的流动速率。较高的氧气流动速率可以减小应变敏感元件中的载流子浓度和/或载流子的移动性。在另一种实施例中，可以调节用来形成应变敏感元件和/或应变信号线的材料的厚度以增加组件的仪表灵敏系数或电导。
诸如“顶”、“底”、“前”、“后”、“前导”、“尾随”等这样的方向术语参考被描述的图的取向而使用。因为这里所描述的实施例的组件可以以许多不同的取向而放置，所以方向术语仅出于例示的目的而绝不是限制性的。当结合显示或设备的层使用时，方向术语打算被广义地解释，并且因此不应当解释为排除一个或多个中介层或者其他中介特征或元素的存在。因此，被描述为形成在、位于、布置在另一层上面或上方，或者被描述为形成在、位于、布置在另一层下面或下方的给定层可以通过一个或多个另外的层或元素而与后者层(所述另一层)分离。
参考图1-15在下面讨论这些和其他实施例。然而，本领域那些技术人员将容易领会到，这里关于这些图而给出的详细描述仅出于说明的目的而不应当被解释成限制性的。
图1示出可以包括一个或多个应变传感器的电子设备的一个示例。在所例示的实施例中，电子设备100作为智能电话而实现。其他实施例可以不同地实现电子设备。例如，电子设备可以是笔记本计算机、平板计算设备、可穿戴计算设备、智能手表、数字音乐播放器、显示输入设备、远程控制设备以及包括一个或多个应变传感器的其他类型的电子设备。
电子设备100包括外壳102，外壳102包围显示器104以及一个或多个输入/输出(I/O)设备106(显示为按钮)。外壳102可以形成电子设备100的内部组件的外表面或者部分外表面，并且可以至少部分地包围显示器104。外壳102可以由可操作地连接在一起的一个或多个组件形成，诸如前件和后件。作为替换，外壳102可以由可操作地连接到显示器104的单个件形成。
显示器104可以用任何适当的显示器实现，包括但不限于使用液晶显示(LCD)技术、发光二极管(LED)技术、有机发光显示(OLED)技术或者有机电致发光(OEL)技术的多点触摸感测触摸屏设备。
在一些实施例中，I/O设备106可以采取主页按钮的形式，主页按钮可以是机械按钮、软按钮(例如，不物理地移动但是仍然接受输入的按钮)、显示器上的图标或图像等。而且，在一些实施例中，按钮可以被集成作为电子设备的盖玻璃的一部分。虽然在图1中没有示出，电子设备100可以包括其他类型的I/O设备，诸如麦克风、扬声器、相机以及诸如网络通信端口和/或电源线端口这样的一个或多个端口。
应变传感器可以包括在电子设备100的一个或多个位置中。例如，在一种实施例中，一个或多个应变传感器可以包括在I/O设备106中。应变传感器可以用来测量被施加到I/O设备106的力的量和/或力的变化。在另一种实施例中，一个或多个应变传感器可以位于外壳的至少一部分下方，以检测被施加到外壳的力和/或力的变化。另外或者作为替换，一个或多个应变传感器可以包括在显示器104的显示器堆叠中。应变传感器可以用来测量被施加到显示器或者施加到显示器的一部分的力的量和/或力的变化。如早先所描述的，应变传感器包括应变敏感元件以及物理地或者直接地连接到应变敏感元件的至少一个应变信号线。
在一个非限制性示例中，显示器的整个顶表面可以是输入区，输入区被配置为接收来自用户的一个或多个力输入。图2描绘适合于在显示器堆叠中使用的示例应变敏感结构的平面图。应变敏感结构200可以包括在基板202中或者基板202上形成的独立的光学透明应变敏感元件204的网格。应变敏感元件204可以在基板202的一个或全部两个表面的至少一部分中或上形成。基板202可以由任何适当的一种或多种材料形成。在一种实施例中，基板202由诸如聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)这样的光学透明材料形成。
如早先所讨论的，应变敏感元件204被配置为检测基于施加到显示器的输入区的力的量的应变。应变敏感元件204可以由一种或多种透明导电材料形成，这些材料诸如例如聚乙撑二氧噻吩(PEDOT)、掺杂锡的氧化铟(ITO)膜、掺杂镓的氧化锌(GZO)膜、掺杂铝的氧化锌(AZO)膜、碳纳米管、石墨烯、银纳米线、其他金属纳米线等。在某些实施例中，可以至少部分根据温度特性选择应变敏感元件204。例如，选择用于透明应变敏感元件204的材料可以具有电阻的负温度系数，使得随着温度升高，电阻降低。
在该示例中，透明应变敏感元件204被形成为直线的感测元件的阵列，虽然也可以使用其他形状和阵列图案。在许多示例中，每个个体应变敏感元件204可以具有所选择的形状和/或图案。例如，在某些实施例中，应变敏感元件204可以以诸如图3中所示的图案这样的蛇形图案沉积。在其他实施例中，应变敏感元件204可以具有不同的图案或构造。
应变敏感元件204可以包括至少两个电极300、302，电极300、302被配置为物理地或者直接地连接到一个或多个应变信号线(未示出)。应变信号线可以连接到导电接触部206，导电接触部206将应变敏感元件204可操作地连接到感测电路系统(未示出)。导电接触部206可以是连续的接触部或者可以在围绕或者部分地围绕应变敏感元件204的阵列的区段中形成。在其他实施例中，应变敏感元件204可以电连接到感测电路系统，而不使用电极。例如，应变敏感元件204可以通过使用被形成为膜层的一部分的导电迹线而连接到感测电路系统。
现在参考图4，示出了在图2中所示的区域208的放大视图。每个应变敏感元件204的电极300、302分别使用应变信号线400、402连接到导电接触部206。应变敏感元件204以及物理地或者直接地连接到应变敏感元件204的应变信号线400、402一起形成应变传感器404。在一些实施例中，应变敏感元件204和/或应变信号线400、402的仪表灵敏系数和/或电导可以至少部分地基于应变敏感结构200的构造、基于电子设备的操作条件和/或基于包括一个或多个应变传感器的电子设备中的组件(例如，显示器)的操作条件。
图5是用于生产应变传感器的第一方法的流程图。初始地，提供一个或多个应变敏感元件，它们具有已经被形成或者处理而具有第一电导和第一仪表灵敏系数的材料或者材料的组合(框500)。接下来，如框502中所示，提供直接地连接到每个应变敏感元件的一个或多个应变信号线，其中应变信号线包括已经被形成或处理而具有不同的第二电导和不同的第二仪表灵敏系数的材料或者材料的组合。结合图6-11更详细地描述这种应变敏感元件和应变信号线的各种实施例。
在一种实施例中，每个应变敏感元件的材料具有比至少一个应变信号线的材料的电导低的电导。例如，每个应变敏感元件的材料可以具有比至少一个应变信号线的材料高的电阻。另外，应变敏感元件的第一仪表灵敏系数比连接到应变敏感元件的至少一个应变信号线的第二仪表灵敏系数高。因此，应变敏感元件比应变信号线对应变更敏感，并且应变信号线被配置为更有效地传输信号。在非限制性示例中，应变敏感元件可以由透明GZO膜或者透明AZO膜形成，并且至少一个应变信号线由透明ITO膜形成。
现在参考图6，示出了第一应变敏感结构的沿着图4中的线A-A获得的简化截面视图，第一应变敏感结构适合于用作图2中所示的应变敏感结构200。应变敏感结构600包括布置在基板202的表面上的应变敏感元件204。应变敏感元件204连接到至少一个应变信号线400。如早先所描述的，应变敏感元件204由具有第一电导和第一仪表灵敏系数的材料或者材料的组合制成，并且至少一个应变信号线400由具有不同的第二电导和不同的第二仪表灵敏系数的材料或者材料的组合制成。
至少一个应变信号线400连接到导电接触部206。在一些实施例中，导电接触部由铜制成并且位于电子设备的不可见区域中(例如，在显示器的不可见区域中)。介电层或绝缘层602可以布置在应变敏感元件204以及至少一个应变信号线400的至少一部分之上。绝缘层602可以用作应变信号线400和应变敏感元件204的保护层。在应变敏感元件和应变信号线由基本上透明的一种或多种材料形成的实施例中，绝缘层602可以由具有与应变敏感元件204和/或至少一个应变信号线400的折射率基本上相匹配的折射率的材料或者材料的组合制成。
图7是第二应变敏感结构的沿着图4中的线A-A获得的简化截面视图，第二应变敏感结构适合于用作图2中所示的应变敏感结构200。应变敏感结构700与图6中所示的应变敏感结构600相类似，除了应变敏感元件204之外。在图7的实施例中，应变敏感元件204是交替的多层透明导电结构，该结构包括位于两层导电材料704之间的一层绝缘材料702。每层导电材料704可以由具有第一电导和第一仪表灵敏系数的材料或者材料的组合制成。在一些实施例中，应变敏感元件204的多层结构被配置为具有比图6中的应变敏感元件204(例如，导电材料的实心层)低的总体电阻，同时仍然提供较高的仪表灵敏系数。在一个非限制性示例中，每层透明导电材料可以由透明的GZO膜或者透明的AZO膜形成。
连接到应变敏感元件204的应变信号线400可以由具有与应变敏感元件204的多层结构的总体电导和仪表灵敏系数不同的电导和仪表灵敏系数的材料或者材料的组合形成。如早先所描述的，应变敏感元件204的总体电导可以小于应变信号线的电导，同时应变敏感元件204的仪表灵敏系数可以大于应变信号线的仪表灵敏系数。
在图6和7中所例示的实施例中，应变敏感元件具有比连接到应变敏感元件的至少一个应变信号线的仪表灵敏系数高的仪表灵敏系数。较高的仪表灵敏系数允许应变敏感元件比应变信号线对应变更敏感。另外，在一些实施例中，应变信号线的电导比应变敏感元件的电导高。因为较高的电导，一个或多个应变信号线将由应变敏感元件产生的信号高效地传输到导电接触部206。
现在参考图8，示出了应变敏感元件的第三示例的平面图，该应变敏感元件适合于用作图2和图4中所示的应变敏感元件204。应变敏感元件800是由具有不同性质的两种或更多种材料形成的混合应变敏感元件。在所例示的实施例中，混合应变敏感元件800中的一个区段802由具有第一电导和第一仪表灵敏系数的第一导电材料制成，并且另一个区段804由具有不同的第二电导和不同的第二仪表灵敏系数的第二导电材料制成，其中第一电导大于第二电导并且第二仪表灵敏系数大于第一仪表灵敏系数。
形成或者处理直接地连接到混合应变敏感元件的一个或多个应变信号线以具有与应变敏感元件的总体仪表灵敏系数和总体电导不同的仪表灵敏系数和电导。例如，应变敏感元件具有比至少一个应变信号线的仪表灵敏系数大的总体仪表灵敏系数。较高的总体仪表灵敏系数允许应变敏感元件比应变信号线对应变更敏感。另外，在一些实施例中，应变信号线的电导高于应变敏感元件的总体电导。基于较高的电导，应变信号线可以将由应变敏感元件产生的信号有效地传输到导电接触部206(参看图2和4)。
区段802、804可以具有相同的尺寸或者一个区段(例如，区段802)可以具有与另一个区段(例如，区段804)的尺寸不同的尺寸。例如，一个区段可以比另一个区段长，这可以导致给定的仪表灵敏系数和/或电导。在一些实施例中，给定的仪表灵敏系数可以是等于或大于阈值仪表灵敏系数的仪表灵敏系数。给定的仪表灵敏系数和/或电导可以至少部分地基于电子设备或者包括一个或多个混合应变传感器的电子设备中的组件的结构和/或操作条件。在一种实施例中，至少两个相同的区段(例如，至少两个区段802)可以具有不同的尺寸。因此，至少一个区段802可以具有与另一个区段802不同的尺寸和/或至少一个区段804可以具有与另一个区段804不同的尺寸。在另一种实施例中，所有区段可以具有不同的尺寸。并且在一些实施例中，混合应变敏感元件800可以由具有不同性质的三种或者更多种材料形成。
图6-8中所示的应变传感器的实施例由两种或者多种不同的材料形成。针对给定的仪表灵敏系数和/或电导来选择材料。其他实施例可以通过在形成应变敏感元件和应变信号线之后处理应变敏感元件和/或连接到应变敏感元件的一个或多个应变信号线来生产应变传感器。例如，在一些实施例中，用来形成应变敏感元件和应变信号线的材料是相同的材料，并且处理应变敏感元件和/或应变信号线以调节经处理的组件的电导和/或仪表灵敏系数。在图9和10中所描绘的方法分别处理应变敏感元件和应变信号线。
图9是用于生产应变传感器的第二方法的流程图。初始地，如在框900中所示，提供应变敏感元件以及连接到应变敏感元件的应变信号线。应变敏感元件和应变信号线都由一种或多种适当的材料形成。如早先所描述的，在一些实施例中，应变敏感元件以及一个或多个应变信号线由相同的材料形成，该材料诸如例如透明的导电氧化物膜。接下来，如在框902中所示，处理应变敏感元件以增加应变敏感元件的仪表灵敏系数。可以使用增加应变敏感元件的仪表灵敏系数的任何适当的技术来处理应变敏感元件。例如，在一种实施例中，应变敏感元件被激光退火以增加应变敏感元件的结晶度，这导致较高的仪表灵敏系数。
图10是用于生产应变传感器的第三方法的流程图。初始地，如在框900中所示，提供应变敏感元件以及连接到应变敏感元件的应变信号线。应变敏感元件和应变信号线都由一种或多种适当的材料形成。如早先所描述的，在一些实施例中，应变敏感元件以及一个或多个应变信号线由相同的材料形成，该材料诸如例如透明的导电氧化物膜。
接下来，如在框1000中所示，处理应变信号线以增加一个或多个应变信号线的电导。可以使用增加应变信号线的电导的任何适当的技术来处理应变信号线。例如，在一种实施例中，一个或多个应变信号线掺杂有减小应变信号线的总体电阻的一种或多种掺杂剂，这又增加应变信号线的电导。例如，这一种或多种掺杂剂可以扩散到应变信号线中以增加应变信号线的电导。
在又其他实施例中，可以调节用来形成应变敏感元件和/或应变信号线的制造工艺的一个或多个参数以增加组件的仪表灵敏系数和/或电导。图11是用于生产应变传感器的第四示例方法的流程图。初始地，调节用来在基板上形成应变敏感元件的处理的一个或多个参数以产生具有较高仪表灵敏系数的应变敏感元件。例如，在一种实施例中，当应变敏感元件沉积到基板上时，增加氧气的流动速率。较高的氧气流动速率可以减小应变敏感元件中的载流子浓度和/或载流子的移动性。在另一种实施例中，调节用来形成应变敏感元件的材料的厚度以增加应变敏感元件的仪表灵敏系数和/或减小应变敏感元件的电阻。例如，应变敏感元件中的材料可以形成为较薄的层从而导致较低的电阻率。
接下来，如在框1102中所示，一个或多个应变信号线在基板上形成并且连接到应变敏感元件。可以更改用来形成应变信号线的制造工艺的一个或多个参数以增加应变信号线的电导。另外或者作为替换，一个或多个应变信号线可以在形成之后被处理以增加应变信号线的电导。
在一些实施例中，整张的透明导电氧化物膜可以在基板(例如，图2中的基板202)的表面上形成并且跨基板的表面延伸，并且选择该膜的区或区域被处理以产生应变敏感元件和/或应变信号线。例如，掩模可以在透明导电氧化物膜上形成，其中与应变敏感元件的位置相对应的掩模的选择区域被去除。接着透明导电氧化物膜的暴露的选择区可以被掺杂以在整张透明导电氧化物膜中产生应变敏感元件。可以选择一种或多种掺杂剂以产生具有给定仪表灵敏系数、或者具有等于或大于阈值仪表灵敏系数的仪表灵敏系数的应变敏感元件。类似地，可以去除与应变信号线的位置相对应的掩模的选择区域，并且透明导电氧化物膜的暴露的选择区可以被掺杂以在整张透明导电氧化物膜中产生应变信号线。可以选择一种或多种掺杂剂以产生具有给定电导、或者具有等于或大于阈值电导的电导的应变信号线。
在其他实施例中，两张或更多张的透明导电氧化物膜可以在基板(例如，图2中的基板202)的表面上形成，并且选择这些膜的区或区域被处理以产生应变敏感元件和/或应变信号线。例如，具有与应变敏感元件的位置相对应的开口的一个掩模可以在透明导电氧化物膜的至少一部分上形成。接着，透明导电氧化物膜的暴露区可以被掺杂以在整张透明导电氧化物膜中产生应变敏感元件。第二掩模可以在一张导电氧化物膜的至少一部分上形成。第二掩模可以在与应变信号线的位置相对应的位置处具有开口。透明导电氧化物膜的暴露的选择区可以被掺杂以产生应变信号线。
现在参考图12，示出了可以包括一个或多个应变传感器的电子设备的例示性框图。如早先所讨论的，一个或多个应变传感器可以位于电子设备中的多种多样的组件上和/或一个或多个不同的位置处，以检测被施加在组件上或者施加在电子设备上的力。所例示的电子设备1200可以包括一个或多个处理设备1202、存储器1204、一个或多个输入/输出(I/O)设备1206、电源1208、一个或多个传感器1210、网络通信接口1212以及显示器1214，它们中的每个都将进行更详细的讨论。
一个或多个处理设备1202可以控制电子设备1200的一些或所有操作。处理设备1202可以直接地或者间接地与设备的基本上所有组件通信。例如，一个或多个系统总线1216或者其他通信机构可以提供处理设备1202、存储器1204、I/O设备1206、电源1208、一个或多个传感器1210、网络通信接口1212和/或显示器1214之间的通信。至少一个处理设备可以被配置为基于从一个或多个应变传感器接收到的信号确定被施加到I/O设备1206、显示器和/或电子设备1200的力的量和/或力的变化。
处理设备1202可以实现为能够处理、接收或传输数据或指令的任何电子设备。例如，一个或多个处理设备1202可以是微处理器、中央处理单元(CPU)、专用集成电路(ASIC)、数字信号处理器(DSP)或者多个这种设备的组合。如这里所讨论的，术语“处理设备”意在包括单个处理器或处理单元、多个处理器、多个处理单元或者其他适当配置的一个或多个计算元件。
存储器1204可以存储可由电子设备1200使用的电子数据。例如，存储器1204可以存储诸如音频文件、文档文件、定时和控制信号、操作设置和数据以及图像数据这样的电数据或内容。存储器1204可以被配置为任何类型的存储器。仅作为示例，存储器1204可以以任何的组合实现为随机存取存储器、只读存储器、闪存、可移除存储器或者其他类型的存储元件。
一个或多个I/O设备1206可以传输数据给用户或者另一个电子设备和/或接收来自用户或者另一个电子设备的数据。示例I/O设备1206包括但不局限于诸如触摸屏或跟踪板这样的触摸感测设备、一个或多个按钮、麦克风、触觉设备、扬声器和/或力感测设备1218。力感测设备1218可以包括一个或多个应变传感器。应变传感器可以配置成早先结合图2-11所讨论的应变传感器中的一个。
作为一个示例，图1中所示的I/O设备106可以包括力感测设备1218。如早先所描述的，力感测设备1218可以包括根据图2-11中所示的实施例的一种而配置的一个或多个应变传感器。施加到I/O设备106的力的量和/或所施加的力的量的变化可以基于从应变传感器接收到的信号而确定。
电源1208可以使用能够提供能量给电子设备1200的任何设备来实现。例如，电源1208可以是一个或多个电池或可充电电池，或者将电子设备连接到诸如壁式插座这样的另一个电源的连接缆线。
电子设备1200也可以包括位于电子设备1200上或电子设备1200中的基本上任何位置的一个或多个传感器1210。一个或多个传感器1210可以被配置为感测基本上任何类型的特性，诸如但不局限于图像、压力、光、热、触摸、力、温度、湿度、移动、相对运动、生物计量数据等。例如，传感器1210可以是图像传感器、温度传感器、光或光学传感器、加速计、环境传感器、陀螺仪、磁铁、健康监控传感器等。在一些实施例中，一个或多个传感器1210可以包括力感测设备，力感测设备包括一个或多个应变传感器。应变传感器可以被配置为早先结合图2-11所讨论的应变传感器中的一个。
作为一个示例，图1中所示的电子设备可以在外壳102的至少一部分中或者外壳102的至少一部分下方包括力感测设备1220。力感测设备1220可以包括一个或多个应变传感器，该一个或多个应变传感器可以被配置为早先结合图2-11所讨论的应变传感器中的一个。施加到外壳102的力的量，和/或所施加的力的量的变化可以基于从应变传感器接收到的信号来确定。
网络通信接口1212可以便利到或来自其他电子设备的数据的传输。例如，网络通信接口可以经由无线和/或有线网络连接传输电子信号。无线和有线网络连接的示例包括但不局限于蜂窝、Wi-Fi、蓝牙、红外、RFID、以太网和NFC。
显示器1214可以提供视觉输出给用户。显示器1214可以使用任何适当的技术实现，这些技术包括但不局限于使用液晶显示(LCD)技术、发光二极管(LED)技术、有机发光显示(OLED)技术、有机电致发光(OEL)技术或者另一种类型的显示技术的多点触摸感测触摸屏。在一些实施例中，显示器1214可以用作允许用户与电子设备1200交互的输入设备。例如，显示器可以包括触摸感测设备1222。触摸感测设备1222可以允许显示器用作触摸或多点触摸显示器。
另外或者作为替换，显示器1214可以包括力感测设备1224。在一些实施例中，力感测设备1224包括在显示器1214的显示器堆叠中。力感测设备1224可以包括一个或多个应变传感器。施加到显示器1214或者施加到布置在显示器之上的盖玻璃的力的量，和/或所施加的力的量的变化可以基于从应变传感器接收到的信号而确定。应变传感器可以被配置为早先结合图2-11所讨论的应变传感器中的一个。
应当注意，图12仅是示例性的。在其他示例中，电子设备可以包括比图12中所示的那些更少或更多的组件。另外或者作为替换，电子设备可以包括在系统中并且图12中所示的一个或多个组件与电子设备分离但是与电子设备通信。例如，电子设备可以操作性地连接到分离的显示器或者与分离的显示器通信。作为另一个示例，一个或多个应用或数据可以存储在与电子设备分离的存储器中。在一些实施例中，分离的存储器可以是基于云的系统或者是在相关联的电子设备中。
如早先所描述的，包括一个或多个应变传感器的力感测设备可以包括在显示器(例如，图1中的显示器104)的显示器堆叠中。图13描绘包括应变传感器的示例显示器堆叠的截面视图。显示器堆叠1300包括位于前置偏光片1302之上的盖玻璃1301。盖玻璃1301可以是由诸如例如玻璃、塑料、蓝宝石或者其组合的任何适当材料制成的柔性的可触摸表面。盖玻璃1301可以通过接收来自用户的触摸和力输入而充当触摸感测设备和力感测设备的输入区。用户可以使用一个或多个手指或者使用诸如手写笔的另一种元件来触摸和/或施加力到盖玻璃1301。
粘合剂层1304可以布置在盖玻璃1301和前置偏光片1302之间。任何适当的粘合剂可以用于粘合剂层，诸如例如透光粘合剂。显示层1306可以位于前置偏光片1302下面。如先前所描述的，显示层1306可以采取多种多样的形式，包括液晶显示器(LCD)、发光二极管(LED)显示器以及有机发光二极管(OLED)显示器。在一些实施例中，显示层1306可以由玻璃形成或者可以具有玻璃基板。这里所描述的实施例包括多点触摸的触摸屏LCD显示层。
另外，显示层406可以包括一层或多层。例如，显示层406可以包括VCOM缓冲层、LCD显示层以及布置在显示层之上和/或下方的导电层。在一种实施例中，导电层可以包括铟锡氧化物(ITO)层。
后置偏振片1308可以位于显示层1306下面，并且应变敏感结构1310位于后置偏振片1308下面。应变敏感结构1310包括基板1312，基板1312在基板1312的第一表面1316上具有第一组独立的透明应变传感器1314，并且在基板1312的第二表面1320上具有第二组独立的透明应变传感器1318。在所例示的实施例中，第一组透明应变传感器和第二组透明应变传感器位于对用户可见的显示器堆叠的区域中。如早先所描述的，应变传感器包括应变敏感元件以及物理地或者直接地连接到应变敏感元件的一个或多个应变信号线。在所例示的实施例中，第一表面1316和第二表面1320分别是基板1312的相对的顶表面和底表面。粘合剂层1322可以将基板1312附接到后置偏振片1308。
如早先所描述的，应变传感器可以形成为直线的应变传感器的阵列。第一组独立的应变传感器1314中的每个应变敏感元件与第二组独立的应变传感器1318中的应变敏感元件中的相应一个垂直地对齐。在许多实施例中，每个个体应变敏感元件可以采取所选择的形状。例如，在某些实施例中，应变敏感元件可以以与图3中所示的蛇形图案相类似的蛇形图案沉积。
背光单元1324可以布置在应变敏感结构1310的下面(例如，附接到该结构)。背光单元1324可以被配置为支撑基板1312的不包括应变敏感元件的一个或多个部分。例如，如图13中所示，背光单元1324可以支撑基板1312的端部。其他实施例可以不同地配置背光单元。
应变传感器典型地通过导电连接器1328连接到感测电路系统1326。感测电路系统1326被配置为检测应变敏感元件中的每一个的电气性质的变化。在该示例中，感测电路系统1326可以被配置为检测应变敏感元件的电阻的变化，该变化可以与被施加到盖玻璃1301的力相关。在一些实施例中，感测电路系统1326也可以被配置为基于应变传感器1314、1318的电阻的变化的相对差异来提供关于触摸的位置的信息。
如早先所描述的，在一些实施例中，应变敏感元件由透明的导电氧化物膜形成。当力施加到输入区(例如，盖玻璃1301)时，平面的应变敏感结构1310经受应变并且透明的导电氧化物膜的电阻与应变成比例改变。如图14中所示，力可以使得应变敏感结构1310略微弯曲。应变敏感结构1310的底表面1400伸长，而顶表面1402压缩。应变敏感元件测量表面的伸长或压缩，并且这些测量可以与施加到输入区的力的量相关。
两个垂直对齐的应变敏感元件(例如，1330和1332)形成应变感测设备1334。感测电路系统1326可以适于接收来自每个应变感测设备1334的信号并且确定每个应变感测设备的电气性质的差异。例如，如上所述，力可以在盖玻璃1301处接收到，这又使得应变敏感结构1310弯曲。感测电路系统1326被配置为基于从应变感测设备1334接收到的信号检测一个或多个应变感测设备的电气性质(例如，电阻)的变化，并且这些变化与施加到盖玻璃1301的力的量相关。
在所例示的实施例中，间隙1336存在于应变敏感结构1310与背光单元1324之间。应变测量本质上测量基板1312的顶表面1316上的一点处的力加上在基板1312的底表面1320上的该点处来自底部的力。当间隙1336存在时，在底表面1320上不存在力。因此，可以独立于底表面1320上的力来测量顶表面1316上的力。在作为替换的实施例中，当显示器堆叠1300不包括间隙1336时，应变敏感结构1310可以位于显示层上面。
其他实施例可以不同地配置应变敏感结构。例如，应变敏感结构可以包括在基板的表面上的仅一组应变敏感元件。处理设备可以被配置为基于从该组应变敏感元件接收到的信号确定施加到输入区的力的量或者力的变化。
现在参考图15，示出了可操作地连接到应变感测设备的感测电路系统的简化示意图。包括两个垂直对齐的应变敏感元件的应变感测设备1334(参看图13)可以被建模成被配置作为分压器的两个电阻器RSENSE。参考分压器1502包括两个参考电阻器RREF。作为一个示例，应变感测设备1334和参考分压器1502可以被建模成惠斯通(Wheatstone)桥电路，其中应变感测设备1334形成惠斯通桥电路的一半桥，并且参考分压器1502形成惠斯通桥电路的另一半桥。其他实施例可以不同地建模应变传感器和参考电阻器。例如，应变敏感结构可以包括仅一组应变敏感元件，并且特定的应变敏感元件和参考电阻器可以被建模成惠斯通半桥电路。
在节点1504处接收第一参考电压(VREF_TOP)并且在节点1506处接收第二参考电压(VREF_BOT)。应变感测设备1334的节点1508处的力信号以及参考分压器1502的节点1510处的参考信号由感测电路系统1512接收。感测电路系统1512被配置为基于两个分压器的力信号和参考信号的差异，检测应变感测设备1334的电气性质(例如，电阻)的变化。变化可以与施加到电子设备的相应输入区(例如，图12中的盖玻璃1201)的力的量相关。
已经具体参考某些特征详细地描述了各种实施例，但是应当理解，可以在本公开的精神和范围内产生变化和修改。例如，一个或多个应变敏感元件可以由非金属不透明材料形成。另外或者作为替换，一个或多个应变敏感元件可以在一层上形成并且应变信号线在另一层上形成，使得应变敏感元件和对应的应变信号线不共面(在不同的平面表面上)。可以形成通孔穿过介入的一层或多层以产生应变敏感元件与应变信号线之间的电气接触。
即使已经在这里描述了具体的实施例，也应当注意，本申请不局限于这些实施例。特别低，在兼容的情况下，关于一个实施例描述的任何特征也可以在其他实施例中使用。类似地，在兼容的情况下，不同实施例的特征可以交换。

Claims (15)

1.一种位于电子设备的可见区域中的透明应变传感器，其特征在于，该透明应变传感器包括：
由具有第一仪表灵敏系数的第一透明导电材料构成的透明应变敏感元件；
直接地连接到透明应变敏感元件并且由具有第二仪表灵敏系数的第二透明导电材料构成的透明应变信号线，其中第一仪表灵敏系数大于第二仪表灵敏系数。
2.根据权利要求1所述的透明应变传感器，其特征在于，第一透明导电材料具有第一电阻并且第二透明导电材料具有第二电阻，并且第一电阻大于第二电阻。
3.根据权利要求1所述的透明应变传感器，其特征在于，第一透明导电材料和第二透明导电材料各自包括透明导电氧化物膜。
4.根据权利要求3所述的透明应变传感器，其特征在于，第一透明导电材料包括掺杂镓的氧化锌膜和掺杂铝的氧化锌膜中的一种。
5.根据权利要求3所述的透明应变传感器，其特征在于，第二透明导电材料包括铟锡氧化物膜。
6.根据权利要求3所述的透明应变传感器，其特征在于，第一透明导电材料包括多层透明导电结构，该多层透明导电结构包括布置在两个透明导电氧化物膜之间的绝缘层。
7.根据权利要求2所述的透明应变传感器，其特征在于，应变信号线中的第二透明导电材料被处理以产生第二电阻。
8.根据权利要求1所述的透明应变传感器，其特征在于，应变敏感元件的第一透明导电材料被处理以产生第一仪表灵敏系数。
9.根据权利要求7所述的透明应变传感器，其特征在于，应变敏感元件的第一透明导电材料被激光退火以产生第一仪表灵敏系数。
10.根据权利要求1所述的透明应变传感器，其特征在于，电子设备的可见区域包括电子设备的显示器堆叠。
11.一种位于电子设备的可见区域中的透明应变传感器，其特征在于，该透明应变传感器包括混合透明导电材料，该混合透明导电材料包括第一透明导电区段和连接到第一导电区段的第二导电区段，第一透明导电区段具有第一仪表灵敏系数和第一电阻，并且第二导电区段具有第二仪表灵敏系数和第二电阻，其中第一仪表灵敏系数大于第二仪表灵敏系数，并且第一电阻大于第二电阻。
12.根据权利要求11所述的透明应变传感器，其特征在于，还包括直接地连接到透明应变传感器的至少一个透明应变信号线，其中该至少一个透明信号线具有第三仪表灵敏系数和第三电阻，其中第三电阻小于第一电阻和第二电阻。
13.根据权利要求11所述的透明应变传感器，其特征在于，电子设备的可见区域包括电子设备的显示器堆叠。
14.一种电子设备，其特征在于，包括：
用于显示器的显示器堆叠，该显示器堆叠包括：
盖玻璃；以及
位于盖玻璃下面的应变感测结构，应变感测结构包括基板、 位于基板的第一表面上的第一透明应变敏感元件以及位于基板的第二表面上的第二透明应变敏感元件；以及
直接地连接到每一个透明应变敏感元件的一个或多个透明应变信号线，其中第一透明应变敏感元件和第二透明应变敏感元件具有比透明应变信号线的仪表灵敏系数大的仪表灵敏系数，并且其中第一透明应变敏感元件和第二透明应变敏感元件以及透明应变信号线位于当观看显示器时可见的区域中；
电连接到透明应变信号线的感测电路系统；以及
能够操作地连接到感测电路系统并且被配置为基于从感测电路系统接收到的信号来确定施加到盖玻璃的力的量的控制器。
15.根据权利要求14所述的电子设备，其特征在于，第一透明应变敏感元件和第二透明应变敏感元件各自由掺杂镓的氧化锌膜和掺杂铝的氧化锌膜中的一种构成，并且透明应变信号线由铟锡氧化物膜构成。
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