CN206877309U - 电容式感测结构 - Google Patents

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Abstract

本公开涉及电容式感测结构。提供了一种用于检测触摸屏应用中的力触摸的电容式感测结构。通过提供具有不同厚度的点图案感测电极的电容式力触摸结构来改善力触摸传感器的性能一致性，其中，电极厚度的变化对应于感测电极的部分的相对位移势。这种厚度变化通过补偿该感测电极的该位移势(即，挠度)来提高该力传感器的性能一致性，从而使得不论触摸表面上的力触摸的位置如何都一致地测量施加到该触摸表面上的该力触摸。

Description

电容式感测结构
技术领域
本公开总体上涉及电容式触摸屏面板，并且更具体地涉及用于电容式触摸屏的一种或多种力传感器图案。
背景技术
触摸屏显示器在当前移动平台应用(比如智能手机)中变得无处不在。触摸屏显示器消除了对键盘的需要并且在一些实施方式中充当检测触摸屏上的用户手势并且将手势转化为用户输入的用户界面。
常规地，触摸屏显示器包括LCD(液晶显示器)屏幕或与触摸传感器技术相结合的其他类似的显示技术，如例如电容、电阻、红外或表面声波技术，以便确定用户与触摸屏相接触的一个或多个点。然而，这些触摸感测技术仅在显示器平面中的两个维度上检测用户输入。例如，图1展示了现有技术移动设备10，该现有技术移动设备具有沿着X轴和Y轴检测二维触摸信息的触摸屏12。图1中展示的实施例能够使用触摸传感器安排(比如图2中所展示的以及以下所描述的触摸传感器安排)来在两个维度上检测用户触摸。
图2展示了用于电容式触摸屏(比如图1中所示的触摸屏12)的现有技术菱形传感器图案100。传感器图案100包括第一组菱形传感器102，在本领域中经常被称为发射传感器或发射电极结构。传感器102以矩阵形式安排，从而使得每列中的传感器102通过连接构件104彼此连接。相邻列中的传感器102彼此隔离开。传感器图案100还包括第二组菱形传感器112，在本领域中经常被称为接收传感器或接收电极结构。传感器112以矩阵形式安排，从而使得每行中的传感器112通过连接构件114彼此连接。相邻行中的传感器112彼此隔离开。
菱形传感器102的矩阵与菱形传感器112的矩阵交错，其方式为一组四个菱形传感器102之间的空间被菱形传感器112之一占据并且一组四个菱形传感器112之间的空间被菱形传感器102之一占据。
在一些实施例中，第一组传感器102和第二组传感器112以及连接构件104和114由单一图案化材料层制成，其中，连接构件104在连接构件114之上提供与传感器102的桥接连接，或者连接构件114在连接构件104之上提供与传感器112的桥接连接。在其他实施例中，传感器102和连接构件104由第一图案化材料制成，并且传感器112和连接构件114由第二图案化材料层制成。在此处讨论的实施例中，材料层可以包括本领域中已知的相关材料(如例如铟锡氧化物(ITO))，并且可以由透明衬底层支撑。
在传感器图案包括多个材料层的实施例中，第一图案化材料层和第二图案化材料层通过插置的绝缘层彼此隔离。包括菱形传感器102和连接构件104的第一图案化材料层可以包括电容触摸屏的下层，并且包括菱形传感器112和连接构件114的第二图案化材料层可以包括上层(如图2中所示出的)，或反之亦然。绝缘层、第一图案化材料层以及第二图案化材料层由透明衬底层支撑。
以上描述的现有技术菱形传感器图案通常以堆叠构型覆盖显示屏。通常，该显示屏为液晶显示器(LCD)，尽管还可以使用其他显示器技术。在操作中，这些现有技术传感器图案在两个维度上(沿着X轴和Y轴)检测用户输入。
为了在三个维度上检测用户触摸输入，可以使用力触摸传感器。常规力触摸传感器使用由用户触摸生成的压力或力来为触摸检测提供第三维度。然而，常规力触摸传感器会引发不期望的寄生电容量，并且性能一致性受到损害。因此，本领域中存在对用于电容式触摸屏应用的改进的力传感器图案的需要。
实用新型内容
本公开的目的就在于提供用于电容式触摸屏应用的改进的力传感器图案。本公开提供了一种电容式感测结构，该电容式感测结构包括：触摸表面；一个或多个感测电极，该一个或多个电极布置在该触摸表面与接地面之间，该一个或多个感测电极具有节点矩阵，其中，每个节点与相邻节点间隔第一距离；以及控制电路，该控制电路被配置成用于感测该一个或多个感测电极处的电容，其中，该一个或多个感测电极处的该电容的变化指示力触摸。
在另一个实施例中，本公开提供了一种电容式感测结构，该电容式感测结构包括：一个或多个感测电极，该一个或多个感测电极由节点矩阵形成，该一个或多个感测电极由该节点矩阵限定并且布置在接地面与触摸表面之间，其中，每个节点与相邻节点间隔第一距离，并且其中，该一个或多个感测电极中的每个感测电极与相邻感测电极间隔该第一距离；以及控制电路，该控制电路被配置成用于感测该一个或多个感测电极处的电容，其中，该一个或多个感测电极处的该电容的变化指示力触摸。通过本申请的方案，可以提供用于检测触摸屏应用中的力触摸的电容式感测结构。
当结合附图阅读时，本公开的前述和其他特征以及优点将从实施例的以下详细描述中变得更加明显。详细描述和附图仅说明本公开，而不是限制如由所附权利要求及其等效物限定的本实用新型的范围。
附图说明
通过示例的方式在未按比例绘制的附图中展示了实施例，在附图中，相同的数字指示类似的部件，并且在附图中：
图1展示了现有技术移动设备，该现有技术移动设备具有沿着X轴和Y轴检测二维触摸信息的触摸屏；
图2展示了用于在电容式触摸屏中沿着X轴和Y轴检测二维触摸信息的现有技术菱形传感器图案；
图3展示了示意图，表示用于实施所公开的电容式感测结构的电子设备的示例实施例的横截面视图；
图4展示了耦合至触摸传感器电路和力传感器电路的控制电路的示例实施例的示意图；
图5A、图5B和图5C展示了具有被定位在接地面上方的一个或多个感测电极的示例力传感器；
图6A、图6B、图6C和图6D展示了力感测结构的示例实施例，该力感测结构具有从力感测结构的中心位置径向延伸的多个三角形感测电极；
图7A和图7B展示了具有三角形感测电极行的力感测结构的示例实施例；
图8A和图8B展示了具有矩形感测电极矩阵的力感测结构的示例实施例；
图9A和图9B展示了具有螺旋图案的矩形感测电极矩阵的力感测结构的示例实施例；
图10A和图10B展示了具有矩形感测电极矩阵的力感测结构的示例实施例，其中，矩形感测电极具有限定了孔的矩形图案；
图11展示了具有多个矩形环的力感测结构的示例实施例；以及
图12A、图12B和图12C展示了具有节点矩阵的力感测结构的示例实施例。
具体实施方式
在以下详细描述和附图中，阐述了许多具体细节以提供对本公开的透彻理解。然而，本领域的技术人员将认识到，在一些实例中，本公开可以在没有这些具体细节的情况下实践。在其他实例中，已经以示意图或框图形式展示了公知要素，以便不以不必要的细节模糊本公开。另外，就大部分而言，已经省略了具体细节等，因为这些细节对于获得对本公开的完全理解而言不被认为是必要的，并且它们被认为是在相关领域的普通技术人员的理解范围之内。
进一步注意的是，除非另有指示，否则，在此描述的全部功能可以在硬件中或者作为用于使得计算机或其他电子设备执行预定操作的软件指令被执行，其中，这些软件指令在计算机可读存储介质(诸如RAM、硬盘驱动器、闪存或本领域技术人员已知的其他类型的计算机可读存储介质)上被具体化。在某些实施例中，计算机、无线电设备机、或其他设备的预定操作由根据代码(比如计算机程序代码)的处理器(比如计算机或电子数据处理器)、软件、固件、以及在一些实施例中被编码成用于执行这种功能的集成电路来执行。而且，应当理解的是，在此被描述为由用户执行的各种操作可以是由用户手动执行的操作，或者可以是利用或不利用用户提供的指令执行的自动化过程。
本公开提供了一种用于检测触摸屏应用中的力触摸的电容式感测结构。该电容式感测结构可以在各种电子设备(如例如智能电话、平板计算机或实施触摸屏的任何其他设备)中实施。当与常规力触摸传感器相比时，所公开的电容式感测结构减小了寄生电容并改善了力触摸传感器的性能一致性。
具体地，通过使用具有以下各项中的至少一项的电容式感测结构来减小寄生电容：(a)具有减小尺寸或表面积的感测电极，以及(b)安排感测结构，从而使得感测电极与底层接地面之间的具有逐渐增大的距离，从而使得在感测电极与接地面之间形成的寄生电容减小。
通过提供具有不同厚度的感测电极的电容式力触摸结构来改善力触摸传感器的性能一致性，其中，电极厚度的变化对应于感测电极的部分的相对位移势(DisplacementPotential)。这种厚度变化通过补偿该感测电极的该位移势(即，挠度)来提高该力传感器的性能一致性，从而使得不论触摸表面上的力触摸的位置如何都一致地测量施加到该触摸表面上的该力触摸。
现在参照图3，示出了用于实施所公开的电容式感测结构的电子设备300的示例实施例的横截面视图，该电子设备具有触摸表面302(例如，覆盖玻璃)、二维触摸传感器电路304(例如，类似于图2中所展示的二维触摸传感器电路)、显示电路306(包括例如，低温多晶硅玻璃)、力传感器电路308以及充当电接地的框架构件310。在一些实施例中，框架构件310可以包括电子设备的框架或托架，并且可以定位在其他部件(比如电池和主板)(未示出)之上。
在图3中所展示的实施例中，力传感器电路308包括一个或多个感测电极314、将该一个或多个感测电极314与显示电路306间隔距离d1的第一衬垫312、以及将该一个或多个感测电极314与框架构件310间隔距离d2的第二衬垫316。
在一些实施例中，电子设备可以包括用于控制二维触摸传感器电路304和力传感器电路308的控制电路。例如，图4展示了控制电路402包括分别用于控制二维触摸传感器电路304和力传感器电路308的触摸感测电路404和力感测电路406的示例实施例的示意图。图4示出了触摸传感器电路304的俯视图，其中，触摸感测电路404通过接收迹线410耦合至触摸传感器电路304的接收传感器408并且通过发射迹线414耦合至触摸传感器电路304的发射传感器412。触摸感测电路404控制触摸传感器电路304的操作以便检测触摸表面302上的用户触摸，其中，在两个维度上确定用户触摸：沿着被定位在基本上平行于触摸表面302的平面上的X轴和Y轴。
图4示出了力传感器电路308的俯视图，其中，力感测电路406通过力迹线416耦合至多个感测电极314。力传感器电路308包括框架构件310、以栅格形式安排的感测电极314、以及第一衬垫312和第二衬垫316(图4中未示出)。如以下更详细解释的，在力被施加于触摸表面并且因此施加到感测电极314上时，力感测电路406感测在感测电极314处的电容的变化。这种电容变化指示施加到触摸表面的力，并且可以分配有用于指示在第三维度上的用户触摸输入(即，力触摸)的值。例如，第三维度可以是沿着基本上垂直于触摸表面302、二维触摸传感器电路304、力传感器314或框架构件310的Z轴延伸的方向。
现在参照图5A、图5B和图5C，这些图展示了具有被定位在接地面504(如例如，电子设备的框架构件)上方的一个或多个感测电极502的示例力传感器结构500的横截面视图。感测电极502与接地面504间隔距离d。在操作中，感测电极502为接收电压的柔性导体。如图5B中所示出的，当用户将力施加到触摸表面上时，力506被施加到感测电极502上，使感测电极502在朝向接地面504的方向上进行挠曲，从而减小感测电极502与接地面504之间的距离d。随着感测电极502接近接地面504，接地面504干扰感测电极502的边缘电场，从而形成(或改变)感测电极502与接地面504之间的电容C。电容C同感测电极502与接地面504之间的距离d成反比。因此，感测电极502越靠近接地面504，电容C越大。可以通过以下等式来表示用于测量力触摸的此电容：
其中，C＝电容，
ε0＝自由空间的介电常数，
εr＝感测电极502与接地面504之间的材料的相对介电常数，
A＝感测电极502的面积，以及
d＝感测电极502与接地面504之间的距离。
对应感测电极502的位移势取决于感测电极502相对于电子设备的结构的位置。换言之，感测电极502的位移(即，针对给定力，d的变化)可以至少部分地取决于感测电极502被定位在触摸表面附近的位置。例如，如图5C中所展示的，当与邻近触摸表面(未示出)的周边位置的具有施加到其上的相等力512和514的感测电极502的位移比较时，施加到邻近触摸表面(未示出)的中心位置的感测电极502上的力510可能导致那些感测电极502的更大位移。在这个示例中，电子设备的框架或结构抑制触摸表面以及因此底层感测电极502在电子设备的框架(通常是触摸表面的周边)附近的位置处的移动。因此，离电子设备的框架或结构更远的点的移动通常比靠近触摸屏的周边的点更少地受到限制。由此，相比定位在通常沿着触摸表面的周边或外围边缘定位的框架或结构附近的感测电极502，被定位在这些点(例如，触摸表面的中心区域)附近的感测电极502针对施加在这些点处的力将通常展现更大的位移。感测电极502的这种移动势在本文中被称为位移势。
由于上述结果，施加到触摸表面上的力触摸使邻近力触摸的位置的相应感测电极502处的电容根据那些感测电极502的位移势来进行调整。换言之，力触摸的测量结果取决于邻近力触摸的位置的感测电极502的位移势。因此，以与施加到触摸表面中心附近的位置的相等力的力触摸不同的方式来测量施加到触摸表面的周边附近的位置的力触摸。在这种实施例中，由于力触摸测量受感测电极502的位移势的影响而在这方面没有任何补偿，所以不能维持性能的一致性。
本公开提供了一种电容式力触摸结构，该电容式力触摸结构通过补偿感测电极的位移势提供一致的力触摸测量。具体地，力传感器结合了具有不同厚度的感测电极，其中，厚度变化对应于感测电极的部分的相对位移势。这种厚度变化通过补偿感测电极的位移势来提高力传感器的性能一致性，从而使得不论触摸表面上的力触摸的位置如何都一致地测量施加到触摸表面上的力触摸。
力感测结构的以下实施例可以在类似于以上关于图3和图4所讨论的电子设备环境的电子设备环境中实施，并且类似于以上关于图5A、图5B和图5C所讨论的力感测结构进行操作，除了感测电极被设计成具有不同的厚度并且被安排在不同的力传感器图案中以外。在此公开的实施例中，一个或多个感测电极的形状或图案用于描述一个或多个感测电极相对于感测电极沿着X轴和Y轴的俯视图(即，平面图)的长度、宽度、和/或安排，而感测电极的厚度用于描述感测电极结构相对于Z轴的深度。
例如，图6A、图6B和图6C展示了力感测结构600的示例实施例，该力感测结构具有从力感测结构600的中心位置605径向地延伸的多个三角形(如从图6B中的俯视图中观察到的)的感测电极602。图6A示出了三角形感测电极602的横截面视图，其中，电极602具有基底部分604和尖端部分608。感测电极602具有厚度T1，该厚度沿着感测电极602的长度L1变化，从而使得厚度T1在基底部分604处最大并且在尖端部分608处最小。在一些实施例中，厚度T1被选择为进行变化从而使得其遵循指数函数y＝exp(x)，其中，y为厚度T1并且x为沿着感测电极602的长度L1的点，从而使得厚度T1随着其接近基底部分604呈指数增加。在一些实施例中，感测电极602可以在尖端部分608处具有100μm的厚度，并且在基底部分604处具有1000μm的厚度。
如之前所讨论的，厚度T1的变化相反地对应于感测电极602的部分的相对位移势。因为感测电极602的位移势在尖端部分608处最大，并且在基底部分604处最小，所以施加到触摸表面上在尖端部分608附近的位置处的力触摸将产生比施加到基底部分604附近的触摸表面上的相等的力触摸更大的距离d变化。因此，感测电极602被设计成具有在基底部分604处最大并且在尖端部分608处最小的厚度T1。这种厚度T1的变化通过补偿感测电极602的位移势的变化来提高力传感器600的性能一致性，从而使得不论触摸表面上的力触摸的位置如何都一致地测量施加到触摸表面上的力触摸。
力触摸测量的一致性是通过测量感测电极602处的电容的变化来实现的，该变化是由施加到触摸表面上的力触摸造成的距离d(以及朝向接地面的相应位移)的变化引起的。通过提供根据本公开的厚度变化(例如，在基底部分604处的较大厚度T1以及在尖端部分608处的较小厚度T1，或者根据上述指数函数)，距离d的更小变化将记录感测电极602处的电容变化，该电容变化与当在接触表面的中心位置615附近施加相等的力触摸时由尖端部分608的结果位移引起的电容变化相当。厚度T1被选择为沿着长度L1变化，从而使得沿着感测电极602的长度L1维持这种关系，从而使得对于施加到接触表面上的一致力触摸，不论触摸表面上的力触摸的位置如何都测量在感测电极602处的类似电容变化。
图6B示出了力感测结构600的俯视图，其中，三角形感测电极602被安排成从力感测结构600的中心位置605径向地延伸，从而使得基底部分604被定位在感测结构600的周边位置606附近，并且尖端部分608被定位在感测结构600的中心位置605附近。如本文所讨论的，感测电极602的位移势在中心位置605附近的位置中最大，并且在周面位置606附近的位置中最小。在一些实施例中，中心位置605可以为具有2.5mm的半径的圆形区域。
图6C和图6D示出了如沿着图6B的线A-A观察到的力感测结构600的横截面视图的不同实施例。图6C和图6D中展示的实施例示出了被定位在感测电极602之上的触摸表面617以及被定位在感测电极602之下并且与感测电极602间隔距离d的接地面614。力感测结构600的中心位置605被定位在上层触摸表面617的中心位置615附近，并且力感测结构600的周边位置606被定位在上层触摸表面617的周边位置616附近。感测电极602与接地面614间隔距离d，该距离至少部分地由感测电极602的厚度T1限定。
在图6C中示出的实施例中，感测电极602的尖端部分608朝向上层触摸表面617成一角度，从而使得感测电极602与表面617之间的间距620跨力感测结构600基本上一致。在图6D中示出的实施例中，感测电极602被对准，从而使得基底部分604基本上平行于与接地表面614垂直延伸的虚平面(未示出)，从而使得感测电极602与上层触摸表面617之间的间距620沿着感测电极602的长度而变化。尽管在图6C或图6D中没有示出，但是在一些实施例中，力感测电极600可以包括触摸表面617与感测电极602之间的第一衬垫以及感测电极602与接地面614之间的第二衬垫。
如之前讨论的，当力触摸施加到触摸表面617上时，触摸的力引起被定位在力触摸下方的(多个)感测电极602的位移，从而使得(多个)感测电极602在朝向接地面614的方向上挠曲，从而导致距离d的相对变化，并且改变在感测电极602处测量的电容。电容的这种变化由控制电路(如例如，图4中的控制电路402或406)测量，以便确定力触摸的力或以其他方式为测量的力触摸分配值。此值与在基本上垂直于触摸表面617、感测电极602或接地面614的方向上施加的某个用户触摸输入(即，力触摸输入)相关。在一些实施例中，这种用户触摸输入(即，力触摸输入)由电子设备中的控制电路或其他电路用来执行任务，或以其他方式与用户输入进行关联。
除非另有说明，否则本公开的以下实施例被设计为根据前述公开来操作。因此，没有详细讨论以下力传感器实施例的操作以及感测电极厚度的设计，因为这些细节从前述公开中应当是显而易见的。
现在参照图7A和图7B，示出了具有三角形感测电极702行的力感测结构700的示例实施例。图7A示出了三角形感测电极702的横截面视图，其中，电极702具有基底部分704和尖端部分708。感测电极702具有厚度T1，该厚度沿着感测电极702的长度L1变化，从而使得厚度T1在基底部分704处最大并且在尖端部分708处最小。在一些实施例中，厚度T1被选择为进行变化从而使得其遵循指数函数y＝exp(x)，其中，y为厚度T1并且x为沿着感测电极702的长度L1的点，从而使得厚度T1随着其接近基底部分704呈指数增加。在一些实施例中，感测电极702可以在尖端部分708处具有100μm的厚度，并且在基底部分704处具有1000μm的厚度。
图7B示出了力感测结构700的俯视图，其中，三角形感测电极702被成行地安排。每行包括两个感测电极702，其中，一行中的感测电极702被定位成其基底部分704位于感测结构700的周边位置706附近，并且其尖端部分708位于该行的中心位置705附近。如本文所讨论的，感测电极702的位移势可以在每行的中心位置705附近的位置中较大，并且在周边位置706附近的位置中较小。在图7B中所展示的实施例中，行的感测电极702被示出为在它们各自的尖端部分708处电连接。然而，应当理解的是，在一些实施例中，一行中的感测电极702不是电连接的。
现在参照图8A和图8B，示出了具有矩形感测电极802矩阵的力感测结构800的示例实施例。图8A从俯视图示出了矩形感测电极802。电极802包括被安排成形成外矩形图案808和内矩形图案810的竖直电极部分804和水平电极部分806。外矩形图案808和内矩形图案810各自被内部竖直部分804A和内部水平部分806A划分成更小的矩形形状。竖直电极部分804和水平电极部分806中的每一者都具有根据竖直电极部分804和水平电极部分806相对于感测结构800的中心位置的位置而变化的厚度(未示出)。在一些实施例中，厚度被选择为进行变化从而使得其遵循指数函数：y＝exp(x)，其中，y为厚度并且x对应于离力感测结构800的中心部分815(见图8B)的距离，从而使得竖直电极部分804和水平电极部分806的厚度随着它们接近力感测结构800的周边820(见图8B)而呈指数增大。在一些实施例中，每个矩形感测电极802具有跨电极802的宽度一致的厚度，但是感测电极802相对于感测结构800的周边820定位得越近，包括感测结构800的感测电极802的厚度增大。
图8B示出了力感测结构800的俯视图，其中，矩形感测电极802以矩阵形式安排。矩形感测电极802矩阵由感测结构814列和感测结构816行形成。感测结构814列在感测结构800的顶部边缘830与感测结构800的底部边缘835之间延伸，以便形成每个感测电极802的竖直电极部分804。感测结构816行在感测结构800的第一侧840与感测结构800的第二侧845之间延伸，以便形成每个感测电极802的水平电极部分806。
感测结构814列和感测结构816行各自具有厚度和宽度，其中，厚度是基于感测结构814/816的对应列或行离力感测结构800的中心部分815的距离来确定的。例如，被定位成离中心部分815更远的感测结构814的列具有比离中心部分815更近的感测结构814的列的厚度更大的厚度。类似地，被定位成离中心部分815更远的感测结构816行的厚度比离中心部分815更近的感测结构816行的厚度更大。在一些实施例中，感测结构814/816的对应列和行的厚度被选择为进行变化从而使得其遵循指数函数：y＝exp(x)，其中，y为厚度并且x对应于离力感测结构800的中心部分815的距离，从而使得感测结构814/816的列和行的厚度随着它们接近力感测结构800的周边820而呈指数增大。在一些实施例中，被定位成离中心部分815最远的感测结构814的列具有498μm的厚度，而被定位成离中心部分815最近的感测结构814的列具有150μm的厚度。在一些实施例中，被定位成离中心部分815最远的感测结构816的行具有608μm的厚度，而被定位成离中心部分815最近的感测结构816的行具有150μm的厚度。
在一些实施例中，感测结构814/816的列和行的宽度取决于感测结构814/816的相应列和行是否形成外矩形图案808或内矩形图案810。例如，形成外矩形图案808的感测结构814的列可以具有16.76mm的宽度，而形成内矩形图案810的感测结构814的列可以具有8.38mm的宽度。类似地，形成外矩形图案808的感测结构816的行可以具有11.39mm的宽度，而形成内矩形图案810的感测结构816的行可以具有5.70mm的宽度。
现在参照图9A和图9B，示出了具有矩形感测电极902矩阵的力感测结构900的示例实施例，这些矩形感测电极具有螺旋图案。图9A从俯视图示出了感测电极902。感测电极902包括连接在一起并被安排成形成螺旋图案的竖直电极部分904和水平电极部分906。竖直电极部分904和水平电极部分906中的每一者都具有根据竖直电极部分904和水平电极部分906相对于感测结构900的中心位置的位置而变化的厚度(未示出)。在一些实施例中，厚度被选择为进行变化从而使得其遵循指数函数：y＝exp(x)，其中，y为厚度并且x对应于离力感测结构900的中心部分915(见图9B)的距离，从而使得竖直电极部分904和水平电极部分906的厚度随着它们接近力感测结构900的周边920(见图9B)而呈指数增大。
图9B示出了力感测结构900的俯视图，其中，感测电极902以矩阵形式安排。感测电极902矩阵由感测结构914列和感测结构916行形成。感测结构914列在感测结构900的顶部边缘930与感测结构900的底部边缘935之间延伸，以便形成每个感测电极902的竖直电极部分904。感测结构916行在感测结构900的第一侧940与感测结构900的第二侧945之间延伸，以便形成每个感测电极902的水平电极部分906。
感测结构914列和感测结构916行各自具有厚度，其中，厚度是基于感测结构914/916的对应列或行离力感测结构900的中心部分915的距离来确定的。例如，被定位成离中心部分915更远的感测结构914列的厚度比离中心部分915更近的感测结构914列的厚度更大。类似地，被定位成离中心部分915更远的感测结构916行的厚度比离中心部分915更近的感测结构916行的厚度更大。在一些实施例中，感测结构914/916的对应列和行的厚度被选择为进行变化从而使得其遵循指数函数：y＝exp(x)，其中，y为厚度并且x对应于离力感测结构900的中心部分915的距离，从而使得感测结构914/916的列和行的厚度随着它们接近力感测结构900的周边920而呈指数增大。在一些实施例中，被定位成离中心部分915最远的感测结构914列具有334μm的厚度，而被定位成离中心部分915最近的感测结构914列具有150μm的厚度。在一些实施例中，被定位成离中心部分915最远的感测结构916行具有550μm的厚度，而被定位成离中心部分915最近的感测结构916行具有150μm的厚度。
现在参照图10A和图10B，示出了具有矩形感测电极1002矩阵的力感测结构1000的示例实施例，其中，矩形感测电极1002具有限定了孔的矩形图案。图10A从俯视图示出了感测电极1002。感测电极1002包括连接在一起并被安排成用于形成矩形图案的竖直电极部分1004和水平电极部分1006，其中，矩形图案限定了竖直电极部分1004与水平电极部分1006之间的孔1005。
图10B示出了力感测结构1000的俯视图，其中，图10A的感测电极1002以矩阵形式安排。感测电极1002矩阵由感测结构1014列和感测结构1016行形成。感测结构1014列在感测结构1000的顶部边缘1030与感测结构1000的底部边缘1035之间延伸，以便形成每个感测电极1002的竖直电极部分1004。感测结构1016行在感测结构1000的第一侧1040与感测结构1000的第二侧1045之间延伸，以便形成每个感测电极1002的水平电极部分1006。
竖直电极部分1004和水平电极部分1006中的每一者都具有厚度(未示出)，该厚度根据竖直电极部分1004和水平电极部分1006相对于感测结构1000的周边位置1020的位置而变化。具体地，在一些实施例中，被定位在感测结构1000的周边位置1020附近的竖直电极部分1004和水平电极部分1006的厚度比未被定位在感测结构1000的周边位置1020附近的竖直电极部分1004和水平电极部分1006的厚度更大。例如，在一些实施例中，被定位在感测结构1000的周边位置1020附近的竖直电极部分1004和水平电极部分1006具有200μm的厚度，而未沿着周边1020定位的竖直电极部分1004和水平电极部分1006具有100μm的厚度。在一些实施例中，对应竖直电极部分1004和水平电极部分1006的厚度取决于感测结构1000的大小和包括感测结构1000的感测电极1002的数量。
现在参照图11，示出了具有多个矩形环1105的力感测结构1100的示例实施例。图11从俯视图示出了力感测结构1100。力感测结构1100包括被安排成形成矩形环1105图案的竖直电极部分1104和水平电极部分1106。竖直电极部分1104在感测结构1100的顶部边缘1130与感测结构1100的底部边缘1135之间延伸，以便形成矩形环1105的部分。水平电极部分1106在感测结构1100的第一侧1140与感测结构1100的第二侧1145之间延伸，以便形成矩形环1105的部分。图11中所示出的力感测结构1100的实施例展示了四个矩形环1105：被定位在感测结构1100的中心位置1115附近的第一矩形环1105A、被定位在第一矩形环1105A的周围并且通过连接构件1125电连接到第一矩形环1105A的第二矩形环1105B、被定位在第二矩形环1105B的周围并且通过连接构件1125电连接到第二矩形环1105B的第三矩形环1105C、以及被定位在第三矩形环1105C的周围并且通过连接构件1125连接到第三矩形环1105C的第四矩形环1105D。
包括每个矩形环1105的竖直电极部分1104和水平电极部分1106中的每一者都具有厚度(未示出)，该厚度根据矩形环1105相对于感测结构1100的中心部分1115的位置而变化。例如，在图11中所展示的实施例中，包括最靠近中心部分1115的矩形环1105A的竖直电极部分1104和水平电极部分1106具有100μm的厚度，而包括离中心部分1115最远的矩形环1105D的竖直电极部分1104和水平电极部分1106具有429.26μm的厚度。包括矩形环1105B的竖直电极部分1104和水平电极部分1106具有162.52μm的厚度，并且包括矩形环1105C的竖直电极部分1104和水平电极部分1106具有264.13μm的厚度。在一些实施例中，厚度被选择为进行变化从而使得其遵循指数函数：y＝exp(x)，其中，y为厚度并且x对应于环1105距离力感测结构1100的中心部分1115的距离，从而使得包括特定环1105的竖直电极部分1104和水平电极部分1106的厚度随着它们接近力感测结构1100的周边1120而呈指数增大。
现在参照图12A、图12B和图12C，示出了具有点图案感测电极1202矩阵的力感测结构1200的示例实施例。图12A从俯视图示出了点图案感测电极1202。电极1202包括经由迹线1206连接的节点1204矩阵。在一些实施例中，节点1204包括铜，尽管可以使用其他材料。在一些实施例中，每个节点1204可以是两条迹线1206(即，行迹线和列迹线)的交点。在其他实施例中，每个节点1204可以被形成为具有比迹线1206的宽度更大的直径，或者以其他方式基于感测电路的寄生电容和驱动能力来选择。例如，可以基于利用节点1204生成的寄生电容量和包括感测电极1202的通道数量来确定节点1204的直径。通常，节点1204的直径越大，利用节点1204生成的寄生电容越大。此外，感测电极1202的每个通道应被设计成容许相同的寄生电容量。因此，包括感测电极1202的通道越多，由该感测电极1202支撑的节点直径越大。相反地，如果感测电极1202具有更少通道，则节点1204被选择为具有更小的直径。
在图12A和图12B中所示出的实施例中，节点1204矩阵形成矩形形状，其中，每个节点1204与相邻节点1204等距。然而，应当理解的是，可以根据本公开实施其他图案。例如，感测电极1202的大小或包括力感测结构1200的感测电极1202的数量可以根据有源区域和包括触摸屏面板的通道的数量而变化。
图12B示出了力感测结构1200的俯视图，其中，点图案感测电极1202以矩阵形式安排。每个点图案感测电极1202在其节点1204之一处经由迹线1230耦合至感测电路(未示出)。因此，特定感测电极1202的所有节点1204经由迹线1206和迹线1230耦合至感测电路。
在一些实施例中，点图案感测电极1202被定位在力感测结构1200上，从而使得相邻感测电极1202的节点1204之间的距离等于相同感测电极1202的节点1204之间的间距。换言之，包括感测结构1200的每个节点1204与其相邻节点1204等距间隔，即使这些相邻节点形成不同感测电极1202的一部分。例如，图12C展示了感测结构1200的特写视图，示出了包括所展示的感测电极1202的节点1204中的每个节点之间的距离d1。包括特定感测电极1202的节点1204中的每个节点与具有相同感测结构1202的相邻节点间隔距离d1。类似地，两个相邻感测结构1202的相邻节点1204也间隔距离d1。
应当理解的是，点图案感测电极1202和力感测结构1200类似于上述所讨论的实施例来进行操作。因此，节点1204与接地面间隔某个距离。当用户触摸(力触摸)被施加到力感测结构1200的表面上时，触摸的力引起被定位在力触摸之下的节点1204的位移，从而使得节点1204在朝向接地面的方向上挠曲，从而导致节点1204与接地面之间的距离的相对变化，并且改变在感测电极1202处测量的电容。电容的这种变化由控制电路(如例如，图4中的控制电路402或406)测量，以便确定力触摸的力或以其他方式为测量的力触摸分配值。此值与在基本上垂直于触摸表面、感测电极1202或接地面的方向上施加的某个用户触摸输入(例如，力触摸输入)相关。在一些实施例中，这种用户触摸输入(即，力触摸输入)由电子设备中的控制电路或其他电路用来执行任务，或以其他方式与用户输入进行关联。
已经通过示例性且非限制性的示例提供了前面的描述，是对本实用新型的一个或多个示例性实施例的完整且信息性描述。然而，当结合附图和所附权利要求书进行阅读时，鉴于前面的描述，各种修改和调整对于相关领域的技术人员可以变得明显。然而，对本实用新型教导的所有这种和类似的修改将仍然落入如所附权利要求书所限定的本实用新型的范围之内。

Claims (19)

1.一种电容式感测结构，其特征在于，包括：
触摸表面；
一个或多个感测电极，所述一个或多个电极布置在所述触摸表面与接地面之间，所述一个或多个感测电极具有节点矩阵，其中，每个节点与相邻节点间隔第一距离；以及
控制电路，所述控制电路被配置成用于感测所述一个或多个感测电极处的电容，其中，所述一个或多个感测电极处的所述电容的变化指示力触摸。
2.如权利要求1所述的电容式感测结构，其特征在于，所述控制电路被进一步配置成用于响应于检测到所述电容的变化而指示对力触摸的检测。
3.如权利要求1所述的电容式感测结构，其特征在于，所述力触摸是在基本上垂直于所述触摸表面、所述一个或多个感测电极以及所述接地面中的至少一者的方向上的用户触摸输入。
4.如权利要求1所述的电容式感测结构，其特征在于，进一步包括感测层，所述感测层被定位在所述触摸表面与所述一个或多个感测电极之间，所述感测层包括：
一行或多行第一导电传感器结构；以及
一列或多列第二导电传感器结构，
其中，所述控制电路被进一步配置成用于感测所述感测层处的电容，所述感测层处的所述电容指示沿着基本上平行于所述感测层的方向的二维用户触摸输入。
5.如权利要求1所述的电容式感测结构，其特征在于，所述一个或多个感测电极被配置成在所述力触摸的位置处根据所述一个或多个感测电极在所述力触摸的所述位置处的位移势进行挠曲。
6.如权利要求1所述的电容式感测结构，其特征在于，包括所述一个或多个感测电极之一的所述节点矩阵经由第一迹线电耦合。
7.如权利要求6所述的电容式感测结构，其特征在于，包括所述一个或多个感测电极之一的所述节点中的一个或多个节点的直径大于所述第一迹线的宽度。
8.如权利要求1所述的电容式感测结构，其特征在于，所述一个或多个感测电极包括感测电极矩阵，其中，每个感测电极经由第二迹线耦合至所述控制电路。
9.如权利要求1所述的电容式感测结构，其特征在于，包括所述一个或多个感测电极之一的所述节点矩阵形成矩形形状。
10.一种电容式感测结构，其特征在于，包括：
一个或多个感测电极，所述一个或多个感测电极由节点矩阵形成，所述一个或多个感测电极由所述节点矩阵限定并且布置在接地面与触摸表面之间，其中，每个节点与相邻节点间隔第一距离，并且其中，所述一个或多个感测电极中的每个感测电极与相邻感测电极间隔所述第一距离；以及
控制电路，所述控制电路被配置成用于感测所述一个或多个感测电极处的电容，其中，所述一个或多个感测电极处的所述电容的变化指示力触摸。
11.如权利要求10所述的电容式感测结构，其特征在于，所述一个或多个感测电极的所述节点处的所述电容的所述变化指示所述感测电极中的一个或多个感测电极与所述接地面之间的距离的变化。
12.如权利要求10所述的电容式感测结构，其特征在于，所述控制电路被进一步配置成用于响应于检测到所述电容的变化而指示对力触摸的检测。
13.如权利要求10所述的电容式感测结构，其特征在于，所述力触摸是在基本上垂直于所述触摸表面、所述一个或多个感测电极以及所述接地面中的至少一者的方向上的用户触摸输入。
14.如权利要求10所述的电容式感测结构，其特征在于，进一步包括感测层，所述感测层被定位在所述触摸表面与所述一个或多个感测电极之间，所述感测层包括：
一行或多行第一导电传感器结构；以及
一列或多列第二导电传感器结构，
其中，所述控制电路被进一步配置成用于感测所述感测层处的电容，所述感测层处的所述电容指示沿着基本上平行于所述感测层的方向的二维用户触摸输入。
15.如权利要求10所述的电容式感测结构，其特征在于，所述一个或多个感测电极被配置成在所述力触摸的位置处根据包括所述一个或多个感测电极的所述节点在所述力触摸的所述位置处的位移势进行挠曲。
16.如权利要求10所述的电容式感测结构，其特征在于，包括所述一个或多个感测电极之一的所述节点矩阵经由第一迹线电耦合。
17.如权利要求16所述的电容式感测结构，其特征在于，包括所述一个或多个感测电极之一的所述节点中的一个或多个节点的直径大于所述第一迹线的宽度。
18.如权利要求10所述的电容式感测结构，其特征在于，所述一个或多个感测电极包括感测电极矩阵，其中，每个感测电极经由第二迹线耦合至所述控制电路。
19.如权利要求10所述的电容式感测结构，其特征在于，包括所述一个或多个感测电极之一的所述节点矩阵形成矩形形状。
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