TW201802651A - 力感測器陣列 - Google Patents

力感測器陣列

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奈吉 欣森
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Abstract

本發明揭示一種設備，該設備包含一力感測器電路及一控制器。該力感測器電路包含安置在一基板上之第一、第二、第三及第四電極。該等第一及第二電極延伸穿過一列單元中之第一及第二單元。該等第三及第四電極延伸穿過一行單元中之第三及第四單元。該第一電極在該第一單元中比在該第二單元中佔據更大面積。該第二電極在該第二單元中比在該第一單元中佔據更大面積。該第三電極在該第三單元中比在該第四單元中佔據更大面積。該第四電極在該第四單元中比在該第三單元中佔據更大面積。該控制器基於由該力感測器電路傳達之信號來偵測一力及該力之一位置。

Description

力感測器陣列
本發明大體上係關於力感測技術。
根據一例示性情景，一力感測器偵測施加在整合於一顯示器堆疊內之一力感測器陣列之一力敏區域內之一力之存在及位置。在一力敏顯示應用中，一力感測器陣列允許一使用者直接與螢幕上顯示之內容進行互動，而非使用一滑鼠或觸摸墊間接地與螢幕上顯示之內容進行互動。一力感測器附接至一桌上型電腦、膝上型電腦、平板電腦、個人數位助理(PDA)、智慧型電話、衛星導航裝置、可擕式媒體播放機、可擕式遊戲機、獨立式終端機服務台電腦、銷售點裝置或其他裝置或被提供作為其部分。一家用或其他電器上之一控制台可包含一力感測器。 在一實例中，當一物件在一螢幕之一力感測器之一力敏區域內(例如，藉由實體按壓螢幕之一覆蓋層)向螢幕實體地施加一力時，在螢幕內之力感測器之一位置處發生一電容變化，該位置對應於物件在力感測器之力敏區域內之位置。一力控制器處理電容變化以判定力感測器內(例如，力感測器之一力感測器陣列內)之電容變化之位置。
某些裝置包含可偵測一所施加力之存在及一位置兩者之力感測器。力可例如藉由將諸如一手指及/或一觸控筆之一物件壓抵在裝置上而施加至裝置。力感測器可偵測力之位置(position)及/或位置(location)，且在某些情況下可偵測力之大小。接著，裝置根據力之位置及大小做出回應。例如，若向一裝置施加大量力，則裝置可關閉一應用程式。作為另一實例，若將少量力施加至裝置之一特定部分，則該裝置可增加一顯示器之對比度。 現有力感測器藉由實施一電極陣列來偵測一力。當一施加力至裝置時，靠近所施加力之電極可能經歷一電容變化，諸如(例如)電極之間之一互電容變化或一自電容變化。該電容變化可由裝置偵測。接著，裝置可處理偵測到之力並對其做出回應。 現有力感測器陣列所面臨之一挑戰係用於將力感測器之電極耦合至裝置之一控制器之軌徑數目。在現有的力感測器中，力感測器之每一電極透過至少一軌徑耦合至控制器。因為現有的力感測器使用數個電極來實施力感測，所以軌徑數目亦係眾多的。軌徑數目導致裝置中用於容納其他組件之可用空間較少。因此，一力感測器可能導致在該裝置中實施較少特徵。此外，軌徑數目導致一更高製造成本，因為該裝置使用更多接腳且在某些情況下使用一專用力感測系統。 本發明預期可偵測一所施加力之存在、大小及位置之一力感測器。力感測器使用至多四個電極來實施此力感測。因此，僅四個軌徑用於將力感測器耦合至一控制器。減少軌徑數目增加了用於在裝置中實施其他特徵及/或硬體之可用空間量。此外，藉由使用四個電極，可在相同裝置中使用與一觸摸感測器相同的控制器及/或積體電路來實施力感測器。將使用圖1至8B更詳細地描述力感測器及裝置。將大體上使用圖1至3來描述該裝置。圖4將描述現有的力感測器實施方案。將使用圖5A至8B更詳細地描述所預期的力感測器。 圖1圖解說明根據本發明之一實施例之包含一力感測器102之一例示性系統100。力感測器102包含力感測器陣列106及力控制器108。力感測器陣列106及力控制器108偵測一力在力感測器陣列106之一力敏區域內之存在及位置。 力感測器陣列106包含一或多個力敏區域。在一實施例中，力感測器陣列106包含安置在由一介電材料製成之一或多個基板上之一電極陣列。對一力感測器陣列之參考可涵蓋力感測器陣列106之電極及上面安置有該等電極之基板兩者。替代地，對一力感測器陣列之參考可涵蓋力感測器陣列106之電極，但不包含上面安置有該等電極之基板。 在一實施例中，電極係形成一形狀(諸如(例如一圓盤、正方形、矩形、細線、其他形狀或此等形狀之一組合))之導電材料之一區域。一或多層導電材料中之一或多個切口(至少部分地)產生一電極之形狀，且該形狀之區域(至少部分地)由該等切口界定。在一實施例中，一電極之導電材料佔據其形狀面積之大約100％。例如，一電極係由氧化銦錫(ITO)製成，且電極之ITO佔據其形狀面積之大約100％(有時稱為100％填充)。在一實施例中，電極之導電材料佔據其形狀面積之不到100％。例如，一電極可由金屬或其他導電材料之細線(FLM)製成，諸如(例如)銅、一銀或銅或銀基材料，且導電材料之細線可能以一陰影、網格或其他圖案佔據其形狀面積之大約5%。對FLM之參考涵蓋此材料。在一實施例中，一電極係由可撓性印刷電路(FPC)型材料(例如，基板之一或兩個層/表面上之實心銅區域)製成。雖然本發明描述或圖解說明了由形成具有特定圖案之帶有特定填充百分比之特定形狀之特定導電材料製成之特定電極，但是本發明以任何組合預期由形成具有其他圖案之帶有其他填充百分比之其他形狀之其他導電材料製成之電極。 一力感測器陣列106之電極(或其他元件)之形狀全部或部分構成力感測器陣列106之一或多個宏觀特徵。該形狀之實施方案之一或多個特性(諸如，(例如)形狀內之導電材料、填充物或圖案)全部或部分構成力感測器陣列106之一或多個微觀特徵。一力感測器陣列106之一或多個宏觀特徵可判定其功能性之一或多個特性，且力感測器陣列106之一或多個微觀特徵可判定力感測器陣列106之一或多個光學特徵，諸如透射、繞射或反射。 雖然本發明描述了許多實例電極，但是本發明不限於此等實例電極，且可實施其他電極。此外，雖然本發明描述了包含形成特定節點之特定電極之特定組態之許多一例示性實施例，但是本發明不限於此等一例示性實施例，且可實施其他組態。在一實施例中，許多電極安置在相同基板之相同或不同的表面上。此外或替代地，不同電極可安置在不同基板上。雖然本發明描述了包含以特定的實例圖案佈置之特定電極之許多一例示性實施例，但是本發明不限於此等實例圖案，且可實施其他電極圖案。 一機械堆疊含有基板(或多個基板)及形成力感測器陣列106之電極之導電材料。例如，機械堆疊可包含在一蓋板下方之一第一層光學透明粘合劑(OCA)。蓋板可為透明的且由一彈性材料製成，該彈性材料諸如(例如)玻璃、聚碳酸酯或聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)。本發明預期蓋板由任何材料製成。第一層OCA可安置在蓋板與基板之間，其中導電材料形成電極。機械堆疊亦可包含一第二層OCA及一介電質層(其可由PET或另一種材料製成，類似於具有形成電極之導電材料之基板)。作為一替代，可施加一介電材料之一薄塗層來代替第二層OCA及介電質層。第二層OCA可安置在具有構成電極之導電材料之基板與介電質層之間，且介電質層可安置在第二層OCA與到包含力感測器陣列106及力控制器108之一裝置之一顯示器之一氣隙之間。例如，蓋板可具有大約1毫米(mm)之一厚度；第一層OCA可具有大約0.05 mm之一厚度；具有形成電極之導電材料之基板可具有大約0.05 mm之一厚度；第二層OCA可具有大約0.05 mm之一厚度；且介電質層可具有大約0.05 mm之一厚度。 雖然本發明描述了具有由特定材料製成且具有特定厚度之特定數目之特定層之一特定機械堆疊，但是本發明預期具有由任何材料製成且具有任何厚度之任何數目之層之其他機械堆疊。例如，在一實施例中，一粘合劑或介電質層可替代上述介電質層、第二層OCA及氣隙，其中顯示器中沒有氣隙。 力感測器陣列106之基板之一或多個部分可由聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或另一種材料製成。本發明預期具有由任何材料製成之部分之任何基板。在一實施例中，力感測器陣列106中之一或多個電極全部或部分由ITO製成。此外或替代地，力感測器陣列106中之一或多個電極係由金屬或其他導電材料之細線製成。例如，導電材料之一或多個部分可為銅或銅基的，且具有大約5微米(μm)或更小之一厚度及大約10 μm或更小之一寬度。作為另一實例，導電材料之一或多個部分可為銀或銀基的，且類似地具有大約5 μm或更小之一厚度及大約10 μm或更小之一寬度。本發明預期由任何材料製成之任何電極。 在一實施例中，力感測器陣列106實施一電容形式之力感測。在一互電容實施方案中，力感測器陣列106可包含形成一電容節點陣列之驅動電極及感測電極之一陣列。一驅動電極及一感測電極可形成一電容節點。形成電容節點之驅動電極及感測電極經定位彼此靠近但不會彼此電接觸。相反，回應於例如施加至驅動電極之一信號，驅動電極及感測電極跨越其等之間之一空間彼此電容耦合。(藉由力控制器108)施加至驅動電極之一脈衝或交流電壓在感測電極上感應出一電荷，且所感應出之電荷量容易受到外部影響(例如一力或一物件之接近)。驅動電極及感測電極係由一可撓性材料分開，該可撓性材料在一力被施加至其時收縮。當一物件在電容節點附近按壓或施加一力時，材料壓縮，且靠近電容節點之驅動電極及感測電極之間之距離減小，從而導致電容節點處之一電容變化。力控制器108量測電容變化。藉由量測整個陣列中之電容變化，力控制器108判定力或接近物在力感測器陣列106之力敏區域內之位置。 在一自電容實施方案中，力感測器陣列106可包含可各自形成一電容節點之一單一類型之一電極陣列。當一物件在電容節點附近施加一力時，電容節點處可能發生一自電容變化，且力控制器108量測電容變化，例如，量測為經實施以將電容節點處之電壓提高一預定量之一電荷量變化。正如一互電容實施方案，藉由量測整個陣列中之電容變化，力控制器108判定力或接近物在力感測器陣列106之力敏區域內之位置。本發明預期任何形式之電容性力感測。 在一實施例中，力感測器陣列106包含以一圖案安置在一單一基板之一側上之電極。在此一組態中，跨越其等之間之一空間彼此電容耦合之一對電極形成一電容節點。作為一例示性自電容實施方案，一單一類型之電極係以一圖案安置在一單一基板上。除了將電極以一圖案安置在一單一基板之一側上之外或作為其替代，力感測器陣列106可將電極以一圖案安置在一基板一側上且以一圖案將電極安置在基板之另一側上。在此等組態中，電極之一交叉形成一電容節點。此一交叉可為電極在其等各自平面中相互「交叉」或彼此最為接近之一位置。電極並未彼此電接觸—相反地，其等在交叉處跨越一介電質彼此電容耦合。雖然本發明描述了形成特定節點之特定電極之特定組態，但是本發明預期形成節點之電極之其他組態。此外，本發明預期以任何圖案安置在任何數目之基板上之其他電極。 如上所述，力感測器陣列106之一電容節點處之一電容變化可指示電容節點之位置處之一力輸入。力控制器108偵測並處理電容變化以判定力或接近輸入之存在及位置。在一實施例中，力控制器108接著將關於力或接近輸入之資訊傳達到包含力感測器陣列106及力控制器108之一裝置之一或多個其他組件(例如一或多個中央處理單元(CPU))，該裝置可藉由起始裝置之一功能(或在裝置上運行之一應用程式)而對力或接近輸入做出回應。雖然本發明描述了具有關於一特定裝置及一特定力感測器102之特定功能性之一特定力控制器108，但是本發明預期具有關於任何裝置及任何力感測器之任何功能性之其他力控制器。 在一實施例中，力控制器108被實施為一或多個積體電路(IC)，諸如(例如)通用微處理器、微控制器、可程式化邏輯裝置或陣列、特定應用IC (ASIC)。力控制器108包括類比電路、數位邏輯及數位非揮發性記憶體之任何組合。在一實施例中，如下所述，力控制器108安置在結合至力感測器陣列106之基板之一可撓性印刷電路(FPC)上。FPC可為主動的或被動的。在一實施例中，多個力控制器108安置在FPC上。 在一例示性實施方案中，力控制器108包含一處理器單元、一驅動單元、一感測單元及一儲存單元。在此一實施方案中，驅動單元將驅動信號供應給力感測器陣列106之驅動電極，且感測單元感測力感測器陣列106之電容節點處之電荷並向處理器單元提供表示電容節點處之電容之量測信號。處理器單元控制驅動單元將驅動信號供應到驅動電極，且處理來自感測單元之量測信號以偵測並處理一力或接近輸入在力感測器陣列106之力敏區域內之存在及位置。處理器單元亦可追蹤一力或接近輸入在力感測器陣列106之力敏區域內之位置之變化。儲存單元儲存供處理器單元執行之程式設計，包含用於控制驅動單元向驅動電極供應驅動信號之程式設計、用於處理來自感測單元之量測信號之程式設計及其他程式設計。雖然本發明描述了具有帶有特定組件之一特定實施方案之一特定力控制器108，但是本發明預期具有帶有其他組件之其他實施方案之力控制器。 安置在力感測器陣列106之基板上之導電材料之軌徑110將力感測器陣列106之電極耦合至亦安置在力感測器陣列106之基板上之連接襯墊112。如下所述，連接襯墊112促進軌徑110至力控制器108之耦合。軌徑110可延伸至力感測器陣列106之力敏區域中或周圍(例如，在力敏區域之邊緣處)。在一實施例中，特定軌徑110提供用於將力控制器108耦合至力感測器陣列106之電極之連接件。軌徑110係由金屬或其他導電材料之細線製成。例如，軌徑110之導電材料可為銅或銅基的，且具有大約100 μm或更小之一寬度。作為另一實例，軌徑110之導電材料可為銀或銀基的，且具有大約100 μm或更小之一寬度。在一實施例中，除了金屬或其他導電材料之細線之外或作為其替代，軌徑110係全部或部分地由ITO製成。雖然本發明描述了由具有特定寬度之由特定材料製成之特定軌徑，但是本發明預期由其他材料製成及/或具有其他寬度之軌徑。除了軌徑110之外，力感測器陣列106亦可包含終止於力感測器陣列106之基板之一邊緣處之一接地連接器(其可為一連接襯墊112)處之一或多根接地線(類似於軌徑110)。 連接襯墊112可沿著基板之一或多個邊緣位置在力感測器陣列106之一力敏區域之外部。如上所述，力控制器108可在一FPC上。連接襯墊112可由與軌徑110相同的材料製成，且可使用一各向異性導電膜(ACF)結合至FPC。在一實施例中，連接件114包含FPC上將力控制器108耦合至連接襯墊112之導線，該導線又將力控制器108耦合至軌徑110以及力感測器陣列106之驅動或感測電極。在另一實施例中，連接襯墊112連接至一機電連接器(諸如(例如)，一零插入力線對板連接器)。連接件114可或可不包含一FPC。本發明預期力控制器108及力感測器陣列106之間之任何連接件114。 圖2圖解說明根據本發明之一實施例之容置力感測器102之一例示性裝置200。裝置200係任何個人數位助理、蜂巢電話、智慧型電話、平板電腦等。在一實施例中，裝置200包含其他類型的裝置，諸如自動櫃員機(ATM)、家用電器、個人電腦及具有一力螢幕之任何其他此裝置。在所圖解說明之實例中，系統100之組件在裝置200內部。雖然本發明描述了具有帶有特定組件之一特定實施方案之一特定裝置200，但是本發明預期具有帶有任何組件之任何實施方案之任何裝置200。 裝置200之一特定實例係一智慧型電話，其包含一殼體201及佔據裝置200之殼體201之一表面204之一部分之一力螢幕顯示器202。在一實施例中，殼體201係裝置200之一外殼，其可含有裝置200之內部組件(例如，內部電組件)。力感測器102可直接或間接地耦合至裝置200之殼體201。顯示器202可佔據裝置200之殼體201之一表面204之很大一部分或全部(例如，最大表面204之一者)。對一顯示器202之參考包含覆蓋裝置200之實際顯示器及力感測器元件之覆蓋層。在所圖解說明之實例中，表面204係顯示器202之頂部覆蓋層之一表面。在一實施例中，顯示器202之頂部覆蓋層(例如，一玻璃覆蓋層)被認為係裝置200之殼體201之部分。 在一實施例中，顯示器202之大尺寸允許顯示器202呈現包含一鍵盤、一數位鍵盤、程式或應用程式圖標及各種其他介面之各種各樣之資料。在一實施例中，一使用者藉由用一觸控筆、一手指或任何其他物件按壓/觸摸顯示器202以便與裝置200互動(例如，選擇用於執行之一程式或在顯示於顯示器202上之一鍵盤上鍵入一字母)來與裝置200互動。在一實施例中，一使用者使用多次按壓/觸摸以執行各種操作(諸如在查看一文件或影像時放大或縮小)來與裝置200互動。在諸如家用電器之一些實施例中，顯示器202在裝置操作期間不會改變或僅稍微改變，且僅識別單次按壓/觸摸。 使用者可藉由使用一物件208 (諸如，例如一或多根手指、一或多個觸控筆或其他物件)實體地衝擊裝置200之殼體201之表面204 (或另一表面) (示為衝擊206)與裝置200互動。在一實施例中，表面204係覆蓋在顯示器202上之一覆蓋層。 裝置200包含可執行關於裝置200之操作之任何用途之按鈕210。按鈕210之一或多者(例如，按鈕210b)可操作為一所謂的「首頁按鈕」，其至少部分地向裝置200指示一使用者正準備向裝置200之力感測器102提供輸入。如下面更詳細描述，本發明之一實施例可減少或消除包含一「首頁按鈕」之各種原因。 圖3圖解說明根據本發明之一實施例之包含一力感測器之一裝置之一例示性機械堆疊300。如圖3中所圖解說明，機械堆疊300包含一觸摸感測器陣列305、一顯示器202、一緩衝墊310、一力感測器陣列106、一保護層315、一緩衝墊320及一底板625。應當理解的是，機械堆疊300係一實例，且本發明預期包含比圖3中所示之層更多或更少之層之一機械堆疊。例如，一機械堆疊可不包含觸摸感測器陣列305。此外，本發明預期機械堆疊300之層以任何特定順序佈置。 觸摸感測器陣列305實施裝置之觸摸感測能力。在特定實施例中，觸摸感測器陣列305包含經組態以彼此電容耦合以實施裝置之觸摸感測能力之電極。使用觸摸感測器陣列305，該裝置可偵測觸摸感測器陣列305之一物件及/或在觸摸感測器陣列305附近之一物件之存在及位置。觸摸感測器陣列305之電極藉由軌徑耦合至裝置之一觸摸感測器控制器。在某些實施例中，觸摸感測器控制器及力控制器108以相同的硬體及/或實體控制器實施。例如，裝置可使用一控制器來實施力控制器108及觸摸感測器控制器兩者。在一些實施例中，力控制器108及觸摸感測器控制器以單獨之硬體及/或控制器實施。 緩衝墊310位於顯示器202與力感測器陣列106之間。緩衝墊310防止顯示器202直接接觸力感測器陣列106及/或干擾力感測器陣列106。在一些實施例中，緩衝墊310係由將力感測器陣列106與顯示器202電隔離之一介電材料形成。緩衝墊310可為任何適當之厚度，諸如(例如) 200微米。 力感測器陣列106實施裝置之力感測能力。力感測器陣列106包含安置在一基板314上之一或多個電極312。電極312可用於判定施加至機械堆疊300之一力之存在、大小及位置。將使用圖4至8B更詳細地描述力感測器陣列106之特定設計。本發明預期力感測器陣列106具有任何適當之厚度，諸如(例如) 25微米。 保護層315係將力感測器陣列106與底板625中之緩衝墊320分開之任何材料。在一實施例中，保護層315包含一剛性材料，諸如一膠合劑，其保護力感測器陣列106使其免於直接接觸緩衝墊320及底板625。本發明預期保護層315具有任何適當之厚度，諸如(例如) 80微米。 緩衝墊320係支撐保護層315及力感測器陣列106之任何可撓性材料。本發明預期緩衝墊320具有任何適當之厚度，諸如(例如) 400微米。當將一力施加至機械疊層300時，緩衝墊320可壓縮。因此，力感測器陣列106與底板625之間之距離可能會減小。由於該減小，力感測器陣列106之電極312與底板625之間之電容改變。力控制器108可偵測電容變化並判定一力被施加至機械堆疊300。 底板625操作為機械堆疊300之一接地層。在一實施例中，底板625亦支撐機械堆疊300之其他層。力感測器陣列106之電極312與底板625之間之電容由力控制器108監測。 圖4圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測系統400。如圖4中所圖解說明，力感測系統400包含觸摸感測器陣列106及力控制器108。力感測器陣列106藉由軌徑110耦合至力控制器108。力感測器陣列106及力控制器108經組態以偵測施加在力感測器陣列106上之一力之存在、大小及位置。 力感測器陣列106包含一或多個電極405。如圖4中所圖解說明，每一電極405位於力感測器陣列106內。每一電極405可用於偵測施加在電極405附近之一力。當在一電極405附近施加一力時，與該電極405相關聯之一電容改變。力控制器108可偵測電容之變化，並判定一力被施加在該電極405附近。 如圖4中所圖解說明，每一電極405藉由一軌徑110耦合至力控制器108。一例示性力感測器陣列106包含九個電極405。因此，存在將電極405耦合至力控制器108之九根軌徑110。隨著力感測器陣列106之尺寸增大及/或電極405之數目增加，軌徑110之數目亦增加。軌徑數目110減少了一裝置中可用於實施其他特徵及/或硬體之空間量。藉由減少軌徑110之數目，可在裝置中實施額外特徵及/或硬體。 本發明預期減少軌徑數目110之用於電極405之特定設計及圖案。在一實施例中，用於電極405之一設計及/或圖案將軌徑110之數目減少到四根軌徑。此外，僅使用四個電極405來偵測施加至力感測器陣列106之一力之存在、大小及位置。將使用圖5A至8B更詳細地描述電極405之此等設計及圖案。 圖5A圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測陣列106。如圖5A中所圖解說明，力感測陣列106包含四個電極：505、510、515及520。電極505、510、515及520係以一特定圖案組態在整個力感測陣列106內。在一實施例中，藉由使用電極505、510、515及520之此圖案，力感測陣列106可僅使用四個電極來偵測施加至力感測陣列106之一力之存在、大小及位置。 電極505、510、515及520經組態使得力感測陣列106可被劃分成單元525A到525Y之一網格。每一單元包含電極505、510、515及520之一部分。電極505、510、515及/或520之密度隨著單元的不同而改變。例如，在單元525A中，電極510及520佔據比電極505及515更小之面積。在單元525M中，電極515及520佔據基本上相同的面積，且電極505及510佔據基本上相同的面積。 在一實施例中，藉由改變整個單元525A到525Y內之電極505、510、515及520之密度，可藉由分析由電極505、510、515及520傳達之信號之一比率來偵測施加至力感測陣列106之一力之一位置。在圖5A之所圖解說明之實例中，由電極505佔據之一單元之面積自陣列106之底部至陣列106之頂部增加，而由電極510佔據之一單元之面積自陣列106之頂部至陣列106之底部增加。類似地，由電極515佔據之一單元之面積自陣列106之底部至陣列106之右側增加，而由電極520佔據之一單元之面積自陣列106之右側至陣列106之左側增加。若向單元525A施加一力，則期望由電極505傳達之信號大於由電極510傳達之信號，因為電極505在單元525A中佔據比電極510更大之一面積。類似地，期望由電極515傳達之信號大於由電極520傳達之信號。相反地，若力被施加至單元525M，則期望由電極505傳達之信號與由電極510傳達之信號基本上相同，因為電極505在單元525M中佔據與電極510基本上相同的面積。同樣，期望由電極515傳達之信號與由電極520傳達之信號基本相同。藉由判定由電極505及電極510傳達之信號之間之比率及由電極515及電極520傳達之信號之間之比率，力控制器108可判定哪個單元係上面施加了一力之單元。在一實施例中，力感測陣列106之每一單元僅包含四個電極：505、510、515及520。此外，單元525A到525Y具有基本相等之尺寸(例如，在1%之面積差以內)。 在一實施例中，電極505、510、515及520之各者包含自一主體延伸之複數個指部。藉由改變自主體延伸之指部之長度，可改變一單元中電極之密度。例如，在單元525A至525E之第一列中，電極515之指部自單元525A至單元525E變短。相反地，電極520之指部之長度自單元525A至單元525E增加。 在一實施例中，電極505、510、515及520判定一所施加力之不同類型之位置。例如，力控制器108使用電極505及510來判定一所施加力之一垂直位置，且力控制器108使用電極515及520來判定所施加力之一水平位置。若由電極515及520傳達之信號之間之一比率基本相同，則力控制器108判定力施加在單元525C、525H、525M、525R及525W之行上。若由電極505及電極510傳達之信號之間之一比率較大，則力控制器108判定力施加在單元525A到525E之列上。由於這兩個判定，力控制器108判定力施加在單元525C上。 在一實施例中，電極505、510、515及520在整個力感測陣列106內係平衡的。例如，電極505及510可經組態以在整個力感測陣列106內佔據與電極515及520基本上相同的面積量。作為另一實例，電極505及510可佔據與電極515及520在整個一列單元內佔據之面積相同的面積。本發明預期以任何適當的方式平衡電極505、510、515及520。例如，可藉由調整電極505、510、515及520之厚度來平衡電極505、510、515及520。作為另一實例，可藉由調整每一電極505、510、515及520之指部之數目來平衡電極505、510、515及520。將使用隨後的隨附圖式更詳細地討論指部。 圖5B圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測陣列106之一單元525M。如圖5B中所圖解說明，單元525M包含四個電極505、510、515及520。每一電極505、510、515及520包含自一電極主體延伸之複數個指部。例如，電極505包含一主體530及自主體530延伸之一或多個指部535。同樣地，電極510包含一主體530及自主體延伸之一或多個指部535。電極515及520亦包含一主體530及自主體延伸之一或多個指部535。在某些實施例中，藉由改變指部535之長度，改變電極505、510、515及520之密度。 電極505、510、515及520可經組態以僅使用四根軌徑來偵測一所施加力。在一實施例中，電極505、510、515及520安置在一基板之相對表面上。例如，電極505及510安置在基板之一頂表面上，且電極505及510安置在基板之一底表面上。 圖6A及6B圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測系統。圖6A圖解說明了基板之一第一表面，且圖6B圖解說明了基板之一第二表面。電極515及520安置在基板之第一表面上，且電極505及510安置在基板之第二表面上。基板之此等兩個表面可彼此相對。例如，電極505及510可安置在基板314之一頂表面上，且電極515及520可安置在基板314之一底表面上。 藉由將電極505及510以及電極515及520安置在基板之不同表面上，提供空間以將軌徑110延展至電極505、510、515及520之各者。一電極之軌徑不與另一電極或另一組軌徑110交叉。此外，電極515及520之部分亦可藉由延伸部耦合至該電極515及520之其他部分。在圖6A之所圖解說明之實例中，電極515之部分經耦合使得電極515延伸穿過力感測陣列106之單元之各者。此外，電極520類似地延伸穿過力感測陣列106之單元使得電極520之部分耦合在一起。 以此方式，僅需要四個電極505、510、515及520來偵測施加至力感測陣列106之一力之存在、大小及位置。每一電極耦合至一軌徑110，其將信號自電極載送至力控制器108。力控制器108分析由電極藉由軌徑110傳達之信號以判定施加至力感測陣列106之一力之存在、大小及位置(如上所述)。因此，一裝置中可使用額外空間來實施其他特徵及/或硬體。 在一實施例中，電極505、510、515及520被實施在基板314之相同表面上。通孔及/或介電材料被放置在電極505、510、515及520之交叉處及軌徑110之間之交叉處以防止電接觸。 圖7A、7B、8A及8B展示了整個力感測陣列106內之電極505、515、510及520之其他預期設計及圖案。對於每一設計，本發明預期電極安置在一基板之相對表面上及/或基板之相同表面上。 圖7A圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測陣列106。如圖7A中所示，電極505、510、515及520係以一正方形或網格狀圖案配置。在此圖案中，每一電極對(例如，電極505及510以及電極515及520)在每一單元內佔據基本相同的面積。正如以前描述之設計，每一電極包含自一主體延伸之複數個指部。此等指部之長度在力感測陣列106內係不同的。因此，由電極傳達之信號之一比率將取決於力感測陣列106之哪個部分最接近一所施加力而改變。 圖7B圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測陣列106之一單元700。如圖7B中所圖解說明，單元700包含電極505、510、515及520。此等電極之各者延伸穿過單元700。此外，在圖7B之所圖解說明之實例中，每一電極對 (例如電極505及510以及電極515及520)之指部具有基本相同的長度。然而，對於力感測陣列106之不同單元，此等指部可具有不同的長度。 圖8A圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測陣列106。如圖8A中所圖解說明，力感測陣列106包含以一菱形圖案佈置之電極505、510、515及520。電極之各者包含自一主體延伸之複數個指部。此等指部之長度在力感測陣列106內可能係不同的。因此，由電極傳達之信號之一比率將取決於力感測陣列106上之一所施加力之位置而變化。 圖8B圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測陣列106之一單元800。如圖8B中所圖解說明，單元800包含電極505、510、515及520。此等電極之各者延伸穿過單元800。此外，在圖8B之所圖解說明之實例中，電極505、510、515及520之指部之各者具有基本相同的長度。然而，力感測陣列106之不同單元對於此等手指及/或不同數目之手指可具有不同的長度。 在一實施例中，一種設備包含力一感測器電路及一控制器。基板包含第一、第二、第三及第四電極。該第一電極安置在該基板上且延伸穿過一列單元中之第一及第二單元。該等第一及第二單元具有基本上相等尺寸，且該第一電極在該第一單元中佔據之面積大於該第一電極在該第二單元中佔據之面積。第二電極安置在該基板上且延伸穿過該等第一及第二單元。該第二電極在該第二單元中佔據之面積大於該第二電極在該第一單元中佔據之面積。第三電極安置在該基板上且延伸穿過一行單元中之第三及第四單元。該等第三及第四單元具有基本上相等尺寸，且該第三電極在該第三單元中佔據之面積大於該第三電極在該第四單元中佔據之面積。第四電極安置在該基板上且延伸穿過該等第三及第四單元。該第四電極在該第四單元中佔據之面積大於該第四電極在該第三單元中佔據之面積。該控制器基於由該力感測器電路傳達之信號來偵測一力及該力之一位置。在一實施例中，該設備進一步包含耦合至該第一電極之一第一軌徑、耦合至該第二電極之一第二軌徑、耦合至該第三電極之一第三軌徑以及耦合至該第四電極之一第四軌徑。在一實施例中，該控制器經組態以基於以下項來偵測該力之該位置：該第一電極之一第一信號與該第二電極之一第二信號之一第一比率，及該第三電極之一第三信號與該第四電極之一第四信號之一第二比率。在一實施例中，該等第一、第二、第三及第四電極之各者包括自一主體延伸之複數個指部。在一實施例中，該第一電極之該複數個指部中之一第一指部之一長度不同於該第一電極之該複數個指部中之一第二指部，且該第一指部在該第一單元中且該第二指部在該第二單元中。在一實施例中，該控制器基於該第一單元之該等第一及第二電極之信號來判定該力之一水平位置，且基於該第三單元之該等第三及第四電極之信號來判定該力之一垂直位置。在一實施例中，該第一單元之該等第一及第二電極安置在該基板之一第一表面上，且該第一單元之該等第三及第四電極安置在該基板之一第二表面上。在一實施例中，該第一單元僅含有四個電極。在一實施例中，該等第一及第二電極佔據之面積量與該等第三及第四電極基本上相同。在一實施例中，由該列單元中之該等第一及第二電極佔據之面積量與由該行單元中之該等第三及第四電極佔據之面積量基本上相同。 在一實施例中，一種力感測器包含一基板、一第一電極、一第二電極、一第三電極及一第四電極。該第一電極安置在該基板上且延伸穿過一列單元中之第一及第二單元。該等第一及第二單元具有基本上相等尺寸，且該第一電極在該第一單元中佔據之面積大於該第一電極在該第二單元中佔據之面積。第二電極安置在該基板上且延伸穿過該等第一及第二單元。該第二電極在該第二單元中佔據之面積大於該第二電極在該第一單元中佔據之面積。第三電極安置在該基板上且延伸穿過一行單元中之第三及第四單元。該等第三及第四單元具有基本上相等尺寸，且該第三電極在該第三單元中佔據之面積大於該第三電極在該第四單元中佔據之面積。第四電極安置在該基板上且延伸穿過該等第三及第四單元。該第四電極在該第四單元中佔據之面積大於該第四電極在該第三單元中佔據之面積。在一實施例中，該等第一及第二電極延伸穿過該等第三及第四單元且該等第三及第四電極延伸穿過該等第一及第二單元。在一實施例中，該力感測器包含耦合至該第一電極之一第一軌徑、耦合至該第二電極之一第二軌徑、耦合至該第三電極之一第三軌徑，以及耦合至該第四電極之一第四軌徑。在一實施例中，該等第一、第二、第三及第四電極之各者包含自一主體延伸之複數個指部。在一實施例中，該第一電極之該複數個指部中之一第一指部之一長度不同於該第一電極之該複數個指部中之一第二指部，且該第一指部在該第一單元中且該第二指部在該第二單元中。在一實施例中，該等第一及第二電極安置在該基板之一第一表面上且該第一單元之該等第三及第四電極安置在該基板之一第二表面上。在一實施例中，該第一單元僅含有四個電極。在一實施例中，該等第一及第二電極在該基板上佔據之面積量與該等第三及第四電極基本上相同。在一實施例中，由該列單元中之該等第一及第二電極佔據之面積量與由該行單元中之該等第三及第四電極佔據之面積量基本上相同。 在一實施例中，一種設備包含一力感測器電路、一控制器及第一、第二、第三及第四軌徑。該力感測器電路包含一基板及第一、第二、第三及第四電極。該第一電極安置在該基板上且延伸穿過一列單元中之第一及第二單元。該等第一及第二單元具有基本上相等尺寸，且該第一電極在該第一單元中佔據之面積大於該第一電極在該第二單元中佔據之面積。第二電極安置在該基板上且延伸穿過該等第一及第二單元。該第二電極在該第二單元中佔據之面積大於該第二電極在該第一單元中佔據之面積。第三電極安置在該基板上且延伸穿過一行單元中之第三及第四單元。該等第三及第四單元具有基本上相等尺寸，且該第三電極在該第三單元中佔據之面積大於該第三電極在該第四單元中佔據之面積。第四電極安置在該基板上且延伸穿過該等第三及第四單元。該第四電極在該第四單元中佔據之面積大於該第四電極在該第三單元中佔據之面積。該控制器基於由該力感測器電路傳達之信號來偵測一力及該力之一位置。該第一軌徑將該第一電極耦合至該控制器。該第二軌徑將該第二電極耦合至該控制器。該第三軌徑將該第三電極耦合至該控制器。該第四軌徑將該第四電極耦合至該控制器。該第一單元僅含有四個電極。該等第一、第二、第三及第四電極之各者包含自一主體延伸之複數個指部。 本發明之一實施例提供一或多個技術優點。例如，一實施例減少了用於實施力感測之軌徑之數目。作為另一實例，一實施例使用僅具有四個電極之一力感測器來偵測一力之一位置。本發明之某些實施例可包含上述技術優點之一者、一些或全部。根據本文中所包含之圖、描述及請求項，一或多個其他技術優點對於所屬領域之技術人員來說可能係顯而易見的。 在本文中，一電腦可讀非暫時性儲存媒體可包含一或多個基於半導體之積體電路或其他積體電路(IC)(諸如，(例如)場可程式化閘陣列(FPGA)或特定應用IC (ASIC))、硬碟機(HDD)、混合硬碟機(HHD)、光碟、光碟機(ODD)、磁光碟、磁光驅動器、軟碟、軟碟機(FDD)、磁帶、固態硬碟(SSD)、RAM驅動器、安全數位卡或驅動器、任何其他電腦可讀非暫時性儲存媒體或此等儲存媒體中之兩者或兩者以上之任何組合。電腦可讀非暫時性儲存媒體可為揮發性的、非揮發性的或揮發性與非揮發性之組合。 在本文中，「或」係包含性的而非排他性的，除非另有明確指示或上下文另有指示。因此，在本文中，「A或B」意指「A、B或兩者」，除非另有明確指示或上下文另有指示。此外，「及」係共同的及個別的，除非另有明確指示或上下文另有指示。因此，在本文中，「A及B」意指「A及B，共同地或個別地」，除非另有明確指示或上下文另有指示。此外，稱為「耦合」之組件包含直接耦合或間接耦合之組件。 本發明涵蓋了所屬領域之一般技術人員將理解之本文中之例示性實施例之眾多變化、替代、變化、改變及修改。類似地，在適當情況下，所附請求項包含所屬領域之一般技術人員將理解之本文中之例示性實施例之所有改變、替換、變化、改變及修改。此外，在所附請求項中對適於、經配置以、能夠、經組態以、經啟用以、可操作以或操作地執行特定功能之設備或系統或設備或系統之組件之參考包含該設備、系統、組件(無論是否啟動、開啟或解鎖特定功能)，前提是該設備、系統或組件如此調適、配置、能夠進行、組態、啟用、可操作或操作。
100‧‧‧系統
102‧‧‧力感測器
106‧‧‧力感測器陣列
108‧‧‧力控制器
110‧‧‧軌徑
112‧‧‧連接襯墊
114‧‧‧連接件
200‧‧‧裝置
201‧‧‧殼體
202‧‧‧力螢幕顯示器
204‧‧‧表面
206‧‧‧衝擊
208‧‧‧物件
210a‧‧‧按鈕
210b‧‧‧按鈕
210c‧‧‧按鈕
300‧‧‧機械堆疊
305‧‧‧觸摸感測器陣列
310‧‧‧緩衝墊
312‧‧‧電極
314‧‧‧基板
315‧‧‧保護層
320‧‧‧緩衝墊
400‧‧‧力感測系統
405‧‧‧電極
505‧‧‧電極
510‧‧‧電極
515‧‧‧電極
520‧‧‧電極
525A‧‧‧單元
525B‧‧‧單元
525C‧‧‧單元
525D‧‧‧單元
525E‧‧‧單元
525F‧‧‧單元
525G‧‧‧單元
525H‧‧‧單元
525I‧‧‧單元
525J‧‧‧單元
525K‧‧‧單元
525L‧‧‧單元
525M‧‧‧單元
525N‧‧‧單元
525O‧‧‧單元
525P‧‧‧單元
525Q‧‧‧單元
525R‧‧‧單元
525S‧‧‧單元
525T‧‧‧單元
525U‧‧‧單元
525V‧‧‧單元
525W‧‧‧單元
525X‧‧‧單元
525Y‧‧‧單元
530‧‧‧主體
535‧‧‧指部
625‧‧‧底板
700‧‧‧單元
800‧‧‧單元
本專利或申請檔案含有至少一彩制隨附圖式。在請求並在繳納必需的費用後，官方將提供具有彩色隨附圖式之本專利或專利申請公開案之副本。 藉由參考結合隨附圖式進行之以下描述可獲取對本發明和其優點之一更完全理解，在隨附圖式中： 圖1圖解說明根據本發明之一實施例之包含一力感測器之一例示性系統； 圖2圖解說明根據本發明之一實施例之容置一力感測器之一例示性裝置； 圖3圖解說明根據本發明之一實施例之包含一力感測器之一裝置之一例示性機械堆疊； 圖4圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測系統； 圖5A圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測陣列； 圖5B圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測陣列之一單元； 圖6A圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測系統； 圖6B圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測系統； 圖7A圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測陣列； 圖7B圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測陣列之一單元； 圖8A圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測陣列；且 圖8B圖解說明根據本發明之一實施例之一例示性力感測陣列之一單元。
106‧‧‧力感測器陣列
202‧‧‧力螢幕顯示器
300‧‧‧機械堆疊
305‧‧‧觸摸感測器陣列
310‧‧‧緩衝墊
312‧‧‧電極
314‧‧‧基板
315‧‧‧保護層
320‧‧‧緩衝墊
625‧‧‧底板

Claims (20)

  1. 一種設備，其包括： 一力感測器電路，該力感測器電路包括： 一基板； 安置在該基板上之一第一電極，該第一電極延伸穿過一列單元中之第一及第二單元，該等第一及第二單元具有基本上相等尺寸，且該第一電極在該第一單元中佔據之面積大於該第一電極在該第二單元中佔據之面積； 安置在該基板上之一第二電極，該第二電極延伸穿過該等第一及第二單元，該第二電極在該第二單元中佔據之面積大於該第二電極在該第一單元中佔據之面積； 安置在該基板上之一第三電極，該第三電極延伸穿過一行單元中之第三及第四單元，該等第三及第四單元具有基本上相等尺寸，且該第三電極在該第三單元中佔據之面積大於該第三電極在該第四單元中佔據之面積；及 安置在該基板上之一第四電極，該第四電極延伸穿過該等第三及第四單元，該第四電極在該第四單元中佔據之面積大於該第四電極在該第三單元中佔據之面積；及 一控制器，其經組態以基於由該力感測器電路傳達之信號來偵測一力及該力之位置。
  2. 如請求項1之設備，其進一步包括： 耦合至該第一電極之一第一軌徑； 耦合至該第二電極之一第二軌徑； 耦合至該第三電極之一第三軌徑；及 耦合至該第四電極之一第四軌徑。
  3. 如請求項1之設備，其中該控制器經組態以基於以下項來偵測該力之該位置： 該第一電極之一第一信號與該第二電極之一第二信號之一第一比率；及 該第三電極之一第三信號與該第四電極之一第四信號之一第二比率。
  4. 如請求項1之設備，其中該等第一、第二、第三及第四電極之各者包括自一主體延伸之複數個指部。
  5. 如請求項4之設備，其中該第一電極之該複數個指部中之一第一指部之一長度不同於該第一電極之該複數個指部中之一第二指部，該第一指部在該第一單元中且該第二指部在該第二單元中。
  6. 如請求項1之設備，其中該控制器進一步經組態以： 基於該第一單元之該等第一及第二電極之信號來判定該力之一水平位置；及 基於該第三單元之該等第三及第四電極之信號來判定該力之一垂直位置。
  7. 如請求項1之設備，其中： 該第一單元之該等第一及第二電極安置在該基板之一第一表面上；及 該第一單元之該等第三及第四電極安置在該基板之一第二表面上。
  8. 如請求項1之設備，其中該第一單元僅含有四個電極。
  9. 如請求項1之設備，其中該等第一及第二電極佔據之面積量與該等第三及第四電極基本上相同。
  10. 如請求項1之設備，其中由該列單元中之該等第一及第二電極佔據之一面積量與由該行單元中之該等第三及第四電極佔據之面積量基本上相同。
  11. 一種力感測器，其包括： 一基板； 安置在該基板上之一第一電極，該第一電極延伸穿過一列單元中之第一及第二單元，該等第一及第二單元具有基本上相等尺寸，且該第一電極在該第一單元中佔據之面積大於該第一電極在該第二單元中佔據之面積； 安置在該基板上之一第二電極，該第二電極延伸穿過該等第一及第二單元，該第二電極在該第二單元中佔據之面積大於該第二電極在該第一單元中佔據之面積； 安置在該基板上之一第三電極，該第三電極延伸穿過一行單元中之第三及第四單元，該等第三及第四單元具有基本上相等尺寸，且該第三電極在該第三單元中佔據之面積大於該第三電極在該第四單元中佔據之面積；及 安置在該基板上之一第四電極，該第四電極延伸穿過該等第三及第四單元，該第四電極在該第四單元中佔據之面積大於該第四電極在該第三單元中佔據之面積。
  12. 如請求項11之力感測器，其中： 該等第一及第二電極延伸穿過該等第三及第四單元；及 該等第三及第四電極延伸穿過該等第一及第二單元。
  13. 如請求項11之力感測器，其進一步包括： 耦合至該第一電極之一第一軌徑； 耦合至該第二電極之一第二軌徑； 耦合至該第三電極之一第三軌徑；及 耦合至該第四電極之一第四軌徑。
  14. 如請求項11之力感測器，其中該等第一、第二、第三及第四電極之各者包括自一主體延伸之複數個指部。
  15. 如請求項14之力感測器，其中該第一電極之該複數個指部中之一第一指部之一長度不同於該第一電極之該複數個指部中之一第二指部，該第一指部在該第一單元中且該第二指部在該第二單元中。
  16. 如請求項11之力感測器，其中： 該等第一及第二電極安置在該基板之一第一表面上；及 該第一單元之該等第三及第四電極安置在該基板之一第二表面上。
  17. 如請求項11之力感測器，其中該第一單元僅含有四個電極。
  18. 如請求項11之力感測器，其中該等第一及第二電極在該基板上佔據之面積量與該等第三及第四電極基本上相同。
  19. 如請求項11之力感測器，其中由該列單元中之該等第一及第二電極佔據之一面積量與由該行單元中之該等第三及第四電極佔據之面積量基本上相同。
  20. 一種設備，其包括： 一力感測器電路，該力感測器電路包括： 一基板； 安置在該基板上之一第一電極，該第一電極延伸穿過一列單元中之第一及第二單元，該等第一及第二單元具有基本上相等尺寸，且該第一電極在該第一單元中佔據之面積大於該第一電極在該第二單元中佔據之面積； 安置在該基板上之一第二電極，該第二電極延伸穿過該等第一及第二單元，該第二電極在該第二單元中佔據之面積大於該第二電極在該第一單元中佔據之面積； 安置在該基板上之一第三電極，該第三電極延伸穿過一行單元中之第三及第四單元，該等第三及第四單元具有基本上相等尺寸，且該第三電極在該第三單元中佔據之面積大於該第三電極在該第四單元中佔據之面積；及 安置在該基板上之一第四電極，該第四電極延伸穿過該等第三及第四單元，該第四電極在該第四單元中佔據之面積大於該第四電極在該第三單元中佔據之面積； 一控制器，其經組態以基於由該力感測器電路傳達之信號來偵測力及該力之一位置； 一第一軌徑，其將該第一電極耦合至該控制器； 一第二軌徑，其將該第二電極耦合至該控制器； 一第三軌徑，其將該第三電極耦合至該控制器；及 一第四軌徑，其將該第四電極耦合至該控制器，其中： 該第一單元僅含有四個電極；及 該等第一、第二、第三及第四電極之各者包括自一主體延伸之複數個指部。
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