TWI650700B - 力感測架構 - Google Patents

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Abstract

揭示一種含有一力感測裝置之電子裝置。該電子裝置包含:一使用者輸入表面,其界定該電子裝置之一外表面;一第一電容性感測元件;及一第二電容性感測元件,其電容耦合至該第一電容性感測元件。該電子裝置亦包含:一第一間隔層,其在該第一電容性感測元件與該第二電容性感測元件之間;及一第二間隔層,其在該第一電容性感測元件與該第二電容性感測元件之間。該第一間隔層及該第二間隔層具有不同組成物。該電子裝置亦包含耦合至該第一電容性感測元件及該第二電容性感測元件的感測電路系統,該感測電路系統經組態以判定在該使用者輸入表面上之一所施加力量。該第一間隔層經組態以在該所施加力低於一力臨限值的情況下塌陷,及該第二間隔層經組態以在該所施加力高於該力臨限值的情況下塌陷。

Description

力感測架構
本揭露大致上係關於感測對一表面施加之一力,且更具體而言,係關於透過電容性變化來感測一力。
觸控裝置通常提供對使用者觸碰裝置所在之位置的識別,包括移動、手勢及類似者。舉實例而言,觸控裝置可提供關於使用者與一圖形使用者介面(GUI)互動的資訊至一運算系統,諸如指向元件、重新定向或重新定位彼等元件、編輯或鍵打,及其他GUI特徵。舉另一實例而言,觸控裝置可提供合適供一使用者與一應用程式互動的資訊至一運算系統,諸如關於動畫、照片、圖片、投影片簡報、聲音、文字、其他視聽元件、及其他之輸入或操縱。
然而,一般而言,觸控輸入視為二進位輸入。一觸控存在且被感測,或觸控不存在。一觸控輸入之一力可提供另一輸入資訊來源至一裝置。舉例而言,一裝置對用一低施加力之一觸控的回應可不同於對用一高施加力之一觸控的回應。力感測裝置可基於經受該力的一組件之一變形量來判定一所施加力之一量或值。
在其中力輸入施加至一觸控螢幕(諸如一多點觸摸式觸控螢幕,使用者觸碰該觸控螢幕以選擇顯示在顯示器上之一物件或應用程式或與物件或應用程式互動)的裝置中,由該顯示器所產生之雜訊會干擾該觸控螢幕之操作。在一些情況中,該顯示器雜訊可電耦合至該觸控螢幕且干擾該觸控螢幕之操作。此類顯示器雜訊亦可電耦合至一力感測裝置。該顯示器雜訊之量值會比力信號之量值更大,使得難以辨別該等力信號與該顯示器雜訊。
一種電子裝置包括:一使用者輸入表面,其界定該電子裝置之一外表面;一第一電容性感測器,其包含一第一對感測元件,該第一對感測元件之間具有一氣隙,且該第一電容性感測器經組態以判定導致該氣隙之一塌陷的在該使用者輸入表面上之一第一所施加力量;及一第二電容性感測器,其在該第一電容性感測器下方,該第二電容性感測器包含一第二對感測元件,該第二對感測元件之間具有一可變形元件,該第二電容性感測器經組態以判定在導致該可變形元件之一變形的該使用者輸入表面上之一第二所施加力量。
該第一對感測元件包含一共用感測元件及一第一驅動元件,該第一驅動元件與該共用感測元件相隔開且電容耦合至該共用感測元件。該第二對感測元件包含該共用感測元件及一第二驅動元件,該第二驅動元件與該共用感測元件相隔開且電容耦合至該共用感測元件。該共用感測元件可設置於該第一驅動元件與該第二驅動元件之間。該共用感測元件可包括一感測區域陣列。
該電子裝置可進一步包括一顯示器元件,該顯示器元件耦合至該第一驅動元件。該電子裝置可進一步包括一基底結構,其中該顯示器元件經組態以相對於該基底結構撓曲,該可變形元件耦合至該基底結構,且該氣隙定位於該可變形元件與該顯示器元件之間。該共用感測元件可耦合至該可變形元件。
該電子裝置可進一步包括一顯示器層,該顯示器層包含:一顯示器元件,其定位在該使用者輸入表面下方;及一後偏光器,其定位在該顯示器元件下方。該電子裝置亦可包括:一傳導材料片材,其形成在該後偏光器之一後表面上方以在該後偏光器之該後表面上產生一導電表面;及一傳導邊框,其沿該傳導材料片材之至少一邊緣而形成。該傳導邊框可定位在該顯示器層之一使用者可觀看區域之外部。該傳導材料片材可包含銀奈米線。
一種用於一電子裝置之電容性力感測器包括:一第一驅動層;一第二驅動層,其相對於該第一驅動層而定位;一共用感測層,其在該第一驅動層與該第二驅動層之間;一第一間隔層,其在該第一驅動層與該共用感測層之間;及一第二間隔層,其在該共用感測層與該第二驅動層之間。
該第一間隔層可包含一氣隙。該電容性力感測器可進一步包含:一對相對表面,其等界定該氣隙;及一抗黏附層,其經組態以防止該等相對表面之間之黏附。該氣隙可具有約1.0 mm或以下之一厚度。該第二間隔層可包含一可變形材料。該第二間隔層可包含自一基底層延伸之一可變形突起部陣列。
該電容性力感測器可進一步包括感測電路系統,該感測電路系統操作上耦合至該第一驅動層、該第二驅動層、及該共用感測層,且經組態以判定導致該第一間隔層之一厚度變化的一第一所施加力量及導致該第二間隔層之一厚度變化的一第二所施加力量。
該第一驅動層可包括:一絕緣基材;一傳導材料片材,其形成在該絕緣基材之一後表面上方以在該絕緣基材之該後表面上產生一導電表面;及一傳導邊框,其沿該傳導材料片材之至少一邊緣而形成。該傳導邊框可包括沿該傳導材料片材之該等邊緣延伸的一連續傳導邊框。該傳導邊框可包括沿該傳導材料片材之一各別邊緣而形成的一或多個傳導條
一種電子裝置可包括:一蓋件,其界定該電子裝置之一使用者輸入表面;一第一感測元件,其在該電子裝置之一內部體積內耦合至該蓋件;一框架構件,其耦合至該蓋件且延伸至該電子裝置之該內部體積中;一第二感測元件,其耦合至該框架構件;及一第三感測元件,其耦合至一基底結構且與該感測層相隔開。
該框架構件可界定一開口,及該第三感測元件可透過該開口而與該第二感測元件電容耦合。
該第一感測元件可包含實質上覆蓋一基材之一整個表面的一連續透明傳導材料層。該第二感測元件可包含複數個感測區域,且該連續透明傳導材料層可與該複數個感測區域之多個感測區域重疊。
該第三感測元件可包含複數個驅動區域,且各驅動區域可與該複數個感測區域之多個感測區域重疊。該第一感測元件可進一步包含電耦合至該連續透明傳導材料層的一連接元件,及該電子裝置可進一步包含經組態以提供一電信號至該第一感測元件的感測電路系統及電耦合該感測電路系統至該連接元件的一連接器分段。
一種電子裝置可包括:一絕緣基材,其定位在一蓋層下方;一傳導材料片材,其形成在該絕緣基材之一後表面上方以在該絕緣基材之該後表面上產生一導電表面;一傳導邊框,其沿該傳導材料片材之至少一邊緣而形成;及一電極層,其定位在該絕緣基材下方,其中該傳導材料片材及該電極層一起形成一力敏結構,該力敏結構經組態以偵測在該蓋層上之一力輸入。
該電子裝置可進一步包括:驅動電路系統,其耦合至該傳導材料片材;及感測電路系統,其耦合至該電極層。該電極層可包含一電極陣列。該傳導邊框可包含沿該傳導材料片材之該等邊緣延伸的一連續傳導邊框。該傳導邊框可包含沿該傳導材料片材之一各別邊緣而形成的一或多個傳導條。
一種電子裝置包括:一顯示器層,其包含一顯示器元件及一後偏光器,該顯示器元件定位在一蓋層下方,該後偏光器定位在該顯示器元件下方;一傳導材料片材,其形成在該後偏光器之一後表面上方以在該後偏光器之該後表面上產生一導電表面;一傳導邊框,其沿該傳導材料片材之至少一邊緣而形成;及一第一電極層,其定位在該顯示器層下方。該傳導材料片材及該第一電極層可一起形成一力敏結構,該力敏結構經組態以偵測在該蓋層上之一力輸入。
該電子裝置可進一步包含定位於該蓋層與該前偏光器之間之一觸敏層。該電子裝置可進一步包含定位於該觸敏層與該前偏光器之間之一傳導層。該傳導邊框可包含沿該傳導材料片材之該等邊緣延伸的一連續傳導邊框。該傳導邊框可包含沿該傳導材料片材之一各別邊緣而形成的一或多個傳導條。
該力敏結構可包含一第一力敏結構,該力輸入可包含一第一力量,及該電子裝置可進一步包含一第二力敏結構,該第二力敏結構包含一第二電極層,該第二電極層定位在該第一電極層下方且與該第一電極層相隔開。該第二力敏結構可經組態以偵測在該蓋層上之一第二力量,其中該第二力量大於該第一力量。該傳導邊框可定位在該顯示器層之一使用者可觀看區域之外部。
該電子裝置可進一步包含:驅動電路系統,其耦合至該傳導材料片材;及感測電路系統,其耦合至該第一電極層。該第一電極層可包含一電極陣列。該傳導材料片材可包含銀奈米線。
一種在一膜基材之一表面上形成傳導邊框之方法可包括:施加複數個遮罩至該膜基材之該表面上,各遮罩界定該膜基材之該表面上之一區,該區將由一各別傳導邊框所環繞;形成一傳導材料於該膜基材之該表面及該等遮罩上方;自該膜基材之該表面移除各遮罩以產生該等傳導邊框;及單切該等傳導邊框以產生該膜基材之個別區段,各區段包括一各別傳導邊框。該方法可進一步包括在單切該等傳導邊框之前形成一保護性層於該膜之該表面上方。
形成該傳導材料於該膜基材之該表面及該等遮罩上方可包含毯覆沉積該傳導材料於該膜基材之該表面及該等遮罩上方。該膜基材可包含一偏光器膜,該偏光器膜含有形成在該偏光器膜之該表面上的一傳導材料片材。該偏光器膜可附接至在一電子裝置中之一顯示器元件。
一種電子裝置可包含:一使用者輸入表面,其界定該電子裝置之一外表面;一第一電容性感測元件;一第二電容性感測元件,其電容耦合至該第一電容性感測元件;一第一間隔層,其在該第一電容性感測元件與該第二電容性感測元件之間;一第二間隔層,其在該第一電容性感測元件與該第二電容性感測元件之間且具有與該第一間隔層不同之一組成物;及感測電路系統,其耦合至該第一電容性感測元件及該第二電容性感測元件,該感測電路系統經組態以判定在該使用者輸入表面上之一所施加力量。該第一間隔層可經組態以在該所施加力低於一力臨限值的情況下塌陷,及該第二間隔層可經組態以在該所施加力高於該力臨限值的情況下塌陷。
當該所施加力低於該力臨限值時,該外表面可相對於力實質上線性偏轉,及當該所施加力高於該力臨限值時,該外表面可相對於力實質上非線性偏轉。該感測電路系統可基於是否該第一間隔層完全塌陷而使用不同力偏轉相關性來判定該所施加力量。
該第一間隔層可係一氣隙,及該第二間隔層可包含一可變形元件。該可變形元件可包含自一基底層延伸之一可變形突起部陣列。該電子裝置可進一步包括經組態以偵測是否該第一間隔層完全塌陷之一感測器。
一種用於一電子裝置之力感測裝置包括:一堆疊,其包含一第一電容性感測元件;一結構,其在該堆疊下方且包含電容耦合至該第一電容性感測元件之一第二電容性感測元件;一氣隙,其在該堆疊與該結構之間;及一接觸式感測器。該堆疊可經組態以回應於施加至該電子裝置之一使用者輸入表面的一力而相對於該結構移動,藉此引起該氣隙之一厚度變化,該第一電容性感測元件及該第二電容性感測元件可經組態以提供相對應於該氣隙之該厚度變化的一電容測量,及該接觸式感測器可經組態以偵測由該氣隙完全塌陷所引起的介於該堆疊與該結構之間之接觸。該力感測裝置可進一步包括在該第一電容性感測元件與該第二電容性感測元件之間之一可變形元件。
該接觸式感測器可包含感測區域及傳導元件,該等傳導元件經組態以當該堆疊透過該氣隙而接觸該結構時接觸該等感測區域。該力感測裝置可進一步包含在該氣隙之一第一側上的一可變形元件,其中該等傳導元件設置在該可變形元件上,及該等感測區域設置在該氣隙之一第二側上,該第二側與該第一側相對。該可變形元件可包含自一基底層延伸之突起部,及該等傳導元件可耦合至該等突起部。
該接觸式感測器可包含在該氣隙之一第一側上的電容性感測區域及在該氣隙之一第二側上的介電元件,該第二側與該第一側相對,且該等介電元件與該等電容性感測區域電容耦合。該等電容性感測區域可與該第一電容性感測元件整合,及該等介電元件耦合至該可變形元件。
一種用於一電子裝置之感測器組件可包括:一基底;複數個突起部,其等包含自該基底延伸之可變形材料;及複數個感測元件,其等設置在該等突起部之自由端部處。該等感測元件可至少部分內嵌在該等突起部中。該等感測元件可塗佈在該等突起部上。該等感測元件可包含一傳導材料。該等感測元件可包含一介電材料。該基底及該複數個突起部可係一體式組件。該感測器組件可進一步包含至少不包括任何感測元件的一額外突起部。
現在將詳細參考附圖中繪示之代表性實施例。應理解,下文描述非意圖使實施例限於一較佳實施例。相反地,意圖涵蓋可包括在如隨附申請專利範圍所定義之所描述之實施例之精神及範疇內的各種替代例、修改例及同等例。
本揭露係關於可併入至各式各樣電子或運算裝置(諸如但不限於電腦、智慧型手機、平板電腦、軌跡板、穿戴式裝置、小外觀尸寸裝置等等)中之力感測裝置。可使用力感測裝置以偵測在一輸入表面上之一或多個使用者力輸入,及接著,一處理器(或處理單元)可使所感測之輸入與一力測量互相關及提供彼等輸入至該運算裝置。在一些實施例中,可使用力感測裝置以判定至一軌跡板、一觸控螢幕顯示器、或另一輸入表面的力輸入。
裝置可經組態以依各種方式回應於力輸入或使用力輸入。舉例而言,一裝置可經組態以顯示可視線索(affordance),一使用者可藉由觸碰一觸控螢幕之表面來與可視線索互動。可視線索可包括應用程式圖示、虛擬按鈕、可選擇之區域、文字輸入區域、虛擬按鍵、或類似者。該觸控螢幕可能夠偵測一觸碰事件之發生及位置。藉由併入力感測器(諸如本文所揭示者),裝置可不僅能夠偵測一觸碰之發生及位置,而且亦能夠偵測輸入所施加之一力量。接著,裝置可基於所施加力量而採取不同動作。舉例而言,如果一使用者用低於一臨限值之一力輸入來觸碰一應用程式圖示,則該裝置可開啟該應用程式。如果使用者用高於該臨限值之一力觸碰該應用程式圖示,則該裝置可開啟含有與該應用程式相關之額外可視線索之一快顯功能表。舉另一實例而言,可使用力感測器以判定與一所施加力相關聯之一重量,使得一裝置可用作為一秤。亦設想用於力輸入之其他應用。
力感測裝置可包括一輸入表面、一或多個感測層(諸如電容性感測元件、驅動層、感測層、及類似者)、一或多個間隔層(例如,氣隙、可變形元件)、及一基材或支撐層。該輸入表面為一使用者提供一接合表面,諸如一軌跡板之外部表面或一顯示器之蓋玻璃。該力感測裝置可與一電子裝置之其他組件(諸如一觸控螢幕、一顯示器、或類似者)合併。在此類情況中,力感測裝置之組件(諸如一或多個感測層)可穿插有其他層,諸如一蓋玻璃、濾光器、觸碰感測層、背光組件、一顯示器元件(例如,一液晶顯示器總成)、或類似者。
施加至力感測裝置之一輸入表面的一使用者輸入會引起力感測裝置之一或多個層依所施加力之一方向偏轉,使得一間隔層(例如,一氣隙)塌陷。此偏轉改變力感測裝置之組件之間之距離(諸如兩個互補感測層之間之距離),其可由力感測裝置予以偵測且與一特定所施加力互相關。當間隔層已完全塌陷(例如,界定間隙之相對側的組件已彼此接觸)時,施加至輸入表面的額外力將不會導致力感測裝置之層之間之距離的一顯著額外變化。即,力感測裝置已到達其可偵測的力之最大值。
本文所描述之力感測裝置包括:一第一間隔層,諸如一氣隙;及一第二間隔層,諸如一可變形元件,其回應於一所施加力而產生一漸進式變形。舉例而言,一氣隙及一可變形元件可設置於第一感測層與第二感測層之間,使得一所施加力首先引起氣隙塌陷,且一旦氣隙已完全塌陷,旋即引起可變形元件壓縮或以其他方式變形。隨著所施加力增加及可變形元件變成更壓縮,可變形元件賦予對該所施加力的一愈來愈高反應力。因此,與在不含有可變形元件之一相似力感測裝置中感測的力相比,含有一可變形元件及一氣隙的一力感測裝置可能夠感測針對一給定偏轉的較大力。
本文所描述之力感測裝置亦可包括接觸式感測器,該等接觸式感測器指示何時一氣隙之相鄰層彼此接觸(例如,當該氣隙已完全塌陷時)。可使用此類接觸式感測器來向一處理器或感測電路系統指示是否該力感測裝置操作於一氣隙力型態或一可變形元件力型態,其可改良力感測裝置之品質及/或精確度。
氣隙、可變形元件、及接觸式感測器可用在具有各種數目及配置的間隔層、感測層、接觸式感測器、及類似者的各種不同力感測架構中。本文所描述此類架構之實例。
圖1至圖2展示可併入本文所描述之力感測裝置的實例電子裝置。舉例而言,圖1展示可併入本文所描述之力感測裝置的一電子裝置100(例如,一行動運算裝置)。電子裝置100可包括一殼體104及一顯示器102。顯示器102可提供一視覺輸出至在使用者可觀看區域108中之一使用者。可運用任何合適技術實施顯示器102,包括(但不限於)使用液晶顯示器(LCD)元件、發光二極體(LED)元件、有機發光顯示器(OLED)元件、有機電致發光(OEL)元件、及類似者的多觸碰感測觸控螢幕。在一些實施例中,顯示器102可用作為一輸入裝置,其允許使用者與行動運算裝置100互動。舉例而言,該顯示器可係一多點觸摸式觸控螢幕LED顯示器。
裝置100亦可包括一I/O裝置106。I/O裝置106可呈一首頁按鈕(home button)之形式,其可係一機械按鈕、一螢幕按鈕(soft button)(例如,實體上不移動但是仍接受輸入的一按鈕)、在一顯示器上之一圖示或影像等等。進一步,在一些實施例中,I/O裝置106可經整合作為該電子裝置之一蓋件110及/或殼體104之部件。裝置100亦可包括其他類型I/O裝置,諸如一麥克風、一揚聲器、一相機、一生物識別感測器、及一或多個埠,諸如一網路通訊埠及/或一電源線埠。
蓋件110可定位在裝置100之前表面(或該前表面之一部分)上方。蓋件110之至少一部分可用作為接收觸控及/或力輸入的一輸入表面。蓋件110可用任何合適材料予以形成,諸如玻璃、塑膠、藍寶石、或其組合。在一實施例中,蓋件110覆蓋顯示器102及I/O裝置106。可藉由覆蓋顯示器102的蓋件110之部分及藉由覆蓋I/O裝置106的蓋件110之部分接收觸控輸入及力輸入。
在另一實施例中,蓋件110覆蓋顯示器102,但不覆蓋I/O裝置106。可藉由覆蓋顯示器102的蓋件110之部分接收觸控輸入及力輸入。在一些實施例中,I/O裝置106可設置在經形成在蓋件110中之一開口或孔隙中。該孔隙可延伸穿過殼體104,且I/O裝置106之一或多個組件可定位在殼體104中。
一力感測裝置可經組態以偵測在顯示器102上之力輸入。一力感測裝置亦可經組態以偵測在殼體104之一部分上之力輸入,諸如殼體104之一後部或側,或環繞顯示器102之一邊框部分。除該力感測裝置外,顯示器102亦可包括一或多個觸碰感測器,諸如一多點觸控電容性網格、或類似者。在這些實施例中,顯示器102可偵測力輸入以及位置或觸控輸入兩者。在圖1中之裝置100體現為一平板電腦(例如,一行動運算裝置),但此僅僅係可包括本文所描述之力感測裝置的一實例裝置。可包括本文所描述之力感測裝置的其他裝置之實例包括其他行動運算裝置、穿戴式電子裝置(例如,錶)、行動手機、膝上型電腦或桌上型電腦、電腦周邊裝置(例如,提供輸入至電腦的軌跡板)、或類似者。
圖2展示一膝上型電腦200,其包括一軌跡板206(或其他輸入表面)、一顯示器202、及一外殼204。外殼204可繞軌跡板206及/或顯示器202之一部分延伸。力感測裝置可經組態以偵測在軌跡板206、顯示器202或兩者上之力輸入。
在另一實例中(圖中未展示),一力感測裝置可併入至一軌跡板中,該軌跡板可連接至一電腦,但容置在一分開之外殼或殼體中。舉例而言,包括一力感測裝置之一獨立軌跡板可經組態以連接至一電腦而作為一周邊輸入裝置,相似於一滑鼠或軌跡球。
圖3A係沿圖1之線A-A檢視的圖1之裝置100的剖面圖,圖中展示一總成300,該總成可提供顯示、觸碰感測、及力感測功能性至裝置100,或可與其他組件整合以提供此類功能性。舉例而言,圖5、圖12、圖14、圖16、圖23A,及圖26繪示可與總成300或相似於總成300之一總成整合的力感測結構及/或裝置之實例。
裝置100包括一蓋件303,該蓋件耦合至殼體104且界定裝置100之一外部表面。蓋件303可係一單一層或可包括多個層,且可由(多種)任何適合的材料所形成或包括(多種)任何適合的材料,諸如玻璃、經處理玻璃、塑膠、鑽石、藍寶石、陶瓷、抗油性塗層、疏水性塗層、或類似者。裝置100亦可包括其他內部組件,其包括電路板、相機、感測器、天線、處理器、觸覺元件、揚聲器、或類似者,為了清楚,自圖3A省略該等組件。
蓋件303可經由一介接構件305耦合至殼體104。圖3B係在圖3A中所展示之區317的展開圖,圖中詳細展示介於蓋件303與殼體104之間之接點。
介接構件305可係或可包括一黏著劑,該黏著劑固定蓋件303至殼體104之一凸耳307或其他特徵。舉例而言,介接構件305可係一壓敏黏著劑(PSA)、熱敏黏著劑(HSA)、環氧樹脂、或其他接合劑。介接構件305可係柔性或剛性。在介接構件305係柔性的情況中,可有助於保護蓋件303(蓋件可包括玻璃或其他易碎材料)免於因震動及衝擊而損壞。另外,如本文參照圖23A至圖25所論述,介接構件305可包括感測元件或與感測元件協作,感測元件連同適合的處理電路系統可偵測介接構件305之一變形程度。接著,可使用介接構件305之所偵測變形程度以判定諸如施加至蓋件303之一力量等資訊。
參照圖3A,總成300包括一上部堆疊304,該上部堆疊可包括一顯示器之一或多個層或組件,包括一液晶矩陣、發光二極體(LED)、光導、濾光器、(例如,偏光濾光器)、漫射器、電極、屏蔽層(例如,氧化銦錫層)、或類似者。上部堆疊304可諸如用PSA,HSA、或類似者而耦合至蓋件303。上部堆疊304亦可包括用於偵測在蓋件303上之一觸控輸入之存在及/或位置的感測元件,其包括舉例而言電容性感測元件、電阻性感測元件、及類似者。
總成300亦包括一下部堆疊308,可藉由一氣隙306使下部堆疊308與在下部堆疊308之至少一部分上方的上部堆疊304分開。使上部堆疊304與下部堆疊308分開的氣隙306可係約25微米至約100微米厚,然而其他尺寸係亦可行。氣隙306可有助於防止回應於在蓋件303上之一所施加力而使在下部堆疊308中之組件變形,其會引起在顯示器102上之非所欲的光學假影。舉例而言,下部堆疊308可包括光源、光導、漫射器、或其他光學組件,如果剛性耦合至上部堆疊304,則當時一力施加至蓋件303時,該等組件會偏轉。藉由以氣隙306使這些元件與上部堆疊304分開,可降低非所欲變形。
下部堆疊308可包括一框架構件309,該框架構件支撐下部堆疊308之其他組件且耦合下部堆疊308至上部堆疊304。舉例而言,框架構件309可依相對於上部堆疊304及/或蓋件303的一相隔開組態來支撐下部堆疊308之組件(包括光源、光導、漫射器、感測元件、或類似者)。
框架構件309可耦合至上部堆疊304及/或蓋件303且可延伸至一電子裝置之一內部體積中。可藉由一結合構件311(其可係或包括一黏著劑或其他接合劑)將框架構件309耦合至上部堆疊304及/或蓋件303。框架構件309可由任何適合的材料所形成或包括任何適合的材料,諸如金屬、塑膠、或類似者。如本文所描述,總成300可包括用於感測在蓋件303上之一所施加力的感測元件。此類感測元件可依賴於與其他感測元件電磁性互動以判定該所施加力的能力。舉例而言,一電容性感測層可需要電容耦合至一電容性驅動層以偵測介於該感測層與該驅動層之間之一距離變化。據此,框架構件309可在框架構件309之一中心部分中界定一開口。該開口可降低或排除感測元件之間之一固體層的干擾、屏蔽、或其他負作用。如所展示,由介電材料(或不屏蔽或以其他方式干擾該感測層及該驅動層的任何其他材料)所形成的一加勁構件312設置在該開口中。在一些實施例中,可自框架構件309省略加勁構件312,且該開口可保持未被填充。
在其中框架構件309界定一開口以促進或改良感測元件之間之電氣、電容及/或電磁互動的情況中,該開口可實質上與一顯示器及/或顯示器102之觸敏區域重合。據此,感測元件可能夠提供力(或其他)感測功能性給實質上整個顯示器及/或顯示器102之觸敏區域。
下部堆疊308可包括一顯示器之一或多個層或組件。舉例而言,下部堆疊308可包括一光源313包含一或多個LED、螢光燈(fluorescent light)、或類似者。光源313可發射光至一光學堆疊315中,該光學堆疊包括一或多個光學組件,包括(但不限於)反射器、漫射器、偏光器、光導(例如,光導膜),及透鏡(例如,菲涅耳透鏡)。在圖3A至圖3B中所展示之照明組態僅僅係例示性,及下部堆疊308可包括除圖3A至圖3B中所展示者外的照明組態。
上部堆疊304及下部堆疊308在上文描述為包括顯示器元件。在其中總成300不提供顯示器功能性的應用中,諸如其中總成300係軌跡板206之部件或耦合至軌跡板206,上部堆疊304及下部堆疊308可包括不同於上文所描述者的組件及/或層,或可被省略或用其他組件取代。
一第一間隔層(諸如一氣隙310)及一第二間隔層(諸如一可變形元件314)在下部堆疊308下方。氣隙310可係約0.5 mm至約1.0 mm厚,然而其他尺寸係亦可行。
該第一間隔層及該第二間隔層經組態以回應於一所施加力而變化厚度。舉例而言,氣隙310之一厚度(例如,界定該氣隙的相對表面之間之距離)可隨著一力施加至蓋件303而縮減。相似地,可變形元件314之一厚度可隨著一力施加至蓋件303而縮減。
可變形元件314可包括任何適合的材料,諸如聚矽氧、聚胺甲酸酯發泡體,橡膠、凝膠體、或類似者。另外,可變形元件314可具有任何適合的結構,諸如多個柔性或可變形突起部(如所展示),其可形成為柱體、樑、角錐體、含側壁之通道、圓錐體、波狀突起部、凸塊、或類似者。可變形元件314亦可或替代地包含開穴或閉穴,諸如一海綿或一發泡體。可變形元件314亦可具有一實質上均質、無孔組成物。舉又另一實例,可變形元件314可包括多個可變形材料離散片件,諸如點、墊、或類似者。
針對該第一間隔層及該第二間隔層之前述材料及組態僅僅係實例,然而,且該第一間隔層及該第二間隔層可由任何適合的材料或其組合所形成。舉例而言,可用一第一發泡體材料取代氣隙310,及可變形元件314可包括一第二發泡體材料,該第二發泡體材料具有之一密度、厚度、組成物、或彈簧係數不同於該第一發泡體材料。舉另一實例而言,該第一間隔層及該第二間隔層可實質上相同,且可包括相同材料或由相同材料所形成。
可變形元件314可耦合至或相鄰於一基底結構或層316。基底結構316可係總成300專用的一基材或支撐層,或可係一電子裝置之另一組件,諸如一電池組、一殼體或外殼之一部分、一電路板、或任何其他組件。
圖3C至圖3E繪示總成300對在上部堆疊304上之一輸入力302的物理回應進展。如上文所提及,輸入力302可對應於一使用者用一手指、手寫筆、或其他物件接觸一電子裝置之一使用者輸入表面,諸如蓋件303。輸入力302可透過蓋件303而傳送至上部堆疊304之表面。
圖3C繪示在輸入力302施加至上部堆疊304之前總成300之部分(由在圖3A中之區301所表示)。圖3D繪示該力輸入已引起上部堆疊304偏轉或撓曲而足以使氣隙306完全塌陷後的總成300。具體而言,上部堆疊304已撓曲朝向下部堆疊308,使得在至少一位置中上部堆疊304與下部堆疊308接觸。上部堆疊304之勁度及氣隙306之大小可判定引起上部堆疊304與下部堆疊308接觸的該力量。在一些情況中,甚至來自使用者的一稍微觸控將係充足的(例如,使用者不視為係「按壓」在蓋件上的觸碰)。
圖3E繪示該力輸入已引起下部堆疊308偏轉而足以使氣隙310完全塌陷、因此使下部堆疊308與可變形元件314接觸且使可變形元件314至少部分變形之後的總成300。
如本文中所使用,用語「塌陷」可係指一層之一部分塌陷(例如,相對應於在任何位置處一材料或一氣隙之任何厚度減小)、或一層之一全塌陷(例如,相對應於在任何位點處界定一氣隙的相對表面彼此接觸,或到達一可變形材料之一最大變形)。
圖4係一實例力相對於偏轉曲線,其繪示在圖3C至圖3E中之總成300之一使用者輸入表面(例如,蓋件303)如何回應於該力輸入而偏轉。具體而言,隨著該力自零增加至一力臨限值(例如,相對應於點402),該偏轉沿一第一量變曲線406增加。在一些情況中,第一量變曲線406對應於總成300之偏轉直到總成300中之所有氣隙(例如,氣隙306及氣隙310)已完全塌陷。隨著該力增加超過力臨限值(例如,點402)且可變形元件314壓縮,該偏轉沿自點402延伸至點404之一第二量變曲線408增加。據此,該力臨限值對應於自僅該等氣隙塌陷轉變至該可變形元件變形的該力量。
第一量變曲線406可係實質上線性,使得在第一量變曲線406中之任何點,力之一增量式增加產生蓋件303之變形的實質上相同增量式增加。相比而言,第二量變曲線408可係非線性,且可隨著該力增加而為平線(plateau)。舉例而言,與在第二量變曲線408結束處的力之相同增量式增加相比,在第二量變曲線408開始處的力之一增量式增加可導致蓋件303之較大變形量。然而,這些量變曲線僅僅係例示性,且本文所描述之力感測裝置可展現任何其他力相對於偏轉曲線或量變曲線。
本文所描述之系統及方法(包括下文所描述之力感測裝置500,700,900、及1100)促進偵測是否一力感測裝置根據第一量變曲線406操作,使得僅氣隙塌陷,或根據第二量變曲線408操作,使得一可變形元件變形。藉由偵測不同量變曲線,可提供準確力測量。
雖然圖3A至圖4係關於裝置100之總成300,但是總成300之組件、結構、及操作原理亦可應用於其他裝置,諸如裝置200(或任何其他適合的裝置)之顯示器202或軌跡板206。在其中一顯示器不存在的情況中,可省略、取代、或重新配置總成300之一些組件,諸如軌跡板206。舉例而言,上部堆疊304及下部堆疊308可包括除顯示器元件外之組件,或被可省略或用間隔物或其他組件予以取代。
圖5係可併入在一電子裝置(例如,裝置100、200)中的一實例力感測裝置500的部分剖面圖,描繪相似於在圖3A中之區301的一區。為了清楚,省略蓋件303及殼體104。
力感測裝置500包括一上部堆疊504,相似於上部堆疊304,上部堆疊504可包括一顯示器之一或多個層或組件,其包括一液晶矩陣,發光二極體(LED),光導、濾光器、(例如,偏光濾光器)、漫射器、電極、或類似者。上部堆疊504可經組態以回應於在力感測裝置500上之一所施加力而撓曲或能夠撓曲。
一第一感測元件505耦合至上部堆疊504(舉例而言,耦合至一蓋件303或耦合至經耦合至蓋件303的一組件,諸如一濾光器)且係在一電子裝置之一內部體積內。第一感測元件505可係一電容性感測元件,其經組態以與另一電容性感測元件電容耦合。舉例而言,第一感測元件505可係電容耦合至一感測層(例如,第二感測元件512,下文)的一驅動層,其促進使用互電容來偵測介於該感測層與該驅動層之間之一距離。舉另一實例而言,第一感測元件505可係一感測層,而非一驅動層。舉又另一實例而言,第一感測元件505可經組態以電容耦合至一接地層以促進使用自電容來偵測介於本身與該接地層之間之一距離。舉又另一實例而言,第一感測元件505可係電容耦合至一分開之感測層的一接地層。
在本描述之實例中,該等感測元件描述為用於電容性感測之元件。然而,替代電容性感測器或除電容性感測器外,可使用其他類型感測器(及感測器組件)。事實上,可使用可偵測組件之間之距離變化或絕對距離、或以其他方式偵測力的其他類型感測器或感測技術。舉例而言,可使用電感式感測器、光學感測器、音波或超音波感測器、或磁性感測器。另外,感測器之組件可整合在如本文所展示之力感測器中(例如,其中感測元件藉由一或多個層而彼此相隔開,包括氣隙、可變形層、其他組件、或類似者),或可依合適用於該類型感測器的任何其他方式來整合感測器之組件(例如,一光學感測器可包括一或多個光發射器,而取代一感測層)。
可用任何適合方式耦合第一感測元件505至上部堆疊504,諸如用一壓敏黏著劑(PSA)、熱敏黏著劑(HSA)、或類似者。第一感測元件505亦可經圖案化在上部堆疊504上,諸如用物理氣相沉積、電子束蒸鍍、濺鍍沉積、或任何其他適合的技術。第一感測元件505可由設置在一基材上的任何適合材料所形成或包括設置在一基材上的任何適合材料,諸如氧化銦錫(ITO)。
一下部堆疊508可設置在第一感測元件505下方且藉由一氣隙506而與第一感測元件505分開。如同氣隙306,氣隙506可係任何適合的厚度,諸如自約25微米至約100微米。
下部堆疊508可包括任何適合的組件或層,諸如上文關於下部堆疊308所描述者(例如,LED、一光學堆疊、背光、反射器、或光導),且可耦合至上部堆疊504及/或殼體104,如關於圖3A之下部堆疊308所描述(例如,經由框架構件309)。在其中力感測裝置500不包括一顯示器或不提供顯示器功能性的實施例中,下部堆疊508(以及上部堆疊504)可包括不同組件或被省略。
下部堆疊508可耦合至一框架構件及/或由一框架構件予以支撐,其可相似於在圖3A中之框架構件309。該框架構件可包括一加勁構件509,相似於在圖3A中之加勁構件312。加勁構件509可由一介電材料所形成或包括一介電材料以促進或改良感測元件之間之電氣、電容及/或電磁互動(例如,介於第一感測元件505與第二感測元件512之間之電氣、電容及/或電磁互動)。
該框架構件且具體而言加勁構件509可依相對於該電子裝置之該上部堆疊、一基底結構516、一可變形元件514、或其他組件之一相隔開組態來支撐下部堆疊508。圖5展示耦合至一可變形元件514之第二感測元件512。然而,在一些情況中,第二感測元件512可耦合至下部堆疊508。在此類情況中,第二感測元件512可耦合至該框架構件,諸如耦合至加勁構件509或下部堆疊508之一組件。
一氣隙510使下部堆疊508與一第二感測元件512分開。氣隙510可係任何適合的厚度,諸如自約0.5 mm至1.0 mm。
第二感測元件512可係用於一電容性感測器之一感測層,且可電容耦合至第一感測元件505。第二感測元件512可包括一離散電容性感測區域陣列,其促進偵測在上部堆疊504上之一力輸入之一位置(及/或一量值)。第二感測元件512可由任何適合材料所形成或包括任何適合材料,諸如設置在一基材上的ITO跡線。第二感測元件512可耦合至可變形元件514、加勁構件509(或該框架構件之其他組件或下部堆疊508)、或在該電子裝置之內部體積中的任何其他組件或結構,使得第二感測元件512係在第一感測元件505與一第三感測元件515之間(下文所論述)。
一選用之抗黏附層511可設置在界定氣隙510之一側的一表面上以防止該氣隙之相對側彼此接觸時暫時或永久黏一起。因此,當自一使用者輸入表面移除一所施加力時,力感測裝置500之組件可返回至或接近其原始定向。抗黏附層511可由任何適合材料所形成或包括任何適合材料,且可具有任何適合的形狀或結構。舉例而言,抗黏附層511可包含柱體、突起部、通道、或准許氣流通過其的其他結構,以降低或防止當氣隙510完全塌陷時於氣隙510之表面之間形成經密封區。在無抗黏附層511的情況中,此類經密封區可導致作用可相似於「吸杯」的負壓力區,其防止氣隙510之側分離。抗黏附層511亦可防止由其他機制或力(諸如凡得瓦(van der Waals)力、靜電力、或類似者)引起黏附。
力感測裝置500包括介於第二感測元件512與一第三感測元件515之間之一可變形元件514。相似於可變形元件314,可變形元件514可包括任何適合的材料(諸如聚矽氧、聚胺甲酸酯發泡體,橡膠、凝膠體、或類似者)且可具有任何合適的結構,諸如多個柔性柱體(如所展示)、樑、角錐體、圓錐體、波狀突起部、開穴或閉穴、或類似者。可變形元件514可相對於一所施加力而偏轉非線性,如上文所描述。
在圖5中展示可變形元件514在氣隙510下方且在第二感測元件512與第三感測元件515之間。然而,可調換氣隙510及可變形元件514之相對位置。舉例而言,可變形元件514可耦合至下部堆疊508。
設置於可變形元件514與一基底結構516之間之第三感測元件515可係用於一電容性感測器之一驅動層,且可電容耦合至第二感測元件512。舉例而言,第二感測元件512可係一感測層,及第三感測元件515可係一驅動層,因此形成跨越可變形元件514之一電容性感測器。
基底結構516可係力感測裝置之一框架、托架、或支撐結構。在一些情況中,基底結構516係一電子裝置之在一使用者輸入表面下方之一組件,諸如一電路板、一電池組、一殼體或外殼之一內壁、或類似者。與在基底結構516上方的組件相比,基底結構516可係堅硬的或以其他方式更抗回應於一所施加力的偏轉。因此,一旦氣隙510已完全塌陷,額外力可主要使可變形元件514變形,而非使基底結構516偏轉。
第一感測元件505、第二感測元件512、及第三感測元件515可形成兩個電容性感測器。舉例而言,如上文所描述,第一感測元件505及第三感測元件515可各用作為一相異驅動層,及第二感測元件512可係電容耦合至第一感測元件505及第三感測元件515兩者的一感測層(且感測至第一感測元件505及第三感測元件515兩者的距離變化)。
其中第二感測元件512係一共用感測層,其可包括用於偵測至第一感測元件505之距離的一第一組感測器及用於偵測至第三感測元件515之距離的一第二組感測器。第二感測元件512亦可或替代地使用相同感測器以偵測至第一感測元件505及第三感測元件515兩者之距離。在後者情況中,可用不同電信號驅動第一感測元件505及第三感測元件515,因此允許第二感測元件512(及/或耦合至第二感測元件512之感測電路系統)區別由氣隙510之一大小之變化所引起的電容變化及由可變形元件514之一大小之變化所引起的電容變化。在另一實施例(圖中未展示)中,可用兩個離散感測元件來取代第二感測元件512,各感測元件用作為用於第一感測元件505及第三感測元件515之一不同者的一感測層。
圖6係一實例力相對於偏轉曲線,其繪示在圖5中之力感測裝置500如何回應於(直接或間接)施加至上部堆疊504之一力輸入而偏轉。該力回應相似於在圖4中所展示者,其中一第一量變曲線係自點401至點402(相對應於氣隙506及510之塌陷)及一第二量變曲線係自點402至點404(相對應於可變形元件514之變形)。
如上文所提及,力感測裝置500具有兩個電容性感測器:一第一電容性感測器518,其由第一感測元件505及第二感測元件512所形成;及一第二電容性感測器519,其由第二感測元件512及第三感測元件515所形成。第一電容性感測器518跨越氣隙506及510,及第二電容性感測器519跨越可變形元件514。因此,第一電容性感測器518定位在力感測裝置500內以偵測沿在圖6中之線602的上部堆疊504之變形,及第二電容性感測器519定位在力感測裝置500內以偵測沿在圖6中之線604的上部堆疊504之變形。藉由用一個感測器偵測該等氣隙之變形及用一不同感測器該可變形元件之變形,感測電路系統可根據不同力偏轉相關性來處理信號。舉例而言,可根據介於點401與點402之間之實質上線性量變曲線使來自第一電容性感測器518之偏轉與一所施加力量互相關,及可根據介於點402與點404之間之非線性量變曲線使來自第二電容性感測器519之偏轉與一所施加力量互相關。當然,在圖6中所展示之線性量變曲線及非線性量變曲線僅僅係實例,及一力感測裝置之變形可沿循或展現不同量變曲線。
感測電路系統可用任何適合方式應用力偏轉相關性。舉例而言,可依數學函數實施力偏轉相關性,其輸出針對一特定判定偏轉量的一特定力值(其可繼而已基於一所測量或所偵測電容值、或任何其他電氣測量或值所判定)。舉另一實例而言,可使用查詢表實施力偏轉相關性,其中使特定偏轉值與特定力值互相關。其他技術亦可行,且這些實例不限制可用以自所測量或所偵測電性質(例如,電容、電阻、電流、信號等)產生力值的數學或程式設計技術。
圖7係圖5之力感測裝置500之感測元件505、512、及515的展開圖,圖中繪示在力感測裝置500之一實施方案中的感測元件之實例組態,其使用電容性感測以偵測感測元件之間之距離變化。圖7省略力感測裝置500及於其中組態力感測裝置之電子裝置的組件。舉例而言,圖7省略展示在第二感測元件512與第三感測元件515之間之可變形元件514。另外,為了清楚,圖7省略感測元件505、512、515之一些細節,諸如用以耦合感測元件(或其部分)至其他電氣電路系統的傳導跡線或引線。
如上文所提及,在力感測裝置500中,第一感測元件505及第三感測元件515可係用於一電容性感測方案之驅動層,及第二感測元件512可係一感測層。在操作中,可用一電信號(諸如一實質上正弦信號、一方形或邊緣信號(例如,一實質上瞬間自一第一電壓轉變至一第二電壓)、或任何其他適合的信號)激發第一感測元件505及第三感測元件515(亦稱為驅動層505、515)。信號之性質(諸如頻率、電壓,或振幅),可經選擇以避免或最小化干擾一裝置之其他電子電路,諸如顯示器電路、處理器、天線、及類似者。因為第二感測元件512(亦稱為一感測層)電容耦合至一驅動層,所以可在該感測層中誘發(或以其他方式由該感測層偵測)一對應之電信號。對於一給定電信號施加至該驅動層,在該感測層中之該誘發電信號可取決於介於該驅動層與該感測層之間之距離而不同。因此,力感測裝置500(或相關聯之感測電路系統)可藉由分析在該感測層中所誘發之信號來判定介於該驅動層與該感測層之間之距離。
第一驅動層505可包括耦合或以其他方式施加至一基材之一傳導材料。舉例而言,第一驅動層505可包括一層ITO、奈米線(例如,金屬奈米線,其包括銀或金奈米線)、或任何其他適合的材料。如圖5中所展示,驅動層505設置在顯示器102之光路徑中(例如,該驅動層505在下部堆疊508上方,下部堆疊508產生用以照明顯示器102之光)。因此,傳導材料可實質上透明。甚至當使用一實質上透明材料時,如果該材料依一規則圖案(諸如依一網格或依行)予以配置,則該材料在顯示器102上可見。據此,第一驅動層505之傳導材料可實質上均勻分佈(例如,作為一層、片材、塗層、或其他連續元件)在第一驅動層505上,而非依一規則圖案予以配置。在一些情況中,該傳導材料可係一連續層,其覆蓋或延伸偏及第一驅動層505之一基材之一整個表面(或實質上一整個表面,諸如該基材之表面面積之約80%或更多)。該傳導材料層可經組態使得該層之邊框或邊緣皆未定位在力感測裝置500併入於其中的一顯示器之邊界內。
第一驅動層505亦可包括一連接元件706,該連接元件電耦合至該傳導材料且促進該傳導材料至其他電子組件或電路系統之耦合。連接元件706可由任何材料所形成或包括任何材料,諸如銀、銅、鎳釩、或任何其他適合的材料。連接元件706可沿第一驅動層505之一外部分形成一連續框架(如所展示),或連接元件706可由不連續或相異分段所形成。在一些情況中,連接元件706不形成一框架,而是替代地可係舉例而言沿第一驅動層505之一側的一條狀物。其他組態係亦可行。本文關於圖26至圖29及圖32至圖40論述連接元件706,諸如形成在一驅動層505之一邊緣上之傳導條(或任何其他傳導基材、層、塗層等)。
感測層512可包括由一傳導材料所形成(或包括一傳導材料)的感測區域702且依一規則圖案(諸如一網格)予以配置。感測區域702可由任何適合材料所形成或包括任何適合材料,諸如ITO、金屬奈米線、或類似者。
感測區域702之各者可用作為一離散區或似像素區域,其可用以判定介於第一驅動層505與該特定感測區域之間之一距離。藉由分析所有感測區域702,力感測裝置500可偵測在蓋件303上之一所施加力之一量。另外,與如果使用一單一、均勻感測層相比,如所展示使感測層512像素化可允許力感測裝置500更精確偵測力。舉例而言,如果使用一單一感測層,可能難以或無法告知介於在一邊緣蓋件303附近所施加之一大力與在一中心蓋件303附近所施加之一小力之間之差異。藉由使用一像素化感測層512,力感測裝置500可考量蓋件303之不同區域的勁度差異。使用一像素化感測層512亦可允許力感測裝置500判定一所施加力之位置、偵測多點觸摸式輸入(例如,相對應於施加至蓋件303之多個手指或手寫筆)、或類似者。
第二驅動層515可包括複數個驅動區域704。如同第一驅動層505及感測層512之感測區域702,驅動區域704可由任何適合的傳導材料所形成或包括任何適合的傳導材料,諸如ITO、金屬奈米線、或類似者。
驅動區域704可依任何適合圖案或定向予以配置,且可具有任何適合的大小。舉例而言,驅動區域704可係傳導材料之複數個實質上矩形區,且可實質上對齊在感測層512中之一行感測區域702,如關於圖8所展示及所描述。因此,驅動區域704可各自與感測層512之感測區域702之多者重疊。
如同第一驅動層505,可用一電信號(例如,一實質上正弦或邊緣信號)激發驅動區域704,其在感測層512之感測區域702中誘發一對應之信號(或可以其他方式由感測層512偵測)。因為使用一單一感測層512以偵測介於感測層512與兩個不同驅動層505、515之間之距離,所以力感測裝置500必須區別來自第一驅動層505與第二驅動層515之信號。據此,來自第一驅動層505與第二驅動層515之信號可具有不同頻率、振幅、相位、或其他性質,使得在感測層512中可彼此區別地誘發該等信號。更具體而言,施加至第一驅動層505之信號可具有一第一頻率、及施加至第二驅動層515之信號可具有一第二頻率,該第二頻率不同於該第一頻率。替代地或此外,可在不同時間(例如,用一邊緣信號)激發第一驅動層505與第二驅動層515,使得在感測層512中誘發之信號可歸結於一驅動層或其他驅動層。舉例而言,感測電路系統可交替激發第一驅動層505與第二驅動層515。可使用這些(或其他)技術,使得可獨立偵測介於第一驅動層505與感測層512之間之距離及介於第二驅動層515與感測層512之間之距離。
驅動區域704可彼此電隔離,或可彼此電耦合。在其中驅動區域704彼此電耦合的實施例中,可藉由一單一信號同時激發所有驅動區域704。
替代地,在驅動區域704被電隔離的情況中,可彼此獨立地驅動或激發該等驅動區域。此可實用於當非一次分析所有感測區域702時。更具體而言,與力感測裝置500相關聯之電路系統可循環地輪詢感測區域702之子組。因此,驅動區域704可對應於感測區域702之輪詢群組,且當正在輪詢感測區域702之對應群組時,可提供一信號至驅動區域704。當使用一循環輪詢技術時,此可有助於降低力感測裝置500的功率消耗,此係因為當不輪詢對應之感測區域702時,不會供能量給所有驅動區域704。
驅動層505、515及感測層512可係相異層或組件,如圖7中所展示,或其等可併入至其他層或組件中。舉例而言,第一驅動層505可塗佈在一偏光濾光器上、施加至一偏光濾光器、或以其他方式與一偏光濾光器合併的一傳導材料,該偏光濾光器係堆疊304(圖3A)之部件。事實上,感測層及驅動層之任何者之傳導材料可併入在感測層及驅動層併入於其中之電子裝置之另一組件或層上。替代地,可分開形成感測層及驅動層,諸如藉由施加一傳導材料於基材上,諸如一可撓曲電路材料(例如,聚醯亞胺、聚苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate)、聚醚醚酮、或透明傳導聚酯),及接著,併入該基材至電子裝置中。
圖8係沿圖7中之線C-C檢視的第一驅動層505與第二驅動層515及感測層512的部分剖面圖,圖中繪示力感測裝置500之感測區域702及驅動區域704之相對大小及位置。第一驅動層505包括一基材802、一傳導層804、及連接元件706。基材802可係任何適合的材料或組件,諸如一可撓曲電路材料、一偏光濾光器、或一電子裝置或顯示器堆疊之任何其他材料或組件。傳導層804可係ITO、一層金屬或傳導奈米線、或任何其他適合的材料,如上文所描述。傳導層804可係與多個感測區域702重疊的一連續片材(例如,具有一單一片傳導材料,而非一分段或像素化組態)。連接元件706可係一傳導材料諸如銅、銀、鎳釩、或類似者。
感測層512可包括一基材806(其可係任何適合的材料或組件,諸如可撓曲電路材料)及感測區域702。如上文所描述,感測區域702可由任何適合材料所形成或包括任何適合材料,包括ITO、傳導奈米線、或類似者。
第二驅動層515可包括一基材808(其可係任何適合的材料或組件,諸如可撓曲電路材料),及驅動區域704。感測層512之驅動區域704及感測區域702可經定大小及相對於彼此定位,使得感測區域702屏蔽驅動區域704而免於干擾源,諸如第一驅動層505。舉例而言,驅動區域704之寬度可實質上相同於或窄於感測區域702,且可垂直地對齊感測區域702(其中位置用詞係相對於在圖8中之層之定向)。依此方式,感測區域702之傳導材料可實質上屏蔽驅動區域704而免於在感測層512上方之第一驅動層505或其他潛在干擾源。驅動區域704之一些部分可未被一感測區域702直接覆蓋。然而,如果第二驅動層515係一單一連續傳導材料片材,則實質上矩形驅動區域704之未屏蔽區顯著小於諸如在第一驅動層505上將存在者。
圖8展示感測區域702及驅動區域704延伸偏及其各別基材之表面。然而,此僅僅係一實例組態。事實上,感測區域702及驅動區域704可實質上與其各別基材齊平或凹陷於其各別基材中。
圖9展示含有感測區域702之一實例分佈之感測層512。圖9亦展示可電耦合感測區域702至其他電子組件或電路的傳導路徑902。傳導路徑902可係任何適合的材料且可用任何適合方式予以形成。舉例而言,該等傳導路徑可由使用一微影技術所施加之ITO所形成。亦設想其他材料及技術。在其中獨立輪詢感測區域702以提供一特定顯示器位置的獨特力值(如圖9中所展示)的實施例中,各感測區域702可連接至一獨特傳導路徑902。在其中輪詢或作為一單一單元監測多個感測區域702的實施例中,彼等感測區域702可共用或連接至一共同傳導路徑902(圖中未展示)。在圖9中所展示之感測區域702及傳導路徑902之圖案僅僅係一合適組態之一實例,且亦設想其他組態,其包括感測區域702及傳導路徑902之數目及配置。
圖10A展示第一驅動層505,圖中繪示經由連接元件706(例如,繞第一驅動層505之一傳導條或邊框)至第一驅動層505之傳導層804之一電連接之一實例組態。具體而言,圖10A繪示經定位接近連接元件706的一對連接器分段1002。各連接器分段1002可由一電導體所形成或包括一電導體,該電導體電連接至一信號產生器或其他電子電路系統。舉例而言,連接器分段1002可由含有設置於其上之金屬或傳導材料(例如,銅、金、ITO)的一可撓曲電路材料所形成。在一些情況中,連接器分段1002可實質上完全由傳導材料所形成,諸如當連接器分段1002係一條銅、銀、或任何其他金屬或傳導材料時。
一傳導結合材料1004可沉積於連接器分段1002及連接元件706之一部分上方,使得一電連接形成於連接器分段1002與連接元件706之間。該傳導材料可係任何適合的材料,諸如銀、金、銅、傳導黏著劑、或類似者。
如上文所提及,連接元件706電連接至傳導層804。據此,可自連接器分段1002施加驅動信號至傳導層804。在一些情況中,可使用更多或更少連接器分段1002以電耦合電路系統至傳導層804,或連接器分段1002可定位在繞驅動層505之不同位置處,諸如沿驅動層505之相對邊緣。
圖10B展示第一驅動層505,圖中繪示至第一驅動層505之傳導層804之一電連接之另一實例組態。如所展示,第一驅動層505不包括連接元件706。在此實例中,連接器分段1006經由一傳導黏著劑1008而連接至傳導層804,而非經由連接元件706而連接至傳導層804(如圖10A中所展示)。如同連接器分段1002(圖10A),連接器分段1006可由一電導體所形成或包括一電導體,該電導體電連接至一信號產生器或其他電子電路系統。連接器分段1006可經由傳導黏著劑1008而電且實體上耦合至傳導層804,傳導黏著劑1008可設置於連接器分段1006與傳導層804之重疊部分之間。圖10B繪示其中兩個連接器分段1006耦合至第一驅動層505之相對側的一實例實施例。亦設想其他組態,其包括連接器分段1006之不同數目、大小、形狀、及耦合位置。舉例而言,在一些情況中,使用僅一個連接器分段1006。在其他情況中,四個連接器分段1006經配置成繞第一驅動層505(例如,其中一個連接器分段1006在第一驅動層505之各側上)。
圖11展示含有驅動區域704之一實例分佈之第二驅動層515。圖11亦展示可電耦合驅動區域704至其他電子組件或電路的傳導路徑1102。傳導路徑1102可係任何適合的材料且可用任何適合方式予以形成。舉例而言,該等傳導路徑可由使用一微影技術所施加之ITO所形成。亦設想其他材料及技術。在其中獨立驅動或激發驅動區域704的實施例中,如上文關於圖8所論述,各驅動區域704可連接至一獨特傳導路徑1102。在其中一起驅動或激發多個驅動區域704的實施例中(例如,一信號同時施加至多個驅動區域704),彼等驅動區域704可共用或連接至一共同傳導路徑(圖中未展示)。在圖11中所展示之驅動區域704及傳導路徑1102之圖案僅僅係一合適組態之一實例,且亦設想其他組態,其包括驅動區域704及傳導路徑1102之數目及配置。
圖12係可併入在一電子裝置(例如,裝置100、200)中的一實例力感測裝置1200的部分剖面圖,描繪相似於在圖3A中之區301的一區。為了清楚,省略蓋件303及殼體104。雖然力感測裝置1200相似於力感測裝置500,但是力感測裝置1200具有在電子裝置內之不同數目及配置之感測元件,如本文所描述。
力感測裝置1200包括一上部堆疊1204,相似於上部堆疊304,上部堆疊1204可包括一顯示器之一或多個層或組件,其包括一液晶矩陣,發光二極體(LED),光導、濾光器、(例如,偏光濾光器)、漫射器、電極、或類似者。上部堆疊1204可經組態以回應於在力感測裝置1200上之一所施加力而撓曲或能夠撓曲。
一下部堆疊1208可設置在上部堆疊1204下方且藉由一氣隙1206而與上部堆疊1204分開。下部堆疊1208可包括一框架構件1207(相似於框架構件309)、一光學堆疊1213(相似於上文所描述之光學堆疊315)、及任何其他適合的組件,諸如一光源。如關於總成300所描述,氣隙1206可係任何適合的厚度,諸如25微米至100微米。在其中力感測裝置1200不包括一顯示器或不提供顯示器功能性的實施例中,下部堆疊1208(以及上部堆疊1204)可包括不同組件或被省略。
一第一感測元件1209耦合至下部堆疊1208。第一感測元件1209可係一電容性感測元件,其經組態以與另一電容性感測元件電容耦合。舉例而言,第一感測元件1209可係電容耦合至一感測層(例如,第二感測元件1215,下文描述)的一驅動層,其促進使用互電容來偵測介於該感測層與該驅動層之間之一距離。舉另一實例而言,第一感測元件1209可係一感測層,而非一驅動層。舉又另一實例,第一感測元件1209可經組態以電容耦合至一接地層且促進偵測使用自電容來偵測介於本身與該接地層之間之一距離。舉又另一實例,第一感測元件1209可係電容耦合至一感測層的一接地層。
第一感測元件1209可由任何適合材料所形成或包括任何適合材料(諸如設置在一可撓曲基材上的ITO跡線),且可用任何適合方式(諸如用一PSA或HSA)耦合至下部堆疊1208,或直接圖案化至下部堆疊1208上。因為第一感測元件1209係在下部堆疊1208下方,所以下部堆疊1208之框架構件1207可由一傳導材料(諸如一金屬)所形成。更具體而言,因為框架構件1207不係在第一感測元件1209與一第二感測元件1215之間(下文所論述),所以框架構件1207可不屏蔽或以其他方式負面干擾介於第一感測元件1209與第二感測元件1215之間之電容性耦合。據此,更多材料可合適使用在框架構件1207中,且框架構件1207可界定一連續層或面板,而非具有在其中之一開口以避免非所欲的屏蔽或干擾。
一氣隙1210及一可變形元件1214可設置於第一感測元件1209與一第二感測元件1215之間。氣隙1210及可變形元件1214對應於氣隙510及可變形元件514,且可具有相似組成物、結構、尺寸、及功能。
第二感測元件1215可電容耦合至第一感測元件1209,且這些組件一起可形成跨越氣隙1210及可變形元件1214的一電容性感測器1218,以偵測這些層之變形。取決於電容性感測器1218之操作原理及/或第一感測元件1209之組態,第二感測元件1215可係一感測層、一驅動層、或一接地層。
第二感測元件1215可耦合至一基底結構1216,該基底結構可係一框架、一托架、一電路板、一電池組、一殼體或外殼之一內壁、或類似者,如上文關於圖5之基底結構516所描述。
圖13係一實例力相對於偏轉曲線,其繪示在圖12中之力感測裝置1200如何回應於(直接或間接)施加至上部堆疊1204之一力輸入而偏轉。該力回應相似於在圖4中所展示者,其中一第一量變曲線自點401延伸至點402(相對應於氣隙1206及1210之塌陷)及一第二量變曲線自點402延伸至點404(相對應於可變形元件1214之變形)。
如上文所提及,力感測裝置1200具有所由第一感測元件1209及第二感測元件1215形成之一個電容性感測器1218。第一感測元件1209及第二感測元件1215跨越氣隙1210及可變形元件1214,但是不跨越氣隙1206。因此,電容性感測器1218不偵測引起氣隙1206塌陷的上部堆疊1204之偏轉(相對應於在圖13中之線1302),但是偵測引起氣隙1210塌陷及可變形元件1214變形的偏轉(相對應於在圖13中之線1304)。據此,氣隙1206之塌陷與氣隙1210之塌陷解耦,及使用力感測裝置1200之電容性感測器1218所偵測之一力對應於使氣隙1210塌陷所需之力。
因為電容性感測器1218跨越兩者氣隙1210及可變形元件1214,所以耦合至第一感測元件1209及第二感測元件1215的感測電路系統可經組態以依演算法形式判定何時氣隙1210已完全塌陷。舉例而言,該感測電路系統可監測當施加一力時的變形之一變化率(例如,力相對於偏轉曲線的之一斜度)。如果該斜度滿足一第一條件(例如,該斜度恆定或係低於一臨限值之值),則該感測電路系統可判定僅氣隙1210正在塌陷或已塌陷,且可應用一第一力偏轉相關性。如果該斜度滿足一第二條件(例如,該斜度增加或高於該臨限值),則該感測電路系統可判定氣隙1210已完全塌陷且可變形元件1214將要變形或已至少部分變形。在後者情況中,該感測電路系統可應用一第二力偏轉相關性以判定所施加力之一值。
圖14係可併入在一電子裝置(例如,裝置100、200)中的一實例力感測裝置1400的部分剖面圖,描繪相似於在圖3A中之區301的一區。在此實例中,力感測裝置1400相同於力感測裝置1200,惟第一感測元件1209耦合至上部堆疊1204使得由第一感測元件1209及第二感測元件1215所形成之電容性感測器1402跨越氣隙1206及氣隙1210兩者除外。據此,如在圖15中之力相對於偏轉曲線中所繪示,電容性感測器1402偵測上部堆疊1204自點401至點404(相對應於線1502)之偏轉。另外,如本文所描述,感測電路系統可經組態以依演算法形式判定何時氣隙1210及選用地氣隙1206已完全塌陷以應用一適合的力偏轉相關性。
在圖12中,雖然框架構件1207非在第一感測元件1209與第二感測元件1215之間,但是在圖14中之框架構件1207係在第一感測元件1209與第二感測元件1215之間。據此,框架構件1207可由一介電材料所形成或可具有一介電材料定位於其中之一開口,使得框架構件1207不屏蔽或以其他方式干擾感測元件1209、1215。
圖16係可併入在一電子裝置(例如,裝置100、200)中的一實例力感測裝置1600的部分剖面圖,描繪相似於在圖3A中之區301的一區。在此實例中,力感測裝置1600包括一上部堆疊1604(相對應於上部堆疊1204)、一第一感測元件1605(相對應於第一感測元件1209)、一氣隙1606(相對應於氣隙1206)、一下部堆疊1608(相對應於下部堆疊1208)、一可變形元件1610、一氣隙1615、一第二感測元件1614、及一基底結構1620(相對應於基底結構1216)。下部堆疊1608可包括一光學堆疊1617及一框架構件1607,框架構件1607支撐光學堆疊1617且耦合下部堆疊1608至上部堆疊1604。因為框架構件1607係在第一感測元件1605與第二感測元件1614之間(相似於在力感測裝置500中之組態,圖5),所以框架構件1607可由一介電材料所形成或包括一介電材料,諸如設置在框架構件1607中之一開口中之一介電材料。
第一感測元件1605及第二感測元件1614形成跨越氣隙1606及氣隙1615兩者的一電容性感測器1619。因此,如同在力感測裝置1400中,電容性感測器1619偵測對應於氣隙1606、1615兩者之塌陷以及可變形元件1610的變形。據此,如在圖17中之力相對於偏轉曲線中所繪示,電容性感測器1619偵測上部堆疊1604自點401至點404(相對應於線1702)之偏轉。
力感測裝置1600亦包括經組態以偵測介於該上部堆疊與該下部堆疊之間之接觸的一接觸式感測器。如圖16中所展示,該接觸式感測器與可變形元件1610及第二感測元件1614整合。舉例而言,可變形元件1610可包括自可變形元件1610之一基底部分延伸的突起部1611。突起部1611可包括一感測元件1612,其經組態以由一接觸式感測區域(例如,一接觸式感測區域1616,本文所論述)感測或以其他方式偵測何時氣隙1615已完全塌陷且可變形元件1610接觸第二感測元件1614。如圖16中所展示,感測元件1612設置在突起部1611之自由端部處。
感測元件1612可由任何適合材料所形成且可具有任何適合的大小及形狀。可基於該接觸式感測器之操作原理來選擇感測元件1612之這些性質、以及任何其他性質。舉例而言,如果一接觸式感測區域1616係一電容性感測器,則感測元件1612可係一傳導材料,及/或一介電材料。一合適的介電材料可具有大於約3.9之一介電常數(或相對介電率)(例如,一高k介電材料)。其中接觸式感測區域1616係一連續性感測器,感測元件1612可係一傳導材料,諸如碳,金屬、或類似者。
可用任何適合方式併入感測元件1612於可變形元件1610中。舉例而言,感測元件1612可與可變形元件1610共模製。在另一實例中,感測元件1612可沉積在可變形元件1610上。舉例而言,一或多層金屬(或任何其他適合的材料)可沉積於突起部1611之自由端部上。在又另一實例中,可變形元件1610可由本身經組態以藉由一對應之接觸式感測區域1616感測的一材料所形成,且因此可不使用離散感測元件1612。舉例而言,該材料可係聚矽氧或含內嵌在其中之傳導性粒子(諸如碳)的其他彈性體。亦設想用於整合材料與可變形元件1610的其他材料及技術。
接觸式感測器1600之力感測裝置亦包括接觸式感測區域1616,其經組態以偵測感測元件1612以判定何時氣隙1615已完全塌陷及可變形元件1610已開始被壓縮。接觸式感測區域1616可經組態以用任何適合方式偵測感測元件1612。舉例而言,接觸式感測區域1616可包括電容性感測組件,該等電容性感測組件經組態以偵測由感測元件1612至接觸式感測區域1616之近接度所引起之一電容變化。舉另一實例而言,接觸式感測區域1616可包括電開關,該等電開關經組態以當一傳導感測元件1612接觸該等電開關時偵測一閉合電路。
接觸式感測區域1616可與第二感測元件1614整合。舉例而言,用於接觸式感測的接觸式感測區域1616及用於電容性感測器1619(例如一力感測器)之感測區域可經圖案化於相同基材上或以其他方式併入於相同基材中。舉另一實例而言,接觸式感測區域1616可設置在第二感測元件1614之頂部上。舉例而言,包含電接觸件、電容性感測組件、或類似者的接觸式感測區域1616可置放於第二感測元件1614之頂部上且選用地黏附至第二感測元件1614。
相似於在圖14中之力感測裝置1400,力感測裝置1600形成跨越氣隙1615及可變形元件1610兩者的一電容性感測器1619,且因此電容性感測器1619展現自點401延伸至點404(相對應於線1702)的一力回應於曲線(在圖17中所展示者)。然而,當時力感測裝置1600依第一力量變曲線(例如,自點401至點402)或第二力量變曲線(例如,自點402至點404)操作時,電容性感測器1619可不提供一離散指示。接觸式感測器1600之力感測裝置提供此指示,允許感測電路系統應用一適合的力偏轉相關性。舉例而言,在氣隙1615完全塌陷之前且在該接觸式感測器指示一接觸事件(相對應於在圖17中之點1704)之前,該感測電路系統可應用相對應於氣隙1615之塌陷(自點401至點402)的一第一力偏轉相關性。在氣隙1615已完全塌陷之後,如由來自該接觸式感測器之一信號所偵測及指示(在點1704),該感測電路系統可應用相對應於可變形元件1610之壓縮(例如,自點402至點404)的一第二力偏轉相關性。
雖然圖16繪示其中第一感測元件1605設置在上部堆疊1604上的一實施例,且因此在介於第一感測元件1605與第二感測元件1614之間之空間中包括氣隙1606,但是其他組態係可行。舉例而言,第一感測元件1605可設置在下部堆疊1608上而在氣隙1606之相對側上,或可設置於下部堆疊1608與可變形元件1610之間。無論第一感測元件1605及第二感測元件1614位於力感測裝置1600中的何處,一氣隙、一可變形元件、及一接觸式感測器可設置於第一感測元件1605與第二感測元件1614之間。另外,圖16繪示可變形元件1610經定位在下部堆疊1608上,其中突起部1611延伸朝向基底結構1620,且繪示接觸式感測區域1616經定位在基底結構1620上。在其他實施例中,這些組件之相對定位可交換,使得可變形元件1610定位在基底結構1620上,其中突起部1611延伸朝向下部堆疊1608,且感測區域1616定位在下部堆疊1608上之。應瞭解,此修改可產生至少關於可變形元件1610及接觸式感測區域1616之操作的一同等結果。
圖18A係在圖16中之區1800的展開圖,圖中展示可形成圖16中之接觸式感測器的突起部1611、感測元件1612、及接觸式感測區域1616之一實例組態。第二感測元件1614可包括感測區域1810(諸如電容耦合至一接地或驅動層的電容極板或引線),以及接觸式感測區域1616。在圖18A中之接觸式感測區域1616包括引線1802、1804、1806、及1808。引線可係任何適合的材料(諸如傳導材料(例如,金屬、碳、ITO)之跡線、佈線、板、墊、或類似者),且可耦合至用於偵測與感測元件1612接觸或至感測元件1612之近接度的適合電路系統。舉例而言,引線可係電容性元件,其促進偵測由感測元件1612與引線接觸或近接引線所引起之一電容變化。舉另一實例而言,引線可係電接觸件,其促進偵測兩個或更多個接觸件之間之一閉合電路。
圖18B繪示當氣隙1615已完全塌陷且可變形元件1610與第二感測元件1614接觸時在圖16中之區1800。如所展示,介於感測元件1612與引線1802、1804、1806、及1808之間之近接度或接觸導致由對應對之引線1802、1804、1806、及1808進行偵測。雖然圖18A至圖18B繪示四個引線,但是此僅僅係一實例,且可使用更多或更少引線。另外,接觸式感測區域1616、感測元件1612、及引線1802、1804、1806、及1808之相對大小僅僅係例示性,且可基於各種因素及考量予以選擇。舉例而言,接觸式感測區域1616可足夠大以適應介於可變形元件1610與接觸式感測區域1616之間之欠對準。因此,甚至如果突起部1611及接觸式感測區域1616之中心未確切對齊,則該接觸式感測器仍將有效率偵測何時氣隙1615已完全塌陷。
圖19展示可變形元件1610或其一部分之一實例。可變形元件1610包含自一基底表面1900延伸突起部1611之一陣列。突起部1611可與基底表面1900一體形成。舉例而言,可變形元件1610可經模製(例如,射出模製)為一實質上均勻組成物之一體式、單塊組件。如上文所提及,在形成可變形元件1610之後,感測元件1612可與可變形元件1610共模製或其等可施加(例如,黏附、塗佈、或沉積)至突起部1611或在突起部1611上。在任一情況中,感測元件1612可至少部分內嵌在突起部1611中。亦設想用於緊固感測元件1612至突起部1611之其他技術。應瞭解,突起部1611係闡釋性用途,並且非必然相對於圖式中描繪之基底表面1900或任何其他組件之大小按比例繪製。
圖20展示第二感測元件1614或其一部分之一實例,第二感測元件1614包括感測區域1810(由純方格指示)及接觸式感測區域1616(由交叉影線方格指示)兩者,且可結合圖19中所展示之可變形元件1610使用。感測區域1810及接觸式感測區域1616兩者可形成在相同基材2000上(例如,一可撓曲電路材料),且可包括傳導跡線,諸如金屬、碳、ITO、或類似者。
在圖19及圖20中所展示之實例中,各突起部1611包括一感測元件1612且對應於在第二感測元件1614上之一接觸式感測區域1616。然而可能不是這樣,此係因為判定提供一合適壓縮抵抗性的突起部1611之量、配置及分佈的考量不同於推動接觸式感測區域之量、配置及分佈的考量。舉例而言,在一些實施方案中,一些突起部1611不對應於接觸式感測區域1616。在此類情況中,不對應於接觸式感測區域1616的突起部1611可省略感測元件1612,但是可經形成或經定形狀以確保所有突起部1611具有實質上相同高度。替代地,所有突起部1611可包括一感測元件1612,而無論是否突起部皆對應於一接觸式感測區域1616。此可確保所有該等突起部具有相同高度且實質上同時接觸一相對表面。
圖21A係一實例接觸式感測器2100的剖面圖,圖中展示相似於在圖18A至圖18B中所展示者的一區段。雖然由在圖18A至圖18B中所展示之突起部1611及接觸式感測區域1616之所形成之接觸式感測器將感測組件及受感測組件置放在氣隙1615之相對側上,但是接觸式感測器2100經組態使得受感測組件及感測組件兩者可設置在一氣隙之一側上。
接觸式感測器2100包括一可變形突起部2102,該可變形突起部可由任何適合的可變形材料(諸如聚矽氧、聚胺甲酸酯發泡體、橡膠、凝膠體、或類似者)所形成。一感測元件2104可與突起部2102合併。舉例而言,感測元件2104可置放在突起部2102之一孔穴2106或其他內部區域內。感測元件2104亦可內嵌在突起部2102之材料中(例如,經由共模製或嵌入模製)。如同感測元件1612,感測元件2104可由任何適合材料所形成或包括任何適合材料,諸如一介電材料及/或一傳導材料。
接觸式感測器2100亦包括在一相鄰層2108中之引線2110。相鄰層2108可係在其中或上併入引線2110的一感測元件,諸如感測元件1614。替代地,相鄰層2108可專用於含有引線2110。如同在圖18A至圖18B中之引線1802、1804、1806、及1808,引線2110可經組態以用作為電容性元件(例如,電容耦合至感測元件2104且偵測感測元件2104之近接度之電容極板)、用於一連續性感測器之接觸件、或類似者。另外,引線2110可由任何適合材料所形成或包括任何適合材料,諸如傳導材料(例如,金屬、碳、ITO)之跡線、佈線、板、墊、或類似者。引線2110可耦合至用於偵測與感測元件2104接觸或至感測元件2104之近接度的適合電路系統。
在接觸式感測器2100係一電容性感測器的情況中,可不需要介於引線2110與感測元件2104之間之實體接觸以偵測介於突起部2102與另一組件之間之接觸。而是,當突起部2102接觸另一組件(例如,因為一相鄰氣隙已完全塌陷)時,引線2110連同相關聯之電路系統可偵測介於感測元件2104與引線2110之間之距離變化,藉此觸發接觸式感測器2100。在此類情況中,孔穴2106可填充有一可變形材料,諸如聚矽氧,藉此囊封感測元件2104。
圖21B繪示在已藉由一層2112使突起部2102變形之後的接觸式感測器2100,層2112形成已於其中設置突起部2102之一氣隙之一相對側。如所展示,已使感測元件2104與引線2110接觸,因此觸發接觸式感測器2100。然而,感測元件2104不需要實際上接觸引線2110以觸發接觸式感測器2100。舉例而言,在引線2110經組態為電容性感測器(或能夠偵測介於引線與另一物件之間之距離變化之任何其他類型感測器)的情況中,可藉由因層2112變形或以其他方式接觸突起部2102所引起之介於感測元件2104與引線2110之間之任何可偵測距離變化來觸發接觸式感測器2100。
圖22A係一實例接觸式感測器2200的剖面圖,圖中展示相似於在圖18A至圖18B中所展示者的一區段。雖然由在圖18A至圖18B中所展示之突起部1611及接觸式感測區域1616之所形成之接觸式感測器將感測組件及受感測組件置放在氣隙1615之相對側上,但是接觸式感測器2200經組態使得受感測組件及感測組件兩者可設置在一氣隙之一側上。
接觸式感測器2200包括一可變形突起部2202,該可變形突起部可由任何適合的可變形材料(諸如聚矽氧、聚胺甲酸酯發泡體、橡膠、凝膠體、或類似者)所形成。一感測元件2204可設置於突起部2202上方。舉例而言,一材料可設置於突起部2202之至少一部分上方,諸如藉由塗層、沉積(例如,物理氣相沉積或化學氣相沉積)、或任何其他適合的機制。接觸式感測器2200亦包括在層2206中接近突起部2202之引線2208。
引線2208可經組態以用作為電容耦合至感測元件2204的電容性元件,藉此感測自引線2208至感測元件2204之距離變化。據此,感測元件2204可一傳導材料、一介電材料(例如,一高k介電材料)、或可電容耦合至引線2208且由引線2208感測的任何其他適合材料由所形成,或包括一傳導材料、一介電材料(例如,一高k介電材料)、或可電容耦合至引線2208且由引線2208感測的任何其他適合材料。
圖22B繪示在已藉由一層2210使突起部2202變形之後的接觸式感測器2200,層2210形成於其中設置突起部2202之一氣隙之一相對側。如所展示,已使感測元件2204更接近引線2208,因此觸發接觸式感測器2200。
可使用接觸式感測器2100、2200,而非使用或結合關於圖18A至圖20所描述之接觸式感測器。舉例而言,可變形元件1610可包括提供相同或相似功能的複數個接觸式感測器2100或2200,而非一起形成一接觸式感測器以偵測接觸與可變形元件1610的突起部1611及感測區域1616。
可於一力感測裝置之層或組件之任何者之間應用本文所描述之接觸式感測系統。舉例而言,雖然圖16描繪一接觸式感測器以偵測何時氣隙1615已塌陷,但是一接觸式感測器亦可或替代地經組態以偵測何時氣隙1606已塌陷。在一些情況中,在一力感測裝置之一堆疊中之多個氣隙可包括一接觸式感測器。藉由用此方式提供額外接觸式感測器,一電子裝置可判定哪些層已偏轉或正在偏轉,且可因此應用經調適用於正在偏轉之一或多個特定層的力偏轉相關性。藉由針對多個層之各者提供一相異力偏轉相關性,可高精確度判定施加至一表面之一力量。
當前述實例之各者中所描述之可變形元件處於一未變形狀態時,可變形元件可在不同區中具有不同厚度及/或不同突起部高度。舉例而言,力感測裝置之基底結構及/或上部堆疊或下部堆疊(或任一力感測裝置之何其他層)可不具有均勻平坦表面。據此,為了提供跨氣隙之一相對恆定氣隙大小,可變形元件可在不同區中具有不同厚度。舉例而言,突起部可在一些區較大以考量介於一層或堆疊(例如,下部堆疊308)與一基底結構(例如,基底結構或層316)之間之一較大距離。
在一些情況中,輸入表面可不跨整個輸入表面區均勻偏轉。舉例而言,在蓋件303之一邊緣附近(例如,靠近介於殼體104與蓋件303之間之接點)所施加之一力會引起蓋件303(且因此上部堆疊304及下部堆疊308)之偏轉小於施加於中心蓋件303中之相同量值之一力引起之偏轉。據此,可變形元件可在其中預期較小變形的區(例如,繞蓋件303之邊緣或周邊)中較厚,使得用力之實質上相同量值使可變形元件開始壓縮,無論在輸入表面上被施加力所在處。
圖23A係沿圖1之線A-A檢視的圖1之裝置100之一實施例的剖面圖,圖中展示一總成2300,該總成可提供顯示、觸碰感測、及力/或感測功能性至裝置100,或可與其他組件整合以提供此類功能性。如圖23A中所展示,裝置100包括在總成2300中之力感測系統(相似於上文關於圖5至圖22所描述之感測器),以及定位於殼體104與蓋件303之間之一感測器2302(圖23B)。感測器2302結合在總成2300中之感測元件運作以判定蓋件303之一偏轉量,且因此判定施加至蓋件303之一力量。
總成2300包括上部堆疊304及下部堆疊308、氣隙306、310、及可變形元件314,所有皆係上文關於圖3A至圖3E所描述者。總成2300亦包括經定位在可變形元件314之一第一側(例如,在上方)上之一第一感測元件2304及經定位在可變形元件314之一第二側(例如,在下方)上之一第二感測元件2306。第一感測元件2304及第二感測元件2306可一起稱為一力感測器。
第一感測元件2304及第二感測元件2306可相似於本文所描述之感測元件之任何者。舉例而言,第一感測元件2304可係一電容性驅動層,及第二感測元件2306可係電容耦合至該驅動層之一電容性感測層。第一感測元件2304及第二感測元件2306以及相關聯之電路系統可偵測可變形元件314之一變形量或偏轉,且因此判定施加至蓋件303之一力量。雖然總成2300展示第一感測元件2304及第二感測元件2306經定位在可變形元件314之相對側上,但是其他組態亦可行。舉例而言,第一感測元件2304可設置在框架構件309之底部上、上部堆疊上(或中)、或類似者。在一些情況中,在總成2300中可使用本文所描述之力感測裝置之任何者,諸如關於圖5、圖12、圖14、或圖16所展示及所描述者。
除包括在總成2300中之力感測器外,裝置100亦可包括設置於殼體104與蓋件303之間之一感測器2302。感測器2302可包括可回應於在蓋件303上之一所施加力而偏轉或變形的一柔性材料。感測器2302連同相關聯之感測電路系統可能夠偵測回應於一所施加力的蓋件303之一偏轉量,且結合在總成2300中之感測元件2304、2306來判定施加至蓋件303之一力量。
圖23B展示在圖23A中之區2308的展開圖,圖中展示感測器2302之細節。感測器2302可定位於殼體104之凸耳307與蓋件303之一部分之間,使得當一力施加至蓋件303時,感測器2302被按壓於凸耳307與蓋件303之該部分之間,因此使感測器2302變形。在圖23B中之凸耳307及蓋件303之幾何僅僅係例示性,及殼體104及蓋件303之不同實施例可具有不同於在圖23B中所展示者的形狀、幾何、及/或特徵。
感測器2302包括一可變形部分2310。可變形部分2310可由任何適合材料所形成或包括任何適合材料,諸如聚矽氧、聚胺甲酸酯發泡體,橡膠、凝膠體、彈性體、或類似者。在一些情況中,可變形部分2310可具有黏著劑性質,使得感測器2302保持蓋件303至殼體104。
感測器2302亦包括一第一感測元件2312及一第二感測元件2314。第一感測元件2312及第二感測元件2314可定位在可變形部分2310之相對側(例如,一頂部及底部,如圖23B中所展示)上。第一感測元件2312及第二感測元件2314可形成一電容性感測器,在此情況中,第一感測元件2312及第二感測元件2314之一者可係一電容性驅動層,及另一者可係一電容性感測層。該電容性感測器可偵測可變形部分2310之一變形量,且因此促進偵測一所施加力量,如本文所論述。在一些情況中,感測器2302可係一電阻性感測器(或任何其他適合的感測器),在此情況中,可省略第一感測元件2312及第二感測元件2314,或用其他組件取代第一感測元件2312及第二感測元件2314。
當一力施加至蓋件303時,感測器2302之可變形部分2310可偏轉或變形,使得第一感測元件2312及第二感測元件2314愈來愈靠一起。第一感測元件2312及第二感測元件2314以及相關聯之電路系統可判定該變形量及使該變形量與施加至蓋件303之一力量互相關。然而,隨著到達一定施加力量,可變形部分2310可到達一最大變形,其中較大施加力可不導致可變形部分2310之進一步變形。然而,在一些情況中,希望偵測所施加力大於此量。據此,感測器2302及在總成2300中之感測元件可感測不同範圍的所施加力。
舉例而言,感測器2302可經組態以判定跨越自未施加力至導致在圖23A中之氣隙306及310塌陷之一力量的力。直到該點,在總成2300中之感測器(由第一感測元件2304及第二感測元件2306所形成)可不偵測任何力,此係因為尚未使下部堆疊308與可變形元件314接觸。一旦下部堆疊308接觸可變形元件314,可由在總成2300中之感測元件2304、2306判定增加之力量。
第一感測元件2312及第二感測元件2314可由任何適合材料所形成或包括任何適合材料,諸如金屬、ITO、或類似者。另外,可用任何適合方式將第一感測元件2312及第二感測元件2314應用至可變形部分2310或以其他方式與可變形部分2310合併。舉例而言,第一感測元件2312及第二感測元件2314可係或可包括內嵌在可變形部分2310中、經定位在可變形部分2310上、或以其他方式與可變形部分2310整合的傳導片材(例如,銅,銀,或金)。舉另一實例而言,第一感測元件2312及第二感測元件2314可係沉積在可變形部分2310上之ITO。
在一些情況中,第一感測元件2312及第二感測元件2314之任一者或兩者可不與可變形材料2310整合,而是可係分開之組件。舉例而言,第一感測元件2312及/或第二感測元件2314可係含有設置於其上之傳導材料的材料(例如,可撓曲電路材料)層。該等層可定位於可變形部分2310與蓋件303之間,及/或定位於可變形部分2310與殼體104之間,且可接合或以其他方式黏附至彼等組件。舉另一實例而言,第一感測元件2312及/或第二感測元件2314可直接圖案化在蓋件303及/或殼體104上。舉例而言,當裝置100處於其組裝組態時,ITO、傳導奈米線、或任何其他適合的材料可直接形成在蓋件303及殼體104之彼此相對之部分上。可使用前述實例之任何組合以整合第一感測元件2312及/或第二感測元件2314與裝置100。
圖24係一實例力相對於偏轉曲線,其繪示在圖23A中所繪示之裝置之蓋件303如何回應於施加至其之一力輸入而偏轉。該力回應相似於在圖4中所展示者,其中一第一量變曲線係自點401至點402(相對應於氣隙306及310之塌陷)及一第二量變曲線係自點402至點404(相對應於可變形元件314之變形)。感測器2302可偵測氣隙306、310之變形,如由在圖24中之線2402所指示,而在總成2300中之力感測器偵測可變形元件314之變形,如由線2404所指示。雖然線2402、2404展示為非重疊,然而可非如此。舉例而言,甚至在氣隙306、310已塌陷之後,感測器2302可繼續偏轉且因此提供有意義之力資訊。在此類情況中,與感測器相關聯之感測電路系統可處理來自感測器兩者之資訊以判定一所施加力量。
圖25展示如透過裝置之蓋件303檢視的感測器2302之一部分。感測器2302之所繪示部分對應於感測器2302之一隅角部分。感測器2302包括各(例如,經由導體2503)電耦合在一起之第一驅動區域2502及各(例如,經由導體2505)電耦合在一起之第二驅動區域2504。第一驅動區域2502及第二驅動區域2504可一起形成在圖23B中所展示之第二感測元件2314,且可用一信號予以驅動或激發。如所展示,依一交替、指叉式圖案展示第一驅動區域2502及第二驅動區域2504,然而此僅僅係用於第一驅動區域2502及第二驅動區域2504之一實例組態。
感測器2302亦包括感測區域2506。感測區域2506電容耦合至驅動區域2502、2504且可連接至偵測及分析由驅動區域2502、2504在感測區域2506中誘發之信號的電路系統。各感測區域2506可與一個第一驅動區域2502及一個第二驅動區域2504重疊。由於可在不同時間及/或用不同信號(例如,具有不同頻率之信號)驅動該等驅動區域,一單一感測區域可提供兩個相異電容性測量,各電容性測量相對應於沿感測器2302之一不同位置。依此方式,感測器2302被像素化,允許更精準力測量且用於偵測在蓋件303上之一所施加力之一位置。
圖26係沿圖1之線A-A檢視的一實施例裝置100的剖面圖,圖中展示定位在蓋件110下方之一顯示器堆疊2600。力及/或觸碰感測系統或其組件可與顯示器堆疊2600合併以促進在裝置100上之觸控及力輸入偵測。如本文所描述,裝置100可包括可促進感測在裝置100上之力及/或觸控輸入的傳導片材(諸如第一驅動層505,圖5)。
顯示器堆疊2600可包括定位於蓋件110與一顯示器層2604之間之一觸碰感測器2602。觸碰感測器2602可包括感測器,各感測器經組態以偵測在蓋件110上之使用者輸入(例如,觸控及/或力輸入)及該等使用者輸入之位置。可使用任何合適的觸碰感測器2602。舉例而言,在一實施例中,用定位於兩個電極層之間之一介電基材來形成觸碰感測器2602。該等電極層可由任何合適的光學透明材料所製成。舉例而言,在一實施例中,該等電極層由氧化銦錫(ITO)所製成。其他合適的材料包括(但不限於)奈米線或奈米線網格、一透明導電膜(例如,一聚合物膜)、碳奈米管、及超薄金屬膜。
在觸碰感測器2602中之各電極層可包括一或多個電極。在一層中之該(等)電極與在其他電極層中之各別電極依至少一方向(例如,垂直)對齊以形成一或多個電容性感測器。透過一或多個電容性感測器之電容變化來偵測使用者輸入及該等使用者輸入之位置。如下文將更詳細描述,觸控及感測電路系統2632耦合至該等電極層且經組態以自各電容性感測器接收一輸出信號,該輸出信號表示各電容性感測器之電容。
在觸碰感測器2602中之該等電極層之一者或兩者可經圖案化。舉例而言,在一實施例中,一個電極層經圖案化成經定位沿一第一軸(例如,列)的條,及其他電極層經圖案化成經定位沿一第二軸(例如,行)的條,該第二軸橫向於該第一軸。電容性感測器形成在該兩個電極層中之該等條之相交處。可基於一或多個電容性感測器之電容(或電容變化)來判定使用者輸入、及該等使用者輸入之位置。
顯示器層2604可包括:一前偏光器2606;一顯示器元件2608,其附接至前偏光器2606之一後表面;及一後偏光器2610,其附接至顯示器元件2608之一後表面。可使用任何合適的顯示器元件2608。實例顯示器元件2608包括(但不限於)一LCD元件、一LED元件、一OLED元件、或一OEL元件。在所闡釋之實施例中,顯示器元件2608係一LCD元件。
在一些情況中,由顯示器元件2608所產生之雜訊信號可與觸碰感測器2602電耦合。此耦合會不利地影響由觸碰感測器2602對使用者輸入之偵測。為了降低或排除來自與觸碰感測器2602耦合的顯示器雜訊,一傳導層2612可定位於觸碰感測器2602與前偏光器2606之間。傳導層2612可由任何合適的光學透明材料所製成。舉例而言,在一實施例中,傳導層2612由ITO所製成。
一傳導材料片材2614形成或塗佈在後偏光器2610之後表面上。傳導材料片材2614可由任何合適的傳導材料所製成。舉例而言,在一實施例中,傳導材料片材2614由一銀奈米線膜所製成。
後偏光器2610可所製成由一電絕緣材料。傳導材料片材2614使後偏光器2610之後表面能夠用作為一導電表面。如下文將更詳細描述,後偏光器2610之導電表面用以傳輸用於包括該導電表面之一力感測器的驅動信號。
一傳導邊框2616附接至後偏光器2610之後表面(傳導邊框2616之結構、材料、功能等可相同或相似於連接元件706,圖7、圖10A)。傳導邊框2616定位成沿後偏光器2610之一周邊或邊緣之至少一部分。如將結合圖27至圖29更詳細描述,傳導邊框2616可係繞整個周邊延伸之一連續邊框,或傳導邊框2616可包括一或多個離散傳導條,其中各傳導條經定位成沿後偏光器2610之周邊之一各別部分。
在所闡釋之實施例中,顯示器堆疊2600延伸跨顯示器102之使用者可觀看區域108(圖1)且至非可觀看區域2618(其不對應於來自顯示器102之一可觀看輸出)中。替代地,在一些實施例中,在顯示器堆疊2600中之該等層之僅一子組延伸至非可觀看區域2618中。舉例而言,在顯示器層2604之部分可延伸至非可觀看區域2618中,而在顯示器堆疊2600中之其他層不延伸至非可觀看區域2618中。
在一些實施例中,傳導邊框2616可定位在後偏光器2610之部分(該等部分駐在非可觀看區域2618中)上,其允許用任何合適材料或多種材料(例如,(多種)不透明或透明材料)形成傳導邊框2616。舉例而言,可用一金屬或金屬合金(諸如銅、鋁、鉬、及鎳釩)形成傳導邊框2616。其他實施例可形成傳導邊框2616之至少一部分在使用者可觀看區域108內。在此類實施例中,至少在使用者可觀看區域108中的傳導邊框2616之部分可用一光學透明材料(諸如ITO)予以形成。
在所闡釋之實施例中,一背光單元2620定位在後偏光器2610及傳導邊框2616下方。顯示器層2604連同背光單元2620用以在顯示器102上輸出影像。在一些實施方案中,可省略背光單元2620。
一第一電極層2622定位在背光單元2620下方且附接至背光單元2620。在一些實施方案中,第一電極層2622表示一電極陣列(例如,兩個或更多個電極)。在其他實施方案中,第一電極層2622係一單一電極。第一電極層2622可用任何合適的(不透明或透明)傳導材料(諸如一金屬或金屬合金)予以形成。實例金屬及金屬合金包括(但不限於)銅、鋁、鈦、鉭、鎳、鉻、鋯、鉬鈮、及鎳釩。
在後偏光器2610之後表面上之傳導材料片材2614及第一電極層2622一起形成一力感測器。該力感測器可使用以偵測施加至蓋件110之一力量值或一力量。當第一電極層2622實施為一電極陣列時,傳導材料片材2614及第一電極層2622形成一電容性感測器陣列。各電容性感測器包括由傳導材料片材2614所形成之一電極及在第一電極層2622中之一各別電極。當一使用者輸入施加至蓋件110時,蓋件110偏轉且在至少一電容性感測器中之該等電極之間之一距離變化,其使該電容性感測器之電容改變。舉例而言,在所闡釋之實施例中,間隙2623基於施加至蓋件110之一使用者輸入而改變,其繼而使至少一電容性感測器之電容改變。
在一些實施例中,第一電極層2622可用以偵測在蓋件110上之一或多個觸碰。在此類實施例中,可省略觸碰感測器2602(例如一觸碰感測層),此係因為第一電極層2622具有使用以偵測觸控輸入及力輸入兩者之一雙重功能。
裝置100亦可包括一支撐結構2624(其結構、材料、功能等可相同或相似於上文所論述之框架構件309、1207)。在所闡釋之實施例中,支撐結構2624由一傳導材料(例如,一金屬)所製成,但是其他實施例可用一不同材料(諸如塑膠、陶瓷、或一複合材料)形成支撐結構2624。在所闡釋之實施例中,支撐結構2624沿顯示器堆疊2600之一長度及一寬度延伸,但是此非必要。在其他實施例中,支撐結構2624可具有任何形狀及/或尺寸。舉例而言,支撐結構2624可具有一開口,一加勁構件可定位於該開口中(如關於圖3A之框架構件309及加勁構件312所描述)。
在所闡釋之實施例中,支撐結構2624具有一U形狀之剖面且附接至蓋件110,使得支撐結構2624係自蓋件110懸吊。在其他實施例中,支撐結構2624可連接至除蓋件110外之一組件。舉例而言,支撐結構2624可附接至裝置100之一殼體(例如,在圖1中之殼體104)或附接至在該殼體中之一框架或其他支撐組件。
在一些實施例中,支撐結構2624可經建構及附接至蓋件110以界定介於支撐結構2624與第一電極層2622之間之一間隙2626。間隙2626允許顯示器堆疊2600回應於在蓋件110上之一所施加力而撓曲或移動。在一些實施例中,第一電極層2622可附接至支撐結構2624,而非背光單元2620。
裝置100亦可包括一電池組2628。電池組2628提供電力至裝置100之各種組件。如圖26中所展示,一第二電極層2630可設置在電池組2628之一頂部表面上。在一些實施例中,施加至蓋件110之力量可足以引起顯示器堆疊2600偏轉,使得後偏光器2610接觸第一電極層2622。當顯示器堆疊2600偏轉至其中後偏光器2610接觸背光單元2620(或接觸第一電極層2622,如果背光單元2620不存在)之一點時,由該力感測器所偵測之該力量到達一最大位準(例如,一第一力量)。該力感測器無法偵測超過該最大位準之力量。顯示器堆疊2600偏轉至其中後偏光器2610接觸背光單元2620或第一電極層2622之一點可對應於在圖4中之力相對於偏轉曲線之第一量變曲線406。舉例而言,由包括第一電極層2622及傳導材料2614的力感測器所偵測之力之該最大位準可對應於在圖4中之點402。
在此類實施例中,第二電極層2630(結合第一電極層2622或其他組件)可形成一第二力感測器,該第二力感測器藉由與介於第一電極層2622與第二電極層2630之間之一偏轉量(例如,一第二力量)相關聯而偵測超過該第一力量之力。舉例而言,在一些實施例中,第二電極層2630可用以測量介於第一電極層2622與第二電極層2630之間之一電容變化。替代地,第二電極層2630可用以偵測介於支撐結構2624之後表面2627與第二電極層2630之間之一電容變化。介於第一電極層2622與第二電極層2630之間(或介於支撐結構之後表面2627與第二電極層2630之間)之該偏轉可對應於在圖4中之第二量變曲線408。
如前文所描述,驅動及感測電路系統2632耦合至觸碰感測器2602。驅動及感測電路系統2632可定位在裝置100中之任何合適位置。驅動及感測電路系統2632經組態以提供驅動信號至觸碰感測器2602及接收來自觸碰感測器2602之輸出信號。舉例而言,當觸碰感測器2602包括一電容性感測器陣列時,驅動及感測電路系統2632耦合至各電容性感測器且經組態以感測或測量各電容性感測器之電容。一處理裝置可耦合至驅動及感測電路系統2632且經組態以接收表示各電容性感測器之所測量電容的信號。該處理裝置可經組態以使該等所測量電容與一力量互相關。
相似地,驅動電路系統2634耦合至傳導材料片材2614且經組態以提供驅動信號至後偏光器2610之後表面(例如,提供驅動信號至傳導材料片材2614)。在一些實施例中,驅動電路系統2634耦合至傳導邊框2616。
感測電路系統2636耦合至第一電極層2622且經組態以接收來自第一電極層2622之一或多個輸出信號。舉例而言,當該第一力感測器包括一電容性感測器陣列時,驅動電路系統2634及感測電路系統2636耦合至各電容性感測器且經組態以感測或測量各電容性感測器之電容。一處理裝置可耦合至驅動電路系統2634及感測電路系統2636且經組態以接收表示各電容性感測器之所測量電容的輸出信號。該處理裝置可經組態以使該等所測量電容與一力量互相關。如同驅動及感測電路系統2632,驅動電路系統2634及感測電路系統2636可位於裝置100中之任何合適位置。
在後偏光器2610之後表面上(例如,在傳導材料片材2614上)所傳輸之驅動信號可與由顯示器元件2608(例如,一TFT層)所產生之雜訊解耦合,此係因為絕緣的後偏光器2610使傳導材料片材2614與顯示器元件2608實體上分開。此外,傳導邊框2616可降低介於後偏光器2610與傳導材料片材2614之間之接觸電阻,以及降低導材料片材2614之片材電阻。降低該接觸電阻及/或該片材電阻可增加由顯示器元件2608所產生之顯示器雜訊之抑制。
關於第二電極層2630,驅動電路系統2638耦合至第二電極層2630且經組態以提供驅動信號至第二電極層2630。驅動電路系統2638可位於裝置100中之任何合適位置。在一些實施例中,感測電路系統2636可經組態以接收來自第一電極層2622之一或多個輸出信號。耦合至感測電路系統2636之一處理裝置可經組態以接收該等輸出信號及使該等所測量電容與一力量互相關。
圖27至圖29描繪在圖26中所展示之偏光器2610上之傳導邊框之實例配置。如圖27中所展示,該傳導邊框可包括形成在塗佈在一偏光器2700上之一傳導材料片材2710上之四個離散傳導條2702、2704、2706、2708。各傳導條2702、2704、2706、2708沿偏光器2700之一各別邊緣而形成。雖然圖27描繪四個傳導條,但是其他實施例不限於此配置。其他實施例可包括一或多個傳導條。圖27至圖29中所展示之實施例可表示在圖26中之偏光器2610上之傳導材料2614及傳導邊框2616的實施例。
在一些實施例中,傳導材料片材2710可用一各向異性材料予以形成,其在一方向之傳導比另一方向更多。在此類實施例中,離散傳導條或條2702、2704、2706、2708可更有效率降低傳導材料片材2710之片電阻及/或接觸電阻。
圖28描繪定位在一偏光器2800上之一傳導材料片材2804上之一離散L形狀之傳導條2802。在所闡釋之實施例中,傳導條2802沿偏光器2800之兩個邊緣而形成。其他實施例可包括經配置以沿偏光器2800之各邊緣定位一傳導條的兩個「L」形狀之傳導條。
圖29繪示沿偏光器2900之整個邊緣定位的一連續傳導邊框2902。在一些情況中,連續傳導邊框2902可比一或多個傳導條更有效率降低傳導材料片材2904之片材導電率及/或接觸電阻率。傳導條2702、2704、2706、2708及/或傳導條2802及連續傳導邊框2902可形成上文關於圖7及圖10A所描述之連接元件706。
雖然結合在一電子裝置中之一顯示器堆疊來描述在圖26至圖29中所展示之實施例,但是其他實施例不限於顯示器。一力感測器可形成在任何合適的蓋件(諸如一電子裝置之殼體(例如,在圖1中之殼體104、在圖2中之軌跡板206))下方。一絕緣基材可定位在該蓋件下方。一傳導材料片材形成在該絕緣基材之一後表面上方以在該絕緣基材之該後表面上產生一導電表面。換言之,該傳導材料片材轉化該絕緣基材之該後表面成一導電表面。一傳導邊框沿該傳導材料片材之至少一邊緣而形成,及一電極層定位在該絕緣基材下方。該絕緣基材之該導電表面及該電極層一起形成經組態以偵測在該蓋層上之一力輸入的一力感測器。
在前文論述通篇,關於各種實例描述力感測裝置及接觸式感測器。然而,這些實例非意欲限制所描述之特定元件、層、或組件。舉例而言,本文描述為分開及/或相異之組件(例如,力感測裝置之層)可經組合,及本文描述為組合或整合之組件可被分開。另外,一些組件可被替換、新增或移除,而不偏離本揭露之範疇。舉例而言,如上文所提及,如果一力感測裝置不與一顯示器裝置整合或不是一顯示器裝置之部件,則可自該力感測裝置省略一顯示器結構。另外,本文所描述之任何個別層或結構可包括一或多個子層。舉例而言,一蓋件可包括多個子層,其包括玻璃、塗層、黏著劑、濾光器、及類似者。舉另一實例而言,可用黏著劑、接合層、或類似者將本文所描述之力感測裝置及接觸式感測器之任何層或組件緊固至相鄰層或結構,然而此類黏著劑及接合層非必然是本文所描述者。
圖30描繪根據本文所描述之實施例之一電子裝置之實例組件。在圖30中描繪之示意圖可對應於在圖1至圖2中描繪之裝置之組件,且事實上對應於其中可併入本文所描述之力感測的任何裝置。
如圖30中所展示,一裝置3000包括操作上連接至電腦記憶體3004及/或電腦可讀取媒體3006的一處理單元3002。處理單元3002可經由一電子匯流排或橋接器操作上連接至記憶體3004及電腦可讀取媒體3006組件。處理單元3002可包括經組態以回應於電腦可讀取指令而執行操作的一或多個電腦處理器或微控制器。處理單元3002可包括該裝置之中央處理單元(CPU)。此外或替代地,處理單元3002可包括在該裝置內之其他處理器,包括特殊應用積體電路(ASIC)及其他微控制器裝置。
記憶體3004可包括各式各樣類型非暫時性電腦可讀取儲存媒體,其包括舉例而言隨機存取記憶體(RAM)、唯讀記憶體(ROM)、可抹除可程式化記憶體(例如,EPROM及EEPROM)、或快閃記憶體。記憶體3004經組態以儲存電腦可讀取指令、感測器值、及其他永續性軟體元件。電腦可讀取媒體3006亦包括各式各樣類型非暫時性電腦可讀取儲存媒體包括,舉例而言,一硬碟儲存裝置、一固態儲存裝置、一可攜式磁性儲存裝置、或其他相似裝置。電腦可讀取媒體3006亦可經組態以儲存電腦可讀取指令、感測器值、力偏轉相關性、及其他永續性軟體元件。
在此實例中,處理單元3002可操作以讀取儲存在記憶體3004及/或電腦可讀取媒體3006上的電腦可讀取指令。該等電腦可讀取指令可調適處理單元3002以執行上文關於圖1至圖25或下文關於圖31之實例程序所描述之操作或功能。具體而言,處理單元3002、記憶體3004、及/或電腦可讀取媒體3006可經組態以與下文所描述之力感測器3022協作,以基於是否一使用者輸入表面之一偏轉正在使在一力感測器中之一氣隙塌陷或使一可變形元件壓縮,藉由應用不同力偏轉相關性而判定施加至該使用者輸入表面之一力量。該等電腦可讀取指令可作為一電腦程式產品、軟體應用程式、或類似者予以提供。
如圖30中所展示,裝置3000亦包括一顯示器3008。顯示器3008可包括一液晶顯示器(LCD)、有機發光二極體(OLED)顯示器、LED顯示器、或類似者。如果顯示器3008係一LCD,則顯示器3008亦可包括一背光組件,可控制該背光組件以提供可變位準之顯示亮度。如果顯示器3008係一OLED或LED類型顯示器,則可藉由修改提供至顯示器元件的電信號來控制顯示器3008之亮度。顯示器3008可對應於上文所描述之上部堆疊與下部堆疊。
裝置3000亦可包括經組態以提供電力至裝置3000之組件的一電池組3009。電池組3009可包括連結在一起以提供一內部電力供應的一或多個儲電電池。電池組3009可操作上耦合至電源管理電路系統,該電源管理電路系統經組態以提供用於在裝置3000內個別組件或組件群組的適合電壓及電源位準。電池組3009可經由電源管理電路系統予以組態以接收來自一外部來源(諸如一AC電源插座)之電力。電池組3009可儲存所接收之電力,使得裝置3000可在未連接至一外部電源時操作達一段延長時期,其在可數小數至數天之範圍內。
在一些實施例中,裝置3000包括一或多個輸入裝置3010。輸入裝置3010係經組態以接收使用者輸入的一裝置。輸入裝置3010可包括,舉例而言,按鈕、一觸碰啟動按鈕、一鍵盤、一小鍵盤、或類似者。在一些實施例中,輸入裝置3010可提供一專用或主要功能,其包括舉例而言一電源按鈕、音量按鈕、首頁按鈕、滾輪、及相機按鈕。一般而言,一觸碰感測器(例如,一觸控螢幕)或一力感測器亦可分類為一輸入裝置。然而,為了此闡釋性實例用途,觸碰感測器3020及力感測器3022描繪為在裝置3000內之相異組件。
裝置3000亦可包括一觸碰感測器3020(例如,觸碰感測器2602,圖26),其經組態以判定在裝置3000之一觸敏表面上的一觸控之一位置。觸碰感測器3020可包括根據一互電容或自電容方案操作之電容性電極或節點之一陣列。如本文所描述,觸碰感測器3020可與一顯示器堆疊或一力感測裝置之一或多個層整合以提供一觸控螢幕之觸碰感測功能性。觸碰感測器3020之該等電容性陣列可與上文所描述之力感測裝置整合,且除了電容性感測元件外亦可提供力感測功能性。
裝置3000亦可包括經組態以接收及/或偵測力輸入施加至裝置3000之一使用者輸入表面的一力感測器3022。力感測器3022可對應於本文所描述之力感測裝置或力感測器之任何者,且可包括或耦合至電容性感測元件,該等電容性感測元件促進偵測該力感測器之該等組件之相對位置變化(例如,由一力輸入所引起之偏轉)。
如本文所描述,力感測器3022可包括接觸式感測器,該等接觸式感測器經組態以用信號發送何時藉由一力輸入而使一氣隙已完全塌陷。力感測器3022(包括該等接觸式感測器)可操作上耦合至處理單元3002,該處理單元可處理來自力感測器3022之信號,以判定在該使用者輸入表面上之一所施加力量,如上文所描述。
裝置3000亦可包括可用以偵測裝置3000之一環境條件、定向、位置、或一些其他態樣的一或多個感測器3024。可包括在裝置3000中之實例感測器3024包括(但不限於)一或多個加速度計、陀螺計、傾斜計、測角計、或磁力計。感測器3024亦可包括一或多個近接感測器,諸如一磁性霍爾效應感測器、電感式感測器、電容性感測器、連續性感測器、及類似者。
亦可概括定義感測器3024以包括無線定位裝置,包括(但不限於)全球定位系統(GP)電路系統、Wi-Fi電路系統、蜂巢式通訊電路系統、及類似者。裝置3000亦可包括一或多個光學感測器,包括(但不限於)光偵測器、光感測器、影像感測器、紅外線感測器、及類似者。雖然在圖30中將相機3026描繪為一分開之元件,但是概括定義的感測器3024亦可包括含有或不含有一附隨光源或閃光燈的相機3026。感測器3024亦可包括一或多個聲學元件,諸如與一揚聲器元件單獨使用或組合使用之一麥克風。該等感測器亦可包括一溫度感測器、氣壓計、壓力感測器、高度計、濕度感測器、或其他相似環境感測器。
裝置3000亦可包括經組態以捕獲一數位影像或其他光學資料的一相機3026。相機3026可包括一電荷耦合裝置、互補金屬氧化物半導體(CMOS)裝置、或經組態以轉換光成電信號的其他裝置。相機3026亦可包括一或多個光源,諸如一頻閃燈、閃光燈、或其他發光裝置。如上文所論述,相機3026可大致上分類為用於偵測在裝置3000附近之光學條件及/或物件的一感測器。然而,相機3026亦可用以建立可依一電子格式儲存的寫實影像,諸如JPG、GIF、TIFF、PNG、純影像檔案、或其他相似檔案類型。
裝置3000亦可包括一通訊埠3028,其經組態以傳輸及/或接收來自一外部或分開之裝置的信號或電通訊。通訊埠3028可經組態以經由一纜線、配接器、或其他類型電連接器而耦合至一外部裝置。在一些實施例中,通訊埠3028可用以耦合裝置3000至一配件,諸如一智慧型保護套(smart case)、智慧型蓋件、智慧型支架(smart stand)、鍵盤、或經組態以傳送及/或接收電信號的其他裝置。
裝置3000可使用任何適合的技術或演算法來判定施加至一使用者輸入表面之一力量。舉例而言,裝置3000可使用來自力感測裝置之資料、讀數、或其他資訊,且接著,應用數學公式或諮詢模型或查詢表,以基於來自該力感測裝置之該資訊來判定一所施加力量。更具體而言,用於判定施加至包括一力感測裝置之一結構的一力量之一種實例技術包括諮詢使一感測器值(例如,一所偵測電容值)與一特定已知力互相關的一查詢表或其他資料結構。可由一校準程序填入該查詢表,藉此一已知力施加至在該使用者輸入表面上之各種位置。對於各位置,針對該感測器之各像素或感測區域的所得感測器值(其等可稱為校準值)儲存在該查詢表(或其他資料結構)中。據此,在該查詢表中存在針對各使用者輸入位置的一組校準值,校準值表示當該感測器經受一已知力時該感測器之所有像素或感測區域的感測器值。在一些情況中,存在針對各位置之多組校準值,諸如與不同已知量值之力相關聯之值。
為了在正常操作期間判定施加至該使用者輸入表面之一力量,(例如,用觸碰感測器3020)判定在該輸入表面上之一觸控事件之一位置,並且使用該位置之校準值結合所偵測感測器值來判定實際所施加力。舉實例而言,如果相對應於在一給定位置之一觸控事件的所偵測感測器值係與在該位置處之一觸控事件之相關聯之校準值的約三倍,則裝置3000可判定該所施加力比該校準力大約三倍。
用於判定一所施加力量之另一技術包括判定施加至一感測器之各像素或感測區域之一力量,及接著,將來自各像素或感測區域的該力相加以判定施加至該感測器之總力量。在使用此技術的情況中,可使用兩個感測元件之間之距離變化結合該兩個感測元件之間之一材料之一已知勁度,以判定施加至該像素或區域之該力。舉特定實例而言,一可變形元件(例如,可變形元件514,圖5)可定位於電容性感測元件之間。該等電容性感測元件可對應於在圖5中可分別係電容性感測層及驅動層之第二感測元件512及第三感測元件515。該等電容性感測元件亦可對應於在圖26中之第一電極層2622及傳導材料2614。藉由測量值該等電容性感測元件之間之一電容,裝置3000可判定由施加至該可變形元件一力所引起的該等感測元件之間之一距離(或一距離變化)。該距離變化可乘以該可變形元件之一勁度(例如,使材料之一預期偏轉或變形與一給定力互相關之一常數)以判定相對應於所偵測距離變化之該力量。如上文所提及,第二感測元件512及第三感測元件515可界定數個不同像素或感測區域(例如,區域702,圖7)。據此,前述技術可用以判定施加至各個別像素或感測區域之力,並且可組合(例如,相加)該等力以判定施加至該使用者輸入表面及/或該感測器之總力量。
在一些情況中,可針對各感測區域判定該可變形元件之勁度(例如,一勁度常數)。因此,針對各區域之距離測量可乘以該區域特有之一勁度常數,其可改良針對各像素或區域之力測量之精確度,且因此可改良該力感測器之總精確度。可手動判定針對各像素或感測區域之勁度常數,舉例而言,藉由施加一已知力至該可變形元件之各區(相對應於一像素或感測區域),及測量該可變形元件已偏轉之量或距離。在一些情況中,可依不同力進行多個測量以判定該可變形材料之一平均勁度常數或一勁度量變曲線。如與針對各感測區域使用相同勁度常數相比較,此可增加一感測器之精確度,此係因為勁度隨區域而變化。
前述技術之任一者(例如,諮詢一查詢表或基於一勁度常數來計算力)可用以判定施加至本文所描述之一給定感測器或感測裝置的力。在其中一裝置包括多個感測器的實施例中,可針對各感測器使用一不同技術。舉例而言,針對力感測裝置500(其包括第一電容性感測器518及第二電容性感測器519(圖5)),一查詢表可用以判定施加至第一電容性感測器518的力,及一以勁度為基礎之力計算可用以判定施加至第二電容性感測器519的力。舉另一實例而言,圖23A至圖23B之裝置包括定位於一殼體與一蓋件之間之一感測器2302,以及在該殼體內之一感測器(例如,該殼體包括第一感測元件2304及第二感測元件2306,連同在第一感測元件2304與第二感測元件2306之間之一可變形元件314)。在此情況中,一查詢表可用以判定施加至感測器2303的力,及一以勁度為基礎之計算可用以判定施加至在該殼體內之感測器(例如,第一感測元件2304及第二感測元件2306)的力。替代地,一查詢表技術可用於感測器兩者。
在使用兩個或更多個感測器的情況中,可組合針對各感測器所判定之力值,以產生表示施加至該使用者輸入表面的力之一單一值。舉例而言,參照力感測裝置500(圖5),第一電容性感測器518及第二電容性感測器519可回應於不同所施加力而偏轉。更具體而言,(介於第一感測元件505與第二感測元件512之間之)氣隙506及510可回應於具有一特定值之一所施加力而塌陷。因為氣隙506、510係在第一感測元件505與第二感測元件512之間,所以由這些感測元件界定之第一電容性感測器518可用以判定力直至特定值。然而,因為無法進一步縮減介於第一感測元件505與第二感測元件512之間之距離,所以第一電容性感測器518將不偵測超過該特定值的所施加力之值。然而,在氣隙506、510之塌陷之後,第二電容性感測器519可偵測力。據此,在第一電容性感測器518及第二電容性感測器519兩者產生力值的情況中,該等值可相加以判定施加至力感測裝置500之總力。可使用相同或一相似程序結合關於圖26所描述之力感測器,其中傳導材料2614及第一電極層2622形成一第一力感測器,及第一電極層2622及第二電極層2630形成一第二力感測器。
圖31描繪用於判定施加在一電子裝置之一使用者輸入表面上之一力量之一實例程序3100。可在本文所論述之實例裝置之任何者上實施程序3100。舉例而言,可使用程序3100以判定該電子裝置應回應於力輸入而執行什麼動作(若有),且可使用舉例而言關於圖30所描述之處理單元及其他硬體元件予以實施。程序3100可係實施為儲存在該電子裝置之記憶體內的處理器可執行指令。
在操作3102中,判定是否一感測器信號對應於一第一間隔層之一變形(例如,一氣隙,如上文所描述)或一第二間隔層(例如,一可變形元件,如上文所描述)之一變形,或兩者之一組合。舉例而言,該裝置可監測一感測器信號之一變化率。如果該感測器信號之該變化率滿足一第一條件(例如,在一特定變形範圍內恆定或低於一臨限值),則該裝置可判定一氣隙正在塌陷或已塌陷。如果該感測器信號之該變化率滿足一第二條件(例如,在一特定變形範圍內增加或高於該臨限值),則該裝置可判定一氣隙已完全塌陷及一可變形元件已被壓縮或將要至少部分被壓縮。舉另一實例而言,該裝置可基於是否一接觸式感測器(例如,關於圖16及圖18A至圖22B所描述之接觸式感測器)指示該第一間隔層已完全塌陷,而判定是否一感測器信號對應於一第一間隔層或一第二間隔層之一塌陷。
在操作3104中,選擇一力偏轉相關性。如本文所描述,取決於是否該力感測器之偏轉對應於一第一間隔層(例如,一氣隙)之一塌陷或一第二間隔層(例如,一可變形元件)之變形,可使用一不同力偏轉相關性以判定一所施加力量。因此,如果該裝置在操作3102判定該感測器信號對應於該第一間隔層之一變形(諸如一氣隙之塌陷),則該裝置可在操作3104選擇一第一力偏轉相關性。如果該裝置在操作3102判定該感測器信號對應於該第二間隔層之一變形(諸如一可變形元件之壓縮),則該裝置可在操作3104選擇一第二力偏轉相關性,該第二力偏轉相關性不同於該第一力偏轉相關性。
在其中該裝置包括跨越不同間隔層的多個感測器(諸如該第一電容性感測器518及第二電容性感測器519,圖5)的實施例中,該裝置可選擇及使用多個力偏轉相關性。舉例而言,如果該裝置在操作3102判定偏轉對應於一第一間隔層及一第二間隔層兩者之一至少部分塌陷,則該裝置可針對各感測器選擇一適合的力偏轉相關性。
在操作3106中,基於該(等)所選擇力偏轉相關性判定一所施加力量。舉例而言,該裝置藉由使用一查詢表、一以勁度為基礎之力計算、或實施該所選擇力偏轉相關性之另一技術,使由該感測器信號指示之偏轉量與一特定所施加力互相關。在其中該裝置包括多個感測器的實施例中,該裝置可使由各感測器指示之偏轉量與一力值互相關,及接著,將來自各感測器的該等力值相加以判定總所施加力量。
基於該所判定施加力量,該裝置可執行(或不執行)一定動作。舉例而言,如果該所施加力低於一臨限值,則該裝置可執行一動作,及如果該所施加力高於該臨限值,該裝置可執行另一動作。舉實例而言,如果該力低於該臨限值,則該裝置可移動一游標至相對應於觸控事件之位置的一位置,而如果該力高於該臨限值,則該裝置可記錄在該游標之該位置處的一選擇(例如,一滑鼠點選)。然而,此僅僅係一實例,且該裝置可基於該所判定施加力量而執行的可行動作範圍僅受限於該裝置之能力。
如上文所提及,可使用含傳導邊框之力感測器片材或層。舉例而言,如關於圖7、圖10A,及圖26至圖29所描述,傳導片材可用作為用於電容性力感測系統的驅動層。傳導邊框可施加至該等傳導片材中或以其他方式包括在該等傳導片材中。圖32展示一種在一片材(諸如,如關於圖26至圖29所描述之一偏光器或關於圖5、圖7、及圖10A所描述之一力感測元件505)之一表面上製造傳導邊框之方法的流程圖。將結合圖33至圖37描述圖32。結合一卷對卷生產程序描述該方法。雖然結合一偏光器進行描述,但是該程序可用以在任何合適的膜或基材上產生一傳導邊框。此外,結合形成連續傳導邊框(例如,參見圖7、圖29)描述該方法,但是實施例不限於此類型傳導邊框。
在其他實施例中,可使用其他製造程序在一偏光器或基材上製造一傳導邊框。實例製造程序包括(但不限於)物理或化學氣相沉積、使用一陰影遮罩之網版印刷或噴墨塗佈技術、以及膜遮罩及微影。
最初,如區塊3200中所展示,遮罩施加至一膜之一表面。在一實施例中,該膜係一偏光器膜,其包括形成或塗佈在該偏光器膜之一表面上的一傳導材料片材。如前文所描述,該偏光器膜將附接(例如,疊層)至一顯示器元件之後表面且用作為用於顯示器之一偏光器(例如,在圖26中之顯示器元件2608及後偏光器2610)。
各遮罩界定將由該傳導邊框所環繞或在該傳導邊框內部之該區。舉例而言,該等遮罩可界定一顯示器之使用者可觀看區域(例如,使用者可觀看區域108)。雖然描繪為具有一矩形形狀,但是一遮罩可具有任何給定形狀及/或尺寸。
在一些實施例中,各遮罩可係多個遮罩之一者。舉例而言,當在一膜基材上形成多個傳導條(例如,參見圖27)時,一遮罩界定將不包括傳導條之區。
圖33A至圖33B描繪施加遮罩至一膜之一表面。如圖33A中所展示,施加程序3300包括在一卷對卷生產系統中,使膜3302自一第一輥3304移動朝向一第二輥3306。在圖33A及33B中藉由箭頭3308表示此移動。在一實施例中,第二輥3306包括在圖32中所展示之方法之成品(例如,形成在該偏光器膜之表面上的傳導邊框之一集合)。在另一實施例中,第二輥3306包括形成在該膜之表面上之遮罩之一集合(例如,區塊3200之成品)。
一第三輥3310定位於第一輥3304與第二輥3306之間。第三輥3310包括隨著膜3302在第三輥3310下方移動而施加至膜3302之遮罩3312之一集合。圖33B繪示在已藉由第三輥3310施加遮罩3312至膜3302之後的俯視圖膜3302。
現在參照在圖32中之區塊3202,一傳導材料形成在該等遮罩及該膜之表面上方。該傳導材料係用以形成該等傳導邊框之材料。圖34A至圖34B展示形成該傳導材料於該膜及該等遮罩上方。形成程序3400包括使膜3302自一第四輥3402移動朝向一第五輥3404(由箭頭3406表示移動)。在一實施例中,第四輥3402對應於第一輥3304及第五輥3404對應於第二輥3306。在此類實施例中,第五輥3404包括形成在該偏光器膜之表面上的傳導邊框之一集合(例如,在圖32中所展示之方法之成品)。在其他實施例中,第四輥3402包括區塊3200之成品。
在所闡釋之實施例中,含有遮罩3312之膜3302進入一沉積室3408,其中一噴嘴3410沉積傳導材料3412至膜3302及遮罩3312上。該沉積可係一毯覆沉積,使得整個膜3302及遮罩3312具有沉積於其上之傳導材料。圖34B繪示在已藉由沉積室3408沉積傳導材料3412至膜3302及遮罩3312上之後的俯視圖膜3302。
現在參照在圖32中之區塊3204,在該傳導材料已形成在該等遮罩及該膜上方之後自該膜之表面上係移除等遮罩。圖35A至圖35B展示自膜3302移除遮罩3312。移除程序3500包括使膜3302自一第六輥3502移動朝向一第七輥3504(由箭頭3506表示移動)。在一實施例中,第六輥3502對應於第一輥3304及第七輥3504對應於第二輥3306。在此類實施例中,第七輥3504包括在圖32中所展示之方法之成品。在其他實施例中,第六輥3502包括區塊3202之成品。
一第八輥3508定位於第六輥3502與第七輥3504之間。第八輥3508移除遮罩3312,而留下僅包括膜3302之區域3514。該傳導材料設置在繞區域3514之區上。圖35B繪示在已藉由第八輥3508移除遮罩3312之後的膜3302之俯視圖。
可使用任何合適的程序以移除遮罩3312。舉例而言,在一實施例中,第八輥3508採用一靜電技術以移除遮罩3312。
在一些實施例中,一成像系統(例如,一相機)可定位在膜3302上方、介於第八輥3508與第七輥3504之間。在已藉由第八輥3508移除該等遮罩之後,該成像系統或自動化光學檢測系統可用以檢測該膜是否有缺陷。
現在參照在圖32中之區塊3206,一保護性層形成在該膜之表面及該傳導材料上方。圖36A至圖36B展示形成該保護性層於該膜及該傳導材料上方。形成程序3600包括使膜3302自一第九輥3602移動朝向一第十輥3604(由箭頭3606表示移動)。在一實施例中,第九輥3602對應於第一輥3304及第十輥3604對應於第二輥3304。在此類實施例中,第十輥3604包括在圖32中所展示之方法之成品。在其他實施例中,第九輥3602包括區塊3204之成品。
一第十一輥3608定位於第九輥3602與第十輥3604之間。第十一輥3608施加保護性層3610於膜3302及傳導材料3412上方。圖36B繪示在已藉由第十一輥3608施加保護性層3610之後之膜3302的俯視圖。
現在參照在圖32中之區塊3208,該等傳導邊框被切割(例如,單切)以產生各由一傳導邊框所環繞之膜之個別區段。圖37A至圖37B展示產生由一傳導邊框所環繞之膜之各個別區段。切割程序3700包括使膜3302自一第十二輥3702移動朝向一第十三輥3704(由箭頭3706表示移動)。在一實施例中,第十二輥3702對應於第一輥3304及第十三輥3704對應於第二輥3306。在此類實施例中,第十三輥3704包括在圖32中所展示之方法之成品。在其他實施例中,第十二輥3702包括區塊3206之成品。
在所闡釋之實施例中,一單切系統3708定位在膜3302上方、介於第十二輥3702與第十三輥3704之間。單切系統3708包括一精密模切工具3710,該精密模切工具藉由一或多個對齊相機3712而對齊。
在一實施例中,精密模切工具3710使用區域3514(圖35)之一或多個隅角作為一切割參考3714以定位模切圖案3716。圖37B繪示在模切工具3710切割個別區段之前的含切割參考3714及模切圖案3716之膜3302的俯視圖。在圖37B中亦描繪兩個單切區段3718。各單切區段3718包括由一傳導邊框3722所環繞之膜3720之一區段。如前文所描述,膜3720之該區段包括形成在一偏光器膜上方之一傳導材料片材(例如,塗佈在圖26中之後偏光器2610上之傳導材料片材2614)。
參照在圖32中之區塊3210,各單切區段可接著附接至一顯示器層。具體而言,各單切區段可疊層至在顯示器層中的一後偏光器之一後表面。
遮罩(例如,在圖33B中之遮罩3312)之幾何及/或模切圖案(例如,在圖37B中之模切圖案3716)之幾何可經改變以調整傳導邊框之幾何。圖38至圖40展示用於判定傳導邊框之幾何之實例技術。在圖38中,模切圖案3800係使遮罩3802置中於模切圖案3800之中心的一矩形形狀。在執行單切程序之後,膜3806包括沿膜3806之邊緣延伸之一連續矩形傳導邊框3804。
如圖39中所展示,模切圖案3900自遮罩3902偏移,使得遮罩3902之一邊緣在模切圖案3900外部。在執行單切程序之後,膜3906包括一U形狀之傳導邊框3904。在所闡釋之實施例中,邊緣遮罩3902之頂部位於模切圖案3900外部,以產生沿膜3906之兩個側邊緣及底部邊緣延伸的一U形狀之傳導邊框3904。然而,其他實施例不限於此呈現。傳導邊框3804之形狀及定向判定遮罩3902之哪個邊緣(或哪些邊緣)位於模切圖案3900外部。
圖40繪示遮罩4002之四個邊緣之三者位於模切圖案4000外部的模切圖案4000。在執行單切程序之後,膜4006包括沿膜4006之一邊緣延伸的一線性傳導邊框4004。在所闡釋之實施例中,遮罩4002之底部邊緣之僅一部分定位在模切圖案4000內以產生沿膜4006之底部邊緣延伸的一線性傳導邊框4004。然而,其他實施例不限於此組態。傳導邊框之形狀及定向判定遮罩4002之哪個邊緣(或哪些邊緣)位於模切圖案4000外部。
為了解說用途,前文說明使用特定命名法以提供對所描述實施例之徹底理解。然而,所屬技術領域中具有通常知識者將明白,特定細節非實踐所描述之實施例所必要的。因此,提出本文描述之特定實施例之前文說明係為了闡釋及說明用途,而上述實施例非意圖窮舉或使實施例限於所揭示之精確形式。所屬技術領域中具有通常知識者將明白,鑑於前文教導進行許多修改及變化係可行的。再者,當在本文使用時,指組件位置的「於...上方」及「於...下方」等詞或其同義詞非必然係指相對於一外部參考的絕對位置,而是替代地係指參照圖式的組件之相對位置。
100‧‧‧電子裝置
102‧‧‧顯示器
104‧‧‧殼體
106‧‧‧I/O裝置
108‧‧‧使用者可觀看區域
110‧‧‧蓋件
200‧‧‧膝上型電腦;裝置
202‧‧‧顯示器
204‧‧‧外殼
206‧‧‧軌跡板
300‧‧‧總成
301‧‧‧區
302‧‧‧輸入力
303‧‧‧蓋件
304‧‧‧上部堆疊
305‧‧‧介接構件
306‧‧‧氣隙
307‧‧‧凸耳
308‧‧‧下部堆疊
309‧‧‧框架構件
310‧‧‧氣隙
311‧‧‧結合構件
312‧‧‧加勁構件
313‧‧‧光源
314‧‧‧可變形元件
315‧‧‧光學堆疊
316‧‧‧基底結構或層
317‧‧‧區
401‧‧‧點
402‧‧‧點
404‧‧‧點
406‧‧‧第一量變曲線
408‧‧‧第二量變曲線
500‧‧‧力感測裝置
504‧‧‧上部堆疊
505‧‧‧第一感測元件;驅動層;第一驅動層
506‧‧‧氣隙
508‧‧‧下部堆疊
509‧‧‧加勁構件
510‧‧‧氣隙
511‧‧‧選用之抗黏附層
512‧‧‧第二感測元件;感測層
514‧‧‧可變形元件
515‧‧‧第三感測元件;驅動層;第二驅動層
516‧‧‧基底結構
518‧‧‧第一電容性感測器
519‧‧‧第二電容性感測器
602‧‧‧線
604‧‧‧線
702‧‧‧感測區域
704‧‧‧驅動區域
706‧‧‧連接元件
802‧‧‧基材
804‧‧‧傳導層
806‧‧‧基材
808‧‧‧基材
902‧‧‧傳導路徑
1002‧‧‧連接器分段
1004‧‧‧傳導結合材料
1006‧‧‧連接器分段
1008‧‧‧傳導黏著劑
1102‧‧‧傳導路徑
1200‧‧‧力感測裝置
1204‧‧‧上部堆疊
1206‧‧‧氣隙
1207‧‧‧框架構件
1208‧‧‧下部堆疊
1209‧‧‧第一感測元件
1210‧‧‧氣隙
1213‧‧‧光學堆疊
1214‧‧‧可變形元件
1215‧‧‧第二感測元件
1216‧‧‧基底結構
1218‧‧‧電容性感測器
1302‧‧‧線
1304‧‧‧線
1400‧‧‧力感測裝置
1402‧‧‧電容性感測器
1502‧‧‧線
1600‧‧‧力感測裝置
1604‧‧‧上部堆疊
1605‧‧‧第一感測元件
1606‧‧‧氣隙
1607‧‧‧框架構件
1608‧‧‧下部堆疊
1610‧‧‧可變形元件
1611‧‧‧突起部
1612‧‧‧感測元件
1614‧‧‧第二感測元件
1615‧‧‧氣隙
1616‧‧‧接觸式感測區域
1617‧‧‧光學堆疊
1619‧‧‧電容性感測器
1620‧‧‧基底結構
1702‧‧‧線
1704‧‧‧點
1800‧‧‧區
1802‧‧‧引線
1804‧‧‧引線
1806‧‧‧引線
1808‧‧‧引線
1810‧‧‧感測區域
1900‧‧‧基底表面
2000‧‧‧基材
2100‧‧‧接觸式感測器
2102‧‧‧突起部;可變形突起部
2104‧‧‧感測元件
2106‧‧‧孔穴
2108‧‧‧層;感測元件
2110‧‧‧引線
2112‧‧‧層
2200‧‧‧接觸式感測器
2202‧‧‧變形突起部
2204‧‧‧感測元件
2206‧‧‧層
2208‧‧‧引線
2210‧‧‧層
2300‧‧‧總成
2302‧‧‧感測器
2304‧‧‧第一感測元件
2306‧‧‧第二感測元件
2308‧‧‧區
2310‧‧‧可變形部分
2312‧‧‧第一感測元件
2314‧‧‧第二感測元件
2402‧‧‧線
2404‧‧‧線
2502‧‧‧第一驅動區域
2503‧‧‧導體
2504‧‧‧第二驅動區域
2505‧‧‧導體
2506‧‧‧感測區域
2600‧‧‧顯示器堆疊
2602‧‧‧觸碰感測器
2604‧‧‧顯示器層
2606‧‧‧前偏光器
2608‧‧‧顯示器元件
2610‧‧‧後偏光器
2612‧‧‧傳導層
2614‧‧‧傳導材料片材
2616‧‧‧傳導邊框
2618‧‧‧非可觀看區域
2620‧‧‧背光單元
2622‧‧‧第一電極層
2623‧‧‧間隙
2624‧‧‧支撐結構
2626‧‧‧間隙
2627‧‧‧後表面
2628‧‧‧電池組
2630‧‧‧第二電極層
2632‧‧‧觸控及感測電路系統
2634‧‧‧驅動電路系統
2636‧‧‧驅動及感測電路系統
2638‧‧‧驅動電路系統
2700‧‧‧偏光器
2702‧‧‧傳導條
2704‧‧‧傳導條
2706‧‧‧傳導條
2708‧‧‧傳導條
2710‧‧‧傳導材料片材
2800‧‧‧偏光器
2802‧‧‧L形狀之傳導條
2804‧‧‧傳導材料片材
2900‧‧‧偏光器
2902‧‧‧連續傳導邊框
2904‧‧‧傳導材料片材
3000‧‧‧裝置
3002‧‧‧處理單元
3004‧‧‧電腦記憶體
3006‧‧‧電腦可讀取媒體
3008‧‧‧顯示器
3009‧‧‧電池組
3010‧‧‧輸入裝置
3020‧‧‧觸碰感測器
3022‧‧‧力感測器
3024‧‧‧感測器
3026‧‧‧相機
3028‧‧‧通訊埠
3100‧‧‧程序操作
3102‧‧‧操作
3104‧‧‧操作
3106‧‧‧操作
3200‧‧‧區塊
3202‧‧‧區塊
3204‧‧‧區塊
3206‧‧‧區塊
3208‧‧‧區塊
3210‧‧‧區塊
3300‧‧‧施加程序
3302‧‧‧膜
3304‧‧‧第一輥
3306‧‧‧第二輥
3308‧‧‧箭頭(移動)
3310‧‧‧第三輥
3312‧‧‧遮罩
3400‧‧‧形成程序
3402‧‧‧第四輥
3404‧‧‧第五輥
3406‧‧‧箭頭(移動)
3408‧‧‧沉積室
3410‧‧‧噴嘴
3412‧‧‧遮罩
3500‧‧‧移除程序
3502‧‧‧第六輥
3504‧‧‧第七輥
3506‧‧‧箭頭(移動)
3508‧‧‧第八輥
3514‧‧‧區域
3600‧‧‧形成程序
3602‧‧‧第九輥
3604‧‧‧第十輥
3606‧‧‧箭頭(移動)
3608‧‧‧第十一輥
3610‧‧‧保護性層
3700‧‧‧切割程序
3702‧‧‧第十二輥
3704‧‧‧第十三輥
3706‧‧‧箭頭(移動)
3708‧‧‧單切系統
3710‧‧‧精密模切工具
3712‧‧‧對齊相機
3714‧‧‧切割參考
3716‧‧‧模切圖案
3718‧‧‧單切區段
3720‧‧‧膜
3722‧‧‧傳導邊框
3800‧‧‧模切圖案
3802‧‧‧遮罩
3804‧‧‧連續矩形傳導邊框
3806‧‧‧膜
3900‧‧‧模切圖案
3902‧‧‧遮罩
3904‧‧‧U形狀之傳導邊框
3906‧‧‧膜
4000‧‧‧模切圖案
4002‧‧‧遮罩
4004‧‧‧膜
4006‧‧‧膜
經由以下結合附圖的實施方式可更易於理解本揭露,其中相似元件符號指稱相似結構組件,而其中: [圖1]展示併入一力感測裝置之一實例運算裝置。 [圖2]展示併入一力感測裝置之另一實例運算裝置。 [圖3A至圖3E]展示沿圖1之線A-A檢視的圖1之裝置的部分剖面圖。 [圖4]展示一力相對於圖1之裝置之偏轉曲線。 [圖5]展示沿圖1之線A-A檢視的一實例力感測裝置的剖面圖。 [圖6]展示一力相對於圖5之力感測裝置之偏轉曲線。 [圖7]展示圖5之力感測裝置之感測元件的展開圖。 [圖8]展示沿圖7中之線C-C檢視的圖7之感測元件的部分剖面圖。 [圖9]展示圖5之力感測裝置之一感測元件。 [圖10A至圖10B]展示圖5之力感測裝置之另一感測元件的實施例。 [圖11]展示圖5之力感測裝置之又另一感測元件。 [圖12]展示沿圖1之線A-A檢視的另一實例力感測裝置的剖面圖。 [圖13]展示一力相對於圖12之力感測裝置之偏轉曲線。 [圖14]展示沿圖1之線A-A檢視的又另一實例力感測裝置的剖面圖。 [圖15]展示一力相對於圖14之力感測裝置之偏轉曲線。 [圖16]展示沿圖1之線A-A檢視的又另一實例力感測裝置的剖面圖。 [圖17]展示一力相對於圖16之力感測裝置之偏轉曲線。 [圖18A至圖18B]展示圖17之力感測裝置的展開剖面圖。 [圖19]展示一可變形元件的透視圖。 [圖20]展示一感測元件的透視圖。 [圖21A至圖21B]展示一實例接觸式感測器的剖面圖。 [圖22A至圖22B]展示另一實例接觸式感測器的剖面圖。 [圖23A至圖23B]展示沿圖1之線A-A檢視的圖1之裝置的部分剖面圖,圖中展示在裝置中整合一力感測系統之一實施例。 [圖24]展示一力相對於圖23A至圖23B之力感測系統之偏轉曲線。 [圖25]展示圖23A至圖23B之力感測系統之一感測器。 [圖26]展示沿圖1中之線B-B檢視的圖1之電子裝置之一實例實施例的剖面圖。 [圖27]描繪在圖26中所展示之偏光器上的傳導邊框之一第一實例配置。 [圖28]描繪在圖26中所展示之偏光器上的傳導邊框之一第二實例配置。 [圖29]描繪在圖26中所展示之偏光器上的傳導邊框之一第三實例配置。 [圖30]展示一電子裝置之實例組件。 [圖31]展示用於判定施加至一使用者輸入表面之一力量的一實例程序。 [圖32]展示用於在一偏光器之一表面上製造傳導邊框之一實例程序。 [圖33A至圖33B]描繪施加遮罩至一膜之一表面。 [圖34A至圖34B]展示形成傳導材料於膜及遮罩上方。 [圖35A至圖35B]展示自膜移除遮罩。 [圖36A至圖36B]展示形成保護性層於膜及傳導材料上方。 [圖37A至圖37B]展示產生由一傳導邊框所環繞之膜之各個別區段。 [圖38]展示用於判定傳導邊框之幾何之一第一實例技術。 [圖39]展示用於判定傳導邊框之幾何之一第一實例技術。 [圖40]展示用於判定傳導邊框之幾何之一第一實例技術。
在附圖中使用的交叉影線(cross-hatching)或陰影係大致上提供用來闡明相鄰元件之間之邊界並且亦有助於圖式之辨識。據此,交叉影線或陰影之存在或不存在皆非表達或指示對於附圖中繪示的任何元件的特定材料、材料性質、元件比例、元件尺寸、相似繪示之元件的通用性,或任何其他特性、屬性或性質的偏好或需求。

Claims (20)

  1. 一種電子裝置,其包含:一使用者輸入表面,其界定該電子裝置之一外表面;一第一電容性感測器,其包含一第一對感測元件,該第一對感測元件之間具有一氣隙,且該第一電容性感測器經組態以判定導致該氣隙之一塌陷的在該使用者輸入表面上之一第一所施加力量;及一第二電容性感測器,其在該第一電容性感測器下方,該第二電容性感測器包含一第二對感測元件,該第二對感測元件之間具有一可變形元件,且該第二電容性感測器經組態以判定導致該可變形元件之一變形的在該使用者輸入表面上之一第二所施加力量,其中該第一對感測元件及該第二對感測元件共用一像素化感測層(pixelated sense layer)。
  2. 如請求項1之電子裝置,其中:該第一對感測元件進一步包含:一第一驅動元件,其與該像素化感測層相隔開且電容耦合至該像素化感測層;且該第二對感測元件進一步包含:一第二驅動元件,其與該像素化感測層相隔開且電容耦合至該像素化感測層。
  3. 如請求項2之電子裝置,其進一步包含:一顯示器層,其包含:一顯示器元件,其定位在該使用者輸入表面下方;及 一後偏光器,其定位在該顯示器元件下方;一傳導材料片材,其形成在該後偏光器之一後表面上方以在該後偏光器之該後表面上產生一導電表面;及一傳導邊框,其沿該傳導材料片材之至少一邊緣而形成。
  4. 如請求項3之電子裝置,其中該傳導邊框定位在該顯示器層之一使用者可觀看區域之外部。
  5. 如請求項3之電子裝置,其中該傳導材料片材包含銀奈米線。
  6. 如請求項2之電子裝置,其進一步包含:一顯示器元件,其耦合至該第一驅動元件;及一基底結構,其中:該顯示器元件經組態以相對於該基底結構撓曲;該可變形元件耦合至該基底結構;且該氣隙定位於該可變形元件與該顯示器元件之間。
  7. 如請求項6之電子裝置,其中該像素化感測層耦合至該可變形元件。
  8. 一種用於一電子裝置之電容性力感測器,其包含:一第一驅動層;一第二驅動層,其相對於該第一驅動層而定位;一共用感測層,其包括在該第一驅動層與該第二驅動層之間的一電容感測區域網格(a grid of capacitive sensing regions);一第一間隔層,其在該第一驅動層與該共用感測層之間;及一第二間隔層,其在該共用感測層與該第二驅動層之間。
  9. 如請求項8之電容性力感測器,其中:該第一間隔層包含一氣隙;且該電容性力感測器進一步包含:一對相對表面,其等界定該氣隙;及一抗黏附層,其經組態以防止該等相對表面之間之黏附。
  10. 如請求項9之電容性力感測器,其中該第二間隔層包含自一基底層延伸之一可變形突起部陣列。
  11. 如請求項8之電容性力感測器,其進一步包含感測電路系統,該感測電路系統操作上耦合至該第一驅動層、該第二驅動層、及該共用感測層,且經組態以判定:導致該第一間隔層之一厚度變化的一第一所施加力量;及導致該第二間隔層之一厚度變化的一第二所施加力量。
  12. 如請求項8之電容性力感測器,其中該第一驅動層包含:一絕緣基材;一傳導材料片材,其形成在該絕緣基材之一後表面上方以在該絕緣基材之該後表面上產生一導電表面;及一傳導邊框,其沿該傳導材料片材之至少一邊緣而形成。
  13. 如請求項12之電容性力感測器,其中該傳導邊框包含沿該傳導材料片材之每一邊緣延伸的一連續傳導邊框。
  14. 如請求項12之電容性力感測器,其中該傳導邊框包含沿該傳導材料片材之一各別邊緣而形成的一或多個傳導條。
  15. 一種電子裝置,其包含: 一蓋件,其界定該電子裝置之一使用者輸入表面;一第一感測元件,其在該電子裝置之一內部體積內耦合至該蓋件;一框架構件,其耦合至該蓋件且延伸至該電子裝置之該內部體積中;一第二感測元件,其包括耦合至該框架構件的一感測區域網格(a grid of sensing regions);及一第三感測元件,其耦合至一基底結構且與該第二感測元件隔開,其中:該第二感測元件定位於該第一感測元件與該第三感測元件之間。
  16. 如請求項15之電子裝置,其中:該框架構件界定一開口;且該第三感測元件透過該開口而與該第二感測元件電容耦合。
  17. 如請求項15之電子裝置,其中該第一感測元件包含實質上覆蓋一基材之一整個表面的一連續透明傳導材料層。
  18. 如請求項17之電子裝置,其中:該連續透明傳導材料層與該感測區域網格中之多個感測區域重疊。
  19. 如請求項18之電子裝置,其中:該第三感測元件包含複數個驅動區域;且各驅動區域與該感測區域網格中之多個感測區域重疊。
  20. 如請求項17之電子裝置,其中:該第一感測元件進一步包含電耦合至該連續透明傳導材料層的一連接元件;且該電子裝置進一步包含: 感測電路系統,其經組態以提供一電信號至該第一感測元件;及一連接器分段,其電耦合該感測電路系統至該連接元件。
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