使用底侧力地图的力感测的制作方法
【专利说明】使用底侧力地图的力感测
[0001]相关申请的交叉引用
[0002]本专利合作条约专利申请要求于2012年9月21日提交的并且标题为“ForceSensing Using Bottom-Side Force Map”的美国非临时性专利申请13/624，858的优先权，其内容全文以弓I用方式并入本文。
技术领域
[0003]本专利申请通常涉及触摸设备中的力感测以及相关事宜。
【背景技术】
[0004]触摸设备通常提供对用户触摸该设备的位置的识别，包括移动、手势和位置检测的其他效应。作为第一实例，触摸设备可向计算系统提供关于用户与图形用户界面(GUI)以及其他CTI特征部进行交互的信息，该信息诸如指向该元件、重新定向或重新定位那些元件、编辑或键入。作为第二实例，触摸设备可向计算系统提供适用于用户与应用程序进行交互的信息，该信息诸如与动画、照片、图片、幻灯片演示、声音、文本、其他视听元件等等的输入或操纵相关的信息。
[0005]有时会发生的是，当与GUI或与应用程序进行交互时，能够指示当操纵、移动、指向、触摸或以其他方式与触摸设备进行交互时所施加的力的大小，这对于用户来说将是有利的。例如，能够以利用相对较轻的触摸的第一方式，或以利用相对更有力或更敏锐的触摸的第二方式来操纵屏幕元件或其他对象，这对用户来说可能是有利的。在一此类情况下，如果用户可利用相对较轻的触摸来移动屏幕元件或其他对象，而用户还可另选地利用相对更有力或更敏锐的触摸来调用或选择该相同的屏幕元件或其他对象，则这可能是有利的。
[0006]这些实例中的每个实例以及其他可能的考虑可能对触摸设备造成一种或多种困难，当接触触摸设备可能使得GUI或应用程序无法提供有利的功能时，至少无法确定由用户所施加的力的大小。当需要此类功能时，无法提供那些功能可能使触摸设备受制于较少能力，受制于触摸设备的效果和价值的可能损害。另一方面，具有提供那些功能的能力可能为触摸设备提供较多能力，提供触摸设备的效果和价值的可能优点。
【发明内容】
[0007]本专利申请提供包括电路和设计的技术，其可确定当接触触摸设备(诸如触摸板或触摸显示器)时由用户所施加的力的大小以及所施加的力的大小的变化。可使用触摸识另|J、GUI的触摸元件以及应用程序中的触摸输入或操纵来将这些技术结合到设备中。本专利申请还提供包括应用那些技术的设备的技术，其可确定当接触触摸设备时由用户所施加的力的大小以及所施加的力的大小的变化，以及响应于此，提供对于触摸设备的用户可用的附加功能。
[0008]在一个实施例中，技术可包括提供结合到触摸设备中的力敏传感器，以及测量器件叠层(device stack)中的挠曲，该器件叠层包括框架元件、力敏传感器、一组显示元件和覆盖玻璃(CG)元件。CG可为玻璃、化学强化的玻璃、蓝宝石、聚碳酸酯或任何其他合适的材料。例如，力敏传感器可包括可压缩层或设置在一组有机发光二极管(OLED)塑性显示元件和框架元件之间的一组可压缩元件。在OLED显示元件为基本上柔性的情况下，其可响应于所施加的力而变形。其作用在于，力的大小可相对于位于可压缩层或可压缩元件上方的器件叠层的变形来测量，诸如使用局部电容感测、对由于所施加的力所导致的应变的局部测量或其他方式。响应于对力的大小的局部测量，力敏传感器可提供可施加至触摸设备的整个表面或其一部分的所施加的力的图像。在另选的实施例中，此类技术可另选地或相结合地包括任何柔性显示技术，诸如可将传感器置于显示器后的任何反光显示器或其他显示器。例如，此类技术可包括但不限于以下中的一者或多者:柔性电泳显示器、液晶显示器、聚合物分散液晶显示器、聚合物网络液晶显示器、微胶囊化胆留型液晶显示器、电致变色显示器、电流体显示器、动电式显示器或其他显示器。
[0009]在一个实施例中，可压缩层或一组可压缩元件可包括电容感测，通过该电容感测可确定所施加的力的测量。所施加的力的位置可响应于覆盖玻璃(CG)上的相对于一个或多个轴的倾斜度的测量来确定。例如，在特定点[X，Y]处所施加的力可响应于测量覆盖玻璃的边缘处的以及点[Χ，Υ]和覆盖玻璃的边缘之间的可能的其他位置处所施加的力来确定。在另选的实施例中，电容感测可确定触摸位置，而测量所施加的力可与触摸位置相组合或结合地使用以确定在触摸发生的特定点处所施加的力的测量。
[0010]在一个实施例中，电容感测可通过将氧化铟锡(ITO)的第一层和ITO的第二层用作双层电容元件(有时统称为DIT0)来确定。在另选的实施例中，电容感测可相对于基本上导电的(诸如金属的)第二层通过将ITO的第一层用作自电容元件来确定。当所施加的力发生在覆盖玻璃上的特定点[χ，γ]处时，器件叠层可在该点附近和围绕该点而变形，其作用在于电容传感器测量在该点附近和围绕该点的一个或多个点处的电容的变化。例如，电容传感器可包括一组行和列，一组(诸如行)沿行中的所选择的一者提供电压的驱动器，并且一组(诸如列)沿列中的所选择的一者提供电压的漏极。其作用在于，电容传感器可确定发生电容变化的一个或多个位置。触摸设备可响应于电容的变化来确定所施加的力的大小。例如，触摸设备可使用处理器或其他计算设备，其作用在于确定所施加的力的位置和大小。
[0011]在一个实施例中，可压缩层或一组可压缩元件可包括设置在ITO的第一层和ITO的第二层之间的电容层，电容层可包括气隙，其作用在于穿过该气隙来测量电容。在一个实施例中，设置在ITO的第一层和ITO的第二层之间的电容层可包括压敏粘合剂(PSA)层，该PSA层可为基本上透明或半透明的(如果位于OLED层上)或另选地可为不透明或换句话讲吸光的(如果位于OLED层下)。在任一此类情况下，电容层具有不干扰显示器的操作的效果。另外，可使用ITO之外的材料，诸如银纳米线和其他透明的(或接近透明的)导电电极。
[0012]在一个实施例中，可压缩层或一组可压缩元件可包括弹性元件，该弹性元件包括以下中的一者或多者:包括一组开放(open)单元的液体、“蛾眼”结构(诸如包括纳米结构化锥体、柱体、圆锥体、或其他细长的纳米级元件)、纳米泡沫(nanofoam)结构、娃橡胶结构或其他结构。例如，可压缩层可包括以下中的一者或多者:一组单独的相对开放的元件；一组相对可压缩的实心(solid)元件；开放区域和实心元件两者的网络，诸如它们的互穿网络；包括相对开放的区域的区域和包括相对实心元件的区的组合或结合；或其他区域。
[0013]作为第一实例，可压缩层可包括一组锥体结构，诸如单独的锥体或倒锥体、或同时散置的锥体和倒锥体，其作用在于提供均为可压缩的并且对变形具有基本上已知的电容响应的层。作为第二实例，可压缩层可包括一组延伸的锥体结构(或者，还具有一组倒置的延伸的锥体结构)，诸如沿第一方向具有锥体横截面以及沿第二方向为纵向延伸的。其作用在于提供均为可压缩的并且对变形具有基本线性的电容响应的层。作为第三实例，可压缩层可包括双“蛾眼”结构，诸如其中蛾眼结构和倒置的蛾眼结构两者均类似于钟乳石和石笋而散置，其作用在于提供均为可压缩的并且透明的层。作为第四实例，可压缩层可包括一系列应变仪，诸如一系列弹簧或其抗力响应于应变而变化的其他元件。在阅读本专利申请之后，本领域的技术人员将认识到，这些可能性为示例性的，并且并非旨在以任何方式进行限制。此外，本领域的技术人员将认识到，此类实例的组合或结合将是可行的，并且在本发明的范围和实质内。例如，一个实施例可将此类第一实例用于可压缩层的第一部分，将此类第二实例用于可压缩层的第二部分，或将多个实例的互穿网络用于可压缩层的至少第三部分。
[0014]虽然公开了多个实施例，但本领域的技术人员根据示出和描述本公开的示例性实施例的以下详细描述将容易理解本公开的其它实施例。如将认识到的，本公开能够在各个明显的方面作出修改，所有修改均不脱离本公开的实质和范围。因此，附图和详细描述将被视为在实质上是不例性的而不是限制性的。
【附图说明】
[0015]虽然本说明书以特别指出并清楚地要求保护主题的权利要求书结束，其中该主题被认为形成本公开，但是据信，通过以下结合附图的描述可更好地理解本公开，其中:
[0016]图1示出了触摸I/O设备和计算系统之间的通信的概念图。
[0017]图2示出了包括力敏触摸设备的系统的概念图。
[0018]图3示出了包括双层覆盖玻璃的力传感器的概念图。
[0019]图4A-4D示出了力敏结构的概念图。
【具体实施方式】
[0020]术语
[0021]以下术语是示例性的，并且不旨在以任何方式进行限制。
[0022]文本“所施加的力”及其变型通常指施加于设备的力的大小的程度或量度。所施加的力的程度或量度无需具有任何特定标度。例如，所施加的力的大小度可为线性的、对数的或以其他方式非线性的，并且可与所施加的力、时间、触摸的位置相关或以其他方式响应于一个或多个因素来周期性地(或以其他方式诸如非周期性地，或换句话讲不时地)被调
-K-T。
[0023]文本“力感测元件”及其变型通常指一个或多个任何类型的数据元，该任何类型的数据元包括相对于在各个位置或其他位置处所施加的力所感测到的信息。例如而非限制性地，力感测元件可包括相对于用户强行接触设备所在的相对较小区域的数据或其他信息。
[0024]文本“触摸感测元件”及其变型通常指一个或多个任何类型的数据元，该任何类型的数据元包括相对于各个位置所感测到的信息。例如而非限制性地，触摸感测元件可包括相对于用户接触触摸设备所在的相对较小区域的数据或其他信息。
[0025]文本“用户的手指”及其变型通常是指用户的手指或其他主体部分、或触笔或其他设备，诸如当由用户用来向触摸设备施加力或接触触摸设备时。例如而非限制性地，“用户的手指”可包括用户的手指、用户的手