专利名称：用于透明和柔性的力敏感触摸面板的方法和装置的制作方法
用于透明和柔性的力敏感触摸面板的方法和装置技术领域
本文描述的主题事项的实施例总地涉及触摸面板组件，并尤其涉及力敏感的触摸 面板显示器。
背景技术：
触摸面板显示器和其它形式的触摸面板组件近年来已变得越来越受欢迎，尤其是 在诸如智能电话、个人数据助理(PDA)、平板设备等移动设备的背景下。这类触摸屏一般包 括与显示器毗邻的透明触摸面板，由此在从用户那里接受输入的同时向用户呈现信息。
传统的触摸感知技术能感测屏幕上发生的一个或多个触摸事件的位置。尽管一些 这样的技术能一定程度地确定与触摸事件关联的力或压力的量级，然而结果得到的压力信 息一般是基于接触面积估算出的，而不是更直接的力测量。
此外，尽管透明触摸面板是已知的，这类触摸面板通常是平坦的或刚性地如此形 成以顺应特定结构的表面，而不是柔性的并能顺应任何曲面。
因此，需要提供柔性和透明的力敏感触摸面板显示器以配合弯曲的和其它非平坦 的表面一起使用。根据后续的详细描述和所附权利要求，并结合附图和上述对技术领域以 及背景的陈述，本发明的其它期望的特征和特性将变得易懂。
附图简述
通过参考结合以下附图考虑的详细描述和权利要求书，可导出对主题事项的更完 整理解，其中相同附图标记表示这些附图中的相似部件。
图1是根据一个实施例的触摸面板的立体总览图2是根据图1的被调整以顺应弯曲表面的触摸面板的立体总览图3是根据图1的触摸面板的分解透视图4和图5是示出示例性力敏感层的特性的概念性横截面图；以及
图6不出根据一个实施例的不例性触摸面板系统的方框图。
具体实施方式
以下的详细描述实际上仅仅是说明性的，且不旨在限制本发明或限制本发明的应 用和使用。此外，没有意图被前述技术领域、背景、概述或以下详细说明中展现的任何表示 或隐含的理论所约束。简洁起见，与触摸屏显示器、电阻性触摸面板、聚合物、用户接口等相 关的许多传统技术和原理在这里不需要也不予以详细描述。
工艺和技术在本文中可依照功能和/或逻辑方框组件和多种处理步骤予以描述。 应当认识到，这些方框组件可由配置为执行特定功能的任意数量的硬件、软件和/或固件 组件来实现。例如，系统或组件的一个实施例可采用各种集成电路组件，例如存储元件、数 字信号处理元件、逻辑元件、查找表等等，这些集成电路组件可在一个或多个微处理器或其 它控制设备的控制下执行多种功能。
以下描述可涉及被“连接”或“耦合”在一起的元件或节点。如本文中所使用的，“连接的”指一个元件/节点/特征直接地接合至(或直接地联系于)并且不一定机械地连 接至另一元件/节点/特征，除非另有声明。同样，除非另有声明，“耦合”指一个元件/节 点/特征直接地或间接地并且不一定机械地结合至(或直接地或间接地联系于)另一元件 /节点/特征。术语“示例性”用于“范例、例子或例证”的意思，而不是“模型”或“应有的 仿效”。
本文描述的技术和理念涉及利用压力感测(或力感测)触摸屏的系统，也就是，一 种能测量和/或求解施加于触摸屏上的一个或多个单独位置的力的触摸屏。在一示例性实 施例中，触摸屏包括透明柔性触摸面板，该透明柔性触摸面板对通过例如指示笔、指针、钢 笔、手指、指甲等一个或多个操纵器施加于触摸面板的力作出响应。，
现在参见图1和图2，本主题事项总地涉及柔性、透明和力敏感的触摸面板结构 (或简称为“面板”)100，面板100在所示实施例中包括位于一对透明保护层101、103之间的 力敏感层102。如图2所示，由于其柔性，触摸面板100可附连于或以其它方式设置在衬底 或者弯曲或具有任何其它任意形状或形貌的其它结构250 (例如显示设备或其它类似物) 的表面254上。在各实施例中，例如结构250可以是可佩带组件(例如手表、手镯等)、数字 钟面、数字像框或优选包含触摸屏的任何其它这种非平坦结构。
从其不是刚性、大致平坦的(或其它形状的)结构这个意义上说，面板100是“柔 性的”(或“弹性的”)。也就是说，面板100可以弹性地变形(如所示那样)，并仍然保有其 基本的电子和结构功能。例如，在一个实施例中，面板100可沿单个轴线变形(例如仿佛其 至少部分地包围在一圆柱体周围)。在另一实施例中，面板100可变形以使其形成任何需要 的二维多样形状(类球形、多面体等)。在各实施例中，面板100具有足够柔性以与其附连 至的下层结构(如果有的话)顺应。例如，面板100可配置成弯曲的，以使其能在保持其功 能的同时维持经历大约1. O — 2. Ocm的曲率半径。
面板100是“透明的”，其原因是它允许充分量的可见光从中透过。因此，本文中使 用的术语“透明的”不仅限于严格“清澈的”面板，而是也包括使一部分光散射或一定程度 地阻挡一部分光的面板——例如展现出一些量的薄雾的面板或者将特定颜色给予从中透 过的光的面板。在各实施例中，面板100是足够透明的(例如90%透明)，由此允许任何下 层的图形(例如由纳入到结构250中的显示器252所产生的图形)由人类用户所看见。
面板100是“力敏感的”，因为其包括一个或多个适宜类型的层，这些层组合在一 起能响应于与其表面接触的力或压力产生力信息，如下面进一步详细描述的那样。在这方 面，尽管本领域内技术人员将认识到压力对应于每单位面积的力，然而术语“压力”和“力” 在本文中一定程度上可互换地使用。
面板100可与很宽范围的电子设备结合使用。参见图6，例如示出一示例性显示系 统600。显示系统600适用于计算机、移动设备(例如蜂窝电话、个人数字助理等)或可能 包括触摸屏显示器的任何其它类型的设备。在一示例性实施例中，显示系统600包括，但不 限于，触摸屏602、触摸面板控制电路606以及处理模块608。应当理解，图6是以说明为目 的给出的显示系统600的简化图，并且不旨在以任何方式限制本主题事项的范围。
在一示例性实施例中，触摸屏602包括触摸面板100和显示设备604。触摸面板 100耦合至触摸面板控制电路606，该触摸面板控制电路606又耦合至处理模块608。处理 模块608耦合至显示设备604，并且处理模块608被配置成控制在显示设备604上内容的显示和/或渲染，并将从触摸面板控制电路606接收的信息与显示设备604上显示的内容相关联。
触摸面板100是压力敏感(或力敏感)的，因为可利用其确定在触摸屏602上受到输入姿态的多个位置处施加于触摸面板100的力的大小，并随后求解在触摸面板100上的各压痕位置的力，如下面更详细描述的那样。触摸面板100优选地设置为靠近显示设备 604，并相对于显示设备604对准，从而当用户观看显示在触摸屏602和/或显示设备604上的内容时使触摸面板100介入到用户和显示设备604之间的视线内。在此方面，从触摸屏 602和/或显示设备604的用户和/或观察者的角度来看，触摸面板100的至少一部分与显示设备604上显示的内容重叠和/或覆盖内容。根据各实施例，触摸面板100是透明的、柔性的，并毗邻地设置于显示设备604的表面上，所述表面可以是弯曲的、非平坦的或具有任何其它任意的表面形貌。
图3描绘适于用作图6的触摸屏602中的触摸面板100的透明柔性触摸面板100 的分解图。在图示实施例中，触摸面板100包括但不仅限于透明保护层101、透明电极层 204、透明复合层206、透明电极层208以及透明保护层103。也就是说，在图示实施例中，图1的力敏感层102总体包括层204、206和208。
透明保护层101、103各自包括设置在电极层204表面上的透明保护材料，例如聚合材料层。层101、103可例如包括透明的柔性聚合材料，例如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)、 聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、聚碳酸酯(PC)或其它类似物。这些层的厚度可根据要求的柔性和其它设计因素而改变。在一个实施例中，层101、103各自具有大约0.005-0.020英寸的厚度(例如大约O. 010英寸)。
在一示例性实施例中，透明电极层204、208中的每一个被实现为具有多条透明导电迹线205、209的图案化层，每条导电迹线电耦合于接线片或其它这类结构211、213以提供对外部电路(未示出)的电连接。在此方面，根据一个实施例，结构211、213耦合至图6 的触摸面板控制电路606。在一示例性实施例中，透明的导电迹线205、209被实现为透明的导电氧化物，例如氧化铟锡、氧化锌或氧化锡。注意，尽管图示实施例将透明电极层204、208 绘制为多条导电迹线，但本发明不仅限于此。电极层204、208可例如实现为单个毯覆的透明电极，或能够求解二维位置的任何其他一组结构。
透明电极层208被沉积到透明复合层206上，其导电迹线209沿第一方向对准。例如，如图3所示，导电迹线209与X轴对准和/或平行。同样地，透明电极层204被沉积在透明复合层206的相反一侧，其导电迹线205垂直于透明电极层208的导电迹线209地对准。例如，如图2所示，导电迹线205与J轴对准和/或平行。
借助导电迹线205相对于导电迹线209的垂直取向，透明电极层204、208给出多个可能的导电路径，从透明电极层204的导电迹线205通过透明复合层206直至电极层208 的导电迹线209，这些导电路径在导电迹线205和209重叠和交叉的每个位置。
在此方面，透明电极层204、208有效地产生通过透明复合层206的潜在导电路径的mXη阵列(或矩阵)，其中m是电极层208的导电迹线209的行数而η是透明电极层204 的导电迹线205的列数。例如，根据一个实施例，电极层208包括24条导电迹线209而透明电极层204包括32条导电迹线205，这导致24X32的潜在导电路径阵列。
在一示例性实施例中，透明复合层206实现为具有均一地散布在材料中的透明导电(或至少部分导电)微粒的弹性材料。例如，透明复合层206可包括透明弹性体基质，例 如聚酯、苯氧基树脂、聚酰亚胺或硅橡胶，其具有透明导电或半导电微粒，例如散布在材料 中的氧化铟锡、氧化锌或氧化锡。这些透明复合层206的厚度可根据要求的柔性和其它设 计因素而改变。在一个实施例中，例如透明复合层206具有介于3. O微米和20. O微米之间 的厚度。
结合图3参见图4和图5,在一个实施例中，导电复合层206包括两种组成部分聚 合物部分402 ;以及嵌入在或分布在聚合物部分402中的导电微粒部分405。当将力502 (直 接或间接地)施加于触摸面板100 (例如通过沿正z方向“向下的”力)时，透明复合层206 在局部区域505中受挤压，由此减少区域505中散布在透明复合层206内的相邻导电微粒 405之间的平均距离。为清楚起见，在图4和图5中不示出任何中介层(例如保护层101、 103或电极层204,208)。
由相邻微粒的网络形成的导电路径因此密度增加(也称为渗透)，由此在与施加 于触摸面板100和/或透明保护层204的压力对应的位置(例如压痕位置)，透明电极层 204,208的重叠导电迹线之间的透明复合层206的导电性增大(或电阻减小)。
由此，沿正z方向施加于触摸面板100和/或透明保护层101的较大力(或压力) 导致对透明复合层206的较大挤压，并由此，透明复合层206在那些位置处的导电性大为增 加(或电阻减小)。如此，透明复合层206充当与透明电极层204、208之间的每个导电路径 电气串联的可变电阻，其中相应导电路径的电阻量直接关联于在与相应导电路径对应的位 置(即沿z轴覆盖导电路径的位置)施加于触摸面板100的压力(或力)的大小。
对于多个导电路径中的每个导电路径(也就是mXn阵列的每个位置)测量或以 其他方式确定其电阻，以确定在触摸面板100上与各导电路径对应的位置施加于触摸面板 100和/或透明保护层101的表面的压力(或力)。如下文中更详细描述的那样，基于每个 传导路径的电阻(或其变化)，获得针对每个导电路径的压力(或力)度量，其中压力(或 力)度量是施加于触摸面板100的压力(或力)的大小的指示。
然而，力敏感层102不仅限于前面描述的特定实施例。可采用其他技术，例如量子 隧道复合物、电容性传感器或其他力敏感电阻器技术。
在继续参见图3的基础上再次参见图6，在示例性实施例中，触摸面板100与显示 设备604集成以提供压力感测(或力感测)触摸屏602。在一示例性实施例中，触摸面板 100和显示设备604相隔约10毫米以下的距离，然而在一些实施例中，触摸面板100直接地 毗邻于显示设备604 (或与之接触)(例如可忽略或大致为零的间隔距离)。显示设备604被 实现为电子显示器，该电子显示器被配置成在处理模块608的控制下以图形显示信息。根 据该实施例，显示设备604可实现为液晶显示器(LCD)、阴极射线管显示器(CRT)、发光二极 管(LED)显示器、有机发光二极管(OLED)显示器、等离子显示器、“数字墨水”显示器、电致 发光显示器、投影显示器、场致发射显示器(FED)或其它适宜的电子显示器。
在继续参见图3的基础上再次参见图6，触摸面板控制电路606通常表示被配置成 检测、测量或以其他方式确定触摸面板100的多个导电路径中的每个导电路径的电阻(或 其变化)的硬件、软件和/或固件组件的任意组合。也就是，导电迹线205、209重叠的每个 位置产生通过透明复合层206的导电路径。在此方面，触摸面板控制电路606被配置成例 如通过将基准电压(或电流)施加于透明电极层204的第一导电迹线215并在维持施加于第一导电迹线215的基准电压的同时测量在电极层208的每个导电迹线209处的电压(或 电流)来扫描每个传导路径(例如mXn阵列的每个位置)。
针对第二电极层208的每个导电迹线209测得的电压(或电流)取决于透明电极 层204的第一导电迹线215和电极层208的相应导电迹线209之间的透明复合层206的电 阻。如此，触摸面板100是压力敏感的(或力敏感的)，因为其测得的电压(或电流)直接 与施加至触摸面板100的压力(或力)关联。
在响应将基准电压施加于第一导电迹线215来测量电极层208的每个导电迹线 209的电压或电流之后，触摸面板控制电路606将基准电压施加于透明电极层204的第二 导电迹线217，并在维持施加于第二导电迹线217的基准电压的同时，测量电极层208的每 个导电迹线209的电压或电流，直到已针对每个可能的导电路径测得电压(或电流)为止。 触摸面板控制电路606随后将测得电压(或电流)转换成压力度量，该压力度量指示施加 于触摸面板100的压力的大小。触摸面板控制电路606产生相应的压力图(或压力矩阵)， 该压力图维持压力度量及其在触摸面板100上的相应位置之间的关系和/或联系。在此方 面，压力图可包括与触摸面板100、200的导电路径对应的mXn阵列(或矩阵)，其中mXn 阵列的每个条目是基于触摸面板100具体位置处的电阻(或其变化)的压力度量。如此，触 摸面板控制电路606和触摸面板100协同地配置成获得与施加于触摸面板100的压力对应 的压力度量。在一示例性实施例中，触摸面板控制电路606被配置成以大约20Hz至200Hz 的速率产生压力图，并将压力图提供给处理模块608，如下文中更详细描述的那样。由此，每 个压力图反映在特定时刻施加于触摸面板100的压力的状态。
再次参见图6，处理模块608 —般代表一个或多个硬件、软件和/或固件组件，所述 硬件、软件和/或固件组件配置成将触摸屏602和/或触摸面板100上的输入姿态关联于 显示在显示设备604上的内容并执行附加的相关任务和/或功能。根据该实施例，处理模 块608可实现为通用处理器、内容可寻址存储器、数字信号处理器、专用集成电路(ASIC)、 现场可编程门阵列(FPGA)、可编程逻辑器件、分立的门或晶体管逻辑、分立的硬件组件、或 其任何组合。处理模块608也可实现为计算设备的组合，例如数字信号处理器和微处理器 的组合、多个微处理器、与数字信号处理器核协作的一个或多个微处理器、或任何其他此类 配置。
一般来说，处理模块608包括配置成执行多种功能、技术以及与显示系统600的操 作关联的处理任务的处理逻辑。此外，结合本文所公开的实施例所描述的方法或算法的步 骤可直接体现在硬件、固件、由处理模块608执行的软件模块中或其任意组合中。任何这样 的软件可实现为低层指令(汇编代码、机器代码等)或高级解释或编译软件代码(例如C、 C++、面向对象的C、Java、Python等)。与该触摸屏算法有关的附加信息可在2009年8月 27日提交的共同待审美国专利申请S/N12/549，008中找到。
虽然在上述详细描述中给出了至少一个示例实施例，但应当理解存在许多数量的 变型。还应理解，本文中描述的示例实施例或多个实施例不旨在以任何方式限制所要求保 护主题事项的范围、适用性或配置。相反，上面的详细描述将为本领域普通技术人员提供用 于实现所述实施例或多个实施例的方便的路线图。应当理解，可在功能和要素配置上作出 多种变化而不脱离由权利要求书定义的范围，所述范围包括在提交本申请的同时已知的等 效物和可预见的等效物。
权利要求
1.一种触摸面板组件，包括柔性和大致透明的复合层，所述复合层具有因变于施加于其上的压力而改变的电阻；以及设置在所述柔性和大致透明的复合层附近的至少一个透明和柔性的保护层。
2.如权利要求1所述的触摸面板组件，其特征在于，所述柔性和大致透明的复合层包括弹性材料和散布在所述弹性材料中的多个透明导电微粒。
3.如权利要求2所述的触摸面板组件，其特征在于，所述弹性材料包括聚合材料。
4.如权利要求3所述的触摸面板组件，其特征在于，所述聚合材料是从由聚酯、苯氧基树脂、聚酰亚胺和硅橡胶构成的组中选取的。
5.如权利要求2所述的触摸面板组件，其特征在于，所述透明导电微粒是从由氧化铟锡、氧化锌或氧化锡构成的组中选取的。
6.如权利要求1所述的触摸面板组件，其特征在于，所述至少一个透明和柔性的保护层是从由聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯构成的组中选取的。
7.如权利要求1所述的触摸面板组件，其特征在于，所述透明和柔性的复合层具有大约3. O至20. Oum的厚度。
8.如权利要求1所述的触摸面板组件，其特征在于，所述透明和柔性的复合层包括具有第一取向的第一组平行电极以及具有大致与所述第一取向垂直的第二取向的第二组平行电极。
9.一种触摸屏装置，包括触摸屏，包括显示设备，所述显示设备被配置成显示图形内容；以及压力感测触摸面板，所述压力感测触摸面板相对于所述显示设备对准以使所述压力感测触摸面板的至少一部分与所述图形内容的至少一部分重叠，其中所述压力感测触摸面板是柔性的并且大致透明的；以及耦合至所述触摸屏的处理模块；其中所述处理模块和所述触摸屏协同地配置以响应施加于所述压力敏感触摸面板的力改变所述显示设备上显示的图形内容。
10.如权利要求9所述的装置，其特征在于，所述压力感测触摸面板包括透明的复合层，其中所述透明的复合层的电阻因变于施加至所述透明的压力感测触摸面板的压力。
11.如权利要求10所述的装置，其特征在于，还包括第一柔性和透明的电极层，所述第一柔性和透明的电极层设置在所述透明的复合层上；以及第二柔性和透明的电极层，所述透明的复合层设置在所述第二柔性和透明的电极层上，其中所述处理模块和所述触摸屏协作地配置成基于所述透明的复合层的电阻来确定施加于所述透明的压力感测触摸面板的压力。
12.如权利要求11所述的装置，其特征在于，所述透明的复合层包括弹性材料，所述弹性材料具有散布在所述弹性材料中的透明导电微粒。
13.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述弹性材料是从由聚酯、苯氧基树脂、聚酰亚胺和硅橡胶构成的组中选取的。
14.如权利要求12所述的装置，其特征在于，所述透明导电微粒是从由氧化铟锡、氧化锌或氧化锡构成的组中选取的。
15.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述压力敏感的触摸面板还包括毗邻于所述透明复合层并从由聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯构成的组中选取的至少一个透明的保护层。
16.如权利要求10所述的装置，其特征在于，所述显示设备具有大致非平坦的表面，并且所述压力敏感的触摸面板顺应所述非平坦的表面。
17.—种制造柔性透明压力敏感的触摸面板的方法，所述方法包括形成透明的聚合物导电复合层，所述透明的聚合物导电复合层包括在聚合物基质中的多个导电微粒，由此所述透明的聚合物导电复合层是大致柔性的；以及在所述透明的聚合物导电复合层上形成至少一个透明的保护层。
18.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述聚合物基质包括苯氧基树脂，并且所述多个导电微粒包括氧化铟锡。
19.如权利要求18所述的方法，其特征在于，所述透明的聚合物导电复合层形成为大约3. Oum至20. Oum之间的厚度。
20.如权利要求17所述的方法，其特征在于，所述至少一个透明的保护层是从由聚对苯二甲酸乙二酯、聚甲基丙烯酸甲酯、聚碳酸酯构成的组中选取的。
全文摘要
提供用于透明和柔性的压力感测触摸面板的方法和装置。该触摸面板包括柔性和大致透明的复合层(例如在聚合物基质中的多个导电微粒)，由此复合层的电阻因变于所施加的力并可控制触摸面板以使其顺应非平坦的表面，例如非平坦的显示屏。
文档编号G06F3/047GK103026327SQ201180023370
公开日2013年4月3日 申请日期2011年4月15日 优先权日2010年5月10日
发明者S·扬, 李灏, Y·韦 申请人:讯宝科技公司