采用片式传感器和电容阵列的力确定的制作方法

采用片式传感器和电容阵列的力确定的制作方法
【专利摘要】本发明公开了一种设备，该设备被配置为感测设备的表面上的触摸。该设备包括覆盖件和被设置在该覆盖件下方的力感测结构。该力感测结构可被定位在显示器下方并与其他力感测元件结合使用以估计设备的覆盖件上的触摸的力。
【专利说明】采用片式传感器和电容阵列的力确定
[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2 O I 4年9月8日提交的名称为“F ο r c eDeterminat1n Employing Sheet Sensors and Capacitive Array” 的美国临时专利申请62/047，645、于2014年2月 19 日提交的名称为 “Force Determinat1n Employing SheetSensors and Capacitive Array”的美国临时专利申请61/941，988以及于2014年2月12日提交的名称为“Force Determinat1n Employing Multiple Force-Sensing Structures，，的美国临时专利申请61/939，252的优先权，上述每个专利申请的公开内容全文以引用方式并入本文。
技术领域
[0003]本专利申请整体涉及感测触摸的力的系统和方法，并且更具体地涉及与用于检测并测量施加于设备表面的触摸的大小或量值的设备集成在一起的电容式力传感器。
【背景技术】
[0004]触摸设备一般可被表征为能够在设备的表面上接收触摸输入的设备。该输入可包括设备上的一个或多个触摸的位置，其可被解释为命令、手势、或其他类型的用户输入。在一个示例中，触摸设备上的触摸输入可被转发至计算系统并用于解释与图形用户界面(GUI)的用户交互，包括例如选择显示器上的元素、在显示器上重新定向或重新定位元素、输入文本和用户输入。在另一示例中，触摸设备上的触摸输入可被转发至计算机系统并用于解释与应用程序的用户交互。用户的交互可包括例如操纵音频、视频、照片、呈现、文本等等。
[0005]通常，触摸设备上的触摸输入限于触摸在设备上的位置。然而，在一些情况下，还检测和测量施加于设备的触摸的力可能是有利的。例如，能够以使用相对轻的触摸的第一方式在显示器上操纵计算机生成的对象，并且另选地以使用相对重或更敏锐的触摸的第二方式与该对象交互对于用户来说可能是有利的。以举例的方式，用户使用相对轻的触摸移动显示器上的计算机生成的对象，然后另选地使用相对重或更敏锐的触摸相对于同一计算机选择或调用命令可能是有利的。更一般地，用户能够根据触摸的力以多种方式提供输入可能是有利的。例如，用户可提供被解释为轻触摸的第一方式、中等触摸的第二方式、以及重触摸的第三方式等等的输入。另外，用户能够使用不同大小的力提供模拟输入可能是有利的。这种类型的输入对于例如控制仿真车辆上的加速踏板或者飞行模拟器中的飞机的控制表面、或者类似应用可能是有用的。用户能够提供诸如模拟身体运动或换句话说，在虚拟现实(VR)仿真(可能具有触觉反馈)中或在增强现实程序中的输入可能也是有利的。使用触摸的力来解释提供给同时在触摸设备上使用的多个用户界面对象或元素的多个触摸的相对程度(例如，力)和位置可能也是有利的。例如，触摸的力可被用于解释在弹奏乐器的应用中由于用户按压多于一个元素而产生的多个触摸。特别地，多个触摸的力可被用于解释用户在钢琴琴键上的多个触摸。类似地，多个触摸的力可被用于解释在控制机动车辆(具有用于加速、制动、打信号灯、和转向的单独控件)的应用中的用户的多个触摸。

【发明内容】

[0006]本专利申请提供了技术，该技术可用于测量或确定用户接触触摸设备(诸如触敏表面，触摸表面的一个示例为触摸显示器)或其他压敏输入元件(诸如虚拟模拟控件或键盘)，或其他输入设备所施加的力的大小或量值，以及所施加的力的大小或量值的变化。这些技术可被结合到使用触摸识别、GUI的触摸元素、以及应用程序中的触摸输入或操纵的各种设备(诸如触摸设备、触控板、和触摸屏)中。本专利申请还提供可被用于测量或确定用户在接触触摸设备时所施加的力的大小或量值，以及所施加的力的大小或量值的变化，并响应于此而提供可供触摸设备的用户使用的附加功能的系统和技术。
[0007]本文所述的某些实施方案涉及也被称为“力感测结构”或“力敏传感器”的力传感器。力传感器可与电子设备的外壳集成在一起，其一个不例为触敏电子设备或简称为触摸设备。示例性力传感器可包括通过可压缩元件或气隙分开的上部部分和下部部分。上部部分可包括连接至上部电容板的上部主体，并且下部部分可包括连接至下部电容板的下部主体。在一些情况下，上部部分和下部部分形成可用于测量或检测所施加的力的大小或量值的电容器。可压缩元件通常由顺应性材料或弹性材料形成。在一些情况下，可压缩元件被称为“可变形中间主体”、中间元件、或“可压缩层” O在一些情况下，力传感器包括其他力感测元件，诸如电阻式应变仪、压电元件等。
[0008]一些示例性实施方案涉及一种电子设备，该电子设备具有覆盖件、定位在覆盖件下方的显示器和定位在显示器下方的力感测结构。力感测结构可包括上部电容板、设置在上部电容板的一侧上的可压缩元件和设置在可压缩元件的与上部电容板相对的一侧上的下部电容板。力感测结构还可包括被附连到力感测结构并支撑该力感测结构的板。在一些实施方案中，电子设备还包括操作性地耦接到力感测结构的感测电路。感测电路可被配置为基于力感测结构的上部电容板和下部电容板之间的电容的变化来估计覆盖件上的触摸的力。
[0009]在一些实施方案中，力感测结构通过包括气隙的顺应性层与显示器分开。在一些情况下，力感测结构通过由可压缩泡沫组成的顺应性层与显示器分开。力感测结构通过由顺应性柱阵列和光学透明流体组成的顺应性层与显示器分开。
[0010]在一些实施方案中，电子设备还包括具有围绕覆盖件的边框的外壳，和设置在覆盖件和边框之间的间隙中的衬垫。该设备还可包括设置在间隙的至少一部分上的疏油性涂层。
[0011 ] —些不例性实施方案涉及一种电子设备，该电子设备包括外壳、设置在外壳的开口内的覆盖件，和沿覆盖件的周边设置在覆盖件和外壳之间的应变敏感衬垫。该设备还可包括设置在覆盖件下方的力感测结构。该设备还可包括相对于外壳固定并支撑力感测结构的板。在一些情况下，应变敏感衬垫包括衬垫上部电容板、衬垫下部电容板和设置在衬垫上部电容板和衬垫下部电容板之间的衬垫可压缩元件。
[0012]在一些实施方案中，电子设备还包括设置在覆盖件和力感测结构之间的显示器，和位于显示器和力感测结构之间的包括气隙的可压缩层。在一些具体实施中，可压缩层的气隙被配置为响应于触摸的力超过第一阈值而至少部分地塌缩。第一阈值可小于第二阈值，该第二阈值对应于能够由应变敏感衬垫检测到的最大力。
[0013]在一些实施方案中，电子设备还包括设置在覆盖件和力感测结构之间的显示器，和位于显示器和力感测结构之间的可压缩层。在一些情况下，可压缩层可被配置为响应于触摸的力超过第一阈值而至少部分地塌缩。第一阈值可小于第二阈值，该第二阈值对应于能够由应变敏感衬垫检测到的最大力。
[0014]在一些实施方案中，力感测结构包括上部电容板、下部电容板;和设置在上部电容板和下部电容板之间的可压缩元件。在一些实施方案中，力感测结构包括应变仪和/或压电元件。
[0015]—些示例性实施方案涉及一种电子设备，该电子设备包括覆盖件、定位在覆盖件下方的电容感测层，和位于电容感测层下方的可压缩层。在一些实施方案中，可压缩层包括气隙。该电子设备还可包括设置在可压缩层下方的力感测结构，该力感测结构可包括上部电容板、设置在上部电容板的一侧上的可压缩元件和设置在可压缩元件的与上部电容板相对的一侧上的下部电容板。一些实施方案包括定位在力感测结构下方并支撑该力感测结构的板。
[0016]在一些实施方案中，电子设备包括定位在覆盖件下方的显示器。该设备还可包括定位在显示器下方的背光源。电容感测层可设置在显示器和背光源之间。
[0017]在一些实施方案中，电子设备包括操作性地耦接到电容感测层和力感测结构的感测电路。感测电路可被配置为基于电容感测层和力感测结构的上部电容板之间的互电容的变化来估计覆盖件上的触摸的力。在一些实施方案中，感测电路可被配置为获取力感测结构的上部电容板和下部电容板之间的第一电容。该电路还可被配置为获取上部电容板和电容感测层之间的第二电容。该电路还可被配置为使用第一电容和第二电容来生成对覆盖件上的触摸的力的估计。
[0018]虽然公开了多个实施方案(包括其变型形式)，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方案的以下详细描述将容易想到本公开的其他实施方案。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【具体实施方式】将被视为在实质上是例示性的而不是限制性的。
【附图说明】
[0019]图1示出了示例性触摸设备。
[0020]图2A示出了具有力感测结构的示例性触摸设备的沿图1的线1-1截取的剖视图。
[0021]图2B示出了具有另选力感测结构的示例性触摸设备的沿图1的线1-1截取的剖视图。
[0022]图3示出了具有力感测结构的示例性触摸设备的沿图2的线2-2截取的剖视图。
[0023]图4示出了具有力感测结构的示例性触摸设备的沿图2的线2-2截取的剖视图。
[0024]图5示出了具有力感测结构的示例性触摸设备的沿图2的线2-2截取的剖视图。
[0025]图6示出了具有电容式力传感器的触摸设备的一个实施方案的剖视图。
[0026]图7示出了具有电容式力传感器的触摸设备的另一个实施方案。
[0027]图8示出了具有电容式力传感器的触摸设备的另一个实施方案的剖视图。
[0028]图9示出了触摸I/O设备与计算系统之间的示例性通信。
[0029]图10示出了包括力敏触摸设备的系统的示意图。
[0030]图1lA示出了示例性操作方法。
[0031]图1lB示出了另一示例性操作方法。
[0032]图12示出了具有电连接器引线的力敏结构。
[0033]图13示出了电连接器引线的剖视图。
[0034]图14示出了制造具有电连接器引线的力敏结构的示例性方法。
[0035]图15A示出了结合到电子设备中的另一力敏结构的示例性横截面。
[0036]图15B示出了结合到电子设备中的另一力敏结构的示例性横截面。
[0037]图15C示出了结合到电子设备中的又一力敏结构的示例性横截面。
[0038]图15D-15E更详细地示出了图15C的横截面的一部分。
[0039]图16示出了结合有两个力敏结构的电子设备的示例性横截面。
[0040]图17示出了结合有与定位在显示器堆叠中的电容式感测阵列耦接的多层片式力传感器的电子设备的示例性横截面。
【具体实施方式】
[0041]—般来讲，实施方案可采取除了简单的二元感测之外还能够感测力并能够区分多个不同力水平的电子设备的形式。一些实施方案可具有其中结合有力传感器(例如，力敏传感器、力感测元件或力感测结构)的壳体。力传感器可例如结合在设备的一个或多个侧壁或其他表面中形成的沟槽、切口、或孔中。在某些实施方案中，力感测元件可沿整个外围、侧壁或一组侧壁延伸。例如，力传感器可环绕形成在设备内的内部腔，或者可以其他方式围绕设备的内部延伸。当力被施加在设备的外部(诸如上表面)上时，力传感器可检测到该力并生成对应的输入信号至该设备。
[0042]一些实施方案可结合有围绕电子设备的周边隔开的多个力传感器，而非单个力感测结构或元件。此外，多个力传感器不需要形成连续的阵列或结构，而是可以彼此分立地间隔开。力传感器的数量在不同实施方案中可不同，间隔也是如此。每个力传感器可感测施加在设备的某个区域内相邻或附近表面上的力。因此，在两个下方的力传感器之间的点处施加的力可能被这两者感测到。
[0043]—般来讲，力传感器或设备可包括通过可压缩元件(例如，顺应性构件)分开的一个或多个电容板、迹线、电线等。在力通过设备壳体传输到力传感器时，可压缩元件可压缩，从而使电容板相互更靠近。电容板之间距离的变化可使两者间测量的电容增大。电路可测量电容值的这个变化，并输出随着电容值变化而改变的信号。处理器、集成电路或其他电子元件可将电容值变化与施加在壳体上的力相关联，从而便于检测、测量、以及使用力作为对电子设备的输入。尽管术语“板”可用于描述电容元件，但应当理解，电容元件无需为刚性的但相反可为柔性的(如就迹线或电线而言)。
[0044]1.术语
[0045]以下术语是示例性的，并且不旨在以任何方式进行限制。
[0046]文字“所施加的力”及其变型形式一般是指施加于设备表面的触摸的力。一般来讲，所施加的力的程度、大小或量值可利用本文所述的技术来检测和测量。所施加的力的程度、大小或量值无需具有任何特定标度。例如，所施加的力的测量可为线性的、对数的或以其他方式非线性的，并且可与所施加的力、触摸的位置、时间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，或换句话讲间隔性地)被调节。
[0047]文字“手指”及其变型形式一般是指用户的手指、或其他身体部分。例如且非限制地，“手指”可包括用户手指或拇指的任何部分以及用户手的任何部分。“手指”还可包括用户手指、拇指、或手上的任何覆盖物。
[0048]文字“触摸”及其变型形式一般是指对象接触设备表面的动作。对象可包括用户手指、触笔或其他指向对象。示例性对象包括硬触笔、软触笔、笔、手指、拇指或用户手的其他部分。“触摸”通常具有能够利用本文所述的技术检测和测量到的施加的力和位置。
[0049]在阅读了本文档之后，本领域的技术人员将认识到，这些术语的表述将适用于各种技术、方法、物理元件和系统(无论是当前已知的或是其他形式的)，包括本领域的技术人员在阅读本专利申请之后推断出或可推断出的所述各种技术、方法、物理元件和系统的扩展。同样，应当理解，本文提出的任何尺寸仅为示例，并且可随不同实施方案而不同。
[0050]2.力敏设备
[0051]在一个实施方案中，力敏设备和系统可包括覆盖玻璃元件，诸如能够使触摸设备的电路或其他内部元件与外部对象隔离的相对透明(在大部分或全部位置中)的物质。术语“玻璃”是指材料的相对硬的片状品质，而并不是将覆盖玻璃元件的材料限制为仅仅是玻璃材料。覆盖玻璃元件可由多种材料制成，包括例如玻璃、经过处理的玻璃、塑料、经过处理的塑料、以及蓝宝石。在许多情况下，覆盖玻璃为透明的，但覆盖玻璃不必为完全或甚至部分透明的。覆盖玻璃可以基本上直线形状被设置，诸如以覆盖触摸设备的电路以及充当用户的触摸板。覆盖玻璃也可根据应用而以多种其他形式形成。
[0052]在一些实施方案中，覆盖玻璃与被配置为检测触摸位置的透明或非透明触摸传感器集成或附接到该触摸传感器。透明触摸传感器可为由透明导线的一个或多个阵列形成的电容式触摸传感器。例如，透明触摸传感器可为由操作性地耦接到触摸感测电路的横向透明导线的两个阵列形成的互电容式触摸传感器。此类透明触摸传感器能够检测并跟踪覆盖玻璃表面上的多个触摸。触摸可包括覆盖玻璃上的多个手指触摸、多个触笔触摸、或不同类型触摸的组合。也可使用其他类型的透明触摸传感器，包括例如自电容式触摸传感器、电阻式触摸传感器等。
[0053]在一个示例中，覆盖玻璃元件耦接到触摸设备的框架或外壳，诸如由金属、弹性体、塑料、它们的组合、或某种其他物质构造的壳体。在这种情况下，触摸设备的框架可包括覆盖玻璃元件定位在其上的搁架或凸部。覆盖玻璃通常定位在触摸设备的电路上方。例如，框架可包括覆盖玻璃元件的边缘定位在其上的搁架，其中覆盖玻璃元件的其余部分(或一部分)定位在触摸设备的电路上方。
[0054]在本文所述的许多实施方案中，力传感器(例如，力感测结构、力感测元件或力敏传感器)定位在覆盖玻璃下方以及框架或者外壳的搁架或凸部下方。力传感器通常包括可压缩元件，并且被配置为检测和测量覆盖玻璃与框架或外壳之间的相对位移。如先前所提及的，覆盖玻璃位移的量可被用于估计所施加的力。后面的实施方案涉及检测和测量该位移的不同技术和方法。
[0055]3.具有力传感器的示例性设备
[0056]图1示出了结合有如本文所述的一个或多个力感测结构的示例性设备100。参考图I，设备100被描绘为平板计算设备，但应当理解，其也可以是多种其他设备中的任何设备，包括移动电话、便携式计算机、可穿戴设备、触摸屏等等。设备100可具有包括多个侧壁的壳体102和边框106。在其他实施方案中，设备100可齐平安装到较大表面或壳体中，并且因此设备可缺少可辨识边框或侧壁。
[0057]如图1所示，电子设备100包括位于覆盖玻璃104下方的电子显示器，用于向用户传递图形和/或文本信息。电子显示器可包括液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(0LED)、或其他电子显示部件。在一些实施方案中，可以没有显示器。例如，覆盖玻璃可被放置在不被配置为向用户传递图形和/或文本信息的控制按钮或触控板上方。(在这种情况下，覆盖玻璃可以不是透明的。)
[0058]如图1所示，设备包括多个端口和机构以用于以电的方式和机械的方式将设备耦接至外部设备或元件。输入机构、端口等对于电子设备100的不同版本、类型和样式可能是不同的。因此，它们仅作为此类设备的示例在示例性位置在图1中示出。
[0059]图2A示出了沿图1所示的线1-1截取的剖视图。剖视图示出了设备100的具有一种类型的力感测结构的内部。壳体102的中心部分可封装电子电路、机械结构和其他内部元件。如图所示，边框106围绕设备100的周边形成。
[0060]凸部202可沿边框106的周边形成。凸部202的准确尺寸在不同实施方案中可有所变化。在该实施方案中，凸部202包括被配置为支撑力感测结构200的基部的宽度。在某些实施方案中，力感测结构200的基部可邻接并附接到凸部202的顶部。同样，如图2A所示，力感测结构200的内边缘可与边框106的内表面平行并且基本上对齐。在其他实施方案中，力感测结构200的内边缘可与边框106的内边缘偏移。
[0061 ]如图2A所示，单个力感测结构200可环绕壳体102的整个内部腔。即，力感测结构200可沿设备的整个周边并沿凸部202延伸。因此，应理解，力感测结构200可被形成为单个单元或元件。
[0062 ]图2B示出了沿图1所示的线1-1截取的另选剖视图。如图2B所示，设备I OOb包括另选的力感测结构200b。在图2B的另选实施方案中，多个力感测结构200b可沿边框106的周边定位在不同位置处。在该示例中，力感测结构200b定位在电子设备10b的边框106的每个边缘处或附近。另外，力感测结构200c被放置在边框的每个拐角处。因此，在图2B所示的示例性设备10b中存在八个力感测结构(200b，200c)。
[0063]参照图2B，应当理解，可使用更多或更少的力感测结构200b。例如，可使用三个力感测结构200b并且力的位置可通过比较每个设备的输出来进行三角剖分。另选地，可在设备中使用多于四个力感测结构200b的阵列。另外，图2B所示的每个力感测结构可表示例如线性或二维阵列中的多个单独力感测结构。因此，图2B所示的各个力感测结构200b的数量和定位仅仅是示例性的，并且其他变型也是可能的。
[0064]图3示出了电子设备100沿图2A所示的2-2截取的剖视图。如图3所示，覆盖玻璃104、边框106、和力感测结构300之间的物理关系被更详细地示出，但应当理解，准确的几何结构、尺寸、容差、位置等可不同。如图3所示，力感测结构300可被安装或者以其他方式被定位在覆盖玻璃104的一部分下方。显示元件304同样可被定位在覆盖玻璃104下方。在一些实施方案中，从外部视图来看，力感测结构300可由在覆盖玻璃104和力感测结构300之间沉积于覆盖玻璃上的油墨层或印刷层来掩盖。在其他实施方案中，可不含油墨层或印刷层。
[0065]在一些实施方案中，显示元件304可充当屏蔽件以使力感测结构与电子设备内的其他部件电隔离。同样，可在凸部202和外壳102的邻近间隙302的部分上形成屏蔽件，以使力感测结构300与外部信号电隔离，或者至少降低外部噪声对力感测结构的影响。作为一个非限制性示例，屏蔽层可通过物理气相沉积来沉积。另外，屏蔽层中的任一屏蔽层或所有屏蔽层可延伸到电子设备的内部中以连接至公共或系统接地部。例如，屏蔽层可从凸部沿壳体102的内壁向下延伸至系统接地部。
[0066]在某些实施方案中，凸部和/或外壳的部分本身可充当屏蔽结构，而不是具有形成于其上的任何屏蔽件。应当理解，在某些实施方案中，各种屏蔽层/结构中的一者或多者可以电的方式相互联系，但这并非必要的。
[0067]如图3所示，边框106与凸部202相邻，该凸部从边框106的表面凹进并且被配置为支撑力感测结构300。如图3所示，在边框106的内边缘与覆盖玻璃104的外边缘之间可存在间隙302 ο间隙可允许覆盖玻璃104相对于壳体102自由移动。
[0068]在某些实施方案中，间隙302的表面的一部分或全部可涂覆有疏油性材料。该疏油性材料可用作抵抗或防护油、灰尘、污垢或其他类似材料进入间隙302和/或影响力感测结构300的阻隔件。这样，涂层可用以保持力感测结构随时间的操作。也可使用疏油性涂层之外的涂层;在不同实施方案中，可使用其他灰尘和/或油和/或污垢防护涂层。
[0069]如图3所示，力感测结构300包括多个层。在该示例中，力感测结构包括通过可变形中间主体或可压缩元件330分开的上部部分310和下部部分320。上部部分310包括上部主体311，该上部主体可由聚酰亚胺柔性材料层形成。上部部分310还包括由粘结到或沉积于上部主体311的铜层形成的上部电容板312。同样，下部部分320包括下部主体321，该下部主体也可由聚酰亚胺柔性材料层形成。下部部分320还包括由粘结到或沉积于下部主体321的铜层形成的下部电容板322。在该示例中，聚酰亚胺柔性材料为约0.05毫米厚。然而，可使用其他厚度和其他材料来形成力感测结构300。
[0070]如图3所示，电容(由电容器符号示出)可在上部电容板312和下部电容板322之间形成，在该示例中，上部电容板和下部电容板通过可压缩元件330分开。在该示例中，可压缩元件300由约0.2毫米厚的有机硅材料形成，具有正负0.09毫米的容差。在其他实施方案中，可压缩元件300可由不同材料形成，并具有不同厚度。
[0071]图3所示的力感测结构300可被用于检测和测量用户施加的力。例如，用户可在覆盖玻璃104上(或者在没有显示器和/或覆盖玻璃的实施方案中，在电子设备100的上表面上)向下按压以在设备100上施加力。覆盖玻璃104可响应于该力而向下移动，从而压缩力感测结构300的可压缩元件330。在一些情况下，可压缩元件330受到压缩而变平，从而致使第一电容板312和第二电容板322相互更靠近。因此，第一电容板312和第二电容板322之间的电容可变化。如先前所提及的，电容的变化可产生电信号或电信号的变化，这可通过相关联电路来检测和测量并且可用于估计用户施加于覆盖玻璃104上的力。
[0072]如图3所示，上部电容板312和下部电容板322可分别从上部主体311和下部主体321向外延伸。即，在沿力感测结构300的长度的某些位置处，电容板312,322的一部分可为无遮蔽的并暴露。电容板的暴露部分可有利于与电线、导管或其他电连接件的连接并且允许信号在力感测结构300和相关联电子电路之间发送以便测量电容变化并估计力。
[0073]在一些实施方案中，可在设备100内或在力感测结构的区段内形成第二辅助结构。辅助结构也可包括通过可压缩元件分开的上部电容板和下部电容板。然而，辅助结构可不被配置为被覆盖玻璃104压缩，相反可充当用于说明设备周围的环境条件的变化的基准电容。例如，可压缩元件(例如，有机硅材料)的弹性和/或可压缩性可由于吸收水分量的变化而变化。在这种情况下，可能有利的是使用辅助结构来(直接或间接地)测量可压缩元件的物理特性变化，以说明含水量的变化。在一个示例中，辅助结构可形成电容器，该电容器具有通过可压缩元件分开的上部电容板和下部电容板。电容器可连接至第二电路，该第二电路监测独立于任何力敏结构的辅助结构的板之间的电容。辅助结构可定位在设备的一部分中，使得其在用户在覆盖玻璃上向下按压时不经受任何(或极少)压缩，而是仍暴露于与力感测结构相同或类似的环境。因此，辅助结构的板之间的电容的任何变化可能完全是由于可压缩元件(例如硅材料)所吸收的水分和/或老化。来自辅助结构的输出信号可被用于调节来自力感测结构的读数，以补偿影响可压缩元件的物理特性的环境条件变化。
[0074]图4和5示出了力敏结构的另选实施方案。具体地，图4示出了力敏结构400，其具有包括附接至上部电容板412的上部主体411的上部部分410。力敏结构400还包括下部部分420，该下部部分包括附接至下部电容板422的下部主体421。上部部分410和下部部分420通过可压缩元件430分开并且形成可用于检测施加于覆盖玻璃104的力的电容器。在图4所示的示例中，上部电容板412和下部电容板422不延伸超过上部主体411和下部主体421。在这种情况下，位于力敏结构400的轮廓内的电端子或导管可有利于与力敏结构400的电通信。
[0075]图5示出了结合有力敏结构500的电子设备100的另一另选实施方案。在该实施方案中，环境密封件550可定位在覆盖玻璃104和力敏结构500之间，以防止水分、灰尘、污垢和其他可能的环境污染物进入。环境密封件550可例如由挤压的顺应性材料(诸如Buna橡胶、Viton、EPDM等)形成。在一些情况下，环境密封件550被形成为在被施加于设备100的元件之后固化的密封剂材料珠。
[0076]任选地，如图5所示，设备还可包括定位在密封件550和覆盖玻璃104之间的支撑件552，以提供用于环境密封件550的粘结表面。在该示例中，支撑件552附接至覆盖玻璃104，从而能够相对于壳体102移动。因此，在力施加于覆盖玻璃104时，覆盖玻璃104、可选的支撑件552和密封件550均可向下移动以压缩力感测结构500。因此，在本实施方案中，密封件550可用于将力感测结构500与水分和外部碎肩隔离，同时仍然允许操作力感测结构500。除了密封件550之外或者取代密封件550，设备100还可包括位于覆盖玻璃104的边缘与壳体102的一部分之间的一个或多个滑触密封件。此外，可将挡板密封件或隔膜安装在覆盖玻璃104和壳体102的一部分之间，该挡板密封件可被配置为防止污染物进入设备100的内部部分。
[0077]在一些实施方案中，环境密封件550为顺应性的，并且在其他实施方案中，环境密封件550不是顺应性的并且可为刚性的。刚性密封件的优点在于将力直接传送至力感测结构500，而顺应性或柔性密封件在传送任何力之前可一定程度地压缩。可使用任一类型的密封件，但力敏结构500的输出可受到柔性密封件压缩的影响。
[0078]图6示出了具有电容式力传感器的设备的另一另选实施方案。如图6所示，触摸设备壳体605(例如，外壳)可被成型并定位以保持覆盖玻璃元件610。例如，触摸设备壳体605可包括直线框架，诸如具有照片框的形状，其中覆盖玻璃元件610具有照片覆盖件的形状(就像如果照片被放置在覆盖玻璃元件610下方会发生的那样)。触摸设备壳体605可包括背衬(未示出)或中间框架元件(未示出)，它们可稳定该触摸设备壳体605抵抗弯曲、翘曲或其他物理变形。触摸设备壳体605还可限定触摸设备的电路(如本文所述)可定位于其中的空间。这具有以下效果:触摸设备的电路可免于受到外来污染物或不必要触摸，并且免于受到弯曲、翘曲或可能导致触摸设备的电路错误或其他问题的其他电气或物理影响。
[0079]如图6所不，触摸设备壳体605可包括外边缘615，诸如可由从触摸设备壳体605的基线向上的外唇缘或凸起限定的，并且其可被定位为阻止覆盖玻璃元件610在X或Y方向上的过度滑移或其他移动。在这种情境下，Z方向通常指示大体上垂直(可能为成90度角度，但这并非必需的)于覆盖玻璃元件610的平面和触摸设备的顶表面的方向，而X和Y方向通常指示大体上在覆盖玻璃元件610的同一平面内的方向(可能为相对于彼此成90度角度，但这并非必需的)。
[0080]如图6所示，覆盖玻璃元件610和外边缘615限定它们之间的覆盖玻璃间隙620，其具有覆盖玻璃元件610不撞击或摩擦触摸设备壳体605的效果。在一个实施方案中，触摸设备可包括定位在覆盖玻璃元件610和外边缘615之间的可选弹性体625或其他物质。这可具有以下效果:在覆盖玻璃元件610在外边缘615的方向上突然加速的情况下(诸如在触摸设备掉落、碰撞、被踢踹、或以其他方式灾难性地移动的情况下)提供减震。例如，弹性体625可围绕覆盖玻璃元件610的边缘设置，具有形成O形环形状或类似形状的效果。弹性体625还可具有以下效果:阻止或至少阻碍由于粉尘或其他物体在覆盖玻璃元件610和外边缘615之间滑动而可能导致的异物损坏。
[0081]如图6所示，触摸设备壳体605包括覆盖玻璃搁架630，诸如可由从触摸设备壳体605的外边缘615向内的内唇缘或内部凸起限定的，并且其可被定位成支撑覆盖玻璃元件610。例如，覆盖玻璃元件610可位于覆盖玻璃搁架630上，该覆盖玻璃搁架可阻止覆盖玻璃元件610下滑到触摸设备的电路中。在另选的实施方案中，触摸设备605可包括中间框架(未示出)，诸如可由被定位成支撑覆盖玻璃元件610的内部支撑元件限定的。例如，中间框架可包括被定位成支撑触摸设备的电路的至少一部分的相对实心(没有可选的孔)元件。
[0082I如图6所示，设备包括力感测结构600。在该示例中，力感测结构600包括第一上部部分，该第一上部部分包括具有约100微米厚度的第一压敏粘合剂(PSA)层635和第一柔性电路640。该第一柔性电路640包括被配置为传导电信号和/或充当电容板的一组驱动/感测线。力感测结构600还包括下部部分，该下部部分包括诸如也具有约100微米厚度的第二 PSA层645和第二柔性电路650，该第二柔性电路也具有用于传导电信号和/或充当电容板的导电驱动/感测线。第一柔性电路640和第二柔性电路650被配置为响应于驱动/感测线的控制而操作并且可形成电容传感器。如上文相对于前面的实施方案所述，力感测结构600的上部部分和下部部分之间的电容改变可与第一柔性电路640和第二柔性电路650之间的挠曲量或距离变化相关。(在其他实施方案中，可使用一个或多个应变仪来代替电容传感器。)在一个示例中，如果覆盖玻璃元件610倾斜(诸如受到压力或其他施加的力)，则第一柔性电路640和第二柔性电路650可根据相对于轴的位置和倾斜位置变得更靠近或变得更远离。如本文进一步描述的，第一柔性电路640和第二柔性电路650可在触摸设备壳体605上的若干位置被复制。
[0083]力感测结构600通常操作性地连接到被配置为检测和测量电容变化的力感测电路。通过测量电容变化，力感测电路可用于估计一个或多个力感测结构的相对位移，该相对位移可继而用于确定覆盖玻璃元件610的倾斜轴和位置。此外，电容变化可被用于估计施加到覆盖玻璃元件610的力。在一些实施方案中，力感测电路可包括处理器或耦接到处理器。
[0084]在一个实施方案中，第一柔性电路640和第二柔性电路650之间的区域可限定大体上空的空间(即，填充有空气)。在另选的实施方案中，第一柔性电路640和第二柔性电路650之间的区域可包括可压缩层655。对于第一示例，第一柔性电路640和第二柔性电路650之间的空间可包括散布在空间内的一组弹簧元件。在这种情况下，第一柔性电路640和第二柔性电路650通过弹簧力被保持分开，并且一般不接触。对于第二示例，可压缩层655可包括至少部分地由有机硅构造的微结构，诸如一组有机硅椎体或一组有机硅弹簧，其效果也在于第一柔性电路640和第二柔性电路650通过弹簧力被保持分开并且一般不接触。
[0085]如上文中一般性地所述，覆盖玻璃元件610可包括被配置为检测一个或多个触摸的位置的透明触摸传感器。如先前所提及的，透明触摸传感器可由耦接至触摸传感器电路的透明导线的一个或多个阵列形成。可集成到覆盖玻璃元件610中的透明触摸传感器的类型包括但不限于互电容传感器、自电容触摸传感器、和电阻式触摸传感器。
[0086]在一个实施方案中，位于第一柔性电路640和第二柔性电路650上方的覆盖玻璃元件610区域可覆盖有油墨掩膜660。在一个实施方案中，油墨掩膜660设置在覆盖玻璃610下方以及第一柔性电路640上方。这具有以下效果:触摸设备的用户一般看不到第一柔性电路640或第二柔性电路650，或者将它们耦接到触摸设备壳体605、覆盖玻璃元件610或触摸设备的任何电路(未示出)的任何元件。例如，触摸设备可包括表面665，该表面可包括覆盖玻璃元件610的不存在油墨掩膜660的位置处的表面并且可包括存在油墨掩膜660的油墨掩膜表面。如上所述，Z方向670可指示基本上垂直于触摸设备的表面665的方向。
[0087]在一个实施方案中，覆盖玻璃元件610和外边缘615之间的相互作用可导致覆盖玻璃元件610的外边缘处的一组力。在一些实施方案中，力感测结构600(或者应变仪)被放置在覆盖玻璃元件610的两个或更多个边缘处。两个或更多个力感测结构中的每个力感测结构能够操作地性耦接到触摸设备中的力感测电路并且可用于检测和测量这些力。另外，通过估计两个或更多个力感测结构中的每个力感测结构的相对位移，电路可用于确定覆盖玻璃元件610的法向量，该法向量表示所施加的力的位置(即，法向量的位置)以及所施加的力的大小(即，法向量的量值)。
[0088]在一个实施方案中，法向量可响应于覆盖玻璃元件的倾斜量或X和Y位置处的压力大小来确定。例如，可使用位于覆盖玻璃元件的周边上的一个或多个边缘处的两个或更多个力感测结构来测量一组位移。在一个实施方案中，位移与一个或多个所施加的力成正比或可与其相关联。总的力Fz可响应于覆盖玻璃元件的边缘处的各个力来确定，并且可基于各个力之间的相关性来确定质心位置(x0，y0)。因此，利用两个或更多个力感测结构，可计算与施加于覆盖玻璃元件上的实际力相关的总的力Fz和中心位置(x0，y0)。另外，多个力感测结构所生成的信号可与触摸传感器的输出耦合(可能集成到覆盖玻璃元件中)以解析覆盖玻璃元件上多个手指触摸的位置和量值(所施加的力)。
[0089]图7示出了具有电容式力传感器的设备的另一示例性实施方案。该设备可包括触敏区域710，其可以(或者可以不)与显示区域(诸如LED、LCD或OLED显示器)重合。在该示例中，触敏区域710由与覆盖玻璃元件610集成在一起的透明触摸传感器形成。
[0090]图7示出了从上方查看的触摸设备，并且包括触摸设备壳体605、覆盖玻璃元件610和外边缘615ο触摸设备还包括主按钮705和触敏区域710(在该触敏区域中，触摸设备可使用例如电容式触摸传感器来确定一个或多个触摸的位置)。主按钮705可部分地或完全地在触敏区域710内，或者可位于触敏区域710的外部。
[0091]在一个实施方案中，触摸设备的形状可由一对中心线715(诸如X方向中心线715x和Y方向中心线715y)指示。触摸设备沿一个或多个边缘(诸如环绕触敏区域710)可包括一组力传感器700。力传感器700可由类似相对于图3-6所述的一个或多个电容式力传感器形成。另选地，力传感器700可包括能够感测所施加的力的其他设备，诸如应变仪。
[0092]如图7所示，设备可包括沿触敏区域710的周边的一个或多个边缘定位的多个力传感器700。每个力传感器700包括通过可压缩中间层分开的至少两个电容板。在一个实施方案中，一组力传感器700可大体上设置在触敏区域710的透明部分的外部。例如，力传感器700可定位在油墨掩膜660下方(诸如类似于或如同相对于图6所述的)。在这种情况下，力传感器700可以一对力传感器700之间的标准间距725并以力传感器700中的各个力传感器和触摸设备的边缘之间的边缘间距730来定位。在另选的实施方案中，力传感器700可定位在显示器堆叠下方或定位在相对于触敏区域710的另一位置中。力传感器700可彼此均匀间隔开、以非均匀间距间隔开、以重复间距间隔开，或者按需间隔开。同样，力传感器700可沿触敏区域710的所有侧面、在设备的拐角处、沿触敏区域710的少于所有侧面、或沿触敏区域710的单个边缘定位。因此，图7所示的传感器分布意在是示例性的局部分布，并且不是限制性的。
[0093]在一个实施方案中，每个力传感器700耦接至被配置为测量第一柔性电路和第二柔性电路之间的电容量的力感测电路，该电容量可被相关联以估计第一柔性电路和第二柔性电路之间的距离。第一柔性电路和第二柔性电路的相对位置可类似于上述图6所示的配置。类似于上述实施方案，可使用力检测电路(其可包括处理器)检测并测量第一柔性电路上限定的第一感测元件和第二柔性电路上限定的第二感测元件之间的电容量。在这种情况下，所施加的力的大小可与相对于在没有力施加于覆盖玻璃元件610时的静止位置，第一柔性电路和第二柔性电路之间距离的相对变化相关联。应当理解，每个力传感器700可由第一柔性电路和第二柔性电路形成，或者可为独立元件。
[0094]在另选的实施方案中，每个力传感器700耦接至被配置为测量第一柔性电路和第二柔性电路之间的电阻量的力感测电路。例如，第一柔性电路和第二柔性电路可通过电阻层耦接。通过测量电阻或电阻的变化，力感测电路可用于确定第一柔性电路和第二柔性电路之间的距离。例如，第一柔性电路和第二柔性电路之间的电阻量可与第一柔性电路和第二柔性电路之间的距离相关联。这可能发生在例如可压缩电阻层由具有取决于其厚度或压缩量的可变电阻率的材料形成的情况下。在一个此类情况下，可压缩电阻层包括具有像弹簧力一样增大的电阻的微结构，类似于应变仪。力感测电路可通过测量可压缩电阻层中电阻或电阻的变化来估计柔性电路之间的距离。
[0095]参考图7，力传感器700能够操作性地耦接到力感测电路(包括处理器)，该力感测电路被配置为确定对应于一组力传感器700的一组距离(在沿覆盖玻璃元件110边缘的不同位置处)。即，力感测电路可基于在每个力传感器处所测量的电容来估计第一柔性电路和第二柔性电路之间的距离。在一个实施方案中，每个传感器700处的位移与在这些力传感器700的位置处所施加的力相关联。类似于参考图6的上述技术，总的力Fz可基于对各个力的估计来确定，并且质心位置(x0，y0)可基于对各个力的估计的加权来确定。在一个实施方案中，总的力Fz和质心位置(xO，yO)被校准，使得一组经计算的力和力矩响应于总的力Fz和质心位置(xO，yO)的值与针对在该组力传感器700中的每个力传感器处的位移和力的所观察值最佳匹配。因此，利用多个力传感器，可计算与施加于设备上的实际力相关的总的力Fz和中心位置(x0，y0)。另外，多个力传感器所生成的信号可与触摸传感器的输出耦合在一起(可能集成到覆盖玻璃元件中)以解析设备上的多个手指触摸的位置和量值(由于所施加的力)。
[0096]图8示出了具有电容式力传感器的设备的另一示例性实施方案。具体地，图8中所示的设备包括可变形的覆盖玻璃元件。
[0097]如图8中所示，覆盖玻璃元件805可耦接到框架元件810，该框架元件可耦接到触摸设备框架815 ο在一个实施方案中，在覆盖玻璃元件805和框架元件810之间存在空间分离。对于第一示例，覆盖玻璃元件805可具有约0.90mm的厚度，但该特定厚度仅为示例性的而并非必需的。对于第二示例，框架元件810可包括弹性体、塑料或包括由其他物质形成的结构。覆盖玻璃元件805也可定位在显示器堆叠820上方，该显示器堆叠诸如来自触摸设备并被适配为提供图形或文本显示的显示器堆叠。
[0098]在一个实施方案中，显示器堆叠820可定位在包括电极图案的反射片825上方，该电极图案诸如可用于直线电容阵列中的驱动线和感测线或阵列中的各个传感器结构。反射片825可定位在气隙830上方，该气隙诸如可用于反射片825和另一元件之间的电容。例如，气隙830可具有约0.1Omm的厚度，但该特定厚度仅为示例性的而并非必需的。
[0099]在一个实施方案中，气隙830可定位在具有电容迹线或元件的电路835上方，该电路可包括一组驱动和感测迹线/元件或由单个感测迹线/元件的阵列形成。例如，电路835可具有约0.1Omm的厚度，但该特定厚度仅为示例性的而并非必需的。
[0100]在一个实施方案中，电路835可定位在压敏粘合剂(PSA)元件840上方。例如，PSA元件840可具有约0.03mm的厚度，但该特定厚度仅为示例性的而并非必需的。另外，可在PSA和外壳之间使用底漆以使结构附连到外壳。在粘结之前，结构可与外壳光学地对准。
[0101]在一个实施方案中，PSA元件840可定位在中间板元件845上方。对于第一示例，中间板元件845可具有约0.25mm的厚度，但该特定厚度仅为示例性的而并非必需的。对于第一示例，中间板元件845可支撑与其耦接并位于气隙830下方的元件。
[0102]在一个实施方案中，覆盖玻璃元件805、显示器堆叠820和相关元件可为相对可变形的。这可具有以下效果:对触摸设备的表面所施加的力可致使气隙830附近的元件之间的距离改变并致使位于气隙830附近的电路所测量的电容改变。例如，一组驱动和感测线或单个感测元件的阵列可定位在反射片825中或电路835中，其能够测量气隙830两端的电容。
[0103]在这种情况下，气隙830两端的电容会响应于覆盖玻璃元件805、显示器堆叠820、和相关元件的变形而改变。这将具有以下效果:位于气隙830附近的元件将能够测量电容变化，并且将响应于该变化来确定所施加的力的大小或量值。
[0104]在一些实施方案中，多个力传感器可形成在覆盖玻璃元件805的区域上方。在一个实施方案中，一组力传感器可定位在直线阵列中，诸如其中力传感器中的每个力传感器定位在覆盖玻璃元件805的区域上的[X，Y]位置处的阵列。例如，力传感器中的每个力传感器可包括在驱动器和传感器元件之间表现出互电容或表现出自电容的电容式力传感器。在另一示例中，传感器中的每个传感器可包括响应于所施加的力而表现出电阻变化的电阻式应变仪，诸如参考图6如上所述的电阻式应变仪。
[0?05]在一个实施方案中，所施加的力可影响充分靠近所施加的力的每个力传感器。根据所施加的力的大小和所施加的力的[Χ，γ]位置与受影响力传感器的[Χ，γ]位置之间的距离，所施加的力对每个此类力传感器产生不同影响。这具有以下效果:触摸设备中的处理器或其他电路可确定所施加的力的映射，以及响应于该映射的一组[X，Y]位置和覆盖玻璃元件805的Z位移。例如，沿覆盖玻璃元件805边缘(或在触敏区域内)的点的特定Z位移可用于确定所施加的力的[X，Y]位置。在一个实施方案中，覆盖玻璃元件805可为约700微米厚，但该厚度在不同实施方案中可不同。
[0106]在一个实施方案中，相同或类似信息可用于确定不止一个此类施加力的[Χ，Υ]位置和Z位移。在施加多个力的此类情况下，触摸设备中的处理器或其他电路可确定所施加的力的质心，触摸设备可根据所施加的力的质心来确定一个或多个单独的力。例如，根据该信息，处理器或其他电路可确定正施加力的一个或多个[Χ，Υ]位置，以及在每个此类位置处正施加的力的大小或量值。
[0107]在一个实施方案中，覆盖玻璃元件805和气隙830之间的相互作用限定在所施加的力的每个位置处的一组力。触摸设备中的处理器或其他电路可诸如使用分布在整个覆盖玻璃元件805的各位置处的一个或多个电容式感测元件(如本文所述)或使用一个或多个应变仪来测量这些力。响应于这些力，电路可确定覆盖玻璃元件805的表示所施加的力的一个或多个位置和所施加的力的一个或多个大小或量值的一组法向量。
[0108]在一个实施方案中，所施加的力的位置可响应于在覆盖玻璃元件805上的每个位置处(如上所述，在每个X和Y位置处)所感测到的施加的力的分布来确定，从而分配所施加的力的每个此类位置和Z量。对于第一示例，所施加的力的总质心可响应于所感测到的施加的力的分布来确定。处理器或其他电路继而可定位每个单独可能施加的力，识别该力的大小，并且从在每个位置处所感测到的施加的力中减去所识别的力。这可具有以下效果:向处理器或其他电路提供单独识别每个所施加的力的方式，直到找出所有此类单独施加的力。
[0109]在一个实施方案中，可确定在一组不同位置中的每个位置处的力的大小或量值，在这些位置处不同力传感器设置在覆盖玻璃元件805下方。例如，在一个实施方案中，力传感器可按栅格设置在覆盖玻璃元件805下方。得到每个此类位置处力的大小，可使用测量每个所施加的力的位置的加权和来计算该组力大小的加权质心。确定出此类质心，处理器可响应于最近最大力传感器或响应于触摸位置传感器或该两者来确定最近局部最大力。确定出最近局部最大力，处理器可减去该力及其对每个力传感器的预期影响，并重复该过程直到确定每个单独施加的力。在另选的实施方案中，可附加地或替代地使用其他和另外的技术。
[0110]4.力敏设备系统
[0111]图9示出了触摸I/O设备与计算系统之间的示例性通信。在该示例中，触摸I/O设备901包括用于检测操作者或用户的触摸的一个或多个传感器。触摸设备901经由通信信道902从一个或多个传感器向计算系统903传输电子信号。下文参考图10描述了示例性计算系统903，其包括一个或多个计算机处理器和用于存储计算机可执行指令的计算机可读存储器。触摸I/O设备、通信信道902和计算系统903可全部一起集成为同一触摸设备的一部分。
[0112]如图9中所示，实施方案可包括触摸I/O设备901，该触摸I/O设备可接收用于经由有线或无线通信信道902来与计算系统903进行交互的触摸输入和力输入(诸如可能包括触摸位置和在那些位置处所施加的力)。触摸I/O设备901可用于代替或结合其他输入设备诸如键盘、鼠标或可能的其他设备来向计算系统903提供用户输入。在另选的实施方案中，触摸I/O设备901可与其他输入设备(诸如除了或代替鼠标、触控板或可能的其他指向设备)一起使用。一个或多个触摸I/O设备901可用于向计算系统903提供用户输入。触摸I/O设备901可以是计算系统903的整体部分(例如，膝上型电脑上的触摸屏)或可以与计算系统903分开。
[0113]触摸I/O设备901可包括触敏面板和/或力敏面板，该触敏面板和/或力敏面板是完全或部分透明的、半透明的、非透明的、不透明的或它们的任何组合。触摸I/0设备901可被实现为触摸屏、触摸板、起触摸板作用的触摸屏(例如，代替膝上型电脑的触摸板的触摸屏)、与任何其他输入设备组合或结合的触摸屏或触摸板(例如，设置在键盘上、设置在触控板或其他指向设备上的触摸屏或触摸板)、具有用于接收触摸输入的触敏表面的任何多维对象、或其他类型的输入设备或输入/输出设备。
[0114]在一个示例中，触摸I/O设备901为可包括至少部分地或完全地定位在显示器的至少一部分上方的透明的和/或半透明的触敏和力敏面板的触摸屏。(尽管将触敏和力敏面板描述成至少部分地或完全地定位在显示器的至少一部分上方，但在另选的实施方案中，用于触敏和力敏面板的实施方案中的电路或其他元件的至少一部分可至少部分地或完全地定位在显示器的至少一部分下方、与电路交织，该电路与显示器的至少一部分一起使用，或与之相反。)根据该实施方案，触摸I/o设备901用于显示从计算系统903(和/或另一个来源)传输的图形数据，并且还用于接收用户输入。在其他实施方案中，触摸I/O设备901可被实现为集成触摸屏，其中触敏和力敏部件/设备与显示部件/设备是一体的。在其他实施方案中，触摸屏可被用作用于显示补充的图形数据或与主显示器相同的图形数据并接收触摸输入的补充显示屏或附加显示屏，该触摸输入包括可能的触摸位置和在那些位置处所施加的力。
[0115]触摸I/O设备901可被配置为代替或者组合或结合可相对于靠近触摸I/O设备901的一个或多个触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力的出现进行测量的任何现象，基于电容性、电阻性、光学、声学、感应、机械、化学、或电磁测量来检测设备901上的一个或多个触摸或近似触摸的位置以及在适用情况下的那些触摸的力。可使用软件、硬件、固件或它们的任何组合来处理所检测的触摸以及在适用情况下的那些触摸的力的测量，以识别并跟踪一个或多个手势。手势可对应于触摸I/O设备901上的静态或非静态的单个或多个触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力。可通过基本上同时、连续地、依次地或以其他方式在触摸I/O设备901上移动一个或多个手指或其他物体来执行手势，该手势诸如轻击、按压、摇摆、洗擦、扭转、改变取向、以不同的压力进行按压等。可通过但不限于挤压、滑动、轻扫、旋转、弯曲、拖动、轻击、推动和/或释放、或其他动作来表征手势，该其他动作介于任何其他一个或多个手指或者身体或其他对象的任何其他部分之间或利用这些部位。单个手势可由一个或多个用户利用一个或多个手、或身体或其他对象的任何其他部分或它们的任何组合来执行。
[0116]计算系统903可利用图形数据来驱动显示器以显示图形用户界面(GUI)AUI可被配置为经由触摸I/o设备901来接收触摸输入以及在适用情况下该触摸输入的力。被实现为触摸屏，触摸I/O设备901可显示⑶I。另选地，⑶I可被显示在与触控I/O设备901分开的显示器上。GUI可包括在界面内的特定位置处显示的图形元素。图形元素可包括但不限于多种所显示的虚拟输入设备，包括虚拟滚轮、虚拟键盘、虚拟旋钮或拨号盘、虚拟按钮、虚拟杆件、任何虚拟UI，等等。用户可在触摸I/O设备901上的可能与GUI的图形元素相关联的一个或多个特定位置处执行手势。在其他实施方案中，用户可在与GUI的图形元素的位置无关的一个或多个位置处执行手势。在触摸I/O设备901上执行的手势可直接或间接地操纵、控制、修改、移动、致动、启动或一般性地影响GUI内的图形元素，该图形元素诸如是光标、图标、媒体文件、列表、文本、所有或部分图像等。例如，就触摸屏而言，用户可通过在触摸屏上的图形元素上方执行手势来与图形元素直接进行交互。或者，触控板一般提供间接交互。手势还可影响未被显示的GUI元素(例如，使得用户界面显现)或可影响计算系统903内的其他动作(例如，影响GUI的状态或模式、应用程序或操作系统)。与所显示的光标结合，手势可在或可不在触摸I/O设备901上执行。例如，在触控板上执行手势的情况下，可在显示屏或触摸屏上显示光标(或指针)，并且可经由触控板上的触摸输入以及在适用情况下该触摸输入的力来控制光标以与显示屏上的图形对象进行交互。在直接在触摸屏上执行手势的其他实施方案中，不管是否有光标或指针被显示在触摸屏上，用户都可与触摸屏上的对象直接进行交互。
[0117]可响应于或基于触摸I/O设备901上的触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力经由通信信道902来将反馈提供给用户。可通过光学、机械、电气、嗅觉、声学、触觉方式等或它们的任何组合并且以可变或不可变的方式来任选地传输反馈。
[0118]如先前所提及的，触摸I/O设备、通信信道902、和计算系统903可全部集成到触摸设备或其他系统中。触摸设备或系统可以是便携式或非便携式设备，包括但不限于通信设备(例如移动电话、智能电话)、多媒体设备(例如，MP3播放器、电视、收音机)、便携式或手持式电脑(例如，平板电脑、上网本、膝上型电脑)、台式计算机、一体台式计算机、外围设备，或适于包括图10中所示系统架构的任何其他(便携式或非便携式)系统或设备，包括这些类型的设备中的两个或更多个设备的组合。
[0119]图10示出了系统1000的一个实施方案的框图，该系统大体包括一个或多个计算机可读介质1001、处理系统1004、输入/输出(I/O)子系统1006、电磁频率电路诸如可能的射频(RF)或其他频率电路1008以及音频电路1010。这些部件可通过一根或多根通信总线或信号线1003来耦接。每根此类总线或信号线均可以形式1003-X表示，其中X可为唯一编号。总线或信号线可在部件之间传送适当类型的数据;每个总线或信号线可与其他总线/线不同，但可执行大体类似的操作。
[0120]应当理解，图10中所示的架构仅为系统1000的一个示例性架构，并且系统1000可具有比图示更多或更少的部件、或部件的不同配置。图10中所示的各种部件可在硬件、软件、固件或它们的任何组合(包括一个或多个信号处理和/或专用集成电路)中实施。
[0121]如图10所示，射频电路1008用于通过无线链路或网络向一个或多个其他设备发送和接收信息，并且包括用于执行该功能的熟知的电路。射频电路1008和音频电路1010经由外围设备接口 1016被耦接到处理系统1004。接口 1016包括用于在外围设备和处理系统1004之间建立并维持通信的各种已知部件。音频电路1010耦接到音频扬声器1050和麦克风1052，并且包括用于处理从接口 1016接收的语音信号的已知电路以使用户能够与其他用户进行实时通信。在一些实施方案中，音频电路11包括耳机接口(未示出)。
[0122]外围设备接口1016将系统的输入外围设备和输出外围设备耦接到处理器1018和计算机可读介质1001。一个或多个处理器1018经由控制器1020与一个或多个计算机可读介质1001进行通信。计算机可读介质1001可以是可存储供一个或多个处理器1018使用的代码和/或数据的任何设备或介质。介质1001可包括存储器分级结构，包括但不限于高速缓存、主存储器和辅助存储器。可使用RAM(例如SRAM、DRAM、DDRAM)、ROM、闪存、磁存储设备和/或光学存储设备(诸如磁盘驱动器、磁带、CD(光盘)和DVD(数字视频光盘))的任何组合来实现该存储器分级结构。介质1001还可包括用于传送指示计算机指令或数据的信息承载信号的传输介质(具有或不具有在其上调制信号的载波)。例如，传输介质可包括通信网络，该通信网络包括但不限于互联网(也称为万维网)、一个或多个内联网、局域网(LAN)、宽局域网(WLAN)、存储区域网(SAN)、城域网(MAN)等。
[0123]一个或多个处理器1018运行存储于介质1001上的各种软件部件以执行系统1000的各种功能。在一些实施方案中，软件部件包括操作系统1022、通信模块(或指令集)1024、触摸和施力处理模块(或指令集)1026、图形模块(或指令集)1028和一个或多个应用程序(或指令集)1030。这些模块和以上提及的应用程序中的每一者对应于用于执行上述一种或多种功能以及在本专利申请中所述的方法(例如，本文所述的计算机实现的方法和其他信息处理方法)的指令集。这些模块(即指令集)不必被实现为独立的软件程序、过程或模块，并因此在各种实施方案中可组合或以其他方式重新布置这些模块的各种子集。在一些实施方案中，介质1001可以存储以上所识别的模块和数据结构的子集。此外，介质1001可存储上面未描述的附加模块和数据结构。
[0124]操作系统1022包括各种过程、指令集、软件部件和/或驱动器以用于控制和管理一般系统任务(例如，存储器管理、存储设备控制、电源管理等)，并且有利于各个硬件和软件部件之间的通信。
[0125]通信模块1024有利于通过一个或多个外部端口1036或经由射频电路1008来与其他设备进行通信，并且包括各种软件部件以用于处理从射频电路1008和/或外部端口 1036接收的数据。
[0126]图形模块1028包括各种已知的软件部件以用于在显示表面上呈现、以动画方式呈现和显示图形对象。在触摸I/O设备1012为触敏和力敏显示器(例如触摸屏)的实施方案中，图形模块1028包括用于在触敏和力敏显示器上呈现、显示和以动画方式显示对象的部件。
[0127]一种或多种应用程序1030可包括安装在系统1000上的任何应用程序，包括但不限于浏览器、通讯录、联系人列表、电子邮件、即时消息、文字处理、键盘仿真、桌面小部件、支持JAVA的应用程序、加密、数字权限管理、语音识别、语音复制、位置确定能力(诸如由在本文中有时也称为“GPS”的全球定位系统所提供的位置确定能力)、音乐播放器等。
[0128]触摸处理模块1026包括用于执行与触摸I/O设备1012相关联的各种任务的各种软件部件，该各种任务包括但不限于经由触摸I/o设备控制器1032来接收和处理来自I/O设备1012的触摸输入和施力输入。在一些情况下，触摸处理模块1026包括用于操作力传感器1060的计算机指令。例如，触摸处理模块1026可包括用于执行下文中参考图1lA-B的过程1100和1150所述的一个或多个操作的指令。在一些情况下，触摸处理模块1026包括可在力传感器1060的操作中实现的参数或设置。
[0129]I/O子系统1006耦接到触摸I/O设备1012和一个或多个其他I/O设备1014以用于控制或执行各种功能。触摸I/O设备1012经由触摸I/O设备控制器1032来与处理系统1004进行通信，该触摸I/O设备控制器包括用于处理用户触摸输入和施力输入的各种部件(例如，扫描硬件)。一个或多个其他输入控制器1034从/向其他I/O设备1014接收/发送电信号。其他I/O设备1014可包括物理按钮、拨号盘、滑动开关、操作杆、键盘、触控板、附加显示屏或它们的任何组合。
[0130]如果被实现触摸屏，那么触摸I/O设备1012在GUI中向用户显示视觉输出。视觉输出可包括文本、图形、视频以及它们的任何组合。一些或全部视觉输出可对应于用户界面对象。触摸I/o设备1012形成接受来自用户的触摸输入和施力输入的触敏和力敏表面。触摸I/O设备1012和触摸屏控制器1032(连同介质1001中的任何相关联的模块和/或指令集)检测并跟踪触摸I/O设备1012上的触摸或近似触摸以及在适用情况下的那些触摸的力(以及对触摸的任何移动或释放，和触摸的力的任何改变)并且将所检测到的触摸输入和施力输入转变成与图形对象诸如一个或多个用户界面对象的交互。在将设备1012实现为触摸屏的情况下，用户可与显示在触摸屏上的图形对象直接进行交互。另选地，在将设备1012实现为触摸屏之外的触摸设备(例如，触摸板或触控板)的情况下，用户可与在被实现为另一 I/O设备1014的独立显示屏上显示的图形对象间接进行交互。
[0131]在触摸I/O设备1012为触摸屏的实施方案中，触摸屏可以使用LCD(液晶显示器)技术、LPD(发光聚合体显示器)技术、OLED(有机LED)或OEL(有机电致发光)，但在其他实施方案中可以使用其他显示技术。
[0132]触摸I/O设备2012可基于用户的触摸输入和施力输入以及正被显示的内容和/或计算系统的一种或多种状态来提供反馈。可通过光学(例如光信号或所显示的图像)、机械(例如触觉反馈、触摸反馈、力反馈等)、电气(例如电刺激)、嗅觉、声学(例如嘟嘟声等)等或它们的任何组合方式并且以可变或不可变的方式来传输反馈。
[0133]系统1000还包括用于为各种硬件部件供电的电力系统1044，并且可包括电源管理系统、一个或多个电源、再充电系统、电源故障检测电路、功率转换器或逆变器、电源状态指示器以及通常与便携式设备中的电力的生成、管理和分配相关联的任何其他部件。
[0134]在一些实施方案中，外围设备接口 1016、一个或多个处理器1018和存储器控制器1020可在单个芯片诸如处理系统1004上实施。在一些其他实施方案中，它们可在单独的芯片上实现。
[0135]在一个实施方案中，示例性系统包括与触摸I/O设备2012集成的力传感器1060。力传感器1060可包括以上相对于示例性实施方案中的任一实施方案所述的力敏结构中的一者或多者。一般来讲，力传感器1060被配置为生成可被解释或处理为触摸0/1设备1012上触摸的力的量值的电子信号或响应。在一些情况下，力传感器1060经由信号线1003-10直接向触摸0/1设备传输电子信号。信号可被转发到I / O子系统1006中的力传感器控制器1061。在一些情况下，力传感器1060经由信号线1003-11将信号直接传输到力传感器控制器1061，而不经过触摸I/O设备1012。
[0136]力传感器控制器1061可单独地或与一个或多个处理器(例如，处理器1018或安全处理器1040)相结合地用作力传感器1060的力感测电路。特别地，力传感器控制器1061可耦接到处理器或其他计算设备，诸如处理器1018或安全处理器1040。在一个示例中，力传感器控制器1061被配置为基于由力传感器1060所生成的电子信号来计算并估计力。关于所估计的力的数据可被传输到处理器1018或安全处理器1040，以与系统1000的其他方面(诸如触摸处理模块1026)—起使用。在一个不例中，力传感器控制器1061对由力传感器1060所产生的电子信号执行信号处理，包括例如模数转换、滤波和米样操作。在一些情况下，系统1000中的其他处理器(例如处理器1018或安全处理器1040)基于处理后的信号来计算估计的力。因此，系统1000可使用由力传感器控制器1061所产生的信号或数据，该信号或数据可被测量、计算、估算、或以其他方式操纵。在一个实施方案中，力传感器1060的输出可被耦接至或可访问力感测控制器1061或触摸I/O设备的一个或多个处理器或其他计算设备(诸如处理器1018、安全处理器1040或其他设备)使用。另外，来自力传感器1060的输出可被耦接至或可访问力感测控制器1061或触摸I/O设备1012的一个或多个模拟电路或其他专用电路使用。
[0137]在阅读本专利申请之后，本领域的技术人员应认识到，用于相对于在触摸I/O设备上所施加的力和接触来获取信息，以及使用该相关联的信息来确定在触摸I/O设备上所施加的力和接触的量值和位置的技术响应于并变化于真实数据诸如从用户的手指的所施加的力或接触所接收的衰减反射和电容传感器数据，并且在利用触摸I/O设备检测和使用所施加的力和接触的服务中提供可用且切实的结果。此外，在阅读本专利申请之后，本领域的技术人员应认识到，计算设备对所施加的力和接触传感器信息的处理包括基本的计算机控制和编程，涉及所施加的力和接触传感器信息的基本记录，并且涉及与所施加的力和接触传感器硬件以及任选地供所施加的力和接触传感器信息使用的用户界面的交互。
[0138]本公开中描述的实施方案的某些方面可被提供为可包括例如在其上存储有指令的计算机可读存储介质或非暂态机器可读介质的计算机程序产品或软件，其可用于对计算机系统(或其他电子设备)进行编程以执行根据本公开的过程。非暂态机器可读介质包括用于以机器(例如计算机)可读的形式(例如软件、处理应用程序)存储信息的任何机制。非暂态机器可读介质可呈现以下形式但不限于:磁性存储介质(例如，软盘、录影带等等)；光学存储介质(例如，CD-ROM);磁光存储介质；只读存储器(ROM);随机存取存储器(RAM);可擦除可编程存储器(例如，EPROi^PEEPROM);闪存存储器;等等。
[0139]虽然参照各种实施方案描述了本公开，但应当理解，这些实施方案为示例性的，并且本发明的范围并不限于这些实施方案。许多变型、修改、添加和改进是可能的。更一般地，已在特定实施方案的上下文中描述了根据本公开的实施方案。在本公开的各种实施方案中可以不同方式在过程中将功能分开或组合在一起，或以不同术语加以描述。这些和其他变型、修改、添加和改进可落在以下权利要求所限定的本公开的范围内。
[0140]5.操作方法
[0141]图1lA示出了用于操作具有力传感器的设备的示例性过程。该过程可利用上文参照图2A、2B、3-8所述的力传感器来应用。
[0142]图1lA示出了包括流程点和操作步骤或功能的过程1100的示例性流程图。虽然这些流程点和操作以特定次序被显示，但在更一般性技术的上下文中，没有特别地要求操作顺序必须按照图中所示。例如，流程点和操作可以不同的次序、同时地、并行地、或以其他方式来执行。类似地，虽然这些流程点和操作被显示为由设备中的通用处理器执行，但在更一般性方法的上下文中，没有特别地要求任何这样的限制。例如，一个或多个此类操作可由专用处理器或由另一电路来执行，或者被转移至其他设备中的其他处理器或其他电路，诸如通过使用无线技术将这些功能转移至邻近设备或将这些功能转移至云计算功能。在一些情况下，在执行过程1100的操作之前，电子设备已被打开并且操作系统已被加载并正在运行。另外，包括例如触摸屏传感器、显示设备和力传感器设备的相关硬件可被供电并且可被初始化。
[0143]在操作1105处，将力施加到设备的覆盖玻璃上的位置[X，Y]。可使用手指或其他指向设备诸如触笔或笔来施加力。在一些情况下，多个触摸可被施加到设备的覆盖玻璃。例如，多点触摸手势或命令可输入到覆盖玻璃上，从而导致净施力。
[0144]在操作1110处，响应于所施加的力而检测并测量到电信号。在一个示例中，设备中的力感测电路(其可包括处理器)响应于所施加的力来测量来自一个或多个力传感器的值。在一个实施方案中，如上参考图2Α、2Β和3-5所述，力感测电路检测一个或多个力感测结构处的电容变化。电容变化可关联于或用于估计由所施加的力导致的覆盖玻璃的挠曲。在另一个实施方案中，如参考图6所述，力感测电路基于从一个或多个力传感器接收的信号来估计施加于覆盖玻璃的倾斜量。在另一个实施方案中，如参考图7所述，力感测电路用于检测位于覆盖玻璃下方的一组不同位置处的电容传感器之间(或在自电容模式下，相对于单个传感器)的电容变化。电容变化可用于估计由所施加的力导致的覆盖玻璃上的位移。
[0145]在操作1115处，确定一个或多个触摸的位置。在一个示例中，力感测电路基于从一个或多个力传感器所接收的一个或多个信号来确定将力施加于覆盖玻璃元件上的一个或多个位置。可通过例如将来自多个力传感器的输出进行比较并使用该输出来进行三角剖分或估计所施加的力的位置来确定位置。
[0146]在操作1120处，估计在每个位置处施加的力的大小或量值。例如，力感测电路可被用于确定在每个测量位置处施加的力的大小或量值，诸如利用参考图8所述的加权质心技术。在一些实施方案中，重复多次进行方法1100的操作。在一些实施方案中，只要力敏设备接通电源，就重复进行方法1100的操作。
[0147]图1lB示出了用于操作具有力传感器的设备的另一过程。该过程可利用上文参照图2Α、2Β、3-8所述的力传感器来应用。
[0148]图1lB示出了包括流程点和操作步骤或功能的过程1150的另一示例性流程图。虽然这些流程点和操作以特定次序被显示，但在更一般性技术的上下文中，没有特别地要求操作顺序必须按照图中所示。类似地，虽然这些流程点和操作被显示为由设备中的通用处理器执行，但在更一般性方法的上下文中，没有特别地要求任何这样的限制。在一些情况下，在执行过程1150的操作之前，电子设备已被打开并且操作系统已被加载并正在运行。另夕卜，包括例如触摸屏传感器、显示设备和力传感器设备的相关硬件可被供电并且可被初始化。
[0149]在操作1155处，将电荷信号传输至力敏结构。在典型的具体实施中，包括一系列电荷脉冲的电荷信号被传输至力敏结构中的一个电容板。每个电荷脉冲包括施加于力敏结构的电容板的电压的瞬态变化，其导致板两端的感应电流。在一些情况下，电荷信号为施加于力感测结构的电容板两端的交流电(AC)。在很多情况下，如果电荷信号是离散电荷脉冲，则电荷脉冲在设备工作期间以规则的间隔被传输。如果电荷信号是交流电，则电荷信号可在操作期间连续地被传输。在任一种情况下，操作1155通常与操作1160 ,1165和1170同时执行，如下文中所述。
[0150]在操作1160处，测量力敏结构的第一电容。通常，在力敏结构处于未压缩或未致动状态下时，测量该电容。例如，可在设备处于静止并且未被操作者触摸的情况下进行操作Il60的测量。在一些情况下，在一时间段内进行多次测量并确定复合或平均电容值。
[0151]在操作1165处，力被施加于设备。根据上文参考图2A、2B、3-8所述的实施方案，用户可触摸设备的覆盖玻璃，在覆盖玻璃上的位置处施加力。用户可用手指、触笔、笔等来触摸设备。在一些情况下，根据多触摸手势或用户输入，同时将多个触摸施加到覆盖玻璃。根据上文参考图2A、2B、3-8所述的实施方案，所施加的力通常导致力敏结构压缩或挠曲，从而造成两个电容板位置的相对变化。
[0152]在操作1170处，测量力敏结构的第二电容。通常，在由于操作1165中所施加的力而使力敏结构处于压缩或挠曲状态下时，测量该电容。在一些情况下，在一时间段内进行多次测量并确定复合或代表性电容值。
[0153]在操作1175处，使用第一电容测量和第二电容测量来估计力。根据上文参考图2A、2B、3-8所述的实施方案，所施加的力导致两个电容板的位置变化，从而改变力敏结构的电容。在操作1175中，电容变化关联于或用于计算所估计的力。例如，如果力敏结构的可压缩元件表现为线性力弹簧，则电容变化(其正比于电容板之间距离的变化)将正比于力的变化。由于可压缩元件的材料特性诸如弹性比率是已知的，因此力的大小可被估计为第一电容测量和第二电容测量之间的差值乘以常数。在一些实施方案中，重复多次进行方法1150的操作。在一些实施方案中，只要力敏设备接通电源，就重复进行方法1150的操作。
[0154]6.力传感器的电连接件和制造方法
[0155]根据上述某些实施方案，电容式力传感器通常包括具有通过中间可压缩元件分开的两个电容板的力敏堆叠。在典型的具体实施中，将电荷信号施加于电容板中的至少一个电容板并进行电容测量。为了递送电荷信号(驱动信号)并接收来自电容板的电容测量(感测信号)，力敏结构通常通过电连接件而连接至系统的其他元件。为了在制造期间便于装配，电连接件为由柔性导管形成的可拆卸电连接件可能是有利的。
[0156]图12示出了示例性触摸设备1200，其具有围绕显示元件1202或其一部分的周边定位的两个力感测结构1210,1220。两个力感测结构1210,1220电连接到电连接器引线1250。在该示例中，两个力感测结构(1210，1220)中的每个力感测结构由通过中间可压缩元件分开的第一电容板和第二电容板形成。一般来讲，力感测结构1210和1220可被用于确定设备表面上的触摸的量值。如上参考图3-5所述，施加于设备的力使可压缩元件受到压缩或变形，从而改变了第一电容板和第二电容板之间的距离。可使用力感测电路以两个板之间的电容变化来测量距离变化。因此，两个结构1210，1220配合以感测力;这样，它们可单独地或共同地称为“力感测结构”。
[0157]电连接器引线1250可用于将两个力感测结构1210，1220与力感测电路电耦接，力感测电路可定位于设备内的单独电路部件上。在一些情况下，可能有利的是电连接器引线1250由柔性导管形成，以有利于与力感测电路的连接。例如，电连接器引线1250可由已印刷有或形成有导电迹线的聚酰亚胺材料的层合体形成。在一些情况下，还可能有利的是柔性导管被配置为易于弯曲，以有利于在设备壳体的有限空间内布线。为了提高连接器引线1250的柔韧性或弯曲半径，可能有利的是至少在连接器引线1250的末端部分中消除或移除中间的可压缩元件。移除中间的可压缩元件还可有利于与电连接器引线1250的一个或多个内表面的电连接。
[0158]图13示出了电连接器引线1250沿线3-3的剖视图。如图13所示，电连接器引线1250由四个电路层1211，1212，1221，1222形成。在该示例中，每个电路层包括至少一个柔性电介质层和至少一个柔性导电层。柔性电介质层可由聚酰亚胺片形成，并且导电层可由金属膜或金属化迹线材料形成。另外，在该示例中，每个电路层与力敏结构1210，1220(图12所示)之一的电容板电连接。例如，电路层1211的导电层可电连接到力敏结构1210的第一(上部)电容板。类似地，电路层1212的导电层可电连接到力敏结构1210的第二 (下部)电容板。类似地，电路层1221和1222分别电连接到力敏结构1220的第一(上部)和第二(下部)电容板。在该示例中，电路层1211,1221,1222和1212中的每个电路层电耦接至相应端子1213 ,1223，1224和1214。
[0159]另选地，电路层1211，1221，1222和1212中的一个或多个电路层可用作力敏结构1250的接地层。在一个示例中，外电路层1211或1212中的任一者或两者在传感器工作期间保持在恒定电压，以充当电磁屏蔽。在一些情况下，外电路层1211或1212在传感器工作期间接地，以有利于电磁屏蔽。外电路层中的一者或多者可根据干扰源的位置而用作接地屏蔽。在一些情况下，一个或多个附加接地屏蔽电路层被添加到力敏结构。这些附加接地屏蔽层可例如被添加到外电路层1211和1212的外表面。在一个示例中，任何接地屏蔽层中的导电迹线可大体上跨电路层的整个表面延伸以使被接地屏蔽层所屏蔽的区域最大化。
[0160]如图13中所示，这两个电路层1211和1221通过中间的可压缩层1230与另外两个电路层1212和1222分开。在该示例中，可压缩层1230用作力传感器1210,1220中的可压缩元件。还如图13所示，可压缩层1230不延伸到电连接器引线1250的末端部分1255中。如图13中所示，在电路层对之间形成空隙区1350。在一些实施方案中，引线可不包括任何中间可压缩层。
[0161]如上所述，从几个方面来看，该构型可为有利的。第一，由于在上部和下部的电路层对之间不存在材料连接，因此改善了电连接器引线1250的可弯曲性，这可有利于更小的弯曲半径。另外，由于在电路层对之间不存在材料，因此附加的内部电端子1223和1224可用于电连接。这减少了对电路通路或附加电气布线的需要，否则可能另外需要将内部电路层1221，1222的导电层电连接到外部端子。
[0162]引线1250可从力感测结构1210,1220延伸并弯曲一次或多次以连接到设备内的柔性电连接件或其他电连接件。作为一个非限制性示例，引线1250，或者更适当地，柔性电介质层和柔性导电层可以螺线形方式弯曲至每个互连件。两个独立结构可形成引线;每个此类机构可由一个柔性电介质层和一个柔性导电层形成。一般来讲，两个引线结构可在以下范围内沿循不同路径:一个引线结构从上部力感测结构1210延伸并且另一引线结构从下部力感测结构1220延伸。然而，引线1250的组成结构通常被布线成它们不经受施加于覆盖玻璃、外壳或其他外部力敏表面的任何力。因此，引线1250可以不提供施加的力绕过力传感器的辅助路径，继而可提高力传感器的准确性。同样，电子设备的其他部件可被构造成它们不吸收或转移向电子设备的力敏表面施加的力。
[0163]尽管图12中所示设备1200包括围绕显示元件1202周边定位的两个力感测结构，但另选实施方案可仅包括单个力感测结构。在这种情况下，电连接器引线可仅包括两个导电层(在两个电路层上)。在其他另选的实施方案中，设备可包括两个以上力感测结构并且电连接器引线可具有多个导电层以有利于与每个力感测结构连接。
[0164]图14示出了用于制造具有电连接器引线的力传感器的示例性过程1400。过程1400可用于根据图12和13的实施方案制造具有电连接器引线1250的力传感器1210，1220。过程1400也可用于制造具有多种构型的力传感器，包括具有单对导电层的构型。
[0165]在操作1405处，获取第一电路层。在该示例中，第一电路层至少包括第一柔性导电层和第一柔性电介质层。参考图13，第一电路层可包括电路层对1211，1221或1222，1212中的任一者。在一些情况下，第一电路层可通过在第一电介质层上形成第一导电层来获取。导电层可通过例如使金属箔粘结到第一电介质层的表面来形成。在一些情况下，导电层可通过将导电材料沉积到电介质层上的沉积或溅射工艺来形成。在一个示例中，导电层还形成用于力传感器的一个或多个电容板。在一些情况下，第一电路层作为片材或冲切部件预先制造并获取。
[0166]在操作1410处，获取第二电路层。在该示例中，第二电路层也至少包括第二柔性导电层和第二柔性电介质层。参考图13，第二电路层也可包括电路层对1211,1221或1222，1212中的任一者(也通过中间可压缩层1230与第一电路层分开)。如上所述，第一电路层可通过层合金属箔或将导电材料沉积到电介质层的表面上来在第一电介质层上形成第一导电层而获取。第二电路层也可被预制造为片材或冲切部件。
[0167]在操作1415中，形成层合结构。具体地，形成层合结构，使得可压缩层设置在第一电路层和第二电路层之间。参考图13，示例性层合结构包括四个电路层1211,1221,1222，1212和可压缩层1230。在很多情况下，形成其他层作为层合结构的一部分。例如，可形成附加电路层、粘合剂层、和涂层作为层合结构的一部分。特别地，粘合剂层通常被用于将中间的可压缩层与层合结构的其他相邻部件粘结。(在操作1405和1410中获取的)第一电路层或第二电路层直接邻接或直接粘结到可压缩层是不必要的。
[0168]操作1415可通过例如在层合结构的部件之间放置压敏粘合剂(PSA)层来执行。层合体继而可经受压制操作以粘结各层。在一些情况下，可采用加热或其他固化技术来使各层粘结在一起。在一些实施方案中，可施加PSA，使所有层粘结，然后该结构冲切成其最终形式。
[0169]操作1415也可利用注塑或注模工艺来执行。在这种情况下，第一电路层和第二电路层可与其他层或部件层合或预成形在一起。这些层然后可被放置在注塑模具腔的相对半部中，并且通过将熔融或液态材料注入到注塑模具中来在这些层之间形成中间的可压缩层。在一个示例中，间隔元件被放置在第一电路层和第二电路层之间以保持第一电路层和第二电路层紧贴注塑模具的相应半部。间隔元件可具有与可压缩层的最终尺寸大致相同的厚度。在一个示例中，间隔元件为可压缩的并且略大于注塑在第一电路层和第二电路层之间的可压缩层的最终尺寸。在这种情况下，间隔元件向第一电路层和第二电路层施加力，该第一电路层和第二电路层压贴注塑模具的相应腔壁。通过使电路层压贴腔壁，注射成型的材料更有可能填充两个电路层之间的区域，而不是填充电路层与腔壁之间的区域。在一个示例中，使用多个间隔元件，每个间隔元件由半圆形环形成。间隔元件可被放置在靠近模具的注塑点的位置处，其通常靠近部件的中心。然后可通过冲切部件的中心部分来将间隔元件移除，这也可有利于创建用于显示器的查看区域。
[0170]作为操作1415的一部分，可在层合结构的各层之间形成一个或多个电气通路。在一些情况下，电气通路穿过可压缩层形成以连接设置在可压缩层的相对侧上的电路层。通路可通过例如添加与不同电路层的导电层电连接的导电柱元件来形成。除此之外或另选地，可压缩层内的导电区域可形成，然后回流或以其他方式与层合结构的导电层电连接。
[0171]在一些情况下，形成于操作1415中的层合结构被切割以形成具有电连接器引线的力传感器。例如，如果(在操作1405和1410中获取的)第一电路层和第二电路层被形成为实心材料片，则层合结构可被冲切以形成力传感器的期望几何轮廓特征。具体地，可从层合结构的中间切掉中心部分，以有利于安装显示元件。因此，通过在层合结构的中间创建的孔将可看到显示元件。如上所述，如果层合结构包括用于注塑过程的间隔元件，则可通过该冲切操作将它们移除。可执行附加的切割来形成力传感器的连接器引线部分。
[0172]如果例如(在操作1405和1410中获取的)第一电路层和第二电路层已被预切割或已形成为期望几何轮廓形状，则切割操作可为任选的。在这种情况下，操作1415也可包括标引操作以对齐层合结构的层。
[0173]在操作1420中，从层合结构移除可压缩层的一部分。在该示例中，从层合结构移除可压缩层的位于电连接器引线的末端部分的一部分，从而留下第一电路元件和第二电路元件之间的空隙区。如上文中参考图12和13所述，移除可压缩层可提高层合结构的柔韧性或可弯曲性。还可提供到层合结构内部的电路层上的端子或电连接件的访问。
[0174]可利用一个或多个技术来实现移除可压缩层。在第一示例中，靠近电连接器引线的末端部分的可压缩层被穿孔或预切割。另外，在电连接器引线的末端部分内，可省略可压缩层和层合结构的相邻层之间的压敏粘合剂或其他粘合层。在这种情况下，预切割或穿孔以及没有粘合层允许可压缩层的位于电连接器引线的末端部分的一部分被移除。
[0175]在第二示例中，从可压缩层对层合结构的一个或多个层进行分层或剥离，从而暴露该可压缩层。在这种情况下，可执行二次切割操作以移除可压缩层的位于电连接器引线的末端部分的一部分。
[0176]在第三示例中，可从电连接器引线的末端部分切割可压缩层，而并未首先对层合结构的层进行分层或剥离。例如，可压缩层的位于连接器引线的末端部分内的一部分可通过使刀或切割工具在层合结构的层之间穿过来移除。
[0177]作为操作1420的替代形式，层合结构可形成为使得电连接器引线的末端部分不包括可压缩层。例如，如果利用注塑或注模工艺来形成层合结构，则可将注模元件置于电连接器引线的末端部分中，以避免可压缩层在该区域形成。在这种情况下，层合结构由第一电路层和第二电路层之间的空隙区形成。
[0178]如上所述，过程1400也可用于制造具有多种构型的力传感器，包括具有单对导电层的构型。例如，可利用过程1400形成只具有两个电路层(中间的可压缩层的每一侧上各一个)的力传感器。或者，也可利用过程1400形成力传感器，该力传感器具有在中间的可压缩层的任一侧上形成的多个电路层。
[0179]过程1400的操作作为一个示例来提供。然而，力传感器也可通过省略上述操作中的一个或多个操作来形成。例如，根据层合结构是如何创建的，可能不是必须执行操作1420来移除可压缩层的一部分。
[0180]在某些实施方案中，引线可连接至柔性电路板或其他电接触件。在一些实施方案中，可将整个力感测结构置于烘箱中以通过例如表面贴装技术(SMT)工艺来将引线粘结到电接触件。在一些实施方案中，SMT工艺可将引线(或其一部分)和/或电接触件加热至200度或更高。然而，这一升高的温度可能对力感测结构的有机硅具有有害影响。因此，可将力感测结构置于耐热包封件、袋或其他容器中，引线从这些容器向外延伸。因此，当烘箱被加热用于SMT工艺时，引线可被加热至适当温度，而力感测结构的有机硅和其他层可被保持在不造成损坏的温度下。另外，应当理解，力感测结构在烘箱中加热之前可以不被分离或切割成其最终形式。
[0181]图15A示出了力感测电子设备的另一实施方案1500。类似于本文所述其他实施方案，实施方案1500可包括电子设备，该电子设备具有定位于显示器堆叠1515上方的覆盖件1505，其被配置为检测覆盖件1505的表面上的力的触摸。覆盖件1505可由多种材料形成，包括例如玻璃、聚碳酸酯或其他塑料、蓝宝石等。显示器堆叠1515可包括液晶显示器(LCD)、有机发光二极管(OLED)、或其他电子显示部件。
[0182]在一些实施方案中，覆盖件1505可相对于外壳1510移动。当通过用户的触摸在覆盖件1505上施加力时，覆盖件1505可向下运动。应当理解，整个覆盖件1505可以这种形式行进，而不只是局部地偏转，而覆盖件1505的边缘大体上保持不动。覆盖件1505是否局部地偏转可取决于覆盖件1505和定位于覆盖件1505下方的部件/元件的相对刚度。
[0183]在一些实施方案中，覆盖件1505的向下行进同样使显示器堆叠1515向下移动，继而可使定位在显示器堆叠1515下方的片式传感器1520受到冲击和/或压缩。片式传感器1520可包括电容板类型的力传感器、应变仪传感器或其他力敏传感器，并且通常可被称为力感测结构、传感器或片式传感器。一般来讲，片式传感器1520可在显示器堆叠1515的主要部分上方延伸。在一些情况下，片式传感器1520由设置在整个片式传感器1520区域上的力感测元件的阵列或系列形成。
[0184]如图15A所示，片式传感器1520可大体上邻接显示器堆叠1515。在一些实施方案中，片式传感器1520可通过气隙和/或(在某些实施方案中的)其他部件或层与其分开。在一些实施方案中，片式传感器1520可直接被附连到显示器堆叠1515的元件。
[0185]片式传感器1520可由定位于传感器1520下方、与面向显示器堆叠1515的一侧相对的板1525支撑。在一些实施方案中，板1525可为刚性的或大体刚性的，而在其他实施方案中，板1525可为柔性的。通常，尽管不必如此，但片式传感器1520也被附连到板1525。在一些实施方案中，板1525可相对于设备的外壳1510固定。在一些实施方案中，板1525可为向电子设备1500的外壳1510提供结构支撑和/或刚度的中板，而在其他实施方案中，板1525可主要或仅仅用于支撑片式传感器1520。在其他实施方案中，其他电子部件(未示出)可与片式传感器1520共享板1525。
[0186]在覆盖件1505和显不器堆叠1515向下移动时，片式传感器1520可被压缩。该压缩可通过片式传感器1520来感测并生成对应输出。例如，片式传感器1502可具有第一电容板或阵列1530和第二电容板或阵列1535(如本文所用，术语“板”也旨在涵盖阵列)，从而限定片式传感器的上表面和下表面，或以其他方式定位在传感器的上部区域和下部区域中。第一电容板1530和第二电容板1535可通过可压缩内层1540诸如有机硅或顺应性凝胶或聚合物彼此分开。
[0187]在一些实施方案中，第一电容板1530和第二电容板1535操作性地耦接到感测电路，该感测电路被配置为基于第一电容板1530和第二电容板1535之间的电容变化来估计覆盖件上的触摸的力。在一些具体实施中，感测电路被配置为生成用于检测和测量第一电容板1530和第二电容板1535之间的电容变化的驱动信号或电流。在第一电容板1530朝向第二电容板1535移动时，距离的减小可对应于板之间的电容变化，其可与施加于覆盖件1505的力相关联。
[0188]应当理解，通过这种方式，片式传感器1520可作为自电容或互电容传感器来测量力。因此，在互电容配置中，第一电容板和第二电容板中的一者可为驱动板并且另一者可为感测板。在自电容配置中，第一电容板和第二电容板中的一者可为接地层或屏蔽层并且另一者可为感测板。另外，片式传感器1520的板中的一者或两者可以像素图案形成(如片式传感器1520自身)以便局部地记录力的施加并提供力所施加的局部区域。
[0189]在具有用于支撑片式传感器1520的柔性或可偏转板1525的实施方案中，只要片式传感器1520的层被压缩，电容变化就可被测量，即使板1525自身弯曲。类似地，在片式传感器1520和显示器堆叠1515之间具有气隙的实施方案中，直到显示器堆叠移动得足够远以压缩或影响片式传感器，触摸的力才可被感测。
[0190]应当理解，在图15A中所示的片式传感器1520定位在显示器堆叠1515下方的情况下，其无需为透明的。另外，此类配置不仅可适于与具有LED或LCD显示器的显示器堆叠一起使用，而且可适于与结合有OLED显示层的显示器堆叠一起使用。
[0191 ]图15B示出了图15A所示实施方案的另选实施方案1500B。在该实施方案1500B中，泡沫1545或其他顺应性材料或顺应性层可被置于显示器堆叠1515和片式传感器1520之间。泡沫1545通常可使显示器堆叠1515和/或覆盖件1505变硬，从而防止整个堆叠/玻璃向下移动。相反，当在覆盖件1505上施加力时，泡沫1545可能局部变形，从而使局部区域中的变形和/或力集中，这继而可增强实施方案1500B的力感测能力。应当理解，可将任何合适的材料置于显示器堆叠1515和片式传感器1520之间；泡沫只是一种示例性材料。
[0192]在一些实施方案中，顺应性环境衬垫1550或密封件可被定位在覆盖件1505和外壳1510之间。顺应性衬垫可防止污垢、灰尘等进入电子设备1500B的内部，但仍可允许覆盖件1505和显示器堆叠1515向下行进。在另选的实施方案中，衬垫1550可为相对刚性的，并且可与泡沫1545配合(或在不存在泡沫1545的情况下操作)以限制覆盖件1505在一个或多个边缘处向下运动，最终结果是覆盖件可局部偏转而不是整体行进。在此类实施方案中，通过片式传感器1520的局部压缩仍可感测到力。
[0193]在一些实施方案中，由衬垫1550占据的区域的一部分或全部可涂覆有疏油性材料。疏油性材料可用作抵抗或防护油、灰尘、污垢和其他类似材料进入外壳1510并且/或者影响力感测结构1520的阻隔件。这样，涂层可用以保持力感测结构随时间的操作。也可使用疏油性涂层之外的涂层;在不同实施方案中，可使用其他灰尘和/或油和/或污垢防护涂层。
[0194]图15C示出了力感测电子设备1500的另一个实施方案。该实施方案通常类似于图15B的实施方案，除了片式传感器1520C的结构。这里，片式传感器1520C可由一个或多个应变仪进行图案化而不是采取电容传感器的形式。各个应变仪可以阵列、网格或其他图案来布置以形成片式传感器1520C。应变仪可由由于片式传感器1520C的挠曲而改变电气特性或产生电气响应的材料形成。应变仪例如可由电阻材料、压电电阻材料、压电材料等形成。应变仪还可被形成为应变仪元件的阵列，每个元件由可被配置为检测局部应变或挠曲的一系列迹线或图案组成。
[0195]在力被施加于覆盖件1505上时，其可通过显示器堆叠1515、通过泡沫1545(或其他顺应性层)转移到片式传感器1520C的一个或多个应变仪。应变仪可经受由于所施加的力导致的应变增大;该应变增大可与确定所施加的力的量值相关联，如本文其他地方一般描述的。在一些实施方案中，片式传感器1520C操作性地耦接到被配置为监测并检测电气特性变化或测量片式传感器1520C的应变仪的电气响应的感测电路。例如，感测电路可被配置为检测由于片式传感器1520C挠曲所致的电阻变化和/或电荷变化。
[0196]在图15A-15C所示的实施方案中，覆盖件和显示器堆叠通常相对于外壳自由平移。在一些实施方案中，覆盖件和/或显示器堆叠可附着到外壳或以其他方式相对于外壳固定，使得施加于覆盖件的力导致覆盖件局部变形而非平移。在此类实施方案中，在覆盖件的边界条件阻止运动的情况下，力可为相对局部的。由于覆盖件仍可局部地挠曲，因此力仍可通过各层传输并由力传感器(例如，片式传感器)感测。
[0197]图15D示出了图15C中区域15D的特写，其示出了定位在片式传感器1520和显示器堆叠1515的基部之间的顺应性层154?的一个实施方案。在图1所示的电子设备1500的剖视图中，顺应性层1545D由夹置在由玻璃等制成的上部顺应性基板1555和下部刚性基板1565之间的类似柱结构1560的系列或阵列形成。(在一些实施方案中，下部基板也可为顺应性的)。在某些实施方案中，上部片材1555可由有机硅形成，柱状结构1555也可如此。片式传感器1520C定位在下部基板1565下方。在本实施方案中，片式传感器1520C由一个或多个应变仪形成，如上文参考图15C所述的。片式传感器1520C可由感测板1525支撑，如上文一般论述的。
[0198]在一些具体实施中，在显示器堆叠1515或者电子设备1500C的对顺应性层1545D施加压力的任何其他元件对顺应性层1545C所施加的向下压力下，柱状结构1555可能变形。在柱1555之间和/或围绕柱1555可限定一个或多个空隙空间1550。例如，相邻柱1550可通过空隙空间1560分开并且每个空隙空间1560可为独立而不同的。作为另一种选择，单个空隙空间1560可包含所有柱1555。因此，可设想空隙空间和柱状结构的不同构型。
[0199]随着柱状结构1555变形，顶部片材1555更靠近底部片材1565移动，并且柱状结构对进一步塌缩的抵抗增强。另外，通过顺应性层1545D施加于片式传感器1520C的应变通常增大，从而致使应变仪输出增大。输出的增大可与施加于外壳外部的力相关联。
[0200]在一些实施方案中，一个或多个空隙空间1550可填充有光学透明的或近似透明的流体、凝胶等(统称为“流体”)。在一些实施方案中，流体可在光学指数上匹配于柱状结构的光学指数。即，在某些实施方案中，流体的折射率可匹配或近似于柱状结构1555的折射率。在此类实施方案中，空隙空间1550和柱状结构1560中流体的组合可使得顺应性层1545D为光学透明的和/或近似不可见的。在显示器为例如OLED显示器的情况下，这可为有用的。
[0201]在另一个实施方案中并且如图15E所示，顺应性层1545D可将下部电容感测阵列1570与上部电容感测阵列1575分开。在此类实施方案1500E中，电容感测阵列1570,1575可如本文其他地方所述那样操作，使得一个阵列为驱动阵列(或参考阵列)，并且另一阵列为感测阵列。顺应性层1545D可用来防止两个层彼此过于靠近，从而防止或至少减少两个层之间接触和/或两个层之间过量电容耦合的可能性，这可能导致不准确的力测量。
?0202] 图16不出了力感测电子设备1630的另一实施方案的部分横截面。该实施方案可包括类似于图2Α和3所示并且在本文其他地方描述的力感测结构1600。例如，力感测结构1500可被配置为具有通过可变形中间体分开的多个电容层，如参考图4-6中所示变型和/或图3一般论述的。力感测结构1600可采取定位在覆盖件1505和外壳1510之间的任何衬垫形式。在一个实施方案中，外壳1510的邻近覆盖件1505的一部分可包括边框或边框部分。
[0203]力感测结构1600可围绕电子设备、覆盖件的周边和/或任一者的一部分部分地或完全地延伸。另选地，多个力感测结构1600可配合以围绕电子设备1630、覆盖件的周边和/或任一者的一部分部分地或完全地延伸。在一些实施方案中，力感测结构1600可被配置为阻止污染物进入外壳1510的内部中，从而也可用作衬垫。在一些情况下，组合衬垫和传感器被称为应变敏感衬垫或衬垫式力感测结构。
[0204]正如之前的实施方案，力感测结构1600可电容性地感测第一板1620和第二板1625或其他传感器结构之间的距离;力感测结构1600的输出可与力感测电子设备1630的感测电路、处理器或其他电子部件所感测的力相关联。在一些实施方案中，力感测结构1600操作性地耦接到被配置为检测并测量力感测结构1600的电气特性变化的感测电路，其可与覆盖件1505上的触摸的力相关联。
[0205]除了通常定位在覆盖件1505和边框或外壳1510的力感测结构1600，本实施方案还可结合有力敏片式传感器1520。片式传感器1520在构型和操作上通常类似于上文参考图15A_lf5D所述的片式传感器中的任一者。
[0206]如图16所示，片式传感器1520可通过小气隙与显示器堆叠分开。除此之外或另选地，片式传感器1520可通过与上文参考图15B-E所述可压缩层类似的可压缩层与显示器堆叠分开。在覆盖件1505和显示器堆叠1515响应于力而挠曲的情况下，衬垫式力感测结构1600可压缩并感测力，如本文一般描述的。在远离覆盖件的边缘施加力的情况下，为了防止覆盖件和显示器堆叠降到最低，可包括片式传感器1520。在显示器堆叠和覆盖件充分变形的情况下，它们可能接触片式传感器1520并将力传输至该片式传感器。两个力传感器1600和1520可配合以确定力。例如，可获取并操作两个力传感器的输出以确定施加于覆盖件上的力。这样，设备1500的动态力感测范围可被扩大以感测本将大到足以导致覆盖件降到最低并使单个衬垫传感器1600记录最大值的力并对该力作出反应。在一些实施方案中，气隙被配置为响应于触摸的力超过第一阈值而至少部分地塌缩。在一些具体实施中，第一阈值小于第二阈值，该第二阈值对应于可由衬垫式力感测结构1600实际地或可靠地检测到的最大力。
[0207]图17示出了可采用用于电容性地测量施加于覆盖件1505(或者，在其他实施方案中，外壳或不同类型的输入表面的一部分)上的力的片式或垫式传感器1520的电子设备1700的另一个实施方案。一般来讲，片式传感器1520的结构和操作类似于本文参考前面附图所述的结构和操作。
[0208]除片式传感器1520的上部和下部电容阵列之外，第二电容感测层/阵列1705也可被置于显示器堆叠1515内。在一个实施方案中，第二电容感测层1705可由氧化铟锡、银纳米线、PEDOT或任何其他合适的导电材料形成。在某些实施方案中，期望第二电容感测层1705为透明的。
[0209]在图17的实施方案1700中，第二电容感测层1705可相对于显示器堆叠1515放置。在一些情况下，电容感测层1705可用作电容触摸传感器以感测覆盖件1505上的触摸的位置。在一些实施方案中，电容感测层1705定位在背光单元1710上方。如果第二电容感测层1705为透明的或近似透明的，其可能不干扰背光单元1710和/或显示器堆叠1515的其余部分的操作。
[0210]如图17所示，气隙可定位在电容感测层1705和片式传感器1520之间。除此之外或另选地，片式传感器1520可通过与上文参考图15B-E所述可压缩层类似的可压缩层与电容感测层1705分开。
[0211]在力被施加于覆盖件1505(或在一些实施方案中，外壳或输入表面)上时，覆盖件和显示器堆叠1515移动得更靠近片式传感器1520。因此，第二电容感测层1705同样移动得更靠近片式传感器1520。因此，第二电容感测层1705的至少一部分和片式传感器1520的上部电容阵列1530之间的电容可随此类运动而增大。另外，由于覆盖件1505、显示器堆叠1515和第二电容感测层1705可响应于力而局部地变形，因此电容可在对应于所施加的力的一般区域中增大(或增大更多)。电容的这一变化可用于估计所施加的力，如本文其他地方一般描述的。
[0212]在足够的力下，背光单元1710(或显示器堆叠的其他基部)将接触片式传感器1520的上表面。一旦这种情况发生，第二电容感测层1705和片式传感器1520的上部电容阵列1530之间的电容通常将达到最大值。附加力可使片式传感器1520压缩，从而使上部电容阵列1530的至少一部分移动得更靠近下部电容阵列1535并且使这两个元件之间的电容至少在给定区域内增大。因此，即使第二电容感测层1705和上部电容阵列1530之间的电容可为最大值或接近最大值，但片式传感器1520的阵列1530，1535之间的电容增大也可用于确定所施加的力的估计。
[0213]在一些实施方案中，感测电路操作性地耦接到电容感测层1705和片式传感器1520。感测电路可被配置为基于电容感测层1705和片式传感器1520的上部电容板和/或下部电容板之间的互电容的变化来估计覆盖件上的触摸的力。在一些实施方案中，感测电路可被配置为获取片式传感器的上部电容板和下部电容板之间的第一电容，并且还获取上部电容板和电容感测层之间的第二电容。可使用利用感测电路测量的第一电容和第二电容来计算或生成对覆盖件上的触摸的力的估计。
[0214]然后可以认为，第二电容感测层1705和上部电容阵列1530之间的电容可用于确定或估计在零值和某第一阈值之间的所施加的力，并且片式传感器1520的上部电容阵列1530和下部电容阵列1535之间的电容可用于确定在第一阈值和第二阈值之间的所施加的力。感测结构的这一组合可提供比使用单个传感器可实现的更大范围值的力感测。
[0215]应当理解，本文所述实施方案可测量力的变化，从而向相关联的电子设备提供对应于两个电容结构或阵列之间的距离变化或小于2微米的非二元的或基本上连续的输入。因此，尽管电容结构或阵列中的一者或两者可相对于彼此移动，但该运动是与设备交互的人觉察不到的。作为一个非限制性示例，以纳米度量的距离变化可对应于施加于表面上的约一克的力。
[0216]虽然参照各种实施方案描述了本公开，但应当理解，这些实施方案为示例性的，并且本发明的范围并不限于这些实施方案。许多变型、修改、添加和改进是可能的。更一般地，已在特定实施方案的上下文中描述了根据本公开的实施方案。在本公开的各种实施方案中可以不同方式在过程中将功能分开或组合在一起，或以不同术语进行描述。这些和其他变型、修改、添加和改进可落在以下权利要求所限定的本公开的范围内。
【主权项】
1.一种电子设备，包括: 覆盖件； 显示器，所述显示器被定位在所述覆盖件下方； 力感测结构，所述力感测结构被设置在所述显示器下方，其中所述力感测结构包括: 上部电容板； 下部电容板，所述下部电容板被设置在所述上部电容板下方;和 可压缩元件，所述可压缩元件被设置在所述上部电容板和所述下部电容板之间;和 板，所述板被附连到所述力感测结构并支撑所述力感测结构。2.根据权利要求1所述的电子设备，还包括: 感测电路，所述感测电路操作性地耦接到所述力感测结构，其中所述感测电路被配置为基于所述上部电容板和所述下部电容板之间的电容变化来估计所述覆盖件上的触摸的力。3.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述力感测结构通过包括气隙的顺应性层而与所述显示器分开。4.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述力感测结构通过由可压缩泡沫组成的顺应性层而与所述显示器分开。5.根据权利要求1所述的电子设备，其中所述力感测结构通过由顺应性柱阵列和光学透明流体组成的顺应性层而与所述显示器分开。6.根据权利要求1所述的电子设备，还包括: 外壳，所述外壳具有围绕所述覆盖件的边框； 衬垫，所述衬垫被设置在所述覆盖件和所述边框之间的间隙中；和 疏油性涂层，所述疏油性涂层被设置在所述间隙的至少一部分上方。7.—种电子设备，包括: 夕卜壳； 覆盖件，所述覆盖件被设置在所述外壳的开口内； 应变敏感衬垫，所述应变敏感衬垫沿所述覆盖件的周边被设置在所述覆盖件和所述外壳之间；和 力感测结构，所述力感测结构被设置在所述覆盖件下方。8.根据权利要求7所述的电子设备，还包括相对于所述外壳固定并支撑所述力感测结构的板。9.根据权利要求7所述的电子设备，其中所述应变敏感衬垫包括: 衬垫上部电容板； 衬垫下部电容板;和 衬垫可压缩元件，所述衬垫可压缩元件被设置在所述衬垫上部电容板和所述衬垫下部电容板之间。10.根据权利要求7所述的电子设备，还包括: 显示器，所述显示器被设置在所述覆盖件和所述力感测结构之间；和 包括气隙的可压缩层，所述可压缩层位于所述显示器和所述力感测结构之间。11.根据权利要求10所述的电子设备，其中: 所述可压缩层的所述气隙被配置为响应于触摸的力超过第一阈值而至少部分地塌缩；并且 所述第一阈值小于第二阈值，所述第二阈值对应于可由所述应变敏感衬垫检测到的最大力。12.根据权利要求7所述的电子设备，还包括: 显示器，所述显示器被设置在所述覆盖件和所述力感测结构之间；和可压缩层，所述可压缩层位于所述显示器和所述力感测结构之间，其中所述可压缩层被配置为响应于触摸的力超过第一阈值而至少部分地塌缩;并且所述第一阈值小于第二阈值，所述第二阈值对应于可由所述应变敏感衬垫检测到的最大力。13.根据权利要求7所述的电子设备，其中所述力感测结构包括: 上部电容板； 下部电容板;和 可压缩元件，所述可压缩元件被设置在所述上部电容板和所述下部电容板之间。14.根据权利要求7所述的电子设备，其中所述力感测结构包括应变仪。15.—种电子设备，包括: 覆盖件； 电容感测层，所述电容感测层被定位在所述覆盖件下方； 可压缩层，所述可压缩层位于所述电容感测层下方;和 力感测结构，所述力感测结构被设置在所述可压缩层下方，其中所述力感测结构包括: 上部电容板； 可压缩元件，所述可压缩元件被设置在所述上部电容板的一侧上;和下部电容板，所述下部电容板被设置在所述可压缩元件的与所述上部电容板相对的一侧上。16.根据权利要求15所述的电子设备，还包括: 被定位在所述力感测结构下方并支撑所述力感测结构的板。17.根据权利要求15所述的电子设备，其中所述可压缩层包括气隙。18.根据权利要求15所述的电子设备，还包括: 被定位在所述覆盖件下方的显示器;和 被定位在所述显示器下方的背光源，其中所述电容感测层被设置在所述显示器和所述背光源之间。19.根据权利要求15所述的电子设备，还包括: 感测电路，所述感测电路操作性地耦接到所述电容感测层和所述力感测结构，其中所述感测电路被配置为基于所述电容感测层和所述力感测结构的所述上部电容板之间的互电容的变化来估计所述覆盖件上的触摸的力。20.根据权利要求19所述的电子设备，其中所述感测电路被配置为: 获取所述力感测结构的所述上部电容板和所述下部电容板之间的第一电容； 获取所述上部电容板和所述电容感测层之间的第二电容;并且 使用所述第一电容和所述第二电容来生成对所述覆盖件上的触摸的力的估计。
【文档编号】G06F3/041GK106068490SQ201580007899
【公开日】2016年11月2日
【申请日】2015年2月11日 公开号201580007899.2, CN 106068490 A, CN 106068490A, CN 201580007899, CN-A-106068490, CN106068490 A, CN106068490A, CN201580007899, CN201580007899.2, PCT/2015/15451, PCT/US/15/015451, PCT/US/15/15451, PCT/US/2015/015451, PCT/US/2015/15451, PCT/US15/015451, PCT/US15/15451, PCT/US15015451, PCT/US1515451, PCT/US2015/015451, PCT/US2015/15451, PCT/US2015015451, PCT/US201515451
【发明人】S·费利兹, M·P·格伦特哈纳, J·S·史密斯, C·T·奥加塔, C·M·萨尔, S·J·乔伊, C·J·布特勒, S·J·马蒂萨斯卡斯
【申请人】苹果公司