专利名称：具有可压缩电极的力传感器的制作方法
技术领域：
本发明大体来说涉及一种传感器，且更具体来说涉及一种具有可压缩电极的力传 感器。
背景技术：
触摸屏中的力传感器通常已利用两个刚性电极之间的可压缩层。在触摸所述屏中 所产生的力致使可压缩层压缩，从而减小两个刚性电极之间的距离。距离的减小导致两个 刚性电极之间的电容的增加，所述增加是电感测的且表示施加到所述屏的力。
发明内容
在一个方面中，提供一种传感器。所述传感器包括第一电极及第二可压缩电极。所 述传感器进一步包括电介质层，其将所述第一电极与所述第二电极分离，其中所述第二电 极响应于力而压缩，从而增加所述第一电极与所述第二电极之间的电容。在另一方面中，提供一种系统。所述系统包括发射电极；驱动器电路，其耦合到 所述发射电极；接收电极；电容测量电路，其耦合到所述接收电极；及电介质层，其将所述 发射电极与所述接收电极分离，其中所述电极中的至少一者响应于力而压缩，从而增加所 述发射电极与所述接收电极之间的电容。在又一方面中，提供一种方法。所述方法包括在前面板与衬底之间形成第一电极。 此外，所述方法包括在所述衬底与支撑物之间形成与所述第一电极呈电容关系的第二电 极，其中所述第一电极及所述第二电极中的至少一者可压缩，使得所述第一电极与所述第 二电极之间的电容响应于接近所述第一电极及所述第二电极施加到所述前面板的力而增 加。
图1是根据实例性实施例具有可压缩电极的力传感器的横截面框图。图2是根据实例性实施例图1的力传感器在压力下的横截面框图。图3是根据实例性实施例将备用驱动线用于触摸屏的力传感器布局的横截面框 图。图4是根据实例性实施例并入有一个或一个以上力传感器的触摸屏装置的俯视 图框图。
具体实施例方式在以下说明中，参照形成本文一部分且其中以图解说明的方式显示可实践的具体 实施例的附图。充分详细地描述这些实施例以使所属领域的技术人员能够实践本发明，且 应了解可利用其它实施例，且可在不背离本发明的范围的情况下做出结构、逻辑和电改变。 因此，不应以限制意义考虑以下对实例性实施例的详细说明，且本发明的范围由所附权利要求书来界定。图1中大体以100显示力检测器。在一个实施例中，力检测器100可位于触摸面 板的前面板110的上部表面上。第一电极115可位于前面板110下方，且在各种实施例中 可以是发射电极或直接电流平面结构。在一个实施例中，第一电极115可耦合或固定到衬 底120。第二电极130可位于衬底120与支撑部件140之间。在一个实施例中，第二电极130是可压缩的，使得当在第二电极130上面且接近于 其而向前面板110施加力时，所述第二电极压缩，如在其中编号与图1 一致的图2中的230 处所见。第二电极130的压缩实质上将其平坦化，从而增加第二电极130与第一电极115 之间的相对表面积。此导致所述两个电极之间的电容的增加，因为电容是相对板或电极的 面积及其之间的距离的函数。通过如在230处所见的那样压缩第二电极130，随着第二电极 130的更多部分朝向衬底120移动，相对电极的面积增加，且平均距离减小。在一个实施例 中，第二电极130可形成为具有呈锥形以靠近于所述第一电极而变得更窄的横截面的可压 缩元件。在一个实施例中，第二电极130由响应于力而压缩且在移除所述力时回弹到其原 始形状的弹性材料形成。因此，其提供相对于所述第一电极的变化的面积，从而对应于电容 的可测量改变。在一个实施例中，第二电极呈管或圆柱体的形状，其提供足够弹性以在从前 面板110移除力时返回到其原始形状。在进一步的实施例中，可在第二电极周围散置适合 弹簧以提供使所述电极返回到其初始形状的力。所述电极可以保持方式附接到衬底120及 支撑部件140以促进其返回到初始形状。在一个实施例中，第二电极130以薄导电垫圈型材料形成为直径为大概1到2mm 的管的形状。所述管可由碳浸渍的可压缩材料或者金属加载的或涂覆的氯丁橡胶或其它软 性可压缩材料形成。类似材料通常用于EMC屏蔽。在所述管压缩时，其表面积及到第一电 极115的接近性改变，从而允许进行与所施加的力成比例的电容测量。在一个实施例中，由于第一电极115向上面向触摸/按压物件且由于第一电极115 本身并非触敏的，因此所述触摸/按压物件所施加的压力是力传感器所检测到的力，而非 所述触摸/按压物件到电容传感器的接近性。第一电极115有效地用于屏蔽下部可压缩电 极130免受所述触摸物件的接近性所导致的电容改变的影响。此具有以下优点不必进一 步屏蔽力传感器免受触摸效应的影响或将其放置成更远离机械布置中的触摸。此允许机械 设计的更大灵活性且可允许与现有解决方案相比更薄的总体组合件。其还允许将第一电极 115制作为触摸传感器的对其上部区域上别处的触摸敏感的一部分。举例来说，以此方式， 可制作XY触摸传感器且在所述传感器的另一区域上形成力传感器的第一电极。此可使用 与用于形成触摸传感器本身的材料相同或不同的材料来完成。第一电极115可用作发射电 极，且那么第二电极130将用作接收电极。表面积的增加是由于如在230处所见的电极的压缩导致电极130的横向扩张所 致。随着所述电极横向扩张，所述电极的更多部分接触衬底120。电极130的横向扩张部分 变得更接近于第一电极115，因此增加总体电容。在进一步的实施例中，可切换第一电极与第二电极的位置。在进一步的实施例中， 可包含进一步的层。图3是根据实例性实施例将备用驱动线用于触摸屏的力传感器布局300的示意性框图。在布局300中，以310图解说明数个接收线，且将其标示为1、^2、^4、\及\。 所述接收线中的许多接收线可耦合到大体由虚线315指示的XY传感器。备用接收线Y6可 耦合到可压缩电极325。电容感测电路330可用于XY传感器315及可压缩电极325两者， 或者单独的感测电路可用于可压缩电极325，因为电容改变可或可不与所述XY传感器的电 容改变一致。在一个实施例中，电路330也用作用于经由以335指示的驱动线驱动第一电 极115的驱动器电路。对于自电容实施例，第一电极115可以是处于固定DC电位的导电平面，且第二可 压缩电极130可耦合到自电容感测电路，例如电路330。图4是根据实例性实施例并入有一个或一个以上力传感器的触摸屏装置400的俯 视图框图。在一个实施例中，可压缩电极415可安置于触摸屏装置400的外围周围，且除了 用作力传感器以外，其还可提供密封功能以防止水分进入触摸屏装置400。进一步的可压缩 电极420、422及424可安置于触摸屏装置400周围所期望的一个或一个以上位置中。在各 种实施例中，也可包含由虚线430指示的XY触摸屏。在一个实施例中，XY触摸屏包括发射 电极及接收电极。在进一步的实施例中，可压缩电极力传感器可与触摸屏上的其它组件集 成在一起，且可利用类似或备用电容感测通道。
权利要求
1.一种传感器，其包括第一电极；第二可压缩电极；电介质层，其将所述第一电极与所述第二电极分离，其中所述第二电极响应于力而压 缩，从而增加所述第一电极与所述第二电极之间的电容。
2.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第二电极形成为可压缩管或圆柱体。
3.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第二电极形成为具有呈锥形以靠近于所述 第一电极而变得更窄的横截面的可压缩元件。
4.根据权利要求3所述的传感器，其中所述可压缩管或圆柱体由碳浸渍的可压缩材料 形成。
5.根据权利要求3所述的传感器，其中所述可压缩管或圆柱体由金属加载的或金属涂 覆的可压缩材料形成。
6.根据权利要求5所述的传感器，其中所述可压缩材料为氯丁橡胶。
7.根据权利要求1所述的传感器，且其进一步包括前面板，其与所述电介质层相对地安置于所述第一电极上方；及支撑层，其与所述电介质层相对地安置于所述第二电极下方。
8.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第二电极响应于力而压缩，使得其相对于 所述第一电极在表面积上增加且所述第二电极的若干部分移动而更靠近于所述第一电极。
9.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一电极为耦合到DC电位的导电平面。
10.根据权利要求9所述的传感器，且其进一步包括耦合到所述第二电极的自电容感 测电路。
11.根据权利要求1所述的传感器，其中所述第一电极为用于耦合到驱动器电路的发 射电极，且所述第二电极为用于耦合到电容测量电路的接收电极。
12.—种系统，其包括发射电极；驱动器电路，其耦合到所述发射电极；接收电极；电容测量电路，其耦合到所述接收电极；及电介质层，其将所述发射电极与所述接收电极分离，其中所述电极中的至少一者响应 于力而压缩，从而增加所述发射电极与所述接收电极之间的电容。
13.根据权利要求12所述的系统，其中所述发射电极及接收电极中的至少一者形成为 可压缩管或圆柱体。
14.根据权利要求13所述的系统，其中所述可压缩管或圆柱体由碳形成。
15.根据权利要求13所述的系统，其中所述可压缩管或圆柱体由金属加载的或金属涂 覆的可压缩材料形成。
16.根据权利要求12所述的系统，且其进一步包括前面板，其与所述电介质层相对地安置于所述发射电极上方；及支撑层，其与所述电介质层相对地安置于所述接收电极下方。
17.根据权利要求12所述的系统，其中所述接收电极响应于力而压缩，使得其相对于所述发射电极在表面积上增加且所述接收电极的若干部分移动而更靠近于所述发射电极。
18.一种方法，其包括在前面板与衬底之间形成第一电极；在所述衬底与支撑物之间形成与所述第一电极呈电容关系的第二电极，其中所述第一 电极及所述第二电极中的至少一者可压缩，使得所述第一电极与所述第二电极之间的电容 响应于接近所述第一电极及所述第二电极施加到所述前面板的力而增加。
19.根据权利要求18所述的方法，其中将所述第二电极形成为可压缩管。
20.根据权利要求18所述的方法，且其进一步包括 提供与电介质层相对地安置于所述第一电极上方的前面板；及 提供与所述电介质层相对地安置于所述第二电极下方的支撑层。
21.根据权利要求18所述的方法，其中形成所述第二电极，使得其响应于力而压缩，且 相对于所述第一电极在表面积上增加且所述第二电极的若干部分移动而更靠近于所述第 一电极。
全文摘要
一种传感器包含第一电极及第二可压缩电极。电介质层将所述第一电极与所述第二电极分离。所述第一电极及所述第二电极中的至少一者响应于力而压缩，从而增加所述第一电极与所述第二电极之间的电容。
文档编号G06F3/041GK101995992SQ20101024606
公开日2011年3月30日 申请日期2010年8月3日 优先权日2009年8月3日
发明者彼得·斯利曼 申请人:爱特梅尔公司