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TWI656469B - 具有力感測器回應正規化之觸控感測器、以及相關方法及設備 - Google Patents

具有力感測器回應正規化之觸控感測器、以及相關方法及設備 Download PDF

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TWI656469B
TWI656469B TW107107086A TW107107086A TWI656469B TW I656469 B TWI656469 B TW I656469B TW 107107086 A TW107107086 A TW 107107086A TW 107107086 A TW107107086 A TW 107107086A TW I656469 B TWI656469 B TW I656469B
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卡爾 卡利
保羅 克雷曼斯
卡爾 亞特里爾
湯瑪斯 M. 貝爾
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美商愛特梅爾公司
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Abstract

在一實施例中，一種觸控螢幕裝置包括一控制器、一力感測層、一軟墊層、及一參考層。該控制器包括一處理器以判定介於該力感測層與該參考層之間之一距離。該軟墊層在該力感測層與該參考層之間。該軟墊層可包括在不具有製成該軟墊層之材料的所選擇部位處之複數個孔。該參考層可包括在所選擇部位之複數個凸起區。

Description

具有力感測器回應正規化之觸控感測器、以及相關方法及設備 【相關申請案之交互參照】
本申請案依據35 U.S.C.§119(e)主張2018年2月28日申請之美國專利申請案第15/908,182號之優先權(待審)，該案主張2017年3月3日申請之美國臨時專利申請案第62/466,785號之優先權，其揭露內容以全文引用方式併入本文中。
本揭露大致上係關於觸控感測器，且具體而言係關於一種展現經正規化力感測器回應之觸控感測器、及相關方法及設備。
一觸碰位置感測器(或觸控感測器)可用以偵測在例如疊置在一顯示器螢幕上的該觸控感測器之一觸敏區內的一物體之存在及部位或一物體(諸如一使用者的手指或一觸控筆)之近接處。在一觸敏顯示器應用中，該觸碰位置感測器可使一使用者能夠直接與顯示在該螢幕上的內容互動，而非間接使用一滑鼠或觸控板進行互動。一觸控感測器可附接至一更複雜設備或經提供作為一更複雜設備之一部分，例如，諸如一桌上型電腦、膝上型電腦、平板電腦、個人數位助 理(PDA)、智慧型手機、衛星導航裝置、可攜式媒體播放器、可攜式遊戲機、資訊站電腦、銷售點裝置、或其他適合的裝置。在一家用電器或其他電器上之一控制面板可包括一觸控感測器。
有數種不同類型之觸碰位置感測器，諸如(例如)電阻式觸控螢幕、表面聲波觸控螢幕、及電容式觸控螢幕。在本文中，在適當時，對一觸控感測器之參考可涵蓋一觸控螢幕，且反之亦然。當一物體觸碰或來到一電容式觸控螢幕之表面之近接處內時，一電容變化可發生於該觸控螢幕內在該觸碰之部位或近接處。一控制器可處理該電容變化以判定在該觸控螢幕上之其位置。
在一實施例中，一種觸控螢幕裝置包含一控制器及一軟墊層，該控制器包含一處理器，該處理器經組態以回應於一起始電壓而偵測介於一力感測層之部位與一參考層之對應部位之間之一電容，該參考層與該力感測層相隔開，該軟墊層在該力感測層與該參考層之間，該軟墊層包含一發泡體材料，該發泡體材料經組態以在經施加力下壓縮且當釋放該所施加力時擴展朝向一原始厚度。
在另一實施例中，一種設備包含一力感測層、一參考層、電極部位、及一軟墊層，該參考層與該力感測層相隔開且對齊，該等電極部位在該力感測層與該參考層之間之一區內，該軟墊層在該力感測層與該參考層之間。該參考層及該軟墊層之至少一者經組態以當一電壓施加在該等電極部位處時，回應於一給定施加虛力或物理力(virtual or physical force)而實質上正規化在該區內之電極部位的電容。
在一進一步實施例中，一種觸控螢幕裝置包含一控制器及一軟墊層，該控制器包含一處理器，該處理器經組態以回應於一起始電壓而偵測介於一力感測層之部位與一參考層之對應部位之間之一電容，該參考層與該力感測層相隔開，該軟墊層在該力感測層與該參考層之間，其中該參考層包含一外周緣區域及一中心區域，其中該參考層包含離散側向相隔凸起區，且其中該等凸起區之各者具有一高度，並且接近該軟墊層之該外周緣區域的凸起區之一密度及凸起區之該高度之一或多者不同於接近該軟墊層之該中心區域。
在一進一步實施例中，一種操作一觸控螢幕總成之方法包含：施加一力至一觸控螢幕上之不同部位，及實質上線性化對在該等不同部位之該所施加力的一電容式回應。
102‧‧‧觸控感測器
104‧‧‧軌
106‧‧‧連接墊
108、108a~108c‧‧‧連接件
110‧‧‧(觸控感測器)控制器
200‧‧‧裝置
202‧‧‧蓋層
204‧‧‧顯示器
206‧‧‧力感測層
208、308‧‧‧軟墊層
210‧‧‧參考層
212‧‧‧電源供應器
302、402‧‧‧外周緣區域
304、404‧‧‧中心區域
306‧‧‧孔
406‧‧‧壓凹痕
600、700‧‧‧方法
602~608、702~706‧‧‧動作
為了更徹底瞭解本揭露及其優點，結合附圖參考下文描述，圖中：圖1繪示根據本揭露某些實施例之具有一控制器之一觸控感測器；圖2繪示根據本揭露某些實施例之具有觸碰感測能力之一裝置；圖3A及圖3B繪示根據本揭露某些實施例之具有觸碰感測能力之一裝置之一軟墊層；圖4繪示根據本揭露某些實施例之具有觸碰感測能力之一裝置之一參考層；圖5繪示根據本揭露某些實施例之具有觸碰感測能力之一裝置之一組件堆疊； 圖6繪示根據本揭露某些實施例之一種用於建立一軟墊層之方法；及圖7繪示根據本揭露某些實施例之一種用於建立一參考層之方法；圖8展示根據本揭露某些實施例之一軟墊層208；及圖9展示根據本揭露某些實施例之一參考層210。
在一實施例中，一種觸控螢幕裝置包括一控制器、一力感測層、一軟墊層、及一參考層。該控制器包括一處理器，該處理器經程式化以判定介於該力感測層與該參考層之間之一電容，該電容值指示介於在該力感測層與該參考層上之對應部位之間的一距離。該軟墊層定位於該力感測層與該參考層之間。該軟墊層可包括一發泡體材料，該發泡體材料當經擠壓時壓縮，且當釋放時恢復接近其原始厚度。在一些實施例中，該軟墊層恢復至其原始厚度之至少80%。該軟墊層可包括數個孔，該等孔不具有製成該軟墊層之材料。該參考層可包括數個凸起區。
本揭露呈現數個技術優點。在一實施例中，介於一力感測層與一參考層之間之該距離係橫跨一觸碰感測裝置均勻或實質上均勻。在一實施例中，由一參考層所接收之一電容量係橫跨一裝置之一觸控感測器之長度及寬度均勻或實質上均勻。
圖1繪示根據本揭露某些實施例之具有一控制器110之一實例觸控感測器102。可組合使用觸控感測器102及觸控感測器控制器110以偵測在觸控感測器102之一觸敏區內的一觸碰之存在及部位、或一物體之近接處。在本文中，在適當時，對一觸控感測器之參考可涵蓋該觸控感測器及其觸控感測器控制器兩者。相似地，在適當時，對一觸控感測器控制器之參考可涵蓋該觸控感測器控制器及其觸控感測器兩者。在適當時，觸控感測器102可包括一或多個觸敏區。觸控感測器102可包括驅動電極及感測電極之一陣列(或單一類型之電極之一陣列)經設置在一或多個基材上，該一或多個基材可由一介電材料製成。在本文中，在適當時，對一觸控感測器之參考可涵蓋該觸控感測器之該等電極及該觸控感測器之該等電極設置於其上之該(等)基材兩者。替代地，在適當時，對一觸控感測器之參考可涵蓋該觸控感測器之電極，而不涵蓋該觸控感測器之電極設置於其上之該(等)基材。
一電極(無論一驅動電極或一感測電極)可包含形成一形狀之一導電材料區，例如，該形狀諸如一圓盤狀、方形、矩形、其他適合的形狀、或其等之適合組合。在導電材料之一或多個層中的一或多個切削可(至少部分)建立一電極之形狀，及該形狀之區可(至少部分)藉由該等切削而定界。在特定實施例中，一電極之導電材料可佔其形狀之區之近似100%。作為一實例，在適當時，一電極可係由氧化銦錫(ITO)製成，且該電極之該ITO可佔其形狀之區的近似100%。在特定實施例中，一電極之該導電材料可實質上佔其形狀之區之小於100%。作為一實例，一電極可係由金屬或其他導電材料(例如，諸如銅、銀、或基於銅或基於銀之材料)之細線製成，且導電材料之該等細線可實質上依規劃、網孔、或其他適合的圖案而佔其形狀 之區之小於100%。雖然本揭露描述或繪示由形成特定形狀之特定導電材料與具有特定圖案之特定填充物所製成的特定電極，然而本揭露預想由形成任何適合形狀之任何適合導電材料與具有任何適合圖案之任何適合填充物製成的任何適合電極。在適當時，一觸控感測器之該等電極(或其他元件)之形狀可全部或部分構成該觸控感測器之一或多個巨集特徵(macro-features)。該等形狀之實施方案之一或多個特性(例如，諸如該等形狀內的該等導電材料、填充物、或圖案)可全部或部分構成該觸控感測器之一或多個微特徵(micro-features)。一觸控感測器之一或多個巨集特徵可判定其功能性之一或多個特性，及該觸控感測器之一或多個微特徵可判定該觸控感測器之一或多個光學特徵，諸如透射率、折射、或反射。
觸控感測器102之基材之一或多個部分可包含聚苯二甲酸乙二酯(PET)或另一適合的材料。本揭露預想具有由任何適合材料製成的任何適合部分的任何適合基材。在特定實施例中，在觸控感測器10中之驅動電極或感測電極可包含ITO或由ITO組成。在特定實施例中，在觸控感測器10中之驅動電極或感測電極可包含金屬或其他導電材料之細線。作為一實例，該導電材料之一或多個部分可係銅或基於銅，且具有近似5微米(μm)或更低之一厚度及近似10μm或更低之一寬度。舉另一實例而言，該導電材料之一或多個部分可係銀或基於銀，且相似地具有近似5μm或更低之一厚度及近似10μm或更低之一寬度。本揭露預想由任何適合材料製成的任何適合電極。
觸控感測器102可經組態以實作電容形式之觸碰感測。在一交互電容實施方案中，觸控感測器102可包括形成電容式節點之一陣列的驅動電極及感測電極之一陣列。一驅動電極及一感測電極可形成一電容式節點。形成該電容式節點的驅動電極及感測電極可彼此接近，但不電氣接觸彼此。替代地，驅動電極及感測電極可橫跨其等之間之空間而彼此電容耦合。(由觸控感測器控制器110)施加至該驅動電極之一脈衝電壓或交流電壓可在該感測電極上誘導一電荷，且所誘導之電荷量可易受外部影響(諸如一物體之一觸碰或近接處)。當一物體觸碰或來到該電容式節點之近接處內時，電容變化可發生在該電容式節點處，且觸控感測器控制器110可測量該電容變化。藉由測量於陣列各處之電容變化，觸控感測器控制器110可判定在觸控感測器102之該(等)觸敏區內的觸碰位置或近接處。
在一自電容實施方案中，觸控感測器102可包括可各形成一電容式節點的單一類型之電極之一陣列。當一物體觸碰或來到該電容式節點之近接處內時，自電容變化可發生在該電容式節點處，且觸控感測器控制器110可測量該電容變化，例如，如使該電容式節點處之電壓上升達一預定量所需的該電荷量之一變化。如同一交互電容實施方案，藉由測量於陣列各處之電容變化，觸控感測器控制器110可判定在觸控感測器102之該(等)觸敏區內的觸碰位置或近接處。在適當時，本揭露預想電容式觸碰感測的任何適合形式。
因此，可起始一電容變化的一觸碰之一位置可特徵化為一物理力之施加，然而可起始一電容變化的一物體(諸如一手指或一觸控筆)之近接處可特徵化為一虛力之施加。
在特定實施例中，一或多個驅動電極可一起形成水平或垂直或依任何適合定向延行的一驅動線。相似地，一或多個感測電極可一起形成水平或垂直或依任何適合定向延行的一感測線。在特定實施例中，驅動線可實質上垂直於感測線延行。在本文中，在適當時，對一驅動線之參考可涵蓋製成該驅動線之一或多個驅動電極，且反之亦然。相似地，在適當時，對一感測線之參考可涵蓋製成該感測線之一或多個感測電極，且反之亦然。
觸控感測器102可具有依一圖案設置在單一基材之一側上的驅動電極及感測電極。在此一組態中，橫跨一對驅動電極及感測電極之間之一空間彼此電容耦合的該對驅動電極及感測電極可形成一電容式節點。對於一自電容實施方案，僅單一類型之電極可依一圖案設置在單一基材上。除了具有依一圖案設置在單一基材之一側上的驅動電極及感測電極外或作為具有依一圖案設置在單一基材之一側上的驅動電極及感測電極的替代例，觸控感測器102亦可具有依一圖案設置在一基材之一側上的驅動電極及依一圖案設置在該基材之另一側上的感測電極。此外，觸控感測器102可具有依一圖案設置在一基材之一側上的驅動電極及依一圖案設置在另一基材之一側上的感測電極。在此組態中，一驅動電極與一感測電極之一相交處可形成一電容式節點。此一相交處可係其中該驅動電極及該感測電極「交叉」或在其等 各別平面中彼此最接近的一部位。該驅動電極及該感測電極不電氣接觸彼此，而是該等電極在該相交處處橫跨一介電質彼此電容耦合。雖然本揭露描述形成特定節點的特定電極之特定組態，然而本揭露預想形成任何適合節點的任何適合電極之任何適合組態。另外，本揭露預想依任何適合圖案設置在任何適合數目之任何適合基材上的任何適合電極。
如上文所述，在觸控感測器102之一電容式節點處的一電容變化可指示在該電容式節點之該位置處的一觸碰或近接輸入。觸控感測器控制器110可偵測及處理該電容變化以判定該觸碰之存在及部位或近接輸入。接著，觸控感測器控制器110可傳達關於該觸碰或近接輸入之資訊至一裝置之一或多個其他組件(此一或多個中央處理單元(CPU)或數位信號處理器(DSP))，該裝置包括觸控感測器102及觸控感測器控制器110，其可藉由起始與其相關聯的該裝置(或在該裝置上執行的一應用程式)之一功能而回應於該觸碰或近接輸入。雖然本揭露描述具有關於一特定裝置及一特定觸控感測器之特定功能性的一特定觸控感測器控制器，然而本揭露預想具有關於任何適合裝置及任何適合觸控感測器之任何適合功能性的任何適合觸控感測器控制器。
觸控感測器控制器110可包括一或多個積體電路(IC)，例如，諸如一般用途微處理器、微控制器、可程式化邏輯裝置或陣列、特殊應用IC(ASIC)。在特定實施例中，觸控感測器控制器110包含類比電路系統、數位邏輯、及數位非揮發性記憶體。在特定實施例中， 觸控感測器控制器110經設置在接合至觸控感測器102之基材的一可撓性印刷電路(FPC)上，如下文所述。該FPC可係主動式或被動式。在特定實施例中，多個觸控感測器控制器110經設置在該FPC上。觸控感測器控制器110可包括一處理器單元、一驅動單元、一感測單元、及一儲存單元。該驅動單元可操作以供應驅動信號至觸控感測器102之該等驅動電極。該感測單元可操作以感測在觸控感測器102之電容式節點處的電荷，及提供表示在該等電容式節點處之電容的測量信號至該處理器單元。該處理器單元可操作以控制藉由該驅動單元至該驅動電極之驅動信號的供應，及處理來自該感測單元之測量信號，以偵測及處理在觸控感測器102之該(等)觸敏區內的一觸碰之存在及部位或近接輸入。該處理器單元亦可操作以追蹤在觸控感測器102之該(等)觸敏區內的在一觸碰之位置或近接輸入的變化。在適當時，該儲存單元可操作以儲存用於由該處理器單元執行之程式化，其包括用於控制該驅動單元以供應驅動信號至該等驅動電極之程式化、用於處理來自該感測單元之測量信號之程式化、及其他適合的程式化。雖然本揭露描述具有使用特定組件之一特定實施方案的一特定觸控感測器控制器，然而本揭露預想具有使用任何適合組件之任何適合實施方案的任何適合觸控感測器控制器。
設置在觸控感測器102之基材上的導電材料之軌104可將觸控感測器102之驅動電極或感測電極操作上(即，實體且電氣)耦合至連接墊106，該等連接墊亦設置在觸控感測器102之基材上。如下文所述，連接墊106促進軌104至觸控感測器控制器110之耦合。 軌104可延伸至觸控感測器102之該(等)觸敏區內部，或延伸圍繞在該觸控感測器之該(等)觸敏區(之邊緣，例如)。特定軌104可提供用於將觸控感測器控制器110耦合至觸控感測器102之驅動電極的驅動連接件，觸控感測器控制器110之該驅動單元可透過該等驅動連接件來供應驅動信號至該等驅動電極。其他軌104可提供用於將觸控感測器控制器110耦合至觸控感測器102之感測電極的感測連接件，觸控感測器控制器110之該感測單元可透過該等感測連接件來感測在觸控感測器102之該等電容式節點的電荷。軌104可係由金屬或其他導電材料之細線製成。作為一實例，軌104之導電材料可係銅或基於銅，且具有近似100μm或更低之一寬度。舉另一實例而言，軌104之導電材料可係銀或基於銀，且具有近似100μm或更低之一寬度。在特定實施例中，除了金屬或其他導電材料之細線外或作為金屬或其他導電材料之細線的替代例，軌104可全部或部分包含ITO或由ITO組成。雖然本揭露描述由具有特定寬度之特定材料製成的特定軌，然而本揭露預想由具有任何適合寬度之任何適合材料製成的任何適合軌。除了軌104外，觸控感測器102可包括一或多個接地線，該一或多個接地線終止在觸控感測器102之基材之一邊緣(相似於軌104)處的一接地連接器(其可係一連接墊106)。
連接墊106可沿該基材之一或多個邊緣經定位在觸控感測器102之該(等)觸敏區外。如上文所述，觸控感測器控制器110可在一FPC上。連接墊106可係由與軌104相同之材料製成，且可使用一各向異性導電膜(ACF)接合至該FPC。連接件108可包括在該 FPC上之導電線，該等導電線將觸控感測器控制器110耦合至連接墊106，繼而將觸控感測器控制器110耦合至軌104且耦合至觸控感測器102之驅動電極或感測電極。在另一實施例中，連接墊106可連接至一電機連接器(諸如一零插入力電線對基板連接器(zero insertion force wire-to-board connector))；在此實施例中，連接件108可不需要包括一FPC。本揭露預想於觸控感測器控制器110與觸控感測器102之間使用任何適合的連接件108。
圖2繪示根據本揭露某些實施例之具有觸碰感測能力之一實例裝置200。具體而言，圖2繪示根據本揭露某些實施例之裝置200之一機械堆疊。裝置200可係任何適合類型的電子裝置。例如，裝置200可係一電腦、一膝上型電腦、一無線或行動電話、一電子筆記型電腦、一個人數位助理、一平板電腦、觸控板或包括觸碰感測能力之任何其他裝置，例如，諸如在一家用電器、住家系統控制面板、保全系統面板、機械工具或其他製造或工業設備、或車輛上的一顯示器。在所繪示之實施例中，裝置200包括蓋層202、觸控感測器102、顯示器204、力感測層206、軟墊層208、參考層210(其在一些實施例可特徵化為一接地層)、控制器110、及電源供應器212。
裝置200之組件之一機械堆疊可含有基材(或多個基材)及形成觸控感測器102之驅動電極或感測電極的導電材料。作為一實例，該機械堆疊可包括在蓋層202下方的第一層光學清透黏著劑(OCA)。蓋層202可全部或部分透明，且由適合重複觸碰之一彈性材料製成，例如，諸如玻璃、聚碳酸酯、或聚(甲基丙烯酸甲酯) (PMMA)。本揭露預想由任何適合材料製成的任何適合蓋層202。該第一層OCA可設置於蓋層202與具有形成驅動電極或感測電極之導電材料之基材之間。該機械堆疊亦可包括第二層OCA及一介電層(其可係由PET或另一適合的材料製成，相似於具有形成驅動電極或感測電極之導電材料的該基材)。作為替代例，在適當時，可施加介電材料之一薄塗層，而非該第二層OCA及該介電層。該第二層OCA可經設置於具有製成驅動電極或感測電極之導電材料的該基材與該介電層之間，及該介電層可經設置於該第二層OCA與至顯示器204之一空氣隙之間。僅作為一實例，蓋層202可具有近似1毫米(mm)之厚度，該第一層OCA可具有近似0.05mm之厚度，具有形成驅動電極或感測電極之導電材料的該基材可具有近似0.05mm之厚度，該第二層OCA可具有近似0.05mm之厚度，及該介電層可具有近似0.05mm之厚度。
顯示器204經組態以大致上顯示影像給一使用者。顯示器204表示用於顯示影像的任何適合組件。例如，顯示器204可包括一發光二極體顯示器(LED)、一電致發光顯示器(ELD)、一電漿顯示面板(PDP)、一液晶顯示器(LCD)、一薄膜電晶體顯示器(TFT)、一有機發光二極體顯示器(OLED)、或任何其他適合類型的顯示器。
力感測層206經組態以大致上促進判定施加至裝置200之表面(諸如覆於裝置200之該觸敏區的一表面)上之一部位的力的量。例如，一使用者可按壓蓋層202(例如，在經調適以接收使用者輸入的蓋層202之一表面上，例如，諸如在圖2中的蓋層202之頂部表面)以施加力至裝置200。施加力至裝置200之蓋層202(例如， 由一使用者用一手指、觸控筆、或其他物體按壓抵靠蓋層202之一表面)大致上造成力感測層206移動朝向參考層210，且自裝置200之蓋層202釋放一力(例如，由一使用者中斷用該手指、觸控筆、或其他物體按壓抵靠蓋層202之一表面)大致上造成力感測層206移動遠離參考層210。一般而言，施加至裝置200之蓋層202之該表面的該力愈大，力感測層206及參考層210愈靠近在一起，此係因為力感測層206在該所施加力下撓曲朝向該參考層。
為了此說明之目的，應理解，可互換地使用對按壓蓋層202及按壓蓋層202之一表面的參考，並且在適當的例項中，可指造成力感測層206接近參考層210的蓋層202之表面之任何按壓。本揭露預想經定向用於偵測施加至裝置200之其他表面的力之量的力感測器。例如，蓋層202可在其邊緣彎曲，使得觸控感測器102及顯示器204(及任何其他適合的層)延伸至裝置200之側表面(例如，右表面、左表面、頂部表面、及/或底部表面)。在此一實例中，本揭露預想在其等各別邊緣相似地彎曲的力感測層206、軟墊層208、及參考層210，使得亦可偵測施加至該等側表面的力之量。
控制器110可經程式化以藉由判定反映(即，對應於)介於力感測層206與參考層210之間之距離的值，來判定施加至在其上一部位之裝置200之表面的力之量。例如，控制器110可促進提供一電壓至力感測層206。力感測層206及參考層210可經電容耦合。例如，力感測層206及參考層210可形成一交互電容實施方案，如關於圖1所描述者。因此，隨著力感測層206及參考層210回應於施加至在其上一部位之蓋層202的力而愈來愈靠近，電容增加。控制器110可用以偵測該電容變化，該電容變化可反映(即，對應於)介於力感測層206與參考層210之間之該距離。本揭露預想使用控制器110及/或任何其他適合的組件，其依任何適合方式偵測介於力感測層206與參考層210之間之該距離及/或一距離變化。為了本揭露之目的，對判定介於力感測層206與參考層210之間之該距離的參考可包括：判定介於力感測層206與參考層210之間之一實際距離，判定對應於介於力感測層206與參考層210之間之一距離的一值(除該實際距離外)(例如，一電容或電容變化)，或可用以反映施加至裝置200之一表面的力之量的任何其他值。
軟墊層208大致上定位於力感測層206與參考層210之間。軟墊層208可用以促進對於如施加至蓋層202的一給定所接收之壓力，使介於力感測層206與參考層210之間之該距離橫跨裝置200之所有或實質上所有表面均勻或實質上均勻。軟墊層208可促進提供對施加至裝置200之表面的壓力之抵抗力。在某些實施例中，軟墊層208可包含一發泡體材料。僅作為一特定實例，軟墊層可由具有使用○○硬度計標度之一硬度計評等為10至80的材料製成。軟墊層208可包含一黏彈性材料。在某些實施例中，軟墊層208可係可壓縮的。例如，當壓力施加至裝置200之蓋層202之一表面時，軟墊層208可自一原始厚度壓縮至一較小厚度。一旦自裝置200之表面移除壓力，軟墊層208可恢復至其原始形式或實質上接近其原始形式。例如，當在蓋層202上壓力經釋放時，軟墊層208可恢復至其原始形式之70%、 80%、或90%。軟墊層208可包括聚合發泡體或任何其他適合的材料。例如，軟墊層208可包括聚胺甲酸酯發泡體、低彈性聚胺甲酸酯發泡體聚氯乙烯發泡體、保麗龍(Styrofoam)、聚醯亞胺發泡體、聚矽氧發泡體、或微細胞發泡體。在一些實施例中，軟墊層208具有範圍自每立方公尺20至100公斤之密度。軟墊層208可具有範圍自30至180牛頓之硬度。例如，軟墊層208可具有100牛頓之硬度。
軟墊層208係關於圖3A及圖3B更詳細地描述。雖然軟墊層208描述為由具有特定特性之特定材料製成，然而本揭露預想由任何適合的材料製成(且具有任何適合的相關聯之特性)的軟墊層208，該適合的材料傾向於吸收一力且當該所施加力經移除時完全(或實質上)恢復至其原始形狀(例如，係彈性的)。另外，與軟墊層208之特性相關之任何特定值僅提供作為非限制性實例。
參考層210大致上包括導電之任何材料，且可係不透明或透明。例如，參考層210可包括銅、銀、鋁、基於銅之材料、或基於銀之材料。在一些實施例中，參考層210係平坦的。在其他實施例中，參考層210包括一或多個壓凹痕。參考層210可包括凸起區，諸如一階梯設計。在一些實施例中，參考層210可朝向其外周緣而逐漸地變成更高。參考層210之實例係關於圖4及圖5更詳細地描述。
在一些實施例中，控制器110經程式化以使用觸控感測器102判定一觸碰是否存在，如前文描述者。在一些實施例中，控制器110可用以判定介於力感測層206與參考層210之間之一距離，如所描述。例如，控制器110可包括一處理器，該處理器用於藉由判定介於力感測層206與參考層210之間的一電容來判定該兩個層之間之一距離。例如，控制器110可造成一電壓被施加至力感測層206且感測來自參考層210之一所得值，該所得值可用以判定例如介於該兩個層206與210之間之一電容或一電容變化。作為另一實例，控制器110可造成一電壓被施加至參考層210且感測來自力感測層206之一所得值，該所得值可用以判定例如該兩個層之間之一電容或一電容變化。雖然本揭露描述用於判定介於力感測層206與參考層210之間之一距離的特定技術，然而本揭露預想根據特定需要依任何適合方式判定介於力感測層206與參考層210之間之一距離。
再次參照圖2，電源供應器212大致上提供電能至裝置200。在一些實施例中，電源供應器212可包括一可充電式電池或不可充電式電池。本揭露預想包括任何適合類型的電池的電源供應器212或其他電源供應器。例如，電源供應器212可包括一鹼性電池、一鉛酸電池、一鋰離子電池、一鎳氫(NiMH)電池、或任何其他適合類型的電池或電源供應器之一或多者。本揭露預想電源供應器212包括一單一電池或任何其他適合數目個電池。在一些實施例中，電源供應器212可接收來自一外部電源之電力。例如，電源供應器212可經組態具有例如一變壓器以促進接收交流電(AC)。電源供應器212可促進接收120伏特AC電源、240伏特AC電源、或任何其他適合類型的電源。在替代例中，可將自在一線電壓插座接收之一120伏特、240伏特或其他AC電源修改成一不同電壓類型、量值及安培數。
雖然本揭露描述具有由特定材料製成且具有特定厚度之特定數目個特定組件層的一特定機械堆疊，然而本揭露預想具有由任何適合材料製成且具有任何適合厚度之任何適合數目個任何適合組件層的任何適合機械堆疊。作為一實例，在特定實施例中，一層黏著劑或介電質可取代上文描述之介電層、第二層OCA、及空氣隙，其中沒有至顯示器之空氣隙。雖然層係依一特定順序繪示，然而裝置200之任何組件可在任何適合位置。
圖3A及圖3B繪示根據本揭露某些實施例之裝置200之一實例軟墊層208。如所繪示，軟墊層208可包括一外周緣區域302、一中心區域304、及一或多個孔304。若不存在軟墊層208(及/或根據本揭露某些實施例之參考層210，如下文所述)，施加一給定力至蓋層202之中心區域造成介於力感測層206與參考層210之間之該距離減小達大於施加相同量之力至蓋層202之外周緣區域的量。在某些實施例中，根據本揭露，於力感測層206與參考層210之間添加軟墊層208而降低或消除這些差異，允許力感測層206及參考層210在一給定壓力而橫跨蓋層202之表面之所有或實質上所有部分在更均勻距離內移動。例如，可添加材料至軟墊層208或自該軟墊層移除材料，以允許力感測層206及參考層210回應於施加至蓋層202的給定壓力而橫跨所有或實質上所有蓋層202在更均勻距離內移動。
外周緣區域302大致上表示接近軟墊層208之外周緣的軟墊層208之一區。外周緣區域302可包括任何適合的區。外周緣區域302可包括軟墊層208之表面區之5至95%。例如，外周緣區域 302可包括軟墊層208之表面區之10%、40%、60%、或90%。中心區域304表示接近軟墊層208之中心的軟墊層208之一區。中心區域304可包括軟墊層208之表面區之5至95%。例如，中心區域可包括軟墊層208之表面區之10%、40%、60%、或90%。雖然繪示為跨展軟墊層208之表面區之100%的外周緣區域302及中心區域304，然而外周緣區域302及中心區域304可跨展小於軟墊層208之整個表面區。在這些實施例中，軟墊層208可包括任何適合數目個區域，例如，可包括定位於外周緣區域302與中心區域304之間之一中間區域。依此一方式，且具體地關於具有相對較大表面區的觸控感測器，所施加力(亦可特徵化為所施加負載)可更均勻地分佈在各式各樣部位中。
孔306大致上係不具有自其製成軟墊層208之材料的區。可藉由擠壓一尖銳物體穿過軟墊層208、鑽孔穿過軟墊層208、使用模具形式或任何其他適合方法來建立孔306。孔306可係任何適合的尺寸。各孔306可係相同尺寸。作為另一實例，孔306之尺寸可變化。例如，在外周緣區域302中之一或多個孔306可大於在中心區域304中之孔。另外，在適當時，在各區域內，孔306可具有變化之尺寸及/或形狀。此外，在適當時，孔306之間之間距可在各區域內或在該兩個區域之間變化。此外，孔306可包含延伸穿過軟墊層208之厚度之僅一部分的盲孔。例如，孔306(或一些孔)可僅延伸穿過軟墊層208之約70%與99%之間。所屬技術領域中具有通常知識者將瞭解，除修改軟墊層208不同部分之彈性外，存在或不存在孔306以及孔的尺寸及形狀亦使軟墊層208之在特定部位之介電常數變化，進一步增 強此實施例微調一給定部位對所施加力之電容式回應的能力。因此，可藉由軟墊層208之彈性的選擇性修改以及軟墊層之材料之介電常數的選擇性修改兩者，實質上線性化在觸控感測器202上的不同部位對所施加力的回應。
如所描述，軟墊層208可具有一特定硬度。因此，給定施加相同壓力，施加壓力至製成軟墊層208之一材料造成力感測層206及參考層210移動而相隔開之一距離大於在無軟墊層208之情況中所到達者。然而，在孔306所定位之區域中，孔306可減輕(或移除)軟墊層208之此影響。例如，包括一或多個孔306之一區可具有小於無孔306之一區的一硬度。因此，藉由選擇性地定位及形成孔306，軟墊層308可允許力感測層206及參考層210回應於一給定壓力而橫跨蓋層202之任何部分依一均勻或實質上均勻之方式移動。在某些實施例中，構成外周緣區域302及中心區域304的該等區之尺寸(及在各區域內的相關聯之孔306之放置、形狀、及間距)可經最佳化以允許力感測層206及參考層210根據特定需要在一給定壓力而橫跨蓋層202之所有或實質上所有部分在更均勻之距離內移動。
雖然描述為自軟墊層308移除材料，然而藉由添加材料至軟墊層308可實現增加均勻性之相同效益。例如，中心區域304可包括多於外周緣區域302的材料。例如，中心區域304可具有大於外周緣區域302的一密度。作為另一實例，中心區域304可具有大於外周緣區域302的一厚度。
圖4繪示根據本揭露某些實施例之裝置200之一參考層210。如所繪示，參考層210可包括一外周緣區域402、一中心區域404、及複數個壓凹痕406，該等壓凹痕亦可特徵化為突起部。壓凹痕406可係在參考層210之一表面上的凸起區及在參考層210之相對表面上的凹入區。在所繪示之定向中，展示參考層210之一表面，其中壓凹痕406係凸起區。在某些實施例中，包括壓凹痕406之該等凸起區的參考層210之表面經定向朝向力感測層206及軟墊層208(若被包括在相同實施例中)。
一或多個壓凹痕406大致上包含與參考層210之其餘部分相同或實質上相同的材料。在一些實施例中，一或多個壓凹痕406的一材料可不同於參考層210之其餘部分的一材料。一或多個壓凹痕406之各者可具有一高度及尺寸。在一些實施例中，該尺寸可指示一壓凹痕406之表面區。
如上文描述，若根據本揭露某些實施例修改而不存在參考層210(及/或軟墊層208)，則施加一給定力至蓋層202之中心區域造成介於力感測層206與參考層210之間之距離減小達大於施加相同量之力至蓋層202之外周緣區域的量。在某些實施例中，根據本揭露某些實施例修改而添加一參考層210(例如，具有壓凹痕406)降低或消除這些差異，允許力感測層206在一給定壓力而橫跨所有或實質上所有蓋層202朝向參考層210移動一更均勻距離。例如，壓凹痕可添加至參考層210或以其他方式形成在該參考層中，以允許力感測 層206在一特定壓力而橫跨所有或實質上所有蓋層202朝向參考層210移動一更均勻距離。
參考層210之一凸起區(例如，一壓凹痕406之凸起區)接收高於參考層210之未凸起區之一電容，此係因為該凸起區更接近力感測層206。本揭露預想利用由一壓凹痕406所提供之增加電容以提供電容修改之均勻性至力感測層206之實質上所有部分。雖然與中心區域404相比較，在外周緣區域402中可能需要較大壓力來減小介於力感測層206與參考層210之間之距離(例如，根據本揭露某些實施例修改而不存在軟墊層208及/或一參考層210)，然而壓凹痕406允許參考層210之凸起區接收之電荷量大於沒有壓凹痕406之一區。因此，壓凹痕406可定位在外周緣區域402中以製成(介於力感測層206與參考層210之間之)距離的相對差異，否則其係由於在中心區域及外區域中施加至蓋層202之一給定壓力而導致。在給定壓力下，與中心區域404相比較，置放壓凹痕406在外周緣區域402中允許在外周緣區域402處力感測層208與參考層210之間產生增加的電容。在某些實施例中，此可允許在一給定壓力下橫跨所有或實質上所有蓋層202介於力感測層208與參考層210之間之一均勻或接近均勻的電容，因此實現對在蓋層202上的任何給定部位處的所施加壓力的回應之實質正規化。例如，參考層210之外周緣區域402可包括相較於參考層210之中心區域404的較高壓凹痕406密度或較大壓凹痕406尺寸。因此，雖然回應於在蓋層202之各別區域中之給定特定壓力，力感測層206及參考層210在接近外周緣區域402移動的距離相較於中 心區域404可能不會一樣大，然而壓凹痕406可允許由於橫跨所有或實質上所有蓋層202之不同區之觸碰而回應於在蓋層202之對應區域的給定壓力所導致介於力感測層208與參考層210之間之一均勻或接近均勻電容。在一些實施例中，參考層210之一中心區域可不包括任何壓凹痕406。
圖5繪示根據本揭露某些實施例之一裝置200之一組件堆疊。所繪示之非限制性實例堆疊包括力感測器206、軟墊層208、及參考層210。在某些實施例中，壓凹痕406可各係單一高度。在另一實例中，壓凹痕406之高度可變化。如所繪示，在一實例中，壓凹痕406可在外周緣區域402之外周緣處最大且朝向中心區域404高度逐漸地減小。如所描述，在某些實施例中，在參考層210之特定部位處的壓凹痕406高度可經最佳化以允許在蓋層202上給定壓力下橫跨參考層210的電容均勻性。在一些實施例中，中心區域404可不具有任何壓凹痕。
雖然經繪示及經描述為凸形壓凹痕之壓凹痕406，然而壓凹痕406可係凹形壓凹痕，即，壓凹痕背對力感測層206。在此實施例中，中心區域404可具有高於外周緣區域402的壓凹痕406之密度。
圖5繪示根據本揭露某些實施例修改之用於包括軟墊層208及一參考層210兩者之裝置202之實例機械堆疊(例如，具有壓凹痕406)。然而，應理解，本揭露預想之單獨或組合的根據本揭露 某些實施例修改之根據特定需要之包括軟墊層208及參考層210之裝置202(例如，具有壓凹痕406)。
圖6繪示根據本揭露某些實施例之用於建立軟墊層208之一實例方法600。該方法開始於動作602，藉由接收軟墊層208。在動作604，判定是否於軟墊層208中形成孔306。若不形成孔306，則方法600結束。
否則該方法600進行至動作606及608，其中孔306尺寸及孔306部位經分別判定。如所描述，孔306可降低軟墊層208之區之硬度，允許軟墊層208在孔306存在之區處具有一降低硬度。與愈小之孔306及愈小密度之孔306相比，愈大之孔306及愈高密度之孔306大致上依愈大比率減小軟墊層208之硬度。
裝置200可經測試以判定孔306尺寸及孔306部位。例如，可橫跨裝置200之所有或實質上所有表面施加一均勻壓力，以判定在裝置200之不同部分處介於力感測層206與參考層208之間之一距離。可使用在各部分處之距離來判定孔306尺寸及部位。例如，力感測層206與參考層210之間之一愈大距離可需要一愈大孔306及/或一愈高密度之孔306。可計算孔306尺寸及部位使得回應於介於參考層210與力感測層206之間施加一給定力而使軟墊層208壓縮的距離在適合之百分率範圍內係均勻的。例如，給定一壓力的距離可橫跨裝置200之實質上所有表面區在1%、5%、或10%內，使得對一所施加力的一電容回應橫跨裝置200之實質上所有觸控螢幕表面區經實質上正規化。一旦判定孔306部位及孔306尺寸，在該方法結束前，在動 作310形成該等孔於軟墊層208中。如所描述，孔306可經切削、鑽孔，或模製成為軟墊層208。
可對圖6中所描繪之方法600進行修改、新增、或省略。方法600可包括較多、較少、或其他動作。例如，可平行或依任何適合順序執行動作。
圖7繪示根據本揭露某些實施例之用於建立參考層210之一實例方法700。該方法開始於動作702，其中判定是否於參考層210中形成壓凹痕406。若不形成壓凹痕406，則方法700結束。
否則該方法700進行至動作704及706，其中分別判定壓凹痕406部位及簡單406尺寸。如所描述，壓凹痕406可增加參考層210之區之所接收之電容，允許參考層210在一給定壓力下接收一更均勻電容。與愈小高度及/或密度之壓凹痕406相比，愈大高度及/或密度之壓凹痕406大致上依愈大比率增加由參考層210回應於所施加力而接收之電容。
可測試裝置200以判定壓凹痕406高度及壓凹痕406部位。例如，可橫跨裝置200之所有或實質上所有觸控螢幕表面區施加一均勻壓力，以判定回應於一固定施加力而在裝置200之不同部分處介於力感測層206與參考層208之間之一距離量值減小。可使用該距離來判定壓凹痕406尺寸及部位。例如，力感測層206與參考層210之間之一愈大距離可需要愈大之壓凹痕406及/或愈大密度之壓凹痕406。另一方面，對於相同所施加力，在裝置200之中心處的力感測層206朝向參考層208之撓曲可顯著大於在周邊處者，其指示愈大的壓 凹痕406應置放在愈接近周緣處，如在圖5中所繪示。可計算壓凹痕406尺寸及部位，使得橫跨參考層210之所接收電容在適合百分率範圍係均勻的。例如，給定一壓力，橫跨參考層210之所接收電容可橫跨所有或實質上所有參考層210在1%、5%、或10%內。一旦判定壓凹痕406部位及孔306尺寸，在該方法結束前，在動作406，於參考層210中形成壓凹痕406。例如，可藉由添加材料至參考層210及/或使用一模製裝置以在射出模製程序中之一參考層210之一基材中形成壓凹痕，來形成壓凹痕406。
可對圖7中所描繪之方法700進行修改、新增、或省略。方法700可包括較多、較少、或其他動作。例如，可平行或依任何適合順序執行動作。
圖8及圖9分別展示根據本揭露某些實施例之軟墊層208及參考層210之額外實例。
圖8展示根據本揭露某些實施例之一軟墊層208。在圖8中所展示之軟墊層208包括分佈於軟墊層208各處的方孔(而非在圖3A至圖3B之實例中所展示之圓孔)。在所闡釋之實例中，較暗區域表示軟墊層208之材料之存在，及較亮區域表示在軟墊層208中之孔。如所展示，該等方孔具有朝向軟墊層208之周緣的特定且相對一致尺寸，且接著隨著該等方孔趨近軟墊層208之中心區而逐漸減小尺寸，直到無孔存在於中心區中。相同類型之逐漸地減小尺寸之孔可應用至在圖3A至圖3B中所展示之實例軟墊層208中的孔306。雖然在圖8中所展示之實例軟墊層208包括具有一特定形狀、放置、間距、 及其他特性之孔，然而本揭露預想根據特定需要具有任何適合形狀、擺置、間距、及其他特性之孔。
圖9a根據本揭露某些實施例之參考層210。圖9展示在某些實施例中可視為參考層210之底部表面(例如，背對裝置200之蓋層202的表面者。可自此圖可見壓凹痕(例如，圖4及圖5之壓凹痕406)之凹形區。雖然在圖9中所展示之參考層210包括具有一特定形狀、放置、間距、深度、及其他特性之壓凹痕，然而本揭露預想根據特定需要而具有任何適合形狀、放置、間距、深度、及其他特性之壓凹痕。
在本文中，在適當時，對一電腦可讀取儲存媒體之參考可包括基於半導體IC或其他IC(例如，諸如一場可程式化閘陣列(FPGA)或一ASIC)、一硬碟機(HDD)、一混合硬碟(HHD)、一光碟、一光碟機(ODD)、一磁光碟、一磁光碟機、一軟碟、一軟碟機(FDD)、磁帶、一全像儲存媒體、一固態硬碟(SSD)、一RAM磁碟、一保全數位(SECURE DIGITAL)卡、一保全數位(SECURE DIGITAL)碟、另一適合的電腦可讀取儲存媒體、或其等之兩者或更多者之一適合組合。在適當時，一電腦可讀取非暫時性儲存媒體可係揮發性、非揮發性、或揮發性及非揮發性之一組合。
在本文中，「或(or)」係含括性且非排他性的，除非另有明確指示或依上下文另有指示。因此，在本文中，「A或B(A or B)」意指「A、B、或兩者(A,B,or both)」，除非另有明確指示或依上下文另有指示。此外，「及(and)」係共同的及各自的兩者，除非另 有明確指示或依上下文另有指示。因此，在本文中，「A及B(A and B)」意指「共同地或各自地A及B(A and B,jointly or severally)」，除非另有明確指示或依上下文另有指示。
所屬技術領域中具有通常知識者將理解，本揭露涵蓋對本文所描述及繪示之實施例的所有改變、替換、變化、變更、及修改。相似地，所屬技術領域中具有通常知識者將理解，在適當時，隨附發明專利申請範圍及法律均等物涵蓋對本文之實例實施例的所有改變、替換、變化、變更、及修改。此外，在隨附發明專利申請範圍中對經調適以、經配置以、有能力以、經組態以、經致能以、可操作以、或操作以執行特定功能之設備或系統或設備或系統之組件的參考涵蓋設備、系統、組件(無論特定功能是否被啟動、開啟、或解除鎖定)，只要設備、系統、或組件如此經調適、經配置、有能力、經組態、經致能、可操作、或操作。

Claims (20)

  1. 一種觸控螢幕裝置，其包含：一控制器，其包含一處理器，該處理器經組配以回應於一起始電壓，偵測介於一力感測層之部位與一參考層之對應部位間之一電容，該參考層與該力感測層相隔開；及一軟墊層，其在該力感測層與該參考層之間，該軟墊層包含一發泡體材料，該發泡體材料經組配以於施加在不同部位上之一相同力下壓縮至一不同延伸區，且在該等不同部位提供一不同介電常數。
  2. 如請求項1之觸控螢幕裝置，其中該發泡體材料經組配成在釋放所施加力之後恢復至該原始厚度之至少80%。
  3. 如請求項1之觸控螢幕裝置，其中該處理器經組配以回應於電容之一預定量值變化而判定施加在該力感測層之一特定部位上的一物理力或虛力(physical or virtual force)之一部位。
  4. 如請求項1之觸控螢幕裝置，其中該軟墊層包含：一外周緣區域及一中心區域，其中該軟墊層包含至少部分通過其中之孔；及接近該軟墊層之該外周緣區域的一孔密度大於接近該軟墊層之該中心區域。
  5. 如請求項4之觸控螢幕裝置，其中該軟墊層之該中心區域不具有孔。
  6. 如請求項1之觸控螢幕裝置，其中該軟墊層及該參考層中之至少一者經組配以回應於一物理力或虛力之施加，實質上正規化該力感測層之任何部位與該參考層之一對應部位的一電容值。
  7. 一種觸控螢幕裝置，其包含：一控制器，其包含一處理器，該處理器經組配以回應於一起始電壓，偵測介於一力感測層之部位與一參考層之對應部位之間之一電容，該參考層與該力感測層相隔開；及一軟墊層，其在該力感測層與該參考層之間；其中該參考層包含一外周緣區域及一中心區域，其中該參考層包含離散側向相隔的凸起區，其中：該等凸起區之各者具有一高度；及接近該軟墊之該外周緣區域的凸起區之一密度及凸起區之該高度中之一或多者係不同於接近該軟墊層之該中心區域。
  8. 如請求項7之觸控螢幕裝置，其中該參考層之該中心區域不具有凸起區。
  9. 一種設備，其包含：一力感測層；一參考層，其與該力感測層相隔開且對齊；電極部位，其等在該力感測層與該參考層之間之一區內；及一軟墊層，其在該力感測層與該參考層之間；其中該參考層及該軟墊層中之至少一者經組配成在一電壓施加在該等電極部位處時，回應於一給定施加的虛力或物理力而實質上正規化在該區內之電極部位的電容。
  10. 如請求項9之設備，其中該軟墊層經組配成與接近其一外周緣區域相比，接近其一中心區域提供有對施加在該力感測層上之物理力的較大抵抗力。
  11. 如請求項10之設備，其中該軟墊層包含孔之一圖案，該等孔之部位及相對尺寸經組配成允許該力感測層在該等電極部位處之實質上均勻撓曲。
  12. 如請求項11之設備，其中該軟墊層在該中心區域內不具有孔。
  13. 如請求項9之設備，其中該軟墊層經組配成在不同電極部位展現一不同介電常數。
  14. 如請求項9之設備，其中該參考層經組配有至少在其一外周緣區域內之對應於電極部位之突起部。
  15. 如請求項14之設備，其中該等突起部具有各種高度，愈靠近至該參考層之一外延伸區的該參考層之該外周緣區域內的該等突起部之高度，大於愈靠近該參考層之一中心區域的突起部之高度。
  16. 如請求項14之設備，其中在該參考層之一中心區域中無突起部。
  17. 一種操作觸控螢幕總成之方法，該方法包含：施加一力到一觸控螢幕上之不同部位；及將對在該等不同部位之所施加力的一電容式回應實質上線性化。
  18. 如請求項17之方法，其中實質上線性化在該等不同部位處的該電容式回應包含：提供對在不同部位施加之力展現一不同彈性的一軟墊層。
  19. 如請求項17之方法，其中實質上線性化在該等不同部位處的該電容式回應包含：提供在不同部位展現一不同介電常數的一軟墊層。
  20. 如請求項17之方法，其中實質上線性化在該等不同部位處的該電容式回應包含：採用在不同部位具有對該總成之一力感測層的一不同近接處之一參考層。
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