具有柔順層的溫度補(bǔ)償透明力傳感器的制造方法
【專利摘要】本發(fā)明公開了一種光學(xué)透明的力傳感器，該光學(xué)透明的力傳感器可對環(huán)境影響(包括例如設(shè)備或者周圍環(huán)境的溫度的變化)進(jìn)行補(bǔ)償。在一些示例中，兩個力敏層被柔順層隔開。兩個力敏層的相對電響應(yīng)可用于計算對觸摸的力的估計，該觸摸可減小溫度的變化的影響。在一些示例中，具有各向異性應(yīng)變特性的壓電膜用于減小溫度的影響。
【專利說明】
具有柔順層的溫度補(bǔ)償透明力傳感器
[0001] 相關(guān)申請的交叉引用
[0002] 本專利申請要求于2014年1月13日提交的并且標(biāo)題為"Force Sensor Using a Transparent Force-Sensitive Film" 的美國臨時專利申請No ? 61/926,905、于2014年2月7 日提交的并且標(biāo)題為 "Temperature Compensating Transparent Force Sensor" 的美國臨 時專利申請No .61/937,465、于2014年2月12日提交的并且標(biāo)題為"Temperature Compensating Transparent Force Sensor"的美國臨時專利申請No.61/939,257、于2014 年2月 19 日提交的并且標(biāo)題為 "Multi-Layer Temperature Compensating Transparent Force Sensor"的美國臨時專利申請No.61/942,021以及于2014年7月15日提交的并且標(biāo)題 為"Strain-Based Transparent Force Sensor"的美國臨時專利申請No.62/024,566的優(yōu) 先權(quán)，這些專利申請中的每個專利申請的公開內(nèi)容全文以引用方式并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0003] 本文所述的實施方案總體涉及力感測，并且更具體地涉及具有被柔順層隔開的兩 個或更多個透明力敏部件的溫度補(bǔ)償力傳感器。
【背景技術(shù)】
[0004] 許多電子設(shè)備包括一些類型的用戶輸入設(shè)備，包括例如按鈕、滑塊、滾輪以及類似 的設(shè)備或用戶輸入元件。一些設(shè)備可包括與顯示屏集成或者結(jié)合在一起的觸摸傳感器。該 觸摸傳感器可允許用戶與被呈現(xiàn)在顯示屏上的用戶界面元素直接進(jìn)行交互。然而，一些常 規(guī)的觸摸傳感器可能僅提供設(shè)備上的觸摸的位置。除了觸摸的位置，許多常規(guī)的觸摸傳感 器產(chǎn)生實質(zhì)上是二進(jìn)制的輸出。即，觸摸存在或者不存在。
[0005] 在一些情況下，檢測并測量施加于表面的觸摸的力以提供非二進(jìn)制觸摸輸入可能 是有利的。然而，可能存在與在電子設(shè)備中實現(xiàn)力傳感器相關(guān)聯(lián)的若干個挑戰(zhàn)。例如，設(shè)備 或者環(huán)境中的溫度波動可能在力值測量中引入無法接受的變化量。另外，如果力傳感器與 顯示器或者透明介質(zhì)結(jié)合在一起，其在緊湊形狀因素方面實現(xiàn)感測性能和光學(xué)性能兩者可 能具有挑戰(zhàn)性。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 本文所述的實施方案可涉及包括或者采取光學(xué)透明的力傳感器的形式，該光學(xué)透 明的力傳感器可用作電子設(shè)備的輸入端。該光學(xué)透明的力傳感器可被配置為使用被設(shè)置在 柔順層的相對側(cè)上的兩個或更多個力敏層來對溫度的變化進(jìn)行補(bǔ)償。在一些實施方案中， 各向異性壓電材料用于對溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。
[0007] 在一個示例性實施方案中，電子設(shè)備包括具有第一透明基板和相對于該第一透明 基板設(shè)置的第一力敏層的光學(xué)透明的力傳感器。該傳感器還可包括被設(shè)置在第一基板下方 的第二透明基板和相對于該第二透明基板設(shè)置的第二力敏層。柔順層可被設(shè)置在第一基板 和第二基板之間。該傳感器還可包括傳感器電路，該傳感器電路被配置為比較第一力敏層 和第二力敏層之間的相對電響應(yīng)，以計算溫度補(bǔ)償力估計。在一些情況下，溫度補(bǔ)償力估計 對設(shè)備的溫度的變化進(jìn)行補(bǔ)償。
[0008] 在一些實施方案中，第一透明基板被配置為響應(yīng)于觸摸的力而撓曲并且柔順層變 形以減小第二透明基板的任何張力和壓縮。在一些情況下，第一透明基板經(jīng)歷的第一大小 的張力大于第二透明基板經(jīng)歷的減小的第二大小的張力。在一些情況下，該第一透明基板 響應(yīng)于觸摸的力而撓曲的角度大于第二透明基板撓曲的角度。
[0009] 在一些實施方案中，該第一力敏層響應(yīng)于觸摸的力而被置于張力中，并且第二力 敏層響應(yīng)于觸摸的力而被置于壓縮中。在一些實施方案中，該柔順層在第一力敏層和第二 力敏層之間導(dǎo)熱，以實現(xiàn)基本上均勻的溫度分布。在一些實施方案中，第一力敏部件和第二 力敏部件由具有基本上相同的電阻溫度系數(shù)的材料制成。在一些實施方案中，該柔順層包 括光學(xué)透明的粘合劑。在一些實施方案中，柔順層由具有小于第一透明基板的剪切模量的 十分之一的剪切模量的材料形成。
[0010] 在一些實施方案中，第一力敏層由第一陣列的直線力敏部件形成，并且第二力敏 層由第二陣列的直線力敏部件形成。
[0011] 一個示例性實施方案涉及具有光學(xué)透明的力傳感器的電子設(shè)備。該力傳感器可包 括覆蓋件(或者力接收層)和被設(shè)置在該覆蓋件(或者力接收層)下方的第一透明基板。第一 陣列的力敏部件可相對于第一透明基板被設(shè)置。第二透明基板可被設(shè)置在第一基板下方并 且第二陣列的力敏部件可相對于第二透明基板被設(shè)置。該柔順層可被設(shè)置在第一基板和第 二基板之間。該傳感器還可包括傳感器電路，該傳感器電路被配置為比較第一陣列的力敏 部件的結(jié)構(gòu)和第二陣列的力敏部件的結(jié)構(gòu)之間的相對電響應(yīng)，以計算溫度補(bǔ)償?shù)牧烙嫛?在一些情況下，顯示器元件被設(shè)置在第二透明基板下方。
[0012] 在一些實施方案中，第一陣列的力敏部件包括沿第一陣列的邊緣定位的邊緣力敏 部件的子組。該邊緣力敏部件可由沿基本上垂直于該邊緣的方向取向的跡線形成。在一些 實施方案中，第一陣列的力敏部件包括定位在第一陣列的拐角處的拐角力敏部件的子組。 該拐角力敏部件可由沿對角方向取向的跡線形成。
[0013] 一些示例性實施方案涉及具有光學(xué)透明的力傳感器的電子設(shè)備，該光學(xué)透明的力 傳感器包括第一透明基板、相對于該第一透明基板設(shè)置的第一力敏層、被設(shè)置在第一基板 下方的第二透明基板和相對于該第二透明基板設(shè)置的第二力敏層。該傳感器還可包括傳感 器電路，該傳感器電路被配置為檢測第一力敏層和第二力敏層之間的電壓，以計算溫度補(bǔ) 償?shù)牧烙?。在一些實施方案中，該第一力敏層由各向異性壓電膜形成，并且該第二力敏?由各向同性壓電膜形成。
[0014] 在一些實施方案中，該傳感器還包括相對于第二力敏層設(shè)置的第三力敏層；以及 相對于第三力敏層設(shè)置的第四力敏層。該第三力敏層可由各向同性壓電膜形成，并且該第 四力敏層可由各向異性壓電膜形成。在一些實施方案中，傳感器還包括被設(shè)置在第二力敏 層和第三力敏層之間的第三透明基板。在一些情況下，第一力敏層沿第一方向?qū)?yīng)變具有 增加的敏感性，并且第四力敏層沿第二方向?qū)?yīng)變具有降低的敏感性。第一方向可基本上 垂直于第二方向。
【附圖說明】
[0015]現(xiàn)在將參考在附圖示出的代表性實施方案。應(yīng)當(dāng)理解，以下描述并非旨在將實施 方案限制于一個優(yōu)選實施方案。相反，其旨在涵蓋可被包括在由所附權(quán)利要求限定的所述 實施方案的實質(zhì)和范圍內(nèi)的另選的替代形式、修改形式和等同形式。
[0016] 圖1不出了 一種不例性電子設(shè)備。
[0017]圖2A示出了包括光學(xué)透明的力敏部件的柵格的示例性力敏結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0018]圖2B示出了可在圖2A中所示的示例性力敏結(jié)構(gòu)中使用的光學(xué)透明螺線形力敏部 件的頂部詳細(xì)視圖。
[0019] 圖2C示出了沿圖1中的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的側(cè)視圖。
[0020] 圖3A示出了圖2C中的示例性力敏結(jié)構(gòu)的放大細(xì)節(jié)側(cè)視圖。
[0021]圖3B示出了響應(yīng)于所施加的力而已變形的圖2C中的示例性力敏結(jié)構(gòu)的放大細(xì)節(jié) 側(cè)視圖。
[0022]圖4示出了包括兩個垂直的層力敏結(jié)構(gòu)的另選示例的頂視圖，該兩個垂直的層各 自包括多個光學(xué)透明的力敏部件。
[0023]圖5A示出了沿圖1中的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0024]圖5B示出了沿圖1中的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0025] 圖5C示出了沿圖1中的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0026] 圖5D示出了沿圖1中的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0027] 圖5E示出了沿圖1中的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0028] 圖5F示出了沿圖1中的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0029]圖5G示出了沿圖1中的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0030] 圖5H示出了沿圖1中的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0031] 圖51示出了沿圖1中的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0032]圖6A-圖6D示出了具有各種螺線形圖案并且可在圖2A中所示的示例性力敏結(jié)構(gòu)中 使用的光學(xué)透明螺線形力敏部件的頂部詳細(xì)視圖。
[0033]圖7示出了包括被取向成不同方向以檢測力的光學(xué)透明的力敏部件的柵格的示例 性力敏結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0034] 圖8示出了溫度補(bǔ)償和光學(xué)透明的力傳感器電路的簡化信號流程圖。
[0035] 圖9是示出了制造溫度補(bǔ)償和光學(xué)透明的力傳感器的方法的示例性步驟的工藝流 程圖。
[0036] 圖10是示出了操作溫度補(bǔ)償力傳感器的方法的示例性步驟的工藝流程圖。
[0037] 圖11是示出了操作溫度補(bǔ)償力傳感器的方法的示例性步驟的附加工藝流程圖。
[0038] 圖12示出了包括單個壓電元件的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的側(cè)視圖。
[0039] 圖13示出了包括多層壓電元件的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的側(cè)視圖。
[0040] 圖14示出了包括多層壓電元件的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的側(cè)視圖。
[0041] 圖15示出了包括多層壓電元件的另選的示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的側(cè)視圖。
[0042] 在不同附圖中使用相同或相似的附圖標(biāo)記來指示相似、相關(guān)或者相同的項目。
【具體實施方式】
[0043] 本文所述的實施方案可涉及或者采取與電子設(shè)備的部件結(jié)合以在該設(shè)備上形成 觸敏表面的力傳感器的形式。一些實施方案涉及力傳感器，該力傳感器可對溫度變化進(jìn)行 補(bǔ)償并且可為光學(xué)透明的，以用于與電子設(shè)備的顯示器或者透明介質(zhì)集成。本文所述的某 些實施方案還涉及包括一個或多個力敏部件的力敏結(jié)構(gòu)，以用于檢測被施加到設(shè)備的力的 大小。在一個示例中，透明力敏部件與電子設(shè)備的顯示元件集成或者相鄰。電子設(shè)備可為例 如移動電話、平板計算設(shè)備、計算機(jī)顯示器、筆記本計算設(shè)備、臺式計算設(shè)備、計算輸入設(shè)備 (諸如觸摸板、鍵盤或鼠標(biāo)）、可穿戴設(shè)備、健康監(jiān)視設(shè)備、運動附件設(shè)備等。
[0044] 一般地以及廣義地，使用被適配為確定觸摸事件的力的大小的力傳感器可在顯示 器、外殼或者與電子設(shè)備相關(guān)聯(lián)的其他表面上感測到用戶觸摸事件。所確定的力的大小可 用作電子設(shè)備的輸入信號、輸入數(shù)據(jù)或者其他輸入信息。在一個示例中，高的力輸入事件與 低的力輸入事件可被不同地解釋。例如，智能手機(jī)可利用高的力輸入事件來解鎖顯示屏并 且可針對低的力輸入事件暫停音頻輸出。設(shè)備的響應(yīng)或輸出可因此響應(yīng)于這兩個輸入而不 同，即使它們發(fā)生在同一點處并且可能使用相同的輸入設(shè)備。在另外的示例中，力的改變可 被解釋為另一種類型的輸入事件。例如，用戶可保持可穿戴設(shè)備力傳感器鄰近動脈，以便評 估血壓或者心率?？梢岳斫獾氖牵鞲衅骺捎糜谑占喾N用戶輸入。
[0045] 在許多示例中，力傳感器可被結(jié)合到觸敏電子設(shè)備中并且鄰近該設(shè)備的顯示器定 位或者被結(jié)合到顯示器疊層中。因此，在一些實施方案中，該力傳感器可由光學(xué)透明的材料 構(gòu)造。例如，光學(xué)透明的力傳感器可至少包括力接收層、第一基板和第二基板，每個基板至 少包括光學(xué)透明的材料并且每個基板分別包括第一力敏部件和第二力敏部件。在許多示例 中，第一基板可被設(shè)置在力接收層下方，使得第一力敏部件在力被施加到力接收層時可經(jīng) 歷撓曲、張力、壓縮或者另一種機(jī)械變形。這樣，第一基板的底表面可經(jīng)歷伸展，并且第一基 板的頂表面可經(jīng)歷壓縮。換句話講，第一基板可圍繞其中性軸彎曲，以經(jīng)歷壓縮力和拉伸 力。
[0046] 透明力敏部件可由柔順材料形成，該柔順材料表現(xiàn)出隨著部件的變形、撓曲或者 剪切而變化的至少一個可測量的電響應(yīng)。透明力敏部件可由壓電的、壓阻的、電阻性的或者 其他應(yīng)變敏感材料形成，該材料被附接到或者形成在基板上并且以電的方式或者操作地聯(lián) 接到傳感器電路以用于測量材料的電響應(yīng)的變化。可能的基板材料包括例如玻璃或者透明 聚合物如聚對苯二甲酸乙二醇酯(PET)或者環(huán)烯烴聚合物(C0P)。示例性透明導(dǎo)電材料包括 聚乙烯二氧噻吩(pmxm、氧化銦錫（IT0)、碳納米管、石墨烯、壓阻的半導(dǎo)體材料、壓阻的金 屬材料、銀納米線、其他金屬納米線等。透明材料可用于與設(shè)備的顯示器或者其他可視化元 件集成或者結(jié)合的傳感器中。如果不要求透明性，則可使用其他組分材料，包括例如用于導(dǎo) 電部件的康銅和業(yè)力合金并且聚酰亞胺可被用作基板。非透明的應(yīng)用包括在跟蹤墊上或者 在顯示元件后面的力感測。一般來講，透明的力敏部件和非透明的力敏部件在本文中可被 稱為"力敏部件"或者被簡稱為"部件"。
[0047]透明力敏部件可通過利用透明導(dǎo)電材料涂覆基板、附接透明導(dǎo)電材料或者以其他 方式在基板上沉積此類材料來形成。在一些實施方案中，力敏部件可相對于第一基板的底 表面并相對于第二基板的頂表面形成。第一基板和第二基板的力敏部件可被取向為面向彼 此。在一些具體實施中，第一基板可響應(yīng)于用戶觸摸而撓曲。第一基板的撓曲可使得第一基 板的底表面在張力下伸展，這可使得透明力敏部件(相對于底表面設(shè)置)作為撓曲的結(jié)果也 伸展、拉伸或者以其他方式以幾何形式改變。
[0048]在一些情況下，響應(yīng)于向下?lián)锨γ舨考杀恢糜趶埩ο?，因為該部件被定位?基板的彎曲的中性軸下方。一旦處于張力下，透明力敏部件便可表現(xiàn)出在至少一個電特性 方面的改變，例如電阻。在一個示例中，透明力敏部件的電阻可隨著該部件所經(jīng)歷的張力的 增大而線性地增大。在另一個示例中，透明力敏部件的電阻可隨著該部件所經(jīng)歷的張力的 增大而線性地減小?？梢岳斫獾氖牵煌耐该鞑牧峡山?jīng)歷不同的電特性的不同的改變，并 且因此張力的效果可能在不同的實施方案之間變化。
[0049] 在一些實施方案中，力敏部件可由壓阻材料或者電阻性材料形成。在一些具體實 施中，在該壓阻材料或者電阻性材料應(yīng)變時，該部件的電阻作為該應(yīng)變的函數(shù)而變化?？墒?用被配置為測量力敏部件的電阻的小的變化的感測電路來測量電阻的變化。在一些情況 下，該感測電路可包括被配置為測量兩個或更多個力敏部件之間的電阻的差動變化 (differential change)的橋式電路結(jié)構(gòu)。如果已知部件材料的電氣電阻、溫度和機(jī)械應(yīng)變 之間的關(guān)系，則可得到差動應(yīng)變的變化ex_e y。在一些情況下，差動應(yīng)變可考慮由于溫度的變 化而導(dǎo)致的應(yīng)變和電阻的變化，如果兩個元件具有類似的熱特性并且在接受差動應(yīng)變時處 于類似的溫度則差動應(yīng)變可由于應(yīng)變消除層而消除。這樣，透明的壓阻或者電阻部件可被 用作溫度補(bǔ)償力傳感器。
[0050] 在某些實施方案中，可通過使用分壓器或者橋式電路來測量電阻元件。例如，可跨 連接到電源Vs的兩個平行的分壓器的輸出端來測量電壓V g。分壓器中的一個分壓器可包括 已知電阻心和心的兩個電阻器，另一個分壓器可包括第一電阻應(yīng)變元件Rx和第二電阻應(yīng)變 元件R y。可測量Ri和R2之間的節(jié)點和Rx和Ry之間的節(jié)點之間的電壓，以檢測兩個應(yīng)變元件之 間的相對電阻的小的變化。在一些情況下，附加傳感器電路(包括處理單元)可用于基于兩 個應(yīng)變元件之間的相對電阻來計算由于表面上的力的機(jī)械應(yīng)變。在一些情況下，傳感器電 路可在降低或消除環(huán)境影響諸如溫度變化的同時估計機(jī)械應(yīng)變。
[0051 ]在一些實施方案中，多對分壓器可用于形成全橋，以便比較多個傳感器的輸出。由 于傳感器之間的溫度差而存在的錯誤可被基本上降低或消除，而不需要專用錯誤校正電路 或者專門的處理軟件。在一些實施方案中，由于觸摸的力的電響應(yīng)可被測量并且算法可用 于比較相對響應(yīng)并消除溫度變化的影響。在一些實施方案中，可進(jìn)行部件的差動測量和其 獨立響應(yīng)的差動測量兩者，以提取對應(yīng)的差動應(yīng)變以及溫度。在一些情況下，算法可使用差 動響應(yīng)和單個響應(yīng)來計算力估計，該力估計可消除由于例如兩種部件材料的熱膨脹系數(shù)的 差值對應(yīng)變的影響。
[0052]在一些實施方案中，力敏部件被構(gòu)圖成一系列細(xì)紋、像素或者在本文中被稱為"部 件元件"的其他幾何元件。力敏部件或者部件元件的區(qū)域還可使用導(dǎo)電跡線或者電極被連 接至感測電路。在一些情況下，導(dǎo)電跡線或者電極還可由透明導(dǎo)電材料形成。在一些實施方 案中，感測電路可經(jīng)由導(dǎo)電跡線和/或電極而與一個或多個部件元件進(jìn)行電通信。如先前所 提及的，感測電路可被適配為檢測和測量由于所施加的力的部件的電特性或者響應(yīng)(例如， 電阻）的變化。
[0053]在一些情況下，力敏部件可被構(gòu)圖成像素元件，每個像素元件包括大體上沿一個 方向取向的一系列跡線。該構(gòu)造可被稱為壓阻的或者電阻的應(yīng)變儀構(gòu)造。一般來講，在該構(gòu) 造中，力敏部件可由響應(yīng)于應(yīng)變而其電阻以已知方式變化的材料組成。例如，一些材料可表 現(xiàn)出響應(yīng)于應(yīng)變的電阻線性變化。一些材料可表現(xiàn)出響應(yīng)于應(yīng)變的電阻對數(shù)變化或者電阻 指數(shù)變化。一些材料可表現(xiàn)出電阻以不同方式的變化。例如，電阻的變化可由于由所施加的 應(yīng)變造成的幾何結(jié)構(gòu)的變化，諸如根據(jù)泊松效應(yīng)可發(fā)生長度的增加連同橫截面積的減小。 電阻的變化還可由于歸因于所施加的應(yīng)變的材料的固有電阻率的變化。
[0054]在一些實施方案中，應(yīng)變敏感元件的取向從陣列的一個部分到另一個部分可變 化。例如，拐角中的元件可具有取向成對相對于陣列的行(或列)成45度的應(yīng)變敏感的跡線。 類似地，沿陣列的邊緣的元件可包括對垂直于該邊緣或邊界的應(yīng)變最敏感的跡線。在一些 情況下，元件可包括各種螺線形跡線構(gòu)型中的一種螺線形跡線構(gòu)型，該各種螺線形跡線構(gòu) 型可被配置為對沿多軸的應(yīng)變的組合敏感。應(yīng)變敏感元件中的跡線的取向可具有不同的角 度，這取決于實施方案。
[0055]該像素元件可具有被配置為混合對沿多軸的應(yīng)變的敏感性的跡線，以檢測傳感器 的邊界條件的變化或者對設(shè)備的損壞。例如，如果由于對設(shè)備的物理邊緣的損壞，元件、部 件或者基板變得更少受限制，在X方向上響應(yīng)于應(yīng)變的敏感性可變得更高，而在Y方向響應(yīng) 于應(yīng)變的敏感性可變得更低。然而，如果像素元件被配置為響應(yīng)于X方向和Y方向兩者，則兩 個或多個方向的組合響應(yīng)(其可為線性組合或者以其他方式)可有助于傳感器的使用，即使 在經(jīng)歷基板的邊界條件的損壞或改變之后。
[0056]在一些實施方案中，力敏部件可由固體材料片形成并且可被置于與被設(shè)置在力敏 部件的一個或多個表面上的電極圖案的電通信中。該電極可用于例如將固體材料片的區(qū)域 電耦接到感測電路。電極構(gòu)型可用于測量應(yīng)變時的電荷響應(yīng)。在一些情況下，取決于應(yīng)變 度，該力敏部件可生成不同的電荷量?？傮w統(tǒng)計的電荷可反映由于沿各個軸的應(yīng)變所生成 的電荷的疊加。
[0057]在一些實施方案中，力敏部件可與顯示元件（本文一般被稱為"顯示器疊層"或被 簡稱為"疊層"）的部分集成或者被置于鄰近顯示元件的部分。力敏部件可通過例如被附接 到基板或片材而與顯示器疊層集成，該基板或者片材被附接到顯示器疊層。這樣，因為顯示 器疊層響應(yīng)于所施加的力而彎曲，并且穿過中心軸下方的具有良好應(yīng)變傳輸?shù)乃袑?，?力應(yīng)變被傳輸。
[0058]另選地，在某些實施方案中，力敏部件可被放置在顯示器疊層內(nèi)。盡管本文相對于 與顯示器疊層集成的力敏部件提供了某些示例，但在其他實施方案中，力敏部件可被集成 在除顯示器疊層之外的設(shè)備的一部分中。
[0059]在一些實施方案中，一個或多個力敏部件可與設(shè)備的顯示元件集成或者附接到該 設(shè)備的顯示元件，該設(shè)備的顯示元件可包括其他類型的傳感器。在一些實施方案中，顯示元 件可包括觸摸傳感器，該觸摸傳感器被包括以檢測一個或多個用戶觸摸事件的位置。使用 根據(jù)本文所述的一些實施方案的與透明力敏部件結(jié)合的觸摸傳感器可估計設(shè)備的顯示元 件上的觸摸的位置和大小。
[0060] 在一些實施方案中，設(shè)備可包括相對于可配合以改善力傳感器的準(zhǔn)確性的表面的 觸敏元件和力敏元件兩者。在一些情況下，來自觸敏元件的信息可與有關(guān)表面的響應(yīng)能力 的所存儲的信息結(jié)合使用以重建被施加在該表面上的力。例如，由觸摸傳感器所確定的位 置可與被存儲在存儲器中的一組加權(quán)系數(shù)一起使用，以估計被施加在對應(yīng)的點處的力。不 同的觸摸位置可與不同的一組應(yīng)變傳感器的系數(shù)權(quán)重響應(yīng)一起使用，以預(yù)測該點處的觸摸 的力。在某些示例中，用于計算該表面處的力的算法可至少部分地基于由觸摸傳感器所提 供的信息，來自顯示器的校準(zhǔn)的所存儲的信息，或者在傳感器的使用期限期間所收集并存 儲的信息。在一些情況下，在來自觸摸傳感器的觸摸指示之前的時間期間傳感器可被校準(zhǔn) 成零力。
[0061] 與使用顯示器疊層內(nèi)的力敏部件或者膜相關(guān)聯(lián)的一個挑戰(zhàn)是當(dāng)電子設(shè)備被從一 個地方運輸?shù)搅硪粋€地方或者被用戶使用時給定的電特性(例如，電阻）響應(yīng)于溫度變化可 能改變。例如，每次用戶觸摸觸摸屏?xí)r，用戶可能局部地增加屏幕和力敏部件的溫度。在其 他示例中，不同的環(huán)境(例如，室內(nèi)或戶外)可使得電子設(shè)備經(jīng)受不同的環(huán)境溫度。在另外的 示例中，作為設(shè)備的電子部件或者系統(tǒng)所產(chǎn)生的熱量的結(jié)果，溫度增加可能發(fā)生。
[0062] 在一些情況下，響應(yīng)于其他環(huán)境條件的變化諸如濕度和氣壓的變化，力敏部件還 可伸展和收縮。在下面的示例中，電特性是電阻并且可變環(huán)境條件是溫度。然而，本文所述 的技術(shù)和方法還可應(yīng)用于不同的電特性，諸如可受到其他環(huán)境條件的變化的影響的電容和 電感。
[0063] 在一些【具體實施方式】中，溫度或者其他環(huán)境條件的局部或者全局的變化可導(dǎo)致力 敏部件、電子設(shè)備外殼和/或鄰近于該部件的其他部件的伸展和收縮，這繼而可改變感測電 路所測量的電特性(例如，電阻）。在許多情況下，由于溫度變化的電特性的變化可使得作為 輸入力的結(jié)果的電特性的任何變化模糊。例如，撓曲可產(chǎn)生力敏部件的電阻或阻抗的減小 或增加。溫度的改變還可產(chǎn)生力敏部件的電阻或阻抗的減小或增加。作為結(jié)果，這兩個效應(yīng) 可相互抵消或者另選地可彼此放大，從而導(dǎo)致不敏感的力傳感器或者高靈敏度力傳感器。 力敏部件的電阻或阻抗的類似的減小或增加還可例如通過由于設(shè)備的其他元件所產(chǎn)生的 熱量所導(dǎo)致的力敏部件的溫度增加而產(chǎn)生。
[0064] 在一些情況下，由于溫度變化的機(jī)械變化還可影響傳感器的電特性。具體地，力感 測部件的溫度的變化可能導(dǎo)致力感測部件上的應(yīng)變的變化。例如，受熱的力敏部件可擴(kuò)展 并且受冷的力敏部件可收縮，以在部件上產(chǎn)生應(yīng)變。該應(yīng)變可使得可由相關(guān)聯(lián)的感測電路 測量的電阻、阻抗、電流或電壓的變化并且可影響力傳感器的性能。
[0065] -個解決方案是通過提供經(jīng)受相同或者基本上相同的環(huán)境條件的多于一個的力 感測部件來說明環(huán)境影響。在測量第二力感測部件的應(yīng)變時第一力感測部件可用作參考點 或者環(huán)境基線。在一些具體實施中，兩個力敏部件可由基本上相同的材料組成，使得在部件 被測量時參考部件以相同的方式對環(huán)境進(jìn)行反應(yīng)。例如，在一些情況下，兩個部件中的每個 部件可被適配為具有相同的或者幾乎相同的熱膨脹系數(shù)。這樣，由溫度變化導(dǎo)致的機(jī)械變 化和幾何變化可作為部件之間的差值而被測量。在一些【具體實施方式】中，因為每個傳感器 具有相同的或者相似的熱膨脹系數(shù)，每個傳感器可以基本上相同的方式伸展或收縮。使用 合適的傳感器電路和/或傳感器處理，因溫度而對任一傳感器的電特性的影響可基本上被 補(bǔ)償、取消、減小或者消除。
[0066] 在一些【具體實施方式】中，第一傳感器(具有一個或多個力感測部件)可被定位或者 被設(shè)置在接收輸入力的表面下方。被定位在第一傳感器下方的可為由導(dǎo)熱材料形成的柔順 層。被定位在柔順層下方的可為可用作參考傳感器的第二傳感器(具有一個或多個力感測 部件）。在一些實施方案中，柔順層的熱導(dǎo)率導(dǎo)致第一傳感器和第二傳感器之間的基本上均 勻的溫度。柔順層還可分布或者以其他方式吸收第一傳感器的撓曲的相當(dāng)大部分，使得第 二傳感器可被撓曲或者變形低的多的程度。在一些情況下，第二傳感器可經(jīng)歷大幅減小的 張力，并且在一些具體實施中，可根本不經(jīng)歷任何顯著的張力。
[0067] 在一些實施方案中，柔順層可用于減少應(yīng)變通過疊層的傳輸，使得在柔順層下方 的層經(jīng)歷減小的應(yīng)變但仍然撓曲一定程度。在一些情況下，在柔順層下方并且被附接到基 板的頂表面的傳感器部件可由于(減小的)撓曲而經(jīng)受壓縮力。此類圧縮力可與位于柔順層 上方的一個或多個層多層中的拉伸應(yīng)變具有相反的效果。在一些情況下，下方的傳感器部 件的基于應(yīng)變的電特性在符號上可與被設(shè)置在柔順層的相對側(cè)面上和相應(yīng)的基板的下表 面上的上方的傳感器部件相反。可通過將上方的傳感器部件置于(第一)相應(yīng)的基板的上表 面上并且將下方的傳感器部件置于(第二)相應(yīng)的基板的下表面上來實現(xiàn)類似的效果。當(dāng)比 較來自兩個傳感器的信號時，溫度信號可表現(xiàn)為通用模式改變，而應(yīng)變可表現(xiàn)為差動改變。 因此，相對測量可用于對溫度變化進(jìn)行補(bǔ)償。
[0068] 圖1示出了示例性電子設(shè)備100。該電子設(shè)備100可包括被設(shè)置或者被定位在外殼 102內(nèi)的顯示器104。該顯示器104可包括多個元件的疊層，包括例如顯示元件、觸摸傳感器 層、力傳感器層和其他元件。該顯示器104可包括液晶顯示器(LCD)元件、有機(jī)發(fā)光二極管 (0LED)元件、電致發(fā)光顯示器(ELD)等。該顯示器104還可包括用于改善顯示器的結(jié)構(gòu)或者 光學(xué)性能的其他層，包括例如玻璃片、聚合物片材、偏光器片、彩色掩模等。顯示器104還可 與覆蓋件106集成或者結(jié)合在一起，該覆蓋件106形成設(shè)備100的外表面的一部分。下面參考 圖2-5更加詳細(xì)地描述了示出了 一些示例性層元件的示例性顯示器疊層。
[0069] 在一些實施方案中，觸摸傳感器和或力傳感器與顯不器104集成或結(jié)合在一起。在 一些實施方案中，觸摸傳感器和/或力傳感器使能設(shè)備100上的觸敏表面。在當(dāng)前的示例中， 觸摸傳感器和/或力傳感器用于在覆蓋件106的外表面的至少一部分上方形成觸敏表面。觸 摸傳感器可包括例如電容觸摸傳感器、電阻性觸摸傳感器或者被配置為檢測覆蓋件106上 的觸摸的發(fā)生和/或位置的其他設(shè)備。力傳感器可包括類似于本文所述的力傳感器的基于 應(yīng)變的力傳感器。
[0070] 在一些實施方案中，該顯示器104的層中的每層可使用光學(xué)透明的粘合劑被粘結(jié) 在一起。在其他實施方案中，該顯示器104的層中的每層可被附接或者沉積在獨立的基板 上，這些獨立的基板可彼此層和或粘結(jié)。該顯示器104還可包括用于改善顯示器的結(jié)構(gòu)或者 光學(xué)性能的其他層，包括例如玻璃片、偏光器片、彩色掩模等。
[0071] 圖2A示出了包括光學(xué)透明的力敏部件的柵格的示例性力敏結(jié)構(gòu)200的頂視圖。該 力敏結(jié)構(gòu)200可與電子設(shè)備的顯示器集成或結(jié)合，諸如上面參考圖1所述的示例。如圖2A所 示，力敏結(jié)構(gòu)200包括具有被設(shè)置于其上的多個獨立力敏部件212的基板210。在該示例中， 基板210可為光學(xué)透明的材料，諸如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)、玻璃、藍(lán)寶石、金剛石等。該 力敏部件212可由透明導(dǎo)電材料制成，包括例如聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)、氧化銦錫（ITO)、 碳納米管、鎵氧化鋅、銦鎵鋅氧化物、石墨烯、壓阻的半導(dǎo)體材料、壓阻的金屬材料、鎳納米 線、鉬納米線、銀納米線，其他金屬納米線等。在某些實施方案中，該力感測部件212可至少 部分地基于溫度特性而被選擇。例如，被選擇用于力感測部件212的材料可具有負(fù)的電阻溫 度系數(shù)，使得隨著溫度增加材料的電阻減小。
[0072]如圖2A所示，該力感測部件212可被形成作為直線像素元件陣列，盡管還可使用其 他形狀和陣列圖案。在許多示例中，每個獨立力感測部件212可具有取決于該力感測部件在 陣列內(nèi)的位置的形狀和/或圖案。例如，在一些實施方案中，該力感測部件212可被形成作為 螺線形圖案的跡線，諸如圖2B中所示的。該力感測部件212可包括用于連接到感測電路的至 少兩個電極212a，212b。在其他情況下，該力感測部件212可電連接到感測電路而無需使用 電極。例如，該力感測部件212可使用被形成作為部件層的一部分的導(dǎo)電跡線而被連接到感 測電路。
[0073]圖2C示出了沿圖1的節(jié)段A-A截取的示例性力敏結(jié)構(gòu)200的一部分的側(cè)視圖。如該 橫截面中所示的，第一基板210可被設(shè)置在力接收層240下方。該力接收層240可對應(yīng)于圖1 中所示的覆蓋件106。在一些情況下，該力接收層240被配置為直接從用戶接收力，并且在一 些情況下，該力接收層240被配置為經(jīng)由相對于力接收層240的表面設(shè)置的疊層的另一個層 或部件來接收力。在一些實施方案中，該力接收層240可由具有高的應(yīng)變傳輸特性的材料制 成。例如，該力接收層240可由硬的或者另外的剛性材料諸如玻璃、塑料或者金屬制成，使得 所施加的力可通過力接收層240被有效地傳輸?shù)奖辉O(shè)置在下方的層。
[0074]如圖2C所示，柔順層202可被設(shè)置在力接收層240和具有獨立力敏部件212的陣列 的第一基板210下方。柔順層202可從被配置為響應(yīng)于觸摸的力而壓縮和/或緩解應(yīng)變的柔 順材料形成。例如，該柔順層202可被配置為減輕第一基板210和第二基板220之間的切變 和/或應(yīng)變。在一些實施方案中，該柔順層202可由低硬度彈性體形成。在一個非限制性示例 中，該彈性體可具有小于25肖氏硬度A的硬度。在一些實施方案中，柔順層202具有小于第一 基板210的彈性模量的四分之一的彈性模量。在一些實施方案中，柔順層202具有小于第一 基板210的彈性模量的五分之一的彈性模量。在一些實施方案中，柔順層202具有小于第一 基板210的彈性模量的十分之一的彈性模量。在一些實施方案中，柔順層202具有小于第一 基板210的彈性模量的二十分之一的彈性模量。
[0075]在一些實施方案中，該柔順層202可由柔順粘合劑形成。在一些實施方案中，該柔 順粘合劑可為光學(xué)透明的粘合劑。例如，該柔順層202可由具有小于200微米的厚度的丙烯 酸系粘合劑形成。在一些實施方案中，該柔順層202可小于100微米。在一些實施方案中，該 柔順層可為約50微米的厚度。在其他實施方案中，可使用較薄的粘合劑層。在一些情況下， 用于柔順層202的材料可具有可變的彈性模量。例如，該柔順層202可在一部分中為特別柔 順的并且可在另一個部分中為特別不柔順的。這樣，該柔順層可被適配為在其整個厚度中 包括可變的彈性模量。在一個實施方案中，該柔順層202可由各自具有不同的相對順應(yīng)性的 多個獨立的層制成。例如，較低硬度的粘合劑可被分層堆疊在較高硬度的粘合劑的頂部上。 在一些實施方案中，柔順層202的材料可至少部分地基于其彈性模量而被選擇。例如，在某 些實施方案中，特別低的彈性模量使得柔順層202異常易彎但是也足夠有彈性，以在疊層的 層之間保持間隙。
[0076]在一些實施方案中該，柔順層202的材料可由具有各種厚度和彈性特性的層組成。 材料的分層可增強(qiáng)柔順層202的柔順度。例如，隨著柔順層202的分層增加，層的柔順度可增 加。以類似的方式，如果材料被薄薄地施加，則該柔順層202的柔順度可降低。在一些示例 中，該柔順層可由針對每層而被施加15微米的厚度的丙烯酸系粘合劑層形成。在一些實施 方案中，15微米的丙烯酸系粘合劑柔順層可具有125微米的相同層的彈性模量的大約百分 之五十五的柔順度。
[0077]如圖2C所示，在柔順層202下方的是具有定位于其上的多個獨立力敏部件222的第 二基板220。類似于第一基板210，該第二基板220可由光學(xué)透明的材料諸如聚對苯二甲酸乙 二酯(PET)形成。在該示例中，該力感測部件222可被形成作為各自與陣列獨立力敏部件212 中的相應(yīng)一個陣列獨立力敏部件垂直對準(zhǔn)的直線像素元件陣列。在許多示例中，每個單個 力感測部件222可采取所選擇的形狀。例如，在某些實施方案中，力感測部件222可包括被布 置成螺線形圖案的跡線，該螺線形圖案類似于針對圖2B中的力感測部件212所示的螺線形 圖案。
[0078]如圖2C所示，力敏部件212，222可被連接至感測電路105，該感測電路105被配置為 檢測力敏部件212,222中的每個力敏部件的電特性的變化。在該示例中，該感測電路105可 被配置為檢測力敏部件212,222的電阻的變化，該力敏部件可用于估計施加到設(shè)備的力。在 一些情況下，該感測電路105還可被配置為基于相應(yīng)的力敏部件212的電阻的變化的相對差 值來提供有關(guān)觸摸的位置的信息。
[0079]在一些實施方案中，該感測電路105可被適配成確定力敏部件212的電響應(yīng)和力敏 部件222的電響應(yīng)之間的相對測量。在一些情況下，由于觸摸的力的電響應(yīng)對于位于柔順層 202的相對側(cè)上的力敏部件而言可為不同的。例如，如上所述，力可在力接收層240處被接 收。由于力接收層240的剛度，在力接收層240上接收的并且使力接收層240彎曲的力還可使 得第一基板210撓曲。因為力敏部件212附接于第一基板210,所以力敏部件212也撓曲并且 將力傳遞到柔順層202。然而，由于柔順層202的柔順度(例如，彈性特性），所以柔順層202可 變形并吸收由觸摸的力所引起的疊層中的切力或應(yīng)變的至少一部分。因此，柔順層202可在 被設(shè)置在柔順層202下方的力敏部件222中引起減小的應(yīng)變。在一些情況下，（較低的）力敏 部件222可經(jīng)歷與力敏部件212的撓曲和/或應(yīng)變相比顯著減小的撓曲和/或應(yīng)變。因此，柔 順層202用作兩個力敏部件212，222之間的應(yīng)變隔斷。
[0080] 另選地，柔順層202可規(guī)格化力敏部件212和類似地被定位在陣列內(nèi)的相應(yīng)的力敏 部件222之間的溫度。具體地，該柔順層202可在力敏部件212,222之間導(dǎo)熱，以導(dǎo)致在對應(yīng) 的上部部件和下部部件之間的基本上均勻的溫度分布。一些具體實施中，力敏部件212的溫 度和力敏部件222的溫度可基本上相等。
[0081] 在一些情況下該，柔順層202的熱導(dǎo)率和機(jī)械柔順度兩者均可有助于可能減小或 消除由局部的或者全局整個結(jié)構(gòu)的溫度變化所導(dǎo)致的任何應(yīng)變傳感器漂移的測量。特別 地，測量柔順層202的任一側(cè)上的力敏部件的電響應(yīng)的相對變化可用于補(bǔ)償傳感器的溫度 的變化。例如，在一個實施方案中，第一力敏部件212和第二力敏部件222響應(yīng)于應(yīng)變和/或 溫度的變化而可產(chǎn)生電阻的變化?？墒褂梅謮浩麟娐窐?gòu)造來測量電響應(yīng)的相對變化。例如， 第一力敏部件212和第二力敏部件222可在分壓器構(gòu)造中作為電阻元件被連接。在一些情況 下，力敏部件212可被用作分壓器的接地連接電阻器R攝4,并且力敏部件222可被用作分壓器 的電源連接電阻器R植。在力敏部件212和力敏部件222的中點處的電壓可通過將電源電壓 V植乘以接地連接電阻器與總電阻（即，電源連接電阻器與接地連接電阻器的和）的比值來 進(jìn)行計算。例如，在簡化示例中，在分壓器的中點處的電壓VM可通過使用下面的等式而得 到：
[0083]由于電阻元件的電阻R攝4和R?s(或者力敏部件212和力敏部件222,分別地)響應(yīng)于 力和響應(yīng)于溫度而變化，因此任一元件的電阻可作為力（即，應(yīng)變）的函數(shù)和作為溫度的函 數(shù)兩者來計算，用作簡化的示例，等式：
[0084] RiB^R?i(l+a ? (T獅-T雛）（l+g ? e獅卩），等式2
[0085] 其中R*隹是基準(zhǔn)參考電阻，a是電阻溫度系數(shù)，g是電阻應(yīng)變系數(shù)，并且ejftn是被施加 到結(jié)構(gòu)的應(yīng)變。由等式2所描述的近似值示出了任一 R攝也和的基極電阻Ra推可被溫度和被 施加到材料的應(yīng)變兩者改變。在一些情況下，溫度變化的效應(yīng)可近似于被選擇用于力敏部 件的材料的電阻溫度系數(shù)a和元件的實際溫度的乘積。T撕類似地，應(yīng)變的效應(yīng)可近似于電 阻應(yīng)變系數(shù)g與被施加到元件的應(yīng)變ejfira的乘積。
[0086] 通過組合等式2和等式1并且輸入已知量V植，Ra推，a，和g以及測得的量％細(xì)，被施加 到每個兀件的應(yīng)變￡212和￡222以及每個兀件的實際溫度T212和T222唯一剩下的未知變量，其可 被進(jìn)一步簡化成力敏部件212,222之間的應(yīng)變差值A(chǔ) e和力敏部件212,222之間的溫度差值 AT〇
[0087]在一些具體實施中，柔順層240的熱導(dǎo)率導(dǎo)致相對的力敏部件212,222之間的基本 上均勻的溫度。因此，在一些情況下，溫度的差值A(chǔ)T可在功能上近似為零。另外，因為柔順 層240的柔順度大大地減小力敏部件222所經(jīng)歷的應(yīng)變，所以在一些情況下，應(yīng)變￡222可在功 能上近似為零。這樣，唯一剩下的未知量是由力敏部件212所經(jīng)歷的應(yīng)變e 212。因此，可使用 與上述關(guān)聯(lián)對應(yīng)的算法或電路來計算e212，其可用于計算力測量值或估計值。如先前所述 的，力測量值或者估計值可被用作電子設(shè)備的用戶輸入。
[0088]圖3A示出了圖2B的示例性力敏結(jié)構(gòu)的放大詳細(xì)側(cè)視圖。如圖3A所示，力敏部件212 沿第一基板210的底表面被設(shè)置，該第一基板210自身被附著到或者以其他方式附接到力接 收層240的底表面。與第一力敏部件212相對的是附著到第二基板210的第二力敏部件222。 被定位在力敏部件212,222之間的是柔順層202。在接收到力F時，力接收層240、第一基板 210和力感測部件212可至少部分地?fù)锨?，如針對圖3B中的示例所示的。由于柔順層202的柔 順度，力感測部件222響應(yīng)于力F可不撓曲。在一些情況下，由于柔順層202的柔順度，力感測 部件222可撓曲，但是程度小于力感測部件212。
[0089]在一些實施方案中，力感測部件222的撓曲大約與力感測部件212的撓曲相同。然 而，由于柔順層202的存在，所以由力F所引起的并且由力感測部件212所經(jīng)歷的應(yīng)變和/或 切力的一部分可不被傳輸?shù)搅Ω袦y部件222。
[0090]圖4示出了包括具有貫穿彼此的元件的兩個層的力敏結(jié)構(gòu)400的另選示例的頂視 圖。如圖4所示，每層包括被布置成線性陣列或圖案的多個光學(xué)透明的力敏部件412,422。層 中的一個層可被布置成多個行，而另一個層被布置成多個列。如相對于圖2A所指出的，設(shè)想 透明力敏部件的其他合適的構(gòu)造。例如，力敏部件412,422之間的角度可基本上垂直，如圖4 所示。一些實施方案，角度可不同或者力敏部件412,422可基本上對準(zhǔn)。
[0091]圖5A示出了沿圖1的節(jié)段A-A所截取的設(shè)備的力敏結(jié)構(gòu)的附加示例性實施方案的 一部分的側(cè)視圖。如該橫截面中所示的，第一基板510可被設(shè)置在力接收層540下方。該力接 收層540可對應(yīng)于圖1中所示的覆蓋件106或者可被設(shè)置在圖1的覆蓋件106下方。如圖5A所 示，該第一基板510包括多個獨立力敏部件512。該獨立力敏部件512可由壓阻或者其他應(yīng)變 敏感材料制成。以舉例的方式，該力敏部件512可由硅、鍺或者氧化銦錫制成。
[0092]該力接收層540可由材料諸如玻璃、聚碳酸酯或者類似的透明基板形成。在一些實 施方案中，該力接收層540可被結(jié)合成顯示器疊層內(nèi)的層。在一些情況下，該力接收層540為 顯示器疊層的覆蓋件(玻璃）。該力接收層540可由具有高的應(yīng)變傳輸特性的材料制成。作為 一個示例，該力接收層540可由硬的或者另外的剛性材料諸如玻璃或者塑料制成，使得所施 加的力可通過力接收層540被有效地傳輸?shù)奖辉O(shè)置在下方的層。該力接收層540還可被配置 為響應(yīng)于被施加到力接收層540的力而撓曲。
[0093]在力接收層540下方，該第一基板510以及多個獨立力敏部件512是柔順層502。該 柔順層502可從任何數(shù)量的適當(dāng)柔順的材料制成。例如，在一些實施方案中，可使用低的硬 度彈性體(在一個示例中，彈性體具有小于25肖氏的硬度）。在一些示例中，該柔順層可由低 模量的光學(xué)透明的粘合劑、液體光學(xué)透明的粘合劑、硅樹脂材料、樹脂材料或者凝膠材料制 成。在一些實施方案中，該柔順層502可被形成為被適配為吸收被施加到力接收層的特定范 圍的力的厚度。在一些實施方案中，該柔順層502的厚度還可取決于一個或多個考慮，包括 例如彈性、熱導(dǎo)率、電導(dǎo)率、電絕緣或者其他電特性、熱特性或者機(jī)械特性。
[0094]在柔順層502和壓阻的力敏部件512下方，多個獨立力敏部件522可被定位在第二 基板520上。獨立力敏部件522可由應(yīng)變敏感材料制成。在此類實施方案中，該第一基板510 的力敏部件512可由與第二基板的力敏部件522不同的材料制成。
[0095]該力敏部件512，522可操作地連接到被配置為檢測力敏部件512，522中的每個力 敏部件的電特性或者電響應(yīng)的變化的感測電路505。在一些實施方案中，該感測電路505可 被適配為通過例如分壓器(即，半橋)來檢測力敏部件512,522的電阻的變化。
[0096] 在一些實施方案中，該力敏部件512,522的壓阻元件隨著傳感器、設(shè)備或者環(huán)境的 溫度的改變可經(jīng)受熱電效應(yīng)。該力敏部件512,522的電特性(例如，電阻)可隨著溫度的變化 而變化。在一些示例中，隨著溫度變化的力敏部件512,522的電特性或者電響應(yīng)還可受到熱 膨脹系數(shù)（"CTE"）的影響。因此，在一些情況下，該力敏部件512，522的電特性可被建模為熱 電效應(yīng)、CTE效應(yīng)以及由于用戶所施加的力的任何應(yīng)變的效應(yīng)的總和。在一些實施方案中， 該力敏部件512,522的電特性或者電響應(yīng)可隨著溫度以及響應(yīng)于觸摸的力而變化。例如，該 力敏部件512，522的電特性或者電響應(yīng)可由于由溫度變化所引起的力敏部件512，522的物 理尺寸的變化(例如，力敏部件512,522由于熱膨脹而伸展或收縮)而變化。另選地，該力敏 部件512,522的電特性或者電響應(yīng)可由于歸因于熱電或者熱電效應(yīng)的溫度的變化而變化。 因此，在一個示例中，直接從力敏部件512,522所測得的應(yīng)變可近似為三個分量的總和。
[0097] 丨量S ￡user+￡pyro+￡CTE，等式3
[0098] 其中，eifi是應(yīng)變測量或者估計，eUSM?是由于觸摸的力的應(yīng)變，ePyr。是由于熱電效應(yīng) 的應(yīng)變，并且e CTE是由于熱膨脹系數(shù)的應(yīng)變。在一些情況下，由用戶所施加的力的測量或者 估計可減小、取消或者以其他方式補(bǔ)償熱電效應(yīng)和/或CTE效應(yīng)。
[0099] 類似地，該力敏部件522的應(yīng)變敏感材料可經(jīng)受由于溫度變化而導(dǎo)致的電阻的變 化。此類變化可被稱為由被選擇用于力敏部件522的電阻熱系數(shù)（"TCR"）所造成的變化。類 似地，CTE可使得力敏部件522響應(yīng)于溫度和由于用戶所施加的力的任何應(yīng)變的效應(yīng)而物理 地伸展或收縮。這樣，力敏部件522的電阻可隨著溫度而直接變化，該力敏部件522的物理尺 寸(并且因此電阻)可隨著溫度而變化(例如，力敏部件522伸展或收縮）），并且力敏部件522 的尺寸可響應(yīng)于用戶所施加的力而變化。因此，在一個示例中，作為力敏部件512的電阻的 函數(shù)所測得的應(yīng)變可近似為三個分量的總和。
[0100] ￡$ 糧 ￥euser+eTCR+ecTE 等式 4
[0101 ]其中，￡瀬是應(yīng)變測量或估計，e，r是由于觸摸的力的應(yīng)變，￡tcr是由于電阻熱系數(shù) 的應(yīng)變，并且eCTE是由于熱膨脹系數(shù)的應(yīng)變。在一些情況下，由用戶所施加的力的測量或者 估計減小、取消、消除或者以其他方式補(bǔ)償TCR效應(yīng)和/或CTE效應(yīng)。
[0102] 在一些實施方案中，TCR效應(yīng)和熱電效應(yīng)中的任一者或者兩者可比由于用戶力的 任何應(yīng)變變化大好若干個數(shù)量級。然而，盡管標(biāo)度上存在差異，因為兩種材料的特性均已 知，所施加的力可被計算，因為溫度和所施加的力是唯一未知的變量(使用例如等式1和2)。 即，溫度的變化可在基本上類似的程度上影響各組力敏部件512,522,而由于觸摸的力所經(jīng) 歷的應(yīng)變可由于柔順層512而變化，其可使用上述的等式1和2而被計算或者估計。因此，觸 摸的力的測量或者估計可減小、取消、消除或者以其他方式補(bǔ)償各種溫度效應(yīng)，包括例如熱 電效應(yīng)、TCR效應(yīng)和/或CTE效應(yīng)。
[0103] 圖5B示出了沿圖1的節(jié)段A-A所截取的設(shè)備的力敏結(jié)構(gòu)的示例性實施方案的一部 分的側(cè)視圖。正如圖5A，多個力敏部件512可被設(shè)置在可從力接收層540接收力的基板510下 方。根據(jù)先前的討論，感測電路505可被適配為測量力敏部件512的電特性的變化。感測電路 505還可耦接到溫度傳感器524。溫度傳感器524可熱耦接到力敏部件512。例如，在一個實施 方案中，溫度傳感器524可被包括在基板510內(nèi)。在另一個示例中，溫度傳感器可被包括在力 敏部件512下方，或者在疊層內(nèi)的其他地方。由溫度傳感器524所提供的溫度測量可用于計 算可被施加到力敏部件512的應(yīng)變測量的補(bǔ)償因子。這樣，溫度的影響可被補(bǔ)償并且由于用 戶輸入的溫度獨立應(yīng)變可被準(zhǔn)確地測量。
[0104] 在一些實施方案中，該力敏部件512還可被用作電容觸摸屏的部分。例如，在第一 模式中，力敏部件512可被操作以測量被施加到力接收層的力。然而，在第二模式中力敏部 件512可操作作為被適配為檢測屏幕上的用戶觸摸的電容傳感器。盡管被示出使得力敏部 件512取向成背對力接收層540的底表面，但可以理解的是另選的實施方案被考慮。例如，在 一個實施方案中，力敏部件512可取向成面向力接收層540的底表面。
[0105]圖5C示出了沿圖1的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的力敏結(jié)構(gòu)的示例性實施方案的一部分 的側(cè)視圖。正如圖5A，多個力敏部件512可被設(shè)置在第一基板510下方，其可從力接收層540 接收力。其下方可為被定位在第二基板520上方的第一中間層，該第二基板520自身可包括 被設(shè)置在其上的多個力敏部件522。該定位在第二基板下方的可為第二中間層502。在第二 柔順層502下方可設(shè)置第三基板530。第三基板530可包括多個力敏部件532。盡管示出了三 層的基板，但某些實施方案可包括附加層。在許多實施方案中，中間層502中的一個或多個 中間層可由柔順材料制成。
[0106] 對于具有該構(gòu)造或者相關(guān)的層構(gòu)造的實施方案而言，可通過在第一層、第二層和 第三層之間確定溫度梯度來補(bǔ)償溫度。例如，當(dāng)用戶施加力時，可在三層中的每層處測量應(yīng) 變。如上所述，所測得的應(yīng)變可包括不期望的溫度效應(yīng)。因此，通過測量第一層、第二層和第 三層的所測得的應(yīng)變之間的差值，可得到溫度并且該溫度可得到補(bǔ)償。
[0107] 圖5D示出了沿圖1的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的力敏結(jié)構(gòu)的示例性實施方案的一部分 的側(cè)視圖。正如圖5A，多個力敏部件512可被設(shè)置在第一基板510下方，該第一基板510可通 過隔熱層526從力接收層540接收力。該隔熱層526可被適配為將機(jī)械力從力接收層540向下 轉(zhuǎn)移到第一基板510,而無需傳輸熱。如圖所示，隔熱層可在力接收層540的底表面和第一基 板510之間形成氣隙。這樣，第一基板510和第二基板520以及力敏部件512,522的相應(yīng)的層 的溫度可被至少部分地與環(huán)境條件隔離，這可改善力傳感器的準(zhǔn)確性和性能。
[0108] 圖5E示出了沿圖1的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的力敏結(jié)構(gòu)的示例性實施方案的一部分 的側(cè)視圖。在此類實施方案中，單個應(yīng)變感測層包括在圍繞基板510的不同位置處表現(xiàn)出不 同的應(yīng)變特性和或熱特性的多個應(yīng)變傳感器512。例如，應(yīng)變傳感器512a可具有與應(yīng)變傳感 器512b不同的幾何結(jié)構(gòu)?？舍槍θ魏螖?shù)量的理由來選擇幾何結(jié)構(gòu)中的差異。例如，針對期望 比基板510的其他部分經(jīng)歷更大的變形的基板的部分而言較大的應(yīng)變傳感器幾何結(jié)構(gòu)可能 是需要的。
[0109] 在一個示例中，可基于在結(jié)構(gòu)被包括在電子設(shè)備內(nèi)時哪些電子部件被設(shè)置在力敏 結(jié)構(gòu)下方來選擇針對不同的應(yīng)變傳感器的不同的幾何結(jié)構(gòu)。在其他情況下，針對不同的期 望的力輸入?yún)^(qū)域可存在不同的幾何結(jié)構(gòu)。例如，某些實施方案可包括被設(shè)計成比第二力感 測區(qū)域更加敏感的力感測區(qū)域。因此，被包括在這兩個區(qū)域內(nèi)的應(yīng)變傳感器的幾何結(jié)構(gòu)可 不同。這樣，基板510的不同的區(qū)域可包括不同的應(yīng)變傳感器512。應(yīng)變傳感器可在幾何結(jié) 構(gòu)、取向、材料或者其他特性上不同。
[0110]圖5F示出了沿圖1的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的力敏結(jié)構(gòu)的示例性實施方案的一部分 的側(cè)視圖。正如圖5A，多個力敏部件512可被設(shè)置在可從力接收層540接收力的第一基板510 下方。被定位在第一基板510下方的可為柔順層502,第二基板520可被定位在該柔順層502 下方。類似于圖2C中所示的實施方案，沿第二基板520的頂表面可為第一多個力敏部件522。 沿第二基板520的底表面定位的可為第二多個力敏部件522。以基本上參考圖2C所述的方 式，在此類實施方案中，力敏部件512可與第一多個力敏部件522-起被測量。例如，在某些 實施方案中可通過半橋來完成測量。
[0111]此后或者在其內(nèi)，與第二多個力敏部件522相比，第一多個力敏部件522之間的差 值可被測量。例如，這些可使用半橋或者作為另外一種選擇利用四分之一橋來進(jìn)行測量 (即，不依賴該第一多個力敏部件來測量第二多個力敏部件522)。這樣，溫度的影響可被補(bǔ) 償并且由用戶力輸入導(dǎo)致的應(yīng)變可被測量。
[0112]圖5C示出了沿圖1的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的力敏結(jié)構(gòu)的示例的一部分的側(cè)視圖。正 如圖5A，多個力敏部件512可被設(shè)置在力接收層540下方。在此類實施方案中，力接收層可為 與便攜式電子設(shè)備的顯示器疊層相關(guān)聯(lián)的覆蓋件(例如，覆蓋玻璃）。被定位在覆蓋件下方 的可為柔順層502，基板520可被定位在該柔順層502下方。在此類實施方案中，該柔順層502 可為與顯示器疊層相關(guān)聯(lián)的液晶層。沿基板520定位的可為多個力敏部件。在此類實施方案 中，該基板可為與顯示器疊層相關(guān)聯(lián)的薄膜晶體管層。這樣，力敏結(jié)構(gòu)可被直接結(jié)合在便攜 式電子設(shè)備的顯示器疊層內(nèi)。
[0113] 圖5H示出了沿圖1的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的力敏結(jié)構(gòu)的示例性實施方案的一部分 的側(cè)視圖。與圖5G相關(guān)，多個力敏部件512可被設(shè)置在力接收層540上方，該力接收層540可 為與顯示器疊層相關(guān)聯(lián)的覆蓋玻璃。該定位在第一基板510下方的可為柔順層502,該柔順 層502可為與顯示器疊層相關(guān)聯(lián)的液晶層。該定位在柔順層502下方的可為基板520,該基板 520可為與顯示器疊層相關(guān)聯(lián)的薄膜晶體管層。沿薄膜晶體管層的底表面可為多個力敏部 件512。這樣，力敏結(jié)構(gòu)可被直接結(jié)合在便攜式電子設(shè)備的顯示器疊層內(nèi)。
[0114] 圖51示出了沿圖1的節(jié)段A-A截取的設(shè)備的力敏結(jié)構(gòu)的示例性實施方案的一部分 的側(cè)視圖。在此類實施方案中，該感測電路505可測量力敏部件512和不垂直對準(zhǔn)的力敏部 件522之間的差值。這樣，與多個力敏部件522相比，感測電路可逐步地掃描單個力敏部件 512〇
[0115] 圖6A-6C示出了可用于圖2A中所示的示例性力敏結(jié)構(gòu)的力敏部件的各種光學(xué)透明 螺線形幾何結(jié)構(gòu)的頂部詳細(xì)視圖。例如，該力感測部件612可包括用于連接到感測電路的至 少兩個電極612a，612b，或者在其他情況下，該力感測部件212可被電連接到感測電路，而無 需使用電極。例如，該力感測部件212可使用被形成為部件層的一部分的導(dǎo)電跡線而被連接 到感測電路。
[0116] 圖6A示出了對沿Y軸的應(yīng)變敏感的螺線形幾何結(jié)構(gòu)的頂視圖。這樣，當(dāng)該力感測部 件612在X軸方向上被拉緊時，該力感測部件612可不經(jīng)歷顯著的張力。相反地，當(dāng)該力感測 部件612在Y軸方向上被拉緊時，應(yīng)變可被檢測到并被測量。可以理解的是，角應(yīng)變(例如，沿 45度路徑的應(yīng)變)可與該應(yīng)變沿Y軸的向量分量成比例或相等地使力感測部件612發(fā)生應(yīng) 變。類似地，圖6B示出了對沿X軸的應(yīng)變敏感并且可能不對沿Y軸的應(yīng)變特別敏感的螺線形 幾何結(jié)構(gòu)的頂視圖。圖6C示出了可對沿X軸和Y軸的應(yīng)變敏感的螺線形幾何結(jié)構(gòu)的頂視圖。 [0117]圖6D示出了可對沿45度角的應(yīng)變敏感的螺線形幾何結(jié)構(gòu)的頂視圖?？梢岳斫獾?是，盡管在45度處被示出，但也可采用任何角度或者角度的組合。例如，一個實施方案可包 括沿80度角來調(diào)整應(yīng)變傳感器612的角度。另一個實施方案可包括具有類似于圖6C的多個 有區(qū)別的部分的應(yīng)變傳感器，其中一個部分成45度角并且另一個部分成75度角。在許多實 施方案中，至少部分地基于特定力敏部件沿電子設(shè)備的表面的位置，不同的力敏部件的取 向的角度或者角度的組合可被選擇。
[0118]例如，圖7示出了包括具有被取向成各種方向以檢測沿相應(yīng)方向的應(yīng)變的跡線的 光學(xué)透明的力敏部件712的柵格的示例性力敏結(jié)構(gòu)的頂視圖。例如，力敏部件712a可具有被 取向成檢測沿45度角度的應(yīng)變的跡線，而力敏部件712b可具有被取向成檢測沿45度角度的 應(yīng)變的跡線。在另一個示例中，力敏部件712c可被適配為檢測沿0度和45度之間的任意角 度。
[0119]在某些實施方案中，該力敏部件的感測元件或者跡線的取向可對應(yīng)于力敏部件相 對于電子設(shè)備的外殼的位置。應(yīng)變敏感的取向可被配置為例如與歸因于力傳感器的邊界條 件或者約束的預(yù)測應(yīng)變一致。例如，緊鄰顯示器疊層內(nèi)的屏幕的邊緣的力敏部件可與被定 位在顯示的中心中的力敏部件以不同方式進(jìn)行取向。在一些實施方案中，如圖7所示，該力 敏部件的取向可大致垂直于力傳感器的邊緣。
[0120]在一些實施方案中，如圖7所示，該柵格可由包括沿第一陣列的邊緣定位的邊緣力 敏部件712c的子組的部件的陣列形成。在一些情況下，該邊緣力敏部件712c由沿基本上垂 直于邊緣的方向取向的跡線形成。如圖7所示，力敏部件的陣列可包括被定位在陣列或者柵 格的拐角處的拐角力敏部件712a，712b的子組。在一些情況下，該拐角力敏部件712a，712b 由沿對角方向取向的跡線形成。
[0121] 圖8示出了溫度補(bǔ)償和惠斯通電橋形式的光學(xué)透明的力傳感器的簡化信號流程 圖。在一些實施方案中，可跨被連接到電壓源Vs的兩個平行的分壓器的輸出端來測量電壓 Vg。該分壓器中的一個分壓器可包括已知電阻R 3，R4的兩個電阻器并且另一分壓器可包括兩 個可變電阻器，在該示例中，兩個可變電阻器表示如例如圖2A-圖3中所示的力敏部件212， 222的力可變電阻和溫度可變電阻。例如，使用等式2到上述的等式1中并輸入已知量V植 加），_，(1， 8，1?3，和1?4以及所測得的量￥$細(xì)^)，被施加到力敏元件212的應(yīng)變 ￡212變成唯一 剩余的未知量。因此，由于觸摸的力的應(yīng)變可被計算或者估計并用于估計設(shè)備的表面上的 力。
[0122] 圖9為示出了用于制造溫度補(bǔ)償和光學(xué)透明的力傳感器的過程900的示例性操作 的工藝流程圖。過程900可用于構(gòu)造或者制造上面參考圖2-5所述的一個或多個傳感器實施 方案。具體地，過程900可用于構(gòu)造具有柔順層的可用于測量觸摸的力并補(bǔ)償溫度的變化的 力傳感器。
[0123] 在操作902中，第一基板可被選擇或被獲取。如前所述，基板可從光學(xué)透明的且大 體剛性的材料形成。與本文所述的實施方案一致，基板是剛性的在于當(dāng)被施加力時其不可 壓縮。然而，基板是柔性的并且被配置為響應(yīng)于被施加到其中內(nèi)部安裝或者以其他方式集 成力傳感器的設(shè)備的表面的力而撓曲或彎曲?？赡艿幕宀牧习ɡ绮ＡЩ蛘咄该骶酆?物如聚對苯二甲酸乙二酯(PET)或者環(huán)烯烴聚合物(C0P)。
[0124] 在操作904中，透明力敏結(jié)構(gòu)被施加到第一基板的表面。在一些實施方案中，該透 明力敏結(jié)構(gòu)是壓電的或者應(yīng)變敏感的材料，該壓電的或者應(yīng)變敏感的材料沉積到、形成在、 附接到第一基板的表面或者以其他方式相對于第一基板的表面被固定。在一些情況下，該 力敏結(jié)構(gòu)由透明導(dǎo)電材料形成。示例性透明導(dǎo)電材料包括聚乙烯二氧噻吩(PED0T)、氧化銦 錫（IT0)、碳納米管、石墨烯、壓阻的半導(dǎo)體材料和壓阻的金屬材料、銀納米線、其他金屬納 米線等等。該透明力敏結(jié)構(gòu)可被應(yīng)用為片材或者可被圖案化到第一基板的表面上的陣列 中。
[0125] 在操作906中，第二基板被選擇或被獲取。該第二基板可基本上類似于參考上述操 作902所選擇或者所獲取的基板。在一些實施方案中，該第二基板可沒有第一基板柔性。具 體地，在一些實施方案中，該第二基板響應(yīng)于設(shè)備上的觸摸的力而彎曲或撓曲不是必要的。
[0126] 在操作908中，透明力敏結(jié)構(gòu)被施加到第二基板的表面。操作908基本上類似于操 作904。在一些實施方案中，該透明力敏結(jié)構(gòu)被設(shè)置在當(dāng)層被組合或者組裝成最終的傳感器 構(gòu)造時第二基板的面向第一基板的表面上。
[0127] 在操作910中，柔順層被設(shè)置在第一基板和第二基板之間。在一些實施方案中，該 柔順層由一層或多層光學(xué)透明的粘合劑形成。例如，多層光學(xué)透明的粘合劑膜可被疊層或 者層合在一起以形成柔順層。在一些實施方案中，該柔順層為液體形式的或者凝膠形式并 且可被注入或者以其他方式被設(shè)置在第一基板和第二基板之間。在一些實施方案中，操作 910包括固化過程，其中該柔順層經(jīng)受固化劑和/或被允許隨著時間固化。
[0128] 圖10為示出了操作溫度補(bǔ)償力傳感器的過程1000的示例性操作的工藝流程圖。過 程1000可用于例如操作上面參考圖2-5所述的一個或多個力傳感器。具體地，過程1000可用 于計算或估計設(shè)備上的觸摸的力并補(bǔ)償溫度的變化或者溫度的影響。
[0129] 在操作1002中，用戶觸摸的發(fā)生可被檢測到。例如可使用觸摸傳感器來檢測觸摸。 該觸摸傳感器可包括例如自電容觸摸傳感器、互電容觸摸傳感器、電阻性觸摸傳感器或者 其他類型的觸摸傳感器。在一些實施方案中，觸摸的發(fā)生可由力傳感器被檢測到。例如，傳 感器的一個或多個力敏結(jié)構(gòu)的應(yīng)變或電阻或應(yīng)變的變化可用于檢測觸摸的發(fā)生。在一些實 施方案中，操作1002不是必要的。例如，過程1000的其他操作可有規(guī)律的重復(fù)或者在不規(guī)則 的間隔上被執(zhí)行，而無需首先確定觸摸是否存在。例如，過程1000可被執(zhí)行并計算或估計零 施加力，其可歸因于設(shè)備上的觸摸不存在或者不足。
[0130] 在操作1004中，兩個或更多個力敏結(jié)構(gòu)之間的相對測量可被獲取。如先前相對于 例如圖2A-C、圖3A-B和圖5A-I和圖8所述的，可使用分壓器、半橋、全橋或者其他類似的電路 構(gòu)造來獲取相對測量。在一些實施方案中，每個獨立力敏結(jié)構(gòu)的電測量被獲取并且使用軟 件、固件或者軟件/固件和電路硬件的組合來對測量進(jìn)行比較。
[0131]在操作1006中，力估計可被計算。在一些實施方案中，該力估計對熱效應(yīng)的變化進(jìn) 行補(bǔ)償，包括例如熱電效應(yīng)、TCR效應(yīng)和/或CTE效應(yīng)，如上面參考等式3和4所述的。具體地， 在操作1004中獲取的相對測量可與等式1和2結(jié)合地使用，以計算所估計的應(yīng)變。所估計的 應(yīng)變?nèi)缓罂捎糜谑褂美鐚?yīng)的力敏結(jié)構(gòu)的應(yīng)變和所施加的力之間的已知的相關(guān)性來估 計所施加的力。例如，應(yīng)變可與基板（以及顯示/傳感器疊層的其他相關(guān)的層)的估計的撓曲 對應(yīng)，其可與設(shè)備的表面上的相應(yīng)的力對應(yīng)。
[0132] 圖11為示出了用于操作溫度補(bǔ)償力傳感器的過程1100的示例性步驟的附加工藝 流程圖。在操作1102中，用戶觸摸的位置可被識別。用戶觸摸的位置可使用例如自電容觸摸 傳感器、互電容觸摸傳感器、電阻性觸摸傳感器等來確定。
[0133] 在操作1104中，兩個或更多個力敏結(jié)構(gòu)之間的相對測量可被獲取。如先前參考例 如圖2A-C，圖3A-B，和圖5A-I，和圖8所述，可使用分壓器、半橋、全橋或者其他類似的電路構(gòu) 造來獲取相對測量。在一些實施方案中，每個獨立力敏結(jié)構(gòu)的電測量被獲取并且使用軟件、 固件或者軟件/固件和電路硬件的組合來對測量進(jìn)行比較。
[0134] 在操作1106中，力重心被計算。例如，在1106處，在操作1104中所獲取的相對測量 可用于近似所施加的力的質(zhì)心。在一些實施方案中，在操作1102中所獲取的用戶觸摸的位 置可用于近似所施加的力的質(zhì)心。在一些實施方案中，多觸摸事件的所有觸摸的幾何結(jié)構(gòu) 質(zhì)心可用于近似所施加的力的質(zhì)心。然后，在操作1108中的所測得的力和力重心可被轉(zhuǎn)發(fā) 或者以其他方式中繼到電子設(shè)備。
[0135] 圖12示出了樣本的單層壓電應(yīng)變傳感器。壓電膜1202可被夾在上部基板1210和下 部基板1220之間并通過粘合劑1206,1208諸如光學(xué)透明的粘合劑接合到每個此類基板。一 般來講，電場由壓電膜1202上的應(yīng)變生成并且由三個主要方向中的每個主要方向的應(yīng)力的 組合來形成(在該討論中被稱為n，T2和T3)。場D 3可如下被表示：
[0136] D3 = d3iTi+d32T2+d33T3+p3 A T,等式5
[0137] 其中AT是膜的溫度敏感性，D是對電子位移的測量，以及d31，d32和d33是相對于三 個軸的膜的壓電系數(shù)。因此，傳感器可產(chǎn)生難與由于機(jī)械應(yīng)變所生成的信號區(qū)分的由于溫 度變化的信號。
[0138] 圖13示出了樣本的壓電雙晶片壓電應(yīng)變傳感器。壓電膜1312,1322的兩個層可被 層合在一起，以創(chuàng)建差動應(yīng)變感測設(shè)備，該差動應(yīng)變感測設(shè)備可用于減小溫度對應(yīng)變測量 以及因此對估計起因于應(yīng)變測量的力的影響。該壓電膜1312，1322可通過粘合劑(未示出） 諸如光學(xué)透明的粘合劑而彼此附接。同樣，每個膜可通過粘合劑(也未示出）被附接到基板 1310,1320。與上述的某些實施方案形成對照，光學(xué)透明的粘合劑或者在壓電膜之間的其他 中間層不要求為柔性的。例如，被設(shè)置在壓電膜1312和1322之間的光學(xué)透明的粘合劑可為 剛性的或者以其他方式為非柔性的。
[0139] 圖13的壓電膜1312可為各向異性的。例如，該壓電膜1312,1322可被拉伸成使得它 們的聚合物鏈單向地或者雙向地進(jìn)行取向。在被拉伸時，由于機(jī)械應(yīng)力的膜的壓電效應(yīng)在 拉伸方向上大大強(qiáng)于相反方向上的壓電效應(yīng)。在一些實施方案中，壓電效應(yīng)在拉伸方向上 可為相反方向上的壓電效應(yīng)的十倍。
[0140] 通過在力敏疊層中采用雙向和/或單向各向異性的壓電膜，僅對一個方向的應(yīng)變 敏感或者換句話講，對一個方向上的應(yīng)變比對其他方向上的應(yīng)變更加敏感的傳感器可被創(chuàng) 建。因此，諸如圖13和14中所示的那些的各向異性的壓電膜可被選擇性地拉伸，以對所選擇 的方向上的應(yīng)變尤其敏感。
[0141] 如圖13中所示的，壓電膜1312是各向異性的（例如，拉伸的），并且壓電膜1322是各 向同性的（例如，未拉伸的）。膜1312的拉伸的方向可橫交于所示的箭頭。一般來講，如圖13 中所配置和示出的，各向異性的壓電膜1312和各向同性的壓電膜1322的組合生成如下的電 子位移D 3(其用于測量應(yīng)變）：
[0143] 因此，電子位移的溫度依賴性被取消，因為電場的敏感性是針對期望方向之外的 方向的。換句話講，因為膜的電子位移有效地減小到零，膜之間的所有溫度效應(yīng)可被有效地 消除。
[0144] 圖14示出了可用于估計二維中的力的另一個與樣本溫度無關(guān)的應(yīng)變傳感器。這 里，膜1402,1404與圖13中所示的壓電膜相同。然而，膜1408在與膜1402偏置成90度的方向 上被拉伸，并且膜1406是各向同性的。
[0145] 通過測量膜1404和1406之間的電壓(使用例如電極1434)、膜1402和上部基板1410 的接合處的電壓(使用例如電極1432)以及膜1408和下部基板1420的接合處的電壓(使用例 如電極1436)，被施加在兩個方向上的應(yīng)變(諸如90度偏置，或者在另選的實施方案中以其 他期望的角度偏置)可被確定。這樣，通過應(yīng)變感測的力敏感性和測量可沿兩個軸被提供。 此外，結(jié)構(gòu)可在兩個軸中提供應(yīng)變的與溫度無關(guān)的測量，因為層對各種壓電膜的熱電性進(jìn) 行補(bǔ)償。正如圖13,與溫度無關(guān)的測量可為膜的電子位移有效地減小到零的結(jié)果，從而有效 地消除溫度的所有影響。
[0146] 圖15示出了可用于估計二維中的力的另一個與樣本溫度無關(guān)的應(yīng)變傳感器。這 里，膜1502,1504,1506和1508可與圖14的對應(yīng)識別的膜相同。然而，基板1530可被定位在膜 1502和1504的疊層和膜1506和1508的疊層之間。如圖15所示，電極1532,1534,1536和1538 可用于測量相應(yīng)的層的接合處的電壓。這樣，應(yīng)變傳感器可在兩個不同方向的應(yīng)變之間進(jìn) 行區(qū)分。在某些實施方案中，不同的方向可用于觸覺應(yīng)變的定向檢測。
[0147] 正如圖13和14,來自圖15的示例性傳感器的與溫度無關(guān)的測量可為膜的電子位移 有效地減小到零的結(jié)果，從而有效地消除溫度的所有效應(yīng)。
[0148] 類似地，附加層可被添加到諸如圖14和15所示的那些的實施方案，以便將敏感性 添加到附加方向。例如，附加層可被適配為對與第一層或者第二層偏置45度的應(yīng)變敏感。
[0149] 可以理解的是，盡管許多實施方案在上面相對于光學(xué)透明的力傳感器而被公開， 但本文所述的系統(tǒng)和方法可同樣適用于不透明的力傳感器或者不被要求為透明的力傳感 器。例如，本文所述的力傳感器可被包括在顯示器疊層下方，或者被包括在設(shè)備的外殼內(nèi)。 例如，電子設(shè)備可被適配為對用戶對電子設(shè)備的外殼的擠壓或者施壓作出反應(yīng)。在所有實 施方案中，此類力傳感器不需要為透明的。另一個實施方案可包括半透明的力傳感器。例 如，力傳感器部件可摻雜有墨，使得力傳感器看起來為特定顏色或者色系。在另外的實施方 案中，力傳感器可任選地為透明的、半透明的或者不透明的。
[0150] 本文所述的實施方案可以任何數(shù)量的合適的制造工藝形成。例如，在一個實施方 案中，力敏結(jié)構(gòu)可以卷繞法形成，該卷繞法可包括以所選擇的圖案在基板上沉積力敏材料， 將所述基板結(jié)合到電子設(shè)備的一個或多個附加層或部件，并且將卷繞法的輸出分割到多個 獨立力敏結(jié)構(gòu)中。
[0151] 可以理解的是，盡管上面公開了許多實施方案，但相對于本文所述的方法和技術(shù) 所提供的操作和步驟旨在為示例性的并且因此不是窮舉的。可進(jìn)一步理解的是，針對特定 的實施方案可要求或者期望另選的步驟順序或者更少的步驟或附加步驟。
[0152] 盡管根據(jù)各種示例性實施方案和具體實施描述了上述公開，但應(yīng)當(dāng)理解的是，在 一個或多個獨立實施方案中描述的各種特征、方面和功能不限于將它們適用于它們被描述 的特定實施方案中，而是相反地它們可單獨地或者以各種組合被應(yīng)用到本發(fā)明的一個或多 個其他實施方案，而不論此類實施方案是否被描述以及此類特征是否作為所述實施方案的 一部分被提供。因此，本發(fā)明的廣度和范圍不應(yīng)受任何上述示例性實施方案的限制，但相反 地受本文所提供的權(quán)利要求書的限定。
【主權(quán)項】
1. 一種具有光學(xué)透明的力傳感器的電子設(shè)備，所述光學(xué)透明的力傳感器包括： 第一透明基板； 相對于所述第一透明基板設(shè)置的第一力敏層； 被設(shè)置在所述第一基板下方的第二透明基板； 相對于所述第二透明基板設(shè)置的第二力敏層;和 被設(shè)置在所述第一基板和所述第二基板之間的柔順層;和 傳感器電路，所述傳感器電路被配置為比較所述第一力敏層和所述第二力敏層之間的 相對電響應(yīng)，以計算溫度補(bǔ)償?shù)牧烙嫛?. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述第一透明基板被配置為響應(yīng)于觸摸的力 而撓曲；并且所述柔順層變形以減小所述第二透明基板的任何張力或壓縮。3. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子設(shè)備，其中響應(yīng)于所述觸摸的力，所述第一透明基板經(jīng)歷 的第一大小的張力大于所述第二透明基板經(jīng)歷的第二大小的張力。4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的電子設(shè)備，其中所述柔順層包括氣隙，并且所述第二透明基板 不撓曲。5. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述第一力敏層響應(yīng)于觸摸的力而被置于張 力中，并且所述第二力敏層響應(yīng)于所述觸摸的力而被置于壓縮中。6. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述溫度補(bǔ)償?shù)牧烙媽λ鲈O(shè)備的溫度的 變化進(jìn)行補(bǔ)償。7. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中所述柔順層被配置為在所述第一力敏層和所 述第二力敏層之間導(dǎo)熱，以實現(xiàn)基本上均勻的溫度分布。8. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的電子設(shè)備，其中 所述第一力敏層由第一陣列的直線力敏部件形成;并且 所述第二力敏層由第二陣列的直線力敏部件形成。9. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力傳感器，其中所述第一基板和所述第二基板由玻璃制成。10. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力傳感器，其中所述第一力敏部件和所述第二力敏部件由氧 化銦錫制成。11. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力傳感器，其中所述第一力敏部件和所述第二力敏部件由壓 阻材料制成。12. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力傳感器，其中所述第一力敏部件和所述第二力敏部件至少 部分地由由以下各項組成的組中的一者制成:碳納米管、石墨烯、壓阻半導(dǎo)體和壓阻金屬。13. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力傳感器，其中所述第一力敏部件和所述第二力敏部件由具 有基本上相同的電阻溫度系數(shù)的材料制成。14. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力傳感器，其中所述柔順層包括光學(xué)透明的粘合劑。15. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的力傳感器，其中所述柔順層由具有小于所述第一透明基板的 剪切模量的十分之一的剪切模量的材料形成。16. -種具有光學(xué)透明的力傳感器的電子設(shè)備，所述設(shè)備包括： 覆蓋件； 被設(shè)置在所述覆蓋件下方的第一透明基板； 相對于所述第一透明基板設(shè)置的第一陣列的力敏部件； 被設(shè)置在所述第一基板下方的第二透明基板； 相對于所述第二透明基板設(shè)置的第二陣列的力敏部件;和 被設(shè)置在所述第一基板和所述第二基板之間的柔順層;和 傳感器電路，所述傳感器電路被配置為比較所述第一陣列的力敏部件的部件和所述第 二陣列的力敏部件的部件之間的相對電響應(yīng)，以計算溫度補(bǔ)償?shù)牧烙嫛?7. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子設(shè)備，還包括： 被設(shè)置在所述第二透明基板下方的顯示元件。18. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子設(shè)備，其中所述第一陣列的力敏部件包括沿所述第一 陣列的邊緣定位的邊緣力敏部件的子組，其中所述邊緣力敏部件由沿基本上垂直于所述邊 緣的方向取向的跡線形成。19. 根據(jù)權(quán)利要求16所述的電子設(shè)備，其中所述第一陣列的力敏部件包括被定位在所 述第一陣列的拐角處的拐角力敏部件的子組，其中所述拐角力敏部件由沿對角方向取向的 跡線形成。20. -種具有光學(xué)透明的力傳感器的電子設(shè)備，所述光學(xué)透明的力傳感器包括： 第一透明基板； 相對于所述第一透明基板設(shè)置的第一力敏層； 被設(shè)置在所述第一基板下方的第二透明基板； 相對于所述第二透明基板設(shè)置的第二力敏層;和 傳感器電路，所述傳感器電路被配置為檢測所述第一力敏層和所述第二力敏層之間的 電壓，以計算溫度補(bǔ)償?shù)牧烙?，其? 所述第一力敏層由各向異性壓電膜形成，并且 所述第二力敏層由各向同性壓電膜形成。21. 根據(jù)權(quán)利要求20所述的電子設(shè)備，還包括： 相對于所述第二力敏層設(shè)置的第三力敏層;和 相對于所述第三力敏層設(shè)置的第四力敏層，其中 所述第三力敏層由各向同性壓電膜形成，并且 所述第四力敏層由各向異性壓電膜形成。22. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的電子設(shè)備，還包括： 被設(shè)置在所述第二力敏層和所述第三力敏層之間的第三透明基板。23. 根據(jù)權(quán)利要求21所述的電子設(shè)備，其中 所述第一力敏層對沿第一方向的應(yīng)變具有增加的敏感性， 所述第四力敏層對沿第二方向的應(yīng)變具有增加的敏感性，并且 所述第一方向基本上垂直于所述第二方向。
【文檔編號】G01L1/20GK105899923SQ201580004407
【公開日】2016年8月24日
【申請日】2015年1月12日
【發(fā)明人】S·費利茲, J·E·佩德爾, C·T·歐加塔, J·S·史密斯, D·C·帕特爾, S·J·喬伊, B·Q·希比, C·J·巴特勒, M·P·格魯斯安納
【申請人】蘋果公司