專利名稱：電容性控制面板的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及電容性控制面板。更明確地說，本發(fā)明涉及并入有觸敏和力敏輸入 構(gòu)件的電容性控制面板。
背景技術(shù)：
存在對(duì)穩(wěn)健的且美學(xué)上合意的用于控制裝置的控制面板(用戶接口)的不斷增加 的需求。近年來，電容性感測(cè)技術(shù)在此領(lǐng)域中沿用已久并已被接受。包含電容性控制面 板的裝置的常見實(shí)例是例如用于控制消費(fèi)型電子裝置/家用電器的觸敏顯示屏幕和觸敏
鍵盤/小鍵盤。已知電容性控制面板包含觸敏輸入(例如，電容性位置傳感器)和力敏輸入(例 如，常規(guī)的按鈕/開關(guān))。舉例來說，由蘋果計(jì)算機(jī)公司(Apple Computer Inc.)制造的
“iPod迷你(iPodmini)”的多個(gè)版本具有上覆于若干機(jī)械開關(guān)上的觸敏滾輪。圖1示意性地展示此一般類型的控制面板2的截面圖。控制面板2安裝在待控 制的裝置的壁4中?？刂泼姘灏娙菪杂|摸感測(cè)元件6，其呈垂直于圖1的平面的 環(huán)的形式；以及若干常規(guī)機(jī)械開關(guān)8。圖1的橫截面圖中可看見所述機(jī)械開關(guān)8中的兩 者。電容性傳感器6和機(jī)械開關(guān)8耦合到適當(dāng)?shù)目刂齐娐?未圖示)。電容性位置感測(cè)元件6形成于充當(dāng)結(jié)構(gòu)平臺(tái)10的印刷電路板(PCB)上。平臺(tái) PCBlO和電容性感測(cè)元件6被外部保護(hù)層14覆蓋。將平臺(tái)PCB 10可傾斜地安裝在中心 支撐件12上，使得其可在裝置的壁4中的開口內(nèi)移動(dòng)。支撐件12附接到基底PCB 16。 基底PCB 16和壁4固定在一起。用戶的手指觸摸感測(cè)元件6的位置由電容性傳感器控制 電路確定，且用以相應(yīng)地控制所述裝置。機(jī)械開關(guān)8安裝在基底PCB 16上，位于電容性位置感測(cè)元件6下方。每一機(jī)械 開關(guān)8包括安置于中心電極8A上的可變形隔膜8B。每一隔膜延伸遠(yuǎn)離基底PCB 16到達(dá) 其剛好觸碰平臺(tái)PCB 10的下側(cè)的高度。切換動(dòng)作是通過使選定隔膜變形以使得其接觸中 心電極8A來實(shí)現(xiàn)的。這是通過在所要開關(guān)上方的電容性位置感測(cè)元件上向下按壓來完成 的。這致使平臺(tái)PCB 10圍繞其中心支撐件12傾斜，且壓縮選定開關(guān)的隔膜，使所述隔 膜與其中心電極接觸。用戶可因此根據(jù)受控裝置的操作方式，通過恰當(dāng)?shù)厥褂秒娙菪晕恢酶袦y(cè)元件6 和機(jī)械開關(guān)8來提供控制指令。圖1所示的控制面板2提供緊湊且直觀的用戶接口，但具有若干缺點(diǎn)。舉例來 說，常規(guī)按鈕開關(guān)的使用意味著控制面板僅具有對(duì)機(jī)械力輸入的二元敏感性。也就是 說，控制面板只能指示開關(guān)是斷開的還是閉合的。不存在對(duì)所施加力的量值的類似敏 感性。這限制了控制面板以不同方式響應(yīng)不同力的靈活性。此外，總體結(jié)構(gòu)相對(duì)較復(fù) 雜，且兩種不同感測(cè)技術(shù)(即，用于機(jī)械力感測(cè)的常規(guī)開關(guān)和用于觸摸感測(cè)的電容性感 測(cè)技術(shù))的使用意味著控制電路的所需復(fù)雜性增加，因?yàn)槠浔仨毮軌蛉菁{兩種類型的傳 感器。
基于電容性感測(cè)技術(shù)的力傳感器是已知的。圖2A和圖2B示意性地一個(gè)此類 電容性力傳感器20的截面圖。力傳感器20安裝在基底22上，且包括下部電極26和上 部電極28。下部和上部電極借助可壓縮電介質(zhì)材料24而分離，且連接到電容測(cè)量電路 21。如由電容測(cè)量電路21測(cè)量的下部電極26與上部電極28之間的電容取決于其間距的量值。圖2A展示處于松弛狀態(tài)(未施加力)的力傳感器20，且圖2B展示施加有垂直 力F的力傳感器20。所述力壓縮電介質(zhì)材料24，且因此使下部電極26和上部電極28較 靠近在一起。這表現(xiàn)為電容測(cè)量電路21所測(cè)得的下部電極26和上部電極28的互電容的 改變。電介質(zhì)材料24被壓縮的程度(且因此電極26、28之間的間距的改變)取決于力 F的量值。因此，來自電容測(cè)量電路21的輸出提供所施加力F的測(cè)量結(jié)果。圖2A和圖2B所示種類的傳感器可以各種方式使用，例如用于機(jī)械臂抓手的 反饋電路中，或用作汽車輪胎中的氣壓監(jiān)視器。然而，將此些力傳感器并入控制面板/ 用戶接口中的問題在于，不僅對(duì)直接施加的力敏感，此些傳感器還將對(duì)附近的指點(diǎn)物體 (例如用戶的手指)所引起的電容變化敏感，即使在傳感器上沒有按壓時(shí)也是如此(以與 常規(guī)電容性觸摸傳感器響應(yīng)接近的物體的方式相同的方式)。

發(fā)明內(nèi)容
在一個(gè)實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種控制面板，其具有響應(yīng)物體的接近性的觸摸 傳感器和響應(yīng)物體所施加的力的力傳感器，其中所述控制面板包括感測(cè)元件，所述感測(cè) 元件包括以如下次序堆疊的層覆蓋層；第一電極層，其包括第一力傳感器電極；電介 質(zhì)襯底層，其至少一部分是可壓縮的；第二電極層，其包括第二力傳感器電極；以及支 撐層，其用于在所述第二力傳感器電極附近的支撐位置處支撐所述其它層，其中所述第 一和第二電極層中的至少一者進(jìn)一步包括第一觸摸傳感器電極，且其中所述第一和第二 力傳感器電極以及所述電介質(zhì)襯底層的所述可壓縮部分與所述支撐位置對(duì)準(zhǔn)，使得所述 第一和第二力傳感器電極的間距取決于施加到所述覆蓋層的力的量值，且其中所述控制 面板進(jìn)一步包括控制器，所述控制器包括第一電容性感測(cè)通道，所述第一電容性感測(cè)通 道耦合到所述第二力傳感器電極，以用于測(cè)量所述第二力傳感器電極的電容且輸出對(duì)應(yīng) 的力傳感器輸出信號(hào)，且所述控制器進(jìn)一步包括第二電容性感測(cè)通道，所述第二電容性 感測(cè)通道耦合到所述第一觸摸傳感器電極，以用于測(cè)量所述第一觸摸傳感器電極的電容 且輸出對(duì)應(yīng)的觸摸傳感器輸出信號(hào)。在另一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種感測(cè)物體的接近性和物體所施加的力的方 法，所述方法包括提供感測(cè)元件，所述感測(cè)元件包括以如下次序堆疊的層覆蓋層； 第一電極層，其包括第一力傳感器電極；電介質(zhì)襯底層，其至少一部分是可壓縮的；第 二電極層，其包括第二力傳感器電極；其中所述第一和第二電極層中的至少一者進(jìn)一步 包括觸摸傳感器電極；在所述第二力傳感器電極附近的支撐位置處支撐所述感測(cè)元件， 其中所述第一和第二力傳感器電極以及所述電介質(zhì)襯底的所述可壓縮部分與所述支撐位 置對(duì)準(zhǔn)，使得所述第一和第二力傳感器電極的間距取決于施加到所述覆蓋層的力的量 值；測(cè)量所述第二力傳感器電極的電容，且輸出對(duì)應(yīng)的力傳感器輸出信號(hào)；以及測(cè)量所 述觸摸傳感器電極的電容，且輸出對(duì)應(yīng)的觸摸傳感器接近性輸出信號(hào)。
在又一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種用于接近性和力感測(cè)的控制面板，其包括 覆蓋層；第一電極層，其包括第一力傳感器電極；第二力傳感器電極；電介質(zhì)襯底，其 至少一部分是可壓縮的，且位于所述第一力傳感器電極寫第二力傳感器電極之間；支撐 層，其經(jīng)定位以支撐所述第二力傳感器電極和在所述第二力傳感器電極附近的層，其中 所述電介質(zhì)襯底的可壓縮部分使所述第一力傳感器電極與第二力傳感器電極分離；觸摸 傳感器電極，其鄰近一層定位且與所述力傳感器電極和所述電介質(zhì)襯底的可壓縮部分間 隔開；以及控制器，其包括耦合到所述第二力傳感器電極的能夠測(cè)量其電容且輸出對(duì)應(yīng) 的力傳感器信號(hào)的電容性感測(cè)通道，以及耦合到所述觸摸傳感器電極的能夠測(cè)量其電容 且輸出對(duì)應(yīng)的觸摸傳感器接近性信號(hào)的電容性感測(cè)通道。在又一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種方法，其包括提供感測(cè)元件，所述感測(cè)元 件包含覆蓋層；第一電極層，其包括第一力傳感器電極；第二力傳感器電極；電介質(zhì) 襯底，其至少一部分是可壓縮的，且定位于所述第一一力傳感器電極與第二力傳感器電 極之間；以及觸摸傳感器電極；在所述第一和第二力傳感器電極以及所述電介質(zhì)襯底的 所述可壓縮部分與支撐位置對(duì)準(zhǔn)的位置處支撐所述感測(cè)元件，使得所述第一和第二力傳 感器電極的間距取決于施加到所述覆蓋層的力的量值；測(cè)量所述第二力傳感器電極的電 容，且輸出對(duì)應(yīng)的力傳感器輸出信號(hào)；以及測(cè)量所述觸摸傳感器電極的電容，且輸出對(duì) 應(yīng)的力傳感器輸出信號(hào)。在又一實(shí)施例中，本發(fā)明涉及一種控制面板，其包括第一電極層，其包含第 一力傳感器電極；第二力傳感器電極；電介質(zhì)襯底，其至少一部分是可壓縮的，且定位 于所述第一力傳感器電極與第二力傳感器電極之間；支撐層，其經(jīng)定位以支撐所述第二 力傳感器電極和在所述第二力傳感器電極附近的層，其中所述電介質(zhì)襯底的可壓縮部分 使所述第一力傳感器電極與第二力傳感器電極分離；以及第一觸摸傳感器電極，其與所 述第一和第二力傳感器電極橫向分離。


為了更好地理解各種實(shí)施例且展示其可如何實(shí)施，現(xiàn)在借助于實(shí)例來參考附 圖，其中圖1以截面圖示意性地展示并入有電容性觸摸傳感器和機(jī)械按鈕開關(guān)的已知控 制面板；圖2A和圖2B示意性地展示分別處于松弛和受擠壓狀態(tài)的已知電容性力傳感 器；圖3A和圖3B示意性地展示具有上覆電場(chǎng)線的表示的實(shí)施例中所使用的電容性 傳感器分別在無(wú)指點(diǎn)物體鄰近傳感器時(shí)和在指點(diǎn)物體鄰近傳感器時(shí)的截面圖；圖4示意性地展示并入有根據(jù)實(shí)施例的電容性傳感器的裝置；圖5示意性地展示圖4所示的裝置的局部截面圖；圖6A和圖6B示意性地展示并入到圖4和圖5所示的裝置中的電容性傳感器的 第一側(cè)和第二側(cè)上的電極圖案；圖7示意性地展示圖4所示的裝置在來自按壓在裝置的電容性傳感器上的手指的 負(fù)載下的局部截面圖8示意性地展示根據(jù)另一實(shí)施例的并入有電容性傳感器的裝置的局部截面 圖；圖9示意性地展示圖8所示的裝置在來自按壓在裝置的電容性傳感器上的手指的 負(fù)載下的局部截面圖；圖10示意性地展示根據(jù)另一實(shí)施例的并入有電容性傳感器的裝置的截面圖；圖11示意性地展示圖8所示的裝置在來自按壓在裝置的電容性傳感器上的手指 的負(fù)載下的截面圖；以及圖12示意性地展示根據(jù)另一實(shí)施例的并入有電容性傳感器的裝置的截面圖。
具體實(shí)施例方式提供控制面板，其具有響應(yīng)例如手指等物體的接近性的觸摸傳感器和響應(yīng)由所 述物體施加的力的力傳感器。接近性傳感器和力傳感器兩者可使用電容性感測(cè)，具有相 應(yīng)的傳感器電極。用于觸摸傳感器的電極借助于可變形或可壓縮的電介質(zhì)而分離，且經(jīng) 支撐以使得所施加的力引起間距的改變以及觸摸傳感器電極的電容的對(duì)應(yīng)改變。電容性感測(cè)技術(shù)大致可視為屬于兩個(gè)類別，即基于測(cè)量電極的自電容的技術(shù) (有時(shí)稱為無(wú)源電容性感測(cè)技術(shù))，以及基于測(cè)量電極之間的互電容的技術(shù)(有時(shí)稱為有 源電容性感測(cè)技術(shù))。自電容電容性感測(cè)裝置依賴于測(cè)量感測(cè)電極到系統(tǒng)參考電位(地/接地)的電 容。總而言之，自電容電容性傳感器使用耦合到電容測(cè)量電路的感測(cè)電極。每一電容測(cè) 量電路測(cè)量相關(guān)聯(lián)感測(cè)電極到系統(tǒng)參考電位(例如，系統(tǒng)接地)的電容(電容性耦合)。 當(dāng)不存在靠近感測(cè)電極的指點(diǎn)物體時(shí)，測(cè)得電容具有背景/靜態(tài)值。此值取決于感測(cè)電 極的幾何形狀和布局，以及到所述感測(cè)電極的連接引線等等，以及相鄰物體的性質(zhì)和位 置(例如，與附近接地平面的感測(cè)電極接近性)。當(dāng)指點(diǎn)物體(例如，用戶的手指)接近 感測(cè)電極時(shí)，指點(diǎn)物體充當(dāng)接近感測(cè)電極的虛擬接地。這用以增加感測(cè)電極到接地的測(cè) 得電容。因此，取測(cè)得電容的增加來指示指點(diǎn)物體的存在。這些原理可針對(duì)離散(單個(gè) 按鈕)測(cè)量和二維位置敏感電容性傳感器。舉例來說，多個(gè)電極可布置于一表面上，以 提供界定離散感測(cè)區(qū)域陣列或呈可輪詢矩陣配置的電極行和列的電極?；ル娙蓦娙菪詡鞲衅髋c自電容傳感器的不同之處在于，互電容電容性傳感器是 基于測(cè)量?jī)蓚€(gè)電極之間(而不是單個(gè)感測(cè)電極與系統(tǒng)參考電位之間)的電容性耦合。所述 對(duì)電極中的一個(gè)電極通常稱為驅(qū)動(dòng)(或發(fā)射)電極，而另一電極通常稱為感測(cè)(或接收) 電極。驅(qū)動(dòng)電極有時(shí)也稱為X電極，且感測(cè)電極有時(shí)也稱為Y電極。這在歷史上與在 互電容電容性傳感器的一些早期實(shí)例中不同電極的定向有關(guān)。然而，如今有時(shí)仍使用所 述術(shù)語(yǔ)來區(qū)分被驅(qū)動(dòng)電極與感測(cè)電極，而不管其定向如何。在基本的互電容型電容性傳感器中，為驅(qū)動(dòng)電極供應(yīng)振蕩驅(qū)動(dòng)信號(hào)(例如，包 括一個(gè)或一個(gè)以上方波邏輯電平脈沖)。驅(qū)動(dòng)電極電極與感測(cè)電極之間的互電容由驅(qū)動(dòng)信 號(hào)的分量電容性耦合到感測(cè)電極的程度決定。驅(qū)動(dòng)信號(hào)到感測(cè)電極的耦合度是通過測(cè)量 借助于振蕩驅(qū)動(dòng)信號(hào)轉(zhuǎn)移到感測(cè)電極的電荷的量來確定的。圖3A和圖3B示意性地展示可根據(jù)一些實(shí)施例來使用的互電容型電容性傳感器 30的區(qū)的截面圖。傳感器30包括電介質(zhì)襯底32，其具有安裝在其下表面(參見圖中的定向)上的驅(qū)動(dòng)電極34和安裝在其上表面上的感測(cè)電極36。驅(qū)動(dòng)電極34在此實(shí)例中呈 閉合圓圈的形式，且感測(cè)電極36呈具有大致與驅(qū)動(dòng)電極對(duì)準(zhǔn)的中心開口的環(huán)的形式。在 此實(shí)例中，傳感器提供單個(gè)離散圓形觸敏區(qū)域，但相同的一般原理適用于其它類型的基 于互電容感測(cè)技術(shù)(例如用于為感測(cè)區(qū)域內(nèi)的接近物體提供連續(xù)位置估計(jì)的技術(shù))的傳感
ο圖3A和圖3B中還展示因施加到驅(qū)動(dòng)電極的驅(qū)動(dòng)信號(hào)而連接于驅(qū)動(dòng)電極與感測(cè) 電極之間的電場(chǎng)線的示意性表示。事實(shí)上，線40提供驅(qū)動(dòng)電極與感測(cè)電極之間的電容性 耦合的高度示意性的繪圖表示。圖3A示意性地展示當(dāng)不存在鄰近傳感器30的物體時(shí)的 電場(chǎng)。圖3B示意性地展示當(dāng)存在鄰近傳感器的物體(即，具有到接地的電容Cg的用戶 的手指38)時(shí)的電場(chǎng)。當(dāng)不存在鄰近傳感器的物體時(shí)(圖3A)，圖中所表示的所有電場(chǎng)線均連接于被驅(qū) 動(dòng)電極34與感測(cè)電極36之間。然而，當(dāng)用戶的手指38鄰近傳感器時(shí)(圖3B)，從襯底 外部經(jīng)過的電場(chǎng)線中的一些電場(chǎng)線經(jīng)由手指耦合到接地。因此，較少的場(chǎng)線連接于驅(qū)動(dòng) 電極與感測(cè)電極之間，且其間的測(cè)得電容性耦合相應(yīng)地減小。因此，耦合在驅(qū)動(dòng)電極34與感測(cè)電極36之間的電荷量的測(cè)得改變可用以確定是 否有物體鄰近傳感器(即，溢出的電場(chǎng)延伸到其中的區(qū)的電特性是否已改變)。這是互電 容電容性感測(cè)技術(shù)的基本原理的概括總結(jié)。圖4示意性地展示根據(jù)實(shí)施例的裝置50。裝置50包括外殼54和控制面板52， 控制面板52提供對(duì)觸摸的敏感性和對(duì)力/壓力的敏感性。在此實(shí)例中，裝置50是移動(dòng) (蜂窩式)電話，但實(shí)施例同等適用于任何類型的具有控制面板接口的裝置/設(shè)備。圖5示意性地展示沿著5-5截取的圖4的裝置50的局部截面圖(未按比例繪 制)?？刂泼姘?2包括感測(cè)元件部分56、支撐結(jié)構(gòu)部分58和控制器60。感測(cè)元件56包括分層結(jié)構(gòu)，其中層以如下次序堆疊覆蓋層62;第一電極層 64，其包括第一力傳感器電極70和第一觸摸傳感器電極80;可壓縮電介質(zhì)襯底66;以 及第二電極層68，其包括第二力傳感器電極72和第二觸摸傳感器電極82。第一和第二 電極層可為直接安裝到電介質(zhì)襯底以界定相應(yīng)電極的導(dǎo)電材料。或者，第一和第二電極 層可為相應(yīng)的第一和第二安裝片，其上安裝有導(dǎo)電材料以界定相應(yīng)電極。在此實(shí)例中， 覆蓋面板62是具有約Imm的厚度的透明丙烯酸片，第一和第二電極層包括(例如)由聚 對(duì)苯二甲酸乙二酯(PET)形成的相應(yīng)透明塑料片，其上使用常規(guī)制造技術(shù)沉積例如氧化 銦錫(ITO)等透明導(dǎo)體，以界定第一和第二力和觸摸傳感器電極。使用(例如)粘合劑 將覆蓋面板接合到其它層?？蓧嚎s襯底可為光學(xué)硅膠層，例如在第一和第二電極層使用透明粘合劑接合到 所述可壓縮襯底的區(qū)中具有約100微米到250微米的厚度。因此，此實(shí)例的力和觸摸傳 感器控制面板52的感測(cè)元件56是透明的，且根據(jù)觸摸屏技術(shù)的一般原理，可上覆于顯示 屏幕(圖4中未圖示)上。或者或另外，電介質(zhì)襯底可包含可壓縮粘合劑層。支撐結(jié)構(gòu)58在此實(shí)例中由裝置50的外殼(例如，常規(guī)的模制塑料外殼)中的唇 緣提供。支撐結(jié)構(gòu)58經(jīng)布置以在感測(cè)元件的下側(cè)上的第二力傳感器電極72附近的支撐 位置處支撐感測(cè)元件56。唇緣在此實(shí)例中經(jīng)布置以在其外圍附近且圍繞其完整周長(zhǎng)支撐 感測(cè)元件。外圍安裝還允許(例如)將顯示屏幕安裝在感測(cè)元件后方而不會(huì)因支撐結(jié)構(gòu)而變模糊。在此實(shí)例中，感測(cè)元件在支撐位置處(例如)使用粘合劑接合到支撐結(jié)構(gòu)。 第一力傳感器電極70和第二力傳感器電極72與支撐位置對(duì)準(zhǔn)，使得其間距取決于施加到 覆蓋層的力(即，壓縮電介質(zhì)襯底的力)的量值。控制器60包括根據(jù)(在此實(shí)例中)常規(guī)的用于電容測(cè)量的互電容技術(shù)而操作的 電容性驅(qū)動(dòng)和感測(cè)通道。所述驅(qū)動(dòng)和感測(cè)通道根據(jù)常規(guī)技術(shù)(例如)使用柔性邊緣連接 器帶和板上跡線而耦合到感測(cè)元件的其相應(yīng)電極，如圖5中由框箭頭84示意性地指示?？刂破饕虼税ǖ谝或?qū)動(dòng)通道，其可稱為力傳感器驅(qū)動(dòng)通道，耦合到第一力傳 感器電極，所述電極可因此稱為力傳感器驅(qū)動(dòng)電極?？刂破鬟M(jìn)一步包括第一感測(cè)通道， 其可稱為力傳感器感測(cè)通道，耦合到第二力傳感器電極，所述電極可因此稱為力傳感器 感測(cè)電極。控制器進(jìn)一步包括第二驅(qū)動(dòng)通道，其可稱為觸摸傳感器驅(qū)動(dòng)通道，耦合到第 二觸摸傳感器電極，所述電極可因此稱為觸摸傳感器驅(qū)動(dòng)電極。控制器進(jìn)一步包括第二 感測(cè)通道，其可稱為觸摸傳感器感測(cè)通道，耦合到第一觸摸傳感器電極，且所述電極可 因此稱為觸摸傳感器感測(cè)電極。因此，根據(jù)已知的電容性感測(cè)技術(shù)，控制器60可操作以使用力傳感器驅(qū)動(dòng)和感 測(cè)通道來測(cè)量?jī)蓚€(gè)力傳感器電極之間的互電容，且可操作以使用觸摸傳感器驅(qū)動(dòng)和感測(cè) 通道來測(cè)量?jī)蓚€(gè)觸摸傳感器電極之間的互電容。如下文進(jìn)一步描述，兩個(gè)力傳感器電極 70、72 (具有相關(guān)聯(lián)元件)提供力傳感器(即，對(duì)例如通過按壓的手指施加到覆蓋面板62 的機(jī)械力/壓力敏感的傳感器)。另一方面，兩個(gè)觸摸傳感器電極80、82 (具有相關(guān)聯(lián)元 件)提供觸摸傳感器(即，對(duì)例如指點(diǎn)手指等物體的接近性敏感的傳感器)。顯然，相同 的電容性感測(cè)技術(shù)可用于力傳感器和觸摸傳感器兩者。這簡(jiǎn)化了控制面板的復(fù)雜性。另外(且不同于觸摸傳感器)，力傳感器被布置成其被驅(qū)動(dòng)電極位于襯底的覆蓋 面板側(cè)(即，在正常使用中指點(diǎn)/按壓物體將從其靠近的側(cè))。這為力傳感器提供了對(duì)正 靠近的物體的接近性的減小的敏感性。此外，感測(cè)元件56支撐在第二力傳感器電極72附近，而不是第二觸摸感測(cè)電極 附近。這意味著在控制面板的觸敏區(qū)(如由觸摸電極的布置界定)中的電介質(zhì)襯底在力 被施加到覆蓋面板時(shí)不被壓縮。因此，與原本的情況相比，觸摸傳感器輸出具有對(duì)任何 所施加的力的量值的減小的依賴性?？刂破?0的功能性可由單個(gè)集成電路芯片提供，例如經(jīng)合適編程的通用微處理 器、現(xiàn)場(chǎng)可編程門陣列或?qū)Ｓ眉呻娐?，或者可由離散組件提供。原則上，控制面板的觸摸傳感器方面可包括由單個(gè)觸摸傳感器驅(qū)動(dòng)電極和單個(gè) 觸摸傳感器感測(cè)電極提供的單個(gè)離散觸敏“按鈕”，所述兩個(gè)電極根據(jù)常規(guī)技術(shù)相對(duì)于 彼此而布置，使得在感測(cè)電極附近的指點(diǎn)物體修改其間的測(cè)得電容，例如圖3A和圖3B 中示意性地表示。然而實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的控制面板可常常具有多個(gè)觸摸傳感 器驅(qū)動(dòng)電極和多個(gè)觸摸傳感器感測(cè)電極，其耦合到相應(yīng)的多個(gè)電容性驅(qū)動(dòng)和感測(cè)通道。 觸摸傳感器的特定設(shè)計(jì)(例如，其詳細(xì)的電極圖案化)不是非常重要的，且可使用電容性 觸摸傳感器電極圖案化的任何已知設(shè)計(jì)。因此，雖然上文為了簡(jiǎn)單而在基于單個(gè)觸摸傳 感器驅(qū)動(dòng)電極和單個(gè)觸摸傳感器感測(cè)電極的控制面板的觸摸傳感器方面的情境中繪示并 描述圖5，但將了解，實(shí)際上，例如根據(jù)電容性觸摸傳感器技術(shù)的已知原理，使用較復(fù)雜 的觸摸傳感器電極圖案。
圖6A和圖6B示意性地展示圖5所示的控制面板52的第一電極層64和第二電 極層68?？刂破?0的一些方面也在這些圖中表示。如圖6A所示，感測(cè)元件在此實(shí)例中大體上為矩形，但其特定形狀并不重要。第 一(驅(qū)動(dòng))力傳感器電極70呈大體上朝向感測(cè)元件的外圍的閉環(huán)圖案。觸敏區(qū)(由虛線 81概括指示)由根據(jù)任何已知設(shè)計(jì)而布置的多個(gè)觸摸傳感器感測(cè)電極80 (圖5中展示其單 個(gè)實(shí)例)界定。第一(驅(qū)動(dòng))力傳感器電極70耦合到控制器60中驅(qū)動(dòng)通道Df。所述 多個(gè)觸摸傳感器感測(cè)電極80耦合到對(duì)應(yīng)多個(gè)感測(cè)通道STh。如圖6B所示，朝感測(cè)元件的下側(cè)(相對(duì)于靠近物體的方向)安置的第二電極層 68與第一電極層64的總大小和形狀匹配。第二(感測(cè))力傳感器電極72大致類似于第 一電極層64上的上覆第一(驅(qū)動(dòng))力傳感器電極70之處在于，在此實(shí)例中其呈大體上朝 向感測(cè)元件的外圍的閉環(huán)的形式。第一和第二力傳感器電極布置在其相應(yīng)的電極層內(nèi)， 使得當(dāng)從覆蓋面板62的方向觀看時(shí)，第一力傳感器電極70上覆于第二力傳感器電極72 上。在此實(shí)例中，第一力傳感器電極70完全覆蓋第二力傳感器電極72，因?yàn)榈诙鞲?器電極72的橫截面比第一力傳感器電極70的橫截面薄，且完全在第一力傳感器電極70 后方(如圖5中示意性地指示)。第二電極層68包括多個(gè)觸摸傳感器驅(qū)動(dòng)電極82(圖5 中權(quán)展示其單個(gè)實(shí)例)。這些觸摸傳感器驅(qū)動(dòng)電極82是根據(jù)任何已知設(shè)計(jì)來布置，以與 第一電極層64上的觸摸傳感器感測(cè)電極80協(xié)作，以提供根據(jù)常規(guī)電容性觸摸感測(cè)技術(shù)的 控制面板52的觸摸傳感器功能性。如先前所述，實(shí)施例可結(jié)合電容性傳感器中用于提供 觸敏功能性的電極的任何已知設(shè)計(jì)而使用。純粹為了舉例，圖6A和圖6B示意性地表示 簡(jiǎn)單的矩陣設(shè)計(jì)。如圖6B中所指示，第二(感測(cè))力傳感器電極72耦合到控制器60中的感測(cè)通 道SF。所述多個(gè)觸摸傳感器驅(qū)動(dòng)電極82耦合到對(duì)應(yīng)多個(gè)電容性驅(qū)動(dòng)通道DTh。因此在使用中，控制器60可操作以測(cè)量力傳感器電極70、72之間的互電容性耦 合，且基于測(cè)得的電容產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的力傳感器輸出信號(hào)。控制器還可操作以測(cè)量相應(yīng)的觸 摸傳感器電極80、82之間的互電容性耦合，且以常見方式基于測(cè)得的電容產(chǎn)生對(duì)應(yīng)的觸 摸傳感器輸出信號(hào)。為了避免測(cè)量之間的可能干擾，控制器可操作以在不同時(shí)間測(cè)量力 傳感器電極70、72之間的互電容性耦合以及相應(yīng)的觸摸傳感器電極80、82之間的互電容 性耦合。圖7以橫截面示意性地展示圖4和圖5的控制面板52的另一視圖。(為了簡(jiǎn)單 在圖7中未展示控制器60)。圖7與圖5不同之處在于，圖7展示處于指點(diǎn)物體90 (此 處，用戶的手指)正在對(duì)覆蓋面板62施加按壓力F (如向下箭頭92示意性地指示)的狀態(tài) 的控制面板52。按壓力F用以壓縮力傳感器電極70、72之間的區(qū)中的電介質(zhì)襯底66。 力F不壓縮觸摸傳感器電極80、82之間的區(qū)中的電介質(zhì)襯底66，因?yàn)樵谶@些位置不存在 對(duì)感測(cè)元件的機(jī)械支撐以為所施加的力F提供反作用力來壓住。因?yàn)榱鞲衅麟姌O之間的電介質(zhì)襯底被壓縮，所以力傳感器電極移動(dòng)成較靠近 在一起。因?yàn)殡姌O的互電容取決于其間距，所以來自耦合到第二力傳感器電極的力傳感 器感測(cè)通道的輸出信號(hào)改變。力傳感器電極之間的間距且因此其測(cè)得的電容將取決于所 施加的力的量值(至少達(dá)電介質(zhì)襯底被完全壓縮的極限)。因此，由控制器提供的電容測(cè) 量可作為指示所施加力的量值的信號(hào)而輸出。
然而，因?yàn)橛|摸傳感器電極之間(即，控制面板的觸摸感測(cè)區(qū)中)的電介質(zhì)襯底 不受所施加力的壓縮，所以控制面板的觸摸傳感器功能性不管所施加的力F如何均以相 同方式操作。因此，與觸摸傳感器電極相關(guān)聯(lián)的由控制器提供的電容測(cè)量功能性(即， 驅(qū)動(dòng)和感測(cè)通道)可繼續(xù)操作以輸出指示物體的觸摸的信號(hào)，作為觸摸傳感器輸出信 號(hào)。觸摸傳感器輸出信號(hào)的性質(zhì)將以常見方式取決于與觸摸傳感器功能性相關(guān)聯(lián)的電極 的設(shè)計(jì)的性質(zhì)，例如觸摸傳感器輸出信號(hào)可包括觸摸的估計(jì)位置，或僅僅包括整個(gè)觸摸 傳感器對(duì)接近一個(gè)或一個(gè)以上離散觸摸感測(cè)區(qū)域的物體的存在的指示。因此，圖4到圖7的控制面板提供觸摸傳感器功能性和力傳感器功能性兩者。此 外，設(shè)計(jì)并入有幫助改進(jìn)觸摸測(cè)量與力測(cè)量的獨(dú)立性的各種特征。如上文已說明，觸敏 區(qū)下方(如由觸摸傳感器電極界定)缺乏對(duì)感測(cè)元件的結(jié)構(gòu)支撐意味著觸摸傳感器功能性 基本上與力F的施加無(wú)關(guān)。在一些實(shí)施例中，力傳感器輸出信號(hào)對(duì)物體對(duì)力傳感器電極 的輕微接近性的依賴性可減小(即，靠近電極但不施加力的物體)。這是為了避免對(duì)正施 加的力的“錯(cuò)誤”確定?？刂泼姘宓牧鞲衅鞴δ軐?duì)接近但不按壓的物體的減小的敏感性可在圖4到圖7 所示的實(shí)施例中通過力傳感器電極及其驅(qū)動(dòng)和感測(cè)通道的相對(duì)布置來實(shí)現(xiàn)。明確地說，因?yàn)榈谝涣鞲衅麟姌O70是電容性力傳感器電極的被驅(qū)動(dòng)電極，且 在正常使用期間位于感測(cè)元件的面對(duì)物體的側(cè)上，所以第二感測(cè)電極72到控制面板上方 的物體的電容的影響通過較大的第一力傳感器電極70的屏蔽而減小。這幫助減小由耦合 到第二力傳感器電極72的感測(cè)通道Sf測(cè)得的電容對(duì)在力傳感器電極附近靠近覆蓋面板62 的并不按壓在其上的物體的敏感性。此外，如上文所述，從靠近覆蓋面板的物體的觀點(diǎn)來看，第二力傳感器電極72 在此實(shí)例中完全在第一力傳感器電極70下方，且具有較小的展布范圍。此舉的重要性在 于第一電極層64上的力傳感器驅(qū)動(dòng)電極70與第二電極層68上的力傳感器感測(cè)電極72之 間的互電容性耦合主要在電介質(zhì)襯底66的在兩個(gè)電極之間的具有極少“過溢”的區(qū)內(nèi)。 因此，較薄的第二力傳感器電極72的使用往往將從被驅(qū)動(dòng)的第一力傳感器電極到第二力 傳感器電極的電場(chǎng)耦合集中到其間的區(qū)中，其中相對(duì)來說極少的電場(chǎng)“溢出”進(jìn)入覆蓋 面板且超過覆蓋面板。因此被驅(qū)動(dòng)力傳感器電極70大于下伏的感測(cè)力傳感器電極72的 布置使其之間的互電容性耦合集中，以進(jìn)一步減小對(duì)力傳感器電極70、72附近的在覆蓋 面板上方的物體的敏感性。這是因?yàn)榱鞲衅麟姌O之間的相對(duì)極少的耦合在覆蓋面板上 方的此區(qū)中發(fā)生，且因此此處物體的存在具有對(duì)測(cè)得互電容的減小的影響。發(fā)明人還已 經(jīng)發(fā)現(xiàn)，將相對(duì)較薄的導(dǎo)體用于感測(cè)電極可用以增加所謂的彌散場(chǎng)效應(yīng)的相對(duì)重要性， 且因此增加電容性力傳感器對(duì)電極間距變化的敏感性。因此，可提供控制面板，其提供指示所施加力的量值但具有對(duì)接近物體的輕微 存在的減小敏感性的力傳感器輸出信號(hào)，以及指示物體的接近性但具有對(duì)物體所施加的 任何力的減小敏感性的觸摸傳感器輸出信號(hào)。此外，力和觸摸傳感器功能性可以相對(duì)較 簡(jiǎn)單的設(shè)計(jì)來提供，所述設(shè)計(jì)可將相同的感測(cè)技術(shù)用于兩種類型的傳感器。針對(duì)每一類 型的傳感器可使用相同的控制電路(即，常規(guī)的電容性測(cè)量電路)，且此外，可將相同類 型的結(jié)構(gòu)元件用于所述兩種類型的傳感器。圖8和圖9分別類似于圖5和圖7，且將從圖5和圖7來理解。然而，圖8和圖9展示根據(jù)另一實(shí)施例的控制面板100。圖8和圖9的控制面板100的類似于圖5和圖7 的控制面板52且將從圖5和圖7的控制面板52來理解的方面由相同的參考標(biāo)號(hào)指示，且 為了簡(jiǎn)明而不進(jìn)一步描述。圖8和圖9的控制面板100在其電介質(zhì)襯底和第二電極層的 設(shè)計(jì)上不同于圖5和圖7的控制面板52。明確地說，圖5和圖7的控制面板52中的這些 元件是連續(xù)的層，但在圖8和圖9的控制面板100中，對(duì)應(yīng)元件包括分離的部分。因此，控制面板100包括包含單獨(dú)部分(即可壓縮力傳感器部分66B和觸摸傳感 器部分66A)的電介質(zhì)襯底。這些部分完全由間隙67分離。實(shí)際上，這可通過以連續(xù)電 介質(zhì)層開始且移除其一部分以產(chǎn)生間隙來實(shí)現(xiàn)。因此，電介質(zhì)襯底的力傳感器部分66B 和觸摸傳感器部分66A可由相同材料形成。然而在其它實(shí)例中，這兩個(gè)部分可包括根據(jù) 用于制造分層/層壓結(jié)構(gòu)的已知技術(shù)在感測(cè)元件的構(gòu)造期間單獨(dú)組裝的單獨(dú)材料。如果 設(shè)計(jì)的觸摸傳感器方面是基于無(wú)源(自電容)感測(cè)技術(shù)(例如下文進(jìn)一步描述)，那么第 二電極層中無(wú)需觸摸傳感器電極，且在此情況下，將無(wú)需在控制面板的觸摸感測(cè)區(qū)中包 含電介質(zhì)襯底的一部分。類似地，控制面板100的第二電極層包括單獨(dú)部分，即力傳感器部分(包括第二 力傳感器電極72)和觸摸傳感器部分(包括第二觸摸傳感器電極82)。第二電極層中的力 和觸摸傳感器電極可大體上類似于圖5和圖7的控制面板52的電極。如同圖8和圖9的 控制面板100的兩個(gè)電介質(zhì)襯底部分66A、66B—樣，兩個(gè)第二電極層部分可通過移除初 始連續(xù)電極層的一部分來提供，或可包括單獨(dú)組裝的層，例如具有ITO沉積的個(gè)別適當(dāng) 成形的PET片。圖8示意性地展示處于其中指點(diǎn)物體90 (此處為用戶的手指)接近傳感器但不施 加任何按壓力(F = O)的狀態(tài)的控制面板100。此處，控制面板的觸摸傳感器方面將提供 指示物體的接近性(例如指示其位置(取決于控制面板的觸摸傳感器方面的功能性))的 觸摸傳感器輸出信號(hào)，而控制面板的力傳感器方面將提供指示沒有力正被施加的力傳感 器輸出信號(hào)。另一方面，圖9示意性地展示處于其中指點(diǎn)物體90正在施加按壓力F的狀態(tài)的 控制面板100。此處，控制面板的觸摸傳感器方面將提供指示物體的接近性(例如指示其 位置(取決于控制面板的觸摸傳感器方面的功能性))的觸摸傳感器輸出信號(hào)，而控制面 板的力傳感器方面將提供指示力F正被施加的力傳感器輸出信號(hào)。圖8和圖9的控制面板100中的電介質(zhì)襯底和第二電極層的相應(yīng)部分之間的間隙 67的重要性在于，其可幫助減小力傳感器電極之間的壓縮力向電介質(zhì)襯底的在觸摸電極 之間的區(qū)的轉(zhuǎn)移。此效應(yīng)在圖7中在參考標(biāo)號(hào)110所識(shí)別的區(qū)中示意性地說明。此處， 由所施加的力F引起的電介質(zhì)襯底66的壓縮主要在第一力傳感器電極與第二力傳感器電 極之間，因?yàn)檫@些力傳感器電極與由外殼中的唇緣提供的支撐位置對(duì)準(zhǔn)。然而在一些情 況下，取決于觸摸傳感器電極與力傳感器電極的靠近程度，且還取決于電介質(zhì)襯底的機(jī) 械特性，存在觸摸傳感器電極之間的區(qū)中發(fā)生電介質(zhì)襯底的某種變形的可能性，如圖7 中由參考標(biāo)號(hào)110識(shí)別的區(qū)中示意性地指示?？赏ㄟ^提供例如圖8所示的間隙(或局部 間隙)以幫助在機(jī)械上隔離觸摸傳感器電極之間的區(qū)中電介質(zhì)襯底的部分66A與力傳感器 電極之間的區(qū)中的部分66B來減小此效應(yīng)。因此，如圖9所示，所施加的力F導(dǎo)致力傳 感器電極之間的區(qū)中電介質(zhì)襯底的部分66B壓縮，而不影響觸摸傳感器電極80、82的間距。由力F引起的觸摸傳感器電極的間距變化(例如圖7中在區(qū)110中所示)改變其互 電容，且因此可干擾控制面板的觸摸傳感器方面的正常操作。間隙67在此效應(yīng)成問題的 情況下可幫助減小此效應(yīng)。在圖8和圖9所示的設(shè)計(jì)的變型中，在其它實(shí)施例中可使用類似于圖5和圖7所 示連續(xù)電介質(zhì)層的連續(xù)電介質(zhì)層，但力傳感器電極與觸摸傳感器電極之間(即，在對(duì)應(yīng) 于圖8所示的間隙67的位置的區(qū)中)具有厚度減小的區(qū)。這也可幫助機(jī)械上使觸摸傳感 器電極之間的電介質(zhì)襯底與力傳感器電極與觸摸傳感器電極之間的電介質(zhì)襯底的壓縮隔 離。將了解，力電極與感測(cè)電極之間的電介質(zhì)襯底的具有減小(包含零)厚度的區(qū)無(wú)需 沿著力電極與感測(cè)電極之間的區(qū)的完整范圍連續(xù)延伸，而是可改為沿著力電極與觸摸電 極之間的區(qū)的僅一部分延伸。舉例來說，具有減小的厚度的區(qū)可包括電介質(zhì)襯底中的一 個(gè)或個(gè)以上孔或狹槽，其經(jīng)布置以減小力傳感器電極與觸摸傳感器電極之間的選定位置 處的厚度。在一些實(shí)施例中，這可提供(例如)在組裝期間處置起來較簡(jiǎn)單的結(jié)構(gòu)，但 其提供襯底的在力傳感器電極之間的區(qū)與襯底的在觸摸傳感器電極之間的區(qū)之間的所要 等級(jí)的機(jī)械隔離。將了解，上述原理適用于許多不同的總體設(shè)計(jì)。舉例來說，力傳感器電極不必 位于感測(cè)元件的邊緣處。通過適當(dāng)定位的支撐件，力傳感器可在任何地方。舉例來說，圖10和圖11分別類似于圖5和圖7，且將從圖5和圖7來理解。然 而，圖10和圖11展示根據(jù)另一實(shí)施例的控制面板150。圖10和圖11的控制面板150的 類似于圖5和圖7的控制面板52且將從圖5和圖7的控制面板52來理解的方面為了簡(jiǎn)明 而不進(jìn)一步描述。然而，圖10和圖11的控制面板150與圖5和圖7的控制面板52的不 同之處在于其具有位于感測(cè)元件156的中心位置的力傳感器電極170、172，以及位于外 圍位置的觸摸傳感器電極180、182。其中并入有控制面板150的裝置的外殼154經(jīng)布置 以在與力傳感器電極170、172對(duì)準(zhǔn)的中心支撐位置158處為感測(cè)元件156提供支撐。除 電極和支撐位置的重新布置以外，圖10和圖11的控制面板150在其它方面以與上文針對(duì) 其它實(shí)施例的控制面板52、100而描述的相同大體方式操作。然而，當(dāng)將推力F施加于電 介質(zhì)襯底時(shí)，力傳感器電極的中心位置處發(fā)生壓縮，而不是在先前描述的控制面板52、 100中的外圍位置處發(fā)生壓縮。圖12類似于圖8且將從圖8來理解，但圖12展示根據(jù)另一實(shí)施例的控制面板 150。圖12的控制面板150的類似于圖8和圖9的控制面板100且將從圖8和圖9的控 制面板100來理解的方面由相同的參考標(biāo)號(hào)指示，且為了簡(jiǎn)明而不進(jìn)一步描述。圖12 的控制面板150與圖8和圖9的控制面板100的不同之處在于其第二力傳感器電極的放 置。圖8和圖9的控制面板100的第二力傳感器電極72直接安裝到可壓縮電介質(zhì)襯底的 下側(cè)。然而，圖12的控制面板150改為包括呈導(dǎo)體(例如，銅線)形式的第二力傳感器 電極173，其嵌入并入有控制面板150的裝置的外殼155內(nèi)。第二力傳感器電極173經(jīng)由 跡線174連接到控制器60，所述跡線例如為耦合到第二力傳感器電極173的暴露部分的 常規(guī)跨線導(dǎo)體。圖12中的第二力傳感器電極173被展示為完全嵌入外殼中，使得實(shí)際上 存在第一力傳感器電極與第二力傳感器電極之間的電介質(zhì)材料的額外區(qū)(即，外殼155的 一部分)。在其它實(shí)例中，第二力傳感器電極可部分嵌入外殼中，例如凹入通道中。圖 12的控制面板150的支撐結(jié)構(gòu)158因此由外殼的在第二力傳感器電極173下方的一部分提供?？偟膩碚f，將了解，圖12的控制面板150以類似于圖8和圖9的控制面板的方式 起作用。僅有的差異在于用于各種元件的結(jié)構(gòu)組合件，且在兩種不同設(shè)計(jì)可如何操作的 方面沒有顯著的功能差異。在這點(diǎn)上，將了解，如應(yīng)用于例如圖12所示實(shí)施例的實(shí)施例 的例如第二電極層等術(shù)語(yǔ)不要求包括第二電極層的電極在構(gòu)造之前一起耦合在單位元件 中，權(quán)要求其在功能上布置為可壓縮襯底的同一側(cè)上的層(且可以距襯底不同的距離彼 此物理上偏移)。在一些實(shí)施例中，可能存在多個(gè)單獨(dú)的力傳感器。舉例來說，感測(cè)元件可支撐 在三個(gè)位置處，例如在三角形的頂點(diǎn)處，或在矩形的隅角處(例如，在大體上為矩形的 用戶接口的隅角處)。在此些情況下，可在每一位置處提供驅(qū)動(dòng)與感測(cè)力傳感器電極的一 獨(dú)立配對(duì)，其間具有可壓縮電介質(zhì)材料的適當(dāng)區(qū)。在其它實(shí)例中，多個(gè)驅(qū)動(dòng)和感測(cè)力傳 感器電極中的至少一些可耦合在一起，或可使用適當(dāng)范圍的單個(gè)電極。舉例來說，在其 它方面大致根據(jù)圖4到圖7所示控制面板的控制面板中具有四個(gè)力傳感器的實(shí)施例中，可 使用與圖6A所示的力傳感器驅(qū)動(dòng)電極70類似的力傳感器驅(qū)動(dòng)電極，但在襯底的另一側(cè)上 具有多個(gè)分離的力傳感器感測(cè)電極，從而代替圖6A所示的實(shí)施例的單個(gè)力傳感器感測(cè)電 極72。舉例來說，所述四個(gè)力傳感器感測(cè)電極可提供于力傳感器驅(qū)動(dòng)電極的隅角部分下 方，使得可進(jìn)行四個(gè)單獨(dú)的力測(cè)量。此些多個(gè)力測(cè)量可(例如)用以提供獨(dú)立的力傳感器(例如，用以增加用戶接口 的“按鈕”的數(shù)目)，或區(qū)分(三角測(cè)量)覆蓋面板上的按壓的位置。(即使在設(shè)計(jì)的 觸摸傳感器方面提供位置敏感性的情況下，也可在力傳感器輸出信號(hào)指示力正被施加時(shí) 從觸摸傳感器輸出信號(hào)得出施加力的物體的位置。)還將了解，不同實(shí)施例中可使用其它種類的電容性感測(cè)技術(shù)。舉例來說，雖然 上述實(shí)施例是基于互電容/驅(qū)動(dòng)和感測(cè)通道實(shí)施方案(有源電容性感測(cè))，但其它實(shí)施例 可基于自電容/單個(gè)感測(cè)通道實(shí)施方案(無(wú)源電容性感測(cè))。舉例來說，可使用到系統(tǒng) 參考電位(接地)的自電容是通過常規(guī)自電容電容性感測(cè)通道來測(cè)量的單個(gè)觸摸電極(或 多個(gè)觸摸電極)來提供觸摸傳感器功能性。觸摸電極可能僅在電極層中的一者或另一者 中。力傳感器電極可由類似于上文所述的第一和第二力傳感器電極提供，但其中第二力 傳感器電極耦合到經(jīng)布置以測(cè)量其到接地的電容的力傳感器通道，且第一力傳感器電極 (即，在感測(cè)元件的面對(duì)物體的側(cè)上的電極)直接耦合到接地(或其它系統(tǒng)參考電位)。 因此，當(dāng)?shù)谝缓偷诙姌O在觸摸的施加下而聚到一起時(shí)，第二力傳感器電極到接地的電 容增加，原因是第一力傳感器電極的接近性增加，因此提供對(duì)力的敏感性。然而，因?yàn)?第一力傳感器電極在感測(cè)元件的面對(duì)物體的側(cè)上且連接到固定電位，所以其用以遮蔽第 二感測(cè)電極，使其不受覆蓋面板上方不在施加力的物體的接近性影響。因此以類似于上 文所述方式的方式，與原本可能的情況相比，使力傳感器對(duì)非按壓物體的存在的敏感性 變小。將了解，雖然以上實(shí)例中的電介質(zhì)襯底可在其整個(gè)限度上壓縮，但這僅是為了 便于制造，因?yàn)榭墒褂脝蝹€(gè)層來將力傳感器電極與觸摸傳感器電極間隔開。然而，電介 質(zhì)襯底的在觸摸傳感器電極之間的部分無(wú)需為可壓縮的。舉例來說，參見圖8，針對(duì)圖中 所示定向的電介質(zhì)襯底的右邊部分66A可同等地由不可壓縮的電介質(zhì)材料形成，例如可 用于電容性觸摸屏幕構(gòu)造中的任何常規(guī)的剛性材料。
實(shí)施例因此可用以提供觸摸傳感器和力傳感器輸出信號(hào)。這些輸出信號(hào)的使用 將取決于在手邊的應(yīng)用。舉例來說，在其中并入有根據(jù)實(shí)施例的控制而板的裝置的文本 輸入模式中，手指在所顯示的鍵盤上的位置(如根據(jù)已知技術(shù)從觸摸傳感器輸出信號(hào)確 定)可用以選擇字符進(jìn)行輸入，且力的量值可用以確定輸入模式，例如輕敲(即，低于預(yù) 定義的力閾值)可用以指示小寫字母的輸入，而重壓(提供高于閾值信號(hào)的力指示)可用 以指示大寫字母的輸入。一般來說，來自根據(jù)實(shí)施例的控制面板的輸出信號(hào)的使用的性 質(zhì)可變化，且所述信號(hào)可針對(duì)在手邊的應(yīng)用以任何適當(dāng)方式使用。將了解，上文所述的原理適用于供許多類型的裝置/器具中使用的控制面板。 舉例來說，根據(jù)實(shí)施例的傳感器可在可提供用戶接口的任何情形中使用，例如在烤箱、 烤架、洗衣機(jī)、轉(zhuǎn)筒式干燥機(jī)、洗碗機(jī)、微波爐、食物攪拌機(jī)、制面包機(jī)、飲料機(jī)、計(jì) 算機(jī)、家用視聽設(shè)備、便攜式媒體播放器、PDA、手機(jī)、計(jì)算機(jī)、衛(wèi)星導(dǎo)航系統(tǒng)、車輛 控制面板等等中使用。還有可能提供類似于上述種類的控制面板，其與其可用于控制的 裝置/器具分開提供。舉例來說，為了提供對(duì)業(yè)已存在的器具的升級(jí)。還有可能提供可 經(jīng)配置以操作某一范圍的不同器具的通用傳感器。
權(quán)利要求
1.一種控制面板，其具有響應(yīng)物體的接近性的觸摸傳感器和響應(yīng)物體所施加的力的 力傳感器，其中所述控制面板包括感測(cè)元件，所述感測(cè)元件包括以如下次序堆疊的層覆蓋層；第一電極層，其包括第一力傳感器電極；電介質(zhì)襯底層，其至少一部分是可壓縮的；第二電極層，其包括第二力傳感器電極；以及支撐層，其用于在所述第二力傳感器電極附近的支撐位置處支撐所述其它層，其中 所述第一和第二電極層中的至少一者進(jìn)一步包括第一觸摸傳感器電極，且其中所述第一 和第二力傳感器電極以及所述電介質(zhì)襯底層的所述可壓縮部分與所述支撐位置對(duì)準(zhǔn)，使 得所述第一和第二力傳感器電極的間距取決于施加到所述覆蓋層的力的量值，且其中所述控制面板進(jìn)一步包括控制器，所述控制器包括第一電容性感測(cè)通道，所 述第一電容性感測(cè)通道耦合到所述第二力傳感器電極，以用于測(cè)量所述第二力傳感器電 極的電容且輸出對(duì)應(yīng)的力傳感器輸出信號(hào)，且所述控制器進(jìn)一步包括第二電容性感測(cè)通 道，所述第二電容性感測(cè)通道耦合到所述第一觸摸傳感器電極，以用于測(cè)量所述第一觸 摸傳感器電極的電容且輸出對(duì)應(yīng)的觸摸傳感器輸出信號(hào)。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中所述控制器進(jìn)一步包括經(jīng)布置以將驅(qū)動(dòng)信號(hào) 施加到所述第一力傳感器電極的第一驅(qū)動(dòng)通道，且其中所述第一感測(cè)通道可操作以測(cè)量 施加到所述第一力傳感器電極的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的分量，所述第一感測(cè)通道耦合到所述第 二力傳感器電極，使得由所述第一感測(cè)通道測(cè)得的所述第二力傳感器電極的電容是所述 第二力傳感器電極與所述第一力傳感器電極之間的互電容。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中所述第一力傳感器電極被維持于系統(tǒng)參考電 位，且由所述第一感測(cè)通道測(cè)得的所述第二力傳感器電極的所述電容是第二傳感器力電 極到所述系統(tǒng)參考電位的自電容。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中所述第一觸摸傳感器電極被包括于所述第一 電極層中。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的控制面板，其中所述第二電極層進(jìn)一步包括第二觸摸傳感器 電極，且其中由所述第二感測(cè)通道測(cè)得的電容性耦合是所述第一觸摸傳感器電極與所述 第二觸摸傳感器電極之間的互電容。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的控制面板，其中所述控制器進(jìn)一步包括經(jīng)布置以將驅(qū)動(dòng)信號(hào) 施加到所述第二觸摸傳感器電極的第二驅(qū)動(dòng)通道，且其中所述第二感測(cè)通道可操作以測(cè) 量的施加到所述第二觸摸傳感器電極的所述驅(qū)動(dòng)信號(hào)的分量，所述第二感測(cè)通道耦合到 所述第一觸摸傳感器電極，以進(jìn)而測(cè)量所述第一觸摸傳感器電極與所述第二觸摸傳感器 電極之間的互電容。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中由所述第二感測(cè)通道測(cè)得的所述第一觸摸傳 感器電極的電容是所述第一觸摸傳感器電極到系統(tǒng)參考電位的自電容。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中所述第一和第二力傳感器電極以及所述電介 質(zhì)襯底層的所述可壓縮部分朝向所述感測(cè)元件的相對(duì)于所述觸摸傳感器電極的外部邊緣 定位。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中所述第一力傳感器電極具有比所述第二力傳感器電極大的展布范圍。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中所述電介質(zhì)襯底層整體是可壓縮的。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的控制面板，其中所述電介質(zhì)襯底層在所述力傳感器電極與 所述觸摸傳感器電極之間的至少一個(gè)位置處的厚度小于所述電介質(zhì)襯底層在其它地方的厚度。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中所述支撐層由其中安裝所述感測(cè)元件的外 殼中的唇緣提供。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面極，其中所述覆蓋層、所述第一和第二電極層以及 所述電介質(zhì)襯底層由透明材料形成。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中所述第一和第二電極層包括導(dǎo)電材料，所 述導(dǎo)電材料直接安裝到所述電介質(zhì)襯底層以界定相應(yīng)電極。
15.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中所述第一和第二電極層包括相應(yīng)的第一和 第二安裝片，所述安裝片上安裝有導(dǎo)電材料以界定所述相應(yīng)電極。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的控制面板，其中所述第一和/或第二安裝片包括聚對(duì)苯二 甲酸乙二酯(PET)。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中所述電介質(zhì)襯底層包括硅樹脂層。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中所述電介質(zhì)襯底層包括可壓縮粘合劑層。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的控制面板，其中所述第一觸摸傳感器電極是提供位置敏感 觸摸傳感器的觸摸傳感器電極圖案內(nèi)的元件，且其中所述觸摸傳感器輸出信號(hào)是基于所 述第一觸摸傳感器電極的所述測(cè)得電容以及所述位置敏感觸摸傳感器的所述電極圖案內(nèi) 的其它電極的對(duì)應(yīng)測(cè)得電容。
20.一種感測(cè)物體的接近性和物體所施加的力的方法，所述方法包括提供感測(cè)元件，所述感測(cè)元件包括以如下次序堆疊的層覆蓋層；第一電極層，其 包括第一力傳感器電極；電介質(zhì)襯底層，其至少一部分是可壓縮的；第二電極層，其包 括第二力傳感器電極；其中所述第一和第二電極層中的至少一者進(jìn)一步包括觸摸傳感器 電極；在所述第二力傳感器電極附近的支撐位置處支撐所述感測(cè)元件，其中所述第一和第 二力傳感器電極以及所述電介質(zhì)襯底的所述可壓縮部分與所述支撐位置對(duì)準(zhǔn)，使得所述 第一和第二力傳感器電極的間距取決于施加到所述覆蓋層的力的量值；測(cè)量所述第二力傳感器電極的電容，且輸出對(duì)應(yīng)的力傳感器輸出信號(hào)；以及測(cè)量所述觸摸傳感器電極的電容，且輸出對(duì)應(yīng)的觸摸傳感器接近性輸出信號(hào)。
21.一種用于接近性和力感測(cè)的控制面板，其包括覆蓋層；第一電極層，其包括第一力傳感器電極；第二力傳感器電極；電介質(zhì)襯底，其至少一部分是可壓縮的，且位于所述第一力傳感器電極與第二力傳 感器電極之間；支撐層，其經(jīng)定位以支撐所述第二力傳感器電極和在所述第二力傳感器電極附近的 層，其中所述電介質(zhì)襯底的可壓縮部分使所述第一力傳感器電極與第二力傳感器電極分罔；觸摸傳感器電極，其鄰近一層定位且與所述力傳感器電極和所述電介質(zhì)襯底的可壓 縮部分間隔開；以及控制器，其包括耦合到所述第二力傳感器電極的能夠測(cè)量其電容且輸出對(duì)應(yīng)的力傳 感器信號(hào)的電容性感測(cè)通道，以及耦合到所述觸摸傳感器電極的能夠測(cè)量其電容且輸出 對(duì)應(yīng)的觸摸傳感器接近性信號(hào)的電容性感測(cè)通道。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制面板，其中所述第二力傳感器電極在第二電極層上， 所述第二電極層大體上定位于所述電介質(zhì)襯底的與所述第一電極層相對(duì)的側(cè)上。
23.根據(jù)權(quán)利要求22所述的控制面板，其中所述觸摸傳感器電極在所述第一或第二電 極層中的一者上。
24.根據(jù)權(quán)利要求21所述的控制面板，其中所述第二力傳感器電極定位于所述支撐層 上或所述支撐層內(nèi)。
25.—種方法，其包括提供感測(cè)元件，所述感測(cè)元件包含覆蓋層；第一電極層，其包括第一力傳感器電 極；第二力傳感器電極；電介質(zhì)襯底，其至少一部分是可壓縮的，且定位于所述第一力 傳感器電極與第二力傳感器電極之間；以及觸摸傳感器電極；在所述第一和第二力傳感器電極以及所述電介質(zhì)襯底的所述可壓縮部分與支撐位置 對(duì)準(zhǔn)的位置處支撐所述感測(cè)元件，使得所述第一和第二力傳感器電極的間距取決于施加 到所述覆蓋層的力的量值；測(cè)量所述第二力傳感器電極的電容，且輸出對(duì)應(yīng)的力傳感器輸出信號(hào)；以及測(cè)量所述觸摸傳感器電極的電容，且輸出對(duì)應(yīng)的力傳感器輸出信號(hào)。
26.—種控制面板，其包括第一電極層，其包含第一力傳感器電極；第二力傳感器電極；電介質(zhì)襯底，其至少一部分是可壓縮的，且定位于所述第一力傳感器電極與第二力 傳感器電極之間；支撐層，其經(jīng)定位以支撐所述第二力傳感器電極和在所述第二力傳感器電極附近的 層，其中所述電介質(zhì)襯底的可壓縮部分使所述第一力傳感器電極與第二力傳感器電極分 離；以及第一觸摸傳感器電極，其與所述第一和第二力傳感器電極橫向分離。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的控制面板，其中所述電介質(zhì)響應(yīng)于實(shí)質(zhì)上僅在支撐所述第 二力傳感器電極的所述支撐層處的力而壓縮。
28.根據(jù)權(quán)利要求26所述的控制面板，其中所述第一觸摸傳感器電極安置于所述第一 電極層中，且其中所述控制面板進(jìn)一步包括第二觸摸傳感器電極，所述第二觸摸傳感器 電極通過所述電介質(zhì)的在施加力時(shí)不壓縮的部分與所述第一觸摸傳感器電極分離。
全文摘要
一種用于接近性和力感測(cè)的控制面板包含覆蓋層；第一電極層，其包含第一力傳感器電極；第二力傳感器電極，其位于第二電極層中或支撐層上；以及電介質(zhì)襯底，其至少一部分是可壓縮的，且定位于所述第一力傳感器電極與第二力傳感器電極之間。所述支撐層經(jīng)定位以在第二力傳感器電極支撐位置附近進(jìn)行支撐，使得所述電介質(zhì)襯底的壓縮以及所述第一和第二力傳感器電極的間距取決于施加到所述覆蓋層的力的量值。觸摸傳感器電極位于所述電極層中的一者或一者以上上，使得其電容取決于例如手指等物體的接近性?？刂破鞣謩e測(cè)量所述力和觸摸傳感器電極的電容，且輸出力和觸摸接近性信號(hào)。
文檔編號(hào)G06F3/044GK102012772SQ20101027571
公開日2011年4月13日 申請(qǐng)日期2010年9月3日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者埃薩特·伊爾馬茲, 彼得·斯利曼, 薩米埃爾·布呂內(nèi) 申請(qǐng)人:愛特梅爾公司