本發(fā)明要求2015年9月9日向美國智慧財產(chǎn)局提交的美國臨時案申請?zhí)柕?2/216,055號和2015年9月24日向美國智慧財產(chǎn)局提交的美國臨時案申請?zhí)柕?2/222,965號等案的優(yōu)先權(quán)，其全部內(nèi)容都并入此文作為參考。本發(fā)明涉及一種力感測結(jié)構(gòu)和包括該力感測結(jié)構(gòu)的力感測裝置，更具體地說，涉及一種能夠根據(jù)電容變化量感測物體的接近量和由物體作用的力的力感測結(jié)構(gòu)和包含該力感測結(jié)構(gòu)的力感測裝置。
背景技術(shù)：
：力感測結(jié)構(gòu)通常出現(xiàn)在包括用于數(shù)據(jù)輸入的輸入單元和用于數(shù)據(jù)輸出的輸出單元的各種類型的電子裝置中。這樣的輸入單元的典型例子可以是鍵按鈕單元，并且輸出單元的典型例子可以是包括液晶顯示器(LCD)模塊的顯示單元。此外，按鈕用于在被用戶接觸時使得設(shè)備改變與該按鈕相關(guān)聯(lián)的狀態(tài)。按壓或選擇按鈕可以激活或解除激活設(shè)備的某個狀態(tài)，并使得相關(guān)聯(lián)的動作被執(zhí)行。不按壓或選擇按鈕可以讓設(shè)備處于其當前狀態(tài)，而不執(zhí)行相關(guān)聯(lián)的動作。最近，觸摸屏裝置已經(jīng)發(fā)展為能夠執(zhí)行數(shù)據(jù)輸入/輸出(I/O)并且在相同位置顯示數(shù)據(jù)的設(shè)備，從而明顯減小電子裝置的尺寸并且使得其功能多樣化。在這樣的觸摸屏裝置中，透明觸摸面板設(shè)置在LCD模塊上從而能夠同時執(zhí)行輸入和輸出?；谟|摸面板的物理結(jié)構(gòu)和操作模式，觸摸面板總體被劃分成多種類型，例如電阻式觸摸面板和電容式觸摸面板。通常，觸摸屏裝置用于輸入并接收通過使用用戶的手指輸入的數(shù)據(jù)，并且，常規(guī)觸控設(shè)備僅僅提供觸摸屏幕上的項目的更精細的方法。雖然觸摸感測技術(shù)提供通過用戶直覺的方式來輸入信號，但需要通過執(zhí)行軟件的界面來提供按鈕。因此，力感測功能更進一步的發(fā)展使得用戶使用手指時能有更多的選項進行輸入。然而，需要將額外的力觸摸傳感器納入常規(guī)的力感測模塊的設(shè)計中，并且無法縮減觸摸感測裝置的厚度，使得電子裝置的體積受限。因而，現(xiàn)有技術(shù)還有待改進和提高。技術(shù)實現(xiàn)要素：針對上述技術(shù)問題，本申請的主要目的在于提供一種力感測結(jié)構(gòu)和包括該力感測結(jié)構(gòu)的力感測裝置，其能夠根據(jù)電容變化檢測物體的接近量和由物體作用的力。為了達到上述目的，本發(fā)明采取了以下技術(shù)方案：根據(jù)本公開的一個目的，提供一種力感測結(jié)構(gòu)。所述力感測結(jié)構(gòu)包括力觸摸傳感器，用于檢測物體從上方向所述力觸摸傳感器的接近量和由所述物體向所述力觸摸傳感器作用的力，力觸摸傳感器包括第一電極，與所述物體相隔一間隙設(shè)置，以及第一電容材料層，相鄰所述第一電極設(shè)置。當所述物體接觸所述力傳感器，所述力傳感器根據(jù)其產(chǎn)生的第一電容變化感測所述物體的所述接近量，且當所述物體接觸所述力觸摸傳感器且部分力作用于所述第一電容材料層時，所述力觸摸傳感器根據(jù)所述物體與所述力觸摸傳感器之間產(chǎn)生的第二電容變化感測由所述物體作用的力。優(yōu)選地，所述第一電容材料層設(shè)置在所述第一電極上。優(yōu)選地，所述第一電容材料層是由壓容材料制成，且當所述物體接觸所述力觸摸傳感器且部分力作用于所述第一電容材料層時，所述力觸摸傳感器根據(jù)所述第二電容變化檢測由所述物體作用的力，且所述第二電容變化與所作用的力大小實質(zhì)上正相關(guān)。優(yōu)選地，所述第一電極設(shè)置在所述第一電容材料層上。優(yōu)選地，所述力感測結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述第一電容材料層下方的基底層，和設(shè)置在所述第一電極上方的絕緣層，所述基底層和所述物體接地，當所述物體接觸所述力觸摸傳感器且部分力作用于所述第一電容材料層時，力觸摸傳感器根據(jù)所述第二電容變化檢測由所述物體作用的力。優(yōu)選地，力感測結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述第一電容材料層下方的第二電極。所述第一電容材料層至少與所述第一電極和所述第二電極的其中之一接觸，且所述力觸摸傳感器根據(jù)設(shè)置在所述第一電極和所述第二電極之間產(chǎn)生的所述第二電容變化檢測所述物體作用的力。優(yōu)選地，力感測結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述第一電極上的絕緣層，和與所述第一電極和所述第二電極電連接的開關(guān)。當所述開關(guān)關(guān)閉且所述物體接地時，所述第一電極與所述第二電極短路，所述力觸摸傳感器根據(jù)所述第一電極和所述第二電極之間產(chǎn)生的所述第二電容變化檢測作用于所述物體的力。優(yōu)選地，當所述開關(guān)打開且所述第一電極接地時，所述力觸摸傳感器根據(jù)所述第二電極和第一電容材料層之間產(chǎn)生的所述第二電容變化檢測作用于所述物體的力。優(yōu)選地，力感測結(jié)構(gòu)還包括在所述第一電容材料層和所述第一電極之間的空氣間隙，所述空氣間隙的部分被第二電容材料層填充。優(yōu)選地，所述力感測結(jié)構(gòu)還包括在所述第一電容材料層和所述第一電極之間的空氣間隙，所述空氣間隙是以第二電容材料層填充的。優(yōu)選地，所述物體為可形變的，當力作用于所述物體時，所述物體的一部分靠近所述第一電極，且所述力觸摸傳感器根據(jù)所述第一電容變化檢測作用于所述物體的力，且當所述物體進一步接觸所述第一電極時，所述力觸摸傳感器根據(jù)所述第二電容變化檢測作用于所述物體的力，且所述第二電容變化是因轉(zhuǎn)移至所述第一電容材料層的力所造成。優(yōu)選地，所述物體為可形變的且實質(zhì)上片狀的，當力作用于所述物體，所述物體對應于力作用的位置的部分靠近所述第一電極，且所述力觸摸傳感器根據(jù)所述第一電容變化檢測作用于所述物體的力，且當所述物體進一步接觸所述第一電極，所述力觸摸傳感器根據(jù)所述第二電容變化檢測作用于所述物體的力，且所述第二電容變化是因轉(zhuǎn)移至所述第一電容材料層的力所造成。優(yōu)選地，所述力感測結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述第一電極和所述第一電容材料層之間的第二電極，設(shè)置在所述第一電極和所述第二電極之間的絕緣層，以及設(shè)置在所述第一電容材料層下方的第三電極。當所述物體靠近所述力觸摸傳感器時，所述力觸摸傳感器根據(jù)在所述第一電極和所述物體之間產(chǎn)生的第一電容變化檢測所述物體的接近量，并且當所述物體接觸所述力觸摸傳感器并作用部分的力于所述第一電容材料層時，所述力觸摸傳感器根據(jù)所述第二電極和所述第三電極之間產(chǎn)生的第二電容變化檢測作用于所述物體的力。優(yōu)選地，所述力感測結(jié)構(gòu)還包括在所述第二電極和所述第三電極之間的空氣間隙，所述空氣間隙是部分或完全以第二電容材料層填充。根據(jù)本公開的另一目的，提供一種力感測裝置。力感測裝置包括多個傳感器單元，用于檢測從上方接近所述力感測裝置的物體的接近量和由所述物體作用于所述力感測裝置的力，并且各傳感器單元包括上述的力感測結(jié)構(gòu)，驅(qū)動電路，通過多條驅(qū)動線與各所述傳感器單元連接從而將驅(qū)動信號依序作用于所述多條驅(qū)動線，感測電路，通過多條感測線連接于各所述傳感器單元，所述感測電路用于接收多個感測信號，所述多個感測信號是通過檢測由各所述傳感器單元感測的所述第一電容變化和所述第二電容變化所產(chǎn)生的，以及處理器，用于從所述感測電路接收所述多個感測信號以判斷所觸摸的位置、接近量和作用的力。優(yōu)選地，所述力感測結(jié)構(gòu)還包括設(shè)置在所述第一電容材料層下方的第二電極，且所述多個傳感器單元的多個所述第一電極和多個所述第二電極是由設(shè)置在相同行或列中對應的傳感器單元所共享。優(yōu)選地，所述多個傳感器單元彼此機械性的充分隔離。優(yōu)選地，所述力感測裝置還包含設(shè)置在所述第一電極上的第二電極，設(shè)置在所述第一電極和所述第二電極之間的絕緣層，以及設(shè)置在所述第一電容材料層下方接地的基底。當所述物體靠近所述力觸摸傳感器時，所述力觸摸傳感器根據(jù)所述第一電極和所述物體之間產(chǎn)生的所述第一電容變化檢測所述物體的接近量，并且當所述物體接觸所述力觸摸傳感器并作用部分的力于所述第一電容材料層時，所述力觸摸傳感器根據(jù)在所述第一電極和所述第二電極之間產(chǎn)生的第二電容變化檢測作用于物體的力。優(yōu)選地，所述力感測裝置還包括封裝所述力感測裝置的外殼，且至少一在所述外殼內(nèi)支撐所述力感測結(jié)構(gòu)的支撐結(jié)構(gòu)。優(yōu)選地，所述力感測裝置還包括：保護玻璃，設(shè)置在所述多個傳感器單元上；顯示模塊，設(shè)置在所述多個傳感器單元和所述保護玻璃之間，且附著于所述保護玻璃；以及第一框體，設(shè)置于所述多個傳感器單元下方且設(shè)置有用于容置所述顯示模塊和所述多個傳感器單元的第一凹槽。優(yōu)選地，所述多個傳感器單元設(shè)置在所述第一凹槽中，且所述多個傳感器單元貼附于所述顯示模塊和所述第一凹槽的表面中的一個。優(yōu)選地，所述力感測裝置還包括設(shè)置在所述保護玻璃下方且在所述第一凹槽中的第二框體，所述第二框體具有用于容置所述顯示模塊的第二凹槽。優(yōu)選地，所述力感測裝置還包括與所述多個傳感器單元相鄰的緩沖層。優(yōu)選地，所述緩沖層包括料片和至少一個減震墊。優(yōu)選地，所述力感測裝置還包括設(shè)置在所述顯示模塊下方且與所述多個傳感器單元相鄰的緩沖層。優(yōu)選地，所述緩沖層還包括發(fā)泡片。優(yōu)選地，所述緩沖層還包括至少一個力結(jié)合特性。如上所述，本發(fā)明所提供的一種力感測結(jié)構(gòu)和包括該力感測結(jié)構(gòu)的力感測裝置，與現(xiàn)有技術(shù)相比具有一個或多個以下優(yōu)點。1.可通過包含雙重檢測模式的單一傳感器檢測接近量和作用的力。力感測結(jié)構(gòu)的接近模式和接觸模式都能根據(jù)其中的電容變化量檢測接近量和作用的力，因此可省略額外的力感測裝置(或傳感器)，并且可進一步縮減力感測模塊的厚度。2.通過在力感測裝置的機械結(jié)構(gòu)中添加緩沖層或緩沖結(jié)構(gòu)，在任何組件的剛體部分直接接觸傳感器膜時可避免結(jié)構(gòu)上的損壞。額外的金屬部件也可包括在力感測結(jié)構(gòu)中，從而作為另一電容性感測結(jié)構(gòu)的電極來調(diào)整感測模式、感測信號強度和信噪比，并且側(cè)邊力感測功能也可通過采用本發(fā)明的力感測結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。附圖說明本發(fā)明的詳細結(jié)構(gòu)、操作原理和功效，可參閱本發(fā)明說明書附圖及實施例的詳細說明而獲得清楚地了解。圖1A到圖1I為本發(fā)明所提供的力感測結(jié)構(gòu)的第一實施例的示意圖和傳感器上電容對力的曲線圖。圖2A到圖2O為本發(fā)明所提供的力感測結(jié)構(gòu)的第二實施例的示意圖和傳感器上電容對力的曲線圖。圖3A到圖3F為本發(fā)明所提供的力感測結(jié)構(gòu)的第三實施例的示意圖。圖4A到圖4E為本發(fā)明所提供的力感測裝置的第一實施例的示意圖。圖5A到圖5L為本發(fā)明所提供的力感測裝置的第二實施例的示意圖。圖6A到圖6B為本發(fā)明所提供的側(cè)向力感測裝置的實施例的示意圖。具體實施方式下文中將參考附圖詳細說明本公開的實施例，使得本發(fā)明所屬領(lǐng)域技術(shù)人員能了解本發(fā)明。本領(lǐng)域技術(shù)人員應理解，所述的實施例可以在不脫離本申請的精神與范疇下，以各種不同的方式進行修改。除非上下文清楚地標明否則，如此處所采用的，單數(shù)形式“一個”、“一”、“該”也用于包括復數(shù)形式。進一步應當理解，當用于此處時，“包含”、“包含著”、“包括”和/或“包括著”指定了存在所陳述的特征、整體、步驟、操作、組件和/或部件，但是不排除存在或添加一個或多個其他特征、整體、步驟、操作、組件、部件和/或其組合。進一步應當理解，雖然本文使用術(shù)語第一和第二描述各種組件，但所述的組件不限于這些術(shù)語。這些術(shù)語僅用于區(qū)別此組件與另一組件。為了清楚起見和描述簡潔，在附圖中可能省略了一些部分，并且相同的附圖標記指示相同或相似的部分。在附圖中，層、膜、面板、區(qū)域等的厚度為了清楚起見可能被夸大但這些并不限制本發(fā)明的實施方式。如果諸如層、膜、區(qū)域或基底的組件被稱為位于另一個組件"上"，則其可直接地位于另一組件上，或可存在插入的組件。請參閱圖1A到圖1I，其為本發(fā)明的力感測結(jié)構(gòu)的第一實施例的示意圖和傳感器上電容對力的曲線圖。如圖1A所示，力感測結(jié)構(gòu)1包含第一電容材料層102和第一電極104，且第一電極104與物體OBJ間隙隔開。當力作用于物體OBJ時，該物體OBJ靠近力感測結(jié)構(gòu)1，且力感測結(jié)構(gòu)1根據(jù)第二電容C2的電容變化檢測物體OBJ的接近量。詳細來說，力感測結(jié)構(gòu)1可做為自容傳感器，當物體OBJ，例如，手指，接近力感測結(jié)構(gòu)1，第一電極104可電容性的連接于物體OBJ，并造成電荷自第一電極104分流至物體OBJ。其結(jié)果是，位于力感測結(jié)構(gòu)1的電容值提升。當物體OBJ更靠近第一電容材料層102時，分流的電荷量持續(xù)提升，并繼續(xù)造成電容的持續(xù)提升。因此，當感測電路偵測到力感測結(jié)構(gòu)1處的電容上升時，表明物體OBJ靠近力感測結(jié)構(gòu)1。如圖1B所示，物體OBJ的接近量會造成如圖1B的”接近模式”的電容的變化量。進一步地，當物體OBJ接觸力感測結(jié)構(gòu)1并使第一電容材料層102形變時，力感測結(jié)構(gòu)1根據(jù)第一電容C1的變化量檢測由物體OBJ作用的力。第一電容材料層102的厚度隨著力增加而減少，因此，第一電容C1的電容值提升，如圖1B的“接觸模式”所示，因此，物體OBJ的接近量和作用于物體OBJ的力可通過計算總電容值C的電容變化量來決定。優(yōu)選的，物體OBJ可包含金屬或半導電材料，其能夠與第一電極104感生出電容。需要注意的是，物體OBJ可能并非由金屬組成，使得物體OBJ僅能在接近模式下被檢測。請參閱圖1C，當?shù)谝浑娙莶牧蠈?02被力感測結(jié)構(gòu)1'的壓容材料層102'所取代時，其能夠改變傳感器上電容變化量?C對于力的特性。例如，當物體OBJ接觸力感測結(jié)構(gòu)1'并改變壓容材料層102'的厚度時，力感測結(jié)構(gòu)1'根據(jù)所述第一電容C1的變化量檢測由物體OBJ作用的力，所述第一電容C1的變化量與作用的力大小呈線性關(guān)系，如圖1D所示。在本發(fā)明的另一實施方式中，物體OBJ可以是片狀且可撓曲的，并且在物體OBJ和力感測結(jié)構(gòu)之間的間隙可以利用通常在觸摸面板中應用的必要材料來填充。當物體OBJ兩端被固定，且當力作用于物體OBJ時，物體OBJ的一部分被所作用的力彎曲。此處，第二電容C2可能改變?yōu)镃2'，其電容量的變化所代表所作用的力也可在接近模式中被檢測，并且力感測結(jié)構(gòu)的撓性可進一步提升。請繼續(xù)參照圖1F，圖1F為本發(fā)明的力感測結(jié)構(gòu)的第一實施例的第三實施方式。力感測結(jié)構(gòu)1"包含第一電容材料層102、第一電極104、絕緣層106和基底層108。在實施例中，物體OBJ和基底層108為接地的。第一電極104通過絕緣層106來避免與接地的物體產(chǎn)生短路，并且在基底層108和第一電極104之間產(chǎn)生的第一電容C1，和在第一電極104和物體OBJ之間產(chǎn)生的第二電容C2為串聯(lián)的，因此，總電容C=(C1*C2)/(C1+C2)。與上述實施例類似的，物體OBJ的接近量和作用于物體OBJ的力可根據(jù)電容變化量?C和所作用的力之間的關(guān)系來檢測，其電容量的變化如圖1G所示。類似于圖1C和圖1D，請參閱圖1H和1I，第一電容材料層102被力感測結(jié)構(gòu)1'"中的壓容材料層102'取代，并且電容變化量和所作用的力的關(guān)系由于圖1H和1I中的壓容材料層102'的存在，也可以線性表示。請參閱圖2A到2O,其為本發(fā)明的力感測結(jié)構(gòu)的第二實施例的示意圖和傳感器上電容對力的曲線圖。如圖2A-2C所示，力感測結(jié)構(gòu)2包含第一電容材料層202、第一電極204和第二電極206。第一電容材料層202設(shè)置在第一電極204和第二電極206之間。當力作用于物體OBJ時，其依序靠近力感測結(jié)構(gòu)2，而第二電容C2依序改變?yōu)镃2'和C2"，并且第一電容C1隨著第一電容材料層202厚度的減少，改變?yōu)镃1'，如圖2A到圖2C所示，并且總電容C、第一電容C1和第二電容C2的電容變化量?C對所作用的力之間的關(guān)系可如圖2D所示。因此，物體OBJ的接近量和作用于物體OBJ上的力可根據(jù)電容變化量被檢測。類似于圖1D和1I，請參閱圖2E和圖2F，第一電容材料層202也可被力感測結(jié)構(gòu)2'中的壓容材料202'所取代，使得傳感器上電容變化量?C對于力的特性可被改變。例如，當物體OBJ接觸力感測結(jié)構(gòu)2'并改變壓容材料層202'的厚度時，力感測結(jié)構(gòu)2'根據(jù)第一電容C1的變化量檢測由物體OBJ作用的力，其具有對于作用的力的線性關(guān)系，如圖2F所示。此外，根據(jù)圖2G，空氣間隙GAP置入力感測結(jié)構(gòu)2"的第一電極204和第一電容材料層202之間，并且間隙電容C1a和第一電容C1b在其間形成。請參閱圖2H，當力作用于物體OBJ時，其靠近第一電極204，第二電容C2改變?yōu)镃2"，并且第一電極204進一步接觸第一電容材料層202，使得間隙電容C1a改變?yōu)镃1a"。請參閱圖2I，在第一電容材料層202的厚度因所作用的力減少之后，第一電容C1b改變?yōu)镃1b'。此處，請參閱圖2J，空氣間隙GAP的電容特性可通過第一電容材料層202來調(diào)整，其中間隙電容C1a和第一電容材料層202是串聯(lián)的，總電容C可通過下式C=(C1a*C1b)/(C1a+C1b)C2來計算。詳細來說，在物體OBJ和第一電容材料層202之間的間隙變化，和在第一電極204和第一電容材料層202之間的間隙變化可通過力感測結(jié)構(gòu)來感測，并且作用于物體OBJ上的力也可藉此被感測。因此，電容測量電路應為自容性和互容性電容測量電路。類似的，第一電容材料層202可被力感測結(jié)構(gòu)2'"中的壓容材料層202'取代，并且傳感器上電容變化量?C對于力的特性可被改變。例如，當物體OBJ接觸力感測結(jié)構(gòu)2'"并改變壓容材料層202'的厚度時，力感測結(jié)構(gòu)2'"根據(jù)第一電容C1b的變化量檢測由物體OBJ作用的力，其具有對于作用的力大小的線性關(guān)系，如圖2K和2L所示。請參考圖2M和圖2L，在力感測結(jié)構(gòu)的其他實施例中，還可包含第二電容材料層203，并且空氣間隙GAP也可置入第一電容材料層202和第二電容材料層203之間[如圖2中的（1）和（2）所示]。因此，物體OBJ的接近量和作用于物體OBJ上的力可以用類似方式被檢測。需要注意的是，物體OBJ可為片狀和可撓曲的，當物體OBJ兩端被固定，物體OBJ的一部分被所作用的力所彎曲從而將第二電容C2改變?yōu)镃2'，因此可檢測所作用的力。請參考圖2O，力感測結(jié)構(gòu)還包含絕緣層211，并且開關(guān)SW電連接于第一電極204和第二電極206之間。當開關(guān)SW關(guān)閉且物體OBJ接地，第一電極204與第二電極206短路，力感測結(jié)構(gòu)根據(jù)第一電極204和第二電極206之間產(chǎn)生的電容變化量來檢測作用于物體OBJ的力。當開關(guān)SW打開且第一電極204接地，力感測結(jié)構(gòu)根據(jù)物體OBJ和第一電極204之間產(chǎn)生的電容變化量，通過使用自容檢測來檢測物體OBJ的接近量，并且根據(jù)第二電極206和第一電容材料層202之間的產(chǎn)生電容變化量檢測作用于物體OBJ的力。圖3A到圖3F為本公開的力感測結(jié)構(gòu)的第三實施例的示意圖。如圖3A所示，力感測結(jié)構(gòu)3依序包括第一電極304、絕緣層310、第二電極306、電容材料層302和第三電極308。通過采用在第一電極304和第二電極306之間的自電容檢測來檢測物體位置信息，以及通過采用在第二電極306和第三電極308之間的自電容檢測來檢測作用于物體的力，由于上文已做詳細描述，在此不再贅述。例如，第一電極304可連接于第一接收端RX1，第二電極306可連接于傳送端TX，并且第三電極308可連接于第二接收端RX2。在此配置中，當力作用于物體以靠近第一電極304時，可通過采用第一電極304和第二電極306之間的互電容檢測來檢測力的位置，并且當物體OBJ接觸第一電極304并將部分的力作用于電容材料層302時，通過采用在第二電極304和第三電極306之間的互電容檢測，可檢測所作用的力。請參閱圖3B，其為本發(fā)明的力感測結(jié)構(gòu)的第三實施力的另一示意圖。如圖3B所示，第三電極308還與電容材料層302以間隙GAP分隔，并且設(shè)置在第二電極306的邊緣區(qū)域的兩個墊片312用于支撐第二電極306。類似于上述實施例，第一電極304可連接于第一接收端RX1，第二電極306可連接于傳送端TX，并且第三電極可連接于第二接收端RX2。在此配置中，當力作用于物體以靠近第一電極304時，可通過采用第一電極304和第二電極306之間的互電容檢測來檢測力的位置，并且當物體OBJ接觸第一電極304并將部分的力作用于電容材料層302時，通過采用互電容檢測，可根據(jù)在第二電極304和第三電極306之間的電容材料層302和空氣間隙GAP的變化檢測所作用的力。更進一步的參考圖3C，其類似于圖3B，除了空氣間隙GAP介于兩個電容材料層302之間。類似的，第一電極304可連接于第一接收端RX1，第二電極306可連接于傳送端TX，并且第三電極308可連接于第二接收端RX2。在此配置中，當力作用于物體使物體靠近第一電極304時，可通過采用第一電極304和第二電極306之間的互電容檢測來檢測力的位置，并且當物體OBJ接觸第一電極304并將部分的力作用于兩電容材料層302時，通過采用互電容檢測，可根據(jù)在第二電極304和第三電極306之間兩個電容材料層302和空氣間隙GAP的變化檢測所作用的力。請轉(zhuǎn)參考圖3D，其展示了圖3A的變形。圖3D中，第一電極304可連接于第一傳送-接收端TRX1，第二電極306接地從而將第一電極304和第三電極308的檢測隔離，并且第三電極308可連接于第二傳送-接收端TRX2。在此配置中，當力作用于物體以靠近第一電極304時，可通過采用第一電極304的自電容檢測來檢測力的位置(即所作用的力的x和y位置)，并且當物體OBJ接觸第一電極304并將部分的力作用于電容材料層302時，通過采用第三電極306的自電容檢測，可檢測所作用的力(即沿著z方向作用的力)。值得注意的是，第一電極304、第二電極306和第三電極308的配置可通過自電容檢測和互電容檢測來修改，以實現(xiàn)分別在x、y和z方向作用的力的檢測。類似于圖3A在圖3D中的變形，圖3B和圖3C以類似于圖3D的方式修改如圖3E和圖3F所示。第一電極304連接于第一傳送-接收端TRX1，第二電極306接地從而將第一電極304和第三電極308的檢測隔離，并且第三電極308可連接于第二傳送-接收端TRX2。在此配置中，當力作用于物體以靠近第一電極304時，可通過采用第一電極304的自電容檢測來檢測力的位置(即所作用的力的x和y位置)，并且當物體OBJ接觸第一電極304并將部分的力作用于電容材料層302時，通過采用第三電極306的自電容檢測，可根據(jù)空氣間隙GAP和電容材料層302的變化，檢測所作用的力(即沿著z方向作用的力)。圖4A到圖4E為本公開的力感測裝置的第一實施例的示意圖。如圖4A所示，提供了力感測裝置400。力感測裝置400包括傳感器單元4的矩陣414、驅(qū)動電路402、感測電路404和處理器406。傳感器單元4的矩陣414是以列與行排列，并且用于檢測物體相對于力感測裝置400從上方的接近量，且用于檢測通過作用于力感測裝置400的力，并且各傳感器單元4包括上述的力感測結(jié)構(gòu)。驅(qū)動電路402通過多條驅(qū)動線403連接各傳感器單元4，從而將驅(qū)動訊號順序作用于所述多條驅(qū)動線403。感測電路404通過多條感測線405連接各傳感器單元4，感測電路404用于接收通過檢測從各傳感器單元4感測的第一電容和第二電容的變化產(chǎn)生的感測信號。此外，處理器406用于從感測電路404中接收感測訊號從而決定所觸摸的位置、接近量和物體作用的力。在本實施例中，多個傳感器單元4'可彼此獨立，或傳感器單元4的矩陣414的各行和各列的第一電極408和第二電極410可通過對應的傳感器單元4共享，并且電容材料層是位于第一電極408和第二電極410彼此交錯處，且形成力高靈敏性區(qū)域412。此外，多個傳感器單元4"能夠彼此平行排列，如圖4B中的（1）和（2）所示。單一傳感器單元4"的布局設(shè)計可作為用于多點觸摸定位和力感測系統(tǒng)的一維或二維排列圖案。請參閱圖4C到4E，其為本發(fā)明的力感測裝置的橫截面圖。請參閱圖4C和4D，上述力感測結(jié)構(gòu)還可根據(jù)圖2A改變，力感測裝置的多個第一電極408、多個第一電容材料層412和第二電極410可選擇的彼此分隔設(shè)置從而在基底418上形成傳感器單元4、4'或4"的矩陣414，且其中的基底418可以是力感測裝置400的外殼，并且可以接地。類似的，通過使用接近量檢測的機制，可根據(jù)電容變化測量在物體OBJ和傳感器單元4、4'或4"的矩陣414之間的間隙變化，并且通過使用上述自電容檢測及互電容檢測個別的測量檢測在物體OBJ和個別的傳感器單元4、4'或4"之間的間隙G1、G2和G3。當較大的力作用于物體OBJ時，間隙G1、G2和G3的電容將會飽和，然而，由于電容值在其間上升，將可通過個別的傳感器單元4、4'或4"感測增加的力。請參考圖4E，物體OBJ還可包含由金屬材料制成的第三電極416，并且也可作為另一電容性感測結(jié)構(gòu)的電極以調(diào)整感測模式、感測信號強度和信噪比。此外，可將特定的電壓作用于第三電極416從而改變它的電壓位準，也可使感測模式成為可調(diào)整的。例如，當?shù)谌姌O416接地，即第三電極416的電壓位準等同0，通過采用自電容檢測，可檢測作用力產(chǎn)生的接近量。圖5A到5N為本公開的力感測裝置的第二實施例的示意圖。為了將顯示模塊，例如常規(guī)的液晶顯示器模塊、發(fā)光二極管模塊、有機發(fā)光二極管顯示器模塊和主動矩陣有機發(fā)光二極管顯示器模塊等集成至力感測裝置中，需要防護玻璃、中框和外殼來保護和支撐力感測裝置的結(jié)構(gòu)。因此，用于實現(xiàn)上述接近量檢測和力檢測所保留的空間、厚度和結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性應在設(shè)計時納入考慮。根據(jù)圖5A，其順序的繪示了力感測裝置在不同量值的作用力下的簡化結(jié)構(gòu)，該力感測裝置包括有顯示模塊LCM、傳感器膜S和用于支撐結(jié)構(gòu)的中框FRM1，其中，傳感器膜S包括如上文所描述的力感測結(jié)構(gòu)和相關(guān)的電路。如圖所示，接地的顯示模塊LCM與傳感器膜S以空氣間隙GAP分隔，并且傳感器膜S貼附于接地的中框。此處，顯示模塊LCM作為片狀和可撓曲的物體，并且中框FRM1作為前述的基底層。因此，電容C5和C6形成如圖所示，隨著作用的力提升，空氣間隙GAP減少并造成電容C5和C6的電容變化量。因此，可檢測顯示模塊LCM的接近量和所作用的力。值得注意的是，傳感器膜S可貼附于顯示模塊LCM和中框FRM1的其中之一，同時還可以用類似方式檢測顯示模塊LCM的接近量和所作用的力，由于上文已作詳細描述，在此不再贅述。通過采用此結(jié)構(gòu)，即使空氣間隙為緊密的(顯示模塊LCM接觸中框FRM1)，仍可檢測接近量與作用的力。請參考圖5B到圖5L，力感測裝置的結(jié)構(gòu)實施例將在下文中說明。從圖5B可見，力感測裝置501A包含保護玻璃CG、支撐件SUP、顯示模塊DPM，傳感器膜5和中框MF。中框MF被劃分為中央?yún)^(qū)域和邊緣區(qū)域，并且在中央?yún)^(qū)域具有用于容納顯示模塊DPM和傳感器膜5的空腔，中框MF的邊緣區(qū)域形成有用于容納保護玻璃CG的凹部，且保護玻璃CG通過支撐件SUP貼附和固定于中框MF的邊緣區(qū)域。在本實施例中，顯示模塊DPM貼附于保護玻璃CG，傳感器膜5貼附于中框MF的腔體底面，并且與顯示模塊DPM以空氣間隙分隔。空氣間隙GAP的厚度可根據(jù)需求設(shè)計（從0至數(shù)毫米）。當力作用于保護玻璃CG，空氣間隙GAP的厚度減少，更甚至緊閉，并且可根據(jù)電容變化量檢測保護玻璃CG的接近量，且也可通過傳感器膜5以類似于圖5A的方式檢測在該處作用的力。此外，在圖5C中，力感測裝置501B也可貼附于顯示模塊DPM，也可類似的檢測顯示模塊DPM的接近量和作用的力，由于上文已進行詳細描述，在此不再贅述。請參考圖5D，力感測裝置501C-I還包含圍繞顯示模塊DPM的金屬框?qū)覯L，并且金屬框?qū)覯L的底面貼附于傳感器膜5[如圖5D中的（I）和（II）]。類似于圖4E，金屬框?qū)覯L也可作為另一電容性感測結(jié)構(gòu)的電極以調(diào)整感測模式、感測信號強度和信噪比。雖然傳感器膜如圖5D所示是貼附于金屬框?qū)覯L的底面，但也可貼附于中框MF，如力感測裝置501C-II中所示，同時還可以利用類似方式檢測顯示模塊DPM的接近量和所作用的力，由于上文已進行詳細描述，在此不再贅述。請參閱圖5E，其為從圖5B修改的實施例。如圖5E中的（I）所示力感測裝置501D-I還包括設(shè)置在傳感器膜5和中框MF之間的緩沖層BL。緩沖層BL的下表面可通過粘合劑貼附于傳感器膜5和中框MF。此外，緩沖層BL可作為其間的軟墊從而在顯示模塊DPM接觸傳感器膜5時避免構(gòu)造上的損壞，并且緩沖層BL包括至少一個力集中特征。同時還可以利用類似方式檢測顯示模塊DPM的接近量和所作用的力，由于上文已進行詳細描述，在此不再贅述。雖然緩沖層BL如501D-I所示貼附于傳感器膜5，緩沖層BL也可相對傳感器膜5和顯示模塊DPM設(shè)置在不同位置上，如力感測裝置501D-II至501D-V所示[如圖5E中的（II）至（V）所示]。請參閱圖5F，其為從圖5D修改的實施例。力感測裝置501E（如圖5F中的（I）還包括設(shè)置在傳感器膜5和中框MF之間的緩沖層BL。緩沖層BL的下表面可通過黏合劑貼附于傳感器膜5。此外，緩沖層BL可作為其間的軟墊從而在金屬框?qū)覯L接觸傳感器膜5時避免構(gòu)造上的損壞，并且緩沖層BL包括至少一個力集中特征。同時還可以利用類似方式檢測金屬框?qū)覯L的接近量和所作用的力，由于上文已進行詳細描述，在此不再贅述。雖然緩沖層BL如501E-I所示貼附于傳感器膜5，緩沖層BL也可相對傳感器膜5和金屬框?qū)覯L設(shè)置在不同位置上，如力感測裝置501E-II至501D-IV所示[如圖5F中的（II）至（IV）所示]。請參閱圖5G，其為從圖5E修改的實施例。在力感測裝置501F-I中[如圖5G中的（I）所示]，緩沖層BL可被由多個減震墊BP形成的緩沖結(jié)構(gòu)取代。多個減震墊BP可貼附于傳感器膜5和中框MF。傳感器膜5被減震墊BP支撐并固定，并且僅有空氣間隙GAP2形成在減震墊BP之間，從而在傳感器膜5直接接觸中框MF時避免結(jié)構(gòu)上的損壞。同時還可以利用類似方式檢測顯示模塊DPM的接近量和所作用的力，由于上文已進行詳細描述，在此不再贅述。此外，力感測裝置501F-II[如圖5G中的（II）所示]為力感測裝置501F-I的變化實施例。撓性板PL進一步的設(shè)置在傳感器膜5和減震墊BP之間，并且傳感器膜5與顯示模塊DPM分隔。當顯示模塊DPM接觸傳感器膜5時，也可避免結(jié)構(gòu)上的損壞。請參閱圖5H，其為從圖5F修改的實施例。多個減震墊BP設(shè)置于傳感器膜5和金屬框?qū)覯L之間從而取代緩沖層BL。減震墊BP可貼附于力感測裝置501G-I[如圖5F中的（I）所示]的傳感器膜5和金屬框?qū)覯L。傳感器膜5的所有區(qū)域為減震墊BP所支撐和固定。僅有空氣間隙GAP2形成在減震墊BP之間，從而在金屬框?qū)覯F直接接觸傳感器膜5時避免結(jié)構(gòu)上的損壞。同時還可以利用類似方式檢測顯示模塊DPM的接近量和所作用的力，由于上文已進行詳細描述，在此不再贅述。類似地，即使減震墊BP和傳感器膜5的位置交換，如力感測裝置501G-II所示[如圖5F中的（II）所示]，也可避免結(jié)構(gòu)上的損壞。請參閱圖5I，其為從圖5F修改的實施例。在力感測裝置501H-I中[如圖5I中的（I）所示]，金屬框?qū)覯F的空腔還可容納傳感器膜5和緩沖層BL。緩沖層BL貼附于傳感器膜5并與顯示模塊DPM分隔。形成空氣間隙GAP1和GAP2從而在顯示模塊DPM直接接觸傳感器膜5時，以及金屬框?qū)覯L直接接觸中框MF時避免結(jié)構(gòu)上的損壞。在變化的情況中，例如力感測裝置501H-II至501H-IV[如圖5I中的（II）至（IV）所示]，可省略緩沖層BL，或可改變緩沖層BL的位置。同時還可以利用類似方式檢測顯示模塊DPM的接近量和所作用的力，由于上文已進行詳細描述，在此不再贅述。請參閱圖5J，其為從圖5I修改的實施例。在力感測裝置501I-I[如圖5J中的（I）所示]中，緩沖層BL可被減震墊BP取代。類似于圖5I中緩沖層BL的作用，減震墊BP用作緩沖結(jié)構(gòu)，并且也形成有空氣間隙GAP1和GAP2，從而在顯示模塊DPM直接接觸傳感器膜5，以及金屬框?qū)覯L直接接觸中框MF時避免結(jié)構(gòu)上的損壞。此外，力感測裝置501I-II[如圖5J中的（II）所示]為力感測裝置501I-I的變化實施例，金屬框?qū)覯L的邊緣區(qū)域為減震墊BP所支撐并固定于中框MF。金屬框?qū)覯L和中框MF可形成空氣間隙GAP1和GAP2，從而在顯示模塊DPM直接接觸傳感器膜5，以及金屬框?qū)覯L直接接觸中框MF時避免結(jié)構(gòu)上的損壞。同時還可以利用類似方式檢測顯示模塊DPM的接近量和所作用的力，由于上文已進行詳細描述，在此不再贅述。請參閱圖5K，其為從圖5H修改的實施例。在力感測裝置501J中，金屬框?qū)覯F的空腔可進一步容納傳感器膜5，并且緩沖結(jié)構(gòu)包括撓性板PL和減震墊BP。撓性板PL的邊緣區(qū)域為減震墊BP所支撐并固定于金屬框?qū)覯L。撓性板PL和減震墊BP可于其間形成空氣間隙GAP2從而在顯示模塊DPM直接接觸傳感器膜5時避免結(jié)構(gòu)上的損壞。此外，金屬框?qū)覯L與中框MF以空氣間隙GAP3分隔。同時還可以利用類似方式檢測顯示模塊DPM的接近量和所作用的力，由于上文已進行詳細描述，在此不再贅述。優(yōu)選地，表1示出圖5B至5K中的所有組件的結(jié)構(gòu)性尺度(即厚度范圍)作為參照，但不限于以下所描述的范圍：表1：組件厚度范圍(毫米)保護玻璃0.30~1.10金屬框?qū)?.10~0.15保護玻璃+顯示器1.00~2.60軟墊0.10~1.0傳感器0.07~0.18減震墊0.01~0.15平板0.10~0.20空氣間隙0.11~0.35密封劑0.10~0.22海綿膠0.14~0.25中框0.20~0.52雖然在實施例中，減震墊BP的數(shù)量示出為兩個，但減震墊可如圖5L所示以不同方式實現(xiàn)[如圖5L中的（1）至（3）所示]，其中，減震墊BP可以相對于金屬框?qū)覯L的不同方向設(shè)置，并且也可占滿整個金屬框?qū)覯L。圖6A到圖6B為本公開的側(cè)向力感測裝置的實施例的示意圖。機械結(jié)構(gòu)601包含如圖5A到圖5K所描述的力感測裝置，典型地設(shè)置在外殼SH中，并且外殼SH還可容納其他電子組件。為了取代常規(guī)的側(cè)邊按鍵并提供側(cè)邊力感測面板，在圖1A到圖3F中描述的力感測結(jié)構(gòu)包含于傳感器膜6中，其設(shè)置在外殼SH的內(nèi)表面。如圖6A和圖6B所示，側(cè)邊力感測面板以兩種不同方式實現(xiàn)。傳感器膜6可貼附于內(nèi)側(cè)支撐件ISUP，內(nèi)側(cè)支撐件ISUP可被固定于外殼SH的底表面和機械結(jié)構(gòu)601從而間接固定傳感器膜6，使得可在外殼SH的側(cè)邊部分被按壓時，根據(jù)電容變化量檢測外殼SH的側(cè)邊部分的接近量。另一種實現(xiàn)側(cè)邊力感測面板的方式是將傳感器膜6通過內(nèi)側(cè)支撐件ISUP'固定于外殼SH的側(cè)邊內(nèi)表面。內(nèi)側(cè)支撐件ISUP'可形成空氣間隙GAP，并且可以利用類似方式檢測外殼SH的側(cè)邊內(nèi)表面的接近量和所作用的力，由于上文已進行詳細描述，在此不再贅述。綜上所述，根據(jù)本發(fā)明的力感測結(jié)構(gòu)和力感測裝置，可通過包含雙重檢測模式的單一傳感器檢測接近量和作用的力。力感測結(jié)構(gòu)的接近模式和接觸模式都能根據(jù)其中的電容變化量檢測接近量和作用的力，因此可省略額外的力感測裝置(或傳感器)，并且可進一步縮減力感測模塊的厚度。此外，通過在力感測裝置的機械結(jié)構(gòu)中添加緩沖層或緩沖結(jié)構(gòu)，在任何組件的剛體部分直接接觸傳感器膜時可避免結(jié)構(gòu)上的損壞。額外的金屬部件也可包括在力感測結(jié)構(gòu)中，以作為另一電容性感測結(jié)構(gòu)的電極從而來調(diào)整感測模式、感測信號強度和信噪比，并且側(cè)邊力感測功能也可通過采用本發(fā)明的力感測結(jié)構(gòu)來實現(xiàn)。雖然已經(jīng)參考附圖充分地描述了示例，但是應當注意到本發(fā)明并不限于所描述的實施例。與上述詳細的說明相比，本發(fā)明的由權(quán)利要求書的含義、范圍、及其均等概念導出的所有變更或變形都要解釋為包含在本發(fā)明的范圍之內(nèi)。當前第1頁1 2 3