電子設(shè)備和用于電子設(shè)備的力傳感器的制造方法
【專利說(shuō)明】
[00011本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2015年1月12日、申請(qǐng)?zhí)枮?01520156504.2、名稱為"具有柔性 層的溫度補(bǔ)償透明力傳感器"的實(shí)用新型專利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
[0002] 相關(guān)申請(qǐng)的交叉引用
[0003]本申請(qǐng)要求于2014年1月13日提交的名稱為"采用透明的力敏膜的力傳感器"的美 國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/926，905、于2014年2月7日提交的名稱為"溫度補(bǔ)償透明力傳感器" 的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/937，465、于2014年2月12日提交的名稱為"溫度補(bǔ)償透明力傳 感器"的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 61/939,257、于2014年2月19日提交的名稱為"多層溫度補(bǔ)償 透明力傳感器"的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No.61/942,021、以及于2014年7月15日提交的名稱為 "基于應(yīng)變的透明力傳感器"的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)No. 62/024，566的優(yōu)先權(quán)，通過(guò)引用將每 一個(gè)的公開(kāi)全部并入。
技術(shù)領(lǐng)域
[0004]在此描述的實(shí)施例一般涉及力感測(cè)，以及更具體地涉及具有由柔性層(compliant layer)隔開(kāi)的兩個(gè)或更多個(gè)透明力敏組件的溫度補(bǔ)償?shù)牧鞲衅鳌?br>【背景技術(shù)】
[0005]許多電子設(shè)備包括某些類型的用戶輸入設(shè)備，包括例如按鈕、滑塊、滾輪及類似的 設(shè)備或用戶輸入元件。某些設(shè)備可包括觸摸傳感器，其集成或結(jié)合于顯示屏。觸摸傳感器 可允許用戶與呈現(xiàn)在顯示屏上的用戶界面元件直接相互作用。然而，某些傳統(tǒng)的觸摸傳感 器可能僅僅提供在設(shè)備上的接觸的位置。除了接觸的位置之外，許多傳統(tǒng)的觸摸傳感器產(chǎn) 生本質(zhì)上為二值的輸出。也就是說(shuō)，接觸存在或不存在。
[0006]在某些情形中，檢測(cè)和測(cè)量施加到表面上的接觸力以提供非二進(jìn)制的接觸輸入可 能是有利的。然而，可存在幾個(gè)與在電子設(shè)備中實(shí)施力傳感器相關(guān)的挑戰(zhàn)。例如，設(shè)備或環(huán) 境中的溫度波動(dòng)可在力測(cè)量中引入不可接受的變化的量。此外，如果力傳感器被結(jié)合于顯 示器或透明介質(zhì)，在緊湊形式因數(shù)(factor)中既獲得感測(cè)性能又獲得光學(xué)性能將會(huì)成為挑 戰(zhàn)。 【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0007]根據(jù)本申請(qǐng)的一個(gè)方面，一種電子設(shè)備包括:輸入表面;位于所述輸入表面之下的 力傳感器，所述力傳感器包括:第一襯底，第一襯底包括第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu);設(shè)置在第一襯底之 下的柔性層;和與第一襯底相對(duì)地耦接到所述柔性層的第二襯底，第二襯底包括與第一導(dǎo) 電結(jié)構(gòu)相對(duì)且對(duì)齊的第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu);和傳感器電路，被配置為獲得與第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第一 電響應(yīng)和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第二電響應(yīng)的差分測(cè)量相對(duì)應(yīng)的值;其中響應(yīng)于用戶施加到輸入 表面的向下的力，第一襯底朝向第二襯底撓曲，壓縮所述柔性層，并且使得第一電響應(yīng)變 化。
[0008]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)被配置為作為電容傳感器的至少一部分工作。
[0009]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)被配置為作為應(yīng)變傳感器的至少一部分工作。
[0010] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述柔性層包括氣隙，并且第二襯底不響應(yīng)于所述向下的力而 撓曲。
[0011] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述柔性層被配置為在第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)之間導(dǎo) 熱。
[0012] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列的元件;并且第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu) 是第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列的元件。
[0013]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列被布置為柵格。
[0014]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列被布置為直線。
[0015]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列以與第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列的布置互補(bǔ)的方式布 置。
[0016] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一襯底和第二襯底包括玻璃。
[0017]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)至少之一包括銦錫氧化物。
[0018]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)至少之一包括表現(xiàn)出壓阻性質(zhì)或 壓電性質(zhì)的材料。
[0019]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)包括以下至少之一:碳納米管、銀 納米線、石墨烯、壓阻半導(dǎo)體、或壓阻金屬。
[0020] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述柔性層包括光學(xué)透明粘合劑。
[0021] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)至少之一是光學(xué)透明的。
[0022] 根據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)方面，一種電子設(shè)備包括:蓋玻璃；顯示器;位于所述蓋玻璃 之下的力傳感器，所述力傳感器包括:第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)，被配置為響應(yīng)于用戶施加到所述蓋玻 璃的向下的力而變形;和與第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)相對(duì)且對(duì)齊的第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu);和傳感器電路，被配 置為獲得與第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第一電響應(yīng)或第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第二電響應(yīng)中的至少之一相對(duì) 應(yīng)的值;其中第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)相分離，以使得第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)不會(huì)響應(yīng)于用戶 施加到所述蓋玻璃的向下的力而電耦接到第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)。
[0023]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述力傳感器的至少一部分被配置為作為電容傳感器的至少一 部分工作。
[0024]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述力傳感器的至少一部分被配置為作為應(yīng)變傳感器的至少一 部分工作。
[0025]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述力傳感器位于所述顯示器的背光之下。
[0026]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述力傳感器位于所述顯示器的背光之上。
[0027] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述力傳感器的至少一部分位于所述顯示器的偏振器之上。
[0028]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，所述力傳感器的至少一部分位于所述蓋玻璃的中央部分中。
[0029]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列的元件;并且第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu) 是第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列的元件。
[0030]根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列按圖案布置。
[0031]根據(jù)本申請(qǐng)的另一個(gè)方面，一種用于電子設(shè)備的力傳感器包括:第一襯底，包括被 配置為響應(yīng)于用戶施加到所述電子設(shè)備的輸入表面的向下的力而變形的第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu);第 二襯底，與第一襯底相對(duì)地位于第一襯底之下，并且包括與第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)相對(duì)且對(duì)齊的第 二導(dǎo)電結(jié)構(gòu);和傳感器電路，被配置為獲得與第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的第一電響應(yīng)、第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)的 第二電響應(yīng)、或第一電響應(yīng)和第二電響應(yīng)的差分測(cè)量中的至少之一相對(duì)應(yīng)的值;其中第一 導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)具有相同的形狀;并且第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)與第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)相分離，以 使得第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)不會(huì)響應(yīng)于用戶施加到所述輸入表面的向下的力而電耦接到第二導(dǎo)電 結(jié)構(gòu)。
[0032] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)至少之一被配置為作為電容傳感 器或應(yīng)變傳感器的至少一部分工作。
[0033] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)是第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列的元件;并且第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu) 是第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列的元件。
[0034] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列耦接到第一襯底;并且第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)陣列耦 接到第二襯底。
[0035] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一襯底通過(guò)氣隙與第二襯底相分離。
[0036] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一襯底通過(guò)可壓縮的層與第二襯底相分離。
[0037] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)至少之一包括銦錫氧化物。
[0038] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)或第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)至少之一包括表現(xiàn)出壓阻性質(zhì)或 壓電性質(zhì)的材料。
[0039] 根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，第一導(dǎo)電結(jié)構(gòu)和第二導(dǎo)電結(jié)構(gòu)包括以下至少之一:碳納米管、銀 納米線、石墨烯、壓阻半導(dǎo)體、或壓阻金屬。
[0040] 在此所描述的實(shí)施例可涉及、包括光學(xué)透明的力傳感器或采取光學(xué)透明的力傳感 器的形式，其可被用作至電子設(shè)備的輸入。光學(xué)透明的力傳感器可被配置為，利用設(shè)置在柔 性層相對(duì)側(cè)上的兩個(gè)或更多個(gè)力敏層來(lái)補(bǔ)償溫度上的變化。在某些實(shí)施例中，使用各向異 性壓電材料來(lái)補(bǔ)償溫度上的變化。
[0041] 在一個(gè)示例性實(shí)施例中，電子設(shè)備包括光學(xué)透明力傳感器，其具有第一透明襯底 和相對(duì)于第一透明襯底設(shè)置的第一力敏層。該傳感器還可包括設(shè)置在第一襯底下的第二透 明襯底和相對(duì)于第二透明襯底設(shè)置的第二力敏層。柔性層可被設(shè)置在第一與第二襯底之 間。該傳感器還可包括傳感器電路，其被配置為比較第一力敏層與第二力敏層之間的相對(duì) 電響應(yīng)，以計(jì)算溫度補(bǔ)償?shù)牧烙?jì)。在某些情形中，溫度補(bǔ)償?shù)牧烙?jì)補(bǔ)償設(shè)備溫度上的變 化。
[0042] 在某些實(shí)施例中，第一透明襯底被配置為響應(yīng)于接觸力而撓曲，而柔性層變形以 降低第二透明襯底的任何拉伸或壓縮。在某些情形中，第一透明襯底經(jīng)受比第二透明襯底 大的第一拉伸量，所述第二透明襯底經(jīng)受降低的第二拉伸量。在某些情形中，第一透明襯底 響應(yīng)于接觸力撓曲到比第二透明襯底大的程度。
[0043]在某些實(shí)施例中，第一力敏層響應(yīng)于接觸力而被置于承受拉伸，而第二力敏層響 應(yīng)于接觸力而被置于受壓。在某些實(shí)施例中，柔性層在第一力敏層與第二力敏層之間導(dǎo)熱， 以獲得基本上均勻的溫度分布。在某些實(shí)施例中，第一和第二力敏組件由具有基本相同電 阻溫度系數(shù)的材料制成。在某些實(shí)施例中，柔性層包括光學(xué)透明粘合劑。在某些實(shí)施例中， 柔性層由具有比第一透明襯底的剪切模量的十分之一小的剪切模量的材料形成。
[0044]在某些實(shí)施例中，第一力敏層由直線力敏組件的第一陣列形成，而第二力敏層由 直線力敏組件的第二陣列形成。
[0045]一個(gè)示例性實(shí)施例涉及具有光學(xué)透明力傳感器的電子設(shè)備。該力傳感器可包括蓋 (或力接收層)和設(shè)置在蓋(或力接收層)下的第一透明襯底?？上鄬?duì)于第一透明襯底設(shè)置力 敏組件的第一陣列。第二透明襯底可被設(shè)置在第一襯底之下，且力敏組件的第二陣列可相 對(duì)于第二透明襯底設(shè)置?？稍诘谝慌c第二襯底之間設(shè)置柔性層。該傳感器也可包括傳感器 電路，其被設(shè)置成比較力敏組件的第一陣列和力敏組件的第二陣列的結(jié)構(gòu)之間的相對(duì)電響 應(yīng)，以計(jì)算溫度補(bǔ)償?shù)牧烙?jì)。在某些情形中，顯示元件被設(shè)置在第二透明襯底之下。
[0046]在某些實(shí)施例中，力敏組件的第一陣列包括沿著第一陣列的邊緣定位的邊緣力敏 組件的子集?？捎裳刂旧洗怪庇谶吘壍姆较蚨ㄏ虻嫩E線形成邊緣力敏組件。在某些實(shí) 施例中，力敏組件的第一陣列包括定位在第一陣列的角落處的角落力敏組件的子集。可由 沿著對(duì)角線方向定向的跡線形成角落力敏組件。
[0047]某些示例性實(shí)施例涉及具有光學(xué)透明力傳感器的電子設(shè)備，該光學(xué)透明力傳感器 包括第一透明襯底、相對(duì)于第一透明襯底設(shè)置的第一力敏層、設(shè)置在第一襯底之下的第二 透明襯底和相對(duì)于第二透明襯底設(shè)置的第二力敏層。該傳感器也可包括傳感器電路，其被 配置為檢測(cè)第一力敏層與第二力敏層之間的電壓，以計(jì)算溫度補(bǔ)償力估計(jì)。在某些實(shí)施例 中，第一力敏層由各向異性壓電膜形成，而第二力敏層由各向同性壓電膜形成。
[0048]在某些實(shí)施例中，該傳感器還包括相對(duì)于第二力敏層設(shè)置的第三力敏層;和相對(duì) 于第三力敏層設(shè)置的第四力敏層。第三力敏層可由各向同性壓電膜形成，而第四力敏層可 由各向異性壓電膜形成。在某些實(shí)施例中，該傳感器還包括設(shè)置在第二力敏層與第三力敏 層之間的第三透明襯底。在某些情形中，第一力敏層對(duì)沿著第一方向的應(yīng)變具有增強(qiáng)的敏 感性，且第四力敏層對(duì)沿著第二方向的應(yīng)變具有增強(qiáng)的敏感性。第一方向基本上可垂直于 第二方向。
【附圖說(shuō)明】
[0049]現(xiàn)在將對(duì)附圖中示出的有代表性的實(shí)施例進(jìn)行參考。應(yīng)理解，隨后的說(shuō)明不意圖 將實(shí)施例限制于一個(gè)優(yōu)選的實(shí)施例。相反地，意圖涵蓋可被包含在由附屬的權(quán)利要求限定 的所描述的實(shí)施例的精神和范圍內(nèi)的替代物、修改和等價(jià)物。
[0050]圖1描繪了示例性電子設(shè)備。
[0051]圖2A描繪了包含光學(xué)透明力敏組件的柵格的示例性力敏結(jié)構(gòu)的頂視圖。
[0052]圖2B描繪了可被用于圖2A中描繪的示例性力敏結(jié)構(gòu)中的光學(xué)透明的蜿蜒力敏組 件的頂部詳細(xì)視圖。
[0053]圖2C描繪了沿著圖1的截面A-A截取的設(shè)備示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的側(cè)視圖。[0054]圖3A描繪了圖2C的示例性力敏結(jié)構(gòu)的放大詳細(xì)側(cè)視圖。
[0055]圖3B描繪了已響應(yīng)于所施加的力而變形的圖2C的示例性力敏結(jié)構(gòu)的放大詳細(xì)側(cè) 視圖。
[0056]圖4描繪了包含兩個(gè)垂直的層的力敏結(jié)構(gòu)的可替代示例的頂視圖，每一個(gè)層都包 括多個(gè)光學(xué)透明的力敏組件。
[0057]圖5A描繪了沿著圖1的截面A-A截取的設(shè)備的可替代示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0058]圖5B描繪了沿著圖1的截面A-A截取的設(shè)備的可替代示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0059] 圖5C描繪了沿著圖1的截面A-A截取的設(shè)備的可替代示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0060] 圖5D描繪了沿著圖1的截面A-A截取的設(shè)備的可替代示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的 側(cè)視圖。
[0061]圖5E描繪了沿著圖1的截面A-A截取的設(shè)備的可替代示例性力敏結(jié)構(gòu)的一部分的