透明力傳感器的制造方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本申請一般涉及力感測，并且具體涉及利用具有一個(gè)或多個(gè)應(yīng)變消除特征件的透明力敏感膜的力感測。
【背景技術(shù)】
[0002]移動設(shè)備通常包括用于向設(shè)備提供用戶輸入的一個(gè)或多個(gè)組件和顯示屏。在一些情況下，為用戶在覆蓋設(shè)備的顯示器或其他部分的表面上提供觸摸輸入是有利的。一些傳統(tǒng)的觸摸傳感器被配置成利用電容性感測技術(shù)檢測表面上觸摸的存在和位置。然而，許多傳統(tǒng)的觸摸傳感器不能夠確定與觸摸關(guān)聯(lián)的力的大小或程度。
【實(shí)用新型內(nèi)容】
[0003]本公開的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)目的是提供一種能夠確定與觸摸關(guān)聯(lián)的力的大小或程度的透明力傳感器。
[0004]一個(gè)示例實(shí)施例包括一種用于檢測設(shè)備表面上的力的透明力傳感器。施加的力可以是由于設(shè)備外表面上的觸摸造成的。所述透明力傳感器包括具有沿第一方向定向的狹縫特征件陣列的透明力敏感膜。所述透明力敏感膜可以由透明壓電材料形成，所述透明壓電材料當(dāng)沿主方向應(yīng)變時(shí)呈現(xiàn)顯著減少的凈電荷。所述力傳感器還可以包括相對透明力敏感膜一側(cè)設(shè)置的顯示元件。所述力傳感器還可以集成到用戶輸入設(shè)備中，例如包括觸摸板、跟蹤板、鍵盤等。
[0005]在一些實(shí)施例中，所述壓電材料呈現(xiàn)依賴于應(yīng)變方向的電荷極性。在一些情況下，所述壓電材料當(dāng)沿第一應(yīng)變方向向上彎曲時(shí)呈現(xiàn)正電荷，并且當(dāng)沿大體垂直于第一應(yīng)變方向的第二應(yīng)變方向向上彎曲時(shí)呈現(xiàn)負(fù)電荷。在一些實(shí)施例中，所述壓電材料是聚L丙交酯或聚D丙交酯聚合物膜材料。所述壓電材料可以是被拉成膜板的PLLA聚合物材料。
[0006]一些示例實(shí)施例涉及具有設(shè)置在透明力敏感膜之上的第一電極和設(shè)置在透明力敏感膜之下的第二電極的透明力傳感器。所述傳感器還可以包括與第一電極和第二電極電耦接的感測電路。在一些實(shí)施例中，所述感測電路被配置成檢測透明力敏感膜由于所述設(shè)備上的力造成的電特性的改變。在一些實(shí)施例中，所述電特性是電荷。
[0007]一些示例實(shí)施例涉及一種用于檢測施加到設(shè)備上的力的透明力傳感器，所述透明力傳感器包括:形成所述設(shè)備的外表面的一部分的蓋，以及設(shè)置在所述蓋之下并且具有沿第一方向定向的應(yīng)變消除特征件陣列的透明力敏感膜。所述透明力敏感膜可以由壓電材料形成，所述壓電材料當(dāng)沿主方向應(yīng)變時(shí)呈現(xiàn)顯著減少的凈電荷。所述力傳感器還可以包括設(shè)置在所述透明力敏感膜之下的顯示元件。在一些情況下，所述應(yīng)變消除特征件是沿所述第一方向定向的狹縫特征件。所述應(yīng)變消除特征件可以包括沿所述第一方向定向的凹陷溝道特征件。在一些情況下，所述應(yīng)變消除特征件可以包括沿所述第一方向布置的穿孔特征件。
[0008]一些示例實(shí)施例涉及一種透明力傳感器，所述透明力傳感器包括具有沿第一方向定向的狹縫特征件陣列的第一透明力敏感膜。所述透明力敏感膜可以由壓電材料形成，所述壓電材料當(dāng)沿第一主方向定向時(shí)呈現(xiàn)顯著減少的凈電荷。所述傳感器還可以包括具有沿第二方向定向的狹縫特征件陣列的第二透明力敏感膜。所述第二透明力敏感膜可以由壓電材料形成，所述壓電材料當(dāng)沿第二主方向定向時(shí)呈現(xiàn)顯著減少的凈電荷。在一些情況下，所述第一方向大體垂直于所述第二方向。在一些情況下，所述第一主方向大體垂直于所述第二主方向。在一些實(shí)施例中，所述第一方向離所述第一主方向近似45度，并且所述第二方向離所述第二主方向近似45度。
[0009]在一些實(shí)施例中，所述傳感器包括設(shè)置在所述第一透明力敏感膜之上的蓋；以及設(shè)置在所述第二透明力敏感膜之下的顯示元件，其中所述第二透明力敏感膜設(shè)置在所述第一透明力敏感膜之下。所述傳感器還可以包括設(shè)置在所述第一透明力敏感膜之上的頂部電極，設(shè)置在所述第一透明力敏感膜之下的中間電極，以及設(shè)置在所述第二透明力敏感膜之下的底部電極。在一些示例實(shí)施例中，所述傳感器還可以包括設(shè)置在所述頂部電極和所述第一透明力敏感膜之間的第一光學(xué)透明膠；以及設(shè)置在所述中間電極和所述第一透明力敏感膜之間的第二光學(xué)透明膠。
[0010]在一些實(shí)施例中，所述傳感器包括電耦接到所述頂部電極、中間電極和底部電極的感測電路。所述感測電路可以被配置成檢測所述第一透明力敏感膜和第二透明力敏感膜由于所述設(shè)備上的力造成的電特性的變化。在一些實(shí)施例中，所述第一透明力敏感膜被配置成當(dāng)垂直于所述第一方向應(yīng)變時(shí)產(chǎn)生電荷，并且所述第二透明力敏感膜被配置成當(dāng)垂直于所述第二方向應(yīng)變時(shí)產(chǎn)生電荷。在一些情況下，所述感測電路被配置成測量觸摸的大小。
[0011]根據(jù)本公開的一個(gè)實(shí)施例的一個(gè)技術(shù)效果是提供了用于利用力敏感膜檢測施加到設(shè)備上的力的數(shù)量和/或位置的設(shè)備和系統(tǒng)。
【附圖說明】
[0012]圖1繪出了具有與顯示元件結(jié)合的力傳感器的示例電子設(shè)備。
[0013]圖2A-C繪出了具有依賴于應(yīng)變方向的電荷極性的透明力感測膜的電荷特性的例子。
[0014]圖3A-B繪出了具有大體沿Y方向定向的應(yīng)變消除特征件陣列的力敏感膜。
[0015]圖4A-B繪出了具有大體沿X方向定向的應(yīng)變消除特征件陣列的力敏感膜。
[0016]圖5A-C繪出了與顯示器堆疊集成的力敏感膜的例子。
[0017]圖6繪出了示例電子設(shè)備的組件。
【具體實(shí)施方式】
[0018]相關(guān)申請的交叉引用
[0019]本申請要求2014年4月7日提交的且名稱為“Transparent Force Sensorwith Strain Reliief ”的美國臨時(shí)專利申請N0.61/976，285、2014年I月13日提交的且名稱為“Force Sensor Using a Transparent Force-Sensitive Film” 的美國臨時(shí)專利申請 N0.61/926，905、2014 年 2 月 7 日提交的且名稱為 “Temperature CompensatingTransparent Force Sensor” 的美國臨時(shí)專利申請 N0.61/937，465、2014 年 2 月 12 日提交的且名稱為“Temperature Compensating Transparent Force Sensor” 的美國臨時(shí)專利申請 N0.61/939，257、2014 年 2 月 19 日提交的且名稱為 “Mult1-Layer TemperatureCompensating Transparent Force Sensor” 的美國臨時(shí)專利申請 N0.61/942，021 的優(yōu)先權(quán)，其中每個(gè)申請通過引用其全部被結(jié)合于此。
[0020]在以下的例子描述中，對附圖做出參考，在附圖中通過說明示出可以實(shí)踐的特定例子。要理解，在不背離各種例子的范圍的情況下，可以使用其他例子并且可以進(jìn)行結(jié)構(gòu)改變。
[0021]本文提供的例子可以用于檢測和測量用戶對設(shè)備的觸摸的力。特別地，該例子包括用于利用力敏感膜檢測施加到設(shè)備上的力的數(shù)量和/或位置的設(shè)備和系統(tǒng)。一個(gè)示例系統(tǒng)可以包括用于響應(yīng)于膜的變形產(chǎn)生電荷的透明力敏感膜。一些實(shí)施例與力傳感器有關(guān)，所述力傳感器包括從透明力敏感膜形成的用于檢測施加到設(shè)備上的力的數(shù)量的一個(gè)或多個(gè)層。在一個(gè)例子中，透明力敏感膜是與電子設(shè)備的顯示元件集成的或相對電子設(shè)備的顯示元件布置的。電子設(shè)備例如可以是移動電話、可穿戴電子設(shè)備、健康監(jiān)視設(shè)備、平板計(jì)算設(shè)備、計(jì)算機(jī)顯示器、計(jì)算輸入設(shè)備(諸如觸摸板、鍵盤或鼠標(biāo)等)、觸摸板或屏、一個(gè)或多個(gè)按鈕等。在一些情況下，透明或非透明力敏感膜與非顯示組件集成，以在外殼的表面或設(shè)備的其他表面上形成觸摸敏感表面。在一些實(shí)施例中，力敏感膜與觸摸板、觸控面板或設(shè)備的其他觸摸敏感表面集成。在一個(gè)例子中，力敏感膜與筆記本計(jì)算機(jī)系統(tǒng)的觸摸板集成。
[0022]一般且廣泛地，可以利用確定觸摸的力的力傳感器，在電子設(shè)備的顯示器、外殼或其他表面上感測觸摸。可以將估計(jì)的力的大小或程度用作電子設(shè)備的輸入信號或輸入數(shù)據(jù)。這可以允許通過單個(gè)觸摸或輸入設(shè)備的多個(gè)不同的輸入，以便設(shè)備的響應(yīng)和/或輸出可以隨輸入的力變化。因此，例如這可以允許將施加在給定點(diǎn)的第一力解釋為第一輸入類型或命令，同時(shí)將相同點(diǎn)處的第二力(在數(shù)量上不同于第一力)解釋為第二輸入類型或命令。因而，即使他們出現(xiàn)在相同的點(diǎn)并且可以使用相同的輸入設(shè)備，設(shè)備對所述兩個(gè)輸入的響應(yīng)或輸出可以是不同的。
[0023]透明力敏感膜通常是呈現(xiàn)響應(yīng)于膜的變形或偏轉(zhuǎn)而可變化的電特性的順應(yīng)材料。透明力敏感膜可以由壓電、壓阻性、電阻性或其他應(yīng)變敏感材料形成。透明電阻性膜可以通過用透明導(dǎo)電材料涂覆襯底形成?？赡艿耐该鲗?dǎo)電材料例如包括聚乙烯二氧噻吩(PEDOT)、銦錫氧化物(ITO)、碳納米管、石墨烯、銀納米線、其他金屬納米線等。可能的襯底材料例如包括玻璃或像聚對苯二甲酸乙二醇脂(PET)或環(huán)烯烴聚合物(COP)的透明聚合物。通常，當(dāng)壓阻性或電阻性膜應(yīng)變時(shí)，膜的電阻根據(jù)應(yīng)變而變化。該電阻可以采用電路來測量。這樣，透明壓阻性或電阻性膜可以以與應(yīng)變儀類似的方式使用。如果不需要透明，則可以使用其他膜材料，例如包括用于導(dǎo)電膜的康銅(Constantan)和卡馬(Karma)合金，并且聚酰亞胺可以用作襯底。非透明應(yīng)用包括跟蹤板或顯示元件背面上的力感測。
[0024]在一些實(shí)施例中，透明力敏感膜呈現(xiàn)依賴于膜應(yīng)變所沿的方向的不同的電荷極性。如以下關(guān)于圖2A-C更詳