[发明专利]双重模式电容触摸面板

说明书

技术领域

本发明涉及触摸面板装置。特别地，本发明涉及电容式触摸面板。这种电容式触摸面板装置可以在包括例如移动电话、平板电脑和台式个人电脑、电子书阅读器和数字标牌产品在内的一系列消费者电子产品中得到应用。

本申请要求2011年8月1日提交的美国专利申请序列13/195,364号的优先权。

背景技术

近来，触摸面板已经被广泛用作高端便携电子产品（例如智能手机和平板装置）的输入装置。尽管许多不同的技术可以用于制造这些触摸面板，但是电容系统由于其精确性、耐久性以及用很小激活力或无需激活力就能检测触摸输入事件的能力而已经被证明是最受欢迎的。

触摸面板的电容感测的最基本的方法是在例如US4293734（Pepper,1981年10月6日）中公开的表面电容系统中演示的。表面电容式触摸面板的典型实现方案在图1中示出、并且包括透明基板10，该透明基板10的表面覆盖有形成感测电极11的导电材料。一个或多个电压源12在例如每个拐角处连接到感测电极，并且用于在基板上方生成静电场。当导电物体（例如人的手指13）极为贴近感测电极时，电容器14在感测电极11和手指13之间动态地形成，并且该静电场被干扰。电容器14会引起从电压源12吸取的电流量发生变化，其中电流变化的幅度与手指位置和电压源连接到感测电极的点之间的距离有关。设置电流传感器15来测量从每个电压源12吸取的电流，并且触摸输入事件的位置通过比较在每个电压源测量的电流的幅值来计算。尽管构造和操作简单，但是表面电容式触摸面板不能够检测当例如两个或更多手指与触摸面板接触时发生的多个同时触摸输入事件。

应用于触摸面板的另一种熟知的电容感测方法存在于投射式电容系统中。在这种方法中，如图2所示，驱动电极20和感测电极21在透明基板（未示出）上形成。电压源22向驱动电极20提供变化的电压或激励信号。然后经由在驱动电极20和感测电极21之间形成的互耦电容器23，借助电容耦合在相邻的感测电极21上诱发信号。电流测量装置24连接到感测电极21，并且提供互耦电容器23的大小的测量值。当诸如手指13之类的导电物体极为贴近两个电极时，该导电物体形成相对于驱动电极27的第一动态电容器和相对于感测电极28的第二动态电容器。随着驱动和感测电极之间的电容耦合量的减小，这些动态形成的电容的效应显现出来，从而减小由附连到感测电极21的电流测量装置24测量的信号的幅值。如在例如US7663607（Hotelling,2010年2月16日）中熟知且公开的那样，通过以网格形式布置多个驱动和感测电极，这种投射式电容感测方法可以用于形成触摸面板装置。投射式电容感测方法优于表面电容方法的优点是，可以检测多个同时触摸输入事件。然而，尽管投射式电容方法有多点触摸能力，但是其具有一些显著的局限。例如，其不能被用于检测触摸输入的力，并且不能检测来自非导电物体（例如塑料笔）的触摸输入。

为了克服这些局限，已经提出把力感测装置包含到投射式电容触摸面板中的混合系统。例如，“Metal-polymer composite with nanostructured filler particles and amplified physical properties”（Applied Physics Letters88,102013(2006)）讨论了可以用于形成围绕触摸面板周边的环的力敏材料。可选地，US6492979（Kent,2002年12月10日）描述了包含分立的力感测装置的触摸面板系统。力传感器也可以在触摸传感器电极层中形成：例如，US5915285（Sommer,1999年6月22日）描述了由氧化铟锡形成并且与触摸传感器电极相互交叉的应变计。然而，这些系统的局限在于不能分别单独地测量在不同的点施加的多个力。

美国专利US7538760（Hotelling,2009年5月26日）提出了同时测量多个单独的触摸及其相关的力的方法。该专利描述了例如图3中所示的电容传感器电极的可压缩结构。图3的结构采用一层投射式电容感测电极410和第一组驱动电极420，来以传统投射式电容触摸传感器的方式确定每个触摸的位置。这些感测电极410和驱动电极420在传感器基板430的相反两侧形成。弹簧结构440把感测电极410与第二组驱动电极450分开。保护装饰层460位于第一组驱动电极之上，并且整个传感器结构由支撑基板470支撑。施加于传感器上的一点的力会影响弹簧结构的局部压缩，并且因此会改变在感测电极410和第二组驱动电极450之间测量的局部电容。该局部电容表示局部触摸力。