[发明专利]电子设备中的透明应变传感器

说明书

相关专利申请的交叉引用

本专利合作条约主申请要求于2015年7月21日提交的名称为“Transparent Strain Sensors in an Electronic Device”的美国临时专利申请62/195,030以及于2015年8月11日提交的名称为“Transparent Strain Sensors in an Electronic Device”的美国非临时性专利申请14/823,910的优先权，所述专利申请的内容据此全文以引用方式并入本文。

技术领域

本文所述的实施方案总体涉及电子设备。更具体地讲，本发明实施方案涉及电子设备中的一个或多个透明应变传感器。

背景技术

应变仪或应变传感器用于检测或测量对象上的应变。通常，应变传感器的电阻与其正经受的压缩力和张力成比例地变化。应变传感器的仪表系数表示材料对应变的敏感度。换句话讲，仪表系数指示应变传感器的电阻随应变而变化的程度。仪表系数越高，电阻变化越大。更高的仪表系数允许检测和测量更大范围的应变。

在一些情况下，期望应变传感器由透明材料制成。例如，当应变传感器位于应变传感器可由用户(例如，通过显示器)可视地检测到的区域中时，可使用透明应变传感器。然而，用于形成透明应变传感器的一些材料具有低仪表系数或者零仪表系数。

发明内容

一个或多个透明应变传感器可被包括在电子设备中。如本文所用，术语“应变传感器”是指应变敏感元件和直接连接到应变敏感元件的一个或多个应变信号线。在一个实施方案中，该一个或多个应变传感器用于检测施加到电子设备、电子设备中的部件诸如输入按钮和/或电子设备的输入区域或表面的力。在一个非限制性示例中，包括一个或多个应变传感器的力感测设备可被结合到电子设备的显示叠堆中。当用户正在观看显示器时，该一个或多个应变传感器可被定位在显示叠堆的对用户可见的区域中。如此，该一个或多个透明应变传感器可由一种透明导电材料或者两种或更多种透明导电材料形成。

在一些实施方案中，每个透明应变敏感元件被形成为或处理成具有第一仪表系数和第一导电率。每个透明应变信号线被形成为或处理成具有不同的第二仪表系数和不同的第一导电率。例如，在一个实施方案中，形成透明应变敏感元件的一种或多种透明材料可比至少一个透明应变信号线的一种或多种透明材料具有更高的仪表系数，而透明应变敏感元件的导电率可小于一个或多个透明应变信号线的导电率。因此，透明应变敏感元件被配置为对应变比一个或多个透明应变信号线更敏感，并且该一个或多个透明应变信号线被配置为更有效地传输信号。

在一个方面，透明应变传感器包括透明应变敏感元件和直接连接到应变敏感元件的透明应变信号线。透明应变敏感元件被形成为包括具有第一仪表系数的第一透明导电材料。透明应变信号线由具有第二仪表系数的第二透明导电材料形成。在一个实施方案中，第一仪表系数可大于第二仪表系数。除此之外或另选地，第一透明导电材料可具有第一电阻，并且第二透明导电材料可具有第二电阻，其中第一电阻大于第二电阻。在一个非限制性示例中，透明应变敏感元件可由透明GZO膜或透明AZO膜形成，并且至少一个透明应变信号线由透明ITO膜形成。

在另一方面，透明应变传感器可由混合透明导电材料形成，该混合透明导电材料包括具有第一仪表系数和第一电阻的至少一个第一透明导电段和具有第二仪表系数和第二电阻的至少一个第二透明导电段。第一透明导电段连接到第二透明导电段。第一仪表系数可大于第二仪表系数并且第一电阻大于第二电阻。

在另一方面，透明应变传感器可包括透明应变敏感元件和直接连接到该透明应变敏感元件的至少一个透明应变信号线。透明应变敏感元件和一个或多个透明应变信号线可由相同的透明导电材料形成，但应变敏感元件中和/或至少一个应变信号线中的一种或多种透明导电材料可掺杂有一种或多种掺杂物以改变透明导电材料的仪表系数和/或导电率。因此，透明应变敏感元件和至少一个透明应变信号线可具有不同的仪表系数和/或电导率。在一些实施方案中，透明应变敏感元件的仪表系数大于至少一个应变信号线的仪表系数。除此之外或另选地，透明应变敏感元件可具有第一电阻，并且一个或多个透明应变信号线可具有第二总电阻，其中第一电阻大于第二电阻。

在又一方面，一种用于制造透明应变传感器的方法可包括：在基板上提供透明应变敏感元件并且提供透明应变信号线，该透明应变信号线直接连接到基板上的透明应变敏感元件。透明应变敏感元件由具有第一仪表系数的一种或多种透明导电材料形成。透明应变信号线由具有不同的第二仪表系数的一种或多种透明导电材料形成。