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CN108463790B - 压敏触摸面板 - Google Patents

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Abstract

用于电容和压力组合式测量的设备(48)包括：用于投射式电容触摸面板(36，53，58，80)的多个第一输入/输出端子(13)，触摸面板(36，53，58，80)包括被设置在多个感测电极(10，31)和公共电极(11)之间的压电材料层(12)。设备(48)包括用于电容式触摸控制器(5)的多个第二输入/输出端子(14)。设备(48)包括多个分离级(2，70，76)，每个分离级(2，70，76)将一个第一输入/输出端子(13)连接到对应的第二输入/输出端子(14)，并且设备(48)包括用于对相应的第一输入/输出端子和第二输入/输出端子(13，14)之间的信号(21，33，34)进行滤波的第一频率相关滤波器(15；图1)。设备(48)包括至少一个放大级(3，71，77)，每个放大级输入端通过相应的分离级(2，70，76)连接到第一输入/输出端子(13)中的一个或多个。每个放大级(3，71，77)或每个分离级(2，70，76)包括用于对相应的第一输入/输出端子(13)和放大级输入端之间的信号进行滤波的第二频率相关滤波器(16；图1)。每个第一频率相关滤波器(16；图1)被配置成使来自电容式触摸控制器(5)的信号(21，33，34)通过，每个第二频率相关滤波器(16；图1)被配置成衰减来自电容式触摸控制器(5)的信号(21，33，34)。

Description

压敏触摸面板
技术领域
本发明涉及一种用于电容和压力组合式感测的触摸面板。
背景技术
电阻式触摸面板和电容式触摸面板用作计算机和移动设备的输入设备。一类电容式触摸面板、即投射式电容触摸面板由于外层可以由提供耐划伤的硬表面的玻璃制成而常常用于移动设备。US 2010/0079384 A1中描述了投射式电容触摸面板的示例。
投射式电容触摸面板通过对由导电对象的接近度引起的电场变化进行检测来工作。常常使用电容式传感器阵列或网格来确定投射式电容触摸面板被触摸的位置。虽然投射式电容触摸面板通常可以区分单次触摸事件和多次触摸事件，但是它们会经受无法感测压力的缺陷。因此，投射式电容触摸面板往往无法区分相对轻的敲击和相对重的按压。可以感测压力的触摸面板能够允许用户以通过提供附加信息简单地定位触摸的新方式来与设备交互。
提出了使触摸面板能够感测压力的不同方法。一种方法是提供包括间隙的电容式传感器以在互电容中产生可测量的差，该间隙的大小会被所施加的压力减小。例如，US2014/043289 A描述了一种用于数字化系统的压敏电容式传感器，包括：交互表面、至少一个感测层和附加层，该至少一个感测层可操作成通过互电容感测来感测交互，该附加层包括弹性特性且可操作成响应于在用户与电容式传感器交互期间局部施加的压力来进行局部压缩。然而，对可测量位移的需要使得更难以使用玻璃触摸表面，并且可能在反复应变之后造成材料疲劳的问题。
提出了使用支持电容式触摸面板的一个或多个离散力传感器的其他压敏触摸面板，以使得施加到该电容式触摸面板上的压力被转移到位于面板后面或围绕外周设置的一个或多个传感器上。例如，US 2013/0076646 A1描述了使用具有可以耦接至触摸电路的力传感器接口的应变仪。WO 2012/031564 A1描述了一种触摸面板，其包括第一面板、第二面板以及夹在第一面板和第二面板之间的位移传感器。诸如电容式传感器或压阻式传感器之类的位移传感器围绕第二面板的边缘放置。然而，使用位于面板后面或围绕外周设置的传感器难以区分多次触摸的压力。
提出了尝试将电容式触摸感测与力敏压电层组合在一起的其他压敏触摸面板。例如，WO 2009/150498 A2描述了一种设备，其包括：第一层、第二层、第三层、耦接到第一层的电容式感测部件、以及力感测部件，该力感测部件耦接到第一层和第三层并且被配置成检测施加到第二层上的力的量。WO2015/046289 A1描述了一种通过将压电传感器和静电传感器层叠起来形成的触摸面板。压电传感器连接到压力检测信号生成单元，静电传感器连接到接触检测信号生成单元。然而，使用单独的电极和/或单独的电子器件来感测电容变化和/或压力变化的系统可能会使触摸面板更庞大且更昂贵。将电极直接施加或图案化到压电膜上的系统可能会更复杂且生产成本更高。
发明内容
本发明旨在提供一种改进的电容式触摸面板。
根据本发明的第一方面，提供了一种设备，包括：用于投射式电容触摸面板的许多第一输入/输出端子，其中，所述投射式电容触摸面板包括被设置在公共电极和多个感测电极之间的压电材料层。该设备还包括用于电容式触摸控制器的多个第二输入/输出端子。该设备还包括多个分离级，每个分离级将一个第一输入/输出端子连接到对应的第二输入/输出端子，且每个分离级包括用于对相应的第一输入/输出端子和第二输入/输出端子之间的信号进行滤波的第一频率相关滤波器。该设备还包括至少一个放大级，每个放大级具有至少一个输入端和被配置成提供放大信号的输出端，其中，放大级的数量小于或等于分离级的数量且每个放大级输入端通过一个或多个相应的分离级连接到第一输入/输出端子中的一个或多个。每个放大级或每个分离级包括用于对相应的第一输入/输出端子和放大级输入端之间的信号进行滤波的第二频率相关滤波器。每个第一频率相关滤波器被配置成使来自电容式触摸控制器的信号通过，每个第二频率相关滤波器被配置成衰减来自电容式触摸控制器的信号。
因此，可以使用单组电极来执行压力和电容测量。这使得压力和电容测量能够被集成到触摸面板和控制系统中而不增加触摸面板的复杂性。可以以与现有的投射式电容触摸面板和电容式触摸控制器容易集成的方式来对包括压力和电容信息两者的单个信号进行处理。
每个第一频率相关滤波器可以包括至少一个带通滤波器，每个第二频率相关滤波器可以包括至少一个低通滤波器。第一频率相关滤波器可以包括至少一个带通滤波器，第二频率相关滤波器可以包括至少一个带阻滤波器。第一频率相关滤波器可以包括高通滤波器，第二频率相关滤波器可以包括低通滤波器。各带通滤波器可以是陷波滤波器或梳状滤波器。各带阻滤波器可以是陷波滤波器或梳状滤波器。滤波器可以包括有源滤波电路。滤波器可以包括无源滤波电路。滤波器可以包括单个级。滤波器可以包括多个级。滤波器可以包括选自包括以下滤波器的分组的滤波电路：巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、高斯滤波器和贝塞尔滤波器。
第二频率相关滤波器可以具有被配置成阻挡触摸面板中的压电材料层的热电响应的低频截止。低频截止可以至少是7Hz。第二频率相关滤波器可以具有被配置成阻挡干线配电频率(mains power distribution frequency)。第二频率相关滤波器可以包括以干线配电频率为中心的陷波滤波器。干线配电频率可以是50Hz、60Hz、至少100Hz、至少200Hz或至少400Hz。
第二频率相关滤波器可以被配置成使得来自每个放大级输出端的放大信号的幅度取决于施加到投射式电容触摸面板的靠近被连接到一个或多个对应的第一输入/输出端子的一个或多个感测电极的压力。
每个放大级可以通过一个分离级连接到一个第一输入/输出端子。每个放大级可以通过相应的分离级连接到第一输入/输出端子中的两个或更多个。
每个放大级可以包括虚地放大器以提供放大信号。每个放大级可以包括积分放大器以提供放大信号。每个放大级可以包括电荷放大器以提供放大信号。
多个分离级和多个放大级可以通过阻抗网络连接。多个分离级和多个放大级可以使用一个或多个复用器相连接。
该设备还可以包括用于接收来自所述电容式触摸控制器的偏置信号的公共端子。每个分离级还可以包括附加的第一频率相关滤波器、以及串联连接的参考电阻和参考电容，每个分离级被配置成通过参考电阻和参考电容来将相应的第二输入/输出端子连接到公共端子，所述附加的第一频率相关滤波器用于对相应的第二输入/输出端子和公共端子之间的信号进行滤波。每个放大级可以是具有第一放大级输入端和第二放大级输入端的差分放大级，所述第一放大级输入端通过一个或多个相应的分离级连接到第一输入/输出端子中的一个或多个，所述第二放大级输入端通过一个或多个相应的分离级的参考电阻和参考电容连接到公共端子。当每个分离级包括第二频率相关滤波器时，每个分离级还可以包括用于对相应的第二放大级输入端第一端子和公共端子之间的信号进行滤波的附加的第二频率相关滤波器。
因此，电容测量可以与对压力信号的差分放大相结合来改善放大信号的信噪比。
第一频率相关滤波器可以是电容。
每个放大级可以包括第二频率相关滤波器，每个第二频率相关滤波器可以是一个或多个反馈网络和一个或多个运算放大器。反馈网络可以是阻容网络。
该设备还可以包括第三端子。该设备还可以包括压力信号处理模块，该压力信号处理模块具有多个输入端和输出端，每个输入端被连接到对应的放大级输出端，所述输出端被连接到第三端子。压力信号处理模块可以被配置成接收放大信号，以根据该放大信号来计算压力值，并为第三端子提供包括该压力值的输出。
该设备还可以包括多个第三端子，每个第三端子被连接到对应的放大级输出端。
该设备还可以包括电容式触摸控制器，该电容式触摸控制器具有公共输出端口和多个电极监测端口，每个电极监测端口被连接到对应的第二输入/输出端子，所述公共输出端口用于为投射式电容触摸面板的公共电极提供偏置信号。该电容式触摸控制器可以被配置成通过相应的信号分离级来发送信号至投射式电容触摸面板的感测电极和/或接收来自投射式电容触摸面板的感测电极的信号，以根据所发送的信号和/或所接收的信号来计算电容值，并提供包括电容值的输出。
可以提供一种装置，该装置包括设备和压力信号处理模块，该压力信号处理模块具有输出端和多个输入端，每个输入端被连接到设备的对应的第三端子。压力信号处理模块可以被配置成接收放大信号，以根据放大信号来计算压力值，并提供包括压力值的输出。
压力信号处理模块可以被容置在与设备分离的封装中并且可以连接到设备。
可以提供一种装置，该装置包括上述设备、压力信号处理模块和电容式触摸控制器，该电容式触摸控制器具有公共输出端口和多个电极监测端口。每个电极监测端口可以被连接到设备的对应的第二输入/输出端子，公共输出端口可以用于为投射式电容触摸面板的公共电极提供偏置信号。电容式触摸控制器可以被配置成通过相应的信号分离级来发送信号至投射式电容触摸面板的感测电极和/或接收来自该投射式电容触摸面板的感测电极的信号，以根据所发送的信号和/或所接收的信号来计算电容值，并提供包括电容值的输出。
电容式触摸控制器可以被容置在与所述设备分离的封装中并且可以连接到所述设备。
电容式触摸控制器可以被配置成确定触摸面板的感测电极的自电容。电容式触摸控制器可以被配置成确定触摸面板的一对感测电极之间的互电容。电容式触摸控制器可以按顺序测量每个感测电极的自电容。电容式触摸控制器可以同时测量感测电极的自电容。电容式触摸控制器可以按顺序测量每对感测电极的互电容。每个电极监测端口与一个第二输入/输出端子连接。电容式触摸控制器可以是用于不包括压电材料层的电容式触摸面板的控制器。
可以提供一种触摸面板系统，该触摸面板系统包括：上述设备或包括该设备的装置，并且该触摸面板系统还包括触摸面板。触摸面板可以包括层结构，该层结构包括一个或多个层，各层垂直于厚度方向延伸，一个或多个层包括压电材料层，层结构具有相对的第一面和第二面，并且一个或多个层被布置在第一层和第二层之间以使各层的厚度方向垂直于第一面和第二面。触摸面板还可以包括被设置在第一面上的多个第一感测电极，每个第一感测电极被连接到对应的第一输入/输出端子。触摸面板还可以包括公共电极，该公共电极被设置在第二面上用于接收来自电容式触摸控制器的偏置信号。当所述设备或装置包括公共端子时，公共电极可以被连接到该公共端子。当所述设备或装置包括电容式触摸控制器时，该电容式触摸控制器的公共输出端口可以被连接到公共电极。
层结构可以包括层叠在压电材料层和层结构的第一面之间的一个或多个介电层。层结构可以包括层叠在层结构的第二面和压电材料层之间的一个或多个介电层。
公共电极可以是以网格布置的导电材料区域。
因此，公共电极可以位于感测电极和用户之间而不会屏蔽(screen)静电交互。
多个第一电极可以是以阵列设置在第一面上的多个导电垫。
触摸面板还可以包括多个第二感测电极，所述多个第二感测电极被设置成覆盖层结构的第一面并且被布置成使述层结构介于公共电极和多个第二感测电极之间。第二感测电极中的每一个可以被连接到对应的第一输入/输出端子。第一输入/输出端子中的每一个可以被连接到一个第一感测电极或一个第二感测电极。
每个第一感测电极可以沿第一方向延伸且多个第一感测电极可以垂直于第一方向间隔排列。每个第二感测电极可以沿第二方向延伸且多个第二感测电极可以垂直于第二方向间隔排列。第一方向和第二方向可以是不同的。
触摸面板还可以包括第二层结构，所述第二层结构包括一个或多个介电层，每个介电层垂直于厚度方向延伸，所述第二层结构具有相对的第三面和第四面，所述介电层被布置在第三面和第四面之间以使每个介电层的厚度方向垂直于第三面和第四面。所述多个第二感测电极可以被设置在所述第二层结构的第三面上，并且所述第二层结构的第四面与多个第一感测电极相接触。
多个第二感测电极可以被设置在层结构的第一面上。每个第一电极可以是连续的导电区域，每个第二感测电极可以是通过跳线电连接到彼此的多个导电区域，每条跳线跨越形成第一感测电极中的一个的一部分的导电区域。
触摸面板可以包括多个分离的公共电极。触摸面板还可以包括被设置在层结构的第二面上的多个第二感测电极。每个第二感测电极可以被连接到相应的第一输入/输出端子。每个第一感测电极可以沿第一方向延伸且多个第一感测电极可以垂直于第一方向间隔排列。每个分离的公共电极可以沿第二方向延伸且多个分离的公共电极可以垂直于第二方向间隔排列。每个第二感测电极可以沿第二方向延伸且多个第二感测电极可以垂直于第二方向间隔排列。第二感测电极可以被布置成平行于多个分离的公共电极并且与所述多个分离的公共电极相交错。第一方向和第二方向可以是不同的。第一方向和第二方向可以基本上是垂直的。第一方向和第二方向可以满足大于30度且小于90度的角范围。
电容式触摸控制器可以被配置成确定触摸面板的第一感测电极或第二感测电极的自电容。电容式触摸控制器可以被配置成确定触摸面板的一对第一感测电极和第二感测电极的之间的互电容。电容式触摸控制器可以按顺序测量第一感测电极和第二感测电极的自电容。电容式触摸控制器可以同时测量第一感测电极和第二感测电极的自电容。电容式触摸控制器可以按顺序测量每对第一感测电极和第二感测电极的互电容。每个电极监测端口与一个第二输入/输出端子连接。电容式触摸控制器可以是适用于不包括压电材料层的电容式触摸面板的控制器。
根据本发明的第二方面，提供了一种便携电子设备，该便携设备包括上述设备、装置或触摸面板系统。
根据本发明的第三方面，提供了一种便携电子设备，该便携设备包括上述设备、装置或触摸面板以及信号处理器，所述信号处理器被布置成用于接收压力值和/或电容值。信号处理器可以被配置成利用相关双采样方法来改善压力值和/或电容值的信噪比。
该信号处理器可以被配置成将压力值和/或电容值当作图像数据。每个压力值和/或电容值可以与所述图像数据的一个像素值对应。信号处理器可以被配置成将压力值当作压力值图像以及将电容值当作电容值图像。
触摸面板可以覆盖显示器屏。所述触摸面板可以集成到显示器屏中。
根据本发明的第四方面，提供了一种方法，该方法包括：使用第一频率相关滤波器来对电容式触摸控制器和投射式电容触摸面板的感测电极之间的信号进行发送并滤波，所述投射式电容触摸面板包括被设置在公共电极和多个感测电极之间的压电材料层。该方法还包括使用第二频率相关滤波器来对投射式电容触摸面板的感测电极和放大级输入端之间的信号进行滤波以产生滤波信号。该方法还包括放大滤波信号以产生放大信号。每个第一频率相关滤波器被配置成使来自电容式触摸控制器的信号通过，而每个第二频率相关滤波器被配置成衰减来自所述电容式触摸控制器的信号。
附图说明
现将参照附图、通过示例来描述本发明的某些实施例，在附图中：
图1示出了用于电容和压力组合式测量的设备和触摸传感器；
图2示出了用于电容和压力组合式测量的第二设备和第二触摸传感器；
图3示出了包括用于电容和压力组合式测量的设备和触摸面板的电子设备的示意性框图；
图4示出了用于电容和压力组合式测量的第一触摸面板的简化横截面；
图5示出了用于电容和压力组合式测量的第一触摸面板系统；
图6示出了用于电容和压力组合式测量的第二触摸面板的感测电极的布局；
图7示出了用于电容和压力组合式测量的第三触摸面板的感测电极的布局；
图8示出了在用于电容和压力组合式测量的触摸面板中使用的经图案化的公共电极的布局；
图9示出了使用插值法来推断对触摸面板的用户交互的位置和/或压力；
图10示出了利用差分放大的第一触摸面板系统的实现方式；
图11示出了用于实现图10中示出的差分信号分离级的电路的示例；
图12示出了用于实现图10中示出的差分放大级的电路的示例；
图13A至图13F示出了当没有发生用户交互时测量感测电极的自电容；
图14A至图14I示出了与测量由用户交互所施加的压力相结合来测量感测电极的自电容；
图15示出了使用第一触摸面板系统来实现一对感测电极之间的互电容测量；
图16A至图16F示出了当没有发生用户交互时测量一对感测电极之间的互电容；
图17A至图17F示出了当有轻微的用户交互靠近感测电极时测量一对感测电极之间的互电容；
图18A至图18F示出了与测量由靠近感测电极的用户交互施加的压力相结合来测量一对感测电极之间的互电容；
图19示出了使用相同数量的分离级和放大级来实现图5中示出的第一触摸面板系统；
图20示出了使用不同数量的分离级和放大级来实现图5中示出的第一触摸面板系统；
图21示出了利用单个输入放大的第一触摸面板系统的实现方式；
图22示出了用于电容和压力组合式测量的第四触摸面板的简化横截面；
图23示出了用于电容和压力组合式测量的第二触摸面板系统；
图24至图31示出了用于提供用于电容和压力组合式测量的触摸面板的第一显示器层叠体至第八显示器层叠体的简化横截面；
图32至图39示出了用于提供用于电容和压力组合式测量的触摸面板的第一嵌入式层叠体至第八嵌入式层叠体的简化横截面；
图40示出了用于电容和压力组合式感测的第五触摸面板的电极布置平面图；以及
图41为图40中示出的触摸面板的横截面视图。
具体实施方式
在下文的描述中，类似的部件由类似的附图标记来指代。
自电容和压力组合式测量
图1示出了用于电容和压力组合式测量的设备1和触摸传感器4。
参见图1，用于电容和压力组合式测量的设备1包括信号分离级2和放大级3。设备1被连接到触摸传感器4、电容式触摸控制器5和压力信号处理模块6。设备1使得能够由触摸传感器4同时使用一对电极来进行电容及压力测量。
第一触摸传感器4包括层结构7、第一感测电极10以及公共电极11，该层结构7具有相对的第一面8和第二面9。层结构7包括一个或多个层，所述一个或多个层至少包括压电材料层12。层结构7中包括的各层一般是平面的且沿垂直于厚度方向z的第一方向x和第二方向y延伸。层结构7的一个或多个层被布置在第一面8和第二面9之间以使得该层结构7的每个层的厚度方向z垂直于第一面8和第二面9。第一感测电极10被设置在层结构7的第一面8上，公共电极11被设置在层结构7的第二面9上。
优选地，压电材料是压电聚合物，例如诸如聚偏氟乙烯(PVDF)之类的合适的含氟聚合物。然而，压电材料可以可替选地的是压电陶瓷层，如锆钛酸铅(PZT)。优选地，第一感测电极和公共电极是氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)。然而，第一感测电极10和公共电极11可以是导电聚合物，如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯或聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)。第一感测电极10和公共电极11可以是金属膜，如铝、铜、银或适于沉积或图案化为薄膜的其他金属。第一感测电极和公共电极可以由金属网、纳米线(可选地为银纳米线)、石墨烯和碳纳米管形成。
设备1包括用于与触摸传感器4连接的第一输入/输出端子13以及用于与电容式触摸控制器5连接的第二输入/输出端子14。信号分离级2包括第一电容信号滤波器15。信号分离级2经由电容信号滤波器15将第一输入/输出端子13连接到第二输入/输出端子14。电容信号滤波器15对第二输入/输出端子14和第一输入/输出端子13之间的信号进行滤波。信号分离级2还将放大级3连接到第一输入/输出端子13。第一输入/输出端子13和放大级3之间的信号未通过电容信号滤波器15滤波。
放大级3通过信号分离级2连接到第一输入/输出端子13。放大级3包括第二压力信号滤波器16和放大器17。压力信号滤波器16接收触摸传感器信号18并对其进行滤波以产生压力信号19。放大器17接收并放大压力信号19以输出放大信号20。放大器17可以提供附加的频率相关滤波。当放大器17是差分放大器时，放大器17可以接收附加输入(图10)。放大器17优选地是虚地放大器，诸如例如电荷放大器。
可替选地，压力信号滤波器16可以与放大器17一起集成为单个单元，诸如例如运算放大器和阻容反馈网络。在这种情况下，放大器17直接接收触摸传感器信号18并且放大信号20是基于触摸传感器信号18的。
可替选地，压力信号滤波器16可以包括在信号分离级2而不是放大级3中。当压力信号滤波器16包括在信号分离级2中时，该压力信号滤波器16对第一输入/输出端子13和放大级3之间的信号进行滤波。第一输入/输出端子13和第二输入/输出端子14之间的信号未通过压力信号滤波器16滤波。
压力信号滤波器16和/或放大器17可以具有被配置成阻挡(reject)压电材料层12的热电响应的低频截止。低频截止可以取介于1Hz至7Hz之间的值。压力信号滤波器16和/或放大器17可以包括陷波滤波器，该陷波滤波器被配置成阻挡例如50Hz或60Hz的干线配电频率。可替选地，干线电源陷波滤波器可以是被设置在压力信号滤波器16和/或放大器17之前或之后的单独的滤波器级(未示出)。
一般来说，电容式触摸控制器5是能够测量电极的自电容的传统电容式触摸控制器。例如，电容式触摸控制器可以是商业上可用的触摸控制器，诸如Atmel(RTM)MXT224触摸控制器。电容式触摸控制器5输出电容测量信号21，其通过信号分离级2来驱动感测电极10。电容信号滤波器15具有使由电容式触摸控制器5产生的电容测量信号21没有衰减、或以最小衰减通过的频率响应。电容式触摸控制器5还连接到触摸传感器4的公共电极11以向该公共电极11输出偏置信号22。在测量感测电极10的自电容期间，为了去除感测电极10和公共电极11之间的互电容的干扰，偏置信号22与电容测量信号21基本上相同。感测电极10的自电容即感测电极10和地之间的电容由电容式触摸控制器5使用内部电荷放大器(未示出)来确定。以这种方式，电容式触摸控制器5根据电容测量信号21来计算电容值，并提供包括电容值23的输出。
用于测量感测电极10的自电容、以及偏置信号22和电容测量信号21的具体波形的具体方法取决于所使用的特定的电容式触摸控制器5。然而，可以由设备1通过调整电容信号滤波器15的带宽以使由特定的电容式触摸控制器5产生的电容测量信号21通过来使用任何电容式触摸控制器5。
触摸传感器信号18可以响应于与触摸传感器4、或覆盖触摸传感器4的材料层的用户交互而不同于电容测量信号21，该用户交互产生了来自压电材料层12的压电响应。用户交互指的是用户触摸或按压触摸传感器4、触摸面板36(图5)或覆盖触摸传感器4或触摸面板36任一个的材料层，例如盖板玻璃46(图24)。用户交互可以涉及用户的食指或触控笔(无论是否导电)。触摸交互可以包括在用户的食指或导电触控笔靠近触摸传感器4或触摸面板36(图5)而不直接物理接触或不施加明显压力。压力交互涉及用户用足够的力按压触摸传感器4或触摸面板36(图5)，使压电材料层12发生应变且生成压电响应。
压电材料层12被极化成使得压电材料层12响应于由施加足够力的用户交互所引起的应变而变成具有极化强度为P的极化状态。压电材料层的极化强度P导致在公共电极11和感测电极10之间形成对应的电荷量Qpiezo(t)。压电材料层12应该被布置并极化成使得形成于公共电极11和感测电极10之间的电荷量Qpiezo(t)足以在靠近用户交互的位置处产生可检测的响应。产生极化强度P的应变可以是由压缩或拉伸引起的。产生极化强度P的应变可以是在平面内拉伸压电材料层12。不要求压电材料层12和电极10、电极11之间紧密接触。一般来说，压电材料层12的更大应变(由更有力的用户交互引起的)将导致更大的极化强度P，并在电极10和电极11之间产生对应的更大幅度的电荷量差ΔQpiezo。
以这种方式，触摸传感器信号18近似为电容测量信号21和压电响应Ipiezo(t)的叠加，压电响应Ipiezo(t)是与电荷量QPiezo(t)相关的电流。可以对压电响应Ipiezo(t)进行积分并放大来确定响应于用户交互所产生的电荷量Qpiezo。因为电容信号滤波器15适于使电容测量信号21通过，所以电容式触摸控制器5可以与触摸传感器4通信并在不受来自设备1的干扰或受其最小干扰的情况下测量感测电极10的自电容和压电材料层12的压电响应Ipiezo(t)。以这种方式，适用于传统投射式电容触摸面板使用的电容式触摸控制器5可以用于设备1。压力信号滤波器16适于阻挡、或至少衰减电容测量信号21。以这种方式，放大信号20可以基于由压电材料层12的应变而产生的压电响应Ipiezo(t)。
因为针对用户交互的压电响应Ipiezo(t)的频带宽度一般跨越可以比电容测量信号21的频带宽度小很多的频带宽度，所以电容测量信号21与压力信号19的分离是可能的。电容测量信号21一般可以被选择成具有如下基本频率fd：大于或等于10kHz、大于或等于20kHz、大于或等于50kHz、大于或等于100kHz或者高达500kHz。电容测量信号21可以包括多个频率分量，如例如阶跃波形、矩形波形或三角波形，或者可以设置有窄频带信号或者甚至诸如正弦信号之类的单频信号。
通过比较，压电响应Ipiezo(t)一般包括跨越几Hz至几百Hz或几千Hz范围的宽频成分(content)。例如，压电响应Ipiezo(t)可以包括介于1Hz和1kHz之间的频率分量。这主要是由于压电响应Ipiezo(t)是由人类用户的用户交互而产生的，并且部分地由于压电响应Ipiezo(t)的时间常数可能如下文所解释的那样受到影响。
以这种方式，电容信号滤波器15可以适于使具有相对高频成分的电容测量信号21通过，压力信号滤波器16可以调整为使压力信号19基本上基于相对更低频率的压电响应Ipiezo(t)。例如，电容信号滤波器15可以是高通滤波器，压力信号滤波器16可以是低通滤波器。以这种方式，放大信号20的幅度取决于由用户交互施加到压电材料层12的压力。压力信号处理模块6接收放大信号20、确定压力值24并提供压力值24作为输出。压力信号处理模块6可以例如使用预先校准的经验关系、或者通过对预先校准的查找表进行插值来确定与给定放大信号对应的压力值24。
压力信号处理模块6不一定是单独的模块，而可以可选地被集成到设备1中。
实际上，压力信号19将与压电响应Ipiezo(t)不同，并且可以包括电容测量信号21的被衰减的高频分量。这样的被衰减的高频分量可以通过例如后续在电子设备35(图3)的压力信号处理模块6或处理器37(图3)中对放大信号20的数字信号处理来抵消/去除。
以这种方式，可以在不需要单独的压力电极和电容电极的情况下使用触摸传感器4来执行压力测量和电容测量。从触摸传感器4中提取包括压力信息和电容信息两者的单个信号18。附加地，设备1使得能够以易于与现有的投射式电容触摸面板和电容式触摸控制器5集成的方式来分离并放大压力信号19和电容信号21。
电容信号滤波器15和压力信号滤波器16不一定分别是高通滤波器和低通滤波器。相反，电容信号滤波器15可以是具有覆盖电容测量信号21的通带的带通滤波器，压力信号滤波器16可以是具有低于基本频率fd的截止频率的低通滤波器。可替选地，电容信号滤波器15可以是具有覆盖电容测量信号21的通带的带通滤波器，压力信号滤波器16可以是具有覆盖电容测量信号21的阻带的带阻滤波器。当电容测量信号21具有窄频带宽度时，带通滤波器或带阻滤波器可以是陷波滤波器，或者如果电容测量信号21的功率主要处于基本频率fd及其谐波处，则带通滤波器或带阻滤波器可以是梳状滤波器。滤波器15、16可以是无源的或有源的，例如电容信号滤波器15可以仅是电容，或者压力信号滤波器16可以由提供放大器17的运算放大器的阻容反馈网络来提供。可替选地，可以使用更复杂的无源滤波器，例如巴特沃斯滤波器、切比雪夫滤波器、高斯滤波器或贝塞尔滤波器。
触摸传感器4的层结构7可以仅包括压电材料层12，以使得相对的第一面8和第二面9是压电材料层12的面。可替选地，层结构7可以包括在压电材料层12和层结构7的第一面8之间进行层叠的一个或多个介电层。层结构7可以包括在层结构7的第二面9和压电材料层12之间进行层叠的一个或多个介电层。优选地，一个或多个介电层包括诸如聚对苯二甲酸乙二酯(PET)之类的聚合物介电材料层、或压敏胶(PSA)材料层。然而，一个或多个介电层也可以包括诸如铝氧化物之类的陶瓷绝缘材料层。
在图1中，示出了沿被记为x和y的正交轴线延伸的第一面8和第二面9以及层结构7的层，层结构7的各层的厚度方向与被记为z的轴线一致，z轴与x轴和y轴正交。然而，第一方向x、第二方向y和厚度方向z不一定形成所示出的右手正交坐标系。例如，第一方向x和第二方向y可以相交成30度角或45度角、或者大于0度且小于90度的任何其他角。
例如，通过提供信号分离级2以及与触摸面板(图5)中包括的各触摸传感器4的感测电极10对应的第一输入/输出端子13及和第二输入/输出端子14，设备1可以适于与包括多个触摸传感器元件4的触摸面板36(图5)一起工作。当适于多个触摸传感器4时，设备1包括用于每个触摸传感器4(例如，用于每个感测电极10)的信号分离级2以使得电容式触摸控制器5可以单独地测量每个感测电极10的电容。该设备可以包括与每个信号分离级2对应的单独的放大级3。
可替选地，放大级3的数量可以小于信号分离级2的数量。例如，针对不要求压力值24的分辨率等于电容值23的分辨率的触摸面板，每个放大级3可以被连接到两个或更多个信号分离级2(图20)。虽然两个或更多个信号分离级2可以简单地并联连接到放大级3，但是多个信号分离级2优选地通过电阻网络27(图2、图5和图22)连接到单个放大级3，以使得驱动对应的两个或更多个感测电极10的电容测量信号21之间的串扰最小。
自电容、互电容和压力组合式测量
图2示出了用于电容和压力组合式测量的第二设备25和第二触摸传感器26。
参见图2，除了第二设备包括两个信号分离级2、两个第一输入/输出端子12及两个第二输入/输出端子14以及电阻网络27之外，用于压力和电容组合式测量的第二设备25与设备1相同。单个放大级3通过电阻网络27连接到两个信号分离电路2。
除了第二触摸传感器26还包括具有相对的第三面29和第四面30的第二层结构28和第二感测电极31之外，第二触摸传感器26与第一触摸传感器4类似。第二层结构28包括一个或多个介电层32。每个介电层32一般是平面的且沿垂直于厚度方向z的第一方向x和第二方向y延伸。第二层结构28的一个或多个介电层32被布置在第三面29和第四面30之间以使得第二层结构28的每个介电层32的厚度方向z垂直于第三面29和第四面30。第二感测电极31被放置在第二层结构28的第三面29上，并且该第二层结构28的第四面30与第一感测电极10相接触。
优选地，介电层32包括诸如PET之类的聚合物介电材料层、或PSA材料层。然而，介电层32也可以包括诸如铝氧化物之类的陶瓷绝缘材料。优选地，第二感测电极31由氧化铟锡(ITO)或氧化铟锌(IZO)制成。然而，第二感测电极31也可以由导电聚合物制成，该导电聚合物为诸如聚苯胺、聚噻吩、聚吡咯或聚(3,4-乙烯基二氧噻吩)/聚苯乙烯磺酸(PEDOT/PSS)。第二感测电极31可以是金属网膜，如铝、铜、银或适于沉积或图案化为薄膜的其他金属。
第一感测电极10和第二感测电极31通过各自的信号分离级2耦接到电容式触摸控制器5的对应部分。假设第一感测电极10没有完全屏蔽压电材料层12和第二感测电极31之间的静电交互，则可以在公共电极11和第二感测电极31之间产生压电响应Ipiezo(t)。
以这种方式，电容式触摸控制器5可以分别测量第一感测电极10和第二感测电极31的自电容，并同时对来自第二触摸传感器26的压力值24进行测量。附加地，例如，通过使用以电容驱动信号33的形式的电容测量信号21来驱动第一感测电极10并接收以在第二感测电极31中引起的电容感测信号34的形式的对应电容测量信号21，电容式触摸控制器5还可以测量第一感测电极10和第二感测电极31之间的互电容，反之亦然。每个信号分离级2的电容信号滤波器15适于使以电容驱动信号33/电容感测信号34的形式的电容测量信号21通过。与自电容测量相比较，对第一感测电极10和第二感测电极31之间的互电容的测量可以更强地抵抗电磁干扰。针对互电容测量，偏置信号22可以是固定的直流(DC)电压或地(0V)。
第一感测电极10和第二感测电极31不一定共享单个放大级3，并且各自的信号分离级2可以各自以与第一设备1相同的方式被连接到对应的放大级3。
第二设备25可以容易地适于与包括多个第二触摸传感器26的触摸面板一起使用。代替使用共同延伸的第一感测电极10和第二感测电极31，在触摸面板36(图5)中，第一感测电极10可以沿第一方向x是可延伸的而第二感测电极31可以沿第二方向y是可延伸的，以形成其中每个交点提供第二触摸传感器26的网格。在这种配置中，与两个或更多个第一感测电极10对应的分离级2可以被连接到单个放大级3，或者与两个或更多个第二感测电极31对应的分离级2可以被连接到单个放大级3。然而，一般来说，除了各第一感测电极10和第二感测电极31被连接到单个放大级3以为触摸面板36(图5)提供单个全局压力值24的情况之外，与第一感测电极10和第二感测电极31的混合体(mixture)对应的分离级2不应该被连接到相同的放大级3。
第二层结构28可以包括单个介电层32，以使相对的第三面29和第四面30为单个介电层32的面。可替选地，不一定使用第二层结构28，并且第二感测电极31可以与第一感测电极10一起被设置在第一面8上(图7)。在图2中，示出了沿被记为x和y的正交轴线延伸的第三面29和第四面30以及第二层结构28的介电层32，第二层结构28的每个介电层32的厚度方向与被记为z的轴线一致，z轴与x轴和y轴正交。然而，第一方向x、第二方向y和厚度方向z不需要形成所示出的右手正交坐标系。
压力信号处理模块6不一定是单独的模块，而相反可以替代地被集成到设备25中。
电子设备
图3示出了包括用于压力和电容组合式测量的设备1、25以及包括一个或多个触摸传感器4、26的触摸面板36的电子设备的示意性框图。
还参见图3，电子设备35可以包括触摸面板36、电容式触摸控制器5、压力信号处理模块6以及用于电容和压力组合式测量的设备1、25。
电子设备35可以是相对固定不动的电子设备，如例如台式计算机、自动取款机(ATM)、自动售货机、销售点设备或公共接入信息终端。可替选地，电子设备35可以是便携电子设备，如膝上型电脑、笔记本电脑或平板电脑、移动电话、智能手机、个人数字助理、音乐播放设备或诸如汽车之类的交通工具。前面的列举是非穷举的。电子设备35包括包含一个或多个触摸传感器4、26的触摸面板36。触摸面板36被耦接到用于压力和电容组合式测量的设备，如例如第一设备1或第二设备25。
电子设备35可以包括用于执行程序和处理信息的处理器37。电子设备35可以包括用于临时存储程序和信息的诸如易失性随机存取存储器之类的存储器38、和/或用于长期存储程序及信息的诸如非易失性随机访问存储器(NVRAM)或硬盘驱动(HDD)之类的存储装置39。电子设备35可以包括用于发送和/或接收来自有线或无线通信网络(未示出)的信息的网络接口40。电子设备35可以包括可移除存储接口41，其可以与可移除存储介质(未示出)交互以读取和/或写入程序和信息。电子设备35可以包括输出装置，如例如显示器42和/或扬声器43。显示器42可以是任何类型的显示器，如例如液晶显示器(LCD)、发光二极管显示器(LED)、有机LED显示器、电泳显示器或其他类型的电子墨水显示器。
电容式触摸控制器5为电子设备35提供输入信息，该输入信息对应于与触摸面板36的用户交互。例如，输入信息可以是一个或多个用户交互的位置。可替选地，电容式触摸控制器5可以为处理器37提供电容值23，而处理器37可以确定与触摸面板的一个或多个用户交互的位置。类似地，压力信号处理模块6为电子设备35提供以压力值24的形式的输入信息。当多个放大级3包括在设备1、25中时，压力信号处理模块6还可以提供用户交互的位置。压力信号处理模块6不一定是单独的模块，而相反可以被集成到设备1、25中。可替选地，设备1、25可以直接为处理器37提供放大信号20，而处理器37可以确定压力值24。
电子设备可以包括其他输入装置，如麦克风44和/或如例如键盘、小键盘、鼠标或轨迹球之类的其他输入设备45。当触摸面板36包括多个触摸传感器4、26时，电容式触摸控制器5和/或压力信号处理模块6可以以坐标和/或压力的形式提供与触摸面板36的一个或多个同时用户交互对应的位置信息。
触摸面板36可以设置成覆盖显示器42。可替选地，触摸面板36的触摸传感器4、26可以被集成或嵌入到显示器42内。当触摸面板36被用于覆盖显示器42或集成到显示器42中时，层结构7、28和电极10、11、31可以是透明的或基本是透明的。例如，层结构7、28和电极10、11、31可以透过50％或更多、优选地至少75％或者优选地至少90％的可见波长光。例如，压电材料可以是诸如PVDF之类的合适的含氟聚合物，包括在层结构7、28中的介电层可以是PET或光学透明PSA，电极10、11、31可以是ITO。可替选地，电极10、11、31及其任何连接可以是不透明的而在垂直于厚度方向z的方向上足够薄使得它们不会立刻被人眼注意到，例如，电极10、11、31及其任何连接可以小于100微米(1x10-4m)宽，小于10微米(1x10-5m)宽或者更薄。
第一触摸面板系统
图4示出了第一触摸面板36的简化横截面。
参见图1、图2和图4，第一触摸面板36包括大体上与第二触摸传感器26的层结构7、28相同的层结构7、28，除了在第一触摸面板36中，层结构7由被设置在层结构7的第一面8上的多个第一感测电极10共用，并且第二层结构28由被设置在该第二层结构28的第三面29上的多个第二感测电极31共用之外。第一感测电极10各自沿第一方向x延伸且该第一感测电极10被设置成沿第二方向y等间距间隔开的阵列。第二感测电极31各自沿第二方向y延伸且该第二感测电极31被设置成沿第一方向x等间距间隔开的阵列。公共电极11被设置在第二面9上且是可延伸的以使得公共电极11至少部分地位于第一感测电极10和第二感测电极31中的每个感测电极之下。公共电极11可以基本上与层结构7的第二面9共同延伸。以这种方式，第一感测电极10和第二感测电极31的每个交点有效地提供了第二触摸传感器26。
第一触摸面板36可以被接合成覆盖电子设备35(图3)的显示器42(图3)，盖板玻璃46(图24)可以被接合成覆盖第一触摸面板36以保护最外面的电极例如第二感测电极31。
图5示出了用于电容和压力组合式测量的第一触摸面板系统47。
再次参见图5，第一触摸面板系统47包括第一触摸面板36、用于电容和压力组合式测量的第三设备48、电容式触摸控制器5以及压力信号处理模块6。
除了第三设备48包括信号分离级2和与各感测电极10、31对应的第一输入/输出端子13和第二输入/输出端子14之外，第三设备48与第一设备1和第二设备25相同。第三设备48包括信号分离部分49，其包括N个信号分离级2，其中N是第一感测电极10和第二感测电极31的总数量。第三设备48包括N个第一输入/输出端子13，并且每个第一输入/输出端子13通过导电迹线50连接到对应的第一感测电极10或第二感测电极31。第三设备48包括N个第二输入/输出端子14，并且每个第二输入/输出端子被连接到电容式触摸控制器的对应端子/端口。以这种方式，每个分离级2通过电容信号滤波器15(图1)将一个感测电极10、31连接到电容式触摸控制器5的对应端子。
第三设备48包括放大部分51，其包括第二数量M个放大级3。放大级3的数量M介于1至感测电极10、31和信号分离级2的数量N之间，即1≤M≤N。放大级3通过电阻网络27连接到分离级2。电阻网络27将M个放大级3映射到N个信号分离级以使得每个放大级3的输入通过各自的信号分离级2连接到一个或多个感测电极10、31。
放大级3的数量M可以等于感测电极10、31的数量，以使得每个放大级3被连接到一个对应的信号分离级2。当放大级3的数量M小于感测电极10、31的数量N时，该数量M、N优选地以整数倍相关，例如N＝2×M、N＝3×M、N＝4×M，并且放大级3中的每个放大级优选地被连接到与每个其他放大级3的信号分离级的数量相同的信号分离级2。优选地，放大级3通过电阻网络27和各自的信号分离级2连接到相同类型的感测电极10、31，例如连接到一个或多个第一感测电极10或者一个或多个第二感测电极31。当放大部分51包括单个放大级3时是个例外。在这种情况下，电阻网络27将放大级3的输入端连接到全部N个信号分离级2，使得能够测量来自触摸面板36的单个全局压力值。
每个放大级3将对应的放大信号20输出至压力信号处理模块6，该压力信号处理模块6确定并输出压力值24至电子设备35(图3)的处理器37(图3)。可替选地，压力信号处理模块6可以被集成到第三设备48中作为单个单元。
电容式触摸控制器5被分别连接到每个感测电极10、31。以这种方式，电容式触摸控制器5可以单独寻址任何感测电极10、31或者寻址包括一个第一感测电极10和一个第二感测电极31的任一对感测电极。电容式触摸控制器5的公共输出端被连接到公共电极11以给公共电极11提供偏置信号22。经由信号分离级2的连接使得包括电容驱动信号33/电容感测信号34的电容测量信号21能够没有衰减或以最小衰减通过电容信号滤波器15。可以由电容式触摸控制器5根据已知的方法来测量感测电极10、31的自电容、或任一对第一感测电极10和第二感测电极31的互电容，并将电容值23和/或用户交互的位置提供给电子设备35(图5)的处理器37(图3)。
以这种方式，第一触摸面板系统47使得能够没有任何干扰或以最小干扰进行来自触摸面板的压力测量，以同时使用同一组感测电极10、31来进行投射电容测量。以这种方式，所使用的感测电极的数量与纯投射式电容触摸面板相比较没有增加，并且不需要使用可能增加串扰和/或制造复杂性的额外的电极和导电迹线50。
可选地，当放大级3的放大器17是差分放大器时，每个信号分离级2可以被附加地连接到公共端子52以提供用于差分测量的参考路径(图10至图13)。公共端子52被连接到第一触摸面板36的公共电极11和电容式触摸面板5的公共输出端以接收偏置信号22。
设备1、25、48优选地被设置为分立模块，例如设置为具有作为用于附加到印制电路板或类似基板的物理端子的第一输入/输出端子13和第二输入/输出端子14及公共端子52的封装集成电路。压力信号处理模块6可以被设置为单独的元件、或者可以与设备48一起被集成到单个封装中。可替选地，可以通过在电子设备35(图3)的处理器37(图3)中的数字信号处理来提供压力信号处理模块6。设备1、25、48不一定设置为封装集成电路，而可以可替选地设置为可以是刚性或柔性的小型印制电路板。
触摸面板36和设备1、25、48的优点在于使得能够在对现有硬件和软件的调整最小的情况下，使用传统的电容式触摸控制器5来进行电容和压力组合式测量。然而，第一触摸面板系统47不一定使用单独的电容式触摸控制器5来实现。相反，设备1、25、48、电容式触摸控制器5和压力信号处理模块6可以组合成用于连接到第一触摸面板36的单个模块，为压力和电容组合式测量提供单个封装解决方案。
连接到设备1、25、48的单独的电容式触摸控制器5优选地具有与感测电极10、31的数量N相等数量的电容测量输出。然而，具有小于N个电容测量输出的电容式触摸控制器5可以通过复用器将这种电容式触摸控制器5连接到N个第二输入/输出端子14而与设备1、25、48一起使用。
虽然第一感测电极10和第二感测电极31基本上被示出为矩形，但是也可以使用其他形状。
第二触摸面板
图6示出了用于第二触摸面板53的第一感测电极1和第二感测电极31的布局。
再次参见图6，除了第一感测电极10和第二感测电极31的形状不同之外，第二触摸面板53与第一触摸面板36相同。
代替是矩形，每个第一感测电极10可以包括多个垫片段54，所述多个垫片段54沿第一方向x等间距排列且通过相对窄的桥接片段55沿第一方向x彼此连接。类似地，每个第二感测电极31可以包括多个垫片段56，所述多个垫片段56沿第二方向y等间距排列且通过相对窄的桥接片段57沿第二方向y彼此连接。第一感测电极10和第二感测电极31的垫片段54、56以具有第一宽度W1的菱形的形式，并且第一感测电极10和第二感测电极31的桥接片段55、57具有第二宽度W2。
第一感测电极10和第二感测电极31被布置成使得第二感测电极31的桥接片段57覆盖第一感测电极10的桥接片段55。可替选地，第一感测电极10和第二感测电极31可以被布置成使得第二感测电极31的垫片段56覆盖第一感测电极10的垫片段54。垫片段54、56不一定是菱形形状，而可以是圆形。垫片段54、56可以是正多边形，如三角形、正方形、五角形或六角形。垫片段54、56可以是I型或Z型。垫片段54、56可以具有不同的面积。
第三触摸面板
图7示出了用于第三触摸面板58的第一感测电极1和第二感测电极31的布局。
再次参见图7，除了第三触摸面板58不包括第二层结构28并且第二感测电极31与第一感测电极10一起基本上被设置在层结构7的第一面8上之外，第三触摸面板58与第一触摸面板36和第二触摸面板53基本相同。
每个第一感测电极10是以与第二触摸面板53相同的方式沿第一方向x延伸的连续导电区域。例如，每个第一感测电极10可以包括多个垫片段54，所述多个垫片段54沿第一方向x等间距排列且通过相对窄的桥接片段55沿第一方向x彼此连接。每个第二感测电极31可以包括以与第二触摸面板53相同的方式沿第二方向y等间距排列的多个垫片段59。然而，与第二触摸面板53不同，第三触摸面板58的垫片段59被设置在层结构7的第一面8上并且与第一感测电极10分散布置且被第一感测电极10分隔开。与每个第二感测电极31对应的垫片段59通过导电跳线60连接在一起。各跳线60跨越第一感测电极10的一部分且跳线60通过薄介电材料层(未示出)与第一感测电极10绝缘，该薄介电材料层可以被定位到跳线60和第一感测电极10的交点周围的区域。
可替选地，薄介电材料层(未示出)可以覆盖层结构7的第一面8、第一感测电极10以及第二感测电极31的垫片段59。沿第二方向y延伸的导电迹线(未示出)可以被设置在单个薄介电层(未示出)之上，覆盖垫片段59的每条导电迹线(未示出)组成一个第二感测电极31。覆盖的导电迹线(未示出)可以使用通过单个薄介电层(未示出)形成的通孔(未示出)来连接组成每个第二感测电极31的垫片段59。
触摸面板的经图案化的公共电极
如果需要的话，可以通过使用经图案化的公共电极11来减小第一感测电极10或第二感测电极31和公共电极11之间的互电容的值。使用经图案化的公共电极11可以使该公共电极11被设置在用户的食指/触控笔和感测电极10、31之间而不会屏蔽用户的食指/触控笔和感测电极10、31之间的静电交互。公共电极11朝向外侧的配置对于整体嵌入显示器42(图32至图39)中的触摸面板而言是有利的。
图8示出了用于经图案化的公共电极61的布局。
参见图8，经图案化的公共电极61可以采取笛卡尔网格的形式。经图案化的公共电极61的导电区域包括沿第一方向x延伸且第二方向y具有宽度W的支杆62，以及沿第二方向y延伸且沿第一方向x具有宽度W的支杆63。沿第一方向x延伸的支杆62沿第二方向以间距S等间距排列，沿第二方向y延伸的支杆63沿第一方向x以间距S等间距排列。支杆62、63在它们相交处被接合在一起以使得经图案化的公共电极61由导电材料的单个区域形成。
再次参见图1、图2、图4和图5，经图案化的公共电极61可以被布置以减小感测电极10、31和公共电极11之间的互电容的幅度。
经图案化的公共电极61不一定被布置成为笛卡尔网格，而可以使用任何连续连接的二维图案。经图案化的公共电极61不一定使用重复的格子图案，而可以替代地使用不规则布置或准周期布置。
对压力值的插值
投射式电容触摸面板中的相邻电极之间的间隔(有时被称为间距)可以相对较大，例如为1mm至5mm或者大于5mm。如果仅以间距的分辨率来确定用户交互的位置，则投射式电容触摸面板将无法提供用户交互的精确位置或者无法平滑地遵循用户行进的路径。为了提供更精确的位置，投射式电容触摸面板一般利用插值方法，例如使用具有峰值信号的电极以及相邻的电极信号，以使用线性插值、二次插值或使用高阶多项式或其他合适的函数的插值来推断触摸位置。由于用户交互可以同时改变几个相邻感测电极的电容，因此这种插值是可行的。
图9示出了使用插值方法来推断用户交互的位置和/或压力。
参见图5和图9，当用户按压覆盖触摸面板36、53、58的盖板玻璃46(图24)时，盖板玻璃46下面的压电材料层12将在相对加宽的区域上经受应变。例如，这可能是由于盖板玻璃46的刚度在更大的区域上散布了压缩载荷和/或由于压电材料层经受了平面内拉伸。例如，在精确位置64处施加峰值压力65的用户交互可能会导致压力值66a和66b，该压力值66a和66b是针对在包围精确位置64的位置67a、67b处的感测电极10、31确定的。在精确位置64处的用户交互也可能导致压力值68a和68b，该压力值68a和68b是针对在更远离精确位置64且与一对包围位置67a、67b相邻的位置69a、69b处的感测电极10、31确定的。压力值66a、66b与将在用户交互的精确位置64处测量的峰值压力65略有不同，并且将根据精确位置64相对于包围位置(bracketing locations)67a、67b的相对位置而改变。因此，用于响应用户交互的阈值压力值应间隔足够宽以避免由于精确位置64相对于包围位置67a、67b的相对位置而引起的误记录。这可能会导致压力触摸应用中压力值的粗略分辨率。可以通过使用插值来估计峰值压力65来改善压力触摸应用的潜在分辨率。
压力信号处理模块6或处理器37(图3)可以使用最大值66a及对应的位置67a结合两个下一最近值66b、88a及对应的位置67b、69a来计算对精确位置64和/或压力值65的估计。可替选地，压力信号处理模块6或处理器37(图3)可以使用该对包围值66a、66b及位置67a、67b来计算对精确位置64和/或峰值压力65的估计。压力信号处理模块6或处理器37(图3)可以使用该对包围值66a、66b及位置67a、67b以及相邻值及位置68a、68b、69a、69b来计算对精确位置64和/或峰值压力65的估计。压力信号处理模块6或处理器37(图3)可以使用线性插值、二次插值或者使用高阶多项式或其他合适的函数的插值来计算对精确位置64和/或峰值压力65的估计。
以这种方式，可以通过对压力值24应用插值方法来估计用户交互的峰值压力65而改进压力触摸应用的分辨率。也可以用插值法来改进使用压力值24确定的对用户交互位置的估计。
电容式触摸控制器5也可以使用对电容值23的插值来提高确定一个或多个用户交互的位置的精确度。
使用差分放大级的示例
图10示出了利用差分放大的第三设备48的示例。
参见图1、图2、图4、图5和图10，在一个示例性实现方式中，第三设备48可以包括数量相同的N个分离级70和差分放大级71。各差分放大级71是实现放大级3的示例，并且各差分放大级71包括压力信号滤波器16和以差分放大器形式的放大器17。
各差分分离级70是实现分离级2的示例。第n个差分分离级70通过第一电容信号滤波器15(图1)将第n个第一输入/输出端子13连接到第n个第二输入/输出端子14。第n个第一输入/输出端子13在被记为D的电路节点处被连接到触摸面板36、53、58的第n个感测电极10、31。第n个第二输入/输出端子14在被记为A的电路节点处被连接到电容式触摸控制器5。电容式触摸控制器5通过第n个第二输入/输出端子14与第n个感测电极10、31交换电容测量信号21例如电容驱动信号33/电容感测信号34。然而，差分分离级70还通过第二电容信号滤波器15和参考电阻-电容Ris-Cis(图11)将公共端子52连接到第n个第二输入/输出端子14。第二电容信号滤波器15和参考电阻-电容Ris-Cis(图11)在被记为C的电路节点处串联连接。公共端子52在被记为B的电路节点处被连接到触摸面板36、53、58的公共电极11和电容式触摸控制器5的公共输出端。电容式触摸控制器5的公共输出端为公共电极11和公共端子52提供偏置信号22。
到差分放大级71的第一输入端72通过第一电阻Rd1耦接到电路节点D，到差分放大级71的第二输入端73通过第二电阻Rc1耦接到电路节点C。第一电阻Rd1和第二电阻Rc1形成电阻网络27的一部分。差分放大级71基于第一输入端72和第二输入端73之间的差，即基于电路节点C和D之间的电压差来产生放大信号20。
图11示出了实现差分分离级70的电路的示例。
再次参见图11，第一电容滤波器和第二电容滤波器15可以采取第一电容Ci1和第二电容Ci2的形式。滤波器电容Ci1、Ci2可以通过对电容式触摸控制器从直流(DC)分量和低频分量解耦来用作电容信号滤波器15，即高通滤波器。电容Ci1、Ci2优选地是相同的。差分分离级70包括串联连接在电路节点C和公共端子52之间的参考电阻Ris和参考电容Cis。以这种方式，参考电阻Ris和参考电容Cis提供电容式触摸控制器5和公共电极11之间的参考路径。
可以由针对触摸面板36、53、58的第n个触摸传感器4、26的等效电路74来近似表示第N个感测电极10、31和公共电极11之间的路径。等效电路74包括表示触摸传感器4、26的电阻的传感器电阻R传感器。等效电路74包括是第n个感测电极10、31和公共电极11之间的互电容的传感器电容C传感器以及表示压电材料层12的压电元件P传感器。传感器电容C传感器和压电元件P传感器彼此并联连接，并且与在被记为E的电路节点处与传感器电阻R传感器串联连接。等效电路74还包括感测电极10、31的自电容C自和响应于与第n个触摸传感器4、26的用户交互而改变的可变自电容ΔC自。自电容C自和可变自电容ΔC自并联连接在电路节点E和地之间。
参考电阻Ris的值被选择成接近传感器电阻R传感器。参考电容Cis的值被选择成接近由传感器电容C传感器、压电元件P传感器和自电容C自形成的网络的总电容。以这种方式，响应于来自电容式触摸控制器5的测量信号21，到第n个差分放大器71的第一输入端72及第二输入端73对由参考电阻Ris和参考电容Cis形成的参考路径和第n个触摸传感器4、26之间的差是灵敏的。
图12示出了实现差分放大级71的电路的示例。
再次参见图12，差分放大级71的示例包括第一运算放大器OP1和第二运算放大器OP2以及比较器CM1。由第一运算放大器OP1的倒相输入在被记为F的节点处接收第一输入端72，由第二运算放大器的倒相输入在被记为G的电路节点处接收第二输入端73。第一运算放大器OP1的非倒相输入通过第一下拉电阻Rx1连接到地。类似地，第二运算放大器OP2的非倒相输入通过第二下拉电阻Rx2连接到地。第一下拉电阻Rx1和第二下拉电阻Rx2优选地具有相同的值。可选地，第一下拉电容Cx1和第二下拉电容Cx2可以分别与第一下拉电阻Rx1和第二下拉电阻Rx2并联连接。第一运算放大器OP1的输出端在被记为H的电路节点处耦接到比较器CM1的非倒相输入，第二运算放大器OP2的输出端在被记为I的电路节点处耦接到比较器CM1的倒相输入。可替选地，运算放大器OP1、OP2到比较器CM1的非倒相输入和倒相输入的连接可以交换。比较器CM1输出提供放大信号20。第一反馈电阻Rf1和第一反馈电容Cf1并联连接在电路节点F和电路节点H之间。第一反馈电阻Rf1和第一反馈电容Cf1为第一运算放大器OP1提供反馈网络。以这种方式，压力信号滤波器16与第一运算放大器OP1集成到一起。类似地，第二反馈电阻Rf2和第二反馈电容Cf1并联连接在电路节点G和电路节点I之间。第二反馈电阻Rf1和第二反馈电容Cf1为第二运算放大器OP2提供反馈网络和压力信号滤波器16。
对差分放大级71的使用可以降低放大器信号20对电磁干扰的灵敏度。差分放大级71还可以减小电容测量信号21的任何剩余幅度。
用于自电容和压力组合式测量的操作
图13A至图13F示出了在与第n个感测电极10、31没有发生用户交互的情况下使用触摸面板系统47来测量第n个感测电极10、31的自电容。
参见图10至图13F，电容式触摸控制器5通过第n个差分分离级70输出电容测量信号21至第n个感测电极10、31。电容测量信号21可以采取阶跃波形V自(t)的形式，在该阶跃波形中，在跃升至第一电压V1之前，电压V自(t)在预定时长内保持接地。跃升至第二电压V2达预定时长之前，电压V自(t)在V1处保持预定时长，然后跃降至第三电压V3。在第三电压V3处保持预定时长之后，电压V自(t)跃降至地即，0V，然后阶跃波形V自(t)重复进行。第二电压和第三电压之差V2-V3等于第一电压V1，这使得能够根据上升沿和下降沿来测量第n个感测电极的自电容C自+ΔC自。电压信号V自(t)的具体形式不一定是阶跃波形，也可以是适用于根据所使用的电容式触摸控制器5来确定第n个感测电极的自电容(可以使用C自+ΔC自)的任何信号。
电容式触摸控制器5输出偏置信号22V偏置(t)，其与电容测量信号21V自(t)基本上相同。这去除或基本上减小了传感器电容C传感器对自电容C自+ΔC自的测量的影响。以这种方式，所测量的电容基本上对应于第n个感测电极10、31和地之间的自电容C自。由电容式触摸控制器5使用内部电荷放大器(未示出)来确定第n个感测电极10、31的自电容C自，由此响应于电容测量信号21V自(t)确定流到自电容C自/从自电容C自流出的电荷。
电容测量信号21没有衰减或以很小衰减流过第一电容滤波器和第二电容滤波器15，例如第一电容Ci1和第二电容Ci2。参考电阻Ris和参考电容Cis应该优选地被选择成基本上与触摸传感器4、26的等效电路74的电阻R传感器和电容C传感器+C自匹配。因此，当没有发生用户交互时，电路节点D和节点C处的电压，即VD(t)和Vc(t)基本上是类似的，这是由于经由触摸传感器4、26以及经由参考电阻Ris和参考电容Cis到公共电极11的路径基本上具有类似的阻抗。因此，节点D和节点C处的电压之差VD-C(t)很小或可忽略不计，其残余幅度为δV。残差VD-C(t)具有与电容测量信号21V自(t)基本上相似的频率分量，并且被差分放大级72例如运算放大器OP1、OP2及各自的反馈网络Rf1-Cf1、Rf2-Cf2中包括的压力信号滤波器16阻挡/滤除。放大信号20Vamp(t)基本上恒定。由于没有被压力信号滤波器16充分衰减的电容测量信号V自(t)和/或输出的集成特性而产生的任何残余的贡献可以在由压力信号处理模块6(图5)或处理器37(图3)在对放大信号的后续数字信号处理期间被去除或被抵消。
当用户交互以轻压/接近悬停的形式发生即从压电材料层12未产生明显的压电响应Ipiezo(t)时，信号基本上是相同的。由电容式触摸控制器5基于流到第n个感测电极/从第n个感测电极的流出的电荷的变化来感测第n个感测电极10、31的自电容ΔC自由于用户交互而产生的变化，所述电荷由内部电荷放大器(未示出)来确定。
图14A至图14I示出了使用触摸面板系统47来组合式测量第n个感测电极10、31的自电容和施加到第n个感测电极10、31上的压力。
再次参见图14A至图14I，当用户交互向触摸面板36、53、58的触摸传感器4、26施加压力时，压电材料层12的由应变引起的极化强度P从第n个感测电极10、31产生压电响应Ipiezo(t)。由于压电响应Ipiezo(t)的幅度较小并且由于电路节点C和D被第一电容信号滤波器和第二电容信号滤波器15例如电容Ci1和Ci2至少部分地解耦，所以压电响应Ipiezo(t)不会经由参考路径在Ris、Cis明显地记录在电路节点C处。在该示例性实现方式中，压电响应Ipiezo(t)在节点D处记录为跨输入电阻Rd1的电压，即记录为Rd1Ipiezo(t)。以这种方式，节点D处的电压信号VD(t)近似为电容测量信号21V自(t)和由于压电响应而产生的电压Rd1Ipiezo(t)的叠加。压电信号Rd1Ipiezo(t)具有比电容测量信号21V自(t)小很多的幅度。出于可视化的目的，图14D至图14I中示出的压电信号Rd1Ipiezo(t)的相对幅度已经被放大。节点D和节点C处的电压信号之差VD-C(t)是压电信号Rd1Ipiezo(t)和具有近似幅度δV的残余波动的叠加。差分放大级72的压力信号滤波器16基本上阻挡/衰减了由于电容测量信号21而产生的残余波动δV，并且放大信号20Vamp(t)与压电信号Rd1Ipiezo(t)乘以增益Gamp的积分成正比。该对应关系可能是不精确的，这是由于压电信号Rd1Ipiezo(t)的相对较高频分量例如在电容测量信号21的基频fd以上的频率可以被压力信号滤波器16衰减。在由压力信号处理模块6(图5)或处理器37(图3)对放大信号进行后续数字信号处理期间可以移除或抵消由于未被压力信号滤波器16充分衰减的电容测量信号21V自(t)而产生的任何残余贡献。
特别地参见图14D至图14I，施加压力P施加的用户交互在t开始开始并持续到t结束。在随着感测电极10、31和公共电极11之间形成的电荷Qpiezo(t)的衰减接近峰值之前，压电电流Ipiezo(t)(以及相应地信号Rd1Ipiezo(t))快速增大。通过等效电路74的电容和输入电阻Rd1来近似设置时间常数。放大信号20与压电信号Rd1Ipiezo(t)的积分成正比并且还在t开始之后快速增大。放大信号20还以与放大器有关的时间常数而衰减。例如，可以通过形成运算放大器OP1、OP2的反馈网络的电阻Rf1、Rf2和电容Cf1、Cf2来确定用于放大信号20的衰减的时间常数。一般地，用于放大信号20Vamp(t)的衰减的时间常数比用于压电信号Rd1Ipiezo(t)的衰减的时间常数更长。一旦在时刻t结束移除压力，因为在电极10、11、31之间对电荷Qpiezo进行放电，因此产生反向的压电信号-Rd1Ipiezo。在t结束之后，放大信号20Vamp(t)的衰减导致放大信号20Vamp(t)产生小的瞬时过冲。放大信号20Vamp(t)的过冲以相同的时间常数而衰减至基线水平。
在图14D至图14I中，出于说明性的目的，将压电信号Rd1Ipiezo的时间常数示出为相对较短。在实际中，用于压电信号Rd1Ipiezo(t)的衰减的时间常数是电容测量信号21V自(t)的周期的数十倍、数百倍或者甚至数千倍。出于说明性的目的，在图14D至图14I中也已经缩短了用户交互的时长t结束-t开始。在实际中，用户交互的长度可以超过电容测量信号21V自(t)的周期的成百、上千或者甚至上万倍。
用于测量感测电极10、31的自电容、以及偏置信号22和电容测量信号21的具体波形的具体方法取决于所使用的特定的电容式触摸控制器5。然而，设备1、25、48可以通过调整电容信号滤波器15的带宽以使由特定的电容式触摸控制器5产生的电容测量信号21通过来使用任何电容式触摸控制器5。
用于互电容和压力组合式测量的操作
触摸面板系统47还可以用来在第一感测电极10和第二感测电极31中的每一个和公共电极之间进行压力测量的同时测量一个第一感测电极10和一个第二感测电极31对之间的互电容。测量一个第一感测电极10和一个第二感测电极31对之间的互电容不需要触摸面板系统47的物理配置有任何改变，并且测量模式即自电容或互电容主要以由电容式触摸控制器5发送/接收的电容测量信号21的形式而改变。
图15示出了使用触摸面板系统47来测量感测电极10、31对之间的互电容。
参见图5、图10至图12和图15，使用包括第一感测电极10和第二感测电极31的对来进行互电容测量。例如，如果触摸面板36、53、58包括总共N个感测电极10、31，其中N1是第一感测电极，然后将第n个感测电极10、31表示为En，可以测量第一感测电极10En与第二感测电极31Ek的任一对的互电容，1≤n≤N1，N1<k≤N。
触摸面板系统47的物理配置与用于自电容测量的物理配置相同。然而，电容式触摸控制器5发送/接收不同的电容测量信号21，并且考虑互电容等效电路75，而不是等效电路74。互电容等效电路75与等效电路74基本上类似。第n个或第k个触摸传感器4、26被表示为串联连接在第n个感测电极En和公共电极11之间的传感器电容C传感器和传感器电阻R传感器，其中跨传感器电容C传感器并联连接压电元件P传感器。传感器电容C传感器表示相应的感测电极En、Ek和公共电极11之间的互电容。表示第n个触摸传感器4、26的传感器电容C传感器和传感器电阻R传感器被连接在被记为J的电路节点处，表示第k个触摸传感器4、26的传感器电容C传感器和传感器电阻R传感器被连接在被记为K的电路节点处。等效电路75还包括连接在电路节点J和K之间的第n个感测电极En和第k个感测电极Ek之间的互电容Cmut+ΔCmut。
图16A至图16F示出了当没有用户交互靠近第n个感测电极En或第k个感测电极Ek时，使用触摸面板系统47来测量第n个感测电极En 10和第k个感测电极Ek 31的交点之间的互电容。
参见图4、图5、图15和图16A至图16F，电容式触摸控制器5采用以电容驱动信号33VTx(t)形式的电容测量信号21来驱动第n个感测电极En 10。电容驱动信号33VTx(t)采取驱动信号幅度为VDr、基频为fd的方波信号的形式。电容驱动信号33VTx(t)包括以相交的第k个感测电极Ek 31中的电容感测信号34VRx(t)的形式的电容测量信号21，并且电容式触摸控制器5接收该电容感测信号34VRx(t)。电容感测信号34VRx(t)也是方波，其幅度被压降ΔV下降到VD-ΔV，并且电容式触摸控制器5基于电压差ΔV的大小来确定第n个感测电极En和第k个感测电极Ek之间的互电容Cmut的值。偏置信号22是用于互电容测量的地或恒定的DC电压。当不存在与第n个感测电极En和第k个感测电极Ek的用户交互时，电路节点C和D处的电压信号VC(t)、VD(t)虽然不相等，但基本上是类似的。与自电容测量的情况类似，电路节点D和C之间的差信号VD-C(t)包括频率成分与电容驱动信号33VTx(t)类似的残余波动δV。第k个信号分离级70和第k个放大级71的行为是类似的。因此，差分放大级71的压力信号滤波器16阻挡/衰减残余波动δV，并且第n个和第k个放大级71的放大信号20n Vamp(t)、20k Vamp(t)基本上是恒定不变的。可以通过压力信号处理模块6和/或处理器37(图3)中的数字信号处理来去除或抵消与电容驱动/感测信号33、34对应的任何剩余噪声。
图17A至图17F示出了当有轻微用户交互靠近第n个感测电极En或第k个感测电极Ek时，使用触摸面板系统47来测量第n个感测电极En 10和第k个感测电极Ek 31的交点之间的互电容。
再次参见图17A至图17F，可能会发生以下用户交互，该用户交互虽然会导致用户的食指或合适的导电触控笔和第n个感测电极En和第k个感测电极Ek之间的电容耦合，但是该用户交互不会施加足够的压力来产生明显的压电信号Rd1Ipiezo(t)。耦合到用户食指或导电触控笔的电容使第n个感测电极和第k个感测电极之间的互电容发生变化ΔCmut。电容式触摸控制器5根据电容驱动信号33VTx(t)和电容感测信号34VRx(t)之间的压降ΔV的相应增加来确定互电容的变化ΔCmut。电路节点C和D处的电压信号VC(t)、VD(t)还相对于彼此被修改互电容的变化ΔCmut，从而节点D和节点C之间的电压差VD-C(t)将相应地改变。残余电压波动δV继续具有基于电容驱动信号VTx(t)和电容感测信号VRx(t)的频率分量，并且基本上被包括在差分放大级71中的压力信号滤波器16阻挡/衰减。
图18A至图18F示出了当靠近第n个感测电极En或第k个感测电极Ek的用户交互施加足够的力来引起压电响应时，使用触摸面板系统47来测量第n个感测电极En 10和第k个感测电极Ek 31的交点之间的互电容。
再次参见图18A至图18F，当用户交互向触摸面板36、53、58的第n个和第k个触摸传感器26施加压力时，压电材料层12的由应变引起的极化从第n个感测电极10、31产生压电响应Ipiezo(t)。由于压电响应Ipiezo(t)的幅度较小且由于电路节点C和D被第一电容信号滤波器和第二电容信号滤波器15例如电容Ci1和Ci2至少部分地解耦，所以压电信号Ipiezo(t)基本上不会经由参考路径明显地记录在Ris、Cis在电路节点C处。在该示例性实现方式中，压电响应Ipiezo(t)在节点D处记录跨输入电阻Rd1的电压，即记录为Rd1Ipiezo(t)。以这种方式，电路节点D处的电压信号VD(t)近似为电容驱动信号33VTx(t)和压电信号Rd1Ipiezo(t)的叠加。以类似的方式，电容感测信号34VRx(t)和压电信号Rd1lpiezo(t)的近似叠加为与第k个感测电极Ek相关联的差分放大级71提供了一个输入。压电信号Rd1Ipiezo(t)具有比电容驱动信号VTx(t)和电容感测信号VRx(t)小很多的幅度。出于可视化的目的，图18D至图18F中示出的压电信号Rd1Ipiezo(t)的相对幅度已经进行了放大。节点D和节点C处的电压信号之差VD-C(t)是压电信号Rd1Ipiezo(t)和残余波动δV的叠加。差分放大级72的压力信号滤波器16基本上阻挡/衰减了残余波动δV，并且放大信号20n Vamp(t)与压电信号Rd1Ipiezo(t)乘以增益Gamp的积分近似成正比。如上文所描述的，放大信号Vamp(t)将以时间常数向针对静态压力的基线水平衰减，该时间常数由形成运算放大器OP1、OP2的反馈网络的电阻Rf1、Rf2和电容Cf1、Cf2来确定。该对应关系可能是不精确的，这是由于压电信号Rd1Ipiezo(t)的相对较高频分量(例如≥fd)可以被压力信号滤波器16衰减。以相同的方式产生由放大级71输出的与第k个感测电极Ek相关联的放大信号20k。压力信号处理模块6接收放大信号20n、20k并确定对应的压力值24。例如，压力信号处理模块6可以利用使用已知的施加压力预先校准的模型或查找表。与第n个感测电极En和第k个感测电极Ek的用户交互导致产生一个电容值23和一对压力值24。压力信号处理模块6可以取基于与第n个感测电极En和第k个感测电极Ek对应的放大信号20n、20k计算的压力值24的平均值。可替选地，压力信号处理模块可以仅基于最强的放大信号20，例如由于靠近压电材料12而产生的与第一感测电极10对应的放大信号来确定一个压力值24。
第一感测电极10不一定是驱动电极且第二感测电极31不一定是感测电极。相反，电容式触摸控制器5可以使用电容驱动信号33来驱动第二感测电极31即第k个感测电极，并接收来自第一感测电极10即第n个感测电极的电容感测信号34。
用于测量感测电极10、31的互电容、以及偏置信号22和以电容驱动信号33/电容感测信号34形式的电容测量信号21的具体波形的具体方法取决于所使用的特定的电容式触摸控制器5。然而，可以由设备1、25、48通过调整电容信号滤波器15的带宽以使由特定的电容式触摸控制器5产生的电容测量信号21通过来使用任何电容式触摸控制器5。
具有相等数量的分离级和放大级的触摸面板系统
图19示出了相等数量的分离级2、70及放大级3、71之间的连接。
参见图4、图5、图10、图11和图19，可以使用信号分离部分49和放大级部分51来实现第三设备48，信号分离部分49包括以差分信号分离级70的形式的N个分离级2，放大级部分51包括以差分放大级71形式的相同数量的N个放大级3。每个差分信号分离级70经由各自的第一输入/输出端子13连接到N个感测电极E1,E2,…,EN中的一个。当触摸面板36、53、58包括第二触摸传感器26时，感测电极E1,E2,…,EN可以是例如被布置成形成交点网格的第一感测电极10和第二感测电极31的混合体。
当差分分离级70的数量和差分放大级71的数量相等时，电阻网络27可以包括与各差分分离级70对应的一对电阻Rcn、Rdn。电阻Rdn将第n个差分放大级71的第一输入端72耦接到与第n个差分分离级70相关联的电路节点D。电阻Rcn将第n个差分放大级71的第二输入端73耦接到与第n个差分分离级70相关联的电路节点C，即连接到参考路径Ris-Cis。每个差分分离级70的参考路径Ris-Cis被连接到公共端子52，且公共端子52被连接到触摸面板36、53、58的公共电极。
在使用单输入放大级77(图21)的触摸面板系统47的可替选实现方式中，电阻网络27包括将第n个放大级3的输入耦接到相应的第n个信号分离级2和第一输入/输出端子13的单个电阻Rdn。
具有不同数量的分离级和放大级的触摸面板系统
图20示出了以差分分离级70形式的N个分离级2和以差分放大级71形式的更少数量的M个放大级3之间的连接。
参见图4、图5、图10、图11和图20，信号分离部分49可以包括N个差分分离级70，放大部分51可以包括更少数量的M个差分放大级71。每个差分信号分离级70经由各自的第一输入/输出端子13连接到N个感测电极E1,E2,…,EN中的一个。当触摸面板包括第二触摸传感器26时，感测电极E1,E2,…,EN可以是例如被布置成形成交点网格的第一感测电极10和第二感测电极31的混合体。
当差分放大级71的数量M小于差分分离级70的数量N时，电阻网络27包括与每个差分分离级70对应的一对电阻Rcn、Rdn。M个差分放大级71中的第m个差分放大级的第一输入端72经由相应的电阻Rdn耦接到多个差分分离级70。例如，M个差分放大级71中的第m个差分放大级可以经由相应的电阻Rdn、Rdn+1连接到第n个和第n+1个分离级70。在这种情况下，每个电阻Rdn、Rdn+1的第一输入/输出端子被连接到与各自的差分分离级70相关联的电路节点D，两个电阻Rd、Rdn+1的第二输入/输出端子在公共电路节点处被连接到对应的第m个差分放大级71的第一输入端72。第m个差分放大级71的第二输入端73通过电阻Rcn、Rcn+1以相同的方式连接到对应的差分分离级70。
以这种方式，由M个差分放大级71中的第m个差分放大级71输出的放大信号20将是对靠近感测电极En、En+1中的任一个所施加的压力的指示，该感测电极En、En+i通过各自的第n个和第n+1个差分分离级70连接到第m个差分放大级71。当放大级71包括积分放大器时，放大信号30将是对靠近被连接到第m个差分放大级71的感测电极En、En+1所施加的压力之和的指示。
超过两个差分分离级70可以以类似的方式被连接到个每个差分放大级71。
在使用单输入放大级77(图21)的触摸面板系统的可替选实现方式中，除了每个信号分离级2将与电阻网络27内的单个电阻Rdn对应之外，放大级3可以以相同的方式连接到信号分离级2。
使用单个输入放大级的触摸面板系统
图21示出了利用单输入分离级76和单输入放大级77的触摸面板系统77的一部分的示例性实现方式。
参见图1、图2、图4、图5和图21，可以使用以单输入放大级77形式的放大级3和以单输入信号分离级76形式的对应的信号分离级2来实现第一触摸面板系统。单输入放大级77可以基于单个输入78来生成放大信号20。第n个单输入信号分离级76可以通过提供第一电容信号滤波器15的电容Ci1来将第n个第二输入/输出端子14耦接到第n个第一输入/输出端子13。第n个第一输入/输出端子13在被记为D的电路节点处被连接到电容Ci1，电容Ci1还经由电阻Rdn耦接到对应的单输入放大级77的第一输入端78。
单输入放大级77的示例性实现方式包括第一运算放大器OP1，其具有在被记为L的电路节点处耦接到第一输入端78的倒相输入。第一运算放大器OP1的非倒相输入经由下拉电阻Rxn耦接到地。可选地，下拉电容Cxn跨下拉电阻Rxn并联连接。第一运算放大器OP1的输出被连接到提供放大信号20的被记为M的电路节点。反馈电阻Rfn和反馈点内容Cfn并联连接在电路节点L和M之间，为第一运算放大器OP1提供反馈网络。
再次参见图13和图14，单输入分离级76和单输入放大级77可以用于使用第一触摸传感器4或第二触摸传感器26进行的自电容和压力组合式测量。
再次参见图16至图18，单输入分离级76和单输入放大级77可以用于使用第一触摸传感器4或第二触摸传感器26进行互电容和压力组合式测量。
再次参见图19，单输入分离级76和单输入放大级77可以用于包括相同数量的单输入分离级76和单输入放大级77的触摸面板系统。
再次参见图20，单输入分离级76和单输入放大级77可以用于包括第一数量的单输入分离级76和第二更少数量的M个单输入放大级77的触摸面板系统。
如已经解释的，电容测量信号21例如电容驱动信号33和电容感测信号34的幅度远大于压电信号RdiIpiezo(t)的幅度。差分放大级71由于使用参考路径Ris-Cis来提供压力信号滤波器16必须衰减残余电压波动δV的幅度的第二输入装置而是优选的，该电压波动δV的幅度远小于电容测量信号21如V自(t)或VTx(t)的满幅度。经过比较，使用单输入放大级77，压力信号滤波器16必须衰减电容测量信号21的满幅度。因此，由单输入放大级77输出的放大信号20可能包括与电容测量信号21对应的相对更多的噪声信号。可以通过压力信号处理模块6和/或处理器37(图3)中的数字信号处理来去除或抵消与电容测量信号21对应的任何剩余噪声信号。
第二触摸面板系统
图22和图23示出了第二触摸面板系统79。
参见图1、图22和图23，第二触摸面板系统79包括第四触摸面板80和第三设备48。第四触摸面板80包括以分立垫81的形式的许多第一感测电极10，各垫81通过单独的导电迹线50连接到第三设备48的对应的第一输入/输出端子13。第四触摸面板80包括包含压电材料层12的层结构7。第四触摸面板80不包括第二层结构38或任何第二感测电极31。第四触摸面板可以与第三设备48一起用于自电容和压力组合式测量。
在第二触摸面板系统79中，第三设备48可以使用以差分分离级70和以差分放大级71或单输入分离级76和单输入放大级77的形式的分离级2和放大级3。在第二触摸面板系统79中，第三设备48可以具有数量相同的分离级2和放大级3(图19)，或者第三设备可以具有第一数量N个分离级2和更少数量的M个放大级3。
第一显示器层叠体
图24示出了第一层叠体82。
参见图24，第一层叠体82包括盖板玻璃46，该盖板玻璃46是沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面的透明基板。第一层叠体82还包括第一介电层83，该第一介电层83沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。以沿第一方向x延伸并沿第二方向y间隔开的一组导电区域的形式的第二感测电极31被设置在第一介电层83的顶面上。第一介电层83的顶面被接合到盖板玻璃46的底面。
第一层叠体82还包括第二介电层84，该第二介电层84沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。以沿第二方向y延伸并沿第一方向x间隔开的一组导电区域的形式的第一感测电极10被设置在第二介电层84的顶面上。第二介电层84的顶面被接合到第一介电层83的底面。
第一层叠体82还包括压电材料层12，该压电材料层12沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。以导电材料区域的形式的公共电极11被设置在压电材料层12的底面上以使得当进行组装时，该公共电极11与每个第一感测电极10区域和第二感测电极31区域至少部分地交叠。压电材料层12的顶面被接合到第二介电层84的底面。
第一显示器层叠体82可以被接合成覆盖电子设备35(图3)的显示器42。第一显示器层叠体82的元件沿厚度方向z从显示器42层叠到盖板玻璃46。层结构7包括第二介电层84和压电材料层12，第二层结构28包括第一介电层83。
盖板玻璃46由玻璃、PET或任何其他基本透明的材料制成。盖板玻璃46的厚度可以高达约20mm并且可以至少是0.05mm。优选地，盖板玻璃46的厚度可以高达约2mm并且可以至少是0.05mm。压电材料层12由PVDF或任何其他基本透明的压电材料制成。可以在组装第一层叠体82之前使压电材料层12极化。可替选地，可以在组装第一层叠体82之后使压电材料层12极化。压电材料层12的厚度可以高达约110μm，并且可以至少为0.5μm或至少为1μm厚。公共电极11和第一感测电极10和/或第二感测电极31可以用来产生极化场。介电层83、84可以是PET或任何其他基本透明的聚合物。介电层83、84的厚度可以介于10μm至100μm之间，例如约为20μm至25μm。优选地，介电层83、84的厚度介于约10μm至100μm的范围内。提供电极10、11、31的导电区域可以是ITO、IZO或任何其他基本透明的导电材料。可以使用光刻、印制或其他合适的方法来将提供电极10、11、31的导电区域施加到介电层83、84和/或压电材料12上。提供第一电极、第二电极、第三电极10、11、31的导电区域的形状可以是关于例如第一触摸面板36或第二触摸面板53中的一个所描述的任何合适的电极形状。提供电极的导电区域的薄片电阻可以介于1Ω/sq至300Ω/sq之间。薄片电阻可以低于10Ω/sq。各个感测电极10、31和连接迹线的电阻可以高达5kΩ或者高达10kΩ。
第一显示器层叠体的元件可以按任何其他的顺序接合在一起，从而产生相同排序的层83、84、12。特别地，第一介电层83和第二介电层84以及压电材料层12可以在被接合到盖板玻璃46上之前使用连续的卷对卷生产方法接合在一起。当盖板玻璃46是柔性材料时，可以完全使用连续的卷对卷工艺来制造第一显示器层叠体82。
第一显示器层叠体82不要求对压电材料层12或设置在压电材料层12上的电极10、11、31进行复杂的图案化。这使得能够制造第一显示器层叠体以避免对电极进行复杂的多级和/或双面图案化。因此，制造第一显示器层叠体82可以快速、高效且廉价。
第二显示器层叠体
图25示出了第二显示器层叠体85。
再次参见图25，除了第二显示器层叠体85的元件使用沿第一方向x和第二方向y延伸的压敏胶(PSA)材料86接合到彼此之外，第二显示器层叠体85与第一显示器层叠体82相同。例如，盖板玻璃46和第一介电层83被布置成使得该盖板玻璃46的底面与第一介电层83的顶面相对并且被PSA层86间隔开。沿厚度方向z施加的压力将盖板玻璃46和第一介电层83接合到一起。以相同的方式使用PSA材料层86来将第一介电层83和第二介电层84接合到一起、然后将第二介电层84接合到压电材料层12，从而将第二层叠体85接合成覆盖显示器42。PSA材料层86的厚度可以介于10μm至50μm之间。优选地，PSA材料层86的厚度是25μm。
第二显示器层叠体85的元件沿厚度方向z从显示器42层叠到盖板玻璃46。层结构7包括第二介电层84、压电材料层12和PSA材料层86。第二层结构28包括第一介电层83和PSA材料层86。
第三显示器层叠体
图26示出了第三显示器层叠体87。
再次参见图26，第三显示器层叠体87包括盖板玻璃46，该盖板玻璃46是沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面的透明基板。第一介电层83沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。以沿第一方向x延伸并沿第二方向y间隔开的一组导电区域形式的第二感测电极31被设置在第一介电层83的顶面上。使用PSA材料层86将第一介电层83的顶面接合到盖板玻璃46的底面上。
第三显示器层叠体87还包括压电材料层12，该压电材料层12沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。以沿第二方向y延伸并沿第一方向x间隔开的导电区域的形式的第一感测电极10被设置在第二介电材料层12的顶面上。以导电材料区域的形式的公共电极11被设置在压电材料层12的底面上以使得当进行组装时，该公共电极11与第一感测电极10和第二感测电极31中的每一个至少部分地交叠。可以使用PSA材料层86将压电材料层12的顶面接合到第一介电层83的底面上。
可以使用PSA材料层86将第三显示器层叠体87接合成覆盖显示器42。
第三显示器层叠体87的元件沿厚度方向z从显示器42层叠到盖板玻璃46。层结构7包括压电材料层12。第二层结构28包括第一介电层83和PSA材料层86。
第四显示器层叠体
图27示出了第四显示器层叠体88。
再次参见图27，第四显示器层叠体88包括盖板玻璃46，该盖板玻璃46是沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面的透明基板。第四显示器层叠体88还包括第一介电层83，该第一介电层83沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。以沿第一方向x延伸并沿第二方向y间隔开的一组导电区域形式的第二感测电极31被设置在第一介电层83的顶面上。使用PSA材料层86将第一介电层83的顶面接合到盖板玻璃46的底面。
第四显示器层叠体88还包括第二介电层84，该第二介电层84沿第一方向x和第二方向y延伸且具有相对的顶面和底面。以沿第二方向y延伸并沿第一方向x间隔开的一组导电区域形式的第一感测电极10被设置在第二介电层84的顶面上。使用PSA材料层86将第二介电层84的顶面接合到第一介电层83的底面。
第四显示器层叠体88还包括压电材料层12，该压电材料层12沿第一方向x和第二方向y延伸且具有相对的顶面和底面。可以使用PSA材料层86将压电材料层12的顶面接合到第二介电层84的底面。
第四显示器层叠体88还包括第三介电层89，该第三介电层89沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。以导电材料区域形式的公共电极11被设置在第三介电层89的顶面上以使得当进行组装时，该公共电极11与第一感测电极10和第二感测电极31中的每一个至少部分地交叠。第三介电层89与第一介电层83或第二介电层84基本相同。使用PSA材料层86将第三介电层89的顶面接合到压电材料层12的底面。
第四显示器层叠体88可以被接合成覆盖电子设备35(图3)的显示器42。第四显示器层叠体88的各元件沿厚度方向z从显示器42层叠到盖板玻璃46。层结构7包括第二介电层84、压电材料层12和两个PSA材料层86。第二层结构28包括第一介电层83和压电材料层86。
以这种方式，第四显示器层叠体88的压电材料层10上没有设置任何电极。由于不需要将电极沉积在压电材料层12上的处理步骤，所以这简化了第四显示器层叠体88的制造。在当压电材料层12是PVDF的情况下，第四显示器层叠体88可以通过将提供压电材料层12的PVDF膜夹在支承经图案化的ITO电极的PET层如第一介电层83和第二介电层84和支承未经图案化的ITO电极的PET层例如第三介电层89之间来制造。以这种方式，用于制造规则投射式电容触摸面板的方法可以更快速且更容易地适于使得能够生产压力和电容组合式触摸面板。
第五显示器层叠体
图28示出了第五显示器层叠体90。
再次参见图28，第五显示器层叠体88包括盖板玻璃46，该盖板玻璃46是沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面的透明基板。第五显示器层叠体88还包括第四介电层91，该第四介电层91沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。以沿第一方向x延伸并沿第二方向y间隔开的一组导电区域形式的第二感测电极31被设置在第四介电层91的顶面上。以沿第二方向y延伸并沿第一方向x间隔开的一组导电区域形式的第一感测电极10被设置在第四介电层91的底面。使用PSA材料层86将第四介电层91的顶面接合到盖板玻璃46的底面上。第四介电层91与第一介电层83、第二介电层84或第三介电层89基本相同。
第五显示器层叠体88还包括压电材料层12，该压电材料层12沿第一方向x和第二方向y延伸且具有相对的顶面和底面。以导电材料区域形式的公共电极11被设置在压电材料层12的底面以使得当进行组装时，该公共电极11与第一感测电极10和第二感测电极31中的每一个至少部分地交叠。使用PSA材料层86将压电材料层12的顶面接合到第四介电层91的底面。
可以使用PSA材料层86将第五显示器层叠体90接合成覆盖电子设备35(图3)的显示器42。第五显示器层叠体90的各元件沿厚度方向z从显示器42层叠到盖板玻璃46。层结构7包括压电材料层12和PSA材料层86。第二层结构28包括第四介电层91。
公共电极11不一定被设置在压电材料层12上。可替选地，第五显示器层叠体90可以包括第三介电层89，其中使用PSA材料层86将该第三介电层89的顶面接合到压电材料层12的底面。
第六显示器层叠体
图29示出了第六显示器层叠体92。
再次参见图29，第六显示器层叠体92包括盖板玻璃46，该盖板玻璃46是沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向相对的顶面和底面的透明基板。第六显示器层叠体92还包括第五介电层93，该第五介电层93沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。以沿第一方向x延伸并沿第二方向y间隔开的一组导电区域形式的第二感测电极26被设置在第五介电层93的顶面上。以沿第二方向y延伸并沿第一方向x间隔开的一组导电区域形式的第一感测电极10被设置在第五介电层93的顶面上。使用PSA材料层86将第五介电层93的顶面接合到盖板玻璃46的底面。第五介电层93与第一介电层83、第二介电层84、第三介电层89或第四介电层91基本相同。每个第一感测电极10是连续的导电区域，每个第二感测电极31由通过跳线100连接的许多分离的导电区域组成。每条跳线跨越属于第一感测电极10的导电区域的一部分。第一感测电极10和第二感测电极31可以与第三触摸面板58的第一感测电极10和第二感测电极31基本相同。
第六显示器层叠体92还包括压电材料层12，该压电材料层12沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。以导电材料区域形式的公共电极11被设置在压电材料层12的底面以使得当进行组装时，该公共电极11与第一感测电极10和第二感测电极31中的每一个至少部分地交叠。使用PSA材料层86将压电材料层12的顶面接合到第五介电层93的底面。
可以使用PSA材料层88将第六显示器层叠体92接合成覆盖电子设备35(图3)的显示器42。第六显示器层叠体92的各元件沿厚度方向z从显示器42层叠到盖板玻璃46。层结构7包括压电材料层12、PSA材料层86和第五介电层93。
公共电极11不一定被设置在压电材料层12上。可替选地，第六显示器层叠体92可以包括第三介电层89，其中使用PSA材料层86将该第三介电层89的顶面接合到压电材料层12的底面。
第七显示器层叠体
图30示出了第七显示器层叠体94。
再次参见图30，第七显示器层叠体94包括盖板玻璃46，该盖板玻璃46是沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面的透明基板。以沿第一方向x延伸并沿第二方向y间隔开的一组导电区域形式的第二感测电极31被设置在盖板玻璃46的底面上。
第七显示器层叠体94还包括第二介电层84，该第二介电层84沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。以沿第二方向y延伸并沿第一方向x间隔开的一组导电区域形式的第一感测电极10被设置在第二介电层84的顶面上。使用PSA材料层86将第二介电层84的顶面接合到盖板玻璃46的底面。
第七显示器层叠体94还包括压电材料层12，该压电材料层12沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。以导电材料区域形式的公共电极11被设置在压电材料层12的底面上以使得当进行组装时，该公共电极11与第一感测电极10和第二感测电极31中的每一个至少部分地交叠。使用PSA材料层86将压电材料层12的顶面接合到第二介电层84的底面。
可以使用PSA材料层86将第七显示器层叠体94接合成覆盖电子设备35(图3)的显示器42。第七显示器层叠体94的各元件沿厚度方向z从显示器42层叠到盖板玻璃46。层结构7包括压电材料层12、PSA材料层86和第二介电层84。第二层结构28包括PSA材料层86。
公共电极11不一定被设置在压电材料层12上。可替选地，第七显示器层叠体94可以包括第三介电层89，其中使用PSA材料层86将该第三介电层89的顶面接合到压电材料层12的底面。
第八显示器层叠体
图32示出了第八显示器层叠体95。
再次参见图32，第八显示器层叠体95包括盖板玻璃46，该盖板玻璃46是沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面的透明基板。以沿第一方向x延伸并沿第二方向y间隔开的一组导电区域形式的第二感测电极31被设置在盖板玻璃46的底面上。以沿第二方向y延伸并沿第一方向x间隔开的一组导电区域形式的第一感测电极10被设置在盖板玻璃46的底面上。每个第一感测电极10是连续的导电区域，每个第二感测电极31由通过跳线100连接的许多分离的导电区域组成。每条跳线跨越属于第一感测电极10的导电区域的一部分。该第一感测电极10和第二感测电极31可以与第三触摸面板58的第一感测电极10和第二感测电极31基本相同。
第八显示器层叠体95还包括压电材料层12，该压电材料层12沿第一方向x和第二方向y延伸且具有关于厚度方向z相对的顶面和底面。使用PSA材料层86将压电材料层12的顶面接合到盖板玻璃46的底面上。
第八显示器层叠体95还包括第三介电层89，该第三介电层89沿第一方向x和第二方向y延伸且具有相对的顶面和底面。以导电材料区域形式的公共电极11被设置在第三介电材料层89的顶面上以使得当进行组装时，该公共电极11与第一感测电极10和第二感测电极31中的每一个至少部分地交叠。使用PSA材料层86将第三介电层89的顶面接合到压电材料层12的底面。
可以使用PSA材料层86将第八显示器层叠体95接合成覆盖电子设备35(图3)的显示器42。第八显示器层叠体95的各元件沿厚度方向z从显示器42层叠到盖板玻璃46。层结构7包括压电材料层12和两个PSA材料层86。
第一嵌入式层叠体
第一显示器层叠体82、第二显示器层叠体85、第三显示器层叠体87、第四显示器层叠体88、第五显示器层叠体90、第六显示器层叠体92、第七显示器层叠体94至第八显示器层叠体95旨在覆盖电子设备35(图3)的显示器42。然而，与进行电容和压力组合式测量的第三设备48一起使用的触摸面板36、53、58可以可替选地被集成到显示器42如例如LCD显示器、OLED显示器、等离子体显示器或电泳显示器中。
图32示出了第一嵌入式层叠体96。
再次参见图32，第一嵌入式层叠体96包括沿厚度方向从像素阵列97层叠到盖板玻璃46的显示器42的像素阵列97、滤色玻璃98、第一感测电极10和第二感测电极31、层结构7、经图案化的公共电极61、起偏器99(polariser)以及盖板玻璃46。可以以与第三触摸面板58基本相同的方式将第一感测电极10和第二感测电极31设置在同一表面上。
以这种方式，第一嵌入式层叠体96用于第三设备48以提供嵌入在LCD显示器中的具有电容和压力组合式感测的触摸面板。与覆盖显示器42的触摸面板相比较，这可以使显示器42和触摸面板的总厚度能够减小。
使用经图案化的公共电极61可以有助于防止该公共电极61屏蔽用户的食指和/或导电触控笔与第一感测电极10和第二感测电极31之间的电容耦合。
第二嵌入式层叠体
图33示出了第二嵌入式层叠体100。
再次参见图33，第二嵌入式层叠体101包括沿厚度方向从像素阵列97层叠到盖板玻璃46的显示器42的像素阵列97、滤色玻璃98、第一感测电极10和第二感测电极31、起偏器99、层结构7、经图案化的公共电极61以及盖板玻璃46。可以以与第三触摸面板58基本相同的方式将第一感测电极10和第二感测电极31设置在同一表面上。
第三嵌入式层叠体
图34示出了第三嵌入式层叠体101。
再次参见图34，第三嵌入式层叠体101包括沿厚度方向从像素阵列97层叠到盖板玻璃46的显示器42的像素阵列97、第二感测电极31、滤色玻璃98、第一感测电极10、层结构7、经图案化的公共电极61、起偏器99以及盖板玻璃46。第一感测电极10和第二感测电极31没有被第二层结构28间隔开，而是被设置在滤色玻璃98的相对侧。
第四嵌入式层叠体
图35示出了第四嵌入式层叠体102。
再次参见图35，第四嵌入式层叠体102包括沿厚度方向从像素阵列97层叠到盖板玻璃46的显示器42的像素阵列97、第二感测电极31、滤色玻璃98、第一感测电极10、起偏器99、层结构7、经图案化的公共电极61以及盖板玻璃46。第一感测电极10和第二感测电极31没有被第二层结构28间隔开，而是被设置在滤色玻璃98的相对侧。
第五嵌入式层叠体
图36示出了第五嵌入式层叠体103。
再次参见图36，第五嵌入式层叠体103包括沿厚度方向从像素阵列97层叠到盖板玻璃46的显示器42的像素阵列97、第二感测电极31、第二层结构28、第一感测电极10、滤色玻璃98、层结构7、经图案化的公共电极61、起偏器99以及盖板玻璃46。第一感测电极10和第二感测电极31被第二介电层28分隔开。
第六嵌入式层叠体
图37示出了第六嵌入式层叠体104。
再次参见图37，第六嵌入式层叠体104包括沿厚度方向从像素阵列97层叠到盖板玻璃46的显示器42的像素阵列97、第二感测电极31、第二层结构28、第一感测电极10、层结构7、滤色玻璃98、经图案化的公共电极61、起偏器99以及盖板玻璃46。第一感测电极10和第二感测电极31被第二介电层28分隔开。
第七嵌入式层叠体
图38示出了第七嵌入式层叠体105。
再次参见图38，第七嵌入式层叠体105包括沿厚度方向从像素阵列97层叠到盖板玻璃46的显示器42的像素阵列97、第二感测电极31、第二层结构28、第一感测电极10、层结构7、经图案化的公共电极61、滤色玻璃98、起偏器99以及盖板玻璃46。第一感测电极10和第二感测电极31被第二介电层28分隔开。
第八嵌入式层叠体
图39示出了第八嵌入式层叠体106。
再次参见图39，第八嵌入式层叠体106包括沿厚度方向从像素阵列97层叠到盖板玻璃46的显示器42的像素阵列97、第二感测电极31、第二层结构28、第一感测电极10、滤色玻璃98、起偏器99、层结构7、经图案化的公共电极61以及盖板玻璃46。第一感测电极10和第二感测电极31被第二介电层28分隔开。
在第一嵌入式层叠体96、第二嵌入式层叠体100、第三嵌入式层叠体101、第四嵌入式层叠体102、第五嵌入式层叠体103、第六嵌入式层叠体104、第七嵌入式层叠体105至第八嵌入式层叠体106中，第一感测电极10和第二感测电极31以及经图案化的公共电极61可以被设置在关于厚度方向z设置在上方或下方的相邻元件的表面上。可替选地，第一感测电极10和第二感测电极31以及经图案化的公共电极61可以被放置在与第一介电层83、第二介电层84、第三介电层89、第四介电层91和第五介电层93类似的附加介电层的表面上。不一定使用经图案化的公共电极61，也可以使用未经图案化的公共电极11，只要用户的食指和/或导电触控笔与第一感测电极10和/或第二感测电极31之间的电容耦合不会被过度屏蔽即可。附加的PSA层86可以用来将第一嵌入式层叠体96、第二嵌入式层叠体100、第三嵌入式层叠体101、第四嵌入式层叠体102、第五嵌入式层叠体103、第六嵌入式层叠体104、第七嵌入式层叠体105和第八嵌入式层叠体106的一个或多个层接合到一起。
变型
应该理解的是，可以对上文中所描述的实施例进行多种变型。这些变型可以包括设计、制造、使用电容式触摸面板中已知的等同特征或其他特征，并且可以用来代替本文中已经描述的特征或作为本文中已经描述的特征的补充。一个实施例的特征可以用另一实施例的特征来替换或补充。例如，可以由其他显示器层叠体和/或其他嵌入式层叠体的特征来替换或补充一个显示器层叠体或嵌入式层叠体的特征。
已描述了其中第一感测电极10和第二感测电极31通过层结构7与公共电极11、61分隔开的触摸面板。然而，其他布置也是可能的。参见图40和图41，第五触摸面板107包括层结构7、设置在该层结构7的第一面8上的多个第一感测电极10、放置在该层结构7的第二面9上的多个第二感测电极31以及以多个分离的公共电极108的形式设置在层结构7的第二面9上的多个公共电极11。
第一感测电极10沿第一方向x延伸且沿第二方向y间隔开。第二感测电极31沿第二方向y延伸且沿第一方向x间隔开。分离的公共电极108沿第二方向y延伸且沿第一方向x间隔开。分离的公共电极108和第二感测电极31交错但互不接触。可以使用在不同边沿上离开第五触摸面板107的导电迹线(未示出)来读取分离的公共电极108和第二感测电极31。每个第一感测电极10采取多个垫片段54的形式，所述多个垫片段54沿第一方向x等间距并通过相对窄的桥接片段55在第一方向x上彼此连接。
类似地，每个第一感测电极31可以包括多个垫片段56，所述多个垫片段56沿第二方向y等间距并通过相对窄的桥接片段57在第二方向y上彼此连接。第一感测电极10的垫片段54可以是菱形。第二感测电极31的垫片段56和桥接片段57可以各自具有与第一感测电极10的形状和宽度相同的形状和宽度。每个分离的公共电极108可以包括多个垫片段109，所述多个垫片段109沿第二方向y等间距并通过相对窄的桥接片段110在第二方向y上彼此连接。分离的公共电极108的垫片段109和桥接片段110可以各自具有与第一感测电极10和第二感测电极31相同的形状和宽度。可替选地，第一感测电极10的垫片段54可以大于或小于分离的公共电极108的垫片段109。
第一感测电极10和第二感测电极31被布置成使第二感测电极31的垫片段57覆盖第一感测电极10的垫片段55。第一感测电极10和第二感测电极31被布置成使各自的垫片段54、56不交叠。相反，分离的公共电极108被布置成使该分离的公共电极108的垫片段109与第一感测电极8的垫片段54交叠。垫片段54、56、109不一定是菱形形状，也可以是圆形的。垫片段54、56、109可以是正多边形，如三角形、正方形、五角形或六角形。
可以例如在第一触摸面板系统47中使用第五触摸面板107来测量一对第一感测电极10和第二感测电极31之间的互电容。分离的公共电极108可以例如使用外部迹线(未示出)耦接到彼此并且被共同地寻址以测量各第一感测电极10和分离的公共电极108之间的压力值。可替选地，分离的公共电极108可以是单独可寻址的以使用一对第一感测电极10和分离的公共电极108来测量压力值。
第一显示器层叠体82、第二显示器层叠体85、第三显示器层叠体87、第四显示器层叠体88、第五显示器层叠体90、第六显示器层叠体92、第七显示器层叠体94至第八显示器层叠体95或第一嵌入式层叠体至第八嵌入式层叠体96、100至106可以适于包括如例如将第二感测电极31设置在与分离的公共电极108相同的表面上的第五触摸面板107、或第五触摸面板107的元件。分离的公共电极108不一定被设置在与第二感测电极31相同的表面上，而可以可替选地被设置在层结构7的与第一感测电极10相同的表面上。
已经描述了通常是平面的触摸面板和层叠体。然而，触摸面板和层叠体不一定是平面或平坦的，也可以为用户提供弯曲的或其他非平面表面以进行交互。触摸面板和层叠体可以设置成覆盖或嵌入在弯曲的显示器中。
压力信号处理模块6、电容式触摸控制器5和/或处理器37可以利用相关双采样方法来改善压力值24和/或电容值23的信噪比。压力信号处理模块6、电容式触摸控制器5和/或处理器37可以将压力值24和/或电容值23处理为图像数据。
已经关于形成正交坐标系的第一方向x、第二方向y和第三方向z(厚度方向)总体上描述了触摸传感器4、26和触摸面板36、53、58、80。然而，第一方向和第二方向不一定是垂直的，一般来说也可以相交成1度至90度之间的任何角度。优选地，第一方向和第二方向相交成90度、60度、45度或30度。
虽然权利要求在本申请中被阐明成特定的特征组合，但是应该理解的是，本发明的公开内容的范围也包括在本文中明确或隐含公开的或者任何广义地公开的任何新颖特征或所述特征的任何新颖组合，而无论其是否涉及任一权利要求中当前要求保护的相同发明或是否减轻与本发明相同的技术问题之中的任一或所有技术问题。申请人特此提请注意，在对本申请或从中衍生的任何其他申请的审查期间，新的权利要求可以阐明这些特征和/或这些特征的组合。

Claims (30)

1.一种用于电容和电压组合式测量的设备，包括：
多个第一输入/输出端子，用于投射式电容触摸面板，其中，所述投射式电容触摸面板包括被设置在公共电极和多个感测电极之间的压电材料层；
多个第二输入/输出端子，用于电容式触摸控制器；
多个分离级，每个分离级将一个第一输入/输出端子连接到对应的第二输入/输出端子，且每个分离级包括用于对在相应的第一输入/输出端子和第二输入/输出端子之间的信号进行滤波的第一频率相关滤波器；以及
至少一个放大级，每个放大级具有至少一个输入端和被配置成提供放大信号的输出端，其中，所述放大级的数量小于或等于所述分离级的数量且每个放大级输入端通过一个或多个相应的分离级连接到所述多个第一输入/输出端子中的一个或多个；
其中，每个放大级或每个分离级包括用于对相应的第一输入/输出端子和放大级输入端之间的信号进行滤波的第二频率相关滤波器；
其中，每个第一频率相关滤波器被配置成使来自所述电容式触摸控制器的信号通过，而每个第二频率相关滤波器被配置成衰减来自所述电容式触摸控制器的信号。
2.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第二频率相关滤波器被配置成使来自每个放大级输出端的放大信号的幅度取决于施加到所述投射式电容触摸面板的靠近被连接到一个或多个对应的第一输入/输出端子的一个或多个感测电极的压力。
3.根据权利要求1所述的设备，其中，每个放大级通过一个分离级连接到一个第一输入/输出端子。
4.根据权利要求1所述的设备，其中，每个放大级通过相应的分离级连接到所述第一输入/输出端子中的两个或更多个。
5.根据权利要求1所述的设备，其中，所述放大级包括虚地放大器。
6.根据权利要求1所述的设备，其中，所述多个分离级和所述至少一个放大级通过电阻网络连接。
7.根据权利要求1所述的设备，还包括：
公共端子，用于接收来自所述电容式触摸控制器的偏置信号；
其中，每个分离级还包括附加的第一频率相关滤波器、以及串联连接的参考电阻和参考电容，每个分离级被配置成通过所述参考电阻和所述参考电容来将相应的第二输入/输出端子连接到所述公共端子，所述附加的第一频率相关滤波器用于对相应的第二输入/输出端子和所述公共端子之间的信号进行滤波；
其中，每个放大级是具有第一放大级输入端和第二放大级输入端的差分放大级，所述第一放大级输入端通过一个或多个相应的分离级连接到所述第一输入/输出端子中的一个或多个，所述第二放大级输入端通过一个或多个相应的分离级的所述参考电阻和所述参考电容连接到所述公共端子；
其中，当每个分离级包括第二频率相关滤波器时，每个分离级还包括用于对相应的第二放大级输入端第一端子和所述公共端子之间的信号进行滤波的附加的第二频率相关滤波器。
8.根据权利要求1所述的设备，其中，所述第一频率相关滤波器包括电容。
9.根据权利要求1所述的设备，其中，每个放大级包括与放大器集成为单个单元的第二频率相关滤波器。
10.根据权利要求1所述的设备，其中，每个放大级包括第二频率相关滤波器，且每个第二频率相关滤波器包括一个或多个反馈网络和一个或多个运算放大器。
11.根据权利要求1所述的设备，还包括：
第三端子；以及
压力信号处理模块，所述压力信号处理模块具有多个输入端和输出端，每个输入端被连接到对应的放大级输出端，所述输出端被连接到所述第三端子；
其中，所述压力信号处理模块被配置成接收放大信号，以根据所述放大信号来计算压力值，并为所述第三端子提供包括压力值的输出。
12.根据权利要求1所述的设备，还包括：
多个第三端子，每个第三端子被连接到对应的放大级输出端。
13.根据权利要求1至12中任一项所述的设备，还包括：
电容式触摸控制器，所述电容式触摸控制器具有公共输出端口和多个电极监测端口，每个电极监测端口被连接到对应的第二输入/输出端子，所述公共输出端口用于为所述投射式电容触摸面板的公共电极提供偏置信号；
其中，所述电容式触摸控制器被配置成经由相应的信号分离级来发送信号至所述投射式电容触摸面板的感测电极和/或接收来自所述投射式电容触摸面板的感测电极的信号，以根据所发送的信号和/或所接收的信号来计算电容值，并提供包括电容值的输出。
14.一种用于电容和电压组合式测量的装置，包括：
根据权利要求12所述的设备；
压力信号处理模块，具有多个输入端和输出端，每个输入端被连接到所述设备的对应的第三端子；
其中，所述压力信号处理模块被配置成接收所述放大信号，以根据所述放大信号来计算压力值，并提供包括所述压力值的输出。
15.根据权利要求14所述的装置，其中，所述压力信号处理模块被容置在与所述设备分离的封装中并连接到所述设备。
16.一种用于电容和电压组合式测量的装置，包括：
根据权利要求1至12中任一项所述的设备；以及
电容式触摸控制器，其具有公共输出端口和多个电极监测端口，每个电极监测端口被连接到所述设备的对应的第二输入/输出端子，所述公共输出端口用于为所述投射式电容触摸面板的公共电极提供偏置信号；
其中，所述电容式触摸控制器被配置成通过相应的信号分离级来发送信号至所述投射式电容触摸面板的感测电极和/或接收来自所述投射式电容触摸面板的感测电极的信号，以根据所发送的信号和/或所接收的信号来计算电容值，并提供包括电容值的输出。
17.根据权利要求16所述的装置，其中，所述电容式触摸控制器被容置在与所述设备分离的封装中并连接到所述设备。
18.一种触摸面板系统，包括
根据权利要求1至12中任一项所述的设备；以及
触摸面板，所述触摸面板包括:
层结构，所述层结构包括一个或多个层，各层垂直于厚度方向延伸，所述一个或多个层包括压电材料层，所述层结构具有相对的第一面和第二面，并且所述一个或多个层被布置在所述第一面和所述第二面之间以使各层的厚度方向垂直于所述第一面和所述第二面；
多个第一感测电极，所述多个第一感测电极被设置在所述第一面上，每个第一感测电极被连接到对应的第一输入/输出端子；以及
公共电极，所述公共电极被设置在所述第二面上，用于接收来自电容式触摸控制器的偏置信号；
其中，当所述设备包括公共端子时，所述公共电极被连接到所述公共端子，其中，当所述设备包括电容式触摸控制器时，所述电容式触摸控制器的公共输出端口被连接到所述公共电极。
19.根据权利要求18所述的触摸面板系统，其中，所述公共电极包括以网格布置的导电材料区域。
20.根据权利要求18所述的触摸面板系统，其中，所述多个第一感测电极包括以阵列设置在所述第一面上的多个导电垫。
21.根据权利要求18所述的触摸面板系统，其中，所述触摸面板还包括多个第二感测电极，所述多个第二感测电极被设置成覆盖所述层结构的第一面并且被布置成使得所述层结构介于所述公共电极和所述多个第二感测电极之间；
其中，所述多个第二感测电极中的每一个被连接到对应的第一输入/输出端子。
22.根据权利要求21所述的触摸面板系统，其中，每个第一感测电极沿第一方向延伸且所述多个第一感测电极垂直于所述第一方向间隔排列，并且其中，每个第二感测电极沿第二方向延伸且所述多个第二感测电极垂直于所述第二方向间隔排列，其中，所述第一方向和所述第二方向是不同的。
23.根据权利要求21所述的触摸面板系统，其中，所述触摸面板还包括第二层结构，所述第二层结构包括一个或多个介电层，每个介电层垂直于厚度方向延伸，所述第二层结构具有相对的第三面和第四面，所述介电层被布置在所述第三面和所述第四面之间以使每个介电层的厚度方向垂直于所述第三面和所述第四面；
其中，所述多个第二感测电极被设置在所述第二层结构的第三面上，并且所述第二层结构的第四面与所述多个第一感测电极相接触。
24.根据权利要求21所述的触摸面板系统，其中，所述多个第二感测电极被设置在所述层结构的第一面上，其中，每个第一感测电极包括连续的导电区域，每个第二感测电极包括通过跳线电连接到彼此的多个导电区域，每条跳线跨越形成所述第一感测电极中的一个的一部分的导电区域。
25.一种便携电子设备，包括根据权利要求1至12中任一项所述的设备。
26.根据权利要求25所述的便携电子设备，其中，所述投射式电容触摸面板覆盖显示器屏。
27.根据权利要求25所述的便携电子设备，其中，所述投射式电容触摸面板被集成到显示器屏中。
28.一种便携电子设备，包括：
根据权利要求1至12中任一项所述的设备；以及
信号处理器，所述信号处理器被布置成接收压力值和/或电容值，其中，所述信号处理器被配置成利用相关双采样方法以改善所述压力值和/或电容值的信噪比。
29.根据权利要求28所述的便携电子设备，其中，所述信号处理器被配置成将所述压力值和/或电容值当作图像数据。
30.一种用于电容和电压组合式测量的方法，包括：
使用第一频率相关滤波器来对电容式触摸控制器和投射式电容触摸面板的感测电极之间的信号进行发送和滤波，所述投射式电容触摸面板包括被设置在公共电极和多个感测电极之间的压电材料层；
使用第二频率相关滤波器来对所述投射式电容触摸面板的感测电极和放大级输入端之间的信号进行滤波以产生滤波信号；以及
放大所述滤波信号以产生放大信号；
其中，每个第一频率相关滤波器被配置成使来自所述电容式触摸控制器的信号通过，而每个第二频率相关滤波器被配置成衰减来自所述电容式触摸控制器的信号。
CN201680075993.6A 2015-12-23 2016-12-08 压敏触摸面板 Active CN108463790B (zh)

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