具有在盖板与框架之间的刚性界面的触摸屏组件

摘要

公开一种用于执行压力传感或力传感的触摸屏组件。所述触摸屏组件包括具有触摸传感能力的盖板和具有上表面部分的框架。间隔的粘合性岛状物设置于所述盖板与所述框架的所述上表面部分之间。所述粘合性岛状物用来将所述盖板固定至所述框架并且有大于1MPa的杨氏模量以使得与所述触摸力相关联的能量不被所述粘合性岛状物吸收。这有助于更准确的基于压力或基于力的触摸传感。

说明书

本申请根据35 U.S.C.§119要求2014年5月28日提交的美国临时申请序列号62/003,676的优先权权益，所述临时申请的内容是本申请的基础并以全文引用方式并入本文。

技术领域

本公开涉及触摸屏，并具体地涉及具有在盖板与框架之间的刚性界面的触摸屏组件。

本文中提及的任何出版物或专利文件的全部公开内容以引用方式并入。

背景技术

针对具有触摸功能性的显示器和其他设备(例如，键盘)的市场正在迅速成长中。因此，已开发出使用触摸屏的触摸传感技术以使得显示器和其他设备能具有触摸功能性。在移动设备应用(诸如智能电话、电子书阅读器、膝上型计算机和平板计算机)中，触摸传感功能性正在获得更广泛的使用。

已开发出依赖施加于盖板上的一或多个触摸位置的触摸力或压力(力/面积)的量的触摸屏设备。触摸屏设备需要准确确定与一或多个触摸相关联的触摸力，以便做出适当响应。

触摸屏设备的常规制造包括将盖板固定至支撑框架。这通常利用粘合材料(诸如压敏胶带)来完成，所述粘合材料具有相当大的柔韧性或柔顺性(即，相对低的杨氏模量)。因此，当施加触摸力时，粘合材料受压缩，并且当触摸力终止时，粘合材料相对缓慢地膨胀回到其原始尺寸。

对于大多数触摸屏设备而言，粘合材料的柔顺性程度并不实质上影响设备的操作。另一方面，对于依赖与触摸事件相关联的力或压力测量结果的那些触摸屏设备而言，粘合材料的压缩和膨胀可造成不适当的测量结果。具体而言，触摸力的一些部分可投入于压缩粘合材料而不是使盖板变形或移位，由此导致错误力或压力测量结果。

发明内容

本公开的一个方面是用于执行压力传感或力传感的触摸屏组件。所述触摸屏组件包括：盖板，所述盖板具有上表面和底表面，所述盖板具有触摸传感能力；框架，所述框架具有上表面部分；以及多个岛状物，所述多个岛状物设置于盖板与框架的上表面部分之间，所述岛状物是粘合性的，并且用来将盖板固定至框架，其中所述岛状物具有大于1MPa的杨氏模量。因此，岛状物充当盖板与框架之间的刚性界面。

本公开的另一方面是用于执行由于至少一个触摸力而造成的压力传感或力传感的触摸屏组件。所述触摸屏组件包括：盖板，所述盖板具有上表面和底表面，所述盖板具有触摸传感能力；框架，所述具有上表面部分和基底；多个间隔的岛状物，所述多个间隔的岛状物设置于框架的上表面部分上，所述岛状物具有高度H和大于1MPa的杨氏模量；以及可压缩粘合材料，所述可压缩粘合材料设置于盖板与框架的上表面部分之间并设置于岛状物之间，所述可压缩粘合材料用来将盖板粘附至框架并具有≥H的未压缩高度h以使得当盖板经受至少一个触摸力时，岛状物将可压缩粘合材料的压缩限制于h-H的距离。

本公开的另一方面是形成用于执行由于至少一个触摸力而造成的压力传感或力传感的触摸屏组件的方法。所述方法包括：在框架的表面部分上设置多个岛状物，所述岛状物具有高度H和大于1MPa的杨氏模量；在框架的表面部分上、在岛状物之间设置可压缩粘合材料，所述可压缩材料具有≥H的未压缩高度h；以及使用可压缩粘合材料将盖板粘附至框架，并且其中当将至少一个触摸力施加于盖板时，所述限制将可压缩粘合层的压缩限制于距离h-H。

其他特征和优点将在以下详述中阐述，并且在部分程度上，本领域的技术人员将根据描述容易地明白这些特征和优点，或者通过实践如本文的书面描述和权利要求书以及附图中所描述的实施方式来认识这些特征和优点。应理解，以上一般描述和以下详述两者仅为示例性的，并且意图提供理解权利要求的性质和特征的概述或框架。

附图说明

附图被包括来提供进一步理解，并且并入本说明书中并构成本说明书的一部分。附图示出一或多个实施方式，并与详述一起用来解释各种实施方式的原理和操作。因而，本公开将根据以下结合附图的详述得到更全面的理解，其中∶

图1是如本文所公开的示例性触摸屏系统的分解图；

图2是图1的示例性触摸屏系统的侧视图，其中盖板和框架构成触摸屏组件；

图3是针对示例性现有技术触摸屏组件的施加力F_A(克力，gF)对所得的计算力F_c(gF)的图表，在所述触摸屏组件中呈常规压敏粘合剂(pressure-sensitive>A施加于同一位置中并且在十五分钟时段内重复约N＝80次；

图4是光学传感器响应R_OS(任意单位)对以施加力F_A＝400gF进行的触摸事件的数量N的图表，并且基于与图3相关联的数据，示出光学传感器响应随触摸事件数N的变化；

图5是与图4相同的图表，但针对的是如本文所公开的采用刚性粘合剂的触摸屏组件，所述触摸屏组件大致上减小在触摸事件后发生的松弛的量，如由随触摸事件数N变化但大致上恒定的光学检测器响应所指示；

图6A是针对触摸事件数N＝40的光学传感器响应R_OS(任意单位)对施加力F_A(gF)的图表，它对使用PSA的现有技术触摸屏组件的光学传感器响应(曲线PSA)与本文所公开的使用刚性环氧树脂周边的触摸屏组件的光学传感器响应(曲线RE)进行了比较；

图6B是光学传感器响应R_OS(任意单位)对施加力F_A(gF)的图表，它对使用PSA的不同现有技术触摸屏组件的光学传感器响应(曲线PSA)与本文所公开的将刚性环氧树脂用于粘合性岛状物的触摸屏组件的光学传感器响应(曲线RE)进行了比较；并且

图7A和7B是示例性触摸屏组件的特写侧视图，所述触摸屏组件包括刚性止动构件，所述刚性止动构件之间具有可压缩粘合材料，其中当盖板经受至少一个触摸力时，所述刚性止动构件用来限制可压缩粘合材料可压缩到的量。

具体实施方式

现将详细地参考本公开的各种实施方式，所述实施方式的实例在附图中例示。在任何可能的情况下，在整个附图中，使用相同或相似的参考数字和符号来指代相同或相似的部件。附图未按比例绘制，并且本领域的技术人员将意识到其中附图已简化以示出本公开的关键方面。

将如以上阐述的权利要求并入此详述并构成此详述的一部分。

笛卡尔坐标在一些附图中为进行参照而示出，而不意图限制方向或取向。

在用来描述本文所论述的岛状物时，术语“刚性”是对当经受由于施加于盖板的至少一个触摸力而造成的压力(即，在盖板与框架之间受到挤压)时组成岛状物的材料的流动阻力的简述，其中足够刚性材料具有大于1MPa的杨氏模量。

图1是触摸屏系统10的主要组件的分解图。触摸屏系统10包括如所示矩形板的透明盖板20。盖板20包括顶表面22、底表面24和周边或侧面26。在实例中，盖板20被配置成具有电容触摸传感、电阻触摸传感和光学触摸传感中的至少一种。美国专利号3,662,105、3,798,370和7,764,274中公开采用电容触摸传感的示例性触摸屏。美国专利号8,610,691和8,294,688中公开采用电阻触摸传感的示例性触摸屏。美国公布号2013/0135258和2013/0135259中公开采用光学触摸传感的触摸屏的实例。

用于盖板20的示例性材料包括各种类型的玻璃中的任一种，包括如可从纽约科宁Corning公司购得的Gorilla的化学强化玻璃。盖板20还可包括丙烯酸类透明聚合物等，并且可包括一或多个保护涂层。

触摸屏系统10还包括显示设备40，所述显示设备40包括显示器42和支持电子器件44。显示设备40被配置来在显示器42上产生显示图像(未示出)。

触摸屏系统10进一步包括支撑框架(“框架”)70。框架70包括具有上表面74的壁72。上表面74因而界定框架70的上表面部分并因此也称作“表面部分”74。框架70还包括底板或基底78。壁72和基底78界定敞开框架内部80，所述敞开框架内部80被设定尺寸来容纳显示设备40和任何其他支持设备，所述支持设备诸如未另外包括在支持电子器件44中的电线、连接器、电缆、电源、电路板、电路系统等(未示出)。框架70以举例方式示为矩形。框架70可具有其他形状，以及弯曲壁72或还形成基底78的单个弯曲壁。

框架70被示为将间隔的岛状物100支撑在壁72的上表面74上。在实例中，岛状物100由粘合材料制成并且用来形成盖板20与框架70之间的相对刚性界面，在此情况下，所述岛状物被称作“粘合性岛状物”100。岛状物100具有远大于1MPa值的杨氏模量以使得其足够刚性，即，当经受压力时或当压力减轻时，岛状物100实质上不流动或实质上压缩。用于岛状物100的示例性材料是环氧树脂，诸如双组分环氧树脂。合适的双组分环氧树脂的实例是来自康涅狄格州丹伯里Miller-Stephenson Chemical公司的MS-907。在实例中，岛状物100由可UV固化的环氧树脂制成。

在实例中，每个岛状物100可具有介于0.5mm²与60mm²之间的表面安装面积A。相邻岛状物100具有间隔S，在一个实例中，S大于1mm，在另一实例中，S大于5mm，并且在又一实例中，S大于10mm。岛状物100的形状可变，并且为便于例示而示为小正方形。岛状物100可为圆形、细长形、卵形等，并且可为在盖板20的底表面24和框架70的壁72的上表面74上提供足够接触面积的任何合理形状。在实例中，框架70的上表面74可提供有用来至少部分地包含岛状物100的凹槽(未示出)。这类凹槽的使用还可用来在将触摸力F_T施加于盖板20时限制组成岛状物100的材料的任何扩散或位移。

具有粘合性岛状物的触摸屏组件

图2是其中岛状物100为粘合性岛状物的示例性所组装触摸屏系统10的侧视图。显示设备40被示为可操作地布置在框架70中、内部80之内。盖板20与框架70的上表面74交界，并且经由粘合性岛状物100固定至上表面74，为了清楚起见，这在图2中以黑色示出。粘合性岛状物100之间的间隔S不需均匀并且可随粘合性岛状物在上表面74上的位置而变化。盖板20、框架70和使这两个组件固定地交界的粘合性岛状物100构成触摸屏组件120。图2示出示例性触摸工具150(例如，手指、触笔、铅笔等)，所述触摸工具定义触摸位置TL处的触摸事件TE和相关触摸力F_T。盖板底表面24、框架上表面74和粘合性岛状物100界定间隔或间隙102。粘合性岛状物100界定盖板20与框架70之间的刚性界面。

通过利用粘合性岛状物100，盖板20在经受一或多个触摸力F_T时可被移位并且另外允许挠曲至足够提供触摸传感能力的程度，所述触摸传感能力可测量因触摸位置TL处的触摸事件TE(或多个触摸事件TE和多个触摸位置TL)所致的位移、力或压力。如果存在过多粘合性岛状物100和/或其间不足的间隔S，则盖板20可在经受一或多个触摸力F_T时扭曲(例如，经由所谓的马铃薯片扭变)，并且甚至可开裂、断裂或破碎。

在实例中，处于被附连至框架70的位置处的盖板20的大部分能自由弯曲并且另外在Z方向上移动。还要注意盖板20不需要恰好在盖板周边26处固定至框架70，并且附接位置可在周边内侧。岛状物100的使用用来界定盖板20与框架70之间的刚性界面。

图3是针对示例性现有技术触摸屏组件的施加力F_A(克力，gF)对计算力F_c(gF)的图表，在所述触摸屏组件中呈压敏粘合剂(PSA)形式的可压缩粘合材料用来将盖板20固定至框架70。图3的数据是通过对现有技术触摸屏组件执行实验来获得，在所述实验中将施加力F_A施加于同一位置中并且在十五分钟时段内重复约N＝80次。因此数值N为触摸事件TE的数量。

用于重复触摸事件TE的施加力F_A从0gF变化至850gF，并且测量响应。测量到的响应使用光学接近传感器来采取盖板20的测量到的位移的形式。然后，使用基于经验数据较早汇编的查找表将测量到的位移换算成计算所得力F_c。

图3的图表示出对应于针对给定施加力F_A的触摸事件数N＝1、N＝2、N＝5、N＝10、N＝40和N＝80的六个不同曲线。图3清楚地示出力读数取决于按压数或触摸数而变化。这是由于现有技术PSA的松弛和随着时间推移而发生的PSA压缩和松弛量的变化而造成的。

图4是针对施加力F_A＝400gF的光学传感器响应R_OS(任意单位)对按压数P#的图表。图4的数据示出由于压缩和PSA随时间推移的变化，光学传感器响应如何随触摸事件数N而变化。

图5是与图4相同的图表，但针对的是如本文所公开的采用刚性粘合剂周边的触摸屏组件120的修改版本。当经受压力(例如，由触摸力F_T形成的压缩力)时，刚性粘合剂周边不随着时间推移而压缩或松弛。这导致来自光学传感器的一致位移读数，其转换成盖板20的一致位移。

图6A是针对触摸事件数40的光学传感器响应R_OS(任意单位)对施加力F_A(gF)的图表，其中它对使用PSA的现有技术触摸屏组件的光学传感器响应(曲线PSA)与使用刚性环氧树脂周边的触摸屏组件的光学传感器响应(曲线RE)进行了比较。对触摸屏组件的现有技术配置的测量结果示为实线，而对使用刚性环氧树脂周边的触摸屏组件的测量结果示为虚线标记的RE。

图6A的数据示出对于环氧树脂周边对PSA而言整体减小的光学传感器响应R_OS。然而，使用粘合性岛状物100而非连续周边并且调整粘合性岛状物的间隔S和表面安装面积A允许调整盖板20的位移量和移动自由度，并且因此调整光学传感器响应针对给定触摸力F_T的量值。

图6B是光学传感器响应R_OS(任意单位)对施加力F_A(gF)的图表，它对使用PSA的现有技术触摸屏组件的光学传感器响应(曲线PSA)与将刚性环氧树脂用于粘合性岛状物的触摸屏组件的光学传感器响应(曲线RE)进行了比较。对触摸屏组件120的现有技术配置的测量结果以PSA所标记的曲线示出，而对采用刚性环氧树脂的粘合性岛状物100的触摸屏组件的测量结果示为RE所标记的曲线。图6B的数据示出对于刚性环氧树脂的粘合性岛状物100对PSA而言光学传感器响应R_OS的整体增加。对触摸屏组件120的触摸灵敏度的测量结果示出类似的对触摸屏组件的现有技术配置的整体灵敏度，但不具有对触摸力F_T的量的测量结果中的伴随误差。

岛状物充当止动构件的触摸屏组件

图7A是触摸屏组件120的一部分的特写侧视图，示出其中如常规PSA的相对柔性(即，非刚性)粘合材料200驻留在间隔的岛状物100之间的空间或间隙102中的示例性实施方式。在实例中，岛状物100具有等于或小于粘合材料200的初始(未压缩)高度h的高度H。

在H<h的配置中，岛状物100未在底表面24处粘附至盖板20，并且因此不用来将盖板粘结至框架70。相反，存在尺寸h-H的小间隙，其中岛状物100充当刚性止动构件，当盖板20经受触摸力F_T时，岛状物100充当对粘合材料200的压缩的硬止动件，如图7B中所示。在图7B中，粘合材料200因来自工具150的触摸力F_T而略受压缩直到h＝H为止。此时，岛状物100接触盖板20的底表面24并且充当支座，由此防止盖板的进一步位移并且防止粘合材料200的进一步压缩。当h＝H时，岛状物100界定盖板20与框架70之间的刚性界面。

以此方式，常规柔性粘合材料200可用来使盖板20与框架70交界，而不具有导致对盖板位移和/或触摸力F_T的错误测量结果的不利压缩和松弛效应。此外，因为岛状物100在这个实施方式中未执行粘合功能，所以它们可比通常间隔得更开，由此在施加一或多个触摸力F_T时对将移位并另外挠曲的盖板20提供更大的宽容度。

在实例中，岛状物100由具有大于1MPa杨氏模量并且可固定至框架70的上表面部分74的任何材料制成。在各种示例性应用中，可能最容易由如环氧树脂的粘合材料形成岛状物100。刚性岛状物100在本实施方式中的使用用来界定盖板20与框架70之间的刚性界面，同时仍允许使用非刚性粘合材料来将盖板固定至框架。

本领域的技术人员将明白，在不脱离如随附权利要求书中限定的本公开的精神或范围的情况下，可对如本文所描述的本公开的优选实施方式进行各种修改。因此，本公开涵盖修改和变化，只要所述修改和变化在随附权利要求书和其等效物的范围内。