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压电膜结构和 传感器以及使用其的显示组件

阅读：770发布：2020-12-21

专利汇可以提供压电膜结构和传感器以及使用其的显示组件专利检索，专利查询，专利分析的服务。并且本公开涉及压电膜结构和传感器以及使用其的显示组件。所述压电膜结构是透明的，并且包括：基板；底部光学层，所述底部光学层布置在所述基板上或上方；底部导电层，所述底部导电层布置在所述底部光学层上或上方；至少一个压电层，所述至少一个压电层布置在所述底部导电层上或上方；顶部导电层，所述顶部导电层布置在所述至少一个压电层上或上方；以及顶部光学层，所述顶部光学层布置在所述顶部导电层上或上方。所述传感器包括电连接至信号处理系统的所述压电膜结构。所述显示组件包括相对于显示设备而可操作地安排的所述传感器。所述压电膜结构和传感器可以被配置成用于确定与触摸事件相关联的一个或多个触摸感测特征。，下面是压电膜结构和传感器以及使用其的显示组件专利的具体信息内容。

权利要求

1.一种对可见光基本上透明的压电膜结构，所述压电膜结构包括：
透明基板；
至少一个透明压电层，所述至少一个透明压电层布置在所述基板上；
透明顶部导电层，所述透明顶部导电层布置在所述至少一个透明压电层上或者在所述透明基板与所述至少一个透明压电层之间；以及
透明顶部光学层，所述透明顶部光学层布置在所述透明顶部导电层上并且包括一个或多个顶部介电层。
2.根据权利要求1所述的压电膜结构，进一步包括：透明底部光学层，所述透明底部光学层布置在所述透明基板上或上方并且包括一个或多个底部介电层；以及透明底部导电层，所述透明底部导电层布置在所述透明底部光学层上或上方，
其中：
所述透明顶部和底部导电层各自包括ITO、AZO或薄金属之一；并且
所述透明压电层包括从包括以下各项的一组压电材料中选择的至少一种压电材料：
CdS、CdSe、ZnS、ZnTe、ZnO、AlN、掺氧AlN、钛酸钡(BaTiO3)、无铅铌酸盐、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)以及无铅钛酸盐。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的压电膜结构，其中，所述透明压电层由具有高达
20原子％氧的掺氧AlN组成。
4.根据以上权利要求中任一项所述的压电膜结构，其中，所述至少一个透明压电层具有在从50nm≤TH50≤5000nm的范围内的厚度TH50。
5.根据以上权利要求中任一项所述的压电膜结构，其中，所述透明顶部光学层包括从包括以下各项的一组材料中选择的至少一种材料：SiNx、SiOxNy、AlNx、AlOxNy、SiAlxOyNz、SiO2、SiOx、Al2O3以及AlOx。
6.根据以上权利要求中任一项所述的压电膜结构，具有以下性质中的至少一种：
i)通过别尔科维奇纳米压痕仪所测量的大于8GPa的硬度；以及
ii)小于2％的适光平均反射率、以及在0到60度光入射范围内在或者a*坐标或者b*坐标中小于5的角度色移。
7.一种压电传感器系统，包括：
如以上权利要求中任一项所述的压电膜结构，其中，所述压电膜结构响应于在所述透明顶部光学层上的至少一个事件而生成输出信号；以及
 信号处理系统，所述信号处理系统电连接至所述底部和顶部透明导电层并且接收并处理所述输出信号以便确定与所述至少一个事件相关联的至少一个感测特征。
8.根据权利要求7所述的压电传感器系统，其中，所述至少一个感测特征包括触摸感测特征，并且所述至少一个事件包括触摸事件，并且其中，对于每个触摸事件，所述至少一个触摸感测特征包括：所述触摸事件的触摸位置、压力的量、力的量、持续时间、大小、形状、加速度、声学感测以及振动能量收集。
9.根据权利要求7所述的压电传感器系统，其中，对于每个事件，所述至少一个感测特征包括：超声接近感测、超声成像、超声清洗、超声数据或能量传输。
10.根据权利要求7至9中任一项所述的压电传感器系统，其中，所述透明底部导电层、所述至少一个透明压电层以及所述透明顶部导电层中的至少一者被图案化以便提供针对所述至少一个触摸事件的触摸位置功能。
11.一种显示组件，包括：
设备，所述设备具有用户界面；以及
根据权利要求8或权利要求9所述的压电传感器系统，所述压电传感器系统相对于所述设备而可操作地布置，从而使得可以通过所述压电传感器系统的所述压电膜结构观看用户界面，其中，所述设备是发射光穿过所述表面的显示系统，其中，所述光限定了所述用户界面并且行进穿过所述压电膜结构。
12.一种压电膜传感器，所述压电膜传感器具有响应于在触摸位置处的触摸事件的触摸感测能力，所述压电膜传感器包括：
第一和第二透明导电层，所述第一和第二透明导电层限定了第一和第二电极；
至少一个透明压电层，所述至少一个透明压电层插置在所述第一与第二电极之间或者布置成与所述第一和第二电极相邻；
其中，所述第一电极、所述第二电极以及所述至少一个透明压电层被配置成用于提供触摸位置功能并且用于响应于所述触摸事件而生成输出信号；
第一和第二透明光学层，所述第一和第二透明光学层分别被布置成与所述第一和第二电极相邻与所述压电层相对，其中，所述第一透明光学层限定了最上表面；
基板，所述基板布置成与所述第二光学层相邻；以及
信号处理系统，所述信号处理系统电连接至所述底部和顶部透明导电层并且被配置成用于处理所述输出信号以便确定与所述至少一个触摸事件相关联的至少一个触摸感测特征。
13.根据权利要求12所述的压电膜传感器，其中，所述至少一个触摸感测特征包括以下各项中的一项或多项：所述触摸事件的触摸位置、压力的量、力的量、持续时间、大小、形状、加速度、声学感测以及振动能量收集。
14.根据权利要求12或权利要求13所述的压电膜传感器，其中，所述透明压电层由具有高达20原子％氧的掺氧AlN组成。
15.根据权利要求12至14中任一项所述的压电膜传感器，其中，所述输出信号包括压电分量和热电分量，并且其中，所述信号处理系统包括一个或多个滤波器，所述一个或多个滤波器被安排成用于对所述输出信号进行滤波以便基本上将所述压电分量与所述热电分量分离。
16.根据权利要求12至15中任一项所述的压电膜传感器，其中，所述至少一个压电层包括或者多个垂直堆叠的压电层或者多个水平堆叠的压电层。
17.根据权利要求12至16中任一项所述的压电膜传感器，其中，所述至少一个压电层由单个连续压电层构成，其中，所述第一电极比所述第二电极更靠近所述最上表面，并且其中，所述第一电极包括间隔开且电隔离的区域，所述区域可独立地经由与所述信号处理系统的电连接而电寻址。
18.一种显示组件，包括：
设备，所述设备具有用户界面；以及
根据权利要求12所述的压电传感器系统，所述压电传感器系统相对于所述设备而可操作地布置，从而使得可以通过所述压电传感器系统的所述压电膜结构观看用户界面。
19.根据权利要求18所述的显示组件，其中，所述设备是发射光穿过所述表面的显示系统，其中，所述光限定了所述用户界面并且行进穿过所述压电膜结构。
20.一种为具有用户界面的设备提供压电触摸感测的方法，所述方法包括：
将具有触摸感测能力的压电膜传感器与所述设备接口连接，从而使得可以通过压电膜传感器的透明压电触摸感测(PETS)压电膜结构观看所述用户界面；
通过在与所述用户界面的位置相对应的触摸位置处触摸所述压电膜传感器的表面来引起触摸事件，由此使所述PETS压电膜结构生成输出信号；以及
处理所述输出信号以便确定与所述触摸事件相关联的至少一个触摸感测特征。
21.如权利要求20所述的方法，其中，所述至少一个触摸感测特征包括以下各项中的一项或多项：所述触摸位置、在所述触摸位置处施加的压力的量、在所述触摸位置处施加的力的量、所述触摸事件的持续时间、所述触摸位置的大小、所述触摸位置的形状、加速度、声学感测以及振动能量收集。
22.一种显示组件，包括：
图像形成显示器，所述图像形成显示器生成可见光以便形成显示图像；
压电膜结构，所述压电膜结构相对于所述图像形成显示器而可操作地安排，从而使得可通过所述压电膜结构观看显示图像；并且
其中，所述压电膜结构具有大于20％的对所述可见光的透光率、通过别尔科维奇纳米压痕仪所测量的大于8GPa的硬度、以及在0到60度光入射范围内在或者a*坐标或者b*坐标中小于5的角度色移。
23.如权利要求22所述的显示组件，进一步包括覆盖基板，所述覆盖基板具有前表面和后表面，所述后表面与所述图像形成显示器相邻。
24.如权利要求23所述的显示组件，其中，所述压电膜结构布置在所述前表面上。
25.如权利要求23所述的显示组件，其中，所述压电膜结构布置在所述后表面上在所述覆盖基板与所述图像形成显示器之间。
26.如权利要求22至25中任一项所述的显示组件，其中，所述压电膜结构被集成到执行以下功能中的一项或多项功能的系统中：触摸位置感测、压力感测、力感测、接触持续时间、运动感测、接触大小、接触形状、加速度、声学感测、超声接近感测、超声成像、超声清洗、超声数据或能量传输以及振动能量收集。

说明书全文

压电膜结构和传感器以及使用其的显示组件

技术领域

[0002] 本公开涉及膜结构，并且具体地涉及压电膜结构和传感器以及使用其的显示组件。

背景技术

[0003] 智能电话以及类似的基于显示器的设备通常具有集成有显示器的触摸传感器或者设备的显示器盖。触摸传感器通过感测用户触摸的位置(以及在一些情况下，移动)来提供触摸感测功能，并且使用这种信息来执行一项或多项设备功能。

[0004] 还期望的是，基于显示器的设备具有超出仅触摸位置感测的附加功能。其他功能包括压力感测、声学感测、加速度感测和振动能量收集。还期望的是，基于显示器的设备具有多项触摸感测功能。

[0005] 除了触摸感测特征之外，基于显示器的设备的盖子需要是耐用的(即，耐刮且耐摔)，同时还具有强光学性能特性(例如，高透光性、低反射率、低失真、良好色彩等)。发明内容

[0006] 本公开的方面是一种压电膜结构，所述压电膜结构对可见光基本上透明，并且包括：透明基板；透明底部光学层，所述透明底部光学层布置在所述透明基板上或上方并且包括一个或多个底部介电层；透明底部导电层，所述透明底部导电层布置在所述透明底部光学层上或上方；至少一个透明压电层，所述至少一个透明压电层布置在所述透明底部导电层上或上方；透明顶部导电层，所述透明顶部导电层布置在所述至少一个透明压电层上或上方；以及透明顶部光学层，所述透明顶部光学层布置在所述透明顶部导电层上或上方并且包括一个或多个顶部介电层。

[0007] 本公开的另一个方面是以上所描述的压电膜结构，其中：所述透明顶部和底部导电层各自包括ITO、AZO或薄金属之一；并且所述透明压电层包括从包括以下各项的一组压电材料中选择的至少一种压电材料：CdS、CdSe、ZnS、ZnTe、ZnO、AlN、掺氧AlN、钛酸钡(BaTiO3)、无铅铌酸盐、锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)以及无铅钛酸盐。

[0008] 本公开的另一个方面是以上所描述的压电膜结构，其中，所述透明压电层由具有高达20原子％氧的掺氧AlN组成。

[0009] 本公开的另一个方面是以上所描述的压电膜结构，其中，所述至少一个透明压电层具有在从50nm≤TH50≤5000nm的范围内的厚度TH50。

[0010] 本公开的另一个方面是以上所描述的压电膜结构，其中，所述透明顶部光学层包括从包括以下各项的一组材料中选择的至少一种材料：SiNx、SiOxNy、AlNx、AlOxNy、SiAlxOyNz、SiO2、SiOx、Al2O3以及AlOx。

[0011] 本公开的另一个方面是以上所描述的并且具有以下性质中的至少一种的压电膜结构：i)通过别尔科维奇纳米压痕仪(Berkovich nanoindentation)所测量的大于8GPa的硬度；以及
ii)小于2％的适光(photopic)平均反射率、以及在0到60度光入射范围内在或者a*坐标或者b*坐标中小于5的角度色移。

[0012] 本公开的另一个方面是一种压电传感器系统，所述压电传感器系统包括：以上所描述的压电膜结构，其中，所述压电膜结构响应于在所述透明顶部光学层上的至少一个触摸事件而生成输出信号；以及信号处理系统，所述信号处理系统电连接至所述底部和顶部透明导电层并且接收并处理所述输出信号以便确定与所述至少一个触摸事件相关联的至少一个触摸感测特征。

[0013] 本公开的另一个方面是一种压电传感器系统，其中，对于每个触摸事件，所述至少一个触摸感测特征包括：所述触摸事件的触摸位置、压力的量、力的量、持续时间、大小、形状、加速度、声学感测以及振动能量收集。

[0014] 本公开的另一个方面是如以上所描述的压电传感器系统，其中，所述透明底部导电层、所述至少一个透明压电层以及所述透明顶部导电层中的至少一者被图案化以便提供针对所述至少一个触摸事件的触摸位置感测。

[0015] 本公开的另一个方面是一种显示组件，所述显示组件包括：设备，所述设备具有用户界面；以及以上所描述的压电传感器系统，所述压电传感器系统相对于所述设备而可操作地布置，从而使得可以通过所述压电传感器系统的所述压电膜结构观看用户界面。

[0016] 本公开的另一个方面是如以上所描述的显示组件，其中，所述设备是发射光的显示系统，其中，所述光限定了所述用户界面并且行进穿过所述压电膜结构。

[0017] 本公开的另一个方面是一种压电膜传感器，所述压电膜传感器具有响应于在触摸位置处的触摸事件的触摸感测能力。所述压电膜传感器包括：第一和第二透明导电层，所述第一和第二透明导电层限定了第一和第二电极；至少一个透明压电层，所述至少一个透明压电层插置在所述第一与第二电极之间；其中，所述第一电极、所述第二电极以及所述至少一个透明压电层被配置成用于提供触摸位置功能并且用于响应于所述触摸事件而生成输出信号；第一和第二透明光学层，所述第一和第二透明光学层分别被布置成与所述第一和第二电极相邻与所述压电层相对，其中，所述第一透明光学层限定了最上表面；基板，所述基板布置成与所述第二光学层相邻；以及信号处理系统，所述信号处理系统电连接至所述底部和顶部透明导电层并且被配置成用于处理所述输出信号以便确定与所述至少一个触摸事件相关联的至少一个触摸感测特征。

[0018] 本公开的另一个方面是如以上所描述的压电传膜传感器，其中，所述至少一个触摸感测特征包括以下各项中的一项或多项：所述触摸事件的触摸位置、压力的量、力的量、持续时间、大小、形状、加速度、声学感测以及振动能量收集。

[0019] 本公开的另一个方面是如以上所描述的压电膜传感器，其中，所述透明压电层由具有高达20原子％氧的掺氧AlN组成。

[0020] 本公开的另一个方面是如以上所描述的压电膜传感器，其中，所述输出信号包括压电和热电分量，并且其中，所述信号处理系统包括一个或多个滤波器，所述一个或多个滤波器被安排成用于对所述输出信号进行滤波以便将所述压电分量与所述热电分量分离。

[0021] 本公开的另一个方面是如以上所描述的压电膜传感器，其中，所述至少一个压电层包括或者多个垂直堆叠的压电层或者多个水平堆叠的压电层。

[0022] 本公开的另一个方面是如以上所描述的压电膜传感器，其中，所述至少一个压电层由单个连续压电层构成，其中，所述第一电极比所述第二电极更靠近所述最上表面，并且其中，所述第一电极包括间隔开且电隔离的区域，所述区域可独立地经由与所述信号处理系统的电连接而电寻址。

[0023] 本公开的另一个方面是一种显示组件，所述显示组件包括：设备，所述设备具有用户界面；以及如以上所描述的压电传感器系统，所述压电传感器系统相对于所述设备而可操作地布置，从而使得可以通过所述压电传感器系统的所述压电膜结构观看用户界面。

[0024] 本公开的另一个方面是如以上所描述的显示组件，其中，所述设备是发射光穿过所述表面的显示系统，其中，所述光限定了所述用户界面并且行进穿过所述压电膜结构。

[0025] 本公开的另一个方面是一种为具有用户界面的设备提供压电触摸感测的方法。所述方法包括：将具有触摸感测能力的压电膜传感器与所述设备接口连接(interface)，从而使得可以通过压电膜传感器的透明压电触摸感测(PETS)压电膜结构观看所述用户界面；通过在与所述用户界面的位置相对应的触摸位置处触摸所述压电膜传感器的表面来引起触摸事件，由此使所述PETS压电膜结构生成输出信号；以及处理所述输出信号以便确定与所述触摸事件相关联的至少一个触摸感测特征。

[0026] 本公开的另一个方面是如以上所描述的方法，其中，所述至少一个触摸感测特征包括以下各项中的一项或多项：所述触摸位置、在所述触摸位置处施加的压力的量、在所述触摸位置处施加的力的量、所述触摸事件的持续时间、所述触摸位置的大小、所述触摸位置的形状、加速度、声学感测以及振动能量收集。

[0027] 本公开的另一个方面是一种显示组件，所述显示组件包括：图像形成显示器，所述图像形成显示器生成可见光以便形成显示图像；透明压电膜结构，所述透明压电膜结构相对于所述图像形成显示器而可操作地安排，从而使得可通过所述透明压电膜结构观看显示图像；并且其中，所述压电膜结构具有大于20％的对所述可见光的透光率、通过别尔科维奇纳米压痕仪(Berkovich nanoindentation)所测量的大于8GPa的硬度、以及在0到60度光入射范围内在或者a*坐标或者b*坐标中小于5的角度色移。

[0028] 附加特征以及优点将在以下具体实施方式中予以阐述，并且部分从所述具体实施方式中对本领域技术人员而言将变得非常明显或者通过实践如所写描述中描述的实施例及本文中的权利要求书以及所附附图很容易被识别。应当理解的是，前述概括描述和以下具体实施方式仅是示例性的，并且旨在为理解权利要求书的本质和特征提供概要或框架。

附图说明

[0029] 附图被包括以提供进一步的理解并且被结合在本说明书中并构成本说明书的一部分。附图展示了一个或多个实施例，并与具体实施方式一起用于解释各个实施例的原理和操作。如此，从以下结合附图进行的具体实施方式中将更充分地理解本公开，在附图中：

[0030] 图1是根据本公开的示例压电膜结构的立体视图；

[0031] 图2是图1的压电膜结构的横截面视图；

[0032] 图3是采用图1和图2的示例压电膜结构的示例压电传感器系统的示意图；

[0033] 图4与图3类似，并且展示了包括压电层和底部光学层之间的晶体层的示例压电传感器系统；

[0034] 图5至图11是示例压电触摸感测(PETS)膜结构的前立体分解视图；

[0035] 图12是底部和顶部导电层相对于压电层的示例构型的立体分解视图，其中，顶部导体层和底部导体层被形成为分别限定列和行的条；

[0036] 图13A是在压电层顶上形成的示例顶部导体层的俯视图，其中，顶部导体层由多个电隔离的导电区域限定，所述导电区域可单独地经由布线穿过区域之间的间隙的接线而寻址；

[0037] 图13B是由连续底部和顶部导体层夹置的压电层的示意性横截面视图并且示出了对由所述结构形成的等效电路的激活；

[0038] 图13C与图13B类似，但是顶部导体层像图13A中所示出的那样形成，并且展示了对所述结构的等效电路的局部激活；

[0039] 图14是包括以堆叠构型安排的多个压电层、底部和顶部导电层以及中部或中间导电层的示例压电结构的横截面视图，其中，中间导电层插置在相邻压电层之间；

[0040] 图15是图14的通过由介电材料组成的密封层电隔离的压电结构的阵列的立体图；

[0041] 图16是具有多个压电层的堆叠构型的示例压电结构的立体图，所述多个压电层具有位于给定层的平面中的交替极化方向；

[0042] 图17是另一个示例压电结构的立体图，其中，压电层被水平地堆叠，即，具有并排式构型；

[0043] 图18与图17类似，并且展示了水平堆叠的压电结构的示例构型，其中，压电层具有相同的极化方向；

[0044] 图19A是包括本文中所公开的相对于显示系统而可操作地安排的压电传感器系统的示例显示组件的立体分解视图，并且图19B是所述示例显示组件的立体图；

[0045] 图19C是图19B的示例显示组件的横截面视图，示出了在触摸位置处的触摸事件以及对输出信号的生成，所述输出信号由信号处理系统进行处理以便提供至少一项触摸感测功能。

具体实施方式

[0046] 现在详细参考本公开的各个实施例，在附图中展示了所述实施例的示例。只要可能，贯穿附图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分。附图不一定是按比例的，而且本领域的技术人员将认识到附图已经简化了的地方以展示本公开的重要方面。

[0047] 如以下所阐述的权利要求书结合到具体实施方式中并构成具体实施方式的一部分。

[0048] 出于参照的目的，在一些附图中示出了笛卡尔坐标并且并不旨在关于方向和取向进行限制。以下为了参考并且为了便于展示和讨论而使用了术语“底部”和“顶部”并且并不旨在关于位置或取向进行限制。

[0049] 在以下讨论中，与压电膜结构以及其中的各种层相关的术语“透明”是指可见波长范围内的光(即，可见光)并且不一定指完全透明，并且包括存在一些(以及甚至大量)光吸收、散射等的情况。在示例中，术语透明意指具有足以允许人员通过压电膜结构来观看一个或多个对象(比如，用户界面)的透光率。要注意的是，在设备的用户界面由发光显示器构成的某些情况下，压电结构(通过所述压电结构观看用户界面)的透光率可以小于用户界面是非发光的情况。在各种非限制性示例中，本文中所公开的压电膜结构具有作为适光平均数的至少20％、或至少50％、或至少80％、或至少90％、或至少95％或至少98％的透光率。压电膜结构

[0050] 图1是根据本公开的示例压电(PE)膜结构10的立体图，而图2是图1的PE膜结构的横截面视图。PE膜结构10在+z方向上按顺序包括：透明基板20、第一或底部透明光学层(“底部光学层”)30B、第一或底部透明导体层(“底部导体层”)40B、透明压电层(“压电层”)50、第二或顶部透明导体层(“顶部导体层”)40T以及第二或顶部透明光学层(“顶部光学层”)30T。底部和顶部光学层30B和30T可以分别包括一个或多个介电层32B和32T。所述一个或多个底部和顶部介电层32B和32T可以是被配置成用于执行抗反射功能的梯度折射率层或高折射率/低折射率层的组合(堆叠)。

[0051] 在示例中，顶部光学层30T具有限定了触摸表面的上表面34。在示例中，顶部光学层30T具有如在例如于2014年9月09日提交的题为“Low-color scratch-resistant articles with a multilayer optical film(具有多层光学膜的低色彩耐刮物品)”的美国专利申请号14/480,898中所描述的许多性能相关性质，所述申请通过引用结合在此。示例性能相关性质包括以下各项中的一项或多项：高硬度、高耐刮性、高耐磨性、高透光性、低光学反射率以及良好色彩(即，低色移)。在示例中，顶部光学层30T具有如使用别尔科维奇压痕仪来测量的大于8GPa、大于10GPa、大于12GPa或大于14GPa的硬度。

[0052] 在示例中，顶部光学层30T包括多个介电层32T，其中，所述介电层中的一些介电层是具有大于约1.6、或大于约1.7、或大于约1.8或大于约1.9的折射率的高折射率层。进一步地，在各个示例中，高折射率介电层32T构成顶部光学层30T的厚度的大于35％、大于40％、大于50％、大于60％或大于70％。在示例中，高折射率层32T可由SiNx、SiOxNy、AlNx、AlOxNy、SiAlxOyNz或具有在约1.7至2.3的范围内的折射率的其他材料中的至少一者制成。其他介电层32T可由低折射率材料制成，比如，SiO2、SiOx、SiOxNy、Al2O3、AlOx、AlOxNy、SiAlOxNy或具有在约1.3至1.7的范围内的折射率的其他材料。

[0053] 在各个示例中，顶部光学层30T具有作为可见光范围内的适光平均数的大于80％、大于90％、大于95％或者大于98％的总透光率。

[0054] 而且，在各个示例中，顶部光学层30T具有作为可见光范围内的适光平均数的小于20％、小于10％、小于5％、小于4％、小于3％、小于2％、小于1％、小于0.7％、小于0.5％或小于0.4％的反射率。在一些实施例中，膜结构10(包括所有组合的光学层、电层和压电层)的整个涂覆表面可以展现出这些低反射率值。

[0055] 在示例中，对于在从5°到60°的范围内的观看角度，顶部光学层30T随着观看角度而展现出低色移。在各个示例中，使用D65或F2照明，在a*和b*两者中，色移小于10.0、或小于4.0、或小于3.0或小于2.0。在其他各个示例中，在使用D65或F2照明的情况下，通过[(a*)2+(b*)2]1/2限定的色移小于10、小于5、小于4或小于3。在一些实施例中，膜结构(包括所有组合的光学层、电层和压电层)的整个涂覆表面可以展现处这些低色移值。

[0056] 在另一个示例中，顶部光学层30T在经受泰伯磨耗测试时具有高耐磨性。在另一个示例中，顶部光学层30T具有如使用加内特砂纸磨耗测试来测量的高耐磨性。

[0057] 在示例中，顶部光学层30T具有小于约2nm、小于约1nm、小于约0.5nm或小于约0.3nm的RMS表面粗糙度。

[0058] 在各个示例中，基板20包括以下各项中的至少一项：玻璃、离子交换玻璃、玻璃陶瓷、陶瓷、尖晶石、莫来石、ZrO2、蓝宝石或金刚石。

[0059] 在各个示例中，底部和顶部导体层40B和40T可以包括ITO、AZO、薄金属等，并且在示例中，具有在从2nm到500nm的范围内的对应厚度THB和THT。

[0060] 在示例中，透明基板20包括上表面22，并且在示例中是晶体的并且具有基本上高于玻璃的热导率的热导率κ，优选地，κ>5W/mK。在一个示例中，基板20由蓝宝石晶体制成。在另一个示例中，基板20由如化学强化玻璃等玻璃制成。化学强化玻璃基板20的示例是通过离子交换形成的基板。用于基板20的其他示例材料包括金刚石、聚合物、柔性玻璃、蓝宝石或能够支撑以上所描述的层的其他透明材料。在示例中，基板上表面22具有低粗糙度。基板20具有厚度THS。

[0061] 底部和顶部导体层40B和40T的薄层电阻可以小于约100欧姆/平方、50欧姆/平方、20欧姆/平方或10欧姆/平方。底部和顶部导体层40B和40T各自可以采取与薄金属线、导线或迹线接触的膜的形式。底部和顶部导体层40B和40T中的每个导体层可以包括两种材料，比如，具有高基板表面覆盖度的连续或图案化ITO层，ITO层与细金属线或导线的网格(见例如图11A和导线82T)电接触(或其电导率由其增大)。细金属线的网格还可以辅助创建具有局部感测功能(例如，检测压力以及触摸位置)的传感器网格。
压电层

[0062] 压电层50具有厚度TH50，在示例中，所述厚度在由50nm≤TH50≤5000nm限定的范围内。PE膜结构10的压电层50可由许多不同类型的压电材料中的一种或多种压电材料制成。示例压电材料包括CdS、CdSe、ZnS、ZnTe、ZnO、AlN、钛酸钡(BaTiO3)、如Na0.5K0.5NbO3等无铅铌酸盐锆钛酸铅(PZT)、锆钛酸铅镧(PLZT)以及如Na0.5Bi0.5TiO3和K0.5Bi0.5TiO3等无铅钛酸盐。
用于压电层50的示例压电材料还包括聚合压电材料，包括PVDF、聚酰亚胺和基于聚对二甲苯的材料以及‘压电复合材料’(比如，结合聚合物基质中的铌镁酸铅-钛酸铅(PMN-PT)的压电复合材料)。压电材料和复合材料的附加示例可以在Ramadan(拉玛丹)等人的文章“A review of piezoelectric polymers as functional materials for
electromechanical transducers(对作为用于机电换能器的功能材料的压电聚合物的综述)”(《智能材料与结构》，第23卷第3期(2014年))，所述文章通过引用结合在此。

[0063] 在沉积容易度是考虑因素的情况下，材料AlN和ZnO可以用于压电层50，因为这些材料特别经得起使用已知技术来进行的薄膜沉积的考验。材料AlN具有相对高的硬度，掺氧AlN相比于其他压电材料具有相对高的硬度和相对低的光吸收率的期望组合。用于压电层50的AlN膜、掺氧AlN膜或AlON膜可以具有晶体纤锌矿结构。已知的是，包含高达约20原子％氧的掺氧AlN仍可以展现出实质性压电效应。

[0064] 诸位发明人已经对AlN的氧掺杂执行了实验并且已经发现氧掺杂可以有效地用于增大AlN层的光传输或降低光吸收。然而，太多的氧掺杂可能破坏AlN膜的压电质量。因此，可能期望在一个示例中将掺AlN膜中的氧含量限制为小于约40％，在另一个示例中将其限制为小于约20％，在另一个示例中将其限制为小于约10％，或在另一个示例中将其限制为小于约5％，或在其他示例中将氧浓度目标设定在约0.1到20％或0.1到10％的范围内，其中，所有值以原子％为单位。

[0065] 在示例中，压电层50可以包括非中心对称晶体、单晶体层、多晶结构或其c轴被取向为大约垂直于由基板表面22限定的平面的晶体材料。

[0066] 在另一个示例中，压电层50可以包括一种或多种压电材料，其中，在进行处理期间应用了外部场来对准微结构。在其他示例中，可以使用一种或多种非铁电材料，在薄膜沉积工艺期间完成实质性晶粒对准。

[0067] 在示例中，压电层50是基本上晶体的或多晶的，c轴晶体取向大约垂直于或正交于基板表面22的平面，即，基本上与z轴对齐。当为多晶时，大多数微晶(大于50％、60％、70％、80％或90％的微晶)具有大约垂直于基板表面平面的c轴取向，这可以使用x射线衍射来测量。在2θ＝36度的衍射角附近，材料可以展现出相应的显著或显性x射线衍射峰，指示几乎正交于基板表面22的良好c轴取向，意味着(0002)晶体表面几乎平行于基板表面。在一些情况下，晶体压电材料可以展现出如由x射线摇摆曲线宽度(AlN(0002)峰的FWHM)所指示的小于约20度、小于约10度、小于约5度、小于约3度或小于约2度的高质量晶体取向均一性。

[0068] 压电层50可以具有大于0.1、大于1、大于2、大于4、或大于5pm/V、或在0.1至15pm/V的范围内的压电系数d(或沿着任何轴的dij，或沿着特定轴的d33)(以皮米每伏特为单位)。压电系数d的单位还可以表示为皮库伦每牛顿，从而使以上范围相当于0.1至15pC/N。

[0069] 压电层50中的材料的压电电压系数g(或沿着任何轴的gij，或沿着特定轴的g33)可以大于约1、大于10、大于20、大于40、大于50或在1-150mV-m/N(毫伏-米每牛顿)的范围内。压电层50可以具有大于1、大于5或大于10的相对介电常数ε/ε0。压电层50和/或透明电极层的折射率可以在从约1.7到约2.3的范围内。另外，压电层50可以展现出低膜应力，所述低膜应力具有小于约1000MPa、小于500MPa或小于200MPa的绝对值(无论是拉应力还是压应力)。

[0070] 在示例中，压电层50的晶体结构可以被近似分类为属于类别32或属于类别在更多特定示例中，压电层50的晶体结构可由具有闪锌矿结构的石英晶体或ZnS晶体表示。在示例实施例中，c晶体轴可以非正交于所述类别表面。在有关示例中，底部和顶部导电电极40B和40T可以布置于在压电层50内蚀刻出的细长沟道中，而不是在压电层的这两个大的底部和顶部表面上。

[0071] 在示例中，晶体压电层50可以通过以下方式获得：i)对由期望压电材料组成的晶体晶圆进行离子植入；ii)然后将离子植入的表面与待用作触敏玻璃盖的玻璃基板绑定；iii)以及然后将离子植入侧的晶体晶圆层与晶体晶圆的剩余部分分离。对沟槽的蚀刻和对导电电极的布置可以在将压电层50附接至玻璃基板并将其与晶体晶圆分离之前或之后完成。

[0072] 在另一个实施例中，压电层50展现出压电效应和热电效应两者。在一些实施例中，以热电方式产生的电信号不用于压力感测。相反，由于压电效应而产生的信号分量基本上与由于热电效应而产生的信号分量隔离(分离)。在示例中，使用机械装置和热工装置的组合和/或在时域和/或频域内使用如以下所讨论的电子技术和软件技术(例如，滤波)来实现这种信号分离。

[0073] 可以使用本领域中熟知的薄膜技术(例如，溅射、反应溅射、电子束蒸发、CVD、PECVD或PLD)来形成构成PE膜结构10的不同层。在一些情况下，也可以使用如其他气相沉积方法。

[0074] 在各个示例中，可以将压电层50离散化或“像素化”以便形成电气隔离区域或者可以将其形成为网格。在示例中，在压电层50的不同区域中的间隔或间隙可以使用介电材料或具有低电导率或低压电功能的相似材料来进行填充。在示例中，介电材料具有与压电层50的压电材料类似的折射率，由此使图案结构在很大程度上不可见。
压电传感器系统

[0075] 图3是采用图1和图2的示例PE膜结构10的示例压电(PE)传感器系统80的示意图，在示例中，所述示例PE膜结构可以是以下所描述的示例PE触摸感测(PETS)膜结构10S之一。PE传感器系统80被配置成用于当向PE膜结构10施加力F时经由压电层50中的压电效应生成信号(电压或电流)。图3示出了由手指81施加的力F，其中，力F在压电层50中造成机械应力，所述机械应力经由压电效应引起信号。将手指81应用到PE膜结构10的上表面(接触表面)34上在本文中被称为“触摸事件”TE，并且触摸事件的(x，y)位置被称为“触摸位置”TL。

[0076] PE传感器系统80包括分别连接至充当底部和顶部电极的下部和上部导电层40B和40T的电连接82B和82T。电连接82B和82T可以包括例如上述薄金属线、导线或迹线。

[0077] 电连接82B和82T还被电连接至信号处理系统83，所述信号处理系统被配置成用于对由PE膜结构10输出的电信号进行处理。在示例中，信号处理系统83包括模拟电路84。在示例中，模拟电路84包括差分放大器、积分器或微分器。当来自PE膜结构10的信号(输出电压或输出电流)很低时，模拟电路84可以用于提供对来自所述PE膜结构的所述信号的放大。当总电荷被用作向PE膜结构10施加的应力的测量时，其还可以用于对电流信号进行积分。可替代地，当电流的导数被用作峰值冲击应力的测量时，其可对信号进行微分。

[0078] 图3示出了在底部和顶部透明导电层40B和40T处生成的底部和顶部电压VB和VT，并且示出了生成作为示例模拟输出信号SA的输出电压V输出的模拟电路84。模拟输出信号SA还可以是电流信号，例如，i输出。

[0079] PE传感器系统80的信号处理系统83可以可选地包括一个或多个模拟滤波器86，所述一个或多个模拟滤波器可以可替代地通过以下方式来执行与上述信号微分相当的任务：通过高通滤波来隔离输出信号的初始斜率。微分和/或高通滤波可以用于提取压电信号，同时在不想要伴随的热电信号时基本上拒绝热电信号。另外，由模拟滤波器86执行的带/通或低通滤波可以用于消除模拟输出信号SA中的高频噪声。

[0080] PE传感器系统80的信号处理系统83还包括模数转换器(ADC)，所述模数转换器接收模拟输出信号SA并将其转换成数字输出信号SD。信号处理系统83进一步可选地包括数字滤波器90，所述数字滤波器电连接至ADC88并且像模拟滤波器86对模拟输出信号SA所起的作用一样对数字信号SD起模拟滤波功能。因此，在示例中，仅利用了一种类型的滤波器86(模拟)或90(数字)。

[0081] PE传感器系统80的信号处理系统83还包括中央处理单元(CPU)92，所述中央处理单元电连接至ADC 88(例如，通过可选数字滤波器90)。CPU 92可以包括非瞬态计算机可读(例如，逻辑、软件、硬件等)中的指令实施例，所述指令实施例可以对所接收的数字输出信号SD进行处理例如以便判定其是否符合一个或多个信号要求。

[0082] 在示例中，CPU 92确定一个或多个触摸事件TE中的每个触摸事件的至少一个触摸感测特征，比如，触摸位置TL的位置、在触摸位置处施加的压力的量、在触摸位置处施加的力的量、触摸事件的持续时间、触摸位置的大小、触摸位置的形状(例如，如由滑动距离或形状形成的)、加速度以及如针对语音命令的声学感测。

[0083] 在一些实施例中，PE传感器系统80还可以用于收集振动能量，以便向系统的其他部件提供有用能量或以便生成可以存储在电池(未示出)中的能量。在PE传感器系统80的这种能量收集实施例中，信号处理系统83同样可能不需要信号处理或计算能力。

[0084] 如以上所讨论的，在PE传感器系统80的示例中，在压电层50中发生热电和压电效应的组合并且所述组合从PE膜结构10中产生模拟输出信号(电压或电流)。然后，对输出信号SA进行处理以便推断与触摸事件TE相关联的一个或多个特征。在压电层50由溅射AlN膜形成的示例中，由于热电效应而产生的电输出(电压或电流)可能与压电效应相当或比其更大。

[0085] 在PE传感器80的另一个示例中，热电效应大大减小或者被阻止贡献模拟输出信号SA。通过在支持压电效应的同时确保压电层50的晶体结构的对称性质抑制或阻止热电效应来完成这一点。

[0086] 诸位发明人已经意识到，如果在紧随对触摸事件TE的最早感测之后的大约40ms、60ms、80ms、100ms或120ms的时段内收集到来自PE层50的模拟输出信号SA，则可以相对于对模拟输出信号(其分量)的热电贡献而增强对模拟输出信号(其分量)的压电贡献。

[0087] 另外，已经发现，在信号收集期(当所述收集期被选择为约120ms或更少时)内，增大基板20的厚度THS增强了对模拟输出信号SA的压电信号贡献(分量)并减小了热电信号贡献(分量)。

[0088] 在示例中，优选地，基板20的厚度THS大于或等于0.4、0.5、0.6、0.7mm，并且特别是大于或等于0.8、0.9和1.0mm。接触手指81的表皮的角质层通常具有比玻璃的热导率小几倍的热导率以及约0.5mm的厚度。将基板厚度THS增大到超过0.5mm以及为基板20选择具有更高热导率(具体地，高于1W/m·K，并且特别是高于1.2W/m·K)的材料可以用于改善对压电信号分量的隔离(分离)。

[0089] 另外，对来自PE传感器80的模拟输出信号SA的频域滤波用于进一步将压电信号分量与热电信号分量隔离，并且还用于提高信噪比。具体地，信号处理系统83可以被配置成用于以在约7Hz与约30Hz之间、或在约8Hz与约25Hz之间或在约10Hz与约20Hz之间的截止频率f1来执行高通滤波。另外，信号处理系统83可以被配置成用于以在约10Hz与约10kHz之间、或在约15Hz与约5kHz之间或在约20Hz与约1kHz之间的截止频率f2来执行低通滤波以便对模拟或数字输出信号SA或SD进行去噪。

[0090] 在另一个实施例中，从压电和热电效应中产生电信号(脉冲)以便形成模拟输出信号SA，并且信号处理系统82被配置成用于分析这种输出信号的导数。具体地，在脉冲一开始时的导数比脉冲中的稍后部分具有更低的来自热电效应的分数贡献。因此，用于评估与在触摸位置TL处的触摸事件TE相关联的特征或功能的信号可以被选择为与电模拟输出信号的在脉冲开始时收集的部分的导数(或者来自脉冲的初始1ms、2ms、5ms、10ms或20ms的平均导数)成比例。

[0091] 在示例中，信号处理系统83可以被配置成用于将模拟输出信号SA到数字输出信号SD的整个脉冲波形数字化，然后，所述脉冲波形被临时存储和分析。可替代地，信号处理系统83可以被配置成用于通过本领域中熟知的方法来提取模拟输出信号SA的导数，这可能涉及将脉冲延迟、创建脉冲的放大版本、以及当电压、电荷或电流变得高于某个正值或低于某个负值时进行触发。触发用于指示需要发现并测量其前边缘的脉冲已经到达。

[0092] 用于对模拟输出信号SA进行处理以便减小或减轻热电效应的影响的上述实施例可以组合具有实质性热导率的晶体基板20而特别良好地工作。这种基板20进行动作以便在一开始通过阻止压电层50的快速温升(通过基板的主体的快速热转移)来稍微延迟热电响应峰。这种稍微延迟持续几ms直到几十ms，直到贯穿基板20的本体的温度开始在接触区域内显著变化为止。

[0093] 图4与图3类似，并且展示了PE传感器80的实施例，所述PE传感器包括布置在压电层50与基板20之间的厚度为TH26的晶体层26。在示例中，晶体层26的厚度TH26具有小值或中间值，例如，范围为从约TH26＝20μm到约300μm，而进一步地，在示例中，基板20具有厚度THS>0.3mm。晶体层26的大热导率用于将压电层50的温升延迟几毫秒，从而使得模拟输出信号SA的前沿的导数的主要部分是由于压电效应。相对于使用仅晶体材料，将晶体-玻璃混合物用于晶体层26可以帮助减小此实施例的成本。

[0094] 如以上所指出的，PE传感器80的实施例利用对模拟输出信号SA的前沿部分处的导数的测量。在这种情况下，可以针对压电效应在初始信号导数中的贡献通过从初始导数中减去与在脉冲的稍后部分期间集成的电荷成比例的一部分或将所述一部分添加到所述初始导数中来修正最终模拟输出信号SA或最终数字输出信号SD。可以或者在模拟输出信号SA上的模拟域中或者在将脉冲数字化以便形成数字输出信号SD之后完成这一点。

[0095] 可以基于热电信号对脉冲的初始导数的贡献是否属于与来自压电效应的贡献相同的符号来执行对修正部分的添加或减去。这进而取决于特定设备几何结构的适当热电系数与有效压电系数的相对符号，并且取决于触摸设备的温度(比如，人类手指皮肤温度)刚好在触摸事件TE之前的瞬间是大于还是小于压电层50的温度。示例PE膜结构

[0096] 本公开的方面包括示例PE膜结构，所述示例PE膜结构基于上述PE膜结构10但包括添加一个或多个触摸感测功能的附加层和/或特征，所述一个或多个触摸感测功能使得当所述示例PE膜结构用于PE传感器80中时，确定一个或多个触摸位置TL处的一个或多个触摸感测特征成为可能。这些PE膜结构在下文中被称为PE触摸感测(PETS)膜结构10S。

[0097] 图5是PETS膜结构10S的第一示例的前立体分解视图。PETS膜结构10S包括PE膜结构10的层，即，基板20、底部和顶部光学层30B和30T以及底部和顶部导体层40B和40T。现在将底部和顶部导体层40B和40T图案化(例如，在x-y网格中)以便限定对应的顶部和底部图案化电极。在示例中，光学层30T的最上层32T充当用户界面层。在一个或多个实施例中，光学层30T限定了上表面34并且可以包括具有高硬度、高耐磨性和/或高耐刮性的材料或结构。

[0098] PETS膜结构10S还包括分别存在于底部导体层40B下方和顶部导体层40T上方的底部和顶部透明电磁(EM)屏蔽层110B和110T。用于EM屏蔽层110B和110T的示例材料包括TCO、金属、碳纳米管、石墨烯等。EM屏蔽层110B和110T可以既包括用于屏蔽的导电材料也包括用于将EM屏蔽中的导体与图案化电极中的导体隔离的绝缘材料或绝缘层。用于绝缘层的示例材料可以包括SiO2、SiNx以及在显示器领域和触摸传感器领域中熟知的其他介电材料。底部和顶部EM屏蔽层110B和110T是可选特征并且用于减小噪声。

[0099] PETS膜结构10S还包括至少一个投射式电容触摸传感器层(“P-CAP层”)120，所述P-CAP层通过示例的方式被示出为存在于紧挨基板20下方。在示例中，P-CAP层120包括绝缘膜层124上的图案化TCO 122，其中，TCO图案相对于底部和顶部图案化导体层40B和40T和/或EM屏蔽层110B和110T具有更大的或未对准的覆盖区域，以便避免将P-CAP层与导体或EM屏蔽层完全屏蔽。P-CAP层120可以是单面或双面的。P-CAP层120还可以存在于基板20上方，例如，在如图6中所示出的基板上表面22顶上。还可以采用多个P-CAP层120。

[0100] 在示例中，基板20可以采取绝缘膜层的形式或可由其替代，所述绝缘膜层可以是硬层或光学层。在所述一个或多个P-CAP层120上方和/或下方还可以存在附加光学层。

[0101] 底部和顶部导电层40B和40T充当电极并且用于提取通过在PE层50中发生的压电效应而产生的模拟输出信号SA。在示例中，底部和顶部导电层40B和40T的网格结构分别限定了开口41B和41T。在各个示例中，开口41B和41T包括大于30％的层面积，优选地，大于50％的总层面积，并且理想地，大于70％的总层面积。另外，优选地，开口41B和41T的平均大小大于基板20的厚度THS的约30％，而在另一个示例中，所述平均大小大约为基板厚度THS，而在另一个示例中，所述平均大小基本上大于基板厚度THS。当P-CAP层120布置在如图5中所示出的基板20之下时，这些实施例特别有用。

[0102] 图7与图5类似，并且示出了示例PETS结构10S，其中，压电层50被图案化(例如，在x-y网格中)有间隔51。这允许基于触摸事件TE的位置来进行对压电层50的选择性激活并且提供触摸位置功能。

[0103] 图8与图5类似，并且示出了示例PETS结构10S，其中，P-CAP层120布置在压电层50与底部导体层40B之间。这种构型使用于限定触摸事件TE的位置的电容式触摸感测和用于提供一个或多个触摸感测特征(压力感测是一个示例特征)的压电触摸感测两者成为可能。在示例中，P-CAP层120的电极还可以充当由底部导电层40B限定的底部电极。在另一个示例中，尽管底部电极40B可以与P-CAP层交错，但是其与P-CAP层分离。

[0104] 图9与图8类似，并且示出了示例PETS结构10S，其中，P-CAP层120布置在压电层50与顶部导电层40T之间。在如图8和图9中所示出的PETS结构10S的构型中，可以根据需要而将绝缘层(在附图中未示出)添加到相邻导电层之间，比如，在P-CAP层120中的相邻导电层之间或者在P-CAP层与底部或顶部导电层40B或40T之间。这种导电层和方法对于触摸传感器设计领域的技术人员是熟知的。

[0105] 图10与图9类似，并且展示了示例PETS结构10S，其中，仅将底部和顶部导体层40B和40T之一图案化(顶部导体层40T通过图示的方式被示出为被图案化)。在这种情况下，P-CAP触摸层120置于非图案化(或“连续”)底部导电层40B(其充当连续电极)上方以便避免由底部导电层40B在用户输入表面34与P-CAP层120之间进行的屏蔽。

[0106] 图11与图10类似，并且展示了替代实施例，其中，可以将底部导电层40B移除，并且可以将P-CAP层120的导电部分122用作与压电层50和顶部导体层40T一起工作以便对在P-CAP中生成的电压或电流进行电感测的底部电极。

[0107] 图12是在压电层50的相反侧上的顶部和顶部导电层40B和40T的示例构型的立体分解视图。在示例构型中，顶部和底部导电层40B和40T各自以条的形式形成，顶部导电层的条在y方向上行进并形成“列”42T，并且底部导电层的条在x方向上行进并形成“行”42B。条42B和42T中的每一者都可以构成持续的或连续的透明导体层，或可以包括稀疏网格。这种构型类似于用于电容式触摸感测设备的构型并且使得能够通过对来自行42B和列42T的信号进行处理来确定触摸位置TL。

[0108] 在示例中，导电层40B或40T之一接地，并且对来自另一个导电层的第一组模拟输出信号SA进行测量。然后，另一个导电层接地，并且对来自未接地的透明导电层的第二组模拟输出信号SA进行测量。然后，由CPU92(见图3)对第一和第二组模拟输出信号SA进行处理以便提取在列和行结构的分辨率之内的触摸位置TL，所述分辨率部分地由导电条42B和42T的宽度和间隔限定。

[0109] 图13A是形成于压电层50顶部的示例顶部导体层40T的俯视图。顶部导体层40T由多个电隔离的导电区域43限定。相邻隔离区域43由间隙44分离，并且可以经由布线穿过间隙到达信号处理系统82(未示出，见图3)的接线(即，导电线)82T而单独寻址。顶部导体层40T的分段构型允许对与触摸事件TE相关联的触摸位置TL的局部检测。图13A的构型减小了由压电层50的不直接经历任何压力但贡献模拟输出信号SA的区域所引起的“负载”效应。减小负载效应增大了模拟输出信号SA的强度。

[0110] 为了展示以上点，图13B是具有压电层50的示例结构的示意性横截面视图，所述压电层具有夹置压电层的连续底部和顶部导体层40B和40T(所述底部和顶部导体层还可以是连续的非隔离导线)。图13B还示出了由所述结构形成的等效电路48。当由手指81在触摸位置TL处施加压力时，等效电路48中的所有等效电路在不同程度上被激活并且有助于加载整体模拟输出信号SA(见图3)。

[0111] 图13C与图13B类似，但是示出了图13A的分段构型，其中，顶部导电层40T被划分成上述隔离区域43。在这种情况下，当由手指81在与隔离区域43之一相关联的触摸位置TL处施加压力时，仅局部等效电路48被激活，从而使得所产生的模拟输出信号SA仅来自与触摸位置TL相关联的局部区域43。

[0112] 图14是包括多个压电层50的示例压电结构52的横截面视图。所述多个压电层50、这两个底部和顶部导电层40B和40T以及两个中部或中间导电层40M以堆叠构型安排，其中，中间层插置在相邻压电层之间。压电层50具有相同的极化P。底部和顶部导电层40B和40T用于信号收集传输，而中间层40M用于应变消除。

[0113] 在示例中，中间层40M可由导电材料或非导电材料制成，只要所述材料是透明的并且执行所要求的应力消除功能。中间层40M还可以用于执行光学功能，即，被设计成用于以选择方式贡献压电结构52的整体反射率或色彩。在来自单个压电层50的输出信号太低或者信号处理系统83具有太多噪声的情况下，图14的压电结构52的堆叠构型可以用于加强模拟输出信号SA。

[0114] 图15是立体图，示出了图14的压电结构52的阵列，其中，压电结构通过由介电材料制成的密封层53电隔离。图15的构型可以用于提供空间解析触摸感测，而无需将单独的传感器用于x-y位置感测。

[0115] 图14的压电结构52的堆叠构型的另一个优点是，其允许形成具有良好排序的晶体结构的非常厚的堆叠(在这种大厚度的单个晶体由于应力而可能难以生长的情况下)。应力消除层40M允许良好的晶体质量以及堆叠中的所有层的共同晶体取向，允许最大净电极化以及因此针对所施加的典型应力的最大电压。极化P的主要取向为或者向上或者向下并且对于压电结构52中的压电层50中的所有压电层是共同的。

[0116] 图16是具有多个压电层50的堆叠构型的示例压电结构52的立体图，其中，极化方向P位于所述层的平面中(即，在x-y平面中)并且交替方向(即，+x方向或-x方向)。压电结构52包括分别在压电层50的左侧和右侧的导电电极40L和40R。绝缘层47用于将相邻压电层50电隔离。像图14的压电结构52的堆叠构型一样，图16的堆叠构型还可以用于在来自单个压电层50的模拟输出信号太低而不能被检测到或具有太多噪声的情况下增强模拟输出信号SA。

[0117] 在图16的压电结构52中，每个压电层50在给定层的平面中具有极化方向P，所述极化方向垂直于应力的方向。c轴的主要晶体取向在邻近压电层50之间交替。

[0118] 与图14的压电结构52一样，在形成压电结构并将其图案化之后，压电结构52的不同堆叠可以由介电密封层53电分离。另外，图16的压电结构52的阵列可以被部署成用于提供空间解析感测(即，触摸位置功能)，而无需将单独的传感器用于x-y位置感测。

[0119] 图18是另一个示例压电结构52的立体图，其中，压电层包括“水平堆叠的”区域54，即，具有并排式构型。压电层50的每个区域54具有在所述层的平面中的极化方向P，所述极化方向垂直于应力的方向，即，在x-y平面中。右和左导体层40L和40R存在于压电区域54的左和右边缘附近。

[0120] 压电层50由介电结构47电隔离，由此限定区域54。可以使用沉积工艺来将介电结构47形成为图案化电介质。介电结构47可以在压电层50之前或之后沉积，用于将压电层的不同区域54密封和电隔离。以上方式的组合还可以用于形成用于将压电层50的不同层54电隔离的介电结构47。c轴的主要晶体取向在邻近共平面压电层之间交替。多个压电结构52可以被部署成用于提供触摸位置功能，而无需将单独的传感器用于x-y位置感测。

[0121] 图18与图17类似，并且展示了压电结构52的示例构型，其中，压电层50的区域54具有相同的极化方向P。这种性质需要限定电极的导电层的不同构型。以上方式的组合还可以用于形成用于将压电层50的不同层54电隔离的介电结构47。多个压电结构52可以被部署成用于提供空间解析感测，而无需将单独的传感器用于x-y位置。显示组件

[0122] 图19A是包括本文中所公开的相对于具有上表面212的设备210而可操作地安排(即，可操作地接口连接)的PE传感器系统80的示例显示组件200的立体分解视图，并且图19B是所述示例显示组件的立体图。示例设备210是显示系统，所述显示系统可以是包括显示器的任何系统，比如，智能电话、平板计算机、膝上型计算机、电视、计算机监视器或显示器等。设备210还可是非显示设备，比如，电器、仪器、机器等。在示例中，设备210发射光214，在示例中，所述光表示显示图像。

[0123] 在示例中，设备210包括用户界面213，在示例中，所述用户界面包括符号体系215(例如，如在图19A的封闭插图中示出的按钮、标签、标记、图标等)。通过PETS膜结构10S观看用户界面213，所述PETS膜结构提供关于设备210的或者非触摸感测或者有限触摸感测用户界面213的一个或多个期望触摸感测特征。在示例中，用户界面213由显示器形成，例如，形成为显示图像。在示例中，PETS膜结构10S充当设备200的触摸感测显示器盖。在示例中，用户界面213包括图形用户界面(GUI)。在示例中，在设备210是显示系统的示例中，可见光214发射穿过上表面212。在另一个示例中，可见光214从上表面212反射。在示例中，可见光214构成显示图像。

[0124] 在示例中，PE传感器系统80包括本文中所公开的PETS膜结构10S中提供包括例如触摸位置确定和压力感测的至少一个触摸感测特征的一个PETS膜结构。图19C是图19B的显示组件200的横截面视图，同样示出了与触摸表面34接触的手指81，其中，手指在PETS膜结构10S上在触摸位置TL处创建触摸事件TE。可以使用除了手指81以外的其他器具(比如，触笔、钢笔、铅笔等)来创建触摸事件TE。

[0125] 响应于触摸事件TE，PETS膜结构10S生成由信号处理器83处理的模拟输出信号SA，所述信号处理器建立至少一个触摸感测特征，包括：触摸位置TL的位置、在触摸位置处施加的压力的量、在触摸位置处施加的力的量、触摸事件的持续时间、触摸位置的大小(例如，滑动距离或形状)、加速度、如针对语音命令的声学感测以及振动能量收集。

[0126] 在示例中，PETS膜结构10S可以提供压电触摸感测和电容式触摸感测中的至少一项。在另一个示例中，设备210包括除了压电触摸感测以外的至少一种类型的触摸感测，从而使得显示组件200包括两种或更多种不同类型的触摸感测。在一个示例中，由PE传感器系统80提供的触摸感测并不关于触摸位置而进行区分，并且提供与触摸事件TE相关联的测量功能，比如，压力、力或持续时间。在另一个示例中，PETS膜结构10S被配置成用于提供关于如以上所描述的触摸事件TE的触摸位置TL的信息。在一个或多个实施例中，显示组件200可以结合非电容式或非电触摸感测方法，比如，光导、光检测、LCD单元内或单元上触摸传感器等等。

[0127] 对本领域的技术人员将明显的是，可以在不背离如在所附权利要求书中所限定的本公开的精神或范围的情况下对如在本文中所描述的本公开的优选实施例作出各种修改。因此，本公开涵盖了所提供的修改和变化，它们落在所附权利要求书及其等效物的范围内。

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