力感測電容器元件、可變形膜以及由其製造的電子設備的製作方法

2023-05-02 22:45:26 2

本公開涉及可變形膜和力感測電容器元件、其製造方法以及由其製造的電子設備。

背景技術：

力感測電容器已經在觸摸顯示器、鍵盤、觸摸板以及其它電子設備中被設想或應用了多年。最近觸摸用戶界面的復興(從電阻到投射式電容的範式轉變)已促使電子設備製造商重新關注力感測領域。將力感測與電子設備的顯示器整合相關聯的主要挑戰例如包括響應的線性、響應速度和恢復速度、保持設備機械強度、保持期望的設備厄米性、構造的薄度、靈敏度、確定力施加的位置、以及噪聲抑制。本公開的電容器在例如響應速度和恢復速度、薄度和觸摸位置的確定方面具有優點。

技術實現要素：

本公開涉及可用於例如電子設備中的力感測電容器元件及其製備方法，其中電子設備包括例如觸控螢幕顯示器或其它觸摸傳感器。本公開還涉及可用於製造力感測電容器元件的可變形膜。力感測(以及力測量)電容器元件設置有具有特定設計特徵結構的電極和可變形膜(例如，絕緣體)。電容器元件可整合到顯示器或電子設備內，以例如檢測和測量施加於該顯示器或電子設備的力或壓力的量值和/或方向。電容器元件可整合到例如顯示器的周圍或下面以感測或測量施加於顯示器的力。另選地，電容器元件可整合到例如觸摸板、鍵盤、按鈕或數位化儀(例如，觸筆輸入設備)內。

在一個方面，本公開提供了一種可變形膜，該可變形膜包括：

第一層，該第一層具有第一主表面和第二主表面；

第二層，該第二層具有第一主表面和第二主表面；

第三層，該第三層具有第一主表面和第二主表面，並且插置在第一層的第二主表面和第二層的第二主表面之間；

第一排布結構，該第一排布結構包括多個第一結構以及對應的第一空隙區域，並且該第一排布結構插置在第一層的第二主表面和第三層的第一主表面之間，其中每個第一結構具有第一表面和第二表面，該第一表面面向第一層的第二主表面，該第二表面面向第三層的第一主表面；和

第二排布結構，該第二排布結構包括多個第二結構以及對應的第二空隙區域，並且該第二排布結構插置在第二層的第二主表面和第三層的第二主表面之間，其中每個第二結構具有第一表面和第二表面，該第一表面面向第二層的第二主表面，該第二表面面向第三層的第二主表面；並且其中

i)該多個第一結構中的約1％至約99％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與該多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊，或者

ii)該多個第一結構中的約1％至約99％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與所述多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊。

在另一方面，本發明提供了一種力感測電容器元件，該力感測電容器元件包括：

根據本文所述可變形膜中的任一個的可變形膜；

至少一個第一電極，該至少一個第一電極嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸；和

至少一個第二電極，該至少一個第二電極嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸。

在另一方面，本發明提供了一種力感測電容器元件，該力感測電容器元件包括：

根據本文所述可變形膜中的任一個的可變形膜；和

形成至少一個電極對的至少一個第一電極和至少一個第二電極，所述至少一個電極對嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，其中該至少一個第一電極和該至少一個第二電極中的每個由間隙隔開；以及

任選地，第三電極。

在一些方面，第三電極嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，並且第三電極沿力感測電容器元件的厚度方向與至少一個第一電極和至少一個第二電極重疊。

在另一方面，本公開提供了一種包括力感測電容器元件的電子設備，該力感測電容器元件為根據本文所述的力感測電容器元件的任一個。

在另一方面，本公開提供了一種包括力感測電容器元件的觸控螢幕顯示器，該力感測電容器元件為根據本文所述的力感測電容器元件的任一個。

本公開的製品和方法具有多種優點，包括但不限於：

i)由於設置在可變形膜內的單獨層上的第一結構和第二結構之間的空間關係，可變形膜的壓縮包括在可變形膜的主表面區域的至少一部分上的第三層的工程化彎曲和第一結構和第二結構的壓縮之間可定製的平衡，以及

ii)沿可變形膜的厚度方向的第一結構和第二結構的空間關係無需對準進行製造，即，第一結構和第二結構在製造過程中無需沿可變形膜的厚度方向彼此精確地對準。

在另一方面，本公開提供了製備可變形膜和力感測電容器元件的方法。

附圖說明

圖1為根據本發明所述的一個示例性實施方案的示例性可變形膜的示意性橫截面側視圖。

圖2為本公開的圖1的示例性可變形膜的切口190的示意性橫截面側視圖。

圖3a為根據本發明所述的一個示例性實施方案的示例性可變形膜通過排布結構150的假想平面的示意性橫截面頂視圖。

圖3b為根據本發明所述的一個示例性實施方案的示例性可變形膜通過排布結構150的假想平面的示意性橫截面頂視圖。

圖3c為根據本發明所述的一個示例性實施方案的示例性可變形膜通過排布結構150的假想平面的示意性橫截面頂視圖。

圖4a為根據本發明所述的一個示例性實施方案的示例性力感測電容器元件的示意性橫截面側視圖。

圖4b為根據本發明所述的一個示例性實施方案的示例性力感測電容器元件的示意性橫截面側視圖。

圖5a為根據本發明所述的一個示例性實施方案的示例性力感測電容器元件通過排布結構150的假想平面的示意性橫截面頂視圖。

圖5b為根據本發明所述的一個示例性實施方案的示例性力感測電容器元件通過排布結構150的假想平面的示意性橫截面頂視圖。

圖6a為根據本發明所述的一個示例性實施方案的示例性力感測電容器元件的示意性橫截面側視圖。

圖6b為根據本發明所述的一個示例性實施方案的示例性力感測電容器元件的示意性橫截面側視圖。

圖7為根據本發明所述的一個示例性實施方案的示例性力感測電容器元件通過排布結構150的假想平面的示意性橫截面頂視圖。

在說明書和附圖中重複使用的參考符號旨在表示本公開相同或類似的特徵或元素。如本文所用，應用於數值範圍的字詞「介於…之間」包括該範圍的端值，除非另外指明。應當理解，本領域的技術人員可設計出落在本公開原理的範圍和實質內的許多其它的修改和實施方案。附圖可不按比例繪製。

除非另外指明，否則本文所使用的所有科學和技術術語具有在本領域中所普遍使用的含義。本文提供的定義旨在有利於理解本文頻繁使用的某些術語，並無限制本公開範圍之意。

除非另外指明，否則說明書和權利要求書中使用的表示結構特徵尺寸、數量和物理特性的所有數字應理解為在所有情況下均由術語「約」修飾。因此，除非有相反的說明，否則在上述說明書和所附權利要求中列出的數值參數均為近似值，這些近似值可根據本領域的技術人員利用本文所公開的教導內容來尋求獲得的期望性能而變化。

由端值表述的數值範圍包括該範圍內的所有數字(例如1至5包括1、1.5、2、2.75、3、3.80、4和5)以及該範圍內的任何範圍。

本說明書和所附權利要求書中所用的單數形式「一種」、「一個」和「所述」均涵蓋具有多個指代物的實施方案，除非上下文以其它方式清晰的表示。如本說明書和所附權利要求書中使用的術語「或」一般以其包括「和/或」的意義使用，除非上下文以其它方式清晰的表示。

在整個本公開中，如果一個表面與另一個表面接觸，則兩個表面固有地面向彼此。

具體實施方式

根據本發明所述的可變形膜的一個實施方案包括：第一層，該第一層具有第一主表面和第二主表面；第二層，該第二層具有第一主表面和第二主表面；第三層，該第三層具有第一主表面和第二主表面，並且插置在第一層的第二主表面和第二層的第二主表面之間；第一排布結構，該第一排布結構包括多個第一結構以及對應的第一空隙區域，並且該第一排布結構插置在第一層的第二主表面和第三層的第一主表面之間，其中每個第一結構具有面向第一層的第二主表面的第一表面和面向第三層的第一主表面的第二表面；以及第二排布結構，該第二排布結構包括多個第二結構以及對應的第二空隙區域，並且該第二排布結構插置在第二層的第二主表面和第三層的第二主表面之間，其中每個第二結構具有面向第二層的第二主表面的第一表面和面向第三層的第二主表面的第二表面；並且其中i)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊，或者ii)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊。在一些實施方案中，多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與第二結構的第一表面中的一者或多者重疊。在其它實施方案中，多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與第二結構的第二表面中的一者或多者重疊。在一些實施方案中，多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與第二結構的第一表面中的一者或多者重疊。在其它實施方案中，多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、約10％至約50％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與第二結構的第二表面中的一者或多者重疊。在一些實施方案中，多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面和第二表面，該第一表面和該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與第二結構的第一表面中的一者或多者重疊。在一些實施方案中，多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面和第二表面，該第一表面和該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與第二結構的第二表面中的一者或多者重疊。在一些實施方案中，多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面和第二表面，該第一表面和該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與第二結構的第一表面和第二表面中的一者或多者重疊。在一些實施方案中，第一層、第二層和第三層中的至少一個可基本上為平面的，即平面基板。在另一個實施方案中，第一層、第二層和第三層可基本上為平面的。若干具體但非限制性的實施方案如圖1、圖2和圖3a-3c所示。

現在參見圖1，可變形膜100包括具有第一主表面110a和第二主表面110b的第一層110、具有第一主表面120a和第二主表面120b的第二層120、以及具有第一主表面130a和第二主表面130b的第三層130。第三層130插置在第一層110的第二主表面110b和第二層120的第二主表面120b之間。第三層在本文中也稱為中心腹板。可變形膜100還包括第一排布結構140，該第一排布結構140包括多個第一結構142及對應的第一空隙區域144，其插置在第一層110的第二主表面110b和第三層130的第一主表面130a之間。每個第一結構142具有面向第一層110的第二主表面110b的第一表面142a以及面向第三層130的第一主表面130a的第二表面142b。可變形膜100還包括第二排布結構150，該第二排布結構150包括多個第二結構152及對應的第二空隙區域154，其插置在第二層120的第二主表面120b和第三層130的第二主表面130b之間。每個第二結構152具有面向第二層120的第二主表面120b的第一表面152a以及面向第三層130的第二主表面130b的第二表面152b。第一排布結構140的多個第一結構142的位置布置方式相對於第二排布結構150的多個第二結構152被限定為使得滿足下列兩個標準中的至少一個：i)多個第一結構142中的約1％至約99％具有第一表面142a，該第一表面142a各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構152的第一表面152a中的一者或多者或第二表面152b中的一者或多者重疊，或者ii)多個第一結構142中的約1％至約99％具有第二表面142b，該第二表面142b各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構152的第一表面152a中的一者或多者或第二表面152b中的一者或多者重疊。圖1的可變形膜可表示在長度方向(側向維度)上進一步延伸的可變形膜的一部分。進一步參見圖1，區域161表示通過第一結構142的可變形膜的厚度方向的突起，所述第一結構142具有第一表面142a和第二表面142b，該第一表面142a和第二表面142b各自沿可變形膜的厚度方向與第二結構152的第一表面152a和第二表面152b均重疊。進一步參見圖1，區域162表示通過第一結構142的可變形膜的厚度方向的突起，第一結構142具有第一表面142a和第二表面142b，該第一表面142a和第二表面142b各自與第二結構152的所有第一表面152a和所有第二表面152b偏置，由此使得沿可變形膜的厚度方向不重疊。如本文所用，對於沿膜的厚度方向與第二結構的表面例如152a和/或152b「重疊」的第一結構的表面例如142a和/或142b，第一結構的表面至少部分地與第二結構的表面重疊。為了更清楚起見，對於與第二結構的表面重疊的第一結構的表面，無需第一結構的整個表面與第二表面的整個表面重疊。在一些實施方案中，第一結構的表面例如142a和/或142b與第二結構的表面例如152a和/或152b重疊的量將根據各個第一結構而不同，取決於相對於第二結構的尺寸、密度和位置布置方式的第一結構的尺寸、密度和位置布置方式。在一些實施方案中，第一結構的整個表面例如142a和/或142b可沿可變形膜的厚度方向與第二結構的表面例如152a和/或152b重疊。

圖2更詳細地示出圖1的切口190，包括第一層110、第二層120、第三層130、第一排布結構140的第一結構142和第一空隙區域144、以及第二排布結構150的第二結構152和第二空隙區域154。示出可變形膜100中包括的各種元件的厚度ti、高度hi以及最近鄰第一結構之間的距離wi。第一層110、第二層120和第三層130分別具有厚度t1、t2和t3。本公開的可變形膜就厚度t1、t2和t3而言沒有具體限制，但一些厚度t1、t2和t3可能是特別有利的。厚度t1、t2和t3可各自為例如大於約5微米、大於約10微米、大於約20微米、大於約30微米、大於約40微米、或甚至大於約50微米；小於約250、小於約225微米、小於約200微米、小於約175微米、或甚至小於150微米。厚度t1、t2和t3可各自例如介於約5微米和約250微米之間、介於約10微米和200微米之間、介於約15微米和約140微米之間、介於約20微米和約130微米之間、或甚至介於約25微米和約100微米之間。可變形膜100的總厚度由to表示。to根據t1、t2、t3、h1和h2的選擇而變化。本公開的可變形膜就總厚度to而言沒有具體限制。在一些實施方案中，to介於約50微米和約2mm之間；在一些實施方案中，介於約100微米和約1mm之間；在一些實施方案中，介於約150微米和約550微米之間；並且在一些實施方案中，介於約200微米和約500微米之間。

第一層110、第二層120和第三層130可由具有較寬範圍的楊氏模量的材料製成。第一層110、第二層120和第三層130可具有介於例如約0.1mpa和約100gpa之間的楊氏模量。每層楊氏模量的選擇基於可變形膜100的最終應用要求，其隨後可決定可變形膜100的設計標準。在一些實施方案中，可能需要第一層110、第二層120和第三層130中的一者或多者的楊氏模量相對較高，以提供相對剛性的層(例如，具有介於約50gpa和約100gpa的楊氏模量的玻璃層)。在一些實施方案中，第一層110、第二層120和第三層130中的一者或多者的楊氏模量可大於約0.05gpa、大於約0.1gpa或甚至大於約1gpa；小於約100gpa、小於約10gpa或甚至小於約5gpa。楊氏模量可介於約0.05gpa和約10gpa之間、介於約0.1gpa和約10gpa之間、介於約1gpa和10gpa之間或甚至介於約1gpa和約5gpa之間。在其它實施方案中，可能需要第一層110、第二層120和第三層130中的一者或多者的楊氏模量相對較低，以提供相對柔性的層(例如，具有介於0.5mpa和5mpa之間的楊氏模量的彈性體，例如矽氧烷彈性體玻璃層)。在一些實施方案中，第一層110、第二層120和第三層130中的一者或多者的楊氏模量可大於約0.1mpa、大於約1.0mpa、大於約2.0mpa、大於約5.0mpa或甚至大於約10mpa；小於約50mpa、小於約40mpa或甚至小於約30mpa。楊氏模量可介於約0.1mpa和約0.05gpa之間、介於約1mpa和約40mpa之間、介於約2mpa和約30mpa之間或甚至介於約3mpa和約25mpa之間。在一些實施方案中，第三層的楊氏模量小於第一層和第二層的楊氏模量中的至少一者。

第一層110、第二層120和第三層130可為電介質材料，例如可包括陶瓷和聚合物材料(熱塑性塑料、熱塑性彈性體和熱固性材料，包括玻璃狀熱固性材料和彈性體熱固性材料，即橡膠和泡沫(包括泡沫橡膠))。合適的陶瓷材料包括但不限於玻璃、二氧化鈦、鈦酸鋇、五氧化二鉭、藍寶石等。合適的聚合物材料包括但不限於聚酯(例如，聚對苯二甲酸乙二醇酯和聚萘二甲酸乙二醇酯)、芳族聚醯胺聚合物、聚碳酸酯、聚醯亞胺、聚醯胺(例如，尼龍6,6)、聚亞烷基(例如，聚乙烯和聚丙烯)、聚醚碸、聚醚醚酮(peek)、聚亞芳基醚腈(pen)、聚丙烯酸酯(例如，丙烯酸類或丙烯酸聚合物)、聚苯乙烯、含氟聚合物(例如，氟塑料和含氟彈性體)和橡膠(例如，乙烯丙烯二烯單體橡膠(在本文中也稱為epdm橡膠)、矽氧烷、氯丁橡膠、異戊二烯、天然橡膠等)、環氧樹脂、聚氨酯等。第一層110、第二層120和第三層130中的兩個或更多個可包含相同的材料，即可由相同的材料製成。在一些實施方案中，所有三個層包含相同的材料。在其它實施方案中，第一層、第二層和第三層中的每個可為不同的材料。第一層110、第二層120和第三層130中的每個可包含以共混物或複合材料或層合體的形式的多種材料。層合體被定義為連接到一起以形成單一結構的兩個或更多個材料片。在一些實施方案中，第一層110、第二層120和第三層130中的一者或多者不是層合體。

對於第一層、第二層、第三層、多個第一結構和多個第二結構中的任一個特別有用的材料為矽氧烷彈性體。矽氧烷材料能夠被製成包括根據例如美國專利申請公布2013/040073(pett等人)所述的結構。

第一結構142和第二結構152分別具有高度h1和h2。本公開的可變形膜就高度h1和h2而言沒有具體限制，但一些高度h1和h2可能是特別有利的。高度h1和h2可各自例如大於約5微米、大於約10微米、大於約20微米、大於約30微米、大於約40微米、大於約50微米、大於約100微米、大於約250微米、大於約500微米；小於約1毫米、小於約500微米、小於約250微米、小於約175微米、或甚至小於150微米。每個高度h1和h2可例如介於約5微米和約1mm之間、介於約10微米和約500微米之間、介於約15微米和約250微米之間、介於約25微米和約150微米之間、介於約40微米和約125微米之間、介於約45微米和約110微米之間、或甚至介於約50微米和約100微米之間。在其製造工藝的正常公差內，第一結構142的高度h1可全部相同。在這些實施方案中，第一層110和第三層130基本上彼此平行。高度h1可變化，各個第一結構142的高度h1處於所有高度h1的平均值的約30％、約20％、約10％或甚至約5％內。在其中高度h1在可變形膜的區域上系統性減縮的實施方案中，高度h1的變化可引起第一層110和第三層130之間距離的變化，並且這兩層可並非基本上彼此平行，並且第一層110和第二層120也可並非基本上彼此平行。在其製造工藝的正常公差內，第二結構152的高度h2可全部相同。在這些實施方案中，第二層120和第三層130基本上彼此平行。高度h2可變化，各個第二結構152的高度h2處於所有高度h2的平均值的約30％、約20％、約10％或甚至約5％內。在其中高度h2在可變形膜的區域上系統性減縮的實施方案中，高度h2的變化可引起第二層120和第三層130之間距離的變化，並且這兩層可並非基本上彼此平行，並且第二層120和第一層110也可並非基本上彼此平行。在一些實施方案中，第一層110、第二層120和第三層130可基本上彼此平行。第一層110可基本上平行於第二層120。第一層110可基本上平行於第三層130。第二層120可基本上平行於第三層130。

第一層、第二層和第三層中的至少一者和第一排布結構的多個第一結構和第二排布結構的多個第二結構中的至少一者可包括填料顆粒。填料包括但不限於有機或無機顆粒或纖維、增塑劑、加工助劑、熱或紫外/可見光抑制劑、阻燃劑。

本公開的可變形膜就寬度w1和w2而言沒有具體限制，但一些寬度w1和w2可能是特別有利的。第一結構142具有寬度w1。寬度w1可為例如大於約5微米、大於約10微米、大於約20微米、大於約30微米、大於約40微米或甚至大於約50微米；小於約5mm、小於約1mm、小於約0.5mm、或甚至小於約0.25mm。寬度w1可例如介於約5微米和約5mm之間、介於約10微米和約1mm之間、介於約10微米和約1mm之間、介於約20微米和約0.5mm之間、介於約30微米和約0.25mm之間或甚至介於約40微米和約200微米之間。第一結構142的寬度w1在其製造工藝的正常公差內可全部相同，或者可在上述尺寸範圍內變化。

多個第一結構的平均寬度，即每個第一結構的各個平均寬度的總合(各個第一結構的平均寬度為跨整個第一結構的寬度的角平均值)除以第一結構的數量，可例如大於約5微米、大於約10微米、大於約20微米、大於約30微米、大於約40微米或甚至大於約50微米；小於約5mm、小於約1mm、小於約0.5mm、或甚至小於約0.25mm。多個第一結構的平均寬度可例如介於約5微米和約5mm之間、介於約10微米和約1mm之間、介於約10微米和約1mm、介於約20微米和約0.5mm之間、介於約30微米和約0.25mm或甚至介於約40微米和約200微米之間。當多個第一結構包括具有變化的寬度的一個或多個第一結構例如錐形結構時，每個結構的寬度被視為結構的最窄部分和最寬部分的平均值。

寬度w3表示最近鄰第一結構142之間的距離。本公開的可變形膜就寬度w3而言沒有具體限制。寬度w3可例如大於約20微米、大於約50微米、大於約100微米、大於約200微米、大於約300微米或甚至大於約400微米；小於約20mm、小於約15mm、小於約10mm、小於約5mm、或甚至小於約1mm。寬度w3可例如介於約20微米和約20mm之間、介於約10微米和約1mm之間、介於約20微米和約0.5mm之間、介於約30微米和約0.25mm之間或甚至介於約40微米和約200微米之間。寬度w3在其製造工藝的正常公差內可全部相同，或者可在上述尺寸範圍內變化。

最近鄰第一結構之間的平均距離，即相鄰第一結構之間的各個距離的總和w3除以第一結構的數量，可例如大於約20微米、大於約50微米、大於約100微米、大於約200微米、大於約300微米或甚至大於約400微米；小於約20mm、小於約15mm、小於約10mm、小於約5mm、或甚至小於約1mm。最近鄰第一結構之間的平均距離可例如介於約20微米和約20mm之間、介於約10微米和約1mm之間、介於約20微米和約0.5mm之間、介於約30微米和約0.25mm或甚至介於約40微米和約200微米之間。當多個第一結構包括具有變化的寬度的一個或多個第一結構例如錐形結構時，形成最近鄰第一結構(它們之間具有變化的距離)之間的一個或多個距離，最近鄰第一結構之間的距離被視為最近鄰第一結構之間距離的最窄部分和最寬部分的平均值。每個第一結構被視為具有單個最近鄰結構。如果給定的第一結構具有兩個或更多個最近鄰第一結構，該兩個或更多個最近鄰第一結構與給定的第一結構分開相同的距離，在確定上述平均值時僅計算一個最近鄰的距離。

第二結構152具有寬度w2。寬度w2可例如大於約5微米、大於約10微米、大於約20微米、大於約30微米、大於約40微米或甚至大於約50微米；小於約10mm、小於約5mm、小於約1mm、小於約0.5mm、或甚至小於約0.25mm。寬度w2可例如介於約5微米和約10mm之間、介於約10微米和約1mm之間、介於約20微米和約0.5mm之間、介於約30微米和約0.25mm之間或甚至介於約40微米和約200微米之間。第二結構152的寬度w2在其製造工藝的正常公差內可全部相同，或者可在上述尺寸範圍內變化。

多個第二結構的平均寬度，即每個第二結構的各個平均寬度的總合(各個第二結構的平均寬度為跨整個第二結構的寬度的角平均值)除以第二結構的數量，可例如大於約5微米、大於約10微米、大於約20微米、大於約30微米、大於約40微米或甚至大於約50微米；小於約5mm、小於約1mm、小於約0.5mm、或甚至小於約0.25mm。多個第二結構的平均寬度可例如介於約5微米和約5mm之間、介於約10微米和約1mm之間、介於約10微米和約1mm、介於約20微米和約0.5mm之間、介於約30微米和約0.25mm或甚至介於約40微米和約200微米之間。當多個第二結構包括具有變化的寬度的一個或多個第二結構例如錐形結構時，每個結構的寬度被視為結構的最窄部分和最寬部分的平均值。

在一些實施方案中，多個第一結構的平均寬度和多個第二結構的平均寬度介於約5微米和約5毫米之間。在其它實施方案中，多個第一結構的平均寬度約等於多個第二結構的平均寬度。在其它實施方案中，多個第一結構的平均寬度比多個第二結構的平均寬度大至少25％。

在一些實施方案中，多個第一結構的平均寬度和多個第二結構的平均寬度介於約5微米和約5毫米之間。在一些實施方案中，多個第一結構的平均寬度約等於多個第二結構的平均寬度。在一些實施方案中，多個第一結構的平均寬度比多個第二結構的平均寬度大至少10％、至少25％、至少50％、至少75％、或甚至至少100％。在其它實施方案中，多個第二結構的平均寬度比多個第一結構的平均寬度大至少10％、至少25％、至少50％、至少75％、或甚至至少100％。

寬度w4表示最近鄰第二結構152之間的距離。本公開的可變形膜就寬度w4而言沒有具體限制。寬度w4可例如大於約20微米、大於約50微米、大於約100微米、大於約200微米、大於約300微米或甚至大於約400微米；小於約20mm、小於約15mm、小於約10mm、小於約5mm、或甚至小於約1mm。寬度w4可例如介於約20微米和約20mm之間、介於約10微米和約1mm之間、介於約20微米和約0.5mm之間、介於約30微米和約0.25mm之間或甚至介於約40微米和約200微米之間。寬度w4在其製造工藝的正常公差內可全部相同，或者可在上述尺寸範圍內變化。

最近鄰第二結構之間的平均距離，即相鄰第二結構之間的各個距離的總和w4除以第二結構的數量，可例如大於約20微米、大於約50微米、大於約100微米、大於約200微米、大於約300微米或甚至大於約400微米；小於約20mm、小於約15mm、小於約10mm、小於約5mm、或甚至小於約1mm。最近鄰第二結構之間的平均距離可例如介於約20微米和約20mm之間、介於約10微米和約1mm之間、介於約20微米和約0.5mm之間、介於約30微米和約0.25mm或甚至介於約40微米和約200微米之間。當多個第二結構包括具有變化的寬度的一個或多個第一結構例如錐形結構時，形成最近鄰第二結構(它們之間具有變化的距離)之間的一個或多個距離，最近鄰第二結構之間的距離被視為最近鄰第二結構之間距離的最窄部分和最寬部分的平均值。每個第二結構被視為具有單個最近鄰結構。如果給定的第二結構具有兩個或更多個最近鄰第二結構，該兩個或更多個最近鄰第二結構與給定的第二結構分開相同的距離，在確定上述平均值時僅計算一個最近鄰的距離。

本公開就第一結構和第二結構的平面內形狀(或者換句話講，第一表面142a和152a以及第二表面142b和152b的形狀)而言沒有具體限制。可用形狀的示例包括圓形、橢圓形、矩形(包括正方形)、三角形、平行四邊形(包括菱形)、短線形狀、弧形或自由形狀。第一結構和第二結構的側向形狀不需要為實心的。它們可包括一個或多個內部空隙。包括單個內部空隙的側向形狀的一個示例為環。第一結構的形狀和第二結構的形狀不需要是相同的。第一表面142a和152a以及第二表面142b和152b的形狀的一部分或全部可完全相同。第一表面142a和152a以及第二表面142b和152b的形狀的一部分或全部可不同。

第一結構和第二結構的體形狀沒有具體限制。第一結構的體形狀和第二結構的體形狀可為例如旁面三角臺中的至少一種，例如圓柱體、橢圓柱、截稜錐、平行六面體、穹頂、截頂穹頂、球體、截球體、橢球體、截頂橢球體、稜錐、楔形體或稜柱中的任一種。第一結構的體形狀和第二結構的體形狀可包括但不限於立方體的、圓柱體的、稜柱的、稜錐的、截稜錐的、圓錐的、截頂圓錐的、橢圓的、球狀的、半球狀的或它們的組合。多個第一結構和多個第二結構的體形狀可為平行六面體，例如長方體。第一結構和第二結構的體形狀的一部分或全部可完全相同。第一結構和第二結構的形狀的一部分或全部可不同。對於至少第一結構，包括不同的第一表面區域和第二表面區域的體形狀，例如截稜錐的和截頂圓錐的，可導致以下狀況，其中沿第一表面的可變形膜的厚度方向上，第一結構的第一表面與第二結構的第一表面和第二表面中的至少一者的重疊可不同於第一結構的第二表面與第二結構的第一表面和第二表面中的至少一者的重疊。如果第二結構或第一結構和第二結構兩者具有包括不同的第一表面區域和第二表面區域的體形狀，則可發生類似的情況。

第一結構和第二結構可為電介質材料，例如陶瓷或聚合物材料(熱塑性彈性體和熱固性材料，包括玻璃狀熱固性材料和彈性體熱固性材料，即橡膠)。合適的陶瓷材料和聚合物材料包括但不限於針對第一層110、第二層120和第三層130所述的那些。

第一排布結構的第一結構的至少一部分與第二排布結構的第二結構的至少一部分可為隔離的分立結構，即，各個結構的任何部分均未連接至不同的各個結構的另一部分，如圖1所示，通過例如三維印刷方法製成。第一排布結構的第一結構的至少一部分和第二排布結構的第二結構的至少一部分可為連接的分立結構，即通過下陷區域連接的分立結構，該下陷區域具有的高度比所述結構的高度小至少約75％、至少約50％、至少約25％、至少約10％或甚至至少約5％，其由例如壓印或微複製方法製成。在一些實施方案中，涵蓋下陷區域和第一排布結構的多個第一結構以及第二排布結構的多個第二結構對應部分的平面膜可為第三層。相對於第一結構和第二結構的第一表面或第二表面之間重疊的定義，給定排布結構中兩個結構之間的下陷區域不視為各個結構的一部分並且不視為結構。

除了前述對於第一結構和第二結構的表面沿可變形膜的厚度方向上的重疊要求以外，本公開就第一排布結構的第一結構的位置布置方式(即第一排布結構的第一結構的位置或圖案)以及第二排布結構的第二結構的位置布置方式而言沒有具體限制。第一排布結構的第一結構和第二排布結構的第二結構中的一者或兩者的位置布置方式可包括一個或多個陣列，該一個或多個陣列包括一系列重複的位置網格，其包括但不限於正方形陣列、三角形陣列、矩形(非正方形)陣列、六邊形陣列等。可使用陣列即圖案的組合。在一些實施方案中，第一排布結構的第一結構按照包括一系列重複的位置網格的第一陣列進行布置。在一些實施方案中，第一排布結構的第二結構按照包括一系列重複的位置網格的第二陣列進行布置。在一些實施方案中，第一排布結構的第一結構按照包括一系列重複的位置網格的第一陣列進行布置，並且第一排布結構的第二結構按照包括一系列重複的位置網格的第二陣列進行布置。在其它實施方案中，包括一系列重複的位置網格的第一陣列和包括一系列重複的位置網格的第二陣列為相同的陣列。

多個第一結構的第一排布結構和多個第二結構的第二排布結構的位置布置方式可為部分隨機的結構位置布置方式或完全隨機的結構位置布置方式。部分隨機的結構位置布置方式可由將一個結構置於每個部分隨機的位置布置方式而形成，所述部分隨機的位置通過例如下列方法確定。該位置可由首先提供呈相同的規則陣列形式的第一結構和第二結構的起始排布結構來生成，所述相同的規則陣列具有介於相鄰起始位置之間的特徵重複距離p(例如，正方形陣列，其中p為位置之間的間距)。接著，在部分隨機化步驟中，每個起始位置可在介於0度和360度之間的隨機方向上平移隨機距離d。在一些實施方案中，d小於p。然後通過將結構置於部分隨機位置中的至少一部分的每個中，形成部分隨機的結構排布結構。通過類似的系列步驟可生成完全隨機的結構排布結構，不同的是每個結構的位置布置方式是完全隨機的，由本領域中已知的計算機算法生成。在一些實施方案中，第一排布結構的第一結構和第二排布結構的第二結構中的至少一者按照至少部分隨機的結構位置布置方式進行布置。在一些實施方案中，第一排布結構的多個第一結構和第二排布結構的多個第二結構按照至少部分隨機的位置布置方式進行布置。

第一排布結構的第一結構相對於第二排布結構的第二結構的空間構型受前文所述的沿第一結構和第二結構的表面的可變形膜的厚度方向的重疊要求的限制。存在許多變量可影響給定的結構表面之間的重疊，其包括但不限於：由第一結構142和第二結構152的尺寸和形狀確定的第一表面142a和142b的尺寸與形狀以及第二表面152a和152b的尺寸與形狀，針對各組表面142a、142b、152a、152b定義的填充因數fi(見下列公式)，第一排布結構的第一結構和第二排布結構的第二結構的位置布置方式以及第一排布結構相對於第二排布結構的空間構型。本領域的技術人員可認識到存在通過相應地調整這些變量中的一個或多個來達到滿足重疊要求的多種空間構型的多種方式。

fn：表示特定組的n個結構(第一結構或第二結構)的特定組表面(第一表面或第二表面)的填充因數。該值可以用百分比來表示。

i：表示可變形膜的表面區域a內的一個結構(第一結構或第二結構)。

ai：表示特定結構i(第一結構或第二結構)的特定表面(第一表面或第二表面)。

n：表示可變形膜的表面區域a內給定的結構排布結構中的結構數量，即第一結構或第二結構的數量。

在一些實施方案中，可使用介於多個第一結構142的第一排布結構140相對於第二結構152的第二排布結構150之間的至少部分隨機化空間構型。優選地，第一排布結構(從可變形膜的一個主表面觀察或呈現時，由第一結構的形狀和位置描述)不同於第二排布結構(從可變形膜的相同主表面觀察或呈現時，由第二結構的形狀和位置描述)。為保持可壓縮膜的不同壓縮區區域的可壓縮性的相對均勻度(例如，根據包含至少10個結構的壓縮區，或包含至少100個結構的壓縮區來衡量)，最小化第一結構與第二結構重疊比例的波動非常重要。對於本發明所公開的可變形膜，一類用於確定不同壓縮區區域的可壓縮性的均勻度的方法包括在製造膜時精確控制每一個第一結構和每一個第二結構的位置，第一結構的位置與第二結構的位置高度相關，並且因此工程化第一結構和第二結構的重疊表面與非重疊表面的位置配置。此類第一結構的位置和第二結構的位置的精確控制也稱為同時控制，可呈現顯著的製造挑戰，具體取決於排布結構的設計和構造的材料。具體地，兩種排布結構之間可被描述為非零相移的位置誤差可導致沿膜的厚度方向上第一結構與第二結構重疊的預期比例的偏差。此類相移可導致給定壓縮區內第一結構與第二結構重疊的比例增加，而其它相移可導致給定壓縮區內第一結構與第二結構重疊的比例減小。在第二類確保不同壓縮區區域的可壓縮性的均勻度的方法中，第一排布結構和第二排布結構被設計成使得兩種排布結構之間的相移不導致多個壓縮區區域內第一結構與第二結構重疊的比例發生較大變化。在該第二類方法中，第一排布結構和第二排布結構並非高度相關。較低的相關度降低了對製造中精確控制第一排布結構和第二排布結構之間的相位關係的要求。較低的相關度可通過多種不同的方式來形成，並且本公開不限於用於在第一排布結構和第二排布結構之間實現低相關性的方法。在第二類方法之一中，第二結構的第二排布結構相對於第一結構的第一排布結構的空間構型可由第一結構的第一排布結構的旋轉來確定。更具體地，偏角可被限定在第一結構的第一排布結構和第二結構的第二排布結構之間，其中兩種排布結構僅相差偏角。如果第一結構的形狀和/或尺寸不同於第二結構的形狀和/或尺寸，則第一結構的位置(例如，質心)可根據第一位置的第一圖案進行限定，並且第二結構的位置(例如，質心)可根據第二位置的第二圖案進行限定，其中兩個位置(例如，質心)的圖案僅相差一個偏角。形成偏角的第一排布結構相對於第二排布結構的旋轉點可取自例如第一排布結構的中心或接近中心處的第一結構。形成偏角的第一排布結構相對於第二排布結構的旋轉點可取自例如第一排布結構的邊緣或接近邊緣處的第一結構。形成偏角的第一排布結構相對於第二排布結構的旋轉點可取自例如第一排布結構的拐角或接近拐角處的第一結構。形成偏角的第一排布結構相對於第二排布結構的旋轉點可取自結構之間的任一個位置。

第一重複的位置網格和第二重複的位置網格相差非零偏角。該偏角可大於約5度、大於約10度、大於約20度、大於約30度、大於約40度、大於約50度；小於約175度、小於約150度、小於約125度、小於約100度、小於約85度、小於約75度或甚至小於約60度。該偏角可介於約5度和約175度之間、介於約10度和150度之間、介於約10度和約120度之間、介於約10度和約100度之間或甚至介於約10度和約80度之間。

對於每個可變形膜，每個第一結構分別具有基於第一組第一表面和第二組第一表面的第一填充因數和第二填充因數，並且每個第二結構分別具有基於第一組第二表面和第二組第二表面的第一填充因數和第二填充因數。在可變形膜或包括可變形膜的力感測電容器元件的給定區域中，例如具有至少10個第一結構和至少10個第二結構的可壓縮區域(或例如具有至少100個第一結構和至少100個第二結構的可壓縮區域)，給定的填充因數可大於約1％、大於約2％、大於約5％、大於約7％、或甚至至少約10％；小於90％、小於約75％、小於約50％、小於45％、小於30％或甚至小於約25％。在一些實施方案中，填充因數可介於約1％和約90％之間、介於約1％和約75％之間、介於約1％和約60％之間、介於約2％和約50％之間、介於約5％和約45％之間、介於約7％和30％或甚至介於約10％和25％之間。用於限定第一填充因數的力感測電容器元件的可變形膜的區域具有的表面積可大於約1％、大於約5％、大於約10％、大於約20％、大於約30％、大於約40％或甚至大於約50％的可變形膜或力感測電容器元件的總表面積；小於約99％、小於約95％、小於約90％、小於約80％、小於約70％或甚至小於約60％的可變形膜或力感測電容器元件的總表面積。在一些實施方案中，第一結構的第一填充因數和第二填充因數中的至少一者介於約1％和約60％之間，並且第二結構的第一填充因數和第二填充因數中的至少一者介於約1％和約60％之間。在一些實施方案中，第一結構的第一填充因數和第二填充因數中的至少一者介於約2％和約50％之間，並且第二結構的第一填充因數和第二填充因數中的至少一者介於約2％和約50％之間。在一些實施方案中，第一結構的第一填充因數和第二填充因數中的至少一者介於約5％和約45％之間，並且第二結構的第一填充因數和第二填充因數中的至少一者介於約2％和約45％之間。

第一排布結構140的第一結構142和第二排布結構150的第二結構152的數量沒有具體限制並且可基於最終用途要求進行選擇。由於可變形膜可用於力感測電容器元件中(可用於例如觸控螢幕顯示器中)，因此觸控螢幕顯示器的解析度要求可決定力感測電容器元件的解析度要求並隨後決定設計方式，例如第一結構和第二結構的數量、第一結構和第二結構的圖案以及第一結構和第二結構的尺寸。第一結構142和一種或多種第二結構152的面密度可各自大於約0.04個結構/cm2、大於約1個結構/cm2、大於約10個結構/cm2、大於約100個結構/cm2或甚至大於約1000個結構/cm2；小於約1000000個結構/cm2、小於約500000個結構/cm2、小於約100000個結構/cm2、小於約50000個結構/cm2或甚至小於約10000個結構/cm2。

圖3a至圖3c為通過示例性可變形膜的排布結構150的假想平面的示意性橫截面頂視圖示。該平面可延伸通過第二結構152的第一表面152a或第二表面152b，如圖1a所述，並且該平面與各組表面的相交處以實線表示，例如圖3a至圖3c所示的實線圓圈。第一結構142的第一表面142a或第二表面142b在平面上的突起，如圖1a所示，用虛線例如圖3a至圖3c中的虛線圓圈表示。在後續討論中，每個第一結構和每個第二結構的形狀為圓柱體。因此，每個第一結構的第一表面和第二表面的形狀(圓形)和面積全部相同，並且每個第二結構的第一表面和第二表面的形狀(圓形)和面積全部相同。這些附圖舉例說明第一結構的第一表面或第二表面與第二結構的第一表面或第二表面中的一者或多者重疊的量如何隨填充因數的改變而改變，在本例中隨第一結構和/或第二結構的直徑的改變而改變。在圖3a至圖3c中，第一結構的第一排布結構和第二結構的第二排布結構之間的空間構型可通過下列方式獲得。首先，第一結構的第一排布結構和第二結構的第二排布結構均被限定為結構的正方形網格陣列，各自具有300微米的相同間距，即最近鄰特徵結構的質心之間的距離。為生成兩個陣列，可採取一系列設計步驟。首先，將兩個陣列對準，使得每個第一排布結構的第一結構沿可變形膜的厚度方向與第二排布結構的第二結構對準。每個第一結構的圓形表面的中心點與第二結構的圓形表面的中心點對準。然後將第二結構的第二排布結構相對於第一結構的第一排布結構偏置即旋轉45度，以獲得具有較低相關度的期望的空間構型。第二結構陣列內旋轉軸的位置可隨機選擇。在圖3a至圖3c所示的實施方案中，旋轉軸取自隨機選擇的正方形網格陣列的一個正方形的中心，因此該旋轉軸與結構不重合。圖3a至圖3c僅示出第一結構和第二結構的位置陣列的一部分，並且該圖示中未示出旋轉軸。通過改變第一結構的第一排布結構和第二結構的第二排布結構中的一者或兩者的填充因數，可有意地改變第一結構的第一表面或第二表面沿可變形膜的厚度方向與第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊的分數值。

在可變形膜的示例性實施方案中，圖3a示出假想平面300'的一部分，該部分具有與第二排布結構150'的第二結構152'的第一表面152a'相交的區域a'。在平面300'中，還示出第一排布結構140'(突起)的第一結構142'(突起)的第一表面的突起142a'，並且提供了對第一結構的第一排布結構相對於第二結構的第二排布結構的空間構型的理解。在一些第一結構和第二結構中觀察到第一結構的第一表面(以突起142a'顯示)沿可變形膜的厚度方向與一個或多個第二表面152a'重疊。在該實施方案中，第一結構的直徑被設置為50微米且填充因數為2.2％，並且第二結構的直徑被設置為100微米且填充因數為8.7％。檢查結果顯示，對於具有這些設計參數的膜設計而言，第一結構的第一表面沿可變形膜的厚度方向與第二結構的至少一個第一表面重疊(至少部分地重疊)的比例為約22％。填充因數基於區域a'進行計算，並且a'被選擇為使得可變形膜的區域的填充因數將表示佔具有第一排布結構的結構和第二排布結構的結構的整個可變形膜的值。

在可變形膜的另一個示例性實施方案中，圖3b示出假想平面300″的一部分，該部分具有與第二排布結構150″的第二結構152″的第二表面152b″相交的區域a″。在平面300″中，還示出第一排布結構140″(突起)的第一結構142″(突起)的第二表面的突起142b″，並且提供了對第一結構的第一排布結構相對於第二結構的第二排布結構的空間構型的理解。在一些第一結構和第二結構中觀察到第一結構的第二表面(以突起142a″顯示)沿可變形膜的厚度方向與一個或多個第二表面152b″重疊。在該實施方案中，第一結構的直徑被設置為100微米且填充因數為8.7％，並且第二結構的直徑被設置為150微米且填充因數為19.6％。檢查結果顯示，對於具有這些設計參數的膜設計而言，第一結構的第二表面沿可變形膜的厚度方向與第二結構的至少一個第一表面重疊(至少部分地重疊)的比例為約57％。填充因數基於區域a″進行計算，並且a″被選擇為使得可變形膜的區域的填充因數將表示佔具有第一排布結構的結構和第二排布結構的結構的整個可變形膜的值。

在可變形膜的另一個示例性實施方案中，圖3c示出假想平面300″'的一部分，該部分具有與第二排布結構150″'的第二結構152″'的第二表面152b″'相交的區域a″'。在平面300″'中，還示出第一排布結構140″'(突起)的第一結構142″'(突起)的第一表面的突起142a″'，並且提供了對第一結構的第一排布結構相對於第二結構的第二排布結構的空間構型的理解。在一些第一結構和第二結構中觀察到第一結構(以突起142a″'顯示)沿可變形膜的厚度方向與一個或多個第二表面152b″'重疊。在該實施方案中，第一結構的直徑被設置為150微米且填充因數為19.6％，並且第二結構的直徑被設置為200微米且填充因數為34.9％。檢查結果顯示，對於具有這些設計參數的膜設計而言，第一結構的第一表面沿可變形膜的厚度方向與第二結構的至少一個第一表面重疊(至少部分地重疊)的比例為約95％。填充因數基於區域a″'進行計算，並且a″'被選擇為使得可變形膜的區域的填充因數將表示佔具有第一排布結構的結構和第二排布結構的結構的整個可變形膜的值。

在使用中，在例如其中包括根據本發明所公開的可變形膜的力感測電容器元件中，可向可變形膜例如100的第一層例如110的第一主表面例如110a施加力。該力被施加在有限的非零區域上。在一個區域上均勻施加的力導致施加的單軸壓力(在本文中也稱為壓應力)。該力壓縮可變形膜100，導致總厚度to減小。該力還迫使第一結構142進入第三層130中，引起第三層130偏轉到一些空隙區域154中，而第二結構152為第三層130提供了支撐。在其中第三層130偏轉的空隙區域154中，第二主表面130b和第二主表面120b之間的距離h2減小。可變形膜100的距離的這一變化可通過所施加的力進行控制。在一些實施方案中，響應於所施加的力的可變形膜100的距離to的改變可與所施加的力成比例。所施加的力和可變形膜100的壓縮即距離to的變化之間受控的依賴性可通過實驗建模例如有限元建模來確定。如下文所詳述，如果適當的電極被定位於可變形膜上或可變形膜內以形成電容器，則電容將隨距離to響應於所施加的力的變化而變化。

其它層可包括在可變形膜中，該可變型膜包括粘合劑層。可用於本公開的可變形膜和力感測電容器元件中的粘合劑包括但不限於壓敏粘合劑和現場固化粘合劑。現場固化粘合劑包括粘合劑-溶劑溶液，其中最終粘合劑在除去溶劑時發粘。現場固化粘合劑可通過包括紫外線或可見光在內的光化輻射得以固化。現場固化粘合劑可通過施加熱量或換句話講提高溫度得以固化(例如，熱固性聚合物)。現場固化粘合劑還可以為溼固化粘合劑。該粘合劑可用於將可變形膜和力感測電容器元件的各層/部件層合到一起。現場固化粘合劑為本發明所公開的可變形膜和力感測電容器元件中的優選粘合劑。可變形構件可為單個一體結構，通過例如傳統的聚合物注塑技術製成。可變形膜的第一層、第二層和/或第三層可通過使用適當的粘合劑層而層合至第一排布結構的第一結構和/或第二排布結構的第二結構。粘合劑層的一部分或全部可相同，即具有相同的化學組成。所有粘合劑層可不同，即全部具有不同的化學組成。

其中一個或多個層附接至一個或多個結構的可變形膜或力感測電容器元件的實施方案不限於通過粘附、粘結或熔融附接材料的任何特定方法。第一排布結構和/或第二排布結構可直接形成於對應的第一層、第二層和/或第三層上。粘合劑可用於將任何電極層合或附著到結合到第一層、第二層和/或第三層的期望的主表面。除粘合劑粘結以外，本公開的可變形膜的層和結構、電極、電容器以及電容式感測元件可通過施加熱量而熔融。

本公開的可變形膜特別適用於力感測電容器元件中，並且前述可變形膜實施方案中的任一個可用於本文所述的力感測電容器元件實施方案中的任一個中。為了利用本發明所公開的可變形膜製造力感測電容器元件，需要將電極例如電極對結合到可變形膜。可變形膜或其部件可用作力感測電容器元件的電介質。電極相對於可變形膜結構的位置與可變形膜的可變形區域重合。單個電容器中的一者或多者的電容將隨可變形膜響應於第一層的第一表面上所施加的力的壓縮而改變。這一施加的力的量值將與可變形膜的尺寸變化的量值相關聯，並且可變形膜的尺寸變化的量值將引起電容發生對應的變化，從而可獲得力感測電容器元件。根據本發明所述的力感測電容器元件可包括多於一個電容器，例如電容器的排布結構或陣列，從而能夠測量力感測電容器元件上力(或換句話講，壓力)的分布(即，測量力或壓力的位置)。

電容器的電容以及電容隨壓縮的變化可使用多種已知的驅動電子器件中的任一種進行測量。如本文所用，與電容器的電容或電容變化相關的術語「測量」可包括估計電容，電容值用法拉來表示。另選地，如本文所用，與電容器的電容或電容變化相關的術語「測量」可包括通過電路中電容器的行為(或者，另選地包括電容器的電路的行為)來間接測定電容器的電容的量值。將本公開所述的電容器附接至測量電容的電路在本文中還被描述為將電容器附接至測量電容的驅動電子器件。已知的電容測量電路的示例報告於例如美國專利申請公布2010/073323(geaghan)、2008/142281(geaghan)、2009/167325(geaghan)和2011/115717(hable等人)中，這幾件專利申請公布均以引用的方式全文併入本文中。電容以及電容隨壓縮的變化是施加於電容器的力(或換句話講，如上文所述，壓力)的間接量度。一般來講，所施加的力或所施加的壓力通過電容器的構造的一種或多種材料的應變而改變電容器的形狀。電容器形狀的改變導致電容的改變。根據本發明所述的電容式感測元件即力感測電容器元件可包括多於一個電容器，例如電容器陣列，從而能夠測量感測電容器元件上力(或換句話講，壓力)的分布(即，測量力或壓力的位置)。根據本發明所述的電容式感測元件可包括間隔開的行和列電極(如美國專利申請公布2013082970(frey等人)的圖2所示，該專利申請公布以引用的方式全文併入本文中)，電極之間的電容可根據已知的互電容檢測方法進行測定，從而測量感測元件上力(或換句話講，壓力)的分布位置(即，測量力或壓力的位置)。在一些實施方案中，前述行電極可嵌入在第一層的第一主表面或第二主表面內或者與第一層的第一主表面或第二主表面鄰近或接觸，並且前述列電極可嵌入在第二層的第一主表面或第二主表面內或者與第二層的第一主表面或第二主表面鄰近或接觸。

在一些實施方案中，根據本發明所述的力感測電容器元件可包括根據前述可變形膜中的任一個的可變形膜；嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸的至少一個第一電極；以及嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸的至少一個第二電極。電壓可施加到第一電極和第二電極之間。所施加的電壓誘導第一電極上產生與第二電極上的電荷相反的電荷。第一電極和第二電極的尺寸沒有具體限制。它們的長度和/或寬度可與可變形膜的第一層和第二層的第一主表面中的至少一者的尺寸相似。第一電極和第二電極中的至少一者可為平面電極。第一電極和第二電極可具有一個或多個電引線，提供電連接至其它電子部件和/或設備的手段。在一些實施方案中，至少一個第一電極包括多個第一電極。在其它實施方案中，至少一個第二電極包括多個第二電極。在其它實施方案中，至少一個第一電極包括多個第一電極並且至少一個第二電極包括多個第二電極。在整個本公開中，如果電極被稱為「嵌入在」層中，它可為完全嵌入，即完全被該層包圍，或者可為部分嵌入，即電極的一部分可凸出在層的主表面之上。在整個本公開中，如果電極被稱為鄰近層的主表面，則該電極可與層的主表面接觸或者一個或多個附加層可被插置在層的電極和主表面之間，其中電極與相鄰附加層的表面接觸。若干具體但非限制性實施方案如圖4a和圖4b所示。

現在參見圖4a，力感測電容器元件400包括如前文所述的可變形膜100、與第一層110的第一主表面110a鄰近或接觸的第一電極410、以及嵌入在第二層120內的第二電極420。現在參見圖4b，力感測電容器元件401包括如前文所述的可變形膜100、嵌入在第一層110內的第一電極410、以及與第二層120的第二主表面120b鄰近或接觸的第二電極420。圖4a和圖4b的力感測電容器元件可表示在長度方向(側向維度)上進一步延伸的力感測電容器元件的一部分。至少一個第一電極和至少一個第二電極可各自為單個電極，其橫跨例如力感測電容器元件的長度(側向維度)和寬度(伸入頁內的維度)中的至少一者的大於20％、大於30％、大於40％、大於50％、大於60％、大於70％、大於80％、大於90％或甚至大於95％。在一些實施方案中，至少一個第一電極和至少一個第二電極可各自為單個電極，其橫跨例如力感測電容器元件的長度(側向維度)和寬度(伸入頁內的維度)中的兩者的大於20％、大於30％、大於40％、大於50％、大於60％、大於70％、大於80％、大於90％或甚至大於95％。在一些實施方案中，至少一個第一電極和至少一個第二電極中的至少一者橫跨力感測電容器元件的整個長度。在另一個實施方案中，至少一個第一電極和至少一個第二電極均橫跨力感測電容器元件的整個長度。在另一個實施方案中，力感測電容器元件包括一個第一電極和一個第二電極。在另一個實施方案中，至少一個第一電極橫跨力感測電容器元件的長度的大於60％、大於70％、大於80％、大於90％或甚至大於95％，並且至少一個第二電極橫跨力感測電容器元件的長度的大於60％、大於70％、大於80％、大於90％或甚至大於95％。在另一個實施方案中，至少一個第一電極橫跨力感測電容器元件的寬度的大於60％、大於70％、大於80％、大於90％或甚至大於95％，並且至少一個第二電極橫跨力感測電容器元件的寬度的大於60％、大於70％、大於80％、大於90％或甚至大於95％。在另一個實施方案中，力感測電容器元件包括一個第一電極和多個第二電極。在另一個實施方案中，力感測電容器元件包括多個第一電極和一個第二電極。在另一個實施方案中，力感測電容器包括多個第一電極和多個第二電極。在需要時，可包括一個或多個電引線以提供至少一個第一電極與其它電子部件和/或設備之間的電通信，並且可包括一個或多個電引線以提供至少一個第二電極與其它電子部件和/或設備之間的電通信。

力感測電容器元件中電極的定位可基於可變形膜的設計和力感測電容器元件的設計標準來選擇。本領域中的技術人員將認識到，可存在許多可用於本發明所公開的力感測電容器元件中的可能的電極配置的組合。代表性但非限制性的實施方案進一步公開於圖5a和圖5b中。與圖3a至圖3c類似，圖5a和圖5b為通過排布結構150的假想平面的示意性橫截面頂視圖，並且包括各種部件，包括第一結構和電極，如平面上的突起所示。這提供了力感測電容器元件的各種部件相對於彼此在假想平面內的排布結構。

在力感測電容器元件的一個示例性實施方案中，圖5a示出假想平面500的一部分，該假想平面500包括如前文所述(圖3c)的假想平面300″'的一部分。圖5a還包括第一電極510'的突起和第二電極520'的突起。第一電極可嵌入在第一層內或者與可變形膜例如圖1a所示的可變形膜100的第一層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸。第二電極可嵌入在第二層內或者與可變形膜例如圖1a所示的可變形膜100的第二層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸。至少一個第一電極和至少一個第二電極可為線或條，其橫跨可變形膜的寬度或可變形膜的長度的大於20％、大於30％、大於40％、大於50％、大於60％、大於70％、大於80％、大於90％、大於95％或甚至全部。在一些方面，至少一個第一電極可橫跨可變形膜的寬度，並且至少一個第二電極可橫跨可變形膜的長度。在其它實施方案中，第一電極和第二電極可為離散的線或墊以及對應的電引線，該電引線提供電連接至其它電子部件和/或設備的手段。如果第一電極和/或第二電極需要電引線，則電引線的位置可對應於第一層和第二層中相應電極的位置，例如，如果第一電極位於第一層的第一主表面上，則對應的電引線將位於第一層的第一主表面上。

在力感測電容器元件的另一個示例性實施方案中，圖5b示出假想平面501的一部分，該假想平面501包括如前文所述(圖3c)的假想平面300″'的一部分。圖5b還包括多個第一電極510″的突起以及對應的電引線515″和第二電極520″的突起。在該實施方案中，多個電極中的每個呈墊狀。多個第一電極及其對應的電引線可嵌入在第一層內或者與可變形膜例如圖1a所示的可變形膜100的第一層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸。第二電極520″的突起指示該第二電極橫跨至少如圖5b所示的平面501的部分的整個區域。第二電極可橫跨力感測電容器元件的長度(側向維度)和寬度(伸入頁內的維度)兩者的大於20％、大於30％、大於40％、大於50％、大於60％、大於70％、大於80％、大於90％、大於95％或甚至全部。在一些實施方案中，第二電極可橫跨力感測電容器元件的長度和寬度中的至少一者的大於20％、大於30％、大於40％、大於50％、大於60％、大於70％、大於80％、大於90％或甚至大於95％。在一些實施方案中，第二電極橫跨力感測電容器元件的整個長度和寬度。在另一個實施方案中，可使用多個第二電極，其中每個第二電極具有大於第一電極的主表面的主表面(如圖5b的突起510″和520″所示)。在該實施方案中，可使用多個第二電極，其中每個第二電極具有對應的電引線，該電引線提供電連接至其它電子部件和/或設備的手段。至少一個第二電極以及任何對應的電引線可嵌入在第二層內或者與可變形膜例如圖1a所示的可變形膜100的第二層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸。

在另一個實施方案中，根據本發明所述的力感測電容器元件可包括：根據前述可變形膜中的任一個的可變形膜；形成至少一個電極對的至少一個第一電極和至少一個第二電極，所述至少一個電極對嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，或者嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，其中至少一個第一電極和至少一個第二電極中的每個由間隙隔開。當存在多於一個電極對時，該至少一個第一電極和該至少一個第二電極之間的間隙可對於所有電極對保持恆定或者可對於一個或多個電極對有差別。在一些實施方案中，該至少一個電極對僅嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，並且任選地，力感測電容器元件可包括第三電極，其中第三電極嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，並且第三電極沿力感測電容器元件的厚度方向與該至少一個第一電極和該至少一個第二電極重疊。在其它實施方案中，該至少一個電極對僅嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，並且任選地，力感測電容器元件可包括第三電極，其中第三電極嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，並且第三電極沿力感測電容器元件的厚度方向與該至少一個第一電極和該至少一個第二電極重疊。在整個本公開中，力感測電容器元件的厚度方向與可變形膜的厚度方向重合。

力感測電容器元件可包括單個電容器或多個電容器。電壓可施加到第一電極和第二電極之間。該電壓誘導第一電極上產生與第二電極上的電荷相反的電荷。第一電極和第二電極的尺寸和形狀以及間隙沒有具體限制，但是間隙必須足夠小以使電極對能夠充當電容器。至少一個第一電極和至少一個第二電極可為平面電極。該至少一個第一電極和該至少一個第二電極可具有一個或多個對應的電引線，其提供電連接至其它電子部件和/或設備的手段。電極對的第一電極和第二電極，各對電極限定了電容器，可電連接至測量電容的電路，在本文中也被描述為電連接或附接至測量電容的驅動電子器件。若干具體但非限制性的實施方案如圖6a、圖6b和圖7所示。

現在參見圖6a，力感測電容器元件600包括如前文所述的可變形膜100以及與第二層120的第二主表面120b鄰近或接觸的電極對，該電極對包括隔開間隙ge的第一電極610p和第二電極610n。在其它實施方案中，形成至少一個電極對的至少一個第一電極和至少一個第二電極，所述至少一個電極對可嵌入在第二層中並且可與第二層的第一主表面鄰近或接觸。在一些實施方案中，至少一個第一電極包括多個第一電極。在一些實施方案中，至少一個第二電極包括多個第二電極。在其它實施方案中，至少一個第一電極包括多個第一電極，並且至少一個第二電極包括多個第二電極。在另一個實施方案中，一個第二電極為用於多個第一電極的電極對。在另一個實施方案中，一個第一電極為用於多個第二電極的電極對。

現在參見圖6b，力感測電容器元件601包括圖6a的力感測電容器元件並且還包括嵌入在第一層110內的任選的第三電極630。

圖6a和圖6b的力感測電容器元件可表示在長度方向(側向維度)上進一步延伸的力感測電容器元件的一部分。

在力感測電容器元件的另一個示例性實施方案中，圖7示出假想平面700的一部分，該假想平面700包括如前文所述(圖3c)的假想平面300″'的一部分。圖7還包括多個第一電極710p'的突起及其對應的電引線715'的突起，以及多個第二電極720n'的突起及其對應的電引線725'的突起。相鄰第一電極710p(未示出，如突起710p'所示)和第二電極720n(未示出，如突起720n'所示)形成電極對。該多個第一電極710p及其對應的電引線715(未示出，如突起715'所示)和該多個第二電極720n及其對應的電引線725(未示出，如突起725'所示)可嵌入在第二層內或者與可變形膜如圖1a所示的可變形膜100的第二層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸。在圖7所示的實施方案中，第二電極720n用作多個第一電極710p的反電極，限定了電極對720n和710p。在其它實施方案中，第一電極710p可用作多個第二電極720n的反電極，限定了電極對710p和720n。

第二電極720n'的突起指示第二電極橫跨如圖7所示的平面700的部分的幾乎整個寬度(垂直方向)。在一些實施方案中，第二電極可橫跨力感測電容器元件的長度(側向維度)和寬度(垂直維度)中的至少一者的大於20％、大於30％、大於40％、大於50％、大於60％、大於70％、大於80％、大於90％、大於95％或甚至100％。

在前述力感測電容器元件的實施方案中的任一個中，其中力感測電容器元件包括至少一個第一電極和至少一個第二電極，該力感測電容器元件還可包括電容測量電路，其中該至少一個第一電極和該至少一個第二電極連接至電容測量電路並且電容測量電路被構造成用於測量至少一個第一電極和至少一個第二電極之間的電容。在前述力感測電容器元件的實施方案中的任一個中，其中力感測電容器元件包括至少一個第一電極、至少一個第二電極和第三電極，該力感測電容器元件還可包括電容測量電路，其中該至少一個第一電極、該至少一個第二電極和該第三電極連接至電容測量電路並且電容測量電路被構造成用於測量該至少一個第一電極和第三電極之間的電容以及該至少一個第二電極和第三電極之間的電容。

本公開的力感測電容器元件中所用的電極可為金屬或金屬合金，其包括但不限於氧化銦錫、鋁、銅、銀和金。本公開的力感測電容器元件中所用的電極可為導電複合材料，該導電複合材料包含一種或多種導電性顆粒、纖維、織造或非織造墊等。導電性顆粒、纖維、織造或非織造墊可包含上述金屬。它們也可以為已塗覆有導電材料的不導電顆粒、纖維、織造或非織造墊，所述導電材料例如金屬，包括但不限於鋁、銅、銀和金。力感測電容器元件中所用的電極可為薄膜的形式，例如金屬薄膜或導電複合材料薄膜。電極的厚度可介於約0.1微米和約200微米之間。厚度可大於約0.5微米、大於約1微米、大於約2微米、大於約3微米、大於約4微米或甚至大於約5微米；小於約50、小於約40微米、小於約30微米、小於約20微米、或甚至小於10微米。電極可通過本領域中已知的技術進行製造，所述技術包括但不限於

通常用於在目前的觸控螢幕顯示器中形成銦錫氧化物跡線的技術以及通常用於在半導體製造中形成金屬線和通路的技術。其它可用於製造電極對的技術包括絲網印刷、柔版印刷、噴墨印刷、光刻、蝕刻和剝離加工。在其中至少一個電極嵌入在第一層、第二層和第三層中的至少一個內的實施方案中，一個或多個通路及對應的金屬互連器例如層的表面上的導電線可用於有利於電接觸一個或多個電極。

本公開的力感測電容器元件可用於各種電子設備中。電子設備包括(1)個人計算機、(2)顯示器和監視器、(3)平板電腦或平板式計算設備、(4)個人電子和/或通信設備諸如例如智慧型電話、數位音樂播放器以及(5)其功能包括創建、存儲或播放數字媒體的任何個人設備。在另一個實施方案中，電子設備包括根據前述實施方案中任一項所述的力感測電容器元件。在另一個實施方案中，觸控螢幕顯示器包括根據前述實施方案中任一項所述的力感測電容器元件。

本公開的可變形膜和力感測電容器元件可利用各種技術通過各種加工順序來製造，這些加工順序可包括本領域中已知的步驟。

在一些實施方案中，可變形膜可在力感測電容器元件的製造過程中「原位」形成。

在製備力感測電容器元件的方法的一個實施方案中，具有第一表面和第二表面及對應的第一空隙區域的多個第一結構的第一排布結構可形成於第三層的第一主表面上；具有第一表面和第二表面及對應的第二空隙區域的多個第二結構的第二排布結構可形成於第三層的第二主表面上；其中該多個第一結構的第二表面面向第三層的第一主表面，並且該多個第二結構的第二表面面向第三層的第二主表面。提供第一層，其中第一層包括至少一個第一電極，該至少一個第一電極嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸。第一層結合到該多個第一結構的第一表面的至少一部分，由此使得第一層的第二主表面面向第一結構的第一表面。提供第二層，其中第二層包括至少一個第二電極，該至少一個第二電極嵌入在第一層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸。第二層結合到該多個第二結構的第一表面的至少一部分，由此使得第二層的第二主表面面向第一結構的第一表面。在一些實施方案中，i)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊，或者ii)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊。

在製備力感測電容器元件的方法的另一個實施方案中，具有第一表面和第二表面及對應的第一空隙區域的多個第一結構的第一排布結構可形成於第三層的第一主表面上；具有第一表面和第二表面及對應的第二空隙區域的多個第二結構的第二排布結構可形成於第三層的第二主表面上；其中該多個第一結構的第二表面面向第三層的第一主表面，並且多個第二結構的第二表面面向第三層的第二主表面。提供第一層，其中第一層包括形成至少一個電極對的至少一個第一電極和至少一個第二電極，所述至少一個電極對嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸。第一層結合到該多個第一結構的第一表面的至少一部分，由此使得第一層的第二主表面面向第一結構的第一表面。提供具有第一主表面和第二主表面的第二層。第二層結合到該多個第二結構的第一表面的至少一部分，由此使得第二層的第二主表面面向第二結構的第一表面。在一些實施方案中，i)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊，或者ii)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊。在一些實施方案中，第二層可包括第三電極。第三電極可嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，並且第三電極沿力感測電容器元件的厚度方向與至少一個第一電極和至少一個第二電極重疊。

在製備力感測電容器元件的方法的一個實施方案中，提供第一層，其中該第一層包括至少一個第一電極，該至少一個第一電極嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸；並且提供第二層，其中第二層包括至少一個第二電極，該至少一個第二電極嵌入在第一層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸。具有第一表面和第二表面及對應的第一空隙區域的多個第一結構的第一排布結構形成於第一層上，其中該多個第一結構的第一表面面向第一層的第二主表面。具有第一表面和第二表面及對應的第二空隙區域的多個第二結構的第二排布結構形成於第二層上，其中該多個第二結構的第一表面面向第二層的第二主表面。提供具有第一主表面和第二主表面的第三層，並且第三層的第一主表面結合到多個第一結構的第二表面的至少一部分，第三層的第二主表面結合到多個第二結構的第二表面的至少一部分。在一些實施方案中，i)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊，或者ii)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊。

在製備力感測電容器元件的方法的另一個實施方案中，提供第一層，其中第一層包括形成至少一個電極對的至少一個第一電極和至少一個第二電極，所述至少一個電極對嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸。提供第二層，其中該第二層包括第一主表面和第二主表面。具有第一表面和第二表面及對應的第一空隙區域的多個第一結構的第一排布結構形成於第一層上，其中該多個第一結構的第一表面面向第一層的第二主表面。具有第一表面和第二表面及對應的第二空隙區域的多個第二結構的第二排布結構形成於第二層上，其中該多個第二結構的第一表面面向第二層的第二主表面。提供具有第一主表面和第二主表面的第三層，並且第三層的第一主表面結合到多個第一結構的第二表面的至少一部分，第三層的第二主表面結合到多個第二結構的第二表面的至少一部分。在一些實施方案中，i)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊，或者ii)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊。在一些實施方案中，第二層可包括第三電極。第三電極可嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，並且第三電極沿力感測電容器元件的厚度方向與至少一個第一電極和至少一個第二電極重疊。

在製備力感測電容器元件的方法的一個實施方案中，具有第一表面和第二表面及對應的第一空隙區域的多個第一結構的第一排布結構可形成於第三層的第一主表面上，其中該多個第一結構的第二表面面向第三層的第一主表面。提供第一層，其中第一層包括至少一個第一電極，該至少一個第一電極嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸。提供第二層，其中第二層包括至少一個第二電極，該至少一個第二電極嵌入在第一層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸。具有第一表面和第二表面及對應的第二空隙區域的多個第二結構的第二排布結構可形成於第二層的第二主表面上，其中該多個第二結構的第一表面面向第二層的第二主表面。第一層結合到多個第一結構的第一表面的至少一部分，其中第一層的第二主表面面向第一結構的第一表面。第三層結合到多個第二結構的第二表面的至少一部分，其中第三層的第二主表面面向第二結構的第二主表面。在一些實施方案中，i)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊，或者ii)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊。

在製備力感測電容器元件的方法的另一個實施方案中，具有第一表面和第二表面及對應的第一空隙區域的多個第一結構的第一排布結構可形成於第三層的第一主表面上，其中該多個第一結構的第二表面面向第三層的第一主表面。提供第一層，其中第一層包括形成至少一個電極對的至少一個第一電極和至少一個第二電極，所述至少一個電極對嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的至少一者接觸。提供第二層，其中該第二層包括第一主表面和第二主表面。具有第一表面和第二表面及對應的第二空隙區域的多個第二結構的第二排布結構可形成於第二層的第二主表面上，其中該多個第二結構的第一表面面向第二層的第二主表面。第一層結合到多個第一結構的第一表面的至少一部分，其中第一層的第二主表面面向第一結構的第一主表面。第三層結合到多個第二結構的第二表面的至少一部分，由此使得第三層的第二主表面面向第二結構的第二主表面。在一些實施方案中，i)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊，或者ii)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊。在一些實施方案中，第二層可包括第三電極。第三電極可嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，並且第三電極沿力感測電容器元件的厚度方向與至少一個第一電極和至少一個第二電極重疊。

在製備力感測電容器元件的方法的另一個實施方案中，提供第一層，其中第一層包括形成至少一個電極對的至少一個第一電極和至少一個第二電極，所述至少一個電極對嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸。具有第一表面和第二表面及對應的第一空隙區域的多個第一結構的第一排布結構可形成於第一層的第二主表面上，其中該多個第一結構的第一表面面向第一層的第二主表面。提供第二層，其中該第二層包括第一主表面和第二主表面。提供第三層，其中該第三層包括第一主表面和第二主表面。具有第一表面和第二表面及對應的第二空隙區域的多個第二結構的第二排布結構可形成於第三層的第二主表面上，其中多個第二結構的第二表面面向第三層的第二主表面。第三層結合到多個第一結構的第一表面的至少一部分，其中第一層的第二主表面面向第一結構的第一主表面。第二層結合到多個第二結構的第一表面的至少一部分，由此使得第二層的第二主表面面向第二結構的第一主表面。在一些實施方案中，i)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊，或者ii)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊。在一些實施方案中，第二層可包括第三電極。第三電極可嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，並且第三電極沿力感測電容器元件的厚度方向與至少一個第一電極和至少一個第二電極重疊。在一些實施方案中，i)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊，或者ii)多個第一結構中的約1％至約99％、約2％至約95％、約5％至約90％、或甚至約10％至約50％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊。在一些實施方案中，第二層可包括第三電極。第三電極可嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，並且第三電極沿力感測電容器元件的厚度方向與至少一個第一電極和至少一個第二電極重疊。

該多個第一結構的第一排布結構和該多個第二結構的第二排布結構可由本領域中任何已知的技術形成，所述技術包括但不限於模塑、微複製工藝、壓印、刻繪、燒蝕或印刷(例如，噴墨印刷、絲網印刷、孔版印刷)等。可使用工藝的組合。各層與結構表面的粘結可通過本領域中已知的技術來執行，所述技術包括但不限於粘合劑粘結(包括使用現場固化粘合劑、熱熔融粘合劑或壓敏粘合劑及對應的層壓技術)、熔融等。可使用粘結工藝的組合。在一些實施方案中，第一結構和/或第二結構可在第一層、第二層和第三層的製造過程中一體成形。

在本公開的可變形膜、力感測電容器元件及其製備方法的實施方案的任一個中，如果第一層包括至少一個第一電極，該至少一個第一電極與第一層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸，則該至少一個第一電極的外表面固有地成為對應的第一層的第一主表面或第二主表面的一部分。在本公開的可變形膜、力感測電容器元件及其製備方法的實施方案的任一個中，如果第一層包括形成至少一個電極對的至少一個第一電極和至少一個第二電極，所述至少一個電極對與第一層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，則該至少一個第一電極和該至少一個第二電極的外表面固有地成為相對應的第一層的第一主表面或第二主表面的一部分。

在本公開的可變形膜、力感測電容器元件及其製備方法的實施方案的任一個中，如果第二層包括至少一個第二電極，該之至少一個第二電極與第二層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸，則該至少一個第二電極的外表面固有地成為對應的第二層的第一主表面或第二主表面的一部分。在本公開的可變形膜、力感測電容器元件及其製備方法的實施方案的任一個中，如果第二層包括形成至少一個電極對的至少一個第一電極和至少一個第二電極，所述至少一個電極對與第二層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，則該至少一個第一電極和該至少一個第二電極的外表面固有地成為對應的第二層的第一主表面或第二主表面的一部分。

在本公開的可變形膜、力感測電容器元件及其製備方法的實施方案的任一個中，第一排布結構的多個第一結構的第一表面和第二表面可彼此相對，即具有相對的第一表面和第二表面。在本公開的可變形膜、力感測電容器元件及其製備方法的實施方案的任一個中，第二排布結構的多個第二結構的第一表面和第二表面可彼此相對，即具有相對的第一表面和第二表面。

選擇的本公開實施方案包括但不限於以下：

在第一實施方案中，本公開提供了一種可變形膜，該可變形膜包括：

第一層，該第一層具有第一主表面和第二主表面；

第二層，該第二層具有第一主表面和第二主表面；

第三層，該第三層具有第一主表面和第二主表面，並且插置在第一層的第二主表面和第二層的第二主表面之間；

第一排布結構，該第一排布結構包括多個第一結構及對應的第一空隙區域，並且該第一排布結構插置在第一層的第二主表面和第三層的第一主表面之間，其中每個第一結構具有第一表面和第二表面，該第一表面面向第一層的第二主表面，該第二表面面向第三層的第一主表面；和

第二排布結構，該第二排布結構包括多個第二結構以及對應的第二空隙區域，並且該第二排布結構插置在第二層的第二主表面和第三層的第二主表面之間，其中每個第二結構具有第一表面和第二表面，該第一表面面向第二層的第二主表面，該第二表面面向第三層的第二主表面；並且其中

i)多個第一結構中的約1％至約99％具有第一表面，該第一表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊，或者

ii)多個第一結構中的約1％至約99％具有第二表面，該第二表面各自沿可變形膜的厚度方向與多個第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊。

在第二實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案所述的可變形膜，其中第一結構的第一填充因數和第二填充因數中的至少一者介於約1％和約60％之間，並且第二結構的第一填充因數和第二填充因數中的至少一者介於約1％和約60％之間。

在第三實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案或第二實施方案所述的可變形膜，其中第三層包含選自以下的材料：聚(對苯二甲酸乙二醇酯)、聚(亞乙基萘)、芳族聚醯胺聚合物、聚醚醚酮、聚醚碸、含氟聚合物、丙烯酸聚合物、聚醯亞胺、玻璃、矽氧烷、氯丁橡膠、異戊二烯橡膠、(乙烯丙烯二烯單體)橡膠、聚氨酯或環氧樹脂。

在第四實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第三實施方案所述的可變形膜，其中第一結構或第二結構包含丙烯酸聚合物、矽氧烷、氯丁橡膠、異戊二烯橡膠、(乙烯丙烯二烯單體)橡膠、聚氨酯、含氟聚合物或環氧樹脂。

在第五實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第四實施方案所述的可變形膜，其中第三層具有介於約5微米和約250微米之間的厚度。

在第六實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第五實施方案所述的可變形膜，其中第一結構的高度和第二結構的高度介於約5微米和約1毫米之間。

在第七實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第六實施方案所述的可變形膜，其中多個第一結構的平均寬度和多個第二結構的平均寬度介於約5微米和約5毫米之間。

在第八實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第七實施方案所述的可變形膜，其中多個第一結構的平均寬度約等於多個第二結構的平均寬度。

在第九實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第七實施方案所述的可變形膜，其中多個第一結構的平均寬度比多個第二結構的平均寬度大至少25％。

在第十實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第九實施方案所述的可變形膜，其中最近鄰第一結構之間的平均距離和最近鄰第二結構之間的平均距離介於約20微米和20毫米之間。

在第十一實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第十實施方案所述的可變形膜，其中第一排布結構的第一結構按照包括一系列重複的位置網格的第一陣列進行布置。

在第十二實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第十一實施方案所述的可變形膜，其中第二排布結構的第二結構按照包括一系列重複的位置網格的第二陣列進行布置。

在第十三實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第十二實施方案所述的可變形膜，其中第一重複的位置網格和第二重複的位置網格相差非零偏角。

在第十四實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第十三實施方案所述的可變形膜，其中偏角介於約10度和80度之間。

在第十五實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第十四實施方案所述的可變形膜，其中第一排布結構的第一結構和第二排布結構的第二結構中的至少一者按照至少部分隨機的結構位置布置方式進行布置。

在第十六實施方案中，本公開提供了根據第一實施方案至第十五實施方案所述的可變形膜，其中第一結構的體形狀和第二結構的體形狀選自以下中的至少一種：圓柱體、橢圓柱、稜錐、截稜錐、平行六面體、穹頂、截頂穹頂、球體、截球體、橢球體、截頂橢球體、稜柱和楔形體。

在第十七實施方案中，本發明提供了一種力感測電容器元件，該力感測電容器元件包括：

根據第一實施方案至第十六實施方案中任一項所述的可變形膜；

至少一個第一電極，該至少一個第一電極嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸；和

至少一個第二電極，該述至少一個第二電極嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的一者鄰近或接觸。

在第十八實施方案中，本公開提供了根據第十七實施方案所述的力感測電容器元件，其中至少一個第一電極包括多個第一電極。

在第十九實施方案中，本公開提供了根據第十七實施方案或第十八實施方案所述的力感測電容器元件，其中至少一個第二電極包括多個第二電極。

在第二十實施方案中，本發明提供了一種力感測電容器元件，該力感測電容器元件包括：

根據第一實施方案至第十六實施方案中任一項所述的可變形膜；和

形成至少一個電極對的至少一個第一電極和至少一個第二電極，所述至少一個電極對嵌入在第一層內或者與第一層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，其中至少一個第一電極和至少一個第二電極中的每個由間隙隔開。

在第二十一實施方案中，本公開提供了根據第二十實施方案所述的力感測電容器元件，該力感測電容器元件還包括第三電極。

在第二十二實施方案中，本公開提供了根據第二十一實施方案所述的力感測電容器元件，其中第三電極嵌入在第二層內或者與第二層的第一主表面和第二主表面中的至少一者鄰近或接觸，並且其中第三電極沿力感測電容器元件的厚度方向與至少一個第一電極和至少一個第二電極重疊。

在第二十三實施方案中，本公開提供了根據第十七實施方案至第二十二實施方案所述的力感測電容器元件，該力感測電容器元件還包括電容測量電路，其中至少一個第一電極和至少一個第二電極連接至電容測量電路並且電容測量電路被構造成用於測量至少一個第一電極和至少一個第二電極之間的電容。

在第二十四實施方案中，本公開提供了根據第二十二實施方案所述的力感測電容器元件，該力感測電容器元件還包括電容測量電路，其中至少一個第一電極、至少一個第二電極和第三電極連接至電容測量電路並且電容測量電路被構造成用於測量至少一個第一電極和第三電極之間的電容以及至少一個第二電極和第三電極之間的電容。

在第二十五實施方案中，本公開提供了根據第二十實施方案至第二十四實施方案所述的力感測電容器元件，其中至少一個第一電極包括多個第一電極。

在第二十六實施方案中，本公開提供了根據第二十實施方案至第二十五實施方案所述的力感測電容器元件，其中至少一個第二電極包括多個第二電極。

在第二十七實施方案中，本公開提供了一種電子設備，該電子設備包括根據第十七實施方案至第二十六實施方案中任一項所述的力感測電容器元件。

在第二十八實施方案中，本公開提供了一種觸控螢幕顯示器，該觸控螢幕顯示器包括根據第十七實施方案至第二十六實施方案中任一項所述的力感測電容器元件。

實施例：

建立多個可變形膜的實施方案，其中用於第一結構的第一排布結構和第二結構的第二排布結構的陣列以及兩種排布結構的空間構型如下所述。第一結構的第一排布結構和第二結構的第二排布結構均被限定為結構的正方形網格陣列，各自具有300微米的相同間距，即最近鄰特徵結構的質心之間的距離。將兩個陣列對準，由此使得它們重疊，即每個第一排布結構的第一結構沿可變形膜的厚度方向與第二排布結構的第二結構對準。第二結構的陣列內的旋轉軸的位置被隨機選擇為隨機選擇的正方形網格陣列的一個正方形的中心。然後將第二結構的第二排布結構相對於第一結構的第一排布結構偏置即旋轉45度，以獲得期望的空間構型。然後使用第一結構的尺寸的變化改變填充因數，並且第一結構與至少一個第二結構重疊的比例通過觀察來確定。

第一結構的第一排布結構和第二結構的第二排布結構均被限定為圓柱體結構的正方形網格陣列，各自具有300微米的相同間距，即最近鄰特徵結構的質心之間的距離。通過選擇圓柱體作為第一結構和第二結構的形狀，所有第一結構和第二結構的第一表面和第二表面的形狀均為圓形。通過改變第一結構和第二結構的圓柱體的直徑，可改變填充因數。通過改變第一結構的第一排布結構和第二結構的第二排布結構中的一者或兩者的填充因數，可計算第一結構的第一表面或第二表面沿可變形膜的厚度方向與第二結構的第一表面中的一者或多者或第二表面中的一者或多者重疊的分數值。在該模型中，由於第一結構和第二結構均為圓柱體，因此結果不因選擇用於計算沿可變形膜的厚度方向與結構重疊的第一結構的第一表面和第二表面以及第二結構的第一表面和第二表面而改變。第一結構的圓柱體直徑、第一結構的填充因數、第二結構的圓柱體直徑、第二結構的填充因數以及第一結構與至少一個第二結構重疊的比例的計算結果的變化在表1中示出。實施方案2、實施方案7和實施方案11分別對應於圖3a、圖3b和圖3c所示的可變形膜。

表1.

表1列出了多個第一結構和多個第二結構中的每個的詳細信息、它們的排布結構以及它們重疊的排布結構之間的關係。第一結構和第二結構可施加至第三層的每個側面，該第三層可為平面基板(在本文中也稱作中心腹板)諸如pet、pen或聚醯亞胺。結構的寬度例如直徑可為例如至少約25微米、至少約50微米、至少約75微米、至少約100微米或甚至至少約125微米。第一結構和第二結構可由例如橡膠材料(例如，矽氧烷、epdm、異戊二烯、氯丁橡膠)形成。第一結構和第二結構可具有例如至少25微米、至少50微米、至少75微米、至少100微米、至少125微米或甚至至少150微米的高度。結構可通過模塑、壓印、刻繪、燒蝕或印刷(例如，噴墨印刷、絲網印刷、孔版印刷)施加至中心腹板上。中心腹板及其上形成的第一結構和第二結構可結合到第一層和第二層，該第一層和第二層可均為平面基板，如圖1和圖2所示。如本文所述，電極可施加至可變形膜的各層上。