TW201347344A - 經由傳導材料之無線電力轉移 - Google Patents

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Hai D Nguyen
Benjamin C Moes
Neil W Kuyvenhoven
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Abstract

一種具有傳導材料的電元件，該傳導材料係適合使用於無線電力傳輸系統的電磁場通道。該電子元件包含足夠薄來吸收不超過可接受量電磁場的傳導材料，但其仍足夠厚來維持充足的傳導性以便執行所想要的電功能。在無線電力供應器傳輸高達20瓦功率的實施例中，該傳導材料實質地不厚過於該材料在所預期無線電力頻率下之集膚深度的約1/10。該電元件可安置在位於該無線電力供應傳輸器及該遠方裝置接收器之間的任何位置上。本發明允許範圍廣大的電元件使用於場通道中，例如顯示器、感測器或能夠選擇性地依照此兩者進行操作之元件。

Description

經由傳導材料之無線電力轉移
本發明有關無線電力傳輸之領域，及更加具體地係關於經由傳導材料來傳輸無線電力之系統及方法。
在商用及家用裝置上實施無線電力傳輸系統的努力，已廣大的增加。無線電力傳輸系統對於廣大範圍的電動裝置，允許除去電力/充電電線，其不僅包含手持的電子裝置，如手機、媒體播放器、無線頭戴耳機、及個人收位助理，也包含較高電力的裝置，如設施、工具及電動載具。感應式無線電力傳輸系統使用電磁場，從電力供應系統傳輸電力至該遠方裝置，係無需金屬線或任何的直接電力接觸。
在許多應用中，該無線電力供應系統包含一電力傳輸表面，其上方可安置一遠方裝置來接收無線電力。該無線電力供應系統典型地包含一初級線圈，或其他電磁場傳輸器，位於該電力傳輸表面之下方。在使用時，該初級線圈產生一電磁場，其出現於該電力傳輸表面上方。結果，被安置在該電力傳輸表面上的遠方裝置，將會被電磁場包圍及透過該電磁場來接收電力。
無線電力系統所面臨的一個可能挑戰，係起因於以下之事實：電磁場與傳導材料交互作用。具體而言，當傳導材料係安置在多變電磁場出現之情況下，該場在該傳導材料內產生渦流，其作動而消散該電磁場並產生熱。這個原理係已為人熟知，而傳導材料通常在想要遮罩電磁場時加以使用。基於傳導材料的本質，在環形(around)無線電力供應系統內使用傳導材料，能夠產生問題。由於傳導材料係許多電元件之整體部份，這些問題對於能夠被安放在無線電力供應系統內(及其周圍)的電元件類型，尤其是初級線圈及遠方裝置之間電磁場通道內者，產生明顯限制。
本發明提供一種電元件，其具有傳導材料，該傳導材料係適合使用於無線電力傳輸系統的電磁場通道。該電子元件包含足夠薄來吸收不超過可接受量電磁場的傳導材料，但其仍足夠厚來維持充足的傳導性以便執行所想要的電功能。在一實施例中，該傳導材料實質地垂直該電磁場方向來延伸，及係足夠地薄而避免過量功率損失及過量的熱增益。雖然可接受的功率損失量及可接受的熱增益量，在各應用之間係可變動的，但在最實際的應用中，熱增益係決定材料厚度的主要因子，因為功率損失在最實際應用中係相對地較小的。在典型的應用中，(其中該無線電力供應器傳輸高達20瓦的電力)，該傳導材料實質地不厚於其在預期操作頻下之集膚深度 的約1/10。
本發明允許在無線電力供應系統之電磁場內使用許多種電元件。依照本發明的傳導材料能夠用來提供電元件以便照明傳輸器或接收器表面，提供相關於該系統的顯示功能，作為附近或壓力感測器，能夠用來遮罩該系統而隔離傳輸器或接收器上的幅射EMC或EMI能量，也能夠用來產生更美觀而令人娛悅的表面(藉由金屬抛光外表)。這些薄的傳導材料也可以用來在特定應用之中提供傳導電力。
該電元件基本上可被安置在無線電力供應系統傳輸器及遠方裝置接收器之間的任何位置上。在一實施例中，該電元件係安置在該遠方裝置內之傳輸器及該接收器之間的無線電力傳輸器之內。例如，該無線電力供應系統可包含一電力傳輸表面，其上方可安置一遠方裝置來接收電力，及該電元件可安置在該電力傳輸表面上(或附近)。在另一實施例中，該無線電力傳輸系統可包含一共振轉接器，其係與該無線電力供應系統及該遠方裝置相互分離。該共振轉接器可包含一線圈，其係加以配置而透過一電磁場來接收無線電力供應系統的電力，及永續維持該電磁場而延伸至該無線電力供應系統的範圍。該共振轉接器可包含一電力傳輸表面，其上方可安置一遠方裝置來接收電力，及該電元件可安置在該電力傳輸表面上(或附件)。在其他實施例中，該電元件可整合至該遠方裝置。例如，該電元件可位於該表面之上或之內， 而無線電力透過該表面進入該遠方裝置。如此，即使一遠方裝置係位在電磁場通道內，其下表面仍允許受到照明，或允許該遠方裝置來接收該傳導充電表面的傳導電力。
在一觀點中，該電元件係一顯示器。該顯示器可為一電場發光(EL)顯示器，其具有一電場發光材料，被夾在一對足夠薄的傳導層之間。在本實施例中，該頂及底層的組合厚度實質地係不厚於該材料在預期操作頻下之集膚深度的約1/10。在一實施例中，該底傳導層係一或更多的不透明電極，及該頂層係一或更多的透明電極。該透明傳導層可為氧化銦錫(ITO)，及其係施加在透明基材上(或支承層體上)。對於簡單的顯示器而言，該底傳導層可包含一或更多一般平面狀的電極，及該頂傳導層包含一或更多之相對應的一般平面狀的電極。對於較複雜的顯示器而言，該底傳導層可包含多數個平行長條及該頂傳導層可包含多數個實質地垂直該底層長條之平行長條。
在某些應用中，該顯示器可加以配置，而在遠方裝置係位於無線電力供應系統特定距離之內時，加以照明。例如，在某些應用中，該無線電力供應系統及該遠方裝置可以能夠透過一中範圍通訊方法來進行通訊，例如藍芽、WiFi、及其他短波無線電源。當該無線電力供應系統辨認一遠方裝置係足夠地靠近時，該照明警示使用者該無線電力供應系統之出現，及提供一視覺指示，其指出要將該遠方裝置安放在 何處以便接收電力。
在一觀點中，該電元件係一感測器或感測器陣列。在一實施例中，該感測器係一近接感測器，其具有一或更多薄傳導材料的墊子。在本實施例中，每一個墊子可加以配置，而在足夠靠近一傳導材料時，具有一電容回應。例如，該無線電力供應系統可包含一控制器，其施加電力至每一墊子上，及測定該墊子之回應。在一實施例中，該電元件係多數個感測器，其可用來(例如)測定一電力傳輸表面上之遠方裝置的位置。該感測器可以在電力傳輸表面上排列成規則的式樣，及其每一者可包含一分離墊，該墊係加以配置而在足夠地接近一傳導材料時，具有電容回應。該無線電力供應系統可施加電力至每一墊子及分別地估算其回應。
在一實施例中，該感測器或感測器陣列可包含一普通接地面，其由每一感測器加以分享。在本實施例中，該無線電力供應系統可包含一控制器，其讀取所施加的電壓及/或電流，及經由該接地面之回轉電壓及/或電流。該無線電壓供應系統，基於所施加及所回轉之測值差異，可感測到外來物體出現。該普通接地面可以透過一開關而耦合至該控制器，如此，該普通接地面能夠在不想要時加以解連接。
在一實施例中，每一感測器可包含一壓電層或壓電材料，其係安置在兩個薄傳導層之間。兩個薄傳導層之組合厚度係不超過該材料在無線電力供應系統頻率下之集膚深 度的約1/10。
在一實施例中，該電元件係感測器及顯示器兩者。在本實施例中，該顯示器可為如前述之電場發光顯示器。除了供電到該電場發光顯示器之外，該頂電極(或頂及底電極)係可作動為電容感測器，其能夠測定特定的物體何時係在該感測器足夠接近範圍內。例如，該頂電極可用來作為一電容感測器，以便測定何時一遠方裝置已被安置在該電力傳輸表面及其係安置在何處。如另一例子，該電極可用來作為一電容感測器，以便感測何時一使用者的手指已安置在一特定位置。當以電容感測器來操作時，該系統能夠以低於照明該電場發光顯示器所需的電量來施加電力，及可包含一或更多的感測器來監測被施加到該感測器的電流及/或電壓。一控制器可加以提供，以便基於該電流及/或電壓之測值來測定何時一物體係在該感測器之附近。
在一觀點中，該傳導材料提供一選擇性遮罩，其遮蔽一定頻率以上的電磁場，同時允許較低頻率的電磁場通過。
在另一觀點中，傳導材料可用來在一具有接觸頭之無線充電系統內提供一表面，允許傳導充電。在一實施例中，本發明此觀點提供無線電力供應系統，其具有露出的傳導材料，允許無線電力供應系統來提供電力至遠方裝置(已加以配置來接收無線電力者及已配置而經由露出之電接觸表面 來接收電力者)。在另一實施例中，本發明此觀點提供一遠方裝置，其具有露出的傳導材料，允許該遠方裝置來接收無線電力供應系統或傳導充電器之電力。
在另一觀點中，該傳導材料，基於美觀之緣故，可用來提供具有金屬外觀的表面。該薄的傳導材料將允許電磁場通過表面，但仍顯示出金屬外觀。一堅硬的頂塗層可被施加到該傳導材料上，以便保護其不被磨損。
這些及其他本發明特徵，在參照實施例及圖式之描述之下，將會更加完全地被瞭解及被接受。
100‧‧‧conductive material 傳導材料
102‧‧‧wireless power supply 無線電力供應器
104‧‧‧power transfer surface 電力傳輸表面
105‧‧‧Surface 表面
106‧‧‧resonating adaptor 共振轉接器
107‧‧‧Resonating coil 共振線圈
108‧‧‧remote device 遠方裝置
109‧‧‧Resonating adaptor 共振轉接器
112‧‧‧Charging circuitry PCBA 充電電路PCBA
114‧‧‧Conductive connector 傳導連接器
200‧‧‧electrical component system 電元件系統
202‧‧‧Electroluminescent material 電場發光材料
204‧‧‧AC power source AC電源
206‧‧‧sensor 感測器
208‧‧‧Effective capacitance 有效電容
210‧‧‧Ground 地面
212‧‧‧Portable device 攜式裝置
300‧‧‧Conductive material 傳導材料
302‧‧‧Transmitter coil 傳輸器線圈
400‧‧‧Conductive material 傳導材料
402‧‧‧Shade region 陰影區
600‧‧‧First vertical line 第一垂直線
602‧‧‧Second vertical line 第二垂直線
700‧‧‧Shaded area 陰影區
800‧‧‧Shaded area 陰影區
802‧‧‧Vertical line 垂直線
900‧‧‧Shaded area 陰影區
1000‧‧‧Shaded area 陰影區
1002‧‧‧Vertical line 垂直線
1100‧‧‧display 顯示器
1102‧‧‧Wireless power supply 無線電力供應器
1104‧‧‧Mains rectifier 主整流器
1106‧‧‧controller 控制器
1108‧‧‧Portable device 可攜式裝置
1200‧‧‧display 顯示器
1201‧‧‧Wireless power supply 無線電力供應器
1202‧‧‧Display controller 顯示控制器
1204‧‧‧Wireless power receiver 電力接收器
1206‧‧‧inductor 電感器
1208‧‧‧capacitor 電容
1210‧‧‧Remote device 遠方裝置
1300‧‧‧display 顯示器
1301‧‧‧display 顯示器
1400‧‧‧Conductive area 傳導區
1400‧‧‧Conductive pad 傳導墊
1402‧‧‧Wireless transmitting pad 無線傳輸墊
1406‧‧‧Primary coil 初級線圈
1500‧‧‧Conductive pad 傳導墊
1504‧‧‧aperture 穿孔
1506‧‧‧Wireless power transmitter 無線電力傳輸器
1600‧‧‧Conductive pad,conductive area 傳導墊、傳導區
1606‧‧‧Primary coil 初級線圈
1700‧‧‧Conductive pad 傳導墊
1701‧‧‧connector 連接器
1702‧‧‧Signal bus 訊號匯流排
1703‧‧‧Conductive lead 傳導接腳
1800‧‧‧Conductive pad 傳導墊
1802‧‧‧Dedicated controller 專用控制器
1803‧‧‧Conductive lead 傳導接腳
1900‧‧‧Conductive pad 傳導墊
1902‧‧‧multiplexer 多工器
1904‧‧‧microcontroller 微控制器
1906‧‧‧Power input 電力輸入
1908‧‧‧Input sensor 輸入感測器
2000‧‧‧Conductive pad 傳導墊
2002‧‧‧multiplexer 多工器
2004‧‧‧controller 控制器
2008‧‧‧Input sensor 輸入感測器
2009‧‧‧Return sensor 回轉感測器
2020‧‧‧Ground plane 接地平面
2022‧‧‧switch 開關
2100‧‧‧Conductive pad 傳導墊
2101‧‧‧Wireless power transmitter 無線電力傳輸器
2102‧‧‧substrate 基材
2104‧‧‧Transmitter coil,TX coil 傳輸器線圈、TX線圈
2106‧‧‧TX shield TX遮罩
2200‧‧‧Conductive pad 傳導墊
2201‧‧‧Wireless power transmitter 無線電力傳輸器
2202‧‧‧substrate 基材
2220‧‧‧Ground plane 接地平面
2300‧‧‧Conductive pad 傳導墊
2301‧‧‧Wireless power transmitter 無線電力傳輸器
2302‧‧‧Conductive pad 傳導墊
2303‧‧‧Conductive pad 傳導墊
2304‧‧‧Piezoelectric material 壓電材料
2306‧‧‧substrate 基材
2308‧‧‧Transmitter coil 傳輸器線圈
2310‧‧‧Flux guide material 磁通引導材料
2400‧‧‧Conductive pad 傳導墊
2401‧‧‧Wireless power transmitter 無線電力傳輸器
2404‧‧‧Electroluminescent material 電場發光材料
2406‧‧‧substrate 基材
2408‧‧‧Transmitter coil 傳輸器線圈
2410‧‧‧Flux guide material 磁通導引材料
2420‧‧‧Ground plane 接地平面
2500‧‧‧Conductive pad 傳導墊
2501‧‧‧Wireless power transmitter 無線電力傳輸器
2502‧‧‧Conductive pad 傳導墊
2504‧‧‧Piezoresistive material,pressure-resistive material 壓阻材料、耐壓材 料
2600‧‧‧Conductive pad 傳導墊
2615‧‧‧Non-conductive coating 非傳導性塗層
2800‧‧‧Conductive pad 傳導墊
2802‧‧‧gap 縫隙
2820‧‧‧Ground plane,ground plane fill 接地平面、接地平面填料
3400‧‧‧Conductive pad 傳導墊
3401‧‧‧Conductive pad 傳導墊
3402‧‧‧Input multiplexer 輸入多工器
3404‧‧‧Microcontroller,controller 微控制器、控制器
3405‧‧‧Power source,input power,power input 電源、輸入電力、 電力輸入
3408‧‧‧Input sensor 輸入感測器
3409‧‧‧Return sensor 回轉感測器
3412‧‧‧Ground 接地
3416‧‧‧region of electroluminescent material 電場發光材料區
3500‧‧‧pixel 像素
第一圖係一無線電力供應系統的示意圖，在電磁場通道內之無線電力供應器內，具有一傳導材料。
第二圖係一無線電力供應系統的示意圖，在電磁場通道內之無線電力供應器鄰近處，具有一傳導材料。
第三圖係一無線電力供應系統的代表示意圖，其具有一位在中間元件內的傳導材料，該元件能夠被安置在介於該無線電力供應系統及該遠方裝置之間的電磁場通道內。
第四圖係安置在幅射天線附近之傳導材料內的電流密度之代表性示意圖。
第五圖係不同頻率下於鋁內部感應之電流的電流密度之圖表。
第六圖係一圖表，用來說明鋁在100kHz之下的集 膚深度。
第七圖係一圖表，顯示1mm厚的鋁在100kHz之下所感應之總電流。
第八圖係一圖表，顯示1/10集膚深度厚的鋁在100kHz之下所感應之總電流。
第九圖係一圖表，顯示1mm厚的鋁在100kHz之下所感應之總電流。
第十圖係一圖表，顯示被安放在10kHz電磁場之下時，1/10集膚深度厚的鋁在100kHz之下所感應之總電流。
第十一圖係依照本發明一實施例之無線電力供應系統的代表性示意圖。
第十二圖係依照本發明一實施例之無線電力供應系統的代表性示意圖。
第十三圖係依照本發明一實施例之無線電力供應系統的代表性示意圖。
第十四圖係一傳導墊的代表性示意圖，其被安置在一鄰近電力傳輸器線圈之電力傳輸表面上。
第十五圖係設有穿孔之可替換實施例的代表性示意圖。
第十六圖係多數個傳導墊的代表性示意圖，其被安置在一鄰近電力傳輸器線圈之電力傳輸表面上。
第十七圖係多數個傳導墊的代表性示意圖，其被 安置在一鄰近電力傳輸器線圈之電力傳輸表面上，用來說明訊號之導引。
第十八圖係多數個傳導墊的代表性示意圖，其被安置在一鄰近電力傳輸器線圈之電力傳輸表面上，用來說明訊號之導引。
第十九圖係可替換實施例之多數個傳導墊的代表性示意圖。
第二十圖係另一可替換實施例之多數個傳導墊的代表性示意圖。
第二十一圖係本發明一實施例之橫斷面視圖，其中傳導墊係作為電容感測器陣列。
第二十二圖係本發明另一實施例之橫斷面視圖，其中傳導墊及接地平面係作為電容感測器陣列。
第二十三圖係本發明另一實施例之橫斷面視圖，其中傳導墊及壓電材料係作為電容感測器陣列。
第二十四圖係本發明另一實施例之橫斷面視圖，其中傳導墊及電場發光材料係用來提供照明及作為電容感測器陣列。
第二十五圖係本發明另一實施例之橫斷面視圖，其中傳導墊及耐壓材料係作為電容感測器陣列。
第二十六圖係本發明另一實施例之橫斷面視圖，其中傳導墊及中間材料係以非傳導材料加以塗覆。
第二十七圖係不同尺寸墊子內電流密度之代表性示意圖，其中不同尺寸的墊子有等價電流。
第二十八圖係具有接地平面填料之傳導墊陣列的代表性示意圖。
第二十九圖係一遠方裝置的代表性示意圖，其係鄰近一電場發光顯示器來安置。
第三十圖係相似於第二十九圖之代表性示意圖，其顯示該遠方裝置產生一有效電容，允許透過該電場發光顯示器進行電容感測。
第三十一圖係傳輸器線圈及一層傳導材料之代表性示意圖。
第三十二圖係傳輸器線圈及一層傳導材料之代表性示意圖。
第三十三圖係傳輸器線圈及一可替換傳導材料層之代表性示意圖。
第三十四圖係電場發光顯示器/感測器之代表性示意圖，其設有傳導手指陣列。
第三十五圖係第三十四圖電場發光顯示器/感測器之代表性示意圖，其說明單一像素之照明。
第三十六圖係第三十四圖及第三十五圖之電場發光顯示器/感測器之代表性橫斷面視圖。
在詳細描述本發明實施例之前，要瞭解的是，本 發明並未局限於如下所述或所說明圖式之元件的詳細結構及排列。本發明能夠為其他的實施例，及能夠以許多方式來實行或執行。又，要瞭解的是，在本文中所使用的詞語及專業名詞，僅係為描述之目的而提供，不應被視為限制。在本文中使用”包含”及”包括”以及其變型，係指包含該詞之後所列的品項及其等價者，以及額外的品項及其等價者。
I.概述
本發明通常係針對於具有被合併在無線電力系統之電磁場通道內傳導材料的電元件。該傳導材料係加以配置而足夠地薄，以致於在無線電力被傳輸時，其並未造成不可接受的熱增益(heat gain)或功率損失(power loss)。如第一~三圖示意性地顯示，該電元件基本上可以被安置在從該無線電力供應系統到遠方裝置之電磁場流道內之任意位置上。例如，如第一圖所示該傳導材料100係可安置在一無線電力供應器102內，在電力傳輸表面104之下方。如第二圖所示之另一例子，該傳導材料100可安置在無線電力供應器102之電力傳輸表面104之上方。在本實施例中，該傳導材料100可以直接地被固著在該電力傳輸表面104之頂部，或可為分離層及簡單地被安置在該電力傳輸表面104之頂部。在本實施例中，該傳導材料100係安置在一共振轉接器106之內或之上，其係加以配置而安置在無線電力供應器102及遠方裝置108之間。
本發明允許許多種電元件使用於無線電力環境之電場磁通道之內。如下文詳細描述者，電元件類型在各應用之間係可變動的。例如該電元件可為一顯示器，其用來照明無線電力供應系統之一個元件(例如無線電力供應器、遠方裝置或中間元件)，或用來提供文字/圖案，其提供該無線電力供應系統之相關資訊。例如，該電元件可為介電基礎的電場發光顯示器、OLED顯示器或E墨水型顯示器。這些顯示器能夠提供被照明的充電區、方向對準資訊、充電狀態、裝置資訊或基本上任何其他有關於該無線電力供應系統或該遠方裝置之資訊。如果該感應式電力供應系統及該遠方裝置係被致能而彼此透過一中間範圍通訊方法(藍芽、WiFi、或其他短波無線電源)來相互通訊，則該裝置可與其他位在該感式式電力供應系統範圍內的遠方裝置進行通訊。然後，該感應式電力供應系統可用光來照明其表面，或使用OLED或E墨水技術來提供資訊，以便提供圖案或文字，引導使用者來到充電位置。該無線電力供應系統也可照明或周期性地提供資訊，或對於使用者之輸入進行回應，例如可供使用者輸入之按鈕或機械式元件、或位在傳輸器表面及周圍區域上的感測器陣列。使月感測器陣列之下，該無線電力供應系統可感測使用者已經安置一遠方裝置於電力傳輸表面，及可能需要安放導引。
該顯示器係可直接地從該無線電力供應系統控制器或類比電路來供電及受其控制。可替換地，該顯示器能 夠使用無線電力接收線圈來供電，其中該線圈係能夠從該無線電力供應系統所生之電磁場來取得電力。當一分離式的接收線圈被使用來供電至該顯示器時，該接收器及顯示器控制電路係可被安置在該無線電力供應系統之內，或它們能夠被安置在一個已被安放在該系統內的轉接器之內。該顯示器甚至能夠被製成一個整合的線圈及顯示器電路，以便降低成本及複雜度。該顯示器接收器線圈，在交替的電磁場通過其中時，其內部感應出電流，其可加以整流(如果該顯示器需要DC電流)，或可以直接地使用來供電及控制該顯示器區域。
可替換地，該電元件可為一感測器或感測器陣列，其能夠感測到對於系統有用的資訊，如在一無線電力供應傳輸表面上存有一遠方裝置，或使用者與該表面進行互動。在感測器的上下文中，本發明牽涉到透過大面積之傳導材料來傳輸電力，該材料係用來產生感測器，例如壓力電極(electrodes in pressure)、近接、電阻、電阻及其他類型之感測器。這些感測器可用來提供裝置出現及尺寸，以及裝置材料的可能性、重量及可能的使用者互動(透過額外的整合按鈕或其他其控制器進行該表面)。典型地，壓力、電容、電阻及其他類型之密切近接(close proximity)感測器，使用傳導材料區來供應電壓及/或電流，及測量材料的回應以便測定鄰近度(proximity)。例如，壓感感測器通常測量在壓電材料上的電壓，並藉由所測得電壓及參考值之比較來計算所施加的壓 力。電容感測器通常施加一電壓至一傳導平面(conductive plane)及測量電路的共振頻率，以便測定電容材料是否已經被安置在該傳導平面附近。電容感測器也能夠使用一系列的傳導平面及測量不同”區域”的交互作用，以便測定一電容材料是否已被安置在這兩個傳導區之附近。
藉由偵測一遠方裝置之出現，無線電力供應系統可以開始訊問該遠方裝置，以便測定其是否能夠被無線地充電，若能夠，則開始傳輸電力。這是有利的，因為近接感測器通常使用的電力，係少餘無線電力傳輸器(簡單地間歇地施加電力至傳輸線圈)者。當多重的近接感測器(如感測器陣列)被使用時，一無線電力供應系統也可以能夠測定該遠方裝置的位置及該裝置對傳輸線圈之對準度。該無線電力供應系統也能夠使用這個資訊來提供相關於該對準度之回饋(或缺乏對準度)給予使用者，及引導使用者來適當地對準該遠方裝置。該系統所用的感測器，能夠被印刷或沉積在無線電力供應器之表面上、傳輸器線圈/遮罩組件之表面上、或任何其他基材及被添加到該系統之表面上。藉由在傳導材料區上層合壓電、介電或其他回應電容或磁場或電場密度改變之材料，這些感測器能夠在該無線電力供應系統內立即建立。然後，該傳導區係與傳送資訊的類比電路進行接觸、或與無線電力供應系統之控制器進行接觸。可替換地，該感測器/感測器陣列係被安置在無線電力供應系統之其他位置上，例如一共振轉 接器。
在某些實施例中，該電元件能夠提供多種功能，例如能夠操作作為顯示器或感測器。例如，第二十九及三十圖說明一種具有電元件的系統，該電元件能夠選擇性地操作而功能如同顯示器或近接感測器。第二十九圖係電元件系統200之代表性示意圖，其顯示一連接到AC電源204之電場發光材料202。AC電力被傳輸到該電場發光材料202，該傳輸係使用在該電場發光材料相對側邊上形成電極的薄傳導材料。該系統包含感測器206，例如電壓及/或電流感測器，監視被提供到該電場發光材料上的電力特徵。當足夠的電力被施加到電場發光材料時，該材料202發光。第三十圖係類似第二十九圖之方塊圖，但除外的是，其顯示一個物體(如可攜式裝置212)如何能夠在該材料及該物體之間產生一有效電容208，然後，該物體具有電阻或電容耦合至地面210。結果，物體的出現影響了被施加到該電元件上的電流及/或電壓，其能夠藉由該感測器206加以偵測。
II.材料厚度
一般而言，本發明的電元件係加以電置，以致於被合併至該元件內的傳導材料並未不可接受地影響無線電力傳輸。更加具體地，在每一個實施例中，傳導材料的厚度係加以選擇，避免在電磁場內過量的功率損失，及在傳導材料內過量的熱增益。結果，材料厚度係以所用材料之功率損失及 熱增益特徵作為基礎。在某些實施例中，熱增益可能是決定性因子，及在其他應用中，功率損失可能是決定性因子。例如，在某些實施例中，該功率損失判準可能較為迫切，而符合該功率損失判準，將造成符合熱增益判準，而在其他應用中，該熱增益判準可為較為迫切，符合熱增益判準將會使功率損失判準受到符合。在某些應用中，此兩種判準可能均是想要的。
可接受功率損失量及可接受熱增益量，在各應用之間係可加以變動。然而在最典型的應用中，該熱增益判準係相對較迫切於該功率損失判準，符合熱增益判準，將會自動地造成功率損失判準受到符合。就最典型的應用而言，起因於多種因素，例如，舒適感或使用者關切、或材料穩定性關切，提升到周圍溫度(典型地約25℃)以上係加以限制。例如，具有習用傳導塗層的表面，可能加熱到約45℃以上，造成遠方裝置內的鋰電池因為超過溫度條件而停止充電。為了避免過量加熱，傳導材料之每單位體積之功率損失典型地係大致地以1瓦特/立方公分(w/cm3)來限制，要瞭解的是，熱增益通常直接地正比於功率損失。該單位體積功率對於大多數傳導材料而言係合適的，尤其是該材料係透過散熱片或風扇能夠散熱多少而加以限制時。如果傳輸器使用風扇，散熱片或其配備將熱驅離該傳導材料之機制，則能夠使用較高之數值(1.5~2w/cm3)而不造成過量熱增益，然而數值較高的系統， 可能有較高的功率損失，因而可能降低整體的傳輸效率至一不可接受的水準。
一測定材料功率損失(及接著熱增益)之方法，係計算通過該材料之磁通量損失的百分比，乘以經過每單位體積材料之電量阻抗(against the amount of power)。通過材料時的磁通量損失百分比，係能夠以下式來計算： 其中1係進入材料之距離，d係材料厚度，δ係材料的集膚深度。”集膚深度”(skin depth)，係指材料的電力吸收，其將於下文詳細討論。
在特定系統內的功率損失量也會變動，此取決於通過該傳導材料之電磁場多寡。因為電磁場的強度從該傳輸器開始距離漸增之下會逐漸地減弱，所以依照經驗，在估算功率損失時，係要考慮整體的電磁場。因此，在一實施例中，本發明使用”有效電磁場區域”的面積，來分析功率損失。基於本揭示內容的緣故，”有效電磁場區域”(effective electromagnetic field area)係指，傳輸器周圍至少有90%電磁場通過的區域。第三十一圖係傳輸器線圈300的代表性示意圖，該線圈係安置在一傳導材料302之下。第三十一圖圖解該 傳導材料300及傳輸器線圈302之半徑。第三十二圖係相似於第三十一圖，但除外的是，其顯示針對於一可能系統之範例性場線及範例性場半徑。在第三十二圖中，該傳導材料302係有足夠的尺寸來覆蓋該全部的有效電磁場。因此，整個有效電磁場將會通過該傳導材料。在第三十三圖中，該傳導材料302並未有足夠尺寸來覆蓋整個有效電磁場。因此，只有一部份的有效電磁場將會通過該傳導材料302。如果傳導材料並未覆蓋全部的傳輸器線圈表面，則損失百分比係與有效電磁場之覆蓋百分成比例地縮放。
在第三十一~三十三圖之實施例中，該傳輸器及傳導材係圓形的。這些圓形元件相關內容中的傳導材料之單位體積功率損失，係可使用以下公式加以計算： 其中P係指被傳輸的電力，rf係捕獲有效電磁場之線圈周圍面積之半徑。隨著材料漸漸變厚，其單位體積的功率損失並未改變，但是，由於這些材料的淺薄本質，熱上昇隨著厚度急劇地增加，此起因於熱被消散於如此地小的橫斷面積之內。例如，集膚深度1/10厚度的材料，相較於集膚深度1/20厚度者，將會有更多的熱上升，即使是其容積功率損失(volumetric power loss)並未如此大量地改變時，亦然。為解決此點，功率 損失加以常態化至材料δ的集膚深度。如前文所述，吾人想要的是，功率損失係小於100mW/cm3，避免過量的熱增益。結果，該公式顯示，功率損失不應該小於100mW/cm3。在可接受量熱增益變動的應用中，該公式係已加以修改，來反映該可應用的可接受熱增益。例如，在具有有效散熱片(或其他冷卻機制)的應用中，可接受的功率損失可以增加，藉此，可能允許使用較厚的傳導材料。
如果該傳導材料並未覆蓋該傳輸器的有效場區域，則被傳輸的該場百分比，通過材料周圍而不會在該傳導材料內造成渦流。如果是這樣的情況，則基於材料半徑rm及有效場半徑(其典型地稍微大於該線圈半徑)加以縮放。在本文中，可使用以下的縮放公式：
應該注意的是，前述功率損失公式係打算使用於圓形傳輸器及圓形傳導材料相關上下文中。針對於其他幾何形狀的傳輸器及傳導材料，該公式能夠加以修改。
上述之百分比功率損失公式，合併了傳導材料之集膚深度。集膚深度反映出一種特殊的傳導材料電磁場吸收能力，其不只隨著材質加以變動，也隨著電磁場特性(如頻率及場強度)而變動。以下章節，將以集膚深度及電磁場頻率來 更詳細地討論功率損失。如下文更加詳細地討論者，傳導材料的可允許厚度，可能隨著電磁場特徵(如頻率及場強度)而變動，但是，在配備標準尺寸傳輸器、及傳導材料覆蓋有效電磁場之典型低功率無線電力供應系統(如小於20瓦)之相關上下文中，該傳導材料實質地不厚過於其在預期操作頻下約1/10的集膚深度。關於此點，實質不厚過於在預期操作頻內約1/10集膚深度之傳導材料，將會造成可接受的熱增益(通常小於100mW/cm3)及可接受的功率損失(通常5%或較小)。
第四圖係安放在無線電天線(如發射電磁場的天線)附近範圍內之傳導材料400的電流密度之代表性示意圖。在本圖中，材料的電流密度係由陰影區402作為代表。陰影的高度代表在材料相對應深度上之電流密度數值。能夠見到的是，隨著電磁場穿過材料而前進，被吸收的能量更多，及該場之強度及其所感應之電流，隨著減低。相較於正在進入該傳導材料之場，該穿透材料之場較低，此起因於傳導材料之吸收。亦即，由傳導材料造成之場強度損失，係相關於材料厚度。已經被測定的是，在傳導材料內所感應的電流密度，典型地在不同頻率之下變動。第五圖顯示鋁在兩個不同頻率下的電流密度圖表(具體地說，10MHz及100kHz)。該圖顯示出，在鋁內相對於距離(mm)之電流密度(安培/平方公分)。在材料內距離(d)之電流密度(J)係以下述公式作為基礎： J=J s e -d/δ 其中Js係材料表面上的電流密度，及δ係材料的集膚深度。第六圖顯示鋁在10MHz及100kHz之電流密度，其用於討論集膚深度之原理。材料的集膚深度係定義如下：在電流密度被降低成為材料表面上密度之37%之位置的厚度。一般而言，集膚深度係由材料性質及訊號頻率來決定。材料之集膚深度的公式如下： 其中P係材料的電阻，f係被施加訊號之頻率，μ為導體之磁通透力。在本圖中可以見到的是，隨著頻率增加，材料的集膚深度下降，此意謂著在較接近材料表面時有更多的電磁波(或場)被吸收。第六圖包含一第一垂直線600，其位於鋁在100kHz時的集膚深度，及一第二垂直線602，其表示鋁在100kHz時之1/10的集膚深度。
現在參照第七及第八圖，能夠見到的是，材料所吸收的電流量，可以藉由傳導材料厚度之下降來減低。第七圖顯示，一片1mm厚鋁在施加100kHz電磁場時所感應的總電流。在本圖中，直線以下的陰影區700，代表鋁片所感應總電流。第八圖之陰影區800顯示，20μm厚鋁片在施加100kHz電 磁場時所感應的總電流。本厚度係加以選擇來作為說明，因為其大約為鋁之集膚深度的1/10。本圖包含一條在鋁材厚度上的垂直線802。在本圖中，在電流密度線下方及垂直線左方之陰影區代表在鋁材內所感應的總電流。
如前述，本發明典型地牽涉，具體材料在預期電磁場頻率下不超過約1/10集膚深度之傳導材料之使用。在電磁場頻率可能變動的應用中，傳導材料厚度係可由不同的演算法來加以選擇。例如，該厚度係可加以選擇，以致於其不超過在可能頻率範圍內之任一頻率下之約1/10集膚深度。如此造成所用的材料係較薄的(相較於在較低頻率下可能嚴格地必要者)。如另一例子，該厚度係可加以選擇，以致於其不超過在所期待平均操作頻下(所期待之最常用頻率)之約1/10集膚深度，該頻率係在傳輸最大電量時被期待使用之頻率、該頻率係在傳輸最小電量時被期待使用之頻率、或基於所期待無線電力供應系統操作下的其他數值。
如前述，在特定材料內場強度損失，典型地將隨著頻率變動，其中較高的頻率造成較大的場強度損失。例如，第九圖及第十圖係相似於第七及八圖，但以下係除外，它們顯示在施加10MHz電磁場時的損失。第九圖顯示，一片1mm厚鋁在施加10MHz電磁場時所感應的總電流。在本圖中，直線以下的陰影區900，代表鋁片所感應總電流。如能夠見到者，1mm厚鋁片基本上將會吸收全部的10MHz電磁場。第十 圖顯示，20μm厚鋁片在施加10MHz電磁場時所感應的總電流。本圖包含一條在鋁材厚度上的垂直線1002。在本圖中，在電流密度線下方及垂直線左方之陰影區1000代表在鋁材內所感應的總電流。藉由第八及十圖之比較，我們能夠見到，在20μm厚鋁片內所感應之總電量，在10MHz時係實質大於在100kHz時。此意謂著，電磁場在10MHz下施加時，比在100kHz下施加時，20μm厚鋁片吸收較大部份的電磁場。例如，本鋁片吸收超過60%在10MHz下所施加的訊號。我們能夠見到，隨著頻率升高，該吸收量持續增加。此表示，材料係可加以選用，以便提供無線電力傳輸電磁場(100kHz)之最小吸收，同時提供對於在較高頻下之不想要頻率的吸收量。例如，800MHz頻帶係手機頻帶，及該無線電力傳輸器不想與這些頻率相互干擾。這個鋁片可能吸收99.9%之來自該無線電力傳輸器之電力，基本上免除來自該無線電力傳輸器之干擾訊號。
III.各種可替換的實施例
如前述，本發明可由多種不同之包含傳導材料的電元件來實施，但其仍能夠被安置在無線電力供應系統之電磁場內。例如，電元件可被用來照明該無線電力供應系統的一個組成元件(如無線電力供應器、遠方裝置或中間元件)，以便在該無線電力供應系統的元件內提供顯示器，或提供一個具有一或更多感測器(能夠感測對系統有用之資訊)之無線電力供應系統的元件，例如一遠方裝置出現於無線電力器電力 傳輸表面上，或者使用者與該表面之互動。在某些實施例中，該電元件可提供多種功能，例如作為顯示器及感測器。如果多功能電元件(如結合了顯示器及感測器)，係使用於無線電力供應系統之電磁場通道之外部，則功率損失及熱增益可能就不是問題，及電元件內的傳導材料的厚度可以超過前文討論者。
依照本發明之電元件，基本上可以被安置在介於該無線電力供應器及遠方裝置之間的電磁通道上的任何位置。多種可替換的位置係示於第一~三圖。第一圖顯示位在無線電力供應器102內的電元件。該電元件包含位在傳輸器線圈(如初級線圈106)之上、及在電力傳輸表面104之下的傳輸材料100之層體，在該電力傳輸表面104上安置有一遠方裝置108。在本實施例中，藉由位在電磁場通道足夠地外部上的傳導連接器114，電元件可被連接到無線電力供應控制器(如充電電路PCBA 112)。第二圖顯示位在無線電力供應器102之表面104上的電元件。如所能見到者，該電元件之傳導材料100係安置在傳輸器線圈(如初級線圈106)上方之無線電力供應器(如充電裝置102)之電力傳輸表面之上。第三圖顯示該電元件係位在共振轉接器109之表面105之上。在本實施例中，該傳導材料100係安置在共振線圈107上方共振轉接器109之電力傳輸表面105之上。該遠方裝置108能夠被安置在該傳導材料100之上，及透過它來接收電力。這些例子並不打算作為限制，及該電 元件係夠被安置在該流道上任一位置，例如，在遠方裝置108之內或之上，或者在共振轉接器以外的中間元件上。
本發明提供多種可替換的系統，及用於提供電力至電元件及控制它的方法。例如，第十一~十三圖說明許多種併入本發明之可替換系統的一般結構。第十一圖係本發明一實施例的代表性示意圖，其中電元件係一顯示器1100。”顯示器”一詞，係廣泛地被用來指稱任何能夠選擇性地提供照明、影像、文字、圖案或其他視覺指示的電元件。該顯示器係可加以配置來照明充電區，提供方向對準資訊、充電狀態、遠方裝置資訊，或基本上任何其他可能想要的視覺指示或資訊。在需要更詳細資訊呈現的應用中，顯示器可為更加複雜的系統，其能夠使用像素陣列來顯示資訊。例如，該顯示器可為電場發光(EL)顯示器，有機發光二極體(OLED)顯示器，或電子墨水顯示器。在第十一圖所示實施例中，含有傳導材料的顯示器係合併至無線電力供應器1102。例如，該顯示器係可被安置在無線電力供應器之電力傳輸表面下方、之內或之上。在本實施例中，該顯示器接收電力及控制來自該無線電力供應器之訊號。如第十一圖所示，無線電力供應器1102可包含一主整流器1104，其提供電力給予無線電力供應器及顯示器。該無線電力供應器1102也可包含一控制器1106，其控制無線電力供應器的操作及顯示器1100的操作。控制器1106可加以配置及程控，以便依照任何所想要的操作計畫來 照明顯示器1100。例如，該控制器可加以配置及程控，而在一遠方裝置係足夠地接近該無線電力供應器時，來照明該顯示器。在本例中，如果該遠方裝置(如可攜式裝置1108)及無線電力供應器1102具有可供彼此通訊的機制(例如中範圍通訊系統，如藍芽、WiFi、或其他短波無線電源)，則該遠方裝置及無線電力供應器可在它們足夠靠近時進行通訊。如果中範圍通訊系統並未存在，則該無線電力供應器可使用其他技術來識別何時該遠方裝置出現，例如經由近接感測器，”偵測”的周期傳輸，或使用者啟動的關關。
如另一個例子，控制器1106係可加以配置來照明該顯示器之不同部位，而提供輔助來對準該遠方裝置至該無線電力供應傳輸器。這些顯示器的部位係可加以模塑，以便提供相關於遠方裝置移動的視覺提示，例如箭號。在這個實施例中，無線電力供應器可併入感測器陣列，其能夠偵測遠方裝置在無線電力供應表面上的位置。例如，無線電力供應器可包含依照本發明一實施例的電容感測器陣列，或壓感感測器陣列，如後文所詳述者。
在第十二圖所示的可替換實施例中，顯示器具有整合的電力及控制設施。在本實施例中，顯示器1200係併入一組件中，其具有整合的無線電力接收器，可接收來自無線電力供應器1201之電磁場。第十二圖的電元件也包含顯示控制器1202，其處理電力及控制設施，並且能夠在接收到無線 電力接收器1204之電力之下操作。該無線電力接收器可包含一槽路，其具有一電感器1206及一電容1208。該電力接收器1204可加以配置而只接收電磁場內一部份的能源，以致於有足夠的電力保留在電磁場內來提供電力至該遠方裝置1210。顯示器可使用的電量在各應用之間係可變動的，其取決於無線電力供應器的電力輸出能力，及該遠方裝置的電力消耗。在本實施例中，該電力及控制設施可包含一整流器來整流該槽路內所感應的AC電力，提供DC電力供控制器及顯示器使用。該控制器係可加以配置而依照內部程式、使用整合的無線電力接收器所產生的電力，來操作該顯示器。該整合的電力及控制設施，若需要時，可包含一電池或其他電能儲存裝置，如電容器。
在第十三圖所示的可替換實施例中，該系統可包含多數個顯示器1300，1301，其每一者具有相似於第十二圖實施例之整合的電力及控制設施。在本實施例中，兩個顯示器能夠彼此獨立操作。當想要選擇性地安置不同電元件至無線電力供應器時，例如將多數個共振轉接器安置在單一無線電力供應器之電力傳輸表面上時，上述係特別地有用。
本說明書現在從系統結構轉移到多種已整合傳導材料之可替換電元件之結構。基於揭示的緣故，本發明將相關於多種可替換的實施例來描述，其包含一或更多的傳導墊，可單獨地或結合其他元件來操作，以便執行照明、顯示 或感測之類的功能。在包含單一層傳導材料的多種實施例中，該單一層的傳導材料可以實質地不厚過於該傳導材料在預期電磁場頻率下之約1/10的集膚深度。如前述，其對於在100kHz電磁場內的鋁片係約20μm厚。在某些實施例中，該功能性電元件包含多於一層的傳導材料。在這樣的實施例中，多層的厚度係加以選擇，以致於全部層體的組合損失，係不大於一材料在合適頻率下、約1/10集膚深度時所造成的損失。例如，依照本發明一實施例的電場發光顯示器，包含兩個傳導層，及這兩個傳導層的厚度可加以選擇，以致於其個別集膚深度的總合，實質地不超過在無線電力供應器頻率下之約1/10集膚深度。為說明本概念舉例如下，如果第一材料係約第一材料集膚深度之0.7/10，則第二材料最多能夠為第二材料集膚深度之0.3/10。
傳導墊(或其他傳導材料)相對於該無線電力傳輸器之尺寸、形狀及位置，在各應用之間係可加以變動。第十四~十六圖係多種可能裝置之例子。第十四~十六圖的例子只是提供來說明而已，本發明的廣度並不局限於該全部可能裝置之排他性陳列。第十四圖所示實施例中，一電元件包含一傳導墊(如傳導區1400)，其被安置在一電力傳輸表面(如無線傳輸墊1402)，靠近該無線電力供應器之無線電力傳輸器(如初級線圈1406)。在本實施例中，該傳導墊1400覆蓋該初級線圈1406，及可能為一部份的感測器、顯示器、照明器或其他電 路，或其組合。如所能見到者，該傳導墊覆蓋其下方傳輸器之主要部份。
第十五圖圖示一可替換的實施例，其中傳導墊1500包含一穿孔1504，以便降低渦流量(其接著降低功率損失及熱增益)。該穿孔基本上可位在傳導墊內的任一位置，但如果被界定在磁通量最高處區域，則可能是最有利的。在第十五圖的實施例中，傳導墊1500係同心地安置在無線電力傳輸器1506上方，及該穿孔1504係形成於該傳導墊1500之中心，藉此形成一傳導材料環。
第十六圖圖示另一個可替換的實施例中，其中電元件包含多數個傳導墊(如傳導區1600)，其排列成一陣列，靠近該無線電力傳輸器(如初級線圈1606)。在本實施例中，每一個傳導墊1600可為一部份的感測器、顯示器、照明或其他電路，或其組合。每一個傳導墊1600係分別地電連到該控制器。此種個別連接允許傳導墊被分別地操作。例如，當電元件係一顯示器時，該控制器能夠分別地照明或活化每一個傳導墊。如另一個例子，當電元件係感測器時，該控制器能夠分別地測量在每一個傳導墊上的訊號。所測得的特徵，在各應用之間係可變動，此取決於感測器之種類。關於電容感測器，該控制器可測量每一傳導墊上的電容指示特徵。關於壓感感測器，該控制器可測量在壓電材料上所發展的電壓指示特徵。雖然這個實施例顯示多數個分別連接到控制器上的傳導 墊，但在某些實施例中，可能想要的是，將兩個或更多的傳導墊集合式地連接到該控制器，以致於這些傳導墊能夠共同地由該控制器加以操作。例如，在所示顯示器相關上下文中，如果想要同時永遠地照明不同傳導墊所屬區域，則集合式地連接多數個不同的傳導墊至該控制器。第十七圖圖示一個結構，用於引導訊號，從每一個傳導墊1700至訊號匯流排1702，及最終至連接器1701。在本實施例中，被用來引導訊號的傳導墊1703，係不厚過於傳導墊。在電元件接收電力及控制無線電力供應器之訊號的應用中，該連接器可連接該無線電力供應器之控制器，例如連接至無線電力供應器PCB組件。連接器1701基本上可為任何類型的電連接器，其能夠電連接電元件至該無線電力供應器。第十八圖係可替換實施例，其中傳導墊1800係連接到一專用控制器1802，而非無線電力供應器之控制器。在本實施例中，用來引導訊號的傳導接腳1803，係不厚過於該傳導墊。電元件及其附屬控制器可以被製造成一個組件，其中傳導墊及傳導接腳係PCB上的銅充填區，或為直接添加到PCB組件上以便提供傳導區的材料。
如一可替換者，其具有分離式傳導接腳，將每一傳導墊分別電連接至該控制器，該系統可包含一多工器，用於選擇性地連接任一個體傳導墊至該控制器。第十九圖係一電元件系統之代表性示意圖，其包含一控制器(如微控制器1904)及一多工器1902。如前述，控制器1904可為無線電力供 應器之控制器，或者一專用於操作該電元件的分離式控制器。亦如前述，本實施例之電力輸入1906可以來自無線電力供應器，或可為分離式電力供應器，其專用於供應電力至電元件系統，例如分離式有線電力供應器或無線電力供應器(接收該無線電力供應器所生電磁場的電力)。在本實施例中，該電元件係一電容感測器，其具有多數個被排列成規則式樣之分離的傳導墊1900。在本實施例中，該控制器1904係連接至、及操作該多工器1902。例如，控制器1904可以造成該多工器緊接著將多工器輸入連接到每一個個體傳導墊1900，接著變動該活化的傳導墊。經由該傳導墊的周期之時間及式樣，在各應用之間係可變動。例如，該控制器可為重複而連續地周期化該活化的傳導墊，或者其可間歇性周期化該傳導墊，而在每一周期之間有一延遲。輸入感測器1908係加以配置來感測電力特徵，例如電壓及/或電流，其為每一傳導墊之狀態指示。例如，在使用電容感測器之下，該輸入感測器可測量電流或電壓，以便測定該活化傳導墊之電容(即，目前耦合至多工器輸入之傳導墊)。
第二十圖係具有多工器2002之可替換電元件系統的代表性示意圖。在本實施例中，該系統也包含一接地平面2020。接地平面2020用來提供一回轉路徑。在本實施例中，傳導墊2000及接地平面2020可為顯示器及/或感測器之元件。例如，該傳導墊2000可形成顯示器及/或感測器之一電極，及 該接地平面2020可形成該顯示器及/或感測器之另一電極。該電極之間可安置合適的中間材料，例如在電元件為電場發光顯示器時之電場發光材料，或在該電元件係壓感感測器時之壓電材料。在本實施例中，來自接地平面2020之回轉線可包含一開關2022，其在接地係基於某些目的而使用時，允許控制器2004選擇性地解連接該接地2020，而非其他者。例如，當該電元件能夠以一模式來操作(如電場發光顯示器)及以另一模式來操作(如電容感測器)時，則在電容感測器模式時，想要解連接該接地平面2020。在本實施例中，該電元件系統，在連接至多工器2002之電力輸入線內可包含一輸入感測器2008，或在來自該接地平面2020之回轉線內可包含一回轉感測器2009。該輸入感測器及回轉感測器可單獨使用或結合使用，以便測量附屬於活化傳導墊之電特徵。例如，該控制器可基於輸入感測器2008所測得之電流測值、該回轉感測器2009所測得之電流測值及/或這兩個感測器所測得電流測值之比較值，來測定感測器狀態。
如前述，電元件類型在應用之間係可變動。例如，該電元件可為一顯示器，在無線電力供應系統之一元件上(如無線電力供應器)，用來照明或提供視覺指示，或為一感測器/感測器陣列，其能夠感測對於該系統有用之資訊(如遠方裝置在無線電力傳輸表面上出現，或使用者與該表面之互動)。在某些實施例中，該電元件可提供多重功能，例如同時為 顯示器及感測器。雖然電元件之配置係可變動，但是第二十一~二十六圖圖示多種不同類型電元件之示範性實施例。這些例子打算說明本發明之寬度，及不應被解釋為本發明範圍之限制。第二十一圖係無線電力傳輸器2101之代表性橫斷面視圖，其包含多數個傳導墊2100，已配置來作為電容感測器陣列而運作。在本實施中，該陣列在截取橫斷面之方向上包含三個傳導墊2100。傳導墊之數量在各應用之間係可變動。在本實施例中，該傳導墊2100係在一個能夠適當地支承該薄傳導材料之基材2102上形成。雖未顯示，但該電元件也包含傳導接腳，用於電連接該傳導墊至該控制器或多工器(如相關於第十七及十八圖之前述者)。該傳導墊及傳導接腳，基本上係可以用任何能夠形成足夠薄的材料之技術及設備來製造。例如，傳導墊及接腳可由噴濺塗覆或絲網印刷該傳導材料於該基材上而形成。如所示者，電元件可安置在傳輸器上方，例如傳輸器線圈(如TX線圈2104)。一遮罩或磁通引導材料(如TX遮罩2106)可安置在傳輸器線圈2104之下方來限制雜散場(stray field)。
第二十二圖係一無線電力傳輸器2201之橫斷面視圖，其包含多數個傳導墊2200及接地平面2220，已經配置而作為電容感測器陣列來操作。在本實施例中，傳導墊之任一者可結合至該接地平面，形成一對電極。關於第二十一圖之實施例，該實施例包含一個陣列，其在取得橫斷面之方向 上具有三個傳導墊2200。傳導墊的數量在各應用之間係可變動。在本實施例中，傳導墊2200係在能夠適當地支承該薄傳導材料的基材2202之一側上形成，及該接地平面2020係形成於相對的一側。可替換地，傳導墊可在不同基材上形成，而非該接地平面。雖未示，但電元件也可包含傳導接腳，可供傳導墊及接地平面使用。傳導墊、接地平面及傳導接腳，基本上可使用任何技術及能夠形成足夠薄材料之設備來形成，例如噴濺塗層或絲網印刷。如所示者，電元件可被安置在傳輸器之上，例如傳輸器線圈。一遮罩或磁通引導材料可被安置在傳輸器線圈下方，以便限制雜散場。在本實施例中，兩個接地平面及該接地平面上之傳導墊的總厚度，基本上不厚過於該材料之集膚深度之1/10。如果這些材料係兩種不同材料，則其厚度總和將依照個別集膚深度來採用。為說明本概念舉例如下，如第一材料係其集膚深度之0.7/10，則第二材料最多能為約其集膚深度之0.3/10。
在某些應用中，因為線圈係直接地安置在陣列之下方，所以感應式電力供應器之開關噪音可能抑制電容感測陣列之效率。為了排除此缺失，接地平面可被安置在陣列之下方來吸收電容感測器頻率之幅射能，如第二十二圖所示。針對於典型應用之效率，電容感測器之頻率可以大於無線電力供應器之20倍，以致於該接地平面厚度能夠被製成在感應式電力供應器(及電容感測墊)頻率下之集膚深度之約1/20。在 這個厚度之下，該接地平面有效地處於該電容感測器頻率之集膚深度，降低約36%(或更多)的該頻率下幅射能。當接地平面被安置在該電容感測器下方時，可能想要的是，該電容感測墊及該接地平面之間的距離係大於該電容感測墊及該傳輸器表面之間的距離，以致安放一物體在該傳輸器表面上之效率，提供一較大的墊子有效電容差(a greater delta in effective capacitance of the pad)。
第二十三圖係一無線電力傳輸器2301及一電元件之橫斷面視圖，其係加以配置而作為壓感感測器陣列來操作。在本實施例中，該電元件包含在第一平面上之第一多數個傳導墊2300，及在第二平面上之第二多數個傳導墊2302。該兩組傳導墊夾住一壓電材料2304。該壓電材料係加以選擇而在受力變形時，於其結構上產生電壓。在任何給定的應用中，該壓電材料係加以選擇及配置，以便感測在該應用中想要感測之力量。例如在本實施例中，該壓電材料2304係加以選擇及配置，而具有合適的感測力，能夠識別遠方裝置(如手機)被安放在該電元件之表面上(如傳導墊2300，2303之頂部)之時刻。本實施例包含一陣列，其在取得該橫斷面視圖之方向上具有傳導墊2300，2302。傳導墊2300、2302之數量在各應用之間係可變動。在本實施例中，這兩組傳導墊均在能夠適當地支承薄傳導材料之基材2306之一側上形成。雖未示，但電元件也可包含傳導接腳，可供傳導墊使用。該傳導墊及 傳導接腳，基本上可使用任何能夠形成足夠薄材料之技術及設備來形成，例如噴濺塗層或絲網印刷。如所示者，該電元件可被安置在一傳輸器之上方，如傳輸器線圈2308。一遮罩或磁通引導材料2310，可安置在傳輸器線圈2308之下方，以便限制雜散場。在本實施例中，在壓電材料之上方及下方的兩個傳導墊共同之總厚度，實質地不厚過於該材料之集膚深度之約1/10。如果這些材料係兩種不同材料，則其厚度總和將依照個別集膚深度來取用。為說明本概念舉例如下，如果第一材料係其集膚深度之0.7/10，則第二材料最多能為約其集膚深度之0.3/10。在本實施例中，該壓電材料係非傳導性材料，此意謂其不會吸收電磁場。如果使用傳導性壓電材料，則在測定可接受材料厚度時，其將是一個影響因子。
在另一實施例中，本發明結合一電場發光顯示器及一電容感測器陣列。在本實施例中，一個電場發光材料區也用來作為電容感測器。當想要使用該區作為電容感測器而無需照明該區時，該控制器可施加電壓或電流，其電力不足以照明該材料，或其係處於實質不同於材料照明頻率之操作頻率之下，或其可能解連接該材料之接地平面而除去電流回轉通道，或其為上述之任一組合。當決定該材料應該被照明時(起因於接近、提供使用者回饋、或基於某些原因)，該控制器將提供足夠之正確操作頻之電力來照明該材料，或再連接該材料的接地平面，或此二者。材料被照明後，該控制器將 測量該電壓及電流之特徵，以便測定一電容材料是否被安置在附近。此可由推測出以下者來完成：電路之共振頻改變、輸入及回轉電流不同、或簡單地測量電壓或電流之振幅或相位之轉移。此亦可藉由以下來完成：安置一額外的傳導材料區靠近該被照明區，及測量進入該傳導區內的耦合電壓或電流。
該控制器也可周期性地解連接該材料之接地回轉(ground return of the material)，其周期係足夠短而避免可察覺的材料暗淡(noticeable dimming of the material)，但足夠地長而可供該控制器來測量該傳導區之有效電流、電壓或電容。取得測值之後，該控制器決定是否應該切換至不同的傳導區，以便取得其他測值，或只是停止照明該表面(經由解連接該接地平面)。
第二十四圖係一無線電力傳輸器2401之代表性橫斷面視圖，其包含多數個傳導墊2400及接地平面2420，已經配置而作為電場發光顯示器及電容感測器陣列來使用。在本實施例中，傳導墊2400之任一者可結合該接地平面2420，形成一對電極。在本實施例中，一電場發光材料2404係夾在每一傳導墊2400及該接地平面2420之間。在本實施例中，該傳導墊2400可由透明或半透明的傳導材料來形成，以致於被照明的電場係可透過該傳導墊來查看。許多種透明及半透明材料係本項技藝人士所熟知，例如氧化銦錫(ITO)、摻雜氟的氧 化錫(FTO)、摻雜的氧化鋅及其他透明傳導氧化物(TCOs)。在使用時，控制器能夠以EL模式、或電容感測模式來操作該電元件。在EL模式中，該控制器可施加AC電力至該傳導墊，其覆蓋所想要照明之區域。當施加一交替的電磁場於該材料上時，介於接收AC電力之傳導墊及該接地平面之間的電場發光材料，將會照明。在電容模式中，藉由施加電力至該傳導墊及測量電流及/或電壓，該控制器可感測到傳導墊附近之內的傳導物品。處於電容感測器模式時，若想要的話，該控制器可解連接該接地平面。關於第二十一圖，本實施例包含一陣列，其在取得橫斷面視圖之方向上具有三個傳導墊。傳導墊之數量在各應用之間係可變動。在本實施例中，該傳導墊、電場發光材料及接地平面，係在能夠適當地支承許多材料之基材2406的一側之上加以形成。雖未示，但該電元件也包含傳導材料，可供該傳導墊及該接地平面使用。該傳導墊、接地平面及傳導接腳，基本上可由任何能夠形成足夠薄材料之技術及設備來形成，例如噴濺塗層或絲網印刷。如所示者，該電元件可被安置在一傳輸器之上，例如傳輸器線圈2408。一遮罩或磁通導引材料2410，可被安置在該傳輸器線圈之下方，來限制雜散場。在本實施例中，接地平面及該接地面上方傳導墊之總厚度，實質地不厚過於該材料集膚深度之約1/10。如果這些材料係兩種不同的材料，則其厚度總和可依照其個別的集膚深度來取得。在本實施例中，電場發光材料係 非傳導性材料，因而無關於可接受材料厚度之測定。
第二十五圖係一無線電力傳輸器2501及一電元件之代表性橫斷面視圖，其已加以配置而作為壓感感測器陣列使用。本實施例係相似於第二十三圖之實施例，但以下除外，其使用壓感材料(pressure-sensitive material)(如壓阻材料(piezo-resistive material)2504)而不是壓電材料。在本實施例中，該電元件包含在第一平面上的第一多數個傳導墊2500及在第二平面上的第二多數傳導墊2502。該兩組傳導墊2500及2502夾住一耐壓材料(pressure-resistive material)2504。該耐壓材料2504係加以選擇，在施加一作用力時，呈現出可識別的電阻改變。在本實施例中，該耐壓材料係加以選擇及配置而在一遠方裝置(如手機)被安置於該電元件表面(如傳導墊之表面)上時，可以識別。在本實施例中，兩個在壓感材料之上及下方的傳導墊之厚度總和，實質地不厚過於該材料集膚深度之約1/10。如果這兩種材料係不同的材料，則其厚度總和可依照其個別集膚深度來取得。在本實施例中，該耐壓材料具有少許的傳導性，但其電阻係如此地高，以致於在測定可接受材料厚度時，其基本上能夠被忽略。
第二十六圖係第二十五圖之代表性示意圖，但除外的是，其圖解一個被安置在傳導墊陣列上方的非傳導性塗層2615。在想要避免傳導墊2600與外部元件(如遠方裝置)產生傳導作用時，該非傳導性塗層2615可被施加在電元件上，防 止靜電放電電擊(electrostatic discharge strike)，並抵抗傳導層的磨損。雖然該非傳導性塗層2615係結合第二十五圖之電元件系統來說明，但該非傳導性塗層基本上係可以施加在本發明之任一實施例中(若未施加則露出傳導材料者)。該非傳導性塗層2615可以液體形式來施加，靜置固化至固體狀態。可替換地，該非傳導性塗層可為非傳導性薄膜或其他非傳導性層體。
雖然本圖式典型地以具有圓角之一般矩形來圖示該傳導墊，但該傳導墊之尺寸及形狀在各應用之間係可變動。例如，在電場發光顯示器之相關上下文中，該傳導墊可加以裁切成不同的尺寸及有形區域。然而在某些應用中，可能想要限制該傳導墊之尺寸。隨著傳導墊尺寸增加，傳導墊之電容也跟著增加，但其電阻也將會增加。可能想要設計被利用於電容感測器的傳導墊，以致於傳導區對於流入該傳導區之電流而言係不會太大。因為材料是如此之薄，所以電流能夠集中在材料的邊緣及角落，避免電荷平均地充填於平面上，及增加該墊子之等價串接電阻(ESR)。第二十七圖包含三個不同尺寸傳導墊之圖式。該傳導墊係加以塑形而代表電流在墊子內的分佈。如能見到者，隨著傳導墊增大，該電流分佈變的較不均勻。這種現象至少部份地起因於電流集中(current crowing)。第二十七圖也包含兩種不同尺寸傳導墊所用之等價電路的代表性示意圖。如所能見到者，傳導墊尺寸 增加，不止造成電容增加，也增加了電阻。電阻增加，對於某些類型的電元件之性能而言，係有負面的效應。例如，傳導墊電阻增加，對於併入電容感測器或電容感測器陣列的系統，能夠有材料負效應(material adverse impact)，因為增加的電阻使傳導墊之電容改變較不易偵測。為解決本問題，該傳導墊可被製造得足夠小，確保ESR係足夠地低而不會避免正確讀數(not prevent accurate readings)，或者使用遠高於感應式電力供應器之頻率，以致於在電容感測頻下的該材料集膚深度係接近於實際材料之厚度。在典型低電力應用中，可能想要限制傳導墊之尺寸，使其ESR保持在100歐姆之下。
第二十二圖圖示一系統實施例，其中該電元件係電容感測器陣列。在本實施例中，該系統包含單一接地平面，其延伸至全部傳導墊之下方。第二十八圖圖示一可替換的實施例，其中該系統包含一接地平面填料2820，包圍住該傳導墊。在本實施例中，該接地平面2820可用來避免在傳導墊2800之間的干擾，及避免其他可能電源之干擾。傳導墊2800及接地平面2820在傳導墊邊緣之周圍形成有效電容。當一材料(如塑膠外罩或人體組織)在傳導墊及該接地平面之間形成介電”橋”時，由控制器所測得之電容改變。如在其他應用中，該傳導墊之厚度、該接地平面之厚度及該傳導接腳之厚度，可能實質地不大於相對應材料在無線電力供應器頻率下之集膚深度的約1/10。在傳導墊及接地平面之間的縫隙2802，在各應用 之間可如所想要者而加以變動。
在可替換實施例中，該電元件係可為電場發光顯示器，其如所想要者而配置來照明像素，及作為電容感測器使用。現在參照第三十四及三十六圖，該電元件一般包含一控制器(如微控制器3404)、一電源3405、一輸入多工器3402、一第一多數並聯傳導墊3400、一回轉多工器、一實質垂直於該第一多數傳導墊延伸之第二多數傳導墊3401、被安置在第一及第二傳導墊之重疊部位之間的多數電場發光材料區3416、一輸入感測器3408及一回轉感測器3409。如最佳地顯示於第三十六圖者，該第一多數並聯傳導墊3400係與該第二多數並聯傳導墊3401互相隔離，及該電場發光材料區3416係夾在該墊子重疊區域之間。在本實施例中，該控制器3404係操作性地連接到輸入多工器3408，以便控制第一傳導墊3400之多工器與輸入電力3405之耦合，及連接到回轉多多工器3403，以便控制該第二傳導墊3401之回轉多工器與接地3412之耦合。該控制器3404也操作性地連接到該輸入感測器3408及該回轉感測器3409，以致於其能夠取得在電力輸入3405或回轉線內的電流及/或電壓測值。如於其他應用中，兩組傳導墊之結合厚度實質地不大於相對應材料在無線電力供應器之頻率下的集膚深度之約1/10。
參照第三十五圖，現在將要描述電元件系統之操作。為了作為顯示器來操作，控制器3402，藉由傳送一控制 訊號至輸入多工器3402，將輸入電力3405連接至第一多數傳導墊3400內之適當的傳導墊，造成系統對所想要的像素3500進行照明。將要被照明的是像素排內的傳導墊。在第三十五圖的實施例中，輸入多工器3402連接輸入電力至該傳導墊(其形成第三行的顯示器)。控制器3404也傳送控制訊號至回轉多工器3403，將第二多數傳導墊3401內的適當的傳導墊連接到接地3412(或連接回轉線至該電源)。將要被照明的是該像素排內的傳導墊。在第三十五圖的實施例中，回轉多工器連接該傳導墊(其形成第四列顯示器)至接地(或至回轉線)。結果，在第三行及第四列的顯示器內的電場發光像素，將會照明。為了照明多數個像素，控制器3404可造成兩個多工器迅速地經由合適的行及列來循環，接著施加電力至及照明全部的所想要像素。為了作為電容感測器陣列來操作，控制器可造成輸入多工器3402及回轉多工器3403經由所想要的像素(將要進行電容感測者)來循環。在像素尺寸相對較小的應用中，可能不必透過全部的像素循環來取得所想要的資訊。例如，只經由顯示器每平方公分內一個像素進行循環，感測器即可被提供足夠的解析度。當經由所想要的”感測器”像素進行多工器循環時，該控制器可取得在輸入感測器及回轉感測器內相對應的電流及/或電壓測值。控制器3404，基於感測器讀數，可測定一物體係何時接近一感測器像素。例如，該控制器可考慮輸入感測器讀數、回轉感測器讀數、或兩者之組合。在某些 應用中，當以感測器模式來操作時，可能想要施加較少量的電力至該傳導墊。更具體地說，可能想要施加較小於照明該像素所需電力之電量，來照明該像素，以致於該像素在感測器模式期間係未照明。
雖然本發明顯示器實施例主要是以電場發光顯示器相關內容來描述，但本發明係可由其他類型顯示器來實施。例如，本發明可併入OLED顯示器或電子墨水顯示器。這些顯示器技術係熟知的，因而不詳細描述。如此地說便足夠了：OLED型顯示器可包含發射性電場發光材料，由一層有機化合物夾在一對傳導墊之間(如電極)而形成；電子墨水型顯示器可包含被安放在傳導材料(如電極及電極像素層)之間的微膠囊。在每一種情況下，該顯示器內的傳導材料係足夠薄來避免過度熱增益及過度功率損失。在OLED型顯示器中，電極係足夠地薄，以致於它們總合起來並未超過無線電力供應器頻率下的集膚深度之1/10。在電子墨水型顯示器中，電極及電極像素層的組合厚度，並未超過在無線電力供應器頻率下之集膚深度的1/10。
在另一觀點中，本發明可用來提供一無線電力供應器，其也能夠作為無線傳導性電力供應器(wire-free conductive power supply)使用。已經開發技術，藉由提供一種能選擇區域來供應電力及接地之傳導表面、提供電力至遠方裝置上露出的接觸點(如針)，來提供電力至遠方裝置。例如， 由PureEnergy Solutions公司所提供的WildChargeTM技術，係一種商業上可購得的傳導性電力供應技術。使用依照本發明之露出的薄傳導材料，無線電力供應器能夠被製成而接受無線供電的遠方裝置及傳導供電的遠方裝置。例如，無線電力供應器的電力傳輸表面可包含多數個露出的並聯傳導墊，其基本上以相同於習知傳導電力供應器上的並聯傳導墊之方式來運作。當一無線遠方裝置被安置在電力傳輸表面上時，該無線電力供應器能夠使用電磁場來傳輸電力至該遠方裝置，及當一傳導性遠方裝置被安置在該電力傳輸表面上時，該無線電力供應器能夠改用傳導墊來施加電力至該遠方裝置。相似地，一遠方裝置可以在一表面上設有傳導區，其允許該遠方裝置被配置而接收來自一無線電力供應器之電力，或直接來自電連接之電力。例如，該遠方裝置之下表面(無線電力由其進入該遠方裝置)可包含多數個傳導墊(如三個被排列成三角形之傳導墊)，形成接觸，用於接收來自無線傳導電力供應器之電力。在本實施例中，該傳導墊係露出的，及基本上以相同於遠方裝置之配置來接收習用傳導性無線電力供應器之接觸的方式來運作。在此本發明觀點中，該薄傳導材料可具有一厚度，其實質不大於該材料在無線電力供應器頻率下之集膚深度的1/10。
在另一可替換的實施例中，本發明可提供一種用於製造材料表面之方法，該表面基於美觀因素有金屬外觀， 同時仍能夠透過該表面來充足地傳輸無線電力。該表面能夠位在該無線電力供應器、該遠方裝置或一中間元件(例如可被安置在該無線電力供應器及該遠方裝置之間的共振轉接器)之上。在某些應用中，該表面可包含一個較厚的金屬外罩，其設有穿透該金屬的穿孔。該穿孔的尺寸係可變動的，但在應用中，其尺寸係足夠來覆蓋有效的無線電力供應器傳輸器之電磁場。該穿孔可以充填非傳導性材料，及可由薄傳導材料來塗覆，其厚度係依照前文所述方法來決定。例如，該薄傳導材料的厚度實質地不大於該材料在無線電力供應器頻率下之集膚深度的1/10。可替換地，充填該穿孔之該非傳導性材料，可為低傳導性材料，其揭示於美國專利臨時申請案第61/583,840號，發明名稱為”Composite Metal Surface”，由Mose等人於2012年元月6日提申。若想要的話，該薄傳導材料可由硬及清晰的頂塗層來覆蓋，避免該薄傳導材料之磨擦或磨損，而有助於防止該材料被磨出該表面。
上述係本發明目前實施例之描述。許多變動及改變係能夠被完成而不離開本發明精神及較寬大範圍，其係被界定如後附申請專利範圍，而依照包含均等論之專利法原理來加以解釋。請求權利之元件的任何單數的參考符號，例如，使用冠詞”一”(a,an)或”該”(the,said)，並不解釋為限制該元件為單數。本揭示內容係基於說明目的而提供，不應被釋釋成為全部本發明實施例之排他性描述，或限制申請專利範 圍於以這些實施例相關來說明或描述之具體元件。例如(及未限制)，任何所述發明之個體元件係可由提供實質相似功能或提供足夠操作之可替換元件來取代。這包含(例如)目前已知之可替換元件、例如一般精於本項技藝人士已熟知者，及可能在未來加以開發之可替換元件，例如，一般於本項技藝人士在研發時，識別出的可替換者。進一步地，所揭示的實施例包含多數個特徵及/或元件，它們可能個別地或互助合作來提供優點加成。本發明並未限制只包含這些全部特徵、或提供全部所述優點之實施例。取而代之的是，本發明可延伸至所揭示特徵及/或元件之任何交換、組合或次組合。
100‧‧‧conductive material 傳導材料
102‧‧‧wireless power supply 無線電力供應器
104‧‧‧power transfer surface 電力傳輸表面
106‧‧‧resonating adaptor 共振轉接器
108‧‧‧remote device 遠方裝置

Claims (43)

  1. 一種用於無線電力供應器之電磁場通道的電元件，包括：一傳導材料，係加以配置而實質地垂直該電磁場通道來延伸，該傳導材料具有一厚度，其係加以選擇而在一預期之電磁場操作頻率之下，具有一不大於可接受熱增益之熱增益，及一不大於可接受功率損失之功率損失。
  2. 如申請專利範圍第1項的元件，其中該厚度實質不大於該傳導材料在預期電磁場操作頻下之約1/10的集膚深度。
  3. 如申請專利範圍第1項的元件，其中該厚度係加以選擇，以致於該傳導材料的功率損失實質地不大於約100毫瓦/立方公分(mW/cm3)。
  4. 如申請專利範圍第1項的元件，其中該電元件係一顯示器，該傳導材料係該顯示器內的電極。
  5. 如申請專利範圍第4項的元件，其中該傳導材料包含一第一電極及一第二電極，該第一電極及該第二電極的結合厚度係實質地不大於該傳導材料在預期電磁場操作頻下之約1/10的集膚深度。
  6. 如申請專利範圍第5項的元件，其中該顯示器係一電場發光顯示器，該顯示器包含一電場發光材料，其被安置在該第一及第二電極之間。
  7. 如申請專利範圍第5項的元件，其中該電元件係一顯示器，該顯示器包含多數個被排列在第一平面上的第一電極、 及多數個被排列在實質平行於第一平面並與之分離之第二平面上的第二電極，該第一及第二電極在實質垂直於該第一平面上的厚度總和，係實質地不大於該傳導材料在預期電磁場操作頻下之約1/10的集膚深度。
  8. 如申請專利範圍第1項的元件，其中該電元件係一感測器，該傳導材料係該感測器內的電極，該厚度係實質不大於該傳導材料在預期電磁場操作頻下之約1/10的集膚深度。
  9. 如申請專利範圍第1項的元件，其中該電元件係一感測器，該傳導材料包含在該感測器內的電極及接地平面，該電極延伸至該第一平面，及該接地平面延伸進入一實質平行於該第一平面並與之分離之第二平面，該第一及接地平面在實質垂直於該第一平面上的厚度總和，係實質地不大於該傳導材料在預期電磁場操作頻下之約1/10的集膚深度。
  10. 一種無線電力供應系統，包括：一無線電力供應器，其具有一傳輸器來產生在一頻率下的電磁場；及一電元件，係安置在該電磁場之流動通道內，該電元件包含一傳導材料，其實質地垂直於該電磁場通道來延伸，該傳導材料具有一厚度，其係加以選擇而在該頻率下具有一不大於可接受熱增益之熱增益、及一不大於可接受功率損失之功率損失。
  11. 如申請專利範圍第10項的無線電力供應系統，其中該電 元件係一電場發光顯示器，該電場發光顯示器包含一電場發光材料，其被安置在一對相互隔離之傳導墊之間，該傳導墊之厚度總和實質地不大於該傳導墊在該無線電力供應系統之頻率下的約1/10的集膚深度。
  12. 如申請專利範圍第10項的無線電力供應系統，其中該電元件係一壓電感測器，該壓電感測器包含一壓電材料，其被安置在一對相互隔離的傳導墊之間，該傳導墊之厚度總和實質地不大於其在該頻率下的約1/10的集膚深度。
  13. 如申請專利範圍第10項的無線電力供應系統，其中該電元件係一壓阻感測器，該壓阻感測器包含一壓阻材料，其被安置在一對相互隔離的傳導墊之間，該傳導墊之厚度總和實質地不大於該傳導墊在該頻率下的約1/10的集膚深度。
  14. 如申請專利範圍第10項的無線電力供應系統，其中該電元件係一電容感測器，該電容感測器包含一傳導墊，該傳導墊之厚度實質地不大於該傳導墊在該頻率下的約1/10的集膚深度。
  15. 如申請專利範圍第10項的無線電力供應系統，其中該電元件包含多數個傳導墊及多數個從該墊子延伸出來的傳導接腳，該傳導墊之厚度實質地不大於該傳導墊在該頻率下的約1/10的集膚深度，該傳導接腳之厚度實質地不大於該傳導墊在該頻率下的約1/10的集膚深度。
  16. 如申請專利範圍第10項的無線電力供應系統，其中該無 線電力供應系統能夠透過一電磁場或傳導電力傳輸而供應電力至一遠方裝置，該電元件包含多數個傳導墊，該傳導墊係暴露在該無線電力供應系統的電力傳輸表面之下，以便提供一傳導器陣列可供選擇性地透過傳導電力傳輸而提供電力至一遠方裝置，該傳導墊之厚度實質地不大於該傳導墊在該頻率下的約1/10的集膚深度。
  17. 如申請專利範圍第10項的無線電力供應系統，其中該電元件係一有機發光二極體顯示器，該顯示器包含由一層有機化合物所形成之發射電場發光材料，該發射電場發光材料係安置在一對相互隔離之傳導墊之間，該傳導墊之厚度總和實質地不大於其在該頻率下的約1/10的集膚深度。
  18. 如申請專利範圍第10項的無線電力供應系統，其中該電元件係一電子墨水顯示器，該顯示器包含多數個微膠囊，其被安置在電極層及電極像素層之間，該電極層及該電極像素層之厚度總和係實質地不大於該電極層及該電極像素層在該頻率下之集膚深度的約1/10。
  19. 一種顯示器/感測器系統，包括：一第一電極，係連接到一輸入線；一第二電極，係連接到一回轉線；一電場發光材料，係安置在該第一電極及該第二電極之間；及一控制器，係能夠以顯示模式來操作該系統，其中AC電 力係透過該第一電極及該第二電極，在足夠照明該電場發光材料之電量及頻率之下，被施加到該電場發光材料，及係能夠以感測器模式操作，其中該控制器監測被施加到該電場發光材料上的電力特徵，以便測定電容改變何時發生。
  20. 如申請專利範圍第19項的系統，其中在該感測器模式期間，該控制器係以足夠照明該電場發光材料之方式來施加電力至該電場發光材料。
  21. 如申請專利範圍第20項的系統，進一步包含一開關，用於解連接該第二電極，該控制器係加以配置來操作該開關，以便在該系統係處於感測器模式時，解連接該第二電極。
  22. 如申請專利範圍第20項的系統，進一步包含一輸入感測器，其被安置在該輸入線內，用於感測被施加到該電場發光材料上之電力特徵；及其中該控制器係加以配置，而基於該輸入感測器之測值，來測定一物體何時接近該電場發光材料。
  23. 如申請專利範圍第20項的系統，進一步包含一回轉感測器，其被安置在該回轉線內，用於感測該回轉線內的電力特徵；及其中該控制器係加以配置，而基於該回轉感測器之測值，來測定一物體何時靠近該電場發光材料。
  24. 如申請專利範圍第20項的系統，進一步包含一輸入感測器，其係安置在該輸入線內，用於感測被施加到該電場發光 材料的電力特徵、及一回轉感測器，被安置在該回轉線內，用於感測該回轉線內的電力特徵；及其中該控制器係加以配置，而基於該輸入感測器及該回轉感測器之至少一者之測值，來測定一物體何時靠近該電場發光材料。
  25. 如申請專利範圍第20項的系統，進一步包含一輸入感測器，其係安置在該輸入線內，用於感測被施加到該電場發光材料的電力特徵、及一回轉感測器，被安置在該回轉線內，用於感測該回轉線內的電力特徵；及其中該控制器係加以配置，而基於該輸入感測器及該回轉感測器兩者之測值，來測定一物體何時靠近該電場發光材料。
  26. 如申請專利範圍第19項的系統，進一步包含被排列成分離對的多數個第一電極及多數個第二電極、被夾在該對電極之間的多數個電場發光材料。
  27. 如申請專利範圍第26項的系統，進一步包含一多工器，用於選擇性地連接一輸入電力線至個別的第一電極。
  28. 如申請專利範圍第27項的系統，進一步包含一回轉多工器，用於選擇性地連接一回轉線至個別的第二電極。
  29. 一種無線電力供應系統，包括：一傳輸器，係能夠產生一電磁場用於無線地供應電力至一遠方裝置，該電磁場具有一頻率及一通道； 一電力傳輸表面，係鄰接該通道內的傳輸器加以安置，該表面係能夠選擇性地收容該遠方裝置；一顯示器，係安置在該通道內，該顯示器具有一對相互隔離的傳導墊，該傳導墊之厚度總和實質地不大於其在該頻率下的約1/10的集膚深度；一通訊系統，係能夠接收來自該遠方裝置之通訊；及一控制器，用於操作該顯示器，以便回應來自該遠方裝置之通訊。
  30. 如申請專利範圍第29項的無線電力供應系統，其中該顯示器係一電場發光顯示器，該電場發光顯示器包含一電場發光材料，其被安置在該傳導墊之間，藉此，被施加到該傳導墊上的AC電力，照明該電場發光材料。
  31. 一種無線電力供應系統，包括；一傳輸器，係能夠產生一電磁場用於無線地供應電力至一遠方裝置，該電磁場具有一頻率及一通道；一電力傳輸表面，係鄰接該通道內的傳輸器加以安置，該表面係能夠選擇性地收容該遠方裝置；一感測器，係安置在該通道內，該感測器具有至少一個傳導墊，該傳導墊之厚度實質地不大於其在該頻率下的約1/10的集膚深度；及一控制器，係能夠供應電力至該感測器及能夠測量被施加到該感測器上的電力的特徵，以便測定一物體係何時靠近 該感測器。
  32. 如申請專利範圍第31項的無線電力供應系統，其中該感測器係壓感感測器，該感測器具有至少兩個相互隔離的傳導墊，一壓感材料被安置在該傳導墊之間。
  33. 如申請專利範圍第31項的無線電力供應系統，其中該感測器包含一傳導墊陣列。
  34. 如申請專利範圍第33項的無線電力供應系統，其中該傳導墊陣列係電容感測器陣列，該控制器能夠分別施加電力至每一個傳導墊及分別測量被施加到每一傳導墊上的電力特徵，以便測定一物體何時靠近該感測器。
  35. 一種無線電力供應系統元件所用的外罩，包括：一金屬表面，係界定有穿孔及具有一外表面；一非傳導材料，被安置在該穿孔內；一傳導材料之層體，係安置在該外表面上之非傳導材料之上，該層體具有一厚度，其實質地不大於該傳導材料在該無線電力供應系統頻率下之約1/10的集膚深度。
  36. 如申請專利範圍第35項的外罩，進一步包括透明的頂塗層，其被安置在該傳導材料層體之上。
  37. 一種用於製造一使用於電磁場之電元件的方法，該方法包括以下步驟：測定該電磁場之預期的頻率；測定該傳導材材料的集膚深度； 使用一第一傳導材料來製造一電元件，其實質地垂直於該預期電磁場之通道來延伸，該傳導元件具有一厚度，其係加以選擇而在該預期頻率下，具有一不大於可接受熱增益的熱增益，及不大於可接受功率損失之功率損失。
  38. 如申請專利範圍第37項的方法，其中該厚度實質地不大於該傳導材料在該預期頻率下約1/10之集膚深度。
  39. 如申請專利範圍第37項的方法，其中該厚度係加以選擇而使該傳導材料具有實質不大於約1瓦特/立方公分的功率損失。
  40. 如申請專利範圍第37項的方法，進一步包括以第二傳導元件來製造電元件之步驟，該第二傳導元件係沿著該預期的電場通道而與該第一傳導元件相互隔離，該第一傳導元件及該第二傳導元件的厚度總和係實質地不大於在該頻率下之該傳導元件的約1/10之集膚深度。
  41. 如申請專利範圍第37項的方法，其中該電元件係一顯示器。
  42. 如申請專利範圍第37項的方法，其中該電元件係一感測器。
  43. 如申請專利範圍第37項的方法，其中該電元件係選擇性地能夠作為一顯示器及一感測器來運作。
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