透明触摸屏显示器中的触觉反馈和电容性感测的利记博彩app
【技术领域】
[0001] 本公开涉及其中使用了触觉技术来增强透明触摸屏的有用性以便丰富用户体验 的触摸屏设备。
【背景技术】
[0002] 随着依赖触摸屏接口的智能电话、平板计算机、汽车仪表盘等（其中用户必须看 着屏幕来发起动作或对提示做出响应）的激增，用户对其周围环境的注意力显著分散。可 能存在对用户和/或旁观者造成伤害的风险，因为用户正注意于他的智能设备的触摸屏接 口，而不顾其它事物。
[0003] 此外，一部分视觉受损的人无法从智能设备触摸屏技术的优势获益。
[0004] 需要增强触摸屏技术以解决各种用户群体的挑战。
【发明内容】
[0005] 已经发现，通过向那些可能视觉上受损的用户或者需要使用具有触摸屏技术的设 备但处在低照度环境下的有视力用户提供使用的机会，公开的实施例对增强建立在各种设 备上的触摸屏技术是有用的。用户可以经由触摸感觉（即，触觉反馈）来接收与他的触摸 屏设备的状态有关的信息。
[0006] 在示例实施例中，存在具有触觉反馈的用户接口。用户接口包括：衬底、衬底上方 的透明底部电极；透明底部电极上方的透明起皱层；透明起皱层上方的透明顶部电极。当 在顶部电极与底部电极之间施加电压时，透明起皱层由平滑表面变为粗糙表面；该电压生 成相互吸引顶部与底部电极的静电力，以在透明起皱层上施加压缩力。该压缩力足以生成 触摸可感知的表面起皱程度。透明表面保护透明顶部电极的表面。
[0007] 在一些示例实施例中，实现了可编程粗糙特征结构，使得当用户手指的位置在特 定区域中时生成能够可感知的折皱。在其它实施例中，实现了可编程摩擦特征结构，使得生 成具有幅度的可感知折皱，该幅度取决于表面上用户手指的位置和速度两者。在两种类型 的实施例中，折皱可以具有静态幅度或时变幅度。因此可以电容性地感测到手指的速度和 位置。
[0008] 在另一示例实施例中，便携式计算设备具有玻璃显示器；玻璃显示器包括触觉反 馈系统。触觉反馈系统包括玻璃显示器的透明部分，该玻璃显示器具有可切换为平滑或粗 糙的可变表面，其中可变表面包括：衬底、衬底上方的透明底部电极、透明底部电极上方的 透明起皱层、以及透明起皱层上方的透明顶部电极。当在顶部电极与底部电极之间施加临 界电压时，透明起皱层由平滑表面变为粗糙表面；该临界电压生成相互吸引顶部与底部电 极的静电力，以在透明起皱层上施加压缩力，该压缩力足以生成触摸可感知的表面起皱程 度。存在电容性感测电路，当用户手指接近距表面最小距离时，该电容性感测电路感测透明 部分的电容变化，并且电容性感测电路引起临界电压的施加，该临界电压将可变表面从平 滑切换为粗糙；该粗糙可变表面向用户提供触觉反馈，使得用户可以将数据键入便携式计 算设备或响应于来自便携式计算设备的信息。
[0009] 上述本公开的概要并不旨在于表现本发明的每个公开的实施例或每一个方面。在 附图以及下文中的【具体实施方式】部分提供了其它方面和示例实施例。
【附图说明】
[0010] 参照附图，考虑到下文公开的各种实施例的详细描述，可以更加完整地理解本发 明。
[0011] 图1示出了每泊松比的横向收缩/扩张的原则；
[0012] 图2以横截面示出了根据公开实施例的透明触觉表面布置；
[0013] 图3示出了根据公开实施例的触觉表面系统；
[0014] 图4示出了应用到触觉表面的手指检测电路的示例实施例；
[0015] 图5A至图5B示出了便携式计算设备"触摸键盘"中的触觉表面的示例应用；以及
[0016] 图6示出了使用公开实施例的触觉表面的流程图。
[0017] 虽然本发明可以实现各种修改和备选形式，其细节已经在附图中以示例的方式示 出，并且将会详细描述。然而，应当理解的是，其目的并不是将本发明限制为描述的具体实 施例。相反，本发明覆盖落入到如附加权利要求限定的本发明的精神和范围内的所有修改、 等同物和替代。
【具体实施方式】
[0018] 已经发现在增强关于触摸屏技术的用户体验中，公开的实施例是有用的。触觉技 术或触觉论是利用通过对用户施加力、振动或运动的触摸感测的触觉反馈技术。在文献中， 触觉技术被描述为"能够为触摸感测做计算机图像为视觉所做的"。触觉设备可以包括测量 用户施加到接口上的力的触觉传感器。词语触觉来自于希腊语(haptikos)，意思 是关于触摸的感测，并且来自于希腊语动词&?Π'ε〇νθ(ΧΙ(haptesthai)，意思是接触或触摸。
[0019] 来自触摸屏用户接口的触觉反馈可以通过选择性地在目标区域中生成表面折皱 来生成。通过启用触摸屏上方的透明层的电压控制的垂直压力，起皱材料的横向扩张会导 致折皱。指尖可以感测特定范围的波动波长以及调制深度。生成触觉反馈的相同电极还可 以用于用户手指的电容性感测。
[0020] 在DaanvandenEnde等人题为 "Voltage-ControlledSurfaceWrinklingof ElastomericCoatings^AdvancedMaterials. 2013, 25. 3438-3442 的论文中，观察到由金 制成的反射顶部电极在未经激励的状态下视觉上是平坦的，而当施加电压时变得不光滑。 电压必须超过临界电压以便观察该效果。
[0021] 波动的原则：两个电极之间的电场导致平行的板借助于静电力吸引。这加强了弹 性体上z向压缩。为了保持体积，z压缩的弹性体将希望横向扩张。然而，横向运动是受限 制的。这导致弹性体层中的纵弯曲（buckling)。该纵弯曲不稳定性的起源是与静电力相关 的非线性位置。因此，在起皱电极的谷底中获得的静电能大于顶端的能量消耗。该能量差 可用于使结构起皱。会产生峰和谷的伪随机二维图案。图案的波长λ并不是随机的，但是 通过调整层厚度来控制。
[0022] 根据横向收缩/扩张原则，由于争取体积守恒，通过被称为泊松比v的因子使横向 法向应变（uxx)与垂直法向应变（uzz)相关。参照图1。由于材料110经历一个方向上的收 缩，其扩展为另一个ll〇a。其关系为：
[0023] Uxx= ~vUzz〇
[0024] 当在一个方向上压缩材料时，该材料通常趋向于在垂直于压缩方向的另外两个方 向上扩张。这种现象被称为泊松效应。泊松比v(nu)是该效应的度量。泊松比是针对这些 变化的较小值，扩张的分数（或百分比）除以压缩的分数（或百分比）。
[0025] 相反地，如果材料拉伸而不是压缩的话，该材料通常趋向于在与拉伸方向横切的 方向上收缩。当拉伸橡皮圈时，当橡皮圈变得明显更细时，这是常见的观察。同样，泊松比 会是相对收缩与相对扩张的比例，并且将具有如上所述的相同值。在特定的罕见情况下，当 材料被压缩时实际上在横向方向上收缩（或当拉伸时材料在横向方向上延伸），这将产生 负的泊松比。
[0026] 为了在低电压下具有大的起皱效果，最好采用具有小的杨氏模数、高泊松比和高 介电常数的材料。例如在上文引用的DaanvandenEnde等人的论文中描述的特定弹性体 具有这些有益特性。
[0027] 参照图2。在示例实施例中，为了在触摸屏接口上操作，该原则应用到透明材料。 需要具有透明顶部电极210和透明底部电极230的叠层200。透明弹性体起皱材料220夹 在电极之间。透明顶部电极210、透明弹性体起皱材料220和透明底部电极230沉积在透明 衬底240或下层触摸屏的表面上。可能地，这里可以使用已经出现在触摸屏中的材料。顶 部电极的表面上的涂层250可以用于防止用户接触顶部电极210并且提供保护。电极由透 明导电膜组成。
[0028] 透明导电膜（TCF)是光学透明的并且在薄层中是导电的。一些适合的膜可以是透 明导电氧化物（TC0)例如氧化铟锡（ΙΤ0)、掺杂氟的氧化锡（FT0)或氧化锌。其它膜可以包 括有机导电聚合物；这些可以制造为柔性膜。一些透明导电聚合物可以包括但不限于：聚 乙烯（3,4_乙撑二氧噻吩单体）（PED0T)，聚乙烯（3,4_乙撑二氧噻吩单体）（PED0T):聚乙 稀（苯乙稀磺酸盐）聚苯乙稀、或聚乙稀（4,4_dioctylcyclopentadithiophene)。这些有 机膜可以调节为在可见光谱中是透明的。这些膜的导电率在大约l〇〇〇S/cm到大约1000S/ cm的范围内。可以在文献中找到制造这些膜的技术。在一些示例实施例中，厚度小于50nm 的金电极应当是透明的并且是足够可弯曲的。
[0029] 在LisaSkedung等人题为"FeelingSmall〖ExploringtheTactilePerception Limits" (Nature-ScientificReports, (3 :2617,D0I: 10,1038/sr印02617, 2013))的论文 中，已经确定的是，大约40μπι的折皱波长（λ)是最佳可感测的。根据该研究，需要的调制 深度较低。可以容易地感测到l〇nm峰谷深度。
[0030] 在根据图3示出的公开的示例实施例中，用户接口 300具有触觉反馈布置。存在 夹在透明顶部电极310与透明底部电极330之间的透明起皱层320。这三个层沉积在下层 衬底340上或者例如沉积在触摸屏上。在施加大于临界电压的起皱电压342时（VWR>VCR)， 透明起皱层320形成有波长（λ)和振幅（a) 350表征的波动355。针对具体地用户偏好，起 皱层320可以被配置为具有波长和振幅的范围。可以通过由电容性感测电路375控制的电 路来施加临界电压。手指可以通过电容器Cref360或电阻器（如图4中示出的电阻器415) 来电容性地和/或电阻性地连接到感测和/或致动电路。引起起皱的激励电压可以使用电 压源340直接施加在弹性体上，或者使用图4示出的电压源430通过手指上的电容性电压 分配来直接施加在弹性体上。在图4的配置中，当手指接近弹性体层时，会仅出现起皱。对 于屏幕上零电压，起皱消失。电容性感测电路375可以耦合到生成起皱电压（VWR)的电路。 当用户手指370接近触觉屏幕表面时，手指的电容CFIN引起整体电容的变化，其等于CREF与 CFIN组合；电容性感测电路375向电压起皱电路发送信号，引起电场（生成足够的力），该电 场使起皱层320形成表面折皱。用户感觉到透明顶部电极310的纹理变化。
[0031] 接近和触摸传感器的不例可以在EmmanuelT.Nana.NXPSemiconductors 题为"ImprovingProximityandTouchInterfaces：Capacitive