CN103890699A - 触敏膜、触摸感测装置以及电子装置 - Google Patents

Abstract

一种触敏膜（1）包括具有一个触摸感测区域（3）的一个导电层（2），以及一个用户输入表面（4）。该触敏膜的该用户输入表面包括偏离该用户输入表面（4）的一般性质的一个触觉可区分表面特征（5），以用于通过感测该触觉可区分表面特征来确定该触摸感测区域（3）的位置。

Description

触敏膜、触摸感测装置以及电子装置

发明领域

本发明涉及触敏膜，并且涉及触摸感测装置和利用触敏膜的电子装置。

发明背景

现今，用于不同种类的电设备的用户接口越来越经常地借助于基于触敏膜而不是常规的机械按钮的不同类型的触摸感测装置来实现。此处，机械按钮是指相关的机械致动器，如开/关按钮、触发器、刻度盘、滚轮、滑块以及开关。例如移动电话、便携式计算机以及类似的装置的不同种类的触摸板和触摸屏是这些用户接口的众所周知的示例。除了可实现高级的乃至奢侈的用户体验以外，基于触敏膜的触摸感测装置还为不断努力寻找功能上更通用、更小、更便宜、更轻以及在视觉上也更有吸引力的装置的设计者提供较多的自由。

这类触摸感测装置中的一个关键元件是一个触敏膜（TSF），该触敏膜包括被配置成用作一个或多个感测电极的一个或多个导电层。这种膜的一般操作原理是用户通过例如指尖或某种特定的指针装置的触摸改变该TSF连接到其上的一个电测量电路的电特性。实际的测量原理可以是例如电阻式的或电容式的，现今后者通常被认为是在最苛刻的应用中提供最佳性能的最先进的替代方案。

在由网络化的纳米结构形成的或包括这些网络化的纳米结构的层中发现了一种用于TSF的有希望的新方法。除了合适的导电性能以外，由例如碳纳米管（CNT）网络或具有共价地键合到一个管状碳分子的一侧的富勒烯或类富勒烯分子的碳

网络

是卡娜图沃伊（Canatu Oy）的一个注册商标）组成的一个层比例如透明的导电氧化物（如ITO（铟锡氧化物））对于人眼来说显然更不可见。此外，如众所周知的，与例如ITO相比，基于纳米结构的层可以拥有更优越的柔性、拉伸性、热稳定性、机械强度以及稳定性。基于纳米结构的层的这些特性为设计基于触摸的用户接口提供了全新的可能性。例如，TSF的柔性或热稳定性使得能够在三维表面上实施TSF。例如，在一个移动电子装置中，该TSF可以不仅在典型呈平面的正表面上延伸，而且延伸到这种装置的侧面。这种TSF可以具有多个触摸感测区域。然后，该TSF还可以用于（例如）替代常规上位于该装置侧面上的机械按钮（即，相关的机械致动器，如开/关按钮、触发器、刻度盘、滚轮、滑块以及开关）。

然而，在市场上仍然存在对进一步增强的TSF和触摸感测装置的强烈需求。具体而言，从常规机械元件到完全依赖于TSF的用户接口的转移要求用于改善用户体验的新的解决方案。

发明目的

本发明的目的是为上面定义的需求提供新颖的解决方案。

发明概述

本发明的特征在于权利要求1、15以及16中所提出的内容。

本发明的第一方面集中于一种触敏膜（下文又称为“TSF”），该触敏膜包括具有一个触摸感测区域（下文又称为“TSR”）的一个导电层，以及一个用户输入表面（下文又称为“UIS”）。

一般而言，触敏膜指的是可以用作触摸感测装置中的触敏元件的一种膜。此处触摸感测装置被宽泛地理解成涵盖通过例如经由指尖或触笔来触摸该装置进行操作的所有用户接口装置，以及用于检测一个或多个这类手指、指针或其他对象的存在、位置和/或移动的其他类型的装置。

在本发明的上下文中，词语“触摸”被宽泛地解释成除了涵盖手指、触笔或其他指针与该触敏膜之间的真实的物理接触之外，还涵盖使这种指针足够紧密接近该TSF以使得该指针被该TSF检测到的情况。

在操作中，当TSF被连接作为触摸感测装置的适当配置的电测量电路的一部分时，一个或多个对象在该膜上的一个触摸，或者一个或多个对象存在于该膜附近引起该电路的一个或多个电特性的变化，基于此可以检测到该触摸，并且取决于应用，优选地还可以确定该触摸在该触摸感测区域上的位置、与该触摸感测区域的接近度和/或该触摸在该触摸感测区域上的移动。在实践中，这种变化通过向该TSF提供一个激励信号并且从该TSF接收一个响应信号并且监测后者的变化来检测。

一般而言，本发明的该TSF可以形成任何类型的触摸传感器或结合一个TSF（不限于以下描述的示例）的触摸感测装置的全部或一部分。

该TSF可以是一个电容式TSF。电容式TSF此处指的是触敏元件，通过使用该触敏元件，触摸的检测可以主要基于一种电容式感测原理。TSF的电容式感测原理或电容式操作指的是当该TSF连接到一个适当的感测电路时，可以基于所述触摸引起的该TSF与周围环境之间或者该TSF的不同点之间的电容耦合的变化来检测一个或多个触摸。

在另一方面，本发明的该TSF也可以电感式地操作。所谓电感式操作此处指的是一个对象在该TSF与周围环境之间或者在该TSF的不同点之间引起电感耦合。换言之，电容或电感耦合也可以分别被视为将一个外部电容或电感耦合至该TSF。

另外，本发明的该TSF可以电阻式地操作。所谓电阻式操作此处指的是一个对象引起包括一个或多个电阻膜的一个装置中的一个电通路或一些通路的电阻率/电流或电压的一个可检测的变化，并且然后可以将这个可检测的变化转换成一个位置。其他结合触敏膜的触摸传感器在本领域中是已知的。

另外，本发明的该TSF不限于任何特定的检测原理，而是可以基于以导电层的利用为根据的任何检测原理。因此，该TSF还可以被配置成用于检测触摸引起的例如电阻、电压、相位角、电容、电感或电流的变化。该检测可以基于（例如）由一个触摸对象引起的绝对或相对的位置或速度或压力。

导电层是由一种或多种导电材料形成的一个层。所谓“导电”此处指的是能够允许电荷在材料中流动的任何材料，而不考虑该材料的导电机制或导电类型。因此，“导电”此处还涵盖（例如）半导电或半导体材料。在该TSF作为一个触摸感测装置的一部分的操作中，激励信号被提供给一个或多个导电层，并且从该一个或多个导电层测得响应信号。

优选地，该触摸感测区域中的该导电层的薄层电阻高于或等于3kΩ，甚至更优选地在5kΩ至100kΩ的范围内，最优选地在10kΩ至50kΩ的范围内。如在本申请人的早先的申请WO2011/107666中所披露的，那些电阻值提供了该TSF的优异的灵敏度和触摸位置分辨率性能，并且还使得能够电感式地检测该TSF上和附近的触摸。另外，所述电阻率范围的有利之处在于它允许（特别是在包括一个或多个HARMS网络的一个导电层的情况下）使得该触敏膜的透明度非常高。

用于该导电层的可能的材料组（例如）由不同的导电聚合物和金属氧化物形成。在另一方面，在一个优选的实施例中，该导电层包括一个高纵横比分子结构（HARMS）网络。所谓HARMS或HARM结构此处指的是具有纳米尺度上的特征尺寸，即小于或等于约100纳米的尺寸的导电结构。这些结构的示例包括碳纳米管（CNT）、碳

（CNB）、金属（例如，银、金或铜）纳米线、以及碳纳米带。在一个HARMS网络中，大量的这种单一结构（例如CNT）彼此互连。换言之，在纳米尺度上，这些HARM结构不形成诸如像导电聚合物或ITO之类的真正连续的材料，而是形成一个电互连的多个分子或结构的网络。然而，正如在宏观尺度考虑的，一个HARMS网络形成一种实心的整体材料。作为一个基本特征，HARMS网络可以被制造成一个薄层的形式。

借助于该导电层中的一个或多个HARMS网络可实现的多个优点包括在要求光学透明的TSF的应用中有用的优良的机械耐用性、拉伸性和热稳定性以及高光透射率，而且还有非常灵活可调的电特性。为了使这些优点最大化，该导电层可以大致完全地由一个或多个HARMS网络形成。例如在卡娜图沃伊的WO2005/085130A2和WO2007/101906A1中描述了用于产生包括碳纳米结构网络的导电层的合适的工艺。

该触摸感测区域（TSR）（即，一个导电层内的触敏区域）是该导电层的“活动”或操作部分，即有待在其内执行实际触摸感测操作的区域。该TSR也可以覆盖该导电层的整个区域。一个TSF中可以存在一个或多个导电层，并且一个导电层可以具有一个或多个TSR。该导电层还可以存在可以感测触摸但并未用于感测触摸并且因此不被认为是上面解释意义上的TSR的多个区域。

除了该导电层以外，该TSF还可以包括实施整个工作触敏元件所需的其他层和结构。例如，可以存在一个衬底层和/或用于该膜的机械保护的一个或多个层。此外，还可以存在用于折射率或颜色匹配的一个或多个层和/或（例如）用于抗刮擦、层间隔、装饰、自清洁或其他目的一个或多个涂层。根据本发明，这些层可以相对于该导电层处于任何顺序或位置。这些额外层中的一个或多个可以仅部分地覆盖该触敏膜的区域，例如，仅在一个或多个触摸感测区域的一个或多个位置处覆盖。

在利用根据本发明的一个触敏膜的一个电子装置中，该触敏膜的一个或多个最外层实际上可以由该电子装置自身的外壳或其他部分形成。在另一方面，集成为这种电子装置的一部分的该触敏膜的一个或多个最外层可以集成为该电子装置外壳的一部分。因此，该触敏膜应被理解成包括参与的所有元件。

除了这些分层的元件以外，该TSF还可以包括三维组织的结构，例如延伸穿过该TSF或其一部分的多个接触电极和其他接触结构或通路。虽然为简单起见在下面的详细描述的所有附图中并未示出这些额外的膜和结构，但它们被包括在本发明的范围内。

所谓用户输入表面（UIS）（即用户接口表面）指的是在使用中该TSF被配置成用于在其上感测触摸的该TSF的表面。换言之，该UIS形成该TSF的实际的基于触摸的用户接口。典型地，该UIS是被安排在有待借助于该TSF进行操作的一个电子装置上或者集成在其中的该TSF的自由表面。

根据本发明，该触敏膜的该用户输入表面包括偏离该用户输入表面的一般性质的一个触觉可区分表面特征（下文又称为“TDSF”），以用于通过感测该触觉可区分表面特征来确定该触摸感测区域的位置。换言之，在根据本发明的一个触敏膜TSF中，该触摸感测区域借助于一个TDSF来“标记”以使得该触敏膜或利用该触敏膜的一个装置的用户可以基于由该TDSF产生的触觉感受来确定（即识别）该触摸感测区域的位置。因此，用户确保他/她正触摸该用户输入表面上的正确位置或区域（即该触摸感测区域）。

允许通过感测该TDSF来确定该感测区域的位置的所述“标记”自然使得该TDSF的位置必须如此链接至该TSR的该位置，以使该TSF的用户能够基于所述感测来确定用户是否正触摸该TSR内的TSF。首先，该TDSF可以位于该TSR的区域上、部分地或完整地覆盖该TSR。可替代地，一个或多个TDSF可以位于该TSR的区域的附近。例如，一个TDSF或多个TDSF可以环绕该TSR的区域。

本发明的所述基本原理为设计基于TSF的用户接口提供了极大的优点。根据本发明的触敏膜可以用于不仅实施其中该TSF叠覆在一个显示器上的触摸屏（其中，用户基于该显示器上呈现的信息来定位该UIS上的触摸），而且实施其他基于触摸的用户输入安排。例如，根据本发明的一个TSF可以用于替代各种常规的机械按钮和致动器，如本说明书中稍后更详细解释。

该TDSF能够以不同方式实施，以允许基于与由该UIS产生的一般触觉感受不同的触觉感受来确定该TSR的位置。首先，该TDSF可以包括偏离该UIS的一般水平的一个或多个突起，以用于通过感测该一个或多个突起来确定该TSR的位置。在另一方面，该TDSF可以包括偏离该UIS的一般纹理的纹理，以用于通过感测该TDSF的纹理来确定该TSR的位置。取决于该UIS的一般性质，这可以指一个纹理化表面、非纹理化表面或与该TDSF周围的一般纹理不同以提供一个可区分触觉感受的任何纹理。

一个UIS可以包括任何组合形式的这类TDSF。例如，一个UIS可以包括若干个突起，这些突起可以一起形成一个TDSF或其一部分，或者具有一个较大区域的一个单一突起自身可以具有偏离该UIS的一般纹理的一个纹理化表面来形成一个TDSF。当然，除了突起和纹理以外，其他的解决方案也可以用于实施一个TDSF。

该突起可以具有偏离该UIS的一般水平的任何形式，以使得该突起可以由用户通过一个手指和/或借助于（例如）一个机械触笔触摸该TSF来感测。用于允许这种感测的足够偏离取决于（例如）该突起相对于该UIS的一般水平的高度，并且取决于所述偏离的陡变程度，即，该UIS的表面在该突起的区域中变化的急剧程度。

作为一个非常简单的示例，该突起可以仅是从该UIS的所述一般水平向外或向内延伸的一个针状突起。该突起还可以包括（例如）环绕该感测区域的一个向内或向外突出的轮廓线、凸脊或凹谷。因此，为了避免混淆，“突起”此处也包括凹口、空腔或孔洞。

用于实现一个TDSF、与该UIS的一般纹理不同的纹理的区域的简单示例可以包括孔隙度、粗糙度、光滑度、润滑度和/或粘度的变化。这可以通过本领域中本身已知的不同的表面处理或材料选择来实现。

一般而言，这些触觉可区分表面特征（即，在触觉上与该用户输入表面的其他区域可区分的表面修饰）可以通过使用任何合适的手段来实施。因此，它们不限于上面这些示例。在另一方面，TDSF设计的实际细节可能根据触觉感测领域中已知的原理发生变化，因此此处不必解释例如突起或表面结构的合适高度和纹理的材料等细节。

该触觉可区分表面特征（例如，一个或多个突起或纹理）可以被配置成用于为触摸该UIS的用户产生一种渐变的触觉感受。所谓渐变的触觉感受此处指的是该触觉感受在该TDSF的区域各处是不均匀的，而是会取决于触摸在该TDSF上的位置而发生变化。这种渐变可以（例如）给出一个尺度或位置指示。例如，在配置成用作滚动条的一个TDSF和一个TSR中，该滚动条的一端可以比该滚动条的另一端更粗糙、更具粘性和/或具有与该另一端不同地成形和/或间隔的突起。因此，这些突起、纹理或其组合的差异可以用于指示触摸在TDSF/TSR上的位置。

该UIS上的一个突起可以用不同方式实施。首先，在该TSF的最外层的上表面中可以具有突起，所述最外层不同于该导电层。例如，该最外层可以是同样用作一个保护性抗刮擦层或用于装饰目的一个层。这种最外层的下表面可以是平坦的，或者该突起可以通过在具有一个对应突起的一个下层上共形地形成所述最外层来实施。在另一方面，还可以使该突起位于该导电层自身之中。首先，该突起可以形成在导电上表面的上层上，即，在该UIS的侧表面上。可替代地，该导电层可以被形成用于共形地跟随该导电层下方的一个表面的一个三维形状。

存在本领域中已知的产生根据本发明的共形膜的许多方法。这些方法包括薄膜吹塑、挤出吹塑成型、型材挤出成型、注塑吹塑成型、注塑成型、气体辅助注塑成型、注塑拉伸吹塑成型、镶嵌成型、膨胀成型、旋转成型、结构泡沫成型、加热/真空成形、拉挤成型、转移成型、SMC/DMC成型、模具内标记以及模具内装饰。导电层还可以通过众多的气相和液相工艺来直接共形地沉积在已成形的表面上，这些气相和液相工艺例如旋涂，湿法和干法印刷如胶版印刷、丝网印刷、柔性版印刷或激光印刷，喷涂，喷墨印刷，CVD，以及经由例如热泳、撞击、电泳和转移印刷的气溶胶的直接干法印刷。用于产生上面具有突起的膜的其他工艺包括但不限于例如冲压和热压印。

在包括一个HARM结构网络的优选导电层的情况下，卡娜图沃伊的WO2011/107665中描述了一种制作共形地覆盖三维表面的导电层的合适的方法。

该TSR和该TDSF可以位于该TSF的一个平面部分上，其中上面提及的该UIS的一般水平指的是该平面表面的水平。可替代地，该TSF可以包括一个弯曲部分，其中该TSR和该TDSF中的至少一个可以位于该TSF的所述弯曲部分上。在这种情况下，上面提及的该UIS的一般水平指的是该连续弯曲的表面的切线水平。包括一个弯曲部分的一个TSF进一步增强了本发明的通用性。

存在多种可能性来实施包括一个弯曲部分的一个TSF。一个优选选择再次是包括一个或多个HARMS网络的基于TSF的一个导电层，这使得能够十分自由地选择该导电层的形式。

如上所述，根据本发明的一个TSF可以用于例如替代不同电子装置中的常规机械按钮（如开/关按钮和相关的机械致动器如触发器、刻度盘、滑块以及开关）。换言之，替代一个或多个机械按钮，可以存在具有“被标记的”，即借助于形成这种装置的一部分表面或整个表面的该UIS上的一个或多个TDSF可确定的一个或多个感测区域的一个TSF。因此，替代有待按压或以其他方式移位的一个按钮，用户然后可以通过仅触摸该TSF的该TDSF来给出一个输入。该用户输入表面上的该突起或其他TDSF允许用户确保该触摸在该TSR内的正确位置。应注意到，机械按钮此处是指所有相关的机械致动器，如开/关按钮、触发器、刻度盘、滑块以及开关。

为了实施本发明的以上可能性，一个替代方案是该触摸感测区域被配置成充当一个滑块（即，一个典型的细长的用户接口安排），其中用户通过触摸的实际位置或通过触摸沿着所述接口安排的移动来控制输入。在一个优选实施例中，被配置成充当一个滑块的一个TSR是大致U形的。如在详细描述中更多解释，这简化了滑块状TSR的实施。

在另一个替代方案中，该触摸感测区域具有大致环形的形状并且被配置成充当一个刻度盘，其中与在该滑块中一样，该输入是通过该触摸的实际位置或通过该触摸沿着所述环形TSR的移动来控制。

优选地，根据本发明的该触敏膜包括多个触摸感测区域。这样，一个单一的TSF可以用于实施多个功能，这极大地简化了利用该TSF的一个装置的结构和组装。例如，一个触摸感测区域可以被配置成用于覆盖一个电子装置的一个显示器的区域以便与该显示器一起形成一个触摸屏。其他一个或多个其他触摸感测区域可以被配置成用作该电子装置的一个或多个基于触摸的用户输入元件，从而替代常规装置的不同机械按钮和致动器。例如，一个触摸感测区域可以被配置成充当该电子装置的一个电源开关。

优选地，该TSF形成为一个柔性结构以便允许该TSF沿着一个三维表面弯曲。一个“柔性”结构此处指的是允许在一个曲率半径在10mm以下、更优选在5mm以下的至少一个方向上弯曲、优选反复弯曲的一个结构。优选地，该TSF同时在至少两个方向上是柔性的。

替代柔性或除了柔性以外，该TSF还可以形成为一个可变形结构，以便允许例如通过使用加热成形（例如通过真空或其他形式）使该TSF共形地沿着一个三维表面变形。

该TSF的柔性和/或可变形性、连同用于确定该TSR的一个或多个TDSF打开了实施触摸感测装置的完全新颖的可能性。例如，用作一个移动装置的用户接口的一个TSF可以弯曲成或形成为延伸到装置边缘，以使得该TSF甚至可以覆盖该装置的整个表面。在覆盖一个三维装置表面的不同表面并且包括多个触摸感测区域的一个TSF中，这些若干个触摸感测区域可以被配置用于不同的目的。在一个有利的实施例中，一个感测区域覆盖一个显示器的区域以便形成一个触摸屏。例如该装置侧面处的其他感测区域可以根据本发明的核心原理被配置成用作如上所述替代常规机械致动器（例如，电源开关或屏幕亮度滑块）的触敏元件。

此外，该可变形性还可以通过使该TSF在具有一个对应突出部分的一个表面上变形来允许形成该UIS的突起。

同样从柔性和/或可变形TSF的观点来看，该导电层的一个优选选择是包括一个或多个HARMS网络的一个导电层。HARM结构和其网络固有地是柔性的，因此能够使得该TSF可弯曲和/或可变形。

本发明的第二方面集中于一种包括根据本发明的第一方面的触敏膜的触摸感测装置，该触敏膜的原理和优点已在上面论述。该装置进一步包括用于向该TSF提供一个电激励信号并且从该TSF接收一个电响应信号的电路装置，以及用于处理从该TSF接收到的该电响应信号以基于一个触摸对该响应信号的影响来检测该触摸的处理装置。因此，所谓“触摸感测装置”此处指的是除了该TSF以外还包括执行触摸感测操作所必需的像测量电子元件之类的其他元件和其中的测量算法软件的一个整体可操作的装置。

该电路装置可以包括不同类型的接触电极、线路和其他形式的导体、开关、以及将该TSF和其中的一个或多个导电层连接到该触摸感测装置的剩余部分所需的其他元件。对应地，该处理装置可以包括用于生成和控制在操作该TSF中所需的信号的任何硬件和电子元件以及软件工具。它们还可以包括用于测量、采集以及处理响应信号以便检测和定位该TSF上的触摸的任何装置。该电路装置和该控制装置可以借助于已知的部件、元件以及原理来实施。

激励信号此处指的是用于经由该电路装置耦合到该TSF的该导电层，并且提供适于监测一个触摸引起其变化的多个条件的任何电信号。该激励信号也可以（例如）称为一个驱动信号或一个刺激信号。典型的示例是AC电流和电压。响应信号相应地是通过使用该电路装置从一个导电层测得并且允许基于一个触摸引起的这个信号的变化来检测该触摸的任何电信号。

本发明的该触摸感测装置可以被实施为一个标准的或定制的独立模块，或者被实施为集成作为某个较大装置（例如，移动电话、便携式计算机、电子阅读器、电子导航仪、游戏控制台、汽车的仪表板或方向盘等）的一部分的一个不可分离的单元。

本发明的第三方面集中于一种电子装置，该电子装置的特征在于该电子装置包括根据本发明的第一方面的一种触敏膜，该触敏膜的原理和优点已在上面论述，其中该触敏膜被配置成用作该电子装置的一个用户接口。该电子装置可以是例如一个移动电子装置（如移动电话或智能手机）。

在一个优选实施例中，该触敏膜包括多个触摸感测区域，该多个触摸感测区域包括至少部分地覆盖该电子装置的一个显示器的区域的一个触摸感测区域以便形成一个触摸屏。这种单一的多功能触敏膜与单独的触摸屏和机械致动器相比较可以极大地简化该电子装置的组装。这提供了对移动电子装置来说特别有用的成本节约。

附图简述

以下参考示出本发明的优选实施例的示例的附图更为详细地论述了本发明。

图1a表示现有技术。

图1b至图1d示出了根据本发明的一个实施例的一个触敏膜和一个电子装置的示意图。

图2a和图2b示出了根据本发明的一个触敏膜的多个部分的示意图。

图3a至图3e、图4a至图4e、图5a至图5b、图6a至图6b、图7a至图7c、图8a至图8c以及图9a至图9d是用于产生根据本发明的触敏膜的不同方法的示意图。

图10至图13示出了根据本发明的一个触敏膜的触摸感测区域的不同配置。

图14以方框图呈现了根据本发明的一个触摸感测装置的一般结构。

在附图中，对应元件在附图中由相同的参考数字表示。

发明详细描述

图1a示出了根据现有技术的一个移动电子装置的示意图。移动电子装置70（例如，移动手机）包括一个显示器78以向该移动电子装置的用户显示不同信息。叠覆在该显示器上的是一个触敏膜71。该显示器和该触敏膜一起形成用作该移动电子装置的用户接口的一部分的一个触摸屏。另外，在移动电子装置外壳的不同位置处存在用作用于不同目的多个另外的用户输入元件的不同机械致动器73。在现有技术装置中，这类机械致动器例如用作电源开关、扬声器控制器、将装置调到待机模式的开关等。

图1b示出了根据本发明的一个触敏膜1。在该触敏膜的核心中是一个导电层（在图1b至图1d的附图中作为一个单独的层不可见）。这些附图中可见的该触敏膜的表面形成用于接收用户对该触敏膜的触摸的用户输入表面4。在该导电层中、位于该触敏膜的外周附近存在五个相对小的触摸感测区域3。在该触敏膜的上表面（即，用户输入表面4）上，存在触觉可区分表面特征5（即，提供与由该用户输入表面的周围区域提供的触觉感受不同的一个触觉感受的表面特征）的多个区域。

触觉可区分表面特征5可以包括偏离该用户输入表面的一般水平并且因此在触觉上可检测的例如一个或多个突起、凹口、凹槽、凸脊、凹谷等。另外，替代这些特征或除了这些特征之外，这些触觉可区分表面特征还可以包括与用户输入表面的一般纹理不同以便使这些特征在触觉上可区分的一个或多个类型的纹理。

具有触觉可区分表面特征5的这些区域的目的是提供用于在触觉上确定触摸感测区域3的位置的手段，以使得用户可以确保触摸的正确位置。在图1b至图1d的示例中，具有触觉可区分表面特征5的这些区域与触摸感测区域3的区域处于同一位置。可替代地，一个或多个触觉可区分表面特征5可以位于触摸感测区域3内而不完全覆盖住该触摸感测区域，环绕该触摸感测区域，或处于如此连接到该触摸感测区域的位置上可以满足确定该触摸感测区域的目的任何位置内。

触摸感测区域3可以被配置成用于简单地检测触摸的存在而不界定该触摸在该触摸感测区域内的精确位置。然而，也可以具有被配置成用于同样检测一个触摸或甚至是多个触摸的位置以及一个或多个触摸沿着该触摸感测区域的移动的一个或多个那些触摸感测区域。这种触摸感测区域可以被配置成充当例如一个滑块或一个刻度盘。

除了上文所述的触摸感测区域3以外，图1b至图1d的触敏膜1还包括覆盖触敏膜1的中间区域的一个另外的触摸感测区域6。这个触摸感测区域大于其他触摸感测区域3并且未被（尽管可以被）任何触觉可区分表面特征标记。这个触摸感测区域6被配置成用于与一个显示器一起形成一个触摸屏。在一个触摸屏中，用户基于该显示器上显示的信息来选择触摸的位置，所以通过触觉可区分表面特征来标记一个触摸屏的触摸感测区域是不必要的。当然，作为一个触摸屏的一部分进行操作使得该触敏膜至少在这个特定的触摸感测区域6的区域中是透明的成为必需。

如图1c中所示，触敏膜1可以发生弯曲或变形以便覆盖三维表面。换言之，该触敏膜是柔性的和/或是例如经由加热成形可变形的。得益于具有一个三维形状的能力，触敏膜1还能够使得触摸感测区域3位于该膜的一个弯曲部分上，如图1c中可以看到。

在图1d的移动电子装置中，柔性/可变形性的有利特性被用于一个移动电子装置7中，根据图1a至图1c的一个触敏膜1已集成作为该移动电子装置的一部分。该触敏膜覆盖移动电子装置7的大部分正表面，并且还延伸到该移动电子装置的边缘和其侧表面。最大的触摸感测区域6与该装置的显示器8一起形成一个触摸屏。移动电子装置外壳上用触觉可区分表面特征5的区域标记的其他触摸感测区域3用作替代图1a的现有技术装置中所示的这些机械致动器的用户接口元件。这些触摸感测区域中的三个位于该移动电子装置的正表面上，并且这些触摸感测区域中的另两个位于该移动电子装置的侧表面上。

图2a和图2b示意性地示出了根据本发明的触敏膜的导电层3和相关结构。图2a的导电层2表示其中触摸感测区域3中的每一个是经由自身的电极9来接触的一种方法。换言之，该TSF的导电层2被分段以使得该导电层仅沉积或以其他形式形成在TSR3的区域中，并且电极9根据触摸感测装置设计的需要连接到每个TSR上。

图2b示出了未分段的一个导电层2，即，该导电层在触摸感测区域3、6的外部同样是连续的。在这种配置中，电极9仅根据触摸传感器设计的需要而附接到该TSF的外周上，并且触摸感测区域3由整个触摸感测装置的软件、算法以及电子元件来限定，导电层2和该触敏膜的其他部分形成该整个触摸感测装置的一部分。因此，这些TSR外部的区域可能能够感测触摸，但该触敏膜被配置成用于仅对所限定的TSR中的触摸作出响应。这种触敏膜和触摸感测装置的详细配置和操作原理可以与卡娜图沃伊的WO2011/107666中描述的那些相似。导电层2的薄片电阻率因此优选地高于或等于3kΩ，甚至更优选地在5kΩ至100kΩ的范围内，最优选地在10kΩ至50的范围内。

图3a至图3e示意性地示出了利用压花来在一个触敏膜1的一个导电层2的一个触摸感测区域3的区域中形成多个突起5。一个冲压工具10用于在该触敏膜的衬底层11和其上的导电层2中产生一系列突起5。在产生形成在触觉上与该TSF中触摸感测区域3外部的其他部分可区分的表面特征的突起5之后，可以将冲压的TSF附接到一个对象表面12（例如，一个移动电子装置外壳中的一个表面）上以便用作这个装置的用户接口。在这个示例中，突起5形成在衬底层11中，而大致更薄的导电层2在它的厚度上仍保持大致均匀。作为移动电子装置的一个替代方案，该对象表面还可以是例如汽车的方向盘或中央控制台、冰箱或电炉的用户接口、或希望基于触摸的用户接口的任何其他装置或对象的表面。

图4a至图4d示意性地示出了利用压花来仅在衬底层11的自由表面中形成突起5，该衬底层的与导电层2相邻的表面仍保持平坦。

图5a和图5b示意性地示出了利用真空加热成形来在TSF1的用户输入表面4上形成多个触觉可区分突起5。热和真空用于使TSF1共形地变形并且将TSF1附接到具有一系列突起5的一个对象表面12上。

图6a和图6b示意性地示出了图5a和图5b的工艺的一个变体，其中与象表面12相邻的层是衬底层11而不是导电层2。

图7a至图7c示意性地示出了利用直接沉积来将导电层2直接沉积在上面具有多个突起5的一个衬底表面12上。将例如处于气体、液体或气溶胶形式的导电层材料13直接沉积在对象表面12上而不使用一个单独的衬底层。如在常规ITO工艺中一样，该沉积可以发生在真空中。

图8a至图8c示意性地示出了图7a至图7c的工艺的一个变体。在图8a和图8b的工艺中，沉积了一个分段的导电层2，其中导电层材料仅沉积在触摸感测区域3的区域处。

图9a至图9d示意性地示出了利用冲压来在TSF1的用户输入表面4上形成多个触觉可区分突起5。在图9a至图9d的工艺中，将上面具有一个分段导电层2的一个触敏膜1附接到具有一系列突起的一个对象表面12上，并且使用一个冲压工具10紧靠该对象表面对该触敏膜进行冲压以使得这些突起被复制到该触敏膜上。具有该对象上的这些突起的相反突起的冲压工具10用于在一个TSF中产生一系列突起并且用于将该TSF附接到该对象表面上。

本领域中还可获得其他技术以用于产生根据本发明的具有触觉可区分表面特征的触敏膜，因此上面的这些示例不以任何方式限制本发明的范围。

图10示出了根据本发明的一个优选实施例的一个触敏膜1的顶视图和侧视图。TSF1具有被配置成充当一个滑块的一个触摸感测区域3，即，其中用户通过沿着该触摸感测区域滑动触摸位置来控制他的/她的输入的一个用户接口元件。图10的触摸感测区域3具有一个“U”形的配置。在这个实施例中，输入和输出连接器电极9连接在该U的“顶”端处。传感器根据卡娜图沃伊的WO2011/107666中描述的方法和设备的原理来操作。该U形结构提供了多个优点以使得这些输入和输出电极位于触摸感测区域3的同一侧（在U的顶部处）上，从而使得该触敏膜集成在一个电子装置中更为简单。U形传感器配置比图11中所示的替代直线传感器配置更紧凑。通过创建一个U形传感器，手指或其他指针增大了电耦合并且因此增大了一个触摸所致的信号强度。U的“支腿”之间的距离不是关键性的，但在优选实施例中，一个手指应同时能够触摸U的两个支腿，虽然触摸一侧也能起作用。

在图11的笔直滑块配置中，突起15的高度有所不同以使得这些突起在触摸感测区域3的边缘处低于中间处。这提供了一种渐变的触觉感受并且因此使得用户能够更准确地确定触摸的位置以及触摸沿着该触摸感测区域的移动。

图12中示出了一个弯曲的触摸感测区域的一个变体，该图示出了一个触摸感测区域3被配置成充当一个刻度盘，例如其中用户通过沿着环形触摸感测区域滑动触摸位置来控制他的/她的输入的一个用户干扰元件。

在下文中，简短地论述了可以根据上面实施例产生和配置的本发明的不同实施例的四个示例A)至D)。示例A和C仅利用了一个较大TSF上的多个分段TSR，这些TSR与希望的“按钮”和滑块的位置对齐。在示例B和D中，该TSF不具有图案或分段，并且软件被用于确定活动区域而忽略剩余部分。

示例A：

根据本发明的一种滑块装置通过例如以下步骤来制造：产生具有具备到感测电路的所需连接的一个TSR的一个TSF；将所述TSR加热成形在具有例如一个TSR的一个对象上，该TSR在滑块功能有待在其中执行的区域中包括一个凸脊或凸块区域。该TSR与具有凸脊或凸块的区域对齐。在这种情况下，仅可以在该对象的滑块区域中检测到触摸输入。

示例B：

根据本发明的一种滑块装置通过例如以下步骤来制造：产生具有具备到感测电路的所需连接的一个TSR的一个TSF；将所述TSF加热成形在一个对象上，该对象在滑块功能有待在其中执行的区域中具有例如一个凸脊或凸块区域。然后，控制软件被编程用于仅记录该对象的具有凸脊或凸块的该滑块区域中的触摸。

示例C：

根据本发明的一个滑块和开/关按钮装置通过例如以下步骤来制造：产生具有具备到感测电路的所需连接的多个TSR的一个TSF；将所述TSF加热成形在一个形状上，该形状在滑块功能有待在其中执行的区域中具有例如一个凸脊区域，并且在开/关按钮功能有待在其中执行的区域中具有一个凸起块区域。这些TSR与具有凸脊或凸块的这些区域对齐。在这种情况下，仅可以在该对象的该滑块区域内和该对象的该开/关按钮区域中检测到触摸输入。

示例D：

根据本发明的一个滑块和开/关按钮装置通过例如以下步骤来制造：产生具有具备到感测电路的所需连接的多个TSR的一个TSF；将所述TSF加热成形在一个对象上，该对象在滑块功能有待在其中执行的区域中具有例如一个凸脊区域，并且在开/关按钮功能有待在其中执行的区域中具有一个凸起块区域。然后，控制软件被编程用于单独记录仅具有凸脊的该滑块区域和具有一个凸块的该开/关按钮区域中的触摸。

图13中示出了将用于例如替代电子装置中的常规开/关按钮的不同的触觉可区分表面特征（TDSF）。在最左侧情况下，用户输入表面4的触摸感测区域3上方的光滑的中心区域由一个粗糙化的表面区域13包围。在最左侧第二种情况下，该UIS在触摸感测区域3的整个区域上具有一个粗糙化的表面。在最中间的情况下，一个升高的环形圈14包围该UIS的触摸感测区域3上方的一个较低的中心区域。在最右侧第二种情况下，升高的形式由从该UIS的一般水平向下延伸的一个镜像拓扑替代。最右侧情况示出了一个升高的TDSF与TDSF的触摸感测区域3上方的中间区域中的一个粗糙化的区域的一个组合。粗糙化的表面区域可以例如通过用一种粗糙的表面材料涂覆该TSF来产生。可替代地，特别处理可以用于使一个初始光滑的表面粗糙化。

图14的触摸感测装置16可以是例如根据图1d的移动电子装置的一个移动电子装置的一个触摸屏。该触摸感测装置包括一个触敏膜1和一个信号处理单元17，该信号处理单元用于生成多个激励信号18并且控制这些激励信号向触敏膜1的提供。信号处理单元17还负责接收从触敏膜1测得的多个响应信号19，并且负责基于这些信号来确定触摸的存在并且可能还有位置。信号处理单元17和触敏膜1借助于信号线路20来相互连接。根据图14的该装置被配置成用于将包括一个交流电流或电压的一个激励信号18经由该触敏膜的该导电层上的一个或多个接触电极来耦合到该导电层上。这些接触电极然后用作该触敏膜的输入点。该导电层上的一个或多个接触电极用作用于测量一个或多个响应信号的输出点。例如在卡娜图沃伊的WO2011/107666中给出了这种触摸感测装置的操作和优选配置的更详细的描述。

如本领域技术人员清楚的是，本发明不限于上面描述的这些实施例和示例，而是本发明的这些实施例可以在权利要求书的范围内自由地变化。具体而言，上面这些实施例和示例中提出的不同特征可以任何组合存在于一个触敏膜、触摸感测装置以及一个电子装置之中。

Claims (18)

1.一种触敏膜（1），包括具有一个触摸感测区域（3）的一个导电层（2）和一个用户输入表面（4），其特征在于，该触敏膜（1）的该用户输入表面（4）包括偏离该用户输入表面的一般性质的一个触觉可区分表面特征（5，14，15），以用于通过感测该触觉可区分表面特征来确定该触摸感测区域（3）的位置。

2.如权利要求1所述的触敏膜（1），其中该导电层（3）包括一个或多个高纵横比分子结构（HARMS）网络。

3.如权利要求1或2所述的触敏膜（1），其中该触觉可区分表面特征包括偏离该用户输入表面（4）的一般水平的一个突起（5，15）。

4.如权利要求3所述的触敏膜（1），其中该触敏膜包括多个相邻的突起（5）。

5.如权利要求1至4中任一项所述的触敏膜（1），其中该触觉可区分表面特征包括偏离该用户输入表面（4）的一般纹理的纹理（14）。

6.如权利要求1至5中任一项所述的触敏膜（1），其中该触觉可区分表面特征（5，14）被配置成用于产生一种渐变的触觉感受。

7.如权利要求1至6中任一项所述的触敏膜（1），其中该触敏膜包括一个弯曲部分，并且该触摸感测区域（3）和该触觉可区分表面特征（5）中的至少一个位于所述弯曲部分上。

8.如权利要求1至7中任一项所述的触敏膜（1），其中该触摸感测区域（3）被配置成充当一个滑块。

9.如权利要求8所述的触敏膜（1），其中被配置成充当一个滑块的该触摸感测区域（3）是大致U形的。

10.如权利要求1至7中任一项所述的触敏膜（1），其中该触摸感测区域（3）具有大致环形的形状并且被配置成充当一个刻度盘。

11.如权利要求1至10中任一项所述的触敏膜（1），其中该触敏膜（1）包括多个触摸感测区域（3，6）。

12.如权利要求1至11中任一项所述的触敏膜（1），其中该触敏膜（1）形成为一个柔性结构，以便允许该触敏膜沿着一个三维表面弯曲。

13.如权利要求1至12中任一项所述的触敏膜（1），其中该触敏膜（1）形成为一个可变形结构，以便允许该触敏膜沿着一个三维表面发生共形变形。

14.如权利要求11至13中任一项所述的触敏膜（1），其中该触敏膜被配置成用于覆盖一个三维装置的不同表面，该多个触摸感测区域（3）包括被配置成用于覆盖一个显示器（8）的区域的一个触摸感测区域（6）以便形成一个触摸屏。

15.一种包括根据权利要求1至14中任一项所述的触敏膜（1）的触摸感测装置（16），该触摸感测装置进一步包括：

-用于向该触敏膜提供一个电激励信号并且从该触敏膜接收一个电响应信号的装置，以及

-用于处理该电响应信号以用于基于一个或多个触摸对该响应信号的影响来检测该一个或多个触摸的装置。

16.一种包括根据权利要求1至14中任一项所述的触敏膜（1）的电子装置（7），该触敏膜被配置成用作该电子装置的一个用户接口。

17.如权利要求16所述的电子装置（7），其中该触敏膜（1）包括多个触摸感测区域（3，6），该多个触摸感测区域包括覆盖一个显示器（8）的区域的一个触摸感测区域（6）以便形成一个触摸屏。

18.如权利要求16或17所述的电子装置（7），该电子装置是一个移动电子装置。

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