CN109478105A - 柔性显示器上的局部触觉反馈 - Google Patents

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Abstract

一种显示系统，该显示系统具有柔性显示屏，该柔性显示屏包括前侧和后侧，以及在屏幕的后侧以阵列布置的多个触觉元件。显示系统还包括连接到多个触觉元件和柔性显示屏的控制器板。控制器板被配置为在柔性显示屏幕的前侧上在与多个触觉元件对应的位置处显示多个交互式按钮。多个触觉元件被配置为基于提供给屏幕的前侧的触摸输入来提供触觉反馈。触觉反馈包括致动触觉元件，该触觉元件对应于由触摸输入选择的交互式按钮的位置。

Description

柔性显示器上的局部触觉反馈
相关申请的交叉引用
本申请要求2016年7月1日提交的美国临时专利申请No.62/357,914的权益，该临时专利申请通过引用结合于此，如同在此完全阐述一样。
技术领域
本发明涉及柔性显示器，且更具体地，涉及通过触觉元件阵列提供触觉反馈的柔性显示器。
背景技术
具有触摸屏的基于玻璃的刚性显示器在改造人类与机器的交互方面具有革命性。虽然电容式触控提高了准确度和分辨率，并且多点触控和压感触控提供了显着的附加功能，但所有这些技术都缺乏用户在按下机械按钮时获得的手指尖的心理反馈。
随着触控屏越来越多地设计到汽车中，提供触觉反馈已变成更重要和期望的功能。当驾驶员在驾驶中触摸屏幕时，向驾驶员提供触觉反馈的显示器允许他在屏幕上以较少的眼睛时间(eye-time)与显示器交互。通过这种方式，当与诸如A/C或音频控制之类的触摸屏功能交互时，驾驶员可以将他的眼睛更多地保持在路上，更少地保持在屏幕上。
一些当前的车辆系统通过用各种技术(例如用压电振动器或声波)振动屏幕，以在显示器上提供广泛的触觉反馈，或者通过在表面上使用电活性薄膜向用户的指尖提供麻刺感。然而，当前技术缺乏这样一种显示配置：其提供模仿按压机械按钮感觉的精确局部反馈，并且不排除定制并集成到当前车辆和其他系统中。
本公开涉及克服当前触觉反馈显示系统的一个或多个问题，包括向柔性显示器提供改进的触觉反馈系统。
发明内容
在一个方面，本公开涉及一种显示系统。该显示系统包括柔性显示屏，该柔性显示屏包括前侧和后侧，以及在屏幕的后侧以阵列布置的多个触觉元件。显示系统还包括连接到多个触觉元件和柔性显示屏的控制器板。控制器板被配置为在柔性显示屏幕的前侧上在与多个触觉元件对应的位置处显示多个交互式按钮。多个触觉元件被配置为基于提供给屏幕的前侧的触摸输入来提供触觉反馈。触觉反馈包括致动触觉元件，该触觉元件对应于由触摸输入选择的交互式按钮的位置。
附图说明
当结合附图阅读时，将更好地理解前述发明内容和以下详细描述，附图示出了本发明的至少一个优选实施方式。在附图中：
图1A是具有单个交互式按钮阵列的示例性柔性显示器的前侧的示意图；
图1B是具有单个触觉元件阵列的示例性柔性显示系统的背侧的示意图；
图2A是具有多个交互式按钮阵列的另一示例性显示器的前侧的示意图；
图2B是具有多个触觉元件阵列的另一示例性显示器的背侧的示意图；
图3是示例性显示系统的分解图；
图4是描绘图3所示显示系统的各层的横截面图；和
图5是组装的显示系统的透视图。
具体实施方式
所公开的实施方式涉及一种显示系统，该显示系统可以实现为各种不同环境中的用户界面。例如，显示系统可以在车辆中实现为仪表板用户界面的一部分。显示系统支持触摸输入并基于触摸的位置向用户提供触觉反馈。这种交互模拟了按下传统按钮或开关的效果。存在于显示系统中的触觉元件阵列在显示器上的各个位置处提供触觉反馈，以匹配向用户显示的元件。将柔性显示器与多个间隔开的触觉元件结合使用还使系统能够将触觉反馈定位到提供触摸输入的特定位置。通过所公开的配置还实现了额外的优点，且下面将更详细地讨论。
图1A和1B示出了显示系统10的示例性实施方式。图1A包括显示系统10的前视图。图1B包括显示系统10的后视图。显示系统10包括显示器12和多个触觉元件14。显示器12包括显示屏16，显示屏16被配置为生成视觉呈现在显示屏16上的一个或多个交互式按钮18。交互式按钮18指示显示屏16上的位置，用户在该位置可以提供触摸作为输入以生成输出结果。
触觉元件14和显示屏16优选地通过电子连接器22连接到控制器板20。控制器板20优选为包括至少处理器组件和存储器组件的计算元件。处理器组件可以被配置为执行存储在存储器组件中或其他地方的软件指令。控制器板20可以是整个计算系统的组件，例如车辆计算机、个人计算机、移动设备等。电子连接器22优选为电缆、连接器、电线和/或能够将电子信号发送到触觉元件14和显示屏16以及从触觉元件14和显示屏16发送电子信号的组件系统。控制器板20经由电子连接器22从触觉元件14和/或显示屏16接收信号并将信号发送到触觉元件14和/或显示屏16。这样，控制器板20管理显示系统10，使得显示系统10是在显示屏16上提供交互式按钮18的交互式设备。
虽然在图1A和1B中示出了具有单个控制器板20和电子连接器22的显示系统10，但是应该理解，在一些实施方式中，触觉元件14和显示屏16可以通过单独的电子连接器22连接到同一控制器板20或连接到单独的控制器板20。例如，触觉元件14可以包括专用控制器，专用控制器提供信号以致动所选择的一个或多个触觉元件以提供触觉效果和/或从指示触摸登记(registration)的一个或多个触觉元件14接收信号。类似地，显示屏16可以包括专用控制器，其控制显示在显示屏16上的图像(例如，交互式按钮18的外观和配置)和/或接收指示对显示屏16的触摸的信号。在一些实施方式中，单独的控制器可以彼此通信以协调输入和输出处理。
在示例性实施方式中，触觉元件14是压电盘，其被配置为提供触觉反馈。压电盘被配置为响应于施加的输入信号(例如，驱动信号)而振动、摇动或以其他方式移动。压电盘的优点在于它们能够形成为相对薄的部件。这允许显示系统10的总厚度较薄。虽然本文描述了压电盘，但是应该理解，其他触觉设备也可以用作触觉元件14。
在一些实施方式中，触觉元件14被配置为记录触摸登记。换句话说，触觉元件14除了提供触觉反馈作为输出之外，还被配置为接收和识别来自用户的触摸输入。识别触摸的(一个或多个)触觉元件14被配置为通过向控制器板20提供信号来记录触摸事件。压电盘可以配置有机电元件，其识别盘上的触摸(例如，经由压力、电容、电导率的变化等)。在该配置中，显示屏16可以被配置为无源(passive)屏幕，其不被配置为识别触摸登记。在其他实施方式中，触觉元件14仅被配置为提供触觉反馈，并且显示系统10依赖于显示屏16来执行触摸登记。
显示屏16是包括可视区域24的电子显示器。显示屏16被配置为在可视区域24内产生图像。显示屏16可以利用已知的数字技术来产生可视图像。例如，控制器板20可以经由电子连接器22发送数字信号，显示屏16可以使用该数字信号来产生和显示可视图像。以这种方式，控制器板20被配置为产生和改变可视图像。如图1A所示，可视图像包括多个交互式按钮18。
显示屏16是柔性的。显示屏16的至少一层的结构允许弹性弯曲和/或弯折。显示屏16的柔韧性可以提供多种功能。首先，屏幕的柔韧性允许来自一个或多个触觉元件14的局部反馈。将触觉效果(例如，振动)应用于刚性屏幕的后表面将主要导致效果在整个屏幕中被转换(例如，用户可以在屏幕上的任何地方感受到触觉效果)。然而，当触觉元件将触觉效果应用于显示屏16的背侧上的特定位置时，屏幕的柔韧性允许触觉效果主要在显示屏的另一侧的相应位置处被转换。换句话说，用户将仅在触觉元件14的位置处感受到触觉效果。可以使该位置对应于在显示屏16上可视的交互式按钮18的位置。该效果有助于产生更真实的在屏幕上“按下”按钮的感觉，因为只在按下的位置感觉到效果。
显示屏16的柔韧性还允许通过显示屏16传输触摸事件至特定触觉元件14。如果显示屏16完全是刚性的，则无论在何处施加触摸，都可以在多于一个触觉元件14处感受到触摸效果。利用柔性屏幕，交互式按钮18的触摸可以被转换成仅施加到对应于交互式按钮18的特定触觉元件14(例如，直接在交互式按钮18后面的触觉元件14)的压力。该功能允许使用能够进行触摸登记的触觉元件14。在这样的配置中，显示屏16可以省略触摸登记层，这有助于将显示屏16保持为整体薄的组件。
显示屏16可以使用各种显示技术中的任何一种，包括例如LED或LCD。在示例性实施方式中，显示屏16是柔性OLED屏幕。OLED屏幕的自发光性质有助于显示屏16和整个显示系统10保持相对较薄。显示屏16可以包括连接到控制器板20的触摸登记特征。触摸登记特征(例如，显示屏16的触摸登记层)可以被配置为识别触摸事件并向控制器板20提供信号。信号可以识别触摸事件的位置，控制器板20可以将该位置与相应的交互式按钮18匹配。在其他实施方式中，显示屏16是无源显示矩阵，并且触觉元件14被配置为向控制器板20登记触摸事件。
图1A和1B示出了显示系统10的示例性实施方式，其中触觉元件14和交互式按钮18形成为一维阵列。换句话说，单行触觉元件14位于显示屏16的背侧，单行交互式按钮18相应地显示在显示屏16前侧的可视区域24中。在该基本示例中，触觉元件14和交互式按钮18以1：1的比例提供。
图2A和2B示出了显示系统10A的另一个实施方式，其中提供了触觉元件14和交互式按钮18的二维阵列。图2A示出了显示系统10A的前侧，图2B示出了显示系统10A的背侧。在该实施方式中，触觉元件14和交互式按钮18以更复杂的布置设置，该更复杂的布置在列中包括行。然而，应该理解，触觉元件14和交互式按钮18可以以期望的任何配置来布置。
交互式按钮18可以设置在可视区域24周围的任何空间配置中。控制器板20被配置为产生图像信号，该图像信号被发送到显示屏16并在可视区域中显示为交互式按钮18。触觉元件14布置在显示屏16的背侧。在示例性实施方式中，显示屏16背侧的触觉元件14的位置对应于显示屏前侧显示的交互式按钮18的位置。
交互式按钮18和显示屏16的可定制配置实现了显示系统10、10A的各种不同用途。例如，所公开的显示系统可以在车辆中实现为仪表板控制机构。在另一示例中，所公开的特征可以在键盘实施方式中实现。
此外，多个触觉元件14的使用允许在不同时间在同一设备中利用交互式按钮18的不同配置，同时保持在显示屏16上的特定位置处提供触觉反馈的能力。例如，显示屏16可以显示第一可视图像，该第一可视图像包括第一布局的交互式按钮18，并且在选择交互式按钮18之后，显示屏16可以显示第二可视图像，该第二可视图像包括不同媒体，所述不同媒体包括不同布局的交互式按钮18。在两种布局中，交互式按钮18可以定位成对应于显示屏16的相对侧上的一个或多个触觉元件14的位置。
在一个示例中，显示系统10用作仪表板环境上的控制元件。控制器20可以向显示屏16发送信号以显示包括多个交互式按钮18的第一图像。第一图像中的交互式按钮18可以代表车辆的不同辅助系统，例如多媒体、空调系统(HVAC)、导航等。用户可以通过在适当的位置触摸显示屏16来选择这些交互式按钮18中的一个。该动作可以使对应于所选交互式按钮18的位置的触觉元件14产生触觉效果。例如，触觉效果可以是具有模仿机械按钮点击感觉的波形的振动，使得用户感觉到交互式按钮18已被按下。
提供触觉效果的触觉元件14可以由触觉元件14自身和/或通过控制器板20致动。例如，在触觉元件14能够进行触摸登记的实施方式中，触觉元件14甚至可以通过柔性显示屏16感测触摸并且因此产生触觉效果。在显示屏16包括触摸检测元件的实施方式中，显示屏可以向控制器板20提供识别触摸事件的位置的信息，并且控制器板20随后向适当的触觉元件14发送信号以产生触觉效果。在其他实施方式中，显示屏16产生信号，该信号被发送到适当的触觉元件14。
作为触摸事件的结果，用户感觉到触摸机械按钮的感觉，并且控制器板20识别被触摸的交互式按钮18。控制器板20还采取行动(例如，基于软件指令)以基于触摸事件产生效果。例如，所选择的交互式按钮18可以对应于HVAC系统模块的选择。结果，控制器板20可以将图像信号发送到显示屏16以产生新图像，该新图像可以包括附加的交互式按钮18。这些交互式按钮18可以对应于所选择的HVAC模块，并且可以提供控制空调或加热系统的选项。新的交互式按钮18可以设置在与触觉元件18相对应的位置，使得这些按钮之一的新触摸事件可以向用户提供触觉效果。以这种方式，显示系统10能够用作具有可定制按钮的控制单元，所述按钮在用户按下时提供触觉反馈。
在另一个示例中，显示系统10A被实现为键盘。键盘可以包括类似机械键盘的按钮布局，包括布置在不同位置并包括各种相对尺寸的各种交互式按钮18(每个包括字母或功能)。控制器板20产生键盘的图像，该图像显示在显示屏16的可视区域24中。
如图2A-2B所示，每个交互式按钮18对应于显示屏16背侧上的至少一个触觉元件14的位置。在一些情况下，交互式按钮18的大小和位置可以设置为对应于多个触觉元件14的位置。
在该示例中，用户可以通过在所选择的交互式按钮18的位置中顺序地按下显示屏16来操作键盘，以便产生一串字母和/或命令，非常类似于机械键盘或其他虚拟键盘的操作。每次按压时，相应的触觉元件14产生触觉效果，以向用户提供机械按钮按压的感觉。在对应于一个以上触觉元件14的交互式按钮18的情况下，可以致动这些触觉元件中的一个或多个以产生触觉效果。如果全部被致动，则可以提供按压较大按钮(例如，空格键)的感觉。
键盘可以集成到各种系统和设备中。例如，显示系统10A可以在机械键盘通常位于的位置处集成到膝上型(laptop)设备中。这允许与膝上型设备相关联的键盘可以定制具有不同的布局、语言、按钮大小、字体大小等。此外，当键盘不使用时，显示屏16可以用作膝上型设备的附加屏幕以显示来自设备的处理单元的信息。
在另一个示例中，键盘可以集成到平板设备中。平板设备包括柔性显示屏16和触觉元件14。平板设备可以产生键盘的图像，该键盘由用户以传统方式操作。触觉元件14与显示屏配合以在触摸事件的位置处提供触觉反馈。键盘功能可以根据不同的布局、语言、按钮大小、字体大小等进行定制，并且可以被关闭、被最小化以允许其他平板设备功能。
图3-5示出了显示系统100的示例性实施方式，包括可以在与本公开一致的设备中实现的各种结构组件和布置。图3是显示系统100的各种部件的分解图。图4是显示系统100的横截面图。图5是组装的显示系统100的透视图。
在示例性实施方式中，显示系统100包括柔性显示器102、多个触觉元件104、保护盖106、导电箔108、电连接器110和112、间隔件114和印刷电路板(PCB)116。PCB 116形成刚性背衬，间隔件114、导电箔108、柔性显示器102和保护盖106堆叠在该背衬上。间隔件114包括用于在其中接收触觉元件104的切口118。
柔性显示器102可以包括允许显示器操作的组件，包括显示屏120和电子连接器122。显示屏120优选地是柔性的，因为它能够在不损坏的情况下进行一定量的弹性弯折和弯曲。显示屏120优选地是柔性有机发光二极管显示器，其允许以薄的形状因素实现显示功能。在示例性实施方式中，柔性显示器102包括触摸登记层，其将触摸输入转换为输入信号，以由附接到电子连接器122的控制器板(例如，PCB 116或其他控制器)进行处理。在其他实施方式中，触觉登记由触觉元件114执行。
触觉元件104优选地是压电盘，其能够产生模拟按压机械按钮的触觉效果。例如，每个触觉元件104被配置为以波形振动，该波形被调谐以模拟伴随机械按钮的点击或压力释放。每个触觉元件104定位在间隔件114中的相应切口118中。触觉元件通过导电箔108，或者通过直接放置在电路中的导电元件上而电连接到PCB 116。
触觉元件104优选地彼此间隔足够的距离，从而避免触摸和触觉干扰。例如，形成为盘的触觉元件104优选地与相邻的触觉元件104(边缘到边缘)间隔开等于或大于盘的半径尺寸的一半的距离。例如，触觉元件104可以形成为12mm直径的盘，它们以大约15.3mm的间距彼此间隔开，产生3.3mm的边缘到边缘间隔。
触觉元件104通过电连接器110电连接到导电箔108，电连接器110夹在触觉元件104和导电箔108之间。导电箔108通过电连接器112电连接到PCB 116，电连接器112通过间隔件114中的切口124延伸。这样，触觉元件104和PCB 116彼此电连接。柔性显示器102定位在导电箔108上(例如，通过粘合剂126)，其允许柔性显示器102在适用的实施方式中连接到PCB116。双面粘合剂128和透明胶带130将保护盖106定位在柔性显示器102的顶部上。
保护盖106是可选的特征，可以包括保护盖以保护柔性显示器102。保护盖106非常薄，以便不干扰触摸柔性显示器102的效果。例如，保护盖厚约400微米。
显示系统100的总厚度优选为薄，由此提高从触觉元件104向用户传递振动的效率。此外，PCB 116的刚度和厚度有助于将触觉反馈引导给用户。在示例性实施方式中，从PCB 116的顶部到保护盖的顶部的堆叠的厚度小于PCB 116的厚度。例如，从触觉元件104到保护盖106的堆叠的厚度可以是1.2mm，而PCB的厚度是1.6mm。
图5包括组装的显示系统110。在使用中，柔性显示器102产生包括交互式按钮132的图像。交互式按钮132的位置对应于柔性显示器背侧上的触觉元件104的位置。显示系统110被配置为甚至识别触摸并且经由触觉元件104在触摸位置中提供触觉反馈，触觉元件104对应于所选择的交互式按钮132位置。显示系统110可以在诸如车辆的环境中实现，以提供具有局部触觉反馈的控制机制。显示系统110是这里描述的特征的基本实现的一个示例。应该理解，这些特征可以以其他配置实现。
所公开的实施方式组合了触觉元件和柔性显示器以在可定制设备中产生局部触觉效果。显示器的柔韧性质和间隔开的触觉元件的使用便于触觉效果的定位，其中先前的设备将振动整个屏幕。这样可以产生更逼真的按下机械按钮的感觉。此外，由于柔性显示器允许手指压力或触摸力传递到显示器的后侧，因此它可以到达位于后侧的触觉元件。因此，配置用于触摸登记的触觉元件可用于消除集成到柔性显示器上的单独触摸层。这降低了显示器的成本，同时保持其触摸登记能力。
已经详细描述了目前优选的实施方案，应该理解并且对于本领域技术人员显而易见的是，可以在不改变体现在其中的发明构思和原理的情况下做出许多物理变化，其中只有少数在本发明的详细描述中举例说明。还应当理解，仅结合优选实施例的一部分的许多实施例是可能的，相对于那些部分，这些实施例不会改变其中包含的发明构思和原理。因此，本发明的实施例和可选的配置在所有方面都被认为是示例性的和/或说明性的而非限制性的，本发明的范围由所附权利要求而不是前面的描述来指示，以及在所述权利要求的含义和等同范围内的所有替换实施例和对该实施例的改变都包含在其中。

Claims (16)

1.一种显示系统，该显示系统包括：
柔性显示屏，所述柔性显示屏包括前侧和后侧；
多个触觉元件，所述多个触觉元件以阵列布置在所述显示屏的所述后侧；和
控制器板，所述控制器板连接到所述多个触觉元件和所述柔性显示屏，并且被配置为在所述柔性显示屏的所述前侧上在与所述多个触觉元件对应的位置处显示多个交互式按钮，
其中，所述多个触觉元件被配置为基于提供给所述屏幕的所述前侧的触摸输入来提供触觉反馈，
其中，所述触觉反馈包括致动触觉元件，所述触觉元件对应于由所述触摸输入选择的交互式按钮的位置。
2.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述触觉元件被配置为基于提供给所述屏幕的所述前侧的所述输入来向所述控制器板登记触摸事件。
3.根据权利要求2所述的显示系统，其中所述柔性显示屏是不包括触摸感应层的无源屏幕。
4.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述多个触觉元件是压电盘。
5.根据权利要求4所述的显示系统，其中所述压电盘能够进行触摸登记。
6.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述多个触觉元件安装在PCB上。
7.根据权利要求6所述的显示系统，其中所述显示屏从所述触觉元件到触摸表面的厚度小于所述PCB的厚度。
8.根据权利要求7所述的显示系统，其中所述显示屏从所述触觉元件到所述触摸表面的厚度小于1.3mm。
9.根据权利要求6所述的显示系统，该显示系统还包括间隔件，所述间隔件包括接收所述多个触觉元件的切口。
10.根据权利要求1所述的显示系统，该显示系统还包括保护盖，所述保护盖形成包括厚度小于500μm的触摸表面。
11.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述柔性显示屏是OLED显示器。
12.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述柔性显示器实现为键盘。
13.根据权利要求12所述的显示系统，其中所述柔性显示器是膝上型计算机中的第二屏幕。
14.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述柔性显示器在车辆中实现。
15.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述多个交互式按钮和所述多个触觉元件以1：1的比例提供。
16.根据权利要求1所述的显示系统，其中所述多个交互式按钮包括对应于一个以上触觉元件的位置的交互式按钮。
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