CN110888525A - 触觉反馈致动器、触摸屏以及用于制造触摸屏的方法 - Google Patents
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Abstract
本公开涉及一种触觉反馈致动器。该触觉反馈致动器包括基底以及设置在基底上的电活性层结构,其中电活性层结构包括底部电极层和顶部电极层之间的电活性层,其中电活性层结构还包括纵向方向的波状轮廓。本公开还涉及一种触摸屏,包括触觉反馈致动器。本公开还涉及一种制造触摸屏的方法,该方法包括提供基底以及在基底上设置电活性层结构。
Description
技术领域
本公开涉及一种触觉反馈致动器、包括触觉反馈致动器的触摸屏、以及用于制造触摸屏的方法。
背景技术
近来引入了具有触觉反馈的触摸屏,从而在与屏幕上的内容交互时增强用户体验。在大多数情况下,通过安装在触摸屏下方并且致动整个屏幕的机电致动器或电磁致动器来生成触觉反馈。由于所需机电部件的尺寸,所以这种致动器增大了所需的屏幕尺寸。另外,触觉反馈受限于整个屏幕的振动。
因此,需要提供一种改进的触觉反馈致动器。
发明内容
因此,本发明的目的是提供一种改进的触觉反馈致动器以及一种包括触觉反馈致动器的改进的触摸屏。
各种实施例可以提供一种触觉反馈致动器,其可以包括基底和电活性层结构。电活性层结构可以设置在基底上。电活性层结构可以包括底部电极层和顶部电极层之间的电活性层。电活性层结构还可以包括纵向方向上的波状轮廓。
各种实施例可以提供一种包括触觉反馈致动器的触摸屏。
各种实施例可以提供一种制造触摸屏的方法,该方法可以包括:提供基底;以及在基底上提供(例如设置,例如形成)电活性层结构。
附图说明
在以下描述中,参考以下附图对本公开的各种实施例进行描述,其中:
图1A示出了没有施加电刺激的平面电活性致动器100的示意图;
图1B示出了施加电刺激的与图1相同的平面电活性致动器100;
图2A示出了根据各种实施例的触觉反馈设备200的示意图;
图2B示出了施加电刺激的与图2A相同的触觉反馈设备200;
图3示出了根据各种实施例的触觉反馈设备300的示意图,该触觉反馈设备300包括设置在波状抗反射层结构380上的电活性层结构310。
具体实施方式
在以下描述中,附图不一定按比例绘制,并且为了清楚和简明或出于信息目的,某些特征可以以概括或示意的形式示出。
以下具体实施方式描述了可以实践本发明的具体细节和实施例。对这些实施例进行了足够详细的描述,以使得本领域技术人员能够实施本发明。可以利用其他实施例,并且可以在不背离本发明的范围的情况下进行改变。各种实施例不一定相互排斥,因为一些实施例可以与一个或多个其他实施例组合以形成新实施例。
在实施例的上下文中描述的特征可以对应地适用于其他实施例中的相同或相似的特征。在实施例的上下文中描述的特征即使未在这些其他实施例中明确描述,也可以对应地适用于其他实施例。更进一步地,如针对实施例的上下文中的特征所描述的添加和/或组合和/或备选可以对应地适用于其他实施例中的相同或相似的特征。
本文中所说明性描述的本发明可以在缺少本文中未具体公开的任何一个或多个元件或一个或多个限制的情况下适当地实施。因此,例如,术语“包括(comprising)”、“包含(including)”、“含有(containing)”等应当被广泛地阅读而不受限制。因此,词语“包括(comprise)”或诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”之类的变型将被理解为暗示包括所述整数或整数组但不排除任何其他整数或整数组。附加地,本文中所采用的术语和表述已经被用作描述而非限制的术语,并且不旨在使用这些术语和表述来排除所示和所描述的特征的任何等同物或其部分,但应当认识到在所要求保护的本发明的范围内可以进行各种修改。因此,应当理解,尽管已经通过示例性实施例和可选特征具体地公开了本发明,但是本领域技术人员可以得到本文中所公开的本发明的修改和变化,并且认为这些修改和变化落入本发明的范围之内。
权利要求中的括号中包括的附图标记是为了便于理解本发明,并且对权利要求的范围没有限制作用。
触觉反馈致动器可以包括电活性层结构,电活性层结构包括底部电极层和顶部电极层之间的电活性聚合物。电活性层结构可以沉积在基底上。底部电极层可以布置在电活性层和基底之间,而顶部电极层可以布置在电活性层的距离基底最远的表面上。
在本公开的范围内并且根据各种实施例,表述“电活性层”可以意指可以响应于所施加的电场而经受形状改变的层。电活性层可以包括电活性材料,例如电活性聚合物。在本公开的上下文中并且根据各种实施例,电活性材料(例如电活性聚合物(EAP))是响应于所施加的电场而经受形状改变的材料(在EAP的情况下为聚合物)。一类示例性电活性材料是铁电活性聚合物(FerroEAP)。
铁电FerroEAP的示例如下:聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯)(缩写为P(VDF-TrFE-CTFE))、聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯)(缩写为P(VDF-TrFE-CFE))、聚(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)(缩写为P(VDF-TrFE-HFP))。
透明电极材料的示例如下:银纳米线(缩写为AgNW)、聚(3,4-亚乙二氧基噻吩)聚苯乙烯磺酸盐(缩写为PEDOT:PSS)、氧化铟锡(缩写为ITO)。
结合图1A和图1B对平面触觉反馈致动器100进行解释。图1A和图1B示出了具有平面层的触觉反馈致动器。图1A中示出了没有电刺激的触觉反馈致动器100,其中开关10断开,从而提供开路,而
图1B中示出了具有电刺激的触觉反馈致动器,其中开关10闭合,从而提供闭合电路。使用电活性材料(例如,电活性聚合物(EAP))用于触觉致动是有利的。例如,将电活性材料作为透明层设置在触摸屏的顶部上可以允许在大屏幕和弯曲屏幕上无缝集成触觉反馈。电活性层114可以设置在顶部电极层116和底部电极层112之间,电极112和116都可以是透明的。对电活性层114的电刺激可以引起其形状的改变,例如,当在电极112和116处施加电压时,电活性层114由于施加对应电场而例如在长度和厚度上变形,如图1B中的箭头所示。这种变形可以被视为触觉反馈。可以使用其间具有电极的几个电活性层来增强触觉反馈强度。
对于平坦的触觉反馈致动器,长度上的变形可能比厚度上的改变大得多。
图2A示出了根据各种实施例的触觉反馈致动器200。触觉反馈致动器200可以包括电活性层结构210,电活性层结构210包括底部电极层212和顶部电极层216之间的电活性层214。电活性层结构210可以包括纵向方向202上的波状轮廓。触觉反馈致动器200可以包括基底280。电活性层结构210可以设置在基底280上。图2A示出了具有波长206和波高208的波状轮廓。底部电极层212具有层厚度213,电活性层具有层厚度215,并且顶部电极层具有层厚度217。
除非另有明确说明,否则针对没有电刺激的电活性层结构描述了如本文中所公开的层和波状轮廓的特点。例如,如果没有明确提及它处于电刺激下,则关于电活性层结构或基底的波状轮廓(例如,纵向方向上的波长或波高)的定义和解释是指没有电刺激的情况。
在本公开的范围内并且根据各种实施例,表述“纵向方向”可以意指在至少一个纵向方向上,例如,在任何纵向方向上。术语“纵向”可以意指沿着层或层堆叠的长度、或宽度、或平行线。例如,层或层堆叠可以具有宽度、长度和高度,其中高度的尺寸在所有三个中最小。宽度、长度和高度可以基本上彼此正交。在图中,一个纵向方向由方向202或302表示,而高度分别由204或304表示。
在本公开的范围内并且根据各种实施例,与层特性相关地使用的术语“相等”例如在比较厚度或轮廓的同时,可以意指基本上相等并且可以包括诸如制造公差之类的小偏差。
在本公开的范围内并且根据各种实施例,如本公开中使用的与层相关的术语“表面”可以是指层的两个主要相对表面中的一个表面。复数形式“表面”可以是指层的主要相对表面。
根据各种实施例,波状轮廓可以具有大于或等于50微米且小于或等于100微米的波长。可以使用例如表面形貌测量(诸如使用触针探针来检测或物理测量表面的表面轮廓仪)来测量波长。沿着表面以及反馈回路物理移动探针以维持力恒定允许沿着扫描线获取表面高度和粗糙度信息。沿着电活性层210的表面上的扫描线测量的两个峰之间的距离将是波长。可替代地,原子力显微镜(AFM)可以用于测量电活性层210的表面的3D形貌扫描。可以通过测量3D扫描上的两个峰之间的间隔来获得波长。
根据各种实施例,波状轮廓可以具有小于或等于50微米的波高。波高可以是测量表面形貌测量,诸如表面轮廓仪,例如,与波长的测量一起。可替代地,可以使用例如AFM或使用光纤回复反射探针的基于光谱反射率的薄膜厚度测量来测量波高。在电活性层结构210的波峰和波谷处测量的厚度之间的差异将是波高。
对于波长和波高测量,可以优选表面形貌测量,诸如表面轮廓仪。
波状轮廓增加了触觉反馈强度。
根据各种实施例,电活性层、底部电极层、顶部电极层中的至少一个可以包括纵向方向上的波状轮廓。例如,如图2A所示,电活性层214、底部电极层212和顶部电极层216中的每一个都包括纵向方向202上的波状轮廓。整个电活性层结构210可以具有小于或等于10微米的厚度。
根据各种实施例,顶部电极层的远离(例如,背离)电活性层的表面和顶部电极层的靠近(例如,面对)电活性层的表面可以具有彼此互补的几何形状。例如,图2A中图示了这种互补性,其中顶部电极层216的两个表面具有相同的波状轮廓,因此在形状上彼此互补,例如,顶部电极层216的顶部表面(远离电活性层214)具有凸起,而顶部电极层216的底部表面(靠近电活性层214)具有匹配的凹陷。
根据各种实施例,电活性层214的靠近底部电极层212的表面和电活性层214的靠近顶部电极层216的表面具有彼此互补的形状。例如,图2A中图示了这种互补性,其中电活性层214的两个表面具有相同的波状轮廓,因此在形状上彼此互补,例如,其中电活性层214的顶部表面(远离底部电极层212)具有凸起,而电活性层214的顶部表面(靠近底部电极层212)具有匹配的凹陷。
在一些实施例中,底部电极层的远离(例如,背离)电活性层的表面和底部电极层的靠近(例如,面向)电活性层的表面可以具有彼此互补的几何形状。例如,图2A中图示了这种互补性,其中底部电极层212的两个表面具有相同的波状轮廓,因此在形状上彼此互补,例如,其中底部电极层212的底部表面(远离电活性层214)具有凹陷,而底部电极层212的顶部表面(靠近电活性层214)具有匹配的凸起。
根据各种实施例,电活性层的厚度变化可以小于波状轮廓的波高。为此,可以在相同方向上,例如,在纵向方向上比较厚度变化和波高。根据各种实施例,电活性层的厚度在纵向方向上可以是恒定的。例如,如图2A所示,电活性层214具有厚度215,该厚度215被示为恒定的,因此与波高208相比具有更小(基本上为零)的变化。
根据各种实施例,顶部电极层的厚度变化可以小于顶部电极层的波状轮廓的波高。为此,可以在相同方向上,例如,在纵向方向上比较厚度变化和波高。根据各种实施例,顶部电极层的厚度在纵向方向上可以是恒定的。例如,如图2A所示,顶部电极层216具有厚度217,该厚度217被示为恒定的。
图2B示出了现在施加电刺激的图2A的相同触觉反馈设备200。对电活性层200的电刺激可以引起其形状改变,例如,当在电极212和216处施加电压时,生成使电活性层214在长度和厚度上变形的电场,如图2B中的箭头所示。由于波状轮廓,所以电刺激下的波高209高于没有电刺激的波高208。如图2B所示,当电活性层结构以波状配置进行布置时,长度改变可以转换为高度改变。这种变形可以被视为触觉反馈。
对电活性层114的电刺激可以引起其形状改变,例如,当在电极112和116处施加电压时,生成使电活性层114在长度和厚度上变形的电场,如图1B中的箭头所示。这种变形可以被视为触觉反馈。
根据各种实施例,可以使用几个电活性层来增强触觉反馈强度,在这几个电活性层之间具有电极。
在一些实施例中,底部电极层可以用作波状轮廓的模板。底部电极层可以具有与纵向方向上的波状轮廓相对应的厚度变化。例如,基底可以包括基本上平坦的顶部表面(靠近电极层),例如包括抗反射层。
在一些实施例中,底部电极层的底部表面(远离电活性层)基本上是平坦的,而底部电极层的顶部表面(靠近电活性层)可以包括纵向方向上的波状轮廓。
在一些实施例中,基底可以包括顶部表面轮廓,该顶部表面轮廓包括波状轮廓,例如一旦电活性层结构沉积在基底上,则电活性层结构可以获取纵向方向上的波状轮廓,其中基底用作模板。因而,在一些实施例中,基底在纵向方向上的顶部表面轮廓可以与纵向方向上的波状轮廓相同。
在一些实施例中,基底在纵向方向上的顶部表面轮廓可以与纵向方向上的波状轮廓相同。例如,如图2A所示,基底280具有波状的顶部表面轮廓281,并且设置在基底上的电活性层结构具有波状轮廓,该波状轮廓跟随从基底例如一直到顶部电极层216的(远离电活性层的)顶部表面218的波状轮廓。
在一些实施例中,底部电极层的厚度在纵向方向上可以是恒定的。例如,如图2A所示,底部电极层212具有厚度213,该厚度213被示为恒定的。
在一些实施例中,基底可以是抗眩光层。
在一些实施例中,包括波状轮廓的电活性层的沉积可以与触摸屏系统中已经存在的波状层(例如抗眩光层)相容。
图3示出了根据各种实施例的触觉反馈设备300的示意图,该触觉反馈设备300包括布置在波状抗反射层结构380上的电活性层结构310。触觉反馈设备300包括基底380,该基底380的顶部表面包括波状轮廓。电活性层结构310可以包括底部电极层312和顶部电极层316之间的电活性层314。电活性层结构设置在基底380上,从而符合基底的轮廓。
根据一些实施例并且如图3所示,基底可以是抗眩光层。例如,基底可以包括基层354,该基层354可以包括可以产生抗眩光效果的顶部表面轮廓。基层的一个示例是透明聚合物,例如,聚对苯二甲酸乙二醇酯。基底380也可以是组合的抗眩光和抗反射层,例如,基底可以进一步包括设置在基层354上的硬涂层362、设置在硬涂层362上的抗反射层364,并且还可以进一步包括设置在硬涂层362上的抗静电层366。如图3所示,基底380在纵向方向302上的上表面轮廓可以与电活性层结构在纵向方向302上的波状轮廓相同。
根据各种实施例,触觉反馈致动器的各层中的每一层可以是透明的,例如,所有层都可以是透明的。
根据各种实施例,触觉反馈致动器可以包括覆盖层,覆盖层可以设置在电活性层结构上。该覆盖层可以是波状形状的,即,在两个表面上包括波状轮廓,或者可以具有顶部上的平坦形状和底侧处的波状轮廓,以适配下面的电活性层结构。
本公开还涉及一种包括根据各种实施例的触觉反馈致动器的触摸屏。例如,触摸屏可以是显示器的一部分,触觉反馈致动器可以设置在显示器上。
本公开还涉及一种制造根据各种实施例的触摸屏的方法,该方法可以包括:提供基底;以及在基底上设置电活性层结构。
Claims (17)
1.一种触觉反馈致动器(200,300),包括基底(280,380)和设置在所述基底(280,380)上的电活性层结构(210,310),其中所述电活性层结构(210,310)包括底部电极层(212,312)和顶部电极层(216,316)之间的电活性层(214,314),其中所述电活性层结构(210,310)还包括纵向方向(202,302)上的波状轮廓。
2.根据权利要求1所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述波状轮廓具有小于100微米的波长(206)。
3.根据权利要求2所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述波状轮廓具有小于或等于50微米的波高(208)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述电活性层(214,314)、所述底部电极层(212,312)、所述顶部电极层(216,316)中的至少一个包括所述纵向方向(202,302)上的所述波状轮廓。
5.根据前述权利要求中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述电活性层(214,314)、所述底部电极层(212,312)和所述顶部电极层(216,316)中的每一个都包括所述纵向方向(202,302)上的所述波状轮廓。
6.根据前述权利要求中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述顶部电极层(216,316)的远离所述电活性层(214,314)的表面和所述顶部电极层(216,316)的靠近所述电活性层(214,314)的表面具有彼此互补的形状。
7.根据前述权利要求中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述电活性层(214,314)的靠近所述底部电极层(212,312)的表面和所述电活性层(214,314)的靠近所述顶部电极层(216,316)的表面具有彼此互补的形状。
8.根据前述权利要求中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述电活性层(214,314)的厚度变化小于所述波状轮廓在所述纵向方向上的所述波高(208)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述电活性层(214,314)的厚度(215)在所述纵向方向(202,302)上是恒定的。
10.根据前述权利要求中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述顶部电极层(216,316)的厚度(217)在所述纵向方向(202,302)上是恒定的。
11.根据前述权利要求中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述底部电极层(212,312)的厚度(213)在所述纵向方向(202,302)上是恒定的。
12.根据前述权利要求中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述底部电极层(212,312)的远离所述电活性层(214,314)的表面和所述底部电极层(212,312)的靠近所述电活性层(214,314)的表面具有彼此互补的形状。
13.根据前述权利要求中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述基底(280,380)在所述纵向方向(202,302)上的顶部表面轮廓与所述纵向方向(202,302)上的所述波状轮廓相同。
14.根据权利要求1至10中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述底部电极层具有对应于所述纵向方向上的所述波状轮廓的厚度变化。
15.根据前述权利要求中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300),其中所述基底(280,380)包括抗眩光层,或者所述基底是抗眩光层。
16.一种触摸屏,包括根据前述权利要求中任一项所述的触觉反馈致动器(200,300)。
17.一种制造根据权利要求16所述的触摸屏的方法,所述方法包括:
-提供基底(280,380);
-在所述基底(280,380)上提供所述电活性层结构(210,310),所述电活性层结构(210,310)具有在所述纵向方向(202,302)上的所述波状轮廓。
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