CN118151739A - 触觉反馈装置 - Google Patents
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Abstract
本发明提出一种触觉反馈装置，包括基板、第一电极、软性膜、多个间隔物、第二电极与保护膜。第一电极设置于基板之上。间隔物设置于基板与软性膜之间，使得在基板与软性膜之间形成空间。第二电极设置于软性膜之上。保护膜设置于第二电极之上。第一电极与第二电极之间的电压用以使软性膜在空间之中形成形变。通过不同的电压可以提供不同的触感。
Description
技术领域
本揭露是有关于一种触觉反馈装置，可以通过电压来呈现不同的触觉感受。
背景技术
近年由于触控笔的流行，市面上销售有类纸模或称手写膜的产品，贴附在显示器上用以模拟书写在纸张上的触感。一般来说，要提供类似纸的触感需要增加表面的摩擦力，然而不同的纸质需要不同的粗糙程度，当想要模拟不同的纸质时需要更换不同的类纸膜。
发明内容
本揭露的实施例提出一种触觉反馈装置，包括基板、第一电极、软性膜、多个间隔物、第二电极与保护膜。第一电极设置于基板之上。间隔物设置于基板与软性膜之间，使得在基板与软性膜之间形成空间。第二电极设置于软性膜之上。保护膜设置于第二电极之上。第一电极与第二电极之间的电压用以使软性膜在空间之中形成形变。
在一些实施例中，间隔物直接接触基板，第一电极设置于间隔物之间且直接接触基板。
在一些实施例中，第二电极在基板上的投影涵盖了多个间隔物。
在一些实施例中，第一电极设置于间隔物与基板之间。
在一些实施例中，第二电极在基板上的投影位于多个间隔物之间。
在一些实施例中，触觉反馈装置还包括电路，用以根据模拟纸张形变量决定第一电极与第二电极之间的电压。
在一些实施例中，当模拟纸张形变量在0～3微米的范围内，则第一电极与第二电极之间的电压在15～20伏特的范围内；当模拟纸张形变量在3～6微米的范围内，则第一电极与第二电极之间的电压在20～30伏特的范围内；以及当模拟纸张形变量在6～9微米的范围内，则第一电极与第二电极之间的电压在15～20伏特的范围内。
在一些实施例中，保护膜的材料包括三醋酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、环烯烃聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、柔性玻璃、或是聚亚酰胺。软性膜的材料包括聚二甲基硅氧烷或者聚亚酰胺。
在一些实施例中，第一电极或第二电极属于导电层，此导电层被图案化以形成多个电极图案。
在一些实施例中，电路用以施加不同的电压至不同的电极图案。
为让本发明的上述特征和优点能更明显易懂，下文特举实施例，并配合所附附图作详细说明如下。
附图说明
图1是根据一实施例绘示触觉反馈装置的剖面图；
图2是根据图1的实施例绘示当软性膜形成形变时触觉反馈装置的剖面图；
图3是根据一实施例绘示触觉反馈装置的剖面图；
图4是根据图3的实施例绘示当软性膜形成形变时触觉反馈装置的剖面图；
图5是根据一实施例绘示计算软性膜的形变量的示意图；
图6至图8是根据实施例绘示电极图案的示意图。
【符号说明】
100:触觉反馈装置
110:基板
120:第一电极
121:空间
130:间隔物
140:软性膜
150:第二电极
160:保护膜
170:电路
320:第一电极
350:第二电极
601～603,701～703,801～806:电极图案
具体实施方式
关于本文中所使用的“第一”、“第二”等，并非特别指次序或顺位的意思，其仅为了区别以相同技术用语描述的元件或操作。
本揭露提出一种触觉反馈装置，通过施加不同的电压在两电极之间，可以模拟出不同纸的触感，在一些应用中触觉反馈装置也可称为功能膜或是类纸模。图1是根据一实施例绘示触觉反馈装置的剖面图。请参照图1，触觉反馈装置100包括了基板110、第一电极120、间隔物130、软性膜140、第二电极150、保护膜160与电路170。在一些实施例中触觉反馈装置100可以设置在一显示面板之上，使用者可通过手指或是触控笔接触到保护膜160。
第一电极120与间隔物130设置于基板110之上，在此实施例中第一电极120与间隔物130是直接接触基板110。在水平方向上，第一电极120与间隔物130是交错排列，也就是说每个第一电极120是设置在对应的两个间隔物130之间，但不以此为限。软性膜140设置在间隔物130之上，在此实施例中软性膜140是直接接触间隔物130。在垂直方向上，间隔物130设置在软性膜140与基板110之间，间隔物130的高度大于第一电极120的高度，使得软性膜140与基板110形成空间121，而第一电极120位于此空间121中。第二电极150设置在软性膜140之上，而保护膜160设置在第二电极150之上。此外，电路170电性连接至第一电极120与第二电极150并施加不同的电压分别给第一电极120与第二电极150，借此第一电极120与第二电极150的电压大于0而发生静电致动的现象使得软性膜140在空间121中形成形变，请参照图2。当第一电极120与第二电极150之间的电压差越大时软性膜140在空间121中产生的形变量也会跟着越大，借此形变量的不同模拟不同表面的粗糙度。当使用者的手指或触控笔触摸到触觉反馈装置100时会因为形变量的不同感觉到不同的粗糙感，借此可以模拟出不同纸的触感。
上述的电路170可以形成在基板110上，或者是在可挠式(flexible)电路板上，例如在卷带承载封装(Tape Carrier Package，TCP)或晶粒软模封装(Chip on Film，COF)上。或者，电路170形成在一电路板中，此电路板通过多个接垫电性连接至基板110上的接触点(未绘示)，借此提供电压给第一电极120与第二电极150。在一些实施例中，基板110上也可以设置异方性导电膜(Anisotropic Conductive Film，ACF)或其他合适的导体，用以电性连接至第二电极150。
在图1的实施例中设置在上方的第二电极150没有被图案化而涵盖整个触觉反馈装置100，而下方的第一电极120则有被图案化因此仅涵盖部分的触觉反馈装置100。以另一个角度来说，第二电极150在基板110上的投影涵盖了多个间隔物130，但是第一电极120在基板110上的投影则不重叠于间隔物130。
在其他实施例中也可以将没有被图案化的电极设置在下方，将有被图案化的电极设置在上方。举例来说，在图3的实施例中，第一电极320是设置在基板110上并直接接触基板110，间隔物130是设置在第一电极320之上，也就是说第一电极320位于间隔物130与基板110之间，第一电极320在基板110上的投影涵盖了多个间隔物130。另一方面，第二电极350在基板110上的投影位于对应的两个间隔物130之间且不重叠于间隔物130。当施加不同的电压至第一电极320与第二电极350时，因第一电极320与第二电极350之间的电压而发生静电致动的现象，使得软性膜140在空间121中形成形变，如图4所示。
图5是根据一实施例绘示计算软性膜的形变量的示意图。请参照图5，在此假设X方向上两个间隔物130之间的距离为L、间隔物130的高度为H、软性膜140的厚度为t，而软性膜140的形变量指的是沿着-Y方向(朝向基板110)的位移yc。形变量yc的计算如以下数学式1。根据形变量yc可以决定第一电极与第二电极之间的电压V，如数学式2所示。
[数学式1]
[数学式2]
其中E为杨式系数，例如为9.00E+05。ε为介电系数，例如设定为8.9E-06，单位是法拉(F)/微米。不同的纸张有不同的形变量yc，以下称每种纸张对应的形变量为模拟纸张形变量，例如在一些实施例中，素描纸的模拟纸张形变量yc设定为7微米，牛皮纸的模拟纸张形变量yc设定为3.9微米，而宣纸的模拟纸张形变量yc设定为2.4微米。在一些实施例中，上述的距离L＝150微米、H＝20微米、t＝3微米。因此，将这些参数带入数学式2以后，可以得到素描纸对应的电压V为31.1伏特，牛皮纸对应的电压V为23.2伏特，而宣纸对应的电压V为18.2伏特。以上纸张类别仅是范例，在其他实施例中可以代入任意的模拟纸张形变量，借此计算出对应的电压V。在一些实施例中，当模拟纸张形变量在0～3微米的范围内，则电压V可设定在15～20伏特的范围内；当模拟纸张形变量在3～6微米的范围内，则电压V可设定在20～30伏特的范围内；当模拟纸张形变量在6～9微米的范围内，则电压V可设定在15～20伏特的范围内，但本揭露并不限于此。
上述图1中的第一电极120，或是图3中的第二电极350都属于一个导电层，此导电层被图案化以形成多个电极图案。图6与图7是根据实施例绘示电极图案的示意图。在图6中导电层包括了多个电极图案601～603，这些电极图案601～603为矩形且彼此电性连接。若依照剖线AA’来绘示剖面图则会得到类似于图1的架构，其中电极图案601～603对应至第一电极120，电极图案601～603之间设置有间隔物130。在图7的实施例中电极图案701～703为六角形且彼此电性连接，若依照剖线BB’来绘示剖面图则会得到类似于图1的架构，其中电极图案701～703对应至第一电极120。在图6与图7的实施例中所有的电极图案都彼此电性连接，因此整个触觉反馈装置会提供一致的触感，但在一些实施例中多个电极图案之间也可以彼此电性绝缘，例如图8所示，电路170可以施加不同的电压至不同的电极图案801～806，使得在触觉反馈装置的不同位置可以提供不同的触感。
上述的第一电极与第二电极的材料可包括氧化铟锡(Indium tin oxide，ITO)、氧化铟锌(indium zinc oxide，IZO)、氧化鍗锡(antimony tin oxide，ATO)、或是氧化氟锡。基板110的材料可包括玻璃、聚合物(polymer)、聚亚酰胺(polyimide，PI)等。保护膜160的材料可包括三醋酸纤维素(triacetyl cellulose，TAC)、聚对苯二甲酸乙二酯(polyethylene terephthalate，PET)、聚碳酸酯(PC)、环烯烃聚合物(COP)、聚甲基丙烯酸甲酯(PMMA)、柔性玻璃、或是聚亚酰胺(polyimide，PI)。软性膜140的材料可包括聚二甲基硅氧烷(PDMS)或者聚亚酰胺。间隔物130可包括任意合适的光阻材料。
虽然本发明已以实施例揭露如上，然其并非用以限定本发明，任何所属技术领域中具有通常知识者，在不脱离本发明的精神和范围内，当可作些许的更动与润饰，故本发明的保护范围当视所附的权利要求所界定者为准。
Claims (10)
1.一种触觉反馈装置，其特征在于，包括：
基板；
第一电极，设置于所述基板之上；
软性膜；
多个间隔物，设置于所述基板与所述软性膜之间，使得在所述基板与所述软性膜之间形成空间；
第二电极，设置于所述软性膜之上；以及
保护膜，设置于所述第二电极之上，
其中所述第一电极与所述第二电极之间的电压用以使所述软性膜在所述空间之中形成形变。
2.如权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，所述多个间隔物直接接触所述基板，所述第一电极设置于所述多个间隔物之间且直接接触所述基板。
3.如权利要求2所述的触觉反馈装置，其特征在于，其中所述第二电极在所述基板上的投影涵盖了所述多个间隔物。
4.如权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，其中所述第一电极设置于所述多个间隔物与所述基板之间。
5.如权利要求4所述的触觉反馈装置，其特征在于，其中所述第二电极在所述基板上的投影位于所述多个间隔物之间。
6.如权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，还包括：
一电路，用以根据模拟纸张形变量决定所述第一电极与所述第二电极之间的电压。
7.如权利要求6所述的触觉反馈装置，其特征在于，其中当所述模拟纸张形变量在0～3微米的范围内，则所述第一电极与所述第二电极之间的所述电压在15～20伏特的范围内；
当所述模拟纸张形变量在3～6微米的范围内，则所述第一电极与所述第二电极之间的所述电压在20～30伏特的范围内；以及
当所述模拟纸张形变量在6～9微米的范围内，则所述第一电极与所述第二电极之间的所述电压在15～20伏特的范围内。
8.如权利要求7所述的触觉反馈装置，其特征在于，其中所述保护膜的材料包括三醋酸纤维素、聚对苯二甲酸乙二酯、聚碳酸酯、环烯烃聚合物、聚甲基丙烯酸甲酯、柔性玻璃、或是聚亚酰胺，
其中所述软性膜的材料包括聚二甲基硅氧烷或者聚亚酰胺。
9.如权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，其中所述第一电极或所述第二电极属于一导电层，所述导电层被图案化以形成多个电极图案。
10.如权利要求1所述的触觉反馈装置，其特征在于，还包括一电路，用以施加不同的电压至不同的所述多个电极图案。
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