[发明专利]触摸屏装置

说明书

技术领域

本发明涉及触摸屏装置，且更具体地，涉及包括可以响应于用户输入重现触感的触觉反馈致动器的触摸屏装置。本发明还涉及用于通过摆动运动产生触感的结构和控制装置。

背景技术

在触摸屏和触摸显示装置(在此共同称为“触摸屏装置”)快速地普及成长的情况下，数据输入的传统方法的一个明显缺点已经快速变得明显。由用户在按压触摸屏上的“虚”按钮时感知的触感-例如按钮边缘和按压按钮的感觉-的缺乏使得用户付出额外的专注，用户必须看着屏幕以帮助判断他们已经正确地输入数据。真实按钮和按键用帮助限制视感系统上的工作量的触摸感觉帮助区分多种感觉中的心理感觉。已经表明，与传统实体按钮相反，采用虚按钮的数据输入由于这种真实触感的缺乏而引起用户输入错误率的增加和用户满意度的降低。

公知的是，可以通过添加用于人工形成触感的装置，已知为触觉反馈的特征，增强触摸屏装置。例如，当用户在对应于虚按钮的位置的位置触摸触摸屏时，触觉反馈装置仿真用户的手指来人工重新形成触摸实体按钮的感觉。

在WO2008/037275(P.Laitinen；公开日2008年4月3日)中描述了形成触感的一种方法，其中由加压流体与可变形表面的组合形成致动器。然而，加压流体装置没有透明到够以用于添加至触摸屏显示器，并且可变形表面不耐磨损和撕裂。

用于重现触感的另一种公知方法是通过装置的与用户手指接触的表面上的振动或摆动运动刺激人们的触觉。所产生的振动可以沿垂直于所述表面的方向(在此为法向运动)或沿沿着触摸屏的平面的方向(横向运动)。由于皮肤对振动运动的方向基本上不敏感，因此任一种振动方向对重现触感都是有效的。

存在大量的方式产生每种类型的运动。例如，电活性材料(在施加电压时改变形状的材料)可以用作致动器以在触摸屏装置中产生运动。US2008116764(J.Heim；公开日2008年5月22日)描述了这种装置，其中横向运动通过电活性聚合物(EAP)致动器产生。在这种装置中，EAP粘附至触摸屏，并且高电压施加在EAP上，引起它收缩。EAP的收缩随后传递至触摸屏，引起装置表面移动。然而，由于EAP致动器是不透明的，因此它们必须粘附至触摸屏的背面且因此不希望地必须产生整个装置的运动。此外，电活性聚合物产生相对低的作用力并且要求复杂的预拉伸技术、顺从电极和高的驱动电压来产生运动。

如在US20080062145(E.Shahoian等；公开日2008年3月13日)中公开的那样，电活性材料可以由压电陶瓷装置代替形成。然而，这种装置具有的缺点是，它们易碎且制造昂贵。

如在US20090002328(C.Ullrich；公开日2009年1月1日)中描述的那样，微机电开关(MEMS)是产生摆动运动的另一种已知方法。然而，这种MEMS装置太易碎而不能位于触摸屏显示器的顶部，并且需要面对显示器的柔性顶表面，使得它易损坏而磨损和撕裂。

WO2010080917(C.Peterson等，公开日2010年7月15日)描述了通过静电致动产生摆动运动的装置。在这种装置中，图1中示出，静电力用来驱动相对极板相互排斥和吸引，引起垂直于装置表面的运动。静电致动器10中的平行板电极由气隙12隔开，高介电常数材料13首先用作绝缘，其次用来增加所产生的静电力。通过施加至电极11和14的电荷产生运动，相同电荷引起极板的排斥，相异电荷引起吸引。弹性间隔装置17用来使上电极11返回平衡位置。电荷由提供在通常为0-3000Hz的受限频率范围的驱动波形的高电压信号发生器(未示出)提供。

所产生的表面振动(由实箭头表示)垂直于触摸板02的平面并由用户01感知为触感。这种装置可以是透明的且放置在显示器03(如，液晶显示器(LCD)、电子纸、有机发光二极管(OLED)等)的顶部。这种方法(在此称为“静电学方法”)的主要优点在于其简单性：通过简单地改变电容器的极板之间的电势差产生摆动运动。然而，这种方法的主要缺点是所产生的触感需要大振幅的法向运动，并且这在设计触摸屏模块时必须被考虑，导致装置的厚度增加。此外，表面以这种方式的运动会产生音频噪声，这种音频噪声对用户来说是不希望的注意力分散源。

发明内容

公开了一种用于在触摸屏装置中产生触觉反馈的设备。如上所述，由于空间和噪声要求，横向运动或移动是用于在触摸反馈装置中产生摆动运动的优选方法。“静电学方法”由于其构造和操作简单而是优选的。