[發明專利]具有觸覺反饋的摩擦電傳感器

在審

• 申請號: 201880016401.2
• 申請日: 2018-01-05
• 公開（公告）號: CN110383215A
• 公開（公告）日: 2019-10-25
• 發明（設計）人: 杰西·阿方索·卡拉韋奧·福樂易斯卡斯;拉姆齊·塞勒姆·馬格哈特胡韋;阿卜杜勒阿齊茲·H·阿爾杜巴揚;普拉迪普塔·K·納亞克
• 申請（專利權）人: 沙特基礎工業全球技術公司
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/041;G06F3/023;H03K17/96
• 代理公司: 北京柏杉松知識產權代理事務所(普通合伙) 11413
• 代理人: 謝攀;劉繼富

描述了用于接收用戶基于觸摸的輸入和控制電子設備的基于摩擦電的傳感器。基于摩擦電的傳感器也可以包括與基于摩擦電的傳感器共同位于同一基底上的觸覺反饋設備，例如致動器。觸覺反饋設備和基于摩擦電的傳感器可以共享活性聚合物層。基于摩擦電的傳感器可以包括由全氟共聚物制成的活性層，該全氟共聚物例如通過苯中的自由基聚合制備的聚(甲基丙烯酸甲酯)?聚(1H,1H?全氟辛醇甲基丙烯酸酯)共聚物。

相關申請的交叉引用

本申請要求于2017年1月6日提交的美國臨時專利申請第62/443193號的優先權，故通過引用的方式將該臨時專利申請整體并入本文。

技術領域

本公開內容涉及用戶輸入設備。更具體地，本公開內容涉及基于摩擦電傳感器的用戶輸入設備。

背景技術

與諸如計算機、家用電器或汽車控制臺之類的電子設備的交互的特征在于使用機械開關(鍵盤、按鈕、旋鈕等)作為給定系統執行動作的輸入機制。許多電器中的開啟/關閉開關是機械開關，當按下時電流通過開關，但未按下時對電流產生很大的阻力。在計算機鍵盤中使用用戶施力輸入所需字母的開關。一些最近發展包括使用觸敏技術來代替機械開關。正在使用電容式、電阻式、或基于光學的接近或觸摸傳感器來代替機械開關和旋鈕，例如汽車控制臺中的那些機械開關和旋鈕。觸敏顯示器被嵌入到如移動電話、平板電腦甚至ATM機等的系統中。然而，傳統的觸敏技術具有的主要缺點是用戶缺乏觸摸感。也就是說，用戶不能像感覺機械開關的操作那樣感覺到這些設備的操作。

傳統觸摸傳感器的示例在圖1A和圖1B中示出。圖1A示出了根據現有技術的機械開關。墻壁開關102可以包括桿104。當用戶操作墻壁開關102時，用戶感覺到桿104的移動。圖1B示出了根據現有技術的電容式觸摸屏。移動設備110的電容式觸摸屏112可以將用戶輸入感應成如圖表114所示的靜電場中的擾動。該場可以被處理用于確定用戶輸入的位置。但是，用戶感覺不到靜電場。顯示這種差異的一個示例是采用傳統鍵盤與觸摸屏設備鍵盤進行打字對比。使用傳統鍵盤，用戶能夠感受到按下按鍵的動作，這使用戶確認正在發生的動作。使用觸摸屏鍵盤，動作的確認必須通過其他方式，通常是光學或聲音確認，但不是真實的觸摸感覺。

此外，與傳統觸摸傳感器的交互僅限于其內置的表面的感覺。例如，當與觸摸屏交互時，人的手指感知玻璃的表面。在機械開關的情況下，當需要動作時，用戶能夠感覺到正在發生的動作。在兩個示例中反饋都是固定的。

以上僅描述了傳統電子設備以及這些設備的輸入和輸出的一些缺點。然而，這些缺點示出了需要進一步改進改進用戶輸入和用戶反饋，以提高電子設備(例如燈開關或消費者智能電話)與用戶交互的能力。

發明內容

摩擦電傳感器能夠用于通過觸摸感提供電子設備和人之間的交互。摩擦電傳感器可以確定用戶例如用他們的手或手指施加到傳感器的力的大小，并將施加的力轉換成電信號。該電信號可以被處理并用于控制電子設備的操作。然后電子設備可以通過觸摸感向用戶提供觸覺反饋。觸覺反饋組件(例如致動器)可以與基于摩擦電的組件(例如摩擦電傳感器)集成，作為電子設備(例如智能電話)中的組件的一部分。例如，觸覺設備和摩擦電傳感器可以構造在同一基底上，使得設備共同位于同一基底上。此外，在一些示例中，觸覺設備和摩擦電傳感器可以構造在同一基底上并共享公共有源層。整個說明書中的示例展示了一種新穎的能夠重建觸摸感的觸摸傳感器技術，該技術給予用戶與觸摸傳感器交互的感覺，并且允許使用機械開關不可能實現的定制的動態反饋。本文所述設備的觸摸感應能力可以利用摩擦電效應的設備實現。在一些示例中，基于摩擦電的傳感器能夠是自供電的。觸摸傳感器可以與壓電致動器集成以通過例如振動的觸覺反饋重建觸摸感。具有觸覺反饋的觸摸傳感器可以在剛性或柔性基底上制造。具有觸覺反饋的機械靈活觸摸傳感器允許設計更輕、更小、更優雅的觸摸界面。根據本文描述的示例構造的設備能夠用于代替在電器、汽車控制臺、外圍輸入設備(例如鍵盤、鍵墊等)中的機械開關。