[發明專利]一種具有表面觸覺反饋功能的柔性薄膜

在審

• 申請號: 202010013319.3
• 申請日: 2020-01-07
• 公開（公告）號: CN111221417A
• 公開（公告）日: 2020-06-02
• 發明（設計）人: 郭興偉;張玉茹;王黨校
• 申請（專利權）人: 北京航空航天大學
• 主分類號: G06F3/01
• 分類號: G06F3/01;G06F3/041
• 代理公司: 北京慧泉知識產權代理有限公司 11232
• 代理人: 王順榮;唐愛華

本發明提供一種具有表面觸覺反饋功能的柔性薄膜，它是由觸摸表面改性層、柔性觸摸絕緣層、柔性導電層和柔性絕緣基底層組成；該柔性絕緣基底層位于最底層，其上表面與柔性導電層緊密貼合，柔性導電層上表面與柔性觸摸絕緣層緊密貼合，柔性觸摸絕緣層上表面與觸摸表面改性層緊密貼合；該觸摸表面改性層用于調節柔性薄膜與用戶皮膚接觸的表面粗糙度，該粗糙度具體數值與用戶皮膚粗糙度的平均值有關，能通過用戶實驗確定具體數值。本發明中所有結構均具有柔性，可彎曲，能夠貼合在曲面物體表面實現觸覺反饋功能。本發明具有一層專門用于改善觸摸表面粗糙度的專用層，能夠增強用戶皮膚與柔性薄膜間的靜電吸引力，從而改善了觸覺反饋效果。

技術領域

本發明涉及人機交互領域，具體涉及一種具有表面觸覺反饋功能的柔性薄膜。

背景技術

具有觸覺反饋功能的可彎曲柔性薄膜可以適用于非平面觸覺反饋場景，在人與非平面虛擬物體交互過程中提供虛擬物體表面的觸覺信息。

目前提供表面觸覺反饋的裝置和方法一般是在剛性表面實現。中國發明專利“電容式觸覺反饋顯示裝置、工作方法及其檢測方法”(申請號：201610507226.X)公開了一種實現物理凹凸觸覺反饋的顯示裝置。這個裝置在玻璃基板上通過靜電吸引力迫使裝置觸摸表面發生物理形變，以產生凹凸的觸覺反饋。這種方案具有復雜的微型結構，制造困難；觸摸表面需要產生機械變形以形成觸覺反饋，導致耗能較大；此外，其觸摸表面為剛性不可彎曲，不能應用于非平面的場景。此外，在中國發明專利“一種應用于移動終端的靜電力觸覺再現方法和裝置”(申請號：CN201410483583.8)中，公開了一種適合平板電腦、手機和筆記本電腦等的靜電力觸覺再現方法和裝置，該裝置由靜電力觸覺再現交互單元、靜電力觸覺再現控制單元、紅外定位單元組成，其中用于與用戶交互的靜電力觸覺再現交互單元為剛性結構，由玻璃底板，導電極板和絕緣層組成。

現有技術和裝置中缺少一種既能夠提供表面觸覺反饋功能又可彎曲的柔性觸覺反饋單元。

發明內容

發明目的：

本發明的目的在于克服上面背景技術中所描述的問題與缺陷，提供一種具有表面觸覺反饋功能的柔性薄膜。

技術方案：

本發明的技術方案是：本發明涉及一種具有表面觸覺反饋功能的柔性薄膜，所述薄膜既能夠提供表面觸覺反饋功能，又可彎曲；特別指出，在不同彎曲狀態下均可提供表面觸覺反饋功能；該薄膜具有四層緊密貼合的結構，詳述如下：

本發明一種具有表面觸覺反饋功能的柔性薄膜，是由觸摸表面改性層(1)、柔性觸摸絕緣層(2)、柔性導電層(3)和柔性絕緣基底層(4)組成；它們相互之間的關系(位置關系、連接關系)是：該柔性絕緣基底層(4)位于最底層，其上表面與柔性導電層(3)緊密貼合，柔性導電層(3)上表面與柔性觸摸絕緣層(2)緊密貼合，柔性觸摸絕緣層(2)上表面與觸摸表面改性層(1)緊密貼合；該觸摸表面改性層(1)用于調節柔性薄膜表面粗糙度，該粗糙度具體數值與用戶皮膚粗糙度的平均值有關，可通過用戶實驗確定具體數值；

所述的觸摸表面改性層(1)，其表面結構是凸起的圓柱陣列，陣列間距根據該層的粗糙度確定；此凸起也可以是其他形狀，例如：圓柱、圓錐或條紋陣列。其材料是光刻膠；

所述的柔性觸摸絕緣層(2)，其結構是表面平整的絕緣薄膜，其厚度為2-10微米，表面粗糙度小于100納米；其材料是介電常數小于10的絕緣材料，優選材料為聚酰亞胺或聚對苯二甲酸乙二酯；

所述的柔性導電層(3)，其結構是表面平整的導電薄膜，其厚度小于50微米；其材料是方阻小于20Ω/□的導電材料；其優選材料為銅箔或石墨烯薄膜；

所述的柔性絕緣基底層(4)，其結構是表面平整的絕緣薄膜，電阻率大于10¹¹Ω·m；其優選材料是聚二甲基矽氧烷薄膜(PDMS)或聚萘二甲酸乙二醇酯薄膜(PEN)；