觸摸界面設(shè)備和設(shè)計(jì)的制作方法
【專利說明】觸摸界面設(shè)備和設(shè)計(jì)發(fā)明領(lǐng)域
[0001]本發(fā)明涉及用戶界面設(shè)備，更具體地涉及具有觸敏薄膜的用戶界面設(shè)備、以及此類界面設(shè)備的使用和設(shè)計(jì)。
[0002]發(fā)明背景
[0003]用于不同種類的電氣用具的用戶界面現(xiàn)在越來越常用基于代替常規(guī)機(jī)械按鈕的觸敏薄膜的不同類型的觸摸感測(cè)設(shè)備制成。所熟知的示例包括移動(dòng)電話、便攜式計(jì)算機(jī)和類似設(shè)備中的不同種類的觸摸板和觸摸屏。除了可實(shí)現(xiàn)的高級(jí)的且甚至是奢華的用戶體驗(yàn)之外，基于觸敏薄膜的用戶界面設(shè)備也為設(shè)計(jì)師不斷試圖尋找功能更通用、更小、更便宜、更輕以及視覺上更吸引人的設(shè)備提供較好的自由。
[0004]便攜性和適應(yīng)性是此類界面中的關(guān)鍵要素，并且工程師和設(shè)計(jì)師已在尋求經(jīng)由例如觸摸板、觸摸屏、指示器“鼠標(biāo)”和鍵盤實(shí)現(xiàn)便攜性和適應(yīng)性的裝置。一般而言，剛性設(shè)備的便攜性和適應(yīng)性有限，并且在鍵盤的情況下，它們是不可更改的或它們可最小化的更改(例如，經(jīng)由軟件可以改變每個(gè)固定鍵的定義)。
[0005]在觸摸感測(cè)設(shè)備中，通常使用包括經(jīng)配置充當(dāng)一個(gè)或多個(gè)感測(cè)電極的一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層的觸敏薄膜。這種薄膜的一般操作原理是:用戶通過例如指尖或某個(gè)特定的指示設(shè)備的觸摸是通過使用與觸敏薄膜連接的某些測(cè)量電路檢測(cè)的。實(shí)際的測(cè)量原理可以是例如電阻的、電感的或電容的，后者現(xiàn)今通常被認(rèn)為是提供最苛求的應(yīng)用中的最佳性能的最先進(jìn)的替代方式。使用電磁輻射源和檢測(cè)器的其他光學(xué)方法諸如受抑全內(nèi)反射(FTIR)在本領(lǐng)域中也是已知的。
[0006]電容式觸摸感測(cè)基于以下原理:從電的角度看，觸敏薄膜裝置上的觸摸是指將外部電容耦合到與觸敏薄膜連接的測(cè)量電路。在足夠高的靈敏度的觸敏薄膜的情況下，甚至無需觸敏薄膜上的直接接觸，而是僅通過將合適的對(duì)象放到觸敏薄膜的附近就可實(shí)現(xiàn)電容耦合。在測(cè)量電路的信號(hào)變化中檢測(cè)該電容耦合。在所謂的投射式電容方法中，測(cè)量電路包括分別用于提供信號(hào)和感測(cè)電容耦合的驅(qū)動(dòng)電極和感測(cè)電極。該電路也被布置用于按順序迅速地掃描感測(cè)電極，使得每個(gè)供應(yīng)電極/測(cè)量電極之間的耦合被測(cè)量。
[0007]對(duì)于投射式電容方法中的已知觸敏薄膜共同的是:適當(dāng)確定觸摸位置的需要使導(dǎo)電層中大量獨(dú)立感測(cè)電極成為必需。換句話講，導(dǎo)電層可被圖案化成獨(dú)立感測(cè)電極的網(wǎng)絡(luò)。所期望的分辨率越準(zhǔn)確，所需的感測(cè)電極越復(fù)雜。一個(gè)特別具有挑戰(zhàn)性的問題是多個(gè)同時(shí)觸摸的檢測(cè)，其在另一方面往往是現(xiàn)有技術(shù)的觸摸感測(cè)設(shè)備所最期望的屬性之一。復(fù)雜的感測(cè)電極配置和大量的單個(gè)感測(cè)電極元件使觸摸感測(cè)設(shè)備的制造工藝以及測(cè)量電子器件復(fù)雜化。
[0008]在觸摸屏中，除了觸摸感測(cè)能力之外，觸敏薄膜必須是光學(xué)透明的，以允許在電子設(shè)備的顯示器中或頂部使用薄膜，即，以允許通過觸敏薄膜看見該設(shè)備的顯示器。此外，從觸敏薄膜可見性的角度看，透明性也是非常重要的。觸敏薄膜對(duì)例如LCD(液晶顯示器)、OLED (有機(jī)發(fā)光二極管)顯示器或e紙(電子紙)顯示器的用戶的可見性嚴(yán)重影響用戶體驗(yàn)。到目前為止，透明導(dǎo)電氧化物如ITO(銦錫氧化物)已形成觸敏薄膜中的最常見的一組導(dǎo)電層材料。然而，從可見性、魯棒性、柔韌性和成本的角度看，它們遠(yuǎn)非理想的解決方案。目前其他透明導(dǎo)電介質(zhì)涌現(xiàn)出來，諸如碳納米管(CNT)、金屬或金屬?gòu)?fù)合材料的納米線、導(dǎo)電聚合物、石墨烯和碳納米芽。
[0009]觸敏薄膜中一個(gè)有希望的新方法存在于由網(wǎng)絡(luò)化的納米結(jié)構(gòu)組成的或包括該網(wǎng)絡(luò)化的納米結(jié)構(gòu)的層中。除了合適的導(dǎo)電性能之外，可使由例如具有共價(jià)鍵合到管狀碳分子側(cè)的富勒烯或富勒烯狀分子的碳納米管或碳納米芽的網(wǎng)絡(luò)組成的層不如透明導(dǎo)電氧化物(如ITO、ATO或FTO)對(duì)人眼的可見性。此外，眾所周知的，基于納米結(jié)構(gòu)的層與例如透明導(dǎo)電氧化物相比可擁有優(yōu)于其的柔韌性、機(jī)械強(qiáng)度和穩(wěn)定性。
[0010]已經(jīng)公開了基于替代原理的柔性鍵盤。在EP 0619894( “Kikinis”)中公開了用于計(jì)算機(jī)的柔性鍵盤。鍵盤材料連同鍵是柔性的。鍵盤可卷繞到用于儲(chǔ)存的圓筒中并且可展開以供實(shí)際使用。存在兩層，其中第一層包括鍵，并且第二層通過結(jié)構(gòu)中的導(dǎo)電變化感測(cè)鍵的按壓。這兩層通過接合裝置接合，從而允許這兩層之間的相對(duì)運(yùn)動(dòng)。
[0011]在US 7，196，692(“Mochizuki等人”)中公開了可折疊鍵盤和柔性顯示器。例如，如圖5中可見，鍵盤可圍繞鏈?zhǔn)竭B接旋轉(zhuǎn)，并且鍵盤因此具有兩個(gè)剛性區(qū)段。柔性顯示器實(shí)施為在柔性塑料基膜上形成的彩色有機(jī)電致發(fā)光顯示器薄板。柔性顯示器可以卷繞狀態(tài)封裝。
[0012]迄今為止，還不存在能夠具有全使用尺寸和足夠小的儲(chǔ)存尺寸以便可放在口袋的可用用戶界面設(shè)備。
[0013]總之，這些解決方案中沒有一個(gè)提供了可以以小尺寸儲(chǔ)存和運(yùn)輸并且然后擴(kuò)展成顯著較大的尺寸以供使用的緊湊式用戶界面設(shè)備。
[0014]發(fā)明目的
[0015]本發(fā)明的目的在于提供用于充當(dāng)例如智能電話或平板計(jì)算機(jī)的用戶界面的基于觸摸技術(shù)的附件，其中該附件可儲(chǔ)存在小殼體中并且易于以緊湊式儲(chǔ)存的模式攜帶，同時(shí)在處于使用模式時(shí)提供尤其可在任何給定表面上使用的高效和柔性的輸入工具。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0016]本發(fā)明的第一方面集中于用戶界面設(shè)備(2)，其包括:柔性的、可成形的和/或可彎曲的觸敏薄膜(I);觸敏薄膜(I)可儲(chǔ)存在其中的殼(3)，殼(3)具有必要的電子器件，包括用于感測(cè)觸敏薄膜上的觸摸的裝置、電源、以及經(jīng)由例如物理(歐姆)耦合、電容耦合、電感耦合或無線耦合將來自觸摸界面設(shè)備的信息傳輸至CPU(中央處理單元)或計(jì)算機(jī)(12)(諸如大型機(jī)、臺(tái)式計(jì)算機(jī)、膝上型計(jì)算機(jī)、筆記本計(jì)算機(jī)、平板、或智能電話)的裝置，并且由此傳輸關(guān)于觸摸的屬性的信息(諸如位置、速度、方向、旋轉(zhuǎn)、面積或壓力)。
[0017]文獻(xiàn)US2005146498公開了電子輸入設(shè)備，其包括用于接收用戶輸入的柔性輸入裝置、限定用于容納所述輸入裝置的空間的外殼。輸入設(shè)備具有第一狀態(tài)和第二狀態(tài)，并且輸入裝置采用處于第一狀態(tài)的緊湊的空間配置和處于第二狀態(tài)的延伸的空間配置。
[0018]文獻(xiàn)US2011227822公開了一種設(shè)備，該設(shè)備包括顯示畫面的柔性單元、用于感測(cè)所述柔性單元扭曲的感測(cè)裝置和可操作單元。通過感測(cè)裝置感測(cè)柔性單元的扭曲可校準(zhǔn)輸入，所述扭曲通過操作可操作單元引起。
[0019]文獻(xiàn)US2011063195公開了由透明基板層、軟電路層和顯示器層組成的軟顯示面板，具有連接至軟電路層的信號(hào)傳輸設(shè)備的控制器，或使軟電路層產(chǎn)生對(duì)應(yīng)人物或圖畫的信號(hào)的輸入控制設(shè)備、以及具有連接至信號(hào)傳輸設(shè)備的計(jì)算機(jī)應(yīng)用仲裁(intercede)的計(jì)算機(jī)設(shè)備。
[0020]文獻(xiàn)US2002134828公開了適合將數(shù)據(jù)輸入到電子處理裝置的數(shù)據(jù)輸入設(shè)備。數(shù)據(jù)輸入設(shè)備經(jīng)配置產(chǎn)生響應(yīng)于機(jī)械作用的輸出并且可配置成兩種可操作配置，第一種是柔性配置，而第二種是剛性配置。
[0021]本發(fā)明的觸敏薄膜(I)能夠感測(cè)一個(gè)或多個(gè)觸摸的位置、速度、方向、旋轉(zhuǎn)、面積、壓力等中的一個(gè)或多個(gè)或所述一個(gè)觸摸或多個(gè)觸摸的平均值或其他屬性。例如，這包括諸如輕擊、捏壓或旋轉(zhuǎn)的手勢(shì)。
[0022]單詞“觸摸”及其衍生詞用在本發(fā)明的上下文中，其在廣義上不僅涵蓋指尖、觸筆或一些其他指示器或?qū)ο笈c觸敏薄膜之間的直接機(jī)械接觸或?qū)嶋H接觸，還涵蓋此類對(duì)象在觸敏薄膜的附近使得該對(duì)象在觸敏薄膜和周圍環(huán)境之間或觸敏薄膜的不同點(diǎn)之間產(chǎn)生足夠的電容耦合、電感耦合或其他耦合的情況。在該意義上，本發(fā)明的觸敏薄膜也可用作接近傳感器或空間手勢(shì)傳感器。
[0023]關(guān)于“導(dǎo)電材料”在這里是指能夠允許材料中的電荷流動(dòng)的任何材料，而不管材料的導(dǎo)電機(jī)制或?qū)щ婎愋?。因此，?dǎo)電材料在這里也涵蓋例如半導(dǎo)電材料或半導(dǎo)體材料。在觸敏薄膜中可以存在一層或多層導(dǎo)電材料。
[0024]除了導(dǎo)電材料之外，觸摸感測(cè)設(shè)備也包括實(shí)施整個(gè)工作觸敏元件所需要的其他層的材料和結(jié)構(gòu)。例如，可以存在用于薄膜的機(jī)械保護(hù)的一層或多層。此外，還可以存在用于折射率或顏色匹配的一層或多層，和/或例如用于防刮痕、裝飾性、防水、自我清潔或其他目的的一層或多層。除了分層的元件，觸敏薄膜也可包括三維組織結(jié)構(gòu)，例如延伸穿過觸敏薄膜或其一部分的接觸結(jié)構(gòu)。觸敏薄膜可以是透明的、半透明的或不透明的。觸敏薄膜可以是剛性的、半剛性的、柔性的、可成形的、可彎曲的或可折疊的。觸敏薄膜可包括聚合物(例如，PET、PEN、PVC或丙烯酸)、玻璃、紙材、橡膠、織物或皮革。
[0025]關(guān)于“外部對(duì)象”是指任何電容器或電感器或電容性指示器或電感性指示器，例如人的手指或金屬觸筆、具有電容元件或用于電感耦合的金屬線圈的指示器等。
[0026]根據(jù)該實(shí)施例的電路在一個(gè)或多個(gè)位置處電阻地、通過無線電波電感地或電容地耦合到觸敏薄膜。電路可以包括不同類型的接觸電極、布線和其他形式的導(dǎo)體、開關(guān)、以及將觸敏薄膜及其一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電層連接至用戶界面設(shè)備的其余部分所需要的其他元件。電阻連接意味著實(shí)際接觸，而無線電波、電感或電容耦合涉及無線接觸。電阻耦合的示例包括但不限于焊接、刷涂、夾緊或其他傳統(tǒng)技術(shù)。
[0027]電路經(jīng)配置將一個(gè)或多個(gè)激勵(lì)信號(hào)提供給觸敏薄膜并且接收來自觸敏薄膜的一個(gè)或多個(gè)響應(yīng)信號(hào)。電路連接至處理單元。在本發(fā)明的示例性實(shí)施例中，信號(hào)發(fā)送到觸敏薄膜并且通過處理單元經(jīng)由電路接收來自該觸敏薄膜的信號(hào)。本領(lǐng)域的技術(shù)人員