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CN108878470A - 微点致动器 - Google Patents

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CN108878470A
CN108878470A CN201810442711.2A CN201810442711A CN108878470A CN 108878470 A CN108878470 A CN 108878470A CN 201810442711 A CN201810442711 A CN 201810442711A CN 108878470 A CN108878470 A CN 108878470A
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CN
China
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microdot
actuator
actuators
electrode
array
Prior art date
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Application number
CN201810442711.2A
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Inventor
瓦希德·柯侯斯卡瓦
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Immersion Corp
Original Assignee
Immersion Corp
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Publication date
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Abstract

本文提供了微点致动器。公开了用于微点致动的设备、系统、和方法的示例。在一个示例中，多个微点致动器接合到透明显示器并且每个微点致动器是部分或完全透明的。在各种示例中，微点致动器可以具有在5和10微米之间的横向尺寸。作为示例，微点致动器可以是微点电活性聚合物(EAP)致动器或微点压电陶瓷致动器。

Description

微点致动器
技术领域
本申请总体上涉及微点致动器(microdot actuator)。
背景技术
传统致动器对可见光不是透明的。另外，传统致动器可能不具有通过表面的均匀位移或加速度。因此，存在对一种对可见光透明和/或提供通过表面的均匀位移和/或加速度的微点致动器的需求。
发明内容
描述了用于微点致动器的设备、系统、和方法的各种示例。
所公开的致动器阵列的一个示例具有多个微点致动器。在该示例中，多个微点致动器中的每个微点致动器包括：第一电极；第二电极；以及在第一电极和第二电极之间的中间层。在一些示例中，一个或多个微点致动器的横向尺寸小于10微米。在一些示例中，一个或多个微点致动器的横向尺寸大于5纳米。在一些示例中，一个或多个微点致动器的横向尺寸在5纳米和500纳米之间。在一些示例中，一个或多个微点致动器的横向尺寸在10纳米与380纳米之间。在一些示例中，一个或多个微点致动器的横向尺寸在14纳米和300纳米之间。
在示例中，一个或多个微点致动器对于可见光是部分透明的(例如，半透明的)。在示例中，一个或多个微点致动器对可见光是完全透明的。在一些示例中，一个或多个微点致动器对可见光是完全透明的。在一个示例中，一个或多个微点致动器可以使用软光刻来制造。在一些示例中，一个或多个微点致动器可以使用丝网印刷术来制造。在一些示例中，一个或多个微点致动器是电活性聚合物(EAP)致动器。在各种示例中，一个或多个微点致动器中的中间层具有聚合物膜。在一些示例中，一个或多个微点致动器是压电陶瓷致动器。在一些示例中，一个或多个微点致动器是粗纤维复合材料(macro-fiber composite,MFC)致动器。
在一些示例中，一个或多个微点致动器具有：具有第一电极和第三电极的顶层、具有第二电极和第四电极的底层、以及在顶层和底层之间的中间层。在该示例中，第一电极可以具有第一导电叉指电极图案(pattern)，并且第三电极可以具有第三导电叉指电极图案。第一电极和第三电极可以被设置在顶层内。在该示例中，第二电极可以具有与第一导电叉指电极图案成镜像的第二导电叉指电极图案，并且第四电极可具有与第三导电叉指电极图案成镜像的第四导电叉指电极图案。在该示例中，第二电极和第四电极可以被设置在底层内。在一些示例中，一个或多个微点致动器的中间层具有多个对齐的压电粗纤维。在示例中，多个对齐的压电纤维是多个矩形陶瓷棒。
在一个示例中，便携式计算设备具有透明且柔性的表面、接合(bond to)到该透明且柔性的表面的多个微点致动器、以及与多个微点致动器通信的处理器。处理器可以被配置为确定一个或多个微点致动器以进行致动，生成被配置为使得一个或多个微点致动器致动的信号，以及将该信号输出到一个或多个微点致动器。便携式计算设备可以是例如智能电话、平板手机、或平板电脑。一个或多个微点致动器可以是电活性聚合物(EAP)致动器。一个或多个微点致动器可以是压电陶瓷致动器。一个或多个微点致动器可以是粗纤维复合(MFC)致动器。在示例中，一个或多个微点致动器具有小于380纳米的横向尺寸。在示例中，一个或多个微点致动器具有至少10纳米的横向尺寸。在一些示例中，一个或多个微点致动器对可见光部分或完全透明。例如，一个或多个微点致动器对于便携式计算设备的用户可以是透明的。在示例中，透明且柔性的表面是显示器。在一些示例中，处理器还与透明且柔性的表面通信。例如，处理器也可以与透明且柔性的表面(例如，透明且柔性的显示器)通信，并且处理器可以被配置为使得信息显示在显示器上。
提到这些说明性示例不是为了限制或限定本公开的范围，而是提供示例以帮助理解它们。在具体实施方式部分对说明性示例进行了讨论，具体实施方式部分提供了进一步的描述。通过检查本说明书可以进一步理解各种示例提供的优点。
附图说明
专利或申请文件包含至少一张彩色附图。本专利或专利申请出版物的(一个或多个)彩色附图的副本将在请求和支付必要的费用时由办公室提供。
并入本说明书并构成本说明书的一部分的附图示出了一个或多个特定示例，并且与示例的描述一起用于解释特定示例的原理和实现方式。
图1示出了根据示例的微点致动器的示例致动器阵列。
图2示出了根据示例的制造用于目标表面的微点致动器的示例方法。
图3示出了根据示例的示例压电陶瓷微点致动器。
图4示出了根据示例的示例电活性聚合物(EAP)微点致动器。
图5示出了根据示例的具有显示器和微点致动器的示例智能电话。
图6A示出了根据示例的非微点致动器的示例位移场(displacement field)。
图6B和图6C示出了根据示例的18个小型致动器的示例位移场。
图7示出了根据示例的具有微点致动器的示例显示器，其中该微点致动器具有沿特定微点的微纤维。
具体实施方式
本文在用于微点致动器的设备、系统、和方法的情境中描述了示例。本领域的普通技术人员将认识到，以下描述仅是说明性的，并且不旨在以任何方式进行限制。现在将详细参考附图中所示的示例的实现方式。贯穿附图和以下描述将使用相同的参考指示符来指代相同或相似的项目。
为了清楚起见，并未示出和描述本文所描述的示例的所有常规特征。当然，应理解的是，在任何这种实际实现方式的开发中，为了实现开发者的特定目标(例如，符合应用和业务相关的约束)，必须做出多个特定于实现方式的决定，并且这些特定目标会因实现方式和开发者的不同而不同。
具有微点致动器的致动器阵列的说明性示例
现参考图1，该图是根据示例的示例致动器阵列100的二维视图。在该示例中，致动器阵列100具有多个微点致动器(105、110、115、120等)，该多个微点致动器在垂直于表面130被观察时，在整个致动器阵列100中垂直和水平地间隔开并且接合到表面130。本文所描述的微点致动器是指不具有任何大于10微米的尺寸的致动器。
图1中所示的致动器阵列100和微点致动器(105、110、115、120等)对于可见光是完全透明的。在图1中，每个微点致动器是电活性聚合物(EAP)致动器，并且具有0.25微米(250纳米)的横向尺寸，如图1中的虚线所示。在各种示例中，微点致动器可以是压电陶瓷致动器、压电聚合物致动器、智能材料致动器、或它们的组合。
在图1所示的示例阵列中，一个或多个微点致动器(105、110、115、120等)可以与表面130接合。表面130可以是透明且柔性的。在一些示例中，表面130可以是透明显示器和/或柔性显示器。在一些这样的示例中，透明的柔性显示器和致动器阵列100对于可见光都是透明的。因此，在一些示例中，透明且柔性的表面130(例如，透明且柔性的显示器)、致动器阵列100、和微点致动器(105、110、115、120等)单独地和/或共同地对可见光透明，并从而可以通过使用微点致动器来提供透明致动。因此，在这样的示例中，可以使用透明的微点致动器来致动透明的表面，同时保持对可见光的透明度。此外，在各种示例中，微点致动器(105、110、115、120等)的纳米级尺寸为透明且柔性的表面提供了精确且均匀的致动。
在一些示例中，透明微点致动器具有接近可见光范围(例如，约0.75-1微米)的横向尺寸，其允许光穿过透明表面和/或透明微点致动器以获得可见度。在其他示例中，透明微点致动器具有几纳米(例如，在约5和10纳米之间)的横向尺寸。在这些示例中，除了对可见光透明以外，由于其纳米横向尺寸，这种透明微点致动器可以向透明表面提供精确且均匀的致动。
图1中示出的致动器阵列100是正方形的。在其他示例中，致动器阵列100可以是任何合适的形状，例如，正方形、矩形、圆形、椭圆形等。图1中示出的微点致动器(105、110、115、120等)是圆形的。然而，术语“点”并不意味着是限制性的。在其他示例中，一个或多个微点致动器(105、110、115、120等)可以是任何合适的形状，例如，正方形、矩形、圆形、椭圆形等。
图1所示的微点致动器(105、110、115、120等)在致动器阵列100中在整个表面130上水平地和垂直地均等间隔开。各种其他致动器布局是可能的。例如，在一些示例中，微点致动器(105、110、115、120等)在整个致动器阵列100中水平地或垂直地(或水平地和垂直地)基本上均等地间隔开。在其他示例中，一个或多个微点致动器可以聚集在致动器阵列100的一部分内。在一些示例中，微点致动器可以排列在一起以形成一个或多个微线图案。在这样的示例中，微点致动器可以边对边对齐以形成直的微线、弯曲的微线、圆形的微线、或另一合适的微线。
在图1所示的示例中，表面130与致动器阵列100具有相同的尺寸或近似相同的尺寸。然而，在其他示例中，表面130比致动器阵列100更大。例如，表面130可以是5”×5”，并且致动器阵列100可以是1”×1”。作为另一示例，表面130可以是4”×8”，并且多个致动器阵列可以被放置在整个表面130上，其中每个致动器阵列是0.5”×1”。在其他示例中，可以使用任何其他合适尺寸的表面130和致动器阵列100。在一些示例中，表面130对可见光部分或完全透明。在一些示例中，表面130是柔性的。在示例中，表面130是诸如液晶(LCD)显示器或有机发光二极管(OLED)显示器之类的显示器。
虽然图1中所示的致动器阵列100和微点致动器(105、110、115、120等)对于可见光是完全透明的，但在其他示例中，致动器阵列100和微点致动器(105、110、115、120等)对可见光是至少部分透明的。例如，致动器阵列100和/或一个或多个微点致动器(105、110、115、120等)可以对具有致动器阵列100和微点致动器(105、110、115、120等)的便携式计算设备的用户至少部分地在视觉上透明。
图1中所示的微点致动器(105、110、115、120等)分别是电活性聚合物(EAP)致动器。在其他示例中，微点致动器(105、110、115、120等)分别可以是压电聚合物致动器、压电陶瓷致动器、智能材料致动器、另一合适的致动器、或它们的组合。在又一示例中，这些类型的致动器的组合可构成致动器阵列100。
图1中示出的微点致动器(105、110、115、120等)分别具有0.25微米(250纳米)的横向尺寸。在图1中，每个微点致动器是圆形的，并且每个微点致动器的横向尺寸是致动器的直径(即，图1中的0.25微米)。在微点致动器具有不同形状(即，微点致动器不是圆形)的其他示例中，微点致动器的横向尺寸是致动器的边到边宽度或边到边长度。在一些示例中，一个或多个微点致动器(105、110、115、120等)具有小于1微米(1,000纳米)的横向尺寸。在一些示例中，一个或多个微点致动器(105、110、115、120等)具有大于5纳米的横向尺寸。在一些示例中，一个或多个微点致动器(105、110、115、120等)具有在5纳米与0.5微米(500纳米)之间的横向尺寸。在一些示例中，一个或多个微点致动器(105、110、115、120等)具有在10纳米与380纳米之间的横向尺寸。在一些示例中，一个或多个微点致动器(105、110、115、120等)具有在14纳米与300纳米之间的横向尺寸。
图1所示的致动器阵列100和微点致动器(105、110、115、120等)可以以任何数目的合适方式来制造。例如，在示例中，使用软光刻来制造致动器阵列100和/或一个或多个微点致动器(105、110、115、120等)。作为另一示例，可以使用丝网印刷术来制造致动器阵列100和/或一个或多个微点致动器(105、110、115、120等)。
现参考图2，该图示出了根据示例的用于制造目标表面(例如，表面130)的微点致动器(例如，微点致动器105、110、115、120等)的示例方法200。在描述方法200时，将参考图1、2、3和4。图3示出了根据示例的示例压电陶瓷微点致动器。并且图4示出了根据示例的示例电活性聚合物(EAP)微点致动器。在其他示例中，图4的微点致动器可以是EAP微点致动器。
当纳米级电极沉积在目标表面上时，图2所示的方法200在框210中开始。在示例中，目标表面可以是本文关于图1中的表面130讨论的一个或多个表面。例如，目标表面可以是柔性表面、透明表面、显示器(例如，LCD或OLED显示器)、或它们的组合。
沉积在目标表面上的纳米级电极分别可以具有与本文所讨论的一个或多个微点相对应的横向尺寸。例如，纳米级电极可以具有250纳米的横向尺寸。在各种示例中，纳米级电极可以具有在几纳米(例如，在约5纳米与10纳米之间)和500纳米之间的横向尺寸。纳米级电极可以是任何半导体或其他导电材料，例如，铜、铝、金、或银。在示例中，纳米级电极包括本文分别关于图3和4所示的电极350a、350b、和/或450讨论的一种或多种材料。
纳米级电极可以沉积在整个目标表面或目标表面的特定区域中。例如，如图1所示，纳米级电极可以以矩阵图案沉积。在一些示例中，纳米级电极沉积在目标表面的特定区域内。例如，第一组纳米级电极可以沉积在目标表面的第一区域上，并且第二组纳米级电极可以沉积在目标表面的第二区域上。在各种示例中，纳米级电极可以沉积在任何合适的(一个或多个)区域和/或以任何合适的(一个或多个)图案沉积。
在示例中，沉积在目标表面上的一个或多个纳米级电极是具有叉指电极的薄膜层，例如，薄膜层350，其中，导电叉指电极350a和350b位于非导电材料350c中，如图3所示。在示例中，沉积在目标表面上的一个或多个纳米级电极是诸如图4所示的电极450之类的电极。
一旦在框210中将纳米级电极沉积的目标表面上，方法200就进行到框220。在框220中，(一个或多个)纳米级压电材料和/或(一个或多个)智能材料沉积在在框210中沉积的纳米级电极上。在示例中，(一个或多个)压电材料可以是一个或多个压电聚合物和/或一个或多个压电陶瓷。在示例中，如图3所示，沉积在来自框210的纳米级电极上的一个或多个纳米级压电材料是具有多个对齐的压电粗纤维330a(其间的环氧树脂330b)的薄片300。在一些示例中，如图4所示，沉积在来自框210的纳米级电极上的一种或多种纳米级智能材料是电活性聚合物(EAP)430。
一旦在框220中将(一个或多个)纳米级压电材料和/或(一个或多个)智能材料沉积在纳米级电极上，方法200就进行到框230。在框230中，将纳米级电极沉积在框220中沉积的压电材料和/或(一个或多个)智能材料上。
在框230中沉积的纳米级电极可以与在框210中沉积的纳米级电极成镜像。例如，在框230中沉积的纳米级电极可以具有与在框210中沉积的纳米级电极的横向尺寸相对应的横向尺寸。在各种示例中，框230中的纳米级电极可以具有与本文所讨论的一个或多个微点相对应的横向尺寸。作为另一示例，纳米级电极在各种示例中可以分别具有在5纳米和500纳米之间的横向尺寸。纳米级电极可以是任何半导体或其他导电材料，例如，铜、铝、金、或银。在示例中，纳米级电极包括本文分别关于图3和4中所示的电极310a、310b、410、和/或450讨论的一种或多种材料。
在示例中，沉积在(一个或多个)压电材料和/或(一个或多个)智能材料上的一个或多个纳米级电极是具有叉指电极的薄膜层，例如，薄膜层310其中导电叉指电极310a和310b在非导电材料310c中。在示例中，沉积在(一个或多个)压电材料和/或(一个或多个)智能材料上的一个或多个纳米级电极是诸如图4所示的电极450之类的电极。在各种示例中，纳米级电极可以沉积在任何合适的(一个或多个)区域中和/或以任何合适的(一个或多个)图案沉积。
返回参考图2中的方法200，在一些示例中，微点致动器可能需要轮询机制。例如，在一些示例中，使用轮询机制来排列压电材料(例如PZT-5压电陶瓷)的电偶极子。在这样的示例中，一旦在框230中纳米级电极已经沉积在(一个或多个)压电材料和/或(一个或多个)智能材料上，则方法200就进行到框240。在框240中，施加电压和/或电场以排列例如压电陶瓷材料或压电聚合物材料的电偶极子。例如，特定电压和/或特定电场可以原位(即，现场)施加到电极以使压电微点致动器极化。在示例中，根据方法200创建的微点致动器可以提供均匀且一致的反馈。在示例中，根据方法200创建的微点致动器可以用于致动透明表面，并同时至少部分或完全保持表面的透明度。
在各种示例中，使用丝网印刷技术来沉积在图2所示的方法200中沉积的电极、(一个或多个)压电材料、和/或(一个或多个)智能材料中的一个或多个。在一些示例中，使用软光刻来沉积在图2所示的方法200中沉积电极、(一个或多个)压电材料和/或(一个或多个)智能材料中的一个或多个。
在一些示例中，纳米级电极、(一个或多个)压电材料、和/或(一个或多个)智能材料被沉积以使得每个制造的微点致动器被单独致动。在其他示例中，纳米级电极、(一个或多个)压电材料、和/或(一个或多个)智能材料被沉积以使得两个或更多个微点致动器作为群组被致动。例如，在示例中，致动器阵列中的每个微点致动器可以作为群组同时被致动。在其他示例中，致动器阵列中的两个或更多个微点致动器，但不是致动器阵列中的每个微点致动器，可以作为群组同时被致动。
现参考图3，该图示出了根据示例的微点压电陶瓷致动器的示例。本文关于微点粗纤维复合物(MFC)致动器描述了微点压电陶瓷致动器；然而，在各种示例中，微点致动器可以是任何合适的压电陶瓷致动器。
在图3中，微点MFC致动器300具有薄膜层310。薄膜层310具有非导电材料310c以及其间的导电叉指电极310a和310b。在图3中，薄膜层310的第二面直接接合到薄片330的第一面。本文所使用的“直接接合”是指没有中间层的接合。例如，可以使用粘合剂将薄膜层310的第二面直接接合到薄片300的第一面，使得在薄膜层310和薄片330之间不存在中间层。
在其他示例中，薄膜层310的第二面间接地接合到薄片330的第一面。本文所使用的“间接接合”是指在存在中间层的情况下的接合。例如，薄膜层310的第二面可以直接接合到另一薄膜层(图3中未示出)，并且薄片330的第一面可以直接接合到该另一薄膜层，使得另一薄膜层在薄膜层310的第二面和薄片330的第一面之间，这是薄膜层310间接接合到薄片330的示例。
在图3中，薄片330具有多个对齐的压电粗纤维330a以及在其间的环氧树脂330b。在该图中，薄片330直接接合在薄膜层310和薄膜层350之间。在该示例中，薄片330的第一面直接与薄膜层310的第二面接合，并且薄片330的第二面直接与薄膜层350的第一面接合。在其他示例中，薄片330的第一面可以与薄膜层310的第二面间接接合，和/或薄片330的第二面可以与薄膜层350的第一面间接接合。例如，薄膜层310的第二面可以直接接合到另一层(图3中未示出)，并且薄片330的第一面也可以接合到该另一层，使得该另一层在薄膜层310的第二面和薄片330的第一面之间。作为另一示例，薄片330的第二面可以直接接合到另一层(图3中未示出)，并且薄膜层350的第一面也可以接合到该另一层，使得该另一层在薄片330的第二面和薄膜层350的第一面之间。
微点MFC致动器300中的薄膜层350具有非导电材料350c以及在其间的导电叉指电极350a和350b。导电叉指电极350a可以与导电叉指电极310a成镜像。类似地，导电叉指电极350b可以与导电叉指电极310b成镜像。
在示例中，导电叉指电极310a、310b、350a、和/或350b由任何合适的导电材料制成，包括但不限于铜、金、银、另外的导电材料、或它们的组合。在示例中，非导电材料310c和/或350c由任何合适的非导电材料制成，包括但不限于聚酰亚胺。例如，聚酰亚胺可以是Kapton。一个或多个对齐的压电粗纤维330a由任何合适的纤维制成，包括但不限于诸如PZT-5压电陶瓷之类的压电材料。任何合适的接合材料都可以用于接合。例如，可以在各种示例中使用DP-460环氧树脂、尿烷、丙烯酸、另外的合适的接合材料、或它们的组合。在一个实施例中，环氧树脂305c、315c、325c、330b、335b、345c、和/或355c是DP-460环氧树脂。
在图3中，微点MFC致动器300具有30纳米的宽度和300纳米的长度。在其他示例中，微点MFC致动器300可以具有任何数目的合适的长度或宽度。例如，微点MFC致动器可以具有小于1微米(1,000纳米)的宽度和小于1微米(1,000纳米)的长度。在一些示例中，微点MFC致动器300具有大于5纳米的宽度和大于5纳米的长度。在一些示例中，微点MFC致动器具有在5纳米和0.5微米(500纳米)之间的宽度和在5纳米和0.5微米(500纳米)之间的长度。在一些示例中，微点MFC致动器具有在10纳米和380纳米之间的宽度和长度。在一些示例中，微点MFC致动器具有在14纳米和300纳米之间的长度和宽度。
在一些示例中，微点MFC致动器可以与表面接合。例如，在示例中，薄膜层350的第二面可以与表面接合。该表面可以比微点MFC致动器大得多，并且多个微点MFC致动器可以接合到表面，如本文所述。例如，图1示出了如下表面：有多个微点致动器接合到该表面。表面可以是透明和柔性的。在一些示例中，表面可以是透明显示器和/或柔性显示器。在示例中，透明且柔性的显示器和微点MFC致动器对可见光是透明的。以这种方式，在一些示例中，透明且柔性的表面(例如，透明且柔性的显示器)和微点MFC致动器单独地和共同地对可见光透明，并且因此可以使用微点MFC致动器来提供透明致动。在示例中，可以使用透明微点MFC致动器来致动透明表面，同时保持对可见光的透明度。另外，在各种示例中，微米级尺寸的MFC致动器为透明且柔性的表面提供精确且均匀的致动。
现参考图4，该图示出了根据示例的微点电活性聚合物(EAP)致动器的示例。在图4中，微点EAP致动器400具有接合到第一电极410和第二电极450的电活性聚合物430。在该示例中，电活性聚合物430的第一面接合到第一电极410的第二面，并且电活性聚合物430的第二面接合到第二电极450的第一面。在其他示例中，电活性聚合物430可以间接接合到第一电极410和第二电极450。
第一电极410和/或第二电极450可以由任何合适的导电材料制成，包括但不限于铜、金、银、另外的导电材料、或它们的组合。电活性聚合物430可以是任何合适的电活性聚合物，包括但不限于聚偏二氟乙烯(PVDF)、聚乙炔、离子聚合物-金属复合物、另外的电活性聚合物、或它们的组合。在一些示例中，可以使用一种或多种压电陶瓷材料和/或一种或多种智能材料来代替电活性聚合物430。在这些示例中，微点致动器400可以是微点压电致动器或微点智能材料致动器，而非微点EAP致动器。在一些示例中，除了电活性聚合物430之外，还可以使用一种或多种压电陶瓷材料和/或一种或多种智能材料。
在图4中，微点EAP致动器400具有0.3微米(300纳米)的直径。在其他示例中，微点EAP致动器400可以具有任何数目的合适的直径、长度、和/或宽度。例如，微点EAP致动器可以具有小于1微米(1,000纳米)的宽度和小于1微米(1,000纳米)的长度。作为另一示例，微点EAP致动器可以具有小于1微米(1,000纳米)的直径。在一些示例中，微点EAP致动器400具有大于5纳米的宽度和大于5纳米的长度。在一些示例中，微点EAP致动器400具有大于5纳米的直径。在一些示例中，微点EAP致动器具有在5纳米至0.5微米(500纳米)之间的宽度和在5纳米和0.5微米(500纳米)之间的长度。在一些示例中，微点EAP致动器具有在5纳米和0.5微米(500纳米)之间的直径。在一些示例中，微点EAP致动器具有在10纳米和380纳米之间的长度和宽度。在一些示例中，微点EAP致动器具有在14纳米和400纳米之间的长度和宽度。在一些示例中，微点EAP致动器具有小于10微米的长度、宽度和/或直径。
在一些示例中，微点EAP致动器可以与表面接合。例如，在示例中，第二电极450的第二面可以与表面接合。如本文所述，表面可以比微点EAP致动器大并且多个微点EAP致动器可以接合到表面。例如，图1示出了如下表面：有多个微点致动器接合到该表面。表面可以是透明且柔性的。在一些示例中，表面可以是透明显示器和/或柔性显示器。在示例中，透明柔性显示器和微点EAP致动器对可见光是透明的。以这种方式，在一些示例中，透明且柔性的表面(例如，透明且柔性的显示器)和微点EAP致动器单独和共同地对可见光是透明的，因此可以使用微点EAP致动器来提供透明致动。在示例中，透明微点EAP致动器可用于致动透明表面，同时保持对可见光的透明度。另外，各种示例中的微米级尺寸的微点EAP致动器为透明且柔性的表面提供精确且均匀的致动。
现参考图5，该图示出了根据示例的具有透明表面516的示例计算设备500的组件，其中该透明表面516具有微点致动器(518、520、522)。计算设备500可以包括例如智能电话、平板手机、平板电脑、电子阅读器、便携式游戏设备、便携式医疗设备、可穿戴设备(例如，手腕带、腕带、脚链、手表等)。虽然计算设备500在图5中被示出为单个设备，但在其他示例中，计算设备500可以包括多个设备。
示例计算设备500包括经由总线506与其他硬件接口连接的处理器502。可以包括任何合适的有形(和非暂态)计算机可读介质(例如，RAM、ROM、EEPROM等)的存储器504可以体现对计算设备500的操作进行配置的程序组件。例如，存储器504可以包括被配置为由处理器502执行的一个或多个软件应用。该一个或多个软件应用可以被配置为使得计算设备500使用一个或多个微点致动器(518、520、522)来提供触觉反馈。
在一些示例中，计算设备500还可以包括一个或多个网络接口设备510、输入/输出(I/O)接口组件512、以及附加存储装置514。
网络接口设备510可以表示辅助网络连接的任何组件中的一个或多个。示例包括但不限于诸如以太网、USB、IEEE 1394的之类有线接口和/或诸如IEEE 802.11、蓝牙、或用于接入蜂窝电话网络的无线电接口(例如，用于接入CDMA、GSM、UMTS、或其他移动通信网络的收发器/天线)之类的无线接口。
I/O组件512可以用于辅助到诸如一个或多个显示器、键盘、摄像头、鼠标、扬声器、麦克风、按钮、操纵杆、和/或用于输入数据或输出数据的其他硬件之类的设备的连接。附加存储装置514表示诸如只读存储器、闪存、随机存取存储器(RAM)、铁电RAM(F-RAM)、磁的、光学的、或被包括在计算设备500中或耦合到处理器502的其他存储介质之类的非易失性存储装置。
计算设备500包括透明表面516。在图5所示的示例中，透明表面516被集成到计算设备500中。在其他示例中，计算设备500可以与透明表面516分离。透明表面516表示对可见光透明的任何表面。在示例中，透明表面516可以是柔性表面。在一些示例中，透明表面516可以是显示器。例如，透明表面516可以是液晶(LCD)显示器或有机发光二极管(OLED)显示器。在一些示例中，透明表面516可以是薄的柔性表面。例如，在透明表面516是显示器的各种示例中，显示器可以是薄的柔性显示器。
在计算设备500中，透明表面516具有一个或多个触摸传感器508。在该示例中，透明表面516是触敏表面。在一些示例中，一个或多个触摸传感器508被配置为在对象接触透明表面516时检测触摸区域中的触摸，并且作为响应，一个或多个触摸传感器508提供供处理器502使用的适当数据。可以使用任何合适的数目、类型、或布置的传感器。例如，电阻和/或电容传感器可以被嵌入在透明表面516中并且用于确定触摸的位置和其他信息(例如，压力、速度、和/或方向)。作为另一示例，可以使用具有透明表面516的视角的光学传感器来确定触摸位置。在一些示例中，透明表面516不具有任何触摸传感器508，并且在这些示例中，透明表面516不是触敏的。
在其他示例中，触摸传感器508可以包括LED(发光二极管)检测器。例如，在一些示例中，透明表面516可以包括安装在显示器侧上的LED手指检测器。在一些示例中，处理器502与单个触摸传感器508通信。在其他示例中，处理器502与多个触摸传感器508(例如，与第一触摸屏和第二触摸屏相关联的触摸传感器)通信。触摸传感器508被配置为检测用户交互，并且基于用户交互向处理器502发送信号。在一些示例中，触摸传感器508可以被配置为检测用户交互的多个方面。例如，触摸传感器508可以检测用户交互的速度和压力。
在计算设备500中，透明表面516具有微点致动器(518、520、522)。在示例中，微点致动器以某图案遍及整个透明表面516。例如，微点致动器可以以矩阵图案遍及整个表面。在一些示例中，微点致动器可以位于透明表面516的各个区域中。例如，微点致动器518可以位于透明表面516的一个区域中(例如，透明表面的底部中心)，微点致动器520可以位于透明表面516的另一区域(例如，透明表面的中间左侧)，并且微点致动器522可以位于透明表面516的又一区域(例如，透明表面的中间右侧)。在该示例中，微点致动器(518、520、和522)在透明表面516中不相邻。在各种示例中，每个微点致动器(518、520、522)可以位于透明表面516内的任何合适的位置。在一些示例中，一个或多个微点致动器与一个或多个其他微点致动器相邻。在其他示例中，一个或多个微点致动器与一个或多个其他微点致动器不相邻。
在计算设备500中，微点致动器(518、520、522)经由I/O 512和总线506与处理器502进行通信。在其他示例中，处理器502直接与处理器502通信或者经由总线506间接与处理器通信。在示例中，处理器502单独地控制每个微点致动器。例如，处理器502将信号发送到特定微点致动器以使得该微点子致动器致动。在该示例中，处理器502可以发送一个或多个信号到一个或多个微点致动器，以使得这些(一个或多个)微点致动器致动。在一些示例中，处理器502向一组微点致动器发送信号。例如，处理器502可以向透明表面516的特定区域内的一组微点致动器发送信号。在一些示例中，处理器502可以向该组微点致动器发送单个信号以使得该组微点致动器致动。在其他示例中，处理器502可以将一个或多个信号发送到透明表面516的特定区域内的微点致动器，以使得这些微点致动器致动。
一个或多个微点致动器(518、520、522)可以是任何合适的微点致动器，例如，本文关于图1讨论的微点致动器(105、110、115、或120)、本文关于图1讨论的具有微点致动器(105、110、115、或120)的致动器阵列、本文关于图3讨论的粗纤维复合(MFC)微点致动器、本文关于图4讨论的电活性聚合物(EAP)微点致动器、另外的压电陶瓷致动器、另外的压电致动器、智能凝胶(smartgel)致动器、或它们的组合。在一些示例中，一个或多个微点致动器可以根据上面关于图2描述的方法200来制造。
如上所述，在一些示例中，计算设备500可以包括将透明表面516和显示器相组合的具有触摸功能的显示器。透明表面516可以与显示器外部或在显示器组件上方的一层或多层材料相对应。在其他示例中，根据计算设备500的特定配置，透明表面516可以不包括(或以其他方式对应于)显示器。
计算设备500还包括一个或多个另外的传感器540。(一个或多个)传感器540被配置为将传感器信号发送到处理器502。在一些示例中，(一个或多个)传感器540可以包括例如摄像头、湿度传感器、环境光传感器、陀螺仪、GPS单元、加速度计、距离传感器或深度传感器、生物节律传感器、或温度传感器。虽然图5所示的示例描绘了计算设备500内部的传感器540，但在一些示例中，传感器540可以在计算设备500的外部。例如，在一些示例中，一个或多个传感器540可以与游戏控制器相关联以用于与包括游戏系统的计算设备500一起使用。在一些示例中，处理器502可以与单个传感器540通信，并且在其他示例中，处理器502可以与多个传感器540通信。在一些示例中，传感器540可以在计算设备500的远程，但通信地耦合到处理器502。
计算设备500还包括与处理器502通信的触觉输出设备544。触觉输出设备544被配置为响应于触觉信号而输出触觉效果。在一些示例中，触觉输出设备544被配置为输出触觉效果，该触觉效果包括例如振动、所感知的摩擦系数的变化、模拟的纹理、温度变化、抚摸感测、电触觉效应、或表面形变(例如，与计算设备500相关联的表面的形变)。虽然这里示出了单个触觉输出设备544，但一些示例可以包括可以被串行地或一致地致动以产生触觉效果的相同或不同类型的多个触觉输出设备544。
在图5所示的示例中，触觉输出设备544在计算设备500内部。在其他示例中，触觉输出设备544可以远离计算设备500，但通信地耦合到处理器502，例如，如图3所示。例如，触觉输出设备544可以在计算设备500的外部并且经由诸如以太网、USB、IEEE 1394之类的有线接口和/或诸如IEEE 802.11、蓝牙、或无线电接口之类的无线接口来与计算设备500通信。
在一些示例中，触觉输出设备544可以被配置为输出包括振动的触觉效果。在一些这样的示例中，触觉输出设备544可以包括以下各项中的一项或多项：压电致动器、电动机、电磁致动器、音圈、形状记忆合金、电活性聚合物、螺线管、偏心旋转质量马达(ERM)、或线性共振致动器(LRA)。
在一些示例中，触觉输出设备544可以被配置为响应于触觉信号而输出对在沿计算设备500的表面上感知的摩擦系数进行调制的触觉效果。在一些这样的示例中，触觉输出设备544可以包括超声致动器。超声致动器可以包括压电材料。超声致动器可以以超声频率(例如，20kHz)振动，从而增大或减小在透明表面516的表面处感知的系数。
在一些示例中，触觉输出设备544可以使用静电吸引(例如，通过使用静电致动器)来输出触觉效果。触觉效果可以包括模拟纹理、模拟振动、抚摸感测、或与计算设备500相关联的表面(例如，透明表面516)上的所感知的摩擦系数变化。在一些示例中，静电致动器可以包括导电层和绝缘层。导电层可以是任何半导体或其他导电材料，例如，铜、铝、金、或银。绝缘层可以是玻璃、塑料、聚合物、或任何其他绝缘材料。此外，处理器502可以通过向导电层施加电信号(例如，AC信号)来操作静电致动器。在一些示例中，高电压放大器可以生成AC信号。电信号可以在导电层与靠近或触摸触觉输出设备544的物体(例如，用户的手指或触控笔)之间生成电容耦合。在一些示例中，改变物体与导电层之间的吸引水平可以改变用户所感知的触觉效果。
计算设备500还包括前置摄像头534。例如，当计算设备500被用户使用时，图5中示出的前置摄像头534指向或面向计算设备500的用户。前置摄像头534被配置为将视频信号传送给处理器502。在一些示例中，处理器502经由总线506与前置摄像头534通信。
计算设备500还包括后置摄像头540。例如，当计算设备500被用户使用时，图5中示出的后置摄像头540远离或背对计算设备500的用户。后置摄像头540被配置为将视频信号传送给处理器502。在一些示例中，处理器502经由总线506与后置摄像头540通信。
现在参考图6A，该图示出了非微点致动器的示例位移场。在该示例中，5”×5”的表面已通过使用1”×1”的非微点致动器(例如，1”×1”的非微点MFC致动器)来致动。除了使用图6A所示的单个致动器之外，还可以使用多个微点致动器来致动同一5”×5”的表面。在一些示例中，具有微点致动器的致动器阵列的尺寸与单个非微点致动器的尺寸相当(在图6A中，1”×1”)。在该示例中，致动器阵列可以具有多个微点致动器，这些微点致动器具有在5纳米和1微米之间的横向尺寸。在一些示例中，微点致动器可以具有使得微点致动器对可见光是透明的横向尺寸。在示例中，致动器阵列可以具有一个或多个致动器，这些致动器具有在5纳米和10微米之间的横向尺寸。
图6B和6C中所示的示例位移示出了具有18个小型致动器的致动器阵列的示例位移场。具有全部18个小型致动器的致动器阵列在尺寸上与图6A中使用的1”×1”非微点致动器相当。从图6A和6B中可以看出，图6B和6C中使用的较小型的致动器可以比图6A中使用的非微点致动器致动更大的表面面积，尽管图6B和图6C中使用的致动器阵列的总体尺寸与图6A中使用的非微点致动器在尺寸上相当(例如，尺寸均为1”×1”)。
根据各种示例，使用较小型的致动器来致动较大的表面面积且同时保持致动器阵列的总表面积一致的原理可以扩展到微点致动器。例如，代替仅使用如用于图6B和6C所示的位移的18个致动器，1”×1”致动器阵列可以具有在整个致动器阵列上的微点致动器矩阵。在该示例中，根据应用，每个微点致动器可以具有范围在5纳米到10微米的任何数量的合适尺寸。在一些示例中，阵列中使用的致动器阵列和每个微点致动器对于可见光可以是半透明的或完全透明的。在一些示例中，致动器阵列和微点致动器可以是任何合适的致动器阵列和微点致动器，例如本文关于图1讨论的致动器阵列和/或本文关于图1、图3、图4、和图5讨论的微点致动器。在一些示例中，致动器阵列和/或微点致动器可以根据本文关于图2讨论的方法200制造。
现参考图7，该图示出了根据示例的具有微点致动器(例如，720、725、730等)的示例显示器710，其中沿着特定微点致动器有微纤维(740、745、750等)。显示器710可以是计算设备的一部分，诸如图5所示的智能电话500或本文所描述的另一计算设备。图7中示出的微点致动器(例如，720、725、730等)可以是本文所描述的一个或多个微点致动器。
在图7中，微点致动器(例如，720、725、730等)形成致动器阵列。微点致动器按行排列并在每行内分隔开。在该示例中，微纤维(例如，740、745、750等)与每行中的微点对齐。在各种示例中，将微纤维与一个或多个微点一起使用可以改进显示器710的触觉性能。
虽然本文中的设备、系统、和方法的一些示例是根据在各种机器上执行的软件来描述的，但是这些方法和系统还可以被实现为专门配置的硬件，例如专门用于执行各种方法的现场可编程门阵列(FPGA)。例如，可以在数字电子电路中或者在计算机硬件、固件、软件、或它们的组合中实现示例。在一个示例中，设备可以包括一个或多个处理器。处理器包括计算机可读介质，诸如耦合到处理器的随机存取存储器(RAM)。处理器执行存储在存储器中的计算机可执行程序指令，诸如执行用于编辑图像的一个或多个计算机程序。这样的处理器可以包括微处理器、数字信号处理器(DSP)、专用集成电路(ASIC)、现场可编程门阵列(FPGA)、和状态机。这样的处理器还可以包括诸如PLC、可编程中断控制器(PIC)、可编程逻辑器件(PLD)、可编程只读存储器(PROM)、电子可编程只读存储器(EPROM或EEPROM)或其他类似的设备之类的可编程计算设备。
这样的处理器可以包括可以存储指令的介质(例如，计算机可读存储介质)或者与这种介质通信，其中这些指令在由处理器执行时可以使得处理器执行(由处理器执行或协助的)本文所描述的步骤。计算机可读介质的示例可以包括但不限于能够向处理器(例如，web服务器中的处理器)提供计算机可读指令的电子的、光学的、磁的、或其他存储设备。介质的其他示例包括但不限于软盘、CD-ROM、磁盘、存储器芯片、ROM、RAM、ASIC、经配置的处理器、全光学介质、全磁带或其他磁性介质、或计算机处理器可以从中进行读取的任何其他介质。所描述的处理器和处理可以在一个或多个结构中，并且可以通过一个或多个结构分散。处理器可以包括用于执行本文所描述的方法(或方法的一部分)中的一个或多个的代码。
本文所公开的方法的示例可以在计算设备的操作中执行。以上示例中呈现的块的顺序可以变化-例如，块可以被重新排序、组合、和/或分解成子块。某些块或进程可以并行执行。因此，虽然本文所公开的方法的步骤已经以特定的顺序示出和描述，但其他示例可以包括相同的、附加的、或更少的步骤。一些示例可以按不同的顺序或并行地执行这些步骤。在一些示例中，本文所描述的方法中的一个或多个步骤可以是可选的。
已经仅出于说明和描述的目的呈现了一些示例的前述描述，并且这些描述不旨在穷举或将本公开限制到所公开的确切形式。在不背离本公开的精神和范围的情况下，对本领域技术人员来说，其许多修改和改变是显而易见的。
本文对示例或实施方式的引用意味着结合该示例描述的特定特征、结构、操作、或其他特性可以被包括在本公开的至少一个实施方式中。本公开不限于如此描述的特定示例或实现方式。在说明书中的各处出现的短语“在一个示例中”、“在示例中”、“在一个实现方式中”、或“在实现方式中”或相同的变形不一定指代同一示例或实现方式。本说明书中关于一个示例或实现方式描述的任何特定特征、结构、操作、或其他特性可以与关于任何其他示例或实现方式描述的其他特征、结构、操作、或其他特性相组合。

Claims (20)

1.一种致动器阵列，包括：
多个微点致动器，所述多个微点致动器中的每个微点致动器包括：
第一电极；
第二电极；以及
在所述第一电极和所述第二电极之间的中间层。
2.根据权利要求1所述的致动器阵列，其中，每个微点致动器的横向尺寸小于10微米。
3.根据权利要求2所述的致动器阵列，其中，每个微点致动器的所述横向尺寸大于5纳米。
4.根据权利要求2所述的致动器阵列，其中，每个微点致动器的所述横向尺寸在5纳米与500纳米之间。
5.根据权利要求4所述的致动器阵列，其中，每个微点致动器的所述横向尺寸在10纳米与380纳米之间。
6.根据权利要求5所述的致动器阵列，其中，每个微点致动器的所述横向尺寸在14纳米与300纳米之间。
7.根据权利要求1所述的致动器阵列，其中，每个微点致动器对可见光是半透明的。
8.根据权利要求1所述的致动器阵列，其中，每个微点致动器对于可见光是完全透明的。
9.根据权利要求1所述的致动器阵列，其中，每个微点致动器是电活性聚合物(EAP)致动器。
10.根据权利要求9所述的致动器阵列，其中，所述多个微点致动器中的每个微点致动器中的所述中间层包括聚合物膜。
11.根据权利要求1所述的致动器阵列，其中，每个微点致动器是压电陶瓷致动器。
12.根据权利要求11所述的致动器阵列，其中，每个微点致动器还包括：
第三电极；以及
第四电极，
其中，所述第一电极包括第一导电叉指电极图案，所述第三电极包括第三导电叉指电极图案，并且所述第一电极和所述第三电极被设置在顶层内，
其中，所述第二电极包括与所述第一导电叉指电极图案成镜像的第二导电叉指电极图案，所述第四电极包括与所述第三导电叉指电极图案成镜像的第四导电叉指电极图案，并且所述第二电极和所述第四电极被设置在底层内，并且
其中，所述中间层包括多个对齐的压电粗纤维。
13.根据权利要求12所述的致动器阵列，其中，所述多个对齐的压电纤维包括多个矩形陶瓷棒。
14.一种便携式计算设备，包括：
透明且柔性的表面；
多个微点致动器，所述多个微点制动器被接合到所述透明且柔性的表面；以及
处理器，所述处理器与所述多个微点致动器通信，其中所述处理器被配置为：
确定一个或多个微点致动器以进行致动；
生成被配置为使得所述一个或多个微点致动器致动的信号；以及
将所述信号输出到所述一个或多个微点致动器。
15.根据权利要求14所述的便携式计算设备，其中，所述便携式计算设备是智能电话、平板手机、或平板电脑中的至少一者。
16.根据权利要求15所述的便携式计算设备，其中，所述多个微点致动器中的每个微点致动器包括电活性聚合物(EAP)致动器或压电陶瓷致动器。
17.根据权利要求16所述的便携式计算设备，其中，每个微点致动器的横向尺寸小于380纳米。
18.根据权利要求17所述的便携式计算设备，其中，每个微点致动器的所述横向尺寸为至少10纳米。
19.根据权利要求18所述的便携式计算设备，其中，所述多个微点致动器对于所述便携式计算设备的用户是透明的。
20.根据权利要求14所述的便携式计算设备，其中，所述透明且柔性的表面是柔性显示器。
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