CN112817429A - 触觉反馈电极及触觉反馈装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及一种触觉反馈电极及触觉反馈装置，触觉反馈电极包括：透明基片；网状导电层，形成于透明基片的表面，网状导电层包括多个交叉的电极网格线，多个交叉的电极网格线形成有多个电极交叉点；透明弹性层，形成于网状导电层的表面，透明弹性层包括弹性基层，及多个设置于弹性基层的弹性体。技术效果：将导电层设计为网状导电层，网状导电层包括多个交叉的电极网格线，由于透明基片和透明弹性层均是透明的，因此，通过交叉的电极网格线所形成的网孔可以进行透光，这种方案的成本较低，且依然具有透明性，此外采用网状导电层使得触觉反馈电极具有较好的柔性。

Description

触觉反馈电极及触觉反馈装置

技术领域

本发明涉及触觉反馈技术领域，特别是涉及一种触觉反馈电极及触觉反馈装置。

背景技术

随着科技的进步，智能穿戴设备开始广泛出现于日常生活中，利用触控的方式进行信息获知，替代了容易误操作的按键方式，提高了使用操作的准确性。常见的智能穿戴设备主要有手表、手环、眼镜、服饰等。为了提高触觉的感知性，在触控模块中设计了触觉反馈单元，利用弹性体实现触觉反馈的效果。

具体地，触觉反馈单元包括多个依次层叠的触觉反馈电极，触觉反馈电极包括基片、设置于基片上的导电层以及设置于导电层上的弹性层，利用弹性层的弹性变形产生触觉反馈的效果。但是，导电层通常是铟锡氧化物(ITO)，虽然透明但是成本比较高。

发明内容

基于此，有必要针对传统的触觉反馈单元成本较高的问题，提供一种触觉反馈电极及触觉反馈装置。

一种触觉反馈电极，包括：透明基片；网状导电层，形成于所述透明基片的表面，所述网状导电层包括多个交叉的电极网格线，多个交叉的所述电极网格线形成有多个电极交叉点；透明弹性层，形成于所述网状导电层的表面，所述透明弹性层包括弹性基层，及多个设置于所述弹性基层的弹性体。

上述技术方案至少具有以下技术效果：将导电层设计为网状导电层，网状导电层包括多个交叉的电极网格线，由于透明基片和透明弹性层均是透明的，因此，通过交叉的电极网格线所形成的网孔可以进行透光，这种方案的成本较低，且依然具有透明性，此外采用网状导电层使得触觉反馈电极具有较好的柔性。

在其中一个实施例中，所述至少部分数量的所述弹性体分别设置于所述多个电极交叉点，所述至少部分数量的弹性体在所述弹性基层上的投影轮廓完全被包含于所述电极交叉点在所述弹性基层上的投影轮廓。

上述技术方案中将至少部分数量的弹性体分别设置于不同的电极交叉点的上，使得在施加电压时，所产生的电场力能够准确地施加给弹性体，，使得弹性体发挥最大程度的弹性变形。并且弹性体分别设置于不同的电极交叉点上有利于更高的透光率。

在其中一个实施例中，所述弹性体在所述弹性基层上的投影轮廓为圆形。

上述技术方案中为了使得受力更加均匀，也为了弹性体在设置于弹性基层及电极交叉点时避免考虑放置角度的问题，将弹性体设计为弹性柱，其端面轮廓为圆形，相对于其他方形、矩形等多边形可以节约制备时间。

在其中一个实施例中，定义所述弹性体与所述弹性基层接触的面为端面，所述电极网格线的宽度大于所述弹性体的端面直径。

上述技术方案中为了使得电压所产生的电场力能够准确地并更多地施加给弹性体，使得弹性体发挥最大程度的弹性变形，将电极网格线的宽度设计为大于弹性体的端面直径，进而使得弹性体能够整个地受到电场力的作用，进而发生弹性变形。

在其中一个实施例中，多个所述电极网格线包括多个垂直且相交的第一网格线和第二网格线，并形成有所述电极交叉点。

上述技术方案中为了使整体网状导电层的布局更加均匀，实现更好的触觉反馈效果，也为了在制备过程中更加简单省时，将多个电极网格线设计为包括垂直且相交的第一网格线和第二网格线。

在其中一个实施例中，多个所述电极交叉点均分布有所述弹性体，沿所述第一网格线的延伸方向，相邻的两个所述弹性体之间的距离大于四倍的所述弹性体的端面直径。

上述技术方案中为了给弹性体的弹性变形预留一定的空间，避免相邻的两个弹性体在发生弹性变形时发生物理接触干扰，因此，沿第一网格线的延伸方向，将相邻的两个弹性体之间的距离设计为大于四倍的弹性体的端面直径。

在其中一个实施例中，多个所述电极交叉点均分布有所述弹性体，沿所述第二网格线的延伸方向，相邻的两个所述弹性体之间的距离大于四倍的所述弹性体的端面直径。

上述技术方案中为了给弹性体的弹性变形预留一定的空间，避免相邻的两个弹性体在发生弹性变形时发生物理接触干扰，因此，沿第二网格线的延伸方向，将相邻的两个弹性体之间的距离设计为大于四倍的弹性体的端面直径。

在其中一个实施例中，所述弹性体的端面直径为0.04毫米-0.20毫米。

上述技术方案中出于对整体结构尺寸的布局及实现相对较好的触觉反馈的效果，优选弹性体的端面直径为0.04毫米-0.20毫米。

在其中一个实施例中，所述网状导电层的厚度为0.005毫米-0.01毫米。

上述技术方案中出于对整体结构尺寸的布局及实现较好的支撑透明弹性层的效果，优选网状导电层的厚度为0.005毫米-0.01毫米。

一种触觉反馈装置，包括如上任一实施例所述的触觉反馈电极。

上述技术方案至少具有以下技术效果：将导电层设计为网状导电层，网状导电层包括多个交叉的电极网格线，由于透明基片和透明弹性层均是透明的，因此，通过交叉的电极网格线所形成的网孔可以进行透光，这种方案的成本较低，且依然具有透明性，此外采用网状导电层使得触觉反馈电极具有较好的柔性。

附图说明

图1为本发明一实施例中触觉反馈电极的结构示意图；

图2为本发明一实施例中触觉反馈电极的另一结构示意图；

图3为图2所示A结构的放大示意图；

图4为图2所示A结构的侧视示意图。

其中：

100、触觉反馈电极 110、透明基片 120、网状导电层

122、感应区 124、电极引出端 125、电极网格线

126、第一网格线 127、第二网格线 128、电极交叉点

130、透明弹性层 132、弹性基层 134、弹性体

具体实施方式

为使本发明的上述目的、特征和优点能够更加明显易懂，下面结合附图对本发明的具体实施方式做详细的说明。在下面的描述中阐述了很多具体细节以便于充分理解本发明。但是本发明能够以很多不同于在此描述的其它方式来实施，本领域技术人员可以在不违背本发明内涵的情况下做类似改进，因此本发明不受下面公开的具体实施例的限制。

需要说明的是，当元件被称为“固定于”另一个元件，它可以直接在另一个元件上或者也可以存在居中的元件。当一个元件被认为是“连接”另一个元件，它可以是直接连接到另一个元件或者可能同时存在居中元件。

除非另有定义，本文所使用的所有的技术和科学术语与属于本发明的技术领域的技术人员通常理解的含义相同。本文中在本发明的说明书中所使用的术语只是为了描述具体的实施例的目的，不是旨在于限制本发明。本文所使用的术语“及/或”包括一个或多个相关的所列项目的任意的和所有的组合。

请参考图1和图2，本发明的实施例提供了一种触觉反馈电极100，包括：透明基片110；网状导电层120，形成于透明基片110的表面，网状导电层120 包括多个交叉的电极网格线125，多个交叉的电极网格线125形成有多个电极交叉点128；透明弹性层130，形成于网状导电层120的表面，透明弹性层130包括弹性基层132，及多个设置于弹性基层132的弹性体134。

需要说明的是，每个触觉反馈电极100包括依次层叠的透明基片110、网状导电层120和透明弹性层130。多个触觉反馈电极100依次层叠，形成触觉反馈单元，利用施加于不同触觉反馈电极100所产生的电压差产生电场力，电场力带动网状导电层120发生运动从而作用于处于相邻的两个网状导电层120之间的弹性体134使其发生弹性变形，从而实现触觉反馈的效果。

透明基片110由独立的透明绝缘薄膜构成，可以采用聚酰亚胺(Polyimide， PI)、聚对苯二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Terephalate，PET)、聚萘二甲酸乙二醇酯(Polyethylene Naphthalate，PEN)等材料中的至少一种制成。本实施例中，透明基片110可以选用PET材质，能够承受的弯折半径为0.5mm。

网状导电层120采用导电材料制成，可以采用银浆、碳浆、纳米银丝、碳纳米管和石墨烯导等导电材料中的至少一种。网状导电层120采用蒸镀、印刷等方式设置于透明基片110上。本实施例中，网状导电层120可以选用银浆，能够耐弯折。网状导电层120包括感应区122和电极引出端124。

透明弹性层130采用具有光学透明特性的弹性材料制成，可以采用硅胶、丙烯酸酯弹性层、聚氨酯弹性层、丁腈橡胶、亚乙烯基氟化三氟乙烯以及它们相应的有机-无机、有机-有机复合材料等中的至少一种。透明弹性层130也可以采用泡绵层、多孔塑料层、多孔聚酯层、多孔聚丙烯层、泡棉胶层等中的至少一种。本实施例中，透明弹性层130可以选用硅胶材质，透明弹性层130包括弹性基层132及形成于弹性基层132上的多个弹性体134，多个弹性体134间隔设置以形成压缩空间，实现透明弹性层130的变形振动。

由于传统的导电层为整面的，如果导电层为ITO则成本比较昂贵且不具有柔性。如果导电材料为碳浆、银浆等，使得整面的导电层为不透明的状态，又由于透明基片110及透明弹性层130为透明材料，因此，当触觉反馈电极100 应用于智能穿戴设备中时，触控区域会出现明显的不透明位置，无法看到显示效果。为了解决触觉反馈电极100的透光问题，将导电层设计为网状的，利用多条交叉的电极网格线125所形成的网孔达到透光的目的，进而实现显示的效果。例如，常见的智能手环具有显示区和触控区，通常显示区只能进行显示，触控区只能进行触控，由于触控区占据了一定的空间，则减少了显示区的显示区域，为了扩大显示区的面积，则将触控区设置为可以显示的区域，应用本发明的实施例所提供的触觉反馈电极100，实现触控区的显示功能。

上述技术方案至少具有以下技术效果：将导电层设计为网状导电层120，网状导电层120包括多个交叉的电极网格线125，由于透明基片110和透明弹性层 130均是透明的，因此，通过交叉的电极网格线125所形成的网孔可以进行透光，实现显示效果。这种方案的成本较低，且依然具有透明性，此外采用网状导电层120使得触觉反馈电极具有较好的柔性。

请参考图2至图4，在一些实施例中，至少部分数量的弹性体134分别设置于多个电极交叉点128，弹性体134在弹性基层132上的投影轮廓完全被包含于电极交叉点128在弹性基层132上的投影轮廓。由于具有电极网格线125的位置才有电压，并且电极交叉点128的面积大于其他非电极交叉点的面积，为了保证弹性体134能够平稳可靠地发生弹性变形，因此，将至少部分数量的弹性体134分别设置于不同的电极交叉点128的上，即不同的电极交叉点128对应不同的弹性体134。如此，在施加电压时，所产生的电场力能够准确地施加给弹性体134，从而使得弹性体134发生弹性变形，实现准确的触觉反馈效果。此外，如此设置，也便于触觉反馈电极100的制备，将弹性体134按照电极交叉点128 的分布方式进行布局，起到了定位的作用，避免弹性体134间距错乱导致的弹性变形有差异产生错误触觉反馈的现象。

上述技术方案中当弹性体134设置于电极交叉点128上时，为了使得电压所产生的电场力能够准确地并更多地施加给弹性体134，使得弹性体134发挥最大程度的弹性变形，因而将弹性体134在弹性基层132上的投影轮廓设计为小于电极交叉点128在弹性基层132上的投影轮廓，如此，弹性体134能够整个地受到电场力的作用，进而发生弹性变形。

请参考图3和图4，在一些实施例中，弹性体134在弹性基层132上的投影轮廓为圆形。弹性体134与弹性基层132接触的面，和弹性体134背离弹性基层132的面尺寸可以相同或不同。上述技术方案中为了使得受力更加均匀，也为了弹性体134在设置于弹性基层132及电极交叉点128时避免考虑放置角度的问题，将弹性体134设计为弹性柱，其端面轮廓为圆形，相对于其他方形、矩形等多边形可以节约制备时间。同时，在弹性体134发生变形时，其在弹性基层132上的变形投影轮廓在不同的方向上也是相同的，避免出现弹性变形不均匀的现象，进而保证触觉反馈的准确性。

进一步地，定义弹性体134与弹性基层132接触的面为端面，电极网格线 125的宽度K1、K2大于弹性体134的端面直径R。本文中，端面直径R指的是弹性体134与弹性基层132接触的端面直径。上述技术方案中为了使得电压所产生的电场力能够准确地并更多地施加给弹性体134，使得弹性体134发挥最大程度的弹性变形，将电极网格线125的宽度K1、K2设计为大于弹性体134的端面直径R，进而使得弹性体134能够整个地受到电场力的作用，进而发生弹性变形。

进一步地，多个电极网格线125包括多个垂直且相交的第一网格线126和第二网格线127，并形成有电极交叉点128。上述技术方案中为了使整体网状导电层120的布局更加均匀，实现更好的触觉反馈效果，也为了在制备过程中更加简单省时，将多个电极网格线125设计为包括垂直且相交的第一网格线126 和第二网格线127。即，网状导电层120由多条平行设置的第一网格线126和多条垂直于第一网格线126的第二网格线127，二者交叉所形成的网孔能够透光，实现显示效果。

更进一步地，多个电极交叉点128均分布有弹性体134，沿第一网格线126 的延伸方向，相邻的两个弹性体134之间的距离L1大于四倍的弹性体134的端面直径R。可以理解的是，相邻的两个弹性体134之间的距离L1指的是两个端面中心的距离。上述技术方案中为了给弹性体134的弹性变形预留一定的空间，避免相邻的两个弹性体134在发生弹性变形时发生物理接触干扰，因此，沿第一网格线126的延伸方向，将相邻的两个弹性体134之间的距离L1优选为大于四倍的弹性体134的端面直径R。如此设置，每个弹性体134的端面直径R都可以变形为原始形态的四倍。

同样，多个电极交叉点128均分布有弹性体134，沿第二网格线127的延伸方向，相邻的两个弹性体134之间的距离L2大于四倍的弹性体134的端面直径 R。可以理解的是，相邻的两个弹性体134之间的距离L2指的是两个端面中心的距离。上述技术方案中为了给弹性体134的弹性变形预留一定的空间，避免相邻的两个弹性体134在发生弹性变形时发生物理接触干扰，因此，沿第二网格线127的延伸方向，将相邻的两个弹性体134之间的距离L2设计为大于四倍的弹性体134的端面直径R。如此设置，每个弹性体134的端面直径R都可以变形为原始形态的四倍。

请参考图3，在一些实施例中，弹性体134的端面直径R为0.04毫米-0.20 毫米。具体地，可以是0.04毫米、0.05毫米、0.06毫米、0.07毫米、0.08毫米、0.09毫米、0.10毫米、0.11毫米、0.12毫米、0.13毫米、0.14毫米、0.15 毫米、0.16毫米、0.17毫米、0.18毫米、0.19毫米、0.20毫米等，不局限于上述具体数值。上述技术方案中出于对整体结构尺寸的布局及实现相对较好的触觉反馈的效果，优选弹性体134的端面直径R为0.04毫米-0.20毫米。如果弹性体134的端面直径R过小，则难以在层压时起到支撑的作用，并且在弹性变形时容易歪斜；如果弹性体134的端面直径R过大，则相邻的弹性体134需要较大的间距以预留出弹性体134变形的空间，影响整体结构的体积大小。

请参考图4，在一些实施例中，网状导电层120的厚度H为0.005毫米-0.01 毫米。具体地，可以是0.005毫米、0.006毫米、0.007毫米、0.0075毫米、0.008 毫米、0.009毫米、0.01毫米等，并不局限于上述具体数值。上述技术方案中出于对整体结构尺寸的布局及实现较好的支撑透明弹性层130的效果，优选网状导电层120的厚度H为0.005毫米-0.01毫米。如果网状导电层120过薄，则影响结构的可靠性和稳定性，支撑能力较差，容易破坏层压关系，对使用寿命影响较大；如果网状导电层120过厚，则会使得整体结构的厚度过大，则整体外观的体积过大，不利于实现小型化。

本发明的实施例还提供了一种触觉反馈装置，包括如上任一实施例所述的触觉反馈电极100。触觉反馈装置为可以实现触觉反馈功能的智能穿戴设备，例如手表、手环、眼镜、服饰等。多个触觉反馈电极100依次层叠，形成触觉反馈单元，利用施加于不同触觉反馈电极100所产生的电压差产生电场力，电场力带动网状导电层120发生运动从而作用于处于相邻的两个网状导电层120之间的弹性体134使其发生弹性变形，从而实现触觉反馈的效果。

多个触觉反馈电极100依次层叠，相邻的两个触觉反馈电极100之间通过胶层粘接在一起。可以理解为，当多个触觉反馈电极100依次层叠作为一个触觉反馈单元使用时，为了保证触觉反馈单元结构的可靠性和稳定性，将相邻的触觉反馈电极100通过胶层粘接在一起，以避免相邻的触觉反馈电极100发生移位。

上述技术方案至少具有以下技术效果：将导电层设计为网状导电层120，网状导电层120包括多个交叉的电极网格线125，由于透明基片110和透明弹性层 130均是透明的，因此，通过交叉的电极网格线125所形成的网孔可以进行透光，实现显示效果。这种方案的成本较低，且依然具有透明性，此外采用网状导电层120使得触觉反馈电极具有较好的柔性。

以上所述实施例的各技术特征可以进行任意的组合，为使描述简洁，未对上述实施例中的各个技术特征所有可能的组合都进行描述，然而，只要这些技术特征的组合不存在矛盾，都应当认为是本说明书记载的范围。

以上所述实施例仅表达了本发明的几种实施方式，其描述较为具体和详细，但并不能因此而理解为对发明专利范围的限制。应当指出的是，对于本领域的普通技术人员来说，在不脱离本发明构思的前提下，还可以做出若干变形和改进，这些都属于本发明的保护范围。因此，本发明专利的保护范围应以所附权利要求为准。

Claims (10)

1.一种触觉反馈电极，其特征在于，包括：

透明基片；

网状导电层，形成于所述透明基片的表面，所述网状导电层包括多个交叉的电极网格线，多个交叉的所述电极网格线形成有多个电极交叉点；

透明弹性层，形成于所述网状导电层的表面，所述透明弹性层包括弹性基层，及多个设置于所述弹性基层的弹性体。

2.根据权利要求1所述的触觉反馈电极，其特征在于，至少部分数量的所述弹性体分别设置于所述多个电极交叉点，所述至少部分数量的弹性体在所述弹性基层上的投影轮廓完全被包含于所述电极交叉点在所述弹性基层上的投影轮廓。

3.根据权利要求1所述的触觉反馈电极，其特征在于，所述弹性体在所述弹性基层上的投影轮廓为圆形。

4.根据权利要求3所述的触觉反馈电极，其特征在于，定义所述弹性体与所述弹性基层接触的面为端面，所述电极网格线的宽度大于所述弹性体的端面直径。

5.根据权利要求3所述的触觉反馈电极，其特征在于，多个所述电极网格线包括多个垂直且相交的第一网格线和第二网格线，并形成有所述电极交叉点。

6.根据权利要求5所述的触觉反馈电极，其特征在于，多个所述电极交叉点均分布有所述弹性体，沿所述第一网格线的延伸方向，相邻的两个所述弹性体之间的距离大于四倍的所述弹性体的端面直径。

7.根据权利要求5所述的触觉反馈电极，其特征在于，多个所述电极交叉点均分布有所述弹性体，沿所述第二网格线的延伸方向，相邻的两个所述弹性体之间的距离大于四倍的所述弹性体的端面直径。

8.根据权利要求3至7任一项所述的触觉反馈电极，其特征在于，所述弹性体的端面直径为0.04毫米-0.20毫米。

9.根据权利要求3至7任一项所述的触觉反馈电极，其特征在于，所述网状导电层的厚度为0.005毫米-0.01毫米。

10.一种触觉反馈装置，其特征在于，包括如权利要求1至9任一项所述的触觉反馈电极。

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