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TWI581135B - 觸感薄膜、觸感裝置及電子裝置 - Google Patents

觸感薄膜、觸感裝置及電子裝置 Download PDF

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TWI581135B
TWI581135B TW101135777A TW101135777A TWI581135B TW I581135 B TWI581135 B TW I581135B TW 101135777 A TW101135777 A TW 101135777A TW 101135777 A TW101135777 A TW 101135777A TW I581135 B TWI581135 B TW I581135B
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touch
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sensitive film
tactile
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波崙 法多 米克拉德
達威Ｐ 布朗
布拉雷Ｊ 埃德桑
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加拿都公司
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Description

觸感薄膜、觸感裝置及電子裝置
本發明係關於觸感薄膜，以及關於利用觸感薄膜之觸感裝置和電子裝置。
不同類型電性設備之使用者介面現今係益加經常地以觸感薄膜而非習知之機械性按鈕為基礎，藉由不同種類之觸感裝置予以實現。在此，機械性按鈕意指開/關按鈕、切換鍵、撥號盤、滾軸、滑桿以及切換器之類的相關機械性致動器。例如行動電話、手持式電腦及類似裝置之不同類型之觸控板和觸控螢幕係這些使用者介面之熟知實施例。除了可及之精緻且甚至奢侈之使用者經驗以外，基於觸感薄膜之觸感裝置亦提供一優質自由度給持續嘗試功能性尋求更通用、更小、更便宜、更輕、以及亦更具視覺吸引力之裝置的設計者。
所述觸感裝置中之一關鍵元件在於一觸感薄膜(TSF)，所述觸感薄膜(TSF)包含一或多個經配置作為一或多個感測電極之導電層。此類薄膜之一般運作原理在於一使用者舉例藉由一指尖或某特殊指針裝置之觸摸改變一TSF所連接之電性測量電路之電氣特性。實際的測量原理舉例可為電阻式或電容式，電容式在最苛刻應用中提供最佳效能而通常係視為現今最先進之選擇。
在由網路式奈米架構所構成或含有網路式奈米架構之層中發現用於TSF之一種有前景的新方式。除了適當的導 電性效能，一由例如奈米碳管(CNT)之網路所組成之層、或者富勒烯或類富勒烯分子共價鍵接於一管狀碳分子側部之碳奈米芽(NANOBUD®)(NANOBUD®係Canatu Oy之一個註冊商標)其人眼可見度明顯小於例如ITO(氧化銦錫)之類的透明導電氧化物。此外，眾所周知，奈米架構層可具有優於例如ITO之可撓性、伸展性、可加熱成型能力、機械強度以及穩定性。這些奈米架構層之特性為設計基於觸摸之使用者介面提供全新可能性。例如，一TSF之可撓性或可加熱成型能力能夠在三維表面上實現TSF。例如，在行動電子裝置中，TSF不僅能在平整之前表面上延展，亦能延展至所述裝置的側邊。所述TSF可具有許多觸感區。接著，TSF亦可舉例用於取代習知置於裝置滑桿上之機械性按鈕(亦即相關的機械性致動器，諸如開/關按鈕、切換鍵、撥號盤、滾軸、滑桿以及切換器之屬)。
然而，市場中對於進一步增強型TSF以及觸感裝置仍有強烈需求。尤甚者，從習知機械性元件轉移到完全依賴TSF之使用者介面需要新的解決方案以改良使用者體驗。
本發明之目的
本發明之目的在於為上述界定之需求提供新穎性解決方案。
發明內容
本發明之特徵係呈現於申請專利範圍第1、15及16項。
本發明之第一觀點係聚焦於一觸感薄膜(後述亦稱為"TSF")以及一使用者輸入表面(後述亦稱為"UIS")，所述觸感薄膜包含一具有觸感區(後述亦稱為"TSR")之導電層。
一觸感薄膜(TSF)通常意指一種可在一觸感裝置內作為一觸感元件之薄膜。一觸感裝置在此要瞭解係廣泛含括藉由以例如指尖或尖筆觸摸裝置而運作之所有使用者介面裝置，以及用於偵測存在性、位置、及/或一或多個手指、指針或其它物件移動的其它類型裝置。
在本發明之全文裡，用字"觸摸"除了一手指、尖筆或其它指針與觸感薄膜之間的真實實體接觸外，亦擴泛含括所述指針足夠迫近TSF而得藉由TSF予以偵測之情境。
在運作時，當一TSF係連接成一觸感裝置經妥善配置之電性測量電路之一部份時，薄膜上一或多個物件之觸摸、或迫近薄膜處一或多個物件之存在性使電路裡的一或多個電氣特性產生變化，基於所述電氣特性的變化可偵測觸摸以及，取決於應用，較佳地亦可偵測位於、迫近、及/或移經所判定觸感區的位置。實際上，所述變化係藉由供應一激勵信號給TSF以及從TSF接收一回應信號、並且監測後者變化予以偵測。
一般而言，本發明之TSF可形成所有或部份任何一種觸摸感測器或內含一TSF之觸感裝置，而不侷限於底下所述之實施例。
TSF可為一電容式TSF。一電容式TSF在此意指一種觸感元件，藉由所述觸感元件，一觸摸偵測可主要以一電容 式感測原理為基礎。一TSF之電容式感測原理或電容式運作意指，當TSF連接至一合適的感測電路時，可以該等觸摸在TSF與環境之間、或TSF不同點位之間的電容式耦接中所造成之變化為基礎偵測一或多個觸摸。
另一方面，本發明之TSF亦可電感式運作。電感式運作在此意指一物件在TSF與環境之間、或TSF不同點位之間感應一電感式耦接。換句話說，電容或電感式耦接亦可分別視為一外部電容或電感對TSF之耦接。
本發明之TSF也可電阻式運作。電阻式運作在此意指一物件跨越一含有一或多個電阻性薄膜之裝置中之一電氣路徑或一路徑集合之電阻率/電流或電壓產生一可偵測變化以及所述可偵測變化可接著予以轉換成一位置。其它內含觸感薄膜之觸摸感測器係本技藝所已知。
另外，本發明之TSF未受限於任何特殊的偵測原理，而是可基於任何一種以利用導電層為基礎之偵測原理。因此，TSF亦可經配置以偵測例如電阻、電壓、相位角度、電容、電感或電流之觸摸感應變化。所述偵測舉例可基於一觸摸物件之絕對或相對位置或速度、或所引起的壓力
一導電層係一由一或多種電性導通材料所構成之層。"導通"在此意指任何一種能使電荷在材料中流動的材料，而不考慮材料之導電機制或導電類型。因此，"導通"在此舉例亦含括半導電性材料或半導體材料。在TSF作為一觸感裝置一部份的運作中，激勵信號係供應至一或多個導電層以及回應信號係測量自所述一或多個導電層。
較佳地，觸感區內導電層之薄片電阻率係高於或等於3k Ω，甚至係較佳地落於5到100k Ω的範圍內，最佳則是落於10到50k Ω的範圍內。如本案申請者之早期申請案WO 2011/107666號所述，那些電阻值提供TSF之優質靈敏度與觸摸位置解析效能，並且亦能電感式地偵測TSF上或迫近TSF處的觸摸。另外，該電阻率範圍之優點在於能使觸感薄膜的透明度非常高，尤其是在導電層包含HARMS網路的情況下。
可用於導電層之材料族群係舉例藉由不同的導電聚合物及金屬氧化物予以形成。另一方面，在一較佳具體實施例中，導電層包含一高縱橫比分子結構(HARMS)網路。HARMS或HARM結構在此意指具奈米級特徵維度之導電結構，所述奈米級特徵維度亦即小於或等於約100奈米之維度。這些結構之實施例包含奈米碳管(CNT)、碳奈米芽(CNB)、金屬(例如銀、金或銅)奈米線、以及碳奈米帶。在HARMS網路中，大量這類單一結構，例如CNT，係彼此互連。換句話說，HARM結構於奈米級並未形成例如導電聚合物或ITO之類的真實連續材料，而是形成一由電性互連分子或結構所構成之網路。然而，就巨觀規模而言，一HARMS網路形成一種堅實、單體的材料。就實質特徵而言，HARMS網路可用一薄層形式予以產生。
在導電層中藉由HARMS網路所得到之優點包括優質的機械耐久性、伸展性和可加熱成型能力以及用於需光透明TSF應用之高透光度，但仍具非常易撓可調式電氣特性。 為使這些優點最大化，導電層可實質完全由一或多個HARMS網路予以構成。含有碳奈米結構網路用以製造導電層之適用製程係舉例由Canatu Oy在WO 2005/085130 A2及WO 2007/101909 A1中予以說明。
觸感區(TSR)，亦即一導電層內之觸感區，係呈"主動性"或導電層之運作部份，亦即內有執行真實觸感運作之區域。TSR亦可覆蓋導電層之整個區域。一TSF中可有一或多個導電層，以及一導電層可具有一或多個TSR。以上所述含義中，導電層亦可有能夠感測觸摸，但非用於感測觸摸從而不視為TSR之區域。
除了導電層，TSF亦可包含實現一完整可行觸感元件所需之其它層及結構。例如，可具有一基材層及/或用於薄膜機械性保護之一或多層。另外，亦可具有一或多層用於折射係數或顏色匹配、及/或一或多塗佈層以舉例用於防刮、隔層、裝飾、自清理、或其它用途。根據本發明，這些層對導電層可呈任何順序或位置。除了層化元件，TSF亦可包含三維組織結構，例如接觸電極與其它接觸結構或穿通TSF全部或一部份延伸之貫孔。為求簡化，這些額外薄膜與結構雖然未在底下詳細說明之所有圖式中顯示，但仍係包含在本發明之範疇內。
使用者輸入表面(UIS)，亦即使用者介面表面，意指TSF之表面，在TSF之表面上使用時，TSF係經配置以感測觸摸。換句話說，UIS形成TSF真實基於觸摸之使用者介面。一般而言，UIS為TSF之自由表面，係經配置於一裝 置上以供藉由TSF運作。
根據本發明，觸感薄膜之使用者輸入表面包含一觸覺可辨識性表面特徵(下文亦稱為"TDSF")，其偏離使用者輸入表面一般性本質供，並藉由感測觸覺可辨識性表面特徵以識別觸感區的位置。換句話說，在一根據本發明之觸感薄膜TSF中，觸感區係藉由一TDSF予以"標示"，使得觸感薄膜或一使用TDSF之裝置可基於TDSF所產生的觸覺感受識別，亦即認知，觸感區位置。使用者藉以確認其在使用者輸入表面(亦即觸感區)上正觸摸到正確的位置或區域。
所述得藉由感測TDSF以識別感測區位置的”標示”自然地迫使TDSF之位置必須連結於TSR，以使得TSF之使用者能基於所述感測判定使用者是否正在觸摸TSR內的TSF。首先，TDSF可置於TSR的區域上，將TSR部份或整個覆蓋。或者，一或多個TDSF可毗鄰TSR之區域而置。例如，一TDSF或複數TDSF可圍繞TSR之區域。
本發明之所述基本原理為設計基於TSF之使用者介面提供很大的優點。根據本發明之觸感薄膜不僅可用於實現TSF係疊置於一顯示器上之觸控螢幕，其中使用者以顯示器上呈現的資訊為基礎定位觸摸位置，亦可實現其它基於觸摸之使用者輸入配置。例如，一根據本發明之TSF可用於取代各種習知的機械性按鈕與致動器，本說明書稍後有更詳細的說明。
所述TDSF可用各種方式予以實現而能以有別於UIS所產生之一般觸覺感受的觸覺感受為基礎來識別TSR的位 置。首先，TDSF可包含一或多個偏離UIS一般性位準之突出部以供藉由感測所述突出部識別TSR的位置。另一方面，TDSF可包含偏離UIS一般性紋理之紋理以供藉由感測所述TDSF之紋理識別TSR之位置。取決於UIS之一般性本質，這可意指一具紋理表面、無紋理表面、或任何一種有別於圍繞TDSF以提供一可辨識性觸覺感受之一般性紋理。
一UIS可以任何組合方式包含所述TDSF。例如，一UIS可包含許多能共同形成一TDSF或TDSF一部份之突出部、或具有一較大面積之單一突出部，所述單一突出部本身可具有一偏離UIS一般性紋理之具紋理表面以形成一TDSF。本質上，除了突出部與紋理，其它解決方案亦得用於實現一TDSF。
突出部可具有任何偏離UIS一般性位準之形式，使得突出部可由使用者藉由一根手指及/或舉例藉由一機械性尖筆觸摸TSF予以感測。足夠用於所述感測之偏離舉例取決於突出部對於UIS一般性位準之高度，並取決於所述偏離的陡斜程度，亦即UIS表面銳利程度在突出部區域中的變化。
就一非常簡單的實施例而言，突出部即可為一由所述UIS一般性位準朝外或朝內延展之點狀突出部。突出部舉例亦可包含一圍繞感測區朝內或朝外突出之輪廓線、脊部或谷部。因此，為了避免混淆，"突出部"在此亦包括凹入部、凹洞、或孔洞。
有別於UIS一般性紋理用於達成一TDSF之不同紋理區 簡單實施例可包括多孔性、粗糙度、平滑度、潤滑性及/或膠黏性之變化。這可藉由正如本技藝已知之各種表面處理或材料選擇予以達成。
例如突出部或紋理之觸覺可辨識性表面特徵可經配置以產生一分級式觸覺感受供一使用者觸摸UIS。分級式觸覺感受在此意指遍佈TDSF區域之觸覺感受並非均勻，而是取決於TDSF上之觸摸位置變化。所述分級舉例可提供一級別(scale)或位置指示。例如，在一經配置作為滾桿之TDSF和TSR中，滾桿之一端與另一端相比，可以較粗糙、較膠黏、及/或具不同形狀及/或分隔之突出部。因此，此等突出部、紋理或突出部與紋理結合之差異可用於指示TDSF/TSR上之觸摸位置。
一位於UIS上之突出部可用各種方式予以實現。首先，可在TSF最外層之上表面中具有突出部，該最外層係與導電層不同。例如，所述最外層係一可作為防護性反刮層或用於裝飾目的之層。該最外層之下表面可呈平坦或所述突出部可藉由在一具有一對應突出部之下層一致性地形成該最外層予以實現。另一方面，導電層本身亦得具有突出部。首先，突出部係形成於導電性上表面之上層，亦即UIS側部之表面。或者，導電層可經形成以一致性地接著(follow)其下方一表面之三維形狀。
在本技藝中，有許多方法得產生依據本發明之一致性薄膜。這些方法包括吹膜(Film Blowing)、中空成型(Extrusion Blow Moulding)、型材擠壓成型(Profile Extrusion Moulding)、注塑吹瓶(Injection Blow Moulding)、注塑成型(Injection Moulding)、氣體輔助注塑成型(Gas Assisted Injection Moulding)、注射拉伸吹塑成型(Injection Stretch Blow Moulding)、插入成型(Insert Moulding)、注塑擴大(Moulding Expanding)、滾塑(Rotational Moulding)、結構發泡成型(Structural Foam Moulding)、熱成型/真空成型(Thermoforming/Vacuum Forming)、拉擠成型(Pultrusion)、轉送模製(Transfer Moulding)、SMC/DMC模壓(SMC/DMC Moulding)、模內貼標(In Mould Labeling)以及模內轉印(In Mold Decoration)。導電層亦可舉例經由熱泳(thermophoresis)、嵌塞(impaction)、電泳(electrophoresis)和轉印(transfer printing)以大量諸如旋轉塗佈、篩選、屏蔽(screen)、快乾或雷射印刷等溼與乾印刷法、噴灑塗佈、噴墨印刷、CVD、以及氣溶膠直接乾印刷之氣態與液態製程在已成形之表面上予以直接一致性沉積。其它用以產生上有隆凸之薄膜的製程舉例包括，但不侷限於，沖壓以及熱壓成型。
在包含一HARM結構網路之較佳導電層實例中，一用於製造一致性覆蓋三維表面之導電層的適用方法係由Canatu Oy在WO 2011/107665中予以說明。
TSR與TDSF可置於TSF之平整區段上，其中參照以上說明之UIS一般性位準意指平整表面之位準。或者，TSF可包含一曲折區段，其中TSR與TDSF至少其中之一可置於 TSF之該曲折區段上。在此實例中，參照以上說明之UIS一般性位準意指連續曲折表面之切向位準(tangential level)。一含有一曲折區段之TSF進一步強化本發明之多元性。
要實現一含有一曲折區段的TSF有許多可能性。一以含有一或多個HARMS網路之導電層為基礎之TSF再次為一較佳具體實施例，所述HARMS網路能夠非常隨意地選擇導電層之形式。
如上所述，一根據本發明之TSF舉例可在各種電子裝置中用於取代習知的機械性按鈕(像是開/關按鈕與相關機械性致動器之類，諸如切換鍵、撥號盤、滑桿和切換器)。換句話說，代替一或多個機械性按鈕，所述裝置可存在一具有一或多個感測區之TSF，所述感測區係藉由形成表面之一部份或整個表面之UIS上之一或多個TDSF予以"標示"或呈可識別性。因此，代替一待按壓或另待機械性移位的按鈕，使用者於是可藉由僅觸摸TSF之TDSF提供一輸入。使用者輸入表面上之突出部或其它TDSF能讓使用者確認TSR內之正確觸摸位置。注意機械性按鈕在此指的是所有機械性致動器，如開/關按鈕、切換鍵、撥號盤、滑桿以及切換器。
為了實現上述本發明之可能性，一選擇方案在於觸感區係經配置以作為滑桿，亦即一般呈伸長型之使用者介面配置，其中使用者控制藉由觸摸位置或沿著該介面配置之觸摸移動以控制輸入。在一較佳具體實施例中，經配置作 為滑桿之TSR係呈實質U型。這簡化了滑桿類TSR之實現，詳細說明中將作更多解釋。
在另一選擇方案中，觸感區具實質環狀並且係經配置作為撥號盤，其中輸入就像是在滑桿中，係藉由實質觸摸位置或沿著該環形TSR之觸摸移動予以控制。
較佳地，根據本發明之觸感薄膜包含複數觸感區。藉此，單一TSF可用於實現許多功能，這為利用TSF之裝置大幅簡化其結構與組裝。
較佳地，TSF係作成可撓式結構以便能沿著三維表面使TSF彎曲。一"可撓式"結構在此意指一種能較佳重複地以低於10mm，尤較佳地係低於5mm，之曲度半徑依從至少一方向彎曲的結構。較佳地，TSF係同時依從至少兩方向呈可撓性。
取代或除了可撓性以外，TSF亦可作成可變形性結構以便能舉例藉由使用加熱塑型(例如真空或其它方式)一致性地沿著三維表面使TSF變形。
TSF之可撓性及/或可變形性搭配用於識別TSR之TDSF為實現觸感裝置開啟完全新穎的可能性。例如，一作為行動裝置使用者介面之TSF可彎曲或形成以延展至裝置邊緣，使得TSF甚至可覆蓋整個裝置表面。在一覆蓋三維裝置表面之不同表面並含有複數觸感區之TSF中，那許多觸感區可配置用於不同用途。在一有益的具體實施例中，一感測區覆蓋一顯示器之區域以形成一觸控螢幕。舉例位於裝置側部之其它感測區可根據本發明之核心原理配置作為 如上所述取代習知機械性致動器之觸感元件，習知機械性致動器舉例為電源切換器或螢幕亮度滑桿。
再者，可變形性亦能藉由使具有對應突出區段之表面上的TSF變形而讓UIS之突出部成形。
同樣由可撓性及/或可變形性TSF之觀點得知，導電層之一較佳選擇係一包含一或多個HARMS網路之導電層。HARM結構與其網路呈固有可撓性，從而能使TSF彎曲及/或變形。
本發明之第二觀點係聚焦於一根據本發明第一觀點含有一觸感薄膜之觸感裝置，所述觸感裝置的原理及優點係如上所述。本裝置復包含用於供應一電氣激勵信號至TSF或從TSF接收一電氣回應信號之電路構件，以及以回應信號觸摸效應為基礎用於處理從TSF接收到的電氣回應信號供偵測觸摸之處理構件。因此，"觸感裝置"在此意指一完整可運作之裝置，所述完整可運作之裝置除了TSF，亦包含像是測量電子件以及所述測量電子件內需執行觸感運作之測量演算法軟體之類的其它元件。
電路構件可包含不同類型之接觸電極、線路與其它形式之導體、切換器、以及將TSF與一或多TSF導電層連接至觸感裝置其餘部份所需的其它元件。相對應地，處理構件可包含任何硬體與電子件以及用於產生並控制運作TSF時所需信號的軟體工具。觸感裝置亦可包含測量、收集、以及處理回應信號以便偵測並定位TSF上之觸摸的任何構件。電路構件與控制構件可藉由已知組件、元件和原理予 以實現。
一激勵信號在此意指任何經由電路構件耦接至TSF導電層以及提供適用於監測觸摸在這些條件下所引起變化之條件的電氣信號。激勵信號亦可舉例稱為驅動信號或刺激信號。典型實施例為交流電流與電壓。回應信號相對應地為任何藉由使用電路構件以及藉由以觸摸造成信號變化為基礎致能偵測觸摸而從導電層測量到的任何電氣信號。
本發明之觸感裝置可實現成標準型或客製化獨立模組或實現成整合作為某較大裝置一部份之不可分開單元，所述某較大裝置舉例為行動電話、手持式電腦、電子閱讀器、電子導航器、遊戲機、汽車儀表板或方向盤等。
本發明之第三觀點係聚焦於一種電子裝置，其特徵在於所述電子裝置包含一根據本發明第一觀點之觸感薄膜，所述觸感薄膜之原理與優點係如上所述，其中觸感薄膜係配置作為電子裝置之使用者介面。電子裝置舉例可為行動電子裝置，諸如行動電話或智慧型手機之類。
在一較佳具體實施例中，觸感薄膜包含複數觸感區、所述複數觸感區包含一覆蓋電子裝置顯示器至少部份區域以形成觸控螢幕之觸感區。此類單一多功能觸感薄膜相較於分開型觸控螢幕與機械性致動器可大幅簡化電子裝置之組裝。這提供了對行動電子裝置尤其有用之成本節約。
第1a圖概表表示一根據先前技藝之行動電子裝置。舉例為行動電話之行動電子裝置70包含一用顯示不同資訊 給行動電子裝置使用者之顯示器78。一觸感薄膜71係疊置於所述顯示器上。顯示器與觸感薄膜共同形成一觸控螢幕以作為行動電子裝置使用者介面之一部份。還有，行動電子裝置機殼之不同位置具有各種機械性致動器73進一步作為使用者輸入元件供不同用途。這些致動器可包含例如按鈕、滑桿等。在先前技藝中，此等機械性致動器係舉例當作電源開關、揚聲器控制器、將裝置調至待機模式之切換器等。
第1b圖表示一根據本發明之觸感薄膜1。在觸感薄膜之核心中置有一導電層(圖中看不見，為第1b至1d圖中的分開層)。圖式中看到的觸感薄膜之表面形成使用者輸入界面4係用於接收使用者對觸感薄膜之觸模。導電層中有五個相對較小的觸感區3，係置於觸感薄膜周邊附近。於觸感薄膜之上表面，亦即，使用者輸入界面4，置有觸覺可辨識性表面特徵5之區域，亦即所提供的觸感與使用者輸入表面周圍區域所供觸感不同之表面特徵。
觸覺可辨識性表面特徵5舉例可包含一或多個突出部、凹入部、凹槽、脊部、谷部等，係有別於使用者輸入表面之一般性位準而可作觸覺性偵測。另外，代替或除了那些特徵以外，此等觸覺可辨識性表面特徵可包含一或多類與使用者輸入表面之一般性紋理有所不同的紋理，致使那些特徵呈觸覺可辨識性。
具有觸覺可辨識性表面特徵5之區域其目的在於提供用於觸覺性識別觸感區3位置的方式，讓使用者可確定觸 摸的正確位置。在第1b至1d圖的實施例中，此等具有觸覺可辨識性表面特徵5之區域係經共置具有觸感區3之區域。或者，一或多個觸覺可辨識性表面特徵5可置於觸感區3內而未完全覆蓋觸感區3、圍繞觸感區而置、或置於任何可符合識別觸感區目的之觸感區位置的位置。
觸感區3可經配置以單純地偵測有無觸摸而不需界定觸感區域內之精確觸摸位置。然而，亦有可能具有一或多個那種配置用來同樣偵測觸摸位置或甚至多個觸摸位置以及沿著觸感區觸摸移動的觸感區。此類觸感區可經配置舉例作為滑桿或撥號盤。
除了上述觸感區3以外，第1b至1d圖的觸感薄膜1亦包含又一覆蓋觸感薄膜1中間區域的觸感區6。此觸感區大於另外的觸感區3並且未有任何觸覺可辨識表面特徵標示，即使此觸感區是可以有觸覺可辨識性表面特徵標示的。此觸感區6係經配置搭配一顯示器共同形成一觸控螢幕。在一觸控螢幕中，使用者基於顯示器上所示的資訊選擇觸摸位置，故而不需要藉由觸覺可辨識性表面特徵標示觸控營幕之觸感區。
如第1c圖所示，觸感薄膜1可彎曲或變形以覆蓋三維表面。換句話說，觸感薄膜舉例經由加熱成形係具有可撓性及/或可變形性。受惠於三維形狀之能力，觸感薄膜1在一薄膜曲折區段上亦能夠具有觸感區3，如第1c圖所示。
在第1d圖之行動電子裝置中，可撓性/可變形性之有利特徵係用在行動電子裝置7中，一如第1a至1c圖所示 之觸感薄膜1已整合成行動電子裝置7的一部份。觸感薄膜覆蓋行動電子裝置7前表面的大部份，並且亦繼續覆蓋行動電子裝置7之邊緣及側表面。最大的觸感區6與裝置之顯示器8共同形成一觸控螢幕。行動電子裝置機殼上其示有觸覺可辨識性表面特徵5之區域的其它觸感區3取代第1a圖先前技藝所示機械性致動器作為使用者介面元件。這些觸感區中有三個位於行動電子裝置的前表面上，並且有兩個落於行動電子裝置的側表面上。
第2a與2b圖依據本發明概要描繪觸感薄膜之導電層3及相關架構。第2a圖之導電層2代表一種每一個觸感區3皆係經由自有電極9進行接觸的方式。換句話說，TSF之導電層係經分段使得導電層僅已沉積或另外形成於TSR3的區域中，以及電極9係視需要藉由觸感裝置設計予以連接至每一個TSR。
第2b圖表示一非分割導電層2，亦即導電層在觸感區3、6外側亦呈連續。在此配置中，電極9係僅視需要藉由觸摸感測器設計附著於TSF的周邊，並且觸感區3係藉由軟體，演算法，以及整個觸感裝置的電子予以界定，其中，導電層2和觸感薄膜的其它部份形成觸感裝置的一部份。因此，TSR的外側區域可有能力感測觸摸，但觸感薄膜係經配置而僅呼應所界定TSR中的觸摸。此觸感薄膜和觸感裝置的詳細配置與運作原理可與Canatu Oy在WO 2011/107666中所述類似。導電層2之薄片電阻率則係較佳地高於或等於3k Ω(仟歐姆)，甚至係較佳地介於5至 100k Ω的範圍內，最佳係落於10至50k Ω的範圍內。
第3a至3e圖概要表示利用浮雕在一觸感薄膜1之導電層2之觸感區3的區域中形成突出部5。一沖壓模具10係用於在觸感薄膜之基材層11中以及觸感薄膜之導電層2上產生一串突出部5。在產生形成表面特徵之突出部5之後，其中所述表面特徵由TSF在觸感區3外側之其它部份係呈觸覺可辨識性，沖壓過的TSF可附著於一物件表面12，例如行動電子裝置機殼中的表面，以作為那個裝置的使用者介面。在此實施例中，突出部5係在基材層11中形成，而實質較薄之導電層2則維持實質均勻之厚度。作為行動電子裝置的另一種選擇，所述物件表面舉例亦可為汽車方向盤或中控台之表面，冰箱或火爐、或任何其它基於觸摸之使用者介面合用之裝置或物件之使用者介面。
第4a至4d圖概要描述利用浮雕僅在基材層11之自由表面中形成突出部5，所述基材層11毗鄰導電層2之表面維持平坦。
第5a與5b圖概要描述利用真空加熱成型在TSF 1之使用者輸入表面4上形成觸覺可辨識性突出部5。熱與真空係用於使TSF 1一致性地變形並附著於具有一串突出部5之物件表面。
第6a與6b圖概要描述第5a與5b圖的變形，其中毗鄰物件表面12之層為基材層11而非導電層2。
第7a至7c圖概要描述在上有突出部5之基材表面12上利用導電層2之直接沉積。舉例呈氣態、液態、或氣溶 膠之導電層材料13係直接沉積在物件12上而無需使用分開之基材層。所述沉積可在真空中實施，如同習知的ITO製程。
第8a至8c圖概要描述第7a至7c圖所示製程之變形。在第8a與8b圖的製程中，係沉積一分段之導電層2，其中導電層材炓係僅沉積於觸感區3之區域。
第9a至9d圖概要描述利用沖壓在TSF 1之使用者輸入表面4上形成觸覺可辨識性突出物5。在第9a至9d圖的製程中，一上有分段之導電層2之觸感薄膜1係附著於一具有一串突出部之物件表面12，並且使用一沖壓模具10對著物件表面沖壓而將突出部複製於觸感薄膜。具有與物件上突出部呈倒反狀之沖壓模具10係同時用於在TSF中產生一串突出部並且使TSF附著於物件表面。
依據本發明亦得使用本技藝之其它技術產生具有觸覺可辨識性表面特徵之觸感薄膜，所以，上述實施例未以任何方式限制本發明之範疇。
第10圖表示依據本發明之一較佳具體實施例之觸感薄膜之上視圖與側視圖。TSF 1具有一配置作為滑桿之觸感區3，亦即一種使用者經由沿著觸感區滑動觸摸位置以控制其輸入的使用者介面元件。第10圖之觸感區3具有一"U"型配置。在本具體實施例中，輸入與輸出連接器電極9係連接於U的"上"端。感測器依據Canatu Oy在WO 2011/107666中所述方法與裝置之原理運作。此U型架構所提供的優點在於輸入與輸出電極係位於觸感區3的同一 側(U的上方)，從而使得在電子裝置中整合觸感薄膜更為簡單。此U型感測器配置比第11圖所示另一直線型感測器配置更緊密。藉由產生一U型感測器，手指或其它指針提升電氣耦接性以及因觸摸而產生的信號強度。U的"腳部"之間的距離不是關鍵，但在較佳具體實施例中，一手指應該能同時觸摸U的兩個腳部，儘管觸摸一側也可行。
在第11圖之直型滑桿配置中，突出部15的高度變異使得突出部在觸感區3邊緣處的高度低於中間。這提供了分級式觸覺感受並且從而讓使用者更精確地識別沿著觸感區觸摸的位置及移動。
曲折之觸感區的變異係示於第12圖，其描述一經配置作為撥號盤的觸感區3，例如一種使用者經由沿著環狀觸感區滑動觸摸位置控制其輸入之使用者干擾元件。
在底下的敍述中，係簡短說明本發明不同具體實施例中四個可依據上述具體實施例產生並配置的實施例A)至D)。實施例A與C僅利用較大TSF上分段之TSR，TSF之TSR係對齊合意"按鈕"與滑桿之位置。在實施例B和D中，TSF不具有圖樣或分段，以及軟體係用於辨識主動區並忽略其餘區域。
實施例A：
一根據本發明之滑桿裝置係舉例藉由後述說明予以製造，產生一具有一TSR之TSF，所述TSR具有連接至感測電路之所需連接，在一物件上加熱成型該TSR，所述物件舉例具有一於要實施滑桿功能之區域中含有一脊部或凸塊 區的TSR。在此例中，觸摸輸入僅在物件滑桿區內才可偵測到。
實施例B：
一依據本發明之滑桿裝置係舉例藉由後述說明予以製造，產生一具有一TSR之TSF，所述TSR具有連接至感測電路之所需連接，在一物件上加熱成型該TSF，所述物件舉例具有一於實施滑桿功能之區域中之脊部或凸塊所構成之區域。控制軟體接著執行程序僅記錄具脊部或凸塊之滑桿區中的觸摸。
實施例C：
一依據本發明之滑桿及關/關按鈕裝置係舉例藉由後述說明予以製造，產生一具有複數TSR的TSF，所述TSR具有連接至感測電路所需的連接，在一形狀上加熱成型該TSF，所述形狀舉例具有一由脊部與一凸起之凸塊所構成的區域，所述脊部位於要實施滑桿功能的區域內，以及所述凸起之凸塊位於要實施開/關按鈕功能的區域內。TSR係對齊於具有脊部與凸塊的區域。在此例中，觸摸輸入僅得在物件之滑桿區及物件之開/關按鈕區內才可予以偵測。
實施例D：
一依據本發明之滑桿及開/關按鈕裝置係舉例藉由後述說明予以製造，產生一具有複數TSR的TSF，所述複數TSR具有連接至感測電路所需的連接，在一物件上加熱成型該TSF，所述物件舉例具有一由脊部與一凸起之凸塊所構成的區域，所述脊部位於要實施滑桿功能的區域內，所 述凸起之凸塊位於要實施開/關按鈕功能的區域內。控制軟體接著執行程序僅分別在具有脊部之滑桿區以及具有一凸塊之開/關按鈕區內記錄觸摸。
第13圖描述各種舉例用於取代電子裝置中習知開/關按鈕的觸覺可識別性表面特徵(TDSF)。在最左方的例子裡，觸感區3上使用者輸入表面4之平滑中心區係由一變粗糙表面區13予以環繞。在左邊數來第二個實例裡，UIS在觸感區3整個區域上具有一變粗糙表面。在最中間的例子裡，一抬高之環形環狀物14環繞觸感區3上UIS之較低中央區。在右邊數來第二個實例裡，抬升之形體係藉由一由UIS之一般性位準向下延展之鏡射拓撲予以取代。最右方的實例表示觸感區3上之TDSF中間區域內一抬升之TDSF與一變粗糙區的結合。變粗糙表面區可舉例藉由以一粗糙表面材料塗佈TSF予以產生。或者，可使用特殊處理使一初始平滑表面變粗糙。
第14圖之觸感裝置16可依據第1d圖舉例為一行動電子裝置之觸控螢幕。觸感裝置包含一觸感薄膜1、以及一信號處理單元17，所述信號處理單元17係用於產生激勵信號18並控制對觸感薄膜1之信號供應。信號處理單元17亦負責接收測量自觸感薄膜1之回應信號19，並用於以這些信號為基礎決定存在性以及亦決定可能之觸摸位置。信號處理單元17與觸感薄膜1藉由信號線路20彼此相連。依據第14圖之裝置係經配置將一含有一交流電流或電壓之激勵信號18經由一或多個置於所述裝置上的接觸電 極耦接至觸感薄膜之導電層。這些接觸電極接著作為觸感薄膜之輸入點。導電層上的一或多個接觸電極係作為輸出點用於測量回應信號。該觸感裝置運作與較佳配置之更詳細說明係舉例由Canatu Oy在WO 2011/107666之說明予以提供。
熟悉本技藝之人士清楚知道本發明不侷限於上述之具體實施例和實施例，而本發明之具體實施例可在請求項之範疇內自由變化。尤甚者，上述具體實施例和實施例中呈現的不同特徵可以任何組合在一觸感薄膜、觸感裝置、以及一電子裝置中呈現。
1‧‧‧觸感薄膜
2‧‧‧導電層
3、6‧‧‧觸感區
4‧‧‧使用者輸入表面
5、14、15‧‧‧觸覺可辨識性表面特徵、突出部
7‧‧‧行動電子裝置
8‧‧‧顯示器
9‧‧‧電極
10‧‧‧沖壓模具
11‧‧‧基材層
12‧‧‧物件表面
13‧‧‧導電層材料
16‧‧‧觸感裝置
17‧‧‧信號處理單元
18‧‧‧激勵信號
19‧‧‧回應信號
70‧‧‧行動電子裝置
71‧‧‧觸感薄膜
73‧‧‧致動器
78‧‧‧顯示器
本發明已參照描繪本發明較佳具體實施例之實施例附圖作了較為詳細的說明。
第1a圖代表先前技藝。
第1b至1d圖根據本發明之一具體實施例概要描繪一觸感薄膜和一電子裝置。
第2a與2b圖根據本發明概要描繪一觸感薄膜之部份。
第3a至3e、4a至4e、5a至5b、6a至6b、7a至7c、8a至8c、以及9a至9d圖根據本發明概要描繪產生觸感薄膜之不同方法。
第10至13圖根據本發明描繪一觸感薄膜之不同觸感區配置。
第14圖根據本發明以方塊圖呈現一觸感裝置之一般性架構。
圖式中，相呼應的元件在圖式裡係以相稱之參照符號援引使用。
1‧‧‧觸感薄膜
3、6‧‧‧觸感區
5‧‧‧觸覺可辨識性表面特徵、突出部
7‧‧‧行動電子裝置
8‧‧‧顯示器

Claims (18)

  1. 一種觸感薄膜(1)，其包含一具有一觸感區(3)之導電層(2)、以及一使用者輸入表面(4)，其特徵在於該觸感薄膜(1)之該使用者輸入表面(4)包含一觸覺可辨識性表面特徵(5、14、15)，所述觸覺可辨識性表面特徵(5、14、15)具有不同於該使用者輸入表面之性質，並藉由感測所述觸覺可辨識性表面特徵以供識別該觸感區(3)之位置，該觸覺可辨識性表面特徵係置於該觸感區內，而未完全覆蓋該觸感區及/或圍繞該觸感區。
  2. 如申請專利範圍第1項所述之觸感薄膜(1)，其中該導電層(2)包含一或多個高縱橫比分子結構(HARMS)網路。
  3. 如申請專利範圍第1或2項所述之觸感薄膜(1)，其中該觸覺可辨識性表面特徵包含一突出部(5、15)，該突出部(5、15)具有不同於該使用者輸入表面之位準。
  4. 如申請專利範圍第3項所述之觸感薄膜(1)，其中該觸感薄膜包含複數毗鄰之隆凸(5)。
  5. 如申請專利範圍第1或2項所述之觸感薄膜(1)，其中該觸覺可辨識性表面特徵包含紋理(14)，所述紋理具有不同於該使用者輸入表面(4)之紋理。
  6. 如申請專利範圍第1或2項所述之觸感薄膜(1)，其中該觸覺可辨識性表面特徵(5、14)係經配置以產生一分級式觸覺感受。
  7. 如申請專利範圍第1或2項所述之觸感薄膜(1)，其中該觸感薄膜包含一曲折區段、並且該觸感區(3)與該觸 覺可辨識性表面特徵(5)至少其中之一落於該曲折區段內。
  8. 如申請專利範圍第1或2項所述之觸感薄膜(1)，其中該觸感區(3)係經配置作為一滑桿。
  9. 如申請專利範圍第8項所述之觸感薄膜(1)，其中該經配置作為一滑桿之觸感區(3)係呈實質U型。
  10. 如申請專利範圍第1或2項所述之觸感薄膜(1)，其中該觸感區(3)具實質環狀並且係經配置作為一撥號盤。
  11. 如申請專利範圍第1或2項所述之觸感薄膜(1)，其中該觸感薄膜(1)包含複數觸感區(3、6)。
  12. 如申請專利範圍第1或2項所述之觸感薄膜(1)，其中該觸感薄膜(1)係作成一可撓式架構以便能沿者三維表面使其彎曲。
  13. 如申請專利範圍第1或2項所述之觸感薄膜(1)，其中該觸感薄膜(1)係作成一可變形性架構以便該觸感薄膜沿著一三維表面一致性變形。
  14. 如申請專利範圍第11項所述之觸感薄膜(1)，其中該觸感薄膜係經配置以覆蓋一三維裝置之不同表面，該複數觸感區(3)包含一經配置用來覆蓋一顯示器(8)區域以形成一觸控螢幕之觸感區(6)。
  15. 一種觸感裝置(16)，其包含一如申請專利範圍1至14項中任一項所述之觸感薄膜(1)，該觸感裝置復包含：用於提供一電性激勵信號給該觸感薄膜並且從該觸感薄膜接收一電性回應信號之構件，以及 以該回應信號上之觸摸效應為基礎用於處理該電性回應信號以偵測一或多個觸摸的構件。
  16. 一種電子裝置(7)，其包含一如申請專利範圍第1至14項中任一項所述之觸感薄膜(1)，該觸感薄膜係經配置作為該電子裝置之一使用者介面。
  17. 如申請專利範圍第16項所述之電子裝置，其中該觸感薄膜(1)包含複數觸感區(3、6)，該複數觸感區包含一覆蓋一顯示器(8)之區域以形成一觸控螢幕之觸感區(6)。
  18. 如申請專利範圍第16或17項所述之電子裝置，其中該電子裝置為一行動電子裝置。
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