[发明专利]具有触觉反馈的摩擦电传感器

说明书

描述了用于接收用户基于触摸的输入和控制电子设备的基于摩擦电的传感器。基于摩擦电的传感器也可以包括与基于摩擦电的传感器共同位于同一基底上的触觉反馈设备，例如致动器。触觉反馈设备和基于摩擦电的传感器可以共享活性聚合物层。基于摩擦电的传感器可以包括由全氟共聚物制成的活性层，该全氟共聚物例如通过苯中的自由基聚合制备的聚(甲基丙烯酸甲酯)‑聚(1H,1H‑全氟辛醇甲基丙烯酸酯)共聚物。

相关申请的交叉引用

本申请要求于2017年1月6日提交的美国临时专利申请第62/443193号的优先权，故通过引用的方式将该临时专利申请整体并入本文。

技术领域

本公开内容涉及用户输入设备。更具体地，本公开内容涉及基于摩擦电传感器的用户输入设备。

背景技术

与诸如计算机、家用电器或汽车控制台之类的电子设备的交互的特征在于使用机械开关(键盘、按钮、旋钮等)作为给定系统执行动作的输入机制。许多电器中的开启/关闭开关是机械开关，当按下时电流通过开关，但未按下时对电流产生很大的阻力。在计算机键盘中使用用户施力输入所需字母的开关。一些最近发展包括使用触敏技术来代替机械开关。正在使用电容式、电阻式、或基于光学的接近或触摸传感器来代替机械开关和旋钮，例如汽车控制台中的那些机械开关和旋钮。触敏显示器被嵌入到如移动电话、平板电脑甚至ATM机等的系统中。然而，传统的触敏技术具有的主要缺点是用户缺乏触摸感。也就是说，用户不能像感觉机械开关的操作那样感觉到这些设备的操作。

传统触摸传感器的示例在图1A和图1B中示出。图1A示出了根据现有技术的机械开关。墙壁开关102可以包括杆104。当用户操作墙壁开关102时，用户感觉到杆104的移动。图1B示出了根据现有技术的电容式触摸屏。移动设备110的电容式触摸屏112可以将用户输入感应成如图表114所示的静电场中的扰动。该场可以被处理用于确定用户输入的位置。但是，用户感觉不到静电场。显示这种差异的一个示例是采用传统键盘与触摸屏设备键盘进行打字对比。使用传统键盘，用户能够感受到按下按键的动作，这使用户确认正在发生的动作。使用触摸屏键盘，动作的确认必须通过其他方式，通常是光学或声音确认，但不是真实的触摸感觉。

此外，与传统触摸传感器的交互仅限于其内置的表面的感觉。例如，当与触摸屏交互时，人的手指感知玻璃的表面。在机械开关的情况下，当需要动作时，用户能够感觉到正在发生的动作。在两个示例中反馈都是固定的。

以上仅描述了传统电子设备以及这些设备的输入和输出的一些缺点。然而，这些缺点示出了需要进一步改进改进用户输入和用户反馈，以提高电子设备(例如灯开关或消费者智能电话)与用户交互的能力。

发明内容

摩擦电传感器能够用于通过触摸感提供电子设备和人之间的交互。摩擦电传感器可以确定用户例如用他们的手或手指施加到传感器的力的大小，并将施加的力转换成电信号。该电信号可以被处理并用于控制电子设备的操作。然后电子设备可以通过触摸感向用户提供触觉反馈。触觉反馈组件(例如致动器)可以与基于摩擦电的组件(例如摩擦电传感器)集成，作为电子设备(例如智能电话)中的组件的一部分。例如，触觉设备和摩擦电传感器可以构造在同一基底上，使得设备共同位于同一基底上。此外，在一些示例中，触觉设备和摩擦电传感器可以构造在同一基底上并共享公共有源层。整个说明书中的示例展示了一种新颖的能够重建触摸感的触摸传感器技术，该技术给予用户与触摸传感器交互的感觉，并且允许使用机械开关不可能实现的定制的动态反馈。本文所述设备的触摸感应能力可以利用摩擦电效应的设备实现。在一些示例中，基于摩擦电的传感器能够是自供电的。触摸传感器可以与压电致动器集成以通过例如振动的触觉反馈重建触摸感。具有触觉反馈的触摸传感器可以在刚性或柔性基底上制造。具有触觉反馈的机械灵活触摸传感器允许设计更轻、更小、更优雅的触摸界面。根据本文描述的示例构造的设备能够用于代替在电器、汽车控制台、外围输入设备(例如键盘、键垫等)中的机械开关。