专利名称：触摸面板和包含其的电子设备的制作方法
技术领域：
一个或多个实施例涉及用户输入设备，而且更具体地，涉及触摸面板和包含其的 电子设备。
背景技术：
触摸面板是用于通过感测其上的用户的接触来确定用户是否产生输入信号、以及 用户的输入信号的位置的一种用户输入设备。用户可以通过以他或她的手指、触笔等接触 或按压触摸面板来向其输入数据或信号。触摸面板用于制造用于替换膝上计算机、上网本 等中的鼠标的触摸板，或者用于替换电子设备的输入开关。可以与显示器关联使用触摸面 板。安装在诸如液晶显示器(LCD)、等离子显示面板(PDP)、阴极射线管(CRT)等的显示器 的屏幕上的触摸面板被称为“触摸屏”。可以将触摸屏与显示器集成以构成该显示器的屏 幕，或者可以将其额外地附接在该显示器的屏幕上。触摸面板可以用于替换诸如键盘的用户输入设备，而且还允许简单的操纵。另外， 触摸面板可以根据要执行的应用的类型、或已执行的应用的阶段来向用户提供多种类型的 按钮。从而，触摸面板(特别是，触摸屏)被广泛地使用作为诸如移动电话机、个人数字助 理(PDA)、便携多媒体播放器(PMP)、数字照相机、便携游戏机、MP3播放器等以及自动柜员 机(ATM)、信息交易机、售票机等的电子设备的输入设备。根据感测用户的输入的方法，可以将触摸面板分类为电阻型、电容型、表面声波型 (saw)型、红外型等。电容型触摸面板通过测量因接触或按压造成的电容变化来确定用户是 否产生输入信号、以及用户的输入信号的位置。然而，电容型触摸面板无法为用户提供输入 感(sense of input)，S卩，用户在输入时得到的识别的感受。为了克服该缺点，已经提出了 在触摸面板下安装振动马达的方法。该方法通过在感测到用户的接触时利用振动马达振动 整个触摸面板来为用户提供输入感。
发明内容
一个或多个实施例提供能够使得用户通过他或她的触觉具有多种输入感或点击 感(clicking sensation)的触摸面板、以及包含该触摸面板的电子设备。一个或多个实施例还提供能够根据要执行的应用的类型或已执行的应用的阶段 来为用户提供多种输入感或点击感的触摸面板、以及包含该触摸面板的电子设备。根据一个实施例的方面，提供一种触摸面板，包括第一基板、第二基板、驱动电极 对阵列、以及电流变流体。第二基板与第一基板隔开预定距离，而且其上具有用户触摸表 面。所述驱动电极对被布置在第一基板和第二基板上，而且在施加驱动电压时在第一基板 与第二基板之间部分地感应电场。该电流变流体被填充在第一基板与第二基板之间的间隙 中，该电流变流体的黏度依赖于由所述驱动电极对感应的电场而改变。通过控制驱动电压 的施加和/或解除来调整操作力和返回力中的至少一个。所述驱动电极对的阵列当中要向其施加驱动电压的驱动电极对的数量和位置中的至少一个可以是可调整的。或者，已经施加有驱动电压的驱动电极对当中要从其中移除 驱动电压的驱动电极对的数量和位置中的至少一个可以是可调整的。或者，通过测量因用 户对用户触摸表面的按压造成的第一和第二基板之间的间隙的电容的改变来确定是否发 生了来自用户的输入，而且用于确定发生用户输入的第一和第二基板之间的电容的阈值是 可调整的。根据另一个实施例的一方面，提供一种触摸面板，包括触摸面板主体，具有填充 在上基板与下基板之间的间隙中的电流变流体、和布置在上基板和下基板上的用于在施加 驱动电压时在上基板与下基板之间的间隙中部分地感应电场的驱动电极对的阵列；以及控 制器，用于调整所述驱动电极对的阵列当中要向其施加驱动电压的驱动电极对的数量和位 置中的至少一个，以便改变触摸面板主体的操作力。根据另一个实施例的一方面，提供一种触摸面板，包括触摸面板主体，具有填充 在上基板与下基板之间的间隙中的电流变流体、和布置在上基板和下基板上的用于在施加 驱动电压时在上基板与下基板之间的间隙中部分地感应电场的驱动电极对的阵列。该触摸 面板进一步包括感测单元，用于通过测量上基板与下基板之间的间隙的厚度改变来确定是 否在上基板的用户触摸表面上发生了用户输入，其中感测单元用于确定发生用户输入的上 和下基板之间的间隙厚度的阈值是可调整的。通过控制对其施加驱动电压的区域或位置、移除驱动电压时(即，在屈服点 (buckling point)处)上基板的位移程度、和/或从其中移除已施加的驱动电压的区域或 位置，可以调整该触摸面板的操作力(operating force)和/或返回力(return force)。 通过利用该触摸面板，用户可以通过他或她的触觉来体验多种输入感或点击感。而且，用户 可以根据要执行的应用的类型或已执行的应用的阶段来感受多种输入感或点击感。
通过以下结合附图对实施例的详细描述，上述和其他方面将变得显而易见，其 中图1是示出触摸面板的示例的图；图2是示出图1的触摸面板的触摸面板主体的分解透视图；图3是沿图2的线ΙΙΙ-ΙΙΓ截取的触摸面板主体的截面图；图4是示出具有金属穹顶(metal dome)结构的机械键盘中力与位移的关系的曲 线图；图5A和5B是用于通过比较解释电流变流体的流动受限时流阻增加的现象的视 图；图6(a)、图6(b)是用于解释在触摸面板中向不同数量的驱动电极对施加驱动电 压的示例的视图；图7是示出图6中所示的示例中操作力相对于位移的改变的曲线图；图8(a)-(c)示出在不同的位移处移除施加到触摸面板的驱动电压的示例；图9是示出图8中所示的示例中操作力相对于位移的改变的曲线图；图10示出向属于驱动电极对组的全部驱动电极对施加驱动电压的示例；图11示出在不同的区域处移除施加到图10的驱动电极对的驱动电压的示例；以及图12是示出图11中所示的示例中操作力和返回力相对于位移的改变的曲线图。附图和详细描述中以相同的引用数字标记元件、特征、和结构，而且为了清楚和方 便起见可以在附图中夸大某些元件的尺寸和比例。
具体实施例方式提供详细说明以帮助读者全面理解这里描述的方法、装置、和/或系统。本领域 普通技术人员不难想到这里描述的系统、装置和/或方法的各种各样的变更、修改、和等价 物。意在将这些各种各样的变更、修改、和等价物包含在所附权利要求书的范围内。而且， 省略了公知功能和构造的描述以增进清楚和简洁。根据下面将要描述的实施例的触摸面板是一种用户输入设备，而且可以安装到多 种设备上。例如，触摸面板可以用来作为笔记本、上网本等的触摸板，还可以用来作为多种 家用电器或办公室电子设备等中的用户输入设备。而且，可以使用触摸面板作为电子设备 的显示器的触摸屏，例如，作为诸如移动电话机、个人数字助理(PDA)、便携多媒体播放器 (PMP)、电子书终端、便携计算机、自动柜员机(ATM)、信息交易机、售票机等的电子设备的用 户输入设备。而且，触摸面板可以为用户提供多种输入感或点击感。所述输入感或点击感可以 根据用户的选择和/或根据要执行的应用的类型或已执行的应用的阶段而变化。例如，通 过感觉与用户的输入位置对应的接触区域处对触摸面板的反作用力的变化，用户可以具有 不同的输入感或点击感。为了造成反作用力的这种差异，在本实施例中，利用其中在上和下 基板之间的间隙中填充电流变流体的触摸面板，而且使用将在稍后进行描述的调整施加有 驱动电压的触摸面板区域或改变移除驱动电压时触摸面板的位移的方法。图1是示出触摸面板100的示例的图。参照图1，触摸面板100包括触摸面板主体110、感测单元120、和控制器130。触摸 面板主体Iio是包含在触摸面板100中的物理结构。感测单元120和控制器130可以是电 路和/或硬件/软件，其感测对触摸面板主体110的任何输入，以控制触摸面板主体110的 驱动。从而，本说明书中使用的术语“触摸面板”可以在狭义上仅仅表示触摸面板主体110， 但是也可以在广义上表示包括触摸面板主体110、感测单元120、和控制器130全体的整个 触摸面板100。图1中，将感测单元120和控制器130显示为根据它们功能的逻辑分类而进行划 分的，然而，可以将它们集成到单个单元中或实现为分开的设备。感测单元120与控制器 130之间的逻辑功能分类是为了便于描述。换句话说，单个集成的组件可以执行感测单元 120和控制器130的全部功能，或者感测单元120和控制器130中的一个(例如，感测单元 120)的一些功能可以由另一个(例如，控制器130)执行。以下，将参照图2和图3详细描 述触摸面板主体110的结构。图2是示出图1的触摸面板100的触摸面板主体110的分解透视图，而图3是沿图 2的线ΙΙΙ-ΙΙΓ截取的触摸面板主体110的截面图。参照图2和图3，触摸面板主体110 包括一对基板(即，下基板111和上基板11 、填充并密封在该对基板111和112之间的间 隙中的电流变流体113、以及以矩阵形式布置的驱动电极对114的阵列。
下基板111(其是触摸面板主体110的底部基板)担当触摸面板主体110中用于 填充电流变流体113的容器的一个侧面。当将相应的触摸面板100(参见图1)实现为电子 设备的触摸屏时，下基板111可以是该电子设备的显示平面、或额外地附接到该显示平面 上的基板。当在下基板111与上基板112之间施加某种吸引力或排斥力时，下基板111可 不变形。即，下基板111可以由硬材料制成。例如，下基板111可以是由透明玻璃制成的玻 璃基板。然而，下基板111不是必须由硬材料制成。例如，如果将触摸面板主体110附接在 硬显示器上，则下基板111可以由透明聚合物膜制成。上基板112的上表面是用户接触以输入信号的用户触摸表面S。当向其施加预定 力时，上基板112可以变形。例如，当用户以他或她的手指、触笔等接触或按压用户触摸表 面S时，上基板112可以变形。为了这样的变形，上基板112可以由透明的可变形聚合物膜 等制成。可用于上基板112的聚合物的类型不受限制。上基板112与下基板111隔开预定 距离，从而在上和下基板112和111之间形成具有预定厚度的间隙。可以考虑驱动电压、触 摸面板主体110的宽度、每个驱动电极对114的截面面积等来适当地设置该间隙的厚度。电流变流体113填充在下和上基板111和112之间的间隙中。可以利用沿上和下 基板112和111的边缘部分涂敷的密封剂116来密封电流变流体113。电流变流体113意 指其中非常精细的粒子11 散布在电绝缘流体113a中的悬浮液。当向其施加电场时，电 流变流体113的黏度可以以最大为100,000的因数改变，而且由于黏度的这种改变是可逆 的，当电场消失时，黏度回到其原始水平。电流变流体113是透明液体，其可以是硅油、煤油、PCB等。然而，电流变流体 113也可以是任何其他材料。包含在电流变流体113中的粒子11 可以是具有最大大 约50 μ m的尺寸的非常精细的透明粒子。粒子11 可以是聚合物，诸如铝硅酸盐、聚苯胺 (polyaniline)或聚吡咯(polypyrrole)、富勒烯等。而且，可以在上和下基板112和111之间的间隙中以散布的方式放置弹性隔离物 (spacer) 115.弹性隔离物115是微小的透明粒子，其尺寸小于几十微米，而且随机地分布 在电流变流体113中。图2中所示的弹性隔离物115的尺寸被夸大了，弹性隔离物115的 排列被显示为仿佛它们以规则的间隔散布，这也是示范性的，用于描述方便，实际上，弹性 隔离物115更倾向于是随机散布的。用于形成弹性隔离物115的材料不受限制，例如，弹性 隔离物115可以由人造橡胶(elastomer)制成。利用弹性隔离物115为上基板112提供恢 复力，并在结构上支持上基板112。每个驱动电极对是分别布置在下和上基板111和112上的一对驱动电极。驱动电 极对114可以以矩阵形式布置在整个触摸面板主体110或其表面上、或在触摸面板主体110 的一部分上。可以将驱动电压施加到驱动电极对114的预定组合，例如，施加到驱动电极对 114的预定部分。触摸面板100可以通过改变施加有驱动电压的驱动电极对(区域)的数 量、移除已施加的驱动电压时上基板112的位移程度、从其中移除驱动电压的驱动电极对 的数量等来为用户提供多种输入感或点击感，其将在稍后进行描述。图2中所示的驱动电极对114的阵列是多个驱动电极以矩阵形式成对布置的示 例。参照图2，分别在下基板111的上表面和上基板112的下表面上平行地形成多个线型 电极图案。形成在下基板111上的电极图案(以下，称为下电极图案114a)沿第一方向延 伸，而形成在上基板112上的电极图案(以下，称为上电极图案114b)沿与第一方向垂直的第二方向延伸。从而，在下电极图案IHa与上电极图案114b的交叉点处，在触摸面板主体 110的整个区域上定义以矩阵形式布置的驱动电极对114。不同于图2中所示的示例，构成驱动电极对114的上和下电极可以在下和上基板 111和112上分别以点(dotted)形式布置。其中，彼此面对面的上和下电极可以以矩阵形 式置于上和下基板111和112的整个区域上、或上和下基板111和112的一部分上。上和 下电极中的每一个可以是多边形(例如，方形)或圆形电极图案。点型驱动电极对可以单 独地连接到可切换有源(active)设备，以便通过该可切换有源设备单独地开/关。施加到驱动电极对114的驱动电压提供操作力以局部地改变电流变流体113的黏 度。可以从具有触摸面板100的电子设备的电源提供驱动电压。可以利用感测单元120和 /或控制器130来控制施加有驱动电压的驱动电极对的数量、移除所施加的驱动电压时上 基板112的位移程度、从其中移除所施加的驱动电压的驱动电极对的数量等。图3示出其中仅施加驱动电压至与区域I对应的驱动电极对、而并不施加驱动电 压至与区域II对应的驱动电极对的示例。可以通过将上电极图案114b接地并仅向与区域 I对应的一部分下电极图案IHa施加预定电压Vd、同时将与区域II对应的其他下电极图 案11 维持在浮置状态来实现该示例。然而，也可能向区域II施加电压Vd、同时将区域I 维持在浮置状态。如图3的区域I中所示，当向预定驱动电极对施加预定驱动电压时，更具体地，当 向预定驱动电极对的一侧施加预定驱动电压并将所述驱动电极对的另一侧接地时，在驱动 电极对所处的上和下基板112和111之间的间隙中局部地产生电场。结果，在区域I中，电 流变流体113的黏度增加。如图3中所示，电流变流体113的黏度被电场增加的理由在于， 具有极化特性的粒子134被对齐。然而，如果不向预定驱动电极对施加驱动电压，则在驱动 电极对所处的上和下基板112和111之间的间隙中不产生电场，从而相应的区域(S卩，区域 II)中电流变流体113的黏度没有变化。这样的利用电流变流体的黏度改变的触摸面板的示例在本发明的申请人于2009 年6月19日提交的题为“触摸面板和包含其的电子设备”的韩国专利申请No. 2009-0055034 中详细地公开。该韩国专利申请提出一种触摸面板，其利用其下电流变流体的黏度的改变 在用户触摸表面上定义预定输入按钮区域，并为用户提供如同按压机械键盘的点击感，通 过引用将其公开的全部内容合并于此。点击感再现了用户在按压机械键盘或移动电话机的按键按钮等时通过他或她的 手指感受到的感觉。在机械键盘中，在按键按钮下方安装被称为金属穹顶的具有穹顶形状 的金属薄板。当以超过预定阈值的力按压金属穹顶时，金属穹顶在被称为屈服点的特定时 刻剧烈变形。由于这样的屈服点，用户在按压机械键盘时感受到点击感。图4是示出具有金属穹顶的机械键盘中力与位移的关系的曲线图。参照图4，最 初，随着用户的按压力增加，金属穹顶的位移逐渐增加。随着金属穹顶的位移的增加，金属 穹顶的支持力(对抗变形的阻力)增加，从而用户感受到的排斥力也增加。当金属穹顶的 位移达到Xl时，金属穹顶的支持力(对抗变形的阻力)达到最大值(操作力)并接着剧烈 减少。该点对应于屈服点，在其处金属穹顶的支持力处于最大值(即，在其处操作力被施加 到触摸面板上)。如果在屈服点之后维持用户的按压力，则金属穹顶的位移继续增加，而且 当金属穹顶的位移达到x2时，金属穹顶接触下电极。此后，当用户的按压力消失时，金属穹顶利用返回力回到其原始状态。触摸面板100通过模仿机械键盘的机制而允许用户体验点击感。如上所述，在施 加有驱动电压的驱动电极对所处的触摸面板100的区域I中，电流变流体113的黏度剧烈 增加。当电流变流体113的黏度高时，电流变流体113上方的区域I提供比其他区域(即， 区域II)更高的对抗按压力的排斥力。随着按压力增加和/或随着上基板112由于按压力 而产生的位移的增加，排斥力相应地增加。当按压力超过预定标准(criteria)和/或当上 基板112的位移达到预定水平时，移除正在施加的驱动电压。如果不再施加驱动电压，则电 流变流体113的黏度剧烈减少，从而对抗按压力的排斥力也剧烈减少。以这样的方式，当移 除驱动电压时，用户可以在触摸面板100上具有与在屈服点处感受到的类似的点击感。用户依靠机械键盘(或依靠模仿机械键盘的触摸面板)感受到的点击感依赖于操 作力和返回力(或点击比率(CR))。操作力是按压力达到屈服点时金属穹顶的支持力或对 抗金属穹顶的阻力(最大排斥力)。返回力是在屈服点之后变形的金属穹顶借以返回其原 始状态的恢复力。可以将点击比率CR定义为操作力和返回力的函数，将其表达为下面的等 式1。如等式1中所见，点击比率CR是通过将操作力与返回力之间的差除以操作力得到的 值。从等式1可以预期，模仿机械键盘的操作的触摸面板100可以通过适当地控制操作力 和/或返回力来为用户提供多种点击感。
权利要求
1.一种触摸面板，包括第一基板；第二基板，与第一基板隔开预定距离，而且其上具有用户触摸表面；驱动电极对阵列，布置在第一基板和第二基板上，而且在向其施加驱动电压时在第一 基板与第二基板之间局部地感应电场；以及电流变流体，填充在第一基板与第二基板之间的间隙中，该电流变流体的黏度依赖于 由所述驱动电极对感应的电场而改变，其中通过控制驱动电压的施加和/或解除来调整操作力和返回力中的至少一个。
2.如权利要求1所述的触摸面板，其中所述驱动电极对的阵列当中施加有驱动电压的 驱动电极对的数量和位置中的至少一个是能够调整的。
3.如权利要求2所述的触摸面板，其中已经施加有驱动电压的驱动电极对当中从其中 移除驱动电压的驱动电极对的数量和位置中的至少一个是能够调整的。
4.如权利要求2所述的触摸面板，其中通过测量因用户对用户触摸表面的按压造成的 第一和第二基板之间的间隙厚度的改变来确定是否发生了来自用户的输入，而且用于确定 何时发生用户输入的间隙厚度的改变是能够调整的。
5.如权利要求4所述的触摸面板，其中已经施加有驱动电压的驱动电极对当中从其中 移除驱动电压的驱动电极对的数量和位置中的至少一个是能够调整的。
6.如权利要求1所述的触摸面板，其中操作力或返回力是能够由用户调整的。
7.一种触摸面板，包括触摸面板主体，包括上基板和下基板、填充在上基板与下基板之间的间隙中的电流变 流体、和布置在上基板和下基板上的用于在施加驱动电压时在上基板与下基板之间的间隙 中局部地感应电场的驱动电极对的阵列；以及控制器，用于调整所述驱动电极对的阵列当中施加有驱动电压的驱动电极对的数量和 位置中的至少一个，以便改变触摸面板主体的操作力。
8.如权利要求7所述的触摸面板，其中所述驱动电极对的阵列包括一个或多个驱动电 极对组，每个驱动电极对组由定义一个输入按钮区域的多个驱动电极对组成，而且控制器调整属于每个驱动电极对组的驱动电极对当中施加有驱动电压的驱动电极对 的数量和位置中的至少一个。
9.如权利要求7所述的触摸面板，进一步包括感测单元，用于通过测量上基板与下基 板之间的间隙厚度的改变来确定是否发生了对上基板的用户触摸表面的用户输入。
10.如权利要求9所述的触摸面板，其中用于确定何时发生了用户输入的上基板与下 基板之间的间隙厚度的改变是能够调整的。
11.如权利要求7所述的触摸面板，其中控制器调整已经施加有驱动电压的驱动电极 对当中从其中移除驱动电压的驱动电极对的数量和位置中的至少一个，以便改变触摸面板 主体的返回力。
12.如权利要求11所述的触摸面板，进一步包括感测单元，用于通过测量上基板与下 基板之间的间隙厚度的改变来确定是否发生了对上基板的用户触摸表面的用户输入，其中用于确定何时发生了用户输入的间隙厚度的改变是能够调整的。
13.一种触摸面板，包括触摸面板主体，包括上基板和下基板、填充在上基板与下基板之间的间隙中的电流变 流体、和布置在上基板和下基板上的用于在施加驱动电压时在上基板与下基板之间的间隙 中局部地感应电场的驱动电极对的阵列；以及感测单元，用于通过测量上基板与下基板之间的间隙厚度的改变来确定是否发生了对 上基板的用户触摸表面的用户输入，其中用于确定何时发生了用户输入的间隙厚度的改变是能够调整的。
14.如权利要求13所述的触摸面板，进一步包括第一控制器，用于调整所述驱动电极 对的阵列当中施加有驱动电压的驱动电极对的数量和位置中的至少一个，以便改变触摸面 板主体的操作力。
15.如权利要求13所述的触摸面板，其中所述驱动电极对的阵列包括一个或多个驱动 电极对组，每个驱动电极对组由多个驱动电极对组成且定义一个输入按钮区域，而且第一控制器调整属于每个驱动电极对组的驱动电极对当中施加有驱动电压的驱动电 极对的数量和位置中的至少一个。
16.如权利要求13所述的触摸面板，进一步包括第二控制器，用于调整已经施加有驱 动电压的驱动电极对当中从其中移除驱动电压的驱动电极对的数量和位置中的至少一个， 以便改变触摸面板主体的返回力。
17.一种包含如权利要求1所述的触摸面板作为用户输入设备的电子设备。
18.—种包含如权利要求7所述的触摸面板作为用户输入设备的电子设备。
19.一种包含如权利要求13所述的触摸面板作为用户输入设备的电子设备。
全文摘要
提供一种触摸面板和具有其的电子设备。该触摸面板包括第一基板、第二基板、驱动电极对的阵列、以及电流变流体。第二基板与第一基板隔开预定距离，而且其上具有用户触摸表面。所述驱动电极对被布置在第一和第二基板上，而且在施加驱动电压时在第一和第二基板之间局部地感应电场。该电流变流体被填充在第一和第二基板之间的间隙中，而且该电流变流体的黏度依赖于由所述驱动电极对局部地感应的电场而变化。通过控制对其施加驱动电压的区域或位置、移除驱动电压时第二基板的位移程度、和/或从其中移除已施加的驱动电压的区域或位置，可以调整该触摸面板的操作力和返回力中的至少一个。
文档编号G06F3/041GK102141852SQ20101028079
公开日2011年8月3日 申请日期2010年9月14日 优先权日2010年1月28日
发明者朴泰相, 林成泽 申请人:三星电子株式会社