具有力反馈系统的触摸屏的制作方法
【专利摘要】本发明公开一种具有力反馈系统的触摸屏，具有触控层与用以保护触控层的覆盖板，触摸屏还包括磁流体层及电性连接触控层的电磁感应层，磁流体层设置于覆盖板的上侧，电磁感应层设置于磁流体层的下侧，电磁感应层于触控层侦测到触摸时可电性导通以使磁流体层产生形变。用户触摸到磁流体层后，触摸屏会对用户的触摸位置进行定位，根据定位找到电磁感应层上相应的电磁线圈后对其充电，瞬间的电流使该电磁线圈产生强烈的磁场，该磁场对磁流体产生磁化作用，使磁流体中的纳米微粒磁化形成磁性微粒，磁性微粒之间相互排斥而产生相对运动，使触摸位置处磁流体的体积膨胀变大而给用户一作用力，实现力反馈，使触控感更加真实，提高用户的触控体验。
【专利说明】
具有力反馈系统的触摸屏
【技术领域】
[0001]本发明涉及触摸显示屏【技术领域】，尤其涉及一种具有力反馈系统的触摸屏。
【背景技术】
[0002]现有技术中所使用的触摸屏只具有触摸定位的作用，即只能通过显示屏进行视觉反馈，当显示屏的屏幕上画面变化不大或打字时，用户有时会不确定自己的触摸动作是否有效，因而会对触摸屏进行多次按触，这会对触摸系统造成无意义的信号处理负担，并且降低用户体验。为进一步提升触摸屏给用户带来的使用体验，尤其是触觉方面的体验，现有的一些触摸屏设置有一与触摸屏连接的振动器，通过将用户的触摸动作捕捉解析后调制成振动信息，利用振动器的振动反馈用户的触摸动作，但通过振动得到触觉反馈不够真实；除此之外，这种方式使触摸屏的整个屏幕都在振动，带给用户的触觉体验不够友好，仍不具有较好的用户体验。
[0003]因此，有必要提供一种具有力反馈系统的触摸屏，触感更加真实，以克服上述现有技术的不足。
【发明内容】
[0004]本发明的目的在于提供一种具有力反馈系统的触摸屏，触感更加真实，以提升用户体验。
[0005]为实现上述目的，本发明的技术方案为:提供一种具有力反馈系统的触摸屏，具有触控层与用以保护所述触控层的覆盖板，所述触控层位于所述覆盖板的下侧，所述触摸屏还包括磁流体层及电性连接所述触控层的电磁感应层，所述磁流体层设置于所述覆盖板的上侧，所述电磁感应层设置于所述磁流体层的下侧，所述电磁感应层于所述触控层侦测到触摸时可电性导通以使所述磁流体层产生形变。
[0006]较佳地，所述电磁感应层设置于所述覆盖板与所述磁流体层之间。
[0007]较佳地，所述电磁感应层设置于所述覆盖板的下侧。
[0008]较佳地，所述电磁感应层设置于所述覆盖板与所述触控层之间。
[0009]较佳地，所述具有力反馈系统的触摸屏还包括显示面板，所述电磁感应层设置于所述触控层与所述显示面板之间。
[0010]较佳地，所述磁流体层上侧还设有一层保护膜，具体地，所述保护膜为柔性保护膜，用于保护磁流体层。
[0011]较佳地，所述电磁感应层设有多个电磁线圈，所述电磁线圈通过至少一根导线形成，具体地，电磁线圈为一根多匝或多根多匝，其中，多根多匝为多根导线结合为一个整体后再形成电磁线圈。
[0012]较佳地，每一所述电磁线圈可分别电性导通以使对应于用户按压处的所述磁流体层产生形变。
[0013]较佳地，所述导线的材料为金属氧化物、金属及导电高分子所组成的群组中的至少一种。
[0014]较佳地，所述导线的线宽小于10微米。
[0015]较佳地，所述电磁线圈通过蚀刻形成。
[0016]较佳地，每一所述电磁线圈包括多个线圈走线及两出线端，其中一所述出线端跨越所述线圈走线，且与所述线圈走线之间形成有绝缘层。
[0017]较佳地，所述电磁线圈的总面积占所述电磁感应层的面积的比例介于0.1%至10%之间。
[0018]较佳地，所述触摸屏上具有预设的输入区，所述电磁感应层对应于所述输入区设置。
[0019]较佳地，所述磁流体层通过注入或粘接的方式形成。
[0020]较佳地，所述磁流体层中的磁流体包括磁性颗粒及基液。
[0021 ] 较佳地，所述磁流体层中的磁流体还包括表面活性剂。
[0022]较佳地，所述保护膜为聚酰亚胺，由于聚酰亚胺的耐高温达400°C以上，长期使用温度范围为-200°C?300°C，因此，采用聚酰亚胺作为磁流体层的保护膜具有很好的耐高温性能。
[0023]较佳地，所述具有力反馈系统的触摸屏还包括显示面板，所述触控层设于所述显示面板内部，所述覆盖板设于所述显示面板上侧。
[0024]较佳地，所述具有力反馈系统的触摸屏还包括显示面板，所述触控层设于所述显示面板外部。
[0025]与现有技术相比，由于本发明的具有力反馈系统的触摸屏，具有触控层与用以保护所述触控层的覆盖板，所述触控层位于所述覆盖板的下侧，所述触摸屏还包括磁流体层及电性连接所述触控层的电磁感应层，所述磁流体层设置于所述覆盖板的上侧，所述电磁感应层设置于所述磁流体层的下侧，所述电磁感应层于所述触控层侦测到触摸时可电性导通以使所述磁流体层产生形变。使用时，用户触摸到磁流体层上的保护膜后，触摸屏会对用户的触摸位置进行定位，并根据定位找到电磁感应层上相应的电磁线圈，然后对该电磁线圈充电，瞬间的电流使该电磁线圈产生强烈的磁场，该磁场会对磁流体产生磁化作用，使磁流体中的纳米微粒磁化形成磁性微粒,磁性微粒之间相互排斥而产生相对运动,从而使触摸位置处磁流体的体积膨胀变大，因而给用户一作用力，实现力反馈，使触控感更加真实，提高用户的触控体验。
【专利附图】
【附图说明】
[0026]图1是本发明具有力反馈系统的触摸屏一实施例的结构示意图。
[0027]图2是本发明具有力反馈系统的触摸屏另一实施例的结构示意图。
[0028]图3是本发明具有力反馈系统的触摸屏又一实施例的结构示意图。
[0029]图4是本发明具有力反馈系统的触摸屏再一实施例的结构示意图。
[0030]图5是本发明具有力反馈系统的触摸屏再一实施例的结构示意图。
[0031]图6是本发明电磁感应层中一电磁线圈的放大示意图。
[0032]图7是沿图6中A-A'的剖视图。
[0033]图8是本发明电磁感应层与电流开关控制器相连接的一实施例的示意图。
[0034]图9是本发明电磁感应层与电流开关控制器相连接的另一实施例的示意图。
[0035]图10是本发明电磁感应层与FPC相连接的示意图。
[0036]图11是本发明具有力反馈系统的触摸屏的驱动周期示意图。
[0037]图12是本发明电磁线圈中的脉冲信号示意图。
[0038]图13是本发明磁流体层的磁流体被磁化后的状态示意图。
[0039]图14是本发明具有力反馈系统的触摸屏一应用实例的示意图。
[0040]图15是图14的另一状态示意图。
【具体实施方式】
[0041]现在参考附图描述本发明的实施例，附图中类似的元件标号代表类似的元件。
[0042]如图1-图5所示，本发明所提供的具有力反馈系统的触摸屏100，具有触控层120与用以保护所述触控层120的覆盖板130，所述触控层120位于覆盖板130的下侧；所述触摸屏100还包括磁流体层140、设于磁流体层140上的保护膜150及电性连接触控层120的电磁感应层161?165，所述磁流体层140设置于覆盖板130的上侧，保护膜150设于磁流体层140的上侧，所述电磁感应层161?165设置于所述磁流体层140的下侧，所述电磁感应层161?165于所述触控层120侦测到触摸时可电性导通以使所述磁流体层140产生形变。具体地，当用户触摸到磁流体层140上方的保护膜150后，触摸屏100会对用户的触摸位置进行定位，然后对与触摸位置相对应的电磁线圈161' (详见后述)充电，瞬间的电流使该电磁线圈161'产生强烈的磁场，该磁场会对磁流体产生磁化作用，使磁流体中的纳米微粒磁化形成磁性微粒，磁性微粒之间相互排斥而产生相对运动，从而使磁流体层140在触摸处局部膨胀而给用户一个力反馈，使触感更加真实，提高用户的触控体验。
[0043]本发明中，电磁感应层161?165与触控层120之间的电性连接，可以是直接电性连接，例如两者之间利用触控IC连接，也可以是间接电性连接，例如两者之间利用显示系统的微处理器进行电性连接。
[0044]下面继续结合附图1-图5所示，对本发明的不同实施例分别进行描述。
[0045]如图1所示，在本发明的一种实施方式中，触摸屏100包括依次设置的显示面板110、触控层120、覆盖板130、磁流体层140及保护膜150 ;触摸屏100还包括设于覆盖板130与磁流体层140之间的电磁感应层161。具体地，所述覆盖板130具有相对的上表面及下表面，覆盖板130的下表面盖设于所述触控层120的上表面，电磁感应层161设置于所述覆盖板130的上表面与磁流体层140之间，电磁感应层161可以成型于覆盖板130的上表面,亦可以成型于磁流体层140的封装介质的下表面，在磁流体层140的上方成型有所述保护膜150，其用于保护磁流体层140。
[0046]如图2所示，在本发明的另一种实施方式中，触摸屏100包括依次设置的显示面板110、触控层120、覆盖板130、磁流体层140及保护膜150。本实施例与上述实施例的不同之处在于电磁感应层162的位置不同,本实施例中，电磁感应层162设于覆盖板130与所述触控层120之间。
[0047]具体地,所述覆盖板130具有相对的上表面及下表面,所述磁流体层140设置于所述覆盖板130的上表面，电磁感应层162成型于覆盖板130的下表面或触控层120的上表面。
[0048]如图3所示，在本发明的又一种实施方式中，触摸屏100包括依次设置的显示面板110、触控层120、覆盖板130、磁流体层140及保护膜150。本实施例中，电磁感应层163设于显示面板110与触控层120之间。具体地，电磁感应层163可以成型于触控层120的下表面或显不面板110的上表面。
[0049]在上述几个实施方式中，触摸屏100的触控层为Out-cell结构(例如GG、GG2、G1F、GF2、GFF、0GS 等结构)或 On-cell 结构。
[0050]当然，触摸屏100的触控层还可以为In-cell结构，这种结构中，除触控层与上述实施例有区别外，磁流体层140、电磁感应层的设置与上述实施方式类似，下面结合图4-图5进行说明。
[0051]如图4所示，在本发明的再一实施方式中，触摸屏100的触控层120设于所述显示面板110内部，所述覆盖板130设于所述显示面板110的上侧，在覆盖板130上还依次设有磁流体层140及保护膜150。本实施例中，所述电磁感应层164则设置于所述覆盖板130与所述磁流体层140之间。
[0052]具体地，覆盖板130具有相对的上表面及下表面,覆盖板130的下表面设于显不面板110的上侧，电磁感应层164设置于覆盖板130的上表面与磁流体层140之间时,其可以成型于覆盖板130的上表面，亦可以成型于磁流体层140的封装介质的下表面。
[0053]如图5所示，在本发明的另外一实施方式中，其与图4中所示实施例的差别仅在于电磁感应层165的位置不同,本实施例中，电磁感应层165设于所述覆盖板130与显不面板110的上侧之间。具体地，电磁感应层165可以成型于覆盖板130的下表面或显示面板110的上表面。其他与上述实施例相同的部分不再赘述。
[0054]当然，电磁感应层161?165并不限于上述设置方式，由于磁力具有穿透性，因此电磁感应层161?165还可以设置于触摸屏100中的其他位置。
[0055]在上述任一实施方式中，保护膜150为柔性保护膜，且所述保护膜150优先为聚酰亚胺(polyimide)材质，由于聚酰亚胺是综合性能最佳的有机高分子材料之一,其耐高温达400°C以上，长期使用温度范围为_200°C?300°C，因此，采用聚酰亚胺作为磁流体层140的保护层，具有很好的耐高温性能及优秀的保护性能。
[0056]结合图1-图5所示，上述任一实施方式中，所述磁流体层140通过磁流体成型，由于磁流体是一种功能材料，其既具有液体的流动性，又具有固体磁性材料的磁性，因此，所述磁流体层140可以通过注入的方式直接成型，亦可以预先成型后再通过胶层或利用其本身的粘性粘接。
[0057]具体地，所述磁流体是把直径为纳米量级(1nm左右)的磁性固体颗粒包裹一层长链的表面活性剂，均匀分散在基液中形成的一种均匀稳定的胶状液体，因此，磁流体在静态时无磁性力，当外加磁场作用时,才表现出磁性。其中，所述纳米磁性颗粒包括Fe304、Fe203、N1、Co或其他铁磁性物质，所述基液包括水、有机溶液或油，所述表面活性剂优选为油酸。
[0058]本发明具有力反馈系统的触摸屏100中，所述电磁感应层161?165的结构都相同，现以电磁感应层161为例对其具体结构进行详细说明。
[0059]结合图6-图9所示，电磁感应层161上设有多个电磁线圈161'，多个电磁线圈161可以均勻地分布于整个电磁感应层161,也可以选择性地设于电磁感应层161的一部分；但电磁线圈161'的总面积不宜太大，也不宜太小，电磁线圈161'的总面积以刚好不影响触控层120的工作为佳。本发明中，所述电磁线圈161'的总面积占所述电磁感应层161的整体面积的比例介于0.1%?10%之间，更优选地为介于0.1%?3.0%之间，其中，电磁感应层161的整体面积为触摸屏100的可视区的一整个平面层。
[0060]另外，所述电磁线圈161'通过至少一根导线形成，具体地，所述电磁线圈161'为单根多匝或多根多匝，其中，多根多匝为多根导线结合为一个整体后再形成所述电磁线圈161'。且所述导线的材料为金属氧化物、金属及导电高分子中的至少一种，所述导线的线宽小于10um，更优选地小于5um，从而使人眼无法明辨。
[0061 ] 本发明中，所述电磁线圈161'优选地通过蚀刻形成。结合图1、图6-图9所示，以电磁感应层161成型于覆盖板130的上表面为例进行说明，首先在覆盖板130的上表面镀金属氧化物、金属及导电高分子中的至少一种从而形成膜层，然后通过蚀刻形成所述电磁线圈161'，并在电磁感应层161上设置绝缘层，然后在电磁感应层161的上方设置磁流体层140。当然，所述电磁线圈161'并不限于上述形成方式，还可以通过其他方式形成，此为本领域技术人员所熟知的技术。
[0062]参阅图6、图7所示，每一个电磁线圈161'均包括多个线圈走线1611及两出线端1612，其中一所述出线端1612跨越多个线圈走线1611，为避免出线端1612与所述线圈走线1611之间短路，因此在所述出线端1612与线圈走线1611之间相交的位置处还设置有绝缘层1613，因此出线端1612与线圈走线1611之间不会短路。
[0063]参阅图8-图9所示，每个电磁线圈161'的出线端1612可以从电磁感应层161的一边引出，并分别与一个电流开关控制器170电性连接，通过该电流开关控制器170控制电流的通电方向、大小、时间。当然，所述电磁线圈161'的出线端1612还可以从电磁感应层161的两边或更多边引出，并分别与多个电流开关控制器170电性连接，通过多个电流开关控制器170分别控制电流的通电方向、大小、时间。
[0064]参阅图10所示，电磁感应层161的电磁线圈161'的出线端1612还可以通过FPC(Flexible Printed Circuit Board,柔性电路板)引出，然后分别与一个或多个电流开关控制器170电性连接。
[0065]另外，由于实际应用中电子设备的操作系统的输入法一般都是固定的，即触摸屏100上会形成有预设的输入区，因此，电磁线圈161'不必均布整个电磁感应层161，而只需要在对应于预设的输入区的位置处设置电磁线圈161'即可，这样可大大减少电磁线圈161'的数量，从而大大降低电路设计、制作的难度。
[0066]下面结合图1-图13所示，对本发明具有力反馈系统的触摸屏100的工作原理进行说明。
[0067]所述具有力反馈系统的触摸屏100中，电磁线圈161'的驱动周期与触控层120的驱动周期相交替，两者的驱动周期为一个总周期T。具体地，当用户的手指300触摸到磁流体层140上方的保护膜150后，触控层120会对用户的触摸位置进行定位，从而在触控层120的驱动周期T1内确定触摸位置；然后进入电磁线圈161'的驱动周期T2激发磁场，即，根据触控层120的定位找到与触摸位置相对应的电磁线圈161'，然后驱动电流开关控制器170工作，以对该电磁线圈161'充电，具体为对该电磁线圈161'通入一脉冲信号，在该脉冲信号的上升沿和下降沿，电流的变化量最大，例如，该电磁线圈161'通入一脉冲电流I，当电磁线圈161'中的电流从O变成某一电流值I1时，突然变化的电流在电磁线圈161'中产生一个强烈的磁场142，该磁场142会对磁流体层140中的磁流体产生磁化作用，从而使磁流体中的纳米微粒141磁化形成磁性微粒，磁性微粒之间相互排斥而产生相对运动(见图13)，从而使触摸位置处磁流体的体积膨胀变大，因而对用户产生一反作用力，使用户感觉到力反馈，使触控感更加真实，提高用户的触控体验。当脉冲信号过后，无磁场产生，磁流体中的纳米微粒141无磁性，磁流体的体积无变化，从而不会产生反馈力。
[0068]如图14-图15所示，其显示了应用本发明具有力反馈系统的触摸屏100的一实例。具体地，日常使用的手机，其操作系统的输入法是固定的，即在横屏或竖屏时，分别具有固定的输入区210、220，且用于输入的字母按键230的位置是分别固定的，这样，若只需要在敲击字母按键230时具有力反馈，则只需要在横屏、竖屏时对应于字母按键230的位置处分别设置多个电磁线圈161'即可，从而大大降低电路设计、制作的难度。
[0069]由于本发明的具有力反馈系统的触摸屏100，具有触控层120与用以保护触控层120的覆盖板130，所述触控层120位于覆盖板130的下侧；触摸屏100还包括磁流体层140及电性连接所述触控层120的电磁感应层161?165，所述磁流体层140设置于所述覆盖板130的上侧，所述电磁感应层161?165设置于所述磁流体层140的下侧,所述电磁感应层161?165于所述触控层120侦测到触摸时可电性导通以使所述磁流体层140产生形变。使用时，用户触摸到磁流体层140上的保护膜150后，触控层120会对用户的触摸位置进行定位，并根据定位找到电磁感应层161?165上相应的电磁线圈161'，然后对该电磁线圈161'充电，瞬间的电流使该电磁线圈161'产生强烈的磁场，该磁场会对磁流体层140产生磁化作用，使磁流体中的纳米微粒141磁化形成磁性微粒，磁性微粒之间相互排斥而产生相对运动，从而使触摸位置处磁流体的体积膨胀变大，因而给用户一作用力，实现力反馈，使触控感更加真实，提高用户的触控体验。
[0070]以上所揭露的仅为本发明的优选实施例而已，当然不能以此来限定本发明之权利范围，因此依本发明申请专利范围所作的等同变化，仍属本发明所涵盖的范围。
【权利要求】
1.一种具有力反馈系统的触摸屏，具有触控层与用以保护所述触控层的覆盖板，所述触控层位于所述覆盖板的下侧，其特征在于，所述触摸屏还包括磁流体层及电性连接所述触控层的电磁感应层，所述磁流体层设置于所述覆盖板的上侧，所述电磁感应层设置于所述磁流体层的下侧，所述电磁感应层于所述触控层侦测到触摸时可电性导通以使所述磁流体层产生形变。
2.如权利要求1所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述电磁感应层设置于所述覆盖板与所述磁流体层之间。
3.如权利要求1所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述电磁感应层设置于所述覆盖板的下侧。
4.如权利要求3所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述电磁感应层设置于所述覆盖板与所述触控层之间。
5.如权利要求3所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，还包括显示面板，所述电磁感应层设置于所述触控层与所述显示面板之间。
6.如权利要求1所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述磁流体层上侧还设有一层保护膜。
7.如权利要求1所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述电磁感应层设有多个电磁线圈，所述电磁线圈通过至少一根导线形成。
8.如权利要求7所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，每一所述电磁线圈可分别电性导通以使对应于用户按压处的所述磁流体层产生形变。
9.如权利要求7所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述导线的材料为金属氧化物、金属及导电高分子所组成的群组中的至少一种。
10.如权利要求7所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述导线的线宽小于10微米。
11.如权利要求7所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述电磁线圈通过蚀刻形成。
12.如权利要求7所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，每一所述电磁线圈包括多个线圈走线及两出线端，其中一所述出线端跨越所述线圈走线，且与所述线圈走线之间形成有绝缘层。
13.如权利要求7所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述电磁线圈的总面积占所述电磁感应层的面积的比例介于0.1%至10%之间。
14.如权利要求1所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述触摸屏上具有预设的输入区，所述电磁感应层对应于所述输入区设置。
15.如权利要求1所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述磁流体层通过注入或粘接的方式形成。
16.如权利要求1所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述磁流体层中的磁流体包括磁性颗粒及基液。
17.如权利要求16所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述磁流体层中的磁流体还包括表面活性剂。
18.如权利要求6所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，所述保护膜为聚酰亚胺。
19.如权利要求1所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，还包括显示面板，所述触控层设于所述显示面板内部，所述覆盖板设于所述显示面板上侧。
20.如权利要求1所述的具有力反馈系统的触摸屏，其特征在于，还包括显示面板，所述触控层设于所述显示面板外部。
【文档编号】G06F3/046GK104133606SQ201410356897
【公开日】2014年11月5日 申请日期:2014年7月24日 优先权日:2014年7月24日
【发明者】麻小明, 王文俊 申请人:联胜（中国）科技有限公司, 胜华科技股份有限公司