阅读说明：本技术 触觉反馈换能器单元、触觉反馈接口及其驱动方法 (Haptic feedback transducer unit, haptic feedback interface and driving method thereof ) 是由 全真汉 苏永兴 T·福克 于 2019-08-29 设计创作，主要内容包括：提供一种用于触觉反馈接口的触觉反馈换能器单元,包括：传感器,配置为根据机械刺激发出电信号；以及一个或多个致动器,配置为响应于电刺激提供机械响应；其中传感器配置为从一个或多个致动器独立地电寻址；其中一个或多个致动器并排设置在基底上；其中传感器电活性层位于传感器底部电极和形成传感器表面的传感器顶部电极之间。此外提供一种触觉反馈接口,包括多个触觉接口点,每个触觉接口点包括触觉反馈换能器单元；并且其中基底对于每个触觉接口点是公共的。此外提供一种用于驱动触觉反馈的方法,该方法包括：在由触摸控制器接收到来自触摸接口点之一的传感器的触摸事件信号时,在触觉接口点之一上提供致动。(A haptic feedback transducer unit for a haptic feedback interface is provided, comprising: a sensor configured to emit an electrical signal in accordance with a mechanical stimulus; and one or more actuators configured to provide a mechanical response in response to an electrical stimulus; wherein the sensors are configured to be independently electrically addressable from the one or more actuators; wherein the one or more actuators are disposed side-by-side on the substrate; wherein the sensor electroactive layer is located between the sensor bottom electrode and the sensor top electrode forming the sensor surface. Further provided is a haptic feedback interface comprising a plurality of haptic interface points, each haptic interface point comprising a haptic feedback transducer unit; and wherein the base is common to each tactile interface point. Further provided is a method for driving haptic feedback, the method comprising: upon receiving a touch event signal by the touch controller from a sensor of one of the touch interface points, an actuation is provided on one of the tactile interface points.)

触觉反馈换能器单元、触觉反馈接口及其驱动方法

技术领域

本公开涉及用于触觉反馈接口的触觉反馈换能器单元。本发明还涉及触觉反馈接口及其驱动方法。

背景技术

用于诸如消费电子产品的触摸显示器接口的触觉应用的趋势正在增加。触觉反馈通过传递机械力、压力或振动来向用户传达信息，从而在用户接口设备中重现触觉。特别地，触觉致动器是触觉系统的主要部件，其提供机械致动以传递触觉感知用于增强用户体验。

当今的智能电话、触摸板和触摸屏显示器主要以由惯性型致动器(例如偏心旋转质量体(ERM)和线性谐振致动器(LRA))驱动的振动触觉反馈为特征。这些致动器仅提供整个装置的振动，并且具有一些限制，特别是体积大、缺乏真实的反馈和复杂的机械设计。

因此，需要改进的触觉致动器。

发明内容

因此，本发明的目的是提供一种用于触觉反馈接口的改进的触觉反馈换能器单元。

各种实施例可以提供一种用于触觉反馈接口的触觉反馈换能器单元。触觉反馈换能器单元可以包括传感器，该传感器可以被配置为根据机械刺激发射电信号。触觉反馈换能器单元可以包括一个或多个致动器，其可以被配置为响应于电刺激而提供机械响应。传感器可以被配置为从一个或多个致动器独立地电寻址。传感器和一个或多个致动器可以并排设置在基底上。传感器可以包括位于传感器底部电极和传感器顶部电极之间的传感器电活性层，传感器顶部电极形成传感器表面。一个或多个致动器中的每一个可以包括位于致动器底部电极和致动器顶部电极之间的致动器电活性层，致动器顶部电极形成致动器表面。

各种实施例可以提供一种触觉反馈接口。触觉反馈接口可以包括多个触觉接口点。每个触觉接口点可以包括触觉反馈换能器单元。基底可以对于每个触觉接口点是公共的。

各种实施例可以提供一种用于驱动触觉反馈接口的方法，该方法可以包括：在由触摸控制器接收到来自触觉接口点中的一个触觉接口点的传感器的触摸事件信号时，在触觉接口点中的所述一个触觉接口点上提供致动。

附图说明

在以下描述中，参考以下附图描述本公开的各种实施例，其中：

图1示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元100的示意图，包括传感器110、设置在传感器110的相对侧上的第一致动器130和第二致动器150；

图2示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元200的示意图，其中致动器电活性层236(256)设置在致动器电极234(254)的边缘235(255)上方，并且设置在传感器底部电极214的边缘214.1(214.2)上方；

图3示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元300的示意图，其中传感器电活性层316设置在传感器底部电极314的边缘314.1(314.2)上方，并且设置在致动器电极334(354)的边缘335(355)上方；

图4示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元400的示意图，其中传感器底部电极414和致动器底部电极434(454)共用公共且连续的电极层404；

图5示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元500的示意图，其中传感器顶部电极518和致动器顶部电极538(558)共用公共且连续的电极层508；

图6示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元600的示意图，其中传感器电活性层616设置在致动器电活性层636(656)上方。触觉反馈换能器单元600包括作为公共底部电活性层606一部分的致动器电活性层636和656，并且还包括作为顶部电活性层609一部分的传感器电活性层616；

图7示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元700的示意图，其与图2的触觉反馈换能器单元200相同，除了来自传感器电活性层716的材料和来自致动器电活性层736(756)的材料可以彼此不同之外。在触觉反馈换能器单元700中，致动器电活性层736(756)设置在致动器电极734(754)的边缘735(755)上方，并且可以进一步设置在传感器底部电极714的边缘714.1(714.2)上方；

图8示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元800的示意图，其与图3的触觉反馈换能器单元300相同，除了来自传感器电活性层816的材料和来自致动器电活性层836(856)的材料可以彼此不同之外。在触觉反馈换能器单元800中，传感器电活性层816设置在传感器底部电极814的边缘814.1(814.2)上方，并且设置在致动器电极834(854)的边缘835(855)上方；

图9示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元900的示意图，其与图4的触觉反馈换能器单元400相同，除了来自传感器电活性层916的材料和来自致动器电活性层936(956)的材料可以彼此不同之外。在触觉反馈换能器单元900中，传感器底部电极914和致动器底部电极934(954)共用公共且连续的层904；

图10示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元1000的示意图，其与图5的触觉反馈换能器单元500相同，除了来自传感器电活性层1016的材料和来自致动器电活性层1036(1056)的材料可以彼此不同之外。在触觉反馈换能器单元1000中，传感器顶部电极1018和致动器顶部电极1038(1058)共用公共且连续的电极层1008；

图11示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元1100的示意图，其与图6的触觉反馈换能器单元600相同，除了来自顶部电活性层1109的材料和来自公共底部电活性层1106的材料可以彼此不同之外。为了说明的目的，公共底部电活性层1106可以包括致动器电活性材料，并且顶部电活性层1109可以包括传感器电活性材料；

图12示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元1200的示意图，其包括两个公共电活性层和三个公共电极层；

图13A示出根据各种实施例的触觉反馈换能器单元1300的示意性顶视图；

图13B示出了图13A的触觉反馈换能器单元1300的截面图A-A；

图14示出了根据各种实施例的用于驱动触觉反馈接口的方法的流程图；

图15示出了根据各种实施例的触觉反馈接口的框图。

具体实施方式

以下详细描述描述了可以实践本发明的具体细节和实施例。足够详细地描述了这些实施例，以使本领域技术人员能够实施本发明。可以利用其他实施例，并且可以在不脱离本发明的范围的情况下进行改变。各种实施例不一定是相互排斥的，因为一些实施例可以与一个或多个其他实施例组合以形成新的实施例。

在实施例的上下文中描述的特征可以相应地适用于其他实施例中的相同或相似的特征。在实施例的上下文中描述的特征也可以相应地适用于其他实施例，即使未在这些其他实施例中明确描述。此外，如针对实施例的上下文中的特征所描述的添加和/或组合和/或替代可以相应地适用于其他实施例中的相同或相似的特征。

本文说明性描述的本发明可以在缺少本文未具体公开的任何要素、一个或多个限制的情况下适当地实施。因此，例如，术语“包括(comprising)”、“包括…在内(including)”、“包含(containing)”等应当被广泛而不受限制地理解。因此，词语“包括(comprise)”或诸如“包括(comprises)”或“包括(comprising)”的变体将被理解为暗示包括所述整数或整数组但不排除任何其他整数或整数组。另外，这里使用的术语和表达已被用作描述的术语而非限制，并且无意使用这些术语和表达来排除对于所示和所述特征而言的任何等同物或其部分，而是认识到在所要求保护的本发明的范围内可以进行各种修改。因此，应该理解，尽管已经通过示例性实施例和可选特征具体地公开了本发明，但是本领域技术人员可以采用本文公开的本发明的修改和变化，并且考虑这些修改和变化落在本发明的范围内。

权利要求中的括号中包括的附图标记是为了便于理解本发明，并且对权利要求的范围没有限制作用。

在本公开的范围内并且根据各种实施例，术语“传感器”可以指包括设置在传感器底部电极和传感器顶部电极之间的传感器电活性层的层堆叠。传感器可以被配置为在接收机械刺激时发射电信号。例如，当用户触摸传感器时，电活性层可以将机械输入转换为电信号，该电信号可以在电极处被检测到。

在本公开的范围内并且根据各种实施例，术语“致动器”可以指包括设置在致动器底部电极和致动器顶部电极之间的致动器电活性层的层堆叠。致动器可以被配置为响应于电刺激而提供机械响应。例如，当经由致动器底部电极和致动器顶部电极将电刺激施加到致动器时，致动器可以向接触致动器的用户提供触觉反馈。

在本公开的范围内并且根据各种实施例，术语“致动器”可以指一个或多个致动器，例如，第一致动器，第一致动器和第二致动器，或第一致动器、第二致动器和其他致动器。另外的致动器可以与第一致动器或第二致动器相同的方式配置。

根据各种实施例，传感器可以用于通过经由传感器底部电极和传感器顶部电极向传感器施加电刺激来提供进一步的触觉反馈。除了来自一个或多个致动器的触觉反馈之外，还可以提供这种进一步的触觉反馈，从而增强用户体验。

为了解释各种实施例，图1-13B中所示的触觉反馈换能器单元出于说明的目的示出了第一致动器和第二致动器。然而，各种实施例应理解为包括一个或多个致动器，其中每个可以被被配置为第一致动器或第二致动器。该一个或多个致动器可以包括第一致动器，或第一致动器和第二致动器，例如，1个、2个、3个、4个、5个、6个或更多个致动器。这里可以例如通过描述第一致动器来描述致动器的进一步细节。

图1示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元100的示意图。触觉反馈换能器单元100可以包括基底102。触觉反馈换能器单元100还可以包括形成传感器110的传感器底部电极114、传感器电活性层116和传感器顶部电极118。传感器110可以包括传感器表面112。触觉反馈换能器单元100还可以包括形成第一致动器130的第一致动器底部电极134、第一致动器电活性层136和第一致动器顶部电极138。第一致动器130可以包括第一致动器表面132。触觉反馈换能器单元100还可以包括形成第二致动器150的第二致动器底部电极154、第二致动器电活性层156和第二致动器顶部电极158。第二致动器150可以包括第二致动器表面152。第一致动器130、传感器110和第二致动器150可以并排设置在基底102上，例如，布置在基底102的同一表面上，如所示出的。传感器110可以布置在第一致动器130和第二致动器150之间。

如图1所示并且根据各种实施例，传感器底部电极114和第一致动器底部电极134可以共用公共底部电极层104，该公共底部电极层可以进一步与第二致动器底部电极154共用。传感器底部电极114、第一个致动器底部电极134和第二致动器底部电极154可以设置在基底102上。如图1所示，公共底部电极层104可以通过在传感器底部电极114和第一致动器底部电极134之间的间隙分开。例如，公共底部电极层104也可以通过在传感器底部电极114和第二致动器底部电极154之间的间隙分开。可替换地，公共底部电极层104可以在传感器底部电极114和第一致动器底部电极134之间是连续的。提供公共底部电极层的一个优点是它可以在一个步骤中形成。

如图1所示并且根据各种实施例，传感器电活性层116和第一致动器电活性层136可以共用公共电活性层106，该公共电活性层可以进一步与第二致动器电活性层156共用，如阴影图案示例性示出的。在图2-5中也使用相同的阴影图案。如图1所示，公共电活性层106可以通过在传感器电活性层116和第一致动器电活性层136之间的间隙分开。例如，公共电活性层106也可以通过在传感器电活性层116和第二电活性层156之间的间隙分开。可替换地，公共电活性层106可以在传感器电活性层116和第一致动器电活性层136之间是连续的。提供公共电活性层的一个优点是它可以在一个步骤中形成。

如图1所示并且根据各种实施例，传感器顶部电极118和第一致动器顶部电极138可以共用公共顶部电极层108，该公共顶部电极层可以进一步与第二致动器顶部电极158共用。传感器顶部电极118、第一致动器顶部电极138和第二致动器顶部电极158可以分别设置在电活性层116、136、156上，这些电活性层可以是公共电活性层106。如图1所示，公共顶部电极层108可以通过在传感器顶部电极118和第一致动器顶部电极138之间的间隙分开。例如，公共顶部电极层108也可以通过在传感器顶部电极118和第二致动器顶部电极158之间的间隙分开。可替换地，公共顶部电极层108可以在传感器顶部电极118和致动器顶部电极138(158)之间是连续的。提供公共层的一个优点是它可以在一个步骤中形成。

以下解释可适用于各种实施例或一些实施例。

根据各种实施例，术语“电活性层”可以表示可以响应于施加的电场而经历形状变化的层。电活性层可以包括电活性材料，例如电活性聚合物。在本公开的上下文中并且根据各种实施方案，电活性材料(例如电活性聚合物(EAP))是响应于施加的电场而经历形状变化的材料(在EAP的情况下为聚合物)。一类示例性的电活性材料是铁电活性聚合物(FerroEAP)。

根据各种实施例，传感器电活性层和一个或多个致动器电活性层可以是透明的。

根据各种实施例，触觉反馈换能器单元可以包括传感器电活性层，其层特性不同于一个或多个致动器电活性层，例如不同于第一致动器电活性层和第二致动器电活性层中的至少一个电活性层。在这种情况下，传感器电活性层可以不与一个或多个致动器电活性层共用一个公共层。这分别允许集成的触摸感测和触觉反馈特征，例如经由透明电极和FerroEAP层的图案化通过压电和电致伸缩的FerroEAP获得。层特性可以选自：不同的层厚度、不同的材料、不同的材料成分或它们的组合。一个层特性可以是材料成分。

传感器电活性层可以包括传感器电活性材料。传感器电活性材料是适合用于传感器的电活性材料。传感器电活性材料的实例是压电材料，例如压电铁电活性共聚物。

根据各种实施例，一个或多个致动器电活性层(例如第一致动器电活性层和/或第二致动器电活性层)可以包括致动器电活性材料，例如电致伸缩电活性材料。电致伸缩电活性材料的实例是铁电弛豫聚合物。第一致动器电活性层和第二致动器电活性层可以共用一个公共电活性层。在一些实施例中，致动器电活性材料可以是压电材料，例如，压电铁电活性共聚物。

在传感器电活性层包括的层特性与所述一个或多个致动器的层特性不同的情况下，传感器电活性层可以不与所述一个或多个致动器共用公共层。

例如，该方式能够在单个触觉反馈换能器单元中实现压电触摸感测和电致伸缩振动特征，而不需要会导致多阵列(图案)设计的层间隔离器和单独的触摸传感器。例如，基于压电FerroEAP的触摸传感器可以位于中心，并且电致伸缩FerroEAP致动器可以位于压电触摸传感器周围。由于使用的层数减少，也可以从该特定设计获得良好的光学性质。

根据各种实施例，传感器电活性材料的实例是压电材料，例如，压电铁电活性共聚物(压电FerroEAP)，例如聚[(偏二氟乙烯-共-三氟乙烯)](P(VDF-TrFE))、聚[(偏二氟乙烯-共-六氟丙烯)](P(VDF-HFP))、聚[(偏二氟乙烯-共-三氟氯乙烯)](P(VDF-CTFE))。共聚合物压电FerroEAP(例如前面的实例)在本文中也可称为FerroEAP共聚物。

根据各种实施方案，电致伸缩电活性材料的实例是铁电弛豫聚合物，例如铁电FerroEAP三元共聚物。铁电FerroEAP三元共聚物的实例是：聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯-三氟氯乙烯)(缩写为P(VDF-TrFE-CTFE))，聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯-氯氟乙烯)(缩写为P(VDF-TrFE-CFE))，聚(偏二氟乙烯-三氟乙烯-六氟丙烯)(P(VDF-TrFE-HFP))。

根据各种实施方案，为了改善材料性质，例如P(VDF-TrFE)的电活性材料可以是被高能辐射的，例如用剂量在0.5×10⁵Gy和10⁶Gy(1Gy＝100rads)之间、电子能量为1.0MeV至3.0MeV、温度范围在20摄氏度到120摄氏度之间、在1个大气压下的电子束辐射。可替换地或另外地，为了改善材料性能，例如铁电FerroEAP三元共聚物(例如P(VDF-TrFE-CTFE))的电活性材料可以包括增塑剂，例如，邻苯二甲酸二(2-乙基己)酯(DEHP)。

根据一些实施例，可以优化电活性层的层厚度，电活性层例如为用于提供触摸功能的传感器电活性层或者用于提供致动功能的致动器电活性层中的一个或多个。在这种情况下，传感器电活性层可以与一个或多个致动器电活性层共用公共层，例如连续层。根据一些实施例，传感器电活性层(例如压电FerroEAP共聚物层)可以作为触摸传感器或致动器***作(例如通过开关)，如下面结合图14和图15进一步说明的。

根据各种实施例，电极可以包括电极材料，例如，选自以下材料中的至少一种：银纳米线(AgNW)、铜纳米线(CuNW)、PEDOT：PSS或其组合。电极(例如所有电极)可以是透明的。术语“电极”可以包括底部电极、顶部电极、中间电极和公共电极层。

根据各种实施例，传感器表面的面积小于致动器表面的面积。例如，传感器表面的面积可以小于以下中的至少一个：(i)致动器之一的表面面积，(ii)每个致动器的面积之和。

根据各种实施例，已知的处理技术可以用于层的沉积。例如，可以采用丝网印刷和卷对卷工艺来制造传感器和致动器。

根据各种实施例，结合“层”使用的术语“公共”可以指该层被全部其他元件共用以使其是公共的。公共层可以被中断，例如，包括在传感器和至少一个致动器之间的间隙。可替换地，该层可以是连续的，例如在传感器和至少一个致动器之间。根据各种实施方案，本领域技术人员应当理解，即使在连续层中，也可以在某些部分中提供图案化特征，例如用于提供用于布线的暴露的基底区域。例如，布线可以用于实现与其他触觉反馈换能器单元元件或电路的电耦合。

根据一些实施例，其中电活性层是公共的，例如在传感器和所述一个或多个致动器之间是连续的，公共电活性层可以包括可以用于感测和用于致动的材料，例如压电铁电活性共聚物。

图2示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元200的示意图，其中致动器电活性层236(256)设置在致动器电极234(254)的边缘235(255)上方，并且例如，设置在传感器底部电极214的边缘214.1(214.2)上方。例如，如图所示，第一致动器电活性层可以设置在第一致动器230的边缘235上方，并且还可以设置在传感器底部电极214的边缘214.1上方。可替换地或另外地，在另一个实例中，第二致动器电活性层可以设置在第二致动器250的边缘255上方，并且还可以设置在传感器底部电极214的边缘214.2上方。

图2示出了第一致动器230可以包括第一致动器表面232。第二致动器250可以包括第二致动器表面252。

例如，通过为相应的电活性层提供合适的几何形状(例如在相应的底部电极的端部(边缘)上方延伸)，可以提供将致动器电活性层设置在致动器电极的边缘上方，并且例如设置在传感器底部电极的边缘上方。例如，如前所述的连续的公共电活性层可以用于覆盖底部电极之间的边缘和间隙。覆盖电极的边缘提供的优点是，当沉积顶部电极时，底部电极被隔离(并因此绝缘)，由此不与顶部电极直接接触，因此避免了由于短路引起的缺陷。

用于避免由于短路引起的缺陷的另一措施是为顶部电极提供相对于下面的电活性层而言的合适尺寸。例如，如图2所示，第一致动器顶部电极238可以不延伸至完全覆盖下面的第一致动器电活性层236，因此第一致动器电活性层236的过量部分提供所需的隔离。在另一个实例中，可替换地或另外地，第二致动器顶部电极258可以不延伸至完全覆盖下面的第二致动器电活性层256。例如，如前所述的连续的公共电活性层也可以提供底部电极和顶部电极之间的期望隔离。

图3示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元300的示意图，其中传感器电活性层316设置在传感器底部电极314的边缘314.1(314.2)上方，并且设置在致动器电极334(354)的边缘335(355)上方。因此，边缘314.1，314.2，335，355被相应的电活性层316覆盖，该电活性层可以是公共电活性层306的一部分。优点是可以避免由于底部电极和顶部电极之间直接接触而产生的短路可能导致的缺陷。例如，如前所述的连续的公共电活性层也可以提供底部电极和顶部电极之间的所需隔离。

图3示出了第一致动器330可以包括第一致动器表面332。第二致动器350可以包括第二致动器表面352。

图4示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元400的示意图，其中传感器底部电极414和致动器底部电极434(454)共用公共且连续的层，即，公共且连续的底部电极层404。如图所示，传感器410可以包括传感器底部电极414，其中传感器底部电极414是连续底部电极层404的一部分，该连续底部电极层可以设置在基底402上。传感器410还可以包括位于传感器底部电极414和传感器顶部电极418之间的传感器电活性层416。如图所示，第一致动器430可以包括第一致动器底部电极434，其中第一致动器底部电极434可以是连续底部电极层404的一部分。第一致动器430还可以包括位于第一致动器底部电极434和第一致动器顶部电极438之间的第一致动器电活性层436。如图进一步示出的，第二致动器450可以包括第二致动器底部电极454，其中第二致动器底部电极454可以是连续底部电极层404的一部分。第二致动器450还可以包括位于第二致动器底部电极454和第二致动器顶部电极458之间的第二致动器电活性层456。

图4示出了第一致动器430可以包括第一致动器表面432。第二致动器450可以包括第二致动器表面452。

根据各种实施例，并且如图4所示，传感器电活性层416、第一致动器电活性层436和第二致动器电活性层456示出为分离的层。传感器电活性层416、第一致动器电活性层436和第二致动器电活性层456中的任何两个或三个可以是公共电活性层406的一部分。对于图4而言可替换地，公共电活性层406可以是连续层。换言之，没有如图4所示的间隙。

图5示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元500的示意图，其中传感器顶部电极518和致动器顶部电极538(558)共用公共且连续的层508。如图5所示，在触觉反馈换能器单元500中，传感器电活性层516设置在传感器底部电极514的边缘514.1(514.2)上方，并且致动器电活性层536(556)设置在致动器电极534(554)的边缘535(555)上方。因此，边缘514.1，514.2，535，555被相应的电活性层覆盖。

如图5所示，传感器510可以包括位于传感器底部电极层514和传感器顶部电极层518之间的传感器电活性层516，其中传感器顶部电极层518可以是连续顶部电极层508的一部分。如进一步示出的，第一致动器530可以包括位于第一致动器底部电极534和第一致动器顶部电极538之间的第一致动器电活性层536。第一致动器顶部电极538可以是连续顶部电极层508的一部分，如图所示。如进一步示出的，第二致动器550可以包括位于第二致动器底部电极554和第二致动器顶部电极558之间的第二致动器电活性层556。第二致动器顶部电极558可以是连续顶部电极层508的一部分，如图所示。

图5示出了第一致动器530可以包括第一致动器表面532。第二致动器550可以包括第二致动器表面552。

根据各种实施例并且如图5所示，传感器电活性层516、第一致动器电活性层536和第二致动器电活性层556示出为分离的层。传感器电活性层516、第一致动器电活性层536和第二致动器电活性层556中的任何两个或三个可以是公共电活性层506的一部分。如图5所示，公共电活性层506可以是连续层。换言之，没有图5所示的间隙。

图6示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元600的示意图，其中传感器电活性层616设置在致动器电活性层636(656)上方。触觉反馈换能器单元600包括致动器电活性层636和656，它们是公共电活性层606(也称为公共底部电活性层606)的一部分，并且触觉反馈换能器单元还包括传感器电活性层616，该传感器电活性层为顶部电活性层609的一部分。因此，传感器电活性层609设置在公共致动器电活性层606上方。公共底部电活性层606可以在致动器630和致动器650之间是连续的，公共底部电活性层也可以在与传感器610重叠的区域中是连续的。如图6所示，第一致动器底部电极634和第二致动器底部电极654可以设置在基底602上，其间具有间隔。公共底部电活性层606设置在第一致动器底部电极634和第二致动器底部电极654上方，并且在所述间隔中，公共底部电活性层606可以是连续的，如图所示。第一致动器顶部电极638可以设置在公共底部电活性层606上(在部分636上)，使得与第一致动器底部电极634的重叠形成第一致动器630。第二致动器顶部电极658可以设置在公共底部电活性层606上(在部分636上)，使得与第二致动器底部电极654的重叠形成第二致动器650。

图6示出了第一致动器630可以包括第一致动器表面632。第二致动器650可以包括第二致动器表面652。

图6还示出了形成在传感器底部电极614和包括传感器表面612的传感器顶部电极618之间的传感器电活性层616。在电活性层形成为连续层的情况下，可能的情况是传感器底部电极614、第一致动器顶部电极638和可选的第二致动器顶部电极658是公共电极层608的一部分。例如，如图6的实例所示，传感器底部电极614设置在公共底部电活性层606上方，其又设置在底部电极634和654上方，这些底部电极因此是与形成传感器底部电极614的层不同的层的一部分。

如图6所示，传感器电活性层616可以是沉积在传感器底部电极614上的层，该传感器电活性层616可以进一步覆盖传感器底部电极614的边缘。传感器电活性层616可以是连续层609的一部分，该连续层609可以覆盖第一致动器顶部电极638并且可以进一步覆盖第二致动器顶部电极658。传感器电活性层616和公共底部电活性层606可以包括不同的层特性。层特性可以选自：不同的层厚度、不同的材料、不同的材料成分或它们的组合。例如，公共底部电活性层606可以包括致动器电活性材料，例如电致伸缩电活性材料。电致伸缩电活性材料的实例是铁电弛豫聚合物。顶部电活性层609可以包括传感器电活性材料。传感器电活性材料的实例是压电材料，例如压电铁电活性共聚物。在一个实例中，公共底部电活性层606和顶部电活性层609可以包括压电铁电活性共聚物。

根据各种实施例并且如图7至图13B所示，如下所述，触觉反馈换能器单元可以包括一个或多个致动器电活性层，其层特性不同于传感器电活性层，即第一致动器电活性层和第二致动器中的至少一个电活性层与传感器电活性层不同。层特性可以选自：不同的层厚度、不同的材料、不同的材料成分或它们的组合。一个层特性可以是材料成分。传感器电活性层可以包括传感器电活性材料。所述一个或多个致动器电活性层，例如第一致动器电活性层和/或第二致动器电活性层，可以包括致动器电活性材料。根据一些实施例，第一致动器电活性层和第二致动器电活性层可以共用公共底部电活性层。在传感器电活性层的层特性与所述一个或多个致动器的层特性不同的情况下，传感器电活性层可以不与所述一个或多个致动器共用一个公共层。

根据各种实施例，触觉反馈换能器单元的若干设计配置在图7至图13B中示出。这些触觉反馈换能器单元可以实现为单个有源层结构，这意味着它们仅包括一层电活性材料。所示的设计配置可以包括绝缘区域，并且带有或不带有用于消除电气短路和噪声问题以及用于简单准备的图案。图7和图8示出了图案化的传感器电活性层、例如FerroEAP层以及透明电极，透明电极具有致动器电活性层的上方涂覆层、例如三元聚合物或共聚物作为绝缘区域。而且，描述了具有公共且连续的底部或顶部电极的设计(图9和图10)。此外，图11和图12中描述了具有两个层的触觉反馈换能器单元，所述层例如为无图案的FerroEAP共聚物和三元聚合物。这些可以考虑用于简单的准备。如前所述，所有具有单一电活性材料的触觉反馈换能器单元也可以用作另一种可能的配置，如上面图1至图6所示。

图7示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元700的示意图，其与图2的触觉反馈换能器单元200相同，除了来自传感器电活性层716的材料和来自致动器电活性层736(756)的材料可以彼此不同之外。例如，如图所示，第一致动器电活性层736可以设置在第一致动器电极734的边缘735上方，并且可以进一步设置在传感器底部电极714的边缘714.1上方。可选地或另外地，在另一个实例中，第二致动器电活性层756可以设置在第二致动器电极754的边缘755上方，并且可以进一步设置在传感器底部电极714的边缘714.2上方。传感器电活性层716可以包括传感器电活性材料。传感器电活性材料的实例。第一致动器电活性层736和第二致动器电活性层756中的至少一个可以包括致动器电活性材料。第一致动器电活性层736和第二致动器电活性层756可以共用公共层706。在如图7所示的触觉反馈换能器单元700中，传感器电活性层716具有与第一致动器电活性层736和第二致动器电活性层756(由不同阴影线示出)不同的层特性(例如不同的成分)，并且因此传感器电活性层716可以不与第一致动器电活性层736和第二致动器电活性层756共用一个公共层。为了说明的目的，第一阴影图案用于传感器电活性材料，第二不同阴影图案(不同取向)用于致动器电活性材料。在图8-13B中也使用相同的阴影图案。

图8示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元800的示意图，其与图3的触觉反馈换能器单元300相同，除了来自传感器电活性层816的材料和来自致动器电活性层836(856)的材料可以彼此不同之外。在触觉反馈换能器单元800中，传感器电活性层816设置在传感器底部电极814的边缘314.1(814.2)上方，并且设置在致动器电极834(854)的边缘835(855)上方。在如图8所示的触觉反馈换能器单元800中，传感器电活性层816的层特性与第一致动器电活性层836和第二致动器电活性层856(由不同阴影线示出)不同(例如不同的成分)，并且因此传感器电活性层816可以不与第一致动器电活性层836和第二致动器电活性层856共用公共层。

图9示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元900的示意图，其与图4的触觉反馈换能器单元400相同，除了来自传感器电活性层916的材料和来自致动器电活性层936(956)的材料可以彼此不同之外。在触觉反馈换能器单元900中，传感器底部电极914和致动器底部电极934(954)共用公共且连续的层904。在如图9所示的触觉反馈换能器单元900中，传感器电活性层916的层特性与第一致动器电活性层936和第二致动器电活性层956(由不同阴影线示出)不同(例如不同的成分)，并且因此传感器电活性层916可以不与第一致动器电活性层936和第二致动器电活性层956共用公共层。

图10示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元1000的示意图，其与图5的触觉反馈换能器单元500相同，除了来自传感器电活性层1016的材料和来自致动器电活性层1036(1056)的材料可以彼此不同之外。在触觉反馈换能器单元1000中，传感器顶部电极1018和致动器顶部电极1038(1058)共用公共且连续的层1008。在图10所示的触觉反馈换能器单元1000中，传感器电活性层1016的层特性与第一致动器电活性层1036和第二致动器电活性层1056(由不同阴影线示出)不同(例如不同的成分)，并且因此传感器电活性层1016可以不与第一致动器电活性层1036和第二致动器电活性层1056共用公共层。

图11示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元1100的示意图，其与图6的触觉反馈换能器单元600相同，除了来自顶部电活性层1104的材料和来自公共底部电活性层1106的材料可以彼此不同之外。例如，顶部电活性层1109可以包括传感器电活性材料，并且公共底部电活性层1106可以包括致动器电活性材料，例如电致伸缩电活性材料。电致伸缩电活性材料的实例是铁电弛豫聚合物。传感器电活性材料的实例是压电材料，例如压电铁电活性共聚物。

图12示出了根据各种实施例的触觉反馈换能器单元1200的示意图。触觉反馈换能器单元1200可以包括可以设置在基底上的第一公共底部电极层1204。第一公共底部电极层1204示例性地示出为连续层。

触觉反馈换能器单元1200还可以包括第一公共电活性层1206，该第一公共电活性层可以设置在公共底部电极层1204上。第一公共电活性层1206可以包括第一致动器电活性层并且还可以包括第二致动器电活性层。第一公共电活性层1206示例性地示出为连续层。第一公共电活性层1206可以包括致动器电活性材料，例如电致伸缩电活性材料。电致伸缩电活性材料的实例是铁电弛豫聚合物，例如铁电FerroEAP三元共聚物。可替换地，第一公共电活性层1206可以包括压电材料，例如压电铁电活性共聚物。

触觉反馈换能器单元1200还可以包括中间公共电极1208，该中间公共电极可以包括传感器底部电极1214，第一致动器顶部电极1238，并且触觉反馈换能器单元还可以包括第二致动器顶部电极1258。中间公共电极1208可以与第一致动器顶部电极1238和第二致动器顶部电极1258中的每一个隔开相应的间隙。因此，层1214、1216、1218的重叠可以形成传感器1210。

触觉反馈换能器单元1200还可以包括第二公共电活性层1209，该第二公共电活性层可以设置在中间公共电极1208上。第二公共电活性层1209包括传感器电活性层1216。第二公共电活性层1209示例性示出为连续层。第二公共电活性层1209可以包括传感器电活性材料。传感器电活性材料的实例是压电材料，例如压电铁电活性共聚物。

例如，以下材料组合是可能的：(i)第一公共致动器电活性层1206可以包括压电铁电活性共聚物，第二公共电活性层1209可以包括用于传感器层1216和致动器层1246(1266)的压电铁电活性共聚物；(ii)第一公共致动器电活性层1206可以包括铁电FerroEAP三元共聚物，第二公共电活性层1209可以包括用于传感器层1216和致动器层2146(1266)的压电铁电活性共聚物。再例如，在反向结构中。

再例如，在反向结构中，以下材料组合是可能的：(i)第一公共电活性层1206可以包括用于传感器层1276和致动器层1236(1256)的压电铁电活性共聚物，并且第二公共致动器电活性层1209可以包括铁电FerroEAP三元共聚物；(ii)第一公共电活性层1206可以包括用于传感器层1276和致动器层1236(1256)的压电铁电活性共聚物，第二公共致动器电活性层1209可以包括压电铁电活性共聚物。

触觉反馈换能器单元1200还可以包括第二公共顶部电极1298。第二公共顶部电极1298可以包括第一电活性层顶部电极1248并且还可以包括第二电活性层顶部电极1268。因此，层1248、1246、1238的重叠可以形成第一致动器1230。此外，层1268、1266、1258的重叠可以形成第二致动器1250。

图6、图11和图12所示的触觉反馈换能器单元可以实现为整个双层结构设计，而不需要电活性层的图案化。双层可意味着可能仅需要两个电活性层(公共底部电活性层和公共顶部电活性层)。共用且图案化的电极方式(例如通过提供中间公共电极)使得能够在双层结构设计中实现传感器触摸功能和致动器触觉反馈功能，而不需要电活性聚合物的图案化。换言之，可以通过中间公共电极的图案化来提供传感器从致动器的独立电寻址，并且因此可能不需要出于那个目的而图案化电活性层(公共底部电活性层和公共顶部电活性层)。

中间公共电极提供对光学特性触觉反馈换能器单元的最小影响。传感器触摸功能可以通过例如压电FerroEAP来实现。致动器触觉反馈功能可以例如通过电致伸缩FerroEAP或压电FerroEAP来实现。

图13A示出根据各种实施例的触觉反馈换能器单元1300的示意性顶视图。图13B示出了图13A的触觉反馈换能器单元1300的截面图A-A。

触觉反馈换能器单元1300包括围绕传感器1310的多于一个的致动器(1330，1350)。图13A为了说明的目的示出了6个致动器，这些致动器从顶视图看是六边形的并且以蜂窝图案布置。

图13B以示例性方式示出了触觉反馈换能器单元1300的横截面图A-A。横截面层结构可以是任何其他合适的，如本文根据各种实施例所述，例如如图1-12所示。

图13A和图13B示出了可以是透明的触觉反馈换能器单元，触觉反馈换能器单元包括位于中心且具有触摸感测能力的图案化的传感器电活性层，传感器电活性层包括传感器电活性材料，例如FerroEAP共聚物，并且触觉反馈换能器单元包括围绕用于致动能力的元件的致动器电活性层，致动器电活性层包括致动器电活性材料，例如FerroEAP三元共聚物。当中心元件(传感器1310)被切换为致动模式时，由于来自围绕中心元件(传感器1310)的每个致动元件的致动振幅叠加，可以实现致动振动幅度的6或7倍的放大概念。在一个可替换方案中，传感器和致动器包括相同的材料，例如FerroEAP共聚物，因此也可以采用具有全部为FerroEAP共聚物层的可能配置(例如像结合图1至图6所解释的)。此外，由于仅使用单一材料，因此易于加工是使用全部为FerroEAP共聚物的一个好处。

根据一些实施例，当触觉反馈换能器单元用如结合图12所解释的层结构实现时，当中心元件(传感器1210)被切换为致动模式时，由于来自围绕中心元件(传感器1210)的每个致动元件的致动幅度叠加，可以实现致动振动幅度的12或14倍的放大概念。

各种实施例可以描述触摸位置和力感测与触觉反馈的组合。例如，可以使用FerroEAP共聚物膜层的压电感测能力而不需要额外的电源和消耗，并且可以使用触觉透明的FerroEAP三元共聚物膜层(铁电弛豫聚合物)。通过操纵图案化透明电极设计和EAP薄膜制造工艺，可以将根据各种实施例的实施例集成到单个有源分层透明触觉反馈换能器单元中。同时，根据各种实施例，本文公开的方式提供了更好的光学性质(例如更高的透射率、更低的反射和雾度值)，因为不需要额外的触摸感测层和气隙来检测触摸并触发触觉反馈。还提出了用于消除电短路和噪声问题的几个设计配置以及包括具有电极共用方法的不同电活性材料层的整个双层设计，从而最小化光学性质的损失并最大化触摸感测和触觉反馈能力。

根据各种实施例，例如，如图13A和图13B所示，公开了协同触觉系统集成，其中组合了不同的触觉反馈操作模式。例如，可以协同地使用FerroEAP共聚物和三元共聚物致动器来叠加它们的触觉反馈输出。

图14示出了根据各种实施例的用于驱动触觉反馈接口的方法的流程图。根据权利要求的用于驱动触觉反馈接口的方法1400可以包括接收触摸事件信号1410。方法1400可以包括在从触觉接口点中的一个触觉接口点的触觉反馈换能器单元的传感器接收到触摸事件信号(1410)时，在触觉接口点中的所述一个触觉接口点上(例如触觉接口点中的所述一个触觉接口点上的触觉反馈换能器单元的一个或多个致动器上)提供致动。触摸控制器可以决定是否要提供对触觉接口点中的所述一个触觉接口点的致动。在触觉接口点中的所述一个触觉接口点上提供致动可以包括将致动信号放大到放大信号并且将放大的信号施加1435到触觉接口点中的所述一个触觉接口点的触觉反馈换能器单元的一个或多个致动器。可替换地或另外地，在触觉接口点中的所述一个触觉接口点上提供致动可以包括生成1441附加致动信号，并将附加致动信号施加1442到触觉接口点中的所述一个触觉接口点的触觉反馈换能器单元的传感器。

根据各种实施例，在触摸事件之后，方法1400可以包括步骤1420，其可以包括处理触摸事件信号。处理触摸事件信号可以包括判断功能，用于判定该过程是否应该在分支(1)下继续，从而导致将放大的信号施加1435到所述一个或多个致动器，并且用于判断该过程是否应当，可替换地或者另外地在除了分支(1)之外在分支(2)下继续，从而使得将附加致动信号施加1442到触觉接口点中的所述一个触觉接口点的触觉反馈换能器单元的传感器。

根据各种实施例，在触觉接口点中的所述一个触觉接口点上提供致动可以包括每当指示触觉反馈时(例如通过触摸控制器)执行分支(1)，并且还可以包括控制开关1440以用于决定是否应该在分支(1)之外执行分支(2)。该开关可以实现为软件开关或硬件开关，例如半导体开关。

根据各种实施例，触觉反馈接口可以包括多个触觉接口点，其中每个触觉接口点包括根据各种实施例的触觉反馈换能器单元(100...1300)。基底可以是在多个触觉接口点之中共用的公共层。此外，底部电极可以是在多个触觉接口点的触觉反馈换能器单元当中共用的公共层。此外，顶部电极可以是在多个触觉接口点的触觉反馈换能器单元之中共用的公共层。在一些实施例中，公共电活性层可以是在多个触觉接口点的触觉反馈换能器单元之中共用的公共层。

根据一些实施例，传感器电活性层、例如压电FerroEAP共聚物层可以作为触摸传感器或致动器***作，例如通过开关1440操作。当切换为致动模式时(114流程图行进到“Y”)，可以基于来自分支(2)(例如具有FerroEAP共聚物)和分支(1)(例如具有三元共聚物层)的谐波响应的叠加来放大触觉反馈换能器单元的整体振动幅度。

图15示出了根据各种实施例的触觉反馈接口1500的框图。触觉反馈接口1500可以包括被配置为接收触摸事件信号的触摸控制器1522。触觉反馈接口1500还可以包括被配置为接收来自触摸控制器1522的信号的主控制器单元1524。触觉反馈接口1500还可以包括被配置为根据各种实施例在触觉反馈接口的至少一个触觉接口点上设置致动的触觉控制器1526。

如前所述并且根据各种实施例，可以根据分支(1)或分支(2)中的至少一个来执行对触觉接口点中的所述一个触觉接口点的致动。关于分支(1)和分支(2)中哪个分支将在致动中被激活的决定可以由触觉控制器1526执行，触觉控制器可以相应地被配置。

在分支(1)下，触觉反馈接口1500可以包括放大器1530，放大器1530可以被配置为从触觉控制器1526接收信号或命令并生成放大信号。触觉反馈接口1500还可以被配置为将放大的信号施加于触觉接口点中的所述一个触觉接口点的触觉反馈换能器单元的一个或多个致动器1538。

在分支(2)下，触觉反馈接口1500可以包括发生器1541，发生器用于产生附加致动信号并将附加致动信号施加1548到触觉接口点中的所述一个触觉接口点的触觉反馈换能器单元的传感器。

当选择分支(1)和(2)用于在触觉接口点中的所述一个触觉接口点上提供致动时，产生组合致动1550。

在下文中，将更详细地解释根据图5的触觉反馈接口的实例。

触觉反馈接口1500通过实现传感器和致动器的致动幅度叠加来使用如本文所公开的协同触觉反馈方式。传感器电极可以电耦合到触摸控制器和主微控制器单元。当用户触摸触觉反馈接口1500时，传感器电活性层上的触摸引起的变形将导致产生可以用于感测的小电荷信号。并且非常精确地，还可以确定用户触摸引起的力总量。信号可以被传输到触摸控制器，然后传输到主微控制器单元。微控制器可以被配置为处理感测信号并与触觉控制器通信以发送致动信号。然后，这可以触发放大器以向致动器传递电压信号用于产生触觉振动反馈。定制的反馈(例如电压、频率、波形)可以由触觉控制器调制，触觉控制器可以相应地被配置。此外，感测信号可以用于触发开关，以便选择性地激活传感器的感测或致动模式。这允许实现放大的和可感知的触觉反馈。换言之，在非常短的时间段内，来自放大器的被施加的电压信号可以使传感器和一个或多个致动器同时振动，从而提供叠加的触觉振动反馈强度。

触觉反馈接口1500可以集成在触摸显示设备中。