專利名稱：具有觸覺導(dǎo)引的顯示系統(tǒng)的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種包括顯示屏的顯示系統(tǒng)，用于在顯示屏幕上顯示圖形表示，該顯示屏幕通過起伏向使用者提供觸覺和/或視覺導(dǎo)引。
本發(fā)明進(jìn)一步涉及包括上述顯示系統(tǒng)的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)。
背景技術(shù)：
在US6,072,475中公開了上述顯示系統(tǒng)的一個實例。已知的系統(tǒng)包括一個在三維方向上延伸的觸摸屏。當(dāng)使用者在觸摸屏的有效表面區(qū)域滑動手指時，觸覺反饋向他提供關(guān)于手指位置的信息。特別是當(dāng)使用者正在移動或者在看不到觸摸屏的情況下，使用這種觸摸屏特別便利。已知系統(tǒng)的一個問題是它只能應(yīng)用到非常有限的應(yīng)用范圍，即屏幕布局符合相同設(shè)計規(guī)則的應(yīng)用。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一個目的是提供一種在開篇段落中所定義的系統(tǒng)的改進(jìn)系統(tǒng)。為此，根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)包括在顯示屏幕上動態(tài)產(chǎn)生起伏的起伏產(chǎn)生器。起伏可以根據(jù)當(dāng)前應(yīng)用的圖形輸出而被動態(tài)改變。例如，一個應(yīng)用也許需要在屏幕頂部的觸覺導(dǎo)引，另一個應(yīng)用需要屏幕底部的觸覺導(dǎo)引。進(jìn)一步的，在單個應(yīng)用中，要求的觸覺導(dǎo)引的位置在執(zhí)行時可以改變。例如，如果應(yīng)用程序包括多個處理屏幕，第一個屏幕可以要求在屏幕頂部的觸覺導(dǎo)引，而第二個屏幕可以要求在屏幕底部的觸覺導(dǎo)引。通過提供在顯示屏幕上動態(tài)產(chǎn)生起伏的起伏產(chǎn)生器，可以得到提供觸覺導(dǎo)引的靈活系統(tǒng)。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中，起伏產(chǎn)生器包括壓電材料，用以響應(yīng)電信號來提供所述起伏。上述材料通常用于響應(yīng)機(jī)械變形而產(chǎn)生電信號。但是，也可以通過這些材料獲得相反的效果根據(jù)提供的電信號產(chǎn)生機(jī)械變形?？蛇x擇的或者附加的，也可以使用產(chǎn)生機(jī)械變形的其他裝置，比如機(jī)電結(jié)構(gòu)，形狀記憶合金，液體儲存器(fluid reservoir)等。
根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例進(jìn)一步包括根據(jù)來自起伏產(chǎn)生器的電信號檢測使用者的動作。如果使用者可以通過觸摸或按壓顯示屏幕與系統(tǒng)進(jìn)行交互，在屏幕上產(chǎn)生起伏將特別有用。產(chǎn)生觸摸屏的各種技術(shù)是公知的并被廣泛應(yīng)用，例如在計算機(jī)，個人數(shù)字助理和蜂窩電話中。通常，圖形顯示(例如LCD)與感光層結(jié)合，用于感應(yīng)手指或觸筆觸摸的位置。本發(fā)明的起伏產(chǎn)生器可被用作這種感光層。如上所述，響應(yīng)電信號提供機(jī)械變形的裝置通常也具有相反的特性。例如壓電材料響應(yīng)機(jī)械變形而產(chǎn)生電信號。因此專用的觸摸感光膜可被省略。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中，起伏產(chǎn)生器在顯示屏幕的選定位置產(chǎn)生突出或凹陷。根據(jù)當(dāng)前相關(guān)例如感應(yīng)到觸摸的屏幕區(qū)域的使用者信息，在屏幕上滑動手指時，上述突出或凹陷易被感知。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個優(yōu)選實施例中，起伏產(chǎn)生器包括單獨(dú)可尋址的起伏單元，每個起伏單元在基本垂直于顯示屏幕的方向上產(chǎn)生位移?？稍谔囟ㄎ恢煤吞囟〞r刻提供觸覺導(dǎo)引。例如，可以提供壓電單元矩陣，在顯示屏幕的任意希望的位置產(chǎn)生起伏。單元可以有不同的大小，但是它們最好具有與單個圖形像素或者一小組圖形像素相同的大小。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中，起伏產(chǎn)生器包括透明材料并且位于顯示屏幕的前面。如果起伏產(chǎn)生器基本透明，可以很方便地安裝在顯示屏幕的前面。圖形表示通過透明材料保持仍然可見，同時使用者可以很容易地感覺到起伏。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個備選實施例中，起伏產(chǎn)生器位于顯示屏幕的背面，顯示屏幕是一個可以隨著起伏產(chǎn)生器產(chǎn)生的起伏而變形的顯示屏幕。如果選擇不透明材料制造起伏產(chǎn)生器，應(yīng)該安裝在顯示屏幕的背面。隨著柔性顯示器的出現(xiàn)(例如基于有機(jī)LED或者電子墨水)，可以在顯示屏幕的背面產(chǎn)生起伏，該顯示屏幕的前面仍然可見。例如，如果用電機(jī)裝置比如磁鐵和線圈產(chǎn)生起伏，它不像透明裝置一樣方便。在這種情況下，起伏產(chǎn)生器可以位于顯示屏幕的背面。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中，起伏產(chǎn)生器可以自動確定預(yù)定圖形對象(比如按鈕和滑動觸頭)的起伏。本發(fā)明尤其適用于用觸覺導(dǎo)引來增強(qiáng)圖形表示。例如，按鈕的圖形表示可通過該圖形表示之后或之前的突出(或凹陷)增強(qiáng)，因此使用者可以真實地感覺按鈕，將之與周圍區(qū)分開來。通常該增強(qiáng)可通過產(chǎn)生圖形表示的軟件應(yīng)用程序產(chǎn)生。但是，根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的本實施例可以識別預(yù)定圖形用戶接口(GUI)對象，比如按鈕和滑動觸頭，為這些對象產(chǎn)生適當(dāng)?shù)钠鸱?。上述結(jié)構(gòu)可以很容易的與一個單獨(dú)的GUI組件(比如X-Windows終端)集成。如今，圖形操作系統(tǒng)幾乎總是具有一個預(yù)定義圖形對象的單獨(dú)層，用于應(yīng)用程序的某些擴(kuò)展，但是行為被預(yù)定義。上述GUI對象的定義利用適當(dāng)觸覺導(dǎo)引的定義而被擴(kuò)展。
在根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)的一個實施例中，起伏產(chǎn)生器響應(yīng)使用者動作動態(tài)產(chǎn)生起伏的變化，以便提供觸覺反饋。注意觸覺導(dǎo)引和觸覺反饋之間的差別。觸覺導(dǎo)引是靜態(tài)的(對于當(dāng)前圖形表示來說)，但是觸覺反饋是動態(tài)的，響應(yīng)于使用者動作。例如，物理推按鈕最初會抵抗使用者的壓力。當(dāng)施加的壓力超過一個閾值，按鈕被激活，使用者感覺到“突然”動作(snap action)，確定按鈕實際被壓下。在GUI中，該突然動作經(jīng)常通過改變圖形表示來模擬，有時通過單擊或嘟嘟聲來模擬。在本實施例中，可通過實時觸覺反饋進(jìn)一步增強(qiáng)。例如，當(dāng)使用者用足夠的力壓下圖形按鈕時，初始突出可能突然消失或者甚至變成凹陷，清楚地向使用者表示按鈕被壓下。在前面的實施例中，使用者甚至可以沿著滑動調(diào)節(jié)器“壓”滑動按鈕。為此，顯示系統(tǒng)可以在滑動按鈕和周圍部分檢測使用者手指的壓力，通過將突出“遠(yuǎn)離”手指進(jìn)行響應(yīng)，相對于使用者手指觸摸滑動按鈕周圍的位置。使用者可以隨后收回手指或者跟隨突出的運(yùn)動繼續(xù)滑動按鈕。
本發(fā)明尤其適用于利用觸摸輸入與系統(tǒng)進(jìn)行使用者交互的數(shù)據(jù)處理設(shè)備，比如PDA，蜂窩電話等。


參考下文中描述的非限定的實施例，本發(fā)明的這些和其他方面將更清楚，并對其進(jìn)行說明。在附圖中圖1描述了根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的一個實施例的個人數(shù)字助理的結(jié)構(gòu)圖；圖2描述了包括本發(fā)明的起伏產(chǎn)生器的顯示屏幕的橫截面的示意圖，圖3描述了包括本發(fā)明的起伏產(chǎn)生器的備選顯示屏幕的橫截面的示意圖，圖4描述了包括具有觸覺反饋能力的起伏產(chǎn)生器的顯示屏幕的示意圖，圖5描述了包括具有觸覺反饋能力的起伏產(chǎn)生器的另一個顯示屏幕的示意圖。
實施例描述為了一致和更容易理解，不同附圖中的相同的附圖標(biāo)記表示執(zhí)行相同或相似功能的結(jié)構(gòu)。
圖1描述了個人數(shù)字助理100的結(jié)構(gòu)圖，作為根據(jù)本發(fā)明的數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)的一個實施例。PDA 100包括顯示屏幕101，該顯示屏幕為觸摸感應(yīng)液晶顯示器(LCD)，可以顯示圖形表示并且感應(yīng)使用者的觸摸輸入。PDA 100進(jìn)一步包括硬件推按鈕，例如用于激活常規(guī)用途的應(yīng)用程序(比如議程，計算器，地址列表和記事本)。當(dāng)前顯示在顯示屏幕101上的圖形表示包括一個消息“繼續(xù)？”和兩個軟按鈕103，104，分別表示繼續(xù)或取消當(dāng)前操作。兩個按鈕103和104從顯示屏幕101突出，由起伏產(chǎn)生器在與按鈕的圖形表示一致的位置產(chǎn)生。因此，使用者在屏幕上操作時不必仔細(xì)觀看屏幕，因為他在屏幕上滑動手指時可以感覺按鈕的出現(xiàn)。在黑暗環(huán)境或多任務(wù)設(shè)置時這會非常方便。優(yōu)選的，使用者施加的壓力超過某個閾值時按鈕才被激活，因此使用者可以先用手指搜索按鈕而不會激活任何一個。
圖2描述了包括本發(fā)明的起伏產(chǎn)生器的顯示屏幕的橫截面的示意圖。顯示屏幕包括常用類型的LCD顯示器201。顯示器的上面包括透明壓電單元層202，該透明壓電單元構(gòu)成起伏產(chǎn)生器。每個單元可被單獨(dú)尋址，因此可在任何希望的位置產(chǎn)生起伏。響應(yīng)按鈕103和104的突出在圖2的側(cè)視圖中描述。每個按鈕的寬度相應(yīng)于四個突出單元，每個按鈕的高度可以例如相應(yīng)于兩個突出單元。在可選的實施例中，單元可以更大或更小，其依賴于系統(tǒng)的復(fù)雜性。在理想的例子中，這些單元相應(yīng)于單個圖形像素。按鈕103和104的圖形表示可通過透明層202觀看。由于層202的光折射，圖形表示可輕微變形，但是可以通過使按鈕更突出(比如通過放大)將其變成有利。突出可通過在相應(yīng)位置激活起伏單元來實現(xiàn)，或者在所有非相關(guān)位置互補(bǔ)地產(chǎn)生凹陷來實現(xiàn)(比如提供一個相反信號到非相關(guān)單元。也可以使用兩種方法的組合。
圖3描述了包括本發(fā)明的起伏產(chǎn)生器的可選的顯示屏幕的橫截面的示意圖。在這個可選的實施例中，起伏產(chǎn)生器302位于顯示屏幕301的背面。顯示屏幕301是一個柔性顯示器(flexible display)，可以在起伏產(chǎn)生器302產(chǎn)生的起伏周圍彎曲。在這個例子中，起伏產(chǎn)生器302不必透明，因此可以由不透明的壓電材料或機(jī)電部分構(gòu)成，驅(qū)動顯示屏幕301背面的管腳以產(chǎn)生起伏。
圖4描述了包括具有觸覺反饋能力的起伏產(chǎn)生器的顯示屏幕的示意圖。該圖描述了與圖2相同的情況，但是按鈕104被使用者的手指401壓下。最初，當(dāng)使用者的手指401輕輕觸摸按鈕104時，突出保持。只有當(dāng)使用者手指施加的壓力超過某個閾值時，突出被取消或者甚至變化成凹陷，給使用者一種指示按鈕被實際壓下的“突然”感覺。為了這個目的，起伏產(chǎn)生器和產(chǎn)生圖形按鈕的交互應(yīng)用程序應(yīng)該可以就超過閱值進(jìn)行溝通。如果按鈕104實際被激活，即當(dāng)施加的壓力超過預(yù)定閾值時，應(yīng)用程序?qū)⒅蝗∠?dāng)前操作。如上所述，壓電層可被額外用作觸摸感光層。使用者手指401最開始的觸摸導(dǎo)致按鈕104的凹陷，其依次引起由壓電材料所產(chǎn)生一個小的電壓。該電壓與施加到按鈕、用于產(chǎn)生突出的電壓反向。后者可以保持或者甚至臨時增加以產(chǎn)生電阻，當(dāng)施加的壓力超過預(yù)定閾值時，壓力突然減小，消除或者甚至反向。產(chǎn)生類似于操作硬件推按鈕感覺的突然動作。
在前面的實施例中，觸發(fā)推按鈕(通常是開/關(guān)按鈕)可通過控制圖形按鈕模擬，在使用者的手指放開后，保持在較低位置(表示“開”狀態(tài))或返回到較高位置(表示“關(guān)”狀態(tài))。較低位置可以低于或等于中間位置，較高位置可以等于或高于中間位置。這些不同的位置可以通過提供不同的電壓電平來實現(xiàn)，或者全部是正電壓，或者既有正電壓也有負(fù)電壓。例如，中間位置正電壓可用于產(chǎn)生中間位置，零電壓可被用于產(chǎn)生凹陷?？蛇x的，中間位置可以相應(yīng)于零電壓，而凹陷相應(yīng)于負(fù)電壓。
圖5描述了包括具有觸覺反饋能力的起伏產(chǎn)生器的另一個顯示屏幕的示意圖。描述了使用者手指401沿著滑動控制器502推動滑動按鈕501?；瑒涌刂破?02由橢圓形壓下區(qū)域表示，其中滑動按鈕501用沿著滑動控制器的適當(dāng)位置的突出表示。只在垂直于顯示屏幕201的方向壓下滑動按鈕501不會產(chǎn)生任何作用，至少不會改變將被調(diào)整的滑動調(diào)節(jié)器的變量。例如，它可以被認(rèn)為是對調(diào)整的確認(rèn)。通過檢測使用者手指401在滑動按鈕501和滑動控制器502的觸摸來獲得實際調(diào)整。系統(tǒng)解釋為希望在相反方向推動滑動按鈕501，即向圖5的左邊。起伏產(chǎn)生器202通過將對應(yīng)該滑動按鈕501的突出以預(yù)定距離定位到左邊進(jìn)行響應(yīng)，該預(yù)定距離進(jìn)一步依賴于所施加的壓力。隨后，使用者可以放開手指以停止調(diào)整滑動按鈕，或者也將手指向左移動來跟隨突出的移動。最后，如果滑動按鈕到達(dá)滑動控制器的末端，起伏產(chǎn)生器202通過不再移動突出將其通知給使用者，因此將突出保持在當(dāng)前位置。使用者可以通過將手指401同時放置在按鈕501的另一側(cè)和滑動控制器502的末端或者在其范圍之外的“中間”區(qū)域，來反向移動滑動按鈕501。在前面的實施例中，起伏產(chǎn)生器202可以檢測使用者施加的不垂直于顯示屏幕201的壓力的分量。在這種情況下，不需要使用者同時觸摸滑動按鈕501和滑動控制器502的一部分，因此使用者可以只在不垂直于顯示屏幕201的方向按壓來推動滑動按鈕501。
總之，本發(fā)明涉及一種顯示系統(tǒng)，其包括用于顯示圖形表示的顯示屏幕。顯示屏幕的表面有起伏，以便向使用者提供觸覺和/或視覺導(dǎo)引。根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)包括一個起伏產(chǎn)生器，用于在顯示屏幕上動態(tài)產(chǎn)生起伏。根據(jù)當(dāng)前應(yīng)用的圖形輸出，起伏可被動態(tài)改變。
盡管本發(fā)明已經(jīng)參考特定實施例進(jìn)行了描述，可以在本發(fā)明的思想范圍內(nèi)進(jìn)行變化和修改。例如，起伏產(chǎn)生器可被應(yīng)用于一個沒有任何觸摸控制支持的設(shè)備，只是用于視覺和/或觸覺導(dǎo)引?？蛇x擇的，當(dāng)起伏產(chǎn)生器專用于起伏的產(chǎn)生時，可以應(yīng)用一個單獨(dú)的觸覺感光層，專用于具有觸覺檢測功能。
用語“包括”不排除權(quán)利要求中所列出的單元和步驟之外其它單元和步驟的存在。在這些權(quán)利要求中，括號中的任何附圖標(biāo)記不應(yīng)解釋為對權(quán)利要求的限定。本發(fā)明可用包括幾個不同單元的硬件裝置實現(xiàn)，也可用適當(dāng)編程計算機(jī)實現(xiàn)。在列舉了幾個裝置的設(shè)備權(quán)利要求中，其中某些裝置可用同一硬件實現(xiàn)。
權(quán)利要求
1.一種顯示系統(tǒng)(100)，包括用于顯示圖形表示的顯示屏幕(101)，顯示屏幕通過起伏向使用者提供觸覺和/或視覺導(dǎo)引，其中顯示系統(tǒng)包括一個起伏產(chǎn)生器(202，302)，用于在顯示屏幕上動態(tài)產(chǎn)生起伏。
2.根據(jù)權(quán)利要求1的顯示系統(tǒng)，其中起伏產(chǎn)生器(202，302)包括壓電材料，用于響應(yīng)電信號來提供所述的起伏。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2的顯示系統(tǒng)，進(jìn)一步被用于根據(jù)從起伏產(chǎn)生器(202，302)接收的電信號來檢測使用者的動作。
4.根據(jù)權(quán)利要求1或3之一的顯示系統(tǒng)，其中起伏產(chǎn)生器(202，302)用于在顯示屏幕的被選擇的位置產(chǎn)生突出(103)或凹陷(104’)。
5.根據(jù)權(quán)利要求1至4中之一的顯示系統(tǒng)，其中起伏產(chǎn)生器(202，302)包括單獨(dú)可尋址的起伏單元(202)，每個起伏單元在基本垂直于顯示屏幕的方向上產(chǎn)生位移。
6.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的顯示系統(tǒng)，其中起伏產(chǎn)生器包括透明材料(202)，并且位于顯示屏幕(101)的前面。
7.根據(jù)權(quán)利要求1至5之一的顯示系統(tǒng)，其中起伏產(chǎn)生器(302)位于顯示屏幕(101)的背面，顯示屏幕(301)是一個軟性顯示器，其可以追隨起伏產(chǎn)生器所產(chǎn)生的起伏。
8.根據(jù)權(quán)利要求1至7之一的顯示系統(tǒng)，其中起伏產(chǎn)生器(202，302)可以自動確定預(yù)定圖形對象，比如按鈕和滑動按鈕，的起伏。
9.根據(jù)權(quán)利要求1至8之一的顯示系統(tǒng)，其中起伏產(chǎn)生器響應(yīng)使用者動作動態(tài)產(chǎn)生起伏的變化(104’)，以便提供觸覺反饋。
10.一種數(shù)據(jù)處理系統(tǒng)(100)，其包括權(quán)利要求1至9中任何一個所述的顯示系統(tǒng)。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種顯示系統(tǒng)，包括顯示圖形表示的顯示屏幕(101)。顯示屏幕的表面具有起伏(103，104)，以便向使用者提供觸覺和/或視覺導(dǎo)引。根據(jù)本發(fā)明的顯示系統(tǒng)包括一個起伏產(chǎn)生器，用于在顯示屏幕上動態(tài)產(chǎn)生起伏(103，104)。因而可以根據(jù)當(dāng)前應(yīng)用的圖形輸出，使起伏動態(tài)變化。
文檔編號G09B21/00GK1602498SQ02824870
公開日2005年3月30日 申請日期2002年11月20日 優(yōu)先權(quán)日2001年12月12日
發(fā)明者E·M·A·迪德里克斯 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司