CN102741788A - 具有包括半导体材料的复合剖面的触觉刺激装置 - Google Patents

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Abstract

这里对触觉刺激装置的实施例以及这种装置的部件进行了一般的描述。例如，在一个实施例中，提供了一种触觉刺激装置。该触觉刺激装置具有复合剖面，该复合剖面包括绝缘区域和靠近该绝缘区域的半导体区域。该绝缘区域可供身体部位触摸。另外包含一个靠近半导体区域的电压源。这里，电压源被配置为将半导体区域充电至对身体部位产生电感的感觉的电势。

Description

具有包括半导体材料的复合剖面的触觉刺激装置
相关申请的交叉引用
本申请权利要求享有2010年6月3日递交的美国申请号为12/793,563，名称为“具有包括半导体材料的复合剖面的触觉刺激装置”的专利申请，以及2009年11月12日递交的美国临时申请号为61/260,554，名称为“用于触摸输入的接口装置”的专利申请的优先权，其披露的内容通过引用的方式包含在本文中。
背景技术
当电流突然流过身体的一部分时，可能发生电击，典型地会引起神经的刺激。例如，用户在触摸计算机或其他设备的特定部件时，如果该部件正在漏电或没有充分绝缘，则该用户可能遭遇电击。另外，为了防止电击或出于其他目的，而用来覆盖设备的部件的一些绝缘材料可能非常厚。绝缘材料的厚度有助于大多数的部件，因此，加入到大多数具有绝缘部件的设备中。
发明内容
本发明的目的在于，消除或减轻上面发现的一个或多个问题。该目的通过附加的独立权利要求中限定的装置实现。从属权利要求以及下面的说明书和附图涉及可选的实施例和特征，用于解决附加的问题和/或提供附加的益处。此处讨论的实施例提供了半导体材料在触觉刺激装置中的使用，以用于合理地抑制或防止电击或用于其他功能。利用触觉刺激装置，用户可以体会到源于触摸触觉刺激装置的特定剖面（例如该装置的表面）所产生的触摸、按压或振动的感觉。该剖面包含绝缘材料，例如玻璃。在一个实施例中，半导体材料是层状的，或者，与绝缘材料结合在一起。例如，可以在一块包含触觉刺激装置的剖面的玻璃上，沉积一薄层半导体材料。正如下面通过举例方式所详细说明的，这种半导体材料可以合理地限制电流量，从而抑制或防止对用户的电击。此外，也如下面通过举例方式所详细说明的，半导体材料可以合理地减少绝缘材料的厚度。
附图说明
本发明通过举例方式加以说明，且不限于附图中描述的方式，其中同样的标记表示相似的元件，其中：
图1根据一个典型实施例描述了触觉刺激装置的一个例子的示意图；
图2A，图2B，图2C和图2D根据不同的典型实施例描述了可能被包含在触觉刺激装置内的不同的复合剖面结构和部件的示意图；
图3是实现了触觉刺激装置的一个说明、例示性的实施例的电路图；
图4描述了触觉刺激装置的一个例示性的实施例的电路图，其中，电容耦合强度通过电极运动调整；
图5描述了触觉刺激装置的一个例示性的实施例的电路图，其中，一组电极中的各个电极可能具有相反电荷；
图6描述了触觉刺激装置的另一例示性的实施例的电路图，该触觉刺激装置具有一组可被单独地控制的电极；
图7根据一个例示性的实施例描述了当触觉刺激装置接地时，在电容耦合中电场产生的电势的分布的电路图；
图8描述了触觉刺激装置的另一例示性的实施例的电路图，该触觉刺激装置具有浮动电压源；
图9描述了触觉刺激装置的另一例示性的实施例的电路图；
图10根据一个实施例描述了在半导体区域254的表面创建的空间波；
图11描述了一个具有单电极的触觉显示设备的例示性的实施例的示意图，该单电极基于身体部位的位置产生电感的感觉；
图12A和图12B描述了材料的不同区域的示意图；该材料的不同区域可能包含触摸屏面板的不同的例示性实施例；
图13是配置为对图12A中描述的触摸屏面板充电的电路的例示性实施例的示意图；
图14描述了包含触觉刺激装置的复合剖面的另一实施例的示意图，其中一个复合剖面被提供在接地连接中；
图15描述了被提供在接地连接中的复合剖面的不同实施例的示意图；
图16描述了被提供在接地连接中的复合剖面的另一实施例的示意图；
图17A和图17B根据一个例示性实施例描述了触觉刺激装置的示意图，该触觉刺激装置具有一个将触摸屏面板的半导体区域连接到电压源的连接器；
图18根据一个例示性实施例描述了触觉刺激装置的不同元件的示意图。
具体实施方式
下面的说明书和附图列举了足以使本领域技术人员实施本发明的具体实施例。其他的实施例可以包含结构、逻辑、电气、过程及其他变化。实施例仅代表可能的变化。除非明确需要，单独的部件和功能是可选的，且操作顺序可以变化。一些实施例的部分和特征可能包含在其他实施例中，或替代其他实施例的特征。在权利要求书中陈述的本发明的实施例包含这些权利要求的所有可提供的等价物。本发明的实施例中可能单独地或共同地在这里提到的术语“发明”仅仅是为了便于表达，并不意图将本申请的范围限定在任何单一的发明或发明构思，如果实际公开了更多的发明。
图1根据一个典型实施例描述了触觉刺激装置150的一个例子的示意图。应当理解的是，“触觉”被定义为涉及触摸或按压的感觉，触觉刺激装置150能够基于脉动库仑力的产生，对身体部位120（例如，一个手指）造成触摸或按压的感觉，下面将通过更加详细的方式举例描述。
触觉刺激装置150可以是触觉显示设备的形式，该触觉显示设备能够显示图表，还可以对身体部位120产生触摸的感觉。图1描述了这样的触觉显示设备的一个例子，该触觉显示设备采用智能电话的形式，具有对身体部位120的触摸而作出反应的触摸屏面板160（或触摸敏感屏）。也就是说，通过身体部位120触摸触摸屏面板160的不同部分，将导致智能电话做出不同的动作。
除了显示图表，触摸屏面板160还可以对身体部位120产生触摸或按压的感觉。对身体部位120产生的触摸感觉可能包含高压的产生，该高压有可能导致对身体部位120的电击。为了尽可能的防止或抑制电击，触摸屏面板160的一个区域可以包括半导体材料，该半导体材料可限制电流向身体部位120的流动。另外，半导体材料还可用于减少触摸屏面板160的厚度，下面也将通过举例详细说明。除了图1描述的智能电话，触觉刺激装置150可以包含各种其他装置，例如电脑显示器、电视、门把手、触摸板、鼠标、键盘、开关和控制杆。
图2A、图2B、图2C和图2D是根据不同的典型实施例，可能包含在触觉刺激装置内的不同的复合剖面结构和部件的示意图。如图2A所描述的，触觉刺激装置的一个例子包括复合剖面250以及通过电压放大器240连接到复合剖面250的电压源242。这里使用的“复合剖面”是指包含触觉刺激装置的独特零部件（part）或一些零部件。如图2A、图2B、图2C和图2D所描述的，一个实施例中的复合剖面250是触觉刺激装置上设置为被身体部位120触摸的外部范围。这里，复合剖面250的这个例子具有厚度，在一个实施例中，复合剖面250包括可被身体部位120触摸的绝缘区域252，以及半导体区域254。
绝缘区域252是包括一个或多个绝缘材料的复合剖面250的一个区域、切块或部分。绝缘体是不导电的材料，或者，是导电性低到通过该材料的电流流动可忽略不计的材料。绝缘材料的例子包括玻璃、聚乙烯、木材、橡胶状聚合物、聚氯乙烯、硅树脂、聚四氟乙烯、陶瓷及其他绝缘材料。
半导体区域254是包括一个或多个半导体材料的复合剖面250的一个区域、切块或部分。半导体是一种导电性介于导体和绝缘体之间的材料。因此，半导体区域254是一个既非理想的导体，也非理想的绝缘体的区域。半导体区域254的导电率可能普遍地在103西门子/厘米（S/cm）至10-8S/cm之间。然而，介绍一下尺寸指标可能是有帮助的，而不是限定半导体区域254的电阻限度。在一个实施例中，半导体区域254的表面电阻可以使得半导体区域254在合理的时间内可被充电至足以对身体部位120产生电感的感觉（明显的振动的感觉）的电压。在一些应用中，这样的合理的充电时间小于500毫秒，在一个例子中，充电时间在0.1和500毫秒之间变化。容易理解的是，小于200毫秒的充电时间可以向用户提供快速的反馈。半导体区域254的表面电阻也是它的表面面积的函数。如果充电时间保持在合理值，则表面越大，所需的表面电阻越小。半导体材料的例子包括半导电透明聚合物，氧化锌，碳纳米管，氧化铟锡（ITO）,硅，锗，砷化镓，碳化硅及其他半导体材料。
参照图2A，电压放大器240的输出端“OUT”耦合到半导体区域254，在该特定实施例中，半导体区域254具有电极的功能。绝缘区域252隔绝半导体区域254与身体部位120的电流接触。通常，电压源242是一个产生电动势的设备，在本实施例中，将电压源242配置为对半导体区域254充电至一个电势，该电势是电场中用伏特表示的一个点，由此在身体部位120上产生电感的感觉。特别的，绝缘区域252防止直流电流从半导体区域254向身体部位120的流动。结果，在半导体区域254和身体部位120之间形成了绝缘区域252上的电容耦合，该电容耦合在身体部位120上产生了电感的感觉。根据电荷的应用，电极（或半导体区域254）和身体部位120之间的电容耦合产生了脉动库仑力。该脉动库仑力可以刺激振动敏感受体，该受体主要指位于身体部位120的表皮221的最外层皮肤下面的帕西尼氏小体（pacinian corpuscles）222。
电压放大器240由电压源242产生的信号“IN”驱动，该信号导致产生的库仑力的内能（energy content）的主要部分处于帕西尼氏小体222所敏感的频率范围。对人类来说，该频率范围可以在10赫兹到1000赫兹之间。例如，该频率可以在50赫兹到500赫兹之间，或100赫兹到300赫兹之间，比如大约240赫兹。
电压放大器240和绝缘区域252上的电容耦合的规格使得帕西尼氏小体222或其他机械敏感受体能够被刺激，从而产生电感的感觉。为此，电压放大器240（或电压源242）可以产生几百伏特甚至几千伏特的输出。通过电容耦合的方式驱动进入身体部位120的交流电具有非常小的数量级，而且还可以通过使用例如低频交流电的方式被进一步地减小。
容易理解的是，电流接地使人类的电势接近于地，并在复合剖面250和身体部位120之间产生强大的电势差和电场。如果用户恰当地触摸导电接地电极，电流接地效果很好。然而，如果以非常轻的方式触摸，仅使用非常小的接触面积，局部的（电容的）电流可能产生能够引起对身体部位120的刺激的火花或电击。半导体区域254可以限制局部电流流过很小面积，进而限制其流向身体部位120。结果，对电流流动的限制可以抑制或防止对身体部位120的电击，因此合理地减少对身体部位120的刺激。
另外，半导体区域254可以用来减少绝缘区域252的厚度。特别的，当发生电击穿时，可能形成高电流密度的电子通道，其中电击穿是指绝缘体的电阻的迅速减小，从而可导致电火花在绝缘体周围跳动或穿过该绝缘体（或绝缘区域252）。然而，这样的电子通道可能并不能在半导体材料中形成，这是因为这样的材料具有更低的载流子密度。因此，通过使用半导体材料，即使应用高电场，电击穿也不大可能发生。结果，绝缘区域252还可以被减少，从而导致绝缘区域252厚度的减少。容易理解的是，接近这种电压范围的下限时，绝缘体的厚度可以像原子层一样薄，或者，在其他例子中，可以在大约0.01毫米到大约1毫米之间，在大约1微米到大约2毫米之间，大于约2毫米，在大约20微米到大约50微米之间，或小于约20微米。这里使用的术语“大约”表示在用于给定的应用时，规定的尺寸或参数可在可接受的制造公差内变化。在一些实施例中，可接受的制造公差为±10%。随着材料技术和纳米技术的发展，可能能够获得更薄的耐用绝缘剖面，这时也可以允许所用电压的减少。
还容易理解的是，电压源242不需要物理地耦合到半导体区域254就能对半导体区域254充电至一个电势。在一个可选实施例中，电压源242可以接近于半导体区域254，但不在物理上连接。特别的，由电压源242产生的电场可以对半导体区域254充电到一电势，而不需要电压源242物理地连接到半导体区域254。这种电容的能量传输也可以是电容耦合的一种类型，被称为电容连接。
图2A中描述的半导体区域254接近于绝缘区域252，但容易理解的是，复合剖面250也可以具有各种其他不同的结构。图2B描述了与一个可选实施例一致的不同的复合剖面的结构示意图。这种复合剖面251也包括绝缘区域252和半导体区域254。类似的，电压源242通过电压放大器240连接到复合剖面251。绝缘区域252可被身体部位120接触，半导体区域254放置在绝缘区域252的下方。
绝缘区域252包括一块绝缘材料，例如一片玻璃。半导体区域254包括一块不同的半导体材料，例如一片半导电透明聚合物。形成绝缘区域252的绝缘材料与形成半导体区域254的半导体材料存在物理的区别。复合剖面251通过将该块绝缘材料与该块半导体材料粘合在一起构成。
图2C根据另一典型实施例描述了复合剖面的另一种结构示意图。该复合剖面255也包括绝缘区域252和半导体区域254。类似的，电压源242通过电压放大器240连接到复合剖面255。该绝缘区域252可被身体部位120接触，半导体区域254放置在绝缘区域252的下方。
绝缘区域252具有一个可被身体部位120触摸的一侧面或一表面，以及一相对的侧面或表面。在本实施例中，一层半导体材料涂布在绝缘区域252的该相对的表面上。这层半导体材料形成半导体区域254。容易理解的是，这层半导体材料可以是稀薄的一层。例如，在一个实施例中，该层可以像原子层一样薄。在其他典型实施例中，半导体区域254的厚度可以在大约1微米到大约200微米之间，大于约200微米，或在20微米到50微米之间。
图2D根据另一典型实施例描述了复合剖面的另一种结构示意图。该复合剖面257也包括绝缘区域252和半导体区域254。类似的，电压源242通过电压放大器240连接到复合剖面257。绝缘区域252可被身体部位120触摸，半导体区域254放置在绝缘区域252的下方。
然而，在本实施例中，复合剖面257不是由两块单独的材料形成的。相反，绝缘区域252和半导体区域254最初包含一块单独的绝缘材料，向该绝缘材料的一部分中加入掺杂剂，以改变该部分的材料的性质成为半导体材料。特别的，掺杂剂的添加增加了绝缘材料的该部分的导电率，使它的材料性质改变为半导体材料的性质。该掺杂可通过氧化（p型掺杂）或还原（n型掺杂）来实现。该掺杂的部分形成了半导体区域254。这种掺杂剂的例子包括导电聚合物，该导电聚合物通常被分类为表面电阻率从101至107欧姆/平方的聚合物。聚苯胺（PANI）是导电聚合物的一个例子。其他可能用作掺杂剂的例子包括碳纳米管，导电碳，碳纤维，不锈钢纤维，砷化镓，钠萘基金属（sodium naphthalide），溴，碘，五氯化二砷（arsenic pentachloride），铁（III)氯化物以及亚硝酰基(NOPF6)。
反之亦然，在一个可选实施例中，复合剖面257可能最初包括一块单独的半导体材料，可以向该半导体材料的一部分中加入掺杂剂，使该部分改变为绝缘材料。换句话说，绝缘区域252和半导体区域254最初由一块单独的半导体材料组成，向该半导体材料的一部分中加入掺杂剂，以改变该部分的材料性质成为绝缘材料。掺杂剂的添加降低了半导体材料的该部分的导电率，使它的材料性质改变为绝缘材料的性质。该掺杂的部分形成了绝缘区域252。
图3是实现触觉刺激装置301的一个说明性的、示例性的实施例的电路图。在该实施例中，电压放大器302通过电流放大器303及跟随其后的变压器304实现。举例来说，变压器304的二次绕组相对于触觉刺激装置301的其余部分处于快速配置（flying configuration）。利用调制信号驱动放大器302和303，该调制信号输入到调制器310中的分量通过312和314表示。电压放大器302的输出耦合至开关阵列317，该开关阵列317依次耦合至控制器316以及包含半导体材料的电极306A，306B和306C。电极306A，306B和306C通过绝缘区域308A，308B和308C绝缘于电流接触（galvaniccontact）。结合图3描述的该实施例包含多个电极306A，306B和306C，但是每个电极306A，306B或306C单独地刺激身体部位320A，320B或320C的皮肤的不同区域，更准确的说是机械敏感受体，该机械敏感受体包括皮肤最外层下方的帕西尼氏小体。因此，n个电极306A，306B和306C的配置可以并行传送n比特信息。
虽然不是完全必需的，但是，相对于触觉刺激装置301的电压部分，提供接地连接可能是有益的，该接地连接有助于使用户更接近于明确限定的（非浮动的）电势。在一个实施例中，接地连接350将电压部分的参考点REF连接到身体部位354，该身体部位354不同于将要被刺激的身体部位320A，320B和320C。参考点REF在变压器304的二次绕组的一末端，而用于电极306A，306B和306C的驱动电压从二次绕组的另一末端获取。在一个说明性实施例中，触觉刺激装置301是一个便携式装置，其包括被身体部位320A，320B和/或320C激活的触摸屏面板。接地连接350在接地电极352处终止，接地电极352可形成触觉刺激装置301的一表面。
位于参考点REF和不受刺激的身体部位354之间的接地连接350可能在电学上是复杂的。另外，便携式装置典型地缺乏相对于环境的可靠参考电势。因此，术语“接地连接”不需要到完全接地（solid-earth ground）的连接。替代地，接地连接是指任何有助于减少触觉刺激装置301的参考电势和不同于将被刺激的身体部位（例如，身体部位320A，320B和320C）的第二身体部位（例如，身体部位354）之间的电势差的适当的连接。电压部分的参考点REF和不受刺激的身体部位354之间的非电容耦合350（或电阻耦合）有可能增强由受刺激的身体部位320A，320B和320C体验到的电感的感觉。相反，等价的电感的刺激可以用较低的电压实现和/或通过较厚的绝缘体与接地连接350的使用实现。
如上所述，利用高频信号312驱动放大器302和303，该高频信号312在调制器310内通过低频信号314调制得到。低频信号314的频率是帕西尼氏小体能够对其作出反应的频率。高频信号312的频率可能略微高于人类的听觉能力，例如在18kHz和25kHz之间,或者在19kHz和22kHz之间。
在图3所描述的实施例中，只要身体部位320A，320B或320C分别位于电极306A，306B或306C的附近，就可以产生稳定状态的电感的感觉。为了传输有用的信息，电感的感觉可以被调制。这样的承载信息的调制可以通过电子控制一个或多个操作参数提供。例如，这样的承载信息的调制可以由控制一个或多个操作参数的控制器316提供。举例来说，控制器316可以启用，禁用或改变高频信号312或低频信号314的频率或振幅，放大器302的增益，或者可以可控制地启用或禁用电压源（未单独地示出），或可控制地在任何适当的点中断电路。
图4描述了触觉刺激装置400的一个典型实施例的电路图，其中，电容耦合的强度通过电极运动来调整。触觉刺激装置400的复合剖面包括一组包含半导体材料的电极404，以及设置在该组电极404上方的绝缘区域402。该组电极404形成了复合剖面的半导体区域，并耦合到控制器316和电压放大器240。通过该组电极404影响电场的产生及其变化，该组电极404包含多个单独的电极403。多个单独的电极403可以由绝缘元件隔开，以便防止电极403之间发出火星或短路。
在本实施例中，单独的电极403可被单独地控制，其中，对电极403中的一个电极的控制影响它的取向和/或突出（protrusion）。该组电极404通过来自控制器316的输出信号而被取向，以使该组电极404共同形成绝缘区域402下方的平面。在该例子中，从电压放大器240到该组电极404的电压电流（DC或AC）对接近于复合剖面的身体部位120产生足够强度的相反符号的电荷（负电荷）。身体部位120和触觉刺激装置400之间的电容耦合在绝缘区域402上形成，这可以在身体部位120上产生电感的感觉。
图5描述了触觉刺激装置500的一个典型实施例的电路图，其中，该组电极404中的个别的电极403可能具有相反的电荷。触觉刺激装置500的复合剖面包括一组包含半导体材料的电极404，以及设置在该组电极404上方的绝缘区域402。该组电极404形成了复合剖面的半导体区域，并耦合到控制器316和电压放大器240。
个别的电极403的电荷可以通过控制器316调整和控制。触觉刺激装置500和身体部位120之间的电容耦合可能导致形成具有相反符号的电荷501（正电荷和负电荷）的区域。这样相反的电荷彼此相互吸引。因此，刺激帕西尼氏小体的库仑力可能不仅在触觉刺激装置500和身体部位120之间产生，还在身体部位120自身内的微小区域之间产生。
图6描述了具有一组可单独控制的电极610a-610i的触觉刺激装置600的另一典型实施例的电路图。可单独控制的电极610a-610i包含半导体材料，如图6所描述的，这些电极以矩阵形式组织起来并耦合到开关阵列317，从而依次耦合到控制器316和电压放大器240。这样的矩阵可以集成到触觉显示设备内。例如，电极610a-610i可以放置在触摸屏面板的后面，其中，“后面”是指在正常操作期间与触摸屏面板的面向用户的一侧相对的一侧。电极610a-610i可以非常薄和/或透明，由此电极610a-610i可以覆盖在触摸屏面板面向用户的一侧上。
通过开关阵列317从电压放大器240传导到电极610a-610i的电荷可能全都具有相似的符号，或者，可能具有不同的符号，如上面图5中描述的。例如，如图6所描述的控制器316可以单独地控制开关阵列317内的开关，或者，某些组可以形成普通的可控组。个别的电极610a-610i和/或其关联的绝缘体的表面可以根据操作或应用的预期范围进行规定。例如，最小面积大约为0.01cm2，而最大面积粗略等于人手的尺寸。
电极610a-610i的矩阵和开关阵列317提供了电感的感觉的空间差异。就是说，向用户提供的电感的感觉取决于贴近具有带电极610a-610i的触摸屏面板的触觉刺激装置600的用户的身体部位（例如手指）的位置。例如，空间变化的电感的感觉可以为用户提供触摸屏面板的触摸敏感区域布局的指示。因此，图6描述的触觉刺激装置600可以产生大量不同的触摸敏感区域，每一个区域对于电感的感觉的时空变化具有独特的“感觉”或不同的图案（pattern）。
图7描述了根据一个示例性的实施例的当触觉刺激装置700接地时电容耦合内由电场产生的电势的分布的电路图。如所描述的，两个电容器702和704以及电压源706串联耦合。通常，电极的驱动电压e基于电容C1和C2的比例划分，其中，C1是身体部位（例如手指）与电极之间的电容，C2是用户的寄生电容。通过身体部位体验到的电场为：
U 1 = C 2 C 1 + C 2 e
该电压U1低于来自电压源706的驱动电压e。触觉刺激装置700的参考电势可以是浮动的，这一点将通过例子在下面详细描述，这可以进一步降低直接到达身体部位的电场。一些实施例的目的在于保持电容C1低于电容C2。在这里，至少电容C1不会明显地高于C2。其他实施例的目的在于调整或控制C2，例如通过将触觉刺激装置700的参考电势反馈耦合到用户。
通过安排几个用来在复合剖面的不同区域之间产生电势差的电极，可以对寄生电容进行控制。举例来说，实现这种技术可以通过将便携式设备的触摸屏面板的一个侧面（例如，设备的正面）设置为第一电势，而将相对的侧面设置为第二电势，其中，两个不同的电势可以是便携式设备的正极和负极。可选地，第一表面区域可以是电接地的（参考电势），而第二表面区域被充电至高电势。而且，在绝缘层强加的限制内，可能形成具有不同电势的微小区域，例如具有相反的符号或完全不同的大小的电势，其中，区域足够小，以至于身体部位同时受到来自具有不同电势的表面的几个区域的电场。
图8描述了具有浮动电压源的触觉刺激装置800的另一典型实施例的电路图。如所描述的，触觉刺激装置800包括耦合到浮动的浮动电压源810的电容器802，804，806和808。该浮动电压源810可以通过电感或电容耦合和/或使用先开后合开关实现。变压器的二次绕组是浮动电压源的一个例子。
通过测量电压U4，有可能检测电容C1和/或C2的值的变化。假设浮动电压源810是变压器的二次绕组，可以在一次侧检测电容C1和/或C2的变化，也可以检测例如负载阻抗的变化。这样的电容C1和/或C2的变化充当触摸或接近身体部位的指示。在一个实施例中，触觉刺激装置800设置为利用这种触摸或接近身体部位的指示，以致触觉刺激装置800使用第一（较低的）电压检测身体部位的触摸或接近，使用第二（较高的）电压向用户提供反馈。例如，这种利用较低电压对身体部位的触摸的检测可以触发触觉刺激装置的自动解锁，或者，可以激活触摸屏面板的照明。利用较高的电压的反馈可以指示下述的任意一项或多项：每个触摸敏感区域的轮廓；通过触觉刺激装置800对触摸或接近身体部位的检测；触摸敏感区域的重要性（待开始的行为）；或其他由应用程序处理的且可能对用户有用的信息。
图9描述了触觉刺激装置6000的另一典型实施例的电路图。在本实施例中，触觉刺激装置6000包括连接到两个不同电压源6008和6009的复合剖面6002，电压源6008和6009通过控制器6004连接到电源6006。在该例子中，复合剖面6002包括可被身体部位120触摸的绝缘区域252，以及靠近绝缘区域252的半导体区域254。半导体区域254可充电至足以对身体部位120产生电感的感觉的电压。然而，在本实施例中，半导体区域254从至少两个不同的点充电。如图9所描述的，电压源6008在一个点连接到半导体区域254，而电压源6009在不同的点连接到半导体区域254。
控制器6004可单独地驱动每个电压源6008或6009。例如，控制器6004可以驱动电压源6008，以在与电压V2不同的时间阶段产生电压V1，该电压V2是由电压源6009产生的。在另一实施例中，控制器6004也可以驱动电压源6008，以在与电压V2不同的电势下产生V1。V1和V2之间的电势差可以在半导体区域254的表面产生空间波。例如，图10描述了半导体区域254的表面。半导体区域254的边缘连接到产生两个不同电压V1和V2的两个不同的电压源。在该例子中，电压V2相对于电压V1处于更高的电势，因此在半导体区域254的表面沿着方向6050产生空间波。这种由V1和V2之间的电势差产生的空间波可能增强图9所描述的受刺激的身体部位120所体验到的电感的感觉。
图11描述了触觉显示设备900的一个典型实施例的示意图，该触觉显示设备900具有单一的电极，该单一的电极基于身体部位120的位置产生电感的感觉。这里，触觉显示设备900包括触摸屏面板902，该触摸屏面板902为触摸敏感屏，且为了描述本实施例，该触摸屏面板902包括三个触摸敏感区域A1，A2和A3。控制器906检测身体部位120对触摸敏感区域A1，A2和A3的接近或触摸。
触摸屏面板902包括不同材料的区域，例如绝缘区域，导电区域和半导体区域。区域的布局将在下面以举例方式作更为详细的说明，但是不同的区域可以形成两个不同的电极。一个电极（或“触摸检测电极”）用于检测身体部位120的触摸，而另一个电极（或“电感感觉电极”）用于在身体部位120上产生电感的感觉。在一个例子中，为了检测触摸，向触摸检测电极施加电压以产生静电场。身体部位120的触摸改变了这一静电场，基于这些改变可以确定身体部位120的位置（例如，A1，A2或A3）。
除了处理触摸屏功能外，控制器906使用身体部位120的位置信息来临时改变由电感感觉电极对身体部位120产生的电感的感觉的强度。虽然电感的感觉的强度随时间而改变，但时间本实施例中并不是自变量。相反，临时改变的定时是身体部位120相对于触摸敏感区域（例如，A1，A2和A3）的位置的函数。因此，图11描述的触觉显示设备900可用于使电感感觉电极对身体部位120产生的电感的感觉的强度产生变化，其中，该变化是基于身体部位120相对于触摸屏面板902的触摸敏感区域的位置。换句话说，电感的感觉的强度可以基于身体部位120的位置而改变。
在触摸屏面板902下方描述的图950说明了这一功能。三个触摸敏感区域A1，A2和A3通过各自的x坐标对{xl,x2},{x3,x4}和{x5,x7}划分界线。只要身体部位120位于任一触摸敏感区域A1，A2和A3的左边，控制器906就感觉不到非激活的身体部位120的存在。在该例子中，控制器906通过对电感感觉电极施加低强度信号来做出反应。一旦身体部位120越过x坐标值x1，控制器906检测到身体部位120在第一触摸敏感区域A1上，并开始向电感感觉电极施加中强度信号。在区域A1和A2之间（在x坐标x2和x3之间），控制器906再次向电感感觉电极施加低强度信号。第二触摸敏感区域A2以类似于第一触摸敏感区域A1的方式处理，但第三触摸敏感范围A3的处理方式略有差别。一旦控制器906检测到身体部位120位于区域A3上方或接近于区域A3，则开始向电感感觉电极施加中强度信号（也类似于区域A1和A2）。然而，用户决定在第三区域A3内的点x6按压触摸屏面板902。控制器906检测到手指按压（分配给区域A3的特殊功能的激活），并通过向电感感觉电极施加高强度信号做出反应。因此，触觉显示设备900的实施例可以为用户提供触觉反馈，虽然只有单一的电感感觉电极用于产生电感的感觉，但该触觉反馈产生了纹理表面的幻觉。
为了促进触觉刺激装置与电容设备的集成，例如触觉显示设备900，包含触摸检测电极的区域或其他区域可能包含半导体材料，可以将触觉刺激区域与触摸敏感区域分离。在与触摸敏感区域或功能相关联的电压和电流等级中，半导体区域起到绝缘体的作用，意味着半导体区域并不阻碍电容设备的运行。然而，在与触觉刺激区域或相关功能相关联的电压、频率、电流等级或其他空间拓扑中，半导体区域起到导体的作用，意味着半导体区域可被用来做电极，电流通过该电极经电容耦合传导到身体部位120，如上面所讨论的。
图12A和图12B是不同材料的区域的示意图，该不同材料的区域可能包含触摸屏面板的不同典型实施例。如图12A所描述的，触摸屏面板902的一个实施例包括导电区域1004，设置在导电区域1004上方的绝缘区域1002，设置在绝缘区域1002上方的半导体区域254，以及设置在半导体区域254上方的另一绝缘区域252。
在本实施例中，绝缘区域1002和导电区域1004可以构成传统的触摸屏面板。导电区域1004形成一个电极（或上面讨论的“触摸电极”），用于检测身体部位120的触摸，且不同于上面描述的在身体部位120上产生电感的感觉的电极。该导电区域1004可以包含金属的或透明的导电材料。取决于导电性，在一个例子中，导电区域1004的厚度可以在大约1微米到200微米之间。在另外的例子中，导电区域1004的厚度可以大约小于1微米，或大约大于200微米。
设置在导电区域1004上方的绝缘区域1002可以包含透明的绝缘材料，例如玻璃。在一个例子中，绝缘区域1002的厚度可以在约10微米到约2毫米之间。在另外的例子中，绝缘区域1002的厚度可以大于约2毫米。在另外的例子中，绝缘区域1002的厚度可以在约0.4毫米到0.7毫米之间。
为了抑制对身体部位120的电击或为了其他的功能，半导体区域254可以包含在触摸屏面板902内。该半导体区域254也形成一个电极（或上面讨论的“电感感觉电极”），用于产生电感的感觉。例如，如下面所更为详细解释的，电压源（未示出）可将半导体区域254充电到在身体部位120上产生电感的感觉的电势。结果，触摸屏面板902的实施例被配置为检测身体部位120的触摸，并在身体部位120上产生电感的感觉。
这里，半导体区域254可以设置在绝缘区域1002的上方（或在传统的触摸屏面板之上）。另一绝缘区域252设置在半导体区域254的上方。例如，一薄层半导体材料，比如半导电透明聚合物，可以涂布在传统的触摸屏面板，该触摸屏面板包含绝缘材料1002和导电材料1004。然后，另一块为绝缘材料的玻璃可以设置在该层半导体材料的上方。
在一个可选实施例中，绝缘区域1002可以从触摸屏面板902中被排除。如图12B所描述的，该触摸屏面板902'的可选实施例包含导电区域1004，设置在导电区域1004上方的半导体区域254，以及设置在半导体区域254上方的绝缘区域252。这里，如果半导体区域254是十足的不良导体，那么半导体区域254可以直接设置在导电区域1004的上方。在一个例子中，如果半导体区域254的表面电阻率低于10欧姆/平方，则可以是十足的不良导体。然而，应该注意的是，除了半导体区域254的材料性能外，半导体区域254和导电区域1004之间的绝缘区域的排除可以另外取决于触摸敏感区域（例如导电区域1004）或触觉显示设备的其他电路处理来自半导体区域254的漏电的能力。这样的能力可以取决于，例如，导电区域1004的尺寸，触摸屏面板902'的尺寸，接地，和其他性能。
容易理解的是，在图12A和图12B中描述的半导体区域254（以及其他图中描述的半导体区域和电极）可以是同质（homogenous）的或非同质的。在一个实施例中，半导体区域254的表面可以是非同质的，例如，以至于表面上的导电性是不同的。例如，半导体区域254可以包含可单独地控制的分离的半导体区（area）,其中，每一区可单独地被激活。这里，更大范围的电感的感觉可以通过用电压连续地或同时地激活每一元件来产生，该电压在不同的半导体区之间是变化的。在另一例子中，半导体区域254的表面具有一个图形，例如六边形单元的行结构或其他可以允许产生不同的电场图形的图形。结果，图形的几何体可以对身体部位120产生不同的电感的感觉。在另外的实施例中，半导体区域254的表面可以具有不同导电性的表面区，其允许改变流向不同的表面区的电荷。这样的表面例如可以使用梯度掺杂来构造。该表面可以规定电荷向半导体区域254的不同表面区的更快速或更慢速的流动。这种可控制的电荷的流动可以在触觉显示设备上提供更加可控的电场，因此可能导致触觉显示设备的稳定性更好。另外，该可控制的流动可用于改变电感的感觉。
图13是配置为对图12A中描述的触摸屏面板进行充电的电路的一个典型实施例的示意图。如图13所描述的，触觉显示设备2000包括电路2002和图12A所描述的触摸屏面板902。如上面所描述的，触摸屏面板902包括导电区域1004，设置在导电区域1004上方的绝缘区域1002，设置在绝缘区域1002上方的半导体区域254，以及设置在半导体区域254上方的另一绝缘区域252。
在本实施例中，电路2002包括电压放大器302，电压放大器302通过一个电流放大器303及跟随其后的一个变压器304实现。举例来说，变压器304的二次绕组相对于触觉显示设备2000的其余部分是快速配置的。利用调制信号驱动放大器302和303，该调制信号输入到调制器310中的分量通过312和314表示。电压放大器302的输出耦合至控制器316，并依次耦合至导电区域1004。
在本实施例中，半导体区域254通过电容连接进行充电。特别的，导电区域1004被充电至浮动在高电势，由此对半导体区域254进行传递或充电，直到一个能够对身体部位120产生电感的感觉的电势。
图14是描述了复合剖面的另一实施例的示意图，该复合剖面包括触觉刺激装置3000，其中，复合剖面中的一个提供在接地连接中。如所描述的，触觉刺激装置3000包括连接到电路3008的两个不同的复合剖面3004和3006。在一个实施例中，复合剖面3004是触摸屏面板，而复合剖面3006是接地连接350。
复合剖面3004包括导电区域1004，设置在导电区域1004上方的电子区域3002，设置在电子区域3002上方的绝缘区域1002，设置在绝缘区域1002上方的半导体区域254，以及设置在半导体区域254上方的另一绝缘区域252。电子区域3002包括触觉刺激装置3000的不同的电子设备或部件，例如液晶显示器、输入设备或其他电子设备。绝缘区域252的表面配置为被身体部位120触摸。
在本实施例中，电路3008包括电压放大器302，电压放大器302通过电流放大器303及跟随其后的变压器304实现。举例来说，变压器304的二次绕组相对于触觉刺激装置3000的其余部分是快速配置的。利用调制信号驱动放大器302和303，该调制信号输入到调制器310中的分量通过312和314表示。电压放大器302的输出耦合至控制器316，并依次耦合至导电区域1004。在描述的实施例中，接地连接350被包含在触觉刺激装置3000内，且相对于触觉刺激装置3000的电压部分，该接地连接350有助于使用户更接近于明确的（非浮动的）电势。接地连接350将电压部分的参考点REF连接到身体部位354，该身体部位354不同于将被刺激的身体部位120。该参考点REF在变压器304的二次绕组的一末端，而用于复合剖面3004的驱动电压从二次绕组的另一末端获取，该复合剖面3004包含电极。在另一实施例中，可以在复合剖面3004和电路3008之间，或在复合剖面3006和电路3008之间增加电阻器（未示出），以产生相位差。
在一个说明性实施例中，触觉刺激装置3000是便携式装置，其包括由身体部位120激活的触摸屏面板。接地连接350在复合剖面3006处终止，该复合剖面3006充当接地电极，并且可以形成触觉刺激装置3000的一表面。复合剖面3006可以由不同的材料组成。在一个实施例中，如图14所描述的，复合剖面3006包括半导体区域254'、绝缘区域252'以及导电区域1004'。绝缘区域252'设置在导电区域1004'和半导体区域254'之间。区域252'、254'和1004'的厚度范围可以分别地与区域252、254和1004的厚度范围类似。在一个实施例中，可以对传统的触觉显示设备（例如智能手机和触摸板）进行改进，以向身体部位120提供电感的感觉。在一个例子中，区域1002、3002、1004和1004'成为传统的触觉显示设备的一部分。区域252、254、252'、254'和3008可以增加到传统的触觉显示设备内，以形成向身体部位120提供电感的感觉的触觉刺激装置3000。向传统的触觉显示设备内加入区域252，254，252'，254'是为了电隔离并使传统的触觉显示设备浮动。电路3008通过利用来自控制器316的刺激信号从整体上驱动触觉刺激装置3000（它的本地接地电势），来提供电感的感觉。
特别地，半导体区域254'具有一个配置为被身体部位354触摸的表面。导电区域1004'在参考点REF处连接到电压源。在另一实施例中，复合剖面3006可以包含两个半导体区域（未示出），以及设置在两个半导体区域之间的绝缘区域（未示出）。这里，一个半导体区域具有配置为被身体部位354触摸的表面，而另一半导体区域在例如图14描述的参考点REF处连接到电压源。在另外的实施例中，复合剖面3006可以包含靠近绝缘区域（未示出）的半导体区域（未示出）。这里，绝缘区域具有配置为被身体部位354触摸的表面，而半导体区域在参考点REF处连接到电压源。在又一实施例中，复合剖面3006可以包含两个导电区域（未示出），以及设置在两个导电区域之间的绝缘区域（未示出）。
因为不同的复合剖面3006的半导体区域（例如半导体区域254'）可以合理地限制电流流动量，上面讨论的复合剖面3006的不同实施例可以进一步抑制或防止对身体部位354的电击。而且，绝缘区域252'隔绝导电区域1004'（或另一半导体区域）与身体部位354的电接触。在图14中讨论的不同的复合剖面3006的使用也可以合理地增强由于身体部位120触摸触觉刺激装置3000的复合剖面3004所产生的触摸、按压或震动的感觉。
图15描述了提供在接地连接中的复合剖面的不同实施例的示意图。触觉刺激装置4000包括连接到电路4006的两个不同的复合剖面4003和4004。举例来说，复合剖面4003可以是触摸屏面板，且复合剖面4003可以具有各种不同的组成，其中的一些在上面已经讨论过。另一复合剖面4004是接地连接350。
在本实施例中，电路4006还包括电压放大器302，电压放大器302通过电流放大器303及跟随其后的变压器304实现。举例来说，变压器304的二次绕组相对于触觉刺激装置4000的其余部分是快速配置的。利用调制信号驱动放大器302和303，该调制信号的分量312和314输入到调制器310中。电压放大器302的输出耦合至控制器316，与上面讨论的电路不同的是，该控制器316连接到接地连接350。在这个可选实施例中，接地连接350将电压部分的参考点REF连接到身体部位354，该身体部位354不同于将被刺激的身体部位120。该参考点REF在变压器304的二次绕组的一末端，而用于复合剖面4003的驱动电压从二次绕组的另一末端获取，该复合剖面4003包含电极，如图15所描述的那样。
如图15所描述的，复合剖面4004包括接地区域（ground region）4002，靠近该接地区域的是具有多个凹槽（groove）的绝缘区域252。在一个具体实施例中，每个凹槽是在绝缘区域252内切割而成的狭窄的矩形通道。在描述的实施例中，半导体区域254和254'覆盖包含凹槽的绝缘区域252。例如，半导体区域254和254'可以由多条覆盖凹槽内部和外部的半导体材料组成。复合剖面4004又包含另一绝缘区域252'，该绝缘区域252'靠近半导体区域254和254'，且具有配置为被身体部位354触摸的表面。在一个可选实施例中，导电区域可能代替半导体区域254和254'覆盖绝缘区域252。
这里，最外面的半导体区域254（或凹槽外面的半导体区域254的部分）连接到控制器316，由此在参考点REF和不受刺激的身体部位354之间产生电耦合。凹槽内部的半导体区域254'的部分是电容耦合到地面的（或位于绝缘区域252后面的接地区域4002）。容易理解的是，最外面的半导体区域254也是电容耦合到地面的，但是因为它们与凹槽内部的半导体区域254'相比更远离地面，所以半导体区域254'到地面的电容耦合比半导体区域254到地面的电容耦合更强。
例如，与非复合的表面相比，使用图15中所讨论的不同的复合剖面4004可以合理地改善接地性。而且，复合剖面4004还可以合理地增强由于身体部位120触摸触觉刺激装置4000的复合剖面4003所产生的触摸、按压或震动的感觉。
图16描述了提供在接地连接中的复合剖面的另一实施例的示意图。触觉刺激装置5000的这一实施例包括连接到电路5006的两个不同的复合剖面5003和5004。例如，复合剖面5003可以是触摸屏面板，且复合剖面5003可以具有各种不同的组成，其中的一些在上面已经讨论过。另一复合剖面5004是接地连接350。
在本实施例中，电路5006也包括电压放大器302，电压放大器302通过电流放大器303及跟随其后的处于浮动配置的变压器304实现。举例来说，变压器304的二次绕组相对于触觉刺激装置5000的其余部分是快速配置的。利用调制信号驱动放大器302和303，该调制信号的分量312和314输入到调制器310中。电压放大器302的输出耦合至控制器316，该控制器316连接到接地连接350。在这个可选实施例中，接地连接350将电压部分的参考点REF连接到身体部位354，该身体部位354不同于将被刺激的身体部位120。该参考点REF在变压器304的二次绕组的一末端，而用于复合剖面5003的驱动电压从二次绕组的另一末端获取，该复合剖面5003包含电极，如图16所描述的那样。
如图16所描述的，复合剖面5004包括接地区域4002，靠近该接地区域的是绝缘区域252。覆盖在绝缘区域252上面的是多个半导体区域254。例如，半导体区域254可以由多条覆盖绝缘区域252的半导体材料组成。复合剖面5004又包含另一绝缘区域252'，该绝缘区域252'靠近半导体区域254，且具有配置为被身体部位354触摸的表面。该绝缘区域252'可以松散耦合至半导体区域254。在一个可选实施例中，导电区域可能代替半导体区域254覆盖绝缘区域252。
在本实施例中，半导体区域254连接到控制器316。当电路5006向复合剖面5003施加电压时，由于电压使绝缘区域252'收缩，因此绝缘区域252'可能振动。没有电压时，绝缘区域252′恢复到它的原始形状。当电压脉动时，收缩和膨胀导致绝缘区域252'振动。绝缘区域252'的这种振动有可以合理地增强由于身体部位120触摸触觉刺激装置5000的复合剖面5003所产生的触摸、按压或震动的感觉。应该注意的是，振动也可能由具有不同极性的身体部位120引起。这里，如果足够高的电压被施加到半导体区域254，然后具有身体部位120和354的人充当接地电势，由此允许由电压产生的电磁场振动绝缘区域252'。
图17A和图17B是根据一个典型实施例描述了触觉刺激装置1101的示意图，该触觉刺激装置1101具有将触摸屏面板1100的半导体区域连接到电压源242的连接器。如图17A所描述的，触摸屏面板1100的这一实施例包括导电区域1004，设置在导电区域1004上方的绝缘区域1002，设置在绝缘区域1002上方的半导体区域254，以及设置在半导体区域254上方的另一绝缘区域252。触觉刺激装置1101还包括通过连接器1102耦合到半导体区域254的电压源242和电压放大器240。这里，绝缘区域1002和导电区域1004可以具有小孔，以容纳连接器1102。
在本例子中，电压源242被配置为对半导体区域254充电至一电势，由此在身体部位120上产生电感的感觉，该半导体区域254具有电极的功能。电压源242通过将半导体区域254物理耦合到电压源242的连接器1102来施加这些电荷。在本实施例中，连接器1102还包含半导体材料，在半导体区域254和绝缘区域252都发生破裂从而暴露出连接器1102时，该半导体材料可以抑制或防止对身体部位120的电击。
例如，如图17B所描述的，半导体区域254和绝缘区域252可能都被破坏或损毁，以至于连接器1102暴露出来而可被身体部位120触摸到。结果，在该特定区域，半导体区域254和绝缘区域252无法用于将身体部位120与至少包括电压放大器240和电压源242的电路隔离或绝缘。在一个实施例中，基于上面讨论的原理，连接器1102也可以包含半导体材料，以便在身体部位120触摸暴露的连接器1102的情况中，抑制或防止对身体部位120的电击。
图18是根据一个典型实施例描述了触觉刺激装置1200的不同元件的原理图。该触觉刺激装置1200包括总线1202，该总线1202提供了微处理器1204、存储器1206、处理器支持电路1208、显示控制器1220、触觉输出控制器1260和触摸输入控制器1240之间的部件间连接。该显示控制器1220通过连接线阵列1224控制触摸屏面板1201（例如液晶显示器）的显示区域1222。类似的，触摸输入控制器1240通过连接线阵列1244控制触摸敏感区域1262。
触觉刺激装置1200还包括触觉输出部分，其包括通过互连线1264相互连接的触觉输出控制器1260和触觉输出区域1242，该触觉输出区域1242包括上面讨论的至少一个半导体区域。在图18所描述的实施例中，触摸屏面板1201是触觉输出区域1242与基本公知的触摸敏感显示屏的集成，该触觉敏感显示屏包括显示区域1222和触摸敏感区域1262。参照先前描述的实施例来对触觉输出控制器1260和触摸敏感区域1262进行详细说明。
如图18所描述的，显示区域1222显示信息1226，该信息1226通过触摸敏感区域1262和触觉输出区域1242被用户看到。触摸敏感区域1262被触摸输入控制器1240扫描，以便受到存储器1206内存储并执行的软件所控制的微处理器1204意识到身体部位120在预定区域1246上的出现或消失。触摸敏感区域1262的复合剖面可以是完全同质的，且预定区域，例如区域1246，是由微处理器1204基于软件的控制动态创建的，这样当身体部位120触摸触摸敏感区域1262时，该身体部位120的X和Y坐标与预定区域1246的预定边界进行比较。
附图标记1248表示存储在存储器1206内的出现-检测逻辑。通过微处理器1204执行该出现-检测逻辑1248，就可以检测身体部位120在预定区域1246内的出现或消失。视觉提示作为被显示的信息1226的一部分典型地由显示区域1222进行显示，以便帮助用户找到该预定区域1246，举例来说，该视觉提示是与预定区域1246相关联的功能或活动的名字。
存储在存储器1206内的还有刺激-振动逻辑1268。刺激-振动逻辑1268的输入信息包括身体部位120在预定区域1246上出现或消失的信息。基于这些出现信息，刺激-振动逻辑1268具有如下作用：微处理器1204指示触觉输出控制器1260改变对触觉输出区域1242的电输入，由此改变对身体部位120产生的电感的感觉。因此，用户可以仅仅通过触觉信息（或电感的感觉）来检测在预定范围1246的出现或消失的显示信息，就是说，不需要视觉提示。
在前面详细描述的说明书中，为了实现精简披露的目的，一个单独实施例中的不同特征偶尔会组合在一起。该披露方法不应被理解为下述意图：与清楚地列举在每一权利要求中的特征相比，主题所声明的实施例需要更多的技术特征才能实现。恰恰相反，如下述权利要求所体现的，本发明可以通过少于单独披露的实施例中的所有特征的方式实现。因此，下述权利要求以此方式包含在详细描述的说明书中，每一权利要求作为一个单独的优选实施例具有其独立性。
在这里作为单一实例描述的部件、操作或结构可能被提供有多个实例。最后，不同的部件、操作以及数据存储之间的界限有些随意，特殊的操作在特定的说明性配置的内容中有所说明。其他功能的分配可以想到并落入本发明的范围之内。通常，在典型配置中以单独部件提出的结构和功能可以作为组合的结构或部件来实现。类似的，以单一部件提出的结构和功能可以作为单独的部分来实现。这些及其他的改变、修改、增加和改进都落入本发明的范围。

Claims (33)

1.一种触觉刺激装置，包括：
复合剖面，包括绝缘区域和靠近该绝缘区域的半导体区域，该绝缘区域被配置为由身体部位触摸；和
靠近半导体区域的电压源，该电压源被配置为对半导体区域充电至在身体部位上产生电感的感觉的电势。
2.根据权利要求1所述的触觉刺激装置，其中，所述绝缘区域防止直流电流从所述半导体区域向所述身体部位的流动，在所述半导体区域和所述身体部位之间形成在所述绝缘区域上的电容耦合，其中，该电容耦合在所述身体部位上产生电感的感觉。
3.根据权利要求1或2所述的触觉刺激装置，进一步包括将所述半导体区域连接到电压源的连接器，该连接器包含半导体材料。
4.根据前述任一项权利要求所述的触觉刺激装置，其中，所述绝缘区域包括第一块绝缘材料，且所述半导体区域包括第二块半导体材料，其中，第一块绝缘材料物理上不同于第二块半导体材料，且第一块绝缘材料粘附到第二块半导体材料上。
5.根据前述任一项权利要求所述的触觉刺激装置，其中，所述绝缘区域和所述半导体区域包括单一的一块绝缘材料，其中，该绝缘材料的一部分添加有掺杂剂，以将该绝缘材料的该部分改变为半导体材料，该部分成为半导体区域。
6.根据权利要求5所述的触觉刺激装置，其中，该掺杂剂是多个碳纳米管。
7.根据前述任一项权利要求所述的触觉刺激装置，其中，所述绝缘区域和所述半导体区域包括单一的一块半导体材料，其中，该半导体材料的一部分添加有掺杂剂，以将该半导体材料的该部分改变为绝缘材料，该部分成为绝缘区域。
8.根据前述任一项权利要求所述的触觉刺激装置，其中，所述绝缘区域具有一表面和一相对表面，其中，该表面被配置为由身体部位触摸，其中，一层半导体材料涂布在该相对表面上，该层成为半导体区域。
9.根据前述任一项权利要求所述的触觉刺激装置，其中，所述半导体区域为电极。
10.根据前述任一项权利要求所述的触觉刺激装置，其中，所述半导体区域限制电流向所述身体部位的流动，以抑制对所述身体部位的电击。
11.根据前述任一项权利要求所述的触觉刺激装置，其中，所述电压源不是物理连接到所述半导体区域，其中所述电压源产生将所述半导体区域充电至该电势的电场。
12.根据前述任一项权利要求所述的触觉刺激装置，其中，所述电压源被配置为在少于200毫秒内将所述半导体区域充电至一电势。
13.根据前述任一项权利要求所述的触觉刺激装置，进一步包括被配置为由一不同的身体部位触摸的一不同的复合剖面，其中，该不同的复合剖面连接到电压源，且是接地连接，该接地连接减少了触觉刺激装置的参考电势和该不同的身体部位之间的电势差。
14.根据权利要求13所述的触觉刺激装置，其中，该不同的复合剖面包括导电区域、一不同的半导体区域以及设置在该导电区域和该不同的半导体区域之间的不同的绝缘区域，其中，该不同的半导体区域具有被配置为由该不同的身体部位触摸的表面，其中所述导电区域连接到电压源。
15.根据权利要求13或14所述的触觉刺激装置，其中，该不同的复合剖面包括第一半导体区域、第二半导体区域以及设置在第一半导体区域和第二半导体区域之间的不同的绝缘区域，其中，第一半导体区域具有被配置为由该不同的身体部位触摸的表面，其中第二半导体区域连接到电压源。
16.根据权利要求13、14或15所述的触觉刺激装置，其中，该不同的复合剖面包括一不同的半导体区域和靠近该不同的半导体区域的一不同的绝缘区域，其中，该不同的绝缘区域具有被配置为由该不同的身体部位触摸的表面，其中该不同的半导体区域连接到电压源。
17.一种触觉显示设备，包括：
触摸屏面板，包括绝缘区域和靠近该绝缘区域的半导体区域，该绝缘区域被配置为由身体部位触摸；和
靠近该半导体区域的电压源，该电压源被配置为将半导体区域充电至在所述身体部位上产生电感的感觉电势。
18.根据权利要求17所述的触觉显示设备，其中，所述绝缘区域包括玻璃。
19.根据权利要求17或18所述的触觉显示设备，其中，所述半导体区域包括半导电透明聚合物。
20.根据权利要求17-19任一所述的触觉显示设备，其中，所述绝缘区域和所述半导体区域包括单一的一块绝缘材料，其中，该绝缘材料的一部分添加有掺杂剂，以将该绝缘材料的该部分改变为半导体材料，该部分成为半导体区域。
21.根据权利要求17-20任一所述的触觉显示设备，其中，所述绝缘区域具有一表面和一相对表面，其中，该表面被配置为由身体部位触摸，其中，一层半导体材料涂布在该相对表面上，该层成为半导体区域。
22.根据权利要求17-21任一所述的触觉显示设备，其中，所述绝缘区域防止直流电流从半导体区域向身体部位的流动，在半导体区域和身体部位之间形成绝缘区域上的电容耦合，其中，该电容耦合在所述身体部位上产生电感的感觉。
23.一种被配置为由身体部位触摸的触摸屏面板，该触摸屏面板包括：
导电区域；
设置在该导电区域上方的第一绝缘区域；
设置在该第一绝缘区域上方的半导体区域；以及
设置在该半导体区域上方的第二绝缘区域，该第二绝缘区域具有被配置为由所述身体部位触摸的表面。
24.根据权利要求23所述的触摸屏面板，其中，所述半导体区域限制电流向所述身体部位的流动，以抑制对所述身体部位的电击。
25.根据权利要求23或24所述的触摸屏面板，其中，所述半导体区域为电极。
26.根据权利要求23-25任一所述的触摸屏面板，其中，基于向所述导电区域施加的电压而产生静电场，其中，所述身体部位对表面的触摸改变了该静电场，其中，基于该静电场的改变确定所述身体部位的位置。
27.根据权利要求23-26任一所述的触摸屏面板，其中，所述第二绝缘区域防止直流电流从所述半导体区域向所述身体部位的流动，在所述半导体区域和所述身体部位之间形成第二绝缘区域上的电容耦合，其中，该电容耦合在所述身体部位上产生电感的感觉，其中电感的感觉的强度基于所述身体部位的位置而改变。
28.根据权利要求23-27任一所述的触摸屏面板，其中，所述第二绝缘区域防止直流电流从所述半导体区域向所述身体部位的流动，在所述半导体区域和所述身体部位之间形成第二绝缘区域上的电容耦合，其中，该电容耦合在所述身体部位上产生电感的感觉。
29.根据权利要求23-28任一所述的触摸屏面板，其中，所述导电区域包括金属材料。
30.根据权利要求23-29任一所述的触摸屏面板，其中，所述导电区域包括氧化铟锡。
31.根据权利要求23-30任一所述的触摸屏面板，其中，所述第一绝缘区域和所述第二绝缘区域包括玻璃。
32.根据权利要求23-31任一所述的触摸屏面板，其中，所述半导体区域包括半导电透明聚合物。
33.一种被配置为由身体部位触摸的触摸屏面板，该触摸屏面板包括：
导电区域；
设置在该导电区域上方的半导体区域；以及
设置在该半导体区域上方的绝缘区域，该绝缘区域具有被配置为由所述身体部位触摸的表面。
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