CN103348308A - 互动显示单元 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种用于显示信息和与用户互动的互动显示单元（1），尤其是在机动车内部（2）中。根据本发明，至少一个成像元件（3）包括光折射聚合物材料层（3.3），在密封装置中位于两个透明基底载体（3.1,3.2）之间，每个所述基底载体都设有面向所述光折射聚合物材料层（3.3）的透明电极层。记录光源（5）具有指向所述光折射聚合物材料层（3.3）方向上的传播，以与其中一个基底载体（3.1）平行的方式布置在所述基底载体（3.1）上，触觉传感器/激励器单元（6）布置在另一基底载体（3.2）上，并且至少一个照明光源（4）具有指向光折射聚合物材料层（3.3）方向上的传播，其被以侧向方式布置。

Description

互动显示单元
技术领域
本发明涉及一种用于显示信息和/或与用户互动的互动显示单元，尤其是在机动车内部。 
背景技术
一个人的生理视觉能够使他或她以三维方式观察周围环境。信息的三维显示例如也使用在显示单元中。现在已知的三维技术例如以在电视和/或电影剧院中使用的立体方法为基础。还已知数字图像聚合和二维半透明屏幕。然而，信息的三维显示至今还很少在机动车工业在使用，例如显示仪表盘上的信息。 
人类生理感觉的另一重要部分是触觉。我们通过触摸交流功能信号，就像交流情感一样有效。即使视觉常常提供与触觉不同的感觉，触觉的范围仍然令人惊讶地广泛，并且触觉尤其对物理用户界面具有基础性的重要性。 
触觉的综合，尤其是在触摸敏感的显示单元中，或者触摸显示器中，允许人和机器直接互动，这显著地改善了这些显示单元的用户友好性。 
现在已经可以得到大量的具有触摸敏感的显示单元的移动设备，它们典型地支持光学和视觉反馈，但不对用户反馈触觉。 
关于这一点，已知机械性的开关元件（technical switch element），例如微开关，其基于速动系统，用于改变传导路径并因而在许多电气设备中用作标准部件。还已知用硅橡胶或金属拱形结构制成的速动板，它具有容易看见的压点，所述压点处引起的点击效应主要由触觉感知。 
还已知压电激励器，其通过使用压点效应将电压转换成逻辑信号。 
随着机动车工业中用户界面的发展，尤其对用户界面提出了高要求，意图使大小紧凑同时具有使用灵活性。 
一个可能的挑战是例如研制具有触摸敏感的显示单元的用户界面，具有触摸敏感的显示单元容许按键的可变构造。 
发明内容
因此，本发明的目的是说明一种显示单元，其相对于现有技术进行了改进并且能够三维显示信息和人与机器直接互动。 
所述目的根据本发明通过具有权利要求1的特征的互动显示单元实现。 
本发明的优选实施例和发展在从属权利要求中说明。 
显示信息和/或与用户互动的互动显示单元，尤其是在机动车内部，具有至少一个成像元件，所述至少一个成像元件包括位于密封装置中两个透明基底载体之间的光折射聚合物材料层，每个透明基底载体都设置面向光折射材料的透明电极层，其中在指向聚合物材料层的方向上投射的至少一个记录光源以平行于其中一个透明基体载体的方式布置在所述透明基体载体上，和触觉传感器-激励器单元，以及在指向所述聚合物材料层的方向投射的至少一个阅读光源相对于所述光折射聚合物材料层横向地布置在另一基底载体上。 
与所述记录光源相关联的透明基底载体在这种情形下布置在显示单元的观察方向上在所述光折射聚合物材料层下方，并且相对地布置且与触觉传感器-激励器单元相关联的另一透明基底载体布置在所述显示单元的观察方向上在所述光折射聚合物材料层的顶部上。 
通过控制所述基底载体的透明电极层和将来自记录光源的光以及来自参考光源的光照射到所述光折射聚合物材料层上，根据本发明的互动显示单元因为所述聚合物材料层的光折射聚合物材料的缘故而可能产生光折射效应，即光引起的折射率改变，在该显示单元的观察者不需要特别的光学辅助工具，例如滤色玻璃的前提下，利用它能够实现三维存储和显示信息。通过额外地驱动所述触觉传感器-激励器单元，结合使用成像元件的3D显示能够制成集成的互动显示单元。 
所述光折射聚合物优选用有机聚合物或液体聚合物材料晶胞（liquid polymer material cell）形成。所述聚合物在这种情形下包括例如空穴传输多聚合物(hole transport polymer poly)（例如PVK CAAN或PATPDCAAN共聚物），掺杂有非线性的光学（NLO）色基（例如，PDCST、FDCST、AODCST、TDDCST或7-DCST），其中，塑化剂（例如BBP或ECZ）典型地用作敏 化剂。 
使用所述触觉传感器-激励器单元，触觉信号可被用户探测到（单元用作激励器）和可由他产生（单元用作传感器）。举例说明，用户的手指一激活所述互动显示单元的触摸区域上的虚拟键，用户就产生触觉信号，用户的手指激活所述互动显示单元的触摸区域上的虚拟键可使用所述传感器-激励器单元探测到。此外，当施加电压时，所述传感器-激励器单元可产生触觉信号，例如形状变化和/或震动，其可由用户探测到并且例如用于确认所述键的按压已被所述显示单元探测到。用户界面，尤其是人机界面，满足用户的要求并因而显著地改善所述互动显示单元的用户友好性，因此能够以特别有利的方式制成。 
备选地，还可设想使用笔或其它物体操作所述互动显示单元以使得虽然只是在用户和显示单元之间间接互动，与机动车中的不使用触觉反馈的常规显示单元相比，所述互动是相当大的改进。 
所述触觉传感器-激励器单元布置在相关透明基底载体的外侧上。所述基底载体的外侧在当前情形中是远离所述光折射聚合物材料并因而面向互动显示单元的用户的表面，因而所述用户和互动显示单元之间能够直接互动。 
所述触觉传感器-激励器单元构造为交替布置激励器层和电极层的层装置。激励器层可使用电极层控制，构成所述互动显示单元的虚拟输入和/或输出区域，其具有它自身的电子开关结构，用于由用户激活的显示单元的触觉探测和用于触觉反馈。在这里，布置在激励器层的两侧上的电极层用作阳极和阴极，其中，施加电压引起激励器层从施加电压前的平滑状态转变成施加电压后的具有凸起和/或凹陷的结构化状态。通过附加电开关，激励器层的结构化可被改变和/或重复。 
在一个优选实施例中，所述激励器层和电极层分别用光学透明材料制成。为此，类似于所述基底载体的电极层，所述电极层优选用铟锡氧化物（ITO）形成，铟锡氧化物是半导体的、基本上光学透明的材料并且具有良好的导电性和柔韧性。备选地，所述电极可用氧化锌或其它薄金属层形成。 
至少一个激励器层的材料优选用如下聚合物制成，即所述聚合物在受到电场激发时尺寸和形状发生改变，它尤其是电活化聚合物、金属聚合物 复合物、离子凝胶或者电介质弹性体（例如硅酮和/或丙烯酸弹性体，和/或聚氨酯）或者聚乙二烯二氟化物（polyvilidene difluoride），它们尤其适合作为激励器材料。这些材料具有高延伸率、低的密度和自由成形性。 
根据一个可能的实施例，所述触觉传感器-激励器单元分成多个区域。因而可定义不同类型的互动显示单元的触摸和/或传感器单元的虚拟键区域。所述虚拟键区域优选体内通过使用所述电极层由相应的像素式或区域式激励来自由地构造。例如，产生的结构化的程度和/或形状改变可由施加的电场强度、电极的选定尺寸、形状和结构化和/或电激活聚合物的激励器层的厚度影响。 
为了防止对外侧传感器-激励器单元的外部影响，保护涂层涂敷到至少一个激励器层的外表面，所述保护涂层优选用具有纳米颗粒的、具有防划痕和抗反射性能的聚合物制成。依赖于保护颗粒的添加，所述保护层可构造成适合自清洁。 
对于所述互动显示单元的背景光或照明光，至少一个照明光源（第一光源）侧向地布置在成像元件上。优选地，设置复数个具有不同的发射光谱的照明光源，用于产生红、绿和/或蓝光。优选地，所述照明光源构造为具有适用于各种颜色的光的预定发射光谱的激光单元和/或发光二极管，它们的各种颜色的光在朝向成像元件的方向上发射。所述照明光源便利地产生其频率不同于记录光源的频率的光，因而在使用照明光源照射的情形下，存储在所述光折射聚合物材料层中的信息使用户从外侧可视。 
所述互动显示单元还包括作为记录光源的第二光源，它布置在相关透明基底载体下方，即在透明基底载体的远离所述光折射聚合物材料层的侧上。这个第二光源优选构造为二极管激光器或者固态激光器。为了使用光折射聚合物材料通过激励它来存储和删除信息，除所述记录光源外，设置所述参考光源和删除光源，其同样在朝向所述光折射聚合物材料层的方向上传播。全息信息在这里通过来自记录光源的光束和来自参考光源的光束的干涉来生成和存储。 
微型透镜的区域，尤其包括多个具有相同尺寸的微型透镜，布置在记录光源和相关透明基底载体之间，其中所述微型透镜布置在彼此相互垂直的行和列的栅格（grid）中或者六边形栅格中。所述微型透镜将来自激光 器的彩色光混合到期望的色温并且调节所述光在互动显示单元中的均匀分布。 
在记录光源的照射方向上，光散射器和光调制器设置在所述微型透镜区域的上游。所述光调制器在这里在记录光源的照射方向上布置在所述记录光源和光散射器之间并且优选由布置在六边形栅格中的大量的微型镜子形成。微型镜子的栅格布置很大程度上对应将要生成的图像的栅格布置。优选地，使用所述光调制器，能够动态调制来自记录光源的激光光束。所述光散射器布置在记录光源的照射方向上在所述光调制器和微型透镜区域之间并且便利地使来自记录光源的激光光束均匀化。 
附图说明
下面将参考附图，更详细地说明本发明的示范实施例，其中： 
图1示意性地示出根据本发明的互动显示单元的透视分解图；和 
图2以半透明图示意性地示出机动车的透视侧视图。 
具体实施方式
在所有附图中相对应的部分用相同的附图标记表示。 
图1以透视分解图示出根据本发明的互动显示单元1。 
互动显示单元1构造为触摸敏感的显示单元1，并且优选地，在图2中更详细地示出的机动车内部2中，构造为用于仪表板2.1、内部控制台2.2、中央控制台2.3和/或门面板2.4的功能互动中央单元。 
在所示的示例实施例中，互动显示单元1具有成像元件3，第一光源4（下面称照明光源4）和第二光源5（下面称记录光源5）及触觉传感器-激励器单元6。 
备选地，显示单元1还可包括复数个成像元件3。 
成像元件3包括用光折射聚合物材料制成的光折射聚合物材料层3.3，其布置在第一透明基底载体3.1和第二透明基底载体3.2之间。 
在当前的示例性实施例中，基底载体3.1、3.2构造成板形并且分别用例如玻璃制成。基底载体3.1、3.2分别在面向光折射聚合物材料层3.3的表面上具有电极层，电极层优选用半导的光学透明材料（例如铟锡氧化物） 制成。高电压和因而电场能够施加到或使用在光折射聚合物材料层3.3上。 
光折射聚合物材料层3.3优选用有机聚合物或液体聚合物材料元件形成。在这种情况下，所述聚合物包括例如空穴传输多聚合物（例如PVK CAAN或PATPDCAAN共聚物），掺杂有非线性的光学（NLO）色基（例如，PDCST、FDCST、AODCST、TDDCST或7-DCST），其中，塑化剂（例如BBP或ECZ）典型地用作敏化剂。 
因为聚合物材料层3.3的光折射聚合物材料，光折射效应是可能的，这常常通过电-光效应引起材料的光折射系数的改变。也就是说，通过使用记录光源5和参考光源（未更详细地说明）照亮所述光折射聚合物，它们的光束相互干涉，在聚合物材料层3.3的光折射聚合物材料中产生电空间电荷，电空间电荷迁移到聚合物材料层3.3的光折射聚合物材料的激活表面并且在那里局部地作用在电场上，结果电场被改变。所述空间电荷因而引起聚合物材料层3.3的光折射聚合物材料的折射系数的调制，从而产生全息图。例如由比特矩阵形成的信息因而可作为全息图存储在显示单元1中。 
记录光源5在这里布置在第一基底载体3.1下方，即在第一基底载体3.1的远离光折射聚合物材料的侧上并且优选构造为二极管激光器或者固态激光器。备选地，也可使用氦氖激光器。激光器的相应频率，例如532nm，在这种情形中取决于聚合物材料层3.3所使用的光折射聚合物材料。 
在记录光源5的照射方向上，光调制器（未更详细地示出）、光散射器（同样未更详细地示出）和微型透镜区域8布置在它的出口处。 
在这种情形中，所述光调制器在记录光源5的照射方向上布置在所述记录光源5和光散射器之间。所述光调制器优选用布置在六边形栅格中的大量的微型镜子形成。微型镜子的栅格布置在这里基本上对应将要生成的图像的栅格布置。使用所述光调制器能够优选动态地调制来自记录光源5的激光光束。 
所述光散射器在记录光源5的照射方向上布置在光调制器和微型透镜区域8之间并且便利地用于使来自记录光源5的激光光束均匀化。 
微型透镜区域8包括复数个具有相同的尺寸的微型透镜8.1，其中微型透镜布置在彼此相互垂直的行和列的栅格中或者在六边形栅格中并且用 于将来自记录光源5的彩色光混合成期望的色温并且调节所述光均匀分布在相互显示单元1中。 
此外，除记录光源5外，设置参考光源和同样在指向光折射聚合物材料层3.3的方向上传播的删除光源（未示出），用于使用聚合材料层3.3的光折射聚合材料通过激发光折射聚合材料来存储和删除信息。参考光源和删除光源产生的光的频率在这种情形中等于或近似等于使用记录光源5产生的光的频率。通过来自记录光源5的光束和来自参考光源的光束的干涉能够生成和存储全息图。为了删除所述全息图，只使用发出单色光的删除光源就足够了。 
为了显示被存储在聚合物材料层3.3的光折射材料中的全息图，照明光源4布置在成像元件3侧向，照明光源4设置为具有用以产生红、绿和/或蓝光的不同的发射光谱的多个光源。 
照明光源4的光源构造为具有用于不同颜色的不相干涉光的预定发射光谱的激光器单元和/或发光二极管，照明光源4的光在朝向成像元件3的方向上发射。 
此外，使用照明光源4产生的光的频率不同于由记录光源5产生的光的频率，使得在用户不进一步需要光学辅助工具，例如彩色玻璃的条件下，存储在聚合物材料层3.3的光折射聚合物材料中的信息在使用照明光源4照射的情形下对用户而言从外侧是可见的。 
为了实现用户和互动显示单元1之间的直接互动，互动显示单元1包括触觉传感器-激励器单元6，它布置在第二基底载体3.2的外侧上。第二基底载体3.2的外侧在这种情形中是远离光折射聚合材料层3.3并且面向互动显示单元1的用户的表面。 
触觉传感器-激励器单元6在这种情形中包括布置在两个电极层6.1之间的激励器层6.2。触觉传感器-激励器单元6备选地包括复数个交替布置的激励器层6.2和电极层6.1。 
激励器层6.2可使用电极层6.1控制，构成互动显示单元1的虚拟输入和/或输出区域，具有它自己的电子开关结构，用于由用户激活互动显示单元1的触觉探测和触觉反馈。 
在这里，布置在激励器层6.2两侧上的电极层6.1用作阳极和阴极， 其中，电压的施加引起激励器层6.2从施加电压前的平滑状态转变成施加电压后的具有凸起和/或凹陷的结构化状态。通过附加的电开关，激励器层6.2的结构能够被改变和/或重复。 
激励器层6.2和电极层6.1分别优选用光学透明材料制成。 
为此，电极层6.1优选用铟锡氧化物形成。备选地，电极层6.1可用氧化锌或另一薄金属层形成。电极层6.1的单个电极6.1.1布置成阵列，尤其在触觉传感器-激励器单元6的放大详图中可以看见。电极6.1.1在电极层6.1的整个表面上的均匀分布因而是可能的。 
激励器层6.2的材料优选用如下聚合物制成，即当激励器层6.2的材料被电场激发时在大小和形状方面发生改变的聚合物，尤其是电活化聚合物、金属聚合物复合物、离子凝胶或者电介质弹性体（例如硅酮和/或丙烯酸系弹性体，和/或聚氨酯）或者聚乙二烯二氟化物，它们尤其适合作为激励器材料。这些材料具有高延伸率、低密度和自由成形性。 
触觉传感器-激励器单元6优选分成多个区域。因而可定义不同类型的互动显示单元1的触摸和/或传感器单元的虚拟键区域。所述虚拟键区域优选通过使用触觉传感器-激励器单元6的电极层6.1的相应像素式或区域式激励自由地构造。例如，产生的结构化程度（extent）和/或形状改变受到施加的电场强度、单个电极6.1.1的形状和结构化和/或电活化聚合物的激励器层6.2的厚度的影响。 
为了防止对外侧传感器-激励器单元6的外部影响，具有厚度例如为30μm到100μm的保护层7涂敷到激励器层6.2的外表面上，保护层优选用具有纳米颗粒的聚合物形成，其具有防划痕和抗反射性能。取决于增加的保护颗粒，保护层7能够构造成适合自清洁。 
与常规显示单元相比，在互动显示单元1中触觉感觉和反馈的集成改善了用户友好性。此外，在没有物理键的条件下可产生用户和机器之间互动的全新的效应模式。 
图2以半透明的图示示出在机动车内部2中根据本发明的互动显示单元1的示例性实施例。 
互动显示单元1例如可用于显示仪表板2.1上的信息。 
互动显示单元1还可使用在内部控制台、中央控制台和门面板中，用 于显示各种机动车技术信息和/或使机动车乘员娱乐。 
附图标记列表 
1    互动显示单元 
2    机动车内部 
2.1  仪表板 
2.2  内部控制台 
2.3  中央控制台 
2.4  门面板 
3    成像元件 
3.1  第一基底载体 
3.2  第二基底载体 
3.3  光折射聚合物材料层 
4    照明光源 
5    记录光源 
6    触觉传感器-激励器单元 
6.1  电极层 
6.1.1电极 
6.2  激励器层 
7    保护层 
8    微型透镜区域 
8.1  微型透镜 。

Claims (10)

1.一种用于显示信息和/或与用户互动的互动显示单元（1），尤其是在机动车内部（2）中，其特征在于至少一个成像元件（3），所述成像元件（3）包括在密封装置中位于两个透明基底载体（3.1、3.2）之间的光折射聚合物材料层（3.3），每个基底载体都设有面向光折射聚合物材料层（3.3）的透明的电极层，其中，具有指向光折射聚合物材料层（3.3）方向上的传播的至少一个记录光源（5）以平行于其中一个基底载体（3.1）的方式布置在该基底载体（3.1）上，和触觉传感器-激励器单元（6）和具有指向光折射聚合物材料层（3.3）方向上的传播的至少一个照明光源（4）侧向地布置在另一基底载体（3.2）上。
2.根据权利要求1所述的互动显示单元（1），其特征在于，所述触觉传感器-激励器单元（6）布置在相关的透明基底载体（3.2）的远离所述记录光源（5）和光折射聚合物材料层（3.3）的外侧上。
3.根据权利要求1或2所述的互动显示单元（1），其特征在于，所述触觉传感器-激励器单元（6）用大量的交替布置的激励器层（6.2）和电极层（6.1）形成。
4.根据权利要求3所述的互动显示单元（1），其特征在于，所述激励器层（6.2）和电极层（6.1）分别用光学透明材料形成。
5.根据权利要求4所述的互动显示单元（1），其特征在于，所述激励器层（6.2）的光学透明材料是导电聚合物，尤其是电活化聚合物，特别是铁电聚合物或者压电聚合物，金属聚合物复合物，和/或电解质弹性体和/或聚乙二烯二氟化物。
6.根据权利要求3至5中任一项所述的互动显示单元（1），其特征在于，所述触觉传感器-激励器单元（6）分成可使用所述电极层（6.1）单独和/或成组控制的区域。
7.根据前述权利要求中任一项所述的互动显示单元（1），其特征在于，所述触觉传感器-激励器单元（6）的远离光折射聚合物材料（3.3）的外表面具有保护层（7）。
8.根据前述权利要求中任一项所述的互动显示单元（1），其特征在于，所述照明光源（4）包括具有不同发射光谱的复数个光源，其中，所述照明光源（4）生成其频率不同于所述记录光源（5）的频率的光。
9.根据前述权利要求中任一项所述的互动显示单元（1），其特征在于，微型透镜区域（8）布置在所述记录光源（5）和相关透明的基底载体（3.1）之间，所述微型透镜区域包括尤其是具有相同尺寸的多个微型透镜（8.1），所述微型透镜（8.1）布置在行和列彼此相互垂直的栅格中或者六边形栅格中。
10.根据权利要求9所述的互动显示单元（1），其特征在于，光散射器和光调制器布置在记录光源（5）的照射方向上在所述微型透镜区域（8）的上游。
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