CN108459763B - 输入接口 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种输入接口（1），其包括载体装置（2）；振动元件（3）；带有第一电极对（4a，4c）和位于所述电极对（4a，4c）之间的第一聚合物层（4b）的第一致动器（4）；和带有第二电极对（5a，5c）和位于所述电极对（5a，5c）之间的第二聚合物层（5b）的第二致动器（5）；其中所述第一致动器（4）将所述振动元件（3）的第一边缘区域与所述载体装置（2）连接并且所述第二致动器（5）将所述振动元件（3）的第二边缘区域与所述载体装置（2）连接；并且其中所述振动元件（3）可通过设定可施加到所述第一电极对上的第一电压（U1）和可施加到所述第二电极对上（4a，4c）的第二电压（U2）而移动。

Description

输入接口
技术领域
本发明涉及一种输入接口，尤其涉及一种触摸显示屏或触摸板，以及一种输入接口作为触摸显示屏的应用。
背景技术
最新时代的智能手机具有不断增加数量的传感器元件和机电组件。因此，可以将致动器安装在显示屏中或在显示屏上，以给用户提供触觉反馈并使显示屏置于振动中。从文献US2015 / 0145657A1中，这种类型的光学的显示屏是已知的。
然而同时存在对尽可能的扁平的和紧凑的电子设备的提高的需求。为了满足这两个要求，必要的元件，例如智能手机的显示屏必须被构造得越来越薄。
发明内容
本发明提供具有权利要求1的特征的输入接口以及具有专利权利要求10的特征的输入接口的应用。
根据第一方面，本发明因此提供了具有载体装置、振动元件、第一致动器和第二致动器的输入接口。第一致动器包括第一电极对和位于该对电极之间的第一聚合物层。第二致动器具有第二电极对和位于该电极对之间的第二聚合物层。第一致动器将振动元件的第一边缘区域与载体装置连接并且第二致动器将振动元件的第二边缘区域与载体装置连接。振动元件可通过设定可施加到第一电极对上的第一电压和施加到第二电极对上的第二电压而移动。
根据另一方面，本发明涉及输入接口作为触摸显示屏的应用。
优选的实施方式为相应的从属权利要求的主题。
致动器可以作用于振动元件的各个边缘区域并由此通过推拉原理（Push-Pull-Prinzip）产生比通过单个致动器而可能产生的更强的振动。相反，具有更薄的聚合物层的致动器可以获得如更厚的单个致动器的相同大的振动效果，从而输入接口的整体构造可以变得更扁平。由此使用两个致动器可以更薄地构造输入接口。由于其较小的厚度，输入接口非常适用于在智能手机、触摸显示屏或触摸板中的应用。
输入接口优选具有控制装置，该控制装置被构造用于通过在时间上错开的施加第一电压和第二电压以将振动元件置于振动中。通过交替的电压，致动器的相应的聚合物层相应地被反向地彼此拉开或拉向彼此，使得其中一个致动器施加远离该致动器指向的力到振动元件上，而另一个致动器相应地施加指向该致动器的力到振动元件上。由此致动器产生推拉效应（Push-Pull-Effekt）。
根据一个改进方案，该输入接口具有用于储存电能的电容器，其中控制装置被构造用于通过建立电容器与第一电极对或第二电极对的电连接来施加第一电压或第二电压。电容器由此用作能量缓冲器，其被构造用于既提供施加第一电压的能量又提供施加第二电压的能量。通过单个的能量缓冲器的应用，可以交替地操纵第一致动器或第二致动器。
优选地，第一电极对如此地与第二电极对连接，使得在第一电压或第二电压降低的情况下，则相应地提高另一电压。如果例如降低第一电压，则因此提高第二电压，并且与之相反，在降低第二电压的情况下，则提高第一电压。通过由第一致动器和第二致动器产生的交替的力，可以产生振动元件的平稳的移动。
优选地，第一聚合物层和第二聚合物层被预张紧。例如如果现在第一电压以这样的方式施加到第一聚合物层上，使得第一聚合物层的厚度减小，也就是说，当振动元件被第一致动器从在载体装置上的连接区段处被挤开时，则第二聚合物层同时沿相同方向拉动该振动元件，其中减小第二聚合物层的预张紧。
优选地，第一聚合物层和/或第二聚合物层包括至少一个电活性的聚合物。优选地，该电活性的聚合物包括介电的弹性体。电活性的聚合物在被加载电压时会发生尺寸变化。优选地，弹性地构造第一电极对和第二对电极，使得其在聚合物层的变形中可以同样相应地进行变形。位于第一电极对和第二电极对之间的聚合物层可以相应地具有一个或多个由聚合物组成的子层。如果将电压施加到相应的电极对上，则聚合物由于相互吸引的电荷而被压缩并发生垂直于场方向的拉伸。由于聚合物几乎是不可压缩的，聚合物层的体积在变形期间保持基本恒定。当降低电压时，多余的电荷经过电压源流出并恢复聚合物层的初始状态。
优选地，第一致动器和第二致动器分别具有刚好一个聚合物层。由此可以尤其扁平地实施该输入接口。
根据一种改进方案，在载体装置上布置遮盖部以遮盖振动元件。
附图说明
其中：
图1示出了根据本发明的一种实施方式的输入接口的示意性横截面图；
图2示出了根据本发明的一种实施方式的输入接口的示意性分解图；
图3示出了用于解释致动器的工作原理的输入接口的致动器的示意性斜视图；
图4示出了根据本发明的一种实施方式的输入接口的示意性横截面图；
图5示出了根据本发明的一种实施方式的输入接口的一部分的电路图；和
图6示出了使用输入接口的方法的流程图。
在所有附图中，相同或功能相同的元件和装置具有相同的附图标记。只要在有意义的情况下，各种实施方式可以任意地互相组合。
具体实施方式
图1示出了根据本发明的一种实施方式的输入接口的横截面图。
输入接口1具有载体装置2，该载体装置优选地包括具有平面的表面的基板2c，该基板可由例如玻璃，PC，PET，PI，聚酯等透明材料或例如PA，PBT或ABS等不透明材料构造而成。载体装置2还具有第一连接区段或凸起元件2a和第二连接区段或凸起元件2b，其相对于基板2c的表面突出。
输入接口1还包括振动元件3，该振动元件3同样地可以由上述材料之一组成。振动元件基本上可以构造为矩形并且具有对应于振动元件的第一棱边的第一边缘区域3a和具有对应于振动元件的第二棱边的第二边缘区域3b，其中振动元件的第一棱边优选地与振动元件的第一棱边相对而置。振动元件3优选扁平地构造并且具有两个平面的表面，其中这些平面的表面中的一个接触载体装置2的基板2c的表面。振动元件可以是触摸板或触摸屏的显示屏，尤其智能手机的显示屏。
输入接口1还具有第一致动器4和第二致动器5。第一致动器4具有第一电极对4a，4c以及具有位于该电极对4a，4c之间的第一聚合物层4b。第一致动器4将载体装置2的第一凸起元件2a与振动元件3的第一边缘区域3a连接。
类似地，第二致动器5具有第二电极对5a，5c和位于电极对5a，5c之间的第二聚合物层5b。
第一聚合物层4b和第二聚合物层5b优选包括电活性的聚合物，特别是介电的弹性体。第一聚合物层4b或第二聚合物层5b的厚度优选在20到50微米之间。
如图2所示，输入接口1优选还具有遮盖振动元件3和第一致动器4以及第二致动器5的遮盖部7。遮盖部7包括框架7a和光学窗口7b，其中该光学窗口7b是优选由透明材料构造而成。该遮盖部可以用于对振动元件3的保护，该振动元件尤其可以是显示屏。
在图3中更详细地示出了第一致动器4或第二致动器5的工作原理。因此，在图3的左侧示例性地示出了第一致动器4，其中没有电压施加到第一电极对4a，4c上。如果现在将电压施加到电极对4a，4c上，第一电极对4a，4c的电极4a，4c之间的距离将减小。由于在变形过程中聚合物层4b的体积基本上保持不变，致动器4由此在垂直于电极对4a，4c之间的场线的平面内被拉伸。
优选地，第一致动器4和第二致动器5被预张紧，使得第一致动器4在第一凸起元件2a的方向上施加牵引力到振动元件3上，而第二致动器5在第二凸起元件2b的方向上施加相反作用的牵引力到振动元件3上。由于相反的作用力，振动元件3相对于载体装置2的基板2c保持静止，只要没有电压施加在致动器4，5中的一个上。振动元件3在这种情况下优选扁平地布置在载体装置2的平面的基板2c上并且可以沿载体装置2的基板2c的表面滑动或移动。
如图4所示，如果现在通过输入接口1的控制装置6将第一电压U1施加到第一电极对4a，4c上，则振动元件3通过第一致动器4从第一凸起元件2a处平行于载体装置2的基板2c被挤开。相反，预张紧的第二致动器5施加指向第二凸起元件2b的牵引力到振动元件3上。以类似的方式，通过将第二电压U2施加到第二电极对5a，5c上，可以在相反的方向上产生到振动元件3上的力。通过交替地将第一电压U1施加到第一电极对4a，4c或将第二电压U2施加到第二电极对5a，5c上，而没有将电压相应地施加到其他的电极对上，控制装置6由此能够通过以下方式产生振动，即使振动元件3相对于载体装置2的基板2c的表面置于运动中。
根据其他的实施方式，载体装置2也可以仅包括至少部分地围绕振动元件3的框架装置。
图5示出了表示用于施加第一电压U1或第二电压U2的输入接口1的机械装置的示例性电路图。因此，设置了第一节点81和第二节点82。这些节点81，82经由第一支路与第一开关装置65和串联连接的第二开关装置66连接，经由与第一支路并联连接的第二支路与电容器Cv连接，经由并联连接的第三支路与第三开关装置61和串联连接的第四开关装置62连接，以及经由同样地并联连接的第四支路与第五开关装置63和串联连接的第六开关装置64连接。
第一开关装置65和第二开关装置66之间的第三节点83在第五支路中经由电感Ly和具有输出电压UDC的电压源与第一节点81连接。第三开关装置61和第四开关装置62之间的第四节点84在第六支路中经由电感LL和串联连接的第二致动器5与第一节点81连接。此外，在第五开关装置63和第六开关装置64之间的第五节点85在第七支路中经由电感LL和串联连接的第一致动器4与第一节点81连接。
第一开关装置61至第六开关装置66分别具有开关S1至S6和与此并联的空载二极管D1至D6。开关S1至S6优选构造为MOSFET晶体管。第一支路和第五支路形成升压式变换器（Step-Up-Konverter）6a，其将输出电压UDC转换成较高的中间电路电压Uv。最初，对此断开了所有开关S1至S6。通过闭合第二开关装置66，电流Iv通过电感Lv建立起来。在闭合第一开关装置65和断开第二开关装置66之后，电流被改线并且对电容器Cv充电。
第三、第四、第六和第七支路用作双通道向下变换器6b。首先，断开第三至第六开关装置61至64。现在如果例如闭合第四开关装置61，则电流从电容器Cv流过电感LL并在第二致动器5的电极对5a，5c之间建立第二电压U2。如果现在闭合第四开关装置62并且断开第三开关装置61，则第二电压U2再次减小。类似地，通过断开和闭合第五开关装置63和第六开关装置64，将第一电压U1施加到第一致动器4上。通过相应的断开和闭合开关S1到S4，控制装置6可以施加第一电压U1或第二电压U2。
图6示出了根据上述实施方式中之一的实施方式的能量接口1用作触摸显示屏的流程图。在方法步骤S1中，优选地将第一电压U1交替地施加到第一致动器4的电极对4a，4c上并且将第二电压U2施加到第二致动器5的第二电极对5a，5c上。没有电压或零电压被相应地施加到其他的电极对上。振动元件3由此沿着载体装置2的基板2c被置于运动中。

Claims (10)

1.一种输入接口(1)，其具有
载体装置(2)；
振动元件(3)；
带有第一电极对(4a，4c)和位于所述电极对(4a，4c)之间的第一聚合物层(4b)的第一致动器(4)；和
带有第二电极对(5a，5c)和位于所述电极对(5a，5c)之间的第二聚合物层(5b)的第二致动器(5)；
其中所述第一致动器(4)将所述振动元件(3)的第一边缘区域(3a)与所述载体装置(2)连接并且所述第二致动器(5)将所述振动元件(3)的第二边缘区域(3b)与所述载体装置(2)连接；并且
其中所述振动元件(3)可通过设定可施加到所述第一电极对上的第一电压(U1)和可施加到所述第二电极对上(4a，4c)的第二电压(U2)而移动。
2.根据权利要求1所述的输入接口(1)，其具有被构造用于通过对所述第一电压(U1)和所述第二电压(U2)的在时间上错开的施加以将所述振动元件(3)置入振动中的控制装置(6)。
3.根据权利要求2所述的输入接口(1)，其具有用于存储电能的电容器(Cv)，其中所述控制装置(6)被构造用于通过所述电容器(Cv)与所述第一电极对(4a，4c)或第二电极对(5a，5c)建立电连接而施加第一电压(U1)或第二电压(U2)。
4.根据前述权利要求中任一项所述的输入接口(1)，其中所述第一电极对(4a，4c)如此与所述第二电极对(5a，5c)连接，使得在所述第一电压(U)或第二电压(U2)降低时，另一电压(U1，U2)相应地提高。
5.根据前述权利要求中任一项所述的输入接口(1)，其中所述第一聚合物层(4b)和所述第二聚合物层(5b)被预张紧。
6.根据前述权利要求中任一项所述的输入接口(1)，其中所述第一聚合物层(4b)和/或所述第二聚合物层(5b)包括至少一个电活性的聚合物。
7.根据权利要求6所述的输入接口(1)，其中所述电活性的聚合物包括介电的弹性体。
8.根据前述权利要求中任一项所述的输入接口(1)，其中所述第一致动器(4)和所述第二致动器(5)分别具有刚好一个聚合物层(4a，5a)。
9.根据前述权利要求中任一项所述的输入接口(1)，其具有遮盖部(7)，所述遮盖部布置在所述载体装置(2)上并且遮盖所述振动元件(3)。
10.按照权利要求1至9中任一项所述的输入接口(1)作为触摸显示屏的应用。
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Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP2010039311A (ja) * 2008-08-06 2010-02-18 Alps Electric Co Ltd 高分子アクチュエータを用いた表示装置
CN101990717A (zh) * 2008-02-06 2011-03-23 罗伯特·博世有限公司 用于由机械变形产生电能的弯曲换能器
CN102341768A (zh) * 2009-03-10 2012-02-01 拜耳材料科技公司 用于触觉反馈设备的电活性聚合物换能器

Family Cites Families (4)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
JP3558976B2 (ja) * 2000-10-04 2004-08-25 日本碍子株式会社 電圧コンバータ
US20120327006A1 (en) * 2010-05-21 2012-12-27 Disney Enterprises, Inc. Using tactile feedback to provide spatial awareness
US20110285666A1 (en) * 2010-05-21 2011-11-24 Ivan Poupyrev Electrovibration for touch surfaces
KR20130137960A (ko) * 2012-06-08 2013-12-18 삼성전자주식회사 전기활성 폴리머를 이용한 액추에이터 및 이를 구비한 전자기기

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CN101990717A (zh) * 2008-02-06 2011-03-23 罗伯特·博世有限公司 用于由机械变形产生电能的弯曲换能器
JP2010039311A (ja) * 2008-08-06 2010-02-18 Alps Electric Co Ltd 高分子アクチュエータを用いた表示装置
CN102341768A (zh) * 2009-03-10 2012-02-01 拜耳材料科技公司 用于触觉反馈设备的电活性聚合物换能器

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