DE102017202645A1 - Input interface - Google Patents
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Abstract
Die Erfindung betrifft eine Eingabeschnittstelle (1), mit einer Trägereinrichtung (2); einem Vibrationselement (3); einem ersten Aktuator (4) mit einem ersten Elektrodenpaar (4a, 4c) und einer zwischen dem Elektrodenpaar (4a, 4c) befindlichen ersten Polymerschicht (4b); und einem zweiten Aktuator (5) mit einem zweiten Elektrodenpaar (5a, 5c) und einer zwischen dem Elektrodenpaar (5a, 5c) befindlichen zweiten Polymerschicht (5b); wobei der erste Aktuator (4) einen ersten Randbereich des Vibrationselements (3) mit der Trägereinrichtung (2) verbindet und der zweite Aktuator (5) einen zweiten Randbereich des Vibrationselements (3) mit der Trägereinrichtung (2) verbindet; und wobei das Vibrationselement (3) durch Einstellen einer an das erste Elektrodenpaar anlegbaren ersten Spannung (U1) und einer an das zweite Elektrodenpaar (4a, 4c) anlegbaren zweiten Spannung (U2) bewegbar ist.The invention relates to an input interface (1), comprising a carrier device (2); a vibrating element (3); a first actuator (4) having a first electrode pair (4a, 4c) and a first polymer layer (4b) located between the pair of electrodes (4a, 4c); and a second actuator (5) having a second electrode pair (5a, 5c) and a second polymer layer (5b) located between the electrode pair (5a, 5c); wherein the first actuator (4) connects a first edge region of the vibration element (3) to the carrier device (2) and the second actuator (5) connects a second edge region of the vibration element (3) to the carrier device (2); and wherein the vibration element (3) is movable by setting a first voltage (U1) which can be applied to the first electrode pair and a second voltage (U2) which can be applied to the second electrode pair (4a, 4c).
Description
Die vorliegende Erfindung betrifft eine Eingabeschnittstelle, insbesondere ein Touchdisplay oder ein Touchpad, sowie eine Verwendung einer Eingabeschnittstelle als Touchdisplay.The present invention relates to an input interface, in particular a touch display or a touchpad, and a use of an input interface as a touch display.
Stand der TechnikState of the art
Die neuesten Generationen von Smartphones weisen eine wachsende Anzahl von Sensorelementen und elektromechanischen Komponenten auf. So können in oder an dem Display Aktuatoren verbaut sein, um dem Benutzer eine haptische Rückkopplung zu geben und das Display in Vibration zu versetzen. Aus der Druckschrift
Zugleich besteht jedoch erhöhte Nachfrage nach möglichst flachen und kompakten elektronischen Geräten. Um beiden Anforderungen zu genügen, müssen notwendige Elemente, wie etwa das Display des Smartphones, immer dünner ausgebildet werden.At the same time, however, there is an increased demand for flat and compact electronic devices. To meet both requirements, necessary elements, such as the display of the smartphone, must be made thinner and thinner.
Offenbarung der ErfindungDisclosure of the invention
Die vorliegende Erfindung stellt eine Eingabeschnittstelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 1 und eine Verwendung einer Eingabeschnittstelle mit den Merkmalen des Patentanspruchs 10 bereit.The present invention provides an input interface having the features of
Gemäß einem ersten Aspekt stellt die Erfindung demnach eine Eingabeschnittstelle mit einer Trägereinrichtung, einem Vibrationselement, einem ersten Aktuator und einem zweiten Aktuator bereit. Der erste Aktuator umfasst ein erstes Elektrodenpaar und eine zwischen dem Elektrodenpaar befindliche erste Polymerschicht. Der zweite Aktuator weist ein zweites Elektrodenpaar und eine zwischen dem Elektrodenpaar befindliche zweite Polymerschicht auf. Der erste Aktuator verbindet einen ersten Randbereich des Vibrationselements mit der Trägereinrichtung und der zweite Aktuator verbindet einen zweiten Randbereich des Vibrationselements mit der Trägereinrichtung. Das Vibrationselement ist durch Einstellen einer an das erste Elektrodenpaar anlegbaren ersten Spannung und einer an das zweite Elektrodenpaar anlegbaren zweiten Spannung bewegbar.According to a first aspect, the invention accordingly provides an input interface with a carrier device, a vibration element, a first actuator and a second actuator. The first actuator comprises a first electrode pair and a first polymer layer located between the pair of electrodes. The second actuator has a second electrode pair and a second polymer layer located between the electrode pair. The first actuator connects a first edge region of the vibration element to the carrier device, and the second actuator connects a second edge region of the vibration element to the carrier device. The vibrating element can be moved by setting a first voltage which can be applied to the first electrode pair and a second voltage which can be applied to the second electrode pair.
Gemäß einem weiteren Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung eine Verwendung einer Eingabeschnittstelle als Touchdisplay.According to a further aspect, the present invention relates to a use of an input interface as a touch display.
Bevorzugte Ausführungsformen sind Gegenstand der jeweiligen Unteransprüche.Preferred embodiments are the subject of the respective subclaims.
Vorteile der ErfindungAdvantages of the invention
Die Aktuatoren können an verschiedenen Randbereichen des Vibrationselements angreifen und dadurch durch ein Push-Pull-Prinzip eine stärkere Vibration hervorrufen, als dies durch einen einzelnen Aktuator möglich wäre. Umgekehrt können Aktuatoren mit dünneren Polymerschichten eine gleich große Vibrationswirkung erzielen wie ein dickerer einzelner Aktuator, sodass der Gesamtaufbau der Eingabeschnittstelle flacher ausfallen kann. Die Verwendung zweier Aktuatoren ermöglicht es somit, die Eingabeschnittstelle dünner auszubilden. Durch ihre geringe Dicke ist die Eingabeschnittstelle ideal zur Verwendung in Smartphones, Touchdisplays oder Touchpads geeignet.The actuators can act on different edge regions of the vibrating element and thereby cause by a push-pull principle, a stronger vibration than would be possible by a single actuator. Conversely, actuators with thinner polymer layers can achieve the same vibrational effect as a thicker single actuator, so the overall structure of the input interface can be flatter. The use of two actuators thus makes it possible to make the input interface thinner. Its small footprint makes the input interface ideal for use in smartphones, touch displays or touchpads.
Vorzugsweise weist die Eingabeschnittstelle eine Steuereinrichtung auf, welche dazu ausgebildet ist, durch zeitversetztes Anlegen der ersten Spannung und der zweiten Spannung das Vibrationselement in Vibration zu versetzen. Durch die alternierende Spannung werden die jeweiligen Polymerschichten der Aktuatoren jeweils gegenläufig auseinandergezogen bzw. zusammengezogen, sodass einer der Aktuatoren eine von diesem Aktuator wegweisende Kraft auf das Vibrationselement ausübt, während der jeweils andere Aktuator eine zu diesem Aktuator hinweisende Kraft auf das Vibrationselement ausübt. Die Aktuatoren erzeugen dadurch einen Push-Pull-Effekt.The input interface preferably has a control device which is designed to vibrate the vibrating element by applying the first voltage and the second voltage with a time delay. As a result of the alternating voltage, the respective polymer layers of the actuators are respectively pulled apart or pulled together in opposite directions, so that one of the actuators exerts a force pointing away from this actuator on the vibrating element, while the other actuator exerts a force pointing towards this actuator on the vibrating element. The actuators thereby generate a push-pull effect.
Gemäß einer Weiterbildung der Eingabeschnittstelle weist diese einen Kondensator zum Speichern von elektrischer Energie auf, wobei die Steuereinrichtung dazu ausgebildet ist, durch Herstellen einer galvanischen Verbindung des Kondensators mit dem ersten Elektrodenpaar bzw. dem zweiten Elektrodenpaar die erste Spannung bzw. die zweite Spannung anzulegen. Der Kondensator dient somit als Energiezwischenspeicher, welcher dazu ausgebildet ist, sowohl Energie zum Anlegen der ersten Spannung als auch Energie zum Anlegen der zweiten Spannung bereitzustellen. Durch Verwendung eines einzigen Energiezwischenspeichers können alternierend der erste Aktuator bzw. der zweite Aktuator angesteuert werden.According to a development of the input interface, this has a capacitor for storing electrical energy, wherein the control device is designed to apply the first voltage or the second voltage by establishing a galvanic connection of the capacitor with the first electrode pair or the second electrode pair. The capacitor thus serves as an energy buffer, which is designed to provide both energy for applying the first voltage and energy for applying the second voltage. By using a single energy buffer, the first actuator or the second actuator can be driven alternately.
Vorzugsweise ist das erste Elektrodenpaar derart mit dem zweiten Elektrodenpaar verschaltet, dass bei einer Verringerung der ersten Spannung bzw. zweiten Spannung die jeweils andere Spannung erhöht wird. Wird etwa die erste Spannung reduziert, so wird die zweite Spannung erhöht und umgekehrt wird bei einer Reduzierung der zweiten Spannung die erste Spannung erhöht. Durch Erzeugen von wechselseitigen Kräften durch den ersten Aktuator und den zweiten Aktuator kann eine gleichmäßige Bewegung des Vibrationselements erzeugt werden.Preferably, the first electrode pair is connected to the second electrode pair in such a way that, when the first voltage or the second voltage is reduced, the respective other voltage is increased. If, for example, the first voltage is reduced, then the second voltage is increased and, conversely, the first voltage is increased when the second voltage is reduced. By generating mutual forces by the first actuator and the second actuator, a smooth movement of the vibrating element can be generated.
Vorzugsweise sind die erste Polymerschicht und die zweite Polymerschicht vorgespannt. Wird nun beispielsweise an die erste Polymerschicht die erste Spannung derart angelegt, dass die Dicke der ersten Polymerschicht reduziert wird, d. h. das Vibrationselement durch den ersten Aktuator von dem Verbindungsabschnitt an der Trägereinrichtung weggedrückt wird, zieht gleichzeitig die zweite Polymerschicht das Vibrationselement in dieselbe Richtung, wobei die Vorspannung der zweiten Polymerschicht reduziert wird. Preferably, the first polymer layer and the second polymer layer are biased. If, for example, the first voltage is applied to the first polymer layer in such a way that the thickness of the first polymer layer is reduced, ie if the vibration element is pushed away from the connection section on the carrier device by the first actuator, the second polymer layer simultaneously pulls the vibration element in the same direction the bias of the second polymer layer is reduced.
Vorzugsweise umfassen die erste Polymerschicht und/oder die zweite Polymerschicht mindestens ein elektroaktives Polymer. Vorzugsweise umfasst das elektroaktive Polymer ein dielektrisches Elastomer. Elektroaktive Polymere erfahren eine Größenänderung, wenn sie mit einer elektrischen Spannung beaufschlagt werden. Vorzugsweise sind das erste Elektrodenpaar und das zweite Elektrodenpaar elastisch ausgebildet, sodass sich diese bei einer Deformation der Polymerschichten ebenfalls entsprechend verformen können. Die zwischen dem erste Elektrodenpaar bzw. zweite Elektrodenpaar befindlichen Polymerschichten können jeweils eine oder mehrere Unterschichten aus Polymeren aufweisen. Wird eine elektrische Spannung an das jeweilige Elektrodenpaar angelegt, so wird das Polymer aufgrund der sich anziehenden Ladungen gestaucht und erfährt eine Dehnung senkrecht zur Feldrichtung. Da Polymere nahezu inkompressibel sind, bleibt das Volumen der Polymerschichten während der Deformation im Wesentlichen konstant. Beim Reduzieren der Spannung fließen die überschüssigen Ladungen über die Spannungsquelle ab und der ursprüngliche Zustand der Polymerschicht wird wieder hergestellt.Preferably, the first polymer layer and / or the second polymer layer comprise at least one electroactive polymer. Preferably, the electroactive polymer comprises a dielectric elastomer. Electroactive polymers undergo a change in size when subjected to an electrical voltage. Preferably, the first pair of electrodes and the second pair of electrodes are formed elastically, so that they can also deform accordingly in a deformation of the polymer layers. The polymer layers located between the first electrode pair and the second electrode pair can each have one or more sublayers of polymers. If an electrical voltage is applied to the respective electrode pair, the polymer is compressed due to the attractive charges and undergoes an elongation perpendicular to the field direction. Since polymers are nearly incompressible, the volume of the polymer layers remains substantially constant during deformation. When reducing the voltage, the excess charges flow through the voltage source and the original state of the polymer layer is restored.
Vorzugsweise können der erste Aktuator und der zweite Aktuator jeweils genau eine Polymerschicht aufweisen. Dadurch kann die Eingabeschnittstelle besonders flach ausgeführt werden.Preferably, the first actuator and the second actuator may each have exactly one polymer layer. This allows the input interface to be made very flat.
Gemäß einer Weiterbildung ist eine Abdeckung an der Trägereinrichtung angeordnet, welche das Vibrationselement überdeckt.According to a development, a cover is arranged on the carrier device, which covers the vibrating element.
Figurenlistelist of figures
Es zeigen:
-
1 Eine schematische Querschnittsansicht einer Eingabeschnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
2 eine schematische Explosionsansicht der Eingabeschnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
3 schematische Schrägansichten von Aktuatoren für eine Eingabeschnittstelle zur Erläuterung des Wirkprinzips der Aktuatoren; -
4 eine schematische Querschnittsansicht einer Eingabeschnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; -
5 ein Schaltbild eines Teils einer Eingabeschnittstelle gemäß einer Ausführungsform der Erfindung; und -
6 ein Flussdiagramm eines Verfahrens zur Verwendung einer Eingabeschnittstelle.
-
1 A schematic cross-sectional view of an input interface according to an embodiment of the invention; -
2 a schematic exploded view of the input interface according to an embodiment of the invention; -
3 schematic oblique views of actuators for an input interface to explain the operating principle of the actuators; -
4 a schematic cross-sectional view of an input interface according to an embodiment of the invention; -
5 a circuit diagram of part of an input interface according to an embodiment of the invention; and -
6 a flowchart of a method for using an input interface.
In allen Figuren sind gleiche bzw. funktionsgleiche Elemente und Vorrichtungen mit denselben Bezugszeichen versehen. Verschiedene Ausführungsformen können beliebig miteinander kombiniert werden, sofern dies sinnvoll ist.In all figures, the same or functionally identical elements and devices are provided with the same reference numerals. Various embodiments can be combined as desired, if appropriate.
Beschreibung der AusführungsbeispieleDescription of the embodiments
In
Die Eingabeschnittstelle
Die Eingabeschnittstelle
Die Eingabeschnittstelle
Analog weist der zweite Aktuator
Die erste Polymerschicht
Wie in
In
Vorzugsweise sind der erste Aktuator
Wird nun, wie in
Gemäß weiteren Ausführungsformen kann die Trägereinrichtung
In
Ein dritter Knoten
Die ersten bis sechsten Schalteinrichtungen
Die dritten, vierten, sechsten und siebten Zweige dienen als Doppelkanal-Abwärtskonverter
In
ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG QUOTES INCLUDE IN THE DESCRIPTION
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Zitierte PatentliteraturCited patent literature
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