DE102017210245A1

DE102017210245A1 - Lokalisierte und/oder gekapselte haptische aktoren und elemente

Info

Publication number: DE102017210245A1
Application number: DE102017210245.4A
Authority: DE
Inventors: Xiaonan Wen; Wei Lin; James Edward Alexander PEDDER; Xiaofan Niu; Nathan K. Gupta; Chen Po-Jui; Robert W. Rumford; Pavan O. Gupta; Jui-Ming Yang
Original assignee: Apple Inc
Current assignee: Apple Inc
Priority date: 2016-06-20
Filing date: 2017-06-20
Publication date: 2017-12-21
Also published as: CN107526435A; EP3260953A2; CN110989841B; KR20180133351A; KR20170142942A; AU2017204180B2; KR102031504B1; AU2017204180A1; JP2018195349A; KR101928660B1; TW201800916A; CN107526435B; EP3260953B1; JP2018005903A; AU2017100802B4; EP3260953A3; US20170364158A1; TWI640907B; CN110989841A; CN208013890U

Abstract

In einigen Ausführungsformen beinhaltet der Aktor piezoelektrisches Material und ein Muster von mit der Oberfläche des piezoelektrischen Materials gekoppelten Spannungselektroden. Die Spannungselektroden sind einzeln steuerbar, um verschiedene Teile des piezoelektrischen Materials mit Spannung zu versorgen. Verschiedene Abschnitte des piezoelektrischen Materials können angeregt werden, sich zu verformen und auf diese Weise eine haptische Ausgabe an diesen Stellen als Reaktion auf die Anwendung von Spannung zu produzieren. Einer oder mehreren Spannungselektroden können unterschiedliche Spannungen zugeführt werden, um den Ort der Auslenkung und somit die haptische Ausgabe zu beeinflussen. In verschiedenen Ausführungsformen beinhaltet ein haptisches Ausgabesystem ein versiegeltes haptisches Element. Das versiegelte haptische Element beinhaltet eine piezoelektrische Komponente, die an eine oder mehrere Flexschaltungen gekoppelt ist und durch die Flexschaltung(en) und eine Verkapselung oder ein Dichtungsmaterial versiegelt und/oder eingeschlossen ist.

Description

QUERVERWEIS AUF VERWANDTE ANMELDUNGEN
Diese Anmeldung beansprucht den Vorteil nach 35 U.S.C. § 119(e) des US-Absicherungspatents (Provisional Patent Application) Nr. 62/352.046 , eingereicht am 20. Juni 2016 mit den Titel „Lokalisierter haptischer Aktor mit strukturierter Elektrode” und des US-Absicherungspatents Nr. 62/360.836 , eingereicht am 11. Juli 2016 unter dem Titel „Gekapselte haptische Elemente”, deren Inhalt durch Bezugnahme in seiner Gesamtheit hierin aufgenommen wird.
GEBIET
Die beschriebenen Ausführungsformen beziehen sich auf haptische Aktoren und/oder verschiedene andere haptische Systeme für elektronische Vorrichtungen. Insbesondere beziehen sich die vorliegenden Ausführungsformen auf haptische Aktoren, die Elektrodenstrukturierung zur Erzeugung einer lokalisierten haptischen Ausgabe und/oder gekapselte Elemente eines haptischen Ausgabesystems beinhalten.
HINTERGRUND
Elektronische Vorrichtungen beinhalten eine Vielzahl unterschiedlicher Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen für die Eingabe vom Nutzer und/oder die Ausgabe an den Nutzer. Beispiele von Eingabe/Ausgabe-Vorrichtungen sind Touchscreens, Tastaturen, Computermäuse, Trackpads, Trackballs, Mikrofone, Lautsprecher, Touchpads, Kraftsensoren, Tasten, usw.
Einige elektronischen Vorrichtungen beinhalten Aktoren und/oder verschiedene haptische Ausgabesysteme, die dem Nutzer eine taktile oder sonstige haptische Ausgabe bieten. Die haptische Ausgabe kann als Feedback zur Reaktion auf eine empfangene Eingabe, als Benachrichtigung in Bezug auf empfangene Kommunikationen oder den Status von anderen elektronischen Vorrichtungen, usw. geliefert werden. Die elektronische Vorrichtung kann das System aktivieren, um die Aufmerksamkeit des Nutzers zu erregen, die interaktive Erfahrung mit der elektronischen Vorrichtung zu verbessern, die elektronische Vorrichtung oder eine Komponente der elektronischen Vorrichtung zu ersetzen, oder für andere geeignete Zwecke der Benachrichtigung oder der Benutzererfahrung.
In einigen Fällen kann das haptische Ausgabesystem teilweise oder völlig gekapselt werden, um einem oder mehreren seiner Bestandteile oder Elemente einen mechanischen, elektrischen oder chemischen Schutz zu bieten. Jedoch können konventionelle Kapselungstechniken und -materialien den Betrieb des haptischen Ausgabesystems in unerwünschter Weise stören.
ZUSAMMENFASSUNG
Die vorliegende Offenbarung bezieht sich auf lokalisierte und/oder gekapselte haptische Aktoren oder Elemente. Insbesondere beziehen sich die hier besprochenen Ausführungsformen auf haptische Aktoren, die Elektrodenstrukturierungen zur Erzeugung einer lokalisierten haptischen Ausgabe und/oder gekapselte Elemente eines haptischen Ausgabesystems beinhalten.
In Ausführungsformen von lokalisierten haptischen Ausführungsformen beinhaltet ein haptischer Aktor für eine elektronische Vorrichtung ein piezoelektrisches Material und Spannungselektroden oder daran gekoppelte Leiter. Die Spannungselektroden sind einzeln steuerbar, um verschiedene Teile des piezoelektrischen Materials mit Spannung zu versorgen. Verschiedene Abschnitte des piezoelektrischen Materials können angeregt werden, sich zu verformen und auf diese Weise eine haptische Ausgabe an diesen Stellen als Reaktion auf die Anwendung von Spannung zu produzieren. Einer oder mehreren Spannungselektroden können unterschiedliche Spannungen zugeführt werden, um den Ort der Auslenkung und somit die haptische Ausgabe zu beeinflussen. Dies erlaubt eventuell eine größere haptische Auflösung innerhalb der Dimensionen des zusammenhängenden piezoelektrischen Materials, wobei eine Intensität der Auslenkung produziert wird, die größeren monolithischen piezoelektrischen Strukturen entspricht.
Bei verschiedenen Implementierungen beinhaltet eine tragbare elektronische Vorrichtung ein Deckglas und einen mit dem Deckglas gekoppelten haptischen Aktor. Der haptische Aktor beinhaltet piezoelektrisches Material und ein Muster von mit dem piezoelektrischen Material gekoppelten Spannungselektroden. Die Spannungselektroden des Spannungselektrodenmusters sind einzeln steuerbar. Das Elektrodenmuster kann angeregt werden, verschiedene Teile des piezoelektrischen Materials mit Spannung zu versorgen, um dieses an einer oder mehreren verschiedenen Stellen zu verformen.
In einigen Beispielen liefern verschiedene Teile des piezoelektrischen Materials taktile Ausgaben über das Deckglas, wenn Spannung angelegt wird. In zahlreichen Beispielen kann das piezoelektrischen Material zur Auslenkung angeregt werden, je nachdem, wo die Spannung angelegt wird. In einigen Implementierungen dieser Beispiele führt eine Variation der angebrachten Spannung über die unterschiedlichen Spannungselektroden zu einer Veränderung davon, welches der verschiedenen Teile des piezoelektrischen Materials sich verformt. In einigen Beispielen ist das piezoelektrische Material physisch kontinuierlich.
In zahlreichen Beispielen decken die Spannungselektroden einen Großteil der positiven polaren Oberfläche des piezoelektrischen Materials ab. In verschiedenen Beispielen beinhaltet der haptische Aktor außerdem ein Muster von Massenelektroden, die den Großteil der negativen polaren Oberfläche des piezoelektrischen Materials abdecken.
In einigen Implementierungen beinhaltet eine elektronische Vorrichtung einen piezoelektrischen Wafer mit einer Oberfläche, Spannungselektroden, die einen Teil der Oberfläche abdecken und dazwischenliegende Spalten definieren, sowie eine elektronisch mit den Spannungselektroden gekoppelte Verarbeitungseinheit. Die Verarbeitungseinheit kann so gesteuert werden, dass sie durch Variation der an die Spannungselektroden gelieferten Spannungen Auslenkungen an verschiedenen Abschnitten des piezoelektrischen Wafers erzeugt.
In verschiedenen Beispielen sind die Spannungselektroden so geformt, dass sie einem haptischen Ausgabebereich entsprechen. In manchen Beispielen handelt es sich bei der elektronischen Vorrichtung um ein Trackpad. In anderen Beispielen handelt es sich bei der elektronischen Vorrichtung um eine Tastatur.
In zahlreichen Beispielen produziert die Verarbeitungseinheit eine Auslenkung an einem Abschnitt des piezoelektrischen Wafers, der von einer ersten Spannungselektrode abgedeckt wird, indem Spannung nur an die erste Spannungselektrode und nicht an die angrenzenden Spannungselektroden geliefert wird. In anderen Beispielen produziert die Verarbeitungseinheit eine Auslenkung an einem Abschnitt des abgedeckten piezoelektrischen Wafers, indem eine höhere Spannung an die erste Spannungselektrode und eine niedrigere Spannung an die angrenzenden Spannungselektroden geliefert wird.
In wieder anderen Beispielen produziert die Verarbeitungseinheit eine Auslenkung an einem Abschnitt des von der ersten Spannungselektrode abgedeckten piezoelektrischen Wafers, indem eine erste Spannung an die erste Spannungselektrode, eine zweite Spannung an die zweite Spannungselektrode und eine dritte Spannung an die anderen Spannungselektroden angelegt wird, wobei die dritte Spannung höher als die zweite und niedriger als die erste Spannung ist.
In verschiedenen Implementierungen beinhaltet ein haptischer Aktor ein piezoelektrisches Substrat (wie Blei-Zirkonat-Titanat, piezoelektrische Materialien auf Kaliumbasis wie Kalium-Natrium-Niobat und/oder andere geeignete piezoelektrische Materialien), einen ersten an eine Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gekoppelten Spannungsleiter und einen zweiten an die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gekoppelten und vom ersten Spannungsleiter getrennten Spannungsleiter. Das piezoelektrische Substrat produziert eine haptische Ausgabe an verschiedenen Stellen, je nach den Spannungen des ersten und zweiten Spannungsleiters.
In einigen Beispielen beinhaltet der haptische Aktor außerdem einen dritten an die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gekoppelten und vom ersten Spannungsleiter getrennten Spannungsleiter sowie einen vierten an die Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gekoppelten und vom zweiten Spannungsleiter getrennten Spannungsleiter. In solchen Beispielen kann durch die Trennungen zwischen dem ersten, zweiten, dritten und vierten Spannungsleiter ein Kreuzmuster definiert werden.
In zahlreichen Beispielen beinhaltet der haptische Aktor auch einen an eine zusätzliche Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gekoppelten Masseleiter, welcher der Oberfläche gegenüberliegt. In einigen Implementierungen von solchen Beispielen besteht der Masseleiter aus einem ersten Masseleiter, der dem ersten Spannungsleiter gegenüberliegt, und einem zweiten Masseleiter, der dem zweiten Spannungsleiter gegenüberliegt. In anderen Implementierungen dieses Beispiels ist der Masseleiter eine gemeinsame Masse für den ersten und den zweiten Spannungsleiter.
In Ausführungsformen von haptischen Ausgabesystemen mit gekapselten Elementen beinhaltet ein versiegeltes haptisches Element mindestens eine piezoelektrische Komponente. Die piezoelektrische Komponente kann eine piezoelektrisches Platte, eine auf der ersten Fläche der Platte gebildete ersten Elektrode und eine zweite auf der zweiten Fläche der Platte gebildete zweiten Elektrode beinhalten. Das haptische Element kann eine erste Flexschaltung mit einem ersten Kontakt beinhalten, der im Verhältnis zur ersten Fläche so positioniert ist, dass die erste Elektrode der piezoelektrischen Komponente und der erste Kontakt der Flexschaltung elektrisch verbunden sind.
Analog können haptische Komponenten eine zweite Flexschaltung mit einem zweiten Kontakt beinhalten, der im Verhältnis zur zweiten Fläche der piezoelektrischen Komponente so positioniert ist, dass die zweite Elektrode und der zweite Kontakt elektrisch verbunden sind. Das haptische Element kann auch eine Dichtung um die Peripherie der piezoelektrischen Komponente zwischen der ersten und der zweiten Flexschaltung beinhalten, sodass die erste Flexschaltung, die zweite Flexschaltung und die Dichtung die piezoelektrische Komponente umschließen.
Zu den Methoden zur Abdichtung eines haptischen Elements gehört eventuell die Verkapselung einer piezoelektrischen Komponente mit einem geeigneten Verkapselungsmaterial. Danach kann die Komponente durch ein anisotrop leitfähiges Band mit einem flexiblen Schaltkreis verbunden werden. Das anisotrope leitfähige Band kann eine elektrische Verbindung zwischen zwei Elektroden der gekapselten Komponente und zwei elektrischen Kontakten an der Flexschaltung herstellen.
In verschiedenen Implementierungen beinhaltet ein haptisches Element eine piezoelektrische Komponente, eine erste Flexschaltung mit einem ersten Kontakt, eine zweite Flexschaltung mit einem zweiten Kontakt und eine Dichtung um die Peripherie der piezoelektrischen Komponente und zwischen dem ersten und der zweiten Flexschaltung, sodass die erste Flexschaltung, der zweite Flexschaltung und die Dichtung die piezoelektrische Komponente umschließen. Die piezoelektrische Komponente beinhaltet eine piezoelektrisches Platte, eine auf der ersten Fläche der Platte gebildete erste Elektrode und eine zweite auf der zweiten Fläche der Platte gebildete zweite Elektrode. Die erste Flexschaltung ist im Verhältnis zur ersten Fläche so positioniert, dass die erste Elektrode und der erste Kontakt elektrisch verbunden sind. Die zweite Flexschaltung ist im Verhältnis zur zweiten Fläche so positioniert, dass die zweite Elektrode und der zweite Kontakt elektrisch verbunden sind.
In einigen Beispielen ist der erste Kontakt über einen anisotropen Film mit der ersten Elektrode gekoppelt. In verschiedenen Beispiel ist der erste Kontakt durch ein Bindemittel mit der ersten Elektrode gekoppelt.
In zahlreichen Beispielen ist die Dichtung von der Seitenwand der piezoelektrischen Komponente getrennt, sodass ein Spalt zwischen der Dichtung und der Seitenwand entsteht. In einigen Fällen passt sich die Dichtung an die Seitenwand der piezoelektrischen Komponente an. In verschiedenen Fällen besteht die Dichtung aus einem flexiblen Material.
In einigen Fällen ist das haptische Element ein Teil einer Gruppe von mit einem haptischen Ausgabesystem verbundenen haptischen Elementen. Das haptische Ausgabesystem kann für eine Anordnung unter dem Display einer tragbaren elektronischen Vorrichtung konfiguriert werden.
In einigen Implementierungen beinhaltet ein haptisches Element eine piezoelektrische Komponente, eine Flexschaltung mit einem ersten und einem zweiten Kontakt und eine über der piezoelektrischen Komponente angeordnete Verkapselungsschicht, die dabei die piezoelektrische Komponente von der Flexschaltung trennt. Die piezoelektrische Komponente beinhaltet eine piezoelektrisches Platte, eine auf der ersten Fläche der Platte gebildete ersten Elektrode und eine zweite Elektrode, deren erster Teil auf der zweiten Fläche der Platte und deren zweiter Teil auf der ersten Fläche der Platte gebildet wird. Die Flexschaltung ist im Verhältnis zur ersten Fläche so positioniert, dass eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Elektrode und dem ersten Kontakt und zwischen der zweiten Elektrode und dem zweiten Kontakt besteht.
In verschiedenen Beispielen beinhaltet das haptische Element außerdem einen anisotropen Film zwischen dem ersten Kontakt und der ersten Elektrode. Der anisotrope Film kann sich auch zwischen dem zweiten Kontakt und der zweiten Elektrode erstrecken.
In zahlreichen Beispielen beinhaltet das haptische Element außerdem ein Bindematerial zwischen dem ersten Kontakt und der ersten Elektrode. Das Bindematerial kann ein elektrisch leitfähiger Kleber sein. Das Bindematerial kann anisotrop leitfähig sein.
In zahlreichen Implementierungen beinhaltet ein haptisches Ausgabesystem eine Eingabefläche und ein Array von unter der Eingabefläche liegenden haptischen Elementen. Jedes haptische Element des Arrays der haptischen Elemente beinhaltet eine piezoelektrische Komponente, die aus einer Elektrode, einer Flexschaltung mit einem elektrisch mit der Elektrode verbundenen elektrischen Kontakt und einer über der piezoelektrischen Komponente angeordneten verkapselten Schicht in Kontakt mit der Flexschaltung besteht, wodurch die piezoelektrische Komponente von der Flexschaltung abgetrennt wird.
In einigen Beispielen liegt die Verkapselungsschicht mindestens eines haptischen Elements des Arrays der haptischen Elemente zwischen der Flexschaltung und der piezoelektrischen Komponente. In zahlreichen Beispielen besteht die Verkapselungsschicht mindestens eines haptischen Elements des Arrays der haptischen Elemente aus Polymermaterial.
In verschiedenen Beispielen beinhaltet das haptische Ausgabesystem außerdem ein Display. Das Display kann zwischen der Eingabefläche und dem Array der haptischen Elemente angeordnet sein.
In zahlreichen Beispielen ist die Elektrode mindestens eines haptischen Elements des Arrays der haptischen Elemente eine Wickelelektrode. In einigen Fällen umfasst mindestens ein haptisches Element des Arrays von haptischen Elementen einen Interposer, der die Elektrode elektrisch mit dem elektrischen Kontakt verbindet.
KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUNGEN
Die Offenbarung wird leicht durch die folgende detaillierte Beschreibung in Verbindung mit den begleitenden Zeichnungen verstanden, in denen gleiche Bezugsziffern gleiche strukturelle Elemente bezeichnen.
1 zeigt ein Beispiel einer elektronischen Vorrichtung, die einen haptischen Aktor beinhaltet.
2 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht der elektronischen Vorrichtung von 1 entlang der Linie A-A von 1.
3 zeigt eine Draufsicht einer Beispielimplementierung eines der haptischen Aktoren der elektronischen Vorrichtung von 2.
4 zeigt eine Vorderansicht des haptischen Aktors von 3.
5 zeigt die Ansteuerung eines Beispielarrays von haptischen Aktoren.
6 zeigt die Ansteuerung eines einzelnen großen haptischen Beispielaktors.
7A zeigt die Ansteuerung eines ersten Abschnitts des haptischen Beispielaktors von 3.
7B zeigt die Ansteuerung eines zweiten Abschnitts des haptischen Beispielaktors von 3.
7C zeigt die Ansteuerung eines dritten Abschnitts des haptischen Beispielaktors von 3.
8 zeigt eine Seitenansicht einer zweiten Beispielimplementierung eines der haptischen Aktoren der elektronischen Vorrichtung von 2.
9 zeigt ein drittes Beispiel eines haptischen Aktors.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren für den Bau eines haptischen Aktors veranschaulicht. Mit dieser Methode können einer oder mehrere der haptischen Aktoren von 2–4 und 7A–9 zusammengebaut werden.
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren zum Erzeugen einer Ausgabe unter Verwendung eines haptischen Aktors veranschaulicht. Diese Methode kann von der elektronischen Vorrichtung von 1–2 und/oder einer oder mehrerer der haptischen Aktoren von 2–4 und 7A–9 angewandt werden.
12A zeigt eine elektronische Vorrichtung mit einer Eingabefläche, durch die eine haptische Ausgabe an den Benutzer erzeugt werden kann.
12B zeigt die elektronische Vorrichtung von 12A, wobei das haptische Ausgabesystem unter der Eingabefläche gestrichelt eingezeichnet ist.
13A zeigt einen vereinfachten Querschnitt einer piezoelektrischen Komponente eines haptischen Elements.
13B zeigt die piezoelektrische Komponente von 13A, insbesondere eine obere Flexschaltung und eine untere Flexschaltung, die elektrisch mit einer oberen und einer unteren Elektrode der piezoelektrischen Komponente gekoppelt sind.
14A zeigt eine Beispiel-Detailansicht eines Querschnitts einer elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einem elektrischen Kontakt einer Flexschaltung und einer Elektrode einer piezoelektrischen Komponente eines haptischen Elements, wie in diesem Dokument beschrieben.
14B zeigt eine Beispiel-Detailansicht eines Querschnitts einer anderen elektrisch leitfähigen Verbindung zwischen einem elektrischen Kontakt einer Flexschaltung und einer Elektrode einer piezoelektrischen Komponente eines haptischen Elements, wie in diesem Dokument beschrieben.
15A zeigt einen vereinfachten Querschnitt eines versiegelten haptischen Elements und stellt insbesondere eine Seitenwanddichtung dar, die eine obere Flexschaltung mit einer unteren Flexschaltung um die Peripherie einer piezoelektrischen Komponente verbindet.
15B zeigt einen vereinfachten Querschnitt eines anderen versiegelten haptischen Elements und stellt insbesondere eine andere Seitenwanddichtung dar, die eine obere Flexschaltung mit einer unteren Flexschaltung um die Peripherie einer piezoelektrischen Komponente verbindet.
15C zeigt einen vereinfachten Querschnitt eines anderen versiegelten haptischen Elements und stellt insbesondere eine zweiteilige Seitenwanddichtung dar, die eine obere Flexschaltung mit einer unteren Flexschaltung um die Peripherie einer piezoelektrischen Komponente verbindet.
15D zeigt einen vereinfachten Querschnitt eines anderen versiegelten haptischen Elements und stellt insbesondere eine andere Seitenwanddichtung dar, die eine obere Flexschaltung mit einer unteren Flexschaltung verbindet, angepasst an die Peripherie einer piezoelektrischen Komponente.
16A zeigt einen vereinfachten Querschnitt eines gekapselten haptischen Elements.
16B zeigt einen vereinfachten Querschnitt eines anderen gekapselten haptischen Elements.
17A zeigt einen vereinfachten Querschnitt einer piezoelektrischen Komponente mit einer Wickelelektrode.
17B zeigt einen vereinfachten Querschnitt einer piezoelektrischen Komponente mit mehreren Wickelelektroden.
17C zeigt einen vereinfachten Querschnitt eines haptischen Elements, das die piezoelektrische Komponente von 17A beinhaltet, und stellt insbesondere die mit einer Flexschaltung gekoppelte und gekapselte piezoelektrische Komponente dar.
17D zeigt eine Detailansicht des in 17C gezeigten geschlossenen Kreises B-B und stellt insbesondere eine aus leitfähigen Teilen und nicht leitfähigen Teilen gebildete anisotrope Platte dar.
17E zeigt eine Detailansicht des in 17C gezeigten geschlossenen Kreises B-B und stellt insbesondere eine anisotrope Platte dar.
17F zeigt einen vereinfachten Querschnitt eines anderen haptischen Elements, das die piezoelektrische Komponente von 17A beinhaltet, und stellt insbesondere die gekapselte piezoelektrische Komponente vor der Kopplung an eine Flexschaltung dar.
17G zeigt einen vereinfachten Querschnitt eines anderen haptischen Elements, das die piezoelektrische Komponente von 17A beinhaltet, und stellt insbesondere die mit einer Flexschaltung gekoppelte und gekapselte piezoelektrische Komponente dar.
18 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das Beispielvorgänge einer Methode zur Kapselung eines piezoelektrischen Teils zeigt.
19 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das Beispielvorgänge einer anderen Methode zur Kapselung eines piezoelektrischen Teils zeigt.
20 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das Beispielvorgänge einer anderen Methode eines piezoelektrischen Teils zeigt.
21 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das Beispielvorgänge einer anderen Methode eines piezoelektrischen Teils zeigt.
Die Verwendung der gleichen oder ähnlichen Bezugsziffern in unterschiedlichen Figuren verweist auf ähnliche, verwandte oder identische Elemente.
Die Verwendung von Schraffur oder Schattierung in den beigefügten Figuren wird im Allgemeinen bereitgestellt, um die Grenzen zwischen benachbarten Elementen deutlich zu machen und auch die Lesbarkeit der Figuren zu verbessern. Daher sollen weder die Anwesenheit noch die Abwesenheit von Schraffuren oder Schattierungen eine Präferenz oder Anforderung für bestimmte Materialien, Materialeigenschaften, Elementproportionen, Elementdimensionen, Gemeinsamkeiten ähnlich dargestellter Elemente oder jegliche andere Charakteristika, Attribute oder Eigenschaft für ein jegliches in den beigefügten Figuren dargestelltes Element andeuten oder anzeigen.
Zusätzlich sollte es sich verstehen, dass die (entweder relativen oder absoluten) Proportionen und Dimensionen der verschiedenen Merkmale und Elemente (und deren Ansammlungen und Gruppierungen) sowie die Grenzen, Trennungen und dazwischen dargestellten Positionsbeziehungen in den beiliegenden Abbildungen lediglich zur Erleichterung des Verständnisses der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen gegeben werden und folglich nicht notwendigerweise maßstabgerecht gezeigt oder dargestellt werden und keine Präferenz oder Anforderung für eine dargestellte Ausführungsform mit Ausschluss von Ausführungsformen zeigen, die unter Bezugnahme darauf beschrieben sind.
DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
Es wird nun detailliert auf stellvertretende Ausführungsformen Bezug genommen, die in den begleitenden Zeichnungen veranschaulicht sind. Es sollte verstanden werden, dass die folgenden Beschreibungen nicht als die Ausführungsformen auf eine einzige bevorzugte Ausführungsform einschränkend beabsichtigt sind. Im Gegenteil ist es beabsichtigt, Alternativen, Modifikationen und Äquivalente abzudecken, wie sie innerhalb des Geistes und Umfangs der beschriebenen Ausführungsformen eingeschlossen sein können, wie sie durch die angehängten Ansprüche definiert sind.
Die Beschreibung, die folgt, schließt Mustereinrichtungen, -systeme und -methoden ein, die verschiedene Elemente der vorliegenden Offenbarung verkörpern. Es sollte jedoch verstanden werden, dass die beschriebene Offenbarung in einer Vielfalt von Formen zusätzlich zu den hierin beschriebenen ausgeführt werden kann.
Die folgende Offenbarung bezieht sich auf lokalisierte und/oder gekapselte haptische Aktoren oder Elemente. Insbesondere beziehen sich die hier besprochenen Ausführungsformen auf haptische Aktoren, die Elektrodenstrukturierungen zur Erzeugung einer lokalisierten haptischen Ausgabe und/oder gekapselte Elemente eines haptischen Ausgabesystems beinhalten.
In Ausführungsformen von lokalisierten haptischen Aktoren beinhaltet ein haptischer Aktor piezoelektrisches Material und eine strukturierte Elektrode. Die strukturierte Elektrode kann verschiedene Teile des piezoelektrischen Materials mit Spannung versorgen. Dies ermöglicht eine lokalisierte haptische Ausgabe, da die Stelle, an der die maximale Auslenkung des piezoelektrischen Materials produziert wird, von der angewandten Spannung abhängt.
Einige Aktoren erzeugen eine haptische Ausgabe durch Anwendung von Spannung an piezoelektrischem Material. Viele dieser Aktoren beinhalten eine einzige Flusselektrode, über die Spannung an die gesamte Oberfläche des piezoelektrischen Materials gleichzeitig angelegt wird. In solchen Beispielen verformt sich das piezoelektrische Material als Reaktion auf das Anwenden von Spannung, um die haptische Ausgabe zu erzeugen.
Das Ausmaß der Auslenkung, die erzeugt werden kann, und somit die Intensität der haptischen Ausgabe hängt eventuell von der Höhe der angewandten Spannung, der Größe des piezoelektrischen Wafers, der Anzahl der Schichten des piezoelektrischen Materials und so weiter, ab. Wenn diese Aktoren auf relativ niedrige Spannungen und einzelne Schichten aus piezoelektrischem Material begrenzt werden, kann die Wafergröße des piezoelektrischen Materials der einzige Faktor sein, der eingestellt werden kann. Wafer, die kleiner als ein bestimmter Satz von Abmessungen sind, können keine ausreichende Auslenkung erzeugen, um als haptische Rückkopplung adäquat wahrnehmbar zu sein. Daher werden haptische Aktoren eventuell mit möglichst großen Wafern ausgelegt.
Diese Arten von haptischen Aktoren können jedoch aufgrund der einzigen Flusselektrode eine haptischen Ausgabe an einer einzigen Stelle erzeugen. Um eine haptische Ausgabe an verschiedene Stellen zu erzeugen, können mehrere Aktoren verwendet werden. Aufgrund der für die Erzeugung einer erkennbaren haptischen Ausgabe ausreichenden Wafergröße ist die Anzahl der Aktoren, die in einen bestimmten Raum passen, eventuell begrenzt. So kann es zu einem Kompromiss zwischen der Intensität der haptischen Ausgabe, die produziert werden kann, und der Anzahl der verschiedenen Orte, wo eine haptische Ausgabe produziert werden kann, kommen.
Da die strukturierte Elektrode in der Lage ist, Spannung an verschiedenen Teilen des piezoelektrischen Materials anzulegen, können beim haptischen Aktor an dieser Stelle größere Wafergrößen verwendet werden, die immer noch in der Lage sind, eine haptische Ausgabe an mehreren Stellen zu erzeugen. Dies erlaubt die Erzeugung einer höheren Intensität, ohne Stellen einer haptischen Ausgabe zu opfern.
In Ausführungsformen von haptischen Ausgabesystemen mit gekapselten Elementen können eine oder mehrere fragile oder empfindliche Komponenten eines eventuell in einer elektronischen Vorrichtung beinhaltenen haptischen Ausgabesystems verpackt, versiegelt und/oder verkapselt sein.
Kapselungen, wie sie hier beschrieben sind, können in jeder implementierungsspezifischen oder geeigneten Weise konfiguriert werden, um einem fragilen oder empfindlichen Bestandteil eines haptischen Ausgabesystems einen thermischen, mechanischen, elektrischen, optischen und/oder chemischen Schutz zu bieten. Eine piezoelektrische Komponente ist ein Beispiel für eine fragile oder empfindliche Komponente eines haptischen Ausgabesystems, das unter Verwendung von Techniken, wie sie hier beschrieben werden, verkapselt und/oder versiegelt werden kann. Es ist jedoch zu ersehen, dass die hierin beschriebenen verschiedenen Techniken und Methoden gleichermaßen auf andere Komponenten eines haptischen Ausgabesystems oder ein anderes System oder Subsystem anwendbar sein können, die in eine elektronische Vorrichtung eingebaut werden können.
In einer Ausführungsform beinhaltet eine piezoelektrische Komponente eine Platte aus piezoelektrischem Material und zwei Elektroden, die auf den gegenüberliegenden Flächen der Platte definiert sind. Beispielsweise kann eine obere Elektrode auf der Oberseite der Platte ausgebildet sein, und eine untere Elektrode kann auf der Unterseite der Platte ausgebildet sein. Diese Konfiguration wird hier als piezoelektrische Komponente mit „gegenüberliegenden Elektroden” bezeichnet.
In anderen Fällen kann sich die untere Elektrode um eine Seitenwand der piezoelektrischen Platte wickeln. Bei diesen Ausführungsformen nehmen die obere Elektrode und die untere Elektrode beide einen Teil der Oberseite der Platte ein. Diese Konfiguration wird hier als piezoelektrische Komponente mit „Wickelelektrode” bezeichnet.
In einem Beispiel kann eine piezoelektrisches Komponente mit gegenüberliegenden Elektroden durch Laminieren der Komponente zwischen einer oberen und einer unteren Flexschaltung verkapselt werden. Eine erste elektrische Verbindung kann zwischen der oberen Elektrode und der oberen Flexschaltung hergestellt werden, und eine zweite elektrische Verbindung kann zwischen der unteren Elektrode und der unteren Flexschaltung hergestellt werden. In einigen Fällen wird die erste elektrische Verbindung unter Verwendung der gleichen Technik hergestellt, die verwendet wird, um die zweite elektrische Verbindung herzustellen.
Die erste und die zweite elektrische Verbindung können unter Verwendung einer beliebigen Anzahl von geeigneten Techniken hergestellt werden, einschließlich, aber nicht beschränkt auf das Löten, Schweißen, Verbinden mit elektrisch leitfähigem Klebstoff, Verbinden mit elektrisch leitfähigem Band, Anordnen von elektrisch leitfähigen Oberflächen in Kontakt miteinander und so weiter. In einigen Fällen können die erste und die zweite elektrische Verbindung im selben Arbeitsgang gebildet werden, wie beispielsweise mit dem oben beschriebene Laminierungsvorgang.
In einer weiteren Ausführungsform kann ein Dichtmittel um die Peripherie der piezoelektrischen Komponente zwischen der oberen Flexschaltung und der unteren Flexschaltung hinzugefügt werden. Das Dichtmittel kann ein Dichtmittel auf Polymerbasis, ein Dichtmittel auf Epoxidbasis, ein Dichtungsmittel auf Poly-Silikonbasis, ein Dichtmittel auf Harzbasis oder irgendein anderes geeignetes Dichtungsmaterial oder eine Kombination von Materialien sein. In einigen Ausführungsformen wird nur eine Schicht aus Dichtmittel verwendet. Das Dichtmittel kann die Seitenwände der piezoelektrischen Komponente berühren oder es kann von den Seitenwänden der piezoelektrischen Komponente durch einen Luftspalt getrennt sein. In einigen Fällen kann der Spalt zwischen den Seitenwänden der piezoelektrischen Komponente und dem Dichtmittel mit einem Gas (z. B. Stickstoff, Helium und so weiter), einem Gel (z. B. Polymergel) oder einer Flüssigkeit (z. B. Mineralöl, Glycerin) gefüllt sein. Der Druck des Gases, des Gels oder der Flüssigkeit kann je nach Ausführungsform variieren.
In anderen Fällen kann ein Klebering auf der oberen Flexschaltung angeordnet werden. Der Vorgang des Laminierens der piezoelektrischen Komponente zwischen der oberen und der unteren Flexschaltung kann dazu führen, dass der Klebering die untere und die obere Flexschaltung verbindet, wodurch die piezoelektrische Komponente in einem Volumen eingeschlossen wird, das zwischen der oberen und der unteren Flexschaltung definiert ist. In anderen Fällen kann ein Klebering auch auf der unteren Flexschaltung angeordnet werden. In diesem Fall kann der Laminierungsvorgang der piezoelektrischen Komponente zwischen der oberen und der unteren Flexschaltung dazu führen, dass die zwei Kleberinge miteinander verbunden werden.
In einem anderen Beispiel kann eine piezoelektrisches Komponente mit gegenüberliegenden Elektroden durch Laminieren der Komponente an eine einzige Flexschaltung verkapselt werden. Eine erste elektrische Verbindung kann zwischen der oberen Elektrode und der Flexschaltung hergestellt werden, und eine zweite elektrische Verbindung kann zwischen der unteren Elektrode und einem Interposer hergestellt werden. Der Interposer kann elektrisch mit der Flexschaltung verbunden sein. Bei diesen Ausführungsformen können die piezoelektrische Komponente und der Interposer durch eine Verkapselungsschicht (z. B. die Bildung einer Verkapselungsschicht) beschichtet werden.
In einem anderen Beispiel kann eine piezoelektrisches Komponente mit einer Wickelelektrode durch Laminieren der Komponente an eine einzige Flexschaltung verkapselt werden. Eine erste elektrische Verbindung kann zwischen der oberen Elektrode und einem ersten elektrischen Kontakt an der Flexschaltung hergestellt werden, und eine zweite elektrische Verbindung kann zwischen der unteren Wickelelektrode und einem zweiten elektrischen Kontakt an der Flexschaltung hergestellt werden. Bei diesen Ausführungsformen kann die piezoelektrische Komponente durch eine Verkapselungsschicht vor oder nach dem Herstellen der ersten und zweiten elektrischen Verbindung beschichtet werden.
Diese und weitere Ausführungsformen werden nachstehend unter Bezugnahme auf 1 bis 21 erläutert. Für den Fachmann wird jedoch leicht ersichtlich sein, dass die hierin in Hinblick auf diese Figuren gegebene, detaillierte Beschreibung nur erklärenden Zwecken dient und nicht als einschränkend aufgefasst werden sollte.
1 zeigt ein Beispiel einer elektronischen Vorrichtung 100, die einen oder mehrere haptische Aktoren beinhaltet. In diesem Beispiel ist die elektronische Vorrichtung 100 eine tragbare Vorrichtung mit einem Deckglas 101, das mit einem Gehäuse 102 verbunden ist. Das Deckglas 101 kann ein Bestandteil eines Touchscreens oder einer ähnlichen Komponente sein, und der/die haptischen Aktor(en) kann/können betrieben werden, um eine taktile oder andere haptische Ausgabe über das Deckglas 101 bereitzustellen.
2 zeigt eine vergrößerte Querschnittsansicht der elektronischen Vorrichtung 100 von 1 entlang der Linie A-A von 1. Die elektronische Vorrichtung 100 beinhaltet eine Anzahl von haptischen Aktoren 203. Die haptischen Aktoren 203 können ein piezoelektrisches Material beinhalten, das verformt wird, wenn Spannung von einer Verarbeitungseinheit 205 oder einer anderen Steuerung über Flexschaltungen 204 oder andere elektrische Verbindungen zugeführt wird. Die Auslenkung kann durch das Deckglas 101 übertragen werden, um eine haptische Ausgabe an einen Benutzer zu erzeugen. Somit kann die Verarbeitung elektrisch mit den haptischen Aktoren 203 gekoppelt sein, um Auslenkungen durch Anwendung von Spannungen an die haptischen Aktoren 203 zu erzeugen.
3 zeigt eine Draufsicht einer Beispielimplementierung eines der haptischen Aktoren 203 der elektronischen Vorrichtung von 2. Der haptische Aktor 203 kann einen Wafer, ein Substrat oder eine andere Struktur aus piezoelektrischem Material 306 beinhalten, wie z. B. Blei-Zirkonat-Titanat („PZT”), piezoelektrische Materialien auf Kaliumbasis, wie Kalium-Natrium-Niobat und/oder irgendein anderes geeignetes piezoelektrisches Material. In vielen Ausführungsformen kann das piezoelektrische Material 306 physisch kontinuierlich sein. Der haptische Aktor 203 kann auch ein Muster von Spannungselektroden 307A–307D oder Leiter umfassen, die mit einer positiven polaren Oberfläche des piezoelektrischen Materials 306 gekoppelt sind. In diesem Beispiel können die Spannungselektroden 307A–307D einen Teil der Oberfläche des piezoelektrischen Materials 306 (dargestellt als Großteil der Oberfläche) abdecken, die voneinander getrennt sind, sodass ein Kreuzmuster durch die Trennungen zwischen der ersten, zweiten, dritten und vierten Spannungselektrode 307A–307D definiert wird.
Aufgrund des Musters der Spannungselektroden 307A–307D und der dazwischenliegenden Trennungen können die Spannungselektroden 307A–307D einzeln steuerbar sein, um unterschiedliche Spannungen an verschiedene Abschnitte des piezoelektrischen Materials 306 zu liefern (z. B. der von der jeweiligen Spannungselektrode abgedeckte Abschnitt 307A–307D). Dadurch können Auslenkungen oder Verformungen (z. B. taktile oder andere haptische Ausgabe) an verschiedenen Abschnitten (oder an einer größeren Anzahl von verschiedenen Orten) des piezoelektrischen Materials 306 erzeugt werden, indem verschiedene Spannungen an verschiedenen Abschnitten des piezoelektrischen Materials 306 angewandt werden. Die Lage der Auslenkungen oder Verformungen kann davon abhängen, wo die Spannungen angewendet werden. Ferner kann durch das Variieren der Spannungen geändert werden, welche Abschnitte des piezoelektrischen Materials 306 sich verformen.
4 zeigt eine Vorderansicht des haptischen Aktors 203 von 3. Der haptische Aktor 203 kann ferner eine oder mehrere Massenelektroden 408A–408D (408A–408D dargestellt) oder Leiter aufweisen, die mit einer zusätzlichen Oberfläche, wie beispielsweise einer negativen polaren Oberfläche, gegenüber der Oberfläche verbunden sind, an der die Spannungselektroden 307A–307D gekoppelt sind. In diesem Beispiel ist jeweils eine Massenelektrode 408A–408D für jede der Spannungselektroden 307A–307D beinhalten, von denen jede gegenüber ihrer entsprechenden Spannungselektrode 307A–307D angeordnet ist.
Die Massenelektroden 408A–408D können einen Großteil der negativen polaren Oberfläche des piezoelektrischen Materials 306 abdecken. Die Massenelektroden 408A–408D können voneinander getrennt sein, so dass die Trennungen ein Kreuzmuster ähnlich dem festlegen, das durch die Spannungselektroden 307A–307D auf der positiven polaren Oberfläche des piezoelektrischen Materials 306 definiert ist.
Obwohl dies aus Gründen der Klarheit nicht dargestellt ist, kann der haptische Aktor auch eine oder mehrere Versteifungskomponenten aufweisen. Die Versteifungskomponente kann aus nicht-piezoelektrischen Materialien wie Kunststoff, Metall und so weiter ausgebildet sein. Die Versteifungskomponente kann mit der Oberfläche des piezoelektrischen Materials 306 und/oder der zusätzlichen Oberfläche des piezoelektrischen Materials 306 gekoppelt oder anderweitig verbunden sein. Bei einem piezoelektrischen Aktor mit freier Randbedingung können sich beim Anlegen eines elektrischen Feldes in der Polungsrichtung die x- und y-Dimensionen zusammenziehen (z. B. die Dimensionen des in 3 dargestellten piezoelektrischen Materials 306) und die z-Dimension kann sich ausdehnen (z. B. die vertikale Dimension des in 4 gezeigten piezoelektrischen Materials 306). Der Formfaktor des piezoelektrischen Materials 306 im beispielhaften haptischen Aktor 203 von 3 und 4 kann in den x- und y-Dimensionen, wie gezeigt, relativ groß sein, aber relativ dünn in der z-Dimension Infolgedessen kann unter einer freien Randbedingung die Auslenkung oder Verformung in der z-Dimension relativ klein sein, auch wenn keine Versteifungskomponente eingebaut ist. Jedoch kann das Ankoppeln der mit der Oberfläche des piezoelektrischen Materials 306 verbundenen Versteifungskomponente und/oder der zusätzlichen Oberfläche des piezoelektrischen Materials 306 die x-y-Kontraktion in eine Auslenkung, eine Verformung oder eine andere Auswirkung in z-Richtung umwandeln.
Die Auslenkungen, die unter Verwendung des haptischen Aktors 203 aufgrund des piezoelektrischen Materials 306 und des Musters der Spannungselektroden 307A–307D möglich sind, werden nun mit anderen konfigurierten haptischen Aktoren kontrastiert. Der haptische Aktor 203 wird gegen ein Array von kleineren haptischen Aktoren kontrastiert, die jeweils eine einzelne Flusselektrode und einen monolithischen haptischen Aktor mit einer einzigen Flusselektrode umfassen.
5 zeigt die Ansteuerung eines Beispielarrays von haptischen Aktoren 530A–530D. In diesem Beispiel beinhaltet jeder haptische Aktor 530A–530D eine einzelne Flusselektrode 531A–531D, die Spannung an die Gesamtheit des piezoelektrischen Materials liefern kann, das in dem jeweiligen haptischen Aktor 530A–530D beinhalten ist. Das Anwenden von Spannung an eine der jeweiligen Flusselektroden 531A–531D bewirkt eine Auslenkung im entsprechenden haptischen Aktor 530A–530D.
In ähnlicher Weise zeigt 6 die Ansteuerung eines einzelnen großen haptischen Beispielaktors 630. In diesem Beispiel beinhaltet der haptische Aktor 630 eine einzelne Flusselektrode 631, die Spannung an die Gesamtheit des piezoelektrischen Materials liefern kann, das im haptischen Aktor 630 beinhalten ist. Das Anwenden von Spannung an die Flusselektrode 631 bewirkt eine Auslenkung im haptischen Aktor 630.
Zum Zwecke der Kontrastierung des haptischen Aktors 203 von 2–4 mit dem Array der haptischen Aktoren 530A–530D von 5 und dem einzigen großen haptischen Aktor 630 von 6 werden Beispielmaße zu Vergleichszwecken angenommen. Es werden etwa beispielhafte Abmessungen des haptischen Aktors 203 von 2–4 so angenommen, dass der haptische Aktor 203 eine Seitenlänge von etwa 40 Millimetern aufweist. In ähnlicher Weise werden beispielhafte Abmessungen der haptischen Aktoren 530A–530D von 5 mit einer Länge von etwa 10 Millimeter angenommen, und die Seitenlänge des einzelnen großen haptischen Aktors 630 von 6 wird mit etwa 40 Millimeter angenommen. Auf diese Weise können unterschiedliche Auslenkungen für vergleichbare Abmessungen des piezoelektrischen Materials demonstriert werden. Es versteht sich jedoch, dass es sich bei diesen angenommenen Abmessungen nur um Beispiele handelt, und dass diese nicht einschränkend sein sollen.
Unter der Annahme dieser Beispielabmessungen zeigt 5 eine im haptischen Aktor 530A erzeugte Spitzenauslenkung 509 von ungefähr 10 Mikrometer, wenn 60 Volt an den haptischen Aktor 530A angelegt werden. Im Gegensatz dazu zeigt 6 eine im haptischen Aktor 630 erzeugte Spitzenauslenkung 609 von ungefähr 160 Mikrometer, wenn 60 Volt an den haptischen Aktor 630 angelegt werden. Somit ist der haptische Aktor 630 in der Lage, eine Spitzenauslenkung 609 (und somit eine taktile oder andere haptische Ausgabe) mit einer größeren Intensität als der haptische Aktor 530A zu erzeugen.
Der haptische Aktor 630 ist jedoch in der Lage, die Spitzenauslenkung 609 an einer einzigen Stelle zu erzeugen. Dies bedeutet, dass die haptische Auflösung des haptischen Aktors 630 bei der angenommenen Seitenlänge von etwa 40 Millimetern etwa 1/1600 mm² groß ist. Da jeder der haptischen Aktoren 530A–530D des Arrays der haptischen Aktoren 530A–530D jeweils eine Spitzenauslenkung 509 erzeugen kann, kann das Array der haptischen Aktoren 530A–530D an vier verschiedenen Stellen Spitzenauslenkungen 509 erzeugen. Somit hat das Array von haptischen Aktoren 530A–530D bei einer angenommenen Seitenlänge von etwa 10 Millimetern für jedes Array von haptischen Aktoren 530A–530D eine haptische Auflösung von etwa 4/1600 mm². Der Kompromiss zwischen dem Array von haptischen Aktoren 530A–530D und dem haptischen Aktor 630 ist also ein Kompromiss zwischen der Intensität in der Spitzenauslenkung 509, 609 und der haptischen Auflösung.
Im Gegensatz dazu zeigt 7A die Ansteuerung eines ersten Abschnitts der haptischen Beispielaktoren 203 von 3, wenn 60 Volt an das piezoelektrische Material 306 über die erste Spannungselektrode 307A angewandt werden. Dies produziert eine Spitzenauslenkung 709A von 10 Mikrometern im ersten Abschnitt, das dem ersten Teil des piezoelektrischen Materials 306 (z. B. die erste Spannung Elektrode 307A fallenden Teil) entspricht. 7B zeigt die Ansteuerung eines zweiten Abschnitts der haptischen Beispielaktoren 203, wenn 60 Volt an das piezoelektrische Material 306 über jede der Spannungselektroden 307A–307D angewandt werden. Dies produziert eine Spitzenauslenkung 709B von 160 Mikrometer im zweiten Abschnitt des piezoelektrischen Materials 306 (z. B. der Teil zwischen allen vier Spannungselektroden 307A–307D). 7C zeigt die Ansteuerung eines dritten Abschnitts des haptischen Beispielaktors 203, wenn 90 Volt an die erste Spannungselektrode 307A, 60 Volt an die zweite Spannungselektrode 307B, 60 Volt an die dritte Spannungselektrode 307C und 30 Volt an die vierte Spannungselektrode 307D angewandt werden. Dies führt zu einer Spitzenauslenkung 709C von 160 Mikrometern im dritten Abschnitt des piezoelektrischen Materials 306 (z. B. der durch die erste Spannungselektrode 307A abgedeckte Teil, aber näher an der Position der Spitzenauslenkung 709B von 7B als die Position der Spitzenauslenkung 709A von 7A).
So kann der haptische Aktor 203 die Spitzenauslenkungen 709A–709C und andere Spitzenauslenkungen an einer Vielzahl von verschiedenen Stellen produzieren, indem er eine Vielzahl von unterschiedlichen Spannungen an eine oder mehrere Spannungselektroden 307A–307D anwendet. Der haptische Aktor 203 hat eine noch höhere haptische Auflösung als das Array von haptischen Aktoren 530A–530D von 5 und kann Auslenkungen mit Intensitäten produzieren, die so hoch wie und/oder vergleichbar mit denen des haptischen Aktors 630 von 6 sind.
Die vom haptischen Aktor 203 produzierten Auslenkungen sind eventuell lenkbar. Durch das Anwenden von Spannung auf eine erste Spannungselektrode 307A–307D der Spannungselektroden 307A–307D und keiner Spannung auf andere Spannungselektroden 307A–307D neben der erste Spannungselektrode 307A–307D kann eine Spitzenauslenkung 709A in etwa der Mitte des Teils des von der jeweiligen Elektrode abgedeckten piezoelektrischen Materials 306 produziert werden. Darüber hinaus kann durch die Zufuhr von ungefähr gleichwertigen Spannungen an die Spannungselektroden 307A–307D eine Spitzenauslenkung 709B in dem Teil des piezoelektrischen Materials 306 etwa in der Mitte aller Spannungselektroden 307A–307D produziert werden. Außerdem kann durch das Anwenden von Spannung auf eine erste Spannungselektrode 307A–307D der Spannungselektroden 307A–307D und niedrigerer Spannungen auf andere Spannungselektroden 307A–307D die Spitzenauslenkung 709C zum Teil des von der erste Spannungselektrode 307A–307D abgedeckten piezoelektrischen Materials 306 gelenkt werden. Darüber hinaus kann durch die Zufuhr einer ersten Spannung an eine erste Spannungselektrode 307A–307D, einer zweiten Spannung an eine zweite Spannungselektrode 307A–307D, die über Eck an die erste Spannungselektrode 307A–307D angrenzt, und einer dritten Spannung an andere Spannungselektroden 307A–307D, die seitlich an die erste Spannungselektrode 307A–307D angrenzen, die Spitzenauslenkung 709C weiter zum Teil des von der ersten Spannungselektrode 307A–307D abgedeckten piezoelektrischen Materials 306 gelenkt werden. Der Ort der Auslenkung kann justierbar sein, variiert und verändert werden, indem die verschiedenen an die jeweiligen Spannungselektroden 307A–307D gelieferten Spannungen variiert, justiert und verändert werden.
Obwohl 4 so dargestellt und beschrieben ist, dass sie auch eine getrennte Massenelektrode 408A–408D beinhaltet, die jeweils mit jeder der Spannungselektroden 307A–307D verbunden ist, versteht es sich, dass dies ein Beispiel ist und andere Konfigurationen möglich und beabsichtigt sind. Beispielsweise zeigt 8 eine Seitenansicht einer zweiten Beispielimplementierung eines der haptischen Aktoren 203 der elektronischen Vorrichtung 100 von 2. In diesem Beispiel beinhaltet ein haptischer Aktor 803 eine gemeinsame Massenelektrode 808. Die gemeinsame Massenelektrode 808 kann allen Spannungselektroden 807A–807D gemeinsam sein. In einigen Implementierungen kann die gemeinsame Massenelektrode 808 die gesamte und/oder im Wesentlichen die gesamte Oberfläche des piezoelektrischen Materials 806 gegenüber der Oberfläche abdecken, an die Spannungselektroden 807A–807D gekoppelt sind.
3 zeigt vier Spannungselektroden 307A–307D als quadratisch mit dazwischenliegenden Trennungen, die eine Kreuzform festlegen. Es versteht sich jedoch, dass es sich hierbei um ein Beispiel handelt. In verschiedenen Implementierungen kann eine beliebige Anzahl von Spannungselektroden 307A–307D in beliebiger Form verwendet werden, die verschiedene Arten von dazwischenliegenden Trennungen (und/oder keine) festlegen. In einige Implementierungen können die Spannungselektroden 307A–307D so geformt sein, dass sie bestimmten haptischen Ausgabebereichen entsprechen. Beispielsweise kann der haptische Aktor 203 verwendet werden, um eine haptische Ausgabe für eine Tastatur in einigen Implementierungen zu liefern, wobei die Spannungselektroden 307A–307D so geformt sind, dass sie den Tasten der Tastatur entsprechen.
Beispielsweise zeigt 9 einen dritten haptischen Beispielaktor 903. Der haptische Aktor 903 beinhaltet ein piezoelektrisches Substrat 906 oder Wafer, an den ein Muster von Spannungselektroden 907 gekoppelt ist. Die Spannungselektroden 907 können Formen haben, die den Formen von bestimmten haptischen Ausgabebereiche entsprechen.
In einigen Implementierungen kann der haptische Aktor 903 in einer Tastatur beinhalten sein und die Spannungselektroden 907 können in Form und Lage den jeweiligen Tasten der Tastatur entsprechen. In einigen Beispielen solcher Implementierungen kann der haptische Aktor 903 so dimensioniert werden, dass er der gesamten oder im Wesentlichen der gesamten Tastatur oder einem Teil davon entspricht. In anderen Implementierungen kann der haptische Aktor 903 in einem Trackpad, Touchscreen, Touchpad oder einer anderen elektronischen Vorrichtung beinhalten sein.
10 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren 1000 für den Bau eines haptischen Aktors veranschaulicht. Mit dieser Methode 1000 können einer oder mehrere der haptischen Aktoren von 2–4 und 7A–9 montiert werden.
Bei 1010 kann piezoelektrisches Material (z. B. ein Wafer, Substrat, usw.) bereitgestellt werden. Die Bereitstellung des piezoelektrischen Materials kann das Abschneiden des piezoelektrischen Materials von einer größeren Struktur von piezoelektrischem Material beinhalten. In einigen Implementierungen kann das piezoelektrische Material PZT sein.
Bei 1020 wird ein Muster von Spannungselektroden oder Leitern auf dem piezoelektrischen Material gebildet. Das Muster kann auf einer einzigen Oberfläche des piezoelektrischen Materials, wie einer positiven polaren Oberfläche gebildet werden. Das Muster kann mit einer Vielzahl von verschiedenen Prozessen und/oder Techniken gebildet werden.
Zum Beispiel kann eine Schablone oder eine Maske auf das piezoelektrische Material gelegt werden und das Muster kann durch die Schablone, wie z. B. durch Druck, Aufdampfen, Aufstäuben und so weiter aufgebracht werden. Als zweites Beispiel kann leitfähiges Material auf dem piezoelektrischen Material aufgebracht werden, und danach können Teile des leitfähigen Materials beispielsweise durch Ätzen entfernt werden, um das Muster zu bilden. In einigen Fällen kann das Ätzen oder anderweitige Entfernen durch eine Schablone oder Maske ausgeführt werden. Als drittes Beispiel kann Licht verwendet werden, um das Muster von einer Fotomaske auf einen lichtempfindlichen chemischen Fotolack oder ein Abdeckmittel auf dem piezoelektrischen Material zu übertragen.
Als viertes Beispiel kann das Muster durch Definition eines Abdeckmittels in einem entgegengesetzten Muster auf dem piezoelektrischen Material gebildet werden, auf dem ein leitfähiger Film deckend aufgetragen wird, bevor das Abdeckmittel entfernt wird, wodurch nur der direkt auf dem piezoelektrischen Material aufgetragene leitfähige Film verbleibt. Als weitere Beispiele kann das Muster durch Metallisierungs-Strukturierung, Metallisierung und/oder andere Prozesse oder Techniken zur Ausbildung von leitfähigem Material auf dem piezoelektrischen Material gebildet werden.
Obwohl das Beispielverfahren 1000 so dargestellt und beschrieben ist, dass es bestimmte Vorgänge beinhaltet, die in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden, ist davon auszugehen, dass dies nur ein Beispiel ist. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Reihenfolgen der gleichen, ähnlichen und/oder anderen Vorgänge durchgeführt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Beispielsweise kann die Beispielmethode 1000 in einigen Implementierungen das zusätzliche Verfahren der Ausbildung einer Massenelektrode auf dem piezoelektrischen Material beinhalten. Die Massenelektrode kann eine gemeinsame Elektrode, ein Muster von Massenelektroden, ein Muster von Massenelektroden entsprechend dem Muster der Spannungselektroden sein, und so weiter. Die Massenelektrode kann auf der Massenoberfläche des piezoelektrischen Materials gegenüber dem Muster der Spannungselektroden ausgebildet sein.
11 ist ein Flussdiagramm, das ein Beispielverfahren 1100 zum Erzeugen einer Ausgabe unter Verwendung eines haptischen Aktors veranschaulicht. Diese Methode 1100 kann von den elektronischen Vorrichtungen von 1–2 und/oder einer oder mehrerer der haptischen Aktoren von 2–4 und 7A–9 angewandt werden.
Bei 1110 wird eine Spannung auf eine oder mehrere Spannungselektroden oder Leiter angebracht, die in einem Muster auf piezoelektrischem Material wie Wafer, Substrat usw. konfiguriert sind. Das Muster kann auf einer einzigen Oberfläche des piezoelektrischen Materials, wie der positiven polaren Oberfläche positioniert werden.
Bei 1120 kann die angewandte Spannung zur Steuerung der haptischen Ausgabe kontrolliert werden. Die angewandte Spannung kann an eine oder mehrere der Spannungselektroden und nicht an andere, in unterschiedlichen Intensitäten an andere Spannungselektroden usw. angewandt werden.
Obwohl das Beispielverfahren 1100 so dargestellt und beschrieben ist, dass es bestimmte Vorgänge beinhaltet, die in einer bestimmten Reihenfolge durchgeführt werden, ist davon auszugehen, dass dies nur ein Beispiel ist. Bei verschiedenen Implementierungen können verschiedene Reihenfolgen der gleichen, ähnlichen und/oder anderen Vorgänge durchgeführt werden, ohne vom Umfang der vorliegenden Offenbarung abzuweichen.
Beispielsweise kann die Beispielmethode 1100 in einigen Implementierungen das zusätzliche Verfahren der Variation der angewandten Spannung beinhalten. Die Variation der angewandten Spannung kann die erzeugte haptische Ausgabe ändern.
Obwohl die elektronische Vorrichtung 100 von 1 und 2 als tragbare elektronische Vorrichtung 100 wie beispielsweise ein Mobiltelefon dargestellt und beschrieben ist, versteht es sich, dass dies ein Beispiel ist. In verschiedenen Implementierungen kann die elektronische Vorrichtung 100 jede Art von elektronischer Vorrichtung 100 sein. Beispiele hierfür sind ein Laptop-Computer, ein Smartphone, eine tragbare Vorrichtung, ein Tablet-Computer, eine Tastatur, ein Drucker, eine Maus, ein mobiler Computer, ein Trackpad, ein Touchpad, ein Touchscreen, ein digitaler Mediaplayer, ein Display und so weiter.
Obwohl die elektronische Vorrichtung 100 außerdem so dargestellt und beschrieben ist, dass sie besondere Komponenten beinhaltet, versteht es sich, dass dies ein Beispiel ist. In verschiedene Implementierungen kann die elektronische Vorrichtung 100 andere Komponenten beinhalten, einschließlich einer oder mehrerer nicht gezeigter Komponenten. Solche zusätzlichen Komponenten können eine oder mehrere Kommunikationskomponenten, eine oder mehrere Eingabe/Ausgabe-Komponenten, ein oder mehrere nichtflüchtige Datenspeichermedien (welche die folgenden Formen annehmen können, jedoch nicht auf diese beschränkt sind: ein magnetisches Datenspeichermedium; optisches Datenspeichermedium; magnetisch-optisches Datenspeichermedium; Nur-Lese-Speicher (Read Only Memory); Speicher mit wahlfreiem Zugriff (Random Access Memory); löschbarer programmierbarer Speicher (Erasable Programmable Memory) Flash-Speicher und so weiter) einschließen.
12A zeigt eine elektronische Vorrichtung 1200, die ein haptisches Ausgabesystem beinhalten kann. Die elektronische Vorrichtung 1200 ist als ein Tablet-Computer dargestellt, obwohl dies nicht erforderlich ist, und andere elektronische Vorrichtungen ein haptisches Ausgabesystem beinhalten können, einschließlich, aber nicht beschränkt tragbare Vorrichtungen, Mobilfunkgeräte, periphere Eingabevorrichtungen, Fahrzeugsteuerungssysteme, industrielle Steuerungssysteme, Verbrauchergeräte, Industriemaschinen und so weiter.
In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet die elektronische Vorrichtung 1200 ein Gehäuse 1202, um verschiedene Komponenten der elektronischen Vorrichtung 1200, wie beispielsweise ein Display 1204, zu halten, zu unterstützen und/oder zu umschließen. Das Display 1204 kann einen Stapel von mehreren Schichten umfassen, einschließlich als Beispiel und in keiner bestimmten Reihenfolge: eine organische Licht emittierende Diodenschicht, eine Deckschicht, eine Berührungseingabeschicht, eine Kraft-Eingabeschicht, eine biometrische Schicht und so weiter. Andere Ausführungsformen können das Display 1204 auf eine andere Weise implementieren, wie beispielsweise mit Flüssigkristallanzeigetechnologie, elektronischer Tintentechnologie, Quantenpunkttechnologie und so weiter. In vielen Ausführungsformen definiert eine schützende äußere Schicht des Displays 1204 eine Eingabefläche 1206.
Die verschiedenen Schichten des Displays 1204 können unabhängig von der implementierungsspezifischen Displaytechnologie oder Technologien, die für eine bestimmte Ausführungsform ausgewählt wurden, mit einem optisch transparenten Klebstoff aufgeklebt werden und/oder können von einem gemeinsamen Rahmen so getragen werden, dass die Schichten aneinander angrenzen. Ein gemeinsamer Rahmen kann sich um einen Umfang oder einen Teil des Umfangs der Schichten erstrecken, kann um den Umfang oder einen Teil des Umfangs segmentiert sein oder kann an die verschiedenen Schichten des Displays 1204 auf andere Weise gekoppelt sein.
Der gemeinsame Rahmen kann aus jedem geeigneten Material hergestellt werden, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf: Metall, Kunststoff, Keramik, Acryl und so weiter. Der gemeinsame Rahmen kann eine Mehrzweckkomponente sein, die eine zusätzliche Funktion bereitstellt, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf: Bereitstellen einer Umgebungsabdichtung und/oder hermetischen Abdichtung gegenüber einer oder mehreren Komponenten des Displays 1204 oder der elektronischen Vorrichtung 1200; Bereitstellung einer strukturellen Unterstützung für das Gehäuse 1202; Bereitstellen einer Druckentlastung für eine oder mehrere Komponenten des Displays 1204 oder der elektronischen Vorrichtung 1200; Bereitstellen und Definieren von Spalten zwischen einer oder mehreren Schichten des Displays 1204 zum thermischen Entlüften und/oder zum Biegen der Schichten als Reaktion auf eine Kraft, die auf die Eingabefläche 1206 ausgeübt wird; und so weiter.
Bei einigen Ausführungsformen können die Schichten des Displays 1204 auf separaten Substraten angebracht oder aufgetragen werden, die miteinander laminiert oder verbunden sein können. Das Display 1204 kann zum Verbessern der strukturellen oder optischen Leistung des Displays 1204 auch andere Schichten einschließen oder an diese angrenzen, einschließlich, aber nicht auf diese begrenzt, Deckglasfolien, Polarisatorfolien, Farbmasken und Ähnlichem. Zusätzlich kann das Display 1204 einen Berührungssensor (nicht gezeigt) zum Bestimmen der Position einer oder mehrerer Berührungen auf der Eingabefläche 1206 der elektronischen Vorrichtung 1200 beinhalten. In vielen Beispielen ist der Berührungssensor ein kapazitiver Berührungssensor, der so konfiguriert ist, dass er den Ort und/oder den Bereich einer oder mehrerer Berührungen des Fingers eines Benutzers und/oder eines passiven oder aktiven Stiftes auf der Eingabefläche 1206 erkennt.
Die elektronische Vorrichtung 1200 kann auch einen Prozessor, einen Speicher, eine Stromversorgung und/oder eine Batterie, Netzwerkverbindungen, Sensoren, Eingangs/Ausgangs-Anschlüsse, akustische Elemente, haptische Elemente, digitale und/oder analoge Schaltungen zum Ausführen und/oder Koordinieren von Aufgaben des Elektronisches Gerät 1200 usw. beinhalten. Zur Vereinfachung der Darstellung ist die elektronische Vorrichtung 1200 in 1 ohne viele dieser Elemente dargestellt, von denen jedes teilweise und/oder vollständig innerhalb des Gehäuses 1202 beinhalten sein kann und betriebsmäßig oder funktionell mit dem Display 1204 verbunden oder gekoppelt sein kann.
Ein haptisches Ausgabesystem kann unterhalb der Eingabefläche 1206 angeordnet sein (siehe z. B. 12A und 12B). In der dargestellten Ausführungsform beinhaltet das haptische Ausgabesystem sechzehn unabhängig steuerbare haptische Elemente, die in einem Array angeordnet sind und hinter oder innerhalb der Anzeige 1204 positioniert sind. Als Ergebnis dieser Anordnung kann das haptische Ausgabesystem einem Benutzer, der die Anzeige 1204 berührt, eine lokalisierte haptische Ausgabe bereitstellen. Die haptischen Elemente können von jeder geeigneten Größe oder Form sein. Zum Beispiel werden drei unterschiedlich große und geformte haptische Elemente als das haptische Element 1208, das haptische Element 1210 und das haptische Element 1212 identifiziert.
Die haptischen Elemente des haptischen Ausgabesystems können in beliebig vielen geeigneten Weisen implementiert werden, obwohl in vielen Ausführungsformen jedes haptische Element mindestens eine piezoelektrische Komponente mit entweder gegenüberliegenden Elektroden oder Wickelelektroden aufweist. In vielen Fällen ist die piezoelektrische Komponente eines haptischen Elements verkapselt. Die Verkapselung kann so konfiguriert werden, dass sie der piezoelektrischen Komponente einen thermischen, mechanischen, elektrischen, optischen und/oder chemischen Schutz bietet.
Allgemein beziehen sich 13A–16B auf piezoelektrische Komponenten mit gegenüberliegenden Elektroden und insbesondere auf Verfahren und/oder Techniken zum Verkapseln einer piezoelektrischen Komponente mit gegenüberliegenden Elektroden. Es versteht sich jedoch, dass die dargestellten Beispiele nicht erschöpfend sind; die unter Bezugnahme auf 13A–16B dargestellten und beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen können in einer beliebigen Anzahl von geeigneten oder implementierungsspezifischen Weisen modifiziert oder kombiniert werden, um eine piezoelektrische Komponente mit gegenüberliegenden Elektroden zu verkapseln, abzudichten, zu umschließen, einzuschließen oder anderweitig zu umhüllen. In vielen Fällen bietet die Verkapselung der piezoelektrischen Komponente einen Schutz vor, ohne Einschränkung, Metallkorrosion, Oxidation, Verunreinigung, Kratzer oder Zerbrechen.
13A zeigt einen vereinfachten Querschnitt einer piezoelektrischen Komponente 1300 eines haptischen Elements, wie das in 12B dargestellte haptische Element 1208. Die piezoelektrische Komponente 1300 beinhaltet eine Platte aus piezoelektrischem Material, die als Platte 1302 markiert ist, und zwei Elektroden, die auf gegenüberliegenden Flächen der Platte 1302 definiert sind. Beispielsweise kann eine obere Elektrode 1304a auf der Oberseite der Platte 1302 ausgebildet sein, und eine untere Elektrode 1304b kann auf der Unterseite der Platte 1302 ausgebildet sein.
Die obere Elektrode 1304a und die untere Elektrode 1304b können in einer beliebigen Anzahl von geeigneten Weisen gebildet werden. In einer Ausführungsform sind die obere Elektrode 1304a und die untere Elektrode 1304b Dünnfilmschichten, die durch Aufstäuben, physikalisches Aufdampfen, Drucken oder jede andere geeignete Technik gebildet werden. Die obere Elektrode 1304a und die untere Elektrode 1304b sind typischerweise aus Metall oder einer Metalllegierung wie Silber, Silbertinte, Kupfer, Kupfer-Nickel-Legierung und so weiter ausgebildet. In anderen Ausführungsformen können andere leitfähige Materialien verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen nimmt die piezoelektrische Komponente 1300 eine andere Form an, als dargestellt. Beispielsweise kann die piezoelektrische Komponente 1300 3 cm breit und ungefähr 100 μm dick sein.
13B zeigt die piezoelektrische Komponente 1300 von 13A, verkapselt durch zwei flexible Schaltungen. Insbesondere bildet die obere Elektrode 1304a über ein Verbindungsmaterial 1306a eine erste elektrische Verbindung mit einem oberen elektrischen Kontakt 1308a, der aus einer oberen Flexschaltung 1310 hervorragt. In ähnlicher Weise bildet die untere Elektrode 1304b über ein Verbindungsmaterial 1306b eine zweite elektrische Verbindung mit einem unteren elektrischen Kontakt 1308b, der aus einer unteren Flexschaltung 1312 hervorragt.
Die obere Flexschaltung 1310 und die untere Flexschaltung 1312 können aus einer beliebigen Anzahl von geeigneten Materialien hergestellt werden, aber in vielen Ausführungsformen sind beide aus einem flexiblen Leiterplattenmaterial gebildet. In vielen Fällen sind die untere Flexschaltung 1310 und die obere Flexschaltung 1312 so bemessen, dass sie über die Seitenwände der piezoelektrischen Komponente 1300 überstehen, obwohl dies nicht erforderlich ist. In vielen Fällen koppeln eine oder beide der Flexschaltungen oben 1310 und unten 1312 die piezoelektrische Komponente 1300 mit einer Steuerschaltung (nicht gezeigt) oder mit einer anderen piezoelektrischen Komponente 1300 in einer Master-Slave-Konfiguration.
Der obere elektrische Kontakt 1308a und der untere elektrische Kontakt 1308b sind typischerweise aus Kupfer oder Silber gebildet, obwohl dies nicht erforderlich ist und andere Metalle oder elektrisch leitfähige Materialien verwendet werden können. In vielen Fällen ist der obere elektrische Kontakt 1308a mit der oberen Elektrode 1304a mit demselben Verfahren verbunden, das den unteren elektrischen Kontakt 1308b mit der unteren Elektrode 1304b verbindet.
Das Bindematerial 1306a, 1306b kann aus jedem geeigneten elektrisch leitfähigen Material oder einer Kombination von Materialien ausgebildet sein, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf: elektrisch leitfähiges Klebemittel, elektrisch leitfähiges Band oder Film (isotrop oder anisotrop), Lötmittel und so weiter. In anderen Fällen kann eines oder beide der Bindematerialien 1306a, 1306b nicht-leitend sein. In diesen Beispielen kann die piezoelektrische Komponente 1300 kapazitiv angetrieben werden. In anderen Fällen kann nicht-leitendes Verbindungsmaterial verwendet werden, um die obere Elektrode 1304a in Kontakt mit dem oberen elektrischen Kontakt 1308a zu halten, und in ähnlicher Weise, die untere Elektrode 1304b in Kontakt mit dem unteren elektrischen Kontakt 1308b.
Es versteht sich, dass die Dicke und/oder das Platzieren des Bindematerials 1306a, 1306b von Ausführungsform zu Ausführungsform variieren kann; die dargestellten Proportionen des Bindungsmaterials 1306a, 1306b sind nicht erforderlich. Außerdem versteht es sich, dass das Bindematerial 1306a, 1306b an einer anderen Stelle, wie etwa entlang der Seitenwände der piezoelektrischen Komponente 1300, angeordnet sein kann. In einem anderen Beispiel kann das Bindematerial 1306a, 1306b so angeordnet sein, dass es über die Flächen der piezoelektrischen Komponente 1300 hinausragt.
Dementsprechend versteht es sich, dass das in 13B gezeigte Bindematerial 1306a, 1306b grundsätzlich ein elektrisches und/oder mechanisches Element oder eine Schicht (oder Kombination von Elementen oder Schichten) darstellt, die eine elektrische Verbindung zwischen einer Elektrode einer piezoelektrischen Komponente und einem elektrischen Kontakt einer Flexschaltung oder eines anderen Schaltkreises herstellt und/oder aufrechterhält. Beispiele für eine solche elektrische Verbindung sind in 14A–14B gezeigt.
14A zeigt eine zwischen einer Elektrode 1402 eines piezoelektrischen Bauelements (nicht gezeigt) und einem elektrischen Kontakt 1404 einer Flexschaltung (nicht gezeigt) hergestellte elektrische Verbindung 1400. In der dargestellten Ausführungsform ist ein Verbindungsmaterial 1406 in Hohlräumen oder Oberflächenmerkmalen oder Unvollkommenheiten der Elektrode 1402 angeordnet. Als Ergebnis wird eine Oberseite der Elektrode 1402 in direkten Kontakt mit einer Unterseite des elektrischen Kontakts 1404 gebracht. Das Bindematerial 1406 kann ein leitfähiges oder nicht-leitendes Bindemittel wie flüssiger Klebstoff (z. B. Epoxy) sein. In einigen Fällen kann die Oberseite der Elektrode 1402 gekerbt oder auf andere Weise vorbereitet werden, um das Bindungsmaterial 1406 aufzunehmen. In einigen Fällen kann das Bindematerial 1406 auf eine bestimmte Dicke, wie in 14B gezeigt, angeordnet sein. In diesem Beispiel kann das Bindematerial 1406 ein leitfähiges Bindematerial sein, wie ein isotroper oder anisotroper leitfähige Film, ein elektrisch leitfähiger Klebstoff, mit Metallfasern oder Nanodrähten versetztes Epoxy oder irgendein anderes geeignetes elektrisch leitfähiges Material.
Für viele hierin beschriebene Ausführungsformen kann eine piezoelektrische Komponente mit gegenüberliegenden Elektroden, wie die in 13A–13B dargestellte piezoelektrische Komponente 1300, teilweise oder vollständig verkapselt oder versiegelt werden, nachdem eine elektrische Verbindung zwischen den gegenüberliegenden Elektroden der piezoelektrischen Komponente und einer oder mehreren Flexschaltungen hergestellt wurde. Beispiele für versiegelte oder verkapselte piezoelektrische Komponenten mit gegenüberliegenden Elektroden sind in 15A–15B gezeigt. Einmal verkapselt und/oder versiegelt, kann die piezoelektrische Komponente als haptisches Element oder insbesondere als „versiegeltes haptisches Element” bezeichnet werden.
15A zeigt einen vereinfachten Querschnitt eines versiegelten haptischen Elements 1500a. Das versiegelte haptische Element 1500a umfasst eine piezoelektrische Komponente 1502, die elektrisch mit einer oberen Flexschaltung 1504 und einer unteren Flexschaltung 1506 verbunden ist. Insbesondere ist ein mit der oberen Flexschaltung 1504 verbundener oberer Kontakt 1504a über ein Bindematerial 1504b mit einer oberen Elektrode der piezoelektrischen Komponente 1502 verbunden. In ähnlicher Weise ist ein mit der unteren Flexschaltung 1506 verbundener unterer Kontakt 1506a über ein Bindematerial 1506b mit einer unteren Elektrode der piezoelektrischen Komponente 1502 verbunden.
Die obere Flexschaltung 1504 und die untere Flexschaltung 1506 stehen jeweils über die Seitenwände der piezoelektrischen Komponente 1502 vor und sind über einen Rahmen 1508 verbunden. Das Maß des Überstands variiert von Ausführungsform zu Ausführungsform, kann jedoch basierend auf einem oder mehreren Betriebsparametern der piezoelektrischen Komponente 1502 gewählt werden. Je kleiner der Überstand ist, desto mehr kann die obere Flexschaltung 1504, die untere Flexschaltung 1506 und der Rahmen 1508 die Leistung der piezoelektrischen Komponente beeinflussen.
In der dargestellten Ausführungsform ist der Rahmen 1508 an einer Unterseite der oberen Flexschaltung 1504 und an einer Oberseite der unteren Flexschaltung 1506 mithilfe eines Klebstoffs 1510 befestigt. Der Rahmen 1508 kann aus einer beliebigen Anzahl von geeigneten Materialien hergestellt werden, einschließlich Polymeren und Elastomeren.
Auf diese Weise bilden der Rahmen 1508 und der Klebstoff 1510 gemeinsam eine Abdichtung mit der oberen Flexschaltung 1504 und der unteren Flexschaltung 1506, die die piezoelektrische Komponente 1502 umschließt. Die verschiedenen Eigenschaften der verschiedenen Komponenten (z. B. der Rahmen 1508, der Klebstoff 1510, die obere Flexschaltung 1504, die untere Flexschaltung 1506 usw.), die zusammenwirken, um die Dichtung zu bilden, können so ausgewählt und/oder konfiguriert werden, dass sie einen thermischen, mechanischen, elektrischen, optischen und/oder chemischen Schutz für die piezoelektrische Komponente 1502 bieten.
Wie dargestellt, ist die Dichtung von den Seitenwänden der piezoelektrischen Komponente 1502 durch einen Spalt getrennt. In einigen Fällen kann der Spalt zwischen den Seitenwänden der piezoelektrischen Komponente 1502 und dem Dichtmittel mit einem Gas (z. B. Stickstoff, Helium und so weiter), einem Gel (z. B. Polymergel) oder einer Flüssigkeit (z. B. Mineralöl, Glycerin) gefüllt sein. Der Druck des Gases, des Gels oder der Flüssigkeit kann je nach Ausführungsform variieren. In weiteren Fällen kann die durch den Rahmen 1508 und den Klebstoff 1510 gebildete Dichtung an einer oder mehreren der Seitenwände der piezoelektrischen Komponente 1502 anliegen.
In einigen Ausführungsformen kann der Rahmen 1508 in anderer Weise ausgebildet sein. Beispielsweise kann, wie in 15B gezeigt, die obere Flexschaltung 1504 und die untere Flexschaltung 1506 eines versiegelten haptischen Elements 1500b direkt durch einen Klebering 1512 verbunden werden. Bei dieser Ausführungsform ist ein zusätzlicher Klebstoff, wie der in 15A dargestellte Klebstoff 1510, eventuell nicht erforderlich.
Auf diese Weise bildet in ähnlicher Weise, wie andere hier besprochene Ausführungsformen, der Klebering 1512 eine Abdichtung mit der oberen Flexschaltung 1504 und der unteren Flexschaltung 1506, die die piezoelektrische Komponente 1502 umschließt. Wie im Zusammenhang mit der in 15A gezeigten Ausführungsform erwähnt, können verschiedene Eigenschaften der verschiedenen Komponenten (z. B. der Klebering 1512, die obere Flexschaltung 1504, die untere Flexschaltung 1506 usw.), die zusammenwirken, um die Dichtung zu bilden, so ausgewählt und/oder konfiguriert werden, um einen thermischen, mechanischen, elektrischen, optischen und/oder chemischen Schutz für die piezoelektrische Komponente 1502 zu bieten.
Wie bei der in 15A gezeigten Ausführungsform, ist die in 15B gezeigte Dichtung von den Seitenwänden des piezoelektrischen Bauteils 1502 durch einen Spalt getrennt. Der Spalt zwischen den Seitenwänden der piezoelektrischen Komponente 1502 und dem Dichtmittel kann mit einem Gas (z. B. Stickstoff, Helium und so weiter), einem Gel (z. B. Polymergel) oder einer Flüssigkeit (z. B. Mineralöl, Glycerin) gefüllt sein. Der Druck des Gases, des Gels oder der Flüssigkeit kann je nach Ausführungsform variieren. In weiteren Fällen kann die durch den Klebering 1512 gebildete Dichtung an einer oder mehreren der Seitenwände der piezoelektrischen Komponente 1502 anliegen.
In einer weiteren in 15C dargestellten Ausführungsform können die obere Flexschaltung 1504 und die untere Flexschaltung 1506 durch Ausrichtung von komplementären Kleberingen miteinander gekoppelt sein. Insbesondere kann ein erster Klebering 1514 mit einer Unterseite der oberen Flexschaltung 1504 gekoppelt sein und ein zweiter Klebering 1516 kann mit einer Oberseite der unteren Flexschaltung 1506 gekoppelt sein. Der erste Klebering 1514 kann direkt mit dem zweiten Klebering 1516 verbunden sein; oder in einigen Ausführungsformen kann ein Trägerkleber 1518 verwendet werden.
Auf diese Weise bilden in ähnlicher Weise, wie andere hier besprochene Ausführungsformen der erste Klebering 1514, der zweite Klebering 1516 und der Trägerkleber 1518 gemeinsam eine Abdichtung mit der oberen Flexschaltung 1504 und der unteren Flexschaltung 1506, die die piezoelektrische Komponente 1502 umschließt. Die verschiedenen Eigenschaften der verschiedenen Komponenten (z. B. der erste Klebering 1514, der zweite Klebering 1516, der Trägerkleber 1518, die obere Flexschaltung 1504, die untere Flexschaltung 1506 usw.), die zusammenwirken, um die Dichtung zu bilden, können so ausgewählt und/oder konfiguriert werden, dass sie einen thermischen, mechanischen, elektrischen, optischen und/oder chemischen Schutz für die piezoelektrische Komponente 1502 bieten.
Wie dargestellt, ist die Dichtung von den Seitenwänden der piezoelektrischen Komponente 1502 durch einen Spalt getrennt. In einigen Fällen kann der Spalt zwischen den Seitenwänden der piezoelektrischen Komponente 1502 und dem Dichtmittel mit einem Gas (z. B. Stickstoff, Helium und so weiter), einem Gel (z. B. Polymergel) oder einer Flüssigkeit (z. B. Mineralöl, Glycerin) gefüllt sein. Der Druck des Gases, des Gels oder der Flüssigkeit kann je nach Ausführungsform variieren. In weiteren Fällen kann die durch den ersten Klebering 1514, den zweiten Klebering 1516 und den Trägerkleber 1518 gebildete Dichtung an einer oder mehreren der Seitenwände der piezoelektrischen Komponente 1502 anliegen.
In einer weiteren in 15D gezeigten Ausführungsform kann ein anliegendes Dichtmittel 1520 um die Peripherie der piezoelektrischen Komponente 1502 zwischen der oberen Flexschaltung 1504 und der unteren Flexschaltung 1506 hinzugefügt werden. Das anliegende Dichtmittel 1520 kann ein Dichtmittel auf Polymerbasis, ein Dichtmittel auf Epoxidbasis, ein Dichtungsmittel auf Poly-Silikonbasis, ein Dichtmittel auf Harzbasis oder irgendein anderes geeignetes Dichtungsmaterial oder eine Kombination von Materialien sein. In einigen Ausführungsformen wird nur eine Schicht aus Dichtmittel verwendet. Das anliegende Dichtmittel 1520 kann in Kontakt mit den Seitenelementen der piezoelektrischen Komponente 1502 stehen, wie in 15D gezeigt, obwohl dies nicht erforderlich ist.
Die vorstehenden Ausführungsformen, die in 15A–15D gezeigt werden und die verschiedenen Alternativen davon und Variationen dazu, sind im Allgemeinen für Zwecke der Erläuterung dargestellt und erleichtern ein gründliches Verständnis verschiedener möglicher Konfigurationen eines versiegelten haptischen Elements, das eine piezoelektrische Komponente mit gegenüberliegenden Elektroden beinhaltet. Insbesondere beziehen sich diese Ausführungsformen auf ein versiegeltes haptisches Element, das eine piezoelektrische Komponente zwischen einer oberen Flexschaltung und einer unteren Flexschaltung umfasst. Es ist jedoch für den Fachmann ersichtlich, dass einige der hier vorgestellten spezifischen Details eventuell nicht benötigt werden, um die beschriebenen Ausführungsformen oder eine äquivalente Form auszuführen.
Insbesondere kann eine piezoelektrische Komponente mit gegenüberliegenden Elektroden mit einer einzigen Flexschaltung verkapselt werden. Bei diesen Ausführungsformen kann ein Interposer anstelle einer Wickelelektrode oder einer unteren Flexschaltung verwendet werden. Der Interposer kann eine elektrische Verbindung zwischen der unteren Elektrode der piezoelektrischen Komponente und einem zweiten Kontakt der Flexschaltung herstellen. In diese Ausführungsformen kann der Interposer mit der piezoelektrischen Komponente verkapselt werden und versiegelt dabei die piezoelektrische Komponente.
Beispielsweise zeigt 16A einen vereinfachten Querschnitt eines gekapselten haptischen Elements mit einem Interposer. Das verkapselte haptische Element 1600a umfasst eine piezoelektrische Komponente 1602, die elektrisch mit einer oberen Flexschaltung 1604 verbunden ist. Insbesondere ist ein mit dem ersten Teil der Flexschaltung 1604 verbundener erster Kontakt 1604a über ein Bindematerial 1604b mit einer oberen Elektrode der piezoelektrischen Komponente 1602 verbunden. Eine untere Elektrode der piezoelektrischen Komponente 1602 ist über einen Interposer 1606 und einen Separator 1608 an einen mit einem zweiten Teil der Flexschaltung 1604 verbundenen zweiten Kontakt 1610 angeschlossen. Die piezoelektrische Komponente 1602, der erste Kontakt 1604a, der zweite Kontakt 1610, der Interposer 1606 und der Separator 1608 können in einem Verkapselungsmaterial 1612 verkapselt sein. Bei dieser Ausführungsform ist die Flexschaltung 1604 in der Regel parallel zur piezoelektrischen Komponente 1602 angeordnet.
In vielen Ausführungsformen sind der Interposer 1606 und der Separator 1608 elektrisch leitfähig. In einigen Fällen ist der Separator 1608 eventuell nicht erforderlich. In anderen Fällen kann der Separator 1608 ein elektrisch isolierendes Element sein. Beispielsweise verwendet ein gekapseltes haptische Element 1600b, wie in 16B gezeigt, den Separator 1608, um einen ersten Kontakt 1614a und einen zweiten Kontakt 1618 zu trennen. Bei dieser Ausführungsform kann ein Trägermaterial 1614 als Träger für das Verkapselungsmaterial 1612 verwendet werden. Bei dieser Ausführungsform ist eine Flexschaltung 1616 in der Regel senkrecht zur piezoelektrischen Komponente 1602 angeordnet.
Bei diesen Ausführungsformen kann das Verkapselungsmaterial 1612 aus einer beliebigen Anzahl von geeigneten Materialien gebildet werden, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, ein Verkapselungsmaterial auf Polymerbasis, ein Verkapselungsmaterial auf Epoxidbasis, ein Verkapselungsmaterial auf Poly-Silikonbasis, ein Verkapselungsmaterial auf Harzbasis oder jedes beliebige Verkapselungsmaterial oder jede Kombination von Materialien. In einigen Ausführungsformen wird nur eine Schicht aus Verkapselungsmaterial 1612 verwendet.
Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung von 13A–16B, und verschiedene Alternativen davon und Variationen dazu im Allgemeinen für Zwecke der Erläuterung präsentiert werden, und um ein gründliches Verständnis der verschiedenen möglichen Konfigurationen der hier behandelten haptischen Ausgabesysteme zu ermöglichen. Es ist jedoch für den Fachmann ersichtlich, dass einige der hier vorgestellten spezifischen Details eventuell nicht benötigt werden, um die beschriebenen Ausführungsformen oder eine äquivalente Form auszuführen.
Insbesondere versteht es sich, dass die oben beschriebenen haptischen Elemente in einer beliebigen Anzahl von geeigneten Möglichkeiten zusammengebaut und/oder hergestellt werden können. Zum Beispiel kann die in 15A–15D gezeigte piezoelektrische Komponente 1502 in vielen Fällen (über den oberen und den unteren Kontakt und Bindematerial) in einem einzigen Lamminierungsvorgang mit der oberen Flexschaltung und der unteren Flexschaltung elektrisch verbunden werden, obwohl dies nicht erforderlich ist und mehrfache Laminierungsvorgänge oder andere Operationen durchgeführt werden können.
Der einzelne Laminierungsvorgang kann bei einer bestimmten Temperatur oder unter Druck ausgeführt werden. In einem Beispiel kann die Laminierungsvorgang bei oder oberhalb einer vernetzenden Temperatur des Bindematerials erfolgen. In diesen Beispielen kann die Dichtung (z. B. der Rahmen 1508, der Klebering 1512, der erste und zweite Klebering 1514, 1516 usw.) ganz oder teilweise im selben Laminierungsvorgang ausgebildet werden. In anderen Fällen kann die Dichtung ausgebildet werden, nachdem die elektrische Verbindung zwischen der piezoelektrischen Komponente und der oberen und unteren Flexschaltung hergestellt wurde.
In einigen Fällen kann eine besondere Ausführungsform gewählt werden, die mindestens teilweise auf einer Vernetzungstemperatur und/oder Bindetemperatur oder -druck des Bindematerials basiert. Beispielsweise kann für höhere Vernetzungs-/Bindetemperaturen oder -drücke das in 15C gezeigte Ausführungsbeispiel gewählt werden; der Trägerkleber 1518 kann eine zuverlässige mechanische Dichtung zwischen der ersten und zweiten Klebering 1514, 1516 bieten. Für niedrigere Vernetzungs-/Bindetemperaturen oder -drücke kann das in 15A oder 15B gezeigte Ausführungsbeispiel gewählt werden.
Somit werden die vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibungen und spezifischen Ausführungsformen zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Diese Beschreibungen haben nicht zum Ziel, umfassend zu sein oder die Offenbarung auf die genauen hier aufgeführten Formen zu beschränken. Im Gegenteil ist es für den Fachmann ersichtlich, dass viele Modifikationen und Variationen angesichts der vorstehenden Lehren möglich sind.
Zum Beispiel kann eine piezoelektrische Komponente eine Wickelelektrode beinhalten. 17A–17G verweisen auf Methoden und Techniken der Kapselung einer piezoelektrischen Komponente mit einer Wickelelektrode. Es versteht sich jedoch, dass die dargestellten Beispiele nicht erschöpfend sind; die unter Bezugnahme auf 17A–17G dargestellten und beschriebenen verschiedenen Ausführungsformen können in einer beliebigen Anzahl von geeigneten oder implementierungsspezifischen Weisen modifiziert oder kombiniert werden, um eine piezoelektrische Komponente mit Wickelelektrode zu verkapseln, abzudichten, zu umschließen, einzuschließen oder anderweitig zu umhüllen. In vielen Fällen bietet die Verkapselung der piezoelektrischen Komponente einen Schutz vor, ohne Einschränkung, Metallkorrosion, Oxidation, Verunreinigung, Kratzer oder Zerbrechen.
17A zeigt einen vereinfachten Querschnitt einer piezoelektrischen Komponente 1700 eines haptischen Elements, wie das in 12B dargestellte haptische Element 1208. Wie bei der in 13A gezeigten piezoelektrische Komponente 1300 beinhaltet die piezoelektrische Komponente 1700 eine Platte aus piezoelektrischem Material, die als Platte 1702 markiert ist, und zwei Elektroden, die auf gegenüberliegenden Flächen der Platte 1702 definiert sind. Beispielsweise kann eine erste Elektrode 1704 auf der Oberseite der Platte 1702 ausgebildet sein, und eine zweite Elektrode 1706 kann auf der Unterseite der Platte 1702 ausgebildet sein. Bei dieser Ausführungsform wickelt sich die zweite Elektrode 1706 um eine Seitenwand der Platte 1702 und endet an der Oberseite der Platte 1702. Auf diese Weise ist die zweite Elektrode 1706 eine Wickelelektrode. Die erste Elektrode 1704 und die zweite Elektrode 1706 sind durch einen Spalt 1708 getrennt.
Die erste Elektrode 1704 und die zweite Elektrode 1706 können in einer beliebigen Anzahl von geeigneten Weisen gebildet werden. In einer Ausführungsform sind die erste Elektrode 1704 und die zweite Elektrode 1706 Dünnfilmschichten, die durch Aufstäuben, physikalisches Aufdampfen, Drucken oder jede andere geeignete Technik gebildet werden. Die erste Elektrode 1704 und die zweite Elektrode 1706 sind typischerweise aus Metall oder einer Metalllegierung wie Silber, Silbertinte, Kupfer, Kupfer-Nickel-Legierung und so weiter ausgebildet. In anderen Ausführungsformen können andere leitfähige Materialien verwendet werden.
In einigen Ausführungsformen nimmt die piezoelektrische Komponente 1700 eine andere Form an, als dargestellt. Beispielsweise kann wie bei der in 13A gezeigten piezoelektrischen Komponente 1300 die piezoelektrische Komponente 1700 3 cm breit und ungefähr 100 μm dick sein. In anderen Fällen sind möglicherweise andere Größen oder Formen geeignet.
In einigen Fällen kann die zweite Elektrode 1706 durch Definition der Spalt 1708 gebildet werden. Insbesondere kann eine einzelne Elektrode, die sich über drei oder mehrere Flächen von Platte 1702 wickelt, geätzt, verlegt oder in anderer Weise mit einer geeigneten Methode auf zwei Elektroden auf einer einzelnen Fläche der Platte aufgeteilt werden. In anderen Fällen kann der Spalt 1708 durch eine auf das Blatt 1702 vor der Ausbildung der ersten Elektrode 1704 und in der zweiten Elektrode 1706 aufgebrachte Maske definiert werden.
In noch weiteren Ausführungsformen kann eine piezoelektrische Komponente 1700 mehr als eine Wickelelektrode, wie in 17B gezeigt, beinhalten. In einigen Fällen kann eine piezoelektrische Komponente 1700 mit mehr als einer Wickelelektrode zur Verringerung der Komplexität bei der Herstellung verwendet werden, indem die Symmetrie der piezoelektrischen Komponente 1700 erhöht wird.
17C zeigt die elektrisch mit einer Flexschaltung gekoppelte und verkapselte piezoelektrische Komponente 1700 von 17A. Im Einzelnen bildet die erste Elektrode 1704 eine erste elektrische Verbindung mit einer Flexschaltung 1710. Insbesondere befindet sich eine anisotrope Platte 1712 zwischen der ersten Elektrode 1704 und einem ersten Kontakt 1714, der von einer Unterseite der Flexschaltung 1710 herausragt. Auf diese Weise stellt die anisotrope Platte 1712 eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Elektrode 1704 und dem erste Kontakt 1714 her.
In vielen Ausführungsformen erstreckt sich die anisotrope Platte 1712 auch zwischen der zweiten Elektrode 1706 und einem zweiten Kontakt 1716, der von einer Unterseite der Flexschaltung 1710 herausragt. Auf diese Weise stellt die anisotrope Platte 1712 eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Elektrode 1706 und dem zweiten Kontakt 1716 her.
Die anisotrope Platte 1712 ist so konfiguriert, dass sie den elektrischen Strom in eine Richtung, aber nicht in eine andere Richtung leitet. Insbesondere leitet die anisotrope Platte 1712 elektrischen Strom zwischen dem ersten Kontakt 1714 und der ersten Elektrode 1704, aber aufgrund einer anisotropen Eigenschaft der anisotropen Platte 1712, leitet sie keinen Strom zwischen der ersten Elektrode 1704 und der zweiten Elektrode 1706. In ähnlicher Weise leitet die anisotrope Platte 1712 elektrischen Strom zwischen dem zweiten Kontakt 1716 und der zweiten Elektrode 1706, aber aufgrund der anisotropen Eigenschaft der anisotropen Platte 1712, leitet sie keinen Strom zwischen der zweiten Elektrode 1706 und der ersten Elektrode 1704.
In anderen Ausführungsformen kann die anisotrope Platte 1712 einen oder mehrere leitende Teile und einen oder mehrere nicht-leitende Teile beinhalten. Die leitfähigen Teile können relativ zum ersten Kontakt 1714 und der ersten Elektrode 1704 und zum zweiten Kontakt 1716 und der zweiten Elektrode 1706 positioniert werden. In diesem Beispiel kann der nicht leitfähige Teil zwischen dem ersten Kontakt 1714 und dem zweiten Kontakt 1716 positioniert werden. Eine solche Konfiguration ist in 17D dargestellt und zeigt vor allem einen nicht-leitenden Teil 1712a der anisotropen Platte 1712, die zwischen einem ersten leitfähigen Teil 1712b und einen zweiten leitfähigen Teil 1712c positioniert ist. In einigen Fällen kann der nicht leitfähigen Teil 1712a mit der anisotropen Platte 1712 gebildet werden, während in anderen Fällen der nicht leitfähigen Teil 1712a aus einem anderen Material gebildet wird. In noch weiteren Fällen ist der nicht leitfähigen Teil 1712a möglicherweise nicht erforderlich; die anisotrope Platte 1712 kann sich zwischen dem ersten Kontakt 1714 und dem zweite Kontakt 1716 erstrecken. Eine solche Konfiguration ist in 17E dargestellt.
Die in 17C gezeigte Flexschaltung 1710 kann aus einer beliebigen Anzahl von geeigneten Materialien einschließlich flexiblem Leiterplattenmaterial hergestellt werden. In vielen Fällen kann die Flexschaltung 1710 so bemessen werden, dass sie über die Seitenwände der piezoelektrischen Komponente 1700 übersteht, obwohl dies nicht erforderlich ist. In vielen Fällen kann die Flexschaltung 1710 die piezoelektrische Komponente 1700 mit einer Steuerschaltung (nicht gezeigt) oder mit einer anderen piezoelektrischen Komponente in einer Master-Slave-Konfiguration koppeln.
Der erste Kontakt 1714 und der zweite Kontakt 1716 sind typischerweise aus Kupfer oder Silber gebildet, obwohl dies nicht erforderlich ist und andere Metalle oder elektrisch leitfähige Materialien verwendet werden können. In vielen Fällen ist der erste Kontakt 1714 mit der ersten Elektrode 1704 mit demselben Verfahren verbunden, das den zweiten Kontakt 1716 mit der zweiten Elektrode 1706 verbindet.
Die anisotrope Platte 1712 kann aus jedem geeigneten elektrisch leitfähigen Material oder einer Kombination von anisotropen Materialien ausgebildet sein, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf: in einer Richtung leitfähiges Klebemittel, in einer Richtung leitfähiges Band, gebündelte Leiter und so weiter. In anderen Fällen kann die anisotrope Platte 1712 eine nicht-leitende Platte sein. In diesen Beispielen kann die piezoelektrische Komponente 1700 kapazitiv angetrieben werden. In anderen Fällen kann nicht-leitendes Verbindungsmaterial verwendet werden, um die erste Elektrode 1704 in Kontakt mit dem ersten Kontakt 1714 zu halten, und in ähnlicher Weise die zweite Elektrode 1706 in Kontakt mit dem zweiten Kontakt 1716.
Es versteht sich, dass die Dicke und/oder das Platzieren der anisotropen Platte 1712 von Ausführungsform zu Ausführungsform variieren kann; die dargestellten Proportionen der anisotropen Platte 1712 sind nicht erforderlich. Außerdem versteht es sich, dass die anisotrope Platte 1712 an einer anderen Stelle angeordnet werden kann, oder dass sie so angeordnet werden kann, dass sie über die Flächen der piezoelektrischen Komponente 1700 übersteht. Dementsprechend versteht es sich, dass die in 17C gezeigte anisotrope Platte 1712 grundsätzlich ein elektrisches und/oder mechanisches Element oder eine Schicht (oder eine Kombination von Elementen oder Schichten) darstellt, die eine elektrische Verbindung zwischen zwei Elektroden einer piezoelektrischen Komponente mit zwei entsprechenden elektrischen Kontakten einer Flexschaltung oder eines anderen Schaltkreises herstellt und/oder aufrechterhält.
Die piezoelektrische Komponente 1700, die erste Elektrode 1704, der erste Kontakt 1714, die zweite Elektrode 1706, der zweite Kontakt 1716, und die anisotrope Platte 1712 können in einem Verkapselungsmaterial 1718 verkapselt sein. Bei dieser Ausführungsform ist die Flexschaltung 1710 in der Regel parallel zur piezoelektrischen Komponente 1602 angeordnet. Bei diesen Ausführungsformen kann das Verkapselungsmaterial 1718 aus einer beliebigen Anzahl von geeigneten Materialien gebildet werden, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf, ein Verkapselungsmaterial auf Polymerbasis, ein Verkapselungsmaterial auf Epoxidbasis, ein Verkapselungsmaterial auf Poly-Silikonbasis, ein Verkapselungsmaterial auf Harzbasis oder jedes beliebige Verkapselungsmaterial oder jede Kombination von Materialien. In einigen Ausführungsformen wird nur eine Schicht aus Verkapselungsmaterial 1718 verwendet. Das Verkapselungsmaterial 1718 kann optisch transparent oder optisch undurchsichtig sein.
In anderen Fällen kann eine piezoelektrische Komponente mit einer Wickelelektrode auf andere Weise gebildet werden. Zum Beispiel zeigt 17F einen vereinfachten Querschnitt durch ein weiteres haptisches Element, das eine piezoelektrische Komponente entsprechend 17A beinhaltet. In diesem Beispiel kann die piezoelektrische Komponente 1700 vor dem Anbringen der gekapselten Komponente an die Flexschaltung und vor der Herstellung von elektrischen Verbindungen zwischen der ersten Elektrode und dem ersten Kontakt und der zweiten Elektrode und dem zweiten Kontakt gekapselt werden.
Insbesondere kann die piezoelektrische Komponente 1700 durch ein Verkapselungsmaterial 1718 gekapselt werden. Zwei elektrisch leitfähige Einsätze können in elektrischem Kontakt mit entweder der ersten Elektrode 1704 oder der zweiten Elektrode 1706 positioniert werden. Zum Beispiel kann ein erster elektrisch leitfähiger Einsatz 1720 in elektrischem Kontakt mit der ersten Elektrode 1704 positioniert werden und eine zweiter elektrisch leitfähiger Einsatz 1722 in elektrischem Kontakt mit der zweiten Elektrode 1706 positioniert werden.
Der erste elektrisch leitfähige Einsatz 1720 und der zweite elektrisch leitfähige Einsatz 1722 können aus einer beliebigen Anzahl von elektrisch leitfähigen Materialien ausgebildet und innerhalb der Verkapselungsmaterialien 1718 in jeder geeigneten Weise positioniert werden. Beispielsweise können der erste elektrisch leitfähigen Einsatz 1720 und der zweite elektrisch leitfähige Einsatz 1722 elektrisch an die erste und zweite Elektrode bzw. vor der Anwendung des Verkapselungsmaterials 1718 gekoppelt werden. In einem weiteren Beispiel kann die piezoelektrische Komponente 1700 vollständig mit dem Verkapselungsmaterial 1718 gekapselt werden, und danach können Kanäle durch das Verkapselungsmaterial 1718 geätzt, verlegt oder anderweitig definiert werden. Der erste elektrisch leitfähige Einsatz 1720 und der zweite elektrisch leitfähige Einsatz 1722 können danach in diese Kanäle eingefügt werden. In noch einer anderen Ausführungsform können der erste elektrisch leitfähige Einsatz 1720 und der zweite elektrisch leitfähige Einsatz 1722 vor der Behandlung des Verkapselungsmaterials 1718 in das Verkapselungsmaterial 1718 eingesetzt werden.
Es versteht sich, dass die oben dargestellten Beispieltechniken zur Herstellung einer elektrischen Verbindung zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Einsatz 1720 und der ersten Elektrode 1704 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Einsatz 1722 und der zweiten Elektrode 1706 lediglich Beispiele sind; eine beliebige Anzahl von geeigneten Techniken kann verwendet werden.
Bei dieser Ausführungsform kann ähnlich wie die in 17C dargestellte Ausführungsform eine anisotrope Platte 1712 zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Einsatz 1720 und einem ersten Kontakt 1714 positioniert werden, der von einer Unterseite der Flexschaltung 1710 herausragt. Auf diese Weise stellen die anisotrope Platte 1712 und der erste elektrisch leitfähige Einsatz 1720 eine elektrische Verbindung zwischen der ersten Elektrode 1704 und dem erste Kontakt 1714 her.
In vielen Ausführungsformen erstreckt sich die anisotrope Platte 1712 auch zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen Einsatz 1722 und einem zweiten Kontakt 1716, der von einer Unterseite der Flexschaltung 1710 herausragt. Auf diese Weise stellen die anisotrope Platte 1712 und der zweite elektrisch leitfähige Einsatz 1722 eine elektrische Verbindung zwischen der zweiten Elektrode 1706 und dem zweiten Kontakt 1716 her.
Wie bei anderen hier beschriebenen Ausführungsweisen kann die anisotrope Platte 1712 so konfiguriert sein, dass sie den elektrischen Strom in eine Richtung, aber nicht in eine andere Richtung leitet. Insbesondere leitet die anisotrope Platte 1712 elektrischen Strom zwischen dem ersten Kontakt 1714 und dem ersten elektrisch leitfähigen Einsatz 1720, aber aufgrund einer anisotropen Eigenschaft der anisotropen Platte 1712, leitet sie keinen Strom zwischen dem ersten elektrisch leitfähigen Einsatz 1720 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Einsatz 1722. In ähnlicher Weise leitet die anisotrope Platte 1712 elektrischen Strom zwischen dem zweiten Kontakt 1716 und dem zweiten elektrisch leitfähigen Einsatz 1722, aber aufgrund der anisotropen Eigenschaft der anisotropen Platte 1712, leitet sie keinen Strom zwischen dem zweiten elektrisch leitfähigen Einsatz 1722 und dem ersten elektrisch leitfähigen Einsatz 1720.
In dieser Ausführungsform kann die Flexschaltung 1710, ebenso wie in anderen hier beschriebenen Versionen aus einer beliebigen Anzahl von geeigneten Materialien einschließlich flexiblem Leiterplattenmaterial, hergestellt werden. In vielen Fällen ist die Flexschaltung 1710 so bemessen, dass sie über die Seitenwände der piezoelektrischen Komponente 1700 übersteht, obwohl dies nicht erforderlich ist. Die Flexschaltung kann beispielsweise kleiner als die gekapselte piezoelektrische Komponente 1700 sein. In vielen Fällen kann die Flexschaltung 1710 die piezoelektrische Komponente 1700 mit einer Steuerschaltung (nicht gezeigt) oder mit einer anderen piezoelektrischen Komponente in einer Master-Slave-Konfiguration koppeln.
Wie bei der in 17C gezeigten Ausführungsform sind der erste Kontakt 1714 und der zweite Kontakt 1716 typischerweise aus einem elektrisch leitfähigen Material wie Kupfer oder Silber gebildet, obwohl dies nicht erforderlich ist und andere Metalle oder elektrisch leitfähige Materialien verwendet werden können. In vielen Fällen ist der erste Kontakt 1714 mit dem ersten elektrisch leitfähigen Einsatz 1720 mit demselben Verfahren verbunden, das den zweiten Kontakt 1716 mit dem zweiten elektrisch leitfähigen Einsatz 1722 verbindet.
Die anisotrope Platte 1712 kann aus jedem geeigneten elektrisch leitfähigen Material oder einer Kombination von anisotropen Materialien ausgebildet sein, wie beispielsweise, aber nicht beschränkt auf: in einer Richtung leitfähiges Klebemittel, in einer Richtung leitfähiges Band, gebündelte Leiter und so weiter. In anderen Fällen kann die anisotrope Platte 1712 eine nicht-leitende Platte sein. In diesen Beispielen kann die piezoelektrische Komponente 1700 kapazitiv angetrieben werden. In anderen Fällen kann nicht-leitendes Verbindungsmaterial verwendet werden, um den ersten elektrisch leitfähigen Einsatz 1720 in Kontakt mit dem ersten Kontakt 1714 zu halten, und in ähnlicher Weise den zweiten elektrisch leitfähigen Einsatz 1722 in Kontakt mit dem zweiten Kontakt 1716.
In anderen Fällen, wie jenem, der in 17G dargestellt ist, kann die piezoelektrische Komponente gekapselt und/oder gegen ein Substrat, wie das Substrat 1724 abgedichtet sein. In einer Ausführungsform ist das Substrat 1724 ein in einem Rolle-zu-Rolle Fertigungsprozess verwendetes Trägermaterial. In einigen Fällen ist das Substrat 1724 flexibel, obwohl dies nicht erforderlich ist. Zum Beispiel kann das Substrat 1724 als Versteifung dienen.
Es versteht sich, dass die vorstehende Beschreibung von 17A–17G, und verschiedene Alternativen davon und Variationen dazu, im Allgemeinen für Zwecke der Erläuterung präsentiert werden und um ein gründliches Verständnis der verschiedenen möglichen Konfigurationen eines versiegelten haptischen Elements der hier behandelten haptischen Ausgabesysteme zu ermöglichen. Es ist jedoch für den Fachmann ersichtlich, dass einige der hier vorgestellten spezifischen Details eventuell nicht benötigt werden, um die beschriebenen Ausführungsformen oder eine äquivalente Form auszuführen.
Somit werden die vorhergehenden und nachfolgenden Beschreibungen und spezifischen Ausführungsformen zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Diese Beschreibungen haben nicht zum Ziel, umfassend zu sein oder die Offenbarung auf die genauen hier aufgeführten Formen zu beschränken. Im Gegenteil ist es für den Fachmann ersichtlich, dass viele Modifikationen und Variationen angesichts der vorstehenden Lehren möglich sind. Insbesondere kann eine piezoelektrische Komponente gekapselt und/oder versiegelt werden, wobei beliebig viele geeignete Techniken oder Methoden verwendet werden können. Bestimmte Beispielmethoden zur Abdichtung oder Kapselung einer piezoelektrische Komponente sind in Anlehnung an 18–21 beschrieben. Der Ausdruck „piezoelektrischer Teil” soll piezoelektrische Komponenten mit gegenüberliegenden Elektroden, eine piezoelektrische Komponente mit einer Wickelelektrode oder eine piezoelektrische Komponente mit mehr als einer Wickelelektrode, wie z. B. Elektroden, die sich von einer Fläche einer piezoelektrischen Platte zu einer Seitenwand der piezoelektrischen Platte wickeln, umfassen.
18 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das Beispielvorgänge einer Methode zur Kapselung eines piezoelektrischen Teils zeigt. Die Methode 1800 beginnt mit Vorgang 1802, bei dem eine erste Flexschaltung an eine erste Oberfläche oder Fläche eines piezoelektrischen Teils gekoppelt wird. Als nächstes wird in Vorgang 1804 eine Dichtung um eine Peripherie eines piezoelektrischen Teils angeordnet. In vielen Fällen wird die Dichtung auf einer Fläche der ersten Flexschaltung angeordnet, obwohl dies nicht erforderlich ist. Danach wird in Vorgang 1806 eine zweite Flexschaltung an eine zweite Oberfläche oder Fläche eines piezoelektrischen Teils gekoppelt. Infolgedessen ist der piezoelektrische Teil durch die erste Flexschaltung, die zweite Flexschaltung und die Peripheriedichtung eingeschlossen und geschützt.
19 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das Beispielvorgänge einer anderen Methode zur Kapselung eines piezoelektrischen Teils zeigt. Die Methode 1900 beginnt mit Vorgang 1902, bei dem eine erste Elektrode oder ein erster Kontakt an eine erste Oberfläche oder Fläche eines piezoelektrischen Teils gekoppelt wird. Danach wird in Vorgang 1904 ein Interposer (oder leitfähiges Band) an eine zweite Oberfläche oder Fläche eines piezoelektrischen Teils gekoppelt. Danach kann in Vorgang 1906 eine zweite Elektrode oder ein zweiter Kontakt über einen Abstandhalter an den Interposer (oder das leitfähige Band) gekoppelt werden. Als nächstes können in Vorgang 1908 die Elektroden, Abstandhalter und Interposer oder das leitfähige Band gekapselt werden. Schließlich kann in Vorgang 1910 eine Flexschaltung relativ zur gekapselten Komponente positioniert werden. Die Flexschaltung kann an die erste und zweite Elektrode oder den ersten und zweiten Kontakt gekoppelt werden oder, in einer anderen Ausführungsform, kann ein anisotropes leitfähiges Band verwendet werden, um den ersten und zweiten Kontakt mit der Flexschaltung zu verbinden. In einigen Fällen kann die Flexschaltung auf die gekapselte Komponente laminiert werden.
20 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das Beispielvorgänge einer anderen Methode eines piezoelektrischen Teils zeigt. Die Methode 2000 kann mit Vorgang 2002 begonnen werden, wobei ein piezoelektrischer Teil mit einer Wickelelektrode verkapselt wird. Als nächstes kann in Vorgang 2004 eine elektrische Verbindung mit der Wickelelektrode hergestellt werden. In vielen Fällen kann die elektrische Verbindung zwischen der Wickelelektrode und einem elektrisch leitfähigen Einsatz hergestellt werden, der sich durch das Verkapselungsmaterial erstreckt. Als nächstes wird in Vorgang 2006 der gekapselte Teil über einen anisotropen leitfähigen Film an eine Flexschaltung gekoppelt.
21 ist ein vereinfachtes Flussdiagramm, das Beispielvorgänge einer anderen Methode eines piezoelektrischen Teils zeigt. Die Methode 2100 beginnt mit Vorgang 2102, bei dem ein Bindemittel oder Bindematerial über eine Elektrode eines piezoelektrischen Teils aufgebracht wird. Danach wird in Vorgang 2104 ein leitfähiges Material über das Bindemittel positioniert. Das leitfähige Material kann ein elektrischer Kontakt oder eine flexible Schaltung sein. Danach kann in Vorgang 2106 der piezoelektrischen Teil und das leitfähige Material in für die Aushärtung des Bindemittels geeignete Bedingungen versetzt werden. Geeignete Aushärtungsbedingungen können ohne Einschränkung Belichtung, UV-Licht, erhöhte Temperatur, Druck, Vibrationen usw. umfassen.
Es versteht sich, dass obwohl vorstehend viele Ausführungsformen offenbart sind, die vorgestellten Vorgänge und Schritte in Bezug auf hierin beschriebene Verfahren und Techniken beispielhaft und dementsprechend nicht erschöpfend sein sollen. Es versteht sich weiter, dass alternative Schrittreihenfolgen oder weniger oder zusätzliche Vorgänge für bestimmte Ausführungsformen erforderlich oder erwünscht sein können.
Obwohl die vorstehende Offenbarung anhand verschiedener beispielhafter Ausführungsformen und Implementierungen beschrieben ist, versteht es sich, dass die verschiedenen in einer oder mehreren der individuellen Ausführungsformen beschriebenen Merkmale, Aspekte und Funktionsumfänge nicht hinsichtlich ihrer Anwendbarkeit auf die besondere Ausführungsform, mit der sie beschrieben sind, beschränkt sind, sondern stattdessen allein oder in verschiedenen Kombinationen auf eine oder mehrere der selben Ausführungsformen der Erfindung angewandt werden können, und zwar unabhängig davon, ob derartige Ausführungsformen beschrieben sind oder nicht, und ob derartige Merkmale als Teil einer beschriebenen Ausführungsform vorgestellt werden oder nicht. Die Breite und der Schutzumfang der vorliegenden Erfindung sollen daher nicht durch beliebige, vorstehend beschriebene beispielhafte Ausführungsformen eingeschränkt sein, sondern sind stattdessen durch die hierin vorgelegten Ansprüche definiert.
Wie oben beschrieben und in den dazugehörigen Abbildungen erklärt, bezieht sich die vorliegende Offenbarung auf lokalisierte und/oder gekapselte haptische Aktoren oder Elemente. Insbesondere beziehen sich die hier besprochenen Ausführungsformen auf haptische Aktoren, die Elektrodenstrukturierung zur Erzeugung einer lokalisierten haptischen Ausgabe und/oder gekapselte Elemente eines haptischen Ausgabesystems beinhalten. In Ausführungsformen von lokalisierten haptischen Aktoren beinhaltet ein haptischer Aktor piezoelektrisches Material und eine strukturierte Elektrode. Die strukturierte Elektrode kann verschiedene Teile des piezoelektrischen Materials mit Spannung versorgen. Dies ermöglicht eine lokalisierte haptische Ausgabe, da die Stelle, an der die maximale Auslenkung des piezoelektrischen Materials produziert wird, von der angewandten Spannung abhängt. In Ausführungsformen von haptischen Ausgabesystemen mit gekapselten Elementen können eine oder mehrere fragile oder empfindliche Komponenten eines eventuell in einer elektronischen Vorrichtung beinhalteten haptischen Ausgabesystems verpackt, versiegelt und/oder verkapselt sein.
In vorliegender Offenbarung können die offengelegten Verfahren als Reihen von Anweisungen oder von einem Gerät lesbare Software umgesetzt werden. Es versteht sich ferner, dass es sich bei der spezifischen Reihenfolge oder Hierarchie von Schritten in den offenbarten Verfahren um Beispiele von Musteransätzen handelt. In anderen Ausführungsformen kann die spezifische Reihenfolge oder Hierarchie von Schritten im Verfahren umgeordnet werden, während innerhalb des offenbarten Gegenstandes verblieben wird. Das begleitende Verfahren beansprucht vorliegende Elemente der verschiedenen Schritte in einer Musterreihenfolge, und sie sollen nicht notwendigerweise auf die vorgelegte spezifische Reihenfolge oder Hierarchie beschränkt sein.
Die vorhergehende Beschreibung verwendete zu Zwecken der Erklärung eine spezifische Nomenklatur, um ein vollständiges Verständnis der beschriebenen Ausführungsformen bereitzustellen. Es ist jedoch für den Fachmann ersichtlich, dass die spezifischen Details nicht benötigt werden, um die beschriebenen Ausführungsformen auszuführen. Somit werden die vorstehenden Beschreibungen der spezifischen Ausführungsformen zu Zwecken der Veranschaulichung und Beschreibung vorgelegt. Sie haben nicht zum Ziel, umfassend zu sein oder die Ausführungsformen auf die präzisen, offenbarten Formen zu beschränken. Es ist für den Fachmann ersichtlich, dass viele Modifikationen und Variationen angesichts der vorstehenden Lehren möglich sind.
Weitere Ausführungsformen:

1. Haptisches Element, umfassend: eine piezoelektrische Komponente, umfassend: eine piezoelektrische Platte; eine erste Elektrode, die auf einer ersten Fläche der Platte ausgebildet ist; und einer zweiten Elektrode, die auf einer zweiten Fläche der Platte ausgebildet ist; eine erste Flexschaltung, die einen ersten Kontakt umfasst, wobei die erste Flexschaltung relativ zur ersten Fläche so positioniert ist, dass die erste Elektrode und der erste Kontakt elektrisch verbunden sind; eine zweite Flexschaltung, die einen zweiten Kontakt umfasst, wobei die zweite Flexschaltung relativ zur zweiten Fläche so positioniert ist, dass die zweite Elektrode und der zweite Kontakt elektrisch verbunden sind; und einer Dichtung, die um die Peripherie der piezoelektrischen Komponente und zwischen der ersten und der zweiten Flexschaltung so angeordnet ist, dass die erste Flexschaltung, die zweite Flexschaltung und die Dichtung die piezoelektrische Komponente umschließen.
2. Haptisches Element nach Ausführungsform 1, wobei der erste Kontakt über einen anisotropen Film mit der ersten Elektrode gekoppelt ist.
3. Haptisches Element nach Ausführungsform 1, wobei der erste Kontakt über ein Bindemittel mit der ersten Elektrode gekoppelt ist.
4. Haptisches Element nach Ausführungsform 1, wobei die Dichtung von der Seitenwand der piezoelektrischen Komponente getrennt ist, um einen Spalt zwischen der Dichtung und der Seitenwand zu definieren.
5. Haptisches Element nach Ausführungsform 1, wobei sich die Dichtung einer Seitenwand der piezoelektrischen Komponente entspricht.
6. Haptisches Element nach Ausführungsform 5, wobei die Dichtung aus einem flexiblem Material gebildet ist.
7. Haptisches Element nach Ausführungsform 1, wobei das haptische Element ein Teil einer Gruppe von haptischen Elementen ist, die mit einem haptischen Ausgabesystem verknüpft sind.
8. Haptisches Element nach Ausführungsform 7, wobei das haptische Ausgabesystem eingerichtet ist, um unter einer Anzeige einer tragbaren elektronischen angeordnet zu werden.
9. Haptisches Element, umfassend: eine piezoelektrische Komponente, umfassend: eine piezoelektrische Platte; eine erste Elektrode, die auf einer ersten Fläche der Platte ausgebildet ist; und eine zweite Elektrode, die ein erstes Teil aufweist, das auf der zweiten Fläche der Platte ausgebildet ist, und die ein zweites Teil aufweist, das auf der ersten Fläche der Platte ausgebildet ist; eine Flexschaltung, die einen ersten Kontakt und einen zweiten Kontakt umfasst, wobei die Flexschaltung relativ zur ersten Fläche so positioniert ist, dass die erste Elektrode und der erste Kontakt elektrisch verbunden sind und die zweite Elektrode und der zweiten Kontakt elektrisch verbunden sind; und eine Verkapselungschicht, die über der piezoelektrischen Komponente angeordnet ist, wodurch die piezoelektrische Komponente gegen die Flexschaltung eingeschlossen ist.
10. Haptisches Element nach Ausführungsform 9, das ferner einen anisotropen Film umfasst, der zwischen dem ersten Kontakt und der ersten Elektrode angeordnet ist.
11. Haptisches Element nach Ausführungsform 10, wobei sich der anisotrope Film zwischen dem zweiten Kontakt und der zweiten Elektrode erstreckt.
12. Haptisches Element nach Ausführungsform 9, das ferner ein Bindematerial umfasst, das zwischen dem ersten Kontakt und der ersten Elektrode angeordnet ist.
13. Haptisches Element nach Ausführungsform 12, wobei das Bindematerial ein elektrisch leitfähiger Kleber ist.
14. Haptisches Element nach Ausführungsform 12, wobei das Bindematerial anisotrop leitend ist.
15. Haptisches Ausgabesystem, umfassend: eine Eingabefläche; und einen Array von haptischen Elementen unter der Eingabefläche, wobei jedes haptische Element des Arrays von haptischen Elementen umfasst: eine piezoelektrische Komponente, die eine Elektrode umfasst; eine Flexschaltung, die einen elektrischen Kontakt umfasst, der elektrisch mit der Elektrode verbundenen ist; und eine Verkapselungsschicht, die über der piezoelektrischen Komponente angeordnet ist mit der Flexschaltung in Kontakt steht, wodurch die piezoelektrische Komponente gegen die Flexschaltung eingeschlossen ist.
16. Haptisches Ausgabesystem nach Ausführungsform 15, wobei die Verkapselungschicht von zumindest einem haptischen Element des Arrays haptischer Elemente zwischen der Flexschaltung und der piezoelektrischen Komponente liegt.
17. Haptisches Ausgabesystem nach Ausführungform 15, wobei die Verkapselungschicht von zumindest einem haptischen Element des Arrays der haptischer Elemente aus einem Polymermaterial besteht.
18. Haptisches Ausgabesystem nach Ausführungsform 15, dass ferner ein Display umfasst, das zwischen der Eingabefläche und dem Array von haptischen Elementen angeordnet ist.
19. Haptisches Ausgabesystem nach Ausführungsform 15, wobei die Elektrode von zumindest einem haptischen Element des Arrays der haptischen Elemente eine Wickelelektrode ist.
20. Haptisches Ausgabesystem nach Ausführungsform 15, wobei zumindest ein haptisches Element des Arrays von haptischen Elementen einen Interposer umfasst, der die Elektrode elektrisch mit dem elektrischen Kontakt verbindet.

ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
Zitierte Patentliteratur

US 62/352046 [0001]
US 62/360836 [0001]

Claims

Tragbare elektronische Vorrichtung, umfassend: ein Deckglas; und einen an das Deckglas gekoppelten haptischen Aktor, umfassend: piezoelektrisches Material; und ein Muster von an das piezoelektrische Material gekoppelten Spannungselektroden; wobei: die Spannungselektroden des Spannungselektrodenmusters einzeln steuerbar sind; und das Spannungselektrodenmuster betriebsbereit ist, um verschiedene Teile des piezoelektrischen Materials mit Spannung zu versorgen, um das piezoelektrische Material an einer oder mehreren verschiedenen Stellen zu verformen.
Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die verschiedenen Teile des piezoelektrischen Materials taktile Ausgaben über das Deckglas liefern, wenn Spannung angelegt wird.
Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, in der die Spannungselektroden einen Großteil der positiven polaren Oberfläche des piezoelektrischen Materials abdecken.
Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei der haptische Aktor außerdem ein Muster von Massenelektroden umfasst, die den Großteil der negativen polaren Oberfläche des piezoelektrischen Materials abdecken.
Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das piezoelektrischen Material betriebsbereit ist um auszulenken, je nachdem, wo die Spannung angelegt wird.
Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 5, wobei eine Variation der angebrachten Spannung über die unterschiedlichen Spannungselektroden zu einer Veränderung davon führt, welche der unterschiedlichen Teile des piezoelektrischen Materials auslenken.
Tragbare elektronische Vorrichtung nach Anspruch 1, wobei das piezoelektrische Material physisch kontinuierlich ist.
Elektronische Vorrichtung, umfassend: einen piezoelektrischen Wafer mit einer Oberfläche; Spannungselektroden, die einen Teil der Fläche bedecken und dazwischenliegende Spalten definieren; und eine elektrisch an die Spannungselektroden gekoppelte Verarbeitungseinheit, die so gesteuert werden kann, dass sie durch Variation der an die Spannungselektroden gelieferten Spannungen Auslenkungen an verschiedenen Abschnitten des piezoelektrischen Wafers erzeugt.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Spannungselektroden so geformt sind, dass sie einem haptischen Ausgabebereich entsprechen.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Verarbeitungseinheit eine Auslenkung an einem Abschnitt des piezoelektrischen Wafers erzeugt, der von einer ersten Spannungselektrode abgedeckt wird, indem eine Spannung an die erste Spannungselektrode und keine Spannung an andere, an die erste Spannungselektrode angrenzende Spannungselektroden angelegt wird.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Verarbeitungseinheit eine Auslenkung an einem Abschnitt des abgedeckten piezoelektrischen Wafers erzeugt, indem eine höhere Spannung an eine erste Spannungselektrode der Spannungselektroden und eine niedrigere Spannung an andere Spannungselektroden der Spannungselektroden geliefert wird.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die Verarbeitungseinheit eine Auslenkung an einem Abschnitt des von einer ersten Spannungselektrode der Spannungselektroden abgedeckten piezoelektrischen Wafers erzeugt, durch Liefern: einer ersten Spannung an die erste Spannungselektrode; einer zweiten Spannung an eine zweite Spannungselektrode oder die Spannungselektroden; und einer dritten Spannung an andere Spannungselektroden der Spannungselektroden; wobei: die dritte Spannung höher als die zweite Spannung und niedriger als die erste Spannung ist.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die elektronische Vorrichtung ein Trackpad umfasst.
Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 8, wobei die elektronische Vorrichtung eine Tastatur umfasst.
Haptischer Aktor, umfassend: ein piezoelektrisches Substrat; einen ersten Spannungsleiter, der mit einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gekoppelt ist; und einen zweiten Spannungsleiter, der mit einer Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gekoppelt ist; und von dem ersten Spannungsleiter getrennt ist; wobei: das piezoelektrische Substrat eine haptische Ausgabe an unterschiedlichen Stellen erzeugt, in Abhängigkeit von Spannungen des ersten und des zweiten Spannungsleiters.
Haptischer Aktor nach Anspruch 15, ferner umfassend: einen dritten Spannungsleiter, der mit der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gekoppelt ist, getrennt vom ersten Spannungsleiter; und einen vierten Spannungsleiter, der mit der Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gekoppelt ist, getrennt vom zweiten Spannungsleiter; wobei: ein Kreuzmuster durch die Trennungen zwischen dem ersten, zweiten, dritten und vierten Spannungsleiter definiert wird.
Haptischer Aktor nach Anspruch 15, der ferner einen Masseleiter umfasst, der mit einer zusätzlichen Oberfläche des piezoelektrischen Substrats gekoppelt ist, welche der Oberfläche gegenüberliegt.
Haptischer Aktor nach Anspruch 17, wobei der Masseleiter umfasst: einen ersten Masseleiter, der gegenüber dem ersten Spannungsleiter angeordnet ist; und einen zweiten Masseleiter, der gegenüber dem zweiten Spannungsleiter angeordnet ist.
Haptischer Aktor nach Anspruch 17, wobei der Masseleiter eine gemeinsame Masse für den ersten und den zweiten Spannungsleiter umfasst.
Haptischer Aktor nach Anspruch 15, wobei das piezoelektrische Substrat Blei-Zirkonat-Titanat, ein piezoelektrisches Material auf Kaliumbasis oder Kalium-Natrium-Niobat umfasst.