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SURFACE TACTILE A RETOUR HAPTIQUE
La présente invention concerne une surface tactile à retour haptique, c'est-à-dire comportant un actionneur vibrant apte à transmettre une vibration à la surface tactile, notamment lors de l'activation d'une commande à l'aide de la surface tactile. La présente concerne tout type de surface tactile associée ou non à un écran d'affichage. La présente invention s'applique notamment à des terminaux équipés d'une surface tactile, tels que les téléphones mobiles, les assistants numériques personnels (PDA), les dispositifs d'aide à la navigation (GPS), les lecteurs de fichiers multimédia, et les interfaces de commande pour io ordinateur. Les surfaces tactiles à retour haptique comprennent un ou plusieurs actionneurs vibrants qui sont excités par un signal électrique lorsque le terminal détecte l'introduction d'une commande par l'utilisateur à l'aide de la surface tactile. Une vibration peut ainsi être transmise à l'utilisateur par 15 exemple pour lui signaler que sa commande a bien été prise en compte. Les actionneurs vibrants couramment utilisés dans les surfaces tactiles à retour haptique sont des composants discrets de type piézoélectrique, électromagnétique ou électrostatique, qui sont couplés mécaniquement, directement ou indirectement à une plaque formant la 20 surface tactile, où l'utilisateur pose son doigt ou un stylet. Il en résulte un certain encombrement qui peut être problématique dans un terminal mobile de petites dimensions tel qu'un téléphone, en particulier lorsque la surface tactile est associée à un afficheur. En effet, les éléments vibrants ne peuvent pas être disposés devant l'afficheur, et souvent, il subsiste très peu de place 25 autour de l'afficheur dans le terminal mobile. Il en résulte donc également des coûts de fabrication et d'intégration qui peuvent être non négligeables. Dans les terminaux mobiles, les actionneurs vibrants de type piézoélectrique sont préférés en raison de leur plus faible consommation électrique. Dans un téléphone mobile comportant un écran d'affichage 30 tactile, les actionneurs vibrants sont généralement disposés autour de l'écran d'affichage et font vibrer tout le téléphone, d'où une perte d'énergie importante qui peut réduire d'une manière importante l'autonomie du téléphone mobile. Il est donc souhaitable de proposer un actionneur vibrant de petite dimension, qui soit facilement intégrable dans un objet tel qu'un terminal mobile, n'offrant qu'un petit espace pour loger un tel actionneur. Il est également souhaitable de proposer un actionneur vibrant qui soit économe en énergie électrique consommée, et qui soit capable de transmettre une vibration à une surface tactile avec un rendement élevé. Il est également souhaitable pour améliorer l'ergonomie d'une surface io tactile de restituer une sensation de relief, par exemple le relief de touches d'un clavier. Or l'amplitude des vibrations susceptibles d'être générées par des actionneurs vibrants compatibles avec l'espace et l'énergie électrique disponibles dans un terminal mobile, s'avère insuffisante pour restituer une telle sensation de relief. 15 Des modes de réalisation concernent un procédé de fabrication d'une surface tactile à retour haptique comprenant des étapes de : formation d'une surface tactile comprenant une plaque supérieure présentant une face supérieure sur laquelle un utilisateur est susceptible de faire glisser un doigt, coupler mécaniquement des actionneurs vibrants à la plaque 20 supérieure, former au moins une paire d'électrodes en regard l'une de l'autre, la paire d'électrode comprenant une électrode supérieure sur la plaque supérieure et une électrode inférieure sur une plaque inférieure, et connecter la surface tactile, les actionneurs vibrants et la paire d'électrodes à un circuit de contrôle configuré pour détecter la position et/ou des 25 déplacements d'un objet sur la plaque supérieure, et en fonction de la position de l'objet sur la plaque, déclencher les actionneurs vibrants afin de faire vibrer la plaque supérieure, et/ou appliquer une différence de potentiel aux électrodes, afin de provoquer un déplacement transversal au moins localisé de la plaque supérieure. 30 Selon un mode de réalisation, le procédé comprend une étape d'association d'un afficheur à la surface tactile, les plaques supérieure et inférieure et chaque paire d'électrodes étant transparentes. Selon un mode de réalisation, les électrodes sur les plaques supérieure et inférieure sont formées par des étapes de photolithographie et 35 gravure.
Selon un mode de réalisation, le procédé comprend la formation de plusieurs paires d'électrodes sur les plaques supérieure et inférieure, les électrodes formées sur l'une des plaques constituant des électrodes de la surface tactile utilisées pour détecter la position et/ou des déplacements d'un objet sur la plaque supérieure. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes de formation sur une plaquette d'une structure multicouches par un procédé de fabrication de circuit intégré, la structure multicouches comprenant un élément susceptible de vibrer lorsqu'il est soumis à un signal électrique, et io des électrodes pour transmettre un signal électrique à l'élément vibrant, l'élément vibrant comportant une face de couplage mécanique par laquelle il est apte à transmettre à un objet des vibrations perceptibles par un utilisateur. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes de 15 formation sur la plaquette de plusieurs structures multicouches, simultanément, chaque structure multicouches comprenant un élément susceptible de vibrer lorsqu'il est soumis à un signal électrique, et des électrodes pour transmettre un signal électrique à l'élément vibrant. Selon un mode de réalisation, l'élément vibrant est formé par dépôt 20 sur la plaquette et gravure d'une couche en un matériau piézoélectrique, la plaquette étant en un matériau semi-conducteur ou électriquement isolant. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes de formation de vias traversant la plaquette pour relier électriquement à une face inférieure de la plaquette les électrodes de chaque élément vibrant et 25 l'électrode supérieure, chaque élément vibrant étant formé sur une face supérieure de la plaquette, opposée à la face inférieure. Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes de connexion des vias traversant la plaquette et de chaque électrode supérieure à des vias formés dans la plaque inférieure. 30 Selon un mode de réalisation, le procédé comprend des étapes de connexion des vias traversant la plaquette à une autre plaque, de connexion de chaque électrode supérieure à des vias formés dans la plaque inférieure, et de connexion des vias formés dans la plaque inférieure à l'autre plaque. Des modes de réalisation concernent également une surface tactile 35 comprenant : une plaque supérieure présentant une face supérieure sur laquelle un utilisateur est susceptible de faire glisser un doigt, des actionneurs vibrants couplés mécaniquement à la plaque supérieure, au moins une paire d'électrodes en regard l'une de l'autre, la paire d'électrode comprenant une première électrode sur la plaque supérieure et une seconde électrode sur une plaque inférieure, et n circuit de contrôle connecté à la surface tactile, les actionneurs vibrants et la paire d'électrodes, et configuré pour détecter la position et/ou des déplacements d'un objet sur la plaque supérieure, et en fonction de la position de l'objet sur la plaque, déclencher les actionneurs vibrants afin de faire vibrer la plaque supérieure, et/ou appliquer une différence de potentiel aux électrodes, afin de provoquer un déplacement transversal au moins localisé de la plaque supérieure. io Selon un mode de réalisation, les actionneurs vibrants comprennent chacun un bloc en un matériau piézoélectrique, tel que le PZT. Selon un mode de réalisation, la surface tactile comprend plusieurs paires d'électrodes qui sont connectées au circuit de contrôle de manière à pouvoir être excitées indépendamment les unes des autres. 15 Selon un mode de réalisation, le circuit de contrôle est configuré pour utiliser les électrodes supérieures et/ou les électrodes inférieures afin de détecter et localiser un objet sur la face supérieure de la plaque supérieure. Des modes de réalisation concernent également un afficheur associé à une surface tactile telle que précédemment définie, les plaques supérieure 20 et inférieure et les électrodes supérieures et inférieures étant réalisées en des matériaux transparents. Des modes de réalisation concernent également un terminal comprenant un afficheur ou une surface tactile, tels que définis précédemment. 25 Des exemples de réalisation de l'invention seront décrits dans ce qui suit, à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la figure 1 représente schématiquement en coupe une surface tactile comportant un dispositif vibrant, selon un mode de réalisation, 30 les figures 2 à 5 représentent schématiquement en coupe une surface tactile équipée d'actionneurs vibrants, selon divers modes de réalisation, les figures 6A à 6F sont des vues en coupe d'une plaquette, à différentes étapes de fabrication d'un actionneur vibrant, selon un mode de 35 réalisation, La figure 1 représente un dispositif de surface tactile comprenant une surface tactile CTS associée à des actionneurs vibrants PA. Les actionneurs vibrants PA sont couplés mécaniquement à une plaque PLI présentant une face supérieure sur laquelle un utilisateur est susceptible de poser ou de faire glisser un doigt. Les actionneurs PA et la surface tactile CTS sont commandés par un circuit de contrôle CNTC. Le circuit CNTC contrôle la surface tactile CTS pour détecter et localiser des objets tels que le doigt d'un utilisateur sur la face supérieure de la plaque PLI . Selon un mode de réalisation, la plaque PLI comprend une ou io plusieurs électrodes El, et est associée à une plaque inférieure PL2 sur laquelle une électrode E2 est formée en regard de chaque électrode E1. Les électrodes El, E2 en regard l'une de l'autre sont soumises temporairement par le circuit CNTC à une différence de potentiel apte à provoquer une déformation au moins locale de la plaque PLI. Cette déformation locale 15 résulte d'une force d'attraction électrostatique générée par la différence de potentiel fournie aux électrodes El, E2. La plaque PLI est susceptible de se déformer avec élasticité sous l'effet des forces électrostatiques ainsi générées. En revanche, la plaque PL2 peut présenter une rigidité plus importante que la plaque PLI dans la mesure où il n'est pas nécessaire 20 qu'elle se déforme. Selon un mode de réalisation, le circuit CNTC est configuré pour détecter la position et/ou des déplacements d'un objet tel qu'un doigt sur la plaque PLI, et en fonction de la position de l'objet détecté sur la plaque PLI, déclencher les actionneurs PA afin d'émettre des vibrations et/ou appliquer 25 une différence de potentiel aux électrodes El, E2, afin de provoquer un déplacement transversal au moins localisé de face externe de la plaque PLI. Bien entendu les vibrations appliquées par les actionneurs PA et les déplacements appliqués par les électrodes à la plaque PLI présentent des amplitudes suffisantes pour être perceptibles par un utilisateur ayant un 30 doigt en contact avec la plaque PLI. La figure 2 représente une surface tactile équipée d'actionneurs vibrants et d'électrodes pour déformer ou déplacer au moins localement une plaque supérieure sur laquelle un doigt de l'utilisateur peut glisser. La surface tactile comprend une plaque supérieure GL1 et une plaque 35 inférieure GL2. La plaque GL1 présente une face inférieure sur laquelle sont formées les électrodes E1. Des actionneurs vibrants sont interposés entre la face inférieure de la plaque GL1 et une face supérieure de la plaque GL2. Chacun des actionneurs vibrant est formé sur une plaquette SB et comprend un élément vibrant PA disposé contre la face inférieure de la plaque GL1. La plaque GL2 comprend des électrodes E2 formées sur sa face supérieure en contact avec la plaquette SB des actionneurs vibrants. Des vias V1, V2, V3, V4 traversant les actionneurs vibrants sont prévus pour relier électriquement des électrodes des actionneurs vibrants et les électrodes El à des plages de connexion formées sur la face inférieure de la plaquette SB. La plaque io GL2 comprend également des vias traversants V7, V8, V9, V5 pour assurer la liaison électrique des plages de connexion formées sur la face inférieure de la plaquette SB, ainsi que des électrodes E2, avec des plages de connexion formées sur la face inférieure de la plaque GL2. Les plages de connexion sur la face inférieure de la plaque GL2 peuvent ensuite être 15 soudées à des pistes conductrices formées sur une plaque PCB par exemple par des billes de connexion BP1, BP2, BP3, BP5. La plaque PCB est par exemple une plaque de circuit imprimé ou un substrat BGA (Bali Grid Array). La figure 3 représente une surface tactile équipée d'actionneurs 20 vibrants et d'électrodes, selon un autre mode de réalisation. La surface tactile de la figure 3 diffère de celle représentée sur la figure 2 en ce que la plaquette SB sur laquelle sont formés chacun des actionneurs PA est directement connectée à la plaque PCB, par exemple par l'intermédiaire des billes de connexion BP1, BP2, BP3. Les vias V3, V4 assurent donc la 25 connexion électrique directe des électrodes El à la plaque PCB. Les électrodes E2 sont formées sur une autre plaque GL3 disposée entre les plaques GL1 et PCB et entre les actionneurs PA. Les électrodes E2 peuvent être reliées électriquement à la plaque PCB par l'intermédiaire de vias V6 traversant la plaque GL2 et par exemple par des billes de connexion BP6. 30 Des entretoises MS peuvent être prévues pour maintenir l'écartement des plaques GL1 et PCB au voisinage des actionneurs PA. Selon un mode de réalisation, les électrodes El, E2 sont uniques et donc peuvent recouvrir la totalité de la surface de la plaque GL et de l'une ou l'autre des plaques GL2, GL3, en regard de la surface tactile. Selon un 35 autre mode de réalisation, plusieurs électrodes El, E2 sont réparties sur la surface de chaque plaque GL1 et GL2 ou GL3, en regard de la surface tactile, de manière à former des paires d'électrodes El, E2 en regard l'une de l'autre. Les paires d'électrodes El, E2 peuvent être commandées d'une manière indépendante afin d'obtenir des déformations locales de la plaque GL1, en fonction de positions d'objets détectés par la surface tactile sur la plaque GL1. Les actionneurs vibrants PA comprennent alors des vias V3, V4 en nombre suffisant pour assurer des connexions indépendantes des électrodes El vers la plaque PCB. Par ailleurs, dans le mode de réalisation de la figure 2, la plaque GL2 comprend des vias V5, V9 en nombre suffisant io pour assurer des connexions indépendantes des électrodes E2 et El à la plaque PCB. Dans le mode de réalisation de la figure 3, la plaque GL3 comprend des vias V6 en nombre suffisant pour assurer des connexions indépendantes des électrodes E2 à la plaque PCB. Il est à noter qu'il n'est pas nécessaire que les électrodes soient 15 formées sur des faces des plaques GL1, GL2 ou GL3 qui se font face. Les électrodes peuvent en effet être formées sur les autres faces des plaques GL1, GL2, GL3 sans affecter notablement les forces électrostatiques susceptibles d'être générées par les électrodes, dès lors que les électrodes de chaque paire d'électrodes sont formées en regard l'une de l'autre ou 20 présentent au moins des parties respectives en regard l'une de l'autre. Selon un mode de réalisation, les électrodes El et/ou E2 peuvent être les électrodes de la surface tactile utilisées pour la détection et la localisation d'objets sur la plaque GL1. Le circuit de contrôle CNCT peut alors être configuré pour utiliser les électrodes El et/ou (E2) afin de détecter 25 et localiser un objet sur la face supérieure de la plaque GL1, et en particulier pour générer un signal de détection par démodulation ou filtrage de signaux fournis par les électrodes El et/ou E2, en utilisant les signaux fournis aux électrodes pour générer les forces électrostatiques. Selon des modes de réalisation, la surface tactile est associée à un 30 afficheur, par exemple à cristaux liquides. Dans ce cas, les plaques GL1, et GL2 ou GL3, ainsi que les électrodes El, E2 sont transparentes. La plaque PCB comporte une fenêtre centrale en regard de laquelle sont disposés l'afficheur, et la surface tactile si celles-ci comporte des électrodes distinctes des électrodes El, E2. Ainsi, la figure 4 représente une surface tactile qui 35 diffère de celle de la figure 2 en ce que la plaque PCB présente une fenêtre centrale en regard de laquelle est disposé un afficheur DSP. La figure 5 représente une surface tactile qui diffère de celle de la figure 3 en ce que la plaque PCB présente une fenêtre centrale en regard de laquelle est disposé l'afficheur DSP. Sur les figures 4 et 5, tous les vias V1 à V9 sont disposés autour de l'afficheur DSP. Selon un mode de réalisation, les actionneurs vibrants PA sont formés sur une plaquette en faisant appel à des techniques de fabrication de circuits intégrés, et en particulier des techniques de micro photolithographie, et de micro gravure d'un substrat. La plaquette formant le substrat peut être io en un matériau semi-conducteur, mais pas nécessairement. Ainsi, la plaquette peut être en silicium, ou tout matériau électriquement isolant qui soit compatible avec les techniques de fabrication de circuits intégrés, et avec les températures nécessaires aux différents traitements de formation d'un actionneur vibrant décrits dans ce qui suit. 15 Ainsi, les figures 6A à 6F représentent en coupe une plaquette SB à différentes étapes de fabrication d'un actionneur vibrant. Sur la figure 6A, une ou plusieurs pistes conductrices formant chacune une électrode inférieure LE d'élément vibrant et une piste de connexion de l'électrode LE, sont formées sur la plaquette SB. Chaque électrode LE peut être formée 20 d'une manière classique en déposant une couche de métal, par exemple en or ou en titane par pulvérisation cathodique sur la plaquette SB. Une couche de résine photosensible est ensuite déposée sur la couche métallique, puis un motif de masque est transféré à la couche photosensible, et les parties exposées de la couche métallique sont retirées. 25 Sur la figure 6B, une couche PL en un matériau susceptible de vibrer sous l'effet d'un signal électrique, par exemple un matériau piézoélectrique, est déposée sur la plaquette SB. Le matériau piézoélectrique est par exemple un matériau piézoélectrique tel qu'un oxyde piézoélectrique comme le PZT (Titano-Zirconate de Plomb - Pb(Zr,Ti1_,)O3), le titanate de plomb 30 (PbTiO3), ou le titanate de baryum (BaTiO3). Ce matériau peut être déposé sur la plaquette SB par un procédé SOL-GEL en faisant tourner la plaquette, et en appliquant à la couche ainsi déposée un recuit atteignant progressivement 700°C pour le PZT. Une couche de résine photosensible PR est ensuite déposée sur la plaquette SB, et un motif de masque est 35 transféré à la couche PR. Le motif de masque permet de dégager les parties à retirer de la couche PL. Le retrait de la couche PL est par exemple effectué par plasma couplé par induction ICP (Inductively Coupled Plasma). La couche PR est ensuite retirée. Il ne subsiste alors qu'un bloc VA en matériau piézoélectrique, sur chaque électrode LE (figure 6C). Le matériau formant chaque bloc VA est apte à générer une vibration qui soit perceptible par un utilisateur, lorsque le matériau est soumis à une excitation électrique. Sur la figure 6C, une couche électriquement isolante IS peut être déposée sur certaines parties des pistes conductrices connectées aux électrodes LE, et sur certaines parties du bloc VA. La couche IS peut être io déposée comme précédemment, en déposant sur la plaquette SB, un matériau électriquement isolant, puis une couche de résine photosensible, et en transférant à la couche photosensible un motif de masque. Les parties exposées de la couche isolante sont ensuite gravées, et la couche photosensible est ensuite retirée. 15 Sur la figure 6D, une électrode supérieure UE d'élément vibrant et une piste de connexion de l'électrode UE sont formées sur chaque bloc VA et sur certaines parties de la couche isolante IS. L'électrode UE et la piste de connexion de l'électrode UE peuvent être formées comme précédemment, par exemple en déposant une couche métallique par 20 pulvérisation cathodique et gravure de la couche métallique. Le métal utilisé pour former l'électrode UE est par exemple du chrome ou du nickel. L'ensemble du bloc VA, des électrodes LE, UE et de la couche isolante IS entre les pistes de connexion des électrodes LE, UE forme un élément vibrant PA. Il est à noter que la formation d'une couche isolante IS entre les 25 pistes conductrices de connexion des deux électrodes LE, UE peut ne pas être nécessaire, notamment si les pistes conductrices de connexion des électrodes s'étendent sur la plaquette à partir de deux côtés différents du bloc VA. Une ou plusieurs pistes conductrices CT pour connecter chacune une électrode E1, peuvent être formées en même temps que l'électrode UE. 30 Sur les figures 6E et 6F, des vias traversant la plaquette SB peuvent être formés pour relier électriquement à la face inférieure de la plaquette SB, l'une et/ou l'autre des pistes conductrices de connexion des électrodes LE, UE de chaque élément vibrant PA, ainsi que les pistes de connexion CT des électrodes E1, formées sur la face supérieure de la plaquette SB. A cet effet, 35 des trous métallisés V1, V2, V3 sont formés dans la plaquette SB, dans i0
chaque piste conductrice à relier en face arrière de la plaquette (figure 6E). La face supérieure de la plaquette SB peut être recouverte d'une couche de résine afin de former une surface sensiblement plane prévue pour être appliquée contre la face inférieure de la plaque GL1. Pour assurer la connexion des électrodes El, la couche de résine est gravée de manière à y former un trou jusqu'à une plage de liaison électrique avec les vias V1, V2, V3. Le trou est ensuite rempli d'un matériau électriquement conducteur. La plaquette SB est ensuite amincie, par exemple par polissage mécanique de sa face inférieure, jusqu'à ce que le métal déposé dans io chaque trou apparaisse sur la face inférieure de la plaquette SB (Figure 6F). Chaque trou métallisé débouchant en face arrière de la plaquette SB forme ainsi un via traversant V1, V2, V3. Sur la figure 6F, des pistes conductrices de routage BT1, BT2, BT3 reliées aux vias traversants V1, V2, V3, sont formées sur la face inférieure de la plaquette SB. La plaquette SB peut être 15 ensuite découpée pour obtenir des actionneurs vibrants comportant un ou plusieurs éléments vibrants VA, par exemple disposés en rangée. Les électrodes El, E2 peuvent également être formées sur les plaques GL1, GL2, GL3 par des techniques classiques de photolithographie et de gravure, utilisées pour la fabrication de circuits intégrés, que les 20 plaques soient opaques ou transparentes, par exemple en verre. Si les électrodes El, E2 sont transparentes, elles peuvent être réalisées en oxyde d'indium dopé à l'étain ITO (Indium tin oxide). Il apparaîtra clairement à l'homme de l'art que la présente invention est susceptible de diverses variantes de réalisation et diverses applications.
25 En particulier, l'invention n'est pas limitée à l'utilisation d'éléments vibrants de type piézoélectrique. Tout autre type d'élément vibrant tel que le type électromagnétique ou électrostatique, peut être utilisé dans le cadre de la présente invention. D'autres d'éléments vibrants peuvent en effet convenir dans les applications visées. Ainsi, chaque élément vibrant peut être réalisé 30 en formant sur la plaquette SB, une bobine axée soit perpendiculairement soit parallèlement à la plaquette, l'intérieur de la bobine étant rempli d'un matériau à forte permittivité magnétique tel que le NiCr, le CoFe ou un permalloy.