WO2020151782A1 - Modul für eine anzeige- und/oder bedienvorrichtung, anzeige- und/oder bedienvorrichtung, verfahren zur herstellung eines moduls und fortbewegungsmittel - Google Patents

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display
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Thomas Tille
Florian MIEDL
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Bayerische Motoren Werke Aktiengesellschaft
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Definitions

  • the invention relates to a module for a display and / or control device, a method for producing a module, a display device and a
  • a haptic feedback of a display device to a user can currently be realized, in particular by a vibration when touched by the user, by means of piezo actuators or by the movement of the display or the surface by a magnet or an electric motor.
  • the piezo actuators with mechanical coupling elements which are generally not transparent, must be arranged in the edge region of the display, since the piezo actuators and the mechanical coupling elements otherwise restrict the view of the display.
  • US 2012/0313874 A1 and US 2012/0313766 A1 disclose piezo actuators which are attached to the edge of a display device.
  • the piezo actuators are completely coated on two sides with continuous electrodes. If an object touches the display, e.g. a finger, an electrical voltage is applied to the electrodes. As a result, the piezo actuators are excited to vibrate via the piezoelectric effect and the object which touches the display device receives haptic feedback or feedback. However, the haptic feedback takes place simultaneously on the entire display. This means that sections of the display cannot be individually stimulated for haptic feedback.
  • the arrangement of the piezo actuators in the edge area of the display also requires additional mechanical coupling elements.
  • known touch surfaces in particular touch displays, have anti-reflective surface coatings, regardless of the design.
  • touch sensors, haptic actuators, anti-gloss, Anti-fingerprint and anti-reflection coatings can be realized with different techniques.
  • the simultaneous technical implementation of a touch sensor system, a haptic actuator system, an anti-gloss coating, an anti-fingerprint coating and an anti-reflection coating must be carried out using heterogeneous manufacturing steps and using different materials.
  • the system properties of touch surfaces manufactured in this way are limited with regard to the installation space and the haptic effect.
  • the present invention relates to a module for a display and / or operating device (e.g. for a display device).
  • a “module” is understood to mean a component which, in particular, on the area of a display and / or operating device, which is a graphic
  • a “display device” can also comprise a decorative surface. The module can focus on such an area
  • Display and / or control device are glued.
  • the module is transparent due to the features described below.
  • Transparency here means in particular a colorless transparency, such as that of a window glass.
  • the term of transparency used here at least requires that the graphically represented contents of a display of a display and / or operating device must be recognizable or visible for an observer through the module.
  • the module comprises a transparent substrate which is coated with a second transparent electrode.
  • the second transparent substrate which is coated with a second transparent electrode.
  • Electrode material is in turn coated on its other side with a second surface of a transparent piezoelectric material.
  • the second electrode is between the substrate and the transparent one Piezoelectric material "sandwiched" arranged.
  • a first surface of the transparent piezoelectric material is coated with a first transparent electrode.
  • the first and the second surface of the transparent piezoelectric layer run parallel.
  • the electrodes are arranged on opposite surfaces of the transparent piezoelectric layer.
  • the first transparent electrode here comprises a first matrix of electrode islands.
  • Electrode islands are to be understood as components of the first matrix which are insulated from one another (which are in particular arranged at a distance from one another).
  • the matrix which is formed by the electrode islands can be configured in the form of a “V” and / or a “W” and or in the form of a “checkerboard pattern” or in the form of a cross. It is particularly important here that the electrode islands are spaced apart from one another.
  • Each electrode island can be connected to a voltage source. So electrode islands can be understood as individual layers of the transparent material (e.g. indium tin oxide) of the first electrode, which do not touch each other and which as
  • Piezoelectric layer are arranged distributed. These layers can be both polygonal, in particular rectangular, and elliptical.
  • an electrode island can be arranged at a distance from the edge of the second surface. This means that the electrode island does not touch the edge of the first surface.
  • the module according to the invention comprises an interconnect arrangement with at least one first interconnect.
  • the conductor track arrangement can contain five to 200 conductor tracks.
  • at least the first conductor track is electrical with at least one of the
  • the electrode island can have a
  • Circuit arrangement comprising at least a first conductor track with an electrode pad, which is arranged outside the first surface and has a path to a voltage source, are supplied with current.
  • haptic feedback can be caused by the vibration of the transparent substrate at any position of the module.
  • haptic feedback can thus be caused at any point on this surface.
  • Location selectivity can be achieved by varying the vibration of the entire plate depending on the finger position.
  • At least the first conductor track and / or one of the electrode islands has a rough surface structure with a maximum roughness depth of 4 pm.
  • the "maximum roughness depth” is the vertical difference between the deepest grooves and the highest peak within the total measuring distance
  • the grooves and peaks that define the roughness depth can form an ordered, in particular in the form of a moth eye surface, or an unordered surface structure.
  • the first and / or the second electrode can be, for example, graphene and / or indium tin oxide (ITO) and / or silver nanowires and / or carbon nanotubes (CNT) and / or conductive polymers and / or Al-doped ZnO and / or nitrogen-doped diamond-like carbon and / or have carbon nanowires.
  • ITO indium tin oxide
  • CNT carbon nanotubes
  • conductive polymers and / or Al-doped ZnO and / or nitrogen-doped diamond-like carbon and / or have carbon nanowires.
  • the layer thickness is not critical. The layer thickness should only be such that the unevenness listed above can be realized.
  • lead zirconate titanate (Pb (Zr x Tii- x ) 0 3 ) and / or lead titanate (PbTiC> 3) and / or barium titanate (BaTiCh) and / or sodium iniobate (NaNbOs) and / or potassium niobate come as transparent piezoelectric materials for the piezoelectric layer (KNbCh) a lithium-doped potassium sodium niobate (K, Na) i- x Li x NbC> 3 and / or scandium aluminum nitride (AIScN), in question.
  • the layer thickness is not critical. The layer thickness should only be such that the unevenness listed above can be realized.
  • Layer thickness of the piezoelectric material for the piezoelectric layer is in particular 150 to 1500 nm. With smaller layer thicknesses, it may not be possible to apply sufficiently high voltages to the piezoelectric layer, while problems with mechanical layer tensions and reduced transparency can occur if the layer thicknesses are too high.
  • the electrode islands can in particular have side lengths and / or diameters from 20 pm to 500 pm. With smaller side lengths and / or
  • Diameters can lead to unfavorable space losses in favor of wiring.
  • the module for a display and / or control device can on the part of the display and / or control device on which the graphic
  • Display contents are displayed and / or offered for interaction (i.e. the display).
  • the free side ie the uncoated side of the substrate
  • the free side can be applied directly to the display of the display and / or operating device. Due to the spatially immediately adjacent arrangement of the transparent electrodes to the piezoelectric material, additional mechanical coupling interfaces can be dispensed with, which makes the module easier and cheaper to manufacture.
  • additional mechanical coupling interfaces can be dispensed with, which makes the module easier and cheaper to manufacture.
  • at least one electrode island of the first matrix from the edge of the first surface, any position on the
  • the transparent module can be used for selective haptic feedback by exciting the piezoelectric material. Furthermore, the transparent module according to the invention can be used to reduce the distortion of graphic display contents, which occurs, for example, in the known non-transparent piezo actuators.
  • the electrode islands and the conductor tracks combine a haptic actuator system, an anti-gloss coating, an anti-fingerprint coating and an anti-reflection coating as an integrated approach. Due to the omission of additional components, the module performance can be improved, since a haptic feedback, an anti-gloss effect and a Anti-fingerprint effect and an anti-reflection coating
  • Installation space can be minimized compared to the known solutions. This reduces the development and system costs and the
  • Anti-gloss surfaces are understood to mean, in particular, scattering surfaces with a less strongly directed and diffuse reflection. “Antireflection” means in particular a reduction in the reflected light intensity through absorption of the light.
  • the first and the second surface of the transparent piezoelectric layer are parallel to one another.
  • the first and second electrodes are mounted on opposite sides of the transparent piezoelectric layer. In this way, haptic feedback can be ideally implemented.
  • At least one of the electrode islands is arranged at a distance from an edge of the first surface.
  • the electrode island can be arranged arbitrarily on the center and / or on a quadrant of the piezoelectric layer.
  • two or more electrode islands can be arranged at a distance from the edge of the first surface. All electrode islands are particularly advantageously arranged at a distance from the edge.
  • the electrodes spaced from the edge can have a line which leads to the
  • a haptic feedback can be generated at any desired position of the module on electrode islands.
  • At least one of the electrode islands has its own independent one
  • Voltage path to a voltage source there is a separate and independent circuit path for at least one of the electrode islands of the first matrix, which is set up to electrically connect the electrode island to a voltage source.
  • This can be, for example, a conductor track which is connected with one as described above Electrode pad is connected.
  • This circuit path also includes
  • a transistor and / or a switch and / or a relay which connects the current path to a voltage source independently of the
  • Switching paths of the other electrode islands closes.
  • a small region of the module according to the invention can thus be selectively controlled individually and independently.
  • at least two and in particular all of the electrode islands can each have their own independent circuit path to their own independent voltage source.
  • the electrode island comprises an elliptical and / or a polygonal, in particular a square, shape.
  • a circular shape can also fall under the elliptical shape.
  • Punctiform electrode islands are also conceivable.
  • a lamella structure of the first matrix can also be formed.
  • the second transparent electrode comprises a second matrix with a plurality of electrode islands.
  • the electrode islands of the first matrix and the second matrix are arranged congruently with one another. In this way, spatially optimized excitation of the piezoelectric layer can take place.
  • the module according to the invention comprises an anti-scratch coating and / or a hydrophobic coating. In this way, the service life of the electrode islands or the conductor tracks can be increased significantly. As anti-scratch coatings come
  • the electrode islands and / or the conductor track arrangement or the conductor tracks of the conductor track arrangement can have a regular surface structure with a maximum roughness depth of 300 to 700 nm, in particular 350 to 550 nm and one have an average distance between the elevations defining the roughness of 150 to 300 nm, in particular 200 to 300 nm.
  • distance is meant in particular a radial distance in all directions of a plane in which the elevations are located.
  • the electrode islands and / or the conductor tracks of the conductor track arrangement comprise surface cavities.
  • surface cavities can have a maximum roughness depth of 4 pm.
  • the present invention relates to a method for producing a module according to the first aspect of the invention.
  • a transparent substrate e.g. a glass plate and / or a transparent plastic, coated with the second transparent electrode.
  • the electrode is structured using a lithography process.
  • the transparent piezoelectric material e.g. lead zirconate titanate and / or doped and / or undoped aluminum nitride
  • the transparent piezoelectric material is then deposited on the second transparent electrode. This can be done using a conventional sputtering method, for example.
  • a conventional sol-gel process is also possible, for example. In the case of the sol-gel process, in particular a further drying step can take place.
  • the transparent piezoelectric material is coated on its first surface with a first matrix of electrode islands, at least one electrode island having a rough surface structure with a maximum roughness depth of 4 pm.
  • the coating can, as already described above, by sputtering respectively.
  • the rough surface structure can be generated by means of dry etching and / or lithography (or one
  • the step of generating the rough surface structure can take place in particular after the coating.
  • the rough surface structure preferably comprises a moth eye structure.
  • the conductor tracks, preferably metal components, are in particular also made with a physical
  • Coating technology corresponds to the technology used for coating the substrate.
  • the coatings can be structured, for example, by means of a lithography process and / or a dry etching process.
  • physical processes e.g. through argon ion bombardment
  • chemical processes e.g. Etching with chlorine-containing gases (especially when structuring AIN or ScAIN) is conceivable with the help of an etching mask.
  • the structuring can also be carried out using laser techniques. So can
  • a module with a haptic actuator, anti-gloss, anti-fingerprint and anti-reflection coating can be manufactured within a manufacturing process without the need for additional production steps and production materials.
  • production costs can be reduced because of materials as well
  • the invention relates to a display and / or operating device comprising a module according to the first aspect.
  • the module is arranged as a transparent module on the display area or the display of the display and / or control device.
  • the display and / or operating device can be an evaluation unit, e.g. a CPU and / or a microcontroller.
  • the display and / or operating device can be an evaluation unit, e.g. a CPU and / or a microcontroller.
  • a sensor e.g. a camera and / or one
  • Touch sensor e.g. a sensor glass included.
  • the display and / or operating device can comprise a voltage source.
  • the first and second transparent electrodes, in particular the electrode islands of the first and / or second matrix, can be connected to the voltage source.
  • the evaluation unit is set up to close the circuit with the two transparent electrodes and the voltage source via the control of switches and / or transistors and / or relays and thus to ensure that a potential is present on the transparent electrodes for exciting the piezoelectric material.
  • the evaluation unit can thus also cause a potential to be present at individual electrode islands in order to excite the transparent piezoelectric layer at the position of the respective electrode island and thus to provide haptic feedback at any position of the transparent module.
  • Motion sensor and / or the camera can also be used with the
  • the evaluation unit can be set up to apply a potential at this point by connecting the electrodes accordingly.
  • the invention relates to a means of transportation comprising a display and / or operating device according to the third aspect.
  • the display and / or control device is fixed in the third aspect.
  • Means of transportation installed and not designed as a portable device.
  • automobiles in particular cars and / or trucks and / or planes and / or ships and / or motorcycles, are suitable as means of transportation in the sense of the invention.
  • FIG. 1a shows an embodiment of a module according to the invention
  • Figure 1b shows an embodiment of the display and / or
  • FIG. 2 shows an embodiment of the module according to the invention
  • Figure 3 shows an embodiment of an inventive
  • FIG. 4 is a flow diagram of an embodiment of the invention
  • Figure 5a is a microscopic representation of a scatter during a
  • FIG. 5b shows a macroscopic representation of a scattering on a
  • FIG. 6 shows an embodiment of the module according to the invention
  • Figure 7 is a cross section of an embodiment of an inventive
  • FIG. 8a shows a representation of a reduction in the reflection intensity on an embodiment of an electrode island according to the invention with an ordered surface structure
  • Figure 8b is a microscopic representation of an ordered
  • FIG. 9a shows an overview of technical implementation options for an anti-fingerprint effect for the electrode islands according to the invention.
  • FIG. 9b shows a macroscopic representation of the anti-fingerprint effect of an embodiment of the electrode island according to the invention.
  • FIG. 1a shows an embodiment of a module 1 according to the invention.
  • the electrode islands 3a, 3b, 3c are a first matrix of a first
  • transparent electrode 3 arranged in a "W shape".
  • An electrical voltage can be applied independently and separately to the electrode islands 3a, 3b, 3c using the lines 5 and the first electrode pads 6 and a circuit arranged thereon. Furthermore, the transparent one
  • Piezoelectric layer 2 (eg AIScN) coated with electrode islands 3a, 3b, 3c, which have, for example, indium tin oxide.
  • the dashed circular line shows the second transparent electrode 4, which has, for example, indium tin oxide.
  • the second transparent electrode 4 can be connected or connected to a second electrode pad 7, which is likewise arranged beneath the piezoelectric material 2 and is only shown for illustrative purposes.
  • the second transparent electrode 4 (below the transparent piezoelectric material 2) is arranged on a transparent substrate 12, for example glass.
  • FIG. 1b shows an embodiment of the display and / or operating device 10 according to the invention.
  • a cross section AA of the module 1 according to the invention is shown.
  • a display 9 which serves to display the contents of the display and for interaction by a user, and a sensor 11, in particular a sensor glass, are shown here.
  • the sensor 11 can, for example, detect the finger 23 of a user who wants to interact with the content of the display 9 by touching it. After this has been detected by the sensor 11, a time-varying electrical voltage between the respective
  • Electrode island 3a, 3b, 3c and the second transparent electrodes 4 applied.
  • a vibration of the transparent piezoelectric layer 2 is generated on one or more specific first electrode islands 3a, which causes the transparent substrate 12 to vibrate.
  • the user experiences the vibration or a haptic feedback at the position of his finger 23.
  • FIG. 2 shows an embodiment of the module 1 according to the invention in order to illustrate the independent and separate switching paths of the electrode islands 3a, 3b, 3c.
  • the second transparent electrode 4 and the
  • Electrode islands 3a, 3b, 3c can be selectively connected to a voltage source 13. Furthermore, it is possible for each pair of electrodes comprising electrode island 3a, 3b, 3c and second transparent electrode 4 to have an individual voltage source. By closing one of the switches S1, S2, S3, one of the electrode islands 3a, 3b, 3c can be controlled separately. If an electrical voltage is only to be applied to a first electrode island 3a, the first switch S1 can be closed. If this is to be done for the first and third electrode islands 3a, 3c, the first and third switches S1, S3 can be closed, etc. The closing and opening of switches S1, S2, S3 can be controlled by means of an evaluation unit 8.
  • Figure 3 shows an embodiment of an inventive
  • Means of transportation 20 comprising one
  • FIG. 4 shows a flow diagram of an embodiment of the method according to the invention for producing a module 1 for a display and / or Operating device 10.
  • the transparent substrate 12 is coated with a second transparent electrode 4, for example indium tin oxide, via a physical gas deposition process.
  • the second transparent electrode 4 is structured.
  • the second transparent electrode 4 is coated with a transparent piezoelectric material (eg AIScN or PZT); for example by sputtering and / or a sol-gel process.
  • a transparent piezoelectric material eg AIScN or PZT
  • the transparent piezoelectric layer 2 is coated by means of physical gas deposition (e.g. with indium tin oxide and metals, e.g. silver for the conductor tracks 24a-24e) around a matrix with electrode islands 3a, 3b, 3c, i.e. a first transparent one
  • physical gas deposition e.g. with indium tin oxide and metals, e.g. silver for the conductor tracks 24a-24e
  • the matrix and the conductor tracks 24a-24e are structured in order to obtain the module 1 according to the invention.
  • Surface structures have an unordered rough surface structure with a maximum roughness depth of 1 pm. Otherwise, ordered structures with elevations with a height of 500 nm can also be produced, the elevations being at an average distance of 250 nm between them in the radial direction. Such a structure is also called
  • FIG. 5a shows a microscopic representation of one through the rough one
  • This scatter is represented by the arrows pointing away from the surface of the electrode island 3a.
  • the surface has an unordered roughness structure, in which the maximum roughness depth e.g. Is 2 pm.
  • FIG. 5b shows a macroscopic representation of the anti-shine effect produced by the microscopic structure of FIG. 5a.
  • the first electrode island 3a on the left side has a surface structure as shown in FIG. 5a.
  • the first glow G1 on the left side is evident from the scatter weakened.
  • the second electrode island 3b on the right side which is separated from the left electrode island by the dividing line T, has none
  • FIG. 6 shows an embodiment of a module 1 according to the invention.
  • the module comprises electrode islands 3a to 3c, a transparent piezoelectric layer 2 and a conductor track arrangement comprising first to fifth conductor tracks 24a to 24e.
  • the electrode islands 3a to 3c etc. are connected to the conductor tracks 24a to 24e.
  • FIG. 7 shows a cross-sectional illustration of the module 1 according to the invention.
  • the electrode islands 3a, 3b and the conductor tracks 24a to 24e are additionally coated with a hydrophobic coating 26.
  • FIG. 8a shows a reduction in the reflection intensity due to
  • FIG. 8b shows a TEM image of the surface or moth eye structure mentioned in the description of FIG. 8a.
  • FIG. 9a shows possible implementations of the anti-fingerprint coating according to the invention.
  • the first electrode island 3a of this figure is coated with a hydrophobic substance 26, which has a low
  • the third electrode island 3c has cavities with a maximum roughness depth of, for example, 3 pm. In this way, a film of grease, which can arise due to a fingerprint, for example, is less able to adsorb on the surface. This results in an anti-fingerprint coating. Furthermore, the properties of a hydrophobic coating 26 and a
  • Rough surface structuring according to the invention can be combined with one another, as is shown for the fourth electrode island 3d.
  • FIG. 9b shows a comparison of a first fingerprint F1 and a second fingerprint F2 on the fourth electrode island 3d and the second
  • Electrode island 3b The fourth electrode island 3d has a hydrophobic one
  • the second electrode island 3b only has a hydrophilic one
  • ITO is deposited on a transparent substrate by means of sputter deposition. Subsequent structuring takes place using lithography and dry etching. This is followed by sputter deposition of ScAIN onto the existing layer and subsequent structuring using lithography and dry etching. In the next step, ITO is deposited using sputter deposition and then structured using lithography and dry etching. Finally, there is an all-over
  • a passivation layer e.g. by Low Pressure Chemical Vapor Deposition (LPCVD) and / or Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition (PECVD) and / or sputtering
  • LPCVD Low Pressure Chemical Vapor Deposition
  • PECVD Plasma-enhanced Chemical Vapor Deposition
  • Electrodes are electrically contacted to the control by lithography and dry etching. Reference symbol list:

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Abstract

Modul (1) für eine Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung (10), wobei das Modul (1) eine erste transparente Elektrode (3) mit einer ersten Matrix mehrerer Elektrodeninseln (3a, 3b, 3c); eine transparente piezoelektrische Schicht (2) mit einer ersten und einer zweiten Fläche; eine zweite transparente Elektrode (4); ein transparentes Substrat (12); und eine Leiterbahnanordnung (25) mit mindestens einer ersten Leiterbahn (24a) auf der transparenten piezoelektrischen Schicht (2) umfasst, wobei die Elektrodeninseln (3a, 3b, 3c) elektrisch voneinander isoliert auf der ersten Fläche des transparenten piezoelektrischen Materials (2) angeordnet sind, und mindestens die erste Leiterbahn (24a) der Leiterbahnanordnung (25) mit mindestens einer der Elektrodeninseln (3a, 3b, 3c) elektrisch verbunden ist, und die mindestens erste Leiterbahn (24a) und/oder mindestens eine der Elektrodeninseln (3a, 3b, 3c) eine raue Oberflächenstruktur mit einer maximalen Rautiefe von 4 μm aufweist.

Description

Modul für eine Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung, Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung, Verfahren zur Herstellung eines Moduls und Fortbewegungsmittel
Beschreibung
Die Erfindung betrifft ein Modul für eine Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung, ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls, eine Displayvorrichtung und ein
Fortbewegungsmittel.
Derzeit kann eine haptische Rückmeldung einer Displayvorrichtung an einen Anwender, insbesondere durch eine Vibration bei einer Berührung durch den Anwender, mittels Piezoaktoren oder über die Bewegung des Displays bzw. der Oberfläche durch einen Magneten oder einen Elektromotor realisiert werden. Allerdings müssen die Piezoaktoren mit mechanischen Kopplungselementen, welche in der Regel nicht transparent sind, im Randbereich des Displays angeordnet sein, da die Piezoaktoren und die mechanischen Kopplungselemente ansonsten die Sicht auf das Display beschränken.
US 2012/0313874 A1 und US 2012/0313766 A1 offenbaren Piezoaktoren, welche am Rande einer Displayvorrichtung angebracht sind. Die Piezoaktoren sind auf zwei Seiten vollständig mit durchgehenden Elektroden beschichtet. Wird eine Berührung des Displays durch ein Objekt, z.B. einen Finger, erkannt, so wird eine elektrische Spannung an die Elektroden angelegt. Hierdurch werden die Piezoaktoren über den piezoelektrischen Effekt zur Vibration angeregt und das Objekt, welches die Displayvorrichtung berührt, erfährt ein haptisches Feedback bzw. eine haptische Rückmeldung. Allerdings findet das haptische Feedback zeitgleich auf dem kompletten Display statt. Somit können Teilbereiche des Displays nicht einzeln für eine haptische Rückmeldung angeregt werden. Durch die Anordnung der Piezoaktoren im Randbereich des Displays werden auch hier zusätzliche mechanische Kopplungselemente benötigt.
Überdies verfügen bekannte Touch-Oberflächen, insbesondere Touch-Displays, ausführungsunabhängig über antireflektive Oberflächenbeschichtungen.
Allerdings müssen Touch-Sensorik, Haptik-Aktuatorik, Antiglanz, Antifingerabdruck und Anti-Reflexions-Beschichtungen mit unterschiedlichen Techniken realisiert werden. Die gleichzeitige technische Realisierung einer Touch-Sensorik, einer Haptik-Aktuatorik, einer Antiglanz-Beschichtung, einer Antifingerabdruck-Beschichtung und einer Anti-Reflexions-Beschichtung muss über heterogene Fertigungsschritte und unter Verwendung verschiedener Materialien erfolgen. Infolgedessen sind die Systemeigenschaften derart gefertigter Touch-Oberflächen hinsichtlich des Bauraums und des Haptikeffekts limitiert. Ferner entstehen erhöhte System- wie auch Entwicklungskosten sowie ungünstige Qualitätseigenschaften.
Es ist somit Aufgabe der vorliegenden Erfindung, eine positionsselektive haptische Rückmeldung auf einer Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung mit guten Antireflexions-, Antiglanz- und Antifingerabdruckeigenschaften unter reduziertem Herstellungs- und Materialaufwand zu ermöglichen und die Nachteile des vorgenannten Standes der Technik zu lindern.
Die Aufgabe wird erfindungsgemäß durch die unabhängigen Ansprüche gelöst.
Gemäß einem ersten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Modul für eine Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung (z.B. für eine Displayvorrichtung). Als „Modul“ wird hierbei ein Bauteil verstanden, welches insbesondere auf dem Bereich einer Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung, welcher graphische
Anzeigeinhalte darstellt und/oder eine direkte Interaktion mit den graphischen Anzeigeinhalten ermöglicht, bspw. einem Touchscreen, angeordnet werden kann. Ferner kann eine„Anzeigevorrichtung“ auch eine Dekoroberfläche umfassen. Das Modul kann insbesondere auf einen solchen Bereich der
Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung geklebt werden. Das Modul ist hierbei durch die in der Folge beschriebenen Merkmale transparent. Unter„Transparenz“ wird hierbei insbesondere eine farblose Transparenz, wie beispielsweise die eines Fensterglases, verstanden. Der hierin verwendete Transparenzbegriff erfordert zumindest jedoch, dass die graphisch dargestellten Inhalte eines Displays einer Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung für einen Beobachter durch das Modul hindurch erkennbar bzw. sichtbar sein müssen.
Das Modul umfasst ein transparentes Substrat, welches mit einer zweiten transparenten Elektrode beschichtet ist. Das zweite transparente
Elektrodenmaterial ist wiederum auf dessen anderer Seite mit einer zweiten Fläche eines transparenten piezoelektrischen Materials beschichtet. Somit ist die zweite Elektrode zwischen dem Substrat und dem transparenten piezoelektrischen Material„sandwichartig“ angeordnet. Ferner ist eine erste Fläche des transparenten piezoelektrischen Materials mit einer ersten transparenten Elektrode beschichtet. Beispielsweise verlaufen die erste und die zweite Fläche der transparenten piezoelektrischen Schicht parallel. Mit anderen Worten sind die Elektroden auf einander gegenüberliegenden Flächen der transparenten piezoelektrischen Schicht angeordnet. Die erste transparente Elektrode umfasst hierbei eine erste Matrix von Elektrodeninseln. Mit anderen Worten ist eine transparente Elektrodenschicht, welche ein zweidimensionales Muster, also eine erste Matrix von Elektrodeninseln umfasst, auf dem
transparenten piezoelektrischen Material vorhanden. Elektrodeninseln sind hierbei als voneinander isolierte Bestandteile (welche insbesondere voneinander beabstandet angeordnet sind) der ersten Matrix aufzufassen. Die Matrix, welche durch die Elektrodeninseln gebildet wird, kann in Form eines„V“ und/oder eines „W“ und oder in Form eines„Schachbrettmusters“ oder in Form eines Kreuzes ausgestaltet sein. Hierbei ist es insbesondere wichtig, dass die Elektrodeninseln voneinander beabstandet sind. Jede Elektrodeninsel kann hierbei mit einer Spannungsquelle verbunden sein. Also können Elektrodeninseln als vereinzelte Schichten des transparenten Materials (z.B. Indiumzinnoxid) der ersten Elektrode aufgefasst werden, welche einander nicht berühren und welche als
zweidimensionales Muster auf der ersten Fläche der transparenten
piezoelektrischen Schicht verteilt angeordnet sind. Diese Schichten können sowohl polygon, insbesondere rechteckig, als auch elliptisch ausgestaltet sein. Beispielsweise kann eine Elektrodeninsel beabstandet vom Rand der zweiten Fläche angeordnet sein. Das heißt also, dass die Elektrodeninsel den Rand der ersten Fläche nicht berührt. Ferner umfasst das erfindungsgemäße Modul eine Leiterbahnanordnung mit mindestens einer ersten Leiterbahn. Beispielsweise kann die Leiterbahnanordnung fünf bis 200 Leiterbahnen enthalten. Hierbei ist mindestens die erste Leiterbahn elektrisch mit mindestens einer der
Elektrodeninseln verbunden. Dabei kann die Elektrodeninsel über eine
Leiterbahnanordnung umfassend mindestens eine erste Leiterbahn mit einem Elektrodenpad, welches außerhalb der ersten Fläche angeordnet ist und einen Pfad zu einer Spannungsquelle aufweist, mit Strom versorgt werden. Somit kann durch ein Anlegen einer elektrischen Spannung zwischen der ersten und der zweiten Elektrode, zwischen denen sich das transparente piezoelektrische Material befindet, über den piezoelektrischen Effekt eine Bewegung,
insbesondere eine Vibration, des piezoelektrischen Materials angeregt werden, welche wiederum das transparente Substrat in Vibration versetzt. Im Falle der Beabstandung der Elektrodeninsel von dem Rand der ersten Fläche kann dadurch an jeder Position des Moduls eine haptische Rückmeldung durch die Vibration des transparenten Substrates verursacht werden. Somit kann für einen Anwender, welcher die Oberfläche des Moduls, z.B. mit seinem Finger, berührt, an jeder Stelle dieser Oberfläche eine haptische Rückmeldung verursacht werden. Eine Ortsselektivität kann dadurch erreicht werden, dass die Vibration der gesamten Platte fingerpositionsabhängig variiert wird. Weiterhin ist es möglich durch gezielte Ansteuerung der Elektrodeninseln eine ortsselektive von anderen Flächenbereichen unabhängige haptische Rückmeldung durch ortsselektive Vibration des transparenten Substrates zu verursachen.
Mindestens die erste Leiterbahn und/oder eine der Elektrodeninseln weist hierbei eine raue Oberflächenstruktur mit einer maximalen Rautiefe von 4 pm auf. Bei der„maximalen Rautiefe“ handelt es sich um die vertikale Differenz der tiefsten Riefe und der höchsten Spitze innerhalb der Gesamtmessstrecke einer
Oberfläche (s. Definition: http://www.technisches-zeichnen.net/technisches- zeichnen/diverses/rauheitswerte.php). Die Riefen und Spitzen, welche die Rautiefe definieren, können hierbei eine geordnete, insbesondere in Form einer Mottenaugenoberfläche, oder eine ungeordnete Oberflächenstruktur ausbilden.
Durch die Rauheit der Oberflächenstruktur kann insbesondere eine Streuung des reflektierten Lichtes oder gar eine Verminderung der Reflexionsintensität durch eine Verkleinerung der Brechzahlunterschiede erreicht werden. Somit nimmt die Reflexionsintensität ab. Somit kann eine Beschichtung mit Antiglanz- bzw.
Antireflexions-Eigenschaften erhalten werden. Ferner hat die raue
Oberflächenstrukturierung den Effekt, dass Fremdsubstanzen, welche
beispielsweise von einem Finger, der die Oberfläche berührt, stammen, weniger stark adsorbiert werden. Dies macht sich insbesondere in einer Verringerung eines Abdruckes auf der Oberfläche erkennbar.
Die erste und/oder die zweite Elektrode kann beispielsweise Graphen und/oder Indiumzinnoxid (ITO) und/oder Silbernanodrähte und/oder Carbon-Nanotubes (CNT) und/oder leitfähige Polymere und/oder Al-dotiertes ZnO und/oder stickstoffdotierten diamantartigen Kohlenstoff und/oder Carbon Nanowires aufweisen.
Die Schichtdicke ist hierbei unkritisch. Die Schichtdicke sollte lediglich dergestalt sein, dass die oben aufgeführten Unebenheiten realisiert werden können. Als transparente piezoelektrische Materialien für die piezoelektrische Schicht kommen insbesondere Bleizirkonattitanat (Pb(ZrxTii-x)03) und/oder Bleititanat (PbTiC>3) und/oder Bariumtitanat (BaTiCh) und/oder Natriuminiobat (NaNbOs) und/oder Kaliumniobat (KNbCh) ein Lithium-dotiertes Kaliumnatriumniobat (K, Na)i-xLixNbC>3 und/oder Scandiumaluminiumnitrid (AIScN), in Frage. Die
Schichtdicke des piezoelektrischen Materials für die piezoelektrische Schicht beträgt insbesondere 150 bis 1500 nm. Bei geringeren Schichtdicken können gegebenenfalls keine ausreichend hohen Spannungen an die piezoelektrische Schicht angelegt werden, während bei zu hohen Schichtdicken Probleme hinsichtlich von mechanischen Schichtspannungen sowie einer verringerten Transparenz auftreten können.
Die Elektrodeninseln können insbesondere Seitenlängen und/oder Durchmesser von 20 pm bis 500 pm aufweisen. Bei kleineren Seitenlängen und/oder
Durchmessern können unvorteilhafte Platzverluste zugunsten von Verdrahtungen auftreten.
Somit kann das Modul für eine Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung auf den Teil der Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung, auf welchem die graphischen
Displayinhalte dargestellt und/oder zur Interaktion angeboten werden (also dem Display), angebracht werden. Beispielsweise kann die freie Seite, also die unbeschichtete Seite des Substrats, direkt auf das Display der Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung aufgebracht werden. Durch die räumlich unmittelbar angrenzende Anordnung der transparenten Elektroden zum piezoelektrischen Material kann somit auf zusätzliche mechanische Koppelschnittstellen verzichtet werden, was das Modul einfacher und kostengünstiger herstellbar macht. Zudem kann durch eine Beabstandung mindestens einer Elektrodeninsel der ersten Matrix vom Rand der ersten Fläche jede beliebige Position auf dem
transparenten Modul positionsselektiv durch die Anregung des piezoelektrischen Materials für eine haptische Rückmeldung verwendet werden. Überdies kann durch das erfindungsgemäße transparente Modul eine Verzerrung von graphischen Displayinhalten reduziert werden, welche beispielsweise bei den bekannten intransparenten Piezoaktoren auftritt.
Die Elektrodeninseln und die Leiterbahnen vereinen eine Haptik-Aktuatorik, eine Antiglanz-Beschichtung, eine Antifingerabdruck-Beschichtung und eine Anti- Reflexionsbeschichtung als integrierten Ansatz. Aufgrund des Entfallens zusätzlicher Bauteile kann die Modulperformance verbessert werden, da zum Erreichen einer haptischen Rückmeldung, eines Antiglanz-Effektes und einer Anti-Fingerabdruck-Effektes und einer Anti-Reflexions-Beschichtung eine
Bauraumminimierung gegenüber den bekannten Lösungen erzielt werden kann. Hierdurch werden die Entwicklungs- und Systemkosten reduziert und die
Qualitätseigenschaften durch die Verringerung der Anzahl diskreter Bauteile bzw. Zusatzschichten verbessert. Unter„Antiglanzoberflächen“ werden insbesondere streuende Oberflächen mit einer weniger stark gerichteten und diffusen Reflexion verstanden. Unter„Antireflexion“ wird insbesondere eine Verminderung der reflektierten Lichtintensität durch Absorption des Lichtes verstanden.
Die Unteransprüche zeigen vorteilhafte Weiterbildungen der Erfindung.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Moduls sind die erste und die zweite Fläche der transparenten piezoelektrischen Schicht parallel zueinander. Mit anderen Worten sind die erste und die zweite Elektrode auf einander gegenüberliegenden Seiten der transparenten piezoelektrischen Schicht angebracht. Auf diese Weise kann die haptische Rückmeldung ideal realisiert werden.
Gemäß einer anderen vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Moduls ist mindestens eine der Elektrodeninseln beabstandet von einem Rand der ersten Fläche angeordnet. Hierbei kann die Elektrodeninsel auf der Mitte und/oder auf einem Quadranten der piezoelektrischen Schicht beliebig angeordnet sein. Ferner können zwei oder mehr Elektrodeninseln vom Rand der ersten Fläche beabstandet angeordnet sein. Besonders vorteilhaft sind sämtliche Elektrodeninseln vom Rand beabstandet angeordnet. Hierbei können die vom Rand beabstandeten Elektroden eine Leitung aufweisen, welche die
Elektrodeninseln mit einem Elektrodenpad verbindet und welche am Rand oder außerhalb der transparenten piezoelektrischen Schicht angeordnet sein kann.
Durch die vom Rand der ersten Fläche beabstandete Anordnung der
Elektrodeninseln kann eine haptische Rückmeldung an jeder beliebigen Position des Moduls ortsselektiv erzeugt werden.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Moduls weist mindestens eine der Elektrodeninseln ihren eigenen unabhängigen
Spannungspfad zu einer Spannungsquelle auf. Mit anderen Worten existiert für mindestens eine der Elektrodeninseln der ersten Matrix ein eigener und unabhängiger Schaltungspfad, welcher eingerichtet ist, die Elektrodeninsel elektrisch mit einer Spannungsquelle zu verbinden. Dies kann beispielsweise eine Leiterbahn sein, welche mit einem wie vorstehend beschriebenen Elektrodenpad verbunden ist. Dieser Schaltungspfad umfasst ferner
beispielsweise einen Transistor und/oder einen Schalter und/oder ein Relais, welches den Strompfad zu einer Spannungsquelle unabhängig von den
Schaltpfaden der übrigen Elektrodeninseln schließt. Somit kann eine kleine Region des erfindungsgemäßen Moduls einzeln und unabhängig selektiv angesteuert werden. Ferner können auch mindestens zwei und insbesondere alle der Elektrodeninseln einen jeweils eigenen und unabhängigen Schaltungspfad zu einer eigenen, unabhängigen Spannungsquelle aufweisen.
In einer weiteren vorteilhaften Ausgestaltung umfasst die Elektrodeninsel eine elliptische und/oder eine polygone, insbesondere eine viereckige, Form. Unter die elliptische Form kann zum Beispiel auch eine Kreisform fallen. Weiterhin sind auch punktförmige Elektrodeninseln denkbar. Beispielsweise kann im Falle von viereckigen Formen der Inseln auch eine Lamellenstruktur der ersten Matrix gebildet werden.
Gemäß einer anderen Weiterbildung umfasst die zweite transparente Elektrode eine zweite Matrix mit mehreren Elektrodeninseln. Zur Vermeidung von
Wiederholungen seien alle Merkmale, Effekte und Vorteile, welche für die erste Elektrode mit der ersten Matrix gelten, hiermit auch auf die zweite Elektrode mit der zweiten Matrix bezogen. Insbesondere kann durch die Verwendung einer zweiten Matrix umfassend mehrere Elektrodeninseln der Schichtstress gegenüber einer Vollbeschichtung innerhalb des erfindungsgemäßen Moduls reduziert werden.
In einer bevorzugten Ausgestaltung sind die Elektrodeninseln der ersten Matrix und der zweiten Matrix deckungsgleich zueinander angeordnet. Auf diese Weise kann eine räumlich optimierte Anregung der piezoelektrischen Schicht erfolgen.
In einer vorteilhaften Weiterbildung des erfindungsgemäßen Moduls umfasst dieses eine Antikratzbeschichtung und/oder eine hydrophobe Beschichtung. Auf diese Weise kann die Lebensdauer der Elektrodeninseln bzw. der Leiterbahnen merklich erhöht werden. Als Antikratzbeschichtungen kommen
Kratzschutzlackierungen in Frage.
In einer vorteilhaften Ausgestaltung des erfindungsgemäßen Moduls können die Elektrodeninseln und/oder die Leiterbahnanordnung bzw. die Leiterbahnen der Leiterbahnanordnung eine regelmäßige Oberflächenstruktur mit einer maximalen Rautiefe von 300 bis 700 nm, insbesondere 350 bis 550 nm und einem durchschnittlichen Abstand zwischen den die Rauheit definierenden Erhebungen von 150 bis 300 nm, insbesondere 200 bis 300 nm, aufweisen. Mit Abstand ist insbesondere ein radialer Abstand in alle Richtungen einer Ebene, in welcher sich die Erhebungen befinden, gemeint. Durch die regelmäßige Anordnung, der Erhebungen kann eine weitere Verringerung der Reflexionsintensität erreicht werden. Diese Verringerung basiert auf der Verkleinerung von
Brechzahlunterschieden, was auch als„Mottenaugeneffekt“ bezeichnet wird.
In einer anderen vorteilhaften Weiterbildung umfassen die Elektrodeninseln und/oder die Leiterbahnen der Leiterbahnanordnung Oberflächenkavitäten.
Hierdurch wird insbesondere verhindert, dass sich ein Fettfilm auf der Oberfläche ausbilden kann. Somit können die Antifingerabdruck-Eigenschaften verbessert werden. Beispielsweise können Oberflächenkavitäten eine maximale Rautiefe von 4 pm aufweisen.
Die folgenden erfindungsgemäßen Aspekte umfassen die vorteilhaften
Ausgestaltungen und Weiterbildungen sowie die generellen Vorteile der erfindungsgemäßen Vorrichtung und die jeweils damit verbundenen technischen Effekte entsprechend.
Gemäß einem zweiten Aspekt betrifft die vorliegende Erfindung ein Verfahren zur Herstellung eines Moduls gemäß dem ersten Erfindungsaspekt. Hierfür wird zunächst ein transparentes Substrat, z.B. eine Glasplatte und/oder ein transparenter Kunststoff, mit der zweiten transparenten Elektrode beschichtet.
Dies kann beispielsweise mithilfe eines Auftragens über eine physikalische Gasphasenabscheidung, z.B. über ein Sputtern und/oder ein Aufdampfen,
(umfassend z.B. ein Aufsputtern von Indiumzinnoxid) erfolgen. Im Anschluss kann beispielsweise über ein Trockenätzverfahren oder ein
Lithographieverfahren eine Strukturierung der Elektrode erfolgen. Danach wird das transparente piezoelektrische Material (z.B. Bleizirkonattitanat und/oder dotiertes und/oder undotiertes Aluminiumnitrid) auf die zweite transparente Elektrode abgeschieden. Dies kann beispielsweise über ein herkömmliches Sputterverfahren erfolgen. Alternativ ist beispielsweise auch ein herkömmliches Sol-Gel-Verfahren möglich. Im Falle des Sol-Gel-Verfahrens kann insbesondere ein weiterer Trocknungsschritt erfolgen. In einem weiteren Schritt wird das transparente piezoelektrische Material auf seiner ersten Fläche mit einer ersten Matrix von Elektrodeninseln beschichtet, wobei mindestens eine Elektrodeninsel eine raue Oberflächenstruktur mit einer maximalen Rautiefe von 4 pm aufweist.
Das Beschichten kann, wie bereits vorstehend beschrieben, mittels Aufsputtern erfolgen. Das Erzeugen der rauen Oberflächenstruktur kann mittels eines Trockenätzens und/oder eines Lithographierens (bzw. eines
Lithographieprozesses) und/oder mittels Laserbehandlung erfolgen. Der Schritt des Erzeugens der rauen Oberflächenstruktur kann insbesondere nach dem Beschichten erfolgen. Vorzugsweise umfasst die raue Oberflächenstruktur eine Mottenaugenstruktur. Die Leiterbahnen, vorzugsweise Metallkomponenten, werden insbesondere ebenfalls mit einem physikalischen
Gasabscheidungsverfahren aufgetragen. Insbesondere wird eine Leiterbahn mit einer maximalen Rautiefe von 4pm aufgetragen. Die verwendete
Beschichtungstechnik entspricht hierbei der Technik bei der Beschichtung des Substrates. Die Strukturierung der Beschichtungen kann beispielsweise mittels eines Lithographieprozesses und/oder eines Trockenätzprozesses erfolgen. Hierbei sind physikalische Prozesse (z.B. durch Argonionenbeschuss) und/oder chemische Prozesse, wie z.B. Ätzen mit chlorhaltigen Gasen (insbesondere beim Strukturieren von AIN oder ScAIN), mithilfe einer Ätzmaske denkbar. Weiterhin kann die Strukturierung mittels Laser-Techniken erfolgen. So können
insbesondere die Struktur der Leiterbahn bzw. des Piezomaterials und insbesondere der Elektrodeninseln definiert werden. Somit kann ein Modul mit einer Haptik-Aktuator-, Antiglanz-, Antifingerabdruck- sowie einer Anti-Reflexions- Beschichtung innerhalb eines Fertigungsverfahrens ohne das Erfordernis zusätzlicher Produktionsschritte und Produktionsmaterialien gefertigt werden. Somit können Produktionskosten gesenkt werden, da Materialien sowie
Verfahrensschritte eingespart werden.
Gemäß einem dritten Aspekt betrifft die Erfindung eine Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung umfassend ein Modul gemäß dem ersten Aspekt. Das Modul ist hierbei als transparentes Modul auf dem Anzeigebereich bzw. dem Display der Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung angeordnet. Ferner kann die Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung eine Auswerteeinheit, z.B. eine CPU und/oder einen Mikrocontroller, umfassen. Zusätzlich kann die Anzeige- und/oder
Bedienvorrichtung einen Sensor, z.B. eine Kamera und/oder einen
Berührungssensor (z.B. ein Sensorglas), enthalten. Überdies kann die Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung eine Spannungsquelle umfassen. Hierbei können die erste und die zweite transparente Elektrode, insbesondere die Elektrodeninseln der ersten und/oder zweiten Matrix, mit der Spannungsquelle verbunden sein.
Die Auswerteeinheit ist eingerichtet, über die Steuerung von Schaltern und/oder Transistoren und/oder Relais den Stromkreis mit den beiden transparenten Elektroden und der Spannungsquelle zu schließen und somit dafür zu sorgen, dass ein Potential an den transparenten Elektroden zur Anregung des piezoelektrischen Materials anliegt. Die Auswerteeinheit kann somit auch bewirken, dass ein Potential an einzelnen Elektrodeninseln anliegt, um an der Position der jeweiligen Elektrodeninsel eine Anregung der transparenten piezoelektrischen Schicht und somit eine haptische Rückmeldung an einer beliebigen Position des transparenten Moduls zu bewirken. Der
Bewegungssensor und/oder die Kamera können ebenfalls mit der
Auswerteeinheit verbunden sein. Sollte ein Objekt, beispielsweise unter
Berührung der Oberfläche des Moduls, von dem Sensor erkannt werden, kann die Auswerteeinheit eingerichtet sein, durch eine entsprechende Verschaltung der Elektroden an dieser Stelle ein Potential anzulegen.
Gemäß einem vierten Aspekt betrifft die Erfindung ein Fortbewegungsmittel umfassend eine Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung gemäß dem dritten Aspekt. Hierbei ist die Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung fest in dem
Fortbewegungsmittel eingebaut und nicht als tragbares Gerät ausgestaltet. Als Fortbewegungsmittel im Sinne der Erfindung kommen zum Beispiel Automobile, insbesondere PKW und/oder LKW und/oder Flugzeuge und/oder Schiffe und/oder Motorräder infrage.
Weitere Einzelheiten, Merkmale und Vorteile der Erfindung ergeben sich aus der nachfolgenden Beschreibung und den Figuren. Es zeigen:
Figur 1a eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Moduls,
Figur 1b eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeige- und/oder
Bedienvorrichtung,
Figur 2 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls,
Figur 3 eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Fortbewegungsmittels,
Figur 4 ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen
Verfahrens,
Figur 5a eine mikroskopische Darstellung einer Streuung während einer
Reflexion an einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodeninsel, Figur 5b eine makroskopische Darstellung einer Streuung an einer
Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodeninsel,
Figur 6 eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls,
Figur 7 ein Querschnitt einer Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Moduls mit einer hydrophoben Beschichtung,
Figur 8a eine Darstellung einer Verminderung der Reflexionsintensität an einer Ausführungsform einer erfindungsgemäßen Elektrodeninsel mit geordneter Oberflächenstruktur,
Figur 8b eine mikroskopische Darstellung einer geordneten
Oberflächenstruktur einer Ausführungsform einer
erfindungsgemäßen Elektrodeninsel,
Figur 9a eine Übersicht technischer Realisierungsmöglichkeiten eines Anti- Fingerabdruckeffektes für die erfindungsgemäßen Elektrodeninseln, und
Figur 9b eine makroskopische Darstellung des Anti-Fingerabdruck-Effektes einer Ausführungsform der erfindungsgemäßen Elektrodeninsel.
Figur 1a zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Moduls 1. Hierbei sind die Elektrodeninseln 3a, 3b, 3c einer ersten Matrix einer ersten
transparenten Elektrode 3 in einer„W-Form“ angeordnet. An die Elektrodeninseln 3a, 3b, 3c kann mithilfe der Leitungen 5 und der ersten Elektrodenpads 6 und eine daran angeordnete Schaltung jeweils unabhängig und separat eine elektrische Spannung angelegt werden. Ferner ist die transparente
piezoelektrische Schicht 2 (z.B. AIScN) mit Elektrodeninseln 3a, 3b, 3c, welche beispielsweise Indiumzinnoxid aufweisen, beschichtet. Überdies zeigt die gestrichelte kreisförmige Linie die zweite transparente Elektrode 4, welche beispielsweise Indiumzinnoxid aufweist. Die zweite transparente Elektrode 4 kann mit einem zweiten Elektrodenpad 7, welches ebenfalls gedanklich unterhalb des piezoelektrischen Materials 2 angeordnet ist und nur zu illustrativen Zwecken gezeigt wird, verbunden bzw. verschaltet sein. Ferner ist die zweite transparente Elektrode 4 (unterhalb des transparenten piezoelektrischen Materials 2) auf einem transparenten Substrat 12, beispielsweise Glas, angeordnet. Figur 1b zeigt eine Ausführungsform der erfindungsgemäßen Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung 10. Hierbei wird ein Querschnitt A-A des erfindungsgemäßen Moduls 1 gezeigt. Zusätzlich zu dem erfindungsgemäßen Modul 1 sind hier ein Display 9, welches der Anzeige von Displayinhalten und zur Interaktion durch einen Anwender dient, und ein Sensor 11 , insbesondere ein Sensorglas, gezeigt. Durch den Sensor 11 kann beispielsweise der Finger 23 eines Anwenders detektiert werden, welcher mit dem Inhalt des Displays 9 mittels einer Berührung interagieren möchte. Nachdem dies durch den Sensor 11 erkannt wurde, wird eine zeitveränderliche elektrische Spannung zwischen der jeweiligen
Elektrodeninsel 3a, 3b, 3c und der zweiten transparenten Elektroden 4 angelegt. Hierdurch wird eine Vibration der transparenten piezoelektrischen Schicht 2 an einer oder mehreren bestimmten ersten Elektrodeninseln 3a erzeugt, wodurch das transparente Substrat 12 in Vibration gebracht wird. Hierdurch erfährt der Anwender an der Position seines Fingers 23 die Vibration bzw. eine haptische Rückmeldung.
Figur 2 zeigt eine Ausführungsform des erfindungsgemäßen Moduls 1 , um die unabhängigen und separaten Schaltpfade der Elektrodeninseln 3a, 3b, 3c zu illustrieren. Hierbei sind die zweite transparente Elektrode 4 und die
Elektrodeninseln 3a, 3b, 3c selektiv mit einer Spannungsquelle 13 verbindbar. Weiterhin ist es möglich, dass jedes Elektrodenpaar aus Elektrodeninsel 3a, 3b, 3c und zweiter transparenter Elektrode 4 eine individuelle Spannungsquelle aufweist. Durch ein Schließen einer der Schalter S1 , S2, S3 kann eine der Elektrodeninseln 3a, 3b, 3c separat angesteuert werden. Soll eine elektrische Spannung lediglich an eine erste Elektrodeninsel 3a angelegt werden, so kann der erste Schalter S1 geschlossen werden. Soll dies für die erste und dritte Elektrodeninsel 3a, 3c erfolgen, so können der erste und der dritte Schalter S1 , S3 geschlossen werden usw. Das Schließen und Öffnen der Schalter S1 , S2, S3 kann mittels einer Auswerteeinheit 8 gesteuert werden.
Figur 3 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen
Fortbewegungsmittels 20 (in Form eines Automobils) umfassend eine
erfindungsgemäße Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung 10. Mittels eines Sensors 11 , z.B. mittels eines kapazitiven Sensors, kann eine Berührung des Moduls 1 durch den Anwender erkannt werden. Über die Auswerteeinheit 8 kann eine Vibration an einer Position der Elektrodeninsel 3a, 3b, 3c angeregt werden.
Figur 4 zeigt ein Flussdiagramm einer Ausführungsform des erfindungsgemäßen Verfahrens zur Herstellung eines Moduls 1 für eine Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung 10. In einem ersten Schritt 100 erfolgt eine Beschichtung des transparenten Substrats 12 mit einer zweiten transparenten Elektrode 4, z.B. Indiumzinnoxid, über einen physikalischen Gasabscheidungsprozess. In einem zweiten Schritt 200 erfolgt eine Strukturierung der zweiten transparenten Elektrode 4. In einem dritten Schritt 300 erfolgt eine Beschichtung der zweiten transparenten Elektrode 4 mit einem transparenten piezoelektrischen Material (z.B. AIScN oder PZT); bspw. über ein Sputtern und/oder ein Sol-Gel-Verfahren.
Darauf folgt in einem vierten Schritt 400 eine Trocknung im Falle eines Sol-Gel- Verfahrens. Im fünften Schritt 500 erfolgt ein Beschichten der transparenten piezoelektrischen Schicht 2 mittels einer physikalischen Gasabscheidung (z.B. mit Indiumzinnoxid und Metallen, z.B. Silber für die Leiterbahnen 24a-24e), um eine Matrix mit Elektrodeninseln 3a, 3b, 3c, also eine erste transparente
Elektrode 3 auf der transparenten piezoelektrischen Schicht 2 auszubilden. In einem sechsten Schritt 600 erfolgt eine Strukturierung der Matrix und der Leiterbahnen 24a-24e, um das erfindungsgemäße Modul 1 zu erhalten. Hierbei werden mittels eines Trockenätzprozesses und/oder eines
Lithographieprozesses raue Oberflächenstrukturen auf den Elektrodeninseln 3a,
3b, 3c und den Leiterbahnen 24a-24 erzeugt, wobei die rauen
Oberflächenstrukturen eine ungeordnete raue Oberflächenstruktur mit einer maximalen Rautiefe von 1 pm aufweisen. Andernfalls können auch geordnete Strukturen mit Erhebungen mit einer Höhe von 500 nm erzeugt werden, wobei die Erhebungen einen mittleren Abstand von 250 nm zwischen einander in radialer Richtung aufweisen. Eine derartige Struktur wird auch als
„Mottenaugenstruktur“ bezeichnet.
Figur 5a zeigt eine mikroskopische Darstellung einer durch die raue
Oberflächenstruktur einer ersten Elektrodeninsel 3a erzeugten Lichtstreuung. Die Lichtstrahlen, welche auf die raue Oberfläche eingestrahlt werden, welche mit Pfeilen, die auf die Oberfläche deuten, dargestellt sind, erfahren an der
Oberfläche der ersten Elektrodeninsel 3a durch deren Rauheit eine Streuung.
Diese Streuung wird durch die von der Oberfläche der Elektrodeninsel 3a wegweisenden Pfeile dargestellt. Die Oberfläche weist hierbei eine ungeordnete Rauheitsstruktur auf, bei der die maximale Rautiefe z.B. 2 pm beträgt.
Figur 5b zeigt eine makroskopische Darstellung des durch die mikroskopische Struktur der Fig. 5a erzeugten Antiglanz-Effektes. Die erste Elektrodeninsel 3a auf der linken Seite hat eine Oberflächenstruktur, wie sie in Fig. 5a gezeigt ist.
Der erste Glanz G1 auf der linken Seite ist durch die Streuung deutlich abgeschwächt. Die zweite Elektrodeninsel 3b auf der rechten Seite, welche durch die Trennlinie T von der linken Elektrodeninsel getrennt ist weist keine
erfindungsgemäße raue Oberflächenstruktur auf, weswegen deren zweiter Glanz G2 intensiver ist als der erste Glanz G1.
Figur 6 zeigt eine Ausführungsform eines erfindungsgemäßen Moduls 1. Das Modul umfasst Elektrodeninseln 3a bis 3c, eine transparente piezoelektrische Schicht 2 sowie eine Leiterbahnanordnung umfassend eine erste bis fünfte Leiterbahn 24a bis 24e. Hierbei sind die Elektrodeninseln 3a bis 3c usw. mit den Leiterbahnen 24a bis 24e verbunden.
Figur 7 zeigt eine Querschnittdarstellung des erfindungsgemäßen Moduls 1.
Hierbei sind die Elektrodeninseln 3a, 3b und die Leiterbahnen 24a bis 24e zusätzlich mit einer hydrophoben Beschichtung 26 überzogen.
Figur 8a zeigt eine Verminderung einer Reflexionsintensität durch eine
Oberfläche einer Elektrodeninsel 3, welche insbesondere Erhebungen von 500 nm aufweist. Der durchschnittliche Abstand zwischen diesen Erhebungen in radialer Richtung beträgt insbesondere 250 nm. Dies resultiert in einer geordneten Mottenaugenstruktur. Durch diese Mottenaugenstruktur wird die Intensität der reflektierten Lichtstrahlen, welche durch die von der Oberfläche wegweisenden Pfeile dargestellt ist, durch eine Verkleinerung der
Brechzahlunterschiede verringert. Dies wird auch als„Mottenaugeneffekt“ bezeichnet. Im Ergebnis kann hierdurch ein Anti-Reflexions-Effekt erzielt werden.
Figur 8b zeigt eine TEM-Aufnahme der in der Beschreibung zu Figur 8a angesprochenen Oberflächen bzw. Mottenaugenstruktur.
Figur 9a zeigt Realisierungsmöglichkeiten der erfindungsgemäßen Anti- Fingerabdruck-Beschichtung. Die erste Elektrodeninsel 3a dieser Figur ist mit einer hydrophoben Substanz 26 beschichtet, welche eine niedrige
Oberflächenenergie aufweist. Auf diese Weise kann eine Benetzung idealerweise ein Benetzungswinkel, im Falle einer Benetzung mit einer polaren Flüssigkeit, wie z.B. Wasser, von 180° erzielt werden. Die zweite Elektrodeninsel 3b weist hingegen eine Beschichtung mit einer hohen Oberflächenenergie auf, wodurch ein Benetzungswinkel von 0° resultiert. Die dritte Elektrodeninsel 3c weist neben der Oberflächenstrukturierung mit einer maximalen Rautiefe von z.B. 3 pm Kavitäten auf. Auf diese Weise kann sich ein Fettfilm, der z.B. aufgrund eines Fingerabdrucks entstehen kann, schlechter auf der Oberfläche adsorbieren. Daraus resultiert eine Anti-Fingerabdruck-Beschichtung. Weiterhin können die Eigenschaften einer hydrophoben Beschichtung 26 und einer
erfindungsgemäßen rauen Oberflächenstrukturierung miteinander kombiniert werden, wie es für die vierte Elektrodeninsel 3d gezeigt ist.
Figur 9b zeigt einen Vergleich eines ersten Fingerabdrucks F1 und eines zweiten Fingerabdrucks F2 auf der vierten Elektrodeninsel 3d und der zweiten
Elektrodeninsel 3b. Die vierte Elektrodeninsel 3d weist eine hydrophobe
Beschichtung sowie eine erfindungsgemäße raue Oberflächenstrukturierung auf.
Die zweite Elektrodeninsel 3b weist lediglich eine hydrophile
Oberflächenbeschichtung auf. Durch einen Vergleich der Fingerabdrücke F1 , F2 links und rechts von der Trennlinie T kann deutlich erkannt werden, dass der Fingerabdruck T 1 auf der vierten Elektrodeninsel 3d weniger deutlich sichtbar ist als der Fingerabdruck T2 auf der zweiten Elektrodeninsel 3b. Ferner ist der Benetzungswinkel des ersten Wassertropfens W1 deutlich größer als der des zweiten Wassertropfens W2.
Zum besseren Verständnis sei die Erfindung anhand eines Anwendungsbeispiels erklärt. Auf ein transparentes Substrat wird ITO mittels Sputterabscheidung abgeschieden. Eine anschließende Strukturierung erfolgt mittels Lithographie und Trockenätzen. Anschließend erfolgt eine Sputterabscheidung von ScAIN auf die vorhandene Schicht und eine anschließende Strukturierung mittels Lithographie und Trockenätzen. Im nächsten Schritt erfolgen eine Abscheidung von ITO mittels Sputterabscheidung und eine anschließende Strukturierung mittels Lithographie und Trockenätzen. Abschließend erfolgt eine ganzflächige
Beschichtung der Oberfläche mit einer Passivierungsschicht (z.B. durch Low Pressure Chemical Vapour Deposition (LPCVD) und/oder Plasma-enhanced Chemical Vapour Deposition (PECVD) und/oder Sputtern), gefolgt von einer Öffnung der Passivierungsschicht an den Stellen, an denen die beiden
Elektroden elektrisch an die Ansteuerung kontaktiert werden durch Lithographie und Trockenätzen. Bezugszeichenliste:
1 Modul
2 transparente piezoelektrische Schicht
3 erste transparente Elektrode
3a erste Elektrodeninsel
3b zweite Elektrodeninsel
3c dritte Elektrodeninsel
3d vierte Elektrodeninsel
4 zweite transparente Elektrode
5 Leitung
6 erstes Elektrodenpad
7 zweites Elektrodenpad
8 Auswerteeinheit
9 Display
10 Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung
11 Sensor
12 transparentes Substrat
13 Spannungsquelle
20 Fortbewegungsmittel
23 Finger
24a erste Leiterbahn
24b zweite Leiterbahn
24c dritte Leiterbahn
24d vierte Leiterbahn
24e fünfte Leiterbahn
25 Leiterbahnanordnung
26 hydrophobe Beschichtung
A-A Querschnitt
51 erster Schalter
52 zweiter Schalter
53 dritter Schalter
100-600 Verfahrensschritte
F1 erster Fingerabdruck
F2 zweiter Fingerabdruck
G1 erster Glanz
G2 zweiter Glanz T Trennlinie
W1 erster Wassertropfen
W2 zweiter Wassertropfen l Wellenlänge

Claims

Patentansprüche:
1. Modul (1) für eine Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung (10), wobei das Modul (1)
• eine erste transparente Elektrode (3) mit einer ersten Matrix mehrerer Elektrodeninseln (3a, 3b, 3c);
• eine transparente piezoelektrische Schicht (2) mit einer ersten und einer zweiten Fläche;
• eine zweite transparente Elektrode (4);
• ein transparentes Substrat (12); und
• eine Leiterbahnanordnung (25) mit mindestens einer ersten
Leiterbahn (24a) auf der transparenten piezoelektrischen Schicht (2) umfasst, wobei
das transparente Substrat (12) mit der zweiten transparenten Elektrode (4) beschichtet ist und die zweite transparente Elektrode (4) zwischen dem transparenten Substrat und der transparenten piezoelektrischen Schicht (2) angeordnet ist, und
die erste Fläche mit der ersten transparenten Elektrode (3) beschichtet ist und die zweite Fläche mit der zweiten transparenten Elektrode (4) beschichtet ist; und die Elektrodeninseln (3a, 3b, 3c) elektrisch
voneinander isoliert auf der ersten Fläche des transparenten
piezoelektrischen Materials (2) angeordnet sind, wobei mindestens die erste Leiterbahn (24a) der Leiterbahnanordnung (25) mit mindestens einer der Elektrodeninseln (3a, 3b, 3c) elektrisch verbunden ist, und mindestens die erste Leiterbahn (24a) und/oder mindestens eine der Elektrodeninseln (3a, 3b, 3c) eine raue Oberflächenstruktur mit einer maximalen Rautiefe von 4 pm aufweist.
2. Modul (1) nach Anspruch 1 , ferner umfassend eine Antikratzbeschichtung und/oder eine hydrophobe Beschichtung (26) auf der ersten transparenten Elektrode (3).
3. Modul (1) nach Anspruch 1 oder 2, wobei die Elektrodeninseln (3a, 3b, 3c) und/oder die Leiterbahnanordnung (25) eine regelmäßige
Oberflächenstruktur mit einer maximalen Rautiefe von 150 bis 300 nm und einem durchschnittlichen Abstand zwischen Erhebungen, welche die Rauheit definieren von 300 bis 700 nm aufweist.
4. Modul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Elektrodeninseln (3a, 3b, 3c) und/oder die Leiterbahnanordnung (25) Oberflächenkavitäten umfassen.
5. Modul (1) nach einem der vorstehenden Ansprüche, wobei die
Oberflächenkavitäten eine Tiefe von mindestens 4 pm aufweisen.
6. Verfahren zur Herstellung eines Moduls (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5 umfassend die Schritte:
• Beschichten (100) einer zweiten Fläche eines transparenten
Substrats (12) mit einer zweiten transparenten Elektrode (4);
• Beschichten (300) der zweiten Elektrode (4) mit einer transparenten piezoelektrischen Schicht (2); und
• Beschichten (500) einer ersten Fläche der transparenten
piezoelektrischen Schicht (2) mit einer ersten transparenten Elektrode (3) in Form einer ersten Matrix umfassend elektrisch voneinander isoliert angeordnete Elektrodeninseln (3a, 3b, 3c), wobei eine mindestens erste Leiterbahn (24a) und/oder mindestens eine der Elektrodeninseln (3a, 3b, 3c) eine raue Oberflächenstruktur mit einer maximalen Rautiefe von 4 pm aufweist.
7. Verfahren nach Anspruch 6 ferner umfassend einen Schritt eines
Strukturierens (600), insbesondere eines Trockenätzens und/oder eines Lithographierens und/oder mittels eines Laserbehandelns, zum Erzeugen der rauen Oberflächenstruktur.
8. Verfahren nach Anspruch 7, wobei das Strukturieren (600) zum Erzeugen der rauen Oberflächenstruktur nach dem Schritt des Beschichtens (500) erfolgt.
9. Verfahren nach einem der Ansprüche 6 bis 8, wobei die raue
Oberflächenstruktur eine Mottenaugenstruktur umfasst.
10. Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung (10) umfassend ein Modul (1) nach einem der Ansprüche 1 bis 5, wobei das Modul (1) als transparentes Modul auf dem Display (9) der Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung (10) angeordnet ist.
11. Fortbewegungsmittel (20) umfassend eine Anzeige- und/oder
Bedienvorrichtung (10) nach Anspruch 10, wobei die Anzeige- und/oder Bedienvorrichtung (10) fest in das Fortbewegungsmittel (20) eingebaut ist.
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