Brevet FR3064087A1 — publié le 20180921

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une interface d'entrée à surface tactile et à son procédé de fabrication, cette interface tactile étant utilisée comme afficheur tactile ou pavé tactile. Etat de la technique Les pavés tactiles ou afficheurs tactiles permettent à l'utilisateur de faire des entrées et de les transformer en signaux électriques. Pour cela, il faut détecter précisément la position du doigt ou de l'outil d'entrée tel qu'un stylo d'entrée sur le pavé tactile ou l'afficheur tactile. Un procédé de base pour déterminer la position précise du con- tact avec l'afficheur tactile est décrit dans le document R. Adler et P. Desmares, «An Economical Touch Panel Using SAW Absorption », IEEE Transactions on Ultrasonics, Ferroelectrics, and Frequency Control, Vol. UFFC-34, 1987. Ce document propose d'injecter des ondes de surface acoustiques par des actionneurs appropriés dans un substrat. Le substrat comporte d'autres réflecteurs qui font une réflexion partielle des ondes de surface suivant un angle de 45° pour les dévier vers un réseau de réflecteurs opposés. Ce second réseau de réflecteurs renvoie les ondes de surface suivant un angle de 45° en direction d'un récep- teur qui détecte les ondes. Le temps de parcours des ondes de surface diffère selon la paire de réflecteurs qui réfléchit les ondes de surface. Lorsque le doigt ou l'outil d'entrée de l'utilisation se trouve sur le chemin des ondes de surface, cela amortit leur intensité et le récepteur perçoit un signal d'intensité réduite. On peut ainsi déter- miner la position du doigt en utilisant le temps de parcours des ondes de surface. Exposé et avantages de l'invention La présente invention a pour objet une interface d'entrée comprenant : une surface tactile ayant une première installation d'actionneur avec au moins un polymère électroactif, cette première installation d'actionneur générant des vibrations, une seconde installation d'actionneur pour injecter des ondes de surface dans la surface tactile, et 3064087 2 une installation de capteur pour détecter les ondes de surface après leur traversée de la surface tactile. L'invention a également pour objet un procédé de réalisa- tion d'une interface d'entrée comprenant les étapes suivantes con- 5 sistant à : former une surface tactile ayant une première installation d'actionneur avec au moins un polymère électroactif, développer une seconde installation d'actionneur pour injecter des ondes de surface dans la surface tactile, et 10 développer une installation de capteur pour détecter les ondes de surface après leur traversée de la surface tactile. Selon un premier développement, l'invention a pour objet une interface avec une surface tactile comportant une première installation d'actionneur avec au moins un polymère électroactif. La première 15 installation d'actionneur génère des vibrations. L'interface d'entrée comprend en outre une seconde installation d'actionneur pour injecter les ondes de surface dans la surface tactile. L'interface d'entrée comporte également une installation de capteur pour détecter les ondes de surface après leur traversée de la surface tactile. 20 Le procédé selon l'invention consiste à réaliser une inter- face d'entrée avec une surface tactile munie d'une première installation d'actionneur. Cette première installation d'actionneur comporte au moins un polymère électroactif. On forme également une seconde installation d'actionneur pour injecter les ondes de surface dans la surface 25 tactile. En outre, on développe une installation de capteur pour détecter les ondes de surface après leur traversée de la surface tactile. L'invention développe une interface d'entrée qui permet de déterminer la position précise d'un doigt ou d'un outil d'entrée de l'utilisateur tout en donnant à l'utilisateur une information haptique en 30 retour. La première installation d'actionneur est de préférence réalisée pour exciter en vibration l'ensemble de l'interface d'entrée. Toutefois, la première installation d'actionneur peut également ne solliciter que des zones locales, notamment des segments ou des parties de la surface tactile pour les mettre en vibration et générer ainsi des vibrations dé- clenchées localement. 3064087 3 L'interface d'entrée selon l'invention est particulièrement économique et simple à fabriquer. En particulier, pour la première installation d'actionneur et la seconde installation d'actionneur ainsi que l'installation de capteur, on utilise de préférence la même classe de ma- 5 tériaux ou des classes analogues de sorte que l'on peut utiliser les mêmes procédés de mise en structure et de fabrication ou des procédés analogues. On a ainsi des effets de synergie car les éléments ou les composants de l'interface d'entrée sont de préférence réalisés simultanément ou du moins selon un nombre réduit d'étapes de travail. 10 De façon préférentielle, la seconde installation d'actionneur et/ou l'installation de capteur comportent au moins un polymère électroactif. De préférence, à la fois les polymères électroactifs de la première installation d'actionneur et des polymères électroactifs de la seconde installation d'actionneur ou de l'installation de capteur peu- 15 vent être déposés ou réalisés au cours d'une même étape de fabrication, ce qui accélère la fabrication et réduit le coût. Selon un autre développement, la seconde installation d'actionneur et/ou l'installation de capteur comportent un actionneur en piézocéramique. 20 Selon un développement, la première installation d'actionneur, la seconde installation d'actionneur et l'installation de capteur sont imprimées sur le substrat commun de l'interface d'entrée. Un procédé d'impression permet le dépôt rapide des composants qui seront positionnés de manière très précise les uns par rapport aux 25 autres. Cela permet de saisir plus rapidement et plus précisément la position des contacts avec la surface tactile. Selon un autre développement de l'interface d'entrée, la première installation d'actionneur, la seconde installation d'actionneur et l'installation de capteur sont pratiquement coplanaires. 30 Dessins La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'exemples d'interfaces d'entrée et du procédé de fabrication représentés dans les dessins annexés dans lesquels : 3064087 4 la figure 1 est une vue de dessus schématique d'une interface d'entrée correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une section schématique de l'interface d'entrée de la 5 figure 1 selon l'axe X-X, la figure 3 est une vue de dessus schématique d'un second mode de réalisation d'une interface d'entrée selon l'invention, et la figure 4 montre un ordinogramme décrivant le procédé de fabrication d'une interface d'entrée selon une forme de réalisation de 10 l'invention. A titre de remarque préliminaire, dans toutes les figures, on a utilisé les mêmes références pour les mêmes éléments et dispositifs ou les éléments et dispositifs analogues. L'ordre des étapes du procédé est donné à titre explicatif sans imposer cet ordre. En particulier, plu- 15 sieurs étapes du procédé pourront être effectuées simultanément. On peut également combiner de manière quelconque différentes formes de réalisation. Description de modes de réalisation La figure 1 montre schématiquement une interface 20 d'entrée la correspondant à un premier mode de réalisation de l'invention. L'interface d'entrée la est utilisable comme pavé tactile ou comme afficheur tactile, par exemple pour une tablette tactile, un appareil portatif tel qu'un smartphone. L'interface d'entrée 1 comprend une surface tactile 2a, de 25 préférence rectangulaire. L'utilisateur peut toucher la surface tactile 2a avec son doigt ou avec une tige et commander ainsi un appareil associé à l'interface d'entrée 1. La surface tactile 2a est représentée de façon plus précise à la figure 2 qui est une section schématique de l'interface d'entrée la 30 faite suivant l'axe X-X de la figure 1. La surface tactile 2a selon ce mode de réalisation, se compose d'une première installation d'actionneur 20 qui a un ensemble de couches superposées. La première couche 201 est reliée à la surface du substrat 5 de l'interface d'entrée 1 en étant de préférence imprimée 35 sur le substrat 5. Le substrat 5 peut être réalisé en une matière trans- 3064087 5 parente, par exemple en verre, PC, PET, PI ou polyester. Le substrat 5 peut également être réalisé en une matière non transparente, par exemple en PA, PBT ou ABS chargés. La première couche 201 reçoit une seconde couche 202 et celle-ci une troisième couche 203, elle-même 5 couverte d'une quatrième couche 204 et celle-ci d'une cinquième couche 205. La seconde couche 202 et la quatrième couche 204 com- portent au moins un polymère électroactif, de préférence un terpolymère PVDF et/ou un copolymère ayant des propriétés piézoélectriques 10 ou électrostrictives. La première couche 201, la troisième couche 203 et la cinquième couche 205 sont en une matière métallique et servent d'électrodes. En appliquant une tension électrique entre la première couche 201 et la troisième couche 203 ou entre la troisième couche 203 et la cinquième couche 205, on développe une force d'attraction ou de 15 répulsion entre les couches 201, 203, 205 fonctionnant comme des électrodes. On déforme ainsi les polymères électroactifs interposés dans la seconde couche 202 ou dans la quatrième couche 204, ce qui diminue l'écart entre les électrodes. En appliquant une tension variable, on peut ainsi générer une vibration. 20 Selon d'autres développements, les couches fonctionnant comme des électrodes peuvent être structurées et comporter par exemple un grand nombre de segments métalliques séparés les uns des autres et qui sont répartis sensiblement suivant un réseau fonctionnant chaque fois comme des électrodes. Cela permet d'exciter en vibration 25 une zone localisée dans l'espace de la surface tactile 2a. L'interface d'entrée 1 comporte en outre une seconde installation d'actionneur 3a pour injecter les ondes de surface dans la surface tactile 2a et une installation de capteur 4a pour détecter les ondes de surface après leur traversée de la surface tactile 2a. 30 La seconde installation d'actionneur 3a comprend un premier élément actionneur 31 situé le long de la première arête de la surface tactile 2 sur le substrat 5 ainsi qu'une seconde installation d'actionneur 32 située le long d'une seconde arête adjacente de la surface tactile 2 du substrat 5. 3064087 6 La première installation de capteur 4a comprend un premier élément de capteur 41 situé le long d'une troisième arête de la surface tactile 2 sur le substrat 5, à l'opposé de la première arête ainsi qu'un second élément de capteur 42 situé le long d'une quatrième arête 5 de la surface tactile 2 du substrat 5, à l'opposé de la seconde arête. Le premier élément d'actionneur 31 et le second élément d'actionneur 32 comportent chacun un ensemble d'unités d'actionneur 31i, 32i commandées séparément et réparties le long de la première ou de la seconde arête de la surface tactile 2a. Le premier élément de cap- 10 teur 41 et le second élément de capteur 42 comportent des unités de capteur 41i, 42i qui peuvent être contactées séparément et sont face aux unités d'actionneur 31i, 32i respectives. Comme le montre la figure 2, les unités d'actionneur 31i, 32i ont plusieurs couches, à savoir une première couche 311, une troi- 15 sième couche 313 et une cinquième couche 315 en une matière métal- lique fonctionnant comme des électrodes pour la seconde couche 312 et la quatrième couche 314 situées dans l'intervalle. La seconde couche 312 et la quatrième couche 314 ont au moins un polymère électroactif, notamment elles sont réalisées en l'un des polymères évoqués ci- 20 dessus. En appliquant des tensions électriques entre la première couche 311 et la troisième couche 313 ou entre la troisième couche 313 et la cinquième couche 315, les unités d'actionneur 31i, 32i injectent des ondes de surface dans la surface tactile 2a. Les unités de capteur 41i, 42i reçoivent les ondes de sur- 25 face générées par les unités d'actionneur 31i, 32i opposées, après leur traversée de la surface tactile 2a pour fournir un signal électrique correspondant. Les unités de capteur 41i, 42i ont également une structure de couches avec une première couche 411, une troisième couche 413 et une cinquième couche 415 en une matière métallique fonctionnant 30 comme des électrodes pour la seconde couche 412 et la quatrième couche 414 interposées, et qui ont un polymère électroactif. Les ondes de surface génèrent des vibrations dans les couches des unités de capteur 41i, 42i modifiant la distance entre les couches d'électrodes des unités de capteur 41i, 42i. En mesurant la dif- 35 férence de potentiel entre les électrodes, on peut détecter les ondes de 3064087 7 surface après leur passage dans la surface tactile 2a. En outre, on peut détecter une modification de la seconde couche 412 et de la quatrième couche 414 qui comportent le polymère électroactif. On peut ainsi détecter une polarisation des domaines cristallins du polymère électroac- 5 tif. Des variations peuvent se détecter par exemple par une mesure de capacité, une mesure d'impédance, une mesure de charge, une mesure d'intensité de courant, une mesure de tension et/ou une mesure de potentiel du polymère électroactif. Lorsqu'un doigt ou un outil d'entrée est sur le point P de 10 la surface tactile 2a, cela réduit l'amplitude des ondes de surface, ce que l'on peut déterminer en détectant les ondes de surface. Le premier élément d'actionneur 31 et le premier élément de capteur 41 déterminent la position de contact P le long de l'axe vertical y alors que le second actionneur 32 et le second capteur 42 déterminent la position de 15 contact P le long de l'axe horizontal x. Le nombre et l'épaisseur des couches de la première installation d'actionneur 20, de la seconde installation d'actionneur 3a et de l'installation de capteur 4a ne sont pas limités aux formes de réalisation présentées mais peuvent être choisis de manière quelconque. En 20 outre, l'invention n'est pas limitée à la configuration des électrodes telle qu'elle est présentée. C'est ainsi qu'à la place de la géométrie empilée représentée à la figure 2, on peut également utiliser une configuration d'électrodes interdigitées. Ainsi, les électrodes de la première installation d'actionneur 20, de la seconde installation d'actionneur 3a et/ou 25 de l'installation de capteur 4a peuvent être réalisées sous la forme d'un transducteur interdigité (transducteur IDT). L'interface d'entrée 1 comporte de préférence une autre installation d'exploitation pour déterminer la position où la surface tactile 2a a été touchée, en détectant les ondes de surface par l'installation 30 de capteur 4a. A la place des éléments d'actionneur 31, 32 subdivisés en unités d'actionneur 31i, 32i et des éléments de capteur 41, 42 subdivisés en unités de capteur 41i, 42i, on peut également utiliser une seule unité d'actionneur et une seule unité de capteur pour que l'unité de 3064087 8 capteur détecte les ondes de surface et que l'unité d'exploitation reconnaisse si la surface tactile 2a a été ou non touchée. En outre, à la place des couches de polymère, on peut également utiliser des actionneurs en piézocéramique pour la première 5 installation d'actionneur 20, la seconde installation d'actionneur 3a et/ou l'installation de capteur 4a. La figure 3 montre une interface d'entrée 1 selon un autre mode de réalisation de l'invention. La surface tactile 2b du substrat 5 correspond pratiquement à la surface tactile 2a du mode de réali- 10 sation décrit ci-dessus. En plus, la surface tactile comporte toutefois plusieurs éléments réflecteurs 61, 62, 71, 72 qui se trouvent dans ou en dessous de la première installation d'actionneur 20 de la surface tactile 2. L'interface d'entrée lb comprend une seconde installation 15 d'actionneur 3b et une installation de capteur 4b voisines de la pre- mière arête de la surface tactile 2b ; la seconde installation d'actionneur 3b est à l'extrémité supérieure de l'arête et l'installation de capteur 4b est à l'extrémité inférieure de l'arête. La seconde installation d'actionneur 3b injecte les ondes de surface dans la surface tactile 2b. 20 L'installation d'actionneur 3b peut avoir une structure de couches comme cela a été décrit ci-dessus. Les réflecteurs 61, 62 sont répartis le long de la direction d'extension des ondes de surface ; ainsi, les ondes de surface arrivent suivant un angle de 45° sur un réflecteur 61 qui les réfléchit partielle- 25 ment. Une autre partie des ondes de surface traverse le réflecteur 61 et rencontre un autre réflecteur 62 qui, à son tour, réfléchit partiellement et transmet partiellement. On a ainsi une réflexion partielle sur les réflecteurs 61, 62. Après une première réflexion, les ondes de surface arri- 30 vent sur les éléments réflecteurs 71, 72 situés sur le côté opposé de la surface tactile ; ces éléments réflecteurs dévient de nouveau les ondes de 45° pour les réfléchir en direction de l'installation de capteur 4b. L'installation de capteur 4b détecte les ondes de surface après leur passage à travers la surface tactile 2b. Le temps de parcours 35 diffère selon la paire de réflecteurs qui réfléchit les ondes de surface. 3064087 9 Une première onde de surface W 1, dessinée, est réfléchie par les réflecteurs 61, 71 qui sont plus proches de la seconde installation d'actionneur 3b et de l'installation de capteur 4b de sorte que l'onde de surface W1 aura un temps de parcours inférieur à celui de la seconde 5 onde de surface W2 réfléchie par des réflecteurs 62, 72 plus éloignés. Si l'on touche la surface tactile 2b à la positon P, cela réduit l'intensité de l'onde de surface W 1, ce qui permet de déterminer l'analyse de l'onde de surface détectée. A partir des différents temps de parcours, on pourra déterminer à l'aide de l'onde de surface détectée, 10 une autre coordonnée de la position P suivant l'axe horizontal x. De fa- çon préférentielle, les secondes installations d'actionneur et les installations de capteur sont décalées de 90° et en plus, on a des réflecteurs décalés de 90° de sorte que l'on pourra également déterminer la position le long de l'axe vertical y. En particulier, on pourra saisir ainsi plusieurs 15 points de contact, par exemple pour détecter des contacts multiples de doigts. La figure 4 montre un ordinogramme servant à décrire le procédé de réalisation d'une interface d'entrée selon un exemple de l'invention. 20 Dans l'étape de procédé 51, on réalise une surface tactile avec une première installation d'actionneur sur un substrat 5. La première installation d'actionneur 20 comprend au moins un polymère électroactif. Le substrat 5 peut être en une matière transparente, par exemple vers PC, PET, PI ou polyester. Le substrat 5 peut également 25 être en une matière non transparente, par exemple PA, PBT ou ABS, comme des matières chargées. Dans l'étape de procédé S2, on réalise une seconde ins- tallation d'actionneur pour injecter les ondes de surface dans la surface tactile. 30 Ensuite, dans l'étape de procédé S3, on développe une installation de capteur pour détecter les ondes de surface après leur passage dans la surface tactile. De façon préférentielle, la seconde installation d'actionneur et l'installation de capteur sont également en un polymère électroactif. Les différentes couches de la première installation 35 d'actionneur de la seconde installation d'actionneur et de l'installation 3064087 10 de capteur peuvent être appliquées de préférence au cours d'une même étape de fabrication. C'est ainsi que l'on pourra déposer en alternance les couches pour les électrodes et les couches en polymère électroactif. De façon préférentielle, on développe les couches par un 5 procédé d'impression. De préférence, on utilise la sérigraphie, le procédé d'enduction avec une filière en forme de fente (procédé Slot-Coating), le procédé d'impression par jet d'encre ou le procédé d'impression flexographique. La première installation d'actionneur, la seconde installation d'actionneur et l'installation de capteur peuvent être réalisées prati- 10 quement de façon coplanaire. Le nombre et l'épaisseur des couches d'électrodes respectives et des couches en polymère électroactif de la première installation d'actionneur, de la seconde installation d'actionneur et de l'installation de capteur peuvent être identique ou être différents. 15 3064087 11 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 5 la 2a 3a Interface d'entrée Surface tactile Seconde installation d'actionneur 5 Substrat de l'interface d'entrée 20 Installation d'actionneur 31 Premier élément d'actionneur 31i, 32i Unité d'actionneur 10 32 Second élément d'actionneur 41 Premier élément de capteur 41i, 42i Unité de capteur 42 Second élément de capteur 61, 62, 71, 72 Réflecteur 15 201 Première couche 202 Seconde couche 203 Troisième couche 204 Quatrième couche 205 Cinquième couche 20 311 Première couche de l'unité d'actionneur 312 Seconde couche de l'unité d'actionneur 313 Troisième couche de l'unité d'actionneur 314 Quatrième couche de l'unité d'actionneur 315 Cinquième couche de l'unité d'actionneur 25 411 Première couche de l'unité de capteur 412 Seconde couche de l'unité de capteur 413 Troisième couche de l'unité de capteur 414 Quatrième couche de l'unité de capteur 415 Cinquième couche de l'unité de capteur 30 P Position de contact 51, S2, S3 Etapes du procédé de fabrication d'une interface d'entrée Wh, W2 Onde de surface 35 REVENDICATIONS1°) Interface d'entrée (la, lb) comprenant : une surface tactile (2a, 2b) ayant une première installation d'actionneur (20) avec au moins un polymère électroactif, cette première installation d'actionneur (20) générant des vibrations, une seconde installation d'actionneur (3a, 3b) pour injecter des ondes de surface dans la surface tactile (2a, 2b), et une installation de capteur (4a, 4b) pour détecter les ondes de surface après leur traversée de la surface tactile (2a, 2b). 2°) Interface d'entrée (la, lb) selon la revendication 1, caractérisée en ce que la seconde installation d'actionneur (3a, 3b) et/ou l'installation de capteur (4a, 4b) comportent au moins un polymère électroactif. 3°) Interface d'entrée (la, lb) selon l'une des revendications 1 ou 2, caractérisée en ce que la seconde installation d'actionneur (3a, 3b) et/ou l'installation de capteur (4a, 4b) comprennent un actionneur en piézocéramique. 4°) Interface d'entrée (la, lb) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première installation d'actionneur (20), la seconde installation d'actionneur (3a, 3b) et l'installation de capteur (4a, 4b) sont imprimées sur un substrat commun (5) de l'interface d'entrée (la, lb). 5°) Interface d'entrée (la, lb) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première installation d'actionneur (20), la seconde installation d'actionneur (3a, 3b) et l'installation de capteur (4a, 4b) sont essentiellement coplanaires. 3064087 13 6°) Procédé de réalisation d'une interface d'entrée (la, lb) comprenant les étapes suivantes consistant à : former (S la, lb) une surface tactile (2a, 2b) ayant une première installation d'actionneur (20) avec au moins un polymère électro- 5 actif, développer (52a, 2b) une seconde installation d'actionneur (3a, 3b) pour injecter des ondes de surface dans la surface tactile (2a, 2b), et développer (53a, 3b) une installation de capteur (4a, 4b) pour dé- 10 tecter les ondes de surface après leur traversée de la surface tactile (2a, 2b). 7°) Procédé selon la revendication 6, caractérisé en ce qu' 15 on développe la surface tactile (2a, 2b) et/ou la seconde installation d'actionneur (3a, 3b) et/ou l'installation de capteur (4a, 4b) par un procédé d'impression. 8°) Procédé selon l'une des revendications 6 ou 7, 20 caractérisé en ce que le procédé d'impression est un procédé de sérigraphie, un procédé d'enduction avec une filière en forme de fente, un procédé d'impression par jet d'encre ou un procédé d'impression flexographique. 25 9°) Procédé selon l'une des revendications 6 à 8, caractérisé en ce que la seconde installation d'actionneur (3a, 3b) et/ou l'installation de capteur (4a, 4b) comportent au moins un polymère électroactif. 30 10°) Procédé selon l'une des revendications 6 à 9, caractérisé en ce que la première installation d'actionneur (20), la seconde installation d'actionneur (3a, 3b) et l'installation de capteur (4a, 4b) sont pratiquement coplanaires.35