Brevet FR3063156A1 — publié le 20180824

Domaine de l'invention La présente invention se rapporte à une interface d'entrée, notamment un affichage tactile ou une tablette tactile ainsi que l'utilisation d'une telle interface comme affichage tactile. Etat de la technique Les dernières générations de Smartphones ont un nombre croissant d'éléments de capteurs et de composants électromécaniques. Ils peuvent avoir des actionneurs intégrés à l'affichage pour donner à l'utilisateur une réaction haptique et faire vibrer l'affichage. Selon le document U52015/0145657 Al on connaît un tel afficheur op- tique. En même temps on souhaite de plus en plus des appa- reils électroniques aussi plats et compacts que possible. Pour répondre à de telles exigences il faut que les composants nécessaires tels que l'affichage des Smartphones devienne de plus en plus mince. Exposé et avantages de l'invention Pour résoudre ce problème, l'invention a pour objet une interface d'entrée ayant une installation de support, un élément vibrant, un premier actionneur avec une première paire d'électrodes et une couche de polymère entre les électrodes de la paire d'électrodes et un second actionneur ayant une seconde paire d'électrodes et une couche de polymère entre les paires d'électrodes, le premier actionneur reliant la première zone de bord de l'élément vibrant à l'installation de support et le second actionneur reliant la seconde zone de bord de l'élément vi- brant à l'installation de support et l'élément vibrant étant activé par une première tension appliquée à la première paire d'électrodes et une seconde tension appliquée à la seconde paire d'électrodes. Selon un premier développement de l'invention, l'interface comporte une installation de support, un élément vibrant et un premier et ainsi qu'un second actionneurs. Le premier actionneur se compose d'une première paire d'électrodes avec une première couche de polymère entre les deux électrodes de cette paire. Le second actionneur comporte une seconde paire d'électrodes avec une seconde couche de polymère entre les électrodes de cette seconde paire. Le premier actionneur relie une première région de bord de l'élément vibrant à l'installation de sup- 3063156 2 port ; le second actionneur relie une seconde région de bord de l'élément vibrant à l'installation de support. L'élément vibrant est activé par l'application d'une première tension à la première paire d'électrodes et d'une seconde tension à la seconde paire d'électrodes. 5 Selon un autre développement, l'invention a également pour objet l'utilisation d'une telle interface d'entrée comme affichage tactile. Les actionneurs peuvent agir sur différentes zones de bord ou zones marginales de l'élément vibrant et ainsi provoquer des 10 vibrations plus fortes par le principe Push-Pull que cela ne serait pos- sible avec un unique actionneur. Réciproquement, avec des couches de polymère plus minces, les actionneurs peuvent générer le même effet vibrant intense qu'un actionneur simple, plus épais de sorte que la construction d'ensemble de l'interface sera plus plate. L'utilisation de 15 deux actionneurs permet ainsi de rendre l'interface d'entrée plus mince. Grâce à cette moindre épaisseur, l'interface d'entrée convient de façon idéale pour des applications aux Smartphones, aux affichages tactiles ou aux tablettes tactiles. De façon préférentielle, l'interface d'entrée a une installa- 20 tion de commande pour appliquer de manière décalée dans le temps une première et une seconde tension à l'élément vibrant pour le faire vibrer. Grâce à l'application alternée d'une tension, les couches de polymère respectives des actionneurs s'écartent ou se rétractent en opposition de phase si bien que l'un des actionneur exerce une force 25 l'écartant de l'élément vibrant alors que l'autre actionneur exerce une force le poussant vers l'élément vibrant. Les actionneurs créent ainsi un effet Push-Pull. Selon un développement de l'interface d'entrée, il com- porte un condensateur pour accumuler de l'énergie électrique de sorte 30 que l'installation de commande applique la première tension ou la se- conde tension en réalisant la liaison galvanique du condensateur avec la première paire d'électrodes ou la seconde paire d'électrodes. Le condensateur constitue ainsi un accumulateur d'énergie qui fournit à la fois l'énergie pour appliquer la première tension et aussi celle pour ap- 35 pliquer la seconde tension. En utilisant ainsi un unique accumulateur 3063156 3 d'énergie on peut commander en alternance le premier actionneur et le second actionneur. De façon préférentielle, la première paire d'électrodes est reliée à la seconde paire d'électrodes pour qu'en réduisant la première 5 tension ou la seconde tension, on augmente l'autre tension. Lorsqu'on réduit la première tension, la première tension sera relevée et réciproquement, par la réduction de la seconde tension, on augmente la première tension. En créant des forces appliquées sur des côtés alternés par le premier actionneur et le second actionneur, on génère un mou- 10 vement régulier appliqué à l'élément vibrant. De façon préférentielle, la première couche de polymère et la seconde couche de polymère sont précontraintes. Lorsque, par exemple, on applique la première tension à la première couche de polymère, cela réduit l'épaisseur de cette première couche de polymère, 15 c'est-à-dire que l'élément vibrant sera repoussé par le premier action- neur par rapport au segment de liaison de l'installation de support, pendant que la seconde couche de polymère tire l'élément vibrant dans cette même direction, ce qui réduit la précontrainte de la seconde couche de polymère. 20 De façon préférentielle, la première couche de polymère et/ou la seconde couche de polymère sont réalisées en un polymère électro-actif. De façon préférentielle, le polymère électro-actif est un élastomère diélectrique. Les polymères électro-actifs subissent une variation dimensionnelle lorsqu'ils sont sollicités par une tension élec- 25 trique. De façon préférentielle, la première paire d'électrodes et la seconde paire d'électrodes sont élastiques si bien que pour une déformation des couches de polymère, elles peuvent se déformer de manière appropriée. Les couches de polymère entre la première paire d'électrodes ou la seconde paire d'électrodes ont chacune une ou plu- 30 sieurs sous-couches de polymère. Lorsqu'on applique une tension élec- trique à une paire d'électrodes, la couche de polymère sera comprimée par l'application d'une tension exerçant une traction et la couche de polymère subit une extension dans la direction perpendiculaire à la direction du champ. Comme les polymères sont pratiquement 35 incompréhensibles, le volume des couches de polymère reste pratique- 3063156 4 ment constant au cours de la déformation. En réduisant la tension, les charges en excédent passent par la source de tension et l'état initial de la couche de polymère se rétablit. De façon préférentielle, le premier actionneur et le second 5 actionneur ont chacun précisément une couche de polymère, ce qui permet d'avoir une interface d'entrée particulièrement mince. Selon un développement, l'installation de support a une couverture qui couvre l'élément vibrant. Dessins 10 La présente invention sera décrite ci-après de manière plus détaillée à l'aide d'un exemple de réalisation d'une interface d'entrée représentée dans les dessins annexés dans lesquels les mêmes éléments ou les éléments de même fonction portent les mêmes références. 15 Ainsi : la figure 1 est une vue en coupe schématique d'une interface d'entrée correspondant à un mode de réalisation de l'invention, la figure 2 est une vue éclatée schématique de l'interface d'entrée selon un mode de réalisation de l'invention, 20 la figure 3 est une vue schématique des actionneurs d'une inter- face d'entrée pour expliquer le principe de fonctionnement des actionneurs, la figure 4 est une vue en coupe schématique d'un mode de réalisation d'une interface d'entrée selon l'invention, 25 la figure 5 est un schéma d'une partie d'un mode de réalisation d'une interface d'entrée selon l'invention, et la figure 6 montre un ordinogramme du procédé d'utilisation d'une interface d'entrée. Description de modes de réalisation de l'invention 30 La figure 1 est une vue en coupe d'un mode de réalisation d'une interface d'entrée selon l'invention. L'interface d'entrée 1 a une installation de support 2 composée de préférence d'un substrat 2c dont la surface de dessus est plane et qui est, par exemple, en une matière transparente telle que 35 verre, PC, PET, PI, polyester ou une matière opaque telle que, par 3063156 5 exemple PA, PBT ou ABS. L'installation de support 2 qui comporte de préférence un substrat 2c a dessus plan, par exemple réalisé en une matière transparente telle que PC, PET, PI, polyester ou une matière non transparente telle que PA, PBT, ABS. 5 L'interface d'entrée 1 a un élément vibrant 3 qui est éga- lement réalisé dans l'une des matières citées ci-dessus. L'élément vibrant a une forme pratiquement rectangulaire avec une première zone de bord 3a qui correspond à la première arête de l'élément vibrant et une seconde zone de bord 3b qui correspond à la seconde arête de 10 l'élément vibrant ; la première arête de l'élément vibrant est de préfé- rence en regard du premier bord de l'élément vibrant. L'élément vibrant 3 est de préférence plat avec deux surfaces planes, dont l'une des surfaces planes est en contact avec le dessus du substrat 2c de l'installation de support 2. L'élément vibrant peut être constitué par 15 l'afficheur d'un écran tactile ou d'un affichage tactile, en particulier ce- lui d'un Smartphone. L'interface d'entrée 1 a un premier actionneur 4 et un se- cond actionneur 5. Le premier actionneur 4 a une première paire d'électrodes 4a, 4c ainsi qu'une couche de polymère 4b entre la paire 20 d'électrodes 4a, 4c. Le premier actionneur 4 relie le premier élément de suspension 2a à l'installation de support 2 à la première région de bord 3a de l'élément vibrant 3. De façon analogue, le second actionneur 5 a une seconde paire d'électrodes 5a, 5c et une seconde couche de polymère 5b entre 25 les électrodes de la paire d'électrodes 5a, 5c. La première couche de polymère 4b et la seconde couche de polymère 5b ont de préférence un polymère électro-actif en particulier un élastomère diélectrique. L'épaisseur de la première couche de polymère 4b ou de la seconde couche de polymère 5b est comprise de 30 préférence entre 20 et 50 microns. Comme le montre la figure 2, l'interface d'entrée 1 a de préférence une couverture 7 qui couvre l'élément vibrant 3 et le premier actionneur 4 ainsi que le second actionneur 5. La couverture 7 a un cadre 7a et une fenêtre optique 7b ; la fenêtre optique 7b est de préfé- 3063156 6 rence en une matière transparente. La couverture peut servir de protection de l'élément vibrant 3 qui est notamment un affichage. La figure 3 montre le principe de fonctionnement du premier actionneur 4 et du second actionneur 5 d'une manière plus 5 précise. Sur le côté gauche de la figure 3 on a présenté à titre d'exemple le premier actionneur 4 ; aucune tension électrique n'est appliquée à la première paire d'électrodes 4a, 4c. Lorsqu'on applique une tension électrique à la paire d'électrodes 4a, 4c la distance entre les électrodes 4a, 4c de la première paire d'électrodes 4a, 4c diminue. Comme le volume 10 de la couche de polymère 4b reste pratiquement constant pendant la déformation, l'actionneur 4 se dilate dans le plan perpendiculaire aux lignes de champ entre la paire d'électrodes 4a, 4c. De façon préférentielle, le premier actionneur 4 et le se- cond actionneur 5 sont précontraints de sorte que le premier actionneur 15 4 exerce une force de traction en direction du premier élément de sus- pension 2a sur l'élément vibrant 3 et le second actionneur 5 exerce une force de traction opposée à la précédente, en direction du second élément de suspension 2b sur l'élément vibrant 3. Du fait des forces de directions opposées, l'élément vibrant 3 reste au repos par rapport au 20 substrat 2c de l'installation de support 2 aussi longtemps qu'aucune tension électrique n'est appliquée à l'un des actionneurs 4, 5. L'élément vibrant 3 est de préférence installé à plat sur le substrat plan 2c de l'installation de support 2 et peut glisser ou se déplacer le long de la surface de ce substrat 2c. 25 Si alors, comme le montre la figure 4, l'installation de commande 6 de l'interface d'entrée 1, applique une première tension électrique U 1 à la première paire d'électrodes 4a, 4c, l'élément vibrant 3 sera écarté par le premier actionneur 4 du premier élément de suspension 2a parallèlement au substrat 2c de l'installation de support 2. In- 30 versement, le second actionneur 5, précontraint exerce une force de traction sur l'élément vibrant 3 qui est orienté en direction du second élément de suspension 2b. De façon analogue, une seconde tension U2 appliquée à la seconde paire d'électrodes 5a, 5c génère une force dans la direction opposée, exercée sur l'élément vibrant 3. En alternant la 35 première tension U 1 exercée sur la paire d'électrodes 4a, 4c et la se- 3063156 7 conde tension U2 appliquée à la seconde paire d'électrodes 5a, 5c, l'autre paire d'électrodes respective ne recevant pas de tension, l'installation de commande 6 peut ainsi générer une vibration. L'élément vibrant 3 déplace l'installation de support 2 par rapport à la surface du 5 substrat 2c. Selon d'autres formes de réalisation, l'installation de support 2 comporte un seul élément vibrant 3 avec une installation formant un cadre qui l'entoure partiellement. La figure 5 montre un exemple de schéma représentant le 10 mécanisme de l'interface d'entrée 1 pour appliquer la première tension Ul ou la seconde tension U2. Ainsi, on a un premier noeud 81 et un second noeud 82. Les noeuds 81, 82 sont reliés par une première branche avec une première installation de commutation 65 et une seconde installation de commutation 66, en série, une seconde branche avec un 15 condensateur Cv en parallèle à la première branche, une troisième branche en parallèle, avec une troisième installation de commutation 61 et une quatrième installation de commutation 62 branchées en série ; également une quatrième branche est en parallèle, avec une cinquième installation de commutation 63 et une sixième installation de commuta- 20 tion 64 en série. Un troisième noeud 83 entre la première installation de commutation 65 et la seconde installation de commutation 66 est relié à une cinquième branche par une inductance Lv et une source de tension fournissant en sortie une tension UDC en étant reliée au premier 25 noeud 81. Un quatrième noeud 84 entre la troisième installation de commutation 61 et la quatrième installation de commutation 62 est relié à une sixième branche par une inductance LL et le second actionneur 5 en série, en étant relié au premier noeud 81. Un cinquième noeud 85 entre la cinquième installation de commutation 63 et la sixième instal- 30 lation de commutation 64 dans la septième branche est relié au premier noeud 81 par une inductance LL et le premier actionneur 4 en série. Les première jusqu'à sixième installations de commutation 61-66 ont chacune un commutateur S1-S6 et en parallèle à celui-ci, une diode de roue libre D 1-D6. Les commutateurs S1-S6 sont, de 35 préférence, des transistors MOSFET. La première branche et la cin- 3063156 8 quième branche forment un convertisseur releveur 6a qui transforme la tension de sortie UDC en une tension de circuit intermédiaire Uv plus élevée. Initialement, pour cela, tous les commutateurs S1-S6 sont ouverts. En fermant la seconde installation de commutation 66, il s'établit 5 un courant Iv à travers l'inductance Lv. Après la fermeture de la pre- mière installation de commutation 65 et l'ouverture de la seconde installation de commutation 66, le courant est dévié et il charge le condensateur Cv. La troisième, quatrième, sixième et septième branches 10 servent de convertisseur-réducteur à double canal 6b. Au début, les troisième-sixième installations de commutation 61-64 sont ouvertes. Si maintenant à titre d'exemple, on ferme la quatrième installation de commutation 61, un courant passe du condensateur Cv à travers l'inductance LL et génère ainsi une seconde tension U2 entre la paire 15 d'électrodes 5a, 5c du troisième actionneur 5. Si maintenant on ferme la quatrième installation de commutation 62 et ouvre la troisième installation de commutation 61, cela réduit de nouveau la seconde tension U2. De façon analogue en ouvrant ou en fermant la cinquième installation de commutation 63 et la sixième installation de commutation 64 on ap- 20 plique une première tension U 1 au premier actionneur 4. Par l'ouverture et la fermeture correspondantes des actionneurs 51-54, l'installation de commande 6 peut appliquer la première tension U 1 ou la seconde tension U2. La figure 6 montre un ordinogramme pour l'utilisation 25 d'une interface d'entrée 1 selon les formes de réalisation décrites ci- dessus en tant qu'affichage tactile. Dans une première étape 51 on applique de préférence en alternance une première tension U 1 à la paire d'électrode 4a, 4c du premier actionneur 4 et une seconde tension U2 à la seconde paire d'électrodes 5a, 5c du second actionneur 5. 30 Aucune tension ou une tension égale à zéro est appliquée à chacune des autres paires d'électrodes. Ainsi, l'élément vibrant 3 est mis en mouvement le long du substrat 2c de l'installation de support 2. 35 3063156 9 NOMENCLATURE DES ELEMENTS PRINCIPAUX 1 Interface d'entrée 2 Installation de support 5 2a Segment de liaison / élément de suspension 2b Segment de liaison / élément de suspension 2c Substrat 3 Elément vibrant 3a Première zone de bord 10 3b Seconde zone de bord 4 Premier actionneur 4a, 4c Première paire d'électrodes 4c Couche de polymère 5 Second actionneur 15 5a, 5c Seconde paire d'électrodes 5b Seconde couche de polymère 7 Couverture 7a Cadre 7b Fenêtre optique 20 61-66 Installation de commutation 81-86 Noeuds LL Inductance S1-S6 Commutateur U 1 Première tension 25 U2 Seconde tension REVENDICATIONS1°) Interface d'entrée (1) ayant une installation de support (2), un élément vibrant (3), un premier actionneur (4) avec une première paire d'électrodes (4a, 4c) et une couche de polymère (4b) entre les électrodes de la paire d'électrodes (4a, 4c), et un second actionneur (5) ayant une seconde paire d'électrodes (5a, 5c) et une couche de polymère (5b) entre les paires d'électrodes (5a, 5c), le premier actionneur (4) reliant la première zone de bord (3a) de l'élément vibrant (3) à l'installation de support (2) et le second actionneur 5 reliant la seconde zone de bord (3b) de l'élément vibrant (3) à l'installation de support (2), et l'élément vibrant (3) étant activé par une première tension (U1) ap- pliquée à la première paire d'électrodes et une seconde tension (U2) appliquée à la seconde paire d'électrodes (4a, 4c). 2°) Interface d'entrée (1) selon la revendication 1, caractérisée en ce qu' elle comporte une installation de commande (6) pour faire vibrer l'élément vibrant (3) en appliquant de manière décalée dans le temps la première tension (U1) et la seconde tension (U2). 3°) Interface d'entrée (1) selon la revendication 2, caractérisée en ce qu' elle comporte un condensateur (Cv) pour accumuler de l'énergie électrique, l'installation de commande (6) réalisant une liaison galvanique entre le condensateur (Cv) et la première paire d'électrodes (4a, 4c) ou la seconde paire d'électrodes (5a, 5c) pour appliquer la première tension (U1) ou la seconde tension (U2). 4°) Interface d'entrée (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que 3063156 11 la première paire d'électrodes (4a, 4c) est reliée à la seconde paire d'électrodes (5a, 5c) pour qu'en réduisant la première tension (U1) ou la seconde tension (U2) on augmente respectivement l'autre tension (U1, U2). 5°) Interface d'entrée (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première couche de polymère (4b) et la seconde couche de polymère (5b) sont précontraintes. 6°) Interface d'entrée (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que la première couche de polymère (4b) et/ou la seconde couche de polymère (5b) ont au moins un polymère électro-actif. 7°) Interface d'entrée (1) selon la revendication 6, caractérisée en ce que le polymère électro-actif comporte un élastomère diélectrique. 20 8°) Interface d'entrée (1) selon l'une des revendications précédentes, caractérisée en ce que le premier actionneur (4) et le second actionneur (5) ont chacun précisément une couche de polymère (4a, 5a). 25 9°) Interface d'entrée (1) selon l'une quelconque des revendications pré- cédentes, caractérisée en ce qu'elle comporte une couverture (7) prévue dans l'installation de support (2) et couvrant l'élément vibrant (3). 30 10°) Application d'une interface d'entrée (1) selon l'une quelconque des revendications 1 à 9, comme affichage tactile. 5 10 1535