Brevet FR3156009A1 — publié le 20250530

Adhésif pour dispositif haptique La présente description concerne un adhésif (30) pour dispositif haptique (1), l’adhésif (30) étant transparent, ayant une température de transition vitreuse inférieure à – 50°C et ayant, pour une fréquence supérieure ou égale à 40 kHz, de préférence comprise entre 60 et 120 kHz, un facteur d’amortissement inférieur à 0,4 et de préférence inférieur à 0,1. L’invention concerne également un dispositif haptique (1), configuré pour produire un retour haptique par modulation de friction, comprenant une plaque (10), destinée à être touchée par un utilisateur, et notamment par le doigt (D) d’un utilisateur, sur laquelle est fixé un empilement (20) au moyen d’un tel adhésif (30), ladite plaque étant munie d’au moins un actionneur haptique (14) apte à la mettre en vibration. Figure pour l’abrégé : figure 1A Adhésif pour dispositif haptique La présente description concerne de façon générale les dispositifs ayant une interface à retour haptique ultrasonique. La présente description s’applique par exemple des écrans d’affichage. Elle concerne également les colles/adhésifs utilisés dans ce type de dispositif. Une interface à retour haptique ultrasonique est basée sur l’association d’actionneurs piézoélectriques et d’une surface destinée au toucher d’un utilisateur. Les actionneurs peuvent être commandés à une fréquence ultrasonique de façon à faire vibrer la surface et provoquer un effet de lévitation acoustique sur la pulpe du doigt d’un utilisateur ce qui entraine la modulation du coefficient de friction entre le doigt et la surface de contact. Cet effet est connu sous le nom de « lubrification ultrasonique ». Il permet de créer une sensation de texture de la surface de contact. Les différents adhésifs utilisés dans de tels dispositifs ont un rôle important dans la transmission des vibrations nécessaires à la mise en place de la lubrification ultrasonique. De plus, il est parfois nécessaire, dans de tels dispositifs, que cette vibration ne soit pas transmise d’un élément à un autre, par exemple pour éviter des phénomènes d’atténuation, ou pour contenir la vibration dans une zone d’interaction spécifiquement délimitée. Il existe un besoin de fournir un adhésif pour un dispositif haptique qui, d’une part, n’empêche pas la propagation des vibrations dans la surface de contact, à laquelle il est fixé, et d’autre part, lorsque deux éléments sont collés l’un à l’autre au moyen de cet adhésif, limite la transmission des vibrations d’un élément à l’autre (typiquement de la surface de contact vers la couche supérieure d’un afficheur tactile, notamment dans la gamme de fréquence 40-400 kHz et de préférence 60-120kHz. Ce but est atteint par un adhésif pour dispositif haptique, l’adhésif étant transparent, ayant une température de transition vitreuse inférieure à – 50°C et ayant, pour une fréquence supérieure ou égale à 40kHz, de préférence comprise entre 40 et 400 kHz, encore plus préférentiellement entre 60 et 120 kHz, un facteur d’amortissement inférieur à 0,4 et, de préférence, inférieur à 0,1. Selon un mode de réalisation particulier, l’adhésif a un indice de réfraction compris entre 1,4 et 1,54. Selon un mode de réalisation particulier, l’adhésif a une résistance au pelage supérieure à 5 N/20mm. Selon un mode de réalisation particulier, l’adhésif a un facteur de Haze inférieur à 2. Selon un mode de réalisation particulier, l’adhésif est un polysiloxane. Selon un mode de réalisation particulier, l’adhésif a une épaisseur comprise entre 20 µm et 500 µm, de préférence entre 175 et 300 µm. L’invention concerne également un dispositif haptique configuré pour produire un retour haptique par modulation de friction, notamment une modulation de friction mettant en œuvre une onde de flexion, une onde de cisaillement ou une onde de compression-dilatation à une fréquence ultrasonique, le dispositif comprenant une plaque, de préférence en verre ou en plastique, destinée à être touchée par un utilisateur, et notamment par le doigt d’un utilisateur, sur laquelle est fixé un empilement au moyen d’un adhésif, tel que défini précédemment, ladite plaque étant munie d’au moins un actionneur haptique apte à la mettre en vibration. Selon un mode de réalisation particulier, l’empilement comprend une couche supérieure, en plastique ou en verre, sur laquelle est fixé l’adhésif. Selon un mode de réalisation particulier, la couche supérieure est une couche de détection d’un contact d’un utilisateur, notamment un doigt d’un utilisateur, avec la plaque ou une couche de détection de la position d’un contact d’un utilisateur, notamment un doigt d’un utilisateur, avec la plaque. Selon un mode de réalisation particulier, la couche supérieure est un polariseur. Selon un mode de réalisation particulier, l’empilement comprend un écran d'affichage à cristaux liquides, de préférence disposé entre deux polariseurs, un des polariseurs formant la couche supérieure. Selon un mode de réalisation particulier, l’empilement comprend un écran OLED. L’invention concerne également un tableau de bord automobile comprenant un dispositif haptique tel que décrit précédemment. Ces caractéristiques et avantages, ainsi que d'autres, seront exposés en détail dans la description suivante de modes de réalisation particuliers faite à titre non limitatif en relation avec les figures jointes parmi lesquelles : la FIG. 1 représente, de façon très schématique et partielle, une vue en coupe d’un dispositif électronique équipé d’une interface haptique, selon un mode de réalisation particulier ; la FIG. 1 représente, de façon très schématique et partielle, une vue en coupe d’un dispositif électronique équipé d’une interface haptique, présentant un empilement selon un mode de réalisation particulier ; la FIG. 2 représente, de façon très schématique et partielle, une vue en coupe d’un dispositif électronique équipé d’une interface haptique, selon un mode de réalisation particulier ; la FIG. 2 représente, de façon très schématique et partielle, une vue de dessous d’un dispositif électronique équipé d’une interface haptique, selon un mode de réalisation particulier ; la FIG. 3 représente, de façon très schématique et partielle, une vue en perspective d’un dispositif électronique équipé d’une interface haptique, selon un mode de réalisation particulier ; la FIG. 4 est un graphique représentant des courbes d’évolution du facteur d'amortissement en fonction du module d’Young d’un adhésif OCA, selon un mode de réalisation particulier. Dans les différentes figures, les différents éléments et composants ne sont pas nécessairement représentés à la même échelle les uns par rapport aux autres. De mêmes éléments ont été désignés par de mêmes références dans les différentes figures. En particulier, les éléments structurels et/ou fonctionnels communs aux différents modes et exemples de réalisation peuvent présenter les mêmes références et peuvent disposer de propriétés structurelles, dimensionnelles et matérielles identiques. Par souci de clarté, seuls les étapes et éléments utiles à la compréhension des modes et exemples de réalisation décrits ont été représentés et sont détaillés. Sauf précision contraire, lorsque l'on fait référence à deux éléments connectés entre eux, cela signifie directement connectés sans éléments intermédiaires autres que des conducteurs, et lorsque l'on fait référence à deux éléments reliés (en anglais "coupled") entre eux, cela signifie que ces deux éléments peuvent être connectés ou être reliés par l'intermédiaire d'un ou plusieurs autres éléments. Dans la description qui suit, lorsque l'on fait référence à des qualificatifs de position absolue, tels que les termes "avant", "arrière", "haut", "bas", "gauche", "droite", etc., ou relative, tels que les termes "dessus", "dessous", "supérieur", "inférieur", etc., ou à des qualificatifs d'orientation, tels que les termes "horizontal", "vertical", etc., il est fait référence sauf précision contraire à l'orientation des figures. Sauf précision contraire, les expressions "environ", "approximativement", "sensiblement", et "de l'ordre de" signifient à 10 % ou 10° près, de préférence à 5 % ou 5° près. Il existe différents types et différentes formes de dispositifs 1 à interface haptique. Tous les dispositifs équipés d’une interface haptique ont au moins pour caractéristiques communes (figures 1A, 1B, 2A, 2B et 3) : - une plaque 10 dont une face avant définit une surface de contact direct ou indirect à un corps externe, par exemple un organe de toucher (doigt D, pied, etc.) d'un utilisateur, et qui constitue la plaque de retour haptique ; - un ou plusieurs actionneurs piézoélectriques 14, fixés à la plaque 10, et configurés pour mettre en vibration la plaque 10, - un circuit 2 de commande et d'alimentation des actionneurs piézoélectriques 14. Pour une meilleure compréhension des figures, le circuit 2 de commande et d'alimentation des actionneurs piézoélectriques 14 n’est pas représenté sur toutes les figures. La plaque 10 est une surface de contact destinée à être touchée directement par l'utilisateur (par exemple, avec un bout de doigt D), ou un stylet. La surface de contact peut faire partie d'un téléphone (‘smartphone’), d'une tablette, d'un tableau de bord automobile, et notamment un panneau de contrôle automobile, d'un panneau de commande de machine, d’un élément utilisé dans la domotique tel qu’un interrupteur variateur (climatisation, lumière) ou d'autres interfaces utilisateur. La surface de contact peut être une vitre, notamment une vitre de couverture ou de protection placée sur un écran, ou un pare-brise automobile. La plaque 10 est de préférence transparente. La plaque 10 est faite d’un matériau rigide pouvant être soumis à des vibrations et/ou transmettre des vibrations. La plaque 10 est apte à être mise en vibrations, notamment lors d’un contact avec le doigt D d’un utilisateur. La plaque est apte à produire un effet de lubrification ultrasonique, par exemple, lorsqu’elle est mise en contact avec un doigt D. La plaque 10 peut être en verre (‘cover glass’) ou en plastique, par exemple en polycarbonate ou PMMA. Une couche de détection de contact ou de position de contact peut être positionnée dans la plaque 10, ou alternativement dessus et/ou dessous. La plaque 10 a une première face (face supérieure) et une deuxième face (face inférieure). La plaque 10, et notamment la face supérieure, peut dans certains cas être recouverte en partie ou totalement par une couche telle qu’un film décoratif ou tout autre traitement de surface, qui n’empêche pas la vibration. Au moins un actionneur 14 est fixé sur la deuxième face de la plaque 10. Plusieurs actionneurs haptiques peuvent être disposés sur la deuxième face. Les actionneurs sont disposés hors de l’aplomb de l’empilement 20. Alternativement au moins un actionneur peut être fixé sur le dessus de la plaque c’est à dire sur sa face supérieure, ou sur la tranche de la plaque. Les actionneurs piézoélectriques 14 sont généralement répartis en deux bandes situées de deux côtés opposés de la plaque 10 ou sur une seule bande située d’un seul côté. Les actionneurs 14 sont commandés par un circuit d'excitation 2 (‘driver’). Le rôle des actionneurs 14 est de créer, dans la plaque 10, une onde à haute fréquence. Les vibrations engendrées au niveau de la plaque 10 procurent, à sa surface externe d'interface avec un utilisateur (typiquement un doigt D), un effet perçu par l'utilisateur comme un effet de réduction de frottement avec la surface. Par haute fréquence, on entend typiquement une fréquence supérieure ou égale à 40kHz. La fréquence est, de préférence, comprise entre 40 et 400 kHz. Une gamme de fréquence comprise entre 60 et 120 kHz est particulièrement bien adaptée aux ondes de flexion (i.e. des ondes hors plan). Pour des ondes longitudinales dites « ondes de compression-dilatation » (i.e. des ondes dans le plan), on choisira plus particulièrement des fréquences autour de 150kHz. Les actionneurs 14 sont généralement alimentés par des tensions alternatives périodiques. La fréquence des tensions est choisie voisine de la fréquence de résonance du système électromécanique, typiquement autour d'une fréquence située entre 20 kHz et 200 kHz. L'amplitude des tensions de commande des actionneurs 14 est typiquement comprise entre une dizaine et une centaine de volts, par exemple de 20 V pour de petits écrans et de l’ordre 150 V pour de grands écrans. Il s'agit là d'exemples et d'autres valeurs de fréquences et d'amplitudes sont possibles selon l'application. Les actionneurs peuvent être des actionneurs à déformation amplifiée, comme décrits, par exemple, dans la demande WO 2020/141264 A1. Les actionneurs piézoélectriques 14 sont, par exemple, des céramiques piézoélectriques ou des couches minces piézoélectriques ou bien en film épais. Le dispositif 1 peut en outre comprendre un ou plusieurs des éléments suivants (représentés ou non sur les figures) : un circuit 16 (‘driver’) pour commander l’écran, une jauge de contrainte (‘strain gauge’), un détecteur de force, de pression, par exemple un détecteur infrarouge ou un détecteur mécanique. En plus des éléments précédemment cités, le dispositif haptique comprend un empilement 20. La plaque 10 est couplée à l’empilement 20 au moyen d’un adhésif 30. L’empilement 20 est une structure multicouche comprenant plusieurs couches. Il peut comprendre, par exemple, trois couches 21, 22, 23. La couche supérieure 21 de l’empilement 20 peut être fixée à la couche sous-jacente 22 au moyen d’un adhésif, par exemple identique à celui entre la plaque 10 et la couche supérieure 21. L’empilement 20, et plus particulièrement, la couche supérieure 21 de l’empilement 20 (autrement dit la couche sur laquelle est fixé l’adhésif 30), est fixé sur la deuxième face de la plaque 10. La couche supérieure 21 de l’empilement est en contact avec l’adhésif 30. La couche supérieure 21 de l’empilement 20 peut être un polariseur 18 ou une couche de détection de contact ou de position, par exemple pour détecter la position ou le contact d’un doigt D d’un utilisateur. Le polariseur 18 est, par exemple, constitué d’un matériau polymère, notamment en polysiloxane (‘silicone’) ou polyéthylène (PE). La couche de détection peut être en verre ou en polymère. L’empilement 20 peut comprendre une ou plusieurs couches de détection de position d’un doigt D et/ou de contact d’un doigt D sur la surface externe du dispositif. Les couches de détection peuvent être de type capacitif ou résistif. L’empilement 20 peut intégrer ou non un écran d’affichage, typiquement un écran tactile. Comme représenté sur les figures 2A et 3, l’empilement 20 comprend de préférence un écran, par exemple un écran à cristaux liquides (LCD) comprenant un module d'affichage à cristaux liquides 12 (LCM). Le module LCM 12 est, de préférence, disposé entre deux polariseurs 18. Par exemple dans le cas où l’empilement comprend un écran LCD, les actionneurs 14, amplifiés ou non, sont en contact avec la plaque 10. Alternativement, l’empilement 20 comprend un écran OLED. Nous allons maintenant décrire plus en détail l’adhésif 30 pour dispositif haptique 1. Il peut s’agir d’un adhésif OCA (adhésif optiquement clair) ou d’une résine OCR (résine optiquement claire). L’adhésif 30 est, de préférence, laminé sur les éléments à assembler. Les surfaces des deux éléments peuvent être en un même matériau ou en des matériaux différents. L’adhésif 30 permet de limiter la dissipation des ondes, par exemple de flexion, de compression ou de cisaillement, entre la plaque 10 et l'empilement multicouche 20. L’adhésif 30 par son élasticité et ses propriétés spécifiques, vise à permettre un effet de découplage mécanique de l'empilement 20 et de la plaque 10 où le retour haptique est généré. De cette manière, on évite une atténuation des ondes au sein de la plaque 10. L’adhésif 30 est adapté aux dispositifs mettant en œuvre des ondes de flexion, mais il est particulièrement efficace pour les ondes longitudinales dites de « compression-dilatation ». L’adhésif 30 doit répondre à plusieurs critères afin d’être utilisé dans un dispositif haptique. Pour les applications dans le domaine automobile, la plage de travail en température est typiquement comprise entre -40 °C et 85°C. Les fréquences utilisées sont des hautes fréquences (fréquences ultrasoniques), typiquement supérieures à 40 kHz. Par exemple, elles peuvent être comprise entre 60 et 120 kHz pour des ondes de flexion ou autour de 150 kHz pour des ondes longitudinales. Les propriétés spécifiées par la suite sont, avantageusement, respectées pour la plage de température et/ou pour la plage de fréquence précitée. L’OCA/OCR est stable dans ces plages de travail. On choisira un adhésif 30 répondant à plusieurs, voire à la totalité, des paramètres suivants : – avoir une température de transition vitreuse Tg inférieure à -50 °C ; - dans la gamme de température comprise entre 20 et 60 °C, à haute fréquence (par exemple 40kHz), et pour tanδenviron de 0,2 le module d’Young E est compris entre 4x10 7 Pa et 2x10 8 Pa ; - le matériau adhésif est un polysiloxane (aussi appelé silicone), par exemple du polydiméthylsiloxane (PDMS) ; – l’indice de réfraction (‘refraction index’) est compris entre 1,4 et 1,54 ; – la résistance au pelage (‘peel strength’) est supérieure à 5 N/20mm ; – le facteur de Haze est inférieur à 2 (de manière avantageuse, le facteur de Haze reste inférieur à 2, même après 500h à 105 °C) ; – pour des fréquences supérieures ou égales à 40 kHz, et de préférence pour des fréquences comprises entre 60 et 120k Hz, le facteur d'amortissement est inférieur ou égal à 0,4, de préférence inférieur ou égal à 0,2 et encore plus préférentiellement inférieur ou égal à 0,1 ; – l’épaisseur de l’adhésif est comprise entre 20 µm et 500 µm, de préférence entre 175 et 300 µm ; – le matériau adhésif est transparent (i.e. la transmittance du rayonnement lumineux (typiquement pour des longueurs d’onde comprises entre 300 et 850 nm) au travers de l’adhésif est supérieure à 70 %, de préférence supérieure à 80% et encore plus préférentiellement supérieure à 90%) ; – le coefficient de Poisson ν est compris entre environ 0,40 et 0,50. Un tel adhésif est, avantageusement, utilisé dans un dispositif haptique. Un tel adhésif est particulièrement intéressant dans des domaines industriels comme l’automobile, les appareils numériques, etc. Un dispositif haptique comprenant un tel adhésif permet de produire et conserver un retour haptique par modulation du coefficient de friction à la surface de la plaque en contact avec l’utilisateur. Cette technique de retour haptique est aussi appelée « lubrification ultrasonique ». En particulier un tel dispositif est configuré pour produire un retour haptique par modulation de friction, mettant en œuvre une onde de flexion ou une onde de compression-dilatation à une fréquence ultrasonique. A titre illustratif et non limitatif, la plaque 10 et l’adhésif 30 du dispositif 1 peuvent avoir les caractéristiques répertoriées dans le tableau suivant : Matériau Epaisseur (mm) Densité (kg/m 3 ) E (GPa) ν Plaque 10 verre 1-1.3 2200-2500 65-80 0,17-0.23 Adhésif 30 polysiloxane 0.17–0,3 1000-1300 0.40-0,50 Les valeurs données dans le tableau ci-dessus sont des valeurs approximatives qui s’entendent à 10 % près, de préférence, à 5% près. La FIG. 4 montre le facteur de perte (ou d'amortissement) en fonction du module d’Young d’un adhésif OCA E OCA exprimées en Pascal. La plaque 10 est une plaque de verre, d’épaisseur 1,3 mm. Chaque courbe donne l’évolution du couple tanδ-E OCA à isovaleur du coefficient d’atténuation des ondes de flexion se propageant le long de la plaque 10 (indiqué par un nombre associé à la courbe). Les propriétés du matériau seront choisies de manière à pouvoir se positionner sous la courbe d’atténuation 2.0, et encore plus préférentiellement sous la courbe 1.0. Une valeur de facteur d’amortissement inférieure à 0,1 sera préférée, qui permettra de respecter un niveau d’atténuation acceptable sur une plus large gamme d’élasticité de matériau. Pour caractériser les propriétés mécaniques de ces matériaux, une technique couramment utilisée est l'analyse mécanique dynamique (DMA). Toutefois, ce type d'essai est limité à des fréquences standard (jusqu'à 100 Hz). Les propriétés matérielles de l'OCA/OCR peuvent être obtenues par caractérisation acoustique à la fréquence de travail (notamment supérieure à 40 kHz, et en particulier à des fréquences comprises entre 60-120 kHz pour des domaines comme le domaine automobile) ou estimées à partir d'une courbe maîtresse (résultat d'un essai DMA). La construction de ces courbes maîtresse (‘master curve’) permet, à partir des valeurs obtenues à basse fréquence et de facteurs de translations a T et b T , d’estimer les valeurs du module d’Young E et du facteur d’amortissement tan δ à haute fréquence. Différentes températures peuvent être utilisées pour la construction des courbes. Il est ainsi possible d'obtenir le module de stockage (partie réelle du module de Young) et le facteur de perte (amortissement) en fonction de la fréquence à des fréquences plus élevées que celles testées par DMA. La construction des courbes maîtresses est, par exemple, décrite dans l’article de Rouleau et al. (« Characterization and modeling of the viscoelastic behavior of a self-adhesive rubber using dynamic mechanical analysis tests », J. Aerosp. Technol. Manag. 7 (2) (2015)). Dans la description, les acronymes, symboles, lettres grecques suivants peuvent correspondre à : – OCR : « optical clear resin » en anglais ; – OCA : « optical clear adhesive » en anglais ; – Tg : température de transition vitreuse ; – LCD : écran à cristaux liquides ou « liquid crystal display » en anglais ; – OLED : diode électroluminescente organique ou « organic light-emitting diode » en anglais ; – DMA : analyse mécanique dynamique ou « Dynamic mechanical analysis » en anglais ; – LCM : module d'affichage à cristaux liquides ou « Liquid Crystal Module” or “LCD Module” en anglais ; – E : module d’Young ; – G* : le module complexe de Coulomb, - tan δ : le facteur d'amortissement aussi appelé facteur de perte, – ν : coefficient de Poisson, – PDMS : polydiméthylsiloxane, – PMMA : poly(méthacrylate de méthyle) ou en anglais « poly(methyl methacrylate) » . Divers modes de réalisation et variantes ont été décrits. La personne du métier comprendra que certaines caractéristiques de ces divers modes de réalisation et variantes pourraient être combinées, et d’autres variantes apparaîtront à la personne du métier. Enfin, la mise en œuvre pratique des modes de réalisation et variantes décrits est à la portée de la personne du métier à partir des indications fonctionnelles données ci-dessus. Adhésif (30) pour dispositif haptique, l’adhésif (30) étant transparent, ayant une température de transition vitreuse inférieure à – 50°C, et ayant, pour une fréquence supérieure ou égale à 40kHz, de préférence comprise entre 60 et 120 kHz, un facteur d’amortissement inférieur à 0,4 et, de préférence, inférieur à 0,1. Adhésif (30) selon la revendication 1, ayant un indice de réfraction compris entre 1,4 et 1,54. Adhésif (30) selon l’une des revendications précédentes, ayant une résistance au pelage supérieure à 5 N/20mm. Adhésif (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ayant un facteur de Haze inférieur à 2. Adhésif (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, l’adhésif étant un polysiloxane. Adhésif (30) selon l’une quelconque des revendications précédentes, ayant une épaisseur comprise entre 20 µm et 500 µm, de préférence entre 175 et 300 µm. Dispositif haptique (1) configuré pour produire un retour haptique par lubrification ultrasonique, notamment une modulation du coefficient de friction mettant en œuvre une onde de flexion, une onde de cisaillement ou une onde de compression-dilatation à une fréquence ultrasonique, le dispositif comprenant une plaque (10), de préférence en verre ou en plastique, destinée à être touchée par un utilisateur, et notamment par le doigt (D) d’un utilisateur, sur laquelle est fixé un empilement (20) au moyen d’un adhésif (30), tel que défini dans l’une quelconque des revendications précédentes, ladite plaque étant munie d’au moins un actionneur haptique (14) apte à la mettre en vibration. Dispositif selon la revendication 7, dans lequel l’empilement (20) comprend une couche supérieure (21), en plastique ou en verre, sur laquelle est fixé l’adhésif (30). Dispositif (1) selon la revendication 8, dans lequel la couche supérieure (21) est une couche de détection d’un contact d’un utilisateur avec la plaque (10) ou une couche de détection de la position d’un contact d’un utilisateur avec la plaque (10). Dispositif (1) selon la revendication 8, dans lequel la couche supérieure (21) est un polariseur. Dispositif (1) selon la revendication 10, dans lequel l’empilement (20) comprend un écran d'affichage à cristaux liquides (12), de préférence disposé entre deux polariseurs (18), un des polariseurs formant la couche supérieure (21). Dispositif (1) selon l’une des revendications 7 à 10, dans lequel l’empilement (20) comprend un écran OLED. Tableau de bord automobile comprenant un dispositif haptique (1) selon l’une des revendications 7 à 12.