用于显示和/或操作装置的模块、显示和/或操作装置、用于制造模块的方法和运动工具

技术领域

本发明涉及一种用于显示和/或操作装置的模块、一种用于制造模块的方法、一种显示器装置和一种运动工具。

背景技术

目前，显示器装置对用户的触觉反馈——尤其是通过用户触摸时的振动——可以借助压电致动器或通过显示器或表面借助磁铁或电动马达的运动来实现。但具有通常是不透明的机械耦合元件的压电致动器必须设置在显示器的边缘区域中，因为否则压电致动器和机械耦合元件会限制到显示器上的视线。

US2012/0313874A1和US2012/0313766A1公开了安装在显示器装置边缘处的压电致动器。压电致动器在两侧完全涂覆有连续电极。当识别到物体、如手指触摸显示器时，会向电极施加电压。由此，压电致动器通过压电效应激发而振动，并且接触显示装置的物体经受触觉反馈。但该触觉反馈同时发生在整个显示器上。因此，显示器的局部区域不能被单独激发以获得触觉反馈。由于压电致动器设置在显示器的边缘区域中，在此也需要附加的机械耦合元件。

此外，独立于设计地，已知的触摸表面、尤其是触摸显示器都具有抗反射表面覆层。但触摸传感器系统、触觉致动器和抗反射覆层必须使用不同的技术来实现。触摸传感器系统、触觉致动器和抗反射覆层的同时技术实现必须通过异质的制造步骤并使用不同的材料进行。因此，如此制造的触摸表面的系统特性在其安装空间和触觉效果方面受到限制。此外，增加了系统和开发成本以及不利的质量特性。

发明内容

因此，本发明的任务是在具有良好抗反射特性的显示和/或操作装置上实现位置选择性的触觉反馈同时降低制造和材料成本并减轻上述现有技术的缺点。

根据本发明，所述任务通过独立权利要求来解决。

根据第一方面，本发明涉及一种用于显示和/或操作装置(如用于显示器装置)的模块。“模块”在此理解为一种构件、如触摸屏、尤其是一种可设置在显示和/或操作装置的能够显示图形显示内容和/或与图形显示内容直接互动的区域上的构件、如触摸屏。此外，“显示装置”也可包括装饰表面。模块尤其是可粘接到显示和/或操作装置的这种区域上。模块在此通过下面描述的特征是透明的。“透明度”在此理解为尤其是无色透明度、如窗玻璃般透明度。但在此使用的术语透明度至少要求显示和/或操作装置的显示器的图形显示内容必须是对观察者通过模块可识别或可见的。

模块包括涂覆有第二透明电极的透明基板。第二透明电极材料或者说第二透明电极又在其另一侧涂覆有透明压电材料的第二表面。第二电极因此“夹在”基板和透明压电材料之间。此外，透明压电材料的第一表面涂覆有第一透明电极。例如透明压电层的第一表面和第二表面平行延伸。换言之，所述电极设置在透明压电层的彼此相对置的表面上。第一透明电极在此包括电极岛的第一矩阵。换言之，在透明压电材料上存在透明电极层，所述透明电极层包括二维图案，即电极岛的第一矩阵。电极岛在此应理解为第一矩阵的彼此隔离的部件(它们尤其是彼此间隔开设置)。由电极岛形成的矩阵可设计成“V”和/或“W”的形式和/或“棋盘图案”的形式或十字的形式。在此尤其是规定，各电极岛彼此间隔开。每个电极岛在此可与一个电压源连接。因此，电极岛可理解为第一电极的透明材料(如铟锡氧化物)的分隔开的层，它们不相互接触并且作为二维图案分布地设置在透明压电层的第一表面上。这些层可设计成多边形的、尤其是矩形的以及椭圆形的。例如电极岛可与第一表面的边缘间隔开设置。也就是说，电极岛不接触第一表面的边缘。此外，根据本发明的模块包括具有至少一个第一印制导线的印制导线布置结构。例如印制导线布置结构可包括5到200条印制导线。在此至少第一印制导线与所述电极岛中的至少一个电连接。在此电极岛可通过包括至少一个第一印制导线的印制导线布置结构供电，该印制导线具有设置在第一表面之外并且具有通向电压源的路径的电极焊盘。因此，通过在第一电极和第二电极之间施加电压——透明压电材料位于所述第一和第二电极之间——可通过压电效应激发压电材料的运动、尤其是振动，这又导致透明基板的振动。在电极岛与第一表面的边缘间隔开的情况下，由此可通过透明基板的振动在模块的任何位置上引起触觉反馈。因此，对于例如用其手指触摸模块表面的用户，可在该表面上的任何位置上引起触觉反馈。通过与手指的位置相关地改变整个板的振动，可实现位置选择性。此外，通过对电极岛的有针对性的操控，可通过透明基板的位置选择性振动引起与其它表面区域独立的位置选择性的触觉反馈。

至少第一印制导线和/或电极岛之一在此具有95至195nm的层厚度。此外，一半和/或所有的印制导线和/或一半和/或所有的电极岛也可具有95至195nm的层厚度。这些层厚度的角值相应于380/4nm或780/4nm，即可见光波长范围除以四的角值。95至195nm的层厚度范围可导致在印制导线或电极岛上反射的光束之间产生相消干涉。层厚度作为待消除波的波长除以四是本领域技术人员从相消干涉的物理条件已知的(参见

“http://www.chemgapedia.de/vsengine/vlu/vsc/de/ph/14/ep/einfuehrung/wellenoptik/interferenz2c.vlu/Page/vsc/de/ph/14/ep/einfuehrung/wellenoptik/i2_refly1.vscml.html”)。以此方式削弱反射强度，从而形成抗反射表面。此外，在95nm到195nm的范围之外，可见光的反射波之间没有相消干涉，因此反射强度没有被充分削弱以达到抗反射效果。

第一电极和/或第二电极例如可具有石墨烯和/或铟锡氧化物(ITO)和/或银纳米线和/或碳纳米管(CNT)和/或导电聚合物和/或铝掺杂ZnO和/或氮掺杂类金刚石碳和/或碳纳米线。

不具有95至195nm层厚度的其余电极、尤其是电极岛、和/或印制导线的层厚度尤其可以是至少0.5nm、如100至400nm、特别优选150至300nm。如果电极、尤其是电极岛的层厚度太小，则触觉反馈不再是充分可感知的。如果超过电极、尤其是电极岛的层厚度，则电极材料的透明度不再足够。

作为用于压电层的透明压电材料尤其可使用锆钛酸铅(Pb(Zr

电极岛尤其是可具有20μm至500μm的边长和/或直径。对于较小的边长和/或直径，可能会出现不利空间损失以用于布线。

因此，用于显示和/或操作装置的模块可安装在显示和/或操作装置的显示图形显示内容和/或将其提供用于交互的部件(即显示器)上。例如自由侧面、即基板的未涂覆的侧面可直接施加在显示和/或操作装置的显示器上。通过透明电极与压电材料在空间上直接相邻的布置方式可省去附加的机械耦合接口，这使得模块的制造更简单且成本更低。此外，通过将第一矩阵的至少一个电极岛与第一表面的边缘间隔开，透明模块上的任一位置都可位置选择性地通过压电材料的激发而用于触觉反馈。此外，通过根据本发明的透明模块可减少图形显示内容的失真，这种失真情况例如会出现在已知的非透明压电致动器中。

电极岛和印制导线将触觉致动器和抗反射覆层结合为集成设计方案。由于省去了附加构件，可改善模块性能。通过在电极岛和/或印制导线内组合触觉反馈和抗反射光学器件，与已知的解决方案相比，可最小化安装空间。由此降低了开发和系统成本并通过减少分立构件或附加层的数量来提高质量特性。

从属权利要求示出本发明的有利扩展方案。

在根据本发明的模块的一种有利扩展方案中，透明压电层的第一表面和第二表面彼此平行。换言之，第一电极和第二电极安装在透明压电层的彼此相对置的侧面上。以此方式，可实现关于触觉反馈的理想布置。

根据本发明的模块的另一种有利扩展方案，至少一个所述电极岛与第一表面的边缘间隔开设置。在此，电极岛可任意设置在压电层的中央和/或一个象限上。此外，两个或更多个电极岛可与第一表面的边缘间隔开设置。特别有利的是，所有电极岛都与边缘间隔开设置。在此，与边缘间隔开的电极可具有将电极岛与电极焊盘连接的导线，所述电极焊盘可设置在边缘上或透明压电层之外。通过将电极岛与第一表面的边缘间隔开设置，可在模块的任一位置上位置选择性地产生触觉反馈。

在根据本发明的模块的另一种有利实施方式中，至少一个所述电极岛具有其自身独立的、通往电压源的电压路径。换言之，第一矩阵的电极岛中的至少一个具有自身且独立的电路路径，其构造用于将该电极岛与一个电压源电连接。这例如可以是与上述电极焊盘连接的印制导线。该电路路径例如还包括晶体管和/或开关和/或继电器，所述晶体管和/或开关和/或继电器独立于其余电极岛的开关路径闭合通向电压源的电流路径。因此，可以选择性地对根据本发明的模块的一个小区域进行单独和独立操控。此外，至少两个并且尤其是所有电极岛也可分别具有自身独立的、通往自身独立的电压源的电路路径。

在另一种有利的实施方式中，电极岛具有椭圆形和/或多边形、尤其是正方形形状。椭圆形形状例如还可包括圆形。此外，也可想到点状电极岛。例如在岛具有方形形状的情况下，也可形成第一矩阵的片状结构。

根据另一种扩展方案，第二透明电极包括具有多个电极岛的第二矩阵。为了避免重复，适用于具有第一矩阵的第一电极的所有特征、效果和优点在此也援引到具有第二矩阵的第二电极。与根据本发明的模块内的全覆层相比，尤其是通过使用具有多个电极岛的第二矩阵可降低层应力。

在一种优选实施方式中，第一矩阵和第二矩阵的电极岛相互叠合地设置。以此方式可实现压电层的空间优化的激发。

在根据本发明的模块的一种有利扩展方案中，模块包括抗划痕覆层和/或疏水覆层。以此方式，电极岛或印制导线的使用寿命可显著增加。作为抗划痕覆层例如使用防划痕漆层。

在根据本发明的模块的另一种有利实施方式中，电极岛具有95至195nm范围内的不同层厚度。在此一方面可想到，电极岛本身分别具有恒定的层厚度，但对于不同的电极岛其厚度可以是不同的。另一方面，可在一个电极岛内设置阶梯结构，在此在一个电极岛内实现95至195nm范围内的不同层厚度。印制导线也可这样实现。因此可消除可见光的多个波长，这在削弱反射强度方面进一步改进了抗反射覆层。

下述根据本发明的方面包括根据本发明的装置的有利实施方式和扩展方案以及一般优点和与其相关联的相应技术效果。

根据第二方面，本发明涉及一种用于制造根据本发明第一方面的模块的方法。为此，首先给透明基板、如玻璃板和/或透明塑料涂覆第二透明电极。这例如可借助通过物理气相沉积、如通过溅射和/或气相喷镀(例如包括铟锡氧化物的溅射)的施加来进行。然后例如可通过干蚀刻方法或光刻方法对电极进行结构化。然后将透明压电材料(如锆钛酸铅和/或掺杂和/或未掺杂的氮化铝)沉积在第二透明电极上。这例如可通过传统的溅射方法进行。作为替代方案，例如传统的溶胶-凝胶方法也是可能的。在溶胶-凝胶方法的情况下，尤其是可进行进一步的干燥步骤。在下一步骤中，在透明压电材料的第一表面上涂覆电极岛的第一矩阵，至少一个电极岛具有95至195nm的层厚度。如上所述，这可通过溅射来完成。优选包括金属部件的印制导线尤其是也可通过物理气体沉积方法来施加。尤其是施加层厚为95nm至195nm的印制导线。这例如可通过设置过程参数(如溅射时间)来实现。这同样适用于产生电极岛的覆层。此外，可通过蚀刻掩模产生阶梯或者说台阶。所使用的覆层技术在此相应于基板覆层时的技术。覆层的结构化例如可通过光刻工艺和/或干蚀刻工艺进行。在此可想到物理过程(如通过氩离子轰击)和/或借助蚀刻掩模的化学工艺、如用含氯气体蚀刻(尤其是在结构化AIN或ScAIN时)。也可借助激光技术进行结构化。因此，尤其是可定义印制导线或压电材料和尤其是电极岛的结构。因此，可在一种制造方法内制造具有触觉致动器和抗反射表面的模块，而无需附加的生产步骤和生产材料。因此可降低生产成本，因为可节省材料以及方法步骤。

根据第三方面，本发明涉及一种包括根据第一方面的模块的显示和/或操作装置。模块在此作为透明模块设置在显示和/或操作装置的显示区域或显示器上。此外，显示和/或操作装置可包括评估单元、如CPU和/或微控制器。此外，显示和/或操作装置可包括传感器、如摄像机和/或接触传感器(如传感器玻璃)。此外，显示和/或操作装置可包括电压源。在此，第一透明电极和第二透明电极、尤其是第一矩阵和/或第二矩阵的电极岛可与电压源连接。评估单元构造用于通过控制开关和/或晶体管和/或继电器来闭合具有这两个透明电极和电压源的电路并因此确保将电压施加到透明电极上，以振动激发压电材料。因此，评估单元也可促使将电位施加到各个电极岛上，以便在相应电极岛的位置上激发透明压电层并因此在透明模块的任意位置上引起触觉反馈。运动传感器和/或摄像机也可与评估单元连接。如果传感器识别到物体——例如在其接触模块的表面时，则评估单元可构造用于通过电极的相应互连在该位置上施加电位。

根据第四方面，本发明涉及一种包括根据第三方面的显示和/或操作装置的运动工具。在此，显示和/或操作装置固定安装在运动工具中，而不是设计为便携式设备。运动工具在本发明的意义中例如可以是汽车、尤其是轿车和/或卡车、和/或飞机和/或轮船和/或摩托车。

附图说明

本发明的其它细节、特征和优点从下述说明和附图给出。附图如下：

图1a示出根据本发明的模块的一种实施方式；

图1b示出根据本发明的显示和/或操作装置的一种实施方式；

图2示出根据本发明的模块的一种实施方式；

图3示出根据本发明的运动工具的一种实施方式；

图4示出根据本发明的方法的一种实施方式的流程图；

图5a示出在根据本发明的电极岛的一种实施方式上的反射期间相消干涉的微观图示；

图5b示出在根据本发明的电极岛的一种实施方式上的反射期间相消干涉的宏观图示；

图6示出根据本发明的模块的一种实施方式；

图7示出根据本发明的具有疏水覆层的模块的一种实施方式的横截面图；和

图8示出在根据本发明的电极岛的一种实施方式上的反射期间相消干涉的微观图示。

具体实施方式

图1a示出根据本发明的模块1的一种实施方式。在此，第一透明电极3的第一矩阵的电极岛3a、3b、3c设置成“W形”。通过导线5和/或印制导线24a-24e以及第一电极焊盘6和设置在其上的电路可独立和分开地将电压施加到每个电极岛3a、3b、3c。此外，透明压电层2(如AlScN)涂覆有例如具有铟锡氧化物的电极岛3a、3b、3c。此外，圆形虚线表示第二透明电极4，所述第二透明电极例如具有铟锡氧化物。第二透明电极4可与第二电极焊盘7连接或互连，第二电极焊盘也假想性地设置在压电材料2下方并且仅出于说明目的示出。此外，第二透明电极4(在透明压电材料2下方)设置在透明基板12、如玻璃上。

图1b示出根据本发明的显示和/或操作装置10的一种实施方式。在此示出根据本发明的模块1的横截面A-A。除了根据本发明的模块1之外，在此还示出用于显示显示内容并且用于用户交互的显示器9和传感器11、尤其是传感器玻璃或者说触摸功能玻璃。通过传感器11例如可检测想要通过触摸与显示器9的内容交互的用户的手指23。在通过传感器11识别出这(即，通过触摸与显示器的内容交互的用户手指)之后，在相应的电极岛3a、3b、3c和第二透明电极4之间施加随时间变化的电压。由此，在一个或多个特定的第一电极岛3a上产生透明压电层2的振动，从而使透明基板12振动。由此，用户在其手指23位置处体验到振动或触觉反馈。

图2示出根据本发明的模块1的一种实施方式，以说明电极岛3a、3b、3c的独立和分开的开关路径。在此第二透明电极4和电极岛3a、3b、3c可选择性地与电压源13连接。此外，由电极岛3a、3b、3c和第二透明电极4形成的每个电极对可具有单独或者说各自的电压源。通过闭合开关S1、S2、S3之一可单独控制电极岛3a、3b、3c之一。如果仅将电压施加到第一电极岛3a，则可闭合第一开关S1。如果要对第一和第三电极岛3a、3c执行此操作，则可闭合第一和第三开关S1、S3等。可通过评估单元8来控制开关S1、S2、S3的闭合和打开。

图3示出包括根据本发明的显示和/或操作装置10的根据本发明的运动工具20(以汽车的形式)的一种实施方式。可借助传感器11、如借助电容传感器识别用户对模块1的触摸。通过评估单元8可在电极岛3a、3b、3c的一个位置处激发振动。

图4示出根据本发明的用于制造用于显示和/或操作装置10的模块1的方法的一种实施方式的流程图。在第一步骤100中，通过物理气体沉积工艺给透明基板12涂覆第二透明电极4、如铟锡氧化物。在第二步骤200中，对第二透明电极4进行结构化。在第三步骤300中，例如通过溅射和/或溶胶-凝胶方法在第二透明电极4上涂覆透明压电材料(如AlScN或PZT)。接着，在第四步骤400中，在溶胶-凝胶方法的情况下进行干燥。在第五步骤500中，通过物理气体沉积(例如用铟锡氧化物和金属、如用于印制导线24a-24e的银)对透明压电层2进行覆层，以便形成具有电极岛3a、3b、3c的矩阵，即在透明压电层2上形成第一透明电极3。如此制造的电极岛3a、3b、3c具有100nm的层厚度。在第六步骤600中，对矩阵和印制导线24a-24e进行结构化，以获得根据本发明的模块1。在此印制导线24a-24e具有150nm的层厚度。

图5a示出由根据本发明的电极岛3的层厚度产生的相消干涉的微观图示。在此电极岛3的层厚度是待消除波长λ的λ/4。反射光束R1和R2通过电极岛3的层厚度具有光程差，通过所述光程差可实现相消干涉。此外，辐射的一部分D穿过电极岛3和透明压电材料2。

图5b示出由根据本发明的电极岛的层厚度产生的相消干涉的宏观图示。在左侧示出层厚度为100nm的电极岛3的第一光泽G1。左侧与右侧通过分界线S分开，在右侧示出层厚度在95至195nm范围之外的电极岛3的第二光泽G2。从图5b可以看出，与第二光泽G2位置的反射强度相比，第一光泽G1位置处的反射强度明显减弱。因此，根据本发明的具有第一光泽G1的电极岛3显示出比具有第二光泽G2且不具有在95nm至195nm范围内的层厚度的电极岛3更好的抗反射特性。

图6示出根据本发明的模块1的一种实施方式。该模块包括电极岛3a至3c、透明压电层2以及包括第一至第五印制导线24a至24e的印制导线布置结构25。在此电极岛3a至3c等与印制导线24a至24e连接。

图7示出根据本发明的模块1的横截面图。在此电极岛3a、3b和印制导线24a至24e附加地涂覆有疏水覆层26。

图8示出透明压电层2上的阶梯状电极岛3的一种实施方式，阶梯的高度分别在95nm和195nm之间的范围内。因此，通过阶梯的不同高度可实现对可见光光谱中不同波长的相消干涉。

为了更好地理解，应参照一种应用示例来解释本发明。ITO通过溅射沉积而沉积在透明基板上。随后通过光刻和干蚀刻进行结构化。然后在现有层上溅射沉积ScAIN并且随后通过光刻和干蚀刻进行结构化。在下一步骤中，通过溅射沉积对ITO沉积并且随后通过光刻和干蚀刻进行结构化。最后，在整个表面覆上一层钝化层(例如通过低压化学气相沉积(LPCVD)和/或等离子体增强化学气相沉积(PECVD)和/或溅射)，然后在所述两个电极与操控部(Ansteuerung)电接触的位置上通过光刻和干蚀刻打开钝化层。

附图标记列表

1 模块

2 透明压电层

3 第一透明电极

3a 第一电极岛

3b 第二电极岛

3c 第三电极岛

4 第二透明电极

5 导线

6 第一电极焊盘

7 第二电极焊盘

8 评估单元

9 显示器

10 显示和/或操作装置

11 传感器

12 透明基板

13 电压源

20 运动工具

23 手指

24a 第一印制导线

24b 第二印制导线

24c 第三印制导线

24d 第四印制导线

24e 第五印制导线

25 印制导线布置结构

26 疏水覆层

A-A 横截面

S1 第一开关

S2 第二开关

S3 第三开关

100-600 方法步骤

D 透射辐射

G1 第一光泽

G2 第二光泽

R1 第一反射光束

R2 第二反射光束

T 分界线

λ 波长