專(zhuān)利名稱(chēng)：帶有有源矩陣的多點(diǎn)觸摸傳感器的制作方法
帶有有源矩陣的多點(diǎn)觸^傳感器
本發(fā)明涉及允許優(yōu)選地通過(guò)圖形界面來(lái)控制設(shè)備的多點(diǎn)觸摸傳感器 領(lǐng)域，所述傳感器配名^有同時(shí)釆集其表面上的多個(gè)手指的位置、壓力、尺
寸、形狀以;^位移的裝置。
在現(xiàn)有技術(shù)中多點(diǎn)觸摸傳感器是公知的。作為示例，專(zhuān)利
WO2005/091104描述了用于控制信息化設(shè)備的裝置，該裝置包括多觸點(diǎn) 的二維傳感器以采集觸摸信息，其特征在于還包括位于二維觸摸傳感器下
面的顯示屏以及存儲(chǔ)器和本地計(jì)算機(jī)，所述存儲(chǔ)器用于記錄圖形對(duì)象，每 個(gè)圖形對(duì)象與至少一個(gè)處理規(guī)則相關(guān)聯(lián)，所述本地計(jì)算機(jī)用于分析所采集 的觸摸信息的位置并且根據(jù)所述位置相對(duì)于圖形對(duì)象的位置來(lái)應(yīng)用處理 規(guī)則。
現(xiàn)有技術(shù)的傳感器具有在三個(gè)觸點(diǎn)沿兩個(gè)標(biāo)準(zhǔn)正交化軸線對(duì)齊的情 況下誤響應(yīng)的缺陷。在這種情況下，不能檢測(cè)另外的接觸的存在或消失。 三個(gè)最初接觸屏蔽了對(duì)另外的接觸的檢測(cè)。
為了克服該缺陷，本發(fā)明在其廣義上涉及帶有有源矩陣的多點(diǎn)觸摸傳 感器，包括
—具有N x M個(gè)獨(dú)立單元的矩陣層，單元Px, y中的每個(gè)單元通過(guò)開(kāi) 關(guān)元件連接到行Lx和列Cy，行Lx為所有單元Px, i所共有，i在1和N之
間，列Cy為所有單元Pj,y所共有，j在l和Q之間，Q最大等于M，
-能夠引起位于觸摸激活區(qū)下面的單元的電氣特性的局部變化的中
間層，所述中間層位于所述PX, y的有源表面和相鄰表面之間， —允許觸摸交互作用的頂激活層，
-電子電路，對(duì)于每個(gè)單元組Ca, bl_b2， b2-bl在l和Q之間，該電
子電路順序地控制激活所述單元Ca, M—b2的第一激活步驟然后控制單獨(dú)檢 測(cè)每個(gè)單元Ca, bLb2的電氣特性的第二步驟以便提供表示觸摸激活的區(qū)域
的信息。
所述單元中每個(gè)單元的獨(dú)立性允許克服現(xiàn)有技術(shù)的傳感器的缺陷，避 免了當(dāng)三個(gè)觸點(diǎn)被正交定位時(shí)的屏蔽現(xiàn)象。
5根據(jù)一個(gè)優(yōu)選變型，這些層中每層是透明的。該變型使得能夠透過(guò)傳 感器顯示圖形信息，特別是由位于該屏幕上的傳感器測(cè)得的動(dòng)作控制其配 置的信息。
優(yōu)選地，傳感器還包括為所有單元所共有的附加顯示層。或者，單元 PX, y中的每個(gè)單元還包括顯示裝置。
優(yōu)選地，由在所述第 一激活步驟期間產(chǎn)生的信號(hào)激活所述顯示裝置。 該變型允許實(shí)施與作用在外表面上的動(dòng)作同步地進(jìn)行信息變化顯示的交 互式傳感器。此實(shí)施構(gòu)成多點(diǎn)觸摸屏。
根據(jù)另一變型，電路包括根據(jù)查到的顯示M來(lái)控制在所述第一激 活步驟期間所產(chǎn)生的所述信號(hào)的裝置；以及才艮據(jù)在第一步驟期間施加到所 述單元的信號(hào)控制在所述第二步驟期間的檢測(cè)的裝置。該變型允許交替地 控制信號(hào)的顯示和檢測(cè)。
根據(jù)第一實(shí)施方式，中間層被切割成每個(gè)對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)單元的獨(dú)立 部分。
根據(jù)第二實(shí)施方式，中間層由單一的區(qū)域形成。 根據(jù)第一實(shí)施例，中間層包括壓電材料。
優(yōu)選地，這樣的傳感器包括介電H在介電基板上設(shè)置了分布的電 極以便形成有源的單元矩陣，該矩陣層被由一片壓電材料形成的中間檢測(cè) 層所覆蓋，這片壓電材料被一片均勻透明的導(dǎo)體所覆蓋。
或者，該傳感器包括介電基板，在介電基板上設(shè)置了電極，每個(gè)電極 ^電材料AA,此矩陣層被一片均勻透明的導(dǎo)體所覆蓋。
根據(jù)第二實(shí)施例，根據(jù)本發(fā)明的傳感器包括通ii拖加到所述電極的電 信號(hào)來(lái)激活壓電材料的激活裝置。
根據(jù)第三實(shí)施例，中間層包括介電材料，檢測(cè)通過(guò)測(cè)量阻抗來(lái)實(shí)施。
優(yōu)選地，這樣的傳感器包括介電勤1，在介電^1上設(shè)置了分布的電 極以便形成有源的單元矩陣，該矩陣層被中間檢測(cè)層所覆蓋，中間檢測(cè)層 由一片電阻率隨沿著垂直于傳感器表面的方向的形變而變化的材料形成， 這片材料被一片均勻透明的導(dǎo)體所覆蓋。
根據(jù)一個(gè)變型，該傳感器包括介電基&，在介電J4l上設(shè)置了電極，
每個(gè)電札菱蓋有電阻率隨沿著垂直于傳感器表面的方向的形變而變化的 材料，此矩陣層被一片均勻透明的導(dǎo)體所覆蓋。根據(jù)一個(gè)具體實(shí)施例，傳感器包括介電基板，在介電基板上設(shè)置了分 布的電極以便形成有源的單元矩陣，此矩陣層被絕緣層所覆蓋。
根據(jù)一個(gè)變型，所述開(kāi)關(guān)元件是雙向元件。該解決方案允許改變中間 層的狀態(tài)并且測(cè)量其狀態(tài)的變化。
優(yōu)選地，傳感器包括介電基&，在介電基板上設(shè)置了形成矩陣的電極， 該矩陣被液晶層覆蓋，該層被一片均勻透明的導(dǎo)體覆蓋。
根據(jù)另一實(shí)施例，傳感器包括介電基tl，在介電基板上設(shè)置了形成有 源矩陣的電極，該有源矩陣被液晶層覆蓋，該層被一片均勻透明的導(dǎo)體覆 蓋。
根據(jù)另一實(shí)施例，所述開(kāi)關(guān)元件是MOSFET (金屬氧化物半導(dǎo)體場(chǎng) 效應(yīng)晶體管)晶體管。
通過(guò)閱讀下面的描述并參照對(duì)應(yīng)于非限制性實(shí)施例的附圖可更好地 理解本發(fā)明，在附圖中
-

圖1示出根據(jù)中間層是均勻的實(shí)施例的傳感器的分解-圖2示出才艮據(jù)中間層被切割成孤立區(qū)域的實(shí)施例的傳感器的分解
-圖3示出第一實(shí)施例的單元組的詳細(xì)視-圖4示出第二實(shí)施例的單元組的詳細(xì)視—圖5示出第三實(shí)施例的單元組的剖面詳細(xì)視-圖6示出第四實(shí)施例的單元組的剖面詳細(xì)視-圖7示出第五實(shí)施例的單元組的剖面詳細(xì)視圖。
圖1示出根據(jù)中間層是均勻的實(shí)施例的傳感器的分解圖。
圖2示出根據(jù)中間層被切割成孤立區(qū)域的實(shí)施例的傳感器的分解圖。
圖3示出第一實(shí)施例的單元組的詳細(xì)視圖。
在該示例實(shí)施例中，多觸點(diǎn)觸摸屏包括具有N x M個(gè)獨(dú)立單元的TFT (薄膜晶體管)有源矩陣，每個(gè)單元Ci由兩個(gè)信號(hào)單獨(dú)尋址。
有源矩陣化允許對(duì)由X個(gè)相同單元組成的矩陣獨(dú)立地尋址。矩陣化 通過(guò)每個(gè)單元兩個(gè)信號(hào)來(lái)實(shí)現(xiàn)。這些信號(hào)對(duì)于在同一列或同一行上對(duì)齊的 單元而言是共有的。以這種方式，為了控制NxM個(gè)單元而經(jīng)過(guò)的信號(hào)的數(shù)量(每個(gè)單元最少2個(gè))不是NxMx2,而是N + M。在每個(gè)單元 的端子處^f吏用晶體管允許對(duì)單元獨(dú)立地尋址。
每個(gè)單元包括一個(gè)MOSFET晶體管20，該晶體管20具有三個(gè)電極 (21到23 ):柵極22、漏極23以及源極21。晶體管在柵^l/源極電壓(Vgs ) 大于閾值(Vth)時(shí)導(dǎo)通。漏極23連接到箱體24。柵極連接到行而源極 21連接到列。
圖4示出使用TFT液晶屏結(jié)構(gòu)的電容傳感器的剖面圖。 該傳感器包括
-14140,例如一片厚度為兩亳米的玻璃，
-底層上的金屬化TFT矩陣，其包括表面面積例如為10mn^的形成 電極41的透明導(dǎo)電單元，所述電極由例如ITO (銦錫氧化物)的材料、 導(dǎo)電聚合物以及其它透明的導(dǎo)電材料制成。
-透明的介電頂層42，其厚度較小(100jLim)而相對(duì)介電常數(shù)較大 (例如PVC為5)并且保護(hù)底層不受外部侵害。該層42是透明的。
當(dāng)激活裝置(例如手指)位于單元附近時(shí)(因此起電核/ft用)與測(cè)量 系統(tǒng)的參考電壓之一 (例如，地)產(chǎn)生閉合電路。
通過(guò)有源矩陣的尋址，可以對(duì)每個(gè)獨(dú)立單元進(jìn)行電容的測(cè)量。使用上 述尺寸，手指出現(xiàn)在頂層附近所產(chǎn)生的電容約為4pF。
圖5示出基于透明壓電材料的壓敏傳感器。
該傳感器包括
-^L50,由一片厚度為兩亳米的玻璃形成，
-底層50上的金屬化TFT矩陣，其包括透明的導(dǎo)電單元(51到53 ),
-透明壓電材料(例如壓電聚合物，壓電陶瓷等)的中間層54， 中間層54是均勻的或者形成彼此獨(dú)立并且覆蓋底電極的單元。
—在保護(hù)膜56上形成金屬化透明基板的導(dǎo)電頂層55。
作用于頂層上的壓力在壓電材料的兩面之間產(chǎn)生電位差。由于^L使 它這側(cè)的電壓一致，TFT矩陣允許在每個(gè)存在電極的位置獨(dú)立地測(cè)量電 壓。如果壓電材樸沒(méi)置在獨(dú)立的單元上，由于機(jī)械力(壓力)而產(chǎn)生的作 用將是局部的并且將不產(chǎn)生 /壓電相互依賴(lài)性。
在所述示例中，壓電層為所有單元所共有?；蛘?，傳感器包括形成對(duì)應(yīng)于TFT單元的獨(dú)立單元的壓電層。
圖6示出第四實(shí)施例的單元組的剖面詳細(xì)視圖。該變型是這樣的壓敏 傳感器，其基于電阻率在變形(由于;W^壓力)的作用下發(fā)生改變的透明 導(dǎo)電材料。
該傳感器包括
-^L60，由一片厚度為兩毫米的玻璃形成，
-底層上的金屬化TFT矩陣，其包括透明的導(dǎo)電單元(61到63 )，
-透明導(dǎo)電材料(例如導(dǎo)電聚合物)的中間層64,中間層64是均勻 的或者形成彼此獨(dú)立并JL^蓋底電極的單元。
—在保護(hù)膜66上形成金屬化透明基&的導(dǎo)電頂層65。
作用于頂層上的壓力在上述導(dǎo)電材料的兩面之間產(chǎn)生電阻率變化。由 于m吏它這側(cè)的電壓一致，TFT矩陣允許在每個(gè)存在電極的位置獨(dú)立 地測(cè)量電阻。
實(shí)施可以?xún)煞N方式進(jìn)行
-透明導(dǎo)電材料的中間層為所有單元所共有，
-透明導(dǎo)電材料的中間層形成對(duì)應(yīng)于TFT單元的獨(dú)立單元。
圖7示出使用標(biāo)準(zhǔn)TFT LCD屏的一體化結(jié)構(gòu)的傳感器的第五實(shí)施例 的單元組的剖面詳細(xì)視圖。
當(dāng)壓力作用在LCD的頂層上時(shí)，由此在壓力區(qū)域中產(chǎn)生了光學(xué)變化 并且在該同一區(qū)域中產(chǎn)生了液晶的電氣特性變化。當(dāng)在《象素上建立了控制 電壓時(shí)，測(cè)量電氣特征(電阻、電容以及充電時(shí)間等)，并且將其與在閑 置狀態(tài)(沒(méi)有施加壓力的情況)下測(cè)得的特征進(jìn)行比較。
對(duì)于所述各種實(shí)施例，傳感器連接到包括N + M個(gè)連接的電子控制 電路。該電5^供時(shí)間掃描信號(hào)，該時(shí)間掃描信號(hào)順序地激活NxM個(gè) 單元并且檢測(cè)由被激活的單元的轉(zhuǎn)變所產(chǎn)生的信號(hào)變化。對(duì)每個(gè)掃描周期 而言，該信息被記錄在臨時(shí)的存儲(chǔ)器中以便形成傳感器的圖像。
權(quán)利要求
1. 一種帶有有源矩陣的同時(shí)采集的多點(diǎn)觸摸傳感器，包括-具有N×M個(gè)獨(dú)立單元的矩陣層，單元Px，y中的每個(gè)單元(24)通過(guò)開(kāi)關(guān)元件連接到行Lx和列Cy，行Lx為所有單元Px，i所共有，i在1和N之間，列Cy為所有單元Pj，y所共有，j在1和Q之間，Q最大等于M，-能夠引起位于觸摸激活區(qū)下面的單元的電氣特性的局部變化的中間層，所述中間層位于所述Px，y的有源表面和相鄰表面之間，-允許觸摸交互作用的激活上層，-電子電路，對(duì)于每個(gè)由至少一個(gè)單元構(gòu)成的單元組Ca，b，b在1和Q之間，所述電子電路順序地控制激活所述單元Ca，b的第一激活步驟然后控制單獨(dú)檢測(cè)每個(gè)單元Ca，b的電氣特性的第二步驟以便提供表示同時(shí)觸摸激活的區(qū)域的多重觸摸信息。
2. 根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述層中每層 是透明的。
3. 根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的傳感器，其特征在于，所述傳感器還 包括附加顯示層。
4. 根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述單元Px,y 中的每個(gè)單元還包括顯示裝置。
5. 根據(jù)權(quán)利要求4所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述顯示裝置 由在所述第 一激活步驟期間產(chǎn)生的信號(hào)激活。
6. 根據(jù)權(quán)利要求5所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述電路包括 根據(jù)有源矩陣尋址來(lái)控制在所述第一激活步驟期間產(chǎn)生的所述信號(hào)的裝 置，以及才艮據(jù)在第一步驟期間施加到所述單元的信號(hào)控制在所述第二步驟 期間的檢測(cè)的裝置。
7. 根據(jù)上i^5l利要求中任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其特征在于，所 述中間層被切割成每個(gè)對(duì)應(yīng)于至少一個(gè)單元的獨(dú)立部分。
8. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其特征在于，所 述中間層由單一的區(qū)域形成。
9. 根據(jù)上i^L利要求中任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述中間層包括壓電材料。
10. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述傳感器包 括介電基l在所述介電基板上設(shè)置了分布的電極以便形成有源的單元矩 陣，此矩陣層被由一片壓電材料形成的中間檢測(cè)層所覆蓋，所述一片壓電 材料被一片均勻透明的導(dǎo)體所覆蓋。
11. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述傳感器包 括介電基仗，所述介電^41上設(shè)置了電極，每個(gè)電極被壓電材料所覆蓋， 此矩陣層被一片均勻透明的導(dǎo)體所覆蓋。
12. 根據(jù)權(quán)利要求9所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述傳感器包 括通過(guò)作用在頂層上的壓力來(lái)激活壓電材料的激活裝置，所述激活裝置在 壓電材料的兩面之間產(chǎn)生電位差，所述電位差允許測(cè)量由所述壓力產(chǎn)生并 且施加到所述電極的電信號(hào)。
13. 根據(jù)權(quán)利要求1到8中任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其特征在于， 所述中間層包括介電材料，所述檢測(cè)通過(guò)測(cè)量阻抗來(lái)實(shí)施。
14. 根據(jù)權(quán)利要求13所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述傳感器 包括介電勤良，在所述介電基板上設(shè)置了分布的電極以便形成有源的單元 矩陣，此矩陣層被中間檢測(cè)層所覆蓋，中間檢測(cè)層由一片電阻率隨沿著垂 直于傳感器表面的方向的形變而變化的材料形成，所述一片材料被一片均 勻透明的導(dǎo)體所覆蓋。
15. 根據(jù)權(quán)利要求14所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述傳感器 包括介電勤良，在所述介電基板上設(shè)置了電極，每個(gè)電極被電阻率隨沿著 垂直于傳感器表面的方向的形變而變化的材料所覆蓋，此矩陣層被一片均 勻透明的導(dǎo)體所覆蓋。
16. 根據(jù)權(quán)利要求15所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述傳感器 包括介電基板，在所述介電^1上設(shè)置了分布的電極以便形成有源的單元 矩陣，此矩陣層被絕緣層所覆蓋。
17. 根據(jù)上述權(quán)利要求中任一項(xiàng)所述的觸摸傳感器，其特征在于，所 述開(kāi)關(guān)元件是雙向元件。
18. 根據(jù)權(quán)利要求17所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述傳感器 包括介電勤良，在所述介電a上設(shè)置了形成矩陣的電極，所述矩陣被液 晶層覆蓋，所述液晶層被一片均勻透明的導(dǎo)體覆蓋。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述開(kāi)關(guān)元 件是MOSFET晶體管。
全文摘要
本發(fā)明涉及帶有有源矩陣的多點(diǎn)觸摸傳感器，包括-具有N×M個(gè)獨(dú)立單元的矩陣層，單元P_x，y中的每個(gè)單元通過(guò)開(kāi)關(guān)元件連接到行L_x和列C_y，行L_x為所有單元P_x，i所共有，i在1和N之間，列C_y為所有單元P_j，y所共有，j在1和Q之間，Q最大等于M；-能夠引起位于觸摸激活區(qū)下面的單元的電氣特性的局部變化的中間層，所述中間層位于所述單元P_x，y的有源表面和相鄰表面之間，-允許觸摸交互作用的頂激活層，-電子電路，對(duì)于每個(gè)單元組C_a，b1-b2，b2-b1在1和Q之間，該電子電路順序地控制激活所述單元C_a，b1-b2的第一步驟然后控制單獨(dú)檢測(cè)每個(gè)單元C_{a，b1-b2}的電氣特性的第二步驟以便提供表示觸摸激活的區(qū)域的信息。
文檔編號(hào)G06F3/041GK101512467SQ200780032184
公開(kāi)日2009年8月19日 申請(qǐng)日期2007年6月28日 優(yōu)先權(quán)日2006年6月28日
發(fā)明者帕斯卡爾·若蓋, 朱利安·奧利維耶 申請(qǐng)人:斯坦圖姆公司