專(zhuān)利名稱(chēng)：觸摸技術(shù)的改善的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觸摸探測(cè)、鄰近探測(cè)器和觸摸感應(yīng)表面和裝置。
背景技術(shù)：
存在許多能夠探測(cè)物體觸摸或靠近的裝置的公知實(shí)例。有些基于使用具有兩組固定為相對(duì)關(guān)系的導(dǎo)體的膜片開(kāi)關(guān)，其需要在兩個(gè)導(dǎo)體元件的交叉處施加壓力以形成電連接。這些裝置的缺點(diǎn)是表面必須實(shí)際上被接觸且使用者的手指的位置必須與導(dǎo)電元件交叉點(diǎn)一致。另外，膜片開(kāi)關(guān)包括易受磨損的移動(dòng)部件，因此形不成耐用的感應(yīng)裝置。
可替換的感應(yīng)裝置使用鄰近感應(yīng)導(dǎo)體的陣列且依賴(lài)導(dǎo)體的電容的改變來(lái)探測(cè)與支撐導(dǎo)體的感應(yīng)層接觸或緊密鄰近導(dǎo)體的手指的準(zhǔn)確位置。在授予Binstead的US 6137427中描述了如此的感應(yīng)裝置，并在圖1中顯示了該裝置，其中，水平和垂直的感應(yīng)導(dǎo)體2的陣列彼此電隔離，且設(shè)置為格子結(jié)構(gòu)且通過(guò)電絕緣膜片3支撐。膜片3和導(dǎo)體2的陣列形成觸摸墊(touchpad)的感應(yīng)層，如圖2所示，圖2為圖1的裝置的沿線A-B的側(cè)橫截面視圖。當(dāng)手指1或相似的物體觸摸或接近感應(yīng)層的表面時(shí)，手指引發(fā)感應(yīng)層中導(dǎo)體2或?qū)w組的電容的改變。使用適當(dāng)?shù)膾呙柙O(shè)備來(lái)依次掃描每個(gè)導(dǎo)體2，可以測(cè)量導(dǎo)體2的電容的改變，且因此可以探測(cè)手指1的觸摸或鄰近。通過(guò)在多于一個(gè)導(dǎo)體2上探測(cè)電容的改變，通過(guò)在導(dǎo)體位置之間內(nèi)插，從而可以判定手指1的觸摸或鄰近的準(zhǔn)確位置。因此，電容裝置能夠探測(cè)感應(yīng)導(dǎo)體2之間的手指1的位置，因此與前述的膜片開(kāi)關(guān)裝置不同，該電容裝置不限于在導(dǎo)體的交叉點(diǎn)處探測(cè)。
但是，常規(guī)電容裝置的缺點(diǎn)是當(dāng)感應(yīng)導(dǎo)體2分開(kāi)較寬時(shí)將產(chǎn)生困難，因?yàn)閷?dǎo)體之間的手指1的觸摸或緊密鄰近一般僅產(chǎn)生有限的用于內(nèi)插處理的數(shù)據(jù)值，由此導(dǎo)致計(jì)算手指的準(zhǔn)確位置的誤差。
而且，常規(guī)的電容裝置經(jīng)受每當(dāng)手掌放在該裝置正上方時(shí)產(chǎn)生的進(jìn)一步的問(wèn)題，因?yàn)槭终普T發(fā)了可以錯(cuò)誤地被鑒別為觸摸動(dòng)作的強(qiáng)信號(hào)。因?yàn)楫?dāng)使用者決定他們的下一個(gè)真實(shí)觸摸動(dòng)作時(shí)必須持續(xù)注意他們的手相對(duì)于裝置的位置，所以這可能是特別不利的。
可以理解貫穿本說(shuō)明書(shū)，對(duì)于“手指”的指代旨在包括任何能夠被用于局部改變電容到通過(guò)電容感應(yīng)來(lái)使探測(cè)成為可能的程度的物體。另外，任何對(duì)于“觸摸”或“觸摸動(dòng)作”的指代旨在均包括表面的物理接觸和將手指緊靠表面。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明的一目的是至少解決一些或所有的以上問(wèn)題。
本發(fā)明涉及觸摸探測(cè)系統(tǒng)的構(gòu)造，該系統(tǒng)包括改變系統(tǒng)的緊鄰電容環(huán)境的裝置。該裝置可以被用于使得通過(guò)高水平的電容耦合來(lái)傳播電容的變化，或用于允許該變化直接通過(guò)導(dǎo)電性來(lái)傳播。或者，該裝置可以被用于支持這些電效應(yīng)。
本發(fā)明的一方面是提供一種方法，其改變電容觸摸探測(cè)系統(tǒng)的導(dǎo)體的第一和第二系列的子組的緊鄰電容環(huán)境(immediate capacitive environment)，來(lái)改善系統(tǒng)的觸摸探測(cè)的精確度和速度。
本發(fā)明的另一方面是提供一種電阻環(huán)境的混合來(lái)控制在鄰近探測(cè)(proximity detection)系統(tǒng)中的觸摸探測(cè)的模式。
本發(fā)明的另一方面是提供一種導(dǎo)電和/或電容耦合介質(zhì)來(lái)物理地扭曲鄰近探測(cè)系統(tǒng)的探測(cè)環(huán)境。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供有一種觸摸墊設(shè)備，包括支撐介質(zhì)，支撐多個(gè)分開(kāi)的導(dǎo)體，其中在導(dǎo)體之間沒(méi)有電接觸，每個(gè)導(dǎo)體對(duì)于手指的鄰近敏感以改變所述導(dǎo)體的電容來(lái)探測(cè)靠近所述導(dǎo)體的所述手指的存在，觸摸墊還包括一種用來(lái)將導(dǎo)體之間的電場(chǎng)集中向支撐介質(zhì)的平面的裝置。
根據(jù)本發(fā)明的另一方面，提供有一種觸摸墊系統(tǒng)，其包括根據(jù)本發(fā)明的第一方面的觸摸墊，包括觸摸感應(yīng)和喚醒(wake up)電路；以及位置感應(yīng)電路，其通常處于休眠且周期性地被喚醒來(lái)測(cè)量觸摸墊的狀態(tài)，其中，在響應(yīng)觸摸時(shí)，觸摸感應(yīng)電路喚醒位置感應(yīng)電路，然后位置感應(yīng)電路掃描表面來(lái)決定觸摸位置。


現(xiàn)將通過(guò)實(shí)例并參考附圖來(lái)描述本發(fā)明的實(shí)施例，在附圖中圖1顯示了觸摸墊的感應(yīng)導(dǎo)體設(shè)置的俯視圖。
圖2顯示了常規(guī)觸摸墊的、在通過(guò)圖1的觸摸墊的布局圖的線A-B上的側(cè)橫截面圖。
圖3到11顯示了本發(fā)明的觸摸墊的可替換實(shí)施例的、在通過(guò)圖1的觸摸墊布局的線A-B上的側(cè)橫截面圖。
圖12顯示了根據(jù)本發(fā)明在電介質(zhì)的表面上電隔離導(dǎo)電區(qū)的設(shè)置的俯視圖。
圖13顯示了圖12的設(shè)置沿由A-B所界定的線的側(cè)橫截面圖。
圖14顯示了根據(jù)本發(fā)明在電介質(zhì)的表面上的電隔離導(dǎo)電區(qū)的另一設(shè)置的俯視圖。
圖15顯示了圖14的設(shè)置沿A-B所界定的線的側(cè)橫截面圖。
圖16顯示了根據(jù)本發(fā)明在電介質(zhì)的第一和第二表面上的電隔離導(dǎo)電區(qū)的另一設(shè)置的俯視圖。
圖17顯示了圖16的設(shè)置沿A-B所界定的線的側(cè)橫截面圖。
圖18顯示了與本發(fā)明的觸摸墊一起使用的、通過(guò)導(dǎo)電橋連接的導(dǎo)電區(qū)的圖案的俯視圖。
圖19和20顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的觸摸墊的設(shè)置的側(cè)橫截面圖。
圖21顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的觸摸墊的設(shè)置的部分的側(cè)橫截面圖，顯示有紋理的表面。
圖22顯示了本發(fā)明的觸摸墊中接地的導(dǎo)電介質(zhì)的示意圖。
圖23顯示了與本發(fā)明的觸摸墊一起使用的感應(yīng)系統(tǒng)的示意實(shí)施例。
圖24顯示了根據(jù)本發(fā)明的另一實(shí)施例的觸摸墊設(shè)置的側(cè)橫截面圖，顯示在觸摸墊中的間距或間隙。
圖25顯示了根據(jù)本發(fā)明的一實(shí)施例的觸摸墊的另一設(shè)置的透視圖。
圖26到31顯示了根據(jù)本發(fā)明的實(shí)施例的其他觸摸墊設(shè)置的俯視圖。
具體實(shí)施例方式
參考圖3，顯示本發(fā)明的觸摸墊的一個(gè)實(shí)施例。在沿圖1的觸摸墊布局的線A-B的側(cè)橫截面圖中示出了該觸摸墊，且該觸摸墊包括感應(yīng)導(dǎo)體2的陣列；支撐介質(zhì)，例如膜片3；和裝置4，用于將在感應(yīng)導(dǎo)體2之間通過(guò)的電場(chǎng)向支撐膜片3的平面集中。
感應(yīng)導(dǎo)體2可以為US 6137427中描述的類(lèi)型，且設(shè)置為平行分開(kāi)的第一和第二系列的導(dǎo)體(如圖1所示)，每個(gè)導(dǎo)體具有在一端或兩端的適當(dāng)?shù)倪B接，且每個(gè)系列是正交的，但彼此不電接觸。因此，導(dǎo)體2的第一和第二系列形成多個(gè)交叉點(diǎn)。導(dǎo)體2優(yōu)選地為導(dǎo)電引線，其具有依賴(lài)于觸摸墊的具體應(yīng)用的厚度。例如，在觸摸屏應(yīng)用中，引線優(yōu)選地基本對(duì)于肉眼是不可見(jiàn)的，它們的直徑可以小于25微米，或更具體而言其直徑可以在約10微米到約25微米之間。在其他的應(yīng)用中，比如互動(dòng)砌筑塊(interactive mansonryblock)中，引線可以為約1cm直徑的加強(qiáng)鋼筋。引線可以由銅、金、鎢、鐵、碳纖維或任何其他合理的良導(dǎo)體制成。引線優(yōu)選地被電絕緣，例如通過(guò)以釉料或塑料鞘來(lái)涂布引線。
可替換地，在其他實(shí)施例中，第一和第二系列的導(dǎo)體2可以由比如銀基導(dǎo)電墨的材料制成。如果在觸摸墊被用于適當(dāng)?shù)娘@示系統(tǒng)的前面的情況下導(dǎo)體2為低的可見(jiàn)度，則可以替換使用比較寬(從約250微米到1000微米)的氧化銦錫跡線。
在另一可替換的實(shí)施例中，第一和第二系列的導(dǎo)體2也可以為印刷電路板上的銅線，或TFT矩陣中相對(duì)細(xì)的鋁或銅線的形式。
可以理解導(dǎo)體2可以在貼附到支撐膜片3之前被預(yù)成形(具有它們的自身的結(jié)構(gòu)整體性)，或它們可以為沉積在用于支撐的膜片上的非自支撐導(dǎo)體。
可以理解可以使用將導(dǎo)體2從每個(gè)其他導(dǎo)體以及它們的周?chē)慕橘|(zhì)電絕緣的任何適當(dāng)?shù)姆椒ǎǖ幌抻诮殡?例如塑料或薄玻璃)鞘或局部的介電夾層(未顯示)。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，與相同的系列中的相鄰導(dǎo)體的導(dǎo)體間的間隔相比，導(dǎo)體2的厚度是小的，且導(dǎo)體間的間隔不需對(duì)于每相鄰對(duì)的導(dǎo)體相同。根據(jù)本發(fā)明，對(duì)于10微米直徑的引線的導(dǎo)體間的間距例如優(yōu)選在約5cm到約10cm的范圍，而在常規(guī)的觸摸墊設(shè)置中，等效的間距則將需為約1cm。但是，可以理解導(dǎo)體間的間距取決于觸摸墊的具體應(yīng)用，且因此該實(shí)例范圍不旨在為限定性的。
在其他實(shí)施例中，第一和第二系列的導(dǎo)體2不需平行，且第一和第二系列的導(dǎo)體2也不需相互垂直。
在本發(fā)明的所有實(shí)施例中，感應(yīng)導(dǎo)體2對(duì)手指1的鄰近敏感，手指1改變了一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)體的電容環(huán)境以由此探測(cè)手指1的存在。
膜片3充當(dāng)用于第一和第二系列的導(dǎo)體2的支撐介質(zhì)，且優(yōu)選地由例如適當(dāng)?shù)碾娊橘|(zhì)的電絕緣材料制成。在優(yōu)選的實(shí)施例中，第一和第二系列的導(dǎo)體2除了適當(dāng)?shù)亩瞬窟B接之外則完全被限定在膜片3內(nèi)，端部連接可以?xún)?yōu)選地從膜片3的一側(cè)或更多側(cè)突出。這些端部連接被用于將感應(yīng)導(dǎo)體連接到適當(dāng)?shù)膾呙柙O(shè)備。
膜片3的優(yōu)選的厚度范圍取決于觸摸墊的具體應(yīng)用。例如，在觸摸屏的應(yīng)用中，在引線通常被嵌入玻璃膜片的情況下，厚度可以為約4mm到約12mm。在小鍵盤(pán)應(yīng)用中，膜片可以為約1mm厚。如果例如膜片被嵌入互動(dòng)墻的砌筑塊形成部分中，膜片可以為約10cm厚。但是，可以理解膜片3的厚度可以根據(jù)觸摸墊的要求(例如，敏感度和彈性)來(lái)被改變。
在整個(gè)本說(shuō)明書(shū)中，膜片3和感應(yīng)導(dǎo)體2的組合將被稱(chēng)為“感應(yīng)層”。
可以理解膜片3不需限于平的或平面的配置，且實(shí)際上，根據(jù)本發(fā)明，膜片3可以可替換地設(shè)置為非平面、彎曲的或有角度的配置。因此，這里對(duì)“膜片的平面”的任何指代旨在均包括支撐介質(zhì)的平的和非平面的配置，由此沿膜片3的表面在特定點(diǎn)定義的平面的方向基本相應(yīng)于該點(diǎn)的切線的方向。因此，膜片的平面可以是遵循膜片的形狀的表面輪廓。
再次參考圖3，顯示出用于將感應(yīng)導(dǎo)體之間的電場(chǎng)集中向膜片3的平面的裝置4鄰近第一和第二系列的導(dǎo)體2。在優(yōu)選的實(shí)施例中，裝置4是導(dǎo)電介質(zhì)，設(shè)置其來(lái)允許電容的改變直接通過(guò)介質(zhì)的導(dǎo)電性傳播。在這些實(shí)施例中，導(dǎo)電介質(zhì)4優(yōu)選地具有在100歐姆每方到10000000歐姆每方(ohms persquare)的范圍的電阻率。導(dǎo)電介質(zhì)的期望的電阻率取決于感應(yīng)導(dǎo)體2之間的導(dǎo)體間間距，因?yàn)閷挼拈g距將需要更低的電阻率介質(zhì)來(lái)充分地使手指誘發(fā)的電容改變明顯化，以獲得手指的位置的可靠的內(nèi)插(interpolation)。
在其他的優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)電介質(zhì)4被配置為通過(guò)電容耦合來(lái)傳播電容變化，其中，介質(zhì)的電阻率將為至少1000兆歐姆每方。在優(yōu)選的實(shí)施例中，導(dǎo)電介質(zhì)4是導(dǎo)電層4的形式，其覆蓋膜片3的至少一部分。導(dǎo)電層4可以直接或不直接覆蓋膜片3且依靠膜片材料和/或感應(yīng)導(dǎo)體的電絕緣來(lái)從感應(yīng)導(dǎo)體2電絕緣。
導(dǎo)電層4具有范圍為約25微米到約5mm范圍的優(yōu)選的厚度，且在典型的觸摸墊設(shè)置中優(yōu)選為約1mm到約2mm厚。但是，可以理解導(dǎo)電層4的厚度可以根據(jù)導(dǎo)電層4內(nèi)所需的電阻而改變，因?yàn)檩^薄的層與較厚的層相比具有較高的電阻。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，導(dǎo)電層4被直接沉積在膜片3的外表面上且在其上被支撐?？梢酝ㄟ^(guò)任何常規(guī)技術(shù)來(lái)沉積導(dǎo)電層4，所述技術(shù)包括但不限于電鍍、濺射涂布、繪制(painting)、噴涂和用導(dǎo)電墨的絲網(wǎng)印刷/噴墨印刷。
可替換地，如果導(dǎo)電層4形成為分開(kāi)的層，則可以使用任何適當(dāng)?shù)挠不蚍怯不瘜?dǎo)電粘結(jié)劑將層4結(jié)合到膜片的外表面。
在其他的實(shí)施例中，利用集中電場(chǎng)的裝置可以提供支撐介質(zhì)的功能，其中該集中裝置也作為感應(yīng)導(dǎo)體的支撐。具體的實(shí)例可以為使用例如非導(dǎo)電粘結(jié)帶或非導(dǎo)電粘結(jié)劑以被結(jié)合到集中裝置的引線。
在本發(fā)明的一方面，導(dǎo)電層4具有電阻和電容特性，其強(qiáng)制感應(yīng)導(dǎo)體2的觸摸感應(yīng)基本與膜片3的表面輪廓對(duì)準(zhǔn)。導(dǎo)電層4扭曲了由手指導(dǎo)致的電容場(chǎng)，其方式為導(dǎo)致觸摸感應(yīng)基本沿導(dǎo)電層的表面對(duì)準(zhǔn)，在優(yōu)選的實(shí)施例中遵循了膜片3的表面輪廓。
再次參考圖3，導(dǎo)電層4的存在用于將在感應(yīng)導(dǎo)體2之間的電場(chǎng)集中向膜片3的平面，從而當(dāng)手指1觸摸，或非常接近導(dǎo)電層4時(shí)，手指引發(fā)在現(xiàn)存電容值以上的約0.5％到約5％的電容改變。該電容改變可作為由導(dǎo)電層4加強(qiáng)的強(qiáng)電容信號(hào)通過(guò)感應(yīng)導(dǎo)體2被容易地探測(cè)。因?yàn)楦袘?yīng)導(dǎo)體電場(chǎng)的集中朝向膜片3，所以由于導(dǎo)電層的存在而誘發(fā)的信號(hào)顯著比沒(méi)有這樣的層時(shí)產(chǎn)生的信號(hào)要大。電容信號(hào)從觸摸點(diǎn)迅速傳播開(kāi)，強(qiáng)度隨著距觸摸點(diǎn)距離的增加而減小。在導(dǎo)電層4被配置為通過(guò)層的導(dǎo)電性直接傳播電容變化的實(shí)施例中，發(fā)現(xiàn)電容信號(hào)衰減速率與層的電阻相關(guān)，從而高導(dǎo)電(低電阻)層在層的較寬區(qū)域上傳播信號(hào)，與在小得多的區(qū)域上傳播信號(hào)的低導(dǎo)電(高電阻)層相反。如果導(dǎo)電層4厚度及空間的范圍均勻，電容信號(hào)則將從觸摸點(diǎn)在所有方向上均勻地散播開(kāi)。
橫跨導(dǎo)電層4的任何電阻變化對(duì)于信號(hào)散播的線性度具有影響。但是，電阻的相對(duì)小變化在信號(hào)散播中產(chǎn)生幾乎不可探測(cè)的影響，因?yàn)楣ぷ麟娮璺秶鄬?duì)而言很大。
但是，在某些實(shí)施例中，有利的是與其他低導(dǎo)電率部分相比導(dǎo)電層4的部分具有增加的導(dǎo)電率，以對(duì)于如何傳播電容信號(hào)施加一些程度的控制。導(dǎo)電率的改變可以?xún)?yōu)選地通過(guò)以下方式獲得，如改變導(dǎo)電層4的化學(xué)組成、在層的厚度上變化、或使用這些技術(shù)的組合。
導(dǎo)電層4可以包括不同導(dǎo)電性的部分，包括沒(méi)有導(dǎo)電性(例如，具有如此之高的電阻以至于它們基本上電絕緣)、低導(dǎo)電性、中等導(dǎo)電性和高導(dǎo)電性的部分。
優(yōu)選地導(dǎo)電層4具有小于100000000歐姆每方的電阻率，或更優(yōu)選地，小于10000000歐姆每方。否則，任何誘發(fā)的電容信號(hào)可以如此被重度減弱從而在信號(hào)探測(cè)上的任何優(yōu)點(diǎn)被顯著減小。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，導(dǎo)電層4可以被直接觸摸，如圖3的實(shí)施例所示。該設(shè)置的觸摸墊的靈敏度充分高以允許使用者執(zhí)行觸摸動(dòng)作同時(shí)戴薄手套，如果將所述裝置用作需要用戶(hù)具有某種形式的手保護(hù)的環(huán)境中，例如在化學(xué)實(shí)驗(yàn)室或手術(shù)室中，或如果期望保持所述裝置沒(méi)有油漬和灰塵，則戴手套可能是有利的。
在其他優(yōu)選的實(shí)施例中，觸摸墊可以包括鄰近導(dǎo)電層4的非導(dǎo)電層5。優(yōu)選地，非導(dǎo)電層5為沉積在導(dǎo)電層4上的薄涂層的形式，如圖6所示，其防止了使用者與導(dǎo)電層4的直接接觸。這可以被用于保護(hù)導(dǎo)電層4免于損傷和/或?qū)λ鲅b置提供抗反射涂層。非導(dǎo)電層也可以是純裝飾性的，或在所述裝置例如被用作小鍵盤(pán)的情形，該層可以被印有圖標(biāo)或符號(hào)，指示鍵的位置等。在該設(shè)置中，手指1觸摸非導(dǎo)電層5且誘發(fā)電容的變化，該變化由導(dǎo)電層4傳播，且由此通過(guò)下面的感應(yīng)導(dǎo)體2被探測(cè)。
在其他的實(shí)施例中，導(dǎo)電層4可以沉積于膜片3的下側(cè)，如圖4所示，且手指1可以與膜片3與導(dǎo)電層4相對(duì)的一側(cè)接觸或鄰近。在該設(shè)置中，通過(guò)將穿過(guò)感應(yīng)導(dǎo)體2之間的電場(chǎng)集中向膜片3，導(dǎo)電層4仍可工作來(lái)改變感應(yīng)導(dǎo)體2的電容環(huán)境，從而可以在膜片表面上或鄰近膜片表面探測(cè)手指1的觸摸動(dòng)作或接近。但是，因?yàn)閷?dǎo)電層4沒(méi)有被直接觸摸，所有誘發(fā)的電容信號(hào)不如在前的實(shí)施例中的強(qiáng)。
因?yàn)閷?dǎo)電層4被保護(hù)免于與使用者的手指1直接接觸，所以圖4的實(shí)施例可能是有利的，因此在正常使用期間不易受損傷和/或磨損。
在可替換的實(shí)施例中，可以將膜片3和導(dǎo)電介質(zhì)4組合為單一的導(dǎo)電支撐和感應(yīng)層4A，如圖5所示。在該設(shè)置中，支撐和感應(yīng)層4A優(yōu)選地由具有體導(dǎo)電性的體摻雜介質(zhì)形成，其在觸摸動(dòng)作的時(shí)刻產(chǎn)生了非常強(qiáng)的電容信號(hào)。優(yōu)選地，體摻雜介質(zhì)可以是玻璃或塑料，包括導(dǎo)電材料的摻雜劑。
常規(guī)的透明導(dǎo)電塑料具有非常高的電阻，通常為1000000000歐姆每方，但是這可以通過(guò)對(duì)塑料加入小量的導(dǎo)電顆粒、小板或纖維來(lái)減小。這些顆粒或纖維通常是不透明的，但是可以被選擇以?xún)?yōu)選地為充分小以至于不可見(jiàn)。顆?？梢允抢玢~、金或銀的金屬，或可以是金屬氧化物?；蛘?，可以使用石墨或其他導(dǎo)電物質(zhì)。如果意欲這些顆粒對(duì)于肉眼保持不可見(jiàn)，則顆粒通常為10微米寬或更小。纖維可以是碳纖維或納米管。這些纖維可以是短的(最大約10mm的長(zhǎng)度)且在整個(gè)塑料中隨機(jī)取向?；蛘?，纖維可以更長(zhǎng)且可以被松散地織為片且然后被封入塑料中。
可以理解非導(dǎo)電塑料也可以以相同的方式用導(dǎo)電材料摻雜，以生產(chǎn)具有體導(dǎo)電率或改變的電容耦合的介質(zhì)。
通過(guò)選擇顆粒和/或纖維摻雜劑的所需的量，可以制造具有所需電阻率范圍的導(dǎo)電塑料片，其中通過(guò)塑料的支撐基體來(lái)電氣性和電容性地連接塑料內(nèi)的顆粒和纖維。
可以使用任何常規(guī)的技術(shù)成形摻雜的塑料，比如但不限于層壓、真空形成或注射成型。
在圖5所示的實(shí)施例中，感應(yīng)導(dǎo)體2優(yōu)選地被完全限制在支撐和感應(yīng)層4A內(nèi)。但是，因?yàn)閷?dǎo)體2優(yōu)選地被電絕緣，防止了由于層的體導(dǎo)電性引起的導(dǎo)體2的短路。
支撐和感應(yīng)層4A可以被直接觸摸，如圖5所示，且誘發(fā)的導(dǎo)體2的電容改變作為電容信號(hào)被在整個(gè)層中傳播。在該設(shè)置中，利用處于支撐和感應(yīng)層4A內(nèi)的導(dǎo)體2誘發(fā)了大的電容信號(hào)。可以通過(guò)預(yù)選擇摻雜的介質(zhì)的電阻率或內(nèi)電容耦合控制電容信號(hào)的傳播，因?yàn)楦邠诫s介質(zhì)將具有本征高導(dǎo)電率，與弱摻雜的介質(zhì)相比，高摻雜介質(zhì)將在層的較大體積內(nèi)來(lái)傳播信號(hào)，弱摻雜的介質(zhì)將在層的較小體積內(nèi)來(lái)傳播信號(hào)。
這里，貫穿說(shuō)明書(shū)，術(shù)語(yǔ)“鄰近”的使用旨在包括其中導(dǎo)電介質(zhì)4位于一層或更多的與感應(yīng)層4分開(kāi)的導(dǎo)電層4的設(shè)置，以及其中導(dǎo)電介質(zhì)4是組合的支撐和感應(yīng)層4A的材料組分(在支撐和感應(yīng)層4A中設(shè)置感應(yīng)導(dǎo)體2)的設(shè)置。
參考圖7到11，顯示了根據(jù)本發(fā)明的觸摸墊的其他優(yōu)選的實(shí)施例。在圖7中，顯示了包括介電介質(zhì)6的觸摸墊，其被如此設(shè)置以分離膜片3和導(dǎo)電層4。介電介質(zhì)6由任何適當(dāng)?shù)姆菍?dǎo)電介質(zhì)制成，比如但不限于塑料或玻璃，且具有與導(dǎo)電層的厚度相比較大的厚度。介電介質(zhì)的優(yōu)選的厚度范圍取決于觸摸墊的具體應(yīng)用。例如，電子銷(xiāo)售點(diǎn)(epos)機(jī)可以具有約3mm到約4mm厚度的玻璃，而ATM機(jī)可以具有約12mm的玻璃。如果觸摸墊通過(guò)便攜計(jì)算裝置(例如，膝上計(jì)算機(jī)等)的外殼來(lái)操作，則電介質(zhì)(即外殼厚度)為約1.5mm。
介電介質(zhì)6的優(yōu)點(diǎn)包括對(duì)于觸摸墊結(jié)構(gòu)的增加的支撐和強(qiáng)度，和對(duì)于導(dǎo)電層4的提高的電容耦合。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，導(dǎo)電層4可以直接沉積在介電介質(zhì)6的外表面上且由此在其上被支撐，沉積使用任何常規(guī)的技術(shù)，比如但不限于電鍍、濺射涂布、繪制、噴涂和用導(dǎo)電墨的絲網(wǎng)印刷/噴墨印刷。
可替換地，如果導(dǎo)電層4形成為單獨(dú)的層，則可以使用任何適當(dāng)?shù)挠不蚍怯不瘜?dǎo)電粘結(jié)劑將層4結(jié)合到介電介質(zhì)的外表面。
如圖7所示，使用者可以觸摸由介電介質(zhì)6支撐的導(dǎo)電層4，以由此誘發(fā)膜片3中的感應(yīng)導(dǎo)體2的電容的變化。
在另一實(shí)施例中，如圖8所示，圖7中所示的設(shè)置可以包括薄的非導(dǎo)電層5以保護(hù)導(dǎo)電層4免受損傷和/或磨損等。
在一個(gè)實(shí)施例中，觸摸墊可以形成部分的貼附到售貨窗口的背投觸摸屏，所述窗口作為非導(dǎo)電層5。在該實(shí)例中，售貨窗口可以具有約12mm厚度的玻璃，或如果安裝了雙層玻璃，具有約25mm的厚度。觸摸屏應(yīng)優(yōu)選地包括75微米繪圖(drafting)膜型聚酯屏，結(jié)合到具有硬化或非硬化導(dǎo)電粘結(jié)劑的約25微米的玻璃的外側(cè)。聚酯屏的頂層作為顯示屏和觸摸表面。
在進(jìn)一步的實(shí)施例中，導(dǎo)電層4可以?xún)?yōu)選地夾在膜片3和介電介質(zhì)6之間，如圖9所示。在該設(shè)置中，導(dǎo)電層4由介電介質(zhì)6保護(hù)免受損傷，介電介質(zhì)6還可以對(duì)觸摸墊結(jié)構(gòu)加入額外的強(qiáng)度和支撐。使用者可以直接觸摸介電介質(zhì)6以誘發(fā)一個(gè)或多個(gè)下面的感應(yīng)導(dǎo)體2的電容的變化，該變化由夾置的導(dǎo)電層4的存在而被增強(qiáng)。
在另一實(shí)施例中，膜片可以?xún)?yōu)選地夾在導(dǎo)電層4和介電介質(zhì)6之間，如圖10所示。
在可替換的優(yōu)選實(shí)施例中，另一導(dǎo)電層4’可以包括在觸摸墊中，如圖11所示。另一導(dǎo)電層4’鄰近介電介質(zhì)，且優(yōu)選地使用常規(guī)技術(shù)被沉積到介電介質(zhì)6的外表面上，介電介質(zhì)6具有與最初的導(dǎo)電層4接觸的內(nèi)表面，由此將所述電介質(zhì)夾在兩個(gè)導(dǎo)電層4、4’之間。另一導(dǎo)電層4’的存在將介電介質(zhì)6的相對(duì)側(cè)的感應(yīng)導(dǎo)體的電場(chǎng)集中向介質(zhì)，因此通過(guò)所述電介質(zhì)提供了非常強(qiáng)的電容耦合，通過(guò)感應(yīng)導(dǎo)體2對(duì)于觸摸動(dòng)作作出非常迅速的反應(yīng)。另一導(dǎo)電層4’可以?xún)?yōu)選地由與最初導(dǎo)電層4相同的材料形成，或可替換地由任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)電材料形成。
可以理解的是涉及圖3到11描述的實(shí)施例是本發(fā)明的觸摸墊的優(yōu)選的設(shè)置，實(shí)際上，導(dǎo)電層和/或介電介質(zhì)的任何數(shù)量和組合可以被用于生產(chǎn)根據(jù)本發(fā)明的觸摸墊。因此，所述層和介質(zhì)的層理(stratification)不旨在限制。
本發(fā)明的觸摸墊的一個(gè)具體用途是作為數(shù)據(jù)顯示和輸入的觸摸屏。但是，這對(duì)于可以被用于導(dǎo)電介質(zhì)4的材料設(shè)置了限制，因?yàn)楦袘?yīng)層和導(dǎo)電層4需要是透明的，使得背景顯示系統(tǒng)對(duì)于使用者是可見(jiàn)的。
優(yōu)選地，可以使用比如氧化銦錫(ITO)或氧化銻錫(ATO)，其可以被沉積在根據(jù)如涉及圖3到11描述的任何實(shí)施例的膜片3或電介質(zhì)6的表面上。但是，這些氧化物材料的缺點(diǎn)在于它們通常以用于本發(fā)明的材料的電阻率范圍之外的電阻率來(lái)制造。氧化物通常具有10歐姆每方的電阻率，其給予導(dǎo)電層4一種如此之大的導(dǎo)電率，從而任何誘發(fā)的電容信號(hào)橫跨過(guò)寬的面積傳播，由此不能準(zhǔn)確判定觸摸點(diǎn)的位置。
為了克服該問(wèn)題，通過(guò)使用常規(guī)的掩模技術(shù)，包括或ITO或ATO的導(dǎo)電層4可以?xún)?yōu)選地被部分地蝕刻掉或沉積為不完整的層。因此，導(dǎo)電層4可以?xún)?yōu)選地為不連續(xù)的。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，可以將ITO或ATO配置為多個(gè)電隔離導(dǎo)電“島”或區(qū)域7。依據(jù)哪個(gè)表面支撐導(dǎo)電層4，這些導(dǎo)電區(qū)7通過(guò)膜片3或介電介質(zhì)6的外表面的區(qū)域6來(lái)分隔。依據(jù)觸摸屏的具體應(yīng)用，導(dǎo)電區(qū)7可以設(shè)置為有規(guī)則的圖案，或否則可以被隨機(jī)設(shè)置。但是，可以理解的是為了使本發(fā)明起作用，不需嚴(yán)格根據(jù)下面的感應(yīng)導(dǎo)體2的圖案設(shè)置所述區(qū)域。
每個(gè)導(dǎo)電區(qū)7用于在導(dǎo)電區(qū)的附近集中感應(yīng)導(dǎo)體2的電場(chǎng)，由此加強(qiáng)由接近該區(qū)域的手指靠近所引起的電容變化。
如果觸摸墊被用作小鍵盤(pán)，導(dǎo)電區(qū)7可以?xún)?yōu)選地如此設(shè)置以至于在相應(yīng)鍵的位置相連?？梢?xún)?yōu)選地選擇導(dǎo)電區(qū)7的尺寸和形狀以至于基本相似于鍵尺寸的尺寸和形狀。
在圖12中顯示了如此的設(shè)置，其中導(dǎo)電區(qū)7以程式化的(stylised)小鍵盤(pán)形式來(lái)設(shè)置，在已經(jīng)被選擇的導(dǎo)電區(qū)之間具有分隔以與導(dǎo)電區(qū)7自身的寬度相當(dāng)，即它們被較寬地分開(kāi)。
在該設(shè)置中，當(dāng)手指1觸摸導(dǎo)電區(qū)7之一時(shí)，由感應(yīng)層通過(guò)介電介質(zhì)6感測(cè)電容的變化。但是，使用如此的導(dǎo)電區(qū)7消除了判定觸摸點(diǎn)的準(zhǔn)確位置的可能性，但是卻在觸摸時(shí)提供了強(qiáng)量子化的信號(hào)，允許適當(dāng)?shù)膾呙柙O(shè)備來(lái)容易地判定哪個(gè)導(dǎo)電區(qū)7被觸摸和何時(shí)被觸摸。該效應(yīng)允許不連續(xù)的導(dǎo)電層4被用作坐標(biāo)位置指示物。
但是，為了獲得相鄰的導(dǎo)電區(qū)7之間的強(qiáng)電容耦合，應(yīng)使得導(dǎo)電區(qū)7之間的分隔盡可能的小，而在相鄰導(dǎo)電區(qū)7之間不發(fā)生短路。由觸摸墊中所需的分辨率來(lái)決定導(dǎo)電區(qū)7的尺寸，且優(yōu)選地為分辨率的一半。例如，如果需要5mm的分辨率，則導(dǎo)電區(qū)應(yīng)為約3mm乘3mm(即對(duì)于正方形區(qū))，在相鄰區(qū)之間具有約100微米的間距。在該設(shè)置中，相鄰導(dǎo)電區(qū)7之間的導(dǎo)通是不可能的，且因此導(dǎo)電層4作為整體不充當(dāng)導(dǎo)電介質(zhì)本身，而是通過(guò)非常強(qiáng)的電容耦合來(lái)耦合所述導(dǎo)電區(qū)。在該設(shè)置中導(dǎo)電層4的電阻率作為整體將在幾十億歐姆每方的量級(jí)。在圖14的優(yōu)選的實(shí)施例中，導(dǎo)電區(qū)7被緊密設(shè)置且如圖15所示，相鄰的導(dǎo)電區(qū)7被電容耦合，由此使得任何誘發(fā)的電容信號(hào)被分散到圍繞觸摸點(diǎn)的鄰近的近鄰。相鄰的電容耦合增加了電容信號(hào)且有助于分散信號(hào)。電容信號(hào)傳播通過(guò)電介質(zhì)6且在下面的感應(yīng)層中的感應(yīng)導(dǎo)體2的電容環(huán)境中誘發(fā)相應(yīng)的變化。
通過(guò)使用如涉及圖11所示的實(shí)施例所述的兩個(gè)導(dǎo)電層4、4’可以提高該效應(yīng)。在該實(shí)施例中，如圖16和17所示，兩層導(dǎo)電層都是不連續(xù)的，每個(gè)都具有多個(gè)電隔離的導(dǎo)電區(qū)7、7’，比如通過(guò)沉積例如ITO或ATO透明氧化物形成導(dǎo)電區(qū)。優(yōu)選地，另一導(dǎo)電層由介電介質(zhì)6的基本相對(duì)表面來(lái)支撐，由此將另一導(dǎo)電層夾在介電介質(zhì)6和感應(yīng)層之間。另一導(dǎo)電層的導(dǎo)電區(qū)7’由介電介質(zhì)6的相對(duì)表面的區(qū)域來(lái)分隔。
優(yōu)選地，導(dǎo)電層的導(dǎo)電區(qū)7和另一導(dǎo)電層的導(dǎo)電區(qū)7’如此配置以至于基本相連，即兩層包括基本對(duì)準(zhǔn)的相同的格圖案。
或者，導(dǎo)電層的導(dǎo)電區(qū)7和另一導(dǎo)電層的導(dǎo)電區(qū)7’被配置以至于基本重疊且非互連，即兩層包括相同的小鍵盤(pán)圖案但具有基本平移的排列。在圖16和17的實(shí)施例中顯示了該設(shè)置，其中通過(guò)電介質(zhì)將在介電介質(zhì)6的任一側(cè)的相鄰和重疊的導(dǎo)電區(qū)7、7’強(qiáng)力地電容耦合，由此加強(qiáng)由觸摸誘發(fā)的電容信號(hào)的強(qiáng)度。
這里在兩層導(dǎo)電層之間的相應(yīng)的導(dǎo)電區(qū)7、7’的區(qū)域的映射(mapping)被稱(chēng)為“對(duì)正(registering)”。
可以理解雖然如圖12到17所例舉的優(yōu)選實(shí)施例顯示了包括矩形導(dǎo)電區(qū)7、7’的程式化的小鍵盤(pán)，這不意味著限制，因此任何適當(dāng)?shù)膸缀涡螤羁梢员挥米髟搮^(qū)域的模板，例如圓形、三角形、梯形或六邊形等。
在可替換的實(shí)施例中，通過(guò)均勻地蝕刻掉大部分的沉積的導(dǎo)電層的厚度以產(chǎn)生更薄的更具電阻性的層，從而，ITO層的電阻作為整體可以?xún)?yōu)選地從本征的低的10歐姆每方增大到需要范圍的值。例如，如果蝕刻掉99％的層厚，10歐姆每方的層將變?yōu)?000歐姆每方的層。
或者，部分的導(dǎo)電層4可以?xún)?yōu)選地被完全蝕刻掉以留下多個(gè)由剩余的ITO材料的薄橋連接的導(dǎo)電區(qū)，例如如圖18所示。優(yōu)選地，導(dǎo)電區(qū)7具有與導(dǎo)電橋8的寬度相比較大的寬度。蝕刻的導(dǎo)電層的電阻可以還優(yōu)選地通過(guò)相對(duì)于導(dǎo)電區(qū)7的厚度蝕刻掉導(dǎo)電橋8的厚度來(lái)增加。
可以理解雖然以上的實(shí)施例描述了使用ITO材料，但是也可以以相似的方式使用其他具有不同程度的透明度的導(dǎo)電材料。
參考圖19和20，顯示有本發(fā)明的觸摸墊的兩個(gè)實(shí)施例，其中將觸摸墊優(yōu)選地設(shè)置為非平面設(shè)置，例如曲線、穹隆或正交結(jié)構(gòu)。與如在前的實(shí)施例的感應(yīng)導(dǎo)體2之間的基本線性?xún)?nèi)插不同，非平面導(dǎo)體層4導(dǎo)致了在層4的形狀或表面輪廓的基礎(chǔ)上來(lái)執(zhí)行內(nèi)插。這提供了這樣的優(yōu)點(diǎn)，即本來(lái)對(duì)觸摸不反應(yīng)的區(qū)域，比如盒子的角部或其他尖端現(xiàn)在可以作為感應(yīng)區(qū)域，因?yàn)樵搶佑糜趯⒃诩舛藚^(qū)中的感應(yīng)導(dǎo)體2之間通過(guò)的電場(chǎng)集中向膜片3。在非平面觸摸墊配置中，將基本對(duì)準(zhǔn)導(dǎo)電層4的表面輪廓執(zhí)行內(nèi)插。有利地，因?yàn)闄M跨導(dǎo)電層4的表面輪廓執(zhí)行該內(nèi)插，所以導(dǎo)電層4不需在端區(qū)中與膜片3或介電介質(zhì)6接觸，從而小的空氣間隙和間距等(如圖24所示)不顯著影響觸摸位置的判定。
使用任何常規(guī)技術(shù)，觸摸墊可以被形成為復(fù)雜的2和3維形狀，所述常規(guī)技術(shù)包括但不限于真空形成和注射成型。觸摸墊可以是有彈性的或可變形的，且根據(jù)所使用的材料，觸摸墊可以具有任何程度的所需的彈性。
于是，采用本發(fā)明可以產(chǎn)生許多不同的2D和3D觸摸互動(dòng)材料和產(chǎn)品。例如，本發(fā)明可以被用于生產(chǎn)具有注射成型的機(jī)殼的移動(dòng)電話(huà)，其自身是觸摸互動(dòng)的，從而不需加入分開(kāi)的小鍵盤(pán)和/或觸摸屏。對(duì)于這些應(yīng)用，導(dǎo)電介質(zhì)4可以是不透明的，由此允許使用許多更多的導(dǎo)電材料，包括具有表面和/或體導(dǎo)電性的材料。
通過(guò)分區(qū)(zoning)感應(yīng)導(dǎo)體2且在同一注射模型中具有導(dǎo)電和非導(dǎo)電的透明和不透明的塑料，觸摸敏感區(qū)和非觸摸敏感區(qū)可以存在于同一的注射模型中。通過(guò)如此作法，可以使前、后、側(cè)、頂、底和所有的邊緣和角部為觸摸敏感的。表面可以為觸摸屏、小鍵盤(pán)、數(shù)字化書(shū)寫(xiě)板、跟蹤球，或當(dāng)且如需要時(shí)將功能從一個(gè)轉(zhuǎn)變?yōu)榱硪粋€(gè)。
在可替換的實(shí)施例中，導(dǎo)電層4可以是導(dǎo)電纖維、導(dǎo)電橡膠、導(dǎo)電泡沫、電解質(zhì)(例如，海水)、導(dǎo)電液態(tài)或凝膠、或甚至為導(dǎo)電氣體，諸如等離子體。但是，可以理解幾種這些材料將需要某種形式的容納裝置，比如外部的膜片來(lái)保持它們的位置且提供對(duì)于該材料的保護(hù)。在觸摸時(shí)變形或改變電阻的導(dǎo)電介質(zhì)具有附加的優(yōu)點(diǎn)在施加壓力時(shí)與非變形介質(zhì)相比，變形導(dǎo)電介質(zhì)誘發(fā)的電容信號(hào)更強(qiáng)地增加，允許更大的壓力感應(yīng)分辨率。這在要求施加不同的壓力來(lái)操作特定的功能的觸摸墊的應(yīng)用中可能是有利的，例如加速按鈕的應(yīng)用中。但是，缺點(diǎn)是彈性地變形的材料通常具有減小的使用壽命。在實(shí)際中，當(dāng)施加更大的壓力時(shí)，手指尖端自身變形，且這可以由觸摸墊探測(cè)而材料自身不需變形。
如果將如涉及圖5所述的導(dǎo)電支撐和感應(yīng)層4A形成為如圖19所示的非平面配置，該層變形了電容探測(cè)系統(tǒng)且允許手指1在如果使用如US 6137247中所述的純介電系統(tǒng)而不可能探測(cè)到的點(diǎn)被探測(cè)。如圖20所示，非平面觸摸墊的邊緣和角部仍可用于探測(cè)觸摸動(dòng)作，即使感應(yīng)導(dǎo)體2距離觸摸點(diǎn)相對(duì)遠(yuǎn)。
觸摸墊的表面優(yōu)選地可以是平的和/或彎曲的和/或具有表面紋理(texturisation)，比如凹痕、凹槽或洞等，如圖21所示。表面變形允許觸摸點(diǎn)被重新導(dǎo)向，同時(shí)仍可以由感應(yīng)層精確地探測(cè)。圖21所示的凹痕可以從導(dǎo)電層4延伸開(kāi)一些距離，例如約1m或更多。凹痕的尖端可以通過(guò)任何適當(dāng)?shù)膶?dǎo)體例如電引線連接回導(dǎo)電層4(如圖25所示)。觸摸凹痕的尖端將具有與在該引線結(jié)合到層4的點(diǎn)觸摸導(dǎo)電層4相同的效應(yīng)。引線可以電氣性或電容性地連接到導(dǎo)電層4。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，導(dǎo)電介質(zhì)4可以為電浮置，即其沒(méi)有電連接到感應(yīng)導(dǎo)體2或任何適當(dāng)?shù)膾呙柙O(shè)備?；蛘?，直接通過(guò)電連接13例如引線，或者通過(guò)電阻器，導(dǎo)電介質(zhì)可以連接到地，如圖22所示，由此使得導(dǎo)電介質(zhì)4能夠執(zhí)行抗靜電和電磁屏蔽表面的第二功能。
在EP 0185671中且特別在US 6137427中描述了與本發(fā)明的觸摸墊結(jié)合使用的一種適當(dāng)?shù)膾呙柙O(shè)備。掃描設(shè)備根據(jù)模擬轉(zhuǎn)換開(kāi)關(guān)的順序依次取樣第一和第二系列的感應(yīng)導(dǎo)體2的每個(gè)導(dǎo)體，且在存儲(chǔ)器中存儲(chǔ)每個(gè)電容值。這些值與來(lái)自早期掃描的基準(zhǔn)值比較，且與在同一掃描中來(lái)自其他導(dǎo)體的其他電容值比較，以探測(cè)觸摸事件。觸摸事件必須在閾值以上才為有效的。通過(guò)具有幾個(gè)閾值，可以判定觸摸的壓力或手指1離開(kāi)觸摸墊的表面的距離。
如果使用電池或太陽(yáng)能電池，可能沒(méi)有可利用的地連接，因此導(dǎo)電介質(zhì)4可以連接到掃描設(shè)備的0伏線，或?qū)嶋H上連接到正性線，因?yàn)橛|摸墊是浮置的。在US 6137427中描述的掃描設(shè)備依賴(lài)于現(xiàn)有的基準(zhǔn)地來(lái)判定何時(shí)它被觸摸。電池操作的系統(tǒng)沒(méi)有真實(shí)的地而依賴(lài)于系統(tǒng)的主體作為地。如果在附近有可利用的某種形式的金屬件以充當(dāng)接地裝置則改善了該情形。將導(dǎo)電介質(zhì)4連接到0伏線充當(dāng)金屬件的替代品。如果觸摸墊使用者正在觸摸或緊密鄰近于導(dǎo)電介質(zhì)則其有效性被極大地改善，因?yàn)樵撌褂谜咦鳛榈鼗鶞?zhǔn)。例如，如果移動(dòng)電話(huà)的整個(gè)機(jī)殼由導(dǎo)電介質(zhì)制成，則持有該電話(huà)的動(dòng)作將作為非常有效的地。移動(dòng)電話(huà)的所有的表面、邊緣和角部實(shí)際上可以被形成為觸摸互動(dòng)的，且將被使用者的手持有的任何部件可以取消激活不作為小鍵盤(pán)，而是作為基準(zhǔn)地。當(dāng)手離開(kāi)時(shí)，該部分可以被重新激活。US 6137427的掃描設(shè)備連續(xù)地對(duì)于環(huán)境條件調(diào)整且因此可以被改進(jìn)用于移動(dòng)電話(huà)應(yīng)用中。
在某些優(yōu)選實(shí)施例中，導(dǎo)電介質(zhì)4可以比膜片3大且可以環(huán)繞膜片3以覆蓋膜片3的相反面的至少一部分。導(dǎo)電介質(zhì)4也可以作為基準(zhǔn)地。
在引用的文件中很好地描述了掃描機(jī)制的剩余的特征，將不在這里進(jìn)一步討論。
在優(yōu)選的實(shí)施例中，本發(fā)明的觸摸墊可以連接到感應(yīng)電路，其被用于指示觸摸墊被觸摸的準(zhǔn)確時(shí)間。感應(yīng)電路可以誘發(fā)電壓或改變導(dǎo)電層4上的電壓。觸摸墊和感應(yīng)電路的組合使能夠非常迅速地探測(cè)觸摸，其比現(xiàn)有技術(shù)系統(tǒng)顯著快。在本發(fā)明中，觸摸的時(shí)間可以在約2到約3微秒內(nèi)被探測(cè)，而在US 6137427的觸摸探測(cè)系統(tǒng)中為約10毫秒。這等于在探測(cè)反應(yīng)時(shí)間上約1000倍的增加，因?yàn)閁S 6137427的設(shè)備在判定是否發(fā)生觸摸動(dòng)作之前進(jìn)行了觸摸墊的完全掃描。但是，需要US 6137427的掃描設(shè)備來(lái)判定觸摸的準(zhǔn)確位置。
優(yōu)選地，感應(yīng)電路包括觸摸探測(cè)電路9和喚醒電路10，如圖23所示，感應(yīng)電路通常處于“休眠”(即，在備用模式)且周期地被喚醒來(lái)測(cè)量觸摸墊的狀態(tài)。觸摸探測(cè)電路9將優(yōu)選地連接到導(dǎo)電層4。在響應(yīng)觸摸動(dòng)作時(shí)，觸摸探測(cè)電路9發(fā)信號(hào)給喚醒電路10，其如果在休眠模式則喚醒感應(yīng)電路，其然后通過(guò)處理器12和位置探測(cè)電路11掃描表面以判定觸摸位置。在喚醒時(shí)感應(yīng)電路優(yōu)選地消耗約2毫安，且當(dāng)通常休眠時(shí)消耗約10微安。因此，潛在可以減小功率需求100倍且提高響應(yīng)時(shí)間1000倍。因此感應(yīng)電路可以例如由太陽(yáng)能電池或通過(guò)小電池來(lái)供電。
導(dǎo)電的接地或有源的底板(未顯示)可以?xún)?yōu)選地被引入本發(fā)明的觸摸墊中。在導(dǎo)電層和任何如此的底板之間可以需要絕緣層以防止兩者之間的短路。
底板必須連接到地或有源底板驅(qū)動(dòng)器，且一般需要具有與本發(fā)明的觸摸墊中的導(dǎo)電層4的優(yōu)選的電阻范圍相比非常低的電阻。抗靜電屏蔽需要連接到大地，否則將發(fā)現(xiàn)其集聚電荷，減小了其作為抗靜電屏蔽的功能。為了正確操作，靜電屏蔽需要具有與本發(fā)明的觸摸墊中的導(dǎo)電層4的優(yōu)選的電阻范圍相比非常高的電阻。
本發(fā)明的另一應(yīng)用是作為固態(tài)觸摸互動(dòng)片，其可以獨(dú)立地在兩面觸摸。該片可以?xún)?yōu)選地包括夾在一對(duì)導(dǎo)電層之間的接地或有源的底板。
許多獨(dú)立的觸摸系統(tǒng)也可以存在于單一表面上，且可以被用于生產(chǎn)基本平的售貨柜臺(tái)，具有配置在單一平面內(nèi)的多個(gè)電子銷(xiāo)售機(jī)。為了避免相鄰機(jī)器之間的任何可能的干擾，可以?xún)?yōu)選地在每個(gè)機(jī)器之間引入接大地或接地的底板。
如果使用了適當(dāng)?shù)膿诫s的塑料，比如涉及圖5的實(shí)施例所述的塑料，導(dǎo)電支撐和感應(yīng)層4A可以?xún)?yōu)選地附加作為揚(yáng)聲器的共振表面。當(dāng)該表面被正在觸摸時(shí)，例如當(dāng)作為觸摸墊操作時(shí)，該功能將被暫時(shí)中止，但將在觸摸動(dòng)作完成之后重新開(kāi)始，由此再次產(chǎn)生聲音。對(duì)于該應(yīng)用的適當(dāng)?shù)膿P(yáng)聲器驅(qū)動(dòng)器技術(shù)可以為NXT系統(tǒng)。
另外，導(dǎo)電支撐和感應(yīng)層4A可以被用作擴(kuò)音器，例如使用反轉(zhuǎn)的NXT系統(tǒng)。
在本發(fā)明的觸摸墊的另一實(shí)施例中，可以包括薄柔性顯示層作為觸摸墊中的層。這將提供完整的觸摸互動(dòng)顯示系統(tǒng)。用于顯示層的適當(dāng)?shù)募夹g(shù)包括但不限于e墨、oled(有機(jī)發(fā)光顯示器)和lep(發(fā)光聚合物)。
本發(fā)明的觸摸墊的其他應(yīng)用包括簡(jiǎn)單的滑動(dòng)機(jī)構(gòu)，其中兩個(gè)感應(yīng)導(dǎo)體通過(guò)軌形式的導(dǎo)電層被電容性連接(如圖26所示)，其中使用者向前和向后沿軌移動(dòng)他的手指，模仿滑動(dòng)開(kāi)關(guān)的動(dòng)作。軌優(yōu)選地為約10cm長(zhǎng)約1cm寬且具有約10k歐姆每方的電阻率。對(duì)于較長(zhǎng)的軌可以減小電阻率和/或其他感應(yīng)導(dǎo)體可以沿軌的長(zhǎng)度設(shè)置(如圖27所示)。
另一應(yīng)用是作為計(jì)算機(jī)的簡(jiǎn)單的輸入裝置，比如鼠標(biāo)。優(yōu)選地，至少三個(gè)感應(yīng)導(dǎo)體排列為三角配置且通過(guò)導(dǎo)電膜形式的導(dǎo)電層電容性連接(如圖28所示)。在三角感應(yīng)區(qū)附近的使用者的手指移動(dòng)給出相對(duì)于感應(yīng)導(dǎo)體的內(nèi)插的位置，其可以被提供給計(jì)算機(jī)來(lái)控制顯示屏上的光標(biāo)的移動(dòng)。更復(fù)雜的鼠標(biāo)、跟蹤球或光標(biāo)控制裝置可以使用其他感應(yīng)導(dǎo)體(如圖29所示)，包括相關(guān)于圖1所述的感應(yīng)導(dǎo)體2的陣列(如圖30所示)。
也可以將輸入裝置應(yīng)用組合為單一的裝置，使得在軟件控制器的作用下可以將一個(gè)或更多的觸摸感應(yīng)區(qū)的功能從作為鼠標(biāo)的操作改變?yōu)殒I盤(pán)、滑動(dòng)開(kāi)關(guān)、控制開(kāi)關(guān)、數(shù)字化書(shū)寫(xiě)板等。
如圖31所示，例如在小鍵盤(pán)的應(yīng)用中，觸摸墊的感應(yīng)導(dǎo)體2可以如此設(shè)置，使得每個(gè)導(dǎo)體相關(guān)于不同的導(dǎo)電區(qū)7，使得特定的區(qū)將相關(guān)的導(dǎo)體的電場(chǎng)集中向膜片的相應(yīng)的部分，以提高該導(dǎo)體的觸摸靈敏度。
如果將本發(fā)明的觸摸墊貼附到便攜計(jì)算機(jī)裝置的外殼，比如膝上計(jì)算機(jī)，觸摸墊可以形成非常有效的結(jié)實(shí)的便宜的膝上鼠標(biāo)。
雖然本發(fā)明的觸摸墊通過(guò)改變觸摸探測(cè)系統(tǒng)的緊鄰電容環(huán)境來(lái)理想地用于探測(cè)手指的觸摸或靠近，但是可以認(rèn)識(shí)到該原則可以延伸到其他類(lèi)型的電容鄰近感應(yīng)裝置和觸摸探測(cè)系統(tǒng)。
其他的實(shí)施例旨在落于所附權(quán)利要求的范圍內(nèi)。
權(quán)利要求
1.一種觸摸墊，包括支撐多個(gè)分開(kāi)的導(dǎo)體的支撐介質(zhì)，其中在所述導(dǎo)體之間沒(méi)有電接觸，每個(gè)導(dǎo)體對(duì)于手指的鄰近敏感來(lái)改變所述導(dǎo)體的電容，以探測(cè)接近所述導(dǎo)體的所述手指的存在，所述觸摸墊還包括將所述導(dǎo)體之間的電場(chǎng)集中向所述支撐介質(zhì)的平面的裝置。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸墊，其中，所述裝置是鄰近于所述導(dǎo)體的導(dǎo)電介質(zhì)。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或2所述的觸摸墊，其中，所述裝置適于局部地改變導(dǎo)體的子組之間的電容環(huán)境。
4.根據(jù)權(quán)利要求1到3的任一項(xiàng)所述的觸摸墊，其中，所述裝置適于加強(qiáng)導(dǎo)體的電容變化且控制所得電容信號(hào)基本從所述手指的鄰近傳播的分散。
5.根據(jù)任一前述權(quán)利要求所述的觸摸墊，其中，所述支撐介質(zhì)電絕緣。
6.根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電介質(zhì)為覆蓋至少部分的所述支撐介質(zhì)的導(dǎo)電層的形式。
7.根據(jù)權(quán)利要求6所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電層是不連續(xù)的。
8.根據(jù)權(quán)利要求6或7所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電層通過(guò)所述支撐介質(zhì)的第一表面或介電介質(zhì)的第一表面來(lái)支撐。
9.根據(jù)權(quán)利要求8所述的觸摸墊，其中，所述介電介質(zhì)具有與所述導(dǎo)電層的厚度相比較大的厚度。
10.根據(jù)權(quán)利要求6到9的任一項(xiàng)所述的觸摸墊，還包括鄰近于所述導(dǎo)電層的非導(dǎo)電層。
11.根據(jù)權(quán)利要求8到10的任一項(xiàng)所述的觸摸墊，其中，所述支撐介質(zhì)和導(dǎo)電層由所述介電介質(zhì)分開(kāi)。
12.根據(jù)權(quán)利要求8到10的任一項(xiàng)所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電層夾在所述支撐介質(zhì)和所述介電介質(zhì)之間。
13.根據(jù)權(quán)利要求8到10的任一項(xiàng)所述的觸摸墊，其中，所述支撐介質(zhì)夾在所述導(dǎo)電層和所述介電介質(zhì)之間。
14.根據(jù)權(quán)利要求8到13的任一項(xiàng)所述的觸摸墊，包括另一導(dǎo)電層，所述導(dǎo)電層鄰近所述介電介質(zhì)并將所述介電介質(zhì)夾在所述另一導(dǎo)電層和所述導(dǎo)電層之間。
15.根據(jù)權(quán)利要求2到14的任一項(xiàng)所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電介質(zhì)具有在100歐姆每方到10000000歐姆每方的范圍內(nèi)的電阻率。
16.根據(jù)權(quán)利要求2到15的任一項(xiàng)所述的觸摸墊，其中，將所述導(dǎo)電介質(zhì)電浮置或接地。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電介質(zhì)通過(guò)引線或電阻器接地。
18.根據(jù)權(quán)利要求6所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電層包括由所述支撐介質(zhì)的第一表面或所述介電介質(zhì)的第一表面的區(qū)域分開(kāi)的多個(gè)電隔離的導(dǎo)電區(qū)。
19.根據(jù)權(quán)利要求18所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電區(qū)之間的分隔與所述導(dǎo)電區(qū)的寬度相比較小，從而允許相鄰的區(qū)域通過(guò)所述支撐介質(zhì)或所述介電介質(zhì)電容性耦合。
20.根據(jù)權(quán)利要求14所述的觸摸墊，其中，所述另一導(dǎo)電層由所述介電介質(zhì)的第二表面來(lái)支撐，所述第二表面基本與所述介電介質(zhì)的所述第一表面相對(duì)。
21.根據(jù)權(quán)利要求20所述的觸摸墊，其中，所述另一導(dǎo)電層包括由所述介電介質(zhì)的所述第二表面的區(qū)域分開(kāi)的多個(gè)電隔離的導(dǎo)電區(qū)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的觸摸墊，其中，所述電介質(zhì)的所述第一表面上的導(dǎo)電區(qū)和所述電介質(zhì)的所述第二表面上的導(dǎo)電區(qū)依靠相應(yīng)的基本相連的區(qū)域彼此對(duì)正。
23.根據(jù)權(quán)利要求21所述的觸摸墊，其中，所述電介質(zhì)的第一表面上的導(dǎo)電區(qū)和所述電介質(zhì)的第二表面上的導(dǎo)電區(qū)依靠相應(yīng)的重疊非相連的區(qū)域彼此對(duì)正。
24.根據(jù)權(quán)利要求22或23所述的觸摸墊，其中，所述對(duì)正的區(qū)通過(guò)所述介電介質(zhì)來(lái)電容性耦合。
25.根據(jù)權(quán)利要求18到24的任一項(xiàng)所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電區(qū)是基本矩形的。
26.根據(jù)權(quán)利要求8所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電層包括由所述支撐介質(zhì)的第一表面或所述介電介質(zhì)的第一表面的區(qū)域分開(kāi)的多個(gè)電隔離的導(dǎo)電區(qū)，每個(gè)導(dǎo)電區(qū)通過(guò)一個(gè)或多個(gè)導(dǎo)電橋來(lái)連接到相鄰的導(dǎo)電區(qū)，所述橋具有比所述導(dǎo)電區(qū)的寬度顯著小的寬度。
27.根據(jù)權(quán)利要求26所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電區(qū)具有較大的厚度，且所述導(dǎo)電橋具有較小的厚度以增加所述導(dǎo)電層中的電阻。
28.根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸摸墊，其中，所述支撐介質(zhì)和導(dǎo)電介質(zhì)形成為單一的導(dǎo)電支撐和感應(yīng)層。
29.根據(jù)權(quán)利要求28所述的觸摸墊，其中，所述單一的導(dǎo)電支撐和感應(yīng)層由具有體導(dǎo)電性的體摻雜介質(zhì)形成。
30.根據(jù)權(quán)利要求29所述的觸摸墊，其中，所述體摻雜的介質(zhì)為包括導(dǎo)電材料的摻雜劑的玻璃或塑料。
31.根據(jù)權(quán)利要求30所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電材料是顆?；蚶w維。
32.根據(jù)權(quán)利要求31所述的觸摸墊，其中，所述顆粒可以由具有最寬10微米尺寸的金屬或金屬氧化物形成。
33.根據(jù)權(quán)利要求31或32所述的觸摸墊，其中，所述纖維材料可以由長(zhǎng)度最大10毫米的納米管或碳纖維形成。
34.根據(jù)權(quán)利要求28所述的觸摸墊，其中，所述多個(gè)導(dǎo)體基本包含在所述單一的導(dǎo)電支撐和感應(yīng)層中。
35.根據(jù)任一前述的權(quán)利要求所述的觸摸墊，其中，所述多個(gè)導(dǎo)體均電絕緣。
36.根據(jù)權(quán)利要求35所述的觸摸墊，其中，每個(gè)導(dǎo)體用電絕緣鞘涂布。
37.根據(jù)權(quán)利要求28所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電支撐和感應(yīng)層具有表面變形的形式的有紋理的表面，用于觸摸點(diǎn)的重新導(dǎo)向。
38.根據(jù)任一前述的權(quán)利要求所述的觸摸墊，其中，所述觸摸墊設(shè)置為非平面配置。
39.根據(jù)任一前述的權(quán)利要求所述的觸摸墊，其中，所述觸摸墊是彈性的。
40.根據(jù)權(quán)利要求1或38所述的觸摸墊，其中，所述觸摸墊是可變形的。
41.根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸摸墊，其中，所述導(dǎo)電介質(zhì)是氧化銦錫或氧化銻錫。
42.一種觸摸墊系統(tǒng)，包括如任一前述權(quán)利要求所述的觸摸墊，所述觸摸墊系統(tǒng)包括感應(yīng)電路，所述感應(yīng)電路包括觸摸探測(cè)電路和喚醒電路，所述感應(yīng)電路周期性地休眠和喚醒，以測(cè)量所述觸摸墊的狀態(tài)，其中響應(yīng)于觸摸，如果所述感應(yīng)電路休眠則被喚醒，且掃描所述表面來(lái)判定觸摸位置。
43.根據(jù)權(quán)利要求42所述的觸摸墊系統(tǒng)，其中，所述觸摸在少于約3微秒內(nèi)被探測(cè)。
44.根據(jù)權(quán)利要求42或43所述的觸摸墊系統(tǒng)，其中，當(dāng)休眠時(shí)所述感應(yīng)電路的功耗小于約10微安。
45.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸墊，其中，所述多個(gè)導(dǎo)體包括設(shè)置為交叉關(guān)系的第一系列的分開(kāi)的導(dǎo)體和第二系列的分開(kāi)的導(dǎo)體。
全文摘要
一種觸摸墊，包括支撐多個(gè)分開(kāi)的導(dǎo)體(2)的支撐介質(zhì)(3)，其中在導(dǎo)體之間沒(méi)有電接觸，每個(gè)導(dǎo)體對(duì)于手指(1)的鄰近敏感來(lái)改變所述導(dǎo)體(2)的電容來(lái)探測(cè)接近所述導(dǎo)體的所述手指(1)的存在，所述觸摸墊還包括將導(dǎo)體(2)之間的電場(chǎng)集中向支撐介質(zhì)(3)的平面的裝置(4)。
文檔編號(hào)H03K17/94GK1823320SQ200480020023
公開(kāi)日2006年8月23日 申請(qǐng)日期2004年6月14日 優(yōu)先權(quán)日2003年6月14日
發(fā)明者羅納德·P·賓斯蒂德 申請(qǐng)人:羅納德·P·賓斯蒂德