專利名稱：帶有有源矩陣的多點觸摸傳感器的制作方法
帶有有源矩陣的多點觸^傳感器
本發(fā)明涉及允許優(yōu)選地通過圖形界面來控制設備的多點觸摸傳感器 領域，所述傳感器配名^有同時釆集其表面上的多個手指的位置、壓力、尺
寸、形狀以;^位移的裝置。
在現有技術中多點觸摸傳感器是公知的。作為示例，專利
WO2005/091104描述了用于控制信息化設備的裝置，該裝置包括多觸點 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器和本地計算機，所述存儲器用于記錄圖形對象，每 個圖形對象與至少一個處理規(guī)則相關聯，所述本地計算機用于分析所采集 的觸摸信息的位置并且根據所述位置相對于圖形對象的位置來應用處理 規(guī)則。
現有技術的傳感器具有在三個觸點沿兩個標準正交化軸線對齊的情 況下誤響應的缺陷。在這種情況下，不能檢測另外的接觸的存在或消失。 三個最初接觸屏蔽了對另外的接觸的檢測。
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觸摸傳 感器，包括
—具有N x M個獨立單元的矩陣層，單元Px, y中的每個單元通過開 關元件連接到行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，對于每個單元組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檢 測每個單元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。
所述單元中每個單元的獨立性允許克服現有技術的傳感器的缺陷，避 免了當三個觸點被正交定位時的屏蔽現象。
5根據一個優(yōu)選變型，這些層中每層是透明的。該變型使得能夠透過傳 感器顯示圖形信息，特別是由位于該屏幕上的傳感器測得的動作控制其配 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?；蛘?，單元 PX, y中的每個單元還包括顯示裝置。
優(yōu)選地，由在所述第 一激活步驟期間產生的信號激活所述顯示裝置。 該變型允許實施與作用在外表面上的動作同步地進行信息變化顯示的交 互式傳感器。此實施構成多點觸摸屏。
根據另一變型，電路包括根據查到的顯示M來控制在所述第一激 活步驟期間所產生的所述信號的裝置；以及才艮據在第一步驟期間施加到所 述單元的信號控制在所述第二步驟期間的檢測的裝置。該變型允許交替地 控制信號的顯示和檢測。
根據第一實施方式，中間層被切割成每個對應于至少一個單元的獨立 部分。
根據第二實施方式，中間層由單一的區(qū)域形成。 根據第一實施例，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 層所覆蓋，這片壓電材料被一片均勻透明的導體所覆蓋。
或者，該傳感器包括介電基板，在介電基板上設置了電極，每個電極 ^電材料AA,此矩陣層被一片均勻透明的導體所覆蓋。
根據第二實施例，根據本發(fā)明的傳感器包括通ii拖加到所述電極的電 信號來激活壓電材料的激活裝置。
根據第三實施例，中間層包括介電材料，檢測通過測量阻抗來實施。
優(yōu)選地，這樣的傳感器包括介電勤1，在介電^1上設置了分布的電 極以便形成有源的單元矩陣，該矩陣層被中間檢測層所覆蓋，中間檢測層 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體所覆蓋。
根據一個變型，該傳感器包括介電基&，在介電J4l上設置了電極，
每個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體所覆蓋。根據一個具體實施例，傳感器包括介電基板，在介電基板上設置了分 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。
根據一個變型，所述開關元件是雙向元件。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體覆蓋。
根據另一實施例，傳感器包括介電基tl，在介電基板上設置了形成有 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體覆 蓋。
根據另一實施例，所述開關元件是MOSFET (金屬氧化物半導體場 效應晶體管)晶體管。
通過閱讀下面的描述并參照對應于非限制性實施例的附圖可更好地 理解本發(fā)明，在附圖中
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圖1示出根據中間層是均勻的實施例的傳感器的分解-圖2示出才艮據中間層被切割成孤立區(qū)域的實施例的傳感器的分解
-圖3示出第一實施例的單元組的詳細視-圖4示出第二實施例的單元組的詳細視—圖5示出第三實施例的單元組的剖面詳細視-圖6示出第四實施例的單元組的剖面詳細視-圖7示出第五實施例的單元組的剖面詳細視圖。
圖1示出根據中間層是均勻的實施例的傳感器的分解圖。
圖2示出根據中間層被切割成孤立區(qū)域的實施例的傳感器的分解圖。
圖3示出第一實施例的單元組的詳細視圖。
在該示例實施例中，多觸點觸摸屏包括具有N x M個獨立單元的TFT (薄膜晶體管)有源矩陣，每個單元Ci由兩個信號單獨尋址。
有源矩陣化允許對由X個相同單元組成的矩陣獨立地尋址。矩陣化 通過每個單元兩個信號來實現。這些信號對于在同一列或同一行上對齊的 單元而言是共有的。以這種方式，為了控制NxM個單元而經過的信號的數量(每個單元最少2個)不是NxMx2,而是N + M。在每個單元 的端子處^f吏用晶體管允許對單元獨立地尋址。
每個單元包括一個MOSFET晶體管20，該晶體管20具有三個電極 (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)時導通。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液晶屏結構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的透明導電單元，所述電極由例如ITO (銦錫氧化物)的材料、 導電聚合物以及其它透明的導電材料制成。
-透明的介電頂層42，其厚度較小(100jLim)而相對介電常數較大 (例如PVC為5)并且保護底層不受外部侵害。該層42是透明的。
當激活裝置(例如手指)位于單元附近時(因此起電核/ft用)與測量 系統(tǒng)的參考電壓之一 (例如，地)產生閉合電路。
通過有源矩陣的尋址，可以對每個獨立單元進行電容的測量。使用上 述尺寸，手指出現在頂層附近所產生的電容約為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立并且覆蓋底電極的單元。
—在保護膜56上形成金屬化透明基板的導電頂層55。
作用于頂層上的壓力在壓電材料的兩面之間產生電位差。由于^L使 它這側的電壓一致，TFT矩陣允許在每個存在電極的位置獨立地測量電 壓。如果壓電材樸沒置在獨立的單元上，由于機械力(壓力)而產生的作 用將是局部的并且將不產生 /壓電相互依賴性。
在所述示例中，壓電層為所有單元所共有?；蛘撸瑐鞲衅靼ㄐ纬蓪赥FT單元的獨立單元的壓電層。
圖6示出第四實施例的單元組的剖面詳細視圖。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，其包括透明的導電單元(61到63 )，
-透明導電材料(例如導電聚合物)的中間層64,中間層64是均勻 的或者形成彼此獨立并JL^蓋底電極的單元。
—在保護膜66上形成金屬化透明基&的導電頂層65。
作用于頂層上的壓力在上述導電材料的兩面之間產生電阻率變化。由 于m吏它這側的電壓一致，TFT矩陣允許在每個存在電極的位置獨立 地測量電阻。
實施可以兩種方式進行
-透明導電材料的中間層為所有單元所共有，
-透明導電材料的中間層形成對應于TFT單元的獨立單元。
圖7示出使用標準TFT LCD屏的一體化結構的傳感器的第五實施例 的單元組的剖面詳細視圖。
當壓力作用在LCD的頂層上時，由此在壓力區(qū)域中產生了光學變化 并且在該同一區(qū)域中產生了液晶的電氣特性變化。當在《象素上建立了控制 電壓時，測量電氣特征(電阻、電容以及充電時間等)，并且將其與在閑 置狀態(tài)(沒有施加壓力的情況)下測得的特征進行比較。
對于所述各種實施例，傳感器連接到包括N + M個連接的電子控制 電路。該電5^供時間掃描信號，該時間掃描信號順序地激活NxM個 單元并且檢測由被激活的單元的轉變所產生的信號變化。對每個掃描周期 而言，該信息被記錄在臨時的存儲器中以便形成傳感器的圖像。
權利要求
1. 一種帶有有源矩陣的同時采集的多點觸摸傳感器，包括-具有N×M個獨立單元的矩陣層，單元Px，y中的每個單元(24)通過開關元件連接到行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，對于每個由至少一個單元構成的單元組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檢測每個單元Ca，b的電氣特性的第二步驟以便提供表示同時觸摸激活的區(qū)域的多重觸摸信息。
2. 根據權利要求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. 根據權利要求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. 根據權利要求2所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述單元Px,y 中的每個單元還包括顯示裝置。
5. 根據權利要求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 一激活步驟期間產生的信號激活。
6. 根據權利要求5所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述電路包括 根據有源矩陣尋址來控制在所述第一激活步驟期間產生的所述信號的裝 置，以及才艮據在第一步驟期間施加到所述單元的信號控制在所述第二步驟 期間的檢測的裝置。
7. 根據上i^5l利要求中任一項所述的觸摸傳感器，其特征在于，所 述中間層被切割成每個對應于至少一個單元的獨立部分。
8. 根據上述權利要求中任一項所述的觸摸傳感器，其特征在于，所 述中間層由單一的區(qū)域形成。
9. 根據上i^L利要求中任一項所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述中間層包括壓電材料。
10. 根據權利要求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層所覆蓋，所述一片壓電 材料被一片均勻透明的導體所覆蓋。
11. 根據權利要求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上設置了電極，每個電極被壓電材料所覆蓋， 此矩陣層被一片均勻透明的導體所覆蓋。
12. 根據權利要求9所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述傳感器包 括通過作用在頂層上的壓力來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生電位差，所述電位差允許測量由所述壓力產生并 且施加到所述電極的電信號。
13. 根據權利要求1到8中任一項所述的觸摸傳感器，其特征在于， 所述中間層包括介電材料，所述檢測通過測量阻抗來實施。
14. 根據權利要求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層所覆蓋，中間檢測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 勻透明的導體所覆蓋。
15. 根據權利要求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置了電極，每個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 勻透明的導體所覆蓋。
16. 根據權利要求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. 根據上述權利要求中任一項所述的觸摸傳感器，其特征在于，所 述開關元件是雙向元件。
18. 根據權利要求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體覆蓋。
19.根據權利要求18所述的觸摸傳感器，其特征在于，所述開關元 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觸摸傳感器，包括-具有N×M個獨立單元的矩陣層，單元P_x，y中的每個單元通過開關元件連接到行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，對于每個單元組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檢測每個單元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G06F3/041GK101512467SQ200780032184
公開日2009年8月19日 申請日期2007年6月28日 優(yōu)先權日2006年6月28日
發(fā)明者帕斯卡爾·若蓋, 朱利安·奧利維耶 申請人:斯坦圖姆公司