带有有源矩阵的多点触摸传感器.pdf

本发明涉及带有有源矩阵的多点触摸传感器，包括：-具有N×M个独立单元的矩阵层，单元Px，y中的每个单元通过开关元件连接到行Lx和列Cy，行Lx为所有单元Px，i所共有，i在1和N之间，列Cy为所有单元Pj，y所共有，j在1和Q之间，Q最大等于M；-能够引起位于触摸激活区下面的单元的电气特性的局部变化的中间层，所述中间层位于所述单元Px，y的有源表面和相邻表面之间，-允许触摸交互作用的顶激活层，-电子电路，对于每个单元组Ca，b1-b2，b2-b1在1和Q之间，该电子电路顺序地控制激活所述单元Ca，b1-b2的第一步骤然后控制单独检测每个单元Ca，b1-b2的电气特性的第二步骤以便提供表示触摸激活的区域的信息。

1.  一种带有有源矩阵的同时采集的多点触摸传感器，包括：
-具有N×M个独立单元的矩阵层，单元P_x，y中的每个单元(24)通过开关元件连接到行L_x和列C_y，行L_x为所有单元P_x，i所共有，i在1和N之间，列C_y为所有单元P_j，y所共有，j在1和Q之间，Q最大等于M，
-能够引起位于触摸激活区下面的单元的电气特性的局部变化的中间层，所述中间层位于所述P_x，y的有源表面和相邻表面之间，
-允许触摸交互作用的激活上层，
-电子电路，对于每个由至少一个单元构成的单元组C_a，b，b在1和Q之间，所述电子电路顺序地控制激活所述单元C_a，b的第一激活步骤然后控制单独检测每个单元C_a，b的电气特性的第二步骤以便提供表示同时触摸激活的区域的多重触摸信息。

2.  根据权利要求1所述的触摸传感器，其特征在于，所述层中每层是透明的。

3.  根据权利要求1或2所述的传感器，其特征在于，所述传感器还包括附加显示层。

4.  根据权利要求2所述的触摸传感器，其特征在于，所述单元P_x，y中的每个单元还包括显示装置。

5.  根据权利要求4所述的触摸传感器，其特征在于，所述显示装置由在所述第一激活步骤期间产生的信号激活。

6.  根据权利要求5所述的触摸传感器，其特征在于，所述电路包括根据有源矩阵寻址来控制在所述第一激活步骤期间产生的所述信号的装置，以及根据在第一步骤期间施加到所述单元的信号控制在所述第二步骤期间的检测的装置。

7.  根据上述权利要求中任一项所述的触摸传感器，其特征在于，所述中间层被切割成每个对应于至少一个单元的独立部分。

8.  根据上述权利要求中任一项所述的触摸传感器，其特征在于，所述中间层由单一的区域形成。

9.  根据上述权利要求中任一项所述的触摸传感器，其特征在于，所述中间层包括压电材料。

10.  根据权利要求9所述的触摸传感器，其特征在于，所述传感器包括介电基板，在所述介电基板上设置了分布的电极以便形成有源的单元矩阵，此矩阵层被由一片压电材料形成的中间检测层所覆盖，所述一片压电材料被一片均匀透明的导体所覆盖。

11.  根据权利要求9所述的触摸传感器，其特征在于，所述传感器包括介电基板，所述介电基板上设置了电极，每个电极被压电材料所覆盖，此矩阵层被一片均匀透明的导体所覆盖。

12.  根据权利要求9所述的触摸传感器，其特征在于，所述传感器包括通过作用在顶层上的压力来激活压电材料的激活装置，所述激活装置在压电材料的两面之间产生电位差，所述电位差允许测量由所述压力产生并且施加到所述电极的电信号。

13.  根据权利要求1到8中任一项所述的触摸传感器，其特征在于，所述中间层包括介电材料，所述检测通过测量阻抗来实施。

14.  根据权利要求13所述的触摸传感器，其特征在于，所述传感器包括介电基板，在所述介电基板上设置了分布的电极以便形成有源的单元矩阵，此矩阵层被中间检测层所覆盖，中间检测层由一片电阻率随沿着垂直于传感器表面的方向的形变而变化的材料形成，所述一片材料被一片均匀透明的导体所覆盖。

15.  根据权利要求14所述的触摸传感器，其特征在于，所述传感器包括介电基板，在所述介电基板上设置了电极，每个电极被电阻率随沿着垂直于传感器表面的方向的形变而变化的材料所覆盖，此矩阵层被一片均匀透明的导体所覆盖。

16.  根据权利要求15所述的触摸传感器，其特征在于，所述传感器包括介电基板，在所述介电基板上设置了分布的电极以便形成有源的单元矩阵，此矩阵层被绝缘层所覆盖。

17.  根据上述权利要求中任一项所述的触摸传感器，其特征在于，所述开关元件是双向元件。

18.  根据权利要求17所述的触摸传感器，其特征在于，所述传感器包括介电基板，在所述介电基板上设置了形成矩阵的电极，所述矩阵被液晶层覆盖，所述液晶层被一片均匀透明的导体覆盖。

19.  根据权利要求18所述的触摸传感器，其特征在于，所述开关元件是MOSFET晶体管。

带有有源矩阵的多点触摸传感器
本发明涉及允许优选地通过图形界面来控制设备的多点触摸传感器领域，所述传感器配备有同时采集其表面上的多个手指的位置、压力、尺寸、形状以及位移的装置。
在现有技术中多点触摸传感器是公知的。作为示例，专利WO2005/091104描述了用于控制信息化设备的装置，该装置包括多触点的二维传感器以采集触摸信息，其特征在于还包括位于二维触摸传感器下面的显示屏以及存储器和本地计算机，所述存储器用于记录图形对象，每个图形对象与至少一个处理规则相关联，所述本地计算机用于分析所采集的触摸信息的位置并且根据所述位置相对于图形对象的位置来应用处理规则。
现有技术的传感器具有在三个触点沿两个标准正交化轴线对齐的情况下误响应的缺陷。在这种情况下，不能检测另外的接触的存在或消失。三个最初接触屏蔽了对另外的接触的检测。
为了克服该缺陷，本发明在其广义上涉及带有有源矩阵的多点触摸传感器，包括：
-具有N×M个独立单元的矩阵层，单元P_x，y中的每个单元通过开关元件连接到行L_x和列C_y，行L_x为所有单元P_x，i所共有，i在1和N之间，列C_y为所有单元P_j，y所共有，j在1和Q之间，Q最大等于M，
-能够引起位于触摸激活区下面的单元的电气特性的局部变化的中间层，所述中间层位于所述P_x，y的有源表面和相邻表面之间，
-允许触摸交互作用的顶激活层，
-电子电路，对于每个单元组C_a，b1-b2，b2-b1在1和Q之间，该电子电路顺序地控制激活所述单元C_a，b1-b2的第一激活步骤然后控制单独检测每个单元C_a，b1-b2的电气特性的第二步骤以便提供表示触摸激活的区域的信息。
所述单元中每个单元的独立性允许克服现有技术的传感器的缺陷，避免了当三个触点被正交定位时的屏蔽现象。
根据一个优选变型，这些层中每层是透明的。该变型使得能够透过传感器显示图形信息，特别是由位于该屏幕上的传感器测得的动作控制其配置的信息。
优选地，传感器还包括为所有单元所共有的附加显示层。或者，单元P_x，y中的每个单元还包括显示装置。
优选地，由在所述第一激活步骤期间产生的信号激活所述显示装置。该变型允许实施与作用在外表面上的动作同步地进行信息变化显示的交互式传感器。此实施构成多点触摸屏。
根据另一变型，电路包括：根据查到的显示参数来控制在所述第一激活步骤期间所产生的所述信号的装置；以及根据在第一步骤期间施加到所述单元的信号控制在所述第二步骤期间的检测的装置。该变型允许交替地控制信号的显示和检测。
根据第一实施方式，中间层被切割成每个对应于至少一个单元的独立部分。
根据第二实施方式，中间层由单一的区域形成。
根据第一实施例，中间层包括压电材料。
优选地，这样的传感器包括介电基板，在介电基板上设置了分布的电极以便形成有源的单元矩阵，该矩阵层被由一片压电材料形成的中间检测层所覆盖，这片压电材料被一片均匀透明的导体所覆盖。
或者，该传感器包括介电基板，在介电基板上设置了电极，每个电极被压电材料覆盖，此矩阵层被一片均匀透明的导体所覆盖。
根据第二实施例，根据本发明的传感器包括通过施加到所述电极的电信号来激活压电材料的激活装置。
根据第三实施例，中间层包括介电材料，检测通过测量阻抗来实施。
优选地，这样的传感器包括介电基板，在介电基板上设置了分布的电极以便形成有源的单元矩阵，该矩阵层被中间检测层所覆盖，中间检测层由一片电阻率随沿着垂直于传感器表面的方向的形变而变化的材料形成，这片材料被一片均匀透明的导体所覆盖。
根据一个变型，该传感器包括介电基板，在介电基板上设置了电极，每个电极覆盖有电阻率随沿着垂直于传感器表面的方向的形变而变化的材料，此矩阵层被一片均匀透明的导体所覆盖。
根据一个具体实施例，传感器包括介电基板，在介电基板上设置了分布的电极以便形成有源的单元矩阵，此矩阵层被绝缘层所覆盖。
根据一个变型，所述开关元件是双向元件。该解决方案允许改变中间层的状态并且测量其状态的变化。
优选地，传感器包括介电基板，在介电基板上设置了形成矩阵的电极，该矩阵被液晶层覆盖，该层被一片均匀透明的导体覆盖。
根据另一实施例，传感器包括介电基板，在介电基板上设置了形成有源矩阵的电极，该有源矩阵被液晶层覆盖，该层被一片均匀透明的导体覆盖。
根据另一实施例，所述开关元件是MOSFET(金属氧化物半导体场效应晶体管)晶体管。
通过阅读下面的描述并参照对应于非限制性实施例的附图可更好地理解本发明，在附图中：
-图1示出根据中间层是均匀的实施例的传感器的分解图；
-图2示出根据中间层被切割成孤立区域的实施例的传感器的分解图；
-图3示出第一实施例的单元组的详细视图；
-图4示出第二实施例的单元组的详细视图；
-图5示出第三实施例的单元组的剖面详细视图；
-图6示出第四实施例的单元组的剖面详细视图；
-图7示出第五实施例的单元组的剖面详细视图。
图1示出根据中间层是均匀的实施例的传感器的分解图。
图2示出根据中间层被切割成孤立区域的实施例的传感器的分解图。
图3示出第一实施例的单元组的详细视图。
在该示例实施例中，多触点触摸屏包括具有N×M个独立单元的TFT(薄膜晶体管)有源矩阵，每个单元Ci由两个信号单独寻址。
有源矩阵化允许对由X个相同单元组成的矩阵独立地寻址。矩阵化通过每个单元两个信号来实现。这些信号对于在同一列或同一行上对齐的单元而言是共有的。以这种方式，为了控制N×M个单元而经过的信号的数量(每个单元最少2个)不是N×M×2，而是N+M。在每个单元的端子处使用晶体管允许对单元独立地寻址。
每个单元包括一个MOSFET晶体管20，该晶体管20具有三个电极(21到23)：栅极22、漏极23以及源极21。晶体管在栅极/源极电压(Vgs)大于阈值(Vth)时导通。漏极23连接到箱体24。栅极连接到行而源极21连接到列。
图4示出使用TFT液晶屏结构的电容传感器的剖面图。
该传感器包括：
-基板40，例如一片厚度为两毫米的玻璃，
-底层上的金属化TFT矩阵，其包括表面面积例如为10mm²的形成电极41的透明导电单元，所述电极由例如ITO(铟锡氧化物)的材料、导电聚合物以及其它透明的导电材料制成。
-透明的介电顶层42，其厚度较小(100μm)而相对介电常数较大(例如PVC为5)并且保护底层不受外部侵害。该层42是透明的。
当激活装置(例如手指)位于单元附近时(因此起电极作用)与测量系统的参考电压之一(例如，地)产生闭合电路。
通过有源矩阵的寻址，可以对每个独立单元进行电容的测量。使用上述尺寸，手指出现在顶层附近所产生的电容约为4pF。
图5示出基于透明压电材料的压敏传感器。
该传感器包括：
-基板50，由一片厚度为两毫米的玻璃形成，
-底层50上的金属化TFT矩阵，其包括透明的导电单元(51到53)，
-透明压电材料(例如：压电聚合物，压电陶瓷等)的中间层54，中间层54是均匀的或者形成彼此独立并且覆盖底电极的单元。
-在保护膜56上形成金属化透明基板的导电顶层55。
作用于顶层上的压力在压电材料的两面之间产生电位差。由于基板使它这侧的电压一致，TFT矩阵允许在每个存在电极的位置独立地测量电压。如果压电材料设置在独立的单元上，由于机械力(压力)而产生的作用将是局部的并且将不产生机械/压电相互依赖性。
在所述示例中，压电层为所有单元所共有。或者，传感器包括形成对应于TFT单元的独立单元的压电层。
图6示出第四实施例的单元组的剖面详细视图。该变型是这样的压敏传感器，其基于电阻率在变形(由于机械压力)的作用下发生改变的透明导电材料。
该传感器包括：
-基板60，由一片厚度为两毫米的玻璃形成，
-底层上的金属化TFT矩阵，其包括透明的导电单元(61到63)，
-透明导电材料(例如导电聚合物)的中间层64，中间层64是均匀的或者形成彼此独立并且覆盖底电极的单元。
-在保护膜66上形成金属化透明基板的导电顶层65。
作用于顶层上的压力在上述导电材料的两面之间产生电阻率变化。由于基板使它这侧的电压一致，TFT矩阵允许在每个存在电极的位置独立地测量电阻。
实施可以两种方式进行：
-透明导电材料的中间层为所有单元所共有，
-透明导电材料的中间层形成对应于TFT单元的独立单元。
图7示出使用标准TFT LCD屏的一体化结构的传感器的第五实施例的单元组的剖面详细视图。
当压力作用在LCD的顶层上时，由此在压力区域中产生了光学变化并且在该同一区域中产生了液晶的电气特性变化。当在像素上建立了控制电压时，测量电气特征(电阻、电容以及充电时间等)，并且将其与在闲置状态(没有施加压力的情况)下测得的特征进行比较。
对于所述各种实施例，传感器连接到包括N+M个连接的电子控制电路。该电路提供时间扫描信号，该时间扫描信号顺序地激活N×M个单元并且检测由被激活的单元的转变所产生的信号变化。对每个扫描周期而言，该信息被记录在临时的存储器中以便形成传感器的图像。