在透明保护装置上带有金属带的电容式传感设备的制作方法
【专利摘要】本发明涉及一种人机界面设备(AP)，其具有用于观看显示屏(EC)的透明区域(SD)和通路区域(SND)，该通路区域具有连接到布置于显示屏的至少两个平面的至少一个金属连接件(CF)，这些平面为：电极平面(E、PT)，其由电阻性的导电透明材料制成，该平面存在于透明区域中；导电平面(G)，其由电阻性的导电透明材料制成，用作用于电极平面的有源保护装置(G)，该有源保护装置存在于透明区域中并延伸到通路区域中。根据本发明的设备包括称为保护带(PM)的至少一条金属带(PM)，用于减小保护装置的电阻，该保护带布置在通路区域(SND)中并连接到有源保护装置(G)，和连接到金属连接件(CF)，所述金属连接件与电极平面(E、PT)连接使得导电平面(G)和电极平面(E、PT)在大致相同的电势。
【专利说明】在透明保护装置上带有金属带的电容式传感设备
[0001]本发明涉及一种用于对象和电极平面之间的电容式测量的设备。其特别在用于人机界面控制的2D电容式触摸表面和3D电容式检测的一般领域中应用。
[0002]用于通信和用于工作的设备越来越多地利用触摸控制界面，例如平板或屏幕。可以例如举出移动电话、智能电话、电子笔记本、PC、鼠标、触摸屏、宽屏等。
[0003]大量的这种界面利用电容式技术。触摸表面配有连接到电子装置的导电电极，使得能够测量电极和待检测对象之间产生的电容变化以执行命令。
[0004]目前的电容式技术最经常使用行和列形式的两层导电电极。电子设备测量这些行和列之间存在的电容耦合。当手指非常接近电活性表面时，手指附近的电容耦合改变，电子设备因此可以定位电活性表面的平面中的2D位置(XY)。
[0005]该技术使得能够通过电介质检测手指的存在和位置。该技术的优点在于对于一个或更多个手指在传感表面的平面XY中的定位获得很高的分辨率。但是这些技术的缺点在于仅检测与对象的接触或不超过几毫米的极其贴近的情况。戴着厚手套(滑雪手套、摩托车手套等)、用长指甲或用触控笔难以执行触摸控制。电容式电极的低灵敏度使得不能通过厚电介质启动控制。
[0006]近年来还有能够测量在电极和待检测对象之间产生的绝对电容的技术。该技术类似于已知为自电容的技术。例如可以举出专利FR2756048:Floating capacitivemeasuring bridge,专利 FR2893711:Device and Method for Capacitive Measurementby a Floating Bridge,或专利FR2844349:Proximity Detector Comprising CapacitiveSensor0这些技术使得能够获得非常高分辨率的电极_对象之间电容的测量，并能够检测例如距离几厘米乃至10厘米处的手指。空间检测发生在三维XYZ中但也通过平面XY内的触摸而发生。这时可以带着手套或通过任何类型的厚电介质启动控制。但是，由于待测量的电容值级别，与接触测量技术(触摸表面)相关的新问题变得显著。实际上，利用目前的行-列型电容技术，电容值是IpF的级别，而利用最近技术，电极之间的电容是IfF的级别。为此原因，需要添加称为保护装置的屏蔽层以减少寄生电容。
[0007]在目前的设备中，电极层必须由透明材料制成并且以尽量接近屏幕(连接到接地电势)的方式组装以减小设备的厚度。这些电极层由ITO制成。通常，ITO具有50 Ω / 口 (ohm/square)到200 Ω / □的电阻率。以非常接近于地(屏幕)的方式组装保护平面，以在保护装置和地之间产生强电容耦合。与ITO材料的高电阻率相关联的该强电容耦合产生对测量很重要的电容性和电阻性泄露(在面积上，quadrature)。在一阶等效图中，示出了 RC网络。电容耦合由设备的机械组装和由屏幕的表面和保护平面产生。因此难以改变。
[0008]已知文献US2010/052700描述了与用于检测的电极平面相平行的保护平面。保护平面设计为抑制外部噪声。文献EP2420918还描述了用于借助于金属带来截断外部噪声的平面。文献US2011/169783描述了包括检测平面和连到地的保护平面的触摸屏。
[0009]本发明的目的在于通过提出一种用于限制泄露电流的新设备来克服现有技术的缺点。
[0010]利用一种人机界面设备实现了上述目标，所述设备特别在正视图中具有用于观看显示屏的透明区域和通路区域，所述通路区域中有连接到布置于显示屏的至少两个平面的至少一个金属连接件，这些平面为:
[0011]-电极平面，其由电阻性的导电透明材料制成，该平面存在于透明区域中；
[0012]-导电平面，其由电阻性的导电透明材料制成，用作对所述电极平面的有源保护装置(G)或屏蔽装置，该有源保护装置存在于所述透明区域中并延伸到所述通路区域中。
[0013]根据本发明，所述设备包括称为保护带的至少一条金属带，其用于减小保护装置的电阻率，该保护带:
[0014]-连接到所述金属连接件并连接到有源保护装置，并且
[0015]-布置在通路区域中。
[0016]利用这种设备，保护装置连接到金属带以使其足够导电和保证其效用。优选地，所述带布置在保护装置的面上，特别在与电极平面相反的面上。该金属带的实施方法与相关行业兼容。根据期望的电阻率水平，该金属带可以是完整的，作为围绕透明区域的封闭结构，或仅在其一个或更多个侧上。
[0017]优选地，通路区域是从外面不可见的。通常，电话制造商特别在透明区域的周边处限定不透明、不可见区域，其中，在该区域之下工作的金属连接件从外面不可见。
[0018]有利地，电极平面和保护平面设计为以氧化铟锡(ITO)制造。也可以使用其它透明材料，例如掺招氧化锌(AZO)或掺锡氧化镉。
[0019]根据本发明，金属带可以是起始于电子控制电路的带状电缆。
[0020]根据本发明的一个有利特征，导体平面是根据浮点(floating-point)技术的保护装置。
[0021]有利地，透明区域是用于对象检测的触摸区域。这可以是在接近于电极的空间内的3D检测。
[0022]金属带可以由银制成，但可以使用其它材料。
[0023]根据绝非限制性的实施方案的详细描述的检验以及根据附图，本发明的其他优点和特征会变得明显，在附图中:
[0024]-图1a和Ib是根据本发明的设备的示意图；
[0025]-图2是示出由于电极和保护装置的电阻特性导致的电容电荷泄露的示意图；和
[0026]-图3a到3f示出了金属带的布置的实例。
[0027]概括地说，图1a和Ib示出了根据本发明的设备AP。其可以是“智能电话”类型的电话或配有触摸屏的数字平板。该设备AP包括检测表面SD，该检测表面为触摸部分，并且其下特别布置了(平坦的或弯曲的)电极平面。该检测表面SD从上部开始包括由透明材料制成的数个层，例如:
[0028]-外层玻璃VE，
[0029]-防碎膜FAD，
[0030]-透明粘合层CTdP
[0031]_偏振片P，
[0032]-电极E，其由导电的透明材料、例如氧化铟锡(ITO)制成，
[0033]-用于电极的玻璃支撑S，
[0034]-保护装置G，其为由导电的透明材料、例如氧化铟锡(ΙΤ0)制成的层，
[0035]-显示屏EC，其必须是从外层玻璃VE之外可见的。
[0036]电极和保护装置因此在检测表面之下，并且由具有高电阻率的导电透明材料制成。
[0037]在相关实例中围绕检测表面SD的非检测表面SND也被区分出来。该非检测表面从外面看通常是不透明的，并且不具有电极，但是具有由金属制成的连接带PT和柔性连接件CF，因此几乎不具有电阻率。
[0038]导电透明材料的高电阻率可能是不确定的(保护装置存在或不存在时)，这是因为该电阻材料和通常接地到设备的屏幕之间可能发生耦合。电极(和保护装置)必须在整个平面(电极平面和/或保护平面)范围内大致处于同一电势处(与屏幕的电势不同)。当与屏幕存在耦合时，泄露电流CDF存在并在离金属连接件(PT，CF)更远时变得更强。因此导电透明材料(电极和/或保护装置)与屏幕之间的耦合比要测量的电极与假设在外层玻璃之上的感兴趣对象之间的耦合大很多。
[0039]根据本发明，金属带PM以围绕整个透明区域的结构形式提供。其为仅在非透明区域中被压靠到保护装置G背面的银带。该带PM连接到柔性连接件CF，其提供与保护装置G的电势大致相同的电势。
[0040]图2示出了对泄露电容进行说明的图。电极平面1可以被区分出来，用于通过测量电极平面和对象之间的电容3(Ctarget)来检测对象2的定位。假设对象2接地。电极基于具有高电阻率的ΙΤ0来设计。电极由一系列电阻4表示。
[0041]由于包含ΙΤ0，所以保护平面5也是电阻性的。该电阻率由电阻6的网络表示。在电阻4和电阻6之间存在电荷泄露电流7。此外，在电阻6和接地面9 (通常是设备的显示屏)之间还存在泄露电容8。
[0042]图3a到3f示出了保护装置G的背面，即与电极相反的面。数种布置是可能的。图3a示出了优选布置，对于该布置，金属带PM是封闭结构。图3b和3c中，金属带PM是C形的，在一个部分开口但仍然连接到连接件CF。在图3d中，金属带是L形的，而在图3e和3f中，金属带是一个水平条或一个垂直条。
[0043]当然，本发明并不限于刚才已经描述的实例，并且在不超出本发明范围的情况下可以对这些实例进行许多调整。
【权利要求】
1.人机界面设备(AP)，其具有用于观看显示屏(EC)的透明区域(SD)和通路区域(SND)，在该通路区域中有至少一个金属连接件(CF)连接到布置于所述显示屏的至少两个平面，这些平面为: -电极平面(E、PT)，其由电阻性的导电透明材料制成，该平面存在于所述透明区域中， -导电平面(G)，其由电阻性的导电透明材料制成，用作对所述电极平面的有源保护装置(G)，该有源保护装置存在于所述透明区域中并延伸到所述通路区域中， 其特征在于，所述设备包括称为保护带(PM)的至少一条金属带(PM)，用于减小所述保护装置的电阻率，该保护带: 连接到所述有源保护装置(G)， 连接到所述金属连接件(CF)，所述金属连接件与所述电极平面(E、PT)连接使得导体平面(G)和所述电极平面(E、PT)基本上在同一电势，并且 布置在所述通路区域(SND)中。
2.根据权利要求1所述的设备，其特征在于，所述金属带(PM)是围绕所述透明区域(SD)的封闭结构。
3.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述通路区域(SND)是从外面不可见的区域。
4.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述电极平面(E、PT)和所述有源保护装置(G)设计为由氧化铟锡(ITO)制造。
5.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述金属带(PM)布置在所述有源保护装置(G)的一个面上。
6.根据权利要5所述的设备，其特征在于，所述金属带(PM)布置在与所述电极平面(E、PT)相反的面上。
7.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述金属连接件(PM)是起始于电子控制电路的带状电缆。
8.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述导体平面(G)是根据浮点技术的保护装置。
9.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述透明区域(SD)是触摸区域。
10.根据前述任一项权利要求所述的设备，其特征在于，所述金属带(PM)由银制成。
【文档编号】G06F3/044GK104254825SQ201380016104
【公开日】2014年12月31日 申请日期:2013年3月22日 优先权日:2012年3月23日
【发明者】克里斯蒂安·尼尔, 克里斯多夫·布隆丹 申请人:Fogale纳米技术公司