專利名稱：電容性矩陣觸摸傳感器的制作方法
電容性矩陣觸摸傳感器相關(guān)申請(qǐng)案交叉參考本申請(qǐng)案根據(jù)35U.S.C. 119(e)主張2008年10月4日提出申請(qǐng)的序列號(hào)為 61/102，830的美國(guó)臨時(shí)專利申請(qǐng)案的權(quán)益，所述臨時(shí)專利申請(qǐng)案以全文引用的方式并入本文中。
背景技術(shù)：
使用電荷傳送電容性測(cè)量方法(例如描述于第6，452，514號(hào)美國(guó)專利中的方法) 可形成觸摸感測(cè)區(qū)域，其可通過(guò)數(shù)毫米的塑料或玻璃前面板檢測(cè)人類觸摸。在先前裝置中， 電極形成于與前面板膠合或與其保持接觸的單獨(dú)襯底上，且接著使用呈連接器或接線器形式的導(dǎo)線將此面板電互連到主印刷電路板(PCB)。所述互連也可能多少有點(diǎn)問(wèn)題，這是因?yàn)槠淇梢苿?dòng)從而導(dǎo)致電容改變且其也引入對(duì)降低觸摸控制敏感度起作用的某一固定量的雜散電容。在以上電荷傳送電容性測(cè)量方法中，使用發(fā)射-接收過(guò)程以誘導(dǎo)電荷跨越射電極與集電極之間的間隙(發(fā)射器及接收器也分別稱作X及Y)。在手指觸摸和發(fā)射器電極與接收器電極之間的所得電場(chǎng)交互時(shí)，從發(fā)射器耦合到接收器的電荷量改變。以上方法的特定特征是電荷中的大多數(shù)電荷傾向于集中在接近尖銳拐角及邊緣處(靜電學(xué)中眾所周知的效應(yīng))。發(fā)射器電極與接收器電極之間的邊緣場(chǎng)支配電荷耦合。因此，兼容電極設(shè)計(jì)傾向于聚焦于相鄰發(fā)射器電極與接收器電極之間的邊緣及間隙，以最大化兩者之間的耦合且還最大化觸摸中斷兩者之間的電場(chǎng)的能力，因此賦予所測(cè)量電荷的最大相對(duì)改變。大改變?yōu)楹弦獾?，因?yàn)榇蟾淖兊韧谳^高分辨率且等同于較佳信噪比。經(jīng)特殊設(shè)計(jì)的控制芯片可檢測(cè)這些電荷改變。方便將這些電荷改變認(rèn)為是發(fā)射器電極與接收器電極之間的所測(cè)量耦合電容的改變(很難將電荷可視化)。芯片處理來(lái)自傳感器周圍各種地點(diǎn)的電容性改變的相對(duì)量且使用此來(lái)檢測(cè)觸摸按鈕上觸摸的存在。通常， 這些電極需要是透明的，使得光可穿過(guò)觸摸傳感器以提供美學(xué)及/或功能性照射效應(yīng)。所述電荷傳送電容性測(cè)量方法的優(yōu)點(diǎn)是可以比其它技術(shù)低的“每傳感器成本”形成許多觸摸傳感器。這是因?yàn)槊總€(gè)X電極與Y電極之間的相交點(diǎn)可形成觸摸傳感器。舉例來(lái)說(shuō)，可使用具有10個(gè)X電極及8個(gè)Y電極的系統(tǒng)來(lái)形成80個(gè)觸摸傳感器。此僅需要控制芯片上有18個(gè)引腳，而等效開(kāi)路感測(cè)方案將需要80個(gè)。電荷傳送電容性測(cè)量方法是使用兩部分電極設(shè)計(jì)的發(fā)射-接收架構(gòu)。典型現(xiàn)有技術(shù)電極設(shè)計(jì)展示于圖1中。此處，將發(fā)射元件100及接收元件101展示為用于耦合所述兩者之間的電場(chǎng)102。在圖2中，以橫截面展示現(xiàn)有技術(shù)電極設(shè)計(jì)，其中發(fā)射元件200與接收元件201接合或被按壓于絕緣前面板202上。耦合于所述兩個(gè)元件之間的電場(chǎng)203可因手指或其它觸摸對(duì)象205的存在而分裂204。此用于降低從發(fā)射元件到接收元件的互電容，此改變由控制電路206感測(cè)以記錄輸出207以指示觸摸205的存在(或不存在)。

發(fā)明內(nèi)容
一種觸敏裝置包括將襯底與觸摸面板分離的發(fā)射電極及接收電極。選定電極可由壓縮于所述襯底與所述觸摸面板之間的導(dǎo)電可壓縮材料形成。一些電極由所述襯底支撐且經(jīng)布置以與所述導(dǎo)電可壓縮電極形成電場(chǎng)耦合。所述電場(chǎng)耦合經(jīng)配置以響應(yīng)于所述觸摸面板接近導(dǎo)電可壓縮電極的觸摸事件而改變。在一些實(shí)施例中，電極可為透明的以允許照射穿過(guò)電極。在一些實(shí)施例中，電極可包括若干孔以允許照射從由襯底支撐的光源穿過(guò)觸摸面板。


圖1是用于基于電容性的觸摸傳感器的現(xiàn)有技術(shù)電極布局的俯視圖。圖2是圖1的現(xiàn)有技術(shù)布局的橫截面。圖3是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例在電極與前面板之間使用彈簧的電極配置的橫截面。圖4是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例在電極與前面板之間使用彈簧的實(shí)例性電極配置的橫截面。圖5A是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例在電極與前面板之間使用彈簧的電極配置的橫截面。圖5B是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例展示觸摸的電極對(duì)與彈簧的橫截面。圖6A是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例在電極與前面板之間使用彈簧的另一電極配置的橫截面。圖6B是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例的彈簧與電極的透視表示。圖7A是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例在電極與前面板之間使用彈簧的電極配置的橫截面。圖7B是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例展示觸摸及電場(chǎng)邊緣線的電極對(duì)與彈簧的橫截面。圖8是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例具有孔及彈簧的電極配置的橫截面。圖9是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例具有電致發(fā)光光產(chǎn)生及彈簧的電極配置的橫截面。圖10是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例具有光漫射器與彈簧的電極配置的透視表示。圖11是根據(jù)實(shí)例性實(shí)施例具有發(fā)光二極管及彈簧的電極配置的橫截面表示。
具體實(shí)施例方式用于觸摸控制的結(jié)構(gòu)使用可壓縮導(dǎo)電材料在距控制電路的某一距離處形成觸敏區(qū)域。使用依賴于開(kāi)路電極布置的傳統(tǒng)電容性感測(cè)方法，易于使用導(dǎo)電彈簧或其它可壓縮材料以將觸敏區(qū)域從襯底(例如控制印刷電路板(PCB))向上傳送到前面板。在一些實(shí)施例中，在前面板處不需要特定互連；“彈簧”僅向上按壓于前面板上且當(dāng)被壓縮以形成觸摸控制時(shí)具有充足表面積。因此，在組裝期間可實(shí)現(xiàn)顯著的成本節(jié)約，這是因?yàn)檎麄€(gè)傳感器PCB 變?yōu)樽院邪惭b于PCB上的導(dǎo)電跡線上的“彈簧”。接著PCB本身相對(duì)于前面板固定就位， 其中“彈簧”保持壓縮以確保機(jī)械穩(wěn)定系統(tǒng)(此對(duì)于電容性觸摸控制是重要的，因?yàn)槿魏我苿?dòng)可導(dǎo)致從傳感器測(cè)量的信號(hào)的波動(dòng))。例如描述于第6，452，514號(hào)美國(guó)專利中的電荷傳送電容性測(cè)量方法(或其它發(fā)射接收方法)可與在控制印刷電路板(PCB)與前面板之間具有機(jī)械“彈簧”布置的觸敏裝置一起使用。應(yīng)理解，可使用任一可壓縮導(dǎo)電材料形成此“彈簧”。在一個(gè)實(shí)施例中，只要彈簧的電阻率是適度低，例如低于100千歐，那么就可使用任一可壓縮材料，例如金屬?gòu)椈苫蛩芰蠌椈?、開(kāi)孔或閉孔泡沫或者其它此類材料。在一些實(shí)施例中，電阻率可為10千歐、或1千歐或小于1千歐。應(yīng)注意，所引用的實(shí)例將發(fā)射元件及接收元件放置在相同平面上且因此僅需要在襯底上實(shí)施一個(gè)層。同樣可能的是跨越兩個(gè)層(即，其中X在Y下面)形成電荷傳送電容性測(cè)量觸摸傳感器。—種使用彈簧將X與Y的“相交點(diǎn)”向上傳送到前面板的方式包括在例如控制板的襯底或任一其它類型的襯底(例如一塊塑料片(例如PET或聚碳酸酯)、玻璃層或適合于支撐電極的其它材料)上使用兩個(gè)同心或并排彈簧。襯底可通過(guò)使用離散布線給到電極的電連接提供機(jī)械支撐。此實(shí)例性實(shí)施例展示于圖3中。此處，第一 X彈簧300及第一 Y彈簧301彼此接近放置且經(jīng)按壓而與前面板302接觸。并靠著所述布置展示第二 X/Y對(duì)，其使用由連接到第二 X彈簧304及第二 Y彈簧305的導(dǎo)線或跡線303互連的相同X線。在此實(shí)施例中，從第一 X彈簧300耦合到第一 Y彈簧301的電場(chǎng)306也傾向于耦合307到第二 Y彈簧305。此可在經(jīng)由第一彈簧對(duì)進(jìn)行觸摸時(shí)導(dǎo)致第二彈簧對(duì)的觸摸敏感度。此實(shí)施例每觸摸鍵使用兩個(gè)彈簧。在圖4中所示的另一實(shí)施例中，共用Y彈簧400由兩個(gè)X彈簧401及402共享。為起此作用，將兩個(gè)觸摸鍵在物理上彼此接近放置。使用一個(gè)以上Y線可導(dǎo)致鍵辨別的某種缺失。另一實(shí)施例展示于圖5A中。使用例如控制PCB 500的襯底來(lái)形成所有X及Y電極布線501。控制芯片502可存在于或可不存在于此控制板上，但其用來(lái)測(cè)量觸摸鍵的電容性改變。所展示的Y電極Y1503及Y2504連接到一組Y電極彈簧505、506、507及508和 509、510、511及512，第一群組電連接到Y(jié)l且第二群組電連接到Y(jié)2，使用PCB 500上的跡線來(lái)實(shí)現(xiàn)此互連。在PCB 500上形成一系列發(fā)射極X電極(被稱作Xl到X4)513、514、515、 516、517、518、519及520。這些電極純粹作為導(dǎo)電形狀形成于PCB 500的表面上。在一個(gè)實(shí)施例中，X電極可經(jīng)設(shè)計(jì)以大致或完全地環(huán)繞Y彈簧505、506、507、508、509、510、511及 512的基底。如可見(jiàn)，八個(gè)邏輯觸摸鍵是如此形成為532、533、534、；355、536、537、5沘及539 ； X1Y1、X2Y1、X3Y1、X4Y1 及 Χ1Υ2、Χ2Υ2、Χ3Υ2、Χ4Υ2。因此使用總計(jì)八個(gè)彈簧(505、506、507、 508、509、510、511及51幻。在一個(gè)實(shí)施例中，X電極充分接近其相鄰Y彈簧以使電場(chǎng)保持良好局部耦合。在圖5Β中，到前面板5 上的觸摸對(duì)象5 現(xiàn)在影響主要針對(duì)觸摸鄰近觸摸鍵的經(jīng)耦合局部X到Y(jié)場(chǎng)。因此鍵辨別是良好的。針對(duì)單個(gè)觸摸鍵的電場(chǎng)展示為530且其與觸摸對(duì)象528的交互也展示于531處。替代方案展示于圖6A中，其中彈簧601、602、603、604、605、606、607及608現(xiàn)在連接到Xl到X4發(fā)射極且PCB 600電極609、610、611、612、613、614、615及616連接到Y(jié)。圖
6B圖解說(shuō)明耦合到X發(fā)射極電極621的彈簧601的透視圖。在其中鍵辨別的改進(jìn)可由于Y 線被X彈簧更多地屏蔽的事實(shí)而受到影響的一些應(yīng)用中，此替代方案可具有一優(yōu)點(diǎn)。另一潛在優(yōu)點(diǎn)是可減少Y電極面積且因此幫助最小化在觸摸期間注入到Y(jié)線中的噪聲。獲得電容性感測(cè)系統(tǒng)中的最大信噪比有助于確保在電噪聲條件下的可靠操作。在所展示的一些實(shí)施例中，所述彈簧以彈簧的頂部形成平坦“螺旋”圓盤的方式壓縮。此使彈簧自身良好地與觸摸對(duì)象耦合且允許與螺旋下面的電場(chǎng)交互。在圖6B中，X電極621及Y電極609展示為彼此物理分離的圓盤621及同心環(huán)609。在其它實(shí)施例中可使用電極的許多其它配置。其它實(shí)施例可以增加的共享電極邊緣為特征，其中場(chǎng)線集中于所述邊緣處。替代布置使用大致同軸布置，其中彈簧連接到X且僅環(huán)繞PCB上的Y接收器電極。 此展示于針對(duì)一對(duì)觸摸鍵的圖7A及7B中。PCB 700將導(dǎo)電電極用于兩個(gè)Yl接收器701及 702。Xl發(fā)射極由兩個(gè)彈簧703及704形成。前面板705及觸摸對(duì)象706是與近似場(chǎng)分布 707及觸摸交互708 —起展示。如可見(jiàn)，所述場(chǎng)遠(yuǎn)離Y接收器朝向觸摸對(duì)象706發(fā)生位移。 如同在其它實(shí)施例中一樣，此導(dǎo)致X與Y之間的電容降。此方法具有不同優(yōu)點(diǎn)所述彈簧可由于無(wú)特殊平坦頂部布置而在設(shè)計(jì)上非常簡(jiǎn)單。觸摸對(duì)象706有效地觸摸彈簧的線圈的 “內(nèi)部”，從而影響場(chǎng)707及708?？墒褂糜扇魏螌?dǎo)電構(gòu)件(例如焊料、機(jī)械夾子、膠)形成的觸點(diǎn)從PCB連接700驅(qū)動(dòng)彈簧或僅將其限制于PCB上的導(dǎo)電對(duì)置墊上。對(duì)所屬領(lǐng)域的技術(shù)人員來(lái)說(shuō)其它方法將為顯而易見(jiàn)的。此實(shí)施例兼具圖6A及圖6B的優(yōu)點(diǎn)，因?yàn)閄彈簧用于部分地屏蔽Y接收器且可使得Y接收器的面積相對(duì)小以輔助抗噪性。未展示類似于圖7A及圖7B的另一實(shí)施例，其中彈簧連接到Y(jié)且PCB電極連接到 X。以與先前實(shí)例中描述的類似的方式，此同樣有效但在一些應(yīng)用中可能會(huì)展示降級(jí)的鍵辨別及抗噪性。在圖7A及圖7B中，應(yīng)理解Y電極形狀可采取各種形式。重要的是，如圖8中所展示，此可在形成于PCB 800上的電極802中包括孔801。此對(duì)促進(jìn)發(fā)光裝置的放置非常有用，如以兩個(gè)交替位置803及804所示。可設(shè)計(jì)出許多電極與孔配置。由大致透明的導(dǎo)電材料形成PCB電極以允許光從下面透過(guò)也是可能的。在每一彈簧的中心局部處組合電極與某種形式的電致發(fā)光光產(chǎn)生也是可能的。此展示于圖9中。展示PCB900及彈簧901，且在彈簧901的中間展示電極結(jié)構(gòu)，其中透明Y電極902形成于磷光體903層及第二電極904 的頂部，所述第二電極904可為接地的或受到有源驅(qū)動(dòng)?？刂菩酒?05以電致發(fā)光高電壓驅(qū)動(dòng)906周期對(duì)電容性測(cè)量進(jìn)行時(shí)間多路復(fù)用。此布置準(zhǔn)許在觸摸鍵有源區(qū)正下方以極低輪廓及均勻照射形成發(fā)光層。也可構(gòu)想出類似發(fā)光方法，其中不使用電致發(fā)光層，而是在PCB電極(同樣，其為大致透明材料以允許光向上朝向面板傳遞)下面放置光漫射器片。光漫射器片在此項(xiàng)技術(shù)中是眾所周知的且通常是從邊緣受照射、使用全內(nèi)發(fā)反射(TIR)將光導(dǎo)引到所選擇區(qū)，接著在所選擇區(qū)處使用分裂IlR過(guò)程的各種技術(shù)(機(jī)械應(yīng)力、表面上的小脊、折射率不匹配等等)使光逸散。另一照射方法展示于圖11中。此處，彈簧1101中心的同軸安裝的發(fā)光裝置1100 使用反射套1102，所述反射套沿彈簧1101內(nèi)部向上伸展且恰在前面板1104的內(nèi)表面1103 之前停止。所述套可由任合反射材料制成。圖7中所使用的彈簧也可利用在壓縮時(shí)變平坦的向內(nèi)可壓縮螺旋。此展示于圖10 中。此方法的優(yōu)點(diǎn)是其有助于更加完全地屏蔽1001下面的電極。此可提供噪聲抑制優(yōu)點(diǎn)。 向內(nèi)螺旋1005的彈簧的線圈可具有適度打開(kāi)結(jié)構(gòu)以允許觸摸對(duì)象1002與在PCBlOOOiB 成于彈簧1004與電極1001之間的電場(chǎng)1003交互。
權(quán)利要求
1.一種裝置，其包含襯底；頂部觸摸面板；導(dǎo)電可壓縮電極，其由所述襯底支撐且從所述襯底延伸到所述頂部觸摸面板；第二電極，其由所述襯底支撐且經(jīng)布置以與所述導(dǎo)電可壓縮電極形成電場(chǎng)耦合。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)電可壓縮電極在所述襯底與所述頂部觸摸面板之間保持壓縮。
3.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)電可壓縮電極為發(fā)射器電極且所述第二電極為接收器電極。
4.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)電可壓縮電極為接收器電極且所述第二電極為發(fā)射器電極。
5.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第二電極部分地環(huán)繞所述導(dǎo)電可壓縮電極。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的裝置，其中所述導(dǎo)電可壓縮電極包括形成為圓盤的形狀的一部分，且所述第二電極包含與所述圓盤同心的環(huán)。
7.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)電可壓縮電極壓縮在所述頂部觸摸面板上以在所述頂部觸摸面板上形成觸摸區(qū)，所述觸摸區(qū)對(duì)應(yīng)于所述導(dǎo)電可壓縮電極壓縮在所述頂部觸摸面板上的區(qū)。
8.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，且其進(jìn)一步包含對(duì)應(yīng)于所述導(dǎo)電可壓縮電極及所述第二電極的光源。
9.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述光源包含電致發(fā)光材料。
10.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述第二電極具有孔，且其中所述裝置進(jìn)一步包含用以通過(guò)所述孔提供光的光源。
11.根據(jù)權(quán)利要求10所述的裝置，其中所述光源包含由所述襯底支撐的發(fā)光二極管。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述襯底包含具有用于所述導(dǎo)電可壓縮電極及所述第二電極的布線的印刷電路板，且其中所述頂部觸摸面板由包括塑料或玻璃的材料形成。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述襯底為所述可壓縮電極及所述第二電極提供機(jī)械支撐且包括耦合到所述可壓縮電極及所述第二電極的離散布線。
14.根據(jù)權(quán)利要求1所述的裝置，其中所述導(dǎo)電可壓縮電極包含從所述襯底延伸到所述頂部觸摸面板的導(dǎo)電彈簧。
15.一種裝置，其包含襯底；頂部觸摸面板；多個(gè)第一電極，其由所述襯底支撐，每一第一電極包括一導(dǎo)電彈簧，所述導(dǎo)電彈簧從所述襯底延伸到所述頂部觸摸面板使得所述彈簧被壓縮；多個(gè)第二電極，其由所述襯底支撐且經(jīng)布置以與相應(yīng)的第一電極形成電場(chǎng)耦合。
16.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述彈簧經(jīng)形成以將電荷傳導(dǎo)到所述頂部觸摸面板上接近所述彈簧接觸所述頂部觸摸面板的點(diǎn)的觸摸。
17.根據(jù)權(quán)利要求16所述的裝置，其中所述襯底包含具有耦合到所述第一及第二電極的導(dǎo)體的印刷電路板。
18.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，且其進(jìn)一步包含對(duì)應(yīng)于所述第一及第二電極的光源。
19.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述第一電極具有孔，且其中所述裝置進(jìn)一步包含用以通過(guò)所述孔提供光的光源。
20.根據(jù)權(quán)利要求15所述的裝置，其中所述彈簧壓縮以鄰近所述頂部觸摸面板形成平坦螺旋環(huán)。
21.一種方法，其包含形成支撐于襯底上的第一及第二電極，使得所述第一與第二電極形成電場(chǎng)耦合，其中所述第一及第二電極中的至少一者由可壓縮導(dǎo)電材料形成；及用頂部觸摸面板壓縮所述可壓縮導(dǎo)電材料，以在所述頂部觸摸面板上接近所述可壓縮材料的與所述頂部觸摸面板接觸的經(jīng)壓縮區(qū)域形成觸摸區(qū)。
22.根據(jù)權(quán)利要求21所述的方法，其中所述觸摸區(qū)上的觸摸移除可在所述第一與第二電極之間傳送的電荷。
全文摘要
本發(fā)明涉及一種裝置，其包括襯底(500)、頂部觸摸面板(529)及由所述襯底支撐的電極，所述電極包括從所述襯底延伸到所述頂部觸摸面板的導(dǎo)電可壓縮材料(505到512)。另一電極(513到520)由所述襯底支撐且經(jīng)布置以與包括所述可壓縮材料的所述電極形成電場(chǎng)耦合。觸敏區(qū)域(532到539)是通過(guò)所述可壓縮材料從所述襯底傳送到所述頂部觸摸面板的。
文檔編號(hào)H03K17/96GK102171928SQ200980139696
公開(kāi)日2011年8月31日 申請(qǐng)日期2009年10月2日 優(yōu)先權(quán)日2008年10月4日
發(fā)明者彼得·蒂莫西·斯利曼 申請(qǐng)人:愛(ài)特梅爾公司