CN103221908A - 具有内含位置图案的电极的触敏装置 - Google Patents

Abstract

本发明涉及触敏装置中的导电元件，例如互电容式触摸传感器中的电极，所述导电元件包括布置成位置图案的导体，所述位置图案可以被感测和分析，并且所述触摸传感器上的位置可以由此得以确定。

Description

具有内含位置图案的电极的触敏装置

背景技术

触敏装置通过减少或消除对机械按钮、小键盘、键盘和指示装置的需求，而允许用户方便地与电子系统和显示器进行交互。例如，用户只需要在由图标标识的位置触摸即显触摸屏，即可执行一系列复杂的指令。

有若干类型的技术用于实现触敏装置，包括（例如）电阻、红外、电容、表面声波、电磁、近场成像等方式。人们已经发现电容式触敏装置在大量应用中有很好的效果。在许多触敏装置中，当传感器内的导电物体电容耦接至导电性触摸工具（例如用户的手指）时，感测输入。一般来讲，只要两个导电构件彼此贴近但未实际接触，这两者之间便会形成电容。就电容式触敏装置而言，手指之类的物体接近触敏表面时，该物体与贴近该物体的感测点之间会形成微小的电容。通过检测每个感测点处电容的变化并记录感测点的位置，感测电路就能识别多个物体并确定当物体在整个触摸表面上移动时物体的特性。

用于以电容方式测量触摸情况的已知技术有两种。第一种是测量对地电容，其中信号施加到电极上。贴近电极的触摸导致信号电流从电极经过手指之类的物体流到电气接地。

用于以电容方式测量触摸情况的第二种技术是通过互电容。互电容式触摸屏将信号施加至受驱动电极上，该电极通过电场电容耦接到接收电极。贴近的物体会减小两个电极之间的信号耦合，因为该物体会减小电容耦合。

用户越来越需要其他的功能性，而不是仅仅只识别对触敏装置表面的触摸。这种其他功能性包括手写识别和直接笔记功能（例如，使用触针）。

所参考的文献为美国专利公布第2010/0001962号（Doray），其描述了包括触摸板的多触式显示系统，该触摸板上具有位置图案。

发明内容

本文所公开的实施例描述了触摸屏中的导电元件，所述导电元件本身包括位置图案，所述位置图案可以用经合适配置的传感器来识别，例如，照相机或其他感测装置。所述导电元件可以为触摸传感器中的电极，在一些实施例中，这种电极会消除对另一包括位置图案的层的需要。

在一个实施例中，对触敏装置中的导电元件进行了描述，所述导电元件包括按照位置图案进行布置的导体，其中所述位置图案包括独特的位置标记，其中所述位置图案中的独特位置可从所述独特的位置标记的对应部分标识出。

本发明还讨论了相关方法、系统和制品。

本专利申请的这些和其他方面从以下具体实施方式中将显而易见。然而，在任何情况下都不应将上述发明内容理解为是对要求保护的主题的限制，该主题仅由所附权利要求书限定，并且在审查期间可以进行修改。

附图说明

通过结合以下对附图的详细说明，可以更加全面地理解本文所述的实施例，其中：

图1示意性地示出了数字转换器系统；

图2、图2a和图2b示意性地示出了触摸屏的电极；

图3、图3a和图3b示意性地示出了触摸屏的电极；

图4a、图4b和图4c示意性地示出了触摸屏电极的细节；

图5示意性地示出了触笔形式的检测装置；

图6为示出了制造触摸屏所含元件的方法的流程图。

在这些附图中，类似参考标号指代类似元件。

具体实施方式

本文所述的实施例涉及数字转换器系统，其包括嵌在微导体图案内的位置图案，所述微导体图案包括触摸传感器中的电极，所述位置图案可以使用检测装置来感测出，并且还可以基于该感测而确定出所述位置图案相对所述电极的位置，并由此在一些实施例中确定其相对触摸传感器的位置。微导体为由以下项构成的导电特征，例如元素态金属、金属合金、金属间化合物、金属氧化物、金属硫化物、金属碳化物、金属氮化物以及它们的组合。微导体优选地由以下项形成：金、银、钯、铂、铑、铜、镍、铁、铟、锡、钽以及这些元素的混合物、合金和化合物。

这些电极被称为为透明的，尽管某种程度上，它们可能会减少到达观察位置的可见光的量，例如，因为引入了一些着色。位置图案为包括独特的位置标记的图案，所述独特的位置标记独特地限定了所述位置图案的区域。即使触摸传感器处于非激活状态（即，它是“断开的”），仍可以执行位置检测操作，这是因为在一些实施例中，它的运作并不需要位置图案中有激活部件。

在一些实施例中，在电极本身的组成部件中添加位置图案可以减少或消除对另一个位置图案的要求，另一个位置图案本身可能会需要传感器堆叠结构中的额外层，或者可能会对触摸传感器后方显示图像的透射率产生不利影响。

本文所公开的数字转换器系统利用的是可以使用检测装置感测出的位置图案。所述位置图案可以为某种图案化的微导体，这种类型已在标题为“Methods of Patterning a Conductor on a Substrate（在基底上对导体进行图案化的方法）”的美国专利申请公开第2009-0218310号（Zu和Frey；下文称为Zu）中描述，该专利的公开内容以全文引用的方式并入。一般来讲，Zu提出了一种在基底上对导体进行图案化的方法，由此形成了一种由金属构成的导电微图案。如文本所提出，这种金属图案可以嵌有一种位置图案。检测装置可以感测出该金属图案，其方法或者是感测从该图案反射出的可见光，或者是感测其他波长。例如，包括所述位置图案的该金属图案可以由化合物构成，该化合物可吸收或反射可见光谱中的辐射，或者红外线（IR）辐射，或者紫外线（UV）辐射。包括位置图案的金属图案还可以涂覆一层提供相同性质的物质。

检测装置，例如，其一种形式为触笔，结合了对IR敏感的光学成像系统，该装置可以，例如，用于读取位置图案以确定触笔的绝对位置和移动。为了读取该位置图案，可以将该位置图案暴露于IR，IR可以产生于数字转换器的后方（例如，因显示器或其他光源所产生的热而产生）或者形成于数字转换器的前方（例如，从检测装置本身发射出而形成）。类似的技术可以使用于其他类型的辐射（可见、UV等）。

本文所公开的数字转换器在那些可以从绝对坐标输入装置中获益的系统中可以是有用的。在示例性实施例中，本文所公开的数字转换器可以并入到包括电极的任何系统中，所述电极用于感测触摸或接近触摸。例如，包括X-电极和Y-电极的投射电容式触摸屏可以会因结合了本文所述的位置图案而受益，以助于额外的支持一个或多个触笔。包括位置图案的触摸屏的电极可以使用检测装置而被感测出，随后（经由到计算机或其他装置的无线电连接）提供出指示该位置图案的信息，并且随后计算机基于该信息会确定触笔相对触摸表面的位置。如果触摸屏是透明的，那么它可以放在显示器的前方，并且有助于与该显示器的交互作用。另外，表面电容式触摸屏通常采用具有连续电阻的一层导电氧化物，而它可以替代性地包括一个连续图案化的表面，该表面包括一种位置图案。

现存技术可进行以下操作：成像传感器所用的触笔可以遵循印在一张纸上的可见编码网格，这已在，例如，美国专利第5,051,736、5,852,434、6,502,756、6,548,768、6,570,104、6,586,588、6,666,376、6,674,427、6,698,660、6,722,574和6,732,927号中描述，每个专利以引用的方式全部并入到本文档中。墨水（其中一些为透明）可以被涂覆在或者可能覆盖在该位置图案上，这已在美国专利公布第2006/0139338号（Robrecht）中描述，所述专利公布据此全文引入以供参考。

图1是数字转换器系统100图，该系统包括设置在显示器150上的触摸传感器110，所述显示器150可透过触摸传感器110来看到。触摸传感器110包括由导电元件构成的透明电极，所述导电元件按位置图案进行布置，所述位置图案包括独特的位置标记。检测装置120感测出该独特的位置标记，并使用在检测装置120内包括的电子器件来由此确定检测装置120的尖端相对于触摸传感器110的坐标（且因此确定相对于显示器150的坐标）。或者，检测装置120可以将指示所感测出的位置图案的信息，经由信号传输信道170而提供给系统电子器件160，并且所述系统电子器件160可以由此确定检测装置120尖端的位置。系统电子器件160随后可以将指示检测装置120位置的信息提供给已通信连接的计算机（图1中未图示），该计算机耦接到显示器150。显示器150上显示的图片可以经更新以包括指示检测装置120的所感测位置的信息。例如，光标可以在显示器150上移动，且其移动方式与用户操作下检测装置120的移动同步。

检测装置120包括光学成像系统，例如，照相机或电荷耦合装置，在一些实施例中还包括透镜、光圈和入射到此成像系统的其他部件。光学成像系统对显示器150的透明电极中的位置图案进行解析。适用于图1所述系统中的检测装置可以包括，例如，如美国专利第7,588,191号（Pettersson等人）第15卷第5行至第29行，以及第44行至第67行（Pettersson所著的整篇公开以引用的方式并入本文中）中所述的检测装置，或者美国专利第7,672,513号（Bjorklund等人）中所述的检测装置，该专利描述了用于对位置进行解码的设备，并且以引用的方式全文并入本文中。可以适用于本文所述系统的其他检测装置可以从瑞典一家公司安诺拓技术股份有限公司（Anoto AB）购得，特别是，该公司生产本文所引用类型的检测装置。

检测装置120可以经由信号传输信道170通信耦接到系统电子器件160，所述信号传输信道可以是有线的或无线的。如果是无线的，那么可以还包括额外的天线和电路（图1中未示出），并且它们可以实施商标名“蓝牙（Bluetooth）”下指定的标准所关联的通信规范和协议。

显示器150可以为任何可寻址的电子显示器，例如，液晶显示器（LCD）、阴极射线管、有机电致发光显示器、等离子显示器、电泳显示器等等。另外，显示器150可以为静态图像或图形，或者不可寻址电子显示器（例如，电子照明标志），其单独地被提供或与可寻址电子显示器一起被提供。

系统电子器件160除了从检测装置160接收信息之外，可以配置为用于驱动包括在触摸传感器110内的一些电极，随后接收感测信号，所述感测信号指示了在触摸传感器110内所包括的各种电极之间的电容。指示这种电容的电荷值变动指示了手指之类的物体进行的触摸（touch）或接近触摸（near touch）。集成电路可用于驱动系统电子器件160。例如，赛普拉斯半导体公司（Cypreess Semiconductor）在市场上推出一种市售名称为“TrueTouch触摸屏控制器（TrueTouch Touch Screen Controller）”的触摸屏控制器，它可以配置为用于驱动触摸传感器110并解析触摸相关信息。其他电子器件也可从市面上购得。

图2示意性地示出了触摸传感器（例如，触摸传感器110）的一个层11。层11包括多个行电极20，它们经布置彼此相对平行（但它们也可以按其他配置来布置）。行电极20电耦接到引线3，该引线通信耦接到尾端（图2中未图示），该尾端继而通信耦接到电子器件160。层11还包括位于行之间的分离行22，所述分离行被部分地用于将行电极20彼此电隔离。层11的部件通常位于另一层某种载体材料（例如，聚酯或玻璃）上。对层11的部件进行图案化的工艺已在Zu所著专利申请公开中详细描述，该专利申请公开先前已经以引用方式并入。

图2a所示为微导体图案2a（图2）的分解图，所述微导体图案包括行电极20中的一部分。图2a中的微导体图案包括连续的蜂窝状图案。图2b所示为微导体图案2b（图2）的分解图，所述微导体图案包括分离行电极22的一部分。这里的蜂窝状图案是不连续的，它包括间隙，这些间隙使微导体相互电隔离。

图2a和图2b（以及通过延伸，图2）中所示的微导体图案包含基本相同形状（在这种情况下是正六边形）的重复图案，并且不包括位置图案。

图3类似于图2，不同之处在于图3（示出了触摸传感器的层52）中行电极24包括导电元件中的位置图案，所述导电元件包括微导体图案（可以从图3a中更详细地看出，图3a所示为图3中微导体图案3a的分解图）。类似地，分离行26包括类似的位置图案（可以从图3b中更详细地看出，图3b所示为图3中微导体图案3b的分解图）。

从图3a和图3b中可以看出，包含在微图案中的六边形并不是规则的，并且，相反地，它有大小不同的边。美国专利第7,172,131号（Pettersson等人）描述了六边形光栅图案，并描述了该图案是如何使用位置信息进行编码的，并且，该专利先前以引用方式并入本公开中。对顶点的修改可以通过相当结构化的方式来实现。在六边形为规则的情况下，如果每个顶点的位置可以向其所在位置的左方或右方移动一个单位，那么每个顶点可以具有五个可能位置中的一个。

六边形具有六个顶点，每个顶点具有五个可能位置，从而提供出6^5或7,776种可能的独特六角形。另外，每个六边形具有六个最近的相邻六边形。如果最近邻居的位置图案是位置编码信息的一部分，那么独特位置的数目则变为7,776^6或221,073,919,720,733,357,899,776个。这种数目的独特位置远远足够用于使用由检测装置分辨出的最小六边形尺寸来覆盖任何合理尺寸的传感器。

可以利用其他编码装置来用于这些六边形。不是向右或向左移动六边形顶点，而是可以向其他方向移动这些顶点，例如，沿着六边形的边，或者在任意方向中以不同的量发生移动。这些方法中的每个方法在将位置信息编码成位置图案这方面提供了额外的自由。

除了六边形之外的其他多边形可以用作包括位置图案的微图案。例如，图4a所示为四边形，图4b所示为三边形。图4c所示为微图案的另一项实施例，其中所述微图案包括额外的记号，例如连接到所述微图案的划线，或者与所述微图案电隔离的圆点，这些记号本身包括独特的位置标记。在此实施例中，微图案本身可以主要由重复形状构成，并且独特的位置标记可以例如全部涵盖在位置划线或圆点相对于重复形状顶点的放置中。另外，正如技术人员所了解到的，顶点的波动(perturbation)可以与这些划线和圆点相组合。先前引用的Pettersson所著文献中另外描述了如何使用位置信息来编码其他的光栅图案。先前还引用的Robrecht所著文献中另外描述了可以如何实现编码图案。

在触摸传感器构造中，层52可以被层合到类似配置的层，该类似配置的层包括列电极，其行电极与列电极被电介质层隔开，从而形成互电容式触摸传感器网格。包括位置图案的层52可以包括微导体图案，所述微导体图案经特定处理、制定或涂覆后由检测装置120来感测。可能适用的一些涂层已在美国专利申请第2006/0139338号（Robrecht）中有所描述，该专利申请先前以引用方式并入。对应层可以不包括这样的涂层，或者可以包括一些并不包括微图案的其他材料（例如，配置成连续条形状的导电氧化物）。层52可以包括列电极或者行电极，并且优选地定向为顶层（形成互电容式矩阵传感器的两层中的顶层，即，布置在用户与包含电极的层之间，该等电极不包括位置图案）。当然，其他层也可以被包括在内，例如，顶电极层与用户之间的玻璃铺层，或者硬敷层。

对于互电容式网格，它包括行电极与列电极，这两种电极由电介质层隔开并形成了一个矩阵，除了所述互电容式网格之外，微导体图案的一种连续的单电极层可以在传统的比率尺度（ratio metric）方法中使用，以检测出触摸位置信息。结合了单连续层的这些比率尺度方法有时称作表面电容触控技术，并且在业内众所周知。

单层构造也可以用于具有行电极与列电极的矩阵型互电容式触摸屏。这种构造通常具有作为第一层设置在基底上的整行电极，并且在这些行电极之间具有同样位于该基底第一层的列电极的电隔离部分。电介质，例如光学透明的粘合剂，选择性地涂在行电极的某些部分，即列电极的隔离部分需要桥接到行电极的地方，随后导体，例如导电氧化物，进一步涂在列电极的各隔离部分之间，由此来桥接行电极并形成了列电极。在这种构造中，第一层电极（行和列）可以由微导体构成，所述微导体包括位置图案（这些电极之间的区域具有不连续图案，所述不连续图案类似地包括所述位置图案），并且桥接可以包括某种导体（例如，透明的导电氧化物），检测装置160被配置为不检测此导体，或者说，该导体对检测装置160并不可见。

图5示意性地示出了触笔形式的检测装置320；它包括具有尖324和背部338的壳体322。尖324包括孔隙326，用于接收（以及在某些实施例发射出）辐射以分辨已编码图案。透镜327可以包括在内，用于将辐射聚焦在成像装置328上。从成像装置获得的信息可以由解码电路332来进行解码，并且所生成的信号可以由数据传输单元334传输到系统电子器件。也可提供电源336使得触笔320可以为单独且无需连接的一种装置。电源336可以为完全自备式电源，例如，电池，或者可以是RF泵取式电源电路，其由远离触笔的一个位置处产生的RF信号来驱动。

检测装置320可以另外用于检测和记录触笔笔划，无论触针是否与位置编码导电微图案结合使用。例如，触笔可以包括可伸缩的注墨尖，该注墨尖可以用于在纸上进行书写。如果纸上印有编码图案，而该编码图案可以由检测触笔检测出，那么触笔书写时的位置可以记录在位于触针内的存储装置中。任选的是，信息可以经由有线连接或无线连接而被传达到主机系统或用于处理、记录和/或存储的其他装置中。通过将触笔对接而使其连接到计算机，或以其他方式使其与计算机得以连接（经由有线连接或无线连接）使得所存储的触针笔划信息可以被加载到计算机中。任选地是，触笔笔划可以被记录和存储在包含在该触笔内的存储器装置中，甚至是当触笔与数字转换器铺层结合使用时，例如，以便于信息能轻易地携带到另一个计算机装置。

图6为示出了制造触摸屏所用元件的方法的流程图。该工艺在美国专利申请公开第2009-0218310号（Zu等人）中进行了进一步地详细描述，该专利申请公开先前以全文引用方式并入。

首先提供包括位置图案的注墨弹性压模（步骤601）。接下来，使压模的凸起特征与金属涂布基底接触（步骤610），因此注墨部分被传递到该金属涂布基底。最后，蚀刻去除未涂墨的金属（步骤620），使得只剩下涂覆金属基底的部分，从而形成了位置图案。

除非另外指明，否则本说明书和权利要求书中用来表示数量、特性量度等的所有数值都应当理解为由术语“约”修饰。因此，除非有相反的指示，否则本说明书和权利要求书中列出的数值参数均为近似值，这些近似值可根据本领域内的技术人员利用本专利申请的教导内容想要获得的所需特性而改变。每个数值参数并不旨在将等同原则的应用限制在权利要求书范围内，至少应该根据所记录的有效数位的数目和通过应用惯常的四舍五入法来解释每个数值参数。虽然本发明的大致范围中列出的数值范围和参数是近似值，但就任何数值均在本文所述具体实例中列出来说，其记录尽可能地精确并合理。然而，任何数值可以包含与测试或测量限制相关的误差。

在不脱离本发明的精神和范围的前提下，对本发明的各种修改和更改对于本领域内的技术人员将显而易见，而且应当理解，本发明不限于本文所列出的示例性实施例。例如，除非另外指明，否则读者应当假设，所公开的一项实施例的特征也可应用于所公开的所有其他实施例。还应当理解，本文引用的所有美国专利、专利申请公开案和其他专利和非专利文档均在不与上述公开内容相抵触的情况下以引用方式并入。

Claims (26)

1.一种触敏装置中的导电元件，其包括：

按照位置图案进行布置的导体，其中所述位置图案包括独特的位置标记，其中所述位置图案中的独特位置可从所述独特的位置标记的对应部分标识出。

2.根据权利要求1所述的导电元件，其中所述独特的位置标记包括多个电连接的多边形，并且其中所述多边形不是规则的。

3.根据权利要求1所述的导电元件，其中所述导电元件包括设置在触摸传感器内的电极，所述电极具有耦接到电子器件的触敏表面，所述电子器件能够检测出邻近所述触敏表面的一个或多个物体的存在。

4.根据权利要求3所述的导电元件，其中所述触摸传感器布置在可寻址电子显示器上。

5.根据权利要求4所述的导电元件，其中所述电极为透明的或接近透明的。

6.根据权利要求1所述的导电元件，其中所述导体为微导体。

7.根据权利要求6所述的导电元件，其中所述微导体具有介于约1微米到10微米之间的宽度。

8.根据权利要求7所述的导电元件，其中所述微导体由金属构成。

9.根据权利要求8所述的导电元件，其中所述金属为银。

10.根据权利要求7所述的导电元件，其中所述微导体由碳构成。

11.根据权利要求6所述的导电元件，其中所述微导体涂布有红外光吸收层。

12.根据权利要求3所述的导电元件，其中所述电极在所述接触表面上是连续的。

13.根据权利要求3所述的导电元件，其中所述电极与布置为与所述电极平行的另外电极电隔离，所述电极与所述另外电极布置在第一层上从而形成第一电极组。

14.根据权利要求13所述的导电元件，其进一步包括第二电极组，所述第二电极组包括位于第二层上形成第二电极组的多个电极，并且其中所述第一电极组通过其与所述第二电极组之间的电介质层耦接到所述第二电极组。

15.根据权利要求14所述的导电元件，其中所述第一电极组与所述第二电极组被布置成彼此正交。

16.根据权利要求14所述的导电元件，其中所述第二电极组由透明的氧化物构成。

17.根据权利要求16所述的导电元件，其中所述第二电极组为铟锡氧化物。

18.根据权利要求14所述的导电元件，其中所述第一电极组与所述第二电极组中的电极电耦接到电子器件，所述电子器件用于测量所述第一电极组与所述第二电极组中电极之间的电容变化，并基于这些测量所得的变化而确定是否有物体邻近所述第一电极组与所述第二电极组的特定电极。

19.根据权利要求18所述的导电元件，其中所述物体为手指，并且其中邻近是指与所述触敏表面物理接触。

20.根据权利要求18所述的导电元件，其中所述物体为触笔。

21.一种投射电容式触摸屏，其具有由电极矩阵界定的触敏区域，其中所述电极中的至少一些电极由布置成位置图案的微导体构成，所述位置图案包括独特的位置标记，并且其中所述触敏区域上的独特位置可从所述独特的位置标记的对应部分标识出。

22.根据权利要求21所述的投射电容式触摸屏，其中所述微导体具有介于约1微米到10微米之间的宽度。

23.根据权利要求22所述的投射电容式触摸屏，其中所述微导体由金属构成。

24.根据权利要求23所述的投射电容式触摸屏，其中所述微导体由碳构成。

25.根据权利要求22所述的投射电容式触摸屏，其中所述微导体由红外光吸收化合物构成。

26.根据权利要求22所述的投射电容式触摸屏，其中所述位置图案包括多个连续布置的六边形。

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