CN104620209B - 电容式传感器装置和具有电容式传感器装置的触敏屏 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种电容式传感器装置(1)，其具有至少一个电容式传感器(2)和施加到至少一个电容式传感器(2)前侧的涂层(3)。根据本发明，涂层(3)包括多层结构，所述多层结构由以多层布置并且串联电连接的多个电容层(3.1至3.n)形成。本发明还涉及包括至少一个这种电容式传感器装置(1)的触敏屏(4)。

Description

电容式传感器装置和具有电容式传感器装置的触敏屏
技术领域
本发明涉及一种具有至少一个电容式传感器和施加到所述至少一个电容式传感器前侧的涂层的电容式传感器装置。
本发明还涉及具有至少一个这种电容式传感器装置的触敏屏。
背景技术
通常从现有技术已知一种触敏屏，通过所述触敏屏，可通过触摸所述屏而控制在技术装置上的程序执行。在这方面，每个触敏屏包括用于显示图像的显示单元以及用于感测操作者触摸的电容式传感器装置。传感器装置以此方式设计以使得当所述传感器装置被在预设位置处触摸时，执行在图像上的相同位置处以字母数字和符号表示的特定功能。
EP 1 811 364 A2公开了一种包括触敏表面的显示装置，所述显示装置包括用于确定触摸或接近触摸显示装置表面的对象(例如手指)的位置的层状系统。在这种情况下，层状系统以此方式设计以使得能够具有电容和电阻的评估能力。为此目的，层状系统包括电容层装置和电阻层装置，其中所述电容层装置包括用作电容器电极的导电层和布置于该层前侧上的柔性绝缘体层。
发明内容
本发明的目的在于提出一种与现有技术相比改进的电容式传感器装置和具有这种电容式传感器装置的触敏屏。
电容式传感器装置包括至少一个电容式传感器和施加到至少一个电容式传感器前侧上的涂层。根据本发明，该涂层包括多级层状结构，所述多级层状结构由串联电连接并且以多级布置的多个电容层形成。
由于具有串联电连接的多个电容层的这个多级层状结构，实现与由单个电容层所形成的单级涂层相比之下减小的涂层总电容。因此，由涂层所产生的所谓干扰电容显著减小。这以特别有利的方式导致与由所获得的单级涂层相比，电容式传感器的有用信号在非触摸传感器与触摸传感器之间的差的显著增加。因此，触摸状态和非触摸状态能够可靠地彼此区分，其结果是，由于稳健以及同时可重复的测量，能够实现不易出现故障的稳健和可靠的评估。此外，现在具有更大厚度的材料和/或具有特定性质的材料能够具有布置于电容式传感器与操作表面之间的能力。
根据电容式传感器装置的一种配置，电容层直接施加到电容式传感器的前侧上或施加到布置于电容式传感器前侧上的背衬层上。能够容易地生产这种装置。
根据另一配置，电容层各自具有相同的单独电容。因此，电容层的总电容可特别容易地预先确定。在进一步的配置中，电容层也可具有不同的单独电容。
在一种改进中，电容层由塑料和/或金属形成，因此其特征为高度的稳健性。
根据一种配置，导电层和/或临界层由绝缘层隔开以防止扩散或出于其它原因。因此，能够使用所有类型的层和可自由选择顺序的级和层状结构，其结果是与具有较高干扰电容的单级涂层相比获得减小的总电容。在这种情况下导电层应被理解成指非常薄的金属层或光学透明的金属层。所述层具有低电阻并具有导电性。
由于扩散，存在导电层发生变化的风险。通过绝缘层避免该扩散。
临界层应被理解成指例如在空气存在下氧化的不稳定的层。如果这些层涂覆有绝缘层，特别是当使用两个绝缘层时，能够实现稳定和恒定的性能，并且能够随着时间将临界层的老化和变化最小化。
在一种可能的配置中，电容层是透明的，其结果是电容式传感器装置适于在触敏屏中使用。
此外，电容层特别地形成为漆层，所述漆层是例如以印刷方法施加的层。结果，电容层可以以特别小的厚度和具有很小复杂性的非常简单的方式生产。
根据一种可能的改进，在每种情况下一层电绝缘层布置于电容层之间以使得电容层彼此电绝缘，因此，使得所述电容层的单独电容最小化并长期地确保上述最小化。
根据本发明的触敏屏包括至少一个根据本发明的电容式传感器装置。
由于电容式传感器装置涂层的多级层状结构和由其导致的减小的干扰电容，用手指或输入辅助设备进行的触摸能够被可靠地感测到，其结果是能够实现不易出现故障地稳健控制耦联到触敏屏的技术装置的程序执行。输入辅助设备可以是导电触针或另外的特定工具，例如适用于这种操作的假体。
在一种有利的配置中，电容式传感器装置布置于显示单元的前侧或后侧上。在这种情况下，电容式传感器装置特别地以此方式设计以使得当所述传感器装置在预设位置处被触摸时，执行在由显示单元所输出的图像上的相同位置处以字母数字和符号表示的特定功能。在这种情况下，在显示单元前方的多级层状结构以及由此实现的控制面板使得能够实现所谓的黑色面板效果，其结果是能够在同时最小化用户界面上反射的情况下产生最佳对比度结果。因此，可产生减少反射层和任何所需的光学效应。相比之下，这些优势不能够通过具有最小干扰电容的单层结构来实现或仅仅可通过涉及非常大程度的复杂性才能实现。
附图说明
将参照附图更详细地说明本发明的示例性实施例，其中：
图1示意性地示出根据本发明的电容式传感器装置的第一示例性实施例的截面视图；
图2示意性地示出根据本发明的包括如图1所示的电容式传感器装置的触敏屏的第一示例性实施例的截面视图；
图3示意性地示出根据本发明的电容式传感器装置的第二示例性实施例的截面视图；以及
图4示出根据本发明的包括如图3所示的电容式传感器装置的触敏屏的第二示例性实施例的截面视图。
具体实施方式
在所有附图中相互对应的部分设有相同的附图标记。
图1示出根据本发明的电容式传感器装置1的第一示例性实施例的截面视图，所述电容式传感器装置1包括电容式传感器2。电容式传感器2可以是任何类型的电容式传感器2，特别是当由手指或输入辅助设备触摸时改变其电容的电容式传感器2。在传感器2的触摸和非触摸状态之间的这种电容改变用于控制在耦联到所述电容式传感器2的技术装置(未示出)上的程序执行。
电容式传感器2在前侧上设置有多级涂层3，多级涂层3由多个电容层3.1至3.n形成。电容层3.1至3.n各自具有相对于彼此的电容耦联并且在多级中布置成一个在另一个之上，其结果是提供电容器的串联电路。层3.1至3.n可以是任何类型的层，在一种可能的配置中，所述层由塑料和/或金属形成并且所述层是透明的。
在可能的实施例中，层3.1至3.n是导电的并且与彼此串联地电连接。因此在该实施例中，层3.1至3.n也各自具有相对于彼此的电容耦联并且以在多级中布置成一个在另一个之上的方式形成电容器的串联电路。
在可能的实施例中，层3.1至3.n是漆层。层3.1至3.n例如以印刷方法直接施加到电容式传感器2，并且在未示出的实施例中直接施加到布置于电容式传感器2前侧上的背衬板。
在替代性的示例性实施例(在图3中更详细地示出)中，此外，在每种情况下，电绝缘层I1、I2布置于层3.1至3.n.之间。
由于电容层3.1至3.n的电串联电路，与涂层3的单层或单级结构相比，有效的总电容Ctot根据以下等式减小，其中总电容Ctot的倒数等于电容层3.1至3.n的各个电容C1到Cn的倒数之和，所述等式为：
因此，所得到的总电容Ctot小于电容层3.1至3.n之一的最高单独电容C1至Cn。
如果涂层3例如由两个电容层3.1、3.2形成，其中所述两个电容层3.1、3.2各自具有相同的单独电容C1、C2，则所得到的总电容Ctot只有单独电容C1、C2的一半。这个总电容Ctot用作电容式传感器2上的干扰电容。由于与单级涂层3相比干扰电容减少一半，当电容式传感器2被触摸时，能够由传感器2感测到更大的测量信号。这个更大的测量信号由传感器2的触摸和未触摸状态之间具有更高分辨率的更大信号变化导致，因此结果是传感器装置1不易出现故障。
如果涂层3由三个电容层3.1、3.2、3.3形成，其中每个具有相同的单独电容C1、C2、C3，则所得到的总电容Ctot现在仅为单独电容C1、C2、C3的三分之一。由于与单级涂层3相比实现了干扰电容减少三分之二，当电容式传感器2被触摸时，能够由传感器2感测到进一步改进的测量信号，所述测量信号具有更大的信号变化和更高的分辨率，因此，进一步降低传感器装置1对故障的易感性。
如果涂层3由四个电容层3.1至3.4形成，其中每个具有相同的单独电容C1至C4，则所得到的总电容Ctot现在仅为单独电容C1至C4的四分之一。由于与单级涂层3相比实现了干扰电容减少四分之三，当电容式传感器2被触摸时，能够由传感器2感测到与具有三个电容层3.1至3.3的实施例相比进一步改进的测量信号，所述测量信号具有更大的信号变化和更高的分辨率，因此，进一步降低传感器装置1对故障的易感性。
作为另一个优势，具有多个电容层3.1至3.n的涂层3的多级设计意味着与具有单级或单层结构的涂层3的实施例相比色彩覆盖率和色彩饱和度得以提高。在具有相对高的色彩覆盖率和色彩饱和度的这种单级或单层结构的涂层3的情况下，有效总电容Ctot会如此高以至于由于电容式传感器2的有用信号在非触摸状态与触摸状态之间的变化非常小并且因此仅仅能够困难地感测到，现在被触摸的电容式传感器2的感测仅仅会是不充分的或者甚至是完全不再可能的。因此，可重复的测量和评估将不再可能。
涂层3的理想总电容Ctot为零，其结果是电容层3.1至3.n数量的增加导致电容式传感器2的有用信号在非触摸状态与触摸状态之间的变化(即这些状态之间的信号变化)的连续增加、分辨率的连续增加以及传感器装置1对故障的易感性的连续减小。
图2示出了根据本发明的触敏屏4的第一示例性实施例的截面视图。屏4包括显示单元5，所述显示单元5例如为液晶显示器的形式。可替代地，也可以提供其它类型的显示单元5。
图1中所示的电容式传感器装置1布置于显示单元5的前侧上。传感器装置1(即电容式传感器2和其涂层3)是透明的，其结果是，可由用户通过显示单元5检测特别为字母数字和/或符号表示的信息。在一种替代性的配置(未示出)中，所述电容式传感器装置1布置于显示单元5的后侧上。
存储在连接到屏4的控制单元(未以任何更详细的细节示出)内的控制指令被分配到所表示的信息。当传感器装置1被触摸时，电容式传感器2的电容变化，其中，在传感器装置1上的触摸位置能够从变化幅度来确定。操作者已经在由显示单元5所表示的图像上选择的位置从所确定的位置得出并执行分配到在该位置处所表示的信息的控制命令。通过控制命令来控制耦联到屏4的技术装置(未示出)的程序执行。
图3示出了根据本发明的电容式传感器装置1的第二示例性实施例的截面视图，其中，此外，在每种情况下，电绝缘层I1、I2布置于层3.1至3.n.之间。这些电绝缘层I1，I2能够使得单独电容C1至Cn长期最小化。
图4示出了根据本发明的触敏屏4的第二示例性实施例的截面视图。在这种情况下，图3所示的电容式传感器装置1布置于显示单元5的前侧上。
附图标记说明
1 传感器装置
2 传感器
3 涂层
3.1至3.n 层
4 屏
5 显示单元
C1至Cn 单独电容
Ctot 总电容
I1、I2 层

Claims (10)

1.一种用于触敏屏的电容式传感器装置(1)，其具有至少一个电容式传感器(2)和施加到所述至少一个电容式传感器(2)前侧的涂层(3)，其特征在于，所述涂层(3)包括平坦的多级层状结构，所述多级层状结构由多个电容层(3.1至3.n)形成，所述多个电容层(3.1至3.n)串联电连接并且以多级布置，并且所述多个电容层(3.1至3.n)中的每一个都具有电容，其中在每种情况下一层电绝缘层(I1，I2)布置于电容层(3.1至3.n)之间。
2.根据权利要求1所述的电容式传感器装置(1)，其特征在于，所述电容层(3.1至3.n)直接施加到所述电容式传感器(2)的所述前侧或施加到布置于所述电容式传感器(2)的所述前侧的背衬层。
3.根据权利要求1或2所述的电容式传感器装置(1)，其特征在于，所述电容层(3.1至3.n)均具有相同的单独电容(C1至Cn)。
4.根据权利要求1或2所述的电容式传感器装置(1)，其特征在于，所述电容层(3.1至3.n)由塑料和/或金属形成。
5.根据权利要求1或2所述的电容式传感器装置(1)，其特征在于，所述电容层(3.1至3.n)是透明的。
6.根据权利要求1或2所述的电容式传感器装置(1)，其特征在于，所述电容层(3.1至3.n)是漆层。
7.根据权利要求1或2所述的电容式传感器装置(1)，其特征在于，所述电容层(3.1至3.n)是以印刷方法施加的层。
8.根据权利要求1或2所述的电容式传感器装置(1)，其特征在于，在每种情况下至少一层绝缘层布置于导电层和/或临界层之间。
9.一种触敏屏(4)，其包括至少一个根据权利要求1-8中任一项所述的电容式传感器装置(1)。
10.根据权利要求9所述的触敏屏(4)，其特征在于，所述电容式传感器装置(1)布置于显示单元(5)的前侧或后侧上。
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