WO2014072532A1 - Surface interactive multi-capteurs sensible a l'humidite - Google Patents

Surface interactive multi-capteurs sensible a l'humidite Download PDF

Info

Publication number
WO2014072532A1
WO2014072532A1 PCT/EP2013/073646 EP2013073646W WO2014072532A1 WO 2014072532 A1 WO2014072532 A1 WO 2014072532A1 EP 2013073646 W EP2013073646 W EP 2013073646W WO 2014072532 A1 WO2014072532 A1 WO 2014072532A1
Authority
WO
WIPO (PCT)
Prior art keywords
sensor
contact
contact elements
elementary
interactive
Prior art date
Application number
PCT/EP2013/073646
Other languages
English (en)
Inventor
Antonin FOURNEAU
Original Assignee
Digital Art International
Priority date (The priority date is an assumption and is not a legal conclusion. Google has not performed a legal analysis and makes no representation as to the accuracy of the date listed.)
Filing date
Publication date
Application filed by Digital Art International filed Critical Digital Art International
Priority to EP13798594.1A priority Critical patent/EP2917928B1/fr
Publication of WO2014072532A1 publication Critical patent/WO2014072532A1/fr

Links

Classifications

    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H29/00—Switches having at least one liquid contact
    • H01H29/02—Details
    • H01H29/04—Contacts; Containers for liquid contacts
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H35/00—Switches operated by change of a physical condition
    • H01H35/42—Switches operated by change of humidity
    • H—ELECTRICITY
    • H01—ELECTRIC ELEMENTS
    • H01H—ELECTRIC SWITCHES; RELAYS; SELECTORS; EMERGENCY PROTECTIVE DEVICES
    • H01H29/00—Switches having at least one liquid contact
    • H01H2029/008—Switches having at least one liquid contact using micromechanics, e.g. micromechanical liquid contact switches or [LIMMS]

Definitions

  • the present invention relates to a multi-sensor interactive surface sensitive to moisture, especially for applications of light panels and control panels.
  • LED light-emitting diode
  • the invention proposes a multi-sensor interactive surface sensitive to moisture, having a very good sensitivity to the density of moisture, and allowing the realization of flat smart surfaces that can adapt to media of varying shapes.
  • the invention applies to the production of large scale display surfaces, simple in design while having a high sensitivity.
  • the invention relates to a multi-sensor interactive surface sensitive to humidity, comprising:
  • a support of electrically non-conductive material having a first surface
  • a set of first contact elements deposited on the first surface, intended to be each connected to a pole of a power supply
  • a set of second contact elements deposited on the first surface, intended to be each connected to the input of an actuator, each second contact element being associated with a first contact element to form an elementary sensor, the first and second contact elements of an elementary sensor being separated by an electrically insulating track such that the presence of a given amount of moisture on the track makes electrical contact between the first and second contact elements.
  • the multi-sensor interactive surface otherwise called surface sensor in the present description, makes it possible to render an intelligent surface by reacting in contact with water or other conductive fluid, for display or interaction applications.
  • the sensitivity is produced by the application or spraying of water allowing the flow of a current from the first contact elements to the second contact elements.
  • the multi-sensor interactive surface can be installed horizontally or vertically (floor or wall mount) or adapt to volume shapes, the elementary sensors being directly printable on the surface of the support, which can be flexible.
  • At least one of the first and second contact elements comprises an electrically conductive, non-metallic material.
  • the use of non-metallic conductive materials for the formation of the first and / or second contact elements makes it possible to protect the system from corrosion and to guarantee its durability, even in the case of very fine separation paths between the contact elements.
  • each first and / or second contact element comprises a track made of metallic material covered with a non-metallic conductive material.
  • the first and / or second contact elements are made entirely of non-metallic conductive material.
  • the non-metallic conductive material is formed based on carbon. Since the carbon prevents electrolysis, there is no longer any exchange of atom-carrying electron between the two electric dipoles formed by the electrical contact elements, and there can therefore no longer be any degradation of the material.
  • the first and second contact elements of an elementary sensor are each formed of a track made of a conducting material, for example a metallic material, all of the two contact elements and the electrically insulating track separating them being covered with a conductive anisotropic material along an axis perpendicular to the first surface, in order to protect the sensor from corrosion.
  • the anisotropic coating is a silicone or glass layer, made conductive only on the axis perpendicular to the first surface by means of carbon fibers.
  • the first and second contact elements are in the form of two substantially parallel strips.
  • the strips are rounded in the form of a coil.
  • the first and second contact elements are in the form of two closed strips separated by said electrically insulating track, an outer band forming the first contact element and an inner band forming the second contact element, the inner band being electrically connected to an electrical pad of a second surface of the support by a through electrical connection via.
  • the portion of the first surface external to said outer strips is coated with an electrically conductive layer.
  • each elementary sensor comprises an electronic circuit for adapting the electrical signal generated during the contact between the first and second contact elements at the input of the actuator.
  • the inner and outer strips have flower shapes with 6 to 10 petals, advantageously 8 petals.
  • the elementary sensors are arranged in the form of a two-dimensional matrix.
  • the invention relates to a light sensitive panel comprising a multi-sensor interactive surface according to the first aspect and for each elementary sensor, a light-emitting diode (LED), one of whose poles is connected to the second contact element.
  • a light-emitting diode LED
  • LEDs can for example be arranged in the center of each elemental moisture sensor and light according to the amount of water present thus allowing each LED to be used as a luminous pixel whose intensity depends on the amount of light. water deposited around. The formation of the luminous images will thus depend on the plot made with the water.
  • each of the LEDs is moreover controlled by a control module or "driver" as a function of a video signal. It is thus possible to create on the luminous panel a video which appears only in the places where the plot with water has been made.
  • the invention relates to a humidity sensitive control panel comprising a multi-sensor interactive surface according to the first aspect, the second contact element of each elementary sensor being connected to an input of a microcontroller.
  • the signal at each input of the microcontroller is processed, for example recorded, so as to memorize the path of the water.
  • FIGS. 1A and 1B diagrams illustrating the principle of a surface sensor according to the present description
  • FIGS. 2A to 2D examples of elementary sensor shapes
  • FIGS. 3A to 3E are diagrams illustrating alternative materials used to form the contact elements of an elementary sensor
  • FIG. 4A is an example of a light panel made according to the present description and FIGS. 4B to 4D, diagrams illustrating views of an exemplary surface sensor for a light panel application;
  • FIG. 5 an example of an electrical circuit adapted to an elementary sensor connected to an LED;
  • Figure 6 is a diagram showing an example of a surface sensor for a control panel type application.
  • FIGS. 1A and 1B illustrate the general principle of operation of a surface sensor 100 according to the present description.
  • the surface sensor comprises a set of elementary sensors of which 4 are shown in FIG. 1A, the first of these elementary sensors being shown in greater detail in FIG. 1B.
  • Each elementary sensor comprises a first contact element (101 - 104) and a second contact element (111 - 114) separated by an electrically insulating track (191, FIG. 1B).
  • the first and second contact elements are deposited on a surface of a support of electrically non-conductive material.
  • the first contact elements are intended to be each connected to a pole of a power supply 150 and the second contact elements are intended to be each connected to the input of an actuator (121-124).
  • Each elementary sensor may further comprise an electronic circuit (131 - 134) for adapting the electrical signal generated when there is contact between the first and the second actuator element.
  • the first and second contact elements advantageously have strip shapes, or tracks, deposited on the surface of the support so as to allow the realization of a smooth surface sensor that can even adapt to shapes in volume when the support is made of flexible material.
  • the width of the separation path between the contact elements as well as the shape and size of the contact elements makes it possible to adapt the sensitivity of an elementary sensor to the desired density of humidity.
  • the arrangement of a large number of elementary sensors on the same surface makes it possible to produce surface sensors on a large scale and of excellent resolution.
  • Figures 2A to 2D show examples of elementary sensor shapes.
  • Figures 3A to 3E illustrate alternative materials used to form the contact elements of an elementary sensor.
  • the support 380 is for example a support conventionally used for the manufacture of printed circuits, for example epoxy resin or bakelite® type synthetic polymer. It is made of electrically nonconductive material.
  • the support may also be made of flexible material for producing a flexible surface sensor; it may for example comprise a polyimide film, for example kapton.
  • FIG. 3A shows an elementary sensor formed of 2 metal strips 301, 311. This sensor is simple to produce but has the drawback of a natural oxidation of the metal in contact with water, increased by an electrochemical reaction called electrolysis during the passage of a current too important.
  • Figures 3B-3E show preferred embodiments of the present invention in which an electrically conductive, non-metallic material is used for forming at least one of the two contact elements.
  • This variant makes it possible to reduce or eliminate any electrolysis effect and to guarantee the durability of the sensor even in the case of gaps of small widths. It is then possible to obtain sensors of very good sensitivity, resistant in time.
  • FIG. 3B shows a first example of an elementary sensor comprising two metal strips 301, 311 protected by a layer of nonmetallic conductive material (302, 312), for example carbon.
  • This sensor has the advantage of canceling oxidation and electrolysis while being compatible with conventional manufacturing techniques of printed circuits.
  • a single or dual layer circuit board is used. It includes an insulating support and, on both sides, a thin layer of copper.
  • the metal strips 301, 311 can be obtained in known manner by etching the copper layer or digital milling.
  • conductive tracks may be deposited on the surface of a plane support or any shape, and components deposited by gluing and fixing for example by means of a laser. Carbon deposition at the location of metal strips is made for example by screen printing, the gap 390 between the metal strips not being covered.
  • Figure 3C shows a sensor consisting of two metal strips 301, 311, one of only two being covered with a non-metallic conductive surface. Polarity must be respected to reduce electrolysis.
  • the metal strip 311 covered with non-metallic conductive material may advantageously be connected to the cathode (negative pole) of the power supply so as not to lose material during the flow of a current.
  • FIG. 3D shows a sensor comprising two metal strips 301, 311, the assembly formed of the two contact elements and the separation track 390 between the two being covered with a layer 303 of conductive anisotropic material along an axis perpendicular to the surface of the support 380 on which are deposited the contact elements.
  • a layer 303 of conductive anisotropic material along an axis perpendicular to the surface of the support 380 on which are deposited the contact elements.
  • This is for example a silicone or glass layer, made conductive only on the axis perpendicular to the first surface through carbon fibers.
  • FIG. 3E shows an example of an elementary sensor in which the first and second contact elements are formed of strips of non-metallic conductive material.
  • the manufacture is more complex than that allowing the realization of elementary sensors illustrated for example in Figures 3B, 3C but the resulting sensor is lightened, the amount of materials and weight is reduced.
  • the contact elements are deposited for example by screen printing or printing. They are for example formed in graphene.
  • FIGS. 4A to 4D respectively illustrate an example of multi-sensor interactive surface 400 for a light panel application and partial top, sectional and bottom views respectively of the surface sensor shown in FIG. 4A.
  • the panel 400 (FIG. 4A) comprises an arrangement of 100 elementary sensors 410 arranged in the form of a two-dimensional matrix. Each elementary sensor has the shape of a flower with 8 petals in the center of which is arranged the LED. This pattern has the advantage of increasing the surface and therefore the potential of connection around the LED and to better retain moisture.
  • the 100 LEDs (461, FIGS. 4B to 4D) of each plate 400 are embedded in a 5mm hole in the center of the elementary sensor 410 in the shape of a "flower”. Each LED is soldered on the back side 450 of the support 480.
  • the cathode 451 of each LED is connected directly to the negative pole (-) of the power supply (not shown) while the anode 441 is connected by a hole via 481 to the second contact element 411 of the elementary contact 410, deposited on the front face 470 of the support.
  • the second contact element 411 is thus connected to the anode 441 of the LED but isolated from the first contact element 401 itself connected to the positive pole (+) of the supply by the separation track 491 forming a groove.
  • the LED lights up when a drop of water settles on the groove of the Flower which isolates the anode of the LED of the power plan 470.
  • the water serves as a resistance and is led enough electricity to turn on the LED.
  • the light panel is an application of the surface sensor to control a matrix of LEDs. Each LED reacts and lights up when in contact with water.
  • the contact elements 401, 411 can then be covered with a conductive ink to eliminate oxidation and ensure good durability of the sensor, as shown in Figure 3B.
  • the surface 470 (front) of the support on which the contact elements are printed can be connected to the negative terminal of the power supply and the surface 450 (back) to the positive terminal.
  • an electronic circuit may be arranged at each LED, advantageously on the back side of the support, to protect the LED in case of overvoltage and possibly adjust the sensitivity.
  • An example 530 of such a circuit is illustrated schematically in FIG. 5.
  • a resistor circuit 531 and transistor 532 makes it possible to feed the LED 561 crimped into the support (480, FIG. 4C) in complete safety as a function of the amount of electricity that the water deposited at the separation track 591 passes between two contact elements 501, 511 printed on the face 570 of the sensor.
  • the transistors make it possible to stabilize the ignition signal of the LEDs and to amplify the weak current passing through the elementary "flower" sensor.
  • the arrangement thus described of a matrix of elementary sensors each forming a pattern of the "Fleur" type, with the LED at its center, enables the production of a light panel sensitive to humidity or to any other conductive fluid with a very high sensitivity, durable over time as soon as a non-metallic conductive material is used to form all or part of at least one of the first and second contact elements.
  • the lighting of the LED can be done directly as soon as a density of humidity is present on the insulating separating track, without the need for control by a microcontroller, and allows thus a simple design solution for a large scale, flat, rigid or flexible light display.
  • the LEDs are all connected to the same pole of a power supply.
  • FIGS. 4A to 4D and 5 illustrates an exemplary embodiment of a light panel made by means of printed circuit boards, making the manufacture particularly simple and low cost.
  • Other types of media may be used depending on the applications.
  • the contact elements are formed for example of an unsubstantiated conductive paint in water or graphene.
  • the light panel further comprises for each LED a driver module or "driver”, to vary independently the brightness of each LED.
  • the control modules are for example formed using a network of micro components dedicated to driving LEDs. It is possible to display on the humidified surface either a homogeneous light, frozen and only reduced during drying, but a video signal for playing any type of images in sequence from a video source. The pixels come to life at the point of contact with the water.
  • FIG. 6 shows an example of a surface sensor for a control panel application.
  • the Surface Control Panel 600 makes it possible to trigger various actions via a microcontroller 680. It comprises, as illustrated in FIG. 1A, a set of elementary sensors each comprising a first contact element (601 - 604) intended to be connected to the terminal of a terminal. power supply 650 and a second contact element (611 - 614) intended to be connected to an input (621 - 624) of the microcontroller 680.
  • the input of the microcontroller is for example a GPIO input, a digital input an analog / digital converter.
  • the electrical contact can be established allowing generating one or more signals (Si - S2) at the output of the microcontroller.
  • electronic circuits (631 - 634) may be provided at each of the elementary sensors to adapt the signal to the input of the microcontroller, for example amplification circuits.
  • the shape of the elementary sensors may be flower-shaped, as previously described to optimize the sensitivity of the sensor.
  • the microcontroller can control LEDs by varying the LED parameters (intensity, color) according to the amount of water detected at each elemental sensor and / or sounds. Applications are possible in the field of gambling; for example, a scalable game can be designed according to the density of humidity recorded at each sensor. Applications are possible in signage, home automation, and generally in any field in which we seek to create interactions.
  • each input of the microcontroller is processed, for example, recorded. It is thus possible to record any written message with a water path in a database and thus be able to reproduce or analyze each drawing made on the multi-sensor surface. For example, it is possible to share a moment on social networks with other people to communicate directly with a more sensitive tool than a keyboard. We will have the opportunity to draw together and at the same time on the same surface or even play games. As the surface is also sensitive to the touch of the fingers by capturing their slight moisture of the skin, it is possible in this version to save and display a drawing when the humidity is no longer or almost no longer present.
  • the multi-sensor interactive surface thus described in the present description forms a new form of human machine interface sensitive to the humidity of the body or the addition of moisture, or any other electrically conductive fluid.
  • the surface sensor described in the present description may comprise various variants, modifications and improvements which will become obvious to those skilled in the art, it being understood that these different variants modifications and improvements are within the scope of the invention as defined by the following claims.

Landscapes

  • Investigating Or Analyzing Materials By The Use Of Electric Means (AREA)

Abstract

Selon un aspect, l'invention concerne une surface interactive multi- capteurs sensible à l'humidité comprenant : - Un support en matériau non conducteur électriquement présentant une première surface, - Un ensemble de premiers éléments de contact (101 - 104), déposés sur la première surface, destinés à être reliés chacun à un pôle d'une alimentation électrique, - Un ensemble de seconds éléments de contact (111 - 114), déposés sur la première surface, destinés à être reliés chacun à l'entrée d'un actionneur, chaque second élément de contact (111) étant associé à un premier élément de contact (101) pour former un capteur élémentaire, les premier et second éléments de contact d'un capteur élémentaire étant séparés par une piste isolante électriquement telle que la présence d'une quantité donnée d'humidité sur la piste fasse contact électrique entre les premier et le second éléments de contact.

Description

SURFACE INTERACTIVE MULTI-CAPTEURS SENSIBLE A L'HUMIDITÉ
DOMAINE DE L'INVENTION
La présente invention concerne une surface interactive multi-capteurs sensible à l'humidité, notamment pour des applications de panneaux lumineux et panneaux de commande.
ETAT DE L'ART
Créer des surfaces lumineuses d'affichages à base de diodes électroluminescentes (LED) à grande échelle demande souvent une logistique importante. L'architecture en cascade des données transmises pour contrôler les séquences d'allumages demande de déporter l'intelligence du système vers une unité centrale ce qui implique une maintenance et un réseau important de câble. Il est de plus compliqué pour des raisons mécaniques ou d'encombrement de permettre au public d'interagir avec ces dispositifs. Cet ensemble de contraintes fait qu'il est assez complexe de proposer un dispositif novateur d'interaction à grande échelle et simple de mise en œuvre.
Récemment, des installations interactives ont été proposées, dans lesquelles le public peut modifier la brillance de LED par l'application d'un pinceau ou d'un chiffon humide. Il a été montré par exemple comment deux tiges métalliques pouvaient être utilisées pour établir un contact électrique en présence d'eau, le contact générant l'allumage d'une diode électroluminescente par l'intermédiaire d'un circuit de commande. Ces installations ne permettent pas cependant de réaliser des surfaces planes et présentent l'inconvénient d'accumuler de l'eau entre les tiges. Par ailleurs, ces installations fonctionnent en général avec de très faibles tensions et nécessitent de ce fait un circuit de commande électronique de type microcontrôleur pour le contrôle des LED à partir des tensions générées au niveau de chaque contact.
L'invention propose une surface interactive multi-capteurs sensible à l'humidité, présentant une très bonne sensibilité à la densité d'humidité, et permettant la réalisation de surfaces intelligentes planes qui peuvent s'adapter à des supports de formes variables. Notamment, l'invention s'applique à la réalisation de surfaces lumineuses d'affichage à grande échelle, simples de conception tout en présentant une grande sensibilité.
RESUME DE L'INVENTION
Selon un premier aspect, l'invention concerne une surface interactive multi- capteurs sensible à l'humidité comprenant :
Un support en matériau non conducteur électriquement présentant une première surface,
- Un ensemble de premiers éléments de contact, déposés sur la première surface, destinés à être reliés chacun à un pôle d'une alimentation électrique,
- Un ensemble de seconds éléments de contact, déposés sur la première surface, destinés à être reliés chacun à l'entrée d'un actionneur, chaque second élément de contact étant associé à un premier élément de contact pour former un capteur élémentaire, les premier et second éléments de contact d'un capteur élémentaire étant séparés par une piste isolante électriquement telle que la présence d'une quantité donnée d'humidité sur la piste fasse contact électrique entre les premier et le second éléments de contact.
La surface interactive multi-capteurs, autrement appelée capteur surfacique dans la présente description, permet de rendre une surface intelligente en réagissant au contact de l'eau ou de tout autre fluide conducteur, pour des applications d'affichage ou d'interaction. La sensibilité est produite par l'application ou la pulvérisation d'eau permettant le passage d'un courant des premiers éléments de contact vers les seconds éléments de contact. La surface interactive multi-capteurs peut être installée à l'horizontale ou à la verticale (support sol ou mural) ou s'adapter à des formes en volume, les capteurs élémentaires étant directement imprimables sur la surface du support, qui peut être souple.
Selon une variante, au moins l'un des premier et second éléments de contact comprend un matériau conducteur électriquement, non métallique. L'utilisation de matériaux conducteurs non métalliques pour la formation des premiers et/ou seconds éléments de contact permet de protéger le système de la corrosion et de garantir sa pérennité, même dans le cas de pistes de séparation très fines entre les éléments de contact.
Selon une variante, chaque premier et/ou second élément de contact comprend une piste en matériau métallique recouvert d'un matériau conducteur non métallique. Selon une variante, les premiers et/ou seconds éléments de contact sont réalisés intégralement en matériau conducteur non métallique.
Selon une variante, le matériau conducteur non métallique est formé à base de carbone. Le carbone empêchant l'électrolyse, il n'y a plus d'échange d'électron porteur d'atome entre les deux dipôles électriques formés par les éléments de contact électrique et il ne peut donc plus y avoir de dégradation du matériau.
Selon une variante, les premier et second éléments de contact d'un capteur élémentaire sont formés chacun d'une piste en matériau conducteur, par exemple en matériau métallique, l'ensemble des deux éléments de contact et de la piste isolante électriquement les séparant étant recouverts d'un matériau anisotrope conducteur selon un axe perpendiculaire à la première surface, et ce afin de protéger le capteur de la corrosion. Par exemple, le revêtement anisotrope est une couche en silicone ou verre, rendue conducteur uniquement sur l'axe perpendiculaire à la première surface grâce à des fibres de carbone.
Selon une variante, les premier et second éléments de contact se présentent sous forme de deux bandes sensiblement parallèles.
Selon une variante, les bandes sont arrondies en forme de serpentin.
Selon une variante, les premier et second éléments de contact se présentent sous forme de deux bandes fermées séparées par ladite piste isolante électriquement, une bande externe formant le premier élément de contact et une bande interne formant le second élément de contact, la bande interne étant connectée électriquement à un plot électrique d'une seconde surface du support par un via de connexion électrique traversant.
Selon une variante, la partie de la première surface extérieure aux dites bandes externes est revêtue d'une couche conductrice électriquement.
Selon une variante, chaque capteur élémentaire comprend un circuit électronique d'adaptation du signal électrique généré lors du contact entre les premier et second éléments de contact à l'entré de l'actionneur.
Selon une variante, les bandes intérieure et extérieure présentent des formes de fleurs avec 6 à 10 pétales, avantageusement 8 pétales.
Selon une variante, les capteurs élémentaires sont agencés sous forme d'une matrice à deux dimensions.
Selon un deuxième aspect, l'invention concerne un panneau lumineux sensible à l'humidité comprenant une surface interactive multi- capteurs selon le premier aspect et pour chaque capteur élémentaire, une diode électroluminescente (LED) dont l'un des pôles est relié au second élément de contact.
Des LEDs peuvent par exemple être disposées au centre de chaque capteur élémentaire d'humidité et s'allumer en fonction de la quantité d'eau présente permettant ainsi d'utiliser chaque LED comme un pixel lumineux dont l'intensité dépend de la quantité d'eau déposée autour. La formation des images lumineuses dépendra ainsi du tracé effectué avec l'eau.
Selon une variante, chacune des LED est par ailleurs contrôlée par un module de pilotage ou « driver » en fonction d'un signal vidéo. Il est ainsi possible de faire naître sur le panneau lumineux une vidéo qui n'apparaît qu'aux endroits où le tracé avec de l'eau a été effectué.
Selon un troisième aspect, l'invention concerne un panneau de commande sensible à l'humidité comprenant une surface interactive multi-capteurs selon le premier aspect, le second élément de contact de chaque capteur élémentaire étant connecté à une entrée d'un microcontrôleur.
Selon une variante, le signal au niveau de chaque entrée du microcontrôleur est traité, par exemple enregistré, de telle sorte à mémoriser le tracé de l'eau.
BREVE DESCRIPTION DES FIGURES
D'autres caractéristiques et avantages de l'invention apparaîtront à la lecture de la description qui suit, illustrée par les figures sur lesquelles :
Les figures 1A et 1B, des schémas illustrant le principe d'un capteur surfacique selon la présente description;
Les figures 2A à 2D, des exemples de formes de capteurs élémentaires;
Les figures 3 A à 3E, des schémas illustrant des variantes de matériaux utilisés pour former les éléments de contact d'un capteur élémentaire;
La figure 4A un exemple de panneau lumineux réalisé selon la présente description et les figures 4B à 4D, des schémas illustrant des vues d'un exemple de capteur surfacique pour une application de panneau lumineux; La figure 5, un exemple de circuit électrique adapté à un capteur élémentaire connecté à une LED;
La figure 6, un schéma montrant un exemple de capteur surfacique pour une application de type panneau de commande. DESCRIPTION DETAILLEE
Les figures 1 A et 1B illustrent le principe général de fonctionnement d'un capteur surfacique 100 selon la présente description. Le capteur surfacique comprend un ensemble de capteurs élémentaires dont 4 sont représentés sur la figure 1A, le premier de ces capteurs élémentaires étant représenté plus en détails sur la figure 1B. Chaque capteur élémentaire comprend un premier élément de contact (101 - 104) et un second élément de contact (111 - 114) séparés par une piste isolante électriquement (191, figure 1B). Les premier et second éléments de contact sont déposés sur une surface d'un support en matériau non conducteur électriquement. Les premiers éléments de contact sont destinés à être reliés chacun à un pôle d'une alimentation électrique 150 et les seconds éléments de contact sont destinés à être reliés chacun à l'entrée d'un actionneur (121 - 124). La présence d'humidité ou de tout autre fluide conducteur sur la piste 191 d'un capteur élémentaire fait contact électrique entre le premier et le second élément de contact et déclenche un signal au niveau de Γ actionneur auquel le second élément de contact est relié. Chaque capteur élémentaire peut par ailleurs comprendre un circuit électronique (131 - 134) pour adapter le signal électrique généré lorsqu'il y a contact entre le premier et le second élément à F actionneur. Les premiers et seconds éléments de contact présentent avantageusement des formes de bandes, ou pistes, déposées sur la surface du support de telle sorte à permettre la réalisation d'un capteur surfacique lisse qui peut même s'adapter à des formes en volume lorsque le support est en matériau flexible. La largeur de la piste de séparation entre les éléments de contact ainsi que la forme et la taille des éléments de contact permet d'adapter la sensibilité d'un capteur élémentaire à la densité d'humidité voulue. L'agencement d'un grand nombre de capteurs élémentaires sur une même surface permet de réaliser des capteurs surfaciques à grande échelle et d'excellente résolution.
Les figures 2A à 2D montrent des exemples de formes de capteurs élémentaires.
Les nombreuses recherches effectuées montrent que la forme et la taille des éléments de contact sont en corrélation avec la sensibilité du capteur. L'augmentation de la surface de ces éléments de contact augmente le potentiel de connexion entre les deux éléments de contact en suivant l'ordre des figures 2A à 2D. Ainsi, des bandes de forme arrondie, par exemple sous forme d'un serpentin (figure 2D) présentent une plus grande surface potentielle de connexion. Les déposants ont montré que des éléments de contact sous forme de bandes en forme de fleurs à 6 ou 8 pétales présentaient un excellent compromis entre la surface occupée par un capteur élémentaire et le potentiel de connexion entre les éléments de contact. De tels exemples sont illustrés plus bas. La largeur de la piste de séparation non conductrice (291- 294), ou « gap » selon l'expression anglo-saxonne, influence aussi la sensibilité du capteur. En choisissant un gap de largeur inférieure au millimètre, on peut ainsi commencer à créer des contacts électriques à l'échelle d'une particule d'eau obtenue par exemple par simple pulvérisation. Un gap trop grand réduira au contraire la sensibilité du capteur.
Les figures 3A à 3E illustrent des variantes de matériaux utilisés pour former les éléments de contact d'un capteur élémentaire.
Dans ces exemples, le support 380 est par exemple un support classiquement utilisé pour la fabrication de circuits imprimés, par exemple en résine époxy ou polymère synthétique de type bakélite®. Il est fait en matériau non conducteur électriquement. Le support peut également être fait en matériau souple pour la réalisation d'un capteur surfacique flexible ; il peut par exemple comprendre un film de polyimide, par exemple du kapton.
La figure 3 A montre un capteur élémentaire formé de 2 bandes métalliques 301, 311. Ce capteur est simple à réaliser mais présente l'inconvénient d'une oxydation naturelle du métal au contact de l'eau, augmentée par une réaction électrochimique dite électrolyse lors du passage d'un courant trop important.
Les figures 3B à 3E représentent des variantes préférées de la présente invention, dans lesquelles un matériau conducteur électriquement, non métallique, est utilisé pour la formation d'au moins un des deux éléments de contact. Cette variante permet de réduire voir de supprimer tout effet d'électrolyse et de garantir une pérennité du capteur même dans le cas de gaps de faibles largeurs. Il est alors possible d'obtenir des capteurs de très bonne sensibilité, résistants dans le temps.
La figure 3B montre un premier exemple de capteur élémentaire comprenant deux bandes métalliques 301, 311 protégées par une couche en matériau conducteur non métallique (302, 312), par exemple du carbone. Ce capteur présente l'avantage d'annuler l'oxydation et l'électrolyse tout en étant compatible avec les techniques de fabrication classique de circuits imprimés. Par exemple, un circuit imprimé simple ou double couche est utilisé. Il comprend un support isolant et, de part et d'autre, une fine couche de cuivre. Les bandes métalliques 301, 311 peuvent être obtenues de façon connue par gravure de la couche en cuivre ou fraisage numérique. Alternativement, des pistes conductrices peuvent être déposées sur la surface d'un support plan ou de forme quelconque, et des composants déposés par collage et fixation par exemple au moyen d'un laser. Le dépôt de carbone à l'endroit des bandes métalliques est fait par exemple par sérigraphie, le gap 390 entre les bandes métalliques n'étant pas recouvert.
La figure 3C montre un capteur constitué de deux bandes métalliques 301, 311, l'une des deux seulement étant recouverte d'une surface conductrice non métallique. Une polarité doit être respectée pour diminuer l'électrolyse. Ainsi, la bande métallique 311 recouverte de matériau conducteur non métallique pourra avantageusement être connecté à la cathode (pôle négatif) de l'alimentation électrique afin de ne pas perdre de matière lors de la circulation d'un courant.
La figure 3D montre un capteur comprenant deux bandes métalliques 301, 311, l'ensemble formé des deux éléments de contact et de la piste de séparation 390 entre les deux étant recouvert d'une couche 303 en matériau anisotrope conducteur selon un axe perpendiculaire à la surface du support 380 sur laquelle sont déposés les éléments de contact. Il s'agit par exemple d'une couche en silicone ou verre, rendue conducteur uniquement sur l'axe perpendiculaire à la première surface grâce à des fibres de carbone.
La figure 3E montre un exemple de capteur élémentaire dans lequel les premier et second éléments de contact sont formés de bandes en matériau conducteur non métallique. La fabrication est plus complexe que celle permettant la réalisation de capteurs élémentaires illustrés par exemple sur les figures 3B, 3C mais le capteur résultant est allégé, la quantité de matériaux et le poids étant réduit. Les éléments de contact sont déposés par exemple par sérigraphie ou impression. Ils sont par exemple formés en graphène.
Les figures 4A à 4D illustrent respectivement un exemple de surface interactive multi-capteurs 400 pour une application de panneau lumineux et des vues partielles respectivement de dessus, en coupe et de dessous du capteur surfacique représenté sur la figure 4A.
Le panneau 400 (figure 4 A) comprend un arrangement de 100 capteurs élémentaires 410 arrangés sous forme d'une matrice à deux dimensions. Chaque capteur élémentaire présente la forme d'une fleur à 8 pétales au centre de laquelle est disposée la LED. Ce motif présente l'avantage d'augmenter la surface et donc le potentiel de connexion autour de la LED et de mieux retenir l'humidité. Dans cet exemple, les 100 LED (461, figures 4B à 4D) de chaque plaque 400 sont incrustées dans un trou de 5mm au centre du capteur élémentaire 410 en forme de "Fleur". Chaque LED est soudée sur la face verso 450 du support 480. Dans cet exemple, la cathode 451 de chaque LED est reliée directement au pôle négatif (-) de l'alimentation (non représentée) tandis que l'anode 441 est reliée par un trou via 481 au second élément de contact 411 du contact élémentaire 410, déposé sur la face recto 470 du support. Le second élément de contact 411 est ainsi connecté à l'anode 441 de la LED mais isolé du premier élément de contact 401 lui-même relié au pôle positif (+) de l'alimentation par la piste de séparation 491 formant une rainure. La LED s'allume lorsqu'une goutte d'eau se pose sur la rainure de la Fleur qui isole l'anode de la LED du plan d'alimentation 470. L'eau fait alors office de résistance est conduit assez d'électricité pour allumer la LED. Plus il y aura d'eau dans la périphérie du capteur élémentaire Fleur plus la LED sera allumée. Le panneau lumineux est une application du capteur surfacique permettant de contrôler une matrice de LED. Chaque LED réagit et s'illumine au contact de l'eau. Par exemple, comme décrit précédemment, sur la surface 470 du support 480 sont imprimées des pistes en cuivre formant les seconds éléments de contact 411, ces éléments de contact étant séparés du plan d'alimentation par les rainures 491. Avantageusement, les éléments de contact 401, 411 peuvent être recouverts ensuite d'une encre conductrice pour supprimer l'oxydation et garantir une bonne pérennité du capteur, comme cela est illustré sur la figure 3B. Alternativement, la surface 470 (recto) du support sur laquelle sont imprimés les éléments de contact peut être reliée à la borne négative de l'alimentation et la surface 450 (verso) à la borne positive.
Selon une variante, un circuit électronique peut être agencé au niveau de chaque LED, avantageusement sur la face verso du support, pour protéger la LED en cas de surtension et éventuellement ajuster la sensibilité. Un exemple 530 d'un tel circuit est illustré de façon schématique sur la figure 5. Un circuit de résistances 531 et transistor 532 permet d'alimenter en toute sécurités la LED 561 sertie dans le support (480, figure 4C) en fonction de la quantité d'électricité que l'eau déposée au niveau de la piste de séparation 591 laisse passer entre deux éléments de contact 501, 511 imprimés sur la face 570 du capteur. Les transistors permettent de stabiliser le signal d'allumage des LED et d'amplifier le faible courant passant par le capteur élémentaire « fleur ».
L'arrangement ainsi décrit d'une matrice de capteurs élémentaires formant chacun un motif de type « Fleur », avec en son centre la LED, permet la réalisation d'un panneau lumineux sensible à l'humidité ou à tout autre fluide conducteur avec une très grande sensibilité, pérenne dans le temps dès qu'un matériau conducteur non métallique est utilisé pour former tout ou partie d'au moins l'un des premier et second éléments de contact. L'allumage de la LED peut se faire directement dès qu'une densité d'humidité est présente sur la piste isolante de séparation, sans nécessité le contrôle par un microcontrôleur, et permet ainsi une solution simple de conception pour un affichage lumineux à grande échelle, sur surface plane, rigide ou souple.
Dans l'exemple décrit au moyen des figures 4 A à 4D et 5, les LED sont toutes reliées au même pôle d'une alimentation. Alternativement, il est possible de les alimenter individuellement avec un signal image ou vidéo, pour former une image statique ou vidéo qui sera révélée par présence d'humidité.
L'exemple décrit au moyen des figures 4A à 4D et 5 illustre un exemple de réalisation d'un panneau lumineux faite au moyen de cartes de circuits imprimés, rendant la fabrication particulièrement simple et bas coût. D'autres types de supports peuvent être utilisés en fonction des applications. On pourra par exemple concevoir un verre sensible à la buée en intégrant dans du verre des LED encapsulés dans un plastique conducteur. On pourra aussi concevoir l'impression directe des LED sur le support suivie d'une impression des capteurs élémentaires pour former un panneau lumineux intégralement imprimable. Dans ce cas, la LED peut-être protégée par une goutte de résine. Les éléments de contact sont formés par exemple d'une peinture conductrice non so lubie dans l'eau ou de graphène.
Selon une variante, le panneau lumineux comprend en outre pour chaque LED un module de pilotage ou « driver », permettant de faire varier indépendamment la luminosité de chaque LED. Les modules de pilotage sont par exemple formés à l'aide d'un réseau de micro composants dédiés au pilotage de LED. Il est possible d'afficher sur la surface humidifiée non plus une lumière homogène, figée et ne se réduisant que lors du séchage, mais un signal vidéo permettant de jouer tout type d'images en séquences provenant d'une source vidéo. Les pixels s'animent à l'endroit des contacts avec l'eau.
La surface interactive multi- capteurs décrite dans la présente description peut également être utilisé comme panneau de commande sensible à l'humidité ou à tout fluide conducteur électriquement. La figure 6 montre un exemple de capteur surfacique pour une application de panneau de commande. Le Panneau de contrôle surfacique 600 permet de déclencher différentes actions via un microcontrôleur 680. Il comprend comme illustré sur la figure 1A un ensemble de capteurs élémentaires comprenant chacun un premier élément de contact (601 - 604) destiné à être connecté au borne d'une alimentation 650 et un second élément de contact (611 - 614) destiné à être connecté à une entrée (621 - 624) du microcontrôleur 680. L'entrée du microcontrôleur est par exemple une entrée GPIO, une entrée digitale un convertisseur analogique/numérique. En fonction de la densité d'humidité présente au niveau d'un capteur élémentaire, le contact électrique peut être établi permettant de générer un ou plusieurs signaux (Si - S2) en sortie du microcontrôleur. Selon une variante, des circuits électroniques (631 - 634) peuvent être prévus au niveau de chacun des capteurs élémentaires pour adapter le signal à l'entrée du microcontrôleur, par exemple des circuits d'amplification. La forme des capteurs élémentaires peut être en forme de fleur, comme décrit précédemment pour optimiser la sensibilité du capteur. De nombreuses applications sont alors possibles. Le microcontrôleur peut commander des LED en faisant varier les paramètres de la LED (intensité, couleur) en fonction de la quantité d'eau détectée au niveau de chaque capteur élémentaire et/ou des sons. Des applications sont possibles dans le domaine du jeu ; on pourra par exemple concevoir un jeu évolutif en fonction de la densité d'humidité enregistrée au niveau de chaque capteur. Des applications sont possibles dans la signalétique, la domotique, et de façon générale dans tout domaine dans lequel on cherche à créer des interactions.
Selon une variante, chaque entrée du micro contrôleur est traitée, par exemple, enregistré. Il est ainsi possible d'enregistrer tout message écrit avec un tracé d'eau dans une base de données et ainsi de pouvoir reproduire ou analyser chaque dessin effectué sur la surface multi-capteurs. Par exemple, il est ainsi possible de pouvoir partager un instant sur des réseaux sociaux avec d'autres personnes pour communiquer en direct avec un outil plus sensible qu'un clavier. On aura la possibilité de dessiner ensemble et en même temps sur la même surface ou encore même de jouer à des jeux. Comme la surface est aussi sensible au toucher des doigts en captant leur légère humidité de la peau, il est possible dans cette version d'enregistrer et d'afficher un dessin alors que l'humidité n'est plus ou quasiment plus présente.
La surface interactive multi-capteurs ainsi décrite dans la présente description forme une nouvelle forme d'interface Homme Machine sensible à l'humidité du corps ou l'ajout d'humidité, ou à tout autre fluide conducteur électriquement.
Bien que décrite à travers un certain nombre d'exemples de réalisation, le capteur surfacique décrit dans la présente description peut comprendre différentes variantes, modifications et perfectionnements qui apparaîtront de façon évidente à l'homme de l'art, étant entendu que ces différentes variantes, modifications et perfectionnements font partie de la portée de l'invention telle que définie par les revendications qui suivent.

Claims

REVENDICATIONS
1. Surface interactive multi-capteurs sensible à l'humidité comprenant :
- Un support (380, 480) en matériau non conducteur électriquement présentant une première surface,
- Un ensemble de premiers éléments de contact (101 - 104), déposés sur la première surface, destinés à être reliés chacun à un pôle d'une alimentation électrique,
- Un ensemble de seconds éléments de contact (111 - 114), déposés sur la première surface, destinés à être reliés chacun à l'entrée d'un actionneur, chaque second élément de contact (111) étant associé à un premier élément de contact (101) pour former un capteur élémentaire, les premier et second éléments de contact d'un capteur élémentaire étant séparés par une piste isolante électriquement (191) telle que la présence d'une quantité donnée d'humidité sur la piste fasse contact électrique entre les premier et le second éléments de contact.
2. Surface interactive multi-capteurs selon la revendication 1, dans laquelle au moins l'un des premier et second éléments de contact comprend un matériau conducteur électriquement, non métallique (302, 312).
3. Surface interactive multi-capteurs selon la revendication 2, dans lequel au moins l'un des premier et second éléments de contact comprend une piste en matériau métallique recouvert d'un matériau conducteur non métallique.
4. Surface interactive multi-capteurs selon la revendication 2, dans laquelle au moins l'un des premier et second éléments de contact est en matériau conducteur non métallique.
5. Surface interactive multi-capteurs selon la revendication 2, dans laquelle les premier et second éléments de contact d'un capteur élémentaire sont formés chacun d'une piste en matériau conducteur électriquement (301, 311), l'ensemble des deux éléments de contact et de la piste isolante électriquement les séparant étant recouverts d'un matériau (303) anisotrope conducteur selon un axe perpendiculaire à la première surface.
6. Surface interactive multi-capteurs selon l'une quelconque des revendications 2 à 5, dans laquelle le matériau conducteur non métallique est formé à base de carbone.
7. Surface interactive multi-capteurs selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les premier et second éléments de contact se présentent sous forme de deux bandes sensiblement parallèles.
8. Surface interactive multi-capteurs selon la revendication 7, dans laquelle les bandes sont arrondies en forme de serpentin.
9. Surface interactive multi-capteurs selon la revendication 7, dans laquelle les premier et second éléments de contact se présentent sous forme de deux bandes fermées séparées par ladite piste isolante électriquement, une bande externe formant le premier élément de contact et une bande interne formant le second élément de contact, la bande interne étant connectée électriquement à un plot électrique d'une seconde surface du support (480) par un via de connexion électrique (481) traversant.
10. Surface interactive multi-capteurs selon la revendication 9, dans laquelle la première surface est revêtue sur la zone extérieure aux bandes externes d'une couche conductrice électriquement permettant de connecter électriquement l'ensemble des premiers éléments de contact.
11. Surface interactive multi-capteurs selon l'une quelconque des revendications 9 ou 10, dans laquelle les bandes intérieure et extérieure forment un motif de fleur avec 6 à 10 pétales, avantageusement 8 pétales.
12. Surface interactive multi-capteurs selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle chaque capteur élémentaire comprend un circuit électronique (131 - 134) d'adaptation du signal électrique généré lors du contact entre les premier et second éléments de contact à l'entré de l'actionneur.
13. Surface interactive multi-capteurs selon l'une quelconque des revendications précédentes, dans laquelle les capteurs élémentaires sont agencés sous forme d'une matrice à deux dimensions.
14. Panneau lumineux sensible à l'humidité comprenant une surface interactive multi-capteurs selon l'une quelconque des revendications précédentes et pour chaque capteur élémentaire, une diode électroluminescente dont l'une des bornes est reliée au second élément de contact.
15. Panneau lumineux sensible à l'humidité selon la revendication 14, dans lequel la diode électroluminescente est disposée au centre dudit capteur élémentaire.
16. Panneau lumineux sensible à l'humidité selon l'une quelconque des revendications 14 ou 15, dans lequel la surface interactive multi-capteurs comprend un réseau de micro composants dédiés au pilotage des diodes électroluminescentes et configurés pour transmettre un signal vidéo aux diodes électroluminescentes.
17. Panneau de commande sensible à l'humidité comprenant une surface interactive multi-capteurs selon l'une quelconque des revendications 1 à 13, le second élément de contact de chaque capteur élémentaire étant connecté à une entrée d'un microcontrôleur.
18. Panneau de commande sensible à l'humidité selon la revendication 17, dans lequel chaque signal d'entrée du microcontrôleur est enregistré.
PCT/EP2013/073646 2012-11-12 2013-11-12 Surface interactive multi-capteurs sensible a l'humidite WO2014072532A1 (fr)

Priority Applications (1)

Application Number Priority Date Filing Date Title
EP13798594.1A EP2917928B1 (fr) 2012-11-12 2013-11-12 Surface interactive multi-capteurs sensible a l'humidite

Applications Claiming Priority (4)

Application Number Priority Date Filing Date Title
US201261725186P 2012-11-12 2012-11-12
US61/725,186 2012-11-12
FR1260698 2012-11-12
FR1260698A FR2998088B1 (fr) 2012-11-12 2012-11-12 Capteur surfacique sensible a l'humidite

Publications (1)

Publication Number Publication Date
WO2014072532A1 true WO2014072532A1 (fr) 2014-05-15

Family

ID=47598977

Family Applications (1)

Application Number Title Priority Date Filing Date
PCT/EP2013/073646 WO2014072532A1 (fr) 2012-11-12 2013-11-12 Surface interactive multi-capteurs sensible a l'humidite

Country Status (3)

Country Link
EP (1) EP2917928B1 (fr)
FR (1) FR2998088B1 (fr)
WO (1) WO2014072532A1 (fr)

Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH619563A5 (en) * 1977-10-31 1980-09-30 Bachmann Karl Ag Electric contactor responding to humidity
JP2006055588A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Tadashi Oshima 透析抜針漏血感知センサー
WO2008021462A2 (fr) * 2006-08-18 2008-02-21 Fresenius Medical Care Holdings, Inc. Capteur d'humidité

Patent Citations (3)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
CH619563A5 (en) * 1977-10-31 1980-09-30 Bachmann Karl Ag Electric contactor responding to humidity
JP2006055588A (ja) * 2004-08-20 2006-03-02 Tadashi Oshima 透析抜針漏血感知センサー
WO2008021462A2 (fr) * 2006-08-18 2008-02-21 Fresenius Medical Care Holdings, Inc. Capteur d'humidité

Also Published As

Publication number Publication date
EP2917928B1 (fr) 2019-04-24
FR2998088A1 (fr) 2014-05-16
EP2917928A1 (fr) 2015-09-16
FR2998088B1 (fr) 2014-12-26

Similar Documents

Publication Publication Date Title
CN101715592B (zh) 可寻址或静态、发光、发电或其它电子装置
CN102195631B (zh) 利用可变电阻层来控制状态的开关
JP5285056B2 (ja) 有機発光ダイオードディスプレイ
KR102581705B1 (ko) 광전자 장치
JP5714526B2 (ja) フレキシブルタッチパネル
TWI771454B (zh) 光電子設備及控制此光電子設備的方法
WO2012027616A3 (fr) Feuille ou bande lumineuse à semi-conducteur pour éclairage général
CN105745607A (zh) 使用半导体发光器件的显示设备
WO2008139934A1 (fr) Carte multicouche et son procédé de fabrication
WO2006078985A3 (fr) Architecture optoelectronique ayant un substrat conducteur compose
CN104868778A (zh) 一种自驱动瞬态应力传感装置
TW200607083A (en) Display device and method of manufacturing the same
WO2009106737A1 (fr) Capteur tactile transparent multicontacts a base de depot surfacique metallise
EP2917928B1 (fr) Surface interactive multi-capteurs sensible a l'humidite
JP2013153117A (ja) インテリアｌｅｄ照明基板
US20140209887A1 (en) Organic light-emitting diode device
CN105981480B (zh) 负载器件、用于驱动负载的驱动器、以及驱动方法
JP2009224505A5 (fr)
CN101589484B (zh) 发射辐射的装置和用于制造发射辐射的装置的方法
CN102446516A (zh) 带电路的悬挂基板及其制造方法
WO2009020210A1 (fr) Elément de commutation et son application
JPH08273830A (ja) Ｅｌ素子への給電装置
CN114578953A (zh) 显示模组及其制作方法、显示装置
WO2020024622A1 (fr) Dispositif d'affichage à del transparent et procédé de fabrication associé
KR101787285B1 (ko) 촉각센서와 발광 소자를 융합한 스마트 스위치 및 그 제어방법

Legal Events

Date Code Title Description
121 Ep: the epo has been informed by wipo that ep was designated in this application

Ref document number: 13798594

Country of ref document: EP

Kind code of ref document: A1

NENP Non-entry into the national phase

Ref country code: DE

WWE Wipo information: entry into national phase

Ref document number: 2013798594

Country of ref document: EP