WO2016066282A1 - Dispositif d'interface de commande capacitif integre a un ecran d'affichage - Google Patents

Dispositif d'interface de commande capacitif integre a un ecran d'affichage Download PDF

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WO2016066282A1
WO2016066282A1 PCT/EP2015/063857 EP2015063857W WO2016066282A1 WO 2016066282 A1 WO2016066282 A1 WO 2016066282A1 EP 2015063857 W EP2015063857 W EP 2015063857W WO 2016066282 A1 WO2016066282 A1 WO 2016066282A1
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capacitive
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Didier Roziere
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Quickstep Technologies Llc
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    • H10K59/10—OLED displays
    • H10K59/12—Active-matrix OLED [AMOLED] displays

Definitions

  • the present invention relates to a capacitive control interface device integrated with a display screen. It also relates to an apparatus comprising such a device.
  • the field of the invention is more particularly but not limited to that of devices and systems for human-machine interface.
  • Many devices such as for example phones, smartphones or tablets are equipped with a control interface in the form of a touch screen.
  • these touch screens are made in the form of a display screen above which are superimposed a capacitive touch screen and a protective glass.
  • the display screen usually implements:
  • liquid crystal technologies in particular with liquid crystal displays (LCDs), or
  • OLED Organic Electroluminescent Diodes
  • AMOLED Active Matrix Organic Electroluminescent Diode
  • LCDs implemented in today's devices are often based on active matrix technology. They can include the following layers, from the base to the viewing side (facing the user):
  • a lighting layer for example with white light-emitting diodes
  • control layer with at least partially transparent thin film transistor (TFT) transistors; pixel control electrodes,
  • TFT thin film transistor
  • Vcom a common electrode
  • a polarization layer with a polarizing element a polarization layer with a polarizing element.
  • TFT transistors selectively apply a voltage (relative to the Vcom) across the liquid crystal layer, so as to locally change the orientation of the liquid crystal. In this way, light from the light layer passing through them is transmitted or blocked by the polarization layer, depending on its polarization at the exit of the liquid crystal layer.
  • the common potential layer Vcom may be between the control layer with the TFT transistors and a layer with the control electrodes.
  • Organic light-emitting diode (AMOLED) based displays may include the following layers, from the base to the viewing face (facing the user):
  • TFT thin film transistors
  • Capacitive touch panels generally implement a detection technique based either on a mutual capacity measurement ("mutual capacitance” or “mutual” in English) or on a direct capacitance measurement ("self capacitance” or “self “ in English).
  • Mutual capacity measurement techniques are those that are most frequently used for tactile interfaces. They use excitation electrodes and measurement electrodes in capacitive coupling with each other. When a control object (such as a finger) is in the vicinity of a coupling zone between excitation and measurement electrodes, it modifies the capacitive coupling between these electrodes, which makes it possible to detect it.
  • “Self” type measurement techniques are based on a direct measurement of capacitance between capacitive measuring electrodes and a nearby control object. They have the advantage of allowing objects to be detected at a greater distance, and thus enabling the creation of interface of commands that are sensitive to objects not only in contact with the detection surface, but also in the vicinity. It is thus possible to achieve tactile and contactless interfaces.
  • guard Conductive surfaces called “guard” are introduced between the measurement electrodes and the disturbing elements (whose display screen is placed below). The electrodes and the guard are excited at an alternating voltage, so-called guard, similar, which prevents the occurrence of leakage capacitors between them.
  • Capacitive capacitive measurement techniques of the "self" type are also known in which the detection electronics is also referenced to the guard potential, which makes it possible to minimize the leakage capacitances.
  • This type of detection electronics referred to as “floating reference” or “floating bridge”, is described in detail in FR 2 756 048 Rozière.
  • the display screens and the touch panels are made by depositing materials on dielectric substrates, which results in a stack of layers.
  • the conductive surfaces or tracks may be made with a deposit of substantially transparent material such as ⁇ (indium-tin oxide), and the TFT transistors are made according to planar techniques.
  • Techniques which consist of using electrical circuits or electrodes of the display screen to make part of the electrodes of the capacitive sensor. These technologies are generally referred to as "in-cell”.
  • techniques which implement mutual capacity measurements ("mutual" mode), with excitation electrodes produced in the common potential layer Vcom of a TFT type display screen and measurement electrodes. made on the surface of this display screen.
  • the object of the present invention is to provide a touch screen type control interface device with optimized thickness, integration cost and / or image quality.
  • the object of the present invention is to propose a touch screen-type control interface device with a capacitive sensor substantially integrated with the display screen, according to an "in-cell" type technique.
  • Another object of the present invention is to propose such an interface device that makes it possible to detect remote control objects without contact.
  • a human-machine interface device comprising:
  • capacitive excitation and detection means capable of (i) exciting the capacitive measuring electrodes at an alternating excitation electric potential relative to a general mass with at least one excitation frequency, and (ii) detecting the presence control objects in a vicinity of said capacitive measuring electrodes, according to a face of the display called "viewing face", by capacitive coupling between said capacitive measuring electrodes and the control object or objects;
  • At least one guard element disposed near the capacitive measuring electrodes, and polarized at a guard potential identical to or substantially identical to the excitation potential at the or at least one of the excitation frequency (s);
  • the device being characterized in that at least one display control element is also used as a guard element or as a capacitive measuring electrode.
  • Display pixels can be display points that make up the image.
  • the display control elements may include in particular the electrodes, transistors, ... which control the display pixels.
  • the capacitive measuring electrodes, the capacitive sensing means and the guard element (s) can thus constitute a capacitive measuring interface for detecting, with great sensitivity, at a distance or in contact with the viewing face, one or a plurality of control objects (such as finger or stylus).
  • the measurement of the coupling capacitance or the capacitive coupling between control objects and the capacitive measuring electrodes can make it possible to obtain location information (in off-plane distance Z and in position in the X, Y plane with respect to the viewing side) of these objects.
  • this measurement of the capacitive coupling can be carried out at one or more measurement frequency (s). corresponding to frequencies of the electrical excitation potential (for example by implementing a synchronous detection).
  • the guard elements minimize the leakage capacitances between the capacitive measuring electrodes and their environment, thereby optimizing the detection sensitivity. For this, they must be biased to a guard potential identical or substantially identical to the excitation potential, so that it can not appear leakage capacitances between them and the capacitive measuring electrodes.
  • the guard elements can be biased to electrical potentials which comprise other components, especially frequency (DC, high frequency signals, ...), as long as these components do not contribute to the measurement frequency or frequencies. This condition can be satisfied, for example, when these additional components are orthogonal in the sense of the dot product with the electric excitation potential, or in some cases when they are synchronous with the excitation potential, with transitions distant from the measurement instants. capacitive signals.
  • the guard elements can be biased to electrical potentials which comprise a DC component, since its contribution is zero or negligible at the measurement frequency.
  • the measuring electrodes may advantageously be arranged in a matrix arrangement. This makes it possible to detect, including remotely, several control objects simultaneously and unambiguously.
  • this capacitive measurement interface is integrated in the display screen in "in-cell” or “on-cell” mode, since it has elements in common with this screen. display.
  • At least a part of the display and / or display control elements can be electrically referenced to a reference potential corresponding to the guard potential, at least during a phase capacitive measurements.
  • the display or at least its electronic elements or conductors are at least partly referenced to the guard potential, they also contribute to the guarding and protection of the electrodes against the elements. external. We can then consider that they are part of the guard elements.
  • the operation of the device may comprise capacitive measurement phases for detecting control objects that alternate with display phases, to refresh the displayed image.
  • capacitive measurement phases for detecting control objects that alternate with display phases, to refresh the displayed image.
  • the minimization of the leakage capacitances is important during the capacitive measurement phases.
  • the device according to the invention may comprise capacitive measurement electrodes integrated in a layer, called the "higher capacitive electrode layer", arranged towards the viewing face relative to constituent layers of the display pixels.
  • the device according to the invention corresponds to an "on-cell" type configuration).
  • This upper capacitive electrode layer can be made for example by a deposit of transparent conductive material such as ⁇ or nano-son on the outer face of the display, under a protective glass.
  • the device according to the invention may comprise guard elements integrated in a layer of display control elements, called “common potential layer”, common to at least a portion of the display pixels.
  • This common potential layer may be, for example, the Vcom layer of an LCD type display, or the common cathode of an OLED type display.
  • this common potential layer is naturally a guard element, even without introducing modifications thereto. relative to its function for display.
  • the device according to the invention may comprise capacitive measurement electrodes integrated in a layer of the display control elements, called “common potential layer", common to at least a portion of the display pixels. .
  • the device according to the invention corresponds to an "in-cell" configuration).
  • this common potential layer may be for example the Vcom layer of an LCD type display, or the common cathode of an OLED type display.
  • the device according to the invention may comprise a common potential layer arranged in the form of an array of electrodes, and means for switching to connect these electrodes either to capacitive sensing means or to a reference potential, at least during a capacitive measurement phase.
  • the device according to the invention may further comprise a layer of guard elements, called the "lower guard layer", disposed opposite the viewing face relative to constituent layers of the display pixels.
  • This lower guard layer is intended to avoid capacitive couplings between the measurement electrodes and elements beneath the display.
  • the device according to the invention may comprise a display with liquid crystal elements.
  • It may comprise in particular a common potential layer with capacitive measuring electrodes, and a control layer with transistors able to control the liquid crystal elements arranged opposite the common potential layer relative to the viewing face.
  • These transistors may be of the TFT ("thin film transistors") type. It should be noted that if the control layer with the transistors is at least partially referenced to the guard potential, it also contributes to the guarding and protection of the electrodes against the external elements. It can then be considered that this control layer is part of the guard elements.
  • the device according to the invention can comprise in addition switching means for electrically isolating the control electrodes, so that they are electrically floating during capacitive measurements.
  • the device according to the invention may comprise a display with organic light-emitting diodes (OLEDs).
  • OLEDs organic light-emitting diodes
  • It may comprise in particular a common potential layer, or common cathode, with capacitive measuring electrodes, and a control layer with transistors able to control the organic light-emitting diodes arranged opposite the common potential layer relative to the viewing side.
  • control layer with the transistors is at least partially referenced to the guard potential, it also contributes to the guarding and protection of the electrodes against the external elements. It can then be considered that this control layer is part of the guard elements.
  • the device according to the invention may comprise capacitive measuring electrodes with openings opposite the transistors of the control layer, so as to limit the coupling capacitors between these elements.
  • the device according to the invention may comprise a lower guard layer disposed opposite the control layer relative to the viewing face.
  • This lower guard layer makes it possible to avoid capacitive couplings between the measurement electrodes and elements located beneath the display, or at least to improve the guard already obtained with a control layer referenced to the guard potential.
  • the device according to the invention may comprise capacitive detection means with at least one charge amplifier.
  • the capacitive detection means may furthermore comprise switches arranged in such a way as to connect, at least during a phase of capacitive measurements, the capacitive measuring electrodes either to a charge amplifier or to the guard potential.
  • the capacitive detection means may comprise a charge amplifier referenced to the general ground.
  • the capacitive detection means may be at least partially referenced to the guard potential.
  • the leakage capacitors are avoided at the input stage of the detection electronics (for example a charge amplifier).
  • the device may comprise a display control electronics referenced to the general earth, and a switching module for configuring display control elements arranged in the display area, at least one control layer and a common potential layer, so that said display control elements are referenced:
  • the display control electronics can be an integrated circuit.
  • the switching module may comprise:
  • data switches arranged so as to connect data lines of the display pixels, either to the display control electronics or to the guard potential;
  • control switches arranged so as to connect control lines of the display pixels, either to the display control electronics, or to a continuous potential referenced to the guard potential and making it possible to maintain control transistors of the control pixels; blocked pixels.
  • the switching module may comprise: data switches arranged so as to connect data lines of the display pixels, either to the display control electronics or to the guard potential;
  • control switches arranged so as to connect control lines of the display pixels to the display control electronics, or to maintain said electrically floating control lines.
  • the switching module may comprise:
  • data switches arranged to connect data lines of the display pixels to the display control electronics, or to maintain said electrically floating data lines;
  • control switches arranged so as to connect control lines of the display pixels to the display control electronics, or to maintain said electrically floating control lines.
  • the switching module may furthermore comprise at least one reference switch arranged so as to connect the common potential layer, either to a common potential Vcom or to a cathode of the display screen referenced to FIG. general mass, ie the guard potential.
  • the switching module may furthermore comprise electrode switches arranged so as to connect respectively the measurement electrodes or to the electrodes.
  • capacitive measurement electronics either at a common potential Vcom or cathode of the display screen referenced to the general mass.
  • the switching module may include electrode switches including:
  • a first electrode switch arranged to connect a measurement electrode, either to the capacitive measurement electronics, or to a second electrode switch;
  • the device according to the invention further comprises an OLED supply source connected at the output to the supply lines of said organic light-emitting diodes, which OLED power source is electrically floating and referenced to the potential of the common potential layer.
  • the device of the invention may comprise switches made with:
  • transistors of one of the following types FET, OFET, MOS, MOSFET,
  • an apparatus comprising a human-machine interface device according to the invention.
  • This device can be in particular one of the following types: telephone, smartphone, tablet, display screen, computer.
  • FIG. 1 illustrates an example of a touch screen type human-machine interface of the prior art
  • FIG. 2 illustrates an example of an active matrix LCD type display screen of the prior art
  • FIG. 3 illustrates an example of an LCD display screen in IPS technology of the prior art
  • FIG. 4 illustrates an example of a display screen of AMOLED type of the prior art
  • FIG. 5 illustrates a first embodiment of the invention of the "On-cell" type according to a variant integrated into an LCD display screen with active matrix
  • FIG. 6 illustrates a first embodiment of the invention of the "On-cell" type according to a variant integrated into an LCD type IPS display screen
  • FIG. 7 illustrates a first embodiment of the invention of the "On-cell” type according to a variant integrated into an AMOLED type display screen
  • FIG. 8 illustrates a second embodiment of the invention of type
  • FIG. 9 illustrates a second embodiment of the invention of the "In-cell" type according to a variant integrated into an LCD type IPS display screen
  • FIG. 10 illustrates a second embodiment of the invention of the "In-cell" type according to a variant integrated into an AMOLED type display screen
  • FIG. 11 illustrates a block diagram of control electronics for the first embodiment "On-cell" of the invention
  • FIG. 12 illustrates a block diagram of control electronics for the second embodiment "In-cell" of the invention
  • FIG. 13 illustrates an exemplary diagram of a control electronics of a pixel in LCD technology
  • FIG. 14 illustrates an exemplary one-pixel control electronics schematic diagram in AMOLED technology
  • FIG. 15 illustrates an exemplary embodiment of capacitive detection electronics with active guard
  • FIG. 16 illustrates an example of an embodiment of capacitive detection electronics with active guard and floating electronics
  • FIG. 17 illustrates an example of a device arrangement according to the invention
  • FIG. 18 illustrates a block diagram of control electronics for the first embodiment "On-cell" of the invention with a display control electronics referenced to the general mass,
  • FIG. 19 illustrates a block diagram of control electronics for the first embodiment "In-cell" of the invention with a display control electronics referenced to the general mass,
  • FIG. 20 illustrates an embodiment of control electronics for the first "on-cell" embodiment of the invention for LCD displays with a general-purpose display control electronics
  • FIG. 21 illustrates a control electronics implementation mode for the first "On-cell" embodiment of the invention for OLED displays with general-purpose display control electronics
  • FIG. 22 illustrates a control electronics implementation mode for the first "In-cell" embodiment of the invention for LCD displays with a general-purpose display control electronics
  • FIG. 23 illustrates a control electronics implementation mode for the first "In-cell" embodiment of the invention for OLED displays with a general-purpose display control electronics.
  • a touch-screen type human-machine interface device representative of the prior art will be described.
  • Such a touch screen comprises in the usual way:
  • a display screen 103 for example with a matrix of liquid crystal pixels ("liquid crystal display” type display, LCD) or a matrix of organic light-emitting diodes ("active matrix organic electroluminescent diodes” type display, AMOLED ).
  • liquid crystal display type display
  • organic light-emitting diodes active matrix organic electroluminescent diodes
  • a capacitive panel 102 with capacitive measurement electrodes that make it possible to detect the proximity and / or the contact of a control object
  • the display screen 103 and the capacitive panel 102 are made in the form of separate subsystems, assembled in a stack.
  • FIG. 2 shows examples of prior art display screen technologies 103 commonly implemented in touch screens as illustrated in FIG. 1.
  • These examples of display technologies have been chosen to serve as a basis for the description of embodiments of the invention, but it is however understood that the invention is in no way limited to these particular modes of display realization.
  • a functional layer may comprise several layers of materials (ITO, insulator, substrate, transistors, etc.),
  • neighboring functional layers may comprise common or interpenetrating zones, or even be partially or totally confused in the thickness of the display.
  • Fig. 2 shows an example embodiment of display screen 103 according to an active matrix liquid crystal technology (AMLCD).
  • AMLCD active matrix liquid crystal technology
  • the represented part corresponds to a pixel (or a sub-pixel corresponding to a primary color) of display.
  • the display screen 103 notably comprises the following successive elements:
  • a lighting layer 200 for example based on light-emitting diodes
  • This polarizer layer 201 may be omitted, depending on the polarization of the incident light;
  • control layer 202 which notably comprises transistors 209 in thin film technologies (TFT), control electrodes 210 driven by the transistors 209, and storage capacitor electrodes 211 whose second electrode is at the potential of the layer of common potential.
  • This control layer 202 is formed on a dielectric substrate 207, for example glass;
  • liquid crystal layer 203 held by spacers 215 and sealing elements 216, and which contains liquid crystals 212;
  • Vcom common potential layer 204, often called Vcom
  • a filter layer 205 with color filters 214 corresponding to the primary colors deposited on a substrate 208, and opaque masking elements 213 vis-à-vis the transistors 209; an upper polarizer layer 206.
  • the conductive transparent elements including the control electrodes 210 and the common potential layer 204 Vcom, are made from ITO deposition.
  • the TFT transistors 209 control the switching on and off of the pixels, by controlling the voltage applied across the liquid crystal layer 203 between the control electrodes 210 and the Vcom common potential layer 204. These transistors 209 are distributed in a matrix arrangement to control all the pixels, and they are controlled via electrical data and control tracks arranged in rows and columns so as to address each of them.
  • the liquid crystals 212 adopt a different orientation and change the orientation of the polarization of the incident light, polarized by the lower polarizer 201. According to the resultant polarization, the light is more or less blocked by the upper polarizer 206.
  • the storage capacitors 211 make it possible to maintain, between the activation phases of the transistors 209, a data voltage proportional to the desired light intensity.
  • Fig. 3 shows an exemplary embodiment of a liquid crystal display screen 103, according to a technology of the IPS type.
  • the represented part corresponds to three pixels, or three sub-pixels of a primary color.
  • IPS-type technologies make it possible to correct defects in conventional LCD type technologies, including narrow viewing angles and imprecise colors.
  • FFS-type technologies “Fringe Field Switching”
  • the two electrodes (control and common potential) which control the pixels are placed on the same side of the liquid crystal layer, instead of being placed on either side of the this layer of liquid crystals.
  • the liquid crystals remain permanently in a plane parallel to the plane of the plane. the display (hence the name of the technology: "In Plane Switching”), turning on themselves in this plane.
  • the display screen 103 notably comprises the following successive elements:
  • a lighting layer 300 for example based on light-emitting diodes
  • This polarizer layer 301 can be omitted, depending on the polarization of the incident light;
  • control layer 302 including in particular thin film technology (TFT) transistors made on a substrate 309;
  • TFT thin film technology
  • Vcom common potential layer 304, often called Vcom
  • control electrodes 307 a layer of control electrodes 307, with control electrodes 310;
  • a filtering layer 305 with colored filters corresponding to the primary colors deposited on a substrate 314;
  • an antistatic conductive layer 308 to protect all the electrostatic discharges.
  • This LCD technology therefore differs from that of FIG. 2 essentially by the fact that the orientation of the liquid crystals is managed by an electric field 311 generated between the control electrode 310 and the common potential layer 304 located on the same side of the liquid crystal layer 303.
  • Fig. 4 shows an example embodiment of a display screen 103 according to a technology based on active matrix of organic light-emitting diodes (AMOLED).
  • AMOLED organic light-emitting diodes
  • the display screen 103 notably comprises the following successive elements:
  • control layer 402 including in particular thin film technology (TFT) transistors.
  • TFT thin film technology
  • a common potential layer 404 often called a cathode (or sometimes a common electrode, or anode) in this technology
  • the organic material layer 403 constitutes a set of light-emitting diodes connected respectively to control electrodes controlled by the TFT transistors of the control layer 402, and to the common potential layer 404 which constitutes a common cathode.
  • the TFT transistors thus make it possible to control the switching on and off of the pixels, by controlling the current applied towards the cathode 404 through the light-emitting diodes constituting the organic material layer 403.
  • These TFT transistors are distributed in a matrix arrangement to control all the pixels, and they are controlled via electrical data and control tracks arranged in rows and columns so as to address each of them.
  • FIGS. 2, FIG. 3 and 4 The display screen technologies implemented in these various embodiments are described in detail in connection with FIGS. 2, FIG. 3 and 4, respectively. Also, for the sake of clarity and brevity, they are shown only in a schematic form of superimposed layers in FIGS. 5, FIG. 6 and FIG. 7.
  • the interface device comprises capacitive measurement electrodes integrated in a layer, called the "higher capacitive electrode layer", arranged towards the viewing face relative to constituent layers of the pixels of the film. display.
  • This embodiment is therefore of the "on-cell” type.
  • the viewing face is constituted for example by a protective glass.
  • the constituent layers of the display pixels are layers that allow their operation. They may comprise, for example, the liquid crystal layer, or the layer of organic material according to the display technology considered.
  • the interface device according to the invention also comprises guard elements integrated in the common potential layer.
  • the capacitive measuring electrodes are excited to an electrical excitation potential, and the guard elements must be biased to a guard potential identical or substantially identical to the excitation potential at least at measurement frequencies corresponding to frequencies of the electric excitation potential, to be effective.
  • the following configurations are possible within the scope of the invention.
  • the control electronics of the display (including for example the TFT transistors) is referenced to a different potential of the guard potential, such as for example a general ground potential of the device.
  • the guard potential such as for example a general ground potential of the device.
  • the control electronics of the display is referenced to the guard potential.
  • the common potential layer of the display, as well as other elements (for example of the control layer) are naturally part or comprise guard elements.
  • the capacitive measurements and display refresh operations can be performed simultaneously since they do not interfere and do not require a reconfiguration of the electronics. It is simply preferable to perform these operations synchronously, taking the precaution of avoiding the appearance of transients at critical or sensitive times of any of the measurement and display processes.
  • Fig. 5 illustrates the first embodiment of an interface device according to the invention in a variant integrated into an LCD display type active matrix display.
  • the device shown in FIG. 5 is a schematic representation of the display shown in FIG. 2, modified according to the invention.
  • the interface device comprises in particular the following successive elements:
  • a lighting layer 200 for example based on light-emitting diodes
  • This polarizer layer can be omitted, depending on the polarization of the incident light;
  • control layer 202 which notably comprises thin film technology (TFT) transistors and control electrodes;
  • a common potential layer 204 also used as a guard element
  • a filter layer 205 with color filters deposited on a substrate
  • an upper polarizer layer (not shown); an upper capacitive electrode layer 501, with a matrix of capacitive measurement electrodes 502;
  • the capacitive electrode layer 501 is made with a deposit of a transparent conductive material, such as ⁇ or nanowires, on a dielectric surface. In the embodiment shown, it is deposited on the substrate that supports the color filters. It comprises capacitive electrodes 502 distributed on the surface of the display in a matrix arrangement.
  • a transparent conductive material such as ⁇ or nanowires
  • Fig. 6 illustrates the first embodiment of an interface device according to the invention in a variant integrated with an LCD type display screen in IPS technology.
  • the device shown in FIG. 6 corresponds to a schematic representation of the display shown in FIG. 3, modified according to the invention.
  • the interface device comprises in particular the following successive elements:
  • a lighting layer 300 for example based on light-emitting diodes
  • This polarizer layer can be omitted, depending on the polarization of the incident light;
  • control layer 302 which notably comprises transistors in thin film technologies (TFT);
  • a common potential layer 304 also used as a guard element
  • control electrodes 307 with electrodes 310 which control the liquid crystals
  • a filter layer 305 with color filters deposited on a substrate
  • the capacitive electrode layer 601 is made with a deposit of a transparent conductive material, such as ⁇ or nanowires, on a dielectric surface. In the embodiment shown, it is deposited on the substrate that supports the color filters. It comprises capacitive electrodes 502 distributed on the surface of the display in a matrix arrangement.
  • a transparent conductive material such as ⁇ or nanowires
  • the capacitive electrode layer 601 is made at (or in replacement of) the antistatic conductive layer 308 present in this display technology as illustrated in FIG. 3. Since the space between the electrodes is reduced, the electrode layer 601 also acts as an antistatic layer.
  • the control electronics of the display is not referenced to the guard potential, it is preferable to also maintain the electrodes of the control electrode layer 307 at the guard potential during the measurement sequences.
  • capacitive to prevent capacitive leakage between the capacitive measuring electrodes 601 and the electrodes of this control layer 307.
  • Fig. 7 illustrates the first embodiment of an interface device according to the invention in a variant integrated into an AMOLED type display screen.
  • the device shown in FIG. 7 corresponds to a schematic representation of the display shown in FIG. 4, modified according to the invention.
  • the interface device comprises in particular the following successive elements: a control layer 402 which notably comprises thin film technology (TFT) transistors and control electrodes;
  • TFT thin film technology
  • a common potential layer 404 also used as a guard element
  • the capacitive electrode layer 701 is made with a deposit of a transparent conductive material, such as ⁇ or nanowires, on a dielectric surface. It comprises capacitive electrodes 502 distributed on the surface of the display in a matrix arrangement.
  • the capacitive electrode layers 701 and common potential layers 404 are deposited on either side of the dielectric insulating layer 700.
  • the interface device according to the invention comprises capacitive measurement electrodes integrated at the level of the layer of common potential.
  • This embodiment is therefore of the "In-cell" type.
  • these capacitive measuring electrodes are excited at an alternating excitation electric potential. To avoid parasitic couplings, they must be protected or surrounded by guard elements polarized at a guard potential identical or substantially identical to the excitation potential, at least at measurement frequencies corresponding to frequencies of the electric excitation potential. .
  • the electrical circuits of the display located below the capacitive electrodes are referenced to the holding potential.
  • a lower guard layer which covers the surface of the electrodes to the lower layers of the display, or below the display (i.e. towards its opposite side to the viewing side), according to an "under-cell" layout.
  • the common potential layer is structured in the form of an electrode matrix, for example ITO.
  • ITO electrode matrix
  • the electrodes are scanned sequentially as will be explained later.
  • each electrode is connected, at a given instant, either to the input of the capacitive measurement electronics, or to the guard potential, by an electronic switch.
  • the electrodes whether they are measurable or not, are at identical potentials of custody (at least at excitation frequencies). They can therefore always be used as a common potential layer for display.
  • the control layer with the TFT transistors and their control tracks and the common potential layer with the capacitive measuring electrodes are only separated by a few microns of insulating material, constituted according to the case by the liquid crystal layer or the layer of organic material.
  • the area covered by the TFT transistors and their control tracks is small in comparison with the total display area, but can still be several tens of percent of that total area of the display screen. This can pose a problem insofar as relatively large capacitance coupling capabilities are created between the capacitive measuring electrodes and guard elements constituted by these TFT transistors and their connecting tracks.
  • These coupling capacitors do not generate leakage capacitors because they are between elements that are all polarized at the same guard potential, but they constitute potentially excessive loads for the input of the detection electronics, in particular when an amplifier of charges is implemented.
  • the capacitive measuring electrodes are configured to generate capacitive measuring electrodes
  • Fig. 8 illustrates the second embodiment of the interface device according to the invention in a variant integrated into an LCD display type active matrix display. As explained above, the device shown in FIG. 8 corresponds to a schematic representation of the display shown in FIG. 2, modified according to the invention.
  • the interface device comprises in particular the following successive elements:
  • a lighting layer 200 for example based on light-emitting diodes
  • This polarizer layer can be omitted, depending on the polarization of the incident light;
  • control layer 202 which notably comprises thin film technology (TFT) transistors and control electrodes;
  • a common potential layer 804 which also supports the capacitive measurement electrodes 502;
  • a filter layer 205 with color filters deposited on a substrate
  • the lower guard layer 800 is placed below the illumination layer 200.
  • This solution has the advantage of allowing a simpler integration of the lower guard layer 800 on the screen. display because it allows to use for this layer a simple metallic material such as copper (metallization, conductive adhesive .).
  • This lower guard layer 800 may also be protected by an electrical insulator to prevent oxidation over time and to avoid any short circuit with the device in which the screen is integrated.
  • the lower guard layer may be placed between the control layer 202 and the lighting layer 200. In this case, this lower guard layer must be made of transparent material such as for example ITO.
  • the capacitive measurements and display refresh operations can be performed simultaneously since they do not interfere and do not require reconfiguration of the electronics. It is simply preferable to perform these operations synchronously, taking the precaution of avoiding the appearance of transients at critical or sensitive times of any of the measurement and display processes.
  • Fig. 9 illustrates the second embodiment of the interface device according to the invention in a variant integrated with an LCD type display screen in IPS technology.
  • the device shown in FIG. 9 is a schematic representation of the display shown in FIG. 3, modified according to the invention.
  • the interface device comprises in particular the following successive elements:
  • a lighting layer 300 for example based on light-emitting diodes
  • This polarizer layer can be omitted, depending on the polarization of the incident light;
  • control layer 302 which notably comprises transistors in thin film technologies (TFT);
  • a common potential layer 904 which also supports the capacitive measurement electrodes 502;
  • control electrodes 307 a layer of control electrodes 307, with control electrodes 310 which control the liquid crystals;
  • a filter layer 305 with color filters deposited on a substrate; an upper polarizer layer (not shown);
  • the lower guard layer 900 is placed beneath the illumination layer 200.
  • This solution has the advantage of allowing a simpler integration of the lower guard layer 900 to the screen of FIG. display because it allows to use for this layer a simple metallic material such as copper (metallization, conductive adhesive .).
  • This lower guard layer 900 may also be protected by an electrical insulator to prevent oxidation over time and to avoid any short circuit with the device in which the screen is integrated.
  • the lower guard layer may be placed between the control layer 302 and the lighting layer 300.
  • this lower guard layer must be made of transparent material such as ITO.
  • control electrode layer 307 with the control electrodes 310 which control the liquid crystal layer 303 is placed in front of the capacitive measuring electrodes 502 of the common potential layer 904, or towards the detection with respect to these electrodes.
  • these control electrodes 310 can degrade the measurement of the capacitive electrodes by forming a partial screen in front of them.
  • the device of the invention comprises isolation means for disconnecting and electrically isolating the control electrodes 310 during capacitive measurements. These isolation means are designed such that they can selectively isolate, by pixel or group of pixels, these control electrodes 310.
  • isolation means can be made by the TFT transistors of the control layer 302, as will be explained later. In this case, it is simply necessary to take the precaution of implementing these TFT transistors so as to limit parasitic capacitances between their terminals.
  • the insulation means may comprise additional switches or switches.
  • the control electrodes 310 of the pixels When the control electrodes 310 of the pixels are disconnected, they become electrically floating, and naturally couple to the capacitive measuring electrodes 502. Indeed, the thickness of the insulating layer separating the control electrodes 310 from the pixels of the capacitive measuring electrodes 502 is very weak, of the order of a few microns. Thus the coupling capacitors between these control electrodes 310 and the capacitive measurement electrodes 502 are very strong. Under these conditions, it can be considered that the control electrodes 310 of the pixels do not disturb the operation and sensitivity of the capacitive measurement electrodes 502.
  • the capacitive measurements and the display refresh operations must be performed sequentially: when a capacitive measurement electrode 502 is switched to the measurement electronics, the control electrodes 310 of the pixels covered by this electrode capacitive measurement (which corresponds to a portion of the common potential layer 904) are switched to floating or isolated mode. This switching can be performed on the entire display screen, or on a part, or even only on the area covered by the measuring capacitive electrode 502.
  • Fig. 10 illustrates the second embodiment of interface devices according to the invention in a variant integrated into an AMOLED type display screen.
  • the device shown in FIG. 10 is a schematic representation of the display shown in FIG. 4, modified according to the invention.
  • the interface device comprises in particular the following successive elements:
  • control layer 402 which notably comprises thin film technology (TFT) transistors and control electrodes;
  • the lower guard layer 1000 can be made with a simple metallic material such as copper (metallization, conductive adhesive .). This lower guard layer 1000 may also be protected by an electrical insulator to prevent oxidation over time and to avoid any short circuit with the device in which the screen is integrated.
  • the currents injected to the common potential layer may saturate the input stages of the detection electronics, especially if a charge amplifier is used.
  • Capacitive measurements and display refresh operations should therefore preferably be performed sequentially: when a capacitive measurement electrode 502 is switched to the measurement electronics, the pixels covered by this capacitive measuring electrode (which corresponds to a portion of the common potential layer 1004) are not refreshed. However, it is possible to perform both operations simultaneously, but on different portions of the screen.
  • FIG. 11 an embodiment of an electronics will now be presented to control the interface device of the invention in its first embodiment, as described in connection with FIGS. 5, FIG. 6 and FIG. 7.
  • the device includes a display control electronics 1109, which manages the display according to display instructions 1110.
  • This display control electronics 1109 notably manages the TFT transistors of the control layer 1102 for controlling the pixels.
  • This control layer 1102 corresponds respectively to the control layers 202, 302 or 402 of FIGS. 5, FIG. 6 or FIG. 7, according to the display technology implemented.
  • the display control electronics 1109 also manages the common potential layer 1104.
  • This common potential layer 1104 corresponds respectively to the Vcom common potential layers 204, 304 of FIGS. 5 or FIG. 6 or the cathode of FIG. 7, according to the display technology implemented.
  • the device also comprises a capacitive measurement electronics 1106, which manages the capacitive measuring electrodes 502 of the upper capacitive electrode layer 1101.
  • This upper capacitive electrode layer 1101 respectively corresponds to the upper capacitive electrode layers 501, 601 or 701 of FIGS. 5, FIG. 6 or FIG. 7, according to the display technology implemented.
  • the capacitive measurement electronics 1106 makes it possible to carry out capacitive coupling measurements between the electrodes 502 and control objects 100, so as to produce location and / or distance information 1107 of these control objects 100 that can be used by the 'interface.
  • the device also comprises synchronization means 1108 for controlling the display control electronics 1109 and the capacitive measurement electronics 1106 in a coherent manner.
  • the device also comprises an oscillator 1100 which generates a reference AC voltage at at least one reference frequency.
  • This oscillator 1100 is referenced to the general mass 1105 of the system.
  • the reference alternating voltage thus generated is used as reference potential 1103 or as a guard potential 1103 for capacitive measurements.
  • Capacitive measuring electrodes 502 are excited at this reference potential 1103.
  • control electronics of the display 1109 is referenced to this reference potential 1103.
  • control layer 1102 and the common potential layer 1104 are also to this potential of reference, and thus contribute to the guard elements, as previously described.
  • the device also comprises signal transfer means 1111 connected at the output to the display control electronics 1109, which make it possible to transfer the display instruction signals 1110 referenced to the general mass 1105 of the system towards the 1109 of the display control electronics referenced to the reference potential 1103.
  • These signal transfer means 1111 may comprise for example differential amplifiers or optocouplers.
  • the common potential layer 110 may have a non-zero potential difference (continuous or alternating) with the reference AC voltage, insofar as this potential difference remains zero or very weak at the reference frequency or frequencies.
  • FIG. 12 there will now be presented an embodiment of an electronics for controlling the interface device of the invention in its second embodiment, as described in connection with FIGS. 8, FIG. 9 and FIG. 10.
  • the device includes a display control electronics 1109, which manages the display according to display instructions 1110.
  • This display control electronics 1109 notably manages the TFT transistors of the control layer 1202 for controlling the pixels.
  • This control layer 1202 corresponds respectively to the control layers 202, 302 or 402 of FIGS. 8, FIG. 9 or FIG. 10, according to the display technology implemented.
  • the display control electronics 1109 also manages the common potential layer 1204.
  • This common potential layer 1204 corresponds respectively to the Vcom common potential layers 804, 904 of FIGS. 8 or FIG. 9 or at the cathode 1004 of FIG. 10, according to the display technology implemented.
  • the common potential layer 1204 also includes the capacitive measuring electrodes 502.
  • the device also comprises a capacitive measurement electronics 1106, which manages the capacitive measuring electrodes 502 of the common potential layer 1204.
  • the capacitive measurement electronics 1106 makes it possible to carry out capacitive coupling measurements between the electrodes 502 and control objects 100, so as to produce location and / or distance information 1107 of these control objects 100 that can be used by the 'interface.
  • the device also comprises synchronization means 1108 for controlling the display control electronics 1109 and the capacitive measurement electronics 1106 in a coherent manner.
  • the device also comprises an oscillator 1100 which generates a reference AC voltage at at least one reference frequency.
  • This oscillator 1100 is referenced to the general mass 1105 of the system.
  • the reference alternating voltage thus generated is used as reference potential 1103 or as a guard potential 1103 for capacitive measurements.
  • Capacitive measuring electrodes 502 are excited at this reference potential 1103.
  • the lower guard layer 1200 which corresponds respectively to the lower guard layers 800, 900 or 1000 of FIGS. 8, FIG. 9 or FIG. 10 according to the display technology implemented, is also biased to this reference potential 1103.
  • control electronics of the display 1109 is referenced to this reference potential 1103.
  • control layer 1102 and the common potential layer 1204 are also to this reference potential, and thus contribute to the guard elements, as previously described.
  • the device also comprises signal transfer means 1111 connected at the output to the display control electronics 1109, which make it possible to transfer the display instruction signals 1110 referenced to the general mass 1105 of the system towards the 1109 display control electronics referenced to the reference potential 1103.
  • Signal transfer means 1111 may comprise, for example, differential amplifiers or optocouplers.
  • the common potential layer 1204 with the capacitive measurement electrodes 502 is connected to the capacitive measurement electronics 1106 and the display control electronics 1109 by switching means 1205, which make it possible to exploit it either for the display, ie for capacitive measurements.
  • switching means 1205 are shown separately for the sake of clarity, but their function can simply be fulfilled by electrode scanning means for selectively connecting the capacitive electrodes 205 to the input of the capacitive measurement electronics 1106. .
  • the switching means 1205 make it possible to connect the portions or sectors of the common potential layer 1204 corresponding to electrodes 205, either to the input of the capacitive measurement electronics 1106 for making measurements, or to the potential Vcom layer or cathode to control the display of pixels.
  • this potential of the Vcom layer may have a non-zero potential difference (continuous or alternative) with the reference AC voltage, insofar as this difference potential remains zero or very low at the reference frequency or frequencies.
  • FIG. 13 we will now describe an example schematic diagram of an LCD display control electronics, for the part made on the control layer. More specifically, the scheme of FIG. 13 corresponds to the control electronics of a pixel, as illustrated in FIG. 2.
  • the pixels, distributed in a matrix arrangement, are controlled by control lines 1300 distributed in a first direction, and data lines 1301 distributed in a second cross direction of the control layer.
  • the TFT transistor 209 When the TFT transistor 209 is passed through a signal from the control line 1300, it transfers the voltage on the control line 1301 to the control electrode 210 of the pixel. This electrode forms a capacitor referenced to the common reference potential 1103, as illustrated in FIG. 13.
  • the charges stored in the capacitor formed by the control electrode 210 (and possibly reinforced by a parallel storage capacitor) generate a voltage that keeps the pixel on.
  • the scheme of FIG. 13 is also applicable to the control of a display screen in IPS technology, as illustrated in FIG. 3.
  • isolation of the control electrode 210 from the pixel which is desirable in the second embodiment described in connection with FIG. 9 (IPS technology) during capacitive measurements can be obtained simply with the TFT transistor 209 in the off mode.
  • FIG. 14 we will now describe an example schematic diagram of a display control electronics AMOLED technology for the part made on the control layer. More specifically, the scheme of FIG. 14 is the control electronics of a pixel.
  • the pixels, distributed in a matrix arrangement, are controlled by control lines 1400 distributed in a first direction, and data lines 1401 distributed in a second cross direction of the control layer.
  • Power lines VDD 1402 are also present.
  • the diagram comprises a first TFT transistor 1403 which allows selection of the pixel, and a second TFT transistor 1405 for supplying the light emitting diode 1406 constituting the current pixel.
  • This diode 1406 is referenced to the common cathode potential 1103.
  • a storage capacitor 1404 is also present to maintain the light intensity of the pixel.
  • capacitive sensing electronics 1106 which is applicable to all embodiments of the invention described above.
  • the electronic scheme implemented in this embodiment is based on a charge amplifier 1502 shown as an operational amplifier 1502 with a feedback capability 1504.
  • the measuring electrode 502 is connected to the input (-) of the charge amplifier 1502.
  • the input (+) of the charge amplifier 1502 is excited by an oscillator 1100 which delivers a reference alternating voltage 1103, also known as the guarding potential 1103.
  • the measurement electrode 502 is thus polarized substantially at this same voltage. reference 1103.
  • the output of the charge amplifier is connected to a differential amplifier 1503 which makes it possible to obtain at output a voltage representative of the capacitors at the input of the charge amplifier 1502, and thus to produce location and / or 1107 distances of control objects 100 usable by the interface.
  • the device also comprises guard elements 1500 for protecting the measuring electrodes 502 and the connecting elements between the electrodes 502 and the electronics. These guard elements 1500 are biased to the guard potential 1103 generated by the oscillator 1100, which is thus used as the excitation potential to generate an active guard at approximately the same potential as the measurement electrodes 502.
  • guard elements 1500 may comprise in particular the common potential layers and / or the lower guard layers.
  • the device also comprises scanning means or switches 1501 which make it possible to select the electrodes 502. These switches 1501 are arranged in such a way that an electrode 502 is either connected to the charge and measuring amplifier or is connected to the potential of guard 1103 to contribute to 1500 guard elements. The switches 1501 make it possible to sequentially perform measurements on a plurality of measurement electrodes 502 with the same charge amplifier 1502.
  • the capacitive detection electronics 1106 may comprise several charge amplifiers 1502 operating in parallel and making it possible to perform measurements simultaneously on a plurality of electrodes 502.
  • the capacitive detection electronics 1106 may notably comprise:
  • a single charge amplifier 1502 arranged so that it can be connected via switches 1501 to all the measurement electrodes 502.
  • all measuring electrodes 502 whether they are measuring (that is, connected to a charge amplifier) or non-measuring (and therefore connected to the guard potential 1103), are at a guard potential 1103 unique. Indeed, the charge amplifier (s) 1502 and the switch (s) 1501 implemented are all connected to the same guard potential 1103 common to all the capacitive detection electronics 1106. In addition, thanks to the amplifier detection principle of load implemented, the potential of the measuring electrodes 502 does not vary with the measured capacitances. It is thus possible to avoid parasitic coupling and any crosstalk between measuring or non-measuring measuring electrodes 502, and between measuring electrodes 502 and guard elements 1500.
  • the switches 1501 can also be used to configure the non-measurable electrodes 502 as common potential layer elements suitable for controlling the display pixels.
  • capacitive sensing electronics 1106 with charge amplifier 1502 and differential amplifier 1503 are referenced generally to ground 1105.
  • this embodiment has the disadvantage of allowing the presence of leakage capacitors between the electrodes 502 and / or the input of the charge amplifier 1502 and elements with the general ground potential 1105.
  • capacitive sensing electronics 1106 which is also applicable to all embodiments of the invention described above.
  • the electronics comprises a so-called "floating" portion 1600 globally referenced to an alternative reference potential 1103 (or guard potential) generated by an oscillator 1100.
  • an alternative reference potential 1103 or guard potential
  • the electronics can not appear leakage capabilities, since all the elements, including the electrodes 502 and the sensitive part of the detection electronics, are at the same guard potential. It is thus possible to obtain high sensitivities and to detect control objects 100 at distances of several centimeters.
  • the electronic scheme implemented in this embodiment is based on a charge amplifier 1602, represented as an operational amplifier 1602 with a feedback capability 1604.
  • the charge amplifier 1602 like all the sensitive part of the detection electronics, is referenced to the guard potential 1103 and is therefore part of the floating part 1600 of the electronics.
  • This floating part 1600 can of course include other processing and signal conditioning means, including digital or microprocessor-based, also referenced to the guard potential 1103. These processing and conditioning means allow for example to calculate distance and position information from capacitive measurements.
  • the power supply of the floating part 1600 is provided by floating power transfer means 1603, comprising, for example, DC / DC converters.
  • the floating electronics 1600 is connected at the output to the electronics of the apparatus referenced to the general mass 1105 by link elements 1605 compatible with the difference of reference potentials.
  • link elements 1605 may comprise, for example, differential amplifiers or optocouplers.
  • location and / or distance information 1107 of control objects 100 that can be used by the interface are obtained.
  • the measuring electrode 502 is connected to the input (-) of the charge amplifier 1602.
  • the input (+) of the charge amplifier 1602 is excited by the oscillator 1100 which delivers the reference alternating voltage 1103, or the guarding potential 1103.
  • the measurement electrode 502 is thus polarized substantially at this same voltage. reference 1103.
  • the device also comprises guard elements 1500 for protecting the measuring electrodes 502 and the connecting elements between the electrodes 502 and the electronics. These 1500 guard elements are polarized the guard potential 1103 generated by the oscillator 1100, which is also the reference potential of the floating electronics 1600.
  • guard elements 1500 may comprise in particular the common potential layers and / or the lower guard layers.
  • the device also comprises scanning means or switches 1601 which allow to select the electrodes 502.
  • These switches 1601 are arranged such that an electrode 502 is either connected to the charge amplifier 1602 and is connected to the guard potential 1103 to contribute to the guard elements 1500.
  • the switches 1601 make it possible to sequentially perform measurements on a plurality of measurement electrodes 502 with the same charge amplifier 1602.
  • the capacitive detection electronics 1106 may comprise several charge amplifiers 1602 operating in parallel and making it possible to perform measurements simultaneously on a plurality of electrodes 502.
  • the capacitive detection electronics 1106 may notably comprise:
  • a single charge amplifier 1602 arranged so that it can be connected via switches 1601 to all measurement electrodes 502.
  • all the measuring electrodes 502 whether they are measuring (that is to say connected to a charge amplifier) or non-measuring (and therefore connected to the potential 1103), are at a single guard potential 1103.
  • the charge amplifier (s) 1602 and the switch (s) 1601 implemented are all connected to the same guard potential 1103 common to all the capacitive detection electronics 1106.
  • the potential of the measuring electrodes 502 does not vary with the measured capacitances. It is thus possible to avoid parasitic coupling and any crosstalk between measuring or non-measuring electrodes 502 and between measuring electrodes 502 and guard elements 1500.
  • the switches 1601 are also referenced to the reference potential of the floating electronics 1600.
  • switches 1601 referenced to the general mass 1105.
  • This solution has the disadvantage of generating parasitic capacitances between the input of the charge amplifier and the general mass 1105.
  • these parasitic capacitances which appear between the gate and the drain or the source of the transistor may to be kept at low values, of the order of a few femtofarads.
  • the switches 1601 can also be used to configure the non-measurable electrodes 502 as common potential layer elements suitable for control of the display pixels.
  • an interface device is frequently arranged according to the arrangement illustrated in FIG. 17.
  • This type of arrangement is, for example, encountered for interface devices intended to be integrated in devices of the smartphone or tablet type, or in a display system (screen).
  • the device comprises a display area 1701 with the display pixels and the capacitive measuring electrodes 502 superimposed.
  • It also includes one or more integrated circuits that implement the display control electronics 1109 and the capacitive measurement electronics 1106, for example, as two separate integrated circuits as shown in FIG. 17, or a single integrated circuit combining the two functions.
  • This or these integrated circuits are soldered near the display area 1701, outside thereof. They can be for example welded to a flexible printed circuit 1700 as illustrated in FIG. 17.
  • FIG. 18 we will now present an embodiment of an electronics for controlling the interface device of the invention in its first embodiment as described in connection with FIGS. 5, FIG. 6 and FIG. 7 (of the "On-cell" type), in which a display control electronics 1109 is implemented with an integrated circuit referenced to the general mass 1105 of the system.
  • This embodiment corresponds to the first control electronics configuration as described with reference to FIGS. 5, FIG. 6 and FIG. 7.
  • the device comprises a capacitive measurement electronics 1106, which manages the capacitive measuring electrodes 502 of the upper capacitive electrode layer 1101.
  • This upper capacitive electrode layer 1101 corresponds respectively to the upper capacitive electrode layers 501, 601 or 701. Figs. 5, FIG. 6 or FIG. 7, according to the display technology implemented.
  • This capacitive measurement electronics 1106 can be implemented in particular by implementing the embodiment of FIG. 15, with an active guard at the guard potential 1103, or that of FIG. 16, with electronics generally referenced to the guard potential 1103.
  • the device includes a display control electronics 1109, which manages the display according to display instructions 1110.
  • This display control electronics 1109 is at least partly referenced to the system's general mass 1105.
  • the display control electronics 1109 in particular manages the TFT transistors of the control layer 1102 for controlling the pixels.
  • This control layer 1102 corresponds respectively to the control layers 202, 302 or 402 of FIGS. 5, FIG. 6 or FIG. 7, according to the display technology implemented.
  • the device also comprises a switching module 1805 which is inserted between the display control electronics 1109 and the elements of the control layer 1102.
  • This switching module 1805 notably has the function of configuring the elements of the control layer. 1102, so as to allow either capacitive measurements, or refresh operations of the display.
  • This switching module 1805 also manages the common potential layer 1104.
  • This common potential layer 1104 corresponds respectively to the Vcom common potential layers 204, 304 of FIGS. 5 or FIG. 6 or at the cathode 404 of FIG. 7, according to the display technology implemented. As explained in connection with FIGS. 5, FIG. 6 and FIG. 7, the switching module 1805 makes it possible in particular to switch the layer of common potential 1104 to the guard potential 1103 during capacitive measurements.
  • this guard potential 1103 is transmitted to the switching module 1805 by the capacitive measurement electronics 1106.
  • the function of the switching module 1805 is therefore to interface the display control electronics 1109 (for example in the form of an integrated circuit as illustrated in Fig. 17) with elements of the zone d 1701 display, which comprises in particular the control layer 1102, the common potential layer 1104, and the upper capacitive electrode layer 1101.
  • the capacitive measurement electronics 1106 can be connected directly to the layer superior capacitive electrode 1101.
  • the switching module 1805 essentially designates a functional set of switches, switches or multiplexers that can be, but not limited to:
  • This implementation mode therefore makes it possible to control an interface device according to the invention in its first embodiment (of the "On-cell” type), as described in particular with reference to FIGS. 5 (screen LCD type active matrix display) and FIG. 6 (LCD display screen in IPS technology).
  • Fig. 20 illustrates a display portion with the electronics of the control layer 1102 for controlling four LCD pixels.
  • This control electronics is described in detail in connection with FIG. 13.
  • the control electrodes 201 of the pixels are controlled by TFT transistors 209. As explained with reference to FIG. 13, these TFT transistors 209 are connected to control lines 1300 at their gate ("gate") and to data lines 1301 at their source or drain.
  • the control lines 1300 and the data lines 1301 are located at the control layer 1102.
  • the control electrodes 201 of the pixels form capacitors with the common potential layer 1104, shown schematically in FIG. 20 by lines 1104.
  • the 1805 switching module comprises:
  • reference switches 1805.3 which connect the common potential layer 1104, either to the common potential Vcom of the display screen (referenced to the general ground 1105), or to the guard potential 1103.
  • the switches of the switching module 1805 are made with TFT transistors on the control layer 1102 at the edge of the display area 1701.
  • the reference switches 1805.3, the 1805.2 control switches and the 1805.1 data switches are preferably referenced to the guard potential 1103, or in other words controlled by a signal referenced to the guard potential 1103.
  • these switches comprise FET or TFT transistors
  • the signal used to control the gate of these transistors is referenced to the guard potential 1103. They may also be referenced to the general ground 1105 (or driven by a signal referenced to the general ground 1105), which generates additional parasitic capacitances but generally acceptable.
  • the switches of the switching module 1805 make it possible to configure the system to perform either capacitive measurements or display refresh operations.
  • the configuration illustrated in FIG. 20 corresponds to a configuration for refreshing the display and controlling the pixels.
  • the entire display screen is referenced to the general mass 1105 and operates in a conventional manner:
  • the reference switches 1805.3 are arranged so as to connect the common potential layer 1104 to the common potential Vcom of the display screen (referenced to the general mass 1105);
  • the 1805.2 control switches are arranged so as to connect the control lines 1300 to the display control electronics 1109 to control the addressing of the pixels;
  • the 1805.1 data switches are arranged to connect the data lines 1301 to the display control electronics 1109 to control the transmission of the data to the pixels.
  • the configuration for making capacitive measurements is done by changing the position of the switches of the 1805 switching module. More precisely, in this configuration:
  • the reference switches 1805.3 are arranged so as to connect the common potential layer 1104 to the guard potential 1103.
  • the common potential layer 1104 becomes a guard element 1500;
  • control switches 1805.2 are arranged in such a way as to connect the control lines 1300 to the continuous gate voltage source Vgg referenced to the guard potential 1103.
  • the voltage of this gate voltage source Vgg is chosen so as to maintain the TFT transistors 209 blocked mode pixels. In general, it is negative;
  • the data switches 1805.1 are arranged so as to connect the data lines 1301 to the guard potential 1103.
  • the data lines 1301, the control lines 1300, and more generally the elements of the control layer 1102 are referenced or connected to the guard potential and thus contribute to the guard elements 1500. They can therefore no longer generate parasitic capacitance with the capacitive measuring electrodes 502 of the upper capacitive electrode layer 1101.
  • the TFT transistor 209 of the pixel is blocked.
  • the pixel is kept lit by the charge stored in the storage capacitor, as explained in connection with FIG. 13.
  • the control electrode 210 of the pixel is electrically decoupled (floating). Since it is surrounded by elements with the guard potential 1103, it tends to follow this guard potential 1103 and therefore does not generate parasitic coupling with the measurement electrodes 502.
  • Fig. 21 illustrates a display portion with control layer electronics 1102 for controlling four AMOLED pixels.
  • This control electronics is described in detail in connection with FIG. 14.
  • the light emitting diodes 1406 of the pixels are controlled by TFT transistors. As explained in connection with FIG. 14, these TFT transistors are connected to control lines 1400, data lines 1401 and feed lines 1402. Control lines 1400, data lines 1401 and feed lines 1402 are located at 1102.
  • the light emitting diodes 1406 of the pixels are connected to the common potential layer 1104 which constitutes a common cathode, and which is shown schematically in FIG. 21 by lines 1104.
  • the configuration of the switches of the switching module 1805 and their operation are substantially identical to that of the implementation mode of FIG. 20. Thus, only the differences are described in detail, it being understood that with the exception of these differences, what has been discussed in connection with the embodiment of FIG. 20 is also applicable to this mode of implementation.
  • the configuration illustrated in FIG. 21 corresponds to a configuration to refresh the display and control the pixels.
  • the data switches 1805.1 are arranged to connect the data lines 1401, either to the display control electronics 1109 during the control phases of the display, or to a source of the Vgg continuous gate voltage referenced to the potential of FIG. guard 1103 during the capacitive measurement phases.
  • the voltage of this gate voltage source Vgg is chosen so as to maintain the TFT transistors of the pixels to which it is connected in the off mode.
  • the 1805.2 control switches are arranged to connect the control lines 1400, either to the display control electronics 1109 during the control phases of the display, or to the guard potential 1103 during the capacitive measurement phases.
  • the reference switches 1805.3 are arranged to connect the common potential layer 1104, ie to the cathode potential of the display screen (which is referenced or which corresponds to the general mass 1105) during the phases. for controlling the display, ie at the guard potential 1103 during the capacitive measurement phases.
  • the light-emitting diodes 1406 of the pixels must remain energized between the refresh phases of their control to remain on. It is also ideal to be able to keep them on during capacitive measurement phases to avoid flickering.
  • the device of the invention comprises an OLED power source 2100 which is electrically floating or unreferenced.
  • this power source 2100 includes a power source referenced to the general ground 1105 and power transfer means, with for example a DC / DC converter.
  • This power source 2100 can of course be integrated with other components, such as the display control electronics 1109 or the capacitive measurement electronics 1106.
  • the power source 2100 is connected to the output lines 1402 at its output. Its floating reference is connected to the common potential layer 1104. Thus, depending on the position of the reference switches 1805.3, it is referenced to the cathode potential corresponding to the general ground potential 1105 during the display control phases, or at the guard potential 1103 during the capacitive measurement phases. In both cases, the voltage at its terminals is substantially identical.
  • FIG. 19 we will now present an embodiment of an electronics for controlling the interface device of the invention in its second embodiment as described in connection with FIGS. 8, FIG. 9 and FIG. 10 (of the "In-cell” type), in which one implements a display control electronics 1109 with an integrated circuit referenced to the general mass 1105 of the system.
  • the device comprises a capacitive measurement electronics 1106, which manages the capacitive measurement electrodes 502 integrated at the level of the common potential layer 1204.
  • This common potential layer 1204 corresponds respectively to the common potential (Vcom) layers 804, 904 of FIGS. . 8 or FIG. 9, or at the cathode 1004 of FIG. 10, according to the display technology implemented.
  • This capacitive measurement electronics 1106 can be implemented in particular by implementing the embodiment of FIG. 15, with an active guard at the guard potential 1103, or that of FIG. 16, with electronics generally referenced to the guard potential 1103.
  • the device includes a display control electronics 1109, which manages the display according to display instructions 1110.
  • This display control electronics 1109 is at least partly referenced to the system's general mass 1105.
  • the display control electronics 1109 notably manages the TFT transistors of the control layer 1202 for controlling the pixels.
  • This control layer 1202 corresponds respectively to the control layers 202, 302 or 402 of FIGS. 8, FIG. 9 or FIG. 10, according to the display technology implemented.
  • the device also comprises a switching module 1805 which is inserted between the display control electronics 1109 and the capacitive measurement electronics 1106 on the one hand, and the control layer 1202, the common potential layer 1204 and the lower guard layer 1200 on the other hand.
  • the lower guard layer 1200 corresponds respectively to the lower guard layers 800, 900 or 1000 of FIGS. 8, FIG. 9 or FIG. 10, according to the display technology implemented.
  • the function of the switching module 1805 is notably to configure the elements of the control layer 1202, so as to allow either capacitive measurements or display refresh operations.
  • the switching module 1805 also manages the common potential layer 1204 with the capacitive electrodes 502. connecting the measuring electrodes 502 to the capacitive measurement electronics 1106 for the measurements, and switching the common potential layer 1204 to the Vcom or cathode potential for driving the pixels of the screen.
  • the switching module 1805 also makes it possible to switch the lower guard layer 1200 to either the guard potential 1103 for the capacitive measurements, or to another potential such as the general ground potential 1105 for the display refresh operations.
  • the lower guard layer can also be kept electrically floating, disconnected, during the refresh operation of the display.
  • the switching module 1805 therefore has the function of interfacing the display control electronics 1109 (made for example in the form of an integrated circuit as illustrated in Fig. 17) with elements of the display area 1701, which comprises in particular the control layer 1202, the common potential layer 1204 with the capacitive electrodes 502, and the lower guard layer 1200.
  • the switching module 1805 essentially designates a functional set of switches, switches or multiplexers that can be, but not limited to:
  • This implementation mode thus makes it possible to control an interface device according to the invention in its second embodiment (of the "In-cell” type), as described in particular with reference to FIGS. 8 (LCD display screen with active matrix) and FIG. 9 (LCD display screen in IPS technology).
  • Fig. 22 illustrates a display portion with control layer electronics 1202 for controlling four LCD pixels.
  • This control electronics is described in detail in connection with FIG. 13.
  • the control electrodes 201 of the pixels are controlled by TFT transistors 209. As explained with reference to FIG. 13, these TFT transistors 209 are connected to control lines 1300 at their gate ("gate") and to data lines 1301 at their source or drain.
  • the control lines 1300 and the data lines 1301 are located at the control layer 1204.
  • the control electrodes 201 of the pixels form capacitors with the common potential layer 1204, shown schematically in FIG. 20 by lines 1204.
  • the switching module 1805 comprises 1805.1 data switches and 1805.2 control switches whose configuration and operation are substantially identical to that of the implementation mode of FIG. 20. Thus, only the differences are described in detail, it being understood that with the exception of these differences, what has been discussed in connection with the embodiment of FIG. 20 is also applicable to this mode of implementation.
  • the configuration illustrated in FIG. 22 corresponds to a configuration to refresh the display and control the pixels.
  • the data switches 1805.1 are arranged to connect the data lines 1301, either to the display control electronics 1109 during the control phases of the display, or to a gate voltage source Vgg. continuous referenced to the guard potential 1103 during the capacitive measurement phases.
  • the voltage of this gate voltage source Vgg is chosen so as to maintain the TFT transistors 209 of the pixels in the off mode.
  • the 1805.2 control switches are arranged to connect the control lines 1300, either to the display control electronics 1109 during the control phases of the display, or to the guard potential 1103 during the capacitive measurement phases.
  • the capacitive measuring electrodes 502 are integrated in the common potential layer 1204 in the form of distinct conductive zones.
  • the switching module 1805 furthermore comprises electrode switches for connecting the conductive zones individually, either to the capacitive measurement electronics 1106 during the capacitive measurement phases, or to the common potential Vcom of the display screen ( referenced to the general mass 1105) during the control phases of the display.
  • an electrode switch comprises:
  • a first electrode switch 1805.4 which makes it possible to connect a measurement electrode 502, either to the capacitive measurement electronics 1106 during the capacitive measurement phases, or to a second electrode switch 1805.5 during the control phases of the display;
  • a second electrode switch 1805.5 which makes it possible to connect the output of the first electrode switch 1805.4, ie to the guard potential 1103 during the capacitive measurement phases, or to the common potential Vcom of the display screen during the phases control of the display.
  • This configuration is illustrated in FIG. 22 for a measurement electrode 502 which covers at least the four pixels shown.
  • the first electrode switch 1805.4 is referenced to the guard potential 1103.
  • the second electrode switch 1805.5 is preferably referenced to the guard potential 1103, but it can also be referenced to the general ground 1105.
  • the electrode switches can be made with TFT transistors at the edge of the display area 1701, or by any other means as for the other switches of the switching module 1805.
  • This configuration makes it possible to avoid the occurrence of parasitic coupling capacitors between the input of the capacitive measurement electronics 1106 and the general mass 1105. Indeed, all the voltages present at the first electrode switch 1805.4 are referenced to the guard potential 1103, and the only coupling capacitance that can appear at the second electrode switch 1805.5 is between the guard potential 1103 and the general mass 1105. Thanks to the effect of the guard, it can not therefore affect the measurement.
  • the first electrode switch 1805.4 can also be used as a multiplexer during the capacitive measurement phases to connect a measurement electrode 502, either to the capacitive measurement electronics 1106, or to the guard potential 1103 via the second switch Electrode 1805.5.
  • several measurement electrodes 502 can be connected via their first electrode switch 1805.4 to the same input of the capacitive measurement electronics 1106.
  • this input of the capacitive measurement electronics 1106 may also include internal scanning means 1501, 1601 as described in FIGS. And FIG. 16.
  • FIG. 23 we will now describe an embodiment of an electronics for controlling the interface device of the invention according to the embodiment of FIG. 19, to control AMOLED type display screens.
  • This implementation mode thus makes it possible to control an interface device according to the invention in its second embodiment (of the "In-cell” type), as described in particular with reference to FIG. 10.
  • Fig. 23 illustrates a display portion with control layer electronics 1102 for controlling four AMOLED pixels.
  • This control electronics is described in detail in connection with FIG. 14.
  • the light emitting diodes 1406 of the pixels are controlled by TFT transistors. As explained in connection with FIG. 14, these TFT transistors are connected to control lines 1400, data lines 1401 and feed lines 1402. Control lines 1400, data lines 1401 and feed lines 1402 are located at The light emitting diodes 1406 of the pixels are connected to the common potential layer 1204 which constitutes a common cathode, and which is schematically shown in FIG. 21 by lines 1204.
  • the 1805 switch module includes data switches
  • the configuration illustrated in FIG. 23 is a configuration to refresh the display and control the pixels.
  • the data switches 1805.1 are arranged to connect the data lines 1401, either to the display control electronics 1109 during the control phases of the display, or to a source of the Vgg continuous gate voltage referenced to the potential of FIG. guard 1103 during the capacitive measurement phases.
  • the voltage of this gate voltage source Vgg is chosen so as to maintain the TFT transistors of the pixels to which it is connected in the off mode.
  • the 1805.2 control switches are arranged to connect the control lines 1400, either to the display control electronics 1109 during the control phases of the display, or to the guard potential 1103 during the capacitive measurement phases.
  • the device further includes an OLED power source
  • This power source of the OLED 2100 makes it possible to maintain the light-emitting diodes 1406 of the lit pixels during the capacitive measurement phases, without being disturbed by the reference change.
  • electrical power of the common potential layer 1204. includes a power source referenced to the general ground 1105 and power transfer means, with for example a DC / DC converter. It is connected at the output to the supply lines 1402, and its floating reference is connected to the common potential layer 1204.
  • the capacitive measurement electrodes 502 are integrated in the common potential layer 1204 in the form of distinct conductive zones.
  • the switching module 1805 further comprises electrode switches whose configuration and operation are substantially identical to that of the embodiment of FIG. 22. Thus, only the differences are described in detail, it being understood that with the exception of these differences, what has been discussed in connection with the embodiment of FIG. 22 is also applicable to this implementation mode.
  • Electrodes switches make it possible to connect the conductive zones of the common potential layer 1204 individually, either to the capacitive measurement electronics 1106 during the capacitive measurement phases, or to the cathode potential represented by the general mass 1105 during the phases. control of the display.
  • an electrode switch comprises:
  • a first electrode switch 1805.4 which makes it possible to connect a measurement electrode 502, either to the capacitive measurement electronics 1106 during the capacitive measurement phases, or to a second electrode switch 1805.5 during the control phases of the display;
  • a second electrode switch 1805.5 which makes it possible to connect the output of the first electrode switch 1805.4, ie to the guard potential 1103 during the capacitive measurement phases, or to the cathode potential represented by the general mass 1105 during the phases of control of the display.
  • This configuration makes it possible to avoid the occurrence of parasitic coupling capacitors between the input of the capacitive measurement electronics 1106 and the general mass 1105.
  • the first 1805.4 electrode switch can also be used as a multiplexer during the measurement phases capacitive means for connecting a measuring electrode 502 to either the capacitive measurement electronics 1106 or the guard potential 1103.
  • the electrode switches are made in the form of a simple switch that connects an input of the capacitive measurement electronics 1106:
  • this configuration has the disadvantage of generating a strong parasitic coupling capacitance at the electrode switch between the input of the capacitive measurement electronics 1106 and the general mass 1105, even during the capacitive measurements.
  • the device comprises an OLEDS power source which is not floating, but is permanently referenced to the system general mass 1105.
  • This source of OLEDS power can correspond for example to the source present in the usual way in display control electronics.
  • the device also comprises an additional source switch arranged to connect the supply lines 1402, either to the power source during the control phases of the display, or to the guard potential 1103 during the phases of control. capacitive measurement.
  • This variant however has the disadvantage that the diodes of the pixels are necessarily extinguished during the capacitive measurement phases.
  • the 1805.2 control switches are arranged to connect control lines 1300 (for LCD type screens) or 1400 (for OLED type screens) ) the display control electronics 1109 during the control phases of the display, or keep them electrically floating (open circuit) during the capacitive measurement phases.
  • the 1805.2 control switches are therefore in the open position during the capacitive measurement phases.
  • the control lines 1300 or 1400 are then electrically floating.
  • the parasitic capacitance present between the gate and the source of the TFT transistors which control the pixels makes it possible to keep them in blocked mode for a time sufficient to cover the capacitive measurement phase.
  • FIG. 20 On-cell” configuration with an LCD type screen
  • FIG. 21 On-cell” configuration with an OLED type screen
  • FIG. 22 In-cell” configuration with an LCD type screen
  • FIG. 23 In-cell” configuration with an OLED type screen
  • the 1805.2 control switches are designed to either connect the control lines 1300 (for LCD type screens) or 1400 (for OLED type screens) to display control electronics 1109 during the phases. control of the display, or keep them electrically floating (in open circuit) during the capacitive measurement phases;
  • the 1805.1 data switches are arranged so as to either connect the data lines 1301 (for the LCD type screens) or 1401 (for the OLED type screens) to the display control electronics 1109 during the phases control of the display, or keep them electrically floating (in open circuit) during the capacitive measurement phases.
  • the 1805.2 control switches and the 1805.1 data switches are thus in the open position during the capacitive measurement phases.
  • the control lines 1300 or 1400 and the data lines 1301 or 1401 are then electrically floating, and, as they are in strong capacitive coupling with the common potential layer 1104 at 1103, they tend to be polarized at this common potential 1104.
  • the parasitic capacitance present between the gate and the source of the TFT transistors which control the pixels makes it possible to keep them in blocked mode for a time sufficient for cover the capacitive measurement phase.
  • control switches and the 1805.1 data switches allow simpler setups, with however a greater risk of generating spurious couplings with the measurement electrodes 502 during capacitive measurements.
  • control lines 1300 or 1400 are floating, there may be a risk that the TFT transistors of the pixels become pass-through during the capacitive measurements, which would result in a variation in the luminous intensity of the pixels. This risk is however low, because of the memory effect of the parasitic capacitances of the TFT transistors.

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif d'interface homme-machine comprenant (i) un affichage avec des pixels d'affichage répartis dans une zone d'affichage, (ii) des éléments de contrôle d'affichage (302, 304) disposés dans ladite zone d'affichage et utilisés pour contrôler lesdits pixels d'affichage, (iii) des électrodes de mesure capacitives (502) réparties dans ladite zone d'affichage, (iv) des moyens de d'excitation et de détection capacitifs, (v) au moins un élément de garde disposé à proximité des électrodes de mesure capacitives (502), dans lequel au moins un élément de contrôle d'affichage (302, 304) est également utilisée comme élément de garde ou comme électrode de mesure capacitive (502). L'invention concerne aussi un appareil comprenant le dispositif.

Description

« Dispositif d'interface de commande capacitif intégré à un écran d'affichage »
Domaine technique
La présente invention concerne un dispositif d'interface de commande capacitif intégré à un écran d'affichage. Elle concerne aussi un appareil comprenant un tel dispositif.
Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui des dispositifs et des systèmes d'interface homme- machine.
Etat de la technique antérieure
De nombreux appareils, tels que par exemple des téléphones, des smartphones ou des tablettes sont équipés d'une interface de commande sous la forme d'un écran tactile.
De manière générale, ces écrans tactiles sont réalisés sous la forme d'un écran d'affichage au-dessus duquel sont superposés une dalle tactile capacitive et un verre de protection.
Pour les appareils miniaturisés, notamment de type smartphone ou tablette, l'écran d'affichage met habituellement en œuvre :
- des technologies à base de cristaux liquides, avec notamment des affichages à cristaux liquides (en Anglais « Liquid Cristal Display », LCD), ou
- des technologies à base de diodes électroluminescentes organiques (en Anglais « Organic Electroluminescent Diodes », OLED), dont notamment des affichages à matrice active de diodes électroluminescentes organiques (en Anglais « Active Matrix Organic Electroluminescent Diode », AMOLED).
Les écrans à base de cristaux liquides (LCD) mis en œuvre dans les appareils actuels sont souvent basés sur une technologie à base de matrice active. Ils peuvent comprendre notamment les couches suivantes, de la base vers la face de visualisation (qui fait face à l'utilisateur) :
une couche d'éclairage (par exemple avec des diodes électroluminescentes blanches) ;
- une couche de commande avec des transistors en couches minces (en Anglais « thin film transistors » TFT) au moins partiellement transparents ; - des électrodes de commande des pixels,
- une couche de cristaux liquides ;
- une couche conductrice, ou couche de potentiel commun, polarisée à un potentiel de référence et souvent appelé électrode commune ou Vcom ;
- une couche de filtrage avec des filtres colorés correspondant aux couleurs primaires,
- une couche de polarisation avec un élément polariseur.
Les transistors TFT permettent d'appliquer sélectivement une tension (par rapport au Vcom) au travers de la couche de cristaux liquides, de sorte à changer localement l'orientation des cristaux liquides. De cette manière, la lumière issue de la couche d'éclairage qui les traverse est transmise ou bloquée par la couche de polarisation, en fonction de sa polarisation à la sortie de la couche de cristaux liquides.
Dans des variantes de technologie LCD, l'état des cristaux liquides est contrôlé par des électrodes de commande localisées dans un même plan. Ces techniques sont appelées « à commutation dans le plan », ou en Anglais « in plane switching » (IPS). D'autres variantes de ces techniques dites « à commutation dans le plan » sont connues sous les nom de « Advanced IPS », AH-IPS, FFS (« Field Fringe Switching »)...
Dans ce cas, la couche de potentiel commun Vcom peut être entre la couche de commande avec les transistors TFT et une couche avec les électrodes de commande.
Les écrans à base de diodes électroluminescentes organiques (AMOLED) peuvent comprendre les couches suivantes, de la base vers la face de visualisation (qui fait face à l'utilisateur) :
- une couche de commande avec des transistors en couches minces (en Anglais « thin film transistors » TFT) ;
une couche de matériaux organiques formant les diodes électroluminescentes émettant respectivement une couleur primaire ;
- une couche conductrice, ou couche de potentiel commun, polarisée à un potentiel de référence et souvent appelé cathode ;
Les transistors TFT permettent de faire circuler un courant dans les diodes électroluminescentes, pour les allumer sélectivement. Les dalles tactiles capacitives mettent en œuvre de manière générale une technique de détection basée soit sur une mesure de capacités mutuelles (« mutual capacitance » ou « mutual » en Anglais), soit sur une mesure directe de capacité (« self capacitance » ou « self » en Anglais).
Les techniques de mesure de capacités mutuelle (de type « mutual ») sont celles qui sont les plus fréquemment utilisées pour les interfaces tactiles. Elles mettent en œuvre des électrodes d'excitation et des électrodes de mesure en couplage capacitifs les unes avec les autres. Lorsqu'un objet de commande (tel qu'un doigt) est à proximité d'une zone de couplage entre électrodes d'excitation et de mesure, il modifie le couplage capacitif entre ces électrodes, ce qui permet de le détecter.
Les techniques de mesure de type « self » sont basées sur une mesure directe de la capacité qui s'établit entre des électrodes de mesure capacitives et un objet de commande à proximité. Elles ont l'avantage de permettre une détection d'objets à plus grande distance, et ainsi de permettre la réalisation d'interface de commandes sensibles à des objets non plus uniquement en contact avec la surface de détection, mais également à proximité. On peut ainsi réaliser des interfaces tactiles et sans contact.
Toutefois, les capacités à mesurer sont très faibles et il est impératif d'éviter les couplages capacitifs parasites entre les électrodes de mesure et leur environnement. Pour cela il est connu de mettre en œuvre une garde active. On introduit des surfaces conductrices dites « de garde » entre les électrodes de mesure et les éléments perturbateurs (dont l'écran d'affichage placé en dessous). Les électrodes et la garde sont excitées à une tension alternative, dite de garde, similaire, ce qui empêche l'apparition de capacités de fuite entre elles.
On connaît également des techniques de mesure capacitives de type « self » dans lesquelles l'électronique de détection est également référencée au potentiel de garde, ce qui permet de minimiser les capacités de fuite. Ce type d'électronique de détection, dite « à référence flottante » ou « en pont flottant », est notamment décrit en détail dans le document FR 2 756 048 de Rozière.
Les écrans d'affichage et les dalles tactiles sont réalisés par dépôts de matériaux sur des substrats diélectriques, ce qui résulte en un empilement de couches. Par exemple, les surfaces ou pistes conductrices peuvent être réalisées avec un dépôt de matériau sensiblement transparent tel que de ΙΊΤΟ (oxyde d'indium-étain), et les transistors TFT sont réalisés selon des techniques planaires.
La réalisation d'un écran tactile par empilage simple d'un écran d'affichage et d'une dalle tactile capacitive présente des inconvénients, dont :
- une épaisseur excessive pour certains appareils tels que des smartphones ;
- une dégradation de la qualité visuelle de l'image du fait de l'épaisseur de la dalle tactile ;
- un cout élevé du fait de la présence de deux systèmes indépendants.
Il est donc souhaitable d'améliorer l'intégration des fonctions de la dalle et de l'écran d'affichage.
On connaît des techniques qui consistent à déposer des électrodes capacitives directement sur la surface de l'écran d'affichage. Ces techniques sont souvent désignées sous le nom de « on-cell ». Des électrodes d'excitation et de mesure croisées, respectivement en lignes et en colonnes, sont déposées soit sur une seule couche avec un bridge pour chaque intersection, soit sur deux couches distinctes. Les mesures sont effectuées selon des techniques de mesure de capacités mutuelles.
On connaît également des techniques qui consistent à utiliser des circuits électriques ou des électrodes de l'écran d'affichage pour réaliser une partie des électrodes du capteur capacitif. Ces technologies sont en général désignées sous le nom de « in-cell ». On connaît notamment des techniques qui mettent en œuvre des mesures de capacités mutuelles (mode « mutual »), avec des électrodes d'excitation réalisées dans la couche de potentiel commun Vcom d'un écran d'affichage de type TFT et des électrodes de mesures réalisées sur la surface de cet écran d'affichage.
Les technologies de type « in-cell » connues ne permettent notamment pas de détecter des objets de commande à distance, selon les performances atteignables avec des techniques de type « self » avec une garde.
La présente invention a pour objet de proposer un dispositif d'interface de commande de type écran tactile avec une épaisseur, des coûts d'intégration et/ou une qualité d'image optimisés. La présente invention a pour objet de proposer un dispositif d'interface de commande de type écran tactile avec un capteur capacitif essentiellement intégré à l'écran d'affichage, selon une technique de type « in-cell ».
La présente invention a également pour objet de proposer un tel dispositif d'interface qui permette de détecter des objets de commande à distance, sans contact.
Exposé de l'invention
Cet objectif est atteint avec un dispositif d'interface homme-machine comprenant :
- un affichage avec des pixels d'affichage répartis dans une zone d'affichage ;
- des éléments de contrôle d'affichage disposés dans ladite zone d'affichage et utilisés pour contrôler lesdits pixels d'affichage ;
- des électrodes de mesure capacitives réparties dans ladite zone d'affichage ;
- des moyens d'excitation et de détection capacitifs aptes à (i) exciter les électrodes de mesure capacitives à un potentiel électrique d'excitation alternatif relativement à une masse général avec au moins une fréquence d'excitation, et (ii) détecter la présence d'objets de commande dans un voisinage desdites électrodes de mesure capacitives, selon une face de l'affichage dite « face de visualisation », par couplage capacitif entre lesdites électrodes de mesure capacitives et le ou les objets de commande ; et
- au moins un élément de garde disposé à proximité des électrodes de mesure capacitives, et polarisé à un potentiel de garde identique ou sensiblement identique au potentiel d'excitation à la ou au moins une des fréquence(s) d'excitation ;
Le dispositif étant caractérisé en ce qu'au moins un élément de contrôle d'affichage est également utilisée comme élément de garde ou comme électrode de mesure capacitive.
Les pixels d'affichage peuvent être des points d'affichage qui composent l'image.
Les éléments de contrôle d'affichage peuvent comprendre notamment les électrodes, transistors, ... qui permettent de contrôler les pixels d'affichage. Les électrodes de mesure capacitives, les moyens de détection capacitifs et le ou les éléments de garde peuvent ainsi constituer une interface de mesure capacitive permettant de détecter avec une grande sensibilité, à distance ou en contact avec la face de visualisation, un ou une pluralité d'objets de commande (de type doigt ou stylet par exemple).
La mesure de la capacité de couplage ou du couplage capacitif entre des objets de commande et les électrodes de mesure capacitives peut permettre d'obtenir une information de localisation (en distance hors-plan Z et en position dans le plan X, Y par rapport à la face de visualisation) de ces objets.
Comme les électrodes sont polarisées à un potentiel électrique alternatif d'excitation, et que les objets peuvent être considérés comme électriquement référencés à une masse électrique générale du système, cette mesure du couplage capacitif peut être réalisée à une ou des fréquence(s) de mesure correspondant à des fréquences du potentiel électrique d'excitation (par exemple en mettant en œuvre une détection synchrone).
Les éléments de garde permettent de minimiser les capacités de fuite entre les électrodes de mesure capacitives et leur environnement, ce qui permet d'optimiser la sensibilité de détection. Pour cela, ils doivent être polarisés à un potentiel de garde identique ou sensiblement identique au potentiel d'excitation, pour qu'il ne puisse pas apparaître de capacités de fuite entre eux et les électrodes de mesure capacitives.
Il faut toutefois noter que dans la mesure où la détection capacitive est effectuée à une ou des fréquence(s) de mesure correspondant à des fréquences du potentiel électrique d'excitation, les éléments de garde peuvent être polarisés à des potentiels électriques qui comprennent d'autres composantes, notamment fréquentielles (DC, signaux à hautes fréquences, ...), tant que ces composantes n'apportent pas de contribution à la ou aux fréquences de mesure. Cette condition peut être satisfaite par exemple lorsque ces composantes additionnelles sont orthogonales au sens du produit scalaire avec le potentiel électrique d'excitation, ou dans certains cas lorsqu'elles sont synchrone avec le potentiel d'excitation, avec des transitions éloignées des instants de mesure des signaux capacitifs. En particulier, les éléments de garde peuvent être polarisés à des potentiels électriques qui comprennent une composante continue (DC), car sa contribution est nulle ou négligeable à la fréquence de mesure.
Les électrodes de mesure peuvent avantageusement être agencées selon une disposition matricielle. Cela permet notamment de détecter, y compris à distance, plusieurs objets de commande simultanément et sans ambiguïté.
Selon un aspect avantageux de l'invention, cette interface de mesure capacitive est intégrée à l'écran d'affichage en mode « in-cell » ou « on-cell », puisqu'elle a des éléments en commun avec cet écran d'affichage.
Suivant des modes de réalisation du dispositif selon l'invention, au moins une partie de l'affichage et/ou des éléments de contrôle d'affichage peut être électriquement référencée à un potentiel de référence correspondant au potentiel de garde, au moins pendant une phase de mesures capacitives.
Ainsi, lorsque l'affichage ou du moins ses éléments électroniques ou conducteurs (transistors, électrodes, ...) sont au moins en partie référencés au potentiel de garde, ils contribuent en outre à la garde et à la protection des électrodes contre les éléments externes. On peut alors considérer qu'ils font partie des éléments de garde.
Comme expliqué précédemment, la présence de potentiels électriques ou de tensions différentes du potentiel de garde dans les éléments électroniques de l'affichage, qui est inévitable lors de leur fonctionnement, n'est pas gênante pour l'efficacité de la garde tant qu'ils ne génèrent pas de composantes parasites aux fréquences du potentiel de garde utilisées pour la mesure capacitive.
Suivant des modes de mise en œuvre, le fonctionnement du dispositif peut comprendre des phases de mesure capacitives pour détecter les objets de commande qui alternent avec des phases d'affichage, pour rafraîchir l'image affichés. Dans ce cas, la minimisation des capacités de fuite est importante durant les phases de mesure capacitives.
Toutefois ce fonctionnement par phases de mesures capacitives et d'affichage alternées n'est souvent pas indispensable dans le cadre de l'invention, dans la mesure où les électrodes de mesure capacitives sont efficacement protégées par des éléments de garde.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre des électrodes de mesure capacitives intégrées dans une couche, dite « couche d'électrodes capacitives supérieure », disposée vers la face de visualisation relativement à des couches constitutives des pixels d'affichage. Dans ce cas, le dispositif selon l'invention correspond à une configuration de type « on-cell »).
Cette couche d'électrodes capacitives supérieure peut être réalisée par exemple par un dépôt de matériau conducteur transparent tel que de ΙΊΤΟ ou des nano-fils sur la face externe de l'affichage, sous un verre de protection.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre des éléments de garde intégrés dans une couche des éléments de contrôle d'affichage, dite « couche de potentiel commun », commune à au moins une partie des pixels d'affichage.
Cette couche de potentiel commun peut être par exemple la couche Vcom d'un affichage de type LCD, ou la cathode commune d'un affichage de type OLED.
Il est à noter que si des éléments de contrôle d'affichage, dont cette couche de potentiel commun, sont référencés au potentiel de garde comme décrit précédemment, cette couche de potentiel commun est naturellement un élément de garde, même sans y introduire de modifications par rapport à sa fonction pour l'affichage.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre des électrodes de mesure capacitives intégrées dans une couche des éléments de contrôle d'affichage, dite « couche de potentiel commun », commune à au moins une partie des pixels d'affichage.
Dans ce cas, le dispositif selon l'invention correspond à une configuration de type « in-cell »).
Comme précédemment, cette couche de potentiel commun peut être par exemple la couche Vcom d'un affichage de type LCD, ou la cathode commune d'un affichage de type OLED.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre une couche de potentiel commun agencée sous la forme d'une matrice d'électrodes, et des moyens de commutation permettant de relier ces électrodes, soit à des moyens de détection capacitifs, soit à un potentiel de référence, au moins pendant une phase de mesure capacitive.
Le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre une couche d'éléments de garde, dite « couche de garde inférieure », disposée à l'opposé de la face de visualisation relativement à des couches constitutives des pixels d'affichage.
Cette couche de garde inférieure est destinée à éviter les couplages capacitifs entre les électrodes de mesure et des éléments situés sous l'affichage.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre un affichage avec des éléments à cristaux liquides.
Il peut comprendre notamment une couche de potentiel commun avec des électrodes de mesure capacitives, et une couche de commande avec des transistors aptes à contrôler les éléments à cristaux liquides disposée à l'opposé de la couche de potentiel commun relativement à la face de visualisation.
Ces transistors peuvent être de type TFT (« Thin film transistors »). Il est à noter que si la couche de commande avec les transistors est au moins en partie référencée au potentiel de garde, elle contribue en outre à la garde et à la protection des électrodes contre les éléments externes. On peut alors considérer que cette couche de commande fait partie des éléments de garde.
Suivant des modes de réalisation mettant en œuvre un affichage de type « IPS » avec des électrodes de commande des éléments à cristaux liquides disposées dans un plan vers la face de visualisation relativement à la couche de potentiel commun, le dispositif selon l'invention peut comprendre en outre des moyens de commutation permettant d'isoler électriquement les électrodes de commande, de sorte qu'elles soient électriquement flottantes au cours des mesures capacitives.
En effet, dans ce cas les électrodes de commande se trouvent entre les électrodes de mesure capacitives et les objets de commande à détecter. Si elles sont isolées elles se maintiendront simplement au potentiel électrique « ambiant » et ainsi ne généreront pas de capacités de fuite. Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre un affichage avec des diodes électroluminescentes organiques (OLED).
Il peut comprendre notamment une couche de potentiel commun, ou cathode commune, avec des électrodes de mesure capacitives, et une couche de commande avec des transistors aptes à contrôler les diodes électroluminescentes organiques disposée à l'opposé de la couche de potentiel commun relativement à la face de visualisation.
De même que précédemment, il est à noter que si la couche de commande avec les transistors est au moins en partie référencée au potentiel de garde, elle contribue en outre à la garde et à la protection des électrodes contre les éléments externes. On peut alors considérer que cette couche de commande fait partie des éléments de garde.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre des électrodes de mesure capacitives avec des ouvertures en vis- à-vis des transistors de la couche de commande, de sorte à limiter les capacités de couplage entre ces éléments.
En effet, même dans le cas où la couche de commande est référencée au potentiel de garde, il est souhaitable de limiter la capacité entre les électrodes de mesure et les éléments de garde, car si cette capacité ne génère pas de capacité de fuite elle charge tout de même inutilement l'étage d'entrée de l'électronique de détection.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre une couche de garde inférieure, disposée à l'opposé de la couche de commande relativement à la face de visualisation.
Cette couche de garde inférieure permet d'éviter les couplages capacitifs entre les électrodes de mesure et des éléments situés sous l'affichage, ou au moins d'améliorer la garde déjà obtenue avec une couche de commande référencée au potentiel de garde.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre des moyens de détection capacitifs avec au moins un amplificateur de charge.
Les moyens de détection capacitifs peuvent comprendre en outre des switchs agencés de telle sorte à relier, au moins pendant une phase de mesures capacitives, les électrodes de mesure capacitives soit à un amplificateur de charge, soit au potentiel de garde.
Suivant des modes de réalisation, les moyens de détection capacitifs peuvent comprendre un amplificateur de charge référencé à la masse générale.
Suivant d'autres modes de réalisation, les moyens de détection capacitifs peuvent être au moins en partie référencés au potentiel de garde.
Ainsi, lorsque la partie sensible (en particulier) des moyens de détection capacitifs est référencée au potentiel de garde, on évite les capacités de fuites au niveau des étages d'entrée de l'électronique de détection (par exemple un amplificateur de charge).
Suivant des modes de réalisation, le dispositif selon l'invention peut comprendre une électronique de contrôle d'affichage référencée à la masse générale, et un module de commutation permettant de configurer des éléments de contrôle d'affichage disposés dans la zone d'affichage, dont au moins une couche de commande et une couche de potentiel commun, de sorte que lesdits éléments de contrôle d'affichage soient référencés :
- à la masse générale durant des phases de rafraîchissement de l'affichage ;
- au potentiel de garde, directement ou par couplage capacitif, durant des phases de mesure capacitive.
L'électronique de contrôle d'affichage peut être un circuit intégré.
Suivant des modes de réalisation, le module de commutation peut comprendre :
- des switchs de données agencés de sorte à relier des lignes de données des pixels d'affichage, soit à l'électronique de contrôle d'affichage, soit au potentiel de garde ;
- des switchs de commande agencés de sorte à relier des lignes de commande des pixels d'affichage, soit à l'électronique de contrôle d'affichage, soit à un potentiel continu référencé au potentiel de garde et permettant de maintenir des transistors de contrôle des pixels bloqués.
Suivant des modes de réalisation, le module de commutation peut comprendre : - des switchs de données agencés de sorte à relier des lignes de données des pixels d'affichage, soit à l'électronique de contrôle d'affichage, soit au potentiel de garde ;
- des switchs de commande agencés de sorte à relier des lignes de commande des pixels d'affichage à l'électronique de contrôle d'affichage, ou à maintenir lesdites lignes de commandes électriquement flottantes.
Suivant des modes de réalisation, le module de commutation peut comprendre :
- des switchs de données agencés de sorte à relier des lignes de données des pixels d'affichage à l'électronique de contrôle d'affichage, ou à maintenir lesdites lignes de données électriquement flottantes ;
- des switchs de commande agencés de sorte à relier des lignes de commande des pixels d'affichage à l'électronique de contrôle d'affichage, ou à maintenir lesdites lignes de commandes électriquement flottantes.
Suivant des modes de réalisation, le module de commutation peut comprendre en outre au moins un switch de référence agencé de sorte à relier la couche de potentiel commun, soit à un potentiel commun Vcom ou de cathode de l'écran d'affichage référencé à la masse générale, soit au potentiel de garde.
Suivant des modes de réalisation d'un dispositif comprenant des électrodes de mesure capacitives intégrées dans la couche de potentiel commun, le module de commutation peut comprendre en outre des switchs d'électrodes agencés de sorte à relier respectivement les électrodes de mesure, soit à l'électronique de mesure capacitive, soit à un potentiel commun Vcom ou de cathode de l'écran d'affichage référencé à la masse générale.
Le module de commutation peut notamment comprendre des switchs d'électrodes incluant :
- un premier switch d'électrode agencé de sorte à relier une électrode de mesure, soit à l'électronique de mesure capacitive, soit à un second switch d'électrode ;
- un second switch d'électrode agencé de sorte à relier ledit premier switch d'électrode, soit à un potentiel commun Vcom ou de cathode de l'écran d'affichage référencé à la masse générale, soit au potentiel de garde. Suivant des modes de réalisation d'un dispositif comprenant un affichage avec des diodes électroluminescentes organiques (OLED), le dispositif selon l'invention comprend en outre une source d'alimentation des OLED reliée en sortie aux lignes d'alimentation desdites diodes électroluminescentes organiques, laquelle source d'alimentation des OLED étant électriquement flottante et référencée au potentiel de la couche de potentiel commun.
Suivant des modes de réalisation, le dispositif de l'invention peut comprendre des switchs réalisés avec :
- des transistors de l'un des types suivants : FET, OFET, MOS, MOSFET,
TFT ;
- des transistors contrôlés par un signal de grille référencé à la masse générale ;
- des transistors contrôlés par un signal de grille référencé au potentiel de garde.
- des transistors TFT localisés dans ou en bordure de la zone d'affichage.
Suivant un autre aspect, il est proposé un appareil comprenant un dispositif d'interface homme-machine selon l'invention.
Cet appareil peut être notamment de l'un des types suivants : téléphone, smartphone, tablette, écran d'affichage, ordinateur.
Description des figures et modes de réalisation
D'autres avantages et particularités de l'invention apparaîtront à la lecture de la description détaillée de mises en œuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants :
- la Fig . 1 illustre un exemple d'interface homme machine de type écran tactile de l'art antérieur,
- la Fig. 2 illustre un exemple d'écran d'affichage de type LCD à matrice active de l'art antérieur,
- la Fig . 3 illustre un exemple d'écran d'affichage de type LCD en technologie IPS de l'art antérieur,
- la Fig. 4 illustre un exemple d'écran d'affichage de type AMOLED de l'art antérieur, - la Fig . 5 illustre un premier mode de réalisation de l'invention de type « On-cell » selon une variante intégrée à un écran d'affichage de type LCD à matrice active,
- la Fig . 6 illustre un premier mode de réalisation de l'invention de type « On-cell » selon une variante intégrée à un écran d'affichage de type LCD en technologie IPS,
- la Fig . 7 illustre un premier mode de réalisation de l'invention de type « On-cell » selon une variante intégrée à un écran d'affichage de type AMOLED,
- la Fig. 8 illustre un second mode de réalisation de l'invention de type
« In-cell » selon une variante intégrée à un écran d'affichage de type LCD à matrice active,
- la Fig. 9 illustre un second mode de réalisation de l'invention de type « In-cell » selon une variante intégrée à un écran d'affichage de type LCD en technologie IPS,
- la Fig. 10 illustre un second mode de réalisation de l'invention de type « In-cell » selon une variante intégrée à un écran d'affichage de type AMOLED,
- la Fig. 11 illustre un schéma synoptique d'électronique de contrôle pour le premier mode de réalisation « On-cell » de l'invention,
- la Fig. 12 illustre un schéma synoptique d'électronique de contrôle pour le second mode de réalisation « In-cell » de l'invention,
- la Fig . 13 illustre un exemple de schéma de principe d'électronique de contrôle d'un pixel en technologie LCD,
- la Fig . 14 illustre un exemple de schéma de principe d'électronique de contrôle d'un pixel en technologie AMOLED,
- la Fig. 15 illustre un exemple de mode de réalisation d'électronique de détection capacitive à garde active,
- la Fig. 16 illustre un exemple de mode de réalisation d'électronique de détection capacitive à garde active et à électronique flottante,
- la Fig. 17 illustre un exemple d'agencement de dispositif selon l'invention, - la Fig. 18 illustre un schéma synoptique d'électronique de contrôle pour le premier mode de réalisation « On-cell » de l'invention avec une électronique de contrôle d'affichage référencée à la masse générale,
- la Fig. 19 illustre un schéma synoptique d'électronique de contrôle pour le premier mode de réalisation « In-cell » de l'invention avec une électronique de contrôle d'affichage référencée à la masse générale,
- la Fig . 20 illustre un mode d'implémentation d'électronique de contrôle pour le premier mode de réalisation « On-cell » de l'invention pour des écrans LCD avec une électronique de contrôle d'affichage à la masse générale,
- la Fig . 21 illustre un mode d'implémentation d'électronique de contrôle pour le premier mode de réalisation « On-cell » de l'invention pour des écrans OLED avec une électronique de contrôle d'affichage à la masse générale,
- la Fig . 22 illustre un mode d'implémentation d'électronique de contrôle pour le premier mode de réalisation « In-cell » de l'invention pour des écrans LCD avec une électronique de contrôle d'affichage à la masse générale,
- la Fig . 23 illustre un mode d'implémentation d'électronique de contrôle pour le premier mode de réalisation « In-cell » de l'invention pour des écrans OLED avec une électronique de contrôle d'affichage à la masse générale.
Il est bien entendu que les modes de réalisation qui seront décrits dans la suite ne sont nullement limitatifs. On pourra notamment imaginer des variantes de l'invention ne comprenant qu'une sélection de caractéristiques décrites par la suite isolées des autres caractéristiques décrites, si cette sélection de caractéristiques est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. Cette sélection comprend au moins une caractéristique de préférence fonctionnelle sans détails structurels, ou avec seulement une partie des détails structurels si cette partie uniquement est suffisante pour conférer un avantage technique ou pour différencier l'invention par rapport à l'état de la technique antérieur. En particulier toutes les variantes et tous les modes de réalisation décrits sont combinables entre eux si rien ne s'oppose à cette combinaison sur le plan technique.
Sur les figures, les éléments communs à plusieurs figures conservent la même référence.
On va tout d'abord décrire, en référence à la figure 1, un dispositif d'interface homme-machine de type écran tactile représentatif de l'art antérieur. Un tel écran tactile comprend de manière habituelle :
- un écran d'affichage 103, avec par exemple une matrice de pixels à cristaux liquides (affichage de type « liquid cristal display », LCD) ou une matrice de diodes électroluminescentes organiques (affichage de type « active matrix organic électroluminescent diodes », AMOLED).
- un panel capacitif 102 avec des électrodes de mesure capacitives qui permettent de détecter la proximité et/ou le contact d'un objet de commande
10 tel qu'un doigt par couplage capacitif ;
- un verre de protection 101.
L'écran d'affichage 103 et le panel capacitif 102 sont réalisés sous la forme de sous-systèmes distincts, assemblés en empilage.
Comme évoqué précédemment, un tel mode de réalisation présente des inconvénients tels qu'une épaisseur excessive, et une dégradation de la qualité d'image.
Les Fig. 2, Fig. 3, Fig. 4 présentent des exemples de technologies d'écrans d'affichage 103 de l'art antérieur couramment mises en œuvre dans des écrans tactiles tels qu'illustrés à la Fig. 1. Ces exemples de technologies d'affichage ont été choisis pour servir de base pour la description de modes de réalisation de l'invention, mais il est toutefois bien entendu que l'invention n'est en aucun cas limitée à ces modes particuliers de réalisation d'affichages.
Pour des raisons de clarté et de concision, dans la mesure où il s'agit de technologies bien connues, leurs représentations et leurs descriptions sont limitées aux éléments essentiels et nécessaires à la compréhension de l'invention.
La décomposition en termes de couches (couche de commande, couche de potentiel commun ...) qui est utilisée dans la description est une décomposition essentiellement fonctionnelle adoptée pour des raisons de clarté. Il est bien entendu que ces couches (fonctionnelles) ne correspondent pas nécessairement strictement à des empilements de couches physiques de matériaux (ITO, isolant, substrat, transistors ...). Ainsi, par exemple :
- une couche fonctionnelle peut comprendre plusieurs couches de matériaux (ITO, isolant, substrat, transistors ...),
- des couches fonctionnelles voisines peuvent comprendre des zones communes ou interpénétrantes, voire même être partiellement ou totalement confondues dans l'épaisseur de l'affichage.
La Fig. 2 présente un exemple de mode de réalisation d'écran d'affichage 103 suivant une technologie à cristaux liquides à matrice active (AMLCD). La partie représentée correspond à un pixel (ou un sous-pixel correspondant à une couleur primaire) d'affichage.
Dans le mode de réalisation présenté, l'écran d'affichage 103 comprend notamment les éléments successifs suivants :
- une couche d'éclairage 200, par exemple à base de diodes électroluminescentes ;
- une couche de polariseur inférieur 201 située en vis-à-vis de la couche d'éclairage 200. Cette couche de polariseur 201 peut être omise, en fonction de la polarisation de la lumière incidente ;
- une couche de commande 202 qui comprend notamment des transistors 209 en technologies de couches minces (TFT), des électrodes de commande 210 pilotées par les transistors 209, et des électrodes de condensateurs de stockage 211 dont la seconde électrode est au potentiel de la couche de potentiel commun. Cette couche de commande 202 est réalisée sur un substrat diélectrique 207, par exemple en verre ;
- une couche de cristaux liquides 203, maintenue par des entretoises 215 et des éléments d'étanchéité 216, et qui contient des cristaux liquides 212 ;
- une couche de potentiel commun 204, souvent appelé Vcom ;
- une couche de filtrage 205, avec des filtres colorés 214 correspondant aux couleurs primaires déposés sur un substrat 208, et des éléments de masquage opaques 213 en vis-à-vis des transistors 209 ; - une couche de polariseur supérieur 206.
Les éléments transparents conducteurs, dont les électrodes de commande 210 et la couche de potentiel commun 204 Vcom, sont réalisés à partir de dépôt d'ITO.
Les transistors TFT 209 permettent de contrôler l'allumage et l'extinction des pixels, en contrôlant la tension appliquée au travers de la couche de cristaux liquides 203 entre les électrodes de commande 210 et la couche de potentiel commun Vcom 204. Ces transistors 209 sont répartis selon une disposition matricielle pour contrôler tous les pixels, et ils sont pilotés via des pistes électriques de donnée et de commande disposées en lignes et en colonne de sorte à adresser chacun d'entre eux.
En fonction de la tension appliquée aux électrodes de commande 210 par les transistors TFT 209, les cristaux liquides 212 adoptent une orientation différente et modifient l'orientation de la polarisation de la lumière incidente, polarisée par le polariseur inférieur 201. Suivant la polarisation résultante, la lumière est plus ou moins bloquée par le polariseur supérieur 206.
Les condensateurs de stockage 211 permettent de maintenir entre les phases d'activation des transistors 209 une tension de donnée proportionnelle à l'intensité lumineuse désirée.
La Fig. 3 présente un exemple de mode de réalisation d'écran d'affichage 103 à cristaux liquides, suivant une technologie de type IPS. La partie représentée correspond à trois pixels, ou trois sous-pixels d'une couleur primaire.
Les technologies de type IPS (il en existe plusieurs variantes, dont notamment les technologies de type FFS, « Fringe Field Switching ») permettent de corriger des défauts des technologies de type LCD classiques, dont des angles de vision étroits et des couleurs imprécises. Dans un écran d'affichage de type IPS, les deux électrodes (de commande et au potentiel commun) qui commandent les pixels sont placées du même côté de la couche de cristaux liquides, au lieu d'être placées de part et d'autre de cette couche de cristaux liquides. Ainsi, au lieu de basculer entre une position perpendiculaire au plan de l'affichage et une position parallèle à ce plan, les cristaux liquides restent en permanence dans un plan parallèle au plan de l'affichage (d'où le nom de la technologie : « In Plane Switching »), en tournant sur eux même dans ce plan.
Dans le mode de réalisation présenté, l'écran d'affichage 103 comprend notamment les éléments successifs suivants :
- une couche d'éclairage 300, par exemple à base de diodes électroluminescentes ;
- une couche de polariseur inférieur 301 située en vis-à-vis de la couche d'éclairage 300. Cette couche de polariseur 301 peut être omise, en fonction de la polarisation de la lumière incidente ;
- une couche de commande 302 avec notamment des transistors en technologies de couches minces (TFT) réalisés sur un substrat 309 ;
- une couche de potentiel commun 304, souvent appelé Vcom ;
- une couche d'électrodes de contrôle 307, avec des électrodes de commande 310 ;
- une première couche d'isolant électrique 312 placée entre la couche de commande 302 et la couche de potentiel commun 304 ;
- une seconde couche d'isolant électrique 313 placée entre la couche de potentiel commun 304 at la couche d'électrodes 307 ;
- une couche de cristaux liquides 303 ;
- une couche de filtrage 305, avec des filtres colorés correspondant aux couleurs primaires déposés sur un substrat 314 ;
- une couche de polariseur supérieur 306 ;
- une couche conductrice antistatique 308, pour protéger l'ensemble des décharges électrostatiques.
Cette technologie d'affichage à cristaux liquides donc diffère de celle de la Fig. 2 essentiellement par le fait que l'orientation des cristaux liquides est gérée par un champ électrique 311 généré entre les électrode de commande 310 et la couche de potentiel commun 304 situées du même côté de la couche des cristaux liquides 303.
En particulier, les pixels sont pilotés par des transistors TFT de la couche de commande 302 d'une manière similaire à ce qui est décrit en relation avec la Fig. 2. La Fig. 4 présente un exemple de mode de réalisation d'écran d'affichage 103 suivant une technologie à base de matrice active de diodes électroluminescentes organiques (AMOLED).
Suivant cette technologie, l'écran d'affichage 103 comprend notamment les éléments successifs suivants :
- une couche de commande 402 avec notamment des transistors en technologies de couches minces (TFT). Cette couche de commande 402 est réalisée sur un substrat diélectrique 401, par exemple en verre ;
- une couche de matériaux organiques 403 agencés sous forme d'empilement pour constituer des jonctions de diodes électroluminescentes ;
- une couche de potentiel commun 404, souvent appelé cathode (ou parfois électrode commune, ou encore anode) dans cette technologie ;
Dans cette technologie, la couche de matériaux organiques 403 constitue un ensemble de diodes électroluminescentes reliées respectivement à des électrodes de commande contrôlées par les transistors TFT de la couche de commande 402, et à la couche de potentiel commun 404 qui constitue une cathode commune.
Les transistors TFT permettent ainsi de contrôler l'allumage et l'extinction des pixels, en contrôlant le courant appliqué vers la cathode 404 au travers des diodes électroluminescentes constituant la couche de matériaux organiques 403. Ces transistors TFT sont répartis selon une disposition matricielle pour contrôler tous les pixels, et ils sont pilotés via des pistes électriques de donnée et de commande disposées en lignes et en colonne de sorte à adresser chacun d'entre eux.
Mode de réalisation de dispositif d'interface de type « On-cell » :
En référence aux Fig. 5, Fig. 6 et Fig . 7, on va maintenant décrire un premier mode de réalisation de dispositifs d'interfaces selon l'invention, dans des variantes intégrées respectivement :
- à un écran d'affichage de type LCD à matrice active (Fig . 5) ;
- à un écran d'affichage de type LCD en technologie IPS (Fig . 6) ;
- à un écran d'affichage de type AMOLED (Fig . 7).
Les technologies d'écran d'affichage mises en œuvre dans ces différents modes de réalisation sont décrites en détail en relation avec les Fig. 2, Fig . 3 et Fig . 4, respectivement. Aussi, pour des raisons de clarté et de concision, elles ne sont représentées que sous une forme schématique de couches superposées dans les Fig. 5, Fig. 6 et Fig . 7.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif d'interface selon l'invention comprend des électrodes de mesure capacitives intégrées dans une couche, dite « couche d'électrodes capacitives supérieure », disposée vers la face de visualisation relativement à des couches constitutives des pixels d'affichage. Ce mode de réalisation est donc de type « On-cell ».
La face de visualisation est constituée par exemple par un verre de protection. Les couches constitutives des pixels d'affichage sont des couches qui permettent leur fonctionnement. Elles peuvent comprendre par exemple la couche de cristaux liquides, ou la couche de matériau organique selon la technologie d'affichage considérée.
Dans ces modes de réalisation, le dispositif d'interface selon l'invention comprend également des éléments de garde intégrés dans la couche de potentiel commun.
Comme expliqué précédemment, les électrodes de mesure capacitives sont excitées à un potentiel électrique d'excitation, et les éléments de garde doivent être polarisés à un potentiel de garde identique ou sensiblement identique au potentiel d'excitation au moins à des fréquences de mesure correspondant à des fréquences du potentiel électrique d'excitation, pour être efficaces. Pour cela, les configurations suivantes sont possibles dans le cadre de l'invention.
Selon une première configuration, l'électronique de contrôle de l'affichage (dont par exemple les transistors TFT) est référencée à un potentiel différent du potentiel de garde, tel que par exemple un potentiel de masse générale de l'appareil. Dans ce cas, il est nécessaire pour effectuer les mesures capacitives de commuter (avec des switchs par exemple) la couche de potentiel commun au potentiel de garde lors des mesures capacitives. Cela implique que les mesures capacitives et le rafraîchissement de l'affichage sont effectués séquentiellement, au cours de périodes temporelles différentes. Ce fonctionnement séquentiel peut être réalisé au niveau de la totalité de l'affichage, ou au niveau de portions de l'affichage. Selon une configuration préférée, l'électronique de contrôle de l'affichage (dont par exemple les transistors TFT) est référencée au potentiel de garde. Dans ce cas, la couche de potentiel commun de l'affichage, ainsi d'ailleurs que d'autres éléments (par exemple de la couche de commande) font naturellement partie ou comprennent des éléments de garde.
On obtient ainsi une garde très efficace. En outre, les mesures capacitives et les opérations de rafraîchissement de l'affichage peuvent être exécutées simultanément puisqu'elles n'interfèrent pas et ne nécessitent pas une reconfiguration de l'électronique. Il est simplement préférable d'effectuer ces opérations de manière synchrone en prenant la précaution d'éviter l'apparition de transitoires à des instants critiques ou sensibles de l'un ou l'autre des processus de mesure et d'affichage.
La Fig . 5 illustre le premier mode de réalisation de dispositif d'interface selon l'invention dans une variante intégrée à un écran d'affichage de type LCD à matrice active. Comme expliqué précédemment, le dispositif présenté à la Fig . 5 correspond à une représentation schématique de l'affichage présenté à la Fig . 2, modifié selon l'invention .
Dans le mode de réalisation présenté, le dispositif d'interface comprend notamment les éléments successifs suivants :
- une couche d'éclairage 200, par exemple à base de diodes électroluminescentes ;
- une couche de polariseur inférieur (non représentée). Cette couche de polariseur peut être omise, en fonction de la polarisation de la lumière incidente ;
- une couche de commande 202 qui comprend notamment des transistors en technologies de couches minces (TFT) et des électrodes de commande ;
- une couche de cristaux liquides 203 ;
- une couche de potentiel commun 204, également utilisée comme élément de garde ;
- une couche de filtrage 205, avec des filtres de couleur déposés sur un substrat ;
- une couche de polariseur supérieur (non représentée) ; - une couche d'électrodes capacitives supérieure 501, avec une matrice d'électrodes de mesure capacitives 502;
- un verre de protection 101.
La couche d'électrodes capacitives 501 est réalisée avec un dépôt d'un matériau conducteur transparent, tel que de ΙΊΤΟ ou des nanofils, sur une surface diélectrique. Dans le mode de réalisation présenté, elle est déposée sur le substrat qui supporte les filtres de couleur. Elle comprend des électrodes capacitives 502 réparties sur la surface de l'affichage selon une disposition matricielle.
La Fig . 6 illustre le premier mode de réalisation de dispositif d'interface selon l'invention dans une variante intégrée à un écran d'affichage de type LCD en technologie IPS. Comme expliqué précédemment, le dispositif présenté à la Fig. 6 correspond à une représentation schématique de l'affichage présenté à la Fig. 3, modifié selon l'invention.
Dans le mode de réalisation présenté, le dispositif d'interface comprend notamment les éléments successifs suivants :
- une couche d'éclairage 300, par exemple à base de diodes électroluminescentes ;
- une couche de polariseur inférieur (non représentée). Cette couche de polariseur peut être omise, en fonction de la polarisation de la lumière incidente ;
- une couche de commande 302 qui comprend notamment des transistors en technologies de couches minces (TFT) ;
- une couche de potentiel commun 304, également utilisée comme élément de garde ;
- une couche d'électrodes de contrôle 307, avec des électrodes 310 qui contrôlent les cristaux liquides ;
- une couche de cristaux liquides 303 ;
- une couche de filtrage 305, avec des filtres de couleur déposés sur un substrat ;
- une couche de polariseur supérieur (non représentée) ;
- une couche d'électrodes capacitives supérieure 601, avec une matrice d'électrodes de mesure capacitives 502 ; - un verre de protection 101.
La couche d'électrodes capacitives 601 est réalisée avec un dépôt d'un matériau conducteur transparent, tel que de ΙΊΤΟ ou des nanofils, sur une surface diélectrique. Dans le mode de réalisation présenté, elle est déposée sur le substrat qui supporte les filtres de couleur. Elle comprend des électrodes capacitives 502 réparties sur la surface de l'affichage selon une disposition matricielle.
Suivant des modes d'implémentation, la couche d'électrode capacitive 601 est réalisée au niveau (ou en remplacement de) de la couche conductrice antistatique 308 présente dans cette technologie d'affichage telle qu'illustrée à la Fig. 3. Comme l'espace entre les électrodes est réduit, la couche d'électrodes 601 fait également fonction de couche antistatique.
Dans cette variante, si l'électronique de contrôle de l'affichage n'est pas référencée au potentiel de garde, il est préférable de maintenir également les électrodes de la couche d'électrodes de contrôle 307 au potentiel de garde durant les séquences de mesures capacitives, pour éviter les fuites capacitives entre les électrodes de mesure capacitives 601 et les électrodes de cette couche de contrôle 307. Pour cela, il suffit en général de laisser flotter électriquement ces électrodes de la couche de contrôle 307 en circuit ouvert. En effet, leur capacité de couplage avec les éléments de garde (dont la couche de potentiel commun 304) étant très supérieure à leur capacité de couplage avec la masse générale, ces électrodes de la couche de contrôle 307 se polarisent naturellement au potentiel de garde pour contribuer aux éléments de garde.
La Fig . 7 illustre le premier mode de réalisation de dispositif d'interface selon l'invention dans une variante intégrée à un écran d'affichage de type AMOLED. Comme expliqué précédemment, le dispositif présenté à la Fig. 7 correspond à une représentation schématique de l'affichage présenté à la Fig . 4, modifié selon l'invention.
Dans le mode de réalisation présenté, le dispositif d'interface comprend notamment les éléments successifs suivants : - une couche de commande 402 qui comprend notamment des transistors en technologies de couches minces (TFT) et des électrodes de commande ;
- une couche de matériaux organiques 403 agencés sous forme d'empilement pour constituer des jonctions de diodes électroluminescentes ;
- une couche de potentiel commun 404, également utilisée comme élément de garde ;
- une couche isolante diélectrique 700 ;
- une couche d'électrodes capacitives supérieure 701, avec une matrice d'électrodes de mesure capacitives 502 ;
- un verre de protection 101.
La couche d'électrodes capacitives 701 est réalisée avec un dépôt d'un matériau conducteur transparent, tel que de ΙΤΟ ou des nanofils, sur une surface diélectrique. Elle comprend des électrodes capacitives 502 réparties sur la surface de l'affichage selon une disposition matricielle.
Dans le mode de réalisation présenté, les couches d'électrodes capacitives 701 et de potentiel commun 404 sont déposées de part et d'autre de la couche isolante diélectrique 700. Mode de réalisation de dispositif d'interface de type « In-cell » :
En référence aux Fig . 8, Fig . 9 et Fig. 10, on va maintenant décrire un second mode de réalisation de dispositifs d'interfaces selon l'invention, dans des variantes intégrées respectivement :
- à un écran d'affichage de type LCD à matrice active (Fig . 8) ;
- à un écran d'affichage de type LCD en technologie IPS (Fig . 9) ;
- à un écran d'affichage de type AMOLED (Fig . 10).
Les technologies d'écran d'affichage mises en œuvre dans ces différents modes de réalisation sont décrites en détail en relation avec les Fig. 2, Fig. 3 et Fig . 4, respectivement. Aussi, pour des raisons de clarté et de concision, elles ne sont représentées que sous une forme schématique de couches superposées dans les Fig. 8, Fig . 9 et Fig. 10.
Dans ce mode de réalisation, le dispositif d'interface selon l'invention comprend des électrodes de mesure capacitives intégrées au niveau de la couche de potentiel commun. Ce mode de réalisation est donc de type « In- cell ».
Comme expliqué précédemment, ces électrodes de mesure capacitives sont excitées à un potentiel électrique d'excitation alternatif. Pour éviter les couplages parasites, elles doivent être protégées ou environnées par des éléments de garde polarisés à un potentiel de garde identique ou sensiblement identique au potentiel d'excitation, au moins à des fréquences de mesure correspondant à des fréquences du potentiel électrique d'excitation.
Ainsi, dans ces modes de réalisation, pour éviter les capacités de fuite, les circuits électriques de l'affichage situés au-dessous des électrodes capacitives (dont en particulier ceux de la couche de commande avec les transistors TFT) sont référencés au potentiel de garde.
De cette manière, ils ne génèrent pas de différences de tensions aux fréquences d'excitation susceptibles d'engendrer des capacités de fuite, et ils constituent en outre des éléments de garde qui protègent les électrodes de mesures capacitives des influences du reste de l'électronique.
Suivant des modes de réalisation, il est possible de n'utiliser que les éléments de l'affichage référencés au potentiel de garde comme éléments de garde.
Toutefois, en général, ces circuits ne recouvrent que partiellement le dessous de la surface des électrodes capacitives et constituent donc une garde imparfaite avec des fuites capacitives.
Ainsi, selon des modes de réalisation préférés, on rajoute une couche de garde inférieure qui couvre la surface des électrodes vers les couches inférieures de l'affichage, ou en dessous de l'affichage (c'est-à-dire vers son côté opposé à la face de visualisation), selon une disposition « under-cell ».
Dans ces modes de réalisation, la couche de potentiel commun est donc structurée sous la forme d'une matrice d'électrodes, par exemple en ITO. Lors des mesures capacitives, les électrodes sont scrutées séquentiellement comme cela sera expliqué plus loin. Ainsi, chaque électrode est reliée, à un instant donné, soit à l'entrée de l'électronique de mesure capacitive, soit au potentiel de garde, par un switch électronique. Par ailleurs, les électrodes, qu'elles soient mesurantes on non, sont à des potentiels identiques de garde (du moins aux fréquences d'excitation). Elles peuvent donc toujours être utilisées comme couche de potentiel commun pour l'affichage.
Dans le second mode de réalisation de l'invention, la couche de commande avec les transistors TFT et leurs pistes de commande et la couche de potentiel commun avec les électrodes de mesure capacitives ne sont séparées que par quelques microns de matériau isolant, constitués selon le cas par la couche de cristaux liquides ou la couche de matériau organique. En général la surface couverte par les transistors TFT et leurs pistes de commande est petite en comparaison avec la surface totale d'affichage, mais elle peut tout de même représenter plusieurs dizaines de pourcents de cette surface totale de l'écran d'affichage. Cela peut poser un problème dans la mesure où il se crée des capacités de couplage de valeurs relativement importantes entre les électrodes de mesure capacitives et des éléments de garde constitués par ces transistors TFT et leurs pistes de liaison. Ces capacités de couplage ne génèrent pas de capacités de fuite car elles sont entre des éléments tous polarisés au même potentiel de garde, mais elles constituent des charges potentiellement excessives pour l'entrée de l'électronique de détection, en particulier lorsqu'un amplificateur de charges est mis en œuvre.
Suivant des modes de réalisations, les électrodes de mesure capacitives
(ou la couche de potentiel commun correspondant) sont alors ajourées de sorte qu'il n'y ait pas de matériau conducteur dans les zones qui se trouvent en vis-à-vis des transistors TFT et si possible de leurs pistes de commande. On peut ainsi diminuer significativement la capacité de couplage créée naturellement entre chaque électrode de mesure capacitive et les éléments de garde.
Le retrait de matière conductrice des électrodes de mesure capacitives diminue la surface totale de chaque électrode. Cette diminution réduit dans le rapport des surfaces la sensibilité de la mesure capacitive, mais le rapport signal/bruit capacitif n'est pas ou peu impacté. En effet, le gain en bruit d'un amplificateur de charge dépend directement de la capacité de couplage entre chaque électrode capacitive et la garde et cette capacité de couplage diminue comme la surface de l'électrode c'est à dire comme la diminution de la sensibilité capacitive. La Fig. 8 illustre le second mode de réalisation de dispositif d'interface selon l'invention dans une variante intégrée à un écran d'affichage de type LCD à matrice active. Comme expliqué précédemment, le dispositif présenté à la Fig . 8 correspond à une représentation schématique de l'affichage présenté à la Fig. 2, modifié selon l'invention.
Dans le mode de réalisation présenté, le dispositif d'interface comprend notamment les éléments successifs suivants :
- une couche de garde inférieure 800 ;
- une couche d'éclairage 200, par exemple à base de diodes électroluminescentes ;
- une couche de polariseur inférieur (non représentée). Cette couche de polariseur peut être omise, en fonction de la polarisation de la lumière incidente ;
- une couche de commande 202 qui comprend notamment des transistors en technologies de couches minces (TFT) et des électrodes de commande ;
- une couche de cristaux liquides 203 ;
- une couche de potentiel commun 804, qui supporte également les électrodes de mesure capacitives 502 ;
- une couche de filtrage 205, avec des filtres de couleur déposés sur un substrat ;
- une couche de polariseur supérieur (non représentée) ;
- un verre de protection 101.
Dans ce mode de réalisation, la couche de garde inférieure 800 est placée au-dessous de la couche d'éclairage 200. Cette solution a l'avantage de permettre une intégration souvent plus simple de la couche de garde inférieure 800 à l'écran d'affichage car elle permet d'utiliser pour cette couche un simple matériau métallique comme par exemple du cuivre (métallisation, adhésif conducteur....). Cette couche de garde inférieure 800 peut en outre être protégée par un isolant électrique afin d'éviter toute oxydation dans le temps et d'éviter tout court-circuit avec l'appareil dans lequel l'écran est intégré. Suivant d'autres modes de réalisation, la couche de garde inférieure peut être placée entre la couche de commande 202 et la couche d'éclairage 200. Dans ce cas, cette couche de garde inférieure doit être en matériau transparent comme par exemple en ITO.
Dans ces modes de réalisation, les mesures capacitives et les opérations de rafraîchissement de l'affichage peuvent être exécutées simultanément puisqu'elles n'interfèrent pas et ne nécessitent pas une reconfiguration de l'électronique. Il est simplement préférable d'effectuer ces opérations de manière synchrone en prenant la précaution d'éviter l'apparition de transitoires à des instants critiques ou sensibles de l'un ou l'autre des processus de mesure et d'affichage.
La Fig . 9 illustre le second mode de réalisation de dispositif d'interface selon l'invention dans une variante intégrée à un écran d'affichage de type LCD en technologie IPS. Comme expliqué précédemment, le dispositif présenté à la Fig . 9 correspond à une représentation schématique de l'affichage présenté à la Fig . 3, modifié selon l'invention .
Dans le mode de réalisation présenté, le dispositif d'interface comprend notamment les éléments successifs suivants :
- une couche de garde inférieure 900 ;
- une couche d'éclairage 300, par exemple à base de diodes électroluminescentes ;
- une couche de polariseur inférieur (non représentée). Cette couche de polariseur peut être omise, en fonction de la polarisation de la lumière incidente ;
- une couche de commande 302 qui comprend notamment des transistors en technologies de couches minces (TFT) ;
- une couche de potentiel commun 904, qui supporte également les électrodes de mesure capacitives 502 ;
- une couche d'électrodes de contrôle 307, avec des électrodes de contrôle 310 qui contrôlent les cristaux liquides ;
- une couche de cristaux liquides 303 ;
- une couche de filtrage 305, avec des filtres de couleur déposés sur un substrat ; - une couche de polariseur supérieur (non représentée) ;
- un verre de protection 101.
Dans ce mode de réalisation, la couche de garde inférieure 900 est placée au-dessous de la couche d'éclairage 200. Cette solution a l'avantage de permettre une intégration souvent plus simple de la couche de garde inférieure 900 à l'écran d'affichage car elle permet d'utiliser pour cette couche un simple matériau métallique comme par exemple du cuivre (métallisation, adhésif conducteur....). Cette couche de garde inférieure 900 peut en outre être protégée par un isolant électrique afin d'éviter toute oxydation dans le temps et d'éviter tout court-circuit avec l'appareil dans lequel l'écran est intégré.
Suivant d'autres modes de réalisation, la couche de garde inférieure peut être placée entre la couche de commande 302 et la couche d'éclairage 300. Dans ce cas, cette couche de garde inférieure doit être en matériau transparent comme par exemple en ITO.
Dans ce mode de réalisation, la couche d'électrodes de contrôle 307 avec les électrodes de contrôle 310 qui contrôlent la couche de cristaux liquides 303 est placée devant les électrodes de mesure capacitives 502 de la couche de potentiel commun 904, ou vers la face de détection relativement à ces électrodes. Ainsi, même si elles sont au potentiel de garde, ces électrodes de contrôle 310 peuvent dégrader la mesure des électrodes capacitives en formant un écran partiel devant elles.
Pour éviter cet effet, le dispositif de l'invention comprend des moyens d'isolation pour déconnecter et isoler électriquement les électrodes de contrôle 310 lors des mesures capacitives. Ces moyens d'isolation sont conçus de telle sorte à pouvoir isoler sélectivement, par pixel ou par groupe de pixels, ces électrodes de contrôle 310.
Ces moyens d'isolations peuvent être réalisés par les transistors TFT de la couche de commande 302, comme cela sera expliqué plus loin. Dans ce cas, il est simplement nécessaire de prendre la précaution d'implémenter ces transistors TFT de sorte à limiter les capacités parasites entre leurs bornes.
Suivant des variantes, les moyens d'isolations peuvent comprendre des commutateurs ou des switchs additionnels. Lorsque les électrodes de contrôle 310 des pixels sont déconnectées, elles deviennent électriquement flottantes, et se couplent naturellement aux électrodes de mesure capacitives 502. En effet, l'épaisseur de la couche isolante séparant les électrodes de contrôle 310 des pixels des électrodes de mesure capacitives 502 est très faible, de l'ordre de quelques microns. Ainsi les capacités de couplage entre ces électrodes de contrôle 310 et les électrodes de mesure capacitives 502 sont très fortes. Dans ces conditions, on peut considérer que les électrodes de contrôle 310 des pixels ne perturbent quasiment pas le fonctionnement et la sensibilité des électrodes de mesure capacitives 502.
Dans ces conditions, les mesures capacitives et les opérations de rafraîchissement de l'affichage doivent être effectuées séquentiellement : lorsqu'une électrode de mesure capacitive 502 est commutée à l'électronique de mesure, les électrodes de contrôle 310 des pixels couverts par cette électrode de mesure capacitive (qui correspond à une portion de la couche de potentiel commun 904) sont commutées en mode flottant ou isolé. Cette commutation peut être effectuée sur la totalité de l'écran d'affichage, ou bien sur une partie, ou même uniquement sur la zone couverte par l'électrode capacitive mesurante 502.
La Fig. 10 illustre le second mode de réalisation de dispositifs d'interfaces selon l'invention dans une variante intégrée à un écran d'affichage de type AMOLED. Comme expliqué précédemment, le dispositif présenté à la Fig. 10 correspond à une représentation schématique de l'affichage présenté à la Fig. 4, modifié selon l'invention.
Dans le mode de réalisation présenté, le dispositif d'interface comprend notamment les éléments successifs suivants :
- une couche de garde inférieure 1000 ;
- une couche de commande 402 qui comprend notamment des transistors en technologies de couches minces (TFT) et des électrodes de commande ;
- une couche de matériaux organiques 403 agencés sous forme d'empilement pour constituer des jonctions de diodes électroluminescentes ; - une couche de potentiel commun 1004, qui supporte également les électrodes de mesure capacitives 502;
- un verre de protection 101.
Dans ce mode de réalisation, la couche de garde inférieure 1000 peut être réalisée avec un simple matériau métallique comme par exemple du cuivre (métallisation, adhésif conducteur.... ) . Cette couche de garde inférieure 1000 peut en outre être protégée par un isolant électrique afin d'éviter toute oxydation dans le temps et d'éviter tout court-circuit avec l'appareil dans lequel l'écran est intégré.
Dans ce mode de réalisation, il est préférable d'éviter de rafraîchir des pixels de l'écran d'affichage qui sont connectés à une portion de la couche de potentiel commun correspondant à une électrode de mesure capacitive 502 lorsque celle-ci est mesurante (c'est-à-dire reliée, à ce moment-là, à l'entrée de l'électronique de mesure capacitive). En effet, les courants injectés vers la couche de potentiel commun risquent de saturer les étages d'entrée de l'électronique de détection, notamment si on utilise un amplificateur de charge.
Les mesures capacitives et les opérations de rafraîchissement de l'affichage doivent donc de préférence être effectuées séquentiellement : lorsqu'une électrode de mesure capacitive 502 est commutée à l'électronique de mesure, les pixels couverts par cette électrode de mesure capacitive (qui correspond à une portion de la couche de potentiel commun 1004) ne sont pas rafraîchis. Il est toutefois possible d'effectuer les deux opérations simultanément, mais sur des portions différentes de l'écran .
Modes de réalisation de l'électronique :
En référence à la Fig . 11, on va maintenant présenter un mode de réalisation d'une électronique pour contrôler le dispositif d'interface de l'invention dans son premier mode de réalisation, tel que décrit en relation avec les Fig . 5, Fig . 6 et Fig . 7.
Le dispositif comprend une électronique de contrôle d'affichage 1109, qui gère l'affichage en fonction d'instructions d'affichage 1110.
Cette électronique de contrôle d'affichage 1109 gère notamment les transistors TFT de la couche de commande 1102 pour le pilotage des pixels. Cette couche de commande 1102 correspond respectivement aux couches de commandes 202, 302 ou 402 des Fig. 5, Fig . 6 ou Fig . 7, suivant la technologie d'affichage mise en œuvre.
L'électronique de contrôle de l'affichage 1109 gère également la couche de potentiel commun 1104. Cette couche de potentiel commun 1104 correspond respectivement aux couches de potentiel commun Vcom 204, 304 des Fig. 5 ou Fig . 6 ou à la cathode de la Fig . 7, suivant la technologie d'affichage mise en œuvre.
Le dispositif comprend également une électronique de mesure capacitive 1106, qui gère les électrodes de mesure capacitives 502 de la couche d'électrodes capacitives supérieure 1101. Cette couche d'électrodes capacitives supérieure 1101 correspond respectivement aux couches d'électrodes capacitives supérieures 501, 601 ou 701 des Fig . 5, Fig . 6 ou Fig . 7, suivant la technologie d'affichage mise en œuvre.
L'électronique de mesure capacitive 1106 permet d'effectuer des mesures de couplage capacitif entre les électrodes 502 et des objets de commande 100, de sorte à produire des informations de localisation et/ou de distances 1107 de ces objets de commande 100 exploitables par l'interface.
Le dispositif comprend également des moyens de synchronisation 1108 permettant de piloter l'électronique de contrôle de l'affichage 1109 et l'électronique de mesure capacitive 1106 de manière cohérente.
Le dispositif comprend également un oscillateur 1100 qui génère une tension alternative de référence à au moins une fréquence de référence. Cet oscillateur 1100 est référencé à la masse générale 1105 du système. La tension alternative de référence ainsi générée est utilisée comme potentiel de référence 1103 ou comme potentiel de garde 1103 pour les mesures capacitives.
Les électrodes de mesure capacitives 502 sont excitées à ce potentiel de référence 1103.
Dans le mode de réalisation présenté, l'électronique de contrôle de l'affichage 1109 est référencée à ce potentiel de référence 1103. Ainsi, à la ou aux fréquences de référence considérées, la couche de commande 1102 et la couche de potentiel commun 1104 sont également à ce potentiel de référence, et contribuent ainsi aux éléments de garde, comme décrit précédemment.
Le dispositif comprend également des moyens de transfert de signaux 1111 reliés en sortie à l'électronique de contrôle de l'affichage 1109, qui permettent de transférer les signaux d'instructions d'affichage 1110 référencée à la masse générale 1105 du système vers l'électronique de contrôle de l'affichage 1109 référencée au potentiel de référence 1103. Ces moyens de transfert de signaux 1111 peuvent comprendre par exemple des amplificateurs différentiels ou des optocoupleurs.
II est à noter que la couche de potentiel commun 1104, comme le reste de l'électronique, peut présenter une différence de potentiel non nulle (continue ou alternative) avec la tension alternative de référence, dans la mesure où cette différence de potentiel reste nulle ou très faible à la ou aux fréquences de référence.
En référence à la Fig. 12, on va maintenant présenter un mode de réalisation d'une électronique pour contrôler le dispositif d'interface de l'invention dans son second mode de réalisation, tel que décrit en relation avec les Fig. 8, Fig . 9 et Fig . 10.
Comme précédemment, le dispositif comprend une électronique de contrôle d'affichage 1109, qui gère l'affichage en fonction d'instructions d'affichage 1110.
Cette électronique de contrôle d'affichage 1109 gère notamment les transistors TFT de la couche de commande 1202 pour le pilotage des pixels. Cette couche de commande 1202 correspond respectivement aux couches de commandes 202, 302 ou 402 des Fig. 8, Fig. 9 ou Fig . 10, suivant la technologie d'affichage mise en œuvre.
L'électronique de contrôle d'affichage 1109 gère également la couche de potentiel commun 1204. Cette couche de potentiel commun 1204 correspond respectivement aux couches de potentiel commun Vcom 804, 904 des Fig . 8 ou Fig . 9 ou à la cathode 1004 de la Fig . 10, suivant la technologie d'affichage mise en œuvre.
Dans ce mode de réalisation, la couche de potentiel commun 1204 comprend également les électrodes de mesure capacitives 502. Le dispositif comprend également une électronique de mesure capacitive 1106, qui gère les électrodes de mesure capacitives 502 de la couche de potentiel commun 1204.
L'électronique de mesure capacitive 1106 permet d'effectuer des mesures de couplage capacitif entre les électrodes 502 et des objets de commande 100, de sorte à produire des informations de localisation et/ou de distances 1107 de ces objets de commande 100 exploitables par l'interface.
Le dispositif comprend également des moyens de synchronisation 1108 permettant de piloter l'électronique de contrôle de l'affichage 1109 et l'électronique de mesure capacitive 1106 de manière cohérente.
Le dispositif comprend également un oscillateur 1100 qui génère une tension alternative de référence à au moins une fréquence de référence. Cet oscillateur 1100 est référencé à la masse générale 1105 du système. La tension alternative de référence ainsi générée est utilisée comme potentiel de référence 1103 ou comme potentiel de garde 1103 pour les mesures capacitives.
Les électrodes de mesure capacitives 502 sont excitées à ce potentiel de référence 1103.
La couche de garde inférieure 1200, qui correspond respectivement aux couches de garde inférieures 800, 900 ou 1000 des Fig. 8, Fig. 9 ou Fig . 10 suivant la technologie d'affichage mise en œuvre, est également polarisée à ce potentiel de référence 1103.
Dans le mode de réalisation présenté, l'électronique de contrôle de l'affichage 1109 est référencée à ce potentiel de référence 1103. Ainsi, à la ou aux fréquences de référence considérées, la couche de commande 1102 et la couche de potentiel commun 1204 sont également à ce potentiel de référence, et contribuent ainsi aux éléments de garde, comme décrit précédemment.
Le dispositif comprend également des moyens de transfert de signaux 1111 reliés en sortie à l'électronique de contrôle de l'affichage 1109, qui permettent de transférer les signaux d'instructions d'affichage 1110 référencée à la masse générale 1105 du système vers l'électronique de contrôle de l'affichage 1109 référencée au potentiel de référence 1103. Ces moyens de transfert de signaux 1111 peuvent comprendre par exemple des amplificateurs différentiels ou des optocoupleurs.
La couche de potentiel commun 1204 avec les électrodes de mesure capacitives 502 est reliée à l'électronique de mesure capacitive 1106 et à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 par des moyens de commutation 1205, qui permettent de l'exploiter soit pour l'affichage, soit pour les mesures capacitives. Ces moyens de commutation 1205 sont représentés de manière distincte pour des raisons de clarté, mais leur fonction peut être simplement remplie par des moyens de scrutation des électrodes permettant de relier sélectivement les électrodes capacitives 205 à l'entrée de l'électronique de mesure capacitive 1106.
Plus précisément, les moyens de commutation 1205 permettent de relier les portions ou les secteurs de la couche de potentiel commun 1204 correspondant à des électrodes 205, soit à l'entrée de l'électronique de mesure capacitive 1106 pour effectuer des mesures, soit au potentiel de la couche Vcom ou cathode pour piloter l'affichage des pixels.
Il est à noter que ce potentiel de la couche Vcom (ou cathode), comme le reste de l'électronique, peut présenter une différence de potentiel non nulle (continue ou alternative) avec la tension alternative de référence, dans la mesure où cette différence de potentiel reste nulle ou très faible à la ou aux fréquences de référence.
En référence à la Fig. 13, on va maintenant décrire un exemple de schéma de principe d'une électronique de contrôle d'affichage en technologie LCD, pour la partie réalisée sur la couche de commande. Plus précisément, le schéma de la Fig. 13 correspond à l'électronique de contrôle d'un pixel, telle qu'illustrée à la Fig. 2.
Les pixels, répartis selon une disposition matricielle, sont contrôlés par des lignes de commande 1300 réparties selon une première direction, et des lignes de données 1301 réparties selon une seconde direction croisée de la couche de commande.
Lorsque le transistor TFT 209 est rendu passant par un signal de la ligne de commande 1300, il transfère la tension présente sur la ligne de commande 1301 à l'électrode de commande 210 du pixel. Cette électrode forme un condensateur référencé au potentiel de référence commun 1103, tel qu'illustré à la Fig. 13.
Lorsque le transistor TFT 209 est bloqué, les charges stockées dans le condensateur formé par l'électrode de commande 210 (et éventuellement renforcé par un condensateur de stockage en parallèle) génèrent une tension qui maintient le pixel allumé.
Le schéma de la Fig. 13 est également applicable au contrôle d'un écran d'affichage en technologie IPS, tel qu'illustré à la Fig . 3.
Dans ce cas, l'isolation de l'électrode de commande 210 du pixel qui est souhaitable dans le second mode de réalisation décrit en relation avec la Fig . 9 (technologie IPS) lors des mesures capacitives peut être obtenue simplement avec le transistor TFT 209 en mode bloqué.
En référence à la Fig. 14, on va maintenant décrire un exemple de schéma de principe d'une électronique de contrôle d'affichage en technologie AMOLED, pour la partie réalisée sur la couche de commande. Plus précisément, le schéma de la Fig. 14 correspond à l'électronique de contrôle d'un pixel.
Les pixels, répartis selon une disposition matricielle, sont contrôlés par des lignes de commande 1400 réparties selon une première direction, et des lignes de données 1401 réparties selon une seconde direction croisée de la couche de commande. Des lignes d'alimentations VDD 1402 sont également présentes.
Le schéma comprend un premier transistor TFT 1403 qui permet la sélection du pixel, et un second transistor TFT 1405 pour alimenter la diode électroluminescente 1406 constitutive du pixel en courant. Cette diode 1406 est référencée au potentiel de cathode commun 1103.
Un condensateur de stockage 1404 est également présent pour maintenir l'intensité lumineuse du pixel.
En référence à la Fig . 15, on va maintenant décrire un premier exemple de mode de réalisation d'électronique de détection capacitive 1106, qui est applicable à tous les modes réalisation de l'invention précédemment décrits. Le schéma électronique mis en œuvre dans ce mode de réalisation est basé sur un amplificateur de charges 1502 représenté sous la forme d'un amplificateur opérationnel 1502 avec une capacité de contre réaction 1504.
Il permet de mesurer la capacité entre un objet de commande 100 à la masse générale du système 1105 et une électrode de mesure capacitive 502. Comme expliqué précédemment, la mesure de cette capacité permet de déduire par exemple la distance entre l'objet 100 et l'électrode de mesure 502.
L'électrode de mesure 502 est reliée à l'entrée (-) de l'amplificateur de charge 1502.
L'entrée ( + ) de l'amplificateur de charge 1502 est excitée par un oscillateur 1100 qui délivre une tension alternative de référence 1103, appelée également potentiel de garde 1103. L'électrode de mesure 502 est ainsi polarisée sensiblement à cette même tension de référence 1103.
La sortie de l'amplificateur de charge est reliée à un amplificateur différentiel 1503 qui permet d'obtenir en sortie une tension représentative des capacités à l'entrée de l'amplificateur de charge 1502, et ainsi produire des informations de localisation et/ou de distances 1107 d'objets de commande 100 exploitables par l'interface.
Le dispositif comprend également des éléments de garde 1500 destinés à protéger les électrodes de mesure 502 et les éléments de liaison entre les électrodes 502 et l'électronique. Ces éléments de garde 1500 sont polarisés au potentiel de garde 1103 généré par l'oscillateur 1100, qui est ainsi utilisée comme potentiel d'excitation pour générer une garde active approximativement au même potentiel que les électrodes de mesure 502.
Suivant les modes de réalisation, ces éléments de garde 1500 peuvent comprendre notamment les couches de potentiel commun et/ou les couches de garde inférieure.
Le dispositif comprend également des moyens de scrutation ou des switchs 1501 qui permettent de sélectionner les électrodes 502. Ces switchs 1501 sont agencés de telle sorte qu'une électrode 502 est soit reliée à l'amplificateur de charge et mesurante, soit reliée au potentiel de garde 1103 pour contribuer aux éléments de garde 1500. Les switchs 1501 permettent d'effectuer séquentiellement des mesures sur une pluralité d'électrodes de mesure 502 avec un même amplificateur de charge 1502.
Bien entendu, l'électronique de détection capacitive 1106 peut comprendre plusieurs amplificateurs de charges 1502 fonctionnant en parallèle et permettant d'effectuer des mesures simultanément sur une pluralité d'électrodes 502. L'électronique de détection capacitive 1106 peut notamment comprendre :
- autant d'amplificateurs de charge 1502 que d'électrodes de mesure 502. Cette configuration permet d'effectuer des mesures en parallèle, simultanément, sur toutes les électrodes de mesure 502. Dans ce cas il est possible de ne pas implémenter de switchs 1501 ;
- une pluralité d'amplificateurs de charge 1502 agencés de sorte à pouvoir être reliés chacun, via une pluralité de switchs 1501, à un groupe d'électrodes de mesure 502. Cette configuration permet d'effectuer des mesures en parallèle sur des groupes d'électrodes de mesure 502, les électrodes d'un groupe étant interrogées séquentiellement ;
- un seul amplificateur de charge 1502 agencé de sorte à pouvoir être relié via des switchs 1501 à toutes les électrodes de mesure 502.
Suivant un aspect avantageux du mode de réalisation d'électronique de détection capacitive 1106 décrit en relation la Fig . 15, toutes les électrodes de mesure 502, qu'elles soient mesurantes (c'est-à-dire reliées à un amplificateur de charge) ou non mesurantes (et donc reliées au potentiel de garde 1103), sont à un potentiel de garde 1103 unique. En effet, le ou les amplificateurs de charge 1502 et le ou les switchs 1501 mis en œuvre sont tous reliés au même potentiel de garde 1103 commun à toute l'électronique de détection capacitive 1106. En outre, grâce au principe de détection par amplificateur de charge mis en œuvre, le potentiel des électrodes de mesure 502 ne varie pas avec les capacités mesurées. On peut ainsi éviter tout couplage parasite et toute diaphonie entre les électrodes de mesure 502 mesurantes ou non mesurantes, et entre les électrodes de mesure 502 et des éléments de garde 1500. On peut également implémenter une pluralité d'amplificateurs de charge 1502 et de switchs 1501 en mettant en œuvre une garde active très efficace à un potentiel de garde 1103 unique. En outre, en particulier dans le second mode de réalisation de l'invention « In-cell » décrit en relation avec les Fig. 8, Fig. 9 et Fig. 10 avec une électronique de contrôle d'affichage 1109 référencée au potentiel de garde, les switchs 1501 peuvent également être utilisés pour configurer les électrodes 502 non mesurantes comme des éléments de la couche de potentiel commun adaptés pour le contrôle des pixels d'affichage.
Dans ce mode de réalisation d'électronique de détection capacitive, l'électronique de détection capacitive 1106 avec l'amplificateur de charge 1502 et l'amplificateur différentiel 1503 sont globalement référencée à la masse générale 1105.
Ce mode de réalisation a toutefois l'inconvénient de permettre la présence de capacités de fuite entre les électrodes 502 et/ou l'entrée de l'amplificateur de charge 1502 et des éléments au potentiel de masse général 1105.
En référence à la Fig. 16, on va maintenant décrire un second exemple de mode de réalisation d'électronique de détection capacitive 1106, qui est également applicable à tous les modes réalisation de l'invention précédemment décrits.
Il permet également de mesurer la capacité entre un objet de commande 100 à la masse générale du système 1105 et une électrode de mesure capacitive 502. Comme expliqué précédemment, la mesure de cette capacité permet de déduire par exemple la distance entre l'objet 100 et l'électrode de mesure 502.
Dans ce mode de réalisation, l'électronique comprend une partie dite « flottante » 1600 globalement référencé à un potentiel de référence alternatif 1103 (ou potentiel de garde) généré par un oscillateur 1100. Ainsi, il ne peut pas apparaître de capacités de fuite, puisque tous les éléments, y compris les électrodes 502 et la partie sensible de l'électronique de détection, sont au même potentiel de garde. On peut ainsi obtenir de grandes sensibilités et détecter des objets de commande 100 à des distances de plusieurs centimètres.
Ce type d'électronique de détection, dite « à référence flottante » ou « en pont flottant », est décrit en détail par exemple dans le document FR 2 756 048 de Rozière. Aussi, pour des raisons de concision, seules les caractéristiques essentielles sont rappelées ici.
Comme précédemment, le schéma électronique mis en œuvre dans ce mode de réalisation est basé sur un amplificateur de charges 1602, représenté sous la forme d'un amplificateur opérationnel 1602 avec une capacité de contre réaction 1604.
L'amplificateur de charge 1602, comme toute la partie sensible de l'électronique de détection, est référencé au potentiel de garde 1103 et fait donc partie de la partie flottante 1600 de l'électronique.
Cette partie flottante 1600 peut bien entendu comprendre d'autres moyens de traitement et de conditionnement du signal, y compris numériques ou à base de microprocesseur, également référencés au potentiel de garde 1103. Ces moyens de traitement et de conditionnement permettent par exemple de calculer des informations de distance et de position à partir des mesures capacitives.
L'alimentation électrique de la partie flottante 1600 est assurée par des moyens flottants de transfert d'alimentation 1603, comprenant par exemple des convertisseurs DC/DC.
L'électronique flottante 1600 est reliée en sortie à l'électronique de l'appareil référencée à la masse générale 1105 par des éléments de liaisons 1605 compatibles avec la différence de potentiels de référence. Ces éléments de liaisons 1605 peuvent comprendre par exemple des amplificateurs différentiels ou des optocoupleurs. On obtient ainsi en sortie de ces éléments de liaison 1605 des informations de localisation et/ou de distances 1107 d'objets de commande 100 exploitables par l'interface.
Dans le mode de réalisation présenté, l'électrode de mesure 502 est reliée à l'entrée (-) de l'amplificateur de charge 1602.
L'entrée ( + ) de l'amplificateur de charge 1602 est excitée par l'oscillateur 1100 qui délivre la tension alternative de référence 1103, ou potentiel de garde 1103. L'électrode de mesure 502 est ainsi polarisée sensiblement à cette même tension de référence 1103.
Le dispositif comprend également des éléments de garde 1500 destinés à protéger les électrodes de mesure 502 et les éléments de liaison entre les électrodes 502 et l'électronique. Ces éléments de garde 1500 sont polarisés au potentiel de garde 1103 généré par l'oscillateur 1100, qui est donc aussi le potentiel de référence de l'électronique flottante 1600.
Suivant les modes de réalisation, ces éléments de garde 1500 peuvent comprendre notamment les couches de potentiel commun et/ou les couches de garde inférieure.
Le dispositif comprend également des moyens de scrutation ou des switchs 1601 qui permettent de sélectionner les électrodes 502. Ainsi. Ces switchs 1601 sont agencés de telle sorte qu'une électrode 502 est soit reliée à l'amplificateur de charge 1602 et mesurante, soit reliée au potentiel de garde 1103 pour contribuer aux éléments de garde 1500.
Les switchs 1601 permettent d'effectuer séquentiellement des mesures sur une pluralité d'électrodes de mesure 502 avec un même amplificateur de charge 1602.
Bien entendu, l'électronique de détection capacitive 1106 peut comprendre plusieurs amplificateurs de charges 1602 fonctionnant en parallèle et permettant d'effectuer des mesures simultanément sur une pluralité d'électrodes 502.
L'électronique de détection capacitive 1106 peut notamment comprendre :
- autant d'amplificateurs de charge 1602 que d'électrodes de mesure
502. Cette configuration permet d'effectuer des mesures en parallèle, simultanément, sur toutes les électrodes de mesure 502. Dans ce cas il est possible de ne pas implémenter de switchs 1601 ;
- une pluralité d'amplificateurs de charge 1602 agencés de sorte à pouvoir être reliés chacun, via une pluralité de switchs 1601, à un groupe d'électrodes de mesure 502. Cette configuration permet d'effectuer des mesures en parallèle sur des groupes d'électrodes de mesure 502, les électrodes d'un groupe étant interrogées séquentiellement ;
- un seul amplificateur de charge 1602 agencé de sorte à pouvoir être relié via des switchs 1601 à toutes les électrodes de mesure 502.
De même que précédemment, dans le mode de réalisation d'électronique de détection capacitive 1106 décrit en relation la Fig . 16, toutes les électrodes de mesure 502, qu'elles soient mesurantes (c'est-à-dire reliées à un amplificateur de charge) ou non mesurantes (et donc reliées au potentiel de garde 1103), sont à un potentiel de garde 1103 unique. En effet, le ou les amplificateurs de charge 1602 et le ou les switchs 1601 mis en œuvre sont tous reliés au même potentiel de garde 1103 commun à toute l'électronique de détection capacitive 1106. En outre, grâce au principe de détection par amplificateur de charge mis en œuvre, le potentiel des électrodes de mesure 502 ne varie pas avec les capacités mesurées. On peut ainsi éviter tout couplage parasite et toute diaphonie entre les électrodes de mesure 502 mesurantes ou non mesurantes, et entre les électrodes de mesure 502 et des éléments de garde 1500.
On peut également implémenter une pluralité d'amplificateurs de charge 1602 et de switchs 1601 en mettant en œuvre une garde active très efficace à un potentiel de garde 1103 unique.
De préférence, les switchs 1601 sont également référencés au potentiel de référence de l'électronique flottante 1600.
Il est également possible de mettre en œuvre des switchs 1601 référencés à la masse générale 1105. Cette solution a l'inconvénient de générer des capacités parasites entre l'entrée de l'amplificateur de charge et la masse générale 1105. Toutefois, notamment dans le cas où les switchs 1601 sont réalisés avec des transistors de type FET, MOS ou MOSFET (ou TFT s'ils sont réalisés au niveau de l'affichage), ces capacités parasites qui apparaissent entre la grille et le drain ou la source du transistor peuvent être maintenues à des valeurs faibles, de l'ordre de quelques femtofarads.
En outre, en particulier dans le second mode de réalisation de l'invention « In-cell » décrit en relation avec les Fig. 8, Fig. 9 et Fig. 10 avec une électronique de contrôle d'affichage 1109 référencée au potentiel de garde, les switchs 1601 peuvent également être utilisés pour configurer les électrodes 502 non mesurantes comme des éléments de la couche de potentiel commun adaptés pour le contrôle des pixels d'affichage.
En pratique, un dispositif d'interface selon l'invention est fréquemment agencé selon la disposition illustrée à la Fig . 17. On rencontre par exemple ce type d'agencement pour des dispositifs d'interface destinés à être intégrés dans des appareils de type smartphone ou tablette, ou dans un système d'affichage (écran). Suivant cet agencement, Le dispositif comprend une zone d'affichage 1701 avec les pixels d'affichage et les électrodes de mesure capacitives 502 superposées.
Il comprend également un ou plusieurs circuits intégrés qui implémentent l'électronique de contrôle d'affichage 1109 et l'électronique de mesure capacitive 1106, par exemple sous la forme de deux circuits intégrés distincts tel qu'illustré à la Fig. 17, ou d'un circuit intégré unique regroupant les deux fonctions. Ce ou ces circuits intégrés sont soudés à proximité de la zone d'affichage 1701, à l'extérieur de celle-ci. Ils peuvent être par exemple soudés sur un circuit imprimé flexible 1700 tel qu'illustré à la Fig . 17.
Dans ces conditions, ce qui importe pour la qualité de la mesure capacitive, c'est que les parties de l'affichage qui sont à proximité des électrodes de mesure capacitives 502 soient référencées au potentiel de garde 1103 pendant les phases de mesure capacitive. Ces parties correspondent pour l'essentiel à la zone d'affichage 1701. Si le circuit intégré qui implémente l'électronique de contrôle d'affichage 1109 est suffisamment éloigné des électrodes de mesure capacitives 502, il ne peut pas générer en lui-même de couplages capacitifs parasites significatifs. C'est le cas dans la configuration illustrée à la Fig. 17.
Dans ce cas, il est possible de mettre en œuvre une électronique de contrôle d'affichage 1109 avec un circuit intégré référencé à la masse générale 1105 du système. Cette solution présente notamment l'avantage, par rapport aux modes de réalisation d'électronique de contrôle présentés aux Fig. 11 et Fig. 12, de permettre un interfaçage plus simple des signaux d'instruction d'affichage 1110 référencés à la masse générale 1105 avec l'électronique de contrôle d'affichage 1109.
Implémentation « On-cell » avec électronique switchée :
En référence à la Fig. 18, on va maintenant présenter un mode de réalisation d'une électronique pour contrôler le dispositif d'interface de l'invention dans son premier mode de réalisation tel que décrit en relation avec les Fig. 5, Fig. 6 et Fig. 7 (de type « On-cell »), dans lequel on met en œuvre une électronique de contrôle d'affichage 1109 avec un circuit intégré référencé à la masse générale 1105 du système. Ce mode de réalisation correspond à la première configuration d'électronique de contrôle telle que décrite en relation avec les Fig. 5, Fig. 6 et Fig. 7.
Le dispositif comprend une électronique de mesure capacitive 1106, qui gère les électrodes de mesure capacitives 502 de la couche d'électrodes capacitives supérieure 1101. Cette couche d'électrodes capacitives supérieure 1101 correspond respectivement aux couches d'électrodes capacitives supérieures 501, 601 ou 701 des Fig. 5, Fig. 6 ou Fig. 7, suivant la technologie d'affichage mise en œuvre.
Cette électronique de mesure capacitive 1106 peut être implémentée notamment en mettant en œuvre le mode de réalisation de la Fig. 15, avec une garde active au potentiel de garde 1103, ou celui de la Fig. 16, avec une électronique globalement référencée au potentiel de garde 1103.
Le dispositif comprend une électronique de contrôle d'affichage 1109, qui gère l'affichage en fonction d'instructions d'affichage 1110. Cette électronique de contrôle d'affichage 1109 est au moins en partie référencée à la masse générale 1105 du système.
L'électronique de contrôle d'affichage 1109 gère notamment les transistors TFT de la couche de commande 1102 pour le pilotage des pixels. Cette couche de commande 1102 correspond respectivement aux couches de commandes 202, 302 ou 402 des Fig. 5, Fig . 6 ou Fig . 7, suivant la technologie d'affichage mise en œuvre.
Le dispositif comprend également un module de commutation 1805 qui est inséré entre l'électronique de contrôle d'affichage 1109 et les éléments de la couche de commande 1102. Ce module de commutation 1805 a notamment pour fonction de configurer les éléments de la couche de commande 1102, de sorte à permettre soit des mesures capacitives, soit des opérations de rafraîchissement de l'affichage.
Ce module de commutation 1805 gère également la couche de potentiel commun 1104. Cette couche de potentiel commun 1104 correspond respectivement aux couches de potentiel commun Vcom 204, 304 des Fig. 5 ou Fig. 6 ou à la cathode 404 de la Fig . 7, suivant la technologie d'affichage mise en œuvre. Comme expliqué en relation avec les Fig . 5, Fig. 6 et Fig . 7, le module de commutation 1805 permet notamment de commuter la couche de potentiel commun 1104 au potentiel de garde 1103 lors des mesures capacitives.
Dans le mode de réalisation présenté à la Fig . 18, ce potentiel de garde 1103 est transmis au module de commutation 1805 par l'électronique de mesure capacitive 1106.
Le module de commutation 1805 a donc pour fonction d'interfacer l'électronique de contrôle d'affichage 1109 (réalisée par exemple sous la forme d'un circuit intégré tel qu'illustré à la Fig. 17) avec des éléments de la zone d'affichage 1701, qui comprend notamment la couche de commande 1102, la couche de potentiel commun 1104, et la couche d'électrodes capacitives supérieure 1101. Dans ce mode de réalisation, l'électronique de mesure capacitive 1106 peut être reliée directement à la couche d'électrodes capacitives supérieure 1101.
Le module de commutation 1805 désigne pour l'essentiel un ensemble fonctionnel de commutateurs, switchs ou multiplexeurs qui peuvent être, de manière non limitative :
- regroupés en un ou plusieurs composants ;
- distribués ou répartis en différents endroits sur ou autour de la zone d'affichage 1701, et/ou en d'autres endroits tels que sur le circuit imprimé flexible 1700 de la Fig. 17 ;
- inclus dans un circuit intégré implémentant l'électronique de contrôle d'affichage 1109 et/ou l'électronique de mesure capacitive 1106 ;
- implémentés sous la forme de composant(s) intégré(s) ;
- implémentés sous la forme de switchs réalisés avec des transistors TFT en bordure de la zone d'affichage 1701.
En référence à la Fig. 20, on va maintenant décrire un mode d'implémentation d'une électronique pour contrôler le dispositif d'interface de l'invention selon le mode de réalisation de la Fig . 18, pour contrôler des écrans d'affichage de type LCD (de type IPS, FFS ou d'autres technologies).
Ce mode d'implémentation permet donc de contrôler un dispositif d'interface selon l'invention dans son premier mode de réalisation (de type « On-cell »), tel que décrit notamment en relation avec les Fig. 5 (écran d'affichage de type LCD à matrice active) et Fig. 6 (écran d'affichage de type LCD en technologie IPS).
La Fig. 20 illustre une portion d'affichage avec l'électronique de la couche de commande 1102 pour contrôler quatre pixels LCD. Cette électronique de commande est décrite en détails en relation avec la Fig . 13. Les électrodes de commande 201 des pixels sont contrôlées par des transistors TFT 209. Comme expliqué en relation avec la Fig . 13, ces transistors TFT 209 sont reliés à des lignes de commande 1300 au niveau de leur grille (« gâte ») et à des lignes de données 1301 au niveau de leur source ou de leur drain . Les lignes de commande 1300 et les lignes de données 1301 sont localisées au niveau de la couche de commande 1102. Les électrodes de commande 201 des pixels forment des condensateurs avec la couche de potentiel commun 1104, représentée schématiquement dans la Fig. 20 par des lignes 1104.
Le module de commutation 1805 comprend :
- des switchs de données 1805.1 qui relient les lignes de données 1301, soit à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 (référencée à la masse générale 1105), soit à une source de tension de grille Vgg continue référencée au potentiel de garde 1103 ;
- des switchs de commande 1805.2 qui relient les lignes de commande
1300, soit à l'électronique de contrôle d'affichage 1109, soit au potentiel de garde 1103 ;
- des switchs de référence 1805.3 qui relient la couche de potentiel commun 1104, soit au potentiel commun Vcom de l'écran d'affichage (référencé à la masse générale 1105), soit au potentiel de garde 1103.
Dans le mode d'implémentation présenté, les switchs du module de commutation 1805 sont réalisés avec des transistors TFT sur la couche de commande 1102 en bordure de la zone d'affichage 1701.
Les switchs de référence 1805.3, les switchs de commande 1805.2 et les switchs de données 1805.1 sont de préférence référencés au potentiel de garde 1103, ou en d'autres termes pilotés par un signal référencé au potentiel de garde 1103. Ainsi, dans le cas où ces switchs comprennent des transistors FET ou TFT, le signal utilisé pour contrôler la grille de ces transistors est référencé au potentiel de garde 1103. Ils peuvent être également référencés à la masse générale 1105 (ou pilotés par un signal référencé à la masse générale 1105), ce qui génère des capacités parasites supplémentaires mais en général acceptables.
Comme expliqué précédemment, les switchs du module de commutation 1805 permettent de configurer le système pour effectuer soit des mesures capacitives, soit des opérations de rafraîchissement de l'affichage.
La configuration illustrée à la Fig . 20 correspond à une configuration pour rafraîchir l'affichage et contrôler les pixels. Dans cette configuration, l'ensemble de l'écran d'affichage est référencé à la masse générale 1105 et fonctionne de manière classique :
- les switchs de référence 1805.3 sont agencés de sorte à relier la couche de potentiel commun 1104 au potentiel commun Vcom de l'écran d'affichage (référencé à la masse générale 1105) ;
- les switchs de commande 1805.2 sont agencés de sorte à relier les lignes de commande 1300 à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 pour contrôler l'adressage des pixels ;
- les switchs de données 1805.1 sont agencés de sorte à relier les lignes de données 1301 à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 pour contrôler la transmission des données aux pixels.
La configuration pour effectuer des mesures capacitives se fait en changeant la position des switchs du module de commutation 1805. Plus précisément, dans cette configuration :
- les switchs de référence 1805.3 sont agencés de sorte à relier la couche de potentiel commun 1104 au potentiel de garde 1103. Ainsi, la couche de potentiel commun 1104 devient un élément de garde 1500 ;
- les switchs de commande 1805.2 sont agencés de sorte à relier les lignes de commande 1300 à la source de tension de grille Vgg continue référencée au potentiel de garde 1103. La tension de cette source de tension de grille Vgg est choisie de sorte à maintenir les transistors TFT 209 des pixels en mode bloqué. En générale elle est négative ;
- les switchs de données 1805.1 sont agencés de sorte à relier les lignes de données 1301 au potentiel de garde 1103. Dans cette configuration, les lignes de données 1301, les lignes de commande 1300, et plus généralement les éléments de la couche de commande 1102 sont référencés ou reliés au potentiel de garde et contribuent ainsi aux éléments de garde 1500. Ils ne peuvent donc plus générer de capacités parasites avec les électrodes de mesure capacitives 502 de la couche d'électrodes capacitives supérieure 1101.
Durant cette phase de mesure capacitive, le transistor TFT 209 du pixel est bloqué. Le pixel est maintenu allumé par la charge stockée dans le condensateur de stockage, comme expliqué en relation avec la Fig . 13. L'électrode de commande 210 du pixel est électriquement découplée (flottante). Comme elle est environnée d'éléments au potentiel de garde 1103 elle tend à suivre ce potentiel de garde 1103 et donc ne génère pas de couplage parasite avec les électrodes de mesure 502.
On va maintenant décrire un procédé pour contrôler le dispositif d'interface dans cette implémentation. Ce procédé comprend les étapes suivantes, répétées de manière itérative :
- une commutation des switchs de référence 1805.3, de commande 1805.2 et de données 1805.1 dans la configuration décrite pour rafraîchir l'affichage et contrôler les pixels ;
- une mise à jour de l'information des pixels avec l'électronique de contrôle d'affichage 1109 ;
- une commutation des switchs de référence 1805.3, de commande 1805.2 et de données 1805.1 dans la configuration décrite pour effectuer des mesures capacitives ;
- une acquisition de mesures capacitives sur les électrodes 502 avec l'électronique de mesure capacitive 1106.
En référence à la Fig. 21, on va maintenant décrire un mode d'implémentation d'une électronique pour contrôler le dispositif d'interface de l'invention selon le mode de réalisation de la Fig . 18, pour contrôler des écrans d'affichage de type AMOLED.
Ce mode d'implémentation permet donc de contrôler un dispositif d'interface selon l'invention dans son premier mode de réalisation (de type « On-cell »), tel que décrit notamment en relation avec la Fig. 7. La Fig. 21 illustre une portion d'affichage avec l'électronique de la couche de commande 1102 pour contrôler quatre pixels AMOLED. Cette électronique de commande est décrite en détails en relation avec la Fig . 14. Les diodes électroluminescentes 1406 des pixels sont contrôlées par des transistors TFT. Comme expliqué en relation avec la Fig. 14, ces transistors TFT sont reliés à des lignes de commande 1400, à des lignes de données 1401 et à des lignes d'alimentation 1402. Les lignes de commande 1400, les lignes de données 1401 et les lignes d'alimentation 1402 sont localisées au niveau de la couche de commande 1102. Les diodes électroluminescentes 1406 des pixels sont reliées à la couche de potentiel commun 1104 qui constitue une cathode commune, et qui est représentée schématiquement dans la Fig. 21 par des lignes 1104.
La configuration des switchs du module de commutation 1805 et leur fonctionnement sont sensiblement identiques à celui du mode d'implémentation de la Fig. 20. Ainsi, seules les différences sont décrites en détail, étant entendu que à l'exception de ces différences, ce qui a été exposé en relation avec le mode d'implémentation de la Fig. 20 est également applicable à ce mode d'implémentation.
La configuration illustrée à la Fig . 21 correspond à une configuration pour rafraîchir l'affichage et contrôler les pixels.
Les switchs de données 1805.1 sont agencés pour relier les lignes de données 1401, soit à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 durant les phases de contrôle de l'affichage, soit à une source de tension de grille Vgg continue référencée au potentiel de garde 1103 durant les phases de mesure capacitive. La tension de cette source de tension de grille Vgg est choisie de sorte à maintenir les transistors TFT des pixels auxquels elle est reliée en mode bloqué.
Les switchs de commande 1805.2 sont agencés pour relier les lignes de commande 1400, soit à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 durant les phases de contrôle de l'affichage, soit au potentiel de garde 1103 durant les phases de mesure capacitive.
Les switchs de référence 1805.3 sont agencés pour relier la couche de potentiel commun 1104, soit au potentiel de cathode de l'écran d'affichage (qui référencé ou qui correspond à la masse générale 1105) durant les phases de contrôle de l'affichage, soit au potentiel de garde 1103 durant les phases de mesure capacitive.
Comme expliqué en relation avec la Fig . 14, les diodes électroluminescentes 1406 des pixels doivent rester alimentées entre les phases de rafraîchissement de leur commande pour rester allumées. Il faut idéalement pouvoir également les maintenir allumées durant les phases de mesure capacitives pour éviter les scintillements.
Pour cela, le dispositif de l'invention comprend une source d'alimentation des OLED 2100 qui est électriquement flottante ou non référencée. Dans le mode de réalisation présenté, cette source d'alimentation 2100 inclut une source d'alimentation référencée à la masse générale 1105 et des moyens de transfert d'alimentation, avec par exemple un convertisseur DC/DC.
Cette source d'alimentation 2100 peut bien entendu être intégrée à d'autres composants, tel que l'électronique de contrôle d'affichage 1109 ou l'électronique de mesure capacitive 1106.
La source d'alimentation 2100 est reliée en sortie aux lignes d'alimentation 1402. Sa référence flottante est reliée à la couche de potentiel commun 1104. Ainsi, suivant la position des switchs de référence 1805.3, elle est référencée au potentiel de cathode correspondant au potentiel de masse générale 1105 durant les phases de contrôle de l'affichage, ou au potentiel de garde 1103 durant les phases de mesure capacitive. Dans les deux cas, la tension à ses bornes est sensiblement identique.
Ainsi, il est possible de maintenir les diodes électroluminescentes 1406 des pixels allumées durant les phases de mesure capacitive, sans être perturbé par le changement de référence électrique de la couche de potentiel commun 1104.
Implémentation « In-cell » avec électronique switchée :
En référence à la Fig . 19, on va maintenant présenter un mode de réalisation d'une électronique pour contrôler le dispositif d'interface de l'invention dans son second mode de réalisation tel que décrit en relation avec les Fig . 8, Fig . 9 et Fig . 10 (de type « In-cell »), dans lequel on met en œuvre une électronique de contrôle d'affichage 1109 avec un circuit intégré référencé à la masse générale 1105 du système.
Le dispositif comprend une électronique de mesure capacitive 1106, qui gère les électrodes de mesure capacitives 502 intégrées au niveau de la couche de potentiel commun 1204. Cette couche de potentiel commun 1204 correspond respectivement aux couches de potentiel commun (Vcom) 804, 904 des Fig . 8 ou Fig . 9, ou à la cathode 1004 de la Fig . 10, suivant la technologie d'affichage mise en œuvre.
Cette électronique de mesure capacitive 1106 peut être implémentée notamment en mettant en œuvre le mode de réalisation de la Fig . 15, avec une garde active au potentiel de garde 1103, ou celui de la Fig . 16, avec une électronique globalement référencée au potentiel de garde 1103.
Le dispositif comprend une électronique de contrôle d'affichage 1109, qui gère l'affichage en fonction d'instructions d'affichage 1110. Cette électronique de contrôle d'affichage 1109 est au moins en partie référencée à la masse générale 1105 du système.
L'électronique de contrôle d'affichage 1109 gère notamment les transistors TFT de la couche de commande 1202 pour le pilotage des pixels. Cette couche de commande 1202 correspond respectivement aux couches de commandes 202, 302 ou 402 des Fig . 8, Fig . 9 ou Fig . 10, suivant la technologie d'affichage mise en œuvre.
Le dispositif comprend également un module de commutation 1805 qui est inséré entre l'électronique de contrôle d'affichage 1109 et l'électronique de mesure capacitive 1106 d'une part, et la couche de commande 1202, la couche de potentiel commun 1204 et la couche de garde inférieure 1200 d'autre part. La couche de garde inférieure 1200 correspond respectivement aux couches de garde inférieure 800, 900 ou 1000 des Fig . 8, Fig . 9 ou Fig . 10, suivant la technologie d'affichage mise en œuvre.
Le module de commutation 1805 a notamment pour fonction de configurer les éléments de la couche de commande 1202, de sorte à permettre soit des mesures capacitives, soit des opérations de rafraîchissement de l'affichage.
Le module de commutation 1805 gère également la couche de potentiel commun 1204 avec les électrodes capacitives 502. Il permet notamment de relier les électrodes de mesure 502 à l'électronique de mesure capacitive 1106 pour les mesures, et de commuter la couche de potentiel commun 1204 au potentiel Vcom ou de cathode pour piloter les pixels de l'écran.
Le module de commutation 1805 permet également de commuter la couche de garde inférieure 1200 soit au potentiel de garde 1103 pour les mesures capacitives, soit à un autre potentiel tel que le potentiel de masse générale 1105 pour les opérations de rafraîchissement de l'affichage. La couche de garde inférieure peut également être maintenue électriquement flottante, déconnectée, durant les opérations de rafraîchissement de l'affichage.
Suivant une variante, il est possible de maintenir la couche de garde inférieure 1200 au potentiel de garde 1103 même pendant les opérations de rafraîchissement de l'affichage pour limiter le nombre de switchs, mais cette solution est susceptible de générer des perturbations électriques supplémentaires.
Comme pour le mode de réalisation présenté en relation avec la Fig . 18, le module de commutation 1805 a donc pour fonction d'interfacer l'électronique de contrôle d'affichage 1109 (réalisée par exemple sous la forme d'un circuit intégré tel qu'illustré à la Fig. 17) avec des éléments de la zone d'affichage 1701, qui comprend notamment la couche de commande 1202, la couche de potentiel commun 1204 avec les électrodes capacitives 502, et la couche de garde inférieure 1200.
Le module de commutation 1805 désigne pour l'essentiel un ensemble fonctionnel de commutateurs, switchs ou multiplexeurs qui peuvent être, de manière non limitative :
- regroupés en un ou plusieurs composants ;
- distribués ou répartis en différents endroits sur ou autour de la zone d'affichage 1701, et/ou en d'autres endroits tels que sur le circuit imprimé flexible 1700 de la Fig. 17 ;
- inclus dans un circuit intégré implémentant l'électronique de contrôle d'affichage 1109 et/ou l'électronique de mesure capacitive 1106 ;
- implémentés sous la forme de composant(s) intégré(s) ;
- implémentés sous la forme de switchs réalisés avec des transistors TFT en bordure de la zone d'affichage 1701. En référence à la Fig . 22, on va maintenant décrire un mode d'implémentation d'une électronique pour contrôler le dispositif d'interface de l'invention selon le mode de réalisation de la Fig . 19, pour contrôler des écrans d'affichage de type LCD (de type IPS, FFS ou d'autres technologies) .
Ce mode d'implémentation permet donc de contrôler un dispositif d'interface selon l'invention dans son second mode de réalisation (de type « In-cell »), tel que décrit notamment en relation avec les Fig . 8 (écran d'affichage de type LCD à matrice active) et Fig . 9 (écran d'affichage de type LCD en technologie IPS) .
La Fig . 22 illustre une portion d'affichage avec l'électronique de la couche de commande 1202 pour contrôler quatre pixels LCD. Cette électronique de commande est décrite en détails en relation avec la Fig . 13. Les électrodes de commande 201 des pixels sont contrôlées par des transistors TFT 209. Comme expliqué en relation avec la Fig . 13, ces transistors TFT 209 sont reliés à des lignes de commande 1300 au niveau de leur grille (« gâte ») et à des lignes de données 1301 au niveau de leur source ou de leur drain . Les lignes de commande 1300 et les lignes de données 1301 sont localisées au niveau de la couche de commande 1204. Les électrodes de commande 201 des pixels forment des condensateurs avec la couche de potentiel commun 1204, représentée schématiquement dans la Fig . 20 par des lignes 1204.
Le module de commutation 1805 comprend des switchs de données 1805.1 et des switchs de commande 1805.2 dont la configuration et le fonctionnement sont sensiblement identiques à celui du mode d'implémentation de la Fig . 20. Ainsi, seules les différences sont décrites en détail, étant entendu que à l'exception de ces différences, ce qui a été exposé en relation avec le mode d'implémentation de la Fig . 20 est également applicable à ce mode d'implémentation .
La configuration illustrée à la Fig . 22 correspond à une configuration pour rafraîchir l'affichage et contrôler les pixels.
Les switchs de données 1805.1 sont agencés pour relier les lignes de données 1301, soit à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 durant les phases de contrôle de l'affichage, soit à une source de tension de grille Vgg continue référencée au potentiel de garde 1103 durant les phases de mesure capacitive. La tension de cette source de tension de grille Vgg est choisie de sorte à maintenir les transistors TFT 209 des pixels en mode bloqué.
Les switchs de commande 1805.2 sont agencés pour relier les lignes de commande 1300, soit à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 durant les phases de contrôle de l'affichage, soit au potentiel de garde 1103 durant les phases de mesure capacitive.
Dans cette configuration, les électrodes de mesure capacitives 502 sont intégrées à la couche de potentiel commun 1204, sous forme de zones conductrices distinctes.
Le module de commutation 1805 comprend en outre des switchs d'électrode permettant de relier les zones conductrices individuellement, soit au l'électronique de mesure capacitive 1106 durant les phases de mesure capacitive, soit au potentiel commun Vcom de l'écran d'affichage (référencé à la masse générale 1105) durant les phases de contrôle de l'affichage.
Suivant un mode de réalisation préférentiel, un switch d'électrode comprend :
- un premier switch d'électrode 1805.4 qui permet de relier une électrode de mesure 502, soit à l'électronique de mesure capacitive 1106 durant les phases de mesure capacitive, soit à un second switch d'électrode 1805.5 durant les phases de contrôle de l'affichage ;
- un second switch d'électrode 1805.5 qui permet de relier la sortie du premier switch d'électrode 1805.4, soit au potentiel de garde 1103 durant les phases de mesure capacitive, soit au potentiel commun Vcom de l'écran d'affichage durant les phases de contrôle de l'affichage.
Cette configuration est illustrée à la Fig. 22 pour une électrode de mesure 502 qui couvre au moins les quatre pixels représentés.
Le premier switch d'électrode 1805.4 est référencé au potentiel de garde 1103. Le second switch d'électrode 1805.5 est de préférence référencé au potentiel de garde 1103, mais il peut aussi être référencé à le masse générale 1105. Les switchs d'électrode peuvent être réalisés avec des transistors TFT en bordure de la zone d'affichage 1701, ou par tout autre moyen comme pour les autres switchs du module de commutation 1805. Cette configuration permet d'éviter l'apparition de capacités de couplage parasite entre l'entrée de l'électronique de mesure capacitive 1106 et la masse générale 1105. En effet, toutes les tensions présentes au niveau du premier switch d'électrode 1805.4 sont référencées au potentiel de garde 1103, et la seule capacité de couplage qui peut apparaître au niveau du second switch d'électrode 1805.5 est entre le potentiel de garde 1103 et la masse générale 1105. Grâce à l'effet de la garde elle ne peut donc pas affecter la mesure.
Le premier switch d'électrode 1805.4 peut également être utilisé comme multiplexeur durant les phases de mesure capacitives pour relier une électrode de mesure 502, soit à l'électronique de mesure capacitive 1106, soit au potentiel de garde 1103 par l'intermédiaire du second switch d'électrode 1805.5. Dans ce cas, plusieurs électrodes de mesure 502 peuvent être reliées par l'intermédiaire de leur premier switch d'électrode 1805.4 à une même entrée de l'électronique de mesure capacitive 1106. Bien entendu, cette entrée de l'électronique de mesure capacitive 1106 peut également comprendre des moyens de scrutation internes 1501, 1601 comme décrit aux Fig. 15 et Fig. 16. En référence à la Fig. 23, on va maintenant décrire un mode d'implémentation d'une électronique pour contrôler le dispositif d'interface de l'invention selon le mode de réalisation de la Fig . 19, pour contrôler des écrans d'affichage de type AMOLED.
Ce mode d'implémentation permet donc de contrôler un dispositif d'interface selon l'invention dans son second mode de réalisation (de type « In-cell »), tel que décrit notamment en relation avec la Fig. 10.
La Fig. 23 illustre une portion d'affichage avec l'électronique de la couche de commande 1102 pour contrôler quatre pixels AMOLED. Cette électronique de commande est décrite en détails en relation avec la Fig . 14. Les diodes électroluminescentes 1406 des pixels sont contrôlées par des transistors TFT. Comme expliqué en relation avec la Fig. 14, ces transistors TFT sont reliés à des lignes de commande 1400, à des lignes de données 1401 et à des lignes d'alimentation 1402. Les lignes de commande 1400, les lignes de données 1401 et les lignes d'alimentation 1402 sont localisées au niveau de la couche de commande 1102. Les diodes électroluminescentes 1406 des pixels sont reliées à la couche de potentiel commun 1204 qui constitue une cathode commune, et qui est représentée schématiquement dans la Fig. 21 par des lignes 1204.
Le module de commutation 1805 comprend des switchs de données
1805.1 et des switchs de commande 1805.2 dont la configuration et le fonctionnement sont sensiblement identiques à celui du mode d'implémentation de la Fig. 21 (ou de la Fig. 20). Ainsi, seules les différences sont décrites en détail, étant entendu que à l'exception de ces différences, ce qui a été exposé en relation avec le mode d'implémentation de la Fig. 21 est également applicable à ce mode d'implémentation.
La configuration illustrée à la Fig . 23 correspond à une configuration pour rafraîchir l'affichage et contrôler les pixels.
Les switchs de données 1805.1 sont agencés pour relier les lignes de données 1401, soit à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 durant les phases de contrôle de l'affichage, soit à une source de tension de grille Vgg continue référencée au potentiel de garde 1103 durant les phases de mesure capacitive. La tension de cette source de tension de grille Vgg est choisie de sorte à maintenir les transistors TFT des pixels auxquels elle est reliée en mode bloqué.
Les switchs de commande 1805.2 sont agencés pour relier les lignes de commande 1400, soit à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 durant les phases de contrôle de l'affichage, soit au potentiel de garde 1103 durant les phases de mesure capacitive.
Le dispositif comprend en outre une source d'alimentation des OLED
2100 électriquement flottante ou non référencée dont la configuration et le fonctionnement sont sensiblement identiques à celui du mode d'implémentation de la Fig. 21. Ainsi, seules les différences sont décrites en détail, étant entendu que à l'exception de ces différences, ce qui a été exposé en relation avec le mode d'implémentation de la Fig. 21 est également applicable à ce mode d'implémentation.
Cette source d'alimentation des OLED 2100 permet de maintenir les diodes électroluminescentes 1406 des pixels allumées durant les phases de mesure capacitive, sans être perturbé par le changement de référence électrique de la couche de potentiel commun 1204. Elle inclut une source d'alimentation référencée à la masse générale 1105 et des moyens de transfert d'alimentation, avec par exemple un convertisseur DC/DC. Elle est reliée en sortie aux lignes d'alimentation 1402, et sa référence flottante est reliée à la couche de potentiel commun 1204.
Les électrodes de mesure capacitives 502 sont intégrées à la couche de potentiel commun 1204, sous forme de zones conductrices distinctes.
Le module de commutation 1805 comprend en outre des switchs d'électrode dont la configuration et le fonctionnement sont sensiblement identiques à celui du mode d'implémentation de la Fig. 22. Ainsi, seules les différences sont décrites en détail, étant entendu que à l'exception de ces différences, ce qui a été exposé en relation avec le mode d'implémentation de la Fig . 22 est également applicable à ce mode d'implémentation.
Ces switchs d'électrodes permettent de relier les zones conductrices de la couche de potentiel commun 1204 individuellement, soit au l'électronique de mesure capacitive 1106 durant les phases de mesure capacitive, soit au potentiel de cathode représenté par la masse générale 1105 durant les phases de contrôle de l'affichage.
Suivant un mode de réalisation préférentiel, un switch d'électrode comprend :
- un premier switch d'électrode 1805.4 qui permet de relier une électrode de mesure 502, soit à l'électronique de mesure capacitive 1106 durant les phases de mesure capacitive, soit à un second switch d'électrode 1805.5 durant les phases de contrôle de l'affichage ;
- un second switch d'électrode 1805.5 qui permet de relier la sortie du premier switch d'électrode 1805.4, soit au potentiel de garde 1103 durant les phases de mesure capacitive, soit au potentiel de cathode représenté par la masse générale 1105 durant les phases de contrôle de l'affichage.
Cette configuration permet d'éviter l'apparition de capacités de couplage parasite entre l'entrée de l'électronique de mesure capacitive 1106 et la masse générale 1105.
Comme précédemment, le premier switch d'électrode 1805.4 peut également être utilisé comme multiplexeur durant les phases de mesure capacitives pour relier une électrode de mesure 502, soit à l'électronique de mesure capacitive 1106, soit au potentiel de garde 1103.
Suivant une variante applicable aux modes d'implémentation des Fig. 22 (configuration « In-cell » avec un écran de type LCD) et Fig. 23 (configuration « In-cell » avec un écran de type OLED), les switchs d'électrodes sont réalisés sous la forme d'un switch simple qui permet de relier une entrée de l'électronique de mesure capacitive 1106 :
- soit à une électrode 502 pour les mesures capacitives ;
- soit au potentiel commun Vcom de l'écran d'affichage (pour les écrans
LCD) ou à la masse générale 1105 (pour les écrans OLED) pour les opérations de contrôle de l'affichage.
Cette configuration a toutefois l'inconvénient de générer une capacité de couplage parasite forte au niveau du switch d'électrode entre l'entrée de l'électronique de mesure capacitive 1106 et la masse générale 1105, même pendant les mesures capacitives.
Suivant une variante applicable aux modes d'implémentation des Fig. 21 (configuration « On-cell » avec un écran de type OLED) et Fig. 23 (configuration « In-cell » avec un écran de type OLED), le dispositif comprend une source d'alimentation des OLEDS qui n'est pas flottante, mais référencée en permanence à la masse générale 1105 du système. Cette source d'alimentation des OLEDS peut correspondre par exemple à la source présente de manière habituelle dans les électroniques de contrôle d'affichage. Dans ce cas, le dispositif comprend également un switch additionnel de source agencé pour relier les lignes d'alimentation 1402, soit à la source d'alimentation durant les phases de contrôle de l'affichage, soit au potentiel de garde 1103 durant les phases de mesure capacitive. Cette variante présente toutefois l'inconvénient que les diodes des pixels sont nécessairement éteintes durant les phases de mesure capacitives.
Suivant une variante applicable aux modes d'implémentation des Fig. 20 (configuration « On-cell » avec un écran de type LCD), Fig. 21 (configuration « On-cell » avec un écran de type OLED), Fig. 22 (configuration « In-cell » avec un écran de type LCD) et Fig. 23 (configuration « In-cell » avec un écran de type OLED), les switchs de commande 1805.2 sont agencés de sorte à soit relier les lignes de commande 1300 (pour les écrans de type LCD) ou 1400 (pour les écrans de type OLED) à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 durant les phases de contrôle de l'affichage, soit les maintenir électriquement flottantes (en circuit ouvert) durant les phases de mesure capacitive.
Dans cette variante, les switchs de commande 1805.2 sont donc en position ouverte durant les phases de mesure capacitive. Les lignes de commande 1300 ou 1400 sont alors flottantes électriquement. La capacité parasite présente entre la grille et la source des transistors TFT qui commandent les pixels permet de les maintenir en mode bloqué pendant une durée suffisante pour couvrir la phase de mesure capacitive. Suivant une autre variante applicable aux modes d'implémentation des
Fig. 20 (configuration « On-cell » avec un écran de type LCD), Fig. 21 (configuration « On-cell » avec un écran de type OLED), Fig. 22 (configuration « In-cell » avec un écran de type LCD) et Fig. 23 (configuration « In-cell » avec un écran de type OLED) :
- les switchs de commande 1805.2 sont agencés de sorte à, soit relier les lignes de commande 1300 (pour les écrans de type LCD) ou 1400 (pour les écrans de type OLED) à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 durant les phases de contrôle de l'affichage, soit les maintenir électriquement flottantes (en circuit ouvert) durant les phases de mesure capacitive ;
- les switchs de données 1805.1 sont agencés de sorte à, soit relier les lignes de données 1301 (pour les écrans de type LCD) ou 1401 (pour les écrans de type OLED) à l'électronique de contrôle d'affichage 1109 durant les phases de contrôle de l'affichage, soit les maintenir électriquement flottantes (en circuit ouvert) durant les phases de mesure capacitive.
Dans cette variante, les switchs de commande 1805.2 et les switchs de données 1805.1 sont donc en position ouverte durant les phases de mesure capacitive. Les lignes de commande 1300 ou 1400 et les lignes de données 1301 ou 1401 sont alors flottantes électriquement, et, comme elles sont en couplage capacitive fort avec la couche de potentiel commun 1104 au potentiel de garde 1103, elles tendent à se polariser à ce potentiel commun 1104. De même que précédemment, la capacité parasite présente entre la grille et la source des transistors TFT qui commandent les pixels permet de les maintenir en mode bloqué pendant une durée suffisante pour couvrir la phase de mesure capacitive.
Ces variantes d'implémentation des switchs de commande 1805.2 et des switchs de données 1805.1 permettent des montages plus simples, avec toutefois un risque plus important de génération de couplages parasites avec les électrodes de mesure 502 lors des mesures capacitives. En outre, les lignes de commande 1300 ou 1400 étant flottante, il peut apparaître un risque que les transistors TFT des pixels deviennent passants durant les mesures capacitives, ce qui aurait pour conséquence une variation de l'intensité lumineuse des pixels. Ce risque est toutefois faible, du fait de l'effet mémoire des capacités parasites des transistors TFT.
Elles peuvent ainsi être valablement mises en œuvre en particulier dans des configurations « On-cell » (Fig . 20 et Fig. 21) avec un écran de type AMLCD ou AMOLED dans lesquels les électrodes de mesure capacitives 502 d'une part, et la couche de commande 1102 avec les électrodes de commande 210 des pixels d'autre part, sont disposées de part et d'autre de la couche de potentiel commun 1104 qui réalise ainsi un blindage efficace (pour autant qu'elle ne comporte pas trop d'ouvertures).
Bien sûr, l'invention n'est pas limitée aux exemples qui viennent d'être décrits et de nombreux aménagements peuvent être apportés à ces exemples sans sortir du cadre de l'invention.

Claims

03.08.2015 REVENDICATIONS
1. Dispositif d'interface homme-machine comprenant :
- un affichage avec des pixels d'affichage répartis dans une zone d'affichage ;
- des éléments de contrôle d'affichage (202, 302, 402, 204, 304, 404, 1102, 1104, 1202, 1204) disposés dans ladite zone d'affichage et utilisés pour contrôler lesdits pixels d'affichage ;
- des électrodes de mesure capacitives (502) réparties dans ladite zone d'affichage ;
- des moyens de d'excitation et de détection capacitifs (1100, 1106) aptes à (i) exciter les électrodes de mesure capacitives (502) à un potentiel électrique d'excitation alternatif relativement à une masse général (1105) avec au moins une fréquence d'excitation, et (ii) détecter la présence d'objets de commande (100) dans un voisinage desdites électrodes de mesure capacitives (502), selon une face de l'affichage dite « face de visualisation », par couplage capacitif entre lesdites électrodes de mesure capacitives (502) et le ou les objets de commande (100) ; et
- au moins un élément de garde (1500) disposé à proximité des électrodes de mesure capacitives, et polarisé à un potentiel de garde (1103) identique ou sensiblement identique au potentiel d'excitation à l'au moins une fréquence d'excitation ;
Le dispositif étant caractérisé en ce qu'au moins un élément de contrôle d'affichage (202, 302, 402, 204, 304, 404, 1102, 1104, 1202, 1204) est également utilisée comme élément de garde (1500) ou comme électrode de mesure capacitive (502).
2. Le dispositif de la revendication 1, dans lequel au moins une partie de l'affichage et/ou des éléments de contrôle d'affichage (202, 302, 402, 204, 304, 404, 1102, 1104, 1202, 1204) est électriquement référencée à un potentiel de référence correspondant au potentiel de garde (1103), au moins pendant une phase de mesure capacitive.
FEUILLE RECTIFIÉE (RÈGLE 91) ISA/EP
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3. Le dispositif de l'une des revendications 1 ou 2, qui comprend des électrodes de mesure capacitives (502) intégrées dans une couche, dite « couche d'électrodes capacitives supérieure » (501, 601, 701), disposée vers la face de visualisation relativement à des couches constitutives des pixels d'affichage (203, 303, 403).
4. Le dispositif de la revendication 3, qui comprend des éléments de garde (1500) intégrés dans une couche des éléments de contrôle d'affichage, dite « couche de potentiel commun » (204, 304, 404, 1104, 1204), commune à au moins une partie des pixels d'affichage.
5. Le dispositif de l'une des revendications 1 ou 2, qui comprend des électrodes de mesure capacitives (502) intégrées dans une couche des éléments de contrôle d'affichage, dite « couche de potentiel commun » (804, 904, 1004, 1204), commune à au moins une partie des pixels d'affichage.
6. Le dispositif de la revendication 5, qui comprend une couche de potentiel commun (804, 904, 1004, 1204) agencée sous la forme d'une matrice d'électrodes (502), et des moyens de commutation (1205, 1501, 1601) permettant de relier ces électrodes (502), soit à des moyens de détection capacitifs (1106, 1502, 1602), soit à un potentiel de référence (1103), au moins pendant une phase de mesure capacitive.
7. Le dispositif de l'une des revendications 5 ou 6, qui comprend en outre une couche d'éléments de garde, dite « couche de garde inférieure » (800, 900, 1000), disposée à l'opposé de la face de visualisation relativement à des couches constitutives des pixels d'affichage (203, 303, 403).
8. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend un affichage avec des éléments à cristaux liquides (203, 303).
9. Le dispositif de la revendication 8, qui comprend une couche de potentiel commun (804, 904) avec des électrodes de mesure capacitives
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(502), et une couche de commande (202, 302) avec des transistors (209) aptes à contrôler les éléments à cristaux liquides disposée à l'opposé de la couche de potentiel commun (804) relativement à la face de visualisation.
10. Le dispositif de la revendication 9, qui comprend un affichage de type « IPS » avec des électrodes de commande (310) des éléments à cristaux liquides disposées dans un plan vers la face de visualisation relativement à la couche de potentiel commun (904, 1104, 1204), lequel dispositif comprenant en outre des moyens de commutation (209) permettant d'isoler électriquement les électrodes de commande (310), de sorte qu'elles soient électriquement flottantes au cours des mesures capacitives.
11. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend un affichage avec des diodes électroluminescentes organiques (OLED) (403).
12. Le dispositif de la revendication 11, qui comprend une couche de potentiel commun (1004, 1204), ou cathode commune, avec des électrodes de mesure capacitives (502), et une couche de commande (402) avec des transistors aptes à contrôler les diodes électroluminescentes organiques (403) disposée à l'opposé de la couche de potentiel commun (1004, 1204) relativement à la face de visualisation.
13. Le dispositif de l'une des revendications 9 ou 12, qui comprend des électrodes de mesure capacitives (502) avec des ouvertures en vis-à-vis des transistors de la couche de commande (202, 302, 402), de sorte à limiter les capacités de couplage entre ces éléments.
14. Le dispositif de l'une des revendications 9 ou 12, qui comprend une couche de garde inférieure (800, 900, 1000), disposée à l'opposé de la couche de commande (202, 302, 402) relativement à la face de visualisation.
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15. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend des moyens de détection capacitifs (1106, 1600) avec au moins un amplificateur de charge (1502, 1602).
16. Le dispositif de la revendication 15, dans lequel les moyens de détection capacitifs (1106, 1600) comprennent en outre des switchs (1501, 1601) agencés de telle sorte à relier, au moins pendant une phase de mesures capacitives, les électrodes de mesure capacitives (502) soit à un amplificateur de charge (1502, 1602), soit au potentiel de garde (1103).
17. le dispositif de l'une des revendications 15 ou 16, dans lequel les moyens de détection capacitifs (1106, 1600) comprennent un amplificateur de charge (1502) référencé à la masse générale (1105).
18. Le dispositif de l'une des revendications 1 à 16, dans lequel les moyens de détection capacitifs (1106, 1600) sont au moins en partie référencés au potentiel de garde (1103).
19. Le dispositif de l'une des revendications 1 à 18, qui comprend une électronique de contrôle d'affichage (1109) référencée au potentiel de garde
(1103).
20. Le dispositif de l'une des revendications 1 à 18, qui comprend une électronique de contrôle d'affichage (1109) référencée à la masse générale (1105), et un module de commutation (1805) permettant de configurer des éléments de contrôle d'affichage disposés dans la zone d'affichage, dont au moins une couche de commande (1102, 1202) et une couche de potentiel commun (1104, 1204), de sorte que lesdits éléments de contrôle d'affichage soient référencés :
- à la masse générale (1105) durant des phases de rafraîchissement de l'affichage ;
- au potentiel de garde (1103), directement ou par couplage capacitif, durant des phases de mesure capacitive.
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21. Le dispositif de la revendication 20, dans lequel le module de commutation comprend :
- des switchs de données (1805.1) agencés de sorte à relier des lignes de données (1301, 1401) des pixels d'affichage, soit à l'électronique de contrôle d'affichage (1109), soit au potentiel de garde (1103) ;
- des switchs de commande (1805.2) agencés de sorte à relier des lignes de commande (1300, 1400) des pixels d'affichage, soit à l'électronique de contrôle d'affichage (1109), soit à un potentiel continu référencé au potentiel de garde (1103) et permettant de maintenir des transistors de contrôle des pixels (209, 1403) bloqués.
22. Le dispositif de la revendication 20, dans lequel le module de commutation comprend :
- des switchs de données (1805.1) agencés de sorte à relier des lignes de données (1301, 1401) des pixels d'affichage, soit à l'électronique de contrôle d'affichage (1109), soit au potentiel de garde (1103) ;
- des switchs de commande (1805.2) agencés de sorte à relier des lignes de commande (1300, 1400) des pixels d'affichage à l'électronique de contrôle d'affichage (1109), ou à maintenir lesdites lignes de commandes (1300, 1400) électriquement flottantes.
23. Le dispositif de la revendication 20, dans lequel le module de commutation comprend :
- des switchs de données (1805.1) agencés de sorte à relier des lignes de données (1301, 1401) des pixels d'affichage à l'électronique de contrôle d'affichage (1109), ou à maintenir lesdites lignes de données (1301, 1401) électriquement flottantes ;
- des switchs de commande (1805.2) agencés de sorte à relier des lignes de commande (1300, 1400) des pixels d'affichage à l'électronique de contrôle d'affichage (1109), ou à maintenir lesdites lignes de commandes (1300, 1400) électriquement flottantes.
24. Le dispositif de l'une des revendications 20 à 23, dans lequel le module de commutation comprend en outre au moins un switch de référence
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(1805.3) agencé de sorte à relier la couche de potentiel commun (1104), soit à un potentiel commun Vcom ou de cathode de l'écran d'affichage référencé à la masse générale (1105), soit au potentiel de garde (1103).
25. Le dispositif de l'une des revendications 20 à 23, comprenant des électrodes de mesure capacitives (502) intégrées dans la couche de potentiel commun (1204), dans lequel le module de commutation comprend en outre des switchs d'électrodes agencés de sorte à relier respectivement les électrodes de mesure (502), soit à l'électronique de mesure capacitive (1106), soit à un potentiel commun Vcom ou de cathode de l'écran d'affichage référencé à la masse générale (1105).
26. Le dispositif de la revendication 25, dans lequel le module de commutation comprend des switchs d'électrodes incluant :
- un premier switch d'électrode (1805.4) agencé de sorte à relier une électrode de mesure (502), soit à l'électronique de mesure capacitive (1106), soit à un second switch d'électrode (1805.5) ;
- un second switch d'électrode (1805.5) agencé de sorte à relier ledit premier switch d'électrode (1805.4), soit à un potentiel commun Vcom ou de cathode de l'écran d'affichage référencé à la masse générale (1105), soit au potentiel de garde (1103).
27. Le dispositif de l'une des revendications 20 à 26, comprenant un affichage avec des diodes électroluminescentes organiques (OLED) (403), qui comprend en outre une source d'alimentation des OLED (2100) reliée en sortie aux lignes d'alimentation (1402) desdites diodes électroluminescentes organiques, laquelle source d'alimentation des OLED (2100) étant électriquement flottante et référencée au potentiel de la couche de potentiel commun (1204).
28. Le dispositif de l'une des revendications 20 à 27, dans lequel le module de commutation comprend des switchs réalisés avec des transistors de l'un des types suivants : FET, OFET, MOS, MOSFET, TFT, contrôlés par un
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03.08.2015 signal de grille référencé à l'une des références suivantes : la masse générale (1105), le potentiel de garde (1103).
29. Le dispositif de l'une des revendications 20 à 28, dans lequel le module de commutation comprend des switchs réalisés avec des transistors TFT localisés dans ou en bordure de la zone d'affichage.
30. Appareil comprenant un dispositif d'interface homme-machine selon l'une des revendications précédentes.
31. L'appareil de la revendication 30, qui est de l'un des types suivants : téléphone, smartphone, tablette, écran d'affichage, ordinateur.
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