專利名稱：包括壓力傳感器陣列的具有單觸摸或多觸摸能力的觸摸屏幕或觸摸墊及此類傳感器的制作的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及一種確定接觸位置的觸摸屏幕或觸摸墊。
背景技術(shù)：
當(dāng)前存在與機(jī)器或計算機(jī)交互的數(shù)種方法，例如，鼠標(biāo)、鍵盤、觸摸屏幕、觸摸墊及 各種傳感器。觸摸屏幕技術(shù)(特定來說)正變得越來越流行，這是因?yàn)榕c裝置的直接交互可經(jīng) 由屏幕在立即反饋的情況下進(jìn)行。另外，對于移動裝置(特定來說)，空間節(jié)省為適當(dāng)?shù)模?為組合的顯示器與觸摸界面占據(jù)比顯示 器加(例如)鍵盤更少的空間。然而，平整的觸摸 墊(也就是說，觸敏表面)現(xiàn)在是對鼠標(biāo)的最常見的替換(例如，對于筆記本)。借助稱為具有多觸摸能力的觸摸裝置(觸摸屏幕或觸摸墊)(可借助所述觸摸裝 置檢測多于一個手指或尖筆或其它物件)的本發(fā)明，全新的交互變得可能，例如，對于同時 在一個顯示器上的多個人。另外，可實(shí)施可借助多個手指操作的較多直覺界面。這些方法 較困難或不可能小型化或者極昂貴。迄今，缺乏一種廉價、耐用且容易小型化的解決方案?，F(xiàn)在通常經(jīng)由成像方法或經(jīng)由顯示器上方的透明電容式傳感器陣列來實(shí)施具有 多觸摸能力的二維輸入裝置。還可想象到電感式方法的使用。對于成像方法，紅外相機(jī)“看向”由玻璃或壓克力制成的半透明投影表面。將要描 繪的計算機(jī)圖像借助投影機(jī)從下方被投影到此投影表面上。同時，使用紅外光從側(cè)面照明 屏面。如果一個或多個手指現(xiàn)在觸摸投影表面，那么玻璃的折射率在此點(diǎn)處改變且人們將 手指(且僅這些手指)視為紅外相機(jī)的圖像中的點(diǎn)。人們現(xiàn)在可借助圖像辨識來定位這些 點(diǎn)且因此計算位置。目前，此類成像方法無法被制作得足夠平坦以在移動裝置中使用。然而，存在其中將紅外LED及傳感器陣列附接于TFT顯示器后面以便檢測所述LED 的紅外光在手指上的反射的各種實(shí)驗(yàn)。然而，在使用LED的情況下，能量消耗相對較高，結(jié)果使得所述方法難以適合在移 動裝置中使用。此外，其對于外部紅外輻射(例如，太陽光)也為敏感的。還存在將傳感器集成于顯示器的制造過程中的方法。然而，基本上，這些方法取決 于顯示器技術(shù)且極為特定。隨后絕對不能對其進(jìn)行集成。在電容式多觸摸界面的情況下， 在手指或其它電介質(zhì)的接近時測量到一個或多個傳感器的電容的改變。接著可通過對安置 為一陣列的各種傳感器的信號進(jìn)行內(nèi)插來計算一個或多個手指的位置。電容式傳感器技術(shù) 易于受到來自雜散輻射的干擾且此外無法穿透目前常見的顯示器。因此，必須在氧化銦錫 基底上以透明方式制造傳感器且將其安置于顯示器上方。此類界面極昂貴，因?yàn)殂熓堑厍?上的最稀缺元素之一。此外，其并非完全透明，結(jié)果使得屏幕的可讀性受到影響且任何反射 效應(yīng)可對界面起干擾作用。電感式方法基于其可僅與含有電子組件的特殊尖筆一起工作的高度干擾性方面。
當(dāng)前以大多數(shù)不同的方式實(shí)施其中可僅檢測一個手指的觸摸屏幕或觸摸墊界面。除了其它方法以外，還存在用以基于壓力傳感器確定手指位置的方法，所述壓力 傳感器附接于顯示器的拐角上且根據(jù)杠桿定律依據(jù)所述傳感器處的不同壓力條件計算所 述位置。然而，無法使用這些方法來檢測多于一個手指或尖筆。另外，表面可能不是柔性且 如果有必要的話那么必須對其進(jìn)行加強(qiáng)以防彎曲，否則無法以充分的精確度來執(zhí)行內(nèi)插。還存在可用于盡可能精確地測量表面上的不同壓力條件的壓力傳感器陣列，例如，用于醫(yī)學(xué)目的(當(dāng)站立或行走時腳底上的壓力條件)或在儀器測量技術(shù)中，例如，用以 測量剎車盤上剎車墊的整個表面的不同壓力。可從以下文獻(xiàn)中推知所提及的實(shí)例DE102006031376、DE19632866、EP0684578、 EP0754370、EP0932117、EP1621989、EP1745356、EP1853991、US2005083310、US5945980、 US6188391、US7030860、W004114105、W02004044723。

發(fā)明內(nèi)容
在權(quán)利要求1中提及的本發(fā)明目標(biāo)是極高效地且廉價地制造具備單觸摸或多觸 摸能力的顯示器或觸摸墊，其既耐用又對干擾不敏感且還可容易地小型化并用于移動裝置 中。此目標(biāo)由具有獨(dú)立權(quán)利要求的特征的裝置實(shí)現(xiàn)。特定來說，所述目標(biāo)借助壓力傳 感器(3)來實(shí)現(xiàn)，所述壓力傳感器(3)作為二維陣列安置于基底(1)上且具備信號電纜(2) 使得可個別地評價每一傳感器。放置于此陣列上使得每一壓力傳感器觸摸所述顯示器或者 所述表面是盡可能薄且因此盡可能柔性的顯示器(4)以供用作觸摸屏幕或是柔性材料(4) (例如，PVC、壓克力到紙張、織物或類似物)的表面以供用作觸摸墊。由于現(xiàn)代顯示器通常極薄，因此其具有一定量的彈性。當(dāng)用作觸摸墊(而非顯示 器)時，可因材料本身的選擇而選擇表面的彈性。


各圖及以下對所述各圖的描述用作實(shí)例性實(shí)施例以實(shí)現(xiàn)對本發(fā)明的更好理解。詳 細(xì)地圖A顯示具有傳感器層及呈現(xiàn)層的顯示器的透視分層構(gòu)造；圖B-B(I)到B-B (2)以各種程度的細(xì)節(jié)從側(cè)面顯示分層構(gòu)造；圖C從上方顯示許多傳感器中的一者的示意性構(gòu)造；圖D-D以側(cè)視圖顯示來自C的傳感器；圖E-E顯示具有由于壓力而改變其電阻的傳感器的實(shí)施例的側(cè)視圖；圖F顯示從上方到壓敏油墨上的視圖，所述壓敏油墨具有在其中應(yīng)出現(xiàn)壓力傳感 器的那些點(diǎn)處已彼此連鎖的PCB軌跡。圖G顯示具有網(wǎng)格狀格柵的多層傳感器，借此施加于所述格柵的節(jié)點(diǎn)處的是依據(jù) 壓力變動電阻使得上部及下部PCB軌跡導(dǎo)致短路的視圖；圖H顯示圖G的側(cè)視圖。
具體實(shí)施例方式下文中將詳細(xì)地解釋上文所提及的各圖。圖A顯示具有傳感器層及顯示器層的本發(fā)明的透視分層構(gòu)造。如果手指或其它物件(Fl)觸摸顯示器或表面(4)，那么根據(jù)杠桿定律此壓力可變地傳送到下伏傳感器(圖B-B(I)中的Rl及R2)。通過應(yīng)用杠桿定律，可針對所有傳感器 清晰地確定路徑Ll及L2且因此確定手指在表面上的位置(甚至在僅使用三個壓力傳感器 時)，但以此方式不可區(qū)分第二接觸。然而，由于另外所述顯示器或表面為輕微彈性，因此所述表面在接觸點(diǎn)處容易地 且地變形(圖B-B(2))。與原本根據(jù)杠桿定律預(yù)期的相比，此變形導(dǎo)致靠近于所述接觸的傳 感器受到更重的載荷且那些遠(yuǎn)離的傳感器受到更輕的載荷。此導(dǎo)致所述接觸點(diǎn)的緊鄰范圍 中的傳感器值中的局部最大值。如果接著在足夠距離處發(fā)生第二接觸(F2)，那么根據(jù)杠桿定律此壓力也起作用， 但另外由于所述表面的變形而出現(xiàn)其它局部最大值。所述接觸的足夠距離是經(jīng)由所述傳感 器的間距、所述傳感器的測量精確度及所述表面的彈性界定的。特定來說，可通過在印刷過程中將在壓力(9)下改變其電阻的材料印刷到具有對 應(yīng)PCB軌跡(5、6及8)的襯底(7)上來制造此陣列的壓力傳感器。印刷電路板的制造中的 標(biāo)準(zhǔn)過程可極高效地用于此印刷過程，在所述標(biāo)準(zhǔn)過程中通常通過模板將焊料膏施加到所 述印刷電路板。然而，本發(fā)明并不限于此過程。存在產(chǎn)生相同成就的一系列其它過程。以 相同方式，接著可將所述壓敏油墨印刷到已為此制備的PCB上，所述PCB具有在為測量所述 油墨的電阻而應(yīng)出現(xiàn)壓力傳感器的那些點(diǎn)處已彼此連鎖(圖6)的軌跡。以相同方式，接著 可施加合成材料的其它層以增加所述傳感器的厚度。因此，所述表面或所述顯示器到傳感 器場之間的間隙稍微增加，使得還可保證與所述顯示器的接觸且所述表面的變形在所述表 面不觸摸基底(7)的情況下是可能的。也可通過將呈適當(dāng)形狀(正方形、六邊形等)的傳感器附接成彼此如此靠近以致油 墨(9)本身形成所述表面來阻止此接觸。接著，在被用作觸摸墊時，額外表面是不必要的。使 用此過程，可極好地且極廉價地將壓力傳感器的制作集成到評價電子器件的制造過程中。還可通過使用一物質(zhì)或“油墨”在普通印刷過程中也將PCB軌跡(11及13)印刷 到基底上而完全在印刷過程內(nèi)制作所述傳感器，所述物質(zhì)或“油墨”具有不變且優(yōu)選地最低 可能的電阻。最初，用相關(guān)聯(lián)PCB軌跡將傳感器場(11)陣列印刷到基底(10)上。接著將具有 在壓力下改變的電阻的油墨(12)印刷在傳感器表面(11)上。在其它印刷過程中，將對應(yīng)PCB軌跡施加到傳感器表面(13)。由于油墨(12)完全 包封傳感器表面(11)，因此頂部與底部傳感器層之間無法發(fā)生短路。接著可經(jīng)由有源表面 (Aw)測量電阻。以此方式，可將傳感器施加到幾乎任一基底。如果基底為導(dǎo)電的，那么必須 首先施加絕緣層。此也可在印刷過程期間或通過某一其它適當(dāng)方法發(fā)生。如果有必要，那 么也必須以此方式在傳感器及PCB軌跡上方施加絕緣層，使得無法與進(jìn)行接觸的物件進(jìn)行 電接觸。
權(quán)利要求
一種觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于手指或其它物件在柔性表面上的接觸的位置由壓力傳感器陣列確定，所述壓力傳感器不僅位于所述表面的邊緣上且還分布于所述整個表面上并測量作用于相關(guān)點(diǎn)上的壓力。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于電阻式壓力傳感器用作壓力 傳感器。
3.根據(jù)權(quán)利要求2所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于基于在壓力下改變其電阻的 材料的電阻式壓力傳感器用作壓力傳感器。
4.根據(jù)權(quán)利要求3所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于所述壓力傳感器是在印刷過 程中制作的，在所述印刷過程中將所述在壓力下改變其電阻的材料印刷到已具備適當(dāng)PCB 軌跡的基底(印刷電路板)上。
5.根據(jù)權(quán)利要求4所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于所述PCB軌跡也是在印刷過 程中印刷到基底上的。
6.根據(jù)權(quán)利要求4所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于連鎖的PCB軌跡用作傳感器 表面，據(jù)此以減小將要測量的電阻且因此減小靈敏度。
7.根據(jù)權(quán)利要求3及4所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于中間間隔具備導(dǎo)電表面， 所述導(dǎo)電表面接合到電阻測量電子器件的電接地以最小化外部干擾。
8.根據(jù)權(quán)利要求4到7所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于所述傳感器是印刷于柔 性或剛性非導(dǎo)電基底上，尤其是印刷于塑料、織物、紙張或卡紙板上。
9.根據(jù)權(quán)利要求4到7所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于所述傳感器是通過首先 施加電絕緣層而印刷于柔性或剛性導(dǎo)電基底上，尤其是印刷于導(dǎo)電塑料、織物、金屬及金屬 箔片上。
10.根據(jù)權(quán)利要求3到9所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于絕緣層是作為頂層而施 加于所述傳感器陣列上以便向所述傳感器提供電保護(hù)及機(jī)械保護(hù)。
11.根據(jù)權(quán)利要求3到9所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于所述在壓力下改變其電 阻的材料用于所述整個表面上方，使得根據(jù)權(quán)利要求10的表面的施加變得不必要。
12.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于電容式壓力傳感器用作壓 力傳感器。
13.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于測量所述表面的所述變形 的傳感器用作傳感器。
14.根據(jù)權(quán)利要求13所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于測量所述傳感器到所述表 面的距離的變形傳感器用作傳感器。
15.根據(jù)權(quán)利要求13所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于使用直接附接到顯示器的 后部或根據(jù)權(quán)利要求5到12印刷的變形傳感器。
16.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于所述接觸的準(zhǔn)確位置是通 過能夠根據(jù)杠桿定律且借助所述表面的柔性的額外知識依據(jù)所述傳感器的所 述壓力分布 對所述位置進(jìn)行內(nèi)插而確定的。
17.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于最靠近于所述接觸的所述 傳感器的局部最大值是由于所述表面的柔性而評價的。
18.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏幕或觸摸墊，其特征在于其它接觸可因?yàn)橛擅恳黄渌佑|所產(chǎn)生的額外局部最大值而區(qū)分，只要所述其它接觸是在足夠距離處進(jìn)行的即可， 所述接觸的所述足夠距離是經(jīng)由所述傳感器的間距、所述傳感器的測量精確度及所述表面 的彈性界定的。
19.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏幕，其特征在于所述表面包括盡可能薄且因此盡可 能柔性的顯示器。
20.根據(jù)權(quán)利要求19所述的觸摸屏幕，其特征在于所述顯示器是可卷起、可折皺、可折 疊或可彎曲的顯示器。
21.根據(jù)權(quán)利要求19所述的觸摸屏幕，其特征在于所述壓力傳感器是以變形傳感器的 形式、尤其還借助權(quán)利要求5到12中所列出的所述印刷過程而直接施加于所述柔性顯示器上。
22.根據(jù)權(quán)利要求19所述的觸摸屏幕，其特征在于所述顯示器是TFT顯示器、0LED顯 示器、等離子顯示器、雙穩(wěn)態(tài)或單穩(wěn)態(tài)顯示器(例如電子油墨)或稱為電子紙張的顯示器或 LCD顯不器。
23.根據(jù)權(quán)利要求19所述的觸摸屏幕，其特征在于在透明設(shè)計中所述壓力傳感器位于 所述顯示器的前面。
全文摘要
本發(fā)明實(shí)施一種具有多觸摸能力的觸摸屏幕或觸摸墊，其中在柔性表面下方附接大量壓力傳感器且既測量壓力分布又測量所述表面的變形。在接觸時發(fā)生伴隨變形的情況下，局部壓力最大值因表面材料的柔性而出現(xiàn)。因?yàn)榭纱嬖诙鄠€局部壓力最大值，所以還可同時辨識多個接觸。另外，可依據(jù)壓力強(qiáng)度及所述壓力分布斷定施加壓力所借助的力，使得此信息可同樣用于用戶界面中?？蓸O高效地且具成本效率地制作此類傳感器，因?yàn)閷⒃趬毫ο赂淖兤潆娮璧挠湍珘河∮趯?shí)施為傳感器表面的印刷導(dǎo)體上。同樣，還可使用具有最低可能電阻的油墨印刷所述印刷導(dǎo)體及所述傳感器表面。
文檔編號G06F3/041GK101836178SQ200880113176
公開日2010年9月15日 申請日期2008年10月27日 優(yōu)先權(quán)日2007年10月26日
發(fā)明者安德烈亞斯·施泰因豪澤, 米洛施·梅里亞克 申請人:安德烈亞斯·施泰因豪澤