FR3032287A1 - Dispositif de detection capacitif multicouches, et appareil comprenant le dispositif - Google Patents

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Abstract

La présente invention concerne un dispositif de détection capacitif, comprenant une pluralité d'électrodes de mesure capacitives individuelles (12) réparties selon une surface de mesure, et des pistes de liaison (20) reliées respectivement auxdites électrodes de mesure (12), dans lequel les électrodes de mesure (12) et les pistes de liaison (20) sont agencées selon deux couches distinctes visuellement transparentes séparées par un matériau d'isolation (53) isolant à l'électricité. L'invention concerne aussi un procédé de fabrication du dispositif, et un appareil comprenant le dispositif.

Description

-1- « Dispositif de détection capacitif multicouches, et appareil comprenant le dispositif » Domaine technique La présente invention concerne un dispositif de détection capacitif destiné à être superposé ou intégré à un écran d'affichage, et qui est agencé de sorte à minimiser les interactions parasites avec les pistes de liaison des électrodes de mesure. Elle concerne également un procédé de fabrication du dispositif, et un appareil comprenant un tel dispositif. Le domaine de l'invention est plus particulièrement mais de manière non limitative celui des interfaces homme machine tactiles et sans contact. Etat de la technique antérieure De nombreux appareils intègrent des interfaces de commandes ou 15 interfaces homme-machine capacitives, superposées ou intégrées à un écran d'affichage. Ces interfaces comprennent des électrodes de mesure capacitives réparties sur une surface de détection, qui sont sensible à la présence d'un objet de commande tel qu'un doigt ou un stylet. 20 Ces électrodes sont souvent réalisées sous la forme de dépôts de couches de matériaux à la fois sensiblement transparent et sensiblement conducteur à l'électricité, tel que de l'ITO (oxyde d'indium-étain). On connaît des configurations d'interfaces de commande dans lesquelles les électrodes de mesures sont réparties sous la forme de lignes et 25 de colonnes croisées. Dans ce cas, les électrodes s'étendent jusqu'au bord de la surface de détection et peuvent donc être reliées directement à l'électronique de commande. Les électrodes en lignes et de colonnes peuvent être réalisées par deux couches conductrices distinctes superposées, séparées par une couche 30 isolante. Les électrodes en lignes et colonnes peuvent également être réalisées sous la forme de structures (par exemple de type losanges) entremêlés intégrées dans la même couche conductrice. Des ponts conducteurs (« bridges » en anglais) sont alors réalisés au niveau des croisements entre -2- les lignes et les colonnes, avec usuellement une fine couche d'isolant et un dépôt de matériau conducteur ou des micro-fils. Dans ce cas on obtient une configuration avec une seule couche conductrice, ce qui permet de produire une structure moins épaisse et potentiellement moins chère.
On connaît également des configurations d'interfaces de commande dans lesquelles les électrodes de mesure sont réalisées sous la forme d'électrodes individuelles réparties selon une disposition matricielle dans une couche conductrice. Cette disposition matricielle des électrodes présente des avantages en termes de capacité de détection. En particulier, si elle est mise en oeuvre avec une électronique de détection de sensibilité suffisante, elle permet de détecter sans ambiguïté plusieurs objets de commande simultanément, en contact et/ou à distance. On connaît par exemple le document WO 2011/015794 qui décrit un procédé et un dispositif d'interface de commande qui permet de détecter simultanément une pluralité d'objets de commande en contact et/ou à distance de l'interface. Cette interface comprend une matrice d'électrodes de mesure capacitives protégées selon leur face arrière par une garde active. L'électronique de détection capacitive permet de mesurer le couplage capacitif entre les électrodes de mesure et des objets à proximité (en mode dit « self capacitance »). Grâce notamment à l'utilisation de la garde, elle présente une dynamique et une sensibilité suffisante pour permettre la détection d'objets en contact avec la surface de détection, et à distance jusqu'à plusieurs centimètres de cette surface de détection.
La matrice d'électrodes peut être réalisée sous la forme d'une couche conductrice avec un dépôt d'ITO. La garde active peut également être réalisée sous la forme d'une couche conductrice d'ITO placée sous la couche des électrodes de mesure (relativement à la zone de mesure) et séparée de cette couche d'électrodes par une couche diélectrique isolante.
De manière habituelle, dans ces configurations, les électrodes de mesure sont reliées individuellement à l'électronique de commande par des pistes de liaison qui sont tracées entre elles dans la même couche conductrice. -3- Il peut alors se poser un problème de couplage parasite entre les pistes de liaison et les objets de commande. En effet, lorsqu'un objet de commande se trouve à proximité immédiate ou en contact avec la surface de détection au-dessus d'une portion de piste de liaison, il s'établit un couplage capacitif parasite entre cette piste de liaison et cet objet. Ce couplage capacitif parasite peut générer une fausse détection car il peut être interprété par l'électronique de détection comme un couplage entre l'objet et l'électrode de mesure à laquelle la piste de liaison est reliée. Le couplage parasite entre une piste de liaison et un objet est de très faible valeur car, la piste étant très étroite, sa surface en regard de l'objet de commande est très faible. Toutefois il peut être suffisant pour créer des perturbations dans une interface capacitive capable de détecter des objets à distance, car il est du même ordre de grandeur que le couplage capacitif qui s'établit entre une électrode de mesure et un objet à distance de cette électrode. Ainsi, un doigt en contact avec une piste de liaison peut être interprété comme un objet présent à distance de l'électrode de mesure à laquelle la piste est reliée. Pour corriger ce problème, il est connu de rajouter une couche conductrice au-dessus de la couche des électrodes (relativement à la surface de détection) avec un masque de garde. Ce masque de garde est agencé de sorte à s'étendre au-dessus des pistes de liaison, et comprend des ouvertures en regard des électrodes de mesure. Ainsi, un objet de commande à proximité ou en contact avec la surface de détection ne peut générer de couplage capacitif qu'avec les électrodes et pas avec les pistes de liaison car elles sont protégées par le masque de garde. On connaît par exemple les documents JP 2009-86240 et WO 2014/076363 qui décrivent de telles configurations. Toutefois, cette solution a l'inconvénient de nécessiter une couche supplémentaire de matériau conducteur, ce qui est pénalisant en termes d'épaisseur et de coût.
La présente invention a pour objet de proposer un dispositif de détection capacitif avec des électrodes de mesure individuelles qui permette de résoudre des inconvénients de l'art antérieur. -4- La présente invention a également pour objet de proposer un tel dispositif de détection capacitif qui permette de minimiser les interactions parasites avec les pistes de liaison. La présente invention a également pour objet de proposer un tel 5 dispositif de détection capacitif qui puisse être mis en oeuvre avec un minimum de couches conductrices. La présente invention a également pour objet de proposer un tel dispositif de détection capacitif qui présente une épaisseur minimale. La présente invention a également pour objet de proposer un tel 10 dispositif de détection capacitif apte être superposé ou intégré à un écran d'affichage, et compatible avec les techniques de production habituellement employées. Exposé de l'invention Cet objectif est atteint avec un dispositif de détection capacitif, 15 comprenant une pluralité d'électrodes de mesure capacitives individuelles réparties selon une surface de mesure, et des pistes de liaison reliées respectivement auxdites électrodes de mesure, lequel dispositif étant caractérisé en ce que les électrodes de mesure et les pistes de liaison sont agencées selon deux couches distinctes visuellement 20 transparentes séparées par un matériau d'isolation isolant à l'électricité. Le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut ainsi comprendre une pluralité d'électrodes de mesure utilisables individuellement pour effectuer une mesure de couplage capacitif avec un ou des objets d'intérêt à proximité. Il peut également comprendre des pistes de liaison qui 25 permettent de relier individuellement les électrodes (ou chaque électrode) à une électronique de détection à l'extérieur de la surface de mesure. Le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut être réalisé sous la forme d'une succession ou d'un empilement de couches de matériau, dont une couche avec les électrodes de mesure, une couche avec les pistes de 30 liaison, et une couche de matériau d'isolation intercalée entre les électrodes et les pistes de liaison. La répartition en couche doit être interprétée comme une superposition de zones avec les différents matériaux cités mais il est bien entendu que les séparations ne sont pas nécessairement strictes et les matériaux de certaines -5- couches (tel que le matériau d'isolation) peuvent être également présents dans certaines autres couches (telle que la couche avec les électrodes de mesure). Les couches sont dites « visuellement transparentes » (ou transparentes) dans le sens où elles sont au moins suffisamment transparentes pour permettre de visualiser dans des conditions acceptable par transparence une image issue par exemple d'un écran d'affichage auquel le dispositif de détection capacitif serait superposé ou dans lequel il serait intégré.
Le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut ainsi être globalement visuellement transparent ou transparent. Suivant des modes de réalisation, le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut comprendre un matériau d'isolation agencé sous la forme d'une couche d'isolation s'étendant en regard des électrodes de 15 mesure. Le dispositif capacitif selon l'invention peut également comprendre des liaisons électriques traversantes entre lesdites électrodes de mesure et les pistes de liaison. Dans ce cas, le matériau d'isolation peut être réparti de sorte à 20 recouvrir au moins la face arrière (relativement à la surface de mesure) des électrodes. Les pistes de liaison peuvent être reliées à « leur » électrode au moyen d'une liaison électrique au travers d'ouvertures dans la couche de matériau d'isolation. Suivant des modes de réalisation, le dispositif de détection capacitif 25 selon l'invention peut comprendre un matériau d'isolation essentiellement localisé entre les pistes de liaison et les électrodes de mesure non reliées auxdites pistes de liaison. Dans ce cas, le matériau d'isolation peut être placé uniquement ou essentiellement entre les pistes de liaison et les électrodes à isoler de ces 30 pistes, par exemple en suivant le tracé de ces pistes. Suivant des modes de réalisation, le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut comprendre : - un matériau d'isolation organique ; - un matériau d'isolation minéral ; -6- - une résine ou un polymère photosensible (« photoresist » en Anglais) ; - un matériau d'isolation avec une épaisseur inférieure à 10 microns ; - un matériau d'isolation avec une épaisseur inférieure à 5 microns ; - un matériau d'isolation avec une épaisseur comprise entre 1 micron et 4 microns. Suivant des modes de réalisation, le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut comprendre des électrodes de mesure réparties selon l'une quelconque des dispositions suivantes : - selon une disposition matricielle ; - selon une disposition en lignes et en colonnes orthogonales ou sensiblement orthogonales ; - selon une disposition en lignes et en colonnes formant entre elles un angle différent de 90 degrés ; - selon une disposition présentant une structure ou une symétrie circulaire ; - selon toute disposition compatible avec les besoins de la mesure. Suivant des modes de réalisation, le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut comprendre des électrodes de mesure et/ou des pistes 20 de liaison réalisées avec l'un quelconque des matériaux suivants : - un matériau globalement transparent et conducteur à l'électricité ; - un oxyde conducteur transparent (« transparent conducting oxide », TCO), par exemple à base d'oxyde de zinc (ZnO, ...), oxyde d'étain, oxyde de zinc dopé à l'aluminiun (AZO), oxyde d'indium, oxyde de cadmium ; 25 - de l'ITO (oxyde d'indium-étain) ; - un matériau à base de fils métalliques sub-micrométriques, c'est-à-dire comprenant des fils métalliques de diamètre inférieur au micromètre, ou même nanométrique, par exemple en argent ; - un matériau de type « metal mesh », basé sur un maillage ou un 30 réseau de fils métalliques de diamètre sub-nanométrique ou même nanométrique ; - un matériau à base de nanotubes de carbone ou de graphène. -7- Le terme de « matériau conducteur à l'électricité » désigne un matériau suffisamment conducteur pour l'application de détection capacitive envisagée, étant entendu que ce matériau peut être résistif. Bien entendu, les électrodes de mesure et les pistes de liaison peuvent 5 être réalisées avec des matériaux différents. Les pistes de liaison peuvent aussi être réalisées avec des dépôts métalliques de quelques microns de largeur. Suivant des modes de réalisation, le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut comprendre en outre un plan de garde réalisé sous la 10 forme d'une couche de matériau conducteur à l'électricité disposée à l'opposé des électrodes de mesure relativement aux pistes de liaison. Ce plan de garde sert notamment à protéger les électrodes de mesure des couplages capacitifs parasites avec l'environnement. Il est de préférence polarisé au même potentiel que les électrodes de mesure, de sorte à réaliser 15 une garde active. Suivant des modes de réalisation, le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut comprendre en outre au moins un plan dit « de garde d'électrodes » en matériau conducteur intercalé entre au moins une partie des électrodes de mesure. 20 Ce ou ces plans de garde d'électrode peuvent notamment être réalisés dans la même couche que les électrodes de mesure. Le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut également comprendre des pistes de liaisons disposées au moins en partie en vis-à-vis d'un plan de garde d'électrodes. 25 Ainsi, le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut comprendre des pistes de liaison dont au moins certaines parties passent sous un plan de garde d'électrodes, relativement à la surface de mesure. Ce plan de garde d'électrodes sert notamment à protéger les pistes de liaison des couplages capacitifs parasites avec des objets d'intérêt en contact ou au- 30 dessus de la surface de mesure. Il est de préférence polarisé au même potentiel que les électrodes de mesure et les pistes de liaison, de sorte à réaliser une garde active. -8- Suivant des modes de réalisation, le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut comprendre des pistes de liaisons disposées au moins en partie en vis-à-vis d'électrodes de mesures. Dans ce cas, il peut comprendre des pistes de liaison dont au moins 5 certaines parties passent sous des électrodes de mesure, relativement à une surface de détection. Suivant des modes de réalisation, le dispositif de détection capacitif selon l'invention peut comprendre des pistes de liaisons disposées en partie en vis-à-vis d'électrodes de mesures et en partie en vis-à-vis de plans de 10 garde d'électrode. Suivant un autre aspect, il est proposé un procédé de réalisation d'un dispositif de détection capacitif comprenant une pluralité d'électrodes de mesure capacitives individuelles réparties selon une surface de mesure et des pistes de liaison reliées respectivement auxdites électrodes de mesure, 15 lequel procédé comprenant des étapes de réalisation des électrodes de mesure et des pistes de liaison sous la forme de deux couches distinctes visuellement transparentes séparées par un matériau d'isolation isolant à l'électricité. Le procédé selon l'invention peut comprendre notamment des étapes : 20 - de dépôt sur un substrat diélectrique d'une couche de matériau conducteur à l'électricité, structurée de sorte à réaliser au moins les électrodes de mesure ; - de dépôt d'une couche de matériau d'isolation ; - de dépôt d'une couche de matériau conducteur à l'électricité, 25 structurée de sorte à au moins réaliser les pistes de liaison. Suivant des modes de mise en oeuvre, le procédé selon l'invention peut comprendre en outre des étapes : - de dépôt sur un second substrat diélectrique d'une couche de matériau conducteur à l'électricité structurée de sorte à réaliser un plan de 30 garde ; - de collage (ou de lamination) dudit plan de garde sur la couche constituant les pistes de liaison et/ou sur la couche de matériau d'isolation au moyen d'un adhésif transparent (OCA, « optically clear adhesive » en Anglais). -g- Suivant un autre aspect, il est proposé un appareil comprenant un dispositif d'affichage et un dispositif de détection capacitif selon l'invention. Suivant des modes de réalisation : - le dispositif de détection capacitif peut être superposé au dispositif 5 d'affichage. - l'appareil selon l'invention peut comprendre un dispositif d'affichage de type LCD (affichage à cristaux liquides, « Liquid Cristal Display » en Anglais) ou OLED (à base de diodes électroluminescentes organiques, « Organic Light-Emitting Diodes » en Anglais), et un dispositif de détection 10 capacitif au moins en partie intégré aux couches constitutives du dispositif d'affichage. L'appareil selon l'invention peut être notamment de l'un des types suivants : smartphone, tablette, ordinateur, dispositif ou écran d'affichage. Suivant des modes de mise en oeuvre, le dispositif de détection 15 capacitif selon l'invention peut être utilisé comme dispositif d'interface capacitif pour contrôler un appareil. Dans ce cas, il est utilisé pour détecter des objets d'intérêt (tels que des doigts, un stylet, ...) qui sont utilisés comme objets de commande pour interagir avec l'appareil. L'invention permet donc de réaliser un dispositif de détection capacitif 20 ou un dispositif d'interface capacitif basé sur une matrice d'électrodes individuelles dans lequel les mesures ne sont pas perturbées par les pistes de liaisons. En effet, dans la mesure où ces pistes de liaison sont pour l'essentiel localisées sous les électrodes ou sous le plan de garde d'électrodes, il ne peut pas s'établir de couplage capacitif significatif entre elles et les objets de 25 commande. Grâce à l'utilisation d'un isolant organique de très faible épaisseur, le routage des pistes sur une couche différente de la couche des électrodes n'induit pas d'augmentation d'épaisseur significative. En outre, le procédé de fabrication de l'invention est totalement 30 compatible avec les procédés industriels actuels utilisés pour la production de masse, car il met en oeuvre un isolant organique qui est normalement utilisé uniquement pour réaliser des pontages locaux (« bridges »), par exemple pour réaliser des croisements de pistes ou d'électrodes d'une même couche. -10- L'invention comprend ainsi à la fois une architecture de dispositif de détection capacitif originale, et un mode de fabrication également original dans le sens où il détourne des étapes de procédé industriel normalement utilisées d'une autre manière.
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 oeuvre et de modes de réalisation nullement limitatifs, et des dessins annexés suivants : - la Fig. 1 illustre un schéma de principe de dispositif d'interface 10 capacitif selon l'invention, - la Fig. 2 illustre un dispositif d'interface capacitif de l'art antérieur, avec des électrodes de mesure et des pistes de liaison réalisées sur la même couche, - la Fig. 3 illustre un exemple de structures de couches dans un 15 dispositif d'interface capacitif de l'art antérieur, - les Fig. 4(a) et Fig. 4(b) illustrent des exemples de structures de couches dans des dispositifs d'interface capacitifs selon l'invention, - la Fig. 5 illustre un mode de réalisation de dispositif d'interface capacitif selon l'invention, selon une vue de dessous, 20 - la Fig. 6 illustre un autre mode de réalisation de dispositif d'interface capacitif selon l'invention, avec un plan de garde entre les électrodes. 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 25 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 30 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. -11- 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 5 même référence. On va tout d'abord décrire, en référence à la Fig. 1, un schéma de principe de dispositif d'interface capacitif selon l'invention. Dans le mode de réalisation présenté, ce dispositif d'interface est destiné à être superposée à un écran d'affichage 14. Il comprend des 10 électrodes de mesure capacitives 12 réparties sur une surface ou un panel de mesure 11 (ou du moins en regard d'une telle surface). Ces électrodes 12 sont agencées selon une disposition matricielle. Le dispositif d'interface capacitif comprend également une garde 13 en matériau conducteur qui est intercalée entre l'écran d'affichage 14 et les 15 électrodes 12, selon leur face arrière (relativement à la surface de mesure 11). Cette garde 13 est polarisée au même potentiel électrique que les électrodes 12. Elle est destinée à protéger les électrodes 12 des couplages parasites avec l'affichage 14 ou l'appareil, en évitant l'apparition de capacités de fuite. 20 Les électrodes capacitives 12 sont reliées à une électronique de détection capacitive 15 qui permet de déterminer, par mesure du couplage capacitif direct (mode « self capacitance »), la position (X, Y, Z) d'objets d'intérêt ou de commande 10 en contact avec la surface de mesure 11 ou à proximité dans une zone de détection. Plus précisément, l'électronique de 25 détection capacitive 15 permet de mesurer la capacité qui s'établit entre les électrodes 12 et le ou les objets de commande 10. Comme la capacité entre une électrode de mesure 12 et un objet de commande 10 est une fonction inverse de la distance qui les sépare, on peut en déduire directement une information de distance (Z) de l'objet de commande 10 relativement à 30 l'électrode 12. La position dans la surface de mesure 11 de l'électrode 12 permet de localiser la position (X, Y) de l'objet de commande 10 dans le plan de cette surface de mesure 11. Différents types d'électroniques de détection 15 peuvent être mis en oeuvre dans le cadre de l'invention. -12- On peut par exemple mettre en oeuvre un principe de détection basé sur un amplificateur de charge et une garde active. Les électrodes 12 sont excitées à un potentiel d'excitation, par exemple par un oscillateur. Pour la mesure, elles sont reliées à un montage de type amplificateur de charge qui génère une tension de sortie fonction de la capacité entre ces électrodes de mesure 12 et un ou des objets de commande 10. La garde 13 est polarisée au même potentiel que les électrodes 12, par exemple par un montage suiveur de tension. Ainsi, il ne peut pas apparaître de capacités parasites entre la garde 13 et les électrodes 12 car elles sont au même potentiel.
On peut également mettre en oeuvre un principe de détection basé sur une électronique référencée à un potentiel flottant, telle que décrite par exemple dans le document WO 2011/015794. Dans ce cas, l'électronique de détection 15 comprend une partie sensible, reliée aux électrodes 12, qui est référencée à un potentiel alternatif de référence généré par exemple par un oscillateur. Cette partie sensible comprend également un montage de type amplificateur de charge qui génère une tension de sortie fonction de la capacité entre les électrodes de mesure 12 et un ou des objets de commande 10. La garde 13 est également polarisée à ce potentiel alternatif de référence. Ainsi, comme précédemment, dans la mesure où la garde 13 est polarisée au même potentiel que les électrodes 12, il ne peut pas apparaître de capacités parasites entre elles. Ce montage présente en outre l'avantage qu'il permet d'éviter l'apparition de capacités parasites au niveau de la partie sensible de l'électronique, qui est également référencée au potentiel alternatif de référence. On obtient ainsi une meilleure sensibilité et une meilleure robustesse aux perturbations, ce qui permet notamment de détecter des objets de commande 10 à plus grande distance de la surface de commande 11. Dans les deux exemples présentés, l'électronique de détection 15 peut comprendre des scrutateurs ou des switches qui permettent de relier séquentiellement les électrodes de mesure 12 à l'électronique de détection 15, pour mesurer leur capacité de couplage respectives avec les objets de commande 10. Dans ce cas, de préférence, les électrodes 12 qui ne sont pas actives sont reliées au potentiel de garde pour éviter les capacités parasites. Ainsi, les électrodes 12 sont toujours à un potentiel sensiblement égal au -13- potentiel de garde, qu'elles soient actives (reliées à l'électronique de détection 15) ou non. Dans les deux exemples présentés, l'électronique de détection 15 peut également comprendre plusieurs voies de détection fonctionnant en parallèle, 5 de sorte à « interroger » plusieurs électrodes de mesure 12 simultanément. Dans la mesure où le dispositif d'interface capacitif selon l'invention est destinée à être superposée (ou intégré) à un écran d'affichage 14, les éléments qui le constituent, dont les électrodes de mesure 12 et le plan de garde 13, doivent être suffisamment transparents pour permettre une 10 visualisation de l'affichage dans de bonnes conditions. Selon les techniques industrielle les plus couramment mises en oeuvre, les électrodes de mesure 12 et le plan de garde 13 sont réalisés par des dépôts de matériaux suffisamment conducteurs et transparents, tel que de l'ITO (oxyde d'indium-étain). 15 Afin de mesurer les capacités de couplage entre les électrodes 12 et des objets de commande 10, il est nécessaire de pouvoir relier individuellement toutes les électrodes 12 du panel de mesure 11 à l'électronique de détection 15. En référence à la Fig. 2, dans les dispositifs capacitifs de l'art antérieur, 20 la liaison entre les électrodes 12 et l'électronique de détection 15 est réalisée au moyen de pistes de liaison 20 en ITO tracées ou déposées dans la même couche que les électrodes de mesure 12. Cette disposition présente des inconvénients. En effet, les pistes doivent passer entre les électrodes. Cela nécessite d'écarter les électrodes, ce 25 qui fait perdre de la résolution spatiale, et/ou de faire varier la taille des électrodes en fonction du nombre de pistes à faire passer entre elles, tel qu'illustré à la Fig. 2. Dans ce dernier cas, on introduit en plus des différences de sensibilité entre ces électrodes 12. Les pistes de liaison 20, lorsqu'elles sont réalisées en ITO, doivent avoir 30 une largeur relativement importante, par exemple de l'ordre de 100 pm, pour en limiter la résistivité. Ainsi, en plus de la largeur nécessaire pour leur passage entre les électrodes 12, elles constituent également des surfaces qui peuvent se coupler capacitivement avec des objets 10 à proximité, et perturber les mesures. -14- Cette situation est illustrée à la Fig. 2. On peut estimer qu'un objet de commande 10 sous la forme d'un doigt en contact avec la surface de mesure au travers d'un verre de protection dans la zone représentée par le cercle 21 génère sur la piste de liaison 20 d'une électrode 22 une capacité de couplage 5 de l'ordre de 100 ff. Cette capacité, lorsqu'elle est mesurée par l'électronique de détection 15, est interprété comme un objet 10 « vu » par cette électrode 22, et donc localisé à la position représentée par le cercle 23 en vis-à-vis de cette électrode 22. Or cette capacité de 100 ff correspond au couplage capacitif avec l'électrode 22 d'un doigt situé à environ 2 mm de cette 10 électrode 22. On peut ainsi générer des détections « fantômes » très gênantes. Cette estimation est obtenue en appliquant la formule du condensateur plan : C = cocrS/D, 15 où cc) est la permitivité diélectrique du vide, Er la permitivité relative du matériau, S la surface équivalente d'électrodes en regard et D leur distance. On considère pour les calculs un doigt de diamètre 10 mm, et un verre de protection d'épaisseur 0.8 mm et de permitivité relative cr=7.4. Pour éviter les perturbations dues aux couplages parasites avec les 20 pistes de liaison, les dispositifs de l'art antérieur comprennent souvent un plan de garde supérieur agencé de sorte à recouvrir ces pistes de liaison. La Fig. 3 illustre un exemple représentatif de mode de réalisation d'un dispositif d'interface capacitif de l'art antérieur, avec une telle garde supérieure. 25 Ce dispositif d'interface capacitif comprend une succession de couches conductrices réalisées sous la forme de dépôts d'ITO déposés sur des substrats diélectriques. Ces couches sont ensuite assemblées par des couches d'adhésif optique (OCA) d'une épaisseur de l'ordre de 25 pm à 50 pm. Le substrat diélectrique peut être par exemple du PET (Polytéréphtalate 30 d'éthylène) d'une épaisseur de l'ordre de 25 pm à 100 pm, ou du verre. Plus précisément, le dispositif d'interface tel qu'illustré à la Fig. 3 comprend : - un substrat diélectrique de garde 30 ; -15- - un plan de garde 13, réalisée sous la forme d'une couche d'ITO déposée sur le substrat diélectrique de garde 30 ; - une première couche d'adhésif optique 31 ; - un substrat diélectrique d'électrodes 32 ; - des électrodes de mesure 12 et des pistes de liaison 20 réalisées sous la forme d'une couche d'ITO déposée sur le substrat diélectrique d'électrode 32 ; - une seconde couche d'adhésif optique 33 ; - un substrat diélectrique de garde supérieure 34 ; - un plan de garde supérieure 36, réalisée sous la forme d'une couche d'ITO déposée sur le substrat diélectrique de garde supérieure 34 ; - une troisième couche d'adhésif optique 35 ; - un verre de protection 37. Comme expliqué précédemment, le plan de garde supérieur 36 est destiné à protéger les pistes de liaison des interactions avec des objets de commande 10. Il s'étend donc essentiellement au-dessus des espaces entre les électrodes de mesure 12 dans lesquels sont insérées ces pistes de liaison. Cet agencement présente l'inconvénient de nécessiter une couche d'ITO au-dessus de la couche des électrodes et des pistes, pour réaliser la garde supérieure. Or la mise en oeuvre de cette couche d'ITO nécessite également une couche de substrat (en PET) et une couche d'adhésif optique supplémentaire. Cela a pour conséquences, notamment, une augmentation de l'épaisseur totale de l'interface, une perte de transparence et un surcoût. Ce surcoût est notamment engendré par la présence d'une étape de lamination supplémentaire (c'est-à-dire de collage sur la couche d'adhésif optique) lors de la fabrication. En référence aux Fig. 4(a) et Fig. 4(b), on va maintenant décrire des exemples de modes de réalisation de structures de couches dans l'interface capacitive selon l'invention.
Dans le mode de réalisation présenté à la Fig. 4(a), le dispositif d'interface comprend : - une couche conductrice, par exemple en ITO, avec les électrodes de mesure 12. Cette couche conductrice est déposée sur un substrat diélectrique -16- d'électrodes 55, par exemple en PET (Polytéréphtalate d'éthylène) d'une épaisseur de l'ordre de 25 pm à 100 pm ; - une couche de matériau d'isolation 53, qui est déposée sur la couche des électrodes de mesure 12. Ce matériau d'isolation 53 est un isolant 5 organique normalement utilisé sous la forme de dépôts très localisés pour réaliser des connexions de pont (« bridges »), c'est-à-dire des connexions entre éléments de la couche d'électrodes qui enjambent d'autres liaisons électriques de cette même couche d'électrodes. Dans le cadre de l'invention, il est utilisé sous la forme de couche de séparation entre les électrodes 12 et les 10 pistes de liaison 20. Cet isolant a l'avantage de permettre la réalisation de couches très minces, de l'ordre de 1 à 2 pm. A titre d'exemple non limitatif, le matériau d'isolation 53 peut être un polymère ou une résine photosensible (« photoresist » en Anglais) du type de ceux utilisés en photolithographie ; - des pistes de liaison 20 réalisées sous la forme d'une couche 15 conductrice, par exemple en ITO. Ces pistes de liaison 20 sont réalisées sous la forme d'une couche distincte de la couche des électrodes 12, qui est déposée sur la couche de matériau d'isolation 53. Elles sont reliées chacune à une électrode de mesure 20 par une liaison réalisée au travers de la couche de matériau d'isolation 53, par exemple en ITO ; 20 - une couche conductrice de garde qui réalise un plan de garde 13. Cette couche conductrice de garde est déposée sur un substrat diélectrique de garde 51, par exemple en PET. - un verre de protection 54, dont la surface constitue ou matérialise la surface de mesure ; 25 - une première couche d'adhésif transparent (OCA) 52, placée entre la couche de matériau d'isolation 52 avec les pistes de liaison 20 et le plan de garde 13 ; - une seconde couche d'adhésif transparent (OCA) 56, placée entre le substrat diélectrique d'électrodes 55 et le verre de protection 54.
30 Les couches d'adhésif transparent ont une épaisseur typique de l'ordre de 25 pm à 75 pm. Le dispositif d'interface présenté à la Fig. 4(a) peut être par exemple réalisé en mettant en oeuvre les étapes suivantes : -17- - une réalisation d'un premier ensemble constitué du substrat diélectrique d'électrodes 55, des électrodes de mesure 12, de la couche d'isolation 53 et des pistes de liaison 20, avec notamment des étapes de dépôts de couches ; - une réalisation d'un second ensemble constitué du substrat diélectrique de garde 51 et de la couche de garde 13 ; - un assemblage de ces premiers et seconds ensembles, ainsi que du verre de protection 54, par collage au moyen de l'adhésif transparent. Il est à noter que les premiers et seconds ensembles sont assemblés 10 sous la forme d'un sandwich avec les électrodes de mesure 12, les pistes de liaison 20 et la garde 13 se faisant face entre le substrat diélectrique d'électrodes 55 et le substrat diélectrique de garde 51. La Fig. 4(b) illustre un second mode de réalisation de structure de couches dans un dispositif d'interface selon l'invention.
15 Ce mode de réalisation diffère de celui de la Fig. 4(a) en ce que les électrodes de mesure 12, la couche d'isolation 53 et des pistes de liaison 20 sont déposées directement sur le verre de protection 54. Cela permet de réaliser un système plus fin puisqu'il comprend une couche de substrat et une couche d'adhésif transparent de moins.
20 A l'exception de ces différences, le dispositif d'interface de la Fig. 4(b) et son procédé de fabrication sont identiques à celui de la Fig. 4(a), aussi tout ce qui a été décrit en relation avec le mode de réalisation de la Fig. 4(a) est applicable au mode de réalisation de la Fig. 4(b). La Fig. 5 illustre un mode de réalisation de l'invention dans lequel les 25 pistes de liaison 20 sont placées sous les électrodes de mesure 12. Cette disposition est rendue possible avec l'invention car ces pistes de liaison 20 se trouvent sur une couche différente des électrodes de mesure 12. Ce mode de réalisation peut être réalisé notamment avec les structures de couches présentées aux Fig. 4(a) et Fig. 4(b). Il présente des avantages : 30 - les électrodes de mesure 12 peuvent être de même dimensions ; - les pistes de liaison ne peuvent être en couplage capacitif avec des objets de commande 10 que dans les espaces entre les électrodes 12, donc avec des surfaces exposées très limitées. -18- La Fig. 6 illustre un mode de réalisation de l'invention dans lequel un plan de garde d'électrode 60 est introduit entre les électrodes de mesure 12, dans la même couche. En pratique, les électrodes de mesure 12 et le plan de garde d'électrodes 60 sont réalisés dans une même couche d'ITO, structurée en conséquence. Le plan de garde d'électrodes 60 est polarisé au même potentiel que le plan de garde 13. Les pistes de liaison 20, qui se trouvent comme précédemment sur une couche différente des électrodes de mesure 12, sont placées pour l'essentiel sous le plan de garde d'électrodes 60 qui sert ainsi à les protéger électriquement. Cette disposition présente l'avantage de permettre une minimisation des possibilités de couplages parasites entre les pistes de liaison 20 et des objets de commande 10. En effet, dans la disposition de la Fig. 6, les pistes de liaison 20 ne peuvent être exposées à un tel couplage parasite que dans l'intervalle entre l'électrode de mesure 12 à laquelle elles sont reliées et le plan de garde d'électrodes 60. Ce mode de réalisation peut être réalisé notamment avec les structures de couches présentées aux Fig. 4(a) et Fig. 4(b). Suivant des modes de réalisation, l'interface de mesure capacitive selon l'invention peut être intégrée à l'écran d'affichage. Elle peut en particulier être 20 intégrée dans un écran à base de matrices LCD (affichage à cristaux liquides) ou à base d'OLED (diodes électroluminescentes organiques). Elle peut notamment comprendre un couche de mesure et/ou ou une couche de garde inférieure intercalée dans des couches de l'affichage. Elle peut également comprendre une couche de mesure et/ou ou une 25 couche de garde inférieure partagée ou confondue avec une couche de contrôle de l'affichage. En particulier, elle peut comprendre une couche de mesure ou une couche de garde inférieure confondue avec la couche de potentiel commun de l'affichage, correspondant par exemple à la couche dite « Vcom » d'un affichage à base de matrices LCD ou à la couche « anode » 30 d'un affichage à base d'OLED. 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 (17)

  1. REVENDICATIONS1. Dispositif de détection capacitif, comprenant une pluralité d'électrodes de mesure capacitives individuelles (12) réparties selon une 5 surface de mesure, et des pistes de liaison (20) reliées respectivement auxdites électrodes de mesure (12), lequel dispositif étant caractérisé en ce que les électrodes de mesure (12) et les pistes de liaison (20) sont agencées selon deux couches distinctes visuellement transparentes séparées par un matériau d'isolation (53) isolant à 10 l'électricité.
  2. 2. Le dispositif de la revendication 1, qui comprend un matériau d'isolation (53) agencé sous la forme d'une couche d'isolation s'étendant en regard des électrodes de mesure (12). 15
  3. 3. Le dispositif de la revendication 1, qui comprend un matériau d'isolation (53) essentiellement localisé entre les pistes de liaison (20) et les électrodes de mesure (12) non reliées auxdites pistes de liaison (20). 20
  4. 4. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend un matériau d'isolation (53) organique.
  5. 5. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend un matériau d'isolation (53) avec une épaisseur inférieure à 10 microns. 25
  6. 6. Le dispositif de la revendication 1, qui comprend des électrodes de mesure (12) réparties selon l'une quelconque des dispositions suivantes : - selon une disposition matricielle - selon une disposition en lignes et en colonnes orthogonales ; 30 - selon une disposition en lignes et en colonnes formant entre elles un angle différent de 90 degrés ; - selon une disposition présentant une structure ou une symétrie circulaire.-20-
  7. 7. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend des électrodes de mesure (12) et/ou des pistes de liaison (20) réalisées avec l'un quelconque des matériaux suivants : - un matériau globalement transparent et conducteur à l'électricité ; - un oxyde conducteur transparent ; - de l'ITO (oxyde d'indium-étain) ; - un matériau à base de fils métalliques sub-micrométriques ; - un matériau de type « metal mesh » ; - un matériau à base de nanotubes de carbone ou de graphène. 10
  8. 8. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend en outre un plan de garde (13) réalisé sous la forme d'une couche de matériau conducteur à l'électricité disposée à l'opposé des électrodes de mesure (12) relativement aux pistes de liaison (20).
  9. 9. Le dispositif de l'une des revendications précédentes, qui comprend en outre au moins un plan dit « de garde d'électrodes » (60) en matériau conducteur intercalé entre au moins une partie des électrodes de mesure (12).
  10. 10. Le dispositif de la revendication 9, qui comprend des pistes de liaisons (20) disposées au moins en partie en vis-à-vis d'un plan de garde d'électrodes (60). 25
  11. 11. Procédé de réalisation d'un dispositif de détection capacitif comprenant une pluralité d'électrodes de mesure capacitives individuelles (12) réparties selon une surface de mesure et des pistes de liaison (20) reliées respectivement auxdites électrodes de mesure (12), lequel procédé étant caractérisé en ce qu'il comprend des étapes de 30 réalisation des électrodes de mesure (12) et des pistes de liaison (20) sous la forme de deux couches distinctes visuellement transparentes séparées par un matériau d'isolation (53) isolant à l'électricité. 15 20
  12. 12. Le procédé de la revendication 11, qui comprend des étapes :-21- - de dépôt sur un substrat diélectrique (54, 55) d'une couche de matériau conducteur à l'électricité structurée de sorte à réaliser au moins les électrodes de mesure (12); - de dépôt d'une couche de matériau d'isolation (53) ; - de dépôt d'une couche de matériau conducteur à l'électricité, structurée de sorte à au moins réaliser les pistes de liaison (20).
  13. 13. Le procédé de la revendication 12, qui comprend en outre des étapes : - de dépôt sur un second substrat diélectrique (51) d'une couche de matériau conducteur à l'électricité structurée de sorte à réaliser un plan de garde (13); - de collage dudit plan de garde (13) sur la couche constituant les pistes de liaison (20) et/ou sur la couche de matériau d'isolation (53) au 15 moyen d'un adhésif transparent (52).
  14. 14. Appareil comprenant un dispositif d'affichage (14) et un dispositif de détection capacitif selon l'une des revendications 1 à 10. 20
  15. 15. L'appareil de la revendication 14, dans lequel le dispositif de détection capacitif est superposé au dispositif d'affichage (14).
  16. 16. L'appareil de la revendication 14, qui comprend un dispositif d'affichage de type LCD ou OLED, et un dispositif de détection capacitif au 25 moins en partie intégré aux couches constitutives du dispositif d'affichage.
  17. 17. L'appareil de l'une des revendications 14 à 16, qui est de l'un des types suivants : smartphone, tablette, ordinateur, dispositif ou écran d'affichage. 30
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