Brevet FR2587831A1 — publié le 19870327

La présente invention porte de manière générale sur des éléments de séparation de petites dimensions formés de particules destinés à être placés entre des couches adja- centes et normalement parallèles dans un ensemble de recouvrement sensible au toucher (TS0) pour empêcher un contact entre ces couches jusqu'à ce qu'une force exté- rieure, par exemple une pression d'un doigt, soit appli- quée pour produire un tel contact intentionnellement en un endroit déterminable. Il existe une grande diversité d'appareils d'usage courant dans lesquels diverses opérations sont exécutées par l'ap- plication d'une force extérieure, par exemple par un doigt de l'utilisateur, pour la production d'un contact optique ou électrique entre deux couches flexibles adjacentes très proches l'une de l'autre pour la production de signaux qui sont généralement ensuite traités par un circuit électrique extérieur. Des exemples de tels appareils sont les boutons d'étages d'ascenseurs, certains terminaux d'ordinateurs et, dernièrement, les écrans de recouvrement sensibles au toucher qui permettent à l'utilisateur dtun moniteur d'or- dinateur de manipuler des données stockées dans l'ordinateur. Quand un ensemble de recouvrement sensible au toucher (TSO) est utilisé avec un moniteur d'ordinateur d'une manière qui nécessite le passage de lumière à travers de multiples couches transparentes de façon que l'utilisateur puisse manipuler des données stockées dans l'ordinateur, il est devenu de plus en plus important que l'espacement de cou- ches adjacentes transparentes, et quelquefois aussi conduc- trices, dans l'ensemble TS0 soit réalisé par des moyens n'ayant pas d'effets optiques. Un procédé consiste à pré- voir de petites protubérances, ou pointes, en plastique non conductrices, comme le montrent les fig. 1 et 2, entre des couches conductrices sensibles à la pression adjacentes pour les séparer. De telles protubérances séparatrices en plastique sont ordinairement distribuées de manière uniforme et sont visibles, donc gênantes pour l'utilisa- teur. On trouve un exemple de ce procédé dans le brevet américain 4 423 299 délivré à Gurol et al. en 1983 pour un "Touch Sensitive Transparent Switch Array". Comme proposition encore plus générale, même pour des cou- ches adjacentes très rapprochées opaques, par exemple une face de clavier sensible au toucher, éclairée depuis le côté de l'utilisateur, il peut être très souhaitable d'as- surer d'une manière déterminée une séparation soit conduc- trice, soit non conductrice. Il convenait donc de trouver une solution simple et bon marché au problème de l'espacement d'une distance détermi- née de deux couches normalement parallèles sans suppres- sion de la possibilité de rapprochement des surfaces par une force extérieure pour l'établissement entre elles d'un contact à position déterminable. Quand les couches à espacer sont conductrices, la séparation entre elles doit être réalisée de manière non conductrice. En conséquence, un but de la présente invention est de fournir un moyen facilement appliqué et bon marché d'espa- cement d'une petite distance déterminée de deux surfaces adjacentes très rapprochées et de manière générale parallèles. Un autre but de la présente invention est de fournir un moyen d'espacement de manière non conductrice de deux faces conductrices de couches adjacentes transparentes dans un ensemble TSO. Un autre but encore de la présente invention est d'espacer d'une petite distance déterminée deux faces voisines normalement parallèles de deux couches adjacentes dans un ensemble TS0 de façon qu'une pression déterminée appliquée par un utilisateur sur une face de l'ensemble produise un contact à position déterminable entre les deux faces voisines. Un autre but encore de la présente invention est de fournir un moyen sans effets optiques d'espacement de deux surfa- ces adjacentes très rapprochées normalement parallèles de façon telle qu'une pression contrôlée appliquée par un utilisateur puisse produire dans un circuit électrique connecté un signal qui indique l'endroit o la pression est appliquée. "Transparent" est ici un terme qui englobe "translucide" ainsi que "partiellement transparent et partiellement opaque", à la fois physiquement et temporellement (par exemple lorsqu'un visuel à cristaux liquides est inclus). Ces buts et d'autres buts de la présente invention sont atteints par dép8t de fines particules de classe granu- laire déterminée d'une matière appropriée, avec une densi- té surfacique déterminée, sur l'une de deux faces voisines de deux couches adjacentes. La matière des particules est de préférence sans effets optiques, chimiquement inerte et d'emploi relativement bon marché. Une matière appropriée est des particules d'alumine brune, qui peuvent être faci- lement projetées en suspension dans l'eau sur une surface à traiter. L'eau s'évapore et laisse une distribution aléatoire des particules qui, lorsqu'une face adjacente est juxtaposée, maintient les deux faces séparées par une petite distance déterminée fixée par les particules les plus grosses. Une pression appliquée par un utilisateur sur la couche qui porte une des faces séparées permet un contact entre les faces voisines situées de l'tun et l'autre côtés des particules sans effets nuisibles sur ces faces ou, dans la réalisation préférée, sur des films conducteurs très minces qui peuvent être appliqués sous vide sur les surfaces flexibles. De petites perles de verre en suspen- sion dans une solution d'un chlorure de métal alcalin ou alcalino-terreux produisent également une séparation sa- tisfaisante. Le fluide porteur s'évapore dans chaque cas et laisse une distribution aléatoire appropriée des fines particules sans effets optiques, qui adhèrent à la surface sur laquelle elles ont été projetées pour se trouver en- suite entre les couches conductrices adjacentes. On ne connaît pas exactement la cause de l'adhérence désirée des fines particules à la surface sur laquelle elles ont été projetées, mais croit que cette adhérence est due à de petites forces ou forces de liaison moléculaire autre- ment appelées forces de Van der Waals. Ainsi, les parti- cules n'ont pas besoin d'4tre serrées entre les deux faces pour conserver leur distribution. On pense aussi que le fluide porteur évite ou empache l'exercice de forces de Van der Waals entre les particules, ce qui permet d'obtenir la distribution aléatoire désirée de particules qui adhè- rent à la surface sur laquelle elles ont été projetées. La fig. 1 est une vue de dessus d'un ensemble TSO classi- que, plat, typique sur laquelle on voit à travers les cou- ches transparentes une configuration régulière de points représentant les éléments de séparation en plastique entre deux couches très rapprochées qui, dans ce cas, ont des faces voisines conductrices. La fig. 2 est une coupe perpendiculaire au plan de la fig. 1 du même ensemble TSO classique qui montre les nom- breuses couches que celui-ci contient. La fig. 3 est une représentation schématique d'un appareil classique de pulvérisation qui projette sur une surface une suspension des particules dans un fluide porteur. La fig. 4 est une représentation schématique agrandie de la distribution au hasard sur une surface de particules de la classe granulaire choisie. La fig. 5 est une coupe perpendiculaire au plan de la fig. 4 qui montre les deux faces voisines séparées par contact simultané avec elles des grosses particules dis- tribuées au hasard situées entre elles. Les éléments ou parties d'éléments semblables sont repérés par le même chiffre sur les différentes figures. La description qui suit porte sur l'utilisation d'éléments de séparation formés de fines particules non conductrices entre des surfaces adjacentes de manière générale paral- lèles très rapprochées et sur un procédé de réalisation de distributions satisfaisantes de ces particules à cette fin. Dans la réalisation préférée, les surfaces espacées ont des zones conductrices orientées de manière choisie entre lesquelles un contact électrique est possible sous l'action d'une force extérieure. La fig. 1 est une vue de dessus d'un panneau TS0 classique, plat, de forme générale rec- tangulaire 11 qui est relié électriquement à sa périphérie, par des fils en groupes 12 et 13, à un circuit décodeur 14 qui sera très probablement relié à un ordinateur (non représenté). Les gens du métier se rendront compte que d'autres configurations comprenant des surfaces très rap- prochées, par exemple de forme cylindrique ou sphérique, sont réalisables et parfois même souhaitables. La forme des surfaces en général ou leur utilisation particulière ne diminue en aucune façon l'utilité de la présente invention telle qu'elle est exposée ici. Il n'est pas indispensable que les panneaux sensibles au toucher aient des surfaces conductrices pour permettre la détermination du point de contact sous l'action d'une force appliquée extérieurement, par exemple au moyen d'un style ou d'un doigt. On trouve des exemples d'utilisation de panneaux sensibles au toucher basés sur des modes de fonctionnement photovoltalques, c'est-à-dire n'utilisant pas de surfaces contactables conductrices, dans le brevet américain 4 484 179 délivré à Kasday, intitulé "Touch Position Sensitive Surface", et dans les IBM Technical Disclosure Bulletins Vol. 24, N 6, novembre 1981, inti- tulé "Optical Overlay Input Device for a Cathode Ray Tube", et Vol. 26, N 6, novembre 1983, intitulé "Optical Key- board Device and Technique". Le principal besoin, dans les deux types de panneaux sensibles au toucher, à savoir avec et sans surfaces adjacentes conductrices contactables, est de maintenir un écartement normal des surfaces adjacen- tes jusqu'à ce qu'une force appliquée extérieurement les mette en contact, puis de déterminer l'endroit de contact par traitement d'un signal produit par suite de ce contact. Les gens du métier se rendront facilement compte qu'il n'est pas indispensable que ces surfaces adjacentes soient plates, et que l'une ou les deux peut ou peuvent même *tre non transparente(s) à des endroits choisis. Cela constitue cependant des variantes, et la présente invention, telle qu'elle est exposée ici, servira à maintenir ces surfaces adjacentes à une distance déterminée l'une de l'autre quelle que soit la manière dont les signaux sont ensuite produits, transmis ou traités. Evidemment, si des surfaces conductri- ces doivent être séparées physiquement par de telles pe- tites particules ou perles comme exposé et revendiqué ici, ces particules ou perles doivent être non conductrices. La réalisation préférée présentée ici est une réalisation dans laquelle sont séparées des surfaces conductrices; les gens du métier se rendront cependant facilement compte du champ d'application très étendu de l'invention. La fig. 2 est une coupe verticale du panneau de la fig. 1 perpendiculaire au plan de celui-ci. Un panneau TS0 typique classique, comme le montre la fig.2, contient une couche supérieure transparente flexible 15 ayant une face supérieure extérieure 16 et une face infé- rieure 17. A la face inférieure 17 est fixé un mince film conducteur 18, généralement par dép8t sous vide, d'une configuration déterminée de métal conducteur, à face infé- rieure 19. Suivant l'application prévue, l'utilisation d'oxydes métalliques ou de mélanges de métaux ou de métal et d'oxyde métallique peut être jugée opportune pour cette configuration conductrice déterminée. Il existe une deu- xième couche transparente flexible 20, normalement paral- lèle à la couche 15, et ayant une face supérieure 22 et une face inférieure 21. Sur la face 22 est appliquée, de nouveau de préférence par dépôt de métal sous vide, une configuration déterminée de matière conductrice 23 à face supérieure 24. Comme le montre la fig. 2, unefaçon classi- que d'assurer un écartement déterminé des deux faces conductrices 19 et 24 consiste à prévoir une configuration déterminée (qu'on voit très bien sur la fig. 1) de protu- bérances non conductrices telles que 25. Ces protubérances , qui, sur la fig. 2, sont basées sur la couche infé- rieure 20, sont en contact physique avec la face 19 du film conducteur supérieur 18. Dans certains panneaux TSO classiques, sous la couche 20 se trouve encore une autre couche 32 qui ordinairement n'est pas conductrice et sert à empêcher la formation d'anneaux de Newton qui a lieu quand la couche 20 s'appuie contre une plaque d'appui géné- ralement transparente 30 à face supérieure 31. La fig. 3 montre schématiquement la production, au moyen d'un pulvérisateur classique 51, par une buse 52, d'un jet 55 qui conduit au dép8t de grosses particules 53 et de petites particules 54 d'une classe granulaire détermi- née sur la face supérieure 24 d'une configuration conduc- trice 23 déposée sur la face supérieure d'une couche trans- parente 20. Les gens du métier se rendront compte que pour qu'un tel panneau TSO fonctionne de façon satisfai- sante dans le cas o l'opérateur doit pouvoir voir ce qui se trouve derrière le panneau par exemple lorsque celui- ci est placé immédiatement devant un moniteur optique d'ordinateur, les dép8ts métalliques conducteurs 18 et 23 sont généralement extrêmement minces et ont probablement une épaisseur de seulement quelques atomes. Avec des métaux à haute conductivité comme l'or déposés sous vide par un procédé de type connu, la couche conductrice est ainsi si mince que la majeure partie de la lumière qui tombe sur la couche transparente située derrière passe à travers. Le jet 55 contient non seulement les particules 53 et 54 de la classe granulaire spécifiée, mais aussi un fluide tel que l'eau pour maintenir ces particules en suspension pendant la pulvérisation. La recherche montre que l'alumine brune (environ 96 % d'A1203) de classe granulaire 3microns, de préférence en suspension dans l'eau, produit l'effet désiré. D'autres matières non conductrices et chimiquement inertes, donc stables, comparables sont l'alumine blanche et les petites perles de verre. Une solu- tion aqueuse d'un chlorure de métal alcalin ou alcalino- terreux tel que potassium, sodium ou calcium se révèle particulièrement bonne comme fluide porteur pour des par- ticules comme les perles de verre. Bien qu'on ne sache pas exactement quels processus et quelles forces au niveau moléculaire entrent en jeu, on constate que lorsqu'on fait évaporer le fluide porteur, les particules tendent à adhérer très solidement à des matières transparentes typiquement appropriées telles que plastiques acryliques, verre, Mylar (marque déposée) et polycarbonates ainsi qu'à des films de métal ou d'oxyde conducteurs très minces comme ceux produits par dép8t sous vide. Les gens du métier se rendront naturellement compte qu'un dépôt produit par pulvérisation de fines particules sur une surface ayant une configuration déterminée de zones conduc- trices adhérera non seulement à ces zones conductrices mais aussi aux zones non conductrices situées entre elles. Après l'application des particules par pulvérisation et le séchage du support, la surface couverte de particules est juxtaposée à une deuxième couche qui a elle aussi une configuration déterminée de zones conductrices. Par un choix convenable de particules de la classe granulaire, il est possible de faire en sorte que les surfaces conductri- ces, bien que très proches l'une de l'autre, restent nor- Salement espacées d'une quantité déterminée par la grosseur des particules les plus grosses qui sont en contact simul- tanément avec les deux surfaces adjacentes. Comme indiqué plus haut, on constate qu'une fois que les particules ont été déposées sur une surface, elles ne s'en échappent pas. On notera qu'il est préférable que les particules les plus grosses soient en contact simultanément avec les deux sur- faces adjacentes, les petites particules ne cessant pas d'adhérer à la surface sur laquelle elles ont été initia- lement projetées. On voit cela très bien sur la fig. 5, qui est une coupe perpendiculaire à la surface représentée sur la fig. 4: les particules les plus grosses sont en contact avec la face conductrice 19 de la couche supérieure et la face conductrice comparable 24 de la couche infé- rieure, les petites particules étant entremêlées aux grosses. Un utilisateur qui applique une force extérieure localisée sur la face 16 (voir fig. 2) fait par là fléchir la cou- che 15 vers l'intérieur et la rapproche de la couche 20. Si la pression appliquée est suffisante, malgré la pré- sence de particules 53 et 54 dans l'interstice, la face conductrice 19 vient en contact localement avec la face conductrice 24, ce qui complète une partie du circuit extérieur et produit un signal utile qui indique de ma- nière générale l'endroit o la force est appliquée. Des expériences montrent que des particules de classe granu- laire 3-50 microns n'ont pas d'effet nuisible sur les couches conductrices 18 et 23 et n'abtment pas les couches transparentes flexibles 15 et 20. En outre, on constate que pratiquement, des particules d'alumine brune de moins de 100 microns sont invisibles à l'oeil nu dans un panneau TS0. Il est bon que la densité de distribution des particules de classe granulaire 3-50 microns soit comprise entre 45 et 155 particules par centimètre carré. Avec moins de 45 particules par centimètre carré, il y a un risque de court- circuit intermittent et irrégulier entre les surfaces conductrices. Avec des densités de distribution supérieures à 155 particules par centimètre carré, il faut appliquer une pression plus grande pour produire localement un contact électrique. Les gens du métier verront immédiate- ment qu'il est ainsi possible de régler la pression de commande d'un panneau TS0 en réglant la densité détermi- née de distribution de particules d'une classe granulaire donnée. Cela constitue donc un facteur utile de concep- tion de ces éléments. Comme exposé plus haut, il a été vérifié par des études expérimentales que de finpe particules de classe granulaire déterminée, avec une densité de distribution déterminée, l1 permettaient de séparer très efficacement deux surfaces conductrices et en même temps transparentes sans effets nuisibles pendant une durée d'emploi prolongée. En outre, comme indiqué précédemment, les gens du métier pourront, pour certaines applications, juger préférable d'utiliser de l'alumine blanche, de petites perles de verre ou d'au- tres particules chimiquement inertes et stables compara- bles qui ont l'avantage supplémentaire d'être physiquement stables aux et au-dessus des températures auxquelles fonc- tionnent les ordinateurs et les moniteurs d'ordinateurs. Le dépÈt par pulvérisation de la suspension de fines par- ticules dans un fluide porteur peut être réalisé soit au moyen de pulvérisateurs à main du type atomiseur classi- ques, soit, pour des opérations plus précises, complexes et faisables économiquement, au moyen de dispositifs de pulvérisation de type classique commandés par ordinateur ou mécanisés. Il ressort de ce qui précède que l'invention peut être mise en pratique autrement que de la manière décrite et exposée ici et peut être utilisée avec la même effica- cité dans les cas o les surfaces séparées contactables ne sont pas conductrices. Des modifications peuvent par conséquent être apportées aux réalisations particulières présentées ici dans sortir du cadre de l'invention et sont réputées comprises dans les revendications jointes. Revendications 1. Appareil dans lequel deux couches de matière très pro- ches l'une de l'autre et normalement parallèles sont rap- prochées pour l'établissement d'un contact local entre elles sous l'action d'une force extérieure, comprenant: une première couche (18), d'une première matière, ayant une première face et une deuxième face (19) parallèles, une deuxième couche (23) d'une deuxième matière, ayant une troisième face (24) et une quatrième face parallèles, et des particules (53) de classe granulaire déterminée pla- cées entre ces première (18) et deuxième couches (23) de façon qu'elles soient distribuées de façon aléatoire avec une densité déterminée et qu'une partie d'entre elles soient en contact simultanément avec les deuxième (19) et troisième faces (24). 2. Procédé pour espacer de manière non conductrice deux faces voisines de couches normalement parallèles qui viennent en contact physique localement sous l'action d'une force extérieure, selon lequel: on dépose sur une première desdites facesdes particules de grosseurs aléatoiresà l'intérieur d'une classe granulaire déterminée et distribuées de manière aléatoire avec une densité surfacique déterminée, et on juxtapose les deux dites faces dans l'appareil de façon qu'une partie des particules déposées sur ladite première face soient en contact simultanément avec les deux dites faces. 3. Appareil dans lequel deux couches très proches l'une de l'autre, transmettant la lumière et normalement parallè- les, sont rapprochées pour l'établissement d'un contact local entre elles sous l'action d'une force extérieure, comprenant: une première couche, d'une première matière transparente, ayant une première face et une deuxième face parallèles, une deuxième couche, d'une deuxième matière transparente, ayant une troisième face et une quatrième face parallèles, et des particules de classe granulaire déterminée placées entre ces première et deuxième couches de façon qu'elles soient distribuées de façon aléatoire avec une densité - déterminée et qu'une partie d'entre elles soient en contact simultanément avec les deuxième et troisième faces. 4. Procédé d'espacement de deux faces voisines de couches normalement parallèles qui viennent en contact physique localement sous l'action d'une force extérieure, selon lequel: on dépose sur une première desdites faces des particules de grosseurs aléatoires à l'intérieur d'une classe granulaire déterminée et distribuées de façon aléatoire avec une densité surfacique déterminée, et on juxtapose les deux dites faces dans l'appareil de façon qu'une partie des particules déposées sur ladite première face soient en contact simultanément avec les deux dites faces. 5. Appareil dans lequel deux couches de matière transpa- rente très proches l'une de l'autre, transmettant la lumière, conductrices et normalement parallèles, sont rap- prochées pour l'établissement d'un contact électrique local entre elles sous l'action d'une force extérieure, comprenant: une première couche, d'une première matière transparente non conductrice, ayant une première face et une deuxième face parallèles, une première matière conductrice d'épaisseur transparente fixée à ladite première face dans un premier groupe de zones de forme, dimension et orientation déterminées, une deuxième couche, d'une deuxième matière transparente non conductrice, ayant une troisième face et une quatrième face parallèles, une deuxième matière conductrice d'épaisseur transparente fixée à ladite troisième face dans un deuxième groupe de zones de forme, dimension et orientation déterminées, et des particules non conductrices de classe granulaire dé- terminée placées entre lesdits premier et deuxième groupes de zones conductrices de façon que les plus grosses d'entre elles soient distribuées au hasard avec une densité déter- minée et qu'une partie d'entre elles soient en contact simultanément avec au moins une zone de chacun desdits premier et deuxième groupes de zones. 6. Appareil selon l'une des revendications 3 et 5, dans lequel la première matière transparente est du Mylar (marque dépo- sée). 7. Appareil selon la revendication 5, dans lequel, par action sur la première face, le premier groupe de zones est mû vers le deuxième groupe de zones pour l'établissement d'un contact électrique local entre une zone de chaque groupe. 8. Appareil selon l'une des revendications 1, 3 et 7 dans lequel la première face est la surface de contact d'un pan- neau de recouvrement sensible au toucher. 9. Appareil selon la revendication 5, dans lequel les première et deuxième matières conductrices sont de l'or. 10. Appareil selon la revendication 5, dans lequel la première matière conductrice comprend un oxyde métallique. 258.7831 11l. Appareil selon la revendication 5, dans lequel la première matière conductrice comprend au moins un métal. 12. Appareil selon la revendication 5, dans lequel il est prévu des chemins électriques qui relient au moins une zone de chacun des premier et deuxième groupes de zones à un circuit électrique. 13. Appareil selon l'une des revendications 1, 3 et 5 dans lequel les particules sont de la classe granulaire 3-50 microns. 14. Appareil selon l'une des revendications 1, 3 et 5 dans lequel les particules sont distribuées de façon aléatoire avec une densité comprise entre 45 et 155 particules par centimètre carré. 15. Appareil selon l'une des revendications 1, 3 et 5 dans lequel les particules comprennent de l'alumine brune. 16. Appareil selon l'une des revendications 1, 3 et 5 dans lequel les particules comprennent des perles de verre. 17. Procédé d'espacement de matière non conductrice de deux faces conductrices de couches normalement parallèles qui viennent en contact physique localement sous l'action d'une force extérieure, selon lequel: on dépose sur une première desdites faces conductrices des particules non conductrices de grosseurs aléatoires, à l'intérieur d'une classe granulaire déterminée et dis- tribuées de façon aléatoire avec une densité surfacique déterminée, et on juxtapose les deux dites faces dans l'appareil de façon qu'une partie des particules déposées sur ladite première - face soient en contact simultanément avec les deux dites faces. 18. Procédé selon l'une des revendications 2, 4 et 17 dans lequel l'opération de dépôt comprend la projection sur la première face d'une suspension des particules dans un fluide porteur. 19. Procédé selon l'une des revendications 2, 4 et 17 dans lequel l'opération de dépôt comprend la projection sur la première face d'une suspension de particules d'alumine brune dans l'eau. 20. Procédé selon l'une des revendications 2, 4 et 17 dans lequel l'opération de dépôt comprend la projection sur la première face d'une suspension de perles de verre dans une solution aqueuse d'un chlorure de métal alcalin ou alcalino-terreux. 21. Procédé selon l'une des revendications 2, 4 et 17 dans lequel la classe granulaire déterminée est 3-50 microns. 22. Procédé selon l'une des revendications 2, 4 et 17 dans lequel la densité surfacique déterminée est comprise entre et 155 particules par centimètre carré.