Brevet FR3110235A1 — publié le 20211119

L’invention concerne un capteur d'appui (10) comportant : - un détecteur capacitif (11) comportant : une couche de protection (12), une première couche isolante (13) disposée sous ladite couche de protection (12), une première électrode (14) disposée sous ladite première couche isolante (13), une seconde couche isolante (15) disposée sous ladite première électrode (14) et une seconde électrode (16) disposée sous ladite seconde couche (15) ; - un détecteur résistif (21) formé par une couche supérieure déformable (22) reliée à un détecteur (24) disposé sous ladite couche supérieure déformable (22) au moyen d'un cadre (25) ; ledit détecteur (24) étant fixé sur un substrat (17) ledit détecteur capacitif (11) étant collé sur ledit détecteur résistif (21) au moyen d'une couche adhésive (26) dont l’épaisseur est inférieure à 0,5 mm ; ledit capteur d'appui (10) présentant une surface inférieure à 1500 cm² ; et ladite couche de protection (12) présentant une épaisseur comprise entre 0,15 et 0,35 mm. Figure pour abrégé : Fig 4. CAPTEUR D’APPUI SECURISE ET ECRAN TACTILE ASSOCIE La présente invention concerne un capteur d’appui sécurisé, c’est-à-dire un capteur d’appui dont la détection est mesurée par deux sources distinctes de sorte à limiter les risques de mauvaises détections. Ce capteur d’appui est préférentiellement utilisé pour former une interface homme-machine configurée pour détecter l’appui d’un utilisateur, par exemple un bouton d’une machine ou un écran tactile. L’invention concerne également un écran tactile formé à partir d’un écran sur lequel le capteur d’appui est monté. L’invention trouve une application particulièrement avantageuse pour les capteurs d’appui de haute résistance. L’invention peut être appliquée dans un grand nombre de domaines techniques pour lesquels il est recherché une grande sécurité dans les ordres transmis par une interface homme-machine, par exemple le domaine ferroviaire ou le domaine du nucléaire. ART ANTERIEUR Les capteurs d’appui de haute résistance sont des capteurs configurés pour résister à des conditions environnementales particulièrement rudes. Par exemple, certaines normes imposent une résistance aux chocs de 0,7 Joule à 1 Joule, une résistance à des taux d’humidité compris entre 90 et 95%, une résistance à des températures variant entre -40 et +70°C, une résistance à des brouillards salins pendant une durée comprise entre 48 et 96 heures ou encore des contraintes d’immunité en champ rayonné de 10V/m à 20V/m. En outre, il existe un grand nombre de capteurs d'appui différents, notamment les capteurs capacitifs et résistifs. Tel qu’illustré sur la figure 1 de l’état de la technique, un détecteur capacitif 100 comporte classiquement une couche de protection 12 , généralement réalisée en verre, sous laquelle sont disposées deux électrodes 14 et 16 . La première électrode 14 est fixée sous la couche de protection 12 au moyen d'une première couche adhésive 18 . Cette première électrode 14 est classiquement montée sur une première couche isolante 13 . Sous la première couche isolante 13 , une seconde couche adhésive 18 est également utilisée pour fixer une seconde électrode isolante 16 également montée sur une seconde couche isolante 15 . La seconde électrode 16 peut être fixée sur un substrat, par exemple un écran ou un support quelconque, ou sur la seconde couche isolante 1 5 . Pour obtenir des bords noirs autour du capteur d'appui 100 , il est également connu d'intégrer une occultation 19 dans la première couche adhésive 18 reliant la couche de protection 12 et la première couche isolante 13 , notamment pour former un capteur d'appui capacitif monté sur un écran. Pour ce faire, la couche de protection 12 , les couches isolantes 13 , 15 , les couches adhésives 18 et les électrodes 14 , 16 sont translucides et la seconde électrode 16 est déposée sur un écran de sorte à former un écran tactile utilisant la technologie capacitive. Ce type de capteur d’appui capacitif est souvent mis en œuvre pour former des capteurs d’appui haute résistance car la couche de protection 12 peut être dimensionnée pour répondre aux différentes contraintes de résistance. En variante, il est également possible de former un capteur d’appui en utilisant une technologie résistive, tel qu'illustré sur la figure 2 de l’état de la technique. Ce capteur résistif 101 comporte un détecteur résistif 21 formé par une couche supérieure déformable 22 reliée par un cadre 25 à un détecteur 24 monté sur un substrat 17 . Le détecteur 24 présente également des conducteurs résistifs 23 permettant de détecter et de transmettre les déformations de la couche supérieure 22 . Ces types de capteurs résistifs ou capacitifs sont classiquement mis en œuvre pour former un écran tactile lorsqu’ils sont montés sur un écran. Pour certaines applications de sécurité, il est recherché de pouvoir confirmer l’appui sur une interface homme-machine de sorte à éviter que ces capteurs ne détectent des appuis non souhaités, par exemple dus à la chute d'une goutte d'eau sur la couche supérieure 12 ou 22 ou d’une perturbation électromagnétique forte. Pour ce faire, il existe des solutions combinant un détecteur capacitif ou résistif et un dispositif de vision permettant de contrôler que la détection de l'appui sur l’interface homme-machine du détecteur provient effectivement d’un appui intentionnel d'un utilisateur. Ce dispositif de vision vise à invalider un appui détecté sur une interface homme-machine lorsque celui-ci provient, par exemple, de la présence d'une goutte d'eau. Cependant, le dispositif de vision peut être inopérant dans certaines conditions d'éclairage ou en raison du positionnement d'un élément entre la face supérieure du capteur et la caméra du dispositif de vision. Pour remédier à ce problème, il est recherché de pouvoir coupler un détecteur capacitif avec un détecteur résistif en disposant le détecteur capacitif sur le détecteur résistif pour utiliser la couche de protection 12 et obtenir un capteur haute résistance. Cependant, en montant un détecteur capacitif classique sur un détecteur résistif, il n'est pas possible de mesurer les déformations de la couche supérieure 22 car l’élasticité de l'ensemble formant le détecteur capacitif 11 n'est pas suffisante pour que sa déformation soit captée par le détecteur résistif 21 tout en répondant aux contraintes normatives de résistance. En effet, la couche de protection 12 du détecteur capacitif présente classiquement une épaisseur comprise entre 1 et 15 millimètres, et l’élasticité de cette couche de protection 12 est très faible. Ceci est d'autant plus vrai lorsqu'il est recherché un capteur avec une haute résistance. Pour répondre à ce problème, le document TWI 654 555 propose de combiner un détecteur capacitif 11 avec un détecteur résistif 21 , tel qu’illustré sur la figure 3 de l'état de la technique. La couche supérieure déformable 22 du détecteur résistif 21 est intégrée dans une couche formant la seconde électrode 16 du détecteur capacitif 11 . Pour ce faire, les électrodes 14 et 16 sont montées sous les couches isolantes 13 , 15 contrairement aux détecteurs capacitifs classiques dans lesquels ces électrodes 14 et 16 sont montées sur les couches isolantes 13 , 15 . Ainsi, le nombre de couches formant ce capteur hybride 102 est limité comparativement à l'association d'un détecteur capacitif 11 et d'un détecteur résistif 21 réalisés indépendamment. Cependant, la fabrication de cette couche hybride, formant à la fois une partie du détecteur capacitif 11 et du détecteur résistif 21 , est particulièrement complexe à réaliser car il convient d'intercaler les différents motifs sans entraîner de phénomènes de couplage électromagnétique ou de court-circuit entre ces différents motifs. En outre, le retournement des électrodes 14 et 16 par rapport aux couches isolantes 13 , 15 peut entrainer une baisse de sensibilité du capteur due à l’éloignement des électrodes 14 et 16 de la couche de protection 1 2 . Le problème technique de l'invention est donc de trouver une alternative pour obtenir un capteur d'appui hybride intégrant un détecteur capacitif et un détecteur résistif, tout en répondant aux contraintes de résistance mécanique, de résistance à l’humidité et aux champs rayonnés. L'invention est issue d'une découverte selon laquelle en associant un détecteur capacitif sur un détecteur résistif, les chocs subis par la couche de protection sont transmis à travers toutes les couches pour être dissipés dans le substrat, pour peu que le cadre du détecteur résistif soit suffisamment petit et que la couche de liaison entre les deux détecteurs soit suffisamment fine. Fort de cette découverte, il est donc possible de réduire l'épaisseur de la couche de protection du détecteur capacitif bien en-dessous des épaisseurs classiquement utilisées pour faciliter la déformation de celle-ci et améliorer la détection d'un appui sur la couche de protection du détecteur capacitif par un détecteur résistif disposé en-dessous du détecteur capacitif tout en répondant aux contraintes des capteurs d’appui haute résistance. A cet effet, selon un premier aspect, l’invention concerne un capteur d'appui comportant : un détecteur capacitif comportant : une couche de protection, une première couche isolante disposée sous ladite couche de protection, une première électrode disposée sous ladite première couche isolante, une seconde couche isolante disposée sous ladite première électrode et une seconde électrode disposée sous ladite seconde couche ; et un détecteur résistif formé par une couche supérieure déformable reliée à un détecteur disposé sous ladite couche supérieure déformable au moyen d'un cadre ; ledit détecteur étant fixé sur un substrat. L’invention est caractérisée en ce que ledit détecteur capacitif est collé sur ledit détecteur résistif au moyen d'une couche adhésive dont l’épaisseur est inférieure à 0,5 mm ; et en ce que ledit capteur d'appui présente une surface inférieure à 1500 cm² ; et en ce que ladite couche de protection présente une épaisseur comprise entre 0,15 et 0,35 mm. L’invention permet ainsi d’obtenir un capteur d’appui hybride, c’est-à-dire un capteur d’appui intégrant une détection capacitive et une détection résistive afin d’obtenir une information redondante lorsqu’une détection est réalisée par le capteur d’appui. Bien que la couche supérieure soit particulièrement fine par rapport aux capteurs d’appui connus, la transmission des efforts subis par cette couche supérieure permet de répondre aux contraintes des capteurs haute résistance. Typiquement, pour un cadre dont la surface est inférieure à 1500 cm², c'est-à-dire une surface permettant de former un écran dont les dimensions sont inférieures à celles d'un écran 22 pouces, il est possible de répondre aux contraintes de résistance aux chocs des environnements industriels tout en utilisant une couche de protection dont l'épaisseur est comprise entre 0,15 et 0,35 mm. Pour ce faire, la couche adhésive reliant les détecteurs capacitif et résistif doit présenter une épaisseur inférieure à 0,5 mm de sorte que les déformations subies par le détecteur capacitif puissent être transmises au substrat par l’intermédiaire du détecteur résistif. De préférence, l’épaisseur de la couche adhésive est inférieure à 0,2 mm, par exemple comprise entre 0,04 et 0,1 mm. En effet, si la couche adhésive présente une épaisseur trop faible, il existe un risque de délamination du capteur d’appui entre les détecteurs capacitif et résistif. En outre, si la couche adhésive présente une épaisseur trop importante, les déformations du détecteur capacitif ne peuvent pas être transmises au substrat par l’intermédiaire du détecteur résistif. Pour résister à la délamination entre les détecteurs capacitif et résistif, il est possible d’utiliser une colle très puissante pour former la couche adhésive. Par exemple, il est possible d’utiliser une colle qui n’est pas transparente en disposant la couche adhésive uniquement sur la périphérie du capteur d’appui. La couche adhésive peut correspondre à une bande collante double face réalisée à partir d’un cœur flexible en acrylique, par exemple correspondant à la référence H7004, H7008 ou H7012 de la gamme Hyperjoint ® de la société Nitto ® . Les dimensions limitées de la surface du capteur d’appui permettent de garantir la transmission des efforts subis par cette couche supérieure jusqu’au substrat. Pour ce faire, les efforts doivent être transmis par le cadre qui est disposé uniquement sur la périphérie du capteur d’appui si bien que, si le capteur d’appui présente une surface trop importante, la transmission des efforts est limitée. Pour garantir la transmission des efforts et obtenir un capteur d’appui haute résistance, la surface du cadre est préférentiellement inférieure à 700 cm², c'est-à-dire une surface permettant de former un écran dont les dimensions sont inférieures à celles d'un écran 15 pouces. Pour augmenter encore la résistance du capteur d’appui, la surface du cadre peut être inférieure à 280 cm², c'est-à-dire une surface permettant de former un écran dont les dimensions sont inférieures à celles d'un écran 10 pouces. L’élasticité du détecteur capacitif est également conditionnée par les dimensions totales du détecteur capacitif. En utilisant des couches isolantes et des électrodes de faibles épaisseurs, par exemple des électrodes dont l’épaisseur est d'environ 70 µm et des couches isolantes dont l’épaisseur est d'environ 50 µm, il est possible d'obtenir un détecteur capacitif dont l'épaisseur totale est inférieure à 0,5 mm. Pour ce faire, la couche de protection présente préférentiellement une épaisseur comprise entre 0,20 et 0,22 mm. De préférence, l'épaisseur totale du détecteur capacitif est comprise entre 0,8 et 1 mm alors que l’épaisseur totale du détecteur résistif est comprise entre 1 et 3 mm. Selon un second aspect, l’invention concerne un écran tactile comportant un écran sur lequel est monté un capteur d’appui selon le premier aspect de l’invention. DESCRIPTION SOMMAIRE DES FIGURES La manière de réaliser l’invention ainsi que les avantages qui en découlent, ressortiront bien du mode de réalisation qui suit, donné à titre indicatif mais non limitatif, à l’appui des figures annexées dans lesquelles les figures 1 à 4 représentent : La figure 1 : une représentation schématique en coupe d’un détecteur capacitif de l’état de la technique ; La figure 2 : une représentation schématique en coupe d’un détecteur résistif de l’état de la technique ; La figure 3 : une représentation schématique en coupe d’un capteur d’appui hybride de l’état de la technique ; et La figure 4 : une représentation schématique en coupe d’un capteur d’appui selon un mode de réalisation de l’invention. DESCRIPTION DETAILLEE DE L’INVENTION La figure 4 illustre un capteur d’appui 10 monté sur un substrat 17 . Le substrat 17 peut correspondre à une surface plane inerte dans le cas d’un capteur d’appui 10 formant un actionneur simple, par exemple un bouton tactile d’une machine-outil. De préférence, le substrat 17 correspond à une couche de matériau translucide et résistante, par exemple du verre trempé d’une épaisseur supérieure à 1 mm, de sorte à pouvoir former un écran tactile en disposant un écran sous le capteur d’appui 10 . Le capteur d’appui 10 comporte un détecteur capacitif 11 fixé par une couche adhésive 26 sur un détecteur résistif 21 , lui-même monté sur le substrat 17 . Le détecteur capacitif 11 comporte une couche de protection 12 , par exemple réalisée en verre de type Gorilla Glass ® , sous laquelle sont disposées deux électrodes 14 et 16 . La première électrode 14 est fixée sous la couche de protection 12 au moyen d'une première couche adhésive 18 et d'une première couche isolante 13 . Sous la première électrode 14 , une seconde couche adhésive 18 est également utilisée pour fixer une seconde couche isolante 15 séparant les deux électrodes 14 et 16 . Les deux électrodes 14 et 16 peuvent être réalisées par des nano-fils d’argent alors que les couches isolantes 13 et 15 peuvent être réalisées en polyéthylène téréphtalate (PET). L’ensemble formé par une électrode 14 et 16 et une couche isolante 13 et 15 peut présenter une épaisseur comprise entre 100 et 150 µm, par exemple une épaisseur de 125 µm. Les couches adhésives 18 peuvent présenter une épaisseur comprise entre 50 et 120 µm, par exemple une épaisseur de 100 µm. Pour obtenir des bords noirs autour du capteur d'appui 1 0 , une occultation 19 peut être intégrée dans la première couche adhésive 18 reliant la couche de protection 12 et la première couche isolante 13 . Ainsi, entre la couche de protection 12 et la couche adhésive 26 , le capteur capacitif 11 peut présenter une épaisseur de 0,45 mm, avec deux couches adhésives 18 de 100 µm et deux ensemble 13 - 16 de 125 µm. Comparativement aux capteurs capacitifs existants, la finesse du capteur capacitif 11 est principalement obtenue par la couche de protection 12 . Selon l’invention, la couche de protection 12 présente une épaisseur comprise entre 0,15 et 0,35 mm. De préférence, la couche de protection 12 présente une épaisseur comprise entre 0,20 et 0,22 mm, par exemple sensiblement de 0,21 mm. Ainsi, le capteur capacitif 11 peut présenter une épaisseur totale comprise entre 0,6 et 0,9 mm, par exemple une épaisseur totale de 0,66 mm en considérant une couche de protection 12 de 0,21 mm et une épaisseur de 0,45 mm entre la couche de protection 12 et la couche adhésive 26 . Selon un autre exemple, le capteur capacitif 11 peut présenter une épaisseur totale de 0,68 mm avec une couche de protection 12 de 0,33 mm et une épaisseur de 0,35 mm entre la couche de protection 12 et la couche adhésive 26 . Pour ce faire, deux couches adhésives 18 de 50 µm et deux ensemble 13 - 16 de 125 µm peuvent être utilisés. La couche adhésive 26 peut être déposée sous toute la seconde électrode 16 du détecteur capacitif 11 . De préférence, la couche adhésive 26 est déposée uniquement sur une périphérie de la seconde électrode 16 . Selon l’invention, cette couche adhésive 26 présente une épaisseur inférieure à 0,5 mm. De préférence, l’épaisseur de la couche adhésive 26 est inférieure à 0,2 mm. Encore plus préférentiellement, l’épaisseur de la couche adhésive 26 est comprise entre 0,04 et 0,1 mm, par exemple une épaisseur de 0,08 mm. Sous la couche adhésive 26 , le capteur d’appui 10 comporte le détecteur résistif 21 . Ce détecteur résistif 21 est formé par une couche supérieure déformable 22 reliée par un cadre 25 à un détecteur 24 monté sur un substrat 17 . Le détecteur 24 présente également des conducteurs résistifs 23 permettant de détecter et de transmettre les déformations de la couche supérieure 22 . De préférence, le détecteur résistif 21 présente une épaisseur totale comprise entre 1 et 3 mm. Selon l’invention, le capteur d'appui 10 présente une surface inférieure à 1500 cm². Par exemple, le capteur d'appui 10 peut présenter une surface inférieure à 700 cm² ou une surface inférieure à 280 cm². L’invention permet ainsi d’obtenir un capteur d’appui 10 redondant, c’est-à-dire avec deux moyens de détection distincts réalisés par un détecteur capacitif 11 et un détecteur résistif 21 . En outre, l’invention permet également de former un capteur d’appui 10 de haute résistance. Capteur d'appui (10) comportant : - un détecteur capacitif (11) comportant : une couche de protection (12), une première couche isolante (13) disposée sous ladite couche de protection (12), une première électrode (14) disposée sous ladite première couche isolante (13), une seconde couche isolante (15) disposée sous ladite première électrode (14) et une seconde électrode (16) disposée sous ladite seconde couche (15) ; et - un détecteur résistif (21) formé par une couche supérieure déformable (22) reliée à un détecteur (24) disposé sous ladite couche supérieure déformable (22) au moyen d'un cadre (25) ; ledit détecteur (24) étant fixé sur un substrat (17) ; caractérisé en ce que ledit détecteur capacitif (11) est collé sur ledit détecteur résistif (21) au moyen d'une couche adhésive (26) dont l’épaisseur est inférieure à 0,5 mm et en ce que ledit capteur d'appui (10) présente une surface inférieure à 1500 cm² et en ce que ladite couche de protection (12) présente une épaisseur comprise entre 0,15 et 0,35 mm. Capteur d'appui selon la revendication 1, dans lequel l’épaisseur de ladite couche adhésive (26) est inférieure à 0,2 mm. Capteur d'appui selon la revendication 1 ou 2, dans lequel l’épaisseur de ladite couche adhésive (26) est comprise entre 0,04 et 0,1 mm. Capteur d'appui selon l’une des revendications 1 à 3, dans lequel ladite couche adhésive (26) s’étend uniquement sur une périphérie dudit capteur d’appui (10). Capteur d'appui selon l’une des revendications 1 à 4, dans lequel ledit capteur d'appui (10) présente une surface inférieure à 700 cm². Capteur d'appui selon l’une des revendications 1 à 5, dans lequel ledit capteur d'appui (10) présente une surface inférieure à 280 cm². Capteur d'appui selon l’une des revendications 1 à 6, dans lequel ledit détecteur capacitif (11) présente une épaisseur totale comprise entre 0,6 et 0,9 mm. Capteur d'appui selon l’une des revendications 1 à 7, dans lequel ledit détecteur résistif (21) présente une épaisseur totale comprise entre 1 et 3 mm. Capteur d'appui selon l’une des revendications 1 à 8, dans lequel ladite couche de protection (12) présente une épaisseur comprise entre 0,20 et 0,33 mm. Ecran tactile comportant un écran sur lequel est monté un capteur d’appui (10) selon l’une des revendications 1 à 9.