專利名稱：觸摸輸入有源矩陣顯示器件的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及具有觸摸輸入功能的顯示器件，并且尤其涉及在行和列陣列中布置多個像素的有源矩陣顯示器件。特別地是，本發(fā)明涉及感測觸摸輸入。
在當(dāng)今社會，觸摸輸入顯示器件的使用變得越來越普遍，這種器件中用戶與所顯示信息的迅速且容易的交互正是人們所需要的。這種顯示器件可以在用于大機(jī)器的控制裝置中以及在諸如移動電話和PDA之類的小型手持設(shè)備中被用作公共信息源的一部分。被集成到顯示器上的觸摸輸入功能可以不要求諸如鼠標(biāo)和/或鍵盤之類的外圍用戶輸入裝置，因而使整個設(shè)備不那么笨重。
在本說明書中，術(shù)語“觸摸輸入”將包括壓敏觸摸輸入和光觸摸輸入。例如，這包括來自用戶手指、觸針、筆或其它這種接觸顯示器件并且在其上某點施加壓力或發(fā)光的設(shè)備對顯示器件的用戶輸入。
多種顯示器類型適于與觸摸輸入顯示器集成。由于平板類型顯示器相對重量較輕并且可以并入諸如PDA之類的小型設(shè)備中，所以它們特別通用。平板顯示器的例子包括有源矩陣顯示器，諸如有源矩陣液晶顯示器(AMLCD)、有源矩陣電致發(fā)光顯示器和電泳顯示器。具有觸摸輸入功能的平板顯示器的另一好處是驅(qū)動電子組件接近于觸摸輸入傳感器由此能夠在它們之間進(jìn)行短距互連。作為例子，一種方法是在顯示器表面上安置透明的傳感器陣列。在這種情況下，對傳感器陣列的觸摸輸入從所述傳感器陣列的邊緣經(jīng)由連接輸出。
然而，在這種方法中由于把所述傳感器陣列置于用戶的觀看路徑中，常常降低了所觀看的圖像質(zhì)量。關(guān)于陷入兩個結(jié)合表面之間的灰塵的問題使此方法變得不利。
US-5,610,629公開了一種用筆向液晶顯示器輸入的系統(tǒng)，其中顯示器中的每個像素具有相關(guān)聯(lián)的傳感器，所述傳感器對由手持式觸針?biāo)傻男盘栕鞒鲰憫?yīng)。所公開的示例性傳感器類型是位于各自像素單元下的壓電傳感器。在此文獻(xiàn)中，聚乙烯二氟化物(PVDF)薄膜位于交叉的導(dǎo)線集之間。當(dāng)由觸針在某點按下所述薄膜時，在該點的相交導(dǎo)線之間產(chǎn)生電壓。這由相關(guān)聯(lián)的傳感線檢測，所述傳感線與相關(guān)聯(lián)的列地址線分離。
EP-0,773,497公開了觸敏LCD，其中每個LC單元執(zhí)行LCD的感測功能。對像素的觸摸輸入改變了該單元的電容，這改變了充電特性。測量這些特性以便檢測觸摸輸入。然而，這種電容變化相對較小并且很難在相對較高噪聲等級的情況下檢測出來，所述較高的噪聲等級是由LC單元的移動所引起的單元電容不斷改變所導(dǎo)致的。
申請人于2003年4月18日提交的一并待決且未公開的歐洲專利申請?zhí)朎P03101085.3(我們的案號PHNL030393)描述了具有顯示區(qū)域和諸如觸摸墊之類的電控制輸入裝置的平板顯示器件。為控制顯示區(qū)域和發(fā)送來自所述輸入裝置的輸入信息形成獨立的印刷電路。通過在構(gòu)成輸入裝置的所選區(qū)域上施加壓力從而在兩個相對襯底之間建立電接觸來實現(xiàn)信息輸入。在兩個襯底之間可以布置導(dǎo)電粒子以便能夠在它們之間進(jìn)行電接觸。
本發(fā)明試圖提供具有集成觸摸輸入功能的有源矩陣顯示器件。
本發(fā)明試圖使向有源矩陣顯示器件提供觸摸輸入功能所要求的附加部件最小化。
本發(fā)明試圖簡化用于觸摸輸入有源矩陣顯示器件的感測電路。
依照本發(fā)明的第一方面，提供了一種包括在行和列陣列中所布置的多個像素的有源矩陣顯示器件，每個像素包括像素電極，可以由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線經(jīng)由各自的薄膜晶體管向所述像素電極提供數(shù)據(jù)電壓，其中至少部分像素還都包括支柱，所述支柱響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入把相關(guān)聯(lián)的像素電極電連接到另一電極，所述連接可以經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線來檢測。
通過把觸摸感測集成到有源矩陣顯示器件的像素電極上，用于尋址所述顯示器件的電路還可以用來檢測對所述顯示器件的任何觸摸輸入。這有益地消除了需要附加導(dǎo)線來執(zhí)行觸摸輸入的檢測的需求。
依照本發(fā)明的第二方面，提供了一種在有源矩陣顯示器件中的觸摸輸入響應(yīng)像素，每個像素包括像素電極，可以由相關(guān)聯(lián)的尋址電路向所述像素電極提供數(shù)據(jù)電壓，所述尋址電路包括連接到所述像素電極的各自的薄膜晶體管，并且所述像素還包括響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入把所述像素電極電連接到另一電極的支柱，所述連接可以經(jīng)由所述尋址電路來檢測。
像素電極到另一電極的電連接使得能夠容易且明確地檢測觸摸輸入。這提供了低噪聲檢測模式，該模式只對用戶想要的觸摸輸入敏感。
在本發(fā)明的第一優(yōu)選實施例中，所述器件還包括覆蓋像素電極陣列之上并與之間隔的共用電極，并且共用電極可操作用來在自身和每個像素電極之間產(chǎn)生電勢，其中每個支柱響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入把相關(guān)聯(lián)的像素電極電連接到所述共用電極。
所述支柱可以包括壓敏元件，所述壓敏元件具有響應(yīng)于所施加的壓力而改變的電阻。因此可以使用具有適當(dāng)電特性的壓阻材料。優(yōu)選地是，壓敏元件覆蓋在像素電極上并直接接觸所述像素電極。壓敏元件例如可以平版印刷式形成并且充當(dāng)在像素電極和共用電極之間的隔離部件，以便當(dāng)沒有施加壓力時在所述像素電極和共用電極之間保持界限分明的間隙。
作為選擇，支柱可以包括導(dǎo)電材料并且置于在像素電極和共用電極之間。優(yōu)選地是，每個支柱是平版印刷式形成的導(dǎo)電支柱并且都具有小于電極間距的高度，并且位于相對電極之間。因此，當(dāng)響應(yīng)于觸摸輸入向像素施加壓力時，在電極之間的間隔減小使得導(dǎo)電支柱把相關(guān)聯(lián)的像素電極電連接到共用電極。
在第二優(yōu)選實施例中，每個像素的薄膜晶體管具有連接到相關(guān)聯(lián)的選擇導(dǎo)線的柵極端子，可以向選擇導(dǎo)線施加?xùn)烹妷阂员憧刂葡蚋飨袼仉姌O提供的數(shù)據(jù)電壓，并且其中每個支柱響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入而把相關(guān)聯(lián)的像素電極電連接到相關(guān)聯(lián)的選擇導(dǎo)線。在像素電極和相關(guān)聯(lián)的選擇導(dǎo)線之間的觸摸響應(yīng)連接提供了一種用于感測對有源矩陣顯示器件的觸摸輸入的候選方法。通過有效地在此之間提供開關(guān)，來自相關(guān)聯(lián)的選擇導(dǎo)線的電流經(jīng)由被觸摸像素的像素電極傳遞到相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線，使得能夠檢測觸摸輸入。
在此實施例中，每個支柱可以包括例如由壓阻材料形成的壓敏元件。對像素的觸摸輸入經(jīng)由涂覆層向壓敏元件施加壓力，由此使所述壓敏元件的電阻降低從而建立電連接。
作為選擇，所述支柱可以包括光電導(dǎo)元件，所述光電導(dǎo)元件具有響應(yīng)于入射到其上的預(yù)定波長的光而改變的電阻。此光可以由用戶持有的光筆產(chǎn)生。響應(yīng)于來自所述筆的觸摸輸入，入射光使所述元件的電阻降低從而建立電連接。
在這兩種情況中，可以平版印刷式形成支柱從而使所述元件涂覆各自的像素電極以及相關(guān)聯(lián)的選擇導(dǎo)線上。
在每個優(yōu)選實施例中，顯示器件還包括連接到每個數(shù)據(jù)導(dǎo)線的驅(qū)動器電路，所述電路被配置成在各自的尋址周期期間依照尋址模式操作以便向相關(guān)聯(lián)的像素提供數(shù)據(jù)電壓，并且在各自的感測周期期間依照感測模式操作以便檢測對相關(guān)聯(lián)像素的觸摸輸入。驅(qū)動器電路包括連接到每個數(shù)據(jù)導(dǎo)線的各自的緩沖電路，每個緩沖電路包括模擬到數(shù)字(A/D)轉(zhuǎn)換器，該轉(zhuǎn)換器用來在感測周期期間測量流經(jīng)各自數(shù)據(jù)導(dǎo)線的電流。每個A/D轉(zhuǎn)換器可以是簡單的單比特檢測器，所述單比特檢測器根據(jù)是否存在對相關(guān)聯(lián)像素的觸摸輸入來向控制軟件發(fā)送“0”或“1”信號。有益地是，這只要求較小帶寬和簡單的電子電路來向控制軟件遞送觸摸輸入感測信號。
依照本發(fā)明的第三方面，提供了一種用于感測對有源矩陣顯示器件的觸摸輸入的方法，所述有源矩陣顯示器件包括多個像素，每個像素包括像素電極，所述方法包括步驟在各自的尋址周期期間經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線向所述像素電極提供數(shù)據(jù)電壓，并且在各自的感測周期期間測量在每個所述數(shù)據(jù)導(dǎo)線上的信號以便檢測對所述顯示器件的觸摸輸入。采用這種方法，在尋址周期期間把圖像數(shù)據(jù)提供給像素并且在感測周期期間檢測觸摸感測，并且其中對于這兩個功能都使用數(shù)據(jù)導(dǎo)線。
在每個優(yōu)選實施例中，在各自的行周期期間一次一行地選擇像素以便使數(shù)據(jù)導(dǎo)線上的數(shù)據(jù)電壓能夠被施加到所選擇行上的相關(guān)聯(lián)像素電極，并且其中每個行周期包括尋址周期和感測周期。每個行周期被再分為尋址周期和感測周期，在所述尋址周期期間尋址在所選擇行中的像素，在所述感測周期期間檢測對該行中像素的任何觸摸輸入。優(yōu)選地是，在每個行周期末尾執(zhí)行觸摸感測使得每個感測周期在尋址周期之后。
在感測周期期間對觸摸輸入的檢測由連接到每個數(shù)據(jù)導(dǎo)線的驅(qū)動器電路來執(zhí)行。這可能涉及在各感測周期的持續(xù)期間，積分每個數(shù)據(jù)導(dǎo)線上的電流。通過在每個行周期上積分在數(shù)據(jù)導(dǎo)線上所測量的電流，可以計算平均值以便除去噪聲，因此可以實現(xiàn)對任何觸摸輸入的準(zhǔn)確檢測。
現(xiàn)在將參考附圖以舉例形式來描述本發(fā)明的實施例，其中

圖1示意地示出了依照本發(fā)明的有源矩陣液晶顯示器件的部分有源板塊；圖2是在本發(fā)明的第一實施例中的觸摸輸入響應(yīng)像素的平面圖；圖3是沿著圖2中所示出像素的線A-A的剖視圖；圖4依照示意形式示出了本發(fā)明第一實施例的部分有源矩陣顯示器件的電路布局；圖5示出了圖4的電路在使用中所呈現(xiàn)的各個電壓和電流的不同曲線；圖6是本發(fā)明的第二實施例中的觸摸輸入響應(yīng)像素的平面圖；圖7是沿著圖6中所示出像素的線B-B的剖視圖；圖8是本發(fā)明的第三實施例中的觸摸輸入響應(yīng)像素的平面圖；圖9是沿著在圖8中所示出像素的線C-C的剖視圖；和圖10依照示意形式示出了本發(fā)明第三實施例的部分有源矩陣顯示器件的電路布局。
應(yīng)當(dāng)注意，附圖是圖示性的而并非按比例繪制。在附圖中為了清楚和方便起見，這些圖中的各部分相對尺寸和比例在大小上被放大或縮小展示。遍及所有附圖使用相同的附圖標(biāo)記表示相同的或相似的部分。
本發(fā)明適用于各種有源矩陣顯示器件。下列具體實施例僅以舉例形式就有源矩陣液晶顯示器件(AMLCD)來描述本發(fā)明。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其它類型的顯示器件。
圖1示意地示出了AMLCD器件的有源板塊1，AMLCD包括像素的行和列陣列。每個像素包括固定在有源板塊1上的像素電極11。在有源板塊1上帶有數(shù)據(jù)導(dǎo)線12，每個數(shù)據(jù)導(dǎo)線12用來向各自的像素電極列提供數(shù)據(jù)電壓。每個像素電極11經(jīng)由薄膜晶體管(TFT)13連接到相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12，每個薄膜晶體管13具有源極、柵極和漏極端子。每個TFT的源極端子連接到相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12。漏極端子連接到各自的像素電極11。在有源板塊1上還帶有選擇導(dǎo)線14，每個選擇導(dǎo)線14用來向各自行中的TFT 13的柵極端子提供柵電壓。
使用常規(guī)的薄膜處理技術(shù)來在襯底上形成有源板塊1的像素電極11、數(shù)據(jù)導(dǎo)線12、選擇導(dǎo)線14和TFT 13，所述薄膜處理技術(shù)涉及例如通過CVD過程來沉積和平板印刷式形成各種隔離、傳導(dǎo)和半導(dǎo)電的層。
在有源板塊1上的驅(qū)動器電路包括列驅(qū)動器22和行驅(qū)動器24。視頻數(shù)據(jù)信號和控制信號由控制部件25提供給驅(qū)動器電路。列驅(qū)動器22在其一端連接到每個數(shù)據(jù)導(dǎo)線12。行驅(qū)動器24連接到每個選擇導(dǎo)線14。應(yīng)當(dāng)理解，驅(qū)動器電路可以由有源板塊襯底上的TFT形成或由經(jīng)由一系列連接而連接到行和列陣列的IC形成。
施加到各TFT 13的柵極端子的柵電壓用來通過在各自的尋址周期期間一次一行地開啟或選擇TFT 13，來控制把數(shù)據(jù)電壓從相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12提供到各自的像素電極11。
圖1的AMLCD器件還包括無源板塊(未示出)，所述無源板塊覆蓋在有源板塊1上并且在它們之間夾著液晶(LC)材料層。在其內(nèi)表面，無源板塊攜帶連續(xù)穿越顯示器區(qū)域的共用電極。覆蓋在像素電極11的陣列上并且與之間隔的共用電極可操作用來在自身和每個像素電極11之間產(chǎn)生電勢。此電勢用來調(diào)制夾在其間的LC材料的透射率。
陣列中的每個像素還包括支柱，所述支柱響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入把相關(guān)聯(lián)的像素電極11電連接到另一電極。圖1依照本發(fā)明第一實施例把每個支柱作為平版印刷定制的導(dǎo)電支柱30示出，現(xiàn)在參考圖2和3將更詳細(xì)地描述之。
圖2以平面圖示出了第一實施例的觸摸輸入響應(yīng)像素，所述觸摸輸入響應(yīng)像素對基于壓力的觸摸輸入作出響應(yīng)。僅以舉例形式示出的TFT13是門電極在下部(bottom-gate)的類型。為了便于理解只示出了像素的電極圖案。至少一個絕緣層(未示出)存在于下面的選擇導(dǎo)線14和數(shù)據(jù)導(dǎo)線12之間作為交叉電介質(zhì)。類似地，TFT 13的源電極和漏電極借助門電介質(zhì)(未示出)與門電極絕緣，所述門電介質(zhì)可以由作為交叉電介質(zhì)的相同層提供。
圖3是沿著圖2中所示出的線A-A的像素剖視圖，所述線A-A橫斷數(shù)據(jù)導(dǎo)線12、像素電極11和導(dǎo)電支柱30。在圖3中可以看見有源板塊的襯底40，其上具有設(shè)置的交叉電介質(zhì)41。
第二襯底50與有源板塊1相間隔。共用電極51在第二襯底50的內(nèi)表面上并且遍布顯示區(qū)域，以便形成陣列中每個像素的第二電極。到共用電極51邊緣的連接使得能夠在操作期間施加電壓，以便在自身和每個像素電極11之間產(chǎn)生電勢。此電勢用來依照所施加的數(shù)據(jù)信號來調(diào)制LC材料60的夾層。連同濾色鏡、起偏振鏡和對準(zhǔn)層之類的其它層(未示出)一起，襯底50和共用電極51構(gòu)成無源板塊。
導(dǎo)電支柱30被設(shè)置在像素電極11和共用電極51之間。在制造期間，使用平版印刷界定在像素電極上形成支柱，其具有小于單元間隙的厚度，并且優(yōu)選由導(dǎo)電聚合物復(fù)合材料形成。這種材料的例子可以在www.zipperling.de/Research上找到并且包括不導(dǎo)電聚合體膠合物和聚苯胺、導(dǎo)電聚合物的混合物。支柱被定形為長方體，不過可以設(shè)想還可以使用導(dǎo)電材料來形成各種不同形狀的支柱，諸如錐體形。在支柱的頂部和共用電極51之間的間隙可以改變并且例如取決于襯底50的柔韌性。
代替上述平版印刷界定的支柱30，作為替代的導(dǎo)電球體可以由導(dǎo)電聚合物形成并且具有小于單元間隙的直徑。還應(yīng)當(dāng)理解，作為替代，平版印刷界定的支柱在制造期間可以在共用電極51上形成并因此與之相接觸。在這種情況下，當(dāng)對像素觸摸輸入時，會使導(dǎo)電支柱30接觸下面的像素電極11。作為選擇，所述支柱可以由絕緣聚合物形成并且涂有導(dǎo)電聚合物。
對像素的觸摸輸入向第二襯底50施加壓力。此壓力使襯底50彎曲，以致單元間隙(在像素電極11和共用電極51之間的間隔)減小。如果施加足夠的壓力，那么共用電極51接觸導(dǎo)電支柱30從而經(jīng)由所述導(dǎo)電支柱30在像素電極11和共用電極51之間建立電連接。此連接可以由與像素相關(guān)聯(lián)的尋址電路檢測。
參考圖4和5，現(xiàn)在將描述依照本發(fā)明尋址像素以及感測對該像素的觸摸輸入。在圖4中依照示意形式示出了與像素相關(guān)聯(lián)的尋址電路。響應(yīng)于觸摸輸入而在像素電極11和共用電極51之間所建立的連接被表示為開關(guān)35。應(yīng)當(dāng)理解，在操作期間開關(guān)35通常是斷開的(無觸摸輸入)。由連接到數(shù)據(jù)導(dǎo)線12的驅(qū)動器電路向像素提供數(shù)據(jù)電壓。
驅(qū)動器電路包括各自的緩沖電路42，從列驅(qū)動器22向所述緩沖電路42提供數(shù)據(jù)電壓。模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(ADC)43被包括在緩沖電路中并且用來把所測量的經(jīng)由數(shù)據(jù)導(dǎo)線12電流轉(zhuǎn)換為數(shù)字信號。緩沖電路還包括感測開關(guān)44和電容器45，它們都連接在相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12和ADC 43之間。這些用來積分流經(jīng)相關(guān)聯(lián)數(shù)據(jù)導(dǎo)線12的電流。開關(guān)44能夠復(fù)位此積分電路。列驅(qū)動器22的各輸出被連接到運算放大器(op-amp)IC 46的一個輸入。相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12連接到IC 46的第二輸入。ADC 43連接到IC 46的輸出。
驅(qū)動器電路被配置成在各自的尋址周期期間依照尋址模式操作以便向相關(guān)聯(lián)的像素提供數(shù)據(jù)電壓，并且在各自的感測周期期間依照感測模式操作以便檢測對相關(guān)聯(lián)像素的觸摸輸入。在各自的行周期期間就像常規(guī)的有源矩陣尋址模式一樣，一次一行地尋址像素陣列。然而，每個行周期被分成尋址周期和感測周期。對于每個行周期持續(xù)期間，通過向相關(guān)聯(lián)的選擇導(dǎo)線14施加?xùn)烹妷簛磉x擇像素行。
圖5示出了在尋址電路部分所呈現(xiàn)的各個電壓和電流電平，尋址電路與圖4中所示出的像素相關(guān)聯(lián)。對于行周期Tr，柵電壓Vg為高。這由行驅(qū)動器24產(chǎn)生并且經(jīng)由選擇導(dǎo)線14被施加到TFT 13的柵極端子，使得TFT開啟。這使在數(shù)據(jù)導(dǎo)線12上所存在的數(shù)據(jù)電壓Vd能夠經(jīng)由TFT13被施加到像素電極。由于像素單元的電容相對較大，所以像素電極上的電壓Vp在行周期Tr期間逐漸增加直到它到達(dá)數(shù)據(jù)電壓Vd。
如果沒有按壓像素(無觸摸輸入)，那么由于像素電極電壓趨近于數(shù)據(jù)電壓，所以在行周期Tr期間在數(shù)據(jù)導(dǎo)線上流動的電流降低，并且電流I在行周期Tr末尾趨向于零。然而，如果按壓像素(通過觸摸輸入)，那么實際上可以認(rèn)為閉合開關(guān)35。在這種情況下，像素電壓Vp不增加并且在行周期Tr持續(xù)期間電流從數(shù)據(jù)導(dǎo)線12流向共用電極51。TFT的有限導(dǎo)通電阻(對于非晶硅TFT來說在兆歐范圍內(nèi))確保當(dāng)觸摸輸入時在數(shù)據(jù)導(dǎo)線上的電流不會太高。
根據(jù)在數(shù)據(jù)導(dǎo)線上所存在電流電平的差異，此差異取決于是否存在對像素的觸摸輸入，發(fā)明人認(rèn)識到需要檢測在行周期Tr末尾對所述像素的觸摸輸入。因此，每個感測周期Ts在尋址周期Ta之后。
在尋址周期Ta期間，緩沖電路42用來經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12向相關(guān)聯(lián)的像素電極11提供數(shù)據(jù)電壓。感測開關(guān)44在尋址周期持續(xù)期間保持閉合，由此關(guān)掉緩沖電路42的電流感測功能。典型情況下尋址周期的持續(xù)時間為20微秒，但是當(dāng)然會根據(jù)場頻率(所尋址陣列的頻率)和所述陣列中的行數(shù)目而改變。例如，對于較小顯示器來說，尋址周期會更長。
在尋址周期末尾，感測開關(guān)44被打開由此開啟緩沖電路42的電流感測功能并且定義感測周期Ts的開始。
在感測周期Ts期間，測量相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12上的電流。由于在像素電極11和共用電極51之間存在連接，所以在行周期末尾時數(shù)據(jù)導(dǎo)線上的高電流表明已發(fā)生觸摸輸入。反之，低電流甚至是零表明穿過像素單元沒有連接因此無觸摸輸入。所述連接可經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12檢測。感測開關(guān)44打開時，數(shù)據(jù)導(dǎo)線12上的任何電流使電容器45充電。通過在感測周期開始時偏移ADC，所述ADC只測量超出先前尋址的數(shù)據(jù)電壓的任何附加電壓。電容器45上所存儲的任何電荷被ADC 43測量為在IC輸出46上存在的電壓。此電壓等于電容器45兩端的電壓加上由列驅(qū)動器所提供的數(shù)據(jù)電壓。典型情況下感測周期的持續(xù)時間為2微秒，但是當(dāng)然會根據(jù)TFT導(dǎo)通電阻以及電容器45的值而改變。根據(jù)由ADC 43在每個行周期末尾所作出的測量，基于數(shù)據(jù)導(dǎo)線12上電流的預(yù)定閾值來判定是否出現(xiàn)觸摸輸入，所述電流對應(yīng)于由所述ADC所測量的電壓。可以用硬件通過ADC電路或用軟件通過驅(qū)動器電路來實現(xiàn)閾值的判定。由于前者使用于發(fā)送來自檢測電路的觸摸輸入信息所要求的帶寬最小化，所以前者是優(yōu)選的。
每個數(shù)據(jù)導(dǎo)線12具有連接到其的相應(yīng)的緩沖電路。因此在每個行周期對于行中的每個像素執(zhí)行觸摸輸入檢測。當(dāng)每行像素被順序?qū)ぶ窌r，對它們重復(fù)該過程，每個行周期包括尋址周期，在尋址周期后面是感測周期。因此觸摸輸入的檢測是在貫穿顯示器運行期間執(zhí)行的連續(xù)過程。
驅(qū)動器電路的兩種模式操作能夠在不需要到像素的額外尋址導(dǎo)線的情況下進(jìn)行觸摸輸入檢測。與每個像素相關(guān)聯(lián)的尋址電路用于在各自的尋址周期期間尋址像素電極11，并且在各自的感測周期期間用于感測對像素的任何觸摸輸入。
現(xiàn)在將參考圖6和7描述本發(fā)明的第二實施例。再次，此實施例的AMLCD器件對基于壓力的觸摸輸入作出響應(yīng)。有源板塊、無源板塊、尋址和驅(qū)動器電路的配置與上述實施例幾乎相同。然而，代替包括導(dǎo)電材料的支柱，每個像素包括具有響應(yīng)于所施加壓力而改變的電阻的壓敏元件70。壓敏元件70由壓阻材料形成，所述壓阻材料具有取決于材料的部分壓縮的電阻。當(dāng)向這種材料施加壓力時，電阻顯著降低。
圖6示出了像素布局的平面圖，其中壓敏元件70位于像素電極11上并且接近于其中心。然而壓敏元件70在像素電極上的實際位置并不是關(guān)鍵性的。圖7示出了沿著圖6的B-B線的像素的剖視圖，所述B-B線貫穿壓敏元件70。
在形成像素電極11和數(shù)據(jù)導(dǎo)線12之后，通過在每個像素的像素電極11上的平版印刷界定來形成各自的壓敏元件70。設(shè)想壓阻材料可以是UV矯正的。在這種情況下，壓敏電阻材料在有源板塊上被涂了一層，該層具有等于想要的單元間隙的厚度。然后所述層通過掩模暴露于UV，只剩下各自的壓敏元件70。
從圖7中可以看出每個像素的壓敏元件70通過LC材料60與共用電極51接觸。當(dāng)沒有經(jīng)由無源板塊向像素施加壓力時(無觸摸輸入)，壓敏元件70應(yīng)當(dāng)具有非常高的電阻，大約大于1012歐姆。響應(yīng)于對像素的觸摸輸入，壓敏元件70的電阻顯著降低到比TFT 13的導(dǎo)通電阻小得多的值，大約小于106歐姆，由此在像素電極11和共用電極51之間建立電連接。在美國專利號US-6,291,568中描述了具有這些屬性的示例性聚合材料，在此將其引用以供參考。
采用針對第一實施例所描述的類似方式來執(zhí)行對圖6和7的像素的尋址，其中壓敏元件70還可以由圖4電路圖中的開關(guān)35來表示。
現(xiàn)在將參考圖8、9和10描述本發(fā)明的第三實施例。此實施例的AMLCI)器件對來自例如光筆的光觸摸輸入作出響應(yīng)。在圖8中示出了觸摸輸入響應(yīng)像素的配置，所述觸摸輸入響應(yīng)像素具有像素電極11、相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12、具有連接到所述像素電極11的漏極端子的薄膜晶體管13以及相關(guān)聯(lián)的選擇導(dǎo)線14，它們中的每個依照類似于第一實施例中的像素的方式布置在襯底上。薄膜晶體管13具有柵極端子，可以向所述柵極端子施加?xùn)烹妷阂员憧刂葡蛳袼仉姌O11提供數(shù)據(jù)電壓。柵電壓由行驅(qū)動器產(chǎn)生并且經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的選擇導(dǎo)線14提供到TFT 13的柵極端子。所述像素還包括支柱，所述支柱響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入將像素電極11電連接到所述柵極端子。所述支柱包括光電導(dǎo)元件80，所述光電導(dǎo)元件80具有響應(yīng)于入射到其上的預(yù)定波長的光而改變的電阻。
在此實施例中，定位光電導(dǎo)元件80被設(shè)置得與像素電極11和選擇導(dǎo)線14部分重疊。使用光電導(dǎo)材料來形成光電導(dǎo)元件80，以便所述元件具有響應(yīng)于入射到其上的預(yù)定波長的光而改變的電阻。此光一般由用戶所拿著的光筆產(chǎn)生并且結(jié)合顯示屏使用。在R.M Schaffert的論文“A New High-sensitivity Organic Photoconductor forElectrophotography”(IBM J.Res Development，1971年1月，第75到89頁)中描述了合適的光電導(dǎo)材料的例子，在此引用以供參考。
圖9示出了沿著圖8的C-C線的像素的剖視圖，所述C-C線貫穿光電導(dǎo)元件80和選擇導(dǎo)線14。由用戶所持有并操作的光筆95發(fā)出預(yù)定波長的光100，所述光入射到光電導(dǎo)元件80上。無源板塊主要由透明材料形成，這種材料能夠透過光100。如圖9所見，光電導(dǎo)元件80接觸選擇導(dǎo)線14。
當(dāng)光筆不在像素附近時(無觸摸輸入)，光電導(dǎo)元件80應(yīng)當(dāng)具有非常高的電阻，大約在大于1012歐姆的量級。這使得在像素電極11和選擇導(dǎo)線14之間保持電絕緣。從光筆95對像素的觸摸輸入產(chǎn)生經(jīng)由無源板塊入射到光電導(dǎo)元件80上的光。響應(yīng)于對像素的觸摸輸入，光電導(dǎo)元件80的電阻顯著降低到比TFT 13的導(dǎo)通電阻小得多的值，大約在小于106歐姆的量級，由此把像素電極11電連接到選擇導(dǎo)線14。此連接可以由與像素相關(guān)聯(lián)的尋址電路檢測。
圖10示出了與第三實施例的像素相關(guān)聯(lián)的尋址電路。響應(yīng)于觸摸輸入而在像素電極11和選擇導(dǎo)線14之間所建立的連接被表示為開關(guān)55。應(yīng)當(dāng)理解，在操作期間開關(guān)55通常是斷開的(無觸摸輸入)。由連接到數(shù)據(jù)導(dǎo)線12的驅(qū)動器電路向像素提供數(shù)據(jù)電壓。
驅(qū)動器電路包括各自的緩沖電路42，從列驅(qū)動器22向所述緩沖電路42提供數(shù)據(jù)電壓。緩沖電路42依照與上述針對第一實施例描述的類似方式布置和操作。類似地，驅(qū)動器電路被配置成在各自的尋址周期期間依照尋址模式操作以便向相關(guān)聯(lián)的像素提供數(shù)據(jù)電壓，并且在各自的感測周期期間依照感測模式操作以便檢測對相關(guān)聯(lián)像素的觸摸輸入。在圖5的曲線中所示出的電壓和電流電平也適用于圖10的像素電路，并且可用于解釋對第三實施例像素的觸摸輸入的感測。
對于行周期Tr來說，柵電壓Vg為高并且典型情況下是20V。這由行驅(qū)動器24產(chǎn)生并且經(jīng)由選擇導(dǎo)線14被施加到TFT 13的柵極端子，使得TFT開啟。這使在數(shù)據(jù)導(dǎo)線12上所存在的數(shù)據(jù)電壓Vd能夠經(jīng)由TFT 13被施加到像素電極。典型情況下，數(shù)據(jù)電壓位于-5到+5伏的范圍內(nèi)。由于像素單元的電容相對較大，所以像素電極上的電壓Vp在行周期Tr期間逐漸增加直到它到達(dá)數(shù)據(jù)電壓Vd。
如上所述，當(dāng)光入射到像素中的光電導(dǎo)元件80上時，在像素電極11和相關(guān)聯(lián)的選擇導(dǎo)線14之間建立有效的電連接。由于在相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12和相關(guān)聯(lián)的選擇導(dǎo)線14之間的電勢差，當(dāng)出現(xiàn)觸摸輸入時導(dǎo)致電流在所述數(shù)據(jù)導(dǎo)線12上流動。此電流在各自的感測周期Ts期間被測量以便檢測觸摸輸入。就像第一實施例，每個感測周期Ts在尋址周期Ta之后。
在尋址周期Ta期間，緩沖電路42用來經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12向相關(guān)聯(lián)的像素電極11提供數(shù)據(jù)電壓。感測開關(guān)44在尋址周期持續(xù)期間保持閉合，由此關(guān)掉緩沖電路42的電流感測功能。典型情況下尋址周期的持續(xù)時間為20μs，但是當(dāng)然會根據(jù)場頻率(尋址陣列的頻率)而改變。
在尋址周期末尾，感測開關(guān)44被打開由此開啟緩沖電路42的電流感測功能并且定義感測周期Ts的開始。
在感測周期Ts期間，測量相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12上的電流。由于在像素電極11和選擇導(dǎo)線14之間存在連接，所以在行周期末尾時數(shù)據(jù)導(dǎo)線上的高電流表明存在觸摸輸入。反之，低電流甚至是零表明在像素電極11和選擇導(dǎo)線14之間沒有連接因此無觸摸輸入。因此，所述連接可經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線12檢測。感測開關(guān)44打開時，數(shù)據(jù)導(dǎo)線12上的任何電流使電容器45充電。在電容器45上所存儲的任何電流由ADC43測量。典型情況下感測周期的持續(xù)時間為2微秒。根據(jù)由ADC 43在每個行周期末尾所進(jìn)行的測量，可以檢測對像素的觸摸輸入。
設(shè)想第三實施例的光電導(dǎo)元件80可以依照與第一和第二實施例類似的方式由壓敏元件代替，所述壓敏元件由壓阻材料形成。有益地是，這會消除對光筆95的要求。按壓像素向無源板塊施加壓力。此壓力通過LC材料60傳送到壓敏元件。
上述實施例包括觸摸輸入AMLCD器件。然而，設(shè)想可以使用其它類型的有源矩陣顯示器件來實現(xiàn)本發(fā)明。這些有源矩陣顯示器件包括電泳顯示器，所述電泳顯示器包括支持墨水膠囊的流體層。此層依照類似于上述AMLCD器件的LC層60的方式夾在有源和無源板塊之間。例如當(dāng)按壓像素時，可以把觸摸動作的壓力通過墨水膠囊傳送到位于像素電極上的壓敏元件。在光觸摸輸入的情況下，由光筆所產(chǎn)生的光通過墨水膠囊而被發(fā)射到光電導(dǎo)元件。
總之，提供了具有觸摸輸入功能的有源矩陣顯示器件。所述器件包括在行和列陣列中布置的多個像素，每個像素包括像素電極，可以由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線經(jīng)由各自的薄膜晶體管向所述像素電極提供數(shù)據(jù)電壓，所述薄膜晶體管具有連接到所述像素電極的漏極端子。所述像素還都包括響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入而把相關(guān)聯(lián)的像素電極電連接到另一電極的支柱，所述連接可經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線來檢測。用于尋址顯示器的電路也可以用來檢測對所述顯示器的任何觸摸輸入。這有益地消除了需要額外的導(dǎo)線來執(zhí)行對觸摸輸入的檢測的需求。
通過閱讀本公開內(nèi)容，其它變化和修改對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說顯而易見。這種變化和修改可以涉及在本領(lǐng)域中已知的等效物及其它部件，以及可以代替這里所描述的部件的等效物或其它部件，或另外增加等效物或其它部件。
權(quán)利要求
1.一種有源矩陣顯示器件，包括在行和列陣列中布置的多個像素，每個像素包括像素電極(11)，可以由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線(12)經(jīng)由各自的薄膜晶體管(13)向所述像素電極(11)提供數(shù)據(jù)電壓(Vd)，其中至少部分像素都還包括支柱(30；70；80)，所述支柱響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入把相關(guān)聯(lián)的像素電極電連接到另一電極(51；14)，所述連接可以經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線來檢測。
2.如權(quán)利要求1所述的器件，還包括覆蓋在像素電極陣列上且與之間隔的共用電極(51)，共用電極可操作用來在自身和每個像素電極之間產(chǎn)生電勢，其中所述每個支柱響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入把相關(guān)聯(lián)的像素電極電連接到所述共用電極。
3.如權(quán)利要求1所述的器件，其中每個像素的薄膜晶體管具有連接到相關(guān)聯(lián)的選擇導(dǎo)線(14)的柵極端子，可以向所述柵極端子施加?xùn)烹妷?Vg)以便控制向各自的像素電極提供數(shù)據(jù)電壓，并且其中所述每個支柱(70)響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入把相關(guān)聯(lián)的像素電極電連接到相關(guān)聯(lián)的選擇導(dǎo)線。
4.如權(quán)利要求1、2或3中任何一個所述的器件，還包括連接到每個數(shù)據(jù)導(dǎo)線的驅(qū)動器電路，所述電路被配置成在各自的尋址周期(Ta)期間依照尋址模式操作以便向相關(guān)聯(lián)的像素提供數(shù)據(jù)電壓，并且在各自的感測周期(Ts)期間依照感測模式操作以便檢測對相關(guān)聯(lián)像素的觸摸輸入。
5.如權(quán)利要求4所述的器件，其中所述驅(qū)動器電路包括連接到每個數(shù)據(jù)導(dǎo)線的各自的緩沖電路(42)，每個緩沖電路包括模擬到數(shù)字轉(zhuǎn)換器(43)，用來在所述感測周期期間測量通過各自數(shù)據(jù)導(dǎo)線的電流。
6.一種在有源矩陣顯示器件中的觸摸輸入響應(yīng)像素，所述像素包括像素電極(11)，可以由相關(guān)聯(lián)的尋址電路向所述像素電極提供數(shù)據(jù)電壓(Vd)，所述尋址電路包括連接到所述像素電極的各自的薄膜晶體管(13)，并且所述像素還包括響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入把所述像素電極電連接到另一電極(51；14)的支柱，所述連接可以經(jīng)由所述尋址電路來檢測。
7.如權(quán)利要求6所述的觸摸輸入響應(yīng)像素，還包括第二電極(51)，所述第二電極(51)至少部分覆蓋在所述像素電極上并且與之間隔，其中所述支柱響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入把所述像素電極電連接到所述第二電極。
8.如權(quán)利要求6所述的觸摸輸入響應(yīng)像素，其中薄膜晶體管具有柵極端子，可以向所述柵極端子施加?xùn)烹妷?Vg)以便控制向所述像素電極提供數(shù)據(jù)電壓，并且其中所述支柱響應(yīng)于對像素的觸摸輸入把所述像素電極電連接到所述柵極端子。
9.如權(quán)利要求6到8中任何一個所述的觸摸輸入響應(yīng)像素，其中所述支柱包括壓敏元件(70)，所述壓敏元件(70)具有響應(yīng)于所施加的壓力而改變的電阻。
10.如權(quán)利要求6或8所述的觸摸輸入響應(yīng)像素，其中所述支柱包括光電導(dǎo)元件(80)，所述光電導(dǎo)元件(80)具有響應(yīng)于入射到其上的預(yù)定波長的光而改變的電阻。
11.如權(quán)利要求6到10中任何一個所述的觸摸輸入響應(yīng)像素，其中所述支柱的至少一部分覆蓋且直接接觸所述像素電極。
12.如權(quán)利要求7所述的觸摸輸入響應(yīng)像素，其中所述支柱包括導(dǎo)電材料(30)并且被置于所述像素電極和所述第二電極之間。
13.一種用于感測對有源矩陣顯示器件的觸摸輸入的方法，所述有源矩陣顯示器件包括多個像素，每個像素包括像素電極(11)，所述方法包括步驟-在各自的尋址周期(Ta)期間經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線(12)向所述像素電極提供數(shù)據(jù)電壓(Vd)，并且-在各自的感測周期(Ts)期間測量在每個所述數(shù)據(jù)導(dǎo)線上的信號以便檢測對所述顯示的觸摸輸入。
14.如權(quán)利要求13所述的方法，其中所述像素布置在行和列陣列中并且在各自的行周期(Tr)期間被一次一行地選擇以便使數(shù)據(jù)導(dǎo)線上的數(shù)據(jù)電壓能夠被施加到在所選擇行上的相關(guān)聯(lián)的像素電極，并且其中每個行周期包括尋址周期(Ta)和感測周期(Ts)。
15.如權(quán)利要求14所述的方法，其中每個感測周期在尋址周期之后。
16.如權(quán)利要求13到15中任何一個所述的方法，其中所述測量步驟包括在所述各自的感測周期持續(xù)期間積分在每個數(shù)據(jù)導(dǎo)線上的電流。
全文摘要
提供了具有觸摸輸入功能的有源矩陣顯示器件。所述器件包括在行和列陣列中布置的多個像素，每個像素包括像素電極(11)，可以由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線(12)經(jīng)由各自的薄膜晶體管(13)向所述像素電極提供數(shù)據(jù)電壓，所述薄膜晶體管(13)具有連接到所述像素電極的漏極端子。所述像素還都包括響應(yīng)于對所述像素的觸摸輸入而把相關(guān)聯(lián)的像素電極電連接到另一電極(51；14)的支柱(30；70；80)，所述連接可經(jīng)由相關(guān)聯(lián)的數(shù)據(jù)導(dǎo)線來檢測。用于尋址顯示器件的電路還可以用來檢測對所述顯示器件的任何觸摸輸入，包括壓敏和光觸摸輸入。這有益地消除了需要額外的導(dǎo)線來執(zhí)行觸摸輸入的檢測的需求。
文檔編號G02F1/1362GK1839368SQ200480024120
公開日2006年9月27日 申請日期2004年8月17日 優(yōu)先權(quán)日2003年8月23日
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