專利名稱：包括場(chǎng)致發(fā)光顯示器和電容性力傳感器的觸摸屏的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觸摸顯示器。本發(fā)明尤其涉及具有基于力的觸摸輸入檢測(cè)的場(chǎng)致發(fā)光顯示器。
背景技術(shù)：
電子顯示器廣泛用于生活的各個(gè)方面。雖然過去電子顯示器的使用主要限制于計(jì)算應(yīng)用，諸如臺(tái)式計(jì)算機(jī)和筆記本計(jì)算機(jī)，但隨著處理能力已更易于獲得，這種能力已集成于各種應(yīng)用之中。例如，現(xiàn)在常看見各種應(yīng)用中的電子顯示器，僅舉幾個(gè)例子諸如自動(dòng)取款機(jī)、游戲機(jī)、汽車導(dǎo)航系統(tǒng)、餐廳管理系統(tǒng)、雜貨店檢出線、氣泵、信息亭和手持?jǐn)?shù)據(jù)管理器。
由于電子顯示器的普遍使用，越發(fā)希望顯示器尺寸緊湊，特別是更薄。尤其，在制造觀看面積相對(duì)較大同時(shí)邊界相對(duì)較小的顯示器方面已有顯著的進(jìn)步。今天使用得最普遍的薄顯示器類型是液晶顯示器(LCD)。對(duì)于更大的顯示器類型，例如具有對(duì)角線大于40英寸的顯示器，普遍使用等離子體顯示器。
隨著電子顯示器的更廣泛使用，更期望改善用戶輸入功能，從而更多地使用觸摸傳感器用戶輸入。觸摸傳感器通常包括置于電子顯示器前的幾種電容或電阻型傳感器，以確定觸摸傳感器上與顯示器上的位置有關(guān)的觸摸位置。隨后，將觸摸的出現(xiàn)提供給處理器，以控制在顯示器上的信息，其通常響應(yīng)于觸摸執(zhí)行特定功能并改變電子顯示器上顯示的信息。
隨著耦合觸摸傳感器的電子顯示器用于各種應(yīng)用中，更加需要結(jié)合了觸摸功能的顯示器，觸摸顯示器，它能用于各種新應(yīng)用中并提供現(xiàn)有應(yīng)用的改良性能。
因此，仍需要發(fā)現(xiàn)適于各種應(yīng)用的改良觸摸顯示器，其設(shè)計(jì)上相對(duì)較薄和緊湊，并提供優(yōu)于現(xiàn)有觸摸顯示器的改良性能。

發(fā)明內(nèi)容
一般，本發(fā)明涉及觸摸顯示器和顯示信息和接收觸摸輸入的方法。根據(jù)一個(gè)實(shí)施例，觸摸顯示器包括場(chǎng)致發(fā)光(EL)顯示器和用于檢測(cè)施加到觸摸表面的力的位置的兩個(gè)或更多傳感器。在一個(gè)實(shí)施例中，施加到觸摸表面上的力經(jīng)過觸摸表面?zhèn)鬟f到傳感器且來自傳感器的信息用于確定觸摸位置。
在特定實(shí)施例中，觸摸表面是EL顯示器本身的發(fā)射表面。在可選實(shí)施例中，觸摸表面可包括靠近EL顯示器的發(fā)射表面的透明觸摸元件。
在各種實(shí)施例中，力傳感器可設(shè)置于顯示器的發(fā)射表面?zhèn)然蚺c觸摸表面相對(duì)的EL顯示器一側(cè)上。在一個(gè)實(shí)施例中，力傳感器設(shè)置于EL顯示器的發(fā)射表面和透明觸摸元件之間。
在使用透明觸摸元件的各種實(shí)施例中，可以將附加功能結(jié)合于透明觸摸元件。例如，透明觸摸元件可包括對(duì)比度增強(qiáng)層，諸如圓偏振器或?yàn)V色片。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，觸摸輸入顯示器用于有慣性力施加到顯示器上的環(huán)境中。在一個(gè)實(shí)施例中，慣性傳感器設(shè)置于觸摸顯示器內(nèi)，且慣性傳感器采集的信息與力傳感器結(jié)合用于確定觸摸的存在或位置。
本發(fā)明的以上概要并非旨在描述本發(fā)明的每個(gè)實(shí)施例或所有實(shí)現(xiàn)。以下的附圖和詳細(xì)描述更特別地例示了這些實(shí)施例。
附圖概述通過本發(fā)明各種實(shí)施例的以下詳細(xì)描述并結(jié)合附圖，將更完整地理解本發(fā)明，其中

圖1示出了根據(jù)本發(fā)明一個(gè)實(shí)施例的觸摸顯示器；圖2示出了根據(jù)本發(fā)明另一個(gè)實(shí)施例的觸摸顯示器；圖3示出了根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)特別實(shí)施例的力傳感器的實(shí)施例；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的觸摸顯示器的各種部件的示圖；圖5示出了根據(jù)本發(fā)明實(shí)施例的固定觸摸顯示器應(yīng)用；以及圖6示出了移動(dòng)顯示應(yīng)用中的觸摸顯示器。
本發(fā)明服從各種變化和可選形式，通過附圖中的實(shí)例示出其詳細(xì)說明并將在詳細(xì)加以描述。但是，應(yīng)理解，本發(fā)明不需要所描述的特定實(shí)施例。相反，本發(fā)明覆蓋本發(fā)明的精神和范圍內(nèi)的所有修改、等效物和可選方案。
具體實(shí)施例方式
本發(fā)明主要涉及觸摸顯示器，它包括場(chǎng)致發(fā)光(EL)顯示器和兩個(gè)或更多的力傳感器，其中傳感器用于根據(jù)經(jīng)過觸摸表面?zhèn)鬟f到傳感器的力來確定施加到觸摸表面上的力的位置。對(duì)于許多應(yīng)用，通常都希望具有相對(duì)較薄和緊湊的顯示器。此外，還希望在這種顯示器中具有觸摸輸入能力。薄顯示器上結(jié)合的許多觸摸顯示器將常規(guī)電容或電阻性觸摸傳感器結(jié)合到LCD上。與這種顯示器有關(guān)的問題有很多。首先，通常要求觸摸傳感器與顯示器物理分離。這是因?yàn)橐壕э@示器不適于被觸摸。例如，會(huì)破壞顯示功能所必需的起偏器。此外，觸摸LCD時(shí)，會(huì)有明顯的影響，這常稱作壓痕(bruising)，是在加壓和移動(dòng)液晶材料時(shí)出現(xiàn)的。這種效果不僅令人困惑，還突出了這種顯示器對(duì)于重復(fù)觸摸的靈敏度。加固LCD以使其不易受壓痕影響的步驟包括將更厚的玻璃用作前LCD基片或使用與LCD的前部隔開的剛性蓋層。任一情況都會(huì)使得顯示器更厚、更重，并另外引起分辨率、對(duì)比度和傳輸中的損耗。
常規(guī)LCD/觸摸傳感器結(jié)構(gòu)的另一問題在于這種顯示器的耐用性。很難制成在各種最終使用應(yīng)用中具有高溫度耐用性和性能的LCD。此外，很難構(gòu)造同樣適合于這種環(huán)境的觸摸傳感器。例如，常規(guī)電阻觸摸傳感器通常具有涂覆了透明傳導(dǎo)材料(如ITO)的玻璃表面以及同樣涂覆了透明傳導(dǎo)材料并與玻璃表面分離的聚合物表面。這種傳感器不能很好地適于在高溫環(huán)境中使用。
根據(jù)本發(fā)明的一個(gè)實(shí)施例，克服了常規(guī)觸摸顯示器的以上缺陷。如圖1所示，將EL顯示器101用作顯示元件。EL顯示器沒有與LCD有關(guān)的上述缺陷。特別是，EL顯示器具有良好的溫度耐用性，并由于它們的構(gòu)造而不易受重復(fù)觸摸所引起的損壞。
EL顯示器101由兩個(gè)或更多力傳感器103支承。力傳感器103安裝于支承基座105上。當(dāng)觸摸上表面107上的一點(diǎn)時(shí)，力將通過EL顯示器給到力傳感器103。通過測(cè)量傳感器位置處的力的相對(duì)大小，就可以確定觸摸位置。這種結(jié)構(gòu)的一項(xiàng)優(yōu)點(diǎn)在于，可以確定觸摸位置，而不依賴于觸摸表面107的工具。例如，可以使用鐵筆、手指或帶手套的手指。在每一種情況中，力傳感器103都可以相似方式記錄在EL顯示器101的表面107上觸摸。
場(chǎng)致發(fā)光顯示器101可以是各種已知場(chǎng)致發(fā)光顯示器中的任一種。例如，該顯示器可以是有機(jī)場(chǎng)致發(fā)光顯示器(OLED)、無(wú)機(jī)場(chǎng)致發(fā)光顯示器或者基于這兩者的組合的顯示器。EL顯示器101可以是分段顯示器、像素顯示器、高信息量或低信息量顯示器等等。該顯示器可以進(jìn)一步是多色彩顯示器、全色顯示器或單色顯示器，如特定應(yīng)用中所希望的。
力傳感器，以及外殼和其它元件(未示出)，優(yōu)選為國(guó)際公開WO2002/084580，WO2002/084579，WO2002/084578和WO2002/084244中所描述的力傳感器。
EL顯示器101的表面107進(jìn)一步具有附加功能。例如，可以將一些結(jié)構(gòu)結(jié)合于表面107，用于更有效地從EL顯示器101引出光。這種結(jié)構(gòu)描述于共同待批的國(guó)際公開WO2002/37568和WO200/37580。這些結(jié)構(gòu)還可用于向EL顯示器101的表面107提供紋理表面，以提供更觸覺精確的表面，用于書寫或者用于在顯示器表面上使用書寫工具。
EL顯示器101的表面107可進(jìn)一步具有其上集成的對(duì)比度增強(qiáng)功能。例如，圓偏振器可層壓或貼附于EL顯示器的發(fā)射表面?zhèn)取．?dāng)顯示器用于存在相當(dāng)量的環(huán)境光的情況中時(shí)，圓偏振器將用于提供對(duì)比度增強(qiáng)。由于EL顯示器101中使用的典型電極的高反射率，所以這種對(duì)比度增強(qiáng)是特別希望的。作為可選方案，可以將濾色片用于對(duì)比度增強(qiáng)。濾色片特別適于單色或分段色顯示器。在這種系統(tǒng)中，在顯示器上設(shè)置濾色片，它被設(shè)計(jì)成吸收特定顯示器(或分段)所發(fā)出的光波長(zhǎng)之外的所有光波長(zhǎng)。上述對(duì)比度增強(qiáng)濾色片是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員已知的。
EL顯示器101的表面107還可處理成具有防反射屬性。例如，具有不同折射率的不同材料的各種涂層可用于減小反射量?；蛘?，除了防反射，該表面還可具備防眩目表面。該防眩目表面可以通過蝕刻EL顯示器的表面107或者通過將紋理表面層壓或貼附到表面107上而實(shí)現(xiàn)。另外，防眩目涂層可直接噴射到EL顯示器101的表面上。
也可用其它功能層處理EL顯示器101的表面107。例如，可以將低表面能材料應(yīng)用于該表面上，以增加顯示器的易清潔性?？梢詫⒂舱謶?yīng)用于表面107上，以改善響應(yīng)多重觸摸的顯示器的耐用性。也可將抗菌處理應(yīng)用于EL顯示器的表面上，如共同待批的國(guó)際公開WO00/20917所描述的。此外，薄聚合物膜可層壓或設(shè)置于表面107上，例如防止損壞。
圖2說明了根據(jù)本發(fā)明的觸摸顯示器的另一個(gè)實(shí)施例。圖2中，提供了各種類型的EL顯示器201，如以上所描述的。力傳感器203設(shè)置于EL顯示器201的表面上光從EL顯示器201發(fā)出的一側(cè)。觸摸表面205由力傳感器203支承并與EL顯示器201的發(fā)射表面隔開一定距離。在將力施加到觸摸表面205的上表面207上時(shí)，觸摸表面205在朝向EL顯示器201的方向上移動(dòng)。按該方式，施加到觸摸表面205的上表面207上的力被傳遞到力傳感器203?；趥鬟f到力傳感器203的力的相對(duì)量，就可確定觸摸表面207上的觸摸位置。
如以上結(jié)合圖1的EL顯示器101的上表面107所描述的，觸摸表面205可包括附加功能，諸如任一或所有上述功能。
因?yàn)橛|摸表面205與EL顯示器201分離，觸摸表面205可方便地制造成具有各種不同屬性。此外，觸摸表面元件可以是玻璃、聚合物、丙烯酸樹脂等中的任一種。
圖3說明了結(jié)合本發(fā)明的一個(gè)特定實(shí)施例使用的力傳感器。如上所述，可以使用兩個(gè)這種力傳感器來確定一個(gè)方向上的觸摸位置。利用這些傳感器檢測(cè)出的力大小，就可確定觸摸離開傳感器的距離。可以使用三個(gè)或更多觸摸傳感器來確定觸摸表面平面的x和y方向兩者上的觸摸位置。通常優(yōu)選具有四個(gè)或更多觸摸傳感器，如以上參考的國(guó)際公開WO2002/084580，WO2002/084579，WO2002/084578和WO2002/084244中描述的觸摸傳感器。圖3所述的力傳感器包括兩個(gè)傳導(dǎo)元件。第一傳導(dǎo)元件301由通常具有彈簧性質(zhì)的金屬材料制成。該金屬材料形成與力傳感器305上的元件下表面接觸的峰。如之前聯(lián)系圖1和2所描述的，下表面可以是各觸摸元件或EL顯示器本身的下表面。
第二傳導(dǎo)元件303設(shè)置于第一傳導(dǎo)元件301之下。在將力施加到元件305上時(shí)，第一傳導(dǎo)元件301在向下方向上移動(dòng)，如箭頭307所指示的。按該方式，使第一傳導(dǎo)元件301更接近于第二傳導(dǎo)元件303。在該結(jié)構(gòu)中，傳導(dǎo)元件301和303被排列成用作電容器。當(dāng)?shù)谝粋鲗?dǎo)元件301的上部向第二傳導(dǎo)元件303移動(dòng)時(shí)，確定電容變化。該電容變化可用于確定施加到特定傳感器的力的量。如上所述，當(dāng)使用多個(gè)傳感器時(shí)，隨后可以確定施加到每個(gè)傳感器的相對(duì)力，從而確定觸摸位置。
圖4說明了根據(jù)本發(fā)明的觸摸啟用顯示器的各種部件的框圖形式。EL顯示器401與顯示驅(qū)動(dòng)器403耦合。顯示驅(qū)動(dòng)器403與處理單元405耦合，它控制EL顯示器401上顯示的信息。處理器405可以的通用計(jì)算機(jī)或?qū)Ｓ糜?jì)算機(jī)，這取決于觸摸顯示器所用于的應(yīng)用。觸摸控制器407與中央處理單元405耦合并與力傳感器409a和409b耦合。雖然僅示出兩個(gè)力傳感器，但應(yīng)理解，可以使用許多力傳感器，如完成觸摸檢測(cè)操作所需要的。此外，雖然分開示出了處理器405和觸摸控制器407，但可理解，單個(gè)處理單元可實(shí)現(xiàn)這兩個(gè)元件的功能。操作中，傳感器409檢測(cè)施加力的大小。傳感器的輸出可以是各種傳感器之間的相對(duì)電容變化，例如在使用圖3所示的傳感器時(shí)。隨后，觸摸控制器處理該信息以確定觸摸位置。該信息由觸摸控制器407提供給CPU405，它根據(jù)處理器405上運(yùn)行的應(yīng)用程序來使用該信息。通常，響應(yīng)于觸摸，隨著處理單元405控制顯示驅(qū)動(dòng)器403來改變EL顯示器401上所顯示的信息，改變EL顯示器401上顯示的某些元素。按該方式，可以使用利用EL顯示器401和基于力的傳感器的觸摸顯示器。
通過以上描述，可以理解，根據(jù)本發(fā)明，高度耐用的相對(duì)較薄顯示元件與同樣耐用的薄力傳感器的組合可提供優(yōu)于已知技術(shù)的顯著優(yōu)點(diǎn)的觸摸顯示器。這種顯示器可用于圖5所示的固定應(yīng)用中。亭500包括外殼503中露出的觸摸顯示器501。力傳感器(未示出)可設(shè)置于EL顯示器的表面和顯示器上觸摸元件之間，如圖2的實(shí)例性實(shí)施例所描述的，或者可以設(shè)置于外殼503內(nèi)的EL顯示器之后，如聯(lián)系圖1所描述的。應(yīng)理解，在力傳感器設(shè)置于EL顯示器之后的情況中，優(yōu)于顯示器和觀看者之間沒有中介表面，所以能最佳地呈現(xiàn)顯示器的光學(xué)性質(zhì)。
圖6說明了根據(jù)本發(fā)明的觸摸顯示器的手持實(shí)施例。手持或便攜式裝置結(jié)合了根據(jù)本發(fā)明的觸摸顯示器。該觸摸顯示器包括EL顯示元件601和基于力的傳感器，用于確定顯示器上的觸摸位置。當(dāng)根據(jù)本發(fā)明的觸摸顯示器用于移動(dòng)裝置中時(shí)，要考慮顯示器的慣性力，因?yàn)檫@種力會(huì)沖擊用于確定觸摸壓力和位置的力傳感器。這種慣性力特別存在于手持裝置和安裝于移動(dòng)車輛中的裝置，諸如汽車導(dǎo)航系統(tǒng)?；氐綀D4，可選慣性力傳感器(例如，加速計(jì))可結(jié)合于觸摸顯示器中。該慣性力傳感器檢測(cè)觸摸顯示器檢測(cè)的慣性力的量、大小和各種性質(zhì)。在確定這些力無(wú)助于觸摸的精確定位時(shí)，它們可以通過觸摸控制器除去，如共同轉(zhuǎn)讓的美國(guó)專利申請(qǐng)序號(hào)No.09/882338和美國(guó)專利No.6285385中所描述的。
通過以上描述，將理解本發(fā)明的優(yōu)點(diǎn)。本發(fā)明不應(yīng)認(rèn)為限于較佳實(shí)施例。在查閱本說明書時(shí)，可選實(shí)施例也是本領(lǐng)域熟練技術(shù)人員易于理解的。例如，其它功能也可結(jié)合于觸摸表面。所述觸摸顯示器的各種最終使用應(yīng)用將變得顯而易見。
本發(fā)明不應(yīng)認(rèn)為是限于上述特殊實(shí)例，而應(yīng)理解為覆蓋本發(fā)明的所有方面，如所附權(quán)利要求書所闡述的。通過查閱直接說明，本發(fā)明可應(yīng)用的各種修改、等效工藝以及大量結(jié)構(gòu)將為本領(lǐng)域的熟練技術(shù)人員顯而易見。
權(quán)利要求
1.一種觸摸顯示器，其特征在于，包括通過觸摸表面可視的場(chǎng)致發(fā)光(EL)顯示器；以及多個(gè)傳感器，它們?cè)O(shè)置成根據(jù)經(jīng)過觸摸表面?zhèn)鬟f到傳感器的力來檢測(cè)施加到觸摸表面上的力的位置。
2.如權(quán)利要求1所述的觸摸顯示器，其特征在于，所述觸摸表面包括EL顯示器的發(fā)射表面。
3.如權(quán)利要求2所述的觸摸顯示器，其特征在于，力傳感器設(shè)置于與觸摸表面相對(duì)的EL顯示器一側(cè)。
4.如權(quán)利要求1所述的觸摸顯示器，其特征在于，觸摸表面包括EL顯示器的發(fā)射表面上設(shè)置的透明觸摸元件。
5.如權(quán)利要求4所述的觸摸顯示器，其特征在于，多個(gè)力傳感器設(shè)置于EL顯示器的發(fā)射表面和透明觸摸元件之間。
6.如權(quán)利要求4或5所述的觸摸顯示器，其特征在于，透明觸摸元件包括對(duì)比度增強(qiáng)層。
7.如權(quán)利要求6所述的觸摸顯示器，其特征在于，對(duì)比度增強(qiáng)層包括圓偏振器。
8.如權(quán)利要求6所述的觸摸顯示器，其特征在于，對(duì)比度增強(qiáng)層包括濾色片。
9.如權(quán)利要求1所述的觸摸顯示器，其特征在于，進(jìn)一步包括設(shè)置成檢測(cè)施加到顯示器上的慣性力的慣性傳感器。
10.一種觸摸輸入顯示器，其特征在于，包括具有觸摸表面的場(chǎng)致發(fā)光(EL)顯示器元件；多個(gè)傳感器，它們被配置成輸出表示施加到傳感器上的力的輸出信號(hào)，這些傳感器被排列成接收表示施加到觸摸表面上的力的力；處理器，耦合到力傳感器，以基于輸出信號(hào)確定觸摸表面上的觸摸位置并用于響應(yīng)于觸摸改變EL顯示元件上顯示的信息。
11.如權(quán)利要求10所述的觸摸輸入顯示器，其特征在于，觸摸表面包括EL顯示元件的發(fā)射表面。
12.如權(quán)利要求10所述的觸摸輸入顯示器，其特征在于，觸摸表面包括設(shè)置于EL顯示元件的發(fā)射表面上的透明蓋層。
13.如權(quán)利要求12所述的觸摸輸入顯示器，其特征在于，力傳感器設(shè)置于EL顯示元件的發(fā)射表面和透明蓋層之間。
14.如權(quán)利要求13所述的觸摸輸入顯示器，其特征在于，力傳感器包括隔開的兩個(gè)傳導(dǎo)元件，以形成電容器，且力傳感器的輸出信號(hào)表示兩個(gè)傳導(dǎo)元件的相對(duì)移動(dòng)。
全文摘要
揭示了一種觸摸用戶界面的薄顯示器。該顯示器包括薄發(fā)射觸摸元件，諸如場(chǎng)致發(fā)光顯示板。力傳感器被設(shè)置成用于確定發(fā)射顯示器上的觸摸位置。
文檔編號(hào)G06F3/041GK1714336SQ200380103913
公開日2005年12月28日 申請(qǐng)日期2003年10月1日 優(yōu)先權(quán)日2002年11月25日
發(fā)明者R·S·莫什萊夫扎德 申請(qǐng)人:3M創(chuàng)新有限公司