專利名稱：顯示與輸入設備的制作方法
技術領域：
本發(fā)明涉及顯示與輸入設備，具體涉及觸摸屏或觸摸板設備。本發(fā)明還涉及結(jié)合了顯示器和輸入設備的電子設備，尤其是手持電子設備。
背景技術：
多種多樣的電子設備包括平面屏幕顯示器和一個或多個用戶輸入裝置。這樣的設備例如包括所謂的膝上型計算機、包括移動電話的電話和個人數(shù)字助理(PDA)，后者也稱為個人組織器(organiser)。
各種不同的平面屏幕顯示技術是公知的。已經(jīng)得到廣泛商業(yè)化和大批量生產(chǎn)的公知技術包括例如液晶顯示器(LCD)和場致發(fā)光顯示器。近來表現(xiàn)出潛力的不是非常公知的顯示技術是電泳顯示器的顯示技術，例如，如在“A Conformable Electronic Ink Display usinga Foil-Based a-Si TFT Array”，Y.Chen等人，SID 01 DIGEST，2001，第157-159頁；“Flexible，Active-matrix DisplayConstructed Using a Microencapsulated Electrophoreticmaterial and an Organic-Semiconductor-based backplane”，K.Amundson等人，SID 01 DIGEST，2001，第160-163頁；和“Card-sizeActive-matrix Electronic Ink Display“，P.Kazlas等人，EURODISPLAY 2002，第259-262頁中所公開的。這樣的顯示器是形成在柔性箔基底(substrate)上的，因此提供了一種柔性顯示器，其顯示屏可以彎曲成非平坦輪廓(profile)，同時保持良好的顯示圖像。
已知各種不同的用戶輸入裝置，包括開關、機械方式操作的鍵盤和計算機鼠標。當用戶操縱輸入裝置時，設備中的處理器對輸入進行處理并且通常相應地改變顯示圖像。在大多數(shù)設備中，對這樣的輸入裝置定位，以使其在用戶觀看顯示器時在用戶的視野中。
輸入裝置的另一種形式是觸摸板。用于提供觸摸板的一種公知技術是阻性技術，另一種技術是容性技術。
在某些設備中，顯示設備和觸摸板類型輸入裝置是以一體式顯示與用戶輸入設備的形式來實現(xiàn)的。這些設備通常稱為“觸摸屏”設備。在這些情況下，用戶在顯示區(qū)域上的期望位置處直接或用物體按壓顯示器的前面或者觸摸顯示器的前面，或者在顯示區(qū)域上的期望位置處將物體或例如手指放置為靠近顯示器的前面。顯示區(qū)域上的位置通常代表顯示在屏幕上的輸入的選擇。
例如，在“容性觸摸屏”技術的情況下，用戶的手指例如與顯示屏前面的附加透明導電層進行容性接觸，其中用戶通過該附加透明導電層觀看屏幕。使附加透明導電層保持在低電壓上，并且小的電流流經(jīng)用戶的手指和身體到達大地。這一電流是由觸摸屏的邊緣處的電壓源供應的，并且通過比較來自相應電壓源的各個電流的幅度，可以確定觸摸點的位置。
在任何采用觸摸屏的設備中，但是尤其在小型手持設備中，將手指放在顯示屏的前面或非?？拷@示屏的前面的要求引起很多缺點。一個缺點是手指遮擋所顯示圖像的最重要部分。另一個缺點是油污和污垢可能會累積在顯示屏上，或者顯示屏可能會遭到物理破壞或刮傷，因而損害圖像質(zhì)量。還一個缺點是只要涉及到輸入裝置，在顯示設備上的坐標位置與相應的坐標位置之間就需要精確的位置校準(即，對手指位置要與顯示坐標一致的要求要比與包括例如鼠標加上屏幕上的光標的間接輸入方案相一致的要求更加苛刻，因為光標借助于相對調(diào)節(jié)將用戶引導到精確的顯示點，而這種處理僅利用真正的手指而不用光標是不可能的)。
為了緩解在前面段落中所提及的缺點，已經(jīng)公開了這樣的手持電子設備其中將顯示模塊設置在該設備的外殼的前表面上，并且將單獨的觸摸板設置在該設備的外殼的后表面上。例如，GB-A-2344905公開了一種在前側(cè)面上有LCD并且在后側(cè)上有觸摸板的個人數(shù)字助理，US 5543588公開了一種在前表面上有顯示屏并且在后側(cè)面上有觸敏對象位置檢測器輸入設備的手持計算設備，并且EP-A-0913977公開了一種在前表面上有顯示器并且在后表面上有輸入裝置的無線電話手機。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明人意識到，在前面段落中所述的電子設備的情況下會出現(xiàn)其它的缺點，尤其是在手持電子設備的情況下，其中顯示模塊設置在設備外殼的前表面上，并且獨立的觸摸板設置在設備外殼的后表面上。例如，由于需要獨立的顯示設備和觸摸板設備，組件數(shù)量和組裝要求都增加了，并且獨立的顯示設備和觸摸板相對彼此進行定位所需要的總體厚度可能是不理想的。本發(fā)明人認識到，將希望提供一種實現(xiàn)觸摸屏設備的集成優(yōu)點與諸如前面段落中所述的那些設備的后處理(rear-handling)優(yōu)點的方式，這些優(yōu)點在傳統(tǒng)上被理解為相互排斥的。
而且，本發(fā)明人沒有發(fā)現(xiàn)任何柔性顯示器諸如上述的基于薄箔的電泳顯示器配備單獨的后觸摸屏的公開內(nèi)容。然而，本發(fā)明人認識到，如果使用傳統(tǒng)的方案來實現(xiàn)這些，則可能出現(xiàn)利用剛性顯示設備不可應用的新問題，即，在顯示表面被彎曲時，將損害在顯示設備與觸摸板之間的位置對應關系、校準或映射。因此本發(fā)明人已經(jīng)認識到，可能希望提供一種形式的在柔性顯示器被彎曲時將固有地避免、降低或消除任何這樣的影響的顯示設備和觸摸板能力。
在第一方面，本發(fā)明提供了一種顯示與輸入設備，包括基底，包括前表面和后表面；設置在基底的前表面上的多個層，這多個層可作為從該設備的前表面一側(cè)可觀看的顯示器進行操作；以及連接到基底的電路，用于檢測用戶的手指和基底之間的容性耦合，以致基底可作為觸摸板操作，用于檢測用戶的手指對基底的后表面的觸摸或用戶的手指非常接近基底的后表面進行定位。
這有助于提供一種組合的顯示與輸入設備，可以減少電子設備中所需要的獨立模塊的數(shù)量和/或可以降低整體尺寸要求，同時令人驚奇地通常不需要任何比僅僅只執(zhí)行顯示功能的設備中存在的組件或?qū)痈嗟慕M件或?qū)印?br> 基底可以是柔性的。在這種情況下，當被彎曲時，該設備可以有益地提供在組合設備的顯示器和觸摸板功能之間的至少某種程度的固有位置對應關系、校準或映射。
基底可以由導電材料制成，并且可以例如包括柔性箔。在這些情況下，上述的優(yōu)點具有被增強的趨勢。
另一種可能性在于，基底可以由在后表面上具有導電涂層的絕緣材料制成。這允許基底材料的更寬選擇。
基底可以包括后表面上的保護涂層，該保護涂層是足夠薄的，以允許檢測用戶的手指與基底之間的容性耦合。這允許基底的物理保護，這利用薄的基底是特別有益的，同時仍然保持有用的觸摸板操作。
顯示器類型可以是電泳顯示器。在這種情況下，公知電泳顯示器尤其是封裝的電泳顯示器的基底特征特別適于用作后表面觸摸屏板。
電路包括多個安培計，每個安培計連接到基底的邊緣上的不同點。
基底實質(zhì)上可以是矩形的，并且多個安培計可以包括設置在基底的每個角上的相應安培計。
在另一方面，本發(fā)明提供了作為組合的顯示與輸入設備的顯示設備的使用，該顯示設備包括基底，包括前表面和后表面；以及設置在基底的前表面上的多個層，這多個層可作為顯示器操作，其中作為組合的顯示與輸入設備的使用是通過使用基底的后表面作為容性耦合片(sheet)來實現(xiàn)的。


現(xiàn)在，將參照附圖以舉例的方式描述本發(fā)明的實施方式，其中附圖1是握在用戶的手中的個人數(shù)字助理(PDA)的示意圖(非按比例繪制)；附圖2是附圖1的個人數(shù)字助理(PDA)的另一個示意圖(為按比例繪制)，表示可以在PDA所包括的顯示與輸入設備的前表面上看到的顯示圖像的一個例子；附圖3是上面針對附圖2所提到的顯示與輸入設備所包括的各個層的剖視圖的示意圖；附圖4是表示由上面針對附圖2和3所提到的顯示與輸入設備所包括的電泳層的細節(jié)的示意圖(未按比例繪制)；附圖5是提供上面針對附圖2-4所提到的顯示與輸入設備的輸入功能的某些組成部分的示意圖；附圖6是另一種顯示與輸入設備的剖視圖的示意圖，其中保護層設置在箔基底的外表面之上。
具體實施例方式
附圖1是握于用戶手中的按照本發(fā)明的第一實施方式的個人數(shù)字助理(PDA)1的示意圖(未按比例繪制)。
PDA 1包括塑料外殼4，其中安裝著顯示與輸入設備6。該顯示與輸入設備6具有前表面8和后表面10。前表面8起著顯示與輸入設備6的顯示輸出的作用，并且在使用中，可以在前表面8上觀看到所顯示的圖像。為了清楚起見，在附圖1中沒有示出圖像內(nèi)容，這將反而在下面稍后將要描述的附圖2中示出。
在使用中，用戶的手2緊握著外殼4，以致顯示與輸入設備6的前表面8面對著用戶并且能夠由他或她觀看。
而且，這個緊握使得用戶能夠使用手指12來觸摸或按壓該顯示與輸入設備6的后表面10上的不同位置，向PDA 1提供輸入，包括例如數(shù)據(jù)、指令或選擇，而不會遮擋前表面8的視域并且不需要觸摸前表面8，如將在下面更加詳細解釋的。
最好，用于觸摸后表面10的手指12是正握著外殼4的同一只手2的食指或中指(或者也可能是同時或混合使用這些手指)。
根據(jù)需要，除了顯示與輸入設備6之外，還可以提供其它的輸入。例如，在這種實施方式中，PDA 1包括通/斷開關14。在這種實施方式中，經(jīng)由顯示與輸入設備6提供所有其它的輸入。
PDA 1此外還包括可充電電池形式(未示出)的電源。PDA 1還包括控制電路(未示出)，具有處理器，用于控制PDA 1的操作。該控制電路以常規(guī)方式控制PDA 1的操作，包括顯示與輸入設備6的顯示操作的常規(guī)控制和驅(qū)動。此外，控制電路對通過觸摸顯示與輸入設備6的后表面10而提供的用戶輸入的檢測和處理進行控制，如將在下面更加詳細解釋的。該控制電路安裝在外殼4的內(nèi)部未被顯示與輸入設備6覆蓋的區(qū)域內(nèi)。
附圖2是按照本發(fā)明的第一實施方式的個人數(shù)字助理(PDA)1的另一個示意圖(未按比例繪制)，表示可以在顯示與輸入設備6的前表面8上觀看到的顯示圖像16的一個例子。
圖像16包括多個代表用戶選擇或輸入的圖標18。例如，如果圖像16是每次接通PDA 1時顯示的圖像，則每個圖標18可以代表用戶可以選擇的PDA功能，例如，日歷、計算器、地址簿等等。
該圖像還包括光標20?？刂齐娐放c用戶手指12在顯示與輸入設備6的后表面10上的移動相對應地在圖像16上移動光標20，如將在后面解釋的。當該光標對于給定時間量(例如，半秒鐘)持續(xù)定位在特定圖標18上時，該圖標18被選定。在其它實施方式中，可以提供獨立的開關或觸摸板區(qū)域，以允許用戶選擇光標16在給定時刻位于其上的給定圖標18。
顯示與輸入設備6被制成為多層設備，如現(xiàn)在將參照附圖3更加詳細描述的。附圖3是由顯示與輸入設備6包括的各個不同層的橫截面圖的示意圖。
在后表面10側(cè)上，顯示與輸入設備6包括在一側(cè)經(jīng)拋光的厚度為250μm的硬度(grade)為304的導電不銹鋼箔基底30(即，這是柔性導電基底的例子)。在箔基底30經(jīng)過拋光的一側(cè)上，沉積有絕緣鈍化層32。在鈍化層32上形成有源矩陣層34。有源矩陣層34本身是由多個半導體和絕緣層形成的，從而以常規(guī)方式提供薄膜晶體管(TFT)的陣列。
借助于粘結(jié)(glue)層35，在有源矩陣層34上，層疊稱為“電子墨水”40的結(jié)構(gòu)。電子墨水40包括涂敷在125μm厚的銦錫氧化物(ITO)37上的微囊法包裝的電泳材料36(和聚合物粘合劑)，該銦錫氧化物37涂敷在聚酯薄片39上。因而，按照附圖3的層結(jié)構(gòu)，粘結(jié)層35處于有源矩陣層34之上，電泳層36位于粘結(jié)層35之上，ITO層37處于電泳層36之上，并且聚酯薄片39處于ITO層37之上，并且此外提供了顯示與輸入設備6的前表面8。
對于顯示與輸入設備6的顯示操作，有源矩陣層34的TFT是按照常規(guī)的有源矩陣顯示設備的方式得以尋址和驅(qū)動的，并且ITO層37按照常規(guī)的有源矩陣顯示設備的方式被用作公共電極平面。由電泳層為了響應跨越電泳層36的合成場而提供的電光效應將在下面參照附圖4加以描述。
在附圖3中還示意性地示出了顯示與輸入設備6是從顯示與輸入設備6的前表面8一側(cè)觀看的，這利用處于顯示與輸入設備6的那一側(cè)上的用戶的眼睛13來表示，而來自用戶手指12的觸摸輸入是在基底30的后表面10上提供的，即，在顯示與輸入設備6的后表面10一側(cè)上提供的。
附圖4是表示電泳層36的更多細節(jié)的示意圖(未按比例繪制)。電泳層36包括處于聚合物粘合劑44中的微囊42a和42b。微囊42a、42b各自包括著色液體46和電泳顏料顆粒48。這樣的材料(例如具有上面介紹形式的電子墨水40的形式，包括具有ITO層37和電泳層36的聚酯薄片39)可以從E Ink Corporation，733 Concord Avenue，Cambridge，MA 02138，USA中獲得。
電泳顏料顆粒48按照在各個微囊42a、42b上施加的電壓的正或負方向(sense)而移動到各個微囊42a、42b的一側(cè)或另一側(cè)(電壓施加在有源矩陣層34的各個TFT和ITO層37之間)。在附圖4的示意圖中，跨越微囊42a所施加的電壓的方向表示將電泳染料顆粒48吸引到微囊42a最靠近顯示與輸入設備6的后表面10的一側(cè)上，而跨越微囊42b施加的電壓的負方向表示將電泳顏料顆粒48吸引到微囊42b最靠近顯示與輸入設備6的前表面8的一側(cè)上。著色液體46是深色的，例如，黑色。電泳顏料顆粒48是淺色的，例如，白色。這樣，當從前表面8一側(cè)觀看時，微囊42a看起來是黑色的，因為光被黑色的著色液體46吸收了，而微囊42b看起來是白色的，因為光被白色的電泳顏料顆粒48反向散射了。
在其它實施方式中，這些微囊包含透明的液體，并且在每個微囊中提供有兩組電泳顏料顆粒。一組是深色的，例如黑色，并且沿著電壓極性方向受到吸引。另一組是淺色的，例如白色，并且沿著相反的電壓極性方向受到吸引。
參照附圖3描述的上述多層結(jié)構(gòu)和參照附圖4介紹的電泳層36的操作與公知的電泳顯示設備相對應(但是沒有附加的輸入裝置)，例如，如上面提到的Chen等人的參照文獻中所述的，并且在該參考文獻中介紹了更多的細節(jié)，該參考文獻以引用的方式并入本文。
附圖5是提供顯示與輸入設備6的輸入功能的某些組成部分的示意圖。箔基底30用作阻性薄片檢測表面。交流電壓源52經(jīng)由相應的安培計54耦合到箔基底30的每個角。自安培計54的輸出耦合到處理電路(未示出)。
在操作中，用戶的手指12觸摸(或放置得非?？拷?箔基底30的表面(即，顯示與輸入設備6的后表面10)。于是，由于用戶的手指12與箔基底30之間的容性耦合，通過用戶的身體完成了接地的電路。按照常規(guī)方式，對由四個安培計54中的每一個測量到的相應電流的相對幅度加以處理，以確定用戶的手指12相對于箔基底的角的位置，例如，根據(jù)x和y坐標表示的位置。交流電壓源、安培計和位置處理裝置被實現(xiàn)為前面提到的PDA 1的控制電路的一部分。不過，這些方面可以方便地實現(xiàn)在連接在顯示與輸入設備6上的獨立模塊內(nèi)，有可能利用顯示驅(qū)動器電路來實現(xiàn)，從而提供整裝的顯示與輸入設備，以便用作電子設備制造商的模塊組件源。
附圖6表示另一種實施方式，其中在箔基底30的外表面上設置了保護層60，在這里是幾μm厚的絕緣層(使用了相同的附圖標記來指代上面參照附圖3介紹的同一層)。保護層60為金屬箔30提供物理保護。與不存在保護層時相比，保護層60制作得足夠薄，以允許上述的與用戶手指12的容性耦合基本上未減少，或者至少沒有足夠減少，以致容性耦合仍然可以被檢測到。
按照上述的實施方式，將PDA外殼加工成形，以鼓勵用戶將PDA握在他或她的手掌中，并且使用正握著PDA的同一只手的食指和/或中指來觸摸顯示與輸入設備的后表面。不過，用戶當然可以按照他或她的意愿使用抓握著的手和/或他或她的另一只手的任何手指。按照其它實施方式，可以將PDA或其它電子設備加工成形，以鼓勵用戶使用其它手指，例如，未抓握該設備的手的一根或多根手指。
按照上述實施方式，顯示與輸入設備在PDA的那個部分上提供PDA的整個厚度。由于沒有必要單獨提供顯示設備和輸入觸摸板，因此與常規(guī)設計相比，PDA的這個部分的厚度并且實際上整個PDA的厚度可以得到明顯減小。
不過，按照其它實施方式，根據(jù)需要，可以將顯示與輸入設備設置在相對較厚的整個PDA外殼的凹槽內(nèi)，并且該凹槽可以用透明材料填充或覆蓋，例如，用透明塑料或玻璃來填充或覆蓋。
按照上述實施方式，將顯示與輸入設備用在PDA中。不過，顯示與輸入設備可以用在任何其它的適當電子設備中，尤其是手持設備，例如電話(包括移動電話)、掌上計算機等等。
而且，可以將上述實施方式中的任一種的顯示與輸入設備包裝為整裝的顯示與輸入設備，并且作為整裝的顯示與輸入設備提供，以用作電子設備制造商的模塊組件源。這樣的設備可以根據(jù)期望包括一定比例的顯示驅(qū)動器和/或位置檢測電路。
按照上述實施方式，顯示與輸入設備基于柔性基底。按照其它實施方式，可以使用剛性基底。
不過，當基底實際上為柔性的時，本發(fā)明提供這樣的優(yōu)點，即，當將該設備彎曲成不平的表面輪廓時，輸入檢測位置自動跟蹤顯示位置。可以將電子設備的外殼設計成容許這樣的彎曲。另一個方面在于，當柔性顯示與輸入設備是作為電子設備制造商的模塊組件源而提供的時，這將會允許這樣的設備的設計者擁有常規(guī)上不允許的設計自由度(對于彎曲)，或者至少了解在將固有地(至少在一定程度上)保持彎曲時在顯示和輸入方面之間的位置對應關系。
按照上述實施方式，顯示與輸入設備基于導電(例如，不銹鋼)基底。按照其它實施方式，可以使用具有導電涂層的絕緣基底(例如，聚酯薄膜)。
在上述實施方式中，顯示與輸入設備的顯示功能的光調(diào)制部分是利用封裝的電泳層提供的。在其它實施方式中，可以使用未封裝的電泳材料。而且，在其它實施方式中，可以使用其它的電光效應或材料，例如，利用鋼箔上的有源矩陣聚合物發(fā)光二極管(AMPLED)提供的顯示功能。
權(quán)利要求
1.一種顯示與輸入設備，包括基底(30)，包括前表面(8)和后表面(10)；設置在基底(30)的前表面(8)上的多個層(32，34，35，36，37，39)，這多個層(32，34，35，36，37，39)可操作為從該設備的前表面(8)一側(cè)可觀看的顯示器；和連接到基底(30)的電路(52，54)，用于檢測在用戶的手指(12)和基底(30)之間的容性耦合，以致基底(30)可作為觸摸板操作，用于檢測用戶的手指(12)對基底(30)的后表面(10)的觸摸或用戶的手指(12)非?？拷?30)的后表面(10)定位。
2.按照權(quán)利要求1所述的設備，其中基底(30)是柔性的。
3.按照權(quán)利要求1或2所述的設備，其中基底(30)由導電材料制成。
4.按照從屬于權(quán)利要求2時的權(quán)利要求3所述的設備，其中基底(30)包括柔性箔。
5.按照權(quán)利要求1或2所述的設備，其中基底(30)由在后表面(10)上具有導電涂層的絕緣材料制成。
6.按照權(quán)利要求1-5之中任何一項權(quán)利要求所述的設備，其中基底(30)包括在后表面(10)上的保護涂層(60)，該保護涂層(60)是足夠薄的，以允許檢測在用戶的手指(12)與基底(30)之間的電容性耦合。
7.按照權(quán)利要求1-6之中任何一項權(quán)利要求所述的設備，其中多個層(32，34，35，36，37，39)可操作為電泳顯示器。
8.按照權(quán)利要求1-7之中任何一項權(quán)利要求所述的設備，其中電路(52，54)包括多個安培計(54)，每個安培計連接到在基底(30)的邊緣上的不同點。
9.按照權(quán)利要求8所述的設備，其中基底(30)實質(zhì)上是矩形的，并且多個安培計(54)包括設置在基底(30)的每個角上的相應安培計(54)。
10.一種顯示設備作為組合的顯示與輸入設備的使用，該顯示設備包括基底(30)，包括前表面(8)和后表面(10)；以及設置在基底(30)的前表面(8)上的多個層(32，34，35，36，37，39)，這多個層(32，34，35，36，37，39)可操作為顯示器，其中通過將基底(30)的后表面(10)用作電容性耦合薄片來實現(xiàn)作為組合的顯示與輸入設備的使用。
全文摘要
一種顯示與輸入設備，包括基底(30)，例如柔性導電箔，包括前表面(8)和后表面(10)；設置在基底(30)的前表面(8)上的多個層(32，34，35，36，37，39)，這多個層(32，34，35，36，37，39)可操作為可從該設備的前表面一側(cè)觀看的顯示器，例如，電泳顯示器；以及連接到基底(30)的電路(52，54)，用于檢測在用戶的手指(12)和基底(30)之間的電容性耦合，以致基底(30)可作為觸摸板操作，用于檢測用戶的手指(12)對基底(30)的后表面(10)的觸摸或用戶的手指(12)非?？拷?30)的后表面(10)定位。
文檔編號G06F3/033GK1829951SQ200480022162
公開日2006年9月6日 申請日期2004年7月22日 優(yōu)先權(quán)日2003年7月29日
發(fā)明者C·范伯克爾, S·C·迪恩 申請人:皇家飛利浦電子股份有限公司