顯示器附近的電容式觸摸表面的制作方法
【專利說明】顯示器附近的電容式觸摸表面
[0001]
[0002]電容式觸摸屏測量在用戶的手指或指示筆接觸觸摸表面時具有被定位在觸摸表面和顯示堆疊(諸如液晶顯示器(LCD)堆疊)中間的電極的行列矩陣的觸摸傳感器中的電容變化。這些電容變化被用來確定哪一行和列對應(yīng)于觸摸，并且還內(nèi)插檢測到的觸摸偏離檢測到該觸摸所在的行列電容器的中心的距離和方向。通過這種方式，可檢測到用戶的觸摸，并在用戶的觸摸在觸摸表面上移動時以精細(xì)的分辨率跟蹤該用戶的觸摸。
[0003]制造商所面臨的一個挑戰(zhàn)是開發(fā)出適于在大尺寸格式設(shè)備(諸如大屏幕電視機和顯示器)中使用的電容式觸摸屏。對角線小于30英寸的小型電容式觸摸屏通常使用具有透明導(dǎo)電氧化物(TCO)(諸如銦錫氧化物(ITO))的菱形矩陣的觸摸傳感器。然而，對于大型電容式觸摸傳感器而言，所應(yīng)用的TCO觸摸傳感器具有足夠透明以至于在審美上能被用戶接受的厚度，這些TCO觸摸傳感器具有與受測試的電容和某些其他寄生電容組合可導(dǎo)致以下RC時間常數(shù)的電阻:該RC時間常數(shù)慢到足以限制觸摸傳感器的可實現(xiàn)激勵頻率并由此限制針對期望信噪比可實現(xiàn)的幀率。結(jié)果，TCO —般限于適用于具有小于30英寸的對角線尺寸的顯示器。
[0004]此外，盡管使用TCO觸摸傳感器的小型電容式觸摸屏生產(chǎn)起來相對便宜，但大尺寸格式的觸摸屏具有非常高的制造成本，這使得它們是大多數(shù)消費者無法企及的。要安裝在大尺寸格式屏幕中的最昂貴的組件之一是玻璃觸摸表面，選玻璃是因為其提供高介電常數(shù)的能力以及其他特性而被優(yōu)選。然而，玻璃具有昂貴、笨重和剛性的缺點。將剛性的玻璃粘合到剛性的LCD基底通常需要相對較厚且柔性的光學(xué)透明膠層來從剛性對剛性的粘合中吸收層壓應(yīng)變，否則層壓應(yīng)變可導(dǎo)致?lián)p壞。
[0005]制造商所面臨的另一個挑戰(zhàn)是LCD堆疊本身和行列矩陣中的各電極之間的電干擾。由于LCD堆疊被定位成較接近于電極矩陣，因此LCD堆疊可干擾觸摸感測電容器的電場。這種干擾由于以下原因而發(fā)生:LCD內(nèi)保持在各時變電壓處的導(dǎo)體會將噪聲電流耦合到電極中，并且LCD內(nèi)的導(dǎo)電材料的接近度影響由電極設(shè)置的電場的形狀并由此影響響應(yīng)于手指觸摸而觀察到的電容變化。太多的干擾會導(dǎo)致觸摸感測電路系統(tǒng)中的低信噪比。結(jié)果，觸摸感測準(zhǔn)確度被降級了。已提出了各數(shù)字信號處理方法來改善該信噪比；然而，這樣的方法會增加系統(tǒng)的成本、復(fù)雜度和處理延遲。
[0006]這些挑戰(zhàn)因其相互關(guān)系而進一步復(fù)雜化。為了支持更薄的塑料觸摸薄片而消除昂貴的玻璃會導(dǎo)致更大的LCD堆疊干擾以及降級的觸摸感測性能。
[0007]鑒于這些挑戰(zhàn)，開發(fā)出劃算的大尺寸格式電容式觸摸屏設(shè)備尚遙不可及。
[0008]概述
[0009]為了解決以上問題，提供了具有電容式觸摸屏顯示器的顯示設(shè)備，該電容式觸摸屏顯示器具有非?？拷@示堆疊的觸摸表面。該顯示器可包括:觸摸薄片，所述觸摸薄片具有頂部表面；觸摸傳感器，所述觸摸傳感器具有由具有被定位在所述觸摸薄片下面的金屬導(dǎo)體的電極形成的電容器矩陣，并被配置成響應(yīng)于用戶的手指或指示筆在所述頂部表面上的觸摸而展示所述電容器中的至少一個的電容的變化；以及，顯示堆疊，所述顯示堆疊被定位在所述電容器矩陣下面，并被配置成通過所述顯示堆疊的頂部表面發(fā)射光以便以光發(fā)射方向行進通過所述電容器矩陣和所述觸摸薄片。所述觸摸薄片的頂部表面和所述顯示堆疊的頂部表面之間的距離在大約225和1500微米之間。
[0010]提供本概述是為了以精簡的形式介紹將在以下詳細(xì)描述中進一步描述的一些概念。本概述并不旨在標(biāo)識所要求保護主題的關(guān)鍵特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保護主題的范圍。此外，所要求保護的主題不限于解決在本公開的任一部分中所提及的任何或所有缺點的實現(xiàn)。
[0011]附圖簡沐
[0012]圖1是根據(jù)本公開的一個實施例的大尺寸格式多點觸摸顯示設(shè)備的透視圖。
[0013]圖2是圖1的大尺寸格式多點觸摸顯示設(shè)備的電容式觸敏顯示器的光學(xué)堆疊的剖視圖。
[0014]圖3是圖1的電容式觸敏顯示器的觸摸傳感器的簡化示意俯視圖。
[0015]圖4是圖1的電容式觸敏顯示器的觸摸傳感器沿著圖3的線4-4選取的局部剖視圖。
[0016]圖5是解說根據(jù)本公開的一個實施例的制造電容式觸敏顯示設(shè)備的方法的流程圖。
[0017]圖6是用于圖1的顯示設(shè)備的圖像源的示意圖。
[0018]詳細(xì)描沐
[0019]圖1示出根據(jù)本公開的一個實施例的大尺寸格式多點觸摸顯示設(shè)備10。顯示設(shè)備10通常具有大于30英寸的對角線尺寸。在一些特別大尺寸格式的實施例中，該對角線尺寸可以為55英寸或更大。顯示設(shè)備10通常被配置成感測用戶的手指12或指示筆14的多個觸摸。顯示設(shè)備10可被連接到圖像源S，諸如外部計算機或機載處理器?？上驁D像源S提供來自顯示設(shè)備的多點觸摸輸入，該圖像源S可處理該多觸摸輸入，并且該圖像源S可為顯示設(shè)備19上的顯示器產(chǎn)生合適的圖形輸出18。以下參考圖6更詳細(xì)地描述了圖像源S。
[0020]如圖2所示，為了啟用多點觸摸感測功能，顯示設(shè)備10配備有電容式觸敏顯示器16。圖2示出了電容式觸敏顯示器16的光學(xué)堆疊的局部剖視圖的示意圖。如所示出的，顯示器16包括具有頂部表面22的塑料的光學(xué)透明觸摸薄片20以及光學(xué)透明膠層，光學(xué)透明觸摸薄片20用于接收手指或指示筆觸摸，光學(xué)透明膠層24將觸摸薄片20的底部表面粘合到觸摸傳感器26的頂部表面。本領(lǐng)域的普通技術(shù)人員將領(lǐng)會光學(xué)透明膠指的是一類透射入射到其上的基本上全部(例如，大約99%的)可見光的膠粘劑。
[0021]如以下參考圖3詳細(xì)描述的，觸摸傳感器26配備有由被定位在觸摸薄片下面的某距離處的各電極形成的電容器矩陣。這些電極被形成在接收電極層30和發(fā)射電極層34中。通常，這些電極包括例如通過以下方式制造的金屬導(dǎo)體:通過化學(xué)地蝕刻被沉積成薄膜的均勻金屬片；或者通過其中催化劑油墨被施加到介電基底的附加過程，其中那個基底隨后被看作諸如其中存在油墨的板金屬；或者通過將金屬線(例如，截面近似圓形的直徑在3微米和15微米之間的金屬線)鋪設(shè)在介電膠粘劑基底中；或通過其他類似的手段。雖然電極中通常不使用透明導(dǎo)電氧化物(TCO)，但不排除部分地使用TCO來形成電極的一部分，而電極的其他部分由金屬形成。在一個示例中，電極可以是基本上等截面的薄金屬，并且大小可被設(shè)為使得在光學(xué)上對顯示器的查看者而言不顯眼。
[0022]接收電極層30和發(fā)射電極層34被另一光學(xué)透明膠層32粘合在一起。為了檢測手指觸摸，各行通常用時變電壓來相繼驅(qū)動，而各列保持接地。將一個軸指定為行而將另一個軸指定為列是任意的，并且這些軸可以以除90°以外的角相交。電極可被配置成響應(yīng)于用戶的手指或指示筆在頂部表面上的觸摸而展示矩陣中的至少一個電容器的電容變化。檢測電路被配置成在施加時變電壓時檢測電容變化，并且基于該檢測的定時和衰減程度和/或測量到的電流的相移，可估計出受測試的電容并可標(biāo)識出被檢測的觸摸的行和列。以下參考圖3和4更詳細(xì)討論了這些電極的結(jié)構(gòu)。
[0023]回過頭看圖2，諸如液晶顯示器(LCD)堆疊、有機發(fā)光二極管(OLED)堆疊、等離子顯示板(rop)或其他平板顯示堆疊之類的發(fā)光顯示堆疊38被定位在該電容器矩陣下面。光學(xué)透明膠層36使電容矩陣的底部表面與顯示堆疊38的頂部表面接合。顯示堆疊38被配置成通過顯示堆疊38的頂部表面發(fā)射光L，使得所發(fā)射的光以光發(fā)射方向行進通過光學(xué)透明膠層36、由觸摸傳感器26中的接收電極層30和發(fā)射電極層34得到的電容器矩陣、光學(xué)透明膠層32、光學(xué)透明膠層24和觸摸薄片20。通過這種方式，該光在用戶看來好像是在觸摸薄片20的頂部表面22上顯示的圖像。
[0024]現(xiàn)在將描述顯示器16的光學(xué)堆疊的幾何尺寸。觸摸薄片20的厚度通常在50和500微米之間，并且在一些實施例中厚度在115到135微米之間，并且在一個示例性實施例中厚度為125微米。這些范圍已被發(fā)現(xiàn)使得充足的介電材料能夠被定位在觸摸傳感器電極和用戶的手指或指示筆之間以提供期望的摩擦和磨損性，