CN100520687C - 便携式设备和用于便携式设备的触敏显示器 - Google Patents

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Abstract

提供一种便携式设备，其具有触敏显示器(100)，其包括主动矩阵显示元件(101)和触敏元件(103)。触敏元件(103)设置在主动矩阵显示元件(101)的观察者远侧上，因此并不影响显示特性。触敏元件(103)包括第一和第二导电层(113、115)，每一个具有多个导体。导电层(113、115)将压敏层(117)夹在中间，其根据由施加的压力产生的压点来改变两个导电层(113、115)的两个导体之间的电导率。因此，实现了精确的位置检测。这些导体可与主动矩阵对准，并可以消除对校准的要求。

Description

便携式设备和用于便携式设备的触敏显示器
技术领域
本发明涉及便携式设备和用于便携式设备的触敏显示器，具体地说，涉及包括主动矩阵显示元件和触敏元件的触敏显示器。
背景技术
在最近几年中，许多类型的消费设备的一般趋势是减小尺寸和增加可移动性。例如，便携式电话、计算机、个人音乐系统和个人数字助理(PDA)的使用已经变得越来越广泛。
在最近十年中，手控和便携式消费电子和计算市场已经非常多样化。趋势已经越来越朝向能够显示递增数量的信息的更小设备，其产生具有更高分辨率的改进的显示器。
另外，用户界面已经大大改进，并且大量努力已经投入到提供直观的交互机制中。用于接收用户输入的频繁使用的方法采用将触摸屏并入设备中的方式。这提供通过用户触摸触敏显示器的用户相互作用。
常规地，触敏显示器由放置在显示元件上面的透明触摸屏形成。触摸屏将因此面对用户，并且当被用户按时，该设备可以检测压点的位置，并根据该检测进行操作。因此，触摸屏设备将识别受压点的坐标，由此该设备可确定并执行已选择的动作。
然而，常规触敏显示器不能检测多个触摸，因为从每个触摸位置获得的每个信号在信号不可区分的情况下进入相同的电极。结果，这些信号交叠，并只能检测到所有产生信号的叠加。
此外，常规触敏显示器很昂贵，并且往往制造复杂。另外，它们易于机械感测，并且易于机械失效。而且，常规触敏显示器一般具有放置在显示元件上面的触摸屏，并因此放置在用户和显示元件之间。这降低了触敏显示器的光学性能，并要求具有合适的光学特性的材料用于实现触摸屏。
另外，常规显示器趋于包括很多层，结果形成所得到的触敏显示器的相当大的厚度。许多常规显示器的另一缺点在于，它们要求仔细校准，以便提供精确的位置检测，并尤其提供与显示在触敏显示器上的图像相关的精确的位置检测。
因此，改进的触敏显示器将是有利的，具体地说，触敏显示器便于提高机械可靠性、减少成本、降低制造的复杂性、减小厚度、降低校准要求并改进光学性能。
US 5097375公开了一种设备，其具有与触敏输入设备相重叠的显示器。
发明内容
因此，本发明优选设法减少、减轻或消除以上单独或以任何组合形式提到的缺点中的一个或多个。
根据本发明的第一方面，提供触敏显示器，其包括：主动矩阵显示元件，其具有观察者近侧和观察者远侧，并且包括一个具有像素行和列的像素阵列；和触敏元件，其设置在主动矩阵显示元件的观察者远侧上，其中所述触敏元件包括：包括第一多个行导体的第一导电层；包括第二多个列导体的第二导电层；以及压敏层，其夹在第一和第二导电层之间，并可操作用于响应于由施加的压力产生的压点，来改变第一多个导体的第一导体和第二多个导体的第二导体之间的电导率，其中每行像素与一个触敏元件行导体共用一个相应的行缓冲器，并且每列像素与一个触敏元件列导体共用一个相应的列缓冲放大器。
本发明因此允许改进触敏显示器，其中触敏元件远离观察者设置。因此，本发明便于触敏元件这样设置，即它不在观察者和主动矩阵显示器之间。触敏元件因此并不影响触敏显示器的图像的光学特性。触敏元件的光学特性因此并不重要，特别地，触敏元件可例如由半透明或不透明材料制成。因此，可获得改进的显示器图像。
本发明允许使用压敏层，其优选需要很小的或不需要形变来改变电导率。因此，机械应力和主动矩阵显示元件的灵敏度以及导体层可以大大减少，其产生改进的可靠性。
本发明还提供可易于制造并节约成本的触敏显示器。此外，可获得形成具有减小的厚度的触敏显示器的层结构。
特别地，第一和第二多个导体可以是形成在隔离层上的第一和第二多个电极或导电路径。主动矩阵显示元件优选是反射主动矩阵显示元件。电导率的变化可以是降低电导率，但优选是增加电导率，其允许电流在第一导体和第二导体之间流动。该电流可被感测装置检测，由此便于压点的位置检测。触敏元件可以直接邻近于主动矩阵显示元件设置，但优选地，一个或多个层，例如钝化层，设置在触敏元件和触敏显示器之间。
根据本发明的特征，触敏元件包括多个压敏元件。
这提供了实用和便利的实施，其中位置确定可以基于检测与压敏元件相关的电导率变化。压敏元件可以例如由包括多个分离元件的触敏元件形成，或可以通过与包括例如第一和第二导电层的其他层的相互作用形成。
根据本发明的不同特征，多个压敏元件由第一和第二多个导体形成。
优选地，触敏元件是同质层，其中压敏元件由第一和第二导电层的导体形成。特别地，压敏元件可形成在第一层的导体和第二层的导体之间的每一个交叠区处。这提供简单的和低成本的实施，其中可以实现压敏元件的精确定位。
根据本发明的不同特征，多个压敏元件与主动矩阵显示元件的像素对准。
这可以提供压敏元件和显示图像之间的非常简单和精确的对应，并可消除或减少对校准的要求。优选地，通过将第一和第二导电层的导体与主动矩阵显示元件的像素对准来实现对准。
根据本发明的不同特征，第一多个导体形成压敏阵列的行。这提供特别简单和便利的实施，其可以提供触敏元件和主动矩阵显示元件之间的对应。
根据本发明的不同特征，第二多个导体形成压敏阵列的列。这提供特别简单和便利的实施，其可以提供触敏元件和主动矩阵显示元件之间的对应。
根据本发明的不同特征，压敏层包括可操作用于改变电导率的压电材料。这提供特别适当的实施。特别地，这提供工艺兼容性，并由此降低了基于聚合物的主动矩阵显示元件的制造复杂性和成本。此外，仅需要压电材料的很小的形变来产生可检测的电导率变化，由此产生压点检测的改进的机械性能和改进的精确度。
产生压点检测的改进的机械性能和改进的精确度。
根据本发明的不同特征，压敏层包括可操作用于改变电导率的微电机械(MEM)开关。这提供特别适当的实施。特别地，这提供工艺兼容性，并由此降低了基于非晶硅的主动矩阵显示元件的制造复杂性和成本。
根据本发明的不同特征，触敏显示器进一步包括可操作用于响应于第一导体和第二导体之间的电导率变化来确定压点的位置的检测装置。这提供了有利的实施，其便于精确的位置确定。优选地，该检测装置可检测电流或电荷由于改变的电导率而在第一和第二导体之间流动。
根据本发明的不同特征，检测装置可操作用于检测多个同步压点。优选地，该检测装置可同时检测第一多个不同导体和第二多个导体之间的改变的电导率。这提供包括触敏显示器的设备的增加的柔性和改进的功能性。
根据本发明的不同特征，检测装置包括用于在第一导体上输出信号的信号源和与第二导体耦接的传感放大器，用于响应于压点来检测形成在第一导体和第二导体之间的由电导率产生的电信号。这提供合适的、实用的和低复杂性的检测压点位置的装置。
根据本发明的不同特征，电信号是电荷，以及传感放大器是电荷传感放大器。这提供检测改变的电导率的特别适当的方法。
根据本发明的不同特征，触敏显示器进一步包括具有可操作用于提供显示控制信号的缓冲放大器的显示控制器，并且其中触敏显示器可操作用于耦接单个放大器作为显示驱动配置中的缓冲放大器，以及作为压点检测配置中的信号源。
这提供特别有利的实施，其便于降低触敏显示器的复杂性和部件成本，由此降低制造成本。
根据本发明的不同特征，触敏显示器进一步包括具有可操作用于提供显示控制信号的缓冲放大器的显示控制器，并且其中触敏显示器可操作用于耦接单个放大器作为显示驱动配置中的缓冲放大器，以及作为压点检测配置中的传感放大器。
这提供特别有利的实施，其便于降低触敏显示器的复杂性和部件成本，由此降低制造成本。
根据本发明的第二方面，提供包括如上所述的触敏显示器的便携式设备。
参考下文所描述的实施例，本发明的这些和其他方面、特征以及优点将变得明显并被阐明。
附图说明
参考附图，仅借助实例来描述本发明的实施例，其中：
图1示出根据本发明优选实施例的触敏显示器的截面图；
图2示出作为压电材料的分数式压缩(fractionalcompression)的函数的电阻；
图3示出用于主动矩阵显示元件的常规显示控制器；以及
图4示出用于根据本发明优选实施例的触敏显示器的驱动电路。
具体实施方式
以下描述集中在可应用于便携式设备的本发明的实施例，例如个人数字助理(PDA)、移动电话或个人音乐系统。然而，应当理解，本发明并不局限于该应用，而是可应用于许多其他便携式或非便携式设备。
图1示出根据本发明优选实施例的触敏显示器100的截面图。
触敏显示器100包括借助钝化层105分开的主动矩阵显示元件101和触敏元件103。在其他实施例中，矩阵显示元件101可邻接于触敏元件103，或者其他和/或附加层可设置在矩阵显示元件101和触敏元件103之间。
主动矩阵显示元件101具有观察者近侧和观察者远侧。在图1中，观察者近侧显示为上侧，并且观察者远侧为下侧。因此，在使用中，图1的触敏显示器100是从层结构的上端观察的。
在优选实施例中，主动矩阵显示元件101包括三层。最靠近观察者远侧的是主动矩阵层107，其包括像素晶体管及相关的像素电极。主动矩阵层107之上是电泳电光层109，其可操作用于响应于主动矩阵层的相应像素电荷来改变光学特性。在电泳电光层109之上是保护层111，其为触敏显示器100提供保护。
在优选实施例中，保护层111优选由塑料构成，因为这适于响应用户按压触敏显示器100的顶部而允许将局部化的、高压激活作用传送到触敏元件103。
在优选实施例中，主动矩阵显示元件101是如本领域的技术人员已知的反射主动矩阵显示元件，并且为了简洁和清楚起见，这里将不提供进一步的详述。
在优选实施例中，主动矩阵显示元件101和触敏元件103借助钝化层分开，其将触敏元件与主动矩阵显示器隔离，并平面化用于将建立主动矩阵结构的表面。
优选实施例的触敏元件103包括第一导电层113和第二导电层115，以及夹在它们之间的压敏层117。第二导电层115设置在衬底119上，其优选是玻璃衬底。
在优选实施例中，第一和第二导电层113、115都被构图。因此，第一导电层113包括第一多个导体，以及第二导电层115包括第二多个导体。在优选实施例中，第一和第二多个导体一起形成矩阵排列，其中第一多个导体基本垂直于第二多个导体。因此，一个多个导体形成触敏矩阵的行，并且另一个多个导体形成触敏矩阵的列。
在优选实施例中，压敏层117包括可操作用于响应于由施加的压力产生的压点来改变第一多个导体的第一导体和第二多个导体的第二导体之间的电导率的材料。因此，如果用户按压触敏显示器100的顶部，则该压力传送到压敏层117，其响应地局部改变第一和第二导电层113、115之间的电导率。例如，压敏层117可包括压电材料，其在施加压力时增加电导率(降低电阻)。
电导率的变化可例如通过测量不同导电层113、115的导体之间的电阻来检测。通过检测在哪些导体之间已经形成导电路径，可确定压点位置。
因此，根据本发明的优选实施例，触敏功能通过设置在主动矩阵显示元件101之下的三层来实现。这样，触敏元件103不在主动矩阵显示元件101和观察者之间，并因此不损害主动矩阵显示元件101的光学性能。由此获得大大改进的光学性能。
另外，层状结构可容易制造，并提供具有降低的厚度的触敏显示器。而且，由于可使用压敏层，其响应于施加的压力需要很小的(或不需要)形变来改变电导率，因此仅产生低的机械应力和弯曲，由此导致改进的和更可靠的触敏显示器。
主动矩阵显示元件一般包括排列成矩形阵列的多个像素。一般，该阵列的相同行中的所有像素都与相同的显示控制器输出耦接，并且该阵列的相同列中的所有像素都与另一个显示控制器输出耦接。由此，各个像素可通过在相应的行和列电极上输出适当的信号来控制。
在优选实施例中，触敏元件包括多个压敏元件。优选地，这些压敏元件的每一个对应主动矩阵显示元件的特定像素。因此，在优选实施例中，压敏元件与主动矩阵显示元件的像素对准。
在优选实施例中，压敏元件不是形成为压敏层中的单独结构，而是由导电层和压敏层之间的相互作用形成的。特别地，压敏元件借助第一和第二导电层的导体的几何形状形成。因此，压敏元件在第一导电层的导体与第二导电层的导体交叠的任何地方都可以形成。
在优选实施例中，第一导电层包括多个导体，其中每一个与主动矩阵显示元件的列对准。类似地，第二导电层包括多个导体，其中每一个与主动矩阵显示元件的行对准。因此，这两层的导体形成交叠区的阵列，其与像素对准。由于夹在这两个导体层之间的压敏层响应于施加的压力改变了电导率，因此每一个交叠区形成压敏元件。施加到压敏元件的压力可通过检测相应行导体和列导体之间的电导率变化而被检测。由此，获得具有与主动矩阵显示元件对准的压敏元件的触敏阵列。
因此，获得了固有地与被显示的图像对准的非常精确的位置确定。这改进了触敏显示器的性能，并消除了对触敏元件的校准或触敏元件和主动矩阵显示元件之间对准的要求。
应当理解，术语列和行用于表示阵列中元件的基本垂直方向，并且术语行和列可以交换使用。
在优选实施例中，压敏层包括可操作用于改变电导率的压电材料。
图2示出作为压敏材料的分数式压缩的函数的电阻。如图2所示，对于小于15％的分数式压缩，电阻可从高于109欧姆的电阻降到约1兆欧。这一差异可容易地被精确检测到，并由此仅需要触敏显示器的很小的压缩。这使得由弯曲或折曲这些层所产生的机械应力最小化，并提供改进的机械可靠性。
在其他实施例中，压敏层包括可操作用于改变电导率的微电机械(MEM)开关。MEM一般是微米级结构，其中第一导电层的导体通常与第二导电层的导体机械地分开。瞬间施加于MEM开关的压力采用以下方式使结构变形，即其中第一导电层的导体机械地直接物理接触第二导电层的导体，由此建立电连接。
压敏层的优选实施可取决于制造期间不同层的工艺兼容性。因此，MEM开关层更适于实施于非晶硅的主动矩阵，而压电材料更适于使用聚合物电子技术实施的主动矩阵。
在优选实施例中，触敏显示器进一步包括检测装置，其可响应于第一和第二导体层的导体之间的电导率变化来确定压点的位置。在优选实施例中，在单个集成电路中可以包括用于触敏元件的检测装置的全部或部分以及主动矩阵显示元件的寻址装置。
图3示出用于主动矩阵显示元件的常规显示控制器。
主动矩阵显示元件101包括多个像素。与一个像素有关的部件在图3中示出。像素晶体管301具有与行电极303耦接的栅极和与列电极305耦接的漏极。像素晶体管301的源极与像素电容器307耦接，其存储改变电泳电光层的光学状态的电荷。因此，像素电容器307对于像素的大部分区域物理地延伸。
行缓冲放大器309与行电极303耦接，并可操作用于将行驱动信号提供到像素晶体管301的栅极。类似地，列缓冲放大器311与列电极305耦接，并可操作用于将列驱动信号提供到像素晶体管301的栅极。列缓冲放大器311接收信号VGrey，其对应于像素的所需亮度级。
在操作中，电荷可以通过将电压施加到行电极303而提供到像素电容器307/从像素电容器307中提取，由此使像素晶体管导通。接着，适当的信号可以施加到列电极以提供或从像素电容器307提取电荷。
图4示出用于根据本发明的优选实施例的触敏显示器的驱动电路400。
正如所示出的，驱动电路400再次使用如图3所示的常规显示驱动电路的多个部件，并且相同的参考标记已经用于相应的部件。
然而，与图3的电路不同，图4的驱动电路400的行缓冲放大器309通过行差分开关401与行电极耦接。类似地，图4的驱动电路400的列缓冲放大器311通过列差分开关403与列电极305耦接。此外，信号VGrey通过输入差分开关405耦接到列缓冲放大器311。
三个差分开关401、403、405都由配置信号408控制。当该配置信号408处于显示驱动器配置中时，该三个差分开关401、403、405闭合由图4中的°所示的连接。正如可以看出的，在这种情况下图3和4的驱动电路功能上等效，由此可以使用控制信号的常规方法。
然而，当配置信号408处于压点检测或触敏配置中时，差分开关401、403、405采取相反的位置，其中由图4中的°所示的连接打开，并且未由°示出的连接闭合。
如图4所示，行缓冲放大器309在该连接中与触敏元件的第一导电层的行电极407耦接。此外，列缓冲放大器311被耦接作为传感放大器，并特别作为电荷传感放大器(使用耦接在放大器输出和输入之间的电容器409)。电荷传感放大器的输入与触敏元件的第二导电层的列电极411耦接。电荷传感放大器的输出与模数转换器(ADC)413耦接。
如上所述，形成了可操作用于改变行电极407和列电极411之间的电导率的压敏元件。特别地，可形成开关415。
在操作中，在压点检测配置中，行缓冲放大器309可在行电极407上输出信号(例如电压)。如果压力施加在压敏元件415的位置处，电荷将产生在列电极411上。该电荷将被电荷传感放大器311检测到，其响应地产生被ADC 413数字化的输出电压。由于压敏元件415的位置是精确已知的，因此可获得精确的位置确定。此外，由于电荷依赖于压敏元件的电导率，其在优选实施例中取决于施加的压力，因此产生施加的压力幅度的信息。
所述驱动电路导致了降低制造成本以及降低的复杂性。特别地，驱动电路允许主动矩阵显示元件的(行和列)缓冲放大器再次用作触敏元件的信号源和/或传感放大器。此外，不仅所需的放大器的数目可以显著减少，而且显示驱动电路和主动矩阵显示器之间所需的导体数目也可以减少。
优选实施例的另一优点在于，它允许检测多个同时的压点。例如，如果两个触敏元件在不同的行和列电极之间形成连接，则每一个相应列电极的传感放大器可独立产生触摸指示。
在优选实施例中，触敏元件包括两个被构图的导体层，将压电材料夹在中间。然而，应当理解，在其他实施例中，这些导体可以不被构图。因此，该多个导体不必是分开隔离的导体，而可以在未构图的导体层中不同地交叠并动态改变导电路径或方向。
本发明可采用任何适当的形式来实施。本发明的实施例的元件和部件可以采用任何适当的方式物理地、功能上地和逻辑地实施。实际上，功能可以用单个单元、多个单元或作为其他功能单元的一部分来实施。
虽然已经结合优选实施例描述了本发明，但是它并不旨在局限于此处所述的特定形式。而是，本发明的范围仅由所附权利要求限制。在权利要求中，术语包括并不排除其他元件或步骤的存在。此外，虽然被单独列出，但是多个装置、元件或方法步骤可以借助例如单个单元或处理器来实施。另外，虽然各个特征可包括在不同的权利要求中，但是这些可以有利地结合，并且包含在不同权利要求中并不意味着特征的结合不是可行的和/或有利的。除此之外，单一的参考文献并不排除多个。因此，“一”、“一个”、“第一”、“第二”等的引用并不排除多个。

Claims (12)

1.一种触敏显示器(100)，包括
主动矩阵显示元件(101)，其具有观察者近侧和观察者远侧，并且包括一个具有像素行和列的像素阵列；和
触敏元件(103)，其设置在主动矩阵显示元件(101)的观察者远侧上，其中所述触敏元件包括：
包括第一多个导体(407)的第一导电层(113)；包括第二多个导体(411)的第二导电层(115)；以及压敏层(117)，其夹在第一导电层(113)和第二导电层(115)之间，并可操作用于响应于由施加的压力产生的压点，来改变第一多个导体的第一导体和第二多个导体的第二导体之间的电导率，
其特征在于
所述第一多个导体(407)是触敏元件行导体，而所述第二多个导体(411)是触敏元件列导体，
每行像素与一个触敏元件行导体(407)共用一个相应的行缓冲放大器(309)，并且每列像素与一个触敏元件列导体(411)共用一个相应的列缓冲放大器(311)。
2.如权利要求1所述的触敏显示器，其中触敏元件(103)包括多个压敏元件。
3.如权利要求2所述的触敏显示器，其中多个压敏元件与主动矩阵显示元件(101)的像素对准。
4.如权利要求1所述的触敏显示器，其中压敏层(117)包括可操作用于改变电导率的压电材料。
5.如权利要求1所述的触敏显示器，其中压敏层(117)包括可操作用于改变电导率的微电机械(MEM)开关。
6.如前面任一权利要求所述的触敏显示器，进一步包括可操作用于响应于第一导体和第二导体之间的电导率的变化，来确定压点的位置的检测装置。
7.如权利要求6所述的触敏显示器，其中该检测装置可操作用于检测多个同步压点。
8.如权利要求7所述的触敏显示器，其中该检测装置包括用于在第一导体(407)上输出信号的信号源(309)，以及与第二导体(411)耦接的传感放大器(311)，用于响应于压点来检测由形成在第一导体和第二导体之间的电导率产生的电信号。
9.如权利要求8所述的触敏显示器，其中电信号是电荷，以及传感放大器(311)是电荷传感放大器。
10.如权利要求8所述的触敏显示器，进一步包括显示控制器，其中所述显示控制器使用行缓冲放大器(309)来提供显示驱动配置中的显示控制信号，并且其中触敏显示器可操作用于使用所述行缓冲放大器(309)作为压点检测配置中的信号源(309)。
11.如权利要求7所述的触敏显示器，进一步包括显示控制器，其中显示控制器使用列缓冲放大器(311)来提供显示驱动配置中的显示控制信号，并且所述触敏显示器还可操作用于使用列缓冲放大器(311)作为压点检测配置中的信号源(311)。
12.一种便携式设备，包括如权利要求1所述的触敏显示器。
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