CN102053752A - 冗余触摸屏电极 - Google Patents

Abstract

冗余触摸屏电极，本发明涉及一种触摸屏显示器组合件，其具有衬底及跨越所述衬底的至少一有源区域分布的多个电极。所述电极中的至少一者包括电耦合到外部电路连接且进一步在远离所述外部电路连接处彼此耦合的一群组冗余电极线。

Description

冗余触摸屏电极

技术领域

本发明大体来说涉及触摸屏，且更具体来说涉及触摸屏中的冗余电极。

背景技术

触摸屏显示器能够检测有源或显示区域内的触摸，例如检测是否存在按压固定图像触摸屏按钮的手指或检测手指在较大触摸屏显示器上的存在及位置。一些触摸屏还可检测除手指以外的元件的存在，例如用于在触摸屏显示器上产生数字签名、选择对象或执行其它功能的手写笔。

使用触摸屏作为显示器的一部分允许电子装置改变显示图像，从而呈现可通过触摸来选择、操纵或致动的不同按钮、图像或其它区。因此，触摸屏可提供用于蜂窝电话、GPS装置、个人数字助理(PDA)、计算机、ATM机及其它装置的有效用户界面。

触摸屏使用各种技术来感测来自手指或手写笔的触摸，例如电阻式、电容式、红外及声学传感器。电阻式传感器依赖于触摸来致使叠加于显示器上的两个电阻式元件彼此接触从而完成电阻式电路，而电容式传感器依赖于改变由叠加于显示器装置上的元件阵列所检测到的电容的手指的电容。红外及声学触摸屏类似地依赖于手指或手写笔来中断跨越屏幕的红外波或声波，从而指示触摸的存在及位置。

电容式及电阻式触摸屏通常使用例如氧化铟锡(ITO)的透明导体或例如PEDOT的透明导电聚合物来形成显示图像上方的阵列，使得可穿过用于感测触摸的导电元件看见显示图像。电路的大小、形状及图案对触摸屏的准确度以及对叠加于显示器上的电路的可见度均具有影响。虽然在叠加于显示器上时难以看见大多数适合导电元件的单个层，但多个层对于用户可为可见的，使用例如金属的较不透明材料的大元件也可为用户可见。

因此，金属导线及细金属线用作一些触摸屏设计中的触摸屏元件或电极，其通常具有在宽度上大约为单数字微米或双数字微米的宽度以减小可见度。虽然具有较低宽度的线较不可见，但其由于其减小的大小而较易于出现制造缺陷或断裂。由于细线金属电极的可见度与良率或耐用性之间存在折衷，因此在设计触摸屏显示器时需要考虑此类电极的高效且有效的设计。

发明内容

一种触摸屏组合件具有衬底及跨越所述衬底的有源触摸屏区域分布的电极。所述电极中的至少一者包含一冗余对电极线，其在沿所述电极线的多个点处彼此电耦合。在另一实例中，所述冗余对电极为大致平行且在宽度上为10微米或低于10微米的细金属线。

附图说明

图1显示按照现有技术的两层互电容触摸屏组合件。

图2图解说明按照现有技术的实例性触摸屏电极配置。

图3显示按照实例性实施例包含平行冗余细线金属电极的图2的触摸屏电极布置。

图4显示按照实例性实施例并入有平行冗余细线金属电极的图1的实例性两层互电容触摸屏配置。

图5显示按照实例性实施例的替代平行冗余细线金属电极配置。

图6A及6B图解说明按照实例性实施例的触摸屏显示器组合件。

图7显示按照实例性实施例具有触摸屏显示器的蜂窝式电话。

具体实施方式

触摸屏通常用作小电子装置、器具及其它此类电子系统上的界面，因为触摸屏后面的显示器可容易地适于向用户提供说明且接收各种类型的输入，借此提供需要极少的用户训练就能有效地使用的直观界面。廉价且高效的触摸屏技术使得能够将触摸屏并入到廉价的商业装置中，但这些廉价技术也应合意地为耐用的且对噪声、水分或灰尘或者其它非故意操作具有相对高的抗性以确保触摸屏组合件的可靠性及耐久性。此外，触摸屏技术合意地导致对下伏显示器的极小干扰，从而使得能够穿过触摸屏不失真地观看所显示的图像。

因此，触摸屏显示器通常由在叠加于所显示的图像上时难以看见的相对窄的电极形成，例如金属导线或细金属线。电极的配置在设计之间显著变化且包含单层及多层触摸屏、自电容及互电容触摸屏以及各种各样的电极图案。

在典型的互电容触摸屏中，监测驱动电极与各种接收或感测电极之间的电容，且所述电极之间的互电容的改变指示手指的存在及位置。互电容传感器电路测量由提供密封式外壳的电介质叠加材料覆盖的驱动电极与接收电极之间的电容。当存在手指时，减弱驱动电极与接收电极之间的场耦合，因为人体将拱接于驱动电极与接收电极之间的场的一部分传导出去。此减小驱动电极与接收电极之间的所测量电容性耦合。

类似地，当手指接近自电容触摸屏电极时，所述手指与所述触摸屏电极电容性耦合且通过触摸屏电路检测所述自电容电极的所测量电容的所得增加。

叠加于显示器上的触摸屏电极通常由例如金属导线迹线或细线金属的导电材料或以若干薄层透明且相对导电的导体(例如氧化铟锡)形成。例如PEDOT(聚乙烯二氧噻吩)、导电油墨及其它导电聚合物的其它材料也相对透明且用于一些触摸屏中。

图1中所显示的实例性触摸屏使用导电迹线阵列作为触摸屏电极，其具有处于不同层中的X电极及Y电极。在此实例中，所述电极跨越触摸屏显示器大致均匀地分布且针对X电极线及Y电极线两者分成不同的电极1到3。

当以互电容模式使用时，三个不同的驱动信号X1到X3驱动三个单独的垂直X驱动电极阵列，如大体在101处所显示。驱动这些线的信号与102处所显示的水平接收电极Y1到Y3电容性耦合。当手指触摸所述触摸屏(例如在位置103处)时，手指合意地与数个电极相互作用，从而使X2与X3驱动电极及Y1与Y2接收电极相交，使得可通过对每一驱动及接收区的电容性耦合的干扰程度来确定手指在所述触摸屏上的位置。

当作为互电容触摸屏操作时，经由X1到X3驱动线发送不同的脉冲串，使得可单独地确定不同的X驱动线与Y接收线之间的互电容，例如通过对RC时间常数的改变的观测或另一适合方法来确定。当手指的存在中断X与Y驱动线与接收线之间的场(例如通过紧密接近于触摸屏的一部分)时，观测到电极之间的所观测电容的减小。

触摸区103的手指干扰X3驱动电极与接收电极之间的电容性耦合而稍微多于其干扰X2驱动电极与接收电极之间的耦合，且类似地其干扰Y1接收电极与驱动电极之间的耦合而稍微多于其干扰Y2接收电极与驱动电极之间的电容性耦合。此指示手指的触摸在由驱动电极及接收电极形成的栅格上位于X2与X3之间但稍微更靠近于X3且位于Y1与Y2之间但稍微更靠近于Y1。

当作为自电容触摸屏操作时，触摸区103的手指增加电极X3与X2的所测量自电容，且增加电极Y1与Y2的所测量自电容，此类似地指示手指在电极格栅上的二维位置。

虽然在此实例中每一电极包括多个线，但在其它实例中每一电极可具有单个线、更大数目的线或某一其它几何配置。将图1的触摸屏显示器显示为具有三个不同的垂直电极及三个不同的水平电极，但例如典型的计算机或智能电话应用的其它实施例可具有比此实例中所显示的显著更多的电极。

手指对多个电极的影响使得触摸屏显示器能够以远超过仅确定手指位于三个所显示垂直及水平区中的哪一者中的极好准确度检测手指在触摸屏显示器上的垂直及水平位置。为实现此结果，此处预期从顶部到底部为约8mm的指纹，对电极线间隔进行配置。在此实例中，使线间隔开约2mm，使得典型的触摸与至少三个或四个垂直及水平线强烈地相互作用。

图2显示按照现有技术的另一实例性触摸屏电极布置。此处，例如201及203的触摸屏电极的阵列配置有交替的外部电连接，例如电极201的到触摸屏的左边的连接202及电极203的到触摸屏的右边的连接204。连接202及204不是有源触摸屏区域的一部分，而是用于将电极耦合到外部电路。虽然此处显示了一群组电极，但形成有用触摸屏装置通常将需要其它电极及连接，在一些实施例中包含与所显示的层电隔离的额外电极层。例如此处所显示的实例的一些电极配置可由单个层形成，从而由于制造效率而导致成本减小。通过使用例如细线金属电极或金属导线的相对窄的电极线，各种驱动电极或驱动及接收电极图案可用来形成多种自电容或互电容触摸屏。

如果线由特别薄或窄的材料形成(通常需要这样来使得用户看不见所述线)，那么所述线可能经受偶然的制造缺陷或断裂，从而限制触摸屏准确地识别破裂或损坏电极的区域中的触摸的位置的能力。在一个实例性实施例中使用的细线金属元件在线宽度上为10微米或小于10微米，而线密度为总屏幕面积的7％或小于7％。由于细线金属迹线通常具有在宽度上大约为单数字微米的宽度以减小可见度，因此由于其减小的大小而对制造缺陷或断裂的敏感性变成设计关注问题。

在制作期间可能由于处置、尘埃或其它污染物而出现大约为几分之一微米的细线金属电极的断裂。类似地，当用于使用光刻或其它类似过程来印刷细线金属元件时，光掩模上的灰尘或尘埃可导致缺陷，从而导致细线中的非故意开路。随着线宽度变得更小，其由于例如掩模瑕疵的其它因素而对物理损坏及断裂的敏感性变得更大，从而随着线宽度的缩减使细线金属的完整性成为更大的关注问题。

因此，本发明的一个实例性实施例试图通过提供内部冗余而在使用薄的细线金属电极的同时提供高耐用性及良率。图3显示使用在多个点处连接的冗余电极的触摸屏电极阵列的实例性实施例。此处大体在300处所显示的电极配置对应于图2的电极配置，但给图2的每一电极补充了在多个点处耦合的大致平行的第二电极。举例来说，电极301接近且大致平行于电极302，且电极301及302在外部连接303及线的与外部连接相对的端两者处耦合。此外，在电极之间形成若干个“梯级”或中间桥接件，如304及305处所显示。

在此实例中，桥接元件304与305是错开的，使得其不垂直对准且不在叠加于触摸屏显示器上时促成可见垂直条带。在其它实施例中，所述桥接元件是随机化的、斜的、弯曲的或以其它方式经配置以链接冗余电极，使得其在叠加于触摸屏显示器上时不会促成可见假象。

由于冗余细线金属触摸屏元件是在多个位置中(包含在外部电路连接处及在所述电极的最远离外部电路连接的端处)链接的，因此所述冗余对电极可承受任一点处的单个断裂且保持充分电耦合。

更具体来说，在一对紧密间隔的平行电极中的每一者耦合在一起且仅在一端处耦合到外部电路的情况下，任一电极中的单个故障将使剩余电极完好无损且可操作以驱动或感测其长度上的电信号。但是，如果所述对冗余电极中的一者在接近其到外部电路的连接处出故障，那么所述冗余对电极中的一者的大部分将不连接到所述外部电路，从而仅使第二电极来驱动或接收触摸屏感测信号。由于需要使电极以固定强度或比例发射并感测信号，因此所述平行对冗余电极也可在其最远离外部电路连接的远端处链接，从而在任一电极中出现单个电开路故障的情况下确保穿过所述对中的两个电极的导电性。举例来说，图3的电极301可形成为在任一端处桥接的一对冗余电极线，从而形成无梯级桥接元件的长矩形。

在图3中所显示的实例性电极301中，使用冗余电极之间的额外桥接连接304，使得冗余平行电极类似于具有宽广间隔的梯级的梯。此用于提供抵抗沿电极的多个开路缺陷的一些实例的弹性。只要梯段之间的冗余平行线或冗余电极之间的其它连接中的任一者中出现不多于一个断裂，电极之间的连接就将确保两个电极保持充分连接到外部电路。

此提供抵抗衬底或掩模上的随机分布的缺陷(例如尘埃粒子)且抵抗所述对电极中的一者的局部断裂的较大稳健性。梯元件的数目越大，冗余线将对多个开路缺陷越具抵抗性，但以触摸屏有源区域中且具体来说冗余线对的区中的金属密度越大为代价。在更详细的实例中，梯级之间的间隔因此相对于线宽度为大的，例如每隔1mm若干梯元件而细线金属元件在宽度上大约为10微米。

选定线宽度及制造过程的缺陷率可用于以统计方式建模或以实验方式确定冗余电极在任何两个桥接元件之间的相同部分中的多个断裂的可能性，且可用于预测良率或基于可接受的良率进行设计选择。

在冗余平行电极之间包含梯连接或桥接件连接还可减小外部电连接与断裂点之间的电阻。考虑除了在电极端处以外缺少梯级或桥接件的实例，其中一对电极中的一者在接近外部电连接处破裂，且用以将破裂的电极激励到断裂的唯一剩余电路径几乎贯通两个冗余电极的整个长度。考虑到电极的窄宽度及相对长的长度，梯元件可通过提供到断裂的比冗余电极对的相对端更接近外部电连接的替代路径而显著减小到断裂的电阻。

在更详细的实例中，细线金属元件合意地在宽度上低于10微米，使得所述线在叠加于显示器上时对用户来说几乎不可见。此外，总线密度合意地低于10％，使得叠加的触摸屏线元件不会导致显示器的亮度的显著减小。举例来说，设计可包括在宽度上为5微米的线，其以显示器的位置敏感触摸屏区中的5％线密度为目标。

类似地，需要管理所述冗余对电极线之间的距离，使得当叠加于显示器上观看时其不看似为单个较大线。如先前所论述，在宽度上大于约10微米(μm)的线对于用户可为可见的，因此在使用在宽度上为5到10μm的电极线时尤其需要将所述线间隔开比电极线宽度大致更远以防止其实际上看似为单个较大线。在一些应用中，还需要保持线相对靠近在一起，使得其实际上在相同位置中以用于确定触摸位置的目的。在一个设计实例中，线之间的距离为固定距离，例如100到200微米，而在另一设计中，线元件之间的距离为细线元件宽度的倍数，例如线宽度的5x到50x、10x或某一其它倍数。

如图3中所显示，由耦合的细线金属元件对形成的冗余路径可提供抵抗触摸屏显示器中的线电极中的开路缺陷的一定程度的稳健性。图4图解说明例如图1中所图解说明的但使用冗余线电极而非单电极线的电极图案。此处，如在401处所显示的X电极各自具有三对冗余电极线，其包含以频繁间隔跨越电极线的桥接件。Y电极阵列沿大致正交于X电极线的方向叠加于X电极上，如402处所显示，从而使得能够在两个维度上确定位置。所述电极可处于一个或两个层中，使得所述层彼此电隔离。

图4还图解说明链接耦合到相同外部电连接的冗余电极对的多种方式。402处所显示的Y1电连接使用宽广金属横条将电信号分布到三个Y1冗余电极线对，使得宽广金属条不像较薄电极线那么可能遭受开路缺陷的影响。单个细线用于将Y1电极对的远端电耦合于403处，但较易受线中的缺陷所致的故障的影响。401处的X1电极群组由形成为例如用于形成电极线的冗余电极对的横条链接。402处所显示的宽广金属横条适合于在横条不处于触摸屏的有源区域中时链接所链接电极对的连接端或远端，但在用于有源触摸屏区域中的情况下可为可见的。因此，可需要例如401处所显示的冗余电极对横条的细金属线结构来链接触摸屏的有源区域中的电极对。

在图4的实例中的404处显示断裂，其图解说明断裂上面的冗余电极及在所述断裂的任一侧的梯级桥接元件如何形成用于提供到所述断裂的两个侧上的电极的冗余电连接的单元。例如图4的电极配置的电极配置可容忍多达每单元一个此种断裂且可由于例如403在每一端处连接三个电极对的横条提供的冗余而在一些位置中容忍每单元多个断裂。

图5图解说明替代电极配置，其包括在沿电极长度的各个点处由桥接元件链接的三个冗余波形线电极的群组。在此实例中，顶部电极线501与中间电极线502之间的桥接元件不与链接中间电极线502和底部电极线503的桥接元件对准，如504及505处所显示。通过将所述桥接元件彼此垂直且水平间隔开，减少了在触摸屏电极阵列叠加于显示器上时形成可见假象的机会。波形电极线图案类似地促成减小触摸屏电极图案的可见度。

例如图4的触摸屏显示器面板等触摸屏显示器面板可用于叠加于例如液晶显示器或OLED显示器等显示器上，如图6A中所显示。触摸屏组合件堆叠601含有(例如)可用于实施例如在图4中所显示的两层触摸屏设计的两个感测层。使用两个塑料膜层602及603(其中其上制造有相应电极604及605)并借助粘合层606、607且任选地借助608经由层压过程将所述两个塑料膜层组装到面板609且可能地还组装到显示器610。在各种实施例中，例如604及605等电极以不同方式来形成，包含导电或金属油墨的喷墨印刷、各种其它金属印刷或光刻过程及其它适合技术。

图6B显示图6A的层压在一起但无粘合层608、使用气隙611替代的层堆叠。

例如图6B中所显示的触摸屏显示器通常用于例如自动出纳机(ATM机)、家用器具、个人数字助理及蜂窝电话以及其它此类装置等多种应用中。一个此种实例性蜂窝式电话及PDA装置图解说明于图7中。此处，蜂窝式电话装置701包含包括装置的最大表面的显著部分的触摸屏显示器702。所述触摸屏的大大小使得所述触摸屏能够呈现各种各样的数据，包含键盘、数字小键盘、程序或应用程序图标及所要的各种其它界面。

用户可通过用单个手指触摸来与装置相互作用(例如)以选择程序来执行或在触摸屏显示器组合件702上所显示的键盘上键入字母，或当观看文档或图像时可使用多个触摸(例如)以放大或缩小。在例如家用器具等其它装置中，显示器可不改变或可仅在装置操作期间稍微改变，且可仅辨识单个触摸。

虽然图4的实例性触摸屏显示器经配置为矩形格栅，但其它配置属于本发明的范围内，例如触摸轮、线性滑动器、具有可重新配置显示器的按钮及其它此类配置。用以提供开路故障弹性的冗余细线金属电极可应用于任一此种配置，且本发明不限于此处所呈现的实例性配置。

许多材料将适合于形成例如本文中所描述的那些触摸屏的触摸屏，且若干种材料可混合于单个组合件内。举例来说，透明氧化铟锡、细线金属、导电聚合物或油墨及其它材料可以各种组合形式用于形成图式中所图解说明的那些触摸屏的触摸屏。在许多实施例中，需要导电材料为透明的，例如氧化铟锡或透明导电聚合物，或如此小以致不显著干扰显示器的可见度，例如在此处所论述的细金属线电极的情况下。

在另一实例中，细线金属导线不仅用于触摸屏电极的导电性增强，且还用于到各个电极的及其之间的电连接。

虽然此处所给出的前述实例中的细线金属导电增强触摸屏显示器元件通常依赖于自电容或互电容来操作，但本发明的其它实施例将使用其它技术，包含其它电容度量、电阻或其它此类感测技术。

这些实例性触摸屏组合件图解说明可如何使用冗余细线金属元件对来绕行一个或一个以上点处的线断裂。虽然本文中已图解说明并描述了具体实施例，但所属领域的技术人员将了解实现相同目的、结构或功能的任一布置可替代所显示的具体实施例。本申请案打算涵盖本文中所描述的本发明实例性实施例的任何改动或变化形式。本发明打算仅受权利要求书及其等效内容的全部范围的限制。

Claims (21)

1.一种触摸屏显示器组合件，其包括：

衬底；及

多个电极，其跨越所述衬底的至少一有源触摸屏区域分布；

其中所述多个电极中的至少一个电极包括在沿所述至少一个电极的多个点处彼此电耦合的一群组冗余电极线。

2.根据权利要求1所述的触摸屏显示器组合件，其进一步包括用以在所述至少一个电极的端之间耦合于所述电极线之间的一个或一个以上桥接元件。

3.根据权利要求1所述的触摸屏显示器组合件，其中所述群组冗余电极线包括具有10微米或小于10微米的线宽度的电极线。

4.根据权利要求1所述的触摸屏显示器组合件，其中所述多个电极在所述有源触摸屏区域中具有10％或小于10％的线密度。

5.根据权利要求1所述的触摸屏显示器组合件，其中所述至少一个电极的所述群组电极线彼此大致平行。

6.根据权利要求5所述的触摸屏显示器组合件，其中所述冗余电极线中的每一者之间的距离介于个别冗余电极线的所述宽度的5倍与50倍之间。

7.一种形成触摸屏显示器组合件的方法，其包括：

形成跨越衬底的至少一有源触摸屏区域分布的多个触摸屏电极；

其中所述多个触摸屏电极中的至少一个电极包括电耦合到外部电路连接的一群组冗余电极线，所述冗余电极线进一步在远离所述外部电路连接处彼此耦合。

8.根据权利要求7所述的形成触摸屏显示器组合件的方法，其进一步包括将所述触摸屏衬底叠加于显示器上。

9.根据权利要求7所述的形成触摸屏显示器组合件的方法，其进一步包括使用定位于所述至少一个电极的端之间的桥接元件来耦合所述群组冗余电极线中的电极线。

10.根据权利要求7所述的形成触摸屏显示器组合件的方法，其中至少一个电极包括具有10微米或小于10微米的线宽度的电极线。

11.根据权利要求7所述的形成触摸屏显示器组合件的方法，其中多个触摸屏元件在所述有源触摸屏区域中具有10％或小于10％的线密度。

12.根据权利要求7所述的形成触摸屏显示器组合件的方法，其中所述至少一个电极的所述电极线彼此大致平行。

13.根据权利要求12所述的形成触摸屏显示器组合件的方法，其中所述至少一个电极的电极线之间的距离介于个别电极线的所述宽度的5倍与50倍之间。

14.根据权利要求7所述的形成触摸屏显示器组合件的方法，其中形成多个触摸屏电极包括在所述衬底上印刷所述电极。

15.一种电子装置，其包括：

显示器；及

触摸屏，其包括跨越叠加于所述显示器上的衬底的至少一有源触摸屏区域分布的多个触摸屏电极；

其中所述多个触摸屏电极中的至少一个电极包括电耦合到外部电路连接的一群组冗余电极线，所述冗余电极线进一步在远离所述外部电路连接处彼此耦合。

16.根据权利要求15所述的电子装置，其进一步包括在所述至少一个电极的端之间耦合所述冗余电极线的一个或一个以上桥接元件。

17.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述多个触摸屏电极包括具有10微米或小于10微米的线宽度的元件。

18.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述多个触摸屏电极在所述有源触摸屏区域中具有10％或小于10％的线密度。

19.根据权利要求15所述的电子装置，其中所述至少一个电极的所述冗余电极线彼此大致平行。

20.根据权利要求19所述的电子装置，其中所述冗余电极线之间的距离介于个别冗余电极线的所述宽度的5倍与50倍之间。

21.一种形成电子装置的方法，其包括：

形成显示器；及

形成叠加于所述显示器上的触摸屏，所述触摸屏包括跨越叠加于所述显示器上的衬底的至少一有源触摸屏区域分布的多个触摸屏电极；

其中所述多个触摸屏电极中的至少一个电极包括一群组的3个或少于3个冗余电极线，所述冗余电极线电耦合到外部电路连接且进一步在远离其外部电路连接处彼此耦合。

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