CN102687103B - 具有触摸传感器的电光显示器 - Google Patents

Abstract

一种电光显示器，顺序地包括：透光导电层；固态电光材料层；和具有多个像素电极的背板(162)，该背板的周边部分向外延伸出所述固态电光材料层并具有多个辐射生成部件(166)和多个辐射检测部件(168)，所述多个辐射生成装置和所述多个辐射检测装置被一起布置作为触摸屏。

Description

具有触摸传感器的电光显示器

本申请涉及：

(a)美国专利No.6,473,072和No.6,738,050;

(b)美国专利No.7,030,854,No.7,312,784和No.7,705.824;

(c)美国专利No.6,392,786;

(d)美国专利No.7,110,164;和

(e)美国专利No.6,473,072和No.6,738,050

技术领域

本申请涉及提供有触摸传感器和/或触觉反馈的电光显示器。本发明主要涉及使用以下定义的固态电光媒质的电光显示器。

背景技术

在美国专利第7,012,600号中详细论述了关于电光显示器的背景术语和技术状况，读者可参照该美国专利获得进一步信息。因此，以下对术语和技术状态作简要概述。

作为用于材料或显示器的术语“电光”在此处使用其在成像技术领域中的常规含义，指的是具有第一和第二显示状态的材料，该第一和第二显示状态的至少一种光学性质不同，通过向该材料施加电场使该材料从第一显示状态转变到第二显示状态。尽管该光学性质一般为人眼可察觉到的颜色，但其可以为其他光学性质，例如光的传输、反射、荧光或在为机器读取而设置的显示器的情况下的伪色，该伪色为在可见范围外的电磁波长的反射系数上的变化的意义下的伪色。

此处使用的术语“双稳的”和“双稳定性”取其在本领域中的常规含义，指的是包括具有第一和第二显示状态的显示元件的显示器，所述第一和第二显示状态至少有一种光学性质不同，从而在利用具有有限持续时间的寻址脉冲驱动任何给定元件以呈现其第一或第二显示状态之后，在该寻址脉冲终止后，该状态将持续至少几倍于（例如至少4倍于）改变该显示元件的状态所需的寻址脉冲的最小持续时间的时间。

一些电光材料为固态的意义是这些材料具有固态外表面，尽管所述材料可能（通常具有）具有内部液体或者是气体填充的空间。这种采用固态电光材料的显示器在下文中为了方便，称作“固态电光显示器”。这样，术语“固态电光显示器”包括旋转双色部件显示器、封装的电泳显示器、微单元电泳显示器和封装的液晶显示器。

已知几种类型的电光显示器，例如：

(a)旋转双色部件显示器(参见例如美国专利No.5,808,783;5,777,782;5,760,761;6,054,0716,055,091;6,097,531;6,128,124;6,137,467和6,147,791)；

(b)电致变色显示器(参见例如O'Regan,B.等人,Nature1991,353,737;Wood,D.,InformationDisplay,18(3),24(2002年3月);Bach,U.等人,Adv.Mater.,2002,14(11),845;和美国专利No.6,301,038;6,870.657和6,950,220)；

(c)电湿润显示器(参见Hayes,R.A.等人的"Video-SpeedElectronicPaperBasedonElectrowetting",Nature,425,383-385(2003年9月25日)和美国专利公开No.2005/0151709);

(d)基于粒子的电泳显示器，其中多个带电粒子在电场的影响下移动经过流体（参见美国专利No.5,930,026；5,961,804；6,017,584；6,067,185；6,118,426；6,120,588；6,120,839；6,124,851；6,130,773和6,130,774；美国专利申请公开No.2002/0060321；2002/0090980；2003/0011560；2003/0102858；2003/0151702；2003/0222315；2004/0014265；2004/0075634；2004/0094422；2004/0105036；2005/0062714和2005/0270261；以及国际专利申请公开No.WO00/38000；WO00/36560；WO00/67110和WO01/07961；以及欧洲专利No.1,099,207B1和1,145,072B1；以及在前述美国专利No.7,012,600中论述的其它MIT和EInk的专利和申请）。

存在电泳介质的几种不同的形式。电泳介质可以使用液态或者气态流体；对于气态流体例如参见Kitamura,T.等人于2001年在IDWJapan,PaperHCS1-1中发表的题为“Electricaltonermovementforelectronicpaper-likedisplay”以及Yamaguchi等人于2001年在IDWJapan,PaperAMD4-4）中发表的题为“Tonerdisplayusinginsulativeparticleschargedtriboelectrically”；美国专利公开No.2005/0001810；欧洲专利申请1,462,847；1,482,354；1,484,635；1,500,971；1,505,194；1,536,271；1,542,067；1,577,702；1,577,703和1,598,694；以及国际申请WO2004/090626；WO2004/079442和WO2004/001498。媒质可以为封装的，包含大量的小囊，每一个小囊本身包含内相以及环绕内相的囊壁，该内相包含悬浮在流体悬浮媒质中的电泳移动粒子。典型的形式是，这些囊本身被保持在聚合物粘合剂内以形成位于两个电极之间的粘附层（coherentlayer）；参见上述的MIT和EInk专利和申请。另一种形式是，在封装的电泳媒质中围绕离散的微囊的壁可以由连续相代替，因而产生所谓的聚合物分散的电泳显示器，其中电泳媒质包含电泳流体的多个离散的微滴以及聚合物材料的连续相；参见例如美国专利No.6,866,760。为了本申请的目的，将这样的聚合物分散的电泳媒质看作是封装的电泳媒质的子类。还有另一种形式是，所谓的“微单元电泳显示器”，其中带电粒子和流体被保留在形成在载体媒质内的多个腔内，该载体媒质通常是聚合物膜；参见例如美国专利No.6,672,921和6,788,449。

封装的电泳显示器通常不遭受传统电泳设备的聚集和沉淀的失效模式的影响并且具有另外的优点，例如可以在各种不同柔性和刚性基底上印刷或者涂覆该显示器（使用“印刷”一词旨在包括印刷和涂覆的所有形式，包括但并不局限于：预调式涂覆，例如小块模具型涂覆（patchdiecoating），狭缝式或挤压式涂覆，坡流式或阶式涂覆，屏幕式涂覆；压辊涂覆，例如辊式刮刀涂覆、前向和反向辊涂覆；凹版印刷涂覆；浸渍涂覆；喷涂；弯液面涂覆；旋涂；刷涂；气刀涂覆；丝网印刷工艺；静电印刷工艺；热印刷工艺；喷墨印刷工艺以及其它类似的技术）因此，得到的显示器可以为柔性。另外，由于显示器媒质可以是印刷的（使用各种方法），显示器本身能够比较低廉地被制造。

尽管电泳媒质通常是不透明的（例如，由于在许多电泳媒质中，粒子基本上阻挡可见光通过显示器的透射）并且工作在反射模式下，但是可以使许多电泳显示器工作在所谓的“快门模式”下，在该模式下一种显示状态是基本上不透明的而一种显示状态是光透射的。参见例如前述的美国专利No.6,130,774和6,172,798，以及美国专利No.5,872,552；6,144,361；6,271,823；6,225,971；和6,184,856。与电泳显示器类似但是依赖于电场强度变化的介电泳显示器可以工作在类似的模式下；参见美国专利No.4,418,346。

在本发明中还可以使用其他类型的电泳媒质。

美国专利No.6,982,178描述了一种组装固态电光显示器（包括封装的电泳显示器）的方法，该方法能较好地适用于大量生产。该专利实质上描述了所谓的“前平面叠层（frontpanellaminate）”（FPL），该“前平面叠层”顺序地包括透光导电层；与该导电层电接触的固态电光媒质层；粘附层；和释放板。典型地，透光导电层由透光基板所承载，该基板优选地为柔性的，这种柔性的含义是该基板能够被手动地卷绕在（比方说）一直径为10英寸（254毫米）的圆筒上而不会出现永久变形。本专利及此处所使用的术语“透光”表示所指定的层能够使足够的光透过，以使穿过该层进行观看的观察者能够观察到电光媒质在显示状态上的变化，而通常这种变化是通过导电层和相邻的基板（如果有的话）所观看到的。如果电光媒质显示出折射率在非可见波长上的变化，术语“透光”当然应理解为指的是相关的非可见波长的透射。一般地，基板为聚合物膜，并且通常其厚度在约1至约25密尔（25至634μm）范围内，优选地约2至约10密尔（51至254μm）。导电层可以方便地选择诸如铝或ITO的薄的金属或金属氧化物层，或者可以为导电聚合物。涂布有铝或ITO的聚对苯二甲酸乙二酯（PET）膜是可商业购得的，例如来自特拉华州威尔明顿的杜邦公司（E.I.duPontdeNemours&Company，WilmingtonDE）的“铝化Mylar”(″Mylar"为注册商标)，在前平面叠层中可以使用这种商业材料并具有良好的效果。

采用这样的前平面叠层可以通过下述步骤实现电光显示器的组装：从该前平面叠层上移开释放板，并且在足以引起粘附层粘附到背板的有效条件下使该粘附层和背板相接触，由此将粘附层、电光媒质层和导电层固定到背板上。由于该前平面叠层可以大量生产，一般采用卷对卷涂布技术并随后切成与特定背板一起使用所需的任意尺寸的片，所以该工艺较好地适用于大量生产。

在电光显示器中提供触摸屏是已知的（参见前述的专利和专利申请）。显示器的很多应用受益于触摸的灵敏度。大多数情况下，数量有限的固定区域内的触摸灵敏度可用于用户界面的元件。可替代地，诸如绘图、划线突出的应用或者复杂可变的用户界面受益于全触摸屏。触摸传感能力还提供了形成电子纸类显示器的可能性，这类显示器不仅模仿常见纸件的阅读功能，还模仿书写功能。能在短暂时间间隔下检测出显示屏上手指或触针位置的能力使显示器能利用这些位置信息实现对菜单项目的选择或捕获诸如“数字墨水”的手写字迹。

尽管触摸传感严格上说不属于显示器的功能，但由于其必需和显示器置于一起（设置在显示器表面上或下），触摸传感器一般被看作是显示器的一部分。然而令人失望的是，大多数触摸屏技术不适用于使用电泳显示器的便携式产品。虽然这些触摸屏价格便宜、结构紧凑且用电量足够低以满足这种显示器的要求，但其中的大部分需要在显示器媒质顶部上堆叠多个层和/或界面。由于电泳显示器为反光性的，置于电光层和用户之间的每一个额外的层和界面都会降低其光学性能。大多数类型的触摸屏还会给显示器叠层增加过多的厚度，因此需要额外的多个处理步骤来形成整个显示器面板。

电感式触摸屏可置于背板层的后面（即背板的与用户和电光介质相对的另一侧），因此不会影响光学性能。而且，这种电感式触摸屏的厚度极薄，但它们价格昂贵且需要使用特殊的触针。

表面电容式触摸屏是与电光显示器一起使用的理想选择。这种触摸屏一般层压在或置于最终完成的显示器的前面。如附图的图1A所示，这种触摸屏的典型形式是具有基板1，该基板典型地由厚度在大约50至250μm的聚（对苯二甲酸乙二醇）（PET）形成。一个透光导电层2形成在基板1的表面上。该透光导电层2可由氧化铟锡(ITO)或例如PEDOT、碳纳米管的任何其他透光电导体或其他无机导体形成。实际上，在透光导电层2的电阻不是过低的情况下（优选范围是大约1至5千欧姆/方块，这可以通过ITO或不同聚合物导体实现），该触摸屏能更好地运行。形成低方块电阻材料3（一般为丝网印刷银墨），并将其图案化以与导电层2接触。如下面讨论，材料3的不同部分用于实现不同功能。

如图1B所示意，材料3包括拐角电极4，该电极4能与层2的拐角实现良好的电接触并且通过连接点6与触摸屏控制器（未示出）电接触。拐角电极4是控制器用以输入测试信号并感应电容变化的主要位置，从而检测出屏幕上的触摸。材料3还提供线性图案5，其选择性地使所述片导体的边缘的区域短路，并使电场分布比其他方式更线性地展开在屏幕上。如果没有该图案5，电场会形成严重的针垫失真且很难实现令人满意的触摸传感器。如已说明过的，连接点6用以形成从触摸屏到控制器的连接；通常，这些连接点的形式为小且柔性的电路出线端（tail）ACF或粘接到连接点6的导电粘合剂。最后，材料3构成在小的表面电容式屏幕中所需的邻近度传感电极7，用以感测用户何时靠近触摸屏。该邻近度传感电极7可以是如图1B所示的环绕屏幕的电极环，或构成为层压至屏幕的周边部分的单独的层（例如模切环形式的铝化聚合物膜），以减少触摸传感器元件在显示器边缘处的覆盖范围（footprint）。

发明内容

一方面，本发明提供多种把电容性接触传感器结合到前平面叠层中的方法，以生产用于组装到显示器中的单独的膜。与液晶显示器相比，电泳和其他双稳电光媒质与触摸屏的结合更加紧密，因为电光媒质的双稳性潜在允许显示器内的各种电极结构在驱动显示器和传感用户输入之间的多路复用。但这在液晶显示器中是不可能的；因为这种显示器需要被连续地驱动，从而没有机会使用用于触摸传感的显示结构。

本发明的另一方面提供一种具有邻近度传感装置的显示器，该邻近度传感装置可检测用户何时靠近显示器，或更具体地，何时靠近显示器的屏幕。

本发明的第三方面涉及把电阻式触摸传感器结合到电光显示器中。

本发明的第四方面涉及把显示器和按键输入装置结合到电光显示器中。

更具体地，一方面，本发明提供一种电光显示器，顺序地包括：

透光导电层，其周边部分具有电导率比该透光导电层的电导率更高的多个导电元件；

固态电光层；和

具有多个像素电极的背板，

所述电光显示器还包括用于控制所述多个导电元件的电势的装置，使得所述多个导电元件和所述透光导电层能用作触摸屏。

另一方面，本发明提供一种制造的物品（前平面叠层），顺序地包括：

透光导电层，其周边部分具有电导率比该透光导电层的电导率更高的多个导电元件；

固态电光材料层；

层压粘附层；和

释放板。

另一方面，本发明提供一种电光显示器，顺序地包括：

透光导电层，其周边部分具有电导率比该透光导电层的电导率更高的多个导电元件；

透光电绝缘层；

透光导电层；和

具有多个像素电极的背板，

所述电光显示器还包括用于控制所述多个导电元件的电势的装置，使得所述多个导电元件和所述透光导电层能用作触摸屏。

另一方面，本发明提供一种制造的物品（前平面叠层），顺序地包括：

透光导电层，其周边部分具有电导率比该透光导电层的电导率更高的多个导电元件；

透光电绝缘层；

透光导电层；

固态电光材料层；和

层压粘附层；和

释放板。

另一方面，本发明提供一种电光显示器，顺序地包括：

透光导电层，

固态电光材料层；

具有多个像素电极的背板；和

彼此间隔但能朝彼此变形的第一和第二导电层，该第一和第二导电层形成触摸屏。

另一方面，本发明提供一种电光显示器，顺序地包括：

透光导电层；

固态电光材料层；和

具有多个像素电极的背板，该背板的周边部分向外延伸出所述固态电光材料层，该背板的周边部分具有多个辐射生成部件和多个辐射检测部件，所述多个辐射生成装置和所述多个辐射检测装置被一起布置作为触摸屏。

附图说明

如已提到，图1A为现有技术的触摸屏的截面示意图；

图1B为图1A所示触摸屏的示意性顶视图。

图2为本发明第一电光显示器的截面示意图，其中该第一电光显示器具有结合到显示器前电极中的触摸屏；

图3为图2所示第一电光显示器的一种改进形式的截面示意图；

图4为本发明第二电光显示器的截面示意图，其中该第二电光显示器具有与显示器前电极隔开的前触摸屏；

图5为图4所示第二电光显示器的一种改进形式的截面示意图；

图6和图7是两个不同的具有前电阻触摸屏的本发明的电光显示器的截面示意图；

图8是本发明的具有开关阵列的显示器的分解图，其中所述开关通过显示器在压力下的物理变形来操作；

图9示出了图8的显示器在运行一移动电话程序时的外观；

图10示出了在本发明的非矩形显示器中的总线的布局；

图11和图12示出了在配置有容纳各种显示器部件的开孔的本发明的显示器中的总线的布局；

图13示出了本发明的显示器在运行程序时的外观，在该程序中大的按钮延伸到显示器的多个像素上。

图14为配置有背部电阻式触摸屏的本发明的显示器的截面示意图；

图15为采用光学触摸屏的现有技术的显示器的分解图；

图16为与图15相似的本发明的光学触摸屏的分解图。

具体实施方式

如以上说明，本发明的一个方面是提供把电容性触摸传感器结合到前平面叠层中的多种方法，从而形成一种用于组装到显示器中的单独的膜。

如图2所示意，用来实现这种结合的最简单方法是形成单独的导电层21，其同时用作触摸屏的导电层和显示器的顶部电极。图2的结构中，同时用作触摸屏的基板和显示器的前基板的前基板22面向观察者24。低方块电阻材料23（与图1A和图1B中的材料3相似）靠近电光层（图中示意为微封装的电泳层25），其中在背板27上设置有像素电极26（尽管图2中未示出，但通常在电光层25和像素电极26之间会有一层压粘附层，在电光层25和导电层21之间有第二层压粘附层）。背板可以是直接驱动的或有源矩阵类型，并且可以为刚性或柔性。通过用导电粘附剂（图示中的28)的边缘连接来实现至导电层21和材料23的连接，然而，应该注意到图2示意的装置需要5个独立的连接（一个连接至前电极，四个连接至触摸传感器）来替代现有显示器中通常连接到前电极所需的独立连接（如以上参照图1A和图1B所描述）。

可以对前述美国专利No.6,982,178中描述的使用前平面叠层制造电泳显示器的方法仅做些许改进，来制造图2中示意的显示器。如前面描述，现有的FPL方法包括在（商业购得的）ITO/PET膜的ITO表面上涂布电泳媒质。单独地，把层压粘附剂涂布至释放板上，并且将得到的子组件层压至电泳媒质，其中层压粘附剂与电泳媒质相接触，用以形成最终的FPL。移去释放板，并且将剩余层层压至承载像素电极的背板，到此完成了一个显示器。为了制造图2示意的显示器，可以采用与此非常类似的方法，区别在于在把电泳媒质涂布到ITO/PET膜的ITO表面上之前，要把低方块电阻材料23印刷至该ITO表面上。本发明涉及这种改进的前平面叠层。

可替代地，可使用美国专利申请公开No.2007/0109219中描述的倒置的前平面叠层和/或美国专利No.7,561,324中描述的双释放膜来制造图2所示的显示器。适当时刻的双释放膜主要包括夹在两个层压粘附层之间的电光层，其中所述层压粘附层的远离于电光层的至少一个（优选是两个）表面被释放板覆盖。为了用这种双释放膜制造图2所示的显示器，首先对ITO/PET膜（或与之相类似的膜）进行改进，使其上具有低方块电阻材料23。接下来，剥去双释放膜的两个释放板中的一个，将随之暴露的层压粘附剂的表面层压（一般在热和压力条件下）至低方块电阻材料23和导电层21，从而形成倒置的前平面叠层。然后，从如此形成的子组件上剥去剩余的一个释放板，并将随之暴露的层压粘附剂的表面层压（一般在热和压力条件下）至背板27上的像素电极26，从而制造出最终显示器。该第二次层压还可形成连接28。尽管刚才描述的顺序通常对于大批量生产最方便，但如果需要，这两次层压的顺序可以颠倒。

通过这种方式使用双释放膜能降低在将电泳媒质涂布到异质表面（通过把低方块电阻材料23印刷在ITO/PET膜的ITO表面上形成该异质表面）时的难度和/或不方便，因为在异质表面上层压粘附层一般比在其上涂布电泳层更容易。另外，双释放膜/倒置的前平面叠层方法提供了在前电极21和背板27之间实现电连接的替代方式。如果可以围绕有效显示区域的整个边缘形成电阻足够低的导电路径，可替代地，触摸传感器可作为像素电极层10的一部分形成在背板内。

图3示意了与图2的显示器很相似的本发明的触摸屏显示器，但图3的显示器包括滤色片阵列29。该滤色片阵列形成在前基板21上，然后在其上涂布透明（clear）的导电层22。如图2所示的显示器中，在其制作方法中唯一增加的步骤是把低方块电阻材料23印刷到导电层22上。可以理解，图3所示的显示器可采用与参照图2描述的双释放膜/倒置的前平面叠层极其相似的方法来制造。

图3还示意了一种实现至低方块电阻材料23和至导电层22的电连接的可替代方法。替代图2所示的边缘连接，图3的显示器采用的是粘结或接附至触摸屏导电焊盘6（见图1B）的柔性电路出线端30。该柔性电路出线端30独立于背板地连接至触摸屏控制器（尽管如此，其也可以替代性地端接在背板本身上，进而通过背板连接至所述控制器）。因此，电路出线端30消除了需要在显示器的前基板和背板之间的单独连接，潜在地简化了显示器的结构。

图2和图3所示的显示器均给显示器增加了触摸屏的功能，而产生的额外成本却非常低且对光学性能或厚度没有任何影响。但是，增加了显示器的作用区域和物理边缘之间的周边区的尺寸。在这两个显示器中，传感和显示驱动阶段在时间上是区分开的。在显示驱动期间，共用的驱动电路具有优先级且很可能通过触摸屏组件连接至前电极。当显示驱动完成时，共用的驱动电路被停用或断开连接，且触摸屏控制器连接至显示器。在使用模拟或三极管开关时，需要某些规则以在它们没有被激活时把电路的两个部分隔离开。

在例如图2和图3所示意的显示器中，同一前电极同时用作驱动和传感电极，一个潜在的问题是，在触摸传感阶段运行时，顶电极上的传感信号会给电光层造成扰动。一般地，拐角处的传感信号电平在2-3V的范围内，这足以因部分驱动或图像稳定性的更细微的衰减而在电泳电光层中引发问题。有很多途径可以最小化或消除这个问题。

传感信号的频率一般在10kHz量级的范围，因此，该频率已足够高到不会对许多电光媒质造成影响。让传感信号的中心位于0V附近也是有益的，这样就形成了DC平衡。这还可以通过改变触摸传感器控制器的输出级、解除参照控制器接地、或通过AC耦合穿过控制器与面板电极间较大电容的信号来实现。

另一种方法是让像素电极在传感阶段期间漂浮（即不施加任何驱动电压）。在有源矩阵显示器中，这可以通过在传感阶段期间仅保持一排（rail）栅极驱动器处于开启来实现，从而使晶体管保持未导通且让像素独立漂浮，并限制了电光层所经历的电场。可替代地，可以用传感波形驱动阵列的源极线（或直接驱动情况下的显示器中的驱动线），其中栅极驱动器全部开启，但这种方法在实现起来会造成很多实际困难。

如果因显示驱动和触摸传感之间的电干扰造成的困难过大，或者如果需要使显示驱动和触摸传感同时存在或相互重叠以实现快速响应（例如在绘画操作时或在输入文字的快速拼写期间伴随的显示器的快速更新），可使用其他方式将触摸传感器结合到电光显示器中。

图4示出了这样一种结合方式，其中触摸屏的组件置于前基板的与电光层相对的侧上，从而使触摸屏的导电片22与显示器的前电极相分离。这样可以让触摸屏导电片采用比期望用于显示器前电极的材料具有更高方块电阻的材料，从而该触摸屏导电片可由便宜的、高透光的材料制成，例如非常薄的ITO或导电聚合物。一些情况下，可以在涂布电光媒质之前，以滚压方式将这种导电聚合物低成本地涂布（如以上讨论的在制备前平面叠层时使用的）到ITO/PET膜的未涂布ITO的表面上，而不会明显降低膜的透光性。在将以此方式制备的前平面叠层切成具体显示器尺寸的块后，可涂布用于触摸屏的层23。

图4示意了通过柔性电路出线端30形成的至触摸屏的连接，其中柔性电路出线端30连接至触摸屏和前电极二者，从而消除了需要在前电极和背板之间的单独连接。可替代地，可以使用带孔的多层丝网印刷技术提供触摸屏和背板之间的连接。

图4还示意了通过透光粘附剂（未示出）被层压到前基板的顶部上的保护片31。该保护片31被设计用来给显示器提供拟定用途所需的机械耐用性，并且可结合紫外阻挡材料和漫反射硬涂层给显示器提供美观且耐用的前表面。在图4的显示器中，保护片31还用来封装和保护触摸屏幕层。

图4所示的显示器可采用之前关于图2的显示器所描述的改进的前平面叠层或者改进的双释放膜/倒置的前平面叠层方法极其相似的方法来制造。为了制造图2的显示器，可改进用以制造前平面叠层的基板或者改进被双释放膜涂布于其上的基板以在所述基板上提供前导电层22和低方块电阻材料23。此时，还可将保护片31接附至所述基板上，但一般来说，在制造方法的较后阶段进行接附更方便。

图4所示结构的一种替代方案是在前基板21的一侧使用具有中间绝缘层的多层导电涂层；在这种多层导电涂层中，接近显示器观看面的导电层可用作触摸屏的一部分，同时接近电光媒质的导电层用作显示器的前电极。即使夹在这两个导电层之间的薄的绝缘层会阻挡直流输电，但它至少在一定范围内将显示驱动和触摸传感电信号相互隔离开。

最后，图5示意了图4的显示器的一种变型，其中触摸屏幕层23置于保护片31的内表面。这种显示器一般有益于前电极地通过边缘连接部28连接至背板，同时使触摸屏的连接经过柔性出线端30。注意到，可以通过仅仅改进显示器中使用的保护片来制造图5的显示器，从而可在需要时提供一种用以对现有设计中的具有触摸传感器的电光显示器进行改型的相对简单的途径。

已提到，本发明的第二方面涉及一种具有邻近度传感装置的显示器，其中该邻近度传感装置能探测出用户何时接近显示器，或者更具体地，何时接近显示器的屏幕。当一个表面电容式触摸传感器用于小到中等格式显示时，一般需要邻近度传感器来确定用户何时靠近显示屏并提供常见的模式信号以帮助过滤来自构成触摸屏一部分的四个拐角传感器（如以上参照图1B所描述）的信号。另外，在一个电池驱动的显示器采用双稳电光媒质的情况下，为了延长电池寿命，期望在用户没有与显示器进行互动和显示器没有被重新写入时切断大部分显示器部件的供电。因此，对接近的用户进行检测的方法是一种很有用的输入。

在以上讨论图1A和1B所示的显示器时已指出，邻近度传感电极是大部分表面电容式触摸屏的标准特征。本发明的这第二方面涉及把邻近度传感作为电光显示器背板的一部分来提供或利用现有背板的特点来提供该能力的方法，连同在采用双稳电光媒质的便携式显示系统中使用邻近度传感的方式。利用背板的特点来提供邻近度传感，并结合提供在显示器的前平面上的触摸屏，可以使触摸屏的边界尺寸更小，并且潜在降低了结构成本（此处使用的显示器的术语“前平面”取其在本领域的常规含义，指的是电光层和显示器的在电光层与观看面之间的所有层）。

许多电光显示器包括边界或周边电极，即围绕显示器的作用区域设置的直接驱动的电极，且厚度通常为1至3mm。该边界电极用作确保显示器的整个边缘处于相同光学状态的单个像素。如果没有这样的边界电极，在显示器周边部分延伸的地址线会电容性地切换它们之上的电光材料，产生分散注意力的视觉效果。边界电极还在相对壳体的挡板放置显示屏时提供了一些裕度。

在采用双稳电光媒质的显示器中，可由分时多工将边界电极用以寻址上面的电光媒质的周边部分并且将边界电极用作邻近度传感装置。可使用模拟的或场效应晶体管作为开关，使用于这两种功能的电路相互隔离，或者可以设计相应的电路使得它们不相互干扰。

可替代地，可在背板上提供用于邻近度传感器的专用电极。尽管这种专用电极可能会增加背板周边处的光学不活动区，但包括这样的专用电极会比较便宜，因为在商业化的背板上已有多种图案化的导电层。

前述的方案以将触摸屏建入显示器的前平面为假设。如果仅期望有邻近度传感而没有触摸屏的能力，显示器的前电极可以在驱动显示器和传感接近之间被分时多工。以上图1B及其相关描述已描述了提供邻近度传感和触摸屏能力的方式，但如果仅仅期望邻近度传感，除已固有存在于显示器中的特征外，不再需要任何额外的物理特征；换言之，在电光媒质没有被驱动时，显示器控制器上的额外电路可为任何电光显示器提供邻近度传感能力。

除了把这种传感使用在非双稳显示器中外，邻近度传感已应用到双稳显示器中。我们期望在显示器上的图像静止和还有其他装置活动时，电池驱动的便携式双稳显示装置切断至大部分内部系统的供电（即进入深睡眠模式）。然而，在从深睡眠模式中活跃起来，尤其在供电启动显示器控制器且需要为偏压电源充电时，常常会产生与此相关的明显的延迟时间。利用以上任一项技术，装置可通过使用邻近度传感来检测用户的靠近并且启动期望用户能尽快与该装置交互的活跃过程。另一种用途可以是刷新长时间停留在屏幕上的图像，并随着用户的接近，图像略有消失。

这种传感器还可构成用于装置的用户界面的一位输入装置；例如可以提示“点击屏幕以接受”，或者在电子书阅读者点击屏幕时使页码前进。许多显示装置设计提供两个分开的至常用前电极的连接，并且使用适当的控制电路可将这两个分开的连接用作初步差动的邻近度传感器。例如，使用这样的传感器时，能通过点击屏幕的一侧来使页码前进，点击屏幕的另一侧使页码后退。

如已说明，本发明的第三方面涉及把电阻式触摸传感器结合到电光显示器中。在常规的电阻式触摸传感器中，两个连续的导电膜被空气间隙分隔开；介于导电膜之间的空间由设置在它们之间的机械垫片（mechanicalspacer）保持。一个膜（一般称作“底部膜”）置于刚性支撑件上，而另一个（“顶部”）膜位于可变形的基板上。通过沿着底部膜边缘的电极将电压施加至底部膜，从而形成跨过该膜的梯度电压。当顶部膜因施加的压力产生物理变形时，其变成与底部膜相接触，从而在这两层之间形成电路。通过置于顶部膜边缘的电极来检测顶部膜上的电压，可在x和y方向上确定所述接触的位置。对电极布局更精心的设计能提高感测的精确度，尤其是对于较大的面板。一些情况下，甚至可以测量接触力，该接触力在一定程度上会影响到膜之间接触面积的大小。

与其他具有竞争力的技术相比，电阻式触摸屏具有多个主要优点，包括低成本、鲁棒性和对于任何类型的机械式触摸的灵敏度（一些其他触摸传感器仅仅响应于特定的触针或人的手指）。然而，它的一个主要缺点是在显示器的亮度和对比度上的损失，因为存在于反射式显示器中的电阻式触摸传感器要求从电光媒质反射的光两次穿过两个额外的膜。它的其他缺点是因电阻式触摸系统而导致的厚度和重量上的增加，因为在电阻式触摸系统中刚性支撑件必须足够刚硬，才不会在把压力施加到前膜时产生偏转。这在液晶显示器中尤其重要，因为液晶显示器的光学性能明显受压力影响。

已发现，在电光显示器中，可以用薄且很可能为柔性的聚合物膜替代现有电阻式触摸传感器的刚性支撑件，其中操作该触摸传感器所需的刚度由位于该薄的聚合物膜下面的刚性显示器背板提供。

附图的图6示意了具有这种电阻式触摸传感器的本发明的电光显示器的截面示意图。该显示器（按从背板到观看面的的顺序）包括：刚性基板40、薄膜晶体管有源矩阵背板42、固态电光媒质层44（所示为封装的电泳媒质）、前电极46、透明基板48、用作电阻式触摸传感器的底部膜的透明导电层50、由垫片54限定的空气间隙52、用作电阻式触摸传感器的顶部膜的透明导电层56，以及光学透明的柔性基板或保护层58，用以防止电阻式触摸传感器和电光媒质受到机械损伤。

附图的图7示意了具有电阻式触摸传感器的另一个电光显示器。该图7的显示器可以看作是图6所示显示器的变型，其中图6所示的单个透明基板48被两个通过薄且光学透明的粘附层60而相互粘附的这样的基板48A和48B所替代。从图7中可以看出，基板48A和48B中的每一个仅承载了一个透明导电层，这样就避免了在单个板的两侧提供透明导电层的需要。

图6和图7中所示的显示器可较容易地采用前面关于美国专利No.6,982,178描述的前平面叠层的改进形式来制造，其中把前平面叠层的前基板改进为包括位于前基板的与释放板相对的另一侧上的第二透光导电层。为了制造图7的电光显示器，可以将两个分离的基板粘附性地固定在一起，其中每个基板配置一个透光导电层，从而制造出上述改进的前平面叠层。可选地，第二透光导电层可通过丝网印刷或其他工艺被图案化以提供其最终用作电阻式触摸传感器的底部膜所需的特征。该导电层还可配置机械垫片的阵列，用以形成最终显示器中的垫片45。

图6和图7中示出的显示器还可被改进为使用具有一定柔性的背板，这种背板可以较大的曲率半径被弯曲，但同时也能在机械变形时提供足够的电阻以保证电阻式触摸传感器的正常工作。这种背板可建立在例如美国专利No.6,825,068和美国专利公开No.2004/0180476中描述的薄金属箔的基础上。

由本发明以上这方面提供的具有电阻式触摸传感器的显示器在成本上很有优势，因为它们省去了在将常规电阻式触摸传感器结合到电光显示器时所需的一个或多个部件和制造步骤，并且该显示器的优势还在于改善的光学性能，因为去掉了常规电阻式触摸传感器的一个或多个层，会使显示器的光学透明度得到改善并减少了其雾霾（haze），从而改善了显示器的暗色状态。最后，本发明中的显示器通过免除传统的厚重底部基板的方式减少了显示器的厚度和重量。

如已提到，本发明的第四方面涉及把显示器和键盘输入装置结合到电光显示器中。长期以来，人们一直意识到，传统用于台式电脑和笔记本电脑的专用且永久标记的键盘因其尺寸、重量和永久标记的因素不利于用在小型便携式电子设备中。因此，现在商业上有许多电子设备把基于键盘的输入功能结合到显示器中。例如，苹果的iPhone（注册商标）去掉了传统的键盘，而是用装配有电阻式触摸屏的液晶显示器取代。电话号码，短信和其他数据通过接触图像的划定部分的区域来输入，并用软件加以翻译。

与传统键盘相比，这种“软”键盘或“虚拟”键盘的独特优点在于可通过软件轻而易举地改变虚拟按键的指示内容（indicia）和/或位置，这样就能根据诸如本地语言（不同字符组）、用户的视觉效果（大字体）或被使用的用途（例如用于文本输入的字母、用于拨号的数字，以及例如在音频或视频程序模仿传统专用的音频或视频设备上使用的字形时的用于特定程序的特殊字形组）的因素来变换不同按键的功能。另外，由于在传统移动电话和类似的便携式电子设备中，显示器和键盘分别占据了设备的大约一半的可使用表面积，但用虚拟键盘取代专用键区能使一个的显示尺寸大体翻倍，而不用增加设备的总体尺寸。

然而，许多用户却抱怨这种虚拟键盘缺少触觉反馈。在用户完成另一项任务（例如驾车）的同时尝试拨打电话号码时，显示器的平坦表面无法提供除视觉外的关于按键的位置或任何触觉或听觉反馈以指示何时已按下按键的其他任何线索。这样就很难在一个无特点的触摸屏上快速且准确地拨打电话号码，类似的困难在其他类型的输入序列中也会遇到。因此，在没有触觉反馈的情况下，在虚拟键盘上几乎不可能触屏打字。

美国专利申请公开No.US2003/0058223描述了一种可变形的显示器，该显示器置于“翻滚”（popples）开关型薄膜的阵列上。显示表面上的机械压力通过显示器传输以触发下面的开关，当这些开关变形（“点击”）时，呈现出非线性的力分布。然而，具体实施例仅仅描述了一种装配有分区显示的键区，通过直接驱动电极能显示出一组有限的按键标记。

本发明提供一种包括位于开关（按键）阵列上的有源矩阵显示的电光显示器，其中通过压力下显示器的物理变形来操作该有源矩阵显示。该有源矩阵显示不仅可显示按键的指示内容，还可以显示所运行的应用需要显示的其他所有数据，因此该有源矩阵显示用作电光显示器的主屏幕。

附图的图8为一个这种显示器的实施例的分解图。如图所示，该显示器包括配置有压敏开关82的背基板80。该背基板上是柔性薄膜84，其具有与开关82对准的突出区域86。显示器的下一（可选的）层包括方块按键88的阵列，其有助于保证显示器任何区域上的压力被传输至最接近的开关86。按键88上是柔性TFT阵列90、前平面92（包括粘附层、电光层和前电极层，图8中并没有将它们单独示出）和（可选的）保护板94。

图9示出了图8所示的显示器在运行移动电话程序时的外观。沿显示器侧边缘和顶边缘延伸的U形区域示出了数字0到9。显示器的中间部分示出了存储的电话号码列表。显示器的下部示出了用于拨打列表中被突出显示的电话号码以及常见用于移动电话的其他功能的符号。

一般地，显示器自身包括呈直线阵列的像素，每个像素通过各自的受栅极总线控制的薄膜晶体管（TFT）连接至数据总线。该TFT阵列应该构造在一种可在压力下变形以触发下面的按键的材料上，该材料例如可以为PET、聚酰亚胺、PEN，或者薄的金属基板，例如不锈钢箔片。

现有的TFT阵列一般为方块或矩形，因为这种形式的阵列的优点是使要被定位的显示区域具有尽可能少的总线。然而，出于设计上的原因，期望形成的显示器包括用于麦克风或扬声器的开孔、圆形的边缘，或者其他非矩形的设计。因此，本发明涉及这样的显示器，其中像素阵列非矩形和/或包括内部孔。图10示意了一非矩形的显示器，其中随着显示器的宽度向上缩小（如所示意），数据线100不断地降低，同时栅极总线102的长度也不断地缩小以与缩小的宽度相匹配。图11中，源极线112的路线围绕孔110以触发同一列的非连续区，且在显示器的左侧和右侧提供分开的栅极线，其中栅极线被孔110分离开。相似地，图12中，栅极线114的路线围绕孔110以触发同一行的非连续区，且在孔110的上方和下方提供分开的源极线，其中源极线被孔110分离开。

在本发明的一些显示器中，用户界面可仅需要一个或两个简易的输入（例如，是/否）。这种情况下，在预定区域内的任何一个按键的触发都能产生相同的结果条件下可便于提供设备的运行模式。此外，显示器上的图像可划定出被安排具有相同结果的一组案件的物理边界。图13中示意了这种类型的显示器，其中大的“是”和“否”按钮130、132各自分别延伸覆盖了下面四个像素134。

由于本发明消除了对与显示器相分离的键区的需要，使显示器可覆盖设备表面的绝大部分。在长、薄且无铰链的、称为“直板”的移动电话中，显示器可以覆盖整个电话的主要表面。在沿手机的短轴对半折叠的蛤壳式电话中，显示器/键盘可分为两个单元，每个单元覆盖表面的一半。可替代地，显示器自身可由柔性材料制成，并且可加入一弯曲窗口，允许其沿与电话的铰链重叠的线对半折叠，从而当打开电话时，外观是一个覆盖了电话表面的单独的大显示器。

以上图6和图7所示的触摸屏显示器使用了空气间隙前触摸屏（即基于两个导电层之间的空气间隙的且置于显示器的电光层和观看面之间的触摸屏）。电阻式触摸传感器还可由两个被可变电阻材料分隔的被图案化的导电膜构成。当该可变导电材料受压力而变形时，其电阻会发生变化；通过控制装置检测该电阻变化的位置和大小可指示施加到系统上的触摸的位置和强度。另外，当所用的电光媒质的外观基本不受手动压力所影响时（如在封装的且特别是聚合物分散的电泳媒质中），可将触摸屏置于电光层的后面（即电光层的与显示器的观看面相对的侧上）。

图14示出了一个这样的触摸屏显示器的例子。在该显示器中，基板40、背板41、电光层44、前电极46以及前基板48基本上都与图6和图7中所示的显示器的相应部件相同。然而，图14所示的显示器还包括电阻式触摸传感器的上部导体150、可变电阻材料152（一般为液体）和下部导体154，其中上部导体150被图案化为列，下部导体154被图案化为与上部导体150的列相垂直延伸的行。

加入可变电阻材料的电阻式触摸传感器一般不需要用以触发的大偏转量，因此可被置于电光显示器背板的后面。在此位置上，触摸传感器可由穿过图14所示的电光显示器堆叠的压力被触发。这种结构的优点在于，在电光层和观看显示器的用户之间不存在电阻式触摸传感器的光学上有损耗的膜，从而保持了“裸”显示器（即没有触摸屏的显示器）的对比度和反射率。

另一种可为电光显示器所用的有用触摸屏技术是光学触摸屏技术，通常的形式是红外触摸屏技术（由于光学触摸屏技术涉及使辐射光束通过显示器的观看面，为了保证观看面上没有可见的辐射条文，期望所用的辐射在可见光范围之外）。然而目前，在电光显示器中实施这种光学触摸屏技术还相当复杂和昂贵。

如图15示意，光学触摸屏技术的现有实现方式一般涉及提供具有光偏转挡板160、电光模块162（包括自身的电光层、前基板、前电极和背板）和单独的矩形电路板164的显示器。电路板164在电光模块162的外侧延伸，使得电路板164的周边部分暴露，并且沿此周边部分的其中两个边缘布置红外发光二极管（LED）166，而周边部分的另外两个边缘装载对由LED166发出的辐射光敏感的光敏二极管168。光偏转挡板160具有光偏转表面（未示出），使得由LED166发出的、垂直于电路板164的平面传播的辐射光被挡板160偏转，使其穿过电光模块162且平行于其的观看面（图15中示意的上表面）传播，然后再次被挡板向下偏转至光敏二极管168上。因此，任何阻挡辐射穿过观看面的物体将导致IR辐射光无法到达至少两个光敏二极管168，由此，物体的位置可在两个方向上被检测出来。

图16示出了本发明的IR光学触摸屏显示器。该显示器具有与图15所示相同的光偏转挡板160。然而，图16的显示器不需要分立电路板；取而代之的是，把电光模块162的背板制作得比图15中的相应模块大。更具体地，尽管图16中没有示出，但制作成的电光模块的背板比电光层自身更大，从而使背板的周边部分暴露，在该背板的周边部分上具有与图15中的相应单元起相同作用的LED166和光敏二极管168。

图16中的LED166和光敏二极管168可直接固定在电光模块上并用z轴导电胶粘附至玻璃或其他背板。可采用已被用来形成背板上其他连接的传统TFT金属层沉积技术在背板上沉积至LED的电连接，例如那些把背板的行和列驱动器连接至有源矩阵背板的行和列电极的沉积技术。

光敏二极管可被构造为使得其具有单一的导线串联接口，借此，一个二极管向下一个二极管发送数据，该下一个二极管随后把自己的数据附加至从前一个光敏二极管接收到的数据。通过这样的方式，可使至光电二极管的连接数目最小化。

Claims (8)

1.一种电光显示器，顺序地包括：

透光导电层；

固态电光材料层；和

具有多个像素电极的背板，该背板的周边部分向外延伸出所述固态电光材料层，该背板的周边部分具有多个辐射生成装置和多个辐射检测装置，所述多个辐射生成装置被布置为引导辐射通过所述显示器的所述透光导电层，并且所述多个辐射检测装置被布置为检测来自所述多个辐射生成装置的已通过所述显示器的所述透光导电层的辐射，使得所述多个辐射生成装置和所述多个辐射检测装置一起作为触摸屏。

2.根据权利要求1所述的电光显示器，其中所述辐射生成装置包括在红外区域发光的多个发光二极管。

3.根据权利要求1所述的电光显示器，其中所述辐射检测装置包括多个光敏二极管。

4.根据权利要求1所述的电光显示器，还包括光偏转挡板，被布置在所述透光导电层的上方用以把来自所述辐射生成装置的辐射偏转通过所述透光导电层，然后到达所述辐射检测装置上。

5.根据权利要求1所述的电光显示器，其中所述电光材料包括电泳材料，该电泳材料包括置于流体中的且能在电场作用下移动穿过该流体的多个带电颗粒。

6.根据权利要求5所述的电光显示器，其中所述带电颗粒和所述流体被限制在多个囊或微单元中。

7.根据权利要求5所述的电光显示器，其中所述带电颗粒和所述流体表现为由包括聚合物材料的连续相所围绕的多个离散的微滴。

8.根据权利要求5所述的电光显示器，其中所述流体为气体。