CN104205025B - 互电容触摸屏装置和用于创建互电容触摸屏装置的方法 - Google Patents

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Abstract

本发明涉及一种互电容触摸屏装置，其包括基板和该基板上形成的电极元件阵列，每个电极元件包括驱动电极和一对双功能电极。此外，每个电极元件的双功能电极对围绕各自电极元件的驱动电极基本对称排列，使得所述双功能电极对的第一双功能电极毗邻于所述驱动电极，并且所述双功能电极对的第二双功能电极通过所述第一双功能电极与所述驱动电极隔开。

Description

互电容触摸屏装置和用于创建互电容触摸屏装置的方法
技术领域
本发明涉及触摸屏和显示装置。尤其是，本发明涉及与液晶显示器(LCD)装置集成的投射电容型触摸屏。与触摸屏集成的这类LCD装置可以发现其在包括例如移动电话、平板和桌面计算机、电子书阅读器和数字告示产品的消费电子产品范围内的应用。
背景技术
最近，触摸屏已被广泛采纳为高端便携式电子产品例如智能手机和平板电脑的输入装置。虽然若干不同的技术可以被用于创建这些触摸屏，但是电容性系统已被证明是最受欢迎的，这是由于其精度、耐用性和能够检测很小或无激活力的触摸输入事件的能力。
触摸屏的电容感应的最基本方法是在表面电容型触摸屏(也被称为自电容式触摸屏)中展现，例如在专利US4293734(Pepper，1981年10月6日)中所公开的。表面(自)电容型触摸屏的典型实施在图1中示出并且包括透明基板10，该透明基板的表面涂有形成感应电极11的导电材料。一个或多个电压源12被连接到例如在每个角落的感应电极，并用于生成在该基板上方延伸的电场。当导电物体例如人的手指13来靠近感应电极时，电容器14在感应电极11与手指13之间动态形成并且这个电场被干扰。电容器14导致从电压源12汲取的电流量的变化，其中电流变化的幅度和手指位置与电压源被连接到该感应电极的点之间的距离有关。电流传感器15被设置来测量从每个电压源12汲取的电流，并且触摸输入事件的位置通过比较在每个源测量的电流的幅度进行计算。虽然其在结构和操作上是简单的，表面电容型触摸屏不能检测例如当两个或两个以上的手指接触触摸屏时所发生的多个同时输入事件。
另一个众所周知的应用于触摸屏的电容感应的方法可以在投射式电容型触摸屏(也被称为互电容型触摸屏)中发现。在这个方法中，如图2所示，驱动电极20和感应电极21在透明基板(未示出)上形成。驱动电极20被电压源22馈送变化的电压或电压激励信号。接着，经由在驱动电极20与感应电极21之间形成的互耦合电容器23通过电容耦合的方式在毗邻的感应电极21上生成信号。当例如手指13的导电性物体被带入电极附近时，互电容23的幅度根据导电物体与电极之间的距离而改变。电流测量装置24被连接到感应电极21并提供互耦合电容器23的大小的测定。因此，触摸输入事件通过监测电流测量装置24的输出进行检测。众所周知，通过将多个驱动和感应电极排列成阵列例如二维矩阵阵列，该投射电容感应方法可用于形成触摸屏装置。投射(互)电容感应方法比表面(自)电容方法具有的优点是多个同时触摸输入可以被检测。投射(互)电容感应方法也适用于检测非导电物体的接近。在此情况下，如果空气的介电常数不同，非导电物体的介电常数产生互电容23的幅度的变化。
虽然例如上述的投射电容型触摸屏装置已广泛采用于消费电子产品，通过解决这种感应方法的电流限制进一步提高其性能是期望的。特别地，互电容测量的相对低的信噪比(SNR)确定了物体触摸该触摸屏表面的位置的精度，并且限制了触摸物体的最小尺寸。一种已知的增加SNR的方案是通过触摸屏电极的设计优化触摸屏对接近物体例如手指或笔尖的灵敏度。例如，美国专利No.5543588(Bisset等人，1996年8月6日)公开了包括驱动和感应电极的触摸屏，所述驱动和感应电极形成菱形形状图案。可供选择地，美国专利申请No.2010/0302201(Ritter等人，2010年12月2日)公开了包括可以在单一物理层中形成的跨掌状(inter-digitated)驱动和感应电极的触摸屏。不过，通过这种方式增加触摸屏对接近导电物体的灵敏度的缺点是触摸屏对电子噪音源的灵敏度和干扰也会增加，并且通过这种方案所实现的SNR改善由此受到限制。
影响SNR的噪音源包括环境效果例如变化的温度、湿度和凝结以及从触摸屏下面的显示装置和装置周围的物体包括触摸物体自身散发的电磁干扰。来自这类源的噪音会在触摸屏电容测量电路中表现为在测量信号中相关或可推断的波动。因此，增加SNR的第二方案是降低这些噪音源对测定的影响。通常，显示装置是显著的干扰源，并且降低干扰影响的一个众所周知的方法是使显示时序与触摸屏功能同步，使得当显示功能无效时，例如在显示器水平或垂直消隐期间，触摸屏只对检测触摸输入有效。不过，这类方法不改善对湿度、凝结或其他环境噪音源的抗扰性并可能对触摸屏的操作和/或显示装置施加不期望的约束，这会限制增加可实现的SNR。
可供选择地，美国专利申请2009/0135157(Harley，2007年11月27日)和美国专利申请2009/0194344(Harley，2008年1月31日)描述了带有附加保护电极的互电容感应装置，其降低系统对湿度和凝结的灵敏度。如图3所示，保护电极30位于驱动电极31与感应电极32之间并被连接到固定电位例如接地电位。在触摸物体例如手指13存在时发生改变的互耦合电容35在驱动电极31与感应电极32之间形成，并且保护电容34在保护电极30与驱动电极31之间形成。如上所述，电压刺激33被施加到驱动电极，并且对应电流经由互耦合电容35在感应电极32生成并通过感应电路36进行测量。驱动电极31与感应电极32之间的电耦合会受装置表面上的水或水蒸气影响。保护电极30和保护电容34进行作用以降低这种耦合，结果降低电容感应系统对湿度和凝结变化的灵敏度。
美国专利申请2010/0079401(Staton，2008年9月26日)示出互电容感应装置，其带有测量通过触摸物体置入的噪音的附加参考电极。如图4所示，该装置并入驱动电极40，感应电极41和参考电极42。所述电极被设计成以便驱动电极40与感应电极41之间存在较大互耦合电容，而驱动电极40与参考电极42之间存在较小互耦合电容。感应电极41与参考电极42被进一步设计，使得感应电极41与触摸物体之间的电容和参考电极42与触摸物体之间的电容相同。因此，在电压刺激施加于驱动电极40时，在感应电极41上生成的信号大于在参考电极42上生成的信号，但是，感应电极41和参考电极42两者被触摸物体注入相同量的噪音。因此，在参考电极42上生成的信号可以从在感应电极41上生成的信号减去，以提供与通过触摸物体置入的噪音无关的测定。不过，参考电极在触摸屏的添加降低触摸屏的空间分辨率，并限制可以被计算的触摸物体的位置精度和可以被检测的触摸物体的大小。
虽然前述方法降低来自选定源的噪声的效果，但是没有已知的解决方案同时消除所有显著源的噪音效果。而且，上述的方法需要添加电极到触摸屏装置中。这导致添加的空间分辨率或可以被确定的触摸该触摸屏表面的物体的位置的精度被降低的缺点。因此，要寻求没有降低空间分辨率而改善触摸屏装置对所有显著噪音源的抗扰性的方法。
发明内容
本发明描述克服前述现有技术的限制并提供改善的噪音抗扰性，没有降低可以被确定的触摸该触摸屏的物体的位置的精度的触摸屏装置。
根据本发明，提供一种互电容型触摸屏装置，其包括电极阵列，所述电极阵列包括驱动电极和一对双功能电极。第一和第二双功能电极围绕每个驱动电极基本对称排列，使得第一(或第二)双功能电极毗邻于驱动电极而第二(或第一)双功能电极通过第一(或第二)双功能电极与驱动电极隔开。第一双功能电极可以被排列成毗邻于电极阵列中的所有偶数驱动电极并与所有奇数驱动电极隔开，而第二双功能电极可以被排列成毗邻于电极阵列中的所有奇数驱动电极并与所有偶数驱动电极隔开。
第一和第二双功能电极可以根据有效驱动电极即施加电压刺激VDRV的驱动电极的位置被排列成作为感应电极或参考电极起作用。就是说，毗邻于有效驱动电极的双功能电极会对触摸物体的接近敏感，而与有效驱动电极隔开的双功能电极会对触摸物体的接近相对不敏感。进一步地，由于第一和第二双功能电极围绕每个驱动电极基本对称排列，因此每个双功能电极的寄生电容分量将是相同的。因此，来自环境源或来自设置触摸屏的显示装置的电干扰将在双功能电极上生成相同的信号。因此，与有效驱动电极隔开的双功能电极的输出从与有效驱动电极毗邻的双功能电极的输出减去，以产生与干扰和环境条件的效果无关的电容测定。结果，触摸屏系统中的电容测量的信噪比增加，并且可以被确定的触摸该触摸屏表面的物体的位置的精度得以改善。
根据本发明的一个方面，互电容触摸屏装置包括：基板；和在该基板上形成的电极元件阵列，每个电极元件包括驱动电极和一对双功能电极，其中每个电极元件的一对双功能电极围绕各自电极元件的驱动电极基本对称排列，使得该双功能电极对的第一双功能电极毗邻于该驱动电极并且该双功能电极对的第二双功能电极通过第一双功能电极与该驱动电极隔开。
根据本发明的一个方面，用于创建互电容触摸屏装置的方法包括：在基板上形成电极元件的阵列，每个电极元件包括驱动电极和一对双功能电极，将一对双功能电极围绕驱动电极基本对称排列，使得该对双功能电极的第一双功能电极毗邻于该驱动电极并且该对双功能电极的第二双功能电极通过第一双功能电极与该驱动电极隔开。
为了实现前述及相关目的，本发明包括在下文中全面描述和在权利要求中特别指出的特征。下列具体实施方式和随附绘图详细阐述本发明的示范性实施例。不过，通过各种方式采用本发明的原理实施的这些实施例是示意性的。通过下列结合附图描述的本发明的具体实施方式，本发明的其他目标、优点和新颖特征将变得显而易见。
附图说明
图1示出常规的表面电容传感器排列。
图2示出常规的互电容传感器排列。
图3示出常规的带有附加保护电极的互电容传感器排列。
图4示出常规的带有附加参考电极的互电容传感器排列。
图5示出根据本发明的示例性触摸屏变换器结构。
图6示出在触摸屏表面上的位置与该位置对触摸物体接近的敏感度之间的关系(在区域A中，电场线耦合装置内的驱动电极，其对触摸物体是不敏感的，在区域B中，到驱动电极的电场线延伸超出装置表面，其对触摸物体的存在是敏感的，以及在区域C中，到驱动电极的长电场线对触摸物体的存在是不敏感的)。
图7A示出根据本发明的第一实施例的示例性电极图案的平面视图。
图7B示出根据本发明的第一实施例形成图案的示例性电极的细节。
图7C示出根据本发明的第一实施例的示例性电极阵列的横截面。
图8示出用于测量互电容的根据本发明的第一实施例的示例性电路。
图9示出本发明的第一实施例的操作的波形时序图。
图10示出根据本发明的第一实施例的示例性触摸屏系统的框图。
图11A示出根据本发明的第二实施例形成图案的示例性电极的细节。
图11B示出根据本发明的第二实施例的示例性电极阵列的横截面。
图12示出用于测量互电容的根据本发明的第三实施例的示例性电路。
图13示出本发明的第三实施例的操作的波形时序图。
图14A示出根据本发明的第五实施例的示例性电极图案的平面视图。
图14B示出根据本发明的第五实施例形成图案的示例性电极的细节。
图15示出用于测量互电容的根据本发明的第五实施例的示例性电路。
图16示出本发明的第五实施例的操作的波形时序图。
图17A示出根据本发明的第六实施例形成图案的示例性电极的细节。
图17B示出根据本发明的第六实施例的示例性电极阵列的横截面。
图18示出根据本发明的第七实施例形成图案的示例性电极的细节。
具体实施方式
本发明描述克服前述现有技术的限制并提供改善的噪音抗扰性，没有降低可以被确定的触摸该触摸屏的物体的位置的精度的触摸屏装置。
根据本发明第一方面的第一和最一般实施例，其提供的互电容型触摸屏装置包括电极阵列，该电极阵列包括驱动电极、感应电极和参考电极中的至少各一个，施加到驱动电极的信号被容性耦合到感应电极，在该感应电极上生成的电流可以被监测，以提供所述耦合电容的测量。参考电极提供在感应电极上生成的噪音信号的测量，并且可以用于增加电流测量的信噪比，如同将要描述的。图5示出电极阵列100的示例性排列，该电极阵列100带有在基板104上形成的驱动电极101，感应电极102和参考电极103。第一互耦合电容器(CSEN)105在驱动电极与感应电极之间形成，第二互耦合电容器(CREF)106在驱动电极与参考电极之间形成。触摸屏还可以被布置在显示装置110例如液晶显示装置上，使得第一寄生电容器(CDR)111在参考电极103与显示装置110之间形成，第二寄生电容器(CDS)112在感应电极102与显示装置110之间形成。为了提供改善的噪音抗扰性，电极被排列成同时满足两个条件。
首先，所述电极被排列使得第一互电容器(第一互耦合电容器)105的电容随着触摸物体115例如手指到该装置表面的接近而改变(即，第一互电容器对触摸物体相对于该装置表面的接近是“敏感的”)，而第二互电容器(第二互耦合电容器)106的电容对触摸物体115的存在基本是不敏感的。就是说，第二互电容器106由于导电物体的存在所产生的电容变化会小于第一互电容器105的电容的对应变化的10％。与触摸屏表面接近的非导电物体会产生类似的电容变化，假设非导电物体的介电常数不等于空气的介电常数。上述条件可以根据现在要描述的方法来实现。图6示出在电极阵列平面中的点的灵敏度SP和该点与驱动电极的边缘之间距离xD之间的关系。靠近显示电极边缘的点与显示电极之间(区域A)的电场线不延伸超出该装置的表面，其结果是包括这类点的电极例如参考电极对触摸物体的存在不敏感。在该点从显示电极边缘进一步移动时(区域B)，从该点到显示电极的电场线开始延伸超出触摸屏表面，其结果是包括这类点的电极增加对触摸物体的敏感度。对于进一步远离显示电极边缘(区域C)的点，由于与长电场线关联的电容很小，对触摸物体的敏感度开始减小。因此，通过确保参考电极103完全位于区域A或区域C中，可以使得第二互电容器106对触摸物体的存在不敏感。不过，如果参考电极103位于区域C中，其必然位于远离驱动电极101的位置，因此，具有触摸屏装置的空间分辨率降低的缺点。相反，参考电极103位于区域A中确保第二互电容器106对触摸物体的存在是不敏感的(由于从驱动电极101散发的所有电场线耦合到基板104内的参考电极103上的每个点且不超出基板表面)并且允许保持触摸屏装置的空间分辨率。参考电极103的宽度和驱动电极101与参考电极103之间的间隔可以结合电极阵列100的平面与基板104的表面之间的距离进行选择，以便这个条件得以满足。
其次，为了使显示装置110和触摸物体115置入到参考电极103上的噪音与置入到感应电极102上的噪音相同，参考电极103和感应电极102被设计具有基本相同的寄生电容分量。就是说，参考电极103和显示器与感应电极102和显示器之间的总寄生电容差可以小于1％。例如，如果第一寄生电容器(CDR)111与第二寄生电容器(CDS)112具有相同的电容，那么由显示装置110置入到参考电极和感应电极中的每个的噪音将相等。这可以通过例如设定参考电极103的面积与感应电极102的面积相等来实现。有利地，通过设定参考电极103与感应电极102的面积基本相等(即，如上所述导致基本相同的寄生电容)，由触摸物体115置入到参考电极103上的噪音与置入到感应电极102上的噪音也将相等。
在实践中，通过单独的感应和参考电极图案的设计同时满足这第一和第二两个条件几乎是不可能的。例如，为了确保参考电极对触摸物体的存在是不敏感的，通常必须使其变得窄并靠近驱动电极定位。进一步地，为了使感应电极对触摸物体的存在的敏感度最大，使感应电极变宽是有利的。因此，设定参考电极103的面积与感应电极102的面积相同会是不利的，第一寄生电容器CDR从而不会等于第二寄生电容器CDS。因此，在替代排列中，参考电极103的面积会与感应电极102的面积不同，而由显示装置110和触摸物体115置入的噪音效果可以通过对在参考和感应电极上生成的信号输出加权以及随后计算这些加权输出之间的差异使其相等。输出信号的加权可以通过例如下面将要详细描述的差分放大器150执行。
当电极阵列100如所述排列时，参考电极103既充当保护-使从驱动电极101到感应电极102的直接耦合最小-又作为感应电极102接收来自显示装置110和触摸物体115的相同噪音。为了测量触摸物体的接近和探测触摸事件，电压刺激被施加到驱动电极101，这导致电荷被转移到参考电极103和感应电极102。这种电荷的转移会在每个电极生成由连接的感应电路可测量的电流。在参考电极103上生成的电流可以从由感应电路在感应电极102上生成的电流减去，以给出第二互电容器的测定，该第二互电容器对从显示装置110置入的噪音、从触摸物体115置入的噪音效果抗扰并且对改变的环境条件例如湿度和凝结的效果抗扰。
满足上述两个条件的带有一组驱动电极116、一组感应电极117和一组参考电极118的电极阵列的示例在图7A和图7B中示出。每个电极可以使用标准光刻或印刷技术在基板104上例如像铟-锡氧化物(ITO)、铟锌氧化物(IZO)或导电聚合物的透明导电材料中形成。感应电极组117以第一方向排列，例如形成电极阵列100的列。参考电极组118可以在列方向平行于感应电极组117排列，驱动电极组116可以以垂直于一组感应电极117的方向排列，例如形成电极阵列100的行。在驱动电极组116中的每个驱动电极101和在感应电极组117中的每个感应电极102形成一系列连接菱形的图案。可供选择地，驱动电极101和感应电极102可以形成简单矩形行和列或其他棋盘形状的图案，以提高显示器的信噪比(SNR)。在参考电极组118中的每个参考电极103形成环绕一个感应电极102并占有所述感应电极102与驱动电极101之间空隙的图案。为了避免驱动电极101与感应电极102或参考电极103之间的电接触，驱动电极101可以在基板104上在第一层透明导电材料中形成，并且感应电极102和参考电极103在所述第一层之上并通过电绝缘层隔离的第二层透明导电材料中形成。这类结构在电容型触摸屏装置的制造中是众所周知的。可供选择地，如图7C所示，在电容型触摸屏装置的制造中是众所周知的另一个过程中，驱动电极101、感应电极102和参考电极103可以在透明导电材料120的相同层中形成，并且附加的金属化层121用于形成互连驱动电极101的独立区域的桥。驱动电极101与感应电极102和参考电极103的电气隔离通过在金属化层121与透明导电材料120的层之间形成电绝缘层122而实现。
感应电路可以用于测量第一和第二互电容器105、106。该感应电路可以基于常规的电荷转移方法或可选利用其他已知的互电容测量技术。适合测量电极阵列100的电容和使用电荷转移方法的示例感应电路125的示意图在图8中示出。感应电路125可以包括开关电路130，微分积分器电路140，差分放大器150和模拟-数字转换器(ADC)160。开关电路包括由第一开关控制信号phi1控制的第一和第二采样开关(S1，S2)131、132，以及由第二开关控制信号phi2控制的第三和第四采样开关(S3，S4)133、134。微分积分器电路140可以是众所周知的设计，例如其包括带有第一积分电容器(CIS)142和第一复位开关(S5)143的第一运算放大器141以及带有第二积分电容器(CIR)146和第二复位开关147的第二运算放大器145。第一和第二复位开关143、147可以由第三开关控制信号phi3控制。作为替代，微分积分器电路140的第一和第二运算放大器141、145可以由单个全差分运算放大器代替。差分放大器电路150可以是众所周知的类型，并且可以进一步包括例如运算放大器151，第一和第二输入电阻器(RS1，RS2)152、153以及第一和第二反馈电阻器(RSF，RRF)154、155。
为了抵消从显示装置110和触摸物体115置入的噪音效果，设定差分放大器150的正和负输入路径增益的电阻比RRF/RR1和RSF/RS1相对于第一和第二寄生电容器CDR、CDS的比率进行选择。例如，给出寄生电容加权因子β，其中
【数学式1】
β＝CDS/CDR
接着
【数学式2】
RRF/RR1＝β*RSF/RS1
除了电极阵列100和感应电路125以外，触摸屏装置还包括驱动电路170，其包括可以被布置生成电压刺激VDRV例如电压脉冲串的电压发生器单元171。
现在参照图8的示意图和在图9中示出的波形图描述触摸屏装置的操作。在开始测量期间的第一复位阶段，第三开关控制信号phi3变得有效，导致差分放大器的第一和第二复位开关142、147闭合。第一和第二运算放大器141、145的负输入端子现在连接到其各自放大器的输出端子，并假设电压等于供应给该放大器的正端子的基准电压VREF，该基准电压VREF可以是固定恒压例如接地电位。微分积分器电路140现处于其复位状态。在复位期间，第一开关控制信号phi1也变为有效，导致开关电路130的第一和第二采样开关131、132闭合。因此，感应电极102和基准电压103也被复位到基准电压VREF。
在第二采样阶段，开关电路130的第一到第四采样开关131、132、133、134相对于电压刺激VDRV进行控制，将电荷从电极阵列转移到微分积分器电路140。该采样阶段被划分为若干采样循环。在第二开关控制信号已变为无效后，第一开关控制信号接着被激活，导致第一和第二采样开关133、134闭合。感应电极102现在被连接到第一运算放大器141的负输入端子，基准电极103被连接到第二运算放大器142的负输入端子。驱动电路170的电压发生器单元171现改变施加到驱动电极101的电压刺激VDRV的电压，并促使电荷经由电极阵列100和开关电路130被转移到微分积分器电路140的输入端子。经由第一互电容器105转移的电荷被积分到第一积分电容器142上，并导致第一运算放大器的输出VSEN与第一互电容器105的电容CSEN成比例增加。经由第二互电容器106转移的电荷被积分到第二积分电容器146上，并导致第二运算放大器的输出VRG与第二互电容器105的电容CRG成比例增加。差分放大器150从第二运算放大器145的输出电压VRG特定倍数减去第一运算放大器141的输出电压VSEN特定倍数。这些倍数由电阻比RRF/RR1和RSF/RS1设定，该电阻比相对于如上所述的寄生电容加权因子β进行选择。现在第一开关控制信号phi1变为无效，以及第二开关控制信号phi2变为有效。这导致第三和第四采样开关133、134闭合，从而设定感应和参考电极102、103的电压等于接地电位。最后，电压发生器单元471将电压刺激VDRV的电压返回其初始电位。由于这种电压变化，经由电极阵列100从驱动电极101转移到感应电极102或参考电极103的任何电荷经由第三和第四采样开关133、134放电。
这种采样循环在采样期间被重复N次，使得总采样时间tSAMPLE＝N*tCYCLE，其中tCYCLE是一个采样周期的时间。因此在采样结束时，差分放大器的最终输出电压VOUT和第一与第二互电容器105、106的电容之间的加权差成比例，并与置入到感应和参考电极上的噪音效果无关。模拟-数字转换器电路160将这种最终差分放大器输出电压VOUT转换为数字值DOUT，其适合供进一步处理以提取触摸该触摸屏装置表面的物体的位置。
利用如上所述的电极阵列和电路的触摸屏装置在图10中示出。触摸屏装置180被连接到主机装置190-例如移动电话、平板计算机等-并且包括感应电路块181、驱动电路块182和接口电路183。感应电路块181可以进一步包括多个感应电路125，驱动电路块182可以进一步包括多个驱动电路170。感应电路块181可以包含与电极阵列100中的感应电极一样多的感应电路125。驱动电路块182可以包含与电极阵列100中的驱动电极一样多的驱动电路170。为了测量与驱动电极和感应电极的每个交叉关联的互电容，上述的用于一个测量周期的操作方法可以为阵列中的每个驱动电极进行重复。例如，电压刺激VDRV可以依次施加到电极阵列中的每个驱动电极的连续测量周期。接口电路183可以生成信号，以控制感应电路块181和驱动电路块182的操作。接口电路183还可以接收来自驱动电路块182的数字输出信号，通过这个计算触摸该触摸屏装置表面的物体的位置，并将这个结果传送到主机装置190。接着，该主机装置可以根据所述结果由显示控制器191更新在显示装置110上显示的图像。
在图7A、图7B和图7C中示出的参考电极的局限是，即使从显示装置置入的噪音相等耦合到感应电极和参考电极，从触摸物体置入的噪音则不会。例如，根据触摸物体的位置和尺寸，在物体与感应和参考电极之间形成的寄生电容(COS，COR)的比率不会和在显示装置与感应和参考电极之间形成的寄生电容(CDS，CDR)的比率相同。
【数学式3】
COS/COR≠CDS/CDR
进一步地，如果感应和参考电极的面积被加权使得
【数学式4】
CDS＝β*CDR
那么，置入噪音的任何差异将被乘以感应电路中的加权因子β。因此，在根据本发明的第二实施例的触摸屏装置中，其提供带有改善噪音抗扰性的感应和参考电极。图11A示出根据本实施例的驱动电极、感应电极和参考电极的示例性排列。虽然本示例的排列是基于常规的棋盘菱形图案，本文所述的原理适用于其他已知的图案类型。参考电极203被分离为位于驱动电极201与感应电极202之间的第一参考电极部分204以及位于感应电极202的中心并被感应电极202完全环绕的第二参考电极部分205。因此，感应电极位于第一参考电极部分204与第二参考电极部分205之间并与第一参考电极部分204与第二参考电极部分205分开。图11B示出包括所述电极排列的电极阵列100的横截面，其中驱动电极201、感应电极202和参考电极203可以在透明导电材料120的相同层中形成，以及附加金属化层121用于形成互连驱动电极101的独立区域的桥和将第一参考电极部分204连接到第二参考电极部分205。
第一参考电极部分204的宽度及其与驱动电极边缘的间隔可以被设置为使得在该部分上的所有点对触摸物体的存在是不敏感的(对应于图6中的区域A)。第二参考电极部分205的宽度及其与驱动电极边缘的间隔也可以被设置为使得在该部分上的所有点对触摸物体的存在是基本不敏感的(对应于图6中的区域C)。感应电极202的宽度及其与驱动电极边缘的间隔可以被设置为使得在该电极上的所有点对触摸物体的存在是基本敏感的(对应于图6中的区域B)。进一步地，参考电极203与感应电极202的总体面积可以被选定，使得他们对触摸物体和显示装置的寄生电容分量是相等的，即COS＝COR和CDS＝CDR。因此，第一参考电极部分204充当保护，将驱动电极201到感应电极202的直接耦合减到最小。由于感应电极202与参考电极203的寄生分量匹配，不需要由感应电路施加的任何加权。因此，第二参考电极部分205与第一参考电极部分204一起作用，提供可以用于精确抵消置入到感应电极上的噪音而不管触摸物体的位置的基准。因此，触摸屏装置不受变化环境条件、显示装置和附近的物体的电气干扰。
根据本发明第三实施例的触摸屏装置包括能够使互电容测量的SNR进一步增加的感应电路。如图12所示，感应电路125包括开关电路230，其进一步包括第一到第四采样开关(S1-S4)231、232、233、234。开关电路230的操作序列类似于上述第一实施例的开关电路130的操作序列。不过，在本实施例的开关电路230中，第一和第三采样开关231、233被布置，当第一开关控制信号phi1有效时，将感应电极102连接到微分积分器140的第一输入端子-例如第一运算放大器141的负输入端子，以及当第二开关控制信号phi2有效时，感应电极102连接到微分积分器140的第二输入端子-例如第二运算放大器145的负输入端子。第二和第四采样开关232、234被布置，当第一开关控制信号phi1有效时，将参考电极103连接到微分积分器140的第二输入端子，以及当第二开关控制信号phi2有效时，将参考电极103连接到微分积分器140的第一输入端子。如图13所示，在采样周期的每个采样循环，第一和第二互耦合电容器105、106被采样两次：一次在电压刺激VDRV的下边沿，一次在其上边沿。通过在采样循环期间改变开关控制信号phi1、phi2的施加，如同在微分积分器电路140的每个输出端子的电压VSEN、VRG所示，在微分积分器电路140的每个输出端子的电压会递增(或递减)与第一和第二互耦合电容器105、106之间的差值成比例的量。由于在每个采样循环期间采样两次并且由于在运算放大器没有达到饱和时进行更多的采样，感应电路的SNR得以改善。
不过，即使仅是第一和第二互耦合电容器105、106之间的差值被测量，如果第一和第二互电容器的基准电容(即，当没有触摸物体接近触摸屏时的电容)明显不同-例如当基准电容的差值类似于预期由触摸物体导致的最大差值时，感应电路仍然会发生饱和。虽然对这个问题的一个解决方案是通过增加可以被测量的电容的范围来考量这个基准，但是由于其必须通过降低感应电路的灵敏度并从而降低SNR来进行，因此是不受欢迎的。根据本发明的第四实施例，感应电极和参考电极被附加排列为使得驱动电极与感应电极之间的互电容基准值基本等于驱动电极与参考电极之间的互电容基准值(即，参考电极与驱动电极之间的互电容和感应电极与驱动电极之间的互电容的差值可以小于1％)。在这类排列中，只有信号电容的差值(即，由接近触摸屏的物体引起的电容的变化)被感应电路测量。因此，感应电路没有饱和，采样循环的数量得以增加并且触摸屏的SNR得以改善。
根据作为本发明第二方面的最普遍实施例的本发明的第五实施例，互电容型触摸屏装置包括电极阵列，该电极阵列至少包括驱动电极和一对匹配感应电极中的各一个。图14A示出电极阵列400的示例性排列，该电极阵列400带有驱动电极401和感应电极对402，感应电极对402包括第一双功能电极403和第二双功能电极404。第一和第二双功能电极403、404围绕每个驱动电极基本对称排列，使得第一(或第二)双功能电极毗邻于驱动电极而第二(或第一)双功能电极通过第一(或第二)双功能电极与驱动电极隔开。如本文所使用的，术语“对称的”指的是相对于至少一个轴的对称。因此，驱动电极401形成与第一双功能电极403的第一互耦合电容器(未在图14A中示出)和与第二双功能电极404的第二互耦合电容器(未在图14A中示出)。第一双功能电极403可以被排列毗邻于电极阵列400中的所有偶数驱动电极401而与所有奇数驱动电极401隔开。第二双功能电极404可以被排列毗邻于电极阵列400中的所有奇数驱动电极401而与所有偶数驱动电极401隔开。所述基于常规棋盘菱形图案排列的示例在图14B中示出。如本文所使用的，奇数驱动电极指的是以奇数分配的驱动电极，而偶数驱动电极指的是以偶数分配的驱动电极。例如，最靠近基准位置(例如，该装置的外边缘)的驱动电极可以被分配编号1，下一个毗邻的驱动电极可以被分配编号2，诸如此类。接着，分配给驱动电极的编号确定该驱动电极是偶数驱动电极还是奇数驱动电极。
第一和第二双功能电极403、404可以根据有效驱动电极即施加电压刺激VDRV的驱动电极的位置被排列成作为感应电极或参考电极起作用。毗邻于有效驱动电极的双功能电极将对触摸物体的接近是敏感的，而与有效驱动电极隔开的双功能电极会对触摸物体的接近是基本不敏感的。由于第一和第二双功能电极403、404围绕每个驱动电极基本对称排列，因此，每个双功能电极的寄生分量将是相同的，即COS＝COR以及CDS＝CDR。因此，毗邻于有效驱动电极的双功能电极可以被认为是感应电极并用于探测触摸物体的存在，与有效驱动电极隔开的双功能电极可以被认为是参考电极并用于测量置入到感应电极上的噪音。为了形成跨电极阵列400的连续电极，第一双功能电极403可以包含窄的部分405(例如，相对于双功能电极的窄)，其在感应电极对402的第二双功能电极404与驱动电极401之间穿过。同样，第二双功能电极403可以包含窄的部分406(例如，相对于双功能电极的窄)，其在该电极对的第一双功能电极403与驱动电极401之间穿过。窄部分405、406的宽度及其与驱动电极边缘的间隔可以被排列，使得在该部分上的所有点对触摸物体的存在是不敏感的(对应于图6中的区域A)。因此，窄部分405、406的存在不会对触摸屏的操作有不利影响。
适合测量第一和第二互耦合电容器CM1、CM2和计算测定之间差值以产生具有高SNR的触摸物体的接近的测定的感应电路在图15中示出。感应电路425可以包括开关电路430，微分积分器电路440，差分放大器电路450和模拟-数字转换器460。微分积分器电路440、差分放大器电路450和模拟-数字转换器电路460全部可以是例如先前所述的常规设计。开关电路430可以包括第一到第六采样开关(S1-S6)431、432、433、434、435、436。第一和第二采样开关可以由第一开关控制信号phi1A控制，第三和第四采样开关由第二开关控制信号phi1B控制，以及第五和第六采样开关由第三开关控制信号phi2控制。电极阵列400的第一双功能电极403被连接到第一、第三和第五开关431、433、435，第二双功能电极404被连接到第二、第四和第六开关432、434、436。现参照图16的波形图结合驱动电路470描述感应电路425的操作。
在第一测量周期，开关电路130的第一、第二、第五和第六采样开关431、432、435、436相对于供应给第一驱动电极401a的电压刺激VDRV进行控制。第一双功能电极403被布置毗邻于这个第一驱动电极401a，而第二双功能电极404被布置与其隔开。在第一测量周期的第一复位阶段，微分积分器440被复位，而第一开关控制信号phi1A变为有效。现在第一和第二双功能电极403、404被微分积分器电路440经由第一和第二采样开关431、432驱动到初始电压。第一测量周期的第二采样阶段被划分为若干采样循环。在每个采样循环的开始，第一开关控制信号phi1A被激活，导致第一和第二采样开关431、432闭合。现在第一双功能电极403被连接到微分积分器440的第一输入端子，而第二双功能电极404被连接到其第二输入端子。现在，驱动电路470的电压发生器单元471改变施加到第一驱动电极401a的驱动信号的电压，而这导致被转移到微分积分器电路440的输入端子的电荷与电极阵列400的互耦合电容器CM1A、CM1B成比例。这个转移电荷被微分积分器440积分，导致在微分积分器440的输出端子所见的电压VSEN、VREF的变化。接着，第一开关控制信号phi1A变为无效，第三开关控制信号phi2变为有效，这导致第五和第六采样开关435、436闭合，并从而设定第一和第二双功能电极403、404的电压等于接地电位。驱动电路470的电压发生器单元471将施加到第一驱动电极的驱动信号电压返回到其初始值。结果，经由互耦合电容器CM1、CM2转移到第一和第二双功能电极403、404的任何电荷经由第五和第六采样开关435、436放电。
接着这个采样循环在采样阶段被重复N次，使得总采样时间tSAMPLE＝N*tCYCLE。在采样周期结束时，模拟-数字转换器电路460将差分放大器输出电压VOUT转换为数字值DOUT。
在进行的第二测量周期，开关电路430的第三、第四、第五和第六采样开关433、434、435、436相对于供应给第二驱动电极401b的电压刺激VDRV进行控制。由于感应电极对402的基本对称排列，第二双功能电极404毗邻于这个第二驱动电极401b，而第一双功能电极404与其隔开。每个采样循环的复位和采样阶段如上所述进行，除了第二开关控制信号phi1B被激活和去激活而将电荷转移到微分积分器电路440以外。因此，第一双功能电极403被连接到微分积分器440的第二输入端子，而第二双功能电极404被连接到其第一输入端子。
第一测量周期的操作序列可以为电极阵列400中的所有奇数驱动电极401重复，而第二测量周期的操作序列可以为所有偶数驱动电极401重复。因此，通过这种方式，测量与电极阵列中的每个交叉关联的互耦合电容，同时测量从显示装置和触摸物体置入的噪音是可能的。因此，可以进行触摸物体的接近的高SNR测定。进一步地，由于不需要向电极阵列添加专用参考电极，与现有技术相比，触摸屏装置的空间分辨率增加。
上述电极排列的缺点是窄部分会增加第一和第二双功能电极的总电阻。特别地，如果电极在例如ITO的透明材料中形成，这些窄部分的电阻会是相当的并限制可以施加到驱动电极的信号的频率。采样循环的数量并由此触摸屏装置的SNR会下降。根据本发明的第六实施例的电极排列在图17A和图17B中示出。如图17A所示，电极阵列400包括驱动电极401和感应电极对411，感应电极对411包括第一双功能电极412和第二双功能电极413。如先前的实施例所述，第一和第二双功能电极412、413围绕每个驱动电极基本对称排列，使得第一(或第二)双功能电极毗邻于驱动电极而第二(或第一)双功能电极通过第一(或第二)双功能电极与驱动电极隔开。为了降低这些电极的总电阻，两个附加连接导线被设置并在双功能电极的方向运行。第一连接导线414被连接到第一双功能电极412，而第二连接导线415被连接到第二双功能电极413。在图17B中示出的横截面说明如何进行这些连接。驱动电极401以及第一和第二双功能电极412、413在透明导电材料420的相同层中形成。附加的第一和第二连接导线414、415可以在例如通常用于触摸屏或液晶显示器的制造中的低电阻金属化层中形成。金属化层的薄层电阻(sheet resistance)会比用于形成电极的透明导电材料的薄层电阻明显更小。附加地，连接导线可以是窄的，使得其对触摸屏的透明度的影响可以忽略不计。电极与连接导线的电气隔离通过在金属化层与透明导电材料层420之间形成电绝缘层421而实现。接触孔416在电绝缘层416中形成，如上所述将第一和第二连接导线414、415连接到第一和第二双功能电极。因此，连接导线允许降低双功能电极的总电阻和保持触摸屏的SNR。
图18示出根据本发明的第七实施例的感应电极对481的排列。在这种排列中，与有效驱动电极隔开的双功能电极既充当毗邻于驱动电极的双功能电极的参考电极又充当其保护电极。例如，当第一双功能电极482毗邻于有效驱动电极401时，第二双功能电极既充当参考电极又充当保护电极。第二双功能电极483具有可以基本对称排列、在第一双功能电极482与有效驱动电极401之间穿过的第一和第二窄部分484、485。第一和第二窄部分484、485的宽度及其与驱动电极边缘的间隔可以被排列，使得在该部分上的所有点对触摸物体的存在是不敏感的(对应于图6中的区域A)。因此，窄部分不会对触摸屏的操作有不利影响，并且可以起保护电极的作用。
根据本发明的一个方面，第一互耦合电容器在每个电极元件的驱动电极与第一双功能电极之间形成，第二互耦合电容器在每个电极元件的驱动电极与第二双功能电极之间形成，并且其中所述驱动电极和双功能电极对被排列为使得第一互耦合电容器随着触摸该触摸屏表面的物体的接近而改变，第二互耦合电容器对触摸该触摸屏表面的物体基本不敏感。
根据本发明的一个方面，该装置包括感应电路，该感应电路被配置为每采样周期对第一和第二互耦合电容器采样两次。
根据本发明的一个方面，每对中的第一双功能电极被排列为毗邻于该电极阵列中的偶数驱动电极并与奇数驱动电极隔开，并且每对中的第二双功能电极被排列为毗邻于该电极阵列中的奇数驱动电极并与偶数驱动电极隔开。
根据本发明的一个方面，毗邻于有效驱动电极的双功能电极对触摸物体的接近是敏感的，而与有效驱动电极隔开的双功能电极对触摸物体的接近是基本不敏感的。
根据本发明的一个方面，第一双功能电极包括在第二双功能电极与驱动电极之间穿过的部分，并且第二双功能电极包括在第一双功能电极与驱动电极之间穿过的部分，并且所述部分的宽度和所述部分与驱动电极边缘的间隔被排列为使得在所述部分上的所有点对触摸物体的存在是基本不敏感的。
根据本发明的一个方面，该装置包括感应电路，该感应电路被配置为测量第一和第二互耦合电容器，并计算第一与第二互耦合电容器之间的差值，以对触摸物体的接近进行测定。
根据本发明的一个方面，该装置包括电连接到第一双功能电极的第一连接导线以及电连接到第二双功能电极的第二连接导线，其中所述第一和第二连接导线在金属化层中形成。
根据本发明的一个方面，该驱动电极和双功能电极在透明导电材料层中形成。
根据本发明的一个方面，与驱动电极隔开的双功能电极既充当毗邻于驱动电极的双功能电极的参考电极又充当其保护电极。
根据本发明的一个方面，该装置包括连接到该触摸屏装置的主机装置。
根据本发明的一个方面，第一和第二双功能电极一起形成一系列连接的菱形的图案。
根据本发明的一个方面，第一和第二双功能电极一起与驱动电极形成棋盘形状的图案。
根据本发明的一个方面，第一互耦合电容器在驱动电极与第一双功能电极之间形成，第二互耦合电容器在驱动电极与第二双功能电极之间形成，该方法包括排列所述驱动电极和双功能电极对，使得第一互耦合电容器随着触摸该触摸屏表面的物体的接近而改变，第二互耦合电容器对触摸该触摸屏表面的物体基本不敏感。
根据本发明的一个方面，该方法包括排列每对中的第一双功能电极使其毗邻于电极元件阵列中的偶数驱动电极并与该电极元件阵列中的奇数驱动电极隔开，并且排列每对中的第二双功能电极使其毗邻于电极元件阵列中的奇数驱动电极并与该电极元件阵列中的偶数驱动电极隔开。
根据本发明的一个方面，形成电极元件阵列包括形成第一双功能电极，所述第一双功能电极包括在第二双功能电极与驱动电极之间穿过的部分，并且形成第二双功能电极包括形成在第一双功能电极与驱动电极之间穿过的部分，其中所述部分的宽度和所述部分与驱动电极边缘的间隔被排列使得在所述部分上的所有点对触摸物体的存在是基本不敏感的。
根据本发明的一个方面，所述方法包括形成电连接到第一双功能电极的第一连接导线以及电连接到第二双功能电极的第二连接导线，其中所述第一和第二连接导线在金属化层中形成。
根据本发明的一个方面，形成电极元件阵列包括在透明导电材料层中形成驱动电极和双功能电极。
虽然本发明相对于特定实施例进行描述，在阅读和理解本说明书和附图后，本领域的技术人员可以想起等效的改变和更改。尤其是关于由上述元件(组件，组合件，装置，组分等)执行的各种功能，除非以其他方式指出不同，用于描述这类元件的术语(包括提到的“手段”)旨在与执行所描述元件(即，功能等同)的指定功能相对应，即使其结构与公开的执行本文的示例性实施例或本发明的实施例中的功能的结构不等效。此外，虽然本发明的特殊功能已经在上面相对于几个实施例中的一个或多个进行描述，这样的功能可以结合其他实施例的一个或更多其他功能，正如任何给出的特殊应用是所期望或有利的。
【产业可利用性】
本发明可以应用于工业和消费电子的中型和大型显示和触摸屏装置。特别地，本发明可以用于例如但不限于平板计算机，上网本计算机，便携式计算机，移动电话，个人数字助理(PDA)，电子书(电子阅读器)，卫星导航系统等。
【参考符号列表】
10 基板
11 感应电极
12 电压源
13 手指或其他导电物体
14 电容
15 电流传感器
20 驱动电极
21 感应电极
22 电压源
23 耦合电容器
24 电流测量装置
30 保护电极
31 驱动电极
32 感应电极
33 电压刺激
34 保护电容
35 互耦合电容
36 感应电路
40 驱动电极
41 感应电极
42 参考电极
100 电极阵列
101 驱动电极
102 感应电极
103 参考电极
104 基板
105 第一互耦合电容器
106 第二互耦合电容器
110 显示装置
111 第一寄生电容器
112 第二寄生电容器
115 触摸物体
116 驱动电极组
117 感应电极组
118 参考电极组
120 透明导电材料层
121 金属化层
122 电绝缘层
125 感应电路
130 开关电路
131 第一采样开关
132 第二采样开关
133 第三采样开关
134 第四采样开关
140 微分积分器电路
141 第一运算放大器
142 第一积分电容器
143 第一复位开关
145 第二运算放大器
146 第二积分电容器
147 第二复位开关
150 差分放大器
151 运算放大器
152 第一输入电阻器
153 第二输入电阻器
154 第一反馈电阻器
155 第二反馈电阻器
160 模拟-数字转换器
170 驱动电路
171 电压发生器单元
180 触摸屏装置
181 感应电路块
182 驱动电路块
183 接口电路
190 主机装置
191 显示控制器
201 驱动电极
202 感应电极
203 参考电极
204 第一参考电极部分
205 第二参考电极部分
230 开关电路
231 第一采样开关
232 第二采样开关
233 第三采样开关
234 第四采样开关
400 电极阵列
401 驱动电极
402 感应电极对
403 第一双功能电极
404 第二双功能电极
405 窄部分
406 窄部分
411 感应电极对
412 第一双功能电极
413 第二双功能电极
414 第一连接导线
415 第二连接导线
416 接触孔
420 透明导电材料
421 电绝缘层
425 感应电路
430 开关电路
431 第一采样开关
432 第二采样开关
433 第三采样开关
434 第四采样开关
435 第五采样开关
436 第六采样开关
440 微分积分器电路
450 差分放大器电路
460 模拟-数字转换器
470 驱动电路
471 电压发生单元
481 感应电极对
482 第一双功能电极
483 第二双功能电极
484 第一窄部分
485 第二窄部分

Claims (13)

1.一种互电容触摸屏装置，其包括：
基板；和
在所述基板上形成的电极元件阵列，每个电极元件包括驱动电极和一对双功能电极，
其中每个电极元件的所述一对双功能电极围绕各自电极元件的所述驱动电极基本对称排列，使得所述一对双功能电极中的第一双功能电极毗邻于所述驱动电极，并且所述一对双功能电极中的第二双功能电极通过所述第一双功能电极与所述驱动电极隔开，
其中每对双功能电极中的所述第一双功能电极被排列为毗邻于所述电极元件阵列中的偶数驱动电极并与奇数驱动电极隔开，并且每对双功能电极中的所述第二双功能电极被排列为毗邻于所述电极元件阵列中的奇数驱动电极并与偶数驱动电极隔开。
2.根据权利要求1所述的装置，其中在每个电极元件的所述驱动电极与所述第一双功能电极之间形成第一互耦合电容器，并且在每个电极元件的所述驱动电极与所述第二双功能电极之间形成第二互耦合电容器，并且
其中所述驱动电极与所述一对双功能电极被排列为，使得所述第一互耦合电容器随着触摸所述触摸屏的表面的物体的接近而改变，并且所述第二互耦合电容器对触摸所述触摸屏的表面的物体是基本不敏感的。
3.根据权利要求1所述的装置，其中毗邻于有效驱动电极的双功能电极对触摸物体的接近是敏感的，而与所述有效驱动电极隔开的双功能电极对触摸物体的接近是基本不敏感的。
4.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一双功能电极包括在所述第二双功能电极与所述驱动电极之间穿过的第一部分，并且所述第二双功能电极包括在所述第一双功能电极与所述驱动电极之间穿过的第二部分，并且所述第一和第二部分的宽度和所述第一和第二部分与所述驱动电极边缘的间隔被排列为使得在所述第一和第二部分上的所有点对触摸物体的存在是基本不敏感的。
5.根据权利要求2所述的装置，其进一步包括感应电路，所述感应电路被配置为
测量所述第一和第二互耦合电容器，并且
计算所述第一和第二互耦合电容器之间的差值，以对触摸物体的接近进行测定。
6.根据权利要求2所述的装置，其进一步包括感应电路，所述感应电路被配置为在每采样周期对所述第一和第二互耦合电容器采样两次。
7.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括电连接到所述第一双功能电极的第一连接导线以及电连接到所述第二双功能电极的第二连接导线，其中所述第一和第二连接导线在金属化层形成。
8.根据权利要求1所述的装置，其中所述驱动电极和双功能电极在透明导电材料层形成。
9.根据权利要求1所述的装置，其中与所述驱动电极隔开的双功能电极既充当毗邻于所述驱动电极的双功能电极的参考电极又充当其保护电极。
10.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一和第二双功能电极一起形成一系列连接的菱形的图案。
11.根据权利要求1所述的装置，其中所述第一和第二双功能电极一起与所述驱动电极形成棋盘形状的图案。
12.根据权利要求1所述的装置，其进一步包括连接到所述触摸屏装置的主机装置。
13.一种用于产生互电容触摸屏装置的方法，其包括：
在基板上形成电极元件阵列，每个电极元件包括驱动电极和一对双功能电极，
将所述一对双功能电极围绕所述驱动电极基本对称排列，使得所述一对双功能电极中的第一双功能电极毗邻于所述驱动电极，并且所述一对双功能电极中的第二双功能电极通过所述第一双功能电极与所述驱动电极隔开，
其进一步包括排列每对双功能电极中的所述第一双功能电极使其毗邻于所述电极元件阵列中的偶数驱动电极并与所述电极元件阵列中的奇数驱动电极隔开，并且排列每对双功能电极中的所述第二双功能电极使其毗邻于所述电极元件阵列中的奇数驱动电极并与所述电极元件阵列中的偶数驱动电极隔开。
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Families Citing this family (68)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20090174676A1 (en) 2008-01-04 2009-07-09 Apple Inc. Motion component dominance factors for motion locking of touch sensor data
US8922521B2 (en) 2009-02-02 2014-12-30 Apple Inc. Switching circuitry for touch sensitive display
US8593410B2 (en) 2009-04-10 2013-11-26 Apple Inc. Touch sensor panel design
US8957874B2 (en) 2009-06-29 2015-02-17 Apple Inc. Touch sensor panel design
US9329723B2 (en) 2012-04-16 2016-05-03 Apple Inc. Reconstruction of original touch image from differential touch image
KR101444524B1 (ko) * 2012-07-09 2014-09-24 삼성전기주식회사 정전용량 감지 장치, 정전용량 감지 방법 및 터치스크린 장치
KR101376861B1 (ko) * 2012-07-09 2014-04-01 삼성전기주식회사 정전용량 감지 장치, 정전용량 감지 방법 및 터치스크린 장치
CN103593097B (zh) * 2012-11-29 2017-03-01 敦泰科技有限公司 一种终端设备的触摸检测系统及终端设备
KR102040973B1 (ko) * 2012-12-14 2019-11-06 삼성디스플레이 주식회사 터치 스크린 패널
KR102075040B1 (ko) 2013-02-05 2020-02-11 삼성디스플레이 주식회사 터치 스크린 패널
KR101444580B1 (ko) * 2013-02-13 2014-09-25 삼성전기주식회사 정전용량 감지 장치 및 터치 스크린 장치
KR101548796B1 (ko) * 2013-03-07 2015-08-31 삼성전기주식회사 접촉 감지 장치 및 터치스크린 장치
US10955973B2 (en) * 2013-04-16 2021-03-23 Atmel Corporation Differential sensing for touch sensors
KR102107107B1 (ko) * 2013-07-25 2020-05-07 삼성디스플레이 주식회사 터치 스크린 패널, 터치 스크린 패널 일체형 평판 표시 장치 및 이의 제조 방법
US9886141B2 (en) * 2013-08-16 2018-02-06 Apple Inc. Mutual and self capacitance touch measurements in touch panel
TWI493412B (zh) * 2013-11-22 2015-07-21 Mstar Semiconductor Inc 感測電極結構
US9105255B2 (en) 2013-12-20 2015-08-11 Sharp Kabushiki Kaisha Discriminative capacitive touch panel
WO2015107516A1 (en) * 2014-01-15 2015-07-23 Zrro Technologies (2009) Ltd. Transparent proximity sensor
TWI588723B (zh) * 2014-01-24 2017-06-21 晨星半導體股份有限公司 資料讀取裝置與方法以及資料傳送裝置與方法
WO2015137416A1 (ja) * 2014-03-12 2015-09-17 シャープ株式会社 信号処理システム、タッチパネルシステム、及び、電子機器
WO2015178920A1 (en) 2014-05-22 2015-11-26 Onamp Research Llc Panel bootstrapping architectures for in-cell self-capacitance
US10289251B2 (en) 2014-06-27 2019-05-14 Apple Inc. Reducing floating ground effects in pixelated self-capacitance touch screens
US9880655B2 (en) 2014-09-02 2018-01-30 Apple Inc. Method of disambiguating water from a finger touch on a touch sensor panel
WO2016048269A1 (en) 2014-09-22 2016-03-31 Onamp Research Llc Ungrounded user signal compensation for pixelated self-capacitance touch sensor panel
CN112379792A (zh) 2014-10-27 2021-02-19 苹果公司 像素化自电容水排斥
CN107209279A (zh) * 2014-12-03 2017-09-26 不列颠哥伦比亚大学 具有离子导电材料的柔性透明传感器
CN104407758A (zh) * 2014-12-04 2015-03-11 合肥鑫晟光电科技有限公司 电容式触控面板及显示装置
US9563319B2 (en) 2014-12-18 2017-02-07 Synaptics Incorporated Capacitive sensing without a baseline
CN104503633B (zh) 2015-01-26 2018-07-06 京东方科技集团股份有限公司 一种内嵌式触摸屏、其驱动方法及显示装置
CN107209602B (zh) 2015-02-02 2020-05-26 苹果公司 柔性自电容和互电容触摸感测系统架构
US10488992B2 (en) 2015-03-10 2019-11-26 Apple Inc. Multi-chip touch architecture for scalability
US10416802B2 (en) 2015-09-14 2019-09-17 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd Mutual hover protection for touchscreens
US10365773B2 (en) 2015-09-30 2019-07-30 Apple Inc. Flexible scan plan using coarse mutual capacitance and fully-guarded measurements
CN105353931B (zh) * 2015-11-24 2019-03-15 京东方科技集团股份有限公司 触摸屏及其制作方法、显示器件
US10120509B2 (en) * 2015-12-29 2018-11-06 Stmicroelectronics Asia Pacific Pte Ltd Common mode noise reduction in capacitive touch sensing
US9983246B2 (en) * 2016-01-15 2018-05-29 Cypress Semiconductor Corporation Quasi-differential mutual capacitance measurement
WO2017166058A1 (zh) * 2016-03-29 2017-10-05 深圳市汇顶科技股份有限公司 便携式电子设备、电容触摸屏和电容检测电路
TWI588709B (zh) * 2016-06-27 2017-06-21 友達光電股份有限公司 面板
AU2017208277B2 (en) 2016-09-06 2018-12-20 Apple Inc. Back of cover touch sensors
WO2018112860A1 (zh) * 2016-12-22 2018-06-28 深圳市汇顶科技股份有限公司 电容检测电路及电子装置
CN106648248B (zh) * 2016-12-28 2020-06-12 昆山龙腾光电股份有限公司 触摸感应装置及触控设备
KR20180090936A (ko) * 2017-02-03 2018-08-14 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서 및 이를 구비한 디스플레이 장치
US10831319B2 (en) 2017-02-09 2020-11-10 The University Of British Columbia Cluster sensor
US10670429B2 (en) 2017-02-09 2020-06-02 The University Of British Columbia Capacitive bending sensors
KR20180099230A (ko) * 2017-02-28 2018-09-05 동우 화인켐 주식회사 디지타이저 및 그 제조 방법
US10108285B1 (en) * 2017-04-19 2018-10-23 Superc-Touch Corporation In-cell OLED touch display panel structure with high touch detection sensitivity and narrow border
US10386965B2 (en) 2017-04-20 2019-08-20 Apple Inc. Finger tracking in wet environment
KR102355519B1 (ko) 2017-05-02 2022-01-26 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서 및 그의 구동 방법
KR101932650B1 (ko) * 2017-05-15 2018-12-28 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서 및 이를 구비한 디스플레이 장치
KR102375273B1 (ko) * 2017-05-15 2022-03-18 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서 및 그의 구동 방법
KR102464455B1 (ko) 2017-06-21 2022-11-08 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치 및 이의 제조 방법
KR102413219B1 (ko) * 2017-09-29 2022-06-24 삼성디스플레이 주식회사 터치 감지 장치, 터치 패널, 및 이를 포함하는 표시 장치
US10545614B2 (en) 2018-01-22 2020-01-28 Cypress Semiconductor Corporation Two-electrode touch button with a multi-phase capacitance measurement process
KR102508964B1 (ko) * 2018-01-31 2023-03-14 삼성디스플레이 주식회사 표시 장치
CN110554812B (zh) * 2018-05-31 2023-04-21 李尚礼 触控辨识装置的感测方法及其感测模块
US11106883B2 (en) 2018-08-02 2021-08-31 Samsung Electronics Co., Ltd. Method and apparatus for processing data corresponding to fingerprint image
WO2020028880A1 (en) * 2018-08-03 2020-02-06 Apple Inc. Rectangular touch node design for metal mesh on-cell technology
KR102568725B1 (ko) * 2018-08-06 2023-08-22 삼성디스플레이 주식회사 표시장치
US11243624B2 (en) * 2018-09-12 2022-02-08 Samsung Display Co., Ltd. Input sensing unit and display apparatus including the same
KR20200052483A (ko) * 2018-11-06 2020-05-15 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서 및 표시 장치
US10592057B1 (en) * 2018-11-13 2020-03-17 Synaptics Incorporated Two layer forcepad
KR20200117084A (ko) * 2019-04-02 2020-10-14 삼성디스플레이 주식회사 터치 센서 및 표시장치
US11366558B2 (en) 2019-07-26 2022-06-21 Apple Inc. Metal mesh touch electrodes with visibility mitigations
US11157109B1 (en) 2019-09-06 2021-10-26 Apple Inc. Touch sensing with water rejection
CN111459346B (zh) * 2020-03-31 2021-09-07 深圳市汇顶科技股份有限公司 电容式触控装置及其手势识别方法、芯片和存储介质
US11662867B1 (en) 2020-05-30 2023-05-30 Apple Inc. Hover detection on a touch sensor panel
WO2021247602A1 (en) 2020-06-02 2021-12-09 Microchip Technology Incorporated Capacitive sensing utilizing a differential value indication
JP2023179390A (ja) * 2022-06-07 2023-12-19 株式会社 ハイディープ ペン及びタッチ入力システム及びコントローラ

Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070074914A1 (en) * 2005-10-05 2007-04-05 Geaghan Bernard O Interleaved electrodes for touch sensing
US20090135157A1 (en) * 2007-11-27 2009-05-28 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Capacitive Sensing Input Device with Reduced Sensitivity to Humidity and Condensation
TW200926594A (en) * 2007-08-26 2009-06-16 Qrg Ltd Capacitive sensor with reduced noise
CN101907794A (zh) * 2009-06-05 2010-12-08 索尼公司 触摸面板、显示面板和显示单元
CN102239461A (zh) * 2008-09-26 2011-11-09 苹果公司 用于触摸面板的差分感测

Family Cites Families (9)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US4293734A (en) 1979-02-23 1981-10-06 Peptek, Incorporated Touch panel system and method
US5543588A (en) 1992-06-08 1996-08-06 Synaptics, Incorporated Touch pad driven handheld computing device
US6542017B2 (en) * 2001-06-13 2003-04-01 Texas Instruments Incorporated Feed-forward approach for timing skew in interleaved and double-sampled circuits
US20060007171A1 (en) * 2004-06-24 2006-01-12 Burdi Roger D EMI resistant balanced touch sensor and method
US20090194344A1 (en) 2008-01-31 2009-08-06 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Single Layer Mutual Capacitance Sensing Systems, Device, Components and Methods
US9075484B2 (en) 2009-06-02 2015-07-07 Pixart Imaging Inc. Sensor patterns for mutual capacitance touchscreens
CN101943975B (zh) * 2009-07-09 2015-12-16 敦泰科技有限公司 超薄型互电容触摸屏及组合式超薄型触摸屏
JP2011081578A (ja) 2009-10-07 2011-04-21 Hitachi Displays Ltd 表示装置
US8884894B2 (en) * 2010-09-23 2014-11-11 Innolux Corporation Input detection device, input detection method, input detection program, and computer readable media

Patent Citations (5)

* Cited by examiner, † Cited by third party
Publication number Priority date Publication date Assignee Title
US20070074914A1 (en) * 2005-10-05 2007-04-05 Geaghan Bernard O Interleaved electrodes for touch sensing
TW200926594A (en) * 2007-08-26 2009-06-16 Qrg Ltd Capacitive sensor with reduced noise
US20090135157A1 (en) * 2007-11-27 2009-05-28 Avago Technologies Ecbu Ip (Singapore) Pte. Ltd. Capacitive Sensing Input Device with Reduced Sensitivity to Humidity and Condensation
CN102239461A (zh) * 2008-09-26 2011-11-09 苹果公司 用于触摸面板的差分感测
CN101907794A (zh) * 2009-06-05 2010-12-08 索尼公司 触摸面板、显示面板和显示单元

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Publication number Publication date
US20130257785A1 (en) 2013-10-03
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