CN104641333A - 全内嵌式传感器 - Google Patents

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Abstract

具有集成电容性感测装置的显示装置包括布置在滤色玻璃的背面上的接收器电极。电容性感测装置的发射器电极以减少发射器和接收器电极之间的电容性耦合的尺寸和几何形状进行配置。发射器电极可用来自于被分割公共电极的一个或多个尖头或段来形成。

Description

全内嵌式传感器
技术领域
本公开的实施例涉及输入装置、处理系统以及用于触摸感测的方法。
背景技术
包括接近传感器装置（也通常被称为触摸垫或触摸传感器装置）的输入装置广泛应用于多种电子系统中。接近传感器装置典型地包括通常由表面区分的感测区，在其中接近传感器装置确定一个或多个输入对象的存在、位置和/或运动。接近传感器装置可用于为电子系统提供接口。例如，接近传感器装置通常用作较大计算系统的输入装置（诸如集成在或外设于笔记本或桌上型电脑的触摸垫）。接近传感器装置也经常用于较小计算系统中（诸如集成在蜂窝电话中的触摸屏）。
发明内容
本文公开输入装置、用于输入装置的处理系统以及用于操作电容性触摸传感器的方法。在一个实施例中，显示装置具有集成电容性感测装置。显示装置包括布置在第一衬底和第二衬底上的多个发射器电极。每个发射器电极包括与第二批多个共用电极段交错的第一批多个共用电极段。第一批多个共用电极段配置成被驱动用于显示更新和电容性感测。显示装置还包括定义在第一衬底和第二衬底之间的区域。该区域包括多个滤色片、黑掩膜以及多个接收器电极。该多个接收器电极与定义在相邻滤色片之间的区域对齐。显示装置包括耦合至多个发射器电极以及多个接收器电极的处理系统。处理系统配置成以发射器信号驱动第一发射器电极的第一批多个共用电极段，并且以至少一个接收器电极接收结果信号。结果信号包括与发射器信号对应的影响。第一批多个共用电极段与接收器电极电容性地耦合，形成跨电容性耦合。处理系统配置成，在驱动第一批多个共用电极段时，第二批多个共用电极段配置成减少第一批多个共用电极段与接收器电极之间的跨电容性耦合。
在另一个实施例中，用于显示装置的触摸传感器具有集成电容性感测装置。触摸传感器包括布置在第一衬底和第二衬底上的多个发射器电极。每个发射器电极包括与第二批多个共用电极段交错的第一批多个共用电极段。第一批多个共用电极段配置被驱动用于显示更新和电容性感测，并且其中第二批多个共用电极段没有被驱动用于电容性感测。触摸传感器还包括布置在第一衬底和第二衬底之间的显示材料。多个发射器电极布置在第一衬底和显示材料之间。触摸传感器还包括定义在第二衬底和显示材料之间的区域。该区域包括多个滤色片、黑掩膜以及多个接收器电极。多个接收器电极布置在第二衬底与显示材料之间，并与定义在相邻滤色片之间的区域对齐。
在另一个实施例中，用于操作显示装置的方法具有集成电容性感测装置。该方法包括以发射器信号驱动第一发射器电极的第一批多个共用电极段。第一批多个共用电极段配置成被驱动用于显示更新和电容性感测。该方法还包括以至少一个接收器电极接收结果信号。结果信号包括与发射器信号对应的影响。第一批多个共用电极段与接收器电极电容性地耦合，形成跨电容性耦合。接收器电极布置于定义在第一衬底和第二衬底之间的区域。该区域还包括黑掩膜、以及多个滤色片，并且接收器电极与定义在相邻滤色片之间的区域对齐。该方法还包括，在驱动第一批多个共用电极段时，第二批多个共用电极段配置成减少第一批多个共用电极段与接收器电极之间的跨电容性耦合。第一批多个共用电极段与第二批多个共用电极段交错。
附图说明
为了使本公开的上述特征能够以详细的方式来理解，通过参考实施例作出在上面简要总结的、本公开的更具体的描述，其中一些实施例在附图中例示。但要注意，由于本发明可容许其他相等地有效的实施例，这些附图仅例示本发明的典型实施例，不应因此被认为对其范围的限定。
图1是依照本公开实施例的、输入装置的示意图。
图2是依照一个实施例的、具有布置在电子系统中的输入装置的电子系统的分解图。
图3例示依照本公开一个实施例的、输入装置的示例性传感器图案。
图4描绘具有可与接收器电极重叠的、交错的共用电极段的发射器电极的备选实施例。
图5A例示依照本公开一个实施例的、定义在滤色玻璃和具有多个接收器电极的衬底之间的区域。
图5B例示布置于定义在滤色玻璃和衬底之间的区域中的接收器电极的备选实施例。
图6是依照本公开一个实施例的、例示用于操作输入装置的方法的流程图。
图7例示依照本公开一个实施例的、用于集成显示装置以及电容性感测装置的示例性传感器电极图案。
图8A和8B例示示例传感器电极图案的各种实施例。
为促进理解，已尽可能使用同样的参考标号来标明对附图而言是共同的同样元件。应预期到，在一个实施例中公开的元件可不经明确的叙述、而在其他实施例中可获益地使用。这里所指的附图不应被理解为按比例绘制，除非特别说明。同样，通常简化附图，并且省略细节或元件以便陈述和解释的清楚。附图及讨论服务于解释下面讨论的原理，其中类似的标注表示类似的元件。
具体实施方式
下列详细描述本质上仅仅是示范性的，并不意图限制本发明或本发明的应用和使用。而且，不存在由在先技术领域、背景技术、发明内容或下面具体实施方式中提出的、任何表达的或暗示的理论所约束的意图。
图1是依照本技术实施例的、输入装置100的框图。尽管本公开实施例可用在包括显示装置（其与感测装置集成）的输入装置100中，，应预期本发明可以在没有集成感测装置的显示装置中具体化。输入装置100可配置成向电子系统150提供输入。如本文档所使用的，术语“电子系统”（或“电子装置”）广义地指能够电子地处理信息的任何系统。电子系统150的某些非限制性示例包括各种大小和形状的个人计算机，诸如桌上型电脑、膝上型电脑、上网本电脑、平板电脑、网络浏览器、电子书阅读器和个人数字助理（PDA）。另外的示例电子系统150包括复合型输入装置，诸如包括输入装置100和独立操纵杆或按键开关的物理键盘。进一步的示例电子系统150包括诸如数据输入装置（包括遥控器和鼠标）和数据输出装置（包括显示屏幕和打印机）之类的外围设备。其他示例包括远程终端、信息亭、以及视频游戏机（例如，视频游戏控制台、便携式游戏装置等）。其他示例包括通信装置（包括诸如智能电话之类的蜂窝电话）和媒体装置（包括录音机、编辑器和诸如电视机的播放器、机顶盒、音乐播放器、数码相框和数码相机）。另外，电子系统可以是输入装置的主机或从机。
输入装置100能够实现为电子系统150的物理部件，或能够与电子系统150物理地分离。视情况而定，输入装置100可使用下列项的任一个或多个与电子系统的部件通信：总线、网络以及其他有线或无线互连（包括串行和/或并行连接）。示例包括I2C、SPI、PS/2、通用串行总线（USB）、蓝牙、RF以及IRDA。
在图1中，输入装置100示出为接近传感器装置（也通常被称为“触摸垫”或“触摸传感器装置”），其配置成感测由一个或多个输入对象140在感测区120中提供的输入。输入对象的示例包括如图1所示的手指和触控笔。
感测区120包含在输入装置100之上、周围、之中和/或附近的任何空间，在其中输入装置100能够检测用户输入（例如，由一个或多个输入对象140提供的用户输入）。特定感测区的尺寸、形状和位置可以逐个实施例极大地改变。在一些实施例中，感测区120从输入装置100的表面沿一个或多个方向延伸到空间中，直至信噪比阻止充分准确的对象检测。这个感测区120沿特定方向延伸的距离，在各种实施例中，可以大约少于一毫米、数毫米、数厘米、或更多，而且可随所使用的感测技术的类型和期望的精度而显著变化。因此，一些实施例感测输入，其包括与输入装置100任何表面无接触、与输入装置100的输入表面（例如触摸表面）相接触、与耦合一定量外加力或压力的输入装置100的输入表面相接触、和/或它们的组合。在各种实施例中，输入表面可由传感器电极位于其中的壳体的表面来提供，由应用在传感器电极或任何壳体之上的面板来提供等。在一些实施例中，感测区120在投射到输入装置100的输入表面上时具有矩形形状。
输入装置100可使用传感器组件和感测技术的任何组合来检测感测区120中的用户输入。输入装置100包括用于检测用户输入的一个或多个感测元件121。作为几个非限定性示例，输入装置100可使用电容性、倒介电、电阻性、电感性、磁、声、超声、和/或光技术。
一些实现配置成提供跨越一维、二维、三维或更高维空间的图像。一些实现配置成提供沿特定轴或平面的输入的投影。
在输入装置100的一些电阻性实现中，柔性且导电的第一层通过一个或多个间隔元件与导电的第二层分离。在操作期间，一个或多个电压梯度跨多层产生。按压柔性的第一层可使其充分弯曲而产生多层之间的电接触，导致反映多层间接触的点的电压输出。这些电压输出可用于确定位置信息。
在输入装置100的一些电感性实现中，一个或多个感测元件获得谐振线圈或线圈对引起的环路电流。电流的量值、相位和频率的某种组合可随后用于确定位置信息。
在输入装置100的一些电容性实现中，施加电压或电流至一个或多个电容性感测元件121以产生电极和地之间的电场。附近的输入对象140导致电场的变化，并且产生电容性耦合的可检测变化，其可作为电压、电流等的变化而被检测。
一些电容性实现使用电容性感测元件121的阵列或其他规则或不规则的图案来产生电场。在一些电容性实现中，独立感测元件121可欧姆地短接在一起以形成更大的传感器电极。一些电容性实现利用电阻片，其可以是电阻均匀的。
一些电容性实现利用基于传感器电极与输入对象之间的电容性耦合的变化的“自电容”（或“绝对电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极附近的电场，从而改变量得的电容性耦合。在一个实现中，绝对电容感测方法通过相对于基准电压（例如，系统地）来调制传感器电极，以及通过检测传感器电极与输入对象之间的电容性耦合，来进行操作。
一些电容性实现利用基于传感器电极之间的电容性耦合的变化的“互电容”（或“跨电容”）感测方法。在各种实施例中，传感器电极附近的输入对象改变传感器电极之间的电场，从而改变量得的电容性耦合。在一个实现中，跨电容性感测方法通过检测在一个或多个发射器传感器电极（也称为“发射器电极”或“发射器”）和一个或多个接收器传感器电极（也称为“接收器电极”或“接收器”）之间的电容性耦合，来进行操作。发射器传感器电极可相对于基准电压（例如，系统地）来调制以传送发射器信号。接收器传感器电极可相对于基准电压保持大体恒定以促进结果信号的接收。结果信号可包括对应于一个或多个发射器信号和/或对应于一个或多个环境干扰源（例如其他电磁信号）的影响。传感器电极可为专用的发射器或接收器，或者传感器电极可配置成既传送又接收。
在图1中，处理系统110示出为输入装置100的部件。处理系统110配置成操作输入装置100的硬件来检测感测区120中的输入。处理系统110包括一个或多个集成电路（IC）和/或其他电路组件的部分或全部。（例如，用于互电容传感器装置的处理系统可包括配置成以发射器传感器电极来传送信号的发射器电路，和/或配置成以接收器电极来接收信号的接收器电路)。在一些实施例中，处理系统110还包括电子可读指令，诸如固件代码、软件代码等。在一些实施例中，处理系统110的组件定位在一起，诸如在输入装置100的感测元件附近。在其他实施例中，处理系统110的组件在物理上是独立的，其中一个或多个组件靠近输入装置100的感测元件，而一个或多个组件在别处。例如，输入装置100可为耦合到桌上型电脑的外设，并且处理系统110可包括配置成在桌上型电脑的中央处理单元上运行的软件以及与该中央处理单元分离的一个或多个IC（或许具有关联的固件）。作为另一示例，输入装置100可物理地集成在电话中，并且处理系统110可包括作为该电话的主处理器的一部分的电路和固件。在一些实施例中，处理系统110专用于实现输入装置100。在其他实施例中，处理系统110也执行其他功能，诸如操作显示屏、驱动触觉制动器等。
处理系统110可实现为处理处理系统110的不同功能的一组模块。每一模块可包括作为处理系统110的一部分的电路、固件、软件或它们的组合。在各种实施例中，可使用模块的不同组合。示例模块包括用于操作诸如传感器电极和显示屏之类硬件的硬件操作模块，用于处理诸如传感器信号和位置信息之类数据的数据处理模块，以及用于报告信息的报告模块。另外的示例模块包括传感器操作模块，其配置成操作感测元件来检测输入；识别模块，其配置成识别诸如模式变更手势之类的手势；以及模式变更模块，其用于变更操作模式。
在一些实施例中，处理系统110直接通过引起一个或多个动作来响应在感测区120中的用户输入（或没有用户输入）。示例动作包括变更操作模式，以及诸如光标移动、选择、菜单导航和其他功能的图形用户界面（GUI）动作。在一些实施例中，处理系统110向电子系统的某个部件（例如，向与处理系统110分离的电子系统的中央处理系统，如果这样一个独立的中央处理系统存在的话）提供关于用户输入（或没有用户输入）的信息。在一些实施例中，电子系统的某个部件处理从处理系统110接收的信息以按用户输入进行动作，诸如促进全范围的动作，包括模式变更动作和GUI动作。
例如，在一些实施例中，处理系统110操作输入装置100的感测元件来产生指示感测区120中输入（或没有输入）的电信号。处理系统110在产生提供给电子系统的信息中，可对该电信号执行任何适量的处理。例如，处理系统110可对从传感器电极获得的模拟电信号进行数字化。作为另一示例，处理系统110可执行滤波或其他信号调节。作为又一示例，处理系统110可减去或以其他方式计及基线，以使得信息反映电信号和基线之间的差异。作为另一些示例，处理系统110可确定位置信息，将输入识别为命令，识别笔迹等。
本文使用的“位置信息”广义地包含绝对位置、相对位置、速度、加速度和其他类型的空间信息。示例性的“零维”位置信息包括近/远或接触/非接触信息。示例性的“一维”位置信息包括沿轴的位置。示例性的“二维”位置信息包括在平面中的运动。示例性的“三维”位置信息包括在空间中的瞬时或平均速度。进一步的示例包括空间信息的其他表示。也可确定和/或存储关于一种或多种类型位置信息的历史数据，包括，例如随时间追踪位置、运动、或瞬时速度的历史数据。
在一些实施例中，输入装置100采用由处理系统110或由某个其他处理系统操作的附加输入组件来实现。这些附加输入组件可为感测区120中的输入提供冗余的功能性，或某个其他功能性。图1示出感测区120附近的按钮130，其能够用于促进使用输入装置100的项目的选择。其他类型的附加输入组件包括滑块、球、轮、开关等。相反地，在一些实施例中，输入装置100可在没有其他输入组件的情况下实现。
一些实施例中，输入装置100包括触摸屏界面，并且感测装置的感测区120与显示屏的有源区的至少一部分重叠。例如，输入装置100可包括覆盖该显示屏的、大体透明的传感器电极，以及为关联的电子系统提供触摸屏界面。该显示屏可以是能向用户显示可视界面的、任何类型的动态显示器，并可包括任何类型的发光二极管（LED）、有机LED（OLED）、阴极射线管（CRT）、液晶显示器（LCD）、等离子体、电致发光（EL），或其他显示技术。输入装置100和显示装置可共用物理元件。例如，一些实施例可将相同电组件的一些用于显示及感测。作为另一示例，显示装置可部分或整个地由处理系统110操作。
应理解，尽管本发明的许多实施例在完全功能设备的上下文中描述，本技术的机理能够作为采用多种形式的程序产品（例如软件）来被分配。例如，本技术的机理可作为电子处理器可读取的信息承载介质（例如，可由处理系统110读取的、非暂时性计算机可读和/或可记录/可写的信息承载介质）之上的软件程序来实现及分配。另外，无论用于执行分配的介质的特定类型，本技术的实施例同样地适用。非暂时性、电子可读介质的示例包括各种光碟、存储棒、存储卡、存储模块等。电子可读介质可基于闪速、光、磁、全息、或任何其他存储技术。
图2是具有布置在电子系统150中的输入装置100的电子系统150的分解图。输入装置100一般包括与传感器装置连接的显示装置200，其中传感器装置配置成感测由一个或多个输入对象140在感测区120内提供的输入，如图1所例示。在图2示出的实施例中，输入装置100包括多个如本文所述的感测元件121，其可布置于显示装置200内。
显示装置200一般包括定位于显示装置的有源元件238的第一衬底224（有时称为TFT玻璃）上的多个透明衬底。有源元件238可以包括一个或多个薄膜晶体管（TFT）层，其包括配置成更新多个像素的显示更新电路。有源元件238的TFT层可以通过一个或多个导电电极（本文称为V-com电极236）电耦合至基准电压（称为V-com）。在一个实施例中，V-com电极236可布置于显示装置200的TFT衬底（即第一衬底224）上。在图2所示的实施例中，V-com电极236布置于第一衬底224上的有源元件238的TFT层的顶部。如下进一步描述，在一些实施例中，V-com电极236被分割成多个共用电极段，并既用于显示更新又用于电容性感测。
在一个实施例中，定位于显示装置200的衬底224上的多个透明衬底包括第二衬底（本文称之为滤色玻璃218或CFG）、透镜212、可选的偏振器214以及可选的防碎膜216。显示材料222（例如液晶）的层可布置在滤色玻璃218和衬底224之间。
在一个实施例中，定义在滤色玻璃218和衬底224之间的区域220包括多个滤色片230和黑掩膜232（有时称为黑底）。
在一个实施例中，输入装置100的感测元件121至少部分地布置在区域220内。如图2所示，感测元件121可布置在滤色玻璃218和显示材料222之间。在有时称为“内嵌（in-cell）”配置的实施例中，感测元件121可备选地布置于、至少部分地直接形成于、或完全直接形成于滤色玻璃218的下侧240上。在一个实施例中，布置感测元件121的一些组件（例如接收器电极）使得感测元件121的组件与定义在相邻滤色片230之间的区域对齐，如下结合图5A-5B所描述。在感测元件121至少部分地直接形成于、完全形成于显示装置200的有源元件238的衬底224上、或形成于其内的场合，感测元件121的发射器电极可由布置在衬底224和显示材料222之间的共用电极（所分割V-com电极236的段）组成。
图3例示依照本公开一个实施例的、输入装置的示例传感器图案。为了例示和描述的清楚起见，图3示出采用简单矩形和形状的图案的感测元件121，而没有示出各种组件。感测元件121可以具有其他合适的几何图形或形状。例示的感测元件121的图案包括第一批多个传感器电极302（302-1，302-2，302-3，… 302-n），以及布置在第一批多个传感器电极302上的第二批多个传感器电极304（304-1，304-2，304-3，… 304-m）。在一个实施例中，处理系统110耦合至传感器电极302和304，并配置成以第一批多个传感器电极302来传送发射器信号，并以第二批多个传感器电极304来接收结果信号。在这样的实施例中，第一批多个传感器电极可被称为多个发射器电极302（302-1，302-2，302-3，… 302-n），并且第二批多个传感器电极可被称为多个接收器电极304（304-1，304-2，304-3，… 304-m）。在一个实施例中，多个接收器电极304可以布置在多个发射器电极302之上。在另一实施例中，处理系统110可以配置成以第一批多个传感器电极和第二批多个传感器电极两者进行传送并接收。
发射器电极302和接收器电极304之间局部化电容性耦合的区域可以被称为 “电容性像素”。发射器电极302和接收器电极304之间的电容性耦合随与发射器电极302和接收器电极304关联的感测区中输入对象的接近和运动而变化。
在一些实施例中，传感器图案被“扫描”以确定这些电容性耦合。换言之，驱动发射器电极302来传送发射器信号。可操作发射器使得每次一个发射器电极进行传送，或者多个发射器电极同时传送。在多个发射器电极同时传送的场合，这些多个发射器电极可以传送相同发射器信号并有效地产生实际上更大的发射器电极，或者这些多个发射器电极可以传送不同的发射器信号。例如，多个发射器电极可以根据使他们对接收器电极304的结果信号的组合影响能够被独立地确定的一个或多个编码方案，来传送不同的发射器信号。
接收器电极304可被单个地或多个地操作来获得结果信号。结果信号可用于确定电容性像素处的电容性耦合的度量。
来自电容性像素的度量的集合形成“电容性图像”（也是“电容性帧”），其代表像素处的电容性耦合。可在多个时间段内获得多个电容性图像，并且它们之间的差异用于导出关于感测区中输入的信息。例如，在连续的时间段内获得的连续电容性图像能够用于追踪进入、退出感测区以及在感测区内的一个或多个输入对象的运动。
传感器装置的背景电容是与在感测区中没有输入对象相关联的电容性图像。背景电容随环境和操作情况而变化，并且可以按各种方式来估计。例如，当没有输入对象被确定在感测区中时，一些实施例获取“基线图像”，并使用那些基线图像作为它们背景电容的估计。
可针对传感器装置的背景电容来调整电容性图像以用于更有效的处理。一些实施例通过“基线化”电容性像素处的电容性耦合的度量来产生“基线化电容性图像”而实现这一点。换言之，一些实施例将形成电容图像的度量与与那些像素相关联的“基线图像”的适当“基线值”进行比较，并确定那个基线图像的变化。
在一些触摸屏实施例中，发射器电极302包括用于更新显示屏的显示的一个或多个共用电极（例如V-com电极236或源驱动电极）。这些共用电极可布置于适当的显示屏衬底上。例如，共用电极可布置于一些显示屏（例如，平面内切换（IPS）或平面至线切换（PLS））中的TFT玻璃224上，如图2所示。在这种实施例中，共用电极也可以称为“组合电极”，因为它执行多种功能。在一些实施例中，至少两个发射器电极302可共用至少一个共用电极。
依照本公开的实施例，已确定一些显示材料222（例如液晶材料）的介电特性可以是各向异性的。换言之，介电常数可以在例如水平的和垂直的不同方向上不同。在某些诸如平面内切换（IPS）显示装置的显示装置中，显示材料的液晶分子平面内对齐并仅在水平方向上旋转。这可能导致液晶材料的介电常数的恒定垂直分量，其促进触摸感测独立于LCD显示图像。因而，“边缘场（fringing-field）”电容可支配依照本公开实施例布置的感测元件中电容的“平行板（parallel-plate）”分量。尽管用于图案化传感器装置中发射器电极的传统技术可使用由子像素间隙分隔的矩形条，已确定在这样的实施例中发射器电极和接收器电极之间的电容（例如Ct）可以达到接收器电极的100pF的范围。电容性耦合这样的值可能超出已知处理系统的范围，并且一般而言，可能对于处理是不切实际的。
因此，本公开的实施例通过改变发射器电极的几何形状和大小，提出发射器电极面积的减少。在一个实施例中，发射器电极302包括每个发射器间距（pitch）一个或多个尖头（prong）。已确定多尖头发射器电极向在其他几何形状上的触摸提供改进的空间响应的均一性。因而，在一个实施例中，发射器电极的每个尖头可以是一个共用电极段。
依照一个实施例，V-com电极236可被分割和图案化成为多个共用电极段306、308。共用电极段的一些被用于显示更新、电容性感测或者显示更新及电容性感测两者。在图3所示实施例中，发射器电极302可以包括配置成被驱动用于显示更新和电容性感测两者的多个共用电极段306。在一个实施例中，共用电极段306可与第二批多个共用电极段308交错。第二批多个共用电极段308可以在显示更新时期期间连接到基准电压（例如V-com），并在触摸感测执行时保持大体上恒定的电压水平（或电浮动）。照这样，第二批多个电极段308可以用于更新显示，而非电容性感测。
具有与一个或多个共用电极段308交错的一个或多个共用电极段306的发射器电极302的各种配置可选择成获得发射器电极302和接收器电极304之间的期望的跨电容耦合（例如Ct）。在一些实施例中，组成发射器电极302的共用电极段 306的数量选择成减少跨电容性耦合，其否则会在共用电极段306和308的集合两者都会被驱动用于电容性感测的情况下出现。另外，尽管图3的实施例例示包括三个段306的发射器电极302，但每个发射器电极302可以具有多于三个段306，并且在每一段306之间，可能存在并未用于电容性感测的共用电极308。
另外，尽管共用电极段306、308例示为实心块，但在各种实施例中，发射器电极302的每个共用电极段306和/或共用电极段308可包括被分割的V-com电极236的多个段。
尽管图3的实施例描绘横越感测区长度的共用电极段，应认识到，用于发射器电极和共用电极段的备选几何图形和配置完全在本公开的范围内。图4示出了一示例性的备选实施例。
图4描绘发射器电极402的备选实施例，其中发射器电极402具有与第二批多个共用电极段408交错的第一批多个共用电极段404，发射器电极402与接收器电极304的至少一个重叠。在图4示出的实施例中，发射器电极402垂直于接收器电极304来定向，并沿发射器电极402的长度分割成共有电极段406及408。在一些实施例中，发射器电极402被分割成共用电极段，使得与接收器电极304重叠的共用电极段（例如段408）并未用于触摸感测，并连接至用于显示更新的基准电压（例如V-com）。其他的共用电极段404配置用于显示更新和电容性感测，并可利用多个跳线406电耦合在一起。在一个实施例中，跳线406可以与共用电极段408和接收器电极304绝缘。
在操作中，在触摸感测期间，可以按照与共用电极段306类似的方式驱动共用电极段408来减少发射器和接收器电极之间的电容性耦合。已确定，发射器电极402和接收器电极304之间的跨电容变化（即ΔCt）（例如，由在对应感测区内的对象存在所导致）与具有实心、未分割的发射器电极的传感器电极阵列的跨电容变化保持类似。然而，还已确定，发射器电极402和接收器电极304之间的电容性耦合（即Ct）被减少，并且每个接收器电极的电容性负载（即Cload）同时增加。因而，本公开的实施例有益地提供电容性耦合（Ct）与接收器的电容性负载之间的折衷，同时保持跨电容变化（ΔCt）几乎或完全恒定。还应领会，通过不使用与接收器电极重叠的共用电极段408来进行触摸感测，本公开的实施例减少发射器电极402和接收器电极304之间的电容性耦合的“平行板”分量，其相比于电容性耦合的“边缘场”分量，可能对由对象存在导致的更多跨电容变化不太有用。
回来参考图3，在一个实施例中，接收器电极304布置在滤色玻璃218上，在黑掩膜232之下并与其对齐，使得接收器电极304布置在显示材料222（例如液晶材料）和滤色玻璃218之间。在另一实施例中，接收器电极304布置在TFT衬底224上。在这样的实施例中，接收器电极304、发射器电极302和接地电极（例如段308）彼此电绝缘。例如，一个或多个跳线可以用来将发射器电极302与接收器电极304和/或接地电极绝缘。另外，该一个或多个跳线可以用来将接地电极（例如段308）与接收器电极304绝缘。接收器电极304在图5A和5B中更详细地示出。
图5A更详细地例示依照本公开的一个实施例的、定义在滤色玻璃218和具有多个接收器电极304的衬底224之间的区域220。定义在滤色玻璃218和衬底（例如衬底224）的区域220包括多个滤色片230和黑掩膜232，黑掩膜232用来隐藏下层元件，诸如TFT衬底224中TFT的某些部分。为例示的简洁起见，衬底224并未示出。滤色片230可对应于显示装置的子像素（例如红、绿、蓝） ，并且可以按照多行和多列的图案布置。
依照一个实施例，多个接收器电极304可与滤色片230之间的区域502对齐。在一些实施例中，区域502可由相邻滤色片230的边界（例如红滤色片的右边缘和绿滤色片的左边缘）定义。在其他实施例中，滤色片230之间的区域502由布置在滤色玻璃218上的滤色片之间的空隙空间定义，其中空隙空间被形成以例如用于黑掩膜材料的沉积。在图5A所示的实施例中，多个接收器电极304按相对于滤色片230的垂直定向布置在区域220内。换言之，接收器电极304可以布置在子像素的列（例如红滤色片、绿滤色片和蓝滤色片的列）之间。尽管图5A例示多个接收器电极304按相对于滤色片230的垂直定向布置在区域220内，但在其他实施例中，接收器电极304可以按相对于滤色片230的水平方向来定向，即，在子像素的行之间。
在图5A所示的实施例中，接收器电极304可以是不透明的导电电极，其与布置在相邻滤色片230之间的黑掩膜232的一部分对齐。在一些实施例中，接收器电极304可以是不透明的金属迹线。在一个特定的实施例中，接收器电极304可以具有大约2-3μm的宽度。许多导电电极可以用在一起来获得期望的接收器电极间距。例如，为了获得4.5mm的接收器电极间距，并假定一实施例具有大约20-30μm宽度的多个滤色片，100或更多的导电电极可以用来获得期望的间距，这取决于显示装置对角线尺寸和显示分辨率。
在一些实施例中，接收器电极304布置于滤色玻璃218的下侧240上，在黑掩膜232之下并与其对齐，使得接收器电极304布置在液晶材料222和滤色玻璃218之间。在一些实施例中，接收器电极304可以完全或至少部分地布置在滤色片230之间的黑掩膜232内。在其他实施例中，接收器电极304可以完全或至少部分地布置滤色片230之间的黑掩膜232之下，使得黑掩膜232隐藏接收器电极304的出现。尽管本公开实施例描述具有在滤色片230“之间”的黑掩膜232的一个配置，可以使用备选的实施例，例如，具有完全或至少部分地布置在滤色片230的邻接阵列上的黑掩膜232的矩阵。
图5B例示接收器电极304的备选实施例，其中接收器电极304布置于定义在滤色玻璃218和衬底224之间的区域220内。在示出的实施例中，多个接收器电极304可用导电的黑掩膜材料本身制成。在一些实施例中，接收器电极304可用不透明的、不反射的导电黑掩膜材料制成。在一个实施例中，每个接收器电极304可以与其他接收器电极电绝缘，如所描绘地通过区域504，其可包括例如不导电黑掩膜材料、其他不导电材料、气隙或任何其它绝缘材料。
依照本公开的实施例，已确定，布置在滤色玻璃218背面240上的导电电极（例如金属材料）可引起对靠近这些导电电极位置的液晶分子的定向的畸变。这样的畸变可导致可以被用户感知的显示装置中的不合意显示假象。还已确定，这样的畸变是由在这些接收器电极保持浮动的情况下的电荷聚集所引起。因而，在一个实施例中，黑掩膜232可以从接收器电极304延伸，来隐藏这样的显示假象以免用户可见。黑掩膜材料可以从接收器电极延伸，使得黑掩膜材料布置在接收器电极和相邻滤色片230之间。在另一实施例中，接收器电极304可以进行操作来减少电荷聚集，如下更详细地描述。
回来参考图3，应领会，在一些实施例中，当接收器电极304可以与滤色片之间的每个区域（即，显示装置的子像素之间）对齐地来形成，接收器电极304的某个子集可以选择并配置成进行电容性感测来获得期望的接收器间距和传感器图案几何形状，并且剩下的接收器电极可不使用。照这样，依照一个实施例，输入装置100可以包括布置在接收器电极304的组之间的一个或多个“不用的”接收器电极312。不用的接收器电极312与接收器电极304类似地进行配置，但其不用于电容性感测或不连接至处理系统110。应领会，不用的接收器电极312可以与接收器电极304类似地来形成，例如，由布置在区域220中的不透明导电迹线或导电黑掩膜材料形成。在一个实施例中，不用的接收器电极312可通过切割接收器电极304形成多个段314来形成，其中该多个段314至少每一发射器间距地由缺口318来电绝缘。在所示实施例中，不用的接收器电极被切割形成多个段314，使得每个段314仅与单个发射器电极302重叠，尽管在其他实施例中，段314可以与多于一个发射器电极304重叠。不用的接收器电极312的分割配置减少电容性耦合，否则其可能例如经由与所有发射器电极302重叠的未切割的接收器电极304而发生在不同的发射器电极302之间。
在一个实施例中，处理系统110配置成操作输入装置100的硬件来检测感测区（例如显示屏的某部分）内的输入。在示出的实施例中，处理系统110包括至少一个驱动器模块330和接收器模块332，其中接收器模块332耦合至多个发射器电极302及多个接收器电极304。在一些实施例中，驱动器模块330可以实现为通信地耦合至独立显示驱动器控制器的触摸感测控制器模块，或实现为配置成提供触摸感测和显示更新两者的的单个控制器。
在一个实施例中，驱动器模块330配置成以发射器信号驱动一个或多个发射器电极用于电容性感测。驱动器模块330可以包括驱动器电路，其耦合至发射器电极302并配置成驱动硬件组件用于电容性感测和用于显示更新。在示出的实施例中，发射器电极302可以“双布线”至处理系统110，即，由发射器电极302的端322和324（或共用电极段306的端）来连接至驱动器模块330。
在一个实施例中，具有接收器电路的接收器模块332耦合至多个接收器电极304。在一些实施例中，该多个接收器电极304可以通过多个“银球（silver ball）”连接器320（其提供从一个衬底（例如CFG218）到另一个衬底（例如TFT玻璃224）的电连接）耦合至处理系统110。经由银球连接器320将接收器电极304连接至TFT玻璃224上的线路允许独立柔性印刷电路（FPC）的去除，因而减少处理系统110的成本。在一些实施例中，接收器电极304可以双布线至处理系统110，与先前描述的发射器电极302类似。接收器模块332配置成当在感测区120内执行电容性感测时，从多个接收器电极304接收结果信号。在一个实施例中，处理系统110还配置成基于结果信号确定位置信息。在一些实施例中，处理系统110可配置成基于由接收器电极304接收到的结果信号来生成对象存在于感测区120中的指示。
图6是依照本公开一个实施例的、例示用于操作输入装置的方法600的流程图。在示出的实施例中，在步骤602，输入装置100的处理系统110以发射器信号驱动第一发射器电极302的第一批多个共用电极段306。
当驱动第一批多个共用电极段306时，在步骤604，处理系统110操作第二批多个共用电极段308来，相比于在第二批多个共用电极段308也以发射器信号来驱动的情况下，减少第一批多个共用电极段306和接收器电极304之间的跨电容性耦合。在一些实施例中，处理系统110以大体恒定的电压（其可包括接地电压或系统基准电压（即V-com））来驱动第二批多个共用电极段308；然而，也可以使用其他大体上恒定的电压。在其他实施例中，处理系统110电浮动第二批多个共用电极段308。在其他实施例中，处理系统110以变化的电压驱动第二批多个共用电极段308。
在步骤606，处理系统110的接收器模块以至少一个接收器电极304来接收结果信号。如先前所述，结果信号包括对应于发射器信号的影响，并且第一批多个共用电极段306与该至少一个接收器电极304电容性耦合，从而形成跨电容性耦合。处理系统110可基于结果信号生成感测区120内对象存在或缺失的指示。
在步骤608，在显示帧的显示更新时期期间，处理系统110驱动第一批和第二批多个共用电极段306和308用于显示更新。在一些实施例中，第一批和第二批多个共用电极段306和308被驱动至接地基准电压，例如V-com，其由TFT层用于显示更新。
在步骤610，在一个实施例中，当执行显示更新时，处理系统110可以电浮动多个接收器电极304。在另一实施例中，在显示更新期间，处理系统110可以以大体上恒定的电压（其可包括接地电压、共用电压（例如V-com）或其他系统基准电压）来驱动接收器电极304。
在步骤612，处理系统110减少一个或多个接收器电极的电荷聚集以降低对显示材料222的影响。如先前所描述，接收器电极对图2所示的层叠结构中液晶材料的接近可影响液晶分子的定向并引起显示假象。
在一个实施例中，为了降低对液晶材料的定向的影响，处理系统110可以周期性地将接收器电极304连接至DC偏置来排出电荷聚集，例如，在以接收器电极执行电容性感测时（例如在步骤606）。DC偏置可以大体上与用于共用电极段308的基准电压（例如V-com电平）相等。在一些实施例中，接收器电极304在显示装置进行操作时可始终以DC偏置来驱动，或者至少在显示更新的时间段。在一些实施例中，处理系统110可以以在电容性感测时期（其可以是显示帧内的非显示更新时期）期间排出电荷聚集的偏置电压来驱动接收器电极304。在显示更新时期浮动接收器电极的实施例中，如在步骤606中，接收器电极304可以在每个电容性感测时期的开始复位至初始电平以用于触摸感测。因而，可以使接收器电极304在短的预定及受控时间段内浮动，从而减少接收器电极上电荷聚集的可能性。另外，当对DC偏置的复位发生时，已聚集的任何电荷可以在触摸感测时期期间被排出。
图7例示依照本公开的一个实施例的、用于诸如输入装置100的集成显示装置及电容性感测装置的示例性传感器电极图案700、702、704。传感器电极图案700、702、704包括用于最优化接收器信噪比（SNR）和动态范围的不同实施例。在各实施例中，传感器电极图案包括浮动电极710和接地电极708的组合。
对于许多集成显示及电容性感测装置而言，发射器和接收器电极之间的电容性耦合（即Ct）以及背景电容（Cb），相比于能够因输入对象来预期的电容性耦合的变化（ΔCt），可能太高。已确定，通过改变浮动电极和接地电极的包含以及发射器电极的尺寸和形状，本公开的实施例能够改变Ct+ Cb对ΔCt的比率来改进触摸感测装置的性能。
在各种实施例中，V-com电极236被分割和图案化形成发射器电极302和接地电极708。在各种实施例中，接地电极708可以以任何大体上恒定的电压（其可包括接地电压或系统基准电压）来驱动；然而，也可以使用其他大体上恒定的电压。在一个实施例中，V-com电极236被分割和图案化形成接地电极708和发射器电极706，以使无用户输入响应电容相对于用户输入响应电容最小化。例如，能够改变发射器和接收器电极之间的电容性耦合（Ct）与背景电容（Cb）对能够因输入对象来预期的电容性耦合的变化（ΔCt）的比率，来改进触摸感测装置的性能。另外，一个或多个浮动电极710可以包括在传感器图案内。
在一个实施例中，降低Ct使用户输入装置位置确定度量（即ΔCt）对并非由用户输入装置引起的Ct的变化更不敏感。
如图7所示，传感器电极图案700能够包括一个或多个接地电极708。在一个实施例中，接地电极在发射器电极的段706之间交错。在其他实施例中，发射器电极302可以是一个连续段，其在任一侧由接地电极708围绕。另外，尽管图7的实施例例示包括两个段706的发射器电极302，每个发射器电极302可以具有多于两个段706，并且在每个段706之间可存在接地电极708。在其他实施例中，接地电极708和浮动电极710两者都可在发射器电极302的段706之间交错。
在一个实施例中，一个或多个电浮动电极710可布置在传感器电极图案700、702、704内。如图7所示，浮动电极710可确定大小，使得它们覆盖发射器电极段706 的一部分或大体整个宽度。另外，浮动电极710可以覆盖发射器电极的多于一个段706，如传感器电极图案702中所示。在各种实施例中，浮动电极710可以布置在每个接收器电极304之间。然而，在其他实施例中，浮动电极710可按照某个其他图案来布置。另外，尽管未在图7中示出，浮动电极710可以布置在多个发射器电极302之上。对于先前描述的实施例附加地或备选地，浮动电极710可以与接地电极708平行布置，如传感器电极图案704中所示，使得浮动电极710在发射器电极302的段706之间互相交叉。在各种实施例中，浮动电极710布置在发射器电极302的段706之间或不同发射器电极302的段706之间。另外，在上述实施例的任一个中，可以选择浮动电极710的尺寸、形状和/或位置来增加ΔCt对Ct比率。
图8A和8B例示示例性传感器电极图案800、850的各种实施例，其中传感器电极图案具有发射器电极802、接收器电极804、接地电极806和至少一个跳线808。在图8A所描绘的实施例中，传感器电极图案800包括至少一个跳线808，其中发射器电极802的段可减少它们靠近接收器电极804的宽度，然而其他的跳线配置和其他的电极形状可以被使用。在一个实施例中，使靠近接收器电极804的发射器电极802收缩成颈状，减少发射器电极和接收器电极之间的跨电容（例如Ct），而没有不利地影响因输入对象引起的电容性耦合的潜在变化（例如ΔCt）。另外，接地电极806可布置于发射器电极802之间，并定形成至少部分地位于接收器电极804和发射器电极802之间。在各种实施例中，跳线808可以是包括在TFT衬底224的层内的隧道。
图8B例示传感器电极图案850的实施例，其中接地电极806布置在接收器电极804和发射器电极852的部分之间。如所示，接地电极806可用于控制发射器电极852和接收器电极804之间的电容性耦合（例如Ct），以在没有不利地影响电容性耦合的变化（例如ΔCt）的情况下减少Ct。应意识到，在图8B中例示的实施例，其具有位于发射器电极和接收器交迭区之间的接地电极，可应用到以上实施例的任一个中，或与以上实施例分离地应用。
尽管前述内容针对本公开的实施例，但是，可以设计本公开的其他或另外的实施例而不偏离其基本范围，并且本公开的范围由附随的权利要求来确定。

Claims (25)

1. 一种包括集成电容性感测装置的显示装置，所述显示装置包括：
　　多个发射器电极，其布置在第一衬底上，每个发射器电极包括与第二批多个共用电极段交错的第一批多个共用电极段，其中所述第一批多个共用电极段配置成被驱动用于显示更新和电容性感测；
　　第二衬底；
　　定义在所述第一衬底和所述第二衬底之间的区域，其中所述区域包括多个滤色片、黑掩膜和多个接收器电极，其中所述多个接收器电极与定义在相邻滤色片之间的区域对齐；以及
　　处理系统，其耦合至所述多个发射器电极以及多个接收器电极，其中所述处理系统配置成：
　　　　以发射器信号驱动第一发射器电极的所述第一批多个共用电极段；
　　　　以至少一个接收器电极接收结果信号，所述结果信号包括对应于所述发射器信号的影响，其中所述第一批多个共用电极段与所述接收器电极电容性地耦合形成跨电容性耦合；以及
　　　　在驱动所述第一批多个共用电极段时，所述第二批多个共用电极段配置成减少所述第一批多个共用电极段和所述接收器电极之间的所述跨电容性耦合。
2. 如权利要求1所述的显示装置，其中所述第二批多个共用电极段配置成减少所述第一批多个共用电极段和所述接收器电极之间的所述跨电容性耦合包括：
　　在以所述发射器信号驱动所述第一批多个共用电极段时，以大体上恒定的电压驱动所述第二批多个共用电极段。
3. 如权利要求1所述的显示装置，其中所述第二批多个共用电极段配置成减少所述第一批多个共用电极段和所述接收器电极之间的所述跨电容性耦合包括：
　　在以所述发射器信号驱动所述第一批多个共用电极段时，电浮动所述第二批多个共用电极段。
4. 如权利要求1所述的显示装置，其中所述第二批多个共用电极段配置成减少所述第一批多个共用电极段和所述接收器电极之间的所述跨电容性耦合包括：
　　在以所述发射器信号驱动所述第一批多个共用电极段时，以变化的电压驱动所述第二批多个共用电极段。
5. 如权利要求1所述的显示装置，其中所述第二批多个共用电极段与所述多个接收器电极的至少一个重叠，并且其中发射器电极的所述第一批多个共用电极段通过多个跳线进行电耦合。
6. 如权利要求1所述的显示装置，其中所述多个接收器电极包括不透明的、不反射的导电黑掩膜材料。
7. 如权利要求1所述的显示装置，其中所述多个接收器电极包括与所述黑掩膜的一部分对齐的、不透明的、导电迹线。
8. 如权利要求7所述的显示装置，其中所述多个接收器电极包括至少一个不用的接收器电极，其中所述不用的接收器电极包括与所述黑掩膜的一部分对齐的不透明导电迹线的多个段，每个段与其他段电绝缘并仅与单个发射器电极重叠。
9. 如权利要求1所述的显示装置，其中所述多个接收器电极通过多个银球连接器耦合至所述处理系统。
10. 如权利要求1所述的显示装置，其中所述处理系统还配置成在所述第一批多个共用电极段在显示帧的显示更新时期期间被驱动用于显示更新时，电浮动所述多个接收器电极。
11. 如权利要求10所述的显示装置，其中所述处理系统还配置成以在所述显示帧的电容性感测时期期间排出电荷聚集的偏置电压来驱动所述多个接收器电极，其中所述电容性感测时期包括至少一个非显示更新时期。
12. 一种用于具有集成电容性感测装置的显示装置的触摸传感器，所述触摸传感器包括：
　　多个发射器电极，其布置在第一衬底上，每个发射器电极包括与第二批多个共用电极段交错的第一批多个共用电极段，其中所述第一批多个共用电极段配置成被驱动用于显示更新和电容性感测，并且其中所述第二批多个共用电极段没有被驱动用于电容性感测；
　　第二衬底；
　　显示材料，其布置于所述第一衬底和所述第二衬底之间，其中所述多个发射器电极布置于所述第一衬底和所述显示材料之间；
　　定义在所述第二衬底和所述显示材料之间的区域，其中所述区域包括多个滤色片、黑掩膜和多个接收器电极，其中所述多个接收器电极布置在所述第二衬底和所述显示材料之间，并且与定义在相邻滤色片之间的区域对齐。
13. 如权利要求12所述的触摸传感器，其中所述第二批多个共用电极段与所述多个接收器电极的至少一个重叠，并且其中发射器电极的所述第一批多个共用电极段通过多个跳线进行电耦合。
14. 如权利要求12所述的触摸传感器，其中所述多个接收器电极包括不透明的、不反射的导电黑掩膜材料。
15. 如权利要求12所述的触摸传感器，其中所述多个接收器电极包括与所述黑掩膜的一部分对齐的、不透明的、导电迹线。
16. 如权利要求12所述的触摸传感器，其中所述多个接收器电极包括至少一个不用的接收器电极，其中所述不用的接收器电极包括与所述黑掩膜的一部分对齐的不透明导电迹线的多个段，每个段与其他段电绝缘并仅与单个发射器电极重叠。
17. 如权利要求12所述的触摸传感器，其中所述多个发射器电极及所述多个接收器电极具有至处理系统的双连接。
18. 一种用于操作具有集成电容性感测装置的显示装置的方法，所述方法包括：
　　以发射器信号驱动第一发射器电极的第一批多个共用电极段，其中所述第一批多个共用电极段配置成被驱动用于显示更新和电容性感测；以及
　　以至少一个接收器电极接收结果信号，所述结果信号包括对应于所述发射器信号的影响，其中所述第一批多个共用电极段与所述接收器电极电容性地耦合形成跨电容性耦合，
　　其中所述接收器电极布置于定义在第一衬底和第二衬底之间的区域，其中所述区域还包括黑掩膜以及多个滤色片，其中所述接收器电极与定义在相邻滤色片之间的区域对齐；以及
　　在驱动所述第一批多个共用电极段时，第二批多个共用电极段配置成减少所述第一批多个共用电极段和所述接收器电极之间的所述跨电容性耦合，其中所述第一批多个共用电极段与所述第二批多个共用电极段交错。
19. 如权利要求18所述的方法，其中所述第二批多个共用电极段配置成减少所述第一批多个共用电极段和所述接收器电极之间的所述跨电容性耦合还包括：
　　在以所述发射器信号驱动所述第一批多个共用电极段时，以大体上恒定的电压驱动所述第二批多个共用电极段。
20. 如权利要求18所述的方法，其中所述第二批多个共用电极段配置成减少所述第一批多个共用电极段和所述接收器电极之间的所述跨电容性耦合包括：
　　在以所述发射器信号驱动所述第一批多个共用电极段时，电浮动所述第二批多个共用电极段。
21. 如权利要求18所述的方法，其中所述第二批多个共用电极段配置成减少所述第一批多个共用电极段和所述接收器电极之间的所述跨电容性耦合包括：
　　在以所述发射器信号驱动所述第一批多个共用电极段时，以变化的电压驱动所述第二批多个共用电极段。
22. 如权利要求18所述的方法，还包括：
　　在所述第一批多个共用电极段在显示帧的显示更新时期期间被驱动用于显示更新时，电浮动所述至少一个接收器电极。
23. 如权利要求18所述的方法，还包括：
　　以在所述显示帧的电容性感测时期期间排出电荷聚集的偏置电压来驱动所述至少一个接收器电极，其中所述电容性感测时期包括多个非显示更新时期。
24. 如权利要求18所述的方法，还包括：
　　在所述显示装置的更新期间，以大体上恒定的电压来驱动所述至少一个接收器电极。
25. 如权利要求18所述的方法，还包括：
　　在所述显示装置的更新期间，电浮动所述至少一个接收器电极。
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