CN107533401A - 用于显示器的传感器装置 - Google Patents

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Abstract

利用一种电极布置来增强具有内部可见显示区域及不提供显示功能的外部支撑区域的显示器。所述电极布置提供衬底层，所述衬底层上布置有被多个接收电极环绕的发射电极，其中至少所述发射电极是透明的并至少部分地覆盖所述内部可见显示区域，且所述接收电极布置于所述衬底层的覆盖所述外部支撑区域的部分上。

Description

用于显示器的传感器装置
相关专利申请案
本申请案主张于2015年4月22日提出申请的共同拥有的第62/151,201号美国临时专利申请案的优先权，所述美国临时专利申请案特此出于所有目的以引用的方式并入本文中。
技术领域
本发明涉及明确地说供应用于显示器的电容式传感器系统。
背景技术
电容式传感器装置通常实施于例如触摸屏的显示器应用中。使用互电容及自电容感测的不同感测技术用于检测触摸位置。进一步开发提供非触摸输入系统，其产生交流电近场并用(举例来说)围绕显示器以框架方式布置的四个电极来测量此场的失真以确定进入所述场的物件的三维位置数据。此系统还称为系统并已由本申请案的受让人开发，且一般描述(举例来说)揭示于由微芯科技公司(Microchip Technology Inc.)于2013年公开的申请案注解“MGC3130–Sabrewing单区评估工具包用户指南”中，所述申请案注解特此以引用的方式并入。
图1展示如上文所提及公开案的图3-2中所揭示的传感器电极布置100。印刷电路板(PCB)110在顶部侧上包括以框架方式布置的多个主接收电极A、B、C、及D以及中心接收电极130。中心电极可具有如上文所提及公开案的图3-2中所展示的散列结构。这些电极通过PCB上的相应连接器与控制器120连接，或控制器可布置于PCB上，无论在顶部侧上还是在背侧上。为此，PCB可为双层板或多层板，且背侧可整体用作接地电极或用作发射电极。如果所述背侧关于多层PCB用作接地电极，那么可使用任一断续层作为发射电极，其中所述断续层的整个层或部分(大小类似于电极130)可用作发射电极。接地电极及/或发射电极与控制器120连接，如以虚连接线所指示。控制器产生用于发射电极的驱动信号，举例来说，具有约100kHz的频率的交流方波信号或正弦信号。控制器从顶部电极A、B、C、D及130接收信号且处理这些信号以检测通过物件(举例来说，手或手指)在PCB上面的检测空间中执行的手势。接着可将相应命令发送到主机系统140。
发明内容
需要电容式感测系统，明确地说需要提供(举例来说)商业上可获得的显示器上的无触摸检测的互电容传感器系统。
根据一实施例，一种用于显示器的电极布置，其中所述显示器包括内部可见显示区域及不提供显示功能的外部支撑区域，所述电极布置提供衬底层，所述衬底层上布置有被多个接收电极环绕的发射电极，其中至少所述发射电极是透明的并至少部分地覆盖所述内部可见显示区域，且所述接收电极布置于所述衬底层的覆盖所述外部支撑区域的部分上。
根据另一实施例，所述电极可由单个层中的柔性箔组合件支撑。根据另一实施例，至少所述衬底区域可包括所述发射电极，且所述发射电极是透明的。根据另一实施例，所述发射电极可包括氧化铟锡(ITO)。根据另一实施例，所述箔组合件可为粘合性的。根据另一实施例，所述箔组合件可包括用光学清透粘合剂贴合的箔。根据另一实施例，所述发射电极可包括多个电极分段。根据另一实施例，可提供第二层，所述第二层包括布置于所述内部可见显示区域内的用于投影式电容测量的传感器。根据另一实施例，在所述衬底的背面处的层可在所述外部支撑区域内包括可与接地耦合的低阻抗导电材料。根据另一实施例，在所述外侧支撑区域内所述接收电极下方可提供有与接地耦合的低阻抗导电材料层。
根据另一实施例，可提供一种具有如上文所论述的电极布置的显示器模块，其中衬底包括粘合性箔组合件，所述粘合性箔组合件可附着到所述显示器模块的顶部表面，使得接收电极环绕所述显示器模块的显示器屏幕。
根据所述显示器模块的另一实施例，外部支撑区域可为所述显示器模块的与所述显示器模块的接地连接耦合的金属边框。根据所述显示器模块的另一实施例，在所述衬底的背面处的层可在外部支撑区域内包括与所述显示器模块的接地连接耦合的低阻抗导电材料。根据所述显示器模块的另一实施例，非导电边框可覆盖所述衬底的外侧区域。根据所述显示器模块的另一实施例，所述箔组合件可为柔性的且所述电极由单个层中的所述柔性箔组合件支撑。根据所述显示器模块的另一实施例，所述箔组合件可包括用光学清透粘合剂贴合的箔。根据所述显示器模块的另一实施例，至少所述衬底区域可包括所述发射电极且所述发射电极是透明的。根据所述显示器模块的另一实施例，所述发射电极可包括氧化铟锡(ITO)。根据所述显示器模块的另一实施例，所述箔组合件可为粘合性的，包括用光学清透粘合剂贴合的箔。根据所述显示器模块的另一实施例，所述发射电极可包括多个电极分段。根据所述显示器模块的另一实施例，可提供第二层，所述第二层包括布置于内部可见显示区域内的用于投影式电容测量的传感器。
根据又一实施例，一种用于提供用于显示器模块的传感器的方法可包括以下步骤：提供根据技术方案1所述的电极布置，其中衬底包括粘合性箔组合件；及将所述衬底附着于所述显示器模块的顶部上。
根据所述方法的另一实施例，外部支撑区域可为所述显示器模块的金属边框。根据所述方法的另一实施例，在所述衬底的背面处的层可在外部支撑区域内包括可与接地耦合的低阻抗导电材料。根据所述方法的另一实施例，所述方法可进一步包括将非导电边框安装在所述衬底的外侧区域上。
附图说明
图1展示PCB上用于3D手势检测系统的常规电极结构；
图2展示适于显示器的传感器电极布置的第一实施例；
图3a展示常规LCD模块且图3b展示此常规LCD模块的应用；
图4展示传感器电极布置的另一实施例；且
图5展示传感器电极布置的又一实施例。
具体实施方式
根据各种实施例，可(举例来说)针对用于显示器集成(明确地说>5"的显示器)的系统提供真正单层ITO/箔布局或多层ITO/箔布局。还可支持2D与3D的组合。因此，传感器系统并不限于三维手势检测。
根据各种实施例，可通过在显示器应用中维持简单传感器集成而增加传感器敏感度。
各种实施例可应用于将(举例来说)GestIC或GestIC/PCAP(投影式电容测量)的组合用作(举例来说)用于5"到17"液晶显示器(LCD)的输入方法的任何显示器应用。
根据一实施例，来自显示器的金属边框可用作抵抗从显示器到输入通道的噪声的屏蔽物，从而可能形成真正单层传感器。因此，根据各种实施例，可提供(举例来说)在与显示器的组合中利用高电压驱动的“标准”互测量。各种实施例可应用于不同电容式测量原理。
图2展示可如何将不同电极(举例来说)相对于商业上可获得的显示器200布置于单个层内的一般概念。接收电极230、240、250及260布置于显示区域220外侧，举例来说，放置于由显示器200的金属边框205形成的框架上。此传感器可通过可施加到显示器的粘合性箔组合件210提供。箔组合件可由支撑或嵌入电极的箔衬底组成。箔组合件可通过在底部侧处添加光学清透粘合剂而为粘合性的。此外，箔组合件可为柔性的。可使用提供类似结构的其它箔组合件。
高敏感性电场系统(例如，GestIC)的接收电极230、240、250及260对由显示器形成的噪声极其敏感，因此不可在无屏蔽层的情况下将电极直接放置于显示器200上面。通过将接收电极移动到可见区域(显示器)外，可在无任何屏蔽层的情况下将发射电极270与接收电极230、240、250及260集成于真正单个层上。显示器的金属边框205用于屏蔽，如由图2中所展示的接地连接所指示。如果不存在可用的金属边框，那么可将所有其它接地低阻抗导电材料用于屏蔽。举例来说，可在显示器壳体与电极箔210之间施加框架形金属箔。
如图2中所展示的箔210具有透明衬底且可包括透明电极230、240、250、260及270。然而，根据一些实施例，仅发射电极270可为透明的，这归因于发射电极270是覆盖可见显示区域220的仅有电极的事实。因此，发射电极270将处于可见区域中且接收电极230、240、250及260将处于显示器200的不可见区域中。
GestIC集成可与单层/多层投影式电容(PCAP)解决方案组合。为维持对高敏感性电极的屏蔽效应，接收电极将保持处于PCAP接收电极(Rx)区域外，其中较不敏感电极及发射电极(Tx)保持处于中心处。在此实施例中，PCAP电极仅用于触摸检测及相关联跟踪。针对PCAP操作及GestIC操作，中心中的发射电极Tx可被共用。
图3a展示商业上可获得的液晶显示器模块300，其中具有覆盖所述模块的金属框架305。呈柔性PCB形式的电连接从底部区域延伸穿过金属框架305中的凹部。图3b展示在此常规LCD显示器300的可见屏幕部分上形成发射电极310的阴影线中心区域。发射电极310可为如图3b中所展示的单个电极或可分段成多个发射电极，所述多个发射电极可在Gestic系统操作期间全部被连接且接收相同驱动信号以作为单个电极有效地操作。此外，环绕所述显示器，四个接收电极320、330、340及350布置于显示器300的“不可见”或非显示部分上。此非显示部分优选地是用于许多常规LCD产品中的金属边框305。
如上文所陈述，所述发射电极可与2D系统(例如PCAP系统)共用电极。如上文所提及，根据一实施例，发射电极针对PCAP系统可被分段且被个别地驱动，而所述发射电极在Gestic操作期间将经连接以形成单个发射电极。因此，全显示器大小还可用于触摸操作。Tx驱动电压可为用于大设计的相对高电压，举例来说高于3.3伏特到5伏特的常规供应电压。举例来说，Tx驱动电压可为约10V到20V。
根据一些实施例，Rx电极在仍布置于非可见显示区域中(举例来说，在显示器模块的金属边框上)时对使用者不可见。根据一些实施例，Rx电极可布置于非可见部分(举例来说，覆盖玻璃的非可见部分)下面。根据一些实施例，接收电极(Rx)可在与发射电极(Tx)相同的ITO/箔层上。根据其它实施例，接收电极可在显示器的用于屏蔽的金属边框上面，其中所述金属边框是接地的。根据一些实施例，如果显示器不提供明显金属框架，那么可利用单独层屏蔽接收电极。根据一些实施例，Rx电极可填充到其自身的载体材料(如刚性/柔性PCB)上。
图4在顶部中展示可适用于如图3a的底部部分中所展示的商业上可获得的显示器的单层实例。柔性电路板可用作衬底410。透明粘合层可附着于柔性电路板410的底部处。然而，衬底410自身可为透明粘合性箔，其中连接器区域415可经配置为非粘合性的。如果透明箔是粘合性的，那么可将光学清透粘合剂添加到箔的底部侧。至少用于覆盖显示器屏幕的中心区域可为透明的。然而，整个衬底410可为透明的。接收电极420一直延伸到左边边界。接收电极450在接收电极420与衬底410的底部边界之间延伸。接收电极430在连接器区域415与衬底410的底部边界之间延伸，且接收电极440在接收电极450与接收电极430之间沿着衬底410的底部边界延伸。发射电极460填充整个中心区域。然而，此电极460还可被分段或具有任何适合结构形式(例如，例如，散列的)。连接器415可由柔性PCB形成且可经配置以接收连接器。
图5展示类似于图4的实施例的另一实施例，其中类似参考符号是指如图4中所展示的相同元件。此处，发射电极460分裂成多个发射电极分段510a...510k。每一者可通过与连接器区域415中的触点连接的相应馈送线个别地连接。因此，如上文所提及，这些分段510a...510k可在一种操作模式中连接在一起或在另一操作模式中与产生器个别地耦合。图5展示区域520，所述区域可为包括多个PCAP电极以形成如上文所提及的触摸敏感性传感器区域的另一层。在具有额外层的情形中，接收电极420...450还可放置于另一层上且不与电极510a...510k放置于同一层上。

Claims (24)

1.一种用于显示器的电极布置，其中所述显示器包括内部可见显示区域及不提供显示功能的外部支撑区域，其中所述电极布置提供衬底层，所述衬底层上布置有被多个接收电极环绕的发射电极，其中至少所述发射电极是透明的并至少部分地覆盖所述内部可见显示区域，且所述接收电极布置于所述衬底层的覆盖所述外部支撑区域的部分上。
2.根据权利要求1所述的电极布置，其中所述电极由单个层中的柔性箔组合件支撑。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的电极布置，其中至少衬底区域包括所述发射电极，且所述发射电极是透明的。
4.根据权利要求3所述的电极布置，其中所述发射电极包括氧化铟锡ITO。
5.根据权利要求2到4中任一权利要求所述的电极布置，其中所述箔组合件是粘合性的。
6.根据权利要求2到5中任一权利要求所述的电极布置，其中所述箔组合件包括用光学清透粘合剂贴合的箔。
7.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电极布置，其中所述发射电极包括多个电极分段。
8.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电极布置，其中提供第二层，所述第二层包括布置于所述内部可见显示区域内的用于投影式电容测量的传感器。
9.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电极布置，其中在所述衬底的背面处的层在所述外部支撑区域内包括可与接地耦合的低阻抗导电材料。
10.根据前述权利要求中任一权利要求所述的电极布置，其中在所述外侧支撑区域内所述接收电极下方提供有与接地耦合的低阻抗导电材料层。
11.一种具有根据前述权利要求中任一权利要求所述的电极布置的显示器模块，其中衬底包括粘合性箔组合件，所述粘合性箔组合件附着到所述显示器模块的顶部表面，使得接收电极环绕所述显示器模块的显示器屏幕。
12.根据权利要求11所述的显示器模块，其中外部支撑区域是所述显示器模块的与所述显示器模块的接地连接耦合的金属边框。
13.根据权利要求11或权利要求12所述的显示器模块，其中在所述衬底的背面处的层在所述外部支撑区域内包括与所述显示器模块的接地连接耦合的低阻抗导电材料。
14.根据权利要求11到13中任一权利要求所述的显示器模块，其中非导电边框覆盖所述衬底的外侧区域。
15.根据权利要求11到14中任一权利要求所述的显示器模块，其中所述箔组合件是柔性的且所述电极由单个层中的所述柔性箔组合件支撑。
16.根据权利要求11到15中任一权利要求所述的显示器模块，其中所述箔组合件包括用光学清透粘合剂贴合的箔。
17.根据权利要求11到16中任一权利要求所述的显示器模块，其中至少衬底区域包括所述发射电极，且所述发射电极是透明的。
18.根据权利要求11到17中任一权利要求所述的显示器模块，其中所述箔组合件是粘合性的，包括用光学清透粘合剂贴合的箔。
19.根据权利要求11到18中任一权利要求所述的显示器模块，其中所述发射电极包括多个电极分段。
20.根据权利要求11到19中任一权利要求所述的显示器模块，其中提供第二层，所述第二层包括布置于内部可见显示区域内的用于投影式电容测量的传感器。
21.一种用于提供用于显示器模块的传感器的方法，其包括以下步骤：
提供根据权利要求1所述的电极布置，其中衬底包括粘合性箔组合件，及
将所述衬底附着于所述显示器模块的顶部上。
22.根据权利要求21所述的方法，其中外部支撑区域是所述显示器模块的金属边框。
23.根据权利要求21或权利要求21所述的方法，其中在所述衬底的背面处的层在所述外部支撑区域内包括可与接地耦合的低阻抗导电材料。
24.根据权利要求23所述的方法，其进一步包括将非导电边框安装在所述衬底的外侧区域上。
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