CN110321027A - 具有保护的显示器用触摸传感器 - Google Patents

Abstract

显示装置包括：包括多个子像素的显示面板；由第一导电不透明材料制成的保护电极，其直接位于显示面板上，在多个子像素的一部分之间与显示面板的一部分重叠，并且与触摸传感器控制器连接；覆盖保护电极的绝缘层；由第二导电不透明材料制成的触摸传感器电极，其位于绝缘层上，在多个子像素中的一些子像素之间与显示面板的一部分重叠，并且与保护电极重叠；和馈线，其与触摸传感器电极连接，在不与触摸传感器电极重叠的多个子像素的一部分之间与显示面板的一部分重叠，并且将触摸传感器电极路由至触摸传感器控制器。

Description

具有保护的显示器用触摸传感器

技术领域

本发明涉及用于电子显示系统的触摸传感器。更具体地说，本发明涉及直接设置在电子显示面板上的自电容式(self-capacitive)触摸传感器和保护电极(shieldelectrode)及其制造方法。

背景技术

电子显示器是可视地呈现以电子方式传输的图像、文本或视频的设备、面板或屏幕。电子显示器的例子被用作电视机、计算机监视器、数字标牌、智能手机和平板电脑中的部件。显示装置可以发光，即发光型，或调制光，即非发光型。

有机发光二极管(OLED)显示装置是发光型电子显示器，其包括有机发光显示面板和用于控制该有机发光显示面板的驱动电子器件。有机发光显示面板包括子像素矩阵，每个子像素包括有机发光二极管和驱动薄膜晶体管(TFT)。OLED显示器是多色的，具有宽视角、高对比度和快速响应速度。

OLED显示面板包括具有彩色子像素的像素层，上述彩色子像素通常是红色、绿色和蓝色(R、G、B)的组合。像素层通常包括两个电极和位于该两个电极之间的有机发光层。该两个电极包括阳极和阴极，该阳极和阴极被施加不同的电压。像素层通常由可包括多个薄层或密封基板的封装或密封层保护。

液晶显示器(LCD)是非发光型显示器，其包括液晶面板和用于控制该液晶面板的驱动电子器件。LCD面板包括一系列单元，每个单元可被独立地驱动以调制输入光。有源矩阵型液晶显示器(AMLCD)包括单元或子像素的矩阵，每个子像素包括开关TFT。TFT存储显示器上的每个子像素的电状态，同时更新所有其他子像素。子像素通常包括相应的红色、绿色或蓝色的滤色片，这些滤色片被组合驱动以形成色域(color gamut)。

典型的LCD包括：阵列基板，其包括TFT和连接信号线；对置基板，其包括滤色片；和位于上述两个基板之间的液晶层。驱动电子器件用于在每个像素中的像素电极和共用电极之间产生电压电势，以调制液晶层中的相邻的液晶。

OLED显示器和LCD越来越受欢迎，但是其他的像素化的发光型和非发光型电子显示器技术也已众所周知。

触摸屏广泛用于电子显示器，尤其是用于智能手机和移动电子设备。触摸屏是输入设备，其可以与电子显示装置连接，以便于用户交互和控制。这样的设备通常包括安装在显示交互信息的电子显示器的表面上的触摸传感器，并控制电子器件以解读触摸传感器上的触摸。

触摸屏设备检测在触摸传感器的表面处或附近发生的手指、触笔或类似物体的外部触摸或手势的位置。这样的触摸屏包括透明导电元件或电极的矩阵，其形成覆盖显示装置和单独的控制电子器件的触摸传感器，以确定在该触摸传感器附近或与该触摸传感器接触的触摸物体的位置。触摸传感器通常是透明的，因此用户可以通过触摸传感器查看在显示装置上显示的信息。通过物理地触摸或接近触摸与显示的信息相关联的位置的触摸传感器，用户可以选择与显示的信息相关联的操作。触摸传感器检测触摸，然后与控制电子器件或控制器进行电交互以确定并输出触摸位置。触摸位置的输出信号被输入到处理器，该处理器将触摸位置或手势与显示的信息相关联，以执行与显示的信息相关联的编程任务作为图形用户界面。

触摸屏可以使用各种技术，包括电阻、电感、电容、声学、压电和光学技术，以定位传感器上的触摸或手势。

电容式触摸屏至少有两种不同的类型：自电容式和互电容式。自电容式触摸屏与触摸物体组合使用传感器上的透明电极阵列，以形成其电容被检测的临时电容器。互电容式触摸屏使用形成电容器的透明电极对阵列，该电容器的电容受到触摸物体的影响。在两种类型中，感测阵列中的每个电容器以检测触摸，并且触摸屏中的触摸检测电极的物理位置对应于触摸的位置。

如上所述，触摸传感器通常是透明的或被形成为对用户不可见，并且使光学干扰和伪影最小化。在与显示面板交互时，触摸传感器应使环境反射最小化，使显示透射最大化，而不干扰显示器视角，并且不引起任何莫尔图案或其他光学干涉效应。在电方面，触摸传感器应具有高电导率和均匀性，以使灵敏度最大化并使电压电势梯度最小化。触摸传感器是透明导电材料或导电元件，它们隔开间隔并且很小以至于不被用户看到。

典型的透明触摸传感器包括以往的透明导电材料(TCM)例如透明导电氧化物(TCO)或氧化铟锡(ITO)的图案化涂层。这样的设计的缺点包括透明度和电导率有限，以及对机械或环境应力的灵敏度增大。以往的TCM的较厚的层使电导率和抗应力性增加，但是使电极的透明度降低。

为了增加电导率并克服由以往的TCM制成的触摸传感器的问题，触摸传感器可以由细金属线、网格或导电迹线的网格图案制成。这些微导线是不透明的，但是应当足够精细并且隔开间隔，使得它们通常不被用户发觉。虽然比以往的TCM设计具有更均匀的电导率，但是微导线电极的图案会可见地与显示器中的像素交互，并引起莫尔图案和其他光学干涉伪影。

为了尽可能地减小器件厚度，可以在显示器上直接形成触摸传感器，并且可以在同一工序中制造显示器和触摸传感器。与将显示器和触摸传感器作为单独的部件来制造并随后将它们组合在一起相比，这能够降低制造成本。然而，因为触摸传感器中的制造缺陷会导致显示器的生产浪费，所以提高触摸传感器的成品率的特征是有利的。

发明内容

为了克服上述问题，本发明的优选实施方式提供一种显示装置，其包括：包括多个子像素的显示面板；由第一导电不透明材料制成的保护电极，其直接位于所述显示面板上，在所述多个子像素的一部分之间与所述显示面板的一部分重叠，并且与触摸传感器控制器连接；覆盖所述保护电极的绝缘层；由第二导电不透明材料制成的触摸传感器电极，其位于所述绝缘层上，在所述多个子像素中的一些子像素之间与所述显示面板的一部分重叠，并且与所述保护电极重叠；和由所述第二导电不透明材料制成的馈线，其与所述触摸传感器电极连接，在不与所述触摸传感器电极重叠的所述多个子像素的一部分之间与所述显示面板的一部分重叠，并且将所述触摸传感器电极路由(route)至所述触摸传感器控制器。

本发明的上述和其他特征、要素、特性、步骤和优点，通过参考附图对本发明的优选实施方式进行的下面的详细说明将变得更加明显。

附图说明

图1A是根据本发明优选实施方式的OLED显示面板和触摸传感器的侧视图。

图1B是表示来自图1A的三个OLED子像素的OLED显示面板的平面图。

图2是在触摸电极和相邻OLED子像素的上部显示电极之间具有不同间隔的寄生电容的图。

图3是根据本发明优选实施方式的触摸面板配置的平面图。

图4是根据本发明优选实施方式的保护电极结构的平面图。

图5表示根据本发明优选实施方式的具有第一子像素分布布局的OLED显示面板的代表性部分。

图6表示根据本发明优选实施方式的具有第二子像素分布布局的OLED显示面板的代表性部分。

图7A表示根据本发明优选实施方式的馈线的配置。

图7B表示根据本发明优选实施方式的触摸电极的配置。

图8表示根据本发明优选实施方式的触摸电极、馈线和保护电极的配置。

图9是根据本发明优选实施方式的包括宽度与馈线相同的保护电极和比馈线宽的保护电极的OLED显示面板的代表性侧视图。

图10A-10C表示本发明的优选实施方式，其中在触摸电极包括内部拐角的区域中保护电极面积增加。

图11表示与图10A-10C的视图类似的未对准的触摸电极和保护电极的代表性部分。

图12表示对于在子像素之间触摸电极的宽度与保护电极的宽度相同的本发明优选实施方式的配置，与保护电极重叠的触摸电极面积的百分比相对于仅水平对准误差的相对百分比的计算模型。

图13表示根据本发明优选实施方式的触摸电极、馈线和保护电极的配置。

具体实施方式

本发明的优选实施方式提供用于与电子显示器一起使用的自电容式触摸传感器。在本发明的优选实施方式中，保护电极图案层可以直接设置在OLED像素层的封装层上或LCD的最靠近子像素的基板上，并且与触摸传感器控制器连接。此外，在本发明的优选实施方式中，触摸传感器图案层可以直接形成或设置在覆盖保护电极图案的绝缘层上，并且与触摸传感器控制器连接以检测外部触摸输入。为方便起见，下面将关于OLED显示器对本发明的各种优选实施方式的触摸传感器进行说明，但是本领域普通技术人员将理解，本发明的触摸传感器可以与LCD或任何合适的电子显示器技术一起使用。

显示面板包括TFT基板上的子像素集合，该子像素集合由连续透明的封装材料或基板覆盖。触摸传感器包括触摸电极和相关馈线的集合，该相关馈线将触摸电极与触摸传感器控制器连接。这创建了一种触摸系统，该触摸系统在最多3个维度上检测触摸物体相对于显示器的位置。显示面板和触摸传感器两者的组装体被称为显示装置。

如上所述，自电容操作意味着在触摸电极与大地、触摸传感器控制器的参考电压或显示器的另一个部分之间测量电极的电容。在互电容操作中，在不同的触摸电极之间测量电容。自电容设计具有比互电容设计更灵敏的优点。

不是将两个单独的显示面板和触摸传感器部件组合，本发明的优选实施方式的触摸传感器可以直接形成或设置在显示面板上，以显著减小厚度或使厚度最小化。

当开发用于与电子显示器一起操作的触摸传感器时存在许多挑战和设计要求。触摸传感器布线和显示面板的相邻电极会产生寄生电容。通过减小触摸电极或馈线与显示面板上的电极之间的距离，触摸电极或馈线与显示面板上的电极之间的电磁力将产生增加的寄生电容。这可以通过众所周知的平行板电容器公式C＝εA/d来最好地说明，其中，d是触摸电极或馈线与参考电位下的显示电极之间的距离，ε是将触摸电极隔开的电介质的介电常数，A是触摸电极或馈线与参考电位下的显示电极之间重叠的面积。因此，直接形成在OLED显示器上的触摸传感器易受高寄生电容的影响。特别地，OLED阴极电极可以直接形成在封装层下方，并且与触摸电极和馈线仅隔开例如10μm。

使在触摸传感器电极与OLED像素的最近电极之间产生的寄生电容显著减小或最小化是有利的。首先，触摸电极和将触摸电极与触摸传感器控制器连接的馈线形成串联电阻器-电容器(RC)电路，其中该电容器两端的电压对与RC相关的时间常数具有指数响应。因此，减小寄生电容将使在触摸电极和馈线与OLED子像素电极之间形成的电容器的充电时间减少，从而允许更快的操作。其次，许多可用的触摸传感器控制器对寄生电容的尺寸施加限制，通过减小绝对寄生电容，本发明的优选实施方式提供与可用的触摸传感器控制器的最广泛的兼容性。

为了允许大范围的用户输入以及与现代软件系统的兼容性，触摸传感器需要能够同时检测多个用户触摸。对于自电容设计，这只能通过单独的触摸电极的感测来实现。单独的电极感测要求每个电极由经过相邻触摸电极的单独馈线馈电。在以往的设计中，由于馈线材料的低电导率，馈线被做宽以保持其电阻低。对于较大的面板，宽馈线需要触摸电极之间的大间距。触摸电极间距的增加将降低触摸分辨率。

此外，宽馈线会需要使用不同尺寸的触摸电极以确保足够的空间用于通过馈线，并且触摸电极的不同尺寸会在触摸电极之间引入寄生电容和灵敏度的不均匀，从而导致触摸传感器上的不良灵敏度和不一致的触摸响应。为了减小触摸电极之间的电容值或动态范围的差异，要保持触摸传感器上的灵敏度并且使触摸传感器控制器的复杂性和成本最小化，期望电容、RC常数、触摸电极的尺寸以及它们之间的间距在触摸传感器上被控制并且均匀。

应当注意，寄生电容的一部分归因于触摸电极，寄生电容的另一部分归因于其相关馈线。当由于触摸物体对馈线的电容的影响而导致触摸传感器错误地报告触摸物体的检测时，会发生错误检测。也就是说，由触摸物体引起的馈线的电容的变化可能被错误地解读为在与馈线连接的电极处被检测的触摸。因此，出于与上述相同的原因，降低寄生电容和灵敏度是有利的，灵敏度即对馈线引入触摸物体时电容的最大变化。

如上所述，期望小的RC常数。因此，增加材料电导率以降低馈线和触摸电极的电阻是有益的。除了使设计更能耐受高电容之外，更高电导率/更低电阻的材料允许更长的馈线、更大的触摸传感器设计和更低的功耗。

关于与触摸传感器组合的显示面板的光学性能，任何由显示面板发射或通过显示面板但被触摸传感器阻挡的光，将需要更多的功率来匹配没有触摸功能的显示面板的光输出。必须在整个视角范围内考虑这一点。例如，在根据本发明的优选实施方式触摸传感器包括不透明材料的触摸电极或馈线的情况下，显示面板的不透明材料的厚度的增加、不透明材料和子像素之间的水平距离(horizontal proximity)的减小、以及不透明材料和子像素之间的垂直距离(vertical proximity)的增加，可能导致在本可以发出的方向上传播的发射光被阻挡，如图1A中被标记为BL的光所示。在本可以发出的方向上传播的光是任何从子像素发出的在可以传输到空气中的方向上传播(即，不会在显示装置与空气的界面处受到全内反射)的光。这说明的是相对于显示装置的正面的法线测量的光对于光在其内传播的介质的最大逃脱角，其为arcsin(1/n)，其中n是光在其中传播的介质例如封装层ENCAP的折射率。此外，具有触摸传感器的显示面板的由所发射的光和所反射的环境光造成的任何外观上的不均匀性都会有损其光学品质。

如下文详述，本发明的优选实施方式解决了上述问题。

图1A是本发明优选实施方式的包括OLED显示面板OLED和触摸传感器TS的显示装置100的侧视图。如图1A所示，显示装置100包括基板SUB、基板SUB上的TFT层TFT、TFT层TFT上的下部显示电极LDE和堤BNK、下部显示电极LDE上的OLED子像素SUB-PIX、OLED子像素SUB-PIX上的上部显示电极UDE和覆盖OLED子像素SUB-PIX的封装层ENCAP以限定OLED显示面板OLED。图1A表示出了三个OLED子像素SUB-PIX。图1B是OLED显示面板OLED的平面图，其表示出了三个OLED子像素SUB-PIX。光从OLED子像素SUB-PIX发出，OLED子像素SUB-PIX之间的区域是非发光区域NER。在图1A中，下部显示电极LDE和上部显示电极UDE可以包括单个阴极或阳极电极或者多个阴极或阳极电极。如图1A所示，OLED子像素SUB-PIX包括电荷传输层CTL1、CTL2和发光层EML。在封装层ENCAP上设置有导电不透明材料，该导电不透明材料被图案化以限定保护电极SE。在保护电极SE上设置有绝缘层INS。优选地，绝缘层INS可以是例如氮化硅、氧化硅、聚酰亚胺和丙烯酸树脂或任何其他适当材料中的一种。如图1A所示，在绝缘层INS上，触摸传感器TS的触摸电极和馈线由导电不透明材料制成。任选地，还可以在与触摸电极和馈线相同的导电不透明材料中限定伪电极(dummy electrode)和/或增强电极。伪电极是不与电压源连接从而电浮置(electrically floating)的电极。增强电极是与例如来自触摸传感器控制器的电压源连接的电极。伪电极和增强电极可以设置在两个触摸电极之间、两条馈线之间以及触摸电极与馈线之间。通过在显示装置的不同区域中提供触摸传感器的导电不透明材料的相似的平均覆盖率，伪电极和增强电极可以用于增加触摸电极响应于触摸的灵敏度(电容变化)以及改善显示器的视觉外观。任选地，偏振器POL和/或覆盖材料CVR可以用光学透明粘合剂OCA层压在触摸传感器TS上。

如图1A所示，绝缘层INS提供保护电极SE与触摸传感器TS之间的分隔和电隔离。保护电极SE和触摸传感器TS两者均优选在OLED子像素之间图案化，使得它们不与子像素重叠。因此，在法线视角(normal viewing angle)及其附近，发射光EL不减少。此外，与在显示面板上连续的以往的透明触摸传感器相比，由于触摸电极和馈线的面积减小，触摸传感器TS和上部显示电极UDE之间的寄生电容减小。设置保护电极SE，以通过阻挡触摸电极和上部显示电极UDE之间的电场来减小触摸传感器TS和上部显示电极UDE之间的寄生电容。优选地，触摸传感器TS和保护电极SE之间的绝缘层INS非常薄(例如，小于约10μm，优选小于约1μm，最优选约100nm)，以通过减小寄生电容使保护电极的有效性最大化。薄的绝缘层INS还会减小触摸传感器TS的导电不透明材料和子像素的发光区域之间的垂直距离，从而降低子像素发射的在本可以从显示装置发出的方向上传播的光被触摸传感器TS阻挡的程度或者消除该阻挡(即，降低阻挡光BL的程度或消除阻挡光BL)。

计算出的保护电极对寄生电容的影响示于图2的图中。该图表示触摸电极和OLED子像素的上部显示电极之间在有和没有保护电极的情况下寄生电容的三维有限元数值分析结果，其中保护电极和触摸电极或者触摸电极单独直接沉积在OLED显示器的封装层上。在图2的图中，将在存在保护电极的情况下触摸电极的寄生电容C_保护电极与不存在保护电极的情况下触摸电极的寄生电容C的比例作为纵轴，对于触摸电极和保护电极之间的3种不同的间隔距离(δ)，相对于横轴上的显示面板的子像素间距进行作图。将触摸电极用规则的正方形网格结构图案化，其间距与子像素间距相等，线截面为5μm宽。将保护电极图案化，以与触摸电极对准，并具有与触摸电极相同的形状。OLED的上部显示电极是连续的导电层。对于具有保护电极的结构，上部显示电极和保护电极之间的距离为10μm。对于没有保护电极的结构，上部显示电极和触摸电极之间的距离为10μm。保护电极与触摸电极电隔离，但是以与触摸电极相同的电位被驱动。结果显示，寄生电容通过保护电极得以显著降低。有利的是，即使保护电极不与子像素重叠，保护电极也会显著降低寄生电容。

触摸电极和馈线可以优选地限定在单层导电不透明材料中。这使得制造成本低。上述导电不透明材料可以是例如钛、铝、铜、银、金、钼、锌、钨、镍、锡、铂、石墨烯或其任何合金中的一种，但是并不限于此。任选地，上述导电不透明材料可以是多层的叠层，例如，是Ti/Al/Ti层依次叠层或者前面提到的其他材料的组合，但是并不限于此。优选地，沉积并图案化相同的导电不透明材料(一种或多种)以在共用的工序中限定所有的触摸电极和馈线，但是触摸电极和馈线也可以使用不同的材料、沉积工序和图案化工序。保护电极的导电不透明材料可以是例如钛、铝、铜、银、金、钼、锌、钨、镍、锡、铂、石墨烯或其任何合金中的一种，但是并不限于此。任选地，保护电极的导电不透明材料可以是多层的叠层，例如，使Ti/Al/Ti层依次叠层或者前面提到的其他材料的组合，但是并不限于此。优选地，保护电极的材料和触摸传感器的材料具有相似的光学反射率，从而在本发明的一些实施方式中相对于环境光的反射提供相似的视觉外观。上述导电不透明材料可以通过在真空中蒸发涂敷(evaporative coating)来沉积，并使用标准光致抗蚀剂和蚀刻工艺进行图案化，例如，使用湿式化学蚀刻或反应性气体蚀刻。可以通过等离子体增强化学气相沉积法来沉积氧化硅或氮化硅的绝缘层INS；也可以用化学前体溶液沉积丙烯酸树脂或聚酰亚胺的绝缘层INS。此外，因为保护电极SE和触摸传感器TS各自优选地限定在单层导电不透明材料中，所以所有导电不透明材料都位于靠近OLED发光平面的位置。这会降低在本将以高极化视角(highpolar viewing angle)传播的方向上传播的来自OLED子像素SUB-PIX的光被阻挡的程度或消除该阻挡(极化视角θ在图1A中示出)。被阻挡的光BL的方向的例子在图1A中示出。这种配置优于在厚层中使用以往的TCM的配置，因为这些材料仅是部分透明的，不能在不导致来自OLED子像素SUB-PIX的光的高吸收或反射的情况下在厚层中使用。

优选上述导电不透明材料的电导率显著高于以往的TCM提供的电导率。因此，能够降低触摸电极和馈线的寄生电容而不增加电阻。因此，本发明优选实施方式的触摸传感器的导电不透明材料可以非常薄且窄，并具有低电阻。

此外，本发明优选实施方式的导电不透明材料的电导率足够高，使得馈线可以具有足够小的宽度以便完全处于相邻的子像素之间，而不与这些子像素重叠。因此，避免了上面讨论的与宽馈线相关的问题。此外，馈线的电导率增加允许进行更大的设计(即，显示面板上的触摸传感器具有更大面积，使得将电极与触摸面板控制器连接的馈线很长)，而它们的电阻不会变高到有问题。

图3表示根据本发明优选实施方式的具有单独连接的馈线310的触摸电极300的示例性网格布局。图3中的触摸电极300和连接的馈线310的轮廓线表示触摸电极300和馈线310的外部范围；触摸电极300和馈线310不与子像素重叠的结构没有示出。在子像素尺度上，如图3所示，触摸电极300和馈线310的边缘可以不是直线。在该配置中，并非显示面板的所有子像素都被包围在触摸电极300内。如图3所示，馈线310被路由至位于显示面板边缘或离开显示面板的触摸传感器控制器320。触摸传感器控制器320可以直接与显示面板的基板结合或者使用另一连接方法与馈线310连接。图3还表示出了经由保护馈线340与触摸传感器控制器320连接的保护电极330。保护电极330的轮廓线表示保护电极300的外部范围；保护电极不与子像素重叠的结构没有示出。在子像素尺度上，如图3所示，保护电极330的边缘可以不是直线。总的来说，图3表示出了各自由导电不透明材料制成的显示面板的自电容式触摸传感器和保护层，该导电不透明材料具有比以往的TCM器件高的电导率，其中触摸传感器和保护层的导电不透明材料不与子像素重叠。

另外可选的保护电极结构可见于图4中，其中保护电极430的第一区域(即，正方形区域)与触摸传感器层中的触摸电极300的位置对准。优选保护电极430的第一区域的大小和/或形状与其对准的触摸电极300相似或相同。图4表示出保护电极430的多个第一区域彼此连接在一起并利用多个保护馈线440路由至触摸传感器控制器420。

本发明的优选实施方式优选包括触摸电极330、馈线310、保护电极330/430和保护馈线340/440的网格布局图案，如图3和图4所示。但是，这样的排布不是强制性的。本发明的优选实施方式还可以包括不同的子像素布局，例如第一和第二子像素分布，例如如图5和图6所示。

图5表示具有第一子像素分布布局的OLED显示面板的代表性部分，其中子像素(R、G、B)500的边缘与矩形显示面板边缘DPE平行或基本平行地对准。

图6表示具有第二子像素分布布局的OLED显示面板的代表性部分，其中子像素(R、G、B)600的边缘以45°与矩形显示面板边缘DPE对准。

在所有子像素分布中，子像素可以具有不同的尺寸和形状或者具有相同的尺寸(例如，与绿色子像素相比，红色子像素可以是不同的尺寸和形状)。子像素可以被分组为相同尺寸和/或相同颜色的一组或多组。例如，子像素形状可以是正方形、矩形、圆形，具有圆角、弯曲边缘或者5个或更多个直边缘。例如，一个子像素可以包括多于一个的单独的发光区域，每个发光区域发射基本相同颜色的光。

触摸传感器的操作包括同时或依次反复测量每个触摸电极相对于触摸传感器控制器参考电压或大地的电容。任选地，触摸传感器的操作包括同时或依次反复测量每个触摸电极相对于OLED的电极(优选上部显示电极UDE)的电容。有许多种测量电容的技术，包括但不限于电荷转移、Δ-Σ调制、弛张振荡器(relaxation oscillator)和充电时间测量。所有技术将包括将一个或多个电压(驱动电压)脉冲施加到触摸电极，使得从触摸电极投射电场。

此外，可以优选对保护电极330、430施加与对触摸电极300施加的电压电位相同的电压电位。该电压电位可以作为与触摸电极驱动信号同步的一系列脉冲来施加，或者作为固定电压来施加。因为保护电极330、430与触摸电极300为相同电位，所以在保护电极330、430与触摸电极300之间不产生电场，因此不产生寄生电容。但是，在保护电极330、430与上部显示电极UDE之间将会存在寄生电容。因此，保护电极330、430与触摸电极300电隔离，使得该寄生电容不会影响触摸传感器对触摸的感知。即，虽然保护电极330、430和触摸电极300以相同的电位被驱动，但是它们彼此隔离，使得保护电极330、430和触摸电极300之间没有电连接。

如上所述，当触摸物体近距离靠近触摸电极时，来自触摸电极的投射电场与触摸物体的相互作用使触摸电极上保持的电荷变化，因此，使其电容变化。因此，通过检测电容的变化，能够确定触摸物体的存在。因为触摸电极在显示面板上被图案化为触摸传感器阵列，所以，能够根据哪个触摸电极显示出电容的变化来确定在触摸传感器和显示面板上触摸的位置。

图7A和7B表示本发明的优选实施方式。图7A表示第二像素分布布局的触摸传感器馈线710(阴影区域)和保护电极730的代表性部分。图7A表示触摸传感器的馈线区域，在图中示出了垂直布线的4根馈线710。图7B表示触摸传感器的触摸电极区域中的触摸电极740和保护电极730的代表性部分。在触摸电极区域中，保护电极730的导电不透明材料优选具有与触摸电极740中的导电不透明材料相同的图案，因此，在图7B的平面图中保护电极730与触摸电极740无法区分。在图7A的馈线区域中，保护电极730的导电不透明材料具有与触摸电极中的导电不透明材料相同的图案，因此，在图7A中保护电极730在馈线710下无法区分。

由于使得相邻馈线电隔离的间隙，馈线区域中的触摸传感器层中的导电不透明材料的平均覆盖率低于触摸电极区域中的导电不透明材料的平均覆盖率。确定平均覆盖率的区域至少是显示面板的包括2×2子像素阵列的区域。优选馈线710如图7A所示进行图案化，使得围绕子像素700布线的馈线710的总面积减小或最小化，同时沿着其长度保持低电阻电连接。使馈线710的面积减小或最小化能够降低寄生电容，还能够降低馈线710中对触摸的灵敏度，这能够减少错误检测的问题。优选在触摸电极区域中，导电不透明材料在触摸电极740中包括的每个子像素之间，如图7B所示。

在类似于图7A的馈线区域中，保护电极730优选具有与触摸电极区域中类似的图案和导电不透明材料平均覆盖率。图7A表示保护电极730在馈线710之下存在并延伸至不存在馈线710的地方。因此，在触摸电极区域和馈线区域两者中，在俯视投影中触摸电极740或保护电极730层中的导电不透明材料的平均覆盖率都是相似的。这能够在整个显示面板上提供环境光和来自子像素的光输出的均匀反射。这能够确保在触摸电极和馈线区域之间没有不期望的图案清晰可见，并且显示面板的所有区域具有相似的视觉特性。优选馈线区域中的俯视投影中触摸传感器或保护电极层中的导电不透明材料的平均覆盖率为触摸电极区域中的覆盖率的约50％至约150％，更优选为约80％至约120％，以提供两个区域之间的可接受的低可见性差异。

在馈线区域中，相邻馈线710之间的间隙以及馈线710与相邻触摸电极(未示出)之间的间隙，可以与至多为相邻子像素之间的间距一样宽，如图7A所示，同时保持馈线710的最大密度，其中间距是子像素700的中心与相邻子像素700的中心之间的距离。作为这样的大间隙的结果，能够使由于对额外的导电材料进行图案化时的制造缺陷而短路的可能性降低。本发明的该优选实施方式可以应用于第一像素分布(例如图5)和第二像素分布(例如图6)布局。

图8表示本发明的优选实施方式，其包括第一像素分布布局的触摸电极850、馈线810和保护电极830的代表性部分。图8表示触摸电极区域TER和馈线区域FR。对于馈线区域和触摸电极区域，触摸传感器层中的导电不透明材料的覆盖率与上文中关于图7A和7B所述的类似。在该优选实施方式中，在触摸电极区域TER中，保护电极与触摸电极850宽度相同，因此看不到。但是，在馈线区域FR中，保护电极830比馈线810宽。图8表示保护电极830与馈线810重叠，并且与子像素800不重叠地伸出至比馈线810宽。保护电极830的宽度增加能够进一步降低馈线寄生电容，并且还降低与馈线相关的对触摸的灵敏度(即，其具有减少或消除错误触摸检测的发生的效果)。保护电极830的宽度增加能够通过屏蔽馈线810边缘处的边缘电场(fringing electric field)来降低寄生电容，并且还能够降低投射电场的强度和馈线灵敏度。

图9表示显示装置900的代表性侧视图，其包括图左边的宽度与馈线910相同的保护电极930和图右边的比馈线910宽的保护电极935。显示装置900的其余部分优选与关于图1所述的类似，为简要起见不再加以说明。图9表明与图左边的边缘电场990相比，保护电极935比子像素区域950之间的馈线910宽的图右边的边缘电场995降低。

在馈线区域的另一优选实施方式中，当保护电极比馈线宽时，可以调节保护层中的导电不透明材料的分布，以提供与触摸电极区域中的平均覆盖率相似的俯视投影中的触摸传感器或保护电极层中的导电不透明材料的平均覆盖率。关于图8，例如，相邻馈线810之间的保护电极830的导电不透明材料优选配置成使得导电不透明材料的平均覆盖率在整个显示面板上是均匀的。有利地，即使有馈线810的额外屏蔽，触摸电极区域中的导电不透明材料的平均面积覆盖率与馈线区域中的导电不透明材料的平均面积覆盖率也相似或相同。本发明的该优选实施方式可以应用于第一像素分布(例如图5)和第二像素分布(例如图6)布局。

图10A表示本发明的优选实施方式，其中在触摸电极或馈线具有内部拐角或内部弯曲边缘(在下文中称为“拐角”)的区域中，保护电极1030的面积增加。图10A表示触摸电极区域中的触摸电极1090和保护电极1030，但类似地该特征可以应用于馈线区域。该优选实施方式的目的是降低制造过程中保护电极1030与触摸电极或馈线之间的随机对准误差造成的显示装置之间的电性质(例如，触摸电极或馈线的寄生电容)的变化。因为保护电极1030能够降低触摸电极或馈线与上部显示电极UDE之间的电场，所以保护电极1030降低寄生电容的有效性由触摸电极或馈线与保护电极重叠的面积决定。通过增加其中触摸电极或馈线具有内部拐角的保护电极1030的面积，能够使由两层之间的未对准造成的触摸电极或馈线与保护电极1030重叠的面积的变化减少。

图10A表示OLED显示器的代表性部分，其中触摸电极1090和保护电极1030的导电不透明材料包围子像素1000。为清楚起见，图10B仅表示出了保护电极1030和子像素1000，图10C仅表示出了触摸电极1090和子像素1000。形成触摸电极1090和下层的保护电极1030的一部分的线的宽度β1035示于图10B和图10C。表示触摸电极1090内部拐角附近的保护电极1030导电不透明材料的增加的三角形的侧边(leg)1040的宽度α示于图10B。因此，对于图10A所示的本发明的优选实施方式，保护电极1030和触摸电极1090之间没有未对准。

图11表示OLED显示器的代表性部分，其中设置有保护电极1130和触摸电极1190。但是，图11表示出了保护电极1130与触摸电极1190之间的对准误差γ。

使用上述的参数，图12表示对于在子像素之间触摸电极的宽度与保护电极的宽度相同的配置，与保护电极重叠的触摸电极面积的百分比相对于仅水平对准误差的相对百分比作图而得到的计算模型。图12中的垂直虚线表示对准误差γ等于触摸电极和保护电极线的宽度β的位置。改变拐角区域的侧边1040的长度α与触摸电极和保护电极线的宽度β的关系，对本发明优选实施方式的若干例子进行作图。作出的点线代表触摸电极的内部拐角附近的保护电极的面积没有增加的情形，实线代表保护电极的面积增加的情形。

从图12可以看出，由长度α的值较大造成的内角拐角中保护电极面积的增加导致对准面积增加时重叠面积的降低较小。在图10中，与触摸电极或馈线中的内部拐角相邻，保护电极1030延伸至具有三角形形状的触摸电极或馈线之外。在另一优选实施方式中，与触摸电极或馈线中的内部拐角相邻，保护电极1330延伸至触摸电极之外，直至相对于相邻的子像素1300呈凹形的弯曲边缘，如图13所示。

通过增加仅内角拐角中的保护电极面积，显示面板在高视角的光学性能仍被保持。具体地说，该保护电极结构能够在不造成在本可以直接从显示装置发射的方向上传播的来自子像素的光的额外阻挡的情况下，降低由保护电极与触摸电极或馈线之间的未对准造成的装置之间寄生电容的变化。从图1A中明显看出，如果对于层之间给定的垂直距离VP，子像素SUB-PIX的边缘与不透明材料之间的水平间隔低于特定值，则保护电极SE的导电不透明材料、触摸传感器TS的触摸电极或馈线会阻挡来自子像素SUB-PIX的本可以直接从显示器发射的光。优选对于该实施方式和所有之前的实施方式，保护电极、触摸电极和馈线以足够大的距子像素边缘的间隔位于子像素之间，使得不阻挡本可以直接从显示器发射的光，因此，高极化视角的发射光的亮度不会降低。

再次参考图10和图13中的保护形状，因为额外的保护面积在距子像素1000、1300最远的拐角中，所以，子像素1000、1300的边缘与保护电极、触摸电极和馈线中任一者的不透明材料之间的距离可以仍保持与上述的在子像素1000、1300边缘的中心处的间隔相同，或者大于该间隔。任选地，子像素可以配置成具有圆角，可以是圆形的，可以形成为多边形，或者可以以任何其他期望的形状提供，使得即使当保护电极面积在内部拐角中增加时，子像素的发光区域到保护电极的最小水平距离也不会减少。

虽然在此对内部拐角进行说明，但是围绕触摸电极和馈线的外部拐角也可以使用额外的保护材料。这一点对于馈线来说尤其有利，因为馈线的外部拐角数量除以内部拐角数量的比值高于触摸电极。

优选对于所有之前的实施方式，触摸电极、馈线和保护电极的导电不透明材料以在显示装置的平面中测量的距子像素边缘足够大的间隔，分布在子像素之间，使得本可以从显示装置直接发射的光不受阻挡，因此，高极化视角的发射光的亮度不会降低。为实现这一点，子像素边缘和导电不透明材料之间的适当的最小间隔，提供了子像素边缘和导电不透明材料边缘之间的方向，其相对于与显示装置的平面垂直的方向呈一角度，该角度等于从子像素发射的光的最大逃脱角。

应当理解，前面的描述仅说明了本发明的优选实施方式。在不背离本发明的情况下，本领域技术人员可以设计出各种替换和改良。因此，本发明旨在涵盖落入所附权利要求范围内的所有这些替换、改良和变形。

Claims (20)

1.一种显示装置，其包括：

包括多个子像素的显示面板；

由第一导电不透明材料制成的保护电极，其直接位于所述显示面板上，在所述多个子像素的一部分之间与所述显示面板的一部分重叠，并且与触摸传感器控制器连接；

覆盖所述保护电极的绝缘层；

由第二导电不透明材料制成的触摸传感器电极，其位于所述绝缘层上，在所述多个子像素中的一些子像素之间与所述显示面板的一部分重叠，并且与所述保护电极重叠；和

由所述第二导电不透明材料制成的馈线，其与所述触摸传感器电极连接，在不与所述触摸传感器电极重叠的所述多个子像素的一部分之间与所述显示面板的一部分重叠，并且将所述触摸传感器电极路由至所述触摸传感器控制器。

2.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述保护电极、所述触摸传感器电极和所述馈线仅与所述多个子像素之间的不发光区域重叠。

3.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述保护电极被提供与所述触摸传感器电极相同的电压或基本上相同的电压。

4.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述保护电极与所述触摸传感器电极电隔离。

5.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述保护电极与所述馈线重叠的部分的宽度大于所述馈线的宽度。

6.根据权利要求5所述的显示装置，其中

所述保护电极包括将所述保护电极与所述馈线重叠的部分与所述保护电极与相邻馈线重叠的部分连接的连接部分，并且

所述连接部分的宽度小于所述馈线的宽度。

7.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述保护电极在所述馈线和相邻馈线之间的图案与所述触摸传感器电极的图案相同或基本上相同。

8.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述保护电极与所述馈线重叠的部分的宽度与所述馈线的宽度相等或基本上相等。

9.根据权利要求8所述的显示装置，其中

所述保护电极包括将所述保护电极与所述馈线重叠的部分与所述保护电极与相邻馈线重叠的部分连接的连接部分，并且

所述连接部分的宽度与所述馈线的宽度相等或基本上相等。

10.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述馈线在所述多个子像素的相邻子像素之间包括蛇行或锯齿形图案。

11.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述保护电极比与所述触摸传感器电极或所述馈线的拐角相邻的所述触摸传感器电极宽。

12.根据权利要求1所述的显示装置，其中在与所述触摸传感器电极或所述馈线的拐角相邻的与所述保护电极重叠的区域中，所述保护电极的三角形部分延伸至所述触摸传感器电极或所述馈线的边缘之外。

13.根据权利要求1所述的显示装置，其中在与所述触摸传感器电极或所述馈线的拐角相邻的与所述保护电极重叠的区域中，所述保护电极的曲线形部分延伸至所述触摸传感器电极或所述馈线的边缘之外。

14.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述触摸传感器电极的边缘和所述多个子像素中的一个子像素的最近边缘之间的距离，至少是提供所述触摸传感器电极的边缘和所述子像素的所述最近边缘之间的相对于垂直于所述显示装置的正面平面呈一角度的方向的距离，所述角度等于来自所述多个子像素中的所述一个子像素的光的最大逃脱角。

15.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述馈线的边缘和所述多个子像素中的一个子像素的最近边缘之间的距离，至少是提供所述触摸传感器电极的边缘和所述子像素的所述最近边缘之间的相对于垂直于所述显示装置的正面平面呈一角度的方向的距离，所述角度等于来自所述多个子像素中的所述一个子像素的光的最大逃脱角。

16.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述保护电极的边缘和所述多个子像素中的一个子像素的最近边缘之间的距离，至少是提供所述触摸传感器电极的边缘和所述子像素的所述最近边缘之间的相对于垂直于所述显示装置的正面平面呈一角度的方向的距离，所述角度等于来自所述多个子像素中的所述一个子像素的光的最大逃脱角。

17.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述显示面板是发光显示面板。

18.根据权利要求1所述的显示装置，其中，在俯视时馈线区域中的所述触摸传感器的所述第一导电不透明材料和所述第二导电不透明材料的覆盖率，为触摸电极区域中的所述触摸传感器的所述第一导电不透明材料和所述第二导电不透明材料的覆盖率的约50％至约150％。

19.根据权利要求1所述的显示装置，其中，在俯视时馈线区域中的所述触摸传感器的所述第一导电不透明材料和所述第二导电不透明材料的覆盖率，为触摸电极区域中的所述触摸传感器的所述第一导电不透明材料和所述第二导电不透明材料的覆盖率的约80％至约120％。

20.根据权利要求1所述的显示装置，其中所述馈线与所述保护电极重叠。