CN1115586C - 液晶显示部件 - Google Patents

Abstract

本发明提供一种带有集成在基底上的信号层的液晶显示部件。电路基于对信号层施加的信号的响应得出接触位置。在该基底上集成至少一个电阻器。电阻器连接在信号层和电路之间。和信号层一起构造电阻器。电阻器最好是一个用于在垂直方向上和水平方向上线性化信号层的电阻的电阻器网络的一部分。

Description

液晶显示部件

技术领域

本发明涉及采用测量接触位置的装置的液晶显示器(LCD)，并且更具体地涉及其中把这种接触测量装置和LCD的基底集成在一起的LCD。

背景技术

在许多应用中使用接触输入系统，这种系统确定物体或人接触某表面的位置并且要求以高精度确定接触位置。典型地，这样的部件是透明的并直接装配在计算机显示器上。在C.Skipton的“你可接触它！触屏向大众提供多媒体”(New Media，February 10，1997，p，39-42)中给出这种添加式触屏的一些示例，这些添加式触屏可以装配在CRT或扁平面显示器上。添加式触屏具有各种确定接触位置的方法。典型地，这种系统的表面包括一个电阻率基本均匀的层，并且在该表面的边缘上连接多个电极。电极通常是用要比该表面更为导电的材料做成的，并且以一种专用图案丝网印制在该表面上。一种经常使用的确定位置的方法是，在第一方向上施加电势，然后在表面上沿垂直于第一方向的第二方向施加电势。如Shintaro等人的美国专利3,591,718和Nakamura等人的美国专利4,649,232中所述，利用一个电容耦合的探测器(穿过绝缘层)测量电压可确定X和Y的位置。由于人体把外加的AC信号短路到地，可以通过监视通过各电极的电流确定手指接触的位置，但是因为手指电容很小，要求系统中的杂散电流很小。Pepper，Jr的美国专利4,293,734说明一种替代的方法，该方法i)利用AC信号向所有四侧施加电源并且利用电极电流以确定手指的接触位置，或者ii)把四个角接地并测量各角处由带电的触针感应的电流。在Grenias等人的美国专利4,686,332中，说明一种包括二个隔开的导体面的添加式触屏。通过检测手指接触造成的导体面的电容改变，确定手指接触位置。最后，在美国专利4,371,746中，说明一种添加式触板，它包括一层位于电阻接触表面之下(或者部分包围)的由导电材料做成的防护层。用振幅上和相位上与施加到电阻接触表面的信号相同的信号激励该添加板的防护层，以便明显地减小电阻接触表面的有效对地电容。

这种添加式触屏的一个弱点是它增加了显示器的重量和尺寸，在使用到诸如笔记本计算机的便携应用中它是一个很大的缺点。此外，该部件和计算机的通信需要可使用的卡槽或者串行或并行端口适配器。通过把接触传感器集成到LC显示器中，可以大大减小这些缺点。对于应用到液晶显示器，尤其是便携式应用，由于其紧凑的尺寸和高透射比(85-90％)电容接触技术是最为适用的。电阻接触技术需要双层铟锡氧化物(ITO)，而不是一层，从而只具有55％至75％的透射比。

典型地，对于彩色LC显示器，朝向观察者的玻璃基底具有构造在内表面的彩色滤光器，该内表面和液晶材料接触，彩色滤光器基底(CF)沿着边缘和第二玻璃基底粘接，第二玻璃基底包含用于对LC显示器定址的有源(或无源)矩阵。彩色滤光器典型地由多层包含着颜料或染料的黑色矩阵材料(例如铬或氧化铬)聚合物层以及一层充当显示器的公用电极的ITO层(在有源或无源矩阵显示器中，其图案是线条以用于对显示器定址)组成，请参见T.Koseki等人的“用于10.4英寸对角线、4096种颜色的薄膜晶体管液晶显示器的彩色滤光器”(IBM J.Res.Develop.Vol.36，No.1，January 1992)。此外，常常采用一层感光透明涂层，以在ITO共用电极沉积前使颜料区平面化，如Tsutsumi等的美国专利5,278,009中所述。

有二份关于改进LCD的上玻璃基底(例如，包含彩色滤光器的基底)以便允许采用电容感测的探针输入的报告。在J.H.Kim等的“笔式应用中的位置感测TFT-LCD的设计”(SID’97，P87-90)一文中，通过一层涂层使彩色滤光器中的导电黑色矩阵(BM)层和ITO公用电极绝缘，并且对BM施以AC信号。在阵列之外建立补偿电阻以线性化电场，外加电场的方向(X和Y)是交变的，并且通过测量经电容耦合到系留触笔中的电压以确定触笔位置。文中提到在ITO公用电极层上感应了大信号，其幅值几乎是对BM输入信号的一半。

在H.Ikeda等的“带有内置数字化功能的新型TFT-LCD”(ISW’97，P.199-202)一文中，说明一种6.6英寸的VGA反射客户一主机(Guest-Host)AMLCD，其利用ITO公用电极充当用于触笔输入的电阻层。在X或Y方向上在ITO公用电极的DC偏压之上交替地施加AC信号电压梯度。通过沿每个边采用分离的铝条电极对电场进行一定的线性化，这些铝条电极通过在2.5mm中心线上的0.25mm宽1mm长的ITO电阻器和有源区连接。在不过分功耗下为了最佳线性化调整铝的电阻率。从系留触笔电容地测量电场，并且利用对显示器上典型位置预测定的和存储在计算机里的数据确定位置。

由于信号层和ITO公用电极(Kim等)或和TFT阵列中的接线(Ikede等)之间的电容耦合(即有效电容)远强于基底和人体之间的电容耦合，这些集成电路结构中的任一种都不适应于用LCD的基底测量人体某部位(例如手指或足指)的接触位置。

从而，技术上存在这样的需要，即研制一种和LCD的基底集成在一起的并且适应于用该基底测量人体某部位(例如手指或足指)的接触位置的结构。

此外，技术上需要一种结构，这种结构可以经济地集成到LCD的基底上以提供信号层的线性化。

发明内容

利用本发明的原理解决上述问题以及现有技术中的有关问题，本发明的一种液晶显示部件，包括一片基底；一层集成地放置在所述基底上的信号层，所述信号层由实质上透明的导电材料构成，其中的接触位置是由一个电路根据对施加在所述信号层上的信号的响应得出的；集成地放置在所述基底上的一层带图案的层，其中所述带图案的层由具有低反射率并阻挡光传输的光吸收材料构成；以及至少一个集成地放置在所述基底上的并连接在所述信号层和所述电路之间的电阻器，其中所述电阻器由用所述信号层的所述实质上透明的导电材料构成的第一层和用所述显示象元的所述光吸收材料构成的第二层组成。电阻器最好是一个用于在水平和垂直方向上线性化信号层的电阻器网络的一部分。

附图说明

图1是常规有源矩阵交叉型液晶显示部件的顶视图。

图2示出图1的液晶显示部件的部分剖面图(A-A)。

图3是图1的有源矩阵液晶显示部件的一个象素的原理图。

图4图示说明本发明的接触输入功能。

图5是说明本发明的一种实施例的图1的液晶显示部件的部分剖面图(A-A)，其中把带图案的信号层和防护面层集成到上基底24中。

图6是说明本发明的一种实施例的图1的液晶显示部件的部分剖面图(A-A)，其中把带图案的信号层和防护面层集成到上基底24中。

图7图示说明依据本发明的被集成到上基底24中的电阻网络，从而在水平(X)方向和垂直(Y)方向上线性化带图案的导电层的电阻。

图8(A)-(H)图示说明产生图6的上基底的工艺步骤。

图9(A)-(H)图示说明产生图5的上基底的工艺步骤。

图10图示说明在水平(X)和垂直(Y)方向上线性化方波信号层的电阻的电阻网络。

图11图示说明在水平(X)和垂直(Y)方向上线性化矩形信号层的电阻的电阻网络。

图12图示说明生成用来获得接触位置的提供到信号层和防护面层的角上的信号的系统。

具体实施方式

图1示出常规液晶显示部件的顶视图，其中在显示器的子象素(示出6个)下面形成象素电极26(阴影区)。典型地，一个象素是用3个相邻的红(R)、绿(G)、蓝(B)子象素表示的(即，在象素电极26上形成具有R、G、B颜色矩阵的3个相邻的子象素)。子象素是在选通线32(示出3条)和数据线31(示出4条)之间构成的。

图2示出图1的常规液晶显示部件的部分剖面图。该部件包括第一基底22(以下称为下基底)和第二基底24(以下称为上基底)，第二基底24由诸如玻璃的透明材料构成。这二个基底排列成以高精确度彼此平行。典型地，利用直径大约为1到20微米(通常为3至5微米)的塑料隔离球使基底22、24彼此分离，并且在各边缘(未示出)密封从而限定了它们之间的一个封闭内部空间。在第一基底上沉积象素电极26的阵列，这些象素电极定义液晶显示器的子象素。还在基底22中的不具有电极薄膜的选定区域上形成半导体器件，例如二极管或薄膜晶体管(TFT)30。如技术上周知的那样，对每个子象素存在一个或多个TFT30。每个TFT30由一条导电选通线32(未示出)和一条导电数据线31控制，这些线是以这样的方式沉积在基底22上的，即，除了每个TFT30的电源电气上和一个对应的电极26连接外，在电气上它们不和电极26连接。在交迭区处选通线32(未示出)和数据线31电气上也是彼此隔离的。典型地第二基底24上沉积着颜色矩阵层23。颜色矩阵层23典型地具有如R、G或B彩色矩阵材料23-2交错的黑色矩阵材料23-1。黑色矩阵材料23-1沉积在TFT 30、数据线31和选通线32(未示出)的对面，以便阻止环境入射光照射这些元件并且防止象素区外的光泄漏。彩色矩阵材料23-2沉积在象素电极26的对面。此外，典型地在彩色矩阵层23的上方形成一个公用电极28。如前面所述，为了平面化加颜料的区域，可以在沉积公用电极之前对彩色矩阵材料涂上光敏透明外涂层25。公用电极28最好是用导电材料的薄透明层构成的，例如铟锡氧化物(ITO)或其它适当材料。

液晶材料36填充基底22和24之间的空间。如后面更完整地解释的那样，该材料的性质取决于液晶显示器20的运行方式。液晶显示器的内表面可分别涂上对光层38和40，以便为液晶材料36的分子提供边界条件。基底22和24的外表面可分别在它们的上面沉积光补偿薄膜42和44。最后，可以把偏振薄膜46和48分别涂到补偿薄膜42和44上(若采用补偿薄膜)，或者分别涂到基底22和24上(若不采用补偿薄膜)。

图2中示出的常规型液晶显示器是由位于下基底22后面的光源(未示出)照明的，并且从上基底24的上方观察。

在图3中示出子象素的原理图，图中附属的数字具有对应于图1和图2的数字的相同含义。电容器111代表夹在象素电极32和公用电极28之间的液晶材料36的电容。该单元可包括一个存储电容器120，存储电容器120提供和液晶电容111并联的电容，存储电容器120端接到显示器中所有存储电容器公用的线121上。存储电容器的另一种替代设计是在象素电极26和选通线32之间设置存储电容器122。

当向选通线32施加低于门限电压的电压时，TFT30处于断开状态，从而数据线31和象素电极26上的电势彼此隔离。当向选通线32施加大于门限电压的电压时，TFT30处于接通状态(低阻抗状态)，从而允许数据线31的电压对象素电极26充电。施加到数据线31的电压可以变化，从而对电极象素施加不同电压。施加到象素电极26的电压和公用电极28的电压之间的电势差控制象元的液晶分子的取向。改变施加到象素电极26的电压和公用电极28的电压之间的电势差用于控制象元的液晶分子的取向，从而在液晶上传送不同量的光，在显示器中造成光的灰度。

本发明把接触(以及触笔)输入功能性集成到显示器的上基底24中。这种功能性的原理说明在图4中示出。更具体地，一层可能带图案的传导层被集成到上基底24中。在后文中被称为信号层的该传导电气上和上基底24的公用电极28绝缘。一个信号发生器向该信号层的各个角施加信号，然后测量各角流过的电流。当用户用人体的一部分(例如，手指和足指)或者用器具(例如，导电笔的尖端)接触上基底24时，由于电容耦合形成一个RC网络，造成电流从各角通过信号层流向接触点。从信号层各角处的电流可以导出接触位置(即，接触点)。备择地，器具(例如触笔)的尖端可带有电流，并且测量信号层各角处的电流，以代替向信号层的各角施加信号。在该情况下，当器具的尖端接触(或很靠近)上基底24时，通过电容耦合形成RC网络，并产生流向各角的电流。从信号层各角处的电流可以推导出器具的位置。Pepper，Jr.的美国专利4,293,734中说明从信号层各角处的电流导出接触位置的一种电路的例子，从而该专利整体作为本文的参考文献。该电路可集成到显示屏上，或者设置在电气上和信号层的各角连接的集成电路中。

依据本发明，把信号层以及被称为防护面层的第二导电层集成到显示器的上基底24上，以用于感测接触输入。在信号层和防护面层之间沉积一层不导电的绝缘层。防护面层沉积在信号层和公用电极之间。如上面对图4所描述的那样，对信号层的各个角施加信号，并且测量各角处的电流。从信号层各角处测得的电流推导接触输入的位置(即，接触点)。此外，用信号驱动防护面层，以减少信号层对公用电极的电容负载，并且还减少或消除公用电极对信号层的噪声电流的电容耦合。施加到防护面层的信号可以通过改变施加到信号层的信号的振幅比例和/或偏移其相位来生成。替代地，可以通过改变施加到防护层的信号的振幅比例和/或偏移其相位生成施加到信号层的信号。

图12示出一个示例电路，其生成用于信号层和防护面层的信号。为便于说明，信号层、防护面层和公用电极是用平面描述的。该电路包括一个具有基准信号的振荡器。通过改变基准信号的比例和/或偏移其相位生成用于信号层和防护面层的有效信号，这些施加给信号层和防护面层的有效信号分别具有匹配的振幅和相位。此外，最好只需要用零电流驱动信号层。换言之，最好仅当诸如手指或其它人体部位的电容负载非常接近信号层时，才有电流流过信号层。用于信号层的有效信号被施加到信号层的各角。此外，每个角包括一个测量流过该角的电流的电路，以便导出接触位置。在Pepper，Jr.的美国专利4,293,734中说明这种电路的一个例子，该专利整体是本文的参考文献。此外，为了减少噪声电流从公用电极到信号层的电容耦合，向一个基于施加到公用电极的驱动信号的信号添加防护面层的有效信号(最好是对该驱动信号的反相、改变比例和/或相位偏移)。出于说明的目的，图12描绘可应用于信号层和防护面层的一个角的电路。类似的电路(或者图12中所示电路的一部分)分别用于向信号层和防护面层的其它角提供信号，从而从信号层各角处的电流导出接触位置。

代替向信号层的各角提供信号，器具的尖端可带有信号，并测量信号层各角处的电流。在这种情况下，从信号层各角处的电流得到器具的位置。和前一种情况不同，防护面层可按地，以防止来自公用电极28的噪声耦合到信号层。备择地，这也会是有好处的，即反相并按比例改变施加到公用电极28的信号的振幅，并且把结果信号施加到防护面层，以主动式地抵消在别的情况下会耦合到信号层的来自公用电极28的噪声。然而，若公用电极噪声不造成问题，防护面层可浮空，以便信号层上的负载为最小。

图5示出本发明的一种实施例，其中一层带图案的导电黑色矩阵层23-1充当信号层。如常规那样，带图案的黑色矩阵层23-1是在上基底24上面形成的彩色矩阵层23的一部分。带图案的导电黑色矩阵层23-1可由铬和/或氧化铬构成，或者由其它具有低反射率并且阻挡光传输的适当材料构成。在带图案的黑色矩阵材料23-1上形成一层透明不导电绝缘层61。透明不导电绝缘层61可以用透明外涂聚合物构成，例如丙烯酸、苯环丁二烯(BCB)或者其它适当材料。然后在绝缘层61上形成连续防护面层63。防护面层可由透明导电材料构成，例如ITO或其它适当材料。黑色矩阵层23-1和防护面层63之间的间隔最好为2-5微米。在防护面层63上形成第二透明不导电绝缘层65。第二透明不导电绝缘层65可由透明外涂聚合物构成，例如丙烯酸、BCB或其它适当材料。接着在第二绝缘层65上形成公用电极28。防护面层63和公用电极28之间的间隔最好为2-5微米。

图6示出本发明的一种实施例，其中带图案的导电黑矩阵层23-1充当防护面层。更具体地，在上基底24上形成信号层71。信号层71可以用诸如ITO的透明导电材料构成，或者用诸如铬和/或氧化铝(或者其它具有低反射率并阻挡光传输的适当材料)的不透明导电材料构成。在信号层71上形成透明不导电绝缘层73。透明不导电绝缘层73可以用透明外涂聚合物构成，例如丙烯酸、BCB或其它适当材料。接着在绝缘层73上形成彩色矩阵层23。如常规那样，带图案的黑色矩阵层23-1是彩色矩阵层23的一部分。带图案的导电黑色矩阵层23-1可以用铬和/或氧化铬或者其它具有低反射率并阻挡光传输的适当材料构成。此外，带图案的导电黑色矩阵层23-1充当用于接触输入的防护面层。黑色矩阵层23-1的图案最好对准信号层71的图案。例如，如图6中所示，黑色矩阵层23-1的图案可形成以覆盖信号层71。信号层71和黑色矩阵层23-1之间的间隔最好为2-5微米。接着在彩色矩阵层23上形成透明不导电绝缘层75。透明不导电绝缘层75可以用透明外涂聚合物构成，例如丙烯酸、BCB或其它适当材料。接着在绝缘层75上形成公用电极28。黑色矩阵层23和公用电极28之间的间隔最好为2-5微米。

最好沿水平(X)和垂直(Y)二个方向线性化被集成到上基底24中的信号层(图5的带图案的黑色矩阵层23-1或者图6的信号层71)的各边缘上的电阻。在这种情况下，可以按如下从各角处测量到的各电流的比准确地得到接触输入位置(X，Y)(即，接触点)： $X=\left(\frac{W}{2}\right)\frac{(I2+I3)(I1+I4)}{(I1+I2+I3+I4)}$ $Y=\left(\frac{H}{2}\right)\frac{(I1+I2)(I3+I4)}{(I1+I2+I3+I4)}$ 若信号层的各边的电阻是“线性化的”，这些简单公式最为准确。也即，若上面二个角用正电压驱动并且下面二个角接地，则等电位是均匀间隔的各条水平直线。类似地，若驱动左边二个角并将右边二个角接地，则等电位是均匀分布的垂直线。可以根据初等电路原理得出这样的要求。可以通过在带图案的导电层的周边连接一个电阻器网络来达到信号层的线性化，其中改变该电阻器网络的电阻值(即，电阻器的几何状态)从而使带图案的导电层的电阻在X、Y二个方向上都是线性的。图7中示出一个示例，其中沿带图案的导电层203的四条边中的每条边设置一个电阻条201。如所示，一些电阻器205提供电阻条201和带图案的导电层的连接。此外，如所示，电阻器207提供电阻条101和四个角结点A、B、C、D的连接。后面提供一个用于确定该线性化电阻器网络的电阻值的示例方法。

图8(A)-(H)示出一个实施例，其中把该电阻网络集成到图6中所示的上基底24中。更具体地，通过首先在上基底24上沉积带图案的层81以制造电阻器条201和电阻器205。带图案的层81可以是诸如ITO的透明导电材料，或者是诸如铬和/或氧化铬的不透明导电材料(或者其它适当的具有低反射率并且阻挡光传输的不透明导电材料)。如图8(A)和8(B)所示，层81的图案最好形成条区83(示出一个)和螺旋区85(示出一个)，条区83定义电阻器条201，而螺旋区85定义电阻网络的电阻器205。各螺旋区85把各条区83电气地连接到带图案的信号层71。能和图6所示的带图案的信号层71一起沉积并且按图案形成带图案的层81。

在沉积带图案的层81之后，最好如图8(C)和(D)中所示的那样沉积并且按图案形成透明不导电绝缘层87。绝缘层87可以是透明聚合物，例如丙烯酸或BCB。若绝缘层87是用光敏材料构成的，通过对光敏材料的曝光和显影得到图案。反之，可以采用常规的光刻/光蚀技术造成绝缘层87的图案。如所示，绝缘层87的图案最好部分地覆盖导电层81的螺旋区85。此外，最好把绝缘层87沉积并且构形成图6的绝缘层73的一部分。

在沉积绝缘层87之后，如图8(E)和8(F)所示沉积黑色矩阵(BM)层89并且形成其图案。黑色矩阵层89最好是铬和氧化铬的复合层，其中首先沉积氧化铬，从而当从背面观察时BM层89尽可能的黑，以便减少显示器反射的光量以增加显示对比度。BM层89提供足够的吸收，从而基本上光不通过BM层89。最好把黑色矩阵层89的图案形成为部分地覆盖导电层81的螺旋区85，但由绝缘层87在电气上和螺旋区85绝缘，如图中所示。此外，如所示，黑色矩阵层89的图案最好是使它直接在带图案层81的条区83上形成。该复合层(黑色矩阵层89和条区83)组成一个低电阻层，这对于构造电阻器条201是有好处的。此外，如所示，最好沿图6的BM材料23-1沉积BM层89并形成其图案。在屏的阵列区中，BM材料23-1的图案设计成阻挡除从ITO象素电极区之外的光传输，在ITO象素电极区有源矩阵控制液晶上的外加电压，以便选择正确的灰度。

在沉积BM层89之后，如图8(G)和8(H)中所示，沉积彩色滤光材料23-2(包括红、绿、蓝元素)、绝缘层75以及图6的公用电极28并形成其图案。

图9(A)-(H)示出一个实施例，其中把电阻网络集成到图5中所示的上基底24中。更具体地，通过首先在上基底24上沉积带图案的层91来制造电阻器条201和电阻器205。带图案的层91可以是诸如铬和/或氧化铬(或者其它具有低反射率并且阻挡光的传输的适当材料)的不透明导电材料。如图9(A)和9(B)中所示，层91的图案最好形成条区93(示出一个)和螺旋区95(示出一个)，条区93定义电阻器条201而螺旋区95定义电阻网络的电阻器205。各螺旋区95电气上把各条区93连接到带图案的信号层(图5的BM层23-1)。如所示，可以和图5的带图案BM材料23-1一起沉积带图案的层91，并形成层91的图案。此外，如所示，典型地连带着BM材料23-1沉积并构形图5的彩色滤光材料23-2(包括红、绿、蓝元素)。而且，可以直接在条区83上沉积一层附加的黑色矩阵材料(未示出)并且形成图案，从而形成一个低电阻层，这对于构造电阻器条201是有好处的。

在沉积带图案的层91后，如图9(C)和9(D)所示，最好沉积透明不导电绝缘层97并形成图案。绝缘层97可以是透明的聚合物，例如丙烯酸或BCB。若绝缘层97是用光敏材料构造的，通过对光敏材料的曝光和显影实现图案形成。反之，可采用常规的光刻/光蚀技术形成绝缘层97的图案。如所示，最好和图5的绝缘层61一起沉积并且构形绝缘层97。

在沉积了绝缘层97后，如图9(E)和9(F)所示，在绝缘层97上形成防护面层63。如上面对照图5所讨论的那样，可以用透明导电材料，例如ITO或其它适当材料，构造防护面层63，并且在黑色矩阵材料23-1和公用电极28之间沉积防护面层99。

在沉积防护面层99后，如图9(G)和9(H)所示，沉积并且构形图5的透明不导电绝缘层65和公用电极28。

对于上面对照图8(A)-8(H)和图9(A)-9(H)所讨论的二个实施例，在屏的每个角处，形成一个位于电阻器条205和电触点之间的角落电阻器207。最好利用上面为构造电阻器条205而讨论的过程相同地构造角落电阻器207。这些电触点导电地连接至用于测量流过各角的电流的电路，从而如上面所讨论那样得到接触输入的位置(即，接触点)。此外，在每个角处构造一个对防护面层的电触点。对防护面层的电触点导电地连接至驱动防护面的电路，从而如上面所讨论的那样消除公用电极和带图案的导电层之间的电容耦合。

如上面所述，在构造液晶显示系统中的信号层和其它元件的工艺工序中一并在上基底上集成地构造电阻条201和电阻器205。这种方法在经济上是有好处的，因为不需要构造电阻条201和电阻器205的附加工艺工序。

现在描述一种线性化信号层的电阻的方法。首先计算在二个方向上具有均匀板电阻率Rho_s(欧姆/平方)的方形屏幕的电阻，接着再把结果变换到在水平和垂直方向上可能具有不同电阻率的矩形屏幕。

图10更详细地表示方形屏蔽的布局。由于对称性，每条边具有相同的电阻值。在接触检测的实际运行下，用相同的AC信号驱动全部四个角电极，但是出于确定边电阻值的目的，研究下述情况更为方便，即，用对称的DC电压驱动上面的角和下面的角(例如，上面的角处为直流+1伏而在下面的角处为直流-1伏)，并研究电阻层上的电流和电压。下面的表中提供用于图10的定义：

    n……      馈入电阻器的数量

    Rho_s……  屏幕的板电阻率(欧姆/平方)

    Rs……    从一边到另一边的屏幕电阻，单元为欧姆，等于Rho_s

    Re……    长边电阻器

    Rc……    角电阻器

    Ri……    馈入电阻器(i＝1…n)

    Vs……    AC电源，按所示施加

    Vm……    屏蔽各角处的AC电压

    Vi……    上端Re上的电压(i＝1…n)

假定电阻器Ri沿各边均匀间隔。相对于屏幕的角这些电阻器是对称的，从而Ri＝Rn+1-i。n的小数值会在屏幕的边缘附近造成等电位中的波动。非常大的n需要许多馈入电阻，从而难以制造。通常，根据制造可能性，把n选择为尽可能的大。

若正确地线性化屏蔽，等电位将是水平线，从上到下均匀间隔。具体地，整条上边缘应为角电势+Vm，而下边缘电势为-Vm。电流强度正比于电场，电场正比于电势分布的梯度。从而，若等电位是均匀间隔的直线，在屏幕上电流强度是常数，垂直地从上向下流。这意味着从各侧边没有流进或流出屏幕的电流。可以立即得出沿侧电阻器条Re的电势变化必然完全和屏幕中的电势变化匹配。否则，电流将通过侧馈入电阻器流入或流出屏幕。当并且仅当侧条Re每单位长度上具有常数电阻而且Rc和Re交点处的电压等于角电压Vm时，才会满足该条件。根据初等电路理论，电压Vm将等于Vs-IRc，其中I是流入侧条的电流。该电流等于2Vs/(Rc+Re+Rc)。可得出：(1)Vm/Vs＝1/(1+2Rc/Re)接着考虑流过屏幕的总电流Is。屏幕从上到下的电压差为2Vm，并且电阻为Rs。从而：(2)Is＝2Vm/Rs该电流必须流过上电阻Rc和Re，然后通过馈入电阻进入屏幕。由于对称性，这些电流的一半必须从各角流入。从而在上电阻Rc上存在等于0.5Rc Is的电压降，从而第一电压(图A.3中的V1)为：(3)V1＝Vs-0.5RcIs＝Vs-RcVm/Rs接着计算Vi沿上边缘的变化。由于屏幕电流从二个角沿Re流动，电压对称地向角递减。从而，只需要计算n/2个值。出于方便，假定n为偶整数。令条上每个馈入电阻器之间的电阻为Ro：(4)Ro＝Re/(n-1)如前面所述，电流强度必须是均匀的。从而，每个等距相隔的馈入电阻器必须承受相等的电流If，则：(5a)If＝Is/n利用式2，可得：(5b)If＝2Vm/nRs带Re中流过的电流在每个馈入电阻器之后从最大值0.5Is开始减少If，考虑这一点，可写出前面的一些电压：(6a)V1＝Vs-RcVm/Rs(式3)(6b)V2＝V1-(0.5Is-1If)Ro＝V1-0.5RoIs+(1)RoIf(6c)V3＝V2-(0.5Is-2If)Ro＝V1-1.0RoIs+(1+2)RoIf(6d)V4＝V3-(0.5Is-3If)Ro＝V1-1.5RoIs+(1+2+3)RoIf(6e)V5＝V4-(0.5Is-4If)Ro＝V1-2.0RoIs+(1+2+3+4)RoIf第二项可以写成-0.5(i-1)乘以RoIs。第三项是前(i-1)个整数的和再乘以RoIf。从而第i个电压为：(7)Vi＝V1-0.5(i-1)RoIs+0.5(i)(i-1)RoIf利用式4和式5a，可得到：(8a)Vi＝V1-0.5(i-1)ReIs/(n-1)+0.5(i)(i-1)ReIs/n(n-1)(8b)Vi＝V1-0.5ReIs(i-1)(n-i)/n(n-1)代入式2、3和6a，可得到：(8c)Vi＝Vs-RcVm/Rs-Vm(Re/Rs)(i-1)(n-i)/n(n-1)最后，利用式1消除Vs：(9a)Vi＝Vm(1+2Rc/Re)-Vm(Rc/Rs)-Vm(Re/Rs)(i-1)(n-i)/n(n-1)(9b)Vi＝Vm(1+2Rc/Re-Rc/Rs-(Re/Rs)(i-1)(n-i)/n(n-1))式9b用参数Re、Rc、Rs和Vm表示Vi。现在可以计算馈入电阻Ri。每个馈入电阻Ri在一端具有电压Vi，并在另一端具有屏幕电压Vm，从而电阻器电流将为(Vi-Vm)/Ri。如上面所述，对于每个电阻器该电流是相同的，并且等于If＝Is/n，从而(10a)(Vi-Vm)/Ri＝Is/n＝(2Vm/Rs)/n(10b)Ri＝(Vi-Vm)nRs/2Vm(10c)Ri＝0.5nRs(2Rc/Re-Rc/Rs-(Re/Rs)(i-1)(n-i)/n(n-1))这样，给定一组电阻器值(Rs，Re，Rc)后，可利用式10c计算线性化屏幕的馈入电阻器值。

现在需要一个为Re、Rc、Rs选择适当值的方法。通常，由于对导电材料的选择，屏幕电阻是固定的。从而需要选择Re和Rc的适当值。这些值的选择应该使式1的耦合比Vm/Vs为最大，因这将确保信号对外部电路的有效传送。但是，对这些式子的仔细分析显示不是(Rs，Re，Rc)的所有组合都是能使用的。若选择不正确的值，一些电压(Vi-Vm)将是负的。在式9b中，在屏幕的中间出现最坏情况(最小)电压。称此为Vmin并把i＝n/2代入到式9b，则(11)Vmin＝Vm(1+2Rc/Re-Rc/Rs-(Re/4Rm)(n-2)/(n-1))

对于(Vmin-Vm)大于0的要求成为：(12a)Vm(1+2Rc/Re)-Vm(Rc/Rs)-Vm(Re/4Rm)(n-2)/(n-1)＞Vm在经过代数运算后，变为：(12b)2Rc/Re＞(Rc/Rs)+(Re/4Rm)(n-2)/(n-1)引入二个无量纲的比K和A是方便的：(13a)K＝Re/2Rs(13b)A＝Vs/Vm利用式1(13c)A＝1+2Rc/Re利用式12b、8c和10b可得到：(14a)K＜Kmax(14b)Kmax＝(A-1)/(A-1+0.5(n-2)/(n-1))(14c)Vi/Vm＝A-K(A-1)-2K(i-1)(n-i)/n(n-1)(14d)Ri＝0.5nRs(Vi/Vm-1)(14e)Re＝2KRs(14f)Rc＝0.5Re(A-1)可以如下应用这些关系式。首先，根据屏幕材料选择Rs的值。接着，选择比率Vm/Vs的折衷值。接近1的值增加耦合。计算作为该比率的倒数的A，然后从式14a计算Kmax。挑一个大概比Kmax小20％的K(若把K选择成太接近Kmax，电阻值中存在很大的跨度，从而屏幕特性会对制造容限非常敏感)。接着，利用式14e和14f计算所需的Re、Rc的值。

利用常规材料在围绕屏幕边缘的有限空间中加工起来有可能Re的所需值过低。这是由于Re非常长而窄。在这样的情况下，应该尝试较小值的(Vm/Vs)。若找到适用的值，可利用式10c计算馈入电阻器。

一旦解决方形屏幕的问题后，很容易把它变换到如图11中所示的宽度为W、高度为H的矩形屏幕上。令水平和垂直方向上的屏幕电阻率分别为Rh和Rv(欧姆/平方)。令垂直测量的屏幕电阻为Rs_v，水平测量的屏幕电阻为Rs_h。则：(15a)Rs_v＝Rv(H/W)欧姆(15b)Rs_h＝Rh(W/H)欧姆接着如下变换前面沿着上方计算的电阻器值：(16a)Re_h＝Re(Rs_v/Rs)欧姆(16b)Rc_h＝Rc(Rs_v/Rs)欧姆(16c)Ri_h＝Ri(Rs_v/Rs)欧姆接着按如下变换前面沿侧边向下计算的电阻器值：(16d)Re_v＝Re(Rs_h/Rs)欧姆(16e)Rc_v＝Rc(Rs_h/Rs)欧姆(16f)Ri_v＝Ri(Rs_h/Rs)欧姆我们省略对它们的证明。简言之，由于屏幕中垂直方向的电流通过上方的各电阻器，而水平方向的电流通过侧边的各电阻器，这是可行的。通过如上述改变各组电阻器，我们保持对方形屏幕计算的电压。

本发明的LCD的好处包括集成在LCD的上基底上的信号层和防护面层，其中防护面层沉积在信号层和上基底的公用电极之间。用源信号激励信号层，并测量响应。用降低公用电极和信号层之间的电容耦合的信号驱动防护面层，从而允许基于对施加到信号层的源信号所测出的响应确定人体部位(例如手指或足指)的接触位置。此外，把信号层和防护面层集成到LCD的上基底上提供了一种对添加式接触输入屏幕的低成本代用品。

替代地，可以用源信号驱动器具的尖端，并测量信号层对源信号的响应。基于对源信号的测量响应，确定器具尖端在上基底上的接触位置。

上面说明的本发明的信号层和防护面层是在有效矩阵LCD系统中实现的。然而，本发明不在这个方面上受到限制，而是可以在任何从基底的第一面的上方观察显示象元矩阵和把显示象元设置在该基底的第二面(即，背面)的显示系统中实现。例如，本发明可以在无源矩阵LCD系统中实现。在这样的系统中，从下基底中去掉TFT器件及数据线，并且上基底上形成的公用电极是带图案的以形成数据线(它们在功能上等同于有源矩阵显示器的数据线31)。通过底基底的选通线和上基底的带图案的数据线的交叉形成子象素区矩阵。在这样的系统里，可以把信号层和防护面层集成到无源矩阵显示器的上基底上，并且沉积在带图案的数据线和无源矩阵显示器的上基底之间。

类似地，本发明可以在磁矩阵显示系统(Knox等于1996年8月9日申请的美国专利申请08/695,857中说明该系统的一个例子，该申请共同转让给本发明的受让人，并在整体上作为本文的参考文献)中实现。这种系统包括一个玻璃上基底，该基底具有多个对着一个电子源的荧光元件(例如荧光条)。磁矩阵可控地引导电子源生成的电子扫描上基底的荧光元件。在这种系统中，本发明的信号层和防护面层可以集成到磁矩阵显示器的上基底中，并沉积在磁矩阵显示器的荧光元素和上基底之间。

尽管连带特定的实施例说明了本发明，业内技术人员理解在不违背本发明的实质或下述权利要求书的范围的情况下可对所公开的实施例作出各种改变。

Claims (5)

1.一种液晶显示部件，包括：

一片基底；

一层集成地放置在所述基底上的信号层，所述信号层由实质上透明的导电材料构成，其中的接触位置是由一个电路根据对施加在所述信号层上的信号的响应得出的；

集成地放置在所述基底上的一层带图案的层，其中所述带图案的层由具有低反射率并阻挡光传输的光吸收材料构成；以及

至少一个集成地放置在所述基底上的并连接在所述信号层和所述电路之间的电阻器，其中所述电阻器由用所述信号层的所述实质上透明的导电材料构成的第一层和用所述显示象元的所述光吸收材料构成的第二层组成。

2.根据权利要求1的液晶显示部件，其中所述光吸收材料包括铬和氧化铬之一。

3.根据权利要求2的液晶显示部件，其中所述实质上透明的导电材料包括氧化铟锡。

4.根据权利要求1的液晶显示部件，其中所述至少一个电阻器是一个用于在水平和垂直方向上线性化所述信号层的电阻的电阻器网络的一部分。

5.根据权利要求4的液晶显示部件，其中所述电阻器网络包括多个电阻条和多个连接在所述电阻条和所述信号层之间的螺旋电阻器。

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