CN1647019A - 触敏显示设备 - Google Patents

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S·R·马什
G·J·A·德斯图拉
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Abstract

在触摸传感器中，测量装备有导电电阻层或压电层(15、25)的间隔元件(13、14、15、25)的电特性(阻抗、压电－电压)的变化来确定感测区域。

Description

触敏显示设备
本发明涉及一种触敏显示设备，该设备包括两个基板之间的多个图像元件，具有在基板之间的间隔装置和用于将激励电压施加给至少一个所述图像元件的装置、以及用于监控至少一个所述图像元件的电特性并感测所述电特性变化的装置。
例如该显示设备是液晶显示设备。已经发现液晶显示设备广泛用于计算机工业和从移动电话和价格标签机到掌上电脑和管理器的手持设备中。还发现与诸如指示笔(stylus)的触摸设备的结合具有广泛地应用，同时还感觉到需要经由显示屏来提供输入的方法。
USP 5,777,596描述了一种触敏液晶显示设备，该设备允许通过用手指、指示笔或钢笔简单地触摸显示屏，把输入输进关联设备中(例如计算机)。该设备连续地将液晶显示元件(图像元件)的充电时间与基准值进行比较，并运用比较结果确定正在触摸哪些元件。
所述触敏液晶显示设备的问题之一在于，感测之后恢复正确图像。这是因为采用了闪烁线的原因，该闪烁线表示一行中全部图像元件在两个极端状态之间的开关。当闪烁线到达某一行时，通过测量图像元件的充电时间而检测到触摸。在测量以后，给图像元件提供足以显示正确图像的电压。USP 5,777,596中公开了借助闪烁点以类似的方式进行感测。
然而，这种闪烁在显示器(人工制品)上是看得见的。
然而，如果使用反射性显示设备，可能出现内部DC偏压，因此对于写奇数或偶数帧来讲充电是不同的。在DC驱动方法中，(低功率液晶显示器、电泳)没有发生反相，所以该方法根本不能用于这些领域。
其中本发明目的是克服这些缺陷。
作为进一步的目的是将更多的功能引入触敏液晶显示设备。
为此，在根据本发明的触敏显示设备中，间隔装置是所述用于监控电特性的装置。所述电特性可能是电容性、(非线性)电阻性或压电特性。
实际上，本发明提供一种非交互式测量方法；该测量方法不会妨碍给图像元件提供激励电压。
这不但克服了提供闪烁信号的问题，而且在某些实施例中，提供了新的触敏可能，例如：
i)感测显示屏上不同地方的触摸输入；
ii)禁用部分用于触敏的显示屏。
这两种可能性在计算机和电信的应用中都提供了巨大的优点。
感测显示屏上不同地方的触摸输入，提供了例如检测手指或铅笔在显示屏不同地方上点击(impact)的可能性。例如在平板显示屏(计算机)设备中，这一点是有用的，在平板显示屏中，在显示屏上键盘功能已作为触摸功能而被实现。例如，有可能检测CRTL、ALT和DEL按压的同时触摸；例如在绘画程序中，用钢笔同时触摸两点可以立即显示一条直线，而同时经由第三个触摸(区)，这条直线可以得到某个曲率或阴影线或用于实现游戏应用等。
在蜂窝电话中可以使部分用于触敏的显示屏禁用，以防止读出受到干扰。另一方面，例如，经因特网获得的数据输入，可以防止某些部分(显示标志)受到干扰或对非授权用户禁止某些菜单栏。
根据本申请，感测本身可以以不同方式进行，这些不同方式是从简单的四点式测量改变到测量电流、电压变化或频率变化。
在一个实施例中，间隔装置至少具有导电部分。对于一些感测方法来讲，如果间隔装置的导电部分形成格栅是有利的。
在其它实施例中，间隔装置包括(非线性)电阻或压电部分。而且，在这种情况下，如果间隔装置的电阻或压电部分形成格栅是有利的。
根据本发明的解决方案之一是确保沿列(或行)的许多像素在同一瞬间被感测。在这种情况下，触摸信号将随正在被感测的像素数而增强，同时背景阻抗将保持恒定。这样将提高信噪比。
为此，在触敏显示设备的第一实施例中，用于监控阻抗的装置监控至少一行图像元件，同时在第二实施例中，用于监控阻抗的装置监控至少一列图像元件。而且，监控一块图像元件的阻抗是可能的。
本发明的这些及其它方面，从以下描述的实施例中是显而易见的，并将参照下述实施例进行说明。
在附图中：
图1示意性地示出一种触敏(液晶)显示设备，
图2示出本发明触敏(液晶)显示设备在底板和顶板处的部分的平面图，
图4示出沿图2中线IIIa-IIIa和IIIb-IIIb的横截面，同时
图4示出供图2、3实施例之用的导电格栅，和
图5示出本发明另一触敏(液晶)显示设备在底板和顶板处的部分平面图，而
图6示出沿图5中线VIa-VIa和VIb-VIb的横截面，和
图7-9示出本发明触敏(液晶)显示设备部分的另一实施例。
这些图是示意性的且未按比例绘制。通常用相同参考数字表示对应的元件。
图1是适用于本发明的触敏显示设备1的部分的等效电路图。在一个可能的实施例(一种称作“被动方式”的驱动方式)中，该触敏显示设备1包括由行或选择电极7与列或数据电极6的交叉区域定义的像素8的矩阵。通过行驱动器4连续地选择行电极，同时经数据寄存器5给列电极提供数据。为此，必要时，首先在处理器3中处理输入数据2。在行驱动器4和数据寄存器5之间经驱动线路9发生互同步。
在另一可能实施例(另一种称作“主动方式”的驱动方式)中，来自行驱动器4的信号经薄膜晶体管(TFT)10选择图像电极，TFT10的栅电极电连接到行电极7、并且源电极电连接到列电极。存在于列电极6的信号经TFT传输给耦合至漏极的像素8的图像电极。另一图像电极被连接到例如一个(或更多)公共的反电极。为便于举例，在图1只画出一个薄膜晶体管(TFT)10。
图2示出触敏液晶设备的部分的平面图(图2a、2b)，图3示出沿图2a中的线IIIa-IIIa和IIIb-IIIb的触敏液晶设备的部分的横截面，其中，该触敏液晶设备具有底部基板11和上部基板12。触敏液晶设备在底部基板11上具有图像电极8。在这种情况下，图像电极由例如沉积(例如通过光蚀刻技术)在所述底部基板11上的长方形隔板部分14围绕。在其它承载电极20的基板12上，以这样的方式沉积(例如通过光蚀刻技术准备)分布式隔板部分15，即在集合基板以后，为获得液晶设备的所定义的单元间隔，留下填充孔21。
根据本发明，在隔板部分14和分布式隔板部分15之间引入导电隔板部分13，在该实施例中，该分布式隔板部分15具有与长方形隔板部分14基本相同的布局。用于导电隔板部分13的良好材料是例如金属铝或银的其中之一。
通过接触例如电极20与导电隔板部分13之间电容变化的电容式触敏，该电容式触敏是通过利用电压或电流传感器22确定处于一定数目点例如四个角(图4)处的导电隔板部分13的格栅的AC阻抗而实现的。通过触摸该显示屏，对格栅的电容局部地增加。根据触摸位置到传感器的距离，这将在该4个角处产生不同的信号。采用这样的方式检测了该位置的座标。
如果只要求一个方向中的被限制的触敏功能(例如结合滚动菜单的特点)，带有导电隔板部分的电容式触敏可直接实现。在这样一种实施例中，隔板以条的形式构造，横越整个显示屏。填充显示屏(例如用液晶材料)是容易实现的，因为被构造的隔板之间的开口通道(open channel)是自动获得的。
可以以任何公知方法再次实现集成的电容式触敏，以及通过检测哪个隔板线寄存最大信号来识别位置座标。
通常，一个像素的像素电容被其它像素(在无源矩阵中)的电容遮蔽、在列和行中交叉(cross over)和杂散电容(有源矩阵)。这样就降低了灵敏度。
一个针对此点的解决方案在于，确保沿列6(或行7)的许多像素在同一瞬间被感测。在这种情况下，触摸信号将随正在被感测的像素数而增强，同时背景电容保持恒定。采用这样的方式将提高信噪比。在优选实施例中，触敏步骤将涉及许多同时被寻址的行7(有源矩阵)或许多被连接以增加触摸信号的列8。
图5和6示出基于电容检测方法的本发明触敏显示设备的另一实施例。间隔元件14、15以条的形式构造，这些条沿显示屏的整个长度和宽度布置。两块基板都配置有这些间隔元件，但是它们的方向互相垂直。在一块基板例如上部基板12上，间隔元件包括绝缘隔板部分15和类似于金属条的导电隔板部分23。另一方面，在底部基板11上，间隔元件包括类似于金属条的两面都有绝缘隔板部分14、14′的导电隔板部分13。
按照本领域公知方法，通过使这两块基板对准和接触，显示设备被最后确定。采用这样的方式，实现了开口通道，该开口通道是用于由液晶材料填充的单元。采用这样的方式，四个导电电极得以实现-图像电极20(例如，行的一部分)-导电隔板部分23，例如一组条-导电隔板部分13，例如一组条-图像电极8(例如列的一部分)。
通过本领域的一种公知方法执行电容式触敏。通过检测在隔板格栅13和列(图像)电极8(C1，X轴方向)、隔板格栅23和行(图像)电极20(C2，Y轴方向)之间的电容变化，识别位置座标。采用这样的方式，该触摸位置被确定，而没有任何对显示设备本身工作的妨碍(即，它不再需要分别为显示图像和检测触摸信息来驱动显示像素)。
在一个特别的实施例中，导电隔板部分13、23之间的绝缘隔板部分14包括可变形的或适应的绝缘材料，导致现在随触摸而变化的电容C3。此时，还可能通过测量电容C3中的变化确定触摸位置。这具有优势，即该测量将更少依赖由于它的开关动作导致的液晶材料介电常数的变化。通过测量电容C3中的变化，根据变化确定感测位置。
优选地，分别测量电容C1、C2和C3。在这种情况下，可以更精确地确定触摸位置，并且更容易地排除错误的触读(C1、C2和C3全都需要对寄存触摸事件作出响应)。
在图7实施例中，导电隔板格栅13位于基板11上的较厚的、连续构造的隔板部分14上面，同时，第二基板12装备有较薄的被构造的隔板部分15。通过在电极20和构造的隔板部分14之间建立这种小的距离，触敏可通过导电格栅13(的暴露部分)和电极20之间引起局部短路而进行。检测可以通过本身公知的电阻式触敏方法而进行，例如通过在两个方向中顺序施加电压，测量在触摸位置检测到的电压，通过电阻划分确定位置。例如借助于所述电阻式触敏方法，通过将(顶部)基板12上的电极短路并且检测导电格栅13上的信号，使得既适用于有源矩阵显示屏(由于它们具有连续的反电极)又适用于无源矩阵显示屏。
优选地，对于在上部基板12上具有被构造的电极20的显示屏，通过确定哪个电极被短路，这些电极20被用来确定在一个方向(X轴方向)中的触摸位置(座标)，并且类似的电阻划分方法被用来确定另一个方向(Y轴方向)中的触摸位置(座标)。这具有高精度的优点，而不用另外需要传感器(如本身公知的现有技术的电阻式触摸传感器)的温度补偿。
图8(a)与其图8(b)中等效电路一起(在单个液晶图像元件的情况下)示出另一实施例，其中，间隔元件在电极8、20之间包括非线性电阻元件25和绝缘部分13，在该示例中，电极8、20是(无源)矩阵的列电极和行电极。从例如WO99/38173中已知非线性压敏电阻材料(当施加压力时急速降低其电阻)。
如果没有施加压力，电容Cd由绝缘层13、25确定，并将具有低值。当施加压力时，Cd将升高，因为它只由绝缘层13确定。
将通过(示意性地示出)测量设备22(电流或电压检测电路)，在x和y方向中直接测量触摸位置(由于将在这些位置处接触隔板的列部分20和行部分8)。
在图8的实施例中，如图9(a)和9(b)所示，甚至可以删除电极8、20之间的绝缘部分13。图9(c)最后示出如何采用压电间隔部件，该压电间隔部件作为可变电压源25′动作。在压电隔板上的压力将直接引起用来确定触摸位置的输出电压信号。对于x、y轴的触敏，通过采用压电元件的连续格网和在该格网拐角处定位四个传感器22(类似于图4的方案)，容易完成x、y轴的触敏。可替换地，可采用更多的传感器来提高感测精度。类似于图5、6的实施例，可以使用多组条代替格栅。
本发明的保护范围不局限于所述的实施例，同时本发明还适于其它的显示设备，例如等离子体显示器，以及使用间隔设备的其他显示设备(基于电泳效应、电积金属法、电镀铬效果(electotochrome)的显示设备或薄箔显示屏)。
可替换地，(耐磨显示屏，耐磨电子设备)可采用柔性基板(合成材料)。
本发明在于每个新颖的技术特征和每个组合的技术特征。权利要求中的参考数字并不限制它们的保护范围。动词“to comprise(包括)”的使用及其结合不排除权利要求中所述元件以外的其他元件的存在。在元件前使用冠词“a(一)”或“an(一)”并不排除多个这种元件的存在。

Claims (12)

1.一种触敏显示设备，包括在两个基板之间的多个图像元件，具有在所述两个基板之间的间隔装置和用于将激励电压施加给至少一个所述图像元件的装置、以及用于监控至少一个所述图像元件的电特性或间隔装置的电特性并感测所述电特性变化的装置，所述间隔装置是所述用于监控电特性的装置的部分。
2.如权利要求1所述的触敏显示设备，具有用于监控至少一个所述图像元件的阻抗和感测所述阻抗变化的装置，所述间隔装置是所述用于监控阻抗的装置的部分。
3.如权利要求1所述的触敏显示设备，其中用于感测所述阻抗变化的装置基本上同时测量不同组的图像元件的阻抗。
4.如权利要求1所述的触敏显示设备，其中所述间隔装置至少具有导电部分。
5.如权利要求4所述的触敏显示设备，其中所述间隔装置的导电部分为格栅形式或为多组条形式。
6.如权利要求1所述的触敏显示设备，其中所述间隔装置至少具有非线性电阻部分。
7.如权利要求6所述的触敏显示设备，其中所述间隔装置的非线性电阻部分为格栅形式或为多组条形式。
8.如权利要求1所述的触敏显示设备，其中所述间隔装置包括压电部分。
9.如权利要求8所述的触敏显示设备，其中所述间隔装置的非线性电阻部分为格栅形式或为多组条形式。
10.如权利要求1所述的触敏显示设备，其中用于监控电特性的装置监控至少一行图像元件。
11.如权利要求1所述的触敏显示设备，其中用于监控电特性的装置监控至少一列图像元件。
12.如权利要求1所述的触敏显示设备，其中用于监控电特性的装置监控一块图像元件。
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