CN1926501A - 带有可编程显示器盖板的电阻式触摸屏 - Google Patents

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Abstract

一种电阻式触摸屏(20)，具有内建于盖板(26)的可编程显示器(60)，诸如有机发光二极管的发射式显示矩阵，或者反射式电子纸显示器。该触摸屏可以是任何电阻型的，包括4线、5线和二极管3线。由此提供了触摸/显示系统，其中由于通过内部触摸式传感器部件的图像传输，因而有很少或者没有显示图像的退化，并且其中该内部触摸式传感器部件可以由不透明材料构成。

Description

带有可编程显示器盖板的电阻式触摸屏
技术领域
本发明涉及触摸屏；更具体地说，涉及带有可编程显示器盖板(coversheet)的电阻式触摸屏。
背景技术
触摸屏是用于增加计算机操作装置和应用种类的选择的输入设备。常规的触摸屏是一种透明的输入设备，其能感测诸如手指或铁笔之类的物体的触摸的二维位置。触摸屏放置在诸如阴极射线管监视器和液晶显示器之类的显示设备上，以形成触摸显示系统。例如，触摸显示系统用于比如饭店订单输入系统、工业过程控制应用、自动出纳机(automated teller mechine)、个人数字助理(PDA)装置、交互式博物馆展览、航空系统签到机器等等的应用。
触摸屏已经使用多种不同的技术来制造，诸如电阻式(例如4线、5线、9线、3线二极管)、电容式、声学和红外线(IR)。诸如加利福尼亚的Fremont公司的Elo TouchSystems的AccuTouchTM生产线的电阻式触摸屏已经广泛地被许多触摸屏应用接受了。在电阻式触摸屏中，来自手指或者铁笔的机械压力导致了(一般为塑料薄膜的)盖板弯曲并且与下面的(一般为玻璃的)基板形成物理接触。基板涂有电阻层，在该电阻层上激发了电压梯度。在一种5线电阻式触摸屏中，相关电子线路能经由至基板的四个来者(comer)的电连接在X和Y方向上顺序地激发梯度。盖板的下侧具有导电涂层，该导电涂层提供在触摸位置和电压感测电子线路之间的电连接。4线电阻式触摸屏在激发基板电阻式涂层上的电压梯度和激发盖板涂层上的垂直电压梯度之间交替变化，以便获得相应的X和Y坐标。
应当理解的是，材料的“电阻率”可以用它的“电导率”来同等地(尽管相反)描述；也就是说，一种被描述为具有相对高的电阻率的材料也可以被描述为具有相对低的电导率。值得注意的是，如果相应的基板和盖板涂层都优选是导电的，那么触摸屏将不起作用。涂层的显著电阻率(例如，在100～1000欧姆/平方或甚至更大的范围内)对于在合理的功耗水平下的电压梯度的生成是基本的。因而，在本说明书中和所附权利要求书中使用的术语“导电的”和“电阻性的”两者都指的是响应施加的电压传导至少一些电流的能力。还应当理解的是，正如在此使用的术语“层”和“涂层”指的是功能类似的(如果不相同的话)物理结构，并且在本说明书和权利要求书中通常被认为是可互换的。关于电阻式触摸屏的另外的细节可以在美国专利No.6,163,313中得到，在此并入其全部内容作为参考。
电阻式触摸屏优于其它的触摸屏技术的性能优点在于它们的对于锐利尖端的无源铁笔的相对高的触摸敏感性，所述无源铁笔诸如小的塑料铁笔、长指甲或者信用卡的角。并且，电阻式触摸屏在“睡眠”或者“检测”模式中消耗很少至零功率，在这些模式中它们起简单的接通/断开膜片开关的作用。只有当存在触摸时才需要消耗功率，并且生成电压梯度用于坐标信息。因而，电阻式触摸屏是省电的，使得它们作为用于电池供电的(例如，手持式)装置(诸如PDA)的触摸屏技术是高度有吸引力的。然而，电阻式触摸屏的主要缺点是由于下述而导致的其显示图像质量的退化：光学图像必须穿过的多个空气/固体界面，以及来自触摸屏的各种材料层内散射的光的光吸收和雾状物，和来自从多个空气/固体界面反射的和/或在触摸屏的各种的材料层之内散射的环境光的眩光。退化半导体的使用，诸如铟锡氧化物(ITO)，提供了一种产生相对透明的导电膜的装置。然而，它们仍在显示图像上导致显著的光传输和反射损耗。另外，由于导电涂层必须透明、不昂贵和/或较好地执行，因此虽然更不透明的电阻式涂层，诸如导电聚合物或者薄的金属层对于电阻式触摸屏不是商业上受欢迎的，而且也不能使用完全不透明的电阻式涂层，诸如较厚的金属层或者合成物。
发明内容
根据本发明的一般方面，电阻式触摸屏被提供有盖板，该盖板具有可编程显示器，即，具有可通过电子信号控制和改变的图像的显示器。因为盖板包括可编程显示器，因而触摸屏的基板和内部(即，“触摸式传感器”)部件不必是透明的。举例来说，可以使用带有弱光传输特性的导电涂层，例如相对不透明的导电聚合物或者薄的金属层。此外，可以使用完全不透明的电阻式涂层，诸如较厚的金属层或者合成物。
在一个实施例中，触摸屏包含在其顶表面上具有第一导电区的基板，和在其底表面上具有第二导电区的盖板，盖板底表面面向基板顶表面，并与该基板顶表面间隔开。盖板具有从其顶表面可见的可编程显示器，盖板(和显示器)共同地足够柔韧，以至于施加到盖板的力导致第一和第二导电区在最接近施加力的位置中产生电接触。
可编程显示器可以包含动态显示器，例如视频显示器、静态显示器，例如图标阵列、或者其某种组合。可编程显示器可以是发射式的，诸如有机发光二极管(″OLED″)的矩阵、或者反射式的，诸如电子纸元件，或者它可以具有一些发射式部分和一些反射式部分。
根据以下详细描述和举例说明的实施例，本发明的其他和另外的方面、实施例和特征将变得显而易见，其旨在说明而并非限制本发明。
附图说明
附图举例说明了本发明的实施例的设计和效用，其中：
图1是具有盖板的示例性电阻式触摸屏的截面侧视图，所述盖板带有可编程显示器；
图2是图1触摸屏的盖板的一个实施例的局部平面图，其中OLED矩阵形成嵌入在盖板中的发射式可编程显示器；以及
图3是在图2的实施例中OLED元件的截面侧视图。
具体实施方式
图1说明了一种电阻式触摸屏20，其通常包含基板22以及盖板26。触摸屏20可以是任何类型的电阻式触摸屏，包括而不局限于4线、5线或者3线二极管。基板22具有在其上形成导电涂层24的顶表面25。盖板26具有在其上形成导电涂层28的底表面27。应当理解的是，在替换实施例中，基板顶表面25和/或盖板底表面27可以例如通过粒子注入而设有通过除涂层24和28以外的装置的相应的导电/电阻区域。还应当理解的是，附图中触摸屏20的各层没有按比例描绘，其仅仅是为了举例说明。
盖板26具有面向外的(或者顶)表面38，可以从该处看到可编程显示器60。照这样，触摸屏20包含在外部可编程显示器60下面的内部触摸式传感器(导电层24和28)，所述外部可编程显示器60被放置成与触摸式传感器对准，以便当由显示器60显示的元件被触摸时，触摸式传感器确定显示器60上的该触摸的二维位置。正如在此使用的，可编程显示器通常指的是能够生成可通过电子信号控制和改变的图像的显示器。该可编程显示器60可以是一种发射式显示器。作为选择，在尤其适合于功率敏感应用的实施例中，可编程显示器60可以是取决于被反射的环境光的反射式显示器。无论是发射式的或者是反射式的，可编程显示器60都可以是由用于任意图像的生成的(传统上是矩形的)像素阵列形成的视频显示器；静态显示器，诸如图标阵列；或者其某种组合。
更具体地说，可编程显示器60通常包含形成在或用另外的方式位于柔性(比如，玻璃)基板62上的显示元件(在下文中更加详细地描述)的阵列(或者矩阵)。可选地，透明的(例如，塑料)盖板40覆盖显示器60。因为硬尖铁笔会损害显示元件，因此可能希望盖板40是相对厚的(然而是软的)。如果需要，可以选择盖板40的材料以给予盖板表面一种“类似纸”的感觉来作为写表面。还可能希望使保护顶层40是可更换的，例如可释放的衬垫。
盖板26充分柔韧，以便例如通过手指或者铁笔施加到顶表面38的力使得在其底表面27上的导电涂层28在最接近施加力的位置中与基板22的导电涂层24形成电接触。正如在此和在权利要求书中使用的，术语“柔韧的”不必要求盖板仅由通常被认为是弹性或用另外的方式可变形的材料构成，尽管这样的特性是可以的。问题在于，相应的盖板构成层(28，62，60，40)共同地具有足够的活动(play)或者“弯曲”，以便它们可以容易地相对于基板22移动以产生相应的导电涂层28和24的电接触，而不必过度地施加力，并且在盖板部件上没有过度的应力和磨损，其可能会导致失效。应当容易地显而易见的是，可以获得盖板的这种整体柔韧性，尽管具有盖板的特定部件，诸如玻璃层，其由通常被认为是“柔性的”材料制成。
提供控制电路(未示出)以便以常规方式(取决于电阻式触摸屏的类型)鉴别施加到盖板26的力的位置的二维(X和Y)坐标，只要在导电涂层24和28之间形成电接触。在4线类型中，第一电压梯度被施加于第一导电区24用于第一位置坐标测量，以及第二电压梯度被施加到第二导电区28用于第二位置坐标测量。在5线类型中，交变电压梯度被施加到第一导电区24用于确定第一和第二位置坐标测量。3线二极管类型类似于5线类型，但是还包括连接到第一导电区24的多个二极管(未示出)。相同或者单独控制电路也耦接至可编程显示器60用于同样地操作。
在所示的实施例中，多个常规(非导电)机械隔离元件30用来在没有任何施加于盖板26的力时，保持相应导电涂层24和28之间的隔离间隙32。盖板26优选地足够有弹性，以便在没有施加任何力时它将返回到其相对于基板22的隔开位置。显而易见的是，其它机械装置可以用于在没有施加于盖板26的力时维持导电涂层24和28的电隔离。举例来说，在替换实施例(未示出)中，盖板26可以置于张力之下并且悬挂在基板22上方，非常类似于蹦床，因此在没有触摸的情况下，即使在不提供隔离元件30时，也维持导电涂层24和28的电隔离。
该实施例的触摸屏20可以用作多个应用中的触摸/显示系统。借助实例，触摸屏20可用于支持诸如在PDA和个人电脑中广泛应用的图形用户界面(GUI)。对于操作系统(未示出)，触摸屏20及其相关控制器电子线路一般起到输入(即，“鼠标”)装置的作用，允许用户“点击”图标，到处拖曳光标等等。操作系统可以将该触摸输入信息传递至应用代码，以便它能适当地响应，诸如生成或者更新显示图像。
举例来说，通过显示器60生成的图像可以请求用户输入，并且随后的图像至少部分地基于该用户输入。借助另一个实例，显示图像可以变化以响应在盖板26上的力的检测，例如，以从“空闲”模式改变到其中可以通过触摸屏20查询并且接收用户输入的模式。和其它的显示应用一样，在本发明的实施例中的相关电子线路(未示出)接收来自操作系统的图像信息并且生成用于显示器60的适当驱动信号。当然，没有要求该或任何其它实施例的触摸显示系统与标准操作系统一起使用，并且对于相关电子线路和软件的用户版本，多种选择是可用的。
参考图2，在一个实施例中，可编程显示器60是由嵌入在柔性显示层55中的顶发射OLED 54的矩阵形成的发射式显示器。OLED 54可以预先制造，然后安装在基板62上，或者它们可以作为盖板构造的一部分直接地制造到基板62上。OLED 54优选足够薄并且柔韧以随着盖板26弯曲，同时仍然足够地坚固以经受得住在使用期间持续地戳和弯曲。在Weaver等人的“Flexible Organic LEDs”(InformationDisplay 5&6，pp.26-29，2001)中描述了在本发明的发射式的显示器实施例中使用的OLED 54的一个可能的构造，在此并入其全部内容作为参考。如Weaver等人所描述的，柔性OLED已经由美国新泽西州的Ewing的Universal Display公司研制，并且是一致的、重量轻、薄轮廓，并具有固有的抗冲击性。
如图3所示，OLED 54通常在基板62上包含薄的、导电的阳极层64。具有大约150nm的厚度的有机层堆叠66通过真空升华或者其它的汽相沉积技术沉积在阳极层64上。透明的导电阴极涂层68被沉积在有机层堆叠66的顶部上方。在一个实施例中，该透明阴极包括由ITO覆盖的薄金属注入接触。如同Weaver等人指出的，具有5mm2的面积的柔性顶发射OLED像素具有足够的柔韧性，以便它可以围绕具有仅仅大约5mm的曲率半径的圆柱体缠绕，其大于触摸屏盖板需要的足够柔韧性。
可能希望的是，基板62由湿气和空气阻挡层材料(或者合成材料)制成，比如玻璃。举例来说，在一个实施例中，基板62由玻璃制成并且具有大约200微米或更小的厚度。如Weaver等人所描述的，OLED 54可替换地生长在具有光学性能的涂有阻挡层的柔性基板上，其可相比于或者优于在常规玻璃基板上制造的类似的OLED装置。OLED 54被进一步封装在柔性、非导电、透明的聚合材料55中。适当的电连接(未示出)，如在基板62上形成的迹线，被提供以形成从控制电路(和电源)到各个OLED 54的相应的电连接。
应当理解的是，在本发明实施例中可以使用其它类型的发射式显示器。这些显示器可以制作或者安装在盖板26的外表面上或用另外的方式嵌入在其中，只要该显示器从外表面可见。应当理解的是，这种发射式显示器，包括采用OLED的显示器，不必一定是高度柔性的，其通常是对“柔性显示器”的期望，只要它们足够薄以允许盖板26的全部触摸式传感器功能性所需的轻微变形。
在替换实施例中，反射式显示器，诸如“电子纸”显示器，可以被用来实现可编程显示器60。如同发射式显示器一样，这种反射式显示器可以制造或者安装在盖板26的外表面上，或用另外的方式嵌入其中，只要该显示器从外表面可见。如同发射式显示器的情况，这种反射式显示器也不必一定是高度柔性的，只要它们足够薄以允许盖板26的全部触摸式传感器功能性所需的轻微变形。
正如在此使用的，术语‘电子纸’旨在广泛地包括能以薄的、优选是柔性的片的形式来制造的任何电子控制的反射式显示器。借助非限制性实例，正在研制的至少三种不同的反射式显示器技术可以在可编程显示器60的反射式显示器实施例中使用。一个是由RoyalPhilips Electronics(“Philips”)根据“电润湿法(electrowetting)”来研制的。到本申请的提交日为止，可以使用来自 www.research.Philips.com/informationcenter/Global/ FArticleDetail.asp？IArticleId＝2817的链接得到关于Philips的电润湿技术的详细信息。一个这种链接是Hayes等人的名称为“Video-speed electronic paper based on electrowetting”的文章( Nature，Vol.425，pp.383-385，2003年9月25日)，其提供了电润湿技术的科学严格的描述，并且在此并入其全部内容作为参考。
另一种适当的电子纸技术是由E ink( www.eink.com)根据他们称之为“电子墨水(electronic ink)”的专有材料研制的电泳显示器。工作原理在网页 http://www.eink.com/technology/index.html作出解释，在此并入其全部内容作为参考。另一篇Chen等人的文章“Flexible active-matrix electronic ink display”( Nature，Vol.423，p.136，2003年5月8日)详细描述了由E ink研制并且适合于本发明的反射式显示器实施例的的电子墨水显示器的实施例，在此并入其全部内容作为参考。如Chen等人所描述的，一个这种显示器包含在可弯曲的有源矩阵阵列片上形成的电子墨水元件。该显示器优选小于0.3mm厚，具有高像素密度(例如160像素×240像素)和分辨度，如96像素每英寸(约38像素每厘米)，并且能弯曲到仅1.5cm的曲率半径而相比之下没有任何退化。
用于本发明的反射式显示器实施例中的另一种适当的电子纸技术是在Xerox PARC研制并且由Gyricon Media( www.gyriconmedia. com)作为“ SmartPaper TM”销售的电回旋(electrogyroscopic)显示器技术。 SmartPaper TM类似传统的纸那样柔韧，并且在其网页http://www.gyriconmedia.com/SmartPaper.asp上进行了详细描述，在此并入其全部内容作为参考。
在本发明可编程显示器60的实施例中使用的另一种反射式显示器技术包括柔性液晶显示器(“LCD”)的变型。借助实例，根据在www.electronicstimes.com/story/OEG20011108S0004得到的文章，Omron公司(日本)已经研制了用于产生能被折叠并且弯曲的LCD的技术。根据在 www.eetimes.com/story/OEG20010829S0065上公布并且找到的另一篇文章，Philips已经研制了64×64像素的无源矩阵反射式胆甾型(cholesteric)LCD，其被研制用以提供超薄的柔性显示器。此外，根据在 www.creativepro.com/story/news/16653. html？cprose+3-22得到的信息，Toshiba公司已经宣布它已经研制了一种大型柔性LCD，其将提供在弯曲屏幕上的图像显示并且最终是可折叠的液晶显示器。以上网络链接的每个内容和文章都在此被全面并入作为参考。
因而，已经在实验室中研制了薄的柔性显示器，并且该薄的柔性显示器具有变成大量销售的产品的潜力。举例来说，参见 Information Displays于2003年3月发行的20/24页上的“Bending the Rules”，在此并入其全部内容作为参考。为所有这类显示器所共有的是，需要适当的薄的柔性基板材料。正如此参考文献中表明的，已经为此目的研制了聚合物和包括具有从30到150μm的厚度的玻璃膜的构造。如果需要带有很多独立控制的像素的显示器，那么该参考文献指示：不但需要适当的有源矩阵底板而且可使用非晶硅结构以及有机半导体来实行。关于电光图像元件的性质，可利用多种选择。该特定参考文献将LCD、OLED显示器和电泳显示器看作用于柔性显示器技术的领先候选物。
前面的详细描述包括主要地或者专门地涉及本发明的具体实施例的特定特征或者方面的段。应当理解，这是为了清楚和方便起见，并且特定特征可以在不止公开它的段和描述它的实施例中是相关的。
类似地，尽管在此各个附图和描述都涉及了本发明的具体实施例，但是应当理解，其中特定特征是在特定图或实施例的上下文中公开的，这种特征在某种适当程度下也可以用于另一图或实施例的上下文中、与另一特征组合、或总体上用于本发明中。

Claims (18)

1.一种触摸屏，包含：
基板，其在其顶表面之上具有第一导电区；以及
盖板，其(a)在其底表面之上具有第二导电区，盖板底表面面向基板顶表面并与该基板顶表面间隔开，(b)包含可编程显示器，以及(c)足够柔韧以至于施加到盖板的力使得第一和第二导电区在最接近施加力的位置中形成电接触。
2.根据权利要求1所述的触摸屏，其中盖板充分地有弹性，使得在没有任何施加到盖板的力的情况下，在第一与第二导电区之间不形成电接触。
3.根据权利要求1或权利要求2所述的触摸屏，其中施加电压梯度到第一导电区用于第一位置坐标测量，以及施加电压梯度到第二导电区用于第二位置坐标测量。
4.根据权利要求1或权利要求2所述的触摸屏，其中第一电压梯度被施加于第一导电区用于第一位置坐标测量，以及第二电压梯度被施加于第一导电区用于第二位置坐标测量，优选其中该触摸屏还包含连接到第一导电区的二极管。
5.根据前面权利要求中的任一项所述的触摸屏，其中可编程显示器是视频显示器。
6.根据权利要求1所述的触摸屏，其中可编程显示器是发射式显示器。
7.根据权利要求6所述的触摸屏，该显示器包含一个或多个有机发光二极管(“OLED”)。
8.根据权利要求7所述的触摸屏，该盖板包含柔性聚合物基板，在其上制作了该一个或多个OLED。
9.根据权利要求7所述的触摸屏，该盖板包含柔性玻璃基板，在其上制作了该一个或多个OLED，优选其中玻璃基板具有大约200微米或更小的厚度。
10.根据权利要求1所述的触摸屏，其中可编程显示器是反射式显示器，优选其中该显示器包含电子纸。
11.根据权利要求1所述的触摸屏，该盖板顶表面包含基本上透明的保护聚合物层，优选其中该保护聚合物层被配置用作写表面或者是可除去的。
12.根据权利要求1所述的触摸屏，其中第一以及第二导电区的一个或者两个包含不透明材料或者导电聚合物涂层。
13.一种触摸屏，包含：
具有顶表面的基板；
具有底表面和顶表面的盖板，盖板底表面面向基板顶表面；
在基板顶表面上提供的第一导电涂层；
在盖板底表面上提供的第二导电涂层；以及
可编程显示器，其被配置以生成从盖板顶表面可见的图像，
该盖板足够柔韧以至于施加到盖板顶表面的力使得第一和第二导电涂层在最接近施加力的位置中形成电接触。
14.根据权利要求13所述的触摸屏，还包含控制电路，其被配置以确定施加到盖板的力的位置的二维坐标。
15.根据权利要求13所述的触摸屏，该显示器包含有机发光二极管或者电子纸。
16.一种触摸屏，包含：
内部触摸式传感器；以及
外部可编程显示器，其被放置成与触摸式传感器对准，以便当触摸由显示器显示的元件时，触摸式传感器确定显示器上该触摸的二维位置。
17.如权利要求16所述的触摸屏，该触摸式传感器包含：
基板，其在其外表面上具有第一导电区，以及
盖板，其在其内表面上具有第二导电区，盖板内表面面向基板外表面并与该基板外表面间隔开，
其中盖板足够柔韧以至于对显示器的触摸使得第一和第二导电区在最接近该触摸的位置中形成电接触。
18.如权利要求17所述的触摸屏，其中可编程显示器是发射式显示器或者反射式显示器，优选其中可编程显示器是视频显示器。
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