CN1940843B

CN1940843B - 感应阵列及电磁式数位器

Info

Publication number: CN1940843B
Application number: CN2006101057553A
Authority: CN
Inventors: 李英志; 陈国鼎
Original assignee: Chi Mei Optoelectronics Corp
Current assignee: Chi Mei Optoelectronics Corp
Priority date: 2005-07-21
Filing date: 2006-07-21
Publication date: 2011-07-27
Anticipated expiration: 2026-07-21
Also published as: JP4873410B2; CN1983150A; JP2007048278A; CN1940843A

Abstract

本发明提供一种电磁式数位器，包括具有纵向导线网的感应区段，其中两个或两个以上的导线平行耦接，为了提高灵敏度，相邻的导线沿着纵向结构使用短线并以一角度定向互相连接，感应区段可使用半导体工艺微型化，使得其与显示器模块整合，使用该感应区段可实施各种感应阵列结构，感应阵列可包括半圈(或U型)或完整的环状感应区段，以平行阵列重叠方式排列。

Description

感应阵列及电磁式数位器

技术领域

本发明有关一种平面显示器，特别有关于一种可侦测二维位置的使用者输入装置，以及适用于平面显示器的电磁式数位器(electromagneticdigitizer)。

背景技术

平面显示器例如液晶显示器(LCD)已经普遍应用于影像显示，具有二维位置侦测功能的LCD可作为使用者输入装置(即数位器)，以提供使用者输入数据，例如使用者可与显示影像互动(例如选择图像)、手写辨识、绘图、屏幕上的游标控制等等，这类型的LCD通常称为触控式面板LCD。数位器的操作是基于感应机制例如电阻感应、电容感应、红外线感应、声波感应、力感应、电磁感应等等。

电磁式触控面板其基本操作原理为磁感应，磁感应输入有三个主要构成要件，包括二维感应阵列、电磁笔以及控制器耦接感应阵列和电磁笔。电磁笔是作为信号收发器，而感应阵列则作为信号接收器，控制器藉由侦测电磁笔在感应阵列上所造成的磁通量改变引发磁感应产生的电流变化，以判定笔在感应矩阵的二维坐标。当笔在感应阵列上移动时，笔相对于显示面的二维坐标(即X-Y坐标)可由控制器判定，电磁式数位器与其他种类的感应机制相比之下，更能提供笔的精确位置的侦测。

上述的电式数位器可藉由将数位器模块与显示器模块不连续的组装在一起，而在平面显示器中实施。图1为传统的平面显示器500，其具有平面显示模块502(例如LCD模块)以及分离的电磁式数位板504以堆叠组装，例如数位板504贴附在显示器模块502的平面上，控制器508耦接至数位板504以及相配的电磁笔506，数位板504包含以传统的印刷电路技术制造的感应阵列，印刷电路技术与半导体电路制造技术相比之下，其物理尺寸相对较大且解析度较低，其感应阵列包含的金属导线的线宽在数百微米等级，而半导体制造技术所制造的线宽则在数微米等级。为了达到所需的灵敏度，感应阵列的尺寸越来越大，而传统的电磁式数位板504是以分离式的元件贴附在显示器模块502上，其会使得整体的平面显示器500的厚度及重量增加。

因此，业界亟需一种应用于平面显示器中外型相对较轻巧的电磁式数位器，并可增加其灵敏度。

发明内容

为了克服现有电磁式数位器的缺点，本发明提供一种在感应阵列中新的感应区段结构，该感应区段结构可组成感应阵列，并且可整合于显示器装置的显示器模块内(例如LCD装置的LCD模块)。

本发明提供的感应区段包括一大体为纵向的结构，其包含导线、导绳或金属丝所组成的二维网状物。在一实施例中，两条或两条以上的导线组成平行结构，平行导线的数量由所需的信号灵敏度而决定，为了更进一步提高对感应磁信号的灵敏度，相邻的导线沿着纵向结构在一个或多个位置互相连接，可用短线在相邻的平行导线之间，以一相对角度互相连接平行导线，在两个相邻的纵向导线之间的所有互连线可为相同角度，在不同的相邻纵向导线之间的互连线也可为不同角度，在感应区段中导电结构的宽度尺寸范围从小于1微米至数百微米。

本发明提供的感应区段为微型化，所以可使用半导体制造技术整合至显示器模块中(即在显示器模块中形成一层或一层以上的感应区段)。

本发明还提供各种感应阵列结构，以得到更多优点，在一实施例中，感应阵列包括纵向感应区段，以平行阵列排列，为了更进一步提高感应阵列的灵敏度，在相邻的纵向感应区段之间提供附加线，附加线可在相同的电位(例如连接至固定参考电压或接地)、电性独立或变动。在另一实施例中，感应阵列包括半圈(或U型)感应区段，以重叠平行阵列排列。在又一实施例中，感应阵列包括完整环状感应区段，以重叠平行阵列排列。

为了让本发明的上述目的、特征、及优点能更明显易懂，以下配合附图，作详细说明如下。

附图说明

图1为传统平面显示器的概要图。

图2为依据本发明一实施例的显示器装置概要图，包含加上本发明的电磁式数位器的显示器模块。

图3为依据本发明一实施例的感应区段的概要图。

图4A至4C为依据本发明另一些实施例的感应区段的概要图。

图5A至5C为依据本发明一实施例的感应阵列在X、Y坐标的概要图。

图6为依据本发明另一实施例的感应阵列的概要图。

图7为依据本发明又一实施例的感应阵列的概要图。

图8A至8C为依据本发明另一些实施例的感应阵列的概要图。

图9为依据本发明一实施例的包含显示器装置的电子装置概要图。

附图标记说明

500～传统平面显示器；502～平面显示模块；504～数位板；506～电磁笔；508～控制器；10～显示器装置；12～显示器模块；14～背光模块；16～显示元件(液晶层)；18～电磁式数位器；20、22～基板；24～尖笔；26～控制器；30、34、36、38、50、52、62、72～感应区段；32～导线；40～互连线；46、54、60、70、80、86～感应阵列；48、84～X处理器；56、89～Y处理器；58～接地端互连线；64、74～处理器；82、88～附加感应线；100～电子装置；102～显示器系统；103～I/O控制器；106～介面控制器。

具体实施方式

本发明所提供的感应阵列中的感应区段结构，可克服现有电磁式数位器的缺点，该感应区段结构有利于整合至显示器装置的显示器模块中，为了方便说明但并非加以限定，本发明以具有LCD模块做为显示器模块的平面显示装置为例，其以液晶元件做为显示器元件，可控制呈现的影像。本发明的电磁式数位器可在其他种类的显示器装置中使用，其包含的显示器模块包括其他种类的显示元件，例如阴极射线管(CRT)、有机发光二极管发光元件(OLED)、场发射显示器(FED)元件、等离子体发光元件、萤光发光元件、化学发光元件以及其他种类的发光元件。在此所提及的平面显示器包含刚性、半刚性及可挠性基板以及/或面板的显示器。

图2为依据本发明的一实施例的平面显示器装置10，其包含LCD模块12，以及耦接至LCD模块12的背光模块14，LCD模块12包含液晶层16，介于两个基板20和22之间，其可被控制以调整以及/或过滤穿透光，并由像素影像单元呈现影像。在图2中省略其他附加的元件，以简化结构达到揭露本发明概念的目的，例如，典型在LCD模块12中的元件有电极层、像素晶体管层(例如对应至显示像素的薄膜晶体管TFT阵列)、遮光层、液晶配向层、彩色滤光层以及反射层，以及其他层例如扩散层、增光层及保护层，其相对于LCD模块12设置于显示器10之内，这些都被省略以达到简化目的，其为此领域的现有技术，在此不再详述。背光模块14可包括光源(未图示)其位于模块侧边或平面侧，在LCD模块10的操作中，来自背光模块14的光被液晶层调整、控制以及/或过滤，依据影像数据呈现影像。控制器26控制LCD模块10的操作(即经由电极及驱动器(未图示)有效控制LCD)，控制器26可为显示器装置10的一部份，以及/或附加于显示器装置10的电脑装置内。

在一实施例中，依据本发明的感应区段结构的电磁式数位器18设置于液晶层16与基板20之间，其与控制器26耦接。另外，数位器18也可以设置于LCD模块12内的其他位置，例如在液晶层16与基板22之间，或是在LCD模块12的基板20与22之间的其他中间层位置。本发明的数位器18可被整合至显示器装置10的LCD模块12结构内，相对于现有的显示器装置，其数位器面板为显示器模块外侧的分开的元件(例如图1所示，在LCD模块基板的外侧)，因此，本发明的显示器装置10的整体尺寸相比之下可降低。

为了进行电磁式数位器18的操作，提供尖笔24(例如为笔的形状)，尖笔24与控制器26以无线或有线的方式耦接，尖笔24可包含一个或多个的按钮开关，当使用者按下时，可选择特定的输入模式或功能(例如手写辨识模式、对准及点选模式等等)，尖笔包含磁性元件，其可为永久磁铁或电磁铁。当尖笔横越基板20移动时，藉由被电磁式数位器内的感应区段侦测到的磁通量变化，其相对的位置坐标可由控制器26判定，电磁式数位器的基本操作原理为公知，在此不再详述。

控制器26控制并同步操作含有数位器的显示器模块12及尖笔，所控制的影像可由显示器模块12显示，其可能需要使用者以尖笔与显示影像互动(例如在显示模块上轻敲以做出选择、在显示器模块上移动尖笔以绘制或手写输入)。

本发明的电磁式数位器18的感应区段包括一大体呈纵向的结构，其包含导线、绳或金属丝的网状物。图3为依据本发明的一实施例，其感应区段30的一般结构，感应区段30包含多条平行的导线32所组成的网，平行线的数量由所需的信号灵敏度而定，感应区段30的总宽度可在两条至两百条导线之间变动，每条导线32的宽度范围约为500nm至500μm，导线32之间的间隔约为10μm至20μm，导线32的厚度约为50nm至10μm。适当的导线32的尺寸选择可由一些因子而定，例如显示器模块12的显示区大小、所需的空间解析度、像素密度、在LCD模块12内配置感应区段的有效面积及位置等等。感应区段30的总宽度可宽到足够对应横跨数个显示像素的距离(例如导线32间隔开来至可覆盖对应数个显示像素的距离)。

虽然图3显示每一对相邻的线32之间的间隔是相似的，但在不同对相邻的线32之间的间隔可以是不同的。

为了更进一步提高对引发的磁信号的灵敏度，在相邻的线之间提供互相连结，形成类似蜂巢状结构的互连网，请参阅图4A至4C，其为感应区段34、36和38的各种实施例，其实质上为在图3的感应区段30中，沿着大体为纵向的感应区段结构，在一个或多个的位置提供互连线40，互连线40的形式可为短线以一角度相交于相邻的平行线32之间，所有沿着同一对相邻纵线32之间的互连线40可为相同角度(如图4A至4C所示)，或是以不同或混合角度(未图示，例如沿着一对相邻的线32之间形成锯齿状)。每一对相邻线32的所有互连线40可为相同角度，如图4A及4B的实施例所示，或是一些对相邻线32的互连线40以不同或混合角度。导线32之间的互连线40所形成的角度最好不要成直角(例如大于0度及小于90度，并且最好是较小的角度)，如此可在一对相邻线32之间特定的间距内提供较长的互相连接。一般而言，感应区段的电磁灵敏度会随着感应区段网内线的有效长度增加而提高。

本发明的感应区段为微型化，所以可使用半导体工艺将其整合至显示器模块中，亦即在显示器模块内形成一层或一层以上的结构(例如在显示元件16及基板20或基板22之间)，而现有技艺中感应区段是被贴附在显示器模块的外侧。这些工艺的详细步骤在此省略不提，其可包括在半导体工艺中现有的传统图案化及光刻步骤，例如光罩、曝光、掺杂、沉积、蚀刻等等，以形成所需的图案及导电结构(包含数位器感应阵列)。本发明在感应区段内提供导线网，所以即使感应区段的尺寸非常小，也可让感应阵列的灵敏度保持在所要的程度，因此，整合的感应阵列可有效地降低显示器模块尺寸。

本发明提供含有感应区段结构的各种感应阵列结构，用来配置电磁数位器，其适用于整合至显示器模块例如LCD模块中。图5A说明感应阵列46的一实施例，其包括纵向感应区段50，以平行阵列方式排列。感应区段50包含大体为纵向结构的感应区段，纵向结构包含如前述本发明所揭露的导线、绳或金属丝的网状物。例如感应区段50可具有一个或多个如图3、4A、4B和4C分别所示的感应区段30、34、36和38的结构。感应区段50的数量可由所想要达到的解析度以及/或灵敏度而定。在特定的实施例中，感应区段50包括8个区段A1至A8以平行阵列排列，区段A1至A8可具有相同的感应区段结构或不同的感应区段结构，例如区段A1至A8每一个都可具有类似图4A中所揭露的感应区段34的结构，或是区段A1、A3、A5、A7及A2、A4、A6、A8可在感应区段34(图4A)及36(图4B)等的结构之间交替使用。每一个感应区段50的总宽度可宽至足够横跨数个像素的距离。

如图5A所示，平行的感应区段50耦接至控制器或处理器48，每个区段50的一端以共同接地以及/或接至处理器48的终端而连结，每个区段50的另一端连接至处理器48的另一组终端处。处理器48依序扫描每一个感应区段50以判定哪一个感应区段感受到由尖笔24存在所引起的磁性改变而造成的电流变化。图5A所示为X阵列，其可判定尖笔24横越感应阵列46的X位置。

为了完成感应阵列46，图5B展示一感应阵列54作为Y阵列，其可判定尖笔24的Y位置，感应阵列54可与图5B中的感应阵列46的结构相似。感应阵列54包括纵向感应区段52以平行阵列排列，感应区段52包含大体呈纵向结构的感应区段，纵向结构包含如前述本发明所揭露的导线、绳或金属丝的网状物。对感应阵列46而言，感应区段52可具有一个或多个如图3、4A、4B和4C分别所示的感应区段30、34、36和38的结构。在特定的实施例中，感应区段52包括10个区段B1至B10，以平行阵列排列。区段B1至B10可具有相同的感应区段结构或不同的感应区段结构，例如区段B1至B10每一个都可具有类似图4A中所揭露的感应区段34的结构，或是区段B1、B3、B5、B7、B9及B2、B4、B6、B8、B10可在感应区段34(图4A)及36(图4B)等的结构之间交替使用。

如图5B所示，平行的感应区段52耦接至控制器或处理器56，每个感应区段52的一端以共同接地以及/或接至处理器56的终端而连结，每个区段52的另一端连接至处理器56的另一组终端处，处理器56依序扫描每一个感应区段52，以判定哪一个感应区段感受到由尖笔24存在所引起的磁性改变而造成的电流变化。

感应阵列46和54成直角间隔堆叠，如图5C所示，形成完整的电磁式数位器18，其可配置在上基板20的内面上，如图2所示。两个感应阵列46和54可藉由介电材料隔开(未图示在简化的图5C中)，其厚度例如为5～10000nm之间。感应阵列46和54可经由在介电材料中的通道(未图示)，在接地端的互连线58处使得感应阵列的感应区段互相连接而共同接地。感应阵列46和54耦接至控制器26，其包含X-处理器48及Y-处理器56，更进一步地，X-处理器48及Y-处理器56可为单一的处理器，具有控制X感应阵列46及Y感应阵列54的双重功能。

X感应阵列46及Y感应阵列54不需要每一个都具备依据本发明的导线网的感应区段，例如X感应阵列46可具有依据本发明的导线网的感应区段，但Y感应阵列54的每一个感应区段可为现有的单线结构，反之亦可。换言之，X感应阵列46及Y感应阵列54可在各自的感应阵列中以不同种类的感应区段结构混合搭配。

图6为另一实施例的感应阵列60，包括半圈或U型的感应区段62，以重叠平行阵列排列，重叠的U型感应区段62以介电材料(未图示)隔开，使得U型感应区段62彼此电性绝缘。U型感应区段62包含大体呈纵向结构的区段，该纵向结构包含如前述本发明所揭露的导线、绳或金属丝的网状物。U型感应区段62可具有一个或多个如图3、4A、4B和4C分别所示的感应区段30、34、36和38的结构。平行连接的感应区段62耦接至控制器或处理器64，U型感应区段62的一端以共同接地以及/或接至处理器64的终端而连结，每个U型感应区段62的另一端连接至处理器64的另一组终端处，处理器64依序扫描每一个U型感应区段62，以判定哪一个感应区段感受到由尖笔24存在所引起的磁性改变而造成的电流变化。图6所示为X阵列，其可判定尖笔24横越感应阵列60的X位置。

如前述的实施例中，为了完成X感应阵列60，提供Y感应阵列(未图示)以判定尖笔24的Y位置，Y感应阵列的阵列配置及感应区段可与图6中的感应阵列60的结构相似，但是其纵向感应区段需与纵向区段62成直角配置。此外，Y感应阵列可采用与图5B中的Y感应阵列54相似的配置，更进一步地，Y感应阵列的阵列配置及感应区段可与传统的感应阵列及感应区段相似。X感应阵列60和Y感应阵列(未图示)成直角以间隔堆叠配置，如前述的实施例中图5C所示，形成完整的电磁式数位器18。

另一实施例如图7所示，感应阵列70包括完整环状感应区段72，以重叠平行阵列方式排列。在此所提及的每一个完整环状感应区段并非封闭环状物，而是螺旋形的环状物。在实施例中，每一个完整环状感应区段在进入X-Y平面的方向(即Z方向)以逆时针方向成螺旋形。在另一实施例中，每一个完整环状感应区段在进入X-Y平面的方向(即Z方向)可以顺时针方向成螺旋形。重叠的完整环状感应区段72以介电材料(未图示)隔开，使得完整环状感应区段72彼此电绝缘。更进一步地，在完整环状感应区段内的重叠的区域也可以介电材料隔开。

完整环状感应区段72包含大体呈纵向结构的区段，该纵向结构包含依据本发明前述所揭露的导线、绳或金属丝的网状物。完整环状感应区段72可具有一个或多个如图3、4A、4B和4C分别所示的感应区段30、34、36和38的结构。平行连接的感应区段72耦接至控制器或处理器74，每一个完整环状感应区段72的一端以共同接地以及/或接至处理器74的终端而连结，每个完整环状感应区段72的另一端连接至处理器74的另一组终端处。处理器74依序扫描每一个完整环状感应区段72，以判定哪一个感应区段感受到由尖笔24存在所引起的磁性改变而造成的电流变化。图7所示为X阵列，其可判定尖笔24横越感应阵列70的X位置。

如前述的实施例中，为了完成X感应阵列60，提供Y感应阵列(未图示)以判定尖笔24的Y位置，Y感应阵列的阵列配置及感应区段可与图7中的感应阵列70的结构相似，但是其纵向感应区段需与纵向区段72成直角配置。此外，Y感应阵列可采用与图5B中的Y感应阵列54相似的配置，或是与图6中的X感应阵列60的配置相似(但是需以成直角方式排列)。更进一步地，Y感应阵列的阵列配置及感应区段可与传统的感应阵列及感应区段相似。X感应阵列70和Y感应阵列(未图示)成直角以间隔堆叠配置，并藉由介电材料隔开，如前述的实施例中图5C所示，形成完整的电磁式数位器18。

为了更进一步地提高感应阵列的灵敏度，在相邻的纵向感应区段之间提供额外的感应线或绳，图8所示的感应阵列80包含与图5A中的X感应阵列46相似的结构，其具有感应区段50，以及更进一步地附加感应线82在相邻的感应区段52之间。附加的感应线82可具有一个或多个如图3、4A、4B和4C分别所示的感应区段30、34、36和38的结构。附加的感应线82可在相同的电位(例如连接至固定的参考电压或接地)，或是电性独立或变动，X处理器84耦接至感应阵列80。

X感应阵列80可与Y感应阵列一起使用，其结构与图5B中的感应阵列54相似，或其配置与图6中的X感应阵列60或图7中的X感应阵列70相似(但是需以成直角方式排列)。此外，Y感应阵列可采用与图8中的X感应阵列80相似的结构，但需与X感应阵列成直角，如图8B所示。Y感应阵列86本质上为图5B中的感应阵列54，并更进一步地附加感应线88在相邻的感应区段52之间。附加的感应区段88可具有一个或多个如图3、4A、4B和4C分别所示的感应区段30、34、36和38的结构。附加的感应线88可在相同的电位(例如连接至固定的参考电压或接地)，或是电性独立或变动，Y感应阵列86耦接至Y处理器89。

参阅图8C，X感应阵列80和Y感应阵列86成直角以间隔堆叠配置，并藉由介电材料隔开，如前述的实施例中图5C所示，形成完整的电磁式数位器18。感应阵列80和86可经由在介电材料中的通道(未图示)，在接地端的互连线58处使得感应阵列的感应区段互相连接而共同接地。感应阵列80和86耦接至控制器26，其包含X-处理器84及Y-处理器89，更进一步地，X-处理器87及Y-处理器89可为单一的处理器，具有控制X感应阵列80及Y感应阵列86的双重功能。

在图5、6、7及8中的感应阵列的配置可与单一的感应阵列混合使用，取决于电磁式数位器的特殊应用，可在整个数位器平面区域上结合不同的感应阵列元件(例如在数位器的特定区域使用平行直线感应区段，在数位器的另一区域使用平行半圈感应区段，在数位器的又一区域使用平行完整环状感应区段，以及在数位器的再一区域的相邻感应区段之间使用附加变动导线)，以在数位器的不同区域达到不同需求的灵敏度。例如，含有平面显示系统的个人数字助理(PDA)或桌上型个人电脑(PC)，其包含依据本发明的电磁式数位器，在显示器的特定区的灵敏度(例如显示特定或固定图像供使用者选择的区域)可能不需像显示器其他区域(例如手写辨识区)那么高的灵敏度。

图9为电子装置100的一实施例，其包含显示影像的显示系统102，以及输入/输出(I/O)控制器103，以提供影像数据至显示器系统102，并指示显示器系统102依据影像数据提供影像。显示器系统102包含依据本发明的显示器装置10(例如LCD装置)，以及介面控制器106，其与I/O控制器103交换影像数据及使用者输入数据(来自数位器18)。显示器装置包含显示器模块(例如LCD模块)，其中整合本发明的电磁式数位器18以及控制器26(例如驱动器)。电子装置100可包含膝上型电脑、移动电话、数码相机、个人数字助理(PDA)、桌上型个人电脑、电视、车用显示器或便携式DVD播放机。

虽然本发明已揭露较佳实施例如上，但是其并非用以限定本发明，本领域技术人员在不脱离本发明的精神和范围的情况下，可做些许更动与润饰，因此本发明的保护范围当以所附权利要求所界定的为准。

Claims

1.一种感应阵列，适用于一电磁式数位器，该感应阵列包括：

多个感应区段，该每个感应区段具有一纵向结构，该纵向结构包含一导线网；

其中该每个感应区段包括至少两个导线沿着一纵向间隔，该些导线为平行间隔，且其中相邻的该些导线以一互连线沿着该些导线末端以外的位置互相连接。

2.如权利要求1所述的感应阵列，其中该些导线在一末端共同耦合。

3.如权利要求2所述的感应阵列，其中该些导线在该末端共同接地。

4.如权利要求1所述的感应阵列，其中该互连线以一角度相对于该相邻的导线。

5.如权利要求1所述的感应阵列，其中相邻的该些导线沿着该纵向结构在一个或多个位置以互连线互相连接。

6.如权利要求1所述的感应阵列，其中该感应区段为平行排列。

7.如权利要求6所述的感应阵列，其中至少两个该感应区段包含一平行纵向区。

8.如权利要求7所述的感应阵列，还包括一附加导线设置于该感应区段相邻的该平行纵向区之间。

9.如权利要求8所述的感应阵列，其中该附加导线保持在相同的电位。

10.如权利要求6所述的感应阵列，其中至少两个该感应区段包含一半圈或一U型区，或是一完整环状区。

11.如权利要求10所述的感应阵列，其中该半圈或该U型区，或是该完整环状区是以一重叠方式设置且藉由一介电材料隔开。

12.一种电磁式数位器，包括：

一第一感应阵列，用以判定一尖笔在一第一方向输入的一第一坐标；以及

一第二感应阵列，用以判定该尖笔在一第二方向输入的一第二坐标，该第二方向垂直于该第一方向，

其中该第一感应阵列及该第二感应阵列中至少一个为权利要求1所述的感应阵列。

13.如权利要求12所述的电磁式数位器，还包括一控制器耦接至该第一感应阵列及该第二感应阵列，其藉由该第一及该第二感应阵列的磁通量的改变所引发的电流变化来判定该第一及该第二坐标。