TW499593B - Integrated resistor for measuring touch position in a liquid crystal display device - Google Patents

Integrated resistor for measuring touch position in a liquid crystal display device Download PDF

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TW499593B
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Evan George Colgan
James Lewis Levine
Michael Alan Schappert
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Ibm
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Description

499593 五、發明說明（i) 發明背景 1. 發明領域 本發明係關於利用裝置以測量觸碰位置之液晶顯示裝置 (LCDs)，尤其LCDs中之此觸碰測量裝置係集積於LCD之一 基材中。 2. 相關技藝
決定一物體或人觸碰一表面位置之觸碰輸入裝置係應用 於廣泛用途中，且觸碰位置需以高精準度決定，通常諸裝 置呈透明狀且直接裝接於一電腦顯示器上，此附著式觸碰 螢幕之例子係裝設於一 CRT或平坦面板式顯示器中，可見 於1 9 9 7年2月1 0日C. Skipton所著「你可以觸摸它！觸碰式 螢幕可傳送多媒體於大眾」一書中第..3 9 -42頁所示。附著 式觸碰螢幕使用多種方法以決定觸碰位置，通常此一系統 之表面包括一層大致均勻之電阻，且電極連接於表面邊 緣，電極通常由較表面易於導電之材料製成，其以一特定 圖型而在表面上呈絲網狀。一種經常使用之決定位置方法 為在一第一方向中施加一電位，然後在一直交於第一方向 之第二方向中施加一電位通過表面，如Shintaro等人之
3. 591，718號及Nakamura等人之4, 649, 232號美國專利所 述，X、y位置可利用一電容性耦合之探針（穿透一絕緣層） 測量電壓而決定，手指觸碰可藉由監視電流流過電極而決 定，因為人體會使施加之交流訊號短路至接地端，但是此 需系統中之空電電流板小，因為手指之電容較小。Pepper J r.之4，2 9 3，7 3 4號美國揭述一變換方法，其利用i )施加含 499593 五、發明說明（2) 有一交流訊號之電力至所有四側邊，及利用電極電流比以 決定手指觸碰位置，或i i )令角隅處接地且測量角隅處由 一電力觸針感應生成之電流。在Grenias等人之4，686，332 號美國專利中，一附著式觸碰螢幕包括二間隔之導體平 面，手指觸碰位置則由偵測手指觸碰所致導體平面之電容 值變化而決定。最後，在4，3 7 1，7 4 6號美國專利中，一附 著式觸碰面板包括一導電材料防衛層於一電阻性觸碰表面 下方（或局部包圍），附著面板之防衛層以一訊號給電，訊 號之振幅及相位皆相同於施加至電阻性觸碰表面之訊號 者，以利實質減少對於電阻性觸碰表面接地端之有效電 容。 諸此附著式觸碰螢幕之缺點在於其..增加顯示單元之重量 及體型，此對於攜帶式電腦如筆記型電腦而言為一大缺 點，此外，裝置對電腦之聯繫需要有一卡槽或一列平行孔 槽轉接件。諸項缺點可藉由將觸碰感應器一體於LC顯示裝 置而大幅減少，以用於液晶顯示器而言，特別是可攜式 者，一電容性觸碰技術最為適合，因為其體型小且傳輸率 高（8 5 - 9 0 % )，電阻性觸碰技術則需要二層銦錫氧化物 (I TO)而非一層，其傳輸率僅有5 5 - 7 5%。 一般以一彩色LC顯示器而言，朝向視者之玻璃基材具有 滤色器組立於内表面上’其接觸於液晶材料且滤色基材 (CF)沿邊緣以結合於一第二玻璃基材，而後者含有一用於 定址LC顯示器之主動式（或被動式）陣列，濾色器通常由一 黑色陣列材料（例如鉻或氧化鉻層）、含有顏料或染料之聚
第6頁 499593 五、發明說明（3) ::Ϊ中ΐ 一 Ϊ為顯示器共同電極之1 τ0層(在主動式陣列 ί定：二二:陣列顯示器，，其係製圖成線狀且用，
Res. Develop. voi.^as No i〇·"對角彩色薄膜電晶體液晶顯示器之遽：器用於 Ϊ夕先研；ϊ 透明外覆層通常用於在1το共同電極積置 :^研磨朱色區，如Tsutsumi等人之5,278,〇〇9號美國 利所不。 目前在一LCD上玻璃基材（例如包括濾色器之基材）容許 觸針輸入採用電容性感應之修正上有二份報主，在】Η Kim等人於SID，97出版「筆用位置敏感性之#•叶」 一書中第87-90頁所述’遽色器中之導電性黑色陣列 層係利用一外覆層而隔離於I το共同電極，且—交汽吼號 施加於BM。補償電阻設於陣列外’以令電場呈線%生^，^ 施加電場之方向（X與Y)呈交替式’觸針位置則利用測量電 容性耦合於繫接觸針之電壓而決定，應注意的是—大電壓 導入IT0共同電極層，其振幅幾為BM之輸入訊號%之^一半' 在H. Ikeda等人於ISW’97出版「一種具有嵌^之式數位功 能之新TFT-LCD」一書中第199-2〇2頁所述，—種6 6叶VGA 反射型客-主式AMLCD係利用IT0共同電極做為觸針輸人之 ’ 一 Mlflf虎tM#度在乂或7方@ 〇替’地刖施加於 I TO共同電極上之直流偏壓頂部上。 電場之某些線性化係沿各邊緣使用分離式|g收， ^ 、彳条電極而 行，各邊緣利用0.25毫米寬X 1毫米長之IT0蕾rr r > $随於2 . 5宅 499593 五、發明說明（4) 米中央上以連接至主動區，鋁之電阻值可調整以做最佳之 線性化，而無過多之電力耗損。電場利用資料預測量做為 顯示器上及電腦中所儲存位置，以自一繫接式觸針及所決-定之位置做電容式測量。 諸一體式結構皆不適用於測量人體一部位（例如手指或 腳趾）與LCD基材之接觸位置，此因為訊號層與ITO共同電 極之間之電容性耦合（即有效電容值）（如K i m等人之案）或 TFT陣列中之線路（Ikeda等人之案）遠強大於基材與人體之 間之電容性耦合（有效電容值）。 因此在此技藝中有必要發展出一結構且集積於一 LCD之 基材，適可測量人體一部位（例如手指或腳趾）與基材之接 觸位置。 .. . 此外，在此技藝中有必要發展出一結構，且可經濟地集 積於L C D之一基材上，以利提供訊號層之線性化。 發明概述 先前技藝之上述問題及相關問題係可藉由本發明之原理 解決，其提供一種具有一訊號層集積於一基材上之液晶顯 示裝置，電路裝置觸碰位置係根據對施加於訊號層之訊號 之回應。至少一電阻係集積於基材上，電阻耦合於訊號層 及電路之間，且電阻係與訊號層同時製成。電阻較佳為一 電阻網路之一部份，而電阻網路係使訊號層之電阻值在垂 直方向及水平方向中呈線性化。 圖式簡單說明 圖1係一習知交叉式主動陣列液晶顯示裝置頂視圖。
第8頁 499593 五、發明說明（5) 圖2說明圖1所示液晶顯示裝置之局部截面（A-A)。 圖3係圖1所示主動陣列式液晶顯示裝置之一像素示意 圖。 圖4係本發明觸碰輸入功能之簡示圖。 圖5係圖1所示液晶顯示裝置之局部截面（A-A)，說明本 發明之一實例，其中一圖型式訊號層及防衛平面層係集積 於頂基板2 4中。 圖6係圖1所示液晶顯示裝置之局部截面（A-A)，說明本 發明之一實例，其中一圖型式訊號層及防衛平面層係集積 於頂基板2 4中。 圖7係集積於本發明頂基板2 4内之一電阻網路示意圖， 藉此使圖型式導電層之電阻值在水平.（X )及垂直（Y )方向中 呈線性化。 圖8 ( A ) - ( Η )係製成圖6所示頂基板之製造步驟示意圖。 圖9 ( A ) - ( Η )係製成圖5所示頂基板之製造步驟示意圖。 圖1 0係一使方形訊號層之電阻值在水平（X )及垂直（Υ )方 向中呈線性化之電阻網路。 圖1 1係一使長方形訊號層之電阻值在水平（X)及垂直（Υ) 方向中呈線性化之電阻網路。 圖1 2係用於產生訊號以施加於訊號層及防衛平面層一角 隅處而導出觸碰位置之糸統不意圖。 較佳實例詳細說明 圖1說明一習知液晶顯示裝置之頂視圖，其中一像素極 2 6 (陰影區）係形成於顯示裝置之子像素（圖示為6個）下
第9頁 499593 五、發明說明（6) 方，通常一個像素係由三個相鄰之紅（R)、綠（G)、及藍 (β)色子像素表示（即三個相鄰之子像素具有R、G、b色陣-列形成於像素極2 6上方），子像素則形成於閘線3 2 (圖示為_ 3條）及資料線3 1 (圖示為4條）之間。 圖2說明圖1所示習知液晶顯示裝置之局部截面圖，裝置 包括一第一基材22(以下稱為底基材）及一第二基材24(以 下稱為頂基材），且由透明材料製成，例如玻璃。該二基 材排列成互相平行，且有一高精準度，通常基材2 2、2 4以 塑膠間隔珠相互分隔，間隔珠之直徑為大約1至2 〇微米（通 常為3至5微米），且其邊緣（圖中未示）封合以利於其間定 4 義一封閉式内部空間。第一基材2 2上積置一列像素極2 6， 係定義出液晶顯示裝置之子像素，基.材22上無電極膜積置 之選定區域中亦形成半導體裝置，例如二極體或薄膜電晶 體（TFTS) 30。如習於此技者所知的是，每一子像素各具 有一或多個TFTs 30，TFTs 30各由一導電性閘線32(圖中 未示）及一導電性資料線3 1控制，二線通常皆積置於基材 22上’而不接電於電極26’僅有各TFTs 30之源極接電於 各相關電極2 6。閘線3 2 (圖中未示）及資料線3 1在相交區域 亦呈相互絕緣。第二基材2 4上通常積置一色彩陣列層2 3， 色彩陣列層2 3通常具有一黑色陣列材料2 3 - 1，且穿插以 R、G、或B色陣列材料2 3 - 2，黑色陣列材料2 3 - 1係積置相 對立於TFTs 3 0、資料線3 1及閘線3 2 (圖中未示），以將諸 元件阻絕於周圍之入射光線，且防止光線漏出像素區外， 色彩陣列材料23-2則積置相對立於像素極26。此外，一丘
499593 五、發明說明（7) 同電極28通常形成於色彩陣列層23上方。如上所述，一光 敏性透明外覆層25可在積置共同電極之前 列：料，以利平坦化染色區。共同電極28最好由一薄透： 層夺電材料製成，例如銦錫氧化物（ΙΤ〇)或其他 料。 一液晶材料3 6填入基从9 0 0 i ^ pn ^ ^ a ^ ^ Φ 〇 η 土材22、24之間空隙，材料之性質係 依液曰日顯不裝置2G之操作模式而定，文後料述之。液晶 顯示裝置之内部表面可塗覆各別之對準層38、40，以對液 晶材料36之分子提供邊界條件。基材22、24之外部表面上 可設有各別之光學補償膜42、44，最後，各別之偏光膜 46、48可分別施加於補償膜42、44上（若使用補償膜時）， 或分別施加於基材2 2、2 4上（若未使用補償膜時）。 圖2所示之習知液晶顯示裝置類型係以一光源（圖中未 示）照射，光源位於底基材22後方且可自頂基材24上方視 之。 一子像素之示思圖揭示於圖3中，其編號係與圖1、2相 同所示者相對應，電容器1丨丨表示夾置於像素極32與共同 電極2 8之間之液晶材料3 6電容。該單元可包括一貯存式電 容器1 2 0，其提供一並聯電容於液晶電容器η丨且終止於線 1 2 1上，而該線則共用於顯示裝置中之所有貯存式電容 器。貯存式電容器之另一變換設計為設於像素極2 6與閘線 3 2之間之貯存式電容器1 2 2。 當一閥電壓以下之電壓施加於閘線3 2上時，T F T s 3 0即 在斷電狀態，因此在資料線3 1與像素極2 6上之電位係相互
第11頁 499593 五、發明說明（8) 隔離。當一大於閾電壓之電壓施加於閘線32上時，TFTs 3 0即在通電狀態（低阻抗狀態），藉以容許資料線3 1上之電‘ 壓供電於像素極2 6。施加於資料線3 1之電壓可改變，使不_ 同之電壓施加於像素極2 6，施加於像素極2 6之電壓與共同 電極2 8之電壓間之電位差可控制單元之液晶分子方位。改 變施加於像素極2 6之電壓與共同電極2 8之電壓間之電位差 係用於控制單元之液晶分子方位，使得不同之光量傳送過 液晶，因而生成一灰階光線之顯示。 本發明係將觸碰（及觸針）輸入功能整合於顯示裝置之頂 基材2 4内，此功能之示意圖揭示於圖4中，特別是一可製 出圖案之導電層係集積於頂基材2 4。一稱為訊號層之導電 層係絕緣於頂基材24之共同電極28，..一訊號產生器施加一 訊號於訊號層之角隅，並測出流過各角隅之電流。當一使 用者以身體之一部份（例如手指或腳趾）或一工具（例如一 導電觸針之尖端）接觸於頂基材24時，一 R-C網路即藉由電 容性耦合而形成，使電流自角隅流過訊號層而流向接觸 點，觸碰之位置（即接觸點）可導自訊號層角隅處之電流。 另者，不同於,施加訊號至訊號層角隅的是，工具（例如一 觸針）之尖端可載有一訊號，且測量出訊號層角隅處之電 流。在此例子中，當工具之尖端接觸（或接近於）頂基材2 4 時，一 R-C網路即利用電容性耦合使電流流過角隅而形 成，工具之位置可衍生自訊號層角隅處之電流，一種供自 訊號層角隅電流導出觸碰位置之電路範例係揭述於Pepper Jr·之第4, 2 93, 734號美國專利，該案全文在此可供作參
第12頁 499593 五、發明說明（9) 考，此電路可集積於顯示面板内，或可提供於一耦合至訊 號層角隅之積體電路上。 依本發明所示，訊號層及一做為一防衛平面層之第二導 電層皆集積於顯示裝置之頂基材2 4，以用於感應觸碰輸 入。一非導電性絕緣層係設於訊號層與防衛平面層之間， 防衛平面層則設於訊號層與共同電極之間。相關於圖4之 說明，訊號層之角，係由一訊號驅動，且測量出各角隅之 電流，觸碰輸入之位置（即接觸點）則導自訊號層角隅處測 得之電流。此外，防衛平面層係以一訊號驅動，其減少訊 號層以電容性負載於共同電極，亦減少或消除雜訊電流以 訊$比 r 揭電振例t相最訊訊 I移I導 A I Λ號‘ rl、 之立取而 係同之比汛及，近於 層Η由t 例共號取Η幅之接加 面¾藉① 範及訊由 σ振言位施 平/5可II路層考藉W之易部係 衛及號Μ 電面參則ο配，體號 防幅訊 之平生號、匹零身訊 移 分 於振之 層衛產訊 一為他效 位 ‘當 加號層 面防一效卜有佳其有 • 目 曰-f 施訊號U 平、括有彳、具較或之 或 使 ，之訊/ 衛層包之可流指層 層層於及 防號路層 即電手號 號號加號 及訊電面 _號之一訊 產 訊訊施訊 層，。平 訊需如， 至至，之 號明明衛夂效所例層 合加者層 訊說說防fll有層載號 耦施另面 於便面及-|，號負訊 極於。平 用方表層』時訊性至 電#出衛 以了之號層動容济 同比導防 號為式訊 y面驅電才 移 共取而至 訊，面於4平，一流 自由號加 生12平用i^衛外當電 性藉訊施 產圖以，U防此有時 或 容可該於。一於係器/及。只層 電號動例出 示極盪及層位好號 499593 五、發明說明（ίο) 號層之角隅。此外，各角隅包括電路，用以測量流動於角 隅之電流，以導出觸碰位置，此電路之例子可見於P e p p e r Jr.之第4，293, 734號美國專利中，在此可參考其全文。此. 外，用於防衛平面層之有效訊號係根據供給至共同電極之 驅動訊號而加至一訊號（最好利用轉換、取比例及/或相位 移動驅動訊號），以利減少雜訊電流自共同電極以電容性 耦合於訊號層。為了說明方便，圖1 2說明可應用於訊號層 及防衛平面層其中一角隅之電路，類似電路（或圖1 2所示 電路之一部份）分別用於供給訊號至訊號層及防衛平面層 之其他角隅，藉此自訊號層角隅處之電流導出觸碰位置。你 不同於施加訊號至訊號層角隅的是，一工具之尖端可載 有一訊號，且測出訊號層角隅處之電流，在此例子中，工 具之位置係導自訊號層角隅處之電流。相反於前例的是， 防衛平面層可接地以防止雜訊自共同電極2 8耦合至訊號 層。另者，可以有利地將施加於共同電極2 8之訊號振幅轉 換及取比例，且將生成之訊號施加於防衛平面層，以利動 態地自共同電極2 8消徐雜訊，否則其會耦合於訊號層。 惟，若共同電極雜訊不構成問題，則防衛平面層會呈浮 動，以減少訊號層上之負載。 圖5說明本發明之一實例，其中一圖型式導電性黑色陣 〇 列層2 3 - 1使用做為訊號層，如同習知者，圖型式黑色陣列 層2 3 - 1為頂基材2 4上所形成一色彩陣列層2 3之一部份。圖 型式導電性黑色陣列層2 3 -1可由鉻及/或氧化鉻製成，或 由具有低反射率且可阻制光線傳送之適當材料製成。一透
第14頁 499593 五、發明說明（11) 明之非導電性絕緣層6 1形成於圖型式黑色陣列材料2 3 -1 上，透明之非導電性絕緣層6 1可由透明之外覆聚合物形 成，例如丙烯酸、苯並環丁烯（BC B)或其他適當材料。一 連續式之防衛平面層6 3隨後形成於絕緣層6 1上，防衛平面 層可由透明之導電性材料製成，例如I TO或其他適當材 料，黑色陣列層2 3 - 1及防衛平面層6 3之間之間距較佳為 2 - 5微米。一第二透明非導電性絕緣層6 5形成於防衛平面 層6 3上，第二透明之非導電性絕緣層6 5可由透明之外覆聚 合物製成，例如丙烯酸或BCB或其他適當材料，共同電極 2 8隨後形成於第二絕緣層6 5上，防衛平面層6 3及共同電極 2 8間之間距較佳為2 - 5微米。 圖6說明本發明之一實例，其中一圖型式導電性黑色陣 歹|J層2 3 - 1係使用做為防衛平面層，尤其一訊號層7 1形成於 頂基材2 4上，訊號層7 1可由一透明之導電性材料製成，例 如I TO、或非透明之導電性材料如鉻及/或氧化鉻（或具有 低反射率且可阻制光線傳送之其他適當材料）。一透明之 非導電性絕緣層7 3形成於訊號層7 1上，透明之非導電性絕 緣層73可由透明之外覆聚合物製成，例如丙烯酸或BCB或 其他適當材料。色彩陣列層2 3隨後形成於絕緣層7 3上，如 習知者，圖型式黑色陣列層23-1為色彩陣列層23之一部 份，圖型式導電性黑色陣列層2 3- 1可由鉻及/或氧化鉻製 成，或由具有低電阻且可阻制光線傳送之其他適當材料製 成。此外，圖型式導電性黑色陣列層2 3 -1係做為觸碰輸入 之防衛平面層，黑色陣列層2 3 -1之圖型最好對齊於訊號層
第15頁 499593 五、發明說明（12) 7 1之圖型，如圖6所示，黑色陣列層2 3- 1可製圖以覆蓋訊 號層7 1，訊號層7 1及黑色陣列層2 3 - 1之間之間距較佳為 2 - 5微米。一透明之非導電性絕緣層7 5隨後形成於色彩陣 列層2 3上，透明之非導電性絕緣層7 5可由透明之外覆聚合 物製成，例如丙烯酸或BCB或其他適當材料。共同電極2 8 隨後形成於絕緣層7 5上，黑色陣列層2 3及共同電極2 8之間 間距較佳為2 _ 5微米。 集積於頂基材2 4之訊號層邊緣（圖5之圖型式黑色陣列層 2 3 - 1或圖6之訊號層7 1 )之電阻最好係在水平（X )方向及垂 直（Y)方向中呈直線化，在此例子中，觸碰輸入（即接觸 點）之位置（X、Y)可依以下公式準確地自角隅處測得電流 之比率導出： . y^(W, (/2 + /3) (/1 +/4) Λ = {Ύ} (/1 +72 + /3+/4) γ 一（E、 (/1 + /2) (/3 + /4) 1 ^ K 2} (/1+/2+/3+/4) 若訊號層邊緣之電阻呈直線化，則諸公式最為準確，亦即 若上二個角隅電正電壓驅動且下二個角隅接地，則等電位 應為水平直線且均勻地間隔。同樣，若在二個角隅驅動且 右二個角隅接地，則等電位需為均勻間隔之垂直線，此規 定可導自基本電路理論。訊號層之直線化可藉由將一電阻 網路耦合於圖型式導電層之周邊而達成，藉此使圖型式導 電層之電阻值在X、Υ二方向皆呈線性，其一例子即揭示於 圖7，其中一電阻條2 0 1係沿圖型式導電層2 0 3四個邊緣之
第16頁 499593 五、發明說明（13) 每一者而設，多數電阻205提供電阻條201及圖型式導電層 之間之連接，此外，電阻2 0 7提供電阻條1 0 1與四角隅節點 A、B、C、D之間之連接。一決定線性化電阻網路電阻值之 例示方法係提供於文後。 圖8 ( A ) - ( Η )說明一實例使電阻網路集積於圖6所示之頂 基材2 4，尤其是電阻條2 0 1及電阻2 0 5係藉由先將一圖型層 81積置於頂基材24而構成，圖型層81可為一透明之導電材 料，例如I Τ 0、或非透明之導電材料，例鉻及/或氧化鉻 (或具有低反射率且可阻制光線傳送之其他適當材料:i。如 圖8 ( A )、（ B )所示，層8 1最好製圖形成長條區8 3 (圖中僅示 其一），以定義電阻條2 0 1及定義出電阻網路電阻2 0 5之蛇 形區85(圖中僅示其一），蛇形區85將.長條區83耦合於圖型 式訊號層71，圖型層81可連同圖6之圖型式訊號層71—起 積置及製圖。 積置圖型層8 1後，一透明之非導電性絕緣層8 7最好如圖 8(C)、（D)所示積置及製圖，絕緣層87可為一透明之聚合 物，例如丙烯酸或BCB，若絕緣層8 7由一光敏性材料製 成，則圖型可藉由光敏性材料之曝光及顯影而完成，否則 習知之光石版印刷及/或蝕刻技術可用於製出絕緣層8 7圖 型。絕緣層8 7最好製圖以局部地覆蓋導電層8 1之蛇形區 8 5，此外，絕緣層8 7最好積置及製圖成為圖6所示絕緣層 7 3之一部份。 積置絕緣層8 7後，一黑色陣列（BM )層8 9係積置及製圖如 圖8 ( E )、（ F )所示，黑色陣列層8 9最好為一含有鉻與氧化
第17頁 499593 五、發明說明（14) 鉻層之組合物，其中氧化鉻先積置而使得當自背後視之時 ，BM層8 9盡量變黑，以利減少自顯示裝置反射之光量，以 增加顯示裝置對比率。BM層8 9提供充分吸收力，使得大致. 上無光線傳送通過BM層8 9，黑色陣列層8 9最好製成圖型， 使其局部地覆蓋導電層8 1之蛇形區8 5，且利用絕緣層8 7而 絕緣於蛇形區8 5。此外，黑色陣列層8 9最好製出圖型，使 其直接形成於圖型層8 1之長條區8 3上，此組合物層（黑色 陣列層8 9及長條區8 3 )構成一低電阻層，而有利於製成電 阻條2 0 1。此外，B Μ層8 9最好沿圖6之B Μ材料2 3 - 1而積置及 製圖，在面板之陣列區中，ΒΜ材料2 3 - 1之圖型係設計以阻 制光線傳送，但是來自I TO像素極區者除外，即主動陣列 控制施加於液晶之電壓以選定正確灰.卩皆之處。 積置BM層8 9後，圖6之濾色材料2 3 - 2 (包括紅、綠、藍元 素）、絕緣層75及共同電極28即積置及製圖如圖8(G)、 (H)。 圖9 ( A ) - ( Η )說明一實例使電阻網路集積於圖5之頂基材 24，尤其電阻條201及電阻205係先藉由積置一圖型層91於 頂基材2 4上而構成，圖型層9 1可為一非透明之導電材料， 例如鉻及/或氧化鉻（或具有低反射率且可阻制光線傳送之 其他適當材料）。如圖9 ( A)、（ Β)所示，層9 1最好製圖形成 長條區9 3 (圖中僅示其一）以定義電阻條2 0 1，及蛇形區（圖 中僅示其一）以定義電阻網路之電阻，蛇形區9 5將長條區 83耦合於圖型式訊號層（即圖5之BM層23-1)，圖型層91可 連同圖5之圖型式BM材料23-1 —起積置及製圖。此外，圖5
第18頁 499593 五、發明說明（15) 之濾色材料2 3 - 2 (包括紅、綠、藍元素）通常係配合BM材料 2 3 _ 1而積置及製圖，再者，另一層黑色陣列材料（圖中未° 示）可積置及製圖，使其直接形成於長條區83上，且因而-形成一低電阻層而有利於形成電阻條2 0 1。 積置圖型案9 1後，一透明之非導電性絕緣層9 7最好積置 及製圖如圖9 ( C )、（ D )所示，絕緣層9 7可為一透明之聚合 物，例如丙烯酸或BCB，若絕緣層9 7係由一光敏性材料製 成，則製圖可利用光敏性材料之曝光及顯影而完成，否則 習知之光石版印刷/蝕刻技術可用於製出絕緣層9 7之圖 型，絕緣層9 7最好沿圖5之絕緣層6 1而積置及製圖。 積置絕緣層9 7後，防衛平面層6 3即形成於絕緣層9 7上， 如圖9 ( Ε )、（ F )所示，相關於圖5之說.明，衛平面層6 3可 由透明之導電材料製成，例如I TO或其他適當材料，且防 衛平面層9 9設於黑色陣列材料2 3 - 1及共同電極2 8之間。 積置防衛平面層9 9後，圖5之透明非導電性絕緣層6 5及 共同電極28即積置及製圖如圖9(G)、（H)所示。 對於上述相關於圖8 ( A ) - ( Η )及9 ( A ) - ( Η )之實例而言，在 面板之各角隅處皆有一角隅電阻2 0 7形成於電阻條2 0 1及一 電接點之間，角隅電阻2 0 7最好以相同於前述電阻條2 0 5之 製程製造，電接點則耦合於可測量角隅流動電流以導出觸 碰輸入（即接觸點）位置之電路，如上所述。此外，一用於 防衛平面層之電接點係形成於各角隅中，防衛平面層之電 接點耦合於供驅動防衛平面之電路，藉此限制共同電極及 圖型導電層之間之電容性耦合，如上所述。
第19頁 499593 五、發明說明（16) 如上所述，電阻條2 0 1及電阻2 0 5係相關於製程步驟而集 積於上基材上，其構成液晶顯示系統之單一層與其他元‘ 件。此方法有其經濟上之優點，因為其他製程步驟即不需_ 要用來形成電阻條2 0 1與電阻2 0 5。 現在即說明一種令訊號層電阻值呈線性化之方法，吾人 先計算出一在二方向中具有均勻片狀電阻值Rho_s(歐姆/ 平方）之方形螢幕所用電阻，然後將結果轉換為一在水平 與垂直方向中具有可能不同電阻值之長方形螢幕。 圖1 0揭示方形螢幕之詳細配置情形，由於對稱，因此各 側邊具有相同電阻值，而在實際之觸碰偵測操作中，所有Φ 四個角隅電極皆以相同交流（AC)訊號驅動，但是為了決定 邊緣之電阻值，則以上、下角隅皆由對稱冬直流（DC)電壓 驅動較為方便（上角隅為+1伏特且下角隅為-1直流伏特）， 並且考量電阻層上之電流及電壓。圖10之定義係由下表提 供： η.........進給電阻數量
Rho_s.....螢幕片電阻值（歐姆/平方）
Rs........由一邊緣至另一邊緣之螢幕電阻歐姆值，等 於 Rho_s
Re........長邊緣之電阻 R c........角隅之電阻 R i........進給之電阻（i = l..n) V s........如圖所示施加之交流供給電壓
Vm........螢幕角隅處之交流電壓
第20頁 499593 五、發明說明（17)
Vi...... · ·頂部沿Re之電壓（i = l · . η) 電阻R i假設為沿邊緣呈相等間隔，其相關於螢幕中心而呈β 對稱，因此Ri=Rn+l-i，小η值將在接近於螢幕邊緣處產生-等電位漣波，而極大之值則需大進給電阻值，此係難以製 成。大體上，吾人應盡量選用較大之η值以利製造。 若螢幕呈正確線性化，則等電位將為水平線且自頂至底 呈相等間隔，尤其是整個頂緣應為角隅電位+Vm，而底線 為-Vm。電流密度與電場成比例，其係比例於電位分佈梯 度，因此，若等電位為相等間隔之直線，電流密度在通過 螢幕上呈固定，且自頂部垂直地流至底部，此意指應該無 電流自側邊流入或流出螢幕。吾人立即可斷定沿著側邊電 阻條Re之電位變化需正確匹配於螢幕.中之電位變化，否則 電流會通過側邊進給電阻而流入或流出螢幕，此狀況僅發 生於側長條R e具有每單位長度之固定電阻值，且R c與R e之 間每一接點處之電壓等於角隅電壓V m。由基礎電路理論可 知，電壓Vm等於Vs-IRc，I為流入側長條之電流，電流等 於2Vs/(Rc+Re+Rc)，吾人發現： (1) Vm/Vs=l/(l+2Rc/Re) 螢幕自頂部至底部具有 1因此： 然後通過進給電阻而流入 其次考慮流過螢幕之總電流I s， 2Vm之電壓差，及具有一電阻Rs (2) I=2Vm/Rs 此電流需流過頂部電阻Rc、Re， 螢幕，由於對稱，一半之此電流需自各角隅流入，而在頂 部電阻Rc中即有一電壓降等於0.5RcIs，因此第一電壓（圖
1111
第21頁 499593 S分月/日 修正 03 案號88112ί 五、發明說明（18) ^ A· 3中之VI )可為 (3) Vl=Vs-0.5RcIs=Vs-RcVm/Rs . 接著計算沿頂緣之V i變化，由於往螢幕之電流係自二角隅 沿著R e流動，因此電壓朝向中心而呈對稱地減低，因此吾― 人僅需計算η / 2值，為了方便，假設η為一偶數整數，使沿 各進給電阻之間長條之電阻值為R 〇 : (4) Ro = Re/(n-l ) 如上所示，電流密度需呈均勻狀，因此，各相等間隔之進 給電阻需載有相同之電流，即I f，其為： (5a) If二 Is/n 利用等式2，吾人發現： (5b) I f = 2Vm/nRs 流入長條R e之電流因而在各進給電阻後減少I f，且開始於 最大值0.51s，請記住，吾人寫下第一組電壓： (6a) Vl=Vs-RcVm/Rs(等式3) (6b) V2=Vl-(0.5Is-lIf)Ro=Vl-0.5RoIs+(l)RoIf (6c) V3二V2-（0· 5Is-2If)Ro = V卜1· 0RoIs + (l + 2)RoIf (6d) V4=V3-(0.5Is-3If)Ro=V卜1.5RoIs+(l+2+3)RoIf (6e) V5=V4-(0. 5Is-3If)Ro=Vl-2. 0RoIs+(l+2+3+4)RoIf 第二項可寫成-〇.5(i-l)乘以Rolf，第三項為第一（i_l)整 數之和且其亦乘以Rolf，因此吾人可寫出第i項電壓為： (7) Vi=Vl-0.5(i-l)RoIs+0.5(i)(i-l)RoIf 利用等式4及5 a可發現： (8a) Vi = VI - 0.5(i-l)ReIs/(n-l) + 0.5(i)(i-l)ReIs/n(n-l) (8b) Vi = VI - 0.5ReIs(i-l)(n-i)/n(n-l)
O:\59\59571.ptc 第22頁 499593 五、發明說明（19) 由等式2、3、6 a代入可發現： (8c) Vi=Vs-RcVm/Rs-Vm(Re/Rs)(i-l)(n-i)/n(n-l) 最後，吾人以等式1消去V s : (9a) Vi = Vm(l + 2Rc/Re) - Vm(Rc/Rs) - Vm(Re/Rs)(i-l)(n-i)/n(n-l) (9b) Vi = Vm(l + 2Rc/Re - Rc/Rs - (Re/Rs)(i-l)(n-i)/n(n-l)) 等式9b利用變數Re、Rc、Rs及Vm表示Vi，現在即可計算出 進給電阻Ri，各進給電阻Ri具有電壓Vi於一端，而螢幕電 壓Vm在另一端，因此電阻電流為（Vi-Vm)/Ri。如上所·述， 此電流相同於各電阻者，且等於I f = Is/n，因此·· (10a) (Vi - Vm)/Ri = Is/n = (2Vm/Rs)/n (10b) Ri = (Vi - Vm)nRs/2Vm · - (l〇c) Ri = 0.5nRs(2Rc/Re - Rc/Rs - (Re/Rs)(i-l)(n-i)/n(n-l)) 因此，若取得一組電阻（R s，R e，R c)，則吾人可利用等式 1 〇 c計算出使螢幕呈線性化之進給電阻值。 吾人現在需要一程序以選出適當之Re、Rc、Rs值，大體 上螢幕電阻值Rs值由導電材料之選擇而固定，因此需選擇 適當之Re及Rc值，諸值之選定應使等式1之耦合比Vm/Vs呈 最大值’因為其可確定訊號有效轉移至外部電路。惟，等 式之謹慎分析顯示並非所有之（Rs，Re，Rc)組合皆可採 用，若選擇不正確之值時，則有些電壓（Vi—Vm)會出現負 值’由等式9b可知，最惡劣情況（最小值）電壓出現在螢幕 中間，取出此Vm in及代入i=n/2於等式9b即可得到：
第23頁 499593 五、發明說明（20) (11) Vmin=Vm(l+2Rc/Re-Rc/Rs~(Re/4Rm)(n-2)/(n-l))-(V m i η - V m )大於0之要求變為： (12a) Vm(l + 2Rc/Re) - Vm(Rc/Rs) - Vm(Re/4Rm)(n-2)/(n-l) > Vm 利用一些代數後變成·· (12b) 2Rc/Re>(Rc/Rs)+(Re/4Rm)(n-2)/(n-l) 導入二個非度量比值K及A: (13a) K=Re/2Rs (13b) A-Vs/Vm - 利用等式1 : ., (13c) A二l+2Rc/Re 利用等式12b、8c及10b可得： (14a) K<Kmax · · (14b) Kmax=(A- l)m-l + 0.5(n-2)/(n-1)) (14c) Vi/Vm = A- K(A-1) -2K(i-l)(n-i)/n(n-1) (14d) Ri=0. 5nRs(Vi/Vm-l) (14e ) Re = 2KRs (14f ) Rc二0· 5Re(A-1 ) 諸等式可應用如下，首先，依螢幕材料以選出Rs值，然後 選擇一試驗值用於Vm/Vs比率，接近1之值可增加耦合。計 # 算比率之倒數A，然後由等式14a計算出Km ax，選用一 K值 且其最好小於Km an達20%(若K選擇太接近Km ax，則在電阻 值中會有極大之分佈，且螢幕之性質會對製造公差十分敏 感），其次利用式14e及14f計算出所需之Re及Rc值。 所需之R e值可能太低而無法以習知材料在螢幕邊緣周側
第24頁 499593 五、發明說明（21) 之有限空間内製造，此因Re極長且窄，此時應試用較低之 (Vm/Vs)值，若發現適當值則可用等式10c計算出進給電* 阻。 一旦方形螢幕之問題解決後，即可將其轉變成圖1 1所示 寬度W及高度Η之長方形螢幕，令水平及垂直方向中之螢幕 電阻值為Rh及Vh (歐姆/平方），且在垂直方向測得之螢幕 電阻值為Rs_v，而在水平方向測得之螢幕電阻值為Rs„h， 吾人可得： (15a) Rs_v=Rv(H/W) ohms (15b) Rs_h=Rh(W/H) ohms 將先前計算得到之電阻值轉移過頂部，如下： (16a) Re_h=Re(Rs_v/Rs) ohms (16b) Rc_h=Rc(Rs_v/Rs) ohms (16c) Ri_h=Ri(Rs_v/Rs) ohms 將先前計算得到之電阻值轉移下側邊，如下： (16d ) Re_v = Re(Rs_h/Rs) ohms (16e ) Rc_v = Rc(Rs_h/Rs) ohms (16 f ) Ri_v = Ri(Rs_h/Rs) ohms 吾人省略一正式之證明，簡言之，此係因為在垂直方向流 入螢幕之電流係流過頂部電阻，而流於水平方向之電流則 流過側邊電阻。藉由改變上述各組電阻，吾人保留計算用 於方形螢幕之電壓。 有利的是，本發明之L C D包括集積於L C D頂基材上之訊號 層及防衛平面層，其中防衛平面層位於訊號層與頂基材之
第25頁 499593 五、發明說明（22) 共同電極之間，訊號層以一源訊號驅動而防衛平面層以一 訊號驅動而降低共同電極與訊號層之間之電容性耦合，其' 可根據因應於訊號層所施加之源訊號而測量，以判斷人體 部位（例如手指或腳趾）之接觸位置。再者，訊號層與防衛 平面層集積於LCD頂基材上則可對附著式觸碰輸入螢幕提 供一低成本之替代品。‘ 另者，一工具之尖端可由一源訊號驅動，且測量源訊號 在訊號層上之回應，工具尖端在頂基材上之接觸位置係根 據因應於源訊號之測量而決定。 本發明之訊號層及防衛平面層平面層係在前述中實施於 一主動之陣列LCD系統中，惟，本發明並不限於此且其可 實施於任意顯示系統中，而其中一陣_列之顯示元件係由一 基材之第一側上方視之，且顯示元件位於基材之第二側上 (即相對立側）。例如，本發明可實施於被動式陣列LCD系 統中’在此糸統中^ T F T裝置及貧料線自底基材省略’而 形成於頂基材上之共同電極則製圖以形成資料線（其功能 上相等於主動陣列顯示裝置之資料線3 1 )，子像素區之陣 列則藉由底基材之閘線與頂基材之圖型式資料線之間相交 而形成。在此一系統中，訊號層及防衛平面層可集積於被 動式陣列顯示器之頂基材中，且位於圖型式資料線與被動 式陣列顯示裝置之頂基材之間。 同樣，本發明可實施於一磁性陣列顯示系統中（其一範 例係見述於Knox等多人在1 9 9 6年8月9日提出之0 8/ 6 9 5, 8 5 7 號美國專利申請案中，其亦讓與本發明之讓受人且全文在
第26頁 499593 五、發明說明（23) 此可供參考），此一系統包括一具有複數磷元素（如磷條） 面向一電子源之頂玻璃基材，一磁性陣列係可控制地將€ 子源所生之電子導向，以利掃描頂基材之磷元素。此一系-統中，本發明之訊號層及防衛平面層可集積於磁性陣列顯 示裝置之頂基材中，且位於磷元素與磁性陣列顯示裝置之 頂基材之間。 本發明雖已利用特定實例闡釋，但是可以瞭解的是習於 此技者仍可在不脫離本發明精神或以下申請範圍情況下研 發出前示實例之變化型式。
第27頁 499593 案號 88112803 取鸟：Λ Ά I曰 修正 圖式簡單說明 1 4. ή 元件符號說明 1 20 液 晶 顯 示 裝 置 22 第 一 基材 23 色 彩 陣 列 層 23-1 黑 色 陣 列 材 料 23-2 Β色陣列材料 24 頂基板 25 光敏 性 透 明 外 覆 層 26 像素極 28 共 同 電 極 30 二 極 體 或 薄 膜 電 晶體 31 資 料 線 32 閘 線 36 液 晶 材 料 38 對 準 層 40 對 準 層 42 光 學 補 償 膜 44 光 學 補 償 膜 46 偏 光 膜 48 偏 光 膜 61 透 明 非 導 電 性 絕 緣 層 63 連續防衛平 面 層 65 非 導 電 性絕緣層 71 訊號層 73 透 明 非 導 電 性 絕 緣 層 η!」
O:\59\59571.ptc 第28頁 499593 案號 88112803 曰 修正 圖式簡單說明 树3 1 75 絕 緣 層 ； Λ 81 圖 型 層 83 長 條 區 85 蛇 形 區 87 透 明 非 導 電 性絕 緣 層 89 黑 色 陣 歹丨J (BM)層 91 圖 型 層 93 長 條 區 95 蛇 形 區 97 透 明 非 導 電 性絕 緣 層 99 防 衛 平 面 層 101 電 阻 條 111 電 容 器 120 貯 存 式 電 容 器 121 線 122 貯 存 式 電 容 器 201 電 阻 條 203 圖 型 式 導 電 層 205 電 阻 207 電 阻 A, B, C, D 四 角 隅 々At 即 點 第29頁 O:\59\59571.ptc

Claims (1)

  1. 499593 案號 88112803 修正 土_、申諸糞刺薇to 1. 一種液晶顯示裝置 根據 至 層與2. 層係 訊號 3. 材料 傳送 4. 吸收 5. 含： 線吸 其 其 基材； 訊號層，係 對施加於該 少一電阻， 該電路之間 如申請專利 由一導電材 層之導電材 如申 包含 請專利 一光線 如申請專利 材料包含鉻 如申請專利 集積 訊號 係集 ，其 範圍 料製 料製 範圍 吸收 範圍 與氧 範圍 圖型層，係集積 收材料，係具有 中該訊號層係由 中該電阻包含一 第一層及一由該顯示 6. 如申請專利 吸收材料包含鉻 7. 如申請專利 地配置於該基材上，其中觸碰位置係 層之訊號之回應而導出；及 積地配置於該基材上，耦合於該訊號 中該電阻係與該訊號層同時形成。 第1項之液晶顯示裝置，其中該訊號 成，及其中該電阻包含至少一層由該 成。 第2項之液晶顯示裝置，其中該導電 材料，係具有低反射率可阻制光線之 第3項之液晶顯示裝置，其中該光線 化鉻其中一者。 第1項之液晶顯示裝置，進一步包 於該基材上，其中該圖型層包含一光 低反射率且可阻制光線之傳送； 一概呈透明之導電材料製成；及 由該訊號層概呈透明導電材料製成之 元件光線吸收材料製成之第二層。 第5項之液晶顯示裝置，其中該光線 範圍 與氧化鉻其中一者。 範圍第6項之液晶顯示裝置，其中該概呈
    O:\59\59571.ptc 第30頁 499593 _案號88112803_f/年3月/曰 修正__ 六、申請專利範圍 透明之導電材料包含銦錫氧化物。 8. 如申請專利範圍第1項之液晶顯示裝置，其中該至少 一電阻係一電阻網路之一部份，而電阻網路用於使該訊號 層之電阻值在一垂直方向與水平方向中呈線性化。 9. 如申請專利範圍第8項之液晶顯示裝置，其中該電阻 網路包含複數電阻條，及耦合於該電阻條與該訊號層之間 之複數蛇形電阻。
    O:\59\59571.ptc 第31頁
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