TWI602008B - 具有觸控感測器之光電顯示器 - Google Patents

Description

具有觸控感測器之光電顯示器

本申請案關於以下專利案號：

美國專利案號6,473,072及6,738,050；

美國專利案號7,030,854、7,312,784及7,705,824；

美國專利案號6,392,786；

美國專利案號7,110,164；以及

美國專利案號6,473,072及6,738,050

本申請案關於設有觸控感測器及/或觸覺回饋之電光顯示器。本發明主要導向使用了固態電光介質之如此的光電光顯示器，其中此術語被界定於以下記載中。

關於電光顯示器之命名原則及現狀之技術背景被詳細討論於美國專利案號7,012,600中，而讀者為取得進一步之資訊而參照該案之內容。據此，簡要總結該命名原則及現狀於下。

本文中以造影技術中之習知意義使用適用於材料或顯示器之名詞「電光」(electro-optic)以指的是具有在至少一種光特性中為相異之第一及第二顯示狀態的一種材料，藉由對材料施加電場，材料會自其第一顯示狀態變更至其第二顯示狀態。儘管人類眼睛向來可察覺顏色之光特性，但可有另一種光特性，如光透射、反射率、冷光或在有意作為機器讀取用之顯示器的情況時，意為在可視範圍外電磁波長之反射率變化的假顏色(pseudo-color)。

本文中以技術中之習知意義使用名詞「雙穩態」(bistable)及「雙穩性」(bistability)以指的是包括具有在至少一種光特性中為相異之第一及第二顯示狀態之顯示元件的顯示器，且使得在已驅動任一指定元件後，藉由有限期間之定址脈衝以假定其第一或第二顯示狀態，於定址脈衝已終止後，該狀態會持續達至少數個時期，例如至少四個時期，此為變更顯示元件狀態所需之定址脈衝的最少期間。

儘管材料可有，且常具有內部充填液體或氣體之空間，某些電光材料係為固態，意為材料具有固態外部表面。為方便起見，使用固態電光材料之此種顯示器此後可稱為「固態光電顯示器」。因此，名詞「固態光電顯示器」包含旋轉雙色構件顯示器、囊裝(encapsulated)電泳顯示器、微胞元(microcells)電泳顯示器及囊裝液晶顯示器。

已知有數種型式之光電顯示器，例如：

(a)旋轉雙色構件顯示器(例如，見美國專利案號5,808,783、5,777,782、5,760,761、6,054,071、6,055,091、6,097,531、6,128,124、6,137,467及6,147,791)；

(b)電泳顯示器(例如，見歐雷根(O’Regan,B.)等人之自然，1991，353，737；伍德(Wood,D.)之資訊顯示器，18(3)，(2002年三月)24日；巴哈(Bach,U..)等人之高等材料，2002，14(11)，845；及美國專利案號6,301,038、6,870,657與6,950,220)；

(c)電濕潤顯示器(見黑斯(Hayes,R.A.)等人之「以電濕潤為基礎之視訊速度電子紙」，自然，425,383-385(2003年9月25日)及美國專利公告案號2005/0151709)；

(d)以粒子為基礎之電泳顯示器，其中複數個帶電粒子在電場作用下透過流體移動(美國專利案號5,930,026、5,961,804、6,017,584、6,067,185、6,118,426、6,120,588、6,120,839、6,124,851、6,130,773及6,130,774；美國專利申請公告案號2002/0060321、2002/0090980、2003/0011560、2003/0102858、2003/0151702、2003/0222315、2004/0014265、2004/0075634、2004/0094422、2004/0105036、2005/0062714及2005/0270261；以及國際申請公告案號WO00/38000、WO00/36560、WO00/67110；以及WO01/07961；以及歐洲專利案號1,099,207 B1；以及1,145,072 B1；以及其它MIT與E Ink專利及上述美國專利案號7,012,600中所討論之申請案)。

有數種相異之電泳介質變種。電泳介質可使用液體或氣體，對於氣體，例如見北村(Kitamura)等人之「電子紙狀顯示器之電色劑移動」，IDW日本，2001，紙HCS1-1，與山口(Yamaguchi)等人之「使用帶摩擦電荷之絕緣粒子的色劑顯示器」，IDW日本，2001，紙AMD4-4；美國專利公告案號2005/0001810；歐洲專利申請案1,462,847、1,482,354、1,484,635、1,500,971、1,501,194、1,536,271、1,542,067、1,577,702、1,577,703及1,598,694；以及國際申請案WO2004/090626、WO2004/079442及WO2004/001498。可將該等介質封裝成膠囊，包含許多小膠囊(capsules)，其各個包括內相(phase)，該內相包含懸浮在液體懸浮介質中之電泳遷移粒子及圍繞內相之膠囊壁。向來，膠囊本身係裝在聚合黏合劑中以形成安置在兩個電極之間的黏合層，見上述MIT與E Ink專利及申請案。以另替方式，可以連續相取代將離散之微膠囊圍繞在囊裝電泳介質中之壁，因此，生產所謂的聚合物散佈式之電泳顯示器，其中電泳介質包括電泳流體之複數個離散液滴及聚合料之連續相，例如見美國專利案號6,866,760。為本申請案之目的，將此種聚合物散佈式之電泳介質視為囊裝電泳介質之子類種。另一變種為所謂的「微胞元電泳顯示器」，其中帶電粒子及流體係留置在形成於載體介質內之複數個空腔中，該載體介質向來為聚合物膜，例如見美國專利案號6,672,921及6,788,449。

因囊裝電泳顯示器向來不會受害於習知電泳裝置之聚類clustering及沉澱故障模式，且提供進一步之優勢，如將顯示器印刷或塗布在多樣撓性及剛性基板上。(「印刷」(“printing”)該字之使用意在包含所有形式之印刷及塗布，其包含但不限於：預計量式塗布(pre-metered coatings)，如方框式模具塗布(patch die coating)、狹縫式或擠壓塗布(slot or extrusion coating)、斜板式(slide)或淋瀑式(cascade)塗布、淋幕式(curtain)塗布；滾輪塗布，如輪上刮刀塗布、順及逆滾輪塗布；凹版(gravure)塗布；浸漬塗布；噴塗式塗布；彎月形(meniscus)塗布；旋轉式塗布；刷塗式塗布；氣刀(air knife)塗布；絲綢網版印刷(silk screen printing)製程；靜電印刷製程；熱印刷製程；噴墨印刷製程；電泳沉積(見美國專利案號7,339,715)；以及其它類似技術。)因此，所形成之顯示器可為撓性。再者，由於(使用各種方法)可印刷顯示介質，可使顯示器本身不昂貴。

儘管電泳介質常為不透光(例如，因在許多電泳介質中，粒子實質阻擋可見光透過顯示器之透射)且以反射模式運作，眾多電泳顯示器可以所謂的「光閘模式」運作，其中一個顯示狀態大致為不透光且一個為光透射性的。例如，見上述美國專利案號6,130,774與6,172,798；以及美國專利案號5,872,552、6,144,361、6,271,823、6,225,971及6,184,856。類似於電泳顯示器卻依賴電場強度變化之雙電泳顯示器可以類似模式運作；見美國專利案號4,418,346。

其它型式之電光介質在本發明中亦為有用。

美國專利案號6,982,178說明充分配合量產之固態電光顯示器(包含囊裝電泳顯示器)的裝配方法。基本上，此專利說明所謂的「前面板積層」(“front plane laminate”(“FPL”))，其依序包括光透射導電層、與導電層作電接觸之固態電光介質層、黏著層及釋放片(release sheet)。向來，光透射導電層係承載在光透射基板上，其較佳是撓性，意為可圍繞(比方說)直徑10英吋(254 mm)之圓鼓手動地包覆基板而不致永久變形。本專利中使用「光透射」名詞且在本文中意為由此指定之層傳送充分之光線使觀察者能看穿透該層以觀察到電光介質之顯示狀態的變化，其通常係透過導電層及相鄰的基板(若存在的話)觀測；在電光介質顯示不可視波長之反射率變化的情況中，當然「光透射」名詞應被解讀成指的是相關不可視波長之透射。向來基板係聚合膜，且通常厚度範圍約1至約25 mil(25至634μm)，較佳是約2至約10 mil(51至254μm)。導電層便利地係薄金屬或例如為鋁或ITO之金屬氧化層，或可為導電聚合物。商業上可得的有以鋁或ITO塗布之聚對苯二甲酸乙二酯(PET)膜，例如來自E.I. du Pont de Nemours & Company,Wilmington DE之「鋁化Mylar」(“Mylar”係一註冊商標)，且此種商用材料可具有良好結果地使用在前面板積層中。

使用此種前面板積層之光電顯示器的裝配可藉由自前面板積層移除釋放片且使黏著層在有效條件下與底板接觸，以使黏著層黏著在底板來完成，藉以將黏著層、電光介質層及導電層黏著在底板。因前面板積層可量產，向來使用滾輪對滾輪塗布技術，且接著切成特定底板使用所需之任一尺寸的片段，故此製程係充分配合量產。

已知(見上述專利及申請案)提供具觸控銀幕之光電顯示器。許多顯示應用受益於觸控感測度。在許多情況中，可使用有限數量之固定區域中的觸控敏感度作為使用者介面要素。以另替方式，如繪圖、劃線或複雜及可變換之使用者介面受益於全觸控銀幕。觸控感測能力亦提供生產電子紙狀顯示器之可能性，該電子紙狀顯示器不只模仿習知紙張之可讀性以及可寫性。以頻繁時距檢測手指或觸筆在顯示銀幕上之能力使顯示器能使用位置資訊以完成選單項目之選取或擷取筆跡作為「數位簽印」。

儘管觸控感測嚴格說來並非顯示器功能，觸控感測器向來被視為顯示器之一部分，因必須將它與顯示器共同設置(在顯示器表面之上方或下方)。不幸地，大半之觸控銀幕技術不適用於使用電泳顯示器之可攜式產品。不昂貴、精巧且電力需求夠低以滿足此種顯示器之觸控銀幕類型中，許多需要在顯示器介質頂端堆疊多層及/或介面。因電泳顯示器為反射式，受每一附加層及介於電光層與使用者之間的介面而降低光效能。許多類型之觸控銀幕亦附加過多厚度在顯示器之堆疊，且需多重附加處理步驟以形成完整之顯示面板。

感應式之觸控銀幕可被安置在底板層後(亦即，對使用者與電光介質而言為底板之反側上)，且因此不影響光效能。此種感應式之觸控銀幕亦附加最小厚度，但其昂貴且需使用特殊之觸筆。

表面電容式之觸控銀幕為使用於光電顯示器之有前景途徑。此型式之觸控銀幕向來係層積或設置在成品之顯示器之前方上面。如隨圖之第1A圖中所示，此種觸控銀幕之典型形式具有基板1，向來由厚度範圍在約50至約250μm之聚對苯二甲酸乙二酯(PET)所形成。光透射、導電層2係形成在基板1之表面上。層2可由氧化銦錫(ITO)或例如為PEDOT、奈米碳管或其它無機導體之任何其它光透射導電體所形成。若層2之阻抗不太低，則實際上觸控銀幕作用較佳，較佳之範圍約為1至5 Kohm/square，ITO或各種聚合導體可達成的範圍。低片阻抗材料3(向來為銀幕印刷式之銀墨)形成且圖案化成與導電層2接觸。如以下所討論，材料3之各種部件使用為數種功能。

如第1B圖中所例示，材料3包含與層2之轉角作良好電接觸且透過連接器點6與觸控銀幕控制器(未示出)作電接觸的轉角電極4。轉角電極4為控制器用以引入測量信號及感測容抗變化以便檢測銀幕上觸摸之主要點。材料3亦提供線性化圖案5，其在片導體之邊緣選擇性地駛區段短路且造成電場分佈較其以其它方式更線性地散佈遍及在銀幕。沒有圖案5，電場會易受嚴重之枕形失真(pincushion distortion)且將難以執行有用之觸控感測器。如已提及者，使用連接器點6自觸控銀幕形成連接至控制器；經常上，以小撓性電路尾部ACF或接合至連接器點6支導電黏著劑形式提供此等連接。最，材料3形成近處感測電極7，當使用者接近銀幕時，在小表面容抗銀幕中需要該感測電極來檢測。如第1B圖中所例示，近處感測電極7可為環繞銀幕之環電極，或可形成層積在銀幕周邊部之分離層(例如，形式為裸晶切環之鋁化聚合膜)，以降低在顯示器邊緣處之觸控感測器特性的足佔區(footprint)。

在一觀點中，本發明提供數種方法，用於將電容式觸控感測器整合成前面板積層以生產現成供裝配成顯示器之單一膜。因電光介質之雙穩態本質潛在地允許驅動顯示器與感測使用者輸入之間的顯示器中各種電極結構之多工處理，電泳及其它雙穩態電光介質比可能在液晶顯示器中者允許較嚴格的觸控銀幕整合。這在液晶顯示器中並不可能，因需連續驅動此種顯示器，不存在任何機會於使用供觸控感測之任何感測器結構。

本發明之另一觀點提供設有近處感測裝置之顯示器，其在使用者接近顯示器，或更明確地說，接近其銀幕近處時作檢測。

本發明之第三觀點關於將電阻式之觸控感測器併入光電顯示器中。

本發明之第四觀點關於光電顯示器中顯示器與主要輸入裝置之整合。

更明確地說，在一觀點中，本發明提供一種光電顯示器，依序包括：光透射導電層，其周邊部帶有導電係數高於導電層之複數個導電構件；態電光材料層；以及帶有複數個像素電極之底板，光電顯示器更包括用以控制前述複數個導電構件之電位的手段，使得複數個導電構件及光透射導電層能做為觸控銀幕。

在另一觀點中，本發明提供一種製品(前面板積層)，依序包括：光透射導電層，其周邊部帶有導電係數高於導電層之複數個導電構件；固態電光材料層；層積黏著層；以及放片。

在另一觀點中，本發明提供一種光電顯示器，依序包括：光透射導電層，其周邊部帶有導電係數高於導電層之複數個導電構件；光透射電絕緣層；光透射導電層；固態電光材料層；以及帶有複數個像素電極之底板，光電顯示器更包括用以控制複數個導電構件電位之手段，使得複數個導電構件及光透射導電層能做為觸控銀幕。

在另一觀點中，本發明提供一種製品(前面板積層)，依序包括：光透射導電層，其周邊部帶有導電係數高於導電層之複數個導電構件；光透射電絕緣層；光透射導電層；固態電光材料層；以及層積黏著層；以及釋放片。

在另一觀點中，本發明提供一種光電顯示器，依序包括：光透射導電層；固態電光材料層；帶有複數個像素電極之底板；以及第一及第二導電層，與另一者隔開但可朝向彼此變形，第一及第二導電層形成觸控銀幕。

在另一觀點中，本發明提供一種光電顯示器，依序包括：光透射導電層；固態電光材料層；以及帶有複數個像素電極之底板，底板之周邊部向外延伸超出固態電光材料層，底板之周邊部帶有複數個輻射產生手段及複數個輻射檢測手段，將複數個輻射產生手段及複數個輻射檢測手段一起配置做為觸控銀幕。

如以上所示，在一觀點中，本發明提供數種方法，用於將電容式觸控感測器整合成前面板積層以生產現成供裝配成顯示器之單一膜。

如第2圖中所例示，要完成此種整合之最直接方法為使單導電層21使用為觸控銀幕之導電層及顯示器之頂電極兩者。在第2圖之結構中，使用為觸控銀幕之基板及顯示器之前基板兩者的前基板22面對觀視者24。低片阻抗材料23(與第1A及1B圖中之材料3類似)置於鄰接在底板27上設有像素電極26之電光層(如微囊裝電泳層25之例示)(儘管未表示在第2圖中，在電光層25與像素電極26之間通常有一積層黏著層；在電光層25與導電層21之間亦可有第二積層黏著層。)底板可為直接驅動式或主動矩陣式，且可為剛性或撓性。如在28所例示，藉由使用導電黏著劑之邊緣連接，完成對導電層21及材料23之連接，儘管應注意到不用連接至習知技術中通常所需之前電極的單連接，第2圖中所例示之裝置需要五個獨立連接，如上述參照第1A及1B圖，一個連接至前電極且四個連接至觸控感測器。

如上述美國專利編號6,982,178中之說明，藉由僅較小修飾製程以建構使用前面板積層之電泳顯示器，可生產第2圖中所例示之顯示器。如前述，習知技術之FPL製程包含將(商用上可得之)ITO/PET膜以電泳介質塗布在其ITO表面上。分別地，積層黏著劑係塗布在釋放片上面，且所形成之子組件係積層在電泳介質，其積層黏著劑係與電泳介質接觸以形成成品之FPL。釋放片之移除及留存層之積層至帶有像素電極的底板完成顯示器。為了生產第2圖中所例示之顯示器，可使用貼近類似之製程，除了在上面塗布電泳介質前，將低片阻抗材料23印刷在ITO/PET膜之ITO表面上。本發明延伸至此種經修飾之前面板積層。

以另替方式，使用如美國專利申請公告案號2007/0109219中所說明之反向前面板積層及/或美國專利案號7,561,324中所說明之雙釋放膜可生產第2圖中所示之顯示器。適當倍數之雙釋放膜基本上包括夾在兩層積層黏著層之間的電光層，遠離電光層之積層黏著層表面的至少一者，且較佳是兩者，係由釋放片所覆蓋。使用此種雙釋放膜以生產如第2圖中所示之顯示器，首先修飾ITO/PET(或類似)膜以提供在其上面之低片阻抗材料23。接著，兩釋放片中之一者自雙釋放膜剝離，且使這般曝光之積層黏著層表面層積(向來在熱及壓力下)在低片阻抗材料23及導電層21，因此形成反向前面板積層。接著將留存之釋放片自這麼生產之子組件剝離，且使這般曝光之積層黏著層表面層積(向來在熱及壓力下)在底板27上之像素電極26以生產最終之顯示器。此第二積層亦可形成連接28。儘管剛說明之次序通常為對大型生產最方便者，若合意的話，可顛倒兩層積之次序。

依此方式雙釋放膜的使用降低將電泳介質塗布在異質表面上之困難及/或不便，因將黏著層層積在異質表面上向來比將電泳介質塗布在上面容易，其中藉由將低片阻抗材料23印刷在ITO/PET膜之ITO表面上形成異質表面。而且，雙釋放膜/反向前面板積層製程提供完成前電極21與底板27之間電連接的另替方式。若在主動顯示區全緣四週可形成夠低電阻係數之導電通道，在作為部分像素電極層10之底板中可另替地形成觸控感測器。

第3圖例示本發明之觸控銀幕顯示器，其接近像似第2圖之顯示器，但包含濾色器陣列29。此濾色器陣列係形成在前基板21上且接著以明亮之導電層22覆蓋。如第2圖中所示之顯示器中，在顯示器製程中僅需之附加步驟為將低片阻抗材料23印刷在導電層22上。將領會到的是可使用正類似於參照第2圖已說明之雙釋放膜/反向前面板積層製程來生產第3圖中所示之顯示器。

第3圖亦例示建立對低片阻抗材料23及對導電層22電連接之另替方法。不用第2圖中所示之邊緣連接，第3圖顯示器使用接合或黏著至觸控銀幕之連接墊6(見第1B圖)的撓性電路尾部30。與底板無關(儘管其可以另替方式終結在底板本身上，且因此連接至控制器)，撓性電路尾部30連接至觸控銀幕控制器。電路尾部30因此消除顯示器之前電極與底板之間分別連接之需要，因此潛在地簡化顯示器之結構。

第2及3圖中所示之顯示器以極微之附加成本對顯示器增添觸控銀幕功能性且對光效能或厚度無影響。然而，顯示器之主動區與實體邊緣之間之週邊區域的大小增加。在兩者顯示器中，感測及顯示驅動相(phase)隨時間而異。在顯示驅動期間，一般驅動器電路會具優先性且可能透過觸控銀幕組件會連接至前電極。在完成顯示驅動時，可使一般驅動器電路失能或斷接且觸控銀幕控制器連接至顯示器。在電路之各兩部份未作用時，要隔離他們將需使用類比或電晶體開關之某些預防措施。

在如第2及3圖中所例示之顯示器中，同一前電極使用為驅動及感測電極，一潛在問題為於運作之觸控感測相期間由感測信號在頂電極上之電光層的擾動。角落之感測信號位準範圍向來為2-3V，藉由部分驅動或藉由影像穩定性之更微細降級，其足以在電泳電光層中造成問題。有數種方法使此問題降至最小或消除。

感測信號頻率向來為10KHz之大小範圍，且可因此夠高而未影響到許多電光介質。可亦有利的是感測信號居中在約0V，使其為DC平衡。此可藉由變更觸控感測器控制器之輸出級、解參考控制器之接地或藉由AC耦合通過控制器與面板電極之間之相當大電容器的信號來完成。

另一方法為在感測相期間允許像素電極浮動(亦即，未施加任何驅動電壓)。在主動矩陣顯示器中，這可於感測相期間藉由使閘極驅動器之一軌條保持導通來完成，因此，保持電晶體不導通且允許像素個別浮動，且限制電光層所受到之電場。以另替之方式，可驅動陣列之源極線(或直接驅動情況之顯示器的驅動線)，使具閘極驅動器之感測波長全導通，但此方法之執行呈現實際困難。

若顯示驅動與觸控感測之間的電干擾所呈現之困難被視為太大，或若同時或重疊顯示驅動及觸控感測為必要以允許快速回應，例如在繪圖操作中或快速更新顯示之快速文字輸入打字期間，可使用成為光電顯示器之其它形式的觸控感測器整合。

第4圖例示一種形式之此種整合，其中將觸控銀幕組件設置在離電光層之前基板的相對側上，因此，將觸控銀幕之片導體22與顯示器之前電極分開。這允許觸控銀幕之片導體能使用比合意作為顯示器之前電極較高片阻抗的材料，使得觸控銀幕之片導體可由如極薄ITO或導電聚合物之不昂貴、高度光透射材料形成。如以上討論，未明顯減低膜之光透射，於電光介質塗布前，在某些情況中，可以製備前面板積層所用之滾輪形式不昂貴地將此種導電聚合物塗覆在ITO/PET膜之塗有非ITO的表面上。在將以此方式製備之前面板積層已切成顯示器特殊尺寸所需之片段後，可塗覆觸控銀幕所需之層23。

第4圖例示經由撓性電路尾部30與觸控銀幕的連接，其連接至觸控銀幕與前電極兩者，因此消除個別自前電極連接至底板之需要。以另替之方式，可使用具有導孔(vias)之多層網線印刷技術以提供觸控銀幕與底板之間的連接。

第4圖亦例示使用光亮黏著劑(未示出)向來層積在前基板頂部上之保護片31，保護片31係設計成賦予顯示器供其意圖使用所需之機械耐久性，且能結合紫外線障壁並擴散反射硬塗膜，在顯示器上提供具吸引力及耐久性之前表面。在第4圖之顯示器中，保護片亦作為囊裝及保護觸控銀幕層。

使用正類似於有關第2圖之顯示器之前述者之經修飾前面板積層或經修飾雙釋放膜/反向FPL製程可生產第4圖中所示之顯示器。為了生產第2圖之顯示器，可修飾用以生產前面板積層之基板或層積有雙釋放膜之基板以提供前導電層22及低片阻抗材料23於其上。保護片31亦可於此時附接至基板，但向來更便利的是於製程中之稍後階段再予附接。

第4圖中所示結構之另替結構使用在前基板21之一側邊上具有中介介電質層之多層導電塗層；在此多層導電塗層中，可使用較接近顯示器觀視表面之導電層作為部分之觸控銀幕，而較接近電光介質之導電層作為顯示器之前電極。即使介於此等兩導電層之間的薄介電質層會阻擋值流傳送，且至少彼此隔離顯示驅動與觸控感測電器信號到某種程度。

最後，第5圖例示第4圖之顯示器之修飾，其中觸控銀幕之層23配置在保護片31之內表面上。在此種顯示器中，前電極經由邊緣連接器28，向來有利地連接至底板，同時，觸控銀幕之連接通過撓性尾部30。注意到藉由僅修飾顯示器中所使用之保護片可生產第5圖之顯示器，且因此可提供相當從容之路徑以便在合意時改造具有觸控感測器之光電顯示器的既有設計。

如已提及者，本發明之第二觀點關於設有近處感測裝置之顯示器，其在使用者接近顯示器，或更明確地說，接近其銀幕近處時作檢測。在小至中型顯示器使用表面電容式觸控感測器時，在使用者接近顯示器銀幕時，向來需要近處感測器作判定且提供共通模式信號以協助自四個角落之感測器作信號之過濾，如參考第1B圖所上述，四個角落之感測器形成部分之觸控銀幕。而且，若電池驅動之顯示器使用雙穩態之電光介質，為了延長電池壽命，令人合意的是在使用者與顯示器未互動且未重寫顯示器時關閉顯示器大半部件之電力。因此，檢測接近中使用者之方法為有一種有用之輸入。

如在第1A及1B圖中所示顯示器之討論中的以上表示，近處感測電極為大半表面電容式觸控銀幕之標準特性。本發明之此第二觀點關於用以提供近處感測作為部分光電顯示器底板或利用底板特性以提供此產能的方法，以及在使用雙穩態電光介質之可攜式顯示器系統中用於使用近處感測的方法。使用底板特性提供結合設於顯示器之前面板上之觸控銀幕的近處感測可導致觸控銀幕之較小邊界尺寸，及潛在之較低建構成本。(本文中以其在該技術中之習知意義使用顯示器的「前面板」(“front plane”)名詞，以指的是電光層及電光層與觀視表面之間的所有顯示層。)

許多光電顯示器包括邊界或周邊電極，設置在顯示器之主動區附近的直接驅動電極且寬度通常為1至3mm。此邊界電極使用為確定顯示器之全邊緣係在同一光狀態的單一像素。沒有此種邊界像素，延伸橫跨顯示器周邊部之位址線可以電容式切換其上方之電光材料，產生轉移視覺作用。邊界電極亦相對於外殼之表框(bezel)提供設置顯示器銀幕之某些容許誤差。

在使用雙穩態電光介質之顯示器中，藉由分時多工處理可雙雙使用邊界電極以提出電光介質之上覆周邊部且作為近處感測裝置。可使用開關、類比或場效電晶體以對此兩種功能相互隔離電路，或可能設計相關電路，使其不會相互干擾。

以另替之方式，使用於近處感測器之專用電極可設於底板上。儘管此種專用電極可會增加，但因在商用底板上已有多重圖案化之導體層，故包含此種專用電極之底板周邊處的光非作用區不會昂貴。

前述提議假定觸控銀幕係建構在顯示器之前面板上。若僅合意近處感測且非觸控銀幕性能，顯示器之前電極可為在驅動顯示器與感測近處之間作分時多工處理。第1B圖及以上相關說明敘述提供近處感測及觸控銀幕性能兩者之此方法。但若僅合意近處檢測，在顯示器中不需超出彼等固有存在者之附加實體特性；另言之，顯示器控制器上之附加電路可提供未驅動電光介質時具有近處感測性能之光電顯示器。

除了在非雙穩態顯示器中所使用之此種感測外，在雙穩態顯示器中已使用近處感測。令人合意的是在顯示器上之影像為靜態且無其它裝置動作時，電池驅動之可攜式雙穩態顯示器裝置對大半內部系統關掉電力(亦即，進入深睡眠模式)。然而，常有與自深睡眠模式醒機相關之明顯潛伏時間，特別是在需要開啟顯示器控制器及偏置充電時。使用任何以上技術，裝置使用近處感測以檢測使用者接近且啟始預期使用者將很快希望與裝置互動之醒機程序。在使用者接近時，另一種用法可能在恢復長時在銀幕上之影像，且因此有點褪色。

此種感測器亦可能形成單位元輸入裝置，作為裝置之使用者介面；例如，提示可能說「輕敲銀幕以接受」，或在電子書閱讀器中，輕敲銀幕可能前進頁面。許多顯示裝置之設計提供對共通前電極之兩種個別連接，且適當之控制電路可使用兩種個別連接作為基本的差分近處感測器。可能使用此種感測器，使得，例如，輕敲在銀幕之一邊可前進一頁且輕敲在另一邊則後退一頁。

如已提及者，本發明之第三觀點關於將電阻式之觸控感測器併入光電顯示器中。在習知之電阻式的觸控感測器中，由空氣間隙分離兩層連續導電膜；導電膜之間的間隔係由設置於其間之機械隔片所維持。將一層膜(向來稱為「底層膜」)設置在剛性支架上，而另一(「頂層」)膜則設置在可變形之基板上。藉由電極，沿其邊緣將電壓施加在底層膜，橫跨膜產生電壓梯度。當藉施壓使頂層膜實際上變形時，其形成與底層膜接觸，在兩層膜之間產生電路。藉由設置在頂層膜邊緣之電極檢測頂層膜上之電壓，可判定x及y維中之接觸位置。特別對於較大之面板，電極之更詳盡配置可增進感測之準確度。在某些情況中，設置可能測量觸摸力至其影響層之間之接觸面積大小的程度。

電阻式之觸控銀幕較其它競爭技術具有數個關鍵優勢，包含低成本、札實及對任何種類之機械性觸摸的感測度(某些其它觸控感測器僅對於特殊之觸筆或人手指作回應)。然而，一項主要缺點為顯示器亮度及反差之耗損，因在反射式顯示器中，電阻式觸控感測器之存在需要自電光介質反射之光線兩次通過兩層附加膜。其它缺點為由電阻式之觸控系統所附加之厚度及重量，其中剛性支架必須夠剛硬，在對前膜施壓時不會偏斜。這在液晶顯示器中尤其重要，因其光特性顯著受壓力影響。

在光電顯示器中已發現先前技術之電阻式觸控感測器的剛性支架可以薄且可能撓性之聚合膜替代，觸控感測器運作所需之剛性係由此薄聚合膜下面的剛性顯示器底板所提供。

在隨圖之第6圖中的示意橫截面中，例示具有此種型式之電阻式觸控感測器之本發明的光電顯示器。此顯示器包括(依序自底板至觀視表面)剛性基板40、薄膜電晶體之主動矩陣式底板42、固態電光介質(例示為囊裝電泳介質)之層44、前電極46、透明基板48、透明導電層50，其作為電阻式觸控感測器之底層膜、由隔片54所界定之空氣間隙52、透明導電層56，其作為電阻式觸控感測器之頂層膜、以及光透明撓性基板或保護層58，其用以防止對電阻式觸控感測器與電光介質兩者之機械性損害。

在隨圖之第7圖中例示具有電阻式觸控感測器之另外光電顯示器。第7圖之光電顯示器可被視為第6圖中所示之修飾，第6圖中所示之單透明基板48係為藉由薄、光亮黏著層60彼此黏著之兩此種基板48A及48B所替代。自第7圖可見各基板48A及48B僅帶有單一透明導電層，因此避免在單一片之兩側邊上提供透明導電層之需要。

使用上述參照美國專利案號6,982,178之前面板積層的修飾形式可隨即生產第6及7圖中所示之顯示器，其中修飾前面板積層之前基板用以在離釋放片之前基板的相對側上包含第二光透射導電層。為了生產第7圖之光電顯示器，可藉由將各設有一光透射導電層之兩分離基板黏著性地牢固在一起以生產經修飾之前基板。藉由網版印刷或其它製程可以光學方式將第二光透射導電層圖案化，以提供其作為電阻式觸控感測器之底層膜之最終角色所需的特性。此導電層亦可設有將在成品顯示器中形成隔片54之一群列機械隔片。

亦可修飾第6及7圖中所示之顯示器以使用有點撓性之底板，可彎曲成具有大曲度半徑者，但仍對機械變形提供足夠阻抗以允許電阻式觸控感測器之適當運作。例如，如美國專利案號6,825,068及公告案號2004/0180476中所述，此種底板可以薄金屬箔為基準。

具有由本發明之此觀點所提供之電阻式觸控感測器的顯示器擁有成本優勢，因其移除要將習知之電阻式觸控感測器併入光電顯示器中所需之一個或以上的組件及製造步驟，且亦擁有增進之光效能，因一個或以上之習知電阻式觸控感測器層的去除增進顯示器之光透明度且降低其霧狀，因此增進顯示器之暗色狀態。最後，本發明之顯示器藉由移除習知厚重底層基板之需要，提供減低之顯示器厚度及重量。

如已提及者，本發明之第四觀點關於光電顯示器中顯示器與主要輸入裝置之整合。長期以來已體認到藉由其尺寸、重量及永久性印記，傳統使用在桌上型及膝上型電腦中之專用、永久性印記鍵盤的型式不利於使用在小型之可攜式電子裝置。因此，現在有將以按鍵為基準之輸入功能整合在顯示器中的許多電子裝置。例如，頻果(Apple)公司之iPhone(註冊商標)去除傳統之小鍵盤而偏愛配有電阻式觸控銀幕之液晶顯示器。藉由接觸經一部份影像所描繪、且經軟體所解譯之一銀幕區域來輸入電話號碼、文字訊息及其它資料。

此種「軟性」或「虛擬」鍵盤常較傳統之小鍵盤有明確優勢，其中藉由軟體可輕易變更虛擬按鍵上之印記及/或其位置，取決於如本地語言(相異字體集)、使用者視覺(大字體文字)或使用之應用程式(例如，文字輸入之字體、撥號之數字及特定程式用之特殊繪畫文字及(sets of glyphs)，例如在音訊或視訊程式模倣習知上使用於專用音訊或視訊設備的繪畫文字)的因素，此允許裝置轉換各種按鍵之功能。此外，因在習知之行動電話及類似之可攜式電子裝置中，顯示器及小鍵盤各約佔裝置之可用表面區域的一半，專用小鍵盤之去除而偏愛虛擬鍵盤使人能粗略加倍顯示尺寸，不需增加裝置之整體尺寸。

然而，許多使用者抱怨虛擬鍵盤缺乏觸覺回饋。當做另一項工作時，如開車，若使用者試著撥電話號碼，除視覺外，顯示器之平整表面不提供有關按鍵位置，或任何觸覺或聲響回饋之任何跡象以表示何時已壓按按鍵。這使其更難於在無特色之觸控銀幕上快速且準確地撥電話號碼，且在其他型式之輸入次序上遭受到類似之困難。無觸覺回饋幾乎不可能觸摸虛擬鍵盤上之型式。

美國專利申請公告案號US2003/0058223說明設置在一群列薄膜開關「小花」(“popples”)上之可變形顯示器。透過顯示器傳送顯示器表面上之機械壓力以啟動下面的開關，當開關變形時(「喀嚓聲」”click”)，其展現非線性之力剖面。然而，特定實施例僅說明配有區段式顯示之小鍵盤，藉由電極之直接驅動，區段式顯示能顯示有限之按鍵標籤集。

本發明提供一種光電顯示器，其包括覆蓋在一群列開關(按鍵)上面之主動矩陣式顯示器，藉由顯示器於壓力下之實際變形來運作開關。主動矩陣式顯示器不只顯示按鍵之印記，而且顯示需由執行中之應用程式所顯示之所有其它資料，且因此，使用為光電顯示器之主銀幕。

隨圖中之第8圖為此種銀幕之一實施例的展開圖。如圖中所見，顯示器包括設有一群列之壓力感測式開關82的背基板80。覆蓋在背基板上面的是具有與開關82對齊之架高區86的撓性薄膜84。接著，選用之顯示器層包括一群列之方形按鍵88，其協助確認將顯示器之任何區域上之壓力傳送至最接近之開關86。覆蓋在按鍵88上面的是撓性TFT陣列90、前面板92(包括黏著層、電光層及前電極層，其無一個別顯示在第8圖中)及(選用之)保護片94。

第9圖表示第8圖中所示之顯示器在其執行行動電話程式時的外觀。圍繞顯示器側緣及頂緣延伸之U形區域表示數字0-9。顯示器之中心部位表示已記憶之電話號碼清單。顯示器之下部位表示自清單撥經彰顯之電話號碼及行動電話共通之其它功能的圖示。

向來，顯示器本身會包括直線之像素陣列，其藉由個別知薄膜電晶體(TFT)連接至資料匯流排線，係由閘極匯流排線所控制。TFT陣列應被建構在於壓力下可變形的材料上以啟動下面的按鍵，例如，PET、聚醯亞胺、PEN或如不銹鋼箔之薄金屬基板。

先前技術TFT陣列向來為方形或矩形，因為此陣列型式具有允許儘可能以較少匯流排線以定址顯示區之優勢。然而，可令人合意地為設計之因以創造包含麥克風或喇叭切口、圓形邊緣或其它非矩形設計的顯示器。因此，本發明延伸至其中像素陣列為非矩形及/或包含內孔的顯示器。第10圖例示非矩形顯示器，其中當顯示器之寬度往上遞減時(如所例示)，資料線100依序下降，而閘極匯流排線102之長度則依序遞減以吻合遞減寬度。第11及12圖表示具有穿孔110之兩個顯示器之實例。在第11圖中，源極線112係圍繞孔110以啟動同一行(column)之非相鄰部，且對閘極線為孔110所分開之顯示器的左及右側提供個別之閘極線。類似地，在第12圖中，圍繞孔110繞送閘極線114以啟動同一列之非相鄰部，且對源極線為孔所分開之孔110上方及下方區域提供個別之源極線。

在本發明之某些顯示器中，使用者介面可僅需一或兩個大略輸入(例如，是/否)。在此種情況中，其可方便的是在提供裝置之運作模式，其中預先界定區域中之任一按鍵的啟動產生同一結果。而且，顯示器上之影像可概述被映射至同一結果之按鍵集的實際邊界。第13圖中例示此種型式之顯示器，其中大「是」及「否」按鈕130及132分別各擴展超過下面像素134中之四個。

因本發明消除與顯示器分離之小鍵盤的需要，故顯示器可涵蓋裝置表面之過半部。在長、薄且非絞鏈式之所謂「糖果棒」(“candy bar”)行動話機的情況中，顯示器可涵蓋話機之整個主要表面。在貝殼式話機之情況中，其沿話機之短軸摺疊一半，顯示器/鍵盤可分成兩單元，各涵蓋半面。以另替方式，顯示器本身可由撓性材料製成且納入允許其沿與話機絞鏈一致之一條直線摺半的折彎窗，因此，當打開話機時，使單一大顯示器之外觀涵蓋話機面。

以上第6及7圖中所示之觸控銀幕顯示器使用空氣間隙之前觸控銀幕(亦即，仰賴兩導電層之間之空氣間隙且設置在顯示器之電光層與觀視表面之間的觸控銀幕)。電阻式觸控銀幕亦可由藉可變電阻式材料之兩個圖案化的導電膜構成。在藉施加壓力使可變之導電材料變形時，其阻抗即改變，由控制裝置所檢測之此阻抗改變的位置及大小將表示對系統所施加觸摸的位置及強度。而且，在所使用之電光介質的外觀未明顯受(如囊裝且尤其是聚合物散佈式之電泳介質中的)手動壓力影響時，可將觸控銀幕設置在電光層之後(亦即，自顯示器之觀視表面為電光層之相對側上)。

第14圖中表示此種觸控銀幕顯示器之實例。在此顯示器中，基板40、底板42、電光層44、前電極46及前基板48基本上皆與第6及7圖中所示之顯示器的相對應部件相同。然而，第14圖中所示之顯示器更包括電阻式觸控感測器之上導體150，此上導體形成行狀圖案；可變之電阻式材料152(向來為液體)；下導體154以及下基板156。儘管未顯示於第14圖中，下導體154細圖案化成列，與上導體150之行垂直。

併入可變之電阻式材料的電阻式觸控感測器向來不需大量之撓曲以啟動，且因此可被設置在光電顯示器的底板之後。在此位置中，可以透過如第14圖中所示之光電顯示器所施加的壓力啟動觸控感測器。此配置之優勢為在電光層與觀視顯示器之使用者之間不存在電阻式觸控感測器之損光膜(optically lossy film)，使得能維持「裸」顯示器(亦即，未具觸控感測器之顯示器)之反差筆及反射率。

可有用地使用在光電顯示器之另一觸控銀幕技術為光觸控銀幕技術，通常係以紅外線觸控銀幕技術之方式。(因光觸控銀幕技術包含使輻射束越過顯示器之觀視表面，令人合意的是所用之輻射係在可見之範圍外，以便確保在觀視表面上無可見之輻射條紋存在。)然而，迄今於光電顯示器中之此光觸控銀幕技術的執行已相當麻煩及昂貴。

如第15圖中所例示，先前技術之光觸控銀幕技術的執行向來已包含提供具有光偏向遮屏(light-deflecting bezel)160、電光模組162(其包含電光層本身、前基板、前電及及底板)及個別之矩形電路板164之顯示器。電路板164向外延伸超出電光模組162使得曝露電路板164之周邊部，且沿此周邊部之兩邊緣係配置紅外線發光二極體(LED’s)166，而周邊部之其它兩邊緣則帶有對由LED’s 166所發出之輻射靈敏的光二極體168。光偏向遮屏160帶有光偏向表面(未顯示)，使得自LED’s 166所發出且垂直於電路板164之面板行進的輻射為遮屏160所偏向，因而平行行越電光模組162之觀視表面(如第15圖中所例示之上表面)，且再為遮屏所偏向往下至光二極體168。因此，阻擋輻射越過觀視表面之任何物體將造成IR輻射無法到達光二極體168中之至少二者，藉以能以二維檢測物體之位置。

第16圖表示本發明之IR光觸控銀幕顯示器。此顯示器具有與第15圖中所示相同之光偏向遮屏160。然而，第16圖之顯示器不需分離之電路板；而是，使電光模組162之底板大於第15圖中之相對應模組。更明確地說，儘管第16圖中未顯示，使電光模組之底板大於電光層本身，使得底板之周邊部曝露，在底板之此周邊部上帶有功能方式與第15圖中相對應之整體部相同的LED’s 166及光二極體168。

可將第16圖中之LED’s 166及光二極體168直接裝設在電光模組上並使用z軸導電黏著劑將其黏附至玻璃或其他底板。使用已用於在底板上形成其它連接之傳統TFT金屬層的沉積技術，例如，彼等用以將底板之列與行驅動器連接至主動矩陣式底板之列與行電極，可將至LED’s及光二極體之電連接沉積在底板上。

可將光二極體建構成使其具有單線串接介面，藉以一個二極體傳送其資料至下一者，下一者接著添列其本身資料至自前光二極體接收者。依此方式，可將至光二極體陣列之連接數量減至最低。

1．．．基板

2．．．導電層

3．．．材料

4．．．轉角電極

5．．．圖案

6．．．連接器點

6．．．連接墊

7．．．感測電極

10．．．像素電極層

11．．．片導體

21．．．導電層

21．．．前電極

21．．．前基板

22．．．前基板

22．．．導電層

23．．．材料

23．．．層

24．．．觀視者

25．．．電泳層

25．．．電光層

26．．．像素電極

27．．．底板

28．．．連接

28．．．邊緣連接器

29．．．濾色器陣列

30．．．電路尾部

31．．．保護片

40．．．基板

42．．．底板

44．．．層

44．．．電光層

46．．．前電極

48．．．透明基板

48．．．前基板

48A．．．基板

48B．．．基板

50．．．透明導電層

52．．．空氣間隙

54．．．隔片

56．．．透明導電層

58．．．保護層

60．．．黏著層

80．．．背基板

82．．．壓力感測式開關

84．．．薄膜

86．．．架高區

86．．．開關

88．．．按鍵

90．．．TFT陣列

92．．．前面板

94．．．保護片

100．．．資料線

102．．．匯流排線

110．．．穿孔

110．．．孔

112．．．源極線

114．．．閘極線

130．．．按鈕

132．．．按鈕

134．．．像素

150．．．上導體

152．．．電阻式材料

154．．．下導體

156．．．下基板

160．．．光偏向遮屏

162．．．電光模組

164．．．矩形電路板

166．．．發光二極體

168．．．光二極體

第1A圖為透過習知技術之觸控銀幕的示意橫截面圖。

第1B圖為第1A圖中所示觸控銀幕之示意。

第2圖為透過本發明第一光電顯示器之示意橫截面圖，其中本發明具有被併入顯示器之前電極中的觸控銀幕。

第3圖為透過第2圖中所示第一電泳顯示器之修飾形式的示意橫截面圖。

第4圖為透過本發明第二光電顯示器之示意橫截面圖，其中本發明具有與顯示器之前電極隔開的前觸控銀幕。

第5圖為透過第4圖中所示第二電泳顯示器之修飾形式的示意橫截面圖。

第6及7圖為透過具有前電阻式觸控銀幕之本發明兩相異光電顯示器的示意橫截面圖。

第8圖為本發明顯示器之展開圖，其中本發明具有在壓力下由顯示器之實體變形所運作之交換器陣列。

第9圖表示在執行行動電話程式時第8圖中所示之顯示器的外觀。

第10圖表示在本發明之非矩形顯示器中之匯流排線的配置。

第11及12圖表示在設有切口以容納各種顯示器組件之本發明之顯示器中之匯流排線的配置。

第13圖表示在執行程式之本發明之顯示器的外觀，其中大按鈕擴展在顯示器之多個像素上。

第14圖為透過設有背電阻式觸控銀幕之本發明顯示器的示意橫截面圖。

第15圖為使用光觸控銀幕之習知顯示器的展開圖。

第16圖為本發明之光觸控銀幕中與第15圖類似的展開圖。

40．．．基板

42．．．底板

44．．．層

46．．．前電極

48．．．透明基板

50．．．透明導電層

52．．．空氣間隙

54．．．隔片

56．．．透明導電層

58．．．保護層

Claims (6)

1. 一種光電顯示器，依序包括：光透射導電層；電泳材料層，該電泳材料層包含配置在流體中且在電場作用下能透過該流體移動之複數個帶電粒子；帶有複數個像素電極之底板，該底板之周邊部向外延伸超出該電泳材料層，該底板之該周邊部帶有複數個輻射產生手段及複數個輻射檢測手段，將前述複數個輻射產生手段及前述複數個輻射檢測手段一起配置做為觸控銀幕；及光偏向遮屏(light-deflecting bezel)，配置該光偏向遮屏以使輻射自該輻射產生手段越過該光透射導電層而偏向該輻射檢測手段。
2. 如申請專利範圍第1項之光電顯示器，其中該等輻射產生手段包括發出紅外線波段的光之複數個發光二極體。
3. 如申請專利範圍第1項之光電顯示器，其中該等輻射檢測手段包括複數個光二極體。
4. 如申請專利範圍第1項之光電顯示器，其中將該等帶電粒子及該流體限制於複數個膠囊(capsules)或微胞元(microcells)中。
5. 如申請專利範圍第1項之光電顯示器，其中使該等帶電粒子及該流體呈現為複數個離散液滴，該等液滴為包括聚合物材料之連續相(phase)所圍繞。
6. 如申請專利範圍第1項之光電顯示器，其中該流體為氣態。