用于电容式触摸感测显示设备的电极矩阵的制作方法
【专利说明】用于电容式触摸感测显示设备的电极矩阵
[0001]背景
[0002]在电容式触敏显示设备中，在同时检测来自用户的手指或其它输入设备时可显示图像。电容式触敏显示设备可包括触摸表面、显示栈(诸如液晶显示器(LCD)栈)、以及位于其间的列电极和行电极的矩阵，并且所述矩阵被配置成基于电容的改变(例如，列和行之间的电容的改变、或行或列和地之间的电容的改变)来检测触摸输入。电容的这种改变可被用来确定最靠近触摸输入的列-行对，以及确定触摸输入相对于该列-行对偏离中心的程度。以此方式，可在高分辨率检测并解释触摸输入以控制计算设备的各方面。
[0003]在一种现有电容式触摸传感器设计中，不透明金属导体被用于电容式触摸传感器，且列电极和行电极在显示器栈之间并在触摸表面附近相对于LCD基本竖直和水平地定向。然而，使用这种设计，导电元件在视觉上遮挡显示器栈的一部分，从而使得用户由于电极-显示器遮挡所带来的各种伪像的形成而感知到触摸传感器的存在。对这些伪像的感知随着观察者的观察角度而改变，但是在这种设计中特别可见，因为列和行被竖直以及水平地定向，平行于LCD中的底层像素的底层竖直列和水平行。
[0004]在另一种现有电容式触摸传感器设计中，电容式触摸传感器可包括透明导电氧化物(TC0)，诸如氧化铟锡(ΙΤ0)，以减少视觉感知度。然而，当在大尺寸格式设备中使用时，TC0触摸传感器具有电阻，所述电阻与被测试的电容和某些其它杂散电容相组合可能导致足够慢到限制触摸传感器的可实现激励频率的RC时间常数，并且从而限制期望SNR的可实现帧率。结果是，TC0 一般限于在具有小于约30英寸的对角线尺寸的显示器中应用。
[0005]如下面更详细地讨论的，对于最小化大尺寸格式电容式触敏显示设备的电容式触摸传感器的视觉感知度存在挑战。这些挑战一般地放慢了市场上这种设备的开发和采用。
[0006]概述
[0007]为了解决这些问题，提供了用于电容式触敏显示设备的电极矩阵。该电极矩阵可包括多个列导体，每个列导体具有沿该列导体的中心纵轴形成的第一末端和第二末端。该列导体可进一步包括在该第一末端和该第二末端之间延伸的列锯齿(zigzag)结构，并可跨该纵轴来回振荡。该电极矩阵可进一步包括多个行导体，每个行导体具有沿该行导体的水平轴形成的第一末端和第二末端。该行导体可进一步包括在该第一末端和该第二末端之间延伸的行锯齿结构，并可跨该水平轴来回振荡。该多个列导体中的每个列导体的锯齿结构可在相应的跨越区域跨越该多个行导体中的每个行导体的锯齿结构，所述跨越区域是在每个列导体的纵轴和每个行导体的水平轴的交点处形成的。
[0008]提供本概述以便以简化形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本
【发明内容】
并不旨在标识所要求保护主题的关键特征或必要特征，也不旨在用于限制所要求保护主题的范围。而且，所要求保护的主题不限于解决该公开的任一部分中所注的任何或全部缺点的实现方式。
[0009]附图简述
[0010]图1是根据本公开的一个实施例的大尺寸格式多点触摸显示设备的透视图。
[0011]图2是图1的大尺寸格式多点触摸显示设备的电容式触敏显示器的光学栈的剖视图。
[0012]图3A-F示出了根据本公开的一实施例的列电极矩阵的俯视示意图。
[0013]图4A-B示出了根据本公开的一实施例的行电极矩阵的俯视示意图。
[0014]图5是包括图3A-F的列电极矩阵和图4A-B的行电极矩阵的电容式触敏电极矩阵的俯视不意图。
[0015]图6是用于图1的显示设备的图像源的示意图。
[0016]详细描述
[0017]电容式触敏显示设备可包括触摸表面、显示器栈(诸如液晶显示器(IXD)栈)、以及形成位于其间的触摸传感器的列电极和行电极的矩阵。这种触敏显示设备可利用显示器栈来显示用户可查看的图像，而同时使用电极矩阵来感测触摸输入(例如，经由用户手指或其它输入设备，诸如指示笔)。触摸输入可包括单一触摸输入(例如，经由单一手指)或多模态触摸输入(例如，经由两个或多个手指的并行输入)，并可被解释以控制该显示设备被耦合至的计算设备的各方面。
[0018]列-行电极矩阵可被置于显示设备的面向用户的一侧上一一例如，邻近触摸表面。然而，在此配置中，电极矩阵可遮挡显示栈的各部分，从而降低所显示的图像的质量并允许用户感知电极矩阵。如此，电极矩阵可由透明导电氧化物(TC0)(诸如氧化铟锡(ΙΤ0))形成。然而，包括TC0的电容式触摸传感器呈现出相对低的导电性，从而使其在大尺寸格式触敏显示设备(诸如具有超过1米的对角线尺寸的那些显示设备)中的应用受到抑制。
[0019]替换地，电容式触摸传感器可包括具有低面积坚固性的不透明电极。如本文使用的“低面积坚固性”是指遮挡显示器栈中的相对小百分比(例如，1-5%)的像素的基本不透明电极。然而，存在专属于这种低面积坚固性电极矩阵的数个问题。
[0020]尽管低面积坚固性电极矩阵可遮挡显示器面积的相对小的部分，然而遮挡可能不跨显示器表面均匀分布。这可能使得某些像素或像素区域的外观看上去比周围像素区域更暗。用户可能感知到更暗的像素区域并从而感知到电极矩阵的存在，即便形成矩阵的个体导体可能不能被光学分辨。
[0021]而且，取决于显示器栈的类型和遮挡的位置，各种混叠伪像可从用户的视野出现。例如，相对于在网格中水平和竖直对齐的像素被置于小角度的电极导体可能带来可感知的、多种颜色的或灰色的线段，或其它伪像，诸如moir6(摩尔纹)图案。这样的伪像可由当用户的头部相对于显示器表面移动时带来的视差变化所加重，因为头部运动可能对伪像施加明显的速度，从而增加其可感知度。
[0022]对于包括被形成为附接于基板并相对于水平和竖直对齐的像素网格在倾角倾斜的分离的线的直导体的电极矩阵，存在其它问题。例如，这种矩阵可能需要更大量的处于相同电极节距(Pitch)的电极来填充相同的矩形区域，因为矩形仅填充整个平行四边形矩阵的一子集。电极可附加地在倾角与矩形区域的边相交，从而增加终止那些电极的难度。相应地，各实施例涉及具有呈现出增加的均匀性并最小化如上所述的遮挡伪像的外观的电极的电容式触摸传感器。
[0023]图1示出根据本公开的一实施例的大尺寸格式多点触摸显示设备100。例如，显示设备100可具有大于1米的对角线尺寸。在其它特别大尺寸格式的实施例中，该对角线尺寸可以为55英寸或更大。显示器设备100可被配置成感测多个触摸输入源，诸如由用户的手指102或由用户操纵的指示笔104所施加的触摸输入。显示设备100可被连接到图像源S，诸如外部计算机或机载处理器。图像源S可接收来自显示设备100的多点触摸输入，处理该多点触摸输入，并作为响应产生合适的图形输出106。以下参考图6更详细地描述图像源S。
[0024]显示设备100可包括电容式触敏显示器108以允许多点触摸感测功能性。图2示出了电容式触敏显示器108的光学栈的部分横截面的示意图。在此实施例中，显示器108包括具有用于接收触摸输入的顶表面204的光学清澈的触摸片202、以及将触摸片202的底表面粘结于触摸传感器208的顶表面的光学清澈的粘结层206。触摸片202可由合适的材料构成，诸如玻璃或塑料。本领域的普通技术人员将领会光学透明胶指的是一类透射入射到其上的基本上全部(例如，大约99%的)可见光的胶粘剂。
[0025]如下面参考图3-5更详细地讨论的，触摸传感器208装备有电极矩阵，该电极矩阵包括位于触摸片202下方一定距离处的电容式元件。如图所示，电极可由两个独立的层形成:接收电极层210和传送电极层212，每个层可在相应的介电基板上形成，所述介电基板包含包括但不限于玻璃、聚对苯二甲酸乙二醇酯(PET)、或环烯聚合物(C0P)膜的材料。接收和传送电极层210和212可由第二光学清澈的粘结层211粘结在一起。粘结层211可以例如是丙烯酸压敏粘结膜。然而，在其它实施例中，层210、211和212可以被一体形成为单个层，其中电极被置于该一体层的相对表面上。
[0026]电极层210和212可通过各种适当过程来形成。这样的过程包括将金属线沉积到粘结介电基板的表面上；选择性地催化金属膜(例如，经由镀覆)的后续沉积的材料的图案化沉积；光刻；导电墨的图案化沉积(例如，经由喷墨、偏移、释放或凹纹印刷)；用导电墨来填充介电基板上的槽；导电光阻的选择性光学曝光(例如，通过掩模或经由激光书写)，之后是化学显影来移除未曝光的光阻；以及对卤化银乳剂的选择性曝光，之后是对潜影到金属银的化学显影；之后又是化学固定。在一个示例中，金属化传感器膜可被置于基板的面向用户的一侧上，其中金属不面向用户的或替换地面向用户但用户和金属之间有保护片(例如，由PET构成)。虽然电极中通常不使用TC0，但部分地使用TC0来形成电极的一部分，而电极的其他部分由金属形成是可能的。在一个示例中，电极可以是具有基本恒定横截面的薄金属，且其大小使得其不可被光学分辨且从而从用户角度看可以是不显眼的。可用于形成电极的合适材料包括各种合适金属(例如，铝、铜、镍、银、金等)、合金、碳的导电同素异形体(例如，石墨、富勒烯、无定形碳等)、导电聚合物、以及导电墨(例如，通过添加金属或碳颗粒使其导电)。
[0027]接收电极层210可以是指定的列电极层，其中电极至少部分对齐至纵轴(被示出竖轴)，而传送电极层212可以是指定的行电极层，其中电极至少部分对齐至横向轴(被示出为水平轴)。然而，这样的指定是任意的且可被逆转。要领会，本文描绘的竖直和水平轴和其它竖直和水平朝向是相对的，且不需要相对于固定参考点(例如，地球上的点)来定义。为了检测触摸输入，行电极可用时变电压连续驱动，而列电极可被保持在地且流入每个列电极的电流被测量。电极可被配置成响应于顶部表面204上的触摸输入而展示矩阵中的至少一个电容器的电容变化。电容器例如可在列电极和行电极之间的每个竖直交点处形成。
[0028]电容的改变可通过检测电路在施加时变电压时被检测到。基于检测时间和测量的电流中的衰减度和/或相移，被测试的电容可被估计且行和列被标识为对应于触摸输入。列和行电极的结构在下面参考图3-5更详细地描述。
[0029]触摸传感器208的各方面可被选择以最大化电容测量的SNR并从而增加触摸感测的质量。在一种方法中，增大接收电极和发光显示栈214之间的距离。这可通过增加光学清澈的粘结层211的厚度来实现，例如，这可减小到达接收电极的噪声。作为非限制性示例，粘结层211的厚度可以小于1mm且在一些实施例中小于0.2mm。到达接收电极的噪声可替换地或附加地通过增大光学清澈粘结层216的厚度来减小。而且，列和行电导体的相对排列最大化了触摸传感器208的平面中的列和行导体之间的平均距离一一例如，在基本垂直于其中光L被从发光显示器栈214发射的方向的方向上，如图3-5中所示。
[0030]继续图2，发光显示器栈214(其可以是液晶显示器(IXD)栈、有机发光二极管(0LED)栈、等离子显示面板(TOP)或其他平板显示器栈)被定位电极层210和212下方。光学清澈的粘结层216使传送电极层212的底表面与显示器栈214的顶表面接合。显示器栈214被配置成通过显示器栈的顶表面发射光L，以使得所发射的光穿过层216、212、211、210、206、触摸片202在发光方向上行进并穿过顶表面204射出。通过这种方式，所发射的光可在用户看来好像是在触摸片202的顶表面204上显示的图像。
[0031]其中层211和/或216被省略的其它实施例是可能的。在此示例中，触摸传感器208可以是空气间隙的且与显示器栈214光学解耦。进而，层210和212可在顶表面204上被分成薄片。而且，层210可被置于顶表面204上而层212可被相对放置且在顶表面204下方。
[0032]现在转向图3A，示出列电极矩阵300的示例实施例。如上所述，矩阵300可经由各种合适过程在电极层210或212上形成，所述过程包括将金属线沉积到粘结介电基板的表面上；选择性地催化金属膜(例如，经由镀覆)的后续沉积的材料的图案化沉积；光刻；导电墨的图案化沉积(例如，经由喷墨、偏移、释放或凹纹印刷)；用导电墨来填充介电基板上的槽；导电光阻的选择性光学曝光(例如，通过掩模或经由激光书写)，之后是化学显影来移除未曝光的光阻；以及对卤化银乳剂的