触摸屏液晶显示器及其操作方法
【专利说明】
[OOOU本申请是申请号为201210452148.X、申请日为2007年6月8日、发明名称为"触摸 屏液晶显示器"的发明专利申请（该申请为200780021425. 9、申请日为2007年6月8日、 发明名称为"触摸屏液晶显示器"的发明专利申请的分案申请）的分案申请。
技术领域
[0002] 本申请设及电子设备，尤其设及触摸屏液晶显示器。
【背景技术】
[0003] 现今存在着多种类型的手持电子设备，其中每一种设备都利用了某种用户界面。 用户界面可W包括采用了诸如液晶显示器（LCD)之类的显示器形式的输出设备，W及一个 或多个输入设备，其中该输入设备既可W采用机械方式驱动（例如开关、按钮、按键、拨号 盘、操纵杆、手柄），也可W采用电子方式激活（例如触摸板或触摸屏）。显示器可W被配置 成呈现视觉信息，例如文本、多媒体数据和图形，而输入设备则可W被配置成执行操作，例 如发布命令、做出选择或是移动电子设备中的光标或选择器。
[0004] 近来，正在进行的工作是将各种设备集成在单个手持设备中。由此进一步尝试将 众多用户界面模型和设备集成在单个单元中。出于实践和审美方面的原因，在此类系统中 可W使用触摸屏。此外，具有多点触摸能力的触摸屏还可W为此类设备提供多种优点。
[0005] 迄今为止业已认定的是，无论触摸屏是单点触摸还是多点触摸的，该些触摸屏都 可W通过制作传统LCD屏幕W及在该屏幕前部布置基本透明的触摸感测设备来生产。但 是，该样做将会招致包括制造成本很高在内的诸多缺点。
【发明内容】
[0006] 根据本发明的一个实施例，在该里提供了一种集成液晶显示器触摸屏。该触摸屏 可W包括多个层，其中所述多个层包含具有在其上形成的显示器控制电路的第一基底（例 如TFT板或阵列板）W及与第一基底相邻的第二基底（例如滤色板）。该触摸屏还可W包 括一个或多个触摸感测部件，其中所有触摸感测部件全都可W被布置在基底之间。
[0007] 基底之间的触摸感测部件可W包括沉积在第二基底上的多个触摸驱动电极，W及 被分段成多个触摸传感电极的导电黑底。作为替换，被布置在基底之间的触摸感测部件可 W包括沉积在第二基底上的多个触摸驱动电极，W及位于黑底之后的多条金属触摸传感 线，其中所述黑底可W是聚合物黑底。无论哪一种情况，多个触摸驱动电极都可W被配置成 充当LCD的VcDM。
[000引基底之间的触摸感测部件还可W包括沉积在基底上且未图案化的氧化铜锡（IT0) 触摸感测层，设置在触摸感测层外围的多个开关，具有与之相连的第一开关子集（例如从 两个相邻侧面）的第一总线，W及具有与之相连的多个开关的第二子集（例如从另外两个 相邻侧面）的第二总线。该触摸感测层可W沉积在第二基底上，并且还可W充当LCD的Vmi。 该些开关可W包括薄膜晶体管。
[0009] 基底之间的触摸感测部件还可W包括被图案化成多行的ITO触摸感测层，设置在 所述多行的第一末端且与第一总线相连的多个开关，W及设置在所述多行的第二末端且与 第二总线相连的多个开关。该触摸感测层可W沉积在第二基底上，并且可W充当LCD的 V〇M。该些开关可W包括薄膜晶体管。
[0010] 基底之间的触摸感测部件还可W包括沉积在第二基底上的分段IT0层，W及同样 在第二基底上形成的多个开关，由此允许在指定时间将每一个IT0分段配置成显示器Vmi、 触摸驱动或触摸感测之一。该些开关则可W包括薄膜晶体管。
[0011] 基底之间的触摸感测部件还可W包括沉积在第二基底上并且被图案化成多个触 摸感测电极的第一IT0层，W及沉积在第二基底上并且被图案化成多个触摸驱动电极的第 二IT0层。此外，该些触摸驱动电极还可W用于显示器V〇M。
[0012] 基底之间的触摸感测部件还可W包括沉积在第二基底上并且被图案化成多个触 摸驱动电极的第一IT0层，W及沉积在第二基底上并且被图案化成多个触摸感测电极的第 二IT0层。此外，该些触摸感测电极还可W用于显示器V〇M。
[0013] 基底之间的触摸感测部件还可W包括沉积在第二基底上并且被分段成多个触摸 驱动电极W及多个触摸感测电极的IT0层。触摸驱动电极可W包括电阻降低的金属段。此 夕F，触摸感测部件还可W包括多个保护迹线，该些保护迹线被配置成阻拦触摸驱动电极与 触摸感测电极之间实际无助于触摸感测的一部分电场，例如在用户手指或其他触摸物体可 W与设备交互的情况下不被传递到设备外部的触摸表面的电场。
[0014] 基底之间的触摸感测部件还可W包括沉积在第二基底上并且被图案化成多个可 W单独寻址的触摸像素的IT0层。每一个触摸像素都可W包括驱动电极和传感电极。此 夕F，在该里还可W提供与每一个驱动电极相连的多条驱动线W及与每一个传感电极相连的 多条传感线。该些驱动和/或传感线路既可W用导电黑底来形成，也可W是位于黑底之后 的金属迹线，其中所述黑底可W是聚合物黑底。
[0015] 基底之间的触摸感测部件还可W包括沉积在第二基底上并且被分段成与每一个 显示器像素相对应的至少两个板的第一IT0层，沉积在第二基底上并且被分段成与每一个 显示器像素相对应的孤岛的第二IT0层，W及连接在显示器的V〇M电极与所述至少两个板 中的一个板之间的开关。该种设置可W允许将V〇M用作触摸驱动线。此外，该种设置还允 许将显示数据线用作触摸传感线。
[0016] 基底之间的触摸感测部件还可W包括被图案化成沉积在第二基底上的多个触摸 传感电极的IT0层，W及进一步被配置成用作多个触摸驱动电极的显示选择线电路。该显 示选择线电路可W在第一基底上形成。
[0017] 在另一个实施例中提供的是一种并入了根据上述实施例的集成LCD触摸屏的电 子设备。该电子设备可W采用台式计算机、平板计算机和笔记本计算机的形式。此外，该电 子设备也可W采用手持式计算机、个人数字助理、媒体播放器W及移动电话的形式。在某些 实施例中，一个设备可W包括一个或多个前述设备，例如移动电话和媒体播放器。
【附图说明】
[0018] 通过参考结合附图的后续描述，可W最大限度地理解本发明，在附图中：
[0019] 图1例示了一个多点感测装置。
[0020] 图2例示了多点感测系统上的多个接触印迹（contactpatch)。
[0021] 图3例示了互电容电路的简化示意图。
[0022] 图4例示了用于操作多点感测装置的处理。
[002引 图5例示了LTPS半透式反射（transflective)子像素的代表性布局。
[0024] 图6例示了从顶部和侧面观察的LTPS的简化模型。
[0025] 图7例示了子像素的电路图，并且示出了各元件是在哪些玻璃基底上制作的。
[0026] 图8例示了制造LCD的基本工艺流程。
[0027] 图9例示了已完成的小尺寸LCD模块。
[002引图10例示了具有分开的触摸驱动器和LCD驱动器巧片的触摸屏LCD的框图。
[0029] 图11例示了具有集成LCD和触摸驱动器巧片的触摸屏LCD的框图。
[0030] 图12例示了触摸屏LCD的基础叠层（stackup)。
[0031] 图13例示了触摸屏LCD的一个替换实施例。
[0032] 图14例不了一个电极图案。
[0033] 图15例示了触摸屏LCD的叠层图实施例。
[0034] 图16例示了图15所示的触摸屏LCD的触摸像素电路。
[0035] 图17例示了被塑料盖保护的触摸感测层。
[0036] 图18例示了触摸屏某个区域的输出列W及一组相交连的输出栅极。
[0037] 图19例示了触摸屏LCD的触摸像素的布局。
[003引图20例示了触摸屏LCD的一个实施例的叠层图。
[0039] 图21例示了触摸传感器阵列。
[0040] 图22用电缆布线（C油ling)及子系统放置的顶视图和侧视图例示了概念A和B 的物理实现。
[0041] 图23例示了一个示出了底部玻璃元件的可能架构的高级框图。
[0042] 图24例示了伸长的导电点。
[0043] 图25例示了触摸/LCD驱动器集成电路的高级框图。
[0044] 图26例示了与该里描述的各种LCD实施例结合使用的柔性印刷电路。
[0045] 图27例示了用于同时执行的显示更新和触摸扫描的处理。
[0046] 图28例示了开电VesT触摸驱动选项。
[0047] 图29例示了驱动-VesT触摸驱动选项。
[0048]图30例示了在将触摸驱动用于触摸感测和LCDVmi调制两者的情形下的电模型。
[0049] 图31例示了将Vs?通过导电点连接到两侧的Cst线。
[0050] 图32例示了触摸屏LCD的制造工艺流程。
[0化1] 图33例示了使用V。。!!的单线反转（onelineinversion)作为触摸激励信号。 [0化2] 图34例示了触摸屏LCD的替换实施例的叠层图。
[0053] 图35例示了触摸屏LCD的制造工艺流程。
[0054] 图36例示了用导电黑底化lack matrix)替换触摸驱动层的实施例。
[0化5]图37例示了触摸屏LCD的实施例的电路图。
[0056] 图38例示了触摸屏LCD的叠层图。
[0化7] 图39例示了触摸屏LCD的显示器像素的逐行更新。
[005引图40例示了用于触摸屏LCD中的一组触敏显示行的触摸感测处理。
[0059] 图41例示了为位于触摸屏LCD的不同区域中的S个像素检测触摸活动的处理。
[0060] 图42例示了触摸屏LCD的另一个实施例的电路图。
[0061] 图43例示了图42所示实施例的叠层图。
[0062] 图44例示了用导电黑底来替换触摸传感层的实施例。
[0063] 图45例示了触摸屏LCD的另一个实施例的叠层图。
[0064] 图46例示了图55所示实施例的顶视图。
[0065] 图47例示了触摸屏LCD的另一个实施例。
[0066] 图48例示了图47的实施例的等效电路。
[0067] 图49例示了可W用于图47~48的实施例的触摸感测处理的波形。
[0068] 图50例示了图47的实施例的触摸屏集成的其他方面。
[0069] 图51例示了触摸屏LCD的另一个实施例。
[0070] 图52例示了可W用于图51和53实施例的触摸感测处理的波形。
[0071] 图53例示了图51实施例的等效电路。
[0072] 图54例示了用于图51实施例的触摸屏集成的其他方面。
[0073] 图55例示了触摸屏LCD的叠层图。
[0074] 图56例示了更新触摸屏LCD的处理。
[0075] 图57例示了用于触摸屏LCD实施例的叠层图。
[0076] 图58例示了用于触摸屏LCD实施例的叠层图。
[0077] 图59例示了被分成了可W独立更新或是实施触摸扫描的=个区域的示例性LCD 显示器。
[007引图60例示了具有S个区域的触摸屏LCD的更新和触摸扫描处理。
[0079] 图61例示了触摸屏LCD的电极布局。
[0080] 图62例示了触摸屏LCD的电路元件。
[0081] 图63例示了触摸屏LCD的更新装置的快照。
[0082] 图64例示了如何将ITO中的金属线和间隙完全或者部分隐藏在黑底后面。
[0083] 图65例示了触摸屏LCD的叠层图。
[0084] 图66例示了被分段成=个区域的触摸屏LCD。
[0085] 图67例示了用于在触摸屏LCD中执行显示更新和触摸扫描的处理。
[0086] 图68例示了将触摸屏LCD分段成S个区域的接线及ITO布局。
[0087] 图69例示了包含保护迹线的触摸屏LCD的某一区域的顶视图和截面图。
[008引图70例示了不包含保护迹线的触摸屏LCD的某一区域的顶视图和截面图。
[0089] 图71例示了包含了六个触摸像素及其信号接线的示例性显示区域。
[0090] 图72例示了用于触摸屏LCD的另一个实施例的叠层图。
[0091] 图73例示了用于触摸屏LCD的另一个实施例的叠层图。
[0092] 图74例示了突显了用于触摸屏LCD的Vmi信号禪合的电路图。
[0093] 图75例示了一个示例性显示器。
[0094] 图76例示了用于触摸屏LCD的可能扫描图案。
[0095] 图77例示了用于图79实施例的电路图。
[0096] 图78例示了分段ITO层。
[0097] 图79例示了用于触摸屏LCD的另一个实施例的叠层图。
[009引图80例示了用于图79实施例的组合的接线和叠层图。
[0099] 图81例示了图79实施例的物理实现方式。
[0100] 图82例示了平面转换型的LCD单元。
[0101] 图83例示了用于平面转换型LCD单元的电极组织。
[0102] 图84例示了用于基于IPS的触摸屏LCD的实施例的电路图。
[0103] 图85例示了与图84相对应的叠层图。
[0104] 图86例示了用于基于IPS的触摸屏LCD的另一个实施例的叠层图。
[01化]图87例示了用于概念F的物理模型，也就是基于IPS的触摸屏LCD的实施例。
[0106] 图88例示了与图87的实施例相对应的叠层图。
[0107] 图89例示了全玻璃触摸屏LCD的侧视图。
[0108] 图90例示了包含塑料层的触摸屏LCD的侧视图。
[0109] 图91例示了具有多个塑料层的触摸屏。
[0110] 图92例示了具有在两侧图案化的PET层并且具有通过PET层的连接的触摸屏。
[0111] 图93例示了组合PET/玻璃触摸屏。
[0112] 图94例示了触摸屏LCD设备组件。
[0113] 图95例示了具有在透明玻璃外壳内部图案化的触摸层的触摸屏LCD。
[0114] 图96例示了可W与触摸屏LCD结合使用的图案化PET基底。
[0115] 图97例示了与图96的PET基底粘合的柔性印刷电路。
[0116] 图98例示了贴在图97的组件上的覆盖物。
[0117] 图99例示了玻璃上的电平移动器/解码器巧片的简化图示。
[011引图100例示了经修改的触摸/LCD驱动器W及外围晶体管电路。
[0119] 图101例示了完全集成的触摸/LCD驱动器的简化框图。
[0120] 图102例示了触摸屏LCD的应用。
[0121] 图103例示了并入了触摸屏的计算机系统的框图。
[0122] 图104例示了可W与根据本发明的触摸屏LCD结合使用的各种电子设备和计算机 系统的形状因素。
[0123] 图105例示了通过连接来形成多个触摸传感列的IPSLCD子像素。
[0124] 图106例示了通过连接来形成多个触摸传感行的IPSLCD子像素。
[0125] 图107例示了集成了触摸感测处理的IPSLCD。
【具体实施方式】
[01%] 为使本领域技术人员能够获得和使用本发明，现给出如下描述，该描述是在特定 应用及其需求的上下文中提供的。对本领域技术人员来说，针对所公开实施例的各种修改 都是显而易见的，此外，该里定义的一般原理也可W应用于其他实施例和应用，而不会脱离 本发明的精神和范围。由此，本发明并不局限于所示实施例，相反，它依照的是与权利要求 相符合的最广阔的范围。
[0127] 1.LCD巧M措威测的背景
[0128] 在该里公开的是将触摸感测技术集成在液晶显示器中的技术。
[0129] 正如本领域技术人员所了解的那样，LCD包括多个层，其中最基本的是顶部玻璃、 液晶和底部玻璃。顶部和底部玻璃可W图案化，W便提供包含了特定显示器像素液晶的单 元所具有的边界。顶部和底部玻璃还可W用不同导电材料层W及薄膜晶体管图案化，W便 能够通过改变液晶单元两端的电压来操纵液晶的方向，由此控制像素颜色和亮度。
[0130] 正如作为参考引入的申请中描述的那样，对触摸表面、尤其是具有多点触摸能力 的透明触摸表面来说，该表面可W由一系列层形成。该一系列层可W包括至少一个基底，例 如玻璃，并且在该基底上可W布置多个触敏电极。例如，互电容装置可W包括用玻璃该类非 导电层分开的多个驱动电极和多个传感电极。当有导电物体（例如用户手指）接近时，驱 动电极与传感电极之间的电容禪合有可能会受到影响。该种电容禪合变化可W用于确定特 定触摸的位置、形状、大小、运动、标识等等。然后，通过解释该些参数，可W控制计算机或其 他电子设备的操作。对本领域技术人员来说，下述自电容装置同样是已知的。
[0131] 通过集成LCD和触摸传感器的分层结构，可W实现多种益处。该集成可W包括组 合或交错上述分层结构。此外，该集成还可W包括省去冗余结构和/或发现特定层或结构 的双重用途（例如一个用途为触摸功能而另一个用途为显示功能）。该样做可W允许省去 某些层，由此降低触摸屏LCD的成本和厚度，W及简化制造过程。目前，可能有多种不同的 装置，并且在该里将会进一步详细描述该其中的某些装置。
[0132] 特别地，在下文中将会论述集成触摸屏LCD的各个实施例。但是本领域技术人员 将会了解，该里关于附图给出的详细描述是例示性而不是穷举性的，而且针对该些实施例 的众多变化都是可能的。此外，虽然所公开的很多实施例设及的是具有多点触摸能力的装 置，但是众多教导也可W应用于单点触摸显示器。
[013引1.1多点触摸感测
[0134] 借助图1所示的多点触摸感测装置，可W识别多个同时或几乎同时的触摸事件。 多点触摸感测装置100可W检测和监视在同一时间、在接近同一时间、在不同时间或是在 某个时段上在触敏表面101上出现的多个触摸属性（包括例如标识、位置、速度、大小、形状 和幅度）。触敏表面101可W提供W彼此基本独立的方式起作用并且代表了触敏表面上的 不同点的多个传感器点、坐标或节点102。感测点102可W位于某个网格或像素阵列中，其 中每个感测点都能同时产生一个信号。感测点102可W被认为是将触敏表面101映射到了 一个坐标系，例如笛卡尔或极坐标系。
[0135] 举例来说，触敏表面可W采用平板或触摸屏的形式。为了生产触摸屏，可W使用基 本透明的导电介质，例如氧化铜锡（ITO)。感测点102的数量和配置是可W改变的。通常， 感测点102的数量取决于期望分辨率和灵敏度。在触摸屏应用中，感测点102的数量还可 W取决于触摸屏的期望透明度。
[0136] 通过使用与下文详述相类似的多点触摸感测装置，可W使用在多点触摸传感器 101的节点102上生成的信号来产生特定时间点的触摸图像。例如，与触敏表面101接触 或在其附近的每个物体（例如手指、指示笔等等）都可W产生图2所示的接触印迹区域 201。每一个接触印迹区域201都有可能覆盖若干个节点102。被覆盖的节点202可W检 测到物体，而剩余节点102则不会检测到物体。由此可W形成触摸表面平面的像素化图像 (pixilatedimage)(该图像可W被称为触摸图像、多点触摸图像或接近度图像）。每一个 接触印迹区域201的信号都可W聚集在一起。每一个接触印迹区域201都可W包括W每一 个点的触摸量为基础的高点和低点。接触印迹区域201的形状W及图像内部的高点和低点 可W用于区分彼此接近的接触印迹区域201。此外，当前图像还可W与先前图像相比较，W 便确定物体如何随时间移动，W及确定据此在主机设备中应该执行怎样的对应操作。
[0137]有很多种不同的感测技术可W与该些感测装置结合使用，其中包括电阻、电容、光 学感测装置等等。在基