显示器附近的电容式触摸表面的制作方法
【专利说明】显示器附近的电容式触摸表面
[0001]
[0002]电容式触摸屏测量在用户的手指或指示笔接触触摸表面时具有被定位在触摸表面和显示堆叠(诸如液晶显示器(LCD)堆叠)中间的电极的行列矩阵的触摸传感器中的电容变化。这些电容变化被用来确定哪一行和列对应于触摸，并且还内插检测到的触摸偏离检测到该触摸所在的行列电容器的中心的距离和方向。通过这种方式，可检测到用户的触摸，并在用户的触摸在触摸表面上移动时以精细的分辨率跟踪该用户的触摸。
[0003]制造商所面临的一个挑战是开发出适于在大尺寸格式设备(诸如大屏幕电视机和显示器)中使用的电容式触摸屏。对角线小于30英寸的小型电容式触摸屏通常使用具有透明导电氧化物(TCO)(诸如铟锡氧化物(ITO))的菱形矩阵的触摸传感器。然而，对于大型电容式触摸传感器而言，所应用的TCO触摸传感器具有足够透明以至于在审美上能被用户接受的厚度，这些TCO触摸传感器具有与受测试的电容和某些其他寄生电容组合可导致以下RC时间常数的电阻:该RC时间常数慢到足以限制触摸传感器的可实现激励频率并由此限制针对期望信噪比可实现的帧率。结果，TCO —般限于适用于具有小于30英寸的对角线尺寸的显示器。
[0004]此外，尽管使用TCO触摸传感器的小型电容式触摸屏生产起来相对便宜，但大尺寸格式的触摸屏具有非常高的制造成本，这使得它们是大多数消费者无法企及的。要安装在大尺寸格式屏幕中的最昂贵的组件之一是玻璃触摸表面，选玻璃是因为其提供高介电常数的能力以及其他特性而被优选。然而，玻璃具有昂贵、笨重和刚性的缺点。将刚性的玻璃粘合到刚性的LCD基底通常需要相对较厚且柔性的光学透明胶层来从刚性对刚性的粘合中吸收层压应变，否则层压应变可导致损坏。
[0005]制造商所面临的另一个挑战是LCD堆叠本身和行列矩阵中的各电极之间的电干扰。由于LCD堆叠被定位成较接近于电极矩阵，因此LCD堆叠可干扰触摸感测电容器的电场。这种干扰由于以下原因而发生:LCD内保持在各时变电压处的导体会将噪声电流耦合到电极中，并且LCD内的导电材料的接近度影响由电极设置的电场的形状并由此影响响应于手指触摸而观察到的电容变化。太多的干扰会导致触摸感测电路系统中的低信噪比。结果，触摸感测准确度被降级了。已提出了各数字信号处理方法来改善该信噪比；然而，这样的方法会增加系统的成本、复杂度和处理延迟。
[0006]这些挑战因其相互关系而进一步复杂化。为了支持更薄的塑料触摸薄片而消除昂贵的玻璃会导致更大的LCD堆叠干扰以及降级的触摸感测性能。
[0007]鉴于这些挑战，开发出划算的大尺寸格式电容式触摸屏设备尚遥不可及。
[0008]概述
[0009]为了解决以上问题，提供了具有电容式触摸屏显示器的显示设备，该电容式触摸屏显示器具有非常靠近显示堆叠的触摸表面。该显示器可包括:触摸薄片，所述触摸薄片具有顶部表面；触摸传感器，所述触摸传感器具有由具有被定位在所述触摸薄片下面的金属导体的电极形成的电容器矩阵，并被配置成响应于用户的手指或指示笔在所述顶部表面上的触摸而展示所述电容器中的至少一个的电容的变化；以及，显示堆叠，所述显示堆叠被定位在所述电容器矩阵下面，并被配置成通过所述显示堆叠的顶部表面发射光以便以光发射方向行进通过所述电容器矩阵和所述触摸薄片。所述触摸薄片的顶部表面和所述显示堆叠的顶部表面之间的距离在大约225和1500微米之间。
[0010]提供本概述是为了以精简的形式介绍将在以下详细描述中进一步描述的一些概念。本概述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。此外，所要求保护的主题不限于解决在本公开的任一部分中所提及的任何或所有缺点的实现。
[0011]附图简沐
[0012]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。
[0013]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堆叠的剖视图。
[0014]图3是图1的电容式触敏显示器的触摸传感器的简化示意俯视图。
[0015]图4是图1的电容式触敏显示器的触摸传感器沿着图3的线4-4选取的局部剖视图。
[0016]图5是解说根据本公开的一个实施例的制造电容式触敏显示设备的方法的流程图。
[0017]图6是用于图1的显示设备的图像源的示意图。
[0018]详细描沐
[0019]图1示出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10。显示设备10通常具有大于30英寸的对角线尺寸。在一些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。显示设备10通常被配置成感测用户的手指12或指示笔14的多个触摸。显示设备10可被连接到图像源S，诸如外部计算机或机载处理器。可向图像源S提供来自显示设备的多点触摸输入，该图像源S可处理该多触摸输入，并且该图像源S可为显示设备19上的显示器产生合适的图形输出18。以下参考图6更详细地描述了图像源S。
[0020]如图2所示，为了启用多点触摸感测功能，显示设备10配备有电容式触敏显示器16。图2示出了电容式触敏显示器16的光学堆叠的局部剖视图的示意图。如所示出的，显示器16包括具有顶部表面22的塑料的光学透明触摸薄片20以及光学透明胶层，光学透明触摸薄片20用于接收手指或指示笔触摸，光学透明胶层24将触摸薄片20的底部表面粘合到触摸传感器26的顶部表面。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。
[0021]如以下参考图3详细描述的，触摸传感器26配备有由被定位在触摸薄片下面的某距离处的各电极形成的电容器矩阵。这些电极被形成在接收电极层30和发射电极层34中。通常，这些电极包括例如通过以下方式制造的金属导体:通过化学地蚀刻被沉积成薄膜的均匀金属片；或者通过其中催化剂油墨被施加到介电基底的附加过程，其中那个基底随后被看作诸如其中存在油墨的板金属；或者通过将金属线(例如，截面近似圆形的直径在3微米和15微米之间的金属线)铺设在介电胶粘剂基底中；或通过其他类似的手段。虽然电极中通常不使用透明导电氧化物(TCO)，但不排除部分地使用TCO来形成电极的一部分，而电极的其他部分由金属形成。在一个示例中，电极可以是基本上等截面的薄金属，并且大小可被设为使得在光学上对显示器的查看者而言不显眼。
[0022]接收电极层30和发射电极层34被另一光学透明胶层32粘合在一起。为了检测手指触摸，各行通常用时变电压来相继驱动，而各列保持接地。将一个轴指定为行而将另一个轴指定为列是任意的，并且这些轴可以以除90°以外的角相交。电极可被配置成响应于用户的手指或指示笔在顶部表面上的触摸而展示矩阵中的至少一个电容器的电容变化。检测电路被配置成在施加时变电压时检测电容变化，并且基于该检测的定时和衰减程度和/或测量到的电流的相移，可估计出受测试的电容并可标识出被检测的触摸的行和列。以下参考图3和4更详细讨论了这些电极的结构。
[0023]回过头看图2，诸如液晶显示器(LCD)堆叠、有机发光二极管(OLED)堆叠、等离子显示板(rop)或其他平板显示堆叠之类的发光显示堆叠38被定位在该电容器矩阵下面。光学透明胶层36使电容矩阵的底部表面与显示堆叠38的顶部表面接合。显示堆叠38被配置成通过显示堆叠38的顶部表面发射光L，使得所发射的光以光发射方向行进通过光学透明胶层36、由触摸传感器26中的接收电极层30和发射电极层34得到的电容器矩阵、光学透明胶层32、光学透明胶层24和触摸薄片20。通过这种方式，该光在用户看来好像是在触摸薄片20的顶部表面22上显示的图像。
[0024]现在将描述显示器16的光学堆叠的几何尺寸。触摸薄片20的厚度通常在50和500微米之间，并且在一些实施例中厚度在115到135微米之间，并且在一个示例性实施例中厚度为125微米。这些范围已被发现使得充足的介电材料能够被定位在触摸传感器电极和用户的手指或指示笔之间以提供期望的摩擦和磨损性，