觸摸屏液晶顯示器及其操作方法
【專利說明】
[OOOU本申請是申請?zhí)枮?01210452148.X、申請日為2007年6月8日、發(fā)明名稱為"觸摸 屏液晶顯示器"的發(fā)明專利申請（該申請為200780021425. 9、申請日為2007年6月8日、 發(fā)明名稱為"觸摸屏液晶顯示器"的發(fā)明專利申請的分案申請）的分案申請。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002] 本申請設及電子設備，尤其設及觸摸屏液晶顯示器。
【背景技術(shù)】
[0003] 現(xiàn)今存在著多種類型的手持電子設備，其中每一種設備都利用了某種用戶界面。 用戶界面可W包括采用了諸如液晶顯示器（LCD)之類的顯示器形式的輸出設備，W及一個 或多個輸入設備，其中該輸入設備既可W采用機械方式驅(qū)動（例如開關(guān)、按鈕、按鍵、撥號 盤、操縱桿、手柄），也可W采用電子方式激活（例如觸摸板或觸摸屏）。顯示器可W被配置 成呈現(xiàn)視覺信息，例如文本、多媒體數(shù)據(jù)和圖形，而輸入設備則可W被配置成執(zhí)行操作，例 如發(fā)布命令、做出選擇或是移動電子設備中的光標或選擇器。
[0004] 近來，正在進行的工作是將各種設備集成在單個手持設備中。由此進一步嘗試將 眾多用戶界面模型和設備集成在單個單元中。出于實踐和審美方面的原因，在此類系統(tǒng)中 可W使用觸摸屏。此外，具有多點觸摸能力的觸摸屏還可W為此類設備提供多種優(yōu)點。
[0005] 迄今為止業(yè)已認定的是，無論觸摸屏是單點觸摸還是多點觸摸的，該些觸摸屏都 可W通過制作傳統(tǒng)LCD屏幕W及在該屏幕前部布置基本透明的觸摸感測設備來生產(chǎn)。但 是，該樣做將會招致包括制造成本很高在內(nèi)的諸多缺點。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0006] 根據(jù)本發(fā)明的一個實施例，在該里提供了一種集成液晶顯示器觸摸屏。該觸摸屏 可W包括多個層，其中所述多個層包含具有在其上形成的顯示器控制電路的第一基底（例 如TFT板或陣列板）W及與第一基底相鄰的第二基底（例如濾色板）。該觸摸屏還可W包 括一個或多個觸摸感測部件，其中所有觸摸感測部件全都可W被布置在基底之間。
[0007] 基底之間的觸摸感測部件可W包括沉積在第二基底上的多個觸摸驅(qū)動電極，W及 被分段成多個觸摸傳感電極的導電黑底。作為替換，被布置在基底之間的觸摸感測部件可 W包括沉積在第二基底上的多個觸摸驅(qū)動電極，W及位于黑底之后的多條金屬觸摸傳感 線，其中所述黑底可W是聚合物黑底。無論哪一種情況，多個觸摸驅(qū)動電極都可W被配置成 充當LCD的VcDM。
[000引基底之間的觸摸感測部件還可W包括沉積在基底上且未圖案化的氧化銅錫（IT0) 觸摸感測層，設置在觸摸感測層外圍的多個開關(guān)，具有與之相連的第一開關(guān)子集（例如從 兩個相鄰側(cè)面）的第一總線，W及具有與之相連的多個開關(guān)的第二子集（例如從另外兩個 相鄰側(cè)面）的第二總線。該觸摸感測層可W沉積在第二基底上，并且還可W充當LCD的Vmi。 該些開關(guān)可W包括薄膜晶體管。
[0009] 基底之間的觸摸感測部件還可W包括被圖案化成多行的ITO觸摸感測層，設置在 所述多行的第一末端且與第一總線相連的多個開關(guān)，W及設置在所述多行的第二末端且與 第二總線相連的多個開關(guān)。該觸摸感測層可W沉積在第二基底上，并且可W充當LCD的 V〇M。該些開關(guān)可W包括薄膜晶體管。
[0010] 基底之間的觸摸感測部件還可W包括沉積在第二基底上的分段IT0層，W及同樣 在第二基底上形成的多個開關(guān)，由此允許在指定時間將每一個IT0分段配置成顯示器Vmi、 觸摸驅(qū)動或觸摸感測之一。該些開關(guān)則可W包括薄膜晶體管。
[0011] 基底之間的觸摸感測部件還可W包括沉積在第二基底上并且被圖案化成多個觸 摸感測電極的第一IT0層，W及沉積在第二基底上并且被圖案化成多個觸摸驅(qū)動電極的第 二IT0層。此外，該些觸摸驅(qū)動電極還可W用于顯示器V〇M。
[0012] 基底之間的觸摸感測部件還可W包括沉積在第二基底上并且被圖案化成多個觸 摸驅(qū)動電極的第一IT0層，W及沉積在第二基底上并且被圖案化成多個觸摸感測電極的第 二IT0層。此外，該些觸摸感測電極還可W用于顯示器V〇M。
[0013] 基底之間的觸摸感測部件還可W包括沉積在第二基底上并且被分段成多個觸摸 驅(qū)動電極W及多個觸摸感測電極的IT0層。觸摸驅(qū)動電極可W包括電阻降低的金屬段。此 夕F，觸摸感測部件還可W包括多個保護跡線，該些保護跡線被配置成阻攔觸摸驅(qū)動電極與 觸摸感測電極之間實際無助于觸摸感測的一部分電場，例如在用戶手指或其他觸摸物體可 W與設備交互的情況下不被傳遞到設備外部的觸摸表面的電場。
[0014] 基底之間的觸摸感測部件還可W包括沉積在第二基底上并且被圖案化成多個可 W單獨尋址的觸摸像素的IT0層。每一個觸摸像素都可W包括驅(qū)動電極和傳感電極。此 夕F，在該里還可W提供與每一個驅(qū)動電極相連的多條驅(qū)動線W及與每一個傳感電極相連的 多條傳感線。該些驅(qū)動和/或傳感線路既可W用導電黑底來形成，也可W是位于黑底之后 的金屬跡線，其中所述黑底可W是聚合物黑底。
[0015] 基底之間的觸摸感測部件還可W包括沉積在第二基底上并且被分段成與每一個 顯示器像素相對應的至少兩個板的第一IT0層，沉積在第二基底上并且被分段成與每一個 顯示器像素相對應的孤島的第二IT0層，W及連接在顯示器的V〇M電極與所述至少兩個板 中的一個板之間的開關(guān)。該種設置可W允許將V〇M用作觸摸驅(qū)動線。此外，該種設置還允 許將顯示數(shù)據(jù)線用作觸摸傳感線。
[0016] 基底之間的觸摸感測部件還可W包括被圖案化成沉積在第二基底上的多個觸摸 傳感電極的IT0層，W及進一步被配置成用作多個觸摸驅(qū)動電極的顯示選擇線電路。該顯 示選擇線電路可W在第一基底上形成。
[0017] 在另一個實施例中提供的是一種并入了根據(jù)上述實施例的集成LCD觸摸屏的電 子設備。該電子設備可W采用臺式計算機、平板計算機和筆記本計算機的形式。此外，該電 子設備也可W采用手持式計算機、個人數(shù)字助理、媒體播放器W及移動電話的形式。在某些 實施例中，一個設備可W包括一個或多個前述設備，例如移動電話和媒體播放器。
【附圖說明】
[0018] 通過參考結(jié)合附圖的后續(xù)描述，可W最大限度地理解本發(fā)明，在附圖中：
[0019] 圖1例示了一個多點感測裝置。
[0020] 圖2例示了多點感測系統(tǒng)上的多個接觸印跡（contactpatch)。
[0021] 圖3例示了互電容電路的簡化示意圖。
[0022] 圖4例示了用于操作多點感測裝置的處理。
[002引 圖5例示了LTPS半透式反射（transflective)子像素的代表性布局。
[0024] 圖6例示了從頂部和側(cè)面觀察的LTPS的簡化模型。
[0025] 圖7例示了子像素的電路圖，并且示出了各元件是在哪些玻璃基底上制作的。
[0026] 圖8例示了制造LCD的基本工藝流程。
[0027] 圖9例示了已完成的小尺寸LCD模塊。
[002引圖10例示了具有分開的觸摸驅(qū)動器和LCD驅(qū)動器巧片的觸摸屏LCD的框圖。
[0029] 圖11例示了具有集成LCD和觸摸驅(qū)動器巧片的觸摸屏LCD的框圖。
[0030] 圖12例示了觸摸屏LCD的基礎疊層（stackup)。
[0031] 圖13例示了觸摸屏LCD的一個替換實施例。
[0032] 圖14例不了一個電極圖案。
[0033] 圖15例示了觸摸屏LCD的疊層圖實施例。
[0034] 圖16例示了圖15所示的觸摸屏LCD的觸摸像素電路。
[0035] 圖17例示了被塑料蓋保護的觸摸感測層。
[0036] 圖18例示了觸摸屏某個區(qū)域的輸出列W及一組相交連的輸出柵極。
[0037] 圖19例示了觸摸屏LCD的觸摸像素的布局。
[003引圖20例示了觸摸屏LCD的一個實施例的疊層圖。
[0039] 圖21例示了觸摸傳感器陣列。
[0040] 圖22用電纜布線（C油ling)及子系統(tǒng)放置的頂視圖和側(cè)視圖例示了概念A和B 的物理實現(xiàn)。
[0041] 圖23例示了一個示出了底部玻璃元件的可能架構(gòu)的高級框圖。
[0042] 圖24例示了伸長的導電點。
[0043] 圖25例示了觸摸/LCD驅(qū)動器集成電路的高級框圖。
[0044] 圖26例示了與該里描述的各種LCD實施例結(jié)合使用的柔性印刷電路。
[0045] 圖27例示了用于同時執(zhí)行的顯示更新和觸摸掃描的處理。
[0046] 圖28例示了開電VesT觸摸驅(qū)動選項。
[0047] 圖29例示了驅(qū)動-VesT觸摸驅(qū)動選項。
[0048]圖30例示了在將觸摸驅(qū)動用于觸摸感測和LCDVmi調(diào)制兩者的情形下的電模型。
[0049] 圖31例示了將Vs?通過導電點連接到兩側(cè)的Cst線。
[0050] 圖32例示了觸摸屏LCD的制造工藝流程。
[0化1] 圖33例示了使用V。。!!的單線反轉(zhuǎn)（onelineinversion)作為觸摸激勵信號。 [0化2] 圖34例示了觸摸屏LCD的替換實施例的疊層圖。
[0053] 圖35例示了觸摸屏LCD的制造工藝流程。
[0054] 圖36例示了用導電黑底化lack matrix)替換觸摸驅(qū)動層的實施例。
[0化5]圖37例示了觸摸屏LCD的實施例的電路圖。
[0056] 圖38例示了觸摸屏LCD的疊層圖。
[0化7] 圖39例示了觸摸屏LCD的顯示器像素的逐行更新。
[005引圖40例示了用于觸摸屏LCD中的一組觸敏顯示行的觸摸感測處理。
[0059] 圖41例示了為位于觸摸屏LCD的不同區(qū)域中的S個像素檢測觸摸活動的處理。
[0060] 圖42例示了觸摸屏LCD的另一個實施例的電路圖。
[0061] 圖43例示了圖42所示實施例的疊層圖。
[0062] 圖44例示了用導電黑底來替換觸摸傳感層的實施例。
[0063] 圖45例示了觸摸屏LCD的另一個實施例的疊層圖。
[0064] 圖46例示了圖55所示實施例的頂視圖。
[0065] 圖47例示了觸摸屏LCD的另一個實施例。
[0066] 圖48例示了圖47的實施例的等效電路。
[0067] 圖49例示了可W用于圖47~48的實施例的觸摸感測處理的波形。
[0068] 圖50例示了圖47的實施例的觸摸屏集成的其他方面。
[0069] 圖51例示了觸摸屏LCD的另一個實施例。
[0070] 圖52例示了可W用于圖51和53實施例的觸摸感測處理的波形。
[0071] 圖53例示了圖51實施例的等效電路。
[0072] 圖54例示了用于圖51實施例的觸摸屏集成的其他方面。
[0073] 圖55例示了觸摸屏LCD的疊層圖。
[0074] 圖56例示了更新觸摸屏LCD的處理。
[0075] 圖57例示了用于觸摸屏LCD實施例的疊層圖。
[0076] 圖58例示了用于觸摸屏LCD實施例的疊層圖。
[0077] 圖59例示了被分成了可W獨立更新或是實施觸摸掃描的=個區(qū)域的示例性LCD 顯示器。
[007引圖60例示了具有S個區(qū)域的觸摸屏LCD的更新和觸摸掃描處理。
[0079] 圖61例示了觸摸屏LCD的電極布局。
[0080] 圖62例示了觸摸屏LCD的電路元件。
[0081] 圖63例示了觸摸屏LCD的更新裝置的快照。
[0082] 圖64例示了如何將ITO中的金屬線和間隙完全或者部分隱藏在黑底后面。
[0083] 圖65例示了觸摸屏LCD的疊層圖。
[0084] 圖66例示了被分段成=個區(qū)域的觸摸屏LCD。
[0085] 圖67例示了用于在觸摸屏LCD中執(zhí)行顯示更新和觸摸掃描的處理。
[0086] 圖68例示了將觸摸屏LCD分段成S個區(qū)域的接線及ITO布局。
[0087] 圖69例示了包含保護跡線的觸摸屏LCD的某一區(qū)域的頂視圖和截面圖。
[008引圖70例示了不包含保護跡線的觸摸屏LCD的某一區(qū)域的頂視圖和截面圖。
[0089] 圖71例示了包含了六個觸摸像素及其信號接線的示例性顯示區(qū)域。
[0090] 圖72例示了用于觸摸屏LCD的另一個實施例的疊層圖。
[0091] 圖73例示了用于觸摸屏LCD的另一個實施例的疊層圖。
[0092] 圖74例示了突顯了用于觸摸屏LCD的Vmi信號禪合的電路圖。
[0093] 圖75例示了一個示例性顯示器。
[0094] 圖76例示了用于觸摸屏LCD的可能掃描圖案。
[0095] 圖77例示了用于圖79實施例的電路圖。
[0096] 圖78例示了分段ITO層。
[0097] 圖79例示了用于觸摸屏LCD的另一個實施例的疊層圖。
[009引圖80例示了用于圖79實施例的組合的接線和疊層圖。
[0099] 圖81例示了圖79實施例的物理實現(xiàn)方式。
[0100] 圖82例示了平面轉(zhuǎn)換型的LCD單元。
[0101] 圖83例示了用于平面轉(zhuǎn)換型LCD單元的電極組織。
[0102] 圖84例示了用于基于IPS的觸摸屏LCD的實施例的電路圖。
[0103] 圖85例示了與圖84相對應的疊層圖。
[0104] 圖86例示了用于基于IPS的觸摸屏LCD的另一個實施例的疊層圖。
[01化]圖87例示了用于概念F的物理模型，也就是基于IPS的觸摸屏LCD的實施例。
[0106] 圖88例示了與圖87的實施例相對應的疊層圖。
[0107] 圖89例示了全玻璃觸摸屏LCD的側(cè)視圖。
[0108] 圖90例示了包含塑料層的觸摸屏LCD的側(cè)視圖。
[0109] 圖91例示了具有多個塑料層的觸摸屏。
[0110] 圖92例示了具有在兩側(cè)圖案化的PET層并且具有通過PET層的連接的觸摸屏。
[0111] 圖93例示了組合PET/玻璃觸摸屏。
[0112] 圖94例示了觸摸屏LCD設備組件。
[0113] 圖95例示了具有在透明玻璃外殼內(nèi)部圖案化的觸摸層的觸摸屏LCD。
[0114] 圖96例示了可W與觸摸屏LCD結(jié)合使用的圖案化PET基底。
[0115] 圖97例示了與圖96的PET基底粘合的柔性印刷電路。
[0116] 圖98例示了貼在圖97的組件上的覆蓋物。
[0117] 圖99例示了玻璃上的電平移動器/解碼器巧片的簡化圖示。
[011引圖100例示了經(jīng)修改的觸摸/LCD驅(qū)動器W及外圍晶體管電路。
[0119] 圖101例示了完全集成的觸摸/LCD驅(qū)動器的簡化框圖。
[0120] 圖102例示了觸摸屏LCD的應用。
[0121] 圖103例示了并入了觸摸屏的計算機系統(tǒng)的框圖。
[0122] 圖104例示了可W與根據(jù)本發(fā)明的觸摸屏LCD結(jié)合使用的各種電子設備和計算機 系統(tǒng)的形狀因素。
[0123] 圖105例示了通過連接來形成多個觸摸傳感列的IPSLCD子像素。
[0124] 圖106例示了通過連接來形成多個觸摸傳感行的IPSLCD子像素。
[0125] 圖107例示了集成了觸摸感測處理的IPSLCD。
【具體實施方式】
[01%] 為使本領(lǐng)域技術(shù)人員能夠獲得和使用本發(fā)明，現(xiàn)給出如下描述，該描述是在特定 應用及其需求的上下文中提供的。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，針對所公開實施例的各種修改 都是顯而易見的，此外，該里定義的一般原理也可W應用于其他實施例和應用，而不會脫離 本發(fā)明的精神和范圍。由此，本發(fā)明并不局限于所示實施例，相反，它依照的是與權(quán)利要求 相符合的最廣闊的范圍。
[0127] 1.LCD巧M措威測的背景
[0128] 在該里公開的是將觸摸感測技術(shù)集成在液晶顯示器中的技術(shù)。
[0129] 正如本領(lǐng)域技術(shù)人員所了解的那樣，LCD包括多個層，其中最基本的是頂部玻璃、 液晶和底部玻璃。頂部和底部玻璃可W圖案化，W便提供包含了特定顯示器像素液晶的單 元所具有的邊界。頂部和底部玻璃還可W用不同導電材料層W及薄膜晶體管圖案化，W便 能夠通過改變液晶單元兩端的電壓來操縱液晶的方向，由此控制像素顏色和亮度。
[0130] 正如作為參考引入的申請中描述的那樣，對觸摸表面、尤其是具有多點觸摸能力 的透明觸摸表面來說，該表面可W由一系列層形成。該一系列層可W包括至少一個基底，例 如玻璃，并且在該基底上可W布置多個觸敏電極。例如，互電容裝置可W包括用玻璃該類非 導電層分開的多個驅(qū)動電極和多個傳感電極。當有導電物體（例如用戶手指）接近時，驅(qū) 動電極與傳感電極之間的電容禪合有可能會受到影響。該種電容禪合變化可W用于確定特 定觸摸的位置、形狀、大小、運動、標識等等。然后，通過解釋該些參數(shù)，可W控制計算機或其 他電子設備的操作。對本領(lǐng)域技術(shù)人員來說，下述自電容裝置同樣是已知的。
[0131] 通過集成LCD和觸摸傳感器的分層結(jié)構(gòu)，可W實現(xiàn)多種益處。該集成可W包括組 合或交錯上述分層結(jié)構(gòu)。此外，該集成還可W包括省去冗余結(jié)構(gòu)和/或發(fā)現(xiàn)特定層或結(jié)構(gòu) 的雙重用途（例如一個用途為觸摸功能而另一個用途為顯示功能）。該樣做可W允許省去 某些層，由此降低觸摸屏LCD的成本和厚度，W及簡化制造過程。目前，可能有多種不同的 裝置，并且在該里將會進一步詳細描述該其中的某些裝置。
[0132] 特別地，在下文中將會論述集成觸摸屏LCD的各個實施例。但是本領(lǐng)域技術(shù)人員 將會了解，該里關(guān)于附圖給出的詳細描述是例示性而不是窮舉性的，而且針對該些實施例 的眾多變化都是可能的。此外，雖然所公開的很多實施例設及的是具有多點觸摸能力的裝 置，但是眾多教導也可W應用于單點觸摸顯示器。
[013引1.1多點觸摸感測
[0134] 借助圖1所示的多點觸摸感測裝置，可W識別多個同時或幾乎同時的觸摸事件。 多點觸摸感測裝置100可W檢測和監(jiān)視在同一時間、在接近同一時間、在不同時間或是在 某個時段上在觸敏表面101上出現(xiàn)的多個觸摸屬性（包括例如標識、位置、速度、大小、形狀 和幅度）。觸敏表面101可W提供W彼此基本獨立的方式起作用并且代表了觸敏表面上的 不同點的多個傳感器點、坐標或節(jié)點102。感測點102可W位于某個網(wǎng)格或像素陣列中，其 中每個感測點都能同時產(chǎn)生一個信號。感測點102可W被認為是將觸敏表面101映射到了 一個坐標系，例如笛卡爾或極坐標系。
[0135] 舉例來說，觸敏表面可W采用平板或觸摸屏的形式。為了生產(chǎn)觸摸屏，可W使用基 本透明的導電介質(zhì)，例如氧化銅錫（ITO)。感測點102的數(shù)量和配置是可W改變的。通常， 感測點102的數(shù)量取決于期望分辨率和靈敏度。在觸摸屏應用中，感測點102的數(shù)量還可 W取決于觸摸屏的期望透明度。
[0136] 通過使用與下文詳述相類似的多點觸摸感測裝置，可W使用在多點觸摸傳感器 101的節(jié)點102上生成的信號來產(chǎn)生特定時間點的觸摸圖像。例如，與觸敏表面101接觸 或在其附近的每個物體（例如手指、指示筆等等）都可W產(chǎn)生圖2所示的接觸印跡區(qū)域 201。每一個接觸印跡區(qū)域201都有可能覆蓋若干個節(jié)點102。被覆蓋的節(jié)點202可W檢 測到物體，而剩余節(jié)點102則不會檢測到物體。由此可W形成觸摸表面平面的像素化圖像 (pixilatedimage)(該圖像可W被稱為觸摸圖像、多點觸摸圖像或接近度圖像）。每一個 接觸印跡區(qū)域201的信號都可W聚集在一起。每一個接觸印跡區(qū)域201都可W包括W每一 個點的觸摸量為基礎的高點和低點。接觸印跡區(qū)域201的形狀W及圖像內(nèi)部的高點和低點 可W用于區(qū)分彼此接近的接觸印跡區(qū)域201。此外，當前圖像還可W與先前圖像相比較，W 便確定物體如何隨時間移動，W及確定據(jù)此在主機設備中應該執(zhí)行怎樣的對應操作。
[0137]有很多種不同的感測技術(shù)可W與該些感測裝置結(jié)合使用，其中包括電阻、電容、光 學感測裝置等等。在基