集成觸摸屏的制作方法
【專(zhuān)利說(shuō)明】集成觸摸屏
[0001]本申請(qǐng)是申請(qǐng)日為2010年2月2日申請(qǐng)?zhí)枮?01080010343.6(國(guó)際申請(qǐng)?zhí)?PCT/US2010/022888)發(fā)明名稱(chēng)為“集成觸摸屏”的發(fā)明專(zhuān)利申請(qǐng)的分案申請(qǐng)。
技術(shù)領(lǐng)域
[0002]本發(fā)明一般涉及包括顯示像素疊層的顯示器，且更具體而言涉及集成到顯示器的顯示像素疊層的觸摸感應(yīng)電路。
【背景技術(shù)】
[0003]很多類(lèi)型的輸入設(shè)備當(dāng)前可用于在計(jì)算系統(tǒng)中執(zhí)行操作，諸如按鈕或鍵、鼠標(biāo)、跟蹤球、操縱桿、觸摸傳感器面板、觸摸屏等。尤其是，因?yàn)槠洳僮骱?jiǎn)單和多功能性以及其不斷下降的價(jià)格，觸摸屏正變得越來(lái)越流行。觸摸屏可以包括:觸摸傳感器面板，其可以是具有觸摸敏感表面的透晰面板，以及諸如液晶顯示器(LCD)的顯示設(shè)備，其可以部分或完全布置在該面板后面，使得觸摸敏感表面可以覆蓋顯示設(shè)備的可觀看區(qū)域的至少一部分。觸摸屏可以允許用戶(hù)通過(guò)通常在顯示設(shè)備顯示的用戶(hù)界面(UI)所指示的位置處使用手指、鐵筆或其他對(duì)象觸摸該觸摸傳感器面板而執(zhí)行各種功能。一般而言，觸摸屏可以識(shí)別觸摸傳感器面板上的觸摸和觸摸的位置，且計(jì)算系統(tǒng)然后可根據(jù)觸摸時(shí)出現(xiàn)的顯示來(lái)解讀該觸摸，且此后可以基于該觸摸執(zhí)行一個(gè)或多個(gè)動(dòng)作。在一些觸摸感應(yīng)系統(tǒng)的情況下，不需要顯示器上的物理觸摸來(lái)檢測(cè)觸摸。例如，在一些電容型觸摸感應(yīng)系統(tǒng)中，用于檢測(cè)觸摸的邊緣場(chǎng)可以延伸出顯示器的表面，且接近該表面的對(duì)象可以被檢測(cè)到在表面附近而無(wú)需實(shí)際觸摸該表面。
[0004]電容觸摸傳感器面板可以由通常在基本透明的基板上在水平和垂直方向以行和列布置的諸如氧化銦錫(ITO)的基本透明的導(dǎo)電材料的驅(qū)動(dòng)和感應(yīng)線(xiàn)的矩陣形成。如上所述，部分地由于其基本透明性，電容觸摸傳感器面板可以覆蓋在顯示器上以形成觸摸屏。然而，使用觸摸傳感器面板覆蓋顯示器可具有諸如增加的重量和厚度、驅(qū)動(dòng)觸摸傳感器面板所需的附加功率以及顯示器的降低的亮度的缺點(diǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0005]本發(fā)明涉及集成到顯示器(諸如IXD顯示器)的顯示像素疊層(即，形成顯示像素的堆疊材料層)的觸摸感應(yīng)電路。顯示像素疊層中的電路元件可以被分組在一起以形成感應(yīng)顯示器上或顯示器附近的觸摸的觸摸感應(yīng)電路。該觸摸感應(yīng)電路例如可以包括諸如驅(qū)動(dòng)線(xiàn)和感應(yīng)線(xiàn)的觸摸信號(hào)線(xiàn)、接地區(qū)域和其他電路。集成觸摸屏可以包括多功能電路元件，該多功能電路元件可以形成被設(shè)計(jì)成操作為顯示系統(tǒng)的電路的顯示電路的一部分，以在顯示器上產(chǎn)生圖像，且還可以形成感應(yīng)顯示器上或顯示器附近的一個(gè)或多個(gè)觸摸的觸摸感應(yīng)系統(tǒng)的觸摸感應(yīng)電路的一部分。該多功能電路元件例如可以是LCD的顯示像素中的電容，其可以被配置成操作為顯示系統(tǒng)中顯示電路的存儲(chǔ)電容/電極、公共電極、導(dǎo)電引線(xiàn)/路徑等，且還可以被配置成操作為觸摸感應(yīng)電路的電路元件。以這種方式，例如，在一些實(shí)施例中，可以使用較少的部件和/或處理步驟制造具有集成觸摸感應(yīng)功能的顯示器，且該顯示器本身可以更薄、更亮且需要更少的功率。
【附圖說(shuō)明】
[0006]圖1A-1C說(shuō)明示例移動(dòng)電話(huà)、示例數(shù)字媒體播放器以及示例個(gè)人計(jì)算機(jī)，它們均包括根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的示例集成觸摸屏。
[0007]圖1D-1G說(shuō)明包括根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的觸摸屏的示例集成觸摸屏系統(tǒng)。
[0008]圖2是說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的示例集成觸摸屏的一個(gè)實(shí)施方式的示例計(jì)算系統(tǒng)的框圖。
[0009]圖3是圖2的觸摸屏的更詳細(xì)的視圖，示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的驅(qū)動(dòng)線(xiàn)和感應(yīng)線(xiàn)的示例配置。
[0010]圖4說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的示例配置，其中觸摸感應(yīng)電路包括公共電極(Vcom) ο
[0011]圖5說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的導(dǎo)線(xiàn)的示例配置。
[0012]圖6-8是說(shuō)明示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的示例顯示像素的更多細(xì)節(jié)的平面圖和側(cè)視圖。
[0013]圖9是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例包括多個(gè)子像素的示例觸摸屏的部分電路圖。
[0014]圖10-12B說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的示例觸摸感應(yīng)操作。
[0015]圖13A-B示出根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例在觸摸屏的觸摸階段中被分組到用作觸摸感應(yīng)電路的區(qū)域中的多功能顯示像素的另一示例配置。
[0016]圖14A-16C說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的顯示像素的多功能電路元件的另一示例配置。
[0017]圖17-20說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的不同制造階段中的示例顯示像素。
[0018]圖21A說(shuō)明用于根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的一個(gè)示例觸摸像素的顯示像素的示例布局。
[0019]圖21B是圖21A的一部分的放大圖，說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的示例驅(qū)動(dòng)隧道。
[0020]圖21C說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的示例驅(qū)動(dòng)隧道連接。
[0021]圖21D說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的另一示例驅(qū)動(dòng)隧道連接。
[0022]圖22-1和22-2說(shuō)明可以包括諸如圖21A中示出的示例觸摸像素的示例觸摸像素布局。
[0023]圖23是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例包括高阻(R)屏蔽的示例觸摸屏的側(cè)視圖。
[0024]圖24是根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的另一示例集成觸摸屏的部分頂視圖。
【具體實(shí)施方式】
[0025]在示例實(shí)施例的下面的描述中，對(duì)附圖做出參考，附圖形成本說(shuō)明書(shū)的一部分，且附圖中以說(shuō)明性方式示出可以實(shí)踐本公開(kāi)的實(shí)施例的特定實(shí)施例。應(yīng)當(dāng)理解，可以使用其他實(shí)施例且可以做出結(jié)構(gòu)變化，而不偏離本公開(kāi)的實(shí)施例的范圍。
[0026]下面的描述包括觸摸感應(yīng)電路可以集成到諸如IXD顯示器的顯示器的顯示像素疊層(即，形成顯示像素的堆疊材料層)的示例。盡管此處參考LCD顯示器描述了實(shí)施例，應(yīng)當(dāng)理解，可以使用備選顯示器來(lái)代替IXD顯示器，諸如一般包含電可成像材料的任意電可成像層。該電可成像材料可以是光發(fā)射或光調(diào)制的。光發(fā)射材料本質(zhì)上可以是無(wú)機(jī)或有機(jī)的。合適的材料可以包括有機(jī)發(fā)光二極管(OLED)或聚合物發(fā)光二極管(PLED)。光調(diào)制材料可以是反射或透射的。光調(diào)制材料可以包括但不限于電化學(xué)材料、諸如Gyricon微粒的電泳材料、電致變色材料或液晶材料。液晶材料可以是但不限于扭曲向列(TN)、超扭曲向列(STN)、鐵電、磁性或手性向列液晶。其他合適的材料可以包括熱致變色材料、帶電荷的微粒以及磁性微粒。觸摸感應(yīng)電路例如可以包括諸如驅(qū)動(dòng)線(xiàn)和感應(yīng)線(xiàn)的觸摸信號(hào)線(xiàn)、接地區(qū)域和其他電路。顯示像素疊層典型地通過(guò)包括諸如導(dǎo)電材料(例如，金屬、基本透明的導(dǎo)體)、半導(dǎo)電材料(例如，多晶硅(多晶Si))和電介質(zhì)材料(例如，Si02、有機(jī)材料、SiNx)的材料的沉積、掩膜、蝕刻、摻雜等工藝制造。在顯示像素疊層中形成的各種結(jié)構(gòu)可以被設(shè)計(jì)成操作為顯示系統(tǒng)的電路以在顯示器上產(chǎn)生圖像。換句話(huà)說(shuō)，疊層結(jié)構(gòu)中的一些可以是顯示電路的電路元件。集成觸摸屏的一些實(shí)施例可以包括多功能電路元件，所述多功能電路元件可以形成顯示系統(tǒng)的顯示電路的部件，且還可以形成感應(yīng)顯示器上或顯示器附近的一個(gè)或多個(gè)觸摸的觸摸感應(yīng)系統(tǒng)的觸摸感應(yīng)電路的部件。多功能電路元件例如可以是LCD的顯示像素中的電容，其可以被配置成操作為顯示系統(tǒng)中的顯示電路中的存儲(chǔ)電容/電極、公共電極、導(dǎo)電引線(xiàn)/路徑等，且還可以被配置成操作為觸摸感應(yīng)電路的電路元件。以這種方式，例如，在一些實(shí)施例中，可以使用較少的部件和/或工藝步驟制造具有集成觸摸感應(yīng)功能的顯示器，且顯示器本身可以更薄、更亮且需要更少的功率。
[0027]此處參考笛卡爾坐標(biāo)系描述示例實(shí)施例，其中X方向和y方向可以分別等同為水平方向和垂直方向。然而，本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)理解，參考特定坐標(biāo)系僅僅是為了清楚起見(jiàn)，且不會(huì)將結(jié)構(gòu)的方向限制為特定方向或特定坐標(biāo)系。再者，盡管特定材料和材料類(lèi)型可以包括在示例性實(shí)施例的描述中，本領(lǐng)域技術(shù)人員將理解可以使用實(shí)現(xiàn)相同功能的其他材料。例如，應(yīng)當(dāng)理解，如在下面的示例中描述的“金屬層”可以是任意電導(dǎo)電材料的層。
[0028]在一些示例實(shí)施例中，具有集成觸摸感應(yīng)功能的LCD顯示器可以包括電壓數(shù)據(jù)線(xiàn)的矩陣以尋址顯示像素的多功能電路元件以在顯示階段中顯示圖像，且尋址顯示器的多功能電路元件以在觸摸感應(yīng)階段感應(yīng)觸摸。因而，在一些實(shí)施例中，多功能電路元件可以在顯示階段中操作為顯示系統(tǒng)的一部分且可以在觸摸感應(yīng)階段中操作為觸摸感應(yīng)系統(tǒng)的一部分。例如，在一些實(shí)施例中，電壓線(xiàn)中的一些可以使用第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)以在觸摸感應(yīng)階段中驅(qū)動(dòng)觸摸屏的驅(qū)動(dòng)區(qū)域。另外，可以使用相對(duì)于用于驅(qū)動(dòng)觸摸屏的驅(qū)動(dòng)區(qū)域的第一驅(qū)動(dòng)信號(hào)180度不同步的第二驅(qū)動(dòng)信號(hào)驅(qū)動(dòng)電壓線(xiàn)中的一個(gè)或多個(gè)。這些不同步電壓線(xiàn)可以用于減小觸摸屏的靜電電容。
[0029]本公開(kāi)的各個(gè)實(shí)施例的潛在優(yōu)點(diǎn)中的一些，諸如薄度、亮度和功率效率，尤其可以用于便攜式裝置，盡管本公開(kāi)的實(shí)施例的用途不限于便攜式裝置。圖1A-1C示出其中可以實(shí)現(xiàn)根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的集成觸摸屏的示例系統(tǒng)。圖1A說(shuō)明包括集成觸摸屏124的示例移動(dòng)電話(huà)136。圖1B說(shuō)明包括集成觸摸屏126的示例數(shù)字媒體播放器140。圖1C說(shuō)明包括集成觸摸屏128的示例個(gè)人計(jì)算機(jī)144。
[0030]圖1D-G說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的包括示例集成觸摸屏153的示例集成觸摸屏系統(tǒng)150。參考圖1D，觸摸屏153包括顯示像素155，顯示像素155包括多功能電路元件。圖1D示出一個(gè)顯示像素155的放大圖，其包括多功能電路元件157、159和161，這些多功能電路元件157、159和161可以操作為顯示系統(tǒng)控制器170控制的顯示系統(tǒng)的一部分且可以操作為觸摸感應(yīng)系統(tǒng)控制器180控制的觸摸感應(yīng)系統(tǒng)的觸摸感應(yīng)電路的一部分。顯示像素155還包括多功能電路元件163，其可以操作為顯示系統(tǒng)的顯示電路、觸摸感應(yīng)系統(tǒng)以及功率系統(tǒng)控制器190控制的功率系統(tǒng)的一部分。顯示像素155還包括單功能顯示電路元件165以及單功能觸摸感應(yīng)電路元件167，在一些實(shí)施例中，該單功能顯示電路元件165可以?xún)H操作為顯示電路的一部分，在一些實(shí)施例中，該單功能觸摸感應(yīng)電路元件167僅操作為觸摸感應(yīng)電路的一部分。
[0031]圖1E-G說(shuō)明包括不同操作階段的觸摸屏系統(tǒng)150的示例操作。圖1E示出在顯示階段中的示例操作，其中顯示像素155的電路元件可以操作為在觸摸屏153上顯示圖像。在顯示階段中的操作例如可以包括例如通過(guò)使用開(kāi)關(guān)169a_e從顯示電路的電路元件電分離或斷開(kāi)觸摸感應(yīng)電路元件167而有效地配置顯示像素155為顯示配置。有效地配置顯示像素的電路元件以操作為集成觸摸屏的特定系統(tǒng)的電路的一部分例如可以包括:切換不同系統(tǒng)的線(xiàn)之間的連接；開(kāi)啟/關(guān)閉電路元件；改變電壓線(xiàn)中的電壓值；改變信號(hào)，諸如控制信號(hào)等。有效配置可以在觸摸屏的操作中發(fā)生且可以至少部分地基于靜態(tài)配置，即觸摸屏的結(jié)構(gòu)配置。結(jié)構(gòu)配置例如可以包括顯示像素的疊層中的結(jié)構(gòu)的大小、形狀、布置、材料組成等，諸如顯示像素疊層中導(dǎo)電路徑的數(shù)目和布置、諸如連接兩個(gè)導(dǎo)電層的接觸點(diǎn)的填充導(dǎo)體的通孔的永久連接、諸如其中導(dǎo)電材料在設(shè)計(jì)中已被去除的導(dǎo)電路徑的一部分的永久斷路等。
[0032]顯示系統(tǒng)控制器170可以分別通過(guò)多功能電路元件159和163以及顯示系統(tǒng)電路元件165發(fā)射控制信號(hào)171、173和175以促使顯示像素150的多功能電路元件157和161在觸摸屏153上顯示圖像。在一些實(shí)施例中，控制信號(hào)171、173和175例如可以是選通信號(hào)、Vcom信號(hào)和數(shù)據(jù)信號(hào)。
[0033]圖1F示出在觸摸感應(yīng)階段中的示例操作，其中顯示像素155的電路元件可以操作為感應(yīng)觸摸，操作包括例如通過(guò)電連接觸摸感應(yīng)電路元件167與開(kāi)關(guān)169b和169c且使用開(kāi)關(guān)169a和169d電斷開(kāi)顯示系統(tǒng)電路元件165而有效地配置顯示像素以用于觸摸感應(yīng)。觸摸感應(yīng)系統(tǒng)控制器180可以發(fā)射控制信號(hào)181且可以接收信息信號(hào)183和185。在一些實(shí)施例中，控制信號(hào)181例如可以是用于電容感應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)、用于光學(xué)感應(yīng)的驅(qū)動(dòng)信號(hào)等。在一些實(shí)施例中，信息信號(hào)183例如可以是用于電容、光學(xué)等感應(yīng)的感應(yīng)信號(hào)且信息信號(hào)185例如可以是觸摸感應(yīng)系統(tǒng)的反饋信號(hào)。
[0034]圖1G示出在功率系統(tǒng)階段中的示例操作，其中顯示像素155的多功能電路元件163可以使用開(kāi)關(guān)169c、169d和169e從顯示系統(tǒng)和觸摸感應(yīng)系統(tǒng)電斷開(kāi)。功率系統(tǒng)控制器190可以通過(guò)多功能電路元件163發(fā)射信號(hào)192。信號(hào)192例如可以是指示功率系統(tǒng)的充電狀態(tài)、電源電壓等的信號(hào)。
[0035]在本公開(kāi)的一些實(shí)施例中，觸摸感應(yīng)系統(tǒng)可以基于電容。通過(guò)檢測(cè)觸摸像素中的每一個(gè)處的電容的變化且記錄觸摸像素的位置，觸摸感應(yīng)系統(tǒng)可以識(shí)別多個(gè)對(duì)象，且當(dāng)這些對(duì)象在觸摸屏上移動(dòng)時(shí)確定對(duì)象的位置、壓力、方向、速度和/或加速度。
[0036]舉例而言，集成觸摸感應(yīng)系統(tǒng)的一些實(shí)施例可以基于自電容且一些實(shí)施例可以基于互電容。在基于自電容的觸摸系統(tǒng)中，可以由形成對(duì)地的自電容的個(gè)體電極而形成每個(gè)觸摸像素。當(dāng)對(duì)象接近該觸摸像素時(shí)，可以在對(duì)象和該觸摸像素之間形成附加的對(duì)地電容。該附加的對(duì)地電容可以導(dǎo)致觸摸像素可見(jiàn)的自電容的凈增加。自電容中的這種增加可以由觸摸感應(yīng)系統(tǒng)檢測(cè)和測(cè)量以當(dāng)多個(gè)對(duì)象觸摸觸摸屏?xí)r確定它們的位置。在基于互電容的觸摸系統(tǒng)中，觸摸感應(yīng)系統(tǒng)例如可以包括諸如驅(qū)動(dòng)線(xiàn)和感應(yīng)線(xiàn)的驅(qū)動(dòng)區(qū)域和感應(yīng)區(qū)域。在一個(gè)示例情況中，驅(qū)動(dòng)線(xiàn)可以按行形成而感應(yīng)線(xiàn)可以按列(例如正交)形成。觸摸像素可以在行和列的交叉點(diǎn)設(shè)置。在操作中，行可以使用AC波形激勵(lì)且互電容可以在觸摸像素的行和列之間形成。當(dāng)對(duì)象接近該觸摸像素時(shí)，耦合在觸摸像素的行和列之間的電荷中的一些可以耦合到該對(duì)象上。耦合在觸摸像素上的電荷的這種減小可以導(dǎo)致行和列之間的互電容的凈減小以及耦合在觸摸像素上的AC波形的減小。電荷耦合的AC波形的這種減小可以被觸摸感應(yīng)系統(tǒng)檢測(cè)和測(cè)量，以當(dāng)多個(gè)對(duì)象觸摸觸摸屏?xí)r確定它們的位置。在一些實(shí)施例中，集成觸摸屏可以是多觸摸、單觸摸、投影掃描、全成像多觸摸或任意電容觸摸的。
[0037]圖2是說(shuō)明根據(jù)本公開(kāi)的實(shí)施例的示例集成觸摸屏220的一個(gè)實(shí)施方式的示例計(jì)算系統(tǒng)200的框圖。計(jì)算系統(tǒng)200例如可以包括在含有觸摸屏的移動(dòng)電話(huà)136、數(shù)字媒體播放器140、個(gè)人計(jì)算機(jī)144或任意移動(dòng)或非移動(dòng)計(jì)算設(shè)備中。計(jì)算系統(tǒng)200可以包括觸摸感應(yīng)系統(tǒng)，該觸摸感應(yīng)系統(tǒng)包括一個(gè)或多個(gè)觸摸處理器202、外圍設(shè)備204、觸摸控制器206以及觸摸感應(yīng)電路(在下面更詳細(xì)描述)。外圍設(shè)備204可以包括但不限于隨機(jī)存取存儲(chǔ)器(RAM)或其他類(lèi)型的內(nèi)存或存儲(chǔ)器、看門(mén)狗計(jì)時(shí)器等。觸摸控制器206可以包括但不限于一個(gè)或多個(gè)感應(yīng)通道208、通道掃描邏輯210和驅(qū)動(dòng)器邏輯214。通道掃描邏輯210可以訪問(wèn)RAM 212，自主地從感應(yīng)通道讀取數(shù)據(jù)且提供用于感應(yīng)通道的控制。另外，通道掃描邏輯210可以控制驅(qū)動(dòng)器邏輯214以在可以選擇性地應(yīng)用于驅(qū)動(dòng)觸摸屏220的觸摸感應(yīng)電路的驅(qū)動(dòng)區(qū)域的各個(gè)頻率和相位產(chǎn)生激勵(lì)信號(hào)216，如下面更詳細(xì)描述。在一些實(shí)施例中，觸摸控制器206、觸摸處理器202和外圍設(shè)備204可以集成到單個(gè)專(zhuān)用集成電路(ASIC)中。
[0038]計(jì)算系統(tǒng)200還可以包括用于從觸摸處理器202接收輸出且基于該輸出執(zhí)行動(dòng)作的主機(jī)處理器228。例如，主機(jī)處理器228可以連接到程序存儲(chǔ)器232和諸如IXD驅(qū)動(dòng)器234的顯示控制器。主機(jī)處理器228可以使用IXD驅(qū)動(dòng)器234以在觸摸屏220上產(chǎn)生圖像，諸如用戶(hù)界面(UI)