[發明專利]互電容觸摸屏裝置和用于創建互電容觸摸屏裝置的方法

有效

• 申請號: 201380018108.7
• 申請日: 2013-03-29
• 公開（公告）號: CN104205025B
• 公開（公告）日: 2016-11-16
• 發明（設計）人: C·J·布朗;M·P·庫爾森
• 申請（專利權）人: 夏普株式會社
• 主分類號: G06F3/041
• 分類號: G06F3/041;G06F3/044
• 代理公司: 北京尚誠知識產權代理有限公司 11322
• 代理人: 龍淳

技術領域

本發明涉及觸摸屏和顯示裝置。尤其是，本發明涉及與液晶顯示器(LCD)裝置集成的投射電容型觸摸屏。與觸摸屏集成的這類LCD裝置可以發現其在包括例如移動電話、平板和桌面計算機、電子書閱讀器和數字告示產品的消費電子產品范圍內的應用。

背景技術

最近，觸摸屏已被廣泛采納為高端便攜式電子產品例如智能手機和平板電腦的輸入裝置。雖然若干不同的技術可以被用于創建這些觸摸屏，但是電容性系統已被證明是最受歡迎的，這是由于其精度、耐用性和能夠檢測很小或無激活力的觸摸輸入事件的能力。

觸摸屏的電容感應的最基本方法是在表面電容型觸摸屏(也被稱為自電容式觸摸屏)中展現，例如在專利US4293734(Pepper，1981年10月6日)中所公開的。表面(自)電容型觸摸屏的典型實施在圖1中示出并且包括透明基板10，該透明基板的表面涂有形成感應電極11的導電材料。一個或多個電壓源12被連接到例如在每個角落的感應電極，并用于生成在該基板上方延伸的電場。當導電物體例如人的手指13來靠近感應電極時，電容器14在感應電極11與手指13之間動態形成并且這個電場被干擾。電容器14導致從電壓源12汲取的電流量的變化，其中電流變化的幅度和手指位置與電壓源被連接到該感應電極的點之間的距離有關。電流傳感器15被設置來測量從每個電壓源12汲取的電流，并且觸摸輸入事件的位置通過比較在每個源測量的電流的幅度進行計算。雖然其在結構和操作上是簡單的，表面電容型觸摸屏不能檢測例如當兩個或兩個以上的手指接觸觸摸屏時所發生的多個同時輸入事件。

另一個眾所周知的應用于觸摸屏的電容感應的方法可以在投射式電容型觸摸屏(也被稱為互電容型觸摸屏)中發現。在這個方法中，如圖2所示，驅動電極20和感應電極21在透明基板(未示出)上形成。驅動電極20被電壓源22饋送變化的電壓或電壓激勵信號。接著，經由在驅動電極20與感應電極21之間形成的互耦合電容器23通過電容耦合的方式在毗鄰的感應電極21上生成信號。當例如手指13的導電性物體被帶入電極附近時，互電容23的幅度根據導電物體與電極之間的距離而改變。電流測量裝置24被連接到感應電極21并提供互耦合電容器23的大小的測定。因此，觸摸輸入事件通過監測電流測量裝置24的輸出進行檢測。眾所周知，通過將多個驅動和感應電極排列成陣列例如二維矩陣陣列，該投射電容感應方法可用于形成觸摸屏裝置。投射(互)電容感應方法比表面(自)電容方法具有的優點是多個同時觸摸輸入可以被檢測。投射(互)電容感應方法也適用于檢測非導電物體的接近。在此情況下，如果空氣的介電常數不同，非導電物體的介電常數產生互電容23的幅度的變化。

雖然例如上述的投射電容型觸摸屏裝置已廣泛采用于消費電子產品，通過解決這種感應方法的電流限制進一步提高其性能是期望的。特別地，互電容測量的相對低的信噪比(SNR)確定了物體觸摸該觸摸屏表面的位置的精度，并且限制了觸摸物體的最小尺寸。一種已知的增加SNR的方案是通過觸摸屏電極的設計優化觸摸屏對接近物體例如手指或筆尖的靈敏度。例如，美國專利No.5543588(Bisset等人，1996年8月6日)公開了包括驅動和感應電極的觸摸屏，所述驅動和感應電極形成菱形形狀圖案。可供選擇地，美國專利申請No.2010/0302201(Ritter等人，2010年12月2日)公開了包括可以在單一物理層中形成的跨掌狀(inter-digitated)驅動和感應電極的觸摸屏。不過，通過這種方式增加觸摸屏對接近導電物體的靈敏度的缺點是觸摸屏對電子噪音源的靈敏度和干擾也會增加，并且通過這種方案所實現的SNR改善由此受到限制。

影響SNR的噪音源包括環境效果例如變化的溫度、濕度和凝結以及從觸摸屏下面的顯示裝置和裝置周圍的物體包括觸摸物體自身散發的電磁干擾。來自這類源的噪音會在觸摸屏電容測量電路中表現為在測量信號中相關或可推斷的波動。因此，增加SNR的第二方案是降低這些噪音源對測定的影響。通常，顯示裝置是顯著的干擾源，并且降低干擾影響的一個眾所周知的方法是使顯示時序與觸摸屏功能同步，使得當顯示功能無效時，例如在顯示器水平或垂直消隱期間，觸摸屏只對檢測觸摸輸入有效。不過，這類方法不改善對濕度、凝結或其他環境噪音源的抗擾性并可能對觸摸屏的操作和/或顯示裝置施加不期望的約束，這會限制增加可實現的SNR。