具有噪聲抑制的電容性觸控螢幕幕的製作方法

2023-09-14 19:55:15 1

專利名稱：具有噪聲抑制的電容性觸控螢幕幕的製作方法
具有噪聲抑制的電容性觸控螢幕幕
背景技術：
下文描述電容性觸控螢幕幕或二維電容性轉換(2DCT)傳感器領域中的新發明。US6,452,514 [l]、 US 7,148,704 [2]和US 5,730,165 [3]揭示一種電容性測量技術，其使得有可能產生可透過幾毫米的塑料或玻璃檢測到人類觸摸的觸摸響應的透明或不透明的感測區。本文描述一種觸控螢幕幕的新結構，其允許傳感器的操作和外觀的顯著增強。
美國專利6,452,514 [l]描述一種電容性測量技術，其使用傳輸-接收方法來跨發射電極與收集電極(分別為傳輸器和接收器，亦被稱作X和Y)之間的間隙引發電荷，所述專利以引用方式併入本文中。美國專利6,452,514 [l]中所描述的電容性感測可被稱作互電容性或主動類型的2DCT傳感器。當手指觸摸與傳輸器電極與接收器電極之間的所得電場交互時，從傳輸器耦合至接收器的電荷量改變。所述測量技術的特定特徵為大多數電荷傾向於集中到銳角轉角和邊緣附近(靜電學中的眾所周知的效應)。傳輸器電極與接收器電極之間的邊緣場支配電荷耦合。所述電極設計因此傾向於著重於邊緣和相鄰傳輸器電極與接收器電極之間的間隙，以便最大化耦合且還最大化觸摸中斷所述兩個電極之間的電場的能力，因此給出所測量電荷的最大相對改變。大改變是需要的，因為其等同於較高的解析度且等同於較好的信噪比。
經特定設計的控制晶片可檢測到這些電荷改變。將這些電荷改變認作傳輸器電極與接收器電極之間的所測量到的耦合電容的改變是便利的(電荷相當難以觀察到)。所述晶片處理來自觸控螢幕幕周圍各處的相對電容性改變量，且使用此改變量來將觸摸的絕對位置計算成一組x和y坐標。為使這種情況成為可能，必須使用一組空間分布電極。 一般地，要求這些電極為透明的，使得觸控螢幕幕可在顯示器(例如，液晶顯示器(LCD)屏幕或其它顯示屏幕類型(例如，有機發光二極體(OLED)類型)的屏幕)前面操作。為達成這個目標，電極通常由被稱為氧化銦錫(ITO)的材料製成，但其它透明導電材料也是合適的。ITO在光學方面具有所要性質，但可實質上為歐姆性的，如果電阻與電容組合導致防止電荷轉移過程及時穩定的時間常數，那麼實質上為歐姆性的這個情況可對電容性測量具有消極影響。
另一實例2DCT揭示於US 20070062739 Al [8]中。
為了產生可報告在傳感器的表面或上覆塑料或玻璃面板上觸摸(或一個以上的觸摸)位置的絕對坐標的傳感器，電極布置必須經特定設計以最佳化以下方面
所報告觸摸位置的準確度，也就是，真實物理位置與所報告位置之間的對應。在
涉及測量誤差時，這被概括性地稱為"線性度"或"非線性度"。 傳感器對外部電噪聲源的免疫性。
傳感器對人類觸摸的敏感性，也就是，其透過較厚面板材料檢測觸摸或檢測較輕或較小觸摸的能力。
傳感器的空間解析度，也就是，其報告觸摸位置的細小改變的能力。 在所報告位置中噪聲或抖動幅值方面輸出的質量。
傳感器關於光透射的光學質量，例如其透明度、其色調、其模糊度、總體電極圖案可見性等的因素。
傳感器使角反射光變淺的光學性狀，也就是，電極圖案的可見性和反射光的任何色移。
最小化由人類觸摸期間略微機械撓曲引起的在所報告位置中所引發的任何誤差。這傾向於引起傳感器與任何下伏顯示器或其它機械接地結構之間的距離的改變，所述距離改變又引起與觸摸類似的電容性改變。
減少電極的電阻以允許在可接受時間內進行有效電容性感測(觸控螢幕幕的總測量時間通常需要為10ms或低於10ms，以限制可用以進行每一次測量的穩定時間的量)。
減少物理構造中層的數目以最小化製造成本和改善光學性質。
減少所報告坐標的質量或傳感器檢測傳感器邊緣附近的觸摸的能力的副作用。此區在此方面通常存在困難挑戰，這是由於電極圖案的不均勻性(其末端)和互連軌道傾向於駐於傳感器邊緣處的事實。
減少所使用的總電極數目，因為每一個電極需要至控制晶片的某種連接且因此更多電極等同於更複雜的晶片和因此更高的成本。
為了優化線性度，電極圖案設計為關鍵的。線性度為觸控螢幕幕的質量的主要指標之一，因為隨著線性度降級，變得難以報告屏幕的一些區中的準確觸摸位置。因此供應極好固有線性度的傳感器設計為關鍵目標。雖然有可能經由眾所周知的技術(例如，查找表或分段線性校正)以數學方式校正此非線性度，但這些方法中的任一種實際上皆要以所報告線性度的空間解析度作為代價，且因此總存在折衷。
在設計電極方面，主要目的是進行布置使從傳輸器傳播至接收器的電場以引起從一個電極至下一個電極平滑且漸進降級的方式來傳播。這樣，當觸摸在區之間移動時，由控制晶片測量到的電容性改變也以平滑且漸進方式改變，且因此有助於良好的固有線性度。觸摸本身實際上顯著地影響此過程且將傾向於"混合"來自相鄰電極的場。這有助於總體的轉變平滑度，但傾向於導致一些線性度變化，這取決於所施加觸摸的大小。再次，需要謹慎地考慮電極設計以優化跨某範圍的觸摸大小的線性度。
如上所述，應優化在所報告位置中噪聲或抖動幅值方面輸出的質量。然而，2DCT傳感器可對外部接地加載敏感。此外，當指向物體接近屏幕時，從LCD屏幕產生的電噪聲可幹擾電容測量。最小化噪聲對電容性耦合的影響的已知方法為增加LCD屏幕與上覆2DCT傳感器之間的分隔或氣隙。或者，可將屏蔽層併入於LCD屏幕與2DCT傳感器之間以減少或阻斷由LCD屏幕所引發的噪聲。
於2009年3月5日公布的WO 2009/027629 [4]描述一種電容性觸摸傳感器，其包含上覆具有兩個感測電極的驅動電極的介電面板。所述感測電極中的一個經定位以通過第一感測電極來屏蔽於驅動電極，使得第一感測電極接收來自驅動電極的所耦合的電荷的大部分，且第二感測電極主要寄存噪聲。包括兩個檢測器通道的感測電路連接至第一 (耦合)和第二 (噪聲)感測電極以分別接收信號樣本。所述感測電路可操作以輸出通過從第一信號樣本減去第二信號樣本以消去噪聲而獲得的最終信號。
然而，在生產更小裝置為更流行且需要時，上述方法增加大小和厚度，且可能減小併入有具有2DCT傳感器的顯示屏幕的裝置的解析度。此外，在製造期間需要額外步驟，且因此歸因於需要更多組件而使成本增加。
歐洲專利EP 1821175 [5]描述一種減少2DCT觸摸傳感器上所收集的噪聲的替代解決方案。EP 1821175 [5]揭示一種具有觸摸傳感器的顯示裝置，其經布置以使得二維觸摸傳感器上覆於顯示裝置上以形成觸摸敏感顯示屏幕。所述顯示裝置使用具有對LCD像素的垂直和水平切換的LCD布置。對於多個傳感器中的每一個，觸摸感測電路包括電流檢測電路、噪聲消除電路和取樣電路，所述傳感器經布置以形成二維傳感器陣列。所述電流檢測電路接收選通信號，所述選通信號是從LCD屏幕的水平和垂直切換信號產生。所述選通信號用以在水平切換電壓信號可影響由所述電流檢測電路執行的測量的時段期間觸發所述檢測電路的消隱。
於2009年2月5日公布的WO 2009/016382 [6]描述一種用以形成二維觸摸傳感器的傳感器，其可上覆於液晶顯示器(LCD)屏幕上。因此，可減少由LCD屏幕的共同電壓信號引起的切換噪聲對物體檢測的影響。所述傳感器包含可操作以測量感測元件的電容的電容測量電路和控制所述電容測量電路的充電循環的控制器電路。所述控制器電路經配置以在預定時間和以與噪聲信號同步的方式來產生充電循環。舉例來說，電荷轉移循環或"突發"可在來自顯示屏幕的噪聲輸出信號的某些階段期間執行，也就是，在噪聲不顯著地影響所執行的電容測量的階段時。因此，所述傳感器可經布置以有效地拾取來自顯示屏幕的噪聲輸出且自動地同步電荷轉移突發使之在噪聲輸出循環的階段期間發生。
然而，例如上述技術的噪聲減少技術需要更複雜的測量電路。這使測量電路更昂貴且可能增加完成獲取循環所花費的時間。
因此，將需要提供一種電極圖案，其適合於可通過噪聲拾取減少的電極圖案來體現的互電容性或主動類型的2DCT傳感器。

發明內容
根據本發明的第一方面，提供一種包含觸摸敏感面板的電容性觸摸傳感器，所述觸摸敏感面板具有在第一層中布置於襯底的一側上的多個驅動電極和在第二層中布置於所述襯底的另--,j上的多個傳感電極，使得所述感測電極與所述驅動電極在多個交叉點處交叉且彼此偏移所述襯底的厚度，其中所述驅動電極實質上完全覆蓋所述第一層，其中所述驅動電極中的個別驅動電極與相鄰驅動電極分離小的間隙。
所述方法具有若干重要優勢。觸摸傳感器僅需要如上所述的兩層電極來作用，使得如在一些現有技術設計中所採用的第三噪聲抑制層是多餘的。與具有較大數目的層的設計相比，兩層構造還得到改進的光透射、較薄的總深度和較低的成本。具有小間隙的驅動電極的區域填充設計允許幾乎不可見的電極圖案(例如在使用ITO時)，且還使感測線與第一層下方的電容性效應隔離，例如來自下伏LCD模塊或其它噪聲源的噪聲。第一層"布滿"導電材料還允許使用窄的感測電極來實施第二層，其比感測物體的尺寸窄的多。第二層也可通過將感測電極之間的電極材料的島狀物填充為同樣"布滿"第二層或者僅僅通過使感測電極很薄或非常稀疏(其中線寬度非常小而使得其為不可見的)而成為不可見的。下文進一步描述使用網格的稀疏方法。減少的感測電極區域也減少了耦合來自觸摸的噪聲的易受性。
驅動電極優選分離與所述傳感器經設計所針對的觸摸物體的觸摸大小相當的尺寸的間距。
所述傳感器經設計針對的觸摸物體可為手指，例如觸摸大小為直徑8-10 mm，且間距為大約8mm或更小。也可使用觸筆。
鄰近驅動電極之間的小間隙優選經尺寸設定為充分小而為不可見或幾乎不可見的，例如小於大約100微米，優選具有幾十微米的尺寸。
感測電極與觸摸物體的大小相比是有利較窄的。舉例來說，感測電極可具有觸摸物體的大小的四分之一或更小的線寬度。在一個實施例中，所述傳感器經設計針對的觸摸物體為觸摸大小為直徑8-10 mm的手指，且感測電極具有2 mm或更小的線寬度，例如0.5 mm。感測電極可具有驅動電極的間距的四分之一或小於驅動電極的間距的線寬度。
在一些實施例中，第二層額外容納布置於感測電極之間的隔離元件，使得感測電極與隔離元件共同實質上完全覆蓋所述第二層，其中所述感測電極與隔離元件中的個別者彼此分離小的間隙。所述小間隙具有與驅動電極之間的小間隙相當的功能和尺寸。
如上所提及，第一和第二層的電極可為所提供的唯一電極層，兩層電極構造得到例如用於觸摸敏感顯示器的透明實施例的改進的光透射、較薄的整體構造和較低的成本。
驅動電極優選充分完全覆蓋第一層，使得第二層中的感測電極實質上與第一層下方的電容性效應隔離。
一重要組合為具有顯示模塊的以上所界定的電容性觸摸傳感器。顯示模塊(例如LCD或OLED顯示面板)將通常布置於第一層下方且遠離觸摸表面，使得從裝置的頂部到底部或從外部到內部，組件將為介電層(其上表面將為觸摸表面) 一層2 —襯底一層1一顯示面板，其中顯示面板處於裝置外殼或外殼層內部。在顯示器應用中，電極將可能由ITO製成。
在一些實施例中，每一驅動和/或感測電極由導電材料的連續薄片製成，例如ITO或金屬。在其它實施例中，每一驅動和/或感測電極由共同界定每一電極的高度導電材料的互連線的網格或細絲圖案製成。其它實施例對於電極類型中的一者使用連續薄片且對於另一電極類型使用網格。在網格方法中，互連線優選具有充分小的寬度以便為不可見或幾乎不可見的。其接著可由並非內在不可見的材料製成(例如，例如銅的金屬)，但仍保持實際上不可見。
本發明可經實施以形成觸摸傳感器位置的笛卡兒xy網。實際上，驅動電極可在第一線性方向上延伸且感測電極可在橫穿第一線性方向的第二線性方向上延伸，使得多個交叉點形成網圖案，例如正方形、菱形或矩形網。本發明也可經實施以形成極座標"re"網，其中驅動電極弓狀地延伸且感測電極徑向地延伸，使得多個交叉點位於一個或一個以上弓狀路徑上。
本發明的另一方面涉及一種用於電容性觸摸傳感器的觸摸敏感面板，所述觸摸敏感面板具有布置於第一層中的多個驅動電極和布置於第二層中的多個感測電極，使得感測電極與所述驅動電極在多個交叉點處交叉且彼此偏移，其中驅動電極實質上完全覆蓋第 一層，其中驅動電極中的個別驅動電極與相鄰驅動電極分離小的間隙。第一和第二層可 安置於共同襯底的相對側上，彼此偏移襯底的厚度。或者，第一和第二層可安置於不同 襯底上，其可接著經組裝而彼此嚙合以提供兩層之間的偏移使其等於所述襯底中的一者 的厚度，或兩襯底的厚度，此取決於電極布置於襯底的哪一側上。
觸摸敏感面板具有在第一層中布置於襯底的一側上的多個驅動電極和在第二層中布 置於所述襯底的另一側上的多個感測電極，使得感測電極與驅動電極在多個交叉點處交 叉且彼此偏移襯底的厚度，其中驅動電極實質上完全覆蓋第一層，其中驅動電極中的個 別驅動電極與相鄰驅動電極分離小的間隙。
本發明的另一方面涉及一種製造用於電容性觸摸傳感器的觸摸敏感面板的方法，其 包含
提供具有第一和第二側的襯底；
在所述襯底的所述第一側上以第一圖案沉積第一層導電材料從而形成多個驅動電 極，其中所述驅動電極實質上完全覆蓋所述第一層，其中所述驅動電極中的個別驅動電 極與相鄰驅動電極分離小的間隙；以及
在所述襯底的所述第二側上以第二圖案沉積第二層導電材料從而形成多個感測電 極，使得所述感測電極與所述驅動電極在多個交叉點處交叉且彼此偏移所述襯底的厚度。
本發明也可由具有電極圖案的觸摸敏感面板界定，其包含在第一方向上延伸且在第 二方向上間隔開的多個驅動電極，其中驅動電極間隔開小於100 fim的距離且具有小於或 等於8mm的間距。
驅動電極可間隔開90、 80、 70、 60、 50、 40、 30、 20或10nm的距離。驅動電極的 間距可小於或等於5mm。
相同範圍的每一驅動電極可使用電阻器耦合到鄰近驅動電極。典型電阻器值使用從 幾KQ到幾十KQ的範圍。電阻器可為離散電阻器、絲網印刷電阻性元件或使用與驅動 電極相同的材料形成的蜿蜒圖案。
驅動電極在電極圖案的外邊緣處的寬度可為其它驅動電極的寬度的一半。
電極圖案可進一步包含多個感測電極，其在第二方向上延伸且在橫跨驅動電極的第 一方向上間隔開。
感測電極可間隔開多個隔離電極，其中在第一和第二方向上具有與感測電極的寬度 相同的範圍。隔離電極之間的間隔或間隙約為幾十p m 。感測電極的寬度可實質上小於驅動電極的寬度。感測電極的寬度通常在100到1000 |jm的範圍內。
根據本發明的另一方面，提供二維位置傳感器，其包含驅動電極和感測電極的電極 圖案，其中驅動電極和感測電極可安置於襯底的相對表面上。
根據本發明的另一方面，提供二維位置傳感器，其包含驅動電極和感測電極的電極 圖案，其中驅動電極和感測電極可安置於兩個不同襯底的表面上。
二維位置傳感器可進一步包含一控制器，包含驅動單元，其用於將驅動信號施加 到驅動電極；以及感測單元，其用於測量從各自感測電極中的每一者接收的感測信號， 所述感測信號表示驅動電極與感測電極中的每一者之間的驅動信號的電容性耦合的程 度。
控制器可進一步包含處理單元，其用於根據通過施加驅動信號到驅動電極而獲得的 感測信號的分析來計算與敏感區域的交互的位置。
處理單元可操作以通過在從多個感測電極中的每一者所獲得的感測信號之間內插來 確定第一方向上的位置。 U
處理單元可操作以在通過使用各自驅動信號依序驅動多個驅動電極中的每一者所獲 得的感測信號之間內插來確定第二方向上的位置。
根據本發明的另一方面，提供二維位置傳感器，其包含驅動電極的電極圖案，進一 歩包含在第二方向上延伸且在橫跨驅動電極的第一方向上間隔的多個感測電極；其中驅 動電極和感測電極安置於襯底的相對表面上；二維傳感器進一步包含控制器，其包含 驅動單元，其用於將驅動信號施加到驅動電極；其中將驅動電極一起分組為驅動電極的 子組，使得驅動單元可操作以將驅動信號施加到驅動電極的每一子組的最外驅動電極； 以及感測單元，其用於測量從各自感測電極中的每一者接收的感測信號，所述感測信號 表示驅動電極與感測電極中的每一者之間的驅動信號的電容性耦合的程度。
根據本發明的另一方面，提供一種感測二維位置傳感器上的活動位置的方法，所述 傳感器包含電極圖案，其包含在第一方向上延伸且在第二方向上間隔的多個驅動電極； 其中驅動電極間隔開小於100 nm的距離且具有小於或等於8mm的間距；多個感測電極， 其在第二方向上延伸且在橫跨驅動電極的第一方向上間隔；其中驅動電極和感測電極安 置在襯底的相對表面上；所述方法包含將驅動信號施加到驅動電極，測量從各自感測 電極中的每一者接收的感測信號，所述感測信號表示驅動電極與感測電極中的每一者之 間的驅動信號的電容性耦合的程度；通過在從多個感測電極中的每一者所獲得的感測信號之間內插來確定第一方向上的位置；以及在通過使用各自驅動信號依序驅動多個驅動 電極中的每一者所獲得的感測信號之間內插來確定第二方向上的位置。
本發明或者可由二維觸控螢幕幕來界定，其包含襯底；在襯底的第一表面上在第一 方向上延伸的多個受驅動電極；在襯底的與襯底第一表面相對的第二表面上在垂直於第 一方向的第二方向上延伸的多個Y電極；其中多個受驅動電極實質上填充例如襯底的第 一表面的區域。
二維觸控螢幕幕通常用作顯示屏上的上覆層。受驅動電極的區域填充設計導致幾乎不 可見的電極圖案。區域填充設計還提供從下伏LCD模塊或其它噪聲源耦合的噪聲的部分 衰減。
二維觸控螢幕幕可進一步包含受驅動電極的子組，其包含兩個最外受驅動電極和兩個 或兩個以上使用多個電阻性元件連接到一起的中間受驅動電極。此減少了觸控螢幕幕與控 制晶片之間的互連布線。
兩個最外受驅動電極的寬度可以是其它受驅動電極的寬度的一半，從而改進所測量 到的電容的總線性度。
Y電極的寬度可實質上小於受驅動電極的寬度，使得Y電極對於人眼並不容易可見 且較窄電極提供較好的抗噪聲性。
多個受驅動電極中的每一者之間的間隔可小於100 pm以使圖案對於人眼實質上不 可見。
驅動電極與Y電極的間距可為8 mm或更小以達到良好的固有線性度且匹配典型手 指觸摸的大小。
所述Y電極中的每一者之間的區域可填充有隔離導電材料，使得可能製造窄的Y電 極而仍具有對於人眼實質上不可見的圖案，且可減小耦合來自觸摸的噪聲的易受性。
二維觸控螢幕幕的Y電極可進一步包含在第一方向上行進的多個等距安置的交叉部 件。此可實現均勻的場圖案，其在觸控螢幕幕的所有區上是對稱的從而得到良好的線性度。 這些交叉部件有效作用以將電場擴展進一步超過初級Y電極從而與可能使電場逐漸轉化 的區重疊。
根據本發明的另一方面，提供一種確定鄰近二維觸控螢幕幕的觸摸位置的方法，所述 二維觸控螢幕幕包含襯底；在襯底的第一表面上在第一方向上延伸的多個受驅動電極； 在襯底的與襯底第一表面相對的第二表面上在垂直於第一方向的第二方向上延伸的多個 Y電極；其中多個受驅動電極實質上填充襯底的第一表面的區域；所述方法包含以下步驟將電位施加到多個受驅動電極中的每一者同時將其它受驅動電極保持在零電位；測 量在受驅動電極與Y電極之間形成的每一交叉點處的電容；在受驅動電極與Y電極之間 形成的每一交叉點處產生測量值；以及基於所產生的測量值來計算觸摸位置。


為了更好地理解本發明且展示可如何實現本發明，現以舉例方式來參看附圖，其中
圖1A展示根據本發明的實施例的二電極層電容性觸控螢幕幕的側視圖1B展示根據本發明的實施例的二電極層電容性觸控螢幕幕的透視圖1C展示根據本發明的另一實施例的二電極層電容性觸控螢幕幕的側視圖1D展示根據本發明的另一實施例的二電極層電容性觸控螢幕幕的側視圖1E展示根據本發明的實施例的二電極層電容性觸控螢幕幕的側視圖2A展示根據本發明的實施例的具有電阻性元件的驅動電極的電極圖案；
圖2B展示具有電極材料的蜿蜒圖案的圖2A所示的電極圖案的一部分；
圖2C展示具有絲網印刷電阻器的圖2A所示的電極圖案的一部分； 圖2D展示具有離散電阻器的圖2A所示的電極圖案的一部分； 圖3展示圖2B所示的電極圖案的一部分；
圖4展示根據本發明的實施例的驅動電極的電極圖案的一部分；
圖5A展示圖2A所示的電極圖案的一部分；
圖5B展示典型指尖；
圖6展示根據本發明的實施例的驅動電極的電極圖案； 圖7A展示根據本發明的實施例的感測電極的電極圖案；
圖7B展示根據本發明的實施例的其中驅動單元和感測單元經由通道連接至控制器
的二電極層電容性觸獏屏幕；
圖8A以平面圖示意性展示具有充填電極的圖7A所示的電極圖案的一部分；
圖8B為說明充填電極與X電極之間的電容性路徑的貫穿圖8A的一部分的橫截面；
圖9展示在用戶用手指觸摸時由手掌、拇指、手腕等對觸控螢幕幕的接近位置引起的
手陰影；
圖IO展示具有充填電極的圖7A所示的電極圖案的一部分； 圖11展示感測電極的電極布置的一部分；
圖12展示根據本發明的另一實施例的二電極層電容性觸控螢幕幕；和
圖13展示根據本發明的實施例的其中驅動單元和感測單元經由通道連接至控制器的二電極層電容性觸控螢幕幕。
具體實施例方式
本文描述用於電容性觸控螢幕幕或2DCT傳感器的二電極層構造。
圖1A和圖1B是用於電容性觸控螢幕幕或2DCT傳感器的二電極層構造的側視圖和透 視圖的示意圖。層101可大體上由任何導電材料製成，且所述層可經布置以在任何隔離 襯底102 (例如，玻璃、PET、 FR4等)的兩側上彼此相對。襯底103的厚度並非關鍵。 較薄的襯底導致層之間的較高電容性耦合，在控制晶片中必須減輕所述電容性耦合。較 厚的襯底減少了層與層的耦合，且出於此原因大體上更有利(因為測量到的電容的變化 是層與層的電容的較大分數，因此改進了信噪比)。典型的襯底厚度範圍是從數十到數百 微米。此外，將了解，介電層或隔離層可安置成上覆於層2上的二電極層構造，以防止 鄰近於2DCT傳感器的物體與層的表面接觸。此隔離層可為玻璃或塑料層。
圖1C展示根據本發明的另一實施例圖1A中所展示的用於電容性觸控螢幕幕或2DCT 傳感器的二電極層構造的替代布置的側視圖。在圖1C中，層101安置在隔離襯底102 的相同表面上，由隔離層108分離。額外介電或隔離層104安置在電極層上，以防止鄰 近於2DCT傳感器的物體與層表面接觸。
圖1D展示根據本發明的另一實施例圖1A中所展示的用於電容性觸控螢幕幕或2DCT 傳感器的二電極層構造的替代布置的側視圖。在圖1D中，層101安置在隔離襯底102 的相同表面上，由隔離層108分離。然而，電極層101安置在隔離襯底的距觸摸表面106 最遠的表面上。顯示面板100還(以陰影線)展示為布置在襯底102下方，其承載電極 層101。將理解，顯示面板與觸摸傳感器的組合形成觸控螢幕幕。顯示面板也可配合到如 上文圖1C中所展示的布置。
圖1E展示根據本發明的另一實施例圖1A中所展示的用於電容性觸控螢幕幕或2DCT 傳感器的二電極層構造的替代布置的側視圖。在圖1E中，層101中的每一者安置在兩個 不同隔離襯底102的表面上。使兩個隔離襯底合在一起，使得兩個電極層101與觸控螢幕 幕106分離，且由隔離襯底中的一者分離。顯示面板也可配合到如圖1E中所展示的布置。
圖2A展示根據本發明的一實施例具有電阻性元件的驅動電極的電極圖案。層1是距 觸摸表面最遠的層。傳輸電極的陣列位於層1上，如圖2A中所展示。電極201經布置成 沿著第一軸202或第一方向行進的一系列實心條。條203的子組連接到控制晶片，使得 其可被驅動為上文所描述的傳輸-接收布置中的傳輸器。受驅動條203包括最外的條和接 著的在剩餘受驅動條之間的均勻間隙204。使用鏈210中的電阻性元件206來連接中間條205，鏈的末端連接到兩個鄰近的受驅動203條。受驅動條203將被稱作受驅動X條， 且電阻性連接的條205將被稱作電阻性X條。
圖2B、 2C和2D展示形成電阻性元件206的三種不同方式。即，電阻性元件206可 通過在觸控螢幕幕的邊緣處以"蜿蜒"圖案207使用電極材料自身的固有電阻而形成(見 圖2B),或可為在邊緣處的絲網印刷電阻性材料208(見圖2C)，或可為圖案的邊緣處(見 圖2D)或單獨電路上的物理離散電阻器209。後一選項實質上增加了互連連線，但在某 些設計中可為有利的。
電阻性鏈210用於充當傳統的分壓器，使得傳輸信號的幅值在一個受驅動X條與鄰 近的受驅動X條之間漸進地衰減。如此描述的所述組受驅動和電阻性條將被稱作"區 段"211。通過使用此鏈，如果說使用具有峰間電壓V 307的相對於0 V 306的脈衝鏈305 驅動受驅動乂條#1 303,且受驅動X條弁2 304被驅動到0 V，那麼這兩者之間的電阻性X 條將成比例地衰減。
圖3展示圖2B中所展示的電極圖案的一部分，在所述實例中，如果存在2個電阻性 X條205，且電阻分壓器鏈210由等值元件R 308構造，那麼電阻性X條弁1 301將具有 0.66666 V的峰間電壓，且電阻性X條弁2 302將具有0.33333 V的峰間電壓。這具有漸進 地減弱從這些電阻性電極發射的電場的效果，且因此形成用於受驅動X條之間的區段內 的電容性改變的內插效果。因此，改進了當在區段內移動時電容性改變的線性度。在沒 有電阻性X條的情況下進行操作是可能的，但線性度較差，因為電場以較強的非線性方 式隨著距離而衰退。通過引入均勻隔開的電阻性發射器(其以作為相關聯的受驅動X條 的線性分割的幅值進行發射)，所述場傾向於"填充"並形成對線性系統的較佳近似。
在上文描述中，層1是傳輸電極(其也可被稱作驅動電極)的圖案。層1的電極圖 案也可被稱作X電極。驅動電極包括受驅動X條203和中間的X條205或電阻性X條。 此外，受驅動或驅動電極被界定為由使用鏈210中的電阻性元件206而連接的最外受驅 動X條203和中間的X條或電阻性X條205組成。最外X條被稱作受驅動X條203。 然而，應理解，所有X條可為受驅動X條，而不使用電阻性元件。
典型的電阻性元件206具有範圍從數KQ高達較高的數十KQ的電阻值。較低的值 需要來自控制晶片的更多的電流(且因此，更多能量)來進行驅動，但允許較快速的電 容性測量，因為其具有較低的時間常數且因此可更快速地充電和放電。較高的值需要較 少的電流(且因此，較少能量)來進行驅動，但具有較高的時間常數，且因此必須較緩 慢地充電和放電。較大的值還有助於使互連連線中的任何電阻積累向來自X條的所發射的場強度貢獻較小的電壓降，且因此有利於更有效的系統。出於此原因，通常較高的值 是優選的。
包括電阻性X條的另一重要原因在於其使得所述區段可縮放，即，通過添加更多的 電阻性X條，可使所述區段更大。這是以空間解析度為代價；區段使用相同的兩個受驅 動X條，且因此測量的解析度必須基本上相同，但區段現在散布在較大的區上，且因此 在空間上，解析度降級。使區段可縮放意味著需要較少的受驅動X條，且因此需要較少 的對控制晶片的連接。通過平衡空間解析度與連接成本/複雜性之間的折衷，可針對每一 設計找到最佳解決方案。
總體上，層中的條可被視為實質上是區域填充的；幾乎所有表面區域都被電極布滿。 可使條205之間的間隙任意小，且實際上從可見度觀點來看，越小越好。使間隙大於大 約100Hm是不理想的，因為這導致間隙對於人眼的增加的可見度，且重要目標常常是嘗 試並製成不可見的觸控螢幕幕。較大的間隙還傾向於增加層2中的電極的間隙附近的顯著 邊緣電場的可能性，其將導致惡化非線性度。數十微米的間隙較常見，因為其幾乎不可 見，且可容易地大規模生產，例如20微米與50微米之間的間隙。
圖4展示根據本發明的一實施例的驅動電極的電極圖案的一部分。參看圖4，還需 要使用一種間隙，其中在受驅動X條402與電阻性X條403之間具有較小的上/下波形圖 案401,因為當通過層2觀看時，這有助於掩飾間隙，且具有由襯底厚度引起的視差的 添加效應。當以此方式觀看時，各種圖案可用於幫助掩飾間隙，例如可使用正弦波、三 角形波或方波。頻率和幅值經選擇以當通過層2中的複雜但規則的圖案觀看時有助於分 裂原本較長的線性間隙。必須使幅值最小化以避免所報告的觸摸坐標中的誤差。
圖5A展示圖2A中所展示的電極圖案的一部分。
圖5B展示典型的指尖。
電極條(兩種類型都是)通常經設計以使得其具有大約8 mm或更小的基本間距， 如圖5A中所展示，優選為5 mm。已認識到，如圖5B中所展示，典型的手指觸摸501 產生直徑為大約8 mm到10 mm的大體上圓形區502 (圖5B中以陰影說明)，且因此使 電極間距與觸摸大小匹配優化了觸摸的內插效果。使電極的間距大於8 mm可開始導致 響應的明顯非線性度，因為內插遠不夠理想。本質上，通過使電極條過分寬，當觸摸手 指垂直於條移動時，其影響傾向於在手指開始與下一電極交互時在任意顯著程度上使一 個電極"飽和"。當間距經優化時，手指將引起對一個條的穩定減少的影響，同時已開 始在相鄰的條上產生良好平衡的增加，其中峰值影響在空間上相當不同，即穩定增加後緊接著穩定減少，而從增加到減少(反之亦然)沒有可感知的轉變距離。
圖6展示根據本發明的一實施例的驅動電極的電極圖案。參看圖6，使層1的外邊 緣處的受驅動X條601為所有其它條602的寬度的一半。總體設計本質上是相等的串聯 的區段603，且層內部上的受驅動X條也是一半寬度，但以其一半寬度的外條對接相鄰 的區段，因此圖案內部的受驅動X條看似為整個寬度。圖6以虛線展示內部條604的虛 擬分割；實際上，當然，條604是單件。在其外部兩個邊緣處具有一半寬度的條的圖案 改進了總體線性度；如果圖案是無限的，那麼在這點上，線性度將是完美的，但當然， 圖案肯定有末端，且因此在邊緣處存在自然的非線性度。
圖7A展示根據本發明的一實施例的感測電極的電極圖案。層2是最接近觸摸表面的 層。參看呈其最簡單的形式的圖7A，層2上的電極是沿著與用於層1中的第一軸(本文 中稱作第二方向)標稱成90度的第二軸行進的均勻隔開的一系列窄線。也就是說，層l 或驅動電極橫跨層2或感測電極。層2上的電極被稱作感測電極、Y電極、Y線或接收 電極。其經布置以直接並完全平放在由下方的X條佔據的區域703上。Y線之間的間隔 具有與X條的間隔對線性度的影響類似的影響。這意味著Y線需要被隔開8 mm或更小 的間距704，出於最佳固有線性度起見，優選為5mm。以與具有其一半寬度的外部X條 的層1類似的方式，從層2圖案的邊緣到第一線的間隙為此間距的一半705，以改進線 性度。Y線的寬度706較為重要。其需要足夠窄以使得它們不會被人眼容易看見，但足 夠寬以使得它們具有足夠低以與電容性測量兼容的電阻(在其"遠端"處)。由於抗擾度 也收到關注，所以較窄也較佳，因為Y線的表面積直接影響手指觸摸可將多少電噪聲耦 合到Y線中。具有較窄的Y線還意味著使X層與Y層之間的電容性耦合最小化，如先 前所提及，此有助於使信噪比最大化。
圖7B展示根據本發明的一實施例的觸摸傳感器10。圖中所展示的傳感器IO組合了 來自圖2A和圖7A的電極圖案。傳感器IO包含承載電極圖案30的襯底102，其界定傳 感器和控制器20的敏感區域或感測區。控制器20通過一系列電連接(其將在下文描述) 耦合到電極圖案內的電極。電極圖案30由位於襯底102的相對側上的層1電極和層2電 極組成，如圖1B中所展示。
參看圖7B，控制器20提供以下功能性用於將驅動信號供應到電極圖案30的若干 部分的驅動單元12、用於感測來自電極圖案30的其它部分的信號的感測單元14，以及 用於基於針對施加到電極圖案的不同部分的驅動信號而觀察到的不同感測信號來計算位 置的處理單元16。控制器20因此控制驅動和感測單元的操作，以及在處理單元16中對來自感測單元14的響應的處理，以便確定鄰近於傳感器IO的物體(例如，手指或尖筆) 的位置。圖7B中將驅動單元12、感測單元14和處理單元16示意性地展示為控制器內 的單獨元件。然而， 一般來說，將通過單個集成電路晶片(例如，經合適編程的通用微 處理器、或現場可編程門陣列，或專用集成電路)(尤其呈微控制器的格式)提供所有這 些元件的功能性。
在圖中，提供許多驅動電極60，其由在上文所描述且在圖2A中展示的x向上延伸 的縱向條表示。在襯底102的相對表面上，提供如圖7A中所展示且在上文所描述的形成 電極層2的許多感測電極62，其在y向上橫跨層1的驅動電極60。
接著感測電極經由連接或軌道76連接到感測單元14，且驅動電極經由連接或軌道 72連接到驅動單元12。在圖7B中示意性地展示對驅動電極和感測電極的連接。然而， 將了解，可使用用於路由連接或軌道的其它技術。可將所有軌道路由到襯底102的外圍 處的單個連接器區塊以用於連接到控制器20。
以下描述圖7B中所展示的傳感器10的操作。如可見，對於Y線在其寬度方面存在 衝突的需求。最強烈的需求傾向於是使Y線的電阻最小化以確保處於可接受的總體測量 時間內的成功電容性測量。這導致較寬的電極，通常在100 pm到1000 nm的區間內。當 電極的可見度不是問題時或當實際上可將電極製作為不可見時(例如，在PET上指數匹 配的ITO)，則相當容易地適應全部折衷，且寬度增加是簡單的選擇。但當可見度是個問 題且用於製造電極的方法不能使得充分不可見時(例如，在玻璃上不指數匹配的ITO)， 則必須找到某一替代布置。在此情況下，可使用稱為填充的方法，如現在進行描述和說 明。
圖8A展示具有填充電極的圖7A中所展示的電極圖案的一部分。此方法使用隔離的 正方形導體(例如，ITO) 802填充所有"未使用"801的空間，所述正方形導體802與 其相鄰者相隔間隙803，所述間隙803足夠小以實際上不可見，且足夠小以引起顯著的 正方形之間的電容。在設計隔離的元件或島狀物過程中的另一重要因素是使得它們在每 一軸中具有與Y線的寬度805相同的大小804。以此方式，總體圖案的均勻性是最佳的， 且唯一的不規則性是Y線的長度方面。此圖案對於人眼實質上不可見。可使相鄰正方形 之間的間隙以及正方形與相鄰Y線之間的間隙任意小，通常在數十的區間內，這樣 它們幾乎不可見，且可容易大規模生產。在製造期間與感測電極同時且使用相同的工藝 步驟產生填充，因此它們是由與感測電極相同的材料製成，且具有與感測電極相同的厚 度和電特性。這是便利的，但不是實質的。原則上可單獨地實行填充。隔離的正方形802用以遮掩總體圖案，但其還充當電容性內插器(稍微類似於層1 中所使用的電阻性內插器)。如此形成的電容性內插器僅具有最小地影響Y線與下伏X 條之間的邊緣場的效果。這較為重要，因為所述場必須從Y線的邊緣充分向下散開到X 條，以允許對Y線的至少一半間距的實質性觸摸影響。只要正方形之間的電容實質上高 於(至少兩倍於)正方形向下到X條的電容，那麼情況就是這樣。其原因在於，在這些 條件下，與電場被向下分流到X層相比，電場傾向於更容易地在正方形之間傳播。因此， 與具有填充的設計相比，不具有填充的設計的場分布足夠類似，其保留了線性度。如果 增加正方形之間的間隙，則線性度降級，因為所述場傾向於經由正方形的第一耦合離開 Y線向下傳遞到X條，且因此未遠離Y線進行傳播。
圖8B說明實例填充電極之間以及實例填充電極與實例X電極之間的這些電容性路 徑。使用標稱電容器806展示從正方形808到正方形808的電容，且使用標稱電容器807 展示從正方形808中的一者向下到鄰近的X條809的電容。
應注意，在此設計中實際上不需要填充，但其可用於使圖案可見度最小化，而不破 壞輸出的線性度。
在操作中，傳輸電極或驅動電極經定序以使得一次僅一個受驅動X條203 —直有效， 所有其它條被驅動到零電位。因此，所發射的場一次僅從一個區段輻射。此輻射的場局 部耦合到所討論的區段上方的所有Y線701中。控制晶片接著針對此區段中的X電極與 Y電極之間所形成的"交叉點"或"相交點"中的每一者進行電容性測量。每一 XY交 叉點還被稱為節點。按照序列，每一受驅動X條被啟動，使所有其它條保持在零電位。 以此方式，循序地掃描每一區段。 一旦已完成所有區段，將己測量總共NxM個節點，其 中N是受驅動X條的數目，且M是Y線的數目。應強調，節點測量全部彼此獨立，從 而使得可同時檢測若干觸摸位置。掃描XY陣列的方式中的另一重要點在於，因為在任 一次僅一個區段是有效的，其它區段被驅動到零電位，因此，僅所述有效區段中的觸摸 可影響所述區段中的測得的節點電容(至少到第一近似值)。這意味著極大地使被稱為 "手陰影(hand-shadow)"的效應最小化。手陰影是當用戶使用手指觸摸時由手掌、拇 指、手腕等到觸控螢幕幕的靠近位置而引起的效應。
圖9展示當用戶使用手指觸摸時由手掌、拇指、手腕等到觸控螢幕幕的靠近位置而引 起的手陰影。電容性測量的性質意味著，電場傾向於從裝置的表面輻射或投射，且因此 甚至可受到不與表面直接接觸的物體的影響。此影響將通常足以扭曲所報告的觸摸位置， 因為手指的電容性讀取以及由"手陰影"引起的讀取的組合將輕微地破壞由控制晶片報
18告的所計算坐標。通過一次僅啟動一個區段，徹底減少此通常造成問題的效應。在掃描整個觸控螢幕幕之後，產生NxM個節點的測量，在兩個軸上計算一個或一個以 上物體的觸摸位置是簡單的任務，如2009年1月15日公開為WO 2009/007704 [7]的美 國專利申請案60/949,376中所描述，其使用以下組合發現每一觸摸的近似中心處的節 點的邏輯處理，以及在檢測到的每一觸摸周圍的相對信號強度的標準數學質心計算。使 用觸摸的中心節點信號以及到沿著第一軸的每一側的緊鄰的節點信號來解析沿著所述第 一軸的觸摸位置。同樣，使用中心節點以及沿著第二軸的緊鄰的節點信號來解析所述第 二軸中的位置。使整個層幾乎完全被發射型X電極覆蓋或布滿的重要設計優點在於，因為這些電 極實際上不受寄生的電容性負載(它們是相對較低的阻抗驅動器，甚至電阻性耦合的X 條仍僅具有數十KQ的DC電阻，且因此可非常迅速地充電和放電任何適度的寄生效應) 的改變的幹擾，所以層1的後方(非觸摸側)與附近的接地負載之間的距離上的任何改 變將不會改變節點的所測得電容。因此，觸控螢幕幕僅在一側(層2)是觸摸敏感的。當 使用略具柔性的前面板(其可相對於放置在觸控螢幕幕下方的LCD彎曲)時，這具有較大 益處。由襯底材料固定層1與層2之間的分隔，且因此這兩者之間的電容固定，即使在 觸摸期間使襯底彎曲從而致使層1的後方在其環境條件下經歷一改變時也是如此。使用布滿型X設計的其它優點在於，為存在於層1後的所輻射發射提供固有量的噪 聲衰減。這在LCD模塊中較常見，所述LCD模塊傾向於具有在其外層上存在的較大幅 值驅動信號。這些驅動波形將一般耦合到Y線，且幹擾相關聯的節點的瞬間報告的電容。 然而，因為Y線被布滿的X層有效屏蔽，所以使噪聲耦合到Y線的唯一剩餘機制是電容 性地經由X層本身。如己描述，X條具有合理低的電阻，且因此僅可通過以與噪聲耦合 的阻抗對X條的阻抗的比率成比例地幹擾噪聲波形來幹擾X條。因此，以此比率衰減向 前耦合到Y線的噪聲的量。噪聲波形到X條的耦合純粹是電容性的，且因此減少此耦合 電容有助於更多地衰減幹擾。此可通過在LCD與層1的背部之間布置空氣間隙，或通過 使用透明介電隔片層來代替空氣間隙而實現，所述透明介電隔片層將產生較高的耦合電 容，但具有機械上穩固的優點。在傳統的電容性觸控螢幕幕中，常必須使用層1下方的整 個額外"屏蔽"層來減輕此LCD噪聲。常將此層驅動到零電位，或使用電容性獲取波形 的傳真或副本來有效地驅動此層，所述電容性獲取波形的傳真用以將噪聲與電容性節點 隔離。這具有以下缺點添加了成本和複雜性，惡化了光學性質，且還傾向於衰減觸摸 期間電容的改變的大小(從而導致較低的解析度和較差的信噪比)。本文中所描述的布滿型X設計將常產生耦合噪聲的充分固有衰減而使得不需要額外層，從而提供實質性的商 業優點。 '此設計的另一優點在於，與觸摸物體的大小相比，可使Y線較窄。具體來說，Y線 可具有觸摸物體的四分之一或小於觸摸物體的大小或等效於X電極的間距的寬度。舉例 來說，0.5 mm的Y線寬度比典型手指觸摸的寬度窄16倍。此暗示與可用於與觸摸手指 交互的表面區域有關。較窄的Y線具有非常小的表面區域來電容性地耦合到觸摸物體； 在所述實例中，耦合區域為大約4mm2，與大約50mn^的總的"圓形"觸摸區域形成對 比。在耦合到觸摸的此較小區域的情況下，來自手指的注入到Y線中的噪聲的量被最小 化，因為耦合的電容較小。這對觸摸物體與使用觸控螢幕幕的裝置之間的任何差分噪聲具 有衰減作用。此外，通過形成較窄的Y線，減小了電阻。減小了 Y線的電阻減少了獲取 時間並減少了功率耗散。總之，所描述的觸控螢幕幕的優點是1. 僅需要兩個層來用於構造，從而得到(i)改進的光學透射(ii)較薄的總體構造 (iii)較低的成本。2. 用於層1上的電極的區域填充設計得到(i)當使用ITO時幾乎不可見的電極圖 案(ii)將層2上的Y線與層1下方的電容性效應隔離(iii)部分衰減從下伏LCD模塊 或其它噪聲源耦合的噪聲。3. 具有任選區域填充的隔離式正方形的層2上的窄Y線得到(i)當使用ITO時幾 乎不可見的電極圖案(ii)減少的電極區域減少了從觸摸耦合噪聲的易受性。在某些設計中可能還需要使橫跨軸1 (在圖7A中標記為第一軸)的Y線的數目最小 化。此通常導致較低成本的控制晶片並簡化了電極的互連。在所描述的Y線設計的情況 下，線之間的基本間距需要是8mm或低於8mm以實現良好的線性度。將線進一步隔開 迅速破壞軸l上的線性度。為使Y線具有更大的"延伸"，存在可對層2設計作出的若 幹改動。圖10展示根據第一選擇的具有填充電極的圖7A中所示電極圖案的一部分。圖10 所示的第一選擇是使用先前描述的電容性內插器技術，其中正方形間間隙1001經減小以 允許電場進一步傳播遠離Y線且因此允許Y線1003之間的較大間距1002。.此技術可能 要求正方形之間對正方形與X條之間的比率必須經謹慎調諧以實現最佳線性度。圖11展示根據第二選擇且更靈活選擇的感測電極的電極布置的一部分，其修改了 Y 線1101設計以添加一系列十字狀部件1102，所述十字狀部件沿著第一軸1103行進且均等地安置1104，以便圍繞Y線位於中心。十字狀部件在兩個方向上橫越到下一Y線1105 的間隙的約'/2到％。每一連續Y線上的十字狀部件經布置以使得其與相鄰Y線1106上的 那些十字狀部件重疊，其中重疊部分之間的間隙1107經選擇為數十pm以使可見度最小 化，且防止沿著重疊區的內部形成任何實質性的邊緣場。以8 mm或更小的間距沿著Y 線將十字狀部件隔開一距離1108，且理想上，其被隔開以平放成與下伏X條中的間隙具 有均勻的關係。此確保場圖案在觸控螢幕幕的所有區中都是均勻且對稱的，從而得到良好 的線性度。十字狀部件有效地起作用以將電場進一步擴散超過原始Y線，且重疊區有助 於以線性的方式逐漸轉化從一個Y區到下一 Y區的場。圖2A、 7A、 7B和11中所展示的本發明的實施例可進一步包含分別對驅動電極和感 測電極或傳輸電極以及Y線的兩個範圍的連接。也就是說，在驅動電極和感測電極的每 一者的兩個末端處作出連接。這可增加電場沿著驅動電極的線性度，且改進布滿型電極 設計的屏蔽。本發明的實施例也可適用於非顯示器應用，例如，膝上型計算機上的觸摸墊，或家 用電器上的控制面板。圖12展示包含根據本發明的一實施例的電極圖案的傳感器80。出於簡明起見，圖 中所展示的電極圖案不包括任何電路。然而，應了解，如上文針對圖7B的實施例所描述， 也可使用驅動和感測電路。所述圖展示襯底82的相對側上的電極圖案(從上方觀看以展 示電極圖案的相對位置)。電極圖案包含兩個上文描述的被稱作層1或傳輸電極的類型的環形電極。傳輸電極 也可被稱作驅動電極。圖中所展示的驅動電極84實際上是圖2A中所展示的傳輸電極， 且己被成弧形巻繞以形成完整的或幾乎完整的環或環面，如可由(例如)滾輪傳感器使 用。連接到驅動電極84中的每一者的是一連接或軌道90，用以從適當的驅動單元(未 圖示)提供驅動信號。可使用上文所描述的驅動單元。所述電極圖案進一步包含許多上 文被稱作層2電極86的感測電極，其從中心點徑向延伸。層2電極也可被稱作感測電極 或接收電極。感測電極86呈圖11中所展示且在上文所描述的形式。感測電極經由連接 和軌道(未圖示)連接到感測單元(未圖示)。傳感器80的操作類似於上文所描述的操 作。然而，來自連接到驅動單元和感測單元的處理單元(未圖示)的讀出將不同。處理 單元的輸出將提供鄰近於傳感器80的物體的極坐標。圖12所示的傳感器80可用於以下 應用其中通常組合地使用兩個圓形控制件，例如高保真放大器上的低音和高音控制件 或左/右以及前/後淡入淡出控制。將了解，可在圖中所展示的傳感器80中實施其它環形形狀的驅動電極。因此可將此實施例概括為遵循極坐標網，其中兩種電極類型徑向並成 弧形地延伸，與遵循直角坐標網的其它實施例形成對比，其中兩種電極類型沿著X軸和y軸延伸。在圖12設計的修改中，弧形路徑可在較小的角度(例如四分之一或二分之一的圓， 而不是整個圓，或另一角範圍)上延伸。圖13是根據本發明的一實施例的位置傳感器10的正視圖。圖7B中使用的相同參考 標號在適當處參考圖13中所示的傳感器IO而使用。圖13所示的位置傳感器在布局和操 作方面類似於圖7B所示的傳感器。然而，圖中所示的位置傳感器具有替代的電極布置。 圖中所示的驅動和感測電極由薄導線或導線網格而不是圖7B所示的連續電極材料層組 成。驅動電極60由矩形周邊組成以界定驅動電極的形狀，其具有一系列橫跨矩形周邊的 對角線。對角線通常與在x方向上延伸的軸成一度角(優選大約為45±15度)布置。每 一驅動電極的對角線和矩形周邊經電連接且經由驅動通道72連接到驅動單元12。所述 導線或網格是從由例如金屬導線的高度導電材料製造，其中所述金屬優選為銅，但也可 為金、銀或另一高度導電性金屬。以類似方式使用遵循圖7B所示的感測電極圖案的周邊 的薄金屬跡線來製造感測電極。感測電極62與驅動電極60相比相對較窄，因此無需使 用對角線填充。然而，在感測電極網格結構內添加某些額外導線，如圖13中由線64所 示，所述線64橋接於每一電極中的外圍導線之間。這些橋接導線添加圖案中的冗餘，使 得如果在一個位置處的電極導線中存在缺陷，那麼電流具有沿著電極的替代路徑。缺陷 意味著斷裂、局部變窄或引起沿著導線的局部導電性的急劇減小的其它特徵。這些缺陷 可例如由於電極圖案化過程的誤差而發生。舉例來說，如果在用於對導線進行圖案化的 光學掩模中存在缺陷或如果在處理期間在導線的表面上存在碎屑，那麼此些缺陷可發生。 將了解，在高度導電的導線或跡線的多個互連細線外形成每一電極的"網格"或"細絲 (filligrane)"方法可用於層1 (布滿X驅動)、層2 (感測)或兩者。圖13實施例使用 網格來用於兩個層。然而，對於顯示器應用或其中不可見性較重要的其它應用尤其優選 的組合是層1以非網格、即具有小的不可見間隙的"固體"電極(例如由ITO)製成， 且層2以具有足夠小而同樣不可見的線寬度的網格電極(例如銅)製成。還將理解，圖13的實施例的網格方法可用於圖11和圖12中說明種類的設計中，其 中感測電極具有重疊的分支。參考文獻1. US 6,452,5142. US 7,148,7043. US 5,730,1654. WO 2009/0276295. EP 18211756. WO 2009/0163827. WO 2009/0077048. US20070062739A權利要求
1.一種包含觸摸敏感面板的電容性觸摸傳感器，所述觸摸敏感面板具有在第一層中布置在襯底的一側上的多個驅動電極和在第二層中布置在所述襯底的另一側上的多個感測電極，使得所述感測電極與所述驅動電極在多個交叉點處交叉且彼此偏移所述襯底的厚度，其中所述驅動電極實質上完全覆蓋所述第一層，其中所述驅動電極中的個別驅動電極與相鄰驅動電極由小間隙分離。
2. 根據權利要求1所述的電容性觸摸傳感器，其中所述驅動電極具有與設計所述傳感器所針對的觸摸物體的觸摸大小相當尺寸的間距。
3. 根據權利要求2所述的電容性觸摸傳感器，其中設計所述傳感器所針對的所述觸摸物體為手指，且所述間距為大約8 mm或更小。
4. 根據權利要求1所述的電容性觸摸傳感器，其中所述小間隙經尺寸設定為充分小而不可見或幾乎不可見。
5. 根據權利要求1所述的電容性觸摸傳感器，其中驅動電極之間的所述小間隙小於大約100微米。
6. 根據權利要求1所述的電容性觸摸傳感器，其中所述感測電極與所述觸摸物體的所述大小相比是窄的。
7. 根據權利要求2所述的電容性觸摸傳感器，其中所述感測電極具有所述驅動電極的所述間距的四分之一或小於所述驅動電極的所述間距的線寬度。
8. 根據權利要求3所述的電容性觸摸傳感器，其中所述感測電極具有所述驅動電極的所述間距的四分之一或小於所述驅動電極的所述間距的線寬度。
9. 根據權利要求1所述的電容性觸摸傳感器，其中所述第二層額外容納布置在所述感測電極之間的隔離元件，使得所述感測電極與所述隔離元件一起實質上完全覆蓋所述第二層，其中所述感測電極與隔離元件中的個別者彼此由小間隙分離。
10. 根據權利要求1所述的電容性觸摸傳感器，其中所述第一電極和第二電極層是所提供的唯一電極層。
11. 根據權利要求1所述的電容性觸摸傳感器，其進一步包含布置在所述第一層下方的顯示模塊。
12. 根據權利要求1所述的電容性觸摸傳感器，其中每一驅動和/或感測電極由導電材料的連續薄片製成。
13. 根據權利要求1所述的電容性觸摸傳感器，其中每一驅動和/或感測電極由高度導電材料的互連線的網或細絲圖案製成，所述高度導電材料的互連線的網或細絲圖案 共同界定每一電極。
14. 根據權利要求13所述的電容性觸摸傳感器，其中所述互連線具有充分小的寬度以 便不可見或幾乎不可見。
15. 根據權利要求1所述的電容性觸摸傳感器，其中所述驅動電極在第一線性方向上延 伸，且所述感測電極在橫穿所述第一線性方向的第二線性方向上延伸，使得所述多 個交叉點形成網格圖案。
16. 根據權利要求1所述的電容性觸摸傳感器，其中所述驅動電極弓狀地延伸且所述感 測電極徑向地延伸，使得所述多個交叉點位於一個或一個以上弓狀路徑上。
17. —種用於電容性觸摸傳感器的觸摸敏感面板，所述觸摸敏感面板具有布置在第一層 中的多個驅動電極和布置在第二層中的多個感測電極，使得所述感測電極與所述驅 動電極在多個交叉點處交叉且彼此偏移，其中所述驅動電極實質上完全覆蓋所述第 一層，其中所述驅動電極中的個別驅動電極與相鄰驅動電極由小間隙分離。
18. 根據權利要求17的面板，其中所述第一層和第二層安置在共同襯底的相對側上， 且彼此偏移所述襯底的厚度。
19. 根據權利要求17的面板，其中所述第一層和第二層安置在各自第一襯底和第二襯 底上。
20. —種製造用於電容性觸摸傳感器的觸摸敏感面板的方法，其包含:提供具有第一側和第二側的襯底；在所述襯底的所述第一側上以第一圖案沉積第一導電材料層，從而形成多個驅動 電極，其中所述驅動電極實質上完全覆蓋所述第一層，其中所述驅動電極中的個別 驅動電極與相鄰驅動電極由小間隙分離；以及在所述襯底的所述第二側上以第二圖案沉積第二導電材料層，從而形成多個感測 電極，使得所述感測電極與所述驅動電極在多個交叉點處交叉且彼此偏移所述襯底 的厚度。
全文摘要
本發明提供一種電容性觸摸傳感器，其中觸摸敏感面板具有布置在襯底的下側上的驅動電極和布置在上側上的感測電極。所述驅動電極經定形及尺寸設定以實質上完全覆蓋觸摸敏感區域，其中個別驅動電極彼此由小間隙分離，所述間隙小到實際上不可見。所述驅動電極的近地毯式覆蓋也用以遮蔽來自驅動電極層下方的噪聲源(例如用於下伏顯示器的驅動信號)的幹擾，從而抑制定位在所述驅動電極上方的所述感測電極進行噪聲拾取。
文檔編號G06F3/044GK101673162SQ20091013442
公開日2010年3月17日 申請日期2009年4月10日 優先權日2008年4月10日
發明者哈拉爾德·菲利普, 彼得·蒂莫西·斯利曼, 薩米埃爾·布呂內, 馬修·特倫德 申請人:愛特梅爾公司