專利名稱：線面電極式觸控屏的制作方法
技術領域：
本發明涉及觸控屏，具體涉及線面電極式觸控屏。
背景技術：
目前的電容式觸控屏可分為數字和模擬兩種方式。數字式電容觸控屏是由每層有多條平行電極的兩層電極組成，兩層電極相互正交，當人的手指接觸觸控屏時，手指與觸控屏上的某些電極形成耦合電容，并從耦合電容流出的漏電流，通過檢測到兩層電極上相互正交的與手指形成耦合電容的兩條電極而確定觸控位置。此種方法只適合用于較粗的定位，在要求細致定位時，要制做雙層的細密電極，成本太高；并且置于顯示器前面，觸控屏感測電極產生的反射又會使得顯示不均勻。
模擬電容式觸控屏可分為單層感測電極和雙層感測電極兩種方式。單層感測電極的模擬電容式觸控屏是由整面的單層電極組成，從單層電極的四個角向電極輸入電流，當人的手指接觸觸控屏時，手指與電極形成耦合電容，并從耦合電容流出的漏電流，通過檢測四個角分別流向電極電流的大小，計算出從手指流出電流的觸控位置。此種方法可以細致定位，但控制電路的計算量大，在環境溫度、濕度改變時，環境電場發生改變時，會引起漂移，造成定位不準確；置于顯示器前面，觸控屏感測電極的不完全透射會使顯示屏亮度降低，觸控屏感測電極產生的反射又會使在強外界光環境下顯示對比度的下降。
雙層感測電極的模擬電容式觸控屏是由每層有多條平行電極的兩層電極組成，兩層電極相互正交，當人的手指接觸觸控屏時，手指與觸控屏上的某些電極形成耦合電容，并從耦合電容流出的漏電流，通過檢測各電極流出電流的大小，分別在兩層相互正交電極上計算出橫向或縱向的觸控位置。此種方法可以細致定位，對漂移問題也有改善，但需對雙層感測電極逐條檢測漏電流，檢測和計算量大，檢測和計算所需時間也隨屏幕變大感測電極增多而提高；并且置于顯示器前面，觸控屏感測電極產生的反射又會使得顯示不均勻，和在強外界光環境下顯示對比度的下降。
申請號為2005101244714和2005201358852的中國專利提出了數模觸控式平板顯示器，讓多位模擬開關組讓平板顯示器單層顯示屏電極兩端均具引出線，通過顯示屏電極分時或與驅動電路或與觸控信號連通，利用顯示屏單層行電極或列電極作為觸控電極感測觸控，使得無需在顯示屏內制做任何傳感器，讓平板顯示器顯示屏具有感知觸控信號能力。但所提方案需讓單層顯示屏從兩端出線，與通常的顯示屏電極走線方法所不同，需特別設計和制做此種可具觸控功能的顯示屏；另外對顯示屏單層電極的逐條兩端檢測，檢測和計算量大，檢測和計算所需時間也隨屏幕變大感測電極增多而增加。
發明內容
本發明旨在提供一種以線狀電極和面狀電極組成的的觸控屏，通過檢測線狀電極線上的電信號來定位面狀電極上的觸控點。
本發明的技術思路是將一塊面狀電極架在每組兩條組內相互平行組間相互垂直的兩組線狀電極線間，線狀電極相對面狀電極為低阻抗，線狀電極與面狀電極間存在耦合電容，對兩條低阻抗線狀電極線施加電流，兩條低阻抗線狀電極線又向面狀電極流出電流，當觸控物(如手指或筆)靠近或接觸面狀電極時，面狀電極向觸控物流出漏電流，兩條低阻抗線狀電極流入面狀電極的電流對漏電流的貢獻與觸控點距線狀電極的距離成反比。用線狀電極和面狀電極架成線面電極式觸控屏，線狀電極和面狀電極間以耦合電容傳遞電信號，通過對線狀電極線上電信號的檢測，求得觸控物在面狀電極上的位置。
本發明的技術解決方案是線狀電極和面狀電極組成如
圖1所示的線面電極式觸控屏100，由相對低阻抗的兩組檢測電極110和120，以及相對高阻抗的面狀感測電極130組成。兩組檢測電極110和120各含兩條線狀電極線111、112和121、122，兩組檢測電極組內相互平行組間相互垂直；線狀檢測電極110和120與面狀感測電極130交疊，交疊的位置分別偏向面狀感測電極的四邊，線狀檢測電極110和120與面狀感測電極130相互交疊部分產生電容耦合，傳遞電信號；線狀檢測電極110與120相互絕緣。一個時刻，對一對邊的檢測電極線111和112輸入交變電流i11和i12，并檢測電流的大小；當觸控物(如手指或筆)靠近或接觸面狀感測電極130時，觸控物與面狀感測電極130間形成耦合電容，檢測電極線111和112的電流通過線狀電極與面狀電極交疊部分的耦合電容流入面狀感測電極130，再通過面狀感測電極130與觸控物的耦合電容流出漏電流到觸控物上，通過比較檢測電極線111和112上電流i11和i12的差別，確定觸控點所在的面狀感測電極130上垂直于檢測電極線111和112方向上的位置。另一個時刻，對另一對邊的檢測電極線121和122輸入交變電流i21和i22，并檢測電流的大小；當觸控物(如手指或筆)靠近或接觸面狀感測電極130時，觸控物與面狀感測電極130間形成耦合電容，檢測電極線121和122的電流通過線狀電極與面狀電極交疊部分的耦合電容流入面狀感測電極130，再通過面狀感測電極130與觸控物的耦合電容流出漏電流到觸控物上，通過比較檢測電極線121和122上電流i21和i22的差別，確定觸控點所在的面狀感測電極130上垂直于檢測電極線121和122方向上的位置。由此，通過對內部兩組對邊上檢測電極線電信號進行檢測和分析計算，而可求得觸控物在面狀感測電極表面上的位置，由此得到線面電極式觸控屏。
組成線面電極式觸控屏的線狀電極，可以只有兩組組內相互平行組間相互垂直的線狀電極，而對面狀電極上的單個觸控點進行定位；也可以有至少一組與其他多組相互垂直的線狀電極，這樣使觸控屏可同時對面狀電極上的多個區域內的觸控點進行定位。
線狀檢測電極的阻抗值相對面狀感測電極對邊的阻抗值是低阻，它們的阻抗值最好有量級上的差別，讓面狀感測電極與線狀檢測電極相交疊的整條邊基本處于等電位。線狀檢測電極和面狀感測電極可以是制備在同一基板的不同層上，也可以是制備在不同基板上。檢測電極和感測電極相交疊的位置，可以是在觸控屏的觸控區，也可以是在觸控屏的非觸控區。
對檢測電極線上輸出的檢測電流，可以是具有特定頻率的信號，也可以是具有特定編碼或其它特征的信號，以防止測量檢測電流時其他信號的干擾。對檢測電極線上電信號的檢測可以是檢測電信號的幅值，也可以是電信號的頻率，也可以是電信號的相位，也可以是電信號的編碼，也可以是電信號的其它特征的信號。
觸控物可以手指，可以是導電的金屬筆，也可以是與檢測信號具有相同諧振頻率電路的電流吸收筆。
由觸控物給面狀感測電極輸出電信號，從線狀檢測電極的端頭檢測電信號，通過比較線狀檢測電極端頭電信號的差別，同樣可確定觸控點在面狀感測電極方向上的位置。
觸控屏多為置于顯示器前與顯示器協同工作，而有源平板顯示屏具有相互正交的線狀掃描電極和信號電極，以及面狀的公共電極。可以利用有源平板顯示屏一基板上的掃描電極和信號電極中的部分電極線作為檢測電極，利用有源平板顯示屏另一基板上的公共電極作為面狀感測電極，組成線面電極式觸控屏，讓平板顯示屏在不需增加額外的傳感元件的情況下，既可以用于顯示又可用于觸控，一物兩用。
附圖簡要說明圖1是線狀電極和面狀電極組成的線面電極式觸控屏的示意圖。
圖2是一種時分復用有源液晶顯示器(TFT-LCD)電極構成的線面電極式觸控顯示器。
圖3是一種頻分復用TFT-LCD公共電極構成的線面電極式觸控顯示器。
圖4是一種頻分復用TFT-LCD電極構成的多區域線面電極式觸控顯示器。
具體實施例方式
本發明的實施例之一如圖2所示一種時分復用有源液晶顯示器(TFT-LCD)電極構成的線面電極式觸控顯示器200。TFT-LCD的下基板玻璃210上具有與顯示象素上有源元件的柵極相連的掃描電極230，和與顯示象素上有源元件的源極或漏極相連的信號電極240；而上基板玻璃220上具有彩色濾光膜、網格狀掩光黑膜層、以及公共電極250。以掃描電極230中兩邊最邊緣位置的電極線231、23M作為觸控功能的一組檢測電極，以信號電極240中兩邊最邊緣位置的電極線241、24N作為觸控功能的另一組檢測電極，讓檢測電極線分別通過模擬開關261、262和263、264與顯示驅動電路270和觸控檢測電路280相連接；以公共電極250作為觸控功能的面狀感測電極，讓公共電極250通過模擬開關265與地電極相連接；控制電路290通過控制模擬開關的通斷，控制電極線231、23M和241、24N與顯示驅動電路270的通斷，和公共電極250與地電極的通斷，使顯示器200或處在顯示時間段或處在觸控時間段。在顯示時間段內，控制電路290讓模擬開關261、262和263、264使電極線231、23M和241、24N與顯示驅動電路270連通，同時讓模擬開關265使公共電極250與地電極連通，顯示器200處于正常顯示狀態。在觸控時間段內，控制電路290讓模擬開關261、262和263、264使電極線231、23M和241、24N與顯示驅動電路270斷開，而與觸控檢測電路280連通，同時讓模擬開關265使公共電極250與地電極斷開，電極線231、23M和241、24N成為觸控檢測電極，公共電極250成為觸控感測電極；觸控檢測電路280先在一個對邊的檢測電極線231和23M上加入相同電壓的特定頻率交流信號，并測量流入檢測電極線231的電流i11和流入23M的電流i12，在觸控物靠近或接觸顯示器200時，觸控物與公共電極間形成耦合電容，流入檢測電極線231和23M的電流通過檢測電極與公共電極間的耦合電容和公共電極與觸控物的耦合電容流出漏電流到觸控物上，流入檢測電極線231和23M的電流對漏電流的貢獻反比于觸控點距電極線231和23M的距離；觸控檢測電路280再在另一個對邊的檢測電極線241和24N上加入相同電壓的特定頻率交流信號，并測量流入檢測電極線241的電流i21和流入24N的電流i22，在觸控物靠近或接觸顯示器200時，流入檢測電極線241和24N的電流通過檢測電極與公共電極間的耦合電容流出漏電流到觸控物上，流入檢測電極線241和24N的電流對漏電流的貢獻反比于觸控點距電極線241和24N的距離。這樣以時分復用TFT-LCD部分掃描電極線和信號電極線作為檢測電極、公共電極作為感測電極組成的線面電極式觸控屏，通過測量流入檢測電極線的電流就可定位感測電極上的觸控位置。控制電路290讓顯示器200在顯示狀態和觸控狀態間不斷轉換，控制顯示器200每次切換到觸控狀態的時間，并利用顯示的馳豫和人眼的留影現象，可以在顯示器200的顯示效果基本不受影響的情況下，使得顯示器200既可顯示信息又可感知觸控。
本發明的實施例之二如圖3所示一種頻分復用有源液晶顯示器(TFT-LCD)公共電極構成的線面電極式觸控顯示器300。TFT-LCD的下基板玻璃310上具有與顯示象素上有源元件的柵極相連的掃描電極330，和與顯示象素上有源元件的源極或漏極相連的信號電極340，同時在下基板玻璃310四周邊緣位置制做有兩組觸控檢測電極線351、352和353、354；而上基板玻璃320上具有彩色濾光膜、網格狀掩光黑膜層、以及公共電極360。掃描電極330和信號電極340與顯示驅動電路370相連接，觸控檢測電極線351、352和353、354與觸控檢測電路380相連接，公共電極360通過低通電路390與地電極相連接；低通電路390具有對低頻信號為低阻抗值，讓低頻信號與地電極連通，而對高頻信號為高阻抗值，不讓高頻信號通過。顯示驅動電路370對掃描電極330和信號電極340輸出顯示驅動信號，顯示驅動信號驅動液晶層工作并傳入公共電極360，低通電路390使得低頻的顯示驅動信號從公共電極360流入地電極，顯示器300處于顯示狀態。另一方面，觸控檢測電路380先在一個對邊的檢測電極線351和352上加入相同電壓相對顯示信號為高頻的觸控信號，并測量流入檢測電極線351的電流i11和流入352的電流i12，在觸控物靠近或接觸顯示器300時，觸控物與公共電極360間形成耦合電容，流入檢測電極線351和352的電流通過檢測電極與公共電極間的耦合電容和公共電極與觸控物的耦合電容流出漏電流到觸控物上，流入檢測電極線351和352的電流對漏電流的貢獻反比于觸控點距電極線351和352的距離，而低通電路390對高頻的觸控信號為高阻抗值，不讓公共電極360上的觸控信號通過低通電路390流入地電極；觸控檢測電路380再在另一個對邊的檢測電極線353和354上加入相同電壓高頻的觸控信號，并測量流入檢測電極線353的電流i21和流入354的電流i22，在觸控物靠近或接觸顯示器300時，流入檢測電極線353和354的電流通過檢測電極與公共電極間的耦合電容流出漏電流到觸控物上，流入檢測電極線353和354的電流對漏電流的貢獻反比于觸控點距電極線353和354的距離。這樣以頻分復用TFT-LCD公共電極作為感測電極組成的線面電極式觸控屏，通過測量流入檢測電極線的電流就可定位感測電極上的觸控位置，而顯示器300同時又處于觸控狀態，使得顯示器300在顯示信息的同時又可感知觸控。
本發明的實施例之三如圖4所示一種頻分復用有源液晶顯示器(TFT-LCD)電極構成的多區域線面電極式觸控顯示器400。TFT-LCD的下基板玻璃410上具與顯示象素上有源元件的柵極相連的掃描電極430，和與顯示象素上有源元件的源極或漏極相連的信號電極440；而上基板玻璃420上具有彩色濾光膜、網格狀掩光黑膜層、以及公共電極450。以掃描電極430中兩邊最邊緣位置的電極線431、43M作為觸控功能的一個方向的檢測電極，以信號電極440中兩邊最邊緣的電極線和中間位置電極線441、44i、44N作為觸控功能的另一個方向的檢測電極，檢測電極線又分別通過信號加載電路461、462和463、464、465與顯示驅動電路470和觸控檢測電路480相連接，信號加載電路461、462和463、464、465使得相對低頻的顯示驅動信號和相對高頻的觸控信號同時傳入電極線431、43M和441、44i、44N；以公共電極450作為觸控功能的面狀感測電極，讓公共電極450通過低通電路490與地電極相連接。低通電路490具有對低頻信號為低阻抗值，讓低頻信號與地電極連通，又對高頻信號為高阻抗值，不讓高頻信號通過。顯示驅動電路470對掃描電極430和信號電極440輸出顯示驅動信號，顯示驅動信號驅動液晶層工作并傳入公共電極450，低通電路490使得低頻的顯示驅動信號從公共電極450流入地電極，顯示器400處于顯示狀態。另一方面，觸控檢測電路480通過加載電路461和462，先在一個對邊方向的檢測電極線431和43M上加入相同電壓相對顯示信號為高頻的觸控信號，并測量流入檢測電極線431的高頻觸控信號電流i11和流入43M的高頻觸控信號電流i12，在觸控物靠近或接觸顯示器400時，觸控物與公共電極450間形成耦合電容，流入檢測電極線431和43M的高頻觸控信號電流通過檢測電極與公共電極間的耦合電容和公共電極與觸控物的耦合電容流出漏電流到觸控物上，流入檢測電極線431和43M的高頻觸控信號電流對漏電流的貢獻反比于觸控點距電極線431和43M的距離，而低通電路490對高頻的觸控信號為高阻抗值，不讓公共電極450上的觸控信號通過低通電路490流入地電極；觸控檢測電路480再通過加載電路463和464，在另一個對邊方向的檢測電極線441和44i上加入相同電壓高頻的觸控信號，并測量流入檢測電極線441的高頻觸控信號電流i21和流入44i的高頻觸控信號電流i22，在觸控物靠近或接觸顯示器400時，流入檢測電極線441和44i的高頻觸控信號電流通過檢測電極與公共電極間的耦合電容流出漏電流到觸控物上，流入檢測電極線441和44i的高頻觸控信號電流對漏電流的貢獻反比于觸控點距電極線441和44i的距離；然后，觸控檢測電路480通過加載電路464和465，再在另一個對邊的檢測電極線44i和44N上加入相同電壓高頻的觸控信號，并測量流入檢測電極線44i的高頻觸控信號電流i22和流入44N的高頻觸控信號電流i23，在觸控物靠近或接觸顯示器400時，流入檢測電極線44i和44N的高頻觸控信號電流通過檢測電極與公共電極間的耦合電容流出漏電流到觸控物上，流入檢測電極線44i和44N的高頻觸控信號電流對漏電流的貢獻反比于觸控點距電極線44i和44N的距離；這樣通過測量流入觸控檢測電極線431、43M和441、44i、44N的電流，就可定位在顯示器400上同時分別處于電極線441至44i和電極線44i至44N兩個區域內的兩個觸控位置。這樣以頻分復用TFT-LCD部分掃描電極線和信號電極線作為檢測電極、公共電極作為感測電極組成的線面電極式觸控屏，通過測量流入檢測電極線的電流就可定位感測電極上的觸控位置，而顯示器400同時又處于觸控狀態，使得顯示器400在顯示信息的同時又可感知觸控。
上述三個實施例并不代表所有可能的實施方案，其它的變形方案也應是本發明的保護范圍。
權利要求
1.線面電極式觸控屏，通過對觸控物與面狀電極之間的信號耦合的檢測，求得觸控物在面狀感測電極上的位置，其特征在于以相互垂直的兩組以上每組兩條的線狀電極與面狀電極相交疊構成，線狀電極線與面狀電極交疊部分以電容相耦合，觸控檢測電路只對與其直接連通的線狀電極線輸出觸控信號并檢測每組兩條線狀電極線觸控信號的差別，未與觸控檢測電路直接連通的面狀電極在線狀電極與觸控物之間傳遞觸控信號。
2.根據權利要求1所述的線面電極式觸控屏，其特征在于作為檢測電極的線狀電極由兩組組內相互平行組間相互垂直的線狀電極線組成，線狀電極線與面狀電極交疊的位置處于面狀感測電極的四邊，各條線狀電極線與觸控檢測電路連通。
3.根據權利要求1所述的線面電極式觸控屏，其特征在于作為檢測電極的線狀電極由至少一組垂直于不少于兩組的線狀電極線組成，各條線狀電極線與觸控檢測電路連通。
4.根據權利要求1所述的線面電極式觸控屏，有不少于兩組每組兩條的線狀電極線，其特征在于觸控檢測電路每一時刻只對一組線狀電極線輸出觸控信號和檢測觸控信號。
5.根據權利要求1所述的線面電極式觸控屏，其特征在于對線狀電極電信號的檢測是檢測電信號的幅值、頻率、相位、編碼中的至少一種。
6.根據權利要求1所述的線面電極式觸控屏，線狀電極與面狀電極相交疊，其特征在于線狀電極與面狀電極相交疊，交疊的位置處于觸控屏的非觸控區。
7.根據權利要求1所述的線狀電極和面狀電極，其特征在于線狀電極的阻抗值相對面狀電極對邊的阻抗值是低阻。
8.根據權利要求1所述的線狀電極和面狀電極，其特征在于線狀電極和面狀電極是制備在同一基板的不同層上。
9.根據權利要求1所述的線狀電極和面狀電極，其特征在于線狀電極和面狀電極是制備在不同基板上。
10.根據權利要求1所述的線狀電極和面狀電極，其特征在于以有源平板顯示屏一基板上的掃描電極和信號電極中的部分電極線作為線狀電極，以有源平板顯示屏另一基板上的公共電極作為面狀電極。
全文摘要
本發明涉及觸控屏，具體涉及線面電極式觸控屏。將一塊面狀電極架在每組兩條組內相互平行組間相互垂直的兩組線狀電極線間，線狀電極相對面狀電極為低阻抗，線狀電極與面狀電極間以電容耦合，對兩條低阻抗線狀電極線施加電流，兩條低阻抗線狀電極線又向面狀電極流出電流，當觸控物(如手指或筆)靠近或接觸面狀電極時，面狀電極向觸控物流出漏電流，兩條低阻抗線狀電極線流入面狀電極的電流對漏電流的貢獻與觸控點距線狀電極線的距離成反比。這樣用線狀電極和面狀電極架成線面電極式觸控屏，線狀電極和面狀電極間以耦合電容傳遞電信號，通過檢測線狀電極線上的電信號來定位面狀電極上的觸控點。
文檔編號G06F3/041GK101078961SQ20061008212
公開日2007年11月28日 申請日期2006年5月27日 優先權日2006年5月27日
發明者陳其良 申請人:陳其良, 陳梅英