DE112007002544A1 - Flüssigkristallanzeige mit Berührungsbildschirm - Google Patents

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Christoph Horst Los Altos Krah
John Greer Townsend Elias
Wei Hsin Fremont Yao
John Z. Cupertino Zhong
Andrew Bert Palo Alto Hodge
Brian Richards Redwood Land
Willem den Brighton Boer
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    • G—PHYSICS
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Abstract

Hier werden Flüssigkristallanzeige- (LCD) Berührungsbildschirme offenbart, bei denen die Berührungssensorelemente mit den Anzeigeschaltungen integriert sind. Die Integration kann eine Vielfalt von Formen annehmen. Die Berührungssensorelemente können vollständig innerhalb des LCD-Stapelaufbaus aber nicht zwischen der Farbfilterplatte und der Feldplatte implementiert sein. Alternativ können einige Berührungssensorelemente zwischen den Farbfilter- und Feldplatten angeordnet sein, wobei andere Berührungssensorelemente nicht zwischen den Platten liegen. In einer anderen Alternative können alle Berührungssensorelemente zwischen den Farbfilter- und Feldplatten liegen. Die letzte Alternative kann sowohl konventionelle als auch in einer Ebene schaltende (IPS) LCDs umfassen. In einigen Formen können Anzeigestrukturen auch eine Berührungsmessfunktion aufweisen. Techniken zur Herstellung und zum Betrieb solcher Anzeigen sowie verschiedene solche Anzeigen aufweisende Vorrichtungen sind ebenfalls offenbart.

Description

  • BEZUG ZU VERWANDTEN ANMELDUNGEN
  • Diese Anmeldung beansprucht die Priorität jeder der folgenden Anmeldungen, die hiermit per Verweis aufgenommen werden:
    • • vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 60/804,361, eingereicht am 9. Juni 2006;
    • • vorläufige US-Patentanmeldung Nr. 60/883,879, eingereicht am 8. Januar 2007;
    • • US-Patentanmeldung Nr. 11/760,036, mit dem Titel ”Touch Screen Liquid Crystal Display”, eingereicht am 8. Juni 2007;
    • • US-Patentanmeldung Nr. 11/760,049, mit dem Titel ”Touch Screen Liquid Crystal Display”, eingereicht am 8. Juni 2007;
    • • US-Patentanmeldung Nr. 11/760,060, mit dem Titel ”Touch Screen Liquid Crystal Display”, eingereicht am 8. Juni 2007; und
    • • US-Patentanmeldung Nr. 11/760,080, mit dem Titel ”Touch Screen Liquid Crystal Display”, eingereicht am 8. Juni 2007.
  • Diese Anmeldung ist mit den folgenden Anmeldungen verwandt, die alle durch Verweis hiermit aufgenommen werden:
    • • US-Patentanmeldung Nr. 11/367,749, mit dem Titel ”Multi-Functional Hand-Held Device”, eingereicht am 3. März 2006;
    • • US-Patentanmeldung Nr. 10/840,862, mit dem Titel ”Multipoint Touch Screen”, eingereicht am 6. Mai 2004;
    • • US-Patentanmeldung Nr. 11/381,313, mit dem Titel ”Multipoint Touch Screen Controller”, eingereicht am 2. Mai 2006;
    • • US-Patentanmeldung Nr. 11/367,749, mit dem Titel ”Multi-functional Hand-held Device”, eingereicht am 3. März 2006; und
    • • US-Patentanmeldung Nr. 11/650,049, mit dem Titel ”Double-Sided Sensitive Panel with ITO Metal Electrodes”, eingereicht am 3. Januar 2007.
  • HINTERGRUND
  • Heutzutage existieren viele Typen von handgehaltenen elektronischen Vorrichtungen, von denen jede eine Art Benutzerschnittstelle verwendet. Die Benutzerschnittstelle kann eine Ausgabevorrichtung in Form einer Anzeige, wie z. B. einer Flüssigkristallanzeige (LCD) aufweisen, sowie ein oder mehrere Eingabevorrichtungen, die mechanisch betätigt werden können (z. B. Schalter, Knöpfe, Tasten, Wählscheiben, Joysticks, Joypads) oder die elektrisch aktiviert werden können (z. B. berührungsempfindliche Felder oder berührungsempfindliche Bildschirme). Die Anzeige kann konfiguriert werden, um visuelle Information, wie z. B. Text, Multimediadaten und Graphik darzustellen und die Eingabevorrichtungen können konfiguriert sein, um Operationen, wie z. B. das Geben von Befehlen, das Treffen einer Auswahl oder die Bewegung eines Cursors oder einer Auswahlmarke an der elektronischen Vorrichtung auszuführen.
  • In jüngerer Zeit wurden Fortschritte dabei gemacht, verschiedene Vorrichtungen in eine einzige handgehaltene Vorrichtung zu integrieren. Dies hat weiterhin zu Versuchen geführt, viele Benutzerschnittstellenmodelle und Vorrichtungen in eine einzige Einheit zu integrieren. Ein berührungsempfindlicher Bildschirm kann in solchen Systemen sowohl aus praktischen als auch aus ästhetischen Gründen verwendet werden. Zusätzlich können Berührungsbildschirme mit Mehrfachberührungsfähigkeit eine Vielzahl von Vorteilen für eine solche Vorrichtung bereitstellen.
  • Bislang wurde für berührungsempfindliche Bildschirme angenommen, gleich ob es sich um Einfachberührungs- oder Mehrfachberührungsbildschirme handelte, dass sie hergestellt werden könnten, indem ein traditioneller LCD-Bildschirm hergestellt wird und ein im Wesentlichen durchsichtiges Berührungssensorgerät vor diesem Bildschirm angebracht wird. Allerdings ergeben sich dadurch eine Reihe von Nachteilen, einschließlich beträchtlicher Herstellungskosten.
  • ZUSAMMENFASSUNG
  • Gemäß einer Ausführungsform der Erfindung wird ein Berührungsbildschirm mit integrierter Flüssigkristallanzeige bereitgestellt. Der Berührungsbildschirm kann eine Mehrzahl von Schichten aufweisen, einschließlich eines ersten Substrats, auf dem eine Anzeigesteuerungsschaltung ausgebildet ist (z. B. eine TFT-Platte oder Feldplatte) sowie eines zweiten Substrats (z. B. einer Farbfilterplatte) neben dem ersten Substrat. Der Berührungsbildschirm kann weiterhin ein oder mehrere Berührungssensorelemente aufweisen, wobei alle Berührungssensorelemente zwischen den Substraten angeordnet sein können.
  • Die Berührungssensorelemente zwischen den Substraten können eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden aufweisen, die zusammen mit einer leitenden Schwarzmatrix, die in eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden segmentiert ist, auf dem zweiten Substrat aufgebracht sind. Alternativ können die Berührungssensorelemente zwischen den Substraten eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden aufweisen, die auf dem zweiten Substrat zusammen mit einer Mehrzahl von metallenen Berührungssensorleitungen hinter einer Schwarzmatrix, die eine Polymerschwarzmatrix sein kann, aufgebracht sind. In beiden Fällen kann die Mehrzahl der Berührungstreiberelektroden auch so konfiguriert werden, dass sie als VCOM für das LCD dienen.
  • Die Berührungssensorelemente zwischen den Substraten können auch eine unstrukturierte Indium-Zinn-Oxid(ITO)-Berührungsmessschicht auf einem Sub strat, eine Mehrzahl von im Umfang der Berührungsmessschicht angeordneten Schaltern, einen ersten Bus, an den eine erste Teilmenge der Schalter (z. B. von zwei aneinander angrenzenden Seiten) angeschlossen sind und einen zweiten Bus, an den eine zweite Teilmenge der Mehrzahl von Schaltern (z. B. von den beiden anderen aneinander angrenzenden Seiten) angeschlossen ist, aufweisen. Die Berührungsmessschicht kann auf dem zweiten Substrat aufgebracht sein und kann auch als VCOM für das LCD dienen. Die Schalter können Dünnfilmtransistoren umfassen.
  • Die Berührungssensorelemente zwischen den Substraten können auch eine ITO-Berührungsmessschicht, die in eine Mehrzahl von Zeilen strukturiert ist, eine Mehrzahl von an einem ersten Ende der Mehrzahl von Zeilen angeordneten und mit einem ersten Bus verbundenen Schaltern und eine Mehrzahl von an einem zweiten Ende der Mehrzahl von Zeilen angeordneten und mit einem zweiten Bus verbundenen Schaltern aufweisen. Die Berührungsmessschicht kann auf dem zweiten Substrat aufgebracht werden und kann auch als VCOM für das LCD dienen. Die Schalter können Dünnfilmtransistoren umfassen.
  • Die Berührungssensorelemente zwischen den Substraten können auch eine auf dem zweiten Substrat aufgebracht segmentierte ITO-Schicht, und eine Mehrzahl von ebenfalls auf dem zweiten Substrat ausgebildeten Schaltern aufweisen, die es ermöglichen, dass zu einem bestimmten Zeitpunkt jedes ITO-Segment als VCOM der Anzeige, als Berührungstreiber oder als Berührungssensor konfiguriert sein kann. Die Schalter können Dünnfilmtransistoren umfassen.
  • Die Berührungssensorelemente zwischen den Substraten können auch eine erste, auf dem zweiten Substrat aufgebracht ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden strukturiert ist, zusammen mit einer zweiten, auf dem zweiten Substrat aufgebrachten ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden strukturiert ist, aufweisen. Die Berührungstreiberelektroden können auch für VCOM der Anzeige verwendet werden.
  • Die Berührungssensorelemente zwischen den Substraten können auch eine erste, auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden strukturiert ist, zusammen mit einer zweiten, auf dem zweiten Substrat aufgebrachten ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungselektroden strukturiert ist, aufweisen. Die Berührungsmesselektroden können auch für VCOM der Anzeige verwendet werden.
  • Die Berührungsmesselektroden können auch eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden und eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden strukturiert ist, aufwiesen. Die Berührungstreiberelektroden können widerstandsreduzierende Metallsegmente enthalten. Die Berührungssensorelemente können weiterhin eine Mehrzahl von Schutzleitungen aufweisen, die konfiguriert sind, um einen Teil eines elektrischen Feldes zwischen den Berührungstreiberelektroden und den Berührungsmesselektroden zu blockieren, das effektiv nichts zur Berührungsmessung beiträgt, z. B. welches sich nicht bis außerhalb der Vorrichtung zu einer Berührungsoberfläche erstreckt, wo ein Finger des Benutzers oder ein anderes Berührungsobjekt mit der Vorrichtung interagieren kann.
  • Die Berührungssensorelemente zwischen den Substraten können auch eine auf dem zweiten Substrat abgeschiedene ITO-Schicht aufweisen, die in eine Mehrzahl von individuell adressierbaren Berührungspixeln strukturiert ist. Jedes Berührungspixel kann eine Treiberelektrode und eine Messelektrode aufweisen. Ebenso kann eine Mehrzahl von an jede Treiberelektrode angeschlossenen Treiberleitungen sowie eine Mehrzahl von an jede Messelektrode angeschlossenen Messleitungen bereitgestellt sein. Die Treiber- und/oder Messleitungen können aus einer leitenden Schwarzmatrix bestehen oder können Metallleitungen sein, die hinter einer Schwarzmatrix angeordnet sind, die eine Polymerschwarzmatrix sein kann.
  • Die Berührungssensorelemente zwischen den Substraten können auch eine erste, auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in wenigstens zwei zu jedem Anzeigepixel korrespondierende Platten segmentiert ist, eine zweite auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in zu jedem Anzeigepixel jeweils korrespondierende Inseln segmentiert ist, und einen zwischen einer VCOM-Elektrode der Anzeige und einer der wenigstens zwei Platten geschalteten Schalter aufweisen. Diese Anordnung kann es ermöglichen, VCOM als Berührungstreiberleitung zu verwenden. Diese Anordnung kann es auch ermöglichen, eine Anzeigedatenleitung als eine Berührungsmessleitung zu verwenden.
  • Die Berührungssensorelemente zwischen den Substraten können ebenfalls eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden strukturiert ist, zusammen mit einer Anzeigeauswahlleitungsschaltung, die des Weiteren als eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden konfiguriert ist, aufweisen. Die Anzeigeauswahlleitungsschaltung kann auf dem ersten Substrat ausgebildet sein.
  • In einer anderen Ausführungsform ist eine elektronische Vorrichtung bereitgestellt, die einen Berührungsbildschirm mit integriertem LCD gemäß den oben beschriebenen Ausführungsformen enthält. Die elektronische Vorrichtung kann die Form eines Desktopcomputers, eines Tablettcomputers oder eines Notebookcomputers annehmen. Die elektronische Vorrichtung kann auch die Form eines handgehaltenes Computers, eines persönlichen digitalen Assistenten, eines Medienspielers oder eines mobilen Telefons annehmen. In einigen Ausführungsformen kann eine Vorrichtung ein oder mehrere der vorhergehenden Vorrichtungen, beispielsweise ein Mobiltelefon und einen Medienspieler, enthalten.
  • KURZE BESCHREIBUNG DER ZEICHNUGEN
  • Die Erfindung kann am besten unter Bezugnahme auf die folgende Beschreibung in Verbindung mit den beiliegenden Zeichnungen verstanden werden, in denen:
  • 1 eine Mehrfachpunktmessanordnung illustriert.
  • 2 eine Anzahl von Kontaktflächen auf einem Mehrfachpunktmesssystem illustriert.
  • 3 ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer Gegenkapazitätsschaltung illustriert.
  • 4 ein Verfahren zum Betrieb einer Mehrfachpunktmessanordnung illustriert.
  • 5 ein repräsentatives Layout für ein LTPS-transflektives Subpixel illustriert.
  • 6 ein vereinfachtes Modell eines LTPS, von oben und von der Seite gesehen illustriert.
  • 7 ein Schaltungsdiagramm für ein Subpixel illustriert, und darstellt, auf welchem Glassubstrat die Komponenten hergestellt werden.
  • 8 einen grundlegenden Prozessfluss zur Herstellung von LCDs illustriert.
  • 9 ein fertig gestelltes LCD-Modul kleiner Größe illustriert.
  • 10 ein Blockdiagramm eines Berührungsbildschirm-LCDs mit separatem Berührungstreiber und LCD-Treiberchips illustriert.
  • 11 ein Blockdiagramm eines Berührungsbildschirm-LCDs mit einem integrierten LCD- und Berührungstreiberchip illustriert.
  • 12 einen grundlegenden Stapelaufbau eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 13 eine alternative Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 14 eine Elektrodenstruktur illustriert.
  • 15 ein Diagramm einer Ausführungsform eines Stapelaufbaus eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 16 eine Berührungspixelschaltung für das in 15 illustrierte Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 17 eine durch eine Kunststoffabdeckung geschützte Berührungsmessschicht illustriert.
  • 18 eine Ausgabespalte und eine damit verbundene Menge von Ausgangsgattern für einen Bereich eines Berührungsbildschirms illustriert.
  • 19 ein Layout eines Berührungspixels für ein Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 20 ein Stapelaufbaudiagramm für eine Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 21 ein Berührungssensorfeld illustriert.
  • 22 eine physikalische Implementierung für die Konzepte A und B mit Ansichten der Verkabelung und der Platzierung der Subsysteme von oben und von der Seite illustriert.
  • 23 ein Übersichtsblockdiagramm illustriert, dass eine mögliche Architektur der unteren Glaskomponenten zeigt.
  • 24 langgestreckte leitende Punkte illustriert.
  • 25 ein Übersichtsblockdiagramm für eine Berührungs-/LCD-Treiberintegrierte Schaltung illustriert.
  • 26 eine flexible Leiterplatte zur Verwendung mit verschiedenen wie hier beschriebenen LCD-Ausführungsformen illustriert.
  • 27 ein Verfahren zum gleichzeitigen Aktualisieren der Anzeige und der Berührungserfassung illustriert.
  • 28 eine Offenschaltung-VCST-Berührungstreiberoption illustriert.
  • 29 eine Treiber-VCST-Berührungstreiberoption illustriert.
  • 30 ein elektrisches Modell für die Situation illustriert, in der der Berührungstreiber sowohl für Berührungsmessung als auch für die LCD VCOM-Modulation verwendet wird.
  • 31 die Verbindung von VSTM zu Cst-Leitungen auf beiden Seiten durch leitende Punkte illustriert.
  • 32 einen Herstellungsprozessfluss für ein Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 33 die Verwendung der Inversion einer Leitung von VCOM als Berührungsstimulierungssignal illustriert.
  • 34 ein Stapelaufbaudiagramm für eine alternative Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 35 einen Herstellungsprozessfluss für ein Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 36 eine Ausführungsform illustriert, bei der eine leitende Schwarzmatrix durch eine Berührungstreiberschicht substituiert wird.
  • 37 ein Schaltungsdiagramm für eine Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 38 ein Stapelaufbaudiagramm für ein Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 39 ein zeilenweises Aktualisieren von Anzeigepixeln für ein Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 40 ein Berührungsverfahren für eine Menge berührungsempfindlicher Anzeigezeilen in einem Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 41 einen Prozess zur Detektierung von Berührungen für drei in verschiedenen Bereichen eines Berührungsbildschirm-LCDs angeordnete Pixel illustriert.
  • 42 ein Schaltungsdiagramm einer anderen Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert,
  • 43 ein Stapelaufbaudiagramm für die in 42 illustrierte Ausführungsform illustriert.
  • 44 eine Ausführungsform illustriert, bei der eine leitende Schwarzmatrix durch eine Berührungsmessschicht substituiert wird.
  • 45 ein Stapelaufbaudiagramm für eine andere Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 46 eine Ansicht von oben der in 55 illustrierten Ausführungsform illustriert.
  • 47 eine andere Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 48 eine äquivalente Schaltung der Ausführungsform von 47 illustriert.
  • 49 die Wellenformen illustriert, die für die Berührungsmessung in den Ausführungsformen der 47 bis 48 verwendet werden können.
  • 50 weitere Aspekte der Berührungsbildschirmintegration für die Ausführungsform von 47 illustriert.
  • 51 eine andere Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 52 die Wellenformen illustriert, die zur Berührungsmessung in den Ausführungsformen der 51 und 53 verwendet werden können.
  • 53 eine äquivalente Schaltung der Ausführungsform von 51 illustriert.
  • 54 weitere Aspekte der Berührungsbildschirmintegration für die Ausführungsform von 51 illustriert.
  • 55 ein Stapelaufbaudiagramm für ein Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 56 ein Verfahren zur Aktualisierung eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 57 ein Stapelaufbaudiagramm für eine Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 58 ein Stapelaufbaudiagramm für eine Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 59 eine beispielhafte LCD-Anzeige illustriert, die in drei Bereiche unterteilt ist, die unabhängig voneinander aktualisiert oder nach Berührungen abgetastet werden können.
  • 60 das Aktualisieren und nach Berührungen Abtasten eines Berührungsbildschirm-LCDs mit drei Bereichen illustriert.
  • 61 ein Elektrodenlayout für ein Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 62 Schaltungskomponenten für ein Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 63 eine Momentaufnahme einer Aktualisierungsanordnung für ein Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 64 illustriert, wie Metallleitungen und Lücken im ITO vollständig oder teilweise hinter einer Schwarzmatrix verborgen werden können.
  • 65 ein Stapelaufbaudiagramm für ein Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 66 ein in drei Bereiche segmentiertes Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 67 ein Verfahren zur Ausführung von Anzeigeaktualisierungen und Berührungsabtastungen auf einen Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 68 die Beschaltung und das ITO-Layout zur Segmentierung eines Berührungsbildschirm-LCDs in drei Bereiche illustriert.
  • 69 eine Aufsicht sowie einen Querschnitt eines Bereiches eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert, das Schutzleitungen enthält.
  • 70 eine Aufsicht sowie einen Querschnitt eines Bereichs eines Berührungsbildschirm-LCDs zeigt, das keine Schutzleitungen enthält.
  • 71 einen Bereich einer beispielhaften Anzeige illustriert, die sechs Berührungspixel und ihre Signalbeschaltung enthält.
  • 72 ein Stapelaufbaudiagramm für eine andere Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 73 ein Stapelaufbaudiagramm für eine andere Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 74 ein Schaltungsdiagramm illustriert, bei dem die Kopplung des VCOM-Signals für ein Berührungsbildschirm-LCD markiert ist.
  • 75 eine beispielhafte Anzeige illustriert.
  • 76 ein mögliches Abtastmuster für ein Berührungsbildschirm-LCD illustriert.
  • 77 ein Schaltungsdiagramm für die Ausführungsform von 79 illustriert.
  • 78 Segment-ITO-Schichten illustriert.
  • 79 ein Stapelaufbaudiagramm für eine andere Ausführungsform eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 80 ein kombiniertes Beschaltungs- und Stapelaufbaudiagramm für die Ausführungsform der 79 illustriert.
  • 81 eine physikalische Realisierung der Ausführungsform von 79 illustriert.
  • 82 das Schalten von LCD-Zellen in einer Ebene illustriert.
  • 83 die Organisation von Elektroden zum Schalten von LCD-Zellen in einer Ebene illustriert.
  • 84 ein Schaltungsdiagramm für eine Ausführungsform eines IPS-basierten Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 85 ein Stapelaufbaudiagramm illustriert, das zur 84 korrespondiert.
  • 86 ein Stapelaufbaudiagramm für eine andere Ausführungsform eines IPS-basierten Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 87 ein physikalisches Modell für das Konzept F, eine Ausführungsform eines IPS-basierten Berührungsbildschirm-LCDs, illustriert.
  • 88 ein Stapelaufbaudiagramm illustriert, das zu der Ausführungsform von 87 korrespondiert.
  • 89 eine Seitenansicht eines vollständig aus Glas bestehenden Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 90 eine Seitenansicht eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert, das eine Kunststoffschicht aufweist.
  • 91 einen Berührungsbildschirm mit einer Mehrzahl von Kunststoffschichten illustriert.
  • 92 einen Berührungsbildschirm illustriert, der eine PET-Schicht aufweist, die auf beiden Seiten strukturiert ist und eine Verbindung durch die PET-Schicht aufweist.
  • 93 einen Berührungsbildschirm aus einer Kombination PET/Glas illustriert.
  • 94 eine Berührungsbildschirm-LCD-Vorrichtungsbaugruppe illustriert.
  • 95 ein Berührungsbildschirm-LCD illustriert, das einen auf der Innenseite eines transparenten Kunststoffgehäuses strukturierte Berührungsschicht aufweist.
  • 96 ein strukturiertes PET-Substrat illustriert, das mit einem Berührungsbildschirm-LCD verwendet werden kann.
  • 97 flexible gedruckte Schaltungen illustriert, die auf das PET-Substrat aus 96 gebondet sind.
  • 98 eine an der Baugruppe von 97 angebrachte Abdeckung illustriert.
  • 99 ein vereinfachtes Diagramm eines Spannungsumsetzer/Decoderchips auf Glas illustriert.
  • 100 einen modifizierten Berührungs-/LCD-Treiber und eine periphere Transistorschaltung illustriert.
  • 101 ein vereinfachtes Blockdiagramm eines vollständig integrierten Berührungs-/LCD-Treibers illustriert.
  • 102 eine Applikation eines Berührungsbildschirm-LCDs illustriert.
  • 103 ein Blockdiagramm eines einen Berührungsbildschirm umfassenden Computersystems illustriert.
  • 104 eine Mehrzahl elektronischer Vorrichtungen und Computersystemformfaktoren illustriert, die mit einem Berührungsbildschirm-LCD gemäß der vorliegenden Erfindung verwendet werden können.
  • 105 eine Mehrzahl von IPS LCD-Subpixeln illustriert, die verbunden sind, um eine Mehrzahl von berührungsempfindlichen Spalten zu bilden.
  • 106 eine Mehrzahl von IPS LCD-Subpixeln illustriert, die verbunden sind, um eine Mehrzahl von berührungsempfindlichen Zeilen zu bilden.
  • 107 ein IPS LCD mit integrierter Berührungsmessung illustriert.
  • DETAILLIERTE BESCHREIBUNG
  • Die folgende Beschreibung wird vorgelegt, um jedem Fachmann das Herstellen und Verwenden der Erfindung zu ermöglichen und wird im Kontext einer bestimmten Applikation und ihrer Anforderungen bereitgestellt. Verschiedene Modifikationen der offenbarten Ausführungsformen sind für den Fachmann leicht erkennbar und die allgemein darin definierten Prinzipien können auf andere Ausführungsformen und Applikationen angewendet werden, ohne dabei von dem Geist und dem Umfang der vorliegenden Erfindung abzuweichen. Daher ist die vorliegende Erfindung nicht auf die gezeigten Ausführungsformen limitiert, sondern ist in dem weitesten mit den Ansprüchen konsistenten Umfang zu sehen.
  • 1. Hintergrund zu LCD und Berührungsmessung
  • Hier werden Techniken offenbart, um Berührungssensortechnologien in Flüssigkristallanzeigen zu integrieren.
  • Dem Fachmann ist bekannt, dass ein LCD eine Mehrzahl von Schichten, im einfachsten Fall ein oberes Glas, ein Flüssigkristall und ein unteres Glas umfasst. Das obere und das untere Glas können strukturiert sein, um die Grenzen der Zellen bereitzustellen, die den flüssigen Kristall für ein bestimmtes Anzeigepixel enthalten. Das obere und das untere Glas können auch mit verschiedenen Schichten aus leitenden Materialien und Dünnfilmtransistoren strukturiert sein, die es erlauben, die Spannung über die Flüssigkristallzellen zu variieren, um die Orientierung des Flüssigkristalls zu manipulieren und dadurch die Farbe und die Helligkeit des Pixels zu steuern.
  • Wie in den durch Verweis aufgenommenen Anmeldungen beschrieben, kann eine Berührungsoberfläche und insbesondere eine mehrfachberührungsfähige transparente Berührungsoberfläche aus einer Reihe von Schichten gebildet werden. Die Reihe von Schichten kann wenigstens ein Substrat, z. B. Glas, umfassen, welches darauf aufgebracht eine Mehrzahl von berührungsempfindlichen Elektroden aufweist. Beispielsweise kann eine Gegenkapazitätsanordnung eine Mehrzahl von Treiberelektroden und eine Mehrzahl von Messelektroden enthalten, die durch eine nichtleitende Schicht, d. h. das Glas, separiert sind. Kapazitives Koppeln zwischen den Treiber- und den Messelektroden kann durch die Nähe eines leitenden Objekts (z. B. durch den Finger eines Benutzers) bewirkt werden. Diese Änderung der kapazitiven Kopplung kann verwendet werden, um die Position, die Form, die Größe, die Bewegung, die Identität usw. einer bestimmten Berührung zu bestimmen. Diese Parameter können dann interpretiert werden, um den Betrieb eines Computers oder einer anderen elektronischen Vorrichtung zu steuern. Selbstkapazitätsanordnungen, wie die im Folgenden beschriebenen, sind dem Fachmann ebenfalls bekannt.
  • Durch Integration der Schichtstruktur eines LCDs und eines Berührungssensors kann eine Reihe von Vorteilen erreicht werden. Diese Integration kann ein Kombinieren oder Verschachteln der oben beschriebenen Schichtstrukturen umfassen. Die Integration kann des Weiteren das Eliminieren redundanter Strukturen und/oder das Finden eines doppelten Zwecks (z. B. ein Zweck für die Berührungsfunktion und ein anderer für die Anzeigefunktion) für bestimmte Schichten oder Strukturen beinhalten. Dieses kann es erlauben, einige Schichten zu eliminieren, wodurch Kosten und die Dicke des Berührungsbildschirm-LCDs reduziert und die Herstellung vereinfacht werden können. Eine Vielzahl verschiedener Anordnungen ist möglich, von denen einige in größerem Detail hier erläutert werden.
  • Insbesondere werden im Folgenden verschiedene Ausführungsformen eines integrierten Berührungsbildschirm-LCDs diskutiert. Der Fachmann wird jedoch erkennen, dass die hier vorgelegte detaillierte Beschreibung in Bezug auf diese Figuren beispielhaft und nicht erschöpfend ist und dass viele Variationen dieser Ausführungsformen möglich sind. Außerdem können viele der Lehren auf Einfachberührungsanzeigevorrichtungen ebenfalls angewendet werden, wenngleich viele der offenbarten Ausführungsformen sich auf mehrfachberührungsfähige Anordnungen beziehen.
  • 1.1. Mehrfachberührungsmessung
  • Das Erkennen mehrerer gleichzeitiger oder nahezu gleichzeitiger Berührungsereignisse kann mit einer Mehrfachberührungsmessanordnung, wie in 1 illustriert, erreicht werden. Die Mehrfachberührungsmessanordnung 100 kann mehrere Berührungsattribute (einschließlich von beispielsweise Identifikation, Position, Geschwindigkeit, Größe, Form und Stärke) über die berührungsempfindliche Oberfläche 101 gleichzeitig, nahezu gleichzeitig, zu verschiedenen Zeitpunkten oder über eine Zeitspanne hinweg detektieren. Die berührungsempfindliche Oberfläche 101 kann eine Mehrzahl von Sensorpunkten, Koordinaten oder Knoten 102 bereitstellen, die im Wesentlichen unabhängig voneinander funktionieren und die verschiedene Punkte auf einer berührungsempfindlichen Oberfläche repräsentieren. Die Messpunkte 102 können in einem Raster oder einem Pixelfeld positioniert sein, wobei alle Messpunkte zur gleichen Zeit in der Lage sind, jeweils ein Signal zu generieren. Die Messpunkte 102 können so betrachtet werden, dass sie die berührungsempfindliche Oberfläche 101 in ein Koordinatensystem, beispielsweise ein kartesisches oder ein Polarkoordinatensystem abbilden.
  • Eine berührungsempfindliche Oberfläche kann beispielsweise in der Form eines Tabletts oder eines Berührungsbildschirms vorliegen. Um einen Berührungsbildschirm herzustellen, können die kapazitiven Messpunkte und die anderen assoziierten elektrischen Strukturen aus einem im Wesentlichen transparenten leitenden Medium, wie z. B. Indiumzinnoxid (ITO) gebildet werden. Die Anzahl und die Konfiguration der Messpunkte 102 kann variiert werden. Die Anzahl der Messpunkte 102 hängt im Allgemeinen von der gewünschten Auflösung und der Empfindlichkeit ab. In Berührungsbildschirmapplikationen kann die Anzahl der Messpunkte 102 auch von der gewünschten Transparenz des Berührungsbildschirms abhängen.
  • Unter Verwendung einer Mehrfachberührungsmessanordnung, wie der im Folgenden im größeren Detail beschriebenen, können Signale, die an den Knoten 102 des Mehrfachberührungssensors 101 generiert werden, verwendet werden, um eine Abbildung der Berührung zu einem bestimmten Zeitpunkt zu erzeugen. Beispielsweise kann jedes Objekt (z. B. Finger, Stift, usw.), das sich im Kontakt mit oder in der Nähe der berührungsempfindlichen Oberfläche 101 befindet, wie in 2 illustriert eine Kontaktfläche 201 erzeugen. Jede Kontaktfläche 201 kann mehrere Knoten 102 abdecken. Abgedeckte Knoten 202 können das Objekt detektieren, während die verbleibenden Knoten 102 dies nicht können. Als Ergebnis kann ein in Pixel eingeteiltes Bild der Berührungsoberflächenebene gebildet werden (welches als ein Berührungsbild, ein Mehrfachberührungsbild oder ein Näherungsbild bezeichnet werden kann). Die Signale für jede Kontaktfläche 201 können in Gruppen zusammengefasst werden. Jede Kontaktfläche 201 kann Hoch- und Niedrigpunkte in Abhängigkeit von der Stärke der Berührung an jedem Punkt aufweisen. Die Form der Kontaktfläche 201, sowie die Hoch- und Niedrigpunkte innerhalb des Bildes, können verwendet werden, um Kontaktflächen 201 zu differenzieren, die sich in großer Nähe zueinander befinden. Des Weiteren kann das aktuelle Bild mit früheren Bildern verglichen werden, um zu bestimmen, wie die Objekte sich möglicherweise mit die Zeit bewegen und welche korrespondierende Aktion als Ergebnis daraus in einer Hostvorrichtung ausgeführt werden sollte.
  • Viele verschiedene Messtechnologien können in Verbindung mit diesen Messanordnungen verwendet werden, einschließlich resistiver, kapazitiver und optischer, usw. In kapazitätsbasierten Messanordnungen bildet sich eine kleine Kapazität zwischen dem Objekt und dem Messpunkt 102 in der Nähe des Objekts, wenn sich ein Objekt der berührungsempfindlichen Oberfläche 101 nähert. Durch Detektion von Kapazitätsänderungen an jedem der Messpunkte 102, die durch diese kleine Kapazität bewirkt werden, und durch Erfassen der Position der Messpunkte kann eine Messschaltung 103 mehrfache Berührungen detektieren und überwa chen. Die kapazitiven Messknoten können auf Selbstkapazitäten oder Gegenkapazitäten beruhen.
  • In Selbstkapazitätssystemen, wird die ”Selbst”-Kapazität eines Messpunkts relativ zu einer Referenz, z. B. Masse, gemessen. Die Messpunkte 102 können räumlich getrennte Elektroden sein. Diese Elektroden können an die Treiberschaltung 104 und die Messschaltung 103 durch leitende Leitungen 105a (Treiberleitungen) und 105b (Messleitungen) gekoppelt sein. In einigen Selbstkapazitäts-Ausführungsformen kann eine einzige leitende Leitung zu jeder Elektrode verwendet werden, um sowohl als Treiber- als auch als Messleitung zu dienen.
  • In Gegenkapazitätssystemen, kann die ”Gegen”-Kapazität zwischen einer ersten Elektrode und einer zweiten Elektrode gemessen werden. In Gegenkapazitätsmessanordnungen können die Messpunkte durch Kreuzungen von strukturierten Leitern erzeugt werden, die räumlich getrennte Leitungen bilden. Beispielsweise können Treiberleitungen 105a auf einer ersten Schicht und Messleitungen 105b auf einer zweiten Schicht 105b ausgebildet werden, so dass die Treiber und Messleitungen sich an den Messpunkten 102 kreuzen oder ”überschneiden”. Die verschiedenen Schichten können verschiedene Substrate, verschiedene Seiten desselben Substrats oder dieselbe Seite des Substrats mit einer dielektrischen Separierung sein. Wegen der Separierung zwischen den Treiber und Messleitungen kann ein kapazitiver Kopplungsknoten an jeder ”Überschneidung” auftreten.
  • Die Anordnung der Treiber- und Messleitungen kann variieren. Beispielsweise können in einem kartesischen Koordinatensystem (wie illustriert) die Treiberleitungen als horizontale Zeilen ausgebildet sein, während die Messleitungen als vertikale Spalten ausgebildet sind (oder andersherum), wodurch eine Mehrzahl von Knoten gebildet wird, denen jeweils verschiedene X- und Y-Koordinaten zugewiesen werden können. Alternativ können in einem Polarkoordinatensystem die Messleitungen als eine Mehrzahl konzentrischer Kreise ausgebildet sein, wobei die Treiberleitung sich radial erstreckende Leitungen sind (oder andersherum), wobei eine Mehrzahl von Knoten gebildet wird, denen jeweils verschiedene Radien und Winkelkoordinaten zugewiesen werden können. In jedem der beiden Fälle können die Treiberleitungen 105a mit der Treiberschaltung 104 verbunden sein und die Messleitungen 105b können mit der Messschaltung 103 verbunden sein.
  • Während des Betriebs kann ein Treibersignal (z. B. eine periodische Spannung) an jede Treiberleitung 105a angelegt werden. Wenn die Treiberleitung 105a getrieben wird, kann die ihr zugeführte Ladung durch die Knoten 102 kapazitiv an die überschneidenden Messleitungen 105b koppeln. Dies kann einen detektierbaren, messbaren Strom und/oder eine Spannung in den Messleitungen 105b bewirken. Die Beziehung zwischen dem Treibersignal und dem auf den Messleitungen 105b erscheinenden Signal kann eine Funktion der kapazitiven Kopplung der Treiber- und Messleitungen sein, welche, wie oben bemerkt, durch ein Objekt in der Nähe des Knotens 102 bewirkt werden kann. Eine kapazitive Messschaltung (oder Schaltungen) 103 können die Messleitungen 105b ausmessen und die Kapazität an jedem Knoten bestimmen, wie im Folgenden im Detail erläutert wird.
  • Wie bereits vorausgehend beschrieben kann jeweils eine Treiberleitung 105a getrieben werden, während die anderen Treiberleitungen an Masse angelegt werden. Dieser Prozess kann für jede Treiberleitung 105a wiederholt werden, bis alle Treiberleitungen getrieben wurden und ein Berührungsbild (basierend auf Kapazität) aus den gemessenen Ergebnissen gebildet werden kann. Sobald alle Leitungen 105a getrieben wurden, kann die Sequenz wiederholt werden, um eine Reihe von Berührungsbildern zu erzeugen. Allerdings können in einigen Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung mehrere Treiberleitungen im Wesentlichen gleichzeitig oder nahezu gleichzeitig getrieben werden, wie dies in der US-Patentanmeldung Nr. 11/619,466, mit dem Titel ”Simultaneous Sensing Arrangement” beschrieben ist, die am 3. Januar 2007 eingereicht wurde.
  • 3 illustriert ein vereinfachtes schematisches Diagramm einer Gegenkapazitätsschaltung 300, die zu der oben beschriebenen Anordnung korrespondiert. Die Gegenkapazitätsschaltung 300 kann eine Treiberleitung 105a und eine Messleitung 105b aufweisen, die räumlich voneinander getrennt sind und dadurch einen kapazitiven Kopplungsknoten 102 bilden. Die Treiberleitung 105a kann elektrisch (d. h. leitend) an die Treiberschaltung 104 gekoppelt sein, die durch die Spannungsquelle 301 repräsentiert wird. Die Messleitung 105b kann elektrisch an die Kapazitätsmessschaltung 803 gekoppelt sein. Sowohl die Treiberleitung 105a als auch die Messleitung 105b können in einigen Fällen eine parasitäre Kapazität 302 aufweisen.
  • Wie schon bemerkt, kann in Abwesenheit eines leitenden Objekts in der Nähe der Überschneidung der Treiberleitung 105a und der Messleitung 105b die kapazitive Kopplung am Knoten 102 ziemlich konstant bleiben. Wenn allerdings ein elektrisch leitendes Objekt (ein Finger ein Benutzers, ein Stift, usw.) in die Nähe des Knotens 102 kommt, so verändert sich die kapazitive Kopplung (d. h. die Kapazität des lokalen Systems). Die Änderung der kapazitiven Kopplung verändert den Strom (und/oder die Spannung) durch die Messleitung 105b. Die Kapazitätsmessschaltung 103 kann die Kapazitätsänderung und die Position des Knotens 102 erkennen und diese Information in irgendeiner Form an den Prozessor 106 (1) melden.
  • Unter Bezugnahme auf 1 kann die Messschaltung 103 Daten von der Berührungsoberfläche 101 empfangen und die erhaltenen Daten dem Prozessor 106 zur Verfügung stellen. In einigen Ausführungsformen kann die Messschaltung 103 so konfiguriert werden, dass sie Rohdaten (z. B. ein Feld von Kapazitätswerten, die zu jedem Messpunkt 102 korrespondieren) an den Prozessor 106 sendet. In anderen Ausführungsformen kann die Messschaltung 103 so konfiguriert werden, dass sie die Rohdaten selbst verarbeitet und verarbeitete Berührungsdaten an den Prozessor 106 liefert. In jedem dieser Fälle kann der Prozessor dann die von ihm empfangenen Daten verwenden, um den Betrieb des Computersystems 107 und/oder eine oder mehrere darauf ablaufende Applikationen zu steuern. Verschiedene dementsprechende Implementierungen sind in den Anmeldungen, auf die oben verwiesen wird, beschrieben und enthalten eine Mehrzahl von Computersystemen mit Berührungsfeldern und Berührungsbildschirmen.
  • In einigen Ausführungsformen kann die Messschaltung 103 ein oder mehrere Mikrocontroller aufweisen, von denen jeder ein oder mehrere Messpunkte 102 überwachen kann. Die Mikrocontroller können applikationsspezifische integrierte Schaltungen (ASICs) sein, die mit Firmware arbeiten, um die Signale von der berührungsempfindlichen Oberfläche 101 zu überwachen, die überwachten Signale zu verarbeiten und diese Information an den Prozessor 106 zu melden. Die Mikrocontroller können auch digitale Signalprozessoren (DSPs) sein. In einigen Ausführungsformen kann die Messschaltung 103 ein oder mehrere Sensor-ICs aufweisen, die die Kapazität für jede Messleitung 105b messen und die gemessenen Werte an den Prozessor 106 oder an eine (nicht gezeigte) Hoststeuerung im Computersystem 107 melden. Jede beliebige Anzahl von Sensor-ICs kann verwendet werden. Beispielsweise kann ein Sensor-IC für alle Leitungen verwendet werden oder mehrere Sensor-ICs können für eine einzelne Leitung oder eine Gruppe von Leitungen verwendet werden.
  • 4 illustriert auf hoher Ebene einen Prozess 400 zum Betrieb einer Mehrfachberührungsmessanordnung, wie der oben beschriebenen. Der Prozess kann an einem Block 401 beginnen, wo eine Mehrzahl von Messpunkten 102 getrieben werden kann. Dem Block 401 nachfolgend kann der Prozessfluss zum Block 402 übergehen, wo die Ausgaben der Messpunkte 102 gelesen werden können. Beispielsweise kann für jeden Messpunkt 102 ein Kapazitätswert erhalten werden. Dem Block 402 nachfolgend kann der Prozess zum Block 403 übergehen, wo ein Bild oder eine andere Form von Daten (Signal oder Signale) der Berührung zu einem Zeitpunkt erzeugt werden und danach analysiert werden kann, um zu bestimmen, wo Objekte lokalisiert sein können, die den Berührungssensor berühren oder in seiner Nähe sind. Dem Block 403 nachfolgend kann der Prozess zum Block 404 übergehen, wo das aktuelle Bild oder Signal mit einem oder mehreren früheren Bildern verglichen werden kann, um eine Änderung in einer oder mehreren der Eigenschaften Form, Größe, Ort, Richtung, Geschwindigkeit, Beschleunigung, Druck, usw. für jedes Objekt zu bestimmen. Diese Information kann nachfolgend verwendet werden (im Schritt 405), um eine Aktion in einem Computersystem 107 auszuführen, die von der Bewegung eines Zeigers oder Cursors bis zu komplexen gestenbasierten Interaktionen reicht.
  • 1.2. Transflektive LCDs
  • Um die Integration von Berührungssensortechnologie mit transflektiven LCDs besser zu verstehen, kann eine Einführung zu transflektiven LCDs hilfreich sein. Im Folgenden wird ein Überblick über eine typische Subpixelzelle gegebenen, die in Niedrigtemperatur-Polysilizium (LTPS) transflektiven LCDs vorliegt.
  • 1.2.1. Schaltungsgrundlagen
  • 5 zeigt ein repräsentatives Layout für ein transflektives LTPS-Subpixel 500. Anzeigeinformation kann auf die Kapazitäten CST und CLC (nicht gezeigt) übertragen werden, wenn eine die gewünschte Graustufe repräsentierende Spannung an den Datenbus 501 angelegt und die Auswahlleitung 502 aktiviert wird. Das Aktivierungsniveau der Auswahlleitung 502 kann nahe der positiven Gatetreiberversorgungsspannung liegen. Während die Auswahlleitung 502 aktiviert ist, kann die Spannung an VCST (und VCOM, welches nicht gezeigt ist) konstant bleiben. Alle in 5 gezeigten Schaltungselemente, die Metall, Poly, Aktiv, Oxid und ITO umfassen, können auf dem unteren Glas des LCDs hergestellt werden.
  • 6 zeigt ein vereinfachtes Modell eines Niedrigtemperaturpolysilizium (LTPS) LCDs 600, einschließlich einer Aufsicht 601 und einer Seitenansicht 602. Die Aufsicht 601 zeigt eine Durchsicht durch das VCST Routen 603 auf dem unteren Glas 608 sowohl im Anzeigebereich 604 als auch im Nicht-Anzeigebereich 605. Die Seitenansicht 602 zeigt einen Querschnitt der Anzeige.
  • Jede Anzeigenzeile kann horizontale Leitungen für VCST 606 sowie für die Auswahl (nicht gezeigt) aufweisen. Die Auswahlleitungen sind mit der Gatetreiberschaltung verbunden, die aus Polysiliziumdünnfilmtransistoren (p-Si TFTs, ebenfalls nicht gezeigt) gebildet ist. Die VCST-Leitungen 606 können von Anzeigekante zu Anzeigekante verlaufen und können miteinander verbunden werden, wie z. B. auf der linken Seite gezeigt. Die VCST-Leitungen können auch durch einen leitenden Punkt 607 mit einer ITO-Ebene 609 auf dem oberen Glas 610 verbunden sein. Typischerweise können vier leitende Punkte (einer in jeder Ecke) verwendet werden, um die VCOM-Ebene mit VCOMTreiber 611 zu verbinden. 6 zeigt einfachheitshalber nur den Punkt 607. Die Spannung von VCST und dem oberen Glas ITO 609 kann durch VCOMTreiber eingestellt werden, welche durch den LCD-Treiber IC (nicht gezeigt) bereitgestellt werden kann. VCST kann auch mit einer anderen Treiberquelle als VCOMTreiber 611 verbunden sein.
  • 7 illustriert ein Schaltungsdiagramm 700 für ein Subpixel und zeigt, auf welchem Glassubstrat verschiedene Komponenten hergestellt werden können. Das untere Glas 701 kann ein Substrat für die Integration der gesamten TFT-Pixelschaltung 703 sein. Dieses kann die Auswahlleitungstreiber und die Steuerungslogik umfassen. Das untere Glas kann auch als das Substrat für die Chips auf Glas (COG) Komponenten dienen, wie z. B. die LCD-Treiber (nicht gezeigt). Die obere Elektrode 304 der Kapazität CLC kann sich auf dem oberen Glas 702 befinden. Die Elektrode 704 kann eine ITO-Ebene sein, die den gesamten Anzeigebereich abdeckt und die Gegenelektrode zu der unteren Elektrode 705 zur Erzeugung von CLC bildet. Die obere Elektrode 704 kann auch, z. B. durch vier in den Ecken angeordnete leitende Punkte 706 (nur einer gezeigt), mit VCOMTreiber 707 auf dem unteren Glas 701 verbunden sein.
  • 1.2.2. VCOM
  • Das Minimieren oder Eliminieren der Gleichstromkomponente der Spannung über den Flüssigkristall (LC) kann einige unerwünschte Bildartefakte reduzieren oder eliminieren. Daher kann das elektrische Feld über den LC periodisch gekippt werden, während die Balance zwischen den beiden Feldrichtungen insgesamt beibehalten wird. Das Erreichen einer perfekten Balance des elektrischen Feldes kann schwierig sein, so dass kleine Gleichstromabweichungen auftreten können, die ungewollte Bildartefakte erzeugen können. Um ein Flimmern aufgrund der Gleichstromabweichungen zu maskieren, kann eines von mehreren dem Fachmann bekannten Inversionsschemen, wie z. B. Punktinversion, eingesetzt werden.
  • 1.2.3. Modulieren von VCOM
  • In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, den Spannungsbereich der Datentreiber zu reduzieren. Daher können die VCOM ITO-Ebene und die VCST-Leitungen von der Masse bis zur Versorgungsspannung moduliert werden, um eine Wechselspannung über dem LC zu erzeugen. Allerdings kann dies die verfügbaren Inversionsmethoden auf die Rahmen- und Leitungstypen einschränken.
  • VCOMTreiber-Anforderungen können ziemlich einfach sein: seine Spannung kann konstant bleiben, bis der Ladungstransfer für eine Pixelzeile abgeschlossen ist, der ihre Graustufen einstellt. Sobald die Anzeigepixel eingestellt sind, kann sich VCOMTreiber ändern, ohne dabei signifikant den LC-Zustand zu beeinflussen, soweit parasitäre Wege in und aus dem Subpixel klein bleiben.
  • 1.2.4. Konstante VCOM
  • Die VCOM-Modulation kann die Integration von Berührungsmessung mit LCDs verkomplizieren. Verschiedene Techniken zum Überwinden dieser Komplikationen werden im Folgenden erläutert. Ein alternatives Verfahren zur Minimierung der Gleichspannungskomponente der Spannung über den Flüssigkristall kann eingesetzt werden. Ein solches alternatives Verfahren ist offenbart in J. Hector und P. Buchschacher, "Low Power Driving Options for an AMLCD Mobile Display Chipset", SID 02 Digest, Seiten 695 bis 697, welches hiermit durch Verweis aufgenommen wird. Dieses alternative Verfahren kann es ermöglichen, dass VCOM auf konstanter Spannung verbleibt, dass keine Datentreiber mit großem Spannungsbereich benötigt werden und dass wenig Leistung verbraucht wird. Verschiedene Vorteile der Verwendung einer konstanten VCOM werden im Folgenden beschrieben.
  • 1.3. LCD-Herstellung
  • Die Herstellung von LCD-Feldern kann in einem Batch-Prozess unter Verwendung großer, als Mutterglas bezeichneter, Glasteile erfolgen. Zwei Teile aus Mutterglas können verwendet werden: ein oberes Mutterglas, welches das Substrat für den Farbfilter, die Schwarzmatrix und die obere Elektrode für CLC darstellen kann; und ein unteres Mutterglas, welches das Substrat für das aktive Matrix TFT-Feld und die Treiberschaltung liefern kann.
  • Ein grundlegender Prozess 800 zur Herstellung ist in 8 gezeigt. Zwei große Lagen aus Mutterglas, eines für den oberen Teil des LCDs und eines für den unteren Teil können separate Prozessschritte 801 und 802 durchlaufen, bevor sie aneinander ausgerichtet (Block 803), zusammengedrückt und erhitzt werden (Block 804), um die Dichtungen zwischen dem oberen und dem unteren Glas auszuhärten und dadurch eine stabile Feldstruktur zu erzeugen. Das große Feld kann dann geritzt und in kleinere Module der gewünschten Dimensionen gebrochen werden (Block 805). Die Kanten der einzelnen Module können geschliffen werden (Block 806), bevor die Module mit Flüssigkristallen gefüllt werden (Block 807). Nach der Befüllung können die Module versiegelt werden (Block 808). Polarisatoren und elektrische Komponenten können angebracht werden (Block 809). Flexible Leiterplatten (FPCs) können zum oder gegen Ende des Prozesses an ihren Substraten angebracht werden (Block 810).
  • Ein fertig gestelltes LCD-Modul 900 ist in 9 gezeigt. Das illustrierte LCD-Modul enthält einen Chip auf Glas (COG) LCD-Treiber 901, der an dem unteren Glas 902 angebracht ist, und weist auch eine Flex auf Glas (FOG) flexible Leiterplatte (FPC) 903 auf, die an dem unteren Glas 902 angebracht ist. Beide Komponenten können elektrisch mit Anschlussflächen auf dem unteren Glas verbunden werden und unter Verwendung eines anisotropisch leitenden Klebstoffs (ACA) in Position gehalten werden. Das untere Glas 902 kann sich über das obere Glas 904 hinaus erstrecken, um einen Absatz 905 zum Anbringen des COG LCD-Treibers 901, der FPC 903 und anderer unterstützender Komponenten bereitzustellen. Für handgehaltene Vorrichtungen kann die Systemprozessorbaugruppe, die die Daten für das LCD verwaltet und steuert, unter der Hintergrundbeleuchtung 906 angeordnet werden.
  • Zusätzliche Komponenten zur Unterstützung der Berührungsmessung (z. B. FPCs) können ebenso an den Absatz 905 angebracht werden. Andere Anbringungspunkte sind ebenso möglich. Details werden im Folgenden in Verbindung mit relevanten Ausführungsformen beschrieben.
  • 1.4. Kombination von LCDs und Berührungsmessung
  • Die hier erläuterten Stapelaufbaudiagramme können besser in Verbindung mit den Blockdiagrammen aus 10 und 11 verstanden werden. Beginnend von oben, können Berührungsmesselektroden 1001, 1101 auf der oberen Seite (Benutzerseite) des oberen LCD-Glases 1002, 1102 aufgebracht werden. Berührungstreiberelektroden 1003, 1103 können auf der unteren Seite des oberen Glases 1002, 1102 strukturiert werden. Leitende Punkte 1004, 1104 können Treiberelektroden 1003, 1103 mit Treibern 1105, 1105 verbinden, die ebenso auf dem unteren Glas 1006, 1106 angeordnet sein können. Ein Absatz 1007, 1107 auf dem unteren Glas 1006, 1106 kann einen LCD-Treiberchip 1008, 1108 und den Berührungssensortreiberchip 1009 beherbergen, welche eine Schnittstelle zueinander haben können (10), oder in eine einzige Komponente integriert sein können (11). Schließlich kann ein FPC 1010, 1110, der auch an dem Absatz angebracht ist, mit der Hostvorrichtung 1011, 1111 verbunden sein.
  • 2. Integrationsoptionen
  • Einige Ausführungsformen eines LCDs mit integrierter Berührungsmessung können ein oberes Glas und ein unteres Glas aufweisen. Eine Anzeigesteuerungsschaltung kann auf einem und/oder beiden dieser Glasschichten ausgebildet sein, um die Lichtmenge, die durch eine Flüssigkristallschicht zwischen den beiden Glasschichten fällt, zu beeinflussen. Der Raum zwischen den äußeren Kanten des oberen und des unteren Glases wird hier als Flüssigkristallmodul (LCM) bezeichnet.
  • Ein typischer LCD-Stapelaufbau 1200 weist typischerweise, wie in 12 illustriert, zusätzliche Schichten auf. In 12 kann eine hart beschichte PMMA-Schicht 1201 einen LCD-Polarisator 1202 und das obere Glas 1203 schützen und ein zweiter Polarisator 1205 kann zwischen das untere Glas 1204 und eine Hintergrundbeleuchtung 1206 eingebracht werden.
  • Die Integration von Berührungssensortechnologie in ein LCD kann unter Verwendung einer Vielzahl von Techniken erreicht werden. Beispielsweise können verschiedene Berührungssensorelemente und/oder Schichten in eine LCD-Anzeige integriert werden, wobei unterschiedliche Ausführungsformen in Faktoren wie Anzeige- und/oder Herstellungskosten, Anzeigegröße, Anzeigekomplexität, Anzeigehaltbarkeit, Anzeigefunktionalität und Bilddarstellungsqualität variieren. In einigen Ausführungsformen kann eine Berührungsmessungsfähigkeit in ein LCD aufgenommen werden, indem Berührungssensorelemente auf der LCD-Anzeige außerhalb des LCM integriert werden. In anderen Ausführungsformen können Berührungssensorelemente sowohl innerhalb des LCM (beispielsweise zwischen den beiden Glasschichten) sowie außerhalb des LCM hinzugefügt werden. In noch weiteren Ausführungsformen kann eine Gruppe von Berührungssensorelementen nur innerhalb des LCM (z. B. zwischen den beiden Glasschichten) hinzugefügt werden. Die folgenden Abschnitte beschreiben eine Anzahl von Konzepten für jede der oben genannten Ausführungsformen.
  • 2.1. Berührungsmessung außerhalb des Flüssigkristallmoduls
  • Das Hinzufügen von Berührungssensorelementen außerhalb des LCM ermöglicht es, Berührungsmessungsfähigkeiten mit geringem oder keinem Einfluss auf typische LCD-Herstellungsmethoden einer LCD-Anzeige hinzuzufügen. Beispielsweise könnten ein Berührungssensorsystem und ein LCD-Anzeigesystem separat gefertigt und in einem finalen Schritt integriert werden, um ein LCD mit Berührungsmessungsfähigkeiten zu bilden. Das Aufnehmen der Berührungssensorelemente außerhalb des LCM kann es auch ermöglichen, die Berührungssensorelemente nahe der durch den Benutzer berührten Fläche zu platzieren, wodurch möglicherweise elektrische Interferenzen zwischen der Anzeige und den Berührungskomponenten reduziert werden.
  • Die folgenden zwei Ausführungsformen, die als Konzept C und Konzept N benannt sind, können solche externen Berührungssensorelemente enthalten.
  • 2.1.1. Konzept C
  • Als eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung verwendet Konzept C den in 13 illustrierten Stapelaufbau, der es ermöglicht, die Berührungsfunktion separat von dem LCD auszuführen. In Konzept C können zwei zusätzliche Indiumzinnoxid-(ITO)Schichten (ITO1 1301 und ITO2 302) auf der Oberseite der Farbfilter-(CF)Platte (z. B. der oberen Glasschicht) strukturiert werden. Diese Schichten können für Berührungsmessungs- und Berührungstreiberelemente eines Berührungssensors, beispielsweise eines Gegenkapazitätsberührungssensors verwendet werden. Diese ITO-Schichten können in Spalten und/oder Zeilen strukturiert sein (wie in den 1 und 2 gezeigt und in der vorangehenden Beschreibung für Mehrfachberührungsmessung beschrieben) und können durch ein Dielektrikum 1305, wie z. B. ein Glassubstrat oder eine dünne (z. B. 5 bis 12 mm) SiO2-Schicht getrennt werden.
  • In einigen Ausführungsformen kann die in den Berührungselementen verwendete Elektrodenstruktur optimiert werden, um visuelle Artefakte zu reduzieren. Beispielsweise illustriert 14 eine rautenförmige Elektrodenstruktur, die visuelle Artefakte reduzieren kann.
  • In Konzept C können die FPC, die Berührungsmessungsdaten tragen, an der oberen Oberfläche des oberen Glases 1303 angebracht sein.
  • 2.1.2. Konzept N
  • Eine Ausführungsform der vorliegenden Erfindung, Konzept N, kann kapazitives Messen auf der äußeren Oberfläche der Farbfilter-(CF)Platte unter Verwendung von Selbstkapazitätsmessung implementieren. Konzept N kann den in 15 illustrierten Stapelaufbau verwenden, indem die Berührungssensorkomponenten auf der Oberfläche der CF-Platte 1501 (oberes Glas) angeordnet sein können. Auf Konzept N basierende LCDs können ohne Änderung des Standard-LCD-Herstellungsprozesses erzeugt werden, indem TFTs 1503 mit zwei Metallschichten und einem strukturierten ITO 1500 auf der CF-Platte 1501 unter Verwendung von beispielsweise desselben LTPS-Prozesses wie dem, der für die konventionelle TFT-Platte 1504 verwendet wird, gebildet werden. Die Berührungs-ITO-Schicht 1500 kann in eine Mehrzahl von Berührungspixel 1612 strukturiert werden (16). Die Berührungs-ITO-Schicht 1500 kann durch eine Kunststoffabdeckung 1702 geschützt werden (in 17 gezeigt), die auch als die von einem Benutzer berührte Oberfläche dienen kann.
  • 16 illustriert eine Selbstkapazitätsberührungspixelschaltung für Konzept N. Jedes ITO-Berührungspixel 1612 kann mit zwei TFTs, beispielsweise einem Eingabe-TFT 1604 und einem Ausgabe-TFT 1608 verbunden sein. Der Eingang-TFT 1604 kann das ITO-Berührungspixel 1612 aufladen, während der Ausgabe-TFT 1608 das ITO-Berührungspixel 1612 entladen kann. Die bewegte Ladungsmenge kann von der Kapazität des ITO-Berührungspixel 1612 abhängen, die durch die Nähe eines Fingers geändert werden kann. Weitere Details von Selbstkapazitätsberührungsmessungen sind vorangehend sowie im US-Patent 6,323,846 , mit dem Titel ”Method and Apparatus for Integrating Manual Input”, erteilt am 27. November 2001, welches hiermit durch Verweis vollständig aufgenommen wird, beschrieben.
  • In einer Ausführungsform kann eine Ausgabespalte 1610 vertikal durch Berührungspixel gemeinsam verwendet werden und Ausgabegates 1606 können horizontal durch Berührungspixel gemeinsam verwendet werden, wie in den 16 und 18 für die Ausgabespalte 1610 'C0' und Ausgabegates 1606 'R3' gezeigt. 19 zeigt ein detailliertes Layout eines Berührungspixels.
  • 2.2. Teilintegrierte Berührungsmessung
  • Das Integrieren von Berührungssensorelementen innerhalb des LCM kann eine Reihe von Vorteilen mit sich bringen. Beispielsweise könnten innerhalb des LCM zugefügte Berührungssensorelemente ITO-Schichten oder andere Strukturen, die ansonsten nur für Anzeigefunktionen verwendet würden, ”wiederverwenden”, um auch Berührungsmessfunktionalität bereitzustellen. Das Integrieren von Berührungsmessungsfunktionen in existierende Anzeigeschichten kann auch die Gesamtzahl von Schichten reduzieren, wodurch die Dicke der Anzeige verringert und der Herstellungsprozess vereinfacht werden können.
  • Die folgenden Ausführungsformen können Berührungssensorelemente innerhalb und außerhalb des LCM aufweisen. Weil ein Integrieren von Berührungssensorelementen innerhalb des LCM in Rauschen und einer Interferenz zwischen den beiden Funktionen münden kann, enthalten die folgenden Designs auch Techniken, die es erlauben Elemente gemeinsam zu verwenden, während jegliche negativen Effekte für die Anzeige und/oder die Berührungsmessungsausgaben, die durch elektrische Interferenz zwischen beiden erzeugt werden, reduziert oder eliminiert werden.
  • 2.2.1. Konzept A
  • Konzept A kann den in 20 illustrierten grundlegenden Stapelaufbau 2000 verwenden, bei dem eine mehrfachberührungsfähige (”MT”) ITO-Messschicht (ITO1) 2001 auf der Benutzerseite des oberen Glases 2002 zwischen dem oberen Glas und dem Polarisator 2003 positioniert ist. Beginnend von oben können die Berührungsmessschicht en enthalten: ITO1 2001 (eine ITO-Schicht, die in N Mess-(oder Treiber-)Leitungen strukturiert werden kann) und ITO2 2004 (eine ITO-Schicht, die in M-Treiber-(oder Mess-)Leitungen strukturiert werden kann). Die ITO2-Schicht 2004 kann auch als die VCOM-Elektrode für das LCD dienen.
  • 2.2.1.1. Konzept A: Berührungsmesselektroden
  • Das Berührungsmesselektrodenfeld kann zwei Schichten aus strukturiertem ITO aufweisen, wie in 21 illustriert (linke Seite). 21 ist eine vereinfachte Darstellung einer möglichen Implementierung von Berührungsmesselektroden. Die dem Betrachter nähere Schicht ITO1 2101, kann die Berührungsausgabeschicht sein, die auch als Messschicht oder als Messleitungen bezeichnet wird. Die Berührungstreiberschicht 2102 kann auf der Schicht ITO2 angeordnet sein. ITO2 kann auch die obere Elektrode der Kapazität CLC (siehe 7) darstellen. 22 (rechte Seite) zeigt auch im Detail three Sensorpixel 2103a, 2103b und 2103c zusammen mit assoziierten Kapazitäten. Sowohl die Mess- als auch die Treiberlei tungen können einen Abstand von 5 mm mit einer Lücke von 10 bis 30 μm aufweisen. Die Lücke kann gerade klein genug sein, um für das bloße Auge unsichtbar zu sein, aber noch groß genug, um einfach mit einer einfachen Nahbereichsmaske geätzt werden zu können. (Die Lücken in der Figur sind weit übertrieben dargestellt.)
  • 22 zeigt eine mögliche physikalische Implementierung des Konzepts A, mit einer Aufsicht 2201 und einer Seitenansicht 2202 der Verkabelung und der Anordnung der Subsysteme. Die Aufsicht 2201 zeigt die ungefähren Positionen von FPC 2203 (im größeren Detail weiter unten erläutert) in einem aufgefalteten Zustand. 14 repräsentiert nur eine physikalische Implementierung, wobei ein diskreter Berührungsniveauumsetzer/Decoder COG verwendet werden kann. Alternative Architekturen, die die Anzahl der diskreten Berührungskomponenten minimieren, werden im Folgenden erläutert. Zur mechanischen Stabilität kann die FPC gebogen werden, wie in der Seitenansicht 2201 gezeigt, so dass die Belastungen der Verbindungen des T-Streifens 2204 und des B-Streifens 2205 minimiert werden. 23 ist ein Blockdiagramm auf oberer Ebene, das eine mögliche Architektur 2300 der Hauptkomponenten des unteren Glases und die segmentierte ITO2-Schicht 2301 auf dem oberen Glas zeigt, die zur Berührungsmessung verwendet wird. Die Segmente 2302 von ITO2 auf dem oberen Glas sind jeweils durch einen leitenden Punkt 2303 mit einer korrespondierenden Kontaktfläche auf dem unteren Glas verbunden. Die Kontaktflächen auf dem unteren Glas können jeweils mit dem weiter unten erläuterten Berührungstreiber verbunden sein.
  • 2.2.1.2. Konzept A: Leitende Punkte
  • In den Ecken des LCD angeordnete leitende Punkte können verwendet werden, um die VCOM-Elektrode mit Treiberschaltungen zu verbinden. Zusätzliche leitende Punkte können verwendet werden, um die Berührungstreiberleitungen mit Berührungstreiberschaltungen zu verbinden. Die Punkte können einen ausreichend niedrigen Widerstand aufweisen, um nicht wesentlich zur Phasenverzögerung der Be rührungstreibersignale (im größeren Detail weiter unten erläutert) beizutragen. Dies kann ein Limitieren des Widerstands eines leitenden Punkts auf 10 Ohm oder weniger beinhalten. Die Größe des leitenden Punkts kann auch limitiert werden, um die benötigte Fläche zu reduzieren.
  • Wie in 24 gezeigt, können langgestreckte leitende Punkte 2401 verwendet werden, um sowohl den Punktwiderstand als auch die Flächenanforderungen zu reduzieren. Berührungstreibersegmente 2402 können ungefähr 5 mm breit sein, wodurch eine große Fläche zur Reduzierung des Punktswiderstands bereitgestellt wird.
  • 2.2.1.3. Konzept A: Flexible Schaltung und Berührungs-/LCD-Treiber-IC
  • Eine konventionelle Anzeige (z. B. 9) kann eine LCD-Treiber-integrierte Schaltung (IC) 901 aufweisen, die auf unterer Ebene den Betrieb der Anzeige steuert. Ein System-Host-Prozessor kann auf oberer Ebene eine Steuerung über die Anzeige ausüben, indem er Befehle und Anzeigedaten an den LCD-Treiber 901 sendet. Mehrfachberührungssysteme können auch einen oder mehrere Treiber-ICs aufweisen. Ein in den durch Verweis aufgenommenen Referenzen beschriebenes, beispielhaftes, mehrfachberührungsfähiges System weist drei ICs auf: eine Mehrfachberührungssteuerung, einen externen Niveauumsetzer/Decoder und einen Controller, wie z. B. einen ARM-Prozessor. Der ARM-Prozessor kann die Steuerung auf niedriger Ebene über die Mehrfachberührungssteuerung ausüben, die nachfolgend den Niveauumsetzer/Decoder steuert. Ein System-Host-Prozessor kann auf oberer Ebene den ARM-Prozessor steuern und von diesem Berührungsdaten empfangen. In einigen Ausführungsformen können diese Treiber in einen einzigen IC integriert sein.
  • 25 zeigt ein beispielhaftes Blockdiagramm auf oberer Ebene für eine Berührungs-/LCD-Treiber-integrierte Schaltung 2501. Der IC hat zwei Hauptfunktionen: 1) LCD-Steuerung und -aktualisierung und 2) Berührungsabtastung und Da tenverarbeitung. Diese zwei Funktionen können mit einen LCD-Treiberteil 2502 zur LCD-Steuerung und einen ARM-Prozessor 2503 und eine Mehrfachberührungssteuerung 2504 zur Berührungsabtastung und Verarbeitung integriert sein. Die Berührungsschaltungen können mit dem LCD-Abtasten synchronisiert sein, um eine gegenseitige Interferenz zu verhindern. Die Kommunikation zwischen dem Host und entweder dem LCD-Treiber oder dem ARM-Prozessor kann durch den Host-Daten- und Steuerungsbus 2505 erfolgen. Ein noch weitergehend integrierter Berührungs-/LCD-Treiber ist im Folgenden beschrieben.
  • Wie in 26 gezeigt, kann eine FPC 2601, die die Signale für die verschiedenen Berührungs- und Anzeigeschichten zusammenbringt, drei Verbindungsstreifen, einen T-Streifen 2602, einen B-Streifen 2603 und Host-Streifen 2604 aufweisen. Der T-Streifen kann mit den Messleitungskontaktflächen auf dem oberen Glas verbunden sein. Die T-Streifenleitungen 2605 können mit den korrespondierenden Kontaktflächen auf dem B-Streifen 2603 verbunden sein, der auch an dem unteren Glas angebracht sein kann. Der B-Streifen 2603 kann auch durchgeführte Verbindungen 2606 vom Host-Streifen 2604 bereitstellen, die es ermöglichen, den Host mit dem Berührungs-/LCD-Treiber-IC zu verbinden. Die FPC 2601 kann auch das Substrat für verschiedene Komponenten 2607 zur Unterstützung des Berührungs- und LCD-Betriebs bereitstellen und kann auch über 2 Kontaktflächen 2608 mit dem Hintergrundbeleuchtungs-FPC verbunden sein.
  • Die FPC 2601 kann sowohl an das obere als auch an das untere Glas über einen TAB-Bond verbunden sein. Alternativ können andere Bond-Verfahren eingesetzt werden.
  • 2.2.1.4. Konzept A: Berührungstreiber auf dem unteren Glas integriert
  • Ein Niveauumsetzer/Decoderchip kann zusammen mit einem separaten Spannungstreiber (z. B. ein 3 V bis 18 V Treiber) eine Hochspannungstreiberschaltung zur Berührungsmessung bereitstellen. In einer Ausführungsform kann der Berüh rungs-/LCD-Treiber-IC den Niveauumsetzer/Decoderchip steuern. Alternativ können der Spannungstreiber und/oder der Niveauumsetzer/Decoder in den Berührungs-/LCD-Treiber integriert sein. Beispielsweise kann eine solche Integration unter Verwendung eines Hochvolt-(18 V)LTPS-Prozesses realisiert werden. Dies ermöglicht es, den Niveauumsetzer/Decoderchip und den Spannungstreiber in die Peripherie des unteren Glases zu integrieren. Der Niveauumsetzer/Decoder kann auch die Spannungen zur VCOM-Modulation und für den Berührungstreiber, wie unten beschrieben, bereitstellen.
  • 2.2.1.5. Konzept A: Gemeinsames Verwenden des Berührungstreibers mit LCD VCOM
  • Wie oben erläutert, kann Konzept A eine ITO-Schicht zu einem Standard-LCD-Stapelaufbau hinzufügen, die die Funktion von Berührungsmessleitungen erfüllen kann. Die Berührungstreiberschicht kann gemeinsam mit der VCOM-Ebene des LCDs, die auch als ITO2 bezeichnet wird, verwendet werden. Zum Betrieb der Anzeige kann eine Standardvideowiederholungsrate (z. B. 60 fps) verwendet werden. Zur Berührungsmessung kann eine Rate von wenigstens 120 Mal pro Sekunde verwendet werden. Allerdings kann die Berührungsabtastrate auch auf eine geringere Rate gesenkt werden, wie z. B. 60 Abtastungen pro Sekunde, die der Anzeigewiederholungsrate entsprechen kann. In einigen Ausführungsformen kann es wünschenswert sein, weder die Anzeigewiederholung noch die Berührungsabtastung zu unterbrechen. Daher wird nun ein Schema beschrieben, das es ermöglicht, die ITO2-Schicht gemeinsam, ohne Verlangsamen oder Unterbrechen der Anzeigewiederholung oder der Berührungsabtastung (die bei derselben oder mit anderen Raten erfolgen kann), zu nutzen.
  • Eine gleichzeitige Anzeigeaktualisierung und Berührungsabtastung ist in 27 illustriert. In diesem Beispiel sind fünf Mehrfachberührungstreibersegmente 2700, 2701, 2702, 2703, 2704 gezeigt. Jedes Berührungstreibersegment kann M Anzeigezeilen überlappen. Die Anzeige kann mit 60 Rahmen pro Sekunde abgetastet werden, während das Mehrfachberührungssensorfeld mit 120 Mal pro Sekunde abgetastet werden kann. Die Darstellung zeigt die zeitliche Entwicklung eines 16,67 ms andauernden Anzeigerahmens. Die gegenwärtig aktualisierte Fläche der Anzeige sollte bevorzugter Weise nicht ein aktives Berührungstreibersegment überlappen.
  • Die Fläche 2705 gibt an, wo die Anzeigezeilen aktualisiert werden. Die Fläche 2706 indiziert ein aktives Berührungstreibersegment. In der oberen linken Ecke von 27 können am Beginn des Anzeigerahmens die ersten M/2 Anzeigeleitungen aktualisiert werden. Zur selben Zeit kann das Berührungstreibersegment 1 2701 zum Zwecke der Berührungsmessung getrieben werden. Weiter rechts in der Figur zeigt das nächste Bild zum Zeitpunkt T = 1,67 ms die Aktualisierung der nächsten M/2 Anzeigezeilen, während gleichzeitig das Berührungstreibersegment 2 2702 getrieben werden kann. Nach etwa 8,3 ms dieses Musters (Beginn der zweiten Zeile) kann jedes Berührungstreibersegment einmal getrieben worden sein und die halbe Anzeige wird aktualisiert worden sein. In den nächsten 8,3 ms kann, während die andere Hälfte der Anzeige aktualisiert wird, das gesamte Berührungsfeld nochmals abgetastet werden, wodurch eine Abtastrate von 120 fps erreicht wird.
  • Weil eine Anzeigeabtastung typischerweise in der Reihenfolge der Zeilen erfolgt, können die Berührungstreibersegmente außerhalb der Reihenfolge getrieben werden, um ein Überlappen der Anzeige und Berührungsaktivität zu verhindern. In dem in 27 gezeigten Beispiel wurde eine Treiberreihenfolge 1, 2, 3, 4, 0 während der ersten 8,3 ms und 1, 2, 4, 3, 0 in der zweiten 8,3 ms umfassenden Periode verwendet. Die tatsächliche Reihenfolge kann abhängig von der Anzahl von Berührungstreibersegmenten und der Anzahl der Anzeigezeilen variieren. Daher kann im Allgemeinen die Möglichkeit wünschenswert sein, die Reihenfolge der Berührungstreiberverwendung zu programmieren. Allerdings kann für bestimmte Fälle eine festgelegte Reihenfolge ausreichend sein.
  • Es kann ebenso wünschenswert sein (aus Gründen der Bildqualität), das aktive Berührungstreibersegment weiter entfernt von der gerade aktualisierten Anzeigefläche zu separieren. Dieses ist in 27 nicht illustriert, kann aber eine ausreichende Anzahl von Berührungstreibersegmenten (6 oder mehr Segmente) vorausgesetzt, einfach ausgeführt werden.
  • Solche Techniken können es effektiv ermöglichen, verschiedene Wiederholungsraten für die Anzeige und die Berührungssensorelemente zu ermöglichen, ohne dass dafür Multiplexschaltungen zur Unterstützung eines Hochfrequenzanzeigetreiberelements erforderlich wären.
  • 2.2.1.6. Konzept A: VCST Treiberoptionen
  • Wie in 6 illustriert, können VCST und VCOM miteinander verbunden werden und daher miteinander moduliert werden, um die gewünschte Wechselspannungswellenform über den LC zu erreichen. Dieses kann dazu beitragen, eine angemessene Anzeigewiederholungsrate zu erreichen, wenn VCOM-Modulation verwendet wird. Wenn VCOM für das Berührungstreiben verwendet wird, ist es nicht nötig, auch VCST zu modulieren. Dies kann als die Offenschaltung-VCST-Option betrachtet werden, die im Folgenden beschrieben wird. Wenn allerdings VCST mit VSTM moduliert wird, kann die kapazitive Belastung auf dem Berührungstreibersignal VSTM reduziert werden, was eine kleinere Phasenverzögerung im Berührungssignal nach sich ziehen kann. Dieses kann als die Treiber-VCST-Option betrachtet werden, die nachfolgend beschrieben ist.
  • 28 illustriert die Offenschaltung-VCST-Option. Die untere Zeichnung 2802 illustriert, wie ein Treibersegment 2803 M Anzeigezeilen 2804 überlappen kann. Die Berührungstreibersegmente 2803, die auf dem oberen Glas angeordnet sind, können elektrisch mit den Schaltungen auf dem unteren Glas durch einen leitenden Punkt 2805 verbunden sein. Die M VCST-Leitungen der M Zeilen unter dem Berührungstreibersegment können miteinander an der Kante der Anzeige 2806 verbunden sein. Die obere Zeichnung 2801 zeigt die grundlegende Schaltung für ein Subpixel mit seiner separaten Speicherkapazität CST. Die Fläche 2807 in der oberen Zeichnung kann M zusammenhängende Zeilen aus Subpixeln repräsentieren, die durch ein einziges Berührungstreibersegment abgedeckt sind. Der Anzeigebetrieb und die Berührungsmessung für eine bestimmte Berührungstreiber/Anzeigegruppe kann wie oben beschrieben zu verschiedenen Zeiten erfolgen. Wenn der Anzeigetreiber bereit ist, den Zustand der Subpixel in den M Zeilen zu setzen, können Schalter 2808, 2809 VCOM-Treiber 2810 mit den M VCST-Leitungen 2804 und dem Berührungstreibersegment (VCOM) verbinden. Die VCOM-Treiberspannung kann durch den LCD-Treiber, abhängig von der Phase der Inversion, entweder auf Masse gelegt oder auf die Versorgungsspannung gesetzt werden. Später, wenn diese Berührungstreiber/Anzeigegruppe für Berührungsverwendung verfügbar ist, können Schalter 2808, 2809 das Berührungstreibersegment mit VSTM 2811 verbinden und VCST von VCOM-Treiber 2810 abkoppeln und es so im offenen Zustand 2812 zurücklassen.
  • 29 illustriert die Treiber-VCST-Option. Die untere Zeichnung 2902 illustriert, wie ein Berührungstreibersegment 2903 M Anzeigezeilen 2904 überlappen kann. Die auf dem oberen Glas angeordneten Treibersegmente 2903 können elektrisch mit Schaltungen auf dem unteren Glas durch den leitenden Punkt 2905 verbunden sein. Die M VCST-Leitungen der Zeilen unter einem bestimmten Berührungstreibersegment können an der Kante der Anzeige 2906 miteinander verbunden sein. Die obere Zeichnung 2901 zeigt die grundlegende Schaltung für ein Subpixel, das eine separate Speicherkapazität CST aufweist. Die Fläche 2907 in der oberen Zeichnung kann M zusammenhängende Zeilen aus Subpixeln repräsentieren, die durch ein einziges Berührungstreibersegment abgedeckt sind. Der Anzeigebetrieb und die Berührungsmessung können zu verschiedenen Zeitpunkten erfolgen. Wenn der Anzeigetreiber bereit ist, den Zustand der Subpixel in den M Zeilen zu setzen, kann der Schalter 2908 VCOM-Treiber 2910 mit den M VCST-Leitungen 2904 und dem Berührungstreibersegment (VCOM) verbinden. Die VCOM-Treiber 2910-Spannung kann durch den LCD-Treiber, abhängig von der Phase der Inver sion, typischerweise entweder auf Masse gelegt oder mit einer Versorgungsspannung verbunden werden. Später, wenn diese Berührungstreiber/Anzeigegruppe für Berührungsverwendung verfügbar ist, kann der Schalter 2908 die VCST und das Berührungstreibersegment (VCOM) mit VSTM 2911 verbinden.
  • 2.2.1.7. Konzept A: Kapazitive Beladung MT-Treiber
  • Die kapazitive Belastung der Treiberleitung bei Konzept A kann hoch ausfallen, beispielsweise wegen des dünnen (beispielsweise ungefähr 4 μm dünnen) Spalts zwischen der Berührungstreiberschicht und dem unteren Glas, welche mit einem Netz aus Metallleitungen und Pixel-ITO abgedeckt sein können. Die Flüssigkristalle können eine ziemlich hohe maximale Dielektrizitätskonstante (beispielsweise ungefähr 10) aufweisen.
  • Die Kapazität des Berührungstreibersegments kann die Phasenverzögerung des stimulierenden Berührungspulses VSTM beeinflussen. Wenn die Kapazität zu hoch ausfällt und daher eine zu große Phasenverzögerung auftritt, kann das resultierende Berührungssignal negativ beeinflusst werden. Eine von den Erfindern durchgeführte Analyse indiziert, dass ein Beibehalten des Widerstands der ITO2-Fläche bei etwa 30 Ohm/Quadrat oder weniger die Phasenverzögerung innerhalb optimaler Grenzen halten kann.
  • 2.2.1.8. Konzept A: elektrisches Modell und durch VCOM induziertes Rauschen
  • Weil ITO2 sowohl für einen Berührungstreiber als auch für LCD VCOM verwendet werden kann, kann ein Modulieren von VCOM dem Berührungssignal Rauschen zuführen.
  • Beispielsweise kann dem Berührungssignal eine Rauschkomponente zugeführt werden, wenn ein Berührungstreibersegment mit VCOM zur selben Zeit moduliert wird zu der ein anderes Treibersegment zur Berührungsmessung eingesetzt wird. Die Menge zugeführten Rauschens hängt von der Phase, der Amplitude und der Frequenz der VCOM-Modulation in Bezug auf VSTM ab. Die Amplitude und Frequenz von VCOM hängen von der für das LCD verwendeten Inversionsmethode ab.
  • 30 zeigt ein elektrisches Modell für die Situation, wo der Berührungstreiber 3001 sowohl für Berührungsmessung als auch für LCD-VCOM-Modulation verwendet wird. Das Modell zeigt den Eingangspfad, durch den die VCOM-Modulation dem Eingang des Ladungsverstärkers 3002 Rauschen zufügen kann.
  • In einigen Ausführungsformen kann der Ladungsverstärker 3002 zusätzlichen Spielraum benötigen, um das durch VCOM 3003 induzierte Rauschen unterbringen zu können. Zusätzlich können nachfolgende Filterschaltungen (beispielsweise synchrone Demodulatoren, nicht gezeigt) erforderlich sein, um das durch die VCOM-Modulation hervorgerufene Rauschsignal zu entfernen.
  • 2.2.1.9. Konzept A: VSTM-Effekte
  • VSTM-Modulation kann unter bestimmten Bedingungen einen negativen Einfluss auf die Subpixel unterhalb des gerade modulierten Berührungstreibersegments aufweisen. Wenn sich die Subpixel-RMS-Spannung nennenswert ändert, können Anzeigeartefakte produziert werden. Eine oder mehrere der folgenden Techniken können eingesetzt werden, um die sich möglicherweise ergebende Anzeigestörung zu minimieren.
  • Berührungstreiber von beiden Seiten können die Störung der LC-Pixelspannung verringern. Wie in 31 gezeigt, kann ein Berührungstreiben von beiden Seiten erreicht werden, indem die existierenden niederohmigen CST Leitungen 3101 auf dem unteren Glas verwendet werden indem VSTM auf beiden Seiten durch leitende Punkte 3102 mit den CST-Leitungen verbunden wird. Alternativ kann ein unsymmetrischer Berührungstreiber eine für alle Pixel gleiche Pixelversatzspannung erzeugen, die durch Anpassen der Datentreiberniveaus reduziert oder eliminiert werden kann. Auch ein Reduzieren des Widerstands der ITO-Schicht kann dazu beitragen, Anzeigeartefakte zu reduzieren. Schließlich können auch die Phase und die Frequenz von VSTM mit der Phase und Frequenz von VCOM verknüpft werden, um die Rauschmenge im Berührungssignal zu reduzieren.
  • 2.2.1.10. Konzept A: Einfluss auf die Herstellung
  • Der Herstellungsprozess für Konzept A kann im Bezug auf einen typischen LCD-Herstellungsprozess zusätzliche Schritte aufweisen. Einige davon können vollständig neue Schritte sein, und einige können Modifizierungen existierender Schritte sein. 32 zeigt einen Herstellungsprozessfluss für Konzept A. Die Blöcke 3201, 3202 und 3204 repräsentieren neue Schritte und die Blöcke 3205, 3206 und 3207 repräsentieren modifizierte Schritte, jeweils bezogen auf einen konventionellen LCD-Herstellungsprozess (z. B. dem von 8).
  • Aufbringen und Strukturieren von ITO1 (Blöcke 3201, 3202) kann unter Verwendung bekannter Methoden erfolgen. Das ITO kann während der restlichen LCD-Bearbeitung geschützt werden. Fotolack kann verwendet werden, um eine entfernbare Schutzschicht zu liefern. Alternativ kann Siliziumdioxid eine permanente Schutzschicht bereitstellen. ITO2 kann aufgebracht und strukturiert werden (Block 3204), um die Berührungstreibersegmente auf gleiche Weise zu erzeugen.
  • Eine Analyse der Phasenverzögerung zeigt an, dass der Schichtwiderstand von ITO1 und ITO2 bis zu 400 Ohm pro Quadrat für kleine Anzeigen (⇐ 4'' diagonal) betragen kann, vorausgesetzt, dass die kapazitive Belastung auf jeder der beiden Ebenen gering ist. Wie oben erläutert, kann die kapazitive Belastung bei Konzept A eine solche Größe erreichen, dass es wünschenswert ist, den maximalen Schichtwiderstand für ITO2 auf etwa 30 Ohm/Quadrat oder weniger zu begrenzen.
  • 2.2.2. Konzept A60
  • Konzept A60 kann physikalisch ähnlich zu Konzept A sein und kann einen anderen Ansatz für das Problem der Synchronisierung von Anzeigeaktualisierungen und Berührungsabtastungen liefern. Dieses kann erreicht werden, indem die 1-Leitungsinversion von VCOM als Stimulus für das Berührungssignal (d. h. VSTM) verwendet wird. Dieses ist in 33 illustriert, die zeigt, wie ein einziges Berührungstreibersegment 3301 moduliert werden kann, während andere Berührungstreibersegmente auf einer konstanten Spannung gehalten werden können. Mit diesem Ansatz kann das Problem der Entfernung des ungewollten VCOM-induzierten Rauschens von dem Berührungssignal eliminiert werden. Des Weiteren ist es nicht nötig, die Anzeigeaktualisierung und die Berührungssensorabtastung räumlich zu separieren. Allerdings kann bei Verwendung dieses Ansatzes, im Gegensatz zu der Multifrequenzdemodulation, die in der US-Patentanmeldung Nr. 11/381,313, mit dem Titel ”Multipoint Touch Screen Controller”, eingereicht am 2. Mai 2006 und hierin durch Verweis aufgenommen, beschrieben ist, die Demodulation bei einer einzigen Frequenz (d. h. der VCOM-Modulationsfrequenz, beispielsweise ungefähr 14,4 kHz) erfolgen. Außerdem kann bei Verwendung dieses Ansatzes die Berührungssensorabtastrate bei der Videowiederholungsrate (z. B. 60 pro Sekunde) festgelegt werden.
  • 2.2.3. Konzept B
  • Konzept B, das in 34 illustriert ist, kann ähnlich dem Konzept A sein, wobei eine Vielzahl derselben elektrischen, Verkabelungs- und strukturellen Aspekte übernommen wird. Allerdings kann bei Konzept B die Berührungstreiberschicht in die VCOM-Schicht integriert werden. Konzept B kann sich dadurch in der Anzahl und der Stapelposition der für das LCD und die Berührungsmessung verwendeten ITO-Schichten unterscheiden. Wegen der Ähnlichkeiten wird Konzept B nun beschrieben, indem Unterschiede zwischen den Konzepten A und B aufgezeigt werden.
  • Konzept B kann die gemeinsam verwendete ITO2-Schicht aus Konzept A in zwei ITO-Schichten teilen, wobei eine Schicht für die Berührungsmessung (ITO2) 3402 und eine Schicht für LCD-VCOM (ITO3) 3403 verwendet wird. Beginnend von oben können die zur Berührungsmessung verwendeten Schichten umfassen: ITO1 3401, eine ITO-Schicht, die in N Berührungsmessleitungen strukturiert werden kann; ITO2 3402, eine ITO-Schicht die in M Berührungstreiberleitungen strukturiert werden kann; und ITO3 3403, eine ITO-Schicht, die als VCOM-Elektrode für das LCD dienen kann. Die Berührungstreiberschicht (ITO2) 3402 kann auf der unteren Oberfläche des oberen Glases 3404 oberhalb des Farbfilters 3405 aufgebracht werden.
  • Ein Separieren von VCOM von den Berührungstreiberelementen kann Interferenz reduzieren.
  • 2.2.3.1. Konzept B: Berührungsmesselektroden
  • Konzept B kann Berührungsmesselektroden aufweisen, die im Wesentlichen den oben für Konzept A beschriebenen ähnlich sind.
  • 2.2.3.2. Konzept B: Leitende Punkte
  • Wie in Konzept A kann auch Konzept B zusätzliche leitende Punkte 3406 verwenden, die in den Ecken des LCDs angeordnet sind, um die Berührungstreibersegmente mit dedizierten Schaltungen zu verbinden. Weil VCOM nicht von der Berührungsmessung mit verwendet werden muss, kann Konzept B die Eckpunkte, die VCOM mit seinen Treiberschaltungen verbinden, beibehalten. Zusätzlich (wie unten beschrieben) können bei Konzept B sogar weitere leitende Punkte für VCOM hinzugefügt werden.
  • 2.2.3.3. Konzept B: Flexible Schaltung und Berührungs-/LCD-Treiber-IC
  • Konzept B kann eine FPC und einen Berührungs-/LCD-Treiber-IC einsetzen, die im Wesentlichen den für Konzept A beschriebenen entsprechen.
  • 2.2.3.4. Konzept B: Synchronisation mit LCD-Abtastung
  • Obwohl die VCOM-Schicht separat von der Berührungstreiberschicht ausgeführt sein kann, kann es für Konzept B weiterhin wünschenswert sein, die Berührungsabtastung mit der LCD-Aktualisierung zu synchronisieren, um den aktiven Berührungstreiber von der gerade aktualisierten Anzeigefläche physikalisch zu separieren. Die vorangehend für Konzept A beschriebenen Synchronisierungsschemata können also für Konzept B verwendet werden.
  • 2.2.3.5. Konzept B: Kapazitive Belastung des MT-Treibers
  • Wie bei Konzept A kann die kapazitive Belastung der Berührungstreiberleitung bei Konzept B hoch ausfallen. Die hohe Kapazität kann durch das dünne (beispielsweise ungefähr 5 μm) Dielektrikum zwischen dem Berührungstreiber (ITO2) 3402 und der VCOM-Ebene (ITO3) 3403 bedingt sein. Ein Weg zur Reduzierung der unerwünschten Phasenverzögerung im Berührungsstimulierungssignal kann es sein, den Widerstand der ITO-Treiberleitung durch Hinzufügung paralleler Metallleitungen zu verringern. Die Phasenverzögerung kann auch reduziert werden, indem der Ausgangswiderstand des Niveauumsetzers/Decoders abgesenkt wird.
  • 2.2.3.6. Konzept B: Elektrisches Modell und VCOM-induziertes Rauschen
  • Weil die gesamte VCOM-Ebene an die Berührungstreiberschicht gekoppelt sein kann, kann der Betrieb von Mehrfachberührungsladungsverstärkern durch Rauschen gestört sein, das durch VCOM-Modulation generiert wird. Um diesen Effekten zu begegnen, kann Konzept B eine konstante VCOM-Spannung aufweisen.
  • Umgekehrt kann die Kopplung zwischen ITO2 3402 und ITO3 3403 (VCOM und Berührungstreiber) eine Interferenz mit der VCOM-Spannung bewirken, die bewirken kann, dass die falsche Datenspannung in dem LC-Pixel gespeichert werden kann. Um die Modulation von VCOM durch VSTM zu reduzieren, kann die Anzahl der leitenden Punkte, die VCOM mit dem unteren Glas verbinden, erhöht werden. Beispielsweise können zusätzlich zu den VCOM-Punkten in jeder Ecke der Betrachtungsfläche leitende Punkte in der Mitte jeder Kante platziert werden.
  • Störungen, die aus der VCOM-VSTM-Kopplung resultieren, können ferner reduziert werden, indem VSTM mit VCOM synchronisiert wird und der Pixel-TFT genau im richtigen Moment ausgeschaltet wird. Wenn beispielsweise die Leitungsfrequenz bei 28,8 kHz liegt und die Berührungstreiberfrequenz ein Mehrfaches davon ist (z. B. 172,8, 230,4 oder 288 kHz), dann kann die VCOM-Störung die gleiche Phasenbeziehung für alle Pixel aufweisen, wodurch die Sichtbarkeit der VCOM-Störung reduziert oder eliminiert wird. Zusätzlich, wenn die Gates der Pixel-TFTs ausgeschaltet werden, wenn die Störung größtenteils abgeflaut ist, so kann der LC-Pixelspannungsfehler reduziert werden. Wie bei Konzept A können die Phase und die Frequenz von VSTM mit der Phase und der Frequenz von VCOM verknüpft werden, um den Betrag des Rauschens im Berührungssignal zu reduzieren.
  • 2.2.3.7. Konzept B: Einfluss auf die Herstellung
  • Wie Konzept A, fügt auch Konzept B dem LCD-Herstellungsprozess Schritte hinzu. 35 zeigt einen Herstellungsprozessfluss für Konzept B, in dem die Blöcke 3501, 3502, 3503 und 3504 neue Schritte bezogen auf einen konventionellen LCD-Herstellungsprozess (z. B. dem in 8 dargestellten) repräsentieren und in dem die Blöcke 3506, 3507, 3508 und 3509 eine Modifikation zu existierenden Schritten (z. B. ebenfalls in Bezug auf 8) repräsentieren.
  • ITO1 kann aufgebracht (Block 3501) und strukturiert (Block 3502) werden, wobei wie bei Konzept A bekannte Verfahren verwendet werden. Der Schichtwiderstand von ITO1 und ITO2 kann auch im Wesentlichen gleich dem für Konzept A beschriebenen sein. Für Konzept B kann die Abscheidung der ITO2-Schicht (Block 3503) routinemäßig erfolgen, da sie direkt auf Glas erfolgen kann. Ein elektrischer Zugang zwischen der ITO2-Schicht und dem unteren Glas für die leitenden Punkte, die die Berührungstreibersegmente verbinden, kann leicht erreicht werden, indem unter Verwendung einer Schattenmaske geätzt wird (Block 3504).
  • ITO3 (z. B. VCOM-Schicht des LCDs), die einen Schichtwiderstand zwischen 30 und 100 Ohm/Quadrat aufweisen kann, kann auch unter Verwendung konventioneller Verfahren aufgebracht werden (3505). Allerdings kann, wie oben beschrieben, die VCOM-Spannungsstörung reduziert werden, indem der Widerstand der ITO3-Schicht reduziert wird. Soweit erforderlich, kann ein niedrigerer effektiver Widerstand für ITO3 erreicht werden, indem Metallleitungen hinzugefügt werden, die parallel zu den Berührungstreibersegmenten verlaufen. Die Metallleitungen können an der Schwarzmatrix ausgerichtet sein, um nicht mit den Pixelöffnungen zu interferieren. Die Dichte der Metallleitungen kann angepasst werden (zwischen einer pro Anzeigezeile bis zu etwa jeder 32sten Anzeigezeile), um den gewünschten Widerstand der VCOM-Schicht bereitzustellen.
  • 2.2.4. Konzept B'
  • Konzept B' kann als eine Variation des Konzepts B verstanden werden, die die ITO2-Treiberschicht eliminiert und stattdessen eine leitende Schwarzmatrix (z. B. eine Schicht aus CrO2 unterhalb des oberen Glases) als die Berührungstreiberschicht verwendet. Alternativ dazu können Metalltreiberleitungen hinter einer Schwarzmatrix verborgen werden, die eine Polymerschwarzmatrix sein kann. Damit können verschiedene Vorteile erreicht werden, einschließlich: (1) Eliminieren einer ITO-Schicht; (2) Reduzierung des Effekts von VSTM auf die VCOM-Schicht; und (3) Vereinfachung des Herstellungsprozesses. Der Herstellungspro zess kann vereinfacht werden, da die Verwendung einer Schwarzmatrix für den Berührungstreiber den Bedarf für eine Strukturierung einer ITO-Schicht über dem Farbfilter eliminiert.
  • 36 zeigt eine Seitenansicht 3601 und eine Aufsicht 3602 des Konzepts B. Wie zu sehen ist, gleicht die Ansicht 3601 sehr stark einem Standard-LCD-Stapelaufbau, bis auf die oberste Schicht aus ITO 3603, die zur Berührungsmessung verwendet wird. Das untere Diagramm in 36 zeigt, wie die Schwarzmatrix 3604 in separate Berührungstreibersegmente partitioniert werden kann. Das Netzraster kann dem Raster einer konventionellen Schwarzmatrix folgen, mit der Ausnahme, dass jedes Treibersegment von den anderen Segmenten elektrisch isoliert werden kann. Um die Reduzierung der Stärke des Berührungssignals zu kompensieren, die durch die Verwendung des Schwarzmatrixnetzes für den Berührungstreiber verursacht wird, kann die Verstärkung des Ladungsverstärkers erhöht werden (z. B. auf etwa 4 X).
  • Weil die Berührungsmessschicht nicht von der VCOM-Schicht abgeschirmt werden kann, kann die VCOM-Modulation mit dem Berührungssignal interferieren. Außerdem kann der Berührungstreiber weiterhin mit der VCOM-Spannung interferieren. Beide dieser Probleme können adressiert werden, indem die VCOM-Schicht, wie im Zusammenhang mit Konzept A beschrieben, segmentiert wird und/oder indem die Anzeigeaktualisierung und die Berührungsmessung, wie oben beschrieben, räumlich segmentiert werden. Eine konstante VCOM-Spannung kann auch verwendet werden, um diesen Problemen zu begegnen.
  • 2.2.5. Konzept K
  • Konzept K ist in den 37 (Schaltungsdiagramm) und 38 (Stapelaufbaudiagramm) illustriert. Konzept K nützt die Tatsache aus, dass die Auswahlpulse in dem TFT-LCD teilweise zur Pixel-ITO übertragen werden können, wenn die CST-am-Gate-Konfiguration verwendet wird.
  • Wie im Anzeigestapelaufbau von 38 gezeigt, kann der Betrachter die aktive Feldplatte 3801 statt der CF-Platte 3802 vor sich haben. Die ITO-Pixel 3803 auf dem aktiven Feld können die VSTM-Pulse für den Berührungssensor liefern, wobei die Anzeigezeilen alternativ für VSTM-Pulse und für die Anzeigeadressierung verwendet werden. Die ITO-Messschicht 3804 auf dem Kunststoffpolarisator 3805 kann an die Rückseite der Feldplatte 3801 laminiert werden, um die Berührungsmessschicht zu liefern. Eine dünne Glasschicht (z. B. 0,2 mm) kann dazu beitragen, den Signalrauschabstand zu verbessern.
  • Während der Anzeigeaktualisierungen können die Zeilen ausgewählt werden, um die Pixeldaten zu aktualisieren (wie in 39 gezeigt). Um VSTM zur Berührungsmessung zu generieren, können mehrere Zeilen 4001 gleichzeitig ausgewählt werden, während die hohe Datenspannung 4003 den Spaltenleitungen 4002 zugeführt wird, um die TFTs im ausgeschalteten Zustand zu halten (wie in 40 gezeigt). Der Spaltentreiber kann den Zeitverlauf der Datensignale aus einem Anzeigespeicher einstellen, um die Berührungstreiberintervalle zu berücksichtigen.
  • In einer Ausführungsform kann eine Berührungspulssequenz gleichzeitig etwa 30 Zeilen 4001 während eines Berührungsabtastintervalls mit einem Puls versorgen. 41 zeigt den Effekt eines Berührungstreiberpulses (VSTM) auf die Subpixelspannung des LCDs. Die addierte Spannung der VSTM-Pulse kann durch einen Gleichspannungsausgleich von VCOM und/oder eine Gammakorrektur der Anzeigegraustufendaten kompensiert werden.
  • Konzept K kann eine Reihe von Vorteilen ermöglichen. Weil die Anzeigepixel und die Berührungssensoren Treiberschaltungen teilen, kann der Niveauumsetzer/Decoder eliminiert werden. Zusätzlich kann eine konventionelle CF-Platte verwendet werden. Außerdem werden keine zusätzlichen leitenden Punkte zwischen dem oberen und dem unteren Glas benötigt. Busleitungsreflektionen können den Reflektionsgrad (R) für Teile der Anzeige erhöhen und dadurch die Verwen dung eines Extrafilms unter den Busleitungen (wie z. B. CrO unter Cr) erforderlich machen, der R reduzieren kann.
  • 2.2.6. Konzept X'
  • Konzept X' ist in 42 (Schaltungsdiagramm) und 43 (Stapelaufbaudiagramm) illustriert. Konzept X' verwendet die Tatsache, dass VSTM-Pulse den Gatepulsen für die TFT-Pixelschalter (z. B. ein 15 bis 18 V Wechsel) ähnlich sein können. Beim Konzept X' können die Berührungstreibersegmente 4301 ein Teil. des aktiven LTPS-Feldes sein und die Gegenelektrode für die Pixelspeicherkapazitäten CST bilden. CST kann zwischen zwei ITO-Schichten 4301, 4302 gebildet werden. In dieser Ausführungsform kann die aktive Feldplatte 4303 anstatt der Farbfilterplatte 4304 auf der Benutzerseite der Anzeigevorrichtung liegen.
  • Wie in 42 gezeigt, kann eine Pulssequenz mit drei verschiedenen Frequenzen 4201 für VSTM von drei Pixelreihen 4202 gemeinsam verwendet werden, um diese Zeilen auszuwählen. Die ITO-Berührungstreibersegmente 4203 können unter einem Satz von neben den adressierten Zeilen liegenden Zeilen strukturiert werden. Die Berührungstreibersegmente 4203 können, wenn sie nicht mit VSTM verbunden sind, durch TFTs 4204 mit GND verbunden sein.
  • Änderungen, die an den Herstellungsschritten vorgenommen werden können, um Konzept X' zu konstruieren, enthalten die folgenden. Erstens kann eine strukturierte Mess-ITO auf der Außenseite des Feldsubstrats hinzugefügt werden. Zweitens kann ein SiO2-Schutz auf der Mess-ITO während der LTPS-Prozessierung hinzugefügt werden. Ein Schutzlack kann ebenso verwendet werden. Drittens kann die Berührungstreiber-ITO unterhalb der SiO2-Barriereschicht (die in typischen LTPS-Prozessen vorliegt) für das LTPS-Feld abgeschieden und strukturiert werden. Schließlich können Vias in dem Barriere-SiO2 strukturiert werden, um die Berührungstreiber-ITO-Schicht zu kontaktieren. Dieser Schritt kann mit einem nachfolgenden Prozessschritt kombiniert werden.
  • Konzept X' kann eine Anzahl von Vorteilen ermöglichen. Beispielsweise kann der Niveauumsetzer/Decoderchip eliminiert werden, da die Anzeige und Berührungssensoren Treiberschaltungen teilen. Zusätzlich ist keine Änderung der CF-Platte erforderlich, so dass konventionelle Farbfilterprozessierung verwendet werden kann. Des Weiteren kann ein hoher Transmissionsgrad erreicht werden, da die Speicherkapazität CST zwischen zwei ITO-Schichten angeordnet werden kann. Ein anderer Vorteil kann darin liegen, dass zusätzliche leitende Punkte zwischen der Feldplatte 4303 und der CF-Platte 4304 eliminiert werden können.
  • 2.3. Voll integrierte Berührungsmessung
  • Eine dritte Gruppe von Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung integriert die Berührungssensorelemente vollständig innerhalb des LCM. Wie bei der teilintegrierten Berührungsmessung können existierende Schichten in dem LCM einem doppelten Zweck dienen, indem sie auch eine Berührungsmessungsfunktionalität bereitstellen und dadurch die Dicke der Anzeige verringern und die Herstellung vereinfachen. Die voll integrierten Berührungsmessschichten können auch zwischen den Glasschichten geschützt sein.
  • In einigen Ausführungsformen kann das vollintegrierte LCD eine VCOM-Schicht aufweisen, die der in vorangegangenen Ausführungsformen beschriebenen ähnlich ist. In anderen Ausführungsformen kann das vollintegrierte Berührungssensor-LCD Konstruktionen mit Schaltern in gleicher Ebene (IPS) aufweisen, die in den folgenden Abschnitten in größerem Detail beschrieben werden.
  • 2.3.1. Vollintegrierte VCOM-basierte LCDs
  • 2.3.1.1. Konzept A'
  • Konzept A' kann als eine Variation des Konzepts A betrachtet werden, das die ITO-Messschicht (ITO1 2001 in 20) zu Gunsten einer leitenden Schwarzmatrixschicht (unterhalb des oberen Glases) eliminiert, die als Berührungsmessschicht verwendet wird. Alternativ können metallene Messleitungen hinter einer Schwarzmatrix verborgen werden, die eine Polymerschwarzmatrix sein kann. Als ein Ergebnis kann Konzept A' also den T-Streifen auf der FPC und auch das korrespondierende Bonden auf das obere Glas eliminieren. Berührungsmessleitungen können durch die leitenden Punkte zum unteren Glas geleitet werden und können dort direkt mit dem Berührungs-/LCD-Treiberchip verbunden werden. Des Weiteren kann die FPC eine Standard-LCD FPC sein. Die Eliminierung von Herstellungsschritten und Komponenten kann im Vergleich zu den Konzepten A und B zu einer Kostenreduktion führen.
  • 44 zeigt einen Weg dafür, wie die Substitution der Berührungsmessschicht durch eine leitende Schwarzmatrix erreicht werden kann. 44 enthält eine Seitenansicht 4401 des oberen Teils eines einzelnen Pixels, wobei seine Schwarzmatrix 4403 zwischen den Primärfarbenabschnitten 4404 verläuft. Das Berührungstreibersegment 4405 kann von den Schwarzmatrixleitungen 4403 separiert werden, indem die dielektrische Schicht 4406 planarisiert wird. 44 zeigt auch eine Aufsicht 4402 der Anzeige mit vertikal verlaufenden Schwarzmatrixleitungen 4403. Ungefähr 96 Schwarzmatrixleitungen (z. B. 32 Pixeln entsprechend) können am negativen Anschluss des Ladungsverstärkers 4907 verbunden sein. Die Berührungstreibersegmente 4405 können wie oben beschrieben getrieben werden. Ein sich dem oberen Glas 4408 nähernder Finger kann das elektrische Feld zwischen den vertikalen Schwarzmatrixleitungen 4403 und dem Berührungstreibersegment 4405 stören. Die Störung kann durch den Ladungsverstärker 4407 verstärkt werden, und wie in diesem Dokument an anderer Stelle beschrieben, weiter verarbeitet werden.
  • Wegen der Tiefe der Berührungsmessleitungen 4403 in der Anzeige kann der minimale Abstand zwischen einem Finger oder Berührungsobjekt und den Messlei tungen 4403 limitiert sein. Dadurch kann die Stärke des Berührungssignals verringert sein. Dem kann man begegnen, indem die Dicke der Schicht oberhalb der Berührungsmessschicht reduziert wird, wodurch eine größere Näherung des Fingers oder anderen Berührungsobjekts an die Messleitungen ermöglicht wird.
  • 2.3.1.2. Konzept X
  • Konzept X ist in den 45 und 46 illustriert. Der Stapelaufbau für Konzept X, der in 45 gezeigt ist, kann grundlegend identisch zu dem eines Standard-LCDs sein. Die Berührungsmessschicht 4501 kann in die VCOM-Schicht (ITO2) eingebettet sein, die dem doppelten Zweck dient, die VCOM-Spannungsebene darzustellen und als Ausgabe für den Berührungssensor zu wirken. Die Berührungstreiberschicht kann auch in eine existierende LCD-Schicht eingebettet sein. Beispielsweise kann der Berührungstreiber auf dem unteren Glas 4503 angeordnet und ein Teil der LCD-Auswahlleitungsschaltung (siehe 5) sein. Die Auswahlschaltung kann daher dem doppelten Zweck dienen, Gatesignale für die Subpixel-TFTs und das Berührungstreibersignal VSTM zu liefern. 46 ist eine Aufsicht des Konzepts X, das eine mögliche Anordnung der Berührungsmessschicht zeigt, bei der die potentialfreien Pixel 4601 in die VCOM-Schicht eingebettet sind.
  • 2.3.1.3. Konzept H
  • Konzept H ist in den 47 bis 50 illustriert. Konzept H braucht keine ITO außerhalb des oberen Glases oder der Kunststoffschicht der Anzeige enthalten. Als Ergebnis davon können die Herstellungsprozesse sehr ähnlich zu existierenden Anzeigeherstellungsprozessen sein.
  • Wie in 47 gezeigt, kann der Berührungsmessungsteil des Schirms eine transparente, resistive Platte 4701, beispielsweise ein Glas oder Kunststoffsubstrat mit einer darauf abgeschiedenen unstrukturierten ITO-Schicht sein. Die VCOM-Schicht der Anzeige kann für diesen Berührungsmessungsteil verwendet werden. Da diese Schicht nicht strukturiert werden muss, kann im Vergleich zu einigen der oben diskutierten Ausführungsformen ein fotolithographischer Schritt aus dem Herstellungsprozess eliminiert werden. Zum Zwecke der Referenzierung werden hier die Seiten als Nord, Süd, Ost und West, wie in der Zeichnung angegebenen, bezeichnet.
  • Eine Mehrzahl von Schaltern 4702 kann am Umfang der resistiven Platte angeordnet werden. Diese Schalter können als TFTs auf Glas implementiert werden. Ebenso ist eine Mehrzahl von an jedem Schalterort angeordneten leitenden Punkten 4703 gezeigt, die im Randbereich der Anzeige VCOM (auf dem oberen Glas) mit der TFT-Schicht auf dem unteren Glas verbinden können. Die Schalter 4702 können zu zwei Bussen zusammengeschlossen sein, wobei beispielsweise die nördlichen und östlichen Schalter an den einen Bus 4704 und die südlichen und westlichen Schalter an einen zweiten Bus 4705 angeschlossen sind.
  • Zur Berührungsmessung können die Schalter 4702 wie folgt betrieben werden. Die Nord- und Südschalter können verwendet werden, um die Kapazität in Y-Richtung zu messen. Die linken und rechten Schalter können verwendet werden, um die Kapazität in X-Richtung zu messen. Die Schalter in den Nordost- und Südwestecken können sowohl für X- und Y-Messung verwendet werden. Die Kapazität kann gemessen werden, indem die resistive Platte 4701 mit einer Modulationswellenform VMOD, wie in 49 illustriert, stimuliert wird. Der Strom (d. h. die Ladung), die erforderlich ist, um die Platte auf die gewünschte Spannung zu treiben, kann gemessen werden und zur Bestimmung des Berührungsortes verwendet werden.
  • Insbesondere können in Abwesenheit einer Berührung, wie in den Wellenformen für 49 illustriert, die Basislinienkapazitäten 4902 den Strom (Ladung) angeben, der erforderlich ist, um die Platte 4701 auf das VMOD-Potential zu stimulieren. In Gegenwart einer Berührung kann ein größerer Strom 4903 (Ladung) wegen der Kapazität des Fingers erforderlich werden. Dieser größere Strom ist in der unteren Gruppe von Wellenformen illustriert. Die Position der Berührung kann dann durch einfache mathematische Kombination der Basislinien- und Signalwellenformen, wie in 49 illustriert, bestimmt werden.
  • Eine äquivalente Schaltung für den Berührungsschirm während der Messung der X-Richtung (d. h. Ost-West) ist in 48 illustriert. C_PARA 4801 kann der verteilte parasitäre Widerstand der Platte sein und C_FINGER 4802 kann die Kapazität einer Berührung sein, die beispielsweise bei etwa 75% der Strecke zur Ostseite hin auftritt. Die Blockdiagramme zeigen an, wie die Platte auf VMOD getrieben werden und wie die Ladung gemessen, kombiniert, verarbeitet und an den Host gesendet werden kann.
  • 50 illustriert, wie Konzept H in ein LCD integriert werden kann. Insbesondere können die leitenden Punkte 5001 mit der TFT-Schicht verbunden werden, wodurch es möglich wird, die resistive Platte 5002 (VCOM) zum Betrieb der Anzeige zu modulieren. Der Berührungsmessbetrieb und der Anzeigebetrieb können zeitgemultiplext werden. Wenn man beispielsweise eine 60 Hz Schirmwiederholungsrate annimmt, was zu einer 16 ms LCD-Aktualisierungsperiode korrespondiert, so kann ein Teil dieser Zeit verwendet werden, um Information in das LCD zu schreiben und ein anderer Teil kann zur Berührungsmessung verwendet werden. Während der LCD-Aktualisierung kann VMOD gleich VCOM aus der LCD-Treiberschaltung sein. Während der Berührungsmessung können Wellenformen mit verschiedenen Frequenzen und Amplituden in Abhängigkeit von exakten Details des Berührungssystems, wie z. B. der gewünschte SNR, parasitären Kapazitäten usw. verwendet werden. Es ist auch zu bemerken, dass die Berührungssensorschaltung in dieser Ausführungsform, die in Blockdiagrammformat illustriert ist, entweder in den LCD-Treiber integriert oder eine separate Schaltung sein kann.
  • 2.3.1.4. Konzept J
  • Konzept J braucht wie Konzept H keine ITO außerhalb des oberen Glases oder der Anzeige aufzuweisen. Die physikalische Konstruktion von Konzept J ist in 51 illustriert. Die berührungsempfindliche Oberfläche kann eine resistive Platte 5101 wie bei Konzept H sein, die aber in eine Anzahl von Zeilenstreifen 5102 strukturiert ist. Die Strukturierung kann durch Fotolithographie, Laserstrukturierung oder andere bekannte Strukturierungstechniken bewirkt werden. Indem die resistive Platte 5101 in eine Mehrzahl von Streifen 5102 strukturiert wird, können die Schalter entlang der Ober- und Unterseite (Nord und Süd) eliminiert werden, wobei die Ost- und Westschalter 5103 mit den Streifen verbunden bleiben. Jede Zeile 5102 kann sequentiell, z. B. unter Verwendung der in 52 illustrierten VMOD-Wellenform 5201, stimuliert werden. Der zum Treiben jeder Zeile 5102 auf die Modulationsspannung benötigte Strom (Ladung) kann eine Funktion der Kapazität der Zeile sein, die sich aus einer Kombination der parasitären Kapazität (C_PARA 5301, 53) für eine bestimmte Zeile und die Kapazität des Fingers oder des anderen Berührungsobjekts (C_FINGER 5302, 53) ergeben kann.
  • Wie in 52 gezeigt, kann das Signal 5202 in Gegenwart einer Berührung mathematisch mit dem Basissignal 5203 kombiniert werden, um die Koordinaten der Berührung zu berechnen. Die Y-Ausgänge können durch Schwerpunkte der Z-Ausgänge für jede Zeile bestimmt werden. Die X-Ausgänge können durch einen gewichteten Mittelwert der X-Ausgänge für jede Zeile bestimmt werden.
  • 54 zeigt, wie der Konzept J-Berührungssensor in ein LCD integriert werden kann. Leitende Punkte 5401 können VCOM auf dem oberen Glas mit der TFT-Schicht auf dem unteren Glas verbinden. Der Berührungs- und Anzeigebetrieb muss nicht zeitgemultiplext werden. Vielmehr kann, während ein Teil der Anzeige aktualisiert wird, ein anderer Teil auf Berührungen abgetastet werden. Verschiedene Techniken dafür sind oben in Bezug auf andere Ausführungsformen beschrieben. Die Berührungsmessung kann verschiedene Frequenzen und Amplituden verwenden, kann aber mit der LCD-Zeileninversion phasensynchronisiert sein. Die Schalter 5402 können als TFTs auf Glas implementiert sein. Die Messschaltung kann entweder in die LCD-Steuerung integriert sein oder eine separate Komponente sein.
  • 2.3.1.5. Konzept L
  • Im Konzept L können aktive TFT-Schichten zum Farbfilterglas hinzugefügt werden, um eine segmentierte ITO-Schicht zu ermöglichen, mit der mehrere Funktionen gleichzeitig in verschiedenen Bereichen einer LCD-Anzeige bereitgestellt werden können. Ein Stapelaufbaudiagramm für Konzept L ist in 55 illustriert. Konzept L kann dieselbe Anzahl von ITO-Schichten aufweisen, wie eine Standard-LCD-Anzeige. Allerdings kann es eine aktive TFT-Schicht 5501 auf dem Farbfilterglas 5505 ermöglichen, dass ein Bereich (z. B. eine horizontale Zeile) von ITO2 5504 zwischen den Rollen als VCOM, als Berührungstreiber oder für die Berührungsmessung geschaltet werden kann, während ITO1 5509 und andere Strukturen 5507, 5508 auf dem unteren Glas 5511 standardgemäß verbleiben können.
  • 56 illustriert eine Anzeige gemäß Konzept L mit einer horizontal segmentierten ITO2-Schicht 5504. Verschiedene Bereiche der Anzeige: werden gleichzeitig mit VCOM moduliert (Bereich 5601) und/oder beschrieben (Bereich 5602); liefern gleichzeitig eine Berührungsstimulierung (Bereich 5603); werden gleichzeitig gemessen, um eine Berührungsmessung zu liefern (Bereich 5604); und gleichzeitig im Haltezustand gehalten (Bereich 5605). Die Transistoren in der aktiven TFT-Schicht 5501 können die Signale für jede horizontale Zeile für eine spezifizierte Zeitspanne auf die gewünschte Funktion schalten. Jeder Bereich kann in derselben Reihenfolge die gleiche Auslastung für jeden Zustand aufweisen, um Ungleichheiten im Wesentlichen zu eliminieren. Weil die Bereitstellung der Berührungsstimulierung die Spannung über den LC stören kann, kann die LCD-Pixelbeschreibung nur unmittelbar nach der Berührungsstimulierungsphase stattfinden, um die Zeitdauer jeglicher Störung zu reduzieren. Die LCD- Pixelbeschreibung für einen Bereich kann während der VCOM-Modulation erfolgen, während angrenzende Segmente einer VCOM-Modulation unterliegen, um gleichförmige Randbedingungen während der Pixelbeschreibung beizubehalten.
  • Die Farbfilterplatte kann unter Verwendung eines Prozesses hergestellt werden, der ähnlich dem für das aktive Feld verwendeten Prozess ist. Das Herstellen der zusätzlichen TFT-Schichten kann zusätzliche Schritte erforderlich machen, aber die Backend-Prozessierung der zwei Substrate kann im Wesentlichen gleich der für ein Standard-LCD bleiben. Diese Techniken können es ermöglichen, dass sich solche Displays auf großflächigere Felder skalieren lassen ohne niederohmiges ITO zu verwenden.
  • 2.3.1.6. Konzepte M1 und M2
  • Die 57 und 58 zeigen jeweils Diagramme für die Konzepte M1 und M2. Die Konzepte M1 und M2 können Schichten aus strukturiertem ITO und Metall zur Berührungsmessung dem Farbfilterglas hinzufügen. Während die Konzepte M1 und M2 einander ähnlich sind, bezieht sich ein Unterschied auf die unterschiedliche Verwendung der ITO1- und ITO2-Schichten. Das Konzept M1 kann ITO1 5701 zur Berührungsmessung verwenden und kann ITO2 5702 sowohl für VCOM (beim Setzen/Halten der LCD-Pixelspannungen) als auch als Berührungstreiber (wenn keine Pixelspannungen geschrieben werden) verwenden. Konzept M2 kann ITO1 5801 zum Berührungstreiben verwenden und kann ITO2 5802 für VCOM und die Berührungsmessung verwenden. Für beide Konzepte M1 und M2 braucht das obere Glas 5703, 5803 keine Transistoren oder andere aktive Komponenten aufweisen.
  • In jedem der Konzepte M1 oder M2 kann VCOM segmentiert werden, um es zu ermöglichen, dass ein Bereich der Anzeige während der Aktualisierung der Anzeige auf einem konstanten VCOM verbleibt, während ein anderer Bereich unab hängig auf Berührungen abgetastet werden kann. Dadurch kann die Interferenz zwischen Berührungsmessung und Anzeigefunktionen verringert werden.
  • Die 59, 60 und 61 zeigen eine beispielhafte Anzeige (zum Konzept M2 korrespondierend), die in drei Bereiche (5901, 5902, 5903; 59) segmentiert wurde und wobei zwei Bereiche gleichzeitig auf Berührungen abgetastet werden können (z. B. Bereiche 5901, 5902), während die Anzeigepixel eines dritten Bereichs aktualisiert werden können (z. B. Bereich 5903). Auf der linken Seite von 61 können 27 vertikale Treiberleitungen 6101 in den ITO1- und M1-(Metall 1)Schichten drei verschiedene Bereiche mit je 9 Berührungsspalten bereitstellen. Jede Treiberleitung (3 pro Berührungsspalte) kann einen leitenden Punkt (nicht gezeigt) zu dem Feldglas aufweisen und kann zu einem Treiber ASIC geleitet sein.
  • Die rechte Seite von 61 zeigt die möglichen Moden für die segmentierten horizontalen Zeilen der ITO2-Schicht, die VCOM und VHOLD für einen ersten Satz alternierender Zeilen 6102 und VCOM, VHOLD und VSENSE für einen zweiten Satz alternierender Zeilen 6103 enthalten. Jede ITO2-Zeile kann über einen leitenden Punkt (nicht gezeigt) zum Feldglas verbunden sein, von dem die Mode der Zeile unter Verwendung von LTPS TFT-Schaltern geschaltet werden kann. Die rechte Seite von 61 zeigt 21 Messzeilen, von denen zu jedem Zeitpunkt 14 gemessen werden können (obwohl andere Zeilenanzahlen auch darüber liegen können).
  • 62 zeigt das Schaltungsdiagramm zur Berührungsmessung in der beispielhaften in den 59, 60 und 61 illustrierten Anzeige. Der VSTM-Treiber 6200 sendet ein Signal durch die metallene Treiberschaltung 6202, die einen Widerstand Rmetcol und eine parasitäre Kapazität Cdrv aufweisen kann. Die Berührungskapazität Csig kann über die ITO-Zeile gemessen werden, die einen Widerstand Rito2row und eine parasitäre Kapazität Cito2row aufweisen kann. Die Berührungsmessladung kann auch durch zwei zusätzliche Widerstände Rsw1 und Rborder beeinflusst werden, bevor sie den Ladungsverstärker 6204 erreicht.
  • Eine Anzeigewiederholungsrate von 60 fps kann zu einer Berührungsabtastrate von 120 fps korrespondieren. Soweit gewünscht (z. B. in kleinen Mehrfachberührungsanzeigen) können Designer eine reduzierte Berührungsabtastrate (z. B. 60 fps) wählen, und dadurch Strom sparen und möglicherweise die Komplexität reduzieren. Im Ergebnis können einige Bereiche der Anzeige in einem ”Haltezustand” gelassen werden, wenn gerade weder eine Anzeigeaktualisierung noch eine Berührungsabtastung in diesem Bereich erfolgt.
  • 63 zeigt eine Anzeige, in der die Anzeigebereiche horizontal statt vertikal (wie in 60) abgetastet und aktualisiert werden können. Die Berührungstreiber- und Berührungsmessbereiche können ineinander geschachtelt werden, so dass eine an die Berührungstreiberzeile 6301 angelegte Stimulierung gleichzeitig von den Messzeilen 6302 und 6303, wie durch die Messfeldlinien 6305 angezeigt, gemessen werden kann.
  • Die Schwarzmaskenschicht kann verwendet werden, um Metallleitungen und/oder Lücken in ITO-Schichten zu verbergen. Beispielsweise können die Metalltreiberleitungen, die in ITO2 geätzten Lücken und die in ITO1 geätzten Lücken vollständig oder teilweise hinter der schwarzen Maske (wie in 64 gezeigt) verborgen werden. Damit kann der visuelle Einfluss dieser Elemente auf den Betrachter der Anzeige reduziert oder eliminiert werden.
  • 2.3.1.7. Konzept M3
  • Wie in 65 gezeigt, kann Konzept M3 den Konzepten M1 und M2 ähnlich sein, wobei aber die Berührungstreiber und Berührungsmesser in eine einzige segmentierte ITO-Schicht 6501 integriert sind. Während verschiedene oben beschriebene Ausführungsformen Treiber und Messelektroden auf separaten Schichten aufweisen, kann Konzept M3 Treiber und Messelektroden in der gleichen Ebene enthalten. Eine dielektrische Schicht 6502 kann hinzugefügt werden, um die Berührungssensorelemente von anderen elektrischen Feldern und/oder Effekten abzuschirmen.
  • Die 66 und 67 illustrieren eine Anzeige gemäß Konzept M3, die in drei Bereiche 6601, 6602, 6603 segmentiert ist, von denen jeder durch eine Berührungsstimulierungs-/Messphase, eine LCD-Pixelschreibphase und eine Haltephase während jedes Aktualisierungszyklus des Anzeigerahmens durchwechseln kann. 68 illustriert eine Beschaltungsdetail- und Layoutanordnung, die eine Partitionierung der Anzeige ermöglicht. Die ITO1-Zeilen 6801 können über leitende Punkte 6802 mit LTPS-Schaltern auf dem TFT-Glas verbunden sein, die die Spannung für die Zeilen zwischen VCOM und VHOLD schalten. Drei Messleitungen 6803 können für jede Spalte verwendet werden (eine Messleitung für jeden Bereich), wobei die Leitungen so gemultiplext werden, dass das Signal für den aktiven Bereich in dem korrespondierenden Zeitrahmen gemessen werden kann. Während der Berührungsabtastung für einen Bereich können die Berührungstreiberelemente aktiviert werden, die zu einer Zeile in dem Bereich korrespondieren, und alle Spalten dieser Zeile können gleichzeitig gemessen werden. Während der Zeit, in der ein Bereich der Anzeige auf Berührungen abgetastet wird, kann ein anderer Bereich VCOM modulieren und/oder die Anzeigepixel aktualisieren.
  • Metallsegmente (6805 in 68) können dem Bereich des ITO hinzugefügt werden, um den Widerstand des ITOs zu verringern. Beispielsweise können kurze Metallsegmente zu den ITO1-Treiberelektroden 6804 hinzugefügt werden, um die Phasenverzögerung des Berührungssignals zu reduzieren. Diese Metallleitungen können hinter einer Schwarzmaskenschicht verborgen werden.
  • Wie in 69 illustriert, können Schutzleitungen 6903 verwendet werden, um Feldlinien zwischen den Berührungs- und Messelektroden zu blockieren, die nicht bis hoch zum Glas reichen, wo sie durch einen Finger oder ein anderes Berührungsobjekt beeinflusst würden. Dadurch kann Rauschen reduziert und der gemessene Effekt der Berührungen auf der Anzeige verstärkt werden. 70 zeigt eine Aufsicht 7001 und einen Querschnitt 7002 einer Anzeige ohne Schutzleitungen, in denen ein enger Spalt die Zeilen der Berührungssensorelemente, z. B. die Treiberelektroden 7003 und die Messelektroden 7004, trennt. Ein auf Masse legen der ITO2-Schicht 6905 (VCOM) während die Berührungsmessung aktiv ist, kann die Berührungsmessungs- und Anzeigefunktionen voneinander abschirmen. 69 zeigt eine Aufsicht 11101 und einen Querschnitt 6902 einer Anzeige, die geerdete Schutzleitungen 6903 zwischen den Zeilen aus Berührungssensorelementen auf ITO1 zeigt (z. B. die Treiberelektroden 6904 und die Messelektroden 6905).
  • 2.3.1.8. Konzepte P1 und P2
  • Die Konzepte P1 und P2 können wie Konzept M3 Berührungstreiber- und Berührungsmesselektroden in derselben Ebene bereitstellen. Allerdings können die Konzepte P1 und P2 den zusätzlichen Vorteil von individuell adressierbaren Berührungspixeln liefern, wie in 71 gezeigt. Jedes Berührungspixel kann eine Treiberelektrode 7102, eine Messelektrode 7103 und korrespondierende Treiberleitungen 7104 und Messleitungen 7105 aufweisen, die individuell zu einem Bus am Rand der Anzeige geleitet und mit diesem verbunden werden können. Diese Leitungen können unter Verwendung einer leitenden Schwarzmaske gebildet werden und es dabei ermöglichen, dass bereits an der Anzeige vorhandene Schwarzmaskenbereiche zusätzlich der Berührungsmessung dienen. Alternativ dazu können die Leitungen Metallleitungen sein, die hinter einer Schwarzmatrix verborgen sind, die eine Polymerschwarzmatrix sein kann.
  • 72 zeigt ein Stapelaufbaudiagramm für Konzept P1. Konzept P1 kann sich von einem Standard-LCD-Prozess auf verschiedene Weise unterscheiden. Beispielsweise kann ein Teil der Standardpolymerschwarzmaske in schwarzes Chrom mit einer niederohmigen Metallrückseite geändert werden. Diese leitenden Leitungen können dann verwendet werden, um Signale zu und von den Berührungspixeln zu führen. Eine Schicht aus strukturiertem ITO 7202 kann hinter der Schwarzmaske in einem zusätzlichen Maskenschritt hinzugefügt werden. STN- artige leitende Punkte 7203 können hinzugefügt werden, um die Treiber- und Messsignale für jedes Berührungspixel zur LTPS TFT-Platte (z. B. unter Verwendung von zwei Punkten pro Berührungspixel) zu führen. Die Farbfilterschicht und die angrenzende Planarisierungsschicht 7204 können auch verdickt werden, um die Kapazität zwischen dem Berührungstreiber und VCOM zu verringern.
  • 73 zeigt ein Stapelaufbaudiagramm für Konzept P2. Zusätzlich zur Ausführung der vier oben im Bezug auf Konzept P1 beschriebenen Änderungen, kann Konzept P2 auch eine strukturierte ITO-Schicht 7301 enthalten, die verwendet werden kann, um ein segmentiertes VCOM zu erzeugen. Die Segmentierung von VCOM kann den Berührungstreiber und den Anzeigebetrieb isolieren und damit möglicherweise den Signalrauschabstand verbessern. 74 zeigt ein Schaltungsdiagramm, das die VCOM-Signalkopplung für das Konzept P2 herausstellt. Die Beibehaltung unabhängiger Busse (Vholdbus1 und Vholdbus2) für den Rückstrom kann die Koppelladung verringern. Ebenso kann die Verwendung komplementärer Treiber für die Hälfte der Berührungspixel den Rückstrom in Vholdbus1 reduzieren.
  • Die 71 und 75 illustrieren eine beispielhafte Leitung der Berührungsmess- und Berührungstreiberleitungen zu und von den Mess- und Treiberpixeln. Ein Satz von Treiber- und Messleitungen kann horizontal von den Busleitungen 7501, 7502 an den Seiten der Anzeige zu jedem individuellen Berührungspixel 7101 geleitet werden. Diese Leitungen können hinter einer Schwarzmaskenschicht verborgen werden oder können in eine leitende Schwarzmaskenschicht aufgenommen werden. Diese Leitung kann also in einer einzigen Schicht erfolgen. Die Signale für einzelne Berührungspixel können durch die Busleitungen unter Verwendung von LTPS TFTs adressiert und gemultiplext werden.
  • Die Fähigkeit individuelle Pixel statt ganzer Zeilen zu treiben, kann verwendet werden, um parasitäre Kapazitäten zu reduzieren. Individuell adressierbare Berührungspixel können es auch ermöglichen, dass das Berührungsfeld im ”Zufallsmo dus” anstatt nur Zeile für Zeile abgetastet wird. Dadurch kann die Flexibilität beim Verschachteln von Berührungsmessung und Anzeigeaktualisierung erhöht werden. Beispielsweise zeigt 76 ein mögliches Abtastmuster. Weil das System die Berührungspixel in jedem gewünschten Raster abtasten kann, kann ein Abtastraster entworfen werden, das sicherstellt, dass benachbarte Zeilen und benachbarte Pixel nie zur selben Zeit getrieben werden, so dass Randfeldwechselwirkungen vermieden werden, die in einem Signalverlust oder einem niedrigeren Signalrauschabstand resultieren. In 76 enthalten die Quadrate 7601 und 7602 jeweils eine Treiberelektrode und eine Messelektrode. Die Quadrate 7601 korrespondieren zum Treiben in Phase, während die Quadrate 7602 zu Treibersignalen korrespondieren, die 180° phasenversetzt sind. In der Figur können zwei Zeilen (in Summe 20 Pixel) in fünf Sequenzen abgedeckt werden, wobei zu jedem Zeitpunkt vier Pixel abgetastet werden.
  • 2.3.1.9. Konzept D
  • Eine andere Ausführungsform, Konzept D, kann die Mehrfachberührungsmessung unter Verwendung zweier segmentierter ITO-Schichten und eines zusätzlichen Transistors für jedes Berührungspixel unterstützen. Die 77 zeigt ein Schaltungsdiagramm für Konzept D. Während der Anzeigeaktualisierungen kann die Schaltung wie bei einer Standard-LCD-Anzeige funktionieren. Der Gatetreiber 7700 kann zwei Transistoren (Q1 7702 und Q2 7704) treiben und es dadurch ermöglichen, dass Signale von dem VCOM-Bus 7706 und den Datenleitungen 7708 Ladungen auf einen Satz von Kapazitäten übertragen, die den LC steuern (CST 7710, CLC1 7712 und CLC2 7714). Wenn der Transistor Q2 7704 ausgeschaltet ist, ist VCOM 7706 von CST 7710 getrennt, was es erlaubt, die VCOM-Leitung 7706 zur Berührungsmessung zu verwenden. Insbesondere kann die VCOM-Leitung 7706 verwendet werden, um Ladungen durch CIN 7716 und COUT 7718, durch die Datenleitung 7708 (die als eine Berührungsmessleitung wirkt) in den Ladungsverstärker 7720 zu senden. Ein leitendes Objekt (wie z. B. ein Finger eines Benutzers, ein Stift, usw.), der sich der Anzeige nähert, kann die Kapazitäten des Systems auf eine Weise stören, die durch den Ladungsverstärker 7720 gemessen werden kann.
  • Die 78 und 79 zeigen Stapelaufbaudiagramme für ein Subpixel in einer Konzept D-basierten Anzeige. In 78 kann die ITO1-Schicht in zwei Platten A 7722 und C 7726 segmentiert werden. Die ITO2-Schicht kann in Inseln (z. B. B 7724) segmentiert werden, die oberhalb der Subpixel angeordnet werden können und als die Gegenelektroden zu den Platten in der ITO1-Schicht dienen. Während der Anzeigeaktualisierung können Spannungsdifferenzen zwischen der Insel 7724 und den Platten (A 7722, C 7726) verwendet werden, um den Flüssigkristall 7804 zu steuern. Während der Berührungsmessung können Kapazitätsstörungen im Bereich des gesamten Subpixel (z. B. C1, C2, Cin, Cout und Cst in 129) gemessen werden, um die Nähe eines leitenden Objekts zu bestimmen.
  • 80 zeigt ein kombiniertes Beschaltungs- und Stapeldiagramm für Konzept D. 81 zeigt eine physikalische Realisierung für eine Ausführungsform von Konzept D.
  • 2.3.2. Voll integrierte IPS-basierte LCDs
  • Schalten in einer Ebene (IPS), das in 82 schematisch illustriert ist, kann verwendet werden, um LCD-Anzeigen mit größeren Betrachtungswinkeln zu bilden. Während einige LCDs (wie z. B. verdrehte nematische LCDs) vertikal angeordnete Elektrodenpaare verwenden (wie z. B. in 20 gezeigt) können in IPS LCDs beide zur Steuerung der Orientierung der Flüssigkristalle 8203 verwendete Elektroden 8201, 8202 parallel zueinander in derselben Schicht angeordnet sein (z. B. in einer einzigen Ebene). Die Orientierung der Elektroden auf diese Weise kann ein horizontales elektrisches Feld 8200 durch den Flüssigkristall erzeugen, welches die Flüssigkristalle parallel zur Vorderseite des Feldes hält und damit den Betrachtungswinkel vergrößert. Die Flüssigkristallmoleküle in einer IPS-Anzeige sind nicht an Schichten oberhalb oder unterhalb gebunden (wie beispielsweise in
  • 82 gezeigt), sondern können sich stattdessen frei drehen um sich an dem elektrischen Feld 8200 auszurichten, während sie parallel zueinander und in der Ebene der Anzeigeelektroden verbleiben. 83 zeigt eine realistischere Anordnung eines Paares von Elektroden 8301, 8302, deren Finger verschränkt sind, in einer Anzeige, die Schalten in einer Ebene verwenden kann.
  • Weil die IPS-Anzeigen keine VCOM-Schicht aufweisen, die auch für einen Berührungstreiber oder für eine Berührungsmessung verwendet werden könnte, können einige Ausführungsformen der vorliegenden Erfindung Berührungsmessungsfähigkeiten dadurch bereitstellen, dass sie es ermöglichen dieselben Elektroden, die für die Anzeigeaktualisierung verwendet werden, auch für die Berührungsmessung zu verwenden. Diesen Elektroden können zusätzliche Schaltungen zugefügt sein. In einigen oben diskutierten Ausführungsformen können die Berührungspixel eine große Anzahl von Anzeigepixeln überlappen. Im Gegensatz dazu, kann eine höhere Berührungsauflösung mit geringen oder keinen Mehrkosten erreicht werden, da die im Folgenden erläuterten IPS-Ausführungsformen dieselben Elektroden, die zur Anzeigeaktualisierung verwendet werden auch zur Berührungsmessung verwenden. Alternativ dazu kann eine Anzahl von Berührungspixeln in eine Gruppe zusammengefasst werden, um ein kombiniertes Berührungssignal mit einer geringeren Auflösung zu erzeugen.
  • 2.3.2.1. Konzept E
  • Eine IPS-Ausführungsform, Konzept E, ist in 84 illustriert. Wie bereits oben erwähnt, können die Elektroden in IPS-basierten Berührungssensoranzeigen in derselben Ebene liegen und können eine Struktur mit verschränkten Fingern, wie in 84 gezeigt, aufweisen. Während die Elektrode A 8400 und die Elektrode B 8402 verwendet werden können, um die Flüssigkristallschicht während der Anzeigeaktualisierung auszurichten, können dieselben Elektroden auch verwendet werden (in Kombination mit zusätzlichen Elementen), um die Berührungsmessung zu ermöglichen. Beispielsweise kann Konzept E zusätzliche Schalter 8404 verwenden, um die Treiber für einen Satz von Signalleitungen zu ändern, basierend darauf, ob das Pixel gerade eine Anzeigeaktualisierung erfährt oder einer Berührungsmessung unterliegt. Konzept E kann auch Kapazitäten (CIN_A 8406, COUT_A 8408, CIN_B 8410 und COUT_B 8412) sowie zwei Transistoren (Transistor Q1 8414 und Transistor Q2 8416) aufweisen, um zu steuern, wann die Elektroden zur Anzeigeaktualisierung oder zur Berührungsmessung verwendet werden.
  • Während der Berührungsmessung sind die Transistoren Q1 8414 und Q2 8418 ausgeschaltet und trennen die Elektroden von den Anzeigesignalen und ermöglichen es, die Elektroden zur Messung von Kapazitäten zu verwenden. Die VCOM-Metallleitung 8416 kann dann mit dem Berührungsstimulationssignal 8418 verbunden werden. Dieses Stimulationssignal kann durch CIN_A 8406 und CIN_B 8410 an COUT_A 8408 und COUT_B 8412 gesendet werden, welche mit dem Ladungsverstärker 8422 verbunden sein können. Eine Kapazität CSIG (nicht gezeigt) zwischen CIN und COUT kann verwendet werden, um Berührungen zu detektieren. Wenn der Berührungspixel nicht berührt wird, kann die an den Ladungsverstärker 8422 gelieferte Ladung hauptsächlich von der Kapazität zwischen den beiden Paaren von CIN- und COUT-Kapazitäten abhängen. Wenn ein Objekt (wie z. B. ein Finger) sich den Elektroden nähert, kann die CSIG-Kapazität gestört werden (z. B. gesenkt werden) und kann durch den Ladungsverstärker 8422 als eine Änderung in der transferierten Ladungsmenge gemessen werden. Die Werte für CIN und COUT können so gewählt werden, dass sie zu einem gewünschten Eingabebereich für den Ladungsverstärker 8422 passen, um die Stärke des Berührungssignals zu optimieren.
  • Die Elektroden können verwendet werden, um eine Berührungsmessung durchzuführen, ohne dabei den Anzeigezustand negativ zu beeinflussen, indem ein Hochfrequenzsignal während der Berührungsmessung verwendet wird. Weil LC-Moleküle groß und unpolar sind, können Berührungen ohne eine Änderung des Anzeigezustands detektiert werden, indem ein Hochfrequenzfeld verwendet wird, das keine Gleichspannungskomponente auf der RMS-Spannung über dem LC ändert oder aufprägt.
  • 85 zeigt ein Stapelaufbaudiagramm für Konzept E. Wie beschrieben können alle Berührungselemente auf der TFT-Platte 8501 ausgebildet werden.
  • 2.3.2.2. Konzept Q
  • Eine andere Ausführungsform einer IPS-basierten Berührungssensoranzeige, Konzept Q, erlaubt es auch, dass die TFT-Glaselemente auf einer LCD (wie z. B. die Metallleitungen, Elektroden, usw.) sowohl für Anzeige als auch Berührungsmessfunktionen verwendet werden. Ein potentieller Vorteil einer solchen Ausführungsform ist es, dass keine Änderungen an den Fertigungsanlagen für die Anzeige erforderlich werden. Der einzige Zusatz zur konventionellen LCD-Herstellung umfasst das Zufügen der Berührungsmesselektronik.
  • Konzept Q weist zwei Arten von Pixeln auf, wie in den 105 und 106 illustriert. Der Pixeltyp A ist in 105 illustriert. Jedes Pixel 10501 enthält drei Anschlüsse, einen Auswahlanschluss 10502, einen Datenanschluss 10503 und einen gemeinsamen Anschluss 10504. Alle Pixel des Typs A haben ihren gemeinsamen Anschluss entlang der Spalten 10505 zusammengeschlossen, um Berührungsmessspalten zu bilden. Ein Pixel vom Typ B ist in 106 illustriert. Jedes Pixel 10601 enthält ebenfalls drei Anschlüsse, Auswahl 10602, Daten 10603 und gemeinsam 10604. Alle Pixel vom Typ B haben ihren gemeinsamen Anschluss entlang der Zeilen 10605 zusammengeschlossen, um Berührungsmesszeilen zu bilden. Die Pixel können, wie in 107 gezeigt, mit einer Mehrzahl von Berührungsmesszeilen 10702 und einer Mehrzahl von Berührungsmessspalten 10703 angeordnet sein. Ein Berührungsmesschip 10701, der die Treiberstimulation und die Messschaltung enthält, kann an die Zeilen und Spalten angeschlossen sein.
  • Der Berührungsmesschip kann wie folgt betrieben werden. Während einer ersten Zeitspanne können alle Zeilen und Spalten auf Masse gelegt sein, während das LCD aktualisiert wird. In einigen Ausführungsformen kann diese Zeitspanne etwa 12 ms betragen. Während eines nächsten Zeitabschnitts können die Pixel vom Typ A, d. h. die Berührungsspalten, mit einer stimulierenden Wellenform getrieben werden, während die Kapazität an jedem der Pixel vom Typ B, d. h. den Berührungszeilen, gemessen werden kann. Während einer nächsten Zeitspanne können die Pixel vom Typ B, d. h. die Berührungszeilen, mit einer stimulierenden Wellenform getrieben werden, während die Kapazität an jedem der Pixel vom Typ A, d. h. die Berührungsspalten gemessen werden können. Dieser Prozess kann sich dann wiederholen. Die zwei Berührungsmessperioden können eine Länge von 2 ms haben. Die stimulierende Wellenform kann eine Vielzahl von Formen annehmen. In einigen Ausführungsformen kann sie eine Sinuswelle mit einem Wert von etwa 5 V von Spitze zu Spitze mit einem Gleichspannungsversatz von 0 sein. Andere Zeitspannen und Wellenformen können ebenso verwendet werden.
  • 2.3.2.3. Konzept G
  • Ein Problem, das bei IPS-basierten Berührungssensoranzeigen auftreten kann, ist es, dass eine fehlende Abschirmung zwischen der Berührung und dem LC bedeutet, dass ein Finger (oder ein anderes Berührungsobjekt) die Ausgabe der Anzeige beeinflussen kann. Beispielsweise kann ein den Schirm berührender Finger die Felder beeinflussen, die zur Steuerung des LCs verwendet werden und dabei die Störung der Anzeige bewirken. Eine Lösung dieses Problems kann es sein, eine Abschirmung (z. B. eine transparente ITO-Schicht) zwischen den Benutzer und die Subpixel der Anzeige einzufügen. Allerdings kann eine solche Abschirmung auch die elektrischen Felder blockieren, die für die Berührungsmessung verwendet werden und somit die Berührungsmessung behindern.
  • Eine Ausführungsform, Konzept G, löst dieses Problem durch Umdrehen der Schichten der Anzeige, wie im Stapelaufbaudiagramm in 86 gezeigt. Dieses kann den LC 8600 vom Benutzer aus gesehen auf der der TFT-Platte 8602 gegenüberliegenden Seite platzieren. Im Ergebnis können die zur Steuerung des LC 8600 verwendeten Feldlinien im Allgemeinen von der Berührungsseite des LCDs weg orientiert sein. Dieses kann es ermöglichen, dass Metallflächen, wie z. B. die Datenleitungen, Gateleitungen und Elektroden, die sich nun zwischen dem Berührungsobjekt und dem LC 8600 befinden, eine teilweise oder vollständige Abschirmung für den LC bereitstellen.
  • 2.3.2.4. Konzept F
  • Eine andere Ausführungsform, Konzept F (in 87 illustriert), kann die Anzeigestörung reduzieren, während der LCD-Datenbus unverändert bleibt (in Bezug auf Nicht-Berührungs-IPS-Anzeigen) und ohne, dass zusätzliche ITO-Schichten erforderlich wären oder dass die Ausrichtung der Schichten erschwert würde. Stattdessen kann Konzept F durch Verwendung einer gemeinsamen Datenleitung (wie in den Konzepten E und G) eine mögliche Anzeigestörung reduzieren, indem ein Satz von Metallleitungen in einer Metallschicht (M1) hinzugefügt wird, die als Ausgangsmessleitungen 8700 dienen können. Diese Ausgangsmessleitungen 8700 können vertikal unterhalb der Anzeigeschaltung über die gesamte Fläche der Anzeige verlaufen, wie in 87 und in dem Stapelaufbaudiagramm für einen Konzept F-Subpixel in 134 gezeigt. Durch Verwendung einer separaten Metallschicht für die Ausgangsmessung, kann es Konzept F ermöglichen, dass einer der für Konzept E (84) gezeigten Transistoren entfernt wird. Es ist auch zu bemerken, dass Konzept F die Schichten der Anzeige umdreht, um eine mögliche Anzeigestörung weiter zu reduzieren, wie oben unter Bezugnahme auf Konzept G beschrieben.
  • 3. Schlüsseltechnologien
  • Eine Vielzahl von Aspekten kann sich auf viele der oben beschriebenen Ausführungsformen beziehen. Beispiele dafür werden im Folgenden beschrieben.
  • 3.1. DITO
  • In vielen Ausführungsformen kann ITO auf zwei Seiten eines Substrats abgeschieden und strukturiert werden. Verschiedene Techniken und Prozesse dafür sind in der US-Patentanmeldung Nr. 11/650,049, mit dem Titel ”Double-Sided Touch Sensitive Panel With ITO Metal Electrodes”, eingereicht am 3. Januar 2007, die hiermit vollständig per Verweis aufgenommen wird, beschrieben.
  • 3.2. Ersetzen von strukturiertem ITO durch Metall
  • Verschiedene Ausführungsformen können die strukturierte ITO-Schicht, die die Berührungsmesselektroden bildet, eliminieren und diese Schicht durch sehr dünne Metallleitungen ersetzen, die auf eine der Schichten, beispielsweise auf dem oberen Glas aufgebracht werden. Dies kann eine Reihe von Vorteilen mit sich bringen, einschließlich der Eliminierung eines ITO-Prozessschritts. Zusätzlich können die Messleitungselektroden ziemlich dünn (z. B. in der Größenordnung von 10 μm) ausgeführt werden, so dass sie nicht die visuelle Wahrnehmung der Anzeige stören. Diese Reduktion in der Leitungsdicke kann auch die parasitäre Kapazität reduzieren, was verschiedene Aspekte des Betriebs des Berührungsschirms, wie oben beschrieben, verbessert. Schließlich können die Farbe und die Transmission verbessert werden, da das Licht der Anzeige keine im Wesentlichen mit ITO bedeckte Schicht durchläuft.
  • 3.3. Verwendung von Kunststoff für das Berührungssensorsubstrat
  • Verschiedene oben beschriebene Ausführungsformen wurden im Zusammenhang mit Glassubstraten beschrieben. Allerdings können in einigen Ausführungsformen Kosteneinsparungen und eine verringerte Dicke erreicht werden, indem eines oder mehrere dieser Substrate durch Kunststoff ersetzt werden. Die 89 und 90 illustrieren einige Unterschiede zwischen glasbasierten Systemen, wie in 89 illustriert und kunststoffbasierten Systemen, wie in 90 illustriert. Obwohl im Zusammenhang mit einer bestimmten Ausführungsform dargestellt, kann das Prinzip der Ersetzung durch ein Kunststoffsubstrat auf jedes der Konzepte angewandt werden.
  • 89 illustriert einen Stapelaufbau eines glasbasierten Systems. Die illustrierten Dimensionen sind beispielhaft für die Verwendung aktueller Technologie, aber der Fachmann wird verstehen, dass auch eine andere Dicke verwendet werden kann, insbesondere wenn die verschiedenen Herstellungstechnologien weiter fortschreiten. Beginnend von oben kann eine Abdeckung 8901, die eine beispielhafte Dicke von etwa 0,8 mm aufweist, oberhalb einer Indexanpassungsschicht 8902 (z. B. etwa 0,18 mm dick) angeordnet sein. Unterhalb der Indexanpassungsschicht kann der obere Polarisator 8903 angeordnet sein. Der obere Polarisator 8903 kann eine Dicke von etwa 0,2 mm aufweisen. Die nächste Schicht kann die Glasschicht 8904 (z. B. etwa 0,5 mm dick) mit strukturiertem ITO auf jeder Seite sein. Die Messelektroden können beispielsweise auf der Oberseite strukturiert sein, die auch an die FPC 8905 gebondet sein kann. Die Treiberelektroden und die VCOM-Schicht für das LCD können auf der Unterseite der Glasschicht 8905 strukturiert sein. Darunter kann eine andere Glasschicht 8906 mit einer beispielhaften Dicke von etwa 0,3 mm angeordnet sein, auf der die TFT-Schichten für die Anzeige ausgebildet werden können. Die Oberseite dieser Glasschicht kann auch an die FPC 8907 gebondet werden und damit sowohl mit der Anzeige und der Berührungsmessschaltung 8908 verbunden werden. Weiter unterhalb kann der untere Polarisator angeordnet sein, unter dem sich die Anzeigehintergrundbeleuchtung 8910 befinden kann.
  • Die gesamte Dicke von oben bis unten kann etwa 2,0 mm betragen. verschiedene ASICs und diskrete Schaltungskomponenten können auf dem Glas angeordnet sein oder über die FPCs verbunden sein. Strukturiertes ITO kann auf einer anderen Kunststoffschicht angeordnet werden, beispielsweise auf der Unterseite der oberen Abdeckung, usw.
  • 90 illustriert eine ähnliche Anordnung, in der die mittlere Glasschicht 9001 in ihrer Dicke reduziert werden kann, indem die Berührungsmessschicht 9002 zum Kunststoffpolarisator 9003 verschoben wird. Die Strukturierung der Berührungsmessschicht 9002 auf dem Kunststoffpolarisator 9003 kann durch verschiedene bekannte Verfahren erreicht werden. Die Reduktion der Dicke kann erreicht werden, da das Glas nicht auf beiden Seiten strukturiert werden muss. Wegen Handhabungsproblemen kann in LCD-Prozessen verwendetes Glas beispielsweise bei einer Dicke von 0,5 mm verarbeitet werden und dann nach der Prozessierung beispielsweise auf etwa 0,3 mm abgeschliffen werden. Das Vorliegen von Schaltungselementen auf beiden Seiten schließt ein Abschleifen des Glases aus. Da jedoch das mittlere Glas 9001 in der Ausführungsform von 90 nur auf einer Seite strukturierte Elektroden aufweist, kann es abgeschliffen werden, was zu einer Reduktion der gesamten Dicke von etwa 0,2 mm führt. Diese Anordnung kann eine zusätzliche FPC-Verbindung 9004 zum Polarisator aufweisen, die unter Verwendung eines Niedrigtemperaturbondprozesses gebondet werden kann. Ein zusätzlicher Vorteil der Verwendung des Kunststoffsubstrats kann darin bestehen, dass Materialien mit verschiedenen dieelektrischen Konstanten verwendet werden können, was Flexibilität und einen verbesserten Betrieb der kapazitiven Messschaltungen bewirken kann.
  • Eine Variation der Kunststoffsubstratausführungsform ist in 91 illustriert. Die Elektroden 9101 (z. B. Treiber oder Messleitungen) können auf mehreren Kunststoffsubstraten 9102, 9103 strukturiert werden, die dann miteinander verbunden werden können. Weil die Kunststoffsubstrate dünner sein können (beispielsweise halbe Dicke eines Glassubstrats) können solche Techniken sogar noch dünnere Berührungsbildschirme ermöglichen.
  • In einer anderen Variation, die in 92 illustriert ist, kann ein Polyestersubstrat 9201 auf einer der Seiten strukturierte Elektroden 9202 aufweisen. Diese Ausführungsform kann ein Zugangsloch 9203 durch das Substrat 9201 zur Verbindung zwischen den beiden Seiten aufweisen. Die Polyestersubstrate 9201 können in einer Abdeckung 9204 einer Vorrichtung, wie z. B. einem handgehaltenen Computer aufgebracht sein. Eine noch weitere Variation ist in 93 dargestellt, die eine Polyesterschicht 9301 mit auf einer oberen Oberfläche strukturierten Elektroden 9302 illustriert, mit einem Zugangsloch 9303 durch das Substrat 9301 zu einem zweiten Glassubstrat 9304 und auch mit einer ITO-Elektrode 9305, die auf der oberen Oberfläche strukturiert ist.
  • 94 illustriert eine umgekehrte Ansicht einer Vorrichtung, beispielsweise eines handgehaltenen Computers 9401. Mit umgekehrt ist gemeint, dass die Benutzeroberfläche der Vorrichtung die untere (nicht gezeigte) Oberfläche ist. Die ITO-Berührungsmesselektroden 9402 können auf der Rückseite der Benutzeroberfläche strukturiert werden, wobei ein Stapelaufbau 9403 auf der zugewandten Oberfläche abgeschiedenes ITO aufweist, das darauf während des Zusammenbauens der Vorrichtung abgeschieden wird. Eine weitere Variation dieses Konzepts ist in 95 illustriert, die ITO-Elektroden 9501 zeigt, die auf der Innenseite einer geformten Kunststoffabdeckung 6702 und auf der Oberseite eines Stapelaufbaus aus Schicht 9503 gemäß einer der verschiedenen hier beschriebenen Ausführungsformen strukturiert sind. In dem Diagramm von 95, kann die Benutzerseite der Vorrichtung die obere Oberfläche 9504 sein.
  • Die 96, 97 und 98 illustrieren eine Reihenfolge von Schritten bei der Herstellung eines Polyestersubstrats, das für die hier beschriebene Berührungsmessung passend sein kann, mit einer darauf aufgebrachten Struktur von ITO-Elektroden. 96 illustriert eine strukturierte Polyesterplatte 9601, die in ein Raster aus isolierten Quadraten aus ITO 9602 strukturiert ist. Der ITO-Widerstand kann etwa 200 Ohm oder weniger betragen. Die einzelnen Elektroden können etwa 1 mm mal 1 mm groß sein, mit 30 μm breiten Lücken dazwischen. In der illustrierten Ausführungsform kann die Platte 9601 etwa 50 mm mal 80 mm groß sein, was eine passende Größe für einen handgehaltenen Computer, einen Multimediaspieler, ein Mobiltelefon oder eine ähnliche Vorrichtung sein kann, obwohl eine Viel falt anderer Größen und/oder Applikationen für den Fachmann erkennbar ist. Wie in der Schnittansicht illustriert, kann die Platte eine Dicke von nur 25 μm aufweisen, obwohl auch Dimensionierungen von 25 bis 200 μm verwendet werden können. Offensichtlich kann dies signifikante Vorteile in Bezug auf die Dicke der Vorrichtung liefern.
  • In 97 können FPCs 9701 an die strukturierten Substrate 9702 gebondet werden. In 98 kann die Abdeckung 9801, die beispielsweise eine etwa 0,8 mm dicke Schicht aus PMMA sein kann, mit einem PET-Substrat 9802 unter Verwendung eines optisch klaren Klebstoffs verbunden werden.
  • 3.4. Niveauumsetzer/Decoder-Integration mit LCD-Steuerung
  • In einigen Ausführungsformen können zusätzliche Schaltungen (aktiv, passiv oder beides) in dem Peripheriebereich des LCDs (siehe 6) angeordnet werden, um die Zuführung der VSTM-Signale zu den Berührungstreibersegmenten zu unterstützen. Die Details der Schaltungen im Peripheriebereich und ihrer Designregeln können von den Details des bestimmten Herstellungsprozesses und davon abhängen, welche TFT-Technologie (d. h. PMOS, NMOS oder CMOS) verwendet wird. Die folgenden vier Unterabschnitte erläutern Ansätze zur Realisierung von peripheren Berührungstreiberschaltungen im Lichte von verschiedenen Anordnungen zur Treiberschaltungsintegration.
  • 3.4.1. Diskreter Niveauumsetzer/Decoderchip
  • In einem Ansatz kann ein diskreter Niveauumsetzer/Decoder-COG an dem unteren Glas angebracht sein (siehe 22). In dieser Anordnung können Metallleitungen im peripheren Bereich benötigt werden. Die Anzahl der Leitungen kann von der Anzahl der Berührungstreibersegmente abhängen, die für kleine Anzeigen kleiner zwanzig sein kann. Die Designziele für diesen Ansatz können die Reduzierung von kapazitiver Kopplung umfassen, die durch die Zwischenräume zwi schen Berührungstreiberleitungen sowie durch den Raum zwischen den Berührungstreiberleitungen und anderen LCD-Schaltungen im peripheren Bereich beeinflusst wird. Eine niedrige Leitungsimpedanz kann auch dazu beitragen, die kapazitive Kopplung zwischen benachbarten Berührungstreiberleitungen zu verringern.
  • Beispielsweise können der kombinierte Widerstand der längsten Leitung, der Widerstand des Niveauumsetzers/Decoderausgangs, des leitenden Punkts und des ITO-Treibersegments auf etwa 450 Ohm begrenzt werden. Der Widerstand des Berührungstreiber-ITOs kann etwa 330 Ohm betragen (angenommen der ITO-Schichtwiderstand liegt bei 30 Ohm/Quadrat und 11 Quadraten), wodurch 120 Ohm für andere Komponenten verbleiben. Die folgende Tabelle zeigt eine Allokation dieser Widerstandswerte für jede Komponente in der Berührungstreiberschaltung.
    Niveauumsetzer/Decoderausgang Metallleitung Leitender Punkt ITO-Segment
    10 Ohm 100 Ohm 10 Ohm 330 Ohm
  • Breitere Leitungen und/oder geringere Schichtwiderstände können verwendet werden, um den gewünschten Leitungswiderstand zu erhalten. Beispielsweise kann für einen Leitungswiderstand von 100 Ohm eine Leitungsbreite von 0,18 mm oder mehr wünschenswert sein, wenn der Schichtwiderstand 200 Milliohm/Quadrat beträgt.
  • Natürlich benötigten die längsten Berührungstreiberleitungen die größte Breite. Andere Berührungstreiberleitungen, die entsprechend kürzer ausfallen, können entsprechend kleinere Breiten aufweisen. Wenn die kürzeste Leitung beispielsweise 5 mm lang ist, dann könnte ihre Breite bei etwa 0,01 mm liegen.
  • 99 zeigt ein vereinfachtes Diagramm des Niveauumsetzer/Decoder-COG 9901 für Konzept A (für Konzept B können der Transistor Q1 und der ENB_LCD[x] Decoder eliminiert werden). Der registrierte Decoderblock 9902 kann aus drei separaten registrierten Decoder bestehen, die einer nach dem anderen geladen werden können. Einer der drei Decoder kann durch zwei Signale aus dem Berührungs-/LCD-Treiber ausgewählt werden und kann unter Verwendung von 5-Bit Daten programmiert werden. Die Decoderausgaben können die drei Transistoren Q1, Q2, Q3 steuern, die mit jedem Ausgangsabschnitt des Niveauumsetzers/Decoders assoziiert sind. Jeder Ausgangsabschnitt kann sich in einem von drei Zuständen befinden: 1) LCD (Q1 ein, Q2 und Q3 aus), 2) Berührung (Q2 ein, Q1 und Q3 aus), oder 3) GND (Q3 ein, Q1 und Q2 aus). Wie bereits erwähnt kann der Ausgangswiderstand von Q2 etwa 10 Ohm oder weniger betragen, um die Phasenverzögerung von VSTM zu reduzieren. Für Konzept B können der LCD-Decoder und Q1 eliminiert werden.
  • 3.4.2. Niveauumsetzer/Decoder vollständig im peripheren Bereich integriert
  • Die Niveauumsetzer/Decoderfunktion (99) kann auch vollständig im peripheren Bereich des unteren Glases integriert werden. Mit diesem Ansatz wird die Art der TFT-Technologie für den Stromverbrauch relevant. Während CMOS TFT-Technologie einen geringeren Stromverbrauch bewirkt, kann dies teurer sein als bei NMOS oder PMOS. Allerdings kann abhängig von bestimmten Designkonstanten jede Technologie verwendet werden.
  • Um den Berührungstreiberwiderstand weiter zu reduzieren, kann die Transistorbreite vergrößert werden, um die relativ geringe LTPS TFT-Mobilität (z. B. ~50 cm2/V·sec) zu kompensieren.
  • 3.4.3. Niveauumsetzer/Decoder teilweise in den Berührungs-/LCD-Treiber integriert
  • In einigen Ausführungsformen kann die Niveauumsetzer/Decoderfunktion teilweise in den Berührungs-/LCD-Treiber integriert sein und teilweise in den Peri pheriebereich integriert sein. Dieser Ansatz kann mehrere Vorteile aufweisen, einschließlich beispielsweise von Eliminieren von CMOS im Peripheriebereich, was Kosten reduzieren kann und dem Eliminieren von Logik im Peripheriebereich, was den Stromverbrauch reduzieren kann. 100 zeigt einen modifizierten Berührungs-/LCD-Treiber 10001 und eine periphere Transistorschaltung 10002, die bei diesem Ansatz verwendet werden können. Der Niveauumsetzer und die Verstärkungsschaltung 10003 können auf dem unteren Glas integriert und zwischen die Segmenttreiber und den Berührungs-/LCD-Chip positioniert werden. Es kann einen Segmenttreiber für jedes Berührungstreibersegment geben. Jedes Berührungstreibersegment kann sich in einem von drei Zuständen befinden: GND, durch VSTM moduliert, oder durch VCOM moduliert. In dieser Anordnung können Niveauumsetzerschaltungen auf dem unteren Glas benötigt werden, um es dem Niedervolt-Berührungs-/LCD-Chip zu ermöglichen, die Transistorschalter zu steuern.
  • 3.4.4. Niveauumsetzer/Decoder vollständig im Berührungs-/LCD-Treiber integriert
  • In einigen Ausführungsformen kann die Niveauumsetzer/Decoderfunktion vollständig in dem Berührungs-/LCD-Treiber integriert sein. Durch Verschieben der Niveauumsetzer/Decoderfunktion in den Berührungs-/LCD-Treiber kann der separate Niveauumsetzer/Decoder-COG eliminiert werden. Des Weiteren kann eine Eliminierung von CMOS und Logik aus dem peripheren Bereich erreicht werden.
  • 101 zeigt ein vereinfachtes Blockdiagramm des vollintegrierten Berührungs-/LCD-Treibers 10101, der die Verstärkerschaltung 10102 zur Generierung von VSTM enthalten kann. Passive Komponenten (wie z. B. Kondensatoren, Dioden und Induktivitäten) können auch benötigt werden, diese wurden aber wie bei allen anderen Ansätzen zur Vereinfachung nicht gezeigt.
  • 4. Verwendungen, Formfaktoren, usw.
  • Beispielhafte Applikationen für das integrierte Berührungsbildschirm-LCD, welches hier beschrieben ist, werden nun erläutert. Handgehaltene Computer können eine vorteilhafte Applikation sein, einschließlich von Geräten, wie z. B. PDAs, Multimediaspielern, mobilen Telefonen, GPS-Geräten, usw. Zusätzlich kann der Berührungsbildschirm eine Anwendung in Tablettcomputers, Notebookcomputern, Desktopcomputern, Informationskiosken und ähnlichem, finden.
  • 102 ist eine perspektivische Ansicht einer Applikation eines Berührungsbildschirms 10201 gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Der Berührungsbildschirm 10201 kann so konfiguriert werden, dass er dem Benutzer eine graphische Benutzerschnittstelle (GUI) vielleicht einschließlich eines Zeigers oder Cursors sowie andere Information anzeigt. Beispielsweise kann es der Berührungsbildschirm einem Benutzer ermöglichen, einen Eingabezeiger zu bewegen oder eine Auswahl auf der graphischen Benutzeroberfläche einfach durch Zeigen auf die GUI auf der Anzeige 10202 zu bewerkstelligen.
  • Im Allgemeinen können Berührungsbildschirme ein Berührungsereignis auf der Oberfläche 10204 auf dem Berührungsbildschirm erkennen und danach diese Information an ein Hostgerät ausgeben. Das Hostgerät kann beispielsweise zu einem Computer, wie z. B. einem Desktop-, einem Laptop-, einem handgehaltenen oder einem Tablettcomputer korrespondieren. Das Hostgerät kann das Berührungsereignis interpretieren und kann eine auf dem Berührungsereignis basierende Aktion ausführen. Der in 102 gezeigte Berührungsbildschirm kann so konfiguriert werden, dass er mehrfache Berührungsereignisse erkennt, die an verschiedenen Orten an berührungsempfindlichen Oberflächen 10204 des Berührungsbildschirms zur selben Zeit auftreten. Wie gezeigt, kann der Berührungsbildschirm beispielsweise separate Folgesignale S1 bis S4 für jeden Berührungspunkt T1 bis T4 generieren, der zu einem bestimmten Zeitpunkt auf der Oberfläche des Berührungsbildschirms auftritt.
  • Die mehrfachen Berührungsereignisse können separat oder zusammen verwendet werden, um eine einzelne oder mehrere Aktionen in dem Hostgerät auszuführen. Wenn sie separat genutzt werden, kann ein erstes Berührungsereignis verwendet werden, um eine erste Aktion auszuführen, während ein zweites Berührungsereignis verwendet werden kann, um eine zweite Aktion, die sich von der ersten Aktion unterscheiden kann, auszuführen. Die Aktionen können beispielsweise die Bewegung eines Objektes, wie z. B. eines Cursors oder Zeigers, ein Scrollen oder Schwenken, ein Anpassen von Steuerungseinstellungen, das Öffnen einer Datei oder eines Dokuments, das Betrachten eines Menüs, das Treffen einer Auswahl, das Ausführen von Befehlen, den Betrieb eines an das Hostgerät angeschlossenen peripheren Geräts usw. umfassen. Wenn gemeinsam genutzt, können die ersten und zweiten Berührungsereignisse verwendet werden, um eine bestimmte Aktion auszuführen. Die bestimmte Aktion kann beispielsweise ein Einloggen auf einem Computer oder einem Computernetzwerk, eine Zugangserlaubnis für autorisierte Personen zu gesicherten Bereichen des Computers oder Computernetzwerks, das Laden eines mit der bevorzugten Anordnung auf dem Computerdesktop verbundenen Benutzerprofils, das Erlauben von Zugang zu Netzinhalten, das Starten eines bestimmten Programms, das Verschlüsseln oder Decodieren einer Nachricht und/oder ähnliches umfassen.
  • Unter Rückbezug auf 102, kann der Berührungsbildschirm 10201 eine alleinstehende Einheit sein oder mit anderen Geräten integriert sein. Im alleinstehenden Fall, kann der Berührungsbildschirm 10201 wie ein Peripheriegerät (wie z. B. ein Monitor) wirken, der sein eigenes Gehäuse aufweist. Eine alleinstehende Anzeigeanordnung kann über drahtgebundene oder drahtlose Verbindungen an ein Hostgerät gekoppelt werden. Im integrierten Zustand kann der Berührungsbildschirm 10201 ein Gehäuse mit dem Hostgerät teilen und darin hart verdrahtet sein, wodurch sich eine einzige Einheit ergibt. Beispielsweise kann der Berührungsbildschirm 10201 innerhalb einer Vielzahl von Hostgeräten angebracht sein, einschließlich, aber ohne darauf limitiert zu sein in Mehrzweckcomputern, wie z. B. Desktop-, Laptop- oder Tablettcomputern, handgehaltenen Geräten, wie z. B. PDAs und Medienspielern, wie Musikspielern oder Peripheriegeräten, wie z. B. Kameras, Druckern, Mobiltelefonen und/oder ähnlichem.
  • 103 ist ein Blockdiagramm eines Computersystems 10301, gemäß einer Ausführungsform der vorliegenden Erfindung. Das Computersystem 10301 kann zu Personalcomputersystemen, wie z. B. Desktop-, Laptop-, Tablettcomputern oder handgehaltenen Computer korrespondieren. Beispielsweise kann das Computersystem zu einem beliebigen Apple- oder PC-basierten Computersystem korrespondieren. Das Computersystem kann auch zu öffentlichen Computersystemen, wie z. B. Informationskiosken, Geldautomaten (ATM), Verkaufsmaschinen (POS), Industriemaschinen, Spielmaschinen, Vergnügungsmaschinen, Verkaufsautomaten, Flug-E-Ticket-Terminals, Restaurantreservierungsterminals, Kundenservicestationen, Büchereiterminals, Lerngeräten und ähnlichem korrespondieren.
  • Wie gezeigt, kann das Computersystem 10301 einen Prozessor 65 aufweisen, der konfiguriert ist Befehle, um auszuführen und mit dem Computersystem 10301 assoziierte Operationen 10302 durchzuführen. Beispielsweise kann der Prozessor 10302 unter Verwendung von beispielsweise aus einem Speicher erhaltenen Befehlen den Empfang und die Manipulation von Eingabe- und Ausgabedaten zwischen Komponenten des Computersystems 10301 steuern. Der Prozessor 10302 kann ein Einchipprozessor sein oder kann mit mehreren Komponenten implementiert sein.
  • In den meisten Fällen wird der Prozessor 10302 zusammen mit einem Betriebssystem betrieben, um Computercode auszuführen und Daten zu produzieren und zu verwenden. Der Computercode und die Daten können innerhalb eines Programmspeicherblocks 10303 abgelegt sein, der operativ an den Prozessor 10302 gekoppelt sein kann. Der Programmspeicherblock 10303 kann einen Platz bereitstellen, um Daten zu halten, die durch das Computersystem 10301 verwendet werden. Beispielsweise kann der Programmspeicherblock nur Lesespeicher (ROM) 10304, Speicher mit wahlweisem Zugriff (RAM) 10305, ein Festplatten laufwerk 10306 und/oder ähnliches umfassen. Der Computercode und die Daten könnten auch auf einem entfernbaren Speichermedium vorliegen, das bei Bedarf in das Computersystem geladen oder daran installiert wird. Entfernbare Speichermedien können beispielsweise CD-ROM, PC-CARD, Floppydisk, Magnetband und eine Netzwerkkomponente umfassen.
  • Das Computersystem 10301 kann auch eine Eingabe/Ausgabe(I/O)-Steuerung 10307 aufweisen, die operativ an den Prozessor 10302 gekoppelt sein kann. Die I/O-Steuerung 10307 kann in den Prozessor 56 integriert sein oder kann wie gezeigt eine separate Komponente sein. Die I/O-Steuerung 10307 kann so konfiguriert werden, dass sie Interaktionen mit einem oder mehreren I/O-Geräten steuert. Die I/O-Steuerung 66 kann betrieben werden, indem sie Daten zwischen dem Prozessor und den I/O-Geräten austauscht, die mit dem Prozessor kommunizieren möchten. Die I/O-Geräte und die I/O-Steuerung können durch die Datenverbindung 10312 kommunizieren. Die Datenverbindung 10312 kann eine Einwegeverbindung oder eine Zweiwegeverbindung sein. In einigen Fällen können I/O-Geräte durch drahtgebundene Verbindungen mit der I/O-Steuerung 10307 verbunden sein. In anderen Fällen können I/O-Geräte durch drahtlose Verbindungen mit der I/O-Steuerung 10307 verbunden sein. Beispielsweise kann die Datenverbindung 10312 zu PS/2, USB, Firewire, IR, RF, Bluetooth oder ähnlichem korrespondieren.
  • Das Computersystem 10301 kann auch eine Anzeigevorrichtung 10308, z. B. ein integriertes Berührungsbildschirm-LCD, wie hier beschrieben, umfassen, das operativ an den Prozessor 10302 gekoppelt sein kann. Die Anzeigevorrichtung 10308 kann eine separate Komponente (Peripheriegerät) sein, oder kann mit dem Prozessor und dem Programmspeicher integriert sein, um einen Desktopcomputer (Alles-in-Einem-Maschine), einen Laptop, einen handgehaltenen Computer oder einen Tablettcomputer oder ähnliches zu bilden. Die Anzeigevorrichtung 10308 kann konfiguriert werden, um eine graphische Benutzerschnittstelle (GUI) ein schließlich von beispielsweise einem Zeiger oder Cursor, sowie anderer dem Benutzer angezeigten Informationen, anzuzeigen.
  • Die Anzeigevorrichtung 10308 kann einen integrierten Berührungsbildschirm 10309 aufweisen (zum Zwecke der Klarheit separat gezeigt, aber in Wirklichkeit mit der Anzeige integriert), der operativ an den Prozessor 10302 gekoppelt sein kann. Der Berührungsbildschirm 10309 kann so konfiguriert werden, dass er Eingaben von einer Berührung des Benutzers empfängt und diese Information an den Prozessor 10302 sendet. Der Berührungsbildschirm 10309 kann Berührungen und die Position, Form, Größe, usw. von Berührungen auf seiner Oberfläche erkennen. Der Berührungsbildschirm 10309 kann die Berührungen an den Prozessor 10302 melden, und der Prozessor 10302 kann die Berührungen gemäß seiner Programmierung interpretieren. Beispielsweise kann der Prozessor 10302 gemäß einer bestimmten Berührung eine Maßnahme auslösen.
  • Die hier beschriebenen Berührungsbildschirm-LCDs können insbesondere vorteilhaft in multifunktionalen handgehaltenen Vorrichtungen angewendet werden, wie den in der US-Patentanmeldung 11/367,749 mit dem Titel ”Multi-functional Handheld Device”, eingereicht am 3. März 2006, welche hiermit durch Verweis aufgenommen wird, offenbarten.
  • Beispielsweise können die hier beschriebenen Prinzipien verwendet werden, um Eingabegeräte für eine Vielzahl elektronischer Vorrichtung und Computersystemen zu entwerfen. Diese elektronischen Vorrichtungen und Computersysteme können jedem einer Vielzahl von in 104 illustrierten Typen entsprechen, einschließlich eines Desktopcomputers 10401, eines Notebookcomputers 10402, eines Tablettcomputers 10403, eines handgehaltenen Computers 10404, eines persönlichen digitalen Assistenten 10405, eines Medienspielers 10406, eines mobilen Telefons 10407, und ähnlichem. Zusätzlich können die elektronischen Vorrichtungen und Computersysteme Kombinationen aus diesen Typen sein, beispielsweise eine Vorrichtung, die eine Kombination aus einem persönlichen digitalen Assistenten, einem Medienspieler und einem Mobiltelefon ist. Andere Alternationen, Permutationen und Kombinationen der vorgenannten Ausführungsformen sind ebenso möglich.
  • Des Weiteren können die hier niedergelegten Prinzipien, obwohl in Bezug auf kapazitive Mehrfachberührungssysteme beschrieben, ebenso bei Systemen angewendet werden, bei denen die Berührungs- oder Näherungsmessung auf anderen Technologien beruht. Es ist daher beabsichtigt, dass die nachfolgenden Ansprüche so interpretiert werden, dass sie alle Alternationen, Permutationen, Kombinationen und Äquivalente des Vorausgegangenen umfassen.
  • Weitere Ausführungsformen
    • 1. Berührungsbildschirm mit einer Flüssigkristallanzeige mit integrierter Berührungsmessung, wobei der Berührungsbildschirm umfasst: ein erstes Substrat mit einer darauf angeordneten Anzeigesteuerungsschaltung, wobei das erste Substrat zwischen einem ersten Polarisator und einem zweiten Polarisator angeordnet ist; ein zweites Substrat, das neben dem ersten Substrat zwischen dem ersten Polarisator und dem zweiten Polarisator angeordnet ist; wenigstens ein Berührungssensorelement, das zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist, wobei alle Berührungssensorelemente zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet sind.
    • 2. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 1, wobei das wenigstens ein Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine Mehrzahl von auf dem zweiten Substrat aufgebrachten Berührungstreiberelektroden; und eine leitende Schwarzmatrix, die in eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden segmentiert ist.
    • 3. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 2, wobei die Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden konfiguriert ist, um für VCOM der Anzeige verwendet zu werden.
    • 4. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 1, wobei das wenigstens ein Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden, die auf dem zweiten Substrat aufgebracht sind; und eine Mehrzahl von metallenen Berührungsmesselektroden, die hinter einer Schwarzmatrix angeordnet sind.
    • 5. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 2, wobei die Mehrzahl der Berührungstreiberelektroden konfiguriert ist, um für VCOM der Anzeige verwendet zu werden.
    • 6. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 1, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine auf einem Substrat aufgebrachte, unstrukturierte ITO-Berührungsmessschicht; eine Mehrzahl an der Peripherie der unstrukturierten ITO-Schicht angeordneter Schalter; einen ersten Bus, an dem eine erste Teilmenge der Mehrzahl von Schaltern angeschlossen ist; und einen zweiten Bus, an dem eine zweite Teilmenge der Mehrzahl von Schaltern angeschlossen ist.
    • 7. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 6, wobei die unstrukturierte ITO-Schicht auf dem zweiten Substrat aufgebracht ist.
    • 8. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 7, wobei die unstrukturierte ITO-Schicht für VCOM der Anzeige verwendet wird.
    • 9. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 6, wobei die Mehrzahl von Schaltern TFTs umfasst.
    • 10. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 1, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine in eine Mehrzahl von Zeilen strukturierte Berührungsmessschicht, die auf einem Substrat aufgebracht ist; eine Mehrzahl von Schaltern, die an einem ersten Ende der Mehrzahl von Zeilen angeordnet sind und mit einem ersten Bus verbunden sind; und eine Mehrzahl von Schalter, die an einem zweiten Ende der Mehrzahl von Zeilen angeordnet sind, und mit einem zweiten Bus verbunden sind.
    • 11. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 10, wobei die in eine Mehrzahl von Zeilen strukturierte Berührungsmessschicht auf dem zweiten Substrat aufgebracht ist.
    • 12. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 11, wobei die in eine Mehrzahl von Zeilen strukturierte Berührungsmessschicht für VCOM der Anzeige verwendet wird.
    • 13. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 10, wobei die Mehrzahl von Schaltern TFTs umfasst.
    • 14. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 1, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement, das zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist, umfasst: eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte segmentierte ITO-Schicht; und eine Mehrzahl von auf dem zweiten Substrat aufgebrachten Schaltern, die so verbunden sind, das jedes ITO-Segment konfiguriert werden kann, um zu einem bestimmten Zeitpunkt entweder als VCOM der Anzeige, als Berührungstreiber oder als Berührungsmesser zu funktionieren.
    • 15. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 14, wobei die Mehrzahl von Schaltern Dünnfilmtransistoren umfasst.
    • 16. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 1, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine erste auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden strukturiert ist; eine zweite auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden strukturiert ist.
    • 17. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 16, wobei die Mehrzahl der Berührungstreiberelektroden auch für VCOM verwendet wird.
    • 18. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 1, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte erste ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden strukturiert ist; und eine zweite, auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden strukturiert ist.
    • 19. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 18, wobei die Mehrzahl der Berührungsmesselektroden auch für VCOM verwendet wird.
    • 20. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 1, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht umfasst, die in eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden und eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden strukturiert ist.
    • 21. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 20, wobei die Berührungstreiberelektroden widerstandsreduzierende Metallsegmente aufweisen.
    • 22. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 20, weiterhin aufweisend eine Mehrzahl von Schutzleitungen, die konfiguriert sind, um einen Teil eines elektrischen Feldes zwischen den Berührungstreiberelektroden und den Berührungsmesselektroden zu blockieren.
    • 23. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 1, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von individuell adressierbaren Berührungspixeln strukturiert ist, wobei jedes Berührungspixel eine Treiberelektrode und eine Messelektrode umfasst; eine Mehrzahl von Treiberleitungen, wobei an jede Treiberleitung eine Treiberelektrode angeschlossen ist; und eine Mehrzahl von Messleitungen, wobei an jede Messleitung eine Messelektrode angeschlossen ist.
    • 24. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 23, wobei wenigstens eine Leitung aus der Mehrzahl der Treiberleitungen oder wenigstens eine Leitung aus der Mehrzahl der Messleitungen aus einer leitenden Schwarzmaske gebildet ist.
    • 25. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 23, wobei wenigstens eine der Mehrzahl von Treiberleitungen oder wenigstens eine der Mehrzahl von Messleitungen eine hinter einer Schwarzmatrix angeordnete Metallleitung umfasst.
    • 26. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 1, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte erste segmentierte ITO-Schicht, die in wenigstens zwei zu jedem Anzeigepixel korrespondierende Platten segmentiert ist; eine zweite auf dem zweiten Substrat aufgebrachte segmentierte ITO-Schicht, die in Inseln segmentiert ist, wobei zu jedem Anzeigepixel eine Insel korrespondiert; und einen Schalter, der zwischen einer VCOM-Elektrode der Anzeige und einer der wenigstens zwei Platten angeschlossen ist; wobei VCOM als Berührungstreiberleitung verwendet werden kann und eine Datenleitung der Anzeige als Berührungsmessleitung verwendet werden kann.
    • 27. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 1, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine segmentierte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von auf dem zweiten Substrat aufgebrachten Berührungsmesselektroden strukturiert ist; und Anzeigeauswahlleitungsschaltungen, die konfiguriert sind, um als eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden zu wirken.
    • 28. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 27, wobei die segmentierte ITO-Schicht konfiguriert ist, um für VCOM der Anzeige verwendet zu werden.
    • 29. Berührungsbildschirm nach Ausführungsform 27, wobei die Anzeigeauswahlleitungsschaltungen auf dem ersten Substrat aufgebracht sind.
    • 30. Elektronische Vorrichtung mit einem integrierten Flüssigkristallanzeigeberührungsbildschirm, wobei der Berührungsbildschirm umfasst: ein erstes Substrat mit einer darauf ausgebildeten Anzeigesteuerungsschaltung, wobei das erste Substrat zwischen dem ersten Polarisator und dem zweiten Polarisator angeordnet ist; ein zweites Substrat, das zwischen dem ersten Polarisator und dem zweiten Polarisator und dem ersten Substrat benachbart angeordnet ist; wenigstens ein zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnetes Berührungssensorelement, wobei alle Berührungssensorelemente zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet sind.
    • 31. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer, oder ein Notebookcomputer ist.
    • 32. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
    • 33. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine Mehrzahl von auf dem zweiten Substrat aufgebrachten Berührungstreiberelektroden; und eine in eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden segmentierte leitende Schwarzmatrix.
    • 34. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 33, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
    • 35. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 33, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
    • 36. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine Mehrzahl von auf dem zweiten Substrat aufgebrachten Berührungstreiberelektroden; und eine Mehrzahl von hinter einer Schwarzmatrix angeordneten Berührungs messelektroden.
    • 37. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 36, wobei die elektronische Vorrichtung entweder ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder Notebookcomputer ist.
    • 38. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 36, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
    • 39. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine auf einem Substrat aufgebrachte unstrukturierte ITO-Berührungsmessschicht; eine Mehrzahl an der Peripherie der unstrukturierten ITO-Schicht angeordneter Schalter; einen ersten Bus, an dem eine erste Teilmenge der Mehrzahl von Schaltern angeschlossen ist; und einen zweiten Bus, an dem eine zweite Teilmenge der Mehrzahl von Schaltern angeschlossen ist.
    • 40. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 39, wobei die elektronische Vorrichtung entweder ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
    • 41. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 39, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
    • 42. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine auf einem Substrat aufgebrachte ITO-Berührungsmessschicht, die in eine Mehrzahl von Zeilen strukturiert ist; eine Mehrzahl von an einem ersten Ende der Mehrzahl von Zeilen angeordneten Schaltern, die an einen ersten Bus angeschlossen sind; und eine Mehrzahl von an einem zweiten Ende der Mehrzahl von Zeilen angeordneten Schaltern, die an einen zweiten Bus angeschlossen sind.
    • 43. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 42, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
    • 44. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 42, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
    • 45. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement, das zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist, umfasst: eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte segmentierte ITO-Schicht; und eine Mehrzahl von auf dem zweiten Substrat aufgebrachten Schaltern, die so verbunden sind, dass jedes ITO-Segment konfiguriert werden kann, um zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder als VCOM der Anzeige, als Berührungstreiber oder als Berührungsmesser zu funktionieren.
    • 46. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 45, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
    • 47. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 45, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
    • 48. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine erste auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden strukturiert ist; eine zweite auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden strukturiert ist.
    • 49. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 48, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder Notebookcomputer ist.
    • 50. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 48, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
    • 51. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine erste auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden strukturiert ist; und eine zweite auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden strukturiert ist.
    • 52. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 51, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
    • 53. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 51, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
    • 54. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht umfasst, die in eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden und eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden strukturiert ist.
    • 55. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 54, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
    • 56. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 54, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
    • 57. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von individuell adressierbaren Berührungspixeln strukturiert ist, wobei jeder Berührungspixel eine Treiberelektrode und eine Messelektrode umfasst; eine Mehrzahl von Treiberleitungen, wobei jede Treiberleitung an eine Treiberelektrode angeschlossen ist; und eine Mehrzahl von Messleitungen, wobei jede Messleitung an eine Messelektrode angeschlossen ist.
    • 58. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 57, wobei die elektronische Vorrichtung entweder ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
    • 59. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 57, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
    • 60. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine erste auf dem zweiten Substrat aufgebrachte segmentierte ITO-Schicht, die in wenigstens zwei zu jedem Anzeigepixel korrespondierende Platten segmentiert ist; eine zweite auf dem zweiten Substrat aufgebrachte segmentierte ITO-Schicht, die in Inseln segmentiert ist, wobei zu jedem Anzeigepixel eine Insel korrespondiert; und einen Schalter zwischen einer VCOM-Elektrode der Anzeige und einer der wenigstens zwei Platten; wobei VCOM als Berührungstreiberleitung verwendet werden kann und die Datenleitung der Anzeige als Berührungsmessleitung verwendet werden kann.
    • 61. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 60, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
    • 62. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 60, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
    • 63. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 30, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine segmentierte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von auf dem zweiten Substrat aufgebrachten Berührungsmesselektroden segmentiert ist; und Anzeigeauswahlleitungsschaltungen, die konfiguriert sind, um als eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden zu wirken.
    • 64. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 63, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
    • 65. Elektronische Vorrichtung nach Ausführungsform 63, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein Handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
    • 66. Mobiltelefon mit einem integrierten Flüssigkristallanzeigeberührungsbildschirm, wobei der Berührungsbildschirm umfasst: ein erstes Substrat auf dem eine Anzeigesteuerungsschaltung ausgebildet ist, wobei das erste Substrat zwischen einem ersten Polarisator und einen zweiten Polarisator angeordnet ist; ein zweites Substrat, das neben dem ersten Substrat zwischen dem ersten Polarisator und dem zweiten Polarisator angeordnet ist; wenigstens ein Berührungssensorelement, das zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist, wobei alle Berührungssensorelemente zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet sind.
    • 67. Mobiltelefon nach Ausführungsform 66, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden, die auf dem zweiten Substrat aufgebracht sind; und eine in eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden segmentierte leitende Schwarzmatrix.
    • 68. Mobiltelefon nach Ausführungsform 66, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine Mehrzahl von auf dem zweiten Substrat aufgebrachten Berührungstreiberelektroden; und eine Mehrzahl von hinter einer Schwarzmatrix angeordneten metallenen Berührungsmesselektroden.
    • 69. Mobiltelefon nach Ausführungsform 66, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine auf einem Substrat aufgebrachte unstrukturierte ITO-Berührungsmessschicht; eine Mehrzahl von Schaltern, die an der Peripherie der unstrukturierten ITO-Schicht angeordnet sind; einen ersten Bus, an dem eine erste Teilmenge der Mehrzahl von Schaltern angeschlossen ist; und einen zweiten Bus, an dem eine zweite Teilmenge der Mehrzahl von Schaltern angeschlossen ist.
    • 70. Mobiltelefon nach Ausführungsform 66, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine auf einem Substrat aufgebrachte ITO-Berührungsmessschicht, die in eine Mehrzahl von Zeilen strukturiert ist; eine Mehrzahl von Schaltern, die an einem ersten Ende der Mehrzahl von Zeilen angeordnet und an einen ersten Bus angeschlossen sind; und eine Mehrzahl von Schaltern, die an einem zweiten Ende der Mehrzahl von Zeilen angeordnet und an einem zweiten Bus angeschlossen sind.
    • 71. Mobiltelefon nach Ausführungsform 66, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement, das zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist, umfasst: eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte segmentierte ITO-Schicht; und eine Mehrzahl von auf dem zweiten Substrat aufgebrachten Schaltern, die so verbunden sind, das jedes ITO-Segment konfiguriert werden kann, um zu einem gegebenen Zeitpunkt entweder als VCOM der Anzeige, als Berührungstreiber oder als Berührungsmesser zu funktionieren.
    • 72. Mobiltelefon nach Ausführungsform 66, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine erste auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden strukturiert ist; eine zweite auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden strukturiert ist.
    • 73. Mobiltelefon nach Ausführungsform 66, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine erste auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden strukturiert ist; und eine zweite auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden strukturiert ist.
    • 74. Mobiltelefon nach Ausführungsform 66, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht umfasst, die in eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden und eine Mehrzahl von Berührungsmesselektroden segmentiert ist.
    • 75. Mobiltelefon nach Ausführungsform 66, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine auf dem zweiten Substrat aufgebrachte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von individuell adressierbaren Berührungspixeln strukturiert ist, wobei jedes Berührungspixel eine Treiberelektrode und eine Messelektrode umfasst; eine Mehrzahl von Treiberleitungen, wobei jede Treiberleitung an eine Treiberelektrode angeschlossen ist; und eine Mehrzahl von Messleitungen, wobei jede Messleitung an eine Messelektrode angeschlossen ist.
    • 76. Mobiltelefon nach Ausführungsform 66, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine erste auf dem zweiten Substrat aufgebrachte segmentierte ITO-Schicht, die in wenigstens zwei zu jedem Anzeigepixel korrespondierende Platten segmentiert ist; eine zweite auf dem zweiten Substrat aufgebrachte segmentierte ITO-Schicht, die in Inseln segmentiert ist, wobei zu jedem Anzeigepixel eine Insel korrespondiert; und einen Schalter, der zwischen einer VCOM-Elektrode der Anzeige und einer der wenigstens zwei Platten angeschlossen ist; wobei VCOM als Berührungstreiberleitung verwendet werden kann und eine Datenleitung der Anzeige als eine Berührungsmessleitung verwendet werden kann.
    • 77. Mobiltelefon nach Ausführungsform 66, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine segmentierte ITO-Schicht, die in eine Mehrzahl von auf dem zweiten Substrat aufgebrachten Berührungsmesselektroden strukturiert ist; und Anzeigeauswahlleitungsschaltungen, die konfiguriert sind, um als eine Mehrzahl von Berührungstreiberelektroden zu wirken.
  • ZITATE ENTHALTEN IN DER BESCHREIBUNG
  • Diese Liste der vom Anmelder aufgeführten Dokumente wurde automatisiert erzeugt und ist ausschließlich zur besseren Information des Lesers aufgenommen. Die Liste ist nicht Bestandteil der deutschen Patent- bzw. Gebrauchsmusteranmeldung. Das DPMA übernimmt keinerlei Haftung für etwaige Fehler oder Auslassungen.
  • Zitierte Patentliteratur
    • - US 6323846 [0169]
  • Zitierte Nicht-Patentliteratur
    • - J. Hector und P. Buchschacher, ”Low Power Driving Options for an AMLCD Mobile Display Chipset”, SID 02 Digest, Seiten 695 bis 697 [0154]

Claims (34)

  1. Berührungsbildschirm mit einer Flüssigkristallanzeige mit Schaltern in einer Ebene (IPS) und integrierter Berührungsmessung, wobei der Berührungsbildschirm umfasst: ein erstes Substrat mit einer darauf ausgebildeten Anzeigesteuerungsschaltung, wobei die Anzeigeschaltung für jedes Subpixel der Anzeige ein Paar von Elektroden aufweist; ein zweites Substrat das zu dem ersten Substrat benachbart ist; wenigstens ein Berührungssensorelement, das zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist, wobei alle Berührungssensorelemente zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet sind.
  2. Berührungsbildschirm nach Anspruch 1, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine Berührungstreiberelektrode, wobei die Berührungstreiberelektrode eine der Elektroden aus dem Elektrodenpaar für ein Subpixel der Anzeige ist; eine Berührungsmesselektrode, wobei die Berührungsmesselektrode eine Elektrode aus dem Paar der Elektroden für jedes Subpixel der Anzeige ist; und ein oder mehrere Schalter, die ausgebildet sind, um die Elektroden zwischen einer Anzeigefunktion und einer Berührungsfunktion zu schalten.
  3. Berührungsbildschirm nach Anspruch 2, wobei der eine oder die mehreren Schalter TFTs umfassen.
  4. Berührungsbildschirm nach Anspruch 2, wobei VCOM als Quelle für ein Berührungstreibersignal verwendet wird.
  5. Berührungsbildschirm nach Anspruch 2, wobei eine Anzeigedatenleitung als Berührungsmessleitung verwendet wird.
  6. Berührungsbildschirm nach Anspruch 2, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat weiterhin eine Mehrzahl von metallenen Messleitungen aufweist, die auf dem ersten Substrat aufgebracht sind.
  7. Berührungsbildschirm nach Anspruch 2, wobei das zweite Substrat näher am Betrachter positioniert ist als das erste Substrat.
  8. Berührungsbildschirm nach Anspruch 2, wobei das erste Substrat näher am Benutzer positioniert ist als das zweite Substrat.
  9. Berührungsbildschirm nach Anspruch 1, wobei eine erste Mehrzahl von Subpixeln der Anzeige so verbunden sind, dass sie eine Mehrzahl von Berührungsmesszeilen bilden und wobei eine zweite Mehrzahl von Subpixeln der Anzeige so verbunden sind, dass sie eine Mehrzahl von Berührungsmessspalten bilden.
  10. Elektronische Vorrichtung mit einem integrierten Flüssigkristallanzeigberührungsbildschirm, wobei der Berührungsbildschirm umfasst: ein erstes Substrat mit einer darauf ausgebildeten Anzeigesteuerungsschaltung, wobei die Anzeigeschaltung für jedes Subpixel der Anzeige ein Paar von Elektroden aufweist; ein zweites Substrat, das dem ersten Substrat benachbart ist; wenigstens ein Berührungssensorelement, das zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist, wobei alle Berührungssensorelemente zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet sind.
  11. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
  12. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
  13. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine Berührungstreiberelektrode, wobei die Berührungstreiberelektrode eine Elektrode des Elektrodenpaares für ein Subpixel der Anzeige ist; eine Berührungsmesselektrode, wobei die Berührungsmesselektrode eine Elektrode des Elektrodepaares für jedes Subpixel der Anzeige ist; und ein oder mehrere Schalter, die ausgebildet sind, um die Elektroden zwischen einer Anzeigefunktion und einer Berührungsfunktion zu schalten.
  14. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
  15. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
  16. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei VCOM als Quelle für ein Berührungstreibersignal verwendet wird.
  17. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
  18. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 16, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
  19. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei die Anzeigedatenleitung als Berührungsmessleitung verwendet wird.
  20. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
  21. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 19, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
  22. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 13, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat des Weiteren eine Mehrzahl von metallenen Messleitungen aufweist, die auf dem ersten Substrat aufgebracht sind.
  23. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
  24. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 22, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
  25. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 10, wobei eine erste Mehrzahl von Subpixeln der Anzeige so verbunden sind, dass sie eine Mehrzahl von Berührungsmesszeilen bilden und wobei eine zweite Mehrzahl von Subpixeln der Anzeige so verbunden sind, dass sie eine Mehrzahl von Berührungsmessspalten bilden.
  26. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 25, wobei die elektronische Vorrichtung ein Desktopcomputer, ein Tablettcomputer oder ein Notebookcomputer ist.
  27. Elektronische Vorrichtung nach Anspruch 26, wobei die elektronische Vorrichtung wenigstens eine der folgenden Vorrichtungen umfasst: ein handgehaltener Computer, ein persönlicher digitaler Assistent, ein Medienspieler oder ein Mobiltelefon.
  28. Mobiltelefon mit einem integrierten Flüssigkristallanzeigeberührungsbildschirm, wobei der Berührungsbildschirm umfasst: ein erstes Substrat, auf dem eine Anzeigesteuerungsschaltung ausgebildet ist, wobei die Anzeigeschaltung ein Elektrodenpaar für jedes Subpixel der Anzeige umfasst; ein zweites Substrat, das dem ersten Substrat benachbart ist; wenigstens ein Berührungssensorelement, das zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet ist, wobei alle Berührungssensorelemente zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat angeordnet sind.
  29. Mobiltelefon nach Anspruch 28, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat umfasst: eine Berührungstreiberelektrode, wobei die Berührungstreiberelektrode eine Elektrode des Elektrodenpaares für ein Subpixel der Anzeige ist; eine Berührungsmesselektrode, wobei die Berührungsmesselektrode eine Elektrode des Elektrodenpaars für jedes Subpixel der Anzeige ist; und ein oder mehrere Schalter, die ausgebildet sind, um die Elektroden zwischen einer Anzeigefunktion und einer Berührungsfunktion zu schalten.
  30. Mobiltelefon nach Anspruch 29, wobei VCOM als Quelle für ein Berührungstreibersignal verwendet wird.
  31. Mobiltelefon nach Anspruch 29, wobei eine Anzeigedatenleitung als Berührungsmessleitung verwendet wird.
  32. Mobiltelefon nach Anspruch 29, wobei das wenigstens eine Berührungssensorelement zwischen dem ersten und dem zweiten Substrat des Weiteren eine Mehrzahl von metallenen Messleitungen aufweist, die auf dem ersten Substrat aufgebracht sind.
  33. Mobiltelefon nach Anspruch 28, wobei eine erste Mehrzahl von Subpixeln der Anzeige so verbunden sind, dass sie eine Mehrzahl von Berührungsmesszeilen bilden und wobei eine zweite Mehrzahl von Subpixeln der Anzeige so verbunden sind, dass sie eine Mehrzahl von Berührungsmessspalten bilden.
  34. Verfahren zum Betrieb eines Berührungsbildschirms mit einer in einer Ebene geschalteten Flüssigkristallanzeige mit integrierter Berührungsmessung, wobei die Anzeige eine erste Mehrzahl von Anzeigepixeln umfasst, die so verbunden sind, dass sie eine Mehrzahl von Berührungsmesszeilen bilden und eine zweite Mehrzahl von Subpixeln der Anzeige so verbunden sind, dass sie eine Mehrzahl von Berührungsmessspalten bilden, wobei das Verfahren umfasst: Halten der Berührungsmesszeilen und -spalten auf Masseniveau während einer ersten Zeitspanne; Aktualisieren der Anzeige während der ersten Zeitspanne; Stimulieren der Berührungsmesszeilen während einer zweiten Zeitspanne; Berührungsmessen an den Berührungsspalten während der zweiten Zeitspanne; Stimulieren der Berührungsmessspalten während einer dritten Zeitspanne; und Berührungsmessen an den Berührungszeilen während der dritten Zeitspanne.
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