[发明专利]用于互电容触摸屏的传感器图案

说明书

技术领域

这里描述的本发明的各种实施例一般地涉及电容性感测输入装置的领域，更具体地涉及在LCD显示器下所置的触摸屏中具有特别有效的应用的互电容(mutual capacitance)测量或感测系统、装置、组件和方法。这里描述的本发明的实施例包括能够用于诸如蜂窝电话、MP3播放器、个人计算机、游戏控制器、膝上型计算机、PDA等便携式或手持式设备中的那些实施例。还描述了适用于固定应用的实施例，例如用于工业控制、家用设备、健身设备等。

背景技术

目前在多数触摸板和触摸屏装置中采用两种主要的电容性感测和测量技术。第一种这样的技术是自电容(self-capacitance)的技术。SYNAPTICS^TM所制造的许多装置都采用自电容测量技术，如诸如CYPRESS PSOC^TM之类的集成电路(IC)装置那样。自电容涉及利用诸如1996年8月6日授予Bisset等人的题为“Touch Pad Driven HandheldComputing Device”的美国专利No.5,543,588中所描述的那些技术之类的技术来测量一系列的电极板的自电容。

可以通过检测保持在给定电压的对象上所积累的电荷量来测量自电容(Q＝CV)。通常通过向电极施加已知电压然后利用电路测量有多少电荷流动到该电极来测量自电容。当外部对象靠近电极时，另外的电荷被吸引到该电极。结果，电极的自电容增大。许多触摸传感器被配置为使得被接地的对象是手指。人体实质上是通到使电场消失的表面的电容器，并且通常具有大约100pF的电容。

自电容触摸板中的电极通常是按照行和列来布置的。通过首先扫描行然后扫描列，可以确定例如由于手指的存在而引起的各个扰动的位置。然而，为了在触摸板中实现准确的多点触摸测量，可能需要同时测量若干的手指触摸。在这样的情况下，用于自电容测量的行列技术可能引起不确定的结果。

减少自电容系统中的电极数的一种方式是以锯齿图案来使电极交错(interleave)。这种交错创建了由有限数目的相邻电极对手指进行感测的更大区域，从而允许更好的内插并从而允许更少的电极。这种图案在一维传感器(诸如IPOD点击轮中采用的那些传感器)中可能尤其有效。例如见2005年4月12日授予Sinclair等人的题为“Capacitance touch slider”的美国专利No.6,879,930。

触摸板和触摸屏装置中采用的第二种主要电容性感测和测量技术是互电容的技术，其中利用电极的交叉栅格来执行测量。例如见1999年1月19日授予Gerpheide的题为“Methods and Apparatus for Data Input”的美国专利No.5,861,875。在CIRQUE^TM所制造的触摸板装置中采用互电容技术。与测量单个导体的电容并且可能受与其接近的其他对象影响的自电容测量相反，在互电容测量中，测量两个导体之间的电容。

在一些互电容测量系统中，感测电极的阵列安置在基板的第一侧，而驱动电极的阵列安置在基板的与第一侧相反的第二侧，驱动电极阵列中的一列或一行电极被驱动到特定电压，与感测电极阵列中的单行(或单列)的互电容被测量，从而确定单个行列相交处的电容。通过扫描所有的行和列，可以为栅格中的所有节点创建电容测量图。当用户的手指或其他导电对象靠近给定栅格点时，从该栅格点或者该栅格点附近发出的一些电场线被偏转，从而降低了该栅格点处两个电极的互电容。因为每次测量仅探测单个栅格交点，所以不会像一些自电容系统的情况那样在多点触摸时出现测量不确定性。此外，可以只利用IC上的2n个管脚来测量n×n处相交的栅格。

然而，虽然互电容测量系统有这些优点，但是这种的互电容栅格布置一般更适合于触摸板应用而不是触摸屏应用。在许多触摸屏设计中，例如，每一行和每一列电极都需要其自己的氧化铟锡(ITO)层。使用堆叠的ITO层可能使得过量的光被显示器吸收或者以其他方式不透过显示器，这降低了显示亮度。另外，在小型手持设备的这样小的体积的情况下，减小设备的占地(footprint)、体积或厚度的任何事物都是有帮助的。

更加复杂的事情是经常与上层的电容性触摸屏相结合地采用LCD显示器这一事实。因为用于形成这种显示器的各个LCD像素是按照行和列来布置的，所以如果上层触摸屏包括同样按照垂直列和水平行布置的电极元件，则可能产生不希望的莫尔图案(Moirépattern)或者其他类型的光学干涉图案。