[发明专利]互电容触摸屏装置和用于创建互电容触摸屏装置的方法

说明书

技术领域

本发明涉及触摸屏和显示装置。尤其是，本发明涉及与液晶显示器(LCD)装置集成的投射电容型触摸屏。与触摸屏集成的这类LCD装置可以发现其在包括例如移动电话、平板和桌面计算机、电子书阅读器和数字告示产品的消费电子产品范围内的应用。

背景技术

最近，触摸屏已被广泛采纳为高端便携式电子产品例如智能手机和平板电脑的输入装置。虽然若干不同的技术可以被用于创建这些触摸屏，但是电容性系统已被证明是最受欢迎的，这是由于其精度、耐用性和能够检测很小或无激活力的触摸输入事件的能力。

触摸屏的电容感应的最基本方法是在表面电容型触摸屏(也被称为自电容式触摸屏)中展现，例如在专利US4293734(Pepper，1981年10月6日)中所公开的。表面(自)电容型触摸屏的典型实施在图1中示出并且包括透明基板10，该透明基板的表面涂有形成感应电极11的导电材料。一个或多个电压源12被连接到例如在每个角落的感应电极，并用于生成在该基板上方延伸的电场。当导电物体例如人的手指13来靠近感应电极时，电容器14在感应电极11与手指13之间动态形成并且这个电场被干扰。电容器14导致从电压源12汲取的电流量的变化，其中电流变化的幅度和手指位置与电压源被连接到该感应电极的点之间的距离有关。电流传感器15被设置来测量从每个电压源12汲取的电流，并且触摸输入事件的位置通过比较在每个源测量的电流的幅度进行计算。虽然其在结构和操作上是简单的，表面电容型触摸屏不能检测例如当两个或两个以上的手指接触触摸屏时所发生的多个同时输入事件。

另一个众所周知的应用于触摸屏的电容感应的方法可以在投射式电容型触摸屏(也被称为互电容型触摸屏)中发现。在这个方法中，如图2所示，驱动电极20和感应电极21在透明基板(未示出)上形成。驱动电极20被电压源22馈送变化的电压或电压激励信号。接着，经由在驱动电极20与感应电极21之间形成的互耦合电容器23通过电容耦合的方式在毗邻的感应电极21上生成信号。当例如手指13的导电性物体被带入电极附近时，互电容23的幅度根据导电物体与电极之间的距离而改变。电流测量装置24被连接到感应电极21并提供互耦合电容器23的大小的测定。因此，触摸输入事件通过监测电流测量装置24的输出进行检测。众所周知，通过将多个驱动和感应电极排列成阵列例如二维矩阵阵列，该投射电容感应方法可用于形成触摸屏装置。投射(互)电容感应方法比表面(自)电容方法具有的优点是多个同时触摸输入可以被检测。投射(互)电容感应方法也适用于检测非导电物体的接近。在此情况下，如果空气的介电常数不同，非导电物体的介电常数产生互电容23的幅度的变化。

虽然例如上述的投射电容型触摸屏装置已广泛采用于消费电子产品，通过解决这种感应方法的电流限制进一步提高其性能是期望的。特别地，互电容测量的相对低的信噪比(SNR)确定了物体触摸该触摸屏表面的位置的精度，并且限制了触摸物体的最小尺寸。一种已知的增加SNR的方案是通过触摸屏电极的设计优化触摸屏对接近物体例如手指或笔尖的灵敏度。例如，美国专利No.5543588(Bisset等人，1996年8月6日)公开了包括驱动和感应电极的触摸屏，所述驱动和感应电极形成菱形形状图案。可供选择地，美国专利申请No.2010/0302201(Ritter等人，2010年12月2日)公开了包括可以在单一物理层中形成的跨掌状(inter-digitated)驱动和感应电极的触摸屏。不过，通过这种方式增加触摸屏对接近导电物体的灵敏度的缺点是触摸屏对电子噪音源的灵敏度和干扰也会增加，并且通过这种方案所实现的SNR改善由此受到限制。

影响SNR的噪音源包括环境效果例如变化的温度、湿度和凝结以及从触摸屏下面的显示装置和装置周围的物体包括触摸物体自身散发的电磁干扰。来自这类源的噪音会在触摸屏电容测量电路中表现为在测量信号中相关或可推断的波动。因此，增加SNR的第二方案是降低这些噪音源对测定的影响。通常，显示装置是显著的干扰源，并且降低干扰影响的一个众所周知的方法是使显示时序与触摸屏功能同步，使得当显示功能无效时，例如在显示器水平或垂直消隐期间，触摸屏只对检测触摸输入有效。不过，这类方法不改善对湿度、凝结或其他环境噪音源的抗扰性并可能对触摸屏的操作和/或显示装置施加不期望的约束，这会限制增加可实现的SNR。