專利名稱：觸摸屏顯示設(shè)備的制作方法
技術(shù)領(lǐng)域：
本發(fā)明涉及觸摸屏顯示設(shè)備，特別地(但不限于)涉及光學(xué)(包括紅外線)觸摸屏顯示屏，該光學(xué)觸摸屏顯示屏可以被集成作為有機發(fā)光二極管(OLED)顯示設(shè)備的一部分。
背景技術(shù)：
已知提供有集成于液晶二極管(IXD)顯示器中的紅外觸摸屏技術(shù)。但是，該技術(shù)只能夠檢測到觸摸屏幕的對象的存在；它并不實際提供對象的圖像，因此沒有提供有關(guān)它們的尺寸和形狀的信息，并且例如無法識別條形碼。而且，已經(jīng)證實，將紅外發(fā)射器及檢測器與LCD —起共同集成于單個背板上是困難的。一般地，紅外發(fā)射器和檢測器被定位于LCD 板之后，制造起來更為復(fù)雜，并因此成本也高。近場光學(xué)觸摸屏是已知的，在近場光學(xué)觸摸屏中使用接近檢測(proximity detection)來檢測近場對象(即，接近于，但沒有實際觸摸顯示屏的對象)的存在。用于檢測實際觸摸顯示屏的對象的存在的光學(xué)觸摸屏也是已知的，在該光學(xué)顯示屏中使用受抑全內(nèi)反射(FTIR)來檢測觸摸對象。在這種情況下，來自發(fā)射器的光由顯示器的表面完全在內(nèi)部反射，并且由定位于自該發(fā)射器引出的線上的檢測器來檢測。如果對象觸摸顯示器的表面，則全內(nèi)反射被抑制，因為光被觸及屏幕表面的對象所吸收。這樣，通過具有多個行和列的檢測器，就能夠通過檢測出哪行哪列的全內(nèi)反射受到抑制來確定對象的位置。

發(fā)明內(nèi)容
本發(fā)明旨在提供改進的觸摸屏顯示設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的第一方面，本發(fā)明提供了根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏顯示設(shè)備。根據(jù)本發(fā)明的第二方面，本發(fā)明提供了根據(jù)權(quán)利要求16所述的用于辨別觸摸顯示器的表面的對象與鄰近但不觸摸顯示器的對象的方法。優(yōu)選的實施例在從屬權(quán)利要求中描述。本發(fā)明特別地適用于集成作為有機發(fā)光二極管(OLED)顯示設(shè)備的一部分。有機發(fā)光二極管(OLED)包括特別有利的電光顯示形式。它們是明亮的、彩色的、 快速開關(guān)的，提供了寬視角并且制作于多種基板上是容易且低成本的。有機(在此包括有機金屬)LED可以使用一系列顏色的聚合物或小分子來制作，取決于所使用的材料。在WO 90/13148、W0 95/06400及WO 99/48160中描述了基于聚合物的有機LED的實例，在US4，539，507中描述了基于小分子的設(shè)備的實例，并且在W099/21935 和TO02/067343中描述了基于樹枝狀大分子的材料的實例。典型的有機LED的基本結(jié)構(gòu)包括用于支撐包含例如氧化銦錫(ITO)的透明陽極層的玻璃或塑料基板，在該陽極層上沉積有空穴傳輸層、電致發(fā)光層和陰極。電致發(fā)光層可以包含例如PED0T:PSS(聚苯乙烯磺酸摻雜聚乙烯二氧噻吩)。陰極層典型地包含低逸出功的金屬(例如，鈣)并且可以為了提高的電子能級匹配而包括與電致發(fā)光層直接鄰接的附加層(例如，鋁層)。到陽極和陰極的接觸導(dǎo)線分別提供到功率源的連接。對于小分子設(shè)備也
4可以采用該相同的基本結(jié)構(gòu)。在這種結(jié)構(gòu)中，光能夠發(fā)射穿過透明的陽極和基板，并且具有這種結(jié)構(gòu)的設(shè)備被稱為“底發(fā)射器(bottom emitter)”。發(fā)射通過陰極的設(shè)備也可以構(gòu)造， 例如，通過將陰極層的厚度保持為小于大約50-100mm使得陰極是基本上透明的。有機LED可以在像素矩陣中沉積于基板上，以形成單色或多色像素化顯示器。多色顯示器可以使用紅色、綠色和藍色的發(fā)光像素組來構(gòu)造。在此類顯示器中，個體元件一般通過激活行(或列)線來尋址以選擇像素，并且像素行(或列)被寫入以產(chǎn)生顯示。所謂的有源矩陣顯示器具有與每個像素相關(guān)的存儲元件，典型為電容器和晶體管，然而無源矩陣顯示器沒有此類存儲元件并且代替的是重復(fù)掃描以給出穩(wěn)定圖像的印象(有點類似于CRT 圖像)。


現(xiàn)在將以實例的方式參照附圖更全面地描述本發(fā)明的特定實施例，在附圖中圖1示出了根據(jù)本發(fā)明的一種實施例的構(gòu)成顯示設(shè)備的一部分的觸摸屏的示意圖；圖2示出了具有近場對象的圖1的觸摸屏；圖3示出了具有觸摸對象的圖1的觸摸屏；圖4示出了根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的觸摸屏顯示設(shè)備的示意圖；以及圖5示出了構(gòu)成圖4的觸摸屏顯示設(shè)備的一部分的陣列的兩個行的平面示意圖。
具體實施例方式因而，如圖1所示，根據(jù)本發(fā)明的第一實施例的構(gòu)成OLED觸摸屏顯示設(shè)備的一部分的觸摸屏1由具有前表面3和背板4的透明基板2形成，其中在背板1上形成了 OLED發(fā)射器的第一陣列以及檢測器的第二陣列。在圖1中，為了簡便起見，只有一個發(fā)射器連同多個檢測器一起被示出，以使設(shè)備的操作更容易解釋。如圖所示，透明基板2的背板4設(shè)置有 OLED發(fā)射器5以及布置于發(fā)射器5的兩側(cè)的多個檢測器6-11。光由OLED發(fā)射器5在角度高達180°的寬范圍內(nèi)發(fā)射出，但是為了清晰起見僅示出大約120°的覆蓋范圍。以大于透明基板的臨界角的角度發(fā)射出的光由透明基板2的前表面3完全內(nèi)反射并且到達檢測器5、 7、10、11，如圖所示，而由發(fā)射器5以小于臨界角的角度發(fā)射出的光被透射穿過基板2，并且然后在離開基板2的前表面3之后發(fā)散。當(dāng)對象12 (例如，用戶的手指)接近觸摸屏，但不觸摸它時，該對象12變成為近場對象，如圖2所示。位于穿過基板的光之內(nèi)的近場對象12將這些光的一部分反射回去。如圖所示，近場對象12被定位為相對發(fā)射器5是偏離中心的，因而較多的光被反射到檢測器 8 (如大箭頭13所示)并且較少的光達到檢測器9 (如小箭頭14所示)。因而，近場對象的存在和位置能夠通過檢測多個檢測器所接收到的來自不同發(fā)射器的光的增加來確定?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖3，圖中示出了對象12，例如，用戶的手指，該對象12正在一點處觸摸透明基板2的前表面3，在該點處來自發(fā)射器5的光從前表面3完全內(nèi)反射。在這種情況下，防止了光另外到達檢測器6，因為全內(nèi)反射由觸摸對象12所抑制。因此看出，測量檢測器所接收到的光的減少將會使觸摸對象的存在能夠被確定。而且，通過檢測多個檢測器的來自不同發(fā)射器的光的減少，能夠確定觸摸對象的位置。
5
雖然以上解釋是在示出從一個發(fā)光器到多個檢測器的光的情況下進行的，但是應(yīng)當(dāng)清楚，在考慮一個檢測器接收來自多個發(fā)射器的光(接收自相鄰的發(fā)射器的光是由于近場對象的反射)以及由于IlR而來自更多對象的光(該IlR光的抑制是由于觸摸對象)的情況是類似的。因而，通過構(gòu)造發(fā)射器和檢測器的陣列，兩種數(shù)字表示能夠通過信號分析來產(chǎn)生——一種用于近場對象和一種用于觸摸對象。當(dāng)然，能夠?qū)⒂|摸對象認(rèn)為是(非常) 近場對象并且將產(chǎn)生類似的反射光。但是，近場對象將不會抑制完全內(nèi)反射的光(除非它極端接近于與前表面接觸)，因而兩種類型的對象能夠通過具有兩種類型的信息來區(qū)分。如圖4所示，根據(jù)本發(fā)明的第二實施例的觸摸屏顯示設(shè)備具有其上設(shè)置有顯示像素22、發(fā)射器23和M及檢測器25 J6和27的背板21。在本實施例中，背板是與透明基板 28分離的結(jié)構(gòu)部件并且通過結(jié)構(gòu)性側(cè)面元件四和30與透明基板觀連接。顯示像素22優(yōu)選為OLED顯示像素，并且發(fā)射器23和M也優(yōu)選為OLED發(fā)射器。檢測器可以是有機光電檢測器，例如光電晶體管或光電二極管。由顯示像素22所發(fā)射出的光(如點線31所示)通過任意適合的耦合裝置32 (例如，保角光學(xué)透明材料)耦合至透明基板觀。一般地，該光將被透射穿過透明基板觀并且穿過透明基板觀的前表面33，以產(chǎn)生從觸摸屏顯示設(shè)備的正面來觀看的顯示圖像。類似地，來自發(fā)射器23和M的光(如長劃虛線34所示)通過適合的耦合裝置(為了清晰起見沒有示出)(例如，保角光學(xué)透明材料)耦合至透明基板觀。該光將部分地透射穿過透明基板觀并且穿過透明基板觀的前表面，如同以上參照圖1到3所描述的，并且將在前表面33 處被部分地全內(nèi)反射。被全內(nèi)反射的光將為檢測器25、沈和27所接收。為了易于理解，由檢測器25接收到的光被示出為單點劃虛線35，不管它由發(fā)射器23還是發(fā)射器M發(fā)射出的。類似地，由檢測器沈接收到的光被示出為短劃虛線36以及由檢測器27接收到的光被示出為雙點劃虛線36。再者，適合的耦合裝置(為了清晰起見沒有示出)(例如，保角光學(xué)透明材料)被提供用于在透明基板觀與檢測器25 J6及27之間耦合光。在背板21上的構(gòu)件(顯示像素22、發(fā)射器23和M以及檢測器25 J6和27)與用于控制它們的操作的板上(on-panel)控制電路37連接。板上控制電路37被耦接至板外 (off-panel)操作電路，包括板外驅(qū)動器38和處理電路39。處理電路39被用來分析由檢測器25 J6和27所檢測到的光并且產(chǎn)生觸摸屏及其鄰近的任何近場對象的數(shù)字表示41 (映射)以及觸摸屏及其鄰近的任何觸摸對象的數(shù)字表示42 (映射)。圖像發(fā)生器40被耦接至板外驅(qū)動器38，以便控制板外驅(qū)動器38，從而控制OLED顯示像素22以產(chǎn)生用于顯示的圖像?，F(xiàn)在轉(zhuǎn)到圖5，圖中示出了在背板21上的顯示像素22、發(fā)射器23和M以及檢測器25 J6和27的陣列的一部分。在這種情況下，示出了與單獨的開關(guān)驅(qū)動器輸入43和44 連接的兩個行。這兩行構(gòu)件還與板上控制電路37連接。如圖所示，行內(nèi)的每個構(gòu)件還與列驅(qū)動器輸入45連接。通過選擇啟用一個特定的行驅(qū)動器輸入43或44和使用適當(dāng)?shù)牧序?qū)動器輸入45，該行的每個構(gòu)件都能夠被控制，即使當(dāng)特定列的全部構(gòu)件夠與相同的列驅(qū)動器輸入45耦接在一起時(如圖所示)。在圖5的頂部行(與行驅(qū)動器輸入43連接的)中示出了一個關(guān)于設(shè)備可以如何使用來確定觸摸對象的實例。在本例中，在透明基板觀的前表面33處被全內(nèi)反射的來自發(fā)射器23和M的光(34、3幻按照通常方式達到檢測器25和26。但是，在檢測器沈和27之間觸摸透明基板觀的前表面33的觸摸對象46抑制了全內(nèi)反射光36，使得它沒有達到檢測器27。因而，來自發(fā)射器23和M的光達到檢測器沈，但沒有達到檢測器27的事實意味著它被位于檢測器26和27之間的觸摸對象46所抑制。應(yīng)當(dāng)清楚，雖然以上實例僅針對一個行來描述，但是通過在二維陣列中進行類似的測量(例如，通過僅使在一個行內(nèi)的發(fā)射器開啟，而使在多個相鄰行內(nèi)的檢測器開啟)能夠允許進行更精確的二維分析。當(dāng)然，如上所述，通過確定所接收到的光量以及該光量是增加了還是減少了，能夠確定受抑全內(nèi)反射光與反射光之間的差異，從而提供關(guān)于哪些發(fā)射器由觸摸對象所“阻擋” 以及哪些發(fā)射器的光由近場對象所反射的信息。第二實例是關(guān)于如何可以按照更復(fù)雜的方式使用檢測器以通過在每個檢測器處確定在該檢測器所接收到的光由哪個發(fā)射器發(fā)射出而確定觸摸和近場對象。這能夠通過按不同的頻率調(diào)制由發(fā)射器(detector)的每一個發(fā)射出的光來實現(xiàn)。在本實例中，由于存在兩個發(fā)射器23和24，因而能夠?qū)l(fā)射器23的光調(diào)制為第一方波47，并且將發(fā)射器M的光調(diào)制為具有第一方波47的頻率的一半頻率的第二方波48。第一和第二方波47和48的結(jié)合產(chǎn)生了組合波形49。因而應(yīng)當(dāng)清楚，根據(jù)在特定檢測器接收到了何種調(diào)制波形，則能夠確定觸摸對象的位置。而且，如果接收到了組合波形，尤其是如果存在多于兩個的發(fā)射器并且組合波形具有來自多個不同的發(fā)射器的光，則能夠使用適當(dāng)?shù)母咄V波器和低通濾波器來過濾該組合波形以確定所接收到的每種頻率的光的量，并且因此確定來自每個不同的發(fā)射器的光量。一旦針對每個檢測器確定了是否已經(jīng)接收到來自特定發(fā)射器的光，就能夠生成為特定行(或其他組)內(nèi)的每個發(fā)射器和檢測器提供結(jié)果的矩陣。因而，通過將一個矩陣與稍后生成的另一個矩陣進行比較，能夠確定由近場對象的光反射所致的變化以及由觸摸對象所致的抑制。當(dāng)然，應(yīng)當(dāng)清楚，根據(jù)全內(nèi)反射光所能夠傳播的距離，如果發(fā)生器/檢測器對離得過于遠，則能夠忽略該發(fā)生器/檢測器對的某些結(jié)果，因為它們再也不會是正的。這會減少在需要由處理電路來分析以產(chǎn)生分別示出任何近場對象和觸摸對象的觸摸屏的數(shù)字表示(映射)的矩陣內(nèi)的數(shù)據(jù)量。應(yīng)當(dāng)意識到，更多的處理電路(沒有示出)都能夠用來分析數(shù)字表示41和42以提供關(guān)于近場對象和觸摸對象的尺寸、形狀和位置的時間分析(temporal analysis)，從而能夠確定它們的橫向運動。通過將近場及觸摸對象的數(shù)字表示與它們的運動進行關(guān)聯(lián)，處理電路能夠確定哪個近場對象已經(jīng)移向了觸摸屏以變成觸摸對象，以及哪個觸摸對象已經(jīng)移離觸摸屏以變成近場對象。這允許處理裝置使用近場對象的橫向運動來控制虛擬對象 (例如，計算機光標(biāo))的運動，以及將近場對象移向觸摸屏以變成觸摸對象的運動用作光標(biāo)的動作(即，“點擊”)。這樣，系統(tǒng)能夠響應(yīng)于由近場對象的移動所致的光標(biāo)移動或者由對象觸摸觸摸屏所致的光標(biāo)動作。應(yīng)當(dāng)意識到，雖然以上僅詳細描述了本發(fā)明的兩種特定的實施例，但是本領(lǐng)域技術(shù)人員應(yīng)當(dāng)很清楚沒有脫離本發(fā)明的范圍的各種等價的手段、修改和改進。
權(quán)利要求
1.一種觸摸屏顯示設(shè)備，包括多個顯示像素和透明體，所述透明體具有前表面、多個發(fā)射器和多個檢測器，所述多個發(fā)射器散布于所述顯示像素當(dāng)中并且發(fā)射出電磁輻射以便穿過所述透明體到達所述前表面，所述多個檢測器散布于所述顯示像素當(dāng)中，用于檢測電磁輻射，其中由發(fā)射器以小于相對所述前表面的法向的臨界角的角度發(fā)射離開所述透明體的電磁輻射透射穿過所述前表面，而由所述發(fā)射器以大于相對所述前表面的法向的所述臨界角的角度發(fā)射的電磁輻射被完全內(nèi)反射，所述觸摸屏顯示設(shè)備還包括與所述發(fā)射器和檢測器耦接的處理裝置，所述處理裝置可操作用于識別從不同的特定發(fā)射器到達每個檢測器的電磁輻射，并且用于辨別a、可由每個檢測器接收到的由鄰近但不觸摸所述前表面的對象反射來的電磁輻射，以及b、其全內(nèi)反射可由觸摸所述前表面的對象抑制的電磁輻射。
2.根據(jù)權(quán)利要求1所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中所述處理裝置適合于通過由所述多個發(fā)射器中的一個或更多個發(fā)射器所發(fā)射出的并且由近場對象反射的電磁輻射，根據(jù)由所述多個檢測器檢測到的來自所述一個或更多個發(fā)射器的電磁輻射的增加來辨別鄰近但不觸摸所述前表面的對象的存在。
3.根據(jù)權(quán)利要求1或權(quán)利要求2所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中所述處理裝置適合于 根據(jù)由所述多個發(fā)射器中的一個或更多個發(fā)射器發(fā)射出的由所述多個檢測器檢測到的電磁輻射的減少來辨別觸摸所述前表面的對象的存在。
4.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中由每個發(fā)射器發(fā)射出的電磁輻射被按照特有方式來調(diào)制，使得從特定發(fā)射器發(fā)射的并且由給定檢測器檢測到的電磁輻射能夠根據(jù)該特有調(diào)制來識別。
5.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中所述發(fā)射器和檢測器以二維的陣列來布置，并且所述觸摸屏顯示設(shè)備包括用于提供任何近場或觸摸對象的位置的數(shù)字表示的裝置。
6.根據(jù)權(quán)利要求5所述的觸摸屏顯示設(shè)備，還包括用于分析所檢測到的任何近場或觸摸對象的位置的時間變化來確定橫向運動的裝置。
7.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中所述顯示像素是有機發(fā)光二極管(OLED)。
8.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中所述發(fā)射器是有機發(fā)光二極管 (OLED)。
9.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中所述檢測器是有機光電檢測器。
10.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中所述發(fā)射器的數(shù)量大于所述檢測器的數(shù)量。
11.根據(jù)權(quán)利要求1到9中的任一權(quán)利要求所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中所述發(fā)射器的數(shù)量與所述檢測器的數(shù)量基本上相同。
12.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中所述電磁輻射處于紅外波長。
13.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中至少所述顯示像素與有源矩陣驅(qū)動器設(shè)施耦接。
14.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中所述處理裝置可操作用于分析從不同的特定發(fā)射器到達每個檢測器的電磁輻射以產(chǎn)生示出一個或更多個任何近場對象的所述觸摸屏的數(shù)字表示。
15.根據(jù)以上任一權(quán)利要求所述的觸摸屏顯示設(shè)備，其中所述處理裝置可操作用于分析從不同的特定發(fā)射器到達每個檢測器的電磁輻射以產(chǎn)生示出一個或更多個任何觸摸對象的所述觸摸屏的數(shù)字表示。
16.一種用于辨別觸摸顯示器的表面的對象與鄰近但不觸摸所述表面的對象的方法， 所述方法包括以穿過限定所述顯示器的所述表面的透明體的電磁輻射來照亮所述透明體，所述電磁輻射具有相對所述表面的一定范圍的入射角，所述入射角范圍包括大于和小于全內(nèi)反射的臨界角的角度；測量從所述透明體的表面返回的電磁輻射的強度；以及將所測得的強度的減小識別為存在接觸所述表面的對象，以及將所測得的強度的增大識別為存在鄰近但不觸摸所述表面的對象。
全文摘要
一種觸摸屏顯示設(shè)備，包括用于生成圖像的多個顯示像素(22)、散布于顯示像素(22)當(dāng)中的發(fā)射器(23、24)以及散布于顯示像素(22)當(dāng)中用于檢測光的檢測器(25、26、27)。來自發(fā)射器(23、24)的光耦合到透明基板(28)內(nèi)以到達前表面(33)，該前表面(33)使以小于臨界角的角度入射的光透射出，并且使以大于臨界角的角度入射的光全部內(nèi)反射。該顯示設(shè)備還包括與發(fā)射器(23、24)及檢測器(25、26、27)耦接的處理裝置(37、38、39)，用于檢測到達每個檢測器(25、26、27)的來自不同的特定發(fā)射器(23、24)的光，并且確定a、可以是由于近場對象直接反射的由每個檢測器(25、26、27)接收到的光，以及b、被完全內(nèi)反射的以及可以由觸摸對象所抑制的光。
文檔編號G06F3/042GK102483671SQ201080039031
公開日2012年5月30日 申請日期2010年9月1日 優(yōu)先權(quán)日2009年9月4日
發(fā)明者E·史密斯 申請人:劍橋顯示技術(shù)有限公司