[发明专利]具有噪声抑制的电容性触摸屏幕

说明书

背景技术

下文描述电容性触摸屏幕或二维电容性转换(2DCT)传感器领域中的新发明。US 6,452,514[1]、US 7,148,704[2]和US 5,730,165[3]揭示一种电容性测量技术，其使得有可 能产生可透过几毫米的塑料或玻璃检测到人类触摸的触摸响应的透明或不透明的感测 区。本文描述一种触摸屏幕的新结构，其允许传感器的操作和外观的显著增强。

美国专利6,452,514[1]描述一种电容性测量技术，其使用传输-接收方法来跨发射电 极与收集电极(分别为传输器和接收器，亦被称作X和Y)之间的间隙引发电荷，所述 专利以引用方式并入本文中。美国专利6,452,514[1]中所描述的电容性感测可被称作互电 容性或主动类型的2DCT传感器。当手指触摸与传输器电极与接收器电极之间的所得电 场交互时，从传输器耦合至接收器的电荷量改变。所述测量技术的特定特征为大多数电 荷倾向于集中到锐角转角和边缘附近(静电学中的众所周知的效应)。传输器电极与接收 器电极之间的边缘场支配电荷耦合。所述电极设计因此倾向于着重于边缘和相邻传输器 电极与接收器电极之间的间隙，以便最大化耦合且还最大化触摸中断所述两个电极之间 的电场的能力，因此给出所测量电荷的最大相对改变。大改变是需要的，因为其等同于 较高的分辨率且等同于较好的信噪比。

经特定设计的控制芯片可检测到这些电荷改变。将这些电荷改变认作传输器电极与 接收器电极之间的所测量到的耦合电容的改变是便利的(电荷相当难以观察到)。所述芯 片处理来自触摸屏幕周围各处的相对电容性改变量，且使用此改变量来将触摸的绝对位 置计算成一组x和y坐标。为使这种情况成为可能，必须使用一组空间分布电极。一般 地，要求这些电极为透明的，使得触摸屏幕可在显示器(例如，液晶显示器(LCD)屏 幕或其它显示屏幕类型(例如，有机发光二极管(OLED)类型)的屏幕)前面操作。为 达成这个目标，电极通常由被称为氧化铟锡(ITO)的材料制成，但其它透明导电材料也 是合适的。ITO在光学方面具有所要性质，但可实质上为欧姆性的，如果电阻与电容组 合导致防止电荷转移过程及时稳定的时间常数，那么实质上为欧姆性的这个情况可对电 容性测量具有消极影响。

另一实例2DCT揭示于US 20070062739 A1[8]中。

为了产生可报告在传感器的表面或上覆塑料或玻璃面板上触摸(或一个以上的触摸) 位置的绝对坐标的传感器，电极布置必须经特定设计以最佳化以下方面：

·所报告触摸位置的准确度，也就是，真实物理位置与所报告位置之间的对应。在 涉及测量误差时，这被概括性地称为“线性度”或“非线性度”。

·传感器对外部电噪声源的免疫性。

·传感器对人类触摸的敏感性，也就是，其透过较厚面板材料检测触摸或检测较轻 或较小触摸的能力。

·传感器的空间分辨率，也就是，其报告触摸位置的细小改变的能力。

·在所报告位置中噪声或抖动幅值方面输出的质量。

·传感器关于光透射的光学质量，例如其透明度、其色调、其模糊度、总体电极图 案可见性等的因素。

·传感器使角反射光变浅的光学性状，也就是，电极图案的可见性和反射光的任何 色移。

·最小化由人类触摸期间略微机械挠曲引起的在所报告位置中所引发的任何误差。 这倾向于引起传感器与任何下伏显示器或其它机械接地结构之间的距离的改变，所述距 离改变又引起与触摸类似的电容性改变。

·减少电极的电阻以允许在可接受时间内进行有效电容性感测(触摸屏幕的总测量 时间通常需要为10ms或低于10ms，以限制可用以进行每一次测量的稳定时间的量)。

·减少物理构造中层的数目以最小化制造成本和改善光学性质。

·减少所报告坐标的质量或传感器检测传感器边缘附近的触摸的能力的副作用。此 区在此方面通常存在困难挑战，这是由于电极图案的不均匀性(其末端)和互连轨道倾 向于驻于传感器边缘处的事实。

·减少所使用的总电极数目，因为每一个电极需要至控制芯片的某种连接且因此更 多电极等同于更复杂的芯片和因此更高的成本。