目标检测的制作方法

专利名称：目标检测的制作方法
技术领域：
本发明涉及目标检测技术，尤其涉及适于使用目标检测来提供一个用户接口输入的技术。本发明还涉及集成显示器以及用户输入装置，有时称作″触摸屏″装置。
背景技术：
已经知道有各种用于例如计算机、自动贩售机等设备的用户输入装置或用户接口。某些类型的输入装置，例如传统的键盘，是基于由用户施加压力，通常利用手指的压力直接作用启动的机械操作的开关。其它类型的输入装置是基于检测其它方式的使用动作。例如，普通的电脑鼠标检测由用户引起的鼠标的移动。
许多类型的设备还包括、或使用中被连接到一个显示装置或显示屏幕的设备。一个已知类型的显示装置是一个液晶显示装置。很常见的是显示在该显示装置上的信息随着一个用户输入数据，例如指令或其它输入该设备的信息而被更新(通过计算机键盘输入的信息被显示在该计算机监视器上)。
在某些设备中，显示装置和用户输入装置是以集合显示装置和用户输入装置的形式实现的。这种装置常被称作″触摸屏″装置。在这些情况中，用户直接地或利用一个物体按压或触摸显示器，即在显示区上的一个期望位置放置一个物体或把手指靠近该显示器。显示区上的该位置常表示在该屏幕上显示的一个输入选择。
实现这种触摸屏的一个已知技术是″电阻触摸屏″技术，其中两个导电层空间分离并且平行于显示屏幕，使得何时使用者在一点实压时，两个导电层被按压在一起。压力的位置，即x和y的度量，从这些方向上的电压降的测量确定。这种技术需要在该显示装置之上覆盖该导电层，造成对于例如亮度和对比度的显示特性的有害影响，并且具有较大的制造难度。
用于实现触摸屏的另一已知技术是″电容触摸屏″技术。例如使用手指实现对保持在低电压的一个透射传导层的接触并且使得一个小电流流经用户的手指和身体到地。通过触摸屏边缘的电压源提供此电流，并且能通过比较这些电流的幅值而确定该触摸点的位置。
其它类型的″触摸屏″包括使用所谓的″电磁笔″，在″笔″装置中的一个感-容谐振电路通过与在其附近定位的磁场回路，例如在一个显示屏幕，例如一个液晶板之后的磁场回路的电磁耦合而实现交互。在一些已知装置中，该笔包含有源场产生电路，而在其它实例中的该笔包含一种无源电路，即由靠近该显示装置定位的回路产生的场激励，或某些情况下通过使用液晶显示装置驱动线产生的场激励。这种方案要求使用一个用于该笔的特定装置，即用户不能仅使用其手指。
在所有上述组合的显示和用户输入装置(称作″触摸屏″装置，即使是根据其接近而不是字面上的″接触″)中，分开的显示装置和输入装置的一个关键差异是在显示图像和该输入之间有着直接一对一的关系，即，比如说在一个″笔″输入的情况下，该输入显示出与该进行书写的动作的一对一的相互关系，就象传统的墨笔和纸的书写那样。
另一检测技术是电场检测，也称之为准静电检测。使用电场检测来检测三维空间中的目标已经公知了很长的时间，并且被用于在接近检测器的实例。事实上，gnathomenu petersii fish就使用电场检测来检测目标。在其最简单的形式中，电场检测使用两个电极。第一(发送)电极由施加一个交流电压激励。从而由于电极之间的电容耦合(即电场线的效应)而在第二(接收)电极中感应出一个位移电流。如果一个目标处在该电极附近(即在该电场线中)某些电场线将由该目标所终止而使得容性电流减少。如果监视该电流，则能检测目标的出现。
美国专利6,025,726公开使用一个电场检测方案的情况，尤其作为计算机和其它应用的一个用户输入装置。该电场检测方案根据所要应用的情况检测使用者的手指、手或整个身体的位置。美国专利6,025,726还公开了使用多个接收电极来实现定位目标的远近之间的区别。
虽然美国专利6,025,726公开的方案使得实现大范围对用户输入的非接触的三维检测，但是所公开的用于监视该小位移电流的电路相当庞大和复杂，并且包含若干分离的放大器和其它部件。实质上该位移电流被放大、与发送电压的分接型式倍乘、随后被低通滤波，以便提供同步(也称为相位敏感)电流检测。由于电路复杂，用于检测的电极数相对少，空间分离相当宽，并且为了确定位置信息，对于产生的很有限的基础输入数据要执行相当大量的后续处理。虽然没有提供用于发送和接收电极的细节构造，但是公开了它们是被使用电缆连接到电路的，这将同样时庞大和笨重的。
此外，尽管美国专利6,025,726公开的情况是该电场检测器是以可显示按钮交互的形式提供被包括作为例如膝上电脑装置的一部分，然而该检测器被形成在该计算机外壳的另一部分中并且依靠相对于该屏幕而固定位置的能力，如此该电场检测部件(例如电极和电路)不是放在或集成在该显示装置的显示区中。
因此需要有所改进，例如小的体积或复杂性、用于检测来自一个电场检测装置的接收电极的位移电流的电路设计。还希望实现电极结构或设计的一个改进的形状，使之可能受益于任何这种改进的电路装置。还需要一个改进的电路设计和/或电极，以更适合于在一个给定的区域中提供较大的电极数目，使得可能容易地实现大量的输入数据。还需要有一种提供电场检测部件(电极和/或电路)的方法，使得这些部件体积小于已知类型的部件而容易地放置或集成在一个装置的显示区中，以便提供一个比在美国专利6,025,726中提及的具体间接可能性更完整的″触摸屏″能力。

发明内容
本发明的第一方面提供一个集成显示和目标检测基片，包括一个板极以及提供在该板极上的下列选项显示部件和电场检测部件。该显示部件可以包含像素电极和/或像素切换装置，例如晶体管和/或驱动线。该电场检测部件可以包括发送电极和/或接收电极和/或联合的发送/接收电极。该像素电极的某些或全部可以同时用作电场检测传输、接收或联合的发送/接收电极。
该电场检测部件可以附加或另外包括用于驱动电场发送电极的电路元件和/或用于检测在电场接收电极中的感应电流的电路元件。其它电路可被放置在该集成显示和目标检测基片的外部。用于检测感应电流的电路元件最好可以包括薄膜晶体管。用于检测感应电流的电路元件的每一个最好还包括电容器，该电容器和晶体管形成一个双相充电累积电路。
本发明的第二方面提供一个用于检测在一个电场检测装置的接收电极中感应电流的一个检测电路，其中该感应电路采用双相充电累积技术。该电路可以使用薄膜技术或分立元件实现。
操作中，该电路可以提供根据同时引起电场发射的一个电压的相位交替选择的两个有效的电路部件，使得以该电场检测电极形成的交替充电通过该两个有效的电路部分交替地提供到一个累积装置，例如一个单一电容，以便在两个有效电路部件的操作期间都累积在同一个充电检测中的充电(由于该电流的流向与该电场发射的相位同步)。这将使得来自该感应电极电流的期望的电场检测充电能够在时间上累积。相比之下，错误形成的电流不与该电场发射的相位同步，并且因此被实际上抵消。
在本发明的第三方面，可以对应于在一个基片上的一个阵列中的多个薄膜电场检测电极排列多个薄膜电场检测电路，以便提供可用作一个输入设备的一个目标检测阵列。
在本发明的第四方面，这样一个目标检测阵列可以分布在一个显示基片的一个象素阵列中，提供例如一个显示和用户输入装置。
从下文参照实施例的说明和描述，本发明的上述和其它方面将变得显见。


现在将根据附图以实例的方式描述本发明的实施例，其中图1是一个集成显示和用户输入装置的示意图(不按比例)；图2是一个显示屏幕的示意截面图(不按比例)；图3是一个示意图(不按比例)，示出定位在一个玻璃板上的像素电极和电场检测电极；图4是一个示意图，用于说明电场检测操作的基本原理；图5是一个电路图，显示一个电场检测发送电极、一个电场检测接收电极和四个像素电极的电连接；图6示出图5的电场检测接收电极，除了电流处理电路被完整示出之外，与图5所示的内容相同；图7定性地示出在一个相位线上提供的一个交流电压以及在一个电场检测接收电极和一个电流处理电路的响应结果；图8是表示依据处理步骤的电场检测装置的操作的流程图；附图9a和9b分别示出分别根据提供在图7所示相位线上的交流电压的正和负周期部分的第一电路部分和第二电路部分操作；
图10a-10d示意地示出电场检测发送电极、电场检测接收电极和像素电极的其它可能的布局；图11是一个双相充电累积电路的另一实例的示意图；图12示意地示出说明图11电路的操作的一个时序图；和图13示出结合一个独立电场检测输入装置的一个膝上型计算机。
具体实施例方式
所要描述的第一实施例是一个集合的显示和用户输入设备，即一个触摸屏装置，其中该电场检测电极与电路部件被集成并且分配在一个显示装置中。然而，应该理解在其它实施例中的同一个电场检测部件的提供可以不用显示装置部件，从而提供一个独立的电场检测装置用作为与显示器分离的一个输入装置。
图1是根据第一实施例的集合显示器和用户输入装置1的示意图(不按比例)，可以称作一个触摸屏装置。装置1包括具有一个显示屏幕4的一个外壳2。显示屏幕4上显示包括表示虚拟用户按钮的多个图标的一个图像。在此实例中这样的用户按钮6被显示正由一个用户选择，该用户将其手指8放置在显示用户按钮6的显示屏幕的区域。
图2是该显示屏幕4的示意截面图(不按比例)。在本实施例中该显示器是一个液晶显示。显示屏幕4包括一个第一玻璃板12，在其中放置有一个有源矩阵层14。一个液晶取向层16放置在该有源矩阵层14之上。该显示屏幕4还包括第二玻璃板18，在其中具有一个共用电极20。该第二玻璃板18具有放置在该共用电极20之上的一个液晶取向层22。该第二玻璃板18与该第一玻璃板12空间分离。包括旋转向列型液晶材料的液晶层24放置在两个玻璃板12与18的取向层14和22之间。除了与下面说明的电场检测部件的附加内容有关本发明的内容之外，该液晶显示器件的这些和其它细节可以与任何普通有源矩阵液晶显示器件的内容相同，并且在这特定实施例中可以与在此参考的美国专利5,130,829公开的液晶显示器件的内容相同。
有源矩阵层14由使用传统沉积和构图技术提供的多个薄膜层形成。有源矩阵层14包括多个显示部件。其中使用的术语″显示部件″是指任何有助于该显示屏幕4的显示功能的零件。在本实施例中，多个显示元件包括像素电极、多晶硅薄膜晶体管(TFTS)(一个晶体管用于每一像素电极)、以及驱动线，即列和行驱动线。
另外，有源矩阵层14包括多个电场检测发送电极、多个电场接收电极和电场检测电路(如将在下面更详细地解释的那样，该电路包括用于每一发送电极的一个电容器和一个TFT以及用于每一接收电极的四个TFT和一个电容器)。
图3是一个示意图(不按比例)，示出定位在该玻璃板12上的像素电极和电场检测电极。为了清楚起见，该TFT、电容器和驱动线没有示出。在本实施例中，像素电极、电场检测发送电极和电场检测接收电极都是由相同导线层形成，并且被等间隔和等尺寸地排列。在该玻璃板12上提供了大量像素电极和电场检测电极(例如800×600＝480,000个)，但是为了清楚起见，图3中仅以电极21-46的5×5阵列的形式示出这些电极的一小部分。
如下所示，电极21-45分布在像素电极(用字母″P″指示)、电场检测发送电极(用字母″T″指示)和电场检测接收电极(用字母″R″指示)。在交替行中，电场检测发送电极被定位在每一个第四电极的位置，在连续地的交替行之间交错，如此提供如图3所示的电场检测发送电极23、31、35、43。在同一个交替行中，电场检测电极还定位在每一个第四电极的位置，在连续地的交替行之间并且与该电场检测发送电极相对交错，如此提供如图3所示的电场检测接收电极21、25、33、41、45。剩余电极是像素电极，如图3所示的像素电极22、24、26-30、32、34、36-40、42、44。
用于每一像素电极22、24、26-30、32、34、36-40、42、44的分别的TFT(没示出)以传统的形成放置在像素电极的附近。用于每一电场检测发送电极23、31、35、43的分别的电容和TFT(没示出)同样放置在该电场检测发送电极的附近，并且用于每一电场检测接收电极21、25、33、41、45的分别的电容和四个TFT(没示出)同样放置在该电场检测接收电极的附近。
为了实现上述提到的电场检测电路(将在下面进一步详细描述)的优秀功能及目的，将参照图4以实例的方式使用该电场检测发送电极31产生的和由该电场检测接收电极33接收的电场给出电场检测基本操作的一个轮廓计算。
参考图4，当把一个交变电压加到发送电极31时，产生电场线，其示例性电场线51、52、53通过该电场检测接收电极33。当电场检测接收电极33接地时，场线51、52、53感应一个可以利用由一个″额定″电流表65表示的电路所测量的小的交变电流(在已有技术中，要求复杂的电路来操作所涉及的该很弱的电流，与加到该电场检测发送电极31的原生交变电压的相位结合，并且如下面将更详细地描述的那样，在本实施例中采用包括一个电容和四个TFT的一个电路)。
当一个目标，即在此情况中使用的手指8放置在两个电极31、33的附近时，该目标终止了那些原本将通过由该目标占据的间隔的场线(图4示出的场线51和52)，如此降低了流经该额定电流表55的电流。因此在该额定电流表55的电流电平可被用作在该两个电极31、33的附近出现的一个目标的度量。如果单一电场检测接收电极处在一个以上的发送电极的场线中，则在多个接收电极中的电流改变的组合效果能以任何适当的方式处理，使用此输入信息确定该目标位置由该应用特性化的方式。
再参考图2，为了使用户的手指放置于有源矩阵层14的电场检测电极的接近，该显示屏幕4的排列将使得用户的手指定位在显示屏幕4的有源矩阵14的一侧而不是在显示屏幕4的共同电极20的一侧。
返回到有源矩阵层14，图5以实例的方式描述了一个电路图，表示了电场检测发送电极31、像素电极32、电场检测接收电极33以及像素电极36、37、38的电连接。
以传统的形成，行驱动线61和62用于像素电极的每一行，并且列驱动线71、72、73用于像素电极的每一列。跨越分别的n型TFT 92、96、97、98，每一像素电极32、36、37、38耦合到其对应行和列线，该TFT的栅极连接到对应行驱动线。除了栅极之外，以传统的方式，TFT 92、96、97、98的每一个都具有两个端(下文称作第一端和第二端)。如图所示，TFT 92、96、97、98每一个的第一端连接到对应列驱动线，而TFT92、96、97、98每一个的第二端连接到对应像素电极32、36、37、38。像素电极32、36、37、38通常以交替的图像场交替地驱动到正和负电压，因此该第一和第二端的每一个都作为TFT的源和漏极交替地操作，即当该第一端用作源极时该第二端用作漏极，反之亦然。
分别的n型晶体管91、93还被用于该电场检测发送电极31和该电场检测接收电极33。如图所示，TFT 93以同样的方式耦合到电场检测接收电极33、列驱动线73和行驱动线61，就像该电极是一个像素电极。
TFT 91的以如下稍微不同的方式耦合。TFT的栅极连接到以与用于一个像素的同样的方式连接到行驱动线，而第二端以与一个像素电极的同样的方式连接到该电极。然而，TFT 91的第一端被连接到一个附加驱动线，该附加驱动线可以称为相位线80。一个这样的相位线被提供用于电极的每一行，该电极包括电场检测发送和/或接收电极。如下面将被更详细地解释的那样，操作中把一个交变电压加到相位线80。
在电场检测发送电极31和行驱动线62之间还提供一个电容器(以通常方式提供用于像素电极下一行的行驱动线62)。
一个电流处理电路103被提供用于检测来自该电场检测接收电极的电流。该电流处理电路103连接到电场检测接收电极33、相位线80和行驱动线62。
图6示出图5的电场检测接收电极33，除了电流处理电路103被完整示出之外，与图5所示的内容相同。电流处理电路103包括两个n型TFT，下文称作第一n型TFT 105和第二n型TFT 111；两个P型TFT，下文称作第一p型TFT 107和第二p型TFT 109；和一个电容113。
电路元件以如下方式连接。四个TFT 105、107、109、111的栅极都彼此连接，并且连接到相位线80。除了栅极之外，以通常的方式，TFT105、107、109、111还具有两个源/漏端(下文称作第一和第二端)。操作中，该源/漏端之一起到该TFT的源极的作用而该源/漏端的另一端起到该TFT的漏极的作用。通过在该瞬时外加电压的极性确定在任何特定瞬间的源/漏端是用作源极还是用作漏极。第一n型TFT 105的第一端和第二p型TFT 109的第一端彼此连接并且连接到电场检测接收电极33。第一n型TFT 105的第二端和第一p型TFT 107的第一端彼此连接并且连接到电容器113的一侧(下文称作A侧)。第一p型TFT 107的第二端和第二n型TFT 111的第二端被彼此连接，并且连接到行驱动线62。第二p型TFT 109的第二端和第二n型TFT 111的第一端彼此连接并且连接到电容器113的另一侧(下文称作B侧)。
总之，电流处理电路103通过有效地操作为两个分别的电路部分而工作。第一电路部分包括第一n型TFT 105、电容器113和第二n型TFT111。第二电路部分包括第一p型TFT 107、电容器113和第二p型TFT109(注意该电容113由两个电路部分共用)。该两个电路部分响应提供在相位线80上的该交流电压的正周期和负周期交替地启动。两个电路的每一个都在电容器113累积充电(来自电场检测接收电极33)。两个电路的每一个以相同的充电检测在电容器中累积充电，因此从针对交流电压的每一周期的相对小的累加充电累加一个相对大的总充电。
现在参照图7-9详细描述上述电场检测装置的操作。图7定性地示出在该相位线80上提供的该交流电压以及在该电场检测接收电极33和该电流处理电路103的响应结果。图8是表示该电场检测装置的操作处理步骤的流程图(注意，为了实现流程图表示的方便，在图8中分别地指示事实上同时出现的各种步骤)。图9a和9b分别示出对应提供在相位线80上的该交流电压的正周期和负周期部分的第一电路部分和第二电路部分。
首先考虑作为一个整体操作的装置1，行和列驱动线以常规显示器操作方式操作，即该行驱动线被顺序地驱动，然后使用列驱动线驱动分别的像素。
另外，为了操作电场检测电极和电路，把交流电压VT加到相位线80。在装置1接通的所有时间都施加此电压，或可仅在对应行驱动线被驱动的期间加到每一相位线。图7示出此交流电压VT的图120，在本实施例中是频率为100kHz的+/-10V的双极性矩形波。图7表示的是该交流电压的周期的正部分122和负部分124。
现在进一步详细描述用于该电场检测发送电极31和电场检测接收电极33的该电场检测的实施方案。在步骤s2，选择并且驱动行驱动线61。这将启动TFT 91，并且把交变电压加到相位线80，因此传递到电场检测发送电极31，但是以TFT 91和该电容器101起低到一个通滤波器的作用。
作为TFT 91和电容器101提供的低通滤、以及从该电场检测发送电极31产生的电场线的结果，交变电压被容性耦合在电场检测接收电极33，由此产生在该电极上的一个充电。图7进一步示出在电场检测接收电极33产生的充电QR的一个曲线126。充电QR的曲线是锯齿形状，具有与交流电压的周期的正部分122对应的充电周期的下降充电部分128(dQR/dt为负)以及与交流电压的周期的负部分124对应的充电周期的上升充电部分128(dQR/dt为正)。
图7进一步示出电流IR的曲线132，当连接在一个电路中时，由于该变化的充电QR而来自或流到该电场检测接收电极33。根据通常电流表示的惯例，电流IR＝-dQR/dt，因此对于与交变电压周期的正部分122对应的充电周期(dQR/dt为负)的下降充电部分128，产生电流IR的该周期的正部分134，以及对于与交变电压周期的正部分124对应的充电周期(dQR/dt为正)的上升充电部分130，产生电流IR的该周期的正部分136，如图7所示。
(为了完全起见，应该注意的是，该电场检测发送电极31上的电压(V31)的曲线(没示出)形状与该充电QR的曲线126形状相同，但是符号相反。而且，电流IR实际是流经由该电场检测发送电极31和该电场检测接收电极33形成的电容(电容Ce)的一个电流，由IR＝Ce.dV31/dt给出。)到此为止，已经描述了通过把交变电压提供到电场检测发送电极31产生的效果。该交变电压还由相位线80提供到该电流处理电路103的TFT105、107、109、111的栅极。这将具有效果(i)在该交变电压的周期的正部分122期间仅有两个n型TFT 105、111被启动，使得包括第一n型TFT 105、电容113和第二n型TFT 111的该电流处理电路103在该交变电压周期的正部分122的时期内操作如同图9a所示的仅包括第一电路部分141的电路。以及(ii)在该交变电压的周期的正部分124期间仅有两个p型TFT 107、109被启动，使得包括第一p型TFT 107、电容113和第二P型TFT 109的该电流处理电路103在该交变电压周期的负部分124的时期内操作如同图9b所示的仅包括第二电路部分142的电路。图7中示出该第一电路部分141和该第二电路部分142的交替操作的示意图138(与在相位线80上提供的交流电压周期同相)。
现在将描述在交变电压周期的单一正部分122和负部分124的持续期之上的操作。设定以该交流电压周期的一个正部分122开始。在步骤s4，如上所述，在电场检测接收电极33产生一个下降充电128(即dQR/dt为负)。同时，在步骤s6，n型TFT 105、111被启动，实际上提供如上所述的第一电路部分141。因此，在步骤s8，该电流IR的周期的正部分134流经第一电路部分141。正电荷流动的方向由图9a的箭头150表示，是从电场检测接收电极33流到行驱动线62。这将包括从电容器113的A侧到B侧的正电荷流动，因此在步骤s10，在该电容器113累加电充电。因为正电荷是从A侧到B侧流动，所以在电容器113累积充电的充电检测是正电荷在A侧而负电荷在B侧。
现在假定在步骤s12该交变电压的相位改变，即交变电压的该周期的正部分122结束，以及交变电压的该周期的负部分124开始。在步骤s14，将如上所述地在电场检测接收电极33产生一个上升的充电130(即dQR/dt为正)。同时，在步骤s16，该p型TFT 107、109被如上所述地启动，实际上提供该第二电路部分142。因此，在步骤s18，该电流IR的周期的负部分136流经第一电路部分141。由于这是该周期的一个负的部分，所以正电荷流动的方向在图9b中由箭头150所示，是从行驱动线62流到该电场检测接收电极33。
虽然依据该行驱动线62以及电场检测接收电极331来说的现在的正电荷的流动方向与交变电压周期的正部分122中的该正电荷的流动方向相反(把图9b中的箭头150与图9a比较)，然而由于该第二电路部分142中的电容器是在两个p型TFT 107、109之间，而在第一电路部分141中的电容器是在两个n型TFT之间，所以该正电荷再一次从电容器113的A侧流到B侧。因此在步骤s20，在电容器113累加充电。由于正电荷再一次从A侧流到B侧，所以在该电容器113的累积充电的充电检测同样是正电荷在A侧而负电荷在B侧，即在交变电压的该周期的负部分124期间的该电容器113的累积充电的充电检测与该交流电压的该周期的正部分122期间相同。
以此添加方式累积充电在该交变电压的正周期和负周期上重复，以便建立与在任何特定瞬时的小电流流动相比是相当大的一个充电。该相当大的充电能因此被读出并且由外部电子装置处理。这样，与利用原始小电流的情况相比，利用在若干周期的该过程上的充电能更容易地实现例如降低或消除对电流放大的需要。(注意，电容113的容量比在该电场检测发送电极31和该电场检测接收电极33之间的电容的容量Ce大得多。)通过经列驱动线73的该充电的放电而读出该累加充电。依据图8的流程图显示，以如下方式实现这种放电。在步骤s22，如果还没有选择读出，则处理进入步骤s24，其中交变电压的相位返回到该循环的正部分122，并且再一次从步骤s4继续该处理。但是，当在步骤s 22选择读出时，则处理进入步骤s26，相位线80和行驱动线62都被设置为高电平，使得该累积的充电通过TFT 93和列驱动线73从电容113释放到外部电子装置。
(应该理解，为了易于流程图的表示，已经示出的步骤s22出现在交流电压的相位改变的接合处，但是在实际中的读出能以该交变电压的周期的正或负部分的任何时候选择，即可以在某中程度上从该电场检测发送电极31消除该交变电压以及在电容113剩下的累积充电，随后通过在一个稍后时间的放电而读出。)虽然在装置1中由于其它静电事件引起的位移电流也可能流经该电场检测接收电极33，但是由于它们将与该相位线80提供的交流电压有不同频率，所以产生的充电将不被累计在电容113上。同样，来自例如相位线80的开关噪声将被至少局部地滤除。
在上述设计中，为了最佳的滤波，四个TFT 105、107、109、111的传导性最好很好地匹配。迁移率中的差异，例如n型和p型TFT之间的迁移率差异可以通过生产不同宽度的TFT而校正。另外的选择方案是改变相位线80上的交流电压的激励电平。例如，相对于正部分122的电压幅值而增加该交变电压的周期的负部分124的电压幅值将增加在该周期的负部分期间的传导性以及在该循环的两个部分期间的电流。这将趋补偿p沟道传导性的任何降低。不同类型的TFT的阈电压中的任何变化都可以类似地补偿。作为选择，与TFT阻抗相与，电场检测发送和接收电极之间的电容性耦合的阻抗越大，则在TFT阻抗中致使的变化将越小。
在上面描述的实施例中，像素电极、电场检测发送电极和电场检测接收电极是等间隔和等尺寸地排列的。然而不必是此情况，并且在其它实施例中的不同电极类型可以有不同的尺寸和/或不同的间隔，甚至一个给定类型的不同电极可以有不同尺寸和/或间隔。
而且，采用在上述实施例中的具体像素电极的布局、电场检测发送和接收电极(如图3所示)仅是一种可能性，并且在其它实施例中可以采用任何其它期望的布局。下面提供的是可用的很宽总体选择的实例。
在上述实施例之上的一个小变化将具有在每一发送和接收电极对之间的一个以上的像素电极，例如5、10或100个像素电极。包含电场检测发送和接收电极的行之间的像素电极的行数可以保持等于一，如上述实施例那样，也可以选择任何其它值而不是这样的行数，即该数目可以大于一，并且可以方便地选择为与在每一发送和接收电极对之间的像素电极的数目相同。
图10a-10d示意地示出其它可能的布局，使用前面用过的同样的″P″、″R″和″T″名称。在图10a示出的设计中，电场检测发送电极直接相邻接收电极定位，在电场检测发送和接收电极的每一对之间选择了数目为4的像素电极。图10a中仅设计了像素电极的行散布在包含电场检测发送和接收电极的行之间，并且这种行的数目同样可以按照要求选择，或可以省略这种行。
在图10b示出的设计中，每一行都包含像素电极和电场检测发送电极或电场检测接收电极之一。同样，在各个电场检测电极之间的像素电极的数目可以按照要求选择，并且像素电极的中间行可以按照要求提供。
在图10c示出的设计中，电场检测发送电极定位在该主象素阵列电极的外部。如图所示，电场检测接收电极被分布在该像素电极当中。此实例进一步示出一点，即电场检测发送电极和接收电极不需要以发送/接收配对，因为通过一个电场检测接收电极从多个电场检测发送电极检测的在电场上的一个目标的效果可以按照要求处理。
在图10d示出的设计中，电场检测发送电极和电场检测接收电极被定位在该主象素阵列电极的外部。
在图3的主实施例中，在如上所述的电场检测处理过程中采用了标准的液晶显示器行和列驱动线。其中上述提到的任何选择设计都不允许、或因为某原因而不适合提供附加的专用线以及按照需要使用该专用线。的确，当期望时可能提供和使用这种附加的专用线，即使能够使用标准液晶显示器的驱动线，例如在上述主实施例中。
在上述实施例中，出现于由象素阵列电极定义的显示区中的每一电场检测发送或接收电极都实际上替代一个像素电极。结果是该显示品质被降低。(为此原因，图10c和10d的设计优点是借助于该电场检测电极放置于围绕该像素显示区的外部的周边区域的优点，从而减小显示质量的降低。)可以减小或避免替需要代像素电极的其它方法是把一个电极既用作一个像素电极又用作一个电场检测电极。在电场检测接收电极情况下这是最直截了当的方法，因为连接在该电场检测接收电极和列驱动线(例如TFT 93)之间的TFT具有与一个像素电极的TFT(例如TFT 92)相同的连接。因此，利用一个正确修改的驱动技术，电场检测接收电极的电路也可以使用那些电极作为像素。因此当使用图10c的布局时此方法特别有益，因为在该设计中该显示区中存在的仅是电场检测接收电极。然而，使用全部电场检测电极的一个基础方案，即发送和接收电极都用作像素电极也是可能的，但是需要附加电路，根据在任何具体瞬时该多用途电极是否被用于电场检测或被用于像素显示，由一个更复杂的驱动方案启动该附加电路具有的部件。
其中出现的使用一个电极既作为像素电极又作为电场检测电极的可能性来自沉积导体作为该电极的一个薄膜的使用。如此，即使为了执行两个功能而把大量的分离电路用于分别的功能也显示一个优点，即由于两个功能在一个时间复用基础上共享，在任何时刻都具有可观量的冗余电路。
然而，一个更佳的选择方案是使用共同的电路元件用于单一给定多用途电极的像素功能和电场检测功能。这方案可以执行如下。当在电场检测传送模式中时，该多用途电极具有使用列驱动线提供的交变电压。在该电极在电场检测传送模式中起作用时用作低通滤波器的一部分的电容(例如电容101)在像素显示模式时可以用作一个存储电容。另外，当该电极是在电场检测传送模式中时，可以省略该电容器，而可以依靠液晶层的容量来提供该低通功能。类似地，在电场检测接收模式中提供来累积电流的电容(例如电容器113)可以在像素显示模式用作一个存储电容。
另一可能性是让用于发送和接收的所需要的电路都在每一电场检测电极附近并且通过有选择地起动该发送相关或接收相关电路而按照需要交换其功能。对于该电极还用作像素电极的情况或当提供有分离的像素电极时可以实现这种可能性。
将理解到，上述实施例中采用的电流处理电路103仅表示本发明的电流检测方法的一个详细的实施方案。首先，具体电路103的细节可以改变，例如象电子电路设计技术中的技术人员通常所作的那样，n型和p型晶体管可以互换，或其它晶体管和/或其它电路可被采用而同时保持该电路的主要功能。更基础地，其它电路设计可被用于实现在该电流处理电路103中的基础双相充电累积方案(即与用于处理电流的传统放大方法相比)。在此方面，图11示出双相的充电累积电路的另一实施例。
在图11中，与图5和图6中出现的内容相同选项以相同的参考数字4表示。在本实施例中，充电处理电路103包括一个晶体管(下文称作棘轮晶体管184)、一个存储电容器180和泄漏电阻182，如图所示地彼此连接，接收电极33、相位线80和电极下一行的行驱动线62。
该电路的操作依靠的事实是，在接通状态中通过泄漏电阻182的充电泄露的时间常数长，因为时间常数是由该存储电容180以及在发送电极31和接收电极33之间的容量的取和所确定，而该前者大得多。在断开状态中，充电泄露的时间常数仅由在发送电极31和接收电极33之间的电容确定，而该电容是很小的。因此该时间常数很短。
该电路的操作如下-当在该传输电极31上的电压走高时，由于棘轮晶体管184的栅极到该相位线80的连接，该棘轮晶体管导通。因此在接收电极33和存储电容180上的电压被拉起。
-然后该棘轮晶体管184切换到一个低导通态(断开)。该传输电极31走低。这意味着在接收电极33上的电压达到非常低，但是在存储电容器180上没有电压。
·由于该短时间常数，这接收电极33上的低电压恢复到零。
·该棘轮晶体管184被切换到一个高导通态(接通)，接收电极33和存储电容180上的电压等于接近此刻之前在存储电容180上存在的一个值。这是因为该存储电容180的容量比接收电极33的电容大得多。
传输电极31上的电压再一次走高，并且该接收电极33和该存储电容180上的电压被进一步拉起。
如在前面实例中的情况那样，此处理一直进行到一个实际电压(充电)被存储在该存储电容180并且能够通过该读出晶体管93以及列驱动线73读出为止。
图12示出用于此电路的一个时序图，并且示出作为时间t的函数的加到发送电极33的电压190、棘轮晶体管184的电压192、接收电极33的电压194以及存储电容180的电压196。
将被理解，此电路是双相充电累积电路的另一实例，用于从该接收电极33累加充电，直到其大到足以被读出为止。
在上述实施例中是使用多晶硅技术实现的有源矩阵层。但是将被理解，可以使用其它类型的有源的矩阵技术，例如非晶硅或晶体硅。
此外，虽然上述实施例都结合一个液晶显示装置实现该电场检测方案，但是要理解的是，这些实施例仅是以实例的方式实现的，本发明能结合任何其它适当形式的显示装置实现，这些显示装置使得电场检测发送和接收电极与像素电极相配合和/或使得用于该电场检测操作的处理电路以与该显示像素电路兼容的形成提供，包括例如等离子体、聚合物、发光二极管、有机发光二极管、场致发射和开关反射显示装置。
在上述实施例中，从其中包括的细节得到许多好处，包括下面的内容(i)使用沉积在基片上的薄膜电场检测电极提供了具有电场检测电极之间小距离的一个大规模的电场检测电极的阵列的实现；(ii)使用沉积(抵押在一个基片上的薄膜电场检测电极提供了一个显示器的该电场检测电极相对于像素电极的方便的设计；(iii)使用例如上述的简单充电累积电路，提供比传统的用于检测输出电流的运算放大器电路更简单的电路；(iv)以薄膜技术实现的上述的双相充电累积电路实现在单个基片上的众多电路的实施方案；(v)以薄膜技术在单个基片上实现许多充电累积电路的可能性可以与使用在一个基片上沉积的薄膜电场检测电极相结合，以便在一个基片上提供完全独立的电场检测设计；(vi)由于共同的尺度和组合的需要，在一个基片上的独立的电场检测设计可以方便地与一个分离基片为基础的显示装置结合，例如与液晶显示装置结合，在一个基片上的独立的电场检测设计可以方便地与相邻的液晶显示装置组合在一个电产品中；(vii)另一可能性是把该电场检测装置和显示部件集成在使用单个基片的一个组合的电场检测和显示装置中；等其它优点。
但是，这些方面可被单独地实现，或以任何组合而提供该对应的优点。因此将理解到，例如下面全部内容都代表本发明可能的实施方案一个组合的显示和用户输入装置，其中至少某些电场检测电极形成在该显示基片上和/或某些电场检测电路部件形成在该显示基片上。
用于检测在一个电场检测装置的接收电极中的感应电流的检测电路，其中该检测电路采用双相的充电累积技术。以及这种电路的薄膜实施方案，本发明还包含以分立元件实现的这种检测电路，例如直接替换采用在例如美国专利6,025,726中公开的装置中的电流检测电路。
包括从一个基片上的薄层形成的电场检测电极和电场检测电路部件的一个电场检测装置。这样的一个装置可以按照上述主实施例中描述的那样实现，但是以全部电极(和对应电路)用作电场检测发送和/或接收电极，即替代全部像素电极和像素驱动电路。上述的行和列驱动线可以保持和用于操作该电场检测电极。即使没有起因于利用显示装置的技术和操作的叠加的优点，当把本发明的这样一个独立电场检测装置与例如美国专利6025726公开的通常的电场检测装置进行比较时，上述的许多制造和操作优点仍然在或大或少的程度上适用。
举例来说，图13示出这种独立电场检测输入装置的一个应用，其示出一个膝上型计算机160。该膝上电脑包括一个传统的液晶显示器件162。该膝上电脑160还包括一个分离的电场检测用户输入装置164。电场检测用户输入装置164的一个主区域被用于起到如一个虚拟键盘166的作用，并且一个小区域被用于起到一个虚拟鼠标168的作用。
从阅读本公开的内容，对于本专业技术人员来说其它变化和修改将是显见的。在不使用或除了使用已经在此描述的特征之外，这种变更和改进可以包括可以使用的设计上已知的其它特征、显示装置的制造和使用、检测装置、和零件的等价物和其它特征。
虽然在本申请中已经把权利要求制订到特定的特征组合，但是应该理解，本发明公开的范围还包括在此处显式或隐含或任何通常化公开的任何新颖的特征或任何特征的新颖组合，而不论其是否涉及在当前任何权利要求中要求的相同的发明，并且不论其是否解决如本发明所实现的同样的技术问题的任何部分或全部。中分别实施例的内容中描述的特征也可以被组合地提供在单一实施例中。反过来，为了简洁起见，在单一实施例的内容中描述的各种特征也可以分别地提供或以任何适当的部分组合地提供。本申请人因此提请注意，对于这种特征和/或在本申请的法律审理过程中或从本申请得到的任意进一步申请的过程中的这种特征的组合，将可以制订新权利要求。
权利要求
1.一种使用检测电路检测在一个电场检测装置的接收电极中的感应电流的方法，该方法包括把在该接收电极感应的电流提供到该检测电路的充电累积装置；输入一个交变电流驱动信号，随着提供到该电场检测装置的发送电极，把该交变电流输入到该检测电路；以及该驱动信号是负时与该驱动信号是正时相比，使用该驱动信号改变该检测电路的操作；其中该充电累积装置、提供感应电流的装置、接收一个交变电流驱动信号的装置以及使用该驱动信号来改变该检测电路的操作的装置的排列使得传递到该充电累积装置的感应电流提供在该充电累积装置的一个最后的充电，该最后的充电是在该接收电极中感应的电流的一个度量。
2.根据权利要求1的方法，其中该驱动信号是负时与该驱动信号是正时相比而使用该驱动信号改变该检测电路的操作的步骤包括当该驱动信号是正时使用该驱动信号启动该检测电路的第一部分，以及当该驱动信号是负时使用该驱动信号启动该检测电路的第二部分；当启动时，该检测电路的第一部分把在该接收电极感应的电流提供到该充电累积装置；以及当启动时，该检测电路的第二部分把在该接收电极感应的电流提供到该充电累积装置；该检测电路的第一部分、该检测电路的第二部分和该充电累积装置的排列使得由该检测电路的第一和第二部分的每一个提供的感应电流利用同一个充电检测而被传递到该充电累积装置。
3.用于检测在一个电场检测装置的接收电极中的感应电流的检测电路，该检测电路包括一个充电累积装置；用于把在该接收电极感应的电流提供到该充电累积装置的装置；随着一个交变电流提供到该电场检测装置的发送电极，用于接收该交变电流驱动信号的装置；以及该驱动信号是负时与该驱动信号是正时相比而使用该驱动信号改变该检测电路的操作的装置；其中该充电累积装置、提供感应电流的装置、接收一个交变电流驱动信号的装置以及使用该驱动信号来改变该检测电路的操作的装置的排列使得操作中传递到该充电累积装置的感应电流提供在该充电累积装置的一个最后的充电，该最后的充电是在该接收电极中感应的电流的一个度量。
4.根据权利要求3的检测电路，其中该驱动信号是负时与该驱动信号是正时相比而使用该驱动信号改变该检测电路的操作的装置包括当该驱动信号是正时使用该驱动信号启动该检测电路的第一部分的装置，以及当该驱动信号是负时使用该驱动信号启动该检测电路的第二部分装置；该检测电路的第一部分包括装置当启动时用于把该接收电极感应的电流提供到该充电累积装置；以及该检测电路的第二部分包括装置当启动时用于把该接收电极感应的电流提供到该充电累积装置；该检测电路的第一部分、该检测电路的第二部分和该充电累积装置的排列使得操作中由该检测电路的第一和第二部分的每一个提供的感应电流利用同一个充电检测而被传递到该充电累积装置。
5.根据权利要求4的检测电路，其中该检测电路包括一个第一n型晶体管、一个第二n型晶体管、一个第一p型晶体管、一个第二p型晶体管、以及该累积装置；该累积装置包括一个电容器；这些晶体管的栅极被彼此连接，并且被连接到用于接收一个交变电流驱动信号的装置；一个第一n型晶体管的第一端和第二p型晶体管的第一端彼此连接并且连接到电场检测接收电极；该第一n型晶体管的第二端和该第一p型晶体管的第一端被彼此连接，并且连接到该电容器的第一侧；该第一p型晶体管的第二端和该第二n型晶体管的第二端被彼此连接，并且进一步连接到一个线路；并且该第二p型晶体管的第二端和该第二n型晶体管的第一端被彼此连接，并且连接到该电容器的第二侧；使得该检测电路的第一电路部分包括该第一n型晶体管、该电容器和该第二n型晶体管；和该检测电路的第二电路部分包括该第一p型晶体管、该电容器和该第二p型晶体管。
6.根据权利要求1或2的方法，其中该电场检测电路部件形成根据权利要求3到5任何之一的一个检测电路。
全文摘要
描述了一个集成的显示和目标检测用户输入装置(1)。显示部件和电场检测部件提供在一个基片(12)上。还描述了一个检测电路(103)，检测在一个电场检测装置的一个接收电极(33)中感应的电流，其中该检测电路(103)采用双相充电累积技术。操作中，根据一个电压(120)的相位交替地选择两个有效的电路部分(141，142)，同时地引起电场发出，使得在两个有效电路部分(141，142)的操作过程中，在相同的充电检测中累积充电。可排列多个薄膜电场检测电路和电极，以便提供可用作一个输入装置(164)的一个目标检测阵列。
文档编号G06F3/041GK1841292SQ20061007484
公开日2006年10月4日 申请日期2002年6月13日 优先权日2001年6月14日
发明者C·范贝克尔 申请人:皇家飞利浦电子股份有限公司