专利名称：电阻式触摸屏显示器和系统的制作方法
技术领域：
以下涉及可实现触摸屏的显示器和系统，尤其涉及具有改进的可靠性和使用寿命的触摸屏显示器和系统。
背景技术：
触摸屏越来越多地存在于各种住宅的和商业的显示器产品中。存在多种触摸屏技术模拟电阻式、数字电阻式、基板电容式、投射电容式以及很多其他方式。每项技术对于其竞争技术来说都具有优点和缺点。电阻式触摸屏对于激活方法具有最广泛的自由度。它们可以由手指、输入笔(stylus)、指甲、戴手套的手或任意可施加足够压カ以激活触摸基板的物体来操作。与之不同，投射电容式触摸屏具有几乎是无限的寿命，但是它们只能由手指或其他导电物体来激活。它们使用一般输入笔不能很好地工作，并且它们不能使用所有种类的手套工作。这使得它们难以用于极冷的环境，或用于操作员戴着手套的环境。红外线触摸屏解决了电阻式触摸屏的寿命问题，并且可由戴手套的手或输入笔使用。然而，它们可被通过红外光束阵列的物体无意中激活。例如，如果铅笔被拿的稍微过于靠近显示器基板，则红外触摸面板可能记录按压事件。这种外来物体激活通常被称为“飞到屏幕上”(fly onthe screen)激活，并且会在触摸屏的紧要的控制应用中，诸如航空控制系统，出问题。投射电容式、表面电容式和红外触摸屏不需要激活力以使用该触摸屏启动或选择项目，而电阻类型的触摸屏可被调整用于实现特定的激活力。对激活力的需求在紧要的控制应用中是电阻式触摸屏的优点，因为该激活力有助于防止用户的无意识的触摸。
然而，目前的电阻式触摸屏与其他触摸屏技术相比，典型地提供最短的使用寿命。在传统的矩阵电阻式触摸屏中，底部基板包括ー套导电迹线(trace)，并且柔性顶部基板包含导电迹线的阵列，导电迹线的方向与该底部基板的导体正交。当顶部基板被按压时，顶部基板的迹线电性短路至底部基板的迹线。控制器基于短路导体的特征确定X-Y位置。然而，顶部导体阵列随着对顶部基板的重复按压而被弯曲和伸长，并且随着时间的过去，可被损坏。该重复弯曲会导致导电迹线的应カ裂纹，并且最终导致触摸面板在有裂纹的位置失效。
在下文中将结合附图对示例实施例进行描述，其中相似的数字符号表示相似的元件。图I是依照一实施例的示例触摸屏系统；图2是依照一实施例的用于触摸屏系统的示例刚性基板；图3是依照一实施例的用于触摸屏系统的另ー示例柔性基板；图4是依照一实施例的另ー不例触摸屏系统；图5还是依照一实施例的另一不例触摸屏系统；图6还是依照一实施例的另一不例触摸屏系统；
图7还是依照一实施例的另ー不例触摸屏系统；图8还是依照一实施例的另ー不例触摸屏系统；以及图9是依照一实施例的一示例触摸屏系统的交叉点(junction)的横截面。
具体实施例方式依据各种示例实施例，提供了电阻型触摸屏显示器 和系统。如以下的详述，触摸屏可包括，但不限于，具有顶面的刚性底部基板，多个位于该刚性基板顶面的平行导电扫描线，多个位于该刚性基板顶面的平行导电传感线(sense line)，位于该多个扫描线和多个传感线的交叉点的多个电介质垫，用于将该多个扫描线与该多个传感线电性隔离，位于刚性基板的顶面上方具有底面的柔性基板，位于该柔性基板的该底面上的导电特征的阵列，其中当该柔性基板被弯曲时，至少ー个导电特征完成在该多个导电扫描线之ー和该多个导电传感线之一之间的导电路径。由于该触摸屏将扫描线和传感线都设置于刚性基板上，且在上部柔性基板上使用多个电性隔离的导电特征，所以该触摸屏与传统的电阻型触摸屏相比，具有改良的可靠性和使用寿命，以下将进ー步详细讨论。图I阐释了依据ー实施例的示例的矩阵电阻式触摸屏100。该触摸屏包括刚性基板Iio和柔性基板120。刚性基板110例如可由玻璃或塑料制成。柔性基板120例如可由玻璃、塑料或膜制成。触摸屏100还包括多个间隔物(spacer) 130，其在用户不施加任何力时，使刚性基板110和柔性基板120分离。该间隔物可以是圆柱或电介质的柔性刚性球体，其尺寸和横跨触摸表面的分布保证了两基板之间的间隔，并且有助于控制触摸激活力。间隔物可以均匀地分布于触摸面板的表面区域，以保证触摸面板的上和下表面之间有一致的间隙厚度。间隔物尺寸应当足够小，以防止光学伪像出现在显示器表面上。选择间隔物材料的折射率以最小化它们的可见性。触摸屏100进ー步包括控制器140，用于控制触摸屏电子元件，如以下所进ー步详细讨论的。图2阐释了依据ー实施例的用于触摸屏200的示例刚性基板110。该刚性基板110包括例如通过光刻法印刷或直接印刷附着于它的多个扫描线210。该触摸屏的可用区域外部的周边粘合剂结合可被用于将刚性基板110附着到柔性基板120。扫描和传感可采用模拟位置检测，其中相对触摸位置作为所施加扫描电压的所测量的部分电压(fractionalvoltage)而被传感，或者采用数字位置检测，其中在扫描/传感格点超出特定阈值的信号的出现意味着该点的触摸事件，低于该阈值的信号意味着该点没有发生触摸事件。导电扫描线210和传感线230可由固定的电阻导体构建，以用于模拟传感，或者它们可以由高导电的氧化锌、氧化铝、碳纳米管、或微丝构建，以用于数字触摸传感。扫描线210可由任何导电材料制成。在一个实施例中，例如，扫描线210可由氧化铟锡(“IT0”)制成。在其他实施例中，扫描线210可由氧化锌、氧化铝、碳纳米管、导电油墨、微丝或它们的任意组合制成。扫描线210的每ー个被连接至相应的扫描驱动器220。扫描驱动器220将预定激励信号设置于其相应的扫描线210上，如以下的进ー步的详述。在一个实施例中，例如，一次只有ー个扫描驱动器220可起作用将激励信号沿它相应的扫描线210设置。扫描驱动器220，例如，可从触摸屏200的顶部到底部，或从底部到顶部，或者以任何其他的布置，或以随机顺序，依序地将激励信号设置在它们相应的扫描线210上。
刚性基板110还包括多个传感线230。传感线230可由任意导电材料制成。在一个实施例中，例如，传感线230可由ITO制成。在其他实施例中，扫描线210可由氧化锌、氧化铝、碳纳米管、导电油墨、微丝或它们的任意组合制成。传感线230的每ー个被连接至相应的传感放大器240。每个传感放大器240能够监测由扫描驱动器220输出的预定激励信号，如以下的进ー步详述。扫描线210和传感线230通过电介质垫250而彼此电性隔离。图2阐释了，扫描线210被设置在电介质垫250上方，传感线230被设置在电介质垫250的下方，它们相应的位置可以颠倒。进ー步地，图2所阐释的实施例描述了扫描线210水平伸展并且传感线230垂直伸展，它们相应的方向与对应的扫描驱动器220和传感放大器240 —起，可被颠倒。进一歩地，扫描线210和传感线230每个都以彼此平行和垂直的方式布置，还可使用其他配置，如以下的进ー步详述。例如，扫描线210可与传感线230成非90°的角度。调整扫描线210相对于传感线230的角度，或者调整整个扫描和传感线阵列的角度，可減少光学干涉效应，诸如显示器上的莫尔条纹(moir6)。
图3阐释了依据ー实施例的示例柔性基板120。柔性基板120包括其上安装的多个电性导电特征300。每个导电特征300彼此电性隔离。导电特征300可由任意导电材料制成。在一个实施例中，例如，导电特征300可由ITO制成。与扫描线210和传感线230类似的，导电特征300也可由氧化锌、氧化铝、碳纳米管、导电油墨、微丝或它们的任意组合制成。在一个实施例中，例如，扫描和传感线可由ITO制成，而导电特征300可由导电碳纳米管膜制成。导电特征300可沿着柔性基板120布置，其图案对应于扫描线210和传感线230的相交点或形成的交叉点，如以下的进ー步详述。由于柔性基板120使用多个导电特征300，而不是连成一片的导电材料，所以该触摸屏更可能具有更长的使用寿命。例如，使用该导电特征300的触摸屏，在触摸面板被激活，且其下的基板由于接触压カ而变形时，可经受与特征尺寸有关的小的机械应力。与现有触摸面板中采用的连续的导电片和迹线相比，施加到独立导电特征上的该小的机械应カ使它们能够提供长的生命周期。连片导体式的触摸屏更倾向于在一段时间后损坏，因为连成一片的导电片在重复弯曲以后会产生裂纹，与将扫描线或传感线沿着柔性上部基板安装的典型的矩阵电阻式触摸屏显示器类似。导电特征300可以是任意种类的形状。ー些导电特征形状的非限定性示例有，圆形、椭圆形、方形、星形、脉冲形(pulse)和十字形。然而，可以使用任意形状。导电特征300的尺寸可取决于电介质垫250的尺寸、柔性基板120的柔性以及期望的活性(active)触摸位置的密度。特征形状和布置的任意组合都可用于扫描和传感阵列的模拟型驱动和数字型驱动。图4阐释了依据示例触摸屏400的一个实施例的刚性基板110和柔性基板120如何互相作用。当柔性基板120被按下时，导电特征300接触扫描线210和传感线230，在扫描驱动器220和传感放大器240之间创建导电通路。例如，如果交叉点450处的特征300与对应的扫描线410和传感线420相接触，则在扫描驱动器430和传感放大器440之间创建导电通路。如图4所示，由于每个导电特征300延伸到对应的电介质垫250之外，所以当用户按压该柔性基板时，导电特征300可与传感线230 (在本实施例中位于电介质垫250下方)相接触。导电特征300的尺寸可变化，取决于电介质垫250的尺寸、间隔物点/柱的尺寸和密度、以及柔性基板120的柔性。例如，当柔性基板120非常柔韧时，和/或当电介质垫250具有相对小的尺寸时，还有当期望较高密度的触摸位置设计时，导电特征300尺寸可减小。与此相反，如果柔性基板120较不柔韧和/或电介质垫250具有相对大的尺寸，导电特征300可做得较大。
控制器480，基于不论哪个传感放大器240接收激励信号，可基于由对应传感放大器240传感到的电压，确定触摸输入的位置。例如，如果触摸位于交叉点450处，由从扫描驱动器430到传感放大器440的材料的长度所引起的电阻的量可以少于，例如，如果触摸位于交叉点460处，由从扫描驱动器470到传感放大器440的材料的长度所引起的电阻的量。相应地，对于给定传感放大器240,由传感放大器440接收的电压对于传感线230和扫描线210之间的每个交叉点，会是不同的。在另ー实施例中，当扫描驱动器220 —次ー个地将预定激励沿它们相应的扫描线210设置吋，控制器480可在相应的传感放大器240接收激励信号时，根据哪个扫描驱动器220被激活，而确定触摸的位置。该配置可允许触摸屏400作为多触摸屏，因为控制器480可沿同一传感线240检测多个触摸。图5阐释了依据ー实施例的另ー示例触摸屏500系统。该触摸屏500包括刚性基板上的，且连接至扫描驱动器520的多个扫描线510。触摸屏500进ー步包括刚性基板上的，且连接至传感放大器540的多个传感线530，以及将扫描线510与传感线530电性隔离的多个电介质垫550。触摸屏还包括柔性基板上的多个导电特征560。应当注意，导电特征560是连续的(即，单片的)，并且它们仅仅显示在扫描线510、传感线530和电介质垫550后面，是为了阐释姆个元件如何相互作用。如图5所示,导电特征560是椭圆形的。特征560沿着电介质垫550下方的导体(本示例中的传感线530)的方向延伸。特征560沿着传感线530的延伸増加了这样的区域在该区域创建给定扫描驱动器和传感放大器之间的导电通路。图6还阐释了依据一实施例的另一不例触摸屏系统600。该触摸屏600包括刚性表面上的多个扫描线610，连接至对应的扫描驱动器620。触摸屏进一歩包括刚性表面上的多个传感线630，连接至传感放大器640。触摸屏600还包括扫描线610和传感线630汇合处的多个电介质垫650，将扫描线610与传感线630电性隔离。与前述的实施例类似，触摸屏600还包括被安装在柔性基板(未示出)上的多个导电特征660。应当注意，导电特征660是连续的(即，单片的)，并且它们仅仅显示在扫描线610、传感线630和电介质垫650后面，是为了阐释每个元件如何相互作用。当柔性基板被按压时，导电特征660接触扫描线610和传感线630，并在至少ー个扫描线610及对应的扫描驱动器620和传感线630及对应的传感放大器640之间创建导电通路。与图5阐释的导电特征560相反，图6阐释的导电特征660的方向沿着扫描线610和传感线630 二者，这样可提供更高的可靠性，因为可形成电性接触的面积增加了。图6阐释的实施例描述了在扫描线610和传感线630 二者上延伸的不同形状的导电特征660的几个示例。图6阐释的导电基板660的形状像四角星，加号(例如，两个重叠的长方形)，以及两个重叠的椭圆形，然而，也可使用其他形状。进ー步地，虽然在图6所阐释的实施例中展示了三个不同形状的导电特征660，但是可使用不同基板形状的任意組合。更进一歩地，在其他实施例中，具有相同形状的不同尺寸的导电特征可实施在同一触摸屏上。图7还阐释了依据ー实施例的另ー示例触摸屏系统700。该触摸屏700包括刚性表面上的多个扫描线710，连接至对应的扫描驱动器720。触摸屏进一歩包括刚性表面上的多个传感线730，连接至传感放大器740。触摸屏700还包括扫描线710和传感线730汇合处的多个电介质垫750，将扫描线710与传感线730电性隔离。与前述的实施例类似，触摸屏700还包括安装在柔性基板(未示出)上的多个导电特征760。应当注意，导电特征760是连续的(即，单片的)，并且它们仅仅显示在扫描线710、传感线730和电介质垫750后面，是为了阐释每个元件如何相互作用。当柔性基板被按压时，导电特征760接触扫描线710和传感线730，并在至少ー个扫描线710及对应的扫描驱动器720和传感线730及对应的传感放大器740之间创建导电通路。在本实施例中，扫描线710和传感线730彼此垂直，然而，扫描线710和传感线730的汇合的交叉点是交错的，从而允许给定空间中有更多的交叉点。例如，在图7阐释的实施例中，对于任意相邻两列传感线730，交叉点(在交叉点处沿着传感线730放置导电表面)位于不同纟韦度。本实施例的ー个好处在于，例如，扫描线710和传感线730之间的大量交叉点増加了触摸屏的触摸传感分辨率。更进一歩地，额外的交叉点可增加触摸屏700的可靠性和使用寿命。 图8还阐释了依据ー实施例的另ー示例触摸屏系统800。该触摸屏800包括刚性表面上的多个扫描线810，连接至对应的扫描驱动器820。触摸屏进一歩包括刚性表面上的多个传感线830，连接至传感放大器840。触摸屏800还包括扫描线810和传感线830汇合处的多个电介质垫850，将扫描线810与传感线830电性隔离。与前述的实施例类似，触摸屏800还包括安装在柔性基板(未示出)上的多个导电特征860。应当注意，导电特征860是连续的(即，单片的)，并且它们仅仅显示在扫描线810、传感线830和电介质垫850后面，是为了阐释每个元件如何相互作用。当柔性基板被按压时，导电特征860接触扫描线810和传感线830，并在至少ー个扫描线810及对应的扫描驱动器820和传感线830及对应的传感放大器840之间创建导电通路。在本实施例中，扫描线810和传感线830之间的交叉点是交错的，与图7的类似。然而，当传感线830配置为垂直吋，扫描线810在相邻行的交叉点之间成角度地波动(例如，锯齿形)。在其他实施例中，例如，扫描线810可在三行或更多行的交叉点之间成角度地波动。在又一个实施例中，例如，传感线830可横跨多个行或交叉点而成角度地波动，从而减少系统所需的传感放大器840的数量。在另ー实施例中，例如，扫描线810和传感线830 二者均可成角度地波动。通过横跨多行交叉点而使扫描线810成角度地波动，该触摸屏可具有改良的触摸-传感分辨率，同时减少用于横跨所有扫描线设置激励信号所需的扫描驱动器820的数量。例如，与图7的配置相比，图8阐释的实施例可使用半数扫描驱动器而实现。该配置可用于，例如，高分辨率宽纵横比的显示器中，在这种显示器中，需要较少的行。图9是依照一实施例的示例触摸屏系统900的交叉点的横截面。交叉点包括位于刚性表面110上的扫描线910和传感线930。交叉点还包括扫描线910和传感线930相交处的电介质垫950，将扫描线910与传感线930电性隔离。交叉点还包括安装在柔性基板120上的导电特征960。当柔性基板120被按压时，导电特征960与扫描线910和传感线930接触，并且在扫描线910及对应的扫描驱动器和传感线930及对应的传感放大器之间创建导电通路。此处使用术语“示例”表示例子、实例或图解，其可以有任意数量的替代方式。此处描述的任何“示例”实现方式不应必然地解释为优先于或优于其他实现方式。
虽然在前面的描述中展示了ー些示例实施例，但是应当领会，存在大量替代的但是等同的方式， 并且此处展示的示例不用于以任何方式限定本发明的范围、适用性或配置。相反，在此处描述的多种特征的功能和排列中可采用各种变换，不偏离权利要求书和它们的法律等价物的范围。
权利要求
1.ー种触摸屏，包括 具有顶面的刚性基板； 多个平行导电扫描线，位于该刚性基板的该顶面上； 多个平行导电传感线，位于该刚性基板的该顶面上； 多个电介质垫，位于该多个扫描线和该多个传感线的交叉点处，将该多个扫描线与该多个传感线电性隔离； 具有底面的柔性基板，位于刚性基板的顶面的上方；以及 多个导电特征，位于该柔性基板的该底面上，且彼此电性隔离， 其中该多个导电特征布置为使得当该柔性基板弯曲时，至少ー个导电特征完成该多个导电扫描线之ー和该多个导电传感线之一之间的导电路径。
2.如权利要求I所述的触摸屏显示器，其中该导电特征是圆形的。
3.如权利要求I所述的触摸屏显示器，其中该导电特征是椭圆形的，其中每个椭圆形导电特征的主轴的方向沿着该多个平行导电扫描线或该多个平行导电传感线之一。
4.如权利要求I所述的触摸屏显示器，其中该导电特征的方向沿着该传感线。
5.如权利要求4所述的触摸屏显示器，其中该导电特征的方向沿着该扫描线。
6.如权利要求I所述的触摸屏显示器，其中该多个平行导电扫描线垂直于该多个平行导电传感线。
7.如权利要求I所述的触摸屏显示器，其中该多个平行导电扫描线相对于该多个平行导电传感线成一定角度。
8.如权利要求I所述的触摸屏显示器，其中该多个平行导电扫描线在该交叉点之间成角度地波动。
9.如权利要求I所述的触摸屏显示器，进ー步包括 多个扫描驱动器，该扫描驱动器中的每ー个被连接到该多个平行导电扫描线之一，并且被配置为在对应扫描线上设置预定激励信号；以及 多个传感放大器，该传感放大器中的每ー个被连接到该多个平行导电传感线之一，并且被配置成监测该预定激励信号。
10.如权利要求9所述的触摸屏显示器，进ー步包括 控制器，被配置成控制该多个扫描驱动器和多个传感放大器， 其中该控制器被配置成控制该多个传感驱动器，使得在任何时候，都仅仅只有单个扫描驱动器将该预定激励信号施加于对应扫描线。
全文摘要
提供了一种触摸屏显示器和触摸屏系统。该显示器和系统包括具有顶面的刚性基板，位于该刚性基板的顶面上的多个平行导电扫描线，位于该刚性基板的顶面上的多个平行导电传感线，位于该多个扫描线和多个传感线的交叉点处的多个电介质垫，将该多个扫描线与该多个传感线电性隔离，具有底面的柔性基板，位于刚性基板的顶面上方，多个导电特征，位于该柔性基板的该底面上，彼此电性隔离。
文档编号G06F3/045GK102736815SQ20121011499
公开日2012年10月17日 申请日期2012年2月22日 优先权日2011年2月23日
发明者J·F·L·施米特, R·曼尔, S·格罗斯 申请人:霍尼韦尔国际公司